(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持部材に部分的に支持された被処理体と相対的に回転可能で、当該被処理体に熱処理を施すために当該被処理体を加熱する複数のダブルエンドランプと、
当該ダブルエンドランプからの熱を前記被処理体に反射するリフレクタとを有する加熱装置であって、
前記ダブルエンドランプは発光部を含み、該発光部は前記被処理体と水平な水平部を有し、前記複数のダブルエンドランプは、前記水平部の長手方向に沿って直線的に整列する少なくとも二つのダブルエンドランプを含む加熱装置。
【請求項２】
被処理体を収納して、当該被処理体に熱処理を行う処理室と、
前記被処理体に放射光を照射して加熱する請求項１記載の加熱装置とを有する熱処理装置。
【請求項３】
被処理体を部分的に支持する支持部材と、
前記被処理体及び支持部材を収納して、前記被処理体に熱処理を行う処理室と、
前記被処理体に放射光を照射して加熱する請求項１記載の加熱装置と、
前記被処理体の温度を検出する温度検出装置と、
前記加熱装置及び温度検出装置に接続された制御装置とを有する熱処理装置であって、
前記制御装置は、前記温度検出装置の検出結果と、前記複数のダブルエンドランプの任意を組み合わせからなる照度分布特性とに基づいて、前記被処理体が均一に昇温するように前記ダブルエンドランプの出力を制御する熱処理装置。
【請求項４】
前記熱処理装置は、前記被処理体と前記加熱装置の前記ダブルエンドランプとの間に配置可能な石英ウインドウであって、
石英製プレートと、
当該プレートに固定されて当該プレートの強度を高めると共に前記加熱装置からの光を前記被処理体に向かって集光するレンズ部材とを有する石英ウインドウを更に有する請求項２又は３記載の熱処理装置。
【請求項５】
前記レンズ部材は前記ダブルエンドランプに対応した数のレンズ素子を有する請求項４記載の熱処理装置。
【請求項６】
前記レンズ部材の長手方向は、前記ダブルエンドランプの前記水平部の長手方向と平行である請求項４記載の熱処理装置。
【請求項７】
前記レンズ部材を前記プレートの前記加熱装置の前記ダブルエンドランプに対向する面と前記被処理体に対向する面の両方に有する請求項４記載の熱処理装置。
【請求項８】
前記プレートに前記プレートの強度を補強する補強材を更に有する請求項４記載の熱処理装置。
【請求項９】
前記被処理体と前記加熱装置の前記ダブルエンドランプとの間に配置される石英ウインドウと、
当該石英ウインドウに固定されて当該石英ウインドウの強度を補強する補強材とを更に有する請求項２又は３記載の熱処理装置。
【請求項１０】
前記レンズ部材を前記プレートの第１の面に有し、
前記プレートの前記第１の面に対向する第２の面に前記プレートの強度を補強する補強材を更に有する請求項４記載の熱処理装置。
【請求項１１】
前記補強材はアルミニウム製である請求項８乃至１０のうちいずれか一項記載の熱処理装置。
【請求項１２】
前記補強材を冷却する冷却機構を更に有する請求項８乃至１０のうちいずれか一項記載の熱処理装置。
【請求項１３】
前記補強材は複数設けられ、前記石英ウインドウは隣接する補強材の間に、前記レンズ部材から前記プレートを介して導入される光を前記被処理体に導入するための石英製導波部を更に有する請求項８又は１０記載の熱処理装置。
【請求項１４】
前記処理室に接続されて当該処理室内を減圧状態に維持することができる排気装置を更に有する請求項２又は３記載の熱処理装置。
【請求項１５】
請求項１記載の加熱装置に含まれる複数のダブルエンドランプのそれぞれ照度分布特性を組み合わせて、前記支持部材上の位置に極大値を有すると共に前記被処理体上の位置に極小値を有する第１の合成照度分布特性を作成するステップと、
前記被処理体を前記加熱装置を使用して加熱するステップと、
前記被処理体及び前記支持部材の温度分布を検出するステップと、
前記被処理体の均一な昇温を実現するために、前記検出結果から前記第１の合成照度分布特性に対応するダブルエンドランプの出力を前記加熱ステップにおいて制御するステップとを有する熱処理制御方法。
【請求項１６】
前記作成ステップは、前記極小値が０.１７Ｗ／ｍｍ２以下になるように前記第１の合成照度分布特性を作成する請求項１５記載の熱処理制御方法。
【請求項１７】
前記作成ステップは、前記被処理体上の位置に極大値を有すると共に前記支持部材上の位置に極小値を有する第２の合成照度分布特性を更に作成し、
前記制御ステップは、前記被処理体の前記支持部材との接続部が前記被処理体のその他の部位と異なる温度になった場合に前記第２の合成照度分布特性に対応するダブルエンドランプの出力を制御する請求項１５記載の熱処理制御方法。
【請求項１８】
前記作成ステップは、前記被処理体と前記支持部材との接続部上の位置に極大値を有する第３の合成照度分布特性を更に作成し、
前記加熱ステップは、前記第３の合成照度分布特性に対応するダブルエンドランプを使用する請求項１５記載の熱処理制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、単結晶基板、ガラス基板などの被処理体を加熱処理する加熱装置、当該加熱装置を有する熱処理装置、及び、熱処理制御方法に関する。本発明は、例えば、メモリやＩＣなどの半導体装置の製造に適した急速熱処理（ＲＴＰ：Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）装置に好適である。ここで、ＲＴＰは、急速熱アニーリング（ＲＴＡ）、急速クリーニング（ＲＴＣ）、急速熱化学気相成長（ＲＴＣＶＤ）、急速熱酸化（ＲＴＯ）、及び急速熱窒化（ＲＴＮ）などを含む技術である。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体集積回路を製造するためには、半導体ウェハ等のシリコン基板に対して成膜処理、アニール処理、酸化拡散処理、スパッタ処理、エッチング処理、窒化処理等の各種の熱処理が複数回に亘って繰り返される。
【０００３】
半導体製造処理の歩留まりと品質を向上させるため等の目的から急速に被処理体の温度を上昇及び下降させるＲＴＰ技術が注目されている。従来のＲＴＰ装置は、典型的に、被処理体（例えば、半導体ウェハ、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）を載置するサポートリング（ガードリング、均熱リングその他の名称で呼ばれる場合もある。）と、これらを収納する枚葉式チャンバ（処理室）と、処理室に配置された石英ウインドウと、石英ウインドウの外部上部又は上下部に配置された加熱用ランプ（例えば、ハロゲンランプ）と、ランプの被処理体とは反対側に配置されたリフレクタ（反射板）とを有している。
【０００４】
リフレクタは、例えば、アルミニウム製で、その反射部には、典型的に、金メッキが施されている。リフレクタには、リフレクタのランプによる温度破損（例えば、高温による金メッキ剥離）と被処理体の冷却時にリフレクタが被処理体の冷却を妨げないようにするための冷却機構（冷却管など）が設けられている。
【０００５】
石英ウインドウは、例えば、板状に構成される。処理室が真空ポンプにより排気されて内部が減圧環境に維持される場合には、板状石英ウインドウは数１０ｍｍ（例えば、３０乃至４０ｍｍ）の肉厚を有して減圧と大気との差圧を維持する。石英ウインドウは、温度が上昇することで発生する各温度差による熱応力を防ぐために、肉薄で耐圧可能な湾曲状に加工される場合もある。
【０００６】
ハロゲンランプは、被処理体を均一に加熱するために複数個配列され、リフレクタによって、ハロゲンランプからの赤外線を一様に被処理体に向かって放射する。近年のＲＴＰは被処理体の高品質処理とスループットの向上から急速昇温（例えば、１００℃／ｓｅｃ以上など）の要請がますます高まっており、急速昇温は、ランプのパワー密度とランプから被処理体への光照射の指向性に依存する。ここで、ハロゲンランプは、（バルブのように）一の電極部を有するシングルエンドランプと、（蛍光灯のように）二つの電極部を有するダブルエンドランプとに大別することができる。
【０００７】
シングルエンドランプは、発光部が被処理体に垂直に延在しており、その指向性及びランプのエネルギー効率は、例えば、バルブのように電極部３を一つのみ有するシングルエンドランプ２の場合、図３１に示すように、リフレクタ４の傾斜角度αを４５°にした場合に、下方に配置された被処理体に対して最大になる。ここで、図３１は、シングルエンドランプ２によって下方の被処理体を放射光で加熱する場合に指向性とエネルギー効率が最大となる場合のリフレクタ４の傾斜角度を説明するための断面図である。しかし、このように、ランプ２の周りに傾斜角度４５°のリフレクタを配置すると複数のランプ２を互いに近接して配置できなくなるのでパワー密度が低下する。このため、本発明者らは、図３２に示すように、リフレクタ４の傾斜角度αを４５°よりも大きくして垂直又は垂直に近づけたリフレクタ４ａに置換して指向性とエネルギー効率を多少犠牲にする反面ランプ密度を高め、全体として急速昇温を達成することを検討した。しかし、かかる構成では、ランプ２の（フィラメントの）中部２ａから出射した光は被処理体に照射されるまでにリフレクタ４ａでかなりの回数だけ反射することになり、被処理体に照射されるエネルギーの効率は約４０％程度まで減少してしまうことを発見した。
【０００８】
これに対して、ダブルエンドランプはシングルエンドランプよりも単価が安くて経済性に優れている。また、ダブルエンドランプは被処理体と平行に配置可能であるため、図３３に示すように、リフレクタをその上部に配置すれば、シングルエンドランプよりもはるかに少ない回数でその放射光が被処理体に到達可能となり、エネルギー効率が約６０％とシングルエンドランプよりも優れている。もっとも、従来技術は、例えば、米国特許第５，９５１，８９６号や特許公報平成５年第４２１３５号に開示されているように、リフレクタを使用せずに棒状のダブルエンドランプを同一平面に複数本平行に隣接して配置したものを多段的に複数組を発光部が交差するように配置して被処理体の均一な照射を企図している。
【０００９】
処理室は、典型的に、その側壁において被処理体を導出入するゲートバルブに接続され、また、その側壁において熱処理に使用される処理ガスを導入するガス供給ノズルと接続される。
【００１０】
被処理体の温度は処理の品質（例えば、成膜処理における膜厚など）に影響を与えるために正確に把握される必要があり、高速昇温及び高速冷却を達成するために被処理体の温度を測定する温度測定装置が処理室に設けられる。温度測定装置は熱電対によって構成されてもよいが、被処理体と接触させねばいけないことから被処理体が熱電対を構成する金属によって汚染されるおそれがある。そこで、被処理体の裏面から放射される赤外線強度を検出し、その放射強度を以下の数式１に示す式に則って被処理体の放射率εを求めて温度換算することによって被処理体の温度を算出するパイロメータが温度測定装置として従来から提案されている。
【００１１】
【数１】
0004948701.tif 000002
【００１２】
ここで、ＥBB（Ｔ）は温度Ｔの黒体からの放射強度、Ｅm（Ｔ）は温度Ｔの被処理体から測定された放射強度、εは被処理体の放射率である。
【００１３】
動作においては、被処理体はゲートバルブから処理室に導入されて、中空のサポートリングにその周辺が支持される。熱処理時には、ガス供給ノズルより、窒素ガスや酸素ガス等の処理ガスが導入される。一方、ハロゲンランプから照射される赤外線は被処理体に吸収されて被処理体の温度は上昇する。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、被処理体（例えば、シリコン基板）が通常載置されるサポートリングは、耐熱性に優れたセラミックス（例えば、ＳｉＣ）から構成されるが、両者の間には熱容量の相違から温度上昇が異なる。このため、被処理体は中心温度よりもサポートリングに接触する周辺温度の上昇速度が低く、この影響は近年の急速昇温が進むにつれてますます顕著になってきた。換言すれば、被処理体の全面を均一かつより急速に昇温するためには、単に、被処理体を均一に照射するだけでは不十分であるという問題が存在した。
【００１５】
これを解決する手段として、本発明者らは、被処理体の中心及び周辺の温度を測定して、周辺の温度が低い場合には周辺のみを昇温するようにランプを部分的に点灯する温度制御系を検討した。しかし、上述した従来の公報に見られるダブルエンドランプの配列は、被処理体を均一に照射することを目的としており、被処理体の任意の箇所を部分的に照射することを目的としていない。このため、同公報のランプ配列は、温度制御が困難であり、被処理体の周辺のみを加熱しようとしても被処理体の中心も同時に加熱されてしまう。また、同公報のランプ配列は、リフレクタを使用しない（し、使用できない）ために、エネルギー効率が悪く、パワーを確保しようとして高電圧をランプに印加するとランプの寿命が短くなってしまう。
【００１６】
そこで、このような課題を解決する新規かつ有用な加熱装置、熱処理装置及び熱処理制御方法を提供することを本発明の概括的目的とする。
【００１７】
より特定的には、被処理体の均一かつ急速な昇温を達成する加熱装置、熱処理装置及び熱処理制御方法を提供することを本発明の例示的目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の一側面としての加熱装置は、支持部材に部分的に支持された被処理体と相対的に回転可能で、当該被処理体に熱処理を施すために当該被処理体を加熱する複数のダブルエンドランプと、当該ダブルエンドランプからの熱を前記被処理体に反射するリフレクタとを有し、前記ダブルエンドランプは発光部を含み、該発光部は前記被処理体と水平な水平部を有し、前記複数のダブルエンドランプは、前記水平部の長手方向に沿って直線的に整列する少なくとも二つのダブルエンドランプを含む。該加熱装置は、ダブルエンドランプの（フィラメントの長さに略対応する）発光長を短くして加熱の高出力化を図っている。また、水平部の長手方向に一のダブルエンドランプを配置するよりもダブルエンドランプの本数が増えるために（いずれかのランプを点灯したり、両者を異なる出力で点灯したりするなど）きめ細やかな被処理体の温度制御が可能となる。また、水平部の長手方向に一のダブルエンドランプを配置するよりも、同一の出力を得るのに各ランプに印加される電力を下げることができる。
【００１９】
また、本発明の別の側面としての熱処理装置は、被処理体を部分的に支持する支持部材と、前記被処理体及び支持部材を収納して、前記被処理体に熱処理を行う処理室と、前記被処理体に放射光を照射して加熱する上述の加熱装置と、前記被処理体の温度を検出する温度検出装置と、前記加熱装置及び温度検出装置に接続された制御装置とを有し、前記制御装置は、前記温度検出装置の検出結果と、前記複数のダブルエンドランプの任意を組み合わせからなる照度分布特性とに基づいて、前記被処理体が均一に昇温するように前記ダブルエンドランプの出力を制御する。かかる熱処理装置の制御装置は複数のダブルエンドランプの任意を組み合わせからなる照度分布特性を利用する。「複数のダブルエンドランプの任意を組み合わせからなる照度分布特性」とは、各ランプの照度分布特性を任意に組み合わせた合成された照度分布特性である。かかる合成照度分布特性を利用することは被処理体を複数の領域（ゾーン）に分けた場合のゾーン毎の温度制御を可能にする。前記制御装置は、前記ダブルエンドランプを部分的に点灯したり、全てのランプを点灯するが（異なるパワーの電源に接続することによって）その出力を部分的に変更したりする等任意の制御を採用することができる。
【００２０】
前記熱処理装置は、前記被処理体と前記加熱装置の前記ダブルエンドランプとの間に配置可能な石英ウインドウであって、石英製プレートと、当該プレートに固定されて当該プレートの強度を高めると共に前記加熱装置からの光を前記被処理体に向かって集光するレンズ部材とを有する石英ウインドウを更に有することが好ましい。かかる石英ウインドウはレンズ部材がプレートの強度を高めているのでプレートを薄くすることができ、この結果、プレートによる加熱装置からの熱（放射光）の吸収を低減することができる。また、レンズ部材は熱源からの放射光を被処理体に向かって集光するので指向性を改善している。
【００２１】
前記レンズ部材は前記ダブルエンドランプに対応した数のレンズ素子を有してもよい。これにより、レンズ部材は各ランプについて放射光の指向性を改善する。前記レンズ部材の長手方向は、前記ダブルエンドランプの前記水平部の長手方向と平行であることが好ましい。これにより、ランプの全放射光の指向性がレンズ部材によって効果的に改善される。前記レンズ部材は、前記プレートは前記ダブルエンドランプに対抗する面と前記被処理体に対抗する面の両方に設けられてもよい。これによりプレートの強度を更に高めることができ、プレートの薄型化に寄与する。
【００２２】
また、前記プレートに前記プレートの強度を補強する（例えば、アルミニウム製の）補強材を更に設けてもよい。これにより、プレートの強度を更に高めることができ、プレートの薄型化（例えば、プレートの厚さを１０ｍｍ以下、好ましくは７ｍｍ以下、さらに好ましくは５ｍｍ以下にするなど）に寄与する。補強材は、プレートにおいてレンズ部材と同一面に設けられても良いし、対向面に設けられてもよい。また、補強材を冷却する冷却機構を更に有してもよい。これにより、補強材の熱変形並びにプレートの熱変形を防止することができる。補強材の断面形状は限定されない。補強材を複数設けた場合、隣接する補強材の間に、前記レンズ部材から前記プレートを介して導入される前記放射光を前記被処理体に導入するための石英製導波部を更に有することが好ましい。石英の屈折率と真空大気の屈折率の関係から導波部内では全反射が期待でき、補強材の側面での反射を利用して被処理体に放射光を導入する場合に比べてエネルギー損失が少ないからである。熱処理装置は、減圧環境に対応可能であることが好ましい。上述の強度が向上した石英ウインドウは減圧環境に特に好適である。
【００２３】
本発明の更に別の側面としての熱処理制御方法は、上述の加熱装置に含まれる複数のダブルエンドランプのそれぞれ照度分布特性を組み合わせて、前記支持部材上の位置に極大値を有すると共に前記被処理体上の位置に極小値を有する第１の合成照度分布特性を（前記回転の結果として）作成するステップと、前記被処理体を前記加熱装置を使用して加熱するステップと、前記被処理体及び前記支持部材の温度分布を検出するステップと、前記被処理体の均一な昇温を実現するために、前記検出結果から前記第１の合成照度分布特性に対応するダブルエンドランプの出力を前記加熱ステップにおいて制御するステップとを有する。かかる熱処理制御方法は、合成照度分布特性を利用することによって被処理体を複数の領域（ゾーン）に分けた場合のゾーン毎の温度制御を可能にする。
【００２４】
前記作成ステップは、前記極小値が０.１７Ｗ／ｍｍ2以下になるように前記第１の合成照度分布特性を作成する。本発明者らの検討の結果、極小値がかかる値以下の場合には前記被処理体の前記支持部材との接続部の温度（及びその上昇速度）が低い場合に第１の合成照度分布特性に対応するダブルエンドランプの出力を制御（即ち、かかるランプのみ点灯したりかかるランプの出力を他のランプよりも大きくしたり）しても前記接続部以外の前記被処理体の部位（即ち、昇温したくない部位）を同時に昇温する影響を無視することができる。
【００２５】
同様に、前記作成ステップは、前記被処理体上の位置に極大値を有すると共に前記支持部材上の位置に極小値を有する第２の合成照度分布特性を更に作成し、前記制御ステップは、前記被処理体の前記支持部材との接続部が前記被処理体のその他の部位よりも高い温度になった場合に前記第２の合成照度分布特性に対応するダブルエンドランプの出力を制御してもよい。この結果、第２の合成照度分布特性に対応するダブルエンドランプの出力を制御（即ち、かかるランプのみ点灯したりかかるランプの出力を他のランプよりも大きくしたり）しても前記接続部（即ち、昇温したくない部位）を同時に昇温する影響を小さくすることができる。
【００２６】
前記作成ステップは、前記被処理体と前記支持部材との接続部上の位置に極大値を有する第３の合成照度分布特性を更に作成し、前記加熱ステップは、前記第３の合成照度分布特性に対応するダブルエンドランプを使用してもよい。第３の合成照度特性分布に対応するダブルエンドランプの出力を制御（即ち、かかるランプのみ点灯したりかかるランプの出力を他のランプよりも大きくしたり）することにより前記接続部（即ち、急速昇温しにくい部位）を集中的に加熱することができ、被処理体の均一な昇温に資する。
【００２７】
本発明の他の目的及び更なる特徴は以下添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の例示的な熱処理装置１００について説明する。なお、各図において同一の参照符号は同一部材を表している。また、同一の参照番号に大文字のアルファベットを付したものはアルファベットのない参照番号の変形例であり、特に断らない限り、アルファベットのない参照番号は大文字のアルファベットを付した参照番号を総括するものとする。ここで、図１は、本発明の例示的一態様としての熱処理装置１００の概略断面図である。図２は、熱処理装置１００を図１のＰ−Ｐ線から見た断面図である。図１に示すように、熱処理装置１００は、処理室（プロセスチャンバー）１１０と、石英ウインドウ１２０と、加熱部１４０と、サポートリング１５０と、ガス導入部１８０と、排気部１９０と、放射温度計２００と、制御部３００とを有する。
【００２９】
処理室１１０は、例えば、ステンレススチールやアルミニウム等により成形され、石英ウインドウ１２０と接続している。処理室１１０は、その円筒形の側壁１１２と石英ウインドウ１２０とにより被処理体Ｗに熱処理を施すための処理空間を画定している。処理空間には、半導体ウェハなどの被処理体Ｗを載置するサポートリング１５０と、サポートリング１５０に接続された支持部１５２が配置されている。これらの部材は被処理体Ｗの例示的な回転機構において説明する。また、側壁１１２には、ガス導入部１８０及び排気部１９０が接続されている。処理空間は排気部１９０によって所定の減圧環境に維持される。被処理体Ｗを導入及び導出するためのゲートバルブは図１においては省略されている。
【００３０】
処理室１１０の底部１１４は冷却管１１６ａ及び１１６ｂ（以下、単に「１１６」という。）に接続されており冷却プレートとして機能する。必要があれば、冷却プレート１１４は温度制御機能を有してもよい。温度制御機構は、例えば、制御部３００と、温度センサと、ヒータとを有し、水道などの水源から冷却水を供給される。冷却水の代わりに他の種類の冷媒（アルコール、ガルデン、フロン等）を使用してもよい。温度センサは、ＰＴＣサーミスタ、赤外線センサ、熱電対など周知のセンサを使用することができる。ヒータは、例えば、冷却管１１６の周りに巻かれたヒータ線などとしてから構成される。ヒータ線に流れる電流の大きさを制御することによって冷却管１１６を流れる水温を調節することができる。
【００３１】
石英ウインドウ１２０は処理室１１０に気密的に取り付けられて、処理室１１０内の減圧環境と大気との差圧を維持すると共に後述するランプ１３０からの熱放射光を透過する。図３乃至図５に示すように、石英ウインドウ１２０は、半径約４００ｍｍ、厚さ約３０ｍｍの円筒形石英プレート１２１と、複数のレンズ素子１２３からなる複数の石英レンズアッセンブリ１２２とを有する。ここで、図３は石英ウインドウ１２０の上面図である。図４は、図３に示す石英ウインドウ１２０のＡ−Ａ断面図である。図５は、図３に示す石英ウインドウ１２０のＢ−Ｂ断面図である。図６は、図５に示す石英ウインドウ１２０の点線領域Ｃの拡大図である。図７は、図３に示す石英ウインドウ１２０に使用されるレンズアッセンブリ１２２の一部拡大斜視図である。
【００３２】
レンズアッセンブリ１２２は、石英ウインドウ１２０の強度を高めると共に後述するランプ１３０からの放射光の指向性を高める働きを有する。図３に示すように、各レンズアッセンブリ１２２は、集光作用を有する複数のレンズ素子１２３を有しており、Ｘ方向に平行に整列しているがこれは後述するランプ１３０がＸ方向に平行に整列しているからであり、ランプ１３０の整列方向にレンズアッセンブリ１２２の整列方向は依存する。図示されているレンズ素子１２３の配向は例示的であり、例えば、本実施例では、レンズ素子１２３は図３に示すＸ方向にのみ湾曲しているがＹ方向又はＸ及びＹ方向に湾曲してもよい。本実施例では、レンズアッセンブリ１２２（のレンズ素子１３３及び後述するランプ１３０）は、ほぼ円形の被処理体Ｗを均一に加熱するように配置されている。
【００３３】
レンズアッセンブリ１２２はレンズアッセンブリ１２２、石英ウインドウ１２０及び後述するランプ１３０を冷却するための空気の流路を画定する機能を有する。また、Ｙ方向における２つのレンズアッセンブリ１２２の間は、石英プレート１２１を熱伝導により水冷する後述する隔壁１４４との接触部１２８として機能する。
【００３４】
本実施例では、上述したように、石英プレート１２１の厚さは、約３０乃至４０ｍｍ以下、例えば、約３０ｍｍに設定されている。本発明は、石英プレート１２１の厚さを従来のように３０乃至４０ｍｍにしてレンズアッセンブリ１２２の集光作用のみを使用することを妨げるものではないが、本実施例のように薄い石英プレート１２１を使用すると後述するような効果を有する。また、本実施例のレンズアッセンブリ１２２の高さは、約３ｍｍ、図４においては幅１５ｍｍ以下を有し、レンズ素子１２３は図５及び図６においては長さ約６０ｍｍ、曲率半径は１５０ｍｍを有するが、これに限定されるものではない。
【００３５】
本実施例では、ウインドウレンズアッセンブリ１２２は、石英プレート１２１の後述するランプ１３０に対向する片側にのみ設けられているが、石英プレート１２１の両側に設けられてもよいし、石英プレート１２１の後述するランプ１３０に対向しない片側にのみ設けられてもよい。
【００３６】
石英プレート１２１はレンズアッセンブリ１２２によって熱変形に対する強度が向上しているために、従来のように処理室１１０から離れる方向に湾曲するドーム型に形成される必要がなく、平面形状を有する。ドーム型に形成される石英ウインドウは被処理体をランプから離間する距離を大きくするのでランプの指向性を悪化させるという問題があったが、本実施例はかかる問題を解決している。本実施例は石英プレート１２１とレンズアッセンブリ１２２は溶接によって接合しているが、一体的に形成する方法を排除するものではない。
【００３７】
本実施例の石英プレート１２１の厚さは３０乃至４０ｍｍ以下、例えば、約３０ｍｍであり、従来の石英ウインドウの厚さである３０乃至４０ｍｍよりも小さい。この結果、本実施例の石英ウインドウ１２０は、従来の石英ウインドウよりも後述するランプ１３０からの光の吸収量が小さい。このため、石英ウインドウ１２０は以下の長所を有する。即ち、第１に、ランプ１３０からの被処理体Ｗへの照射効率を従来よりも向上することができるので急速昇温を低消費電力で達成することができる。即ち、従来はランプからの光が石英ウインドウに吸収されて被処理体Ｗへの照射効率を低下させる問題があったが本実施例はそれを解決している。第２に、プレート１２１の表裏面での温度差（即ち、熱応力差）を従来よりも低く維持することができるために破壊しにくい。即ち、従来は石英ウインドウのランプに対向する面とその反対側の面で温度差が生じて、ＲＴＰのような急速昇温時には表裏面での熱応力差から石英ウインドウが破壊し易いという問題があったが本実施例はそれを解決している。第３に、石英ウインドウ１２０の温度上昇は従来の石英ウインドウよりも低いために成膜処理の場合にその表面に堆積膜や反応副生成物が付着することを防止することができ、温度再現性を確保することができると共に処理室１１０のクリーニングの頻度を減少することができる。即ち、従来は石英ウインドウの温度が上昇し、特に、成膜処理の場合には、その表面に堆積膜や反応副生成物が付着してしまい温度再現性を確保できないと共に処理室のクリーニングの頻度が増加するという問題があったが、本実施例はそれを解決している。
【００３８】
また、レンズアッセンブリ１２２を用いない石英プレート１２１のみからなる石英ウインドウは、石英プレート１２１の厚さが本実施例のように小さいとランプ光の吸収を減少することができるが、強度的に処理室内の減圧環境と大気圧との差圧に耐えられずに容易に破壊してしまう可能性があり、減圧環境の処理室には適用できないという問題を生じるが、レンズアッセンブリ１２２はかかる問題を解消している。
【００３９】
次に、図５、図６及び図８を参照して、石英ウインドウ１２０のレンズアッセンブリ１２２の集光作用について説明する。図８を参照するに、レンズアッセンブリを有しない断面長方形の石英ウインドウ６を通過する図示しない石英ウインドウ６の上方に位置するランプからの光は拡散して石英ウインドウ６の下方にある被処理体への指向性が悪い。ここで、図８は、図６に対比される円筒石英ウインドウを通過した光の指向性を説明するための断面図である。これに対して、図５及び図６に示すように、本実施例の石英ウインドウ１２０は、凸型レンズ素子１２３を有するレンズアッセンブリ１２２により、ランプ１３０からの光をコリメートして指向性良く被処理体Ｗに照射する。なお、本実施例のレンズ素子１２３の形状や曲率は必ずしもランプ１３０からの光をコリメートするものに限定されず、少なくとも従来の指向性と同等又はそれを改善すれば足りる。図８に示す指向性と同等であってもレンズアッセンブリ１２２は上述の補強機能を有するからである。また、本発明の別の側面としての加熱装置１４０は、広義には、図８に示す石英ウインドウ６に組み合わされてもよい。
【００４０】
以下、図９を参照して、本実施例の石英ウインドウ１２０の変形例としての石英ウインドウ１２０Ａを説明する。ここで、図９は、図４に対応する石英ウインドウ１２０Ａの一部拡大断面図である。本実施例の石英ウインドウ１２０Ａは、図３に示す流路１２４の直下に流路１２４と平行に形成された断面矩形のアルミニウム又はステンレス（ＳＵＳ）製の補強材（又は柱）１２４を有する。かかる補強材１２４は、内部に冷却管（水冷管）１２５を有し、石英ウインドウ１２０Ａの強度を高めている。
【００４１】
補強材１２４は熱伝導率がよく、また、処理室１１０と同様の材質であるので被処理体Ｗに対する汚染源にはならない。補強材１２４により石英ウインドウ１２０Ａの石英プレート１２１の厚さは１０ｍｍ以下、好ましくは７ｍｍ以下、より好ましくは、例えば、約５ｍｍとなり、上述の長所を更に顕著に有する。本実施例で、補強材１２４の断面寸法は、図９において高さ約１８ｍｍ、幅約１０ｍｍであり、水冷管１２５の径は５ｍｍ程度であるがこれに限定されるものではない。また、補強材１２４の断面形状も矩形に限定されず波形等任意の形状を有することができる。本発明は、図１１に示すように、石英プレート１２１と補強材１２４との組み合わせである石英ウインドウ１２１Ｃも包含するものである。図９に矢印で示すように、ランプ１３０からの放射光は補強材１２４の側面で反射されて下方に配置された図示しない被処理体Ｗに導入される。本実施例の冷却管１２５は、補強材１２４と石英プレート１２１の両方を冷却する機能を有する。補強材１２４がアルミニウム製であれば２００℃乃至７００℃で溶けたり変形したりするので適当な温度制御が必要だからである。冷却管１２５による温度制御は冷却管１１６と同様でもよいし、当業界で既知のいかなる方法をも適用することができる。
【００４２】
以下、図１０を参照して、本実施例の石英ウインドウ１２０の別の変形例としての石英ウインドウ１２０Ｂを説明する。ここで、図１０は、図４に対応する石英ウインドウ１２０Ｂの一部拡大断面図である。石英ウインドウ１２０Ｂは、石英ウインドウ１２０Ａにレンズアッセンブリ１２２の直下にレンズアッセンブリ１２２と平行に形成された断面矩形の導波部１２６を有する。本実施例の石英ウインドウ１２０Ｂは石英ウインドウ１２０Ａよりも照明効率を向上している。図９を参照するに、矢印で示すランプ１３０からの放射光は補強材１２４で反射される際に１０％程度のエネルギー損失が発生する。なお、エネルギー損失の割合は補強部１２４の高さその他のパラメータに依存する。一方、補強材１２４の側面に金メッキなど高反射率を有する金属により表面処理することは被処理体Ｗに対する汚染源となるので好ましくない。また、補強材１２４に適用可能な材料で反射損失のない材料は存在しない。
【００４３】
そこで、本実施例は、レンズアッセンブリ１２２の直下にレンズアッセンブリ１２２と平行に断面矩形の導波部１２６を形成している。石英プレート１２１と導波部１２６は溶接によって接合してもよいし、一体的に形成されてもよい。石英導波部１２６は屈折率約１.４、真空及び大気の屈折率は約１.０であり、かかる関係から石英導波部１２６の内部では放射光は全反射される。このため、本実施例の石英ウインドウ１２０Ｂはエネルギー損失を理論上ゼロにしている。
【００４４】
石英ウインドウ１２０Ｂは、補強材１２４を取り除いてプレート１２１の厚さを石英ウインドウ１２０Ｂのプレート１２１と導波部１２６の合計にした石英ウインドウよりも好ましい。なぜなら、この場合、石英ウインドウは厚くなるため、従来の肉厚石英ウインドウと同様の問題を生じるからである。図１０に示す石英ウインドウ１２０Ｂと図１１に示す石英ウインドウ１２０Ｃを使用した場合の指向性は、本出願人が既に提出した特許願２０００年第３４３２０９号に示されており、同出願の開示はここに結合して参照される。
【００４５】
以下、図２、図１２乃至図１６を参照して、本発明の加熱部１４０を説明する。ここで、図１２は加熱部１４０の底面図であり、図１３は図１２に示す加熱部１４０のＱ−Ｑ線に沿った断面図である。図１４は、図１３に示す上側ダブルエンドランプ１３０Ａの斜視図である。図１５は、図１３に示す上側ダブルエンドランプ１３０Ａの配置を説明するためのＲ−Ｒ線に沿った過熱部１４０の断面図である。図１６は、加熱部１４０のランプハウス１４２の構造を説明するために図１２から上側及び下側ダブルエンドランプ１３０Ａ及びＢを取り除いた平面図である。
【００４６】
加熱部１４０は、ダブルエンドランプ１３０（参照番号「１３０」は図示せず。但し、１３０は１３０Ａ及びＢを総括する。）と、リフレクタ１６０と、これらを収納するランプハウス１４２とを含む。
【００４７】
本実施例のダブルエンドランプ１３０は、上側ダブルエンドランプ１３０Ａと下側ダブルエンドランプ１３０Ｂとを有する。上側及び下側ダブルエンドランプ１３０Ａ及びＢの相対位置は図２及び図１３に最もよく示されている。本発明に適用可能なランプは必ずしも２段のランプを使用することを要しない。例えば、下側ダブルエンドランプ１３０Ｂの更に下にランプ１３０Ｂと同一構造の図示しないランプをランプ１３０Ｂと平行に設けてもよい。ダブルエンドランプ１３０は、被処理体Ｗを加熱する熱源として機能し、本実施例ではハロゲンランプであるがこれに限定されるものではない。本実施例は、このように、ダブルエンドランプを使用するのでシングルエンドランプよりもエネルギー効率と経済性に優れている。ランプ１３０の出力はランプドライバ３１０によって決定されるが、ランプドライバ３１０は後述するように制御部３００により制御され、それに応じた電力をランプ１３０に供給する。
【００４８】
図２及び図１４に示すように、ランプ１３０Ａ及びＢは、それぞれ、二つの電極部１３２Ａ及びＢとそれらに接続された発光部１３４Ａ及びＢとを含み、発光部１３４Ａ及びＢは２つの電極部１３２Ａ及びＢと接続するフィラメント１３５Ａ及びＢを有する。電極部１３２と発光部１３４との間は封止部材１３７によって封止されている。発光部１３４内には窒素又はアルゴン及びハロゲン気体が封入される。フィラメント１３５は、例えば、タングステンから構成される。
【００４９】
両ランプ１３０Ａ及びＢは幾つかの点で相違する。まず、形状的には、ランプ１３０ＡはＵ字形状を有してランプ１３０Ｂは直線形状を有する点で両ランプ１３０Ａ及びＢは相違する。図２及び図１４を参照するに、ランプ１３０Ａは、電極部１３２Ａと発光部１３４Ａの一部からなる一対の垂直部１３６ａと、垂直部１３６ａから例示的に９０度曲げられた直線形状を有して発光部１２４Ａからなる水平部１３６ｂとを有する。ランプ１３０Ａにおいて、実際に被処理体Ｗの熱源として使用されるのは、図２に概略的に示されているように、水平部１３６ｂのみである。一方、ランプ１３０Ｂは、図２に示すように、一直線上に整列する一対の電極部１３２Ｂと発光部１３４Ｂから構成される。
【００５０】
また、ランプ１３０Ａの垂直部１３６ａは約７０ｍｍで、発光部１３４Ａの水平部１３６ｂの長さは約１３０ｍｍである。一方、ランプ１３０Ｂの発光部１３４Ｂの長さは約４００ｍｍである。ランプ１３０Ａは、図１５に示すように、Ｘ方向に３個、Ｙ方向に１７個設けられている。また、ランプ１３０Ｂは、図１２に示すように、Ｙ方向に１７個設けられている。
【００５１】
出力において、後述するように、ランプ１３０Ａはランプ１３０Ｂよりも高出力である。図２から理解されるように、電極部１３２Ａは加熱部１４０の上方を向き、電極部１３２Ｂは加熱部１４０の側方を向いており、それぞれの電極部１３２には同一の図示しない電源から一般的に工場で使用される電圧である約２００Ｖが印加される。もちろん、各電極部１３２には異なる電圧を印加可能な複数の電源が接続されてもよい。ランプドライバ３１０は、図示しない電源及び／又は電極部１３２に接続されている。
【００５２】
本実施例のランプ１３０の配列には幾つかの特徴がある。まず、本実施例は、ランプ１３０Ａを発光部１３２Ａの水平部１３６ａの方向（即ち、長手方向又はＸ方向）に複数本（本実施例では例示的に３本）整列させている。図１２に示すランプ１３０Ｂのように発光部１３２Ｂの長手方向に一本ずつ配置するという配列は従来から知られているが、各ランプ１３０Ｂは約３ｋＷのパワーしか有しない。従って、図１２に示すように、Ｙ方向に１７本配列しても、その矩形領域全体のパワーは約５１ｋＷで（しかも、被処理体Ｗの上方の円領域ではその約７７％の約４０ｋＷになってしまい）（例えば、昇温速度が１００℃／ｓｅｃの）ＲＴＰに必要なパワー（例えば、１５０ｋＷ）を確保することは困難である。この場合、上述の従来の公報が教示するように、図１２に示すランプ１３０Ｂを多段的に交差させて配置することも考えられるが、これではリフレクタを使用できないので損失が大きい。そこで、本実施例では、発光長が約１３０ｍｍの短いランプ１３０Ａをまず使用して加熱部１４０の高出力化を図っている。出力されるパワーはＷ＝ＩＶ＝Ｖ2／Ｒであり、抵抗Ｒは発光長に比例するから発光長を小さくして抵抗を小さくすれば得られるパワーが大きくなることが理解されるであろう。
【００５３】
ランプ１３０Ａの水平部１３６ｂは、単位長さ当たり２２Ｗ／ｍｍのパワーを有するため、発光長が約１３０ｍｍであれば一本当たり２８６０Ｗのパワーを有する。このため、総数（１７×３＝）５１本に対して約１４６ｋＷ（＝２８６０×５１／１０００）のパワーを有するが、被処理体Ｗの上方の円領域ではその約７６％の約１１０ｋＷになる。ＲＴＰに必要な残りのパワーを確保するのに、ランプ１３０ＡをＸ方向に４つ以上配置してもよいが、本実施例ではランプ１３０Ｂを使用している。この結果、被処理体Ｗ上では、４０＋１１０＝１５０として、ＲＴＰに必要な約１５０ｋＷが確保される。
【００５４】
また、本実施例は、平行に多段的に（本実施例では２段に）整列したランプ１３０Ａ及びＢにリフレクタ１６０を取り付けている。従来は、均一に被処理体Ｗを加熱することのみを重視して、上述の公報に開示されているように、多段的に整列したランプはリフレクタを有していなかった。一方、本実施例は、被処理体Ｗとサポートリング１５０との熱容量の差から両者の接続部は、たとえ均一に被処理体Ｗを加熱しても熱的な不連続性が存在することを前提とし、リフレクタを取り付けてパワーの損失を防止し、ランプへの印加電圧（負荷）を下げることによってランプの延命化を図っている。
【００５５】
図１２及び図１５に点線で示すように、本実施例では、複数のランプ１３０は、ほぼ円形の被処理体Ｗを均一に加熱するように、レンズアッセンブリ１２２の各レンズ素子１２３に対応して、Ｘ方向に直線的に配置されている。このようなランプ１３０の直線配置は好適な熱排気（例えば、４ｍ3／ｍｉｎ以下）の実現に寄与する。
【００５６】
ランプハウス１４２は、例えば、アルミニウム又はＳＵＳから構成され、複数の円筒状の溝１４３と、複数の隔壁１４４とを有する。基部１４２は、図１２、図１５及び図１６に示すように、底面（及び上面）が略正方形の直方体形状を例示的に有する。
【００５７】
図１６に示すように、溝１４３は、ランプ１３０Ａの垂直部１３６ａを収納し、電極部１３２と図１に図示されたランプドライバ３１０とを接続すると共に、両者の間を封止する封止部として機能する。
【００５８】
隔壁１４４は、例えば、１０ｍｍの幅を有し、図１２及び図１５に示すように、図３に示す流路１２８及び図９に示す補強材１２４の上であって図１６に示すＸ方向に整列する複数の隣接する溝１４３の間に配置されている。
【００５９】
隔壁１４４には、流路１２８と平行に（即ち、Ｘ方向に）整列する一以上の図示しない冷却管（水冷管）が内接されている。また発光部１３４を除いた溝１４３には、発光部１３４表面を空冷できるようにブロアによって約０．３〜０．８ｍ3の空気を流すことができるため、本実施例のランプ１３０及びリフレクタ１６０は空冷機構と冷却管によって冷却される。代替的に、空冷機構のみによってランプ１３０及びリフレクタ１６０を冷却することも可能である。この場合、図１２に示すＸ方向に沿って直線的に配置された複数のランプ１３０は、これら（の発光部１３４）と直列に接続されたブロアによって熱排気（空冷）される。ブロアによる排気効率は直線的配置に対して、例えば、４ｍ3／ｍｉｎ以下と良好である。この程度の熱排気の場合、熱処理装置１００外部に排気してもよいし、循環させてもよい。循環させる場合には、典型的にラジエータを流路に更に設けて熱気を冷却することになるが、良好な排気効率のために排気システムの負荷は少ない。
【００６０】
後述するようにリフレクタ１６０が金メッキ膜から構成される場合は、空冷機構及び冷却管は金メッキの剥離などの温度破壊を防止するためにリフレクタ１６０の温度を２００℃以下に維持する。冷却管による温度制御は冷却管１１６と同様でもよいし、当業界で既知のいかなる方法をも適用することができる。リフレクタ１６０が２００℃以上の耐熱性を有する場合であっても、ランプ１３０は、一般に、９００℃を超えると失透（発光部１３４が白くなる現象）が発生するのでランプ１３０が９００℃以下になるように冷却管その他の冷却機構により温度制御されることが好ましい。
【００６１】
リフレクタ１６０は、図１及び図１３に示すように、断面が半円と長方形を組み合わせた形状をし、図２に示すように、下側ダブルエンドランプ１３０Ｂの長手方向に貫通している。リフレクタ１６０はランプ１３０から出射した光を石英ウインドウ１２０を介して被処理体Ｗに反射する機能を有する。リフレクタ１６０は、例えば、金、ニッケルなどの高反射率膜から構成され、例えば、各種メッキ法その他の方法により形成される。リフレクタ１６０が金メッキ膜からなる場合、それは電気メッキ（硬質金メッキや純金金メッキ）により形成されるであろう。リフレクタ１６０の膜厚は、例えば、約１０μｍである。なお、リフレクタ１６０はランプ１３０の指向性を高めれば足り、高反射率の範囲については限定されない。
【００６２】
好ましくは、リフレクタ１６０の表面はメッキ膜が形成される前に凹凸に加工される。これにより、反射膜面も凹凸となり、リフレクタ１６０により反射された光を図１に示す左右の面１６１ａ及び１６１ｂ間で反射を繰り返すことなく被処理体Ｗに配向させる割合を高めることができる。凹凸はサンドブラストによる研磨、化学溶液に侵食して腐食させるなどの表面処理によって形成することができる。
【００６３】
次に、図１７乃至図２２を参照して、本実施例の実効放射率算出方法について説明する。なお、図１に示す放射温度計２００の数は例示的である。ここで、図１７は、２種類の放射温度計２００Ａ及び２００Ｂとそれらの近傍の概略拡大断面図である。図１８は、２つの同種の放射温度計２００Ｃ及びその近傍の概略拡大断面図である。図１９乃至図２１は、本実施例の実効放射率算出方法を説明するためのグラフであり、理解の便宜上カラー図面を本出願に添付する。図２２は、本実施例の実効放射率算出方法に使用されるパラメータを定義する断面図である。
【００６４】
放射温度計２００Ａ乃至２００Ｃは被処理体Ｗに関してランプ１３０と反対側に設けられている。本発明は放射温度計２００Ａ乃至２００Ｃがランプ１３０と同一の側に設けられる構造を排除するものではないが、ランプ１３０の放射光が放射温度計２００Ａ乃至２００Ｃに入射することを防止することが好ましい。
【００６５】
図１７及び図１８に示す放射温度計２００Ａ乃至２００Ｃは、石英又はサファイア製（本実施例では石英製）のロッド２１０と、光ファイバ２２０Ａ乃至２２０Ｃと、フォトディテクタ（ＰＤ）２３０とを有している。本実施例の放射温度計２００Ａ乃至２００Ｃは、チョッパ、チョッパを回転するためのモータ、ＬＥＤ、ＬＥＤを安定的に発光させるための温度調節機構などを必要とせず、必要最低限の比較的安価な構成を採用している。但し、本発明は当業界で既知又は商業的に入手可能ないかなる放射温度計の適用をも排除するものではない。
【００６６】
まず、図１７を参照するに、放射温度計２００Ａ及び２００Ｂは処理室１１０の底部１１４に取り付けられ、より詳細には底部１１４の円筒形状の貫通孔１１５ａ及び１１５ｂにそれぞれ挿入されている。底部１１４の処理室１１０内部を向く面１１４ａには充分な研磨が施されて反射板（高反射率面）として機能する。これは、面１１４ａを黒色などの低反射率面とすると被処理体Ｗの熱を吸収してランプ１３０の照射出力を不経済にも上げなければならなくなるためである。
【００６７】
放射温度計２００Ａ及び２００Ｂは、同一のロッド２１０と、開口数（ＮＡ）が異なる光ファイバ２２０Ａ及び２２０Ｂと、それぞれの各ＰＤ２３０とを有する。
【００６８】
本実施例のロッド２１０は、径４ｍｍの石英製ロッドから構成される。石英やサファイアは良好な耐熱性と後述するように良好な光学的特性を有するために使用されているが、ロッド２１０の材料がこれらに限定されないことはいうまでもない。
【００６９】
必要があれば、ロッド２１０は処理室１１０内部に所定距離突出してもよい。ロッド２１０は、処理室１１０の底部１１４に設けられた貫通孔１１５Ａ及び１１５Ｂにそれぞれ挿通されて図示しないオーリングによりシールされている。これにより、処理室１１０は貫通孔１１５Ａ及び１１５Ｂに拘らずその内部の減圧環境を維持することができる。ロッド２１０は、その内部に一旦入射した熱放射光を殆ど外に出さずに、かつ、殆ど減衰することなく光ファイバ２２０Ａ及び２２０Ｂに案内することができるので集光効率に優れている。ロッド２１０Ａ及び２１０Ｂを被処理体Ｗに近づけることによりロッド２１０は被処理体Ｗから放射光を受け取り、これを、光ファイバ２２０Ａ及び２２０Ｂを介してＰＤ２３０に案内する。
【００７０】
光ファイバ２２０Ａ及び２２０Ｂは、光を伝搬するコアと、コアの周辺を覆う同心円状のクラッドから構成され、両者はＮＡにおいて異なる。コア及びプラスチックはガラスやプラスチックなどの透明な誘電体であり、クラッドの屈折率はコアのそれよりも少し小さくすることにより光の全反射を達成して外部に光を漏らすことなく伝搬する。異なるＮＡを実現するために、放射温度計２００Ａ及び２００Ｂは異なる材質のコア及び／又はクラッドの組み合わせを使用する。
【００７１】
ＰＤ２３０は、図示しない結像レンズ、Ｓｉホトセル、増幅回路を備え、結像レンズに入射した放射光を電圧、即ち、後述の放射強度Ｅ1（Ｔ）、Ｅ2（Ｔ）を表す電気信号に変換して制御部３００に送る。制御部３００はＣＰＵ、ＭＰＵその他のプロセッサと、ＲＡＭ及びＲＯＭなどのメモリを備えており、後述する放射強度Ｅ1（Ｔ）、Ｅ2（Ｔ）を基に被処理体Ｗの放射率ε及び基板温度Ｔを算出する。なお、この演算は放射温度計２００内の図示しない演算部が行ってもよい。
【００７２】
ロッド２１０が受光した放射光は光ファイバ２２０Ａ及び２２０Ｂを経てＰＤ２３０に導入される。
【００７３】
以下、異なるＮＡを利用した本発明の実行放射率算出方法について説明する。被処理体Ｗとロッド２１０との間の多重反射とランプ１３０からの直接光とを考慮すると被処理体Ｗの実行放射率εeffは以下の数式２で与えられる。
【００７４】
【数２】
0004948701.tif 000003
【００７５】
ここで、εeffは被処理体Ｗの実効放射率、εは被処理体Ｗの放射率、ｒは処理室１１０の底部１１４の面１１４ａの反射率、Ｆは以下の数式３で与えられるビューファクター（ｖｉｅｗ ｆａｃｔｏｒ）、αは多重反射係数である。
【００７６】
【数３】
0004948701.tif 000004
【００７７】
ここで、多重反射係数αは、ロッド２１０直径Ｄ１、被処理体Ｗと面１１４ａとの距離Ｄ２、放射温度計２００Ａ及び２００Ｂ（便宜上、参照番号２００で総括する。）の持つそれぞれの開口数ＮＡ（０≦ＮＡ≦１）の３つの値に依存して以下のような数値をとるものと予想される。またγは図２２に示すようにロッド２１０、面１１４ａ及び被処理体Ｗから決定されるのぞみ角を示す。
【００７８】
【数４】
0004948701.tif 000005
【００７９】
【数５】
0004948701.tif 000006
【００８０】
【数６】
0004948701.tif 000007
【００８１】
【数７】
0004948701.tif 000008
【００８２】
このとき同定式として上記４つの条件が成立する予測式を以下の数式８のように定義する。
【００８３】
【数８】
0004948701.tif 000009
【００８４】
ここで、Ｎ１、Ｎ２は数式８でのパラメータとする。従って、多重反射係数αは、以下の数式９のように表される。
【００８５】
【数９】
0004948701.tif 000010
【００８６】
数式９で表されるαは数式４乃至数式７を十分満足する可能性があることが理解されるであろう。そこで、数式９を前提としてＮ１及びＮ２の二つのパラメータを決定し、その妥当性を検討する。
【００８７】
まず、ロッド２１０の径４ｍｍを固定してＮＡを振った計算を行う（時間の短縮から被処理体Ｗはε＝０.２のもののみから計算した）。このときＮＡは０乃至１の範囲である。これより得たデータと数式９の前提とを比較して、Ｎ１とＮ２／（Ｄ１／Ｄ２）の値を暫定的に決定する。同様にして直径２ｍｍのものと２０ｍｍのものについて計算し、Ｎ１とＮ２／（Ｄ１／Ｄ２）の値を決定する。Ｎ１、Ｎ２の決め方としてＮ１とＮ２／（Ｄ１／Ｄ２）−Ｄ１／Ｄ２曲線を用いた（上記で求めたＮ２／（Ｄ１／Ｄ２）においてＮ２が３者共通の値になるようにＮ１を選択する）。
【００８８】
上記の方法で決定したＮ１とＮ２／（Ｄ１／Ｄ２）の暫定的な値により、1−αとＮＡとの関係を図１９及び図２０に示す。またその検証を図２１に示す。この結果Ｎ１＝０．０１、Ｎ２＝５００とすることができ、数式９は以下の数式１０のように表すことができる。
【００８９】
【数１０】
0004948701.tif 000011
【００９０】
これによりＲＴＰにおいてロッド２１０の径が変更しても、被処理体Ｗと面１１４ａとの距離を変更しても、ＮＡの大小に拘らず、被処理体Ｗの実効放射率を容易に算出することができる。
【００９１】
今、光ファイバ２２０ＡがＮＡ＝０．２、２２０ＢがＮＡ＝０．３４を有する場合、このときのαをα0.2とα0.34とすると、それらは数式１０より以下の数式１１及び数式１２で表されることが分かる。
【００９２】
【数１１】
0004948701.tif 000012
【００９３】
【数１２】
0004948701.tif 000013
【００９４】
これより被処理体Ｗの実効放射率は以下の数式１３及び数式１４で与えられる。
【００９５】
【数１３】
0004948701.tif 000014
【００９６】
【数１４】
0004948701.tif 000015
【００９７】
放射温度計２００は、温度の換算を放射光束（Ｗ）で計算している。このためＮＡ＝０．２のときの角度をθ１、ＮＡ＝０．３４のときの角度をθ２とすると、２つの放射温度計での入射光束の違いは以下の数式１５及び数式１６で与えられる。但し、θは図２２に示すように光ファイバの最大受光角を示し、θ＝ｓｉｎ-1（ＮＡ）と表すことができる。
【００９８】
【数１５】
0004948701.tif 000016
【００９９】
【数１６】
0004948701.tif 000017
【０１００】
よって２つの放射温度計２００Ａ及び２００Ｂの入射光束比は以下の数式１７のように表すことができる。
【０１０１】
【数１７】
0004948701.tif 000018
【０１０２】
【数１８】
0004948701.tif 000019
【０１０３】
ここで、数式１９のようにβを置くと、数式１３は以下の数式２０乃至数式２４のように変形することができる。
【０１０４】
【数１９】
0004948701.tif 000020
【０１０５】
【数２０】
0004948701.tif 000021
【０１０６】
【数２１】
0004948701.tif 000022
【０１０７】
【数２２】
0004948701.tif 000023
【０１０８】
【数２３】
0004948701.tif 000024
【０１０９】
【数２４】
0004948701.tif 000025
【０１１０】
よって被処理体Ｗの放射率εは以下の数式２５のように算出することができる。
【０１１１】
【数２５】
0004948701.tif 000026
【０１１２】
ここで再び数式１１若しくは数式１２より実効放射率を算出する。ここではＮＡの小さいＮＡ＝０．２の実効放射率で計算を続ける。数式２３で算出した放射率εを数式１１に代入すると以下の数式２６のようになる。
【０１１３】
【数２６】
0004948701.tif 000027
【０１１４】
このときＮＡ＝０．２の放射温度計２００Ａには、Ｅ0.2の放射エネルギーが入射しているため、以下のような数式２７が成立する。
【０１１５】
【数２７】
0004948701.tif 000028
【０１１６】
ここでＥbは黒体放射による放射エネルギーである。次に、数式２５を以下のように変形する。
【０１１７】
【数２８】
0004948701.tif 000029
【０１１８】
この入射エネルギーはＪＩＳ  １６１２より、以下のような関係式がある。
【０１１９】
【数２９】
0004948701.tif 000030
【０１２０】
ここでＴは被処理体Ｗの温度、ｃ２は０．０１４３８８ｍ／ｋ（放射の第二定数）、Ａ、Ｂ、Ｃは放射温度計２００固有の定数（校正によって決まる）、Ｅbは黒体放射による放射エネルギー（通常は放射温度計の出力Ｖ）である。
【０１２１】
上記の算出方法は２本の異なるＮＡを持つ放射温度計２００Ａ及び２００Ｂより被処理体Ｗの放射率を求めるものであるが、数式９よりＤ１／Ｄ２の比を変化させても同様に求めることができる。かかる実施例を図１８に示す。
【０１２２】
図１８においては、処理室１１０の底部１１４には、底面１１４ａに対応する底面１１４ｂと、底面１１４ｂから突出する凸部１１４ｃの上面１１４ｄとが設けられている。このため、同一の放射温度計２００Ｃを使用しているが、被処理体Ｗと放射温度計２００Ｃの石英ロッド２１０間の距離Ｄ２は異なる。このため、図１８に示す実施例においても、図１７に示す実施例と同様に被処理体Ｗの放射率を求めることが可能となる。
【０１２３】
例えば、図１８において、ＮＡ＝０．２の放射温度計２００Ｃを用意して、ロッド２１０と被処理体Ｗまでの距離が３．５ｍｍ（図１８の左側）と５ｍｍ（図１８の右側）に設置する。またロッド２１０の径を４ｍｍとする。ここでは数式９より各多重反射係数を以下の数式３０及び数式３１のように表すことができる。
【０１２４】
【数３０】
0004948701.tif 000031
【０１２５】
【数３１】
0004948701.tif 000032
【０１２６】
これより、数式１３及び数式１４と同様に実効放射率α3.5、α5.0を求める。後の被処理体Ｗの放射率被処理体の温度を求めるまでの流れは、数式１５乃至数式２８まで各添字において０．２を３．５に、０．３４を５．０に置き換えるだけで全く同様に被処理体Ｗの温度Ｔを算出することができる。
【０１２７】
検出器２７０又は制御部３００は、数式２５乃至数式２９によって被処理体Ｗの温度Ｔを算出することができる。いずれにしろ制御部３００は被処理体Ｗの温度Ｔを得ることができる。また、これらの数式を含む温度測定演算プログラムは、フロッピーディスクその他のコンピュータ可読媒体に格納され、及び／又は、インターネットその他の通信ネットワークを利用してオンライン配信されて独立の取引対象となり得る。
【０１２８】
また、放射温度計２００は、図１に示すように、被処理体Ｗの中心の直下だけでなく、接続部Ｗ１付近やその間など複数の箇所に設けられている。これは、後述するように、制御部３００が被処理体Ｗの温度分布が均一であるかどうかを判断するためである。
【０１２９】
制御部３００は内部にＣＰＵ及びメモリを備え、被処理体Ｗの温度Ｔを認識してランプドライバ３１０を制御することによってランプ１３０の出力をフィードバック制御する。また、制御部３００は、後述するように、モータドライバ３２０に所定のタイミングで駆動信号を送って被処理体Ｗの回転速度を制御する。以下に、制御部３００が行う本発明の被処理体Ｗの熱処理制御方法について説明する。
【０１３０】
サポートリング１５０は、耐熱性に優れたセラミックス、例えば、ＳｉＣなどから構成された円形リング形状を有する。サポートリング１５０は被処理体Ｗの載置台として機能し、中空円部において断面Ｌ字状に周方向に沿ってリング状の切り欠きを有する。かかる切り欠き半径は被処理体Ｗの半径よりも小さく設計されているのでサポートリング１５０は切り欠きにおいて被処理体Ｗ（の裏面周縁部）を保持することができる。必要があれば、サポートリング１５０は被処理体Ｗを固定する静電チャックやクランプ機構などを有してもよい。
【０１３１】
サポートリング１５０は、本来的には、被処理体Ｗの均一な温度分布を維持することを目的とする。即ち、サポートリング１５０がなければ図２３に示すように、被処理体Ｗのエッジ（端部）には多方向から放射光が入射（及び放射）するので被処理体Ｗのエッジの温度のみが急速昇温（及び急速冷却）し、被処理体Ｗの温度分布はエッジにおいて不連続となる。ここで、図２３は、サポートリング１５０がない場合に被処理体Ｗに入射する光を説明する模式図である。このため、サポートリング１５０は被処理体Ｗのエッジに多方向から放射光が入射することを防止して被処理体Ｗの均一な温度分布を確保している。しかし、例えば、被処理体Ｗが半導体シリコン単結晶基板であればＳｉＣからなるサポートリング１５０と熱容量が異なるために同一のパワーを与えても両者の温度上昇速度は異なる。サポートリング１５０との接触部（図２４に示すＷ１）ここで、図２４は、被処理体Ｗのサポートリング１５０との接触部Ｗ１を示す概略断面図である。このため、加熱部１４０が均一な加熱を実現しても被処理体Ｗにとって接続部Ｗ１は熱的に不連続な部分である。より具体的には、被処理体Ｗを均一な加熱しても被処理体Ｗの中央の温度よりも接続部Ｗ１の温度は低い。
【０１３２】
かかる事態に鑑み、本実施例の制御部３００は、理想的には接続部Ｗ１のみを加熱するようにランプドライバ３１０を制御する。しかし、実際には接続部Ｗ１のみを加熱することは困難であった。例えば、接続部Ｗ１の上空にある図１２に示すランプ１３０Ｂ1及びＢ2のみを点灯して残りのランプ１３０を消灯しても接続部Ｗ１のみを加熱することにはならないばかりか被処理体Ｗの中央Ｗ２も加熱してしまう。以下、図２５乃至図３０を参照して、本実施例の熱処理制御方法を説明する。なお、図２６乃至図３０は、理解の便宜のためにカラー図面として本出願に添付する。ここで、図２５は、本発明の一側面としての熱処理制御方法を説明するためのフローチャートである。図２６乃至図３１は、図２５に示す熱処理制御方法に使用される照度分布である。
【０１３３】
まず、制御部３００は、各ランプ１３０の個別的な照度分布特性を得る（ステップ１００２）。図２６は、下側ダブルエンドランプ１３０Ｂの個別的な照度分布である。同図は、３ｋＷのパワーを有する一のランプ１３０Ｂのみに約２００Ｖを印加して点灯した場合の距離（横軸）と照度（縦軸）との関係を示しており、横軸の原点は被処理体Ｗの中心である。また、番号１乃至９をランプ１３０Ｂに割り当てるに当たって、図１２の中央のランプ１３０Ｂが番号１であり、その両側が番号２、更にその両側が番号３などとした。ランプ１３０Ｂと被処理体Ｗとの距離は約４７ｍｍであり、被処理体Ｗ及びサポートリング１５０は後述する回転機構によって回転される。図１２における同一のハッチングは同一番号が付与されていることを意味する。
【０１３４】
図２７は、上側ダブルエンドランプ１３０Ａの個別的な照度分布である。同図は、３ｋＷのパワーを有する一のランプ１３０Ａのみに約２００Ｖを印加して点灯した場合の距離（横軸）と照度（縦軸）との関係を示しており、横軸の原点は被処理体Ｗの中心である。また、番号１乃至１８をランプ１３０Ａに割り当てるに当たって、図１５の中央のランプ１３０Ａが番号１であり、その両側が番号２、更にその両側が番号３などとした。ランプ１３０Ａと被処理体Ｗとの距離は約６０ｍｍであり、被処理体Ｗ及びサポートリング１５０は後述する回転機構によって回転される。図１５における同一のハッチングは同一番号が付与されていることを意味する。
【０１３５】
次に、制御部３００は、被処理体Ｗの中央Ｗ２の上に極大がある照度分布Ｊ1と、被処理体Ｗのサポートリング１５０との接続部Ｗ１の上に極大がある照度分布Ｊ2と、サポートリング１５０の中央（即ち、接続部Ｗ１から外側）の上に極大を有して被処理体Ｗの中心の照度が０.１７Ｗ／ｍｍ2以下になる照度分布Ｊ3を選択又は合成して作成する（ステップ１００４）。本発明の熱処理装置１００はＲＴＰ用に被処理体Ｗの急速昇温を必要としているので、照度分布Ｊ1乃至Ｊ3の極大値は高ければ高いほど好ましい。このため、制御部３００は通常は照度分布Ｊ1乃至Ｊ3をステップ１００２で得られた個別的な照度分布を任意に合成して作成する。なお、照度分布Ｊ3は主として接続部Ｗ１を加熱するのに使用され、加熱時に被処理体Ｗの中央Ｗ２を同時に加熱しないように被処理体Ｗの中心の照度が０.１７Ｗ／ｍｍ2以下とした。０.１７Ｗ／ｍｍ2は本発明者らが経験上設定した値であり、被処理体Ｗの中央Ｗ２を同時に加熱しないとみなせるのに十分小さい値である。
【０１３６】
図２８は、ランプ１３０Ｂを幾つか（本実施例では４つ）の領域（ゾーン）に分けて各ゾーン１乃至４に属するランプ１３０Ｂの照度分布を合成したものである。換言すれば、図２８のグラフは、図２６に示す１７個のランプ１３０Ｂの分布を４つのゾーンに分けて、各ゾーンについて合成することによって形成されている。
【０１３７】
図２９は、同様に、ランプ１３０Ａを幾つか（本実施例では５つ）のゾーンに分けて各ゾーン１乃至５に属するランプ１３０Ａの照度分布を合成したものである。換言すれば、図２９のグラフは、図２７に示す５１個のランプ１３０Ａの分布を５つのゾーンに分けて、各ゾーンについて合成することによって形成されている。
【０１３８】
更に、図３０は、ランプ１３０Ａ及びＢを幾つか（本実施例では５つ）のゾーンに分けて各ゾーン１乃至５に属するランプ１３０Ａ及びＢの照度分布を合成したものである。換言すれば、図２９のグラフは、図２６に示す１７個のランプ１３０Ａの分布と図２７に示す５１個のランプ１３０Ａの分布を５つのゾーンに分けて、各ゾーンについて合成することによって形成されている。
【０１３９】
本実施例では、制御部３００照度分布Ｊ1を図３０に示すゾーン１及び／又は２及び／又は３、照度分布Ｊ2を図３０に示すゾーン５、照度分布Ｊ3を図３０に示すゾーン４に設定している。
【０１４０】
本実施例では、ステップ１００２及び１００４は、予めシミュレーションにより又は初期動作として行われてその結果が制御部３００に接続された図示しないメモリに格納される。これにより、制御部３００は、部分的な加熱が必要な場合に加熱が必要な部分に相当する（ゾーン又は個別的な）照度分布データをメモリから読み出して加熱制御に使用することができる。なお、本実施例は接続部Ｗ１の補助的な加熱を行うが、本発明は、広く、一部のランプ１３０が故障などにより適当に動作せずに被処理体Ｗ上の均一な昇温が達成できない場合にも適用可能であることが理解されるであろう。なお、図２５に示すステップ１００６以降の処理は、後述する熱処理装置１００の動作の箇所で説明する。
【０１４１】
ガス導入部１８０は、例えば、図示しないガス源、流量調節バルブ、マスフローコントローラ、ガス供給ノズル及びこれらを接続するガス供給路を含み、熱処理に使用されるガスを処理室１１０に導入する。なお、本実施例ではガス導入部１８０は処理室１１０の側壁１１２に設けられて処理室１１０の側部から導入されているが、その位置は限定されず、例えば、シャワーヘッドとして構成されて処理室１１０の上部から処理ガスを導入してもよい。
【０１４２】
アニールであればガス源はＮ2、Ａｒなど、酸化処理であればＯ2、Ｈ2、Ｈ2Ｏ、ＮＯ2、窒化処理であればＮ2、ＮＨ3など、成膜処理であればＮＨ3、ＳｉＨ2Ｃｌ2やＳｉＨ4などを使用するが、処理ガスはこれらに限定されないことはいうまでもない。マスフローコントローラはガスの流量を制御し、例えば、ブリッジ回路、増幅回路、コンパレータ制御回路、流量調節バルブ等を有し、ガスの流れに伴う上流から下流への熱移動を検出することによって流量測定して流量調節バルブを制御する。ガス供給路は、例えば、シームレスパイプを使用したり、接続部に食い込み継ぎ手やメタルガスケット継ぎ手を使用したりして供給ガスへの配管からの不純物の混入が防止している。また、配管内部の汚れや腐食に起因するダストパーティクルを防止するために配管は耐食性材料から構成されるか、配管内部がＰＴＦＥ（テフロン）、ＰＦＡ、ポリイミド、ＰＢＩその他の絶縁材料により絶縁加工されたり、電解研磨処理がなされたり、更には、ダストパーティクル捕捉フィルタを備えたりしている。
【０１４３】
排気部１９０は、本実施例ではガス導入部１８０と略水平に設けられているが、その位置及び数は限定されない。排気部１９０には所望の排気ポンプ（ターボ分子ポンプ、スパッターイオンポンプ、ゲッターポンプ、ソープションポンプ、クライオポンプなど）が圧力調整バルブと共に接続される。なお、本実施例では処理室１１０は減圧環境に維持されるが、本発明は減圧環境を必ずしも必須の構成要素とするものではなく、例えば、１３３Ｐａ乃至大気圧の範囲で適用可能である。
【０１４４】
以下、被処理体Ｗの回転機構について図１を参照して説明する。集積回路の各素子の電気的特性や製品の歩留まり等を高く維持するためには被処理体Ｗの表面全体に亘ってより均一に熱処理が行われることが要求される。被処理体Ｗ上の温度分布が不均一であれば、例えば、成膜処理における膜厚が不均一になったり、熱応力によりシリコン結晶中に滑りを発生したりするなど、ＲＴＰ装置１００は高品質の熱処理を提供することができない。被処理体Ｗ上の不均一な温度分布はランプ１３０の不均一な照度分布に起因する場合もあるし、ガス導入部１８０付近において導入される処理ガスが被処理体Ｗの表面から熱を奪うことに起因する場合もある。回転機構はウェハを回転させて被処理体Ｗがランプ１３０により均一に加熱されることを可能にする。
【０１４５】
被処理体Ｗの回転機構は、サポートリング１５０と、支持部１５２と、ギア１７０及び１７２と、回転基部１７４と、モータドライバ３２０と、モータ３３０とを有する。但し、本発明の熱処理装置１００に適用可能な回転機構は本実施例の構成に限定されず、当業界で周知のいかなる構成（例えば、磁気回転機構など）をも採用することができる。
【０１４６】
サポートリング１５０は、その端部において支持部１５２に接続されている。
必要があれば、サポートリング１５０と支持部１５２との間には石英ガラスなどの断熱部材が挿入されて他の部材を熱的に保護する。本実施例の支持部１５２は中空円筒形状の不透明な石英リング部材として構成されている。支持部１５２は円筒状の回転基部１７４に接続されており回転基部１７４の周りにはギア１７２が接続されている。一方、モータドライバ３２０に接続されて駆動制御されるモータ３３０のモータシャフト３３２にはギア１７０が取り付けられており、ギア１７０及び１７２は噛合している。モータドライバ３２０は制御部３００によって制御される。
【０１４７】
この結果、制御部３００がモータドライバ３２０を制御してモータ３３０を駆動すると、モータシャフト３３２が回転してギア１７０が回転し、ギア１７２と一体的に回転基部１７４、支持部１５２、サポートリング１５０及び被処理体Ｗが回転する。回転速度は、本実施例では例示的に９０ＲＰＭであるが、実際には、被処理体Ｗに均一な温度分布をもたらすように、かつ、処理室１１０内でのガスの乱流や被処理体Ｗ周辺の風切り効果をもたらさないように、被処理体Ｗの材質や大きさ、処理ガスの種類や温度などに応じて決定されることになるであろう。
【０１４８】
次に、ＲＴＰ装置１００の動作について説明する。図示しないクラスターツールなどの搬送アームが被処理体Ｗを図示しないゲートバルブを介して処理室１１０に搬入する。被処理体Ｗを支持した搬送アームがサポートリング１５０の上部に到着すると、図示しないリフタピン昇降系がサポートリング１５０から（例えば、３本の）図示しないリフタピンを突出させて被処理体Ｗを支持する。この結果、被処理体Ｗの支持は、搬送アームからリフタピンに移行するので、搬送アームはゲートバルブより帰還させる。その後、ゲートバルブは閉口される。搬送アームはその後図示しないホームポジションに移動してもよい。
【０１４９】
一方、リフタピン昇降系は、その後、図示しないリフタピンをサポートリング１５０の中に戻し、これによって被処理体Ｗをサポートリング１５０の所定の位置に配置する。リフタピン昇降系は図示しないベローズを使用することができ、これにより昇降動作中に処理室１１０の減圧環境を維持すると共に処理室１０２内の雰囲気が外部に流出するのを防止する。
【０１５０】
制御部３００はモータドライバ３２０を制御し、モータ３３０を駆動するように命令する。これに応答して、モータドライバ３２０はモータ３３０を駆動し、モータ３３０はギア１７０を回転させる。この結果、支持部１５２が回転し、被処理体Ｗがサポートリング１５０と共に回転する。被処理体Ｗが回転するのでその面内の温度は熱処理期間中に均一に維持される。
【０１５１】
その後、制御部３００はランプドライバ３１０を制御し、ランプ１３０を駆動して被処理体Ｗを加熱するように命令する（図２５に示すステップ１００６）。この時、制御部３００は、全てのランプ１３０を点灯するようにランプドライバ３１０に命令する。これに応答して、ランプドライバ３１０は全てのランプ１３０を駆動し、ランプ１３０は被処理体Ｗを、例えば、約８００℃まで加熱する。本実施例の熱処理装置１００は、レンズアッセンブリ１２２とメッキ部１４９によってランプ１３０の指向性を高めつつ、リフレクタを取り除いてランプ密度とそれによってパワー密度を高めているので所望の高速昇温を得ることができる。ランプ１３０から放射された熱線は石英ウインドウ１２０を介して処理空間にある被処理体Ｗの上面に照射されて被処理体Ｗを、例えば、８００℃へ２００ーＣ／ｓの加熱速度で高速昇温する。
【０１５２】
制御部３００は、所定時間経過後、被処理体Ｗの中心直下に配置された放射温度計２００が８００℃付近に到達したことを検出した検出信号に応答して、若しくは、その他の条件下で、被処理体Ｗが均一に昇温しているかどうかの情報を他の放射温度計２００から取得する。本実施例では、接続部Ｗ１直下の放射温度計２００が接続部Ｗ１の温度が低い旨を制御部３００に通知する。これにより、制御部３００は、補助的な加熱（部分的な加熱）が必要であると判断する（図２５に示すステップ１００８）。上述したように、制御部３００は、一部のランプ１３０の故障等により被処理体Ｗの昇温が均一ではないと判断した場合もステップ１００８の補助的な加熱が必要であると判断する。
【０１５３】
本実施例では、制御部３００は接続部Ｗ１を加熱するために、照度分布Ｊ3に対応するランプ１３０を点灯又は他のランプ１３０よりも高出力にするようにランプドライバ３１０を制御する（ステップ１００８）。この結果、被処理体Ｗの温度分布が均一になればステップ１００８に帰還し、更に、全体的な加熱が必要であると判断すれば（ステップ１０１２）、ステップ１００６に帰還する。また、照度分布Ｊ3に対応するランプ１３０を点灯又は他のランプ１３０よりも高出力にするようにランプドライバ３１０を制御した結果、接続部Ｗ１が中央Ｗ２よりも高温になった場合などは、制御部３００は、ステップ１００８に帰還して、他の照度分布Ｊ1又はＪ2を使用して微調節を行う。制御部３００は、各放射温度計２００の検出結果から被処理体Ｗが均一に加熱されて、後述するように、加熱を終了すべきであると判断すれば（ステップ１０１２）、加熱処理を終了する。このように、本実施例の熱処理制御方法によれば、被処理体Ｗを均一かつ急速に昇温することができる。加熱と同時又はその前後に、排気部１９０が処理室１１０の圧力を減圧環境に維持する。
【０１５４】
加熱中は、レンズアッセンブリ１２２、補強材１２４及び／又は導波部１２６により石英ウインドウ１２０は石英プレート１２１の厚さが比較的薄いので幾つかの長所を有する。これらの長所は、（１）ランプ１３０からの光をあまり吸収しないので被処理体Ｗへの照射効率を低下しない、（２）プレート１２１の表裏面で温度差が小さいので熱応力破壊が発生しにくい、（３）成膜処理の場合でもプレート１２１の温度上昇が少ないためにその表面に堆積膜や反応副生成物が付着しにくい、（４）レンズアッセンブリ１２２が石英ウインドウ１２０の強度を高めているのでプレート１２０が薄くても処理室１１０内の減圧環境と大気圧との差圧を維持することができる、を含む。
【０１５５】
放射温度計２００は、チョッパやＬＥＤ等を使用しない単純な構造であるため安価であると共に装置１００の小型化と経済性向上に資する。また、本発明の実効放射率算出方法により温度測定精度が高い。被処理体Ｗは、熱処理においては高温環境下に長時間置かれると不純物が拡散して集積回路の電気的特性が悪化するため、高速昇温と高速冷却が必要でありそのために被処理体Ｗの温度管理が不可欠であるが、本実施例の実効放射率算出方法はかかる要請に応えるものである。この結果、ＲＴＰ装置１００は高品質の熱処理を提供することができる。
【０１５６】
次いで、図示しないガス導入部から流量制御された処理ガスが処理室１１０に導入される。所定の熱処理（例えば、１０秒間）が終了すると制御部３００はランプドライバ３１０を制御してランプ１３０の加熱を停止するように命令する（図２５に示すステップ１０１２）。これに応答して、ランプドライバ３１０はランプ１３０の駆動を停止する。その後、制御部３００は冷却処理を行う。冷却速度は、例えば、２００ーＣ／ｓである。
【０１５７】
熱処理後に被処理体Ｗは上述したのと逆の手順によりゲートバルブから処理室１１０の外へクラスターツールの搬送アームにより導出される。次いで、必要があれば、搬送アームは被処理体Ｗを次段の装置（成膜装置など）に搬送する。
【０１５８】
以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明はその要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【０１５９】
【発明の効果】
本発明の一側面としての加熱装置は、加熱の高出力化、きめ細やかな被処理体の温度制御を実現し、各ランプの負荷も少ないので長寿命化に資する。また、シングルランプを利用する加熱装置よりも高いエネルギー効率を有する。また、本発明の別の側面としての熱処理装置及び熱処理制御方法は、被処理体をゾーンごとに分けた場合の各ゾーンのきめ細やかな温度制御を行うことができる。このため、本熱処理装置は、被処理体の昇温が必要な部位を（昇温が不要な被処理体の部位を加熱することなく）加熱して被処理体の均一な昇温をより正確に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の例示的一態様としての熱処理装置の概略断面図である。
【図２】  図１に示す熱処理装置１００を図１に示すＰ−Ｐ線から見た断面図である。
【図３】  図１に示す熱処理装置に適用可能な石英ウインドウの概略上面図である。
【図４】  図３に示す石英ウインドウのＡ−Ａ断面図である。
【図５】  図３に示す石英ウインドウのＢ−Ｂ断面図である。
【図６】  図５に示す石英ウインドウの点線領域Ｃの拡大図である。
【図７】  図３に示す石英ウインドウに使用されるレンズアッセンブリの一部拡大斜視図である。
【図８】  図５に対比される円筒石英ウインドウを通過した光の指向性を説明するための断面図である。
【図９】  図３に示す石英ウインドウの変形例であり、図４に対応する石英ウインドウの一部拡大断面図である。
【図１０】  図３に示す石英ウインドウの更に別の変形例であり、図４に対応する石英ウインドウの一部拡大断面図である。
【図１１】  図３に示す石英ウインドウの更に別の変形例であり、図４に対応する石英ウインドウの一部拡大断面図である。
【図１２】  図１に示す熱処理装置の加熱部の底面図である。
【図１３】  図１２に示す加熱部のＱ−Ｑ線に沿った断面図である。
【図１４】  図２及び図１３に示す上側ダブルエンドランプの斜視図である。
【図１５】  図１３に示す上側ダブルエンドランプの配置を説明するためのＲ−Ｒ線に沿った加熱部の断面図である。
【図１６】  図１２に示す加熱部のランプハウスの構造を説明するために図１２から上側及び下側ダブルエンドランプを取り除いた平面図である。
【図１７】  図１に示す熱処理装置に適用可能な２種類の放射温度計及びその近傍の概略拡大断面図である。
【図１８】  図１に示す熱処理装置に適用可能な２つの同種の放射温度計及びその近傍の概略拡大断面図である。
【図１９】  本実施例の実効放射率算出方法を説明するために使用されるグラフである。
【図２０】  本実施例の実効放射率算出方法を説明するために使用されるグラフである。
【図２１】  本実施例の実効放射率算出方法を説明するために使用されるグラフである。
【図２２】  本実施例の実効放射率算出方法に使用されるパラメータを定義する断面図である。
【図２３】  図１に示す熱処理装置のサポートリングがない場合に被処理体に入射する光を説明する模式図である。
【図２４】  図１に示す熱処理装置の被処理体のサポートリングとの接触部を示す概略断面図である。
【図２５】  本発明の一側面としての熱処理制御方法を説明するためのフローチャートである。
【図２６】  図２５に示す熱処理制御方法に使用される照度分布である。
【図２７】  図２５に示す熱処理制御方法に使用される照度分布である。
【図２８】  図２５に示す熱処理制御方法に使用される照度分布である。
【図２９】  図２５に示す熱処理制御方法に使用される照度分布である。
【図３０】  図２５に示す熱処理制御方法に使用される照度分布である。
【図３１】  シングルエンドランプによって下方の被処理体を放射光で加熱する場合に指向性が最もよくなる場合のリフレクタの傾斜角度を説明するための断面図である。
【図３２】  図３１に示すリフレクタをほぼ垂直にした場合の光の反射を説明するための断面図である。
【図３３】  リフレクタによって反射されるダブルエンドランプから出射した光を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１００          熱処理装置
１１０          処理室
１２０          石英ウインドウ
１２２          レンズアッセンブリ
１２３          レンズ素子
１２４          補強材
１２５          冷却管
１２６          導波管
１２８          流路
１３０          ランプ
１３２          電極部
１３４          発光部
１４０          加熱部
１６０          リフレクタ
１９０          排気部
２００          放射温度計
３００          制御部
３１０          ランプドライバ
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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