温度測定方法及び装置、熱処理装置及び熱処理方法
【課題】 本発明は、被処理体の温度を高精度に測定することができる温度測定方法、温度測定装置、熱処理装置及び熱処理方法を提供する。
【解決手段】 本発明の温度測定方法は、被測定体から放射される熱放射光から、所定領域の波長を有する当該熱放射光を選択する工程と、かかる選択工程において選択された所定領域の波長を有する熱放射光を用いて温度を算出する工程とを有する。
【解決手段】 本発明の温度測定方法は、被測定体から放射される熱放射光から、所定領域の波長を有する当該熱放射光を選択する工程と、かかる選択工程において選択された所定領域の波長を有する熱放射光を用いて温度を算出する工程とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定体から放射される熱放射光によって当該被測定体の温度を非接触に被測定体の温度を測定する温度測定装置及び温度測定方法に関するものである。本発明は、例えば、単結晶基板、ガラス基板などの被処理体を加熱処理する熱処理装置の被処理体の温度を測定する温度測定装置及び方法に好適である。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体集積回路を製造するためには、半導体ウェハ等のシリコン基板に対して成膜処理、アニール処理、酸化拡散処理、スパッタ処理、エッチング処理、窒化処理等の各種の熱処理が複数回に亘って繰り返される。かかる技術において、被処理体の温度は処理の品質（例えば、成膜処理における膜厚など）に影響を与えるために正確に把握される必要がある。そこで、被処理体の温度を測定する温度測定装置が熱処理装置、例えば、熱ＣＶＤ装置、アニール装置等に設けられている。
【０００３】
温度測定装置は被測定体に対する温度の測定形式の違いから、典型的に、被測定体に直接接触させる接触式と被測定体から放射される熱線を計測する非接触式に大別される。熱伝対は廉価であるという理由からも接触式の温度測定装置として広く一般及び工業的に使用されている。しかし、熱伝対は被測定体に対して接触する必要があるため処理室内に設けられる必要があり、かかる処理室の汚染となりうるばかりでなく被処理体と接触させねばならないことから被処理体が熱電対を構成する金属によって汚染される恐れがある。しかし、接触式の熱伝対を被測定体から離間すれば、被処理体の正確な温度測定を行うことが不可能となる。また、熱伝対は処理空間内に存在し、処理ガスに触れ腐食し正確な温度測定をすることが出来ない等の理由から熱処理装置に適用することは困難であった。
【０００４】
そこで、非接触式の温度測定装置である放射温度計が従来から提案されている。放射温度計は被処理体の裏面から放射される赤外線強度を検出し、その放射強度を以下の数式１に示す式に則って被処理体の放射率εを求めて温度換算することによって被処理体の温度を算出する。
【０００５】
【数１】
【０００６】
ここで、ＥＢＢ（Ｔ）は温度Ｔの黒体からの放射強度、Ｅｍ（Ｔ）は温度Ｔの被処理体から測定された放射強度、εは被処理体の放射率である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、従来の放射温度計による温度測定では実際の被処理体の温度との誤差を含み、高品質な熱処理を行えないという問題があった。本発明者は、かかる問題の原因を鋭意検討した結果、放射温度計を使用した温度測定のこれらの誤差は迷光と呼ばれる測定に用いられる光以外の光、例えば加熱源からの放射光、が原因となっていることを発見した。特に、熱効率を高めるため被処理体周辺の部材の反射率を大きくしている枚葉式処理室では迷光による測定誤差の影響が大きい。しかし、この様な課題を解決する効果的な方法は存在せず、迷光による誤差を承知の上で温度放射計で温度を測定するしか方法がなかった。
【０００８】
そこで、このような課題を解決する新規かつ有用な温度測定方法及び装置、熱処理装置及び熱処理方法を提供することを本発明の概括的目的とする。
【０００９】
より特定的には、被処理体の温度を高精度に測定することができる温度測定方法及び装置、熱処理装置及び方法を提供することを本発明の例示的目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の例示的一態様としての温度測定方法は、被測定体から放射される熱放射光から、所定領域の波長を有する前記熱放射光を選択する工程と、前記選択工程において選択された前記所定領域の波長を有する前記熱放射光を用いて温度を算出する工程とを有する。かかる温度測定方法は、被処理体より放射される放射光の所定領域の波長を有する熱放射光を選択する工程を有することで、高放射率を示す波長領域、即ちノイズの少ない波長領域から波長を選択し、かかる波長を有する熱放射光で温度を算出することが可能となる。従って、従来より高精度な温度測定を行うことが出来る。かかる所定領域の波長は、被測定体の放射率の高い波長領域を選択することが好ましい。例えば、被測定体が石英である場合、所定の波長領域は４．５乃至７．４μｍ又は９．０乃至１９．０μｍであり、被測定体がＳｉＣである場合、所定の波長領域は４．３乃至１０．５μｍ又は１２．５乃至２０．０μｍであり、又、被測定体がＡｌＮである場合、所定の波長領域は５．０乃至１１．０μｍ及び１７．０乃至２５．０μｍである。
【００１１】
本発明の例示的一態様としての温度測定装置は、被測定体より放射される熱放射光を用いて温度を測定する温度測定装置であって、前記熱放射光の所定領域の波長を選択する選択部と、前記選択部によって選択された前記所定領域の波長を有する前記熱放射光を検出する検出器とを有する。かかる温度測定装置は選択部が所定領域の波長を有する熱放射光を選択し、当該熱放射光を検出することで温度が測定可能である。かかる温度測定装置は上記の温度測定方法を達成可能であり、精度の良い温度測定をすることが出来る。また、前記熱放射光を除く全ての光を遮蔽可能で少なくとも前記被測定体の一部から構成される測定空間にて温度測定を行う。かかる温度測定装置は、被測定体を含む測定空間におてい別雰囲気を形成しかつ迷光を遮蔽することが可能となり、開放空間において測定するよりも迷光の影響を下げることができる。
【００１２】
本発明の例示的一態様としての熱処理装置は、被処理体に所定の熱処理を行う処理室と、前記被処理体を加熱する加熱部と、前記被処理体の温度を測定する温度測定装置と、前記放射温度計により測定された前記被処理体の温度から前記加熱部の加熱力を制御する制御部とを有する熱処理装置であって、前記温度測定装置は、前記被処理体から放射される熱放射光の所定の波長領域に存在する波長を選択する選択部と、前記選択部によって選択された前記所定領域の波長を有する前記熱放射光を検出する検出器とを有する。かかる熱処理装置は上述の温度測定方法を達成可能な温度測定装置を有し、同様な作用を奏する。よって、被測定体の温度を精度よく測定することが可能となり、生産性能の安定性及び再現性を高めることができ、高精度な熱処理及び当該熱処理を施した高品質なウェハを提供することが可能となる。
【００１３】
本発明の例示的一態様としての熱処理方法は、被処理体を熱源により加熱する工程と、前記被処理体の温度を温度測定装置により測定する工程と、前記放射温度計により測定された前記被処理体の温度から前記熱源の加熱力を制御する工程とを有する熱処理方法であって、前記測定工程は、前記被測定体から放射される熱放射光から所定領域の波長を有する前期熱放射光を選択する工程と、前記選択工程において選択された前記所定領域の波長を有する前記熱放射光を用いて温度を算出する工程とを有する。かかる熱処理方法も、上述の温度測定方法と同様の作用を奏することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の例示的一態様である温度測定方法及び温度測定装置によれば、被測定体に対する測定精度を高めることが出来る。また、かかる温度測定方法及び温度測定装置を使用した熱処理装置及び熱処理方法は、被処理体の温度を高精度に測定することができるので高品質な熱処理の達成を容易にする。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の放射温度計を示す概略ブロック図である。
【図２】図１に示す放射温度計と被測定体の関係を示す概略断面図である。
【図３】図１に示す放射温度計と被測定体の別の関係を示す概略断面図である。
【図４】温度及び基板厚さをパラメータとした、石英基板の波長に対する放射率を示した図である。
【図５】温度及び材料の厚さをパラメータとしたときの、ＳｉＣ（炭化シリコン）基板の波長に対する放射率を示した図である。
【図６】温度及び材料の厚さをパラメータとしたときの、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）基板の波長に対する放射率を示した図である。
【図７】図１に示す放射温度計の別な例示的一態様を示す概略側面図である。
【図８】本発明の例示的一態様としての熱処理装置の概略断面図である。
【図９】図８に示す加熱部の概略底面図である。
【図１０】図８に示す加熱部の一部を示す拡大断面図である。
【図１１】図８に示すランプ加熱部よりランプをはずしたときの図１０に対応する図である。
【図１２】図１０に示すランプの概略断面図である。
【図１３】図１０に示すリフレクタの概略断面図である。
【図１４】図１３に示すリフレクタの概略底面図である。
【図１５】図１３に示すリフレクタの変形例であるリフレクタを示した概略側面図である。
【図１６】図１５に示すリフレクタの概略底面図である。
【図１７】図８に示す放射温度計及びその近傍の処理室の概略拡大断面図である。
【図１８】本発明の別の温度測定の形態を示す熱処理装置の概略断面図である。
【図１９】図１８に示す熱処理装置の載置台及びその近傍を示す拡大断面図である。
【図２０】図８に示す熱処理装置の冷却プレートしての底部の変形例を説明するための概略断面図である。
【図２１】図２０に示す構造において被処理体を加熱する際の被処理体と底部との位置関係を説明するための概略断面図である。
【図２２】図２０に示す構造において被処理体を冷却する際の被処理体と底部との位置関係を説明するための概略断面図である。
【図２３】図２２に示す実線領域Ｖの概略拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図１乃至図３を参照して、本発明の例示的一態様である温度測定装置である放射温度計１０について説明する。ここで、図１は、本発明の放射温度計１０を示す概略ブロック図である。図２は、図１に示す放射温度計１０と被測定体Ｘの関係を示す概略断面図である。図３は、図１に示す放射温度計１０と被測定体Ｘの別の関係を示す概略断面図である。なお、図２において、制御部５０は省略されている。
【００１７】
放射温度計１０は被測定体Ｘから放射される電磁波（熱放射光）を用いて温度を測定する測定系であり、センサロッド２０と、フィルタ３０と、放射検出器４０と、制御部５０とを有する。センサロッド２０はフィルタ３０を介し放射検出器４０に接続され、そして、かかる放射検出器４０は制御部５０と電気的に接続される。典型的に、放射温度計１０は被測定体Ｘより放射される熱放射光をセンサロッド２０に入射させ、かかる入射光を伝達し、フィルタ３０を介し放射検出器４０へ導入する。放射検出器４０は熱放射光の放射強度（輝度）を検出し制御部５０へ電気的な情報として送信し、かかる情報を基に制御部５０が処理し被測定体Ｘの温度を算出する。なお、本実施例の放射温度計１０では、チョッパ及び当該チョッパを回転駆動するためのモータ等を省略することが可能であり、必要最低限の比較的安価な構成を採用している。また、本発明の放射温度計１０が外部装置に組み込まれて使用されるのであれば、制御部５０はかかる外部装置の制御機構に置換されても良い。
【００１８】
センサロッド２０は熱放射光を検出器４０に伝える光学系であって、例えば、径４ｍｍの石英製ロッドから構成される。図２に示されるように、センサロッド２０は一の端部２４をフィルタ３０に接続し（又は、フィルタ３０を介し放射検出器４０に接続し）、他方の端部２２を被測定体Ｘの近傍に配置している。石英やサファイアは良好な耐熱性と良好な光学的特性を有するために使用されているが、センサロッド２０の材料がこれらに限定されないことはいうまでもない。
【００１９】
センサロッド２０は端部２２の先端より被測定体Ｘより放射される熱放射光を入射させセンサロッド２０中を伝達させることで、熱放射光をフィルタ３０へ伝達する（フィルタ３０を介し放射検出器４０へ伝達する）。なお、センサロッド２０は、その内部に一旦入射した熱放射光を殆ど外に出さずに、かつ、殆ど減衰することなく光ファイバ２２０Ａ及び２２０Ｂに案内することができるので集光効率に優れている。ロッド２０を被測定体Ｘに近づけることによりセンサロッド２０は被測定体Ｘから放射光を受け取り、これを、フィルタ３０を介して検出器に案内する。
【００２０】
しかしながら、放射温度計を用いた従来の温度測定方法ではセンサロッド２０の端部２２は開放空間中に設けられており、被測定体Ｘが放射する熱放射光と迷光と呼ばれる所望の被測定体Ｘからの放射光以外の要素が同一空間に存在する状態で測定を行っていた。この状態での温度測定は、センサロッド２００の端部２２より入射する光には被測定体Ｘより放射される光と迷光とが存在し、迷光がノイズとなって測定精度を下げる原因となっていた。そこで、本発明者らは被測定体Ｘより放射される熱放射光のみ存在する空間を形成し、かかる空間内部にセンサロッド２０の端部２２を配置することで迷光を遮断し測定精度を上げることを考えた。
【００２１】
より詳細には、図２によく示されるように、光を遮蔽する機能を有する遮蔽部６０によって少なくとも被測定体Ｘの一部を含む空間７０を形成し、かかる空間７０内部にセンサロッド２０の端部２２が挿入されるように構成した。遮蔽部６０は、例えば、断面Ｕ字型の形状を有し、Ｕ字型の開口側を気密的に被測定体に接触させることで被測定体Ｘが存在する開放空間とは異なる雰囲気を形成し、迷光を遮断する。本実施例において、遮蔽部６０は断面Ｕ字形状であるが本発明の構成がこれに限定されることを意味するものではなく、その他の形状に適宜変更可能である。なお、遮蔽部６０は被測定体Ｘと同一部材より形成されることが好ましく、かかる被測定体が迷光を透過しやすい部材であるならば、その側面に遮蔽膜等を塗布し迷光を遮断する必要がある。遮蔽部６０を被測定体と同一材料より構成することで、別部材から放射される熱放射光によって測定精度を下げることを防止することができる。但し、遮蔽部６０の構造及び材料は上記に限定されず、迷光を遮断し得るのであればその他の構成を排除するものではない。例えば、図３に示すように、被測定体Ｘの内部にセンサロッド２０とほぼ同一な形状で端部２２が挿入可能な穴を形成し、かかる穴にセンサロッド２０を挿入し空間７０を形成する構成であっても良い。また、後述するように、これと同様の作用を奏するいかなる構成をも適用可能である。
【００２２】
従来では迷光にともなうノイズにより測定精度を下げる原因となっていたが、本実施例は遮光部６０で別雰囲気を形成し迷光を遮蔽することで開放空間にセンサロッド２０の端部２２を配置した場合よりも迷光の影響をなくすことができる。よって、被測定体の温度を精度よく測定することが可能となる。
【００２３】
更に、本発明者は放射温度計の測定誤差の原因を探るべく被処理体に使用される部材の放射特性を十分に吟味する必要があると考えた。そこで、本発明者は被処理体に使用される部材に関し、温度をパラメータとして波長に対する放射率を測定した。かかる測定結果より、ある特定の部材においては（例えば、石英や炭化シリコン）温度に関わらず波長に対する放射率がほぼ同一な値を示す箇所があり、また、同一な温度であっても波長によって放射率の値に大小が存在することを発見した。即ち、放射温度計を使用した温度測定の際、放射率の低い、即ち、放射エネルギーが少ない波長を有する熱放射光を使用することはノイズの存在が十分に考えられる。
【００２４】
そこで、本発明者はかかるノイズの少ない、即ち、放射率の高い波長を有する熱放射光を選択し、かかる放射光で温度測定を行えば精度の高い温度測定が可能であると考えた。そこで、本発明の放射温度計１０は温度測定に供する熱放射光を選択するためのフィルタ３０を有することを特徴としている。
【００２５】
フィルタ３０はセンサロッド２０と放射検出器４０の間に位置し、放射検出器４０へ導入される放射光を波長によって選択する選択部としての機能を有する。フィルタ３０は、例えば、ＮＤフィルタ等の波長フィルタであり当該周知のいかなる技術をも適用可能であり、ここでの詳細な説明は省略する。なお、フィルタ３０は放射検出器４０に導入される放射光を制限するに足りるもので、フィルタ３０を配置する位置はセンサロッド２０の端部２４と放射検出器４０の間に配置されることに限定されない。例えば、センサロッド２０の導波路中の任意の場所にあってもよい。
【００２６】
本実施例においてフィルタ３０は被測定体Ｘから放射される熱放射光の中から高放射率を示す波長領域を有する波長を選択するように設定される。図４乃至図６に例示的な被測定体Ｘの波長に対する放射率を示す。ここで、図４は、温度及び部材厚さをパラメータとしたときの石英の波長に対する放射率を示した図である。図５及び図６は、温度及び材料の厚さをパラメータとしたときのＳｉＣ（炭化シリコン）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）の波長に対する放射率を示した図である。なお、図４乃至図６は、理解の便宜のためにカラー図面として本出願に添付する。
【００２７】
例えば、図４を参照するに、石英は温度及び部材の厚みが変化しても波長に対する放射率はほぼ一様な値を示し、４．５乃至７．４μｍ又は９．０乃至１９．０μｍの波長領域の熱放射光は常に高放射率を示していることが容易に理解される。高放射率を示す波長領域は低放射率を示す波長より放射エネルギーが高く、ノイズの存在が少ない。かかる領域に存在する一の波長を選択しフィルタ３０を通過させることで、後述する放射検出器４０には高放射率及び低ノイズな放射光を通過させることが可能となる。なお、図５より、ＳｉＣは４．３乃至１０．５μｍ及び１２．５乃至２０．０μｍの波長領域において、高反射率を示している。更に、図６より、ＡｌＮは５．０乃至１１．０μｍ及び１７．０乃至２５．０μｍの波長領域において、高反射率を示している。ＳｉＣ及びＡｌＮにおいても、かかる領域において、一の波長を選択しフィルタ３０を通過させることで、後述する放射検出器４０には、高放射率かつ高放射率及び低ノイズな波長を通過させることが可能となる。
【００２８】
なお、本実施例では放射検出器４０に導入される波長を選択するためにフィルタ３０を使用しているが、本発明はこれに限定されるものでなく当該周知のいかなる技術を適用可能であることは言うまでもない。また、後述するようにフィルタ３０は複数使用する構成であっても良い。また、フィルタ３０が制限する波長領域を制御部５０で制御可能とした構成であってもよい。
【００２９】
放射検出器４０は、図示しない結像レンズ、Ｓｉホトセル、増幅回路を備え、結像レンズに入射した放射光を電圧、即ち、後述の放射強度Ｅ１（Ｔ）を表す電気信号に変換して制御部５０に送る。
【００３０】
制御部５０はＣＰＵ及びメモリを備えており、後述する放射強度Ｅ１（Ｔ）を基に被測定体Ｘの温度Ｔを算出する。より詳細には、センサロッド２０の端部２２から入射しフィルタ３０を介し放射検出器４０に伝達され、電気的な情報として制御部５０に送られる。センサロッド２１０により伝達された熱放射光の放射強度（又は輝度）はそれぞれ以下の数式２で示される。
【００３１】
【数２】
【００３２】
ここで、Ｅ１（Ｔ）は検出器２３０によって求められた温度Ｔにおける被測定体からの放射強度、ＥＢＢ（Ｔ）は温度Ｔにおける黒体の放射強度である。数式２は、プランクの式から導かれる。
【００３３】
【数３】
【００３４】
ここで、σはステファン―ボルツマン定数といい、σ＝５．６７×１０−８（Ｗ／ｍ２・Ｋ４）であり、数式３はステファン―ボルツマンの法則から導かれる。
【００３５】
制御部５０は、数式２のεにフィルタ２２０の透過波長に対応した放射率を、Ｅ１（Ｔ）に放射検出器４０より送られた電気信号に対応する放射強度を代入することで、放射強度ＥＢＢ（Ｔ）を求めることができる。よって、ＥＢＢ（Ｔ）を数式３に代入して温度Ｔを求めることができる。いずれにしろ制御部５０は被測定体Ｘの温度Ｔを得ることができる。
【００３６】
なお、上述した温度測定方法は上述の部材の温度計測のみに限定されるものではない。材料の放射特性を知り得るものであるならば全てに適用化のであることは言うまでもない。
【００３７】
なお、必要に応じて、放射温度計３０はセンサロッド２０とフィルタ３０の間に光ファイバを経由させても良い。光ファイバは任意の長さを有してよく、放射温度計１０の測定に際する自由度を持たせることができる。即ち、センサロッド２０と検出器４０間の距離がある程度の長さを有すると、いかなる場所にある被測定体Ｘに対してもフィルタ３０、放射検出器４０、制御部５０を移動することなくセンサロッド２０の移動のみで温度測定が容易に可能となる。更に、放射温度計１０の本体を被測定体Ｘから離間させることができるので被測定体Ｘからの温度の影響を受けて放射温度計１０の各部が変形する、及び、制御部５０の図示しない回路素子等を劣化させる等の弊害を防止してより高い測定精度を維持することができる。また、光ファイバは導光路に可撓性を持たせることができ、放射温度計１０の配置の自由度を更に増加させることができる。なお、上述した作用を奏するのであれば、光ファイバの配置場所はセンサロッド２０とフィルタ３０の間に限定されない。例えば、センサロッド２０を２のロッドに分割し、その間を接続するように光ファイバを配置しても良い。また、フィルタ３０と検出器４０の間を光ファイバで接続しても良い。かかる構成であっても、上述した光ファイバと同様の作用を奏することができる。
【００３８】
図７を参照するに、フィルタ３０及び放射検出器４０は複数設ける構成であっても良い。ここで、図７は、図１に示す放射温度計１０の別な例示的一態様を示す概略側面図である。放射温度計１０Ａは、複数のロッド構成されるセンサロッド２０Ａ（センサロッド２０ａ乃至センサロッド２０ｄ）と、複数のフィルタ３０Ａ（フィルタ３０ａ乃至フィルタ３０ｄ）と、複数の放射検出器４０Ａ（放射検出器４０ａ乃至放射検出器４０ｄ）から構成される。かかる構成は放射温度計１０と基本的に同一であり、重複する部分に関しては詳細な説明は省略する。
【００３９】
放射温度計１０Ａは、放射温度計１０と同様に、一の端部である複数のセンサロッド２０ａ乃至センサロッド２０ｄが束ねられたセンサロッド２０Ａの端部２２Ａを図示しない遮蔽空間に配置し、他方の端部２４Ａ（端部２４ａ乃至端部２４ｄ）をフィルタ３０Ａを介し放射検出器４０Ａに接続する。なお、センサロッド２０Ａに可塑性が必要とされるならば、一本の石英製ロッドに上述した光ファイバを接続し、複数の導光路を構成してもよい。また、フィルタ３０Ａを構成する複数のフィルタ３０ａ乃至フィルタ３０ｄは、放射検出器４０Ａへ導入される放射光を各フィルタ３０Ａにおいて各々異なる波長によって制限する機能を有する。但し、フィルタ３０ａ乃至フィルタ３０ｄは上述したように放射率の高い波長であってその中の任意の一の波長を各々選択し、フィルタ３０Ａを介し透過させる。これにより、放射検出器４０Ａには高放射率かつ低ノイズな熱放射光、例えば、図４乃至図６に基づく高放射率を有する複数の波長を通過させることが可能となる。かかる構成は波長の異なる放射光の数を増やし検出信号を複数にすることで、測定及びその他の誤差を制御部５０で平均化し放射温度計１０よりも精度よく温度測定することが可能となる。なお、放射検出器４０Ａと制御部５０の間に所定の回路を構成し、かかる回路において放射検出器４０Ａより送られる信号を平均化する構成であってもよい。
【００４０】
以下、本発明の別な例示的一態様としての熱処理装置１００について説明する。なお、各図において同一の参照符号は同一部材を表している。また、同一の参照番号に大文字のアルファベットを付したものはアルファベットのない参照番号の変形例であり、特に断らない限り、アルファベットのない参照番号は大文字のアルファベットを付した参照番号を総括するものとする。ここで、図８は、本発明の例示的一態様としての熱処理装置１００の概略断面図である。図８に示すように、熱処理装置１００は、処理室（プロセスチャンバー）１１０と、石英ウインドウ１２０と、加熱部１４０と、サポートリング１５０と、ベアリング１６０と、永久磁石１７０と、ガス導入部１８０と、排気部１９０と、放射温度計２００と、制御部３００とを有する。なお、図８に示すランプ１３０の構造は、後述する図面に比べて多少簡略化して描かれている点に留意されたい。
【００４１】
処理室１１０は、例えば、ステンレススチールやアルミニウム等により成形され、ウインドウ１２０と接続している。処理室１１０は、その円筒形の側壁１１２とウインドウ１２０とにより被処理体Ｗに熱処理を施すための処理空間を画定している。処理空間には、半導体ウェハなどの被処理体Ｗを載置するサポートリング１５０と、サポートリング１５０に接続された支持部１５２が配置されている。これらの部材は被処理体Ｗの回転機構において説明する。また、側壁１１２には、ガス導入部１８０及び排気部１９０が接続されている。処理空間は排気部１９０によって所定の減圧環境に維持される。被処理体Ｗを導入及び導出するためのゲートバルブは図８においては省略されている。
【００４２】
処理室１１０の底部１１４は冷却管１１６ａ及び１１６ｂ（以下、単に「１１６」という。）に接続されており冷却プレートとして機能する。必要があれば、冷却プレート１１４は温度制御機能を有してもよい。温度制御機構は、例えば、制御部３００と、温度センサと、ヒータとを有し、水道などの水源から冷却水を供給される。冷却水の代わりに他の種類の冷媒（アルコール、ガルデン、フロン等）を使用してもよい。温度センサは、ＰＴＣサーミスタ、赤外線センサ、熱電対など周知のセンサを使用することができる。ヒータは、例えば、冷却管１１６の周りに巻かれたヒータ線などとしてから構成される。ヒータ線に流れる電流の大きさを制御することによって冷却管１１６を流れる水温を調節することができる。
【００４３】
ウインドウ１２０は処理室１１０に気密的に取り付けられるとともに、後述するランプ１３０と被処理体Ｗの間に配置される。ウインドウ１２０はランプ１３０からの熱放射光を透過しかかる熱放射光を被処理体Ｗに照射可能にすると共に、処理室１１０内の減圧環境と大気との差圧を維持する。ウインドウ１２０は、半径約４００ｍｍ、厚さ約３０乃至４０ｍｍの円筒形石英プレートである。
【００４４】
なお、本実施例においてウインドウ１２０は石英より形成されたプレートを使用するが、例示的にプレートを透光性セラミックスより形成しても良い。透光性セラミックスは最大曲げ応力が石英と比較して大きく、例えばＡｌ２Ｏ３の最大曲げ応力σＭＡＸは５００ＭＰａであり石英の最大曲げ応力σＭＡＸの６８ＭＰａより大きい。よって、ウインドウ１２０のプレートを透光性セラミックスより形成することで、ウインドウ１２０の薄型化を可能とする。これにより、後述するランプ１３０からの被処理体Ｗへの照射効率を従来よりも向上することができるので高速昇温を低消費電力で達成することができる。また、透光性セラミックスのかかる長所は、ウインドウ１２０は従来のように処理室１１０から離れる方向に湾曲するドーム型に形成される必要がなく、平面形状に形成することを容易に可能とする。よって、ドーム型に形成される石英ウインドウは被処理体Ｗをランプから離間する距離を大きくするのでランプの指向性を悪化させ好ましくなかったが、ウインドウ１２０を透光性セラミックスより形成することでかかる問題を解決することも可能である。
【００４５】
また、ウインドウ１２０は、ウインドウ１２０の直下（図８におてい、処理空間を形成する面）に断面矩形のアルミニウム又はステンレススチール（ＳＵＳ）製の補強材（又は柱）を有してもよい。補強材は、例えば直線的に、複数形成されている。但し、補強材が直線的に形成されている場合、ランプ１３０は、補強材がランプ１３０の熱放射光を遮蔽することを妨げる為、直線的に配列されることが好ましく、補強材はランプの真下を避けるように配置される。しかし、補強材は曲げ等の形状を有してもよく、本実施例のランプ１３０のように同心円状に配置されランプ１３０の真下を避けるように曲げ加工が施されていてもよい。かかる補強材は、内部に冷却管（水冷管）を収納する構成でもよく、ウインドウ１２０の強度を更に高めることができる。
【００４６】
補強材は熱伝導率がよく、また、処理室と同様の材質で形成される。これにより、補強材が被処理体Ｗに対する汚染源にはならない。補強材によりウインドウ１２０のプレートの薄型化を可能にする。また、補強材の断面形状も矩形に限定されず波形等任意の形状を有することができる。また、補強材に冷却管を収納する構成の場合、冷却管は補強材とプレートの両方を冷却する機能を有する。冷却管はプレートを冷却し、ランプ光による熱変形を防止する効果を有する。また、補強材がアルミニウム製であれば２００乃至７００℃で溶けたり変形したりするので適当な温度制御が必要だからである。冷却管による温度制御は冷却管１１６と同様でもよいし、当業界で既知のいかなる方法をも適用することができる。
【００４７】
以下、図９乃至図１４を参照して、本発明の加熱部１４０を説明する。ここで、図９は、図８に示す加熱部１４０の概略底面図であり、図１０は、図８に示す加熱部１４０の一部を示す拡大断面図である。図１１は、図８に示すランプ加熱部１４０よりランプ１３０をはずしたときの図１０に対応する図である。図１２は、図１０に示すランプ１３０の概略断面図である。図１３は、図１０に示すリフレクタ１４１の概略断面図である。図１４は、図１３に示すリフレクタ１４１の概略底面図である。加熱部１４０はランプ１３０ａ及び１３０ｂと、リフレクタ１４１ａ及び１４１ｂと、ランプハウスとしてのランプ保持部１４５とを有し、被処理体Ｗを加熱する加熱装置の機能を有する。なお、図９乃至図１４に示す加熱部１４０は本発明を特徴的に表すため誇張して描かれている。以下、ランプ１３０はランプ１３０ａ及びランプ１３０ｂを総括するものとする。また、リフレクタ１４１はリフレクタ１４１ａ及びリフレクタ１４１ｂを総括するものとする。
【００４８】
図９及び図１０に示すように、本実施例において、加熱部１４０はランプ１３０及びリフレクタ１４１はほぼ円形の被処理体Ｗに対応させてほぼ同心円状にランプ保持部１４５に配置され、ランプ１３０及びリフレクタ１４１はランプ保持部１４５に対して各々着脱可能に構成される。また、ランプ１３０は被処理体Ｗの中心近傍に対応する位置に大口径のランプ１３０ａ及びランプ１３０ａに対応するリフレクタ１４１ａが、サポートリング１５０及び被処理体Ｗの端部近傍に対応する位置に小口径のランプ１３０ｂ及びランプ１３０ｂに対応するリフレクタ１４１ｂが配置される。なお、ランプ１３０の配置についてはランプ保持部１４５において詳細に説明する為、ここでの説明は省略する。
【００４９】
ランプ１３０は本実施例ではシングルエンド型であって、ランプ１３０は被処理体Ｗを加熱する機能を有する。但し、被処理体Ｗを加熱する機能は、電熱線ヒータ等その他のエネルギー源を使用してもよい。ここで、シングルエンド型とは、図１２に示すように、一の電極部１３２を有する種類のランプをいう。本実施例ではハロゲンランプであるが本発明のランプがこれに限定されるものではない。ランプ１３０の出力はランプドライバ３１０によって決定されるが、ランプドライバ３１０は後述するように制御部３００により制御され、それに応じた電力をランプ１３０に供給する。なお、本実施例において、ランプ１３０ｂのパワー密度はランプ１３０ａのパワー密度より大きくなるように制御部３００により電力が制御される。より詳細には、ランプ１３０ｂはランプ１３０ａの２乃至３倍のパワー密度を有する。
【００５０】
典型的に、ランプ１３０はほぼ円筒形状を有し、一の電極部１３２と、中間部１３４と、中間部１３４を介し電極部１３２に接続される発光部１３６とを含み、発光部１３６は中間部１３４を介し電極部１３２に接続するフィラメント１３７と反射部１３９とを有する。本実施例において、ランプ１３０はランプ保持部１４５の後述する溝１４６に内接する外周部分にねじ山（おねじ）１３１が形成される。なお、後述するように溝１４６にはランプ１３０のねじ山１３１と適合可能なねじ山１４９が形成されており、かかる構成においてランプ１３０はランプ保持部１４５より着脱可能に構成される。ねじ山１３１は、本実施例においては三角ねじであって、略三角形状のねじ山が形成される。なお、ねじ山１３１の形状はかかる形状に限定されるものではなく、四角ねじ又は台形ねじ等であってもよい。但し、ねじ山１３１はランプ１３０の例示的な形態を示したものでありランプ１３０の形状をこれに限定するものではない。
【００５１】
電極部１３２は一対の電極１３３を有し、当該電極１３３はランプ保持部１４５を介しランプドライバ３１０と電気的に接続する部分であって、フィラメント１３７ととも電気的に接続される。電極部１３２へ供給される電力はランプドライバ３１０によって決定され、ランプドライバ３１０は制御部３００によって制御される。
【００５２】
中間部１３４は電極部１３２と発光部１３６の間に位置し所定の長さを有する円筒であって、電極部１３２と発光部１３６の間を離間させる。中間部１３４は発光部１３６と一体、かつ、気密的に形成され、かかる内部にはハロゲン気体が封入される。但し、内部に封入される気体はハロゲンに限定されず、窒素又はアルゴン気体であっても良い。本実施形態において、中間部１３４はセラミックより形成されが、セラミックの他に金属材料、例えばアルミニウムやＳＵＳ（ステンレススチール）より形成されてもよい。中間部１３４は、かかる長さにおいて後述するランプ１３０の温度制御において好ましいという長所を有する。なお、中間部１３４は当該内部に位置するフィラメント１３７も発光するため、当然発光部１３６の一部である。しかし、本明細書では電極部１３２と発光部１３６（最も強く発光する部分）が所定距離離間しているため、かかる領域を中間部１３４と定義したに過ぎない事に理解されたい。
【００５３】
発光部１３６は当該ランプ１３０の発光部分であって、半球、楕円半球、円筒等の側面形状を有し、石英又はガラスによって形成される。なお、上述したように発光部１３６は中間部１３４と一体、かつ、気密的に形成され、かかる内部にもハロゲン気体が封入されている。発光部１３６は光源であるフィラメント１３７のコイル１３８部分と反射部１３９が配置されている。
【００５４】
コイル１３８はシングルコイル又はダブルコイル等の任意の形式を選択することが可能であって、その形状も、例えば複数のコイルを並列に配置する等の任意の形状を有することができる。
【００５５】
反射部１３９は被処理体Ｗから遠ざかる方向にフィラメント１３７のコイル１３８部分より射出されたランプ光を反射する機能を有し、コイル１３８を介し被処理体Ｗと対向する位置に設けられる。反射部１３９はランプ１３０の長手方向の軸心を頂点とするような形状、例えば、円錐又は半球形状を有する。より詳細には、反射部１３９は、後述するリフレクタ１４１の反射部１４２とランプ１３０のかかる反射部１３９とが形成する軌跡がドーム形状、例えば半球、半楕円球、又は円錐形状となるように形成される。ランプ１３０に反射部１３９を設けることで、後述するようにランプ１３０の中間部１３４方向へ向かう光を反射し、効率よく被処理体Ｗにランプ光を照射することができる。
【００５６】
なお、本実施例ではランプ保持部１４５の後述する溝１４６に適用可能なねじ山１３１が形成されるため、ランプ１３０は中間部１３６の強度、及び加工性を考慮して上述の部材より構成される。しかし、本発明のランプ１３０はかかる部材に限定されず、ランプ１３０の中間部１３４を発光部１３６と同様に石英等より形成される円筒部材より構成してもよい。但し、本実施例においてかかる構成にした場合、ランプ１３０にカバー材を設け当該カバーにおいてランプ保持部１４５に対するランプ１３０の強度、及びねじ山を形成するための加工性を得るものとしなければならない。なお、かかるカバー材は後述するランプ１３０の冷却を妨げないよう、熱伝導率の高い部材より選択されることが好ましい。
【００５７】
リフレクタ１４１はランプ１３０の発光部１３６を覆うようにランプ保持部１４５に設けられ、かかるランプ１３０のランプ光を被処理体Ｗに向けて反射する機能を有する。リフレクタ１４１は後述する溝１４６と同一の円筒形状を有し、かかる溝１４６と内接する側面にねじ山１４４（おねじ）が形成される。なお、後述するように溝１４６にはリフレクタ１４１のねじ山１４４と適合可能なねじ山１４９が形成されており、リフレクタ１４１はランプ保持部１４５より着脱可能に構成される。
【００５８】
リフレクタ１４１はランプ光を被処理体Ｗに向けて反射する反射部１４２を有し、ランプ１３０の発光部１３６をかかる反射部１４２に挿入するための開口１４３ａとランプ光が射出される開口１４３ｂが形成されている。かかる開口１４３ａはランプ１３０の発光部１３６と略同一形状を有し、ランプ１３０の発光部１３６を開口１４３ａに挿入可能にする。一方、開口１４３ｂは反射部１４２の開口と同一な形状を有し、発光部１３６のコイル１３８より射出された光及び反射部（ランプ１３０及びリフレクタ１４１を含む）によって反射された光を被処理体Ｗに照射するための開口である。なお、例示的に開口１４２ｂの近傍であってリフレクタ１４１の円筒の底面に、かかるリフレクタ１４１の取り外しを容易とするための非貫通孔又は突起等と有しても良い。
【００５９】
反射部１４２はランプ１３０の発光部１３６を覆うように、被処理体Ｗから遠ざかる方向に凸となるようなドーム形状を有する。かかるドーム形状はコイル１３８より射出される光が効率的に、より好ましくは一回の反射でリフレクタの開口１４３ｂ方向に向かうように、例えば半球形状に形成される。なお、リフレクタ１３９の形状は半球形状に限定されず、かかる作用を達成可能であるならばその他の形状を排除するものではない。例えば、リフレクタ１３９は半楕円球形状や円錐形状であってもよい。
【００６０】
なお、上述した開口１４３ａにより反射部１４２は完全なドーム形状を形成することが不可能である。しかし、上述したようにリフレクタ１４１の反射部１４２はランプ１３０の反射部１３９と協同し、ほぼ完全なドーム形状をした反射面を形成することが可能である。よって、かかる開口１４３ａはランプ１３０の反射をロスする要因とはなり得ないことに理解されたい。なお、ランプ１３０の反射部１３９はリフレクタ１４１の一部と解釈することも当然可能である。
【００６１】
反射部１４２は、例えばＡｌ（アルミニウム）より形成され、かかる反射部１４２のコイル１３８を覆っている側の表面は可視光線及び赤外線を含む光を効率よく反射する為の高反射率の膜がコーティングされている。かかるコーティングの塗布材料としてはＮｉ（ニッケル）、Ａｕ（金）、又はＲｈ（ロジウム）である。コーティングの方法としてはＡｌ材の上にＮｉ、Ａｕ、又はＡｌ材の上にＮｉ、Ａｕ、Ｒｈ、Ａｕを順じメッキ処理によりコーティングすることが可能である。
【００６２】
本実施形態において、リフレクタ１４１は反射部１４２及びランプ１３０の反射部１３９によりフィラメント１３７のコイル１３８より発せられる光を被処理体Ｗに向けて反射すると共に、ランプ１３０の指向性を高める機能を有する。より詳細には、リフレクタ１４１は、上述した反射部１４２とランプ１３０の反射部１３９のドーム形状によりフィラメント１３７のコイル１３８部分より放射された光を効率よく、好ましくは少なくとも一回以下の反射で被処理体Ｗに照射するとともに、ランプ光を被処理体Ｗに対し略垂直となる方向に集光する。即ち、ランプ１３０より放射される光はリフレクタ１３９の開口１４３ｂの接線方向の範囲内に集中する。即ち、本実施例のランプ１３０は、リフレクタ１３９での反射回数が少なくて済むためエネルギー損失が少ないまま被処理体Ｗに伝達され、指向性にも優れている。従来は光がリフレクタの多重反射に伴う反射損失により、ランプ光のエネルギーを低下させる問題があったが本実施例はそれを解決している。よって、ランプ１３０は、被処理体Ｗへの照射効率を従来よりも向上することができるので高速昇温を低消費電力で達成することができる。なお、リフレクタ１３９が有する曲率、及び、開口はランプ１３０に求める指向性により異なるものである。
【００６３】
図９乃至図１１を参照するに、ランプハウスとして機能するランプ保持部１４５は略直方体形状を有し、各ランプ１３０を収納する溝１４６と、当該溝１４６の間に位置する隔壁１４８とを有している。
【００６４】
溝１４６はランプ１３０を収納するランプ収納部としての機能を有し、ランプ１３０ａを収納する溝１４６ａと、ランプ１３０ｂを収納する溝１４６ｂより構成される。以下、溝１４６は溝１４６ａ、溝１４６ｂを総括するものとする。なお、溝１４６の詳細な形状については後述するものとし、以下溝１４６の配置について説明する。
【００６５】
図９によく示されるように、溝１４６ａはランプ保持部１４５の中心（図中、線Ｘと線Ｙの交差部分）、即ち被処理体Ｗの中心に対応する部分から半径方向に、サポートリング１５０の手前まで同心円を描くように形成される。より詳細には、溝１４６ａはランプ保持部１４５の中心、及び、当該中心部分から半径が第１の距離づつ大きく形成された複数の同心円の円周上に、溝１４６ａの中心が位置するように複数の溝１４６ａが形成される。かかる第１の距離は、ランプ１３０ａの放射分布の半値幅（ランプ１３０ａの光強度がピーク値と比較して半分の値になったときの放射分布の幅）の約０.５乃至１.５倍に設定されることが好ましい。本実施例において、ランプ１３０ａは開口１４３ｂからランプ光の放射方向に約４０ｍｍの点（本実施例における、ランプ１３０から被処理体Ｗまでの距離）において、半値幅約４０ｍｍを示す。しかしながら、かかる幅は使用するランプによって異なる値であって、本発明を限定するものではない。また、本実施例では、後述する冷却管１４９を発光部１３６側に有する為、第１の距離はランプ１３０ａの発光部１３６の直径より大きな値である５０ｍｍ（半値幅４０ｍｍ×１．２５）に設定されている。かかる同心円は後述する溝１４６ｂと重ならない程度の位置まで広げられるものとする。また、一の円上に形成される各溝１４６ａの間隔は第１の距離ごとに形成されることが好ましい。
【００６６】
一方、溝１４６ｂはサポートリング１５０と被処理体Ｗとが重なる部分、及び、その近傍に対応する位置に複数の同心円を描くように形成される。より詳細には、溝１４６ｂは被処理体Ｗと後述するサポートリング１５０の重なる領域であって、その略中心を示す第一の円Ｃ１、当該円Ｃ１より半径が第２の距離だけ大きい第２の円Ｃ２と、円Ｃ１より半径が第２の距離だけ小さい第３の円Ｃ３のそれぞれの円周上に位置するように配置される。第２の距離は、ランプ１３０ｂの放射分布の半値幅の約０.５乃至１.５倍に設定されることが好ましい。ランプ１３０ｂは開口１４３ｂからランプ光の放射方向に約４０ｍｍの点（本実施例における、ランプ１３０から被処理体Ｗまでの距離）において、半値幅約２０ｍｍを示す。しかしながら、かかる幅は使用するランプによって異なる値であって、本発明を限定するものではない。溝１４６ａと同様に、冷却管を発光部１３６側に有する為、第２の距離は２５ｍｍ（半値幅２０ｍｍ×１．２５）に設定されている。また、一の円上に形成される溝１４６ｂの間隔は第２の距離ごとに形成されることが好ましい。
【００６７】
本実施形態では、溝１４６ｂは３つの円Ｃ１、Ｃ２、及びＣ３上に形成されるが、かかる円（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３）の数は例示的である。溝１４６ｂは上述したように、サポートリング１５０及び被処理体Ｗの重なる部分、及び、その近傍をランプ１３０ｂが照射可能なように形成される。例えば、被処理体Ｗの端部が円Ｃ２より大きい場合は、円Ｃ２の外側に第２の距離だけ大きい半径を有する図示しない円上に溝１４６ｂが更に形成される。同様に、サポートリング１５０が円Ｃ３より小さい場合は、円Ｃ3の内側に第２の距離だけ小さい半径を有する図示しない円上に溝１４６ｂが更に形成される。
【００６８】
上述した構成において、ランプ保持部１４５は被処理体Ｗの中心近傍に対応する位置にランプ１３０ａを、被処理体Ｗとサポートリングの重なる部分及び当該部分の近傍をランプ１３０ｂに配置可能とする。かかる状態においてランプ１３０を照射すると、被処理体Ｗの中心部ではランプ１３０ａにより大きな照射面積を得ることができる。一方、被処理体Ｗの端部近傍ではランプ１３０ｂによりランプ１３０ａの照射面積よりも小さな照射面積を得ることができる。
【００６９】
本実施例では口径の小さなランプ１３０ｂをランプ１３０ａの周囲に配置することで、被処理体Ｗの端部及びサポートリング１５０が重なり合う部分、及び当該部分の近傍である狭い領域を、効率よく照射することが可能となる。また、上述したように、ランプ１３０ｂに投入されている電力はランプ１３０ａに投入されている電力より大きい。一のランプより照射される単位面積あたりのエネルギーはランプ１３０ｂの方が大きくなっている。
【００７０】
従来の熱処理装置のランプ配置では一の種類のランプしか使用されておらず、被処理体Ｗの中心部と端部でランプの照射面積を制御することは困難であった。被処理体Ｗとサポートリング１５０が重なり合う部分１５０、及び、当該部分の近傍はサポートリング１５０と被処理体Ｗの比熱が異なる。より詳細には、サポートリング１５０の比熱は被処理体Ｗの比熱より小さい。よって、かかる部分は中心部と比べて温度が上昇し難いといった問題を有していた。しかし、本実施例では、温度上昇のしにくい被処理体Ｗの端部である狭い領域を小口径のランプ１３０ｂで照射することでランプ光が漏れることなく効率よく加熱することができる。更に、ランプ１３０ｂのパワー密度をあげることで中心部との加熱むらを防止することができ、高品質な処理を行うことができる。また、比較的温度上昇のし易い中心付近に大口径のランプ１３０ａを使用することは、一のランプ１３０ａで広い照射面積を得ることができる。よって、中心付近のランプ１３０の数を減らすことができ、消費電力の低減を可能とする。本実施例では異なる口径のランプ１３０を使用し、かつ投入電力を変化させることで上述の問題を解決している。
【００７１】
なお、溝１４６の配置は同心円状に配置されることに限定されず、上述したような条件を満たしているのであればその他の配置状態でもよく、例えば、直線状や、渦巻状に配置されてもよい。また、本実施例ではリフレクタ１４１の反射部１４２の形状が円であるため、ランプ光の照射領域は円である。しかし、被処理体Ｗの中心部に照射面積の広いランプ、端部に照射面積が小さいランプを配置するといった概念から考えると、ランプ１３０は照射領域において限定を有するものではない。例えば、照射領域が三角形になるようにリフレクタ１４１の反射部１４２の形状を変化させても良い。ランプ光の照射領域の形状は三角形に限定されず、正方形、６角形のその他の多角形であってもよい。また、これと同様な作用を奏するいかなる照射方法をも適用することができる。
【００７２】
以下、溝１４６の形状について説明する。溝１４６はランプ１３０と同一な形状を有し、ランプ１３０の電極部１３２を収納する部分１４６ｃと、中間部１３４を収納する部分１４６ｄと、リフレクタ１４１を収納する部分１４６ｅからなる。部分１４６ｃは電極部１３２と、図８には図示されて図１０及び図１１には図示されないランプドライバ３１０とを接続すると共に、両者の間を封止する封止部１４６ｃとしても機能する。
【００７３】
溝１４６はランプ１３０及びリフレクタ１４１が内接する部分に各々ランプ１３０及びリフレクタ１４１に対応するねじ山（めねじ）１４７が形成されている。本実施例において、ねじ山１４７はランプ１３０と適合するような三角ねじであって、略三角のねじ山が形成される。なお、ねじ山の形状はかかる形状に限定されるものではなく、ランプ１３０及びリフレクタ１４１のねじ山１３１が四角ねじ又は台形ねじ等であるなら、溝１４６のねじ山１４４もそれに対応して形成される。なお、溝１４６はランプ１３０が熱膨張したときに、ランプ１３０と最適に一致するようにねじ山１４４が形成される。即ち、ランプ１３０が通常の形態（熱膨張していない状態）であるとき、溝１４６に形成されたねじ山１４７の外径、内径、及びねじ山のピッチは、ランプ１３０及びリフレクタ１４１のねじ山の外径、内径、及びねじ山のピッチより若干大きい寸法を有する。但し、かかる寸法の差はランプ１３０及びリフレクタ１４１の挿入及び溝１４６との係合を妨げない程度のものである。
【００７４】
上述した構成において、溝１４６とランプ１３０及びリフレクタ１４１はナットとボルトの関係である。即ち、ランプ保持部１４５はランプ１３０を回転しながら溝１４６に挿入し、その後リフレクタ１４１を回転しながら溝１４６に挿入することでねじ山が互いに係合し、ランプ１３０及びリフレクタ１４１を保持する。ランプ１３０及びリフレクタ１４１が通常の形態（熱膨張していない）であるとき、ランプ１３０及びリフレクタ１４１と溝１４６の対応するねじ山は重力方向の面において接触している。即ち、ランプ１３０及びリフレクタ１４１と溝１４６はねじ山において常に接触面積を確保している。
【００７５】
本発明において、かかる接触面積はランプ１３０及びリフレクタ１４１を保持するために必要であると同時に、以下の欠点を解決するものである。従来のランプ保持部の溝はランプと同様な円筒形を有しており、ランプの熱膨張を考慮してランプが膨張により最大となる時に溝とランプが一致するように形成されていた。即ち、従来ではランプが完全に膨張しきっていないときには、溝との接触面積が少なくランプを冷却するためにランプ保持部に配置されている冷却管の冷却効率を低下するという欠点を有したが、本実施例ではそれを解決している。
【００７６】
また、溝１４６のねじ山１４４はランプ１３０及びリフレクタ１４１のねじ山より若干大きく形成されているため、溝１４６とランプ１３０及びリフレクタ１４１には多少の空間を形成する。ランプ１３０が加熱され熱膨張しているとき、溝１４６とランプ１３０及びリフレクタ１４１は一致するように形成されており、かかる空間によりランプ１３０の膨張を可能とする。
【００７７】
かかる構成のランプ保持部１４５の溝１４６とランプ１３０及びリフレクタ１４１の関係は、更に以下に示すような長所を有する。上記のようにランプ１３０の投入電力をランプ１３０ａとランプ１３０ｂで変化させると、高出力ランプは低出力ランプよりも短命になる。これは、高出力ランプの方がランプ内部が高温となるためハロゲンサイクルが成立しなくなり、フィラメント１３７が細くなりランプ寿命を短くする等の要因によって生じるものである。即ち、ランプ１３０ｂはランプ１３０ａよりも短命になる。同様に、高出力ランプ用リフレクタは低出力ランプ用リフレクタよりも短命になる。これは、高出力ランプの方がランプ内部が高温となるため、リフレクタ１４１のＡｌ材コーティングの分子材料の中に高温になると下地金属と相互に拡散しあって合金を作る性質があり、かかる合金が反射率の低下を引き起こす。即ち、リフレクタ１４１ｂはリフレクタ１４１ａより短命となる。
【００７８】
従来のランプハウスは、寿命切れとなったランプハウス周辺のランプとリフレクタを交換するために、未だ使用可能なランプハウス中央のランプとリフレクタをも含めたランプハウスを一体的に交換しなければならなくなり、不経済であるという欠点を有していた。本実施例におけるランプ１３０及びリフレクタ１４１と溝１４６は、各々が外接する部分にねじ山を形成することで、各々任意にランプ保持部１４５より着脱ができる。よって使用不可能となったランプ又は／及びリフレクタだけの交換が可能であり、経済的に好ましいと長所を有する。また、ランプハウス全体を交換することは作業が煩雑であり、メンテナンス性を低下させるという欠点を有するが、本発明はかかる欠点を解決している。
【００７９】
なお、本実施例のランプ１３０及びリフレクタ１４１の形状は例示的であり、本発明のランプ１３０又は／及びリフレクタ１４１はランプ保持部１４５に対して各々単独で着脱可能であることに足りるものである。例えば、ランプ１３０は電極部１３２にのみねじ山を設けられてもよい。しかしながら、本実施形態のようにランプ１３０の全体にねじ山を施すことは、上述したように冷却効果をあげる上で好ましいという効果を有する。
【００８０】
また、図１５乃至図１６を参照するリフレクタ１４１はランプ保持部１４５に対してネジ等の接続部材を用いて接合されても良い。ここで、図１５は、図１３に示すリフレクタ１４１の変形例であるリフレクタ１４１ｃを示した概略側面図である。図１６は、図１５に示すリフレクタ１４１の概略定面図である。リフレクタ１４１ａは反射部１４２ａを有し、ランプ１３０の発光部１３６をかかる反射部１４２ａに挿入するための開口１４３ｃとランプ光が射出される開口１４３ｄが形成されている。リフレクタ１４１ａは開口１４３ｃ側を幅広に形成し、かかる幅広の部分にスルーホールを有し、かかるスルーホールを介しネジ等でランプ保持部１４５に取り付けられる。かかる構成であってもリフレクタ１４１を容易に取り外し可能であることが理解されるであろう。
【００８１】
隔壁１４８は図１０及び図１１に示すように、同心円上に整列する複数の隣接する溝１４６の間に配置されている。隔壁１４８には、隔壁１４８に沿って一対の冷却管（水冷管）１４８ａ及び１４８ｂが内接されている（なお、冷却管１４９は冷却管１４９ａ及び冷却管１４９ｂを総括するものとする）。より詳細には、冷却管１４９ａはランプ１３０の電極部１３２に対応する場所に位置し、冷却管１４９ｂはランプ１３０の発光部１３６及びリフレクタ１４１に対応する場所に位置する。
【００８２】
冷却管１４９は図示しない温度制御機構に接続される。温度制御機構は、例えば、制御部と、温度センサ又は温度計と、ヒータとを有し、水道などの水源から冷却水を供給される。冷却水の代わりに他の種類の冷媒（アルコール、ガルデン、フロン等）を使用してもよい。温度センサは、例えば、ＰＴＣサーミスタ、赤外線センサ、熱電対など周知のセンサを使用することができ、温度センサ又は温度計はランプ１３０の電極部１３２、及び発光部１３６又はリフレクタ１４１の壁面温度を測定する。ヒータは、例えば、冷却管１１６の周りに巻かれたヒータ線などとしてから構成される。ヒータ線に流れる電流の大きさを制御することによって冷却管１４９を流れる水温を調節することができる。
【００８３】
冷却管１４９ａは、電極１３３がモリブデンから構成される場合は、モリブデンの酸化による電極部１３３、及び封止部１４３ｃの破壊を防止するために電極部１３２の温度を３５０℃以下に維持する必要がある。また、冷却管１４９ｂは、中間部１３４及び発光部１３６がハロゲンサイクルを維持するように発光部１３４の温度を２５０乃至９００℃に維持する必要がある。ここで、ハロゲンサイクルとは、フィラメント１３７を構成するタングステンが蒸発しハロゲンガスと反応し、タングステン−ハロゲン化合物が生成され、ランプ１３０内を浮遊する。ランプ１３０が２５０乃至９００℃に維持された場合、タングステン−ハロゲン化合物はその状態を維持する。また、対流によって、タングステン−ハロゲン化合物がフィラメント１３７付近に運ばれると、高温のためにタングステンとハロゲンガスに分解される。その後、タングステンはフィラメント１３７に沈殿し、ハロゲンガスは再び同じ反応を繰り返すことである。なお、ランプ１３０は、一般に、９００℃を超えると失透（発光部１３４が白くなる現象）が発生し、２５０℃を下回ると黒化（タングステン−ハロゲン化合物がランプ１３０の内壁に付着し黒くなる現象）が発生する。更に、リフレクタ１４１は反射部１４２にコートされたコーティングの材料分子には高温になると下地金属と相互に拡散しあって合金を作る性質がある。これが反射部１４２の反射率の低下につながるため、リフレクタを所定の温度以下に維持する必要がある（例えば、Ｎｉメッキが施されている場合、３００℃以下が好ましい）。
【００８４】
本実施例では、冷却管１４９ａをハロゲンサイクルの範囲温度及びモリブデンの酸化防止の共通温度、好ましくは２５０乃至３５０℃、冷却管１４９ｂをハロゲンサイクルの範囲温度及びリフレクタ１４１のコーティング層の保護の共通温度、好ましくは２５０乃至３００℃に維持する。
【００８５】
本実施例では、ランプ１３０は失透及び黒化の発生を抑えることができる。また、電極１３３のモリブデンの酸化により電極部１３２及び封止部１４３ｃが破損することを防止する。また、リフレクタ１４１のコーティング層を保護し、反射率の低下を抑制する。従って、かかる冷却管１４９はランプ１３０及びリフレクタの寿命を長くするといった長所を有し、経済的に優れている。なお、溝１４６とランプ１３０及びリフレクタ１４１との接触面積は上述したように従来より大きく、冷却効率を十分に得ることが可能である。
【００８６】
なお、当該周知の空冷機構、例えばブロアによって強制的に発光部１３６及びリフレクタ１４１を冷却するような方法を使用しても良い。更に、例示的に、隔壁１４８に封止部１４３ｃ及びリフレクタ１４１を冷却可能な共通の冷却管を設けた冷却方法も考えられる。かかる構成においては、冷却管はモリブデンの酸化防止、ハロゲンサイクル範囲、及び反射部１４２のコーティング層の保護の為の共通な温度、例えば２５０乃至３００℃になるように冷却される。このような構成であっても、上述した冷却管１４９と同様な効果を得ることができる。
【００８７】
次に、図８、図１７を参照して放射温度計２００を説明する。ここで、図１７は放射温度計２００及びその近傍の処理室１１０の概略拡大断面図である。放射温度計２００は被処理体Ｗに関してランプ１３０と反対側に設けられている。但し、本発明は放射温度計２００がランプ１３０と同一の側に設けられる構造を排除するものではない。
【００８８】
放射温度計２００は処理室１１０の底部１１４に取り付けられている。底部１１４の処理室１１０内部を向く面１１４ａは金メッキなどが施されて反射板（高反射率面）として機能する。これは、面１１４ａを黒色などの低反射率面とすると被処理体Ｗの熱を吸収してランプ１３０の照射出力を不経済にも上げなければならなくなるためである。底部１１４は円筒形状の貫通孔１１５を有する。
【００８９】
放射温度計２００はセンサロッド２１０と、フィルタ２２０と、放射検出器２３０とを有し、かかる貫通孔１１５よりフィルタ２３０を介し放射検出器２２０に接続されたセンサロッド２１０を処理空間内に突出させている。センサロッド２１０は、処理室１１０の底部１１４に設けられた貫通孔１１５に挿通されてオーリング１９０によりシールされている。これにより、処理室１１０は貫通孔１１５に拘らずその内部の減圧環境を維持することができる。
【００９０】
本実施例の後述する温度測定方法では、チョッパ及び当該チョッパを回転駆動するためのモータ等を省略することが可能であり、必要最低限の比較的安価な構成を採用している。放射温度計２００は被処理体Ｗの温度を測定しかかる温度を制御部３００に送信することで、被処理体Ｗに所定の温度で熱処理を行うことを可能としている。なお、放射温度計２００は演算部を有してもよく、制御部３００又は演算部のどちらかを用いて放射温度計２００の制御を行うかは選択的である。かかる放射温度計２００は上述した本発明の一側面である放射温度計１０であって、重複する部分の説明は省略する。
【００９１】
センサロッド２１０は石英製ロッドより構成される。図１７を参照するに、センサロッド２１０は一の端部２１４をフィルタ２２０を介し放射検出器２３０へ接続し、他方の端部２１２を貫通孔１１５より突出させ被処理体Ｗの近傍に配置する。図１０によく示されるように、センサロッド２１０の端部２１２は、光を遮断するドーム形状の遮蔽部２１６より被処理体Ｗを含めた空間２１８を形成し、かかる空間２１８内部にセンサロッド２１０の端部２１２が配置されるように構成される。遮蔽部２１６は、例えば断面Ｕ字型の形状を有し、Ｕ字型の開口側を気密的に被測定体に接触させることで処理室１１０とは異なる雰囲気形成し、迷光を遮断する。
【００９２】
従来では迷光にともなうノイズにより測定精度を下げる原因となっていたが、本実施例は遮光部２１６で別雰囲気を形成し迷光を遮蔽することで処理室１１０の空間内に単にセンサロッド２１０を配置するよりも迷光の影響を下げることができる。よって、被測定体の温度を精度よく測定することが可能となり、生産性能の安定性及び再現性を高めることができ、高精度な熱処理及び当該熱処理を施した高品質なウェハを提供することが可能となる。また、センサロッド２１０は任意の可動機構を有してもよく、例えば必要な温度測定のときのみセンサロッド２１０を被処理体Ｗに接触させ温度測定し、温度測定をしないときには退避動作を可能にする構成であってもよい。かかる構成は、例えば後述するガス処理及び被処理体の回転に際して、センサロッド２１０が被処理体のガス処理及び被処理体の回転を妨げないようにすることができる。また、上述したように回転リング１５０内にセンサロッド２１０を設け、被処理体のガス処理及び回転を妨げないようにすることも可能である。
【００９３】
フィルタ２２０はセンサロッド２１０と放射検出器２３０の間に位置し、放射検出器２３０へ導入される放射光を波長によって制限する機能を有する。再び、図４を参照するに、石英基板は、４．５乃至７．４μｍ又は９．０乃至１９．０μｍの波長領域は高放射率を示していることが容易に理解される。かかる領域において、一の波長を選択しフィルタ２２０を介し透過させることで、後述する放射検出器２００には、高放射率かつ低ノイズである波長を通過させることが可能となる。なお、図５より、ＳｉＣ基板は４．３乃至１０．５μｍ及び１２．５乃至２０．０μｍの波長領域において、高反射率を示している。更に、図６より、ＡｌＮ基板は５．０乃至１１．０μｍ及び１７．０乃至２５．０μｍの波長領域において、高反射率を示している。ＳｉＣ基板及びＡｌＮ基板においても、かかる領域において、一の波長を選択しフィルタ２２０を介し透過させることで、後述する放射検出器２００には、高放射率かつ低ノイズである波長を通過させることが可能となる。
【００９４】
放射検出器２２０は、図示しない結像レンズ、Ｓｉホトセル、増幅回路を備え、結像レンズに入射した放射光を電圧、即ち、後述の放射強度Ｅ１（Ｔ）を表す電気信号に変換して制御部３００に送る。なお、放射検出器２２０は図示しない演算回路を備えても良く、放射検出器２２０にて温度を算出する構成としても良い。
【００９５】
なお、上述した温度測定方法は被処理体の温度計測のみに限定されるものではなく、例えば石英製のウインドウ１２０の温度測定に利用してもよい。また、適用可能な材料も上述の部材に限定されず、材料の放射特性を知り得るものであるならば全てに適用化のであることは言うまでもない。
【００９６】
以上、上述の実施形態では遮光部２１６を用いて迷光を遮蔽した測定空間２１８を形成したが、これらの形態は必要に応じて適宜変更することができる。例えば、図１８に示すような熱源を被処理体Ｗに対して下側に有する熱処理装置４００、例えば、成膜装置にも適用することができる。ここで、図１８は、本発明の別の温度測定の形態を示す熱処理装置４００の概略断面図である。熱処理装置４００は、処理室４１０と、載置台４２０と、ウインドウ４３０と、加熱部４４０と、シャワーヘッド４５０と、放射温度計４６０とを有し、被処理体Ｗに所定の処理、例えば成膜処理を行う。
【００９７】
図１８を参照するに、処理室４１０の内部には被処理体Ｗを載置する載置台４２０が配置される。本実施形態において、載置台４２０には後述する放射温度計４６０のセンサロッド４６２を挿入可能、かつ、測定空間として機能する領域４２２が形成されている。図１８及び図１９によく示されるように、領域４２２は被処理体Ｗが載置される側から載置台４２０の側面に向かって貫通した略Ｌ字形状の領域（開放空間）として形成されている。ここで、図１９は、図１８に示す熱処理装置４００の載置台４２０及びその近傍を示す拡大断面図である。但し、領域４２２の形状はかかる記載に限定されず、後述するような測定空間、並びに、放射温度計４６０のセンサロッド４６２を挿入可能な領域として形成されるに足りるものである。
【００９８】
処理室４１０の底部には気密的に接続された石英製のウインドウ４２０が接続され、かかるウインドウ４２０を介して加熱手段としての加熱部４４０が備えられる。加熱部４４０は複数のランプ４４２を有し、載置台４３０上に載置した被処理体Ｗを載置台４２０側から間接的に加熱可能に構成されている。また、処理室４１０上部にはシャワーヘッド４５０が配置されている。シャワーヘッド４５０は、例えば、ソースガスに接続された図示しない第１のシャワー室と酸素などからなる酸化ガスに接続された第２のシャワー室とを有する。シャワーヘッド４５０の第１のシャワー室ではソースガスを含む所定のガスが混合され、そして、第１のシャワー室で混合されたガスは図示しないノズルより処理室４１０内に吐出される。また、処理室４１０内は図示しない排気口より、例えば真空ポンプなどで真空排気され、所定の真空度とすることができる。
【００９９】
放射温度計４６０はセンサロッド４６２と、フィルタ４６４と、検出器４６６とを有し、上述した形態の放射温度計２００と同一の構成であり、重複する説明は省略する。本実施形態において、放射温度計４６０は処理室４１０の外部に位置し、センサロッド４６２のみを処理室４１０内の所定の位置に挿入している。より特定的には、処理室４１０内に挿入されたセンサロッド４６２は、上述した載置台４２０の空間４２２に側面方向から挿入されており、センサロッド４６２の先端４６２ａが被処理体Ｗから放射される熱放射光を入射可能な位置まで挿入されている。また、図１９によく示されるように、本実施形態のセンサロッド４６２はその軸方向に対し略直交する方向に位置する被処理体Ｗから放射される熱放射光を効率よく検出器に伝達するための工夫が施されている。例えば、センサロッド４６２は、その先端４６２ａの断面が法線方向に関し４５°に切断されている。
【０１００】
かかる構成において、領域４２２は被処理体Ｗと載置台４２０、及びセンサロッド４２０により確定された空間４２３を形成している。これはすなわち、本発明の迷光を遮蔽可能な測定空間に他ならず、上述した放射温度計１０と同様な作用を奏することは容易に理解されるであろう。即ち、かかる構成であっても、センサロッド４６２に入射する迷光の影響を低減することができる。よって、本発明の放射温度計４６２によれば、被処理体Ｗの温度を精度よく測定することが可能となり、生産性能の安定性及び再現性を高めることができ、高精度な熱処理及び当該熱処理を施した高品質なウェハを提供することが可能となる。
【０１０１】
なお、本実施形態の迷光を遮蔽した空間における温度測定を可能とする放射温度計は上述した放射温度計２００及び４６０に限定されず、当該周知のいかなる放射温度計を使用しても同様の作用を得ることができることは言うまでもない。しかしながら、本発明の放射温度計２００を使用することは、装置の簡略化に寄与することができる。また、説明のおいて、放射温度計２００及び４６０は一のみを使用する構成であったが、適宜その数を変更してもよい。かかる場合において、遮蔽部２１６及び載置台４２０に形成される領域４２２は放射温度計２００及び４６０の数に応じて変更されるであろう。
【０１０２】
制御部３００は内部にＣＰＵ及びメモリを備え、被処理体Ｗの温度Ｔを認識してランプドライバ３１０を制御することによってランプ１３０の出力をフィードバック制御する。また、制御部３００は、後述するように、モータドライバ３２０に所定のタイミングで駆動信号を送って被処理体Ｗの回転速度を制御する。また、上述したように、制御部３００は後述する放射強度Ｅ１（Ｔ）を基に被処理体Ｗの基板温度Ｔを算出する。なお、この演算は放射温度計２００内の図示しない演算部が行ってもよい。制御部３００は、数式２のεに既知の被測定体（被処理体Ｗ）のフィルタ２２０の透過波長に対応した放射率を代入することで、放射強度ＥＢＢ（Ｔ）を求めることができる。よって、ＥＢＢ（Ｔ）を数式３に代入して温度Ｔを求めることができる。いずれにしろ制御部３００は被処理体Ｗの温度Ｔを得ることができる。
【０１０３】
ガス導入部１８０は、例えば、図示しないガス源、流量調節バルブ、マスフローコントローラ、ガス供給ノズル及びこれらを接続するガス供給路を含み、熱処理に使用されるガスを処理室１１０に導入する。なお、本実施例ではガス導入部１８０は処理室１１０の側壁１１２に設けられて処理室１１０の側部から導入されているが、その位置は限定されず、例えば、シャワーヘッドとして構成されて処理室１１０の上部から処理ガスを導入してもよい。
【０１０４】
アニールであればガス源はＮ２、Ａｒなど、酸化処理であればＯ２、Ｈ２、Ｈ２Ｏ、ＮＯ２、窒化処理であればＮ２、ＮＨ３など、成膜処理であればＮＨ３、ＳｉＨ２Ｃｌ２やＳｉＨ４などを使用するが、処理ガスはこれらに限定されないことはいうまでもない。マスフローコントローラはガスの流量を制御し、例えば、ブリッジ回路、増幅回路、コンパレータ制御回路、流量調節バルブ等を有し、ガスの流れに伴う上流から下流への熱移動を検出することによって流量測定して流量調節バルブを制御する。ガス供給路は、例えば、シームレスパイプを使用したり、接続部に食い込み継ぎ手やメタルガスケット継ぎ手を使用したりして供給ガスへの配管からの不純物の混入が防止している。また、配管内部の汚れや腐食に起因するダストパーティクルを防止するために配管は耐食性材料から構成されるか、配管内部がＰＴＦＥ（テフロン）、ＰＦＡ、ポリイミド、ＰＢＩその他の絶縁材料により絶縁加工されたり、電解研磨処理がなされたり、更には、ダストパーティクル捕捉フィルタを備えたりしている。
【０１０５】
排気部１９０は、本実施例ではガス導入部１８０と略水平に設けられているが、その位置及び数は限定されない。排気部１９０には所望の排気ポンプ（ターボ分子ポンプ、スパッターイオンポンプ、ゲッターポンプ、ソープションポンプ、クライオポンプなど）が圧力調整バルブと共に接続される。なお、本実施例では処理室１１０は減圧環境に維持されるが、本発明は減圧環境を必ずしも必須の構成要素とするものではなく、例えば、１３３Ｐａ乃至大気圧の範囲で適用可能である。排気部１９０はヘリウムガスを次の熱処理前までに排気する機能も有する。
【０１０６】
図８に示すＲＴＰ装置１００の構成は、被処理体Ｗの上面をランプ１３０により加熱して被処理体Ｗの裏面に冷却プレートとしての底部１１４を設けている。このため、図８に示す構造は冷却速度は比較的速いが、放熱量が多くなるために急速昇温には比較的大きな電力が必要となる。これに対して冷却管１１６の冷却水の導入を加熱時に停止する方法も考えられるが歩留まりが下がるために好ましくはない。
【０１０７】
そこで、図２０乃至図２２に示すように、冷却プレートしての底部１１４は被処理体Ｗに対して可動に構成された底部１１４Ａに置換されてもよい。より好ましくは、放熱効率を高めるために、冷却時に熱伝導率の高いヘリウムガスを被処理体Ｗと底部１１４Ａとの間に流される。ここで、図２０は、被処理体Ｗに対して可動に構成された冷却プレートしての底部１１４Ａを説明するための概略断面図である。図２１は、図２０の構造において被処理体Ｗを加熱する際の被処理体Ｗと底部１１４Ａとの位置関係を説明するための概略断面図である。図２２は、図２０の構造において被処理体Ｗを冷却する際の被処理体Ｗと底部１１４Ａとの位置関係を説明するための概略断面図である。なお、図１８乃至図２０においては放射温度計２００と接続する制御部３００や冷却管１１６は省略されている。
【０１０８】
図２０に示すように、処理室１１０内の減圧環境を維持するベローズなどを有して制御部３００により動作制御される昇降機構１１７により底部１１４Ａは被処理体Ｗに対して昇降することができる。昇降機構１１７には当業界で周知のいかなる構造をも適用することができるので、ここでは詳しい説明は省略する。なお、本実施例と異なり、被処理体Ｗ又はサポートリング１５０を可動に構成してもよい。被処理体Ｗを加熱する際には、図２１に示すように、底部１１４Ａを被処理体Ｗから離間するように下降させると共にヘリウムガスの供給を停止する。このとき、被処理体Ｗと底部１１４との距離は、例えば、１０ｍｍである。底部１１４Ａと被処理体Ｗとの間隔が大きいので被処理体Ｗは底部１１４Ａの影響をあまり受けずに高速昇温が可能となる。図２１に示す底部１１４Ａの位置が、例えば、ホームポジションに設定される。
【０１０９】
被処理体Ｗを冷却する際には、図２２に示すように、底部１１４Ａを被処理体Ｗに近接するように上昇させると共にヘリウムガスの供給を開始する。底部１１４Ａと被処理体Ｗとの間隔が狭いので被処理体Ｗは底部１１４Ａの影響を高速冷却が可能となる。このとき、被処理体Ｗと底部１１４との距離は、例えば、１ｍｍである。図２２のヘリウムガスの導入例を図２３に示す。ここで、図２３は、図２０の実線領域Ｖの概略拡大断面図である。同図に示すように、底部１１４には無数の小さな孔１１５ａが設けられてヘリウムガスを案内する。ヘリウムガス供給管に接続されたバルブ４００を有するケース４１０が底部１１４に接続されている。
【０１１０】
本実施例は冷却プレート１１４Ａと被処理体Ｗとの相対的移動について説明したが、本発明は被処理体Ｗとランプ１３０との相対的移動にも適用することができる。
【０１１１】
以下、被処理体Ｗの回転機構について図８を参照して説明する。集積回路の各素子の電気的特性や製品の歩留まり等を高く維持するためには被処理体Ｗの表面全体に亘ってより均一に熱処理が行われることが要求される。被処理体Ｗ上の温度分布が不均一であれば、例えば、成膜処理における膜厚が不均一になったり、熱応力によりシリコン結晶中に滑りを発生したりするなど、ＲＴＰ装置１００は高品質の熱処理を提供することができない。被処理体Ｗ上の不均一な温度分布はランプ１３０の不均一な照度分布に起因する場合もあるし、ガス導入部１８０付近において導入される処理ガスが被処理体Ｗの表面から熱を奪うことに起因する場合もある。回転機構はウェハを回転させて被処理体Ｗがランプ１３０により均一に加熱されることを可能にする。
【０１１２】
被処理体Ｗの回転機構は、サポートリング１５０と、リング状の永久磁石１７０と、リング状のＳＵＳなどの磁性体１７２と、モータドライバ３２０と、モータ３３０とを有する。
【０１１３】
サポートリング１５０は、耐熱性に優れたセラミックス、例えば、ＳｉＣなどから構成された円形リング形状を有する。サポートリング１５０は被処理体Ｗの載置台として機能し、中空円部において断面Ｌ字状に周方向に沿ってリング状の切り欠きを有する。かかる切り欠き半径は被処理体Ｗの半径よりも小さく設計されているのでサポートリング１５０は切り欠きにおいて被処理体Ｗ（の裏面周縁部）を保持することができる。必要があれば、サポートリング１５０は被処理体Ｗを固定する静電チャックやクランプ機構などを有してもよい。サポートリング１５０は、被処理体Ｗの端部からの放熱による均熱の悪化を防止する。
【０１１４】
サポートリング１５０は、その端部において支持部１５２に接続されている。必要があれば、サポートリング１５０と支持部１５２との間には石英ガラスなどの断熱部材が挿入されて、後述する磁性体１７２などを熱的に保護する。本実施例の支持部１５２は中空円筒形状の不透明な石英リング部材として構成されている。ベアリング１６０は支持部１５２及び処理室１１０の内壁１１２に固定されており、処理室１１０内の減圧環境を維持したまま支持部１５２の回転を可能にする。支持部１５２の先端には磁性体１７２が設けられている。
【０１１５】
同心円的に配置されたリング状の永久磁石１７０と磁性体１７２は磁気結合されており、永久磁石１７０はモータ３３０により回転駆動される。モータ３３０はモータドライバ３２０により駆動され、モータドライバ３２０は制御部３００によって制御される。
【０１１６】
この結果、永久磁石１７０が回転すると磁気結合された磁性体１７２が支持部１５２と共に回転し、サポートリング１５０と被処理体Ｗが回転する。回転速度は、本実施例では例示的に９０ＲＰＭであるが、実際には、被処理体Ｗに均一な温度分布をもたらすように、かつ、処理室１１０内でのガスの乱流や被処理体Ｗ周辺の風切り効果をもたらさないように、被処理体Ｗの材質や大きさ、処理ガスの種類や温度などに応じて決定されることになるであろう。磁石１７０と磁性体１７２は磁気結合されていれば逆でもよいし両方とも磁石でもよい。
【０１１７】
次に、ＲＴＰ装置１００の動作について説明する。図示しないクラスターツールなどの搬送アームが被処理体Ｗを図示しないゲートバルブを介して処理室１１０に搬入する。被処理体Ｗを支持した搬送アームがサポートリング１５０の上部に到着すると、図示しないリフタピン昇降系がサポートリング１５０から（例えば、３本の）図示しないリフタピンを突出させて被処理体Ｗを支持する。この結果、被処理体Ｗの支持は、搬送アームからリフタピンに移行するので、搬送アームはゲートバルブより帰還させる。その後、ゲートバルブは閉口される。搬送アームはその後図示しないホームポジションに移動してもよい。
【０１１８】
一方、リフタピン昇降系は、その後、図示しないリフタピンをサポートリング１５０の中に戻し、これによって被処理体Ｗをサポートリング１５０の所定の位置に配置する。リフタピン昇降系は図示しないベローズを使用することができ、これにより昇降動作中に処理室１１０の減圧環境を維持すると共に処理室１０２内の雰囲気が外部に流出するのを防止する。
【０１１９】
その後、制御部３００はランプドライバ３１０を制御し、ランプ１３０を駆動するように命令する。これに応答して、ランプドライバ３１０は制御部３００を駆動し、ランプ１３０は被処理体Ｗを、例えば、約８００℃まで加熱する。本実施例の熱処理装置１００は、２種類のランプ１３０により被処理体を均一に加熱しているので所望の高速昇温を得ることができる。ランプ１３０から放射された熱線は石英ウインドウ１２０を介して処理空間にある被処理体Ｗの上面に照射されて被処理体Ｗを、例えば、８００℃へ２００℃／ｓの加熱速度で高速昇温する。装置１００が図２０に示す構造を使用すれば底部１１４Ａは、この時、図２１に示すようにホームポジションに配置される。特に、図２１に示す構造は被処理体Ｗが冷却プレートである底部１１４Ａから離間してその影響を受けにくいので効率的な高速昇温が可能である。加熱と同時又はその前後に、排気部１９０が処理室１１０の圧力を減圧環境に維持する。
【０１２０】
同時に、制御部３００はモータドライバ３２０を制御し、モータ３３０を駆動するように命令する。これに応答して、モータドライバ３２０はモータ３３０を駆動し、モータ３３０はリング状磁石１７０を回転させる。この結果、支持部１５２（又は１５２Ａ）が回転し、被処理体Ｗがサポートリング１５０と共に回転する。被処理体Ｗが回転するのでその面内の温度は熱処理期間中に均一に維持される。
【０１２１】
被処理体Ｗの温度は放射温度計２００により測定されて、制御部３００はその測定結果に基づいてランプドライバ３１０をフィードバック制御する。被処理体Ｗは回転しているためにその表面の温度分布は均一であることが期待されるが、必要があれば、放射温度計２００は、被処理体Ｗの温度を複数箇所（例えば、その中央と端部）測定することができ、放射温度計２００が被処理体Ｗ上の温度分布が不均一であると測定すれば、制御部３００は被処理体Ｗ上の特定の領域のランプ１３０の出力を変更するようにランプドライバ３１０に命令することもできる。
【０１２２】
放射温度計２００は、チョッパやＬＥＤ等を使用しない単純な構造であるため安価であると共に装置１００の小型化と経済性向上に資する。また、本発明の温度測定方法により放射率の高い波長を選択して検出するため温度測定精度が高い。被処理体Ｗは、熱処理においては高温環境下に長時間置かれると不純物が拡散して集積回路の電気的特性が悪化するため、高速昇温と高速冷却が必要でありそのために被処理体Ｗの温度管理が不可欠であるが、本実施例の実効放射率算出方法はかかる要請に応えるものである。この結果、ＲＴＰ装置１００は高品質の熱処理を提供することができる。
【０１２３】
次いで、図示しないガス導入部から流量制御された処理ガスが処理室１１０に導入される。所定の熱処理（例えば、１０秒間）が終了すると制御部３００はランプドライバ３１０を制御してランプ１３０の加熱を停止するように命令する。これに応答して、ランプドライバ３１０はランプ１３０の駆動を停止する。装置１００が図２０に示す構造を使用すれば制御部３００は昇降機構１１７を制御して、底部１１４Ａを図２２に示す冷却位置に移動する。また、好ましくは、熱伝導性の高いヘリウムガスが図２３に示すように被処理体Ｗと底部１１４Ａとの間に導入される。これにより、被処理体Ｗの冷却効率は高くなり比較的低消費電力で高速冷却を行うことができる。冷却速度は、例えば、２００℃／ｓである。
【０１２４】
熱処理後に被処理体Ｗは上述したのと逆の手順によりゲートバルブから処理室１１０の外へクラスターツールの搬送アームにより導出される。次いで、必要があれば、搬送アームは被処理体Ｗを次段の装置（成膜装置など）に搬送する。
【０１２５】
以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明はその要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【符号の説明】
【０１２６】
１０ 放射温度計
２０ センサロッド
３０ フィルタ
４０ 放射検出器
５０ 制御部
７０ 空間
６０ 遮蔽部
１００ 熱処理装置
１１０ 処理室
１２０ 石英ウインドウ
１３０ ランプ
１４０ 加熱部
１４５ ランプ保持部
１５０ サポートリング
１６０ ベアリング
１７０ 磁石
１８０ ガス導入部
１９０ 排気部
２００ 放射温度計
３００ 制御部
３１０ ランプドライバ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定体から放射される熱放射光によって当該被測定体の温度を非接触に被測定体の温度を測定する温度測定装置及び温度測定方法に関するものである。本発明は、例えば、単結晶基板、ガラス基板などの被処理体を加熱処理する熱処理装置の被処理体の温度を測定する温度測定装置及び方法に好適である。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体集積回路を製造するためには、半導体ウェハ等のシリコン基板に対して成膜処理、アニール処理、酸化拡散処理、スパッタ処理、エッチング処理、窒化処理等の各種の熱処理が複数回に亘って繰り返される。かかる技術において、被処理体の温度は処理の品質（例えば、成膜処理における膜厚など）に影響を与えるために正確に把握される必要がある。そこで、被処理体の温度を測定する温度測定装置が熱処理装置、例えば、熱ＣＶＤ装置、アニール装置等に設けられている。
【０００３】
温度測定装置は被測定体に対する温度の測定形式の違いから、典型的に、被測定体に直接接触させる接触式と被測定体から放射される熱線を計測する非接触式に大別される。熱伝対は廉価であるという理由からも接触式の温度測定装置として広く一般及び工業的に使用されている。しかし、熱伝対は被測定体に対して接触する必要があるため処理室内に設けられる必要があり、かかる処理室の汚染となりうるばかりでなく被処理体と接触させねばならないことから被処理体が熱電対を構成する金属によって汚染される恐れがある。しかし、接触式の熱伝対を被測定体から離間すれば、被処理体の正確な温度測定を行うことが不可能となる。また、熱伝対は処理空間内に存在し、処理ガスに触れ腐食し正確な温度測定をすることが出来ない等の理由から熱処理装置に適用することは困難であった。
【０００４】
そこで、非接触式の温度測定装置である放射温度計が従来から提案されている。放射温度計は被処理体の裏面から放射される赤外線強度を検出し、その放射強度を以下の数式１に示す式に則って被処理体の放射率εを求めて温度換算することによって被処理体の温度を算出する。
【０００５】
【数１】
【０００６】
ここで、ＥＢＢ（Ｔ）は温度Ｔの黒体からの放射強度、Ｅｍ（Ｔ）は温度Ｔの被処理体から測定された放射強度、εは被処理体の放射率である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、従来の放射温度計による温度測定では実際の被処理体の温度との誤差を含み、高品質な熱処理を行えないという問題があった。本発明者は、かかる問題の原因を鋭意検討した結果、放射温度計を使用した温度測定のこれらの誤差は迷光と呼ばれる測定に用いられる光以外の光、例えば加熱源からの放射光、が原因となっていることを発見した。特に、熱効率を高めるため被処理体周辺の部材の反射率を大きくしている枚葉式処理室では迷光による測定誤差の影響が大きい。しかし、この様な課題を解決する効果的な方法は存在せず、迷光による誤差を承知の上で温度放射計で温度を測定するしか方法がなかった。
【０００８】
そこで、このような課題を解決する新規かつ有用な温度測定方法及び装置、熱処理装置及び熱処理方法を提供することを本発明の概括的目的とする。
【０００９】
より特定的には、被処理体の温度を高精度に測定することができる温度測定方法及び装置、熱処理装置及び方法を提供することを本発明の例示的目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の例示的一態様としての温度測定方法は、被測定体から放射される熱放射光から、所定領域の波長を有する前記熱放射光を選択する工程と、前記選択工程において選択された前記所定領域の波長を有する前記熱放射光を用いて温度を算出する工程とを有する。かかる温度測定方法は、被処理体より放射される放射光の所定領域の波長を有する熱放射光を選択する工程を有することで、高放射率を示す波長領域、即ちノイズの少ない波長領域から波長を選択し、かかる波長を有する熱放射光で温度を算出することが可能となる。従って、従来より高精度な温度測定を行うことが出来る。かかる所定領域の波長は、被測定体の放射率の高い波長領域を選択することが好ましい。例えば、被測定体が石英である場合、所定の波長領域は４．５乃至７．４μｍ又は９．０乃至１９．０μｍであり、被測定体がＳｉＣである場合、所定の波長領域は４．３乃至１０．５μｍ又は１２．５乃至２０．０μｍであり、又、被測定体がＡｌＮである場合、所定の波長領域は５．０乃至１１．０μｍ及び１７．０乃至２５．０μｍである。
【００１１】
本発明の例示的一態様としての温度測定装置は、被測定体より放射される熱放射光を用いて温度を測定する温度測定装置であって、前記熱放射光の所定領域の波長を選択する選択部と、前記選択部によって選択された前記所定領域の波長を有する前記熱放射光を検出する検出器とを有する。かかる温度測定装置は選択部が所定領域の波長を有する熱放射光を選択し、当該熱放射光を検出することで温度が測定可能である。かかる温度測定装置は上記の温度測定方法を達成可能であり、精度の良い温度測定をすることが出来る。また、前記熱放射光を除く全ての光を遮蔽可能で少なくとも前記被測定体の一部から構成される測定空間にて温度測定を行う。かかる温度測定装置は、被測定体を含む測定空間におてい別雰囲気を形成しかつ迷光を遮蔽することが可能となり、開放空間において測定するよりも迷光の影響を下げることができる。
【００１２】
本発明の例示的一態様としての熱処理装置は、被処理体に所定の熱処理を行う処理室と、前記被処理体を加熱する加熱部と、前記被処理体の温度を測定する温度測定装置と、前記放射温度計により測定された前記被処理体の温度から前記加熱部の加熱力を制御する制御部とを有する熱処理装置であって、前記温度測定装置は、前記被処理体から放射される熱放射光の所定の波長領域に存在する波長を選択する選択部と、前記選択部によって選択された前記所定領域の波長を有する前記熱放射光を検出する検出器とを有する。かかる熱処理装置は上述の温度測定方法を達成可能な温度測定装置を有し、同様な作用を奏する。よって、被測定体の温度を精度よく測定することが可能となり、生産性能の安定性及び再現性を高めることができ、高精度な熱処理及び当該熱処理を施した高品質なウェハを提供することが可能となる。
【００１３】
本発明の例示的一態様としての熱処理方法は、被処理体を熱源により加熱する工程と、前記被処理体の温度を温度測定装置により測定する工程と、前記放射温度計により測定された前記被処理体の温度から前記熱源の加熱力を制御する工程とを有する熱処理方法であって、前記測定工程は、前記被測定体から放射される熱放射光から所定領域の波長を有する前期熱放射光を選択する工程と、前記選択工程において選択された前記所定領域の波長を有する前記熱放射光を用いて温度を算出する工程とを有する。かかる熱処理方法も、上述の温度測定方法と同様の作用を奏することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の例示的一態様である温度測定方法及び温度測定装置によれば、被測定体に対する測定精度を高めることが出来る。また、かかる温度測定方法及び温度測定装置を使用した熱処理装置及び熱処理方法は、被処理体の温度を高精度に測定することができるので高品質な熱処理の達成を容易にする。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の放射温度計を示す概略ブロック図である。
【図２】図１に示す放射温度計と被測定体の関係を示す概略断面図である。
【図３】図１に示す放射温度計と被測定体の別の関係を示す概略断面図である。
【図４】温度及び基板厚さをパラメータとした、石英基板の波長に対する放射率を示した図である。
【図５】温度及び材料の厚さをパラメータとしたときの、ＳｉＣ（炭化シリコン）基板の波長に対する放射率を示した図である。
【図６】温度及び材料の厚さをパラメータとしたときの、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）基板の波長に対する放射率を示した図である。
【図７】図１に示す放射温度計の別な例示的一態様を示す概略側面図である。
【図８】本発明の例示的一態様としての熱処理装置の概略断面図である。
【図９】図８に示す加熱部の概略底面図である。
【図１０】図８に示す加熱部の一部を示す拡大断面図である。
【図１１】図８に示すランプ加熱部よりランプをはずしたときの図１０に対応する図である。
【図１２】図１０に示すランプの概略断面図である。
【図１３】図１０に示すリフレクタの概略断面図である。
【図１４】図１３に示すリフレクタの概略底面図である。
【図１５】図１３に示すリフレクタの変形例であるリフレクタを示した概略側面図である。
【図１６】図１５に示すリフレクタの概略底面図である。
【図１７】図８に示す放射温度計及びその近傍の処理室の概略拡大断面図である。
【図１８】本発明の別の温度測定の形態を示す熱処理装置の概略断面図である。
【図１９】図１８に示す熱処理装置の載置台及びその近傍を示す拡大断面図である。
【図２０】図８に示す熱処理装置の冷却プレートしての底部の変形例を説明するための概略断面図である。
【図２１】図２０に示す構造において被処理体を加熱する際の被処理体と底部との位置関係を説明するための概略断面図である。
【図２２】図２０に示す構造において被処理体を冷却する際の被処理体と底部との位置関係を説明するための概略断面図である。
【図２３】図２２に示す実線領域Ｖの概略拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図１乃至図３を参照して、本発明の例示的一態様である温度測定装置である放射温度計１０について説明する。ここで、図１は、本発明の放射温度計１０を示す概略ブロック図である。図２は、図１に示す放射温度計１０と被測定体Ｘの関係を示す概略断面図である。図３は、図１に示す放射温度計１０と被測定体Ｘの別の関係を示す概略断面図である。なお、図２において、制御部５０は省略されている。
【００１７】
放射温度計１０は被測定体Ｘから放射される電磁波（熱放射光）を用いて温度を測定する測定系であり、センサロッド２０と、フィルタ３０と、放射検出器４０と、制御部５０とを有する。センサロッド２０はフィルタ３０を介し放射検出器４０に接続され、そして、かかる放射検出器４０は制御部５０と電気的に接続される。典型的に、放射温度計１０は被測定体Ｘより放射される熱放射光をセンサロッド２０に入射させ、かかる入射光を伝達し、フィルタ３０を介し放射検出器４０へ導入する。放射検出器４０は熱放射光の放射強度（輝度）を検出し制御部５０へ電気的な情報として送信し、かかる情報を基に制御部５０が処理し被測定体Ｘの温度を算出する。なお、本実施例の放射温度計１０では、チョッパ及び当該チョッパを回転駆動するためのモータ等を省略することが可能であり、必要最低限の比較的安価な構成を採用している。また、本発明の放射温度計１０が外部装置に組み込まれて使用されるのであれば、制御部５０はかかる外部装置の制御機構に置換されても良い。
【００１８】
センサロッド２０は熱放射光を検出器４０に伝える光学系であって、例えば、径４ｍｍの石英製ロッドから構成される。図２に示されるように、センサロッド２０は一の端部２４をフィルタ３０に接続し（又は、フィルタ３０を介し放射検出器４０に接続し）、他方の端部２２を被測定体Ｘの近傍に配置している。石英やサファイアは良好な耐熱性と良好な光学的特性を有するために使用されているが、センサロッド２０の材料がこれらに限定されないことはいうまでもない。
【００１９】
センサロッド２０は端部２２の先端より被測定体Ｘより放射される熱放射光を入射させセンサロッド２０中を伝達させることで、熱放射光をフィルタ３０へ伝達する（フィルタ３０を介し放射検出器４０へ伝達する）。なお、センサロッド２０は、その内部に一旦入射した熱放射光を殆ど外に出さずに、かつ、殆ど減衰することなく光ファイバ２２０Ａ及び２２０Ｂに案内することができるので集光効率に優れている。ロッド２０を被測定体Ｘに近づけることによりセンサロッド２０は被測定体Ｘから放射光を受け取り、これを、フィルタ３０を介して検出器に案内する。
【００２０】
しかしながら、放射温度計を用いた従来の温度測定方法ではセンサロッド２０の端部２２は開放空間中に設けられており、被測定体Ｘが放射する熱放射光と迷光と呼ばれる所望の被測定体Ｘからの放射光以外の要素が同一空間に存在する状態で測定を行っていた。この状態での温度測定は、センサロッド２００の端部２２より入射する光には被測定体Ｘより放射される光と迷光とが存在し、迷光がノイズとなって測定精度を下げる原因となっていた。そこで、本発明者らは被測定体Ｘより放射される熱放射光のみ存在する空間を形成し、かかる空間内部にセンサロッド２０の端部２２を配置することで迷光を遮断し測定精度を上げることを考えた。
【００２１】
より詳細には、図２によく示されるように、光を遮蔽する機能を有する遮蔽部６０によって少なくとも被測定体Ｘの一部を含む空間７０を形成し、かかる空間７０内部にセンサロッド２０の端部２２が挿入されるように構成した。遮蔽部６０は、例えば、断面Ｕ字型の形状を有し、Ｕ字型の開口側を気密的に被測定体に接触させることで被測定体Ｘが存在する開放空間とは異なる雰囲気を形成し、迷光を遮断する。本実施例において、遮蔽部６０は断面Ｕ字形状であるが本発明の構成がこれに限定されることを意味するものではなく、その他の形状に適宜変更可能である。なお、遮蔽部６０は被測定体Ｘと同一部材より形成されることが好ましく、かかる被測定体が迷光を透過しやすい部材であるならば、その側面に遮蔽膜等を塗布し迷光を遮断する必要がある。遮蔽部６０を被測定体と同一材料より構成することで、別部材から放射される熱放射光によって測定精度を下げることを防止することができる。但し、遮蔽部６０の構造及び材料は上記に限定されず、迷光を遮断し得るのであればその他の構成を排除するものではない。例えば、図３に示すように、被測定体Ｘの内部にセンサロッド２０とほぼ同一な形状で端部２２が挿入可能な穴を形成し、かかる穴にセンサロッド２０を挿入し空間７０を形成する構成であっても良い。また、後述するように、これと同様の作用を奏するいかなる構成をも適用可能である。
【００２２】
従来では迷光にともなうノイズにより測定精度を下げる原因となっていたが、本実施例は遮光部６０で別雰囲気を形成し迷光を遮蔽することで開放空間にセンサロッド２０の端部２２を配置した場合よりも迷光の影響をなくすことができる。よって、被測定体の温度を精度よく測定することが可能となる。
【００２３】
更に、本発明者は放射温度計の測定誤差の原因を探るべく被処理体に使用される部材の放射特性を十分に吟味する必要があると考えた。そこで、本発明者は被処理体に使用される部材に関し、温度をパラメータとして波長に対する放射率を測定した。かかる測定結果より、ある特定の部材においては（例えば、石英や炭化シリコン）温度に関わらず波長に対する放射率がほぼ同一な値を示す箇所があり、また、同一な温度であっても波長によって放射率の値に大小が存在することを発見した。即ち、放射温度計を使用した温度測定の際、放射率の低い、即ち、放射エネルギーが少ない波長を有する熱放射光を使用することはノイズの存在が十分に考えられる。
【００２４】
そこで、本発明者はかかるノイズの少ない、即ち、放射率の高い波長を有する熱放射光を選択し、かかる放射光で温度測定を行えば精度の高い温度測定が可能であると考えた。そこで、本発明の放射温度計１０は温度測定に供する熱放射光を選択するためのフィルタ３０を有することを特徴としている。
【００２５】
フィルタ３０はセンサロッド２０と放射検出器４０の間に位置し、放射検出器４０へ導入される放射光を波長によって選択する選択部としての機能を有する。フィルタ３０は、例えば、ＮＤフィルタ等の波長フィルタであり当該周知のいかなる技術をも適用可能であり、ここでの詳細な説明は省略する。なお、フィルタ３０は放射検出器４０に導入される放射光を制限するに足りるもので、フィルタ３０を配置する位置はセンサロッド２０の端部２４と放射検出器４０の間に配置されることに限定されない。例えば、センサロッド２０の導波路中の任意の場所にあってもよい。
【００２６】
本実施例においてフィルタ３０は被測定体Ｘから放射される熱放射光の中から高放射率を示す波長領域を有する波長を選択するように設定される。図４乃至図６に例示的な被測定体Ｘの波長に対する放射率を示す。ここで、図４は、温度及び部材厚さをパラメータとしたときの石英の波長に対する放射率を示した図である。図５及び図６は、温度及び材料の厚さをパラメータとしたときのＳｉＣ（炭化シリコン）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）の波長に対する放射率を示した図である。なお、図４乃至図６は、理解の便宜のためにカラー図面として本出願に添付する。
【００２７】
例えば、図４を参照するに、石英は温度及び部材の厚みが変化しても波長に対する放射率はほぼ一様な値を示し、４．５乃至７．４μｍ又は９．０乃至１９．０μｍの波長領域の熱放射光は常に高放射率を示していることが容易に理解される。高放射率を示す波長領域は低放射率を示す波長より放射エネルギーが高く、ノイズの存在が少ない。かかる領域に存在する一の波長を選択しフィルタ３０を通過させることで、後述する放射検出器４０には高放射率及び低ノイズな放射光を通過させることが可能となる。なお、図５より、ＳｉＣは４．３乃至１０．５μｍ及び１２．５乃至２０．０μｍの波長領域において、高反射率を示している。更に、図６より、ＡｌＮは５．０乃至１１．０μｍ及び１７．０乃至２５．０μｍの波長領域において、高反射率を示している。ＳｉＣ及びＡｌＮにおいても、かかる領域において、一の波長を選択しフィルタ３０を通過させることで、後述する放射検出器４０には、高放射率かつ高放射率及び低ノイズな波長を通過させることが可能となる。
【００２８】
なお、本実施例では放射検出器４０に導入される波長を選択するためにフィルタ３０を使用しているが、本発明はこれに限定されるものでなく当該周知のいかなる技術を適用可能であることは言うまでもない。また、後述するようにフィルタ３０は複数使用する構成であっても良い。また、フィルタ３０が制限する波長領域を制御部５０で制御可能とした構成であってもよい。
【００２９】
放射検出器４０は、図示しない結像レンズ、Ｓｉホトセル、増幅回路を備え、結像レンズに入射した放射光を電圧、即ち、後述の放射強度Ｅ１（Ｔ）を表す電気信号に変換して制御部５０に送る。
【００３０】
制御部５０はＣＰＵ及びメモリを備えており、後述する放射強度Ｅ１（Ｔ）を基に被測定体Ｘの温度Ｔを算出する。より詳細には、センサロッド２０の端部２２から入射しフィルタ３０を介し放射検出器４０に伝達され、電気的な情報として制御部５０に送られる。センサロッド２１０により伝達された熱放射光の放射強度（又は輝度）はそれぞれ以下の数式２で示される。
【００３１】
【数２】
【００３２】
ここで、Ｅ１（Ｔ）は検出器２３０によって求められた温度Ｔにおける被測定体からの放射強度、ＥＢＢ（Ｔ）は温度Ｔにおける黒体の放射強度である。数式２は、プランクの式から導かれる。
【００３３】
【数３】
【００３４】
ここで、σはステファン―ボルツマン定数といい、σ＝５．６７×１０−８（Ｗ／ｍ２・Ｋ４）であり、数式３はステファン―ボルツマンの法則から導かれる。
【００３５】
制御部５０は、数式２のεにフィルタ２２０の透過波長に対応した放射率を、Ｅ１（Ｔ）に放射検出器４０より送られた電気信号に対応する放射強度を代入することで、放射強度ＥＢＢ（Ｔ）を求めることができる。よって、ＥＢＢ（Ｔ）を数式３に代入して温度Ｔを求めることができる。いずれにしろ制御部５０は被測定体Ｘの温度Ｔを得ることができる。
【００３６】
なお、上述した温度測定方法は上述の部材の温度計測のみに限定されるものではない。材料の放射特性を知り得るものであるならば全てに適用化のであることは言うまでもない。
【００３７】
なお、必要に応じて、放射温度計３０はセンサロッド２０とフィルタ３０の間に光ファイバを経由させても良い。光ファイバは任意の長さを有してよく、放射温度計１０の測定に際する自由度を持たせることができる。即ち、センサロッド２０と検出器４０間の距離がある程度の長さを有すると、いかなる場所にある被測定体Ｘに対してもフィルタ３０、放射検出器４０、制御部５０を移動することなくセンサロッド２０の移動のみで温度測定が容易に可能となる。更に、放射温度計１０の本体を被測定体Ｘから離間させることができるので被測定体Ｘからの温度の影響を受けて放射温度計１０の各部が変形する、及び、制御部５０の図示しない回路素子等を劣化させる等の弊害を防止してより高い測定精度を維持することができる。また、光ファイバは導光路に可撓性を持たせることができ、放射温度計１０の配置の自由度を更に増加させることができる。なお、上述した作用を奏するのであれば、光ファイバの配置場所はセンサロッド２０とフィルタ３０の間に限定されない。例えば、センサロッド２０を２のロッドに分割し、その間を接続するように光ファイバを配置しても良い。また、フィルタ３０と検出器４０の間を光ファイバで接続しても良い。かかる構成であっても、上述した光ファイバと同様の作用を奏することができる。
【００３８】
図７を参照するに、フィルタ３０及び放射検出器４０は複数設ける構成であっても良い。ここで、図７は、図１に示す放射温度計１０の別な例示的一態様を示す概略側面図である。放射温度計１０Ａは、複数のロッド構成されるセンサロッド２０Ａ（センサロッド２０ａ乃至センサロッド２０ｄ）と、複数のフィルタ３０Ａ（フィルタ３０ａ乃至フィルタ３０ｄ）と、複数の放射検出器４０Ａ（放射検出器４０ａ乃至放射検出器４０ｄ）から構成される。かかる構成は放射温度計１０と基本的に同一であり、重複する部分に関しては詳細な説明は省略する。
【００３９】
放射温度計１０Ａは、放射温度計１０と同様に、一の端部である複数のセンサロッド２０ａ乃至センサロッド２０ｄが束ねられたセンサロッド２０Ａの端部２２Ａを図示しない遮蔽空間に配置し、他方の端部２４Ａ（端部２４ａ乃至端部２４ｄ）をフィルタ３０Ａを介し放射検出器４０Ａに接続する。なお、センサロッド２０Ａに可塑性が必要とされるならば、一本の石英製ロッドに上述した光ファイバを接続し、複数の導光路を構成してもよい。また、フィルタ３０Ａを構成する複数のフィルタ３０ａ乃至フィルタ３０ｄは、放射検出器４０Ａへ導入される放射光を各フィルタ３０Ａにおいて各々異なる波長によって制限する機能を有する。但し、フィルタ３０ａ乃至フィルタ３０ｄは上述したように放射率の高い波長であってその中の任意の一の波長を各々選択し、フィルタ３０Ａを介し透過させる。これにより、放射検出器４０Ａには高放射率かつ低ノイズな熱放射光、例えば、図４乃至図６に基づく高放射率を有する複数の波長を通過させることが可能となる。かかる構成は波長の異なる放射光の数を増やし検出信号を複数にすることで、測定及びその他の誤差を制御部５０で平均化し放射温度計１０よりも精度よく温度測定することが可能となる。なお、放射検出器４０Ａと制御部５０の間に所定の回路を構成し、かかる回路において放射検出器４０Ａより送られる信号を平均化する構成であってもよい。
【００４０】
以下、本発明の別な例示的一態様としての熱処理装置１００について説明する。なお、各図において同一の参照符号は同一部材を表している。また、同一の参照番号に大文字のアルファベットを付したものはアルファベットのない参照番号の変形例であり、特に断らない限り、アルファベットのない参照番号は大文字のアルファベットを付した参照番号を総括するものとする。ここで、図８は、本発明の例示的一態様としての熱処理装置１００の概略断面図である。図８に示すように、熱処理装置１００は、処理室（プロセスチャンバー）１１０と、石英ウインドウ１２０と、加熱部１４０と、サポートリング１５０と、ベアリング１６０と、永久磁石１７０と、ガス導入部１８０と、排気部１９０と、放射温度計２００と、制御部３００とを有する。なお、図８に示すランプ１３０の構造は、後述する図面に比べて多少簡略化して描かれている点に留意されたい。
【００４１】
処理室１１０は、例えば、ステンレススチールやアルミニウム等により成形され、ウインドウ１２０と接続している。処理室１１０は、その円筒形の側壁１１２とウインドウ１２０とにより被処理体Ｗに熱処理を施すための処理空間を画定している。処理空間には、半導体ウェハなどの被処理体Ｗを載置するサポートリング１５０と、サポートリング１５０に接続された支持部１５２が配置されている。これらの部材は被処理体Ｗの回転機構において説明する。また、側壁１１２には、ガス導入部１８０及び排気部１９０が接続されている。処理空間は排気部１９０によって所定の減圧環境に維持される。被処理体Ｗを導入及び導出するためのゲートバルブは図８においては省略されている。
【００４２】
処理室１１０の底部１１４は冷却管１１６ａ及び１１６ｂ（以下、単に「１１６」という。）に接続されており冷却プレートとして機能する。必要があれば、冷却プレート１１４は温度制御機能を有してもよい。温度制御機構は、例えば、制御部３００と、温度センサと、ヒータとを有し、水道などの水源から冷却水を供給される。冷却水の代わりに他の種類の冷媒（アルコール、ガルデン、フロン等）を使用してもよい。温度センサは、ＰＴＣサーミスタ、赤外線センサ、熱電対など周知のセンサを使用することができる。ヒータは、例えば、冷却管１１６の周りに巻かれたヒータ線などとしてから構成される。ヒータ線に流れる電流の大きさを制御することによって冷却管１１６を流れる水温を調節することができる。
【００４３】
ウインドウ１２０は処理室１１０に気密的に取り付けられるとともに、後述するランプ１３０と被処理体Ｗの間に配置される。ウインドウ１２０はランプ１３０からの熱放射光を透過しかかる熱放射光を被処理体Ｗに照射可能にすると共に、処理室１１０内の減圧環境と大気との差圧を維持する。ウインドウ１２０は、半径約４００ｍｍ、厚さ約３０乃至４０ｍｍの円筒形石英プレートである。
【００４４】
なお、本実施例においてウインドウ１２０は石英より形成されたプレートを使用するが、例示的にプレートを透光性セラミックスより形成しても良い。透光性セラミックスは最大曲げ応力が石英と比較して大きく、例えばＡｌ２Ｏ３の最大曲げ応力σＭＡＸは５００ＭＰａであり石英の最大曲げ応力σＭＡＸの６８ＭＰａより大きい。よって、ウインドウ１２０のプレートを透光性セラミックスより形成することで、ウインドウ１２０の薄型化を可能とする。これにより、後述するランプ１３０からの被処理体Ｗへの照射効率を従来よりも向上することができるので高速昇温を低消費電力で達成することができる。また、透光性セラミックスのかかる長所は、ウインドウ１２０は従来のように処理室１１０から離れる方向に湾曲するドーム型に形成される必要がなく、平面形状に形成することを容易に可能とする。よって、ドーム型に形成される石英ウインドウは被処理体Ｗをランプから離間する距離を大きくするのでランプの指向性を悪化させ好ましくなかったが、ウインドウ１２０を透光性セラミックスより形成することでかかる問題を解決することも可能である。
【００４５】
また、ウインドウ１２０は、ウインドウ１２０の直下（図８におてい、処理空間を形成する面）に断面矩形のアルミニウム又はステンレススチール（ＳＵＳ）製の補強材（又は柱）を有してもよい。補強材は、例えば直線的に、複数形成されている。但し、補強材が直線的に形成されている場合、ランプ１３０は、補強材がランプ１３０の熱放射光を遮蔽することを妨げる為、直線的に配列されることが好ましく、補強材はランプの真下を避けるように配置される。しかし、補強材は曲げ等の形状を有してもよく、本実施例のランプ１３０のように同心円状に配置されランプ１３０の真下を避けるように曲げ加工が施されていてもよい。かかる補強材は、内部に冷却管（水冷管）を収納する構成でもよく、ウインドウ１２０の強度を更に高めることができる。
【００４６】
補強材は熱伝導率がよく、また、処理室と同様の材質で形成される。これにより、補強材が被処理体Ｗに対する汚染源にはならない。補強材によりウインドウ１２０のプレートの薄型化を可能にする。また、補強材の断面形状も矩形に限定されず波形等任意の形状を有することができる。また、補強材に冷却管を収納する構成の場合、冷却管は補強材とプレートの両方を冷却する機能を有する。冷却管はプレートを冷却し、ランプ光による熱変形を防止する効果を有する。また、補強材がアルミニウム製であれば２００乃至７００℃で溶けたり変形したりするので適当な温度制御が必要だからである。冷却管による温度制御は冷却管１１６と同様でもよいし、当業界で既知のいかなる方法をも適用することができる。
【００４７】
以下、図９乃至図１４を参照して、本発明の加熱部１４０を説明する。ここで、図９は、図８に示す加熱部１４０の概略底面図であり、図１０は、図８に示す加熱部１４０の一部を示す拡大断面図である。図１１は、図８に示すランプ加熱部１４０よりランプ１３０をはずしたときの図１０に対応する図である。図１２は、図１０に示すランプ１３０の概略断面図である。図１３は、図１０に示すリフレクタ１４１の概略断面図である。図１４は、図１３に示すリフレクタ１４１の概略底面図である。加熱部１４０はランプ１３０ａ及び１３０ｂと、リフレクタ１４１ａ及び１４１ｂと、ランプハウスとしてのランプ保持部１４５とを有し、被処理体Ｗを加熱する加熱装置の機能を有する。なお、図９乃至図１４に示す加熱部１４０は本発明を特徴的に表すため誇張して描かれている。以下、ランプ１３０はランプ１３０ａ及びランプ１３０ｂを総括するものとする。また、リフレクタ１４１はリフレクタ１４１ａ及びリフレクタ１４１ｂを総括するものとする。
【００４８】
図９及び図１０に示すように、本実施例において、加熱部１４０はランプ１３０及びリフレクタ１４１はほぼ円形の被処理体Ｗに対応させてほぼ同心円状にランプ保持部１４５に配置され、ランプ１３０及びリフレクタ１４１はランプ保持部１４５に対して各々着脱可能に構成される。また、ランプ１３０は被処理体Ｗの中心近傍に対応する位置に大口径のランプ１３０ａ及びランプ１３０ａに対応するリフレクタ１４１ａが、サポートリング１５０及び被処理体Ｗの端部近傍に対応する位置に小口径のランプ１３０ｂ及びランプ１３０ｂに対応するリフレクタ１４１ｂが配置される。なお、ランプ１３０の配置についてはランプ保持部１４５において詳細に説明する為、ここでの説明は省略する。
【００４９】
ランプ１３０は本実施例ではシングルエンド型であって、ランプ１３０は被処理体Ｗを加熱する機能を有する。但し、被処理体Ｗを加熱する機能は、電熱線ヒータ等その他のエネルギー源を使用してもよい。ここで、シングルエンド型とは、図１２に示すように、一の電極部１３２を有する種類のランプをいう。本実施例ではハロゲンランプであるが本発明のランプがこれに限定されるものではない。ランプ１３０の出力はランプドライバ３１０によって決定されるが、ランプドライバ３１０は後述するように制御部３００により制御され、それに応じた電力をランプ１３０に供給する。なお、本実施例において、ランプ１３０ｂのパワー密度はランプ１３０ａのパワー密度より大きくなるように制御部３００により電力が制御される。より詳細には、ランプ１３０ｂはランプ１３０ａの２乃至３倍のパワー密度を有する。
【００５０】
典型的に、ランプ１３０はほぼ円筒形状を有し、一の電極部１３２と、中間部１３４と、中間部１３４を介し電極部１３２に接続される発光部１３６とを含み、発光部１３６は中間部１３４を介し電極部１３２に接続するフィラメント１３７と反射部１３９とを有する。本実施例において、ランプ１３０はランプ保持部１４５の後述する溝１４６に内接する外周部分にねじ山（おねじ）１３１が形成される。なお、後述するように溝１４６にはランプ１３０のねじ山１３１と適合可能なねじ山１４９が形成されており、かかる構成においてランプ１３０はランプ保持部１４５より着脱可能に構成される。ねじ山１３１は、本実施例においては三角ねじであって、略三角形状のねじ山が形成される。なお、ねじ山１３１の形状はかかる形状に限定されるものではなく、四角ねじ又は台形ねじ等であってもよい。但し、ねじ山１３１はランプ１３０の例示的な形態を示したものでありランプ１３０の形状をこれに限定するものではない。
【００５１】
電極部１３２は一対の電極１３３を有し、当該電極１３３はランプ保持部１４５を介しランプドライバ３１０と電気的に接続する部分であって、フィラメント１３７ととも電気的に接続される。電極部１３２へ供給される電力はランプドライバ３１０によって決定され、ランプドライバ３１０は制御部３００によって制御される。
【００５２】
中間部１３４は電極部１３２と発光部１３６の間に位置し所定の長さを有する円筒であって、電極部１３２と発光部１３６の間を離間させる。中間部１３４は発光部１３６と一体、かつ、気密的に形成され、かかる内部にはハロゲン気体が封入される。但し、内部に封入される気体はハロゲンに限定されず、窒素又はアルゴン気体であっても良い。本実施形態において、中間部１３４はセラミックより形成されが、セラミックの他に金属材料、例えばアルミニウムやＳＵＳ（ステンレススチール）より形成されてもよい。中間部１３４は、かかる長さにおいて後述するランプ１３０の温度制御において好ましいという長所を有する。なお、中間部１３４は当該内部に位置するフィラメント１３７も発光するため、当然発光部１３６の一部である。しかし、本明細書では電極部１３２と発光部１３６（最も強く発光する部分）が所定距離離間しているため、かかる領域を中間部１３４と定義したに過ぎない事に理解されたい。
【００５３】
発光部１３６は当該ランプ１３０の発光部分であって、半球、楕円半球、円筒等の側面形状を有し、石英又はガラスによって形成される。なお、上述したように発光部１３６は中間部１３４と一体、かつ、気密的に形成され、かかる内部にもハロゲン気体が封入されている。発光部１３６は光源であるフィラメント１３７のコイル１３８部分と反射部１３９が配置されている。
【００５４】
コイル１３８はシングルコイル又はダブルコイル等の任意の形式を選択することが可能であって、その形状も、例えば複数のコイルを並列に配置する等の任意の形状を有することができる。
【００５５】
反射部１３９は被処理体Ｗから遠ざかる方向にフィラメント１３７のコイル１３８部分より射出されたランプ光を反射する機能を有し、コイル１３８を介し被処理体Ｗと対向する位置に設けられる。反射部１３９はランプ１３０の長手方向の軸心を頂点とするような形状、例えば、円錐又は半球形状を有する。より詳細には、反射部１３９は、後述するリフレクタ１４１の反射部１４２とランプ１３０のかかる反射部１３９とが形成する軌跡がドーム形状、例えば半球、半楕円球、又は円錐形状となるように形成される。ランプ１３０に反射部１３９を設けることで、後述するようにランプ１３０の中間部１３４方向へ向かう光を反射し、効率よく被処理体Ｗにランプ光を照射することができる。
【００５６】
なお、本実施例ではランプ保持部１４５の後述する溝１４６に適用可能なねじ山１３１が形成されるため、ランプ１３０は中間部１３６の強度、及び加工性を考慮して上述の部材より構成される。しかし、本発明のランプ１３０はかかる部材に限定されず、ランプ１３０の中間部１３４を発光部１３６と同様に石英等より形成される円筒部材より構成してもよい。但し、本実施例においてかかる構成にした場合、ランプ１３０にカバー材を設け当該カバーにおいてランプ保持部１４５に対するランプ１３０の強度、及びねじ山を形成するための加工性を得るものとしなければならない。なお、かかるカバー材は後述するランプ１３０の冷却を妨げないよう、熱伝導率の高い部材より選択されることが好ましい。
【００５７】
リフレクタ１４１はランプ１３０の発光部１３６を覆うようにランプ保持部１４５に設けられ、かかるランプ１３０のランプ光を被処理体Ｗに向けて反射する機能を有する。リフレクタ１４１は後述する溝１４６と同一の円筒形状を有し、かかる溝１４６と内接する側面にねじ山１４４（おねじ）が形成される。なお、後述するように溝１４６にはリフレクタ１４１のねじ山１４４と適合可能なねじ山１４９が形成されており、リフレクタ１４１はランプ保持部１４５より着脱可能に構成される。
【００５８】
リフレクタ１４１はランプ光を被処理体Ｗに向けて反射する反射部１４２を有し、ランプ１３０の発光部１３６をかかる反射部１４２に挿入するための開口１４３ａとランプ光が射出される開口１４３ｂが形成されている。かかる開口１４３ａはランプ１３０の発光部１３６と略同一形状を有し、ランプ１３０の発光部１３６を開口１４３ａに挿入可能にする。一方、開口１４３ｂは反射部１４２の開口と同一な形状を有し、発光部１３６のコイル１３８より射出された光及び反射部（ランプ１３０及びリフレクタ１４１を含む）によって反射された光を被処理体Ｗに照射するための開口である。なお、例示的に開口１４２ｂの近傍であってリフレクタ１４１の円筒の底面に、かかるリフレクタ１４１の取り外しを容易とするための非貫通孔又は突起等と有しても良い。
【００５９】
反射部１４２はランプ１３０の発光部１３６を覆うように、被処理体Ｗから遠ざかる方向に凸となるようなドーム形状を有する。かかるドーム形状はコイル１３８より射出される光が効率的に、より好ましくは一回の反射でリフレクタの開口１４３ｂ方向に向かうように、例えば半球形状に形成される。なお、リフレクタ１３９の形状は半球形状に限定されず、かかる作用を達成可能であるならばその他の形状を排除するものではない。例えば、リフレクタ１３９は半楕円球形状や円錐形状であってもよい。
【００６０】
なお、上述した開口１４３ａにより反射部１４２は完全なドーム形状を形成することが不可能である。しかし、上述したようにリフレクタ１４１の反射部１４２はランプ１３０の反射部１３９と協同し、ほぼ完全なドーム形状をした反射面を形成することが可能である。よって、かかる開口１４３ａはランプ１３０の反射をロスする要因とはなり得ないことに理解されたい。なお、ランプ１３０の反射部１３９はリフレクタ１４１の一部と解釈することも当然可能である。
【００６１】
反射部１４２は、例えばＡｌ（アルミニウム）より形成され、かかる反射部１４２のコイル１３８を覆っている側の表面は可視光線及び赤外線を含む光を効率よく反射する為の高反射率の膜がコーティングされている。かかるコーティングの塗布材料としてはＮｉ（ニッケル）、Ａｕ（金）、又はＲｈ（ロジウム）である。コーティングの方法としてはＡｌ材の上にＮｉ、Ａｕ、又はＡｌ材の上にＮｉ、Ａｕ、Ｒｈ、Ａｕを順じメッキ処理によりコーティングすることが可能である。
【００６２】
本実施形態において、リフレクタ１４１は反射部１４２及びランプ１３０の反射部１３９によりフィラメント１３７のコイル１３８より発せられる光を被処理体Ｗに向けて反射すると共に、ランプ１３０の指向性を高める機能を有する。より詳細には、リフレクタ１４１は、上述した反射部１４２とランプ１３０の反射部１３９のドーム形状によりフィラメント１３７のコイル１３８部分より放射された光を効率よく、好ましくは少なくとも一回以下の反射で被処理体Ｗに照射するとともに、ランプ光を被処理体Ｗに対し略垂直となる方向に集光する。即ち、ランプ１３０より放射される光はリフレクタ１３９の開口１４３ｂの接線方向の範囲内に集中する。即ち、本実施例のランプ１３０は、リフレクタ１３９での反射回数が少なくて済むためエネルギー損失が少ないまま被処理体Ｗに伝達され、指向性にも優れている。従来は光がリフレクタの多重反射に伴う反射損失により、ランプ光のエネルギーを低下させる問題があったが本実施例はそれを解決している。よって、ランプ１３０は、被処理体Ｗへの照射効率を従来よりも向上することができるので高速昇温を低消費電力で達成することができる。なお、リフレクタ１３９が有する曲率、及び、開口はランプ１３０に求める指向性により異なるものである。
【００６３】
図９乃至図１１を参照するに、ランプハウスとして機能するランプ保持部１４５は略直方体形状を有し、各ランプ１３０を収納する溝１４６と、当該溝１４６の間に位置する隔壁１４８とを有している。
【００６４】
溝１４６はランプ１３０を収納するランプ収納部としての機能を有し、ランプ１３０ａを収納する溝１４６ａと、ランプ１３０ｂを収納する溝１４６ｂより構成される。以下、溝１４６は溝１４６ａ、溝１４６ｂを総括するものとする。なお、溝１４６の詳細な形状については後述するものとし、以下溝１４６の配置について説明する。
【００６５】
図９によく示されるように、溝１４６ａはランプ保持部１４５の中心（図中、線Ｘと線Ｙの交差部分）、即ち被処理体Ｗの中心に対応する部分から半径方向に、サポートリング１５０の手前まで同心円を描くように形成される。より詳細には、溝１４６ａはランプ保持部１４５の中心、及び、当該中心部分から半径が第１の距離づつ大きく形成された複数の同心円の円周上に、溝１４６ａの中心が位置するように複数の溝１４６ａが形成される。かかる第１の距離は、ランプ１３０ａの放射分布の半値幅（ランプ１３０ａの光強度がピーク値と比較して半分の値になったときの放射分布の幅）の約０.５乃至１.５倍に設定されることが好ましい。本実施例において、ランプ１３０ａは開口１４３ｂからランプ光の放射方向に約４０ｍｍの点（本実施例における、ランプ１３０から被処理体Ｗまでの距離）において、半値幅約４０ｍｍを示す。しかしながら、かかる幅は使用するランプによって異なる値であって、本発明を限定するものではない。また、本実施例では、後述する冷却管１４９を発光部１３６側に有する為、第１の距離はランプ１３０ａの発光部１３６の直径より大きな値である５０ｍｍ（半値幅４０ｍｍ×１．２５）に設定されている。かかる同心円は後述する溝１４６ｂと重ならない程度の位置まで広げられるものとする。また、一の円上に形成される各溝１４６ａの間隔は第１の距離ごとに形成されることが好ましい。
【００６６】
一方、溝１４６ｂはサポートリング１５０と被処理体Ｗとが重なる部分、及び、その近傍に対応する位置に複数の同心円を描くように形成される。より詳細には、溝１４６ｂは被処理体Ｗと後述するサポートリング１５０の重なる領域であって、その略中心を示す第一の円Ｃ１、当該円Ｃ１より半径が第２の距離だけ大きい第２の円Ｃ２と、円Ｃ１より半径が第２の距離だけ小さい第３の円Ｃ３のそれぞれの円周上に位置するように配置される。第２の距離は、ランプ１３０ｂの放射分布の半値幅の約０.５乃至１.５倍に設定されることが好ましい。ランプ１３０ｂは開口１４３ｂからランプ光の放射方向に約４０ｍｍの点（本実施例における、ランプ１３０から被処理体Ｗまでの距離）において、半値幅約２０ｍｍを示す。しかしながら、かかる幅は使用するランプによって異なる値であって、本発明を限定するものではない。溝１４６ａと同様に、冷却管を発光部１３６側に有する為、第２の距離は２５ｍｍ（半値幅２０ｍｍ×１．２５）に設定されている。また、一の円上に形成される溝１４６ｂの間隔は第２の距離ごとに形成されることが好ましい。
【００６７】
本実施形態では、溝１４６ｂは３つの円Ｃ１、Ｃ２、及びＣ３上に形成されるが、かかる円（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３）の数は例示的である。溝１４６ｂは上述したように、サポートリング１５０及び被処理体Ｗの重なる部分、及び、その近傍をランプ１３０ｂが照射可能なように形成される。例えば、被処理体Ｗの端部が円Ｃ２より大きい場合は、円Ｃ２の外側に第２の距離だけ大きい半径を有する図示しない円上に溝１４６ｂが更に形成される。同様に、サポートリング１５０が円Ｃ３より小さい場合は、円Ｃ3の内側に第２の距離だけ小さい半径を有する図示しない円上に溝１４６ｂが更に形成される。
【００６８】
上述した構成において、ランプ保持部１４５は被処理体Ｗの中心近傍に対応する位置にランプ１３０ａを、被処理体Ｗとサポートリングの重なる部分及び当該部分の近傍をランプ１３０ｂに配置可能とする。かかる状態においてランプ１３０を照射すると、被処理体Ｗの中心部ではランプ１３０ａにより大きな照射面積を得ることができる。一方、被処理体Ｗの端部近傍ではランプ１３０ｂによりランプ１３０ａの照射面積よりも小さな照射面積を得ることができる。
【００６９】
本実施例では口径の小さなランプ１３０ｂをランプ１３０ａの周囲に配置することで、被処理体Ｗの端部及びサポートリング１５０が重なり合う部分、及び当該部分の近傍である狭い領域を、効率よく照射することが可能となる。また、上述したように、ランプ１３０ｂに投入されている電力はランプ１３０ａに投入されている電力より大きい。一のランプより照射される単位面積あたりのエネルギーはランプ１３０ｂの方が大きくなっている。
【００７０】
従来の熱処理装置のランプ配置では一の種類のランプしか使用されておらず、被処理体Ｗの中心部と端部でランプの照射面積を制御することは困難であった。被処理体Ｗとサポートリング１５０が重なり合う部分１５０、及び、当該部分の近傍はサポートリング１５０と被処理体Ｗの比熱が異なる。より詳細には、サポートリング１５０の比熱は被処理体Ｗの比熱より小さい。よって、かかる部分は中心部と比べて温度が上昇し難いといった問題を有していた。しかし、本実施例では、温度上昇のしにくい被処理体Ｗの端部である狭い領域を小口径のランプ１３０ｂで照射することでランプ光が漏れることなく効率よく加熱することができる。更に、ランプ１３０ｂのパワー密度をあげることで中心部との加熱むらを防止することができ、高品質な処理を行うことができる。また、比較的温度上昇のし易い中心付近に大口径のランプ１３０ａを使用することは、一のランプ１３０ａで広い照射面積を得ることができる。よって、中心付近のランプ１３０の数を減らすことができ、消費電力の低減を可能とする。本実施例では異なる口径のランプ１３０を使用し、かつ投入電力を変化させることで上述の問題を解決している。
【００７１】
なお、溝１４６の配置は同心円状に配置されることに限定されず、上述したような条件を満たしているのであればその他の配置状態でもよく、例えば、直線状や、渦巻状に配置されてもよい。また、本実施例ではリフレクタ１４１の反射部１４２の形状が円であるため、ランプ光の照射領域は円である。しかし、被処理体Ｗの中心部に照射面積の広いランプ、端部に照射面積が小さいランプを配置するといった概念から考えると、ランプ１３０は照射領域において限定を有するものではない。例えば、照射領域が三角形になるようにリフレクタ１４１の反射部１４２の形状を変化させても良い。ランプ光の照射領域の形状は三角形に限定されず、正方形、６角形のその他の多角形であってもよい。また、これと同様な作用を奏するいかなる照射方法をも適用することができる。
【００７２】
以下、溝１４６の形状について説明する。溝１４６はランプ１３０と同一な形状を有し、ランプ１３０の電極部１３２を収納する部分１４６ｃと、中間部１３４を収納する部分１４６ｄと、リフレクタ１４１を収納する部分１４６ｅからなる。部分１４６ｃは電極部１３２と、図８には図示されて図１０及び図１１には図示されないランプドライバ３１０とを接続すると共に、両者の間を封止する封止部１４６ｃとしても機能する。
【００７３】
溝１４６はランプ１３０及びリフレクタ１４１が内接する部分に各々ランプ１３０及びリフレクタ１４１に対応するねじ山（めねじ）１４７が形成されている。本実施例において、ねじ山１４７はランプ１３０と適合するような三角ねじであって、略三角のねじ山が形成される。なお、ねじ山の形状はかかる形状に限定されるものではなく、ランプ１３０及びリフレクタ１４１のねじ山１３１が四角ねじ又は台形ねじ等であるなら、溝１４６のねじ山１４４もそれに対応して形成される。なお、溝１４６はランプ１３０が熱膨張したときに、ランプ１３０と最適に一致するようにねじ山１４４が形成される。即ち、ランプ１３０が通常の形態（熱膨張していない状態）であるとき、溝１４６に形成されたねじ山１４７の外径、内径、及びねじ山のピッチは、ランプ１３０及びリフレクタ１４１のねじ山の外径、内径、及びねじ山のピッチより若干大きい寸法を有する。但し、かかる寸法の差はランプ１３０及びリフレクタ１４１の挿入及び溝１４６との係合を妨げない程度のものである。
【００７４】
上述した構成において、溝１４６とランプ１３０及びリフレクタ１４１はナットとボルトの関係である。即ち、ランプ保持部１４５はランプ１３０を回転しながら溝１４６に挿入し、その後リフレクタ１４１を回転しながら溝１４６に挿入することでねじ山が互いに係合し、ランプ１３０及びリフレクタ１４１を保持する。ランプ１３０及びリフレクタ１４１が通常の形態（熱膨張していない）であるとき、ランプ１３０及びリフレクタ１４１と溝１４６の対応するねじ山は重力方向の面において接触している。即ち、ランプ１３０及びリフレクタ１４１と溝１４６はねじ山において常に接触面積を確保している。
【００７５】
本発明において、かかる接触面積はランプ１３０及びリフレクタ１４１を保持するために必要であると同時に、以下の欠点を解決するものである。従来のランプ保持部の溝はランプと同様な円筒形を有しており、ランプの熱膨張を考慮してランプが膨張により最大となる時に溝とランプが一致するように形成されていた。即ち、従来ではランプが完全に膨張しきっていないときには、溝との接触面積が少なくランプを冷却するためにランプ保持部に配置されている冷却管の冷却効率を低下するという欠点を有したが、本実施例ではそれを解決している。
【００７６】
また、溝１４６のねじ山１４４はランプ１３０及びリフレクタ１４１のねじ山より若干大きく形成されているため、溝１４６とランプ１３０及びリフレクタ１４１には多少の空間を形成する。ランプ１３０が加熱され熱膨張しているとき、溝１４６とランプ１３０及びリフレクタ１４１は一致するように形成されており、かかる空間によりランプ１３０の膨張を可能とする。
【００７７】
かかる構成のランプ保持部１４５の溝１４６とランプ１３０及びリフレクタ１４１の関係は、更に以下に示すような長所を有する。上記のようにランプ１３０の投入電力をランプ１３０ａとランプ１３０ｂで変化させると、高出力ランプは低出力ランプよりも短命になる。これは、高出力ランプの方がランプ内部が高温となるためハロゲンサイクルが成立しなくなり、フィラメント１３７が細くなりランプ寿命を短くする等の要因によって生じるものである。即ち、ランプ１３０ｂはランプ１３０ａよりも短命になる。同様に、高出力ランプ用リフレクタは低出力ランプ用リフレクタよりも短命になる。これは、高出力ランプの方がランプ内部が高温となるため、リフレクタ１４１のＡｌ材コーティングの分子材料の中に高温になると下地金属と相互に拡散しあって合金を作る性質があり、かかる合金が反射率の低下を引き起こす。即ち、リフレクタ１４１ｂはリフレクタ１４１ａより短命となる。
【００７８】
従来のランプハウスは、寿命切れとなったランプハウス周辺のランプとリフレクタを交換するために、未だ使用可能なランプハウス中央のランプとリフレクタをも含めたランプハウスを一体的に交換しなければならなくなり、不経済であるという欠点を有していた。本実施例におけるランプ１３０及びリフレクタ１４１と溝１４６は、各々が外接する部分にねじ山を形成することで、各々任意にランプ保持部１４５より着脱ができる。よって使用不可能となったランプ又は／及びリフレクタだけの交換が可能であり、経済的に好ましいと長所を有する。また、ランプハウス全体を交換することは作業が煩雑であり、メンテナンス性を低下させるという欠点を有するが、本発明はかかる欠点を解決している。
【００７９】
なお、本実施例のランプ１３０及びリフレクタ１４１の形状は例示的であり、本発明のランプ１３０又は／及びリフレクタ１４１はランプ保持部１４５に対して各々単独で着脱可能であることに足りるものである。例えば、ランプ１３０は電極部１３２にのみねじ山を設けられてもよい。しかしながら、本実施形態のようにランプ１３０の全体にねじ山を施すことは、上述したように冷却効果をあげる上で好ましいという効果を有する。
【００８０】
また、図１５乃至図１６を参照するリフレクタ１４１はランプ保持部１４５に対してネジ等の接続部材を用いて接合されても良い。ここで、図１５は、図１３に示すリフレクタ１４１の変形例であるリフレクタ１４１ｃを示した概略側面図である。図１６は、図１５に示すリフレクタ１４１の概略定面図である。リフレクタ１４１ａは反射部１４２ａを有し、ランプ１３０の発光部１３６をかかる反射部１４２ａに挿入するための開口１４３ｃとランプ光が射出される開口１４３ｄが形成されている。リフレクタ１４１ａは開口１４３ｃ側を幅広に形成し、かかる幅広の部分にスルーホールを有し、かかるスルーホールを介しネジ等でランプ保持部１４５に取り付けられる。かかる構成であってもリフレクタ１４１を容易に取り外し可能であることが理解されるであろう。
【００８１】
隔壁１４８は図１０及び図１１に示すように、同心円上に整列する複数の隣接する溝１４６の間に配置されている。隔壁１４８には、隔壁１４８に沿って一対の冷却管（水冷管）１４８ａ及び１４８ｂが内接されている（なお、冷却管１４９は冷却管１４９ａ及び冷却管１４９ｂを総括するものとする）。より詳細には、冷却管１４９ａはランプ１３０の電極部１３２に対応する場所に位置し、冷却管１４９ｂはランプ１３０の発光部１３６及びリフレクタ１４１に対応する場所に位置する。
【００８２】
冷却管１４９は図示しない温度制御機構に接続される。温度制御機構は、例えば、制御部と、温度センサ又は温度計と、ヒータとを有し、水道などの水源から冷却水を供給される。冷却水の代わりに他の種類の冷媒（アルコール、ガルデン、フロン等）を使用してもよい。温度センサは、例えば、ＰＴＣサーミスタ、赤外線センサ、熱電対など周知のセンサを使用することができ、温度センサ又は温度計はランプ１３０の電極部１３２、及び発光部１３６又はリフレクタ１４１の壁面温度を測定する。ヒータは、例えば、冷却管１１６の周りに巻かれたヒータ線などとしてから構成される。ヒータ線に流れる電流の大きさを制御することによって冷却管１４９を流れる水温を調節することができる。
【００８３】
冷却管１４９ａは、電極１３３がモリブデンから構成される場合は、モリブデンの酸化による電極部１３３、及び封止部１４３ｃの破壊を防止するために電極部１３２の温度を３５０℃以下に維持する必要がある。また、冷却管１４９ｂは、中間部１３４及び発光部１３６がハロゲンサイクルを維持するように発光部１３４の温度を２５０乃至９００℃に維持する必要がある。ここで、ハロゲンサイクルとは、フィラメント１３７を構成するタングステンが蒸発しハロゲンガスと反応し、タングステン−ハロゲン化合物が生成され、ランプ１３０内を浮遊する。ランプ１３０が２５０乃至９００℃に維持された場合、タングステン−ハロゲン化合物はその状態を維持する。また、対流によって、タングステン−ハロゲン化合物がフィラメント１３７付近に運ばれると、高温のためにタングステンとハロゲンガスに分解される。その後、タングステンはフィラメント１３７に沈殿し、ハロゲンガスは再び同じ反応を繰り返すことである。なお、ランプ１３０は、一般に、９００℃を超えると失透（発光部１３４が白くなる現象）が発生し、２５０℃を下回ると黒化（タングステン−ハロゲン化合物がランプ１３０の内壁に付着し黒くなる現象）が発生する。更に、リフレクタ１４１は反射部１４２にコートされたコーティングの材料分子には高温になると下地金属と相互に拡散しあって合金を作る性質がある。これが反射部１４２の反射率の低下につながるため、リフレクタを所定の温度以下に維持する必要がある（例えば、Ｎｉメッキが施されている場合、３００℃以下が好ましい）。
【００８４】
本実施例では、冷却管１４９ａをハロゲンサイクルの範囲温度及びモリブデンの酸化防止の共通温度、好ましくは２５０乃至３５０℃、冷却管１４９ｂをハロゲンサイクルの範囲温度及びリフレクタ１４１のコーティング層の保護の共通温度、好ましくは２５０乃至３００℃に維持する。
【００８５】
本実施例では、ランプ１３０は失透及び黒化の発生を抑えることができる。また、電極１３３のモリブデンの酸化により電極部１３２及び封止部１４３ｃが破損することを防止する。また、リフレクタ１４１のコーティング層を保護し、反射率の低下を抑制する。従って、かかる冷却管１４９はランプ１３０及びリフレクタの寿命を長くするといった長所を有し、経済的に優れている。なお、溝１４６とランプ１３０及びリフレクタ１４１との接触面積は上述したように従来より大きく、冷却効率を十分に得ることが可能である。
【００８６】
なお、当該周知の空冷機構、例えばブロアによって強制的に発光部１３６及びリフレクタ１４１を冷却するような方法を使用しても良い。更に、例示的に、隔壁１４８に封止部１４３ｃ及びリフレクタ１４１を冷却可能な共通の冷却管を設けた冷却方法も考えられる。かかる構成においては、冷却管はモリブデンの酸化防止、ハロゲンサイクル範囲、及び反射部１４２のコーティング層の保護の為の共通な温度、例えば２５０乃至３００℃になるように冷却される。このような構成であっても、上述した冷却管１４９と同様な効果を得ることができる。
【００８７】
次に、図８、図１７を参照して放射温度計２００を説明する。ここで、図１７は放射温度計２００及びその近傍の処理室１１０の概略拡大断面図である。放射温度計２００は被処理体Ｗに関してランプ１３０と反対側に設けられている。但し、本発明は放射温度計２００がランプ１３０と同一の側に設けられる構造を排除するものではない。
【００８８】
放射温度計２００は処理室１１０の底部１１４に取り付けられている。底部１１４の処理室１１０内部を向く面１１４ａは金メッキなどが施されて反射板（高反射率面）として機能する。これは、面１１４ａを黒色などの低反射率面とすると被処理体Ｗの熱を吸収してランプ１３０の照射出力を不経済にも上げなければならなくなるためである。底部１１４は円筒形状の貫通孔１１５を有する。
【００８９】
放射温度計２００はセンサロッド２１０と、フィルタ２２０と、放射検出器２３０とを有し、かかる貫通孔１１５よりフィルタ２３０を介し放射検出器２２０に接続されたセンサロッド２１０を処理空間内に突出させている。センサロッド２１０は、処理室１１０の底部１１４に設けられた貫通孔１１５に挿通されてオーリング１９０によりシールされている。これにより、処理室１１０は貫通孔１１５に拘らずその内部の減圧環境を維持することができる。
【００９０】
本実施例の後述する温度測定方法では、チョッパ及び当該チョッパを回転駆動するためのモータ等を省略することが可能であり、必要最低限の比較的安価な構成を採用している。放射温度計２００は被処理体Ｗの温度を測定しかかる温度を制御部３００に送信することで、被処理体Ｗに所定の温度で熱処理を行うことを可能としている。なお、放射温度計２００は演算部を有してもよく、制御部３００又は演算部のどちらかを用いて放射温度計２００の制御を行うかは選択的である。かかる放射温度計２００は上述した本発明の一側面である放射温度計１０であって、重複する部分の説明は省略する。
【００９１】
センサロッド２１０は石英製ロッドより構成される。図１７を参照するに、センサロッド２１０は一の端部２１４をフィルタ２２０を介し放射検出器２３０へ接続し、他方の端部２１２を貫通孔１１５より突出させ被処理体Ｗの近傍に配置する。図１０によく示されるように、センサロッド２１０の端部２１２は、光を遮断するドーム形状の遮蔽部２１６より被処理体Ｗを含めた空間２１８を形成し、かかる空間２１８内部にセンサロッド２１０の端部２１２が配置されるように構成される。遮蔽部２１６は、例えば断面Ｕ字型の形状を有し、Ｕ字型の開口側を気密的に被測定体に接触させることで処理室１１０とは異なる雰囲気形成し、迷光を遮断する。
【００９２】
従来では迷光にともなうノイズにより測定精度を下げる原因となっていたが、本実施例は遮光部２１６で別雰囲気を形成し迷光を遮蔽することで処理室１１０の空間内に単にセンサロッド２１０を配置するよりも迷光の影響を下げることができる。よって、被測定体の温度を精度よく測定することが可能となり、生産性能の安定性及び再現性を高めることができ、高精度な熱処理及び当該熱処理を施した高品質なウェハを提供することが可能となる。また、センサロッド２１０は任意の可動機構を有してもよく、例えば必要な温度測定のときのみセンサロッド２１０を被処理体Ｗに接触させ温度測定し、温度測定をしないときには退避動作を可能にする構成であってもよい。かかる構成は、例えば後述するガス処理及び被処理体の回転に際して、センサロッド２１０が被処理体のガス処理及び被処理体の回転を妨げないようにすることができる。また、上述したように回転リング１５０内にセンサロッド２１０を設け、被処理体のガス処理及び回転を妨げないようにすることも可能である。
【００９３】
フィルタ２２０はセンサロッド２１０と放射検出器２３０の間に位置し、放射検出器２３０へ導入される放射光を波長によって制限する機能を有する。再び、図４を参照するに、石英基板は、４．５乃至７．４μｍ又は９．０乃至１９．０μｍの波長領域は高放射率を示していることが容易に理解される。かかる領域において、一の波長を選択しフィルタ２２０を介し透過させることで、後述する放射検出器２００には、高放射率かつ低ノイズである波長を通過させることが可能となる。なお、図５より、ＳｉＣ基板は４．３乃至１０．５μｍ及び１２．５乃至２０．０μｍの波長領域において、高反射率を示している。更に、図６より、ＡｌＮ基板は５．０乃至１１．０μｍ及び１７．０乃至２５．０μｍの波長領域において、高反射率を示している。ＳｉＣ基板及びＡｌＮ基板においても、かかる領域において、一の波長を選択しフィルタ２２０を介し透過させることで、後述する放射検出器２００には、高放射率かつ低ノイズである波長を通過させることが可能となる。
【００９４】
放射検出器２２０は、図示しない結像レンズ、Ｓｉホトセル、増幅回路を備え、結像レンズに入射した放射光を電圧、即ち、後述の放射強度Ｅ１（Ｔ）を表す電気信号に変換して制御部３００に送る。なお、放射検出器２２０は図示しない演算回路を備えても良く、放射検出器２２０にて温度を算出する構成としても良い。
【００９５】
なお、上述した温度測定方法は被処理体の温度計測のみに限定されるものではなく、例えば石英製のウインドウ１２０の温度測定に利用してもよい。また、適用可能な材料も上述の部材に限定されず、材料の放射特性を知り得るものであるならば全てに適用化のであることは言うまでもない。
【００９６】
以上、上述の実施形態では遮光部２１６を用いて迷光を遮蔽した測定空間２１８を形成したが、これらの形態は必要に応じて適宜変更することができる。例えば、図１８に示すような熱源を被処理体Ｗに対して下側に有する熱処理装置４００、例えば、成膜装置にも適用することができる。ここで、図１８は、本発明の別の温度測定の形態を示す熱処理装置４００の概略断面図である。熱処理装置４００は、処理室４１０と、載置台４２０と、ウインドウ４３０と、加熱部４４０と、シャワーヘッド４５０と、放射温度計４６０とを有し、被処理体Ｗに所定の処理、例えば成膜処理を行う。
【００９７】
図１８を参照するに、処理室４１０の内部には被処理体Ｗを載置する載置台４２０が配置される。本実施形態において、載置台４２０には後述する放射温度計４６０のセンサロッド４６２を挿入可能、かつ、測定空間として機能する領域４２２が形成されている。図１８及び図１９によく示されるように、領域４２２は被処理体Ｗが載置される側から載置台４２０の側面に向かって貫通した略Ｌ字形状の領域（開放空間）として形成されている。ここで、図１９は、図１８に示す熱処理装置４００の載置台４２０及びその近傍を示す拡大断面図である。但し、領域４２２の形状はかかる記載に限定されず、後述するような測定空間、並びに、放射温度計４６０のセンサロッド４６２を挿入可能な領域として形成されるに足りるものである。
【００９８】
処理室４１０の底部には気密的に接続された石英製のウインドウ４２０が接続され、かかるウインドウ４２０を介して加熱手段としての加熱部４４０が備えられる。加熱部４４０は複数のランプ４４２を有し、載置台４３０上に載置した被処理体Ｗを載置台４２０側から間接的に加熱可能に構成されている。また、処理室４１０上部にはシャワーヘッド４５０が配置されている。シャワーヘッド４５０は、例えば、ソースガスに接続された図示しない第１のシャワー室と酸素などからなる酸化ガスに接続された第２のシャワー室とを有する。シャワーヘッド４５０の第１のシャワー室ではソースガスを含む所定のガスが混合され、そして、第１のシャワー室で混合されたガスは図示しないノズルより処理室４１０内に吐出される。また、処理室４１０内は図示しない排気口より、例えば真空ポンプなどで真空排気され、所定の真空度とすることができる。
【００９９】
放射温度計４６０はセンサロッド４６２と、フィルタ４６４と、検出器４６６とを有し、上述した形態の放射温度計２００と同一の構成であり、重複する説明は省略する。本実施形態において、放射温度計４６０は処理室４１０の外部に位置し、センサロッド４６２のみを処理室４１０内の所定の位置に挿入している。より特定的には、処理室４１０内に挿入されたセンサロッド４６２は、上述した載置台４２０の空間４２２に側面方向から挿入されており、センサロッド４６２の先端４６２ａが被処理体Ｗから放射される熱放射光を入射可能な位置まで挿入されている。また、図１９によく示されるように、本実施形態のセンサロッド４６２はその軸方向に対し略直交する方向に位置する被処理体Ｗから放射される熱放射光を効率よく検出器に伝達するための工夫が施されている。例えば、センサロッド４６２は、その先端４６２ａの断面が法線方向に関し４５°に切断されている。
【０１００】
かかる構成において、領域４２２は被処理体Ｗと載置台４２０、及びセンサロッド４２０により確定された空間４２３を形成している。これはすなわち、本発明の迷光を遮蔽可能な測定空間に他ならず、上述した放射温度計１０と同様な作用を奏することは容易に理解されるであろう。即ち、かかる構成であっても、センサロッド４６２に入射する迷光の影響を低減することができる。よって、本発明の放射温度計４６２によれば、被処理体Ｗの温度を精度よく測定することが可能となり、生産性能の安定性及び再現性を高めることができ、高精度な熱処理及び当該熱処理を施した高品質なウェハを提供することが可能となる。
【０１０１】
なお、本実施形態の迷光を遮蔽した空間における温度測定を可能とする放射温度計は上述した放射温度計２００及び４６０に限定されず、当該周知のいかなる放射温度計を使用しても同様の作用を得ることができることは言うまでもない。しかしながら、本発明の放射温度計２００を使用することは、装置の簡略化に寄与することができる。また、説明のおいて、放射温度計２００及び４６０は一のみを使用する構成であったが、適宜その数を変更してもよい。かかる場合において、遮蔽部２１６及び載置台４２０に形成される領域４２２は放射温度計２００及び４６０の数に応じて変更されるであろう。
【０１０２】
制御部３００は内部にＣＰＵ及びメモリを備え、被処理体Ｗの温度Ｔを認識してランプドライバ３１０を制御することによってランプ１３０の出力をフィードバック制御する。また、制御部３００は、後述するように、モータドライバ３２０に所定のタイミングで駆動信号を送って被処理体Ｗの回転速度を制御する。また、上述したように、制御部３００は後述する放射強度Ｅ１（Ｔ）を基に被処理体Ｗの基板温度Ｔを算出する。なお、この演算は放射温度計２００内の図示しない演算部が行ってもよい。制御部３００は、数式２のεに既知の被測定体（被処理体Ｗ）のフィルタ２２０の透過波長に対応した放射率を代入することで、放射強度ＥＢＢ（Ｔ）を求めることができる。よって、ＥＢＢ（Ｔ）を数式３に代入して温度Ｔを求めることができる。いずれにしろ制御部３００は被処理体Ｗの温度Ｔを得ることができる。
【０１０３】
ガス導入部１８０は、例えば、図示しないガス源、流量調節バルブ、マスフローコントローラ、ガス供給ノズル及びこれらを接続するガス供給路を含み、熱処理に使用されるガスを処理室１１０に導入する。なお、本実施例ではガス導入部１８０は処理室１１０の側壁１１２に設けられて処理室１１０の側部から導入されているが、その位置は限定されず、例えば、シャワーヘッドとして構成されて処理室１１０の上部から処理ガスを導入してもよい。
【０１０４】
アニールであればガス源はＮ２、Ａｒなど、酸化処理であればＯ２、Ｈ２、Ｈ２Ｏ、ＮＯ２、窒化処理であればＮ２、ＮＨ３など、成膜処理であればＮＨ３、ＳｉＨ２Ｃｌ２やＳｉＨ４などを使用するが、処理ガスはこれらに限定されないことはいうまでもない。マスフローコントローラはガスの流量を制御し、例えば、ブリッジ回路、増幅回路、コンパレータ制御回路、流量調節バルブ等を有し、ガスの流れに伴う上流から下流への熱移動を検出することによって流量測定して流量調節バルブを制御する。ガス供給路は、例えば、シームレスパイプを使用したり、接続部に食い込み継ぎ手やメタルガスケット継ぎ手を使用したりして供給ガスへの配管からの不純物の混入が防止している。また、配管内部の汚れや腐食に起因するダストパーティクルを防止するために配管は耐食性材料から構成されるか、配管内部がＰＴＦＥ（テフロン）、ＰＦＡ、ポリイミド、ＰＢＩその他の絶縁材料により絶縁加工されたり、電解研磨処理がなされたり、更には、ダストパーティクル捕捉フィルタを備えたりしている。
【０１０５】
排気部１９０は、本実施例ではガス導入部１８０と略水平に設けられているが、その位置及び数は限定されない。排気部１９０には所望の排気ポンプ（ターボ分子ポンプ、スパッターイオンポンプ、ゲッターポンプ、ソープションポンプ、クライオポンプなど）が圧力調整バルブと共に接続される。なお、本実施例では処理室１１０は減圧環境に維持されるが、本発明は減圧環境を必ずしも必須の構成要素とするものではなく、例えば、１３３Ｐａ乃至大気圧の範囲で適用可能である。排気部１９０はヘリウムガスを次の熱処理前までに排気する機能も有する。
【０１０６】
図８に示すＲＴＰ装置１００の構成は、被処理体Ｗの上面をランプ１３０により加熱して被処理体Ｗの裏面に冷却プレートとしての底部１１４を設けている。このため、図８に示す構造は冷却速度は比較的速いが、放熱量が多くなるために急速昇温には比較的大きな電力が必要となる。これに対して冷却管１１６の冷却水の導入を加熱時に停止する方法も考えられるが歩留まりが下がるために好ましくはない。
【０１０７】
そこで、図２０乃至図２２に示すように、冷却プレートしての底部１１４は被処理体Ｗに対して可動に構成された底部１１４Ａに置換されてもよい。より好ましくは、放熱効率を高めるために、冷却時に熱伝導率の高いヘリウムガスを被処理体Ｗと底部１１４Ａとの間に流される。ここで、図２０は、被処理体Ｗに対して可動に構成された冷却プレートしての底部１１４Ａを説明するための概略断面図である。図２１は、図２０の構造において被処理体Ｗを加熱する際の被処理体Ｗと底部１１４Ａとの位置関係を説明するための概略断面図である。図２２は、図２０の構造において被処理体Ｗを冷却する際の被処理体Ｗと底部１１４Ａとの位置関係を説明するための概略断面図である。なお、図１８乃至図２０においては放射温度計２００と接続する制御部３００や冷却管１１６は省略されている。
【０１０８】
図２０に示すように、処理室１１０内の減圧環境を維持するベローズなどを有して制御部３００により動作制御される昇降機構１１７により底部１１４Ａは被処理体Ｗに対して昇降することができる。昇降機構１１７には当業界で周知のいかなる構造をも適用することができるので、ここでは詳しい説明は省略する。なお、本実施例と異なり、被処理体Ｗ又はサポートリング１５０を可動に構成してもよい。被処理体Ｗを加熱する際には、図２１に示すように、底部１１４Ａを被処理体Ｗから離間するように下降させると共にヘリウムガスの供給を停止する。このとき、被処理体Ｗと底部１１４との距離は、例えば、１０ｍｍである。底部１１４Ａと被処理体Ｗとの間隔が大きいので被処理体Ｗは底部１１４Ａの影響をあまり受けずに高速昇温が可能となる。図２１に示す底部１１４Ａの位置が、例えば、ホームポジションに設定される。
【０１０９】
被処理体Ｗを冷却する際には、図２２に示すように、底部１１４Ａを被処理体Ｗに近接するように上昇させると共にヘリウムガスの供給を開始する。底部１１４Ａと被処理体Ｗとの間隔が狭いので被処理体Ｗは底部１１４Ａの影響を高速冷却が可能となる。このとき、被処理体Ｗと底部１１４との距離は、例えば、１ｍｍである。図２２のヘリウムガスの導入例を図２３に示す。ここで、図２３は、図２０の実線領域Ｖの概略拡大断面図である。同図に示すように、底部１１４には無数の小さな孔１１５ａが設けられてヘリウムガスを案内する。ヘリウムガス供給管に接続されたバルブ４００を有するケース４１０が底部１１４に接続されている。
【０１１０】
本実施例は冷却プレート１１４Ａと被処理体Ｗとの相対的移動について説明したが、本発明は被処理体Ｗとランプ１３０との相対的移動にも適用することができる。
【０１１１】
以下、被処理体Ｗの回転機構について図８を参照して説明する。集積回路の各素子の電気的特性や製品の歩留まり等を高く維持するためには被処理体Ｗの表面全体に亘ってより均一に熱処理が行われることが要求される。被処理体Ｗ上の温度分布が不均一であれば、例えば、成膜処理における膜厚が不均一になったり、熱応力によりシリコン結晶中に滑りを発生したりするなど、ＲＴＰ装置１００は高品質の熱処理を提供することができない。被処理体Ｗ上の不均一な温度分布はランプ１３０の不均一な照度分布に起因する場合もあるし、ガス導入部１８０付近において導入される処理ガスが被処理体Ｗの表面から熱を奪うことに起因する場合もある。回転機構はウェハを回転させて被処理体Ｗがランプ１３０により均一に加熱されることを可能にする。
【０１１２】
被処理体Ｗの回転機構は、サポートリング１５０と、リング状の永久磁石１７０と、リング状のＳＵＳなどの磁性体１７２と、モータドライバ３２０と、モータ３３０とを有する。
【０１１３】
サポートリング１５０は、耐熱性に優れたセラミックス、例えば、ＳｉＣなどから構成された円形リング形状を有する。サポートリング１５０は被処理体Ｗの載置台として機能し、中空円部において断面Ｌ字状に周方向に沿ってリング状の切り欠きを有する。かかる切り欠き半径は被処理体Ｗの半径よりも小さく設計されているのでサポートリング１５０は切り欠きにおいて被処理体Ｗ（の裏面周縁部）を保持することができる。必要があれば、サポートリング１５０は被処理体Ｗを固定する静電チャックやクランプ機構などを有してもよい。サポートリング１５０は、被処理体Ｗの端部からの放熱による均熱の悪化を防止する。
【０１１４】
サポートリング１５０は、その端部において支持部１５２に接続されている。必要があれば、サポートリング１５０と支持部１５２との間には石英ガラスなどの断熱部材が挿入されて、後述する磁性体１７２などを熱的に保護する。本実施例の支持部１５２は中空円筒形状の不透明な石英リング部材として構成されている。ベアリング１６０は支持部１５２及び処理室１１０の内壁１１２に固定されており、処理室１１０内の減圧環境を維持したまま支持部１５２の回転を可能にする。支持部１５２の先端には磁性体１７２が設けられている。
【０１１５】
同心円的に配置されたリング状の永久磁石１７０と磁性体１７２は磁気結合されており、永久磁石１７０はモータ３３０により回転駆動される。モータ３３０はモータドライバ３２０により駆動され、モータドライバ３２０は制御部３００によって制御される。
【０１１６】
この結果、永久磁石１７０が回転すると磁気結合された磁性体１７２が支持部１５２と共に回転し、サポートリング１５０と被処理体Ｗが回転する。回転速度は、本実施例では例示的に９０ＲＰＭであるが、実際には、被処理体Ｗに均一な温度分布をもたらすように、かつ、処理室１１０内でのガスの乱流や被処理体Ｗ周辺の風切り効果をもたらさないように、被処理体Ｗの材質や大きさ、処理ガスの種類や温度などに応じて決定されることになるであろう。磁石１７０と磁性体１７２は磁気結合されていれば逆でもよいし両方とも磁石でもよい。
【０１１７】
次に、ＲＴＰ装置１００の動作について説明する。図示しないクラスターツールなどの搬送アームが被処理体Ｗを図示しないゲートバルブを介して処理室１１０に搬入する。被処理体Ｗを支持した搬送アームがサポートリング１５０の上部に到着すると、図示しないリフタピン昇降系がサポートリング１５０から（例えば、３本の）図示しないリフタピンを突出させて被処理体Ｗを支持する。この結果、被処理体Ｗの支持は、搬送アームからリフタピンに移行するので、搬送アームはゲートバルブより帰還させる。その後、ゲートバルブは閉口される。搬送アームはその後図示しないホームポジションに移動してもよい。
【０１１８】
一方、リフタピン昇降系は、その後、図示しないリフタピンをサポートリング１５０の中に戻し、これによって被処理体Ｗをサポートリング１５０の所定の位置に配置する。リフタピン昇降系は図示しないベローズを使用することができ、これにより昇降動作中に処理室１１０の減圧環境を維持すると共に処理室１０２内の雰囲気が外部に流出するのを防止する。
【０１１９】
その後、制御部３００はランプドライバ３１０を制御し、ランプ１３０を駆動するように命令する。これに応答して、ランプドライバ３１０は制御部３００を駆動し、ランプ１３０は被処理体Ｗを、例えば、約８００℃まで加熱する。本実施例の熱処理装置１００は、２種類のランプ１３０により被処理体を均一に加熱しているので所望の高速昇温を得ることができる。ランプ１３０から放射された熱線は石英ウインドウ１２０を介して処理空間にある被処理体Ｗの上面に照射されて被処理体Ｗを、例えば、８００℃へ２００℃／ｓの加熱速度で高速昇温する。装置１００が図２０に示す構造を使用すれば底部１１４Ａは、この時、図２１に示すようにホームポジションに配置される。特に、図２１に示す構造は被処理体Ｗが冷却プレートである底部１１４Ａから離間してその影響を受けにくいので効率的な高速昇温が可能である。加熱と同時又はその前後に、排気部１９０が処理室１１０の圧力を減圧環境に維持する。
【０１２０】
同時に、制御部３００はモータドライバ３２０を制御し、モータ３３０を駆動するように命令する。これに応答して、モータドライバ３２０はモータ３３０を駆動し、モータ３３０はリング状磁石１７０を回転させる。この結果、支持部１５２（又は１５２Ａ）が回転し、被処理体Ｗがサポートリング１５０と共に回転する。被処理体Ｗが回転するのでその面内の温度は熱処理期間中に均一に維持される。
【０１２１】
被処理体Ｗの温度は放射温度計２００により測定されて、制御部３００はその測定結果に基づいてランプドライバ３１０をフィードバック制御する。被処理体Ｗは回転しているためにその表面の温度分布は均一であることが期待されるが、必要があれば、放射温度計２００は、被処理体Ｗの温度を複数箇所（例えば、その中央と端部）測定することができ、放射温度計２００が被処理体Ｗ上の温度分布が不均一であると測定すれば、制御部３００は被処理体Ｗ上の特定の領域のランプ１３０の出力を変更するようにランプドライバ３１０に命令することもできる。
【０１２２】
放射温度計２００は、チョッパやＬＥＤ等を使用しない単純な構造であるため安価であると共に装置１００の小型化と経済性向上に資する。また、本発明の温度測定方法により放射率の高い波長を選択して検出するため温度測定精度が高い。被処理体Ｗは、熱処理においては高温環境下に長時間置かれると不純物が拡散して集積回路の電気的特性が悪化するため、高速昇温と高速冷却が必要でありそのために被処理体Ｗの温度管理が不可欠であるが、本実施例の実効放射率算出方法はかかる要請に応えるものである。この結果、ＲＴＰ装置１００は高品質の熱処理を提供することができる。
【０１２３】
次いで、図示しないガス導入部から流量制御された処理ガスが処理室１１０に導入される。所定の熱処理（例えば、１０秒間）が終了すると制御部３００はランプドライバ３１０を制御してランプ１３０の加熱を停止するように命令する。これに応答して、ランプドライバ３１０はランプ１３０の駆動を停止する。装置１００が図２０に示す構造を使用すれば制御部３００は昇降機構１１７を制御して、底部１１４Ａを図２２に示す冷却位置に移動する。また、好ましくは、熱伝導性の高いヘリウムガスが図２３に示すように被処理体Ｗと底部１１４Ａとの間に導入される。これにより、被処理体Ｗの冷却効率は高くなり比較的低消費電力で高速冷却を行うことができる。冷却速度は、例えば、２００℃／ｓである。
【０１２４】
熱処理後に被処理体Ｗは上述したのと逆の手順によりゲートバルブから処理室１１０の外へクラスターツールの搬送アームにより導出される。次いで、必要があれば、搬送アームは被処理体Ｗを次段の装置（成膜装置など）に搬送する。
【０１２５】
以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明はその要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【符号の説明】
【０１２６】
１０ 放射温度計
２０ センサロッド
３０ フィルタ
４０ 放射検出器
５０ 制御部
７０ 空間
６０ 遮蔽部
１００ 熱処理装置
１１０ 処理室
１２０ 石英ウインドウ
１３０ ランプ
１４０ 加熱部
１４５ ランプ保持部
１５０ サポートリング
１６０ ベアリング
１７０ 磁石
１８０ ガス導入部
１９０ 排気部
２００ 放射温度計
３００ 制御部
３１０ ランプドライバ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定体から放射される熱放射光から、所定領域の波長を有する前記熱放射光を選択する工程と、
前記選択工程において選択された前記所定領域の波長を有する前記熱放射光を用いて温度を算出する工程とを有する温度測定方法。
【請求項２】
前記被測定体は石英であって、前記所定の波長領域は４．５乃至７．４μｍ又は９．０乃至１９．０μｍである請求項１記載の温度測定方法。
【請求項３】
前記被測定体は炭化シリコンであって、前記所定の波長領域は４．３乃至１０．５μｍ又は１２．５乃至２０．０μｍである請求項１記載の温度測定方法。
【請求項４】
前記被測定体は窒化アルミニウムであって、前記所定の波長領域は５．０乃至１１．０μｍ及び１７．０乃至２５．０μｍである請求項１記載の温度測定方法。
【請求項５】
被測定体より放射される熱放射光を用いて温度を測定する温度測定装置であって、
前記熱放射光の所定領域の波長を選択する選択部と、
前記選択部によって選択された前記所定領域の波長を有する前記熱放射光を検出する検出器とを有する温度測定装置。
【請求項６】
前記温度測定装置は、前記熱放射光を除く全ての光を遮蔽可能で少なくとも前記被測定体の一部から構成される測定空間にて温度測定を行う請求項５記載の温度測定装置。
【請求項７】
被処理体に所定の熱処理を行う処理室と、
前記被処理体を加熱する加熱部と、
前記被処理体の温度を測定する温度測定装置と、
前記放射温度計により測定された前記被処理体の温度から前記加熱部の加熱力を制御する制御部とを有する熱処理装置であって、
前記温度測定装置は、
前記被処理体から放射される熱放射光の所定の波長領域に存在する波長を選択する選択部と、
前記選択部によって選択された前記所定領域の波長を有する前記熱放射光を検出する検出器とを有する熱処理装置。
【請求項８】
被処理体を熱源により加熱する工程と、
前記被処理体の温度を温度測定装置により測定する工程と、
前記放射温度計により測定された前記被処理体の温度から前記熱源の加熱力を制御する工程とを有する熱処理方法であって、
前記測定工程は、
前記被測定体から放射される熱放射光から所定領域の波長を有する前期熱放射光を選択する工程と、
前記選択工程において選択された前記所定領域の波長を有する前記熱放射光を用いて温度を算出する工程とを有する熱処理方法。
【請求項１】
被測定体から放射される熱放射光から、所定領域の波長を有する前記熱放射光を選択する工程と、
前記選択工程において選択された前記所定領域の波長を有する前記熱放射光を用いて温度を算出する工程とを有する温度測定方法。
【請求項２】
前記被測定体は石英であって、前記所定の波長領域は４．５乃至７．４μｍ又は９．０乃至１９．０μｍである請求項１記載の温度測定方法。
【請求項３】
前記被測定体は炭化シリコンであって、前記所定の波長領域は４．３乃至１０．５μｍ又は１２．５乃至２０．０μｍである請求項１記載の温度測定方法。
【請求項４】
前記被測定体は窒化アルミニウムであって、前記所定の波長領域は５．０乃至１１．０μｍ及び１７．０乃至２５．０μｍである請求項１記載の温度測定方法。
【請求項５】
被測定体より放射される熱放射光を用いて温度を測定する温度測定装置であって、
前記熱放射光の所定領域の波長を選択する選択部と、
前記選択部によって選択された前記所定領域の波長を有する前記熱放射光を検出する検出器とを有する温度測定装置。
【請求項６】
前記温度測定装置は、前記熱放射光を除く全ての光を遮蔽可能で少なくとも前記被測定体の一部から構成される測定空間にて温度測定を行う請求項５記載の温度測定装置。
【請求項７】
被処理体に所定の熱処理を行う処理室と、
前記被処理体を加熱する加熱部と、
前記被処理体の温度を測定する温度測定装置と、
前記放射温度計により測定された前記被処理体の温度から前記加熱部の加熱力を制御する制御部とを有する熱処理装置であって、
前記温度測定装置は、
前記被処理体から放射される熱放射光の所定の波長領域に存在する波長を選択する選択部と、
前記選択部によって選択された前記所定領域の波長を有する前記熱放射光を検出する検出器とを有する熱処理装置。
【請求項８】
被処理体を熱源により加熱する工程と、
前記被処理体の温度を温度測定装置により測定する工程と、
前記放射温度計により測定された前記被処理体の温度から前記熱源の加熱力を制御する工程とを有する熱処理方法であって、
前記測定工程は、
前記被測定体から放射される熱放射光から所定領域の波長を有する前期熱放射光を選択する工程と、
前記選択工程において選択された前記所定領域の波長を有する前記熱放射光を用いて温度を算出する工程とを有する熱処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【公開番号】特開２０１２−３２４０１（Ｐ２０１２−３２４０１Ａ）
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１４４１８（Ｐ２０１１−２１４４１８）
【出願日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【分割の表示】特願２００１−１６６８０１（Ｐ２００１−１６６８０１）の分割
【原出願日】平成１３年６月１日（２００１．６．１）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．テフロン
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【分割の表示】特願２００１−１６６８０１（Ｐ２００１−１６６８０１）の分割
【原出願日】平成１３年６月１日（２００１．６．１）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．テフロン
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
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