WO2014162665A1

WO2014162665A1 - 処理装置及び処理装置におけるワークの温度計測方法

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Publication number: WO2014162665A1
Application number: PCT/JP2014/001383
Authority: WO
Inventors: 藤井　博文
Original assignee: 株式会社神戸製鋼所
Priority date: 2013-04-02
Filing date: 2014-03-11
Publication date: 2014-10-09
Also published as: US20150377714A1; US9897489B2; KR20150135516A; BR112015025189A2; CN105102672A; MX2015011736A; JP6057812B2; EP2982776A1; MX370694B; TW201447006A; CN105102672B; EP2982776A4; TWI526563B; JP2014201769A

Abstract

　チャンバの内部に収容されて加熱されるワークの実体温度を正確に計測することが可能な処理装置（１）と方法が提供される。処理装置（１）は、ワーク（Ｗ）を収容するチャンバ（２）と、チャンバ（２）の内部に設けられる測定ピース（６）と、計測部（８）と、を備える。測定ピース（６）は、チャンバ（２）の内部の温度の影響で熱伸縮する。計測部（８）は、測定ピース（６）の熱伸縮量を計測することでワーク（Ｗ）の実体温度を計測する。

Description

処理装置及び処理装置におけるワークの温度計測方法

　本発明は、処理装置及び処理装置におけるワークの温度計測方法に関する。

　従来、減圧状態又は真空状態とされたチャンバ内に収容されたワークに対して、成膜、窒化、含浸などの表面処理が、ＰＶＤ法やＣＶＤ法を用いて行われている。このようなＰＶＤ法やＣＶＤ法を用いて成膜などの改質処理を行う処理装置では、ワークの処理温度は機械的特性や密着性などに応じて細かく設定されることが多い。例えば、成膜した皮膜と下地との密着性を良好とするためには、一般に処理温度は高くした方が好ましいとされている。ところが、機械的特性などを考慮した場合には、ワークの温度を低くした方が有利な場合もある。このような事情から、上述したＰＶＤ法やＣＶＤ法の処理では、ワークの処理温度は機械的特性や密着性などに対応して細かく決められている。このような処理温度を管理するためには処理中のワークの実体温度を正確に計測する必要がある。

　なお、ＰＶＤ法やＣＶＤ法などによる成膜以外で、処理装置を加熱炉として用いてワークを加熱する際にも、細かな温度管理が必要となる場合がある。このような場合にも、ワークの実体温度の正確な計測が要求されることがある。

　上述したワークの実体温度の計測方法としては、次のような手段が知られている。

　特許文献１、特許文献２には、チャンバの外壁に当該チャンバ内を当該チャンバの外部から視認できるような窓を設け、チャンバ外に設置された赤外線式の放射温度計で前記窓を通じて前記チャンバ内のワークの実体温度を実測（計測）する計測方法が開示されている。

　特許文献３には、板状のワークの表面に対して成膜を行う装置において、成膜が行われる表側面と反対側の裏側面に接触式の温度計を接触させて温度計測を行い、その計測された温度から処理中のワークの実体温度を算出する方法が開示されている。このような接触式の温度計を用いても、ワークの実体温度を実測することが可能となる。

　特許文献４には、断熱材によって囲まれた加熱区画の温度を計測する手段としてその雰囲気温度を計測する方法が開示されている。この特許文献４の方法は、処理中のワークの温度を計測するものではなく、雰囲気温度から熱電対の劣化を判断するためのものであるが、雰囲気温度をワークの実体温度に代えて利用できることが示されている。

　特許文献５には、ＣＶＤやスパッタリングなどの真空又は減圧プラズマを使用する製造プロセスにおいて、シリコンウエハの基板からなるワークの温度を計測する方法が開示されている。この方法は、ワークである基板の上に、形状が温度に依存して変化するポリマー材料の薄膜を形成しておくことと、この薄膜の形状変化に基づいて処理中のワークの温度を計測することとを含む。

　しかし、前記特許文献１～５に記載された先行技術には次のような問題点がある。

　特許文献１や特許文献２に記載された方法のように放射温度計を用いると、計測対象であるワークの表面の放射率の変化に伴って当該放射温度計により計測される温度の値も変化してしまう。つまり、放射温度計を用いて温度の計測が可能となるのは表面の状態が安定した場合のみである。従って、上述した成膜方法のように処理が進行するに連れて表面物性や表面状態が変化するようなワークでは、その表面の放射率が安定しないために、前記放射温度計によっては精度の高い温度計測を行うことができない可能性がある。また、チャンバ内にはワーク以外の部材も存在しており、これらの部材からも赤外線は放射される。このようなワーク以外の部材から赤外線も、前記放射温度計による実体温度の計測結果に大きな誤差を与えてしまう可能性が高い。

　加えて、成膜の処理装置では、成膜物質が観測用の窓にも付着し、成膜物質が付着した窓を通過した赤外線が放射温度計により計測される。この場合、前記窓に付着した成膜物質が、計測される赤外線の強度（エネルギー量）を変化させている可能性がある。このことは、ワークの実体温度の正確な計測を阻害し、放射温度計で計測される温度に大きな誤差を与えるおそれがある。

　特許文献３のように接触式の温度計を用いた計測方法は、原則としてチャンバ内に静置されたワークを対象とするものである。つまり、この計測方法は、接触式の温度計を用いるものであるので、回転テーブルなどに載せられた状態で移動するワークに対して当該接触式の温度計を接触させることができないために処理中のワークの温度計測が困難になる。それゆえ、一般にワークの自転や公転を伴うＣＶＤやＰＶＤなどによる成膜に特許文献３に記載される計測方法を用いることは現実的ではない。

　また、アークイオンプレーティングのようなＰＶＤ法では、チャンバとワークとの間に電位差を与えて成膜を行う場合がある。このような場合に、接触式の温度計をチャンバの外側から挿し込んでワークに接触させるためには、熱電対及びその出力信号をチャンバから電気的に絶縁しながら当該出力信号を取り込む手段を要し、そのために処理装置の構造が非常に複雑なものとなってしまう。

　特許文献４のように雰囲気温度を計測する方法は、処理中にワークの温度（実体温度）と雰囲気温度との関係が正確に把握できている場合にしか用いることができない。処理されるワークの形状や処理の条件などが絶えず一定である場合は雰囲気温度からワークの実体温度を正確に計算することが可能である。しかし、処理されるワークの形状や処理の条件などが一定でない場合には、雰囲気温度からワークの実体温度を正確に求めることができなくなってしまう。

　特許文献５の方法は、処理が終了した後に薄膜をチャンバ外に取り出し、取り出された薄膜の形状変化から温度変化の履歴を判断するものであるから、処理中のワークの実体温度を連続的に計測することはできない。

特許第２８３６８７６号公報特開平６－５８８１４号公報特許第３０４２７８６号公報特許第４６０７２８７号公報特開２００２－３５０２４８号公報

　本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、チャンバの内部にワークを収容して処理を行う場合に、ワークの表面物性または表面状態が変化する場合であっても、あるいはチャンバ内でワークが移動する場合であっても、ワークの実体温度を正確に計測しつつ処理を行うことができる処理装置及び処理装置におけるワークの温度計測方法を提供することを目的とする。

　本発明が提供するのは、ワークの改質処理を行うための処理装置であって、前記ワークを収容するチャンバと、前記チャンバの内部に設けられ、当該チャンバの内部の温度に影響を受けて熱伸縮する測定ピースと、前記測定ピースの熱伸縮量を計測することにより前記ワークの実体温度を特定する計測部と、を備える。

　ここでいう「実体温度」とは、ワーク自体の実際の温度をいう。

　また本発明は、ワークの改質処理を行うための処理装置においてワークの温度を計測する方法を提供する。この方法は、前記ワークを収容するチャンバの内部に当該チャンバの内部の温度の影響で熱伸縮する測定ピースを設けることと、前記測定ピースの熱伸縮量を計測することで前記ワークの実体温度を特定することと、を含む。

本発明の実施の形態に係る処理装置の平面図である。前記処理装置の正面図である。

　図１及び図２は、本発明の実施の形態に係る処理装置１を示す。この処理装置１は、少なくとも、内部に複数のワークＷを収容することが可能なチャンバ２を備えている。この処理装置１に類する処理装置には、ＰＶＤ法やＣＶＤ法を用いてワークＷの表面に成膜、窒化、または含浸などの表面処理を行ったり、真空中や減圧下でワークＷを加熱して表面を改質したりするものがあり、本発明はこれらの処理装置を包含する。本実施形態は、アークイオンプレーティングを用いてワークＷの表面に成膜を行うＰＶＤ処理装置である処理装置１を例にとって、説明される。

　図１及び図２に示すように、前記チャンバ２は、その内部にワークＷを収容することが可能な筺状の部材である。このチャンバ２は、その内部が外部に対して気密となるように形成されている。つまり、チャンバ２は、ワークＷが収容される空間であるチャンバ２の内部の空間を真空状態や減圧状態に保持できるようになっている。

　この実施の形態に係るチャンバ２は、底壁２ａと天壁２ｂと断面八角形の側壁２ｃとを含む筺状に形成されている。

　この実施の形態に係る処理装置１は、さらに、回転テーブル３を備える。この回転テーブル３は、前記チャンバ２内に設けられ、前記底壁２ａの略中央部分に位置する。この回転テーブル３には、処理物である複数のワークＷが載置される。このように回転テーブル３上に載置されたワークＷの表面にそれぞれ、物理的蒸着法（ＰＶＤ法）によりＴｉＮ、ＺｒＮ、ＣｒＮなどの硬質皮膜が形成される。

　図１及び図２に示されるワークＷはそれぞれ円筒状の外周面を有する。しかし、本発明に係る処理装置の対象となるワークの形状は特に限定されない。例えば、本発明は、いわゆるワークセットと呼ばれるもので、複数の小部材を含んでいてこれらの組み合わせにより円筒状の全体形状を有するものや、円筒状以外の形状（例えば角柱状）のワークにも、適用されることが可能である。

　前記回転テーブル３は、その上にワークＷが載置可能な上面を有する形状、具体的には平坦な円板状に形成されている。この回転テーブル３は、チャンバ２の底面中央に設定された上下方向を向く回転軸を中心に回転可能となるように設置され、前記上面に載置されたワークＷを当該回転テーブル３とともに前記回転軸回りに回転させる、すなわち公転させる、ことが可能である。具体的に、回転テーブル３（公転テーブル）は、その下側に位置する回転軸部４に連結されている。この回転軸部４は、その中心軸が上述した回転軸と合致する棒状をなす。この回転軸部４はチャンバ２の前記底壁２ａを上下方向に貫通している。回転軸部４は上端及び下端を有する。回転軸部４の上端は前記回転テーブル３の下面に固定され、回転軸部４の下端はモータなどを含む図示されない回転駆動装置に連結されている。チャンバ２の底面と回転軸部４との間には、チャンバ２の気密性を確保しつつも前記底壁２ａに対する回転軸部４の回転を許容するシール機構（図示略）が設けられている。前記モータなどを含む回転駆動装置は、前記回転軸部４及びこれに連結される前記回転テーブル３を前記回転軸回りに回転させる。

　前記複数のワークＷは、回転テーブル３の上面の外周側部分に載置され、その周方向に一定の間隔をあけながら並べられている。この実施の形態では、８本のワークＷが配置される。これらのワークＷは、前記回転テーブル３の前記回転軸回りの回転に伴い、前記回転軸を中心とする円軌道（公転軌道）に沿ってチャンバ２内を移動する。

　前記各蒸発源５は、ワークＷの表面に成膜しようとする皮膜の原料となる成膜物質から形成された部材である。図例の蒸発源５は成膜物質で板状に形成されている。例えば、上述したアークイオンプレーティングのＰＶＤ装置の場合であれば、蒸発源５にはＴｉ、Ｚｒ、Ｃｒなどの金属が用いられる。

　前記各蒸発源５は、その板厚方向が前記チャンバ２の側壁２ｃの板厚方向と合致する姿勢で当該側壁２ｃの内側面に沿って設置されている。従って、各蒸発源５は前記回転テーブル３の径方向の外側に位置する。前記のように板状をなす各蒸発源５は、その中心部位を通る法線が前記回転テーブル３の中央に向かうように複数の位置（図例では４つの位置）にそれぞれ配備されている。各蒸発源５を構成する成膜物質は、プラズマなどを利用して蒸発させられることにより粒子となり、前記ワークＷの表面に付着して成膜に寄与する。

　この実施の形態に係る処理装置１は、さらに、測定ピース６及び計測部８を備える。測定ピース６は、チャンバ２の内部に設けられ、その内部の温度の影響を受けて熱伸縮する。前記計測部８は、前記チャンバ２の外部に設置され、前記測定ピース６の熱伸縮量を計測する。具体的に、前記チャンバ２には、このチャンバ２内の測定ピース６をチャンバ２の外側から観測することを可能にする観測窓７が設けられる。前記計測部８は、レーザ変位計９を有し、前記観測窓７を通じて前記測定ピース６の熱伸縮量を計測し、これにより前記ワークＷの温度を特定する。

　次に、前記測定ピース６、観測窓７、及び計測部８について詳細に説明する。

　前記測定ピース６は、温度の変化に応じて所定の割合で熱膨張または熱伸縮する。従って、この測定ピース６の熱伸縮量（熱伸縮した長さ）の計測により温度を測定することが可能である。測定ピース６は、ワークＷと同じような熱伸縮状態となるように、ワークＷを構成する材料と同じ材料により、あるいは、ワークＷを構成する材料と線膨張係数が近い材料により、特定の長手方向に延びる長尺の棒状に形成されているのが好ましい。このようにワークＷと同じ材料または線膨張係数が近い材料で形成された測定ピース６は、成膜装置においてはワークＷと同じ状態で成膜されるので、当該測定ピース６を用いてワークＷの温度を正確に評価することが可能である。

　前記測定ピース６は、上下方向に沿って長尺なワークＷの形状に合わせて、上下方向にほぼ同じ長さを有する長尺な棒状に形成されている。測定ピース６には、この測定ピース６がワークＷに対する成膜の状態に悪影響を与えることを抑えるため、ワークＷよりも小径な円形の断面を有する形状が与えられている。図１及び図２に示される測定ピース６には、円筒状のワークＷに準じて丸棒状のものが用いられている。

　測定ピース６は、回転テーブル３の上面上で上下方向に沿って起立するように設けられている。測定ピース６は、その温度がワークＷの温度と同じになるように、特定のワークＷの近傍であってその内周側に位置するように、当該ワークＷと同じく前記回転テーブル３の上面に置かれる。

　具体的には、測定ピース６の長手方向の一端である下端が、回転テーブル３の上面に固定されており、長手方向の他方端である上端は上方を向いている。従って、測定ピース６の温度が変化して当該測定ピース６が熱伸縮するのに伴い、当該測定ピース６の下端が前記回転テーブル３に固定されているのに対して、上端が上下方向に変位する。このように測定ピース６の上下方向の伸縮に伴って変動する測定ピース６の上端の位置（高さ）を後述するレーザ変位計９（レーザ距離計）を用いて計測することで、測定ピース６の熱伸縮量を計測することができる。

　前述のように、前記測定ピース６は、前記回転テーブル３上で特定のワークＷに対してその径方向（回転テーブル３の径方向）の内側に隣接した位置にある。このような位置に測定ピース６を配備するのは、ワークＷへの成膜に測定ピース６の設置による影響が与えられるのを防ぐためである。例えば、上述したアークイオンプレーティングの場合であれば、蒸発源５の表面近傍にアーク放電が発生し、これにより蒸発源５が蒸発して成膜物質がワークＷ側に放出される。このとき、回転テーブル３におけるワークＷに隣接した位置であって、載置されたワークＷの中心よりも径外側（例えば図１に示される回転テーブル３上の白丸の位置）に測定ピース６が配備されていると、測定ピース６に邪魔されて成膜物質がワークＷに到達し難くなり、測定ピース６に隣接するワークＷに成膜物質が均等に成膜されなくなる可能性がある。そこで、蒸発源５から見てワークＷよりも測定ピース６の位置が遠くなるように、回転テーブル３の回転軸心を中心とする径方向に沿って、ワークＷから見て蒸発源５とは反対側（ワークＷの中心よりも径内側であって回転軸心に近い側、図１中に黒丸で示す位置）に測定ピース６が配置される。このようにワークＷよりも回転軸心に近い位置に測定ピース６を配備すれば、ワークＷへの成膜に対する測定ピース６の影響が抑えられ、当該測定ピース６の存在にかかわらずワークＷに均等に成膜を行うことが可能となる。

　前記測定ピース６は、回転テーブル３上の所定位置に固定されているので、回転テーブル３が回転軸回りを１回転する度に、その回転周方向の同じ位置に帰還する。従って、レーザ変位計９の測定点を測定ピース６の周回軌道（回転軌道）上の１点に固定しておけば、回転テーブル３が回転して測定ピース６が周方向の同じ位置に来る度に、測定ピース６の熱伸縮量を計測することができる。その結果、測定ピース６の温度、言い換えればワークＷの実体温度を一定の時間間隔で繰り返し計測することが可能となる。

　前記観測窓７は、前記チャンバ２の外部から当該チャンバ２内の測定ピース６の上端の熱変位を計測することを可能にすべく、チャンバ２を構成する壁であって回転テーブル３に対面する壁に形成されている。具体的に、この実施の形態に係る観測窓７は、前記チャンバ２の天壁２ｂに設けられ、前記計測部８のレーザ変位計９から照射されたレーザを透過できるようにガラスなどの光透過性の材料から形成されている。観測窓７の位置は、当該観測窓７の下方を前記測定ピース６が通過する位置、言い換えれば回転テーブル３上での測定ピース６の回転軌道の上方の位置に設定されている。このような位置に観測窓７を設ければ、後述する計測部８のレーザ変位計９は測定ピース６の上端に対してレーザを真上から照射することができ、これにより測定ピース６の長さを確実に且つ精度良く計測することが可能となる。

　前記計測部８は、測定ピース６の熱伸縮量を計測することでワークＷの温度を計測する。この計測部８は、前記測定ピース６の長手方向の一方端（この実施の形態では下端）に対する他端の相対変位（この実施の形態では上端の上下方向の変位）を計測する前記レーザ変位計９（レーザ距離計）と、このレーザ変位計９で計測された測定ピース６の熱伸縮量に基づいてワークＷの温度を算出する演算部と、を有している。

　図２に示すように、レーザ変位計９は、照射したレーザ光の反射光を計測し、三角測量法の原理を適用することで、計測しようとする対象物である測定ピース６の上端の変位を計測する。レーザ変位計９は、上述したチャンバ２の天壁２ｂにおける前記観測窓７の上方に配置され、この観測窓７を通じて下方の前記測定ピース６に向かってレーザ光を照射する。このようにして計測された変位（測定ピース６の熱伸縮量）は前記演算部に信号として送られる。

　前記レーザ変位計９は、前記測定ピース６の熱伸縮量を非接触で計測することができ、処理装置の回転テーブルの最大速度（例えば５ｒｐｍ程度）に十分追随可能な測定サンプリング周期で計測することも可能となっている。また、処理装置で通常必要とされる数百度程度の処理温度域の温度測定については、十分な測定分解能で計測することができ、良好な測定精度を有している。それゆえ、上述したレーザ変位計９を計測部８に好適に用いることができる。

　前記演算部は、測定前あるいは加熱前の測定ピース６の温度と、測定ピース６に用いられた材料の線膨張係数と、レーザ変位計９で計測された測定ピース６の上端の変位量と、を用いて測定ピース６の温度を算出する。測定前あるいは加熱前の測定ピース６の温度や測定ピース６に用いられた材料の線膨張係数は既知であるため、レーザ変位計９で前記変位量を計測することにより、測定ピース６の温度、つまりワークＷの実体温度を一義的に特定することができる。

　一般に、材料の線膨張係数は温度に対して一定ではなく、ワークＷの実体温度がどの温度範囲にあるかによって前記線膨張係数の数値が変動する。それゆえ、ワークＷの実体温度をさらに正確に計測しようとすれば、例えば２００～３００℃までの温度範囲、３００～４００℃までの温度範囲、４００～５００℃までの温度範囲というように、複数の温度範囲毎に演算に使用する複数の線膨張係数が用意されるのが良い。

　上述した処理装置１は、ＰＶＤ法やＣＶＤ法を利用してワークＷに対して成膜を行う装置であったが、本発明に係る処理装置は後述するイオンボンバードメント処理や加熱処理にも用いることができる。例えば、イオンボンバードメント処理は、ＰＶＤ皮膜やＣＶＤ皮膜の成膜前に、プラズマ放電によってチャンバ内で発生したアルゴンイオンのような重い不活性気体イオン（ガスイオン）をワークの表面に照射することによって基材の表面をクリーニングする処理であるが、このようなイオンボンバードメント処理も、ワークＷの処理温度の細密な制御を必要とするから、上述した本発明の処理装置やワークの温度計測方法を採用するのが好ましい。

　次に、上述した処理装置１を用いてワークＷの実体温度を計測する方法、言い換えれば本発明に係るワークの温度計測方法の例について、説明する。

　前記ワークＷの温度計測方法は、前記ワークＷが収容されるチャンバ２の内部に当該チャンバ２の内部の温度の影響で熱伸縮する前記測定ピース６を設けることと、前記チャンバ２に形成された観測窓７を通じて前記測定ピース６の熱伸縮量を計測することでワークＷの実体温度を特定することと、を含む。

　具体的には、ワークＷの実体温度は次のようにして計測される。

　まず、上述した回転テーブル３の上面の所定位置に複数のワークＷが載置され、モータなどを含む回転駆動装置が前記回転テーブル３を回転軸回りに回転させる。これにより、当該回転テーブル３上に載置された前記各ワークＷが前記チャンバ２内を回転軸回りに公転する。

　このようにワークＷが公転した状態において、蒸発源５が図示されていないアーク電源のマイナス極に電気的に接続される。一方、チャンバ２内に予め他の電極が設けられていて当該他の電極が前記アーク電源のプラス極に電気的に接続される。そうすると、陰極（カソード）である蒸発源５と、陽極（アノード）である他の電極との間に電位差が与えられ、蒸発源５の表面にアーク放電が発生する。このアーク放電は、前記蒸発源５から成膜物質を蒸発させて当該成膜物質の粒子をワークＷに向けて放出させる。これにより、ワークＷ上に成膜物質が堆積して成膜が行われる。

　この成膜中、回転テーブル３が回転軸の回りを１回転する度に、回転テーブル３上の所定位置に設けられた測定ピース６も周方向の同じ位置に帰還する。そして、この周方向の同じ位置に帰還する測定ピース６の上端が計測部８を通過する瞬間に当該上端の位置ひいては測定ピース６の熱伸縮量が計測される。

　このようにして計測部８で計測された測定ピース６の熱伸縮量が次のような手順で処理されることにより、ワークＷの実体温度が算出される。

　例えば、測定ピース６に用いられた材料がＳＵＳ３０４であるときは、測定ピース６の線膨張係数は１８×１０^－６（／℃）となる。例えば、測定前あるいは加熱前の温度２０℃のときに長さが３００ｍｍである測定ピース６を用いた場合において、測定後あるいは加熱後にレーザ変位計９で計測された測定ピース６の伸び量が２ｍｍであったとすると、次式（１）に基づいて測定ピース６の温度Ｔ（℃）を算出することが可能であり、その温度Ｔは３９０℃となる。つまり、前記の伸び量２ｍｍはワークＷの実体温度Ｔが３９０℃であることを表す。

　２＝３００×（１８×１０^－６）×（Ｔ－２０）・・・（１）

　上述した処理装置１やワークＷの温度計測方法では、測定ピース６の熱伸縮量に基づいてワークＷの実体温度が計測されるから、放射温度計を用いた場合のように温度計測の精度にワークＷの表面物性または表面状態の影響が及ぶことがない。それゆえ、成膜装置１においてワークＷの表面物性または表面状態が変化しやすい成膜が行われる場合でも、ワークＷの実体温度を正確に計測しつつ処理を行うことができる。

　前記チャンバ２に設けられた窓を通じて放射温度計により赤外線を計測する場合、当該窓に付着した成膜物質やワークＷ以外の物質から放射された赤外線などの影響で、温度計測の精度を維持するのが困難になることがある。しかし、レーザ変位計９を用いて測定ピース６の熱伸縮量によりワークＷの実体温度を計測する方法では、前記窓が汚れてもその影響を受けにくく、高い温度計測の精度を維持することが可能となる。

　一般に、ＣＶＤ法やＰＶＤ法を用いた成膜は、前記チャンバ２内の回転テーブル３等を用いてワークＷをチャンバ２内で移動させながら行われることが多い。ここで、従来のようにワークＷに接触することで温度を計測する接触式の温度計を用いる場合、前記のようにチャンバ２内で移動するワークＷの温度の計測は困難である。しかし、測定ピース６の熱伸縮量によりワークＷの実体温度を計測する前記方法では、前記各ワークＷの移動にかかわらずその実体温度を正確に計測しつつ処理を行うことができる。

　本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、発明の本質を変更しない範囲で各部材の形状、構造、材質、組み合わせなどを適宜変更可能である。また、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な事項を採用している。

　例えば、上記実施形態に係る処理装置は成膜装置であるが、本発明の処理装置には成膜を行わずに純粋に加熱だけを行う加熱炉（ＰＶＤ法やＣＶＤ法などの成膜を行わない加熱炉）のような加熱装置も含まれる。それ故、本発明の処理装置でワークＷに対して行われる改質処理には、上述した加熱炉で行われる加熱処理、つまり成膜を伴わない加熱処理も含まれている。

　また、本発明はヒータなどの加熱手段を有しない成膜装置にも適用され得る。このような成膜装置であっても、成膜に伴い気化した成膜物質の粒子がワークＷに付着して固化することにより当該ワークＷの温度を結果的に上昇させる。このような温度上昇の計測にも、本発明の技術を採用することが可能である。

　前記実施形態のような観測窓７を通じての測定ピース６の熱伸縮量の計測に代え、レーザ変位計９をチャンバ２の内側に設けて測定ピース６の熱伸縮量をチャンバ２の内部で計測してもよい。この場合、レーザ変位計９自体を所定の防護ケースに収納すると共に、レーザ変位計９の照射面などへの成膜物質の付着や熱の影響を防止するようにレーザ変位計９の周囲に防着板や熱遮蔽板などを設置するのが好ましい。

　さらに、上述したレーザ変位計９を、測定ピース６にレーザを直接照射できないチャンバ２内の位置に設置せざるを得ない場合には、測定ピース６に照射されるレーザの経路を途中で曲げる鏡などを設けて計測を行うことも可能である。

　以上のように、本発明によれば、チャンバの内部にワークを収容して処理を行う場合に、ワークの表面物性または表面状態が変化する場合であっても、あるいはチャンバ内でワークが移動する場合であっても、ワークの実体温度を正確に計測しつつ処理を行うことができる処理装置及び処理装置におけるワークの温度計測方法が、提供される。

　好ましくは、前記測定ピースは、前記ワークと同じ材料で形成される。このことは、当該測定ピースを用いてワークの温度をより正確に評価することを可能にする。

　好ましくは、前記チャンバには、前記チャンバ内の測定ピースを前記チャンバの外側から観測することを可能にする観測窓が設けられ、前記計測部は、前記観測窓を通じて測定ピースの熱伸縮量を計測する。このことは、前記計測部を前記チャンバの外部に設けることにより当該計測部が前記チャンバの内部の状態に影響を受けることを回避しながら、当該チャンバの内部の測定ピースの熱伸縮量を計測することを可能にする。

　好ましくは、前記測定ピースは、特定の長手方向に沿って延びる棒状に形成されており、前記計測部は、前記測定ピースの長手方向に沿った熱伸縮量に基づいてワークの実体温度を計測する。このことは、当該測定ピースの熱伸縮量の測定をより容易にする。

　好ましくは、前記計測部は、前記測定ピースの長手方向の一方端に対する他方端の当該長手方向についての相対変位を計測すべく、前記測定ピースの他方端に対して測定用のレーザ光を照射するレーザ変位計を有している。

　好ましくは、本発明に係る処理装置は、前記チャンバ内で回転軸回りに前記ワークを公転させる回転テーブルをさらに備え、前記測定ピースは、その長手方向の一方端が前記回転テーブル上に固定されると共に当該長手方向が前記回転軸と平行となるように配備されており、前記観測窓は、前記計測部が前記測定ピースの熱伸縮による当該測定ピースの他方端の変位を計測することを可能にするように、前記チャンバを構成する壁であって前記回転テーブルに対面する部分に設けられている。この配置は、前記計測部による前記測定ピースの熱伸縮量の計測を容易にする。

　好ましくは、前記処理装置は、前記チャンバ内に設けられ、前記ワークに成膜を行うための蒸発源をさらに備え、前記測定ピースは、前記回転テーブルの回転軸を中心とする径方向に沿って、前記ワークから見て前記蒸発源とは反対側であると共にワークに隣接した位置に設けられている。この配置は、前記測定ピースが前記蒸発源による前記ワークへの成膜に与える影響を抑止することを可能にする。

　好ましくは、前記測定ピースは、前記ワークと同じ電位に保持されている。このことは、例えばワークにバイアス電圧を印加して処理するプロセスの場合、バイアス効果（すなわち、イオンをワークに引き付けることにより生じる効果、例えばワークへのイオン照射による表面の活性化、改質、昇温、エッチングなど）の測定を含めた温度測定が可能になる。

　また本発明は、ワークの改質処理を行うための処理装置において当該ワークの温度を計測する方法を提供する。この方法は、前記ワークを収容するチャンバの内部に当該チャンバの内部の温度の影響で熱伸縮する測定ピースを設けることと、前記測定ピースの熱伸縮量を計測することで前記ワークの実体温度を特定することと、を含む。

Claims

　ワークに対して改質処理を行う処理装置であって、
　前記ワークを収容するチャンバと、
　前記チャンバの内部に設けられ、前記チャンバの内部の温度の影響で熱伸縮する測定ピースと、
　前記測定ピースの熱伸縮量を計測することにより前記ワークの実体温度を計測する計測部と、を備える処理装置。
　前記測定ピースは、前記ワークと同じ材料で形成されている、請求項１に記載の処理装置。
　前記チャンバには、前記チャンバ内の前記測定ピースを前記チャンバの外側から観測することを可能にする観測窓が設けられ、前記計測部は、前記観測窓を通じて前記測定ピースの熱伸縮量を計測する、請求項１に記載の処理装置。
　前記測定ピースは、特定の長手方向に沿って延びる棒状に形成されており、
　前記計測部は、前記測定ピースの前記長手方向に沿った熱伸縮量に基づいて前記ワークの実体温度を計測する、請求項１に記載の処理装置。
　前記計測部は、前記測定ピースの前記長手方向の一方端に対する他方端の相対変位を計測すべく、前記測定ピースの他方端に対して測定用のレーザ光を照射するレーザ変位計を有する、請求項４に記載の処理装置。
　前記チャンバ内で回転軸回りに前記ワークを公転させる回転テーブルをさらに備え、
　前記測定ピースは、その長手方向の一方端が前記回転テーブル上に固定されると共に前記長手方向が前記回転軸と平行となるように、配備されており、
　前記チャンバには、前記計測部が前記チャンバ内の前記測定ピースの他方端の熱伸縮量を前記チャンバの外部から計測することを可能にするように、前記チャンバを構成する壁であって前記回転テーブルに対面する部分に観測窓が設けられている、請求項３に記載の処理装置。
　前記チャンバ内に設けられ、前記ワークに成膜を行うための蒸発源をさらに備え、
　前記測定ピースは、前記回転テーブルの前記回転軸を中心とする径方向に沿って、前記ワークから見て前記蒸発源とは反対側であると共に前記ワークに隣接した位置に設けられている、請求項６に記載の処理装置。
　前記測定ピースは、前記ワークと同じ電位に保持されている請求項１に記載の処理装置。
　ワークに対して改質処理を行うための処理装置において当該ワークの温度を計測するための方法であって、
　前記ワークを収容するチャンバの内部に、前記チャンバの内部の温度の影響で熱伸縮する測定ピースを設けることと、
　前記測定ピースの熱伸縮量を計測することにより前記ワークの実体温度を特定することと、を含む処理装置におけるワークの温度計測方法。