JP3592966B2 - 熱処理装置および熱処理方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板、液晶表示装置用ガラス基板、フォトマスク用ガラス基板、光ディスク用基板等（以下、「基板」と称する）に対し熱処理を行う熱処理装置および熱処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、基板の製造工程においては、種々の熱処理が行われている。基板に対して熱処理を行う熱処理装置としては、例えば、光照射によって基板の加熱を行う光照射型の熱処理装置（いわゆるランプアニール）が用いられている。
【０００３】
このような光照射型の熱処理装置において基板の温度を測定する際には、基板と反射板との間の多重反射効果により増幅した光を放射温度計で計測し、その光量から温度を決定する方法が主流となっている。そのときに問題となるのが測定対象、すなわち熱処理中の基板の放射率である。基板の放射率は、その材質や処理内容に依存するものであるため、温度測定の都度求めることが望ましい。
【０００４】
このため、本発明者は、反射板側の反射率を異ならすことで２つの状態を作り出し、その２つの状態から基板の放射率と温度とを未知数とした連立方程式を作成し、これを解くことにより基板の温度を算出する技術を提案している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
かかる技術においては、反射板側の反射率を異なる２種類とすることによって２つの状態を作り出す必要があり、反射板側の２種類の反射率を実効反射率という装置定数として予め定義している。従って、実効反射率を正確に校正しておくことが基板の温度を高い精度にて測定するための条件となる。
【０００６】
しかしながら、従来においては、実効反射率を低コストかつ簡単に校正することが困難であった。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、実効反射率を正確にしかも低コストかつ簡単に校正することができる熱処理装置および熱処理方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、基板に熱処理を施す熱処理装置において、基板を保持する保持手段と、前記保持手段に保持された基板を加熱する熱源と、前記保持手段に保持された基板に対向して配置されるとともに、穴を備え、かつ基板からの熱放射を反射する反射板と、前記反射板に対して基板と反対側または前記穴の内部に設けられているとともに、基板と前記反射板との間の熱放射を受けて放射強度を計測する放射強度計測手段と、前記保持手段に保持された基板に対向する前記穴の開口部と前記放射強度計測手段との間に設けられるとともに、前記穴の実効反射率を複数の実効反射率の間で切り替える実効反射率切り替え手段と、前記保持手段によって保持された校正用基板の反射率を異なる複数種類にするとともに、前記校正用基板を前記熱源によって所定温度に加熱したときに、前記放射強度計測手段によって前記校正用基板の異なる複数種類の各反射率につき計測された複数の放射強度に基づいて前記複数の実効反射率のそれぞれの校正を行う校正手段と、前記校正後の複数の実効反射率のそれぞれについて前記放射強度計測手段によって計測された複数の放射強度に基づいて基板の温度を算出する温度算出手段と、を備えている。
【０００９】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明にかかる熱処理装置において、前記校正手段に、前記校正用基板の異なる複数種類の各反射率ごとに、前記複数の実効反射率のそれぞれについて計測された複数の放射強度の強度比を算出する強度比算出手段と、前記校正用基板の異なる複数種類の各反射率ごとに算出された前記強度比に基づいて前記複数の実効反射率のそれぞれを算出することにより校正後の複数の実効反射率を得る実効反射率算出手段と、を備えさせている。
【００１０】
また、請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明にかかる熱処理装置において、前記実効反射率切り替え手段に、前記反射板の実効反射率を２種類の実効反射率の間で切り替えさせるとともに、前記校正用基板の反射率を、異なる２種類にしている。
【００１１】
また、請求項４の発明は、請求項３の発明にかかる熱処理装置において、前記校正用基板に、その表面にシリコンが露出した基板と、シリコン上に酸化膜または窒化膜の薄膜が形成された基板と、を含ませている。
【００１２】
また、請求項５の発明は、請求項３の発明にかかる熱処理装置において、前記校正用基板に、その表面にシリコンが露出した領域およびシリコン上に酸化膜または窒化膜の薄膜が形成された領域を有する基板を含ませている。
【００１３】
また、請求項６の発明は、保持手段に保持されて熱源により加熱される基板に対向し、かつ穴を備えた反射板と、前記穴に対して基板と反対側または前記穴の内部に設けられた放射強度計測手段と、基板に対向する前記穴の開口部と前記放射強度計測手段との間に設けられるとともに、前記反射板の実効反射率を複数の実効反射率の間で切り替える実効反射率切り替え手段とを備える熱処理装置を用いた熱処理方法において、第１反射率を有する第１校正用基板を所定温度に加熱する第１加熱工程と、前記第１校正用基板を加熱したときに、前記放射強度計測手段により前記複数の実効反射率のそれぞれについて放射強度を計測し、第１反射率についての複数の放射強度を取得する第１計測工程と、前記第１反射率とは異なる第２反射率を有する第２校正用基板を所定温度に加熱する第２加熱工程と、前記第２校正用基板を加熱したときに、前記放射強度計測手段により前記複数の実効反射率のそれぞれについて放射強度を計測し、第２反射率についての複数の放射強度を取得する第２計測工程と、前記第１反射率についての複数の放射強度および前記第２反射率についての複数の放射強度に基づいて前記複数の実効反射率のそれぞれの校正を行う校正工程と、基板を加熱し、前記校正後の複数の実効反射率のそれぞれについて前記放射強度計測手段によって放射強度を計測し、計測された当該複数の放射強度に基づいて基板の温度を算出する工程と、を備えている。
【００１４】
また、請求項７の発明は、請求項６の発明にかかる熱処理方法において、前記校正工程に、前記第１反射率につき前記複数の実効反射率のそれぞれについて計測された複数の放射強度の強度比を第１強度比として算出する工程と、前記第１強度比を記憶する工程と、前記第２反射率につき前記複数の実効反射率のそれぞれについて計測された複数の放射強度の強度比を第２強度比として算出する工程と、前記第２強度比を記憶する工程と、前記第１強度比および前記第２強度比に基づいて前記複数の実効反射率のそれぞれを算出することにより校正後の複数の実効反射率を取得する工程と、を備えさせている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
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。
【００１６】
＜１．熱処理装置の全体構成＞
図１は本発明にかかる熱処理装置の一例を示す縦断面図である。熱処理装置１は主に炉体１０、ランプ２０、石英ガラス３０、基板保持回転部４０、温度計測部５０、制御部６０、ランプドライバ８０、モータドライバ９０を備えている。
【００１７】
炉体１０は上部をリフレクタ１１０、下部をハウジング１２０とする円筒形状の炉体であり、それらの内部等には冷媒を通して冷却する多数の冷却管１３０が設けられている。また、炉体１０の側面には基板搬出入口ＥＷが設けられており、加熱処理の際には図示しない外部搬送装置により基板Ｗまたは校正用基板ＳＷの搬出入が行われる。
【００１８】
ランプ２０は「熱源」に相当し、リフレクタ１１０の下面に多数設けられ（図１には一部にのみ参照番号を記載）、点灯時にはその熱放射により基板Ｗまたは後述する校正用基板ＳＷを加熱する。
【００１９】
石英ガラス３０はランプ２０の下方に設けられ、その熱放射による放射光を透過する。
【００２０】
基板保持回転部４０は、基板Ｗまたは校正用基板ＳＷの周縁部分を全周に渡って保持する保持リング４１０が、その直径より大きな内径の円筒の支持脚４２０により支持されるとともに、それら支持脚４２０の下端には、その外周に沿ってベアリング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が鉛直方向を軸として回転可能となっている。なお、本実施形態では、基板保持回転部４０が保持手段に相当する。
【００２１】
温度計測部５０は、基板Ｗまたは校正用基板ＳＷからの熱放射の多重反射を考慮した放射強度（放射エネルギー）を計測し、それを基に基板温度等を求め、それらの信号を制御部６０に送る。なお、温度計測部５０による基板温度測定の具体的な内容については後に詳述する。
【００２２】
制御部６０は内部にＣＰＵおよびメモリを備え、ランプドライバ８０にランプ２０の温度制御信号を送ったり、モータドライバ９０に所定のタイミングで駆動信号を送ったりする。
【００２３】
ランプドライバ８０は制御部６０からの温度制御信号を受けて、それに応じた電力をランプ２０に供給する。
【００２４】
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。
【００２５】
次に、温度計測部５０の構成についてさらに詳細に説明する。図１に示すように、温度計測部５０は主に、反射板５１０、計測ユニット５２０、モータドライバ５３０、演算部５５０を備えている。
【００２６】
図２は温度計測部５０における計測ユニット５２０付近の断面模式図である。温度計測部５０においてハウジング１２０上面には、基板保持回転部４０に保持された基板Ｗ（または校正用基板ＳＷ）に対向して反射板５１０が配置されており、その反射板５１０には、それを貫通する円筒形状の穴５１０ａが設けられている。さらに、その穴５１０ａの下方のハウジング１２０内には計測ユニット５２０のケーシング５２１が取り付けられ、そのケーシング５２１の上部が穴５１０ａ内面に密着するとともに、ケーシング５２１の上部には円筒状の空洞部ＣＰが設けられている。
【００２７】
また、ケーシング５２１内面は全面にアルミニウム等の金属を蒸着することにより反射率が高められているとともに、ケーシング５２１の内部にはハウジング１２０内部に設けられているものと同様の冷却管１３０が設けられており、これらによりケーシング５２１内部の温度上昇を抑えて、基板温度の測定精度を高めている。
【００２８】
また、空洞部ＣＰの上端部には石英ガラス板５２２が設けられ、その石英ガラス板５２２の下面にフィルタ５２３が密着して設けられている。フィルタ５２３は石英ガラス板５２２の下面全体にＴｉＯ２等の金属酸化物を蒸着したものである。フィルタ５２３は、測定波長の近傍の波長域の放射光のみ透過し、他の波長域の放射光はほぼ完全に反射する性質を有している。これにより、熱放射による放射光のケーシング５２１内への進入を必要最小限とすることができるので、ケーシング５２１内部やプローブ５２６が熱せられにくく、高い測定精度を実現することができる。
【００２９】
なお、前述のように、基板保持回転部４０の支持脚４２０は円筒状であるので、保持リング４１０により基板Ｗまたは校正用基板ＳＷを保持する際には、それらと反射板５１０との間に閉空間を形成する。そのため、ランプ２０からの熱放射が直接またはハウジング１２０の内面等により反射し、基板Ｗ等を経ないで穴５１０ａに進入してプローブ５２６に至るのを防いでいる。これにより、プローブ５２６による放射強度の計測を正確なものにしている。
【００３０】
また、図２に示すように、ケーシング５２１内の空洞部ＣＰの下端近傍には回転式セクタ５２４がその板面をほぼ水平にして、図示しない支持部材によりケーシング５２１内に支持されたモータ５２５に取り付けられている。そして、回転式セクタ５２４は反射板５１０の穴５１０ａの開口部とプローブ５２６との間に設けられている。なお、回転式セクタ５２４とモータ５２５とを併せたものが「実効反射率切り替え手段」に相当する。
【００３１】
図３は回転式セクタ５２４の一例を示す平面図である。本実施形態における回転式セクタ５２４は円盤形状であり、その主面が直交する２本の直径によって４つの領域に等分に分割されている。４つの領域のうち隣り合わない２つの扇形部分である反射部ＲＰには鏡面処理が施されるとともに、弧状のスリットＳＬが設けられている。一方、他の２つの扇形部分である吸収部ＮＰには黒化処理が施されるとともに、上記と同様の弧状のスリットＳＬが設けられている。そして、回転式セクタ５２４の中心がモータ５２５の回転軸５２５ａに取り付けられている（図２参照）。そのため、モータ５２５の回転により回転式セクタ５２４は、その板面に平行な平面内で回転自在となっている。モータ５２５はモータドライバ５３０に電気的に接続され、モータドライバ５３０は制御部６０に電気的に接続されている。モータドライバ５３０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モータ５２５に供給する。
【００３２】
モータドライバ５３０からの指示に従ったモータ５２５の駆動により回転式セクタ５２４が回転すると、空洞部ＣＰの下方に反射部ＲＰが位置する状態と、吸収部ＮＰが位置する状態とが交互に生じる。そして反射部ＲＰまたは吸収部ＮＰのいずれが空洞部ＣＰの下方に位置するかによって、穴５１０ａに進入した放射光の上方への反射の状況が異なるため、反射部のＲＰのスリットＳＬを通る光量と吸収部ＮＰのスリットＳＬを通る光量に差ができる、すなわち後述する実効反射率が異なるものとなる。
【００３３】
図３に示すように、本実施形態における回転式セクタ５２４は回転対称の形状であるため回転の安定性が高い。そして、回転式セクタ５２４が回転することによって熱放射による放射光の透過および反射の状況が交互に入れ替わる。なお、回転式セクタ５２４は図３に示した形態に限定されるものではなく、熱放射による放射光の透過および反射の状況を異ならせることが可能な形態であれば良い。例えば、黒化処理のなされたベース面上に切り欠き部を有する回転可能なセクタを配置するようにしても良い。
【００３４】
図２に戻り、プローブ５２６は、いわゆる放射温度計ロッドであり、入射した放射光を電圧、すなわち放射強度を表す電気信号に変換し、演算部５５０に送る（図１参照）。演算部５５０はＣＰＵおよびメモリ５５１を備えており、プローブ５２６が検出した基板Ｗについての放射強度をもとに基板温度を算出する。また、後述するように、演算部５５０は校正用基板ＳＷについてプローブ５２６が検出した放射強度をもとに実効反射率の校正を行う。なお、本実施形態においては、プローブ５２６が放射強度計測手段に相当する。また、処理用プログラムによって実現される演算部５５０の処理内容が校正手段および温度算出手段に相当する。
【００３５】
＜２．熱処理装置における温度計測方法＞
次に、上記構成を有する熱処理装置１における基板Ｗの温度計測方法について説明する。この温度計測方法は、本発明にかかる技術の前提技術となるものである。
【００３６】
一般に、温度Ｔの灰色体の放射強度Ｌ（Ｔ）と黒体エネルギーすなわち黒体の放射強度Ｌｂ（Ｔ）との関係は次式で表される。
【００３７】
【数１】
【００３８】
ここで、εは灰色体の放射率であり、一般にε＜１である。従って、基板Ｗの放射率をεＷとすると、温度Ｔの基板Ｗの放射強度Ｌ（Ｔ）は次式のようになる。
【００３９】
【数２】
【００４０】
基板Ｗからの熱放射による放射光は、図４に示すように、基板Ｗと反射板５１０との間で反射を繰り返し、いわゆる多重反射が生じる。このとき、計測ユニット５２０の側から、多重反射による放射強度を計測する場合について考えると、下向きの光（基板Ｗから反射板５１０へと向かう光）の光量を合計した値に相当する強度が計測されることとなる。すなわち、反射板５１０の反射率をＲ、基板Ｗの反射率をρＷとすると、図４からも明らかなように、計測される放射強度Ｉは次式のような等比級数として表される。
【００４１】
【数３】
【００４２】
従って、放射強度Ｉは次式で表される。
【００４３】
【数４】
【００４４】
数４において、反射板５１０の反射率Ｒおよび基板Ｗの反射率ρＷはともに０より大きく１よりも小さいため、０＜ＲρＷ＜１となる。よって、ｎ→∞にすると次式が得られる。
【００４５】
【数５】
【００４６】
また、基板Ｗが熱放射による放射光を透過しないと考えると次式が成立する。
【００４７】
【数６】
【００４８】
従って、結局、計測される強度Ｉは次式のように表される。
【００４９】
【数７】
【００５０】
ここで、上述のように、Ｒは反射板５１０の反射率であるが、この値は反射板５１０の形状や表面状態に大きく依存する。このような形状や表面状態等による影響をも総合的に考慮した反射率を実効反射率と称する。実際に計測される放射強度Ｉは、この実効反射率と、基板Ｗの放射率および基板Ｗの温度によって規定されることとなる。特に、反射板５１０の穴５１０ａの下方に設けられたプローブ５２６によって計測される放射強度Ｉを支配する実効反射率を反射板（厳密には穴）の実効反射率と呼び、本明細書において単に実効反射率と言うときには反射板の実効反射率を示すものとする。
【００５１】
熱処理装置１において基板Ｗの温度を計測するときには、実効反射率を異なる２つの値Ｒ１，Ｒ２とすることにより以下に示される２つの強度Ｉ１，Ｉ２をプローブ５２６によってそれぞれ計測する。
【００５２】
【数８】
【００５３】
【数９】
【００５４】
数８および数９において２つの実効反射率Ｒ１，Ｒ２は装置定数として定められた値である。また、黒体の温度とその黒体エネルギーとの関係を示す関数Ｌｂ（Ｔ）についても予め正確に校正されている。従って、プローブ５２６によって２つの出力Ｉ１，Ｉ２を計測すれば、数８および数９は基板Ｗの温度Ｔと放射率εＷについての２元連立方程式となり、これを解くことによって基板Ｗの温度Ｔが求められる。
【００５５】
ところで、熱処理装置１において、実効反射率を異なる２つの値Ｒ１，Ｒ２とするのは、回転式セクタ５２４およびモータ５２５によって実現すれば良い。すなわち、既述したように、モータ５２５によって回転式セクタ５２４が回転すると、熱放射による放射光の透過および反射の状況が交互に入れ替わり、実効反射率が異なる２つの値Ｒ１，Ｒ２の間で切り替わる。
【００５６】
数８および数９から明らかなように、上述の基板温度計測方法を用いて基板Ｗの温度を正確に計測するためには、実効反射率Ｒ１，Ｒ２の値を正確に求めておくことが重要である。そこで、本発明にかかる熱処理装置１においては、基板Ｗの温度測定を行うのに先立って、以下に示すようにして実効反射率Ｒ１，Ｒ２の値を校正しているのである。
【００５７】
＜３．実効反射率の校正方法＞
図５は、実効反射率の校正手順を示すフローチャートである。まず、第１校正用基板ＳＷ１を熱処理装置１に挿入する（ステップＳ１）。第１校正用基板ＳＷ１の挿入は外部搬送装置により炉体１０の側面の基板搬出入口ＥＷを介して行われ、第１校正用基板ＳＷ１は保持リング４１０上に載置される。
【００５８】
次に、ランプ２０から光の照射が行われて、第１校正用基板ＳＷ１が加熱される（ステップＳ２）。ここで、校正用基板ＳＷ（第１校正用基板ＳＷ１と後述する第２校正用基板ＳＷ２とを総称して校正用基板ＳＷとする）について説明しておく。図６および図７は、校正用基板ＳＷの一例を示す図である。
【００５９】
本実施形態においては、図６に示すようなその表面にシリコンのベース２が露出した基板（いわゆるシリコンのベアウェハ）を第１校正用基板ＳＷ１としている。また、図７に示すようなシリコンのベース２上に酸化膜（ＳｉＯ２）または窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４）の薄膜３が形成された基板を第２校正用基板ＳＷ２としている。
【００６０】
図９は、シリコン上に酸化膜または窒化膜の薄膜３が形成された基板における膜厚と反射率および放射率との相関を示す図である。なお、図９は、波長０．９５μｍの放射光についての反射率および放射率を示している。また、同図において、実線は基板の放射率を示しており、点線は反射率を示している。
【００６１】
図９に示すように、基板の反射率（または放射率）はシリコン上に形成された酸化膜または窒化膜の干渉効果によってその膜厚とともに周期的に変化する。第１校正用基板ＳＷ１の反射率ρ１は図９における膜厚が０オングストロームのときの値である。また、第２校正用基板ＳＷ２の反射率ρ２は酸化膜または窒化膜の膜厚を適宜設定することによって第１校正用基板ＳＷ１の反射率ρ１と異なる値にすることができる。これらのことは、数８および数９において基板の反射率（または放射率）を既知の固定された値に設定することを意味している。
【００６２】
なお、校正用基板ＳＷの反射率（または放射率）には温度依存性はほとんど存在しない。また、実効反射率の校正時において校正用基板ＳＷの加熱を行うときには、通常の基板Ｗを加熱するときのような処理ガスによる表面処理等は行わない。すなわち、校正用基板ＳＷの加熱を行うときには、その反射率（または放射率）は常に一定であり、予め設定しておいた既知の値と等しい。
【００６３】
図５に戻り、第１校正用基板ＳＷ１を加熱しつつ、実効反射率の値をＲ１，Ｒ２の間で切り替え、プローブ５２６による放射強度の測定を行う。そして、プローブ５２６による測定値が一定になったところで、実効反射率の値がＲ１のときの強度Ｉ１とＲ２のときの強度Ｉ２との比を第１強度比として算出し、記憶する（ステップＳ３）。この強度比の算出は演算部５５０において行われ、算出された強度比はメモリ５５１に記憶される。
【００６４】
反射率ρ１の第１校正用基板ＳＷ１を温度Ｔ１に加熱したとする。実効反射率Ｒ１，Ｒ２のそれぞれについて計測される強度Ｉ１，ρ１およびＩ２，ρ１は数６、数８および数９より以下のように表される。なお、本実施形態では、温度Ｔ１および後述する温度Ｔ２は任意の値で良く、特にそれを計測する必要もない。
【００６５】
【数１０】
【００６６】
【数１１】
【００６７】
従って、第１強度比（反射率ρ１についての強度比）Ｇ１は次式にて表される。
【００６８】
【数１２】
【００６９】
第１強度比Ｇ１が得られた後、ステップＳ４に進み、第１校正用基板ＳＷ１に替えて第２校正用基板ＳＷ２を挿入する。この校正用基板交換作業も基板搬出入口ＥＷを介して外部搬送装置により行われる。
【００７０】
その後、上記と同様に、第２校正用基板ＳＷ２の加熱を行い（ステップＳ５）、実効反射率の値をＲ１，Ｒ２の間で切り替えつつ、プローブ５２６による放射強度の測定を行う。そして、プローブ５２６による測定値が一定になったところで、実効反射率の値がＲ１のときの強度Ｉ１とＲ２のときの強度Ｉ２との比を第２強度比として算出し、記憶する（ステップＳ６）。この強度比の算出も、上記と同様に、演算部５５０において行われ、算出された強度比はメモリ５５１に記憶される。
【００７１】
反射率ρ２の第２校正用基板ＳＷ２を温度Ｔ２に加熱したとする（温度Ｔ２は温度Ｔ１と同じであっても良い）。実効反射率Ｒ１，Ｒ２のそれぞれについて計測される強度Ｉ１，ρ２およびＩ２，ρ２は数６、数８および数９より以下のように表される。
【００７２】
【数１３】
【００７３】
【数１４】
【００７４】
従って、第２強度比（反射率ρ２についての強度比）Ｇ２は次式にて表される。
【００７５】
【数１５】
【００７６】
以上のようにして第１強度比Ｇ１および第２強度比Ｇ２が得られた後、ステップＳ７に進み、第１強度比Ｇ１および第２強度比Ｇ２に基づいて実効反射率Ｒ１，Ｒ２のそれぞれを算出する。実効反射率Ｒ１，Ｒ２の算出は演算部５５０において行われ、算出された実効反射率はメモリ５５１に記憶される。
【００７７】
実効反射率Ｒ１，Ｒ２の算出は、具体的には、以下のようにして行われる。すなわち、数１２と数１５とを連立させ、Ｒ１，Ｒ２のそれぞれについて解くことにより、次の２つの式が得られる。
【００７８】
【数１６】
【００７９】
【数１７】
【００８０】
演算部５５０は、既知である第１校正用基板ＳＷ１の反射率ρ１および第２校正用基板ＳＷ２の反射率ρ２並びにメモリ５５１に記憶されている第１強度比Ｇ１および第２強度比Ｇ２を用いて数１６，数１７から２つの実効反射率Ｒ１，Ｒ２を算出する。そして、演算部５５０は、算出された実効反射率Ｒ１，Ｒ２を校正後の実効反射率としてメモリ５５１に記憶させるのである。このことは、基板の温度を直接計測することなく、また特別な校正器等を用いることなく、実効反射率Ｒ１，Ｒ２を正確に校正できたことを示している。
【００８１】
以上のようにして、実効反射率の校正が行われた後、処理対象としている基板Ｗの温度計測を行う。この温度計測は上述した基板Ｗの温度計測方法に従って行われる。
【００８２】
具体的には、まず処理対象としている基板Ｗを熱処理装置１に挿入する（ステップＳ８）。そして、基板Ｗを加熱し、校正後の実効反射率Ｒ１，Ｒ２のそれぞれについてプローブ５２６によって放射強度Ｉ１，Ｉ２を計測し、計測された放射強度Ｉ１，Ｉ２に基づいて数８および数９より基板Ｗの温度を算出する（ステップＳ９）。
【００８３】
以上のようにすれば、特別な校正器等を用いることなく、実効反射率Ｒ１，Ｒ２を正確にしかも低コストかつ簡単に校正することができる。また、実効反射率Ｒ１，Ｒ２の校正に際して、熱処理装置１を停止することなく、通常と同様の加熱処理により行うことができる。その結果、低コストかつ簡単に処理対象としている基板Ｗの温度を正確に計測することができるのである。
【００８４】
＜４．変形例＞
以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明は上記の例に限定されるものではない。例えば、上記実施形態においては、校正用基板ＳＷとしてシリコンが露出した基板とシリコン上に酸化膜または窒化膜の薄膜３が形成された基板を使用していたが、これに限定されるものではなく、その反射率を異なる複数種類にすることができるような形態であれば良い。図８は、校正用基板ＳＷの他の例を示す図である。図８（ａ）は校正用基板ＳＷの平面図であり、（ｂ）は側面図である。同図の校正用基板ＳＷは、その表面にシリコンのベース２が露出した領域ＡＲ１およびシリコンのベース２上に酸化膜または窒化膜の薄膜３が形成された領域ＡＲ２を有している。酸化膜または窒化膜の薄膜３が形成された領域ＡＲ２がシリコンの露出した領域ＡＲ１と異なる反射率を有することは上述した通りである（図９参照）。
【００８５】
このような校正用基板ＳＷを加熱しつつ、基板保持回転部４０によって回転させると、温度計測部５０の上を領域ＡＲ１と領域ＡＲ２とが交互に通過する。従って、上記実施形態における第１校正用基板ＳＷ１および第２校正用基板ＳＷ２を用いたのと同様に、２種類の反射率の状態を作り出すことができる。このようにすれば、第１校正用基板ＳＷ１と第２校正用基板ＳＷ２とを入れ替える作業を省略することができる。但し、領域ＡＲ１および領域ＡＲ２のそれぞれには、多重反射領域を十分にカバーできるだけの面積を付与する必要がある。逆に言えば、多重反射領域を十分にカバーできるだけの面積を持たせることができるならば、図８のように基板主面を２等分に分割する必要は必ずしもなく、４等分または６等分であっても良い。
【００８６】
また、校正用基板ＳＷは、図１０に示すような形態であっても良い。図１０に示す校正用基板ＳＷは、シリコンのベース２上に酸化膜の薄膜３を形成し、さらにその上にポリシリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）層４を形成している。図１１は、シリコン上に多層膜が形成された基板における膜厚と反射率との相関を示す図である。なお、図１１は、波長０．９５μｍの放射光についての反射率を示している。また、ポリシリコン層４の厚さは０．３５μｍに固定されており、酸化膜の薄膜３の厚さを変化させている。
【００８７】
シリコン上に酸化膜または窒化膜の薄膜３のみを形成した場合は、シリコンが露出した状態よりも小さな反射率しか得ることができない（図９参照）。これに対して、酸化膜の上にさらにポリシリコン層４を形成して多層膜とすることにより、図１１に示すように多層膜の干渉効果によってシリコンが露出した状態よりも大きな反射率（すなわち小さな放射率）を得ることができる。従って、図１０のような多層膜の校正用基板ＳＷを使用することにより、任意の反射率を得ることができる。
【００８８】
また、上記実施形態においては、シリコン上に酸化膜または窒化膜を形成するようにしていたが、これらに限定されるものではなく、その他の膜種や塗料等を塗布することにより反射率を変化させるようにしても良い。
【００８９】
また、上記実施形態においては、穴５１０ａに対して基板Ｗと反対側に放射強度計測手段たるプローブ５２６を設けていたが、プローブ５２６は穴５１０ａの内部に設けるようにしても良い。
【００９０】
また、上記実施形態においては、校正用基板の反射率を異なる２種類にするとともに、実効反射率を異なる２つの値Ｒ１，Ｒ２の間で切り替えるようにしていたが、校正用基板の反射率を異なる３種類以上としても良いし、また実効反射率を異なる３つの以上の値の間で切り替えるようにしても良い。もっとも、これらの種類は連立方程式の未知数の個数に応じて決定されるべきものであり、上記実施形態にて示したように、２種類とすれば本発明による効果を十分に得ることができる。
【００９１】
また、上記実施形態における熱処理装置１は光照射型の熱処理装置であったが、これに限らず、他の方式の熱処理装置であって、多重反射による放射光を測定して基板の温度を計測する装置であれば、本発明にかかる技術を適用することができる。
【００９２】
【発明の効果】
以上、説明したように、請求項１の発明によれば、保持手段によって保持された校正用基板の反射率を異なる複数種類にするとともに、校正用基板を熱源によって所定温度に加熱したときに、放射強度計測手段によって校正用基板の異なる複数種類の各反射率につき計測された複数の放射強度に基づいて複数の実効反射率のそれぞれの校正を行っているため、特別な校正器等を用いることなく、実効反射率を正確にしかも低コストかつ簡単に校正することができる。
【００９３】
また、請求項２の発明によれば、校正手段が、校正用基板の異なる複数種類の各反射率ごとに、複数の実効反射率のそれぞれについて計測された複数の放射強度の強度比を算出する強度比算出手段と、校正用基板の異なる複数種類の各反射率ごとに算出された強度比に基づいて複数の実効反射率のそれぞれを算出することにより校正後の複数の実効反射率を得る実効反射率算出手段と、を備えているため、請求項１の発明と同様の効果を得ることができる。
【００９４】
また、請求項３の発明によれば、実効反射率切り替え手段が反射板の実効反射率を２種類の実効反射率の間で切り替えるとともに、校正用基板の反射率が異なる２種類にされているため、請求項１の発明と同様の効果を効率良く得ることができる。
【００９５】
また、請求項４の発明によれば、校正用基板がその表面にシリコンが露出した基板と、シリコン上に酸化膜または窒化膜の薄膜が形成された基板と、を含むため、校正用基板の反射率を一定にすることができ、請求項１の発明の効果を確実に得ることができる。
【００９６】
また、請求項５の発明によれば、校正用基板がその表面にシリコンが露出した領域およびシリコン上に酸化膜または窒化膜の薄膜が形成された領域を有する基板を含むため、校正用基板の反射率を一定にすることができ、請求項１の発明の効果を確実に得ることができる。
【００９７】
また、請求項６の発明によれば、第１反射率を有する第１校正用基板を所定温度に加熱したときに、放射強度計測手段により複数の実効反射率のそれぞれについて放射強度を計測し、第１反射率についての複数の放射強度を取得するとともに、第１反射率とは異なる第２反射率を有する第２校正用基板を所定温度に加熱したときに、放射強度計測手段により複数の実効反射率のそれぞれについて放射強度を計測し、第２反射率についての複数の放射強度を取得し、第１反射率についての複数の放射強度および第２反射率についての複数の放射強度に基づいて複数の実効反射率のそれぞれの校正を行っているため、特別な校正器等を用いることなく、実効反射率を正確にしかも低コストかつ簡単に校正することができる。
【００９８】
また、請求項７の発明によれば、校正工程が、第１反射率につき複数の実効反射率のそれぞれについて計測された複数の放射強度の強度比を第１強度比として算出する工程と、第１強度比を記憶する工程と、第２反射率につき複数の実効反射率のそれぞれについて計測された複数の放射強度の強度比を第２強度比として算出する工程と、第２強度比を記憶する工程と、第１強度比および第２強度比に基づいて複数の実効反射率のそれぞれを算出することにより校正後の複数の実効反射率を取得する工程と、を備えているため、請求項６の発明と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる熱処理装置の一例を示す縦断面図である。
【図２】図１の温度計測部における計測ユニット付近の断面模式図である。
【図３】図２の回転式セクタの一例を示す平面図である。
【図４】基板と反射板との間の多重反射を示す図である。
【図５】実効反射率の校正手順を示すフローチャートである。
【図６】校正用基板の一例を示す図である。
【図７】校正用基板の一例を示す図である。
【図８】校正用基板の他の例を示す図である。
【図９】シリコン上に酸化膜または窒化膜の薄膜が形成された基板における膜厚と反射率および放射率との相関を示す図である。
【図１０】校正用基板の他の例を示す図である。
【図１１】シリコン上に多層膜が形成された基板における膜厚と反射率との相関を示す図である。
【符号の説明】
１ 熱処理装置
２０ 熱源
４０ 基板保持回転部
５０ 温度計測部
５１０ 反射板
５１０ａ 穴
５２４ 回転式セクタ
５２５ モータ
５２６ プローブ
５５０ 演算部
５５１ メモリ
ＳＷ 校正用基板
Ｗ 基板
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板、液晶表示装置用ガラス基板、フォトマスク用ガラス基板、光ディスク用基板等（以下、「基板」と称する）に対し熱処理を行う熱処理装置および熱処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、基板の製造工程においては、種々の熱処理が行われている。基板に対して熱処理を行う熱処理装置としては、例えば、光照射によって基板の加熱を行う光照射型の熱処理装置（いわゆるランプアニール）が用いられている。
【０００３】
このような光照射型の熱処理装置において基板の温度を測定する際には、基板と反射板との間の多重反射効果により増幅した光を放射温度計で計測し、その光量から温度を決定する方法が主流となっている。そのときに問題となるのが測定対象、すなわち熱処理中の基板の放射率である。基板の放射率は、その材質や処理内容に依存するものであるため、温度測定の都度求めることが望ましい。
【０００４】
このため、本発明者は、反射板側の反射率を異ならすことで２つの状態を作り出し、その２つの状態から基板の放射率と温度とを未知数とした連立方程式を作成し、これを解くことにより基板の温度を算出する技術を提案している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
かかる技術においては、反射板側の反射率を異なる２種類とすることによって２つの状態を作り出す必要があり、反射板側の２種類の反射率を実効反射率という装置定数として予め定義している。従って、実効反射率を正確に校正しておくことが基板の温度を高い精度にて測定するための条件となる。
【０００６】
しかしながら、従来においては、実効反射率を低コストかつ簡単に校正することが困難であった。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、実効反射率を正確にしかも低コストかつ簡単に校正することができる熱処理装置および熱処理方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、基板に熱処理を施す熱処理装置において、基板を保持する保持手段と、前記保持手段に保持された基板を加熱する熱源と、前記保持手段に保持された基板に対向して配置されるとともに、穴を備え、かつ基板からの熱放射を反射する反射板と、前記反射板に対して基板と反対側または前記穴の内部に設けられているとともに、基板と前記反射板との間の熱放射を受けて放射強度を計測する放射強度計測手段と、前記保持手段に保持された基板に対向する前記穴の開口部と前記放射強度計測手段との間に設けられるとともに、前記穴の実効反射率を複数の実効反射率の間で切り替える実効反射率切り替え手段と、前記保持手段によって保持された校正用基板の反射率を異なる複数種類にするとともに、前記校正用基板を前記熱源によって所定温度に加熱したときに、前記放射強度計測手段によって前記校正用基板の異なる複数種類の各反射率につき計測された複数の放射強度に基づいて前記複数の実効反射率のそれぞれの校正を行う校正手段と、前記校正後の複数の実効反射率のそれぞれについて前記放射強度計測手段によって計測された複数の放射強度に基づいて基板の温度を算出する温度算出手段と、を備えている。
【０００９】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明にかかる熱処理装置において、前記校正手段に、前記校正用基板の異なる複数種類の各反射率ごとに、前記複数の実効反射率のそれぞれについて計測された複数の放射強度の強度比を算出する強度比算出手段と、前記校正用基板の異なる複数種類の各反射率ごとに算出された前記強度比に基づいて前記複数の実効反射率のそれぞれを算出することにより校正後の複数の実効反射率を得る実効反射率算出手段と、を備えさせている。
【００１０】
また、請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明にかかる熱処理装置において、前記実効反射率切り替え手段に、前記反射板の実効反射率を２種類の実効反射率の間で切り替えさせるとともに、前記校正用基板の反射率を、異なる２種類にしている。
【００１１】
また、請求項４の発明は、請求項３の発明にかかる熱処理装置において、前記校正用基板に、その表面にシリコンが露出した基板と、シリコン上に酸化膜または窒化膜の薄膜が形成された基板と、を含ませている。
【００１２】
また、請求項５の発明は、請求項３の発明にかかる熱処理装置において、前記校正用基板に、その表面にシリコンが露出した領域およびシリコン上に酸化膜または窒化膜の薄膜が形成された領域を有する基板を含ませている。
【００１３】
また、請求項６の発明は、保持手段に保持されて熱源により加熱される基板に対向し、かつ穴を備えた反射板と、前記穴に対して基板と反対側または前記穴の内部に設けられた放射強度計測手段と、基板に対向する前記穴の開口部と前記放射強度計測手段との間に設けられるとともに、前記反射板の実効反射率を複数の実効反射率の間で切り替える実効反射率切り替え手段とを備える熱処理装置を用いた熱処理方法において、第１反射率を有する第１校正用基板を所定温度に加熱する第１加熱工程と、前記第１校正用基板を加熱したときに、前記放射強度計測手段により前記複数の実効反射率のそれぞれについて放射強度を計測し、第１反射率についての複数の放射強度を取得する第１計測工程と、前記第１反射率とは異なる第２反射率を有する第２校正用基板を所定温度に加熱する第２加熱工程と、前記第２校正用基板を加熱したときに、前記放射強度計測手段により前記複数の実効反射率のそれぞれについて放射強度を計測し、第２反射率についての複数の放射強度を取得する第２計測工程と、前記第１反射率についての複数の放射強度および前記第２反射率についての複数の放射強度に基づいて前記複数の実効反射率のそれぞれの校正を行う校正工程と、基板を加熱し、前記校正後の複数の実効反射率のそれぞれについて前記放射強度計測手段によって放射強度を計測し、計測された当該複数の放射強度に基づいて基板の温度を算出する工程と、を備えている。
【００１４】
また、請求項７の発明は、請求項６の発明にかかる熱処理方法において、前記校正工程に、前記第１反射率につき前記複数の実効反射率のそれぞれについて計測された複数の放射強度の強度比を第１強度比として算出する工程と、前記第１強度比を記憶する工程と、前記第２反射率につき前記複数の実効反射率のそれぞれについて計測された複数の放射強度の強度比を第２強度比として算出する工程と、前記第２強度比を記憶する工程と、前記第１強度比および前記第２強度比に基づいて前記複数の実効反射率のそれぞれを算出することにより校正後の複数の実効反射率を取得する工程と、を備えさせている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
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。
【００１６】
＜１．熱処理装置の全体構成＞
図１は本発明にかかる熱処理装置の一例を示す縦断面図である。熱処理装置１は主に炉体１０、ランプ２０、石英ガラス３０、基板保持回転部４０、温度計測部５０、制御部６０、ランプドライバ８０、モータドライバ９０を備えている。
【００１７】
炉体１０は上部をリフレクタ１１０、下部をハウジング１２０とする円筒形状の炉体であり、それらの内部等には冷媒を通して冷却する多数の冷却管１３０が設けられている。また、炉体１０の側面には基板搬出入口ＥＷが設けられており、加熱処理の際には図示しない外部搬送装置により基板Ｗまたは校正用基板ＳＷの搬出入が行われる。
【００１８】
ランプ２０は「熱源」に相当し、リフレクタ１１０の下面に多数設けられ（図１には一部にのみ参照番号を記載）、点灯時にはその熱放射により基板Ｗまたは後述する校正用基板ＳＷを加熱する。
【００１９】
石英ガラス３０はランプ２０の下方に設けられ、その熱放射による放射光を透過する。
【００２０】
基板保持回転部４０は、基板Ｗまたは校正用基板ＳＷの周縁部分を全周に渡って保持する保持リング４１０が、その直径より大きな内径の円筒の支持脚４２０により支持されるとともに、それら支持脚４２０の下端には、その外周に沿ってベアリング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が鉛直方向を軸として回転可能となっている。なお、本実施形態では、基板保持回転部４０が保持手段に相当する。
【００２１】
温度計測部５０は、基板Ｗまたは校正用基板ＳＷからの熱放射の多重反射を考慮した放射強度（放射エネルギー）を計測し、それを基に基板温度等を求め、それらの信号を制御部６０に送る。なお、温度計測部５０による基板温度測定の具体的な内容については後に詳述する。
【００２２】
制御部６０は内部にＣＰＵおよびメモリを備え、ランプドライバ８０にランプ２０の温度制御信号を送ったり、モータドライバ９０に所定のタイミングで駆動信号を送ったりする。
【００２３】
ランプドライバ８０は制御部６０からの温度制御信号を受けて、それに応じた電力をランプ２０に供給する。
【００２４】
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。
【００２５】
次に、温度計測部５０の構成についてさらに詳細に説明する。図１に示すように、温度計測部５０は主に、反射板５１０、計測ユニット５２０、モータドライバ５３０、演算部５５０を備えている。
【００２６】
図２は温度計測部５０における計測ユニット５２０付近の断面模式図である。温度計測部５０においてハウジング１２０上面には、基板保持回転部４０に保持された基板Ｗ（または校正用基板ＳＷ）に対向して反射板５１０が配置されており、その反射板５１０には、それを貫通する円筒形状の穴５１０ａが設けられている。さらに、その穴５１０ａの下方のハウジング１２０内には計測ユニット５２０のケーシング５２１が取り付けられ、そのケーシング５２１の上部が穴５１０ａ内面に密着するとともに、ケーシング５２１の上部には円筒状の空洞部ＣＰが設けられている。
【００２７】
また、ケーシング５２１内面は全面にアルミニウム等の金属を蒸着することにより反射率が高められているとともに、ケーシング５２１の内部にはハウジング１２０内部に設けられているものと同様の冷却管１３０が設けられており、これらによりケーシング５２１内部の温度上昇を抑えて、基板温度の測定精度を高めている。
【００２８】
また、空洞部ＣＰの上端部には石英ガラス板５２２が設けられ、その石英ガラス板５２２の下面にフィルタ５２３が密着して設けられている。フィルタ５２３は石英ガラス板５２２の下面全体にＴｉＯ２等の金属酸化物を蒸着したものである。フィルタ５２３は、測定波長の近傍の波長域の放射光のみ透過し、他の波長域の放射光はほぼ完全に反射する性質を有している。これにより、熱放射による放射光のケーシング５２１内への進入を必要最小限とすることができるので、ケーシング５２１内部やプローブ５２６が熱せられにくく、高い測定精度を実現することができる。
【００２９】
なお、前述のように、基板保持回転部４０の支持脚４２０は円筒状であるので、保持リング４１０により基板Ｗまたは校正用基板ＳＷを保持する際には、それらと反射板５１０との間に閉空間を形成する。そのため、ランプ２０からの熱放射が直接またはハウジング１２０の内面等により反射し、基板Ｗ等を経ないで穴５１０ａに進入してプローブ５２６に至るのを防いでいる。これにより、プローブ５２６による放射強度の計測を正確なものにしている。
【００３０】
また、図２に示すように、ケーシング５２１内の空洞部ＣＰの下端近傍には回転式セクタ５２４がその板面をほぼ水平にして、図示しない支持部材によりケーシング５２１内に支持されたモータ５２５に取り付けられている。そして、回転式セクタ５２４は反射板５１０の穴５１０ａの開口部とプローブ５２６との間に設けられている。なお、回転式セクタ５２４とモータ５２５とを併せたものが「実効反射率切り替え手段」に相当する。
【００３１】
図３は回転式セクタ５２４の一例を示す平面図である。本実施形態における回転式セクタ５２４は円盤形状であり、その主面が直交する２本の直径によって４つの領域に等分に分割されている。４つの領域のうち隣り合わない２つの扇形部分である反射部ＲＰには鏡面処理が施されるとともに、弧状のスリットＳＬが設けられている。一方、他の２つの扇形部分である吸収部ＮＰには黒化処理が施されるとともに、上記と同様の弧状のスリットＳＬが設けられている。そして、回転式セクタ５２４の中心がモータ５２５の回転軸５２５ａに取り付けられている（図２参照）。そのため、モータ５２５の回転により回転式セクタ５２４は、その板面に平行な平面内で回転自在となっている。モータ５２５はモータドライバ５３０に電気的に接続され、モータドライバ５３０は制御部６０に電気的に接続されている。モータドライバ５３０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モータ５２５に供給する。
【００３２】
モータドライバ５３０からの指示に従ったモータ５２５の駆動により回転式セクタ５２４が回転すると、空洞部ＣＰの下方に反射部ＲＰが位置する状態と、吸収部ＮＰが位置する状態とが交互に生じる。そして反射部ＲＰまたは吸収部ＮＰのいずれが空洞部ＣＰの下方に位置するかによって、穴５１０ａに進入した放射光の上方への反射の状況が異なるため、反射部のＲＰのスリットＳＬを通る光量と吸収部ＮＰのスリットＳＬを通る光量に差ができる、すなわち後述する実効反射率が異なるものとなる。
【００３３】
図３に示すように、本実施形態における回転式セクタ５２４は回転対称の形状であるため回転の安定性が高い。そして、回転式セクタ５２４が回転することによって熱放射による放射光の透過および反射の状況が交互に入れ替わる。なお、回転式セクタ５２４は図３に示した形態に限定されるものではなく、熱放射による放射光の透過および反射の状況を異ならせることが可能な形態であれば良い。例えば、黒化処理のなされたベース面上に切り欠き部を有する回転可能なセクタを配置するようにしても良い。
【００３４】
図２に戻り、プローブ５２６は、いわゆる放射温度計ロッドであり、入射した放射光を電圧、すなわち放射強度を表す電気信号に変換し、演算部５５０に送る（図１参照）。演算部５５０はＣＰＵおよびメモリ５５１を備えており、プローブ５２６が検出した基板Ｗについての放射強度をもとに基板温度を算出する。また、後述するように、演算部５５０は校正用基板ＳＷについてプローブ５２６が検出した放射強度をもとに実効反射率の校正を行う。なお、本実施形態においては、プローブ５２６が放射強度計測手段に相当する。また、処理用プログラムによって実現される演算部５５０の処理内容が校正手段および温度算出手段に相当する。
【００３５】
＜２．熱処理装置における温度計測方法＞
次に、上記構成を有する熱処理装置１における基板Ｗの温度計測方法について説明する。この温度計測方法は、本発明にかかる技術の前提技術となるものである。
【００３６】
一般に、温度Ｔの灰色体の放射強度Ｌ（Ｔ）と黒体エネルギーすなわち黒体の放射強度Ｌｂ（Ｔ）との関係は次式で表される。
【００３７】
【数１】
ここで、εは灰色体の放射率であり、一般にε＜１である。従って、基板Ｗの放射率をεＷとすると、温度Ｔの基板Ｗの放射強度Ｌ（Ｔ）は次式のようになる。
【００３９】
【数２】
基板Ｗからの熱放射による放射光は、図４に示すように、基板Ｗと反射板５１０との間で反射を繰り返し、いわゆる多重反射が生じる。このとき、計測ユニット５２０の側から、多重反射による放射強度を計測する場合について考えると、下向きの光（基板Ｗから反射板５１０へと向かう光）の光量を合計した値に相当する強度が計測されることとなる。すなわち、反射板５１０の反射率をＲ、基板Ｗの反射率をρＷとすると、図４からも明らかなように、計測される放射強度Ｉは次式のような等比級数として表される。
【００４１】
【数３】
従って、放射強度Ｉは次式で表される。
【００４３】
【数４】
数４において、反射板５１０の反射率Ｒおよび基板Ｗの反射率ρＷはともに０より大きく１よりも小さいため、０＜ＲρＷ＜１となる。よって、ｎ→∞にすると次式が得られる。
【００４５】
【数５】
また、基板Ｗが熱放射による放射光を透過しないと考えると次式が成立する。
【００４７】
【数６】
従って、結局、計測される強度Ｉは次式のように表される。
【００４９】
【数７】
ここで、上述のように、Ｒは反射板５１０の反射率であるが、この値は反射板５１０の形状や表面状態に大きく依存する。このような形状や表面状態等による影響をも総合的に考慮した反射率を実効反射率と称する。実際に計測される放射強度Ｉは、この実効反射率と、基板Ｗの放射率および基板Ｗの温度によって規定されることとなる。特に、反射板５１０の穴５１０ａの下方に設けられたプローブ５２６によって計測される放射強度Ｉを支配する実効反射率を反射板（厳密には穴）の実効反射率と呼び、本明細書において単に実効反射率と言うときには反射板の実効反射率を示すものとする。
【００５１】
熱処理装置１において基板Ｗの温度を計測するときには、実効反射率を異なる２つの値Ｒ１，Ｒ２とすることにより以下に示される２つの強度Ｉ１，Ｉ２をプローブ５２６によってそれぞれ計測する。
【００５２】
【数８】
【数９】
数８および数９において２つの実効反射率Ｒ１，Ｒ２は装置定数として定められた値である。また、黒体の温度とその黒体エネルギーとの関係を示す関数Ｌｂ（Ｔ）についても予め正確に校正されている。従って、プローブ５２６によって２つの出力Ｉ１，Ｉ２を計測すれば、数８および数９は基板Ｗの温度Ｔと放射率εＷについての２元連立方程式となり、これを解くことによって基板Ｗの温度Ｔが求められる。
【００５５】
ところで、熱処理装置１において、実効反射率を異なる２つの値Ｒ１，Ｒ２とするのは、回転式セクタ５２４およびモータ５２５によって実現すれば良い。すなわち、既述したように、モータ５２５によって回転式セクタ５２４が回転すると、熱放射による放射光の透過および反射の状況が交互に入れ替わり、実効反射率が異なる２つの値Ｒ１，Ｒ２の間で切り替わる。
【００５６】
数８および数９から明らかなように、上述の基板温度計測方法を用いて基板Ｗの温度を正確に計測するためには、実効反射率Ｒ１，Ｒ２の値を正確に求めておくことが重要である。そこで、本発明にかかる熱処理装置１においては、基板Ｗの温度測定を行うのに先立って、以下に示すようにして実効反射率Ｒ１，Ｒ２の値を校正しているのである。
【００５７】
＜３．実効反射率の校正方法＞
図５は、実効反射率の校正手順を示すフローチャートである。まず、第１校正用基板ＳＷ１を熱処理装置１に挿入する（ステップＳ１）。第１校正用基板ＳＷ１の挿入は外部搬送装置により炉体１０の側面の基板搬出入口ＥＷを介して行われ、第１校正用基板ＳＷ１は保持リング４１０上に載置される。
【００５８】
次に、ランプ２０から光の照射が行われて、第１校正用基板ＳＷ１が加熱される（ステップＳ２）。ここで、校正用基板ＳＷ（第１校正用基板ＳＷ１と後述する第２校正用基板ＳＷ２とを総称して校正用基板ＳＷとする）について説明しておく。図６および図７は、校正用基板ＳＷの一例を示す図である。
【００５９】
本実施形態においては、図６に示すようなその表面にシリコンのベース２が露出した基板（いわゆるシリコンのベアウェハ）を第１校正用基板ＳＷ１としている。また、図７に示すようなシリコンのベース２上に酸化膜（ＳｉＯ２）または窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４）の薄膜３が形成された基板を第２校正用基板ＳＷ２としている。
【００６０】
図９は、シリコン上に酸化膜または窒化膜の薄膜３が形成された基板における膜厚と反射率および放射率との相関を示す図である。なお、図９は、波長０．９５μｍの放射光についての反射率および放射率を示している。また、同図において、実線は基板の放射率を示しており、点線は反射率を示している。
【００６１】
図９に示すように、基板の反射率（または放射率）はシリコン上に形成された酸化膜または窒化膜の干渉効果によってその膜厚とともに周期的に変化する。第１校正用基板ＳＷ１の反射率ρ１は図９における膜厚が０オングストロームのときの値である。また、第２校正用基板ＳＷ２の反射率ρ２は酸化膜または窒化膜の膜厚を適宜設定することによって第１校正用基板ＳＷ１の反射率ρ１と異なる値にすることができる。これらのことは、数８および数９において基板の反射率（または放射率）を既知の固定された値に設定することを意味している。
【００６２】
なお、校正用基板ＳＷの反射率（または放射率）には温度依存性はほとんど存在しない。また、実効反射率の校正時において校正用基板ＳＷの加熱を行うときには、通常の基板Ｗを加熱するときのような処理ガスによる表面処理等は行わない。すなわち、校正用基板ＳＷの加熱を行うときには、その反射率（または放射率）は常に一定であり、予め設定しておいた既知の値と等しい。
【００６３】
図５に戻り、第１校正用基板ＳＷ１を加熱しつつ、実効反射率の値をＲ１，Ｒ２の間で切り替え、プローブ５２６による放射強度の測定を行う。そして、プローブ５２６による測定値が一定になったところで、実効反射率の値がＲ１のときの強度Ｉ１とＲ２のときの強度Ｉ２との比を第１強度比として算出し、記憶する（ステップＳ３）。この強度比の算出は演算部５５０において行われ、算出された強度比はメモリ５５１に記憶される。
【００６４】
反射率ρ１の第１校正用基板ＳＷ１を温度Ｔ１に加熱したとする。実効反射率Ｒ１，Ｒ２のそれぞれについて計測される強度Ｉ１，ρ１およびＩ２，ρ１は数６、数８および数９より以下のように表される。なお、本実施形態では、温度Ｔ１および後述する温度Ｔ２は任意の値で良く、特にそれを計測する必要もない。
【００６５】
【数１０】
【数１１】
従って、第１強度比（反射率ρ１についての強度比）Ｇ１は次式にて表される。
【００６８】
【数１２】
第１強度比Ｇ１が得られた後、ステップＳ４に進み、第１校正用基板ＳＷ１に替えて第２校正用基板ＳＷ２を挿入する。この校正用基板交換作業も基板搬出入口ＥＷを介して外部搬送装置により行われる。
【００７０】
その後、上記と同様に、第２校正用基板ＳＷ２の加熱を行い（ステップＳ５）、実効反射率の値をＲ１，Ｒ２の間で切り替えつつ、プローブ５２６による放射強度の測定を行う。そして、プローブ５２６による測定値が一定になったところで、実効反射率の値がＲ１のときの強度Ｉ１とＲ２のときの強度Ｉ２との比を第２強度比として算出し、記憶する（ステップＳ６）。この強度比の算出も、上記と同様に、演算部５５０において行われ、算出された強度比はメモリ５５１に記憶される。
【００７１】
反射率ρ２の第２校正用基板ＳＷ２を温度Ｔ２に加熱したとする（温度Ｔ２は温度Ｔ１と同じであっても良い）。実効反射率Ｒ１，Ｒ２のそれぞれについて計測される強度Ｉ１，ρ２およびＩ２，ρ２は数６、数８および数９より以下のように表される。
【００７２】
【数１３】
【数１４】
従って、第２強度比（反射率ρ２についての強度比）Ｇ２は次式にて表される。
【００７５】
【数１５】
以上のようにして第１強度比Ｇ１および第２強度比Ｇ２が得られた後、ステップＳ７に進み、第１強度比Ｇ１および第２強度比Ｇ２に基づいて実効反射率Ｒ１，Ｒ２のそれぞれを算出する。実効反射率Ｒ１，Ｒ２の算出は演算部５５０において行われ、算出された実効反射率はメモリ５５１に記憶される。
【００７７】
実効反射率Ｒ１，Ｒ２の算出は、具体的には、以下のようにして行われる。すなわち、数１２と数１５とを連立させ、Ｒ１，Ｒ２のそれぞれについて解くことにより、次の２つの式が得られる。
【００７８】
【数１６】
【数１７】
演算部５５０は、既知である第１校正用基板ＳＷ１の反射率ρ１および第２校正用基板ＳＷ２の反射率ρ２並びにメモリ５５１に記憶されている第１強度比Ｇ１および第２強度比Ｇ２を用いて数１６，数１７から２つの実効反射率Ｒ１，Ｒ２を算出する。そして、演算部５５０は、算出された実効反射率Ｒ１，Ｒ２を校正後の実効反射率としてメモリ５５１に記憶させるのである。このことは、基板の温度を直接計測することなく、また特別な校正器等を用いることなく、実効反射率Ｒ１，Ｒ２を正確に校正できたことを示している。
【００８１】
以上のようにして、実効反射率の校正が行われた後、処理対象としている基板Ｗの温度計測を行う。この温度計測は上述した基板Ｗの温度計測方法に従って行われる。
【００８２】
具体的には、まず処理対象としている基板Ｗを熱処理装置１に挿入する（ステップＳ８）。そして、基板Ｗを加熱し、校正後の実効反射率Ｒ１，Ｒ２のそれぞれについてプローブ５２６によって放射強度Ｉ１，Ｉ２を計測し、計測された放射強度Ｉ１，Ｉ２に基づいて数８および数９より基板Ｗの温度を算出する（ステップＳ９）。
【００８３】
以上のようにすれば、特別な校正器等を用いることなく、実効反射率Ｒ１，Ｒ２を正確にしかも低コストかつ簡単に校正することができる。また、実効反射率Ｒ１，Ｒ２の校正に際して、熱処理装置１を停止することなく、通常と同様の加熱処理により行うことができる。その結果、低コストかつ簡単に処理対象としている基板Ｗの温度を正確に計測することができるのである。
【００８４】
＜４．変形例＞
以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明は上記の例に限定されるものではない。例えば、上記実施形態においては、校正用基板ＳＷとしてシリコンが露出した基板とシリコン上に酸化膜または窒化膜の薄膜３が形成された基板を使用していたが、これに限定されるものではなく、その反射率を異なる複数種類にすることができるような形態であれば良い。図８は、校正用基板ＳＷの他の例を示す図である。図８（ａ）は校正用基板ＳＷの平面図であり、（ｂ）は側面図である。同図の校正用基板ＳＷは、その表面にシリコンのベース２が露出した領域ＡＲ１およびシリコンのベース２上に酸化膜または窒化膜の薄膜３が形成された領域ＡＲ２を有している。酸化膜または窒化膜の薄膜３が形成された領域ＡＲ２がシリコンの露出した領域ＡＲ１と異なる反射率を有することは上述した通りである（図９参照）。
【００８５】
このような校正用基板ＳＷを加熱しつつ、基板保持回転部４０によって回転させると、温度計測部５０の上を領域ＡＲ１と領域ＡＲ２とが交互に通過する。従って、上記実施形態における第１校正用基板ＳＷ１および第２校正用基板ＳＷ２を用いたのと同様に、２種類の反射率の状態を作り出すことができる。このようにすれば、第１校正用基板ＳＷ１と第２校正用基板ＳＷ２とを入れ替える作業を省略することができる。但し、領域ＡＲ１および領域ＡＲ２のそれぞれには、多重反射領域を十分にカバーできるだけの面積を付与する必要がある。逆に言えば、多重反射領域を十分にカバーできるだけの面積を持たせることができるならば、図８のように基板主面を２等分に分割する必要は必ずしもなく、４等分または６等分であっても良い。
【００８６】
また、校正用基板ＳＷは、図１０に示すような形態であっても良い。図１０に示す校正用基板ＳＷは、シリコンのベース２上に酸化膜の薄膜３を形成し、さらにその上にポリシリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）層４を形成している。図１１は、シリコン上に多層膜が形成された基板における膜厚と反射率との相関を示す図である。なお、図１１は、波長０．９５μｍの放射光についての反射率を示している。また、ポリシリコン層４の厚さは０．３５μｍに固定されており、酸化膜の薄膜３の厚さを変化させている。
【００８７】
シリコン上に酸化膜または窒化膜の薄膜３のみを形成した場合は、シリコンが露出した状態よりも小さな反射率しか得ることができない（図９参照）。これに対して、酸化膜の上にさらにポリシリコン層４を形成して多層膜とすることにより、図１１に示すように多層膜の干渉効果によってシリコンが露出した状態よりも大きな反射率（すなわち小さな放射率）を得ることができる。従って、図１０のような多層膜の校正用基板ＳＷを使用することにより、任意の反射率を得ることができる。
【００８８】
また、上記実施形態においては、シリコン上に酸化膜または窒化膜を形成するようにしていたが、これらに限定されるものではなく、その他の膜種や塗料等を塗布することにより反射率を変化させるようにしても良い。
【００８９】
また、上記実施形態においては、穴５１０ａに対して基板Ｗと反対側に放射強度計測手段たるプローブ５２６を設けていたが、プローブ５２６は穴５１０ａの内部に設けるようにしても良い。
【００９０】
また、上記実施形態においては、校正用基板の反射率を異なる２種類にするとともに、実効反射率を異なる２つの値Ｒ１，Ｒ２の間で切り替えるようにしていたが、校正用基板の反射率を異なる３種類以上としても良いし、また実効反射率を異なる３つの以上の値の間で切り替えるようにしても良い。もっとも、これらの種類は連立方程式の未知数の個数に応じて決定されるべきものであり、上記実施形態にて示したように、２種類とすれば本発明による効果を十分に得ることができる。
【００９１】
また、上記実施形態における熱処理装置１は光照射型の熱処理装置であったが、これに限らず、他の方式の熱処理装置であって、多重反射による放射光を測定して基板の温度を計測する装置であれば、本発明にかかる技術を適用することができる。
【００９２】
【発明の効果】
以上、説明したように、請求項１の発明によれば、保持手段によって保持された校正用基板の反射率を異なる複数種類にするとともに、校正用基板を熱源によって所定温度に加熱したときに、放射強度計測手段によって校正用基板の異なる複数種類の各反射率につき計測された複数の放射強度に基づいて複数の実効反射率のそれぞれの校正を行っているため、特別な校正器等を用いることなく、実効反射率を正確にしかも低コストかつ簡単に校正することができる。
【００９３】
また、請求項２の発明によれば、校正手段が、校正用基板の異なる複数種類の各反射率ごとに、複数の実効反射率のそれぞれについて計測された複数の放射強度の強度比を算出する強度比算出手段と、校正用基板の異なる複数種類の各反射率ごとに算出された強度比に基づいて複数の実効反射率のそれぞれを算出することにより校正後の複数の実効反射率を得る実効反射率算出手段と、を備えているため、請求項１の発明と同様の効果を得ることができる。
【００９４】
また、請求項３の発明によれば、実効反射率切り替え手段が反射板の実効反射率を２種類の実効反射率の間で切り替えるとともに、校正用基板の反射率が異なる２種類にされているため、請求項１の発明と同様の効果を効率良く得ることができる。
【００９５】
また、請求項４の発明によれば、校正用基板がその表面にシリコンが露出した基板と、シリコン上に酸化膜または窒化膜の薄膜が形成された基板と、を含むため、校正用基板の反射率を一定にすることができ、請求項１の発明の効果を確実に得ることができる。
【００９６】
また、請求項５の発明によれば、校正用基板がその表面にシリコンが露出した領域およびシリコン上に酸化膜または窒化膜の薄膜が形成された領域を有する基板を含むため、校正用基板の反射率を一定にすることができ、請求項１の発明の効果を確実に得ることができる。
【００９７】
また、請求項６の発明によれば、第１反射率を有する第１校正用基板を所定温度に加熱したときに、放射強度計測手段により複数の実効反射率のそれぞれについて放射強度を計測し、第１反射率についての複数の放射強度を取得するとともに、第１反射率とは異なる第２反射率を有する第２校正用基板を所定温度に加熱したときに、放射強度計測手段により複数の実効反射率のそれぞれについて放射強度を計測し、第２反射率についての複数の放射強度を取得し、第１反射率についての複数の放射強度および第２反射率についての複数の放射強度に基づいて複数の実効反射率のそれぞれの校正を行っているため、特別な校正器等を用いることなく、実効反射率を正確にしかも低コストかつ簡単に校正することができる。
【００９８】
また、請求項７の発明によれば、校正工程が、第１反射率につき複数の実効反射率のそれぞれについて計測された複数の放射強度の強度比を第１強度比として算出する工程と、第１強度比を記憶する工程と、第２反射率につき複数の実効反射率のそれぞれについて計測された複数の放射強度の強度比を第２強度比として算出する工程と、第２強度比を記憶する工程と、第１強度比および第２強度比に基づいて複数の実効反射率のそれぞれを算出することにより校正後の複数の実効反射率を取得する工程と、を備えているため、請求項６の発明と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる熱処理装置の一例を示す縦断面図である。
【図２】図１の温度計測部における計測ユニット付近の断面模式図である。
【図３】図２の回転式セクタの一例を示す平面図である。
【図４】基板と反射板との間の多重反射を示す図である。
【図５】実効反射率の校正手順を示すフローチャートである。
【図６】校正用基板の一例を示す図である。
【図７】校正用基板の一例を示す図である。
【図８】校正用基板の他の例を示す図である。
【図９】シリコン上に酸化膜または窒化膜の薄膜が形成された基板における膜厚と反射率および放射率との相関を示す図である。
【図１０】校正用基板の他の例を示す図である。
【図１１】シリコン上に多層膜が形成された基板における膜厚と反射率との相関を示す図である。
【符号の説明】
１ 熱処理装置
２０ 熱源
４０ 基板保持回転部
５０ 温度計測部
５１０ 反射板
５１０ａ 穴
５２４ 回転式セクタ
５２５ モータ
５２６ プローブ
５５０ 演算部
５５１ メモリ
ＳＷ 校正用基板
Ｗ 基板
Claims (7)
- 基板に熱処理を施す熱処理装置であって、
基板を保持する保持手段と、
前記保持手段に保持された基板を加熱する熱源と、
前記保持手段に保持された基板に対向して配置されるとともに、穴を備え、かつ基板からの熱放射を反射する反射板と、
前記穴に対して基板と反対側または前記穴の内部に設けられているとともに、基板と前記反射板との間の熱放射を受けて放射強度を計測する放射強度計測手段と、
前記保持手段に保持された基板に対向する前記穴の開口部と前記放射強度計測手段との間に設けられるとともに、前記反射板の実効反射率を複数の実効反射率の間で切り替える実効反射率切り替え手段と、
前記保持手段によって保持された校正用基板の反射率を異なる複数種類にするとともに、前記校正用基板を前記熱源によって所定温度に加熱したときに、前記放射強度計測手段によって前記校正用基板の異なる複数種類の各反射率につき計測された複数の放射強度に基づいて前記複数の実効反射率のそれぞれの校正を行う校正手段と、
前記校正後の複数の実効反射率のそれぞれについて前記放射強度計測手段によって計測された複数の放射強度に基づいて基板の温度を算出する温度算出手段と、
を備えることを特徴とする熱処理装置。 - 請求項１記載の熱処理装置において、
前記校正手段は、
前記校正用基板の異なる複数種類の各反射率ごとに、前記複数の実効反射率のそれぞれについて計測された複数の放射強度の強度比を算出する強度比算出手段と、
前記校正用基板の異なる複数種類の各反射率ごとに算出された前記強度比に基づいて前記複数の実効反射率のそれぞれを算出することにより校正後の複数の実効反射率を得る実効反射率算出手段と、
を備えることを特徴とする熱処理装置。 - 請求項１または請求項２に記載の熱処理装置において、
前記実効反射率切り替え手段は、前記反射板の実効反射率を２種類の実効反射率の間で切り替えるとともに、
前記校正用基板の反射率は、異なる２種類にされていることを特徴とする熱処理装置。 - 請求項３記載の熱処理装置において、
前記校正用基板は、
その表面にシリコンが露出した基板と、
シリコン上に酸化膜または窒化膜の薄膜が形成された基板と、
を含むことを特徴とする熱処理装置。 - 請求項３記載の熱処理装置において、
前記校正用基板は、その表面にシリコンが露出した領域およびシリコン上に酸化膜または窒化膜の薄膜が形成された領域を有する基板を含むことを特徴とする熱処理装置。 - 保持手段に保持されて熱源により加熱される基板に対向し、かつ穴を備えた反射板と、前記穴に対して基板と反対側または前記穴の内部に設けられた放射強度計測手段と、基板に対向する前記穴の開口部と前記放射強度計測手段との間に設けられるとともに、前記反射板の実効反射率を複数の実効反射率の間で切り替える実効反射率切り替え手段とを備える熱処理装置を用いた熱処理方法であって、
第１反射率を有する第１校正用基板を所定温度に加熱する第１加熱工程と、
前記第１校正用基板を加熱したときに、前記放射強度計測手段により前記複数の実効反射率のそれぞれについて放射強度を計測し、第１反射率についての複数の放射強度を取得する第１計測工程と、
前記第１反射率とは異なる第２反射率を有する第２校正用基板を所定温度に加熱する第２加熱工程と、
前記第２校正用基板を加熱したときに、前記放射強度計測手段により前記複数の実効反射率のそれぞれについて放射強度を計測し、第２反射率についての複数の放射強度を取得する第２計測工程と、
前記第１反射率についての複数の放射強度および前記第２反射率についての複数の放射強度に基づいて前記複数の実効反射率のそれぞれの校正を行う校正工程と、
基板を加熱し、前記校正後の複数の実効反射率のそれぞれについて前記放射強度計測手段によって放射強度を計測し、計測された当該複数の放射強度に基づいて基板の温度を算出する工程と、
を備えることを特徴とする熱処理方法。 - 請求項６記載の熱処理方法において、
前記校正工程は、
前記第１反射率につき前記複数の実効反射率のそれぞれについて計測された複数の放射強度の強度比を第１強度比として算出する工程と、
前記第１強度比を記憶する工程と、
前記第２反射率につき前記複数の実効反射率のそれぞれについて計測された複数の放射強度の強度比を第２強度比として算出する工程と、
前記第２強度比を記憶する工程と、
前記第１強度比および前記第２強度比に基づいて前記複数の実効反射率のそれぞれを算出することにより校正後の複数の実効反射率を取得する工程と、
を備えることを特徴とする熱処理方法。
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