JP4290778B2

JP4290778B2 - 基板処理装置

Info

Publication number: JP4290778B2
Application number: JP03154098A
Authority: JP
Inventors: ▲隆▼俊千葉; 敏博中島; 充弘増田; 健一横内
Original assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1998-02-13
Filing date: 1998-02-13
Publication date: 2009-07-08
Anticipated expiration: 2018-02-13
Also published as: JPH11233504A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は半導体基板（以下、「基板」という。）に加熱を伴う処理を施す基板処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
半導体装置の製造においては基板に対して様々な処理が施される。これらの処理の中には基板に酸化膜、窒化膜等を形成したり、アニール処理を施すことを目的として基板を所定の雰囲気中（真空を含む）で加熱する処理がある。また、このような基板の加熱を伴う処理では半導体装置の品質を一定に保つために適切な温度管理が要求される。特に、基板の温度を高速に昇降させるＲＴＰ（Rapid Thermal Processing）では、基板の温度管理は重要となる。
【０００３】
基板の温度管理を行うための一つの手法として、基板の温度を放射温度計を用いて非接触で測定するという方法がある。図７はこのような温度測定方法を用いる基板処理装置の従来の一例を示す図である。
【０００４】
図７に示す基板処理装置１０１では石英窓１２１を有するチャンバ１０２に基板１０９を収容し、ランプ１０３からの光を照射することで基板１０９を加熱するようになっている。基板１０９の下方には放射温度計１０４が配置されており、チャンバ１０２の下部は放射温度計１０４まで伸びる筒状の筒部１２２となっている。
【０００５】
放射温度計１０４は内部にレンズや検出器を有しており、通常、測定対象にフォーカスを合わせる（あるいは、測定対象の位置から平行光を入射させる）ようにして使用される。また、市販されている放射温度計１０４を使用する場合、測定対象である基板１０９までの距離を仕様に定められた距離とする必要があり、筒部１２２は不可欠となる。
【０００６】
しかし、チャンバ１０２に筒部１２２のような形状を設けた場合、チャンバ１０２内部の処理ガスが筒部１２２の内部まで進入し、チャンバ１０２内部のガス置換の効率を低下させてしまう。
【０００７】
また、基板１０９と放射温度計１０４との距離を確保しつつ基板１０９から十分な光を得るためには筒部１２２の径を大きくする必要がある。したがって、チャンバ１０２内部から見て筒部１２２との接続位置は大きな開口部１２３となる。通常、ランプ１０３からの光が効率よく基板１０９を加熱するためにチャンバ１０２の内壁は鏡面加工されている。しかし、このような大きな開口部１２３が存在するとこの領域において光が反射されないこととなり、基板１０９を均一に加熱することが困難となる。その結果、基板１０９の面内温度均一性を維持できず、品質が低下してしまう。
【０００８】
図８は放射温度計１０４を用いて基板１０９の温度を測定する従来の基板処理装置の他の例を示す図である。
【０００９】
図８に示す基板処理装置１０１ａでは図７における筒部１２２が導光ロッド１２４となっている。導光ロッド１２４を用いる場合には高温の基板１０９から放射される光が導光ロッド１２４内部にて多数回反射した後、放射温度計１０４へと入射する。したがって、放射温度計１０４による測定に用いられる光の波長は導光ロッド１２４を透過する光の波長に制限される。
【００１０】
ところが、この制限された波長は加熱源であるランプ１０３からの光をノイズとして拾う波長であり、導光ロッド１２４を用いる温度測定では基板１０９の周囲を遮光部材１２５にて覆うことが必要となる。しかし、このような遮光部材１２５を設けてもノイズを完全に防止することはできず、また、基板１０９の外周を熱的、光学的に不均一なものとなり、基板１０９の温度分布の均一性が低下してしまう。さらに、チャンバ１０２内部が遮光部材１２５により仕切られるので、チャンバ１０２内部のガス置換の効率も低下する。また、特殊な材質による遮光部材１２５を設けることにより装置価格も上昇してしまうという問題を有している。
【００１１】
上記導光ロッド１２４を用いる温度測定方法における問題点は導光ロッド１２４の代わりに光ファイバを用いても同様の問題となる。その一方で、導光ロッドに代えて内部を鏡面とした導光管を用いるという手法も提案されている。しかし、導光管を用いる場合には導光管内部に入射した光の反射による減衰が大きく、温度測定を的確に行うことが困難となる。また、チャンバ１０２内部からの光を受けると導光管の温度が上昇してしまい、導光管自身からの放射光がノイズとなる。
【００１２】
この発明は上記様々な課題に鑑みなされたものであり、放射温度計を用いる各種測定方法における課題を解決することができる基板処理装置を提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、基板に加熱を伴う処理を施す基板処理装置であって、前記基板の一の面を加熱する加熱手段と、前記基板を収容し、底面に微小開口部が形成されているとともに、前記基板から放射されて前記底面と、前記底面と対向する前記基板の他の面と、の間で複数回反射した多重反射光によって、前記基板の均一加熱を可能とされた容器と、前記微小開口部に近づけて配置されており、前記容器内部からの光を前記微小開口部を介して検出器にて検出することにより前記基板の温度を測定する温度測定手段と、前記微小開口部と前記検出器とを光学的にほぼ共役な配置関係とする光学系と、を備え、前記検出器は、前記基板から放射され、前記容器の前記底面と前記基板の他の面との間において複数回反射した前記多重反射光を含む光を検出することを特徴とする。
【００１４】
請求項２の発明は、基板に加熱を伴う処理を施す基板処理装置であって、前記基板の一の面を加熱する加熱手段と、前記基板を収容し、前記基板の他の面に対向する位置に微小開口部が形成された容器と、前記容器内部からの光を前記微小開口部を介して検出器にて検出することにより前記基板の温度を測定する温度測定手段と、前記微小開口部と前記検出器とを光学的にほぼ共役な配置関係とする光学系と、を備え、前記検出器は、前記基板から放射され、前記容器内部の底面と前記基板の他の面との間において複数回反射した多重反射光を含む光を検出し、前記加熱手段が、前記容器の外部に配置され、前記基板を加熱するための光を出射するランプ、を有し、前記容器が、前記ランプからの光を透過する加熱用窓部材、を有することを特徴とする。
【００１５】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載の基板処理装置であって、前記微小開口部に配置され、前記容器内部からの光を透過する検出用窓部材をさらに備える。
【００１６】
請求項４の発明は、請求項２に記載の基板処理装置であって、前記微小開口部に配置され、前記容器内部からの光を透過する検出用窓部材をさらに備え、前記検出用窓部材が、前記加熱用窓部材に遮光される波長帯域の光を透過する性質を有する。
【００１７】
請求項５の発明は、請求項４に記載の基板処理装置であって、前記加熱用窓部材が石英により形成されており、前記検出用窓部材が、フッ化バリウム、フッ化カルシウム、サファイア、ゲルマニウムおよびシリコンからなる群より選ばれた１つにより形成されている。
【００１８】
請求項６の発明は、請求項３ないし請求項５のいずれかに記載の基板処理装置であって、前記検出用窓部材を冷却する手段をさらに備える。
【００１９】
請求項７の発明は、請求項３ないし請求項６のいずれかに記載の基板処理装置であって、前記検出用窓部材、前記光学系および前記検出器を保持するとともに前記微小開口部において前記容器に対して着脱自在な保持手段をさらに備える。
【００２０】
請求項８の発明は、請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の基板処理装置であって、前記光学系の光軸が前記微小開口部において前記基板の前記他の面にほぼ垂直であり、前記光学系が、前記微小開口部に入射する光のうち前記光軸と非平行な成分を抽出するために前記微小開口部と前記検出器の間に設けられた抽出部を有する。
【００２１】
請求項９の発明は、請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の基板処理装置であって、前記光学系の光軸が前記微小開口部において前記基板の前記他の面にほぼ垂直であり、前記光学系が、前記微小開口部に入射する光のうち前記光軸と平行な成分を遮光する遮光部を有する。
【００２２】
請求項１０の発明は、請求項８または請求項９に記載の基板処理装置であって、前記微小開口部が前記容器内部に向かって漸次広がる。
【００２３】
請求項１１の発明は、請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載の基板処理装置であって、前記検出器の検出波長帯域が４μｍよりも長い波長の波長帯域である。
【００２４】
請求項１２の発明は、請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載の基板処理装置であって、前記検出器の検出波長帯域が８〜１０μｍの波長帯域である。
【００２５】
請求項１３の発明は、請求項１ないし請求項１２のいずれかに記載の基板処理装置であって、前記検出器がサーモパイルを有する。
【００２６】
請求項１４の発明は、請求項１ないし請求項１３のいずれかに記載の基板処理装置であって、前記容器の内部の前記微小開口部近傍に向けてガスを供給する手段をさらに備える。
【００２７】
【発明の実施の形態】
＜１．装置構成＞
図１はこの発明の一の実施の形態である基板処理装置１の構成を示す縦断面図であり、図２は図１に示す基板処理装置１を矢印Ｚ方向（下方）からみたときの様子を示す底面図である。なお、以下の説明で参照される図（図１および図２を含む）では、平行斜線を施していない断面表示が含まれており、また、形状の細部を適宜簡略化して示す。
【００２８】
基板処理装置１は基板９を収容する容器であるチャンバ２、基板９を加熱する光を出射するランプ３１、および基板９の温度を測定する放射温度計４を有しており、所定の雰囲気中にてランプ３１からの光を基板９の上面に照射することにより基板９に加熱を伴う処理を施すとともに基板９の温度が放射温度計４により測定されて管理されるようになっている。なお、放射温度計４は変換部５に接続されおり、放射温度計４からの信号を変換部５が測定温度に変換することで基板９の温度が求められるようになっている。
【００２９】
また、ランプ３１は上方を蓋部６１により覆われ、ランプ制御部３２により点灯制御されるようになっている。さらに、容器本体部２１内部には基板９を支持する支持部７１が設けられており、容器本体部２１下部には基板９を昇降するリフト部８、および、基板９をチャンバ２内部にて回転させる回転駆動部７２が設けられている。
【００３０】
以下、これらの構成について順に説明するとともに放射温度計４の内部構造について説明する。
【００３１】
ランプ３１は複数の棒状のランプがチャンバ２外部で蓋部６１に覆われるように設けられており、ランプ３１はランプ制御部３２から電力が供給されることにより点灯制御される。また、蓋部６１はランプ３１からの光により高温とならないように内部に冷却用の水路６１１が形成されており、さらに、ランプ３１からの光を反射して基板９を効率よく加熱することができるように内壁が鏡面に加工されている。
【００３２】
チャンバ２は基板９の下方および側方周囲を覆う容器本体部２１に基板９の上方を覆う石英窓２２を取り付けて構成されている。石英窓２２は石英により形成されており、チャンバ２内に載置される基板９とランプ３１との間に位置してランプ３１からの光を透過する窓としての役割を果たしている。また、容器本体部２１には基板９の搬出入のための搬出入口２１Ａが形成されており、この搬出入口には扉２３が開閉自在に設けられている。さらに、容器本体部２１には二酸化窒素（ＮＯ₂）、アンモニア（ＮＨ₃）等の様々なガスをチャンバ２内に供給する供給口２１Ｂおよびチャンバ２内のガスを排気する排気口２１Ｄが設けられている。
【００３３】
容器本体部２１内部にも蓋部６１と同様に冷却用の水路２１１が形成されており、また、容器本体部２１内部は光を反射して基板９を効率よく加熱することができるよう加工されている。
【００３４】
次に、チャンバ２内部において基板９を支持しながら基板９を回転させる構成について説明する。
【００３５】
容器本体部２１内部には基板９を支持するための支持部７１が設けられており、支持部７１は基板９の外周を支持する支持リング７１１が支持柱７１２に支えられる構成となっている。なお、支持リング７１１は炭化ケイ素（ＳiＣ）にて主として形成されており、基板９の温度分布を均一にする役割も兼ねている。また、支持柱７１２は石英にて形成されている。
【００３６】
支持部７１は回転駆動部７２により駆動されて、支持される基板９の中心となる軸２１Ｃを中心に回転運動を行うようになっている。これにより処理中の基板９が外周に沿って回転される。
【００３７】
回転駆動部７２は容器本体部２１の下部に設けられており、支持部７１に接続されてチャンバ２内に配置された磁石７２１、チャンバ２外に配置された磁石７２２、これらの磁石７２１、７２２をそれぞれ軸２１Ｃを中心として案内する軸受７２３、７２４、およびチャンバ２外の磁石７２２の移動の駆動源となるモータ７２５を有している。また、磁石７２１および磁石７２２は容器本体部２１の一部をチャンバ２の内と外から挟むように対をなして軸２１Ｃを中心とする円周上に複数配置されており、軸受７２３、７２４は軸２１Ｃを中心とする円状となっている。なお、図２ではこれらの構成の図示を省略している。
【００３８】
モータ７２５が駆動されると磁石７２２が軸２１Ｃを中心として回転し、磁石７２２と作用し合うチャンバ２内の磁石７２１も軸２１Ｃを中心として回転する。磁石７２２は支持柱７１２と接続されており、磁石７２２が軸２１Ｃを中心に回転すると支持柱７１２および支持リング７１１が軸２１Ｃを中心に回転する。これにより、基板９が外周に沿って回転されるようになっている。
【００３９】
次に、基板９を昇降させるリフト部８の構成を説明するとともにチャンバ２への基板９の搬出入の動作について説明する。
【００４０】
容器本体部２１下部には基板９を昇降させるリフト部８が図２に示すように軸２１Ｃを中心とする円周上に３つ設けられている。リフト部８は図１に示すように昇降移動するリフトピン８１を内部に有しており、リフトピン８１を上昇させると基板９が支持リング７１１から持ち上げられるようになっている。搬入動作はまずリフトピン８１が上昇して待機し、基板９が基板処理装置１外部からハンド９１が下降することでリフトピン８１上に基板９を載置してハンド９１をチャンバ２外部へ退避させた後、リフトピン８１を下降させることで基板９が支持リング７１１上に載置される。また、基板９をチャンバ２外部へと搬出する際には搬入動作と逆の動作が行われる。
【００４１】
＜２．放射温度計の構成＞
次に、基板９の温度を測定する放射温度計４の構成等について詳説する。
【００４２】
基板処理装置１では図２に示すように軸２１Ｃから異なった距離に４つの放射温度計４（以下の説明において必要な場合には図２に示すように軸２１Ｃから最も離れているものから順に４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄと符号を付して呼ぶ。）が設けられている。
【００４３】
図２中に２点鎖線にて示している２つの大小の円は大型の基板９と小型の基板９の大きさを示している。大型の基板９に対しては放射温度計４ａは支持リング７１１の温度を測定し、他の３つの放射温度計４ｂ、４ｃ、４ｄは基板９の温度を測定する。既述のように基板９は回転駆動部７２の作用を受けて軸２１Ｃを中心に回転するので、放射温度計４ａは支持リング７１１全体の温度を測定することができ、他の３つの放射温度計４ｂ、４ｃ、４ｄは軸２１Ｃを中心とする３つの同心円上の領域の基板９の温度を測定することができるようになっている。
【００４４】
小型の基板９の処理が行われる場合には図１に示す支持リング７１１は小さなものに取り替えられ、放射温度計４ｂが支持リングの温度を測定し、放射温度計４ｃ、４ｄが基板９の温度を測定する。
【００４５】
図３は容器本体部２１の下部に取り付けられた放射温度計４を示す縦断面図である。放射温度計４は容器本体部２１に取り付けられるフランジ部４１、フランジ部４１に取り付けられるホルダ４２、およびフランジ部４１に取り付けられてホルダ４２を取り囲むカバー４３を有しており、さらに、フランジ部４１に保持される検出用窓部材４１１、フランジ部４１に取り付けられるガス供給管４４、並びに、ホルダ４２に保持される光学系４２１および検出器４２２を有している。検出器４２２は変換部５に接続されており、検出器４２２からの信号を受けて変換部５が基板９の温度を求める。
【００４６】
図４はフランジ部４１およびガス供給管４４を上方（図３中の矢印Ａの方向）からみた様子を示す図である。図４に示すようにフランジ部４１は取付孔４１Ａを２つ有するフランジ形状となっており、取付孔４１Ａを介して放射温度計４が容器本体部２１の下部の外壁に取り付けられる。
【００４７】
図５は図３の部分拡大図であり、以下の説明において適宜参照する。
【００４８】
図３に示すように容器本体部２１に取り付けられるフランジ部４１の面は容器本体部２１に向かって突出する凸部４１Ｆ（図４および図５に符号を付す）を有しており、この凸部４１Ｆと容器本体部２１の凹部２１Ｆとがはまり合うようにしてフランジ部４１が容器本体部２１に取り付けられる。容器本体部２１には凹部２１Ｆの中央に容器本体部２１を貫通する微小な開口である微小開口部２１Ｈが形成されており、この微小開口部２１Ｈを介してチャンバ２内部の光が放射温度計４に導かれる。すなわち、チャンバ２には基板９の下面に対向する位置に微小開口部２１Ｈが形成されている。
【００４９】
図５に示すようにフランジ部４１の凸部４１Ｆの先端には微小開口部２１Ｈからの光を導入する検出用孔４１Ｈが形成されており、チャンバ２内部と放射温度計４内部とを隔離するために凸部４１Ｆ内部にはこの検出用孔４１Ｈに接する検出用窓部材４１１が配置されている。なお、検出用孔４１Ｈは微小開口部２１Ｈと等しいかさらに小さい開口となっている。このような構成により、放射温度計４が容器本体部２１に取り付けられると、検出用窓部材４１１が微小開口部２１Ｈに位置するようにされている。なお、図３に示すように検出用窓部材４１１はＯリング４１２を介して固定部材４１３によりフランジ部４１内部から検出用孔４１Ｈに向けて付勢されるようにして固定され、検出孔２１Ｈが密閉されている。
【００５０】
フランジ部４１に固定されるホルダ４２は検出用窓部材４１１側から順に光学系４２１および検出器４２２を保持し、光学系４２１は２つのレンズ４２１ａ、４２１ｂを有する。また、フランジ部４１に対するホルダ４２の位置を検出用孔４１Ｈに向かう方向に対して調整することにより光学系４２１に関して微小開口部２１Ｈと検出器４２２とがほぼ光学的に共役な配置関係とされている。これにより、微小開口部２１Ｈを介してチャンバ２内部から放射温度計４に入射する光が検出用孔４１Ｈおよび光学系４２１を介して検出器４２２上に集められるようにして導かれる。なお、この放射温度計４では光学系４２１の光軸４Ｊ（図５に図示）がＺ方向（基板９に垂直な方向）を向いている。
【００５１】
また、微小開口部２１Ｈはチャンバ２内部に向かって漸次広がるようなテーパを有する孔となっている。これは図５中破線の矢印にて示すようにチャンバ２内部から光軸４Ｊに対して傾斜した光４Ｌが十分に光学系４２１に入射するようにして放射温度計４の視野角を十分に確保するためである。
【００５２】
検出器４２２は、光が導かれる位置にサーモパイル（複数の熱電対）４２２ａを有しており、また、検出器４２２に入射する光の量を制限するためにサーモパイル４２２ａ近傍に絞り板４２２ｂを有している。
【００５３】
以上、放射温度計４の容器本体部２１への取り付けの態様、および放射温度計４内部において光を検出器４２２へと導く構成について説明してきたが、この放射温度計４では検出器４２２と微小開口部２１Ｈとが光学系４２１によりほぼ光学的に共役な関係に配置されているので、チャンバ２内部から微小開口部２１Ｈを通過して放射温度計４に入射する光が検出器４２２に集められる。したがって、チャンバ２の一部である容器本体部２１に微小開口部２１Ｈを形成するだけで検出器４２２による的確な温度測定が可能とされている。その結果、図７に示した従来の基板処理装置１０１のようにチャンバ１０２に大きな開口部１２３を設ける必要がなく、基板９の温度分布の均一性が損なわれることはない。また、検出器４２２も微小開口部２１Ｈに近づけて配置することができ、スペースの節約を図ることができる。
【００５４】
また、低温域の測定可否は、測定波長によるものであり、導光ロッド１２４（あるいは光りファイバ、導光管）はその波長域を制限させてしまうために低温域が測定できなかったが、本発明では光学系４２１を用いることで検出器４２２に光を集めるので、図８に示した基板処理装置１０１ａが有する導光ロッド１２４（あるいは、光ファイバ、導光管）のように光が検出器に導かれる間に減衰してしまうということがなく、低温域における基板９の温度測定や放射率の低い基板９の温度測定も可能である。
【００５５】
また、基板処理装置１では図７に示したような筒部１２２も存在せず、かつ容器本体部２１と放射温度計４内部とは検出用窓部材４１１により隔離されているので、チャンバ２内部のガスが滞留する空間が存在しない。したがって、チャンバ２内部のガス置換の効率も損なわれることはない。
【００５６】
また、放射温度計４内部においてはフランジ部４１に検出用窓部材４１１が保持され、フランジ部４１に保持されるホルダ４２に光学系４２１および検出器４２２が保持されているので、検出用窓部材４１１、光学系４２１および検出器４２２がフランジ部４１およびホルダ４２により保持されて一体となり、容器本体部２１に対して一体として着脱を行うことができる。これにより、光学系４２１の調整、検出用窓部材４１１の取り替え、検出用窓部材４１１と共に行われる放射温度計４の校正等のメンテナンスを容易に行うことができる。また、検出用窓部材４１１専用の取付部材が存在せず、取り扱いも容易であることから、複数の放射温度計４を近接して配置してもメンテナンスが困難になるという問題も生じない。
【００５７】
なお、基板処理装置１では検出器４２２としてサーモパイル４２２ａを利用することにより装置全体の価格の低減を図っている。
【００５８】
＜３．多重反射効果の利用＞
この基板処理装置１の放射温度計４では多重反射した光を温度測定に利用することができるようにされている。多重反射とはランプ３１からの光により高温となった基板９から放射される光が容器本体部２１内部の底面と基板９の下面との間において複数回反射することをいい、多重反射した光（以下、「多重反射光」という。）は空洞放射と同様の原理により、放射率を１として温度測定に用いることができる。したがって、多重反射光を多く含む光を温度測定に利用することにより、基板９の表面状態の影響を受けにくい温度測定が可能となる。
【００５９】
多重反射光を放射温度計４に多く入射させるには放射温度計４の光軸４Ｊ（ただし、光軸４ＪはＺ方向に平行であり、支持される基板９の下面および容器本体部２１の内側底面はＺ方向にほぼ垂直であるものとする。）に平行に入射する光を除去すればよい。Ｚ方向に平行な光は基板９と容器本体部２１の底面との間にて多数回反射しても微小開口部２１Ｈまで到達することができない光であるか、あるいは基板９から多重反射せずに微小開口部２１Ｈに入射する光だからである。逆に、微小開口部２１ＨにＺ方向に対して傾斜して入射する光は基板９と容器本体部２１の底面との間で多数回反射して微小開口部２１Ｈに辿り着く光の成分が多く含まれている。
【００６０】
放射温度計４では、多重反射光の成分が多い光を温度測定に利用するため、図５に示すようにレンズ４２１ａの検出用窓部材４１１側の面に遮光部４２１ｃが形成されている。遮光部４２１ｃはレンズ４２１ａの光軸４Ｊの周りに円形に蒸着された金で形成されており、レンズ４２１ａの中央部を遮光するようになっている。したがって、放射温度計４に入射する光のうち、Ｚ方向に平行に入射する成分はこの遮光部４２１ｃにてほぼ遮光されて検出器４２２に到達することができないようされている。その結果、検出器４２２にはＺ方向に対して傾斜した光４Ｌのみが入射する。すなわち、遮光部４２１ｃが微小開口部２１Ｈに入射する光のうち前記光軸４Ｊと非平行な成分を抽出する働きを有する。
【００６１】
以上のように、この放射温度計４では多重反射光を多く含む光を温度測定用の検出光として利用し、基板９の下面の表面状態の影響を受けにくい温度測定が実現されている。
【００６２】
なお、図５から明らかなように、微小開口部２１Ｈを小さくすれば小さくするほど、またはレンズ４２１ａおよび遮光部４２１ｃの径を大きくすればするほど光４Ｌが傾斜して入射し、多重反射の効果を得ることができる。
【００６３】
＜４．検出用窓部材と検出波長との関係＞
次に、放射温度計４による温度測定に利用される光の波長帯について説明する。
【００６４】
既述のように、この基板処理装置１の放射温度計４では多重反射の効果を利用することができるようにされている。多重反射の効果は基板９と容器本体部２１の底面との間における光の反射を前提としているため、容器本体部２１内部の壁面を光が反射する状態とすることが必要となる。
【００６５】
従来は、容器本体部２１内部における光の反射率を向上するために容器本体部２１の内壁に特殊な反射コーティングを施してきた。しかし、波長の長い光を温度測定に用いる場合、反射コーティングを施していない表面であっても光を十分に反射することができ、この基板処理装置１では４μｍ以上の波長の光を温度測定に用いることにより容器本体部２１内部の壁面における特殊な反射コーティングを不要としている。これにより、装置価格の低減を図っている。
【００６６】
なお、基板処理装置１では容器本体部２１がステンレスにより形成されており、内部の壁面は特殊な反射コーティングを施すことなく表面粗さが０．２μｍ（算術平均粗さによる）程度になるように研磨（バフ研磨等の機械加工や電解研磨等の化学的研磨）加工されている。このような表面状態であってもこの基板処理装置１では基板９の加熱効率を高めるとともに多重反射の効果を得ることができるようになっている。
【００６７】
ところで、図６に各種材料の分光透過率を示すが、図６に示すように石英は４〜５μｍよりも短い波長の光を透過する性質を有している。したがって、上記４μｍ以上の波長の光はランプ３１からの光をノイズとして含みにくい波長の光となっている。
【００６８】
一方、この実施の形態に係る基板処理装置１では検出用窓部材４１１としてフッ化バリウム（ＢaＦ₂）により形成された検出用窓部材４１１が用いられている。フッ化バリウムはおよそ１５μｍよりも短い波長の光を透過する性質を有している。したがって、フッ化バリウムの検出用窓部材４１１を使用する場合には測定に用いることができる波長帯は１５μｍ以下の波長帯の光となる。
【００６９】
既述のようにランプ３１からチャンバ２内部へと導かれる光は４〜５μｍよりも短い波長の光となっているので、この基板処理装置１では４μｍ以上１５μｍ以下の波長帯の光を温度測定に用いることで、ランプ３１からの光のノイズの影響を受けにくい温度測定を実現している。これにより、図８に示した基板処理装置１０１ａのように遮光部材１２５を設ける必要がなくなり、基板の温度の均一性が損なわれたりチャンバ１０２内のガス置換効率が低下するということもない。
【００７０】
ランプ３１からの光の影響を受けにくい温度測定を実現するためには一般にランプ３１からの光を基板９へと導く窓部材には遮光されるが、検出用窓部材４１１を透過する波長帯の光を温度測定に利用することにより実現される。石英窓２２を利用する場合には、検出用窓部材４１１は石英により遮光される波長の光を透過する性質を有する材料により形成されていれば足りる。
【００７１】
このような材料であって、チャンバ２内の環境に耐えうる材料としては、上述のフッ化バリウムの他に、フッ化カルシウム（ＣaＦ₂）、サファイア、シリコン（Ｓi）、ゲルマニウム（Ｇe）が挙げられる。これらも図６に示すように４μｍ以上の波長の光を透過する性質を有している。したがって、検出用窓部材４１１はこれらの材料のうちのいずれかにより形成されていてもよい。
【００７２】
なお、石英窓２２に代えてサファイアにより形成された窓部材を設ける場合であっても、サファイアに遮光される波長の光を透過する性質を有する検出用窓部材４１１を用いることでランプ光によるノイズを除去することができる。
【００７３】
このように基板処理装置１では４μｍ以上であって、検出用窓部材４１１を透過する波長の光を温度測定に用いることで正確な温度測定が実現されるが、チャンバ２内部のガスの吸収波長帯を考慮することによりさらに正確な温度測定を行うことができる。
【００７４】
基板に加熱を伴う処理を施す基板処理装置では、二酸化窒素（ＮＯ₂）、一酸化窒素（ＮＯ）、アンモニア（ＮＨ₃）、水蒸気（Ｈ₂Ｏ）等がチャンバ内に存在する環境において基板９の処理がよく行われる。これらのガスの吸収波長帯を総合的に考慮した場合、８〜１０μｍの波長帯の光を温度測定に利用することで安定した温度測定が可能であると判断することができる。
【００７５】
以上のような総合的な判断により、この基板処理装置１の放射温度計４では、８〜１０μｍの波長帯の光に基づいて温度測定が行われるようにされている。
【００７６】
なお、従来の基板処理装置には光ファイバを用いて光を検出器に導くものがあるが、光ファイバは曲げにより光の透過量が減少するという性質を有している。４μｍよりも長波長を透過する材料で製造された光ファイバもあるが、曲げによる透過量変化が大きい。したがって、光ファイバを用いて温度測定を行う場合には１〜２μｍの波長帯の光を利用している。しかし、この波長帯の光はランプからの光をノイズとして含んでしまうという問題を有している。この発明に係る基板処理装置１では、このような光ファイバ利用における問題をも克服している。
【００７７】
＜５．微小開口部へのガス供給の構成＞
放射温度計４にはさらに微小開口部２１Ｈへのガス供給のための構成が設けられている。次に、このガス供給の構成および作用について説明する。
【００７８】
フランジ部４１の凸部４１Ｆは図３中に示すＺ方向に突出する円柱状の形状となっている。また、この凸部４１Ｆがはめ込まれる容器本体部２１の凹部２１Ｆは凸部４１Ｆよりも径の大きい円柱状の形状となっている。したがって、フランジ部４１が容器本体部２１に取り付けられると凸部４１Ｆと凹部２１Ｆとの側面の間に隙間が形成される。また、凸部４１Ｆの高さは凹部２１Ｆの深さよりも大きくなっており、凸部４１Ｆの先端が凹部２１Ｆの底に当接した状態ではフランジ部４１のフランジ面と容器本体部２１の外壁との間に隙間ができるようになっている。なお、この隙間はＯリング４１４によりチャンバ２の外部と隔離されている。
【００７９】
さらに、凸部４１Ｆの先端には図４に示すように６つのスリット（溝）４１Ｓが形成されており、図５に示すようにこのスリット４１Ｓにおいて凸部４１Ｆの先端と凹部２１Ｆの底との間に隙間ができるようになっている。これにより、微小開口部２１Ｈが凸部４１Ｆと凹部２１Ｆとの間の隙間と連絡するようになっている。以下の説明ではこの隙間を隙間４１Ｇｓと呼ぶ。
【００８０】
フランジ部４１内部にはガス供給管４４と隙間４１Ｇｓとを接続するように連絡孔４１Ｇｈが形成されている。したがって、ガス供給管４４から所定のガスを供給すると、連絡孔４１Ｇｈ、隙間４１Ｇｓ、およびスリット４１Ｓを順に経由してガスが微小開口部２１Ｈに噴出する（図３および図５中にガスの流れを矢印４１Ｇｆにて示す。）。微小開口部２１Ｈの放射温度計４側は検出用窓部材４１１により封じられているので、微小開口部２１Ｈからはチャンバ２内部に向かってガスが噴出されることになる。
【００８１】
このようにこの基板処理装置１では微小開口部２１Ｈにガスを供給することができるようにされているので、加熱された基板９から放出される蒸発物が検出用窓部材４１１に付着することを防止することができる。具体的には、ＢＰＳＧ（boro-phospho silicate glass）やＰＺＴ（Ｐb(Ｚr，Ｔi）Ｏ₃），ＳＢＴ（ＳｒＢｉＴａ₂Ｏ₉），ＢＳＴ（ＢａＳｒＴｉＯ₃）等の材料がコートされた基板に対しても安定した温度測定を行うことができる。
【００８２】
なお、凸部４１Ｆと凹部２１Ｆとの間には隙間４１Ｇｓが設けられているが、凸部４１Ｆの先端のスリット４１Ｓ以外の部分は凹部２１Ｆと密着されている。また、微小開口部２１Ｈの近傍には図３に示すように冷却用の水路２１１が形成されており、凸部４１Ｆの先端の熱が凹部２１Ｆから吸収されるようになっている。これにより、チャンバ２内部からの光を受ける検出用窓部材４１１が高温となることが防止され、検出用窓部材４１１自身からの放射によるノイズ光が発生しないようにされている。
【００８３】
微小開口部２１Ｈへのガス供給により別の効果も得られる。既述のようにこの基板処理装置１では８〜１０μｍの波長帯の光を利用して基板９の温度測定を行う。しかし、実際には様々な処理ガスが利用され、例えば、オゾン（Ｏ₃）はこの波長帯に吸収波長帯を有している。
【００８４】
そこで、このような処理環境において温度を測定する際に微小開口部２１Ｈから窒素（Ｎ₂）や酸素（Ｏ₂）を噴出することにより、微小開口部２１Ｈ近傍におけるオゾン濃度を低減し、微小開口部２１Ｈに入射する光のうち温度測定に用いられる波長帯の光が処理に用いられるガスに吸収されることを防止することができる。その結果、さらに正確な温度測定を行うことが実現される。
【００８５】
＜６．変形例＞
以上、この発明の一の実施の形態である基板処理装置１について説明してきたが、この発明は上記実施の形態に限定されるものではなく様々な変形が可能である。
【００８６】
例えば、基板処理装置１ではランプ３１からの光を石英窓２２を介して基板９に照射するようになっているが、加熱手段はランプに限定されるものではなく、ヒータであってもよい。また、処理する内容によっては石英窓が存在しなくてもよい。
【００８７】
また、微小開口部２１Ｈは基板９の温度の均一性が損なわれずに温度測定ができるのであるならばどのような大きさであってもよい。なお、このような条件を十分に満たす微小開口部２１Ｈの大きさとしては直径１〜３ｍｍが好ましい。
【００８８】
また、上記実施の形態ではサーモパイル４２２ａを利用した放射温度計４により温度測定を行っているが、微小開口部２１Ｈからの光を利用して温度測定を行うことができるのであれば他の温度計であってもこの発明を利用することができる。
【００８９】
また、上記実施の形態では微小開口部２１Ｈと検出器４２２とがほぼ光学的に共役な関係に配置されると説明したが、これは微小開口部２１Ｈからの光を検出器４２２が検出して温度測定を行うことができる程度に検出器４２２上に光が集められるという配置関係をいう。
【００９０】
また、上記実施の形態では冷却用の水路２１１を利用して放射温度計４の凸部４１Ｆを冷却することにより、検出用窓部材４１１を冷却すると説明したが、検出用窓部材４１１を冷却するための特別の構成を設けるようにしてもよい。例えば、フランジ部４１内部に冷却用の水路を設けてもよい。
【００９１】
また、上記実施の形態ではフランジ部４１とホルダ４２とにより、検出用窓部材４１１、光学系４２１および検出器４２２が保持されているが、フランジ部４１とホルダ４２とが一体となっていてもよい。
【００９２】
また、検出用窓部材４１１が汚れない処理環境にて基板９の処理が行われる場合には微小開口部２１Ｈへのガス供給のための構成は設けなくてもよい。
【００９３】
また、上記実施の形態では光学系４２１の光軸４Ｊが基板９の面に垂直であると説明したが、これに限定されるものではない。
【００９４】
また、上記実施の形態では光学系４２１はレンズを利用しているが反射鏡を利用してもよい。
【００９５】
また、上記実施の形態では凸部４１Ｆと凹部２１Ｆとの間の隙間４１Ｇｓを利用してガスの供給を行っているが、チャンバ２内部の微小開口部２１Ｈ近傍に向けてガスを供給することができるのであればどのようなものであってもこの発明と同様の効果を奏することができ、例えば、ガス供給のために別途専用の構成を設けるようにしてもよい。
【００９６】
また、図１に示す基板処理装置１において、変換部５にて求められる温度をランプ制御部３２に回帰させることにより、基板９の温度をフィードバック制御するようにしてもよい。
【００９７】
さらに、図１では放射温度計４と変換部５とを個別に記載したが、変換部５が放射温度計４内部に設けられていてもよい。
【００９８】
【発明の効果】
請求項１ないし請求項１４に記載の発明では、微小開口部を介して検出器に入射する光が光学系により検出器上に集められるので、容器に微小開口部を形成するだけで正確な基板の温度測定を行うことができる。また、容器に大きな開口を形成する必要がないので、基板を均一に加熱することができ、基板の品質低下も防止することができる。
【００９９】
また、請求項３に記載の発明では、検出用窓部材を利用して容器内部と外部とを隔離することができるので、容器内の処理ガスの置換効率の低下を防止することができる。
【０１００】
また、請求項４および請求項５に記載の発明では、ランプからの光を検出器がノイズとして拾うことを防止することができ、より正確な基板の温度測定を行うことができる。
【０１０１】
また、請求項６に記載の発明では、検出用窓部材が高温とならず、検出用窓部材自体から放射される光がノイズとなることを防止することができる。
【０１０２】
また、請求項７に記載の発明では、検出用窓部材、光学系および検出器を一体として容器に対して着脱することができるので、検出用窓部材の取り替え、光学系の調整、検出器の校正等のメンテナンスを容易に行うことができる。
【０１０３】
また、請求項８および請求項９に記載の発明では、多重反射光を多く含む光を温度測定に利用することができるので、表面状態や放射率の異なる基板に対しても的確な温度測定を行うことができる。
【０１０４】
また、請求項１０に記載の発明では、検出器に対する視野角を十分に確保することができる。
【０１０５】
また、請求項１１に記載の発明では、容器内壁に特殊なコーティングを施すことなく、多重反射の効果を得ることができる。
【０１０６】
また、請求項１２に記載の発明では、容器内の処理ガスの吸収波長帯の影響を受けることなく正確な基板の温度測定を行うことができる。
【０１０７】
また、請求項１３に記載の発明では、基板処理装置の価格の低減を図ることができる。
【０１０８】
さらに、請求項１４に記載の発明では、処理に用いられるガスを微小開口部近傍にて排除することができ、処理に用いられるガスの吸収波長帯の影響を低減した基板の温度測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一の実施の形態である基板処理装置の縦断面図である。
【図２】図１に示す基板処理装置の底面図である。
【図３】容器本体部に取り付けられた放射温度計の縦断面図である。
【図４】フランジ部およびガス供給管を示す上面図である。
【図５】微小開口部近傍の部分拡大図である。
【図６】各種材料の分光透過率を示すグラフである。
【図７】従来の基板処理装置の一例を示す縦断面図である。
【図８】従来の基板処理装置の他の例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１基板処理装置
２チャンバ
４Ｊ光軸
４Ｌ光
５変換部
９基板
２１Ｈ微小開口部
２２石英窓
３１ランプ
３２ランプ制御部
４１フランジ部
４１Ｇｈ連絡孔
４１Ｇｓ隙間
４１Ｓスリット
４２ホルダ
４４ガス供給管
２１１水路
４１１検出用窓部材
４２１光学系
４２１ｃ遮光部
４２２検出器
４２２ａサーモパイル

Claims

基板に加熱を伴う処理を施す基板処理装置であって、
前記基板の一の面を加熱する加熱手段と、
前記基板を収容し、底面に微小開口部が形成されているとともに、前記基板から放射されて前記底面と、前記底面と対向する前記基板の他の面と、の間で複数回反射した多重反射光によって、前記基板の均一加熱を可能とされた容器と、
前記微小開口部に近づけて配置されており、前記容器内部からの光を前記微小開口部を介して検出器にて検出することにより前記基板の温度を測定する温度測定手段と、
前記微小開口部と前記検出器とを光学的にほぼ共役な配置関係とする光学系と、
を備え、
前記検出器は、前記基板から放射され、前記容器の前記底面と前記基板の他の面との間において複数回反射した前記多重反射光を含む光を検出することを特徴とする基板処理装置。
基板に加熱を伴う処理を施す基板処理装置であって、
前記基板の一の面を加熱する加熱手段と、
前記基板を収容し、前記基板の他の面に対向する位置に微小開口部が形成された容器と、
前記容器内部からの光を前記微小開口部を介して検出器にて検出することにより前記基板の温度を測定する温度測定手段と、
前記微小開口部と前記検出器とを光学的にほぼ共役な配置関係とする光学系と、
を備え、
前記検出器は、前記基板から放射され、前記容器内部の底面と前記基板の他の面との間において複数回反射した多重反射光を含む光を検出し、
前記加熱手段が、
前記容器の外部に配置され、前記基板を加熱するための光を出射するランプ、
を有し、
前記容器が、
前記ランプからの光を透過する加熱用窓部材、
を有することを特徴とする基板処理装置。
請求項１または請求項２に記載の基板処理装置であって、
前記微小開口部に配置され、前記容器内部からの光を透過する検出用窓部材、
をさらに備えることを特徴とする基板処理装置。
請求項２に記載の基板処理装置であって、
前記微小開口部に配置され、前記容器内部からの光を透過する検出用窓部材、
をさらに備え、
前記検出用窓部材が、前記加熱用窓部材に遮光される波長帯域の光を透過する性質を有することを特徴とする基板処理装置。
請求項４に記載の基板処理装置であって、
前記加熱用窓部材が石英により形成されており、
前記検出用窓部材が、フッ化バリウム、フッ化カルシウム、サファイア、ゲルマニウムおよびシリコンからなる群より選ばれた１つにより形成されていることを特徴とする基板処理装置。
請求項３ないし請求項５のいずれかに記載の基板処理装置であって、
前記検出用窓部材を冷却する手段、
をさらに備えることを特徴とする基板処理装置。
請求項３ないし請求項６のいずれかに記載の基板処理装置であって、
前記検出用窓部材、前記光学系および前記検出器を保持するとともに前記微小開口部において前記容器に対して着脱自在な保持手段、
をさらに備えることを特徴とする基板処理装置。
請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の基板処理装置であって、
前記光学系の光軸が前記微小開口部において前記基板の前記他の面にほぼ垂直であり、
前記光学系が、
前記微小開口部に入射する光のうち前記光軸と非平行な成分を抽出するために前記微小開口部と前記検出器の間に設けられた抽出部、
を有することを特徴とする基板処理装置。
請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の基板処理装置であって、
前記光学系の光軸が前記微小開口部において前記基板の前記他の面にほぼ垂直であり、
前記光学系が、
前記微小開口部に入射する光のうち前記光軸と平行な成分を遮光する遮光部、
を有することを特徴とする基板処理装置。
請求項８または請求項９に記載の基板処理装置であって、
前記微小開口部が前記容器内部に向かって漸次広がることを特徴とする基板処理装置。
請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載の基板処理装置であって、
前記検出器の検出波長帯域が４μｍよりも長い波長の波長帯域であることを特徴とする基板処理装置。
請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載の基板処理装置であって、
前記検出器の検出波長帯域が８〜１０μｍの波長帯域であることを特徴とする基板処理装置。
請求項１ないし請求項１２のいずれかに記載の基板処理装置であって、
前記検出器がサーモパイルを有することを特徴とする基板処理装置。
請求項１ないし請求項１３のいずれかに記載の基板処理装置であって、
前記容器の内部の前記微小開口部近傍に向けてガスを供給する手段、
をさらに備えることを特徴とする基板処理装置。