TWI601847B - 熱處理裝置 - Google Patents

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TWI601847B
TWI601847B TW104142602A TW104142602A TWI601847B TW I601847 B TWI601847 B TW I601847B TW 104142602 A TW104142602 A TW 104142602A TW 104142602 A TW104142602 A TW 104142602A TW I601847 B TWI601847 B TW I601847B
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菅野聰一
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東京威力科創股份有限公司
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Description

熱處理裝置
本發明係關於一種對載置於旋轉台上之基板進行熱處理之際，測定該旋轉台之溫度的技術。
加熱基板進行處理之熱處理裝置中，有在受到加熱之基板形成薄膜之成膜裝置。成膜裝置之一例可舉出在配置於真空容器內之旋轉台上以包圍其旋轉軸的方式載置複數基板，在旋轉台上方側之既定位置以供給處理氣體的方式配置著氣體供給區域。此成膜裝置，若使得旋轉台做旋轉，則各基板一邊繞旋轉軸周圍公轉一邊反覆通過氣體供給區域，處理氣體於此等基板表面進行反應而進行成膜。
於前述旋轉台下方側配置著做為加熱部之加熱器，利用來自此加熱器之熱輻射(輻射熱)來加熱旋轉台，藉此，其上面所載置之基板受到加熱，進行處理氣體之反應。影響此反應進行的基板溫度控制係經由旋轉台之溫度調整來進行，為了進行適切的基板溫度控制，必須正確測定旋轉台溫度。
此處做為一般所使用之溫度計有熱電偶、測溫電阻體等，使得金屬製小型測溫部(以下稱為「溫度測定端」)接觸於進行溫度測定之對象物，以該溫度測定結果做為電氣訊號輸出到外部。
另一方面，於上述成膜裝置中，有時會對於基板表面供給電漿化氣體來對於成膜在基板上的膜進行改質。若於形成有電漿之雰圍中配置溫度測定端此類小型金屬，則相較於平板的旋轉台為尖銳形狀之溫度測定端處會產生異常放電，恐對基板造成不良影響。
再者，有時將溫度測定端的溫度測定結果以電氣訊號輸出之際，電氣訊號會受電漿的影響，而無法得到正確的溫度測定結果。
以往，在固定配置於真空容器內之試料載置台上載置晶圓、使用電漿對晶圓進行成膜之電漿處理裝置中，已知有在構成試料載置台且連接著拉引電漿中荷電粒子之偏壓用高頻電源的金屬製基材部處配置著熱電偶或測溫電阻體等溫度感應器之電漿處理裝置。
但是此溫度感應器係***至在基材部下面側所形成之孔的內部，且於基材部的上面側積層著燒結陶瓷板(內藏有介電質膜或加熱器電極膜、靜電吸附用電極膜)。因此，由於晶圓上方側所形成之電漿與溫度感應器之間呈現充分的絕緣，故不易發生朝向溫度感應器產生異常放電之問題或是成為溫度測定結果所輸出之電氣訊號受到電漿的影響之問題。
此外以往已知有MOCVD裝置，係於繞軸件旋轉之旋轉碟上搭載晶圓，從配置於其旋轉中心上方側處的材料氣體導入口導入材料氣體朝旋轉碟的上面擴展，並以配置於該旋轉碟上方處的加熱器來加熱晶圓而進行成膜。
此MOCVD裝置中，係以接近或是接觸於晶圓內面的方式在旋轉碟埋設熱電偶來進行晶圓之溫度測定。但是，僅是將熱電偶上面以晶圓覆蓋之情況，電漿與熱電偶之間不過取了「晶圓厚度×矽之比介電係數(≒12)」之距離(例如晶圓厚度為0.7mm之情況，相對於電漿之距離為約8mm)。因此，自電漿屏蔽出熱電偶之作用不充分，無法輸出正確溫度測定結果(熱電偶之情況為電位差)之可能性高。此外，恐有異常放電從晶圓下面朝熱電偶進入之虞。
本發明係提供一種熱處理裝置，可一邊抑制來自電漿之異常放電的發生、一邊測定旋轉台之溫度。
本發明之熱處理裝置，係對基板進行熱處理者；具備有：旋轉台，係配置於真空容器內，用以於其一面側所設之載置區域來載置基板使之公轉；加熱部，係加熱該旋轉台；電漿處理部，係用以在該旋轉台之一面側的基板通過區域處所設之電漿形成區域形成電漿來處理基板； 溫度測定端，係設置在當該旋轉台旋轉時，通過與該電漿形成區域成為對向之位置之區域內的該旋轉台處，用以將該旋轉台之溫度測定結果以電氣訊號形式輸出；以及導電體製之電漿屏蔽部，從該電漿形成區域觀看係以覆蓋該溫度測定端的方式設置。
1‧‧‧成膜裝置
2‧‧‧旋轉台
7‧‧‧控制部
11‧‧‧真空容器
12‧‧‧頂板
13‧‧‧容器本體
14,14a~14c‧‧‧熱電偶
15‧‧‧氣體供給管
16‧‧‧開口部
17‧‧‧突出部
18‧‧‧流路
21‧‧‧旋轉軸
24‧‧‧溫度檢測單元
25‧‧‧凹部
31‧‧‧凹部
33‧‧‧加熱器
34‧‧‧加熱器蓋
35,36‧‧‧排氣口
37‧‧‧搬出入口
38‧‧‧閘閥
44,44a~44c‧‧‧熱電偶(加熱部溫度計)
51‧‧‧原料氣體噴嘴
52‧‧‧分離氣體噴嘴
53‧‧‧氧化氣體噴嘴
54‧‧‧電漿用氣體噴嘴
55‧‧‧分離氣體噴嘴
56‧‧‧噴出口
57‧‧‧噴嘴蓋
61‧‧‧電漿處理部
62‧‧‧突條部
63‧‧‧法拉第屏蔽件
64‧‧‧絕緣用板構件
65‧‧‧天線
66‧‧‧高頻電源
67‧‧‧狹縫
71‧‧‧收訊供電單元
72‧‧‧加熱器控制部
100‧‧‧成膜裝置本體
140‧‧‧訊號線
221‧‧‧磁密封件
222‧‧‧饋通件
231‧‧‧滑輪
232‧‧‧驅動帶
233‧‧‧驅動馬達
261,261a‧‧‧屏蔽部
262‧‧‧導電體片
331‧‧‧加熱器元件
332‧‧‧連接埠
333‧‧‧供電部
721‧‧‧第1PID控制部
722‧‧‧第2PID控制部
C‧‧‧中心部區域
D‧‧‧分離區域
R1‧‧‧吸附區域
R2‧‧‧氧化區域
R3‧‧‧電漿形成區域
W‧‧‧晶圓
所附圖式係加入做為本說明書一部分來顯示本揭示之實施形態，連同上述一般性說明以及後述實施形態之詳細來說明本揭示之概念。
圖1係本發明之實施形態之成膜裝置之縱剖側視圖。
圖2係前述成膜裝置之橫剖俯視圖。
圖3係顯示前述成膜裝置之內部構造的分解立體圖。
圖4係加熱器之配置區域的放大分解立體圖。
圖5係熱電偶以及屏蔽部相對於旋轉台之配置的俯視圖。
圖6係顯示前述熱電偶以及屏蔽部之配置的縱剖側視圖。
圖7係顯示旋轉台之溫度控制機構一例之方塊圖。
圖8係顯示使得旋轉台旋轉時利用溫度測定結果之範圍的說明圖。
圖9係顯示進行熱電偶所得溫度測定結果之利用、未利用之時機之作用圖。
圖10係顯示其他例之熱電偶以及屏蔽部配置之俯視圖。
圖11係顯示旋轉台之溫度控制機構之其他例之方塊圖。
以下，針對本發明之實施形態，參見圖式來說明。下述詳細說明中為了可充分理解本揭示提供諸多具體詳細。但是，業界人士無如此詳細說明可完成本揭示乃顯然的事項。其他例中，為避免難以理解各種實施形態，針對公知的方法、順序、系統或構成要素未詳細顯示。
本發明之熱處理裝置之一實施形態，針對利用ALD(Atomic Layer Deposition)法來對於做為基板之晶圓W形成SiO2膜之成膜裝置1來說明。 若就本例之成膜裝置1所實施之ALD法之概要描述之，則使得含Si(矽)之原料氣體的BTBAS(雙四丁基胺基矽烷)氣體吸附於晶圓W後，對該晶圓W之表面供給使得前述BTBAS產生氧化之氧化氣體亦即臭氧(O3)氣體來形成SiO2(氧化矽)分子層。之後，讓晶圓W曝露於從電漿產生用氣體所產生之電漿中，對前述分子層進行改質處理。藉由對1片的晶圓W反覆進行複數次此一連串的處理來形成SiO2膜。原料氣體、氧化氣體相當於本實施形態之處理氣體。
如圖1、圖2所示般，成膜裝置1具備有：大致圓形的扁平狀真空容器11、以及設置於真空容器11內之圓板狀的旋轉台2。真空容器11係由頂板12以及成為真空容器11之側壁以及底部的容器本體13所構成。
旋轉台2例如由石英玻璃(以下簡稱為「石英」)所構成，其中心部設有朝鉛直下方延伸之金屬製旋轉軸21。旋轉軸21***在容器本體13之底部所形成之開口部16，通過以氣密阻塞開口部16之下端部的方式所設之磁密封件221從容器本體13之下面往真空容器11之外部突出。於旋轉軸21之外部突出部分介設有饋通件222(用以在真空雰圍之真空容器11與外部之間通過電氣訊號的配線)以及滑輪231。
於旋轉軸21之側方配置著驅動馬達233，以連結前述滑輪231與驅動馬達233之旋轉軸的方式捲繞驅動帶232以構成旋轉台2之驅動部。
此外於旋轉軸21之下端部設有溫度檢測單元24，其與後述收訊供電單元71之間實行旋轉台2之溫度資訊的通訊。
旋轉台2經由旋轉軸21被水平支撐於真空容器11內，一旦藉由驅動馬達233之作用使得旋轉軸21做旋轉則從上面側觀看例如繞順時鐘來旋轉。
此外，於開口部16之下端部設有對於該開口部16與旋轉軸21之間隙供給N2(氮)氣體之氣體供給管15，以防止原料氣體、氧化氣體等從旋轉台2之上面側回繞至下面側。
另一方面，構成真空容器11之頂板12之下面形成有：中心部區域C，係朝旋轉台2之中心部以對向方式突出，俯視形狀為圓環狀；以及突出部17,17，以從此中心部區域C往旋轉台2外側擴展的方式所形成之俯視形狀 為扇形者(圖2)。換言之，此等中心部區域C以及突出部17,17可說是在頂板12之下面形成為較其外側區域來得低的天花板面。
中心部區域C與旋轉台2之中心部的間隙構成了N2氣體之流路18。此流路18係從頂板12處所連接的氣體供給管被供給N2氣體，流進流路18內的N2係從旋轉台2之上面與中心部區域C之間隙在整個全周上朝旋轉台2之徑向外側噴出。此N2氣體係防止在旋轉台2上互異位置(後述吸附區域R1以及氧化區域R2)被供給之原料氣體、氧化氣體以旋轉台2之中心部(流路18)為旁通而相互接觸。
圖3之立體圖顯示從成膜裝置1卸除頂板12以及旋轉台2之狀態。如圖3所示般，位於旋轉台2下方之容器本體13之底面處，沿著前述旋轉台2之周向形成有扁平的圓環狀之凹部31。於此凹部31之底面在整個對向於旋轉台2之下面全體的區域配置有做為加熱部之加熱器33。
例如圖4所示，加熱器33係將形成為例如十幾cm~數十cm程度之長度的圓弧形狀之由細長管狀的碳絲加熱器所構成之多數的加熱器元件331加以組合所構成。藉由將此等圓弧狀的加熱器元件331加以複數組合，加熱器33係以旋轉軸21為中心描繪複數同心圓的方式配置在凹部31內。
再者，配置著加熱器33之凹部31內係沿著旋轉台2之徑向配置有複數個(例如3個)熱電偶44(44a~44c：加熱部溫度計)。各熱電偶44a~44c係沿著旋轉台2之徑向從該旋轉台2之中心部側朝周緣側來併排配置著。此等熱電偶44a~44c係對應於在旋轉台2側所設後述熱電偶14a~14c之溫度測定位置來設置，可對應於旋轉台2之中心部側(熱電偶14a)、周緣部側(熱電偶14c)以及此等間的位置(熱電偶14b)來測定加熱器33之配置區域的溫度。熱電偶44a~44c係連接於未圖示之溫度測定器本體，各位置之溫度測定結果朝後述加熱器控制部72做輸出。
各加熱器元件331若從側面觀看係以和凹部31之底面成為大致平行的方式以從該底面浮起的狀態而配置，其兩端往下方側彎曲，經由貫通容器本體13之底板的連接埠332來和真空容器11之外部所設的供電部333相連接(關於供電部333參見圖6)。此結果，形成為圓環狀之加熱器33之配置區域在徑向上被複數分割，可就同心圓狀之分割區域個別調整加熱器33 之輸出。此外，圖4以外之各圖中係省略了加熱器元件331之彎曲部、連接埠332之記載。
配置有此等加熱器33之凹部31上面係以例如石英所構成之圓環形狀的板構件亦即加熱器蓋34所阻塞(參見圖1)。
此外，位於前述凹部31之外周側處的容器本體13之底面有開口為將真空容器11內加以排氣的排氣口35、36。於排氣口35、36連接著以真空泵等所構成之未圖示之真空排氣機構。
再者如圖2、圖3所示般，於容器本體13之側壁設有晶圓W之搬出入口37、以及開閉該搬出入口37之閘閥38。被保持在外部搬送機構之晶圓W係經由此搬出入口37而搬入真空容器11內。於旋轉台2之上面係以包圍中心部之流路18周圍的方式形成成為晶圓W載置區域的複數凹部25，搬入真空容器11內之晶圓W係載置於各凹部25內。晶圓W於搬送機構與凹部25之間的傳輸係以未圖示之升降銷(經由在各凹部25所設的未圖示之貫通口而於旋轉台2之上方位置與下方位置之間升降自如地構成)來進行，關於升降銷之記載加以省略。
如圖2、圖3所示般，於旋轉台2之上方係沿著旋轉台2之旋轉方向保持間隔依序配置原料氣體噴嘴51、分離氣體噴嘴52、氧化氣體噴嘴53、電漿用氣體噴嘴54、分離氣體噴嘴55。各氣體噴嘴51~55係從真空容器11之側壁朝旋轉台2之中心部沿著徑向而水平延伸形成為棒狀。各氣體噴嘴51~55之下面有多數的噴出口56彼此保有間隔來形成，從此等噴出口56朝下方側噴出各氣體。
於以下之說明中，將從既定基準位置沿著旋轉台2之旋轉方向的方向稱為旋轉方向之下游側，其相反方向稱為旋轉方向之上游側。
原料氣體噴嘴51係朝旋轉台2之上面側噴出前述BTBAS氣體。如圖2、圖3所示般，原料氣體噴嘴51係被從該原料氣體噴嘴51朝旋轉台2之旋轉方向之上游側以及下游側分別擴展而形成為扇狀的噴嘴蓋57所覆蓋。噴嘴蓋57具有提高其下方之BTBAS氣體之濃度、提高BTBAS氣體朝晶圓W之吸附性的功用。此外，氧化氣體噴嘴53係噴出臭氧氣體，分離氣 體噴嘴52、55係噴出N2氣體。如圖2所示般，各分離氣體噴嘴52、55係以將頂板12所形成之扇狀的突出部17、17在周向上做分割的方式來配置。
其次，就用以對晶圓W處所形成之膜進行電漿處理之電漿處理部61之構成來說明。
電漿用氣體噴嘴54係噴出例如由氬(Ar)氣體與氧(O2)氣體之混合氣體所構成之電漿產生用氣體。如圖2中一點鏈線所示，頂板12設有沿著旋轉台2之旋轉方向的扇狀開口部。此開口部***有電漿處理部61(由石英等介電質所構成，具有對應於該開口部之平面形狀，縱剖側面形狀形成為杯狀)(參見圖1、圖2)。電漿處理部61從旋轉台2之旋轉方向觀看係設置於氧化氣體噴嘴53與其下游側之突出部17之間。
如圖1所示般，於電漿處理部61之下面，沿著該電漿處理部61之周緣部設有突條部62，上述電漿用氣體噴嘴54係以對於此突條部62所包圍之區域噴出氣體的方式沿著位於上游側之突條部62而***該區域內。突條部62具有抑制N2氣體、臭氧氣體以及BTBAS氣體進入電漿處理部61之下方、抑制電漿產生用氣體之濃度降低的功用。
於電漿處理部61之上面側形成有凹陷，此凹陷中配置著上面側為開口之箱型的法拉第屏蔽件63。於法拉第屏蔽件63之底面配置有絕緣用板構件64，其上面側則設有電漿產生用之天線65(將金屬線繞鉛直軸捲繞形成為線圈狀，連接於高頻電源66)。
如圖2所示般，於法拉第屏蔽件63之底面形成有狹縫67，於天線65被施加高頻時可阻止該天線65所產生之電磁場當中的電場成分往下方移動，並使得磁場成分往下方移動。此狹縫67相對於天線65之捲繞方向係延伸於正交(交叉)方向上，沿著天線65之捲繞方向形成多數。
如圖2、圖3所示般，於旋轉台2之上面側，原料氣體噴嘴51之噴嘴蓋57之下方區域為進行原料氣體之BTBAS氣體之吸附的吸附區域R1，氧化氣體噴嘴53之下方區域為利用臭氧氣體來進行BTBAS氣體氧化之氧化區域R2。吸附區域R1、氧化區域R2相當於本實施形態之氣體供給區域。此外，電漿處理部61之下方區域成為利用電漿進行SiO2膜改質之電漿形成區域R3。此外突出部17、17之下方區域分別構成分離區域D,D，係藉由從 分離氣體噴嘴52、55所噴出之N2氣體使得吸附區域R1與氧化區域R2相互分離，以防止原料氣體與氧化氣體之混合。
此處在容器本體13之底面所設之一方側的排氣口35在吸附區域R1與相對於該吸附區域R1鄰接於前述旋轉方向下游側之分離區域D的交界附近，朝旋轉台2之外方側開口，將剩餘的BTBAS氣體加以排氣。他方側之排氣口36在電漿形成區域R3與相對於該電漿形成區域R3鄰接於前述旋轉方向下游側之分離區域D的交界附近，朝旋轉台2之外方側開口，將剩餘的臭氧氣體以及電漿產生用氣體加以排氣。從各排氣口35、36也對於各分離區域D,D、旋轉台2下方之氣體供給管15、旋轉台2之中心部區域C所分別供給之N2氣體進行排氣。
此成膜裝置1設有用以進行裝置全體之動作控制的由電腦所構成之控制部7(參見圖1、圖6)。此控制部7儲存有對晶圓W實行成膜處理之程式。前述程式係對成膜裝置1之各部傳送控制訊號來控制各部的動作。具體而言，依據控制訊號來進行來自各氣體噴嘴51~55之各種氣體的供給量調整、加熱器33之輸出控制、來自氣體供給管15以及中心部區域C之N2氣體之供給量調整、基於驅動馬達233之旋轉台2之旋轉速度調整等。上述程式中係以進行此等控制、實行上述各動作的方式組入有步驟群。該程式係從硬碟、光碟、光磁碟、記憶卡、軟碟等記憶媒體安裝到控制部7內。
具備以上所說明之構成的成膜裝置1中，旋轉台2被加熱器33所加熱，載置於各凹部25之晶圓W經由此旋轉台2而被加熱。如圖5、圖6所示般，本例之旋轉台2中設有溫度測定端之複數熱電偶14(熱電偶14a~14c)。使用此等熱電偶14來測定旋轉台2之溫度，利用此測定結果來進行旋轉台2之溫度控制。另一方面，如前述般，當熱電偶14通過電漿形成區域R3之際，若熱電偶14配置於會受到來自電漿之影響的位置處，恐從電漿朝熱電偶14產生異常放電。此外，為溫度測定之結果輸出的電氣訊號(熱電偶14之情況為電位差)有時會受電漿的影響而變化，無法得到正確的溫度測定結果。
是以本例之成膜裝置1，在設有熱電偶14之區域處係以從電漿形成區域R3觀看覆蓋熱電偶14的方式設置了導電體製之電漿屏蔽部(以下簡稱為「屏蔽部」)261。
以下，參見圖5~圖7，說明一邊使用此屏蔽部261來抑制來自電漿之影響、一邊藉由熱電偶14測定旋轉台2之溫度的手法、以及使用此等熱電偶14之旋轉台2之溫度控制做說明。
如圖5、圖6示意顯示般，本例之旋轉台2中，於成為晶圓W之載置區域的5個凹部25當中的1個凹部25內設有3個熱電偶14(14a~14c)。各熱電偶14a~14c沿著旋轉台2之徑向於凹部25之內側排列配置。本例中熱電偶14設置於旋轉台2之中心部側的位置(熱電偶14c)、周緣部側的位置(熱電偶14a)、以及此等間之中間位置(熱電偶14b)。各熱電偶14a~14c係以從凹部25之下面往上方側突出的方式設置。
將晶圓W直接載置於設置有此等熱電偶14a~14c之凹部25的情況，由於恐發生受到電漿的影響而發生異常放電或是無法得到正確溫度測定結果之情況，故以覆蓋此等熱電偶14a~14c上面的方式設有屏蔽部261。
本例之屏蔽部261為藉由導電體之碳所構成之厚度5~10mm程度之圓形片。當晶圓W載置於凹部25內時，以成為在熱電偶14a~14c與晶圓W之間夾著屏蔽部261之狀態的方式固定配置屏蔽部261來覆蓋凹部25之底面。從凹部25之底面突出配置之各熱電偶14a~14c係接觸於屏蔽部261之下面，經由屏蔽部261來進行旋轉台2之溫度測定。此外，熱電偶14a~14c無須成為接觸於屏蔽部261之下面的狀態，也可例如於凹部25之底面附近的下方側之旋轉台2內埋設各熱電偶14a~14c，而於其上面側配置屏蔽部261。
一般由於電漿容易朝尖銳部分產生放電，故屏蔽部261之上面成為平坦。此外，屏蔽部261從其上面側所見輪廓形狀和晶圓W或凹部25同樣為圓形，儘可能僅以大曲率的曲線來形成。此結果，可抑制例如當屏蔽部261之輪廓形狀為四角形之情況，朝向其角落部發生異常放電之不佳情形。
當導電體之屏蔽部261通過電漿形成區域R3之際，屏蔽部261之表皮部的電位差小，不易產生異常放電。此外，電場僅於導電體之屏蔽部261之表皮部分產生，其內部不形成電場(表皮效應)。是以藉由在未形成電場之屏蔽部261之內側配置熱電偶14a~14c，可將此等熱電偶14a~14c遮蔽於電漿之外而抑制電漿的影響。
另一方面，受到電漿的影響產生電位差之屏蔽部261的表皮部會以抵銷此電場的方式產生渦電流，屏蔽部261伴隨渦電流之產生會發熱。從而設置有屏蔽部261之區域，旋轉台2除了有來自加熱器33之加熱也會因為屏蔽部261之發熱而被加熱。
此時，若僅在設置有熱電偶14之凹部25處設置屏蔽部261，晶圓W之加熱條件在設有通過電漿形成區域R3之際會發熱的屏蔽部261之凹部25和未設置屏蔽部261之其他凹部25之間會不同。是以，本例之旋轉台2係於未設置熱電偶14之凹部25處設置有由和屏蔽部261為共通之碳片所構成之導電體片262。此結果，此等導電體片262通過電漿形成區域R3之際也會和屏蔽部261同樣的產生發熱，能以和設有屏蔽部261之凹部25同樣的條件來加熱晶圓W。
如圖6所示般，使得不同金屬做接觸所構成之熱電偶14a~14c會對應於旋轉台2之溫度(屏蔽部261之溫度)產生電動勢，此電動勢藉由連接於熱電偶14a~14c之訊號線140而被取出。例如訊號線140朝徑向中心部側配線於旋轉台2內之後，***於旋轉軸21之內部。通過旋轉軸21內之訊號線140經由饋通件222從真空雰圍往大氣壓雰圍取出後，連接於在旋轉軸21之下端部所設之溫度檢測單元24。
溫度檢測單元24內具備有：電壓計，係檢測經由訊號線140所輸入之各熱電偶14a~14c的電動勢；轉換部，係基於所檢測之電動勢來轉換為對應於旋轉台2之溫度的溫度資訊；輸出部，係將得自不同的3個熱電偶14a~14c之溫度資訊以彼此可辨識的方式以例如賦予辨識符號之序列數據來輸出；送訊部，係將從輸出部輸出之數據以無線通訊來送訊至收訊供電單元71。
收訊供電單元71係鄰接配置於溫度檢測單元24，相當於將溫度檢測單元24所送訊之溫度資訊加以收訊之收訊部，將所收訊之溫度資訊朝設置於控制部7之加熱器控制部72進行輸出。此外，溫度檢測單元24以及收訊供電單元71分別具備有藉由非接觸供電來接收傳送溫度檢測單元24之運轉用電力之線圈。此外，從由未圖示之供電部經由收訊供電單元71供給至 溫度檢測單元24之電力係蓄電於例如溫度檢測單元24內所設之電池，用於溫度檢測單元24內之各機器之作動。
其次，針對使用旋轉台2側所設熱電偶14、以及加熱器33之配置區域側所設熱電偶44所得溫度測定結果，來進行旋轉台2之溫度控制之手法做說明。如圖6所示般，控制部7具備有加熱器控制部(加熱控制部)72，係基於從各熱電偶14、44所取得之溫度測定結果來進行旋轉台2之溫度控制。加熱器控制部72所具有的功能為：基於此等溫度測定結果來對於從供電部333往加熱器33(各加熱器元件331)供電之電力做增減，針對同心圓狀之各分割區域進行加熱器33之輸出調整。
圖7係顯示加熱器控制部72中進行旋轉台2之溫度控制的機構一例之方塊圖。為方便說明起見，於圖7以及後述圖11中，將加熱器控制部72以及供電部333以外之成膜裝置1全體總括顯示為「成膜裝置本體100」。
本例之加熱器控制部72係採用串級(cascade)控制，基於使用兩熱電偶14、44所測定之旋轉台2之溫度、以及加熱器33之配置區域之溫度，來調整加熱器33之輸出。
詳細而言，基於旋轉台2之設定溫度與從熱電偶14取得之旋轉台2之溫度的差值，於第1PID控制部721算出加熱器33之配置區域的目標溫度。基於此目標溫度與從熱電偶44取得之加熱器33之配置區域的溫度之差值，於第2PID控制部722算出從供電部333供給至加熱器33之電力，其結果輸出至供電部333來實行加熱器33之輸出調整。圖7所示串級迴路係就藉由設置在凹部25之各熱電偶14a~14c來進行溫度測定之各測定位置、以及對應於此等測定位置設置在加熱器33之配置區域側的熱電偶44a~44c之溫度測定位置個別分3組來實行。
此處如前述般，進行旋轉台2之溫度測定的熱電偶14係被屏蔽部261所覆蓋，成為不易受到電漿形成區域R3之電漿影響的構成。另一方面，例如配置於旋轉台2內之訊號線140通過電漿形成區域R3之際，也恐因從熱電偶14所輸出之電位受電漿之影響等，無法完全排除電漿之影響。
是以本例之加熱器控制部72係將通過真空容器11之區域區劃為進行旋轉台2之溫度測定的區域以及不進行溫度測定的區域，基於在進行溫度 測定之區域所取得之溫度測定結果來調整加熱器33之輸出。具體而言，如圖8所示般，將從吸附區域R1側之分離區域D的出口到氧化區域R2之下游側附近位置的範圍設定為溫度測定區域(A)，電漿形成區域R3(C)、以及其前後所設定之緩衝區域(B)之溫度測定結果並不用於加熱器33之輸出調整上。
使得旋轉台2做旋轉時之熱電偶14之位置係例如和驅動馬達233之旋轉軸的旋轉位置做出對應來掌握。該旋轉軸之旋轉位置係藉由設置於驅動馬達233之未圖示的旋轉編碼器來掌握。此外加熱器控制部72係基於前述旋轉編碼器之輸出來掌握在旋轉中之旋轉台2所設之熱電偶14之現在位置，僅使用熱電偶14位於溫度測定區域內(A)之期間中所取得之溫度測定結果來進行前述加熱器33之輸出調整。於此情況，驅動馬達233之旋轉編碼器相當於檢測熱電偶14之位置的位置檢測部。
此外，依據熱電偶14之位置來判斷是否可利用溫度測定結果者不限於加熱器控制部72，也能於溫度檢測單元24側進行。於此情況，例如溫度檢測單元24係經由收訊供電單元71從驅動馬達233取得旋轉編碼器之資訊。此結果，溫度檢測單元24可基於從旋轉編碼器之輸出所掌握的熱電偶14之位置，僅將該熱電偶14位於溫度測定區域內(A)之期間中所取得之溫度測定結果往加熱器控制部72來輸出。
針對具備以上所說明構成之成膜裝置1之作用來說明。
首先成膜裝置1係將真空容器11內之壓力以及加熱器33之輸出調節為晶圓W搬入時之狀態，等待晶圓W之搬入。然後一旦藉由例如設置在鄰接真空搬送室之搬送臂來搬送處理對象之晶圓W則開放閘閥38。搬送臂係經由開放狀態之搬出入口37進入真空容器11內，將晶圓W載置於旋轉台2之凹部25內。然後，以晶圓W載置於各凹部25內的方式一邊使得旋轉台2做間歇性旋轉、一邊反覆此動作。
於結束晶圓W之搬入後，使得搬送臂從真空容器11內退避，於關閉閘閥38後，藉由來自排氣口35、36之排氣將真空容器11內真空排氣至既定壓力。此外從分離氣體噴嘴52,55、中心區域C之流路18、旋轉台2之下方側的氣體供給管15分別供給既定量之N2氣體。此外，開始旋轉台2 之旋轉，以成為大於0rpm而為300rpm以下之範圍的既定旋轉速度的方式進行速度調整。
此外，從供電部333開始對加熱器33做電力供給，實行旋轉台2之溫度控制。亦即，如圖7所示般，一旦對加熱器控制部72輸入旋轉台2之設定溫度，則和在熱電偶14所測定之旋轉台2之溫度進行比較。
然後，依下述順序實行調整加熱器33輸出之控制迴路：利用第1PID控制部721算出加熱器33之配置區域的目標溫度→和在熱電偶44所測定出之該配置區域的溫度進行溫度比較→利用第2PID控制部722算出對加熱器33之供給電力→來自供電部333之供給電力的調整→加熱器33之輸出變化。
於實行此溫度控制時，由於測定旋轉台2之溫度的熱電偶14從電漿形成區域R3觀看被屏蔽部261所覆蓋著，而可抑制通過電漿形成區域R3之際的異常放電之產生。此外，使用熱電偶14所測定出之旋轉台2之溫度係從設置在旋轉熱電偶14之下端部處的溫度檢測單元24對收訊供電單元71進行無線送訊，朝加熱器控制部72做輸出。
此外，為了避免電漿對進行溫度測定之機器全體的影響，熱電偶14僅使用在通過圖8所示溫度測定區域(A)之期間中所取得的溫度測定結果來實行加熱器33之輸出調整。此結果如圖9所示般，熱電偶14所得旋轉台2之溫度測定結果在該旋轉台2之溫度控制所用的動作被開啟/關閉。此開啟期間中，只要將其前面不久的關閉期間所測定之溫度測定結果擷取至電阻等用於旋轉台2之溫度控制即可。
此外，圖9之橫軸表示以熱電偶14通過原料氣體噴嘴51之下方之位置為「0°」時，從上面側觀看容器本體13時之周向位置。此外，圖9中之符號(A)~(C)對應於圖8所示賦予符號(A)~(C)表示之各區域。
此外，未設置熱電偶14之凹部25配置著由和通過電漿形成區域R3之際會發熱的屏蔽部261為共通的碳片所構成之導電體片262。此結果，於設置於旋轉台2之各凹部25，若屏蔽部261以及導電體片262通過電漿形成區域R3，則構成此等之碳片會同樣地發熱，可使得各晶圓W之加熱條件均一一致。於熱電偶14所測定之旋轉台2之溫度會成為除了加熱器33所 造成的加熱、尚包含屏蔽部261(於未設置熱電偶14之凹部25為導電體片262)之發熱的影響的溫度。
一旦旋轉台2之溫度藉由上述溫度控制而到達設定溫度，則來自原料氣體噴嘴51、氧化氣體噴嘴53、電漿用氣體噴嘴54之各種氣體(原料氣體、氧化氣體、電漿產生用氣體)之供給以及從高頻電源66對天線65施加高頻來形成電漿會開始。各氣體係以依照所選擇的處理配方之流量來供給。
此結果，載置於旋轉台2之各凹部25處的晶圓W係依序反覆通過原料氣體噴嘴51之噴嘴蓋57之下方的吸附區域R1→氧化氣體噴嘴53之下方的氧化區域R2→電漿處理部61之下方的電漿形成區域R3。
此外，於吸附區域R1從原料氣體噴嘴51所噴出之BTBAS氣體會吸附於晶圓W，於氧化區域R2所吸附的BTBAS氣體會被從氧化氣體噴嘴53所供給的臭氧氣體所氧化，形成1層或是複數層的SiO2膜之分子層。於電漿形成區域R3，前述SiO2膜之分子層暴露於電漿中而被改質。
如此般持續旋轉台2之旋轉，會於晶圓W表面依序積層SiO2膜之分子層，隨著SiO2膜之形成，其膜厚逐漸變大。
此時，由於吸附區域R1與氧化區域R2之間、電漿形成區域R3與吸附區域R1之間分別藉由分離區域D,D或流路18而分離，故於不必要的場所不易發生起因於原料氣體與氧化氣體之接觸的沉積物。
此外在各晶圓W形成所希望之膜厚的SiO2膜之時機，例如旋轉台2旋轉了既定次數之時機，乃停止來自原料氣體噴嘴51、氧化氣體噴嘴53、電漿用氣體噴嘴54之各種氣體的供給以及從高頻電源66對天線65施加高頻電力。然後，停止旋轉台2之旋轉，並使得加熱器33之輸出成為待機時狀態，結束成膜處理。
此時旋轉台2藉由從各處所供給之N2氣體來移熱而降低溫度。例如此降溫時，若非停止加熱器33而是將旋轉台2保持在預熱狀態之情況，也可和使用圖7、圖9所說明過的旋轉台2之升溫時控制同樣地，一邊利用熱電偶14所進行之旋轉台2之溫度測定結果、一邊進行加熱器33之輸出調整。
之後，將真空容器11內之壓力調節為晶圓W搬出時之狀態，開啟閘閥38，以和搬入時相反的順序取出晶圓W，結束成膜處理。
依據本實施形態之成膜裝置1具有以下之效果。對載置於旋轉台2之晶圓W進行成膜之成膜裝置1中設有電漿處理部61來對於所成膜之膜進行電漿處理。再者於旋轉台2設有測定其溫度而將測定結果以電氣訊號方式輸出之熱電偶14，此熱電偶14從前述電漿處理部61觀看係藉由碳片之屏蔽部261所覆蓋著。藉由此屏蔽部261之作用，可抑制從電漿朝熱電偶14產生異常放電，並可正確測定旋轉台2之溫度。
此外，於旋轉台2設置熱電偶14對旋轉台2之溫度進行直接測定的結果用於該旋轉台2之溫度控制也可得到以下之效果。
以往，當無法直接測定旋轉台2之溫度的情況，係使用圖4、圖6所示熱電偶44來掌握加熱器33之配置區域的溫度，成膜裝置在該區域之溫度到達設定溫度後係等待相當的時間經過。相對於此，本實施形態之成膜裝置1由於可使用熱電偶14直接測定旋轉台2之溫度，故即使旋轉台2到達設定溫度後，可抑制持續等待預先設定之時間此種不必要的等待時間的發生，可縮短晶圓W搬入成膜裝置1後再搬出為止的整體處理時間。
此外，藉由於旋轉台2設置熱電偶14，可即時掌握旋轉台2之溫度，故該溫度測定之結果可利用於加熱器33所做旋轉台2之溫度控制上。此結果，藉由回饋旋轉台2之溫度增大加熱器33之輸出，也可縮短旋轉台2之溫度到達設定溫度為止的時間。
此處設置熱電偶14之位置、屏蔽部261之形狀不限定於圖5所示之例。例如圖10顯示的例子乃對於全部的凹部25朝旋轉台2之徑向分別排列設置各3個熱電偶14，再者以從旋轉台2之中心側覆蓋周緣部側之區域的方式設置圓環形狀之屏蔽部261a。亦即，本例係以一片的屏蔽部261a來覆蓋全部凹部25之下面。藉由於各凹部25設置熱電偶14，可極為精細地掌握各晶圓W之溫度。此外，藉由使用圓環形狀之屏蔽部261a，屏蔽部261a通過電漿形成區域之際的發熱可沿著旋轉台2之周向來產生而可進行旋轉台2之均一加熱。
另一方面，若屏蔽部261通過電漿形成區域之際的發熱影響小，無須於全部的凹部25設置導電體片262。
此外，關於構成屏蔽部261,261a、導電體片262之材料，只要是沒有對於晶圓W之金屬的影響等問題，也可使用鋁、不鏽鋼等金屬製之屏蔽部261,261a、導電體片262。
再者，設置於旋轉台2之溫度測定端之構成不限定於熱電偶14之例。例如，在溫度測定端方面也可使用測溫電阻體(RTD：Resistance Temperature Detector)、熱阻器、半導體溫度計。
此外，設置溫度測定端之位置不限定於晶圓W之載置區域亦即凹部25內，而是在離開凹部25之旋轉台2之上面配置熱電偶14，以屏蔽部261,261a來覆蓋旋轉台2之上面側。
除此以外，為了防止金屬所致污染，當不希望在露出金屬之空間內進行晶圓W之處理的情況，也可例如於真空容器11之內側設置石英製容器，而於此石英容器內配置旋轉台2。於此情況，也可不設置前述的加熱器蓋34。
再者，於加熱器控制部72進行旋轉台2之溫度控制的手法不限定於使用圖9所說明之例般利用旋轉台2之溫度與加熱器33之配置區域的溫度來進行加熱器33之輸出調整的串級控制之例。也可例如圖11所示般，使用完全基於旋轉台2之溫度的測定結果來進行加熱器33之輸出控制之單迴路之控制機構。
圖7、圖11所示任一控制機構無須如使用圖8、圖9所說明般依據旋轉台2旋轉時之熱電偶14之位置來進行將熱電偶14之溫度測定結果用於加熱器33之輸出調整的情況與不用於輸出調整的情況間的切換。當設置屏蔽部261,261a之電漿屏蔽效果充分的情況，也可不論熱電偶14之位置而常時性地使用從該熱電偶14所取得之旋轉台2之溫度測定結果來進行加熱器33之輸出調整。
除此以外，從旋轉熱電偶14取出溫度測定結果之電氣訊號的手法不限定於使用溫度檢測單元24與收訊供電單元71之間的無線通訊之情況。例如也可在溫度檢測單元24之下面設置滑環(slip ring)，從溫度檢測單元24內之輸出部朝該滑環輸出溫度資訊。於此情況，經由以接觸於滑環側面的方式所設之電刷取出溫度資訊，而輸入至收訊供電單元71。
再者，上述實施形態中，係針對使用做為原料氣體之BTBAS氣體與做為氧化氣體之臭氧氣體的ALD法來實行SiO2膜之成膜之成膜裝置1的例子做說明，但使用本發明之成膜裝置1所能實行之成膜處理的種類並不限定於此。例如，也可實行下述ALD程序：在吸附區域R1使得三甲基鋁(TMA)、三乙基鋁(TEA)等原料氣體吸附於晶圓W，在取代氧化區域R2所設置之氮化區域供給NH3(氨)氣體等氮化氣體，使得前述原料氣體氮化，得到氮化鋁(AlN)。
除此以外，在熱處理裝置內所實行之處理的種類不限定於成膜處理。也可將已經進行過成膜之晶圓W載置於旋轉台2上，僅進行通過電漿形成區域R3之膜改質處理。於此情況，也可於旋轉台2上不設置吸附區域R1、氧化區域R2，於頂板12僅配置分離區域D以及電漿形成區域R3。
依據本發明，對載置於旋轉台之基板進行熱處理的熱處理裝置中設有對基板進行電漿處理之電漿處理部。再者於旋轉台設有用以測定其溫度而將測定結果以電氣訊號形式輸出之溫度測定端，此溫度測定端從前述電漿處理部觀看係被導電體製之電漿屏蔽部所覆蓋著。藉由此電漿屏蔽部之作用，可一邊抑制從電漿朝溫度測定端發生異常放電、一邊更正確地測定旋轉台之溫度。
前述所揭示之實施形態在所有的點均為例示而非制限。實際上，上述實施形態能以各種形態顯現。此外，上述實施形態可在不脫離所附申請專利範圍及其主旨的情況下以各種形態進行省略、取代、變更。本發明之範圍意圖包含所附申請專利範圍及其均等涵義以及範圍內之所有變更。
此揭示係基於2014年12月22提出申請之日本專利申請第2014-258952號之優先權利益，將該日本申請案之內容全部當作參見文獻加入本說明書中。
2‧‧‧旋轉台
13‧‧‧容器本體
14,14a~14c‧‧‧熱電偶
21‧‧‧旋轉軸
25‧‧‧凹部
261‧‧‧屏蔽部
262‧‧‧導電體片
W‧‧‧晶圓

Claims (12)

  1. 一種熱處理裝置，係對基板進行熱處理者；具備有：旋轉台，係配置於真空容器內，用以於其一面側所設之載置區域來載置基板使之公轉；加熱部，係加熱該旋轉台；電漿處理部，係用以在該旋轉台之一面側的基板通過區域處所設之電漿形成區域形成電漿來處理基板；溫度測定端，係設置在當該旋轉台旋轉時，通過與該電漿形成區域成為對向之位置之區域內的該旋轉台處，用以將該旋轉台之溫度測定結果以電氣訊號形式輸出；以及導電體製之電漿屏蔽部，從該電漿形成區域觀看係以覆蓋該溫度測定端的方式設置。
  2. 如申請專利範圍第1項之熱處理裝置，其中該電漿屏蔽部從該電漿形成區域側觀看之輪廓形狀僅由曲線所構成。
  3. 如申請專利範圍第1項之熱處理裝置，其中該電漿屏蔽部之對向於該電漿形成區域之面為平坦。
  4. 如申請專利範圍第1項之熱處理裝置，其中該電漿屏蔽部係設置於該載置區域。
  5. 如申請專利範圍第4項之熱處理裝置，其中該溫度測定端係接觸於該電漿屏蔽部而設，經由此電漿屏蔽部來測定該旋轉台之溫度。
  6. 如申請專利範圍第1項之熱處理裝置，係進而具備有使得該旋轉台做旋轉之旋轉軸，該電氣訊號係經由在該旋轉軸內所配線之訊號線而輸出至外部。
  7. 如申請專利範圍第6項之熱處理裝置，其中該旋轉軸設有送訊部，用以對外部之收訊部藉由無線通訊方式來送訊該電氣訊號。
  8. 如申請專利範圍第1項之熱處理裝置，係進而具備：位置檢測部，當該旋轉台旋轉時，測定該溫度測定端相對於該電漿形成區域之位置；以及 加熱控制部，僅基於藉由該位置檢測部所檢測出之該溫度測定端之位置在該電漿形成區域外之期間中所輸出的該電氣訊號來掌握該旋轉台之溫度，而增減該加熱部之輸出。
  9. 如申請專利範圍第1項之熱處理裝置，係進而具備增減該加熱部之輸出的加熱控制部，該加熱控制部係基於使用該溫度測定端所掌握之旋轉台之溫度與預定之旋轉台之設定溫度間的差值來增減該加熱部之輸出。
  10. 如申請專利範圍第9項之熱處理裝置，其中該加熱部係配置於該旋轉台之下方側，藉由熱輻射來進行該旋轉台之加熱，具備有加熱部溫度計來測定配置著該加熱部之區域的溫度；該加熱控制部係進行串級控制，此串級控制係基於使用該溫度測定端所掌握之旋轉台之溫度與該預定之旋轉台之設定溫度間的差值來求出配置著該加熱部之區域的目標溫度，並基於該加熱部溫度計所測定出之配置著該加熱部之區域的測定溫度與配置著該加熱部之區域的目標溫度間的差值來增減該加熱部之輸出。
  11. 如申請專利範圍第1項之熱處理裝置，其中該載置區域係於該旋轉台之旋轉方向上相互保持間隔配置複數個，該溫度測定端為了測定該旋轉台之溫度而設置於該複數載置區域之一部分；該電漿屏蔽部係以覆蓋設有該溫度測定端之載置區域的方式來設置。
  12. 如申請專利範圍第11項之熱處理裝置，其中構成該電漿屏蔽部之導電體係因電漿的照射而發熱，未設置該溫度測定端之剩餘的載置區域也以因電漿的照射而發熱之導電體所覆蓋著。
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