(57)【要約】【課題】基板上の膜成長面の温度を精度よく検出する。【解決手段】気相成長装置は、基板に対して気相成長反応を生じさせる反応室と、反応室にガスを供給するガス供給部と、基板を加熱する加熱手段と、基板の膜成長面の上方に配置されて、膜成長面の温度を測定する放射温度計と、を備える。放射温度計は、熱輻射光強度の位相と反射率の位相とが合うように熱輻射光強度の位相と反射率の位相との少なくともいずれかを補正し、位相が合わせられた熱輻射光強度と反射率に基づき、膜成長面の温度を求める計算部を有する。【選択図】図１
2017017251.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に対して気相成長反応を生じさせる反応室と、
前記反応室にガスを供給するガス供給部と、
前記基板を加熱する加熱手段と、
前記基板の膜成長面の上方に配置されて、前記膜成長面の温度を測定する放射温度計と、を備え、
前記放射温度計は、前記基板の膜成長面の熱輻射光強度の位相と反射率の位相とが合うように前記熱輻射光強度の位相と前記反射率の位相との少なくともいずれかを補正し、前記補正により位相が合わせられた前記熱輻射光強度と前記反射率に基づき、前記膜成長面の温度を求める計算部を有する気相成長装置。
【請求項２】
前記計算部は、前記熱輻射光強度の位相に合わせて前記反射率の位相を合わせて補正する、または前記反射率の位相に合わせて前記熱輻射光強度の位相を合わせて補正する請求項１に記載の気相成長装置。
【請求項３】
前記計算部は、
前記放射温度計で測定された前記熱輻射光強度の時間変化から現在の位相を検出する位相検出部と、
前記放射温度計で測定された前記反射光強度に基づいて、前記基板の膜成長面の反射率の直近の最大値および最小値の少なくとも一方を検出する反射率検出部と、
前記位相検出部にて検出された位相に基づいて、モデル化された反射率関数の位相を調整するとともに、前記反射率検出部にて検出された前記直近の最大値および最小値の少なくとも一方に基づいて、前記反射率関数のフィッティングパラメータを調整するフィッティング部と、
前記フィッティング部で調整された前記反射率関数と前記熱輻射光強度とに基づいて、前記温度を計算する温度計算部と、を有する請求項１又は請求項２に記載の気相成長装置。
【請求項４】
前記反射率関数は、
Ａ・(sin(φ)＋１)・(1−α(sin(φ)＋１))＋Ｂ
で表される式であり、
フィッティングパラメータＡおよびＢは、前記反射率検出部にて検出された前記直近の最大値および最小値に基づいて調整され、
位相φは、前記位相検出部にて検出された現在の位相に基づいて調整される請求項３に記載の気相成長装置。
【請求項５】
加熱手段により基板を加熱しながら前記基板に原料ガスを供給して、前記基板上に単一、または複数の膜を順次成長させる際に前記基板の温度を検出する温度検出方法であって、
前記基板の膜成長面の上方に放射温度計を配置して、前記基板からの熱輻射光強度および反射光強度を測定し、
前記熱輻射光強度の位相および前記反射率の位相とが合うように前記熱輻射光強度の位相と前記反射率の位相の少なくともいずれかを補正し、
前記補正により位相が合わせられた前記熱輻射光強度と前記反射率に基づき、前記膜成長面の温度を求める温度検出方法。
【請求項６】
前記放射温度計で測定された前記熱輻射光強度の位相を検出し、
前記放射温度計で測定された反射率の直近の最大値および最小値を検出し、
検出された前記熱輻射光強度の位相にモデル化された反射率関数の位相を合せ、検出された前記反射率の直近の最大値および最小値に、前記反射率関数のフィッティングパラメータを調整することにより前記反射率を補正し、
補正された前記反射率と前記熱輻射光強度とに基づいて、前記温度を計算する請求項５に記載の温度検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、気相成長装置および温度検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
放射温度計は、測定対象物から放射される熱輻射光強度を測定して測定対象物の温度を求めるものである。放射温度計は、測定対象物の温度を非接触で測定できるため、基板上に複数の膜を形成する成膜工程にて、各膜の成長温度をモニタしながら成膜を行うといった目的に利用できる。
【０００３】
ところで、一般に測定対象物からの熱輻射光強度は同じ温度の黒体からの熱輻射光強度に比べて小さい。ある温度の物体からの熱輻射光強度を同じ温度の黒体からの熱輻射光強度で割ったものが放射率である。これは、（１）式で表される。
【０００４】
Ｐ（Ｔ、ε）＝ε×Ｐｂ（Ｔ）  …（１）
【０００５】
ここで、εは測定対象物の放射率、Ｐは温度Ｔでの熱輻射光強度、Ｐｂは温度Ｔの黒体からの熱輻射光強度である。したがって、測定対象物からの熱輻射光強度を測定し、この熱輻射光強度をその物体の放射率で割り、放射率の影響を補正することで、この物体と同じ温度の黒体が放射する熱輻射光強度を求め、この熱輻射光強度から物体の温度を計算することができる。
【０００６】
このため、放射温度計を用いて精度よく温度を計測するためには測定対象物の正確な放射率の値が必要である。ただし、放射率は、測定対象物の材質だけでなく表面状態や温度などにも依存するため、測定対象物の適切な放射率の値を正確に得ることは簡単ではない。
【０００７】
一方、ある限定された条件下では、放射率を測定することが可能である。つまり、熱輻射光強度を測定する光の波長範囲において、光が測定対象物を透過せず、また測定対象物の表面に照射した光が散乱されない場合、測定対象物の表面での光の反射率をＲとすると、放射率（ε）は、（２）式で表される。
【０００８】
ε＝１−Ｒ  …（２）
【０００９】
したがって、熱輻射光強度を測定する光の波長範囲において、測定対象物の表面が十分な鏡面性を有し、外部からの光源を用いて測定対象物の反射率を測定することが可能であり、測定対象物が光を吸収する（光透過率が０である）場合には、測定対象物の表面状態や温度にかかわらず放射率を求めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０００−１０５１５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
基板の上に薄膜が形成されている場合、薄膜表面と基板表面にて多重反射が生じるため、薄膜の膜厚によって反射率が周期的に変化する。この反射率が変化する膜厚の周期は形成される薄膜の屈折率と測定に用いる波長によって決まる。具体的には、形成する薄膜の屈折率をｎ、測定に用いる波長をλ、反射率が変化する膜厚の周期をｄｐすると、（３）式で表される。
【００１２】
ｄｐ＝λ／２ｎ    …（３）
【００１３】
あるいは薄膜の膜厚をｄとして、反射率は（４）式のように、
φ＝４πｎｄ／λ…（４）
の位相で変化していると見ることができる。
【００１４】
測定対象物からの熱輻射光強度は測定対象物の放射率に依存し、この放射率は反射率と（２）式の関係があるので、原理的には、熱輻射光強度と反射率の上記の膜厚の変化に対する位相は一致しているはずであるが、実際上、反射率を測定して求めた放射率と熱輻射光強度の膜厚の変化に対する位相は完全に一致させることは難しい。たとえば反射率の測定に用いる光源のスペクトルと熱輻射光のスペクトルは一般には異なっている。このため、たとえ反射率と熱輻射光強度の測定に同一の波長選択フィルタを用いても、波長選択フィルタを通過する光の波長幅が有限であるために、反射率が変化する膜厚の周期と放射率が変化する膜厚の周期がわずかに異なる。これは、（４）式で定義される見かけ上の波長が反射率と放射率では異なっていると言うこともできる。（４）式から、放射率の位相φｅ、反射率の位相をφｒとするとその差δφは、反射率の測定に見られる見かけ上の波長λｒと熱輻射光強度の測定に見られるλｅを用いて、以下の（５）式で表される。
【００１５】
δφ＝４πｎｄ（１／λｅ−１／λｒ）…（５）
【００１６】
この（５）式からわかるように、反射率と放射率の膜厚に対する周期変化の位相は膜厚が大きくなるにしたがって大きくなる。つまり、膜厚が増大するにつれて反射率から求めた放射率は実際の放射率から次第にずれていく。つまり、反射率から求めた放射率を使って補正して求めた温度は薄膜の膜厚が増大するほど、誤差が大きくなる。
【００１７】
成長する薄膜が、前記の放射温度計の計測に用いる波長の光を吸収する場合、反射率の膜厚に対する周期的な振動は、膜厚が増すにつれて小さくなり、最終的には一定値になる。これは形成する薄膜の内部で光が吸収されるため、薄膜の下面からの反射光がほとんどなくなるためである。このような場合、反射率や熱輻射光強度の膜厚に対する変動が膜厚の増大とともに次第に無くなるので、上述のような温度の誤差はあまり大きな問題とならない。一方、成長する薄膜が、放射温度計の計測に用いる波長域の光を吸収しない場合、反射率の膜厚に対する変動は無くならないので、上述のような温度の誤差は大きな問題となりうる。
【００１８】
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、基板上の膜成長面の温度を精度よく検出可能な気相成長装置および温度検出方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本実施形態による気相成長装置は、基板に対して気相成長反応を生じさせる反応室と、前記反応室にガスを供給するガス供給部と、前記基板の膜成長面とは反対の面側から、前記基板を加熱する加熱手段と、前記基板の膜成長面の上方に配置されて、前記膜成長面の温度を測定する放射温度計と、を備え、前記放射温度計は、前記基板の膜成長面の熱輻射光強度の位相と反射率の位相とが合うように前記熱輻射光強度の位相と前記反射率の位相との少なくともいずれかを補正し、前記補正により位相が合わせられた前記熱輻射光強度と前記反射率に基づき、前記膜成長面の温度を求める計算部を有する。
【００２０】
また、本実施形態による気相成長方法は、加熱手段により基板を加熱しながら前記基板に原料ガスを供給して、前記基板上に単一、または複数の膜を順次成長させる際に前記基板の温度を検出する温度検出方法であって、前記基板の膜成長面の上方に放射温度計を配置して、前記基板からの熱輻射光強度および反射光強度を測定し、前記熱輻射光強度の位相および前記反射率の位相とが合うように前記熱輻射光強度の位相と前記反射率の位相の少なくともいずれかを補正し、前記補正により位相が合わせられた前記熱輻射光強度と前記反射率に基づき、前記膜成長面の温度を求める。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】一実施形態による気相成長装置の概略構成を示す図。
【図２】放射温度計の内部構成を示す図。
【図３】放射温度計内の計算部の処理手順の一例を示すフローチャート。
【図４】熱輻射光強度の波形図。
【図５】熱輻射光強度と反射率を表す曲線の一例を示す図。
【図６】図３の処理を行った場合と行わなかった場合の放射温度計で測定される温度の時間変化を示す曲線を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１は一実施形態による気相成長装置１の概略構成を示す図である。本実施形態では、成膜処理を行う基板としてシリコン基板、具体的にはシリコンウエハ（以下、単にウエハと呼ぶ）Ｗを用い、このウエハＷ上に複数の膜を積層する例を説明する。
【００２３】
図１の気相成長装置１は、ウエハＷに成膜を行うチャンバ２と、このチャンバ２内のウエハＷに原料ガスを供給するガス供給部３と、チャンバ２の上部に位置する原料放出部４と、チャンバ２内でウエハＷを支持するサセプタ５と、このサセプタ５を保持して回転する回転部６と、ウエハＷを加熱するヒータ７と、チャンバ２内のガスを排出するガス排出部８と、このガス排出部８からガスを排気する排気機構９と、ウエハＷの温度を測定する放射温度計１０と、各部を制御する制御部１１とを備えている。
【００２４】
チャンバ２は、成膜対象のウエハＷを収納可能な形状（例えば、円筒形状）であり、チャンバ２の内部に、サセプタ５、ヒータ７、回転部６の一部などが収容されている。
【００２５】
ガス供給部３は、複数のガスを個別に貯留する複数のガス貯留部３ａと、これらガス貯留部３ａと原料放出部４とを接続する複数のガス管３ｂと、これらガス管３ｂを流れるガスの流量を調整する複数のガスバルブ３ｃとを有する。各ガスバルブ３ｃは、対応するガス管３ｂに接続されている。複数のガスバルブ３ｃは、制御部１１により制御される。実際の配管は、複数のガス管を結合したり、１本のガス管を複数のガス管に分岐したり、ガス管の分岐や結合を組み合わせるなどの複数の構成を取りうる。
【００２６】
ガス供給部３から供給される原料ガスは、原料放出部４を通って、チャンバ２内に放出される。チャンバ２内に放出された原料ガス（プロセスガス）は、ウエハＷ上に供給され、これにより、ウエハＷ上に所望の膜が形成されることになる。なお、使用する原料ガスの種類は、特に限定されない。
【００２７】
原料放出部４の底面側には、シャワープレート４ａが設けられている。このシャワープレート４ａは、ステンレス鋼やアルミニウム合金等の金属材料を用いて構成することができる。複数のガス管３ｂからのガスは、原料放出部４内で混合されて、シャワープレート４ａのガス噴出口４ｂを通ってチャンバ２内に供給される。なお、シャワープレート４ａにガス流路を複数設け、複数種類のガスを分離したままチャンバ２内のウエハＷに供給してもよい。
【００２８】
原料放出部４の構造は、成膜された膜の均一性、原料効率、再現性、製作コストなどを勘案して選定されるべきであるが、これらの要求を満たすものであれば特に限定されるものではなく、公知の構造のものを適宜用いることもできる。
【００２９】
サセプタ５は、回転部６の上部に設けられており、サセプタ５の内周側に設けられた座ぐり５ａ内にウエハＷを載置して支持する構造になっている。なお、図１の例では、サセプタ５は、その中央に開口部を有する環状形状であるが、開口部のない略平板形状でもよい。
【００３０】
ヒータ７は、サセプタ５および／またはウエハＷを加熱する加熱部である。加熱対象を所望の温度および温度分布に加熱する能力、耐久性などの要求を満たすものであれば、特に限定されない。具体的には、抵抗加熱、ランプ加熱、誘導加熱などが挙げられる。
【００３１】
排気機構９は、ガス排出部８を介してチャンバ２の内部から反応後の原料ガスを排気し、排気バルブ９ｂと真空ポンプ９ｃの作用により、チャンバ２内を所望の圧力に制御する。
【００３２】
放射温度計１０は、原料放出部４の上面に設けられている。放射温度計１０は、光源からの光をウエハＷに照射し、ウエハＷからの反射光を受光して、ウエハＷの反射光強度を測定する。また、放射温度計１０は、ウエハＷの膜成長面Ｗａからの熱輻射光を受光して、熱輻射光強度を測定する。放射温度計１０は、その内部に計算部１０ｇを有する。この計算部１０ｇは、ウエハＷの膜成長面Ｗａの熱輻射光強度の位相と反射率の位相とが合うように熱輻射光強度の位相又は反射率の位相を補正し、補正により位相が合わせられた熱輻射光強度と反射率に基づき、膜成長面の温度を求める。計算部１０ｇは、例えば、汎用のコンピュータにより構成可能である。
【００３３】
原料放出部４の上面には、光透過窓２ａが設けられており、放射温度計１０の光源からの光と、ウエハＷからの反射光および熱輻射光は、この光透過窓２ａを通過する。光透過窓２ａは、スリット形状や矩形状、円形状などの任意の形状を取り得る。窓２ａには、本実施形態の放射温度計１０で計測する光の波長範囲で透明な部材を用いる。室温から１５００℃程度の温度を測定する場合には、可視領域から近赤外領域の光の波長を計測するのが好ましく、その場合には窓２ａの部材としては石英などが好適に用いられる。
【００３４】
制御部１１は、気相成長装置１内の各部を集中的に制御するコンピュータと、成膜処理に関する成膜処理情報や各種プログラムなどを記憶する記憶部とを備えている。制御部１１は、成膜処理情報や各種プログラムに基づいて、ガス供給部３や回転部６の回転機構、排気機構９などを制御し、ヒータ７によるウエハＷの加熱などを制御する。
【００３５】
図２は放射温度計１０の内部構成を示す図である。放射温度計１０は、光源１０ａと、ハーフミラー１０ｂと、焦点調整用レンズ１０ｃと、波長選択フィルタ１０ｄと、絞り１０ｅと、受光部１０ｆと、計算部１０ｇとを有する。
【００３６】
光源１０ａは、ウエハＷに照射するための照明光Ｌ１を発光する。ハーフミラー１０ｂは、照明光Ｌ１を反射させてウエハＷに向けるとともに、ウエハＷからの光を透過させる。レンズ１０ｃは、ハーフミラー１０ｂを透過した照明光Ｌ１をウエハＷ上に結像させる。また、レンズ１０ｃは、ウエハＷからの反射光Ｌ１ａと熱輻射光Ｌ２を受光部１０ｆの受光面Ｍ１上に結像させる。波長選択フィルタ１０ｄは、ハーフミラー１０ｂを透過した光のうち、所定の波長範囲の反射光Ｌ１ａと熱輻射光Ｌ２を透過させる。絞り１０ｅは、ウエハＷ上の測定に必要な部分からの光のみを透過させる。受光部１０ｆは、絞り１０ｅを透過した反射光Ｌ１ａと熱輻射光Ｌ２を受光する。計算部１０ｇは、受光部１０ｆで受光された反射光Ｌ１ａの強度（反射光強度）と熱輻射光Ｌ２の強度（熱輻射光強度）とに基づいて、ウエハＷの温度を求める。すなわち、計算部１０ｇは、ウエハＷ上の膜成長面Ｗａの熱輻射光強度と反射率の位相を合わせた状態で、膜成長面の温度を検出する。
【００３７】
受光部１０ｆは熱輻射光と光源１０ａからウエハＷに照射された光の反射光を同時に検出する。光源１０ａの光を断続的にオンとオフを繰り返すことで、受光部１０ｆは熱輻射光と反射光を併せて受光する場合と熱輻射光のみを受光する場合とを同様に繰り返す。この二つの場合の受光部からの信号の差から、反射光の強度を求めることができる。
【００３８】
本実施形態による放射温度計１０で測定に用いる波長範囲としては、８００ｎｍから１５００ｎｍを挙げることができる。この範囲の波長は、５００℃から１５００℃程度の温度の測定に好適であり、近年重要性が認識されている窒化ガリウム系半導体の成長温度がこの範囲にあるため、重要である。反射率を測定するための光源１０ａとしては発光ダイオードが好適に用いられる。これは、発光ダイオードが安定した光源であり、上記の波長域で利用可能なものが多く、耐久性が高いためである。波長選択フィルタ１０ｄの波長範囲の幅としては５０ｎｍ以下が挙げられる。波長選択フィルタ１０ｄの波長範囲の幅が５０ｎｍより大きい場合、反射率を測定するための光源のスペクトルと熱輻射スペクトルの違いが大きくなり、好適に用いることができない。反射率を測定するための光源のスペクトルと熱輻射スペクトルの差を小さくするためには、波長選択フィルタ１０ｄの波長範囲の幅が小さいほうが好ましい。その点で、より好ましい波長選択フィルタ１０ｄの波長範囲としては２０ｎｍ、さらに好ましくは１０ｎｍ以下である。ただし、上記の波長範囲の幅が１０ｎｍよりも小さい場合、受光する光の量が少なくなるため、測定精度が低下するので好ましくない。
【００３９】
放射温度計１０内の計算部１０ｇは、図２に示すように、位相検出部１０ｈと、反射率検出部１０ｉと、フィッティング部１０ｊと、温度計算部１０ｋとを有する。位相検出部１０ｈは、放射温度計１０で測定された熱輻射光強度の時間変化から現在の位相を検出する。反射率検出部１０ｉは、放射温度計１０で測定された反射光強度に基づいて、ウエハＷの膜成長面Ｗａの反射率の最大値および最小値を検出する。フィッティング１０ｊは、位相検出部１０ｈにて検出された位相に基づいて、モデル化された反射率関数の位相を調整するとともに、反射率検出部１０ｉにて検出された反射率の最大値および最小値に基づいて、反射率関数のフィッティングパラメータを調整する。温度計算部１０ｋは、フィッティング部１０ｊで調整された反射率関数と熱輻射光強度とに基づいて、温度を計算する。これらは、ソフトウェアによって構成されてもよい。
【００４０】
図３は放射温度計１０内の計算部１０ｇの処理手順の一例を示すフローチャートである。まず、モデル化された反射率関数を準備する（ステップＳ１）。反射率関数は、一番簡単にはサイン関数で近似できる。より精度の高い近似として、例えば下記の（６）式にて反射率関数を表すことができる。
【００４１】
Ａ・(sin(φ)＋１)・(１−α(sin(φ)＋１))＋Ｂ    …（６）
【００４２】
ここで例示した反射率の関数は、薄膜が、放射温度計１０が測定に用いる波長の光を吸収しない場合である。薄膜が測定に用いる波長の光を吸収する場合には、（６）式の振幅が膜厚の増大に対して指数関数的に減少する項を乗じて表せばよい。以下、薄膜が測定に用いる波長の光を吸収しない場合についてのみ説明するが、そうでない場合も上記のように（６）式を反射率の振幅が減衰するように表せば、本実施形態に同様に適用可能である。
【００４３】
（６）式における定数αは、予め設定される値（例えば０．２）である。φは反射率が膜厚に対して周期的に変化することに対応する位相である。φは形成する薄膜の膜厚に比例する。さらに、薄膜の形成速度が時間によらず一定であれば、φは薄膜の形成時間に比例する。ＡとＢは、測定された反射率の最大値および最小値から計算することができるパラメータである。つまり、反射率の最小値と最大値からＡとＢの２つのパラメータが計算され、現在の位相（φ）がわかれば（６）式により、現在の反射率が計算できる。（６）式のＡとＢは、後述するステップＳ５でフィッティングされるフィッティングパラメータである。一例としては、現に反射率および熱輻射光強度の測定が行われている時点から直近の一組の反射率の最大値と最小値を用いてＡとＢをフィッティングすればよい。
【００４４】
なお、ステップＳ１で準備する反射率関数の具体的な式は、（６）式に限定されるものではない。上述したように、単純なサイン関数でもよいし、（６）式よりも複雑な式でもよい。
【００４５】
次に、位相検出部１０ｈは、放射温度計１０にて測定された熱輻射光強度の時間変化から、熱輻射光強度の現在の位相を求める（ステップＳ２）。このステップＳ２の簡易な手法は、熱輻射光強度の直近の２つの最大値（あるいは最小値）の時間とその間隔から、現在の位相を求めることである。例えば、熱輻射光強度の測定値が図４のようなグラフで表される場合、このグラフの最大値の時間Ｔ１，Ｔ２を検出すると、現在時刻Ｔ３の位相は、下記の（７）式で表すことができる。
【００４６】
(Ｔ３−Ｔ２)／(Ｔ２−Ｔ１)×２π    …（７）
【００４７】
（７）式を用いて現在の位相を求める場合、熱輻射光強度の新たな最大値が求まるまでは、同一のＴ１とＴ２を使って位相が計算される。その間に形成する薄膜の成膜速度が変化した場合、正確な位相を求めることができない。そこで、熱輻射光強度の現在の時刻および振幅値に合わせて、リアルタイムにステップＳ１で準備した反射率関数との位相調整を行ってもよい。また直近の、反射率の一つの最大値と一つの最小値を使えば、上述の方法の半分にあたる時間差が求められ、（７）式を適宜変更することで、上述の方法と同様に現在の熱輻射光強度の位相を求めることができる。
【００４８】
次に、放射温度計１０で測定された反射光強度から反射率を求める（ステップＳ３）。ここでは、事前に、反射率Ｒrefが既知の物質の反射光強度Ｉrefを測定しておく。例えば、シリコンウエハＷの場合、反射率は約３０％である。放射温度計１０で測定された反射光強度Ｉmesを用いると、反射率Ｒmesは、以下の（８）式で求めることができる。
【００４９】
Ｒmes＝Ｉmes／Ｉref・Ｒref    …（８）
【００５０】
次に、反射率検出部１０ｉは、ステップＳ３で求めた反射率を用いて、反射率の直近の最大値と最小値を求める（ステップＳ４）。ここでは、例えば、ステップＳ３で求めた反射率を用いて、横軸を時間、縦軸を反射率とする反射率曲線を生成し、この曲線を用いて反射率の直近の最大値と最小値を検出すればよい。
【００５１】
次に、フィッティング部１０ｊは、ステップＳ２で求めた熱輻射光強度の位相と、ステップＳ４で求めた反射率の最大値および最小値とを用いて、ステップＳ１で準備したモデル化した反射率関数により、測定された熱輻射光強度の現在の位相に合わせた反射率を計算する（ステップＳ５）。
【００５２】
このように、ステップＳ５では、モデル化した反射率関数が例えば（６）式で表される場合には、ステップＳ４で求めた反射率の直近の最大値と最小値に基づいて、（６）式中のパラメータＡとＢを決定（すなわち、ＡとＢをフィッティング）し、かつ、ステップＳ２で求めた熱輻射光強度の位相（６）φを用いて反射率を補正する。これにより、反射率は、熱輻射光強度の位相が揃うように補正される。
【００５３】
次に、温度計算部１０ｋは、位相の揃った熱輻射光強度と反射率とを用いて、ウエハＷの膜成長面の温度を求める（ステップＳ６）。
【００５４】
このステップＳ６では、例えば以下の手順で温度を求めることができる。プランクの放射則は、以下の（９）式で表される。なお、温度の単位は絶対温度である。
【００５５】
【数１】
2017017251.tif 000003
【００５６】
（９）式において、Ｌは熱輻射光強度、ｃ１はプランクの第１定数、ｃ２はプランクの第２定数、Ｔは温度、λは測定波長、εは放射率である。（９）式の右辺の分母の「−１」は、通常の温度領域では無視される。
【００５７】
したがって、（９）式の温度Ｔは、以下の（１０）式で表すことができる。
【００５８】
【数２】
2017017251.tif 000004
【００５９】
実際には、放射率ε＝１の黒体のある温度Ｔ０の熱輻射光強度Ｌ０を測定し、測定対象が黒体と仮定した温度Ｔuncは、測定対象の熱輻射温度Ｌ０を使って、以下の（１１）式で計算することができる。
【００６０】
【数３】
2017017251.tif 000005
【００６１】
また、測定された反射率から求めた放射率εを用いて補正した温度Ｔcorは、以下の（１２）式で計算することができる。
【００６２】
【数４】
2017017251.tif 000006
【００６３】
図５は熱輻射光強度と反射率を表す曲線の一例である。図５の横軸は時間、縦軸は熱輻射光強度または反射率である。図５の曲線ｗ１は熱輻射光強度の実測曲線、曲線ｗ２は反射率の実測曲線、曲線ｗ３は熱輻射光強度の位相に位相をそろえた反射率関数の曲線である。
【００６４】
図５の曲線ｗ１とｗ２に示すように、放射温度計１０で測定された熱輻射光強度と反射率の位相がずれていた場合に、図３の処理を行い、反射率関数の位相の補正を行うことで曲線ｗ３と熱輻射光強度の曲線ｗ１との位相を揃えることができる。反射率と熱輻射光強度の位相が合えば、上述した（１１）式と（１２）式にて、ウエハＷの膜成長面の温度を精度よく求めることができる。
【００６５】
図６は、図３の処理を行った場合と行わなかった場合とで、放射温度計１０で測定される温度の時間変化を示す曲線である。図６の横軸は時間（秒）、縦軸は温度（℃）である。図６の曲線ｗ４は図３の処理を行った場合の温度、曲線ｗ５は図３の処理を行わなかった場合の温度を示している。
【００６６】
図６の曲線ｗ４とｗ５を比較すればわかるように、図３の処理を行うことで、温度の変動を抑制することができ、温度誤差を約３℃以内に抑えることができる。これは、熱輻射光強度と反射率との位相が揃っているためと考えられ、位相がずれている場合は、曲線ｗ５に示すように、温度誤差が約５℃になる。
【００６７】
このように、本実施形態では、実際に測定した反射率の直近の最大値と最小値に基づいて、反射率関数のフィッティングパラメータを調整し、さらに放射温度計１０で測定された熱輻射光強度の位相に合うように、反射率関数の位相を補正する。このようにして、熱輻射光強度と反射率の位相が揃った状態で、ウエハＷの膜成長面の温度を測定することができる。よって、温度の測定精度を向上させることができる。本実施形態による気相成長装置１では、温度の測定結果に基づいて、ヒータ７の温度調節を行えるため、温度の測定精度が向上すれば、ウエハＷ上に膜を形成する際の温度を厳密に設定可能となる。よって、ウエハＷ上に成膜される膜の品質を向上できる。
【００６８】
上述した実施形態では、熱輻射光強度の位相に合うように反射率関数の位相を補正する例を説明したが、逆に、熱輻射光強度をモデル化した関数を設けて、反射率の位相に合うように熱輻射光強度のモデル関数の位相を補正してもよい。この場合、放射温度計１０内の計算部は、ウエハＷの膜成長面Ｗａの反射率の位相に熱輻射光強度の位相を合わせた状態で、膜成長面Ｗａの温度を検出することになる。さらに、反射率と熱輻射光強度の両方にモデル化した関数を適用して双方の位相が合うように双方の位相を補正してもよい。
【００６９】
図１に示した反応炉の例は１枚の基板を処理する枚葉式のものであるが、サセプタ上に多数の基板を載置して成膜を行う多数枚炉についても同様に本実施形態を適用可能である。また本実施形態は原料ガスを加熱した基板に供給する方法について説明したが、そのほか、蒸着法、分子線エピタクシー法、スパッタリング法などについても適用可能である。
【００７０】
これまでの実施形態では、基板としてシリコンウエハＷを用いる例を説明したが、シリコンは可視および近赤外波長領域で光を吸収する。このため、本実施形態で可視域〜近赤外領域の光を測定に用いる場合、反射率から放射率を求めることができる。一方、サファイアなど可視〜赤外の波長範囲で透明な基板も薄膜成膜の基板としてよく用いられている。この場合、厳密には、反射率からだけでは放射率を決定することができず、本実施形態を用いることはできない。しかしその場合でも、透明基板がグラファイトなどの目的の波長領域で不透明であるサセプタ５上に載置され、放射温度計１０が透明基板を通してサセプタ５からの熱輻射光を測定する場合、サセプタ５を測温対象として扱うことで本実施形態を適用することができる。その場合、透明基板のサセプタ５側の表面とサセプタ５の表面の間の多重反射について留意する必要がある。
【００７１】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００７２】
１  気相成長装置、２  チャンバ、３  ガス供給部、３ａガス貯留部、３ｂ  ガス管、３ｃ  ガスバルブ、４  原料供給部、４ａ  シャワープレート、５  サセプタ、６  回転部、７  ヒータ、８  ガス排出部、９  真空ポンプ、１０  放射温度計、１０ａ  光源、１０ｂ  ハーフミラー、１０ｃ  焦点調整用レンズ、１０ｄ  波長選択フィルタ、１０ｅ  絞り、１０ｆ  受光部、１０ｇ  計算部、
【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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