(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、反射率の異なる複数の反射率領域を有し、前記複数の反射率領域のうちのいずれが前記放射強度計測手段に対向するかによって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替板と、
前記実効反射率切替板を回転させることによって、前記複数の反射率領域のそれぞれを順次に前記放射強度計測手段に対向させる回転手段と、
前記放射強度計測手段が対向している前記実効反射率切替板内の反射率領域を検知する対向領域検知手段と、
前記対向領域検知手段による検知内容に基づいて、前記放射強度計測手段が前記実効反射率切替板内の所定の計測位置に対向しているときに放射強度を計測するように前記放射強度計測手段を制御し、前記放射強度計測手段に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させる制御手段と、
前記放射強度計測手段によって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２】
請求項１記載の熱処理装置において、
前記対向領域検知手段は、
前記回転手段によって回転される前記実効反射率切替板内の所定の反射率領域に前記放射強度計測手段が対向しているときにタイミング信号を活性化し、
前記制御手段は、
前記タイミング信号が活性化されてから所定時間の経過後に前記放射強度計測手段に放射強度を計測させることを特徴とする熱処理装置。
【請求項３】
請求項２記載の熱処理装置において、
前記実効反射率切替板は、高反射率領域およびそれよりも反射率の低い低反射率領域を有し、
前記対向領域検知手段は、前記回転手段によって回転される前記実効反射率切替板内の前記高反射率領域または前記低反射率領域のいずれかに前記放射強度計測手段が対向しているときにタイミング信号を活性化することを特徴とする熱処理装置。
【請求項４】
請求項３記載の熱処理装置において、
前記高反射率領域および前記低反射率領域のそれぞれはスリットを有し、
前記制御手段は、
前記タイミング信号が活性化されてから第１の時間が経過後に前記放射強度計測手段が前記高反射率領域のスリットに対向しているときの放射強度を前記放射強度計測手段に計測させ、第２の時間が経過後に前記放射強度計測手段が前記実効反射率切替板内のスリット以外の部分に対向しているときの放射強度を前記放射強度計測手段に計測させ、第３の時間が経過後に前記放射強度計測手段が前記低反射率領域のスリットに対向しているときの放射強度を前記放射強度計測手段に計測させることを特徴とする熱処理装置。
【請求項５】
請求項２から請求項４のいずれかに記載の熱処理装置において、
前記制御手段は、前記放射強度計測手段に放射強度を複数回計測させた後、その計測結果を平均化させることを特徴とする熱処理装置。
【請求項６】
請求項２から請求項５のいずれかに記載の熱処理装置において、
前記実効反射率切替板の回転数が一定の値となるように前記回転手段を制御する回転数制御手段をさらに備えることを特徴とする熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【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、後述するような異なる２つの反射率領域を有する回転式セクタを回転させ、放射温度計がいずれの反射率領域に対向するかによって反射板側の実効反射率を変化させ、異なる２つの状態を作り出している。
【０００６】
しかしながら、従来においては、光量の計測時に放射温度計が対向する回転式セクタ内の位置を常に一定にしておくことが困難であったため、計測の都度放射温度計が対向する回転式セクタ内の位置が異なって測定条件が変化し、これに起因して測定結果である温度にも誤差が生じるという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、安定した測定条件の下で基板の温度を計測することができる熱処理装置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、反射率の異なる複数の反射率領域を有し、前記複数の反射率領域のうちのいずれが前記放射強度計測手段に対向するかによって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替板と、前記実効反射率切替板を回転させることによって、前記複数の反射率領域のそれぞれを順次に前記放射強度計測手段に対向させる回転手段と、前記放射強度計測手段が対向している前記実効反射率切替板内の反射率領域を検知する対向領域検知手段と、前記対向領域検知手段による検知内容に基づいて、前記放射強度計測手段が前記実効反射率切替板内の所定の計測位置に対向しているときに放射強度を計測するように前記放射強度計測手段を制御し、前記放射強度計測手段に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させる制御手段と、前記放射強度計測手段によって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の発明に係る熱処理装置において、前記対向領域検知手段に、前記回転手段によって回転される前記実効反射率切替板内の所定の反射率領域に前記放射強度計測手段が対向しているときにタイミング信号を活性化させ、前記制御手段に、前記タイミング信号が活性化されてから所定時間の経過後に前記放射強度計測手段に放射強度を計測させている。
【００１０】
また、請求項３の発明は、請求項２の発明に係る熱処理装置において、前記実効反射率切替板に、高反射率領域およびそれよりも反射率の低い低反射率領域を有させ、前記対向領域検知手段に、前記回転手段によって回転される前記実効反射率切替板内の前記高反射率領域または前記低反射率領域のいずれかに前記放射強度計測手段が対向しているときにタイミング信号を活性化させている。
【００１１】
また、請求項４の発明は、請求項３の発明に係る熱処理装置において、前記高反射率領域および前記低反射率領域のそれぞれにスリットを有させ、前記制御手段に、前記タイミング信号が活性化されてから第１の時間が経過後に前記放射強度計測手段が前記高反射率領域のスリットに対向しているときの放射強度を前記放射強度計測手段に計測させ、第２の時間が経過後に前記放射強度計測手段が前記実効反射率切替板内のスリット以外の部分に対向しているときの放射強度を前記放射強度計測手段に計測させ、第３の時間が経過後に前記放射強度計測手段が前記低反射率領域のスリットに対向しているときの放射強度を前記放射強度計測手段に計測させている。
【００１２】
また、請求項５の発明は、請求項２から請求項４のいずれかの発明に係る熱処理装置において、前記制御手段に、前記放射強度計測手段に放射強度を複数回計測させた後、その計測結果を平均化させている。
【００１３】
また、請求項６の発明は、請求項２から請求項５のいずれかの発明に係る熱処理装置において、前記実効反射率切替板の回転数が一定の値となるように前記回転手段を制御する回転数制御手段をさらに備えている。
【００１４】
【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。
【００１５】
＜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。
【００１６】
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の搬出入が行われる。
【００１７】
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を加熱する。
【００１８】
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。
【００１９】
基板保持回転部４０は、基板Ｗ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。
【００２０】
温度計測部５０は、基板Ｗ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。
【００２１】
制御部６０は内部にＣＰＵ、数値演算プロセッサ、Ａ／Ｄ，Ｄ／Ａコンバータ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。また、制御部６０は温度計測部５０と電気的に接続されており、プローブ５２６を制御して温度計測を行わせるが、この具体的な内容についても後に詳述する。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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、センサユニット５２８、モータドライバ５３０、演算部５５０を備えている。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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、本実施形態においては、回転式セクタ５２４が「実効反射率切替板」に相当し、モータ５２５が「回転手段」に相当する。
【００３０】
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。鏡面処理が施された反射部ＲＰは光を良好に反射する高反射率領域であり、黒化処理が施された吸収部ＮＰは光を吸収する低反射率領域である。従って、回転式セクタ５２４は、その形状は４つの領域に分割されているものの、反射率という観点からは実質的に高反射率領域と低反射率領域との２つの反射率領域に分割されているものである。
【００３１】
回転式セクタ５２４の中心は、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に供給し、回転式セクタ５２４の回転数を調整する。すなわち、モータドライバ５３０は「回転数制御手段」に相当する。
【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。また、回転式セクタ５２４は４つの領域に分割されているものに限定されず、例えば６分割等の他の複数の領域に分割されているものであっても良い。
【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て出力し、演算部５５０に送る（図１参照）。プローブ５２６は、穴５１０ａに対して基板Ｗと反対側に設けられている。そして、回転式セクタ５２４がモータ５２５によって回転されると、プローブ５２６は反射部ＲＰのスリットＳＬ、スリットＳＬが存在しない遮光部分ＣＬ、吸収部ＮＰのスリットＳＬに順次に対向するように構成されている（図３参照）。
【００３５】
また、タイミングセンサ５２９は、色の差を検出することが可能であり、検出した色の差をセンサユニット５２８に伝達し、センサユニット５２８は、それを電気信号に変換する（図１参照）。すなわち、タイミングセンサ５２９は、回転式セクタ５２４のいずれの反射率領域に対向しているかを検知することができる。センサユニット５２８は、タイミングセンサ５２９からの信号に応じてタイミング信号を発生して制御部６０に伝達する。なお、タイミングセンサ５２９は、色の差を検出するものに限らず、反射率の差を検出するものであっても良い。
【００３６】
タイミングセンサ５２９は、プローブ５２６とタイミングセンサ５２９とを結ぶ線が回転式セクタ５２４の中心を通過するように、回転式セクタ５２４の下方に設けられている。但し、回転式セクタ５２４の中心からタイミングセンサ５２９までの距離とプローブ５２６までの距離とは異なる。すなわち、タイミングセンサ５２９は、回転式セクタ５２４の中心に対してプローブ５２６と点対称な位置から若干外側（または内側）に配置されている。このようにしているのは、プローブ５２６と点対称な位置に配置すると、タイミングセンサ５２９がスリットＳＬに対向することとなり、回転式セクタ５２４の色（または反射率）を正確に検出することができなくなるためである。
【００３７】
図３に示すように、回転式セクタ５２４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とともに、プローブ５２６とタイミングセンサ５２９とを結ぶ線が回転式セクタ５２４の中心を通過するため、プローブ５２６とタイミングセンサ５２９とは常に同じ反射率領域に対向することとなる。従って、タイミングセンサ５２９が高反射率領域である反射部ＲＰを検出したときには、プローブ５２６も高反射率領域である反射部ＲＰに対向している。一方、タイミングセンサ５２９が低反射率領域である吸収部ＮＰを検出したときには、プローブ５２６も低反射率領域である吸収部ＮＰに対向している。すなわち、タイミングセンサ５２９によってプローブ５２６が対向している回転式セクタ５２４の反射率領域を検知できるのである。なお、タイミングセンサ５２９の配置は本実施形態で説明したものに限定されず、プローブ５２６が対向している回転式セクタ５２４の反射率領域を検知できる配置であれば良く、例えば、回転式セクタ５２４の中心に対してプローブ５２６と９０°の位置に配置しても良いし、また、回転式セクタ５２４の領域分割の態様に応じて適当な位置に配置すれば良い。
【００３８】
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。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し、タイミングセンサ５２９およびセンサユニット５２８が対向領域検知手段に相当する。また、処理用プログラムによって実現される演算部５５０の処理内容が温度算出手段に相当する。
【００３９】
＜２．熱処理装置における温度計測の原理＞
次に、上記構成を有する熱処理装置１における基板Ｗの温度計測の原理について説明する。
【００４０】
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。
【００４１】
【数１】
0003592973.tif 000002
【００４２】
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。
【００４３】
【数２】
0003592973.tif 000003
【００４４】
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。
【００４５】
【数３】
0003592973.tif 000004
【００４６】
従って、放射強度Ｉは次式で表される。
【００４７】
【数４】
0003592973.tif 000005
【００４８】
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。
【００４９】
【数５】
0003592973.tif 000006
【００５０】
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。
【００５１】
【数６】
0003592973.tif 000007
【００５２】
従って、結局、計測される強度Ｉは次式のように表される。
【００５３】
【数７】
0003592973.tif 000008
【００５４】
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５１０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５１０の実効反射率を示すものとする。
【００５５】
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。
【００５６】
【数８】
0003592973.tif 000009
【００５７】
【数９】
0003592973.tif 000010
【００５８】
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つの放射強度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。
【００５９】
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を通る光量に差が生じ、実効反射率が異なる２つの値Ｒ１，Ｒ２の間で切り替わる。
【００６０】
２つの実効反射率Ｒ１，Ｒ２が装置定数として定まれば、あとはプローブ５２６によって２つの放射強度Ｉ１，Ｉ２を正確に計測することが重要となる。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際して、以下に示すようにして測定条件を安定なものとし、放射強度Ｉ１，Ｉ２を正確に計測しているのである。
【００６１】
＜３．熱処理装置における温度計測方法＞
次に、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。図５は、熱処理装置１における基板Ｗの温度計測の手順を示すフローチャートである。基板Ｗの温度計測についての基本的な原理は上述した通りであり、熱処理装置１には既に基板Ｗが搬入されているものとし、その基板Ｗの温度を計測する方法について説明する。
【００６２】
まず、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が一定速度で回転する（ステップＳ１）。回転式セクタ５２４が回転することにより、プローブ５２６上を高反射率領域である反射部ＲＰと低反射率領域である吸収部ＮＰとが交互に通過する。より厳密に言えば、反射部ＲＰのスリットＳＬ、スリットＳＬが存在しない遮光部分ＣＬ、吸収部ＮＰのスリットＳＬにプローブ５２６が順次に対向することとなる。
【００６３】
同様に、タイミングセンサ５２９も反射部ＲＰと吸収部ＮＰとに順次に対向することとなる。なお、タイミングセンサ５２９が対向する反射率領域とプローブ５２６が対向する反射率領域とが同じであることは上述したとおりである。
【００６４】
タイミングセンサ５２９は、回転式セクタ５２４の色の差を検出し、そのときに対向しているのが反射部ＲＰであるか吸収部ＮＰであるかをセンサユニット５２８に伝達する。そして、センサユニット５２８は、タイミングセンサ５２９が反射部ＲＰに対向しているときに、タイミング信号を活性化して制御部６０に伝達する。
【００６５】
図６は、放射強度の計測手法を説明するためのタイミングチャートである。図６の上部はセンサユニット５２８によるタイミング信号を示しており、下部はプローブ５２６による出力信号を示している。同図では、タイミングセンサ５２９が対向する領域が低反射率領域である吸収部ＮＰから高反射率領域である反射部ＲＰに移り、タイミング信号が活性化される時刻を”０”としている。タイミング信号が活性化されることは、プローブ５２６が対向する領域が低反射率領域である吸収部ＮＰから高反射率領域である反射部ＲＰに移ったことを意味している。
【００６６】
次に、制御部６０が活性化されたタイミング信号を検出する（ステップＳ２）。図６の例では、時刻”０”に制御部６０が活性化されたタイミング信号を検出することとなる。この時点では、プローブ５２６は吸収部ＮＰと反射部ＲＰとの境界に対向、すなわちスリットＳＬが存在しない遮光部分ＣＬに対向しているため、プローブ５２６からの出力（放射強度の計測値）は実質的に”０”である。
【００６７】
回転式セクタ５２４が回転するにつれて、やがてプローブ５２６は高反射率領域である反射部ＲＰのスリットＳＬに対向する。そして、プローブ５２６は反射部のＲＰのスリットＳＬを通る光量を検出し、信号として出力する。
【００６８】
次に、タイミング信号が活性化されてから時間Ｔ１が経過したときに、制御部６０からの指示に基づいてプローブ５２６がその出力Ｖ１をサンプリングする（ステップＳ３）。出力Ｖ１は、プローブ５２６が回転式セクタ５２４の高反射率領域に対向しているとき、すなわち例えば反射板５１０の実効反射率が値Ｒ１であるときのプローブ５２６の出力である。時間Ｔ１は、タイミング信号が活性化されてからその時間Ｔ１が経過したときにプローブ５２６が反射部ＲＰのスリットＳＬに対向している状態となるように予め設定され、制御部６０内に記憶されている。本実施形態においては、時間Ｔ１経過後サンプリングを５０回行い、それらを平均することによってプローブ５２６が反射部ＲＰのスリットＳＬに対向するときの出力Ｖ１としている。このように複数回のサンプリングを行って、それらを平均することによりプローブ５２６からの出力Ｖ１は安定した値となる。
【００６９】
なお、サンプリングの回数は５０回に限定されるものではなく、出力値の安定に必要な適当な回数とすれば良い。また、時間Ｔ１は、複数回のうちの最終回のサンプリングを行う時点においてもなおプローブ５２６が反射部ＲＰのスリットＳＬに対向している状態となるように設定しておく必要がある。
【００７０】
その後、回転式セクタ５２４がさらに回転するにつれて、プローブ５２６はスリットＳＬが存在しない遮光部分ＣＬに対向するようになる。また、タイミングセンサ５２９が対向する領域が高反射率領域である反射部ＲＰから低反射率領域である吸収部ＮＰに移り、タイミング信号の活性化状態は終了する。
【００７１】
そして、タイミング信号が活性化されてから時間Ｔ２が経過したときに、制御部６０からの指示に基づいてプローブ５２６がその出力Ｖ０をサンプリングする（ステップＳ４）。時間Ｔ２は、タイミング信号が活性化されてからその時間Ｔ２が経過したときにプローブ５２６がスリットＳＬが存在しない遮光部分ＣＬに対向している状態となるように予め設定され、制御部６０内に記憶されている。このときにも、時間Ｔ２経過後サンプリングを５０回行い、それらを平均化することによってプローブ５２６が遮光部分ＣＬに対向するときの出力Ｖ０としている。なお、時間Ｔ２は、複数回のうちの最終回のサンプリングを行う時点においてもなおプローブ５２６が遮光部分ＣＬに対向している状態となるように設定しておく必要があるのは上記と同様である。また、出力Ｖ０は、プローブ５２６が遮光部分ＣＬに対向しているときの出力であるため実質的には”０”に等しい。
【００７２】
その後、回転式セクタ５２４がさらに回転するにつれて、プローブ５２６は低反射率領域である吸収部ＮＰのスリットＳＬに対向するようになる。そして、タイミング信号が活性化されてから時間Ｔ３が経過したときに、制御部６０からの指示に基づいてプローブ５２６がその出力Ｖ２をサンプリングする（ステップＳ５）。出力Ｖ２は、プローブ５２６が回転式セクタ５２４の低反射率領域に対向しているとき、すなわち例えば反射板５１０の実効反射率が値Ｒ２であるときのプローブ５２６の出力である。時間Ｔ３は、タイミング信号が活性化されてからその時間Ｔ３が経過したときにプローブ５２６が吸収部ＮＰのスリットＳＬに対向している状態となるように予め設定され、制御部６０内に記憶されている。
【００７３】
また、上記と同様に、時間Ｔ３経過後サンプリングを５０回行い、それらを平均することによってプローブ５２６が吸収部ＮＰのスリットＳＬに対向するときの出力Ｖ２としている。なお、時間Ｔ３も、複数回のうちの最終回のサンプリングを行う時点においてもなおプローブ５２６が吸収部ＮＰのスリットＳＬに対向している状態となるように設定しておく必要がある。
【００７４】
以上のようにして３つの出力Ｖ１，Ｖ０，Ｖ２が得られた後、それらに基づいて演算部５５０が基板Ｗの温度を算出する演算を行う（ステップＳ６〜ステップＳ８）。
【００７５】
まず、（Ｖ１−Ｖ０）を反射板５１０の実効反射率が値Ｒ１であるときの放射強度Ｉ１とし（ステップＳ６）、（Ｖ２−Ｖ０）を反射板５１０の実効反射率が値Ｒ２であるときの放射強度Ｉ２とする（ステップＳ７）。出力Ｖ０は、プローブ５２６が遮光部分ＣＬに対向しているときの出力であって、言うなれば０レベルの基準信号（バックグラウンドの出力信号）である。従って、（Ｖ１−Ｖ０）を実効反射率Ｒ１についての放射強度Ｉ１とし、（Ｖ２−Ｖ０）を実効反射率Ｒ２についての放射強度Ｉ２とすることにより、０レベルによる補正（零点補正）を行っているのである。出力Ｖ１をそのまま実効反射率Ｒ１についての放射強度とし、出力Ｖ２をそのまま実効反射率Ｒ２についての放射強度としても良いのであるが、本実施形態のようにした方が０レベルの基準信号による補正、すなわちバックグラウンドによる影響を無くす補正を行っているので、より正確な放射強度を求めることができる。
【００７６】
次に、上記の放射強度Ｉ１、Ｉ２に基づいて演算部５５０が基板Ｗの温度Ｔと放射率εＷとを算出する（ステップＳ８）。実効反射率Ｒ１，Ｒ２は装置定数として定まっているため、放射強度Ｉ１、Ｉ２が求められれば、上述した数８および数９から基板Ｗの温度Ｔと放射率εＷとを算出することができる。
【００７７】
算出された基板Ｗの温度Ｔは制御部６０に伝達され、制御部６０はそれに基づいてランプドライバ８０に温度制御信号を送り、ランプ２０に供給する電力を調整して基板温度を制御する。
【００７８】
その後、さらに回転式セクタ５２４が回転すると、再びプローブ５２６が対向する領域が低反射率領域である吸収部ＮＰから高反射率領域である反射部ＲＰに移り、タイミング信号が活性化されて上記と同様の手順が繰り返され（ステップＳ２〜ステップＳ８）、新たな基板Ｗの温度Ｔが算出される。
【００７９】
ところで、回転式セクタ５２４が一回転するときのタイミング信号のパルス数は一定である。例えば、本実施形態（図３）の場合はパルス数”２”となる。従って、所定のパルス数が検出されるのに要する経過時間を計測することにより、単位時間あたりの回転式セクタ５２４の回転数を求めることができる。
【００８０】
制御部６０は、タイミング信号のパルス数をカウントするとともに、その経過時間を計測し、単位時間あたりの回転式セクタ５２４の回転数を求めてモータドライバ５３０に伝達する。モータドライバ５３０は伝達された回転数が予め定められている所定の回転数よりも多い場合はモータ５２５に供給する電力を減じて回転数を下げ、所定の回転数よりも少ない場合はモータ５２５に供給する電力を増加して回転数を上げ、回転式セクタ５２４の回転数が一定の値となるようにモータ５２５を制御する。これによって、回転式セクタ５２４の回転数は常に一定に保たれることとなる。
【００８１】
以上のようにすれば、タイミング信号が活性化されてから、すなわちプローブ５２６が対向する領域が低反射率領域である吸収部ＮＰから高反射率領域である反射部ＲＰに移ってから所定時間の経過後にプローブ５２６からの出力をサンプリングするようにしているので、プローブ５２６が回転式セクタ５２４内の常に同じ位置に対向しているときに放射強度が計測されることとなり、測定条件が安定することとなる。従って、基板Ｗの温度Ｔの測定結果も誤差の少ないものとすることができる。
【００８２】
また、回転式セクタ５２４の回転数を監視するとともに、モータドライバ５３０によって回転式セクタ５２４の回転数が一定の値となるようにしているため、タイミング信号が活性化されてから所定時間の経過後にプローブ５２６が対向する回転式セクタ５２４内の位置は常に一定となる。従って、プローブ５２６が回転式セクタ５２４内の常に同じ位置に対向しているときに放射強度が計測されることとなり、測定条件が安定する。
【００８３】
また、複数回のサンプリングを行って、それらの平均値をプローブ５２６からの出力値としているため、出力値は安定したものとなり、測定条件が安定することにつながる。
【００８４】
さらに、プローブ５２６が遮光部分ＣＬに対向しているときの出力Ｖ０を計測して０レベルの基準信号としているため、バックグラウンドによる影響の無い、より正確な放射強度を求めることができる。
【００８５】
＜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、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。
【００８６】
また、上記実施形態においては、タイミングセンサ５２９が高反射率領域である反射部ＲＰに対向しているときに、タイミング信号を活性化するようにしていたが、これを逆にしてタイミングセンサ５２９が低反射率領域である吸収部ＮＰに対向しているときに、タイミング信号を活性化するようにしても良い。
【００８７】
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。
【００８８】
【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、対向領域検知手段による検知内容に基づいて、放射強度計測手段が実効反射率切替板内の所定の計測位置に対向しているときに放射強度を計測するようにしているため、放射強度計測手段が実効反射率切替板内の常に同じ位置に対向しているときに放射強度が計測されることとなり、安定した測定条件の下で基板の温度を計測することができる。
【００８９】
また、請求項２の発明によれば、タイミング信号が活性化されてから所定時間の経過後に放射強度計測手段に放射強度を計測させているため、請求項１の発明と同様の効果を確実に得ることができる。
【００９０】
また、請求項３の発明によれば、実効反射率切替板内の高反射率領域または低反射率領域のいずれかに放射強度計測手段が対向しているときにタイミング信号を活性化させているため、請求項１の発明と同様の効果を得ることができる。
【００９１】
また、請求項４の発明によれば、タイミング信号が活性化されてから第１の時間が経過後に放射強度計測手段が高反射率領域のスリットに対向しているときの放射強度を放射強度計測手段に計測させ、第２の時間が経過後に放射強度計測手段が実効反射率切替板内のスリット以外の部分に対向しているときの放射強度を放射強度計測手段に計測させ、第３の時間が経過後に放射強度計測手段が低反射率領域のスリットに対向しているときの放射強度を放射強度計測手段に計測させているため、０レベルの基準信号を得ることができ、より正確な放射強度を求めることができる。
【００９２】
また、請求項５の発明によれば、放射強度計測手段に放射強度を複数回計測させた後、その計測結果を平均化させているため、測定条件をより安定したものにすることができる。
【００９３】
また、請求項６の発明によれば、実効反射率切替板の回転数が一定の値となるようにしているため、タイミング信号が活性化されてから所定時間の経過後に放射強度計測手段が実効反射率切替板内の同じ位置に確実に対向することとなり、請求項２の発明と同様の効果を確実に得ることができる。
【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】図１の熱処理装置における基板の温度計測の手順を示すフローチャートである。
【図６】プローブによる放射強度計測手法を説明するためのタイミングチャートである。
【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
６０  制御部
５１０  反射板
５１０ａ  穴
５２４  回転式セクタ
５２５  モータ
５２６  プローブ
５２８  センサユニット
５２９  タイミングセンサ
５３０  モータドライバ
５５０  演算部
５５１  メモリ
Ｗ  基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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