JP6361495B2 - 熱処理装置 - Google Patents
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Description
ここで一般に用いられる温度計として、熱電対や測温抵抗体などのように、温度の測定を行う対象物に金属製の小型の測温部(以下、「温度測定端」という)を接触させ、その温度測定結果を電気信号として外部に出力するものがある。
さらに、温度測定端における温度測定の結果を電気信号として出力する際に、電気信号がプラズマの影響を受けてしまい、正しい温度測定結果が得られない場合もある。
真空容器内に配置され、その一面側に設けられる載置領域に基板を載置して公転させるための回転テーブルと、
前記回転テーブルを加熱する加熱部と、
前記回転テーブルの一面側における基板の通過領域に設けられたプラズマ形成領域にプラズマを形成させて基板を処理するためのプラズマ処理部と、
前記回転テーブルを回転させたとき、前記プラズマ形成領域と対向する位置を通過する領域内の回転テーブルに設けられ、当該回転テーブルの温度の測定結果を電気信号として出力するための温度測定端と、
前記プラズマ形成領域から見て、前記温度測定端を覆うように設けられた導電体製のプラズマシールド部と、を備え、
前記載置領域は、回転テーブルの回転方向に互いに間隔を開けて複数配置され、前記温度測定端はこれらのうちの少なくとも一つの載置領域における回転テーブルの温度を測定する位置に設けられ、前記プラズマシールド部は、前記温度測定端が設けられた載置領域を覆うように設けられていることを特徴とする。
(a)前記温度測定端が前記複数の載置領域のうちの一部の載置領域における回転テーブルの温度を測定するために設けられているとき、前記プラズマシールド部を構成する導電体は、プラズマの照射によって発熱し、前記温度測定端が設けられていない載置領域もプラズマの照射により発熱する導電体で覆われていること。
(b)前記プラズマシールド部は、前記プラズマ形成領域側から見た輪郭形状が曲線のみからなること。また、前記プラズマシールド部は、前記プラズマ形成領域に対向する面が平坦であること。
(c)温度測定端はプラズマシールド部に接触して設けられ、このプラズマシールド部を介して前記回転テーブルの温度を測定すること。また、前記回転テーブルを回転させる回転軸を備え、前記電気信号は当該回転軸内に配線された信号線を介して外部へ出力されること。このとき、前記回転軸には、外部の受信部に対して、無線通信により前記電気信号を送信するための送信部が設けられていること。
(d)前記回転テーブルを回転させたとき、前記プラズマ形成領域に対する温度測定端の位置を検出する位置検出部と、前記位置検出部により検出された温度測定端の位置が前記プラズマ形成領域の外にある期間中に出力された前記電気信号のみに基づいて前記回転テーブルの温度を把握し、前記加熱部の出力を増減する加熱制御部と、を備えたこと。
(e)前記加熱部の出力を増減する加熱制御部を備え、前記加熱制御部は、前記温度測定端を用いて把握した回転テーブルの温度と、予め定めた設定温度との差分値に基づいて前記加熱部の出力を増減すること。
(f)(e)において、前記加熱部は、前記回転テーブルの下方側に配置され、熱放射によって当該回転テーブルの加熱を行い、前記加熱部が配置されている領域の温度を測定する加熱部温度計をさらに備え、前記加熱制御部は、前記温度測定端を用いて把握した回転テーブルの温度と、予め定めた設定温度との差分値に基づいて前記加熱部温度計の出力の目標温度を求め、当該加熱部温度計にて測定された測定温度と、前記目標温度との差分値に基づき前記加熱部の出力を増減するカスケード制御を行うこと。
また回転軸21の下端部には、後述の受信給電ユニット71との間で回転テーブル2の温度に係る情報の通信を実行する温度検出ユニット24が設けられている。
また、開口部16の下端部には、回転テーブル2の上面側から下面側への原料ガスや酸化ガスなどの回りこみを防ぐために、当該開口部16と、回転軸21との隙間にN2(窒素)ガスを供給するガスノズル15が設けられている。
これらヒーター33が配置された凹部31の上面は、例えば石英からなる円環形状の板部材であるヒーターカバー34によって塞がれている(図1参照)。
なお以下の説明において、所定の基準位置から回転テーブル2の回転方向に沿った方向を回転方向の下流側、これと反対の方向を上流側という。
プラズマ用ガスノズル54は、例えばアルゴン(Ar)ガスと酸素(O2)ガスとの混合ガスからなるプラズマ発生用ガスを吐出する。図2に一点鎖線で示すように、天板12には回転テーブル2の回転方向に沿った扇状の開口部が設けられている。この開口部には、石英などの誘電体からなり、当該開口部に対応する平面形状を有し、縦断側面形状がカップ状に形成されたプラズマ処理部61が挿入されている(図1、図2)。プラズマ処理部61は、回転テーブル2の回転方向に見て、酸化ガスノズル53とその下流側の突出部17との間に設けられている。
以下、図5〜図7を参照しながら、このシールド部261を用いてプラズマからの影響を抑えつつ、熱電対14により回転テーブル2の温度を測定すする手法、及びこれら熱電対14を用いた回転テーブル2の温度制御について説明する。
本例のヒーター制御部72は、両熱電対14、44を用いて測定した回転テーブル2の温度、及びヒーター33の配置領域の温度に基づいて、ヒーター33の出力を調整するカスケード制御を採用している。
初めに成膜装置1は、真空容器11内の圧力及びヒーター33の出力をウエハWの搬入時の状態に調節して、ウエハWの搬入を待つ。そして例えば隣接する真空搬送室に設けられた搬送アームにより処理対象のウエハWが搬送されてくると、ゲートバルブ38を開放する。搬送アームは、開放された搬入出口37を介して真空容器11内に進入し、回転テーブル2の凹部25内にウエハWを載置する。そして、各凹部25内にウエハWが載置されるように、回転テーブル2を間欠的に回転させながら、この動作を繰り返す。
なお、図9の横軸は、熱電対14が原料ガスノズル51の下方を通過する位置を「0°」として、容器本体13を上面側から見たときの周方向の位置を示している。また、図9中の符号(A)〜(C)は、図8に示す符号(A)〜(C)を付して示した各領域に対応している。
またこのとき、吸着領域R1と酸化領域R2との間、プラズマ形成領域R3と吸着領域R1との間は、各々分離領域D、Dや流路18によって分離されているので、不必要な場所では原料ガスと酸化ガスとの接触に起因する堆積物は発生しにくい。
しかる後、真空容器1内の圧力をウエハWの搬出時の状態に調節し、ゲートバルブGを開き、搬入時とは反対の手順でウエハWを取り出し、成膜処理を終える。
従来、回転テーブル2の温度を直接、測定できない場合は、図4、図6に示した熱電対44を用いてヒーター33の配置領域の温度を把握し、当該領域の温度が設定温度に到達してから十分な時間の経過を待っていた。これに対し、本実施の形態の成膜装置1は、熱電対14を用いて回転テーブル2の温度を直接測定することができるので、回転テーブル2が設定温度に到達した後も、予め設定された時間を待ち続けるといった不要な待ち時間の発生を抑え、ウエハWを成膜装置1に搬入してから、搬出するまでの全体の処理時間を短縮することができる。
また、シールド部261、261a、導電体シート262を構成する材料についても、ウエハWに対する金属の影響などの問題がなければ、アルミニウムやステンレススチールなどの金属製のシールド部261、261a、導電体シート262を用いてもよい。
そして、温度測定端を設ける位置は、ウエハWの載置領域である凹部25内に限定されるものではなく、凹部25から外れた回転テーブル2の上面に熱電対14を配置して、その上面側をシールド部261、261aで覆ってもよい。
これらに加え、熱処理装置内で実行される処理の種類は成膜処理に限定されるものでもない。既に成膜が行われたウエハWを回転テーブル2上に載置して、プラズマ形成領域R3を通過させる膜の改質処理のみを行ってもよい。この場合には、回転テーブル2上には吸着領域R1や酸化領域R2を設けずに、天板12に分離領域D及びプラズマ形成領域R3のみを配置してもよい。
1 成膜装置
11 真空容器
12 天板
13 容器本体
140 信号線
14、14a〜14c
熱電対
2 回転テーブル
25 凹部
261、261a
シールド部
262 導体シート
33 ヒーター
44、44a〜44c
熱電対
61 プラズマ処理部
7 制御部
71 受信給電ユニット
72 ヒーター制御部
721 第1のPID制御部
722 第2のPID制御部
Claims (10)
- 基板に対して熱処理を行う熱処理装置において、
真空容器内に配置され、その一面側に設けられる載置領域に基板を載置して公転させるための回転テーブルと、
前記回転テーブルを加熱する加熱部と、
前記回転テーブルの一面側における基板の通過領域に設けられたプラズマ形成領域にプラズマを形成させて基板を処理するためのプラズマ処理部と、
前記回転テーブルを回転させたとき、前記プラズマ形成領域と対向する位置を通過する領域内の回転テーブルに設けられ、当該回転テーブルの温度の測定結果を電気信号として出力するための温度測定端と、
前記プラズマ形成領域から見て、前記温度測定端を覆うように設けられた導電体製のプラズマシールド部と、を備え、
前記載置領域は、回転テーブルの回転方向に互いに間隔を開けて複数配置され、前記温度測定端はこれらのうちの少なくとも一つの載置領域における回転テーブルの温度を測定する位置に設けられ、前記プラズマシールド部は、前記温度測定端が設けられた載置領域を覆うように設けられていることを特徴とする熱処理装置。 - 前記温度測定端が前記複数の載置領域のうちの一部の載置領域における回転テーブルの温度を測定するために設けられているとき、前記プラズマシールド部を構成する導電体は、プラズマの照射によって発熱し、前記温度測定端が設けられていない載置領域もプラズマの照射により発熱する導電体で覆われていることを特徴とする請求項1に記載の熱処理装置。
- 前記プラズマシールド部は、前記プラズマ形成領域側から見た輪郭形状が曲線のみからなることを特徴とする請求項1または2に記載の熱処理装置。
- 前記プラズマシールド部は、前記プラズマ形成領域に対向する面が平坦であることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか一つに記載の熱処理装置。
- 温度測定端はプラズマシールド部に接触して設けられ、このプラズマシールド部を介して前記回転テーブルの温度を測定することを特徴とする請求項1ないし4のいずれか一つに記載の熱処理装置。
- 前記回転テーブルを回転させる回転軸を備え、前記電気信号は当該回転軸内に配線された信号線を介して外部へ出力されることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか一つに記載の熱処理装置。
- 前記回転軸には、外部の受信部に対して、無線通信により前記電気信号を送信するための送信部が設けられていることを特徴とする請求項6に記載の熱処理装置。
- 前記回転テーブルを回転させたとき、前記プラズマ形成領域に対する温度測定端の位置を検出する位置検出部と、
前記位置検出部により検出された温度測定端の位置が前記プラズマ形成領域の外にある期間中に出力された前記電気信号のみに基づいて前記回転テーブルの温度を把握し、前記加熱部の出力を増減する加熱制御部と、を備えたことを特徴とする請求項1ないし7のいずれか一つに記載の熱処理装置。 - 前記加熱部の出力を増減する加熱制御部を備え、前記加熱制御部は、前記温度測定端を用いて把握した回転テーブルの温度と、予め定めた設定温度との差分値に基づいて前記加熱部の出力を増減することを特徴とする請求項1ないし8のいずれか一つに記載の熱処理装置。
- 前記加熱部は、前記回転テーブルの下方側に配置され、熱放射によって当該回転テーブルの加熱を行い、前記加熱部が配置されている領域の温度を測定する加熱部温度計をさらに備え、
前記加熱制御部は、前記温度測定端を用いて把握した回転テーブルの温度と、予め定めた設定温度との差分値に基づいて前記加熱部温度計の出力の目標温度を求め、当該加熱部温度計にて測定された測定温度と、前記目標温度との差分値に基づき前記加熱部の出力を増減するカスケード制御を行うことを特徴とする請求項9に記載の熱処理装置。
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