JPH10163182A - 基板熱処理装置およびそれに使用可能な膜厚測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高精度で処理効率のよい基板熱処理装置およ
びそれに使用可能な膜厚測定装置を提供する。 【解決手段】 基板Ｗからの熱放射のうち半透鏡６１１
を透過した熱放射はプローブ６２０ａに入射し、放射高
温計６３０ａに導かれる。また、透明部材６１２を透過
した熱放射はプローブ６２０ｂに入射し、放射高温計６
３０ｂに導かれる。そして、放射高温計６３０ａおよび
６３０ｂにおいてそれぞれの放射強度である半透過射放
射強度および無反射放射強度を求め、それらを基に演算
部６４０において所定の演算式により基板Ｗの温度と基
板Ｗの下面に形成された膜厚を求め、それを基にランプ
２０の温度制御およびランプパワーの制御を行う。した
がって、半透鏡６１１の透過率および反射率を考慮して
基板Ｗの薄膜の膜厚を求め、その結果をもとに制御を行
うので精度の高い加熱・成膜処理を行うことができる。

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、液晶用ガラス基
板、半導体ウエハ等の基板（以下「基板」という。）を
加熱しつつガスを供給して基板に薄膜を生成する成膜処
理を施す基板熱処理装置およびそれに使用可能な膜厚測
定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の基板熱処理装置における加熱・成
膜処理では処理のための炉体の内部を所定温度に維持し
た状態で所定時間、所定濃度の処理ガスを供給すること
によって、基板のデバイス面に薄膜を生成していた。そ
して、所定時間の処理の後にオペレータが基板を炉内か
ら取り出して膜厚を測定し、所望の膜厚の薄膜が生成さ
れるまでこのような作業を繰り返し、温度，ガス供給
量，処理時間等のパラメータを決定していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の従来
装置では、予め設定した所定時間の加熱・成膜処理を行
っただけでは所望の膜厚の薄膜を生成することは困難
で、各基板の処理ごとに何度か上記のような加熱・成膜
処理と膜厚測定作業を繰返さねばならず、加熱・成膜処
理の条件出しに長時間を要していた。また、最初に加熱
・成膜処理を行う際にはそれに先立ってダミー基板等を
用いて加熱し、炉内の温度を所定温度に上げておく暖機
運転が必要となっていて、その間は加熱・成膜処理が行
えず、さらに余分に処理の時間を要していた。

【０００４】また、加熱・成膜処理中に膜厚を測定する
ことができないため、正確に所望の厚さの薄膜を生成す
ることが困難であった。

【０００５】この発明は、従来技術における上述の問題
の克服を意図しており、高精度で処理時間の短い基板熱
処理装置およびそれに使用可能な膜厚測定装置を提供す
ることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、この発明の請求項１の装置は、基板を加熱手段によ
って加熱しつつガスを供給して基板に薄膜を生成する成
膜処理を施す基板熱処理装置であって、前記成膜処理中
に前記薄膜の膜厚を測定する膜厚測定手段と、前記膜厚
測定手段によって求められた前記薄膜の膜厚を基に前記
加熱手段の動作制御を行う加熱制御手段と、を備える。

【０００７】また、この発明の請求項２の装置は、前記
基板を被測定体とすることによって請求項１における膜
厚測定手段として使用可能であって、前記被測定体から
の熱放射を基に当該被測定体に生成された薄膜の膜厚を
測定する膜厚測定装置において、前記熱放射を不完全に
透過する半透鏡と、前記半透鏡を透過した前記熱放射の
強度である半透過放射強度を求める第１放射強度測定手
段と、いずれの物体によってもほぼ反射されていない状
態の前記熱放射の強度である無反射放射強度を求める第
２放射強度測定手段と、前記半透過放射強度および前記
無反射放射強度を基に前記薄膜の膜厚を求める膜厚算出
手段と、を備える。

【０００８】また、この発明の請求項３の装置は、請求
項２の膜厚測定装置であって、前記半透鏡が前記第１放
射強度測定手段に対向する位置を中心とした円盤状であ
ることを特徴とする。

【０００９】また、この発明の請求項４の装置は、請求
項２および請求項３のうちのいずれかの膜厚測定装置で
あって、前記半透鏡の前記第１放射強度測定手段側の面
の前記第１放射強度測定手段に対向する部分以外の部分
が黒化処理されていることを特徴とする。

【００１０】また、この発明の請求項５は、請求項２な
いし請求項４のうちのいずれかの膜厚測定装置であっ
て、前記第１放射強度測定手段および前記第２放射強度
測定手段または前記被測定体のうちのいずれかを回転さ
せる回転手段をさらに備え、前記回転手段により前記第
１放射強度測定手段および前記第２放射強度測定手段の
それぞれの前記被測定体に対する相対的位置が互いに入
れ替わることを特徴とする。

【００１１】また、この発明の請求項６装置は、前記基
板を被測定体とすることによって請求項１における膜厚
測定手段として使用可能であって、前記被測定体からの
熱放射を基に当該被測定体に生成された薄膜の膜厚を測
定する膜厚測定装置であって、第１波長および第２波長
の前記熱放射を含む熱放射群のうち、前記第１波長の熱
放射を不完全に透過するとともに、前記第２波長の前記
熱放射をほぼ完全に透過する半透鏡と、前記半透鏡を透
過した前記熱放射群のうち前記第１波長の熱放射の強度
である半透過放射強度および前記第２波長の熱放射の強
度である無反射放射強度を求める放射強度測定手段と、
前記半透過放射強度および前記無反射放射強度を基に前
記膜厚を求める膜厚算出手段と、を備える。

【００１２】また、この発明の請求項７の装置は、請求
項６の膜厚測定装置であって、前記半透鏡が前記放射強
度測定手段に対向する位置を中心とした円盤状であるこ
とを特徴とする。

【００１３】また、この発明の請求項８の装置は、請求
項６および請求項７のうちのいずれかの膜厚測定装置で
あって、前記半透鏡の前記放射強度測定手段側の面の前
記放射強度測定手段に対向する部分以外の部分が黒化処
理されていることを特徴とする。

【００１４】さらに、この発明の請求項９の装置は、請
求項６ないし請求項８のうちのいずれかの膜厚測定装置
であって、前記第１波長および前記第２波長のいずれも
が前記被測定体の放射率のほぼ温度に依存しない波長域
に含まれることを特徴とする。

【００１５】

【発明の実施の形態】

【００１６】

【１．発明の原理】各実施の形態の説明の前に、以下に
おいてこの発明の温度測定原理について説明する。

【００１７】まず基板において、光の透過はないものと
してその放射率εおよび反射率ρ（いずれも「０」〜
「１」の値をとる）との関係は、次式のようになる。

【００１８】

【数１】

【００１９】また、半透鏡を透過しない基板からの熱放
射の放射強度である無反射放射強度Ｉ0は測定系のゲイ
ンも含めた温度Ｔの黒体の放射強度Ｌ0（Ｔ）を用いて
表わすと、次式となる。

【００２０】

【数２】

【００２１】ただし、この式（２）でＴ0は基板の温度
を表わしている。なお、この発明においては半透鏡は必
ずしも反射率が５０％である鏡を意味するものではな
く、反射率が０％および１００％以外のその間の反射率
の鏡を意味するものである。したがって、この発明にお
いて不完全に透過とは透過率が０％および１００％以外
のその間であることを意味している。

【００２２】また、基板を半透鏡に近づけると基板と半
透鏡との間で多重反射を起こす。図１は基板と半透鏡と
の間の熱放射の多重反射の説明図である。以下において
半透鏡の反射率ｒおよび透過率ｔ（いずれも「０」〜
「１」の値をとる）を用いて説明する。

【００２３】まず基板Ｗの下面から放射された無反射放
射強度Ｉ0の熱放射は半透鏡ＨＭにおいて上方にｒＩ0の
強度で反射されるとともに、下方にｔＩ0の強度で透過
する。そして反射された熱放射は基板Ｗの下面において
ｒρＩ0の強度で反射される。その反射された熱放射は
再び半透鏡ＨＭに入射しｔｒρＩ0の強度で透過する。
このように基板Ｗと半透鏡ＨＭとの間で多重反射がおき
る場合に半透鏡ＨＭから基板Ｗによる反射を経て再び半
透鏡ＨＭに戻る１往復の後の熱放射の強度はｒρ倍に減
衰している。したがって、最終的に半透鏡ＨＭの下方に
おいて捉えられる熱放射の強度である半透過放射強度Ｉ
は１回〜無限回の多重反射の後に半透鏡ＨＭを透過する
熱放射の強度の和になる。そして、この和は初項ｔＩ
0、公比ｒρの等比級数となり、次式のようになる。

【００２４】

【数３】

【００２５】そして、以上３式を連立して、基板Ｗの放
射率ε、反射率ρおよび基板Ｗの放射強度Ｌ0(Ｔ0）に
ついて解くと以下の３式になる。

【００２６】

【数４】

【００２７】

【数５】

【００２８】

【数６】

【００２９】以下の実施の形態では半透過放射強度Ｉ、
無反射放射強度Ｉ0を測定し、その値と予め分かってい
る半透鏡の反射率ｒ、透過率ｔの値を式（４）、式
（５）、式（６）に用いて放射率ε、反射率ρおよび基
板Ｗの放射強度Ｌ0(Ｔ0）を求める。さらに、図２に示
すような黒体の温度Ｔに対する放射強度Ｌ0（Ｔ）を示
すグラフに式（６）から求めた基板Ｗの放射強度Ｌ0(Ｔ
0）を用いて基板Ｗの温度Ｔ0を求めている。

【００３０】さらに、シリコン基板Ｗの放射率εとその
薄膜の膜厚ｄとの関係式（藤原史郎（編著）：光学薄
膜，12/18，共立出版（1986）参照）は次式で与えられ
る。

【００３１】

【数７】

【００３２】この式においてρ1は薄膜と空気の境界で
の反射率、ρ2は薄膜とＳｉの境界での反射率、θは測
定方向と基板Ｗの法線の角度、λは測定波長、ｎは薄膜
の屈折率、ｄは膜厚を表わしている。

【００３３】この式（７）にフレネルの公式により求め
たρ1、ρ2や、予め測定されているθ、λ、ｎ、および
式（４）により求められた基板Ｗの放射率εを用いて基
板Ｗの膜厚ｄを求める。

【００３４】以下に示す実施の形態においては、以上の
ようにして求めた基板Ｗの温度Ｔ0により温度制御を行
うとともに、膜厚ｄが所定値に達しているかどうかによ
り加熱 ・成膜処理の終了を制御する。

【００３５】

【２．第１の実施の形態】 ＜２−１．機構的構成および動作＞図３は第１の実施の
形態の基板熱処理装置１の断面図である。同図、図４お
よび図６の各図においては、水平面をＸ−Ｙ面とし、鉛
直方向をＺ軸方向とする３次元座標系Ｘ−Ｙ−Ｚが定義
されている。以下、図３を参照しつつこの装置の構成を
説明していく。

【００３６】第１の実施の形態の基板熱処理装置１は主
に炉体１０、ランプ２０、石英ガラス３０、基板支持部
４０、リニアモータ５０、温度・膜厚測定部６０、制御
部７０、ランプドライバ８０、モータドライバ９０とを
備えている。

【００３７】炉体１０は上部をリフレクター１１０、下
部をハウジング１２０とする箱状の炉体であり、それら
の内部には多数の冷却管１３０（図３には一部にのみ参
照番号を記載）が設けられている。また、炉体１０の側
面にはガス供給口ＧＩおよびガス排出口ＧＯが、ハウジ
ング１２０にはガス供給管１４０およびガス排出管１５
０が設けられており、加熱・成膜処理の際に処理ガスが
所定のタイミングで供給される。

【００３８】ランプ２０はリフレクター１１０の下面に
多数設けられ（図３には一部にのみ参照番号を記載）点
灯時にはその熱放射により基板Ｗを加熱する。

【００３９】石英ガラス３０はランプ２０の下方に設け
られ、それによる熱放射を透過する。

【００４０】基板支持部４０は、基板Ｗを支持するとと
もに、そのＺ軸方向を軸とした回転により基板Ｗを回転
させる。

【００４１】リニアモータ５０は磁気浮上式のリニアモ
ータであり基板Ｗを支持した基板支持部４０を回転させ
る。

【００４２】温度・膜厚測定部６０は、後に詳述するが
基板Ｗからの熱放射強度を測定し、それを基に基板Ｗの
温度Ｔ0や膜厚ｄ等を求め、それらの信号を制御部７０
に送る。

【００４３】制御部７０は後に詳述するように、後述の
ランプドライバ８０にランプ２０の制御信号を送った
り、後述のモータドライバ９０に所定のタイミングで駆
動信号を送ったりする。

【００４４】ランプドライバ８０は制御部７０からの制
御信号を受けてランプ２０に電力を供給する。

【００４５】モータドライバ９０は制御部７０からの駆
動信号を受けてリニアモータ５０に電力を供給する。

【００４６】つぎに、要部についてさらに詳細に説明し
ていく。

【００４７】基板支持部４０は基板Ｗの周縁部分を支持
する支持リング４１０とその下面の数点において支持す
る支持脚４２０とから成り、その支持脚４２０の下端に
はリニアモータ５０の浮揚部５１０が設けられ、基板Ｗ
の周縁に沿うように設けられた円環状のレール５２０上
面に嵌合している。そして、モータドライバ９０からの
電力により浮揚部５１０が浮揚してレールに沿って摺動
し、基板支持部４０を回転駆動し基板Ｗを回転させる。
この回転は基板Ｗの加熱を基板Ｗの各部分で均一にする
とともに、後述するように基板Ｗからの半透過放射強度
Ｉおよび無反射放射強度Ｉ0を測定する基板Ｗの測定対
象位置をプローブ６２０ａとプローブ６２０ｂとで共通
にするために行われている。

【００４８】温度・膜厚測定部６０は透過板６１０、プ
ローブ６２０ａ，６２０ｂ、放射高温計６３０ａ，３６
０ｂ、演算部６４０より成っている。

【００４９】図４は第１の実施の形態の透過板６１０の
平面図である。透過板６１０は半透鏡６１１の周囲に透
明部材６１２が設けられた円盤状部材であり、ハウジン
グ１２０の上面に固設されている。

【００５０】半透鏡６１１は後述するプローブ６２０ａ
を中心とした円盤状で、上面が鏡面となっており上方か
らの熱放射を不完全に反射および透過する。また、半透
鏡６１１の下面においてはプローブ６２０ａに対向する
部分は透明であり、さらにそれ以外の部分は黒化処理さ
れており、上方からの熱放射を全吸収して反射しない。

【００５１】また、透明部材６１２は上方の基板Ｗから
の熱放射をほぼ完全に透過する性質を持っており、その
下方に設けられた後述するプローブ６２０ｂに入射さ
せ、無反射放射強度Ｉ0を後述する放射高温計６３０ｂ
によって正確に測定することができる。

【００５２】プローブ６２０ａ，６２０ｂは入射する熱
放射を伝える光ファイバであり、図中の上端において熱
放射を放射高温計６３０ａ，３６０ｂに送る。

【００５３】放射高温計６３０ａ，６３０ｂは入射する
高温の熱放射を電圧すなわち、それぞれ半透過放射強度
Ｉおよび無反射放射強度Ｉ0を表わす電気信号に変換
し、演算部６４０に送る。

【００５４】なお、上記、プローブ６２０ａと放射高温
計６３０ａとを併せたものが第１放射強度測定手段に相
当し、プローブ６２０ｂと放射高温計６３０ｂとを併せ
たものが第２放射強度測定手段に相当する。

【００５５】さらに、演算部６４０は図示しないＣＰＵ
およびメモリから成り、放射高温計６３０ａ，６３０ｂ
から時々刻々と送られてくる半透過放射強度Ｉおよび無
反射放射強度Ｉ0を示す信号のうち、前述のように回転
する基板Ｗの測定対象位置がプローブ６２０ａおよび６
２０ｂのそれぞれの上方に位置したタイミングで測定さ
れた値を１組の放射強度信号として用いる。すなわち、
両放射強度を求めるタイミングを基板Ｗ上の同じ位置を
測定するために同期をとっている。こうすることによ
り、半透過放射強度Ｉと無反射放射強度Ｉ0を求める測
定対象位置を共通にしている。そのため、より精度の高
い温度測定および膜厚測定を行うことができる。

【００５６】そして、このようにして得られた半透過放
射強度Ｉおよび無反射放射強度Ｉ0と、予めメモリに記
憶されていた発明の原理の項で用いた各パラメータとを
用いて基板Ｗの測定対象位置の温度Ｔ0、放射率ε、反
射率ρおよび膜厚ｄを求め、それらを制御部７０に送
る。

【００５７】＜２−２．処理および制御＞図５は第１の
実施の形態の基板熱処理装置１の制御の流れを示す図で
ある。以下、図５を用いてこの装置における加熱・成膜
処理およびランプ２０の制御について説明していく。

【００５８】まず、図示しない搬入口から基板Ｗがデバ
イス面を下にして搬入され、基板支持部４０に支持され
る。ここで基板Ｗをデバイス面を下にした状態で支持す
るのは温度・膜厚測定部６０によって膜厚ｄを測定する
ために、デバイス面に生成される薄膜からの熱放射をプ
ローブ６２０ａ，６２０ｂに入射させる必要があるため
である。

【００５９】つぎに、制御部７０は図示しない処理ガス
供給手段に制御信号を送り加熱・成膜処理のための処理
ガスを炉体１０内に供給させるとともに、ランプドライ
バ８０に制御信号を送り、ランプ２０を点灯して加熱を
開始する。それと同時にモータドライバ９０に駆動信号
を送り、リニアモータ５０を駆動して基板支持部４０を
回転させることによって基板Ｗを回転させる。なお、以
下の加熱・成膜処理中において基板Ｗの回転は続けられ
る。

【００６０】ランプ２０から発せられた放射熱は石英ガ
ラス３０を透過して基板Ｗに至り、それにより基板Ｗは
加熱され、その温度に対応する熱放射が発生する。

【００６１】透過板６１０の半透鏡６１１を透過した基
板Ｗからの熱放射はプローブ６２０ａに入射し、放射高
温計６３０ａに導かれる。同様に、透過板６１０の透明
部材６１２を透過した基板Ｗからの熱放射はプローブ６
２０ｂに入射し、放射高温計６３０ｂに導かれる。

【００６２】そして、放射高温計６３０ａからは半透鏡
６１１を透過した熱放射の半透過放射強度Ｉおよび、放
射高温計６３０ｂからは透明部材６１２を透過した熱放
射の無反射放射強度Ｉ0のそれぞれを表わす放射強度信
号が演算部６４０に送られる。

【００６３】演算部６４０では半透過放射強度Ｉ、無反
射放射強度Ｉ0および、予め得られていて演算部６４０
内部のメモリに記憶されている半透鏡６１１の透過率
ｔ、反射率ｒ等をもとに発明の原理で述べた式（４）、
式（５），式（６）を用いて基板Ｗの温度Ｔ0、基板Ｗ
の放射率εおよび反射率ρを求めるとともに、予め求め
られてメモリに記憶されている前述のρ1、ρ2、θ、
λ、ｎ、および式（４）により求められたεを式（７）
に用いて基板Ｗに形成された膜厚ｄを求める。

【００６４】なお、第１の実施の形態では図２のような
黒体の温度Ｔに対する放射強度Ｌ0（Ｔ）を示すグラフ
に相当する変換テーブルを演算部６４０内のメモリに記
憶している。そして、これを用いて基板Ｗの温度Ｔ0を
求めている。

【００６５】そして、演算部６４０で求められた基板Ｗ
の温度Ｔ0は温度信号として制御部７０に送られ、それ
を基に制御部７０は基板Ｗの温度を所定値に保つために
制御信号をランプドライバ８０に送り、ランプドライバ
８０はその制御信号に応じた電力をランプ２０に供給す
る。

【００６６】また、演算部６４０で求められた膜厚信号
は温度信号と同様に制御部７０に送られ、制御部７０で
は求めた膜厚ｄが所定の厚さに達しているかどうかを判
断し、所定の膜厚に達していたか否かに応じてランプ２
０のパワーを指示する制御信号をランプドライバ８０に
送る。ランプドライバ８０はその制御信号がＯＮである
間は、上記のような基板Ｗの温度Ｔ0を一定に保つ温度
制御を行いつつ基板Ｗの加熱・成膜処理を行っていき、
制御信号がＯＦＦになるとランプ２０への電力の供給を
停止し加熱・成膜処理を終了する。

【００６７】以上説明したように、第１の実施の形態の
基板熱処理装置１の温度・膜厚測定部６０では半透鏡６
１１を透過した熱放射の強度である半透過放射強度Ｉ、
および、透明部材６１２を透過した熱放射の強度である
無反射放射強度Ｉ0を基に演算部６４０により基板Ｗの
温度Ｔ0を算出する構成であるため、半透鏡６１１の反
射率ｒおよび透過率ｔを考慮して基板Ｗの温度Ｔ0およ
び膜厚ｄを求めることができるので、精度の高い基板の
温度測定および膜厚測定を行うことができる。

【００６８】また、半透鏡６１１がプローブ６２０ａを
中心とした円盤状をしているため、プローブ６２０ａに
入射する熱放射がその周りの半透鏡６１１と基板Ｗとの
間で多重反射した熱放射の影響を均等に受けたものであ
るので、より精度の高い温度測定および膜厚測定を行う
ことができる。

【００６９】また、半透鏡６１１の下面は黒化処理され
ているため、半透鏡６１１の上面の鏡面を透過した熱放
射が下面において反射して半透鏡内で多重反射した後に
プローブ６２０ａに入射することがなく、その下面にお
いて反射していない熱放射のみがプローブ６２０ａに入
射するので半透過放射強度Ｉを放射高温計６３０ａによ
って正確に測定することができ、したがって、温度・膜
厚測定部６０において、より精度の高い温度測定および
膜厚測定を行うことができる。

【００７０】また、基板Ｗを回転させ、半透過放射強度
Ｉおよび無反射放射強度Ｉ0を捉えるタイミングを基板
Ｗ上の同じ位置を測定するために同期をとることによ
り、基板Ｗの同一部分からの熱放射を捉えることができ
るのでより精度の高い温度測定および膜厚測定を行うこ
とができる。

【００７１】また、第１の実施の形態の基板熱処理装置
１では上記のような温度・膜厚測定部６０による精度の
高い基板Ｗの温度Ｔ0および膜厚ｄの測定結果に基づい
てランプ２０の温度制御およびランプパワーの制御を行
っているため、基板Ｗの高精度の加熱・成膜処理を行う
ことができる。

【００７２】さらに、従来装置のように基板Ｗを所定温
度下で所定時間処理することによって膜厚を制御してい
ないため、オペレータが基板Ｗを炉体１０から取り出し
膜厚測定をし、再び戻して加熱・成膜処理を続行した
り、加熱・成膜処理の間、基板Ｗの温度Ｔ0が一定でな
くてもよいので予めダミー基板等を用いて所定温度まで
加熱する暖機運転を行う必要がないので、処理効率のよ
い加熱・成膜処理を行うことができる。

【００７３】

【３．第２の実施の形態】図６は第２の実施の形態の基
板熱処理装置２の断面図である。また、図７は第２の実
施の形態の透過板の平面図である。以下、図６および図
７を用いて第２の実施の形態の基板熱処理装置２につい
て、第１の実施の形態の基板熱処理装置１との相違点を
中心に説明していく。

【００７４】基板熱処理装置２における透過板６１０は
その中心に円盤状の半透鏡６１１が設けられている。そ
して、その上面は後に詳述する性質を持つ鏡面になって
おり、逆に下面においてはプローブ６２０に対向する部
分は透明であり、それ以外の部分は黒化処理されてい
る。

【００７５】図８は第２の実施の形態の半透鏡６１１の
性質を示す図である。この半透鏡６１１は半透鏡の性質
を示すと透明な性質とを併せ持っている。すなわち、図
示のようにこの半透鏡６１１は半透過波長λ1＝０．９
μｍと全透過波長λ2＝１．０μｍとの間の、０．９５
μｍ付近の波長域で透過率ｔが急激に増加しており、逆
に反射率ｒは波長が０．９５μｍ付近で急激に減少して
いる。そして、約０．９５μｍ以下の波長域では透過率
ｔおよび反射率ｒがいずれも約「０．５」になってい
る。また、約０．９５μｍより上の波長域では透過率ｔ
がほぼ「１」であり、逆に反射率ｒはほぼ「０」になっ
ている。そのため、この半透鏡６１１は約０．９５μｍ
以下の波長域では半透鏡の性質を示すが、それより上の
波長域では透明な性質を示すものである。半透鏡６１１
にこのような性質を持たすために第２の実施の形態では
その鏡面を例えば、ＳｉＯ2とＴｉＯ2の薄膜を透過させ
る波長に応じた厚さにし、互いに積層させるものとして
いる。

【００７６】また、プローブ６２０はその一端がハウジ
ング２０内の半透鏡６１１に対向するようにその中心の
直下に１本だけ設けられており、半透鏡６１１に対向し
ていない端部において２色高温計６３５に接続されてい
る。

【００７７】さらに、２色高温計６３５は上述の半透過
波長λ1および全透過波長λ2の２つの波長の熱放射が含
まれる熱放射群が入力されるとその熱放射群から半透過
波長λ1の熱放射と全透過波長λ2の熱放射とを抽出して
それぞれの波長の熱放射の放射強度を測定することがで
きる高温計である。なお、プローブ６２０と２色高温計
６３５とを併せたものが放射強度測定手段に相当する。

【００７８】そして、上記以外の構成および動作は第１
の実施の形態の装置と同様である。

【００７９】以上のような構成によりこの装置は以下の
ような制御を行う。

【００８０】基板支持部４０にデバイス面を下にして支
持された基板Ｗから下方に発せられた熱放射は、様々な
波長が混じった熱放射群としてプローブ６２０の上端に
入射している。

【００８１】そして、プローブ６２０により２色高温計
６３５に送られた熱放射のうち前述の半透過波長λ1と
全透過波長λ2とが抽出され、半透過波長λ1の熱放射の
放射強度が半透過放射強度Ｉ、全透過波長λ2の放射強
度が無反射放射強度Ｉ0としてそれぞれ求められ、放射
強度信号として演算部６４０に送られる。そして、これ
らの信号を基に第１の実施の形態と同様に基板Ｗの温度
Ｔ0および膜厚ｄが求められ、それらに基づいてランプ
２０の温度制御およびランプパワーの制御を行う。

【００８２】ただし、半透過波長λ1および全透過波長
λ2は以下のような条件を満たしている必要がある。図
８はＳｉの熱放射の放射率の温度依存性を示す図であ
る。図示のようにＳｉはその温度が約８００°Ｋ以下に
おいては１．０〜２．０μｍの間の熱放射の波長域にお
いて急激にその放射率が低下しており、さらに約１５μ
ｍの波長域にかけて緩やかにその放射率が上昇してい
る。

【００８３】逆に、熱放射の波長が約０．８〜１．０μ
ｍの波長域では約１１００°Ｋ以下の温度における放射
率はほぼ一定である。

【００８４】そのため、前述の半透過波長λ1、全透過
波長λ2を１．０〜２．０μｍの波長域に設定すると両
波長におけるシリコン基板の放射率が異なるものとな
り、そのような波長の半透過放射強度Ｉおよび無反射放
射強度Ｉ0に基づいて求められた基板Ｗの温度Ｔ0および
膜厚ｄは信頼できる値ではなく、そのような値に基づく
ランプ２０の温度制御およびランプパワーの制御も正確
なものではなくなってしまう。

【００８５】そこで第２の実施の形態の基板熱処理装置
２では半透過波長λ1および全透過波長λ2を放射率の安
定した約０．８〜１．０μｍの波長域内の前述のような
値に設定しているのである。

【００８６】なお、半透過波長λ1と全透過波長λ2はで
きるだけ近い波長に設定する方がＳｉの放射率が等しく
なるという面では望ましいが、あまり近すぎると逆に半
透鏡６１１の反射率ｒや透過率ｔの安定しない波長域
（図８では０．９５μｍ付近）に両波長が含まれること
になり、その場合も制御上望ましくない。そのため、第
２の実施の形態の基板熱処理装置２では半透過波長λ1
および全透過波長λ2を前述のような値としている。

【００８７】また、半透鏡６１１の反射率ｒと透過率ｔ
はいずれも「０．５」程度が望ましい。なぜなら、反射
率ｒが大きすぎると熱放射の多くが反射されてしまい半
透過放射強度Ｉが小さくなり、逆に透過率ｔが大きすぎ
ると半透過放射強度Ｉと無反射放射強度Ｉ0とが同程度
の大きさとなるためいずれも得られる結果の精度が落ち
るためである。

【００８８】以上のような構成となっているので、第２
の実施の形態の基板熱処理装置２およびその温度・膜厚
測定部６０でも、基板Ｗの回転による効果以外の第１の
実施の形態の基板熱処理装置１の効果と同様の効果を備
える。

【００８９】さらに、第２の実施の形態の基板熱処理装
置２およびその温度・膜厚測定部６０では、半透過波長
λ1および全透過波長λ2のいずれもが基板Ｗの放射率の
ほぼ温度に依存しない波長域に含まれる構成であるた
め、基板Ｗ上の同一の測定対象位置における同一時点の
半透過放射強度Ｉと無反射放射強度Ｉ0とを測定するこ
とができるので、より信頼性の高い温度測定および膜厚
測定を行うことができる。

【００９０】

【４．その他の実施の形態】図１０は、その他の実施の
形態の基板熱処理装置における半透鏡６１１の性質を示
す図である。この装置は第２の実施の形態の基板熱処理
装置２と半透鏡６１１の性質以外はまったく同一の構成
となっている。そして、半透鏡６１１が図１０に示すよ
うに、第２の実施の形態の基板熱処理装置２の半透過波
長λ1と全透過波長λ2の波長が入れ替わっていて、全透
過波長λ2＝０．９μｍと半透過波長λ1＝１．０μｍと
の間の、０．９５μｍ付近の波長域で半透鏡６１１の透
過率ｔが急激に増加しており、逆に反射率ｒは波長が
０．９５μｍ付近で急激に減少している。

【００９１】そして、それより高い波長域では透過率ｔ
および反射率ｒが「０．５」付近になっている。すなわ
ち、この半透鏡６１１は約０．９５μｍ以上の波長域で
は半透鏡の性質を示すが、それより低い波長域では透明
な性質を示すものである。半透鏡６１１にこのような性
質を持たすためにこの基板熱処理装置ではその鏡面を例
えば、ＳｉＯ2とＴｉＯ2の多層薄膜を積層したものとし
ている。

【００９２】このような構成によりこの基板熱処理装置
およびその温度・膜厚測定部６０でも第２の実施の形態
の基板熱処理装置２と同様の効果を有する。

【００９３】

【５．変形例】上記の第１の実施の形態の基板熱処理装
置１では無反射放射強度Ｉ0を透明部材６１２によって
透過された熱放射をプローブ６２０ｂに入射させて求め
る構成としたが、この発明はこれに限られず、透明部材
６１２を設けないで直接プローブ６２０ｂに入射させて
捉える構成としてもよい。

【００９４】また、第１の実施の形態の基板熱処理装置
１ではプローブ６２０ａとプローブ６２０ｂのＸ−Ｙ面
内での位置を透過板６１０の１つの直径上の中心を挟ん
で反対側に位置するように構成したが、この発明はこれ
に限られず、半透鏡に隣接し、透過板６１０の中心から
等距離の位置にプローブ６２０ｂが位置していてもよ
い。

【００９５】また、第１の実施の形態の基板熱処理装置
１ではプローブ６２０ａ、６２０ｂを１つずつ、第２の
実施の形態の基板熱処理装置２では透過板６１０の中心
にプローブ６２０を１つ備える構成としたが、この発明
はこれに限られず、たとえば第１の実施の形態の装置に
おいて透過板６１０に複数の半透鏡６１１とその下方に
複数のプローブ６２０ａを設けるとともに、透明部材６
１２の下方に複数のプローブ６２０ｂを設けて、プロー
ブ６２０ａのそれぞれに入射する熱放射を集めて放射高
温計６３０ａに、プローブ６２０ｂのそれぞれに入射す
る熱放射を集めて放射高温計６３０ｂに送り、それらで
求められた放射強度を基に加熱・成膜制御を行う構成等
とすることもできる。

【００９６】さらに、第２の実施の形態の装置において
基板Ｗをその温度が約８５０〜１１００°Ｋでのみ処理
する場合には半透過波長λ1、全透過波長λ2を０．８〜
１５μｍとしてもよい。

【００９７】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明は
膜厚測定手段によって成膜処理中に基板に生成された薄
膜の膜厚を測定し、その膜厚を基に加熱手段の動作制御
を行う構成であるため、高精度の成膜処理を行うことが
でき、さらに、オペレータが基板を取り出して膜厚測定
をして再び基板を戻して成膜処理を続行したり、予め暖
機運転を行ったりする必要がないので処理効率のよい成
膜処理を行うことができる。

【００９８】また、請求項２ないし請求項５の発明は、
半透鏡を透過した被測定体からの熱放射の強度である半
透過放射強度、および、いずれの物体によってもほぼ反
射されていない状態の被測定体からの熱放射の強度であ
る無反射放射強度を基に膜厚算出手段により薄膜の膜厚
を求める構成であり、請求項６ないし請求項９の発明
は、半透鏡により不完全に透過される被測定体からの第
１波長の熱放射の強度である半透過放射強度および半透
鏡によりほぼ完全に透過される被測定体からの第２波長
の熱放射の強度である無反射放射強度を基に膜厚算出手
段により被測定体に生成された薄膜の膜厚を求める構成
であるため、半透鏡の反射率および透過率を考慮して薄
膜の膜厚を求めることができるので、精度の高い膜厚測
定を行うことができる。

【００９９】また、請求項３の発明では請求項２の発明
において半透鏡が第１放射強度測定手段に対向する位置
を中心とした円盤状であり、請求項７の発明では請求項
６の発明において半透鏡が放射強度測定手段に対向する
位置を中心とした円盤状であるため、第１放射強度測定
手段および放射強度測定手段に入射する熱放射がその周
りの半透鏡と基板との間で多重反射した熱放射の影響を
均等に受けたものであるので、いずれも、より精度の高
い膜厚測定を行うことができる。

【０１００】また、請求項４の発明では請求項２および
請求項３のうちのいずれかの発明において、半透鏡の第
１放射強度測定手段側の面の第１放射強度測定手段に対
向する部分以外の部分が黒化処理されており、請求項８
の発明では請求項６および請求項７のうちのいずれかの
発明において、半透鏡の放射強度測定手段側の面の放射
強度測定手段に対向する部分以外の部分が黒化処理され
ているため、いずれも半透鏡内部で多重反射が生じない
のでより精度の高い膜厚測定を行うことができる。

【０１０１】また、請求項５の発明では請求項２、請求
項３および請求項４のうちのいずれかの発明において、
第１放射強度測定手段および第２放射強度測定手段のそ
れぞれの被測定体に対する相対的位置が互いに入れ替わ
る構成であるため、第１放射強度測定手段と第２放射強
度測定手段が被測定体の同一部分からの熱放射を測定す
ることができるので、より精度の高い膜厚測定を行うこ
とができる。

【０１０２】さらに、請求項９の発明では請求項６、請
求項７および請求項８のうちのいずれかの発明におい
て、第１波長および第２波長のいずれもが被測定体の放
射率のほぼ温度に依存しない波長域に含まれる構成であ
るので、基板上の同一の測定対象位置における同一時点
の半透過放射強度と無反射放射強度とを測定することが
できるので、より信頼性の高い膜厚測定を行うことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この基板と半透鏡との間の熱放射の多重反射の
説明図である。

【図２】黒体の温度に対する放射強度を示すグラフであ
る。

【図３】第１の実施の形態の基板熱処理装置の断面図で
ある。

【図４】第１の実施の形態の透過板の平面図である。

【図５】第１の実施の形態の基板熱処理装置の制御の流
れを示す図である。

【図６】第２の実施の形態の基板熱処理装置の断面図で
ある。

【図７】第２の実施の形態の透過板の平面図である。

【図８】第２の実施の形態の半透鏡の性質を示す図であ
る。

【図９】Ｓｉの放射率の温度依存性を示す図である。

【図１０】その他の実施の形態の半透鏡の性質を示す図
である。

【符号の説明】

１，２ 基板熱処理装置 ２０ ランプ ５０ リニアモータ ６０ 温度・膜厚測定部 ７０ 制御部 ６１１ 半透鏡 ６２０，６２０ａ，６２０ｂ プローブ ６３０ａ，６３０ｂ 放射高温計 ６４０ 演算部 Ｉ0 無反射放射強度 Ｉ 半透過放射強度 Ｔ0 基板の温度 Ｗ 基板 ｄ 膜厚 ｒ 半透鏡の反射率 ｔ 半透鏡の透過率 λ1 半透過波長 λ2 全透過波長

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 21/66 Ｈ０１Ｌ 21/66 Ｐ

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板を加熱手段によって加熱しつつガス
   を供給して基板に薄膜を生成する成膜処理を施す基板熱
   処理装置であって、 前記成膜処理中に前記薄膜の膜厚を測定する膜厚測定手
   段と、 前記膜厚測定手段によって求められた前記薄膜の膜厚を
   基に前記加熱手段の動作制御を行う加熱制御手段と、を
   備えることを特徴とする基板熱処理装置。
2. 【請求項２】 前記基板を被測定体とすることによって
   請求項１における膜厚測定手段として使用可能であっ
   て、前記被測定体からの熱放射を基に当該被測定体に生
   成された薄膜の膜厚を測定する膜厚測定装置において、 前記熱放射を不完全に透過する半透鏡と、 前記半透鏡を透過した前記熱放射の強度である半透過放
   射強度を求める第１放射強度測定手段と、 いずれの物体によってもほぼ反射されていない状態の前
   記熱放射の強度である無反射放射強度を求める第２放射
   強度測定手段と、 前記半透過放射強度および前記無反射放射強度を基に前
   記薄膜の膜厚を求める膜厚算出手段と、を備えることを
   特徴とする膜厚測定装置。
3. 【請求項３】 請求項２の膜厚測定装置であって、 前記半透鏡が前記第１放射強度測定手段に対向する位置
   を中心とした円盤状であることを特徴とする膜厚測定装
   置。
4. 【請求項４】 請求項２および請求項３のうちのいずれ
   かの膜厚測定装置であって、 前記半透鏡の前記第１放射強度測定手段側の面の前記第
   １放射強度測定手段に対向する部分以外の部分が黒化処
   理されていることを特徴とする膜厚測定装置。
5. 【請求項５】 請求項２ないし請求項４のうちのいずれ
   かの膜厚測定装置であって、 前記第１放射強度測定手段および前記第２放射強度測定
   手段または前記被測定体のうちのいずれかを回転させる
   回転手段をさらに備え、前記回転手段により前記第１放
   射強度測定手段および前記第２放射強度測定手段のそれ
   ぞれの前記被測定体に対する相対的位置が互いに入れ替
   わることを特徴とする膜厚測定装置。
6. 【請求項６】 前記基板を被測定体とすることによって
   請求項１における膜厚測定手段として使用可能であっ
   て、前記被測定体からの熱放射を基に当該被測定体に生
   成された薄膜の膜厚を測定する膜厚測定装置において、 第１波長および第２波長の前記熱放射を含む熱放射群の
   うち、前記第１波長の熱放射を不完全に透過するととも
   に、前記第２波長の前記熱放射をほぼ完全に透過する半
   透鏡と、 前記半透鏡を透過した前記熱放射群のうち前記第１波長
   の熱放射の強度である半透過放射強度および前記第２波
   長の熱放射の強度である無反射放射強度を求める放射強
   度測定手段と、 前記半透過放射強度および前記無反射放射強度を基に前
   記膜厚を求める膜厚算出手段と、を備えることを特徴と
   する膜厚測定装置。
7. 【請求項７】 請求項６の膜厚測定装置であって、 前記半透鏡が前記放射強度測定手段に対向する位置を中
   心とした円盤状であることを特徴とする膜厚測定装置。
8. 【請求項８】 請求項６および請求項７のうちのいずれ
   かの膜厚測定装置であって、 前記半透鏡の前記放射強度測定手段側の面の前記放射強
   度測定手段に対向する部分以外の部分が黒化処理されて
   いることを特徴とする膜厚測定装置。
9. 【請求項９】 請求項６ないし請求項８のうちのいずれ
   かの膜厚測定装置であって、 前記第１波長および前記第２波長のいずれもが前記被測
   定体の放射率のほぼ温度に依存しない波長域に含まれる
   ことを特徴とする膜厚測定装置。