JP2014081350A - 温度測定機構及び温度測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光源を熱源とする熱処理装置において、従来の非接触温度測定では正確な温度を測定することが困難であった対象物及び温度域において正確な温度測定を行なう。
【解決手段】温度測定機構は、複数の発光素子ユニット３０とウェハＷの間に配置された、発光素子ユニット３０からの照度ｕを測定する照度モニタ５０と、温度センサ２０ａと、照度ｕと温度センサ２０ａにより模擬的に測定された模擬温度Ｔｃに基づいて、ウェハＷの実温度Ｐを推定する演算部１５２と、を有している。演算部１５２におけるウェハＷの実温度Ｐの推定は、予め求められた、照度ｕと当該照度ｕにおいて推定されるウェハＷの温度ｙとの相関関係である第１の相関関係と、予め求められた、温度センサ２０ａにより模擬的に測定された模擬温度Ｔｃと照度ｕにおいて推定されるウェハＷの温度ｙとの相関関係である第２の相関関係に基づいて行なわれる。
【選択図】図５

Description

本発明は、光源を熱源とする熱処理装置における温度測定機構及び温度測定方法に関する。

例えば半導体デバイスの製造工程では、例えば半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という。）上に成膜を行う成膜処理や熱処理などの各種処理が順次行われる。イオン注入後の熱処理においては、拡散を最小限に抑えるためにより高速での昇降温が要求されるが、近年、半導体デバイスの微細化、高集積化に伴い、その要求は特に顕著である。より高速での昇降温を行なう熱処理装置の熱源としては、例えばＬＥＤが用いられる。

ＬＥＤを用いるにあたっては、高速昇温に対応するためにＬＥＤが高密度で配置されるが、ＬＥＤは高温になると発光量が低下する。そのため、例えば特許文献１には、ＬＥＤを冷媒の気化熱により冷却する方法が提案されている。

特開２０１０−１５３７３４号公報

ところで、加熱源として例えば電気式のヒータなどを用いた場合、加熱源の温度を熱電対などにより直接測定して当該測定値に基づきウェハの温度制御が行われる。その一方、ＬＥＤのような発光素子を熱源として用いる場合、熱電対などの接触式の温度計を用いて直接に熱源の温度を測定することが出来ない。

そのため、熱源として発光素子を用いた場合にウェハの温度を測定するには、内部に熱電対を埋め込んだダミーウェハに発光素子から光を照射して、ダミーウェハ内の熱電対により温度を測定するか、放射温度計等の非接触式の温度計を用いることが考えられる。

しかしながらダミーウェハを用いた場合、処理対象としてのウェハを実際に熱処理する際の温度をリアルタイムで測定できない。そのため、ウェハの温度制御を精度良く行うことが困難である。また、放射温度計は、ウェハの熱処理の温度として採用される１００℃程度の温度域では測定誤差が大きく、正確な温度を測定することができない。そのため、特許文献１にも示されるように、従来は、例えばウェハに温度計を接触させて当該ウェハの温度を直接測定し、この測定値に基づいてウェハの温度制御が行われる。

しかしながら、ウェハに温度計を接触させて温度を測定する場合、設置できる温度計の数にも制約があるため、ウェハの全面にわたって精度良い温度を得ることは困難である。そのため、精度良くウェハの温度制御を行うことが困難であった。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、光源を熱源とする熱処理装置において、従来の非接触温度測定では正確な温度を測定することが困難であった対象物及び温度域において正確な温度測定を行なうことを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明は、複数の発光素子を熱源に用いて被処理体を熱処理する熱処理装置において、被処理体の温度を測定する温度測定機構であって、対向して設けられた前記複数の発光素子と前記被処理体の間に配置された、前記発光素子からの照度を測定する照度モニタと、前記被処理体の温度を模擬的に測定する温度センサと、前記照度モニタにより測定された照度と前記温度センサにより模擬的に測定された模擬温度に基づいて、前記被処理体の実温度を推定する演算部と、を有し、前記演算部における前記被処理体の実温度の推定は、予め求められた、前記照度モニタにより測定した照度と当該測定された照度において推定される被処理体の温度との相関関係である第１の相関関係と、予め求められた、前記温度センサにより模擬的に測定された模擬温度と前記測定された照度において推定される前記被処理体の温度との相関関係である第２の相関関係に基づいて行なわれることを特徴としている。

本発明によれば、前記照度モニタの測定結果と前記温度センサの測定結果と、予め求めた第１の相関関係及び第２の相関関係に基づいて被処理体の実温度を推定するので、従来の非接触温度測定では正確な温度を測定することが困難であった対象物及び温度域において正確な温度測定を行なうことができる。

別の観点による本発明は、複数の発光素子を熱源に用いて被処理体を熱処理する熱処理装置において、被処理体の温度を測定する温度測定方法であって、対向して設けられた前記複数の発光素子と前記被処理体の間に配置された照度モニタとにより、前記発光素子からの照度を測定し、温度センサにより前記被処理体の温度を模擬的に測定し、前記照度モニタにより測定された照度と前記温度センサにより模擬的に測定された模擬温度に基づいて、前記被処理体の実温度を推定し、前記制御部における前記被処理体の実温度の推定は、予め求められた、前記照度モニタにより測定した照度と当該測定された照度において推定される被処理体の温度との相関関係である第１の相関関係と、前記温度センサにより模擬的に測定された模擬温度と前記測定された照度において推定される前記被処理体の温度との相関関係である第２の相関関係に基づいて行われることを特徴としている。

本発明によれば、光源を熱源とする熱処理装置において、従来の非接触温度測定では正確な温度を測定することが困難であった対象物及び温度域において正確な温度測定を行なうことを目的としている。

本実施の形態にかかる温度測定装置を備えた熱処理装置の構成の概略を示す縦断面図である。 発光素子ユニットの構成の概略を示す平面図である。 熱源の構成の概略を示す平面図である。 制御部の構成の概略を示す説明図である。 制御部における実温度の推定方法の概略を示すフロー図である。 第１の相関関数及び第２の相関関数を示す説明図である。 他の実施の形態に係る支持ピンの構成の概略を示す縦断面図である。 他の実施の形態にかかる温度測定装置を備えた熱処理装置の構成の概略を示す縦断面図である。 本実施例と比較例の確認試験の結果を示す説明図である。 本実施例と比較例の確認試験の結果を示す説明図である。 本実施例と比較例の確認試験の結果を示す説明図である。 本実施例と比較例の確認試験の結果を示す説明図である。 本実施例と比較例の確認試験の結果を示す説明図である。 本実施例と比較例の確認試験の結果を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態の一例について、図を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る温度測定機構を備えた熱処理装置１の概略の構成を示す縦断面図である。

熱処理装置１は、被処理体としてのシリコン基板であるウェハＷを載置する載置台１０が設けられた略円筒状の処理容器１１を有している。処理容器１１は、載置台１０上方の熱処理部１２と、載置台１０の外側に設けられたガス拡散部１３を有している。載置台１０の上面にはウェハＷを支持する支持ピン２０が複数設けられている。支持ピン２０の内部には、温度センサ２０ａが内蔵されている。そのため、温度センサ２０ａにより当該ウェハＷを載置する支持ピン２０の温度を測定することで、ウェハＷの温度を模擬的に測定することができる。温度センサとしては例えば熱電対などが用いられる。なお、熱電対などの温度センサ２０ａそのものを支持ピン２０として用いてもよい。また、ウェハＷの温度を模擬的に測定するとは、ウェハＷと接触する支持ピン２０の温度を温度センサ２０ａにより測定することのみならず、ウェハＷを温度センサ２０ａにより支持し、ウェハＷに温度センサ２０ａを接触させることにより測定する場合を含む。

処理容器１１の天板１１ａの下面には、熱源２１が設けられている。熱源２１は、複数の発光素子ユニット３０により構成されている。各発光素子ユニット３０は、載置台１０に載置されたウェハＷに光を照射するように、載置台１０に対向して設けられている。各発光素子ユニット３０は、電極３１を介して支持板３１ａに支持され、支持板３１ａは天板１１ａに支持されている。天板１１ａの内部には図示しない冷媒管が設けられ、その内部に冷却水を通水することで、発光素子の冷却が行なわれる。

発光素子ユニット３０は、図２に示すように六角状に形成された支持板３２を有し、当該支持板３２の表面に発光素子３３が多数配置されている。発光素子３３としては、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）が用いられる。各発光素子３３の間には反射層３４が形成されており、発光素子３３からの光を反射させることで、載置台１０に向けて有効に光を取り出すことができる。発光素子３３及び反射層３４は支持板３２により支持されている。なお、反射層３４の反射率は例えば０．８以上である。

各発光素子３３は、半球状に形成されたレンズ層（図示せず）で覆われている。レンズ層は屈折率の高いＬＥＤと屈折率が１の空気との間の屈折率を有し、ＬＥＤから空気中に光が直接射出されることによる全反射を緩和するために設けられる。レンズ層を設けることで各発光素子３３の側面からも光を取り出すことができる。また、側面から取り出された光は反射層３４により反射されて載置台１０に向けて照射される。そして、熱源２１は、例えば図３に示すように、一つの発光素子ユニット３０の六角状の支持板３２の辺が互いに隣接するように配置されて構成されている。このような配置構成とすることで、全ての発光素子ユニット３０が隙間無く配置される。発光素子ユニット３０の間の所定の位置には、後述する反射光モニタ５１が発光素子ユニット３０を挿通して複数配置されている。

一つの発光素子ユニット３０には、１０００〜２０００個程度の発光素子３３が搭載されている。発光素子３３として用いられるＬＥＤとしては、光の波長が紫外〜近赤外の範囲、好ましくは３６０〜１０００ｎｍの範囲の、例えばＧａＮ（窒化ガリウム）やＧａＡｓ（ガリウムヒ素）などの化合物半導体が用いられる。なお、加熱対象がシリコン製のウェハである場合、シリコンウェハによる吸収率の高い９５０〜９７０ｎｍ付近の波長を有するＧａＡｓ系の材料からなるＬＥＤを用いることが好ましい。

天板１１ａの上面には、各発光素子ユニット３０に電流を供給する電源４０が複数配置されている。電源４０は、後述する制御部１５０に接続されており各発光素子ユニット３０へ供給する電流は制御部１５０により個別に制御される。

また、処理容器１１の天板１１ａには、当該処理容器１１内に、図示しない処理ガス供給機構から所定の処理ガスを導入する処理ガス供給管４１が接続されている。処理容器１１のガス拡散部１３の底部には、図示しない排気装置に接続された排気管４２が接続されており、この排気管４２を通じて処理容器１１内を排気することができる。

載置台１０と発光素子ユニット３０との間には、発光素子ユニット３０からウェハＷに向けて照射された光を透過する光透過部材４３が、載置台１０の上面と所定の距離だけ離間して配置されている。光透過部材４３は、天板１１ａの下面から鉛直下方に延下した垂下部１１ｂの下端に、例えばねじ止めなどにより支持されている。垂下部１１ｂは円環状に形成されており、発光素子ユニット３０は、垂下部１１ｂと当該垂下部１１ｂの下端に支持される光透過部材４３により囲まれた空間の内部に収容された状態となっている。なお、光透過部材４３としては、例えば石英などが用いられる。

光透過部材４３の上面、換言すれば光透過部材４３の発光素子ユニット３０側には、発光素子ユニット３０からウェハＷに向けて照射される光の照度を測定する照度モニタ５０が複数配置されている。照度モニタ５０としては、例えばフォトダイオード等の受光素子が用いられる。このように、照度モニタ５０を載置台１０の上面から離して設けられた光透過部材４３に配置することで、照度モニタ５０の影がウェハＷに転写されることを抑制できる。照度モニタ５０は図示しない配線により後述する制御部１５０に接続されており、照度モニタ５０で検出された光は、照度モニタ５０で電気信号に変換されて制御部１５０に入力される。なお、影のウェハＷへの影の転写防止という観点から、照度モニタ５０は１〜２ｍｍ角程度の小型のセンサを用いることが好ましい。また、配線についても、印刷やめっきにより光透過部材４３の全面に成膜し、エッチングなどにより幅０．２ｍｍ以下程度の配線パターンを形成することが好ましい。

また、光透過部材４３の上方であって天板１１ａの下面には、ウェハＷにより反射された発光素子ユニット３０からの光を測定する反射光モニタ５１が複数設けられている。反射光モニタ５１は、発光素子ユニット３０を検出せず、且つウェハＷからの反射光を検出できるように、受光部５１ａが発光素子ユニット３０の下端面より下方に位置するように配置されている。反射光モニタ５１も照度モニタ５０と同様に図示しない配線により制御部１５０に接続されている。

制御部１５０は、例えばコンピュータである。制御部１５０は、図４に示すように、照度モニタ５０や反射光モニタ５１からの信号が入力される入力部１５１、入力部１５１から入力されたデータを演算する演算部１５２と、所定のデータを記憶する記憶部１５３、各電源４０やその他機器の動作を制御するための信号を出力する出力部１５４を有している。本実施の形態にかかる温度測定機構は、支持ピン２０に内蔵された温度センサ２０ａ、照度モニタ５０、反射光モニタ５１及び制御部１５０により構成されている。

演算部１５２の機能について詳述する。図５に示すように演算部１５２では、入力部１５１に入力された照度モニタ５０で検出された光の照度から反射光モニタ５１で検出された光の照度を差し引く補正を行って、ウェハＷに照射された光の照度ｕを算出する。次いで、ウェハＷの温度とウェハＷに照射された光の照度ｕと当該照度ｕにおいて推定されるウェハＷの温度とのの相関関係（第1の相関関係）を数式化した第１の相関関数と、支持ピン２０に内蔵された温度センサ２０ａにより模擬的に測定されたウェハＷの模擬温度Ｔｃと、当該模擬温度Ｔｃから推定されるウェハＷの温度との相関関係（第２の相関関係）を数式化した第２の相関関数とに基づいて、オブザーバ１６０を生成する。

ここで、第１の相関関数と、第２の相関関数の算出方法について説明する。
図６に示すように、第１の相関関数１６１及び第２の相関関数１６２は、数式により表される。第１の相関関数１６１のｙは、上述の、照度ｕにおいて推定されるウェハＷの温度であり、例えばその内部に熱電対等の温度測定手段を内蔵したウェハＷと略同一径状のダミーウェハに熱源２１より光を照射し、ウェハＷに照射された光の照度ｕにおいて温度測定手段により測定される温度として、予め試験等により求められる。第１の相関関数１６１のＡ、Ｂ、Ｃはそれぞれ行列式であり、各照度モニタ５０に対応するものである。そして、既知の値である照度ｕと同じく既知の値である温度ｙとに基づいて、Ａ、Ｂ、Ｃが求められる。なお、この第１の相関関数１６１は、記憶部１５３に予め記憶されている。

第２の相関関数１６２のＴｃは、上述のとおり、支持ピン２０に内蔵された温度センサ２０ａにより模擬的に測定されたダミーウェハまたはウェハＷの少なくともいずれかの模擬温度であり、第２の相関関数１６２のＦ、Ｇ、Ｈも、第１の相関関数１６１のＡ、Ｂ、Ｃと同様にそれぞれ行列式である。そして、第２の相関関数１６２は、上述の試験等により予め求められた既知の値である温度ｙと、同じく既知の値である模擬温度Ｔｃとに基づいて、Ｆ、Ｇ、Ｈが求められる。この第２の相関関数１６２も、記憶部１５３に予め記憶されている。

そして、記憶部１５３に記憶された第１の相関関数１６１のＡ、Ｂ、Ｃ及び第２の相関関数１６２のＦ、Ｇ、Ｈに基づいて生成されたオブザーバ１６０には、図５に示すように、光の照度ｕと、温度センサ２０ａで測定した模擬温度Ｔｃが入力される。オブザーバ１６０では、照度ｕ及び模擬温度Ｔｃとの比較演算結果に基づいて、シミュレーションが行なわれ、ウェハＷの実際の温度である実温度Ｐが推定される。なお、オブザーバ１６０におけるゲインＫとしては、例えばカルマンフィルタなどを用いることができる。

ウェハＷの実温度Ｐが推定されると、演算部１５２では、ウェハＷを所望の温度に制御する、換言すれば、推定された実温度ＰとウェハＷの温度設定値との差をゼロにするために、発光素子ユニット３０に電流を供給する電源４０への電流指令値を算出する。当該算出された電流指令値は、出力部１５４から各電源４０に対して出力される。

なお、記憶部１５３には、各電源４０やその他機器などを制御して、熱処理装置１を動作させるためのプログラムも格納されている。なお、上記のプログラムは、例えばコンピュータ読み取り可能なハードディスク（ＨＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルデスク（ＭＯ）、メモリーカードなどのコンピュータに読み取り可能な記憶媒体に記録されていたものであって、その記憶媒体から制御部１５０にインストールされたものであってもよい。

本実施の形態にかかる熱処理装置１は以上のように構成されており、次に、本実施の形態にかかる熱処理装置１におけるウェハＷの熱処理について説明する。

ウェハＷの熱処理にあたっては、先ず、処理容器１１内にウェハＷが搬入され、載置台１０上に載置されて保持される。次いで、排気管４２を介して処理容器１１内を排気すると共に、処理ガス供給管４１から所定の処理ガスが供給される。それと並行して、天板１１ａ内部の図示しない冷媒管に冷却水が通水される。

次いで、制御部１５０の出力部１５４から各電源４０へ所定の電流指令値が出力され、それにより発光素子ユニット３０からウェハＷへ光が照射される。

次いで演算部１５２のオブザーバ１６０では、温度センサ２０ａによる模擬温度Ｔｃと光の照度ｕに基づいてウェハＷの実温度Ｐがリアルタイムで推定される。その後、推定された実温度ＰとウェハＷの温度設定値との差をゼロにするために、各発光素子ユニット３０に電流を供給する電源４０への電流指令値が算出され、当該算出された電流指令値が出力部１５４から電源４０に出力される。これにより、各発光素子ユニット３０への電流値が個別に制御され、各発光素子ユニット３０ごとの照度が制御される。これにより、ウェハＷの温度が、面内均一に所望の温度に制御される。

以上の実施の形態によれば、照度モニタによる測定結果である照度ｕと温度センサ２０ａによる測定結果である模擬温度Ｔｃと、予め求めた第１の相関関数１６１と、予め求めた第２の相関関数１６２に基づいてオブザーバ１６０を生成する。そして、オブザーバ１６０において温度センサ２０ａによる模擬温度Ｔｃと照度モニタ５０による照度ｕに基づいてウェハＷの実温度Ｐを推定するので、従来の非接触温度測定では正確な温度を測定することが困難であった対象物及び温度域においても、ウェハＷの正確な温度を把握することができる。また、オブザーバ１６０を用いることで、ダミーウェハでは不可能であった、リアルタイムでのウェハＷの温度測定ができる。これにより、正確な温度に基づいて熱源２１の出力を制御することが可能となり、その結果、より正確なウェハＷの温度制御を行うことができる。

また、照度ｕを照度モニタ５０で検出された光の照度から反射光モニタ５１で検出された光の照度を差し引いたものとして求めるので、ウェハＷの表面に吸収されて熱に変換されたエネルギーの量を正確に把握し、より正確な実温度Ｐの推定値を得ることができる。換言すれば、反射光モニタ５１で検出された光の照度に基づいて、ウェハＷ表面の光の吸収率を求めることができるので、吸収率の異なるウェハＷの熱処理を行なう際にも正確な実温度Ｐの推定値が得られる。なお、ウェハＷからの反射光が小さく無視できる場合などは、照度モニタ５０で検出された光の照度を照度ｕとしてもよく、反射光モニタ５１は必ずしも設置する必要はない。

なお、本発明者らによれば、ウェハＷの温度が変化する過渡的な状態における推定値は、ウェハＷの温度変化が少ない定常状態における推定値よりもその精度がやや劣ることが確認された。これは、支持ピン２０や温度センサ２０ａが所定の熱抵抗を有し、また、支持ピン２０や温度センサ２０ａからの放熱があるためであり、それにより、過渡状態においてはウェハＷの実際の温度と支持ピン２０の温度とが一致していないことが原因と考えられる。そのため、過渡状態における推定値を向上させるために、例えば支持ピン内に複数の温度センサを設けて熱抵抗の影響を補正するようにしてもよい。かかる支持ピンの構成について具体的に説明する。

図７に示すように、支持ピン６０は、例えば３つの温度センサ６０ａ、６０ｂ、６０ｃと、当該温度センサ６０ａ、６０ｂ、６０ｃを囲む筒状の保護管６１を有している。温度センサ６０ａとしては一般的なシース熱電対が用いられ、ウェハＷは当該温度センサ６０ａの先端で支持される。温度センサ６０ｂ、６０ｃは例えば熱電対であり、温接点（測温部）が温度センサ６０ａのシースに接着して設けられている。この際、温度センサ６０ｂ、６０ｃは、測温部とウェハＷとの距離Ｌ、Ｌ´がそれぞれ異なるように設けられている。こうすることで、温度センサ６０ｂ、６０ｃにより、温度センサ６０ａにおいてウェハＷとの距離が異なる位置の温度を測定できる。これにより、温度センサ６０ａそのものの温度とウェハＷからの距離との関係を得ることができる。図７では、ウェハＷから最も遠い位置に温接点を配置した熱電対を温度センサ６０ｃ、温度センサ６０ａと温度センサ６０ｃとの間に温接点が位置するように配置した熱電対を温度センサ６０ｂとして描図している。

なお、温度センサ６０ａとしては、ウェハＷを支持できるものであれば必ずしもシース熱電対である必要はなく、保護筒を備えた抵抗温度計といった他の温度計を用いてもよい。また、温度センサ６０ｂ、６０ｃも温度センサ６０ａの温度を測定できるものであればよく、温度センサ６０ｂ、６０ｃにどのような形式の温度計を用いるかは任意に設定が可能である。

保護管６１内には、例えばアルミナ粉末やシリカ粉末といった、低熱伝導材料が充填されている。これにより、各温度センサ６０ａ、６０ｂ、６０ｃからの放熱を抑制し、ウェハＷとの温度差が大きくならないようにしている。なお、保護管６１そのものについても低熱伝導材料により構成することが好ましい。

支持ピン６０を用いた場合の熱処理装置１においては、例えば図８に示すように、各支持ピン６０からは温度センサ６０ａ、６０ｂ、６０ｃにより模擬的に測定された温度が制御部１５０の演算部１５２にそれぞれ入力される。

演算部１５２では、各温度センサ６０ａ、６０ｂ、６０ｃ間の距離と各温度センサ６０ａ、６０ｂ、６０ｃによる測定温度との関係から、支持ピン６０、温度センサ６０ａの熱抵抗率や、温度センサ６０ａにおける温度分布を求める。そして、この求められた熱抵抗率などに基づいて温度センサ６０ａで測定された温度を補正し、当該補正された温度に基づいてウェハＷの実温度Ｐを推定する。これにより、ウェハＷの温度が変化する過渡的な状態における実温度Ｐの推定値の精度を向上させることができる。なお、支持ピン６０における温度センサ６０ｂ、６０ｃの配置や設置数は、ウェハＷを支持するための温度センサ６０ａの、過渡状態における温度変化を求めることができれば任意に設定が可能であり、本実施の形態に限定されるものではない。

次に発明者らが実施例として、本発明の実施の形態に係る温度測定機構を備えた熱処理装置１により直径３００ｍｍのウェハＷの温度を測定し、その測定結果を、比較例としての、内部に温度センサが埋め込まれたダミーウェハを用いた温度測定の結果（実測値）と比較した。その際、ウェハＷの温度測定には支持ピン２０を用いた。また、制御部１５０による電源４０への電流指令値のフィードバック制御は特に行わず、電流値は一定とした。図９、図１０、図１１にその結果を示す。図９はウェハＷの中心付近、図１０はウェハＷの中心から１４６ｍｍの外周部付近、図１１は中間のウェハＷの中心から７４ｍｍの位置における温度である。図９、図１０、図１１の横軸は加熱からの経過時間、縦軸は温度を示す。

いずれの場合においても、加熱開始から５０秒までの期間においては、ダミーウェハによる実測値と演算部１５２による実温度Ｐの推定値とに差が生じているが、それ以降の期間においては実測値と推定値とはほぼ一致し、温度測定機構により正確な温度を求められることが確認された。なお、加熱開始直後における実測値と推定された実温度Ｐとの差は、演算の初期値が異なるため、及び上述のように支持ピン２０の温度センサ２０ａとウェハＷとの温度差が原因である。しかしながら、オブザーバ１６０の機能により、時間の経過と共に推定された実温度Ｐがダミーウェハによる実測値に収束することが確認できた。

また、支持ピン２０を用いてウェハＷの温度を測定した場合の推定値、支持ピン６０を用いてウェハＷの温度を測定した場合の推定値、ダミーウェハを用いて測定した実測値についても比較を行った。その際、ウェハＷをまず３６℃まで昇温して３０秒間保持し、その後１３０℃まで約３０秒かけて昇温した。図１２、図１３、図１４にその結果を示す。図１２はウェハＷの中心付近、図１３はウェハＷの中心から１４６ｍｍの外周部付近、図１４は中間のウェハＷの中心から７４ｍｍの位置における温度である。図１２、図１３、図１４の横軸は加熱からの経過時間、左側の縦軸は温度、右側の縦軸はダミーウェハによる実測値と支持ピン２０、６０を用いた場合の実温度Ｐの推定値との温度差である。図中に「○」で表されるグラフはダミーウェハによる実測値、「△」で表されるグラフは支持ピン２０を用いた場合の実温度Ｐの推定値、「□」で表されるグラフは支持ピン６０を用いた場合の実温度Ｐの推定値である。また、図中の「▽」はダミーウェハによる実測値と支持ピン２０を用いた場合の実温度Ｐの推定値との差、「◇」はダミーウェハによる実測値と支持ピン６０を用いた場合の実温度Ｐの推定値との差をそれぞれ表している。

支持ピン２０を用いて実温度Ｐの推定を行った場合は、特に３６℃から１３０℃まで昇温する過程において、実測値との間に最大で１５℃程度の温度差が生じることが確認された。その一方、支持ピン６０を用いた場合、実測値との温度差は昇温過程の全般にわたって最大で５℃程度に収まることが確認された。この結果から、図７に示すように、測温部とウェハＷとの距離がそれぞれ異なるように温度センサ６０ａ、６０ｂ、６０ｃを設けた支持ピン６０を用いることで、過渡的な状態における推定値の精度を向上させられることが確認できた。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１ 熱処理装置
１０ 載置台
１１ 処理容器
１１ａ 天板
１１ｂ 垂下部
１２ 熱処理部
１３ ガス拡散部
２０ 支持ピン
２１ 熱源
３０ 発光素子ユニット
３１ 電極
３２ 支持板
３３ 発光素子
３４ 反射層
４０ 電源
４１ 処理ガス供給管
４２ 排気管
４３ 光透過部材
５０ 光量モニタ
５１ 反射光モニタ
１５０ 制御部
１５１ 入力部
１５２ 演算部
１５３ 記憶部
１５４ 出力部
１６０ オブザーバ
１６１ 第１の相関関数
１６２ 第２の相関関数
Ｗ ウェハ
Ｋ ゲイン
ｕ 照度
Ｔｃ 模擬温度

Claims (16)

1. 複数の発光素子を熱源に用いて被処理体を熱処理する熱処理装置において、被処理体の温度を測定する温度測定機構であって、
   対向して設けられた前記複数の発光素子と前記被処理体の間に配置された、前記発光素子からの照度uを測定する照度モニタと、
   前記被処理体の温度を模擬的に測定する温度センサと、
   前記照度モニタにより測定された照度ｕと前記温度センサにより模擬的に測定された模擬温度Ｔｃに基づいて、前記被処理体の実温度を推定する制御部と、を有し、
   前記制御部における前記被処理体の実温度の推定は、予め求められた、前記照度モニタにより測定した照度ｕと当該測定された照度ｕにおいて推定される前記被処理体の温度ｙとの相関関係である第１の相関関係と、予め求められた、前記温度センサにより模擬的に測定された模擬温度Ｔｃと前記測定された照度ｕにおいて推定される前記被処理体の温度ｙとの相関関係である第２の相関関係に基づいて行なわれることを特徴とする、温度測定機構。
2. 前記制御部はオブザーバであることを特徴とする、請求項１に記載の温度測定機構。
3. 前記測定された照度ｕにおいて推定される被処理体の温度ｙは、温度測定手段を内蔵したダミーウェハに前記熱源から光を照射した場合の、前記温度測定手段による測定温度であることを特徴とする請求項２に記載の温度測定機構。
4. 前記被処理体によって反射された前記発光素子からの光を測定する反射光モニタを有し、
   前記制御部は、前記反射光モニタにより測定された反射光の照度に基づいて前記照度モニタで測定した照度ｕを補正する機能を備えていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の温度測定機構。
5. 前記複数の発光素子と前記被処理体の間に配置された、前記発光素子からの光を透過する光透過部材を有し、
   前記照度モニタは、前記光透過部材の前記発光素子側または前記被処理体側のいずれかに配置されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の温度測定機構。
6. 前記温度センサは、前記被処理体を支持する支持ピンに内蔵されており、当該温度センサによる前記模擬温度Ｔｃの測定は、前記被処理体と接触する前記支持ピンの温度を測定することにより行なわれることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の温度測定機構。
7. 前記被処理体は、前記温度センサにより支持され、
   前記被処理体の模擬温度Ｔｃの測定は、前記被処理体に前記温度センサを接触させることにより行なわれることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の温度測定機構。
8. 前記温度センサには、当該温度センサそのものの温度を測定する他の温度センサが設けられ、
   前記他の温度センサは、前記温度センサにおいて基板との距離が異なる位置の温度を測定するように複数配置され、
   前記制御部は、前記温度センサと前記他の温度センサの測定結果に基づいて、前記温度センサで測定された温度を補正することを特徴とする、請求項７に記載の温度測定機構。
9. 複数の発光素子を熱源に用いて被処理体を熱処理する熱処理装置において、被処理体の温度を測定する温度測定方法であって、
   対向して設けられた前記複数の発光素子と前記被処理体の間に配置された照度モニタとにより、前記発光素子からの照度uを測定し、
   温度センサにより前記被処理体の温度を模擬的に測定し、前記照度モニタにより測定された照度ｕと前記温度センサにより模擬的に測定された模擬温度Ｔｃに基づいて、前記被処理体の実温度を推定し、
   前記被処理体の実温度の推定は、予め求められた、前記照度モニタにより測定した照度uと当該測定された照度uにおいて推定される被処理体の温度yとの相関関係である第１の相関関係と、前記温度センサにより模擬的に測定された模擬温度Ｔｃと前記測定された照度uにおいて推定される前記被処理体の温度ｙとの相関関係である第２の相関関係に基づいて行われることを特徴とする、温度測定方法。
10. 前記温度センサにより模擬的に測定した被処理体の模擬温度Ｔｃと前記照度モニタにより測定した照度ｕとに基づく被処理体の実温度の推定は、オブザーバを介して行われることを特徴とする、請求項９に記載の温度測定方法。
11. 前記測定された照度ｕにおいて推定される被処理体の温度ｙは、温度測定手段を内蔵したダミーウェハに前記熱源から光を照射した場合の、前記温度測定手段による測定温度であることを特徴とする請求項１０に記載の温度測定方法。
12. 前記被処理体によって反射された前記発光素子からの光を測定し、反射モニタにより測定された反射光の照度に基づいて前記照度モニタで測定した照度ｕを補正することを特徴とする、請求項９〜１１のいずれかに記載の温度測定方法。
13. 前記照度モニタは、前記複数の発光素子と前記被処理体の間に配置された、前記発光素子からの光を透過する光透過部材の前記発光素子側または前記被処理体側のいずれかに配置されていることを特徴とする、請求項９〜１２のいずれかに記載の温度測定方法。
14. 前記温度センサは、前記被処理体を支持する支持ピンに内蔵されており、当該温度センサによる前記模擬温度Ｔｃの測定は、前記被処理体と接触する前記支持ピンの温度を測定することにより行なわれることを特徴とする、請求項９〜１３のいずれかに記載の温度測定方法。
15. 前記被処理体は、前記温度センサにより支持され、
    前記被処理体の模擬温度Ｔｃの測定は、前記被処理体に前記温度センサを接触させることにより行なわれることを特徴とする、請求項９〜１３のいずれかに記載の温度測定方法。
16. 前記温度センサには、当該温度センサそのものの温度を測定する他の温度センサが設けられ、
    前記他の温度センサは、前記温度センサにおいて基板との距離が異なる位置の温度を測定するように複数配置され、
    前記温度センサと前記他の温度センサの測定結果に基づいて、前記温度センサで測定された温度を補正することを特徴とする、請求項１５に記載の温度測定方法。

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