JP2002299275A

JP2002299275A - 熱処理装置

Info

Publication number: JP2002299275A
Application number: JP2001095404A
Authority: JP
Inventors: Mitsukazu Takahashi; 光和高橋; Toshiyuki Kobayashi; 俊幸小林
Original assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2001-03-29
Filing date: 2001-03-29
Publication date: 2002-10-11

Abstract

(57)【要約】【課題】反射キャビティ空間内に存在し、基板温度測
定用の放射温度計に入射する基板からの放射光以外の外
乱光を抑制することができ、基板温度の計測精度の向上
が図れる熱処理装置を提供する。【解決手段】この熱処置装置では、基板Ｗおよびガー
ドリング３１と反射面４０とによって形成される反射キ
ャビティ空間４１内に存在する外乱光Ｌ２を、反射面４
０上に設けた光吸収チップ４５によって吸収して抑制す
る。この外乱光Ｌ２とは、基板Ｗの温度計測を行う放射
温度計４３ａ〜４３ｃに入射する基板Ｗからの放射光Ｌ
１以外の光であり、これにはガードリング３１からの放
射光Ｌ２ａとランプ１２からの漏れ光Ｌ２ｂとが含まれ
ている。光吸収チップ４５は、略扇形状を有し、覗き窓
４２ｃの反射面４０の径方向外方側でガードリング３１
と対向するように、かつ反射面４０の外方に末広がりと
なるように設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、処理室内に収容さ
れた半導体基板、液晶表示装置用ガラス基板、フォトマ
スク用ガラス基板、光ディスク用基板等（以下、「基
板」と称する）に光を照射して熱処理を行うランプアニ
ール等の熱処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、基板の製造工程においては、
種々の熱処理が行われている。基板に対して熱処理を行
う熱処理装置としては、例えば、光照射によって基板の
急速加熱を行う急速加熱装置（いわゆるランプアニール
装置）が用いられている。特に、半導体デバイス等の微
細加工に対する要求が厳しくなるにつれ、ランプアニー
ル装置による急速加熱プロセス（RTP; Rapid Thermal P
rocess）が重要なものとなってきている。

【０００３】ランプアニール装置の如き熱処理装置は一
般に、主として赤外線ハロゲンランプを加熱源とし、窒
素ガス等の所定のガス雰囲気中にて当該ランプから光照
射を行うことによって秒オーダーで基板を所望の温度
（〜１２００℃）にまで昇温し、数１０秒程度基板をそ
の温度に保持した後、ランプからの光照射を停止して基
板を急速に冷却するものである。

【０００４】このようなランプアニール装置は、基板に
作り込まれたトランジスタの接合層における熱による不
純物の再拡散防止、薄い酸化膜等の絶縁膜形成が可能で
あり、従来の電気炉による長時間高温熱処理では実現が
困難であった処理を行うことができる。

【０００５】ランプアニール装置において熱処理を行う
際には、基板の温度を計測しつつその計測結果に基づい
てランプへの電力供給を制御するようにしている。従っ
て、適切な熱処理を行うためには、被処理基板の温度を
正確に測定することが重要であり、近年、基板からの放
射光の強度を計測することによって当該基板の温度を非
接触にて測定する放射温度計を用いた温度計測が主流に
なりつつある。放射温度計としては、例えば測定波長の
ピークが０．９５μｍのシリコンフォトダイオードを検
出素子としたパイロメータが使用され、基板を挟んでラ
ンプとは反対側に配置される。

【０００６】図７は、従来の熱処理装置（ランプアニー
ル装置）の部分的構成を示す側面断面図である。図７に
示すように、基板Ｗは、処理室ＰＲ内においてガードリ
ング（均熱リング）１０１を介して支持部材１０２によ
って所定位置に支持されている。ガードリング１０１
は、基板Ｗの温度の均一化のために設けられるものであ
り、光吸収性の材料（ここではＳｉＣ）で形成された板
状の円環形状を有し、円盤形の基板Ｗの外周縁部に外側
から当接して基板Ｗを保持する。支持部材１０２は、ガ
ードリング１０１の外縁部を下方から支持することによ
りガードリング１０１を介して基板Ｗを支持する。ここ
では、支持部材１０２は、円筒形状を有し、加工性およ
びコスト抑制の観点から石英で形成されている。ランプ
（図示せず）は、処理室ＰＲよりも上方に設けられてお
り、上方から基板Ｗに光を照射する。

【０００７】処理室ＰＲ内における基板Ｗ下方には、基
板Ｗおよびガードリング１０１と略平行に反射面１０３
が処理室ＰＲの下方壁面によって形成されている。この
反射面１０３は、基板Ｗから放射される第１の放射光Ｌ
１を反射するようになっており、この反射面１０３と基
板Ｗおよびガードリング１０１とによって上下から挟ま
れた空間が、第１の放射光Ｌ１を多重反射する薄板円柱
状の反射キャビティ空間１０４となっている。

【０００８】また、反射面１０３の基板Ｗの処置箇所と
対向する位置には覗き窓（透孔）１０５が設けられ、そ
の覗き窓１０５の外側には放射温度計（パイロメータ）
１０６が設けられている。この放射温度計１０６は、覗
き窓１０５を介して第１の放射光Ｌ１の強度を計測する
ことによって基板Ｗの所定箇所の温度を計測する。

【０００９】ここで、覗き窓１０５を介して放射温度計
１０６に入射する第１の放射光Ｌ１としては、基板Ｗか
ら放射されて放射温度計１０６に入射する直接光Ｌ１ａ
と、基板Ｗから放射された後、反射面１０３と基板Ｗと
の間で複数回反射されてから放射温度計１０６に直接入
射する反射光Ｌ１ｂとがあり、この反射光Ｌ１ｂを直接
光Ｌ１ａとともに放射温度計１０６に入射させることに
より、温度計測の際の特性改善を図っている。

【００１０】このように、非接触の放射温度計１０６を
用いて基板Ｗの正確な温度計測を行うためには、基板Ｗ
から放射された第１の放射光Ｌ１以外の外乱光Ｌ２が放
射温度計１０６に入射するのを防止する必要がある。外
乱光Ｌ２としては、ガードリング１０１から放射されて
放射温度計１０６に入射する第２の放射光Ｌ２ａと、ラ
ンプが照射した光の漏れ光である光Ｌ２ｂとがある。な
お、一般にはランプからの漏れ光Ｌ２ｂが放射温度計１
０６に入射しないように一応の遮光対策が施されている
が、図７に示すように、漏れ光Ｌ２ｂが処理室ＰＲの側
壁面１０７で反射される等して、石英製の支持部材１０
２を介して反射キャビティ空間１０４内に入射し、反射
キャビティ空間１０４内で反射されて放射温度計１０６
に入射する場合がある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来の熱処理装置では、反射キャビティ空間１０４内に
おいて外乱光Ｌ２に対する対策が施されていないため、
ガードリング１０１が放射する第２の放射光Ｌ２ａが反
射キャビティ空間４内で反射されるなどして外乱光Ｌ２
として放射温度計１０６に入射し、これによって温度測
定の精度が低下するという問題がある。

【００１２】また、ランプからの漏れ光Ｌ２ｂが支持部
材１０２等を介して反射キャビティ空間１０４内に入射
した場合にも、その漏れ光Ｌ２ｂが反射キャビティ空間
１０４内で反射されて外乱光Ｌ２として放射温度計１０
６に入射し、これによって温度測定の精度が低下すると
いう問題がある。

【００１３】そこで、本発明は前記問題点に鑑み、反射
キャビティ空間内に存在し、基板温度測定用の放射温度
計に入射する基板からの放射光以外の外乱光を抑制する
ことができ、基板温度の計測精度の向上が図れる熱処理
装置を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の技術的手段は、処理室内に収容した基板に光を照射し
て熱処理を行う熱処理装置であって、前記処理室よりも
上方に設けられ、基板の上方から前記光を照射する光照
射手段と、光吸収性の材料で形成された板状の環形状を
有し、前記処理室内において基板の外周縁部に外側から
当接して基板を保持するガードリングと、前記ガードリ
ングを介して基板を前記処理室内の所定位置に支持する
支持部材と、前記処理室内であって基板および前記ガー
ドリングの下方に設けられ、前記基板および前記ガード
リングと略平行に設けられた反射面を有し、その反射面
によって基板から放射される第１の放射光を反射する反
射手段と、前記反射手段の前記反射面の前記基板と対向
する位置に設けられた透孔を介して前記第１の放射光の
強度を計測することによって当該基板の温度を計測する
放射温度計と、基板および前記ガードリングと前記反射
面とによって上下から挟み込まれて形成される反射キャ
ビティ空間内において、前記透孔を介して前記放射温度
計に入射する前記第１の放射光以外の外乱光の経路の少
なくとも一部を遮るようにして設けられ、前記外乱光を
吸収あるいは散乱して抑制する光抑制手段と、を備える
ことを特徴とする。

【００１５】また、前記目的を達成するための技術的手
段は、処理室内に収容した基板に光を照射して熱処理を
行う熱処理装置であって、前記処理室よりも上方に設け
られ、基板の上方から前記光を照射する光照射手段と、
基板を前記処理室内の所定位置に保持する基板保持手段
と、前記処理室内であって基板の下方に設けられ、前記
基板と略平行に設けられた反射面を有し、その反射面に
よって基板から放射される第１の放射光を反射する反射
手段と、前記反射手段の前記反射面の前記基板と対向す
る位置に設けられた透孔を介して前記第１の放射光の強
度を計測することによって当該基板の温度を計測する放
射温度計と、基板と前記反射面とによって上下から挟み
込まれて形成される反射キャビティ空間内において、前
記透孔を介して前記放射温度計に入射する前記放射光以
外の外乱光の経路の少なくとも一部を遮るようにして設
けられ、前記外乱光を吸収あるいは散乱して抑制する光
抑制手段と、を備えることを特徴とする。

【００１６】さらに、好ましくは、前記光抑制手段が、
前記反射面上における前記透孔の前記反射面の径方向外
方側に位置する所定の領域を少なくとも覆うように設け
られているのがよい。

【００１７】また、好ましくは、前記光抑制手段が、前
記反射面上における前記透孔の前記反射面の径方向外方
側に位置する所定の領域であって前記ガードリングと対
向する所定の領域を少なくとも覆うように設けられてい
るのがよい。

【００１８】さらに、好ましくは、前記光抑制手段が、
前記光照射手段が照射した前記光の漏れ光であって前記
外乱光として外縁部から前記反射キャビティ空間内に入
射して前記透孔を介して前記放射温度計に入射する前記
光のうち、まず前記反射キャビティ空間内の下面で反射
され、続いて前記反射キャビティ空間内の上面で反射さ
れて前記透孔に入射する２回反射光が最初に入射する前
記反射面上における略環状の入射領域の周方向の少なく
とも一部の区間を実質的に覆うように、前記反射面上に
設けられるのがよい。

【００１９】また、好ましくは、前記光抑制手段が、前
記反射面上における前記透孔の前記反射面の径方向外方
側に位置する所定の領域であって前記ガードリングと対
向する所定の領域を覆うように設けられ、前記所定の領
域が、さらに、前記光照射手段が照射した前記光の漏れ
光であって前記外乱光として外縁部から前記反射キャビ
ティ空間内に入射して前記透孔を介して前記放射温度計
に入射する前記光のうち、まず前記反射キャビティ空間
内の下面で反射され、続いて前記反射キャビティ空間内
の上面で反射されて前記透孔に入射する２回反射光が最
初に入射する前記反射面上における略環状の入射領域の
周方向の所定区間を実質的に覆うように設けられるのが
よい。

【００２０】さらに、好ましくは、前記外乱光として
は、前記ガードリングから放射された第２の放射光が含
まれているのがよい。

【００２１】また、好ましくは、前記外乱光としては、
前記光照射手段から放射され、前記反射キャビティ空間
内に入射する前記光照射手段からの前記光の漏れ光が含
まれているのがよい。

【００２２】

【発明の実施の形態】＜装置全体の概略説明＞図１は本
発明の一実施形態に係る熱処理装置の全体構成を示す側
面断面図であり、図２は図１の熱処理装置の要部を拡大
した図である。図１の熱処理装置は、光照射によって基
板Ｗの急速加熱処理を行ういわゆるランプアニール装置
である。この熱処理装置は、大別して上部のランプハウ
ス１と、下部の炉壁２とを備えている。

【００２３】ランプハウス１には、複数個のランプ（光
照射縦断）１２とそれと同数個のリフレクタ６が設けら
れている。それぞれのリフレクタ６の内側には、その中
心軸と同軸にランプ挿入用の穴が開けられており、その
穴に１個のランプ１２が上方より挿入される。各ランプ
１２は、必要とされる照射強度およびランプ寿命や製作
性の制限から、円筒形状の石英管内にハロゲンガスを封
入するとともに、その中心軸近傍に円筒状のフィラメン
ト３を設ける赤外線ハロゲンランプとしている。フィラ
メント３は、その長手方向を石英管の中心軸に沿わせる
ようにして配置されている。また、各ランプ１２の上部
にはフィラメント３に電力を供給するためのフィラメン
ト導出端子４が設けられている。

【００２４】また、複数個のランプ１２は、所定の対称
軸を中心として規則的に配設され、隣接する集団ごとに
複数個のグループに分けられている。そして、各グルー
プごとに、ランプ１２に供給する電力を図外の制御部に
よって独立に調節できるようになっている。このグルー
プ分けの具体例としては、基板Ｗの中央部、基板Ｗの径
方向の中間部、および端縁部への光の照射強度を個別に
調節可能なように同心円状にグループ分けする方法があ
る。

【００２５】リフレクタ６は、楕円球面形状の反射鏡で
あり、ランプ１２から出射された光を下方に向けて（基
板Ｗに向けて）反射するものである。

【００２６】ランプハウス１の上部に設けられたベース
板８の下面には、リフレクタ６の上端部が固設されてい
る。各ランプ１２は、リフレクタ６の中心軸と同軸とな
るように取り付けフランジ５を介してベース板８に固定
されている。また、ベース板８の内部には複数の水冷経
路７が設けられており、ランプ１２から伝達される熱を
冷却できるように構成されている。

【００２７】炉壁２の内部には基板Ｗの熱処理を行うた
めの処理室ＰＲが形成されている。また、炉壁２には基
板搬入搬出用の炉口２１が形成されており、炉口２１の
外側にはシャッター２２が設けられている。シャッター
２２は図示を省略する開閉機構によって開閉可能とされ
ている。シャッター２２が開放されている状態において
は、図外の搬送機構によって未処理の基板Ｗを炉口２１
から処理室ＰＲに搬入することと、処理済みの基板Ｗを
処理室ＰＲから搬出することができる。一方、シャッタ
ー２２が閉鎖されている状態（図１の状態）において
は、シャッター２２および後述のチャンバ窓２３によっ
て処理室ＰＲがＯ−リング（図示省略）を介してシール
されることとなり、処理室ＰＲが密閉空間となる。

【００２８】また、基板Ｗは、処理室ＰＲ内においてガ
ードリング（均熱リング）３１を介して支持部材３２に
よって所定位置に支持されている。このガードリング３
１と支持部材３２とが本発明に係る基板保持手段に相当
している。

【００２９】ガードリング３１は、基板Ｗの温度の均一
化のために設けられるものであり、光吸収性の材料（こ
こではＳｉＣ）で形成された板状の円環形状を有し、円
盤形の基板Ｗの外周縁部に外側から当接して基板Ｗを保
持する。支持部材３２は、ガードリング３１の外縁部を
下方から支持することによりガードリング３１を介して
基板Ｗを支持する。ここでは、支持部材３１は、円筒形
状を有し、加工性およびコスト抑制の観点から石英で形
成されている。

【００３０】支持部材３１の下部には磁石３５が固設さ
れている。そして、炉壁２の外部下側であって、磁石３
５と対向する位置には磁石リング３６が設けられてい
る。磁石リング３６は、モータ３７のモータ軸と噛合し
ており、モータ３７の回転に伴って回転する。磁石リン
グ３６と磁石３５とは、磁力によって相互に引力を作用
させており、磁石リング３６が回転すると磁石３５が固
設されている支持部材３２も回転することとなる。支持
部材３２が回転すると、ガードリング３１を介してそれ
に支持されている基板Ｗも所定の回転軸を中心として回
転する。

【００３１】炉壁２の内部であって処理室ＰＲの上方に
はチャンバ窓２３が設けられている。チャンバ窓２３
は、石英製でランプ１２から出射された光を下方に透過
することができるとともに、処理室ＰＲをシールする機
能を有している。

【００３２】また、炉壁２にはガス導入口３８および排
気口３９が設けられている。ガス導入口３８および排気
口３９はそれぞれ図外のガス供給ラインおよび排気ライ
ンに接続されている。これにより、処理室ＰＲ内にガス
導入口３８から窒素ガス、酸素ガス等のプロセスガスを
供給することができるとともに、排気口３９から処理室
ＰＲ内の雰囲気ガスを排気することができる。

【００３３】処理室ＰＲ内における基板Ｗ下方には、基
板Ｗおよびガードリング３１と略平行に反射面４０が処
理室ＰＲの下方壁面によって形成されている。この反射
面４０は、基板Ｗから放射される第１の放射光Ｌ１を反
射するようになっており、この反射面４０と基板Ｗおよ
びガードリング３１とによって上下から挟まれた空間
が、第１の放射光Ｌ１を多重反射する薄板円柱状の反射
キャビティ空間４１となっている。

【００３４】また、反射面３０における基板Ｗの中央
部、基板Ｗの径方向中間部、端縁部と対向する位置には
覗き窓（透孔）４２ａ，４２ｂ，４２ｃがそれぞれ設け
られ、その各覗き窓４２ａ，４２ｂ，４２ｃの外側には
放射温度計（パイロメータ）４３ａ，４３ｂ，４３ｃが
それぞれ設けられている。この各放射温度計４３ａ，４
３ｂ，４３ｃは、各覗き窓４２ａ，４２ｂ，４２ｃを介
して第１の放射光Ｌ１の強度を計測することによって対
応する基板Ｗの各部分の温度を非接触で計測する。

【００３５】ここで、覗き窓４２ａ，４２ｂ，４２ｃを
介して放射温度計４３ａ，４３ｂ，４３ｃに入射する第
１の放射光Ｌ１としては、図２に示すように、基板Ｗか
ら放射されて放射温度計４３ａ，４３ｂ，４３ｃに直接
入射する直接光Ｌ１ａと、基板Ｗから放射された後、反
射面４０と基板Ｗとの間で複数回反射されてから放射温
度計４３ａ，４３ｂ，４３ｃに入射する反射光Ｌ１ｂと
があり、この反射光Ｌ１ｂを直接光Ｌ１ａとともに放射
温度計４３ａ，４３ｂ，４３ｃに入射させることによ
り、温度計測の際の特性改善を図っている。

【００３６】次に、上記構成を有する図１の熱処理装置
における処理手順の概略について述べておく。まず、排
気口３９から排気を行うとともにガス導入口３８から処
理室ＰＲに不活性ガス（例えば、窒素ガス）を供給し、
処理室ＰＲ内を不活性ガスの雰囲気に置換しておく。そ
して、シャッター２２を開放して炉口２１から未処理の
基板Ｗを搬入し、所定位置に設置する。次に、シャッタ
ー２２を閉じて炉口２１を閉鎖するとともに、ガス導入
口３８から所定のプロセスガスを導入し、処理室ＰＲ内
の基板Ｗの周辺をそのプロセスガスの雰囲気に置換す
る。

【００３７】その後、ランプ１２への電力供給を開始
し、ランプ１２からの光照射を行う。ランプ１２から出
射された光はチャンバ窓２３を透過して基板Ｗに到達
し、基板Ｗを急速に加熱する。ランプ１２からの光照射
を行うときには、モータ３７によって基板Ｗを回転させ
ている。また、光照射時には基板Ｗを回転させるととも
に、放射温度計４３ａによって基板Ｗの中央部、放射温
度計４３ｃによって基板Ｗの端縁部、放射温度計４３ｂ
によって基板Ｗの中央部と端縁部との中間部の温度をそ
れぞれ計測し、図外の制御部により各領域の温度計測結
果に基づいて各ランプ１２への供給電力量を前記グルー
プごとに制御している。より具体的には、熱の放出の大
きい基板Ｗの端縁部に近いほど大きな光量を照射する必
要があり、基板Ｗの端縁部に対応するランプ１２に大き
な電力を供給し、基板Ｗの中央部に対応するランプ１２
へは相対的に小さな電力を供給するようにしている。

【００３８】その後、所定時間が経過し、基板Ｗの加熱
処理が終了すると、ランプ１２からの光照射を停止す
る。そして、ガス導入口３８から処理室ＰＲに不活性ガ
スを供給する。最後に、シャッター２２を開けて炉口２
１を開放し、処理済みの基板Ｗを装置外に搬出し、一連
の熱処理が終了する。

【００３９】＜要部の説明＞本実施形態に係る熱処理装
置では、反射キャビティ空間４１内において、図２に示
すように、覗き窓４２ａ，４２ｂ，４２ｃ（ここでは最
外周に位置する覗き窓４２ｃ）を介して放射温度計４３
ａ，４３ｂ，４３ｃ（ここでは放射温度計４３ｃ）に入
射する第１の放射光Ｌ１以外の外乱光Ｌ２の経路の少な
くとも一部を遮るようにして光吸収チップ（光抑制手
段）４５が設けられている。光吸収チップ４５は、光吸
収性の材料（例えば、ＳｉＣセラミック）によって形成
された板状部材であり、入射した光を吸収するものであ
る。

【００４０】外乱光Ｌ２としは、ガードリング３１から
放射されて放射温度計４３ａ，４３ｂ，４３ｃに入射す
る第２の放射光Ｌ２ａと、ランプ１２が照射した光の漏
れ光である光Ｌ２ｂとがある。なお、一般にはランプ１
２からの漏れ光Ｌ２ｂが放射温度計４３ｃに入射しない
ように一応の遮光対策が施されているが、図２に示すよ
うに、漏れ光Ｌ２ｂが処理室ＰＲの側壁面４６で反射さ
れる等して、石英製の支持部材３２を介して反射キャビ
ティ空間４１内に入射し、反射キャビティ空間４１内で
反射されて放射温度計４３ａ，４３ｂ，４３ｃに入射す
る場合がある。

【００４１】よって、本実施形態では、光吸収チップ４
５によって、外乱光Ｌ２として放射温度計４３ａ，４３
ｂ，４３ｃに入射する第２の放射光Ｌ２ａと漏れ光Ｌ２
ｂとの両方を吸収して抑制する。

【００４２】３個の放射温度計４３ａ，４３ｂ，４３ｃ
のうち外乱光Ｌ２が最も入射しやすいのは最外周に位置
する放射温度計４３ｃであるため、本実施形態では、こ
の放射温度計４３ｃに対して重点的に光吸収チップ４５
による対策を施す。

【００４３】ここで、そのガードリング３１から放射さ
れた第２の放射光Ｌ２ａのうちの、反射面４０と基板Ｗ
あるいはガードリング３１との間で反射されて放射温度
計４３ｃ等に外乱光Ｌ２として入射する光の多くは、覗
き孔４２ｃ等の反射面４０の径方向外方側から覗き孔４
２ｃ等を介して放射温度計４３ｃ等に入射するようにな
っている。

【００４４】また、ランプ１２から照射され、基板Ｗの
裏面側に回り込んで外乱光Ｌ２として放射温度計４３ｃ
等に入射する漏れ光Ｌ２ｂの多くは、覗き孔４２ｃ等の
反射面４０の径方向外方側から反射キャビティ空間４１
内に入射して反射キャビティ空間４１内の上下面で反射
されて覗き孔４２ｃ等を介して放射温度計４３ｃ等に入
射するようになっている。

【００４５】これに対応して、本実施形態では、図２に
示すように、光吸収チップ４５を、反射面４０上におけ
る覗き孔４２ｃの反射面４０の径方向外方側に位置する
所定の領域であってガードリング３１と対向する所定の
領域を少なくとも覆うように設け、これによって、外乱
光Ｌ２となる第２の放射光Ｌ２ａおよび漏れ光Ｌ２ｂが
効率よく光吸収チップ４５に入射して吸収されるように
している。

【００４６】以下に、図３ないし図６を参照して、光吸
収チップ４５の平面形状、サイズ、配設位置についての
最も好ましい形態について説明する。ランプ１２から照
射され、基板Ｗの裏面側に回り込んで外乱光Ｌ２として
放射温度計４３ｃに入射する漏れ光Ｌ２ｂには、図３に
示すように、反射キャビティ空間４１内の上下面で２回
反射されて覗き孔４２ｃに入射する２回反射光Ｌ２０１
ｂ、反射キャビティ空間４１内の上下面で４回反射され
て覗き孔４２ｃに入射する４回反射光Ｌ２０２ｂ、図外
の６回反射光およびそれ以上の反射回数のｎ回反射光
（ｎは８以上の偶数）がある。

【００４７】このように、外乱光Ｌ２となる漏れ光Ｌ２
ｂには、反射回数の違いによって複数種類の光Ｌ２０１
ｂ，Ｌ２０２ｂが含まれるているが、反射の際の減衰に
より反射回数が大きくなるにつれて減衰が大きくなるた
め、２回反射光Ｌ２０１ｂの外乱光Ｌ２としての影響が
最も大きい。よって、漏れ光Ｌ２ｂに対する対策を行う
上で、この２回反射光Ｌ２０１ｂを如何にして抑制する
かが重要である。

【００４８】ここで、この２回反射光Ｌ２０１ｂは、斜
め上方から反射キャビティ空間４１内に入射した後、ま
ず反射キャビティ空間４１内の下面（反射面４０）で反
射され、続いて反射キャビティ空間４１内の上面（ガー
ドリング３１または基板Ｗ）で反射されて覗き孔４２ｃ
を介して放射温度計４３ｃに入射するようになってい
る。

【００４９】このため、反射面４０上におけるこの２回
反射光Ｌ２０１ｂの入射位置に光吸収チップ４５を配設
しておくことによって、２回反射光Ｌ２０１ｂを効果的
に抑制することができる。

【００５０】図４は、外乱光Ｌ２として放射温度計４３
ｃに入射する２回反射光Ｌ２０１ｂの反射面４０上にお
ける円環状の入射領域Ａを示す図である。図４の構成に
おいて、基板Ｗの外径は２００ｍｍであり、ガードリン
グ３１の内径および外径は１９４ｍｍ，２８４ｍｍに設
定されている。また、図４中における符号Ｏ１は反射面
４０の中心を示し、符号Ｏ２は円環状の入射領域Ａの中
心を示している。

【００５１】図４の構成では、覗き孔４２ｃは、中心Ｏ
１から距離Ｄ１（Ｄ１＝８５ｍｍ）だけ離れた位置に設
けられている。また、円環状の入射領域Ａの中心Ｏ２
は、中心Ｏ１と覗き孔４２ｃとを結ぶ直線上における中
心Ｏ１から距離Ｄ２（Ｄ２＝２８ｍｍ）の位置にある。
そして、円環状の入射領域Ａは、図４にハッチングを付
して示すように、反射面４０上における中心Ｏ２を中心
とした直径１３０ｍｍの円と直径１９０ｍｍの円とに挟
まれた領域に生じている。

【００５２】ここで、この円環状の入射領域Ａは、熱処
理装置の構造に基づいてランプ１２の漏れ光Ｌ２ｂの経
路を理論的に計算することによって求めてもよいし、実
測によって求めてもよい。しかし、いずれの手法により
求めるにしても、入射領域Ａは、反射面４０上において
覗き孔４２ｃから反射キャビティ空間４１の外縁部を見
たときに覗き孔４２ｃからその外縁部までの距離のうち
の３分の２の距離の位置を通る仮想円と重なるように所
定の幅で生じるようになっている。

【００５３】そこで、本実施形態では、この円環状の入
射領Ａの周方向の少なくとも一部の区間を覆うように光
吸収チップ４５を配設することにより、２回反射光Ｌ２
０１ｂを光吸収チップ４５に的確に入射させるようにし
ている。

【００５４】ただし、この入射領域Ａは、図４に示すよ
うに基板Ｗの内方部に対向する位置まで回り込んで分布
しているため、入射領域Ａの全域に渡って光吸収チップ
４５を設けると、光吸収チップ４５の存在により基板Ｗ
の温度の均一性および各放射温度計４３ａ，４３ｂ，４
３ｃによる温度計測精度に悪影響が及ぶ場合がある。こ
のため、入射領域Ａ内における外乱光Ｌ２の抑制に最も
効果的な領域であって、しかも悪影響の生じない最小限
の領域に光吸収チップ４５を設ける必要がある。

【００５５】この点に関し、本特許出願の発明者は下記
のような試験を行い、最適な光吸収チップ４５の平面形
状、サイズおよび配設位置を決定した。

【００５６】まず、光吸収チップ４５の平面形状に関し
ては、図５に示すように、覗き孔４２ｃを中心として反
射面４０の径方向外方に略扇形に広がる略扇形状とし
た。また、配設位置に関しては、その略扇形の形状が覗
き孔４２ｃから反射面４０の径方向外方に広がるよう
に、かつ円環状の入射領域Ａの周方向の所定区間を実質
的に覆うように設定されている。このような平面形状お
よび配設位置にしたのは、光吸収チップ４５ができるだ
け基板Ｗにかからないようにしつつ、少しでも幅広い方
向から覗き孔４２ｃに入射する外乱光Ｌ２を光吸収チッ
プ４５によって抑制するためのである。

【００５７】さらに、光吸収チップ４５の反射面４０の
径方向に対するサイズ（幅）に関しては、円環状の入射
領域Ａの径方向の幅とほぼ等しく設定されいる。すなわ
ち、本実施形態では、光吸収チップ４５の反射面の径方
向に対する幅の内周端および外周端は、中心Ｏ２から半
径Ｒ１（Ｒ１＝６２ｍｍ）の円と半径Ｒ２（Ｒ２＝９５
ｍｍ）の円とによってそれぞれ規定されている。なお、
半径Ｒ１の円は、覗き孔４２ｃの外周に外接する円であ
り、半径Ｒ２の円は、実質的に反射面４０の外周縁部に
内接する円である。

【００５８】また、光吸収チップ４５の周方向に対する
サイズは、覗き孔４２ｃを中心とした略扇形の中心角θ
の大きさによって規定される。ここでは、この中心角θ
を４８°、７２°、１４４°の３段階に変化させて試験
を行い最適な中心角θの大きさを決定した。

【００５９】図６のグラフはその試験結果を示すグラフ
である。この図６の試験では、略扇形の光吸収チップ４
５の他に、図５中に仮想線で示すように縦横が３０ｍｍ
の矩形の光吸収チップ４５を用いた場合、および光吸収
チップ４５を全く配設しない場合について試験を行っ
た。このグラフは、各設定条件の下での基板Ｗの中央
部、中間部および端縁部における理想的な条件の下で計
測した基準温度からの各放射温度計４３ａ，４３ｂ，４
３ｃの計測温度のずれの大きさ（温度差レンジ）を示し
ている。

【００６０】図６のグラフの結果より、中心角θを１４
４°に設定した場合において、特に最外周の放射温度計
４３ｃの測定精度が大きく改善されているのが分かる。
また、試験の結果、中心角θを１４４°以上に設定した
場合には、光吸収チップ４５による外乱光Ｌ２の抑制効
果は大きくなるが、その反面、光吸収チップ４５が基板
Ｗの温度および温度計測に及ぼす悪影響の方が大きくな
ることが分かった。

【００６１】よって、本実施形態では、光吸収チップ４
５の略扇形の中心角θの大きさを１４４°を基準した所
定範囲内の値（ここでは１４４°）に設定している。

【００６２】以上のように、本実施形態によれば、上記
のようにして設けられた光吸収チップ４５によって、反
射キャビティ空間４１内に存在する外乱光Ｌ２であるガ
ードリング３１からの第２の放射光Ｌ２ａおよびランプ
１２からの漏れ光Ｌ２ｂを効果的に吸収して抑制するこ
とができ、各放射温度計４３ａ，４３ｂ，４３ｃ（特
に、放射温度計４３ｃ）の計測精度の向上が図れる。

【００６３】特に、反射面４０上における光吸収チップ
４５の平面形状が、覗き孔４２ｃを中心として反射面４
０の径方向外方に略扇形に広がる略扇形状とされてお
り、光吸収チップ４５の配設位置が、その略扇形の形状
が覗き孔４２ｃから反射面４０の径方向外方に広がるよ
うに、かつ円環状の入射領域Ａの周方向の所定区間を実
質的に覆うように設定されており、また、光吸収チップ
４５の反射面４０の径方向に対するサイズ（幅）が、円
環状の入射領域Ａの径方向の幅とほぼ等しく設定されて
おり、光吸収チップ４５の周方向に対するサイズを規定
する中心角θが１４４°に設定されているため、光吸収
チップ４５が基板Ｗの温度および温度計測に及ぼす悪影
響を最小限に抑制しつつ、放射温度計４３ｃに入射する
第２の放射光Ｌ２ａおよび漏れ光Ｌ２ｂ（特に強度の大
きい２回反射光Ｌ２０１ｂ）を効果的に光吸収チップ４
５に入射させて抑制することができる。

【００６４】＜変形例＞なお、本実施形態では、光抑制
手段として光吸収チップ４５を設けたが、光吸収チップ
４５の代わりに反射面４５に外乱光Ｌ２を吸収する黒化
処理領域（例えば、黒体塗料を塗布するなど）を設けて
もよい。あるいは、光吸収チップ４５の代わりに、反射
面４５に外乱光Ｌ２を散乱する光散乱領域（例えば、反
射面４５の表面を部分的に光散乱面とするなど）を設け
てもよく、外乱光Ｌ２を散乱する光散乱板（例えば、す
りガラスなど）を設けてもよい。

【００６５】

【発明の効果】請求項１ないし８に記載の発明によれ
ば、反射キャビティ空間内に設けられた光抑制手段によ
って、反射キャビティ空間内に存在し、基板温度測定用
の放射温度計に入射する基板からの放射光以外の外乱光
を抑制することができ、基板温度の計測精度の向上が図
れる。

【００６６】請求項３に記載の発明によれば、基板の外
周にガードリングが設けられた場合において、そのガー
ドリングから放射された放射光のうちの、反射面と基板
あるいはガードリングとの間で反射されて放射温度計に
外乱光として入射する光の多くは、透孔の反射面の径方
向外方側から透孔を介して放射温度計に入射するため、
ガードリングから放射されて外乱光として放射温度計に
入射する放射光を光抑制手段によって効果的に抑制する
ことができる。

【００６７】また、光照射手段から照射され、基板の裏
面側に回り込んで外乱光として放射温度計に入射する漏
れ光の多くは、透孔の反射面の径方向外方側から反射キ
ャビティ空間内に入射して反射キャビティ空間内の上下
面で反射されて透孔を介して放射温度計に入射するた
め、外乱光として放射温度計に入射する光照射手段から
の漏れ光を光抑制手段によって効果的に抑制することが
できる。

【００６８】請求項４に記載の発明によれば、ガードリ
ングから放射された放射光のうちの、反射面と基板ある
いはガードリングとの間で反射されて放射温度計に外乱
光として入射する光の多くは、透孔の反射面の径方向外
方側から透孔を介して放射温度計に入射するため、ガー
ドリングから放射されて外乱光として放射温度計に入射
する放射光を光抑制手段によって効果的に抑制すること
ができる。

【００６９】特に、光抑制手段が、反射面上における透
孔の反射面の径方向外方側に位置する所定の領域であっ
てガードリングと対向する所定の領域を少なくとも覆う
ように設けられているため、外乱光として放射温度計に
入射するガードリンクからの放射光を効果的に光抑制手
段に入射させて抑制することができる。

【００７０】また、光照射手段から照射され、基板の裏
面側に回り込んで外乱光として放射温度計に入射する漏
れ光の多くは、透孔の反射面の径方向外方側から反射キ
ャビティ空間内に入射して反射キャビティ空間内の上下
面で反射されて透孔を介して放射温度計に入射するた
め、外乱光として放射温度計に入射する光照射手段から
の漏れ光を光抑制手段によって効果的に抑制することが
できる。

【００７１】請求項５に記載の発明によれば、光照射手
段から照射され、基板の裏面側に回り込んで外乱光とし
て放射温度計に入射する漏れ光のうち、反射キャビティ
空間内での反射回数が最小であり、基板温度の計測への
影響の最も大きい２回反射光を、光抑制手段に効果的に
入射させて抑制することができる。

【００７２】請求項６に記載の発明によれば、ガードリ
ングから放射された放射光のうちの、反射面と基板ある
いはガードリングとの間で反射されて放射温度計に外乱
光として入射する光の多くは、透孔の反射面の径方向外
方側から透孔を介して放射温度計に入射するため、ガー
ドリングから放射されて外乱光として放射温度計に入射
する放射光を光抑制手段によって効果的に抑制すること
ができる。

【００７３】特に、光抑制手段が、反射面上における透
孔の反射面の径方向外方側に位置する所定の領域であっ
てガードリングと対向する所定の領域を覆うように設け
られているため、外乱光として放射温度計に入射するガ
ードリンクからの放射光を効果的に光抑制手段に入射さ
せて抑制することができる。

【００７４】また、光照射手段から照射され、基板の裏
面側に回り込んで外乱光として放射温度計に入射する漏
れ光の多くは、透孔の反射面の径方向外方側から反射キ
ャビティ空間内に入射して反射キャビティ空間内の上下
面で反射されて透孔を介して放射温度計に入射するた
め、外乱光として放射温度計に入射する光照射手段から
の漏れ光を光抑制手段によって効果的に抑制することが
できる。

【００７５】さらに、光抑制手段が、反射面上における
透孔の反射面の径方向外方側に位置するように設けられ
ているため、光抑制手段が反射キャビティ空間内におけ
る基板からの放射光の多重反射に悪影響を及ぼして基板
温度自体および基板温度の計測精度に悪影響が及ぶをの
最小限に抑制することができる。

【００７６】また、光照射手段から照射され、基板の裏
面側に回り込んで外乱光として放射温度計に入射する漏
れ光のうち、反射キャビティ空間内での反射回数が最小
であり、基板温度の計測への影響の最も大きい２回反射
光を、光抑制手段に効果的に入射させて抑制することが
できる。

【００７７】請求項７に記載の発明によれば、ガードリ
ンクから放射され、外乱光として放射温度計に入射する
第２の放射光を効果的に抑制することができる。

【００７８】請求項８に記載の発明によれば、光照射手
段から照射され、基板の裏面側に回り込んで外乱光とし
て放射温度計に入射する漏れ光を効果的に抑制すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る熱処理装置の全体構
成を示す側面断面図である。

【図２】図１の熱処理装置の要部を拡大した図である。

【図３】ランプからの漏れ光が外乱光として放射温度計
に入射する際の経路の一例を示す図である。

【図４】外乱光として放射温度計に入射するランプから
の漏れ光のうちの２回反射光の反射面上における円環状
の入射領域を示す図である。

【図５】反射面上に設ける光吸収チップの平面形状、サ
イズおよび配設位置を示す図である。

【図６】図５に示す光吸収チップの平面形状、サイズお
よび配設位置を変化させた際の基板温度の計測精度変化
を示すグラフである。

【図７】従来の熱処理装置の部分的構成を示す側面断面
図である。

【符号の説明】

１２ランプ２３チャンバ窓３１ガードリング３２支持部材４０反射面４１反射キャビティ空間４２ａ，４２ｂ，４２ｃ覗き孔４３ａ，４３ｂ，４３ｃ放射温度計４５光吸収チップＬ１第１の放射光Ｌ２外乱光Ｌ２ａ第２の放射光Ｌ２ｂ漏れ光ＰＲ処理室Ｗ基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小林俊幸京都市上京区堀川通寺之内上る４丁目天神北町１番地の１大日本スクリーン製造株式会社内Ｆターム(参考） 2G066 AC01 AC11 AC16 BB01 CA20 4M106 AA01 CA31 DH02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】処理室内に収容した基板に光を照射して
熱処理を行う熱処理装置であって、前記処理室よりも上方に設けられ、基板の上方から前記
光を照射する光照射手段と、光吸収性の材料で形成された板状の環形状を有し、前記
処理室内において基板の外周縁部に外側から当接して基
板を保持するガードリングと、前記ガードリングを介して基板を前記処理室内の所定位
置に支持する支持部材と、前記処理室内であって基板および前記ガードリングの下
方に設けられ、前記基板および前記ガードリングと略平
行に設けられた反射面を有し、その反射面によって基板
から放射される第１の放射光を反射する反射手段と、前記反射手段の前記反射面の前記基板と対向する位置に
設けられた透孔を介して前記第１の放射光の強度を計測
することによって当該基板の温度を計測する放射温度計
と、基板および前記ガードリングと前記反射面とによって上
下から挟み込まれて形成される反射キャビティ空間内に
おいて、前記透孔を介して前記放射温度計に入射する前
記第１の放射光以外の外乱光の経路の少なくとも一部を
遮るようにして設けられ、前記外乱光を吸収あるいは散
乱して抑制する光抑制手段と、を備えることを特徴とす
る熱処理装置。
【請求項２】処理室内に収容した基板に光を照射して
熱処理を行う熱処理装置であって、前記処理室よりも上方に設けられ、基板の上方から前記
光を照射する光照射手段と、基板を前記処理室内の所定位置に保持する基板保持手段
と、前記処理室内であって基板の下方に設けられ、前記基板
と略平行に設けられた反射面を有し、その反射面によっ
て基板から放射される第１の放射光を反射する反射手段
と、前記反射手段の前記反射面の前記基板と対向する位置に
設けられた透孔を介して前記第１の放射光の強度を計測
することによって当該基板の温度を計測する放射温度計
と、基板と前記反射面とによって上下から挟み込まれて形成
される反射キャビティ空間内において、前記透孔を介し
て前記放射温度計に入射する前記放射光以外の外乱光の
経路の少なくとも一部を遮るようにして設けられ、前記
外乱光を吸収あるいは散乱して抑制する光抑制手段と、
を備えることを特徴とする熱処理装置。
【請求項３】請求項１または２に記載の熱処理装置で
あって、前記光抑制手段が、前記反射面上における前記透孔の前
記反射面の径方向外方側に位置する所定の領域を少なく
とも覆うように設けられていることを特徴とする熱処理
装置。
【請求項４】請求項１に記載の熱処理装置であって、前記光抑制手段が、前記反射面上における前記透孔の前
記反射面の径方向外方側に位置する所定の領域であって
前記ガードリングと対向する所定の領域を少なくとも覆
うように設けられていることを特徴とする熱処理装置。
【請求項５】請求項１または２に記載の熱処理装置で
あって、前記光抑制手段が、前記光照射手段が照射した前記光の漏れ光であって前記
外乱光として外縁部から前記反射キャビティ空間内に入
射して前記透孔を介して前記放射温度計に入射する前記
光のうち、まず前記反射キャビティ空間内の下面で反射
され、続いて前記反射キャビティ空間内の上面で反射さ
れて前記透孔に入射する２回反射光が最初に入射する前
記反射面上における略環状の入射領域の周方向の少なく
とも一部の区間を実質的に覆うように、前記反射面上に
設けられることを特徴とする熱処理装置。
【請求項６】請求項１に記載の熱処理装置であって、前記光抑制手段が、前記反射面上における前記透孔の前記反射面の径方向外
方側に位置する所定の領域であって前記ガードリングと
対向する所定の領域を覆うように設けられ、前記所定の領域が、さらに、前記光照射手段が照射した前記光の漏れ光であって前記
外乱光として外縁部から前記反射キャビティ空間内に入
射して前記透孔を介して前記放射温度計に入射する前記
光のうち、まず前記反射キャビティ空間内の下面で反射
され、続いて前記反射キャビティ空間内の上面で反射さ
れて前記透孔に入射する２回反射光が最初に入射する前
記反射面上における略環状の入射領域の周方向の所定区
間を実質的に覆うように設けられることを特徴とする熱
処理装置。
【請求項７】請求項１に記載の熱処理装置であって、
前記外乱光としては、前記ガードリングから放射された
第２の放射光が含まれていることを特徴とする熱処理装
置。
【請求項８】請求項１ないし７のいずれかに記載の熱
処理装置であって、前記外乱光としては、前記光照射手段から放射され、前
記反射キャビティ空間内に入射する前記光照射手段から
の前記光の漏れ光が含まれていることを特徴とする熱処
理装置。