(57)【要約】【課題】特に、複数枚の基板を連続して処理できるＣＶＤ装置では、各基板への加熱手段による加熱量を予め最適化しておく必要がある。この場合、実際のＣＶＤ処理と同様の雰囲気で基板毎に温度を測定することが重要であるが、測温手段を、基板とガス噴出手段との間に設けたホルダで保持させたでは、実際のＣＶＤ処理と同様の雰囲気で基板毎に温度を測定できない場合がある。【解決手段】チャンバ１１の天井部から内方に向かって突出させた環状の突出部２１と、その先端部に装着したシャワープレート２２とから形成されるガス噴出手段２のガス拡散室２３を、所定の長さを有する筐体の先端部に熱電対線の測温部を埋設した測温手段４の収納を可能とする高さとし、該測温手段をシャワープレートの所定の位置に設けた少なくとも１個の貫通孔で保持させる。【選択図】  図１
2004214313.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバと、このチャンバの天井部からガスを噴出するガス噴出手段と、このガス噴出手段からのガスが導入され、複数個の孔が開設されたシャワープレートを有するガス拡散室とを備えた基板処理装置において、
前記ガス拡散室は、所定の長さを有する筐体の先端部に熱電対線の測温部を埋設した測温手段の収納を可能とする高さを有し、該測温手段をシャワープレートの所定の位置に設けた少なくとも１個の貫通孔で保持し、ガス噴出手段と対向して該チャンバに設けた基板ステージ上に載置した基板に測温手段の測温部を接触させて基板の表面温度を測定できるようにしたことを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
基板ステージを昇降自在とすると共に、前記測温手段を、その筐体が貫通孔で吊設されるようにしたことを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板に所定の膜を形成するＣＶＤ装置やスパッタリングなどのＰＶＤ装置またはエッチング装置やアッシング装置等の基板処理装置に関し、特に、基板の表面温度を連続して正確に測定できるようにしたものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば基板処理装置であるＣＶＤ装置は、真空排気手段を備えた真空チャンバを有し、真空チャンバ内には、ウェハーなどの所定の基板が載置される基板ステージが設けられている。該基板ステージには、載置された基板をその全面に亘って均等に加熱するヒータが組込まれている。基板ステージに対向して真空チャンバの天井部には、混合ガスをチャンバ内に均等に導入するガス噴出手段が設けられている。ガス噴出手段は、真空チャンバの天井部から内方に向かって突出させた環状の突出部の先端部に、複数個の孔が開設されたシャワープレートを装着して構成される（特許文献１）。
【０００３】
基板ステージに基板をロードするため、真空チャンバの側面には、ゲートバルブを備えた基板搬送口が設けられている。この場合、基板搬送口に対応して真空チャンバの外壁にロードロックチャンバを付設して、基板に膜を形成する処理を複数枚の基板に対して連続して実行できるようにしている。
【０００４】
ロードロックチャンバと基板ステージとの間の基板の搬送は、先端部に三次元方向に移動可能なフォーク状のアームを有する真空搬送手段で行う。該真空搬送手段で基板ステージ上に基板をロードし、基板ステージを所定の高さ位置まで移動させた後、真空チャンバに所定の混合比に混合した反応ガスと原料ガスとから構成される混合ガスをガス噴出手段を介して導入し、気相化学反応させて基板上に所定の膜を形成する。
【０００５】
複数枚の基板を連続して処理する場合、各基板上に形成された各膜の膜厚分布及び組成分布を均一にするには、基板に対して混合ガスを均等に供給するだけでなく、各基板をその全体に亘って同温度にそれぞれ加熱することが重要であり、これには、連続して基板ステージにロードされる各基板へのヒータによる加熱量を予め測定し、それに応じてヒータを制御する必要がある。
【０００６】
従来では、例えば円筒形状の絶縁材料製筐体の先端部に熱電対線の測温部を埋設して構成した測温手段によって、順次基板ステージにロードされる各基板の表面温度をそれぞれ測定することが考えられている（特許文献２）。この場合、真空チャンバ内の雰囲気が実際のプロセスを実施している場合と同じように混合ガスを流して温度測定を行うのがよい。
【０００７】
このため、基板ステージに所定のホルダを装着し、該ホルダで測温手段を保持する。ホルダは、混合ガスを流しつつ真空排気を行うチャンバ内の雰囲気が実際のＣＶＤプロセスの際の雰囲気に近づくように、例えば石英を用いて十字形に形成され、所定の位置に測温手段を保持する貫通孔が開設されている。この場合、測温手段は、十字形の筐体の一端に形成したフランジでホルダの貫通孔に設ける。そして、予め所定の高さに保持していたホルダをリフトで降下させ、ホルダの下面から突出した測温手段の測温部を基板と接触させて各基板毎に表面温度を測定する。尚、基板と確実に接触するようにフランジはウェイトとして形成している。
【０００８】
【特許文献１】
特開２０００−２１２７４９５号公報（例えば、図１参照）
【０００９】
【特許文献２】
特開平１０−３２５７６０号公報（例えば、図１参照）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のものでは、シャワープレートの下側にホルダを装着しているので、シャワープレートと基板との間の間隔を測温手段の筐体の長さ以下にはできない。このため、例えば混合ガスのガス流を最適化させることでシャワープレートと基板ステージ上の基板との間の間隔が筐体の長さより短くなった場合に、実際のＣＶＤプロセスを行う雰囲気で基板温度の測定ができないという問題があった。
【００１１】
そこで、本発明は、上記点に鑑み、測温手段の筐体の長さに関係なく、実際の基板処理と同一または近い雰囲気（Ａｒ、Ｎ２、Ｈ２）で各基板の表面温度を連続して測定できるようにした基板処理装置を提供することを課題とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の基板処理装置は、チャンバと、このチャンバの天井部からガスを噴出するガス噴出手段と、このガス噴出手段からのガスが導入され、複数個の孔が開設されたシャワープレートを有するガス拡散室とを備えた基板処理装置において、前記ガス拡散室は、所定の長さを有する筐体の先端部に熱電対線の測温部を埋設した測温手段の収納を可能とする高さを有し、該測温手段をシャワープレートの所定の位置に設けた少なくとも１個の貫通孔で保持し、ガス噴出手段と対向して該チャンバに設けた基板ステージ上に載置した基板に測温手段の測温部を接触させて基板の表面温度を測定できるようにしたことを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、測温手段の筐体をシャワープレートの所定の位置に設けた少なくとも１個の貫通孔の上方から挿入し、筐体の先端部に設けた測温部を基板ステージ上に載置した基板と接触させる。この場合、筐体の一部はガス拡散室内に突出している。そして、ガス噴出手段を介して所定の混合ガスを流しつつ基板を加熱して基板の表面温度を測定する。この場合、ガス拡散室が筐体の収納を可能とする高さを有するので、筐体の長さに関係なく、シャワープレートと基板との間の間隔が最適な状態で基板の表面温度が測定できる。
【００１４】
ここで、基板ステージを昇降自在に設けると共に、前記測温手段を、その筐体が貫通孔で吊設されるようにすれば、基板を載置した基板ステージを上昇させることで、貫通孔で吊設した測温手段の測温部と基板とが接触して測温手段がガス拡散室内に突出するので、測温手段の貫通孔内での高さ調節等が不要になる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１及び図２を参照して、１は、本発明の基板処理装置の一例であるＣＶＤ装置を示す。このＣＶＤ装置１は、シリコンウェハーやガラス等の基板上に気相化学反応により薄膜を形成するものであり、ターボ分子ポンプなどの真空排気手段１１ａを有する所定の容積の真空チャンバ１１を有する。真空チャンバ１１の天井部１２の略中央には、反応ガスと原料ガスとから構成される所定の混合ガスを真空チャンバ１１内に導入するガス噴出手段２が設けれている。
【００１６】
ガス噴出手段２は、真空チャンバ１１の天井部１２から内方に向かって突出させた環状の突出部２１と、その先端部に装着され複数個の孔が開設された円形のシャワープレート２２とから構成される。この場合、真空チャンバ１１の上部には、突出部２１とシャワープレート２２とによってガス拡散室２３が形成され、該ガス拡散室２３内に導入された混合ガスをその全体に亘って拡散する。真空チャンバ１１の天井部１２にはまた、一端が混合器（図示せず）に接続されたガス導入管２４が接続され、複数のガス源に接続された混合器で混合された混合ガスが拡散室２３に導入される。このガス噴出手段２に対して真空チャンバ１１内には基板ステージ３が設けられ、該基板ステージ３にはウェハーなどの基板Ｓが載置される。
【００１７】
ここで、基板ステージ３上に基板Ｓをロード、アンロードするために、真空チャンバ１１にゲートバルブを有する基板搬送口１３を設ける必要がある。この場合、基板処理であるＣＶＤプロセスの実行時、基板Ｓ上の薄膜の膜厚分布及び組成分布が均一になるようにガス噴出手段２を介して基板Ｓに混合ガスを均等に噴出しても、基板搬送口１３が基板ステージ３の上方に位置したのでは、該基板搬送口１３の周辺で乱流が発生してガスの流れが乱れることで、基板Ｓ上のガスの流れも乱れて薄膜の膜厚分布及び組成分布が均一にならない。
【００１８】
本実施の形態では、基板ステージ３を、所定の基板処理プロセスを実行するプロセス位置と基板のロード、アンロードを行い得る基板搬送位置との間で昇降自在に形成し、プロセス位置では、基板ステージ３下方に基板搬送口１３が位置するようにした。基板ステージ３は、ガス噴出手段２と対向した金属製の基板載置部３１に、真空チャンバ１１の底面から真空チャンバ１１内に突出させて設けた昇降ロッド３２を接続して構成され、一体に形成されている。基板載置部３１には基板Ｓの加熱を可能とするヒータ（図示せず）が組込まれている。また、昇降ロッド３２は、例えば圧縮空気またはモータで駆動され、昇降ロッド３２の周囲にベローズ３３を設けて真空シールしている。
【００１９】
ところで、ＣＶＤ装置１によって複数枚の基板Ｓを連続して処理する場合、各基板Ｓ上に形成される各薄膜の膜厚分布及び組成分布を均一にするには、基板Ｓに対して混合ガスを均等に供給するだけでなく、各基板Ｓをその全体に亘って同温度にそれぞれ加熱することが重要であり、これには、連続して基板ステージ３にロードされる各基板Ｓへのヒータによる加熱量を予め測定し、それに応じてヒータを制御する必要がある。
【００２０】
このため、実際のＣＶＤプロセスと同一雰囲気の下で、基板ステージ３に基板を連続してロードし、ヒータで加熱して各基板毎にその表面温度を測定し、各基板Ｓへのヒータの加熱量を最適化ができるようにＣＶＤ装置１を構成するのがよい。この場合、既知の測温手段４を使用することが考えられる。測温手段４は、例えば絶縁材料から構成した所定の長さの円筒形状部材４１の一端に金属製のフランジ４２を接続した筐体を有し、その下端には熱電対線５の測温部５１が埋設されている（図２参照）。尚、フランジ４２は金属に限らず、絶縁体から構成してもよい。
【００２１】
本実施の形態では、この測温手段４の筐体をシャワープレート２２の所定の位置に設けた貫通孔２２ａで吊し下げられるようにした。この場合、ガス拡散室２３の高さは測温手段４の筐体の長さより高くしている。貫通孔２２ａは、同一円周上で９０度ずらして４個設けると共に、シャワープレート２２の中心部分に１個設けている。シャワープレート２２は突出部２１の８箇所で固定されている。この場合、突出部２１へのシャワープレート２２の取付位置を円周方向にずらすと、基板表面の測定点を変更できる。また、測温手段のフランジ４２からの熱電対線５は、チャンバ１１の天井部１２に設けたコネクタ６であって温度測定器に接続されたものに接続されている。
【００２２】
これにより、基板ステージ３を上昇させると、基板Ｓが測温手段４の下端の測温部５１と接触し、さらに基板ステージ３を上昇させると、測温度手段４の筐体はガス拡散室２３内に突出するので、測温手段４の筐体の長さに関係なく、シャワープレート２２と基板Ｓとの間の間隔が最適である実際のＣＶＤプロセスを行う雰囲気で、連続してロードされる基板Ｓ毎にその表面温度が測定できる。
【００２３】
ところで、３次元方向に移動可能であって先端にフォーク状のアームを設けた既知の真空搬送手段によって基板ステージ３に基板をロード、アンロードする場合、基板載置部３１上の複数の箇所で支持して所定の高さで基板Ｓを担持できれば、真空搬送手段の構造を簡素化できる。本実施の形態では、基板Ｓを水平に持ち上げられるように、正三角形の各頂点に対応する基板載置部３１の所定の位置に３個の基板リフト手段７を設けた。
【００２４】
図４を参照して、基板リフト手段７は、基板載置部３１に設けた貫通孔３１ａに下側から螺着された中空円筒形状のガイド部材７１を有する。この場合、ガイド部材７１の下端部は基板載置部３１の裏面から突出している。ガイド部材７１の内部にはリフトピン７２が挿設されている。リフトピン７２は、上部にフランジ７２ｃを有する下ピン７２ａと、フランジ７２ｃに接続された上ピン７２ｂとから構成される。
【００２５】
この場合、リフトピン７２は、真空中でも耐熱性及び機械的強度を有する材料、例えばセラミックスから一体に成形されている。特に、リフトピン７２の材料は、基板ステージ３が加熱されることを考慮して、高純度のアルミナセラミックスなどの耐熱材がよい。上ピン７２ｂの長さ寸法は、フランジ７２ｃが、ガイド部材７１の下端を内方に向かって屈曲させた屈曲部７１ａに接触した場合に、上ピン７２ｂの上端面が基板載置部３１の上面と面一または上ピン７２ｂの方が基板載置部３１より僅かに低くなるように定寸されている。
【００２６】
他方で、下ピン７２ａは、基板ステージ３が基板搬送位置にある場合、下ピン７２ａの下端部が真空チャンバ１１の底面に設けたストッパ１４と係合し、上ピン７２ｂが基板載置部３１の上面から所定の高さだけ突出するように定寸されている。尚、下ピン７２ａの下端部は平坦または丸み加工するのがよい。また、基板ステージ３の昇降に伴ってガイド部材７１が緩み、上下動する際にリフトピン７２とガイド部材７１とが共にがたつかないように、ガイド部材７１から突出した下ピン７２ａが貫通する孔を備えた第２ガイド部材７０を設けている。
【００２７】
次に、基板Ｓの表面温度の測定について説明する。先ず、シャワープレート２２を突出部２１から一旦取外して、温度測定用のシャワープレート２２の所定の位置に設けた貫通孔２２ａに、測温手段４をその先端部方向から挿入し、再度シャワープレート２２を突出部２１に装着する。この場合、測温手段４はそのフランジ４２によって貫通孔４２ａで吊り下げられた状態になる（図１参照）。
【００２８】
次いで、真空排気手段１１ａを介して真空チャンバ１１を所定の真空度に到達するまで排気する。所定の真空度に到達すると、真空搬送手段（図示せず）によって基板搬送口１３を介して基板ステージ３上に基板Ｓを載置する。基板Ｓが載置されると、基板ステージ３を上昇させる。基板３と測温手段４の先端部に設けた熱電対線５の測温部５１とが接触すると、基板ステージ３の上昇に伴って測温手段４が上昇し始める。
【００２９】
実際のＣＶＤプロセスが実行される基板ステージ３の高さ位置（プロセス位置）まで基板ステージ３を上昇させると、測温手段４の筐体の一部はガス拡散室２３内に突出する（図２参照）。この場合、筐体の一端に設けたフランジ４２を金属製としたので、測温手段４の筐体自体が基板方向に向かって付勢され、基板Ｓと測温部５１とは常時接触した状態となる。
【００３０】
プロセス位置に到達すると、ガス噴出手段２を介して所定のガスを流しつつ、基板ステージ３に組込んだヒータで基板Ｓへの加熱を開始する。その際、５個の測温手段によって各位置での基板Ｓの表面温度を測定する。次いで、所定の温度まで基板Ｓの表面温度の測定が終了すると、基板ステージ３を基板搬送位置まで下降させ、基板Ｓをアンロードし、次ぎの基板を基板ステージ３にロードする。そして、同様の手順で連続して複数枚の基板の表面温度を測定する。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、測温手段の筐体の長さに関係なく、実際の基板処理プロセスと同一または近い雰囲気で複数枚の基板の表面温度を連続して測定できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】基板ステージが基板搬送位置にある本発明の基板処理装置の断面図
【図２】基板ステージがプロセス位置にある本発明の基板処理装置の断面図
【図３】シャワープレートの上面図
【図４】リフト手段を拡大して説明する図
【符号の説明】
１  ＣＶＤ装置
３  基板ステージ
４  測温手段
５  熱電対線
５１  測温部
【図１】
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【図２】
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【図３】
2004214313.tif 000005
【図４】
2004214313.tif 000006