JPH06158314A

JPH06158314A - 真空処理装置および方法

Info

Publication number: JPH06158314A
Application number: JP31307992A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Shida; 啓之志田; Sunao Matsubara; 直松原; Masashi Yamamoto; 正志山本; Yukio Tanigaki; 幸男谷垣; Hide Kobayashi; 秀小林; Hideaki Shimamura; 英明島村; Yuji Yoneoka; 雄二米岡; Akira Okamoto; 明岡本
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-11-24
Filing date: 1992-11-24
Publication date: 1994-06-07

Abstract

(57)【要約】【目的】ランプヒータによってウエハ等の基体を真空
中で加熱する場合の温度制御性を改善することのできる
真空処理技術を提供する。【構成】真空処理中のウエハ１の温度を測定する赤外
線放射温度計１５と、ウエハ１を加熱するランプヒータ
６と、ウエハ１の赤外線放射率を測定する手段と、この
赤外線放射率に基づいて赤外線放射温度計１５の校正を
行う手段と、前記赤外線放射率に基づいてランプヒータ
６の加熱条件を設定する手段とを備え、この加熱条件に
従って予めウエハ１を加熱した後、ウエハ１に対して所
定の真空処理を施す真空処理装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、真空処理技術に関し、
特に、真空処理中の基体の温度制御性を向上することの
できる真空処理技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】マイクロエレクトロニクス製品等の製造
プロセスの一つである薄膜の形成プロセスやその加工プ
ロセスにおいて、薄膜乃至はそれが形成される基体の温
度は、薄膜の特性や厚さを制御する上での重要なパラメ
ータである。しかし、薄膜の形成やその加工を真空中で
行う場合は、基体の加熱手段や温度測定手段に種々の問
題が生じる。

【０００３】以下、本願の趣旨に沿い、特に半導体ウエ
ハを対象とした従来技術について、ランプによる加熱と
ウエハ温度の測定とについて説明する。さらに、このよ
うな従来技術を背景とした電子部品の製造に用いられる
薄膜の形成プロセス、とりわけＬＳＩ用の配線膜の形成
プロセスに関する従来技術についても説明する。

【０００４】ハロゲンランプ等のランプヒータによる加
熱は、ランプヒータが安価で、かつ真空槽内への設置も
容易であることから、真空処理装置内での基体の加熱手
段として広く利用されている。

【０００５】しかし、真空中で扱う基体がウエハである
場合には、ウエハが一般のハロゲンランプに対しては、
かなり広い波長範囲においてほぼ透明であるため、ウエ
ハの表面に形成された薄膜等の特性や、ウエハに導入さ
れた不純物の種類、濃度等によって熱の吸収特性が大き
く変動し、加熱特性がウエハによって大幅に異なってく
る。

【０００６】従って、ランプ加熱は簡便ではあるが、ウ
エハの加熱処理において少しでも加熱温度を制御したい
場合でウエハの種類または状態が一定しない時には、殆
どその役に立たないのが現状である。

【０００７】ランプヒータによるウエハ加熱の一番多い
適用例として、真空処理装置にウエハが導入された時に
ウエハに吸着した水蒸気を除去するために行われる、一
般にベーキングと呼ばれる加熱処理がある。

【０００８】水蒸気を除去するためのベーキング処理
は、例えば３００℃から４００℃程度の温度で１分間の
加熱といった幅の広い条件で行われるのが普通であるた
め、ランプ加熱のような簡便な加熱機構が好適である。

【０００９】他方、真空中で基体の温度を測定する温度
計には種々の方式があるが、ウエハを１枚１枚別々に処
理する枚葉式真空処理装置では、装置内部でウエハの搬
送を行うために、ウエハに非接触で温度測定を行うこと
のできる方法が望ましく、この点から赤外線放射温度計
を使用することが多い。

【００１０】ところが、赤外線放射温度計の最大の欠点
は、温度測定の対象となる基体に対して予め放射率の校
正を行わなければならないことで、このため、各基体に
対して校正を行う校正器を真空処理装置に組込む等の必
要が生じる。

【００１１】また、一般に赤外線放射温度計は、大気圧
雰囲気中に設置されるため、真空中の基体の温度測定を
行う時は、赤外線を透過する適当な材料で構成された窓
を通じて行う。従って、真空処理装置の真空シール等の
構造が複雑化する。

【００１２】このように、温度計自体の価格に加えて、
その表示計、制御系等を設置する費用を考慮すると、真
空処理装置に基体の温度を正確に測定する温度計を設置
することは、装置価格を引上げ、ひいては製造された電
子部品の価格をも引き上げる虞れがある。

【００１３】赤外線放射温度計は、前述のように真空中
には直接取り付けることができないので、赤外線を透過
する窓材を用いた観測窓を通じて測定を行うが、例えば
当該真空処理装置が成膜装置である場合には、長い稼働
時間のうちにこの窓材に膜の一部が付着したりして表面
が汚れる場合がある。すると、目的とする赤外線波長で
の透過率が低下するために、正確な温度測定を行うこと
ができなくなる。

【００１４】このように汚れが発生し、測定に不具合の
生ずることは、温度計を監視しているだけでは知ること
ができない。また、窓の汚れ以外にも温度計そのものが
故障した場合であっても、これを知ることは必ずしも容
易でない場合がある。

【００１５】電子部品には薄膜を用いたものが多くあ
る。なかでも代表的なものはＬＳＩ等の半導体装置であ
る。例えばＬＳＩに用いる配線膜について説明すると、
Ａｌ等の金属材料をスパッタリング法等でウエハに厚さ
１μｍ程度の薄膜として形成しているが、この際の最も
重要なプロセス条件として、成膜中のウエハ温度が挙げ
られる。

【００１６】一般に配線膜としてＡｌ等の金属薄膜を形
成する際には、ウエハの温度を２００℃程度に加熱して
おくと良い結果の得られることが知られている。これ
は、金属薄膜の結晶粒がある程度以上の大きさに成長す
ることで、配線膜としての信頼性が確保されるからであ
る。

【００１７】このため、成膜プロセスでは予めウエハを
加熱し、適正な温度にしてから成膜を開始しているが、
前述したように、このウエハの加熱手段には非常にしば
しばランプヒータが使用されているので、ウエハの特性
によって加熱温度が一定しないという問題が生じてい
る。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、ランプヒー
タによってウエハ等の基体を真空中で加熱する場合の温
度制御性を改善した手段を備えた真空処理装置を提供す
ることを目的の１つとしている。

【００１９】ランプヒータをウエハの加熱に用いた場合
の制御性を低さという従来技術の欠点の解決策を考えた
場合、加熱中のウエハ温度をリアルタイムで測定するこ
とが最も分かりやすいものではある。しかしながら、例
えばその温度計が赤外線放射温度計である場合は、温度
計にランプヒータからの輝度の高い光が迷光として回り
込むために、本来的に測定が困難になるという問題があ
る。

【００２０】また、よしんばこのような温度計を迷光か
らの影響を排除して取り付ける技術が適用できたとして
も、温度計の数が増えることや、迷光を遮断する機構等
のために折角のランプ加熱の簡便さが失われてしまう。

【００２１】また、ランプ加熱を行う前にウエハの吸収
特性を調べる際は、これを簡便な技術で行う必要があ
る。ウエハの吸収特性を調べるために装置自身の価格が
大きくなるような装置を付加するのであれば、前述した
ランプヒータの簡便さが損なわれてしまう。従って、ラ
ンプヒータの加熱手段としての簡便さを損なわずに温度
をウエハの特性に合わせて調整できる技術が必要とな
る。

【００２２】本発明の他の目的は、上記した簡易で精度
の高いランプ加熱による工程を有する、生産性の高い、
かつ良好な品質を得ることのできる好適なウエハ等の真
空処理方法、例えばスパッタリング法による成膜等の方
法を提供することにある。

【００２３】本発明のさらに他の目的は、真空処理とし
て上記した簡易で精度の高いランプ加熱を行い、次いで
配線膜の形成を行うことにより、良好な特性を有する半
導体素子および半導体装置を提供することにある。

【００２４】スパッタリング装置等で成膜中のウエハの
温度を測定する時は、膜を形成する工程であるために、
前述した窓材を汚さないような万全の処置を講じる必要
がある。また、たとえエッチング装置であっても、反応
ガスとエッチングのプロセス条件によっては、真空槽の
一部に成膜が起こることがある。

【００２５】成膜中のウエハの裏面を赤外線放射温度計
によって観察する場合で、ウエハが基台に密着して載置
され、この基台の中央に赤外線放射温度計の観察孔があ
る場合を考えてみると、上記したウエハの密着が良好で
あれば、成膜中の観察孔に成膜粒子が紛れ込み、観察窓
材を汚すことはない筈であるが、密着度合いの不具合等
によって、徐々にではあるが観察窓材の汚れが進行する
ことがある。

【００２６】このような窓材の汚れ、損傷等を防ぐ技術
も大切であるが、一方でそのような不具合が発生したこ
とを的確に知る技術も同様に必要である。また、温度計
そのものに故障が発生した場合でもそのことを的確に知
り、不正確な温度測定に起因する不良品の発生を防ぐ技
術が必要である。本発明は、このような技術を提供する
ことにある。

【００２７】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。

【００２８】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
次のとおりである。

【００２９】本発明の真空処理装置は、真空処理中の基
体の温度を測定する手段としての１乃至複数の赤外線放
射温度計と、前記基体を加熱するランプと、前記基体の
赤外線放射率を測定する手段と、前記赤外線放射率に基
づいて前記赤外線放射温度計の校正を行う手段と、前記
赤外線放射率に基づいて前記ランプの加熱条件を設定す
る手段とを備えている。

【００３０】真空処理装置内でウエハ等の基体の温度を
測定するには、当然のことであるが非接触の測定方法が
望ましい。このような方法で唯一実用的なものとして、
赤外線放射温度計を用いた測定方法がある。

【００３１】赤外線放射温度計の真空処理装置への適用
例については、本発明者等による特開平３−２３２９６
８号公報に詳細に述べられているが、何れにしても基体
の赤外線放射特性が１つ１つ異なることがあるために、
各基体の放射特性を何らかの方法によって知り、この値
に合わせて赤外線放射温度計に付属している（被測定物
体の）放射率の設定を行う作業が必要である。この作業
を以下放射率の校正という。

【００３２】前述したように、この放射率の校正を行わ
なければならないのが赤外線放射温度計の最大の欠点で
あり、対象とする物体の特性によっては校正が難しい場
合もある。何れにしても、基体の非接触温度測定のため
に赤外線放射温度計を備えた装置であれば、必ず基体の
放射率を知る手段が備わっている。

【００３３】ところで、物体の放射率は、逆にその物体
の吸収率でもあることが知られている。そこで、この放
射率を利用し、ランプヒータの加熱条件（加熱電力また
は加熱時間）を予め設定することにより、ランプ加熱の
温度制御性を向上させることができる。

【００３４】すなわち、放射率の高いウエハでは高い吸
収率が期待できるために、加熱電力を小さく、または加
熱時間を短く設定し、逆に放射率の小さなウエハに対し
ては低い吸収率が予想されるために、加熱電力を大き
く、または加熱時間を長く設定する等の処置を講ずる。
このようにすれば、ランプ加熱の簡便さを損なわずに精
度の良い加熱を実施することができる。

【００３５】複数の温度計を備えた真空処理装置にあっ
ては、たとえランプ加熱を行う場所に基体の温度計が設
置されていなくとも、そこから温度計が設置されている
他の場所まで基体を搬送する時間を予め知っておき、加
熱終了後の温度降下を算定することにより、加熱が適正
に行われたか否かを監視することができる。

【００３６】一般に複数の赤外線放射温度計を備えた装
置では、二箇所以上の場所に設置した温度計で基体の温
度を測定し、これが合理的な関係になっているかを監視
することによって、温度計の正常な動作を監視すること
ができる。

【００３７】搬送のための真空槽と、この搬送のための
真空槽から各真空処理のための処理槽に基体を搬送する
ような装置構成が互いに連結されている装置構成におい
て、この搬送のための真空槽に温度計を１つ以上設置
し、真空処理室に当該基体を搬入する前と、当該処理が
終了して基体を当該処理槽から搬出した時に基体の温度
を測定することにより、温度計の設定数を最低では搬送
のための真空槽それぞれに１つずつとし、温度計の数を
節約することができる。

【００３８】このように、簡便なランプ加熱を用いて成
膜を行う前にウエハ等の基体に適当な加熱を行うように
することで、良好な特性を有する半導体装置を製造する
ことができる。

【００３９】

【作用】前述したように、基体の非接触温度測定のため
に赤外線放射温度計を備えた装置であれば、必ず放射率
を知る手段が備わっている。従って、基体の放射率を知
ることで予めランプヒータの加熱電力や加熱時間を設定
することができる。

【００４０】すなわち、放射率の高いウエハでは高い吸
収率が期待できるために、加熱電力を小さく、または加
熱時間を短く設定し、逆に放射率の小さなウエハに対し
ては低い吸収率が予想されるために、加熱電力を大き
く、または加熱時間を長く設定する等の制御を行う。こ
のようにして、ランプ加熱の簡便さを損なわずに精度の
良い加熱を実施することができる。

【００４１】従って、赤外線放射温度計の校正を行うた
めの手段が基体のランプ加熱による吸収特性を予想する
ための情報を提供する。これから予め基体の放射率に対
して実験的に求めたランプヒータの運転条件を調べ、適
正なランプヒータによる加熱条件をランプヒータに対し
て設定する。

【００４２】真空処理装置において温度計相互の監視を
行うやり方としては、必ず基体の温度の上昇乃至は下降
があるため、複数の温度計相互の結果を直ちに比較判定
することはできない。

【００４３】このため、複数の温度計による測定の間に
基体にどのような温度履歴が発生したかを知り、特に搬
送中の自然放冷については、これによる温度降下を算定
し、複数の温度計相互での測定結果の合理性を比較する
機構が必要である。

【００４４】真空処理として、例えば成膜前または成膜
中の基体の温度は、品質上の重要なパラメータである。
基体のランプ加熱に際しての昇温特性にかかわらず良好
な再現性を持ったランプ加熱を行うことにより、薄膜の
真空処理プロセスの品質を良好に確保することができ
る。

【００４５】

【実施例１】図１は、本発明の実施例１である真空処理
装置の構成図である。本実施例では、真空処理装置とし
て、スパッタリング装置を例にとって説明する。

【００４６】基体であるウエハ１は、まず熱容量の大き
い加熱ステージ２に載置され、校正を行うために赤外線
放射率が測定される。ウエハ１の赤外線放射率を測定す
るには、加熱ステージ２上でウエハ１を予め設定した温
度（本実施例では２００℃）まで加熱し、その時の放射
エネルギーを赤外線放射温度計３で測定する。この時、
ウエハ１は真空チャック（図示せず）を使って加熱ステ
ージ２と熱的に良好な接触を保ち、正確な温度に加熱さ
れるようにする。

【００４７】上記放射エネルギーの測定は、ウエハ１が
赤外線の広い波長領域でほぼ透明であることを考慮し
て、ウエハ１の上方に赤外線を反射する反射体４を向か
い合わせに配置し、ウエハ１の裏面側に赤外線放射温度
計３を配置して行う。また、本実施例では放射エネルギ
ーの測定をＡｒなどの不活性ガス雰囲気中で行う。

【００４８】なお、上記の説明では放射エネルギーの測
定を２００℃で行うものとしたが、ウエハプロセス上必
要とされる加熱工程以外では、できうる限りウエハ１を
加熱しないことがＬＳＩ製品の特性変動要因を排除する
観点から有利である。従って、放射エネルギーの測定は
環境温度（例えば室温）で行ってもよい。

【００４９】次に、ウエハ１は図示しない搬送手段によ
って第１の真空槽５に搬入され、ランプ加熱を受ける。
この真空槽５の内部は、図示しない適当な真空排気手段
によって真空排気されている。

【００５０】上記真空槽５内のウエハ１の裏面側には、
加熱用のランプヒータ６が配置されている。また、ウエ
ハ１の上方には、前記放射エネルギーの測定時に用いた
反射体４と同様の反射体７がウエハ１と向かい合わせに
配置されている。ただし、この反射体７は、良好な加熱
分布を得るためにウエハ１全体をカバーできる大きさを
有している。このように、真空槽５内では、放射エネル
ギーを測定した時と同じ条件でランプヒータ６によるウ
エハ１の加熱を行う。

【００５１】次に、上記ランプヒータ６の制御方法を説
明する。

【００５２】前記放射エネルギーの測定時に用いた赤外
線放射温度計３の出力は、放射率演算回路８に導かれ、
ここで赤外線放射率が算出される。また、放射率演算回
路８から出力された赤外線放射率は、ランプヒータ制御
電源９に導かれる。

【００５３】図２の縦軸は、ランプヒータ６の印加電力
を２ｋＷ一定とした時の加熱時間であり、横軸は前述し
た方法によって知り得たウエハ１の赤外線放射率であ
る。ランプヒータ制御電源９では、放射率を受け取ると
図２に示す曲線の関係に従い、ランプヒータ６に投入す
る電力を一定にした場合の設定温度に到達させるまでの
加熱時間を定めるようにした。

【００５４】すなわち、ウエハ１が高い放射率を持つ場
合には、加熱電力を小さく、または加熱時間を短く設定
する。本発明者等が行った実験では、加熱目標温度を３
５０℃とし、ランプヒータ６への印加電力を２ｋＷにし
て１分間の加熱を行い、その後に加熱電源を遮断するよ
うにした。

【００５５】なお、上記の説明では加熱時間をパラメー
タとしたが、加熱時間を一定にした上で加熱電力を制御
したり、加熱時間および加熱電力を共に制御したりする
ことによっても、ランプヒータ６によるウエハ１の温度
制御は可能である。

【００５６】図２に示す関係は、赤外線放射率を測定す
る光学系や温度計等によって値が異なる場合があり、ま
た加熱に必要な電力もランプヒータ６の幾何学的な関係
等によって値が大きく異なる。さらに、ランプヒータ６
への投入電力によってランプヒータ６からの輻射波長特
性も変化し、ウエハ１による吸収特性にも変動が生じ
る。従って、図２に示す関係は実験的に定める必要があ
る。

【００５７】図１に示す装置構成においては、ウエハ１
の連続処理が可能である。例えば２番目に投入したウエ
ハ１が赤外線放射率の測定を受けている時には、１番目
のウエハ１が第１の真空槽５でランプ加熱を受けてい
る。従って、当然のことであるが、校正時に得られた情
報は１回ストアされ、順次各ウエハ１に合わせて利用さ
れる。このようなウエハ１の順番を司る機能を持った機
能ブロックについては、特に図示していない。

【００５８】第１の真空槽５で所定の温度（本実施例で
は３５０℃）に加熱されたウエハ１は、図示しない搬送
手段によって第２の真空槽１３に搬入される。この真空
槽１３では、スパッタ電極１４によってウエハ１の表面
にＡｌ膜が形成される。この真空槽１３には、ウエハ１
の裏面側に第２の赤外線放射温度計１５が設置されてい
る。

【００５９】ウエハ１の表面にＡｌ膜が形成され始める
と赤外線の放射特性が成膜前とは異なってくる。この放
射特性の変化を予め見込んだ赤外線放射率の値を得るた
めに、校正時にＡｌ膜を模した鏡面の反射体４を使用し
たのである。

【００６０】従って、成膜が開始されると、ウエハ１の
表面に反射体４と等価な反射体（Ａｌ膜）が形成され、
ウエハ１の裏面に設置された第２の赤外線放射温度計１
５による正確な温度測定が可能となる。具体的には、第
２の赤外線放射温度計１５に対し、校正時に得た放射率
の値をウエハ１の放射率として設定すればよいのであ
る。

【００６１】第１の赤外線放射温度計３からの出力を受
けた放射率演算回路８は、ウエハ１の放射率を出力す
る。この出力は、第２の赤外線放射温度計１５の制御機
構１６に供給され、前述した放射率の設定が自動的に行
われる。この場合においても、放射率の測定を行う時
と、この放射率を用いて温度測定を行う時とでは時間が
ずれているので、制御機構１６は、順次放射率を使用し
ていく機構を備えている必要がある。

【００６２】図１中の比較機構１７は、ランプヒータ制
御電源９に設定された加熱目標温度と、第２の赤外線放
射温度計１５および制御機構１６によって知り得たウエ
ハ１の温度とを比較し、両者の関係が合理的な許容範囲
内にあるか否かを比較判定する。

【００６３】より具体的に説明すると、ウエハ１は、第
１の真空槽５内でランプヒータ６によって加熱された
後、第２の真空槽１３に搬入されてスパッタ成膜を受け
る。この間、ウエハ１は真空中に置かれるので、その温
度は放射冷却によって次第に低下していく。この放冷の
速さは、ウエハ１の搬送時間に比べて緩やかであるた
め、成膜を開始する時点すなわち第２の赤外線放射温度
計１５によって、温度測定を開始する時点でのウエハ１
の温度を搬送に要した時間から予想することができる。

【００６４】図３は、実験的に求めた放冷曲線である。
放冷は、当然のことながらウエハ１の赤外線放射率に影
響されるので、異なった放射率を持つウエハ１毎に放冷
曲線を求める必要がある。しかしながら、ここで用いた
赤外線放射率は、ウエハ１の裏面側から測定したもので
あって、ウエハ１の表面からの放冷については考慮され
ていない。また、放冷曲線は、周囲環境温度によっても
大きく左右されるので、図３の関係も実験的に定める必
要がある。

【００６５】比較機構１７は、図３のデータを内部に持
っており、放射率演算回路８からの放射率、ランプヒー
タ制御電源９に設定された加熱目標温度およびウエハ１
を搬送するのに要する時間から、第２の赤外線放射温度
計１５によって温度測定を開始する時点でのウエハ１の
温度を予想し、実際に赤外線放射温度計１５によって得
た温度との比較を行い、両者が合理的な許容範囲内にあ
れば、加熱操作が適正に行われたものと見做す。

【００６６】逆に、合理的な範囲を逸脱した場合は、赤
外線放射温度計３、１５の不調、ランプヒータ６の不調
あるいは成膜材料であるＡｌ粒子が所望する部分以外に
回り込むことによって生じる観察窓の汚れ等の不具合が
発生した可能性があるので、表示装置１８によって警報
を発し、装置の操作者に注意を喚起する。

【００６７】このようにして、適正な温度でＡｌ膜が形
成されたウエハ１は、取り出し用の真空槽である第３の
真空槽１９を通じて大気中に搬出される。

【００６８】

【実施例２】図４は、本発明の実施例２である真空処理
装置の構成図である。

【００６９】本実施例は、隣り合う２つの真空槽４２、
４４のそれぞれに赤外線放射温度計４５、４８を設置し
た場合である。ウエハ１は、図示しない搬送手段によっ
て第１の真空槽４２に搬入されてランプ加熱を受け、次
に、図示しない搬送手段によって第２の真空槽４４に搬
入され、スパッタ成膜（本実施例ではＡｌ膜）を受け
る。

【００７０】ウエハ１は、第２の真空槽４４に搬入され
る前に、第１の真空槽４２に設置された赤外線放射温度
計４５および鏡面の反射体４６によってその温度が測定
される。この反射体４６は、温度測定時のみにウエハ１
の表面上に挿入され、それ以外の時は、ランプヒータ４
３による加熱の妨げとならない場所に退避できる機構を
有している。

【００７１】ウエハ１を第１の真空槽４２から第２の真
空槽４４へ搬入するのに要する時間（ｔ）は、予めほぼ
定まっており、またこの搬送中のウエハ１の放冷による
温度降下については、図５に示すようなデータを予め用
意することによって、第２の真空槽４４に搬入された時
のウエハ１の温度を算定できるようにする。

【００７２】図４に示すように、第１の真空槽４２に設
置された第１の赤外線放射温度計４５の出力は、放冷温
度計算機構４７に加えられる。第２の真空槽４４では、
スパッタ成膜が行われるので、前述のように観測用の窓
材が汚れる可能性がある。ウエハ４１が第２の真空槽４
４に搬入されると直ちに成膜が開始され、ウエハ１の裏
面から観測を行うように配置された第２の赤外線放射温
度計４８によって、成膜中のウエハ１の温度が測定され
る。

【００７３】この時、ウエハ１が第２の真空槽４４に到
着してからスパッタ成膜を受け始めるまでに要した時間
（ｔ）が放冷温度計算機構４７に与えられ、前記図５に
示したデータを利用して放冷によるウエハ１の降下温度
（ΔＴ）が算出される。放冷温度計算機構４７から出力
されたこの降下温度（ΔＴ）と、第２の真空槽４４に設
置された第２の赤外線放射温度計４８からの出力とは、
温度比較判定機構５０に加えられる。

【００７４】温度比較判定機構５０は、両者の数値が予
め与えられた許容範囲内にある時は２つの赤外線放射温
度計４５、４８の動作が正常であると判定し、許容範囲
を超えた時は、２つの赤外線放射温度計４５、４８のい
ずれか一方に不具合が発生した旨の情報を表示装置５１
に表示させ、予め定めた方法で装置の操作者に知らせ
る。

【００７５】また、本真空処理装置の上位の制御装置
（図示せず）に当該情報を出力し、真空処理装置内での
ウエハ１の処理を直ちに停止させることは容易に可能で
ある。

【００７６】また、この情報に基づいて上位の制御装置
に本真空処理装置の不具合の診断をさせることも可能で
ある。

【００７７】

【実施例３】図６は、本発明の実施例３である真空処理
装置の構成図である。

【００７８】本実施例は、真空処理を行う３つの真空槽
６１、６２、６３を備えた場合である。これらの真空槽
６１〜６３は、各真空槽６１〜６３にウエハ１を搬送す
るためのハンドリングロボット機構６４を中央に設置し
た真空搬送室６５によって互いに連結されている。

【００７９】真空槽６１は、スパッタエッチングを行う
ためのもので、温度計は設置されていない。真空槽６
２、６３は、それぞれスパッタ成膜を行うためのもの
で、それぞれ赤外線放射温度計６７、６８が設置されて
いる。また、真空搬送室６５にも赤外線放射温度計６６
が設置されている。

【００８０】ウエハ１は、まずハンドリングロボット機
構６４によってロードロック真空槽６０から真空槽６１
に搬送され、ここでスパッタエッチングを受けた後、真
空槽６２でＴｉＷのスパッタ成膜を受け、さらに真空槽
６３でＡｌのスパッタ成膜を受ける。

【００８１】ウエハ１は、ハンドリングロボット機構６
４によって真空槽６１、６２、６３に順次搬送される。
この際、ウエハ１は、真空搬送室６５に設置された赤外
線放射温度計６６の設置場所（温度測定位置）に搬送さ
れ、その温度が測定される。

【００８２】そして、各真空槽６２、６３の赤外線放射
温度計６７、６８で今一度その温度が測定される。

【００８３】これらの搬送に要する時間（正確には、真
空槽６２、６３内でスパッタ成膜を受け始めるまでの時
間）と、真空搬送室６５の赤外線放射温度計６６によっ
て測定された温度とからウエハ１の温度が算定され、こ
れと真空槽６２、６３内でそれぞれ測定された温度とが
温度比較判定機構６９に伝達され、各赤外線放射温度計
６６、６７、６８の正常動作が判定される。この判定
は、表示装置７０に伝達され、異常がある場合には、装
置の操作者にその旨が知らされる。

【００８４】

【実施例４】図７は、本発明の実施例４である真空処理
装置の構成図である。

【００８５】本実施例は、真空処理を行う５つの真空槽
７１、７２、７３、７４、７５を備えた場合である。真
空槽７１、７２は、各真空槽７１、７２にウエハ１を搬
送するためのハンドリングロボット機構７６を中央に設
置した真空搬送室７８によって互いに連結されている。

【００８６】また、真空槽７３〜７５は、各真空槽７３
〜７５にウエハ１を搬送するためのハンドリングロボッ
ト機構７７を中央に設置した真空搬送室７９によって互
いに連結されている。さらに、真空搬送室７８、７９
は、真空槽８０を介して互いに連結されており、ウエハ
１は、ハンドリングロボット機構７６、７７により、真
空槽８０を介して２つの真空搬送室７８、７９の間を自
由に行き来できるようになっている。

【００８７】真空槽７１はランプ加熱を行うためのもの
であり、真空槽７２はスパッタエッチングを行うための
ものであり、真空槽７３〜７５は、それぞれスパッタ成
膜を行うためのものである。本実施例では、真空搬送室
７８、７９にそれぞれ赤外線放射温度計８１、８２が設
置されているが、真空槽７１〜７５にはいずれも設置さ
れていない。

【００８８】ウエハ１は、まずハンドリングロボット機
構７６によってロードロック真空槽６０から真空槽７１
に搬送され、ここでランプ加熱によるベーキングを受
け、真空槽７２でスパッタエッチングを受け、真空槽７
３でＴｉＷのスパッタ成膜を受け、真空槽７４でＡｌの
スパッタ成膜を受け、さらに真空槽７５でＴｉＷのスパ
ッタ成膜を受ける。

【００８９】ウエハ１は、ハンドリングロボット機構７
６、７７によって真空槽７１〜７５に順次搬送される。
この際、ウエハ１は、真空搬送室７８、７９にそれぞれ
設置された赤外線放射温度計８１、８２の設置場所（温
度測定位置）に搬送され、その温度が測定される。

【００９０】そして、これらの搬送に要する時間（正確
には、真空槽７１〜７５内でランプ加熱やスパッタ成膜
を受け始めるまで、あるいはこれらの真空処理が終了し
てから赤外線放射温度計８１、８２の設置場所に移動す
るまでの所要時間）と、赤外線放射温度計８１、８２に
よって測定された温度とから、（図示しない放冷温度計
算機構から得られるウエハ１の温度の放冷データを考慮
に入れた上で）各真空処理時のウエハ１の温度が算定さ
れる。

【００９１】この際、真空搬送室７８、７９の赤外線放
射温度計８１、８２でそれぞれ測定された温度が温度比
較判定機構８３に伝達され、（真空搬送室７８、７９の
温度測定位置間の搬送時間を考慮に入れた上で）各赤外
線放射温度計８１、８２の正常動作が判定される。この
判定は、表示装置８４に伝達され、異常がある場合に
は、装置の操作者にその旨が知らされる。

【００９２】以上、本発明者によってなされた発明を実
施例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例
に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲
で種々変更可能であることはいうまでもない。

【００９３】例えば前記実施例４では、いずれの真空槽
にも赤外線放射温度計を設置しなかったが、前記実施例
３のように、真空槽にも赤外線放射温度計を設置するこ
とも可能である。

【００９４】前記各実施例では、真空処理装置として、
スパッタリング装置を例にとって説明したが、これに限
定されるものではなく、ウエハ等の基体の温度を高精度
に制御する必要のある真空処理装置、例えばＣＶＤ装
置、真空蒸着装置、拡散アニール装置、エッチング装置
等に広く適用することができる。

【００９５】

【発明の効果】本願によって開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下の通りである。

【００９６】本発明によれば、真空中の基体の温度を測
定する赤外線放射温度計の正常動作を常に確認すること
によって、赤外線放射温度計の指示の異常を早期に発見
することができるので、真空処理装置の動作信頼性を大
幅に向上させることができ、これにより、半導体装置等
の電子部品の品質、製造歩留りを向上させることができ
る。

【００９７】また、本発明のさらなる効果として生産性
の向上が挙げられる。以下、その説明を行う。

【００９８】ランプヒータに何ら制御を行わない従来技
術では、成膜開始時点のウエハ温度を一定にするため
に、第１の真空槽でランプ加熱を行った後、第２の真空
槽でウエハを一定の温度に落ち着くまで十分な時間をか
けて放冷していた。

【００９９】すなわち、ウエハは水分除去のために充分
な時間ランプ加熱を受ける必要があるが、前述のよう
に、ウエハはその表面に形成された薄膜の特性等によっ
て加熱特性が大幅に異なってくる。しかし、十分な時間
をかけて自然放冷を行えば、どのウエハも放冷後の温度
は漸近するため、温度を一定にするという目的は達成で
きる。ところが、この自然放冷を行うことによって生産
性が低下するという問題が生じる。

【０１００】本発明の実施例１による真空処理装置で
は、第２の真空槽に搬入された時点でのウエハ温度が一
定化されているため、前述したような自然放冷のための
待ち時間が不要となり、生産性を大幅に向上させること
ができる。

【０１０１】また、第２の真空槽での成膜温度が第１の
真空槽での加熱温度よりもかなり高い場合であっても、
本発明では加熱後直ちに成膜を行うので、余分な加熱を
行う必要はない。

【０１０２】また、自然放冷のための待ち時間を必要と
する従来技術では、ウエハをいったん非常に高い温度に
加熱する必要があるが、この加熱工程に制御性がないた
め、ウエハにダメージを与える可能性がある。そのた
め、成膜開始温度を高く設定することができない等、プ
ロセス上の要求に答えられない場合が生じる可能性もあ
る。本発明によれば、このような問題も解消することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１である真空処理装置の構成図
である。

【図２】ウエハの赤外線放射率とランプヒータの加熱時
間との関係を実験的に測定したグラフ図である。

【図３】ウエハの搬送時間と温度との関係を実験的に測
定したグラフ図である。

【図４】本発明の実施例２である真空処理装置の構成図
である。

【図５】ウエハの放冷時間と温度との関係を実験的に測
定したグラフ図である。

【図６】本発明の実施例３である真空処理装置の構成図
である。

【図７】本発明の実施例４である真空処理装置の構成図
である。

【符号の説明】

１ウエハ２加熱ステージ３赤外線放射温度計４反射体５真空槽６ランプヒータ７反射体８放射率演算回路９ランプヒータ制御電源１３真空槽１４スパッタ電極１５赤外線放射温度計１６制御機構１７比較機構１８表示装置１９真空槽４２真空槽４３ランプヒータ４４真空槽４５赤外線放射温度計４６反射体４７放冷温度計算機構４８赤外線放射温度計５０温度比較判定機構５１表示装置６０ロードロック真空槽６１真空槽６２真空槽６３真空槽６４ハンドリングロボット機構６５真空搬送室６６赤外線放射温度計６７赤外線放射温度計６８赤外線放射温度計６９温度比較判定機構７０表示装置７１真空槽７２真空槽７３真空槽７４真空槽７５真空槽７６ハンドリングロボット機構７７ハンドリングロボット機構７８真空搬送室７９真空搬送室８０真空槽８１赤外線放射温度計８２赤外線放射温度計８３温度比較判定機構８４表示装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者谷垣幸男東京都小平市上水本町５丁目20番１号株式会社日立製作所武蔵工場内 (72)発明者小林秀神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者島村英明神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者米岡雄二神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者岡本明神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空処理中の基体の温度を測定する手段
としての１乃至複数の赤外線放射温度計と、前記基体を
加熱するランプと、前記基体の赤外線放射率を測定する
手段と、前記赤外線放射率に基づいて前記赤外線放射温
度計の校正を行う手段と、前記赤外線放射率に基づいて
前記ランプの加熱条件を設定する手段とを備えているこ
とを特徴とする真空処理装置。
【請求項２】前記基体の赤外線放射率を測定する手段
は、前記基体を所望の温度に保持する加熱手段と、前記
基体の裏面側に設置された赤外線放射温度計と、前記基
体の表面側に設置された鏡面反射体からなることを特徴
とする請求項１記載の真空処理装置。
【請求項３】前記ランプの加熱条件による前記基体の
加熱結果を知り、前記加熱条件が適正かどうかを判定す
る手段を備えていることを特徴とする請求項１または２
記載の真空処理装置。
【請求項４】真空処理中の基体の温度を測定する手段
としての１乃至複数の赤外線放射温度計と、前記基体を
加熱するランプと、前記基体の赤外線放射率を測定する
手段と、前記赤外線放射率に基づいて前記赤外線放射温
度計の校正を行う手段と、前記ランプの放射波長におけ
る前記基体の赤外線放射率を測定し、これに基づいて前
記基体の加熱条件を設定する手段とを備えていることを
特徴とする真空処理装置。
【請求項５】基体を処理する複数の真空槽と、前記複
数の真空槽に前記基体を搬送する基体搬送手段を備えた
真空搬送室と、前記複数の真空槽のうち少なくとも２以
上の真空槽に設置された赤外線放射温度計とを備え、前
記赤外線放射温度計は、少なくとも１つの真空処理の間
の前記基体の温度を測定するものと、前記赤外線放射温
度計が設置されている真空槽とは異なる真空槽での真空
処理の前または後もしくは前後両方における前記基体の
温度を測定するものとからなることを特徴とする真空処
理装置。
【請求項６】前記真空処理の前または後もしくは前後
両方における前記基体の温度を測定する赤外線放射温度
計のうち、少なくとも１つは前記真空搬送室に設置され
ていることを特徴とする請求項５記載の真空処理装置。
【請求項７】真空処理の間の基体の温度を測定する赤
外線放射温度計の指示値と、前記赤外線放射温度計が設
置されている真空槽とは異なる真空槽での真空処理の前
または後もしくは前後両方における前記基体の温度を測
定する赤外線放射温度計の指示値とを相互に比較する機
構と、この比較結果を外部に報ずる機構とを備えている
ことを特徴とする請求項５または６記載の真空処理装
置。
【請求項８】基体搬送手段を備えた搬送用真空槽を複
数備え、これら搬送用真空槽のそれぞれに備えられた赤
外線放射温度計によって、少なくとも１つの当該搬送用
真空槽の内部で当該搬送用真空槽に接する様に配された
複数の真空処理槽での真空処理を行う前後の基体の温度
を測定し、これと前記赤外線放射温度計によって前記基
体の温度を測定した結果を比較することにより、前記赤
外線放射温度計相互の動作状況を確認する機構を備えて
いることを特徴とする真空処理装置。
【請求項９】予め基体の赤外線放射率を測定すると共
に、前記赤外線放射率に基づいて前記基体の加熱条件を
設定し、前記加熱条件に従って前記基体を加熱した後、
前記基体に対して所定の真空処理を施すことを特徴とす
る真空処理方法。
【請求項１０】前記真空処理は、前記基体の表面への
薄膜の形成または前記薄膜のエッチングであることを特
徴とする請求項９記載の真空処理方法。