KR20120132379A - 온도 측정 장치, 온도 측정 방법, 기억 매체 및 열처리 장치 - Google Patents

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Abstract

기판을 적재하는 회전 테이블이 내부에 설치된 처리 용기와, 당해 처리 용기를 가열하는 가열부를 포함하는 열처리 장치의 상기 처리 용기 내의 온도 분포를 추정하는 온도 측정 장치는, 상기 회전 테이블의 일면측을 당해 회전 테이블의 직경 방향으로 주사함으로써, 당해 직경 방향을 따른 복수의 온도 측정 영역의 온도를 측정 가능하게 설치된 방사 온도 측정부와, 상기 처리 용기 내의 온도 분포의 측정 지시를 접수하면, 상기 가열부에 의한 상기 처리 용기의 가열을 개시하는 동시에 상기 회전 테이블을 정지시키고, 상기 가열부에 의한 상기 처리 용기의 가열의 개시로부터 소정의 시간 경과 후에, 상기 방사 온도 측정부에 의해 상기 회전 테이블의 상기 일면측을 당해 회전 테이블의 직경 방향으로 주사하여 상기 복수의 온도 측정 영역의 온도를 측정하는 처리를, 상기 회전 테이블을 상기 방사 온도 측정부에 대해 회전시키면서 당해 회전 테이블의 둘레 방향에 걸쳐서 반복하고, 상기 방사 온도 측정부로부터 상기 회전 테이블의 상기 직경 방향 및 상기 둘레 방향의 복수의 상기 온도 측정 영역의 온도를 취득하는 동작 제어부와, 상기 방사 온도 측정부가 상기 회전 테이블의 직경 방향으로 주사하는 1주사마다의 상기 온도 측정 영역의 수 및 상기 회전 테이블의 회전수에 기초하여, 상기 동작 제어부가 상기 온도를 취득한 상기 온도 측정 영역의 어드레스를 특정하고, 당해 온도와 당해 어드레스를 대응시켜 기억부에 기억시키는 온도 맵 작성부와, 상기 처리 용기 내의 온도 분포의 추정값으로서, 상기 온도 맵 작성부가 상기 기억부에 기억시킨 상기 온도와 상기 어드레스에 기초하여, 상기 회전 테이블의 상기 일면측의 온도 분포를 표시하는 온도 데이터 표시 처리부를 포함한다.

Description

온도 측정 장치, 온도 측정 방법, 기억 매체 및 열처리 장치{METHOD AND APPARATUS FOR MEASURING TEMPERATURE, STORAGE MEDIUM AND HEAT TREATMENT APPARATUS}
본 발명은 회전 테이블을 회전시킴으로써 기판을 회전시키면서 기판에 대해 열처리를 행하는 열처리 장치에 사용되는 온도 측정 장치, 온도 측정 방법, 기억 매체 및 열처리 장치에 관한 것이다.
열처리 장치로서, 예를 들어 처리 용기 내에 설치된 회전 테이블의 회전 방향에 복수의 기판인 반도체 웨이퍼(이하, 웨이퍼라고 기재함)가 적재되는 장치가 알려져 있다. 이 열처리 장치에서는 회전하는 당해 회전 테이블의 직경 방향을 따라서 처리 가스를 공급하는 가스 공급부가 설치되어 있다. 또한, 웨이퍼를 가열하는 히터가 설치되어 있고, 가스 공급부로부터의 가스의 토출 및 히터에 의한 웨이퍼의 가열이 행해지면서, 회전 테이블을 회전시킴으로써 웨이퍼에 성막 처리가 행해진다.
예를 들어, 이 열처리 장치의 개발 단계에서, 처리 용기 내의 전체의 온도 분포를 파악하기 위한 검사가 행해지고 있다. 이 검사에서는 처리 용기 내의 각 부에 열전대를 설치하여, 히터의 온도를 상승시켜 열전대에 의해 그 주위의 온도를 측정한다. 여기서, 각 부의 열전대는 그 주변 근방의 온도밖에 측정할 수 없으므로, 각 열전대의 측정 결과로부터 처리 용기 내의 전체의 온도 분포를 상정하고 있었다.
그러나, 이 검사를 행할 때에는 처리 용기를 대기 개방하여, 열전대를 설치할 필요가 있고, 이와 같은 검사의 사전 준비에 많은 작업 시간이 걸리고 있었다. 또한, 상기와 같이 처리 용기 내의 전체의 온도는 핀 포인트에서 측정된 복수의 온도로부터 상정한 것이므로, 실제의 온도와 어긋나 있을 우려가 있었다.
특허 문헌 1에는 박막을 기상 성장시키기 위한 반응로 내에 설치되는 회전식 서셉터 상에 적재되는 기판의 온도 분포 측정 방법이 기재되어 있다. 당해 방법에서는, 소정 위치에 설치된 온도 측정부에 의해, 회전하는 서셉터 상에 적재되는 기판의 표면 온도를 연속적으로 측정하고, 서셉터의 회전수에 관한 정보에 기초하여, 서셉터의 회전에 수반하여 변이되는 기판의 측정점의 궤적을 해석하고, 그 해석 결과에 기초하여, 온도 측정부에 의해 측정된 온도 데이터를 각 측정점에 대응시킴으로써 기판 표면의 온도 분포를 산정하도록 하고 있다.
일본 특허 출원 공개 평11-106289
본 발명은 상기한 사정 하에 이루어진 것으로, 그 목적은 처리 용기 내에서 기판이 적재되는 동시에 회전하는 회전 테이블을 구비한 열처리 장치에 있어서, 처리 용기 내의 온도 분포를 용이하고 또한 상세하게 추측하는 기술을 제공하는 것이다.
본 발명의 형태에 따르면,
기판을 적재하는 회전 테이블이 내부에 설치된 처리 용기와, 당해 처리 용기를 가열하는 가열부를 포함하는 열처리 장치의 상기 처리 용기 내의 온도 분포를 추정하는 온도 측정 장치이며,
상기 회전 테이블의 일면측을 당해 회전 테이블의 직경 방향으로 주사함으로써, 당해 직경 방향을 따른 복수의 온도 측정 영역의 온도를 측정 가능하게 설치된 방사 온도 측정부와,
상기 처리 용기 내의 온도 분포의 측정 지시를 접수하는 지시 접수부와,
상기 지시 접수부가 상기 처리 용기 내의 온도 분포의 측정 지시를 접수하면, 상기 가열부에 의한 상기 처리 용기의 가열을 개시하는 동시에 상기 회전 테이블을 정지시키고, 상기 가열부에 의한 상기 처리 용기의 가열의 개시로부터 소정의 시간 경과 후에, 상기 방사 온도 측정부에 의해 상기 회전 테이블의 상기 일면측을 당해 회전 테이블의 직경 방향으로 주사하여 상기 복수의 온도 측정 영역의 온도를 측정하는 처리를, 상기 회전 테이블을 상기 방사 온도 측정부에 대해 회전시키면서 당해 회전 테이블의 둘레 방향에 걸쳐서 반복하고, 상기 방사 온도 측정부로부터 상기 회전 테이블의 상기 직경 방향 및 상기 둘레 방향의 복수의 상기 온도 측정 영역의 온도를 취득하는 동작 제어부와,
상기 방사 온도 측정부가 상기 회전 테이블의 직경 방향으로 주사하는 1주사마다의 상기 온도 측정 영역의 수 및 상기 회전 테이블의 회전수에 기초하여, 상기 동작 제어부가 상기 온도를 취득한 상기 온도 측정 영역의 어드레스를 특정하고, 당해 온도와 당해 어드레스를 대응시켜 기억부에 기억시키는 온도 맵 작성부와,
상기 처리 용기 내의 온도 분포의 추정값으로서, 상기 온도 맵 작성부가 상기 기억부에 기억된 상기 온도와 상기 어드레스에 기초하여, 상기 회전 테이블의 상기 일면측의 온도 분포를 표시하는 온도 데이터 표시 처리부를 포함하는 온도 측정 장치가 제공된다.
본 발명의 다른 형태에 따르면,
기판을 적재하는 상기 회전 테이블이 내부에 설치된 상기 처리 용기와,
당해 처리 용기를 가열하는 상기 가열부와,
상기 온도 측정 장치를 포함하는 열처리 장치가 제공된다.
본 발명의 다른 형태에 따르면,
기판을 적재하는 회전 테이블이 내부에 설치된 처리 용기와, 당해 처리 용기를 가열하는 가열부를 포함하는 열처리 장치의 상기 처리 용기 내의 온도 분포를 추정하는 방법이며,
상기 처리 용기 내의 온도 분포의 측정 지시에 기초하여, 상기 가열부에 의한 상기 처리 용기의 가열을 개시하는 동시에 상기 회전 테이블을 정지시키는 스텝과,
상기 가열부에 의한 상기 처리 용기의 가열의 개시로부터 소정의 시간 경과 후에, 상기 회전 테이블의 일면측을 당해 회전 테이블의 직경 방향으로 주사함으로써, 당해 직경 방향을 따른 복수의 온도 측정 영역의 온도를 측정 가능하게 설치된 방사 온도 측정부에 의해 상기 회전 테이블의 상기 일면측을 당해 회전 테이블의 직경 방향으로 주사하여 상기 복수의 온도 측정 영역의 온도를 측정하는 처리를, 상기 회전 테이블을 상기 방사 온도 측정부에 대해 회전시키면서 당해 회전 테이블의 둘레 방향에 걸쳐서 반복하고, 상기 방사 온도 측정부로부터 상기 회전 테이블의 상기 직경 방향 및 상기 둘레 방향의 복수의 상기 온도 측정 영역의 온도를 취득하는 스텝과,
상기 방사 온도 측정부가 상기 회전 테이블의 직경 방향으로 주사하는 1주사마다의 상기 온도 측정 영역의 수 및 상기 회전 테이블의 회전수에 기초하여, 상기 복수의 상기 온도 측정 영역의 온도를 취득하는 스텝에서 상기 온도를 취득한 상기 온도 측정 영역의 어드레스를 특정하고, 당해 온도와 당해 어드레스를 대응시켜 기억부에 기억시키는 스텝과,
상기 처리 용기 내의 온도 분포의 추정값으로서, 상기 기억부에 기억된 상기 온도와 상기 어드레스에 기초하여, 상기 회전 테이블의 상기 일면측의 온도 분포를 표시하는 스텝을 구비한 온도 측정 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 형태에 따르면,
상기 온도 측정 방법을 실행하도록 스텝이 구성된 기억 매체가 제공된다.
도 1은 본 발명의 열처리 장치의 실시 형태에 관한 성막 장치의 종단 측면도.
도 2는 상기 성막 장치의 내부의 개략 구성을 도시하는 사시도.
도 3은 상기 성막 장치의 진공 용기의 저부의 종단면도.
도 4는 온도 측정부의 온도 측정 영역을 도시하는 설명도.
도 5는 온도 측정부의 개략도.
도 6은 온도 측정부의 개략도.
도 7은 온도 측정부의 개략도.
도 8은 스캔되는 포인트를 도시한 모식도.
도 9는 상기 성막 장치에 설치되는 제어부의 블록도.
도 10은 스캔되는 포인트와 상기 제어부의 테이블의 관계를 나타내는 모식도.
도 11은 상기 테이블의 구성을 도시하는 설명도.
도 12는 이동하는 온도 측정 영역의 위치를 도시하는 평면도.
도 13은 상기 제어부를 구성하는 표시부에 표시되는 회전 테이블의 온도 분포를 나타낸 모식도.
도 14는 상기 제어부를 구성하는 표시부에 표시되는 회전 테이블의 온도 분포를 나타낸 모식도.
도 15는 회전 테이블의 직경 방향의 위치와 온도의 관계를 나타내는 그래프도.
도 16은 회전 테이블의 직경 방향의 위치와 온도의 관계를 나타내는 그래프도.
도 17은 회전 테이블의 직경 방향의 위치와 온도의 관계를 나타내는 그래프도.
도 18은 회전 테이블의 직경 방향의 위치와 온도의 관계를 나타내는 그래프도.
도 19는 동작 제어부의 수순을 설명하는 흐름도.
우선, 본 발명의 온도 측정 장치가 내장된 열처리 장치의 일 실시 형태인 성막 장치(1)에 대해 설명한다. 성막 장치(1)는 기판인 반도체 웨이퍼(이하 웨이퍼라고 기재함)(W)에 원자층 증착(Atomic Layer Deposition; ALD) 및 분자층 증착(Molecular Layer Deposition; MLD)을 행한다.
도 1, 도 2, 도 3은 각각 성막 장치(1)의 종단 측면도, 개략 사시도, 횡단 평면도이다.
성막 장치(1)는 대략 원 형상의 편평한 진공 용기(11)와, 회전 테이블(12)과, 반송 기구(2A)(도 3)와, 회전 구동 기구(12a)와, 히터(20)와, 제1 반응 가스 노즐(21), 분리 가스 노즐(22), 제2 반응 가스 노즐(23) 및 분리 가스 노즐(24)(도 2, 도 3)과, 방사 온도 측정부(3)와, 제어부(5)를 포함한다.
회전 구동 기구(12a)는 회전 테이블(12)을 둘레 방향으로 회전시킨다. 반송 기구(2A)는 웨이퍼(W)를 반송한다. 히터(20)는 회전 테이블(12)의 하방에 설치되어 있다.
진공 용기(11)는 천장판(13)과, 진공 용기(11)의 측벽 및 저부를 이루는 용기 본체(14)에 의해 구성되어 있다. 진공 용기(11)는 대기 분위기에 설치되어, 내부를 기밀하게 유지하는 구성으로 되어 있다. 진공 용기(11)는 진공 용기(11) 내를 기밀하게 유지하기 위한 시일 부재(11a)(도 1)와, 용기 본체(14)의 중앙부를 막는 커버(14a)와, 배기구(26)와, 반송구(17)(도 2, 도 3)와, 반송구(17)를 개폐 가능한 셔터(18)(도 3)를 더 포함한다.
성막 장치(1)의 구성 및 열처리 시(성막 시)의 동작을 설명한다.
회전 테이블(12)은 진공 용기(11) 내에 수평으로 설치되어 있다. 회전 테이블(12)의 표면에는 당해 회전 테이블(12)의 회전 방향(둘레 방향)을 따라서, 웨이퍼(W)를 적재하기 위한 5개의 오목부(16)가 형성되어 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 반송 기구(2A)가 웨이퍼(W)를 보유 지지한 상태에서 반송구(17)로부터 진공 용기(11) 내로 진입하면, 반송구(17)에 대응하는 위치의 오목부(16)의 구멍(16a)으로부터 회전 테이블(12) 상에 도시하지 않은 승강 핀이 돌출되어 반송 기구(2A)로부터 받는 웨이퍼(W)를 보유 지지한다. 이에 의해, 승강 핀을 통해 반송 기구(2A)로부터 오목부(16)로 웨이퍼(W)가 전달된다.
이와 같은 반송 기구(2A), 승강 핀 및 회전 테이블(12)에 의한 일련의 동작이 반복되어, 각 오목부(16)로 웨이퍼(W)가 전달된다. 예를 들어, 웨이퍼(W)로의 처리가 처리된 후에, 진공 용기(11)로부터 웨이퍼(W)가 반출될 때에는, 승강 핀이 오목부(16) 내의 웨이퍼(W)를 밀어 올려, 반송 기구(2A)가 밀어 올려진 웨이퍼(W)를 수취하여, 진공 용기(11)의 외부로 반출한다.
회전 테이블(12) 상에는 각각 회전 테이블(12)의 외주로부터 중심을 향해 신장되는 막대 형상의 제1 반응 가스 노즐(21), 분리 가스 노즐(22), 제2 반응 가스 노즐(23) 및 분리 가스 노즐(24)이, 이 순서로 둘레 방향으로 배치되어 있다. 이들 가스 노즐(21 내지 24)은 하방에 개구부를 구비하고, 회전 테이블(12)의 직경에 따라서 각각 가스를 공급한다. 본 실시 형태에 있어서, 예를 들어 제1 반응 가스 노즐(21)은 제1 반응 가스로서 BTBAS(비스터셜부틸아미노실란) 가스를, 제2 반응 가스 노즐(23)은 제2 반응 가스로서 O3(오존) 가스를 각각 토출한다. 분리 가스 노즐(22, 24)은 분리 가스로서 N2(질소) 가스를 토출한다.
진공 용기(11)의 천장판(13)은 하방으로 돌출되는 부채 형상의 2개의 돌출 형상부(25)를 구비하고, 돌출 형상부(25)는 둘레 방향으로 간격을 두고 형성되어 있다. 분리 가스 노즐(22, 24)은 각각 돌출 형상부(25)에 깊이 들어가는 동시에, 돌출 형상부(25)를 둘레 방향으로 분할하도록 설치되어 있다. 제1 반응 가스 노즐(21) 및 제2 반응 가스 노즐(23)은 각 돌출 형상부(25)로부터 이격되어 설치되어 있다.
배기구(26)는 용기 본체(14)의 저면에 있어서 각 돌출 형상부(25)의 하방의 분리 영역(D)으로부터 회전 테이블(12)의 직경 방향 외측을 향한 위치에 개방되어 형성된다.
각 오목부(16)에 웨이퍼(W)가 적재되면, 배기구(26)로부터 배기되어, 진공 용기(11) 내가 진공 분위기로 된다. 그리고, 회전 테이블(12)이 회전하는 동시에, 히터(20)에 의해 회전 테이블(12)을 통해 웨이퍼(W)가, 예를 들어 350℃로 가열된다. 도 3 중 화살표 27은 회전 테이블(12)의 회전 방향을 나타내고 있다.
계속해서, 각 가스 노즐(21 내지 24)로부터 가스가 공급되고, 웨이퍼(W)는 제1 반응 가스 노즐(21)의 하방의 제1 처리 영역(P1)과 제2 반응 가스 노즐(23)의 하방의 제2 처리 영역(P2)을 교대로 통과하여, 웨이퍼(W)에 BTBAS 가스가 흡착되고, 계속해서 O3 가스가 흡착되고 BTBAS 분자가 산화되어 산화 실리콘의 분자층이 1층 혹은 복수층 형성된다. 이와 같이 하여 산화 실리콘의 분자층이 순차 적층되어 소정의 막 두께의 실리콘 산화막이 성막된다.
이 성막 처리 시에 분리 가스 노즐(22, 24)로부터 분리 영역(D)으로 공급된 N2 가스가, 당해 분리 영역(D)을 둘레 방향으로 넓히고, 회전 테이블(12) 상에서 BTBAS 가스와 O3 가스가 혼합되는 것을 방지하여, 잉여의 BTBAS 가스 및 O3 가스를, 배기구(26)로 흘려 보낸다. 또한, 이 성막 처리 시에는, 회전 테이블(12)의 중심부 영역 상의 공간(28)에 N2 가스가 공급된다. 천장판(13)에 있어서, 링 형상으로 하방으로 돌출된 돌출부(29)의 하방을 통해, 이 N2 가스가 회전 테이블(12)의 직경 방향 외측으로 공급되어, 상기 중심부 영역(C)에서의 BTBAS 가스와 O3 가스의 혼합이 방지된다. 도 3에서는 화살표에 의해 성막 처리 시의 각 가스의 흐름을 도시하고 있다. 또한, 도시는 생략하고 있지만, 커버(14a) 내 및 회전 테이블(12)의 이면측에도 N2 가스가 공급되어, 반응 가스가 퍼지되도록 되어 있다.
다음에, 본 실시 형태에 있어서의 성막 장치(1)의 방사 온도 측정부(3)에 의해, 진공 용기(11)의 온도 분포를 측정하는 개요를 설명한다.
도 4는 천장판(13) 및 회전 테이블(12)의 부분적인 단면도이다. 이하, 도 4도 참조하면서 설명한다. 도 4는 도 3의 가스 노즐(21)과, 분리 가스 노즐(24) 사이의 영역에 배치된 쇄선으로 나타내는 슬릿(31)을 따른 단면에 대응한다.
천장판(13)에는, 도 3의 쇄선으로 나타내는 위치에, 회전 테이블(12)의 직경 방향으로 신장된 슬릿(31)이 개방되어 있다. 슬릿(31)은 적어도 회전 테이블(12)에 형성된 오목부(16)의 직경 방향 전체에 대응하도록 형성된다. 본 실시 형태에 있어서, 슬릿(31)은 회전 테이블(12)의 직경 방향 전체에 대응하도록 형성된다.
성막 장치(1)는 슬릿(31)의 상하를 덮도록 설치된 하측 투과판(32) 및 상측 투과판(33)을 포함한다. 이들 하측 투과판(32), 상측 투과판(33)은 방사 온도 측정부(3)에 의한 온도 측정이 가능하도록, 예를 들어 사파이어 등, 회전 테이블(12)의 표면측으로부터 방사되는 적외선을 투과 가능한 동시에, 진공 용기(11) 내를 기밀하게 유지하는 것이 가능한 재료에 의해 구성되어 있다. 이에 의해, 본 실시 형태에 있어서, 진공 용기(11) 내를 기밀하게 유지한 상태에서, 회전 테이블(12)의 온도를 측정할 수 있다.
방사 온도 측정부(3)는, 비접촉 온도계이다. 방사 온도 측정부(3)는 슬릿(31)의 상방에 설치되어 있다. 본 실시 형태에 있어서, 도 4 중 회전 테이블(12)의 표면으로부터 방사 온도 측정부(3)의 하단부까지의 높이 H는, 예를 들어 500㎜이다. 본 실시 형태에 있어서, 방사 온도 측정부(3)는 회전 테이블(12)의 일면측을 회전 테이블(12)의 직경 방향으로 주사함으로써, 당해 직경 방향에 따른 복수 개소의 온도를 측정 가능하게 설치되어 있다.
도 5 내지 도 7은 방사 온도 측정부(3)의 개략 구성과, 동작의 개략을 도시한다.
방사 온도 측정부(3)는 반사면(303 내지 305)을 갖는 회전체(302)와, 적외선을 수광하는 수광부(301a)를 포함하는 검출부(301)를 포함한다.
검출부(301)는 적외선을 수광하고, 수광한 적외선량에 따른 온도 측정값을 산출하는 적외선 센서이다. 본 실시 형태에 있어서, 검출부(301)의 수광부(301a)는 회전체(302)의 반사면(303 내지 305)에서 반사된 적외선을 수광한다.
본 실시 형태에 있어서, 회전체(302)는 평면에서 볼 때 3각 형상으로 구성되고, 회전체(302)의 3개의 각 측면은 반사면(303 내지 305)으로서 구성되어 있다. 도 5에 도시한 바와 같이, 회전체(302)는 회전축(306)을 중심으로 하여 도면 중 화살표로 나타내는 방향으로 회전한다. 여기서, 회전체(302)는, 예를 들어 50㎐로 회전하는 서보 모터에 의해 구성할 수 있다.
회전체(302)의 반사면(303 내지 305)은 검출부(301)의 수광부(301a)에 대향하는 위치에 있을 때에, 천장판(13)의 슬릿(31) 아래의 회전 테이블(12)의 일면측으로부터 방사되는 적외선을 반사 가능하게 구성된다.
검출부(301)는 회전체(302)의 반사면(303 내지 305) 중 어느 하나에서 반사된 적외선을 수광부(301a)가 수광 가능하게 구성 및 배치된다.
이와 같은 구성에 있어서, 검출부(301)의 수광부(301a)에 대향하는 위치에 있는 반사면(303 내지 305) 중 어느 하나와, 검출부(301)의 수광부(301a)와의 상대 위치에 기초하여 결정되는, 회전 테이블(12)의 일면측의 소정의 위치[이하, 온도 측정 영역(40)이라고 함]로부터 방사되는 적외선이 검출부(301)의 수광부(301a)에 수광된다. 도시한 예에서는, 검출부(301)의 수광부(301a)와 대향하는 회전체(302)의 반사면(303)의 수광부(301a)와 수평한 개소에서 반사되는 회전 테이블(12)의 일면측의 위치가 온도 측정 영역(40)으로 된다.
검출부(301)는 수광한 적외선량에 따른 온도 측정값을 산출한다. 검출부(301)가 산출한 온도 측정값은 제어부(5)(도 1)로 순차 송신된다.
또한, 회전체(302)는, 각 반사면(303 내지 305)은 검출부(301)의 수광부(301a)와 대향하는 배치로 회전되었을 때에, 온도 측정 영역(40)이, 회전 테이블(12)의 일면측의 내측으로부터 외측 방향을 향해 이동하도록 구성된다. 즉, 본 실시 형태에 있어서, 회전체(302)의 1변[반사면(303 내지 305)]은 회전 테이블(12)의 내경측으로부터 외경측을 주사하는 길이에 대응한 구성으로 되어 있다. 이와 같은 구성에 의해, 회전 테이블(12)의 내측으로부터 외측에 걸쳐서 규칙적으로 연속적인 주사를 행할 수 있다. 이에 의해, 고속의 주사가 가능해진다. 또한, 회전 테이블(12)의 회전 속도에 의존하는 일 없이 회전 테이블(12)의 내경측으로부터 외경측을 주사할 수 있고, 회전 테이블(12)이 정지한 상태, 저속 회전하고 있는 상태 및 고속 회전하고 있는 상태 중 어느 것에 있어서도 온도 측정을 양호하게 행할 수 있다. 또한, 여기서는 회전체(302)가 평면에서 볼 때 3각 형상으로 형성된 예를 나타내고 있지만, 회전체(302)의 각 반사면이, 회전 테이블(12)의 내경측으로부터 외경측을 주사하는 길이에 대응한 구성으로 되어 있으면, 회전체(302)는 평면에서 볼 때 3각 형상 이외의 다각형 형상으로 할 수도 있다.
도 5 내지 도 7에 도시한 바와 같이, 회전체(302)의 반사면(303)이 검출부(301)의 수광부(301a)와 대향하는 위치에 있는 상태에서 회전체(302)가 회전축(306)의 주위로 회전하면, 회전 테이블(12)에 있어서의 온도 측정 영역(40)이 회전 테이블(12)의 내측(도면 중 우측)으로부터 외측(도면 중 좌측)으로 이동해 간다. 온도 측정 영역(40)이 회전 테이블(12)의 외측으로 이동해 버리면, 회전체(302)의 반사면(305)이 검출부(301)의 수광부(301a)와 대향하게 되어, 웨이퍼(W)를 포함하는 회전 테이블(12)에 있어서의 온도 측정 영역(40)은 다시 회전 테이블(12)의 내측으로 이동하도록 되어 있다.
이 상태에서, 회전체(302)가 회전축(306)의 주위로 회전하면, 회전 테이블(12)에 있어서의 온도 측정 영역(40)이, 다시 회전 테이블(12)의 내측으로부터 외측으로 이동해 간다. 본 실시 형태에 있어서, 이와 같은 수순을 반복함으로써, 방사 온도 측정부(3)는 회전 테이블(12)의 내측으로부터 외측을 향한 스캔을 반복해서 연속적으로 행할 수 있다.
또한, 검출부(301)는 회전체(302)의 반사면(303 내지 305)의 1개로부터 연속해서, 예를 들어 128회 적외선을 도입함으로써, 직경 방향의 128개소의 온도를 검출할 수 있도록 구성되어 있다.
본 실시 형태에 있어서, 상술한 바와 같이, 예를 들어 회전체(302)를 50㎐로 회전하는 서보 모터에 의해 구성한 경우, 회전체(302)는 3개의 반사면(303 내지 305)을 가지므로, 방사 온도 측정부(3)가 회전 테이블(12)의 내측으로부터 외측을 향해 스캔하는 속도는 150㎐로 할 수 있다. 즉, 방사 온도 측정부(3)는 1초 동안에 150회 스캔을 행할 수 있다. 또한, 방사 온도 측정부(3)는 온도 측정 영역(40)의 직경이, 예를 들어 5㎜로 되도록 구성할 수 있다.
방사 온도 측정부(3)는 회전 테이블(12)에 있어서 웨이퍼(W)가 적재되는 오목부(16)보다도 더욱 내측의 위치로부터, 회전 테이블의 외주 단부에 이르는 범위에서 행하는 스캔을 행하는 구성으로 할 수 있다. 도 4 중 쇄선(34 및 35)은 회전 테이블(12)의 가장 내주측 및 가장 외주측으로 각각 이동한 온도 측정 영역(40)으로부터 방사 온도 측정부(3)를 향하는 적외선을 나타내고 있다.
본 실시 형태에 있어서, 방사 온도 측정부(3)가 스캔을 행하는 동안, 회전 테이블(12)이 회전된다.
도 8은 회전 테이블(12)과 온도 측정 영역(40)의 관계를 나타내는 평면도이다.
방사 온도 측정부(3)는 천장판(13)의 슬릿(31) 아래의 회전 테이블(12) 상을 내측으로부터 외측을 향해 스캔한다.
예를 들어, n회째(n은 정수)의 스캔에 있어서, 회전 테이블(12)의 라인(41)으로 나타내는 개소가 천장판(13)의 슬릿(31) 아래에 위치하고 있던 경우, 방사 온도 측정부(3)는 라인(41) 상을 내측으로부터 외측으로 스캔하여 복수의 온도 측정 영역(40)의 온도를 측정한다. 이 후, 회전 테이블(12)이 화살표(27)의 방향으로 회전되어, n＋1회째(n은 정수)(n은 정수)의 스캔에 있어서, 회전 테이블(12)의 라인(42)으로 나타내는 개소가 천장판(13)의 슬릿(31) 아래에 위치한 경우, 방사 온도 측정부(3)는 라인(42) 상을 내측으로부터 외측으로 스캔하여 복수의 온도 측정 영역(40)의 온도를 측정한다. 도 8은 이 상태를 도시한다.
상술한 바와 같이, 검출부(301)가 회전체(302)의 반사면(303 내지 305)의 1개로부터 연속해서, 예를 들어 128회 적외선을 도입하는 구성으로 되어 있는 경우, 각 라인(41 또는 42) 상에는 128개의 온도 측정 영역(40)이 존재하게 된다.
회전 테이블(12)의 회전에 의해, 회전 테이블(12)의 회전 중심(P)을 중심으로 하여, 스캔 라인(41 및 42)은 회전 테이블(12)의 회전 속도에 따른 각도만큼 중심각이 서로 어긋난다. 이와 같이 회전 테이블(12)을 회전시키면서 스캔을 반복함으로써, 회전 테이블(12)의 다수의 위치의 온도 측정값을 순차 취득한다.
이에 의해, 방사 온도 측정부(3)에 의해, 회전 테이블(12)의 둘레 방향의 복수의 개소의 온도를 측정할 수 있다.
본 실시 형태에서는 회전 테이블(12)의 온도를 측정함으로써, 성막 장치(1)의 진공 용기(11) 내의 온도 분포를 측정한다. 이하, 그 수순을 설명한다.
본 실시 형태에 있어서, 회전 테이블(12)은, 예를 들어 석영 등, 진공 용기(11) 내가 히터(20)에 의해 가열되어 진공 용기(11) 내에 온도 분포가 형성될 때에, 동일한 온도 분포가 형성되는 재료에 의해 구성된다. 또한, 회전 테이블(12)의 표면측이라 함은, 웨이퍼(W)도 포함한다.
우선, 회전 테이블(12)을 정지시킨 상태에서 진공 용기(11) 내를 히터(20)에 의해 가열한다. 이에 의해, 진공 용기(11) 내에 온도 분포가 형성된다. 여기서, 회전 테이블(12)을 소정의 시간 정지시킨다. 그로 인해, 회전 테이블(12)에도 진공 용기(11) 내에 형성된 온도 분포와 동일한 온도 분포가 형성된다. 그리고, 회전 테이블(12)의 열용량에 의해 이 온도 분포가 형성되어 있는 동안에, 방사 온도 측정부(3)에 의해 회전 테이블(12)의 표면의 온도를 스캔하여, 당해 온도 분포를 측정한다. 즉, 진공 용기(11)의 온도 분포가 회전 테이블(12)의 온도 분포에 일치하는 것으로 보고, 회전 테이블(12)의 온도 분포를 측정한다. 여기서, 회전 테이블(12)의 회전 속도는, 예를 들어 12회전/분으로 할 수 있다.
계속해서, 성막 장치(1)에 설치되는 컴퓨터인 제어부(5)의 구성에 대해, 도 9의 블록도를 사용하여 설명한다.
제어부(5)는 버스(51), CPU(52), 온도 맵 기억부(53), 표시부(54), 지시 접수부(55), 온도 맵 작성부(56), 온도 데이터 표시 처리부(57) 및 동작 제어부(58)를 포함한다. 또한, 표시부(54), 지시 접수부(55), 온도 맵 작성부(56), 온도 데이터 표시 처리부(57) 및 동작 제어부(58)는 CPU(52) 및 CPU(52)로 실행되는 프로그램에 의해 실현되는 제어부(5)의 기능적인 블록에 상당한다. 도시하고 있지 않지만, 제어부(5)는 이들 프로그램을 기억하는 기억부를 갖는다.
버스(51)에는 방사 온도 측정부(3), CPU(52), 온도 맵 기억부(53), 표시부(54), 지시 접수부(55), 온도 맵 작성부(56), 온도 데이터 표시 처리부(57) 및 동작 제어부(58)가 접속되어 있다. 온도 맵 기억부(53)는, 후술하는 바와 같이 회전 테이블(12)의 각 어드레스와 온도 측정값을 대응시킨 온도 맵 데이터(온도 데이터)를 기억하는 메모리이다.
표시부(54)는 회전 테이블(12)의 온도 분포를 나타내는 화상 데이터나, 회전 테이블(12)의 직경 방향과 온도의 관계를 나타내는 그래프 데이터나, 상기 직경 방향의 온도의 평균값과 시간의 관계를 나타내는 그래프 데이터 등을 표시한다.
지시 접수부(55)는 사용자의 소정의 조작에 기초하는 지시를 접수한다. 본 실시 형태에 있어서, 지시 접수부(55)는 온도 분포에 관한 데이터의 표시 형태의 지정을 접수하는 표시 지정 접수부로서도 기능한다. 표시 형태라 함은, 예를 들어 온도에 따른 컬러 스폿의 집합에 의해, 회전 테이블(12)의 컬러 화상을 표시하는 형태나 사용자에게 지정된 각도에 따른 직선 영역의 온도 분포를 나타내는 그래프를 표시하는 형태 등을 포함할 수 있다.
온도 맵 작성부(56)는 방사 온도 측정부(3)로부터 도입한 상술한 온도 측정값으로부터 온도 맵을 작성하는 프로그램에 의해 실현할 수 있다.
온도 데이터 표시 처리부(57)는, 이 예에서는 지시 접수부(55)에 의해 지정된 표시 형태에 기초하여, 온도 맵 데이터로부터 회전 테이블(55)의 일면측에 있어서의 스캔 영역 전체의 온도 분포를 컬러 화상으로 식별하여 표시부(54)에 표시하기 위한 프로그램으로부터 실현할 수 있다.
이들 온도 맵 작성부(56) 및 온도 데이터 표시 처리부(57)를 실현하는 프로그램에는 각각 온도 맵의 작성, 표시부(54)로의 각 데이터의 표시를 행할 수 있도록 명령(각 스텝)이 내장되어, 장치의 각 부에 제어 신호를 출력한다.
동작 제어부(58)는 성막 장치(1)의 각 부의 동작을 제어한다. 동작 제어부(58)는 본 실시 형태에 있어서, 성막 장치(1)의 진공 용기(11) 내의 온도 분포를 측정하기 위해 성막 장치(1)의 각 부의 동작을 제어하는 수순이나 명령(각 스텝)이 내장된 프로그램에 의해 실현할 수 있다.
이들 프로그램(처리 파라미터의 입력 조작이나 표시에 관한 프로그램도 포함함)은 컴퓨터 기억 매체, 예를 들어 플렉시블 디스크, 콤팩트 디스크, 하드 디스크, MO(광자기 디스크) 메모리 카드 등의 기억 매체에 저장되어 제어부(5)에 인스톨된다.
온도 맵 데이터를 작성하기 위해, 회전 테이블(12)의 표면에 할당되는 어드레스에 대해 설명한다. 도 10에 일례를 도시한다.
이 어드레스는 회전 테이블(12)의 직경 방향의 위치를 특정하는 좌표 r과 회전 테이블(12)의 둘레 방향의 위치를 특정하는 θ에 의해, 극좌표로 할당되어 있다. 온도 맵 작성부(56)는 방사 온도 측정부(3)에 의해 취득된 각 온도 측정 영역(40)의 온도 측정값을, 당해 온도 측정 영역(40)에 대응하는 어드레스에 할당하여 온도 맵 데이터를 작성한다. 상기와 같이 방사 온도 측정부(3)는 1회의 스캔으로 직경 방향의 128개소의 온도를 검출하기 위해, r좌표는 회전 테이블(12)의 주사 포인트(온도 측정 영역)로부터 순서대로 각 주사 포인트에 대응시켜 1 내지 128까지의 번지가 할당된다. r좌표의 값이 작을수록 회전 테이블(12)의 내측으로부터의 영역으로 된다. θ 좌표는 회전 테이블(12)의 회전 중심(P)을 기준으로 한 0.5° 피치의 각도로 설정되어, 0 내지 355.5 중 0.5 피치의 번지가 할당된다. 또한, 이 피치 각도는 일례를 든 것에 지나지 않고, 이 값으로 한정되는 것은 아니다. 회전 테이블(12)의 회전 방향 상류측을 향할수록 θ의 값이 커진다. 그리고, θ＝0의 어드레스의 회전 방향 하류측의 이웃의 영역은 θ＝355.5의 어드레스로서 설정하고 있다.
도 10에서는 r이 1 내지 128, 또한 θ가 1, 1.5인 어드레스의 분포를 나타내고 있다.
도 10에 도시한 바와 같이 회전 중심(P)에 가까울수록 회전 테이블(12)의 둘레 방향의 길이는 짧아지므로, r이 65 내지 128인 범위에서는 온도 측정 데이터를 θ＝1, 1.5의 어드레스에 각각 할당하지만, r이 1 내지 64인 범위에서는 온도 측정 데이터를 θ＝1로 하여 취급한다. 다른 θ＝0.5 내지 1 이외의 범위에 있어서도, r이 1 내지 64인 범위에서는 θ＝m＋0.5(m은 정수)를 m으로 하여 취급한다. 또한, 도면 중 A로 나타내는 회전 중심(P)으로부터 볼 때, θ＝1, 1.5인 어드레스의 개형선과, 회전 중심(P)이 이루는 각은 실제로는 1°이지만, 각 어드레스의 표시가 작아져 보기 어려워지는 것을 방지하기 위해 1°보다도 크게 그리고 있다.
도 11은 온도 맵 기억부(53)에 기억되는 온도 맵 데이터의 구성의 일례를 도시하는 도면이다.
이 온도 맵에 있어서, 방사 온도 측정부(3)에 의해 검출된 온도 측정값은 그 온도 측정값을 취득한 온도 측정 영역(40)에 상당하는 어드레스(r, θ)에 대응하는 영역에 기입된다.
이 온도 측정 영역(40)과 어드레스(r, θ)의 대응에 대해 설명하면, 제어부(5)는 방사 온도 측정부(3)로부터 송신되는 온도 측정값이 검출 개시로부터 몇 번째로 전달된 온도 측정값인지 카운트하여 r의 값을 특정한다. 즉, 1번째로 보내진 온도 측정값이면 r＝1, 125번째로 보내진 온도 측정값이면 r＝125, 225번째로 보내진 온도 측정값이면 r＝225－128＝97이다.
본 실시 형태에 있어서, 온도 맵 작성부(56)는 제어부(5)의 클록과 회전 테이블(12)의 회전 속도를 파악 가능하게 구성되어 있다.
온도 맵 작성부(56)는 온도 측정을 개시하여 방사 온도 측정부(3)가 1회째에 행한 스캔으로 얻어진 온도 측정값을 θ＝0의 온도 측정값으로서 취급한다. θ＝0이라 함은, 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한 슬릿(31)이 형성된 개소에 대응한다. 계속해서, 온도 맵 작성부(56)는 이후에 행해지는 방사 온도 측정부(3)의 스캔에 의해 얻어진 온도 측정값에 대해서는, 제어부(5)의 클록과 회전 테이블(12)의 회전 속도에 기초하여, θ 및 r을 특정한다.
즉, 온도 맵 데이터의 작성을 1분간 행하였다고 하면, 회전 테이블(12)의 회전 속도가 12회전/분이면 0 내지 360°분의 온도 맵 데이터군이 12개 연속해서 취득된다. 따라서 측정 개시로부터 경과 시간에 따른 온도 맵 데이터를 취출할 수 있다. 또한, 후술하는 바와 같이 이 예에서는 회전 테이블(12)의 회전 속도에 비해, 방사 온도 측정부(3)의 스캔 속도가 충분히 빠르므로, 온도 측정값의 그래프를 표시할 때에는, 예를 들어 1회의 스캔에 의해 얻어진 온도 측정값은 동일한 시간에 얻어진 온도 측정값인 것으로서 취급하고 있다.
여기서, 회전 테이블(12)이 회전하면서 방사 온도 측정부(3)에 의한 스캔이 행해지므로, 도 12에 도시한 바와 같이 실제로는 온도 측정 영역(40)이 회전 테이블(12)의 내측으로부터 외측을 향해 이동하는 동안에 회전 테이블(12)로부터 보면, 온도 측정 영역(40)은 1회의 스캔 중에 당해 회전 테이블(12)의 회전 방향 상류측을 향해 커브하도록 이동한다.
그러나, 이 예에서는 커브의 굽힘의 정도가 작으므로, 온도 맵 작성부(56)는, 도 4에 도시한 바와 같이 1회의 스캔에 의해, 회전 테이블(12)의 직경 방향의 직선을 따라서 온도 측정 영역이 이동한 것으로서 취급하는 것으로 한다. 즉, 온도 맵 작성부(56)는 1회의 스캔에 있어서 얻어지는 온도 측정값의 r＝2 내지 128의 θ의 값이, r＝1의 θ의 값과 동일한 값인 것으로서 취급되어, 온도 맵 데이터를 작성한다.
그런데, 온도 측정을 행할 때의 회전 테이블(12)의 회전 속도는, 이 예에서는 12회전/분이므로, 도 8 중 θ1로 나타내는 연속해서 행해지는 스캔의 라인(41, 42)이 이루는 각은 하기의 수학식 1로부터 θ1은 0.48°이다.
[수학식 1]
Figure pat00001
즉, 1회 스캔을 행하면, 다음 스캔에서는 전회의 스캔에 대해 0.48°만큼 θ가 벗어난 것으로서, 온도 맵 데이터에 온도 측정값을 기입한다. 상기와 같이 θ는 0.5° 피치로 설정되어 있으므로, 예를 들어 연산된 θ가 0.5로 나누어 떨어지지 않는 수치인 경우, 제어부(5)는 θ의 값을 보다 가까운 0.5로 나누어 떨어지는 수치에 근사하고, 그 근사된 수치로 온도 맵 데이터에 기입된다.
또한, 이와 같이 θ를 근사함으로써, n회째의 스캔과 n＋1회째의 스캔과 동일한 어드레스의 온도 맵 데이터를 취득하게 되는 경우가 있지만, 그 경우에는, 예를 들어 n＋1회째의 스캔의 취득 데이터는 무효로 된다.
또한, 이상의 예에서는, θ 좌표를 회전 테이블(12)의 회전 중심(P)을 기준으로 한 0.5° 피치의 각도로 설정하는 예를 나타내고 있지만, 도 10에 도시한 바와 같이, 회전 테이블(12)의 회전 속도에 따라서 산출되는 각도(예를 들어, 0.48°) 피치의 각도로 설정할 수도 있다.
이 성막 장치(1)에 의한 진공 용기(11) 내의 온도 분포를 측정하는 수순의 일례를 설명한다.
예를 들어, 성막 처리 시와 마찬가지로 5매의 웨이퍼(W)가 오목부(16)에 적재된 상태에서, 사용자는 조작부(도시하지 않음)를 사용하여 소정의 조작을 행하고, 회전 테이블(12)을 정지한 상태에서 히터(20)의 스위치를 온으로 하여, 가열을 개시하는 지시를 행한다. 지시 접수부(55)는 사용자의 지시를 접수한다. 동작 제어부(58)는 지시 접수부(55)가 접수한 지시에 기초하여, 회전 테이블(12)을 정지한 상태에서 히터(20)의 스위치를 온으로 하여, 가열을 개시한다. 이에 의해, 히터(20)의 온도가 상승하기 시작하고, 시간의 경과와 함께, 히터(20)의 출력이 일정하게 유지되게 된다. 히터(20)의 출력이 일정하게 유지되면, 회전 테이블(12)의 온도가 안정되고, 그것에 의해, 진공 용기(11) 내의 온도 분포에 따라서 회전 테이블(12)[및 웨이퍼(W)]의 표면에 온도 분포가 형성된다.
가열의 개시로부터 소정의 시간 경과 후, 사용자는 조작부(도시하지 않음)로부터 소정의 조작을 행하고, 회전 테이블(12)[및 웨이퍼(W)]의 표면의 온도 측정을 행하는 지시를 한다. 지시 접수부(55)는 사용자의 지시를 접수한다. 동작 제어부(58)는 지시 접수부(55)가 접수한 지시에 기초하여, 회전 테이블(12)을 소정의 회전 속도, 예를 들어 12회전/분으로 회전시키는 동시에 방사 온도 측정부(3)에 의해 회전 테이블(12)의 내측으로부터 외측을 향해 반복해서 스캔을 행하고, 회전 테이블(12)[및 웨이퍼(W)]의 표면의 온도 측정을 행한다. 이때, 회전 테이블(12)의 열용량에 의해 회전 테이블(12) 표면의 온도 분포가 유지되어 있다.
온도 맵 작성부(56)는 스캔된 온도 측정 영역(40)에 대응하는 어드레스에, 방사 온도 측정부(3)가 측정한 측정 온도값을 대응시켜, 온도 맵 데이터로서 기억부(53)에 기억시킨다.
본 실시 형태에 있어서, 온도 맵 작성부(56)는 회전 테이블(12)이 360° 회전하면, 회전 테이블(12)의 회전, 방사 온도 측정부(3)의 스캔 및 온도 맵의 작성을 종료한다.
온도 데이터 표시 처리부(57)는 기억부(53)에 기억된 온도 맵 데이터를 참조하여, 스캔된 온도 측정 영역(40)에 대응하는 어드레스에 대응하는 위치에 당해 어드레스의 온도 측정값을, 당해 온도 측정값에 따른 컬러의 스폿으로서 표시부(54)에 표시한다. 이에 의해, 컬러 스폿의 집합에 의해, 회전 테이블(12)의 컬러 화상이 그려진다. 구체적으로는, 지시 접수부(55)가 사용자로부터의 지시를 접수하면, 회전 테이블(12)의 온도 분포, 즉 평면에서 본 진공 용기(11)의 온도 분포가 컬러 화상으로서 표시된다. 히터(20)의 출력을 각각 바꾸어, 실제로 온도 분포 측정을 행하여 얻어진 컬러 화상에 대해, 약간 간략화한 모식도를 도 13, 도 14로서 각각 도시하고 있다. 이들 컬러 화상은, 실제로는 온도 구배에 따른 컬러의 그라데이션이 가해진 상태로 도시되지만, 도 13, 도 14에서는 도시의 편의상, 온도차가 형성되어 있는 영역 사이를 등고선으로 구획하여 도시하고 있고, 짙은 그레이로 나타낸 영역 > 연한 그레이로 나타낸 영역 > 사선을 그은 영역의 순으로 온도가 높은 것을 나타낸다.
그런데, 동일한 값의 θ를 갖는 어드레스의 온도 측정값에 있어서, r의 값이 클수록 회전 테이블(12)의 주연부측의 컬러 스폿으로서 출력되지만, 도 12에서 설명한 바와 같이 회전 테이블(12)의 회전에 의해, 회전 테이블(12)의 직경 방향 외측을 향할수록, 실제로 온도를 측정한 위치가, 할당된 θ의 위치보다도 회전 방향 상류측으로 어긋나 있다. 따라서, 온도 데이터 표시 처리부(57)는 동일한 값의 θ를 갖는 온도 측정값에 대해, 회전 테이블(12)의 직경에 따라서 직선 상에 배열된 컬러로서 출력하는 것이 아니라, 회전 테이블(12)의 주연측을 향할수록 회전 방향 상류측을 향해 커브하는 곡선 상에 배열된 컬러 스폿으로서 출력할 수 있다. 그것에 의해, 진공 용기(11) 내의 실제의 온도 분포를 정밀도 높게 표시부(54)에 표시할 수 있다. 이 컬러 스폿의 커브의 정도는 측정을 행할 때의 회전 테이블(12)의 회전 속도에 따라서 결정할 수 있고, 온도 측정값의 취득 위치와, 당해 온도 측정값에 의한 컬러 스폿의 출력 위치가 대략 일치하도록 설정된다.
상기한 회전 테이블(12)의 컬러 화상 외에, 표시부(54)에 표시 가능한 표시 형태에 대해 설명한다. 사용자가, 상기한 회전 테이블(12)의 컬러 화상에 있어서, 그 직경 방향을 따른 임의의 직선 영역을 지정하면, 온도 데이터 표시 처리부(57)는 표시부(54)에, 그 직선 영역의 온도 분포를 나타내는 그래프를 표시한다.
도 15, 도 16은 도 13에 각각 θ1, θ2로 나타낸 영역을 사용자가 지정하여 표시된 그래프의 일례를 도시하고 있다. 도 17, 도 18은 도 14에 각각 θ3, θ4로 나타낸 영역을 사용자가 지정하여 표시된 그래프의 일례를 도시한다. 또한, θ1과 θ3은 동일한 영역이고, θ2와 θ4는 동일한 영역이다. 각 그래프의 횡축은 회전 중심(P)으로부터의 거리(단위:㎜)이고, 이 거리는 어드레스의 r의 좌표값에 대응되어 설정되어 있다. 종축은 온도(단위:℃)이다.
이와 같은 그래프가 작성되는 수순을 설명한다. 사용자가 상기와 같이 직선 영역을 지정한다. 상기와 같이 이 직선 영역에는, 다른 θ를 갖는 어드레스의 온도 측정값이 출력되어 있지만, 온도 데이터 표시 처리부(57)는, 예를 들어 그 직선 영역에 있어서 가장 직경 방향 내측에 컬러 스폿으로서 출력되어 있는 온도 측정값의 θ의 좌표를 검출한다. 그리고, 이 θ를 갖는 어드레스의 r＝1 내지 128의 온도 측정값을 사용하여 상기한 그래프가 작성된다.
본 실시 형태에 있어서의 성막 장치(1)에 따르면, 회전 테이블(12)을 소정 시간 정지시켜, 진공 용기(11) 내에 형성된 온도 분포를 회전 테이블(12)에 반영시킨다. 계속해서, 회전 테이블(12)이 온도 분포를 유지하고 있는 동안에, 회전 테이블(12)을 1회전시키고, 그 동안에 방사 온도 측정부(3)에 의해 회전 테이블(12)의 직경 방향을 따라서 반복해서 스캔하여 직경 방향의 온도를 측정한다.
또한, 온도 맵 작성부(56)는 제어부(5)의 클록과 회전 테이블(12)의 회전 속도를 파악 가능하게 구성되어 있다. 온도 맵 작성부(56)는 방사 온도 측정부(3)가 순차 취득하는 온도 측정값을 회전 테이블(12)[진공 용기(11) 내의 위치] 중 각 어드레스에 대응시켜 온도 맵 데이터로서 온도 맵 기억부(53)에 기억시킨다.
구체적으로는, 온도 맵 작성부(56)는 방사 온도 측정부(3)가 처음에 취득한 온도 측정값을, θ＝0인 슬릿(31)이 형성된 개소의 회전 테이블(12)의 내측의 위치(예를 들어 r＝1)에 대응시키고, 그 개소로부터 외측을 향해 128개분의 온도 측정값을 순차 θ＝0에서 r을 증가시킨 어드레스의 데이터로서 취득한다. 계속해서, 129개째의 온도 측정값을 회전 테이블(12)의 회전 방향과는 반대측의 방향에 있어서의 다음 각도(예를 들어 θ＝0.5°의 위치)에 있어서의 회전 테이블(12)의 내측의 위치(예를 들어, r＝1)에 대응시키고, 그 개소로부터 외측을 향해 128개분의 온도 측정값을 θ＝0.5에서 r을 순차 증가시킨 어드레스의 데이터로서 취득한다. 이와 같은 처리를, 회전 테이블(12)의 1주 전체에 걸쳐서 반복한다.
온도 데이터 표시 처리부(57)는 온도 맵 기억부(53)에 기억된 온도 맵 데이터에 기초하여 회전 테이블(12)의 온도 분포를 표시부(54)에 표시한다.
이상의 구성에 의해, 사용자는 표시부(54)에 표시되는 회전 테이블(12)의 컬러 화상이나 그래프에 의해, 진공 용기(11) 내의 온도 분포에 대해 상세하게 예측할 수 있다.
이상과 같이, 본 실시 형태에 있어서의 성막 장치(1)에 따르면, 열전대를 진공 용기(11) 내에 설치하는 수고가 없어진다. 또한, 열전대를 설치하기 위해 진공 용기(11) 내를 대기 개방하는 수고도 필요 없어진다. 그로 인해, 진공 용기(11) 내에 형성된 온도 분포를 용이하게 예측할 수 있다.
상기한 온도 분포의 측정은 장치의 개발 단계에서 행하거나, 웨이퍼(W)의 처리 동안의 메인터넌스 시에, 장치의 동작 상황을 확인하기 위해 행해도 좋다.
또한, 상기한 실시 형태에서는, 회전 테이블(12)을 비교적 느린 속도로 1회전시키는 동안에 스캔을 반복해서 행하여, 회전 테이블(12)의 각 부의 온도를 측정하고 있지만, 회전 테이블(12)을 빠른 속도로 반복해서 회전시키는 동안에, 스캔을 반복해서 행하여, 회전 테이블(12)의 각 부의 온도를 측정해도 좋다.
또한, 상기한 온도 분포의 측정은 회전 테이블(12)에 웨이퍼(W)가 적재되어 있지 않은 상태에서 행해도 좋다.
또한, 회전 테이블(12)의 오목부(16)에 웨이퍼(W)가 적재되어 있는 경우, 웨이퍼(W)를 구성하는 재료와 회전 테이블(12)을 구성하는 재료에서는, 열전도율이나 열용량이 다를 가능성이 있다. 그로 인해, 온도 맵 작성부(56)는 사용되는 재료의 종류에 따라서, 방사 온도 측정부(3)가 측정한 온도 측정값을 보정할 수 있다.
예를 들어, 온도 맵 작성부(56)는 회전 테이블(12)의 오목부(16)의 위치에 대응하는 온도 측정 영역(40)의 온도 측정값을, 회전 테이블(12)의 오목부(16) 이외의 위치의 온도 측정 영역(40)의 온도 측정값에 대해 보정할 수 있다. 온도 맵 작성부(56)는 회전 테이블(12)의 오목부(16) 이외의 위치에 대응하는 온도 환산값이나 회전 테이블(12)의 오목부(16)에 적재된 웨이퍼(W)에 대응하는 온도 환산값을 유지할 수 있다. 또한, 회전 테이블(12)의 오목부(16)의 위치의 검출은 미리 제어부(5)에 맵 데이터를 보존하고 있어도 좋고, 방사 온도 측정부(3)에 의해 측정된 측정 온도값에 기초하여, 예를 들어 패턴 매칭 등에 의해, 회전 테이블(12)의 오목부(16)의 위치를 검출하도록 할 수도 있다.
또한, 회전 테이블(12)의 오목부(16)에 웨이퍼(W)를 적재하고 있지 않은 경우라도, 오목부(16)의 오목함의 깊이가 다른 개소와 다르므로, 그 높이의 차이를 고려하여 보정을 해도 좋다.
또한, 성막 장치(1)에 의한 진공 용기(11) 내의 온도 분포를 측정하는 수순은 동작 제어부(58)가 제어하는 구성으로 할 수도 있다. 사용자로부터 온도 분포의 측정 개시의 지시를 접수하면, 동작 제어부(58)는 회전 테이블(12)을 정지한 상태에서 히터(20)의 스위치를 온으로 하여, 가열을 개시한다. 이 후, 히터가 소정의 온도로 되어, 회전 테이블(12)의 온도가 안정되기 위한, 미리 설정된 시간이 경과하면, 동작 제어부(58)는 회전 테이블(12)의 회전과, 방사 온도 측정부(3)의 스캔을 개시하도록 제어한다.
도 19는 동작 제어부(58)의 수순을 설명하는 흐름도이다.
사용자로부터 온도 분포의 측정 개시의 지시가 있으면(스텝 S100의 예), 동작 제어부(58)는 히터(20)의 스위치를 온으로 하여 진공 용기(11)의 가열을 개시한다(스텝 S101). 가열의 개시로부터 소정의 시간 경과 후(스텝 S102의 예), 동작 제어부(58)는 방사 온도 측정부(3)에 의한 측정을 개시하고, 회전 테이블(12)의 내측으로부터 외측을 항한 스캔 및 회전 테이블(12)의 회전을 개시한다(스텝 S104). 여기서, 온도 맵 작성부(56)는 동작 제어부(58)의 지시에 기초하여, 스캔된 온도 측정 영역(40)에 대응하는 어드레스에, 방사 온도 측정부(3)가 측정한 측정 온도값을 대응시켜, 온도 맵 데이터를 작성한다.
히터(20)의 스위치가 온으로 된 후 회전 테이블(12)의 표면에 진공 용기(11) 내의 온도 분포를 따른 온도 분포가 형성되게 될 때까지 필요로 하는 소정의 시간은 히터(20)의 종류, 회전 테이블(12)이나 웨이퍼(W)를 구성하는 재료의 종류나 막 두께 등에 따라서 시뮬레이션 등에 의해 미리 구해 둘 수 있고, 제어부(5)에 기억시켜 둘 수 있다.
이 후, 회전 테이블(12)의 1주분의 처리가 종료되면(스텝 S106의 예), 성막 장치(1)에 의한 진공 용기(11) 내의 온도 분포를 측정하는 처리가 종료된다.
또한, 회전 테이블(12)의 1주분(360°)의 처리가 종료된 후, 또한 일정 기간 회전 테이블(12)을 정지하여 소정의 기간 경과 후에 다시 온도를 측정하는 처리를 반복해도 좋다. 그때, 회전 테이블의 진공 용기(11)에 대한 위치를 전회와 동일하게 하는 동시에, 회전 테이블(12)의 동일한 개소를 측정하도록 하여, 평균을 취해도 좋다. 또한, 회전 테이블의 진공 용기(11)에 대한 위치를 전회와 동일하게 하는 동시에, 회전 테이블(12)의 전회와는 다른 개소에서 측정한 바와 같이 조금 어긋나게 하여 다수의 점에서 측정하도록 해도 좋다.
또한, 본 실시 형태에서는, 회전 테이블(12)에 진공 용기(11) 내의 온도 분포가 반영된다고 가정하여 측정하고 있지만, 회전 테이블(12) 자체의 구성에 의한 온도 편차의 영향을 방지하기 위해, 회전 테이블의 진공 용기(11)에 대한 위치를 바꾼 상태에서 소정 시간 정지하여 온도 측정을 반복하여, 진공 용기(11)의 각 개소에 대응하는 온도를 평균적으로 산출하도록 해도 좋다.
상기한 실시 형태에서는, 온도 맵 데이터로부터 도 13, 도 14의 회전 테이블(12)의 컬러 화상을 표시하는 데 있어서, 상기와 같이 동일한 θ의 온도 측정값에 대해 r이 커질수록 회전 방향 상류측으로 커브하는 컬러 스폿으로서 표시하고 있지만, 직경 방향으로 직선 형상으로 배열된 컬러 스폿으로서 표시해도 좋다.
또한, 도 15 내지 도 16의 회전 테이블의 직경 방향의 그래프에 대해서는, 도 12에서 설명한 바와 같이 온도가 실측된 장소와, 온도 측정값이 저장되는 어드레스의 장소가 어긋나 있는 것을 고려하여, r이 커짐에 따라서, 상기 θ보다도 회전 방향 상류측을 향해 어긋난 θ의 어드레스의 온도 측정값을 사용하여 그래프를 작성해도 좋다. 즉, 상기한 컬러 화상에서 사용자가 지정한 직선 영역에 출력되어 있는 각 컬러 스폿에 대응하는 각 θ의 어드레스의 온도 측정값을 사용하여 그래프를 작성해도 좋다.
상기한 실시 형태에 있어서, 직경 방향의 데이터를 표시할 때에는, 1회의 주사에 필요로 하는 시간 내에서는 회전 테이블(12)이 정지하고 있다고 간주하고 있다. 이와 같이 1회의 주사에 필요로 하는 시간 내에서 회전 테이블(12)의 회전 방향의 위치가 크게 바뀌지 않는 경우에는, 회전 테이블(12)의 속도를 고려하지 않고 각 온도 측정 영역(40)에 대응하는 어드레스를 결정하도록 해도 좋다.
또한, 상기 방사 온도 측정부(3)는, 가능한 한 많은 개소를 측정하고, 회전 테이블(12)의 온도 분포를 정밀도 높게 파악하기 위해, 회전 테이블이 1회전하는 동안에 직경 방향을 따라서 10회 이상 주사하는 것이 바람직하다.
본 발명의 온도 측정 장치는 회전 테이블을 정지시켜 회전 테이블의 온도가 안정된 후, 회전 테이블을 회전시키는 동안에, 당해 회전 테이블의 직경 방향을 따라서 반복해서 주사하고, 주사 중에 복수의 온도 측정 영역의 온도를 측정하는 방사 온도 측정부와, 회전 테이블의 일면측의 온도 분포를 표시하는 데이터 처리부가 설치되어 있다. 따라서, 회전 테이블의 온도 분포로부터, 처리 용기 내의 온도 분포를 용이하고 또한 상세하게 추측할 수 있다.

Claims (10)

  1. 기판을 적재하는 회전 테이블이 내부에 설치된 처리 용기와, 당해 처리 용기를 가열하는 가열부를 포함하는 열처리 장치의 상기 처리 용기 내의 온도 분포를 추정하는 온도 측정 장치이며,
    상기 회전 테이블의 일면측을 당해 회전 테이블의 직경 방향으로 주사함으로써, 당해 직경 방향을 따른 복수의 온도 측정 영역의 온도를 측정 가능하게 설치된 방사 온도 측정부와,
    상기 처리 용기 내의 온도 분포의 측정 지시를 접수하는 지시 접수부와,
    상기 지시 접수부가 상기 처리 용기 내의 온도 분포의 측정 지시를 접수하면, 상기 가열부에 의한 상기 처리 용기의 가열을 개시하는 동시에 상기 회전 테이블을 정지시키고, 상기 가열부에 의한 상기 처리 용기의 가열의 개시로부터 소정의 시간 경과 후에, 상기 방사 온도 측정부에 의해 상기 회전 테이블의 상기 일면측을 당해 회전 테이블의 직경 방향으로 주사하여 상기 복수의 온도 측정 영역의 온도를 측정하는 처리를, 상기 회전 테이블을 상기 방사 온도 측정부에 대해 회전시키면서 당해 회전 테이블의 둘레 방향에 걸쳐서 반복하고, 상기 방사 온도 측정부로부터 상기 회전 테이블의 상기 직경 방향 및 상기 둘레 방향의 복수의 상기 온도 측정 영역의 온도를 취득하는 동작 제어부와,
    상기 방사 온도 측정부가 상기 회전 테이블의 직경 방향으로 주사하는 1주사마다의 상기 온도 측정 영역의 수 및 상기 회전 테이블의 회전수에 기초하여, 상기 동작 제어부가 상기 온도를 취득한 상기 온도 측정 영역의 어드레스를 특정하고, 당해 온도와 당해 어드레스를 대응시켜 기억부에 기억시키는 온도 맵 작성부와,
    상기 처리 용기 내의 온도 분포의 추정값으로서, 상기 온도 맵 작성부가 상기 기억부에 기억시킨 상기 온도와 상기 어드레스에 기초하여, 상기 회전 테이블의 상기 일면측의 온도 분포를 표시하는 온도 데이터 표시 처리부를 포함하는, 온도 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 방사 온도 측정부는 상기 처리 용기의 소정의 개소에서, 상기 회전 테이블의 일면측을 당해 회전 테이블의 직경 방향으로 주사함으로써, 당해 직경 방향을 따른 복수의 온도 측정 영역의 온도를 측정하고,
    상기 동작 제어부는 상기 방사 온도 측정부에 의해 상기 회전 테이블의 상기 일면측을 당해 회전 테이블의 직경 방향으로 주사하여 상기 복수의 온도 측정 영역의 온도를 측정하는 처리를, 상기 회전 테이블이 상기 방사 온도 측정부에 대해 적어도 1회전하는 동안, 상기 방사 온도 측정부로부터 상기 회전 테이블의 상기 직경 방향 및 상기 둘레 방향의 복수의 상기 온도 측정 영역의 온도를 취득하는, 온도 측정 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 온도 데이터 표시 처리부는 상기 기억부에 기입된 상기 온도와 상기 어드레스에 기초하여, 상기 지시 접수부가 사용자로부터 상기 회전 테이블의 소정의 각도의 지정을 접수하면, 당해 소정의 각도에 따른 직선 영역의 온도 분포를 나타내는, 온도 측정 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 동작 제어부는 상기 방사 온도 측정부의 주사 속도에 기초하여, 상기 회전 테이블이 1회전하는 동안에, 상기 방사 온도 측정부가 상기 회전 테이블의 직경 방향을 따라서 10회 이상 주사하도록 상기 회전 테이블의 회전 속도를 제어하는, 온도 측정 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 방사 온도 측정부는 상기 회전 테이블 표면의 적외선을 수광하여 상기 회전 테이블 표면의 온도를 측정하고,
    상기 처리 용기는 상기 회전 테이블의 내측으로부터 외경측을 따라서 소정 위치에 형성된 슬릿과, 당해 슬릿을 덮고, 적외선을 투과 가능하게 설치된 투과판을 더 포함하고,
    상기 방사 온도 측정부는 당해 슬릿을 따라서, 상기 투과판을 통해 상기 회전 테이블의 일면측을 당해 회전 테이블의 직경 방향으로 주사함으로써, 당해 직경 방향을 따른 복수의 온도 측정 영역의 온도를 측정하는, 온도 측정 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 방사 온도 측정부는 상기 회전 테이블의 상기 일면측을 당해 회전 테이블의 직경 방향을 따르고, 내측으로부터 외경측으로 주사하도록 설치된, 온도 측정 장치.
  7. 기판을 적재하는 상기 회전 테이블이 내부에 설치된 상기 처리 용기와,
    당해 처리 용기를 가열하는 상기 가열부와,
    제1항에 기재된 상기 온도 측정 장치를 포함하는, 열처리 장치.
  8. 기판을 적재하는 회전 테이블이 내부에 설치된 처리 용기와, 당해 처리 용기를 가열하는 가열부를 포함하는 열처리 장치의 상기 처리 용기 내의 온도 분포를 추정하는 방법이며,
    상기 처리 용기 내의 온도 분포의 측정 지시에 기초하여, 상기 가열부에 의한 상기 처리 용기의 가열을 개시하는 동시에 상기 회전 테이블을 정지시키는 스텝과,
    상기 가열부에 의한 상기 처리 용기의 가열의 개시로부터 소정의 시간 경과 후에, 상기 회전 테이블의 일면측을 당해 회전 테이블의 직경 방향으로 주사함으로써, 당해 직경 방향을 따른 복수의 온도 측정 영역의 온도를 측정 가능하게 설치된 방사 온도 측정부에 의해 상기 회전 테이블의 상기 일면측을 당해 회전 테이블의 직경 방향으로 주사하여 상기 복수의 온도 측정 영역의 온도를 측정하는 처리를, 상기 회전 테이블을 상기 방사 온도 측정부에 대해 회전시키면서 당해 회전 테이블의 둘레 방향에 걸쳐서 반복하고, 상기 방사 온도 측정부로부터 상기 회전 테이블의 상기 직경 방향 및 상기 둘레 방향의 복수의 상기 온도 측정 영역의 온도를 취득하는 스텝과,
    상기 방사 온도 측정부가 상기 회전 테이블의 직경 방향으로 주사하는 1주사마다의 상기 온도 측정 영역의 수 및 상기 회전 테이블의 회전수에 기초하여, 상기 복수의 상기 온도 측정 영역의 온도를 취득하는 스텝에서 상기 온도를 취득한 상기 온도 측정 영역의 어드레스를 특정하고, 당해 온도와 당해 어드레스를 대응시켜 기억부에 기억시키는 스텝과,
    상기 처리 용기 내의 온도 분포의 추정값으로서, 상기 기억부에 기억된 상기 온도와 상기 어드레스에 기초하여, 상기 회전 테이블의 상기 일면측의 온도 분포를 표시하는 스텝을 구비한, 온도 측정 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 복수의 상기 온도 측정 영역의 온도를 취득하는 스텝에 있어서, 상기 방사 온도 측정부에 의해 상기 회전 테이블의 상기 일면측을 당해 회전 테이블의 직경 방향으로 주사하여 상기 복수의 온도 측정 영역의 온도를 측정하는 처리를, 상기 회전 테이블이 상기 방사 온도 측정부에 대해 적어도 1회전하는 동안, 상기 방사 온도 측정부로부터 상기 회전 테이블의 상기 직경 방향 및 상기 둘레 방향의 복수의 상기 온도 측정 영역의 온도를 취득하는, 온도 측정 방법.
  10. 제8항에 기재된 온도 측정 방법을 실행하도록 스텝이 구성된, 기억 매체.
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