JPH04174327A - Infrared rays temperature image measuring method and device and heating device which is equipped with it, control method of heating temperature, and film-forming device - Google Patents
Infrared rays temperature image measuring method and device and heating device which is equipped with it, control method of heating temperature, and film-forming deviceInfo
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Abstract
Description
[0001] [0001]
本発明は、赤外線画像を用いて温度測定対象物の温度を
測定する方法及びその装置とそれを備えた加熱装置、加
熱温度の制御方法並びに成膜装置に関する。
[0002]The present invention relates to a method and apparatus for measuring the temperature of an object using an infrared image, a heating apparatus equipped with the same, a heating temperature control method, and a film forming apparatus. [0002]
従来より、簡便に加熱対象物の温度を測定する方法は、
一般的に以下の二種類の方法が取られている。
その第一の方法は、測定対象物に対して熱電対を接触さ
せ、その起電力を測定し温度を知る方法である。この方
法は、例えば、特開昭60−131430号公報中にも
述べられているように、半導体基板や、磁気ディスク基
板、光デイスク基板のような基板の両面を使用する基板
に対して、熱電対を接触させることにより、その基板表
面が損傷を受けてしまうと言う問題がある。また接触す
ることにより、塵埃が発生する恐れもある。更にこの測
定方法では、熱電対を接触させた部分の局部的な温度が
測定できるのみで、広い領域にわたる被測定物の温度分
布を測定することは、非常に困難であった。
[0003]
第二の方法は、測定対象物から放射される特定波長の赤
外線強度を測定し、測定対象物の輻射率と温度換算テー
ブルから温度を求める方法である。黒体の放射強度と赤
外線スペクトル分布および温度の関係は、ブランク(P
lanck)の法則により一義的に決まることが原理的
に明かである。この方法は、例えば特開昭60−131
430、特開昭62−79641、特開昭63−241
33号公報等で述べられているように、測定対象物に対
して非接触で被測定物の温度を測定することができる。
しかし、特開昭60−131430、特開昭62−79
641号公報は、石英等の光ファイバーを用い赤外線を
検出器まで導き温度を測定しており、−点を測定してい
ることになる。従って、二次元的な温度分布を測定する
には不向きであった。
[0004]
一方、二次元的な温度分布を非接触で測定する手段とし
て、一般的に赤外線画像撮像装置、いわゆる赤外線カメ
ラ(または、サーモグラフィー等と呼ばれている)が使
用されていることは周知の通りである。これは、測定対
象物から放射される赤外線を二次元の赤外線画像として
撮像し、この画像の赤外線強度から温度を換算し、温度
画像を得るものである。なお、これに関連するものとし
ては、例えば特開昭63−217238号公報が挙げら
れる。これによれば、スキャナで基板上を直線的に走査
し、ミラーブロックMBを光軸OXを中心に回転させ、
結果として二次元的な走査を行って赤外線強度を測定し
、基板の温度分布を求めている。
[0005]
精密な温度制御が必要な従来の真空薄膜形成装置におい
て、真空槽内で移動する基体を加熱する場合には、赤外
線ランプヒータや電熱線ヒータなどの発熱体(加熱ヒー
タ)を用いて基体を加熱していた。この時、基体の加熱
温度を制御する方法は、発熱体付近又は基体付近の固定
された特定点の温度を熱電対により計測し、この温度が
目標温度になるようフィードバック制御する。また、こ
の他に温度計測によるフィードバック制御を行わず、単
にヒータに流す電流値を制御するだけでヒータの温度を
制御する方法もある。そして、この発熱体から放射され
る輻射熱と、その経過時間によって基体の温度を目的と
する温度に制御していた。
これら方法は、真空槽内を移動する基体の温度を直接計
測し、基体自身の温度を制御することが困難であると言
う理由から、多くの場合これら方法が採用されてきた。
[0006]Traditionally, the method of easily measuring the temperature of a heated object is as follows:
Generally, the following two methods are used. The first method is to bring a thermocouple into contact with the object to be measured and measure the electromotive force to determine the temperature. For example, as described in JP-A-60-131430, this method is applicable to thermoelectric substrates that use both sides of the substrate, such as semiconductor substrates, magnetic disk substrates, and optical disk substrates. There is a problem in that by bringing the pairs into contact, the surfaces of the substrates are damaged. Further, there is a possibility that dust may be generated due to contact. Furthermore, with this measurement method, it is only possible to measure the local temperature of the part where the thermocouple is in contact, and it is very difficult to measure the temperature distribution of the object over a wide area. [0003] The second method is to measure the infrared intensity of a specific wavelength emitted from the object to be measured, and calculate the temperature from the emissivity of the object to be measured and a temperature conversion table. The relationship between the blackbody radiation intensity, infrared spectral distribution, and temperature is calculated using a blank (P
It is clear in principle that it is uniquely determined by the law of lanck). This method is used, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-131
430, JP-A-62-79641, JP-A-63-241
As described in Publication No. 33 and the like, the temperature of the object to be measured can be measured without contacting the object. However, JP-A-60-131430, JP-A-62-79
No. 641 uses an optical fiber made of quartz or the like to guide infrared rays to a detector to measure the temperature, which means that the minus point is measured. Therefore, it was not suitable for measuring two-dimensional temperature distribution. [0004] On the other hand, it is well known that an infrared imaging device, a so-called infrared camera (also called a thermography, etc.) is generally used as a means to measure two-dimensional temperature distribution without contact. It is as follows. This method captures the infrared rays emitted from the object to be measured as a two-dimensional infrared image, and converts the temperature from the infrared intensity of this image to obtain a temperature image. In this connection, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-217238 can be cited. According to this, the substrate is scanned linearly with a scanner, the mirror block MB is rotated around the optical axis OX,
As a result, two-dimensional scanning is performed to measure the infrared intensity to determine the temperature distribution of the substrate. [0005] In conventional vacuum thin film forming apparatuses that require precise temperature control, when heating a substrate moving within a vacuum chamber, a heating element (heater) such as an infrared lamp heater or a heating wire heater is used. The base was heated. At this time, the method of controlling the heating temperature of the base is to measure the temperature at a fixed specific point near the heating element or the base using a thermocouple, and perform feedback control so that this temperature becomes the target temperature. In addition, there is also a method of controlling the temperature of the heater by simply controlling the current value flowing through the heater without performing feedback control based on temperature measurement. The temperature of the base is controlled to a desired temperature by the radiant heat emitted from the heating element and the elapsed time. These methods have been adopted in many cases because it is difficult to directly measure the temperature of a substrate moving within a vacuum chamber and control the temperature of the substrate itself. [0006]
上記従来技術で、二次元的な温度分布を赤外線カメラで
測定する手法は、被測定物の測定範囲が狭い場合につい
ては有効であった。例えば、半導体基板−枚を測定する
場合の様に測定範囲が直径200mm程度であれば十分
機能していた。
しかし、これ以上の大面積になると、特に蒸着やスパッ
タ手法を用いた真空成膜装置や、熱処理炉や真空加熱槽
などでは、装置上の制約から容易に目的とじている範囲
の温度分布を測定することができなかった。例えば、真
空成膜装置や熱処理炉などは、槽内が真空であったり、
高温であったりする為、測定のための赤外線を透過する
窓を必要以上に大きくできない。そのため、例えば50
0mmx700mm程度の大きさの物を測定対象とする
場合は、温度分布を1回の赤外線カメラでの撮影では測
定できなかった。更に、槽内で測定対象物が移動してし
)る場合に於いても測定が可能であることが必要であっ
たが、今までは、この様な測定対象物の温度計測を行え
る手段がなかった。
[0007]
一方、測定対象物を遠方より赤外線カメラにて撮像して
、広範囲に渡る測定を行う方法があるが、この場合には
光路が長くなるため測定系が大きくなり、温度画像が小
さくなってしまう。また赤外線カメラと測定対象物の間
に存在する大気が赤外線を吸収し、測定に悪影響を及ぼ
してしまうと言う問題も生じる。
また、上記特開昭63−217238号公報記載のよう
な加熱制御方法では、ヒータから放射する赤外線が基板
温度の測定に悪影響を与えることが配慮されていなかっ
た。このように、非接触でかつ大面積の温度分布を測定
する場合、特に真空中や高温中で移動する大面積の物体
の温度を簡単に非接触で精度良く測定する有効な手段は
なかった。
[0008]
広い面積を有する加熱対象物を加熱する場合には、しば
しばその温度分布が問題となる。例えば、上記の薄膜形
成装置に関して言えば、膜を形成する基体に不均一な温
度分布が生じると、形成された膜質にばらつきが生じる
。その為、基体が均一に加熱されるような加熱装置、及
び加熱ヒータを制御する機能が必要であった。また、均
一に加熱されているかどうか基体の温度分布を観測する
ことが必要であった。上記成膜装置における従来の基体
の加熱制御方法につき更に詳述すると、多くの場合次ぎ
の二通りの方法が用いられているが、その第一の方法は
、発熱体付値、もしくは基体付値の温度を固定された熱
電対により計測し、この計測値を目標値温度に合わせる
ように発熱体の投入電流をフィードバック制御する方法
である。しかしこの方法は、熱電対の固定点がずれると
発熱体の発熱温度が変わってしまう問題があった。即ち
、基体の温度を直接測定して加熱制御を行つていないた
め、基体自身の温度が目標値からずれていても解からな
い。この為、基体温度の再現性、並びに温度制御性が悪
かった。
[0009]
第二の方法は、基体から放射する赤外線の強度を測定し
、これを温度に換算して、基体温度の情報を得る方法で
ある。この方法で測定された基体自身の温度から、発熱
体の投入電力を制御する方法である。しかしこの方法で
は、基体から放射される赤外線のみならず、発熱体から
放射される直接的な、または反射してきた間接的な赤外
線が、温度計測装置の受光素子に入射してしまい、誤差
を発生させる。これら誤差発生の原因となる赤外線は、
強度が強く、温度測定の為の基体が放射してくる赤外線
が埋もれてしまい、基体の真の温度測定が不能になった
り測定結果が不正確になってしまうという問題が生じた
。
[0010]
一方、加熱された基体に温度分布が存在すると、成膜後
の膜物性に分布が生じてしまうことがある。例えば磁気
ディスク円板の場合、円板内で温度分布が生じると成膜
した磁性膜の磁気特性に差が生じ、磁気ディスク円板−
周の再生出力にうねりが発生する。また、複数のディス
ク基板を保持して成膜するパレット内で温度分布が生じ
ると、同一パレット内で成膜された磁気ディスク基板の
磁気特性に大きなばらつきが生じてしまうことがあった
。
[0011]
本発明の目的は、上記従来の問題点を解消することにあ
り、その第1の目的は赤外線画像から二次元の温度分布
の測定が可能な温度計測器である赤外線カメラを用い、
この赤外線カメラが一度に撮影できない様な広範囲の測
定対象物(以下基体と略称)に対しても、温度分布の計
測が可能な温度測定装置を、第2の目的は温度測定方法
を、第3の目的はそれを備えた加熱装置を、第4の目的
は加熱温度の制御方法を、そして第5の目的はこれを応
用した成膜装置を、それぞれ提供することにある。
[0012]In the conventional technique described above, the method of measuring a two-dimensional temperature distribution using an infrared camera is effective when the measurement range of the object to be measured is narrow. For example, when measuring a semiconductor substrate, the measurement range was approximately 200 mm in diameter, and the system functioned satisfactorily. However, when the area becomes larger than this, it is easy to measure the temperature distribution within the target range due to equipment limitations, especially in vacuum film forming equipment using vapor deposition or sputtering methods, heat treatment furnaces, vacuum heating tanks, etc. I couldn't do it. For example, in vacuum film forming equipment and heat treatment furnaces, the inside of the tank is vacuum,
Due to high temperatures, the window that transmits infrared rays for measurement cannot be made larger than necessary. Therefore, for example, 50
When measuring an object with a size of about 0 mm x 700 mm, the temperature distribution could not be measured with a single infrared camera. Furthermore, it was necessary to be able to measure the temperature even when the object to be measured moved within the tank, but until now there was no means to measure the temperature of the object to be measured. There wasn't. [0007] On the other hand, there is a method of imaging the object to be measured from a distance with an infrared camera and performing measurements over a wide range, but in this case, the optical path becomes longer, the measurement system becomes larger, and the temperature image becomes smaller. I end up. Another problem arises in that the atmosphere existing between the infrared camera and the object to be measured absorbs infrared rays, adversely affecting measurements. Further, in the heating control method described in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-217238, no consideration is given to the fact that infrared rays emitted from the heater have an adverse effect on the measurement of the substrate temperature. As described above, when measuring the temperature distribution over a large area without contact, there has been no effective means for easily and accurately measuring the temperature of a large-area object that moves in a vacuum or at high temperatures. [0008] When heating an object having a large area, temperature distribution often becomes a problem. For example, with respect to the above-mentioned thin film forming apparatus, if a non-uniform temperature distribution occurs on the substrate on which the film is formed, the quality of the formed film will vary. Therefore, a heating device that uniformly heats the substrate and a function to control the heater are required. It was also necessary to observe the temperature distribution of the substrate to see if it was being heated uniformly. To explain in more detail the conventional heating control method of the substrate in the above-mentioned film forming apparatus, the following two methods are often used, the first method is heating element attachment or substrate heating control. In this method, the temperature of the heating element is measured using a fixed thermocouple, and the input current of the heating element is feedback-controlled so that the measured value matches the target value temperature. However, this method has a problem in that if the fixing point of the thermocouple shifts, the heat generation temperature of the heating element changes. That is, since heating control is not performed by directly measuring the temperature of the substrate, it is unknown even if the temperature of the substrate itself deviates from the target value. For this reason, the reproducibility of the substrate temperature and the temperature controllability were poor. [0009] The second method is to measure the intensity of infrared rays emitted from the substrate and convert it into temperature to obtain information on the substrate temperature. This is a method of controlling the power input to the heating element based on the temperature of the base itself measured by this method. However, with this method, not only the infrared rays emitted from the base, but also the direct infrared rays emitted from the heating element or the reflected indirect infrared rays enter the photodetector of the temperature measurement device, causing errors. let The infrared rays that cause these errors are
The intensity of the infrared rays is so strong that the infrared rays emitted by the substrate for temperature measurement are buried, causing the problem that it becomes impossible to measure the true temperature of the substrate and the measurement results become inaccurate. [0010] On the other hand, if a temperature distribution exists in the heated substrate, a distribution may occur in the physical properties of the film after film formation. For example, in the case of a magnetic disk disk, if a temperature distribution occurs within the disk, a difference will occur in the magnetic properties of the deposited magnetic film, and the magnetic disk disk -
Waviness occurs in the playback output. Furthermore, if a temperature distribution occurs within a pallet that holds a plurality of disk substrates for film formation, large variations may occur in the magnetic properties of the magnetic disk substrates formed within the same pallet. [0011] The purpose of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems, and its first purpose is to use an infrared camera, which is a temperature measuring instrument that can measure two-dimensional temperature distribution from infrared images,
The second purpose is to develop a temperature measurement device that can measure the temperature distribution even for a wide range of measurement objects (hereinafter referred to as "substrate") that cannot be photographed at once by this infrared camera. The purpose of the present invention is to provide a heating device equipped with the same, a fourth purpose is to provide a heating temperature control method, and a fifth purpose is to provide a film forming apparatus applying the same. [0012]
上記目的を達成するためには、広い面積を有する基体の
温度分布を測定する手段が必要となる。広に面積の温度
測定を行うには、1回の撮像で取り込める赤外線撮像装
置の視野の広さに限界があるので、二次元の温度画像を
複数の領域に分割して測定し、その後この分割された温
度画像情報を合成して再生することにより、広範囲の測
定基体に対しても温度分布の測定が可能となる。分割測
定された温度画像情報を合成、再生する手段は、周知の
小形コンピュータ等で可能であり必ずしも専用機は必要
としない。
[0013]
分割して温度画像を計測する方法としては、固定された
基体に対して赤外線カメラを移動させて温度画像を取り
込む方法、カメラを固定し測定基体を移動させて温度画
像を取り込む方法、赤外線カメラと測定基体とを相互に
移動させて温度画像を取り込む方法等がある。更に、赤
外線カメラを固定しておき、赤外線光路に赤外線をレン
ズ、ミラー等で反射、集光させて赤外線カメラに像を写
しだす光学系がある場合、この光学系を移動させながら
分割した温度画像を測定する方法もある。
[0014]
上記の温度分布の測定方法を応用して大面積の加熱基体
が均一な温度分布を示すように加熱を行うことができる
加熱装置について以下に述べる。
基体を加熱する手段として一般的に知られているものに
は、例えば、電熱器、電磁加熱器、高周波加熱器等、種
々の方法があるが、ここでは加熱機構として加熱ランプ
、電熱ヒータ等の電熱器を用いた加熱装置について述べ
る。
大面積の加熱基体に対して均一な温度分布を得るには、
均一な温度分布を必要とする面積に応じ、その面積と同
等以上の範囲に複数個の加熱機構を配置する。
この時の配置方法は、温度分布が発生し易い方向に配置
する必要がある。これら複数個の加熱機構は、各々が独
立して出力を制御できる装置である必要がある。
[0015]
このような加熱機構と出力制御機構を持つ加熱装置は、
加熱基体の加熱温度が低い部分は出力を大きく、加熱基
体の加熱温度が高い部分は出力を小さく出力制御機構を
設定することにより、加熱基体の目的とする範囲内の温
度分布を均一にすることができる。更に、前述した赤外
線温度画像計測装置を用い、測定した広範囲にわたる二
次元の温度分布画像より温度分布を検出して、目的範囲
内の温度分布が予め定められた所定の均一な温度分布に
なる様に出力制御機構を自動制御する装置にすることも
できる。
[0016]
上述した温度分布の計測手段と加熱装置とを真空薄膜形
成装置に設ければ、膜を形成する基体の温度分布を均一
にできるため、形成した膜の品質を一様にすることがで
きる。つまり、この種の成膜装置においては、基体の温
度分布が形成される膜の均一性に直接影響するものであ
るから、本発明の手段を備えた成膜装置によれば上述の
ように品質の一様な優れた成膜を実現することができる
。
また、加熱装置も同様であり、基体に対して均一な温度
制御が可能であることから熱処理された処理基体は均一
(加熱されるため、得られる処理基体の品質が一様にな
る。
[0017]
以下、本発明の目的達成の手段につき、更に具体的に説
明する。
先ず、本発明の上記第1の目的は、
(1)加熱された基体から放射する赤外線を撮像して赤
外線画像を生成する赤外線撮像装置と、この赤外線画像
を赤外線温度画像情報に変換して前記基体の温度計測を
行う手段とを具備して成る温度計測装置であって、前記
基体の赤外線撮像領域を複数個所に分割して撮像する手
段と、前記撮像装置により時間的、空間的に分割されて
撮像された個々の赤外線画像情報を赤外線温度画像情報
に変換する手段と、この分割された赤外線温度画像情報
を逐次蓄積し、この蓄積された前記基体全体の赤外線温
度画像情報を合成して前記基体全体の温度分布を再生す
る手段とを有して成る赤外線温度画像測定装置により、
また、(2)上記基体の赤外線撮像領域を複数個所に分
割して撮像する手段を時間的、空間的に制御する制御系
と、この分割撮像された赤外線画像情報に基づいて赤外
線温度画像情報に逐次変換された温度情報を蓄積する手
段と、この蓄積された前記基体全体の赤外線温度画像情
報を合成して前記基体全体の温度分布を再生する手段と
を備えた主制御装置を有して成る上記(1)記載の赤外
線温度画像測定装置により、また、
(3)上記基体の赤外線撮像領域を複数個所に分割して
撮像する手段として、前記基体を一定方向に移動させ、
この移動に同期させて前記基体を部分的に分割して上記
赤外線撮像装置により赤外線画像を複数回にわたり撮像
する構成とした上記(1)もしくは(2)記載の赤外線
温度画像測定装置により、また、(4)上記基体の赤外
線撮像領域を複数個所に分割して撮像する手段として、
前記基体を一方向に移動させ、この基体の移動方向に対
して直交する方向に細長いスリット状に分割して上記赤
外線撮像装置により赤外線画像を複数回にわたり順次基
体の移動と同期させて撮像する構成とした上記(1)も
しくは(2)記載の赤外線温度画像測定装置により、ま
た、(5)上記基体の赤外線撮像領域を複数個所に分割
して撮像する手段として、上記赤外線撮像装置を所定の
測定範囲内で移動可能な構成とし、一区画で赤外線画像
を測定している間は静止しており、前記移動可能な範囲
内で順次隣接する領域を移動しながら複数回にわたり分
割して撮像するようになした上記(1)もしくは(2)
記載の赤外線温度画像測定装置により、そしてまた、(
6)上記主制御装置に一次蓄積された基体全体の赤外線
温度画像情報を逐次蓄積する外部記憶装置を具備して成
る上記(2)記載の赤外線温度画像測定装置により、達
成される。
[0018]
上記第2の目的は、
(7)加熱された基体から放射する赤外線を赤外線撮像
装置により撮像して赤外線画像を輝度信号として出力し
、この赤外線画像出力を赤外線温度画像情報に変換して
前記基体の温度計測を行う温度計測方法であって、前記
基体の赤外線撮像領域を複数個所に分割して撮像し、前
記撮像装置により時間的、空間的に分割されて撮像され
た個々の赤外線画像出力を赤外線温度画像出力に変換し
、この分割して計測された赤外線温度画像出力を逐次蓄
積し、この蓄積された前記基体全体の赤外線温度画像出
力を合成して前記基体全体の温度分布を再生するように
なして成る赤外線温度画像測定方法により、達成される
。
[0019]
上記第3の目的は、
(8)加熱槽内に基体と対向配置した加熱機構と;この
加熱機構により加熱された前記基体から放射する赤外線
を撮像して赤外線画像を生成する赤外線撮像装置と、こ
の赤外線画像を赤外線温度画像情報に変換して前記基体
の温度計測を行う手段とを有して成る温度計測装置と;
この温度計測装置からの出力に基づし)で前記基体の温
度を加熱制御する温度制御装置とを備えた加熱装置であ
って、前記温度計測装置を上記(1) (2)
(3)、(4) (5)もしくは(6)記載の赤
外線温度画像測定装置で構成すると共に、予め設定され
た基体の所定加熱温度分布からのづれ量を演算処理する
手段と、この演算出力に基づν)で発生させたディジタ
ル制御信号をアナログ信号に変換して前記加熱機構の温
度を適正温度分布に制御する温度制御手段とを備えて成
る加熱装置により、また、(9)上記(2)記載の赤外
線温度画像測定装置の主制御装置に、上記予め設定され
た基体の所定加熱温度分布からのづれ量を演算処理する
手段と、この演算出力に基づいて上記温度制御手段を制
御するディジタル制御信号を発生させる手段とを配設し
て成る上記(8)記載の加熱装置により、そしてまた、
(10)上記加熱槽内に独立した加熱機構を、基体の温
度分布が生じる方向に複数個配設し、これ等各々の加熱
機構を独立して、上記温度制御手段によりその出力制御
を行い基体の加熱温度を予め設定された所定温度分布に
設定し得るようにして成る上記(8)記載の加熱装置に
より達成される。
[0020]
上記第4の目的は、
(11)加熱槽内に移動可能な状態で保持された基体を
加熱機構により加熱し、この加熱された前記基体から放
射する赤外線を赤外線撮像装置により撮像して赤外線画
像を輝度信号として出力し、この赤外線画像出力を赤外
線温度画像情報に変換して前記基体の温度計測を行い、
この温度出力に基づいて前記基体の温度を所定温度に加
熱制御する基体加熱の温度制御方法であって、前記基体
の温度計測法として前記基体の赤外線撮像領域を複数個
所に分割して撮像し、この時間的、空間的に分割されて
撮像された個々の赤外線画像出力を赤外線温度画像出力
に変換し、この分割して計測された赤外線温度画像出力
を逐次蓄積し、この蓄積されし、計測すると共に、予め
設定された基体の所定加熱温度分布からのづれ量を演算
処理し、この演算出力に基づいて発生させたディジタル
制御信号をアナログ信号に変換して前記加熱機構の温度
を前記適正な設定温度分布に制御して成る基体加熱温度
の制御方法により、達成される。
[0021]
上記第5の目的は、
(12)真空槽と、この真空槽を真空排気する手段と、
この真空槽内の試料台(もしくは試料保持手段)に基体
が所定の加熱温度で保持されて薄膜を形成する手段とを
有する真空薄膜形成装置であって、前記基体を所定加熱
温度で保持する手段として、上記(8) (9Cも
しくは(10)記載の加熱装置を具備して成る真空成膜
装置により、また、
(13)上記真空槽をスパッタリング処理室として成る
上記(12)記載の真空成膜装置により、また、
(14)仕込み室、加熱室、スパッタ室及び取り出し室
がそれぞれゲートバルブを介して直列に接続されると共
に、前記各室に排気系が接続されそれぞれ独立に各室を
排気する手段と、複数の基体の両面がそれぞれ開放され
て保持される複数のパレット群を前記仕込み室に挿入し
、これを前記加熱室、スパッタ室及び取り出し室の各室
に順次搬送する手段とを具備して成り、前記加熱室を上
記(8)記載の加熱装置で構成して成るスパッタリング
成膜装置により、また、(15)上記真空槽をCVD処
理室として成る上記(12)記載の真空成膜により、そ
してまた、
(16)仕込み室、加熱室、CVD処理室及び取り出し
室がそれぞれゲートバルブを介して直列に接続されると
共に、前記各室に排気系が接続されそれぞれ独立に各室
を排気する手段と、複数の基体の両面がそれぞれ開放さ
れて保持される複数のパレット群を前記仕込み室に挿入
し、これを前記加熱室、スパッタ室及び取り出し室の各
室に順次搬送する手段とを具備して成り、前記加熱室を
上記(8)記載の加熱装置で構成して成るCVD成膜装
置により、達成される。
[0022]
上記(12)〜(16)記載の真空成膜装置、スパッタ
リング成膜装置及びCVD成膜装置に適用する際の更に
好ましい基体の温度計測方法及び基体の加熱装置につい
て以下に説明する。
基体の温度分布を測定する方法は、前述の通り赤外線撮
像装置(カメラ)により基体が放射する赤外線画像を撮
像し、これを基体の温度画像に変換する方法が簡便であ
る。また、温度画像とすることで温度分布が視覚的で理
解しやすい。このとき、加熱機構となる加熱ヒータから
放射する赤外線の直接光及び反射光を避ける為に、赤外
線カメラを加熱ヒータから隔てた位置に設置し、必要に
応じて遮蔽板を用い、加熱ヒータからの赤外線の直接光
や反射光が赤外線カメラに入射しない構成として温度計
測を行うことが望ましい。更に真空槽中の基体を撮像す
るには、反射防止膜を施したSi等の赤外線の透過率の
高い窓を真空槽の温度測定部に設けたダクトに設置し、
更に赤外線光路となるダクト内を含む真空槽の内壁を例
えば、陽極酸化等による黒体化処理を施して、輻射率を
高め赤外線が内壁で反射せず吸収される構成とすること
が望ましい。これにより、加熱ヒータからの影響の無い
良好な赤外線画像及び温度画像が得られ、基体の温度分
布を精度よく測定することが出来る。
[0023]
また、加熱装置においは、複数個に分割された個々の加
熱ヒータのそれぞれを独自に温度制御可能な機能を有す
る集合体で構成し、赤外線温度計測装置により基体全体
の温度分布を実測し、かつ、目的とする設定温度値との
温度差を演算させる。この演算結果から加熱制御装置は
、実測された温度分布に応じて個々の加熱ヒータの出力
を制御し、基体全体が目的とする設定温度値になるよう
に動作する。その結果、温度分布が生じることなく、基
体全体の温度が均一に目的とする一定温度に設定される
。
[0024]
これら赤外線温度計測手段と加熱制御手段は、成膜装置
の加熱装置として好ましく、特に磁気ディスク等の比較
的面積の大きい基体に薄膜をスパッタ法等で形成する装
置に好適である。これにより成膜装置は、広い面積の基
体温度分布が測定でき、特に連続的に成膜する装置にお
いては、この温度分布情報に基づいて次に移動してくる
基体に対して、ヒータ出力のフィードバック制御を行う
ことにょリ、基体の温度分布が均一で、常に安定した加
熱制御が可能となる。
[0025]In order to achieve the above object, a means for measuring the temperature distribution of a substrate having a wide area is required. To measure temperature over a wide area, there is a limit to the field of view of an infrared imaging device that can be captured in a single image, so the two-dimensional temperature image is divided into multiple areas and then measured. By combining and reproducing the obtained temperature image information, it becomes possible to measure the temperature distribution even over a wide range of measurement substrates. The means for synthesizing and reproducing the dividedly measured temperature image information can be performed using a well-known small computer or the like, and does not necessarily require a dedicated machine. [0013] Methods of dividing and measuring temperature images include a method of capturing a temperature image by moving an infrared camera with respect to a fixed base, a method of capturing a temperature image by fixing the camera and moving the measurement base, There is a method of capturing a temperature image by moving an infrared camera and a measurement substrate relative to each other. Furthermore, if the infrared camera is fixed and there is an optical system in the infrared light path that reflects and focuses the infrared rays with a lens, mirror, etc. to project an image on the infrared camera, the temperature image is divided while moving the optical system. There is also a way to measure. [0014] A heating device capable of heating a large-area heating substrate so that it exhibits a uniform temperature distribution by applying the above temperature distribution measurement method will be described below. There are various methods that are generally known as means for heating the substrate, such as electric heaters, electromagnetic heaters, and high-frequency heaters, but here we will use heat lamps, electric heaters, etc. as heating mechanisms. A heating device using an electric heater will be described. To obtain uniform temperature distribution over a large area of heating substrate,
Depending on the area that requires uniform temperature distribution, a plurality of heating mechanisms are arranged in an area equal to or larger than the area. At this time, the arrangement method needs to be in a direction where temperature distribution is likely to occur. These plurality of heating mechanisms each need to be a device whose output can be controlled independently. [0015] A heating device having such a heating mechanism and output control mechanism is
By setting the output control mechanism to increase the output in areas where the heating temperature of the heating substrate is low and to reduce the output in areas where the heating temperature of the heating substrate is high, the temperature distribution within the target range of the heating substrate can be made uniform. I can do it. Furthermore, using the above-mentioned infrared temperature image measurement device, the temperature distribution is detected from the measured two-dimensional temperature distribution image over a wide range, and the temperature distribution within the target range is made to be a predetermined uniform temperature distribution. It is also possible to create a device that automatically controls the output control mechanism. [0016] If the above-mentioned temperature distribution measuring means and heating device are provided in the vacuum thin film forming apparatus, the temperature distribution of the substrate on which the film is formed can be made uniform, so that the quality of the formed film can be made uniform. can. In other words, in this type of film forming apparatus, the temperature distribution of the substrate directly affects the uniformity of the formed film, so the film forming apparatus equipped with the means of the present invention improves the quality as described above. It is possible to realize uniform and excellent film formation. Further, the same applies to the heating device, and since it is possible to uniformly control the temperature of the substrate, the heat-treated substrate is uniform (because it is heated, the quality of the obtained treated substrate is uniform. ] Hereinafter, the means for achieving the object of the present invention will be explained in more detail. First, the first object of the present invention is to: (1) generate an infrared image by imaging infrared rays emitted from a heated substrate; A temperature measuring device comprising: an infrared imaging device that captures images; and means for measuring the temperature of the substrate by converting the infrared image into infrared temperature image information, the infrared imaging region of the substrate being divided into a plurality of locations. means for converting individual infrared image information temporally and spatially divided and imaged by the imaging device into infrared temperature image information, and sequentially accumulating the divided infrared temperature image information. and means for synthesizing the accumulated infrared temperature image information of the entire substrate to reproduce the temperature distribution of the entire substrate, an infrared temperature image measuring device comprising:
(2) A control system that temporally and spatially controls means for dividing the infrared imaging region of the base into a plurality of locations and imaging, and generating infrared temperature image information based on the divided infrared image information. The main controller includes means for accumulating successively converted temperature information, and means for synthesizing the accumulated infrared temperature image information of the entire substrate to reproduce the temperature distribution of the entire substrate. By the infrared temperature image measuring device according to (1) above, and (3) as a means for dividing the infrared imaging region of the base into a plurality of locations and capturing images, the base is moved in a certain direction;
The infrared temperature image measuring device according to (1) or (2) above, which is configured to partially divide the base body in synchronization with this movement and take infrared images multiple times with the infrared imaging device, also (4) As a means for dividing the infrared imaging area of the base into multiple locations and imaging,
The base body is moved in one direction, divided into elongated slits in a direction perpendicular to the direction of movement of the base body, and the infrared images are sequentially captured by the infrared imaging device multiple times in synchronization with the movement of the base body. The infrared temperature image measuring device described in (1) or (2) above is used as a means for dividing the infrared imaging region of the substrate into a plurality of locations to take images. It is configured to be movable within a range, and remains stationary while measuring an infrared image in one section, and is configured to divide and capture images multiple times while sequentially moving adjacent areas within the movable range. (1) or (2) above
By means of the infrared temperature image measuring device described and also (
6) Achieved by the infrared temperature image measuring device according to (2) above, which comprises an external storage device that sequentially stores the infrared temperature image information of the entire substrate that has been temporarily stored in the main control device. [0018] The second object is to (7) image infrared rays emitted from a heated substrate with an infrared imaging device, output the infrared image as a brightness signal, and convert this infrared image output into infrared temperature image information. A temperature measurement method for measuring the temperature of the substrate by dividing the infrared imaging region of the substrate into a plurality of locations, and capturing the individual infrared rays imaged by the imaging device in a temporally and spatially divided manner. The image output is converted into an infrared temperature image output, the divided and measured infrared temperature image outputs are sequentially accumulated, and the accumulated infrared temperature image outputs of the entire base are combined to obtain the temperature distribution of the entire base. This is accomplished by a regenerative infrared temperature image measurement method. [0019] The third object is as follows: (8) a heating mechanism disposed in a heating tank to face the substrate; infrared imaging for generating an infrared image by capturing infrared rays emitted from the substrate heated by the heating mechanism; a temperature measuring device comprising: a device; and means for converting the infrared image into infrared temperature image information to measure the temperature of the substrate;
A heating device comprising: a temperature control device for heating and controlling the temperature of the substrate based on the output from the temperature measuring device;
(3), (4) The infrared temperature image measuring device described in (5) or (6) is configured, and means for calculating the amount of deviation from a predetermined heating temperature distribution of the substrate set in advance, and the calculation output thereof. (9) A heating device comprising a temperature control means for converting the digital control signal generated in step ν) into an analog signal to control the temperature of the heating mechanism to an appropriate temperature distribution; 2) The main control device of the infrared temperature image measuring device described above includes means for calculating the amount of deviation from the predetermined heating temperature distribution of the substrate, and controlling the temperature control means based on the calculation output. The heating device according to (8) above, further comprising: means for generating a digital control signal;
(10) A plurality of independent heating mechanisms are arranged in the heating tank in the direction in which the temperature distribution of the substrate occurs, and the output of each of these heating mechanisms is independently controlled by the temperature control means to control the temperature distribution of the substrate. This is achieved by the heating device described in (8) above, which is configured to be able to set the heating temperature at a predetermined temperature distribution. [0020] The fourth object is to (11) heat a base body movably held in a heating tank with a heating mechanism, and image the infrared rays emitted from the heated base body with an infrared imaging device. outputting an infrared image as a brightness signal, converting the infrared image output into infrared temperature image information to measure the temperature of the substrate,
A temperature control method for heating a substrate in which the temperature of the substrate is controlled to a predetermined temperature based on the temperature output, the method of measuring the temperature of the substrate includes dividing an infrared imaging region of the substrate into a plurality of locations and capturing images; The individual infrared image outputs captured in temporal and spatial divisions are converted into infrared temperature image outputs, the divided and measured infrared temperature image outputs are sequentially accumulated, and the accumulated and measured infrared temperature image outputs are then measured. At the same time, the amount of deviation from a predetermined heating temperature distribution of the substrate is calculated, and a digital control signal generated based on the calculation output is converted into an analog signal to adjust the temperature of the heating mechanism to the appropriate setting. This is achieved by a method of controlling the substrate heating temperature by controlling the temperature distribution. [0021] The fifth object is: (12) a vacuum chamber, a means for evacuating the vacuum chamber,
A vacuum thin film forming apparatus having a means for forming a thin film by holding a substrate at a predetermined heating temperature on a sample stage (or sample holding means) in the vacuum chamber, and means for holding the substrate at a predetermined heating temperature. (8) (13) Vacuum film formation according to (12) above, in which the vacuum chamber is used as a sputtering processing chamber. (14) A preparation chamber, a heating chamber, a sputtering chamber, and a take-out chamber are each connected in series via a gate valve, and an exhaust system is connected to each of the chambers to independently exhaust each chamber. and means for inserting a plurality of pallet groups in which a plurality of substrates are held with both sides open, into the preparation chamber, and sequentially conveying the pallets to each of the heating chamber, sputtering chamber, and take-out chamber. (15) The vacuum film forming apparatus according to (12) above, wherein the heating chamber is configured with the heating device described in (8) above, and (15) the vacuum chamber is a CVD processing chamber. (16) The preparation chamber, the heating chamber, the CVD processing chamber, and the take-out chamber are each connected in series via a gate valve, and an exhaust system is connected to each of the chambers to independently evacuate each chamber. and means for inserting a plurality of pallets, each of which holds a plurality of substrates with both sides open, into the preparation chamber and sequentially conveying them to each of the heating chamber, sputtering chamber, and take-out chamber. This is achieved by a CVD film forming apparatus comprising: the heating chamber configured with the heating device described in (8) above. [0022] The vacuum film forming apparatus described in (12) to (16) above; A more preferable substrate temperature measurement method and substrate heating device when applied to a sputtering film forming apparatus and a CVD film forming apparatus will be described below.The method for measuring the temperature distribution of the substrate is as described above using an infrared imaging device (camera). ) is a simple method to capture an infrared image emitted by the base and convert it into a temperature image of the base.Also, by converting it into a temperature image, the temperature distribution is visible and easy to understand.At this time, the heating mechanism In order to avoid direct infrared light and reflected light emitted from the heater, an infrared camera is installed at a location away from the heater, and a shielding plate is used as necessary to prevent direct infrared light and reflected light from the heater. It is desirable to measure the temperature in a configuration in which reflected light does not enter the infrared camera.Furthermore, in order to image the substrate in the vacuum chamber, a window with high infrared transmittance such as Si coated with an anti-reflection film should be installed in the vacuum chamber. Installed in the duct provided in the temperature measurement section,
Furthermore, it is desirable that the inner wall of the vacuum chamber, including the inside of the duct serving as the infrared light path, be subjected to a black body treatment such as anodization to increase the emissivity so that infrared rays are absorbed rather than reflected by the inner wall. As a result, good infrared images and temperature images without any influence from the heater can be obtained, and the temperature distribution of the substrate can be measured with high accuracy. [0023] In addition, the heating device is composed of an assembly of individual heaters divided into a plurality of parts each having a function of independently controlling the temperature, and an infrared temperature measuring device is used to actually measure the temperature distribution of the entire base. Then, the temperature difference from the target set temperature value is calculated. Based on this calculation result, the heating control device controls the output of each heater according to the actually measured temperature distribution, and operates so that the entire base reaches the desired set temperature value. As a result, the temperature of the entire substrate is uniformly set to the desired constant temperature without any temperature distribution. [0024] These infrared temperature measuring means and heating control means are preferable as a heating device for a film forming apparatus, and are particularly suitable for an apparatus that forms a thin film on a relatively large substrate such as a magnetic disk by sputtering or the like. This allows the film deposition system to measure the temperature distribution of the substrate over a wide area.Especially in systems that perform continuous film deposition, the heater output is fed back to the next moving substrate based on this temperature distribution information. By performing the control, the temperature distribution of the substrate is uniform, and stable heating control is always possible. [0025]
広範囲にわたる温度画像を測定する装置と、その測定方
法及びこれを応用した加熱装置と、更にほかかる加熱装
置を備えた真空薄膜形成装置(成膜装置)についての−
例を具体的に示し、以下に本発明の作用について詳述す
る。
[0026]
(1)装置構成
図1は、温度測定装置の基本構成を説明するためのブロ
ック概略図で、測定対象物の基体と赤外線カメラを移動
させながら温度画像を分割して測定する装置例を示す。
測定対象物である平板状の基体1は、搬送系2によって
搬送系制御装置3の制御により一定方向(この例では矢
印方向)に搬送、停止することができる構成となってい
る。赤外線カメラ4の先端には、ダクト5が設置されて
おり、これに赤外線カメラ4が固定されている。赤外線
カメラ4とダクト5は、更にリニアステージ6上に設置
されており、このリニアステージ6及びリニアステージ
駆動系10により赤外線カメラ4とダクト5は、基体1
の搬送方向に対して垂直、かつ基体と平行方向に往復移
動することができ機構となっている。
[0027]
なお、この例ではダクト5は、基体1の搬送方向に対し
て垂直方向に長細い形状をしており、従って一度に測定
できる画像領域の範囲もこれに従い、a、b、c、dで
囲まれた枠内の範囲となる。赤外線カメラ4で計測され
た画像情報は、赤外線画像であるため、赤外線カメラ制
御装置4−1でこれを温度画像情報に変換する。赤外線
カメラ制御装置4−1は、赤外線カメラモニタ4−2に
温度測定画像を写し出し、また主制御装置7の温度画像
データの送信要求に対してデータを送信する機能を有す
る。主制御装置7は、位置検出器8、搬送系制御装置3
の割り込み要求を受信し、リニアステージ制御装置11
、赤外線カメラ制御装置4−1の制御を司り、部分的に
測定され、これを逐次−時的に蓄積した温度画像情報を
合成し、モニタ7−1に温度合成画像情報を出力し、ま
た合成した温度画像情報を外部記憶装置7−2に保存す
る機能を有する。
[0028]
(2)温度測定手順
この装置による温度測定手順を以下に説明する。基体1
に温度測定範囲の位置を示すマーカ9を取り付け、それ
を位置検出器8のセンサ8−1で検出することにより測
定を開始する。基体1の搬送方法は、搬送方向の温度測
定範囲に相当する長さを間欠的に搬送するステップ搬送
の場合と、一定の速度で搬送する定速搬送の場合がある
。いずれの場合も測定可能であるが、ここでは以下の二
つの例について説明する。
[0029]
■ステップ搬送例
ステップ搬送しながら測定する方法を図2のフローチャ
ートに示す。搬送系制御装置3は、基体1を周期的に等
間隔で間欠的に搬送する。主制御装置7は、位置検出器
8により基体のマーカ9を検出したら、搬送系制御装置
3からのステップ搬送終了時に発生する割り込みを許可
し、直ちにリニアステージ駆動系10によって赤外線カ
メラ4とダクト5を測定位置へ移動させ温度画像を測定
する。赤外線カメラ制御装置4−1は、温度画像データ
を主制御装置7へ転送する。その後、主制御装置7は、
直ちに次の測定位置へ赤外線カメラ4とダクト5を移動
させ、温度画像情報を測定し、データを転送してもらう
。搬送が停止している間にこれをP回繰り返し、基体1
が1ステツプ搬送されるときを待つ。その後、搬送系制
御装置3は搬送系2を制御し、基体1がa−b間の距離
を1ステツプ搬送され、−時停止した後に主制御装置7
に対して割り込みを発生する。そして同様に赤外線カメ
ラとダクトを移動させながら温度画像をP回測定する。
[0030]
以上の手順をQ回繰り返し、目的とする測定範囲の温度
分布を測定する。この時、主制御装置7では、転送して
きた温度画像情報を図3のモニタ画面に示すように順次
合成する。つまり1回の測定で得た二次元の温度画像情
報d (y、x)を主制御装置7内のデータ配列(y、
x)の位置に再配列して行きながら一枚の温度合成画像
を作る。この時の測定範囲は、Q・(a−b間距離)X
P・(b−c間距離)となる。目的範囲の測定を終了し
たならば、搬送系制御装置3からの割り込みを禁止し、
合成したデータを外部記憶装置7−2へ保存する。そし
て次の基体の測定待ち状態となる。
[0031]
■定速搬送例
次に基体1を定速搬送させる測定法は、赤外線カメラ4
を移動させずに基体1のみを搬送しながら測定する場合
について記載する。
定速搬送しながら測定する方法を図4のフローチャート
に示す。定速搬送する測定法は、位置検出器8により測
定位置を検出したら、基体1の搬送速度Vと測定視野a
−b間の距離Wより、Wを搬送する所要時間tを計算し
、を秒間隔のタイマー割り込みを設定する。その後直ち
に第1回目の温度画像を測定、データ転送を行い主制御
装置7に温度画像データを再配列する。後はt秒毎にタ
イマー割り込みが生じ、その都度a−b−c−dの撮像
視野を測定、データ転送し、主制御装置7で温度画像を
合成して行く。目的とする測定範囲であるQ回のデータ
を取り終えた後、タイマー割り込みを禁止し、合成した
画像の表示と画像データを外部記憶装置7−2へ保存す
る。そして次の基体の測定待ち状態となる。つまり、1
回の測定で得た二次元の温度画像データd (y、1)
を主制御装置7内のデータ配列(y、1)の位置に再配
列してイテきながら一枚の温度合成画像を作る。この時
の測定範囲は、Q・(a−b間距離)x(b−C間距離
)となる。
[0032]
(3)加熱装置への応用例
上記の赤外線温度計測装置を用い、加熱領域の温度分布
を検出して加熱装置の出力を個々に制御し、均一な温度
分布を実現する加熱装置例を図5に示す。
即ち、図5(a)は一部断面正面図、図5(b)は一部
断面側面図を示し、搬送系2により長方形の板状の基体
1を加熱搬送する装置に、前述の本発明の温度計測装置
(ただし、カメラ4とダクト5は固定)と加熱機構(ヒ
ータ)13とを付加した加熱装置の要部構成例である。
また、図6は、温度計測に基づいて加熱装置における加
熱機構13を制御する全体の制御系について示したもの
である。
[0033]
搬送される基体1の個々に分割して計測された温度画像
情報を一つの画像に合成する方法は、上述の通りである
。主制御装置7では、合成した温度画像情報に基づき、
設定した温度と測定した温度画像から温度分布を検出す
る。
加熱槽12内の加熱機構13は、個々に温度制御ができ
るように各々が加熱制御装置14を持つ。そして、主制
御装置7で検出された基体の温度分布は、予め所定値に
設定された加熱設定温度との差に応じて個々の加熱機構
13への出力を算出し、制御データを生成する。つまり
、温度制御用のディジタル信号を発生させる。
D / A (D 1g1tal / Analogu
e)変換器15では、コノ制御テータヨり個々ノ加熱制
御装置14に対してアナログ信号を発生する。加熱制御
装置14は、このアナログ信号に比例した出力で加熱機
構13を駆動し基体1を加熱する。従って、現在加熱し
ている基体は、これ以前に加熱された基体の温度分布情
報により、温度分布が小さくなる様に補正された個々の
加熱機構の出力により加熱される為、均一な基体1の加
熱が可能となる。
[0034]
(4)真空薄膜形成装置(成膜装置)への応用例本発明
がどのように作用するか、後の実施例において詳述する
図15のスパッタ装置図を用いて説明する。同図(a)
は横断平面図を、同図(a)は縦断正面図を示したもの
である。この装置の構成は、仕込み室19、加熱室20
と温度測定室30とを有する加熱槽12、スパッタ室2
1、取り出し室22が直線的に連なる連続成膜装置であ
り、各室はゲートバルブ23で仕切られており、独立し
た排気系24を持っている。スパッタ室21は、多層膜
を連続的に成膜できるようにこの例では21−1.21
−2.21−3の3室に仕切られており、種類の異なる
材料を両面同時に成膜することができる。基板17は、
パレット18と呼ばれる複数の基板を保持するホルダに
装着される。仕込み室19及び取り出し室22は、複数
枚のパレット18をストックすることができ、成膜時に
は仕込み室19から連続的に搬出され、加熱、成膜でき
る装置構成となっている。
[0035]
図16(a)は、図15から加熱槽12を抜き出した要
部断面図である。図示のように加熱槽12は、加熱室2
0と温度計測室30とに別れている。パレット18は、
搬送系2により一定速度で移動しながら加熱室20で加
熱される。その後、温度計測室30の前を通過すること
により、センサ8−1〔図15(b)参照〕でパレット
18を検知し、測定が開始される。加熱ヒータ13の位
置に対する温度計測室30の設定位置は、加熱ヒータ1
3より下流側で、スリット状の仕切り板29を加熱室2
0と温度計測室30との間に設置した。このスリット状
の仕切り板29は、加熱ヒータ13からの赤外線が温度
計測室30に入射するのを防止するためのものである。
また、真空ダクト5内部や仕切り板29を含む温度計測
室30の内壁を粗面化し、黒体化処理(例えば陽極酸化
による)することが望ましく、これにより内壁の輻射率
を高め赤外線の反射光に基づく測定誤差を低減すること
ができる。このような好ましい構成を採ることにより、
基体の温度測定に際しては加熱ヒータ13からの直接光
や反射光の影響を受けないため、正確な基体の温度分布
測定が可能となる。
[0036]
図16(b)は、同図(a)のA−A’断面を拡大した
縦断側回国である。真空ダクト5は、真空槽(加熱槽1
2)に直接取り付けられ、温度計側室30の一部を構成
し内部は加熱室20と同様に高真空に排気される。赤外
線画像を撮影する為の赤外線窓31は、赤外線検出系が
感度のある波長、3〜5μmを透過する反射防止膜を被
覆したSi材を用いた。この時、真空ダクト5内は高真
空であるため、パレット18から赤外線カメラ4までの
距離が長くても空気の対流や水蒸気による吸収の影響が
なくなり、良好な温度分布画像が得られ、測定精度が向
上する。
[0037]
図15図に示した加熱室部20と温度計測室30を用い
た加熱制御を行う制御系を図17、及び図18に示す。
搬送されるパレット18の温度画像の合成の方法は、真
空ダクト5による視野範囲(図18のa、b、c、dで
囲まれる範囲)を−度に測定できる温度測定範囲として
、基体の搬送速度Vに同期させて測定するタイミングを
取りながら、順次周期的に測定する。この時のタイミン
グは、a−b間距離を搬送に要する時間であるから(a
−b間距離)/V秒となる。1回画像に変換されて主制
御装置7に送信され、主制御装置は、これを保持する。
次の測定タイミングで得られた温度画像データを主制御
装置7に転送し、ここで2つの温度画像データを合成す
る。更に、次の測定タイミングで測定されたパレットの
温度画像と、今までに測定された温度画像データとの合
成を行う。
[0038]
このように基体(パレット18)の部分的な温度分布画
像を逐次撮像し、これを画像合成することで1回の撮像
で測定し切れない広い範囲の基体でも全体の温度分布画
像を得ることができる。そして、図19(a)、(b)
に示すように主制御装置7のモニター7−1に表示され
る画面には、温度画像の合成順にリアルタイムで温度分
布画像をカラー表示する。温度分布画像は、同図(a)
の画面内(1)に示したように温度の高低を16段階で
表示し、各段階の色を変えてカラー表示する。この時寒
暖色を使い分け、温度が高い程暖色に、温度が低い程寒
色になる様に配色することで、視覚的、感覚的に温度分
布が理解しやすくした。この他に、画面内(2)
(3)、(4)、(5)に示したように目標温度、各ヒ
ータの設定温度、ヒータの出力電流値、などのヒータ情
報や、指定点の温度、目標値との差、基板温度の推移な
ど温度分布情報を同時に表示することで視覚的に理解し
易くした。また、同図(b)の画面内(6) (7
) (8)に示したように、更に基板平均温度や各
測定点温度のパレット間推移の変化等が、同時に解かる
ような表示方法も用意した。
[0039]
図17、図18に示したように加熱ヒータ13は、個々
に温度制御ができるように各々が加熱制御装置14を持
つ。発熱体には、その近傍に加熱ヒータの温度を測定す
る熱電対33を取り付け、加熱制御装置14は、目標設
定値に対して、熱電対33の出力による発熱温度のフィ
ードバック制御を行う。主制御装置7では、設定した温
度と合成した温度画像に基づき、温度分布を演算し、加
熱設定温度との差に応じて個々の加熱ヒータの発熱体設
定値の発熱温度を算出し、制御データを生成する。温度
画像データ及び温度分布データは、ディジタル処理され
ているため、算出される制御データは、ディジタル信号
となる。
D / A (D 1g1tal / Analogu
e)変換器15では、主制御装置7が送信する制御コー
ドを解釈して、個々の加熱制御装置14に対して温度設
定値のアナログ信号と、加熱ヒータ入/切信号を発生す
る。加熱制御装置14ば、この設定値の大きさに応じて
加熱ヒータ13を駆動しパレット18を加熱する。
従って、現在加熱している基体は、これ以前に加熱され
た基体の温度分布情報に基づいて温度分布が小さくなる
ように補正された個々の加熱ヒータ13の出力によって
加熱される為、均一なパレット18の加熱が可能となる
。
[0040]About a device for measuring temperature images over a wide range, a method for measuring the same, a heating device applying the same, and a vacuum thin film forming device (film forming device) equipped with other heating devices.
The effects of the present invention will be explained in detail below with specific examples. [0026] (1) Device configuration FIG. 1 is a block diagram for explaining the basic configuration of a temperature measurement device, and is an example of a device that divides and measures a temperature image while moving the base of the object to be measured and an infrared camera. shows. A flat substrate 1, which is an object to be measured, is configured to be able to be transported and stopped in a certain direction (in this example, the direction of the arrow) by a transport system 2 under the control of a transport system control device 3. A duct 5 is installed at the tip of the infrared camera 4, and the infrared camera 4 is fixed to this. The infrared camera 4 and the duct 5 are further installed on a linear stage 6, and the infrared camera 4 and the duct 5 are moved to the base 1 by the linear stage 6 and the linear stage drive system 10.
It is a mechanism that can reciprocate in a direction perpendicular to the conveyance direction and parallel to the base. [0027] In this example, the duct 5 has an elongated shape in the direction perpendicular to the transport direction of the substrate 1, and therefore, the range of the image area that can be measured at one time also follows this, a, b, c, The range is within the frame surrounded by d. Since the image information measured by the infrared camera 4 is an infrared image, it is converted into temperature image information by the infrared camera control device 4-1. The infrared camera control device 4-1 has a function of displaying a temperature measurement image on the infrared camera monitor 4-2 and transmitting data in response to a request from the main control device 7 to transmit temperature image data. The main controller 7 includes a position detector 8 and a transport system controller 3.
The linear stage control device 11 receives the interrupt request of
, controls the infrared camera control device 4-1, synthesizes temperature image information that is partially measured and accumulated sequentially and temporally, outputs temperature composite image information to the monitor 7-1, and synthesizes the temperature image information. It has a function of storing the temperature image information obtained in the external storage device 7-2. [0028] (2) Temperature measurement procedure The temperature measurement procedure using this device will be explained below. Base 1
A marker 9 indicating the position of the temperature measurement range is attached to the sensor 8-1 of the position detector 8, and the measurement is started. The method of transporting the substrate 1 includes step transport in which it is transported intermittently over a length corresponding to the temperature measurement range in the transport direction, and constant speed transport in which it is transported at a constant speed. Although measurement is possible in either case, the following two examples will be explained here. [0029] (2) Example of Step Conveyance A method of measuring while performing step conveyance is shown in the flowchart of FIG. The transport system control device 3 transports the substrate 1 periodically and intermittently at equal intervals. When the position detector 8 detects the marker 9 on the substrate, the main controller 7 allows an interrupt from the transport system controller 3 that occurs at the end of step transport, and immediately controls the infrared camera 4 and duct 5 by the linear stage drive system 10. to the measurement position and measure the temperature image. The infrared camera control device 4-1 transfers the temperature image data to the main control device 7. After that, the main controller 7
Immediately move the infrared camera 4 and duct 5 to the next measurement position, measure the temperature image information, and have the data transferred. This is repeated P times while the conveyance is stopped, and the substrate 1 is
Wait until the item is transported one step. Thereafter, the conveyance system control device 3 controls the conveyance system 2, and after the substrate 1 is conveyed by one step along the distance between a and b and stopped at -, the main control device 7
Generates an interrupt for. Then, temperature images are measured P times while moving the infrared camera and the duct in the same manner. [0030] The above procedure is repeated Q times to measure the temperature distribution in the target measurement range. At this time, the main controller 7 sequentially combines the transferred temperature image information as shown on the monitor screen in FIG. In other words, the two-dimensional temperature image information d (y, x) obtained in one measurement is stored in the data array (y,
A single temperature composite image is created while rearranging to the position x). The measurement range at this time is Q・(distance between a and b)
P.(distance between b and c). When the measurement of the target range is completed, interrupts from the transport system control device 3 are prohibited, and
The combined data is stored in the external storage device 7-2. Then, it enters a state of waiting for measurement of the next substrate. [0031] ■Example of constant speed conveyance Next, the measurement method of conveying the substrate 1 at a constant speed is to use an infrared camera 4.
A case will be described in which measurement is carried out while only the substrate 1 is being transported without being moved. A method of measuring while conveying at a constant speed is shown in the flowchart of FIG. In the measurement method of constant speed transport, once the measurement position is detected by the position detector 8, the transport speed V of the substrate 1 and the measurement field of view a are
The time t required to transport W is calculated from the distance W between -b and a timer interrupt is set at intervals of seconds. Immediately thereafter, the first temperature image is measured, the data is transferred, and the temperature image data is rearranged in the main controller 7. Thereafter, a timer interrupt occurs every t seconds, and each time the a-b-c-d imaging field of view is measured, data is transferred, and the main controller 7 synthesizes a temperature image. After acquiring Q times of data in the target measurement range, timer interrupts are disabled, and the combined image display and image data are stored in the external storage device 7-2. Then, it enters a state of waiting for measurement of the next substrate. In other words, 1
Two-dimensional temperature image data d (y, 1) obtained from two measurements
are rearranged at the position of the data array (y, 1) in the main controller 7, and a single temperature composite image is created while iterating. The measurement range at this time is Q.(distance between a and b) x (distance between b and C). [0032] (3) Application example to a heating device An example of a heating device that uses the above infrared temperature measuring device to detect the temperature distribution in the heating area and individually control the output of the heating device to achieve a uniform temperature distribution. is shown in Figure 5. That is, FIG. 5(a) shows a partially sectional front view, and FIG. 5(b) shows a partially sectional side view. This is an example of the main part configuration of a heating device in which a temperature measuring device (camera 4 and duct 5 are fixed) and a heating mechanism (heater) 13 are added. Moreover, FIG. 6 shows the entire control system that controls the heating mechanism 13 in the heating device based on temperature measurement. [0033] The method of combining temperature image information measured by dividing the substrate 1 being transported into one image is as described above. In the main controller 7, based on the synthesized temperature image information,
Detects temperature distribution from the set temperature and measured temperature image. The heating mechanisms 13 in the heating tank 12 each have a heating control device 14 so that temperature can be controlled individually. Then, based on the temperature distribution of the substrate detected by the main controller 7, the output to each heating mechanism 13 is calculated according to the difference from the heating set temperature set to a predetermined value, and control data is generated. In other words, a digital signal for temperature control is generated. D / A (D 1g1tal / Analogue
e) The converter 15 generates an analog signal for the heating control device 14 for each heating control device. The heating control device 14 drives the heating mechanism 13 with an output proportional to this analog signal to heat the substrate 1. Therefore, the currently heated substrate is heated by the output of each heating mechanism that has been corrected to reduce the temperature distribution based on the temperature distribution information of the previously heated substrate, so that the substrate 1 can be uniformly heated. Heating becomes possible. [0034] (4) Example of Application to Vacuum Thin Film Forming Apparatus (Film Forming Apparatus) How the present invention works will be explained using the sputtering apparatus diagram of FIG. 15, which will be explained in detail in the later examples. Figure (a)
(a) shows a cross-sectional plan view, and (a) shows a vertical cross-sectional front view. The configuration of this device is a preparation chamber 19, a heating chamber 20
A heating tank 12 having a temperature measurement chamber 30 and a sputtering chamber 2
1. It is a continuous film forming apparatus in which take-out chambers 22 are linearly connected, each chamber is partitioned by a gate valve 23, and has an independent exhaust system 24. In this example, the sputtering chamber 21 is 21-1.21 so that a multilayer film can be continuously formed.
It is partitioned into three chambers -2, 21-3, and can simultaneously form films of different materials on both sides. The substrate 17 is
It is attached to a holder called a pallet 18 that holds a plurality of substrates. The preparation chamber 19 and the take-out chamber 22 can stock a plurality of pallets 18, and during film formation, they are continuously carried out from the preparation chamber 19, and have an apparatus configuration that allows heating and film formation. [0035] FIG. 16(a) is a sectional view of the main part of the heating tank 12 extracted from FIG. 15. As shown in the figure, the heating tank 12 is connected to the heating chamber 2.
0 and a temperature measurement chamber 30. The pallet 18 is
It is heated in the heating chamber 20 while being moved at a constant speed by the conveyance system 2 . Thereafter, by passing in front of the temperature measurement chamber 30, the pallet 18 is detected by the sensor 8-1 (see FIG. 15(b)), and measurement is started. The setting position of the temperature measurement chamber 30 with respect to the position of the heater 13 is
3, a slit-shaped partition plate 29 is connected to the heating chamber 2.
0 and the temperature measurement chamber 30. This slit-shaped partition plate 29 is for preventing infrared rays from the heater 13 from entering the temperature measurement chamber 30. Furthermore, it is desirable to roughen the inner wall of the temperature measurement chamber 30, including the inside of the vacuum duct 5 and the partition plate 29, and to perform black body treatment (for example, by anodizing), thereby increasing the emissivity of the inner wall and increasing the reflected infrared light It is possible to reduce measurement errors based on By adopting such a preferable configuration,
When measuring the temperature of the substrate, it is not affected by direct light or reflected light from the heater 13, so it is possible to accurately measure the temperature distribution of the substrate. [0036] FIG. 16(b) is an enlarged longitudinal cross section of the AA' cross section in FIG. 16(a). The vacuum duct 5 is connected to a vacuum tank (heating tank 1
2), forming a part of the thermometer side chamber 30, and the inside thereof is evacuated to a high vacuum like the heating chamber 20. The infrared window 31 for taking an infrared image is made of a Si material coated with an antireflection film that transmits 3 to 5 μm, a wavelength to which the infrared detection system is sensitive. At this time, since the inside of the vacuum duct 5 is in a high vacuum, even if the distance from the pallet 18 to the infrared camera 4 is long, there is no effect of air convection or absorption by water vapor, and a good temperature distribution image can be obtained, resulting in measurement accuracy. will improve. [0037] A control system that performs heating control using the heating chamber section 20 and temperature measurement chamber 30 shown in FIG. 15 is shown in FIGS. 17 and 18. The method of synthesizing the temperature image of the pallet 18 being transported is based on the view range of the vacuum duct 5 (the range surrounded by a, b, c, and d in FIG. 18) as a temperature measurement range that can measure - degrees. The measurements are carried out sequentially and periodically while timing the measurements in synchronization with the speed V. The timing at this time is the time required to convey the distance between a and b (a
-b distance)/V seconds. It is converted into an image once and sent to the main control device 7, and the main control device holds it. The temperature image data obtained at the next measurement timing is transferred to the main controller 7, where the two temperature image data are combined. Furthermore, the temperature image of the pallet measured at the next measurement timing and the temperature image data measured so far are combined. [0038] In this way, by sequentially capturing partial temperature distribution images of the substrate (pallet 18) and composing the images, it is possible to obtain an entire temperature distribution image even for a wide range of substrates that cannot be measured in one image capture. Obtainable. And FIGS. 19(a) and (b)
As shown in FIG. 3, temperature distribution images are displayed in color in real time on the screen displayed on the monitor 7-1 of the main control device 7 in the order in which the temperature images are synthesized. The temperature distribution image is shown in the same figure (a).
As shown in screen (1), the temperature is displayed in 16 levels, and each level is displayed in different colors. At this time, the temperature distribution was made easier to understand both visually and sensually by using different colors, such as warmer colors for higher temperatures and cooler colors for lower temperatures. In addition to this, on the screen (2)
As shown in (3), (4), and (5), heater information such as target temperature, set temperature of each heater, output current value of heater, temperature at specified point, difference from target value, and substrate temperature. By displaying temperature distribution information such as changes in temperature at the same time, it is easier to understand visually. Also, in the screen (6) (7) of the same figure (b)
) As shown in (8), we have also prepared a display method that allows you to simultaneously understand changes in the substrate average temperature and the changes in the temperature at each measurement point between pallets. [0039] As shown in FIGS. 17 and 18, each of the heaters 13 has a heating control device 14 so that the temperature can be controlled individually. A thermocouple 33 for measuring the temperature of the heater is attached near the heating element, and the heating control device 14 performs feedback control of the heat generation temperature using the output of the thermocouple 33 with respect to the target set value. The main controller 7 calculates the temperature distribution based on the set temperature and the synthesized temperature image, calculates the heat generation temperature of the heating element set value of each heater according to the difference from the heating set temperature, and controls the control data. generate. Since the temperature image data and the temperature distribution data are digitally processed, the calculated control data becomes a digital signal. D / A (D 1g1tal / Analogue
e) The converter 15 interprets the control code sent by the main controller 7 and generates an analog signal of the temperature setting value and a heating heater ON/OFF signal to each heating controller 14. The heating control device 14 drives the heater 13 to heat the pallet 18 in accordance with the magnitude of this set value. Therefore, since the currently heated substrate is heated by the output of each heater 13 whose temperature distribution is corrected based on the temperature distribution information of the previously heated substrate, a uniform pallet is generated. 18 heating becomes possible. [0040]
本発明の一実施例を以下、図面を参照しながら説明する
。
〈実施例1〉
この実施例は、温度測定方法と温度測定装置に関するも
ので、始めに全般的な実施状況について説明する。つま
り、本発明の特徴である温度測定領域を複数個所に分割
して温度画像を計測し、この個々の温度画像を蓄積して
、全体の計測が完了した段階でこれらを一つの温度画像
として合成し、再生する方法及び手段について、いくつ
かの例を提案している。例えば、固定した赤外線カメラ
に対して測定対象である基体をX、Y方向に走査する方
法や、固定した基体に対して赤外線カメラをX、Y方向
に走査する方法、基体を一方向に移動させながら、赤外
線カメラを基体移動方向に対して基体と平行でかつ直交
する方向に走査させて温度画像を合成する方法、または
赤外線カメラを固定しておき赤外線光路にレンズ、ミラ
ー等を設は赤外線を反射、集光させて赤外線カメラまで
像を導き写しだす光学系を用い、この光学系を移動また
は、ミラーを駆動させながら分割した温度画像を測定す
る方法などである。
[0041]
本実施例では、まず基体を一方向に移動させながら赤外
線カメラを基体移動方向に対して基体と平行でカリ直交
する方向に走査させて温度画像を合成する方法で測定す
る装置例を示す。赤外線カメラは、二次元の赤外線画像
を撮像する装置であるから、測定範囲を分割する方法は
多数選択できる。
図1に装置全体の基本構成の概略をブロック図で示すよ
うに、赤外線カメラ4の受光部前方にダクト5と言う長
方形の開口部を持つ筒状の構造体を設けた。このダクト
5は、測定対象物である基体1から放射される赤外線以
外の赤外散乱光を低減させるための、いわゆる迷光を遮
断する構造体である。従って、−度に撮像できる赤外線
画像領域は、ダクト5を通した視野に限定される。
[0042]
本実施例では、この温度計測装置を設置する装置の関係
上、長方形の開口部を持つ形状のダクトとしたが、測定
対象物である基体の形状と、測定範囲(領域)の分割方
法及びこの温度計測装置を設置する環境によっては、種
々の形状が選択できる。測定装置及びその系は、小形で
あることが望ましいことから、赤外線カメラ4のレンズ
先頭から基体1の表面までの距離は、通常20cmから
120cm程度であり、また赤外線カメラ4の撮影視野
は画像のひずみが問題にならない程度の120度以下が
望ましい。
図1に示した赤外線温度画像計測装置の各部の機能は、
以下の通りである。
赤外線カメラ4は、撮像素子をアルゴンの断熱膨張を利
用して冷却する必要があるためアルゴンボンベ16を付
属している。本実施例で用いた赤外線カメラ4は赤外線
強度を16階調の温度テーブルに変換する能力がある。
したがって、温度テーブルの最低温度、1階調の温度幅
、及び測定対象物の輻射率を設定することにより、撮像
した赤外線画像を16階調に設定した温度レベルに変換
し、これをカラー表示した温度画像を得ることができる
。
[00433
赤外線カメラ4は、一画面で256x200の画素を有
し、これら−点の画素に対する温度を知ることができる
。また、撮像した温度画像は、指定した範囲のみのデー
タを主制御装置7に転送することができる。リニアステ
ージ6には、サーボモータ、エンコーダ、ブレーキが配
設されたリニアステージ駆動系10が接続されており、
リニアステージ制御装置11によって位置決め、速度、
加速度等が制御される構成になっている。主制御装置7
からリニアステージ制御装置11に位置データを送信す
ることにより、赤外線カメラ4とダクト5は指定位置へ
移動する。基体1には、測定位置1を示すマーカ9が設
けられており、これをセンサー8−1を介して位置検出
器8が検知すると測定を開始するようになっている。
度計測装置の主制御装置7によって搬送系2を制御しな
がら、基体1をステップ搬送しても、定速で連続的に搬
送しても温度測定が可能な構成になっている。
[0044]
次に、基体1の搬送方法の違いによる温度測定法の例を
3種顕示し、その測定法によって制限される項目を示す
。
(1)温度計測装置の主制御装置7が搬送機構を制御し
て基体1をステップ搬送している場合、主制御装置7は
一区画の温度分布の測定を終えてから搬送系制御装置に
1ステツプ搬送する司令を出し、1ステツプ搬送を終え
ると再び主制御装置7は隣接する次の区画の温度分布の
測定を開始する。これを複数回繰り返し、目的とする測
定領域全体の温度を測定する方法である。この方法は、
基体の搬送速度が主制御装置7の測定に要する時間に依
存する。その為、測定に要する時間より短い間隔では搬
送できない。また、−度に測定する搬送方向の幅(a−
b間)は、ステップ搬送する幅と同じ幅にする必要があ
る。
(2)搬送機構が独立しており、搬送系制御装置が基体
1をステップ搬送している場合、基体1が停止している
間に、基体の搬送方向に対して直交する方向の温度測定
を全て終了しておかなければならない。また、−度に測
定する搬送方向の幅(a−b間)は、ステップ搬送の幅
と同じ必要がある。
(3)搬送機構が独立しており、搬送系制御装置が基体
1を定速搬送している場合、主制御装置7は、基体1の
搬送速度に合わせて測定する間隔を制御しなければなら
ない。
[0045]
つまり、基体1を(a−b間)搬送する間に1回の測定
を終了している必要がある。更に、基体の搬送方向に対
する直交する方向の測定は1回に限定される。
なぜなら、赤外線カメラ4とダクト5を移動させて測定
している間にも基体1は搬送されているので、完全に合
成した温度画像は得られない。そして測定は、測定に要
する時間tと搬送方向の測定幅(a−b間)Wと搬送速
度Vによって制限される。つまり、t≦w/vが成立す
る条件でなければならない。
[0046]
〈実施例2〉
この例は、搬送機構が独立しており、基体1をステップ
搬送して温度計測した実際の温度測定の一例を図1及び
図2を用いて示すものである。まず、測定は、図2のフ
ローチャートに示す手順で測定されるように主制御装置
7にプログラムした。基体1の大きさは、幅が1200
mm、長さが900mmの金属母材の平板であり、基体
の輻射率は0.3である。温度計測装置が1回に測定で
きる基体の範囲は、a−bS d−c間が68mm5
b−c、a−d間が560mmの範囲である。この基体
1は、搬送系制御装置3の制御によりステップ搬送しな
がら加熱されてきた基体である。搬送周期は、1ステッ
プ68mmで、12秒間停止するシーケンスとした。従
って、この基体を測定するには、幅方向に2回、長さ方
向(搬送方向)に13回測定すれば基体1のほぼ全体の
温度分布を測定することができる。つまり、図2のP=
2.Q=13である。主制御装置7は、センサ8−1を
介して位置検出器8がマーカ9を検出すると主制御装置
7に対して割り込みを発生し、主制御装置は測定ルーチ
ンに入る。測定の所要時間は、測定、データ転送に1秒
未満、赤外線カメラ4とダクト5の移動に3秒程度、画
像の合成、表示に4秒程度であり、ステップ搬送が停止
している間に2か所の測定を完了する。
[0047]
温度画像の合成は、図3のモニタ画面に示した通りであ
り、d (1,1)からd (13,2)までの26回
の測定データを順次合成し、モニター7−1に合成画像
を表示し、温度分布を視認できるようにした。そして、
基体1枚分の測定が終了した後、主制御装置7に一時的
に蓄積しておいたこの1枚分の温度画像データを外部記
憶装置7−2に保存し、次の新たな基体を測定する用意
をして、再度ステップ搬送されている基体のマーカの検
出待ちとなるようにした。
このようにして基体1の温度分布を測定した結果を図7
に示す。モニタ7−2には、カラー表示されるが、図7
には温度の等高線図で示した。これより基体1の両側の
温度が中心部に比べて20℃から45℃程度低いことが
判る。
[0048]
〈実施例3〉
次に搬送機構が独立しており、基体を定速搬送して温度
計測した実施例を説明する。
測定は、図4のフローチャートに示す手順で測定される
よう、主制御装置7にプログラムした。基体1の大きさ
は、幅が600mm、長さが900mmの金属母材の平
板であり、基体の輻射率は0.3である。温度計測装置
が一度に測定できる基体の範囲は、a−b、d−c間が
68mm、b−c、a−d間が560mmの範囲である
。温度計測装置の構成は、先の実施例2と同様である。
この基体1は、搬送系制御装置3の制御により一定速度
で搬送しながら加熱されてきた基体である。搬送速度は
、18cm/分とした。
従って、この基体を測定するには、先に述べた通り定速
搬送であるため幅方向には1回、長さ方向(搬送方向)
に22.67秒周期に13回測定すれば、基体1のほぼ
全体の温度分布を測定することができる。
[0049]
つまり、図4のQ=13、w=68、■=18、t=2
2.67である。主制御装置7は、位置検出器8がセン
サ8−1を介してマーカ9を検出すると主制御装置7に
対して割り込みを発生し、主制御装置7は測定ルーチン
に入る。測定の所要時間は、測定、データ転送に1秒未
満、合成画像の表示に4秒程度であり、22.67秒周
期ではt≦w/vの条件が成立する。温度画像の合成は
、図3に示した通りであり、d (1,1)からd (
13,1)までの13回の測定データを順次合成し、モ
ニター7−1に合成画像を表示し、温度分布が視認でき
るようにした。そして、実施例3と同様に基体1枚分の
測定が終了した後、この1枚分の蓄積された温度画像デ
ータを外部記憶装置7−2に保存し、次の新たな基体を
測定する用意をして、再度、搬送されて来る基体のマー
カの検出待ちとなるようにした。このようにして基体1
の温度分布を測定した結果は、先に示した図7と同様の
結果が得られ、基体両側の温度が中央部と比較して15
℃から25℃低いことが判った。
[0050]
〈実施例4〉
この例は、上記実施例の温度測定装置で基体温度を計測
し、この計測結果に基づいて加熱機構を制御し、均一な
加熱が実現できるようにした加熱装置の例を示すもので
ある。
大面積の加熱基体を熱する時、その加熱基体の温度分布
が問題となる。そこで本発明では、温度分布が発生する
方向に合わせて加熱機構を複数個独立させて設置し、こ
れら個々の加熱機構の出力をそれぞれ独立に制御するこ
とにより、均一に加熱された加熱基体が得られるように
したものである。
[0051]
図5にこの加熱装置の概要を示す。図5(a)及び(b
)は、それぞれ先に説明したように一部断面正面図及び
一部断面側面図である。
加熱装置の構成は、加熱槽12中に加熱機構13と加熱
対象物である基体1を搬送する搬送系2を設置し、外部
には搬送系を制御する搬送系制御装置3と個々の加熱機
構の出力を制御する加熱制御装置14を装備している。
更に加熱槽12は幅720mm、長さ600mm、厚さ
5mmの金属母材の基体1を一枚囲う大きさであり、実
施例1に記載した赤外線温度計測装置のダクト5を片面
に装備している。加熱槽12中の加熱機構13は、加熱
ランプ型のヒータを用い、片側に一本2kWのヒータを
5本づつ、計10本設置した。
[0052]
基体1は、上下の搬送系2により保持されながら搬送さ
れ、加熱槽12中で両面から加熱される。そして加熱槽
12の出口付近の片側に赤外線カメラ4とダクト5を設
置して、加熱された基体の温度分布を実施例1に記載し
た温度計測装置で測定した。測定範囲の関係から赤外線
カメラとダクトを搬送方向に対して直交する方向に移動
して測定する必要がない為、赤外線カメラとダクトは加
熱槽12に固定してある。ダクト5は、基体1の搬送方
向に対して直交する方向に細長いスリット状の開口をし
ており、スリットの幅毎に分割して温度画像を測定し、
基体1枚分の合成した温度分布画像を得た。ここでスリ
ット状の開口部から基体の温度画像を1回に測定できる
範囲は、62 mmX 640mmである。
基体の温度分布が生じる方向は、図7にも示した通り、
搬送方向に対して直交する方向に生じ、両端はど温度が
低くなる傾向がある。従って、ヒータ13の設置方法は
、基体の搬送方向に対して垂直方向にヒータ5本を配置
した。そして、ヒータ13を配置した位置は、基体の上
下の幅720mmに対して中心に1本、中心から160
mm上下に隔てて1本づつ、更に中心から320mm上
下に隔てて1本づつ計片面に5本を設置した。これは両
面とも同じである。
[0053]
そして、次の条件下で温度分布が改善される様に基体1
を加熱して温度分布を測定した。基体1の輻射率は0.
03基体搬送速度は定速搬送で18cm/分、加熱制御
装置14はヒータ電流制御による加熱を行い、加熱槽1
2の上方から順にヒータの番号をNo、 1からNo、
5とすると、それぞれの設定電流値をNo。
1=4.2A、No、2=3.5A、No、v3=3.
5A、No、4=3.8ANo、5=4.6Aとした。
これは、両面とも同じ電流値である。加熱されてきた基
体1をダクト5を通して赤外線カメラ4で温度分布を測
定した。測定の方法は、実施例3に記載した通りである
。その結果を図8に示す。これより図7のように、温度
分布の発生を考慮していない加熱装置で加熱した基体の
温度分布を実施例1の温度計測装置で測定した例と比較
すると、基体の温度分布が、明らかに改善されているこ
とが判る。
[0054]
〈実施例5〉
次に、上記実施例に記載した加熱装置と温度計測装置を
用い、温度計測装置の主制御装置7が、基体の温度分布
が均一になるように加熱制御装置14の出力を制御する
ことができるように構成した加熱装置の例を示す。
図6は、装置全体における加熱温度制御系の構成を示し
たものである。図示の装置構成で、搬送系2は主制御装
置7から独立しており、定速で基体1を搬送する。主制
御装置7で検出された基体1の温度分布は、予め定めら
れた加熱設定温度との差に応じて個々のヒータ13への
出力を算出し、制御データを生成(ディジタル制御信号
を発生)し、D/A変換器15へ送る。D/A変換器1
5は、個々の加熱制御装置14に対して制御データに基
づく大きさのアナログ信号を発生する。加熱制御装置1
4は、D/A変換器からのアナログ信号に比例した出力
でヒータ13を駆動し基体1を加熱した。従って、現在
加熱している基体は、これ以前に加熱された基体の温度
分布情報により、温度分布が小さくなるように補正され
た個々のヒータ出力により加熱される為、均一な基体の
加熱が可能となる。
[0055]
主制御装置7に於ける温度分布検出方法と加熱制御方法
の一例を図9に示す。
両方法とも、主制御装置7に与えたプログラムにより制
御した。その手順を以下に示す。
図9(a)は、ヒータ13の出力制御を行わずに加熱し
た基体の温度分布を等高級で示した図である。この二次
元的な画像データは、主制御装置7のデータ配列に記憶
している。主制御装置7では、この配列から基体後方(
搬送方向に対する後方)のα−α′ラインの温度分布を
求める〔図9(b)に示した図〕。
[0056]
そして、ヒータ13を設置した位置に対応する区間内の
平均温度を求める。本実施例では、図9(b)に示すよ
うにN001からNo、5の5か所のヒータに対応する
位置a−b間、b−c間、c−d間、d−e間、e −
f間を決め、それぞれの区間をA、B、C,D、Eとす
る。AからE区間の平均温度を求めたら、200℃の設
定温度と比較してその差を求める。この差に応じ主制御
装置7は、個々の加熱制御装置14に対応する出力を算
出し、D/A変換器15にデータを送信する。
[0057]
以上の処理により、均一な加熱温度分布になるような修
正されたヒータ出力が得られる。温度分布を検出する処
理に、α−α′ラインの温度分布を求める理由は、独立
した制御ができるヒータ13の設置方向と同じ方向の温
度分布を求めなければならない為である。また基体の搬
送方向に対して後方部分の温度分布を求める理由は、基
体を連続して加熱装置へ搬送するため、1枚目の基体の
測定が終わったときは、次の新たな基体が既に加熱され
ている。従って主制御装置7が、温度分布の測定を終了
し、ヒータ13への出力を再設定したときには、基体の
後方だけの温度分布が改善される。この為、基体の後方
の温度分布を検出した。
[0058]
以上の制御系で加熱制御した結果は、図8と同様に温度
分布が改善された結果を得た。図7では、温度分布の発
生に考慮していない加熱装置で加熱したときの基体の温
度分布を実施例1の温度計測装置で測定した例である。
両図から主制御装置7は、自動的に基体の温度分布を縮
小(改善)する様に動作していることが判る。
なお、主制御装置7の誤動作による加熱暴走を防止する
ための安全策が必要である。本実施例では、加熱制御装
置14の回路上で加熱電流の上限を設定したり、主制御
装置のプログラムで制御電流の上限や制御電流範囲を規
定したりして、加熱暴走を防止した。
[0059]
〈実施例6〉
この例は、上記実施例1から実施例5の赤外線温度計測
装置とその測定方法及び加熱装置と加熱温度制御方法を
真空成膜装置に適応した場合の例である。
真空中で薄膜を形成する方法は、多種の方法が実用化さ
れている。いずれの場合も薄膜を形成するには基体の温
度が重要なパラメータとなる。特に大面積にわたり均質
な膜を形成する場合は、膜を形成する基体の温度分布が
問題となる。本実施例では、スパッタ成膜手法を用いた
真空薄膜形成装置に本発明の加熱温度制御方法を適応し
た例を示すものである。
[0060]
本実施例で用いたスパッタ装置は、図10に示すような
スパッタ磁気ディスク用の成膜装置である。なお、図1
0(a)及び図10(b)は、それぞれこの成膜装置の
横断平面図及び縦断正面図を示している。
この装置の構成は、大きく分けると、仕込み室19、加
熱槽12(加熱室20と温度計側室30とを含む) ス
パッタ室21及び取り出し室22の4室から成る。そし
て、これら各室は、ゲートバルブ23を介して互いに直
列に接続されていると共に、各室には排気系24が配設
され、それぞれ独立に所定の真空度に保持できるように
なっている。仕込み室19内には、予熱ヒータ19′が
設けられ後述スルバレット18が複数枚収納できるよう
になっている。
[0061]
また、加熱室20は、上記実施例4及び5の加熱装置が
適用されて構成されており、温度計側室30の一部を構
成する加熱槽12の壁面には温度測定装置が設けられて
いるが、この図ではダクト5とカメラ4のみが示され、
その他の部分は省略されている。スパッタ室21は、こ
の例では3種のスパッタリングを行うため、スリット2
1′を介して3つの室21−1〜21−3に分かれてい
る。そして、これらの各室には、ターゲット25−1〜
25−3が配設されている。
また、取り出し室22は、次々とスパッタ室21でスパ
ッタ処理されたパレット18が、順次整列して収納され
る構成と成っている。
[0062]
また、これら仕込み室19、加熱槽12(加熱室20と
温度測定室30)、スパッタ室21及び取り出し室22
の4室には、パレット18を順次搬送する搬送系2が配
設されている。この装置では、5.25インチの磁気デ
ィスク用の基板17(以後、単に基板と記載する)を9
枚、両面をそれぞれ開放して保持できるパレット18と
呼ぶ板状の基板ホルダーがあり、これに基板17を装着
して複数枚のパレット18を同時に真空槽内に仕込むこ
とができるようになっている。なお、パレット18大き
さは、搬送方向に対して幅(高さ)が720mm、長さ
、が600mmである。
[0063]
上記の通り、真空槽は、仕込み室19、加熱槽12、ス
パッタ室21、取り出し室22の4室が連続しており、
それぞれの真空槽はゲートバルブ23で仕切られていて
、これ等は独立した真空排気系24で高真空排気ができ
る。また、スパッタ室21では、多層膜が形成できるよ
うに異種類の3種のターゲラ)25−1〜25−3が隔
てて設置してあり、基板の両面に同時に成膜することが
できるようになっている。パレット18は、搬送系2に
より一枚づつ仕込み室19から搬送され、順次加熱室2
0、スパッタ室21を経て成膜され、取り出し室22に
ストックされる。
[0064]
この装置は、スパッタ室21の真空を開放せずに連続的
に基板17の入れ換えができる、所謂イン・ライン方式
のスパッタ装置である。なお、この他にパレット枚葉方
式のイン・ライン方式スパッタ装置も実用化されている
が、このような装置に本発明を適用することも可能であ
るこは言うまでもない。パレット枚葉方大して、個別の
真空槽で真空排気、加熱、成膜、大気圧リーク等の処理
を搬送しながら行い、膜を形成する装置である。枚葉方
式のイン・ライン方式スパッタ装置については、後の実
施例で示す。
[0065]
ここで加熱室20は、上記のように実施例4、実施例5
に記載した加熱装置と同等の機能、構造を有するもので
あり、ヒータ13は、パレット18の搬送方向に対して
垂直方向に両面5本づつ設置してある。また加熱槽12
は、高真空に対応した真空槽となっている。また、加熱
槽に付属している赤外線温度計測用のダクト5は、パレ
ット搬送方向に対して直交する方向に細長いスリット状
の測定開口部を持った構造であり、リークがなく耐圧の
ある真空用ダクトとなっている。また、ダクト5には赤
外線を透過する反射防止膜付のシリコンの窓を設け、赤
外線カメラ4は、この窓を透過してきた赤外線を撮像し
温度計測をした。なお、窓材としては、他にサファイア
、反射防止膜付のゲルマニウムも利用できる。ダクトを
通して1回に測定できる視野の広さは、パレット18上
で短辺が55mm、長辺が650mmである。その他の
機構として、赤外線カメラ制御装置4−1、主制御装置
7、位置検出器8、加熱制御装置14等の制御機器は、
実施例4及び5に示した装置と同様な機能を持っている
。また、搬送系2は、主制御装置7から独立しており、
パレット18を定速搬送させて、加熱、成膜を行った。
[0066]
以下に、このスパッタ装置を用いた実際の成膜の事例に
ついて説明する。
成膜方法は、まずパレット18に5.25インチ基板1
7を装着し、これを仕込み室19に複数枚仕込む。真空
排気後、全てのゲートバルブ23を開き、加熱室20の
ヒータとスパッタ室21のターゲット25に電力を投入
し、加熱と放電を行う。この後、搬送系2を駆動してパ
レット18を1枚づつ順に搬送する。搬送系2は、搬送
速度18cm/分で定速搬送を行った。一定の速度で搬
送されているパレット18は、加熱室20で加熱された
後、温度計側室30で基板17とパレット18との温度
分布を測定し、その後、多層膜の成膜を行って取り出し
室[0067]
パレット18と基板17の温度分布の測定方法と加熱装
置の出力制御方法は、実施例2の計測方法及び加熱制御
方法と同じである。但し、スパッタ装置に適応するに当
たり、主制御装置7に与えたプログラムに若干の変更を
加えた。
まず、連続的に搬送されるパレット18の内、どのパレ
ットを測定するかを指定できるよう機能追加した。ダク
ト5の下方に取り付けた位置検出器8は、赤外線透過型
の位置センサーであり、パレット18がこのセンサー光
を横切ったときから測定が開始される。またパレットに
は、マーカ9となる切り込みを付け、パレット18の通
過枚数をカウントし、指定したパレット18となったら
測定を開始する機能を持たせた。
[0068]
また、プログラムは、パレット18上に存在する輻射率
の異なる複数個の測定対象に対し、順次輻射率を設定し
ながら測定して、輻射率の異なる測定対象に対してそれ
ぞれ温度分布が測定ができるようにした。温度を測定す
る対象は、パレット18と基板17というように異なる
材質、表面をした対象である為、両者の輻射率は大きく
異なる。例えば、基板17、パレット18の輻射率を測
定すると基板17の輻射率は0.19、パレット18の
輻射率は0.32であった。従って、測定時の輻射率を
基板17に合わせるともう一方の対象であるパレット1
8の測定ができないという問題が生じる。そこで基板1
7の輻射率に設定して温度画像を測定した後、更にパレ
ット18の輻射率に設定して温度画像を測定する。
その後、両者の温度画像データから、パレット18だけ
の温度合成図と基板17だけの温度合成図を再合成する
ことで、基板17を含むパレット18全体の温度分布を
測定した。
[0069]
本実施例では、測定領域内に存在する2種類の測定対象
物に対して2回の輻射率設定、測定を行い、これを画像
合成したが、これは2種類以上の測定対象物が存在する
場合に於いても同様に測定が行える。ただし、多数種の
測定対象が存在する場合、測定に時間がかかり、画像の
合成が複雑になる恐れがある。このようにして基板17
を搬送しなから成膜前に加熱し、その基板温度と温度分
布を測定した。その結果を次に示す。まず、スパッタ装
置に適応した本発明の加熱装置で温度分布改善の為のヒ
ータ出力制御を行わない比較例の場合は、加熱装置の個
々のヒーター3に投入するヒータ電流をすべて一定にし
てパレット18の加熱搬送を行った。ヒータ電流は、全
てのヒータに対して3.5Aとし、この時に加熱された
パレット18と基板17の温度分布を測定した。
[00701
その結果を図11に示す。この図の等高線図は、パレッ
ト18の温度分布図と基板17の温度分布図を合成した
温度分布図である。同図より温度分布は、パレットの上
下で低く、中心部が高い温度分布となっていた。基板1
7の温度も中段が高く、下段が25℃程度低くなってい
た。
[0071]
〈実施例7〉
次に主制御装置7が、パレット18及び基板17の温度
分布が均一になるよう個々のヒータ13の出力を制御し
ながら加熱して、成膜した実施例を示す。
上託実施例6と同様、図10のスパッタ装置を用いて基
板に成膜した。加熱出力を制御するに当たり、温度分布
の検出方法、制御方法は、実施例5の図9に示した通り
である。つまり、主制御装置7が、加熱したパレット1
8及び基板17の温度分布を赤外線温度画像計測装置に
より測定した結果から温度分布を検出する。そして、こ
の検出結果から個々の加熱制御装置14に対して加熱出
力をフィードバックして、パレット18及び基板17の
温度分布が均一になるよう個々のヒータ13の出力を制
御しながら、搬送されるパレット18を加熱した。この
ようにして均一な温度分布を得た基板17は、成膜工程
へと搬送された。その他の成膜条件、例えば加熱設定温
度、パレット搬送速度等は、いずれも実施例6と同じで
ある。
[0072]
この温度分布制御を行った結果を図12に温度等高線図
で示す。図11の温度分布制御を行わなかった結果と比
較すると、図12の場合は、温度分布が小さくなってお
り、格段に改善されていることが判る。パレット18内
の温度分布も、9枚の基板17の温度分布も約±5℃以
内に収まっている。更に、パレット18を28枚連続し
て搬送し、加熱、成膜を行ったときに測定したパレット
毎の基板平均温度を求めた。図13にこの結果を温度分
布制御をしなかった場合と比較して示す。図13(a)
の温度分布制御を行わなかった比較例の場合は、温度分
布も太きいが、搬送したパレット枚数が増えるにつれて
平均温度が徐々に上昇して行くことが判る。これに対し
て温度分布制御を行った図13(b)場合は、基板17
の温度分布も小さいが、搬送したパレット18の枚数と
は無関係に基板平均温度は、はぼ一定に制御されている
ことが判る。
[0073]
以上の結果から、温度分布制御を行うことにより、パレ
ット18内の温度分布を均一にし、更にパレット間の温
度ばらつきも改善することができた。
パレット18の1枚目は、ヒータ13の出力を制御する
ための温度分布データがないので特定の温度分布データ
が必要となる。そこで、パレット18の均一な温度分布
を得るための個々のヒータ電流値は、毎回大きく変わる
ことがないことから、設定温度に対する個々のヒータ電
流値のデータをあらかじめ用意するか、または先回の測
定データを外部記憶装置7−2から呼び出して、1枚目
のパレットから温度分布制御を行った。
基板17の両面の温度差が問題になる場合は、温度計測
装置を両面に設置して基板17の両面の温度分布を測定
することができる。この場合、1台の主制御装置7で、
2台の赤外線カメラ制御装置4−1を制御し、両面の温
度画像を計測して温度分布を求め、更に両面のヒータ1
3の出力制御まで行った。
[0074]
搬送系2が、パレット18を搬送するとき、不連続的に
滑りが生じてパレット18を一定速度で搬送できない場
合がある。このような場合、一定間隔の時間で温度画像
を測定していると、合成した画像に歪みが生じる。それ
故、このような場合には、パレット18の搬送距離と測
定する周期を同期させる機構が必要となる。この機構の
簡単な方法は、パレット18に測定の時期を知らせるマ
ーカの役割を果たす機能を付加しておき、これから発せ
られる信号で主制御装置7は割り込み処理を行い、画像
を測定する方法である。
図14は、パレット18に温度画像を測定するタイミン
グを生じさせる機能を付加したパレットの一例である。
パレット18には、マーカ9とは別にタイミングを取る
検出穴26を設け、この穴に発光素子27から発せられ
る光が通過し、向かい合った受光素子センサー28がこ
の光を受光したときに、主制御装置7に測定の割り込み
を要求する機構になっている。
[0075]
以上、スパッタリング成膜装置の例につき説明してきた
力ξ本発明は1回の赤外線撮像では撮り切れない広い撮
像領域の温度分布状態の計測及びそれに基づいた加熱温
度の制御装置を具備した成膜装置に好適であり、やはり
成膜時に基板の温度制御が必要なCVD成膜装置にも適
用してみたが、上記実施例7と同様の結果が得られた。
本発明は、その他種々の非接触状態で大面積の基体の温
度を計測するとき及びそれに基づいた均一な温度分布の
加熱制御を必要とする加熱装置を構成するときに極めて
有効である。
さらにまた、これとは逆に均一な温度分布に制御するに
限らず、それぞれの温度制御装置14を動作させて独立
に各ヒータ13を制御し、積極的に所定の温度分布を形
成する温度制御をも行い得ることは言うまでもない。
以下の実施例8〜12では、更に改良された温度計測装
置、加熱制御装置を備えた成膜装置例について説明する
。
[0076]
〈実施例8〉
図15及び図16は、スパッタ磁気ディスク用の成膜装
置の例を示したものである。装置構成は、実施例6に示
した図10と基本的に類似しているが、加熱機構、温度
計測装置及び加熱制御装置等に改良を加え、成膜条件の
重要なパラメータである基板温度について、比較的広い
範囲に対してより均一な温度分布が得られるようにした
ものである。
図15(a)は、本装置の横断平面図を、図15(b)
は、縦断正面図をそれぞれ示す。図16(a)は、図1
5の加熱槽12の部分を、図16(b)は、その横断側
面拡大図を示したものである。図15に示す通り、本発
明に沿った構成で加熱ヒータ13、赤外線カメラ4を設
置した。つまり、パレット18が搬送される方向に対し
て、真空加熱槽12により構成される加熱室20の下流
側に温度計測室30を設置し、この加熱室20と温度計
測室30との間にパレット18が通るスリット状の仕切
り板29を設置した。
更に、図16に詳細に示したように温度計測室30を構
成する真空加熱槽12の壁面には搬送方向に対して直交
方向に長いスリット状の開口部を有する真空ダクト5を
設置した。そして、ダクト5内を含む温度計測室30の
内壁は、全て陽極酸化処理による黒体化を行い、赤外線
の反射率が低くなるようにした。また、温度計測室30
の真空槽並びに真空ダクト5の外壁には、図示されてい
ない水冷による冷却手段を設は真空槽内壁からの赤外線
放射を極力押さえるようにした。
[0077]
このように工夫することで、加熱ヒータ13から放射さ
れる赤外線が直接的、または反射して赤外線カメラ4に
入射しないなめ、加熱ヒータ13からの赤外線の影響の
ない良好な温度分布画像が得られるようになった。この
成膜装置では、更に基体が存在する雰囲気と、温度を測
定するための測定装置が存在する雰囲気とを異なるよう
にした。つまり、温度測定の対照物であるパレット18
及び基板17は、真空槽内にあるが、赤外線カメラ4は
大気側に配設した。この為、真空ダクト5には赤外線が
透過する赤外線窓31が必要となる。本実施例では、こ
の窓材に赤外線透過率が高く、反射防止処理を施したS
i板を使用した。なお、窓材としては、この他に例えば
A 1 0 Ca F 2、LiF等があり、一般に
赤外23゛
線光学部品として使用されるものであれば何れのもので
もよい。
[0078]
真空ダクト14が必要な理由は、以下の理由による。
まず、真空ダクト5を用いることにより、赤外線窓31
材が小型化できた。窓材は大型化すると高価になり、強
度的にも弱くなる。そして真空ダクトを設置することで
、測定対象の基板以外から放射されてくる不要な赤外線
が赤外線カメラ4に入射せず、赤外線ノイズ光が低減で
きた。
また、真空ダクト5を赤外線カメラレンズの直前まで延
長すことにより、大気による赤外線吸収の影響や、大気
の対流による画像の揺らぎがなくなった。
[0079]
一方、ダクト内を真空排気できない場合は、乾燥窒素等
の赤外線を吸収しないガスでダクト中の空気を置換する
方法も有効である。また、赤外線のカメラ自体を乾燥窒
素中の雰囲気に設置する方法も有効であり、水蒸気によ
る赤外線吸収がなくなり安定になる。
真空ダクト5は、搬送方向に対して直交方向に長いスリ
ット状の開口部を有する形状とした。従って一度に撮像
できる画像範囲は、真空ダクト5の開口部を基体に投射
した範囲(図18のa −b −c −dで囲まれた範
囲)となる。また、基板の温度測定領域を複数に分割し
て測定した個々の温度画像の合成法は、先の作用の項及
び実施例で詳述した通りである。
[0080]
〈実施例9〉
次に、図17を用いて基体の温度を複数に分割して実測
した個々の温度画像を主制御装置が合成して得た温度分
布画像から、基体の現実の温度分布に応じ、各々の加熱
ヒータ出力を適正に制御し、基体全体の温度分布が均一
になるように制御する加熱制御方法の例を示す。
図17は、図15に示した成膜装置の加熱室20と温度
計測室30とに、ヒータ制御系と、温度画像合成を司る
制御部とを結合した加熱制御装置のブロック図を示した
ものである。
[0081]
基板17が搭載されたパレット18全体の温度分布画像
は、先の作用の項で詳述した方法と同一の方法で測定す
る。主制御装置7は、この実測された温度画像より予め
指定された複数個の特定位置の温度を算出する。測定点
を指定する基準は、図18に指示したようにAからRの
18点とし、なるべくヒータ位置に対応した基板上の位
置を指定した。これにより、1回分の撮像で得た温度測
定値よりパレット18の縦方向の温度分布、例えば、測
定点A、D、G、J、M、Pでの温度分布を求めた。
[0082]
主制御装置7には、予め目標基板温度に対する加熱ヒー
タの発熱温度(ヒータ13に設置したフィードバック用
の熱電対33が指示する温度)と、パレット搬送速度と
の関係を表す近似式をプログラムして置く。また、特定
の搬送速度においては、基板温度と加熱ヒータの発熱温
度との関係テーブルをプログラムして置く。これに目標
基板温度を与えると一意的にヒータ発熱温度が求まるよ
うにプログラムして置く。もし成膜装置が、パレット7
を一定時間加熱室20で静止して基板加熱を行う場合は
、パレット搬送速度の代りに静止時間の関係近似式、又
は関係テーブルをプログラムして置く必要がある。
[0083]
次に加熱制御手順を図20に示し、先に示した図17、
図18と共にその動作を以下に説明する。
(1)主制御装置7に目標基板温度を設定する。
(2)主制御装置7は、目標基板温度に基づき加熱ヒー
タ13の発熱温度を算出し、このデータをD/A変換器
15に転送する。D/A変換器15では、個々の加熱制
御装置14に対して転送されたデータに基づくアナログ
値を出力する。
(3)主制御装置7は、個々の加熱ヒータ電源を人にす
る。
(4)加熱制御装置14は、それぞれのヒータ13を駆
動し、D/A変換器15が出力するアナログ値に相当す
る温度になるよう熱電対33の出力に基づくフィードバ
ック制御を行う。加熱制御装置14のフィードバック制
御は、一般的に行われている、オン・オフ制御、比例制
御(P)、比例+積分制御(PI)、比例+微分制御(
PD)、比例+積分十微分制御(P I D)の各方法
で制御することができる。 (P : Proport
ional、 I : Integral、 D
: Differential)(5)ヒータ温度が目
標値に達し、安定した後にパレット18を搬送し、加熱
する。位置センサ8−1が、搬送されてくるパレット1
8を検知したら赤外線を撮像し、温度画像を合成する。
パレット1枚分の温度画像が測定できたら、温度分布を
求め、目標基板温度との差を算出し、新たなヒータ発熱
温度を演算する。
ヒータ発熱温度を演算する時には、上記に示したP、P
I、PD、PID制御方法を適用しても良い。
(6)そして、この結果をD/A変換器15にデータを
転送する。D/A変換器15は、新なるアナログ値を出
力して、これに相当する温度になるよう加熱制御装置1
4がフィードバック制御する。
[0084]
つまり本実施例では、熱電対33で計測した加熱ヒータ
13の発熱温度をフィードバック制御しながら、更に基
板温度が均一になるように加熱ヒータ13の発熱温度設
定値をフィードバック制御するという二重のフィードバ
ック制御法を採用した。
また、パレット1枚分の温度画像の測定、合成が完了す
る以前にヒータ発熱温度設定値をフィードバック制御す
る方法もある。つまり主制御装置7は、部分的な温度画
像を測定した後に(例えば、図18のB、E、H,に、
N、Qの測定点を測定した後に)基板の温度、及び分布
を算出して新なるヒータ発熱温度を演算し、D/A変換
器15にそのデータを転送する。この方法では、1枚の
パレットの加熱途中から温度分布が改善される。
[0085]
また、図17のブロック図中のD/A変換器15の代わ
りに、デコーダ機能だけを有するデコーダを用い、D/
A変換機能を内蔵した加熱制御装置を使用することでも
実現できる。
真空中での基板の放熱特性が判れば、基板温度測定後か
らの経過時間により基板温度が推定できる。従って、主
制御装置7にこの放熱特性をプログラムすることで成膜
時の基板温度を推定することができる。また逆に、成膜
時の基板温度を与えることによって、基板の加熱温度を
算出し、その温度で加熱することも可能である。また、
本加熱方法を用いれば、パレット18内で故意に温度分
布を与えることもできる。これは、主制御装置7に温度
分布の設定を予めプログラムすることで容易に実現でき
る。
[0086]
〈実施例10>
この例は磁気ディスクの製造例を示したものであり、上
記実施例8及び9で説明した赤外線温度計測装置と温度
測定法及び加熱制御方法を磁気ディスク用のスパッタ装
置に応用した場合の例について再び図15を用いて説明
する。
スパッタ磁気ディスクの層構成は、一般に非磁性基板上
にCr又はCr合全全中間膜形成し、その上にCo合金
磁性膜、保護膜を順次形成した層構成である。
また、磁性膜材料によっては、中間膜のない層構成とす
る場合もある。本実施例では、基板にN1−Pめっきし
たアルミ合金板を用い、この基板面の円周上に微細な溝
加工を施したテクスチャ基板を使用した。また、磁気デ
ィスクの層構成は、テクスチャ加工を施したN1−Pめ
つき基板上に、Cr中間膜、磁性媒体にCo−Cr−T
a合金磁性膜、保護膜には炭素膜(C)の3層膜からな
る構造とした。従ってスパッタ室3には、上記3種類の
ターゲット材料21がそれぞれ対向して据え付けられる
。
[0087]
パレット18には、9枚の基板17が装着され仕込み室
19に仕込む。仕込み室19では、高真空排気しながら
、基板、パレットからの脱ガスの目的で予備的な加熱を
行った。スパッタ時には、スパッタ室21にArガスを
導入後、Cr。
Co−Cr−Ta、Cの各カソード32に電力を投入し
て放電させる。この間に実施例9に示した加熱方法でヒ
ータ部の温度を飽和させる。
[0088]
次に、各室のゲートバルブ23を開き、仕込み室19よ
りパレット18を1枚づつ搬送する。パレット18は、
20cm/分の一定速度で搬送した。
パレット18は、加熱室20で加熱された後、温度計測
室30で搬送速度に同期させてダクト内視野範囲のカラ
ー表示による部分画像が測定される。測定されたこの画
像情報は逐次主制御装置7に蓄積され、後にこれらの画
像情報は合成され、図19(a)の出力画面に示すよう
にパレット全体の温度分布としてモニタ7−1にカラー
画像で表示される。また、図19(b)の出力画面に示
すように複数のパレット間の温度推移も画面を切り替え
ることで表示できるようにした。
[0089]
ここで測定した温度画像から、主制御装置7は、温度分
布を算出し基板の温度分布が小さくなるように加熱制御
する。なお、加熱制御法、温度計測法は、実施例8およ
び9に記載した方法にしたがって同様に行った。
所定の温度まで加熱した基板に、Cr中間膜、Co−C
r−Ta磁性膜、C保護膜の順に連続して所定の膜厚ま
で成膜した。成膜完了したパレットは順次取り出し室2
2にストックされ、全てのパレット18が成膜終了後、
取り出し室22のみを開放して磁気ディスクを得た。
[0090]
比較例として、加熱制御を行わない場合には、図25
(1)に示すようにパレット内の上段、及び下段の基板
温度が中段の基板温度より10から30℃低かった為、
パレット内の9枚の磁気ディスク間で保磁力の不均一が
生じた。特に、図25(2)に示すように直径8インチ
以上の大型ディスク基板では、基板内で約20℃の温度
分布が生じてしまい、Co−Cr−Ta磁性媒体の膜厚
が均一であるにもかかわらず〔図25(3)参照〕、円
周方向で保磁力に分布が生じた〔図25(4)の破線参
照、実線は実施例〕。この為ディスク1周当たりのヘッ
ド再生出力(エンベロープ出力)にうねりが生じる〔図
25 (5)の破線参照、実線は実施例〕問題があった
。
また、長時間に渡って複数枚のパレットを成膜する為、
加熱ヒータの温度が変動することがあり、パレット間で
も磁気特性の変動が生じていた。
[0091]
しかし、実施例に示した加熱方法によれば、パレット内
の基板温度分布は、図示されていないが±4℃以内に制
御できた為、成膜したパレット内の9枚の磁気ディスク
の特性は、いずれもほぼ同じ磁気特性を示した。即ち、
円周方向の保磁力及びヘッド再生出力(エンベロープ出
力)については、同図(4) (5)に実線で示し
たようにフラットな特性となっている。更に、大型ディ
スク基板においても、基板内にて磁気特性の分布は発生
しなかった。また、長時間に渡る成膜でも基板温度を制
御している為、パレット間での磁気特性変動も生じなか
った。
更に、パレット内の9枚の磁気ディスクは、N1−P基
板面にテクスチャ加工を施すことで円周方向に強い磁気
異方性が生じ、電磁変換特性のディスク1周当たりのヘ
ッド再生出力に生じていたうねりを低減することができ
た。
[0092]
以上の実施例では、薄膜形成をスパッタ法で行った例を
示したが、本発明の温度制御法は、その他CVD法によ
る薄膜形成手法を用いた成膜装置においても同様に有効
であり、例えば、Si、5i−0,5i−N、Cなどか
ら金属系の材料まで形成可能であることを確認している
。いずれの材料の薄膜を形成するにも基板の温度が膜質
に大きな影響を与える。特に減圧下でRF電源を印加し
て膜形成するプラズマCVD手法は、例えば太陽電池の
ような広い面積の基板に対しても膜形成が可能である為
、広い面積の基板の温度分布を測定し、均一に加熱制御
することで、均一な光電変換特性が得られた。
[0093]
〈実施例11〉
図21は、パレット巡回方式の成膜装置に実施例8及び
実施例9に記載した赤外線温度計測装置と温度測定法及
び加熱制御装置を応用したスパッタ磁気ディスク対応の
成膜装置例について示したものである。
この装置の特徴は、成膜後パレット18を取り出し室2
2から搬出させ、2台のりフタ34−1.34−2と逆
方向搬送系2′によりパレット18を仕込み室19前方
の基板脱着部35まで搬送する機能を付加したことであ
る。基板脱着部35では、自動機によりパレット18か
ら成膜が完了した基板17と成膜前の基板の入れ替えを
行い、再度仕込み室19に送り込む。従って、複数枚の
パレット18を装置内で巡回させながら、かつ基板17
の脱着を自動的に行うことから量産装置に適している。
搬送方法は、各室の搬送系が独立しながら、その前後の
搬送系と連動して動作する。
[0094]
その動作方法は、次の通りである。
(1)パレット18を仕込み室19へ搬入後、仕込み室
19の搬送系2は停止して、槽内は高真空排気される。
(2)排気完了後、加熱室20側のゲートバルブ23を
開き、パレット18を加熱室20へ搬入する。
(3)搬入後、加熱室20の搬送系2を停止し、ゲート
バルブ23を閉じ、真空排気しながらパッレト18及び
基板17を加熱する。加熱は、パレット18が加熱ヒー
タ13と向き合った状態で行われる。加熱ヒータ13は
、搬送方向に対して、直交する方向に所定間隔を装置い
て5本並列に配置した。
(4)温度測定は、加熱終了後パレット18をスパッタ
室21へ搬送するときに測定を行う。加熱制御法、温度
計測法は、それぞれ先の作用の項及び実施例8、9の記
載した内容に基づいて行った。
(5)基板17の温度計測後、スパッタ室21内にパレ
ット18を搬入する。スパッタ室21では、パレット1
8が放電する中を一定速度で搬送され、通過する過程に
おいてCr中間膜、Co−Cr−Ta磁性膜、C保護膜
を基板17上に連続して所定の膜厚まで成膜した。
[0095]
(6)成膜が完了したパレット18は、取り出し室22
へ搬送し、取り出し室を大気開放した後に搬出する。そ
の後パレット18は、上昇リフタ34−1、逆方向搬送
系2′に送られ、さらに下降りフタ34−2により基板
脱着部35まで搬送される。
(7)ここで自動機により成膜完了の基板17をパレッ
ト18から取り外し、新たな基板17を装着して仕込み
室19に送り出される。
このように装置内を巡回するパレット1枚毎に上記の動
作を繰り返し、磁気ディスクを得た。得られた磁気ディ
スクは、実施例10で得られた磁気ディスクと同 様に
面内円周方向で均一な磁気特性が得られた。
[0096]
〈実施例12〉
図22及び図23は、枚葉方式の成膜装置に実施例8及
び実施例9に記載した赤外線温度計測装置と温度測定法
及び加熱制御装置を応用したスパッタ磁気ディスク対応
の成膜装置例について示したものである。図22(a)
は一部破断乎面図、図22(b)は一部破断正面面であ
り、図23 (a)は図22の要部拡大縦断側面図、図
23(b)は同じく図22のスパッタ室21の拡大縦断
正面図である。この装置の特徴は、基板を1枚ずつ成膜
する装置であり、以下の構成からなっている。図23に
示すように基板17の仕込みと取り出しを兼ねた真空槽
L/UL (Load/Unload)室36、基板搬
送系2を有する搬送室38、加熱室20及び連続して多
層膜形成が可能なように幾つかのスパッタ室21より構
成されており、各真空槽には真空排気系24が備えられ
ている。
[0097]
基板の処理動作は、以下の通りである。
(1)図23に示すように成膜前の基板17を入れたカ
セット41から基板を1枚ずつ取り出し、基板を保持す
るキャリア37に装着し、ホイスト39を下げてL/U
L室36に搬入する。その後L/UL室36の排気を行
う。
(2)L/UL室36の排気終了後、ゲートバルブ23
を開放し、基板17を搭載したキャリア37を搬送室3
8へ送り出す。加熱室20下に搬送すると、ホイスト3
9でキャリア37を加熱室20まで押し上げ、基板17
を加熱室20に挿入して一定時間基板を加熱する。
図23 (a)、(b)に示す通り、加熱室20及びス
パッタ室21は、キャリア37を押し上げることにより
、他の真空槽から分離され構造となっており、独立した
真空排気系で真空排気する。
[0098]
(3)加熱室20とスパッタ室21間の搬送室38に設
置した温度計測室30により、基板1枚の温度を1回の
撮影で温度画像を計測する。基板17が大型の場合は、
複数回に分割して撮影し、後に各温度画像を合成して基
板全体の温度画像を得ることも可能である。温度測定後
の加熱制御方法は、実施例9の記載と同じである。
(4)第1層目のスパッタ室21−1下にキャリア37
が搬送されてきたら、キャリア37を押し上げ基板17
をスパッタ室21−1内に挿入する。そして、図23
(a)に示すように対向する2つのカソード32に電力
を投入し、成膜時間と投入する電力の制御により所定の
膜厚まで成膜する。1層目が終了後、2層目以降も同様
の方法でスパッタ室21−2.21−3内で順次成膜し
、多層膜を得た。スパッタ室21のカソード32は、円
形状のターゲット25を備え、基板の両面に成膜できる
よう対向している。基板17は、ターゲット25の中心
と基板17との中心が一致するよう位置調整されており
、静止対向して成膜する。
[0099]
(5)成膜が完了後キャリアは、図22(a)に示した
ように、搬送室38内の逆方向搬送系2′ (戻り側)
でL/U L室36まで戻される。L/UL室36で
は、成膜前の基板の搬送室38への搬出確認後、ゲート
バルブ23を閉じ、L/UL室36全36圧にする。搬
入量ドア40を開放後、キャリア37を上昇させ、L/
UL室外へ基板を出す。ここで、成膜完了の基板は、取
り出され、新たに成膜前の基板17をキャリア37に装
着させ、再び、上記(1)の工程から繰り返される。基
板カセット41とキャリア37間の基板脱着は、自動機
により行われる。
温度計測室30は、加熱室20からスパッタ室21へ搬
送する時の搬送室38内に設置した為、加熱室20から
の赤外線が直接入射することはないが、真空ダクト5な
どの光路となる部品の内壁は実施例8の場合と同様に黒
体化処理した。
[01001
この成膜装置は、成膜時には各スパッタ室21に基板1
枚とキャリア37を挿入するだけである為、外気からの
不純物ガスの持ち込みを少なくでき、更にスパッタ室2
1には専用の真空排気系が装備されていることからスパ
ッタ雰囲気中の不純物ガス(例えば、H2C、H2、C
o2等)の濃度を低くすることができた。
また、この成膜装置は、磁気ディスクのみならず光磁気
ディスクのスパッタ装置としても利用した。光磁気ディ
スクは、磁場中で熱により磁化記録し、カー回転により
光学的に再生を行う記録再生装置である。
磁性材料は、Tb−Fe−Co系材料やNd−Fe−C
o系材料を用いたが、安定した微少な磁区を形成するに
は、膜面に対する垂直方向の磁気異方性や保磁力が大き
いことが必要である。従って、成膜プロセスでは、基板
加熱温度を高精度に制御し、スパッタ雰囲気中の不純物
ガス濃度を低く押さえることにより、安定した磁区を形
成できる光磁気ディスクの多層膜を成膜することができ
た。
[0101]
〈実施例13〉
図24は、回転ドラム方式のスパッタ装置に実施例8及
び9に記載した赤外線温度計測装置と温度測定法及び加
熱制御装置を適用した例を示したもので・同図(a)は
、横断平面図を、同図(b)は、一部破断正面図を示す
。
この装置は、回転式ドラム状基板ホルダ44に基板17
を取り付け、このドラムカ加熱ヒータ13前、及び放電
するターゲット25前を回転しながら基板に加熱、成膜
する種類のスパッタ装置である。そして、ターゲット2
5を備えたカソード32、シャッタ43、回転式ドラム
状の基板ホルダ44、加熱部20、温度計測部30が一
つの真空槽45に付属しており、基板の取り付は及び取
り外し時には、真空槽内を大気開放する方式(バッチ方
式)の装置である。
[0102]
本装置での成膜方法は、回転式の入角形のドラム状基板
ホルダ44に基板17を装着し、真空排気を行う。真空
度が10−5〜1O−6Torr程まで排気後、基板ホ
ルダ44を回転させながら加熱を行う。そして目標真空
度以下になったところで、成膜を開始する。成膜は、ま
ず、シャッタ43を閉じた状態で放電をさせる。これは
、真空槽45を大気開放時に生じるターゲット25表面
の酸化や汚染を一定時間スバッタすることにより取り除
く為である。この後、シャッタ43を開放して基板17
上に膜を形成する。この時、基板ホルダ44を一定回転
数で回転させながら膜を所定の厚さまで堆積させる。ま
た、真空槽45に複数のカソード32を設置することで
多層膜も形成できる。
[0103]
温度計測部30は、実施例8に記載した方法に基づいて
、基板ホルダ44の回転方向に対して加熱ヒータ13の
下手に設置した。この時、基板ホルダ44が多角形のド
ラム状ホルダである為、ドラム回転時に加熱ヒータ13
、及びスパッタ時のカソード32からの赤外線が、ホル
ダの平面に反射し、真空ダクト5内に入射しないよう加
熱ヒータ13及び真空ダクト5の位置を設計した。なお
、同図の46は隔壁である。仕切り板29は、基板の温
度計測部30に不要な赤外線が入射しないように、基板
ホルダ44側に接触しない程度に突出した構成をとる。
また、温度計側部30の仕切り板29及びダクト5の内
壁は、いずれも黒体化処理を施し、反射防止をする。
[0104]
温度画像の撮像は、回転軸に取り付けた位置センサー8
−1により測定タイミングを取り、入角形ドラムの一面
当たりを2回で撮影可能とした。
ソシテ、ドラム1回転分(へ面分)の温度分布画像を逐
次撮像し、それを合成して全体の温度分布画像を得た。
温度分布は、基板ホルダ44が回転する為、〜円筒軸方
向に温度分布が生じる。従って、円筒軸方向に加熱ヒー
タ13を分割して設置し、この位置に対応させて基板温
度の平均値を算出して、加熱ヒータ13の出力制御を行
った。この時加熱制御方法は、実施例9の方法に基づい
て行った。
スパッタ室21に装着するターゲット25としては第1
のスパッタ室21−1にはCrSi系合金を、第2のス
パッタ室21−2には例えばAI、Cr、Cuのごとき
電極形成用導体をそれぞれ装着し、セラミック基板17
上にCrSi系合金の薄膜抵抗体膜成膜した。この抵抗
体は、薄膜状の発熱抵抗体、薄膜多層配線基板の終端抵
抗体、混成IC基板の抵抗体などに使用されている。
[0105]
このような薄膜抵抗体の抵抗率(シート抵抗)は、成膜
時の基板温度にも影響される為、基板温度と温度分布を
均一になるように管理する必要がある。本成膜装置によ
り形成した抵抗体膜は、基板の温度計測法、加熱制御法
を適用することにより、基板ホルダの広い範囲に於いて
、抵抗率の分布を小さくすることができ、バッチ方式の
成膜装置のスループットを上げることができた。
[0106]An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. <Example 1> This example relates to a temperature measuring method and a temperature measuring device, and first the general implementation situation will be explained. In other words, the temperature measurement area, which is a feature of the present invention, is divided into multiple locations to measure temperature images, these individual temperature images are accumulated, and when the entire measurement is completed, they are combined into a single temperature image. It also proposes several examples of methods and means for reproducing. For example, there is a method in which a fixed infrared camera scans the substrate to be measured in the X and Y directions, a method in which the infrared camera scans in the X and Y directions relative to a fixed substrate, and a method in which the substrate is moved in one direction. However, there is a method of synthesizing temperature images by scanning an infrared camera in a direction parallel to and perpendicular to the substrate with respect to the direction of movement of the substrate, or a method of fixing the infrared camera and installing a lens, mirror, etc. in the infrared light path. This method uses an optical system that reflects and condenses light and guides the image to an infrared camera, and measures the divided temperature images while moving this optical system or driving a mirror. [0041] In this example, first, an example of an apparatus is described in which a temperature image is synthesized by scanning an infrared camera in a direction parallel to the base body and perpendicular to the base body with respect to the base body movement direction while moving the base body in one direction. show. Since an infrared camera is a device that captures two-dimensional infrared images, many methods can be selected for dividing the measurement range. As shown in a block diagram schematically showing the basic configuration of the entire apparatus in FIG. 1, a cylindrical structure called a duct 5 having a rectangular opening was provided in front of the light receiving section of the infrared camera 4. The duct 5 is a structure that blocks so-called stray light in order to reduce infrared scattered light other than infrared rays emitted from the base 1 that is the object to be measured. Therefore, the infrared image area that can be imaged at -degrees is limited to the field of view through the duct 5. [0042] In this example, the duct has a rectangular opening due to the equipment in which the temperature measurement device is installed, but the shape of the base body that is the object to be measured and the division of the measurement range (area) Various shapes can be selected depending on the method and the environment in which the temperature measuring device is installed. Since it is desirable that the measurement device and its system be small, the distance from the front of the lens of the infrared camera 4 to the surface of the substrate 1 is usually about 20 cm to 120 cm, and the field of view of the infrared camera 4 is approximately 20 cm to 120 cm. It is desirable to set the angle to 120 degrees or less so that distortion does not become a problem. The functions of each part of the infrared temperature image measurement device shown in Figure 1 are as follows.
It is as follows. The infrared camera 4 is attached with an argon cylinder 16 because it is necessary to cool the image pickup element using adiabatic expansion of argon. The infrared camera 4 used in this embodiment has the ability to convert infrared intensity into a 16-gradation temperature table. Therefore, by setting the minimum temperature of the temperature table, the temperature width of one gradation, and the emissivity of the measurement target, the captured infrared image was converted to a temperature level set in 16 gradations, and this was displayed in color. Temperature images can be obtained. [00433 The infrared camera 4 has 256x200 pixels on one screen, and the temperature of each pixel at these points can be known. Further, data of only a specified range of the captured temperature image can be transferred to the main controller 7. A linear stage drive system 10 including a servo motor, an encoder, and a brake is connected to the linear stage 6.
Positioning, speed,
The structure is such that acceleration etc. are controlled. Main control device 7
The infrared camera 4 and the duct 5 are moved to the specified position by transmitting position data from the infrared camera 4 to the linear stage control device 11. A marker 9 indicating a measurement position 1 is provided on the base 1, and when the position detector 8 detects this via the sensor 8-1, measurement is started. The main control device 7 of the temperature measuring device controls the conveying system 2, and the temperature can be measured even when the substrate 1 is conveyed in steps or continuously at a constant speed. [0044] Next, three examples of temperature measurement methods based on different transportation methods of the substrate 1 will be shown, and items that are limited by the measurement methods will be shown. (1) When the main controller 7 of the temperature measuring device controls the transport mechanism to transport the substrate 1 step by step, the main controller 7 controls the transport system controller 1 after measuring the temperature distribution in one section. A command to perform step transport is issued, and when one step transport is completed, the main controller 7 again starts measuring the temperature distribution in the next adjacent section. This method is repeated multiple times to measure the temperature of the entire target measurement area. This method is
The conveyance speed of the substrate depends on the time required for measurement by the main controller 7. Therefore, it is not possible to transport at intervals shorter than the time required for measurement. In addition, the width in the conveying direction (a-
b) must be the same width as the step conveyance width. (2) If the transport mechanism is independent and the transport system control device is transporting the substrate 1 in steps, the temperature measurement in the direction perpendicular to the transport direction of the substrate is performed while the substrate 1 is stopped. All must be finished. Further, the width in the conveyance direction (between a and b) measured at - degrees needs to be the same as the width of step conveyance. (3) If the transport mechanism is independent and the transport system control device is transporting the substrate 1 at a constant speed, the main controller 7 must control the measurement interval in accordance with the transport speed of the substrate 1. . [0045] That is, one measurement must be completed while the substrate 1 is being transported (between a and b). Furthermore, the measurement in the direction perpendicular to the transport direction of the substrate is limited to one time. This is because the substrate 1 is being transported even while the infrared camera 4 and the duct 5 are being moved to take measurements, so a completely synthesized temperature image cannot be obtained. The measurement is limited by the time t required for measurement, the measurement width (a-b) W in the transport direction, and the transport speed V. In other words, the condition must be satisfied that t≦w/v. [0046] <Example 2> In this example, the conveyance mechanism is independent, and an example of actual temperature measurement in which the temperature is measured by conveying the base 1 in steps is shown using FIGS. 1 and 2. First, the main controller 7 was programmed to perform measurements according to the procedure shown in the flowchart of FIG. The size of the base 1 is 1200 mm in width.
It is a flat plate of a metal base material with a length of 900 mm and an emissivity of 0.3. The range of the substrate that the temperature measuring device can measure at one time is 68 mm5 between a-bS d-c.
The range between b-c and a-d is 560 mm. This substrate 1 is a substrate that has been heated while being conveyed in steps under the control of the conveyance system control device 3. The conveyance cycle was a sequence in which each step was 68 mm and stopped for 12 seconds. Therefore, in order to measure this substrate, the temperature distribution of almost the entire substrate 1 can be measured by measuring twice in the width direction and 13 times in the length direction (transfer direction). In other words, P= in Figure 2
2. Q=13. When the position detector 8 detects the marker 9 via the sensor 8-1, the main controller 7 generates an interrupt to the main controller 7, and the main controller enters a measurement routine. The time required for measurement is less than 1 second for measurement and data transfer, about 3 seconds for moving the infrared camera 4 and duct 5, and about 4 seconds for combining and displaying images. Complete location measurements. [0047] The temperature image is synthesized as shown on the monitor screen in FIG. A composite image was displayed on the screen, making it possible to visually check the temperature distribution. and,
After the measurement for one substrate is completed, the temperature image data for one substrate temporarily stored in the main controller 7 is saved in the external storage device 7-2, and the next new substrate is measured. Then, the machine waits for detection of the marker on the substrate that is being conveyed step by step again. Figure 7 shows the results of measuring the temperature distribution of the substrate 1 in this way.
Shown below. Although it is displayed in color on the monitor 7-2, FIG.
is shown as a temperature contour map. It can be seen from this that the temperature on both sides of the substrate 1 is about 20 to 45 degrees Celsius lower than the center. [0048] <Example 3> Next, an example in which the transport mechanism is independent and the temperature is measured by transporting the substrate at a constant speed will be described. The main controller 7 was programmed to carry out the measurement according to the procedure shown in the flowchart of FIG. The size of the base 1 is a flat plate of a metal base material with a width of 600 mm and a length of 900 mm, and the emissivity of the base is 0.3. The range of the substrate that the temperature measuring device can measure at one time is 68 mm between a-b and d-c, and 560 mm between b-c and ad. The configuration of the temperature measuring device is the same as in the second embodiment. This base 1 is a base that has been heated while being transported at a constant speed under the control of the transport system control device 3. The conveyance speed was 18 cm/min. Therefore, in order to measure this substrate, it is necessary to measure it once in the width direction and once in the length direction (transfer direction) because it is conveyed at a constant speed as mentioned earlier.
By performing measurements 13 times every 22.67 seconds, it is possible to measure almost the entire temperature distribution of the substrate 1. [0049] That is, Q=13, w=68, ■=18, t=2 in FIG.
It is 2.67. When the position detector 8 detects the marker 9 via the sensor 8-1, the main controller 7 generates an interrupt to the main controller 7, and the main controller 7 enters a measurement routine. The time required for measurement is less than 1 second for measurement and data transfer, and about 4 seconds for displaying a composite image, and the condition t≦w/v is satisfied in a period of 22.67 seconds. The synthesis of temperature images is as shown in Figure 3, and from d (1, 1) to d (
The data of the 13 measurements up to 13.1) were sequentially synthesized, and the synthesized image was displayed on the monitor 7-1 so that the temperature distribution could be visually recognized. Then, as in Example 3, after the measurement for one substrate is completed, the accumulated temperature image data for this one substrate is stored in the external storage device 7-2, and preparations are made for measuring the next new substrate. Then, the machine waits again for detection of the marker on the substrate being transported. In this way, the base 1
The results of measuring the temperature distribution of the substrate were similar to those shown in FIG.
It was found that the temperature was 25℃ lower than ℃. [0050] <Example 4> This example describes a heating device that measures the substrate temperature with the temperature measuring device of the above example, controls the heating mechanism based on this measurement result, and realizes uniform heating. This is an example. When heating a large area heating substrate, the temperature distribution of the heating substrate becomes a problem. Therefore, in the present invention, by installing a plurality of heating mechanisms independently according to the direction in which the temperature distribution occurs and controlling the output of each of these heating mechanisms independently, a uniformly heated heating substrate can be obtained. It was designed so that [0051] FIG. 5 shows an outline of this heating device. Figures 5(a) and (b)
) are a partially sectional front view and a partially sectional side view, respectively, as previously described. The configuration of the heating device is that a heating mechanism 13 and a transport system 2 for transporting a substrate 1, which is an object to be heated, are installed in a heating tank 12, and a transport system control device 3 for controlling the transport system and each heating mechanism are installed outside. It is equipped with a heating control device 14 that controls the output. Furthermore, the heating tank 12 has a size that surrounds one metal base material 1 having a width of 720 mm, a length of 600 mm, and a thickness of 5 mm, and is equipped with the duct 5 of the infrared temperature measuring device described in Example 1 on one side. There is. The heating mechanism 13 in the heating tank 12 used a heating lamp type heater, and five heaters of 2 kW each were installed on each side, for a total of 10 heaters. [0052] The substrate 1 is conveyed while being held by the upper and lower conveyance systems 2, and is heated from both sides in the heating tank 12. Then, an infrared camera 4 and a duct 5 were installed on one side near the exit of the heating tank 12, and the temperature distribution of the heated substrate was measured using the temperature measuring device described in Example 1. The infrared camera and the duct are fixed to the heating tank 12 because it is not necessary to move the infrared camera and the duct in a direction orthogonal to the conveyance direction for measurement due to the measurement range. The duct 5 has an elongated slit-shaped opening in a direction perpendicular to the conveyance direction of the substrate 1, and is divided into sections according to the width of the slit to measure a temperature image.
A composite temperature distribution image for one substrate was obtained. Here, the range in which the temperature image of the substrate can be measured at one time from the slit-shaped opening is 62 mm x 640 mm. As shown in FIG. 7, the direction in which the temperature distribution of the substrate occurs is as follows:
It occurs in a direction perpendicular to the conveyance direction, and the temperature at both ends tends to be low. Therefore, the method of installing the heaters 13 was to arrange five heaters in a direction perpendicular to the conveyance direction of the substrate. The positions where the heaters 13 are placed are one at the center of the vertical width of the base body of 720 mm, and one heater 13 at a distance of 160 mm from the center.
A total of five wires were installed on one side, one each separated by 320 mm above and below the center, and one each separated by 320 mm above and below the center. This is the same on both sides. [0053] Then, the substrate 1 is heated so that the temperature distribution is improved under the following conditions.
was heated and the temperature distribution was measured. The emissivity of the base 1 is 0.
03 The substrate conveyance speed is constant speed conveyance of 18 cm/min, and the heating control device 14 performs heating by controlling the heater current.
From the top of 2, number the heaters in order from No. 1 to No.
5, each set current value is No. 1=4.2A, No, 2=3.5A, No, v3=3.
5A, No, 4=3.8ANo, 5=4.6A. This is the same current value on both sides. The heated substrate 1 was passed through the duct 5 and the temperature distribution was measured with an infrared camera 4. The measurement method was as described in Example 3. The results are shown in FIG. From this, as shown in Figure 7, when comparing the temperature distribution of the substrate heated with a heating device that does not take into account the occurrence of temperature distribution with the example measured with the temperature measuring device of Example 1, the temperature distribution of the substrate is clearly It can be seen that it has been improved. [0054] <Example 5> Next, using the heating device and temperature measuring device described in the above example, the main controller 7 of the temperature measuring device controls the heating control device 14 so that the temperature distribution of the substrate becomes uniform. An example of a heating device configured to be able to control the output is shown below. FIG. 6 shows the configuration of the heating temperature control system in the entire device. In the illustrated device configuration, the transport system 2 is independent from the main controller 7 and transports the substrate 1 at a constant speed. The temperature distribution of the substrate 1 detected by the main controller 7 calculates the output to each heater 13 according to the difference from a predetermined heating setting temperature, and generates control data (generates a digital control signal). and sends it to the D/A converter 15. D/A converter 1
5 generates an analog signal having a magnitude based on the control data for each heating control device 14. Heating control device 1
4 heated the substrate 1 by driving the heater 13 with an output proportional to the analog signal from the D/A converter. Therefore, the substrate currently being heated is heated by the individual heater output corrected to reduce the temperature distribution based on the temperature distribution information of the previously heated substrate, so uniform heating of the substrate is possible. becomes. [0055] FIG. 9 shows an example of a temperature distribution detection method and a heating control method in the main controller 7. Both methods were controlled by a program given to the main controller 7. The procedure is shown below. FIG. 9(a) is a diagram showing the temperature distribution of the substrate heated without controlling the output of the heater 13 in equal order. This two-dimensional image data is stored in a data array of the main controller 7. In the main controller 7, from this arrangement to the rear of the base (
The temperature distribution of the α-α' line (rearward with respect to the conveyance direction) is determined [the diagram shown in FIG. 9(b)]. [0056] Then, the average temperature within the section corresponding to the position where the heater 13 is installed is determined. In this embodiment, as shown in FIG. 9(b), positions a-b, b-c, c-d, d-e, e, and −
Determine the interval f, and let the respective sections be A, B, C, D, and E. Once the average temperature from section A to E has been determined, compare it with the set temperature of 200°C to determine the difference. According to this difference, the main control device 7 calculates the output corresponding to each heating control device 14 and transmits the data to the D/A converter 15. [0057] Through the above processing, a corrected heater output that provides a uniform heating temperature distribution can be obtained. The reason why the temperature distribution along the α-α' line is determined in the process of detecting the temperature distribution is that the temperature distribution must be determined in the same direction as the installation direction of the heater 13, which can be independently controlled. The reason for determining the temperature distribution at the rear of the substrate in the transport direction is that the substrates are continuously transported to the heating device. It's heated. Therefore, when the main controller 7 finishes measuring the temperature distribution and resets the output to the heater 13, the temperature distribution only at the rear of the base body is improved. For this reason, the temperature distribution behind the base was detected. [0058] As a result of heating control using the above control system, the temperature distribution was improved as in FIG. 8 . FIG. 7 shows an example in which the temperature distribution of the substrate was measured using the temperature measuring device of Example 1 when it was heated by a heating device that did not take into account the occurrence of temperature distribution. It can be seen from both figures that the main controller 7 operates to automatically reduce (improve) the temperature distribution of the substrate. Note that safety measures are required to prevent runaway heating due to malfunction of the main controller 7. In this embodiment, heating runaway was prevented by setting the upper limit of the heating current on the circuit of the heating control device 14, and by defining the upper limit of the control current and the control current range in the program of the main controller. [0059] <Example 6> This example is an example in which the infrared temperature measuring device, its measurement method, heating device, and heating temperature control method of Examples 1 to 5 above are applied to a vacuum film forming apparatus. . Various methods have been put into practical use for forming thin films in vacuum. In either case, the temperature of the substrate is an important parameter for forming a thin film. Particularly when forming a homogeneous film over a large area, the temperature distribution of the substrate on which the film is formed becomes a problem. This example shows an example in which the heating temperature control method of the present invention is applied to a vacuum thin film forming apparatus using a sputtering film forming method. [0060] The sputtering apparatus used in this example is a film forming apparatus for a sputtered magnetic disk as shown in FIG. In addition, Figure 1
0(a) and FIG. 10(b) respectively show a cross-sectional plan view and a vertical cross-sectional front view of this film forming apparatus. The configuration of this apparatus is roughly divided into four chambers: a preparation chamber 19, a heating tank 12 (including a heating chamber 20 and a thermometer side chamber 30), a sputtering chamber 21, and a take-out chamber 22. Each of these chambers is connected in series to each other via a gate valve 23, and an exhaust system 24 is provided in each chamber so that each chamber can be independently maintained at a predetermined degree of vacuum. A preheater 19' is provided in the preparation chamber 19 so that a plurality of sulbarets 18, which will be described later, can be stored therein. [0061] Further, the heating chamber 20 is configured by applying the heating devices of Examples 4 and 5 above, and a temperature measuring device is provided on the wall surface of the heating tank 12 that constitutes a part of the thermometer side chamber 30. However, only the duct 5 and camera 4 are shown in this figure.
Other parts are omitted. In this example, the sputtering chamber 21 has a slit 2 to perform three types of sputtering.
It is divided into three chambers 21-1 to 21-3 via 1'. Each of these rooms contains targets 25-1 to 25-1.
25-3 is arranged. Further, the take-out chamber 22 is configured such that the pallets 18 that have been sputtered one after another in the sputtering chamber 21 are sequentially arranged and stored. [0062] In addition, these preparation chamber 19, heating tank 12 (heating chamber 20 and temperature measurement chamber 30), sputtering chamber 21 and take-out chamber 22
A transport system 2 for sequentially transporting pallets 18 is disposed in the four rooms. In this device, a board 17 for a 5.25-inch magnetic disk (hereinafter simply referred to as a board) is
There is a plate-shaped substrate holder called a pallet 18 that can hold one board and both sides open, and by attaching a board 17 to this, it is possible to load a plurality of pallets 18 into the vacuum chamber at the same time. . Note that the size of the pallet 18 is 720 mm in width (height) and 600 mm in length in the conveyance direction. [0063] As mentioned above, the vacuum chamber has four consecutive chambers: the preparation chamber 19, the heating chamber 12, the sputtering chamber 21, and the take-out chamber 22.
Each vacuum chamber is separated by a gate valve 23, and these can be evacuated to a high vacuum by an independent vacuum exhaust system 24. In addition, in the sputtering chamber 21, three different types of targeters 25-1 to 25-3 are installed separately so that multilayer films can be formed, so that films can be formed on both sides of the substrate at the same time. It has become. The pallets 18 are transported one by one from the preparation chamber 19 by the transport system 2, and are sequentially transferred to the heating chamber 2.
0, a film is formed through the sputtering chamber 21 and stored in the take-out chamber 22. [0064] This apparatus is a so-called in-line sputtering apparatus in which the substrates 17 can be replaced continuously without releasing the vacuum in the sputtering chamber 21. In addition, an in-line sputtering apparatus using a single pallet wafer method has also been put into practical use, and it goes without saying that the present invention can also be applied to such an apparatus. This equipment forms a film by carrying out processes such as evacuation, heating, film formation, and atmospheric pressure leak in individual vacuum chambers for individual pallets while transporting them. A single-wafer in-line sputtering apparatus will be described in a later embodiment. [0065] Here, the heating chamber 20 is as described above in Example 4 and Example 5.
It has the same function and structure as the heating device described in 1. Five heaters 13 are installed on each side in a direction perpendicular to the conveyance direction of the pallet 18. In addition, the heating tank 12
is a vacuum chamber compatible with high vacuum. In addition, the duct 5 for infrared temperature measurement attached to the heating tank has a structure with an elongated slit-shaped measurement opening in the direction perpendicular to the pallet transport direction, and is designed for vacuum use with no leakage and withstand pressure. It is a duct. Further, the duct 5 was provided with a silicon window with an anti-reflection film that transmitted infrared rays, and the infrared camera 4 imaged the infrared rays that passed through this window and measured the temperature. Note that sapphire and germanium with an anti-reflection coating can also be used as the window material. The width of the field of view that can be measured at one time through the duct is 55 mm on the short side and 650 mm on the long side on the pallet 18. Other mechanisms include control devices such as an infrared camera control device 4-1, a main control device 7, a position detector 8, and a heating control device 14.
It has the same functions as the devices shown in Examples 4 and 5. Further, the transport system 2 is independent from the main controller 7,
The pallet 18 was conveyed at a constant speed to perform heating and film formation. [0066] An example of actual film formation using this sputtering apparatus will be described below. In the film forming method, first, a 5.25-inch substrate 1 is placed on a pallet 18.
7 is attached, and a plurality of sheets are loaded into the preparation chamber 19. After evacuation, all the gate valves 23 are opened, and power is applied to the heater in the heating chamber 20 and the target 25 in the sputtering chamber 21 to perform heating and discharge. Thereafter, the conveyance system 2 is driven to convey the pallets 18 one by one. The transport system 2 performed constant speed transport at a transport speed of 18 cm/min. The pallet 18, which is being transported at a constant speed, is heated in the heating chamber 20, and then the temperature distribution between the substrate 17 and the pallet 18 is measured in the thermometer side chamber 30, after which a multilayer film is formed and taken out. Chamber [0067] The method of measuring the temperature distribution of the pallet 18 and the substrate 17 and the method of controlling the output of the heating device are the same as the measuring method and heating control method of the second embodiment. However, in adapting to the sputtering apparatus, some changes were made to the program given to the main controller 7. First, a function has been added so that it is possible to specify which pallet to measure among the pallets 18 that are continuously transported. The position detector 8 attached below the duct 5 is an infrared transmission type position sensor, and measurement starts when the pallet 18 crosses this sensor light. In addition, the pallet is provided with a function of notching to serve as a marker 9, counting the number of pallets 18 that have passed, and starting measurement when the specified pallet 18 is reached. [0068] Furthermore, the program measures the plurality of measurement objects with different emissivities existing on the pallet 18 while sequentially setting the emissivity, and determines the temperature distribution for each of the measurement objects with different emissivities. Made it possible to measure. Since the objects whose temperature is to be measured are made of different materials and have different surfaces, such as the pallet 18 and the substrate 17, the emissivity of the two is greatly different. For example, when the emissivity of the substrate 17 and the pallet 18 was measured, the emissivity of the substrate 17 was 0.19, and that of the pallet 18 was 0.32. Therefore, if the emissivity at the time of measurement is adjusted to that of the substrate 17, then the other target, pallet 1,
A problem arises in that it is not possible to measure 8. So board 1
After measuring the temperature image by setting the emissivity to 7, the emissivity is further set to the emissivity of the pallet 18 and measuring the temperature image. Thereafter, the temperature distribution of the entire pallet 18 including the substrate 17 was measured by recombining the temperature composite diagram of only the pallet 18 and the temperature composite diagram of only the substrate 17 from the temperature image data of both. [0069] In this example, the emissivity was set and measured twice for two types of measurement objects existing in the measurement area, and the results were combined into an image. Measurements can be made in the same way even when However, if there are many types of measurement targets, measurement may take time and image composition may become complicated. In this way, the substrate 17
The substrate was heated before film formation while being transported, and the substrate temperature and temperature distribution were measured. The results are shown below. First, in the case of a comparative example in which the heating device of the present invention adapted to a sputtering device does not perform heater output control to improve temperature distribution, all the heater currents input to the individual heaters 3 of the heating device are kept constant and the pallet 18 Heating and conveyance was carried out. The heater current was set to 3.5 A for all heaters, and the temperature distribution of the heated pallet 18 and substrate 17 at this time was measured. [00701 The results are shown in FIG. The contour diagram in this figure is a temperature distribution diagram that is a composite of the temperature distribution diagram of the pallet 18 and the temperature distribution diagram of the substrate 17. From the figure, the temperature distribution was low at the top and bottom of the pallet, and high at the center. Board 1
The temperature of No. 7 was also high in the middle row and about 25°C lower in the lower row. [0071] <Example 7> Next, an example will be shown in which the main controller 7 heated the pallet 18 and the substrate 17 while controlling the output of each heater 13 so that the temperature distribution was uniform to form a film. . As in Example 6, a film was formed on a substrate using the sputtering apparatus shown in FIG. In controlling the heating output, the temperature distribution detection method and control method are as shown in FIG. 9 of Example 5. In other words, the main controller 7 controls the heated pallet 1
The temperature distribution is detected from the results of measuring the temperature distribution of the substrate 8 and the substrate 17 using an infrared temperature image measuring device. Then, the heating output is fed back to each heating control device 14 from this detection result, and the pallet being transported is controlled while controlling the output of each heater 13 so that the temperature distribution of the pallet 18 and the substrate 17 is uniform. 18 was heated. The substrate 17, which had obtained a uniform temperature distribution in this way, was transported to a film forming process. All other film forming conditions, such as heating set temperature and pallet conveyance speed, are the same as in Example 6. [0072] The results of this temperature distribution control are shown in a temperature contour diagram in FIG. When compared with the results shown in FIG. 11 in which temperature distribution control was not performed, it can be seen that the temperature distribution in FIG. 12 is smaller and is significantly improved. Both the temperature distribution within the pallet 18 and the temperature distribution of the nine substrates 17 are within about ±5°C. Furthermore, the average substrate temperature for each pallet was determined when 28 pallets 18 were continuously transported and heated and film-formed. FIG. 13 shows the results in comparison with the case where no temperature distribution control was performed. Figure 13(a)
In the case of the comparative example in which the temperature distribution control was not performed, the temperature distribution is also wide, but it can be seen that the average temperature gradually increases as the number of transported pallets increases. On the other hand, in the case of FIG. 13(b) where temperature distribution control is performed, the substrate 17
Although the temperature distribution is also small, it can be seen that the average temperature of the substrates is controlled to be almost constant regardless of the number of pallets 18 transported. [0073] From the above results, by controlling the temperature distribution, it was possible to make the temperature distribution inside the pallet 18 uniform and further improve the temperature variation between the pallets. Since the first pallet 18 does not have temperature distribution data for controlling the output of the heater 13, specific temperature distribution data is required. Therefore, since the individual heater current values for obtaining a uniform temperature distribution on the pallet 18 do not change significantly each time, it is necessary to prepare data on the individual heater current values for the set temperature in advance, or to use the data from the previous measurement. Data was read from the external storage device 7-2 and temperature distribution control was performed from the first pallet. If the temperature difference between both sides of the substrate 17 becomes a problem, temperature measurement devices can be installed on both sides to measure the temperature distribution on both sides of the substrate 17. In this case, with one main controller 7,
It controls the two infrared camera controllers 4-1, measures the temperature images on both sides to determine the temperature distribution, and also controls the heater 1 on both sides.
3 output control was performed. [0074] When the conveyance system 2 conveys the pallet 18, discontinuous slippage may occur and the pallet 18 may not be conveyed at a constant speed. In such a case, if temperature images are measured at regular intervals, distortion will occur in the combined image. Therefore, in such a case, a mechanism for synchronizing the conveyance distance of the pallet 18 and the measuring period is required. A simple method for this mechanism is to add a function to the pallet 18 that serves as a marker to notify the timing of measurement, and the main controller 7 performs interrupt processing based on the signal emitted from this, and measures the image. . FIG. 14 is an example of a pallet in which the pallet 18 is added with a function of generating timing for measuring temperature images. The pallet 18 is provided with a detection hole 26 that takes timing separately from the marker 9, and when the light emitted from the light emitting element 27 passes through this hole and the opposite light receiving element sensor 28 receives this light, the main control It has a mechanism for requesting a measurement interrupt from the device 7. [0075] The present invention includes a device for measuring the temperature distribution state in a wide imaging area that cannot be captured by one infrared imaging and controlling the heating temperature based on the measurement. The present invention is suitable for film forming apparatuses, and was also applied to a CVD film forming apparatus which requires temperature control of the substrate during film forming, but results similar to those of Example 7 were obtained. The present invention is extremely effective when measuring the temperature of a large-area substrate in various other non-contact conditions and when configuring a heating device that requires heating control with a uniform temperature distribution based on the temperature measurement. Furthermore, on the contrary, temperature control is not limited to uniform temperature distribution, but also involves operating each temperature control device 14 to independently control each heater 13 to actively form a predetermined temperature distribution. Needless to say, you can also do this. In Examples 8 to 12 below, examples of film forming apparatuses equipped with a further improved temperature measuring device and heating control device will be described. [0076] <Example 8> FIGS. 15 and 16 show an example of a film forming apparatus for a sputtered magnetic disk. The apparatus configuration is basically similar to that shown in FIG. 10 shown in Example 6, but improvements have been made to the heating mechanism, temperature measurement device, heating control device, etc., and the substrate temperature, which is an important parameter of the film forming conditions, has been improved. , a more uniform temperature distribution can be obtained over a relatively wide range. FIG. 15(a) shows a cross-sectional plan view of this device, and FIG. 15(b) shows a cross-sectional plan view of the device.
1 and 2 show longitudinal front views, respectively. Figure 16(a) is
FIG. 16(b) shows an enlarged cross-sectional side view of the heating tank 12 of No. 5. As shown in FIG. 15, a heater 13 and an infrared camera 4 were installed with a configuration according to the present invention. That is, the temperature measurement chamber 30 is installed downstream of the heating chamber 20 constituted by the vacuum heating tank 12 with respect to the direction in which the pallet 18 is conveyed, and the pallet is placed between the heating chamber 20 and the temperature measurement chamber 30. A slit-shaped partition plate 29 through which 18 passes was installed. Further, as shown in detail in FIG. 16, a vacuum duct 5 having a long slit-shaped opening in a direction orthogonal to the conveyance direction was installed on the wall surface of the vacuum heating tank 12 constituting the temperature measurement chamber 30. The inner walls of the temperature measurement chamber 30, including the inside of the duct 5, were all black-body-treated by anodizing treatment to reduce the reflectance of infrared rays. In addition, the temperature measurement chamber 30
A cooling means (not shown) using water cooling is installed on the outer wall of the vacuum chamber and the vacuum duct 5 to suppress infrared radiation from the inner wall of the vacuum chamber as much as possible. [0077] With this arrangement, the infrared rays emitted from the heater 13 do not enter the infrared camera 4 either directly or by reflection, so a good temperature distribution image is obtained without the influence of the infrared rays from the heater 13. can now be obtained. In this film forming apparatus, the atmosphere in which the substrate exists is different from the atmosphere in which the measuring device for measuring temperature exists. In other words, the pallet 18 which is the object of temperature measurement
Although the substrate 17 and the substrate 17 were placed in a vacuum chamber, the infrared camera 4 was placed on the atmosphere side. For this reason, the vacuum duct 5 requires an infrared window 31 that transmits infrared rays. In this example, this window material has high infrared transmittance and is treated with anti-reflection treatment.
I used an i board. In addition, examples of the window material include A 10 Ca F 2 and LiF, and any material that is generally used as an infrared 23° optical component may be used. [0078] The reason why the vacuum duct 14 is necessary is as follows. First, by using the vacuum duct 5, the infrared window 31
The material could be made smaller. As window materials become larger, they become more expensive and less strong. By installing the vacuum duct, unnecessary infrared rays emitted from sources other than the substrate to be measured do not enter the infrared camera 4, and infrared noise light can be reduced. Furthermore, by extending the vacuum duct 5 to just in front of the infrared camera lens, the effects of infrared absorption by the atmosphere and image fluctuations due to atmospheric convection are eliminated. [0079] On the other hand, if the inside of the duct cannot be evacuated, it is also effective to replace the air in the duct with a gas that does not absorb infrared rays, such as dry nitrogen. Another effective method is to install the infrared camera itself in a dry nitrogen atmosphere, which eliminates infrared absorption by water vapor and stabilizes the camera. The vacuum duct 5 was shaped to have a long slit-like opening in a direction perpendicular to the transport direction. Therefore, the image range that can be imaged at one time is the range where the opening of the vacuum duct 5 is projected onto the base (the range surrounded by a-b-c-d in FIG. 18). Further, the method of synthesizing the individual temperature images obtained by dividing the temperature measurement area of the substrate into a plurality of parts is as described in detail in the previous section of operation and examples. [0080] <Example 9> Next, using FIG. 17, the actual temperature of the substrate was determined from the temperature distribution image obtained by combining the individual temperature images that were actually measured by dividing the temperature of the substrate into multiple parts. An example of a heating control method will be described in which the output of each heater is appropriately controlled according to the temperature distribution so that the temperature distribution over the entire base is uniform. FIG. 17 is a block diagram of a heating control device in which the heating chamber 20 and temperature measurement chamber 30 of the film forming apparatus shown in FIG. 15 are combined with a heater control system and a control unit that controls temperature image synthesis. It is. [0081] The temperature distribution image of the entire pallet 18 on which the substrate 17 is mounted is measured by the same method as described in detail in the previous section of the operation. The main control device 7 calculates temperatures at a plurality of specific positions designated in advance from the actually measured temperature image. The criteria for specifying measurement points was 18 points A to R as indicated in FIG. 18, and positions on the substrate corresponding to the heater positions were specified as much as possible. As a result, the temperature distribution in the vertical direction of the pallet 18, for example, the temperature distribution at measurement points A, D, G, J, M, and P, was determined from the temperature measurement values obtained in one image capture. [0082] The main controller 7 is preset with an approximate expression representing the relationship between the heat generation temperature of the heater (the temperature indicated by the feedback thermocouple 33 installed in the heater 13) and the pallet conveyance speed with respect to the target substrate temperature. Program it and put it there. Furthermore, at a specific transport speed, a relationship table between the substrate temperature and the heat generation temperature of the heater is programmed. It is programmed so that when a target substrate temperature is given, the heater heat generation temperature is uniquely determined. If the film deposition equipment is pallet 7
If the substrate is heated while the pallet remains stationary in the heating chamber 20 for a certain period of time, it is necessary to program an approximation formula or a relationship table for the stationary time instead of the pallet conveyance speed. [0083] Next, the heating control procedure is shown in FIG. 20, and FIG.
The operation will be explained below with reference to FIG. (1) Set the target substrate temperature in the main controller 7. (2) The main controller 7 calculates the heat generation temperature of the heater 13 based on the target substrate temperature, and transfers this data to the D/A converter 15. The D/A converter 15 outputs an analog value based on the data transferred to each heating control device 14. (3) The main controller 7 controls the individual heater power sources. (4) The heating control device 14 drives each heater 13 and performs feedback control based on the output of the thermocouple 33 so that the temperature corresponds to the analog value output by the D/A converter 15. Feedback control of the heating control device 14 is generally performed using on/off control, proportional control (P), proportional + integral control (PI), proportional + differential control (
PD), proportional + integral-sufficient derivative control (PID). (P: Proport
ional, I: Integral, D
: Differential) (5) After the heater temperature reaches the target value and becomes stable, the pallet 18 is transported and heated. The position sensor 8-1 is connected to the pallet 1 being conveyed.
8 is detected, the infrared rays are imaged and a temperature image is synthesized. Once the temperature image for one pallet has been measured, the temperature distribution is determined, the difference from the target substrate temperature is calculated, and a new heater heat generation temperature is calculated. When calculating the heater heat generation temperature, P, P shown above
I, PD, and PID control methods may also be applied. (6) Then, this result is transferred to the D/A converter 15. The D/A converter 15 outputs a new analog value and controls the heating control device 1 so that the temperature corresponds to this value.
4 performs feedback control. [0084] In other words, in this embodiment, while the heat generation temperature of the heater 13 measured by the thermocouple 33 is feedback-controlled, the heat generation temperature setting value of the heater 13 is also feedback-controlled so as to make the substrate temperature uniform. A heavy feedback control method was adopted. There is also a method in which the heater heat generation temperature setting value is feedback-controlled before the measurement and composition of temperature images for one pallet are completed. In other words, the main controller 7 measures the partial temperature images (for example, at B, E, and H in FIG. 18).
After measuring the measurement points N and Q), the substrate temperature and distribution are calculated to calculate a new heater heat generation temperature, and the data is transferred to the D/A converter 15. With this method, the temperature distribution is improved from the middle of heating one pallet. [0085] In addition, a decoder having only a decoder function is used instead of the D/A converter 15 in the block diagram of FIG.
This can also be achieved by using a heating control device with a built-in A conversion function. If the heat dissipation characteristics of the substrate in vacuum are known, the substrate temperature can be estimated based on the elapsed time from the measurement of the substrate temperature. Therefore, by programming this heat dissipation characteristic into the main controller 7, it is possible to estimate the substrate temperature during film formation. Conversely, it is also possible to calculate the heating temperature of the substrate by giving the substrate temperature at the time of film formation, and to heat the substrate at that temperature. Also,
By using this heating method, it is also possible to intentionally provide temperature distribution within the pallet 18. This can be easily achieved by programming the temperature distribution settings in the main controller 7 in advance. [0086] <Example 10> This example shows an example of manufacturing a magnetic disk. An example of application to a device will be described again using FIG. 15. The layer structure of a sputtered magnetic disk is generally such that a Cr or Cr alloy all-intermediate film is formed on a nonmagnetic substrate, and a Co alloy magnetic film and a protective film are sequentially formed thereon. Further, depending on the magnetic film material, there may be a layer structure without an intermediate film. In this example, an aluminum alloy plate plated with N1-P was used as the substrate, and a textured substrate was used in which fine grooves were formed on the circumference of the substrate surface. The layer structure of the magnetic disk is a textured N1-P plated substrate, a Cr intermediate film, and a Co-Cr-T magnetic medium.
The structure was made of a three-layer film consisting of an a-alloy magnetic film and a carbon film (C) as a protective film. Therefore, in the sputtering chamber 3, the three types of target materials 21 are installed facing each other. [0087] Nine substrates 17 are mounted on the pallet 18 and loaded into the loading chamber 19. In the preparation chamber 19, preliminary heating was performed for the purpose of degassing the substrates and pallets while performing high vacuum evacuation. During sputtering, after introducing Ar gas into the sputtering chamber 21, Cr gas is introduced into the sputtering chamber 21. Electric power is applied to each cathode 32 of Co-Cr-Ta and C to discharge it. During this time, the temperature of the heater section is saturated using the heating method shown in Example 9. [0088] Next, the gate valve 23 of each chamber is opened, and the pallets 18 are transported one by one from the preparation chamber 19. The pallet 18 is
It was conveyed at a constant speed of 20 cm/min. After the pallet 18 is heated in the heating chamber 20, a partial image of the visual range within the duct is measured in color in synchronization with the conveyance speed in the temperature measurement chamber 30. This measured image information is sequentially accumulated in the main controller 7, and later these image information are combined and a color image is displayed on the monitor 7-1 as the temperature distribution of the entire pallet, as shown in the output screen of FIG. 19(a). is displayed. Furthermore, as shown in the output screen of FIG. 19(b), temperature changes between multiple pallets can also be displayed by switching the screen. [0089] From the temperature image measured here, the main controller 7 calculates the temperature distribution and performs heating control so that the temperature distribution of the substrate becomes small. The heating control method and temperature measurement method were performed in the same manner as described in Examples 8 and 9. A Cr interlayer film, a Co-C
An r-Ta magnetic film and a C protective film were sequentially formed to a predetermined thickness. The pallets on which the film has been formed are sequentially taken out from room 2.
2, and after all the pallets 18 are coated,
A magnetic disk was obtained by opening only the take-out chamber 22. [0090] As a comparative example, when heating control is not performed, FIG.
As shown in (1), the temperature of the upper and lower substrates in the pallet was 10 to 30°C lower than that of the middle substrate.
Non-uniform coercivity occurred among the nine magnetic disks in the pallet. In particular, as shown in Figure 25 (2), in a large disk substrate with a diameter of 8 inches or more, a temperature distribution of approximately 20°C occurs within the substrate, and even though the Co-Cr-Ta magnetic medium has a uniform film thickness, Nevertheless, [see FIG. 25 (3)], a distribution of coercive force occurred in the circumferential direction [see the broken line in FIG. 25 (4), the solid line is the example]. This caused a problem in that the head playback output (envelope output) per revolution of the disk fluctuated (see the broken line in FIG. 25 (5), the solid line is the example). In addition, since multiple pallets are coated over a long period of time,
The temperature of the heater sometimes fluctuated, and the magnetic properties also varied between pallets. [0091] However, according to the heating method shown in the example, the temperature distribution of the substrates inside the pallet could be controlled within ±4°C (not shown). Both exhibited almost the same magnetic properties. That is,
The coercive force in the circumferential direction and the head reproduction output (envelope output) have flat characteristics as shown by the solid lines in (4) and (5) of the same figure. Furthermore, even in the case of a large disk substrate, no distribution of magnetic properties occurred within the substrate. Furthermore, since the substrate temperature was controlled even during long film deposition, there was no variation in magnetic properties between pallets. Furthermore, the nine magnetic disks in the pallet have a strong magnetic anisotropy in the circumferential direction by applying texture processing to the N1-P substrate surface, which causes an effect on the head playback output per disk rotation due to electromagnetic conversion characteristics. This made it possible to reduce the undulations that had occurred. [0092] In the above embodiment, an example was shown in which thin film formation was performed using the sputtering method, but the temperature control method of the present invention is equally effective in a film forming apparatus using other thin film forming techniques using the CVD method. For example, it has been confirmed that it is possible to form metal materials such as Si, 5i-0, 5i-N, and C. When forming a thin film of any material, the temperature of the substrate has a large effect on the film quality. In particular, the plasma CVD method, which forms a film by applying RF power under reduced pressure, can form a film even on a wide-area substrate such as a solar cell, so it is possible to measure the temperature distribution on a wide-area substrate. By uniformly controlling heating, uniform photoelectric conversion characteristics were obtained. [0093] <Example 11> FIG. 21 shows an example of a sputter magnetic disk compatible film forming apparatus using the infrared temperature measuring device, temperature measuring method, and heating control device described in Examples 8 and 9 in a pallet circulation type film forming apparatus. This is an example of a film forming apparatus. The feature of this device is that after film formation, the pallet 18 is taken out from the chamber 2.
2, and conveys the pallet 18 to the substrate attachment/detachment section 35 in front of the preparation chamber 19 using the two lids 34-1 and 34-2 and the reverse conveyance system 2'. In the substrate removal section 35, an automatic machine exchanges the substrate 17 on which film formation has been completed and the substrate before film formation from the pallet 18, and sends the substrate 17 to the preparation chamber 19 again. Therefore, while a plurality of pallets 18 are being circulated within the device, the substrate 17
It is suitable for mass production equipment because it automatically attaches and detaches. In the conveyance method, the conveyance system for each chamber is independent and operates in conjunction with the conveyance systems before and after it. [0094] The method of operation is as follows. (1) After carrying the pallet 18 into the preparation chamber 19, the transport system 2 of the preparation chamber 19 is stopped and the inside of the tank is evacuated to a high vacuum. (2) After completing the exhaust, open the gate valve 23 on the side of the heating chamber 20 and carry the pallet 18 into the heating chamber 20. (3) After loading, the transport system 2 of the heating chamber 20 is stopped, the gate valve 23 is closed, and the pallet 18 and substrate 17 are heated while being evacuated. Heating is performed with the pallet 18 facing the heater 13. Five heaters 13 were arranged in parallel at predetermined intervals in a direction perpendicular to the conveyance direction. (4) Temperature measurement is performed when the pallet 18 is transported to the sputtering chamber 21 after heating is completed. The heating control method and temperature measurement method were carried out based on the contents described in the previous section of operation and Examples 8 and 9, respectively. (5) After measuring the temperature of the substrate 17, the pallet 18 is carried into the sputtering chamber 21. In the sputtering chamber 21, the pallet 1
A Cr intermediate film, a Co-Cr-Ta magnetic film, and a C protective film were successively formed on the substrate 17 to a predetermined thickness during the process of passing through the substrate 17 at a constant speed. [0095] (6) The pallet 18 on which the film formation has been completed is transferred to the take-out chamber 22.
After the extraction chamber is exposed to the atmosphere, it is transported to Thereafter, the pallet 18 is sent to the ascending lifter 34-1 and the reverse direction transport system 2', and is further transported to the substrate attachment/detachment section 35 by the descending lid 34-2. (7) Here, the substrate 17 on which film formation has been completed is removed from the pallet 18 by an automatic machine, a new substrate 17 is attached, and the substrate 17 is sent to the preparation chamber 19. In this way, the above operation was repeated for each pallet circulating in the apparatus to obtain a magnetic disk. The obtained magnetic disk had uniform magnetic properties in the in-plane circumferential direction, similar to the magnetic disk obtained in Example 10. [0096] <Example 12> FIGS. 22 and 23 show sputtering magnetism in which the infrared temperature measurement device, temperature measurement method, and heating control device described in Examples 8 and 9 are applied to a single-wafer film forming apparatus. This is an example of a film forming apparatus compatible with disks. Figure 22(a)
22(b) is a partially broken front view, FIG. 23(a) is an enlarged vertical sectional side view of the main part of FIG. 22, and FIG. 23(b) is a sputtering chamber also shown in FIG. 22. FIG. 21 is an enlarged longitudinal sectional front view of FIG. The feature of this apparatus is that it forms a film on each substrate one by one, and has the following configuration. As shown in FIG. 23, there is a vacuum chamber L/UL (Load/Unload) chamber 36 that serves both for loading and unloading the substrate 17, a transfer chamber 38 having the substrate transfer system 2, a heating chamber 20, and continuous multilayer film formation. The sputtering chamber 21 is composed of several sputtering chambers 21, and each vacuum chamber is equipped with an evacuation system 24. [0097] The substrate processing operation is as follows. (1) As shown in FIG. 23, take out the substrates one by one from the cassette 41 containing the substrates 17 before film formation, mount them on the carrier 37 that holds the substrates, lower the hoist 39, and
It is carried into the L room 36. Thereafter, the L/UL chamber 36 is evacuated. (2) After exhausting the L/UL chamber 36, the gate valve 23
is opened, and the carrier 37 carrying the board 17 is transferred to the transfer chamber 3.
Send it to 8. When transported below the heating chamber 20, the hoist 3
9 to push the carrier 37 up to the heating chamber 20 and lift the substrate 17
is inserted into the heating chamber 20 to heat the substrate for a certain period of time. As shown in FIGS. 23(a) and (b), the heating chamber 20 and sputtering chamber 21 are separated from other vacuum chambers by pushing up the carrier 37, and are evacuated by an independent vacuum exhaust system. do. [0098] (3) The temperature measurement chamber 30 installed in the transfer chamber 38 between the heating chamber 20 and the sputtering chamber 21 measures the temperature of one substrate by one photographing process. If the board 17 is large,
It is also possible to obtain a temperature image of the entire board by dividing the image into multiple shots and combining the temperature images later. The heating control method after temperature measurement is the same as described in Example 9. (4) A carrier 37 is placed under the first layer sputtering chamber 21-1.
When the substrate 17 is transported, push up the carrier 37
is inserted into the sputtering chamber 21-1. And Figure 23
As shown in (a), power is applied to the two opposing cathodes 32, and the film is formed to a predetermined thickness by controlling the film forming time and the applied power. After the first layer was completed, the second and subsequent layers were sequentially formed in the sputtering chamber 21-2 and 21-3 in the same manner to obtain a multilayer film. The cathode 32 of the sputtering chamber 21 is equipped with a circular target 25, which faces each other so that a film can be formed on both sides of the substrate. The substrate 17 is positioned so that the center of the target 25 and the center of the substrate 17 coincide with each other, and a film is formed while standing still and facing each other. [0099] (5) After the film formation is completed, the carrier is transferred to the reverse transport system 2' (return side) in the transport chamber 38, as shown in FIG. 22(a).
It is returned to the L/U L room 36. In the L/UL chamber 36, after confirming that the substrate before film formation has been transferred to the transfer chamber 38, the gate valve 23 is closed and the total pressure of the L/UL chamber 36 is set to 36. After opening the loading door 40, raise the carrier 37 and
Take the board out of the UL room. Here, the substrate on which film formation has been completed is taken out, and a new substrate 17 before film formation is mounted on the carrier 37, and the process from step (1) above is repeated again. The attachment and detachment of substrates between the substrate cassette 41 and the carrier 37 is performed by an automatic machine. Since the temperature measurement chamber 30 is installed in the transfer chamber 38 during transfer from the heating chamber 20 to the sputtering chamber 21, the infrared rays from the heating chamber 20 do not directly enter, but become an optical path for the vacuum duct 5, etc. The inner wall of the component was subjected to black body treatment in the same manner as in Example 8. [01001 This film forming apparatus has a substrate 1 in each sputtering chamber 21 during film forming.
Since it is only necessary to insert the sputtering film and the carrier 37, it is possible to reduce the amount of impurity gas brought in from the outside air.
1 is equipped with a dedicated vacuum evacuation system, so impurity gases (e.g. H2C, H2, C
o2, etc.) could be lowered. Furthermore, this film forming apparatus was used not only for magnetic disks but also as a sputtering apparatus for magneto-optical disks. A magneto-optical disk is a recording/reproducing device that performs magnetization recording using heat in a magnetic field and optically reproducing information using Kerr rotation. Magnetic materials include Tb-Fe-Co based materials and Nd-Fe-C.
Although an o-based material is used, in order to form stable minute magnetic domains, it is necessary to have large magnetic anisotropy and coercive force in the direction perpendicular to the film surface. Therefore, in the film formation process, by controlling the substrate heating temperature with high precision and keeping the impurity gas concentration in the sputtering atmosphere low, it was possible to form a multilayer film for magneto-optical disks that can form stable magnetic domains. . [0101] <Example 13> FIG. 24 shows an example in which the infrared temperature measurement device, temperature measurement method, and heating control device described in Examples 8 and 9 are applied to a rotating drum type sputtering apparatus. Figure (a) shows a cross-sectional plan view, and figure (b) shows a partially cutaway front view. In this device, a substrate 17 is mounted on a rotary drum-shaped substrate holder 44.
This is a type of sputtering apparatus that heats and forms a film on a substrate while rotating the drum in front of the heater 13 and in front of the discharge target 25. And target 2
5, a shutter 43, a rotating drum-shaped substrate holder 44, a heating section 20, and a temperature measuring section 30 are attached to one vacuum chamber 45. This is a batch type device that opens the inside to the atmosphere. [0102] In the film forming method using this apparatus, the substrate 17 is mounted on a rotating rectangular drum-shaped substrate holder 44, and vacuum evacuation is performed. After evacuation to a degree of vacuum of about 10<-5> to 1<0>-6 Torr, the substrate holder 44 is heated while being rotated. Then, when the degree of vacuum becomes below the target level, film formation is started. To form a film, first, discharge is caused with the shutter 43 closed. This is to remove oxidation and contamination on the surface of the target 25 that occurs when the vacuum chamber 45 is opened to the atmosphere by sputtering for a certain period of time. After that, the shutter 43 is opened and the board 17 is
Form a film on top. At this time, the film is deposited to a predetermined thickness while rotating the substrate holder 44 at a constant rotation speed. Moreover, by installing a plurality of cathodes 32 in the vacuum chamber 45, a multilayer film can also be formed. [0103] The temperature measuring unit 30 was installed below the heater 13 with respect to the rotational direction of the substrate holder 44 based on the method described in Example 8. At this time, since the substrate holder 44 is a polygonal drum-shaped holder, when the drum rotates, the heater 13
The positions of the heater 13 and the vacuum duct 5 are designed so that the infrared rays emitted from the cathode 32 during sputtering are reflected on the flat surface of the holder and do not enter the vacuum duct 5. Note that 46 in the figure is a partition wall. The partition plate 29 is configured to protrude to the extent that it does not come into contact with the substrate holder 44 side so that unnecessary infrared rays do not enter the temperature measuring section 30 of the substrate. Further, the partition plate 29 of the thermometer side part 30 and the inner wall of the duct 5 are both subjected to black body treatment to prevent reflection. [0104] The temperature image is captured using the position sensor 8 attached to the rotating shaft.
-1, the measurement timing was set so that one side of the rectangular drum could be photographed twice. Temperature distribution images for one rotation of the drum (front side) were sequentially captured and combined to obtain an overall temperature distribution image. Since the substrate holder 44 rotates, a temperature distribution occurs in the axial direction of the cylinder. Therefore, the heater 13 was installed divided in the cylindrical axis direction, and the average value of the substrate temperature was calculated in correspondence with this position, and the output of the heater 13 was controlled. At this time, the heating control method was based on the method of Example 9. The first target 25 installed in the sputtering chamber 21 is
The sputtering chamber 21-1 is equipped with a CrSi alloy, and the second sputtering chamber 21-2 is equipped with an electrode-forming conductor such as AI, Cr, or Cu.
A thin film resistor film of CrSi alloy was formed thereon. This resistor is used as a thin film heating resistor, a terminating resistor in a thin film multilayer wiring board, a resistor in a hybrid IC board, and the like. [0105] Since the resistivity (sheet resistance) of such a thin film resistor is also affected by the substrate temperature during film formation, it is necessary to manage the substrate temperature and temperature distribution to be uniform. By applying the substrate temperature measurement method and heating control method to the resistor film formed by this film forming apparatus, it is possible to reduce the resistivity distribution over a wide range of the substrate holder. We were able to increase the throughput of the film deposition equipment. [0106]
以上説明したように、本発明の赤外線温度画像計測方法
及び装置を用いることにより、赤外線カメラと測定対象
物である基体間の距離が短い小さな測定系でありながら
、今まで測定することができなかったような広い測定領
域を必要とする基体に対しても、容易に温度分布の測定
をすることができるようになった。
また、測定対象物の基体が、静止している場合は勿論の
こと、移動している場合においても、その移動に同期さ
せて大面積の温度分布が測定可能である。
特に、加熱装置や真空成膜装置のように、基体が高温中
や、真空中に存在し、かつ移動している場合に、非接触
で大面積の温度分布を測定するには、本発明が非常に有
効となる。
[0107]
本発明の加熱装置によれば、加熱対象物である基体を均
一な温度分布が得られるように加熱制御することができ
、特に大きな面積を有する基体では有効であった。また
、この加熱装置を真空成膜装置に適応した例えばパレッ
ト搬送型のインライン方式のスパッタ装置では、720
mmX600mmのパレット内の温度分布を±5℃以内
に制御することができた。
本発明の真空成膜装置によれば、搬送される大面積のパ
レットの温度分布が測定でき、この温度分布の測定結果
に基づいて、加熱装置への出力フィード・バックができ
る。この為、自動的にパレット全体が±5℃程度の均一
な温度分布になるように加熱制御ができ、また、パレッ
ト間における温度のばらつきも小さくできる為、均質な
成膜が可能となった。
[0108]
また、パレット中のディスク基板1枚1枚に対応した温
度測定ができるようになったので、品質管理及びプロセ
ス制御の上で多大な貢献をした。
さらにまた、本発明の加熱温度制御方法を適用すること
により、必要に応じ不均一な任意の所定温度分布にも調
整可能な加熱装置をも実現可能とした。
[0109]
また、本発明の好ましい真空成膜装置の構成例であると
ころの、真空槽の離間した異なる位置に仕切り板を隔て
て基体の加熱室と、温度計測室とを設置し、前記温度計
測室には赤外線透過窓を介して赤外線カメラがその一端
に装着された真空ダクトを設け、しかも赤外線光路とな
る真空ダクトを含む温度計測室内を黒体化した装置によ
れば、加熱ヒータからの赤外線が、直接又は反射して赤
外線カメラに入射することがなくなり、加熱ヒータの影
響によるノイズ成分が温度分布画像に現れず、良好な温
度分布画像が得られ、温度測定誤差を低減することがで
きた。即ち、この赤外線温度計測装置を備えることで、
成膜直前の基板温度を正確に測定できる真空成膜装置が
得られた。
また、成膜装置の真空槽中を移動している基板の温度を
測定する方法は、基板から放射する赤外線を真空槽外で
測定した。この時、赤外線カメラのレンズ直前まで真空
ダクトを延長することで大気に影響されず、良好な温度
分布画像が得られた。温度分布画像の合成と温度制御を
司る主制御装置は、この基体の温度分布情報ニ基ツキ、
予め設定した温度分布との差を求め個々の加熱ヒータを
制御することで、目的とする基体の温度分布が得られた
。そしてこの加熱制御系を真空成膜装置に適応すること
により、目的の温度分布で成膜可能な真空成膜装置が得
られた。例えば磁気ディスクを構成するC o −Cr
系媒体は、温度により保磁力が変化し、基板の温度分布
を含めた温度制御が磁性媒体の性能に直接影響する。ま
た高記録密度に伴う高保磁力磁性媒体を成膜するには、
N1−P基板が磁化しない程度の高い温度で成膜するプ
ロセス適用するため、高い精度の温度制御を必要とする
が、本発明の赤外線温度計測装置と加熱制御装置とを備
えた成膜装置で製造した磁気ディスクは、円周方向で磁
気特性が均一でエンベロープ出力のうねりの大きさを小
さくすることができた。
また、温度管理力緋帛密に行えるので、ディスク基板間
での特性のばらつきを低減し、生産の歩留を向上させる
ことができた。As explained above, by using the infrared temperature image measurement method and device of the present invention, it is possible to use a small measurement system with a short distance between the infrared camera and the substrate that is the object to be measured, but it is possible to make measurements that have not been possible until now. Temperature distribution can now be easily measured even on substrates that require a wide measurement area. Further, even when the base body of the measurement target is stationary, as well as when it is moving, it is possible to measure the temperature distribution over a large area in synchronization with the movement. In particular, the present invention is useful for non-contact measurement of temperature distribution over a large area when the substrate is at high temperature or in a vacuum and is moving, such as in a heating device or a vacuum film forming device. Very effective. [0107] According to the heating device of the present invention, it is possible to control the heating of a substrate, which is an object to be heated, so as to obtain a uniform temperature distribution, and this was particularly effective for a substrate having a large area. In addition, for example, in an in-line sputtering device of a pallet conveyance type in which this heating device is adapted to a vacuum film forming device,
The temperature distribution within the mm x 600 mm pallet could be controlled within ±5°C. According to the vacuum film forming apparatus of the present invention, the temperature distribution of a large-area pallet being transported can be measured, and the output can be fed back to the heating device based on the measurement result of this temperature distribution. For this reason, heating can be automatically controlled so that the entire pallet has a uniform temperature distribution of approximately ±5° C., and temperature variations between pallets can also be reduced, making it possible to form a homogeneous film. [0108] Furthermore, since it became possible to measure the temperature of each disk substrate in a pallet, this made a great contribution to quality control and process control. Furthermore, by applying the heating temperature control method of the present invention, it has become possible to realize a heating device that can be adjusted to any predetermined non-uniform temperature distribution as necessary. [0109] Further, in a preferred configuration example of the vacuum film forming apparatus of the present invention, a heating chamber for the substrate and a temperature measuring chamber are installed at different positions apart from each other in the vacuum chamber with a partition plate in between, and the temperature is The measurement room is equipped with a vacuum duct with an infrared camera attached to one end through an infrared transmission window, and the inside of the temperature measurement room, which includes the vacuum duct that serves as the infrared light path, is made into a black body. Infrared rays no longer enter the infrared camera directly or reflected, noise components due to the influence of the heater do not appear in the temperature distribution image, a good temperature distribution image can be obtained, and temperature measurement errors can be reduced. Ta. That is, by providing this infrared temperature measuring device,
A vacuum film-forming apparatus that can accurately measure the substrate temperature immediately before film-forming was obtained. In addition, the temperature of the substrate moving in the vacuum chamber of the film forming apparatus was measured by measuring infrared rays emitted from the substrate outside the vacuum chamber. At this time, by extending the vacuum duct to just in front of the infrared camera lens, we were able to obtain a good temperature distribution image without being affected by the atmosphere. The main controller that controls the synthesis of temperature distribution images and temperature control is based on the temperature distribution information of this substrate.
By determining the difference from a preset temperature distribution and controlling each heater, the desired temperature distribution of the substrate was obtained. By applying this heating control system to a vacuum film forming apparatus, a vacuum film forming apparatus capable of forming a film with a desired temperature distribution was obtained. For example, Co-Cr that constitutes a magnetic disk
The coercive force of the magnetic medium changes depending on the temperature, and temperature control including the temperature distribution of the substrate directly affects the performance of the magnetic medium. In addition, in order to form a film with high coercive force magnetic media associated with high recording density,
Since the process is applied to form a film at a high temperature that does not magnetize the N1-P substrate, highly accurate temperature control is required. The manufactured magnetic disk had uniform magnetic properties in the circumferential direction and was able to reduce the amount of waviness in the envelope output. Furthermore, since the temperature can be controlled precisely, variations in characteristics between disk substrates can be reduced, and production yields can be improved.
【図1】
本発明の赤外線画像計測装置の基本的な構成を示した概
略ブロック図である。FIG. 1 is a schematic block diagram showing the basic configuration of an infrared image measuring device of the present invention.
【図2】
基体をステップ搬送しながら温度測定するときの測定フ
ローチャートである。FIG. 2 is a measurement flowchart when temperature is measured while stepwise conveying the substrate.
【図3】
主制御装置内で画像を合成する時のデータ配列図である
。FIG. 3 is a data array diagram when images are synthesized within the main control device.
【図4】
基体を定速搬送しながら温度測定するときの測定フロー
チャートである。FIG. 4 is a measurement flowchart when measuring the temperature while conveying the substrate at a constant speed.
【図5】
本発明加熱装置の一実施例を示す説明図で、図5(a)
は一部断面正面図、図5(b)は側面図である。FIG. 5 is an explanatory diagram showing an embodiment of the heating device of the present invention, and FIG. 5(a)
is a partially sectional front view, and FIG. 5(b) is a side view.
【図6】
温度計測装置を付加して加熱出力を制御する本発明加熱
装置の一実施例となる制御系構成図である。FIG. 6 is a configuration diagram of a control system that is an embodiment of the heating device of the present invention in which a temperature measuring device is added to control heating output.
【図7】
本発明の赤外線画像計測装置により測定した大面積基体
の温度分布図である。FIG. 7 is a temperature distribution diagram of a large area substrate measured by the infrared image measuring device of the present invention.
【図8】
本発明の赤外線画像計測装置により温度分布を制御して
得られた基体の温度分布図である。FIG. 8 is a temperature distribution diagram of a substrate obtained by controlling the temperature distribution using the infrared image measuring device of the present invention.
【図9】
本発明の加熱制御方法の説明図で、図9(a)は温度分
布の実測結果を等高級で示した温度分布図、図9(b)
はその結果に基づいて均一な設定温度に調整する加熱制
御方法の説明図である。FIG. 9 is an explanatory diagram of the heating control method of the present invention, in which FIG. 9(a) is a temperature distribution diagram showing the actual measurement results of temperature distribution in equal grade, and FIG. 9(b)
FIG. 2 is an explanatory diagram of a heating control method that adjusts to a uniform set temperature based on the result.
【図10】
本発明の一実施例となるスパッタ装置を示したもので、
図10(a)は横断平面図、図10(b)は縦断正面図
である。FIG. 10 shows a sputtering apparatus that is an embodiment of the present invention.
FIG. 10(a) is a cross-sectional plan view, and FIG. 10(b) is a vertical cross-sectional front view.
【図11】 パレットと基板との温度分布図である。[Figure 11] It is a temperature distribution diagram of a pallet and a board|substrate.
【図121
温度分布を制御した時のパレットと基板の温度分布図で
ある。
【図13】
パレット間の平均温度の変化を示した温度特性図で、図
13(a)は温度制御無しの比較例の特性図、図13(
b)は温度制御有りの特性図である。FIG. 121 is a temperature distribution diagram of the pallet and the substrate when the temperature distribution is controlled. FIG. 13 is a temperature characteristic diagram showing the change in average temperature between pallets; FIG. 13(a) is a characteristic diagram of a comparative example without temperature control;
b) is a characteristic diagram with temperature control.
【図14】
温度測定のタイミングを取る機能を付けたパレットの斜
視図である。FIG. 14 is a perspective view of a pallet equipped with a function for timing temperature measurement.
【図15】
本発明を適用した連続スパッタ装置の概略図を示したも
ので、図15(a)は横断平面図、図15(b)は縦断
平面図である。15 shows a schematic diagram of a continuous sputtering apparatus to which the present invention is applied, FIG. 15(a) is a cross-sectional plan view, and FIG. 15(b) is a vertical cross-sectional plan view.
【図16】
図15の加熱室20及び温度計測室30を抜き出した図
で、図16(a)は横断平面図、図16(b)は図16
(a)のA−A’断面拡大図である。16 is an extracted view of the heating chamber 20 and temperature measurement chamber 30 in FIG. 15, where FIG. 16(a) is a cross-sectional plan view and FIG. 16(b) is a
It is an AA' cross-sectional enlarged view of (a).
【図17】
温度計測装置を付加して加熱出力を制御する加熱制御系
構成図である。FIG. 17 is a configuration diagram of a heating control system that controls heating output by adding a temperature measuring device.
【図18】
温度画像の撮像範囲と分布測定点と加熱ヒータの設置位
置との関係示した説明図である。FIG. 18 is an explanatory diagram showing the relationship between the imaging range of the temperature image, the distribution measurement points, and the installation position of the heater.
【図19】 本発明の主制御装置のモニター画面を示した図である。[Figure 19] FIG. 3 is a diagram showing a monitor screen of the main control device of the present invention.
【図20】
温度計測をしながら加熱制御する手順を示したフロチャ
ートである。FIG. 20 is a flowchart showing a procedure for controlling heating while measuring temperature.
【図21】
スパッタ装置にパレット巡回機能を追加した本発明の異
なる実施例となるスパッタ装置の縦断正面図である。FIG. 21 is a longitudinal sectional front view of a sputtering apparatus according to a different embodiment of the present invention in which a pallet circulation function is added to the sputtering apparatus.
【図22】
本発明の更に異なる実施例となる枚葉方式スパッタ装置
の概略図を示すもので図22 (a)は一部破断乎面図
、図22(b)は同じく一部破断正面図である。FIG. 22 shows a schematic view of a single-wafer sputtering apparatus according to a further different embodiment of the present invention, in which FIG. 22(a) is a partially cutaway top view, and FIG. 22(b) is a partially cutaway front view. It is.
【図23】
図22の枚葉方式スパッタ装置の要部を示したもので、
図23(a)は図22の縦断側面図、図23(b)は図
22のスパッタ室内の縦断正面図である。FIG. 23 shows the main parts of the single-wafer sputtering apparatus in FIG. 22,
23(a) is a longitudinal sectional side view of FIG. 22, and FIG. 23(b) is a longitudinal sectional front view of the inside of the sputtering chamber of FIG. 22.
【図24】
本発明の更に異なる実施例となる回転ドラム方式スパッ
タ装置の概略図を示すもので、図24 (a)は横断平
面図、図24(b)は一部破断正面図である。24 shows a schematic diagram of a rotary drum type sputtering apparatus according to still another embodiment of the present invention, in which FIG. 24(a) is a cross-sectional plan view and FIG. 24(b) is a partially cutaway front view.
【図25】
基板の緒特性を示したもので、図25 (1)はパレッ
ト内基板の温度と保磁力との分布図、図25(2)は8
インチディスクの温度分布図、図25(3)は円周方向
の膜厚分布図、図25(4)は円周方向の保磁力分布図
、図25(5)はヘッド出力分布図である。[Figure 25] Figure 25 (1) shows the distribution of the temperature and coercive force of the board in the pallet, and Figure 25 (2) shows the characteristics of the substrate.
25(3) is a diagram of the film thickness distribution in the circumferential direction, FIG. 25(4) is a diagram of the coercive force distribution in the circumferential direction, and FIG. 25(5) is a diagram of the head output distribution of an inch disk.
1・・・基体、 2(2’)・・・搬送系
、 3・・・搬送系制御装置、4・・・赤外線カメ
ラ、 4−1・・・赤外線カメラ制御装置、4
−2・・・赤外線カメラモニタ、 5・・・ダクト、
6・・・リニアステージ、7・・・主制御装置、
7−1・・・モニタ、7−2・・・外部記
憶装置、8・・・位置検出器、 8−1・・・
センサー(受光素子)9・・・マーカ、
10・・・リニアステージ駆動系11・・・リニア
ステージ制御装置、 12・・・加熱槽
、13・・・加熱機構(ヒータ)、 14・・・加熱
制御装置、15°” D/ A 変’1AFr、
16・・・アルゴンボンベ、17・・・基板、
20・・・加熱室、
22・・・取り出し室、
24・・・真空排気系、
26・・・検出穴、
28・・・センサー(受光素子)、
31・・・赤外線窓、
34・・・リフタ、
36・・・L/UL37キヤリア、
40・・・搬入ドア、
18・・・パレット、19・・・仕込み室、21・・・
スパッタ室、
23・・・ゲートバルブ、
25・・・ターゲット、
27・・・センサー(発光素子)
29・・・仕切り板、30・・・温度計測室、32・・
・カソード、33・・・熱電対、35・・・基板脱着部
、
38・・・搬送室、 39・・・ホイスト、411.
カセット、42・・・排気口、DESCRIPTION OF SYMBOLS 1...Base body, 2(2')...Transportation system, 3...Transportation system control device, 4...Infrared camera, 4-1...Infrared camera control device, 4
-2...Infrared camera monitor, 5...Duct,
6... Linear stage, 7... Main controller,
7-1... Monitor, 7-2... External storage device, 8... Position detector, 8-1...
Sensor (light receiving element) 9... Marker,
10... Linear stage drive system 11... Linear stage control device, 12... Heating tank, 13... Heating mechanism (heater), 14... Heating control device, 15°"D/A change' 1AFr,
16... Argon cylinder, 17... Substrate, 20... Heating chamber, 22... Removal chamber, 24... Vacuum exhaust system, 26... Detection hole, 28... Sensor (light receiving element) ), 31... Infrared window, 34... Lifter, 36... L/UL37 carrier, 40... Loading door, 18... Pallet, 19... Preparation room, 21...
Sputtering chamber, 23... Gate valve, 25... Target, 27... Sensor (light emitting element) 29... Partition plate, 30... Temperature measurement chamber, 32...
- Cathode, 33... Thermocouple, 35... Board attachment/detachment section, 38... Transfer chamber, 39... Hoist, 411.
Cassette, 42...exhaust port,
【書類名】図面[Document name] Drawing
【図1】
一−−−−基体
2−−−−一掲立上
3−−−−一誂U五制御躾叉
4−−−−一赤叶!#策カメラ
4−+−−−*ダF祿カメラ鯉1岬壬5j乙4−2−−
一充デ)!77メラ冠二り
5−−−−−γ7F
6−−−−−リニアステージ
7−−−−−土卸1卸襞エ
アー i−−ミニ7
7−2−−一タ+F IJシic−ノド1;;七[8−
−−−−4I#:t:W
8−1−−−センサ
9−−一−−マーか
10−−一−−ゾクアステージ、(すが糸1!−−−−
−リニアスアーう゛御j仰玉図1[Figure 1] 1----Base 2----1 Posting 3----1 U5 Control Discipline 4----1 Red Leaf! #Scheme camera 4-+---*DaF camera carp 1 Misaki 5j Otsu 4-2--
Ichijude)! 77 Mela crown 2 5-------γ7F 6-------Linear stage 7----Earth removal 1 Reduction air i---Mini 7 7-2--Ita +F IJ Siic-throat 1;;7[8-
---4I#:t:W 8-1---Sensor 9--1--mer or 10--1--Zoku Stage, (Sugaito 1!----
-Linear Earthquake Figure 1
【図3】
d(x、y)−−−一組=取5J込尤′S鵠イ搏(テ°
’−9’1il)
図3[Figure 3] d (x, y) --- 1 set = 5 J included 尤'S鵠い搏
'-9'1il) Figure 3
【図4】[Figure 4]
【図5】[Figure 5]
【図6】[Figure 6]
【図7】[Figure 7]
【図8】 14紘ざさ: 1200mm X 900mm[Figure 8] 14 Hirozasa: 1200mm x 900mm
【図9】 基体貝朽記 (b) ダづ′惺雇桧布図[Figure 9] Base shell record (b) Datsu'hiki cypress cloth
【図101 17−−−−基拐、 +8−−−−ハレ・ン・ 19−−−−イ士シΣ−T稚ン 20−一一釦熟査 21−−−−ス/ぜ1.、?主 22−−−一取!、L宅 2B−−−一厘→t: +1−プ 24−−−一球チ、5 !り・・・);ル、tgjqt 図10 【図11】[Figure 101 17---Ki-Kai, +8----Hare N・ 19---Ishishi Σ-T young child 20-11 Button Examination 21----su/ze1. ,? main 22---Take it! , L's house 2B---ichirin → t: +1-pu 24---One ball chi, 5 ! ri...);ru,tgjqt Figure 10 [Figure 11]
【図12】 ツ メし・ント ニー〉 誂臼〕閘 図1 揃j]燭 図12[Figure 12] tsu meshi・nt knee> millstone Figure 1 Set of candles Figure 12
【図13】[Figure 13]
【図14】 9−−−マーカ 18−一−ハop、ント 27−−−乞〉ザ (光克素幻[Figure 14] 9---Marker 18-1-Ha op, nt 27---beggar>the (Light Katsugen
【図15】[Figure 15]
【図16】[Figure 16]
【図17】[Figure 17]
【図18】[Figure 18]
【図19】[Figure 19]
【図201 11開+4−17432ン (/Z) 【図21】[Figure 201 11 open+4-17432n (/Z) [Figure 21]
【図22】[Figure 22]
【図23】[Figure 23]
【図24】[Figure 24]
【図25】 ■δ0 インチディスクの温度分布図 ヘッド再生出力エンベロープのうねり 図25[Figure 25] ■δ0 Temperature distribution diagram of inch disc Head playback output envelope undulation Figure 25
Claims (1)
像を生成する赤外線撮像装置と、この赤外線画像を赤外
線温度画像情報に変換して前記基体の温度計測を行う手
段とを具備して成る温度計測装置であって、前記基体の
赤外線撮像領域を複数個所に分割して撮像する手段と、
前記撮像装置により時間的、空間的に分割されて撮像さ
れた個々の赤外線画像情報を赤外線温度画像情報に変換
する手段と、この分割された赤外線温度画像情報を逐次
蓄積し、この蓄積された前記基体全体の赤外線温度画像
情報を合成して前記基体全体の温度分布を再生する手段
とを有して成る赤外線温度画像測定装置。 【請求項2】 上記基体の赤外線撮像領域を複数個所に分割して撮像す
る手段を時間的、空間的に制御する制御系と、この分割
撮像された赤外線画像情報に基づいて赤外線温度画像情
報に逐次変換された温度情報を蓄積する手段と、この蓄
積された前記基体全体の赤外線温度画像情報を合成して
前記基体全体の温度分布を再生する手段とを備えた主制
御装置を有して成る請求項1記載の赤外線温度画像測定
装置。 【請求項3】 上記基体の赤外線撮像領域を複数個所に分割して撮像す
る手段として、前記基体を一定方向に移動させ、この移
動に同期させて前記基体を部分的に分割して上記赤外線
撮像装置により赤外線画像を複数回にわたり撮像する構
成とした請求項1もしくは2記載の赤外線温度画像測定
装置。 【請求項4】 上記基体の赤外線撮像領域を複数個所に分割して撮像す
る手段として、前記基体を一方向に移動させ、この基体
の移動方向に対して直交する方向に細長いスリット状に
分割して上記赤外線撮像装置により赤外線画像を複数回
にわたり順次基体の移動と同期させて撮像する構成とし
た請求項1もしくは2記載の赤外線温度画像測定装置。 【請求項5】 上記基体の赤外線撮像領域を複数個所に分割して撮像す
る手段として、上記赤外線撮像装置を所定の測定範囲内
で移動可能な構成とし、一区画で赤外線画像を測定して
いる間は静止しており、前記移動可能な範囲内で順次隣
接する領域を移動しながら複数回にわたり分割して撮像
するようになした請求項1もしくは2記載の赤外線温度
画像測定装置。 【請求項6】 上記主制御装置に一次蓄積された基体全体の赤外線温度
画像情報を逐次蓄積する外部記憶装置を具備して成る請
求項2記載の赤外線温度画像測定装置。 【請求項7】 加熱された基体から放射する赤外線を赤外線撮像装置に
より撮像して赤外線画像を輝度信号として出力し、この
赤外線画像出力を赤外線温度画像情報に変換して前記基
体の温度計測を行う温度計測方法であって、前記基体の
赤外線撮像領域を複数個所に分割して撮像し、前記撮像
装置により時間的、空間的に分割されて撮像された個々
の赤外線画像出力を赤外線温度画像出力に変換し、この
分割して計測された赤外線温度画像出力を逐次蓄積し、
この蓄積された前記基体全体の赤外線温度画像出力を合
成して前記基体全体の温度分布を再生するようになして
成る赤外線温度画像測定方法。 【請求項8】 加熱槽内に基体と対向配置した加熱機構と;この加熱機
構により加熱された前記基体から放射する赤外線を撮像
して赤外線画像を生成する赤外線撮像装置と、この赤外
線画像を赤外線温度画像情報に変換して前記基体の温度
計測を行う手段とを有して成る温度計測装置と;この温
度計測装置からの出力に基づいて前記基体の温度を加熱
制御する温度制御装置とを備えた加熱装置であって、前
記温度計測装置を請求項1、2、3、4、5もしくは6
記載の赤外線温度画像測定装置で構成すると共に、予め
設定された基体の所定加熱温度分布からのづれ量を演算
処理する手段と、この演算出力に基づいて発生させたデ
ィジタル制御信号をアナログ信号に変換して前記加熱機
構の温度を適正温度分布に制御する温度制御手段とを備
えて成る加熱装置。 【請求項9】 上記請求項2記載の赤外線温度画像測定装置の主制御装
置に、上記予め設定された基体の所定加熱温度分布から
のづれ量を演算処理する手段と、この演算出力に基づい
て上記温度制御手段を制御するディジタル制御信号を発
生させる手段とを配設して成る請求項8記載の加熱装置
。 【請求項10】 上記加熱槽内に独立した加熱機構を、基体の温度分布が
生じる方向に複数個配設し、これ等各々の加熱機構を独
立して、上記温度制御手段によりその出力制御を行い基
体の加熱温度を予め設定された所定温度分布に設定し得
るようにして成る請求項8記載の加熱装置。【請求項1
1】 加熱槽内に移動可能な状態で保持された基体を加熱機構
により加熱し、この加熱された前記基体から放射する赤
外線を赤外線撮像装置により撮像して赤外線画像を輝度
信号として出力し、この赤外線画像出力を赤外線温度画
像情報に変換して前記基体の温度計測を行い、この温度
出力に基づいて前記基体の温度を加熱制御する基体加熱
の温度制御方法であって、前記基体の温度計測法として
、前記基体の赤外線撮像領域を複数個所に分割して撮像
し、この時間的、空間的に分割されて撮像された個々の
赤外線画像出力を赤外線温度画像出力に変換し、この分
割して計測された赤外線温度画像出力を逐次蓄積し、こ
の蓄積された前記基体全体の赤外線温度画像出力を合成
して前記基体全体の温度分布を再生、計測すると共に、
予め設定された基体の所定加熱温度分布からのづれ量を
演算処理し、この演算出力に基づいて発生させたディジ
タル制御信号をアナログ信号に変換して前記加熱機構の
温度を前記適正な設定温度分布に制御して成る基体加熱
温度の制御方法。 【請求項12】 真空槽と、この真空槽を真空排気する手段と、この真空
槽内の試料台に基体が所定の加熱温度で保持されて薄膜
を形成する手段とを有する真空薄膜形成装置であつて、
前記基体を所定加熱温度で保持する手段として、請求項
8、9もしくは10記載の加熱装置を具備して成る真空
成膜装置。 【請求項13】 上記真空槽をスパッタリング処理室として成る請求項1
2記載の成膜装置。 【請求項14】 仕込み室、加熱室、スパッタ室及び取り出し室がそれぞ
れゲートバルブを介して直列に接続されると共に、前記
各室に排気系が接続されそれぞれ独立に各室を排気する
手段と、複数の基体の両面がそれぞれ開放されて保持さ
れる複数のパレット群を前記仕込み室に挿入し、これを
前記加熱室、スパッタ室及び取り出し室の各室に順次搬
送する手段とを具備して成り、前記加熱室を請求項8記
載の加熱装置で構成して成るスパッタリング成膜装置。 【請求項15】 上記真空槽をCVD処理室として成る請求項12記載の
成膜装置。 【請求項16】 仕込み室、加熱室、CVD処理室及び取り出し室がそれ
ぞれゲートバルブを介して直列に接続されると共に、前
記各室に排気系が接続されそれぞれ独立に各室を排気す
る手段と、複数の基体の両面がそれぞれ開放されて保持
される複数のパレット群を前記仕込み室に挿入し、これ
を前記加熱室、スパッタ室及び取り出し室の各室に順次
搬送する手段とを具備して成り、前記加熱室を請求項8
記載の加熱装置で構成して成るCVD成膜装置。 【請求項17】 薄膜を形成する基板とこれを保持する治具からなる基体
に、加熱処理を施す加熱機構と、加熱された基体から放
射する赤外線を撮像して赤外線画像を生成する赤外線画
像装置と、この赤外線画像を赤外線温度画像情報に変換
して前記基体の温度計測を行う手段から成る赤外線温度
画像測定装置を具備した真空薄膜形成装置において、前
記基体を加熱処理する装置内の部位と、加熱された基体
の温度を計測する装置内の部位とが仕切り板を介して位
置的に隔てらた異なる位置に配設して成る請求項成膜装
置。 【請求項18】 上記加熱処理後の基体が赤外線を放射する雰囲気と、こ
の基体の赤外線温度画像を測定する赤外線温度画像測定
装置の設置してある雰囲気とを、異なる雰囲気に構成し
て成る請求項17記載の成膜装置。 【請求項19】 仕込み室と、加熱室と、温度計測室と、成膜室と、基板
をこれら各室内に搬送する搬送手段とを少なくとも具備
して成る成膜装置であって、前記搬送手段により連続し
て送られてくる基体に対して加熱処理を行なう手段と、
続いて基体の温度分布を実測する手段と、予め設定され
た基体の所定温度分布と前記実測された温度分布とのず
れ量を演算し、温度分布を測定した基体以後の基体を、
ずれ量の演算に基づく結果から予め設定している温度分
布に制御するように、加熱機構の加熱出力制御を行う加
熱制御手段とを具備して成る請求項17記載の成膜装置
。 【請求項20】 仕込み室と、加熱室と、成膜室と、取出し室とが直列的
に配置され、基板をこれら各室内に搬送する搬送手段と
を少なくとも具備して成る成膜装置であって、前記基板
の搬送手段を、複数の基体の両面が開放されて保持され
るパレットが巡回可能な機構を持つパレット搬送系とし
て成る請求項17記載の成膜装置。 【請求項21】 基板の仕込み及び取り出しを行う真空槽と、基板の加熱
を行う真空槽と、成膜を行う真空槽とから成り、基体を
1枚ずつ連続して加熱、成膜の処理を行う為の搬送系を
有して成る請求項17記載の成膜装置。 【請求項22】 一つの共通する真空槽中に成膜手段と加熱手段とを有し
、基板を保持する多角形の基板ホルダが回転しながら加
熱及び成膜する成膜装置を具備して成る請求項17記載
の成膜装置。 【請求項23】 口径の小さい方の一端に赤外線透過窓を介して赤外線カ
メラが装着されたダクトを、上記真空槽の一部に配設し
て温度計測室を構成すると共に、前記ダクト内を含む温
度計測室の内壁を黒体化処理し、内壁の輻射率を大なら
しめて成る請求項12乃至22何れか記載の成膜装置。[Scope of Claims] [Claim 1] An infrared imaging device that captures infrared rays emitted from a heated substrate to generate an infrared image, and converts this infrared image into infrared temperature image information to measure the temperature of the substrate. A temperature measuring device comprising: means for dividing the infrared imaging region of the base into a plurality of locations;
means for converting the individual infrared image information temporally and spatially divided and imaged by the imaging device into infrared temperature image information; and a means for sequentially accumulating the divided infrared temperature image information; An infrared temperature image measuring device comprising: means for synthesizing infrared temperature image information of the entire substrate to reproduce temperature distribution of the entire substrate. 2. A control system that temporally and spatially controls means for dividing the infrared imaging area of the base body into a plurality of locations to take images, and generating infrared temperature image information based on the divided infrared image information. The main controller includes means for accumulating successively converted temperature information, and means for synthesizing the accumulated infrared temperature image information of the entire substrate to reproduce the temperature distribution of the entire substrate. The infrared temperature image measuring device according to claim 1. 3. The means for dividing the infrared imaging region of the base into a plurality of locations for imaging, the infrared imaging is performed by moving the base in a fixed direction and dividing the base into parts in synchronization with this movement. 3. The infrared temperature image measuring device according to claim 1, wherein the infrared temperature image measuring device is configured to take infrared images a plurality of times. 4. Means for dividing the infrared imaging region of the base into a plurality of locations for imaging, the base is moved in one direction and divided into elongated slits in a direction perpendicular to the direction of movement of the base. 3. The infrared temperature image measuring device according to claim 1, wherein the infrared image is sequentially captured by the infrared image capturing device a plurality of times in synchronization with the movement of the substrate. 5. As a means for dividing the infrared imaging region of the substrate into a plurality of locations and capturing images, the infrared imaging device is configured to be movable within a predetermined measurement range, and the infrared image is measured in one section. 3. The infrared temperature image measuring device according to claim 1, wherein the infrared temperature image measuring device is stationary, and the infrared temperature image measuring device captures images in a plurality of times while sequentially moving adjacent regions within the movable range. 6. The infrared temperature image measuring device according to claim 2, further comprising an external storage device that sequentially stores infrared temperature image information of the entire substrate that has been temporarily stored in the main controller. 7. Infrared radiation emitted from the heated substrate is imaged by an infrared imaging device, the infrared image is output as a brightness signal, and the infrared image output is converted into infrared temperature image information to measure the temperature of the substrate. A temperature measurement method, wherein the infrared imaging area of the base is divided into a plurality of locations and images are taken, and the individual infrared image outputs temporally and spatially divided and imaged by the imaging device are converted into infrared temperature image outputs. The divided and measured infrared temperature image outputs are sequentially accumulated.
An infrared temperature image measuring method comprising combining the accumulated infrared temperature image outputs of the entire substrate to reproduce the temperature distribution of the entire substrate. 8. A heating mechanism disposed in a heating tank to face the substrate; an infrared imaging device that generates an infrared image by capturing infrared rays emitted from the substrate heated by the heating mechanism; a temperature measuring device comprising means for measuring the temperature of the substrate by converting it into temperature image information; and a temperature control device heating-controlling the temperature of the substrate based on the output from the temperature measuring device. A heating device according to claim 1, 2, 3, 4, 5 or 6, wherein the temperature measuring device is
It is composed of the infrared temperature image measuring device described above, and also includes a means for calculating the amount of deviation from a predetermined heating temperature distribution of the substrate, and converting a digital control signal generated based on the calculation output into an analog signal. and temperature control means for controlling the temperature of the heating mechanism to an appropriate temperature distribution. 9. The main control device of the infrared temperature image measuring device according to claim 2, further comprising: means for calculating the amount of deviation from the predetermined heating temperature distribution of the substrate set in advance; 9. The heating device according to claim 8, further comprising means for generating a digital control signal for controlling said temperature control means. 10. A plurality of independent heating mechanisms are arranged in the heating tank in a direction in which temperature distribution of the substrate occurs, and each of these heating mechanisms is independently controlled in output by the temperature control means. 9. The heating device according to claim 8, wherein the heating temperature of the substrate can be set to a predetermined temperature distribution. [Claim 1
1] A base body movably held in a heating tank is heated by a heating mechanism, and an infrared image radiated from the heated base body is imaged by an infrared imaging device, and an infrared image is output as a brightness signal. A temperature control method for heating a substrate, which measures the temperature of the substrate by converting an infrared image output into infrared temperature image information, and controls the temperature of the substrate based on the temperature output, the method comprising: , the infrared imaging area of the base is divided into multiple locations and images are taken, the individual infrared image outputs taken after being divided temporally and spatially are converted into infrared temperature image outputs, and the infrared temperature image outputs are divided and measured. sequentially accumulating the infrared temperature image outputs, and synthesizing the accumulated infrared temperature image outputs of the entire substrate to reproduce and measure the temperature distribution of the entire substrate;
The amount of deviation from a predetermined heating temperature distribution of the substrate is calculated, and the digital control signal generated based on the calculation output is converted into an analog signal to adjust the temperature of the heating mechanism to the appropriate set temperature distribution. A method for controlling the heating temperature of a substrate. 12. A vacuum thin film forming apparatus comprising a vacuum chamber, means for evacuating the vacuum chamber, and means for forming a thin film by holding a substrate on a sample stage in the vacuum chamber at a predetermined heating temperature. It's hot,
A vacuum film forming apparatus comprising the heating device according to claim 8, 9 or 10 as means for holding the substrate at a predetermined heating temperature. Claim 13: Claim 1, wherein the vacuum chamber is a sputtering processing chamber.
2. The film forming apparatus according to 2. 14. A preparation chamber, a heating chamber, a sputtering chamber, and a take-out chamber are each connected in series via a gate valve, and an exhaust system is connected to each chamber to independently exhaust each chamber; The apparatus further comprises means for inserting a plurality of pallet groups in which a plurality of pallets each holding a plurality of substrates with both sides opened into the preparation chamber and sequentially transporting the pallets to each of the heating chamber, sputtering chamber and take-out chamber. 9. A sputtering film forming apparatus, wherein the heating chamber is configured with the heating device according to claim 8. 15. The film forming apparatus according to claim 12, wherein the vacuum chamber is a CVD processing chamber. 16. A preparation chamber, a heating chamber, a CVD processing chamber, and a take-out chamber are each connected in series via a gate valve, and an exhaust system is connected to each of the chambers to independently exhaust each chamber. , comprising a means for inserting a plurality of pallet groups in which a plurality of substrates are held with both sides open, respectively, into the preparation chamber, and sequentially transporting the pallets to each of the heating chamber, sputtering chamber, and take-out chamber. Claim 8
A CVD film forming apparatus comprising the heating device described above. 17. A heating mechanism that performs heat treatment on a base consisting of a substrate on which a thin film is to be formed and a jig that holds the same, and an infrared imaging device that generates an infrared image by imaging infrared rays emitted from the heated base. In a vacuum thin film forming apparatus equipped with an infrared temperature image measuring device comprising means for converting the infrared image into infrared temperature image information and measuring the temperature of the substrate, a part in the apparatus that heat-processes the substrate; 2. A film forming apparatus as claimed in claim 1, wherein a portion within the apparatus for measuring the temperature of the heated substrate is located at a different position separated by a partition plate. 18. A claim in which the atmosphere in which the substrate after the heat treatment emits infrared rays and the atmosphere in which the infrared temperature image measuring device for measuring the infrared temperature image of the substrate are installed are different atmospheres. 18. The film forming apparatus according to item 17. 19. A film forming apparatus comprising at least a preparation chamber, a heating chamber, a temperature measurement chamber, a film forming chamber, and a transport means for transporting a substrate into each of these chambers, the transport means means for heat-treating the substrates continuously fed by the
Next, a means for actually measuring the temperature distribution of the substrate is used, and a deviation amount between a predetermined temperature distribution of the substrate set in advance and the actually measured temperature distribution is calculated, and the substrates after the substrate whose temperature distribution has been measured are
18. The film forming apparatus according to claim 17, further comprising heating control means for controlling the heating output of the heating mechanism so as to control the temperature distribution to a preset temperature distribution based on a result based on the calculation of the amount of deviation. 20. A film forming apparatus comprising: a preparation chamber, a heating chamber, a film forming chamber, and a take-out chamber arranged in series, and comprising at least a transport means for transporting the substrate into each of these chambers. 18. The film forming apparatus according to claim 17, wherein the substrate transport means is a pallet transport system having a mechanism capable of circulating a pallet in which a plurality of substrates are held with both sides open. 21. A vacuum chamber for loading and unloading substrates, a vacuum chamber for heating the substrates, and a vacuum chamber for forming films, and continuously heats and forms films one by one on the substrates. 18. The film forming apparatus according to claim 17, further comprising a transport system for performing the film forming process. 22. A film forming apparatus comprising a film forming means and a heating means in one common vacuum chamber and heating and forming a film while a polygonal substrate holder holding the substrate rotates. The film forming apparatus according to claim 17. 23. A duct having an infrared camera attached to one end of the smaller diameter side through an infrared transmitting window is disposed in a part of the vacuum chamber to constitute a temperature measurement chamber, and the inside of the duct is 23. The film forming apparatus according to any one of claims 12 to 22, wherein the inner wall of the temperature measurement chamber containing the temperature measuring chamber is subjected to a black body treatment to increase the emissivity of the inner wall.
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