JP4544265B2 - Shower head structure and film forming apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、例えば金属酸化膜などの成膜処理やエッチング処理等の熱処理を行う成膜処理装置及びこれに用いるシャワーヘッド構造に関する。 The present invention relates to a shower head structure used in thin film deposition apparatus and which performs for example a film forming process or heat treatment of the etching process or the like such as a metal oxide film.
一般に、半導体デバイスを製造するには、半導体ウエハに成膜処理やパターンエッチング処理を繰り返し行なって所望のデバイスを製造するが、中でも成膜技術は半導体デバイスが高密度化及び高集積化するに伴ってその仕様が年々厳しくなっており、例えばデバイス中のキャパシタの絶縁膜やゲート絶縁膜のように非常に薄い酸化膜などに対しても更なる薄膜化が要求され、これと同時に更に高い絶縁性が要求されている。 In general, a semiconductor device is manufactured by repeatedly performing a film forming process and a pattern etching process on a semiconductor wafer to manufacture a desired device. Especially, a film forming technique is associated with an increase in density and integration of semiconductor devices. The specifications are becoming stricter year by year. For example, a very thin oxide film such as a capacitor insulating film or a gate insulating film in a device is required to be further thinned. Is required.
これらの絶縁膜としては、シリコン酸化膜やシリコンナイトライド膜等を用いることができるが、最近にあっては、より絶縁特性の良好な材料として、金属酸化膜、例えば酸化タンタル(Ta2 O5 )等が用いられる傾向にある(例えば特開平2−283022号公報)。この金属酸化膜は、酸化膜換算膜として薄くても信頼性の高い絶縁性を発揮する。そして、このような特性の良好な金属酸化膜を形成するには、成膜中の半導体ウエハの温度を精度良く制御することが望まれる。 As these insulating films, a silicon oxide film, a silicon nitride film, or the like can be used. Recently, metal oxide films such as tantalum oxide (Ta 2 O 5) have been used as materials having better insulating characteristics. ) Etc. tend to be used (for example, JP-A-2-28302). Even if this metal oxide film is thin as an oxide film equivalent film, it exhibits highly reliable insulation. In order to form a metal oxide film having such good characteristics, it is desired to accurately control the temperature of the semiconductor wafer during film formation.
この金属酸化膜を形成するには、例えばタンタル酸化膜を形成する場合を例にとって説明すると、まず、半導体ウエハを成膜装置内に搬入して上記公報に開示されているように成膜用の原料として、タンタルの金属アルコキシド(Ta(OC2 H5 )5 )を用い、これを窒素ガス等でバブリングしながら供給して半導体ウエハを例えば450℃程度のプロセス温度に維持し、真空雰囲気下でCVD(Chemical Vapor Deposition)によりタンタル酸化膜(Ta2 O5 )を積層させている。
この場合、温度管理を行うには、従来装置にあっては、ウエハを載置する載置台(サセプタ)に温度検出手段として熱電対を設け、ウエハの温度を間接的に検出してこの検出値に基づいて加熱ランプや加熱ヒータ等の加熱手段の出力を制御し、ウエハ温度を制御するようになっている。
For example, a case where a tantalum oxide film is formed will be described as an example for forming this metal oxide film. First, a semiconductor wafer is carried into a film forming apparatus and a film forming film is disclosed as disclosed in the above publication. Tantalum metal alkoxide (Ta (OC 2 H 5 ) 5 ) is used as a raw material, and this is supplied while bubbling with nitrogen gas or the like to maintain the semiconductor wafer at a process temperature of about 450 ° C., for example, under a vacuum atmosphere. A tantalum oxide film (Ta 2 O 5 ) is laminated by CVD (Chemical Vapor Deposition).
In this case, in order to perform temperature management, in the conventional apparatus, a thermocouple is provided as a temperature detecting means on the mounting table (susceptor) on which the wafer is mounted, and the detected temperature is detected indirectly by detecting the temperature of the wafer. Based on the above, the output of a heating means such as a heating lamp or a heater is controlled to control the wafer temperature.
ところで、この種の熱電対は、上述のように直接的には載置台の温度を検出してこの上に載置されているウエハ温度を間接的に求めるようにしているので、実際のウエハ温度と検出温度との間にある程度の温度差が生ずることは避けられなかった。
そこで、上記熱電対に代えて、測定対象の特定波長帯域の放射輝度から測定対象の温度を測定する放射温度計を用いてウエハ温度を測定することが、例えば特開平8−264472号公報(特許文献1参照)、特開平11−45859号公報(特許文献2)等において開示されている。この放射温度計によれば、非接触でウエハ温度を直接的に正確に測定し、検出することができるという利点を有する。
By the way, this type of thermocouple directly detects the temperature of the mounting table and indirectly determines the temperature of the wafer mounted thereon as described above. It was inevitable that a certain temperature difference occurred between the temperature and the detected temperature.
Therefore, instead of the thermocouple, the wafer temperature is measured by using a radiation thermometer that measures the temperature of the measurement object from the radiance of the specific wavelength band of the measurement object, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-264472 (patent) Reference 1), Japanese Patent Laid-Open No. 11-45859 (Patent Document 2), and the like. This radiation thermometer has the advantage that the wafer temperature can be directly and accurately measured and detected without contact.
ところで、この放射温度計を用いる場合、ウエハからの光を取り込むための光検出子の入射面に余分な薄膜が付着すると、この薄膜により光が吸収されて正確なウエハ温度を測定できなくなることから、ウエハに対する成膜処理中には処理空間に晒される光検出子の入射面、或いは入射面と処理空間を区画する透明ガラス基板等に対して、窒素ガス等の不活性ガスを処理空間側から吹き付けて、この入射面や透明ガラス基板面に、薄膜を付着させないようにしていた。 By the way, when this radiation thermometer is used, if an excessive thin film adheres to the incident surface of the photo detector for taking in light from the wafer, the light is absorbed by the thin film and the accurate wafer temperature cannot be measured. An inert gas such as nitrogen gas is applied from the processing space side to the incident surface of the photodetector exposed to the processing space during the film forming process on the wafer, or to a transparent glass substrate that partitions the incident surface and the processing space. The thin film was prevented from adhering to the incident surface and the transparent glass substrate surface by spraying.
しかしながら、この場合には、上述のように処理空間に余分な薄膜の付着を防止するだけの目的で不活性ガスを供給しているので、この余分な不活性ガスのために金属酸化膜を形成するのに必要なソースガス(例えばペントエトキシタンタル)の分圧が低下し、その結果、不活性ガスを供給した部分の膜厚が変化して、ウエハ面内における膜厚の均一性が劣化してしまう、といった問題があった。
また加熱ランプを用いた加熱手段を採用している処理装置にあっては、加熱ランプから放射された熱線の一部が処理容器内で乱反射して、この熱線が最終的に放射温度計へ入射する場合があり、この場合にはウエハ温度を正確に測定することができない、といった問題があった。
However, in this case, as described above, an inert gas is supplied only for the purpose of preventing the adhesion of an excessive thin film to the processing space, so that a metal oxide film is formed for the excessive inert gas. As a result, the partial pressure of the source gas (for example, pentoethoxytantalum) required for the operation is lowered, and as a result, the film thickness of the portion supplied with the inert gas is changed, and the film thickness uniformity in the wafer surface is deteriorated. There was a problem such as.
Also, in a processing apparatus that employs a heating means using a heating lamp, part of the heat rays emitted from the heating lamp are diffusely reflected in the processing vessel, and this heat rays finally enters the radiation thermometer. In this case, there is a problem that the wafer temperature cannot be measured accurately.
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。
本発明の目的は、放射温度計を用いた場合にあっても膜厚の面内均一性を高めることが可能なシャワーヘッド構造及び成膜処理装置を提供することにある。
また、本発明の関連技術の目的は、加熱ランプからの熱線の乱反射による影響を除いて、被処理体の温度を精度良く測定することができる成膜処理装置を提供することにある。
The present invention has been devised to pay attention to the above problems and to effectively solve them.
An object of the present invention is to provide a shower head structure and a film forming apparatus capable of improving the in-plane uniformity of film thickness even when a radiation thermometer is used.
The object of the present onset light of the related art, except the influence of irregular reflection of heat rays from the heating lamps, is to provide a thin film deposition apparatus that can measure accurately the temperature of the object to be processed.
請求項1に係る発明は、被処理体に対して成膜処理を施すために、加熱された前記被処理体を収容した処理空間に対して、原料ガスを噴出する複数の第1ガス噴射孔と、アシストガスを噴出する複数の第2ガス噴射孔を備え、前記第2ガス噴射孔の少なくとも1つに、放射温度計の光導入ロッドを挿通させて設けると共に前記光導入ロッドが設けられた前記第2ガス噴射孔の開口面積は、他の前記第2ガス噴射孔より噴射されるガスと同種のガスが噴射される他のガス噴射孔の開口面積よりも、前記光導入ロッドの断面積に相当する面積だけ大きく設定されるように構成したことを特徴とするシャワーヘッド構造である。
このように、シャワーヘッド構造のガス噴射孔に放射温度計の光導入ロッドを挿通させて設けるようにしたので、例えば成膜処理中に噴射される処理ガスにより上記光導入ロッドが覆われるようになり、この光導入面に薄膜が付着することを防止することができる。従って、常時、被処理体の温度を正確に測定して検出することができる。
また、薄膜付着防止のために不活性ガス等の特別なガスを用いることがないので、原料ガスの分圧が部分的に乱れることがなく、成膜処理等の処理の面内均一性を向上させることができる。
また、光導入ロッドが挿通されているガス噴射孔からのガス噴射量は、他の同種のガス噴射孔から噴射されるガス噴射量と略同じになるので、ガス流量に乱れを生ぜしめることがなく、この点よりも膜厚等の処理の面内均一性を一層向上させることができる。
According to the first aspect of the present invention, a plurality of first gas injection holes for injecting a raw material gas into a processing space containing the heated object to be processed in order to perform a film forming process on the object to be processed When provided with a plurality of second gas injection hole for injecting an assist gas, at least one of the second gas injection hole, the light introducing rod is provided with kick set by inserting the light introducing rod of the radiation thermometer The opening area of the second gas injection hole is larger than the opening area of the other gas injection hole through which the same type of gas as the gas injected from the other second gas injection hole is injected. a shower head structure, characterized in that it has by Uni configuration is only set larger area corresponding to the area.
As described above, since the light introduction rod of the radiation thermometer is inserted into the gas injection hole of the shower head structure, the light introduction rod is covered with, for example, the processing gas injected during the film forming process. Thus, it is possible to prevent the thin film from adhering to the light introduction surface. Therefore, the temperature of the object to be processed can always be accurately measured and detected.
In addition, since no special gas such as an inert gas is used to prevent thin film adhesion, the partial pressure of the source gas is not partially disturbed, and the in-plane uniformity of processing such as film formation is improved. Can be made.
Further, the gas injection amount from the gas injection hole through which the light introducing rod is inserted is substantially the same as the gas injection amount injected from the other same kind of gas injection hole, so that the gas flow rate may be disturbed. In addition, the in-plane uniformity of the processing such as the film thickness can be further improved than this point.
この場合、例えば請求項2に規定するように、前記光導入ロッドは、ガス噴射面の実質的な中心部に位置されている。
或いは、例えば請求項3に規定するように、前記光導入ロッドは、ガス噴射面の実質的な中心部を含めてその半径方向に沿って複数個設けられるようにしてもよい。
In this case, for example, as defined in
Alternatively, for example, as defined in
また、例えば請求項4に規定するように、前記光導入ロッドは、必要時に退避できるようにロッド昇降機構に接続されて昇降可能に設けられている。
これによれば、例えば光導入ロッドを用いない場合には、これを退避させて処理空間より離間させておけば、光導入ロッドの光導入面が例えばクリーニング時等に損傷を受けて表面荒れが生ずることを防止することが可能となる。
また、例えば請求項5に規定するように、前記光導入ロッドは、前記シャワーヘッド構造の天井板に設けたロッド貫通孔を介して挿通されており、前記ロッド貫通孔の上端部には、前記光導入ロッドを退避させた時に前記ロッド貫通孔を閉じるための隔離バルブが設けられる。
これによれば、光導入ロッドを用いない場合には、これを退避させて隔離バルブを閉じておけば、この光導入ロッドの光導入面が例えばクリーニング等の時に損傷を受けることを確実に防止することが可能となる。
Further, for example, as specified in請Motomeko 4, wherein the light introducing rod is vertically movably provided to be connected to the rod lifting mechanism so that it can be retracted when required.
According to this, for example, when the light introduction rod is not used, if the light introduction rod is retracted and separated from the processing space, the light introduction surface of the light introduction rod is damaged, for example, during cleaning, and the surface becomes rough. It is possible to prevent the occurrence.
Further, for example, as prescribed in
According to this, when the light introduction rod is not used, if the light introduction rod is retracted and the isolation valve is closed, the light introduction surface of the light introduction rod can be reliably prevented from being damaged, for example, during cleaning. It becomes possible to do.
また、例えば請求項6に規定するように、前記アシストガスは酸化ガスである。
或いは例えば請求項7に規定するように、前記アシストガスは還元ガスである。
請求項8に係る発明は、被処理体に対して成膜処理を施すための成膜処理装置において、真空引き可能になされた処理容器と、前記被処理体を載置する載置台と、前記被処理体を加熱する加熱手段と、請求項1乃至7のいずれか一項に記載したシャワーヘッド構造と、前記シャワーヘッド構造に設けられた放射温度計の検出値に基づいて前記加熱手段を制御する温度制御部と、を備えたことを特徴とする成膜処理装置である。
For example , as defined in
Alternatively, for example , as defined in claim 7, the assist gas is a reducing gas.
According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a film forming apparatus for performing a film forming process on an object to be processed, a processing container that can be evacuated, a mounting table on which the object to be processed is mounted, heating means for heating the object to be processed, according to
請求項9に係る発明は、被処理体に対して成膜処理を施すための成膜処理装置において、真空引き可能になされた処理容器と、前記被処理体を載置する載置台と、前記載置台に設けられた温度測定手段と、前記被処理体を加熱する加熱手段と、請求項1乃至7のいずれか一項に記載したシャワーヘッド構造と、前記被処理体の成膜処理時に前記温度測定手段の検出値に基づいて前記加熱手段を制御する温度制御部と、温度校正用の被処理体を用いて成膜処理を行った時の前記シャワーヘッド構造に設けられた放射温度計の検出値と前記被処理体の目標温度値とに基づいて前記温度制御部における前記載置台の設定温度値を校正する温度校正制御部と、を備えたことを特徴とする成膜処理装置である。
To claim 9 Ru engagement invention, the thin film deposition apparatus for performing a film forming process with respect to the workpiece, and a vacuum evacuable processing chamber, a mounting table mounting the object to be processed, a temperature measuring means provided in the mounting table, and a heating means for heating the object to be processed, and a shower head structure according to
この場合、例えば請求項10に規定するように、前記温度測定手段は、熱電対である。
また、例えば請求項11に規定するように、前記加熱手段は加熱ランプを有し、前記載置台は、熱伝導性が低く且つ前記加熱ランプからの熱線を遮断するように着色されたリング状の保持部材により保持される。
これによれば、加熱手段の加熱ランプから放射された熱線の内で載置台以外の部分に向かう熱線は、内部で乱反射しても載置台の周縁部を保持する着色された保持部材により最終的に吸収してしまうので、この乱反射した熱線が処理空間側に漏れ出て放射温度計へ入射することはないので、被処理体の温度をより高い精度で測定することが可能となる。
In this case, for example , as defined in
Further, for example , as defined in claim 11, the heating means includes a heating lamp, and the mounting table has a ring shape which is low in thermal conductivity and colored so as to block heat rays from the heating lamp. It is held by a holding member.
According to this, in the heat rays radiated from the heating lamp of the heating means, the heat rays directed to the portion other than the mounting table are finally formed by the colored holding member that holds the peripheral portion of the mounting table even if it is irregularly reflected inside. Therefore, the irregularly reflected heat rays do not leak into the processing space and enter the radiation thermometer, so that the temperature of the object to be processed can be measured with higher accuracy.
本発明の関連技術は、被処理体に対して成膜処理を施すための成膜処理装置において、真空引き可能になされた処理容器と、前記被処理体を載置する載置台と、前記載置台の下方に設けられて前記被処理体を加熱する加熱ランプを有する加熱手段と、熱伝導性が低く且つ前記加熱ランプからの熱線を遮断するように不透明な材料により形成されて、前記載置台の周囲と接触してこれを保持するリング状の保持部材と、原料ガスを供給するための第1ガス噴射孔とアシストガスを供給するための第2ガス噴射孔とを前記処理容器の天井部に設けたシャワーヘッド構造と、前記シャワーヘッド構造に設けられた放射温度計と、を備えたことを特徴とする成膜処理装置である。
これによれば、加熱手段の加熱ランプから放射された熱線の内で載置台以外の部分に向かう熱線は、内部で乱反射しても載置台の周縁部を保持する着色された保持部材により最終的に吸収してしまうので、この乱反射した熱線が処理空間側に漏れ出て放射温度計へ入射することはないので、被処理体の温度をより高い精度で測定することが可能となる。
この場合、例えば前記保持部材は、酸化ニオブ等の黒色の金属酸化物を含んだ石英、黒色のSiCを含んだ石英、カーボンを含んだ石英、カーボンを含んだ黒色のAlN等の黒色のセラミックスの内のいずれかよりなる。
また例えば前記保持部材の上面には、熱線を遮断する遮断リングが設けられ、前記遮断リングは、酸化ニオブ等の黒色の金属酸化物を含んだ石英、黒色のSiCを含んだ石英、カーボンを含んだ石英、カーボンを含んだ黒色のAlN等の黒色のセラミックスの内のいずれかよりなる。
The related art of the present invention is a film forming apparatus for performing a film forming process on an object to be processed, a processing container that can be evacuated, a mounting table on which the object to be processed is mounted, A heating unit having a heating lamp that is provided below the mounting table and heats the object to be processed, and is formed of an opaque material that has low thermal conductivity and blocks heat rays from the heating lamp. A ring-shaped holding member that contacts and holds the periphery of the substrate, a first gas injection hole for supplying the source gas, and a second gas injection hole for supplying the assist gas. And a radiation thermometer provided in the shower head structure.
According to this, in the heat rays radiated from the heating lamp of the heating means, the heat rays directed to the portion other than the mounting table are finally formed by the colored holding member that holds the peripheral portion of the mounting table even if it is irregularly reflected inside. Therefore, the irregularly reflected heat rays do not leak into the processing space and enter the radiation thermometer, so that the temperature of the object to be processed can be measured with higher accuracy.
In this case, for example, the holding member is made of quartz containing black metal oxide such as niobium oxide, quartz containing black SiC, quartz containing carbon, black ceramic such as black AlN containing carbon. Consisting of one of the following.
Further, for example, a blocking ring for blocking heat rays is provided on the upper surface of the holding member, and the blocking ring includes quartz containing black metal oxide such as niobium oxide, quartz containing black SiC, and carbon. It is made of any one of black ceramics such as quartz and black AlN containing carbon.
本発明の関連技術は、真空引き可能になされた処理容器と、被処理体を載置する載置台と、前記被処理体を加熱する加熱手段と、処理ガスを供給するために前記処理容器の天井部に設けたシャワーヘッド構造と、を有して前記被処理体に対して所定の処理を施すための処理装置において、前記シャワーヘッド構造を上下方向へ貫通するように設けた熱線導出通路と、前記熱線導出通路の上端開口部に測定窓を介して取り付けた放射温度計と、前記熱線導出通路に不活性ガスを導入するための不活性ガス導入通路とを備え、前記熱線導出通路の下端開口部より流出して前記載置台の外側に向けて流下しつつ拡散して行く前記不活性ガスの主ガス流が、前記載置台の上面と同一の水平レベルまで流下する位置が、前記載置台上に載置される前記被処理体の外周よりも外側になるように、前記熱線導出通路を前記シャワーヘッド構造の中心より離れた位置に偏心させて設けるように構成したことを特徴とする処理装置である。
これによれば、放射温度計を取り付けた測定窓に膜が付着しないように流す不活性ガスの主ガス流が、処理中の被処理体の表面に当接しないようにしたので、被処理体の表面に堆積される膜が局部的に薄くなることを防止することができる。
The related art of the present invention includes a processing container that can be evacuated, a mounting table on which the object to be processed is mounted, a heating unit that heats the object to be processed, and a processing container for supplying a processing gas. A shower head structure provided on a ceiling, and a processing device for performing a predetermined process on the object to be processed, a heat ray outlet passage provided so as to penetrate the shower head structure in a vertical direction; A radiation thermometer attached to an upper end opening of the heat ray outlet passage through a measurement window, and an inert gas introduction passage for introducing an inert gas into the heat ray outlet passage, and a lower end of the heat ray outlet passage The position at which the main gas flow of the inert gas flowing out from the opening and diffusing while flowing toward the outside of the mounting table flows down to the same horizontal level as the upper surface of the mounting table is The cover placed on As on the outside than the outer periphery of the physical body is a processing apparatus characterized by being configured the heat ray discharge passage so as to provide by eccentric away from the center of the shower head structure.
According to this, since the main gas flow of the inert gas flowing so that the film does not adhere to the measurement window attached with the radiation thermometer is prevented from coming into contact with the surface of the object to be processed, the object to be processed It is possible to prevent the film deposited on the surface of the film from becoming thin locally.
この場合、例えば前記シャワーヘッド構造の中心と前記熱線導出通路の下端開口部の中心との間の距離は、前記被処理体の半径の70%〜100%の範囲内の距離に設定されている。
また、例えば前記シャワーヘッド構造の下面と前記載置台の上面との間の距離は、20mm〜30mmの範囲内であり、前記不活性ガスの流量は3sccm〜100sccmの範囲内である。
In this case, the distance between the center of the lower end opening of the center and the heat ray discharge passage prior Symbol shower head structure if example embodiment, the is set to a distance within a range radius of 70% to 100% of the object ing.
The distance between the upper surface of the lower surface and the mounting table of the shower head structure For example is in the range of 20Mm~30mm, the flow rate of the inert gas is in the range of 3Sccm~100sccm.
また、本発明の関連技術は、上記処理装置によって行われる処理方法を規定したものであり、すなわち、シャワーヘッド構造のガス噴射孔より真空引き可能になされた処理容器の処理空間に処理ガスを噴射し、加熱手段により所定の温度になされた被処理体に対して所定の処理を施すようにした処理方法において、前記ガス噴射孔に放射温度計の光導入ロッドを挿通して設け、前記放射温度計の検出値に基づいて前記加熱手段を制御するようにしたことを特徴とする処理方法である。
また、本発明の関連技術は、シャワーヘッド構造のガス噴射孔より真空引き可能になされた処理容器の処理空間に処理ガスを噴射し、被処理体を載置する載置台に設けた温度測定手段の検出値に基づいて加熱手段を制御して前記被処理体を所定の温度に維持しつつ所定の処理を施すようにした処理方法において、前記温度測定手段の検出値に基づいて前記加熱手段を制御することにより所定の枚数の前記被処理体に所定の処理を施す連続処理工程と、温度校正用の被処理体に対して所定の処理を施しつつこの時の前記温度校正用の被処理体の温度を、前記ガス噴射孔に挿通するようにして設けられた光導入ロッドを有する放射温度計により検出してモニタする温度校正用処理工程と、前記モニタにより検出された検出値と前記被処理体の目標温度値とに基づいて前記載置台の設定温度値を校正する温度校正工程と、を有することを特徴とする処理方法である。
Further , the related art of the present invention defines the processing method performed by the processing apparatus, that is, the processing gas is injected into the processing space of the processing container that can be evacuated from the gas injection hole of the shower head structure. In the processing method in which a predetermined process is performed on a target object that has been heated to a predetermined temperature by a heating means, a light introduction rod of a radiation thermometer is inserted into the gas injection hole, and the radiation temperature is The processing method is characterized in that the heating means is controlled based on a value detected by a meter.
Further , the related technology of the present invention is a temperature measuring means provided on a mounting table for injecting a processing gas into a processing space of a processing container which can be evacuated from a gas injection hole of a shower head structure and mounting an object to be processed. In the processing method in which the heating unit is controlled based on the detected value to perform the predetermined process while maintaining the object to be processed at the predetermined temperature, the heating unit is controlled based on the detected value of the temperature measuring unit. A continuous processing step for performing a predetermined process on a predetermined number of the objects to be processed by controlling, and a target object for the temperature calibration at this time while performing a predetermined process on the object for temperature calibration The temperature calibration processing step of detecting and monitoring the temperature of the gas by a radiation thermometer having a light introducing rod provided so as to be inserted into the gas injection hole, the detected value detected by the monitor, and the processing target Body goals It is a processing method characterized by having a temperature calibration step to calibrate the set temperature of the mounting table on the basis of the degrees value.
この場合、例えば前記連続処理工程と、前記温度校正用処理工程と、前記温度校正工程とを、所定の回数繰り返し行った時に前記処理容器内をクリーニングするクリーニング工程を行う。
また、例えば前記クリーニング工程を行なった後に、前記処理容器内に前記被処理体を入れない状態で前記処理ガスを供給して薄膜を形成するプリコート工程を行う。
この場合、例えば前記光導入ロッドは、該光導入ロッドが昇降可能になされている場合には、少なくともクリーニング工程時には、前記光導入ロッドは退避されている。
In this case, carried out with the continuous process if example embodiment, and the temperature calibration step, and the temperature calibration step, a cleaning step of cleaning the processing chamber when the repeated predetermined number of times.
Further, after performing the cleaning step if example embodiment performs precoating step wherein by supplying the processing gas in a state of not put the object to be processed into the processing chamber to form a thin film.
In this case, the light introducing rod Invite example embodiment, when the light introducing rod is made vertically movable, the at least during the cleaning process, the light introducing rod is retracted.
本発明のシャワーヘッド構造及び成膜処理装置によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
請求項1〜3、6〜8に係る発明によれば、シャワーヘッド構造のガス噴射孔に放射温度計の光導入ロッドを挿通させて設けるようにしたので、例えば成膜処理中に噴射される処理ガスにより上記光導入ロッドが覆われるようになり、この光導入面に薄膜が付着することを防止することができる。従って、常時、被処理体の温度を正確に測定して検出することができる。
また、薄膜付着防止のために不活性ガス等の特別なガスを用いることがないので、原料ガスの分圧が部分的に乱れることがなく、成膜処理等の処理の面内均一性を向上させることができる。
また、光導入ロッドが挿通されているガス噴射孔からのガス噴射量は、他の同種のガス噴射孔から噴射されるガス噴射量と略同じになるので、ガス流量に乱れを生ぜしめることがなく、この点よりも膜厚等の処理の面内均一性を一層向上させることができる。
請求項4、5に係る発明によれば、例えば光導入ロッドを用いない場合には、これを退避させて処理空間より離間させておけば、光導入ロッドの光導入面が例えばクリーニング時等に損傷を受けて表面荒れが生ずることを防止することができる。
請求項9、10に係る発明によれば、載置台の設定温度値を常に適正な値に校正することができ、ウエハの処理温度を常時、略目標温度値を維持しつつ所定の熱処理を行うことができる。
請求項11に係る発明によれば、加熱手段の加熱ランプから放射された熱線の内で載置台以外の部分に向かう熱線は、内部で乱反射しても載置台の周縁部を保持する着色された保持部材、或いは遮断リングにより最終的に吸収してしまうので、この乱反射した熱線が処理空間側に漏れ出て放射温度計へ入射することはないので、被処理体の温度をより高い精度で測定することができる。
本発明の関連技術によれば、放射温度計を取り付けた測定窓に膜が付着しないように流す不活性ガスの主ガス流が、処理中の被処理体の表面に当接しないようにしたので、被処理体の表面に堆積される膜が局部的に薄くなることを防止することができ、最適な位置に放射温度計を取り付けることができる。
According to the shower head structure and the film forming apparatus of the present invention, the following excellent effects can be exhibited.
According to the first to third and sixth to eighth aspects of the present invention, since the light introduction rod of the radiation thermometer is inserted into the gas injection hole of the shower head structure, it is injected, for example, during the film forming process. The light introduction rod is covered with the processing gas, and it is possible to prevent the thin film from adhering to the light introduction surface. Therefore, the temperature of the object to be processed can always be accurately measured and detected.
In addition, since no special gas such as an inert gas is used to prevent thin film adhesion, the partial pressure of the source gas is not partially disturbed, and the in-plane uniformity of processing such as film formation is improved. Can be made.
The gas injection amount of the gas injection holes optical input rod is inserted through, since substantially the same as the gas injection quantity to be injected from the gas injection holes of other similar, may give rise to turbulence in the gas flow rate In addition, the in-plane uniformity of the processing such as the film thickness can be further improved than this point.
According to the inventions according to
According to the invention of
According to the eleventh aspect of the present invention, the heat rays directed to the portion other than the mounting table among the heat rays radiated from the heating lamp of the heating means are colored to hold the peripheral portion of the mounting table even when irregularly reflected inside. Since it is finally absorbed by the holding member or the shut-off ring, the diffusely reflected heat rays do not leak into the processing space and enter the radiation thermometer, so the temperature of the workpiece is measured with higher accuracy. can do.
According to the related art of the present invention, the main gas flow of the inert gas flowing so that the film does not adhere to the measurement window attached with the radiation thermometer is prevented from coming into contact with the surface of the object to be processed. , it is possible to prevent the film deposited on the surface of the object to be processed is locally thinner, it is the this mounting a radiation thermometer at the optimum position.
以下に本発明に係るシャワーヘッド構造及び成膜処理装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図1は本発明に係るシャワーヘッド構造を備えた処理装置を示す断面構成図、図2はシャワーヘッド構造のガス噴射面を示す模式図、図3はガス噴射面の一部を示す拡大図、図4はシャワーヘッド構造の一部を示す拡大断面図である。ここでは、処理として金属酸化膜であるタンタル酸化膜をCVDにより成膜する場合を例にとって説明する。
It is described in detail with reference to an embodiment of the shower head structure and thin film deposition apparatus according to the present invention in the accompanying drawings.
1 is a cross-sectional configuration diagram showing a processing apparatus having a shower head structure according to the present invention, FIG. 2 is a schematic diagram showing a gas ejection surface of the shower head structure, and FIG. 3 is an enlarged view showing a part of the gas ejection surface, FIG. 4 is an enlarged sectional view showing a part of the shower head structure. Here, a case where a tantalum oxide film, which is a metal oxide film, is formed by CVD as an example will be described.
まず、この処理装置2は、図1に示すように例えばアルミニウムにより筒体状に成形された処理容器4を有している。この処理容器4の底部6には、排気口8が設けられて、処理容器4内を真空引き可能としている。この処理容器4の天井部には、Oリング等のシール部材10を介してシャワーヘッド構造12が設けられており、この下面のガス噴射面18に設けた多数のガス噴射孔20A、20Bから処理空間Sに向けて各種の処理ガスを噴射するようになっている。
この処理容器4内には、処理容器4の底部6より起立させた円筒状のリフレクタ22上に、例えばL字状の3本の保持部材24(図1では2本のみ記す)を介して被処理体としての半導体ウエハWを載置するための載置台26が設けられている。
First, as shown in FIG. 1, the
In this
この載置台26の下方には、複数本、例えば3本のL字状のリフタピン28(図示例では2本のみ記す)が上方へ起立させて設けられており、このリフタピン28の基部は、上記リフレクタ22に形成した縦長挿通孔(図示せず)を挿通して、リング部材30に共通に接続されている。そして、このリング部材30を処理容器4の底部6に貫通して設けられた押し上げ棒32により上下動させることにより、上記リフタピン28を載置台26に貫通させて設けたリフタピン孔34に挿通させてウエハWを持ち上げ得るようになっている。
上記押し上げ棒32の容器底部6の貫通部には、処理容器4において内部の気密状態を保持するために伸縮可能なベローズ36が介設され、この押し上げ棒32の下端はアクチュエータ38に接続されている。
Below the mounting table 26, a plurality of, for example, three L-shaped lifter pins 28 (only two in the illustrated example) are erected upward, and the base of the lifter pins 28 is A vertically long insertion hole (not shown) formed in the
A bellows 36 that can be expanded and contracted is provided in the penetrating portion of the
また、処理容器4の底部の周縁部に設けた排気口8には図示しない真空ポンプに接続された排気通路40が接続されており、処理容器4内を所定の真空度まで真空引きし得るようになっている。また、処理容器4の側壁には、ウエハを搬出入する際に開閉されるゲートバルブ42が設けられる。
また、載置台26の直下の容器底部6には、大口径の底部開口44が設けられると共に、この底部開口44には、石英等の熱線透過材料よりなる透過窓46がOリング等のシール部材48を介して気密に設けられており、この下方には、透過窓46を囲むように箱状の加熱室50が設けられている。この加熱室50内には加熱手段として例えば複数の加熱ランプ52が反射鏡も兼ねる回転台54に取り付けられており、この回転台54は、回転軸を介して加熱室50の底部に設けた回転モータ56により回転される。従って、この加熱ランプ52より放出された熱線は、透過窓46を透過して薄い載置台26の下面を照射してこれを加熱し、更にこの載置台26上のウエハWを間接的に加熱し得るようになっている。
Further, an
In addition, a large-diameter bottom opening 44 is provided in the
一方、処理容器4の天井部に設けたシャワーヘッド構造12は、本出願人が先に特開平10−79377号公報で開示した構造と同様に形成されている。すなわち、シャワーヘッド構造12は載置台26の上面の略全面を覆うように対向させて設けられ、載置台26との間に処理空間Sを形成している。このシャワーヘッド構造12は処理容器4内に処理ガスとして成膜用の原料ガスや酸素等をシャワー状に導入するものであり、シャワーヘッド構造12の下面のガス噴射面18には、前述のようにガスを噴出するための多数の噴射孔20A、20Bが形成される。
On the other hand, the
このシャワーヘッド構造12内は、原料ガス用ヘッド空間60Aとアシストガス用ヘッド空間60Bとに2つに区画されており、原料ガス用ヘッド空間60Aには、原料ガスとして例えばヘリウム等の不活性ガスよりなるキャリアガスで気化された気化状態の金属酸化膜原料、例えば金属アルコキシド(Ta(OC2 H5 )5 :ペントエトキシタンタル)を流量制御可能に導入するようになっている。また、アシストガス用ヘッド空間60Bには、成膜反応を行うアシストガスとしてここでは酸化ガスである酸素を流量制御可能に導入するようになっている。そして、上記ガス噴射孔20A、20Bは、上記原料ガス用ヘッド空間60Aに連通される原料ガス噴射孔20Aとアシストガス用ヘッド空間60Bに連通されるアシストガス噴射孔20Bの2つの群に分けられており、成膜時には両ガス噴射孔20A、20Bから噴出された原料ガスとアシストガスである酸素とを処理空間Sにて混合して、いわゆるポストミックス状態で供給するようになっている。図2及び図3では両ガス噴射孔を区分するために、便宜上、原料ガス噴射孔20Aを斜線の丸で示し、アシストガス噴射孔20Bを白丸で示している。
The
また、シャワーヘッド構造12の側壁にはこの部分の温度を原料ガスの液化及び分解を防止するために、例えば140〜180℃程度に加熱するための加熱ヒータ62が設けられており、また、処理容器4の側壁にも、壁面を加熱するために加熱ヒータ64が設けられており、側面を原料ガスが液化しないで、且つ熱分解しない温度、例えば140〜180℃の範囲内に維持するようになっている。
そして、このシャワーヘッド構造12には、本発明の特徴とする放射温度計66が設けられる。具体的には、この放射温度計66は、実際に上記半導体ウエハWからの光を捕集するための光導入ロッド68と、この光導入ロッド68で取り込んだ光(輝度)に基づいてウエハWの温度を求める温度検出部70とを有している。この光導入ロッド68は、例えば石英やサファイア等よりなる細い棒状体として形成されており、シャワーヘッド構造12の天井部を貫通するようにして下方向へ直線状に設けている。そして、この光導入ロッド68の天井部に対する貫通部には、気密性を維持するためのOリング等のシール部材72が介在されると共に、この光導入ロッド68の下部は、図1及び図4にも示すように、ガス噴射面18に多数形成された上記アシストガス噴射孔20Bの内の、実質的に中心部に位置するアシストガス噴射孔20B’内に挿通されている。そして、このロッド先端は、アシストガス噴射孔20Bの開口端と略同一水平レベルとなるように設定されている。従って、成膜時にこのアシストガスの噴射孔20B’からはO2 ガスが噴射されるので、この光導入ロッド68の先端である光導入面68Aに余分な薄膜が付着することを阻止できるようになっている。ここで光を捕集する範囲は、光導入ロッド68の先端にて略45°の広がり角度の範囲である。従って、この広がり角度の範囲があるので、温度検出部70、光導入ロッド68の設置位置に自由度を持たせることができる。
Further, in order to prevent the temperature of this portion from being liquefied and decomposed in the raw material gas, a
The
ここで、上記原料ガス噴射孔20Aやアシストガス噴射孔20B(20B’も含む)は、ウエハWの表面に膜厚が面内均一になるように薄膜が堆積するようにガス噴射面18に適正に分散させてそれぞれ配置されている。そして、本発明の重要な点はその内の1つのアシストガス噴射孔20B’に、上述のように光導入ロッド68を挿通して設けている点である。これにより、光導入ロッド68への膜付着防止のために成膜処理に不要な不活性ガスを用いなくても済むことになる。そして、この場合、上記光導入ロッド68を設けることによって、これを挿通したアシストガス噴射孔20B’の直下のガス流量の乱れやガス分圧の乱れ等が生じると、このアシストガス噴射孔20B’の直下近傍のウエハ表面の膜厚に影響を与えて膜厚の面内均一性を劣化させる原因になることから、この光導入ロッド68が挿通されたアシストガス噴射孔20B’の開口面積Sは、他のアシストガス噴射孔20Bの開口面積S1よりも、上記光導入ロッド68の断面積に相当する面積S2だけ大きく設定するのが好ましい。換言すれば、光導入ロッド68が挿通されたアシストガス噴射孔20B’のガス噴射面積は、この開口面積Sより光導入ロッド68の断面積S2を引いた値となり、この値が他の一般のアシストガス噴射孔20Bの開口面積S1、すなわちガス噴射面積と略同じになるように設定するのが好ましく、これにより、上記光導入ロッド68をアシストガス噴射孔20B’内に設けても、アシストガスの噴射量の分布に悪影響を受けることを極力抑制することが可能となる。
Here, the raw material
具体的には、ガス種等にもよるが、原料ガス噴射孔20Aの直径D1は、例えば2.5mm程度であり、一般的なアシストガス噴射孔20Bの直径D2は例えば1mm程度であり、また、光導入ロッド68の直径D3は例えば1.2mm程度なので、光導入ロッド68を挿通したアシストガス噴射孔20B’の直径Dは1.56mm程度である。すなわち、アシストガス噴射孔20Bのドリルによる穿孔形成時に、上記光導入ロッド68を挿通するアシストガス噴射孔20B’のみの直径をやや大きく穴加工を行うことになる。
また図1に戻って、上記温度検出部70の出力は、例えばマイクロコンピュータ等よりなる温度制御部74に入力されており、この温度制御部74は、上記温度検出部70の検出値に基づいて、加熱手段である加熱ランプ52の出力を制御し、ウエハ温度をコントロールするようになっている。
Specifically, although depending on the gas type and the like, the diameter D1 of the raw material
Returning to FIG. 1, the output of the
次に、以上のように構成された処理装置を用いて行われる本発明の処理方法について説明する。
まず、真空状態に維持された処理容器4内に、図示しないトランスファチャンバやロードロック室側から開放されたゲートバルブ42を介して未処理の半導体ウエハWを搬入し、リフタピン28を上下動することによってこのウエハWを載置台26上に載置する。
そして、処理容器4内を真空引きして所定のプロセス圧力を維持しつつ加熱ランプ52を駆動して半導体ウエハWを所定の温度まで昇温して維持し、シャワーヘッド構造12から原料ガスとO2 ガスとを処理空間Sに供給し、これにより、金属酸化膜の成膜処理を行う。
Next, the processing method of the present invention performed using the processing apparatus configured as described above will be described.
First, an unprocessed semiconductor wafer W is loaded into the
Then, the
この場合、液体原料であるTa(OC2 H5 )5 はHeガスを用いて気化器により気化されて原料ガスとなって供給され、また、この供給系は原料ガスの再液化防止のために周知のように所定の温度、例えば160℃程度に予熱されている。
シャワーヘッド構造12の原料ガス用ヘッド空間60Aに流れ込んだ原料ガスは、これよりガス噴射面18に設けた原料ガス噴射孔20Aから処理空間Sに供給されることになる。
In this case, Ta (OC 2 H 5 ) 5 that is a liquid raw material is vaporized by a vaporizer using He gas and supplied as a raw material gas, and this supply system is used to prevent re-liquefaction of the raw material gas. As is well known, it is preheated to a predetermined temperature, for example, about 160 ° C.
The source gas flowing into the source gas head space 60 </ b> A of the
一方、シャワーヘッド構造12のアシストガス用ヘッド空間60Bに到達したO2 ガスはこれよりガス噴射面18に設けたアシストガス噴射孔20B、20B’から処理空間Sに供給されることになる。
このように処理空間Sに噴出された原料ガスとO2 ガスは、この処理空間Sで混合されて反応し、ウエハ表面に、例えば酸化タンタル膜(Ta2 O5 )を堆積し、成膜することになる。
この時のウエハ温度は400〜500℃の範囲内、例えば480℃程度であり、シャワーヘッド構造12の表面温度は例えば150℃程度である。
ここで、ウエハWの表面からの光はガス噴射面18の略中央部のアシストガス噴射孔20B’内に設けた放射温度計66の光導入ロッド68で捕集されて、その温度が温度検出部70で求められる。この放射温度計66で検出されたウエハ温度は温度制御部74へ入力され、この入力されたウエハ温度に基づいてこの温度制御部74は、上記加熱ランプ52の出力を制御し、ウエハ温度が所定の値を維持するようにコントロールする。
On the other hand, the O 2 gas that has reached the assist
The source gas and O 2 gas ejected into the processing space S are mixed and reacted in the processing space S, and a tantalum oxide film (Ta 2 O 5 ), for example, is deposited on the wafer surface to form a film. It will be.
At this time, the wafer temperature is in the range of 400 to 500 ° C., for example, about 480 ° C., and the surface temperature of the
Here, the light from the surface of the wafer W is collected by the
このような状況下において、上記光導入ロッド68の先端の光導入面68Aに不要な薄膜が付着すると、この薄膜により光導入ロッド68に導入される光の一部が吸収されてウエハ温度の検出値が不正確になる恐れが生ずるが、本実施例の場合には、この光導入ロッド68を挿通したアシストガス噴射孔20B’からもアシストガスとしてO2 ガスが噴射されているので、光導入面68Aに不要な薄膜が付着することを防止することができる。従って、光導入面68Aには不要な薄膜がほとんど付着することはないので、ウエハ温度を常に略正確に検出することができることから、ウエハ温度を正確にコントロールすることができる。
また、上記光導入ロッド68は、特別に設けた取付孔ではなく、しかも余分な不活性ガスを用いるのでもなく、この成膜反応に必要なアシストガスを供給するアシストガス噴射孔20B’に設けてこのアシストガスにより余分な薄膜が付着することを防止するようにしたので、この光導入ロッド68を設けた箇所の真下近傍の原料ガスの分圧に悪影響を与えることもなく、処理の面内均一性、すなわち、ここでは膜厚の面内均一性を劣化させることなくこれを高く維持することができる。
Under such circumstances, when an unnecessary thin film adheres to the
The
しかも、光導入ロッド68が挿通されたアシストガス噴射孔20B’のガス噴射面積(=開口面積S−光導入ロッド68の断面積S2)を、他のアシストガス噴射孔20Bの開口面積S1(=ガス噴射面積)と略同一になるように設定しているので、アシストガスであるO2 ガスの噴射量の分布が悪影響を受けることがなく、この点より、膜厚の面内均一性を一層高く維持することが可能となる。
尚、ここで光導入ロッド68をアシストガス噴射孔20B’ではなく、原料ガス噴射孔20A内に挿通させて設けることも考えられるが、この場合には、原料ガス中の成分が光導入ロッド68の光導入面68Aを含む表面に付着して薄膜を形成するので好ましくない。
Moreover, the gas injection area of the assist
Here, it is conceivable that the
また、ここで上記シャワーヘッド構造12に取り付けた放射温度計66が適正に且つ精度良くウエハWの温度を測定して検出できるか否か、という点について評価実験を行ったので、その評価結果について説明する。
図5は成膜処理を行う前の熱電対(ウエハに装着)の計測温度と放射温度計の計測温度との差を示すグラフ、図6は成膜処理を行う前後の熱電対(ウエハ装着)の計測温度と放射温度計の計測温度との差の変化を示すグラフである。
まず、図5に示す場合にはプロセス温度は、440℃、460℃、480℃の3種について行っており、各プロセス温度において、プロセス圧力を0.3Torr(40Pa)、1.2Torr(160Pa)及び2.5Torr(333Pa)の3通りに変化させている。アシストガスとしてN2 ガスを1000sccmで供給した。また、ウエハの真の温度は、このウエハに熱電対を直接的に取り付けて測定している。
図示するように、放射温度計の計測値と熱電対の計測値の差である温度差は、440〜480℃の各温度において−0.4〜+0.4℃の範囲内であり、±0.5℃の範囲内に納まって良好な結果を示しているので、放射温度計で正確にウエハ温度を計測できることが判明した。
In addition, an evaluation experiment was conducted on whether or not the
FIG. 5 is a graph showing the difference between the measured temperature of the thermocouple (mounted on the wafer) before the film forming process and the measured temperature of the radiation thermometer, and FIG. 6 is the thermocouple before and after the film forming process (wafer mounted). It is a graph which shows the change of the difference of the measurement temperature of this, and the measurement temperature of a radiation thermometer.
First, in the case shown in FIG. 5, the process temperature is performed for three types of 440 ° C., 460 ° C., and 480 ° C., and the process pressure is 0.3 Torr (40 Pa) and 1.2 Torr (160 Pa) at each process temperature. And 2.5 Torr (333 Pa). N 2 gas was supplied as an assist gas at 1000 sccm. The true temperature of the wafer is measured by directly attaching a thermocouple to the wafer.
As shown in the figure, the temperature difference, which is the difference between the measured value of the radiation thermometer and the measured value of the thermocouple, is in the range of −0.4 to + 0.4 ° C. at each temperature of 440 to 480 ° C., and ± 0 It was found that the wafer temperature could be accurately measured with a radiation thermometer because it showed a good result within the range of 5 ° C.
次に、成膜処理が放射温度計に与える影響を調べるために、実際に成膜処理を行う前の温度差と、成膜処理を行った後の上記温度差がどのように変化するか評価を行った。ここでは、全体として厚さ2μmのTa2 O5 (タンタル酸化膜)を成膜処理した。また、プロセス温度は440℃、460℃及び480℃の3通りに変化させており、各温度において、プロセス圧力を0.3Torr(40Pa)、1.0Torr(133Pa)、2.5Torr(333Pa)及び5.0Torr(665Pa)の4通りに変化させた。
図6から明らかなように、各プロセス温度に共通して、0.3Torrの時は温度差が略−1.0℃まで達してやや劣るが、使用に耐え得る範囲内であり、また、プロセス圧力が1.0〜5.0Torrの範囲内では、温度差は全て±0.5℃の範囲内に納まっており、特に良好な結果を示していることが判明した。
Next, in order to investigate the influence of the film formation process on the radiation thermometer, it is evaluated how the temperature difference before the film formation process actually changes and the temperature difference after the film formation process changes. Went. Here, Ta 2 O 5 (tantalum oxide film) having a thickness of 2 μm as a whole was formed. The process temperature is changed in three ways: 440 ° C., 460 ° C., and 480 ° C., and at each temperature, the process pressure is 0.3 Torr (40 Pa), 1.0 Torr (133 Pa), 2.5 Torr (333 Pa) and It was changed in four ways of 5.0 Torr (665 Pa).
As is clear from FIG. 6, in common with each process temperature, when the temperature is 0.3 Torr, the temperature difference reaches about −1.0 ° C., which is slightly inferior, but is within the range that can be used, and the process When the pressure was in the range of 1.0 to 5.0 Torr, all the temperature differences were within the range of ± 0.5 ° C., and it was found that particularly good results were shown.
また、上記実施例にあっては、シャワーヘッド構造12のガス噴射面18の略中央部に1つの光導入ロッド68を設けた場合について説明したが、処理装置によっては載置台26を複数の加熱ゾーンに分割して、加熱ゾーン毎に独立して温度制御をする場合もあり、このような装置例の場合には、加熱ゾーン毎に放射温度計の光導入ロッド68を設けるようにしてもよい。図7は載置台を内周と外周の2つの加熱ゾーンに分割した時のガス噴射面に対する光導入ロッドの配置状態を示す図、図8は載置台を内周と、中周と、外周の3つの加熱ゾーンに分割した時のガス噴射面に対する光導入ロッドの配置状態を示す図である。
図7に示す場合には、載置台の加熱ゾーンが内周ゾーンと外周ゾーンとに同心円状に分離されている時のシャワーヘッド構造のガス噴射面18を示し、このガス噴射面18の内周と外周とに対応させて、それぞれ光導入ロッド68を設けており、それぞれの放射温度計の検出値に基づいて各ゾーン毎に載置台の温度制御を行うことができる。
Further, in the above embodiment, the case where one
In the case shown in FIG. 7, the
また、図8に示す場合には、載置台の加熱ゾーンが、内周ゾーンと中周ゾーンと外周ゾーンとに同心円状に分離されている時のシャワーヘッド構造のガス噴射面18を示し、このガス噴射面18の内周と中周と外周とに対応させて、それぞれ光導入ロッド68を設けており、それぞれの放射温度計の検出値に基づいて各ゾーン毎に載置台の温度制御を行うことができる。
ここで、加熱ゾーンの分割形態は、上述のような同心円状の分割形態に限定されず、どのような分割形態を取ってもよい。
8 shows the
Here, the division | segmentation form of a heating zone is not limited to the above concentric division | segmentation form, What kind of division | segmentation form may be taken.
以上の実施例では、ウエハWの熱処理時にはこの温度を放射温度計66で常時計測し、この計測値を温度制御部74へ入力して加熱ランプ52をフィードバック制御してウエハ温度をコントロールしていたが、これに限定されず、載置台26に熱電対を設けてこの熱電対の計測値で加熱ランプをフィードバック制御し、そして、定期的、或いは不定期的に、放射温度計を用いてウエハ温度を求めて設定温度値を校正(補正)するようにしてもよい。また光導入ロッド68は、光ファイバの様に曲げることができる材料とすることにより、シャワーヘッド構造12内を引き回すことができ、これにより温度検出部70の設置位置を自由に決めることができる。
In the above embodiment, this temperature is constantly measured by the
<第1の変形例>
図9はこのような本発明の第1の変形例の処理装置を示す構成図である。尚、図1中に示す部分と同一構成部分については同一符号を付して説明を省略する。
図示するように、ここでは載置台26に温度測定手段として例えば熱電対80を設けており、ここで測定された検出値を温度制御部82へ入力し、この検出値に基づいて加熱ランプ52への電力をコントロールして上記載置台26が所定の設定温度値を維持するように制御することになる。
一方、シャワーヘッド構造12に設けた放射温度計66で測定された検出値は、温度校正制御部84へ入力されるようになっており、ここで必要に応じてこの検出値と上記熱電対80とに基づいて、上記温度制御部82における設定温度値を校正し得るようになっている。
<First Modification>
FIG. 9 is a block diagram showing such a processing apparatus according to the first modification of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the component same as the part shown in FIG. 1, and description is abbreviate | omitted.
As shown in the drawing, here, for example, a
On the other hand, the detected value measured by the
次に、この装置例の動作について説明する。
まず、上述のように設定温度値を校正する理由は、以下の通りである。
一般に、載置台26とウエハWとの接触面は微視的に見て均一ではなく、僅かな不均一な隙間が存在することからこれが熱抵抗となってウエハWの真の温度は、載置台26の真の温度よりも数度、例えば5℃程度低くなって温度差が発生することは避けられない。従って、熱処理時に載置台26の温度をコントロールする場合には、上記温度差を加味して載置台の設定温度値を定めることになる。例えばウエハ温度を460℃にして熱処理を行いたい場合には、上記温度差、例えば5℃を加味して載置台26の設定温度値を465℃に設定することになる。
Next, the operation of this apparatus example will be described.
First, the reason for calibrating the set temperature value as described above is as follows.
In general, the contact surface between the mounting table 26 and the wafer W is not microscopically uniform, and since there is a slight non-uniform gap, this becomes a thermal resistance and the true temperature of the wafer W is It is inevitable that a temperature difference will occur at a temperature several degrees lower than the true temperature of 26, for example, about 5 ° C. Therefore, when the temperature of the mounting table 26 is controlled during the heat treatment, the set temperature value of the mounting table is determined in consideration of the temperature difference. For example, when it is desired to perform the heat treatment at a wafer temperature of 460 ° C., the set temperature value of the mounting table 26 is set to 465 ° C. in consideration of the temperature difference, for example, 5 ° C.
ここで成膜処理が進行してある程度の枚数のウエハを成膜処理すると、処理容器の内壁等にも薄膜が付着してこれが内部の熱反射率等を変化、例えば低下させてしまうので、これに起因して、載置台26の温度を465℃に維持しているにもかかわらず、ウエハWが目標温度である460℃まで十分に加熱されずに、例えば3℃低い457℃を維持してしまうことになる。このような時に、上記温度が低くなった3℃分だけ、上記載置台26の設定温度値を校正し、ここでは468℃(=465℃+3℃)に再設定することになり、これによりウエハ温度を再度460℃に維持することが可能となる。
実際の熱処理時には、まず、所定の枚数、例えば1ロット25枚だけのウエハWを連続して熱処理(成膜)する(これを連続処理工程と称す)。この連続処理工程の間は放射温度計66からの検出値は用いないで、載置台26に設けた熱電対80にて測定した検出値を常時用いて温度制御部82は加熱ランプ52をフィードバック制御する。ここでの載置台26の設定温度値は、上述したと同様にウエハWの温度を460℃にするために、初期の載置台26とウエハWとの間の温度差を5℃と仮定して、465℃とする。
If a certain number of wafers are formed as the film formation process proceeds, a thin film adheres to the inner wall of the processing container and the like, and this changes, for example, decreases the internal heat reflectivity. For this reason, although the temperature of the mounting table 26 is maintained at 465 ° C., the wafer W is not sufficiently heated to the target temperature of 460 ° C., for example, maintained at 457 ° C., which is 3 ° C. lower. It will end up. In such a case, the set temperature value of the mounting table 26 is calibrated by the amount of 3 ° C. when the temperature is lowered, and here, it is reset to 468 ° C. (= 465 ° C. + 3 ° C.). It becomes possible to maintain the temperature at 460 ° C. again.
At the time of actual heat treatment, first, a predetermined number of wafers W, for example, only 25 wafers in one lot are continuously heat-treated (film formation) (this is referred to as a continuous treatment process). During this continuous processing step, the detected value from the
このようにして、所定の枚数のウエハ処理が行われたならば、次の温度校正用処理工程へ移行する。ここでは、処理容器4内へ、製品用のウエハWではなく、温度校正用の被処理体である温度校正用のダミーウエハを搬入し、プロセス圧力、プロセス温度を上記した製品用のウエハと同様にして処理を行う。尚、この際、成膜用の処理ガスの供給は行わないようにしてもよい。この温度校正用のダミーウエハを熱処理する時には、シャワーヘッド構造12に設けた放射温度計66も動作させて、上記ダミーウエハの温度を検出してモニタすることになり、この検出値は上記温度校正制御部84へ入力される。これと同時に、上記熱電対80で測定された検出値も上記温度校正制御部84へも入力されることになる。
When a predetermined number of wafers have been processed in this way, the process proceeds to the next temperature calibration process. Here, not a product wafer W but a temperature calibration dummy wafer, which is an object to be temperature-calibrated, is carried into the
このように、温度校正用処理工程を終了したならば、次に、温度校正工程へ移行する。すなわち、上記モニタした放射温度計66の検出値と上記ウエハWの目標温度値とに基づいて上記温度制御部82の載置台26に対する設定温度値を校正する。尚、この目標温度値は、予め記憶させておいてもよいし、上記温度制御部82側から情報として得るようにしてもよい。例えば前述したように、ウエハ温度が目標温度値である460℃よりも3℃低い457℃(放射温度計の検出値)であった場合には、上記温度制御部82に対して、載置台26の設定温度値に3℃プラスして新たな設定温度値として468℃に校正する。このように、設定温度値が468℃に設定され、次のウエハ処理からは、この再設定された設定温度値である468℃になるよう載置台26の温度が制御され、これによりウエハ温度が目標温度値である460℃に維持されることになる。
When the temperature calibration processing step is thus completed, the process proceeds to the temperature calibration step. That is, the set temperature value for the mounting table 26 of the
そして、上記連続処理工程、温度校正用処理工程及び温度校正工程が、この順序で所定の回数繰り返し行われることになる。
このようにして、載置台の設定温度値を常に適正な値に校正することができ、ウエハWの処理温度を常時、略目標温度値を維持しつつ所定の熱処理を行うことが可能となる。
また、上述のように、上記各工程を所定の回数繰り返し行ったならば、処理容器4内にパーティクルの原因となる不要な膜が多量に付着することになるので、例えばClF3 、NF3 、C2 F6 、CF4 等のクリーニングガスを処理容器4内へ流すことによりクリーニング処理を行って、上記不要な膜を除去する。
そして、このようなクリーニング処理を行ったならば、処理容器4内の熱的なコンディションを整えるために、ウエハWを処理容器4内へ入れない状態で、上記成膜処理と同様なプロセス条件で処理ガス等を流して処理容器4の内壁及びこの中の構造物の表面に薄膜を付着させるプリコート処理を行う。
The continuous processing step, the temperature calibration processing step, and the temperature calibration step are repeated a predetermined number of times in this order.
In this way, the set temperature value of the mounting table can always be calibrated to an appropriate value, and the predetermined heat treatment can be performed while the processing temperature of the wafer W is constantly maintained at a substantially target temperature value.
Further, as described above, if each of the above steps is repeated a predetermined number of times, a large amount of unnecessary films that cause particles adhere to the
If such a cleaning process is performed, the wafer W is not put into the
このようなプリコート処理を行ったならば、処理容器4内の壁面等の反射率も変化しているので、製品ウエハを流す前に、前記した温度校正用処理工程及び温度校正工程を行うようにするのがよい。これにより、クリーニング後でも、載置台の設定温度値を適正な値に校正することができる。
上記連続処理工程でのウエハWの処理枚数は25枚に限定されず、ウエハ1枚当たりの成膜量等に基づいて任意に設定できる。
If such a pre-coating process is performed, the reflectance of the wall surface and the like in the
The number of wafers W to be processed in the continuous processing step is not limited to 25, and can be arbitrarily set based on the film formation amount per wafer.
<第2の変形例>
上記各実施例にあっては、放射温度計66の光導入ロッド68を固定的に設けた場合を例にとって説明したが、これに限定されず、この光導入ロッド68を上下方向へ昇降可能に設け、必要時にはこの光導入ロッド68を処理空間Sから退避させることができるような構造としてもよい。
図10は図1に示す処理装置に光導入ロッドを昇降可能に設けた時の処理装置の第2の変形例を示す構成図、図11は図10に示す処理装置の光導入ロッドの動作を示す部分拡大図である。
<Second Modification>
In each of the above embodiments, the case where the
10 is a block diagram showing a second modification of the processing apparatus when the processing apparatus shown in FIG. 1 is provided with the light introduction rod so that it can be moved up and down, and FIG. 11 shows the operation of the light introduction rod of the processing apparatus shown in FIG. FIG.
図10及び図11に示すように、この実施例の場合には、シャワーヘッド構造12のヘッド天井板12Aにこれを貫通させてロッド貫通孔90を設けており、これに上下動可能に遊嵌状態で上記光導入ロッド68を挿通させている。そして、この光導入ロッド68の上端と上記ヘッド天井部12Aとの間には、例えば金属製の蛇腹よりなるベローズ92が介在されており、上記アシストガス用ヘッド空間60B内の気密性を維持しつつ上記光導入ロッド68の昇降移動を許容し得るようになっている。
そして、この光導入ロッド68の上端、或いは上記ベローズ92の上端は、例えばアクチュエータよりなるロッド昇降機構94のアーム94Aに接続されており、必要に応じてこの光導入ロッド68を昇降するようになっている。
As shown in FIGS. 10 and 11, in the case of this embodiment, a rod through
The upper end of the
この実施例においては、例えば温度校正用処理工程を行う場合には、図11(A)に示すように光導入ロッド68を最下端まで降下させて、その光導入面68Aを処理空間Sに臨ませておく。そして、通常の処理時(例えば成膜時)或いは連続処理時(例えば連続成膜処理時)、更にはクリーニング工程時には、図11(B)に示すように光導入ロッド68を上昇させて、この先端の光導入面68Aに膜が付着しないような位置、或いはクリーニングガスに削られないような位置に保持している(図示例ではアシストガス用ヘッド空間60Bまで上昇させている)。
これにより、光導入面68Aには不要な膜が付着したり、或いはこの部分がクリーニングガスにより削られて表面荒れが生じたりすることがないので、この光導入面68Aから入射する光の入射光率が変動することがなく、温度校正の再現性を高く維持することが可能となる。
尚、成膜時にこの光導入ロッド68を使用する場合には、この光導入ロッド68を図11(A)に示すように降下させておくのは勿論である。
In this embodiment, for example, when performing the temperature calibration processing step, the
Accordingly, an unnecessary film is not attached to the
When the
また、上記実施例では、ベローズ92内へアシストガス用ヘッド空間60Bからある程度の量のアシストガスが侵入する恐れが生ずるが、図12に示すように、上記ロッド貫通孔90の上端部に、これを閉じるための開閉可能になされたゲートバルブのような小型の隔離バルブ96を設けるようにしてもよい。この隔離バルブ96は、上記光導入ロッド68も挿通でき、これを図12(B)に示すように上方へ完全に引き抜いた時にこの隔離バルブ96を閉じることにより、このベローズ92内を完全に閉じることができるようになっている。
In the above embodiment, there is a risk that a certain amount of assist gas may enter the
この場合には、光導入ロッド68を使用しない時には、図12(B)に示すようにこの光導入ロッド68を上昇させてベローズ92内へ完全に収容して隔離バルブ96を閉じるので、この光導入面68Aに不要な膜が付着したり、クリーニングガスにより表面荒れが生ずることを、確実に防止できるのみならず、この伸長状態のベローズ92内にアシストガスが流入することも防止できる。
尚、以上の各実施例では、加熱手段として加熱ランプ52を採用した場合について説明したが、これに限定されず、加熱手段として載置台に埋め込んだ抵抗加熱ヒータを用いた場合にも、本発明を適用することができる。
また、処理として成膜処理に限らず、光導入ロッドに薄膜が付着する恐れのあるような処理、例えばプラズマエッチング処理を行うエッチング処理装置にも本発明を適用することができる。この場合には、シャワーヘッド構造において、エッチングガスを噴射する噴射孔に上記光導入ロッドを設けるように構成すればよい。
In this case, when the
In each of the above-described embodiments, the case where the
Further, the present invention is not limited to the film forming process, and the present invention can be applied to an etching processing apparatus that performs a process that may cause a thin film to adhere to the light introducing rod, for example, a plasma etching process. In this case, in the shower head structure, the light introduction rod may be provided in the injection hole for injecting the etching gas.
<第3の変形例>
上記各実施例では、載置台26は、例えば石英製のL字状になされたロッド状の3本の保持部材24で支持されていることから、加熱ランプ52より放射された熱線が、載置台26の下方で乱反射した後に、リフレクタ22の上端と載置台26の外周との間の隙間を通過して処理空間S側に入り込み、更に、この熱線が処理空間S内にて乱反射して光導入ロッド68に侵入することがあるため、この放射温度計66で測定したウエハ温度が、実際のウエハ温度よりもかなり高い検出値となってしまい、検出精度が低下してしまう場合があった。
また上記保持部材24に替えて、載置台26をリング状の透明な石英により構成する従来装置も知られてはいるが、この場合には、上記乱反射する熱線は、透明な石英を通過して同様に処理空間S側に侵入するので、この場合にも上記したと同様な問題があった。この第3の変形例では上記した熱線の乱反射による悪影響を抑制することを目的としている。
<Third Modification>
In each of the above embodiments, the mounting table 26 is supported by three rod-shaped holding
In addition to the holding
図13は本発明の処理装置の第3の変形例を示す構成図である。ここでは図9に示した部分と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
ここでは、先に説明した各実施例とは、載置台26の支持構造が大きく変わることになる。すなわち、載置台26の下方には、内面が例えば鏡面状になされた円筒体状のリフレクタ22が起立させて設けられており、下方の加熱ランプ52から放射される熱線を上方の載置台26側へ反射し得るようになっている。そして、このリフレクタ22の外周側には、同じく円筒体状に成形された例えばアルミニウム製の支持筒100が、上記リフレクタ22と同心円状に設けられている。
FIG. 13 is a block diagram showing a third modification of the processing apparatus of the present invention. Here, the same components as those shown in FIG. 9 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
Here, the support structure of the mounting table 26 is greatly changed from each of the embodiments described above. That is, a
この支持筒100の上端部には、例えばアルミニウム製の円形リング状のアタッチメント部材102が取り付け固定されている。更に、この円形リング状のアタッチメント部材102の内周側には、これよりも半径が小さくされて同じく円形リング状に成形された本発明の特徴とする保持部材104が設けられている。この保持部材104は、熱伝導性が低く且つ上記加熱ランプ52から放射された熱線を効果的に遮断するように着色された材料により形成されている。そして、この保持部材104の内側周縁部にて、上記例えばSiC製の載置台26の周縁部と直接接触させてこの載置台26を支持するようになっている。
上記保持部材104の材料としては、上述したように載置台26の温度を低下させないために熱伝導性の低い材料がよく、しかも、熱線を透過しない材料がよい。具体的には、保持部材104の材料としては、酸化ニオブ等の黒色の金属酸化物を含んだ石英、黒色のSiCを含んだ石英、カーボンを含んだ石英、カーボンを含んだ黒色のAlN等の黒色のセラミックス等の内のいずれかを用いることができる。
For example, a circular ring-shaped
As the material of the holding
さて、上述のように構成された装置例にあっては、加熱ランプ52から放射された熱線の内で、載置台26の裏面以外へ照射された熱線が載置台26の下方の空間で乱反射しても、この乱反射光は、最終的に載置台26の裏面、或いは例えば黒色に着色された保持部材104に吸収されてしまうことになる。従って、この乱反射光が載置台26の上方の処理空間S側に漏れ出て放射温度計66の光導入ロッド68に取り込まれることを防止することができる。従って、この放射温度計66によりウエハ温度をより正確に測定することができる。
In the example of the apparatus configured as described above, among the heat rays radiated from the
<第4の変形例>
次に、本発明の第4の変形例について説明する。
図14は本発明の処理装置の第4の変形例を示す構成図である。尚、図1、図9及び図13に示した部分と同一構成部分については同一符号を付してその説明を省略する。またここでは、堆積する膜種としてはタンタル酸化膜ではなく、複合金属材料薄膜としてPZT膜(Pb、Zr、Tiの酸化物膜)を堆積する場合を例にとって説明する。
この第4の変形例では、載置台26の支持構造は、図13において説明したと同様に、支持筒100上にリング状のアタッチメント部材102を設け、更にこの内側に熱伝導率が低くて且つ熱線を透過しない例えば黒色の円形リング状の保持部材104を設け、この保持部材104の内側周縁部でもって載置台26を支持する構造となっている。
<Fourth Modification>
Next, a fourth modification of the present invention will be described.
FIG. 14 is a block diagram showing a fourth modification of the processing apparatus of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the same component as the part shown in FIG.1, FIG9 and FIG.13, and the description is abbreviate | omitted. Here, a case where a PZT film (Pb, Zr, Ti oxide film) is deposited as a composite metal material thin film instead of a tantalum oxide film will be described as an example.
In the fourth modified example, the support structure of the mounting table 26 is provided with a ring-shaped
そして、シャワーヘッド構造12に取り付ける放射温度計としては、ここでは光導入ロッド68(図9及び図13参照)を設けていない型式の放射温度計110を用いている。すなわち、シャワーヘッド構造12の略中心部の近傍には、これを上下方向へ貫通させるようにして、例えば直径が13mm程度の熱線導出通路112が形成されている。この熱線導出通路112は、当然のこととして、原料ガス用ヘッド空間60Aやアシストガス用ヘッド空間60Bに対して分離区画されている。そして、この熱線導出通路112の上端開口部には、例えばOリング等のシール部材114を介して例えば石英ガラスよりなる測定窓116が気密に取り付け固定されている。そして、この測定窓116の外側に上記放射温度計110が取り付けられており、ウエハWの表面から上記熱線導出通路112を介して放射されてくる熱線を感知して温度測定がどきるようになっている。尚、熱線は熱線導出通路112の先端から略45°の広がり角度の範囲で検出される。
As the radiation thermometer attached to the
また、この測定窓116の直下の近傍の熱線導出通路112は、これより分岐されて不活性ガス導入通路118が形成されており、この不活性ガス導入通路118より僅量の不活性ガス、例えばArガスを常時流すことにより、上記測定窓116の内側面に温度測定の障害となる不要な膜が付着する事を防止するようになっている。尚、ここではシャワーヘッド構造12内の上段の空間にPZTガスを導入し、下段の空間に酸化性ガスのNO2 ガスを導入するので、前述した実施例とは逆に上段の空間が原料ガス用ヘッド空間60Aとなり、下段の空間がアシストガス用空間60Bとなる。また、これに伴って図14中のガス噴射孔20A、20Bの符号付けを代えている。
さて、このように構成された装置例においては、シャワーヘッド構造12の原料ガス用ヘッド空間60Aには、原料液体を気化器にて気化することにより発生させたPZTガスが導入される。この時、気化器でのキャリアガスは、不活性ガスとして例えばArガスが用いられる。また、アシストガス用空間60Bには酸化性ガスとして例えばNO2 ガスが供給される。そして、上記両ガスが処理空間S中にて混合されてウエハW上にPZT膜が堆積されることになる。
Further, the heat
In the apparatus example configured as described above, PZT gas generated by vaporizing the raw material liquid in the vaporizer is introduced into the raw material
そして、この時のウエハWの温度は、シャワーヘッド構造12に設けた熱線導出通路112を介して進行する熱線を、放射温度計110が検出することにより測定される。この場合、熱線導出通路112には、不活性ガス導入通路118を介して常時僅かな量のArガスが供給されてパージしているので、測定窓116の内側面に不要な膜が付着することを防止できる。この時のパージ用のArガスの流量は、例えばPZTガスのキャリアガスが300sccm程度の時にはこれよりも遥かに少なくて、例えば2〜3sccm程度である。
また、ここでも図13を参照して説明したと同様に、加熱ランプ52から放射された熱線の内で、載置台26の裏面以外へ照射された熱線が載置台26の下方の空間で乱反射しても、この乱反射光は、最終的に載置台26の裏面、或いは例えば黒色に着色された保持部材104に吸収されてしまうことになる。従って、この乱反射光が載置台26の上方の処理空間S側に漏れ出て放射温度計110に取り込まれることを防止することができる。従って、この放射温度計110によりウエハ温度をより正確に測定することができる。
尚、上記パージガス用及びキャリアガス用の不活性ガスとして、Arガスに代えて、他の不活性ガス例えばHeガス、Neガス、N2 ガス等も用いることができる。
また、PZT膜に代えて、他の複合金属材料膜、問えばBST膜(Ba、Sr、Tiの酸化物膜)等を成膜する時にも本発明を適用することができる。
The temperature of the wafer W at this time is measured when the
Here, as described with reference to FIG. 13, among the heat rays emitted from the
As the inert gas for the purge gas and the carrier gas, other inert gas such as He gas, Ne gas, N 2 gas or the like can be used instead of Ar gas.
Further, the present invention can also be applied when forming another composite metal material film such as a BST film (Ba, Sr, Ti oxide film) instead of the PZT film.
ここで、上述した本発明装置による放射温度計110の測定値の評価を実際に行ったので、その評価結果について説明する。
この評価に際しては、ウエハ表面にも実際に熱電対を取り付けてその温度を測定した。載置台26を保持する保持部材104を、従来構造のように透明な石英ガラスにより成形した場合には、熱電対によるウエハ温度の測定値が433℃程度であるのに対して放射温度計110による測定値は、それよりも40℃程度も高く、しかも安定していなかった。
Here, since the evaluation of the measured value of the
In this evaluation, a thermocouple was actually attached to the wafer surface and its temperature was measured. When the holding
これに対して、保持部材104を黒色の石英ガラスにした本発明の場合には、図15に示すように8回測定した結果、熱電対によるウエハ温度が433℃程度であるのに対して、放射温度計110による測定値は、それより最大で+2℃程度高いだけであり、ウエハ温度の測定精度を大幅に向上できることが判明した。
On the other hand, in the case of the present invention in which the holding
<第5の変形例>
次に本発明の第5の変形例について説明する。
図16は本発明の処理装置の第5の変形例を示す模式図、図17は図16に示す処理装置の載置台の周辺部を示す部分拡大断面図である。尚、図14に示した部分と同一構成部分については同一符号を付してその説明を省略する。
この第5の変形例では、円筒体状のリフレクタ22の上部と支持筒100の上部との間にアタッチメント部材102を掛け渡しており、このリフレクタ22の上部に形成した突部22Aで保持部材104を介して上記載置台26を保持している。そして、この保持部材104の上面に、この発明の特徴とする熱線を遮断する遮断リング120が設けられている。具体的には、図17にも示すように、載置台26の周縁部の上面には、ウエハWの周縁部からの放熱を抑制するためにウエハWの周囲を囲むように環状の突起部122が形成されている。また、載置台26の周縁部には、上記保持部材104で保持するためのフランジ部124が形成されている。この保持部材104は、下部保持部材104Aと、この上に接合される上部保持部材104Bとよりなり、上記フランジ部124をこの上下2つの保持部材104A、104Bで上下から挟んだ状態で保持するようになっている。
<Fifth Modification>
Next, a fifth modification of the present invention will be described.
FIG. 16 is a schematic view showing a fifth modification of the processing apparatus of the present invention, and FIG. 17 is a partially enlarged sectional view showing the periphery of the mounting table of the processing apparatus shown in FIG. Note that the same components as those shown in FIG. 14 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
In the fifth modification, the
上記下部保持部材(ベースリングともいう)104Aは、載置台26の高さ方向の位置決めをするベースとしての機能を有している。上部保持部材(アイソレーションリングともいう)104Bは、載置台26の水平方向の位置決めをする機能と、処理容器4内を減圧する際の初期の粗引き時などに、載置台26が飛ばされたり、移動したりするのを防止すべく上方から押さえる機能とを有している。
これら上下保持部材104B、104Aは、耐熱性、ウエハWに対して非汚染性および低熱伝導性を有する材料例えばアルミナ(Al2 O3 )により形成されていることが好ましい。上下保持部材104B、104Aの材料としてはアルミナ以外に、例えば炭化珪素、酸化珪素(SiO2 )、石英等であつても良い。
The lower holding member (also referred to as a base ring) 104A has a function as a base for positioning the mounting table 26 in the height direction. The upper holding member (also referred to as an isolation ring) 104B has a function of positioning the mounting table 26 in the horizontal direction and the mounting table 26 is skipped during initial roughing when the
These upper and lower holding
また、この上下保持部材104B、104Aは、第4の変形例の場合と同様に、熱線を透過しない材料、例えば酸化ニオブ等の黒色の金属酸化物を含んだ石英、黒色のSiCを含んだ石英、カーボンを含んだ石英、カーボンを含んだ黒色のAlN等の黒色のセラミックスの内のいずれかより形成してもよい。
The upper and lower holding
そして、この上記上部保持部材104Bの上面の全体及び上記載置台26の突起部122の上面を略全域に亘って覆うようにして上記遮断リング120が設置されており、上記保持部材104を介してこの載置台26の下方より上方に透過する熱線をできるだけ遮断するようになっている。この場合、この遮断リング120の厚さは例えば1.5mm程度であり、その下面の一部には、上部保持部材104Bの上面に形成されている段部に嵌まり込んで位置決めを行う突部126がリング状に形成されている。また、遮断リング120の内周端はできるだけウエハWの外周端に接近させて設けるのが熱線の遮断効果の上で優れているが、少なくともこの遮断リング120は、上記上部保持部材104Bの上面の全面を覆うようにして設ける。このような遮断リング120の材料は、例えば酸化ニオブ等の黒色の金属酸化物を含んだ石英、黒色のSiCを含んだ石英、カーボンを含んだ石英、カーボンを含んだ黒色のAlN等の黒色のセラミックスの内のいずれかよりなる。具体的には遮断リング120の材料としてAlNを用いた場合には1060ppm程度以上のカーボンを含有するようにすればよい。
The blocking
この場合にも、載置台26の下方で生じた乱反射光(熱線を含む)が載置台26の上方の処理空間S側に漏れ出て放射温度計110に取り込まれることを防止することができる。従って、この放射温度計110によりウエハ温度をより正確に測定することができる。特に、下部保持部材104Aと上部保持部材104Bの内の少なくともいずれか一方を上述したような熱線を透過しない材料により形成した場合には、上記した熱線遮断効果を一層向上させることができる。
尚、上記第3の変形例、第4の変形例及び第5の変形例において熱線を遮断する材料よりなる保持部材104や遮断リング120は可視光線も遮断するのは勿論である。
Also in this case, it is possible to prevent irregularly reflected light (including heat rays) generated below the mounting table 26 from leaking out to the processing space S side above the mounting table 26 and being taken into the
In the third modification, the fourth modification, and the fifth modification, the holding
<第6及び第7の変形例>
次に本発明の第6及び第7の変形例について説明する。
図18は本発明の処理装置の第6の変形例を示す概略構成図、図19は第6の変形例を用いて成膜した時の半導体ウエハの表面を模式的に示す図、図20は第7の変形例を示す概略構成図、図21は第7の変形例を用いて成膜した時の半導体ウエハの表面を模式的に示す図である。
尚、上記図18及び図20は共に図16に示す構成を基礎としているが、細かな点についてはその記載を省略し、また同一構成部分には同一符号を付してその説明を省略する。
<6th and 7th modification>
Next, sixth and seventh modifications of the present invention will be described.
18 is a schematic configuration diagram showing a sixth modification of the processing apparatus of the present invention, FIG. 19 is a diagram schematically showing the surface of a semiconductor wafer when a film is formed using the sixth modification, and FIG. FIG. 21 is a schematic configuration diagram showing a seventh modification, and FIG. 21 is a diagram schematically showing the surface of a semiconductor wafer when a film is formed using the seventh modification.
18 and 20 are both based on the configuration shown in FIG. 16, but the detailed description thereof is omitted, and the same components are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted.
図13、図14及び図16に示す各装置例では、シャワーヘッド構造12の略中心部に、これを上下方向へ貫通するように形成した熱線導出通路112と、放射温度計110とを設けてウエハWの略中心部の温度を測定するようにしている。しかしながら、ウエハWの加熱方法によってはウエハWの中心部は熱的な特異点になる場合が一般的に多く、このウエハWの中心部はウエハWの他の部分との間で温度差が生ずる場合が発生し、このウエハWの中心部の温度を測定して、ウエハWの温度基準とするのはあまり好ましくない。
In each of the apparatus examples shown in FIGS. 13, 14 and 16, a heat
そこで、この第6の変形例ではシャワーヘッド構造12の中心を示す中心線C1(ウエハWの中心線とも一致する)よりも所定の距離L1だけ周辺部に偏心させた位置に熱線導出通路112及び放射温度計110を設けるようにし、これにより、ウエハWの特異点の温度検出を避けることができる。
ところで、測定窓116の内側表面に膜が付着することを防止することを目的として不活性ガス導入通路118より導入した不活性ガス、例えばArガスが、上記熱線導出通路112の下端開口部112Aより下方に向けて流出乃至放出され、このArガスは、載置台26の外側周辺部で均等に真空引きされていることから載置台26の外側に向けて流下しつつ拡散して行くが、上述のように偏心の距離L1が単に数cm程度に設定された場合には、図19にも示すように上記Arガスの主ガス流130がウエハWの表面の一部のエリア132に直接的に当接することとなり、このウエハ表面の直径数cm程度の円形のエリア132における堆積膜の厚さが、他の部分と比較して薄くなってしまう、という現象が見られる。尚、図19には熱線導出通路112の下端開口部112Aの投影位置も参考のために示している。
Therefore, in the sixth modification, the heat
By the way, an inert gas, such as Ar gas, introduced from the inert
この場合、Arガスの流量やシャワーヘッド構造12の下面と載置台26の上面との間のギャップの大きさにもよるが、8インチサイズのウエハで偏心の距離L1が4.2cm程度の時に、ウエハ中心からエリア132の中心までの距離M1は6.0cm程度である。この時の熱線導出通路112の直径は1.3cm程度であり、上記エリア132の直径は3.0cm程度である。そこで、上記エリア132での薄膜化の発生をなくすために、第7の変形例では、図20及び図21に示すように、シャワーヘッド構造12の中心線C1と熱線導出通路112の下端開口部112Aの中心との間の偏心の距離L2を、この熱線導出通路112の下端開口部112Aより流出して載置台26の外側に向けて流下しつつ拡散して行くArガス(不活性ガス)の主ガス流130が、載置台26の上面と同一の水平レベルまで流下する位置の略中心が、載置台26上に載置される半導体ウエハWの外周端よりも外側になるように設定されている。換言すれば、上記主ガス流130が載置台26上のウエハWの表面とできるだけ直接的に接触しないように偏心の距離L2を大きく設定する。
In this case, depending on the flow rate of Ar gas and the size of the gap between the lower surface of the
図21においては、上述のようにウエハWの外周部分の破線で示すエリア134に主ガス流130が当接するような状態を示している。ここでは一例としてエリア134はウエハW上の半導体装置(素子形成エリア)に掛からなければ良いことから、エリア134の略中心がウエハWの外周端に位置するような場合を示している。この時、ウエハWの中心とエリア134の中心までの距離M2はウエハの半径、すなわちここでは10.0cmである。ここで偏心の距離L2の最大値は、放射温度計110がウエハ表面に臨んでいなければその温度が測定できないので、ウエハ半径の大きさである。
これにより、ウエハWの表面に不活性ガス(Arガス)の主ガス流130が直接的に当接することを防止して、ウエハ表面に局部的に薄膜部分が発生することを防止することができる。ちなみに、偏心の距離L2を8.0cm程度に設定すれば、膜厚が局部的に薄いエリア132の跡は見られずに良好な結果を得ることができる。そして、ウエハWの半径が10cm(8インチサイズの場合)であるので、偏心の距離L2はウエハWの半径の70%〜100%の範囲内に設定するのがよい。この点を関係式で示すとM1/L1=M2/L2であるから、6.0/4.2=10/L2となり、L2=7.0cmとなる。すなわちL2の長さは7.0〜10.0cmの範囲が好ましい。
FIG. 21 shows a state in which the
Thereby, it is possible to prevent the
この時のプロセス条件は、パージ用の不活性ガス(Arガス)の流量は3sccm〜100sccmの範囲内で例えば9sccm、シャワーヘッド構造12の下面と載置台26の上面との間の距離は20mm〜30mmの範囲内で例えば25mm、処理容器4内の圧力は133Pa程度、原料ガスの総流量は500sccm程度である。また、この実施例は、8インチサイズのウエハのみならず、12インチサイズ(直径300mm)のウエハにも適用できる。更に、この第6及び第7の変形例の場合には、加熱手段として加熱ランプを用いたものに限定されず、載置台26に抵抗加熱ヒータを内蔵した型式の処理装置にも適用することができる。
The process conditions at this time are such that the flow rate of the purge inert gas (Ar gas) is, for example, 9 sccm within a range of 3 sccm to 100 sccm, and the distance between the lower surface of the
尚、上記各実施例では処理としてタンタル酸化膜やPZT膜を成膜する場合を例にとって説明したが、他の膜種を堆積する場合についても本発明を適用することができる。例えば、他の膜種としては、WF6 ガスとH2 ガスを用いてタングステン膜を熱CVDにより成膜する場合、TiCl4 ガスとNH3 ガスとを用いてTiN膜を熱CVDにより成膜する場合、TiCl4 ガスとH2 ガスとを用いてTi膜をプラズマCVDにより成膜する場合等にも本発明を適用することができる。この場合には、アシストガスである還元ガス、すなわちH2 ガス、NH3 ガスのガス噴射孔に放射温度計の光導入ロッドを設けるようにする。
また、不活性ガスとしては、Arガスの他に、例えばN2 ガス、Heガス等も用いることができる。
また、本発明では、被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、これに限定されず、LCD基板、ガラス基板等にも適用することができるのは勿論である。
In each of the above-described embodiments, the case where a tantalum oxide film or a PZT film is formed as an example has been described. However, the present invention can be applied to the case where other film types are deposited. For example, as another film type, when a tungsten film is formed by thermal CVD using WF 6 gas and H 2 gas, a TiN film is formed by thermal CVD using TiCl 4 gas and NH 3 gas. In this case, the present invention can be applied to a case where a Ti film is formed by plasma CVD using TiCl 4 gas and H 2 gas. In this case, a light introducing rod of a radiation thermometer is provided in a gas injection hole of a reducing gas, that is, an assist gas, that is, H 2 gas or NH 3 gas.
Further, as the inert gas, for example, N 2 gas, He gas or the like can be used in addition to Ar gas.
In the present invention, a semiconductor wafer has been described as an example of the object to be processed. However, the present invention is not limited to this and can be applied to an LCD substrate, a glass substrate, or the like.
2 処理装置
4 処理容器
12 シャワーヘッド部
18 ガス噴射面
20A 原料ガス噴射孔
20B アシストガス噴射孔
26 載置台
46 透過窓
52 加熱ランプ(加熱手段)
60A 原料ガス用ヘッド空間
60B アシストガス用ヘッド空間
66 放射温度計
68 光導入ロッド
68A 光導入面
70 温度検出部
74 温度制御部
80 熱電対(温度測定手段)
82 温度制御部
84 温度校正制御部
90 ロッド貫通孔
94 ロッド昇降機構
96 隔離バルブ
102 アタッチメント部材
104 保持部材
110 放射温度計
116 測定窓
120 遮断リング
130 主ガス流
S 処理空間
W 半導体ウエハ(被処理体)
DESCRIPTION OF
60A Raw material
82
Claims (11)
真空引き可能になされた処理容器と、
前記被処理体を載置する載置台と、
前記被処理体を加熱する加熱手段と、
請求項1乃至7のいずれか一項に記載したシャワーヘッド構造と、
前記シャワーヘッド構造に設けられた放射温度計の検出値に基づいて前記加熱手段を制御する温度制御部と、
を備えたことを特徴とする成膜処理装置。 In a film forming apparatus for performing a film forming process on an object to be processed,
A processing vessel that can be evacuated;
A mounting table for mounting the object to be processed;
Heating means for heating the object to be processed;
A shower head structure as claimed in any one of claims 1乃Itaru 7,
A temperature control unit for controlling the heating means based on a detection value of a radiation thermometer provided in the shower head structure;
The film-forming processing apparatus characterized by the above-mentioned.
真空引き可能になされた処理容器と、
前記被処理体を載置する載置台と、
前記載置台に設けられた温度測定手段と、
前記被処理体を加熱する加熱手段と、
請求項1乃至7のいずれか一項に記載したシャワーヘッド構造と、
前記被処理体の成膜処理時に前記温度測定手段の検出値に基づいて前記加熱手段を制御する温度制御部と、
温度校正用の被処理体を用いて成膜処理を行った時の前記シャワーヘッド構造に設けられた放射温度計の検出値と前記被処理体の目標温度値とに基づいて前記温度制御部における前記載置台の設定温度値を校正する温度校正制御部と、
を備えたことを特徴とする成膜処理装置。 In a film forming apparatus for performing a film forming process on an object to be processed,
A processing vessel that can be evacuated;
A mounting table for mounting the object to be processed;
Temperature measuring means provided on the mounting table,
Heating means for heating the object to be processed;
A shower head structure according to claim 1乃Optimum 7 Neu deviation or claim,
A temperature control unit for controlling the heating unit based on a detection value of the temperature measuring unit during a film forming process of the object to be processed;
In the temperature control unit based on the detection value of the radiation thermometer provided in the shower head structure and the target temperature value of the object to be processed when the film forming process is performed using the object for temperature calibration. A temperature calibration control unit for calibrating the set temperature value of the mounting table, and
The film-forming processing apparatus characterized by the above-mentioned.
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