(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
棒状をなし水平方向に配設される測温体の先端部上側の平坦面を、加熱手段によって加熱され熱処理される基板の下面に当接させて基板の温度を接触式で測定する基板の接触式温度測定装置において、
前記測温体の基部が固着されて測温体を片持ち式に保持するホルダと、
前記測温体の先端部を、前記ホルダを中心として上下方向に揺動させるピッチング調整部、前記測温体を、その軸心線回りに回動させるローリング調整部、および、前記測温体の全体を上下方向に移動させるＺ軸方向調整部から構成され、前記ホルダを微少移動させて、前記測温体の先端部上側の平坦面の姿勢を調整する調整機構と、
この調整機構が配設される空間と前記測温体が配設される空間とを、測温体の動きを許容し気密を保持して隔絶する気密隔絶手段と、
を備えたことを特徴とする基板の接触式温度測定装置。
【請求項２】
前記ホルダと前記調整機構とが、前記測温体と直交する連結軸によって連結され、
前記気密隔絶手段が、
前記連結軸に一体的に外嵌されかつ前記ホルダに気密に密着する鍔部を有する外嵌部材と、
前記ホルダおよび前記連結軸を取り囲むように固設された筒部材と、
この筒部材の内側に固定されまたは摺動自在に保持された内筒部材と、
前記筒部材の内周面と前記内筒部材の外周面との間に介挿されたシール部材と、
前記外嵌部材の鍔部と前記内筒部材とを連接する筒状ベローズ部材と、
を備えて構成された請求項１記載の基板の接触式温度測定装置。
【請求項３】
棒状をなし水平方向に配設される測温体の先端部上側の平坦面を、加熱手段によって加熱され熱処理される基板の下面に当接させて基板の温度を接触式で測定する基板の接触式温度測定装置において、
前記測温体の基部が固着されて測温体を片持ち式に保持するホルダと、
このホルダに前記測温体と直交する連結軸を介して連結され、前記ホルダを微少移動させて、前記測温体の先端部上側の平坦面の姿勢を調整する調整機構と、
前記連結軸に一体的に外嵌されかつ前記ホルダに気密に密着する鍔部を有する外嵌部材、前記ホルダおよび前記連結軸を取り囲むように固設された筒部材、この筒部材の内側に固定されまたは摺動自在に保持された内筒部材、前記筒部材の内周面と前記内筒部材の外周面との間に介挿されたシール部材、および、前記外嵌部材の鍔部と前記内筒部材とを連接する筒状ベローズ部材を備えて構成され、前記調整機構が配設される空間と前記測温体が配設される空間とを、測温体の動きを許容し気密を保持して隔絶する気密隔絶手段と、
を備えたことを特徴とする基板の接触式温度測定装置。
【請求項４】
前記調整機構が、
前記測温体の先端部を、前記ホルダを中心として上下方向に揺動させるピッチング調整部と、
前記測温体を、その軸心線回りに回動させるローリング調整部と、
前記測温体の全体を上下方向に移動させるＺ軸方向調整部と、
から構成された請求項３記載の基板の接触式温度測定装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の基板の接触式温度測定装置を備え、
前記加熱手段が光照射手段であって、基板を加熱して熱処理することを特徴とする基板の熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、熱処理炉内へ半導体ウエハ、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の基板を１枚ずつ搬入し光照射等により基板を加熱して熱処理する基板の熱処理装置において、熱処理される基板の温度を接触式で測定する温度測定装置、ならびに、その接触式温度測定装置を備えた基板の熱処理装置に関し、特に、測温体の姿勢を調整するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造工程においては、ランプアニール装置やＣＶＤ装置などのように、熱処理炉内へ基板、例えば半導体ウエハを１枚ずつ搬入しウエハに光を照射するなどしてウエハを加熱し熱処理する枚葉式の熱処理装置が、各種の工程で広く使用されている。図２に、ランプアニール装置の構成の１例を示す。
【０００３】
図２に概略側断面図を示したランプアニール装置は、半導体ウエハＷの搬入および搬出を行うための開口５２を前部側に有する熱処理炉５０を備えている。熱処理炉５０の炉壁は、光透過性材料、例えば石英ガラスで形成されている。熱処理炉５０の開口５２側には、熱処理炉５０に連接して炉口ブロック５４が設けられている。熱処理炉５０の前端面と炉口ブロック５４との接合面には、Ｏ−リング５６が装着されており、熱処理炉５０の内部の気密性が保たれる。
【０００４】
炉口ブロック５４には、取付部５８が設けられており、取付部５８に石英製のサセプタ６０が固着されている。そして、サセプタ６０に、高純度ＳｉＣで薄板状リング形状に形成されウエハＷの外径寸法と同等の内径寸法を有する均熱リング６２が水平に保持されている。サセプタ６０には、複数個所、例えば２個所に支持ピン６４が植設されている。また、取付部５８には、ウエハＷの温度を接触式で計測する温度測定装置の測温体６６が水平方向に取り付けられている。測温体６６は、例えばＲ熱電対を、高純度ＳｉＣで先端が閉塞した細管状に形成された被覆部材内に挿入した構造を有している。測温体６６の先端部上側は、平坦面に形成されて水平に保持されている。この測温体６６の先端部とサセプタ６０の２本の支持ピン６４とにより、ウエハＷが均熱リング６２と同心に水平姿勢で支持される。
【０００５】
また、図示していないが、炉口ブロック５４の前面開口は、可動フランジによって開閉自在に閉塞されるようになっており、炉口ブロック５４の前面開口に対向して、ウエハＷを水平姿勢に支持するアームを有し熱処理炉５０内へ処理前のウエハＷを搬入し熱処理炉５０内から処理済みのウエハＷを搬出するウエハ搬出入ロボットが設置されている。
【０００６】
熱処理炉５０の上方および下方にはそれぞれ、上部炉壁および下部炉壁に対向してハロゲンランプ、キセノンランプ等の光照射手段としてのランプ６８が複数本列設されている。ランプ６８の背後ならびに熱処理炉５０の両側面および後部側にはそれぞれ、内面側に鏡面研磨等が施されたリフレクタ（反射板）７０が熱処理炉５０を取り囲むように配設されている。なお、ランプ６８は、熱処理炉５０の上方側だけに配設するようにしてもよい。
【０００７】
熱処理炉５０の後部側には、ガス導入路７２が形設されており、ガス導入路７２は、窒素等の処理ガスの供給源に流路接続されている。また、図示されていないが、炉口ブロック５４には、ガス排気路が形成されている。
【０００８】
このランプアニール装置では、ウエハＷの下面に測温体６６を当接させて温度測定装置によりウエハＷの温度を計測し、その計測温度と目標温度との偏差に基づいて制御器（図示せず）で制御動作を行い、ランプ６８へ供給する電力を算出する、といったフィードバック制御が行われる。このように、測温体６６をウエハＷの下面に当接させてウエハＷの温度を接触式で計測するため、測温体６６とウエハＷ下面との接触状態が温度測定精度に影響を与える。そして、計測温度に基づきフィードバック制御してウエハＷの加熱処理を行うため、温度測定精度の良否がプロセスの再現性や装置間機差の支配的な要因となる。したがって、測温体６６とウエハＷの下面との接触状態を最適化することが、極めて重要になる。この測温体６６とウエハＷとの位置関係の調整は、従来、図３の（ａ）、（ｂ）に示すように、測温体６６の先端部上側の平坦面とウエハＷ下面との隙間を目視で確認することができなくなる状態となるように、炉口ブロック５４の取付部５８の位置から測温体６６の基部を作業者が手で操作して測温体６６の先端部の姿勢を調節することにより行っていた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、炉口ブロック５４の取付部５８の位置から測温体６６の基部を作業者が手で操作して、棒状をなす測温体６６の先端部の姿勢を調節する、といった方法では、測温体６６の先端部上側の平坦面とウエハＷ下面との隙間がなるべく極小となるように微調整することが非常に困難である。
【００１０】
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、棒状をなす測温体の先端部の姿勢を容易に微調整することができる基板の接触式温度測定装置を提供すること、ならびに、接触式温度測定装置を備えた基板の熱処理装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、棒状をなし水平方向に配設される測温体の先端部上側の平坦面を、加熱手段によって加熱され熱処理される基板の下面に当接させて基板の温度を接触式で測定する基板の接触式温度測定装置において、前記測温体の基部が固着されて測温体を片持ち式に保持するホルダと、前記測温体の先端部を、前記ホルダを中心として上下方向に揺動させるピッチング調整部、前記測温体を、その軸心線回りに回動させるローリング調整部、および、前記測温体の全体を上下方向に移動させるＺ軸方向調整部から構成され、前記ホルダを微少移動させて、前記測温体の先端部上側の平坦面の姿勢を調整する調整機構と、この調整機構が配設される空間と前記測温体が配設される空間とを、測温体の動きを許容し気密を保持して隔絶する気密隔絶手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１２】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の接触式温度測定装置において、前記ホルダと前記調整機構とを、前記測温体と直交する連結軸によって連結し、前記気密隔絶手段を、前記連結軸に一体的に外嵌されかつ前記ホルダに気密に密着する鍔部を有する外嵌部材と、前記ホルダおよび前記連結軸を取り囲むように固設された筒部材と、この筒部材の内側に固定されまたは摺動自在に保持された内筒部材と、前記筒部材の内周面と前記内筒部材の外周面との間に介挿されたシール部材と、前記外嵌部材の鍔部と前記内筒部材とを連接する筒状ベローズ部材と、を備えて構成したことを特徴とする。
【００１３】
請求項３に係る発明は、棒状をなし水平方向に配設される測温体の先端部上側の平坦面を、加熱手段によって加熱され熱処理される基板の下面に当接させて基板の温度を接触式で測定する基板の接触式温度測定装置において、前記測温体の基部が固着されて測温体を片持ち式に保持するホルダと、このホルダに前記測温体と直交する連結軸を介して連結され、前記ホルダを微少移動させて、前記測温体の先端部上側の平坦面の姿勢を調整する調整機構と、前記連結軸に一体的に外嵌されかつ前記ホルダに気密に密着する鍔部を有する外嵌部材、前記ホルダおよび前記連結軸を取り囲むように固設された筒部材、この筒部材の内側に固定されまたは摺動自在に保持された内筒部材、前記筒部材の内周面と前記内筒部材の外周面との間に介挿されたシール部材、および、前記外嵌部材の鍔部と前記内筒部材とを連接する筒状ベローズ部材を備えて構成され、前記調整機構が配設される空間と前記測温体が配設される空間とを、測温体の動きを許容し気密を保持して隔絶する気密隔絶手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１４】
請求項４に係る発明は、請求項３記載の接触式温度測定装置において、前記調整機構を、前記測温体の先端部を、前記ホルダを中心として上下方向に揺動させるピッチング調整部と、前記測温体を、その軸心線回りに回動させるローリング調整部と、前記測温体の全体を上下方向に移動させるＺ軸方向調整部と、から構成したことを特徴とする。
請求項５に係る発明は、基板の熱処理装置であって、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の基板の接触式温度測定装置を備え、前記加熱手段が光照射手段であって、基板を加熱して熱処理することを特徴とする。
【００１５】
請求項１に係る発明の接触式温度測定装置においては、調整機構によってホルダを微少移動させることにより、測温体の先端部上側の平坦面の姿勢を調整することができる。すなわち、ピッチング調整部によって測温体の先端部を、ホルダを中心として上下方向に揺動させることにより、測温体の先端部上側の平坦面の、測温体を側方から見たときの水平面に対する傾斜角度が微調整される。また、ローリング調整部によって測温体を、その軸心線回りに回動させることにより、測温体の先端部上側の平坦面の、測温体を正面方向から見たときの水平面に対する傾斜角度が微調整される。さらに、Ｚ軸方向調整部によって測温体の全体を上下方向に移動させることにより、ピッチング調整部による調整操作に伴って変化した測温体の先端部上側の平坦面の高さ位置が、基板を水平姿勢に支持することができる所定位置となるように調整し直される。したがって、棒状をなす測温体の先端部の姿勢を容易に微調整することが可能である。また、測温体が配設される空間、すなわち熱処理装置の熱処理炉の内部と、調整機構が配設される空間、すなわち熱処理炉の外部とは、気密隔絶手段により測温体の動きを許容しつつ気密を保持して隔絶されるので、測温体の姿勢を調整する操作を行っても、熱処理炉内からのリーク等を生じることがない。
【００１６】
請求項２に係る発明の接触式温度測定装置では、測温体が配設される空間と調整機構が配設される空間とは、ホルダ、外嵌部材、筒状ベローズ部材、内筒部材およびシール部材により気密を保持して隔絶される。また、調整機構による調整操作に伴って微少移動するホルダに気密に密着した外嵌部材の鍔部と、固設された筒部材の内側に固定されまたは摺動自在に保持された内筒部材とは、筒状ベローズ部材を介して連接しているので、測温体の姿勢を調整する際に、ホルダ、したがってホルダに保持された測温体の動きが内筒部材によって規制されることはない。
【００１７】
請求項３に係る発明の接触式温度測定装置においては、調整機構によってホルダを微少移動させることにより、測温体の先端部上側の平坦面の姿勢を調整することができる。したがって、棒状をなす測温体の先端部の姿勢を容易に微調整することが可能である。また、測温体が配設される空間、すなわち熱処理装置の熱処理炉の内部と、調整機構が配設される空間、すなわち熱処理炉の外部とは、ホルダ、外嵌部材、筒状ベローズ部材、内筒部材およびシール部材により気密を保持して隔絶される。また、調整機構による調整操作に伴って微少移動するホルダに気密に密着した外嵌部材の鍔部と、固設された筒部材の内側に固定されまたは摺動自在に保持された内筒部材とは、筒状ベローズ部材を介して連接しているので、測温体の姿勢を調整する際に、ホルダ、したがってホルダに保持された測温体の動きが内筒部材によって規制されることはない。このように、熱処理炉内からのリーク等を生じることなく、測温体の姿勢を調整する操作を行うことが可能である。
【００１８】
請求項４に係る発明の接触式温度測定装置では、ピッチング調整部によって測温体の先端部を、ホルダを中心として上下方向に揺動させることにより、測温体の先端部上側の平坦面の、測温体を側方から見たときの水平面に対する傾斜角度が微調整される。また、ローリング調整部によって測温体を、その軸心線回りに回動させることにより、測温体の先端部上側の平坦面の、測温体を正面方向から見たときの水平面に対する傾斜角度が微調整される。さらに、Ｚ軸方向調整部によって測温体の全体を上下方向に移動させることにより、ピッチング調整部による調整操作に伴って変化した測温体の先端部上側の平坦面の高さ位置が、基板を水平姿勢に支持することができる所定位置となるように調整し直される。
請求項５に係る発明の基板の熱処理装置においては、調整機構によって測温体の先端部の姿勢を微調整することにより、測温体が最適な姿勢に保持されるので、基板の熱処理時に、測温体によって基板の温度が精度良く検出される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好適な実施形態について図１を参照しながら説明する。
【００２０】
図１は、この発明の実施形態の１例を示し、基板の接触式温度測定装置を、一部を縦断面で示す側面図である。この接触式温度測定装置は、基板の熱処理装置、例えばランプアニール装置に装着されて使用される。図１には、ランプアニール装置の全体構成を図示していないが、この温度測定装置の本体部分は、熱処理炉の開口側に設けられる炉口ブロックの取付部（図２参照）に設置される。
【００２１】
この接触式温度測定装置は、棒状をなし水平方向に配設される測温体１０（測温体１０自体の構成は従来と変わらないので、ここではその説明を省略する）、測温体１０の基部が固着されて測温体１０を片持ち式に保持するホルダ１２、このホルダ１２を微少移動させて、測温体１０の先端部上側の平坦面の姿勢を調整する調整機構１４、ホルダ１２と調整機構１４とを連接する連接軸１６、ならびに、測温体１０が配設される空間、すなわち熱処理炉２０の内部と、調整機構１４が配設される空間、すなわち熱処理炉２０の外部とを、測温体１０の動きを許容し気密を保持して隔絶する可動シール部１８を備えて構成されている。
【００２２】
連接軸１６は、ホルダ１２の下面側に上端部が固着され、測温体１０と直交するように鉛直方向に配設されて、下端側は、詳細な構造を図示していないがコネクタを介し着脱自在に調整機構１４に連接されている。調整機構１４は、ローリング調整ステージ２２、ピッチング調整ステージ２４およびＺ軸方向調整ステージ２６から構成されている。
【００２３】
ローリング調整ステージ２２は、固定台２２ａに対し可動台２２ｂがホルダ１２の中心位置（測温体１０の軸心線と連接軸１６の軸心線とが交差する位置）Ｏを中心として図１の紙面と直交する方向に揺動するように構成されている。このローリング調整ステージ２２により、測温体１０が、矢印Ａに示すように軸心線回りに回動させられて、測温体１０の先端部上側の平坦面の、測温体１０を正面方向から見た（図３の（ｂ）参照）ときの水平面に対する傾斜角度が微調整される。また、ピッチング調整ステージ２４は、固定台２４ａに対し可動台２４ｂ（および可動台２４ｂ上に取着されたローリング調整ステージ２２）がホルダ１２の中心位置Ｏを中心として図１の紙面に沿った方向に揺動するように構成されている。このピッチング調整ステージ２４により、測温体１０の先端部が、矢印Ｂに示すようにホルダ１２の中心位置Ｏを中心として上下方向に揺動させられて、測温体１０の先端部上側の平坦面の、測温体１０を側方から見た（図３の（ａ）参照）ときの水平面に対する傾斜角度が微調整される。これらのローリング調整ステージ２２およびピッチング調整ステージ２４には、水平面に対する調節角度を指示する目盛りがそれぞれ付されており、作業者は、その目盛りを見ながら調整操作を行うことができるようになっている。
【００２４】
また、Ｚ軸方向調整ステージ２６は、それに取着されたローリング調整ステージ２２およびピッチング調整ステージ２４ならびに連接軸１６およびホルダ１２の全体を鉛直方向に往復移動させるように構成されている。このＺ軸方向調整ステージ２６により、測温体１０の全体が上下方向に移動させられる。そして、ピッチング調整ステージ２４による調整操作に伴い、測温体１０の先端部上側の平坦面の高さ位置が変化することになるが、ピッチング調整ステージ２４による調整後に、Ｚ軸方向調整ステージ２６によって測温体１０の全体を上下方向に移動させることにより、測温体１０の先端部上側の平坦面の高さ位置が、基板を水平姿勢に支持することができる所定位置となるように調整し直すことができる。このＺ軸方向調整ステージ２６には、基準面に対する高さ位置を示す目盛りが付されており、作業者は、その目盛りを見ながら調整操作を行うことができるようになっている。
【００２５】
可動シール部１８は、連接軸１６の外周面側に一体的に嵌入されるとともにホルダ１２の下面にＯ−リング２８を介在させて気密に密着する鍔部３２を有する外嵌部材３０、ホルダ１２および連接軸１６を取り囲むように固設された筒部材３４、筒部材３４の内側に固定され（あるいは摺動自在に保持され）た内筒部材３６、筒部材３４の内周面と内筒部材３６の外周面との間に介挿されたシールリング３８、および、外嵌部材３０の鍔部３２と内筒部材３６とを連接する筒状ベローズ部材４０を備えて構成されている。筒部材３４は、Ｏ−リング４２を介在させて熱処理炉２０の開口側端面に気密に密着している。
【００２６】
このような構成を有する可動シール部１８を備えていることにより、測温体１０が配設された熱処理炉２０の内部からガスが漏れ出たり、熱処理炉２０内へ外気が侵入したりする、といった心配がない。また、ホルダ１２に密着した外嵌部材３０の鍔部３２と筒部材３４の内側に配設された内筒部材３６とが筒状ベローズ部材４０を介して連接しているので、筒部材３４および内筒部材３６に対して測温体１０、ホルダ１２、連接軸１６および外嵌部材３０が微少移動することが可能である。このため、シールリング３８による筒部材３４内周面と内筒部材３６外周面との間における気密状態を保持したままで、調整機構１４によりホルダ１２および測温体１０を微少移動させて測温体１０の姿勢を調整することができる。
【００２７】
なお、調整機構１４および可動シール部１８は、上記実施形態に示した構成に限定されず、同様の機能を有するものであればどのような構成であってもよい。
【００２８】
図１に示した構成を有する接触式温度測定装置を、基板の熱処理装置、例えば図２に示したランプアニール装置に具備させることができる。ランプアニール装置の構成については、図２に基づいて上述したので、ここでは説明を省略する。このように接触式温度測定装置を備えたランプアニール装置では、測温体１４（図２においては測温体６６である。以下、同じ）の先端部の姿勢を微調整することにより、ウエハＷに対し測温体１４を最適な姿勢に保持することができる。したがって、測温体１４の先端部平坦面とウエハＷの下面との間の隙間が極小になった状態でウエハＷの熱処理が行われるので、測温体１４によって熱処理中のウエハＷの温度が精度良く検出される。このため、ウエハＷに対してより精度の高い熱処理を施すことが可能になる。
【００２９】
【発明の効果】
請求項１および請求項３に係る各発明の基板の接触式温度測定装置によると、棒状をなす測温体の先端部の姿勢を容易に微調整することができ、調整に要する時間を短縮し労力を軽減することができる。
【００３０】
請求項２に係る発明の接触式温度測定装置では、測温体が配設される空間と調整機構が配設される空間とを、確実に気密を保持して隔絶しつつ、測温体の姿勢を調整することができる。
【００３１】
請求項４に係る発明の接触式温度測定装置では、ピッチング調整部、ローリング調整部およびＺ軸方向調整部の３つの調整部を操作することにより、測温体の先端部の姿勢を容易に微調整することができる。
【００３２】
請求項５に係る発明の基板の熱処理装置を使用すると、請求項１ないし請求項４に係る各発明の上記効果を奏することができるため、熱処理が施されている基板の温度をより正確に検出することが可能となる。このため、基板に対してより精度の高い熱処理を施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態の１例を示し、基板の接触式温度測定装置を、一部を縦断面で示す側面図である。
【図２】ランプアニール装置の構成の１例を示す側断面図である。
【図３】測温体とウエハとの位置関係の調整方法について説明するための部分拡大図である。
【符号の説明】
１０  測温体
１２  ホルダ
１４  調整機構
１６  連接軸
１８  可動シール部
２０  熱処理炉
２２  ローリング調整ステージ
２４  ピッチング調整ステージ
２６  Ｚ軸方向調整ステージ
２８、４２  Ｏ−リング
３０  外嵌部材
３２  外嵌部材の鍔部
３４  筒部材
３６  内筒部材
３８  シールリング
４０  筒状ベローズ部材
【図１】
0003735052.tif 000002
【図２】
0003735052.tif 000003
【図３】
0003735052.tif 000004