JPH07151606A

JPH07151606A - 基板の温度測定装置

Info

Publication number: JPH07151606A
Application number: JP5329923A
Authority: JP
Inventors: Takatoshi Chiba; 隆俊千葉; Mitsukazu Takahashi; 光和高橋; Kiyobumi Nishii; 清文西井; Masaki Nishida; 正樹西田
Original assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1993-11-29
Filing date: 1993-11-29
Publication date: 1995-06-16

Abstract

(57)【要約】【目的】光照射によって加熱される基板の温度を正確
にかつ応答性良く測定でき、高温下での耐久性に優れ、
寿命も長い装置を提供する。【構成】光導波部材12の先端部分を、一定の輻射率を
有する遮光性材料で形成され先端部が閉塞された熱媒介
部材14に内挿し、基板24からの熱伝導によって基板と同
一温度になる熱媒介部材から放射されるエネルギーを、
光導波部材を通し放射温度計に導いて検知する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、熱処理装置、例えば
ランプアニール装置により半導体ウエハや液晶表示装置
（ＬＣＤ）用ガラス基板等の各種基板に対して各種の熱
処理を施す際に、加熱炉内に収容された熱処理中の基板
の温度を測定する温度測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】熱処理装置により基板に対し加熱炉内で
各種の熱処理を施して半導体装置などを製造する場合、
その製造工程の複雑化に伴い、熱処理中の基板の表面温
度を正確に測定することが極めて重要である

【０００３】基板の表面温度を測定するには、熱電対等
の検出手段を基板の表面に直接に接触させて測温する方
法、並びに、加熱炉内に収容された基板の表面から放射
される熱エネルギーを、加熱炉外に配置された放射温度
計で検知することにより、基板に非接触で測温する方法
がある。これらのうち、加熱炉内に収容され光照射によ
って加熱される基板の温度を接触式で測温する方法を実
施するための装置として、特開平４−１４８５４５号公
報には、熱電対等の検出手段を被覆部材に内挿して被覆
し、その被覆部材の一部を平坦面に形成して、その被覆
部材の平坦面で基板の一部を支持するようにした温度測
定装置が開示されている。この温度測定装置を使用すれ
ば、基板の温度を接触式で測温するので、基板の温度を
正確に測定することができるとともに、検出手段が被覆
部材で覆われており、検出手段は、被覆部材を介して基
板と接触し、また被覆部材によって加熱炉内の加熱雰囲
気とも隔絶されているので、熱電対等の金属成分によっ
て基板表面を汚染する必要が無く、従ってダミーウエハ
などを別に用意しておいたりする必要も全く無い。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】特開平４−１４８５４
５号公報に開示された温度測定装置は、上記したように
多くの優れた点を有している。しかしながら、検出手
段、例えば熱電対は、加熱炉内に配置されて基板と同じ
温度に加熱されることになるため、１，１００℃を超え
る高温下では、経年変化や断線といった問題点がある。
また、熱電対を被覆している被覆部材は、基板の表面と
面接触しているため、熱伝導によって速やかに基板の温
度と同一温度になるが、さらに被覆部材から熱伝導によ
って熱電対へ伝熱しなければならない分だけ、温度検出
に余計な時間がかかってしまうため、温度測定装置とし
ての応答性が悪くなる。このため、光照射加熱式の熱処
理装置のように基板を急速加熱して熱処理する装置に使
用しようとする場合には、温度制御の信頼性に欠ける、
といった問題点がある。さらに、被覆部材の検出点以外
の部分からも熱電対への熱伝導があり、このため、被覆
部材の検出点の温度を正確に測定することができず、測
温誤差を生じる、といった問題点もある。

【０００５】この発明は、以上のような事情に鑑みてな
されたものであり、光照射によって加熱される基板の温
度をより正確に、かつ応答性良く測定することができ、
しかも、高温下での耐久性に優れ、装置寿命も長い温度
測定装置を提供することを技術的課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明では、光照射に
よって加熱される基板の温度を接触式で測定するように
し、その場合の検出手段を次のように構成した。すなわ
ち、線状の光導波部材の少なくとも先端部分を、一定の
輻射率を有する遮光性材料で形成され閉塞された熱媒介
部材に内挿して、光導波部材の先端受光面を熱媒介部材
の内面に対向もしくは当接させるとともに、前記光導波
部材の末端部を直接にもしくは光ファイバー等の導光路
を介して放射温度計に光学的に接続することにより検出
手段を構成した。ここで、熱媒介部材を形成する遮光性
材料は、完全な遮光性を有している必要は必ずしも無
く、この検出手段によって基板の温度を測定する場合に
おいて、正確な温度測定の障害となる外乱光が熱媒介部
材内の光導波部材の先端受光面に入射するのを許容程度
以下に抑えることができればよい。また、物体の輻射率
は温度によって変化するものであり、上記における「一
定の輻射率」とは、各温度における輻射率が一定である
という意味であり、また、輻射率の数値自体が分かって
いる必要は無く、各温度における輻射率が一定であるこ
とが保証されていて、放射温度計で検知される輻射エネ
ルギーの値とそのときの熱媒介部材の温度とが常に一定
に対応付けられておればよい。そして、この検出手段の
熱媒介部材の外面を基板の一部に面接触させるようにし
た。この場合、熱媒介部材によって基板の一部を支持す
ることにより、熱媒介部材の外面を基板に面接触させる
ようにすることができる。尚、この検出手段では、放射
温度計を用いて測温するようにしているが、この検出手
段は、その一部を構成する熱媒介部材を基板の表面に直
接に接触させて基板の温度を測定するようにしており、
また、接触式に測温する検出手段としての特徴を備えて
いるので、この明細書では、接触式に測温する検出手段
であるとしている。

【０００７】

【作用】上記した構成の温度測定装置においては、検出
手段の一部をなす熱媒介部材は、その外面が基板に面接
触しているので、基板からの熱伝導が効率良く行なわ
れ、その温度が基板の温度に忠実に追随して、基板と極
めて高い精度で近似した温度にある。そして、基板とほ
ぼ同一温度である熱媒介部材から放射されるエネルギー
が、熱媒介部材に内挿されて先端受光面が熱媒介部材の
内面に対向もしくは当接した光導波部材を通し、その光
導波部材の末端部に直接にもしくは導光路を介して光学
的に接続された放射温度計で検知されることにより、熱
媒介部材の温度が測定され、従って基板の表面温度が測
定されることになる。このように、直接に検出している
のは熱媒介部材の温度であるが、熱媒介部材と基板とは
上記した通り極めて高い精度で近似した温度にあるの
で、基板の温度が正確に測定されることになる。そし
て、この検出手段では、光導波部材の先端部分が内挿さ
れる熱媒介部材が遮光性材料で形成されかつ閉塞された
形状とされているので、光照射用光源や基板表面或いは
加熱炉の内壁面などから放射される外乱光が光導波部材
の先端受光面に入射することが阻止され、熱媒介部材か
らの輻射エネルギーだけを検知して正確な温度を測定す
ることが保障される。

【０００８】また、この検出手段の一部をなす熱媒介部
材は、上述した意味において一定の輻射率を有してお
り、このような熱媒介部材から放射されるエネルギーを
放射温度計で検知することにより、結果的に基板の温度
を測定するようにしているので、基板の表面から放射さ
れるエネルギーを直接的に放射温度計で検知して基板の
表面温度を測定する非接触式測温方法におけるような問
題点が無い。すなわち、様々な膜構造や不純物濃度をも
った基板においては、基板ごとに輻射率が異なり、正確
な温度測定を行なうためには、それぞれ異なる種類の基
板ごとに輻射率を予め求めておく必要があり、その作業
が非常に面倒になる。また、基板の輻射率は、基板の熱
処理中においても、膜が組成変化や粒径変化等を起こす
ような場合には変化を生じることになり、常に正確な温
度を測定することは殆んど不可能である。これに対し、
この発明に係る装置では、基板の表面から放射されるエ
ネルギーを測定するのではなく、基板とほぼ同一温度に
あり一定の輻射率を有している熱媒介部材から放射され
るエネルギーを放射温度計で検知することにより、間接
的に基板の温度を測定するようにしているので、基板の
種類やその表面状態、或いはそこに形成されている膜の
状態などの如何に拘らず、常に正確に基板の表面温度を
測定することが可能になる。

【０００９】そして、この発明に係る温度測定装置で
は、熱電対などの検出手段を使用しておらず、光導波部
材を加熱炉内に配設しその光導波部材を通して加熱炉外
へ導かれる光を放射温度計で検知するようにしているの
で、高温下での耐久性に何ら問題が無く、寿命も長い。
また、熱媒介部材から光学的手段で導いた輻射エネルギ
ーを検知して温度測定を行なうので、応答性が良好であ
り、さらに、光導波部材の先端受光面に対向もしくは当
接した部位における熱媒介部材内面からの輻射エネルギ
ーを検知して温度測定を行なうので、熱電対を用いた装
置におけるように測温誤差を生じる心配が無く、正確な
温度測定を行なうことができる。

【００１０】

【実施例】以下、この発明の好適な実施例について図面
を参照しながら説明する。

【００１１】最初に、図５により、この発明に係る温度
測定装置が使用される光照射型熱処理装置の概略構成に
ついて説明しておく。図５は、光照射型熱処理装置の構
成の１例を示し、一部を縦断面で示した要部側面断面図
である。図において、40は、基板の挿入及び取出し用の
開口42を備えた加熱炉であり、この加熱炉40は、赤外線
透過性を有する石英ガラスによって形成されている。ま
た、加熱炉40の開口42に連接するように、筒状に形成さ
れた前室44が設けられている。この前室44の前端開口面
は、蓋体46によって閉塞されるようになっており、前室
44の前端面と蓋体46との当接面には樹脂製のパッキン48
が装着されていて、蓋体46による加熱炉40の密閉時に加
熱炉40内を気密に保持できるような構成となっている。
また、加熱炉40の上下方向にはそれぞれ、加熱炉40の上
壁面及び下壁面に対向してハロゲンランプ、セキノンア
ークランプ等の光照射用光源50が複数個列設されてい
る。また、各光源50の背後には、反射板52がそれぞれ配
設されている。

【００１２】蓋体46の内面側には、石英製のサセプタ
（基板支持器）66が固設されており、サセプタ66の支持
部68に半導体ウエハ（以下、基板と称す）24が載置され
て支持されている。また、蓋体46の外面側は支持ブロッ
ク62に固着されており、図示しない駆動機構により支持
ブロック62を矢印方向に直線移動させることにより、蓋
体46を開閉させるとともに、開口42を通して加熱炉40内
へ基板24を搬入し、また加熱炉40内から基板24を搬出す
る構成となっている。加熱炉40内に搬入された基板24
は、サセプタ66の円環状の支持部68に設けられた２本の
突出支持部70と温度測定装置の検出部10の先端との３個
所に載置支持される。検出部10は、サセプタ66と同様
に、蓋体46の内面側に固設されている。

【００１３】以下、本発明に係る温度測定装置の検出部
10について詳細に説明する。

【００１４】図１は、この発明の１実施例を示し、温度
測定装置の検出部10の先端部分を示す部分拡大縦断面図
である。この検出部10は、線状の光導波部材12を、先端
部が閉塞された細長い管状の熱媒介部材14に内挿して形
成されている。

【００１５】光導波部材12は、例えば外径寸法が０．４
mm程度である石英棒或いはサファイア棒などによって形
成されている。この光導波部材12の先端は受光面となっ
ており、その先端受光面16が熱媒介部材14の管内面と
０．１mmの隙間をあけて対向している。そして、光導波
部材12の先端部の外周面と熱媒介部材14の管内側面との
間にも０．１mmの隙間が形成されている。ここで、光導
波部材12の先端受光面16と熱媒介部材14の管内面とは、
また光導波部材12の先端部の外周面と熱媒介部材14の管
内側面とは、それぞれ隙間をあけて対向させても或いは
隙間をあけずに当接させても、どちらでも差し支えな
い。一方、光導波部材12は蓋体46を貫通し、その末端部
は導光路、例えば光ファイバー74を介して放射温度計76
に光学的に接続されている。

【００１６】熱媒介部材14は、例えば先端部の外径寸法
が０．９mm、内径寸法が０．６mmで、２００mm程度の長
さの管状に形成されており、閉塞された先端部の端面26
が、光導波部材12の軸心線に直交する小面積の平坦面に
加工形成され、先端部の端面26と連なる先端部の上面に
も、平坦面27が形成されている。この熱媒介部材14の管
壁は、図２に図１のＡ部分の拡大断面図を示すように、
ＣＶＤ法（化学気相成長法）によってそれぞれ形成され
た高純度ＳｉＣ（シリコンカーバイド）層18、20間にＴ
ｉＮ（チタンナイトライド）膜22を形成した３層構造を
有している。また、熱媒介部材14は、その管壁の厚みが
例えば０．２mm程度と薄くされており、基板に比べて熱
容量が極めて小さい。ＣＶＤ法によって形成された高純
度ＳｉＣ層18、20は、高耐熱性、高熱伝導性を有してお
り、一方、基板の表面に対する汚染源となるような不純
物質を含有していないため、基板に対する汚染性を有し
ない。また、ＴｉＮ膜22は遮光性を有しており、このＴ
ｉＮ膜22により、熱処理装置の光照射用光源や基板表面
或いは加熱炉の内壁面などから放射される外乱光が、管
状の熱媒介部材14に内包された光導波部材12の先端受光
面に入射するのが阻止される。

【００１７】また、光導波部材12の末端部に光ファイバ
ー74を介して光学的に接続される放射温度計76として
は、例えば０．５μmから２μmの波長の範囲の一部に分
光感度を有する、例えばＳｉ（シリカ）やＧｅ（ゲルマ
ニウム）の検出素子を用いたものが使用される。

【００１８】以上のように構成された温度測定装置にお
いて、光照射型熱処理装置により基板24が熱処理される
過程で、基板24が加熱されてその表面温度が上昇する
と、熱伝導により熱媒介部材14も加熱されて温度が上昇
する。このとき、熱媒介部材14は、上記した通り基板24
に比べて熱容量が極めて小さく、また基板24の下面に平
坦面27が面接触しているので、熱伝導効率が極めて高
く、このため、熱媒介部材14は速やかに基板24の温度と
同一温度になり、特に平坦面27と隣接して連なっている
端面26は、時間差なしに常に基板24の温度と同一温度に
なる。そして、基板24と同一温度に加熱された熱媒介部
材14の端面26からは、その温度に応じた輻射エネルギー
が放射され、その輻射エネルギーが光導波部材12にその
先端受光面16から入射する。光導波部材12に入射した輻
射エネルギーは、光導波部材12の末端部に光ファイバー
を介して光学的に接続された放射温度計76によって検知
され、その検知された輻射エネルギーから熱媒介部材14
の温度が算定される。このようにして、熱媒介部材14と
同一温度である基板24の温度が求められる。尚、78は加
熱制御回路であり、放射温度計76によって検出された温
度に基づいて光源50への供給電力を制御する。

【００１９】上記実施例では、光導波部材12の先端受光
面16と熱媒介部材14の管内面及び光導波部材12の先端部
の外側面と熱媒介部材14の管内側面との間に隙間が形成
されているので、次のような効果がある。すなわち、光
導波部材12と熱媒介部材14との間に隙間が形成されてい
るので、熱媒介部材14より熱容量の大きい光導波部材12
への、熱媒介部材14を介した基板24からの熱伝導はほと
んど生じない。従って、基板24の熱媒介部材14との接触
部近傍から熱が奪われることはなく、加熱される基板24
の面内温度分布を乱さずに温度測定できる。

【００２０】この発明に係る温度測定装置は上記したよ
うに構成されているが、この発明の範囲は、上記説明並
びに図面の内容によって限定されるものではなく、要旨
を逸脱しない範囲で種々の変形例を包含し得る。例え
ば、図３及び図４（図３のＢ部分の拡大断面図）にそれ
ぞれ示すように、加熱炉40の下側内面に検出部10を上向
きに立設し、また基板支持部材（図示せず）を２本立設
して、検出部10の端面26とそれら基板支持部材との３個
所で基板24を支持するように構成してもよい。また、検
出部10は、必ずしも基板24を支持するものでなくてもよ
く、熱媒介部材14が基板24と熱的に緊密に接触していれ
ばよく、光導波部材12の先端受光面16が対向もしくは当
接している部分或いはその近傍が基板24と面接触してい
ることが望ましい。また、光ファイバー74を用いること
なく、光導波部材12の末端部に直接的に放射温度計を接
続してもよい。さらに、検出部の熱媒介部材の形状は、
管状である必要は無く、筒状や中空の扁平板状等であっ
てもよい。また、熱媒介部材の形状材料についても、Ｃ
ＶＤ法による高純度ＳｉＣとＴｉＮ以外の適当な材料を
用いるようにしてもよく、また、上記実施例では遮光性
材料としてＴｉＮを用いたが、ＴｉＮほど高い遮光性を
持っていない材料であっても、正確な温度測定の障害と
なる外乱光の影響を許容程度以下に抑えることができる
ものであれば、使用可能である。

【００２１】

【発明の効果】この発明は以上説明したように構成され
かつ作用するので、この発明に係る温度測定装置を使用
すれば、光照射によって加熱される基板の温度を従来の
接触式の温度測定装置に比べてより正確に測定すること
ができるとともに、応答性良く基板の温度を測定するこ
とができて、温度制御の信頼性を向上させることができ
る。また、この発明に係る温度測定装置は、熱電対など
を使用していないので、高温下での耐久性に優れ、装置
寿命も長い。このように、この発明は、光照射加熱式の
熱処理装置のように基板を急速加熱して熱処理する装置
における温度制御用として優れた性能を持った温度測定
装置を提供し得たものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の１実施例に係る基板の温度測定装置
の検出部の先端部分を示す部分拡大縦断面図である。

【図２】図１のＡ部分の拡大断面図である。

【図３】図１に示した検出部を基板に面接触させた状態
を示す部分拡大縦断面図である。

【図４】図３のＢ部分の拡大断面図である。

【図５】この発明に係る温度測定装置が使用される光照
射型熱処理装置の要部側面断面図である。

【符号の説明】

10 温度測定装置の検出部 12 光導波部材 14 熱媒介部材 16 光導波部材の先端受光面 24 基板 26 熱媒介部材先端の端面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 21/66 Ｔ 7630−4Ｍ // Ｈ０１Ｌ 21/22 ５０１Ｎ 9278−4Ｍ (72)発明者西井清文京都市伏見区羽束師古川町322番地大日本スクリーン製造株式会社洛西工場内 (72)発明者西田正樹京都市伏見区羽束師古川町322番地大日本スクリーン製造株式会社洛西工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】加熱炉内に収容され、加熱手段からの光
照射によって加熱される基板の温度を、接触式に測温す
る検出手段で測定する、基板の温度測定装置において、
前記検出手段を、線状の光導波部材の少なくとも先端部
分を、一定の輻射率を有する遮光性材料で形成され閉塞
された熱媒介部材に内挿して、光導波部材の先端受光面
を熱媒介部材の内面に対向もしくは当接させるととも
に、前記光導波部材の末端部を直接にもしくは導光路を
介して放射温度計に光学的に接続することにより構成
し、前記熱媒介部材の外面を基板の一部に面接触させた
ことを特徴とする基板の温度測定装置。
【請求項２】熱媒介部材によって少なくとも基板の一
部を支持するようにした請求項１記載の基板の温度測定
装置。