JP4353454B2

JP4353454B2 - 熱処理装置

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Publication number: JP4353454B2
Application number: JP2002181075A
Authority: JP
Inventors: 俊幸小林; 芳弘小山; 光和高橋
Original assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2002-06-21
Filing date: 2002-06-21
Publication date: 2009-10-28
Anticipated expiration: 2022-06-21
Also published as: JP2004031396A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板に加熱を伴う処理を行う熱処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体等のデバイスの微細加工の要求が高まるにつれ、半導体基板（以下、「基板」という。）の加熱工程の１つとして急速加熱工程（Rapid Thermal Process、以下、「ＲＴＰ」という。）が重要な役割を果たしている。ＲＴＰでは主にランプが加熱源として用いられ、処理室内を所定のガス雰囲気に保ちつつ秒オーダーで基板が所定の温度（例えば、１１００℃）に加熱され、一定時間（例えば、数十秒）だけその温度に維持された後、ランプを消灯することにより急速冷却が行われる。
【０００３】
ＲＴＰにより、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、酸化膜等の絶縁膜の薄膜化等、従来の電気炉による長時間の熱処理では実現困難であった処理が行われる。
【０００４】
ＲＴＰを行う熱処理装置においては、基板の外縁部に当接することにより基板を支持する補助リングが設けられることがある。補助リングはＲＴＰ中の基板の温度を測定するために基板の裏面側に配置された温度計にランプからの光が入射することを防ぐとともに、基板と一体的に加熱されることにより基板の表面の温度均一性を向上する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、補助リングには作製上の公差が存在し、基板載置時における基板の中心と補助リングの中心とのずれも存在する。また、補助リングは装置内において支持部材上に載置されるようにして配置されるため、補助リングと支持部材との熱膨張率の差により、熱処理を繰り返すと補助リングの位置が変化するという現象も生じる。特に、直径が３００ｍｍ程度の大型の基板に対して処理を行う場合、補助リングの移動量も大きくなる。以上の様々な要因を考慮し、従来、基板が補助リングに載置された際に基板と補助リングとの間に隙間が生じてランプからの光が温度計へと入射しないように、基板と補助リングとの重なり代が十分に大きくなるように設計が行われてきた。
【０００６】
しかしながら、重なり代が大きい場合、加熱の際に基板の外縁部の熱容量（補助リングの熱容量の影響を考慮した見かけ上の熱容量）が大きくなってしまうことから、基板の中央付近と外縁部との間にランプ出力の調整では補えないほどの温度のムラ（昇温時に外縁部の温度が相対的に低くなり、降温時に相対的に高くなるという不均一さ）が生じてしまう。
【０００７】
また、基板の中心と補助リングの中心とがずれている場合、重なり代が基板の外縁部で一定でないため、基板外縁部の熱容量が不均一となって加熱の際に基板外縁部の温度にムラが生じる。
【０００８】
近年、さらなる微細パターンの形成が求められており、補助リングの影響による温度ムラの低減が一層求められるようになっている。そこで、本発明は基板と補助リングとの間の位置ずれを低減することにより、重なり代を小さく抑え、かつ、重なり代を一定にして加熱時の基板の温度均一性を向上することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、基板に光を照射して加熱を伴う処理を行う熱処理装置であって、基板に光を照射するランプと、基板の外縁部から外側に広がる補助リングと、前記補助リングの２カ所以上を撮像する少なくとも１つの撮像部と、前記少なくとも２つの撮像部にて取得された画像に基づいて前記補助リングの中心に対する前記基板の中心のずれ量を求める制御部とを備える。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の熱処理装置であって、前記補助リングの主面の向きを一定に保った状態で前記補助リングを回転させる回転機構をさらに備える。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の熱処理装置であって、前記少なくとも１つの撮像部の個数が、２以上である。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項１または２に記載の熱処理装置であって、前記少なくとも１つの撮像部の個数が、３以上である。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の熱処理装置であって、処理される基板が搬入されるチャンバをさらに備え、前記チャンバが、外部から各撮像部が撮像を行うための開口を有する。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の熱処理装置であって、前記開口が、基板に対してランプ側の壁面に形成される。
【００１９】
請求項７に記載の発明は、請求項５または６に記載の熱処理装置であって、前記開口へと導かれる照明光を出射する光源部をさらに備える。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る熱処理装置１の構成を示す縦断面図である。図１では細部の断面に対する平行斜線の記載が省略されている。
【００２３】
熱処理装置１は、所定雰囲気中にて光を基板９に照射することにより、基板９に酸化、アニール、ＣＶＤ等の様々な加熱を伴う処理を行う装置である。熱処理装置１では、装置本体である本体部１１、本体部１１の上部を覆う蓋部１２、および、本体部１１の中央底面に配置された反射板１３によりチャンバが構成される。チャンバの内部空間は石英にて形成されたチャンバ窓２１により上下に仕切られ、下部の処理空間１１ａでは基板９が支持リング群３０により支持される。なお、チャンバ窓２１と本体部１１との間は図示しないＯリングによりシールされ、本体部１１の内側面は円筒面となっている。
【００２４】
本体部１１の側壁には複数のガス導入口１１１および排気口１１２が形成されており、排気口１１２から処理空間１１ａ内のガスが（強制）排気されたり、ガス導入口１１１を介して基板９に施される処理の種類に応じたガス（例えば、窒素、酸素等）が導入されることにより、処理空間１１ａのガス置換が行われる。なお、基板９とチャンバ窓２１との間には多数の穴が形成された石英のシャワープレート２２が設けられ、ガス導入口１１１から導入されたガスがシャワープレート２２を介して基板９の上面に均一に付与される。処理に用いられたガスは、処理空間１１ａの下方から排気口１１２へと導かれる。
【００２５】
支持リング群３０は装置の中心軸１ａを中心とする円筒状の円筒部材３３に支持され、円筒部材３３の下端にはカップリング部材３３１が取り付けられる。本体部１１の外部下方にはカップリング部材３３１と対向するカップリング部材３３２が設けられ、カップリング部材３３１およびカップリング部材３３２により磁気的なカップリング機構が構成される。カップリング部材３３２はモータ３３３により中心軸１ａを中心に回転する。これにより、本体部１１内部のカップリング部材３３１が磁気的作用により回転し、基板９および支持リング群３０が主面の向きを一定に保った状態で中心軸１ａを中心に回転する。
【００２６】
図２は図１中の矢印Ａ−Ａの位置から見たときの円筒部材３３から内側を示す図であり、図３は基板９が支持リング群３０に支持される様子を示す拡大断面図である。
【００２７】
図２および図３に示すように、支持リング群３０は基板９が載置される円環状の補助リング３１および補助リング３１を外側から支持する円環状の緩衝リング３２により構成される。補助リング３１および緩衝リング３２は共に基板９と比熱が近い炭化ケイ素（ＳｉＣ）にて形成され、補助リング３１は基板９と一体的に加熱されることにより基板９の温度の面内均一性を向上させる役割を果たす。
【００２８】
補助リング３１は内周面３１０に中心軸１ａ側に突出する円環状の支持部３１１を有し、外部の搬送機構により処理空間１１ａ内へと搬送された基板９は、基板９の外縁部９１に支持部３１１が下方から当接することにより支持される。基板９が補助リング３１に載置された状態では、基板９の外周面９０と補助リング３１の内周面３１０とが対向し、補助リング３１は基板９の外縁部９１から外側へと広がるように位置する。
【００２９】
補助リング３１を支持する緩衝リング３２は円筒部材３３に支持される（図１参照）。そして、図３に示すように補助リング３１と緩衝リング３２との間の係合部３９１、および、緩衝リング３２と円筒部材３３との間の係合部３９２がそれぞれ間隙（遊び）を有することにより、加熱により補助リング３１および緩衝リング３２が膨張したとしても過大な応力による割れが防止される。
【００３０】
図１に示すように、熱処理装置１の蓋部１２の下面は基板９の上面に対向する反射面（以下、「リフレクタ」という。）１２１となっており、リフレクタ１２１に沿ってそれぞれがＸ方向を向くように棒状の上段ランプ群４１が配列される。上段ランプ群４１からの光のうち上方に出射されるものはリフレクタ１２１により反射され、基板９に照射される。ランプとしては、例えば、赤外線ハロゲンランプが採用される。上段ランプ群４１の下方（すなわち、上段ランプ群４１と基板９との間）には、それぞれが上段ランプ群４１とは垂直なＹ方向を向くように棒状の下段ランプ群４２が配置される。
【００３１】
上段ランプ群４１および下段ランプ群４２のそれぞれは、中心軸１ａからの距離に応じて小グループに分けられており、各グループは個別にランプ制御部に接続され、互いに独立して電力が供給される。
【００３２】
基板９の下方には、中心軸１ａから外側に向かって複数の放射温度計５１が取り付けられる。放射温度計５１は反射板１３に設けられた窓部材５０を介して基板９からの赤外光を受光することにより基板９の温度を測定する。支持リング群３０に載置された基板９は回転することから複数の放射温度計５１により中心軸１ａからの距離に応じた基板９の温度が測定される。その際、基板９、支持リング群３０および円筒部材３３によりランプ群４１，４２からの赤外線が放射温度計５１に入射することが阻止され、放射温度計５１により正確な温度測定が行われる。
【００３３】
基板９に加熱を伴う処理が行われる際には、放射温度計５１の測定結果に応じてランプ群４１，４２の各グループへの電力供給が制御される。このとき、基板９および支持リング群３０はモータ３３３およびカップリング機構により構成される回転機構により回転し、基板９の温度が可能な限り均一となるように基板９の加熱が制御される。
【００３４】
熱処理装置１には、蓋部１２上に３つのカメラユニット６がさらに設けられる。カメラユニット６は蓋部１２に形成された開口１２０（例えば、直径５ｍｍの開口）を介して補助リング３１の撮像を行う。カメラユニット６は光学ユニット６１に撮像部６２および光源部６３が取り付けられた構造をしており、光源部６３からの光が光学ユニット６１内のハーフミラー６１１により反射されて照明光として開口１２０を介して補助リング３１へと導かれる。補助リング３１からの光はハーフミラー６１１を透過して撮像部６２へと導かれる。３つのカメラユニット６は、図２中に想像線にて示すように、中心軸１ａを中心として互いに１２０°ずつ回転した位置に取り付けられる。
【００３５】
また、図１に示すように装置下部の反射板１３の下面には、リフトピン７１１を昇降させるリフト機構７１が複数取り付けられ（図１では１つだけ想像線にて図示）、本体部１１の側面には開閉自在なゲート１１５が設けられる。基板９が外部の搬送ロボットによりゲート１１５を介して搬入または搬出される際には、リフト機構７１がリフトピン７１１を基板９の下面に当接させて基板９を昇降させることにより、搬送ロボットのアームとリフトピン７１１との間で基板９の受け渡しが行われる。
【００３６】
図４は３つのカメラユニット６の撮像部６２と熱処理装置１の他の構成との接続関係を示すブロック図である。各撮像部６２は画像処理回路６５に接続され、撮像部６２により取得された画像が画像処理回路６５にて処理される。処理結果は熱処理装置１の全体動作を司る全体制御部１０に入力され、全体制御部１０が外部の搬送ロボット８およびリフト機構７１を制御する。これにより、後述するように、基板９が搬入される際に基板９の中心と補助リング３１の中心とを正確に一致させる制御が行われる。
【００３７】
次に、基板９が熱処理装置１内に搬入される際の動作を中心に熱処理装置１の全体動作について説明する。
【００３８】
図５は熱処理装置１の動作の流れを示す図である。まず、基板９が熱処理装置１に搬入される前に、３つのカメラユニット６により補助リング３１の画像が取得される（ステップＳ１１）。図６は取得時の画像の向きを考慮しつつ撮像部６２にて取得される３つの画像６０１を例示する図である。
【００３９】
次に、３つの画像６０１を用いて補助リング３１の中心の位置を求める処理が行われる（ステップＳ１２）。具体的には、図４に示すように、撮像部６２にて取得された画像６０１が画像処理回路６５に入力され、図６に示す処理領域６０２内においてエッジ抽出処理や装置の中心軸１ａを基準とする接線検出処理等が行われ、補助リング３１の内周面３１０（図３参照）上の点３１０ａが特定される。なお、処理領域６０２の設定やその他の設定（例えば、円弧の接線の検出方法等）は形状が既知のダミー円盤を搬入して予め設定されている。
【００４０】
３つのカメラユニット６の位置は、例えば、装置の中心軸１ａからの距離と方向とにより表現される極座標にて予め取得されており、各カメラユニット６の撮像範囲も予め全体制御部１０に入力されている。３つの点３１０ａの画像６０１中の座標が全体制御部１０に入力されると、全体制御部１０は熱処理装置１を基準とする３つの点３１０ａの絶対位置を求め、さらに、３つの点３１０ａを通る円の中心座標を求める。すなわち、補助リング３１の中心座標および内周面３１０の半径を未知数とする円の方程式に３つの点３１０ａの座標を代入して解くことにより、補助リング３１の中心の位置（例えば、中心軸１ａに対する補助リング３１の中心の位置）および内周面３１０の半径が特定される。
【００４１】
次に、外部の搬送ロボット８により基板９が熱処理装置１内（すなわち、チャンバ内）へと搬入される（ステップＳ１３）。図７は基板９が搬入される様子を示す正面図であり、図８は平面図である。
【００４２】
搬送ロボット８はフロッグレッグ機構８１により基板９を保持するアーム８２を熱処理装置１に対して進退させ、フロッグレッグ機構８１は回転機構８３により上下方向を向く軸を中心に回転する。搬送ロボット８は全体制御部１０の制御により、暫定的に基板９の中心が熱処理装置１の中心軸１ａとおよそ一致する位置まで基板９を搬入する。これにより、基板９の外周面９０（図３参照）が各カメラユニット６の下方に位置する状態となる。
【００４３】
この状態で、カメラユニット６による撮像が再度行われ（ステップＳ１４）、基板９の外縁部の画像が取得される。図９は３つの撮像部６２により取得される画像６０５を例示する図である。画像処理回路６５ではステップＳ１２と同様に各画像６０５内の処理領域６０２に対して画像処理を行い、基板９の外周面９０上の点９０ａを特定する。そして、全体制御部１０が３つの点９０ａを通る円の中心を求めることにより、基板９の中心の位置（例えば、中心軸１ａに対する基板９の中心の位置）を算出する（ステップＳ１５）。
【００４４】
全体制御部１０は補助リング３１の中心に対する基板９の中心のずれ量を求め（例えば、Ｘ，Ｙ方向の移動ベクトルとして求められる。）、基板９の中心が補助リング３１の中心と一致するように搬送ロボット８の制御を行う（ステップＳ１６）。搬送ロボット８は図８に示すように基板９を回転機構８３により回転移動させ、フロッグレッグ機構８１により回転の半径を変更するが、基板９の位置調整は基板９の大きさに対して微小（例えば、直径３００ｍｍの基板に対して２ｍｍ以内の微小移動）であることから、フロッグレッグ機構８１によりＹ方向の位置合わせが行われ、回転機構８３によりＸ方向の位置合わせが行われる。
【００４５】
なお、位置合わせ精度は、例えば、０．１ｍｍ以下とされ、撮像部６２として５１２×４８０個以上の画素を有するＣＣＤを利用して約４０ｍｍ四方の領域が撮像されることにより、撮像部６２による分解能も０．１ｍｍ以下とされる。
【００４６】
その後、全体制御部１０がリフト機構７１を制御してリフトピン７１１が基板９を突き上げ、アーム８２が外部へと待避し、リフトピン７１１が下降することにより、基板９が補助リング３１の支持部３１１上に載置される（ステップＳ１７）。以上の動作により、基板９の中心と補助リング３１の中心とが一致した状態で基板９が載置され、補助リング３１の支持部３１１と基板９とが重なる重なり代が基板９の外周全体において均一な幅とされる。
【００４７】
基板９が載置されると、図１に示すゲート１１５が閉じられて処理空間１１ａ内が処理ガスの雰囲気とされ、基板９が補助リング３１とともに回転しつつランプによる熱処理が行われる（ステップＳ１８）。処理が完了すると処理空間１１ａ内のガスの置換が行われてゲート１１５が開き、リフトピン７１１が基板９を突き上げる。搬送ロボット８はアーム８２を基板９の下方へと挿入し、リフトピン７１１が下降して基板９がアーム８２上に載置される。そして、アーム８２により基板９が熱処理装置１から搬出される（ステップＳ１９）。
【００４８】
以上、第１の実施の形態に係る熱処理装置１について説明してきたが、熱処理装置１では、基板９が搬入される前に３つの撮像部６２により補助リング３１のの画像を取得して補助リング３１の中心の位置が求められる。また、基板９が搬入された後、補助リング３１に載置される前に、３つの撮像部６２により基板９の外縁部の画像を取得して基板９の中心の位置が求められる。したがって、補助リング３１の径（正確には、内周面３１０の径）や基板９の外径が未知であっても補助リング３１および基板９の中心を求めることが可能となる。
【００４９】
これにより、補助リング３１の位置が装置の中心軸１ａからずれていたとしても、基板９の中心が補助リング３１の中心と一致するように基板９を補助リング３１に載置することができ、基板９の外縁部と補助リング３１との重なり代を一定とすることが実現される。その結果、重なり代が十分小さくなるように補助リング３１の形状を設計することができ、基板９の外縁部における熱容量（すなわち、補助リング３１との間の熱の伝達を考慮した熱容量）を小さく抑えることができる。また、重なり代が一定であることから、外縁部の熱容量のばらつきを抑えることができる。その結果、基板９全体の温度均一性を向上することができ、基板９に対する適切な熱処理が実現される。
【００５０】
なお、第１の実施の形態では、補助リング３１に対する測定と基板９に対する測定とが３つのカメラユニット６により行われるが、基板９に対する測定は搬入前に行われてもよい。例えば、図７中に想像線にて示すように熱処理装置１外に複数のカメラユニット８５を設け、搬送ロボット８に保持された状態で基板９の中心が求められてもよい。この場合、熱処理装置１に基板９が搬入される前に、図５に示すステップＳ１４，Ｓ１５が別途行われることとなる。さらには、基板９の中心位置がアーム８２に対して所定位置となるように機械的に基板９の位置決めが行われてもよい。
【００５１】
図１０は第２の実施の形態に係る熱処理装置１を図８と同様の手法により示す図である。第２の実施の形態に係る熱処理装置１はカメラユニット６が装置の中心軸１ａに対して約９０°の角度をなすように２つだけ設けられるという点を除いて第１の実施の形態と同様となっている。
【００５２】
第２の実施の形態に係る熱処理装置１では、熱処理装置１が製作される際に予め図３に示す補助リング３１の内周面３１０の径が測定されており、処理に際しても基板９の外径が予め測定されている。そして、基板９の搬入前に２つのカメラユニット６により補助リング３１の画像が取得されると画像処理回路６５（図４参照）が第１の実施の形態と同様に補助リング３１の内周面３１０上の２つの点（図６の点３１０ａに相当）を求め、全体制御部１０が補助リング３１上の２つの点の位置、および、予め準備されている補助リング３１の内周面３１０の径に基づいて補助リング３１の中心の位置を求める。すなわち、補助リング３１の中心座標を未知数とする円の方程式に２つの点の座標を代入して解くことにより、補助リング３１の中心の位置（例えば、中心軸１ａに対する補助リング３１の中心の位置）が特定される。
【００５３】
同様に、基板９が搬入された直後においても２つのカメラユニット６により基板９の外縁部の撮像が行われ、画像処理回路６５が基板９の外周面９０上の２つの点（図９の点９０ａに相当）の位置を求め、これらの点の位置および基板９の外径に基づいて全体制御部１０が基板９の中心の位置を求める。
【００５４】
その後、第１の実施の形態と同様に基板９の中心が補助リング３１の中心と一致するように搬送ロボット８の制御が行われ、基板９が補助リング３１上に載置されて基板９に対する熱処理が行われる。
【００５５】
以上のように、補助リング３１の内周面３１０等の特定部位の径や基板９の外径が既知である場合には、カメラユニット６が２つ設けられるのみであっても基板９の中心を補助リング３１の中心に一致させて基板９を補助リング３１に載置することができる。
【００５６】
なお、基板９の中心位置は熱処理装置１の外部のカメラユニットにより測定されてもよく、この場合、熱処理装置１では補助リング３１の中心の位置の測定のみが行われることとなる。
【００５７】
図１１は第３の実施の形態に係る熱処理装置１を図８と同様の手法により示す図である。第３の実施の形態に係る熱処理装置１はカメラユニット６が１つだけ設けられるという点を除いて第１の実施の形態と同様となっている。なお、第３の実施の形態では基板９が搬入される前に基板９の中心の位置が取得されているものとし、補助リング３１の内周面３１０（図３参照）の径も予め取得されているものとする。
【００５８】
図１２は第３の実施の形態におけるカメラユニット６の撮像部６２と他の構成との接続関係を示すブロック図であり、図１３は基板９が搬入される際の熱処理装置１の動作の流れを示す図である。
【００５９】
第３の実施の形態では撮像部６２にて取得された画像が画像処理回路６５に入力された後（ステップＳ２１）、全体制御部１０が図１に示すモータ３３３を制御し、モータ３３３、カップリング部材３３１，３３２により構成される回転機構３３０により補助リング３１の回転（例えば、９０°の回転）が行われる（ステップＳ２２）。そして、撮像部６２により補助リング３１の画像が再度取得される（ステップＳ２３）。これにより、画像処理回路６５には補助リング３１の２カ所の画像が入力されることとなる。
【００６０】
画像処理回路６５は２つの画像における特定の点（図３に示す内周面３１０上の点）を求める。全体制御部１０はこれらの点の位置と補助リング３１の回転角とに基づいて補助リング３１の中心の位置を求める（ステップＳ２４）。具体的には、先に取得された画像中の特定の点が中心軸１ａを中心に回転した後の位置を求め、求められた位置と後に取得された画像中の特定の点の位置から内周面３１０の半径だけ中心軸１ａ側に離れた点を補助リング３１の中心として求める。
【００６１】
その後、全体制御部１０が搬送ロボット８を制御して基板９をチャンバに搬入して基板９の中心が補助リング３１の中心に合わされ、リフトピン７１１により基板９が補助リング３１上に載置される（ステップＳ２５〜Ｓ２７、図１２参照）。基板９の載置が完了すると、図５に示すステップＳ１８以降の処理により基板９に熱処理が行われる。
【００６２】
なお、補助リング３１の内周面３１０の径が未知である場合には、補助リング３１の回転および補助リング３１の画像の取得をさらに繰り返して補助リング３１上の３カ所の画像を取得することにより、補助リング３１の中心の位置を求めることができる。
【００６３】
以上のように、第３の実施の形態に係る熱処理装置１では、１つの撮像部６２を用いて基板９の中心と補助リング３１の中心とを合わせることが実現される。
【００６４】
図１４は第４の実施の形態に係る熱処理装置１において基板９が搬入される動作の流れを示す図である。第４の実施の形態に係る熱処理装置１は第２の実施の形態と同様の構造を有し、カメラユニット６が２つ設けられる。また、第４の実施の形態においても補助リング３１の内周面３１０の径および基板９の外径が既知であるものとする。
【００６５】
第４の実施の形態では、熱処理装置１に基板９が搬入されると（ステップＳ３１）、２つの撮像部６２により補助リング３１と基板９の外縁部との双方を含む２つの画像が取得される（ステップＳ３２）。
【００６６】
図１５は取得された２つの画像６０６を例示する図である。画像処理回路６５（図４参照。ただし、第４の実施の形態では撮像部６２は２つのみ設けられる。）は各画像６０６中の予め設定された処理領域６０２内を処理し、補助リング３１の内周面３１０上の点３１０ａ、および、基板９の外周面９０上の点９０ａを求める。なお、これらの点は熱処理装置１の中心軸１ａから外側へと向かう方向に沿って互いに対向する点として求められる。そして、全体制御部１０により２つの画像６０６中の点３１０ａと点９０ａとの間のベクトル６０７ａ，６０７ｂ（基板９側を始点とするものとする。）が求められる。
【００６７】
ここで、補助リング３１の内周面３１０の径と基板９の外径とが既知であることから、全体制御部１０では基板９の中心と補助リング３１の中心とが一致する場合の内周面３１０と外周面９０との理想的な距離が予め求められており、全体制御部１０ではベクトル６０７ａ，６０７ｂを理想的な長さとするための基板９の移動量が求められる（ステップＳ３３）。
【００６８】
図１６は基板９の移動量を求める手法を説明するための図である。２つの画像６０６からベクトル６０７ａ，６０７ｂが求められると、これらのベクトル６０７ａ，６０７ｂの始点を一致させ、さらに、方向がこれらのベクトル６０７ａ，６０７ｂと同じであり、長さが予め求められている理想的な長さであるベクトル６０７ｃ，６０７ｄが設定される。そして、ベクトル６０７ｃ，６０７ｄの和からベクトル６０７ａ，６０７ｂの和へと向かうベクトル６０７ｅが移動量として求められる。
【００６９】
全体制御部１０は搬送ロボット８を制御して基板９の中心をベクトル６０７ｅだけ移動し（ステップＳ３４）、図１５に示す点３１０ａと点９０ａとの間の距離が理想的な距離とされる。その後、基板９の中心と補助リング３１の中心とが一致した状態で基板９が補助リング３１に載置される（ステップＳ３５）。
【００７０】
以上のように、第４の実施の形態に係る熱処理装置１では、２つの撮像部６２により基板９の外縁部および補助リング３１を同時に撮像し、予め求められている補助リング３１の内周面３１０と基板９の外周面９０との間の距離を用いて基板９と補助リング３１との位置合わせが行われる。
【００７１】
図１７は第５の実施の形態に係る熱処理装置１を図８と同様の手法により示す図である。なお、熱処理装置１の構造は第１の実施の形態と同様であり、３つのカメラユニット６が設けられる。搬送ロボット８のアーム８２にはカメラユニット６の撮像を妨げないように切欠部８２１が設けられる。
【００７２】
第５の実施の形態に係る熱処理装置１においても基板９が搬入されてからカメラユニット６の撮像部６２による撮像が行われる。これにより、図１５に例示した画像６０６と同等の画像が３つ取得される。そして、第４の実施の形態と同様に各画像６０６において基板９の外周面９０上の点９０ａから補助リング３１の内周面３１０上の点３１０ａへと至るベクトルが求められる。
【００７３】
図１８は求められた３つのベクトル６０８ａ，６０８ｂ，６０８ｃの始点を一致させた様子を例示する図である。全体制御部１０では、３つのベクトル６０８ａ，６０８ｂ，６０８ｃの平均ベクトル６０８ｅが基板９の移動量として求められる。そして、平均ベクトル６０８ｅだけ基板９が移動することにより、基板９の中心が補助リング３１の中心におよそ一致する（すなわち、移動後の３つのベクトル６０８ａ，６０８ｂ，６０８ｃの長さがほぼ等しくされる）。
【００７４】
なお、厳密には、平均ベクトル６０８ｅだけ基板９を移動させても基板９の中心と補助リング３１の中心とは一致しないが、基板９が搬入された時点で基板９の中心は補助リング３１の中心に近接しており、さらに、図１７に示すように３つのカメラユニット６は中心軸１ａを中心に１２０°毎に均等に配置されることから、平均ベクトル６０８ｅだけ基板９を移動させることにより、基板９の中心を補助リング３１の中心に十分近づけることができる。移動量は他の手法により求められてもよく、例えば、３つのベクトル６０８ａ，６０８ｂ，６０８ｃの先端がなす三角形の外心へと向かうベクトルが移動量として求められてもよい。
【００７５】
第５の実施の形態に係る熱処理装置１では、３つの撮像部６２により基板９の外縁部および補助リング３１を同時に撮像することにより、補助リング３１の内周面３１０の径や基板９の外径が未知の場合であっても、補助リング３１の内周面３１０と基板９の外周面９０との間の距離を一定とすることができる。その結果、基板９の中心を補助リング３１の中心に一致させることができる。
【００７６】
図１９は本発明に関連する技術に係る熱処理装置１を示す縦断面図であり、図２０は支持リング群３０近傍を示す平面図である。なお、図１９および図２０では、アーム８２により基板９が搬入された直後の状態を示している。
【００７７】
熱処理装置１は、第１の実施の形態に係る熱処理装置１からカメラユニット６が省略され、反射板１３の下面から位置決めピン７２１を補助リング３１に向かって進退させる２つのピン昇降機構７２が設けられ、本体部１１の側方（ゲート１１５と対向する側）に位置決めプレート７３１をエアシリンダにより基板９に対して水平方向に進退させるプレート移動機構７３が設けられた構造となっている。他の構成は第１の実施の形態と同様であり、適宜、同符号を付している。
【００７８】
熱処理装置１では、基板９が搬入される前に、まず、ピン昇降機構７２による補助リング３１の位置決めが行われる。図２１は補助リング３１が位置決めされる様子を示す図である。既述のように、補助リング３１は僅かに移動可能な状態で緩衝リング３２上に載置されており、緩衝リング３２も僅かに移動可能な状態で円筒部材３３上に載置されている（図３参照）。そこで、熱処理装置１では先端がテーパ状に加工された位置決めピン７２１をピン昇降機構７２が矢印７２１ａにて示すように上昇させることにより、位置決めピン７２１と補助リング３１の支持部３１１の先端とを当接させて補助リング３１を矢印３１ａにて示すように水平方向にスライド移動させる。
【００７９】
図２０に示すように２つのピン昇降機構７２の位置決めピン７２１により補助リング３１が付勢されることにより、補助リング３１は図２０中のＹ方向へと移動する。これにより、支持リング群３０が（＋Ｙ）側に偏った一定の位置へと移動し、補助リング３１が所定位置に位置することとなる。
【００８０】
一方、基板９がアーム８２により搬入されると、プレート移動機構７３により位置決めプレート７３１が基板９側へと移動し、位置決めプレート７３１の先端の２カ所が基板９の外周面９０と当接する。これにより、基板９が（−Ｙ）側へと僅かに移動し、基板９が所定位置（基板９の中心が位置決め後の補助リング３１の中心に一致する位置）に位置することとなる。
【００８１】
その後、リフト機構７１が基板９を持ち上げ、アーム８２が待避し、リフト機構７１が基板９を下降させることにより、基板９が補助リング３１に対して位置合わせされた状態で載置される。
【００８２】
関連技術に係る熱処理装置１では、補助リング３１および基板９の位置決めが機械的に行われ、補助リング３１と基板９との重なり代を一定とすることが実現される。
【００８３】
なお、基板９への熱処理が完了すると、補助リング３１の回転は基板９の載置時から１８０°回転した状態で停止する。これにより、補助リング３１は（−Ｙ）側に偏った位置に位置することとなり、次の基板９が載置される前に位置決めピン７２１による補助リング３１の位置決めが適切に行われる。
【００８４】
以上に説明したように第２ないし第５の実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に基板９が搬入される際に基板９が補助リング３１に対して正確に位置決めされることから、基板９の外縁部と補助リング３１との重なり代を一定にすることができるとともに重なり代が十分小さくなるように補助リング３１の形状を設計することができ、外縁部の（擬似的な）熱容量を抑えることができ、かつ、熱容量のばらつきを抑えることができる。その結果、基板９全体の温度均一性を向上することができ、基板９に対する適切な熱処理が実現される。
【００８５】
また、第１、第２、第４および第５の実施の形態では、基板９が搬入された後に撮像が行われるため、搬入時に万一、基板９がアーム８２上を僅かに移動したとしても適切な載置が実現される。さらに、第４および第５の実施の形態では、基板９の外周面９０と補助リング３１の内周面３１０との間の距離に基づいて位置合わせが行われるため、カメラユニット６の取付位置が未知であっても位置合わせを行うことができる。
【００８６】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本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。
【００８７】
上記実施の形態では、基板９は支持リング群３０により支持されるが、緩衝リング３２が省略され補助リング３１のみとされてもよい。補助リング３１は段差を有するものには限定されず、円環状の平らなプレートあってもよい。また、補助リング３１は基板９を支持しなくてもよく、基板９が別途支持され、基板９の外縁部の周りに所定の間隔を隔てて円環状の補助リング３１が配置されてもよい。この場合においても、補助リング３１に対する基板９の位置決めを正確に行って基板９の外周面９０から補助リング３１までの距離を一定とすることにより、基板９全体を均一に加熱する性能が向上される。
【００８８】
上記実施の形態における補助リング３１の測定において、補助リング３１の内周面３１０以外の部分の検出が行われてもよい。例えば、補助リング３１の最も内側のエッジ（支持部３１１の先端）や最も外側のエッジが検出されてもよい。さらに、補助リング３１上に位置検出用の印（例えば、けがき線）が設けられてもよい。
【００８９】
カメラユニット６による撮像の際の照明は、熱処理用のランプを弱く点灯したり、蛍光灯を蓋部１２から挿入することにより行われてもよい。撮像が行われる開口１２０は本体部１１や蓋部１２により形成されるチャンバ内において、処理ガスに曝されないという点で基板９に対してランプ側の壁面に形成されることが好ましいが、必要な対策を施すことにより反射板１３側に開口１２０を形成することも可能である。
【００９０】
カメラユニット６の数は各実施の形態にて示した数よりも多くてもよい。すなわち、少なくとも１つの撮像部６２を用いて補助リング３１の２カ所以上を撮像することにより補助リング３１の中心の位置を求めることができ、また、少なくとも２つの撮像部６２を設けるこにより、補助リング３１や基板９の中心の位置を求めることが可能となる。
【００９１】
上記関連技術に係る熱処理装置１における基板９や補助リング３１の機械的な位置決めを行う機構は一例に過ぎず、他の機構であってもよい。
【００９２】
基板９に光を照射するランプは必ずしも互いに直交する上段ランプ群４１および下段ランプ群４２として設けられる必要はなく、上段ランプ群４１または下段ランプ群４２のいずれかのみでもよい。さらに、基板９の上面および下面からランプ光が照射されてもよい。
【００９３】
熱処理装置１にて処理される基板９は、半導体基板のみならず、液晶表示装置やプラズマ表示装置等のフラットパネル表示装置用のガラス基板に対する熱処理にも利用することができる。
【００９４】
【発明の効果】
本発明によれば、補助リングの位置に合わせて基板を正確に位置させることが可能となる。また、基板が補助リング上に載置される場合には、重なり代を小さくかつ一定にすることができ、熱処理時の基板の温度均一性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る熱処理装置の構成を示す縦断面図である。
【図２】円筒部材から内側を示す平面図である。
【図３】基板が支持リング群に支持される様子を示す拡大断面図である。
【図４】撮像部と熱処理装置の他の構成との接続関係を示すブロック図である。
【図５】熱処理装置の動作の流れを示す図である。
【図６】撮像部にて取得される画像を例示する図である。
【図７】基板が搬入される様子を示す正面図である。
【図８】基板が搬入される様子を示す平面図である。
【図９】撮像部にて取得される画像を例示する図である
【図１０】第２の実施の形態に係る熱処理装置を示す平面図である。
【図１１】第３の実施の形態に係る熱処理装置を示す平面図である。
【図１２】撮像部と熱処理装置の他の構成との接続関係を示すブロック図である。
【図１３】熱処理装置の動作の流れを示す図である。
【図１４】熱処理装置の動作の流れを示す図である。
【図１５】撮像部にて取得される画像を例示する図である。
【図１６】基板の移動量を求める手法を説明するための図である。
【図１７】第５の実施の形態に係る熱処理装置を示す平面図である。
【図１８】基板の移動量を求める手法を説明するための図である。
【図１９】本発明に関連する技術に係る熱処理装置を示す縦断面図である。
【図２０】熱処理装置を示す平面図である。
【図２１】補助リングが位置決めされる様子を示す図である。
【符号の説明】
１熱処理装置
９基板
１１本体部
１２蓋部
１３反射板
３１補助リング
４１上段ランプ群
４２下段ランプ群
６２撮像部
６３光源部
７２ピン昇降機構
７３プレート移動機構
１２０開口
３３０回転機構
７２１位置決めピン
７３１位置決めプレート

Claims

基板に光を照射して加熱を伴う処理を行う熱処理装置であって、
基板に光を照射するランプと、
基板の外縁部から外側に広がる補助リングと、
前記補助リングの２カ所以上を撮像する少なくとも１つの撮像部と、
前記少なくとも１つの撮像部にて取得された画像に基づいて前記補助リングの中心に対する前記基板の中心のずれ量を求める制御部と、
を備えることを特徴とする熱処理装置。
請求項１に記載の熱処理装置であって、
前記補助リングの主面の向きを一定に保った状態で前記補助リングを回転させる回転機構をさらに備えることを特徴とする熱処理装置。
請求項１または２に記載の熱処理装置であって、
前記少なくとも１つの撮像部の個数が、２以上であることを特徴とする熱処理装置。
請求項１または２に記載の熱処理装置であって、
前記少なくとも１つの撮像部の個数が、３以上であることを特徴とする熱処理装置。
請求項１ないし４のいずれかに記載の熱処理装置であって、
処理される基板が搬入されるチャンバをさらに備え、
前記チャンバが、外部から各撮像部が撮像を行うための開口を有することを特徴とする熱処理装置。
請求項５に記載の熱処理装置であって、
前記開口が、基板に対してランプ側の壁面に形成されることを特徴とする熱処理装置。
請求項５または６に記載の熱処理装置であって、
前記開口へと導かれる照明光を出射する光源部をさらに備えることを特徴とする熱処理装置。