JP2001313269A

JP2001313269A - 熱処理装置

Info

Publication number: JP2001313269A
Application number: JP2000129405A
Authority: JP
Inventors: Sadaaki Ito; 禎朗伊藤; Toru Sato; 徹佐藤; Kiyohiro Sasaki; 清裕佐々木; Toshiyuki Kobayashi; 俊幸小林
Original assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2000-04-28
Filing date: 2000-04-28
Publication date: 2001-11-09

Abstract

(57)【要約】【課題】基板からの放射光強度を正確に検出して高い
精度にて基板温度を計測することができる熱処理装置を
提供する。【解決手段】光源から出射された光は基板Ｗの上方よ
り照射され、基板Ｗを加熱する。光源から基板Ｗよりも
下方位置に直接に到達しようとする光は基板サポートリ
ング４０および平板遮光リング５０によって全て遮光さ
れる。基板サポートリング４０と平板遮光リング５０と
の隙間から入射した光は円筒遮光リング６０によって遮
光される。さらに、基板サポートリング４０と円筒遮光
リング６０との間には凹凸を組み合わせたラビリンス機
構が形成されており、それらの間から入射しようとする
光も完全に遮光される。これによって、放射温度計３７
が基板Ｗからの放射光のみを受光することとなり、基板
Ｗからの放射光強度を正確に検出して高い精度にて基板
温度を計測することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、チャンバ内に収容
した半導体基板、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
ール装置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等が可能
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。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来に
おいては、基板からの放射光のみならず、加熱源たるラ
ンプから出射された光が乱反射を繰り返した後に放射温
度計に入射する場合があった。このように、基板からの
放射光以外の光が放射温度計に入射すると、その放射温
度計が検出する光強度が不正確なものとなり、その結果
基板の温度を正確に計測することができなくなり、基板
の熱処理に支障をきたすこととなる。

【０００７】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、基板からの放射光強度を正確に検出して高い精
度にて基板温度を計測することができる熱処理装置を提
供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１の発明は、チャンバ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において、前記チャ
ンバよりも上方に設けられ、基板の上方から光を照射す
る光源と、前記チャンバ内であって基板よりも下方に設
けられ、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計測する放射温度計と、基板を前記
チャンバ内の所定位置に保持するとともに、基板の外周
部分の外側を遮光する基板保持手段と、前記チャンバ内
であって前記基板保持手段よりも上方に設けられ、前記
基板保持手段と前記チャンバの炉壁との間を遮光する第
１遮光部材と、前記基板保持手段の下方であって前記放
射温度計の周囲を覆うように設けられ、前記基板保持手
段と前記第１遮光部材との隙間より入射する迷光を遮光
する第２遮光部材と、を備えている。

【０００９】また、請求項２の発明は、請求項１の発明
に係る熱処理装置において、前記基板保持手段と前記第
２遮光部材との間にラビリンス機構を設けている。

【００１０】また、請求項３の発明は、請求項１または
請求項２の発明に係る熱処理装置において、前記基板保
持手段を円環状の基板サポートリングとし、前記第１遮
光部材を円環状の平板遮光リングとし、前記平板遮光リ
ングをその円周方向に沿って複数の箇所にて分割してい
る。

【００１１】また、請求項４の発明は、請求項３の発明
に係る熱処理装置において、前記光源より光を照射して
基板を熱処理する際に、前記分割された平板遮光リング
の内径を前記基板サポートリングの外径以下としてい
る。

【００１２】また、請求項５の発明は、請求項１の発明
に係る熱処理装置において、前記基板保持手段と前記第
１遮光部材との間にラビリンス機構を設けている。

【００１３】また、請求項６の発明は、チャンバ内に収
容した基板に光を照射して熱処理を行う熱処理装置にお
いて、前記チャンバよりも上方に設けられ、基板の上方
から光を照射する光源と、前記チャンバ内であって基板
よりも下方に設けられ、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計測する放射温度計
と、基板を前記チャンバ内の所定位置に保持するととも
に、基板の外周部分の外側を遮光する基板保持手段と、
前記基板保持手段と前記チャンバの炉壁との間から前記
放射温度計に至る光を遮光する遮光手段と、を備えてい
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ本発明の
実施の形態について詳細に説明する。

【００１５】図１は、本発明に係る熱処理装置の全体構
成を示す図である。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、主としてチャンバ２０
の上方に加熱源たる光源１０を配置して構成されてい
る。

【００１６】光源１０は、複数のハロゲンランプ（図示
省略）を備えている。各ハロゲンランプは、石英管内に
ハロゲンガスを封入してフィラメントを配置した赤外線
ハロゲンランプである。光源１０は、チャンバ２０より
も上方に設けられ、チャンバ２０に収容されている基板
Ｗの上方から当該基板Ｗに向けて光を照射する。

【００１７】チャンバ２０の上部は、石英窓２１によっ
て覆われている。石英窓２１は、石英製であって光源１
０から出射された光を下方、すなわちチャンバ２０内の
基板Ｗに向けて透過する。また、石英窓２１はチャンバ
２０の上部を覆うことによって、チャンバ２０内部をシ
ールする機能をも有している。

【００１８】また、チャンバ２０には、炉口２５が形成
されている。炉口２５の外側には図示を省略するシャッ
ターが設けられており、炉口２５を開放することと閉鎖
することができる。炉口２５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
２５からチャンバ２０内に搬入することと、処理済みの
基板Ｗをチャンバ２０から搬出することができる。一
方、炉口２５が閉鎖されている状態においては、チャン
バ２０がシールされることとなり、その内部が密閉空間
となる。

【００１９】チャンバ２０の炉底３０には、回転駆動部
３９と反射板３５とが設けられている。回転駆動部３９
は、磁気浮上型のモータを有しており、石英サポート３
８（図２参照）を回転させるとともに、それに連動させ
て円筒遮光リング６０および基板サポートリング４０を
回転させることができる。なお、図１には図示の便宜上
石英サポート３８の記載を省略している。

【００２０】反射板３５は、基板Ｗからの放射光を反射
することができる。基板Ｗからの放射光（輻射エネルギ
ー）は、反射板３５と基板Ｗの裏面との間で多重反射を
繰り返し、反射板３５に設けられた穴３６から放射温度
計３７に入射する。放射温度計３７は、反射板３５の下
側、つまりチャンバ２０内であって基板Ｗよりも下方に
設けられ、上記多重反射によって入射した基板Ｗからの
放射光の強度を計測することによって当該基板Ｗの温度
を計測することができる。なお、図１に示すように、本
実施形態においては、３つ放射温度計３７および穴３６
が設けられているが、これはそれぞれ基板Ｗの中心部近
傍の温度、周縁部分の温度およびそれらの中間の温度を
計測するためである。

【００２１】また、チャンバ２０の炉底３０は、図示を
省略する昇降機構によって上下動することができる。す
なわち、チャンバ２０の上部と炉底３０との間には金属
ベローズで構成された伸縮部３１が設けられており、昇
降機構によって炉底３０が上昇するときには伸縮部３１
が収縮し、炉底３０が下降するときには伸縮部３１が伸
張するようにしてチャンバ２０内の密閉状態を維持して
いる。そして、炉底３０が昇降すると、それに伴って炉
底３０に設けられている反射板３５、回転駆動部３９、
石英サポート３８、円筒遮光リング６０、基板サポート
リング４０およびそれに保持されている基板Ｗも昇降す
る。

【００２２】次に、図１の熱処理装置のうちの平板遮光
リング５０、円筒遮光リング６０および基板サポートリ
ング４０について図２、図３を用いつつさらに詳細に説
明する。図２は、図１の右側部分を拡大した図であり、
基板サポートリング４０、円筒遮光リング６０および平
板遮光リング５０を示す図である。また、図３は、図１
の熱処理装置の要部を示す鳥瞰図である。基板サポート
リング４０および円筒遮光リング６０はともに石英サポ
ート３８によって支持されている。基板サポートリング
４０は、円環形状の板状部材であり、その内周側にて基
板Ｗの端縁部に接触することによって基板Ｗをチャンバ
２０内の所定位置に保持する。円筒遮光リング６０は、
基板サポートリング４０の外周部分の下方であって放射
温度計３７の周囲を覆うように設けられた円筒状の部材
である。図２に示すように、基板サポートリング４０と
円筒遮光リング６０とは直接には接触していない（石英
サポート３８を介して間接的には繋がっている）。そし
て、基板サポートリング４０の下側と円筒遮光リング６
０の上端部との間にはラビリンス機構が形成されてい
る。

【００２３】ラビリンス機構とは、非接触型のシール機
構であり、２つの部材の凸凹を組み合わせてそれらの間
を小さな隙間通路とした機構である。本実施形態におい
ては、基板サポートリング４０の外周部分の下側に凸部
４１と凹部４２を形成するとともに、円筒遮光リング６
０の上端部に凸部６１と凹部６２を形成し、これらを組
み合わせる（凸部４１と凹部６２とを対向させるととも
に、凸部６１と凹部４２を対向させる）ことによって隙
間通路４９を形成してラビリンス機構としている。

【００２４】基板サポートリング４０および円筒遮光リ
ング６０は石英サポート３８によって固定して支持され
ているものであるため、回転駆動部３９が石英サポート
３８を回転させることによって、円筒遮光リング６０、
基板サポートリング４０および基板サポートリング４０
に保持されている基板Ｗも回転することとなる。

【００２５】平板遮光リング５０は、円環形状の板状部
材であり、石英ピン等のスペーサ５１を介して直接チャ
ンバ２０に固設されている。平板遮光リング５０は、チ
ャンバ２０内であって基板サポートリング４０よりも上
方に設けられ、基板サポートリング４０とチャンバ２０
の炉壁２１との間を覆うように設けられている。なお、
平板遮光リング５０はチャンバ２０に固設されているも
のであるため、炉底３０が昇降しても上下動することな
なく、また回転駆動部３９によって回転することもな
い。

【００２６】本実施形態において、平板遮光リング５０
はその円周方向に沿って４箇所にて分割されている。図
４は、平板遮光リング５０の分割の様子を示す図であ
る。図４（ａ）は分割された平板遮光リング５０の平面
図であり、図４（ｂ）は分割部分５１の正面図である。
同図に示すように、平板遮光リング５０は４箇所の分割
部分５１によって分割されており、各分割部分５１には
隙間５２が形成されている。このような隙間５２を設け
ているのは、平板遮光リング５０が光照射によって熱膨
張をしたときに、その膨張量を吸収するためである。

【００２７】基板サポートリング４０、円筒遮光リング
６０および平板遮光リング５０はいずれもセラミックに
て構成されており、例えば炭化ケイ素（ＳｉＣ）や窒化
アルミニウム（ＡｌＮ）等によって作製すればよい。こ
れらの材料は光源１０からの光を透過しないため、基板
サポートリング４０、円筒遮光リング６０および平板遮
光リング５０はいずれも光源１０からの光を遮光するこ
とができる。

【００２８】本実施形態の熱処理装置には、上述したも
の以外にも例えばガス供給機構や排気機構等の通常の機
構が付設されているのは勿論である。なお、基板サポー
トリング４０、円筒遮光リング６０および平板遮光リン
グ５０のそれぞれの役割についてはさらに後述する。

【００２９】また、本実施形態においては、基板サポー
トリング４０が基板保持手段に、平板遮光リング５０が
第１遮光部材に、円筒遮光リング６０が第２遮光部材に
それぞれ相当する。

【００３０】次に、上記構成を有する熱処理装置におけ
る処理内容について説明する。まず、炉底３０が下降し
て基板サポートリング４０を炉口２５と同じ高さ位置に
位置させるとともに、炉口２５が開放される。次に、開
放された炉口２５から未処理の基板Ｗが搬入され、基板
サポートリング４０に載置される。その後、炉口２５が
閉鎖されるとともに、炉底３０が上昇する。炉底３０が
上昇することによって、基板サポートリング４０が平板
遮光リング５０に近接するとともに、基板サポートリン
グ４０に保持された基板Ｗが光源１０に近づく。

【００３１】その後、チャンバ２０の内部が所定のガス
雰囲気に置換されるとともに、光源１０からの光照射が
開始される。光源１０から出射された光は石英窓２１を
透過して基板Ｗに照射され、基板Ｗを急速に加熱する。
加熱処理時においては、回転駆動部３９によって基板Ｗ
を回転させることにより基板Ｗの面内温度均一性を確保
するとともに、放射温度計３７によって基板Ｗの温度を
計測し、その計測結果に基づいて光源１０への供給電力
を制御することにより基板Ｗを所定の温度に維持する。
所定時間の加熱処理が終了すると、光源１０からの光照
射を停止して基板Ｗを冷却する。そして、炉底３０が下
降するとともに炉口２５が開放され、処理済みの基板Ｗ
が炉口２５から搬出されて一連の熱処理が終了する。

【００３２】以上の熱処理において、基板Ｗへの適切な
加熱処理を行うためには、基板Ｗからの放射光強度を正
確に検出して高い精度にて基板Ｗの温度を計測すること
が重要なのは既述した通りである。基板Ｗからの放射光
強度を正確に検出するためには、光源１０から出射され
た光が直接または間接に放射温度計３７に入射するのを
防止して、放射温度計３７が基板Ｗからの放射光のみを
受光するようにすることが必要である。このために、光
源１０と放射温度計３７とを基板Ｗを挟んで反対側に配
置し、光源１０からの光が放射温度計３７に直接入射し
ないようにしている。

【００３３】しかしながら、従来においては、平板遮光
リング５０および円筒遮光リング６０が設けられていな
かったため、光源１０からの光がチャンバ２０の炉壁２
１で反射して、基板Ｗの下側に回り込んで放射温度計３
７に入射することがあった。

【００３４】そこで、本実施形態では、まず平板遮光リ
ング５０を設けることによって基板サポートリング４０
とチャンバ２０の炉壁２１との間を遮光するようにして
いる。また、基板サポートリング４０は基板Ｗの外周部
分の外側を遮光する役割を果たしている。よって、光源
１０から基板Ｗよりも下方位置に直接に到達しようとす
る光は基板サポートリング４０および平板遮光リング５
０によって全て遮光されるとともに、炉壁２１にて反射
された光も相当の比率にて遮光されることとなる。

【００３５】ところが、炉壁２１等によって乱反射され
た光の一部は基板サポートリング４０と平板遮光リング
５０との間の隙間（図２および図３参照）から反射を繰
り返しながら入射し、平板遮光リング５０の下側に入
る。また、平板遮光リング５０の下側においても、炉壁
２１等によって乱反射が生じる。なお、本明細書では、
このように乱反射によって生じた光を「迷光」と称して
いる。

【００３６】本実施形態の装置では、円筒遮光リング６
０を設けることによって、基板サポートリング４０と平
板遮光リング５０との隙間より入射した迷光を遮光して
いる。さらに、本実施形態の熱処理装置においては、基
板サポートリング４０の下側と円筒遮光リング６０の上
端部との間にラビリンス機構を形成することにより、基
板サポートリング４０と円筒遮光リング６０との間から
基板Ｗの下側に入射しようとする迷光をほぼ完全に遮光
することができる。これらによって、放射温度計３７が
基板Ｗからの放射光のみを受光することとなり、基板Ｗ
からの放射光強度を正確に検出して高い精度にて基板温
度を計測することができる。

【００３７】なお、基板サポートリング４０と円筒遮光
リング６０とを接触させた場合には、迷光を完全に遮光
することができるものの、基板サポートリング４０は光
源１０からの光を直接受けて相当の高温にまで昇温する
のに対し、円筒遮光リング６０は直接に光を受けること
がないためほとんど温度変化が生じない。このため光照
射時における、基板サポートリング４０の熱膨張と円筒
遮光リング６０の熱膨張とが異なるものとなり、熱ショ
ックにより基板サポートリング４０または円筒遮光リン
グ６０が割れる場合がある。このような割れを防ぐため
に、基板サポートリング４０と円筒遮光リング６０とは
非接触としているのであり、それらの間にラビリンス機
構を形成することによって迷光の進入を防止している。

【００３８】図６は、光源１０に一定の電圧を印加して
基板Ｗへの光照射を行ったときの放射温度計３７の出力
を示す図である。同図の横軸は光源１０からの光照射の
時間を示しており、縦軸は放射温度計３７の出力温度を
示している。なお、点線Ｌ５（その延長上に描く実線を
含む）は基板Ｗの実際の温度である。また、点線Ｌ６は
放射温度計３７の検出下限温度である。つまり、実際の
基板Ｗの温度が点線Ｌ６の温度未満であったとしても、
放射温度計３７は点線Ｌ６の温度を示す。

【００３９】図６の実線Ｌ１は、基板サポートリング４
０のみを設けた場合、すなわち図１から図３に示した熱
処理装置において平板遮光リング５０および円筒遮光リ
ング６０が存在しない場合における放射温度計３７の出
力温度である。光源１０からの光照射が開始された直後
から放射温度計３７の出力温度が急激に上昇しており、
特に基板Ｗが所定の目標温度に至るまでの昇温過程にお
いて実際の基板Ｗの温度と放射温度計３７の出力温度と
の乖離が大きい。これは、平板遮光リング５０が存在し
ないために光源１０からの直接光が基板サポートリング
４０とチャンバ２０の炉壁２１との間より容易に入射
し、基板Ｗの高さ位置よりも下側において炉壁２１等に
よる乱反射によって多量の迷光が生じるとともに、さら
に円筒遮光リング６０が存在しないために、その多量の
迷光が容易に基板Ｗの下側に回り込んで放射温度計３７
に入射することに起因したものである。

【００４０】図６の実線Ｌ２は、基板サポートリング４
０および平板遮光リング５０を設けた場合、すなわち図
１から図３に示した熱処理装置において円筒遮光リング
６０が存在しない場合における放射温度計３７の出力温
度である。上記の実線Ｌ１に比較すると実際の基板Ｗの
温度との乖離は大幅に小さくなっているものの、依然と
してある程度の乖離が認められる。これは、平板遮光リ
ング５０を設けることによって基板サポートリング４０
と炉壁２１との間を遮光し、基板Ｗの高さ位置よりも下
側には光源１０からの直接光が到達しないようにしたこ
とによるものである。その結果、基板Ｗの高さ位置より
も下側において発生する迷光の光量は大幅に減少し、放
射温度計３７に入射する迷光の光量も減少し、温度測定
の精度が向上したのである。すなわち、実線Ｌ１に比較
して実線Ｌ２の精度が向上しているのは、平板遮光リン
グ５０を設けたことによる効果である。

【００４１】但し、基板サポートリング４０と平板遮光
リング５０との隙間から入射する迷光が存在する。そし
て、円筒遮光リング６０を設けていないために、そのよ
うな迷光が容易に基板Ｗの下側に回り込んで放射温度計
３７に入射することとなり、その結果実線Ｌ２と実際の
基板Ｗの温度との間にある程度の乖離が生じたのであ
る。

【００４２】図６の実線Ｌ３は、基板サポートリング４
０、平板遮光リング５０および円筒遮光リング６０を全
て設けているものの、基板サポートリング４０と円筒遮
光リング６０との間にラビリンス機構を形成していない
場合における放射温度計３７の出力温度である。上記の
実線Ｌ１、Ｌ２と比較すると実際の基板Ｗの温度との乖
離は相当小さくなっているものの、若干の乖離は依然と
して残存している。これは、上述した平板遮光リング５
０による効果に加えて、基板サポートリング４０と平板
遮光リング５０との隙間から入射した迷光が円筒遮光リ
ング６０によって遮光されることによるものである。そ
の結果、基板Ｗの下側にまで到達する迷光の光量は著し
く減少し、放射温度計３７に入射する迷光の光量も大幅
に減少し、温度測定の精度がさらに向上したのである。
すなわち、実線Ｌ２に比較して実線Ｌ３の精度が向上し
ているのは、円筒遮光リング６０を設けたことによる効
果である。

【００４３】但し、基板サポートリング４０と円筒遮光
リング６０とは非接触であって、それらの間にラビリン
ス機構を形成していないため、基板サポートリング４０
と円筒遮光リング６０との隙間から若干の迷光が基板Ｗ
の下側に進入することとなる。このような迷光が放射温
度計３７に入射することによって、実線Ｌ３と実際の基
板Ｗの温度との間に若干の乖離が生じたのである。

【００４４】図６の実線Ｌ６は、基板サポートリング４
０、平板遮光リング５０および円筒遮光リング６０を全
て設け、さらに基板サポートリング４０の下側と円筒遮
光リング６０の上端部との間にラビリンス機構を形成し
た場合、すなわち図１から図３に示した熱処理装置にお
ける放射温度計３７の出力温度である。上記の実線Ｌ
１、Ｌ２、Ｌ３と比較すると明らかなように、実際の基
板Ｗの温度が放射温度計３７の検出下限温度未満である
ときを除いて、放射温度計３７は実際の基板Ｗの温度を
正確に出力している。これは基板サポートリング４０の
下側と円筒遮光リング６０の上端部との間にラビリンス
機構を設けることによって、非接触状態とせざるを得な
い基板サポートリング４０と円筒遮光リング６０との隙
間から進入しようとする迷光をも完全に遮光することに
よるものである。その結果、基板Ｗの下側にまで到達す
る迷光は皆無となり、放射温度計３７が基板Ｗからの放
射光のみを受光することとなり、基板Ｗの温度を正確に
測定することができるのである。

【００４５】このように、本実施形態の熱処理装置で
は、基板サポートリング４０、平板遮光リング５０およ
び円筒遮光リング６０を全て設け、さらに基板サポート
リング４０の下側と円筒遮光リング６０の上端部との間
にラビリンス機構を形成することによって、光源１０か
ら出射された光が直接または間接に放射温度計３７に入
射するのを防止して放射温度計３７が基板Ｗからの放射
光のみを受光するようにしている。その結果、基板Ｗか
らの放射光強度を正確に検出して高い精度にて基板温度
を計測することができるのである。

【００４６】ところで、基板Ｗの加熱処理を行う際に、
平板遮光リング５０は光源１０から出射された光を直接
受けることとなるため、相当な高い温度にまで昇温する
こととなる。しかも、チャンバ２０の炉壁２１が水冷さ
れていることおよび平板遮光リング５０が回転しないこ
とに起因して平板遮光リング５０の温度分布が悪化する
ことがある。このような平板遮光リング５０の温度分布
の悪化は、不均一な熱膨張による熱応力に起因した平板
遮光リング５０の割れに繋がるため、本実施形態におい
ては、平板遮光リング５０をその円周方向に沿って４箇
所にて分割している（図４参照）。図４に示すように平
板遮光リング５０を分割すれば、平板遮光リング５０の
温度分布が悪化して不均一な熱膨張が生じたとしても隙
間５２を有する分割部分５１において熱応力が緩和さ
れ、平板遮光リング５０の割れを防止することができ
る。その結果、平板遮光リング５０の耐久性を向上させ
ることができるのである。なお、平板遮光リング５０の
分割箇所は４箇所に限定されるものではなく、複数の箇
所にて分割するようにすれば平板遮光リング５０の耐久
性を向上させることができる。

【００４７】平板遮光リング５０を円周方向に沿って分
割すれば、その分割片が熱処理時に膨張して半径が増大
する。図５は、平板遮光リング５０の分割片５０ａの内
径増大を説明する図である。光源１０からの光照射が行
われておらず、平板遮光リング５０の分割片５０ａの温
度が室温のとき（図５中実線にて示す）には、その内周
側半径（内径の１／２）がＲ１である。光源１０からの
光照射が行われて平板遮光リング５０が加熱されると、
その分割片５０ａの温度が上昇して膨張し（図５中一点
鎖線にて示す）、内周側半径がＲ２となる。なお、Ｒ２
＞Ｒ１である。

【００４８】本実施形態においては、光源１０からの光
照射が行われて平板遮光リング５０が加熱されるときの
分割された平板遮光リング５０（分割片５０ａ）の内径
を基板サポートリング４０の外径以下としている。これ
は、平板遮光リング５０を構成する材料の熱膨張係数か
ら予め内径増大率を計算し、加熱処理時における分割片
５０ａの内径が基板サポートリング４０の外径以下とな
るように平板遮光リング５０を設計することにより実現
される。なお、平板遮光リング５０の素材が炭化ケイ素
（ＳｉＣ）である場合の熱膨張係数は４．６×１０^-6℃
^-1であり、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）である場合の熱
膨張係数は４．４×１０^-6℃^-1である。

【００４９】このようにすれば、加熱処理時に平板遮光
リング５０が昇温して、分割片５０ａの内径が増大した
としても、平板遮光リング５０が基板サポートリング４
０と炉壁２１との間を覆うことができ、その間隔を遮光
することができる。従って、加熱処理時においても、基
板サポートリング４０と炉壁２１との間から光源１０の
光が入射して放射温度計３７による放射光計測に影響を
与えるのを防止することができる。

【００５０】以上、本発明の実施の形態について説明し
たが、この発明は上記の例に限定されるものではない。
例えば、本発明に係る熱処理装置の構成を図７に示すよ
うな形態としても良い。図７において、上記実施形態に
おいて説明したのと同じ部材については同じ符号を付し
ている。

【００５１】図７に示す熱処理装置が上記実施形態と相
違するのは、平板遮光リング５０と基板サポートリング
４０との間にラビリンス機構を形成している点および円
筒遮光リング６０を設けていない点である。上記実施形
態においては、基板サポートリング４０と平板遮光リン
グ５０との隙間から入射した迷光を円筒遮光リング６０
によって遮光し、迷光が放射温度計３７に入射しないよ
うにしていた。これに対して図７に示す装置において
は、平板遮光リング５０と基板サポートリング４０との
間にラビリンス機構を形成し、その間から迷光が入射す
るのを防止している。基板サポートリング４０と平板遮
光リング５０との隙間から迷光が入射することがないた
め、円筒遮光リング６０を設けずとも迷光が基板Ｗの下
側に回り込んで放射温度計３７に入射することがなくな
り、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

【００５２】また、上記実施形態におけるラビリンス機
構を例えば図８に示すような形態にしても良い。図８で
は、円筒遮光リング６０の上端部に凸部６１、６３と凹
部６２とを形成し、その凹部６２に基板サポートリング
４０の凸部４１を接触させることなくはめ込むことによ
って隙間通路４９を形成してラビリンス機構としてい
る。このようにしても、基板サポートリング４０と円筒
遮光リング６０との隙間から進入しようとする迷光を遮
光することができ、上記実施形態と同様の効果を得るこ
とができる。すなわち、ラビリンス機構としては、上記
実施形態や図８に示した形態以外にも、２つの部材の凸
凹を組み合わせてそれらの間を小さな隙間通路とした機
構であれば良いのである。

【００５３】また、上記実施形態においては、熱処理装
置をランプアニール装置としていたが、本発明に係る熱
処理装置はランプアニール装置に限定されるものではな
く、光照射によって基板を加熱し、その基板からの放射
光強度を計測して基板温度の測定を行う装置であればよ
い。

【００５４】

【発明の効果】以上、説明したように、請求項１の発明
によれば、基板の外周部分の外側を遮光する基板保持手
段と、その基板保持手段とチャンバの炉壁との間を遮光
する第１遮光部材と、を備えているため、基板の高さ位
置よりも下側には光源からの直接光が到達しなくなり、
放射温度計に入射する基板からの放射光以外の光の光量
が減少し、基板からの放射光強度を正確に検出して高い
精度にて基板温度を計測することができる。また、基板
保持手段と第１遮光部材との隙間より入射する迷光を遮
光する第２遮光部材を備えているため、放射温度計に入
射する基板からの放射光以外の光の光量がさらに減少
し、基板からの放射光強度をより正確に検出して高い精
度にて基板温度を計測することができる。

【００５５】また、請求項２の発明によれば、基板保持
手段と第２遮光部材との間にラビリンス機構を設けてい
るため、放射温度計に入射する基板からの放射光以外の
光はほとんどなく、基板からの放射光強度をより正確に
検出して高い精度にて基板温度を計測することができ
る。

【００５６】また、請求項３の発明によれば、平板遮光
リングをその円周方向に沿って複数の箇所にて分割して
いるため、熱処理時の熱膨張による熱応力が緩和され、
平板遮光リングの耐久性を向上させることができる。

【００５７】また、請求項４の発明によれば、光源より
光を照射して基板を熱処理する際に、分割された平板遮
光リングの内径を基板サポートリングの外径以下として
いるため、熱処理時においても平板遮光リングが確実に
基板保持手段とチャンバの炉壁との間を遮光することと
なり、請求項１の発明の効果を確実に得ることができ
る。

【００５８】また、請求項５の発明によれば、基板保持
手段と第１遮光部材との間にラビリンス機構を設けてい
るため、放射温度計に入射する基板からの放射光以外の
光はほとんどなくなり、基板からの放射光強度を正確に
検出して高い精度にて基板温度を計測することができ
る。

【００５９】また、請求項６の発明によれば、基板の外
周部分の外側を遮光する基板保持手段と、基板保持手段
とチャンバの炉壁との間から放射温度計に至る光を遮光
する遮光手段と、を備えているため、放射温度計に入射
する基板からの放射光以外の光はほとんどなくなり、基
板からの放射光強度を正確に検出して高い精度にて基板
温度を計測することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る熱処理装置の全体構成を示す図で
ある。

【図２】図１の熱処理装置における基板サポートリン
グ、円筒遮光リングおよび平板遮光リングを示す図であ
る。

【図３】図１の熱処理装置の要部を示す鳥瞰図である。

【図４】平板遮光リングの分割の様子を示す図である。

【図５】平板遮光リングの分割片の内径増大を説明する
図である。

【図６】基板への光照射時における放射温度計の出力を
示す図である。

【図７】本発明に係る熱処理装置の他の構成を示す図で
ある。

【図８】ラビリンス機構の他の形態を示す図である。

【符号の説明】

１０光源２０チャンバ２１炉壁３７放射温度計４０基板サポートリング５０平板遮光リング６０円筒遮光リングＷ基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者佐藤徹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 (72)発明者佐々木清裕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 (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） 5F045 DP28 EB02 EB03 EK12 EM02 EM10 GB05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】チャンバ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、前記チャンバよりも上方に設けられ、基板の上方から光
を照射する光源と、前記チャンバ内であって基板よりも下方に設けられ、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
の温度を計測する放射温度計と、基板を前記チャンバ内の所定位置に保持するとともに、
基板の外周部分の外側を遮光する基板保持手段と、前記チャンバ内であって前記基板保持手段よりも上方に
設けられ、前記基板保持手段と前記チャンバの炉壁との
間を遮光する第１遮光部材と、前記基板保持手段の下方であって前記放射温度計の周囲
を覆うように設けられ、前記基板保持手段と前記第１遮
光部材との隙間より入射する迷光を遮光する第２遮光部
材と、を備えることを特徴とする熱処理装置。
【請求項２】請求項１記載の熱処理装置において、前記基板保持手段と前記第２遮光部材との間にラビリン
ス機構を設けることを特徴とする熱処理装置。
【請求項３】請求項１または請求項２に記載の熱処理
装置において、前記基板保持手段は、円環状の基板サポートリングであ
り、前記第１遮光部材は、円環状の平板遮光リングであっ
て、前記平板遮光リングをその円周方向に沿って複数の箇所
にて分割していることを特徴とする熱処理装置。
【請求項４】請求項３記載の熱処理装置において、前記光源より光を照射して基板を熱処理する際に、前記
分割された平板遮光リングの内径を前記基板サポートリ
ングの外径以下とすることを特徴とする熱処理装置。
【請求項５】請求項１記載の熱処理装置において、前記基板保持手段と前記第１遮光部材との間にラビリン
ス機構を設けることを特徴とする熱処理装置。
【請求項６】チャンバ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、前記チャンバよりも上方に設けられ、基板の上方から光
を照射する光源と、前記チャンバ内であって基板よりも下方に設けられ、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
の温度を計測する放射温度計と、基板を前記チャンバ内の所定位置に保持するとともに、
基板の外周部分の外側を遮光する基板保持手段と、前記基板保持手段と前記チャンバの炉壁との間から前記
放射温度計に至る光を遮光する遮光手段と、を備えるこ
とを特徴とする熱処理装置。