JP2010238768A - 熱処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板に閃光を照射することにより基板加熱する場合において、加熱された基板温度を良好に監視できる熱処理装置を提供する。
【解決手段】光拡散板５３は、光照射部５とチャンバー６との間に設けられており、合成石英や溶融石英等の石英ガラスにより形成されている。光拡散板５３を形成する石英ガラスは、閃光による加熱時に基板Ｗから熱放射される近赤外領域の光を遮断する。検出部８８は、導出部８０と光学的に接続されており、加熱時に基板Ｗから熱放射された光を検出する。信号保持部は、検出部８８から入力された検出信号ＳＧ１の最大値を保持する。そして、制御部９０の温度演算部は、検出信号ＳＧ１の最大値と、検出部８８で検出される波長領域とに基づいて、プランクの放射則により基板Ｗの温度を演算する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウエハやガラス基板等（以下、単に「基板」と称する）に閃光を照射することによって、基板を加熱する熱処理装置に関する。

従来より、キセノンフラッシュランプ（以下、単に「フラッシュランプ」と呼ぶ）による基板加熱時において、フラッシュランプから基板側に照射される光のエネルギーをカロリーメータで計測するとともに、計測された光エネルギーに基づいて基板の表面温度を演算する技術が知られている（例えば、特許文献１）。

特開２００５−０９３７５０号公報

ここで、フラッシュランプから出射される光は、瞬間的にひらめく閃光である。そのため、特許文献１の手法では、閃光タイミングと光エネルギー計測タイミングとの同期状況によっては、閃光のエネルギーが良好に計測されない場合も生じ、その結果、基板の表面温度を良好に計測できない場合も生ずる。

そこで、本発明では、基板に閃光を照射することにより基板加熱する場合において、加熱された基板温度を良好に監視できる熱処理装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、請求項１の発明は、基板に閃光を照射することによって、前記基板を加熱する熱処理装置において、熱処理室と、前記熱処理室内に設けられており、前記基板を保持する基板保持部と、複数のフラッシュランプを有しており、前記基板保持部側に前記閃光を出射する光源と、前記熱処理室と前記光源との間に設けられており、前記光源から出射される前記閃光のうち、前記閃光による加熱時に前記基板から熱放射される波長領域の光を遮断する遮断部と、前記熱処理室内に設けられており、前記熱処理室内の光を導出する導出部と、前記導出部により導出された光のうち、前記波長領域の光を検出する検出部と、前記検出部から出力された検出信号の最大値を保持する信号保持部と、前記基板を加熱するために前記光源から前記基板保持部側に向けて前記閃光が出射される場合に、前記信号保持部で保持される前記検出信号の最大値から、前記波長領域で熱放射される光のエネルギーを算出するとともに、算出された前記エネルギーに基づいて、加熱された前記基板の温度を演算する温度演算部とを備えることを特徴とする。

また、請求項２の発明は、請求項１に記載の熱処理装置において、前記検出部は、前記波長領域のうち、一部の領域の光を検出し、前記温度演算部は、前記一部の領域における前記エネルギーに基づいて、加熱された前記基板の温度を演算することを特徴とする。

また、請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載の熱処理装置において、前記波長領域は、近赤外領域であることを特徴とする。

また、請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の熱処理装置において、前記遮断部は、合成石英により形成されていることを特徴とする。

また、請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の熱処理装置において、前記検出部は、フォトダイオードにより構成されていることを特徴とする。

また、請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の熱処理装置において、前記導出部は、前記基板保持部に保持された前記基板の付近に配置されており、前記熱処理室内の光を受光する受光部、を有していることを特徴とする。

また、請求項７の発明は、請求項６に記載の熱処理装置において、前記受光部は、前記基板保持部に保持された前記基板の主面に沿った方向から見て、前記基板の外方側に設けられていることを特徴とする。

また、請求項８の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の熱処理装置において、前記導出部は、前記熱処理室の内壁に設けられた受光窓、を有することを特徴とする。

請求項１ないし請求項８に記載の発明によれば、光源から出射される閃光のうち、閃光による加熱時に基板から熱放射される波長領域の光は、遮断部により遮断され、熱処理室内に到達しない。すなわち、閃光による加熱時において、導出部には、遮断部を透過した光と、熱処理装置内で熱放射された光と、が到達する。また、検出部は、加熱時に基板から熱放射される波長領域の光を検出し、信号保持部は、検出部から出力された検出信号の最大値を保持する。

これにより、温度演算部は、瞬間的にひらめく閃光に応じ、基板から熱放射された光のエネルギーを算出することができる。そのため、温度演算部は、プランクの放射則に基づいて、加熱された基板温度を良好に演算することができる。

特に、請求項２に記載の発明によれば、加熱時に基板から熱放射される波長領域のうち、一部の領域の光に基づいて、加熱時の基板温度を演算することができる。そのため、温度演算時における計算コストを低減させることができる。

特に、請求項４に記載の発明によれば、合成石英により形成されている。これにより、適切な合成石英を選択することによって、所望の波長範囲となる光の遮断を容易に実現することができる。そのため、閃光による加熱時において、基板の熱放射に応じた検出信号をさらに良好に検出することができ、加熱された基板の温度をさらに正確に演算することができる。

特に、請求項５に記載の発明によれば、安価なフォトダイオードにより検出部を構成することができる。そのため、熱処理装置の製造コストおよび保守コストを低減させることができる。

特に、請求項６に記載の発明によれば、導出部の受光部は、基板付近に配置されており、基板から熱放射された光を良好に受光することができる。そのため、閃光による加熱時において、熱放射に応じた検出信号を良好に検出することができ、加熱された基板温度を良好に演算することができる。

特に、請求項７および請求項８に記載の発明によれば、受光部および受光窓は、光源側から照射された閃光を遮ることなく、熱処理室内の光を受光することができる。そのため、閃光による基板加熱に影響を与えることなく、加熱された基板の温度を演算することができる。

本発明の実施の形態における熱処理装置の構成の一例を示す側断面図である。 本発明の実施の形態における熱処理装置の構成の一例を示す側断面図である。 導出部付近の構成の一例を示す側断面図である。 制御部の機能構成の一例を示すブロック図である。 信号保持部の構成の一例を示す回路図である。 検出部により検出される受光感度と、検出される光の波長領域と、の関係を示すグラフである。 黒体から熱放射される光について、分光放射発散度と、波長と、の関係を示すグラフである。 黒体ウエハの構造の一例を説明するための図である。 導出部付近の構成の他の例を示す側断面図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について詳細に説明する。

＜１．熱処理装置の構成＞
図１および図２は、本発明の実施の形態における熱処理装置１の構成の一例を示す側断面図であり、図１は基板Ｗの熱処理位置を、図２は基板Ｗの受け渡し位置を、それぞれ示す。ここで、熱処理装置１は、基板Ｗに極めて強い閃光を照射することによって、基板Ｗの表面を加熱する基板処理装置である。また、熱処理装置１の加熱対象となる基板Ｗは、例えば、イオン注入法により不純物が添加されたものである。添加された不純物は、この熱処理によって活性化される。

図１および図２に示すように、熱処理装置１は、主として、光照射部５と、チャンバー６と、基板保持部７と、導出部８０と、制御部９０と、を備えている。なお、図１および以降の図には、方向関係を明確にすべく、Ｚ軸方向を鉛直方向とし、ＸＹ平面を水平面とするＸＹＺ直交座標系が付されている。

光照射部５は、チャンバー６の上部に設けられており、基板保持部７側に閃光を出射する光源として使用される。図１および図２に示すように、光照射部５は、主として、複数（本実施の形態においては３０本）のフラッシュランプ６９と、リフレクタ５２と、を有している。

各フラッシュランプ６９は、長尺円筒状のランプである。図１および図２に示すように、各フラッシュランプ６９は、その長手方向が基板保持部７に保持される基板Ｗの主面と略平行となるように配列されている。また、各フラッシュランプ６９は、その両端に印加された電圧に応じたエネルギー（閃光エネルギー）を有する閃光（フラッシュ光）を出射する。

ここで、光照射部５からチャンバー６内の基板Ｗに閃光が照射されると、基板Ｗの表面温度は、瞬間的に１０００℃ないし１１００℃程度の熱処理温度Ｔ２まで急速に上昇し、基板Ｗに添加された不純物が活性化する。そして、熱処理温度Ｔ２まで急速に昇温した基板Ｗの表面温度は、その後、急速に下降する。そのため、熱処理装置１による熱処理では、閃光による熱処理後、基板Ｗに添加された不純物が熱拡散し、基板Ｗ中の不純物のプロファイルが「なまる」ことを抑制することができる。

リフレクタ５２は、複数のフラッシュランプ６９の上方に配置されており、各フラッシュランプ６９の全体を覆うように設けられている。また、リフレクタ５２の表面は、ブラスト処理により粗面化加工が施されており、梨地模様を呈している。これにより、各フラッシュランプ６９からリフレクタ５２側に出射した閃光は、リフレクタ５２で拡散反射される。

光拡散板５３は、図１および図２に示すように、光照射部５とチャンバー６との間に設けられており、合成石英や溶融石英等の石英ガラスにより形成されている。光拡散板５３の表面には光拡散加工が施されており、フラッシュランプ６９から出射された光は、光拡散板５３に入射して拡散される。そして、光拡散板５３を透過した光は、チャンバー６内に到達する。

ここで、溶融石英とは水晶の粉を溶融させて作製された石英ガラスであり、合成石英とは化学的に調合された粉末より作製されたものである。また、本実施の形態で使用される溶融石英や合成石英等の石英ガラスとしては、閃光のうち一定範囲の波長となる光を透過するものが使用されており、これら石英ガラスは、波長について一定の不透過範囲を有している。より具体的には、これら石英ガラスとしては、閃光による加熱時に基板Ｗから熱放射される波長領域（熱放射波長領域：すなわち、赤外領域：２．１μｍ〜４．５μｍ（好ましくは、２．２μｍ〜２．４μｍ）の光を遮断するものが使用されている。

このように、光拡散板５３は、近赤外領域の光を遮断する遮断部として機能する。また、適切な合成石英を選択することによって、所望の波長範囲となる光の遮断を容易に実現することができる。

なお、本実施の形態において、光とは、可視光線だけでなく、赤外線（波長が可視光線より長くマイクロ波より短い電磁波）および紫外線（波長が可視光線よりも短くＸ線より長い電磁波）も含むものとする。

チャンバー６は、略円筒形状を有する熱処理室である。チャンバー６の内部空間（熱処理空間６５）には、熱処理対象となる基板Ｗが収納可能とされている。図１および図２に示すように、チャンバー６は、透光板６１を有している。

透光板６１は、例えば、石英等により形成された円盤体であり、図１および図２に示すように、光照射部５の下方であって、チャンバー６上部の開口６０に設けられている。また、透光板６１と光拡散板５３との間には、所定の間隙が設けられている。光照射部５から出射された光は、透光板６１を透過して窒素ガス（不活性ガス）雰囲気とされた熱処理空間６５に到達し、基板Ｗに照射される。

基板保持部７は、加熱対象となる基板Ｗを保持するとともに、熱処理位置（図１参照）と受け渡し位置（図２参照）との間で基板Ｗを昇降させる。図１および図２に示すように、基板保持部７は、主として、ホットプレート７１と、サセプタ７２と、ピン７５と、を有している。

ホットプレート７１は、光照射部５からの閃光による熱処理が施される前の時点において、基板を予備加熱する。図１および図２に示すように、ホットプレート７１の上面（基板Ｗ側の面）は、サセプタ７２の下面と密着して設けられている。

これにより、ホットプレート７１は、基板保持部７に保持された基板Ｗを、不純物の拡散温度より低い予備加熱温度Ｔ１まで昇温させることができる。そして、予備加熱された基板Ｗの表面温度は、フラッシュランプ６９からの閃光によって、熱処理温度Ｔ２（＞Ｔ１）まで速やかに上昇する。

サセプタ７２は、石英（あるいは、窒化アルミニウム（ＡＩＮ）等であっても良い）により形成されており、光照射部５による熱処理時において基板Ｗを保持する。図１および図２に示すように、サセプタ７２の上部周縁付近には、基板Ｗの位置ズレを防止するピン７５が設けられている。

ここで、図１および図２に示すように、チャンバー６の底部６２には、複数の支持ピン７０が固定されている。各支持ピン７０は、例えば石英によって形成された棒状体であり、略垂直方向（Ｚ軸方向）に立設されている。また、基板保持部７には複数の貫通孔７７が設けられており、各貫通孔７７には対応する支持ピン７０が挿通可能とされている。

また、基板保持部７の下部には、略円筒状のシャフト４１が接続されている。さらに、シャフト４１、およびこれに固定された基板保持部７は、昇降部４２によってＺ軸方向に昇降可能とされている。

したがって、ゲートバルブ１８５が開放されて、チャンバー６内に基板Ｗが搬入されると、基板Ｗは、受け渡し位置にて各支持ピン７０に支持される（図２参照）。続いて、基板Ｗが各支持ピン７０に受け渡された後に、基板保持部７が昇降させられると、各支持ピン７０に支持された基板Ｗは、基板保持部７のサセプタ７２に受け渡される。そして、さらに基板保持部７が昇降させられると、基板Ｗは、熱処理位置まで移動させられる（図１参照）。一方、熱処理が完了すると、熱処理位置の基板Ｗは下降させられる。そして、基板Ｗは、受け渡し位置付近でサセプタ７２から離隔され、各支持ピン７０に受け渡される。

図３は、導出部８０付近の構成の一例を示す側断面図である。導出部８０は、チャンバー６内（熱処理空間６５）に設けられており、チャンバー６内の光をチャンバー６外に導出する。図３に示すように、導出部８０は、主として、導出ロッド８１と、接続部８４と、を有している。

導出ロッド８１は、石英ガラス等の耐熱部材で形成された棒状体である。図３に示すように、導出ロッド８１は、チャンバー６の内壁６ａ側と外壁６ｂ側とを貫通する貫通孔８２に挿通されている。また、導出ロッド８１は、その先端部８１ａが基板保持部７に保持された基板Ｗの上方に位置し、基端部８１ｂが接続部８４側となるように、チャンバー６に対して固定されている。

したがって、導出ロッド８１は、基板保持部７に保持された基板Ｗの主面に沿った方向に伸びることになる。また、基板Ｗが熱処理位置（図１参照）に配置されると、導出部８０の先端部８１ａは、基板保持部７に保持された基板Ｗの付近に配置されることになる（図３参照）。すなわち、先端部８１ａは、基板Ｗの熱処理時において、基板保持部７に保持された基板Ｗの主面に沿った方向から見て、基板Ｗの外方側に設けられることになる。さらに、導出ロッド８１の先端部８１ａは、チャンバー６内の光を受光する受光部としての機能を有している。先端部８１ａで受光された光は、導出ロッド８１の胴部を介して基端部８１ｂに導かれる。

接続部８４は、図３に示すように、チャンバー６の外壁６ｂ側に取り付けられている。接続部８４は、その一端部が導出ロッド８１の基端部８１ｂと、他端部が光ファイバー８６と、それぞれ光学的に接続されている。したがって、接続部８４は、導出ロッド８１により導かれた光を光ファイバー８６に中継する。そして、光ファイバー８６に導入された光は、図１および図２に示すように、検出部８８に到達する。

検出部８８は、導出部８０により導出された光のうち、熱放射波長領域に含まれる光を検出する光センサである。図１および図２に示すように、検出部８８は、接続部８４、および光ファイバー８６を介して、導出部８０と光学的に接続されている。

ここで、本実施の形態において、検出部８８としては、例えば、安価なフォトダイオードが採用されている。そのため、熱処理装置１の製造コストおよび保守コストを低減させることができる。

制御部９０は、熱処理装置１の各構成要素の動作制御（例えば、光照射部５による閃光の照射制御や、昇降部４２による基板保持部７の昇降制御等）、およびデータ処理またはデータ演算（例えば、熱処理時における基板Ｗの温度演算等）を実現する。なお、制御部９０の詳細については、後述する。

＜２．制御部の機能構成＞
図４は、制御部９０の機能構成を説明するためのブロック図である。図５は、信号保持部３１の構成の一例を示す回路図である。図４に示すように、制御部９０は、主として、信号保持部３１と、ＲＡＭ９１と、ＲＯＭ９２と、ＣＰＵ９３と、を有している。

信号保持部３１は、検出部８８から入力された検出信号ＳＧ１の最大値を保持し、温度演算部９３ａに出力する。図５に示すように、信号保持部３１は、主として、電流電圧変換回路３４と、反転増幅回路３６と、ピークホールド回路３８と、を有している。

電流電圧変換回路３４は、入力された電流を電圧に変換して出力する。図５に示すように、オペアンプ３４ａのマイナス入力側と出力側との間には抵抗３４ｂが配置されるとともに、オペアンプ３４ａのプラス入力側は接地されている。また、オペアンプ３４ａのマイナス入力側および出力側は、それぞれ電流電圧変換回路３４の入力端子３４ｃおよび出力端子３４ｄと接続されている。さらに、図５に示すように、検出部８８の一端は電流電圧変換回路３４の入力端子３４ｃと接続されており、他端は接地されている。したがって、電流電圧変換回路３４は、出力信号として、検出部８８で発生した電流に応じた電圧を出力する。

なお、検出部８８で生ずる電流は接地側に流れるとともに、オペアンプ３４ａのプラスおよびマイナス入力側はイマジナリショートされている。そのため、電流電圧変換回路３４の出力端子３４ｄから出力される電圧は負値となる。

反転増幅回路３６は、主として、オペアンプ３６ａと、２つの抵抗３６ｂ、３６ｃと、を有している。反転増幅回路３６は、電流電圧変換回路３４から入力される電圧について、極性を反転させつつ、抵抗３６ｂ、３６ｃの抵抗値に応じた増幅率で増幅する。図５に示すように、オペアンプ３６ａの出力側とマイナス入力側との間には抵抗３６ｂが配置されている。また、オペアンプ３６ａのプラス入力側は接地されている。さらに、オペアンプ３６ａのマイナス入力側と反転増幅回路３６の入力端子３６ｄとの間には抵抗３６ｃが配置されている。したがって、反転増幅回路３６に入力された電圧は、極性が負から正に反転させられるとともに増幅されて、出力端子３６ｅから出力される。

ピークホールド回路３８は、反転増幅回路３６から入力された電圧の最大値を保持するとともに、この最大値に対応する電圧をＡ／Ｄ変換部３９に出力する。図５に示すように、ピークホールド回路３８は、主として、２つのオペアンプ３８ａ、３８ｂと、２つのダイオード３８ｃ、３８ｄと、コンデンサ３８ｅと、を有している。

オペアンプ３８ａは、入力端子３８ｋを介してプラス入力側に入力される電圧値と、マイナス入力側に入力される電圧値と、を比較するために使用される。一方、オペアンプ３８ｂは、出力側とマイナス入力側とが接続されており、ボルテージフォロワとして動作する。

例えば、反転増幅回路３６からの入力電圧の電圧値（プラス入力側）が、オペアンプ３８ａのマイナス入力側の電圧値より大きい場合には、オペアンプ３８ａの出力が正の電圧値となり、ダイオード３８ｃが導通状態となる。その結果、ダイオード３８ｃを介してコンデンサ３８ｅに電流が流れ、コンデンサ３８ｅに電荷が蓄積される。

そして、オペアンプ３８ｂの出力側からオペアンプ３８ａのマイナス入力側には、コンデンサ３８ｅに蓄積された電荷量に応じた電圧（ピークホールド回路３８の出力電圧）が入力される。また、オペアンプ３８ｂの出力は、出力端子３８ｍを介してＡ／Ｄ変換部３９に入力される。

一方、反転増幅回路３６からの入力電圧の電圧値がコンデンサ３８ｅの電圧値以下となり、反転増幅回路３６からの入力電圧の電圧値（プラス入力側）が、オペアンプ３８ａのマイナス入力側の電圧値以下となる場合には、ダイオード３８ｄが導通状態となる。これにより、オペアンプ３８ａの出力値は、ダイオード３８ｄの順方向電圧降下分をコンデンサ３８ｅの電圧値から減じたものとなり、ダイオード３８ｃは非導通状態となる。そのため、コンデンサ３８ｅには電流が流れず、コンデンサ３８ｅの両端の電圧値は変化しない。その結果、オペアンプ３８ｂの出力は、すでにコンデンサ３８ｅに蓄積された電荷量に応じた電圧値となる。

なお、トランジスタ３８ｆは、コンデンサ３８ｅの放電用に使用される。すなわち、リセット端子３８ｊからリセット信号がトランジスタ３８ｆのベースに入力され、トランジスタ３８ｆのエミッタ−コレクタ間が導通状態となると、コンデンサ３８ｅに蓄積された電荷は、接地側に流れ込み、コンデンサ３８ｅの両端の電圧値は「０」になる。

Ａ／Ｄ変換部３９は、ピークホールド回路３８から入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。そして、Ａ／Ｄ変換部３９の出力端子３９ａから出力されるデジタル信号は、信号線９６を介してＣＰＵ９３に入力される。

図４に戻って、ＲＡＭ（Random Access Memory）９１は、揮発性の記憶部であり、例えばＣＰＵ９３の演算で使用されるデータが格納される。ＲＯＭ９２は、不揮発性の記憶部であり、例えばプログラム９２ａが格納される。

ＣＰＵ９３は、ＲＯＭ９２のプログラム９２ａに従った制御やデータ演算を実行する。例えば、図４中において、ＣＰＵ９３内に記載されている演算部（すなわち、温度演算部９３ａ）は、プログラム９２ａ（ソフトウェア）に従って実現される。

温度演算部９３ａは、基板Ｗを加熱するために光照射部５から基板保持部７側（すなわち、熱処理空間６５）に向けて閃光が出射される場合において、信号保持部３１で保持される検出信号ＳＧ１の最大値（より具体的には、信号保持部３１で電流から電圧に変換され、デジタル化された信号の最大値）から、熱放射波長領域で熱放射される光のエネルギー（より具体的には、放射発散度）を算出する。そして、温度演算部９３ａは、算出された光のエネルギーに基づいて、加熱された基板Ｗの温度を演算する。なお、温度演算部９３ａによる演算手法の詳細については、後述する。

＜３．温度演算部による基板温度の演算手法＞
ここでは、温度演算部９３ａにより、加熱時の基板Ｗの温度を演算する手法について説明する。

図６は、検出部８８の受光感度と、検出部８８により検出される光の波長領域との関係を示すグラフである。図６の縦軸は受光感度Ｓを、横軸は光の波長Ｌを、それぞれ示す。また、図６中の曲線ＳＣは、検出部８８の受光感度曲線を示す。なお、受光感度は、検出部８８に入光する光の仕事率（Ｗ）に対する光電流（Ａ）の割合を示す。

図７は、黒体から熱放射される光について、分光放射発散度と波長との関係を示すグラフである。図７の縦軸は分光放射発散度ＩＲを、横軸は光の波長Ｌを、それぞれ示す。また、図７の曲線ＩＣ１、ＩＣ２、ＩＣ３は、それぞれ基板Ｗの温度ＴがＴ１、Ｔ２、Ｔ３（Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３）（Ｋ）の場合における分光放射発散度曲線を示す。なお、放射発散度は、面状の放射源が単位面積当たりに放出する放射束を示し、分光放射発散度は、単位波長当たりの放射発散度を示す。また、放射束は、単位時間当たりに放射源から放出されるエネルギーを示す。

ここで、略平板状の黒体（すべての波長の放射を完全に吸収する物体）の温度をＴ（Ｋ）、略平板状の黒体から熱放射される光の波長をＬ（ｍ）、とすると、この黒体から熱放射される光の分光放射発散度ＩＲ（Ｌ、Ｔ）は、数１のように表すことができる。

ただし、数１中のＣ１、Ｃ２は、それぞれ放射第一定数、放射第二定数を示すものである。また、プランク定数をｈ（Ｊ・ｓ）、光速をｃ（ｍ／ｓ）、ボルツマン定数をｋ（Ｊ／Ｋ）、とすると、放射第一定数Ｃ１および放射第二定数Ｃ２は、それぞれ数２および数３のように表される。

また、実在する物体の分光放射発散度をＩＲ’、黒体の分光放射発散度をＩＲとすると、放射率εは、数４のように表される。

さらに、検出部８８は、図６および図７に示すように、熱放射波長領域のうち、一部の領域（すなわち、波長ＬがＬ１≦Ｌ≦Ｌ２となる波長領域）の光を検出する。そして、検出部８８で検出された検出信号ＳＧ１は、制御部９０に入力される。

したがって、温度Ｔの場合において、略平板状の黒体から放射されて検出部８８で検出される検出信号ＳＧ１の最大値をＶｐ、略平板状の基板Ｗから放射されて検出部８８で検出される検出信号ＳＧ１の最大値をＶｐ’、基板Ｗの放射率をε、変換係数をａ、とすると、波長ＬがＬ１≦Ｌ≦Ｌ２となる範囲の放射発散度は、数５のように表される。

そのため、数５に変換係数ａ、放射率ε、および波長Ｌ１、Ｌ２を代入することによって、基板Ｗの温度Ｔを求めることができる。

なお、数４の放射率εは、例えば、基板Ｗと、黒体ウエハＷＣと、を使用することにより求めてもよい。すなわち、通常の基板Ｗと、黒体ウエハＷＣ（図８参照）と、のそれぞれについて検出信号ＳＧ１の実測値Ｖｐ’、Ｖｐが測定される。そして実測値Ｖｐに対するＶｐ’の比を求める（すなわち、ＶｐによりＶｐ’を除する）ことによって、放射率εが求められてもよい。

ここで、図８に示すように、黒体ウエハＷＣは、基板Ｗ上に黒体塗料を塗布して黒体塗料層ＬＢを形成するとともに、この黒体塗料層ＬＢの上に石英層ＬＱを積層させたものである。

また、変換係数ａは、ホットプレート７１により基板Ｗの温度Ｔを予め定められた値とし、その温度Ｔにおける数５の左辺の積分値と、検出部８８の検出信号ＳＧ１の測定値と、に基づいて求めてもよい。

＜４．本実施の形態の熱処理装置の利点＞
以上のように、本実施の形態の熱処理装置１は、光照射部５と基板保持部７との間に配置されている光拡散板５３によって、光照射部５から出射される閃光のうち、加熱時に基板Ｗから熱放射される近赤外領域の光を遮断することができる。これにより、閃光による加熱時において、検出部８８は、主として、加熱時に基板Ｗから熱放射された光を検出することができる。また、信号保持部３１は、検出信号ＳＧ１の最大値を取得することができる。すなわち、検出部８８および信号保持部３１が使用されることによって、瞬間的にひらめく閃光に応じて熱放射された光から、この光のエネルギーに応じた検出信号ＳＧ１が良好に取得される。そのため、検出信号ＳＧ１の最大値に基づいた温度演算を実行する温度演算部９３ａは、プランクの放射則によって加熱された基板Ｗの温度を良好に求めることができる。

特に、本実施の形態では、光拡散板５３として合成石英が採用されており、適切な合成石英を選択することによって、所望の波長範囲となる光の遮断を容易に実現することができる。そのため、閃光による加熱時において、検出部８８は、基板Ｗの熱放射に応じた検出信号ＳＧ１をさらに良好に検出することができ、温度演算部９３ａは、加熱された基板Ｗの温度をさらに正確に演算することができる。

また、チャンバー６内の光を受光する導出部８０の先端部８１ａは、加熱時において基板Ｗ付近（より具体的に言うと、基板Ｗの主面に沿った方向から見て、基板Ｗの外方側）に配置されている。これにより、光照射部５から照射された閃光を遮ることなく、チャンバー６内の光を受光することができ、熱放射に応じた検出信号ＳＧ１を良好に検出することができる。そのため、閃光による基板Ｗの加熱に影響を与えることなく、加熱された基板Ｗの温度を良好に演算することができる。

＜５．変形例＞
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく様々な変形が可能である。

（１）本実施の形態において、加熱時の光は、導出部８０（図３参照）で受光されるものとして説明したが、導出部の形態はこれに限定されるものでない。図９は、導出部１８０付近の構成の他の例を示す側面図である。導出部１８０は、導出部８０と同様に、チャンバー６内（熱処理空間６５）に設けられており、チャンバー６内の光をチャンバー６外に導出する。図９に示すように、導出部１８０は、主として、光学系１８１と、接続部８４と、を有している。

光学系１８１は、チャンバー６内の光を、集光させて接続部８４側に導く。図９に示すように、光学系１８１は、主として、鏡筒１８１ａと、複数（本実施の形態では２枚）のレンズ１８１ｂ、１８１ｃと、受光窓１８１ｈと、を有している。

鏡筒１８１ａは、略円筒体であり、光学系１８１の胴部を構成している。図９に示すように、光学系１８１は、チャンバー６の内壁６ａ側と外壁６ｂ側とを貫通する貫通孔８２に挿通されている。

受光窓１８１ｈは、石英ガラス等により形成された板材であり、耐熱性を有する。図９に示すように、受光窓１８１ｈは、チャンバー６の内壁６ａに設けられている。また、受光窓１８１ｈは、鏡筒１８１ａの一端側開口１８１ｅ付近に、開口１８１ｅを覆うように取り付けられている。

レンズ１８１ｂ、１８１ｃは、鏡筒１８１ａ内に配置されており、基板Ｗ側から受光窓１８１ｈを介して光学系１８１に入射する光を集光させる。そして、集光させられた光は、鏡筒１８１ａの他端側開口１８１ｆを経て接続部８４に到達する。

このように、導出部１８０の受光窓１８１ｈは、チャンバー６の内壁６ａに設けられており、光照射部５側から照射された閃光を遮ることなく、チャンバー６内の光を受光することができる。そのため、閃光による基板加熱に影響を与えることなく、加熱された基板Ｗの温度が良好に求められる。

なお、光学系１８１のレンズ１８１ｂ、１８１ｃは、開口１８１ｅ付近と接続部８４とが光学的にほぼ共役な配置関係となるように、鏡筒１８１ａ内に設けられてもよい。この場合、光学系１８１には、チャンバー６内の広い範囲で反射した反射光が入射することになる。そのため、さらに良好に検出信号ＳＧ１が検出され、さらに正確に基板Ｗの温度が演算される。

（２）また、本実施の形態において、温度演算部９３ａによる温度演算機能は、ＣＰＵ９３によりソフトウェア的に実現されるものとして説明したが、これに限定されるものでない。例えば、電子回路等のハードウェア構成によって実現されてもよい。

１ 熱処理装置
５ 光照射部
６ チャンバー
７ 基板保持部
３１ 信号保持部
５３ 遮断部
８０、１８０ 導出部
８１ 導出ロッド
８２ 貫通孔
８４ 接続部
８６ 光ファイバー
８８ 検出部
９０ 制御部
９１ ＲＡＭ
９２ ＲＯＭ
９３ ＣＰＵ
９３ａ 温度演算部
９５、９６ 信号線
１８１ 光学系
１８１ｈ 受光窓
ＳＧ１ 検出信号
Ｗ 基板

Claims (8)

1. 基板に閃光を照射することによって、前記基板を加熱する熱処理装置において、
   (a)熱処理室と、
   (b)前記熱処理室内に設けられており、前記基板を保持する基板保持部と、
   (c)複数のフラッシュランプを有しており、前記基板保持部側に前記閃光を出射する光源と、
   (d)前記熱処理室と前記光源との間に設けられており、前記光源から出射される前記閃光のうち、前記閃光による加熱時に前記基板から熱放射される波長領域の光を遮断する遮断部と、
   (e)前記熱処理室内に設けられており、前記熱処理室内の光を導出する導出部と、
   (f)前記導出部により導出された光のうち、前記波長領域の光を検出する検出部と、
   (g)前記検出部から出力された検出信号の最大値を保持する信号保持部と、
   (h)前記基板を加熱するために前記光源から前記基板保持部側に向けて前記閃光が出射される場合に、
   前記信号保持部で保持される前記検出信号の最大値から、前記波長領域で熱放射される光のエネルギーを算出するとともに、
   算出された前記エネルギーに基づいて、加熱された前記基板の温度を演算する温度演算部と、
   を備えることを特徴とする熱処理装置。
2. 請求項１に記載の熱処理装置において、
   前記検出部は、前記波長領域のうち、一部の領域の光を検出し、
   前記温度演算部は、前記一部の領域における光のエネルギーに基づいて、加熱された前記基板の温度を演算することを特徴とする熱処理装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の熱処理装置において、
   前記波長領域は、近赤外領域であることを特徴とする熱処理装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の熱処理装置において、
   前記遮断部は、合成石英により形成されていることを特徴とする熱処理装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の熱処理装置において、
   前記検出部は、フォトダイオードにより構成されていることを特徴とする熱処理装置。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の熱処理装置において、
   前記導出部は、
   前記基板保持部に保持された前記基板の付近に配置されており、前記熱処理室内の光を受光する受光部、
   を有していることを特徴とする熱処理装置。
7. 請求項６に記載の熱処理装置において、
   前記受光部は、前記基板保持部に保持された前記基板の主面に沿った方向から見て、前記基板の外方側に設けられていることを特徴とする熱処理装置。
8. 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の熱処理装置において、
   前記導出部は、
   前記熱処理室の内壁に設けられた受光窓、
   を有することを特徴とする熱処理装置。

Images