JP2022076258A - 温度測定方法、温度測定装置及び光加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 基板の加熱処理対象とする主面に対して加熱処理に必要な強度で光照射が可能であって、かつ、加熱処理される被処理基板の表面温度をより高精度に測定できる温度測定方法、温度測定装置及び光加熱装置を提供する。
【解決手段】 第一主面にパターンが形成された基板の温度を測定する方法であって、二次元的に温度を計測する第一温度測定器が、基板の第一主面とは反対側の第二主面上の第一測定領域から放射される赤外光を受光可能となるように、基板を配置する工程（Ａ）と、第一温度測定器によって、第二主面上の第一測定領域の温度分布を測定する工程（Ｂ）と、第二温度測定器によって、基板の表面上の放射率が既知である材料が含まれる第二測定領域の温度を測定する工程（Ｃ）と第一温度測定器が測定した第一測定領域の温度分布と、第二温度測定器が測定した第二測定領域の温度に基づいて、第一測定領域の温度分布の各値を補正する工程（Ｄ）とを含む。
【選択図】 図１

Description

本発明は、温度測定方法、温度測定装置及び光加熱装置に関する。

半導体製造プロセスでは、半導体ウェハ等の被処理基板に対して、成膜処理、酸化拡散処理、改質処理、アニール処理といった様々な熱処理が行われる。これらの処理は、非接触での処理が可能な光照射による加熱処理方法が多く採用されている。例えば、下記特許文献１には、ＬＥＤを加熱用の光源とした光加熱装置が開示されている。

また、半導体ウェハ等の加熱処理工程では、歩留まり向上等の観点から、基板全体にわたって均一な加熱処理が求められており、半導体ウェハの表面温度を確認しながら出射する光の強度を制御する方法等が採用されている。例えば、下記特許文献２には、半導体ウェハのパターンが形成される主面（以下、「第一主面」と称する。）の温度を二次元的に測定するサーモカメラと、裏側の主面の温度を測定する放射温度計とを備える装置が開示されている。

特開２０２０－００９９２７号公報 特開２０１４－１８５８９８号公報

ところが、本発明者らは、半導体ウェハやガラス基板等の被処理基板を加熱処理する光加熱装置について鋭意検討したところ、以下のような課題が存在することを見出した。以下、図面を参照しながら説明する。

被処理基板の加熱処理では、被処理基板の変形や、被処理基板上に形成された素子やパターンの特性変動を抑制する観点から、被処理基板が受ける温度変化の履歴である熱履歴（「サーマルバジェット」とも称される。）をできる限り小さくすることが求められる。このため、光加熱装置は、加熱用の光が被処理基板の第一主面に照射される構成であることが好ましい。

図１１は、被処理基板Ｗ１の第一主面Ｗ１ａに向かって加熱用の光を出射する光加熱装置１００の一構成例を模式的に示す図面であり、図１２は、図１１の光加熱装置１００を、＋Ｚ側から見たときの図面である。図１１及び図１２に示すように、光加熱装置１００は、ＬＥＤ素子１０１ａが載置されたＬＥＤ基板１０１ｂと、サーモカメラ１０２とを備える。図１１において一点鎖線で示される領域は、サーモカメラ１０２の観測領域を模式的に示している。

以下の説明においては、図１１に示すように、ＬＥＤ基板１０１ｂと被処理基板Ｗ１が対向する方向をＺ方向、Ｚ方向に直交する平面をＸＹ平面とする。なお、ＬＥＤ素子１０１ａは、Ｘ方向及びＹ方向に同じように配列されているため、Ｘ方向とＹ方向については区別されない。

また、方向を表現する際に、正負の向きを区別する場合には、「＋Ｚ方向」、「－Ｚ方向」のように、正負の符号を付して記載され、正負の向きを区別せずに方向を表現する場合には、単に「Ｚ方向」と記載される。

光加熱装置１００は、ＬＥＤ素子１０１ａが、被処理基板Ｗ１の第一主面Ｗ１ａに向かって光を出射するように配置されており、サーモカメラ１０２が、被処理基板Ｗ１の第一主面Ｗ１ａの温度を測定するように配置されている。

しかしながら、当該構成では、図１１及び図１２に示すように、ＬＥＤ基板１０１ｂに、サーモカメラ１０２が被処理基板Ｗ１の第一主面Ｗ１ａ全体の温度を観測するための穴１０１ｈを設けなければならなくなる。

そうすると、ＬＥＤ素子１０１ａを配置できる領域が狭くなり、図１１に示すように、被処理基板Ｗ１の第一主面Ｗ１ａには、光が照射されない、又は極端に照射される光の強度が低い領域が形成されてしまう。これにより、被処理基板Ｗ１には、ＬＥＤ素子１０１ａの輝度調整等では調整できない程の加熱ムラが生じてしまう。

なお、被処理基板Ｗ１の側面側に配置することも考えられるが、サーモカメラ１０２を被処理基板の主面に対して傾けて配置すると、遠近差等に起因して、測定位置によって大きな測定誤差が生じてしまう場合がある。

本発明は、上記課題に鑑み、基板の加熱処理対象とする主面に対して加熱処理に必要な強度で光照射が可能であって、かつ、加熱処理される被処理基板の表面温度をより高精度に測定できる温度測定方法、温度測定装置及び光加熱装置を提供することを目的とする。

本発明の温度測定方法は、
第一主面にパターンが形成された基板の温度を測定する方法であって、
前記基板から放射される赤外光を観測して、二次元的に温度を計測する第一温度測定器が、前記基板の前記第一主面とは反対側の第二主面上の第一測定領域から放射される赤外光を受光可能となるように、前記基板を配置する工程（Ａ）と、
前記工程（Ａ）の後、前記第一温度測定器によって、前記第二主面上の前記第一測定領域の温度分布を測定する工程（Ｂ）と、
前記工程（Ａ）の後、前記第一温度測定器と比較して温度測定精度が高く、測定対象範囲が狭い第二温度測定器によって、前記基板から放射される赤外光を観測して、前記基板の表面上の放射率が既知である材料が含まれる第二測定領域の温度を測定する工程（Ｃ）と、
前記工程（Ｂ）及び前記工程（Ｃ）の実施後、前記第一温度測定器が測定した前記第一測定領域の温度分布と、前記第二温度測定器が測定した前記第二測定領域の温度に基づいて、前記第一温度測定器が測定した前記第一測定領域の温度分布の各値を補正する工程（Ｄ）とを含むことを特徴とする。

ここでいう、「放射率が既知である材料」とは、例えば、放射率に関して一般的に目安として用いられる標準値が存在する材料や、上記方法が実施される前に、予め別途放射率が測定されている材料をいう。さらに、予め行われる測定とは、光加熱装置とは別の装置で行われる測定であってもよく、光加熱装置内で上記の測定方法が実施される直前に行われる測定であっても構わない。

サーモカメラや放射温度計の感度波長帯は、温度を測定する計測対象や温度範囲に応じて多少異なるが、主に近赤外から遠赤外の波長帯（例えば、０．８μｍ～１４μｍ）に設定されている。本明細書では、これらの波長帯に含まれる光を総称して「赤外光」という。

二次元的に基板の主面の温度を測定する第一温度測定器は、例えば、サーモカメラや走査式放射温度計といった、一台で広範囲にわたる領域の温度分布を測定できる測定器や、又は複数のサーモパイルや放射温度計がアレイ状に配列された測定器等を採用し得る。

第二温度測定器は、これらの測定器よりも温度測定精度が高く、測定範囲全体の面積が狭い、例えば、放射温度計が採用される。

上記方法とすることで、基板の第一主面の温度を第一温度測定器で測定する場合と比較して、光源部の配置領域がより広く確保される。また、上記方法によれば、単に第一温度測定器で測定した場合よりも、高精度な基板の温度分布が得られる。

上記温度測定方法は、
前記基板を前記第一主面に直交する方向から見たときに、前記第一測定領域と前記第二測定領域が重複していても構わない。

上記方法とすることで、温度分布を補正するための補正値は、同じ位置、各主面上でそれぞれが対向する位置の温度が比較されて算出される。したがって、温度分布の補正において、基板上の温度傾斜等の影響が抑制される。

上記温度測定方法において、
前記工程（Ｃ）は、前記第二温度測定器によって前記第一主面上の前記第二測定領域の温度を測定する方法であっても構わない。

上記方法とすることで、第一主面と第二主面との間の温度差を補正することができ、第一温度測定器によって第二主面の温度分布を取得しつつ、実質的に第一主面の温度分布を得ることができる。

上記温度測定方法において、
前記工程（Ｃ）は、前記第二温度測定器によって前記第一主面上のアライメントマークを含む前記第二測定領域の温度を測定する方法であっても構わない。

ここでいう「アライメントマーク」とは、基板の第一主面上に形成される、切削やエッチング等による凹部や、所定の形状のパターン等の、各処理工程での位置決め用のマークである。アライメントマークは、一般的に読み取り機構に応じて形成方法、形状、サイズ等が決まる。このため、処理対象となる基板には同じ材料、同じ形状、同サイズのアライメントマークが形成される。したがって、上記方法とすることで、基板ごとの測定バラつきが抑制される。

また、上記温度測定方法において、
前記工程（Ｃ）は、前記第二温度測定器によって前記第一主面上のパターンが形成されていない前記第二測定領域の温度を測定する方法であっても構わない。

上記方法とすることで、第二温度測定器は、同じ材料（基板の材料）の第二測定領域の温度を測定することになるため、基板ごとの測定バラつきが抑制される。

上記温度測定方法は、
前記第一測定領域及び前記第二測定領域とは異なる、前記基板から放射される赤外光を観測して、前記第一主面上の第三測定領域の温度を測定する第三温度測定器に放射率を設定する工程（Ｅ）と、
前記工程（Ｅ）の後、前記第三温度測定器によって、前記第三測定領域の温度を測定する工程（Ｆ）とを含み、
前記工程（Ｅ）において、前記第三温度測定器に設定される前記放射率は、前記工程（Ｄ）において補正された温度分布と、前記第三測定領域に配置される前記基板の前記第一主面上の材料に基づいて算出される方法であっても構わない。

上記方法とすることで、第三温度測定器は、第三測定領域のパターン材料や温度に応じて、より適した放射率が随時設定される。このため、上記方法とすることで、基板の第一主面上における任意の位置の温度を、より精度よく測定することができる。

さらに、第三温度測定器を複数配置して、第一主面を複数のゾーンに区分けされた領域の一部を第三測定領域して温度測定を行うことで、加熱処理のゾーン制御を行うことができる。

本発明の温度測定装置は、
第一主面にパターンが形成された基板の温度を測定する装置であって、
前記基板から放射される赤外光を観測して、前記基板の前記第一主面とは反対側の第二主面上の第一測定領域の温度を二次元的に測定する第一温度測定器と、
前記第一温度測定器と比較して温度測定精度が高く、測定対象範囲が狭い、前記基板から放射される赤外光を観測して、前記基板の表面上の放射率が既知である材料が含まれる第二測定領域の温度を測定する第二温度測定器と、
前記第一温度測定器が測定した前記第一測定領域の温度分布と、前記第二温度測定器が測定した前記第二測定領域の温度に基づいて、前記第一温度測定器が測定した温度分布の各値を補正する第一演算部とを備えることを特徴とする。

上記構成とすることで、基板の第一主面の温度を第一温度測定器で測定する場合と比較して、光源部の配置領域がより広く確保される。また、上記方法によれば、単に第一温度測定器で測定しただけの温度分布よりも、高精度な基板の温度分布が得られる。

上記温度測定装置において、
前記第二温度測定器は、前記基板の前記第一主面側に配置されていても構わない。

上記構成とすることで、第一主面と第二主面との間の温度差を補正することができ、第一温度測定器によって第二主面の温度分布を取得しつつ、実質的に第一主面の温度分布を得ることができる。

上記温度測定装置は、
前記第一測定領域及び前記第二測定領域とは異なる第三測定領域から放射される赤外光を観測して、前記第三測定領域の温度を計測する第三温度測定器と、
前記第三測定領域に配置される前記基板の前記第一主面上の材料のデータが格納される記憶部と、
前記第一温度測定器が計測した前記基板の温度分布と、前記記憶部に格納された前記材料のデータに基づいて、前記第三温度測定器に設定する放射率を算出する第二演算部とを備えていても構わない。

上記構成とすることで、第三温度測定器は、第三測定領域のパターンの材料や温度に応じて、より適した放射率が随時設定される。このため、上記方法とすることで、基板の第一主面上における任意の位置の温度を、より精度よく測定することができる。

さらに、第三温度測定器を複数配置して、第一主面を複数のゾーンに区分けされた領域の一部を第三測定領域として温度測定を行うことで、加熱処理のゾーン制御を行うことができる。

本発明の光加熱装置は、
上記温度測定装置と、
前記基板が内側に収容されるチャンバと、
前記チャンバ内において、前記基板を支持する支持部材と、
前記チャンバ内に支持された前記基板の第一主面に向かって光を出射する光源部とを備え、
前記第一温度測定器及び前記第二温度測定器は、前記基板と前記光源部とによって挟まれた空間の外側に配置されていることを特徴とする。

上記光加熱装置において、
前記チャンバは、前記基板の各主面と対向する壁面に赤外光を透過させる透光窓が形成されており、
前記温度測定装置は、前記チャンバの外側に配置されて、前記透光窓を介して、前記基板の温度を測定するものであっても構わない。

本発明によれば、基板の加熱処理対象とする主面に対して加熱処理に必要な強度で光照射が可能であって、かつ、加熱処理される被処理基板の表面温度をより高精度に測定できる温度測定方法、温度測定装置及び光加熱装置が実現される。

光加熱装置の一実施形態の構成をＹ方向に見たときの模式的な断面図である。 図１の光加熱装置を＋Ｚ側から見たときの図面である。 支持部材に支持された状態の被処理基板を－Ｚ側から見たときの図面である。 支持部材に支持された状態の被処理基板を＋Ｚ側から見たときの図面である。 シリコン（Ｓｉ）の各温度における赤外線の波長と放射率の関係を示すグラフである。 光加熱装置の一実施形態の構成をＹ方向に見たときの模式的な断面図である。 図６の光加熱装置を＋Ｚ側から見たときの図面である。 支持部材に支持された状態の被処理基板を＋Ｚ側から見たときの図面である。 光加熱装置の別実施形態の構成をＹ方向に見たときの模式的な断面図である。 光加熱装置の別実施形態の構成をＹ方向に見たときの模式的な断面図である。 被処理基板の第一主面に向かって加熱用の光を出射する光加熱装置の一構成例を模式的に示す図面である。 図１１の光加熱装置を、＋Ｚ側から見たときの図面である。

以下、本発明の温度測定方法、温度測定装置及び光加熱装置について、図面を参照して説明する。なお、温度測定装置及び光加熱装置に関する以下の各図面は、いずれも模式的に図示されたものであり、図面上の寸法比や個数は、実際の寸法比や個数と必ずしも一致していない。

［第一実施形態］
まず、光加熱装置１の構成を説明する。図１は、光加熱装置１の一実施形態の構成をＹ方向に見たときの模式的な断面図であり、図２は、図１の光加熱装置１を＋Ｚ側から見たときの図面である。図１に示すように、第一実施形態の光加熱装置１は、チャンバ１０と、光源部１１と、温度測定装置２０とを備える。温度測定装置２０は、サーモカメラ２１と、放射温度計２２と、第一演算部２３とを備える。

第一実施形態は、被処理基板Ｗ１がシリコンウェハであることを前提として説明するが、シリコン以外の材料からなる半導体ウェハであってもよく、ガラス基板等であっても構わない。なお、被処理基板Ｗ１が有するそれぞれの主面は、パターン（不図示）が形成された第一主面Ｗ１ａと、パターンが形成されていない第二主面Ｗ１ｂとに区別される。これは、被処理基板Ｗ１が、シリコン以外の材料からなる半導体ウェハや、ガラス基板であっても同様である。

以下の説明においては、図１に示すように、ＬＥＤ基板１１ｂと被処理基板Ｗ１が対向する方向をＺ方向、後述される一対の支持部材１０ａが対向する方向をＸ方向とし、Ｘ方向及びＺ方向に直交する方向をＹ方向として説明する。

また、以下も同様に、方向を表現する際に、正負の向きを区別する場合には、「＋Ｚ方向」、「－Ｚ方向」のように、正負の符号を付して記載され、正負の向きを区別せずに方向を表現する場合には、単に「Ｚ方向」と記載される。

チャンバ１０は、図１に示すように、被処理基板Ｗ１を支持する一対の支持部材１０ａと、光を内側に取り込み、かつ、放射温度計２２が被処理基板Ｗ１の第一主面Ｗ１ａの表面温度を測定するための透光窓１０ｂと、サーモカメラ２１が被処理基板Ｗ１の第二主面Ｗ１ｂの表面温度を測定するための観測用窓１０ｃとを備える。

なお、例えば、光源部１１やサーモカメラ２１、放射温度計２２がチャンバ１０内に収容される構成の場合は、チャンバ１０に透光窓１０ｂや観測用窓１０ｃが設けられていなくても構わない。

また、支持部材１０ａによる被処理基板Ｗ１の支持は、第一主面Ｗ１ａがＸＹ平面上に配置されるようなものであればよく、例えば、支持部材１０ａがピン状の突起を複数備え、その突起により被処理基板Ｗ１を点で支持するものであっても構わない。

光源部１１は、図１に示すように、ＬＥＤ基板１１ｂに載置されたＬＥＤ素子１１ａが支持部材１０ａで支持された被処理基板Ｗ１の第一主面Ｗ１ａに向かって光を出射する。光源部１１は、ＬＤや蛍光光源等を加熱用の光源とする構成であっても構わない。

光源部１１は、図２に示すように、ＬＥＤ基板１１ｂが被処理基板Ｗ１の形状に合わせてＺ方向から見たときに円形状を呈するように構成されているが、楕円形状や多角形状であっても構わない。

光源部１１が備えるＬＥＤ素子１１ａが出射する光は、ピーク波長が３６５ｎｍ～４８０ｎｍの範囲内であることが好ましい。第一実施形態の光源部１１には、出射する光のピーク波長が３９５ｎｍのＬＥＤ素子１１ａが搭載されている。

透光窓１０ｂは、少なくともＬＥＤ素子１１ａが出射する光と、放射温度計２２の感度波長帯の光を透光する。観測用窓１０ｃは、サーモカメラ２１が観測する赤外光を透光する、いわゆる透光窓である。なお、透光窓１０ｂ及び観測用窓１０ｃは、被処理基板Ｗ１の加熱処理や、放射温度計２２による測定が問題なく行えるのであれば、ＬＥＤ素子１１ａが出射する全ての光、放射温度計２２の全ての感度波長帯の光に対して透光性を示すものである必要はない。

図３は、支持部材１０ａに支持された状態の被処理基板Ｗ１を－Ｚ側から見たときの図面である。図１に示すように、第一温度測定器に相当するサーモカメラ２１は、被処理基板Ｗ１の第二主面Ｗ１ｂ全体の温度を二次元的に測定するように配置されている。すなわち、図３に示すように、被処理基板Ｗ１の第二主面Ｗ１ｂ全体が第一測定領域Ｍ１となる。なお、第一測定領域Ｍ１は、第二主面Ｗ１ｂの一部の領域であっても構わない。

図４は、支持部材１０ａに支持された状態の被処理基板Ｗ１を＋Ｚ側から見たときの図面である。第二温度測定器に相当する放射温度計２２は、図１及び図４に示すように、第一温度測定器のサーモカメラ２１と比較して温度測定精度が高く、測定対象範囲が狭い。また、放射温度計２２は、被処理基板Ｗ１の第一主面Ｗ１ａを切削して形成されたアライメントマークＷ１ｍを含む一部の領域が第二測定領域Ｍ２となるように、チャンバ１０の＋Ｚ側に配置されている。なお、図４に示されているアライメントマークＷ１ｍは、説明の便宜のために、一箇所だけが通常よりも大きく図示されている。

図５は、シリコン（Ｓｉ）の各温度における赤外線の波長と放射率の関係を示すグラフである。図５に示すように、シリコンの放射率は、温度特性も含めて目安となる特性が知られており、既知である。そして、第一実施形態のアライメントマークＷ１ｍは、被処理基板Ｗ１の表面を切削して形成されたマークであって、表面の材料がシリコンである。したがって、第一実施形態におけるアライメントマークＷ１ｍを含む第二測定領域Ｍ２は、放射率が既知であるシリコンが含まれている。

また、放射温度計２２は、図１において長破線で示す、ＬＥＤ基板１１ｂと被処理基板Ｗ１とで挟まれた空間Ａ１の外側となるように、ＬＥＤ基板１１ｂに設けられた穴１１ｈの中に配置されている。

サーモカメラ２１や放射温度計２２の感度波長帯は、上述したように、温度を測定する計測対象や温度範囲に応じて多少異なるが、主に近赤外から遠赤外の波長帯（例えば、０．８μｍ～１４μｍ）である。

第一演算部２３は、放射温度計２２が取得した第二測定領域Ｍ２の温度と、サーモカメラ２１が測定した第一測定領域Ｍ１の温度分布に基づいて、サーモカメラ２１が測定した温度分布を補正する補正値を算出し、サーモカメラ２１に出力する。具体的な方法については、以下の温度測定方法の説明において詳述する。

次に、温度測定装置２０による温度測定方法について、光加熱装置１の構成に基づいて説明する。被処理基板Ｗ１が、サーモカメラ２１が配置されている－Ｚ側に第二主面Ｗ１ｂが向くようにチャンバ１０内に配置される（ステップＳ１）。このステップＳ１が工程（Ａ）に相当する。

ステップＳ１の後、サーモカメラ２１が、第二主面Ｗ１ｂ上の第一測定領域Ｍ１の温度分布を測定する（ステップＳ２）。このステップＳ２が工程（Ｂ）に相当する。

ステップＳ１の後、放射温度計２２が、第一主面Ｗ１ａ上の第二測定領域Ｍ２の温度を測定する（ステップＳ３）。このステップＳ３が工程（Ｃ）に相当する。なお、ステップＳ２とステップＳ３は、いずれを先に行っても構わない。

ステップＳ２とステップＳ３の後、サーモカメラ２１が測定した温度分布と、放射温度計２２が測定した温度に基づいて、第一演算部２３が、温度分布の各値を補正するための補正値を算出する（ステップＳ４）。

より具体的には、サーモカメラ２１が測定した温度分布のうち、第一主面Ｗ１ａ上の第二測定領域Ｍ２の反対側にあたる位置の温度Ｔ１と、放射温度計２２が測定した温度Ｔ２との温度差ΔＴ（＝Ｔ１－Ｔ２）を算出する。

なお、温度Ｔ１と温度Ｔ２を取得する位置は、ＸＹ平面における位置がずれていても構わないが、当該ずれは、Ｘ方向及びＹ方向それぞれにおいて、被処理基板Ｗ１の最長幅の２％以下であることが好ましい。

ステップＳ４の後、サーモカメラ２１が測定する温度分布の各値に、ステップＳ４で算出した温度差ΔＴを加算する（ステップＳ５）。このステップＳ４とステップＳ５が工程（Ｄ）に相当する。

ステップＳ５の後、サーモカメラ２１が補正された温度分布のデータを出力する（ステップＳ６）。なお、サーモカメラ２１が出力する温度分布のデータは、例えば、サーモカメラ２１が備える表示部や、ＰＣや表示装置等の外部機器への出力をいう。また、第一実施形態では、サーモカメラ２１が温度分布の補正を行う構成であるが、第一演算部２３がサーモカメラ２１から補正前の温度分布のデータを受け取り、補正処理を行って出力する構成としても構わない。

上記装置及び上記方法とすることで、被処理基板Ｗ１の第一主面Ｗ１ａの温度をサーモカメラ２１で直接測定する場合と比較して、光源部１１の配置領域が、より広く確保される。また、上記方法によれば、サーモカメラ２１が測定した第二主面Ｗ１ｂの温度分布が、より測定精度が高い放射温度計２２によって測定された測定値によって補正されるため、より高精度な第二主面Ｗ１ｂの温度分布を取得することができる。

さらに、上記方法によれば、第一主面Ｗ１ａと第二主面Ｗ１ｂにおける、ＸＹ平面において同じ位置での温度差ΔＴによって温度分布を補正することができるため、第一温度測定器によって第二主面Ｗ１ｂの温度分布を取得しつつ、実質的に第一主面Ｗ１ａの温度分布を得ることができる。

なお、上記の温度測定方法は、被処理基板Ｗ１の温度が上昇、下降している最中、そして、所定の温度で維持されている間のいずれの工程においても使用することができる。

また、第二測定領域Ｍ２は、第一主面上Ｗ１ａのパターンが形成されていない領域や、第一主面Ｗ１ａ上の放射率が既知である材料が含まれる領域であって、アライメントマークＷ１ｍを含まない領域であっても構わない。さらに、実質的に第一主面Ｗ１ａの温度分布を得ることが必須でない場合には、第二測定領域Ｍ２は、第二主面Ｗ１ｂ上の領域であっても構わない。

ここで、第二測定領域Ｍ２は、放射率が異なる複数の材料が混在する場合が考えられる。このような場合、放射温度計２２は、例えば、それぞれの材料の放射率の平均値や、第二測定領域Ｍ２内で最も多く含まれる材料の放射率が設定される。また、放射率の温度依存性が大きい材料が含まれるような場合は、温度測定機能付きの電気炉等を用いて、予め第二測定領域Ｍ２の放射率の温度依存性を測定しておき、その測定値と加熱処理中の温度に基づいて放射率が適宜設定されるように構成されていても構わない。

［第二実施形態］
本発明の光加熱装置１の第二実施形態の構成につき、第一実施形態とは異なる箇所を中心に説明する。

図６は、光加熱装置１の一実施形態の構成をＹ方向に見たときの模式的な断面図であり、図７は、図６の光加熱装置１を＋Ｚ側から見たときの図面である。また、図８は、支持部材１０ａに支持された状態の被処理基板Ｗ１を＋Ｚ側から見たときの図面である。第二実施形態の温度測定装置２０は、図６～図８に示すように、第三温度測定器に相当する複数の放射温度計２４と、第二演算部２５と、記憶部２６とをさらに備える。

第二演算部２５は、サーモカメラ２１から出力された温度分布のデータと、記憶部２６に格納されている第一主面Ｗ１ａ上のパターンの材料ごとの放射率データに基づいて、各放射温度計２４に設定する放射率を算出する。具体的な算出方法については、後述の温度測定方法の説明において詳述される。

記憶部２６は、第三測定領域Ｍ３に配置される位置のパターンの材料に関する放射率のデータが格納されている。当該データは、既知のデータであってもよく、被処理基板Ｗ１をチャンバ１０内に配置する前に予め測定された値であってもよい。

図６では、第二演算部２５と記憶部２６とが、別々に図示されているが、記憶部２６が第二演算部２５に包含されていても構わない。さらに、第一演算部２３と第二演算部２５とが一つの演算部として構成されていてもよく、当該演算部にさらに記憶部２６が包含されていても構わない。

次に、温度測定方法につき、第一実施形態とは異なる箇所について説明する。第二実施形態の光加熱装置１による温度測定方法は、第一実施形態の説明において上述したステップＳ１～ステップＳ５までを実施した後、ステップＳ６において、サーモカメラ２１は、補正した温度分布のデータを第二演算部２５に出力する。

ステップＳ６の後、第二演算部２５が、記憶部２６に格納されている、図８に示すそれぞれの第三測定領域Ｍ３に位置するパターンの材料に関する放射率データを読み出す（ステップＳ７）。

ステップＳ７の後、第二演算部２５は、記憶部２６から読み出した放射率のデータと、サーモカメラ２１から出力された補正後の温度分布のうちのデータに基づいて、各放射温度計２４に設定する放射率を算出する（ステップＳ８）。

具体的には、サーモカメラ２１から出力された温度分布のデータから、第三測定領域Ｍ３の反対側に位置する領域の温度Ｔ３が抽出される。そして、記憶部２６から読み出した材料ごとの放射率の温度特性データより、それぞれ第三測定領域Ｍ３に配置されているパターンの材料の温度Ｔ３における放射率が算出される。

ステップＳ８の後、第二演算部２５が、算出した放射率を各放射温度計２４に対して出力し、各放射温度計２４にそれぞれ放射率が設定される（ステップＳ９）。このステップＳ８とステップＳ９が工程（Ｅ）に相当する。

そして、ステップＳ９の後、それぞれの放射温度計２４によって、各第三測定領域Ｍ３の温度が測定される（ステップＳ１０）。

上記構成及び方法とすることで、第一主面Ｗ１ａの温度を測定するための放射温度計２４は、放射率がパターンの材料及び処理中の温度に合わせてより適切な値に補正される。したがって、上記構成とすることで、被処理基板Ｗ１の第一主面Ｗ１ａ上における任意の位置の温度を、精度よく測定することができる。

第三測定領域Ｍ３は、一つであっても構わないが、複数設けられることで、図８において一点鎖線で示すように、第一主面Ｗ１ａをいくつかのゾーンに区分けし、各ゾーンの温度をモニタすることができる。このような構成によれば、対応するＬＥＤ素子１１ａに供給する電力を個別に制御できるように構成することで、ゾーンごとにより詳細な温度制御を行うことができる。

［別実施形態］
以下、別実施形態につき説明する。

〈１〉 図９は、光加熱装置１の別実施形態をＹ方向から見たときの模式的な断面図である。図９に示すように、放射温度計２２は、直接被処理基板Ｗ１から放射される赤外光を受光するのではなく、ファイバ２２ａを介して受光するように構成されていても構わない。

上記構成とすることで、光源部１１の観測用の穴１１ｈをより小さく構成することができ、より多くのＬＥＤ素子１１ａを配置することができる。つまり、より強度が高い光を被処理基板Ｗ１に照射できる光加熱装置１を構成することができる。図９に示すように、放射温度計２２は、被処理基板Ｗ１とＬＥＤ基板１１ｂとに挟まれた空間Ａ１の外側である。

なお、被処理基板Ｗ１から放射された赤外光を、放射温度計２２に導光できる光学部材であれば、ファイバ２２ａ以外にもミラー等の光学部材を採用することができる。また、上記構成は、放射温度計２４においても同様に適用することができる。

〈２〉図１０は、光加熱装置１の別実施形態をＹ方向から見たときの模式的な断面図である。図１０に示すように、温度測定装置２０が第一温度測定器として、複数の放射温度計がアレイ状に配列されて、被処理基板Ｗ１の第二主面Ｗ１ｂ温度を二次元的に計測する放射温度計アレイ２７を備えていても構わない。

また、図１０に示すように、放射温度計２２は、放射温度計アレイ２７を構成する放射温度計のいずれとも、Ｚ方向において対向せず、第一測定領域Ｍ１（不図示）と第二測定領域Ｍ２（不図示）とが、被処理基板Ｗ１をＺ方向から見たときに重複しないように配置されていても構わない。

〈３〉 上述した光加熱装置１及び温度測定装置２０が備える構成は、あくまで一例であり、本発明は、図示された各構成に限定されない。

１ ： 光加熱装置
１０ ： チャンバ
１０ａ ： 支持部材
１０ｂ ： 透光窓
１０ｃ ： 観測用窓
１１ ： 光源部
１１ａ ： ＬＥＤ素子
１１ｂ ： ＬＥＤ基板
１１ｈ ： 穴
２０ ： 温度測定装置
２１ ： サーモカメラ
２２ ： 放射温度計
２２ａ ： ファイバ
２３ ： 第一演算部
２４ ： 放射温度計
２５ ： 第二演算部
２６ ： 記憶部
２７ ： 放射温度計アレイ
１００ ： 光加熱装置
１０１ａ ： ＬＥＤ素子
１０１ｂ ： ＬＥＤ基板
１０１ｈ ： 穴
１０２ ： サーモカメラ
Ａ１ ： 空間
Ｍ１ ： 第一測定領域
Ｍ２ ： 第二測定領域
Ｍ３ ： 第三測定領域
Ｗ１ ： 被処理基板
Ｗ１ａ ： 第一主面
Ｗ１ｂ ： 第二主面
Ｗ１ｍ ： アライメントマーク

Claims (11)

1. 第一主面にパターンが形成された基板の温度を測定する方法であって、
   前記基板から放射される赤外光を観測して、二次元的に温度を計測する第一温度測定器が、前記基板の前記第一主面とは反対側の第二主面上の第一測定領域から放射される赤外光を受光可能となるように、前記基板を配置する工程（Ａ）と、
   前記工程（Ａ）の後、前記第一温度測定器によって、前記第二主面上の前記第一測定領域の温度分布を測定する工程（Ｂ）と、
   前記工程（Ａ）の後、前記第一温度測定器と比較して温度測定精度が高く、測定対象範囲が狭い第二温度測定器によって、前記基板から放射される赤外光を観測して、前記基板の表面上の放射率が既知である材料が含まれる第二測定領域の温度を測定する工程（Ｃ）と、
   前記工程（Ｂ）及び前記工程（Ｃ）の実施後、前記第一温度測定器が測定した前記第一測定領域の温度分布と、前記第二温度測定器が測定した前記第二測定領域の温度に基づいて、前記第一温度測定器が測定した前記第一測定領域の温度分布の各値を補正する工程（Ｄ）とを含むことを特徴とする温度測定方法。
2. 前記基板を前記第一主面に直交する方向から見たときに、前記第一測定領域と前記第二測定領域が重複していることを特徴とする請求項１に記載の温度測定方法。
3. 前記工程（Ｃ）は、前記第二温度測定器によって前記第一主面上の前記第二測定領域の温度を測定することを特徴とする請求項１又は２に記載の温度測定方法。
4. 前記工程（Ｃ）は、前記第二温度測定器によって前記第一主面上のアライメントマークを含む前記第二測定領域の温度を測定することを特徴とする請求項３に記載の温度測定方法。
5. 前記工程（Ｃ）は、前記第二温度測定器によって前記第一主面上のパターンが形成されていない前記第二測定領域の温度を測定することを特徴とする請求項３に記載の温度測定方法。
6. 前記第一測定領域及び前記第二測定領域とは異なる、前記基板から放射される赤外光を観測して、前記第一主面上の第三測定領域の温度を測定する第三温度測定器に放射率を設定する工程（Ｅ）と、
   前記工程（Ｅ）の後、前記第三温度測定器によって、前記第三測定領域の温度を測定する工程（Ｆ）とを含み、
   前記工程（Ｅ）において、前記第三温度測定器に設定される前記放射率は、前記工程（Ｄ）において補正された温度分布と、前記第三測定領域に配置される前記基板の前記第一主面上の材料に基づいて算出されることを特徴とする請求項１～５のいずれか一項に記載の温度測定方法。
7. 第一主面にパターンが形成された基板の温度を測定する装置であって、
   前記基板から放射される赤外光を観測して、前記基板の前記第一主面とは反対側の第二主面上の第一測定領域の温度を二次元的に測定する第一温度測定器と、
   前記第一温度測定器と比較して温度測定精度が高く、測定対象範囲が狭い、前記基板から放射される赤外光を観測して、前記基板の表面上の放射率が既知である材料が含まれる第二測定領域の温度を測定する第二温度測定器と、
   前記第一温度測定器が測定した前記第一測定領域の温度分布と、前記第二温度測定器が測定した前記第二測定領域の温度に基づいて、前記第一温度測定器が測定した温度分布の各値を補正する第一演算部とを備えることを特徴とする温度測定装置。
8. 前記第二温度測定器は、前記基板の前記第一主面側に配置されていることを特徴とする請求項７に記載の温度測定装置。
9. 前記第一測定領域及び前記第二測定領域とは異なる第三測定領域から放射される赤外光を観測して、前記第三測定領域の温度を計測する第三温度測定器と、
   前記第三測定領域に配置される前記基板の前記第一主面上の材料のデータが格納される記憶部と、
   前記第一温度測定器が計測した前記基板の温度分布と、前記記憶部に格納された前記材料のデータに基づいて、前記第三温度測定器に設定する放射率を算出する第二演算部とを備えることを特徴とする請求項７又は８に記載の温度測定装置。
10. 請求項７～９のいずれか一項に記載の温度測定装置と、
    前記基板が内側に収容されるチャンバと、
    前記チャンバ内において、前記基板を支持する支持部材と、
    前記チャンバ内に支持された前記基板の第一主面に向かって光を出射する光源部とを備え、
    前記第一温度測定器及び前記第二温度測定器は、前記基板と前記光源部とによって挟まれた空間の外側に配置されていることを特徴とする光加熱装置。
11. 前記チャンバは、前記基板の各主面と対向する壁面に赤外光を透過させる透光窓が形成されており、
    前記温度測定装置は、前記チャンバの外側に配置されて、前記透光窓を介して、前記基板の温度を測定することを特徴とする請求項１０に記載の光加熱装置。
    

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