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JP7008602B2 - 成膜装置および温度制御方法 - Google Patents

成膜装置および温度制御方法 Download PDF

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Description

本開示の種々の側面および実施形態は、成膜装置および温度制御方法に関する。
2種類のモノマーを含むガスを、被処理基板が収容された処理容器内に供給し、2種類のモノマーの重合反応により被処理基板に重合体の有機膜を成膜する技術が知られている。例えば、芳香族アルキル、脂環状、または脂肪族のジイソシアネートモノマーと、芳香族アルキル、脂環状、または脂肪族のジアミンモノマーとの真空蒸着重合反応により、被処理基板に重合体の膜を成膜する技術が知られている(例えば、下記特許文献1参照)。
国際公開第2008/129925号
本開示は、被処理基板の温度を精度よく制御することができる技術を提供する。
本開示の一側面は、蒸着重合により被処理基板に重合体の膜を成膜する成膜装置であって、ステージと、ステージヒータと、天板ヒータと、制御装置とを備える。ステージは、被処理基板を収容する処理容器内に設けられ、被処理基板が載置される。ステージヒータは、ステージ内に設けられ、ステージ上に載置された被処理基板を加熱する。天板ヒータは、ステージに対向する処理容器の天板に設けられる。制御装置は、ステージヒータおよび天板ヒータの温度を制御する。また、制御装置は、ステージヒータの温度を第1の温度単位で制御することにより、被処理基板の温度を第1の温度単位で制御する。また、制御装置は、天板ヒータの温度を第2の温度単位で制御することにより、天板を介して放射される輻射熱によって被処理基板の温度を第1の温度単位より細かい温度単位で制御する。
本開示の種々の側面および実施形態によれば、被処理基板の温度を精度よく制御することができる。
図1は、本開示の第1の実施形態における成膜装置の一例を示す図である。 図2は、ウエハの温度とデポジションレート(D/R)との関係の一例を示す図である。 図3は、ウエハの温度分布の一例を示す図である。 図4は、天板ヒータの温度とウエハの温度との関係の一例を示す図である。 図5は、天板とステージとの間のキャップとウエハの温度との関係の一例を示す図である。 図6は、第1の実施形態における温度制御方法の一例を示すフローチャートである。 図7は、温度測定用ウエハの一例を示す図である。 図8は、本開示の第2の実施形態における成膜装置の一例を示す図である。 図9は、第2の実施形態における温度制御方法の一例を示すフローチャートである。 図10は、分割された天板ヒータの一例を示す図である。 図11は、分割された側壁ヒータの一例を示す図である。
以下に、開示される成膜装置および温度制御方法の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態により、開示される成膜装置および温度制御方法が限定されるものではない。
ところで、蒸着重合では、被処理基板の温度によって成膜速度が大きく変化する。そのため、成膜される重合体の膜厚を制御するためには、被処理基板の温度をより高い精度で制御することが求められる。そこで、本開示は、被処理基板の温度を精度よく制御することができる技術を提供する。
(第1の実施形態)
[成膜装置1の構成]
図1は、本開示の第1の実施形態における成膜装置1の一例を示す図である。本実施形態における成膜装置1は、蒸着重合により、被処理基板の一例であるウエハW上に重合体の膜を成膜する。成膜装置1は、装置本体10および制御装置100を備える。装置本体10は、略円筒形状の処理空間Sを有する処理容器11を備える。処理容器11内には、ウエハWが収容される。処理容器11によって形成される略円筒状の処理空間Sの中心軸を軸Xと定義する。
処理容器11は、天板11a、側壁11b、および底部11cを含む。天板11a、側壁11bおよび底部11cは、例えば、アルミニウム、ステンレス、ニッケル合金等の耐腐食性を有する金属により構成される。天板11aは、例えば平板状であり、側壁11bは、例えば円筒状である。また、天板11a、側壁11bおよび底部11cは、例えば石英やセラミックス等により構成されてもよい。
天板11aと側壁11bとの間、および、側壁11bと底部11cとの間には、それぞれ断熱部材12が配置されている。これにより、天板11aと側壁11bとの間の、および、側壁11bと底部11cとの間の熱の移動が抑制される。
処理容器11内には、天板11aに対向する位置にステージ14が設けられている。ステージ14の上面にはウエハWが載置される。ウエハWは、略円板状であり、ウエハWの中心軸が軸Xに一致するように、ステージ14上に載置される。ステージ14は、支持棒15によって支持されている。昇降機構30は、支持棒15を軸Xに沿って上下方向に移動させることにより、ステージ14を昇降させる。昇降機構30は、ステージ14を昇降させることにより、ステージ14と天板11aとの間の距離を変更する。ステージ14と天板11aとの間の距離が変更されることにより、ステージ14上のウエハWと天板11aとの間のギャップが変更される。昇降機構30によるステージ14の昇降は、制御装置100によって制御される。
ステージ14内には、ステージ14上に載置されたウエハWを加熱するためのステージヒータ14aが設けられている。また、ステージ14内には、ガルデン等の冷媒が流通する流路14bが形成されている。流路14bには、配管41aおよび配管41bを介してチラーユニット40が接続されている。チラーユニット40から所定温度に制御された冷媒が配管41aを介してステージ14の流路14bに供給される。流路14bを流れた冷媒は、配管41bを介してチラーユニット40に戻される。
ステージヒータ14aによる加熱と、流路14bを流れる冷媒による冷却とにより、ステージ14上に載置されたウエハWの温度が制御される。以下では、ステージヒータ14aによる加熱と、流路14bを流れる冷媒による冷却とによって制御されるウエハWの温度を、ステージ温度と記載する。
ステージヒータ14aおよびチラーユニット40は、制御装置100によって制御される。本実施形態において、ステージヒータ14aおよびチラーユニット40による温度は、第1の温度単位の分解能で制御される。即ち、ステージ温度は、第1の温度単位の分解能で制御される。第1の温度単位は、例えば1℃単位である。
天板11aの上面には、天板ヒータ13aが設けられている。天板ヒータ13aは、天板11aを加熱する。天板ヒータ13aは、略円板状の外形の中心軸が軸Xに一致するように天板11a上に配置されている。天板ヒータ13aによって天板11aが加熱されることにより、天板11aから処理空間S内に輻射熱が放射される。天板11aから放射された輻射熱により、ステージ14上のウエハWが加熱される。天板ヒータ13aは、制御装置100によって制御される。
側壁11bの側面であって、処理容器11の外側には、側壁ヒータ13bが設けられている。側壁ヒータ13bは、側壁11bを加熱する。側壁ヒータ13bによって側壁11bが加熱されることにより、側壁11bから処理空間S内に輻射熱が放射される。側壁11bから放射された輻射熱により、ステージ14上のウエハWが加熱される。側壁ヒータ13bは、制御装置100によって制御される。本実施形態において、天板ヒータ13aおよび側壁ヒータ13bの温度は、第2の温度単位の分解能で制御される。第2の温度単位は、例えば1℃単位である。
また、昇降機構30によってステージ14が昇降されることにより、ステージ14上のウエハWと天板11aとの間のギャップが変更される。また、昇降機構30によってステージ14が昇降されることにより、ステージ14上のウエハWと側壁11bとの間のギャップも変更される。これにより、天板11aおよび側壁11bからウエハWに照射される輻射熱の量が変更される。
側壁11bには、ウエハWを搬入および搬出するための図示しない開口が形成されており、当該開口は、図示しないゲートバルブによって開閉される。
天板11aには、処理容器11の処理空間S内にガスを供給するためのガス供給口17aおよびガス供給口17bが設けられている。ガス供給口17aには、配管24aを介して、バルブ23a、流量制御器22a、気化器21a、および原料供給源20aが接続されている。ガス供給口17bには、配管24bを介して、バルブ23b、流量制御器22b、気化器21b、および原料供給源20bが接続されている。
原料供給源20aは、例えばイソシアネート等の原料モノマーの供給源である。気化器21aは、原料供給源20aから供給されたイソシアネートの液体を気化させる。流量制御器22aは、気化器21aによって気化されたイソシアネートのガスの流量を制御する。バルブ23aは、イソシアネートのガスの配管24aへの供給および供給停止を制御する。配管24aに供給されたイソシアネートのガスは、ガス供給口17aを介して、処理容器11の処理空間S内に供給される。
原料供給源20bは、例えばアミン等の原料モノマーの供給源である。気化器21bは、原料供給源20bから供給されたアミンの液体を気化させる。流量制御器22bは、気化器21bによって気化されたアミンのガスの流量を制御する。バルブ23bは、アミンのガスの配管24bへの供給および供給停止を制御する。配管24bに供給されたアミンのガスは、ガス供給口17bを介して、処理容器11の処理空間S内に供給される。
処理空間S内に供給された2種類の原料モノマーの重合反応により、ウエハW上にポリ尿素膜が成膜される。ポリ尿素膜は、重合体の膜の一例である。なお、配管24aおよび配管24bは、内部を流れる原料モノマーの気化状態を維持するため、所定温度以上(例えば180℃以上)に加熱されている。気化器21a~21b、流量制御器22a~22b、およびバルブ23a~23bは、制御装置100によって制御される。
底部11cには、排気口16が設けられており、排気口16には、真空ポンプ等の排気装置50が接続されている。排気装置50が稼働することにより、排気口16を介して、処理容器11内のガスが排気され、処理容器11内を所定の圧力に調整することができる。排気装置50は、制御装置100によって制御される。
制御装置100は、メモリ、プロセッサ、および入出力インターフェイス(I/F)を有する。制御装置100には、入出力I/Fを介してユーザI/F101が接続されている。ユーザI/F101は、キーボードやタッチパネル等の入力装置、および、ディスプレイ等の出力装置を有する。制御装置100内のプロセッサは、メモリに格納されたプログラムやレシピを読み出して実行することにより、入出力I/Fを介して装置本体10の各部を制御する。また、制御装置100は、ユーザI/F101を介して、ユーザからの指示の入力を受け付け、ユーザから受け付けた指示に応じて、装置本体10の各部を制御する。そして、制御装置100は、制御結果をユーザI/F101に出力する。
[デポジションレートの温度依存性]
ここで、2種類の原料モノマーの混合ガスは、所定温度以下で重合反応を起こし、重合体を形成する。重合体は、温度が低いほど多く生成される。そのため、ウエハWの温度が低いほど、ウエハWに積層される重合体の膜のデポジションレート(D/R)は大きくなる。
図2は、ウエハWの温度とD/Rとの関係の一例を示す図である。図2の例では、1℃当たり重合体の膜厚が約15%変化している。そのため、例えば1℃単位の分解能で制御されるステージヒータ14aおよびチラーユニット40のみを用いてウエハWの温度が制御された場合、ウエハWの膜厚は15%程度の範囲でばらつくことになる。ウエハWの膜厚のばらつきが大きいと、膜厚の要求仕様を満たすことが難しい。
ウエハWの膜厚のばらつきを低減するために、ステージヒータ14aおよびチラーユニット40の温度制御を、1℃単位よりも細かい分可能で制御することも考えられる。しかし、その場合、成膜装置1が大型化したり、成膜装置1のコストが増加することになるため、ステージヒータ14aおよびチラーユニット40の温度制御の分解能を高めることは難しい。
そこで、本実施形態では、天板ヒータ13aおよび側壁ヒータ13bの温度を、例えば1℃単位での分解能で制御する。また、昇降機構30により、天板11aとステージ14との間のギャップを例えば0.5mmの単位で制御する。これにより、天板11aを介してウエハWに放射される輻射熱によってウエハWの温度を1℃単位以下の分解能で制御するこれができる。これにより、ウエハWの膜厚のばらつきを低減することができる。
[ウエハWの温度分布]
図3は、ウエハWの温度分布の一例を示す図である。ステージヒータ14aの温度が例えば80℃に設定された場合、ステージヒータ14aによるステージ14の上面の温度分布は、例えば図3の点線で示される温度分布となる。
一方、天板ヒータ13aおよび側壁ヒータ13bから放射される輻射熱の温度分布は、例えば図3の破線で示される温度分布となる。この場合の天板ヒータ13aおよび側壁ヒータ13bの温度は例えば120℃であり、天板11aとステージ14との間のギャップは例えば20mmである。
ウエハWの温度分布は、例えば図3の実線で示されるように、ステージヒータ14aの温度分布と、天板ヒータ13aおよび側壁ヒータ13bからの輻射熱の温度分布とが合成された温度分布となる。そのため、ステージヒータ14aの温度を固定した場合でも、天板ヒータ13aおよび側壁ヒータ13bからの輻射熱を調整することにより、ウエハWの温度を変更することができる。
[天板11aの温度とウエハWの温度との関係]
図4は、天板ヒータ13aの温度とウエハWの温度との関係の一例を示す図である。図4に示された実験では、ステージヒータ14aおよびチラーユニット40によるステージ温度が80℃に設定され、側壁ヒータ13bの温度が120℃に設定され、天板11aとステージ14との間のギャップが20mmに設定されている。
例えば図4に示されるように、天板ヒータ13aの温度が上昇すると、天板11aを介した輻射熱により、ウエハWの温度も上昇する。図4を参照すると、この傾向は、ウエハWの中央付近、エッジ付近、およびその中間位置のいずれの位置においても同様であることが分かる。
ここで、天板ヒータ13aの温度が60℃上昇しても、ウエハWの温度は約6℃程度しか上昇していない。即ち、ウエハWの温度変化は、天板ヒータ13aの温度変化の約1/10となっている。そのため、天板ヒータ13aの温度を1℃単位の分解能で制御すれば、ウエハWの温度を1℃単位以下の分解能(具体的には、例えば約0.1℃単位の分解能)で制御することができる。これにより、ウエハWの膜厚のばらつきを、例えば1.5%程度の範囲まで低減することができる。
側壁ヒータ13bにおいても、側壁11bからウエハWに輻射熱が放射されるため、側壁ヒータ13bの温度を1℃単位で制御することにより、ウエハWの温度を1℃単位以下の分解能で制御することができると考えられる。なお、天板ヒータ13aと側壁ヒータ13bとの温度の比を調整することにより、ウエハWの中心付近の温度をエッジ付近よりも高くしたり、または、ウエハWの中心付近の温度をエッジ付近よりも低くしたりすることも可能となる。そのため、天板ヒータ13aと側壁ヒータ13bとの温度の比を調整することにより、軸Xを中心とするウエハWの径方向におけるウエハWの温度分布を制御することも可能となる。
[天板11aとステージ14との間のギャップとウエハWの温度との関係]
シリコン膜、誘電体膜、または金属膜等をCVD(Chemical Vapor Deposition)やALD(Atomic Layer Deposition)等により成膜する場合、成膜は表面吸着反応に律速されるため、ウエハWが載置されるステージ14の温度が支配的となる。しかし、本実施形態のように、2種類のモノマーを用いた重合反応では、ステージ14の温度だけでなく、処理空間Sの温度も反応に影響を与える。
発明者らは、波長が長く散乱し難い赤外領域(100μm~1000μm)の輻射熱がモノマーの重合反応に適することを見出した。また、発明者らは、処理容器11内の天板11aとステージ14との間の距離を制御することにより、赤外線の照射距離を制御するができ、これにより、ウエハWへの成膜の均一性を制御できることを見出した。このような制御は、重合反応に適している。
図5は、天板11aとステージ14との間のギャップとウエハWの温度との関係の一例を示す図である。図5に示された実験では、ステージヒータ14aおよびチラーユニット40によるステージ温度が80℃に設定され、天板ヒータ13aおよび側壁ヒータ13bの温度がそれぞれ120℃に設定されている。
例えば図5に示されるように、天板11aとステージ14との間のギャップが大きくなると、天板11aおよび側壁11bからウエハWに照射される輻射熱の量が減少するため、ウエハWの温度が低下する。一方、天板11aとステージ14との間のギャップが小さくなると、天板11aおよび側壁11bからウエハWに照射される輻射熱の量が増加するため、ウエハWの温度が上昇する。
ここで、図5を参照すると、天板11aとステージ14との間のギャップが10mm増加した場合、ウエハWの温度が約2℃低下している。即ち、天板11aとステージ14との間のギャップを1mm変化させることにより、ウエハWの温度を約0.2℃変化させることができる。本実施形態の昇降機構30では、ステージ14を0.5mm単位の分解能で上下方向に昇降させることができる。そのため、天板11aとステージ14との間のギャップを制御することにより、ウエハWの温度を約0.1℃単位で調整することができる。天板11aとステージ14との間のギャップを制御することによっても、ウエハWの膜厚のばらつきを、例えば1.5%程度の範囲まで低減することができる。
[温度制御方法]
図6は、第1の実施形態における温度制御方法の一例を示すフローチャートである。図6に例示された温度制御方法は、制御装置100が装置本体10の各部を制御することによって実現される。
図6に示された温度制御方法では、例えば図7に示されるような温度測定用ウエハW’が予めステージ14上に載置される。図7は、温度測定用ウエハW’の一例を示す図である。温度測定用ウエハW’は、1つ以上の温度センサ60を有する。図7の例では、ウエハWの中央付近、エッジ付近、およびその中間付近のそれぞれの位置に温度センサ60が設けられている。温度センサ60は、ケーブル61を介して制御装置100に接続されており、測定した温度の情報を制御装置100へ出力する。温度センサ60は、例えば熱電対である。なお、それぞれの温度センサ60によって測定された温度の情報は、無線通信により制御装置100へ出力されてもよい。
図6に戻って説明を続ける。まず、制御装置100は、装置本体10の各ヒータの温度設定等を行う(S10)。制御装置100は、ステップS10において、ステージヒータ14aおよびチラーユニット40によるステージ温度が初期値(例えば80℃)となるように、ステージヒータ14aおよびチラーユニット40を1℃単位の分解能で制御する。また、制御装置100は、天板ヒータ13aおよび側壁ヒータ13bの温度が初期値(例えば180℃)となるように、天板ヒータ13aおよび側壁ヒータ13bを1℃単位の分解能で制御する。また、制御装置100は、天板11aとステージ14との間のギャップが初期値(例えば20mm)となるように、昇降機構30を制御する。
次に、制御装置100は、気化器21a~21b、流量制御器22a~22b、およびバルブ23a~23bを制御して、2種類の原料モノマーのガスを所定の流量で処理容器11内に供給する。そして、制御装置100は、排気装置50を稼働させることにより、処理容器11内の圧力を調整する(S11)。そして、制御装置100は、処理容器11内の温度および圧力が安定するまで所定時間待機する(S12)。
次に、制御装置100は、ステージ14上に載置された温度測定用ウエハW’の温度センサ60によって測定された温度の情報を取得する(S13)。そして、制御装置100は、取得した温度の情報を、ユーザI/F101に出力する(S14)。
成膜装置1のユーザは、ユーザI/F101に表示されたウエハWの温度に基づいて、ウエハWの温度を目標温度(例えば80℃)とするための天板ヒータ13aおよび側壁ヒータ13bの温度設定を決定する。それぞれの温度センサ60によって測定された温度が異なる場合、それぞれの温度センサ60によって測定された温度の平均値が用いられる。そして、ユーザは、決定された温度設定を含む温度変更指示をユーザI/F101を介して制御装置100に入力する。なお、温度変更指示には、天板11aとステージ14との間のギャップの値が含まれていてもよい。
制御装置100は、ユーザI/F101を介して温度変更指示が入力されたか否かを判定する(S15)。温度変更指示が入力された場合(S15:Yes)、制御装置100は、温度変更指示に従って、天板ヒータ13aおよび側壁ヒータ13bの温度設定を1℃単位の分解能で変更する(S16)。これにより、天板11aおよび側壁11bの輻射熱によって、ウエハWの温度が1℃単位以下(例えば0.1℃単位)の分解能で制御される。
なお、温度変更指示に天板11aとステージ14との間のギャップの値が含まれている場合、制御装置100は、温度変更指示に従って、昇降機構30を制御し、天板11aとステージ14との間のギャップを変更する。これにより、天板11aおよび側壁11bからの輻射熱の量が変化し、ウエハWの温度が1℃単位以下(例えば0.1℃単位)の分解能で制御される。そして、制御装置100は、再びステップS12に示された処理を実行する。
一方、温度変更指示が入力されていない場合(S15:No)、制御装置100は、ユーザI/F101を介して終了指示が入力されたか否かを判定する(S17)。終了指示が入力されていない場合(S17:No)、制御装置100は、再びステップS15に示された処理を実行する。
一方、終了指示が入力された場合(S17)、制御装置100は、天板ヒータ13a、側壁ヒータ13b、ステージヒータ14a、およびチラーユニット40の温度設定をメモリに保存する(S18)。なお、メモリには、天板11aとステージ14との間のギャップの設定値も保存される。メモリに保存されたこれらの設定値は、ウエハWへの成膜処理の際に利用される。そして、制御装置100は、本フローチャートに示された温度制御方法を終了する。
以上、第1の実施形態について説明した。本実施形態における成膜装置1は、蒸着重合によりウエハWに重合体の膜を成膜する装置であって、ステージ14と、ステージヒータ14aと、天板ヒータ13aと、制御装置100とを備える。ステージ14は、ウエハWを収容する処理容器11内に設けられ、ウエハWが載置される。ステージヒータ14aは、ステージ14内に設けられ、ステージ14上に載置されたウエハWを加熱する。天板ヒータ13aは、ステージ14に対向する処理容器11の天板11aに設けられる。制御装置100は、ステージヒータ14aおよび天板ヒータ13aの温度を制御する。また、制御装置100は、ステージヒータ14aの温度を第1の温度単位で制御することにより、ウエハWの温度を第1の温度単位で制御する。また、制御装置100は、天板ヒータ13aの温度を第2の温度単位で制御することにより、天板11aを介して放射される輻射熱によってウエハWの温度を第1の温度単位より細かい温度単位で制御する。これにより、成膜装置1は、ウエハWの温度を精度よく制御することができる。
また、上記した実施形態における成膜装置1は、処理容器11の側壁11bに設けられた側壁ヒータ13bをさらに備える。制御装置100は、側壁ヒータ13bの温度を第2の温度単位で制御することにより、側壁11bを介して放射される輻射熱により、ウエハWの温度を第1の温度単位より細かい温度単位で制御する。これにより、成膜装置1は、ウエハWの温度を精度よく制御することができる。
また、上記した実施形態における成膜装置1は、ステージ14を昇降させることによりステージ14と天板11aとの間の距離を変更する昇降機構30をさらに備える。制御装置100は、昇降機構30を制御してステージ14と天板11aとの間の距離を変更することにより天板11aおよび側壁11bからウエハWへ放射される輻射熱の量を変更する。これにより、成膜装置1は、ウエハWの温度を精度よく制御することができる。
また、上記した実施形態において、第1の温度単位および第2の温度単位は、1℃単位であり、第1の温度単位より細かい温度単位は、0.1℃単位以下の温度単位である。これにより、成膜装置1は、ウエハWの温度を0.1℃単位以下の温度単位で精度よく制御することができる。
(第2の実施形態)
第1の実施形態の成膜装置1では、温度測定用ウエハW’を用いて成膜処理時の各ヒータの温度設定等が決定される。これに対し、本実施形態の成膜装置1では、ウエハWの成膜処理中に、ウエハWの温度を測定し、ウエハWの温度が所定の温度となるように、各ヒータの温度等が制御される。
図8は、本開示の第2の実施形態における成膜装置1の一例を示す図である。なお、以下に説明する点を除き、図8において、図1と同じ符号が付された構成は、図1を参照して説明された構成と同一または同様の機能を有するため重複する説明を省略する。
ステージ14には、温度センサ18が設けられる。温度センサ18は、ウエハWのステージ14側の面の温度をウエハWの温度として測定する。温度センサ18は、例えば熱電対や光ファイバ式温度計等である。温度センサ18は、ステージ14内に複数設けられてもよい。温度センサ18によって測定されたウエハWの温度の情報は、ケーブル18aを介して制御装置100へ出力される。
制御装置100は、成膜処理の際に、温度センサ18によって測定されたウエハWの温度に基づいて、ウエハWの温度と目標温度(例えば80℃)との差が小さくなるように、天板ヒータ13aおよび側壁ヒータ13bの温度設定を例えば1℃単位で変更する。また、制御装置100は、成膜処理の際に、温度センサ18から出力された温度の情報に基づいて、ウエハWの温度と目標温度との差が小さくなるように、天板11aとステージ14との間のギャップを例えば0.5mm単位で変更する。
[温度制御方法]
図9は、第2の実施形態における温度制御方法の一例を示すフローチャートである。図9に例示された温度制御方法は、制御装置100が装置本体10の各部を制御することによって実現される。
まず、図示しないゲートバルブが開かれ、図示しない搬送機構によりウエハWが処理容器11内に搬入され、ステージ14上に載置される(S20)。そして、搬送機構が処理容器11内から退避し、ゲートバルブが閉じられる。
そして、制御装置100は、装置本体10の各ヒータの温度設定等を行う(S21)。制御装置100は、ステップS10において、ステージヒータ14aおよびチラーユニット40によるステージ温度が初期値(例えば80℃)となるように、ステージヒータ14aおよびチラーユニット40を第1の温度単位で制御する。第1の温度単位は、例えば1℃単位である。また、制御装置100は、天板ヒータ13aおよび側壁ヒータ13bの温度が初期値(例えば180℃)となるように、天板ヒータ13aおよび側壁ヒータ13bを制御する。また、制御装置100は、天板11aとステージ14との間のギャップが初期値(例えば20mm)となるように、昇降機構30を制御する。なお、ステップS21において用いられる各初期値は、第1の実施形態において決定された設定値であってもよい。ステップS21は、第1の制御工程の一例である。
次に、制御装置100は、気化器21a~21b、流量制御器22a~22b、およびバルブ23a~23bを制御して、2種類の原料モノマーのガスを所定の流量で処理容器11内に供給する。そして、制御装置100は、排気装置50を稼働させることにより、処理容器11内の圧力を調整する(S22)。そして、制御装置100は、処理容器11内の温度および圧力が安定するまで所定時間待機する(S23)。
次に、制御装置100は、温度センサ18によって測定されたウエハWの温度TSの情報を取得する(S24)。ステップS24は、取得工程の一例である。そして、制御装置100は、ウエハWの温度TSと目標温度TT(例えば80℃)との差が所定値ε未満であるか否かを判定する(S25)。
ウエハWの温度TSと目標温度TTとの差が所定値ε以上である場合(S25:No)、制御装置100は、温度TSと目標温度TTとの差に基づいて、ウエハWの温度TSを目標温度TTとするための天板ヒータ13aおよび側壁ヒータ13bの温度設定を決定する。そして、制御装置100は、決定された温度設定となるように、天板ヒータ13aおよび側壁ヒータ13bの温度設定を第2の温度単位で変更する(S26)。第2の温度単位は、例えば1℃単位である。ステップS26は、第2の制御工程の一例である。そして、制御装置100は、再びステップS23に示された処理を実行する。
なお、ウエハWの温度TSが目標温度TTよりも所定値ε以上低い場合、制御装置100は、天板ヒータ13aおよび側壁ヒータ13bの温度設定を所定温度ΔT上げるように天板ヒータ13aおよび側壁ヒータ13bの温度設定を変更してもよい。また、ウエハWの温度TSが目標温度TTよりも所定値ε以上高い場合、制御装置100は、天板ヒータ13aおよび側壁ヒータ13bの温度設定を所定温度ΔT下げるように天板ヒータ13aおよび側壁ヒータ13bの温度設定を変更してもよい。所定温度ΔTは、例えば1℃である。
また、ステップS26において、制御装置100は、ウエハWの温度TSが目標温度TTに近づくように、昇降機構30を制御して、天板11aとステージ14との間のギャップを変更してもよい。この場合、ウエハWの温度TSが目標温度TTよりも所定値ε以上低い場合、制御装置100は、天板11aとステージ14との間のギャップが所定長ΔL分短くなるように昇降機構30を制御してもよい。また、ウエハWの温度TSが目標温度TTよりも所定値ε以上高い場合、制御装置100は、天板11aとステージ14との間のギャップが所定長ΔL分長くなるように昇降機構30を制御してもよい。所定長ΔLは、例えば0.5mmである。
一方、ウエハWの温度TSと目標温度TTとの差が所定値ε未満である場合(S25:Yes)、制御装置100は、ウエハWに対する成膜処理が終了したか否かを判定する(S27)。制御装置100は、例えば成膜時間が所定時間に達した場合に、成膜処理の終了を検出する。
ウエハWに対する成膜処理が終了していない場合(S27:No)、制御装置100は、再びステップS24に示された処理を実行する。一方、ウエハWに対する成膜処理が終了した場合(S27:Yes)、制御装置100は、気化器21a~21b、流量制御器22a~22b、およびバルブ23a~23bを制御して、原料モノマーのガスの供給を停止させる。また、制御装置100は、排気装置50の稼働を停止させる。そして、図示しないゲートバルブが開かれ、図示しない搬送機構によりウエハWが処理容器11内から搬出される(S28)。そして、本フローチャートに示された温度制御方法が終了する。
以上、第2の実施形態について説明した。本実施形態において、制御装置100は、ステージヒータ14aの温度を第1の温度単位で制御する第1の制御工程を実行する。また、制御装置100は、温度センサ18によって測定されたウエハWの温度を取得する取得工程を実行する。また、制御装置100は、測定されたウエハWの温度と目標温度との差が所定値以下となるように、天板ヒータ13aの温度を第2の温度単位で制御することにより、天板ヒータ13aを介して放射される輻射熱によってウエハWの温度を第1の温度単位より細かい温度単位で制御する第2の制御工程を実行する。これにより、成膜装置1は、ウエハWの温度を精度よく制御することができる。
[その他]
なお、本願に開示された技術は、上記した実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。
例えば、上記した各実施形態において、天板ヒータ13aは、例えば図10に示されるように、軸Xを中心とする円の径方向および周方向にそれぞれ複数に分割されてもよい。分割されたそれぞれの天板ヒータ13aによって、当該天板ヒータ13aが配置された領域110の天板11aが加熱されることにより、当該領域110の天板11aの温度に対応する輻射熱がウエハWに放射される。制御装置100は、ウエハW上の温度分布に基づいて、分割された天板ヒータ13aの温度を第2の温度単位でそれぞれ独立に制御する。第2の温度単位は、例えば1℃単位である。これにより、軸Xを中心とする周方向および径方向のウエハWの温度分布を制御することができる。
なお、天板ヒータ13aは、軸Xを中心とする円の径方向または周方向のいずれかの方向に複数に分割されてもよい。また、ステージヒータ14aにおいても、例えば図10に示された天板11aと同様に、軸Xを中心とする円の径方向および周方向の少なくともいずれかの方向に複数に分割されてもよい。
また、上記した各実施形態において、側壁ヒータ13bは、例えば図11に示されるように、軸Xを中心とする円の周方向に複数に分割されてもよい。分割されたそれぞれの側壁ヒータ13bによって、当該側壁ヒータ13bが配置された側壁11bの領域111が加熱されることにより、当該領域111の側壁11bの温度に対応する輻射熱がウエハWに放射される。制御装置100は、ウエハW上の温度分布に基づいて、分割された側壁ヒータ13bの温度を第2の温度単位でそれぞれ独立に制御する。第2の温度単位は、例えば1℃単位である。これにより、軸Xを中心とする周方向のウエハWの温度分布を制御することができる。
また、上記した各実施形態の成膜装置1において、天板11aは、平板状であるが、開示の技術はこれに限られない。例えば、天板11aは、軸Xから離れるほど、天板11aとステージ14との間の距離が長くなる形状(例えばドーム状、円錐状等)であってもよい。
また、上記した各実施形態の成膜装置1において、側壁11bからウエハWに放射される輻射熱の量が多い場合(例えば、側壁ヒータ13bの温度変化に対して、ウエハWの温度変化が大きい場合)、側壁11bとウエハWとの間に遮蔽部材が設けられてもよい。これにより、側壁ヒータ13bの温度変化に対して、ウエハWの温度変化を小さくすることができ、ウエハWの温度をより精度よく制御することができる。
また、上記した各実施形態の成膜装置1において、天板ヒータ13a、側壁ヒータ13b、およびステージヒータ14aは、いずれも1℃単位の分解能で温度制御されるが、開示の技術はこれに限られない。例えば、天板ヒータ13aおよび側壁ヒータ13bの温度制御単位と、ステージヒータ14aの温度制御単位とは、異なっていてもよい。具体的には、天板ヒータ13aおよび側壁ヒータ13bの温度が1℃単位の分解能で制御されていれば、ステージヒータ14aの温度は2℃以上の単位の分解能で制御されてもよい。
なお、今回開示された実施形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。実に、上記した実施形態は多様な形態で具現され得る。また、上記の実施形態は、添付の特許請求の範囲およびその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
S 処理空間
W ウエハ
W’ 温度測定用ウエハ
X 軸
1 成膜装置
10 装置本体
100 制御装置
101 ユーザI/F
11 処理容器
110 領域
111 領域
11a 天板
11b 側壁
11c 底部
12 断熱部材
13a 天板ヒータ
13b 側壁ヒータ
14 ステージ
14a ステージヒータ
14b 流路
15 支持棒
16 排気口
17 ガス供給口
18 温度センサ
18a ケーブル
20a、20b 原料供給源
21a、21b 気化器
22a、22b 流量制御器
23a、23b バルブ
24a、24b 配管
30 昇降機構
40 チラーユニット
41a、41b 配管
50 排気装置
60 温度センサ
61 ケーブル

Claims (7)

  1. 蒸着重合により被処理基板に重合体の膜を成膜する成膜装置において、
    前記被処理基板が収容される処理容器内に設けられ、前記被処理基板が載置されるステージと、
    前記ステージ内に設けられ、前記ステージ上に載置された前記被処理基板を加熱するステージヒータと、
    前記ステージに対向する前記処理容器の天板に設けられた天板ヒータと、
    前記ステージヒータの温度を第1の温度単位で制御することにより、前記被処理基板の温度を前記第1の温度単位で制御し、前記天板ヒータの温度を第2の温度単位で制御することにより、前記天板を介して放射される輻射熱によって前記被処理基板の温度を前記第1の温度単位より細かい温度単位で制御する制御装置と
    を備える成膜装置。
  2. 前記被処理基板は、略円板状であり、
    前記天板ヒータは、前記被処理基板の中心軸を中心とする円の径方向および周方向の少なくともいずれかの方向に分割されており、
    前記制御装置は、分割されたそれぞれの前記天板ヒータの温度を前記第2の温度単位でそれぞれ独立に制御する請求項1に記載の成膜装置。
  3. 前記処理容器の側壁に設けられた側壁ヒータをさらに備え、
    前記制御装置は、
    前記側壁ヒータの温度を前記第2の温度単位で制御することにより、前記側壁を介して放射される輻射熱により、前記被処理基板の温度を前記第1の温度単位より細かい温度単位で制御する請求項1または2に記載の成膜装置。
  4. 前記被処理基板は、略円板状であり、
    前記側壁ヒータは、前記被処理基板の中心軸を中心とする円の周方向に分割されており、
    前記制御装置は、分割されたそれぞれの前記側壁ヒータの温度を前記第2の温度単位でそれぞれ独立に制御する請求項3に記載の成膜装置。
  5. 前記ステージを昇降させることにより前記ステージと前記天板との間の距離を変更する昇降機構をさらに備え、
    前記制御装置は、
    前記昇降機構を制御して前記ステージと前記天板との間の距離を変更することにより前記天板および前記側壁から前記被処理基板へ放射される輻射熱の量を変更する請求項3または4に記載の成膜装置。
  6. 前記第1の温度単位および前記第2の温度単位は、1℃単位であり、
    前記第1の温度単位より細かい温度単位は、0.1℃単位以下の温度単位である請求項1から5のいずれか一項に記載の成膜装置。
  7. 被処理基板が収容される処理容器内に設けられ、前記被処理基板が載置されるステージと、
    前記ステージ内に設けられ、前記ステージ上に載置された前記被処理基板を加熱するステージヒータと、
    前記ステージ内に設けられ、前記被処理基板の温度を測定するセンサと、
    前記ステージに対向する前記処理容器の天板に設けられた天板ヒータと、
    前記ステージヒータおよび前記天板ヒータの温度を制御する制御装置と
    を備え、蒸着重合により前記被処理基板に重合体の膜を成膜する成膜装置において、
    前記制御装置は、
    前記ステージヒータの温度を第1の温度単位で制御する第1の制御工程と、
    前記センサによって測定された前記被処理基板の温度を取得する取得工程と、
    測定された前記被処理基板の温度と目標温度との差が所定値以下となるように、前記天板ヒータの温度を第2の温度単位で制御することにより、前記天板を介して放射される輻射熱によって前記被処理基板の温度を前記第1の温度単位より細かい温度単位で制御する第2の制御工程と
    を実行する温度制御方法。
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