JP3554182B2 - 温度測定装置および基板熱処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、熱放射を基に半導体ウエハ、フォトマスク用ガラス基板、液晶表示用ガラス基板、光ディスク用基板等の基板（以下「基板」という。）の温度を測定する温度測定装置および基板の温度を測定しつつ当該基板に熱処理を施す基板熱処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来からランプアニール装置等の基板熱処理装置においては基板の温度制御の精度が重要な問題であり、そのため、最近では非接触方式の温度測定装置を設け、それによって基板の温度の測定を行っている。すなわち、特開平６−３４１９０５号公報や特開平８−２５５８００号公報の技術においては基板を反射板の近くに対向して保持しつつ加熱し、基板からの熱放射をそれらの間で多重反射させ、その多重反射の熱放射を基板に向けて設けた石英ロッド等よりなるプローブから放射温度計（パイロメータ）等に供給して基板の温度を算出している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来技術では反射板からの熱放射を影響が少ないとして無視し、多重反射の熱放射の全てが基板の熱放射に由来するものとして基板の温度を算出しているが、実際には反射板もその温度は有限値をとり、それに応じた熱放射が行われている。そのため上記従来技術では、基板の温度測定の精度が低かった。そして、それに基づいて熱制御を行っていたため、基板を加熱し過ぎるといったことが生じ、それにより熱効率が悪くなり、消費電力も余分に必要となっていた。
【０００４】
この発明は、従来技術における上述の問題の克服を意図しており、温度測定精度の高い温度測定装置および、それを用いることにより熱効率がよく、消費電力の少ない基板熱処理装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、この発明の請求項１に記載の装置は、基板の温度を測定する温度測定装置において、基板に対向するとともに基板に熱を供給する加熱板の温度を測定する加熱板温度測定手段と、加熱板に設けられるとともに、基板と加熱板との間の熱放射を受けて、その放射強度を測定する放射強度測定手段と、加熱板の温度と放射強度とに基づいて基板の温度を算出する基板温度算出手段と、を備え、前記放射強度測定手段は、個別に前記熱放射の放射強度を測定する第１の放射強度測定手段および第２の放射強度測定手段を備え、前記加熱板における前記第１の放射強度測定手段および第２の放射強度測定手段の周囲の部分の反射率が互いに異なることを特徴とする。
【０００７】
また、この発明の請求項２に記載の装置は、請求項１の温度測定装置を温度測定部として備え、さらに、加熱板に対して基板と反対側の位置において基板に対向するとともに基板を加熱する加熱ランプを備える。
【０００８】
また、この発明の請求項３に記載の装置は、請求項２の基板熱処理装置であって、さらに、基板温度算出手段により算出された基板の温度に基づいて、加熱ランプおよび加熱板へ供給される加熱用電力を制御する制御手段を備える。
【０００９】
また、この発明の請求項４に記載の装置は、請求項３の基板熱処理装置において、加熱ランプおよび加熱板が複数の加熱領域に分割されているとともに、当該複数の加熱領域のそれぞれに対して加熱板温度測定手段および放射強度測定手段が設けられているものであって、複数の加熱領域ごとに算出された基板の温度をもとに、複数の加熱領域ごとに加熱ランプおよび加熱板へ供給される加熱用電力を制御することを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
〔１．発明の原理〕
各実施の形態の説明の前に、以下においてこの発明に使用する温度測定方法について説明していく。
【００１２】
一般に、黒体から放射される電磁波の放射発散度の分光密度はプランクの放射公式で与えられるが、放射温度計（パイロメータ）により黒体を測定する場合には、そのプランクの放射公式を用いて、放射温度計により測定される特定の波長領域における黒体の温度Ｔと測定される熱放射の放射強度Ｌｂ（Ｔ）との関係は放射温度計の光学系等によって決まる測定器定数Ａを用いて次式で近似される。
【００１３】
【数１】
【００１４】
ここで放射指数ｎは一般に波長λ、プランクの第２定数Ｃ２を用いて次式で近似される。
【００１５】
【数２】
【００１６】
なお、放射指数ｎおよび測定器定数Ａは放射温度計に固有の値として予め求められており、さらに、放射温度計は黒体炉を用いて予め温度Ｔと黒体炉の放射強度Ｌｂ（Ｔ）の関係が校正されている。
【００１７】
また、数１の式を温度Ｔについて解くと次式となる。
【００１８】
【数３】
【００１９】
さらに、一般に、温度Ｔの灰色体の放射強度Ｌ（Ｔ）と黒体の放射強度Ｌｂ（Ｔ）の関係は次式で表される。
【００２０】
【数４】
【００２１】
ここで、εは灰色体の放射率であり、一般にε＜１である。
【００２２】
以下、このような放射温度計を用いて加熱板２７０に近接して対向した状態において加熱された基板Ｗの温度を測定する場合について考える。図１は基板Ｗと加熱板２７０との間の多重反射を説明するための図である。図示のように、基板Ｗからの熱放射は、熱放射のみならず反射も行う加熱板２７０の上面により反射された後、再度、基板Ｗに至り、反射される。以下同様にして基板Ｗと加熱板２７０とにより反射されて、それらの間を熱放射が往復する多重反射が発生する。
【００２３】
基板温度ＴＷの基板Ｗから放射された熱放射が加熱板２７０（その上面の放射率εｒ、反射率ρｒ）に至り再び基板Ｗに戻り、さらに基板Ｗ（放射率εＷ、反射率ρＷ）により反射された後に加熱板２７０上面に入射する際の放射強度は元の熱放射の放射強度Ｌ（ＴＷ）に対してρｒρＷ倍となる。同様にして、この熱放射が基板Ｗと加熱板２７０により多重反射した後に加熱板２７０表面に入射する（すなわち、放射温度計に接続されたプローブに入射する）最終的な放射強度は初項Ｌ（ＴＷ）、公比ρｒρＷの無限等比級数として表わされ、さらに、数４の式を用いて放射強度Ｌ（ＴＷ）の代わりに基板Ｗの放射強度Ｌｂ（ＴＷ）で表わすと次式となる。
【００２４】
【数５】
【００２５】
また、この発明の装置では後述するように加熱板２７０がその下方に設けられたヒータ２６０により加熱されて、その温度Ｔｒも高温となるため、その加熱板２７０からも熱放射（放射強度Ｌ（Ｔｒ））が発生する。そして、上記と同様に加熱板２７０と基板Ｗとの間で多重反射を起こすが、この場合にも基板Ｗで反射するとその放射強度はρＷＬ（Ｔｒ）となり、その熱放射がその後、加熱板２７０および基板Ｗにより１度ずつ反射された後に加熱板２７０に入射する際の放射強度は、そのρｒρＷ倍となる。したがって、この熱放射が基板Ｗと加熱板２７０により多重反射した後、最終的にプローブに入射する際の放射強度は初項ρＷＬ（Ｔｒ）、公比ρｒρＷの無限等比級数として表わされ、数４の式を用いて放射強度Ｌ（Ｔｒ）の代わりに黒体の放射強度Ｌｂ（Ｔｒ）を用いると次式となる。
【００２６】
【数６】
【００２７】
ここで、基板Ｗおよび加熱板２７０における熱放射の透過がないとする次式を用いた。
【００２８】
【数７】
【００２９】
【数８】
【００３０】
以上より、最終的に加熱板２７０上面における多重反射の放射強度Ｉは数５および数６の式の和として次式となる。
【００３１】
【数９】
【００３２】
また、これを基板Ｗの放射強度Ｌｂ（ＴＷ）について解くと次式となる。
【００３３】
【数１０】
【００３４】
ここで係数αは次式で表わされる。
【００３５】
【数１１】
【００３６】
そして、この発明では放射温度計で測定した多重反射の放射強度Ｉ、加熱板２７０の温度Ｔｒおよび予め数１の式により関数形が与えられている黒体の放射強度Ｌｂを数１０の式に用いて基板Ｗの基板温度ＴＷを求めるのである。
【００３７】
以下、この温度測定方法を第１および第２の実施の形態のそれぞれに即して説明する。
【００３８】
＜＜１−１．第１の実施の形態の基板温度測定方法＞＞
以下、後述する第１の実施の形態のランプアニール装置１（「基板熱処理装置」に相当）における温度測定部５０（「温度測定装置」に相当）による基板温度ＴＷの測定方法について説明する。
【００３９】
上記から数１０の式における未知数は基板温度ＴＷおよび係数αであるが、数１１の式において加熱板２７０の反射率ρｒはその温度Ｔｒにのみ依存するため後述のように予め求めておくことができ、したがって、数１０の式の未知数は基板温度ＴＷおよび放射率εＷの２つとなる。
【００４０】
そこで第１の実施の形態であるランプアニール装置１は後に詳述するように温度測定部５０に多重反射の放射強度を測定するための第１および第２放射温度計５３２，５３３と加熱板２７０の温度を測定するための加熱板放射温度計５３０を備え、さらに、第１および第２放射温度計５３２，５３３に熱放射を導く第１および第２プローブ５２２，５２３の周囲の部分の加熱板２７０上面の反射率ρｒ１，ρｒ２を異なるものとしている（図３参照）。それにより後述のように第１および第２放射温度計５３２，５３３のそれぞれにより測定される多重反射の放射強度Ｉ１，Ｉ２のそれぞれについて数１０の式を立て、それらを連立させて基板温度ＴＷを求めている。
【００４１】
その説明の前に、基板Ｗの加熱処理に先だって行われる加熱板２７０の反射率ρｒ１，ρｒ２の測定方法について説明する。
【００４２】
＜１−１−１．加熱板の反射率ρｒ１，ρｒ２の測定＞
第１の実施の形態の装置は、上記構成以外にさらに、図３に示すように基板Ｗに近接するとともに加熱板２７０から離隔した位置に基板Ｗから直接の（上述の多重反射が生じていない）熱放射を測定するための基準放射温度計５３１を備えている。そして、後に詳述するが基板Ｗの加熱処理の前に基板Ｗの代わりに予めその放射率εｒｅｆが求められている基準黒体板を加熱しつつ、基準放射温度計５３１によりその基準黒体板からの直接の熱放射の放射強度Ｉｒｅｆと、第１および第２放射温度計５３２，５３３により加熱板２７０表面において基準黒体板と加熱板２７０との間の多重反射の放射強度Ｉ１，Ｉ２と、加熱板放射温度計５３０により加熱板２７０の温度Ｔｒとをそれぞれ測定する。これらのうち、基準黒体板の放射強度Ｉｒｅｆはその温度Ｔｒｅｆを用いて次式で表わされる。
【００４３】
【数１２】
【００４４】
また、多重反射の放射強度Ｉ１，Ｉ２は基準黒体板の温度Ｔｒｅｆおよび加熱板２７０の温度Ｔｒとの間に次の２式の関係を有する。
【００４５】
【数１３】
【００４６】
【数１４】
【００４７】
ここで係数α１，α２は加熱板２７０表面における第１および第２放射温度計５３２，５３３の熱放射の測定位置（すなわち、第１および第２プローブ５２２，５２３の周囲）の加熱板２７０の反射率ρｒ１，ρｒ２を用いてそれぞれ次式で表わされる。
【００４８】
【数１５】
【００４９】
【数１６】
【００５０】
また、数１２の式を用いて数１３、数１４の式の黒体の放射強度Ｌｂ（Ｔｒｅｆ）を消去すると次の２式が得られる。
【００５１】
【数１７】
【００５２】
【数１８】
【００５３】
この２式に測定された基準黒体板の放射強度Ｉｒｅｆおよび多重反射の放射強度Ｉ１，Ｉ２ならびに加熱板２７０の温度Ｔｒ、さらに予め求められている基準黒体板の放射率εｒｅｆおよび数１の式のように予めその温度関数が求められている黒体の放射強度Ｌｂ（Ｔ）を用いると係数α１，α２が求まる。なお、これら係数α１，α２は加熱板２７０の温度Ｔｒを常温から加熱処理時の温度まで変化させて、予め求めておく。
【００５４】
また、数１５、数１６の式を加熱板２７０の反射率ρｒ１，ρｒ２について解くと次式となる。
【００５５】
【数１９】
【００５６】
【数２０】
【００５７】
これらの式に、上記のようにして求められた係数α１，α２を用いることによって加熱板２７０の反射率ρｒ１，ρｒ２が予め求まるのである。
【００５８】
＜１−１−２．加熱処理時の基板温度ＴＷの測定＞
つぎに、第１の実施の形態における実際の基板Ｗの加熱処理時の温度測定部５０による基板温度ＴＷの測定について説明する。
【００５９】
基板Ｗの加熱処理では第１および第２放射温度計５３２、５３３により加熱板２７０上面において基板Ｗと加熱板２７０との間の多重反射の放射強度Ｉ１，Ｉ２、加熱板放射温度計５３０により加熱板２７０の温度Ｔｒがそれぞれ測定される。なお、その際には後述するように基準放射温度計５３１に接続された基準プローブ５２１はこの装置から除去され、したがって基準基板の放射強度Ｉｒｅｆの測定は行われない。
【００６０】
まず、数１０の式に多重反射の放射強度Ｉ１，Ｉ２を用いて表わすと次式となる。
【００６１】
【数２１】
【００６２】
【数２２】
【００６３】
ここで係数α１，α２は数１１の式より次式で表わされる。
【００６４】
【数２３】
【００６５】
【数２４】
【００６６】
加熱処理時においては多重反射の放射強度Ｉ１，Ｉ２および加熱板２７０の温度Ｔｒは測定され、加熱板２７０の反射率ρｒ１，ρｒ２および黒体の放射強度Ｌｂ（Ｔ）は予め求められているので、これらの式において未知数は基板温度ＴＷおよび基板Ｗの放射率εＷである。
【００６７】
そこで、数２３、数２４を数２１、数２２の式の係数α１，α２に代入して２式を辺々引き、基板Ｗの放射強度Ｌｂ（ＴＷ）を消去すると基板Ｗの放射率εＷは次式のように求まる。
【００６８】
【数２５】
【００６９】
ここで係数ΔＪ１，ΔＪ２は次式で表わされる。
【００７０】
【数２６】
【００７１】
【数２７】
【００７２】
これらの式に前述の既知の値を用いて基板Ｗの放射率εＷを求め、さらにそれを数２１または数２２の式に戻して基板Ｗの放射強度Ｌｂ（ＴＷ）を求め、数３の式を基板温度ＴＷについて用いると基板温度ＴＷが求まるのである。
【００７３】
＜＜１−２．第２の実施の形態の基板温度測定方法＞＞
つぎに、後述する第２の実施の形態のランプアニール装置２における温度測定部５０による基板温度ＴＷの測定方法について説明する。
【００７４】
前述のように数１０の式における未知数は基板温度ＴＷおよび係数αであるが、第２の実施の形態ではこの係数αを予め見積もられた定数係数αｆで近似する。これにより、未知数は基板温度ＴＷのみとなるので多重反射の放射強度Ｉと加熱板２７０の温度Ｔｒのみの測定で基板温度ＴＷの近似値である近似基板温度ＴＷ＊が求まるため、第２の実施の形態の装置では温度測定部５０に加熱板２７０の温度Ｔｒを測定するための加熱板放射温度計５３０のほかに多重反射の放射強度Ｉを測定するための放射温度計５３５を後述する１つの加熱ゾーンにつき１つのみ備えるものとなっている。
【００７５】
以下、基板Ｗの加熱処理に先だって行われる定数係数αｆの見積もりおよび加熱処理時の近似基板温度ＴＷ＊の測定方法について順に説明していく。
【００７６】
＜１−２−１．定数係数αｆの見積もり＞
上記のように第２の実施の形態では定数係数αｆを予め見積もっているが、そのために加熱処理時の基板温度の近似のために適当と考えられる所定温度における加熱板２７０の定数反射率ρｒｆを測定している。すなわち、第２の実施の形態の装置でも第１の実施の形態と同様に、基板Ｗからの直接の熱放射の放射強度を測定するための、着脱自在の基準プローブ５２１とそれに接続された基準放射温度計５３１とを備えている。そして、基板Ｗの加熱処理の前にその放射率εｒｅｆが求められている基準黒体板を加熱しつつ、基準放射温度計５３１により基準黒体板からの直接の熱放射の放射強度Ｉｒｅｆ、放射温度計５３５により加熱板２７０表面において基準黒体板と加熱板２７０との間の多重反射の放射強度Ｉ、加熱板放射温度計５３０により加熱板２７０の温度Ｔｒをそれぞれ測定する。
【００７７】
ところで、数１１の式において係数αに対して基準黒体板の係数αｒｅｆを用い、加熱板２７０の反射率ρｒに対して所定温度における加熱板２７０の定数反射率ρｒｆを用い、その定数反射率ρｒｆについて解くと次式となる。
【００７８】
【数２８】
【００７９】
ここで、基準黒体板の係数αｒｅｆは数１０の式から次式で与えられる。
【００８０】
【数２９】
【００８１】
これら２式に、測定された基準黒体板の放射強度Ｉｒｅｆ、その温度Ｔｒｅｆおよび黒体の放射強度Ｌｂ（Ｔ）ならびに既知の基準黒体板の放射率εｒｅｆを用いて加熱板２７０の定数反射率ρｒｆが求まる。
【００８２】
さらに、数１１の式より加熱板２７０の定数反射率ρｒｆを用いた場合の定数係数αｆは次式で表される。
【００８３】
【数３０】
【００８４】
この式に定数反射率ρｒｆを用いれば定数係数αｆが基板Ｗの放射率εＷのみの関数となる。
【００８５】
そして、この基板Ｗの放射率εＷを適当な定数放射率εＷｆで近似すればよい精度で基板温度ＴＷの近似値である近似基板温度ＴＷ＊を求めることができる。
【００８６】
＜１−２−２．加熱処理時の基板温度ＴＷの測定＞
つぎに、第２の実施の形態における加熱処理時の温度測定部５０による近似基板温度ＴＷ＊の測定方法について説明する。
【００８７】
第２の実施の形態では前述のように多重反射の放射強度Ｉと加熱板２７０の温度Ｔｒのみを測定し、それらの測定値を用いて近似基板温度ＴＷ＊を算出している。
【００８８】
すなわち、数３０の式において基板Ｗの放射率εＷとして妥当な数値を用い、既に求められていた加熱板２７０の定数反射率ρｒｆを用いることによって定数係数αｆが求まる。そして、数１０の式において係数αを予め求められていた定数係数αｆで近似すると次式となる。
【００８９】
【数３１】
【００９０】
この式より基板Ｗの放射強度Ｌｂ（ＴＷ＊）が求まるので、予め求められている黒体の放射強度Ｌｂ（Ｔ）を用いて近似基板温度ＴＷ＊が求まるのである。
【００９１】
＜１−２−３．近似の有効性＞
以下に、上記の近似の有効性について基板処理温度より加熱板温度を低く設定する場合と、加熱板温度を基板処理温度に設定する場合とに分けて説明する。
【００９２】
ｉ）加熱板温度を基板処理温度より低く設定する場合
数１０および数３１の式から多重反射の放射強度Ｉを消去すると次式となる。
【００９３】
【数３２】
【００９４】
ところで、ウィーンの近似式は次式で与えられる。
【００９５】
【数３３】
【００９６】
ここで、Ｔは放射体の温度、λは熱放射の波長、Ｃ１，Ｃ２はプランクの第１および第２定数である。この式を数３２の式の各黒体の放射強度Ｌｂ（Ｔ）に用いて整理すると次式となる。
【００９７】
【数３４】
【００９８】
図２は数３４の式を用いた基板Ｗの様々な放射率εＷに対する温度測定誤差（ＴＷ−ＴＷ＊）のシミュレーション結果を示した図である。この例では処理対象の基板ＷがＳｉウエハであって測定する波長λを０．９５μｍ、加熱板２７０の温度Ｔｒを５００℃（７７３Ｋ）、加熱板２７０をＳｉＣ製とした場合を想定している。
【００９９】
図示のように、８００Ｋ程度の温度における現実の基板Ｗが有する放射率εＷの範囲は０．７〜０．８であり、この範囲にある場合には図示のように基板温度ＴＷが７７３Ｋ以上の広い温度範囲に渡って温度測定誤差（ＴＷ−ＴＷ＊）が基板温度ＴＷに比して小さな値となっている（例えば、１３２０Ｋ近傍で５Ｋ程度の誤差）。
【０１００】
ところで、加熱板２７０のプローブ５２５の周囲の定数反射率ρｒｆ＝０．１、定数係数αｆ＝１．３と近似する場合、これらの数値を数３０の式に代入すると基板Ｗの放射率εＷは０．７５となり、この近似はかなり正確な温度測定結果を与えることが分かる。
【０１０１】
ｉｉ）加熱板温度を基板処理温度に設定する場合
長時間加熱した定常状態では近似基板温度ＴＷ＊と加熱板２７０の温度Ｔｒとが等しくなることが考えられるので、数３２の式は次式となる。
【０１０２】
【数３５】
【０１０３】
この式は数３１の式において上記の条件を課しても同様の結果となり、この式は係数αを含んでいないので係数αの値に無関係に成立する。すなわち測定される係数α（または定数係数αｆ）とは無関係となり、基板温度ＴＷ（または近似基板温度ＴＷ＊）は加熱板２７０の温度Ｔｒの測定結果そのままとなる。これは、第２の実施の形態の基板温度測定の精度の高さを物語っている。
【０１０４】
〔２．第１の実施の形態〕
＜＜２−１．機構的構成と装置配列＞＞
図３はこの発明の第１の実施の形態であるランプアニール装置１の縦断面図である。以下、図３を参照しつつこの装置の構成を説明していく。
【０１０５】
第１の実施の形態であるランプアニール装置１は主に炉体１０、上部加熱部２０、下部加熱部２５、基板昇降部３０、基板保持回転部４０、温度測定部５０、制御部６０、ランプドライバ７０、ヒータドライバ７５、エア供給源８０、モータドライバ９０とを備えている。
【０１０６】
炉体１０は後に詳述するが上部をリフレクター１１０、下部をハウジング１２０とする箱状の炉体であり、その側面の基板・ガス供給口１１０ａを通じて加熱処理の際に図示しない外部搬送装置により基板Ｗの搬出入が行われるとともに処理ガスの供給が行われ、また、その側面のガス排出口１１０ｂを通じて加熱処理後に処理ガスが排出される。
【０１０７】
上部加熱部２０は後に詳述するがランプ２１０および石英ガラス板２２０から成っており、そのうち、ランプ２１０はリフレクター１１０の下面に多数設けられ（図３、図５には一部にのみ参照番号を記載）、加熱処理時には点灯され、その熱放射は石英ガラス板２２０を透過し、基板Ｗに至ってそれを加熱する。
【０１０８】
下部加熱部２５は後に詳述するがハウジング１２０の上面に設けられた断熱板２５０の上面にヒータ２６０が設けられ、さらにその上面に加熱板２７０が設けられており、加熱板２７０は加熱処理時には高温となり、その熱放射は上方に保持された基板Ｗに至って前記ランプ２１０とともに基板Ｗを加熱する。なお、ヒータ２６０と加熱板２７０を併せたものが「加熱板」に相当する。
【０１０９】
基板昇降部３０はハウジング１２０の３箇所（図３には２つのみ図示）に設けられた昇降自在のリフタピン３１０とそれらを駆動するエアシリンダ３２０を備えており、基板・ガス供給口１１０ａを通じて搬出入される基板Ｗをリフタピン３１０の先端で保持して昇降させることによって受け渡しを行う。
【０１１０】
基板保持回転部４０は、基板Ｗの周縁部分を保持する保持リング４１０が円筒の支持脚４２０により支持されるとともにその支持脚４２０の下方にはベアリング４３０が設けられている。そして、ベアリング４３０の外周に設けられたギアに基板回転モータ４４０の回転軸のギア４４１がかみ合っており、その駆動により保持リング４１０がその中心において鉛直方向を軸として回転可能となっている。
【０１１１】
温度測定部５０は後に詳述するが、基板Ｗからの熱放射強度等を測定し、それを基に基板温度ＴＷ等を求め、それらの信号を制御部６０に送る。
【０１１２】
制御部６０は内部にメモリとＣＰＵを備えるとともに、図３に示すように各部に電気的に接続されており、それら各部を各種制御信号を送ることによって制御する。
【０１１３】
ランプドライバ７０およびヒータドライバ７５はそれぞれ後述する各加熱ゾーンＺ１〜Ｚ５のランプ２１０およびヒータ２６０に電気的に接続されており、制御部６０からの温度制御信号を受けて、それに応じた電力をそれらのランプ２１０およびヒータ２６０に供給する。
【０１１４】
エア供給源８０はエア供給管ＡＳにより各エアシリンダ３２０に接続されており、制御部６０からの制御信号を受けて、各エアシリンダ３２０にエアを供給してそれを駆動する。
【０１１５】
モータドライバ９０は制御部６０からの駆動信号を受けて、それに応じた電力を基板回転モータ４４０に供給する。
【０１１６】
つぎに、要部についてさらに詳細に説明していく。
【０１１７】
温度測定部５０は、上端から入射する熱放射を伝える４本のプローブ、すなわち加熱板プローブ５２０、基準プローブ５２１、第１および第２プローブ５２２，５２３と、それらの下端にそれぞれ光ファイバを介して接続された加熱板放射温度計５３０、基準放射温度計５３１、第１および第２放射温度計５３２，５３３を備えた放射強度測定部５１ならびにそれら各放射温度計に電気的に接続された演算部５５０（「基板温度算出手段」に相当）を備えている。さらに、演算部５５０はその内部にＣＰＵとメモリを備えている。なお、加熱板プローブ５２０、加熱板放射温度計５３０、演算部５５０を併せたものが「加熱板温度測定手段」に、第１および第２プローブ５２２，５２３、第１および第２放射温度計５３２，５３３を併せたものが「第１および第２の放射強度測定手段」にそれぞれ相当している。
【０１１８】
また、図示しないが、加熱板２７０において第１および第２プローブ５２２，５２３のうちの一方、この装置では第１プローブ５２２の周囲の上面（反射面）は黒化処理がなされており、他方、この装置では第２プローブ５２３の周囲の上面は黒化処理がなされていない。すなわち、第１プローブ５２２の周囲の反射率ρｒ１と第２プローブ５２３の周囲の反射率ρｒ２とは互いに異なるものとなっている。これにより、第１および第２プローブ５２２，５２３に接続された第１および第２放射温度計５３２，５３３により測定される多重反射の放射強度Ｉ１，Ｉ２は互いに異なるものとなる。
【０１１９】
図４は図３のうち各プローブを拡大した図である。図示のように加熱板プローブ５２０は断熱板２５０、ヒータ２６０を貫通してその先端が加熱板２７０の内部に位置するように、基準プローブ５２１は断熱板２５０、ヒータ２６０、加熱板２７０を貫通してその先端が基板Ｗの下面近傍に位置するように、第１および第２プローブ５２２，５２３は断熱板２５０、ヒータ２６０、加熱板２７０を貫通してその先端が加熱板２７０の上面とほぼ同一の高さに位置するようにいずれもハウジング１２０に設けられている。このうち、各プローブは石英ロッドやサファイアロッド等を用いることができるが、この装置では加熱時には下部加熱部２５は高温になるため、高温で透明度の低下を来す石英ロッドよりも高温においてもそのようなことのないサファイアロッドを用いることが望ましい。また、各放射温度計は各プローブにより導かれた基板Ｗからの熱放射を受けて、その放射強度信号を生成する。
【０１２０】
図５および図６はそれぞれランプアニール装置１の上部加熱部２０および下部加熱部２５の平面的な構成を示す図である。図５に示すように、上部加熱部２０のランプ２１０は長尺のタングステンハロゲンランプであり、それらは、その長手方向を平行として複数本並設された加熱ゾーンＺ１〜Ｚ５（「複数の加熱領域」に相当）に分割されている。また、図６に示すように下部加熱部２５も同様にそれぞれ高純度ＳｉＣ製のヒータ２６０を備え、上部加熱部２０の各加熱ゾーンＺ１〜Ｚ５のそれぞれに対応して下部加熱部２５のヒータ２６０および加熱板２７０も加熱ゾーンＺ１〜Ｚ５に分割されている。そして各加熱ゾーンＺ１〜Ｚ５にはそれぞれ放射強度測定部５１が１組ずつ設けられている（図３においては放射強度測定部５１を１組のみ図示）。そして、各加熱ゾーンＺ１〜Ｚ５毎に基板温度ＴＷを測定して、それぞれの測定結果に応じてランプ２１０およびヒータ２６０に供給する電力を調節するＰＩＤフィードバック制御を行っている。これにより、より精密な基板Ｗの温度制御を行うことができる。
【０１２１】
また、基準プローブ５２１はハウジング１２０の各加熱ゾーンＺ１〜Ｚ５のそれぞれに設けられた取付け口１２０ａに着脱自在となっている。この取付け口１２０ａには基準放射温度計５３１につながる光ファイバが設けられており、取付け口１２０ａに基準プローブ５２１が取り付けられると前述のように基準プローブ５２１と基準放射温度計５３１とがその光ファイバにより接続されるようになっている。そして、後述する加熱板２７０の反射率ρｒ１，ρｒ２の測定処理の際には基準プローブ５２１は作業者により取付け口１２０ａに取り付けられるとともに、それ以外の基板Ｗの加熱処理時等には取り外される。そして、取付け口１２０ａに取り付けられる基準プローブ５２１も加熱ゾーンＺ１〜Ｚ５の数（この装置では５個）だけ準備されている。
【０１２２】
図７は各加熱ゾーンＺ１〜Ｚ５の加熱板プローブ５２０、基準プローブ５２１、第１および第２プローブ５２２，５２３の設置位置関係を示す図である。図示のように、各加熱ゾーンＺ１〜Ｚ５の加熱板プローブ５２０、基準プローブ５２１（およびその取付け口１２０ａ）、第１および第２プローブ５２２，５２３はそれぞれ基板Ｗの回転中心を中心とした円周上に位置するように設けられている。そして、これにより、後述する加熱板２７０の反射率ρｒ１，ρｒ２の測定および基板Ｗの加熱処理時の各放射強度の測定において制御部６０が基板Ｗの回転と同じ速度でそれぞれの測定タイミングをずらすことによって基板Ｗの同じ位置に対してそれぞれ放射強度を捉えることができるようになっている。すなわち、基板Ｗ上の測定対象位置を共通にしている。そのため、より精度の高い温度測定を行うことができる。
【０１２３】
＜＜２−２．処理手順＞＞
第１の実施の形態であるランプアニール装置１は前述の発明の原理の第１の実施の形態の場合の温度測定方法に基づいて加熱する基板温度ＴＷを求め、その結果に基づいてランプ２１０およびヒータ２６０のフィードバック制御を行いつつ、基板Ｗの加熱処理を行っている。そのため、この装置では、基板Ｗの加熱処理の前に、実際に加熱処理を施す基板Ｗとほぼ同寸、同形状であってほぼ黒体と見なせるＣ（炭素）や黒体塗料を塗布された素材からなる放射率εｒｅｆが既知である基準黒体板を、炉体１０内で加熱して、予め加熱板２７０の第１および第２プローブ５２２，５２３周囲の反射率ρｒ１，ρｒ２を求めている。なお、基準黒体板は放射率εｒｅｆが既知で０．１〜１の範囲であれば他の素材でもよい。
【０１２４】
また、基準放射温度計は事前に黒体炉により校正を受けたものを使用している。
【０１２５】
図８は加熱板２７０の反射率ρｒ１，ρｒ２の測定処理手順を示すフローチャートである。以下、図８を用いてその測定処理手順について説明する。
【０１２６】
まず、作業者がランプアニール装置１の各加熱ゾーンＺ１〜Ｚ５の取付け口１２０ａに基準プローブ５２１を取り付ける（ステップＳ１）。
【０１２７】
つぎに、図示しない外部搬送装置により基準黒体板が炉体１０内に搬入される（ステップＳ２）。
【０１２８】
つぎに、制御部６０はランプドライバ７０およびヒータドライバ７５に制御信号を送り、ランプドライバ７０およびヒータドライバ７５はそれぞれ各加熱ゾーンＺ１〜Ｚ５のランプ２１０およびヒータ２６０に電力を供給することによってそれらにより基板Ｗの加熱を開始する（ステップＳ３）。それと同時にモータドライバ９０に制御信号を送り、基板回転モータ４４０を駆動して基板保持回転部４０を回転させることによって基準黒体板を回転させる。なお、以下の加熱板２７０の反射率ρｒ１，ρｒ２の測定処理中において基準黒体板の回転は続けられる。
【０１２９】
そして、ランプ２１０および加熱板２７０から発せられた放射熱は基準黒体板に至り、それにより基準黒体板は加熱され、その温度Ｔｒｅｆに対応する熱放射が発生する。
【０１３０】
つぎに、各加熱ゾーンＺ１〜Ｚ５において基準黒体板からの熱放射は第１および第２プローブ５２２，５２３、基準プローブ５２１に入射し、加熱板２７０内部の熱放射は加熱板プローブ５２０に入射する。そしてそれらはそれぞれ各加熱ゾーンＺ１〜Ｚ５の第１および第２放射温度計５３２，５３３、基準放射温度計５３１ならびに加熱板放射温度計５３０に導かれ、そこでそれぞれ多重反射の放射強度Ｉ１，Ｉ２、基準黒体板の放射強度Ｉｒｅｆ、加熱板２７０の放射強度が測定され、それらの信号は演算部５５０に送られる。さらに演算部５５０において加熱板２７０の温度Ｔｒがその放射強度を基に算出され、また、その加熱板２７０の温度Ｔｒのデータは制御部６０に送られる。（ステップＳ４）。
【０１３１】
つぎに、各加熱ゾーンＺ１〜Ｚ５の演算部５５０において発明の原理の第１の実施の形態の場合の反射率ρｒ１，ρｒ２の測定方法により加熱板２７０の反射率ρｒ１，ρｒ２が算出され、それらと加熱板２７０の温度Ｔｒとが、その内部のメモリに記憶される（ステップＳ５）。これにより、反射率ρｒ１，ρｒ２の測定処理が終了する。
【０１３２】
以下において、基板Ｗの加熱処理手順を示すフローチャートである図９を用いて、基板Ｗの処理手順について説明していく。
【０１３３】
まず、図示しない外部搬送装置により基板Ｗが炉体１０内に搬入される（ステップＳ１１）。
【０１３４】
つぎに、基板Ｗの加熱処理が開始される（ステップＳ１２）。すなわち、前述の加熱板２７０の反射率ρｒ１，ρｒ２の算出処理と同様に各加熱ゾーンＺ１〜Ｚ５のランプ２１０およびヒータ２６０に電力を供給して基板Ｗを加熱しつつ、基板保持回転部４０を回転させることによって基板Ｗを回転させる。これにより、加熱された基板Ｗから基板温度ＴＷに対応する熱放射が発生する。さらに、加熱処理時には処理ガスが炉体１０内に供給される。なお、以下の加熱処理中においてランプ２１０およびヒータ２６０への電力の供給、処理ガスの供給および基板Ｗの回転は続けられる。
【０１３５】
つぎに、各加熱ゾーンＺ１〜Ｚ５において第１および第２放射温度計５３２，５３３は第１および第２プローブ５２２，５２３を介して基板Ｗと加熱板２７０との間の多重反射の熱放射を捉え、それぞれ放射強度Ｉ１，Ｉ２を測定してその放射強度信号を演算部５５０に送る。それと同時に、各加熱ゾーンＺ１〜Ｚ５において加熱板放射温度計５３０は加熱板プローブ５２０を介して加熱板２７０からの直接の熱放射を捉えてその放射強度を測定し、その放射強度信号を演算部５５０に送り、そこでそれに基づいて加熱板２７０の温度Ｔｒが算出される（ステップＳ１３）。
【０１３６】
つぎに、各加熱ゾーンＺ１〜Ｚ５の演算部５５０は発明の原理の第１の実施の形態の場合の基板温度ＴＷの測定方法によりステップＳ１３で測定されたその加熱ゾーンの放射強度Ｉ１，Ｉ２および加熱板２７０の温度Ｔｒおよび前述の加熱板２７０の反射率ρｒ１，ρｒ２の測定処理により求められたその加熱ゾーンにおけるそれらの値を用いて基板Ｗの放射率εＷを算出し、それを用いてその加熱ゾーンにおける基板温度ＴＷを算出する（ステップＳ１４）。
【０１３７】
つぎに、演算部５５０で求められた各加熱ゾーンＺ１〜Ｚ５における基板温度ＴＷは温度信号として制御部６０に送られ、それらを基に制御部６０は得られた基板温度ＴＷと予め設定された加熱処理時の基板Ｗの目標温度とを比較して、両者が一致するように各加熱ゾーンＺ１〜Ｚ５ごとに温度制御信号をランプドライバ７０およびヒータドライバ７５に送り、ランプドライバ７０およびヒータドライバ７５はそれぞれそれらの温度制御信号に応じた電力を対応する加熱ゾーンのランプ２１０およびヒータ２６０に供給してＰＩＤフィードバック制御を行う（ステップＳ１５）。
【０１３８】
つぎに、制御部６０は処理時間の終了の判定を行い（ステップＳ１６）、設定されていた処理時間が経過するまでステップＳ１３〜ステップＳ１５の処理を継続して行う。そして、処理時間が経過すると加熱処理を終了し、外部搬送装置によりその基板Ｗが炉体１０外に搬出される（ステップＳ１７）。
【０１３９】
つぎに、制御部６０は外部搬送装置からの信号により準備されていた全基板Ｗの加熱処理の終了の判定を行い（ステップＳ１８）、全基板Ｗの加熱処理が終了していなければステップＳ１１に戻り、外部搬送装置により次の基板Ｗが搬入され、逆に終了していれば一連の加熱処理が終了する。
【０１４０】
以上説明したように、第１の実施の形態によれば、ランプ２１０に対して基板Ｗと反対側の位置に加熱板２７０を備えるため、基板Ｗのランプ２１０に対向した面の裏面をも加熱するので加熱処理の熱効率がよく、したがって、消費電力を抑えることができる。これを数量的に示すと以下のようになる。従来技術に示したように、従来のランプアニール装置において基板Ｗの下方に冷却される反射板を設けた装置と本発明の第１の実施の形態の装置との熱効率を比較するには、熱ロス量Ｑを与える次式を用いることができる。
【０１４１】
【数３６】
【０１４２】
この式において基板温度ＴＷを１０００℃（１２７３Ｋ）とし、本発明の加熱板２７０の温度Ｔｒを５００℃（７７３Ｋ）、従来装置の反射板の温度Ｔｒを２５℃（２９８Ｋ）と想定して両者を比較すると、１０数％程度熱ロスが軽減されることが分かる。
【０１４３】
また、ランプアニール装置１の温度測定部５０は、加熱板放射温度計５３０により測定した加熱板２７０の温度Ｔｒと、第１および第２放射温度計５３２，５３３により測定した多重反射の熱放射の放射強度Ｉ１，Ｉ２とを用いて演算部５５０において基板温度ＴＷを精密に算出することができ、また、ランプアニール装置１の制御部６０はそれに基づいてランプ２１０およびヒータ２６０に供給する電力を制御するため、精密な基板Ｗの温度制御を行うことができ、したがって、基板ごとの処理温度を均一にすることができ、また、基板Ｗを加熱しすぎるといったことがないので、より熱効率がよく、消費電力を抑えることができる。
【０１４４】
さらに、各加熱ゾーンＺ１〜Ｚ５ごとにランプ２１０およびヒータ２６０に供給する電力を制御するので、より精密な基板Ｗの温度制御を行うことができる。
【０１４５】
〔３．第２の実施の形態〕
図１０はこの発明における第２の実施の形態であるランプアニール装置２の縦断面図である。第１の実施の形態であるランプアニール装置１では加熱処理時の多重反射の放射強度を測定する手段としてプローブおよび放射温度計を各加熱ゾーンＺ１〜Ｚ５に２組ずつ備えていたのに対して、第２の実施の形態であるランプアニール装置２では各加熱ゾーンＺ１〜Ｚ５のそれぞれにプローブ５２５および放射温度計５３５を１組のみ備える点が異なっており、その他の装置構成は第１の実施の形態と全く同様である。なお、プローブ５２５も第１の実施の形態と同様、断熱板２５０、ヒータ２６０、加熱板２７０を貫通し、その先端が加熱板２７０の上面に位置するように設けられている。なお、プローブ５２５と放射温度計５３５を併せたものが「放射強度測定手段」に相当している。
【０１４６】
図１１および図１２はそれぞれランプアニール装置２の上部加熱部２０および下部加熱部２５の平面的な構成を示す図である。上記のようにこの装置でも第１の実施の形態と同様にランプ２１０ならびにヒータ２６０および加熱板２７０は加熱ゾーンＺ１〜Ｚ５に分割され（ランプ２１０は図１０および図１１においてその一部にのみ参照符号を記載）、各加熱ゾーンＺ１〜Ｚ５にはそれぞれに放射強度測定部５１が設けられている。なお、これらは図１０においては１組のみ表示されている。そして、これら各プローブもそれぞれ基板Ｗの回転中心を中心とした円周上に位置するように設けられている。これにより、第２の実施の形態でも後述する加熱板２７０の定数反射率ρｒｆの測定および基板Ｗの加熱処理時の放射強度の測定においてそれぞれの測定タイミングをずらして、基板Ｗ上の測定対象位置を共通にして、より精度の高い温度測定を行えるものとしている。
【０１４７】
そして、第２の実施の形態では発明の原理の第２の実施の形態の温度測定方法に基づいて、近似基板温度ＴＷ＊を求め、その結果に基づいてランプ２１０およびヒータ２６０のＰＩＤフィードバック制御を行いつつ、基板Ｗの加熱処理を行っている。
【０１４８】
図１３は定数係数αｆの見積り処理の手順を示すフローチャートである。以下、図１３を用いてその処理手順について説明する。
【０１４９】
第２の実施の形態の定数係数αｆの見積り処理のステップＳ２１〜ステップＳ２３までは第１の実施の形態における図８の加熱板２７０の反射率ρｒ１，ρｒ２の測定処理のステップＳ１〜ステップＳ３と全く同様であるので説明を省略する。
【０１５０】
つぎに、各加熱ゾーンＺ１〜Ｚ５において基準黒体板からの熱放射はプローブ５２５、基準プローブ５２１に入射し、加熱板２７０内部の熱放射は各加熱ゾーンＺ１〜Ｚ５の加熱板プローブ５２０に入射する。そしてそれらはそれぞれ放射温度計５３５、基準放射温度計５３１および加熱板放射温度計５３０に導かれ、そこでそれぞれ多重反射の放射強度Ｉ、基準黒体板の放射強度Ｉｒｅｆ、加熱板２７０の放射強度が測定され、それらの信号は演算部５５０に送られる。さらに演算部５５０はその加熱ゾーンにおける加熱板２７０の温度Ｔｒをその放射強度に基づいて算出し、そのデータを制御部６０に送信する（ステップＳ２４）。
【０１５１】
つぎに、各加熱ゾーンＺ１〜Ｚ５の加熱板２７０の温度Ｔｒが近似のために適当と考えられる所定温度に達するとその加熱ゾーンの演算部５５０において発明の原理の第２の実施の形態の場合の定数係数αｆの見積もり方法によりその温度での加熱板２７０の定数反射率ρｒｆが算出され、そのデータはその内部のメモリに記憶される（ステップＳ２５）。
【０１５２】
以上の処理により反射率ρｒｆが求められ、近似的な基板Ｗの放射率εＷを見積もることで、定数係数αｆが見積もられた。この定数係数αｆを用いて以下に示すように近似基板温度ＴＷ＊を求めつつ基板Ｗの加熱処理が行われる。
【０１５３】
図１４は基板Ｗの加熱処理手順を示すフローチャートである。以下、図１４を用いて、基板Ｗの加熱処理手順について説明していく。
【０１５４】
第２の実施の形態の基板Ｗの加熱処理のステップＳ３１およびＳ３２は第１の実施の形態における図９の基板Ｗの加熱処理のステップＳ１１およびＳ１２と全く同様であるので説明を省略する。
【０１５５】
つぎに、各加熱ゾーンＺ１〜Ｚ５において放射温度計５３５はプローブ５２５を介して基板Ｗと加熱板２７０との間の多重反射の熱放射の、放射強度Ｉを測定してその放射強度信号を演算部５５０に送る。それと同時に、各加熱ゾーンＺ１〜Ｚ５において加熱板放射温度計５３０は加熱板プローブ５２０を介して加熱板２７０からの直接の熱放射の放射強度を測定し、その放射強度信号を演算部５５０に送り、そこでそれをもとに加熱板２７０の温度Ｔｒが算出される（ステップＳ３３）。
【０１５６】
つぎに、各加熱ゾーンＺ１〜Ｚ５の演算部５５０は発明の原理の第２の実施の形態の近似基板温度ＴＷ＊の測定方法によりステップＳ３３で測定されたその加熱ゾーンの放射強度Ｉ、加熱板２７０の温度Ｔｒおよび上述の定数係数αｆの見積もり処理において求められたその加熱ゾーンの定数係数αｆを用いてその加熱ゾーンにおける近似基板温度ＴＷ＊を算出する（ステップＳ３４）。
【０１５７】
つぎに、演算部５５０で求められた各加熱ゾーンＺ１〜Ｚ５における近似基板温度ＴＷ＊は温度信号として制御部６０に送られ、それを基に制御部６０は得られた近似基板温度ＴＷ＊と予め設定された加熱処理時の基板Ｗの目標温度とを比較して、両者が一致するように各加熱ゾーンＺ１〜Ｚ５ごとに温度制御信号をランプドライバ７０およびヒータドライバ７５に送り、ランプドライバ７０およびヒータドライバ７５はそれぞれそれらの温度制御信号に応じた電力を対応する加熱ゾーンのランプ２１０およびヒータ２６０に供給してＰＩＤフィードバック制御を行う（ステップＳ３５）。
【０１５８】
つぎに、制御部６０は処理時間の終了の判定を行い（ステップＳ３６）、設定されていた処理時間が経過するまでステップＳ３３〜ステップＳ３５の処理を継続して行う。そして、処理時間が経過すると加熱処理を終了し、外部搬送装置によりその基板Ｗが炉体１０外に搬出される（ステップＳ３７）。
【０１５９】
つぎに、制御部６０は外部搬送装置からの信号により準備されていた全基板Ｗの加熱処理の終了の判定を行い（ステップＳ３８）、全基板Ｗの加熱処理が終了していなければステップＳ３１に戻り、外部搬送装置により次の基板Ｗが搬入され、逆に終了していれば一連の加熱処理が終了する。
【０１６０】
以上の説明から、第２の実施の形態でも第１の実施の形態と同様の効果を有している。
【０１６１】
さらに、第２の実施の形態のランプアニール装置２では各加熱ゾーンの温度測定部５０において多重反射の放射強度を測定する手段としてプローブ５２５および放射温度計５３５を１組のみ備えるため、第１の実施の形態の装置に比べて装置構成が簡素化されているので製造コストを抑えることができる。
【０１６２】
〔４．変形例〕
上記の第１の実施の形態の装置では加熱板２７０において第１プローブ５２２の周囲の上面と第２プローブ５２３の周囲の上面では黒化処理の有無によって反射率ρｒ１と反射率ρｒ２とを互いに異なるものとしたが、この発明はこれに限られず、いずれかの上面を粗くすること等のその他の方法により反射率ρｒ１と反射率ρｒ２とを互いに異なるものとしてもよい。
【０１６３】
上記の第２の実施の形態では予め加熱板２７０の定数反射率ρｒｆを測定し、それに基づいて定数係数αｆを見積もり、それを用いて近似基板温度ＴＷ＊を算出することは必須ではなく、要は数３１の式に用いる定数係数αｆが予め用意できればよい。したがって、予め妥当と思われる定数係数αｆが何らかの方法で知られていれば、加熱板２７０の定数反射率ρｒｆの測定を行うことなく、その値を直接用いることもできる。
【０１６４】
また、第１および第２の実施の形態の装置は加熱板放射温度計５３０により加熱板２７０の温度を測定するものとしたが、この発明はこれに限られず、加熱板放射温度計の代わりに熱電対や測温抵抗体等の接触式の温度測定手段により加熱板２７０の温度Ｔｒを測定することができる。この場合にはそれにより求めた加熱板の温度Ｔｒを発明の原理の温度測定方法に用いればよい。
【０１６５】
また、第１および第２の実施の形態の装置では各加熱ゾーンＺ１〜Ｚ５のそれぞれの放射強度測定部５１に電気的に接続された演算部５５０を１つ設けて全加熱ゾーンの演算を全て演算部５５０によって行うものとしたが、この発明はこれに限られず、各加熱ゾーンＺ１〜Ｚ５のそれぞれに温度測定部５０を備えるものとしてもよく、さらには、演算部５５０を設けないでその代わりに制御部６０がそれらの演算を行うものとしてもよい。
【０１６６】
また、第１および第２の実施の形態の装置では加熱の制御領域を加熱ゾーンＺ１〜Ｚ５の５つに分けるものとしたが、この発明はこれに限られず、加熱ゾーンに分けないで炉体１０全体に１つの温度測定部５０を設けて基板温度を求めるものとしてもよく、または「２」以上かつ「５」以外の数に分割してもよい。
【０１６７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１〜請求項４の発明によれば、加熱板温度測定手段により測定した加熱板の温度と、放射強度測定手段により測定した基板と加熱板との間の熱放射の放射強度とに基づいて、基板温度算出手段により基板の温度を算出するので、基板の温度を精密に測定することができる。
【０１６８】
とくに、請求項３〜請求項４の発明によれば、そのようにして算出された基板の温度に基づいて、加熱ランプおよび加熱板へ供給される加熱用電力を制御するため、基板を加熱し過ぎるといったことがないので、熱効率がよく、消費電力を抑えることができる。
【０１６９】
さらに、請求項２〜請求項４の発明によれば、基板の加熱ランプに対向した面の裏面をも加熱板により加熱するので加熱処理の熱効率をよくすることができ、したがって、消費電力を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】基板と加熱板との間の多重反射を説明するための図である。
【図２】基板の様々な放射率に対する温度測定誤差のシミュレーション結果を示した図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態であるランプアニール装置の縦断面図である。
【図４】図３の各プローブの拡大図である。
【図５】上部加熱部の平面的な構成を示す図である。
【図６】下部加熱部の平面的な構成を示す図である。
【図７】各加熱ゾーンの加熱板プローブ、基準プローブ、第１および第２プローブの設置位置関係を示す図である。
【図８】加熱板の反射率の測定処理手順を示すフローチャートである。
【図９】第１の実施の形態の基板の加熱処理手順を示すフローチャートである。
【図１０】第２の実施の形態であるランプアニール装置の縦断面図である。
【図１１】上部加熱部の平面的な構成を示す図である。
【図１２】下部加熱部の平面的な構成を示す図である。
【図１３】加熱板の近似反射率の測定処理手順を示すフローチャートである。
【図１４】第２の実施の形態の基板の加熱処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１，２ ランプアニール装置
２０ 加熱部
５０ 温度測定部（温度測定装置）
６０ 制御部
２６０ ヒータ
２７０ 加熱板（ヒータ２６０と併せて「加熱板」）
５３０ 加熱板放射温度計（「加熱板温度測定手段」）
５３１ 基準放射温度計
５３２，５３３ 第１および第２の放射温度計
５３５ 放射温度計
５５０ 演算部
Ｉ，Ｉ１，Ｉ２ 多重反射の放射強度
ＴＷ 基板温度
Ｔｒ 加熱板の温度
Ｗ 基板
Ｚ１〜Ｚ５ 加熱ゾーン
ρｒ，ρｒ１，ρｒ２ 加熱板の反射率
【発明の属する技術分野】
この発明は、熱放射を基に半導体ウエハ、フォトマスク用ガラス基板、液晶表示用ガラス基板、光ディスク用基板等の基板（以下「基板」という。）の温度を測定する温度測定装置および基板の温度を測定しつつ当該基板に熱処理を施す基板熱処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来からランプアニール装置等の基板熱処理装置においては基板の温度制御の精度が重要な問題であり、そのため、最近では非接触方式の温度測定装置を設け、それによって基板の温度の測定を行っている。すなわち、特開平６−３４１９０５号公報や特開平８−２５５８００号公報の技術においては基板を反射板の近くに対向して保持しつつ加熱し、基板からの熱放射をそれらの間で多重反射させ、その多重反射の熱放射を基板に向けて設けた石英ロッド等よりなるプローブから放射温度計（パイロメータ）等に供給して基板の温度を算出している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来技術では反射板からの熱放射を影響が少ないとして無視し、多重反射の熱放射の全てが基板の熱放射に由来するものとして基板の温度を算出しているが、実際には反射板もその温度は有限値をとり、それに応じた熱放射が行われている。そのため上記従来技術では、基板の温度測定の精度が低かった。そして、それに基づいて熱制御を行っていたため、基板を加熱し過ぎるといったことが生じ、それにより熱効率が悪くなり、消費電力も余分に必要となっていた。
【０００４】
この発明は、従来技術における上述の問題の克服を意図しており、温度測定精度の高い温度測定装置および、それを用いることにより熱効率がよく、消費電力の少ない基板熱処理装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、この発明の請求項１に記載の装置は、基板の温度を測定する温度測定装置において、基板に対向するとともに基板に熱を供給する加熱板の温度を測定する加熱板温度測定手段と、加熱板に設けられるとともに、基板と加熱板との間の熱放射を受けて、その放射強度を測定する放射強度測定手段と、加熱板の温度と放射強度とに基づいて基板の温度を算出する基板温度算出手段と、を備え、前記放射強度測定手段は、個別に前記熱放射の放射強度を測定する第１の放射強度測定手段および第２の放射強度測定手段を備え、前記加熱板における前記第１の放射強度測定手段および第２の放射強度測定手段の周囲の部分の反射率が互いに異なることを特徴とする。
【０００７】
また、この発明の請求項２に記載の装置は、請求項１の温度測定装置を温度測定部として備え、さらに、加熱板に対して基板と反対側の位置において基板に対向するとともに基板を加熱する加熱ランプを備える。
【０００８】
また、この発明の請求項３に記載の装置は、請求項２の基板熱処理装置であって、さらに、基板温度算出手段により算出された基板の温度に基づいて、加熱ランプおよび加熱板へ供給される加熱用電力を制御する制御手段を備える。
【０００９】
また、この発明の請求項４に記載の装置は、請求項３の基板熱処理装置において、加熱ランプおよび加熱板が複数の加熱領域に分割されているとともに、当該複数の加熱領域のそれぞれに対して加熱板温度測定手段および放射強度測定手段が設けられているものであって、複数の加熱領域ごとに算出された基板の温度をもとに、複数の加熱領域ごとに加熱ランプおよび加熱板へ供給される加熱用電力を制御することを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
〔１．発明の原理〕
各実施の形態の説明の前に、以下においてこの発明に使用する温度測定方法について説明していく。
【００１２】
一般に、黒体から放射される電磁波の放射発散度の分光密度はプランクの放射公式で与えられるが、放射温度計（パイロメータ）により黒体を測定する場合には、そのプランクの放射公式を用いて、放射温度計により測定される特定の波長領域における黒体の温度Ｔと測定される熱放射の放射強度Ｌｂ（Ｔ）との関係は放射温度計の光学系等によって決まる測定器定数Ａを用いて次式で近似される。
【００１３】
【数１】
ここで放射指数ｎは一般に波長λ、プランクの第２定数Ｃ２を用いて次式で近似される。
【００１５】
【数２】
なお、放射指数ｎおよび測定器定数Ａは放射温度計に固有の値として予め求められており、さらに、放射温度計は黒体炉を用いて予め温度Ｔと黒体炉の放射強度Ｌｂ（Ｔ）の関係が校正されている。
【００１７】
また、数１の式を温度Ｔについて解くと次式となる。
【００１８】
【数３】
さらに、一般に、温度Ｔの灰色体の放射強度Ｌ（Ｔ）と黒体の放射強度Ｌｂ（Ｔ）の関係は次式で表される。
【００２０】
【数４】
ここで、εは灰色体の放射率であり、一般にε＜１である。
【００２２】
以下、このような放射温度計を用いて加熱板２７０に近接して対向した状態において加熱された基板Ｗの温度を測定する場合について考える。図１は基板Ｗと加熱板２７０との間の多重反射を説明するための図である。図示のように、基板Ｗからの熱放射は、熱放射のみならず反射も行う加熱板２７０の上面により反射された後、再度、基板Ｗに至り、反射される。以下同様にして基板Ｗと加熱板２７０とにより反射されて、それらの間を熱放射が往復する多重反射が発生する。
【００２３】
基板温度ＴＷの基板Ｗから放射された熱放射が加熱板２７０（その上面の放射率εｒ、反射率ρｒ）に至り再び基板Ｗに戻り、さらに基板Ｗ（放射率εＷ、反射率ρＷ）により反射された後に加熱板２７０上面に入射する際の放射強度は元の熱放射の放射強度Ｌ（ＴＷ）に対してρｒρＷ倍となる。同様にして、この熱放射が基板Ｗと加熱板２７０により多重反射した後に加熱板２７０表面に入射する（すなわち、放射温度計に接続されたプローブに入射する）最終的な放射強度は初項Ｌ（ＴＷ）、公比ρｒρＷの無限等比級数として表わされ、さらに、数４の式を用いて放射強度Ｌ（ＴＷ）の代わりに基板Ｗの放射強度Ｌｂ（ＴＷ）で表わすと次式となる。
【００２４】
【数５】
また、この発明の装置では後述するように加熱板２７０がその下方に設けられたヒータ２６０により加熱されて、その温度Ｔｒも高温となるため、その加熱板２７０からも熱放射（放射強度Ｌ（Ｔｒ））が発生する。そして、上記と同様に加熱板２７０と基板Ｗとの間で多重反射を起こすが、この場合にも基板Ｗで反射するとその放射強度はρＷＬ（Ｔｒ）となり、その熱放射がその後、加熱板２７０および基板Ｗにより１度ずつ反射された後に加熱板２７０に入射する際の放射強度は、そのρｒρＷ倍となる。したがって、この熱放射が基板Ｗと加熱板２７０により多重反射した後、最終的にプローブに入射する際の放射強度は初項ρＷＬ（Ｔｒ）、公比ρｒρＷの無限等比級数として表わされ、数４の式を用いて放射強度Ｌ（Ｔｒ）の代わりに黒体の放射強度Ｌｂ（Ｔｒ）を用いると次式となる。
【００２６】
【数６】
ここで、基板Ｗおよび加熱板２７０における熱放射の透過がないとする次式を用いた。
【００２８】
【数７】
【数８】
以上より、最終的に加熱板２７０上面における多重反射の放射強度Ｉは数５および数６の式の和として次式となる。
【００３１】
【数９】
また、これを基板Ｗの放射強度Ｌｂ（ＴＷ）について解くと次式となる。
【００３３】
【数１０】
ここで係数αは次式で表わされる。
【００３５】
【数１１】
そして、この発明では放射温度計で測定した多重反射の放射強度Ｉ、加熱板２７０の温度Ｔｒおよび予め数１の式により関数形が与えられている黒体の放射強度Ｌｂを数１０の式に用いて基板Ｗの基板温度ＴＷを求めるのである。
【００３７】
以下、この温度測定方法を第１および第２の実施の形態のそれぞれに即して説明する。
【００３８】
＜＜１−１．第１の実施の形態の基板温度測定方法＞＞
以下、後述する第１の実施の形態のランプアニール装置１（「基板熱処理装置」に相当）における温度測定部５０（「温度測定装置」に相当）による基板温度ＴＷの測定方法について説明する。
【００３９】
上記から数１０の式における未知数は基板温度ＴＷおよび係数αであるが、数１１の式において加熱板２７０の反射率ρｒはその温度Ｔｒにのみ依存するため後述のように予め求めておくことができ、したがって、数１０の式の未知数は基板温度ＴＷおよび放射率εＷの２つとなる。
【００４０】
そこで第１の実施の形態であるランプアニール装置１は後に詳述するように温度測定部５０に多重反射の放射強度を測定するための第１および第２放射温度計５３２，５３３と加熱板２７０の温度を測定するための加熱板放射温度計５３０を備え、さらに、第１および第２放射温度計５３２，５３３に熱放射を導く第１および第２プローブ５２２，５２３の周囲の部分の加熱板２７０上面の反射率ρｒ１，ρｒ２を異なるものとしている（図３参照）。それにより後述のように第１および第２放射温度計５３２，５３３のそれぞれにより測定される多重反射の放射強度Ｉ１，Ｉ２のそれぞれについて数１０の式を立て、それらを連立させて基板温度ＴＷを求めている。
【００４１】
その説明の前に、基板Ｗの加熱処理に先だって行われる加熱板２７０の反射率ρｒ１，ρｒ２の測定方法について説明する。
【００４２】
＜１−１−１．加熱板の反射率ρｒ１，ρｒ２の測定＞
第１の実施の形態の装置は、上記構成以外にさらに、図３に示すように基板Ｗに近接するとともに加熱板２７０から離隔した位置に基板Ｗから直接の（上述の多重反射が生じていない）熱放射を測定するための基準放射温度計５３１を備えている。そして、後に詳述するが基板Ｗの加熱処理の前に基板Ｗの代わりに予めその放射率εｒｅｆが求められている基準黒体板を加熱しつつ、基準放射温度計５３１によりその基準黒体板からの直接の熱放射の放射強度Ｉｒｅｆと、第１および第２放射温度計５３２，５３３により加熱板２７０表面において基準黒体板と加熱板２７０との間の多重反射の放射強度Ｉ１，Ｉ２と、加熱板放射温度計５３０により加熱板２７０の温度Ｔｒとをそれぞれ測定する。これらのうち、基準黒体板の放射強度Ｉｒｅｆはその温度Ｔｒｅｆを用いて次式で表わされる。
【００４３】
【数１２】
また、多重反射の放射強度Ｉ１，Ｉ２は基準黒体板の温度Ｔｒｅｆおよび加熱板２７０の温度Ｔｒとの間に次の２式の関係を有する。
【００４５】
【数１３】
【数１４】
ここで係数α１，α２は加熱板２７０表面における第１および第２放射温度計５３２，５３３の熱放射の測定位置（すなわち、第１および第２プローブ５２２，５２３の周囲）の加熱板２７０の反射率ρｒ１，ρｒ２を用いてそれぞれ次式で表わされる。
【００４８】
【数１５】
【数１６】
また、数１２の式を用いて数１３、数１４の式の黒体の放射強度Ｌｂ（Ｔｒｅｆ）を消去すると次の２式が得られる。
【００５１】
【数１７】
【数１８】
この２式に測定された基準黒体板の放射強度Ｉｒｅｆおよび多重反射の放射強度Ｉ１，Ｉ２ならびに加熱板２７０の温度Ｔｒ、さらに予め求められている基準黒体板の放射率εｒｅｆおよび数１の式のように予めその温度関数が求められている黒体の放射強度Ｌｂ（Ｔ）を用いると係数α１，α２が求まる。なお、これら係数α１，α２は加熱板２７０の温度Ｔｒを常温から加熱処理時の温度まで変化させて、予め求めておく。
【００５４】
また、数１５、数１６の式を加熱板２７０の反射率ρｒ１，ρｒ２について解くと次式となる。
【００５５】
【数１９】
【数２０】
これらの式に、上記のようにして求められた係数α１，α２を用いることによって加熱板２７０の反射率ρｒ１，ρｒ２が予め求まるのである。
【００５８】
＜１−１−２．加熱処理時の基板温度ＴＷの測定＞
つぎに、第１の実施の形態における実際の基板Ｗの加熱処理時の温度測定部５０による基板温度ＴＷの測定について説明する。
【００５９】
基板Ｗの加熱処理では第１および第２放射温度計５３２、５３３により加熱板２７０上面において基板Ｗと加熱板２７０との間の多重反射の放射強度Ｉ１，Ｉ２、加熱板放射温度計５３０により加熱板２７０の温度Ｔｒがそれぞれ測定される。なお、その際には後述するように基準放射温度計５３１に接続された基準プローブ５２１はこの装置から除去され、したがって基準基板の放射強度Ｉｒｅｆの測定は行われない。
【００６０】
まず、数１０の式に多重反射の放射強度Ｉ１，Ｉ２を用いて表わすと次式となる。
【００６１】
【数２１】
【数２２】
ここで係数α１，α２は数１１の式より次式で表わされる。
【００６４】
【数２３】
【数２４】
加熱処理時においては多重反射の放射強度Ｉ１，Ｉ２および加熱板２７０の温度Ｔｒは測定され、加熱板２７０の反射率ρｒ１，ρｒ２および黒体の放射強度Ｌｂ（Ｔ）は予め求められているので、これらの式において未知数は基板温度ＴＷおよび基板Ｗの放射率εＷである。
【００６７】
そこで、数２３、数２４を数２１、数２２の式の係数α１，α２に代入して２式を辺々引き、基板Ｗの放射強度Ｌｂ（ＴＷ）を消去すると基板Ｗの放射率εＷは次式のように求まる。
【００６８】
【数２５】
ここで係数ΔＪ１，ΔＪ２は次式で表わされる。
【００７０】
【数２６】
【数２７】
これらの式に前述の既知の値を用いて基板Ｗの放射率εＷを求め、さらにそれを数２１または数２２の式に戻して基板Ｗの放射強度Ｌｂ（ＴＷ）を求め、数３の式を基板温度ＴＷについて用いると基板温度ＴＷが求まるのである。
【００７３】
＜＜１−２．第２の実施の形態の基板温度測定方法＞＞
つぎに、後述する第２の実施の形態のランプアニール装置２における温度測定部５０による基板温度ＴＷの測定方法について説明する。
【００７４】
前述のように数１０の式における未知数は基板温度ＴＷおよび係数αであるが、第２の実施の形態ではこの係数αを予め見積もられた定数係数αｆで近似する。これにより、未知数は基板温度ＴＷのみとなるので多重反射の放射強度Ｉと加熱板２７０の温度Ｔｒのみの測定で基板温度ＴＷの近似値である近似基板温度ＴＷ＊が求まるため、第２の実施の形態の装置では温度測定部５０に加熱板２７０の温度Ｔｒを測定するための加熱板放射温度計５３０のほかに多重反射の放射強度Ｉを測定するための放射温度計５３５を後述する１つの加熱ゾーンにつき１つのみ備えるものとなっている。
【００７５】
以下、基板Ｗの加熱処理に先だって行われる定数係数αｆの見積もりおよび加熱処理時の近似基板温度ＴＷ＊の測定方法について順に説明していく。
【００７６】
＜１−２−１．定数係数αｆの見積もり＞
上記のように第２の実施の形態では定数係数αｆを予め見積もっているが、そのために加熱処理時の基板温度の近似のために適当と考えられる所定温度における加熱板２７０の定数反射率ρｒｆを測定している。すなわち、第２の実施の形態の装置でも第１の実施の形態と同様に、基板Ｗからの直接の熱放射の放射強度を測定するための、着脱自在の基準プローブ５２１とそれに接続された基準放射温度計５３１とを備えている。そして、基板Ｗの加熱処理の前にその放射率εｒｅｆが求められている基準黒体板を加熱しつつ、基準放射温度計５３１により基準黒体板からの直接の熱放射の放射強度Ｉｒｅｆ、放射温度計５３５により加熱板２７０表面において基準黒体板と加熱板２７０との間の多重反射の放射強度Ｉ、加熱板放射温度計５３０により加熱板２７０の温度Ｔｒをそれぞれ測定する。
【００７７】
ところで、数１１の式において係数αに対して基準黒体板の係数αｒｅｆを用い、加熱板２７０の反射率ρｒに対して所定温度における加熱板２７０の定数反射率ρｒｆを用い、その定数反射率ρｒｆについて解くと次式となる。
【００７８】
【数２８】
ここで、基準黒体板の係数αｒｅｆは数１０の式から次式で与えられる。
【００８０】
【数２９】
これら２式に、測定された基準黒体板の放射強度Ｉｒｅｆ、その温度Ｔｒｅｆおよび黒体の放射強度Ｌｂ（Ｔ）ならびに既知の基準黒体板の放射率εｒｅｆを用いて加熱板２７０の定数反射率ρｒｆが求まる。
【００８２】
さらに、数１１の式より加熱板２７０の定数反射率ρｒｆを用いた場合の定数係数αｆは次式で表される。
【００８３】
【数３０】
この式に定数反射率ρｒｆを用いれば定数係数αｆが基板Ｗの放射率εＷのみの関数となる。
【００８５】
そして、この基板Ｗの放射率εＷを適当な定数放射率εＷｆで近似すればよい精度で基板温度ＴＷの近似値である近似基板温度ＴＷ＊を求めることができる。
【００８６】
＜１−２−２．加熱処理時の基板温度ＴＷの測定＞
つぎに、第２の実施の形態における加熱処理時の温度測定部５０による近似基板温度ＴＷ＊の測定方法について説明する。
【００８７】
第２の実施の形態では前述のように多重反射の放射強度Ｉと加熱板２７０の温度Ｔｒのみを測定し、それらの測定値を用いて近似基板温度ＴＷ＊を算出している。
【００８８】
すなわち、数３０の式において基板Ｗの放射率εＷとして妥当な数値を用い、既に求められていた加熱板２７０の定数反射率ρｒｆを用いることによって定数係数αｆが求まる。そして、数１０の式において係数αを予め求められていた定数係数αｆで近似すると次式となる。
【００８９】
【数３１】
この式より基板Ｗの放射強度Ｌｂ（ＴＷ＊）が求まるので、予め求められている黒体の放射強度Ｌｂ（Ｔ）を用いて近似基板温度ＴＷ＊が求まるのである。
【００９１】
＜１−２−３．近似の有効性＞
以下に、上記の近似の有効性について基板処理温度より加熱板温度を低く設定する場合と、加熱板温度を基板処理温度に設定する場合とに分けて説明する。
【００９２】
ｉ）加熱板温度を基板処理温度より低く設定する場合
数１０および数３１の式から多重反射の放射強度Ｉを消去すると次式となる。
【００９３】
【数３２】
ところで、ウィーンの近似式は次式で与えられる。
【００９５】
【数３３】
ここで、Ｔは放射体の温度、λは熱放射の波長、Ｃ１，Ｃ２はプランクの第１および第２定数である。この式を数３２の式の各黒体の放射強度Ｌｂ（Ｔ）に用いて整理すると次式となる。
【００９７】
【数３４】
図２は数３４の式を用いた基板Ｗの様々な放射率εＷに対する温度測定誤差（ＴＷ−ＴＷ＊）のシミュレーション結果を示した図である。この例では処理対象の基板ＷがＳｉウエハであって測定する波長λを０．９５μｍ、加熱板２７０の温度Ｔｒを５００℃（７７３Ｋ）、加熱板２７０をＳｉＣ製とした場合を想定している。
【００９９】
図示のように、８００Ｋ程度の温度における現実の基板Ｗが有する放射率εＷの範囲は０．７〜０．８であり、この範囲にある場合には図示のように基板温度ＴＷが７７３Ｋ以上の広い温度範囲に渡って温度測定誤差（ＴＷ−ＴＷ＊）が基板温度ＴＷに比して小さな値となっている（例えば、１３２０Ｋ近傍で５Ｋ程度の誤差）。
【０１００】
ところで、加熱板２７０のプローブ５２５の周囲の定数反射率ρｒｆ＝０．１、定数係数αｆ＝１．３と近似する場合、これらの数値を数３０の式に代入すると基板Ｗの放射率εＷは０．７５となり、この近似はかなり正確な温度測定結果を与えることが分かる。
【０１０１】
ｉｉ）加熱板温度を基板処理温度に設定する場合
長時間加熱した定常状態では近似基板温度ＴＷ＊と加熱板２７０の温度Ｔｒとが等しくなることが考えられるので、数３２の式は次式となる。
【０１０２】
【数３５】
この式は数３１の式において上記の条件を課しても同様の結果となり、この式は係数αを含んでいないので係数αの値に無関係に成立する。すなわち測定される係数α（または定数係数αｆ）とは無関係となり、基板温度ＴＷ（または近似基板温度ＴＷ＊）は加熱板２７０の温度Ｔｒの測定結果そのままとなる。これは、第２の実施の形態の基板温度測定の精度の高さを物語っている。
【０１０４】
〔２．第１の実施の形態〕
＜＜２−１．機構的構成と装置配列＞＞
図３はこの発明の第１の実施の形態であるランプアニール装置１の縦断面図である。以下、図３を参照しつつこの装置の構成を説明していく。
【０１０５】
第１の実施の形態であるランプアニール装置１は主に炉体１０、上部加熱部２０、下部加熱部２５、基板昇降部３０、基板保持回転部４０、温度測定部５０、制御部６０、ランプドライバ７０、ヒータドライバ７５、エア供給源８０、モータドライバ９０とを備えている。
【０１０６】
炉体１０は後に詳述するが上部をリフレクター１１０、下部をハウジング１２０とする箱状の炉体であり、その側面の基板・ガス供給口１１０ａを通じて加熱処理の際に図示しない外部搬送装置により基板Ｗの搬出入が行われるとともに処理ガスの供給が行われ、また、その側面のガス排出口１１０ｂを通じて加熱処理後に処理ガスが排出される。
【０１０７】
上部加熱部２０は後に詳述するがランプ２１０および石英ガラス板２２０から成っており、そのうち、ランプ２１０はリフレクター１１０の下面に多数設けられ（図３、図５には一部にのみ参照番号を記載）、加熱処理時には点灯され、その熱放射は石英ガラス板２２０を透過し、基板Ｗに至ってそれを加熱する。
【０１０８】
下部加熱部２５は後に詳述するがハウジング１２０の上面に設けられた断熱板２５０の上面にヒータ２６０が設けられ、さらにその上面に加熱板２７０が設けられており、加熱板２７０は加熱処理時には高温となり、その熱放射は上方に保持された基板Ｗに至って前記ランプ２１０とともに基板Ｗを加熱する。なお、ヒータ２６０と加熱板２７０を併せたものが「加熱板」に相当する。
【０１０９】
基板昇降部３０はハウジング１２０の３箇所（図３には２つのみ図示）に設けられた昇降自在のリフタピン３１０とそれらを駆動するエアシリンダ３２０を備えており、基板・ガス供給口１１０ａを通じて搬出入される基板Ｗをリフタピン３１０の先端で保持して昇降させることによって受け渡しを行う。
【０１１０】
基板保持回転部４０は、基板Ｗの周縁部分を保持する保持リング４１０が円筒の支持脚４２０により支持されるとともにその支持脚４２０の下方にはベアリング４３０が設けられている。そして、ベアリング４３０の外周に設けられたギアに基板回転モータ４４０の回転軸のギア４４１がかみ合っており、その駆動により保持リング４１０がその中心において鉛直方向を軸として回転可能となっている。
【０１１１】
温度測定部５０は後に詳述するが、基板Ｗからの熱放射強度等を測定し、それを基に基板温度ＴＷ等を求め、それらの信号を制御部６０に送る。
【０１１２】
制御部６０は内部にメモリとＣＰＵを備えるとともに、図３に示すように各部に電気的に接続されており、それら各部を各種制御信号を送ることによって制御する。
【０１１３】
ランプドライバ７０およびヒータドライバ７５はそれぞれ後述する各加熱ゾーンＺ１〜Ｚ５のランプ２１０およびヒータ２６０に電気的に接続されており、制御部６０からの温度制御信号を受けて、それに応じた電力をそれらのランプ２１０およびヒータ２６０に供給する。
【０１１４】
エア供給源８０はエア供給管ＡＳにより各エアシリンダ３２０に接続されており、制御部６０からの制御信号を受けて、各エアシリンダ３２０にエアを供給してそれを駆動する。
【０１１５】
モータドライバ９０は制御部６０からの駆動信号を受けて、それに応じた電力を基板回転モータ４４０に供給する。
【０１１６】
つぎに、要部についてさらに詳細に説明していく。
【０１１７】
温度測定部５０は、上端から入射する熱放射を伝える４本のプローブ、すなわち加熱板プローブ５２０、基準プローブ５２１、第１および第２プローブ５２２，５２３と、それらの下端にそれぞれ光ファイバを介して接続された加熱板放射温度計５３０、基準放射温度計５３１、第１および第２放射温度計５３２，５３３を備えた放射強度測定部５１ならびにそれら各放射温度計に電気的に接続された演算部５５０（「基板温度算出手段」に相当）を備えている。さらに、演算部５５０はその内部にＣＰＵとメモリを備えている。なお、加熱板プローブ５２０、加熱板放射温度計５３０、演算部５５０を併せたものが「加熱板温度測定手段」に、第１および第２プローブ５２２，５２３、第１および第２放射温度計５３２，５３３を併せたものが「第１および第２の放射強度測定手段」にそれぞれ相当している。
【０１１８】
また、図示しないが、加熱板２７０において第１および第２プローブ５２２，５２３のうちの一方、この装置では第１プローブ５２２の周囲の上面（反射面）は黒化処理がなされており、他方、この装置では第２プローブ５２３の周囲の上面は黒化処理がなされていない。すなわち、第１プローブ５２２の周囲の反射率ρｒ１と第２プローブ５２３の周囲の反射率ρｒ２とは互いに異なるものとなっている。これにより、第１および第２プローブ５２２，５２３に接続された第１および第２放射温度計５３２，５３３により測定される多重反射の放射強度Ｉ１，Ｉ２は互いに異なるものとなる。
【０１１９】
図４は図３のうち各プローブを拡大した図である。図示のように加熱板プローブ５２０は断熱板２５０、ヒータ２６０を貫通してその先端が加熱板２７０の内部に位置するように、基準プローブ５２１は断熱板２５０、ヒータ２６０、加熱板２７０を貫通してその先端が基板Ｗの下面近傍に位置するように、第１および第２プローブ５２２，５２３は断熱板２５０、ヒータ２６０、加熱板２７０を貫通してその先端が加熱板２７０の上面とほぼ同一の高さに位置するようにいずれもハウジング１２０に設けられている。このうち、各プローブは石英ロッドやサファイアロッド等を用いることができるが、この装置では加熱時には下部加熱部２５は高温になるため、高温で透明度の低下を来す石英ロッドよりも高温においてもそのようなことのないサファイアロッドを用いることが望ましい。また、各放射温度計は各プローブにより導かれた基板Ｗからの熱放射を受けて、その放射強度信号を生成する。
【０１２０】
図５および図６はそれぞれランプアニール装置１の上部加熱部２０および下部加熱部２５の平面的な構成を示す図である。図５に示すように、上部加熱部２０のランプ２１０は長尺のタングステンハロゲンランプであり、それらは、その長手方向を平行として複数本並設された加熱ゾーンＺ１〜Ｚ５（「複数の加熱領域」に相当）に分割されている。また、図６に示すように下部加熱部２５も同様にそれぞれ高純度ＳｉＣ製のヒータ２６０を備え、上部加熱部２０の各加熱ゾーンＺ１〜Ｚ５のそれぞれに対応して下部加熱部２５のヒータ２６０および加熱板２７０も加熱ゾーンＺ１〜Ｚ５に分割されている。そして各加熱ゾーンＺ１〜Ｚ５にはそれぞれ放射強度測定部５１が１組ずつ設けられている（図３においては放射強度測定部５１を１組のみ図示）。そして、各加熱ゾーンＺ１〜Ｚ５毎に基板温度ＴＷを測定して、それぞれの測定結果に応じてランプ２１０およびヒータ２６０に供給する電力を調節するＰＩＤフィードバック制御を行っている。これにより、より精密な基板Ｗの温度制御を行うことができる。
【０１２１】
また、基準プローブ５２１はハウジング１２０の各加熱ゾーンＺ１〜Ｚ５のそれぞれに設けられた取付け口１２０ａに着脱自在となっている。この取付け口１２０ａには基準放射温度計５３１につながる光ファイバが設けられており、取付け口１２０ａに基準プローブ５２１が取り付けられると前述のように基準プローブ５２１と基準放射温度計５３１とがその光ファイバにより接続されるようになっている。そして、後述する加熱板２７０の反射率ρｒ１，ρｒ２の測定処理の際には基準プローブ５２１は作業者により取付け口１２０ａに取り付けられるとともに、それ以外の基板Ｗの加熱処理時等には取り外される。そして、取付け口１２０ａに取り付けられる基準プローブ５２１も加熱ゾーンＺ１〜Ｚ５の数（この装置では５個）だけ準備されている。
【０１２２】
図７は各加熱ゾーンＺ１〜Ｚ５の加熱板プローブ５２０、基準プローブ５２１、第１および第２プローブ５２２，５２３の設置位置関係を示す図である。図示のように、各加熱ゾーンＺ１〜Ｚ５の加熱板プローブ５２０、基準プローブ５２１（およびその取付け口１２０ａ）、第１および第２プローブ５２２，５２３はそれぞれ基板Ｗの回転中心を中心とした円周上に位置するように設けられている。そして、これにより、後述する加熱板２７０の反射率ρｒ１，ρｒ２の測定および基板Ｗの加熱処理時の各放射強度の測定において制御部６０が基板Ｗの回転と同じ速度でそれぞれの測定タイミングをずらすことによって基板Ｗの同じ位置に対してそれぞれ放射強度を捉えることができるようになっている。すなわち、基板Ｗ上の測定対象位置を共通にしている。そのため、より精度の高い温度測定を行うことができる。
【０１２３】
＜＜２−２．処理手順＞＞
第１の実施の形態であるランプアニール装置１は前述の発明の原理の第１の実施の形態の場合の温度測定方法に基づいて加熱する基板温度ＴＷを求め、その結果に基づいてランプ２１０およびヒータ２６０のフィードバック制御を行いつつ、基板Ｗの加熱処理を行っている。そのため、この装置では、基板Ｗの加熱処理の前に、実際に加熱処理を施す基板Ｗとほぼ同寸、同形状であってほぼ黒体と見なせるＣ（炭素）や黒体塗料を塗布された素材からなる放射率εｒｅｆが既知である基準黒体板を、炉体１０内で加熱して、予め加熱板２７０の第１および第２プローブ５２２，５２３周囲の反射率ρｒ１，ρｒ２を求めている。なお、基準黒体板は放射率εｒｅｆが既知で０．１〜１の範囲であれば他の素材でもよい。
【０１２４】
また、基準放射温度計は事前に黒体炉により校正を受けたものを使用している。
【０１２５】
図８は加熱板２７０の反射率ρｒ１，ρｒ２の測定処理手順を示すフローチャートである。以下、図８を用いてその測定処理手順について説明する。
【０１２６】
まず、作業者がランプアニール装置１の各加熱ゾーンＺ１〜Ｚ５の取付け口１２０ａに基準プローブ５２１を取り付ける（ステップＳ１）。
【０１２７】
つぎに、図示しない外部搬送装置により基準黒体板が炉体１０内に搬入される（ステップＳ２）。
【０１２８】
つぎに、制御部６０はランプドライバ７０およびヒータドライバ７５に制御信号を送り、ランプドライバ７０およびヒータドライバ７５はそれぞれ各加熱ゾーンＺ１〜Ｚ５のランプ２１０およびヒータ２６０に電力を供給することによってそれらにより基板Ｗの加熱を開始する（ステップＳ３）。それと同時にモータドライバ９０に制御信号を送り、基板回転モータ４４０を駆動して基板保持回転部４０を回転させることによって基準黒体板を回転させる。なお、以下の加熱板２７０の反射率ρｒ１，ρｒ２の測定処理中において基準黒体板の回転は続けられる。
【０１２９】
そして、ランプ２１０および加熱板２７０から発せられた放射熱は基準黒体板に至り、それにより基準黒体板は加熱され、その温度Ｔｒｅｆに対応する熱放射が発生する。
【０１３０】
つぎに、各加熱ゾーンＺ１〜Ｚ５において基準黒体板からの熱放射は第１および第２プローブ５２２，５２３、基準プローブ５２１に入射し、加熱板２７０内部の熱放射は加熱板プローブ５２０に入射する。そしてそれらはそれぞれ各加熱ゾーンＺ１〜Ｚ５の第１および第２放射温度計５３２，５３３、基準放射温度計５３１ならびに加熱板放射温度計５３０に導かれ、そこでそれぞれ多重反射の放射強度Ｉ１，Ｉ２、基準黒体板の放射強度Ｉｒｅｆ、加熱板２７０の放射強度が測定され、それらの信号は演算部５５０に送られる。さらに演算部５５０において加熱板２７０の温度Ｔｒがその放射強度を基に算出され、また、その加熱板２７０の温度Ｔｒのデータは制御部６０に送られる。（ステップＳ４）。
【０１３１】
つぎに、各加熱ゾーンＺ１〜Ｚ５の演算部５５０において発明の原理の第１の実施の形態の場合の反射率ρｒ１，ρｒ２の測定方法により加熱板２７０の反射率ρｒ１，ρｒ２が算出され、それらと加熱板２７０の温度Ｔｒとが、その内部のメモリに記憶される（ステップＳ５）。これにより、反射率ρｒ１，ρｒ２の測定処理が終了する。
【０１３２】
以下において、基板Ｗの加熱処理手順を示すフローチャートである図９を用いて、基板Ｗの処理手順について説明していく。
【０１３３】
まず、図示しない外部搬送装置により基板Ｗが炉体１０内に搬入される（ステップＳ１１）。
【０１３４】
つぎに、基板Ｗの加熱処理が開始される（ステップＳ１２）。すなわち、前述の加熱板２７０の反射率ρｒ１，ρｒ２の算出処理と同様に各加熱ゾーンＺ１〜Ｚ５のランプ２１０およびヒータ２６０に電力を供給して基板Ｗを加熱しつつ、基板保持回転部４０を回転させることによって基板Ｗを回転させる。これにより、加熱された基板Ｗから基板温度ＴＷに対応する熱放射が発生する。さらに、加熱処理時には処理ガスが炉体１０内に供給される。なお、以下の加熱処理中においてランプ２１０およびヒータ２６０への電力の供給、処理ガスの供給および基板Ｗの回転は続けられる。
【０１３５】
つぎに、各加熱ゾーンＺ１〜Ｚ５において第１および第２放射温度計５３２，５３３は第１および第２プローブ５２２，５２３を介して基板Ｗと加熱板２７０との間の多重反射の熱放射を捉え、それぞれ放射強度Ｉ１，Ｉ２を測定してその放射強度信号を演算部５５０に送る。それと同時に、各加熱ゾーンＺ１〜Ｚ５において加熱板放射温度計５３０は加熱板プローブ５２０を介して加熱板２７０からの直接の熱放射を捉えてその放射強度を測定し、その放射強度信号を演算部５５０に送り、そこでそれに基づいて加熱板２７０の温度Ｔｒが算出される（ステップＳ１３）。
【０１３６】
つぎに、各加熱ゾーンＺ１〜Ｚ５の演算部５５０は発明の原理の第１の実施の形態の場合の基板温度ＴＷの測定方法によりステップＳ１３で測定されたその加熱ゾーンの放射強度Ｉ１，Ｉ２および加熱板２７０の温度Ｔｒおよび前述の加熱板２７０の反射率ρｒ１，ρｒ２の測定処理により求められたその加熱ゾーンにおけるそれらの値を用いて基板Ｗの放射率εＷを算出し、それを用いてその加熱ゾーンにおける基板温度ＴＷを算出する（ステップＳ１４）。
【０１３７】
つぎに、演算部５５０で求められた各加熱ゾーンＺ１〜Ｚ５における基板温度ＴＷは温度信号として制御部６０に送られ、それらを基に制御部６０は得られた基板温度ＴＷと予め設定された加熱処理時の基板Ｗの目標温度とを比較して、両者が一致するように各加熱ゾーンＺ１〜Ｚ５ごとに温度制御信号をランプドライバ７０およびヒータドライバ７５に送り、ランプドライバ７０およびヒータドライバ７５はそれぞれそれらの温度制御信号に応じた電力を対応する加熱ゾーンのランプ２１０およびヒータ２６０に供給してＰＩＤフィードバック制御を行う（ステップＳ１５）。
【０１３８】
つぎに、制御部６０は処理時間の終了の判定を行い（ステップＳ１６）、設定されていた処理時間が経過するまでステップＳ１３〜ステップＳ１５の処理を継続して行う。そして、処理時間が経過すると加熱処理を終了し、外部搬送装置によりその基板Ｗが炉体１０外に搬出される（ステップＳ１７）。
【０１３９】
つぎに、制御部６０は外部搬送装置からの信号により準備されていた全基板Ｗの加熱処理の終了の判定を行い（ステップＳ１８）、全基板Ｗの加熱処理が終了していなければステップＳ１１に戻り、外部搬送装置により次の基板Ｗが搬入され、逆に終了していれば一連の加熱処理が終了する。
【０１４０】
以上説明したように、第１の実施の形態によれば、ランプ２１０に対して基板Ｗと反対側の位置に加熱板２７０を備えるため、基板Ｗのランプ２１０に対向した面の裏面をも加熱するので加熱処理の熱効率がよく、したがって、消費電力を抑えることができる。これを数量的に示すと以下のようになる。従来技術に示したように、従来のランプアニール装置において基板Ｗの下方に冷却される反射板を設けた装置と本発明の第１の実施の形態の装置との熱効率を比較するには、熱ロス量Ｑを与える次式を用いることができる。
【０１４１】
【数３６】
この式において基板温度ＴＷを１０００℃（１２７３Ｋ）とし、本発明の加熱板２７０の温度Ｔｒを５００℃（７７３Ｋ）、従来装置の反射板の温度Ｔｒを２５℃（２９８Ｋ）と想定して両者を比較すると、１０数％程度熱ロスが軽減されることが分かる。
【０１４３】
また、ランプアニール装置１の温度測定部５０は、加熱板放射温度計５３０により測定した加熱板２７０の温度Ｔｒと、第１および第２放射温度計５３２，５３３により測定した多重反射の熱放射の放射強度Ｉ１，Ｉ２とを用いて演算部５５０において基板温度ＴＷを精密に算出することができ、また、ランプアニール装置１の制御部６０はそれに基づいてランプ２１０およびヒータ２６０に供給する電力を制御するため、精密な基板Ｗの温度制御を行うことができ、したがって、基板ごとの処理温度を均一にすることができ、また、基板Ｗを加熱しすぎるといったことがないので、より熱効率がよく、消費電力を抑えることができる。
【０１４４】
さらに、各加熱ゾーンＺ１〜Ｚ５ごとにランプ２１０およびヒータ２６０に供給する電力を制御するので、より精密な基板Ｗの温度制御を行うことができる。
【０１４５】
〔３．第２の実施の形態〕
図１０はこの発明における第２の実施の形態であるランプアニール装置２の縦断面図である。第１の実施の形態であるランプアニール装置１では加熱処理時の多重反射の放射強度を測定する手段としてプローブおよび放射温度計を各加熱ゾーンＺ１〜Ｚ５に２組ずつ備えていたのに対して、第２の実施の形態であるランプアニール装置２では各加熱ゾーンＺ１〜Ｚ５のそれぞれにプローブ５２５および放射温度計５３５を１組のみ備える点が異なっており、その他の装置構成は第１の実施の形態と全く同様である。なお、プローブ５２５も第１の実施の形態と同様、断熱板２５０、ヒータ２６０、加熱板２７０を貫通し、その先端が加熱板２７０の上面に位置するように設けられている。なお、プローブ５２５と放射温度計５３５を併せたものが「放射強度測定手段」に相当している。
【０１４６】
図１１および図１２はそれぞれランプアニール装置２の上部加熱部２０および下部加熱部２５の平面的な構成を示す図である。上記のようにこの装置でも第１の実施の形態と同様にランプ２１０ならびにヒータ２６０および加熱板２７０は加熱ゾーンＺ１〜Ｚ５に分割され（ランプ２１０は図１０および図１１においてその一部にのみ参照符号を記載）、各加熱ゾーンＺ１〜Ｚ５にはそれぞれに放射強度測定部５１が設けられている。なお、これらは図１０においては１組のみ表示されている。そして、これら各プローブもそれぞれ基板Ｗの回転中心を中心とした円周上に位置するように設けられている。これにより、第２の実施の形態でも後述する加熱板２７０の定数反射率ρｒｆの測定および基板Ｗの加熱処理時の放射強度の測定においてそれぞれの測定タイミングをずらして、基板Ｗ上の測定対象位置を共通にして、より精度の高い温度測定を行えるものとしている。
【０１４７】
そして、第２の実施の形態では発明の原理の第２の実施の形態の温度測定方法に基づいて、近似基板温度ＴＷ＊を求め、その結果に基づいてランプ２１０およびヒータ２６０のＰＩＤフィードバック制御を行いつつ、基板Ｗの加熱処理を行っている。
【０１４８】
図１３は定数係数αｆの見積り処理の手順を示すフローチャートである。以下、図１３を用いてその処理手順について説明する。
【０１４９】
第２の実施の形態の定数係数αｆの見積り処理のステップＳ２１〜ステップＳ２３までは第１の実施の形態における図８の加熱板２７０の反射率ρｒ１，ρｒ２の測定処理のステップＳ１〜ステップＳ３と全く同様であるので説明を省略する。
【０１５０】
つぎに、各加熱ゾーンＺ１〜Ｚ５において基準黒体板からの熱放射はプローブ５２５、基準プローブ５２１に入射し、加熱板２７０内部の熱放射は各加熱ゾーンＺ１〜Ｚ５の加熱板プローブ５２０に入射する。そしてそれらはそれぞれ放射温度計５３５、基準放射温度計５３１および加熱板放射温度計５３０に導かれ、そこでそれぞれ多重反射の放射強度Ｉ、基準黒体板の放射強度Ｉｒｅｆ、加熱板２７０の放射強度が測定され、それらの信号は演算部５５０に送られる。さらに演算部５５０はその加熱ゾーンにおける加熱板２７０の温度Ｔｒをその放射強度に基づいて算出し、そのデータを制御部６０に送信する（ステップＳ２４）。
【０１５１】
つぎに、各加熱ゾーンＺ１〜Ｚ５の加熱板２７０の温度Ｔｒが近似のために適当と考えられる所定温度に達するとその加熱ゾーンの演算部５５０において発明の原理の第２の実施の形態の場合の定数係数αｆの見積もり方法によりその温度での加熱板２７０の定数反射率ρｒｆが算出され、そのデータはその内部のメモリに記憶される（ステップＳ２５）。
【０１５２】
以上の処理により反射率ρｒｆが求められ、近似的な基板Ｗの放射率εＷを見積もることで、定数係数αｆが見積もられた。この定数係数αｆを用いて以下に示すように近似基板温度ＴＷ＊を求めつつ基板Ｗの加熱処理が行われる。
【０１５３】
図１４は基板Ｗの加熱処理手順を示すフローチャートである。以下、図１４を用いて、基板Ｗの加熱処理手順について説明していく。
【０１５４】
第２の実施の形態の基板Ｗの加熱処理のステップＳ３１およびＳ３２は第１の実施の形態における図９の基板Ｗの加熱処理のステップＳ１１およびＳ１２と全く同様であるので説明を省略する。
【０１５５】
つぎに、各加熱ゾーンＺ１〜Ｚ５において放射温度計５３５はプローブ５２５を介して基板Ｗと加熱板２７０との間の多重反射の熱放射の、放射強度Ｉを測定してその放射強度信号を演算部５５０に送る。それと同時に、各加熱ゾーンＺ１〜Ｚ５において加熱板放射温度計５３０は加熱板プローブ５２０を介して加熱板２７０からの直接の熱放射の放射強度を測定し、その放射強度信号を演算部５５０に送り、そこでそれをもとに加熱板２７０の温度Ｔｒが算出される（ステップＳ３３）。
【０１５６】
つぎに、各加熱ゾーンＺ１〜Ｚ５の演算部５５０は発明の原理の第２の実施の形態の近似基板温度ＴＷ＊の測定方法によりステップＳ３３で測定されたその加熱ゾーンの放射強度Ｉ、加熱板２７０の温度Ｔｒおよび上述の定数係数αｆの見積もり処理において求められたその加熱ゾーンの定数係数αｆを用いてその加熱ゾーンにおける近似基板温度ＴＷ＊を算出する（ステップＳ３４）。
【０１５７】
つぎに、演算部５５０で求められた各加熱ゾーンＺ１〜Ｚ５における近似基板温度ＴＷ＊は温度信号として制御部６０に送られ、それを基に制御部６０は得られた近似基板温度ＴＷ＊と予め設定された加熱処理時の基板Ｗの目標温度とを比較して、両者が一致するように各加熱ゾーンＺ１〜Ｚ５ごとに温度制御信号をランプドライバ７０およびヒータドライバ７５に送り、ランプドライバ７０およびヒータドライバ７５はそれぞれそれらの温度制御信号に応じた電力を対応する加熱ゾーンのランプ２１０およびヒータ２６０に供給してＰＩＤフィードバック制御を行う（ステップＳ３５）。
【０１５８】
つぎに、制御部６０は処理時間の終了の判定を行い（ステップＳ３６）、設定されていた処理時間が経過するまでステップＳ３３〜ステップＳ３５の処理を継続して行う。そして、処理時間が経過すると加熱処理を終了し、外部搬送装置によりその基板Ｗが炉体１０外に搬出される（ステップＳ３７）。
【０１５９】
つぎに、制御部６０は外部搬送装置からの信号により準備されていた全基板Ｗの加熱処理の終了の判定を行い（ステップＳ３８）、全基板Ｗの加熱処理が終了していなければステップＳ３１に戻り、外部搬送装置により次の基板Ｗが搬入され、逆に終了していれば一連の加熱処理が終了する。
【０１６０】
以上の説明から、第２の実施の形態でも第１の実施の形態と同様の効果を有している。
【０１６１】
さらに、第２の実施の形態のランプアニール装置２では各加熱ゾーンの温度測定部５０において多重反射の放射強度を測定する手段としてプローブ５２５および放射温度計５３５を１組のみ備えるため、第１の実施の形態の装置に比べて装置構成が簡素化されているので製造コストを抑えることができる。
【０１６２】
〔４．変形例〕
上記の第１の実施の形態の装置では加熱板２７０において第１プローブ５２２の周囲の上面と第２プローブ５２３の周囲の上面では黒化処理の有無によって反射率ρｒ１と反射率ρｒ２とを互いに異なるものとしたが、この発明はこれに限られず、いずれかの上面を粗くすること等のその他の方法により反射率ρｒ１と反射率ρｒ２とを互いに異なるものとしてもよい。
【０１６３】
上記の第２の実施の形態では予め加熱板２７０の定数反射率ρｒｆを測定し、それに基づいて定数係数αｆを見積もり、それを用いて近似基板温度ＴＷ＊を算出することは必須ではなく、要は数３１の式に用いる定数係数αｆが予め用意できればよい。したがって、予め妥当と思われる定数係数αｆが何らかの方法で知られていれば、加熱板２７０の定数反射率ρｒｆの測定を行うことなく、その値を直接用いることもできる。
【０１６４】
また、第１および第２の実施の形態の装置は加熱板放射温度計５３０により加熱板２７０の温度を測定するものとしたが、この発明はこれに限られず、加熱板放射温度計の代わりに熱電対や測温抵抗体等の接触式の温度測定手段により加熱板２７０の温度Ｔｒを測定することができる。この場合にはそれにより求めた加熱板の温度Ｔｒを発明の原理の温度測定方法に用いればよい。
【０１６５】
また、第１および第２の実施の形態の装置では各加熱ゾーンＺ１〜Ｚ５のそれぞれの放射強度測定部５１に電気的に接続された演算部５５０を１つ設けて全加熱ゾーンの演算を全て演算部５５０によって行うものとしたが、この発明はこれに限られず、各加熱ゾーンＺ１〜Ｚ５のそれぞれに温度測定部５０を備えるものとしてもよく、さらには、演算部５５０を設けないでその代わりに制御部６０がそれらの演算を行うものとしてもよい。
【０１６６】
また、第１および第２の実施の形態の装置では加熱の制御領域を加熱ゾーンＺ１〜Ｚ５の５つに分けるものとしたが、この発明はこれに限られず、加熱ゾーンに分けないで炉体１０全体に１つの温度測定部５０を設けて基板温度を求めるものとしてもよく、または「２」以上かつ「５」以外の数に分割してもよい。
【０１６７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１〜請求項４の発明によれば、加熱板温度測定手段により測定した加熱板の温度と、放射強度測定手段により測定した基板と加熱板との間の熱放射の放射強度とに基づいて、基板温度算出手段により基板の温度を算出するので、基板の温度を精密に測定することができる。
【０１６８】
とくに、請求項３〜請求項４の発明によれば、そのようにして算出された基板の温度に基づいて、加熱ランプおよび加熱板へ供給される加熱用電力を制御するため、基板を加熱し過ぎるといったことがないので、熱効率がよく、消費電力を抑えることができる。
【０１６９】
さらに、請求項２〜請求項４の発明によれば、基板の加熱ランプに対向した面の裏面をも加熱板により加熱するので加熱処理の熱効率をよくすることができ、したがって、消費電力を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】基板と加熱板との間の多重反射を説明するための図である。
【図２】基板の様々な放射率に対する温度測定誤差のシミュレーション結果を示した図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態であるランプアニール装置の縦断面図である。
【図４】図３の各プローブの拡大図である。
【図５】上部加熱部の平面的な構成を示す図である。
【図６】下部加熱部の平面的な構成を示す図である。
【図７】各加熱ゾーンの加熱板プローブ、基準プローブ、第１および第２プローブの設置位置関係を示す図である。
【図８】加熱板の反射率の測定処理手順を示すフローチャートである。
【図９】第１の実施の形態の基板の加熱処理手順を示すフローチャートである。
【図１０】第２の実施の形態であるランプアニール装置の縦断面図である。
【図１１】上部加熱部の平面的な構成を示す図である。
【図１２】下部加熱部の平面的な構成を示す図である。
【図１３】加熱板の近似反射率の測定処理手順を示すフローチャートである。
【図１４】第２の実施の形態の基板の加熱処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１，２ ランプアニール装置
２０ 加熱部
５０ 温度測定部（温度測定装置）
６０ 制御部
２６０ ヒータ
２７０ 加熱板（ヒータ２６０と併せて「加熱板」）
５３０ 加熱板放射温度計（「加熱板温度測定手段」）
５３１ 基準放射温度計
５３２，５３３ 第１および第２の放射温度計
５３５ 放射温度計
５５０ 演算部
Ｉ，Ｉ１，Ｉ２ 多重反射の放射強度
ＴＷ 基板温度
Ｔｒ 加熱板の温度
Ｗ 基板
Ｚ１〜Ｚ５ 加熱ゾーン
ρｒ，ρｒ１，ρｒ２ 加熱板の反射率
Claims (4)
- 基板の温度を測定する温度測定装置において、
基板に対向するとともに基板に熱を供給する加熱板の温度を測定する加熱板温度測定手段と、
前記加熱板に設けられるとともに、基板と前記加熱板との間の熱放射を受けて、その放射強度を測定する放射強度測定手段と、
前記加熱板の温度と前記放射強度とに基づいて基板の温度を算出する基板温度算出手段と、
を備え、
前記放射強度測定手段は、個別に前記熱放射の放射強度を測定する第１の放射強度測定手段および第２の放射強度測定手段を備え、
前記加熱板における前記第１の放射強度測定手段および第２の放射強度測定手段の周囲の部分の反射率が互いに異なることを特徴とする温度測定装置。 - 請求項１の温度測定装置を温度測定部として備え、さらに、
前記加熱板に対して基板と反対側の位置において基板に対向するとともに基板を加熱する加熱ランプを備えることを特徴とする基板熱処理装置。 - 請求項２の基板熱処理装置であって、さらに、
前記基板温度算出手段により算出された基板の温度に基づいて、前記加熱ランプおよび前記加熱板へ供給される加熱用電力を制御する制御手段を備えることを特徴とする基板熱処理装置。 - 請求項３の基板熱処理装置において、
前記加熱ランプおよび前記加熱板が複数の加熱領域に分割されているとともに、当該複数の加熱領域のそれぞれに対して前記加熱板温度測定手段および前記放射強度測定手段が設けられているものであって、
前記複数の加熱領域ごとに算出された基板の温度をもとに、前記複数の加熱領域ごとに前記加熱ランプおよび前記加熱板へ供給される加熱用電力を制御することを特徴とする基板熱処理装置。
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