JP2003042852A - 基板の接触式温度測定装置およびそれを備えた基板の熱処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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接触式温度測定装置を提供する。 【解決手段】 先端部上側の平坦面を基板の下面に当接
させて基板温度を測定する測温体１０と、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１２
と、ホルダを微少移動させて測温体の姿勢を調整する調
整機構１４と、調整機構が配設される空間と測温体が配
設される熱処理炉２０の内部空間とを、測温体の動きを
許容し気密を保持して隔絶する可動シール部１８とを備
えた。

Description

【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５
４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７
２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、このホ
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。

【００１３】請求項３に係る発明は、請求項１または請
求項２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。

【００１４】請求項４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３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。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、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。

【００１７】請求項３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。

【００１８】請求項４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２
２ａ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３
６、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１
８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に係る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、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。

【００３１】請求項３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。

【００３２】請求項４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３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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西井 清文 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） 2F056 CL01 4K056 AA09 CA18 FA12

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【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、 この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。
2. 【請求項２】 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１記載の基板の接触式温度
   測定装置。
3. 【請求項３】 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または請求
   項２記載の基板の接触式温度測定装置。
4. 【請求項４】 請求項１ないし請求項３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。