專利名稱：溫度測定方法、熱處理裝置和方法、計算機程序和輻射溫度計的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及對單結晶基板，玻璃基板等被處理體進行加熱處理的熱處理裝置和方法，測定被處理體的溫度的方法，溫度測定程序及輻射溫度計。本發(fā)明適用于例如，在存儲器和集成電路(IC)等的半導體裝置制造中適用的快速熱處理(RTPRapid Thermal Processing)裝置。這里，RTP包含快速熱退火(RTA)，快速清洗(RTC)，快速熱化學氣相成長(RTCVD)，快速熱氧化(RTO)和快速熱氮化(RTN)等技術。
背景技術：
一般，為了制造半導體集成電路，要對半導體晶片等硅基板反復多次進行成膜處理、退火處理、氧化擴散處理、濺射處理、刻蝕處理、氮化處理等各種熱處理。
從為了提高半導體制造處理的成品率和品質等目的來看，快速使被處理體的溫度升高和降低的RTP技術引人注意?，F(xiàn)有的RTP裝置典型的有放置被處理體(例如，半導體晶片、光掩模用的玻璃基板、液晶顯示用的玻璃基板、光盤用的基板)的扇葉式腔(處理室)，配置在處理室中的石英窗，配置在石英窗的外部上端或上下端的加熱用燈(例如鹵素燈)，和配置在與燈的被處理體的反對側處的反射器(反射板)。
反射器可用鋁制造，其反射部分上一般要鍍金。當由于反射器的燈造成溫度破損(例如，因高溫使鍍金剝離)和冷卻時，為了使反射器不妨礙冷卻，在反射器上設置冷卻機構(冷卻管等)。RTP技術所要求的快速升溫依賴于燈的功率密度和從燈照射至被處理體的光的指向性。例如如圖1所示，如同閥那樣，在只有一個電極部3的單端燈2的情況下，當反射器4的傾斜角度α為45°時，對于配置在下端的被處理體，指向性和燈的能量效率最大。圖1為在用單端燈2由輻射光加熱下端的被處理體的情況下，當指向性和能量效率最好時，說明反射器4的傾斜角度的截面圖。
石英窗作成板狀，也可以作成可將被處理體放置在內部的管狀。處理室用真空泵排氣，內部維持為減壓環(huán)境的情況下，石英窗具有數(shù)十mm(例如30-40mm)的壁厚，可維持減壓與大氣之間的差壓。為了防止溫度升高造成的各個溫度差所產(chǎn)生的熱應力，石英窗可加工成壁薄可以耐壓的彎曲狀。
為了均勻地加熱被處理體，配置多個鹵素燈，反射器使從鹵素燈發(fā)出的紅外線同樣地向著被處理體輻射。一般，處理室與在其側壁上引導被處理體出入的閘閥連接，另外還與在其側壁上，導入熱處理時使用的處理氣體的氣體供給噴嘴連接。
由于被處理體的溫度對處理的質量(例如，成膜處理的膜厚等)有影響，因此必需正確把握，另外，為了達到快速升溫和快速冷卻，在處理室中設置測定被處理體溫度的溫度測定裝置。溫度測定裝置可由熱電偶構成，但因為必需與被處理體接觸，因此，被處理體被構成熱電偶的金屬污染。因此，先前提出了檢測從被處理體里面輻射的紅外線強度，根據(jù)下面表示輻射強度的式(1)，求出被處理體的輻射率ε，換算成溫度，這樣算出被處理體的溫度的高溫計作為溫度測定裝置。
Em(T)＝εEBB(T)………………………………………(1)式中EBB(T)是溫度T時從黑體發(fā)出的輻射強度；Em(T)是溫度T時從被處理體測定的輻射強度；ε是被處理體的輻射率。
工作時，被處理體從閘閥導入處理室中，其周邊用夾持器支承。熱處理時，由氣體供給噴嘴導入氮氣或氧氣等處理氣體。另一方面，從鹵素燈照射的紅外線由被處理體吸收，使被處理體的溫度升高。
但利用式(1)進行求取的現(xiàn)有的被處理體的溫度測定方法與實際的被處理體的溫度比較，有大約20-40℃的誤差。并且不能進行高質量的熱處理。本發(fā)明者為了找出其原因進行深入研究的結果發(fā)現(xiàn)，在利用式(1)進行實際的被處理體的溫度測定的情況下，必需考慮幾個誤差，這些誤差中含有來自被處理體的輻射光，經(jīng)與被處理體相對的面多重反射的光。特別是，在為了提高熱效率而增大被處理體周邊部件的反射率的扇葉式處理室中，因多重反射而對測定誤差的影響較大。
本發(fā)明的概括的目的是要提供一種可解決這個問題的新的有用的溫度測定方法、熱處理裝置及方法、計算機程序和輻射溫度計。
特別是，作為本發(fā)明的例示的目的，是要提供能高精度地測定被處理體的溫度的溫度測定方法、熱處理裝置及方法、計算機程序和輻射溫度計。

發(fā)明內容
為了達到上述目的，作為本發(fā)明的一個側面的溫度測定方法為這樣一種溫度測定方法，它利用設置在離開上述被測定體的測定部的兩個輻射溫度計，測定在多重反射環(huán)境中由熱源加熱的被測定體的溫度，上述兩個輻射溫度計具有分別埋入上述測定部且可接受來自上述被測定體的輻射光的桿；和與該桿連接的光纖，開口數(shù)或上述輻射溫度計的上述桿的直徑與上述被測定體至上述測定部的上述面的距離之比不同，在上述測定部的與上述被測定體相對的面和上述被測定體之間形成上述多重反射環(huán)境，當取上述輻射溫度計的上述桿的直徑為D1，開口數(shù)為NA，上述被測定體與上述測定部的上述面的距離為D2，上述測定部的上述面的反射率為r，觀察因子為F，多重反射系數(shù)為α，上述被測定體的輻射率為ε，上述被測定體的有效輻射率為εeff，N1和N2為參數(shù)時，可以利用上述兩個輻射溫度計的測定結果，計算上述ε，同時，利用下式計算上述被測定體的溫度α＝1-(1-NA·N1)N2/(D1/D2)εeff＝(1-α)·ε+α·ε/{1-F·r·(1-ε)}。
這種溫度測定方法由于用α，F(xiàn)，r來校正式(1)，因此可以更高的精度來測定被測定體的溫度。實行這種溫度測定方法的溫度測定程序，和存儲作為該程序的一部分的計算機可讀媒體為獨立的處理對象。
另外，作為本發(fā)明的另一個側面的熱處理裝置，具有對被處理體進行給定的熱處理的處理室；加熱上述被處理體的熱源；與上述處理室的測定部連接而測定上述被處理體溫度的輻射溫度計；由利用上述輻射溫度計測定的上述被處理體的溫度，控制上述熱源的加熱能力的控制部，上述控制部在上述條件下利用上述式子。作為本發(fā)明的又一個側面的熱處理方法，也在上述條件下利用上述式子。這種熱處理裝置和方法具有與上述溫度測定方法同樣的作用。
另外，作為本發(fā)明另一個側面的溫度測定方法，它利用設置在離開上述被測定體的測定部的輻射溫度計，測定在多重反射環(huán)境中由熱源加熱的被測定體的溫度，上述輻射溫度計具有埋入上述測定部且可接受來自上述被測定體的輻射光的桿；與該桿連接的第一個光纖；具有與該第一個光纖不同的開口數(shù)且與上述桿連接的第二個光纖；檢測通過上述第一個光纖的上述輻射光的第一個檢測器；和檢測通過上述第二個光纖的上述輻射光的第二個檢測器，可在上述條件下利用上述式子。這種溫度測定方法，與上述的溫度測定方法比較，可以采用半數(shù)的輻射溫度計桿。實行這種溫度測定方法的溫度測定程序為獨立的處理對象。作為本發(fā)明的又一個側面的熱處理裝置和方法，也可在上述條件下利用上述式子。這種熱處理裝置和方法也可起到與上述溫度測定方法同樣的作用。
另外，作為本發(fā)明另一個側面的輻射溫度計，具有設在離開被測定體的測定部且可接受來自上述被測定體的輻射光的桿；與該桿連接的第一個光纖；具有與該第一個光纖不同的開口數(shù)且與上述桿連接的第二個光纖；檢測通過上述第一個光纖的上述輻射光的第一個檢測器；檢測通過上述第二個光纖的上述輻射光的第二個檢測器。這種輻射溫度計是開口數(shù)不同的兩種光纖共同擁有一個桿，可在上述溫度測定方法中應用。另外，輻射溫度計可以是第一和第二個光纖在中心部分和外周部分分別分離編成的集束纖維，也可以是第一和第兩光纖任意地編成的集束纖維。適用于第一和第二個光纖的材料為石英、塑料和玻璃。但在光纖為任意編成的集束纖維的情況下，優(yōu)選，第一和第兩光纖為石英與石英或石英與玻璃的組合。
本發(fā)明的其他目的和特征，通過參照下面附圖進行說明的優(yōu)選實施例，會更清楚。


圖1為說明在利用單端燈由輻射光加熱下端的被處理體情況下，指向性最好時的反射器傾斜角度的截面圖。
圖2為表示作為本發(fā)明所例示的一實施方式的熱處理裝置的概略的截面圖。
圖3為可在圖2所示的熱處理裝置中使用的石英窗的概略的俯視圖。
圖4為圖3所示的石英窗的A-A截面圖。
圖5為圖3所示石英窗的B-B截面圖。
圖6為圖5所示石英窗的虛線區(qū)域C的放大圖。
圖7為在圖3所示的石英窗中使用的透鏡組件的一部分的放大立體圖。
圖8為圖3所示的石英窗的變形例子，它是與圖3對應的石英窗的一部分的放大截面圖。
圖9為圖3所示的石英窗的另一個變形例子，它是與圖3對應的石英窗的一部分的放大截面圖。
圖10為用三維表示在使用圖9所示的石英窗的情況下，以被處理體的中心作為(0，0)，在圖3所示的X和Y方向的距離與照射在被處理體上的輻射光的照度之間的關系的圖。
圖11為從上面看圖10的圖。
圖12為圖3所示的石英窗的又一個變形例子，它是與圖4對應的石英窗的一部分的放大截面圖。
圖13為用三維表示的，在使用圖12所示的石英窗的情況下，以被處理體的中心作為(0，0)，在圖3所示的X和Y方向上的距離與照射在被處理體上的輻射光的照度之間的關系的圖。
圖14為從上面看圖13的圖。
圖15為表示圖2所示的熱處理裝置的加熱部的更詳細的結構的放大的底視圖。
圖16為圖15所示的加熱部的部分截面?zhèn)纫晥D。
圖17為從圖16所示的加熱部的燈上去除鍍部的主視圖。
圖18為圖17所示的燈的側視圖。
圖19為作為圖15的變形例子的加熱部的放大的底視圖。
圖20為圖19所示的加熱部的部分截面?zhèn)纫晥D。
圖21為用于說明排列在圖15所示的加熱部的X方向的燈的冷卻機構的截面圖。
圖22為圖21所示的燈的側視圖。
圖23為圖21所示的燈的俯視圖。
圖24為用三維表示的、在使用具有作為鍍部的鍍金膜的燈的情況下，以被處理體的中心作為(0，0)，在圖18所示的X和Y方向的距離與照射在被處理體上的輻射光的照度之間的關系的圖。
圖25為從上面看圖24的圖。
圖26為用于圖2所示的熱處理裝置的加熱部的變形例的圖，它是從加熱部所用的燈上除去鍍部的立體圖。
圖27為用于說明圖2所示的熱處理裝置的加熱部的另一個變形例的圖，它是從在加熱部使用的燈上除去鍍部的立體圖。
圖28為用于說明分別用圖26和圖27所示的燈的鍍部覆蓋的截面圖。
圖29為具有圖26所示的加熱部的沿著圖15所示的X方向的縱截面圖。
圖30為圖29所示的加熱部的沿著圖15所示的Y方向的橫截面圖。
圖31為采用圖27所示的燈130B的熱處理裝置的加熱部的截面圖。
圖32為可以在圖2所示的熱處理裝置中使用的2種輻射溫度計及其附近的概略情況的放大截面圖。
圖33為可以在圖2所示的熱處理裝置中使用的兩個同種的輻射溫度計及其附近的概略情況的放大的截面圖。
圖34為用于說明本發(fā)明的有效輻射率的計算方法所使用的圖。
圖35為用于說明本發(fā)明的有效輻射率的計算方法所用的圖。
圖36為用于說明本發(fā)明的有效輻射率的計算方法所用的圖。
圖37為定義在本發(fā)明的有效輻射率計算方法中使用的參數(shù)的截面圖。
圖38為圖2所示的輻射溫度計的變形例，它是作為本發(fā)明的另一個側面的輻射溫度計及其附近的概略情況的放大的截面圖。
圖39為可在圖38所示的輻射溫度計中使用的光纖，它是圖38所示的AA線的光纖的概略的截面圖。
圖40為圖38所示的沿BB線的光纖的概略截面圖。
圖41為相對于石英和塑料制的光纖組合的輻射率ε的有效輻射率εeff的圖。
圖42為表示相對于石英和玻璃制的光纖組合的輻射率ε的有效輻射率εeff的圖。
圖43為表示相對于石英制的光纖組合的輻射率ε的有效輻射率εeff的圖。
圖44為表示被處理體的冷卻速度仿真結果的圖。
圖45為用于說明圖2所示的熱處理裝置的冷卻板的底部的變形例的概略截面圖。
圖46為用于說明在圖45所示的結構中，加熱被處理體時的被處理體和底部的位置關系的概略的截面圖。
圖47為用于說明在圖45所示的結構中，在冷卻被處理體時的被處理體和底部的位置關系的概略截面圖。
圖48為圖46所示的實線區(qū)域V的概略的放大截面圖。
圖49為用于說明通過與圖6對比的圓筒石英窗的光的指向性的截面圖。
圖50為用三維表示的，在先前的單端燈的情況下，以被處理體的中心作為(0，0)，在圖18所示的X和Y方向上的距離與照射在被處理體上的輻射光的照度的關系，與圖24對比的圖。
圖51為從上面看圖50的圖。
具體實施例方式
以下，參照附圖來說明本發(fā)明所例示的熱處理裝置100。在各個圖中，同一標號表示相同的部件。另外，同一個參照符號中，帶有大寫字母表示的是不帶有字母的參照符號的變形例子，特別是除非先聲明，無字母的參照符號概括帶有大寫字母的參照符號。圖2為作為本發(fā)明所例示的一個實施方式的熱處理裝置100的概略的截面圖。如圖2所示，熱處理裝置100具有處理室(處理室)110、石英窗120、加熱部140、支承環(huán)150、軸承160、永久磁鐵170，氣體導入部180、排氣部190、輻射溫度計200和控制部300。
處理室110，例如由不銹鋼或鋁等制成，與石英窗120連接。處理室110以其圓筒形的側壁112和石英窗120，形成對被處理體W進行熱處理的處理空間。在處理空間中配置裝載半導體晶片等被處理體W的支承環(huán)150，和與支承環(huán)150連接的支承部152。這些部件將在被處理體W的轉動機構中說明。另外，氣體導入部180和排氣部190與側壁112連接。處理空間由排氣部190維持給定的減壓環(huán)境。在圖2中省略了用于導入和導出被處理體W的閘閥。
處理室110的底部114與冷卻管116a和116b(以下簡單地稱為“116”)連接，起冷卻板的作用。如有必要，冷卻板114也可以有溫度控制功能。溫度控制機構例如具有控制部300、溫度傳感器和加熱器；可從水道等水源供給冷卻水。也可以用其他種類的冷媒(酒精、ガルデン、氟里昂(フロン)等)代替冷卻水。溫度傳感器可以使用PTC熱敏電阻，紅外線傳感器，熱電偶等眾所周知的傳感器。加熱器可由卷繞在冷卻管116周圍的加熱器線等構成。通過控制在加熱器線中流動的電流的大小，可以調節(jié)在冷卻管116中流動的水溫。
石英窗120氣密地安裝在處理室110處，可維持處理室110內的減壓環(huán)境與大氣的差壓；同時透過來自于后述的燈130的熱輻射光。如圖3-圖6所示，石英窗120具有半徑大約為400mm、厚度大約為33mm的圓筒形石英板121；和由多個透鏡元件123構成的多個石英透鏡組件122。圖3為石英窗120的俯視圖。圖4為圖3所示的石英窗120的A-A截面圖。圖5為圖3所示的石英窗120的B-B截面圖。圖6為圖5所示的石英窗120的虛線區(qū)域C的放大圖。圖7在圖3所示的石英窗120中使用的透鏡組件122的一部分的放大立體圖。
透鏡組件122可提高石英窗120的強度，同時，具有提高來自于后述的燈130的輻射光的指向性的作用。如圖3所示，各個透鏡組件122具有多個有集光作用的透鏡元件123，它們在X方向平行排列，這是由于后述的燈130在X方向平行排列，因此，透鏡組件122的排列方向依賴于燈130的排列方向。圖示的透鏡元件123的排列方向是一個例子，例如在本實施例中，透鏡元件123可以只在圖3所示的X方向彎曲，也可以在X方向或X方向及Y方向彎曲。本實施例中，透鏡組件122(的透鏡元件133和后述的燈130)配置成可以均勻地加熱大致為圓形的被處理體W。
透鏡組件122可作為冷卻透鏡組件122、石英窗120和后述的燈130的空氣流路AF(參照圖21和圖23)而發(fā)揮作用。另外，兩個透鏡組件122的間隙作為與通過熱傳導而水冷石英板121的后述的隔壁144的接觸部128而發(fā)揮作用。
如上所述，在本實施例中，石英板121的厚度大約在30-40mm以下，例如，可設定為大約30mm。本發(fā)明的石英板121的厚度，與先前一樣為30-40mm，不妨礙使用透鏡組件122的集光作用。但如本實施例那樣，使用薄的石英板121，具有后述的效果。另外，本實施例的透鏡組件122的高度約為3mm。在圖4中，寬度在21mm以下。在圖5中，透鏡元件123的長度約為18mm，曲率半徑為10mm，但不是僅限于此。
在本實施例中，窗的透鏡組件122只設在與石英板121的后述的燈130相對的一側；但設在石英板121的兩側也可以，也可以只設在不與石英板121的后述燈130相對的一側。
由于透鏡組件122可提高石英板121對熱變形的強度，因此，不必要如先前那樣，作成向離開處理室110方向彎曲的圓頂形，而作成平面形即可。作成圓頂形的石英窗，由于使被處理體離開燈的距離增大，因此燈的光指向性差，本實施例解決了這個問題。本實施例中，石英板121和透鏡組件122利用熔接接合，但也不排除作成一體的方法。
本實施例的石英板121的厚度在30-40mm以下，例如大約30mm，比現(xiàn)有的石英窗厚度30-40mm小。結果，本實施例的石英窗120對后述的燈130發(fā)出的光的吸收量比先前的石英窗小。結果，石英窗120具有下列優(yōu)點。即第一，由于燈130向被處理體W的照射效率比以前提高，因此可消耗較低的電力達到快速升溫。即先前，存在著燈光被石英窗吸收，使對被處理體W的照射效率降低的問題，本實施例解決了這個問題。第兩，由于可在板121的表面和內面維持比先前低的溫度差(即熱應力差)，因此不易破壞。即，先前在與石英窗的燈相對的表面及其相反側的表面上產(chǎn)生溫度差，在RTP快速升溫時，由于表面和內面的熱應力差，使石英窗容易破壞。本實施例解決了這個問題。第三，由于石英窗120的溫度升高比先前的石英窗低，因此在成膜處理時，可以防止堆積膜或反應副產(chǎn)品附著在其表面上，可以確保溫度的再現(xiàn)性；同時可以減少處理室100的清洗頻繁程度。即先前存在著石英窗溫度上升，特別是在成膜處理時，存在著堆積膜或反應副產(chǎn)口附著在其表面上，不能確保溫度再現(xiàn)性，同時處理室的清洗頻繁程度增加的問題。本實施例解決了這些問題。
另外，由于不使用透鏡組件122，只由石英板121構成的石英窗120，石英板121的厚度若如本實施例中那樣小，可以減少燈光的吸收，但在強度方面不能耐受處理室內的減壓環(huán)境與大氣壓的差壓，容易破壞，因此產(chǎn)生對減壓環(huán)境的處理室不適用的問題。透鏡組件132則解決了這個問題。
其次，參照圖6，圖7和圖49來說明石英窗120的透鏡組件122的集光作用。參見圖49，從位于通過沒有透鏡組件的截面為長方形的石英窗6的、圖中沒有示出的石英窗6上方的單端燈發(fā)出的光擴散，對位于石英窗6下方的被處理體的指向性差。圖49為用于說明通過與圖6對比的圓筒石英窗的光的指向性的截面圖。為此，如圖6和圖7所示，本實施例的石英窗120，通過具有凸型透鏡元件123的透鏡組件122，對由燈130發(fā)出的光進行照準校正，使指向性良好地照射在被處理體W上。另外，本發(fā)明的透鏡元件123的形狀和曲率也不一定是限于要對從燈130發(fā)出的光進行照準校正，至少與以前的指向性一樣或有所改善就可以。即使與圖49所示的指向性相同，透鏡組件122也具有上述的增強功能。
以下參照圖8來說明作為本實施例的石英窗120的變形例的石英窗120A。圖8為與圖4對應的石英窗120A的一部分的放大截面圖。本實施例的石英窗120A具有在圖3所示的流路124的直下方、與流路124平行地形成的截面為矩形的鋁或不銹鋼(SUS)制的增強件(或柱)124。這種增強件124內部有冷卻管(水冷管)125，可提高石英窗120A的強度。
增強件124的熱傳導率好，又由于是與處理室同樣的材料，因此不會成為對被處理體W的污染源。增強件124使石英窗120A的石英板121的厚度在10mm以下，優(yōu)選7mm以下，更優(yōu)選例如約為5mm，這樣可以更顯著地發(fā)揮上述優(yōu)點。在圖8中，本實施例的增強件124的截面尺寸為高度約18mm，寬度約12mm，水冷管125的直徑為6mm，但不僅僅限于此。另外，增強件124的截面形狀也不限于矩形，也可以具有波形等任意形狀。如圖12所示，本發(fā)明也包含作為石英板121和增強件124組合的石英窗121c。如圖8的箭頭所示，燈130發(fā)出的輻射光被增強件124的側面反射，入射在配置在下方的圖中沒有示出的被處理體W上。本實施例的冷卻管125具冷卻增強件124和石英板121兩者的功能。如果增強件124用鋁制造，則由于在200℃-700℃下溶化變形，因此需要適當?shù)臏囟瓤刂?。用冷卻管125進行溫度控制也可與冷卻管116同樣，可以采用業(yè)界已知的任何方法。
以下參照圖9來說明作為本實施例的石英窗120的另一個變形例的石英窗120B。圖9為與圖4對應的石英窗120B的一部分的放大的截面圖。本實施例的石英窗120A具有在石英窗120A的透鏡組件122的直下方，與透鏡組件122平行地形成的截面為矩形的導波部126。本實施例的石英窗120B可比石英窗120A進一步提高照明效率。參見圖8可看出，由箭頭所示的燈130的輻射光被增強件124反射時，能量損失約為10％。能量損失的比例取決于增強部124的高度等參數(shù)。另一方面，利用在增強件124的側面上有鍍金等高反射率的金屬進行表面處理，但由于對被處理體W構成污染源所以不優(yōu)選。作為適用于增強件124的材料，不存在沒有反射損失的材料。
另外，本實施例在透鏡組件122的直下方，形成與透鏡組件122平行的截面為矩形的導波部126。石英板121和導波部126可以通過熔接接合，也可以作成一體。石英導波部126的折射率大約為1.4，真空和大氣的折射率大約為1.0。從這種關系可看出，在石英導波部126內部，輻射光全部被反射。因此，本實施例的石英窗120B的能量損失理論上為零。
最好，與石英窗120B的板121和導波部126合計的石英窗相比，石英窗120B是除去增強件124而優(yōu)選石英窗120B的板121的厚度。在這種情況下，由于石英窗厚，會產(chǎn)生與現(xiàn)有壁厚的石英窗同樣的問題。
在使用圖9所示的石英窗120B的情況下，圖10和圖11表示使用石英窗120B時的指向性。另外，為了便于理解，在本申請中圖10和圖11作為彩色圖給出。圖10為用三維表示以被處理體W的中心作為(0，0)圖3所示的X和Y方向的距離(distance)與照射在被處理體W上的輻射光的照度(irradiance)的關系。圖11為從上面看圖10的圖。
同一圖上的實驗條件如下。即設定如下使用具有由鍍金膜構成的鍍部149且燈輸出705W的燈130，燈130的下端和透鏡組件122的上端的距離為2mm，從被處理體W至鋁制的增強件124下端的距離為20mm。另外，在圖9中設定石英板121的厚度為5mm，透鏡元件123距離石英板121表面的高度為5mm，曲率半徑為10mm，寬度為19mm，導波部126的寬度為19mm，高度為18mm，兩個增強件124的間隔為21mm。
圖13和圖14表示使用與圖9所示的石英窗120B對比的圖12所示的石英窗120C的情況下的指向性。另外，為了便于理解，本申請中，圖13和圖14用彩色圖給出。圖13用三維表示在使用圖12所示的石英窗的情況下，以被處理體W的中心作為(0，0)，圖3所示的X和Y方向的距離(distance)與照射在被處理體W上的輻射光的照度(irradiance)的關系。圖14為從上方看圖13的圖。
圖中的實驗條件如下。即設定使用具有由鍍金膜構成的鍍部149且燈輸出750W的燈130，燈130的下端和石英板121的上端的距離為2mm，從被處理體W至鋁制的增強件124下端的距離為20mm。另外，在圖12中設定，石英板121的厚度為5mm，兩個增強件124的間隔為21mm。
從圖10和圖11可看出，在被處理體W的中心附近，照度為尖銳的極大值，石英窗120B的指向性提高。另外，最大高度(即最大照度)一半的寬度(有時稱為“半值寬度”)大略為圓形，約為40mm。半值寬度越接近于圓，則其值越小，寬度越小控制性越好。參見圖13和圖14可看出，在被處理體W的中心附近，照度為極大，但其值不大。另外，半值寬度大致為橢圓形，最大約為100mm。照度的極大值大時，指向性較好。另外，半值寬度越接近于圓，則其值越小，越小控制性越好。這里，所謂控制性是表示加熱被處理體W所希望的位置(即用輻射光照射)和不加熱被處理體W的不希望的位置時的加工容易性。當將圖10和圖11與圖13和圖14對比時可看出，圖9所示的石英窗120B的指向性和控制性兩者都比圖12所示的石英窗120C的好。
上述實施例的各種石英窗120都不需要反射器，因此作為必需在燈130上使用的條件不存在。換句話說，石英窗120可理解為從其強度和指向性來看，可以適用于具有反射器的熱處理裝置。在這種情況下，截面形狀為波形的增強件124適合作為截面為波形的反射器。
以下參照圖15-圖18來說明本發(fā)明的加熱部140。圖15為加熱部140的仰視圖，圖16為圖15的加熱部140的一部分的截面?zhèn)纫晥D。圖17為圖16所示的燈130的主視圖，圖18為圖17所示的燈130的側視圖。如圖15所示，燈130與圖3所示的透鏡元件123對應。加熱部140具有燈130和燈保持部142。
如圖16所示，在本實施例中，燈130為單端型，但如后所述，雙端型也可以，另外也可以使用電熱線加熱器等其他熱源。這里所謂單端型為如圖16所示那樣，具有一個電極部132的燈。所謂雙端型為如熒光燈那樣，具有兩個端部的燈。燈130起加熱被處理體W的熱源的作用，在本實施例中為鹵素燈，但不是僅限于此。燈130的輸出由燈驅動器310決定，但如后所述，燈驅動器310由控制部300控制，向燈130供給相應的電力。
如圖17所示，燈130包含一個電極部132和發(fā)光部134，發(fā)光部134具有與電極部132連接的燈絲135。如圖15中虛線所示，在本實施例中，多個燈130與透鏡組件122的各個透鏡元件123相對應而成直線地配置，以便均勻地加熱大致為圓形的被處理體W。另外，如上所述，由于沿著圖15所示的Y方向，與同一列的X方向鄰接的燈130之間不存在反射器，因此，X方向的燈130之間的距離可以維持大約為3mm。如后所述，隨著燈密度的增加，功率密度也增加。如后所述，燈130的直線配置還可以實現(xiàn)順利的熱排氣(例如，4m3/min以下)。
如圖18所示，在電極部132下面，作為發(fā)光部134的一部分而形成頭部133。在頭部133周圍，如后所述那樣，形成鍍部149。參照圖2可看出，供給電極部132的電力由燈驅動器310決定，而燈驅動器310則由控制部300控制。參照圖17，在本實施例中，作為例子，電極部132的高度約為25mm，發(fā)光部124的高度大約為65mm，厚度約為1mm，燈絲135的長度約為25mm。另外，參照圖18，在本實施例中，作為例子，電極部132的寬度大約為5mm，發(fā)光部134(不是頭部133)的寬度約為15mm。在發(fā)光部134內封入氮或氬和鹵素氣體。燈絲135由鎢制成。燈絲135的下部與圖17所示的發(fā)光部134的底面134a的距離設定在給定范圍內，結果，可以確保給定的指向性和燈壽命。即；當這個距離太小時，燈130的指向性不好，當過大時，則鹵素循環(huán)不充分，燈的壽命縮短。
參見圖15和圖16，燈保持部142具有大略為長方體形狀，能容納各個燈130的多個圓筒形的槽143和隔壁144。
槽143由容納燈130的電極部132的部分143a和容納發(fā)光部134的部分143b組成。部分143a、電極部132與在圖2中表示在圖16中沒有表示的燈驅動器310連接；同時，起到密封兩者之間的密封部的作用。部分143b直徑比發(fā)光部134大。
如圖3，圖8，圖15和圖16所示，隔壁144例如具有12mm的寬度，位于圖3所示的流路128和圖7所示的增強件124之上，配置在排列在圖15所示的X方向的多個鄰接的槽143之間。與流路128平行(即圖15所示的X方向)排列的一對冷卻管(水冷管)145與隔壁144內接。由于鼓風機使大約0.3-0.8m3的空氣在除去發(fā)光部134的槽143中流動，以對發(fā)光部134的表面進行空氣冷卻，因此，本實施例的燈130由空冷機構和冷卻管145進行冷卻。但是，如后述的圖19和圖20所示的加熱部140A那樣，也可以取下隔壁144和冷卻管145，只由空冷機構進行冷卻。如后所述，在鍍部149由鍍金膜構成的情況下，為了防止鍍金的剝離等的溫度破壞，因此空冷機構和冷卻管145要將鍍部149的溫度維持在500℃以下。利用冷卻管145進行的溫度控制與冷卻管116同樣，因此可以采用業(yè)界已知的任何方法。在鍍部149具有500℃以上的耐熱性的情況下，由于一般若超過900℃時燈130產(chǎn)生透明消失(發(fā)光部134變白的現(xiàn)象)現(xiàn)象，因此優(yōu)選用冷卻管145及其他冷卻機構進行溫度控制，使燈130在900℃以下。
本實施例的特征為，隔壁144和冷卻管145只沿著圖15所示的X方向設置，如現(xiàn)有的反射器那樣，不采用X和Y方向的兩維的冷卻管排列方式。因此，本實施例的燈保持部142的結構，有助于燈130的燈密度和由此引起的功率密度的增加。例如，相對于圖44所示的現(xiàn)有的具有(例如直徑為50mm)反射器的燈排列時，燈密度為0.04根/cm2，本實施例的燈密度為0.16根/cm2。在不用隔壁144和冷卻管145，而只用空氣冷卻去冷卻燈130和燈保持部142的情況下，燈密度最大約為0.40根/cm2。一般，RTP要求的功率密度由每一個燈的功率和燈密度決定。燈的功率越大，燈密度越小。本實施例的燈配置與可充分對應于將來更快速地升高溫度所必要的RTP。
以下，參照圖19和圖20來說明作為圖15所示的加熱部140的變形例的加熱部140A。本實施例的加熱部140A，從加熱部140中除去隔壁144和冷卻管145，因此燈密度可提高。由于冷卻管145沒有設在燈保持部142上，因此燈130只能用空氣冷卻進行冷卻。加熱部140A的燈密度約為加熱部140的燈密度的兩倍。鍍部149由于排除了現(xiàn)有必要的反射器，可以組裝如此高密度的燈。
以下參照圖21-圖23說明燈130的空氣冷卻機構。圖21為用于說明排列在圖15所示的加熱部140的X方向的燈130的冷卻機構的截面圖。圖22為圖21所示燈130的側視圖。圖23為圖21所示的燈130的俯視圖。如同一圖所示，同一列的(即沿著圖15所示X方向直線配置的)多個燈130，由與它們(發(fā)光部134)串聯(lián)連接的鼓風機進行熱排氣(空氣冷卻)。利用鼓風機的排氣效率對于直線配置較好，例如在4m3/min以下。在該程度的熱排氣時也可以向熱處理裝置100外部排氣，也可以循環(huán)。在循環(huán)的情況下，典型的是將散熱器設置在流路中，冷卻熱氣。為了使排氣效率良好，排氣系統(tǒng)的負荷要小。
鍍部149具有在發(fā)光部134內，以高反射率反射燈130的熱輻射光的作用。通過將具有高反射率的反射部設在發(fā)光部134中，發(fā)光部134(燈絲135發(fā)出的輻射光)對被處理體W的指向性提高。結果，鍍部149不需要設置在現(xiàn)有發(fā)光部的外部的所必需的反射器(反射板)。由于不使用反射器，可以用燈密度(例如，具有45°傾斜角度的反射器燈(例如0.04根/cm2)大約4倍的高密度(例如0.16根/cm2)來安裝多個燈(例如，使圖15所示的X方向鄰接的燈130間的距離約為3mm等)。這樣，可以比有反射器的情況下功率密度增加。本發(fā)明的熱處理裝置100適合于快速升溫的RTP。
鍍部149除了圖17所示的發(fā)光部134的底面134a以外，可用各種鍍法及其它方法，在含有頭部133的發(fā)光部134上形成。這樣，通過將鍍部149設置在發(fā)光部134的與被處理體W相對的底部134a以外的部分上(即不相對的部分)，可以不遮斷來自于燈絲的直接向被處理體W的光照射與作為由鍍部149反射的結果的光照射，使指向性提高。
鍍部149由以高反射率反射輻射光的金屬膜形成，例如金或銀等。例如，在鍍部149由鍍金膜構成的情況下，可用鍍(硬質鍍金或純金鍍金)方法形成鍍部。根據(jù)文獻記載，如果鍍部149的厚度大約為10微米，則可以充分地防止光從發(fā)光部134泄漏。另外，本發(fā)明的鍍部149，只要能提高燈130的指向性就夠了，不限于在高反射率范圍內。
圖24和圖25表示在使用具有由鍍金膜構成的鍍部149的燈130的情況下的指向性。為了便于理解，圖24和圖25在本申請中用彩色圖表示。圖24用三維表示在使用具有作為鍍部149的鍍金膜的燈130的情況下，以被處理體中心作為(0，0)，在圖15所示的X和Y方向的距離(distance)與照度(irradiance)的關系。圖25是從上面看圖24的圖。
該圖中的實驗條件如下。即設定如下使用具有由鍍金膜構成的鍍部149且燈輸出為750W的燈130，處理室110維持常壓環(huán)境，燈130的下端與只由厚度為3mm的石英板121構成的圓筒石英窗的上端的距離為2mm，從被處理體W至石英窗下端的距離為20mm。
圖50和圖51表示使用沒有鍍金膜的現(xiàn)有的單端燈的情況下的指向性。另外，為了便于理解，在本申請中圖50和圖51用彩色圖表示。圖50用三維表示在使用沒有鍍金膜的現(xiàn)有的單端燈的情況下，以被處理體W的中心作為(0，0)，圖15所示的X和Y方向的距離(distance)與照度(irradiance)的關系。
該圖中的實驗條件如下。即設定如下使用具有由鍍金膜構成的鍍部149且燈輸出為750W的燈130，處理室110維持常壓環(huán)境，燈130的下端與只由厚度為3mm的石英板121構成的圓筒石英窗上端的距離為2mm，從被處理體W至石英窗下端的距離為20mm。
參見圖24和圖25可看出，在被處理體W的中心附近，照度尖銳地變成極大，鍍部149可提高指向性。另外，半值寬度大致為圓形，大約為40mm。另一方面，從圖50和圖51中可看出，在被處理體W中心附近，照度達到極大，但其值不太大。另外，半值寬度大致為橢圓形。最大寬度約為80mm。將圖24和圖25與圖50和圖51對比可看出，本實施例的帶有鍍部149的燈130的指向性和控制性都比現(xiàn)有的沒有鍍部的燈好。
如圖18的圓圈的放大圖所示，優(yōu)選發(fā)光部134的被鍍部149覆蓋的部分上有凹凸。這樣，由鍍部149反射的光不在發(fā)光部134的圓筒側面之間反復反射，而投向被處理體W的比例可以提高。凹凸可利用噴砂處理的研磨，在化學溶液中侵蝕腐蝕等表面處理方法形成。
如上所述，燈130也可以為雙端型。以下參照圖26-圖30來說明將燈130置換為雙端型燈的情況下的實施例。圖26為去除鍍部149A的雙端燈130A的立體圖。圖27為去除鍍部149B的另一種雙端燈130B的立體圖。圖28為用于說明利用圖26所示的燈130A及圖26所示的燈130B的鍍部149A和149B覆蓋的截面圖。圖29為具有圖26所示的燈130A的加熱部140B的、沿著圖15所示的X方向的縱截面圖。圖30為圖29所示的加熱部140B的沿著圖15所示的Y方向的橫截面圖。
圖26表示在圖15所示的X方向配置的直線筒狀雙端燈130A的一個。圖27表示與圖12所示的虛線同一個圓配置的圓弧筒狀雙端燈130B的一個。另外，如果將燈130置換成燈130A或130B，燈保持部142的形狀在保持燈130A和130B的部分也要變更。例如，在燈保持部142上具有容納后述的電極部132A或132B和垂直部136a或137a的多個垂直通孔；和容納后述的水平部136b或137b的直線形或同心圓形的多個水平槽等。圖29和圖30分別表示沿著在圖15所示的Y方向并列有一對燈130A的加熱部140B的X方向和Y方向的截面圖。配置在燈130A直下方的透鏡具有圖29所示的、后述發(fā)光部136的長度；和覆蓋圖30所示的后述的一對燈130A的寬度。根據(jù)本申請，由于本領域的從業(yè)人員可以理解其他變更，所以圖中省略。
如圖26所示，燈130A包含兩個電極部132A和發(fā)光部136；而發(fā)光部136具有連接兩個電極部132A的燈絲135A。同樣，如圖27所示，燈130B包含兩個電極部132B和發(fā)光部137，而發(fā)光部137具有連接兩個電極部132B的燈絲135B。供給電極部132A和132B的電力由圖1所示的燈驅動器310決定，燈驅動器310由控制部300控制。電極部132和燈驅動器310和電極部132A以及132B之間密封。
如圖26所示，發(fā)光部136具有垂直部136a和從垂直部136a彎成90°的直線形水平部136b。又如圖27所示，發(fā)光部137具有垂直部137a和從垂直部137a彎曲大致90°的圓弧形水平部137b。本發(fā)明所用的雙端燈不僅僅限于燈130A或130B，可以包含水平部136b和137b為任意形狀(例如，渦旋形，三角形等)的燈。另外，垂直部和水平部的角度也不僅僅限于90°。
水平部136b沿著X方向安裝在圖15所示的配置燈130的部分。在圖15中，水平部136b的長度與最外周的圓P和由Y方向任意的燈位置(例如圖D表示的列)限定的兩端的燈130之間的距離(例如，間隔E)相同，也可以小于這個距離。在前者的情況下，在該燈位置上安裝一根燈130A。在后者的情況下，在該燈上安裝多根燈130A。在Y方向不同的燈位置上的燈130A的水平部136b可以相同，也可以不同。
水平部137b配置在與圖15用虛線表示的圓同心的圓上。圖27所示的虛線，與圖15所示的虛線為同心圓關系。水平部137b的長度，由與圖15所示的虛線圓同心的圓(例如圓Q)的圓周和燈130B的設置根數(shù)決定。配置在不同的同心圓上的燈130B的水平部137b的曲率半徑不同。
在圖26和圖27中，為了方便，將鍍部149A和149B從燈130A和130B上去除。但實際上，如圖28所示，在不與被處理體W相對的部分上，在發(fā)光部136和137上覆蓋著鍍部149A和149B。在燈130A中，鍍部149A被垂直部136a的側面的全部和水平部136b的上半部分覆蓋。在燈130B中，鍍部149B被垂直部137a的側面全部和水平部137b的上半部覆蓋。鍍部149A和149B與鍍部149同樣，具有在發(fā)光部136和137內，以高反射率反射燈130A和130B的熱輻射光的功能。通過在發(fā)光部136和137中設置有高反射率的反射部，可使發(fā)光部136和137(燈絲135A和135B發(fā)出的輻射光)向被處理體W的指向性提高。結果，鍍部149A和149B不需要設置在現(xiàn)有的發(fā)光部的外部所必需的反射器(反射板)。由于不使用反射器，可以用高密度安裝多個燈(例如以具有45°傾斜角的反射器時的燈密度的大約4倍的燈密度)，功率密度也可以比有反射器的情況增加，對快速升溫的RTP適用。
圖31為采用圖27所示的燈130B的熱處理裝置的加熱部的截面圖。在這個熱處理裝置中，為了防止因溫度升高產(chǎn)生的各個溫度差造成的熱應力，石英窗120D具有壁薄且可耐壓的彎曲形狀。
其次，參照圖32-圖36來說明本發(fā)明的另一個側面的有效輻射率的計算方法。圖32為兩種輻射溫度計200A和200及其附近的概略的放大截面圖。圖33為兩個同種的輻射溫度計200C及其附近的概略的放大截面圖。圖34-圖36為用于說明本實施例的有效輻射率計算方法的圖。
輻射溫度計200A-200C裝在被處理體W的與燈130相對一側上。本發(fā)明不排除將輻射溫度計200A-200C安裝在與燈130同一側上的結構，但優(yōu)選防止燈130的輻射光入射在輻射溫度計200A-200C上。
圖32和圖33所示的輻射溫度計200A-200C具有石英或藍寶石制(在本實施例中為石英制)的桿210，光纖220A-220C，和光電檢測器(PD)230。本實施例的輻射溫度計200A-200C不需要斷路器，使斷路器轉動的電機，液晶顯示器(LED)，使LED穩(wěn)定地發(fā)光的溫度調節(jié)機構等，采用了必要的最低限度的較便宜的結構。
首先，參照圖32可看出，輻射溫度計200A和200B安裝在處理室110的底部114上，更詳細說，分別插入底部114的圓筒形通孔115a和115b中。底部114的面向處理室110內部的面114a經(jīng)過充分的研磨，具有反射板(高反射率的表面)的功能。在本實施例中，面114a的反射率達到0.9左右，但這個值只是示例性的，不是對本發(fā)明的限制。必需注意，當將面114a作成黑色等低反射率的表面時，它可吸收被處理體W的熱，使燈130的照射輸出不經(jīng)濟。
輻射溫度計200A和200B具有相同的桿210，開口數(shù)(NA)不同的光纖200A和220B，和各自的光電檢測器(PD)230。
本實施例的桿210，由直徑為4mm的石英制的桿構成。由于石英或寶石具有良好的耐熱性，和如后所述的良好的光學特性，因此被使用；但桿210的材料不是僅限于這些。
如果必要，桿210可向處理室內110內部突出給定的距離。桿210分別插入設置在處理室110的底部114處的通孔115A和115B中，用圖中沒有示出的O形圈密封。這樣，盡管有通孔115A和115B，處理室110內部可以維持減壓環(huán)境。由于桿210幾乎不將一旦入射至其內部的熱輻射光向外放出，而且能夠幾乎不衰減地導向光纖220A和220B，因此集光效率好。通過將桿210A和210B放置在被處理體W附近，桿210接受從被處理體W輻射的光，通過光纖220A和220B，將該光引導至光電檢測器(PD)230。
光纖220A和220B由傳輸光的芯子和覆蓋芯子周邊的同心圓形狀的包層構成，兩者的NA不同。芯子和包層為玻璃或塑料等的透明的介電體，由于包層的折射率比芯子的折射率稍小，因此傳輸時可以全部反射光，使光不會漏出。為了實現(xiàn)不同的NA，輻射溫度計200A和200B使用不同材質的芯子和/或包層的組合。
PD230具有圖中沒有示出的成像透鏡，Si光電池，放大電路；可將入射至成像透鏡的輻射光變換為電壓，即變換為表示后述的輻射強度E1(T)、E2(T)的電氣信號，并輸送至控制部300?？刂?00有CPU、MPU及其它處理器、RAM和ROM等的存儲器，可以后述的輻射強度E1(T)、E2(T)為基礎，計算被處理體W的輻射率ε和基板溫度T。另外，也可由輻射溫度計200內的圖中沒有示出的運算部進行該計算。
桿210接受的輻射光，經(jīng)過光纖220A和220B，導入PD230中。
以下說明利用不同的NA的本發(fā)明的有效輻射率的計算方法。當考慮被處理體W和桿210之間的多重反射和從燈130發(fā)出的直接光時，被處理體W的有效輻射率εeff按下式(2)計算。ϵeff=(1-α)·ϵ+α·ϵ1-F·r·(1-ϵ).......(2)]]>式中εeff是被處理體W的有效輻射率；ε是被處理體W的輻射率；r是處理室110的底部114的面114a的反射率；F是由下面的式(3)給出的觀察因子(view factor)；α是多重反射系數(shù)。
F＝(1+Cos2γ)/2……………………(3)
式中，多重反射系數(shù)α與桿210的直徑D1、被處理體W和面114a的距離D2、輻射溫度計200A和200B(為方便起見可用標號200概括)分別具有的開口數(shù)NA(0≤NA≤1)三個值有關，可取以下的值。另外，如圖37-(b)所示，γ為表示由桿210、面114a和被處理體W決定的所希望的角。
NA＝0→1-α＝1……………………(4)NA＝1→1-α0……………………(5)D1/D2＝∞→1-α＝1……………………(6)D1/D2＝0→1-α＝0 ……………………(7)這時，作為恒等式，可將上述4個條件成立的預測式定義為以下的式(8)。
1-α＝(1-NA·N1)N2/(D1/D2)……………………(8)式中，N1、N2是式(8)中的參數(shù)。因此，多重反射系數(shù)α可用下式(9)表示。
α＝1-(1-NA·N1)N2/(D1/D2)……………………(9)式(9)表示的α可以充分滿足式(4)-式(7)。作為式(9)的前提，要決定N1和N2兩個參數(shù)，研究其妥當性。
首先，將桿210的直徑固定為4mm，改變NA進行計算(因為時間縮短，被處理體W只從ε＝0.2開始計算)。這時，NA在0-1的范圍內。將這樣得出的數(shù)據(jù)與式(9)的前提進行比較，暫時決定N1和N2/(D1/D2)的值。同樣，對直徑為2mm和20mm的桿進行計算，決定N1和N2/(D1/D2)的值。作為N1，N2的決定值，可使用N1與N2/(D1/D2)-D1/D2曲線(在上述求出的N2/(D1/D2)中，選擇N1，使N2為三者共同的值)。
利用上述方法決定的N1和N2(D1/D2)的暫定的值，在圖34-圖36中表示(1-α)與NA的關系。圖36中表示了其檢證結果。結果是，可取N1＝0.01，N2＝500，式(9)可以表示成以下的式(10)。
α＝1-(1-0.01·NA)500/(D1/D2)……………………(10)這樣，在RTP中，即使桿210的直徑變更，被處理體W和面114a的距離變更，不論NA的大小如何，都可以容易地計算出被處理體W的有效輻射率。
在光纖220A的NA＝0.2，光纖220B的NA＝0.34的情況下，若令這時的α為α0.2和α0.34，則由式(10)，它們按以下的式(11)和式(12)表示。
α0.2＝1-(1-0.01×0.2)500/(D1/D2)……………(11)α0.34＝1-(1-0.01×0.34)500/(D1/D2)……………(12)這樣，被處理體W的有效輻射率可由式(13)和式(14)給出。ϵeff0.2=(1-α0.2)·ϵ+α0.2·ϵ1-F·r·(1-ϵ)............(13)]]>ϵeff0.34=(1-α0.34)·ϵ+α0.34·ϵ1-F·r·(1-ϵ)........(14)]]>輻射溫度計200可利用輻射光束(W)計算溫度換算。當令NA＝0.2時的角度為θ1，NA＝0.34時的角度為θ2時，兩個輻射溫度計中的入射光束的不同可用式(15)和式(16)給出。但如圖37(a)所示，θ表示光纖的最大受光角，它用θ＝sin-1(NA)表示。E0.2=AROD(r·tanθ1)2·πr2·L.............(15)]]>E0.34=AROD·(r·tanθ2)2·πr2·L..........(16)]]>因此，兩個輻射溫度計200A和200B的入射光束比可用以下的式(17)表示。ϵeff0.34·E0.34ϵeff0.2·E0.34=ϵeff0.34·tan2θ2ϵeff0.2·tan2θ1............(17)]]>ϵeff0.34·E0.34ϵeff0.2·E0.2=[(1-α0.34)·ϵ+α0.34·ϵ1-F·r·(1-ϵ)]·tan2θ2[(1-α0.2)·ϵ+α0.2·ϵ1-F·r·(1-ϵ)]·tan2θ1......(18)]]>當如式(19)那樣，設置β時，則式(18)的形式改變成以下式(20)-式(24)。β=ϵeff0.34·E0.34ϵeff0.2·E0.2·tan2θ2tan2θ1........(19)]]>β·[(1-α0.2)·ϵ+α0.2·ϵ1-F·r·(1-ϵ)]=(1-α0.34)·ϵ+α0.34·ϵ1-F·r·(1-ϵ)......(20)]]>β·{(1-α0.2)[1-F·r·(1-ε)]+α0.2}＝(1-α0.34)·[1-F·r·(1-ε)］+α0.34…(21)
β·(1-α0.2)-β·(1-α0.2)·[F·r·(1-ε)］+β·α0.2＝…………(22)(1-α0.34)-(1-α0.34)·[F·r·(1-ε)］+α0.34β·(1-α0.2)-β·(1-α0.2)·F·r+β·(1-α0.2)·F·r·ε+β·α0.2-(1-α0.34)＝…(23)-(1-α0.34)·F·r+F·r·(1-α0.34)·ε+α0.34β·(1-α0.2)-β·(1-α0.2)·F·r+β·α0.2-(1-α0.34)+(1-α0.34)·F·r-α0.34＝(24)(1-α0.34)·F·r·ε-β·(1-α0.2)·F·r·ε因此，被處理體W的輻射率ε可按式(25)計算。ϵ=β·(1-α0.2)-β·(1-α0.2)·F·r+β·α0.2-(1-α0.34)+(1-α0.34)·F·r-α0.34(1-α0.34)·F·r-β(1-α0.2)·F·r.....(25)]]>再由式(11)或式(12)計算有效輻射率。這里，利用NA小的NA＝0.2有效輻射率繼續(xù)進行計算。將式(25)算出的輻射率ε代入式(13)中，得到以下的式(26)。ϵeff0.2=(1-α0.2)·ϵ+α0.2·ϵ1-F·r·(1-ϵ)........(26)]]>這時，由于E0.2的輻射能入射至NA＝0.2的輻射溫度計200A中，以下的式(27)成立。
E0.2＝εeff0.2·Eb……………………(27)式中，Eb是依賴于黑體輻射的輻射能量。其次，再將式(27)作如下的變形。
Eb＝E0.2/εeff0.2……………………(28)根據(jù)JIS 1612，入射能具有以下的關系式。T=c2/AlnC-lnEh-BA.........(29)]]>式中，T是被處理體W的溫度；c2＝0.014388m/k(輻射的第兩常數(shù))；A、B、C是輻射溫度計200的固有常數(shù)(由校正決定)；Eb是依賴于黑體輻射的輻射能(通常為輻射溫度計的輸出V)。
上述的計算方法是由兩個具有不同的NA的輻射溫度計200A和200B求被處理體W的輻射率，然而，根據(jù)式(9)改變D1/D2的比值，同樣可以求出上述輻射率。圖33表示這種實施例。
在圖33中，在處理室110的底部114上設有與底面114a對應的底面114b，和從底面114b突出的凸部114c的上表面114d。因此，使用同一個輻射溫度計200C，被處理體W和輻射溫度計200C的石英桿210之間的距離D2不同。因此，在圖33所示的實施例中，可以與圖32所示的實施例同樣，求出被處理體W的輻射率。
例如，在圖33中，準備NA＝0.2的輻射溫度計200C，桿210與被處理體W的距離設置為3.5mm(圖33的左側和5mm(圖33的右側)。另外，將桿210的直徑取為4mm。由式(9)，像以下的式(30)和式(31)表示各個多重反射系數(shù)。
α3.5＝1-(1-0.01·0.2)500/(D1/3.5)……………………(30)α5.0＝1-(1-0.01·0.2)500(D1/5.0)……………………(31)這樣，與式(13)和式(14)同樣，可求出有效輻射率εeff3.5，εeff5.0。在后面要求被處理體W輻射率和被處理體的溫度的過程中，只要在式(15)-式(28)的各個字母中，將0.2置換為3.5，0.34置換為5.0，則可以完全同樣地計算被處理體W的溫度T。
PD230或控制部300可根據(jù)式(25)-式(29)計算出被處理體W的溫度T?？傊?，控制部300可以得出被處理體W的溫度。另外，包含這些式子的溫度測定運算程序可存儲在軟盤等計算機可讀媒體中，和/或利用因特網(wǎng)等通訊網(wǎng)絡，進行在線輸送，成為獨立的處理對象。
然而，在上述結構中，為了進行溫度測定，至少需要兩個輻射溫度計200。另外，為了提高檢測精度而將輻射溫度計200設置在被處理體W的多個地方的情況下，至少需要4個即2的倍數(shù)個的輻射溫度計。因此，在處理室110中作出的通孔115的數(shù)目必需與輻射溫度計200的數(shù)目對應。上述的溫度測定方的優(yōu)點為可以廉價地進行高精度的檢測，但通孔115和桿210吸收熱，妨礙升溫。因此，優(yōu)選通孔(即輻射溫度計200)的數(shù)目少較好。本發(fā)明者對這個問題潛心研究的結果發(fā)現(xiàn)，兩個輻射溫度計200共同擁有一個桿210，可使桿210，進而是通孔115的數(shù)目減半。另外，發(fā)明者制成了即使利用一個桿210，也可得到與使用兩個輻射溫度計200時同樣的作用和效果的新的光纖。
以下，參照圖38-圖40來說明作為本發(fā)明的另一個側面的光纖220D和具有該光纖220D的輻射溫度計200D。圖38為圖2所示的輻射溫度計200的變形例子。它是作為本發(fā)明的另一個側面的輻射溫度計200D及其附近的概略的放大截面圖。圖39為可以在圖38所示的輻射溫度計200D中使用的光纖220D，它是圖38所示的AA線處的光纖220D的概略的截面圖。圖40為圖38所示的BB線處的光纖220D的概略的截面圖。
輻射溫度計200D與輻射溫度計200A-200C同樣，對于被處理體W，設置在與燈130相反的一側。圖38所示的輻射溫度計200D具有石英或藍寶石(在本實施例中為石英制)制的一個桿210、光纖220D和PD232與PD234。輻射溫度計200D典型地在具有后述的光纖220D和兩個PD232與234這點上，與上述輻射溫度計200A-200C不同。輻射溫度計200D插入處理室100的底部114的圓筒形通孔115C中，安裝在底部114上。如上所述，為了安裝輻射溫度計200A和200 B或一對輻射溫度計200C，至少要設置兩個通孔；而對于輻射溫度計200D，則只需至少一個通孔115c就夠了。因此在使用輻射溫度計200D的情況下，通孔115的數(shù)目可以減半，可以很大地抑制妨礙處理室110內升溫的桿210的影響。因此，利用少的能量即可以使處理室110快速升溫，同時，可減少能量消耗。在本實施例中，省略了與輻射溫度計200A-200C相同的結構的詳細說明。
作為本發(fā)明另一個側面的光纖220D為將多根光纖222和光纖224集束而成的集束纖維。在本實施例中，光纖220D的特點是光纖222和光纖224的NA不同。另外，如圖38所示，光纖220D與桿210連接，然后分成兩股，與檢測器232和234連接。分支后的光纖210D是NA相同者構成一個集束纖維；集束的各個光纖222和224與不同的檢測器232和234連接。
更詳細地，光纖220D分支前的狀態(tài)如圖40所示。多個光纖222和224是光纖222存在于光纖220D的中心區(qū)域，光纖224存在于覆蓋該區(qū)域的區(qū)域(圖39(a))，可作為集束纖維實現(xiàn)。在這種結構中，光纖222和224利用在與光纖220D同軸上延伸的筒225例如SUS管可以分離。另外，多個光纖222和224也可以作為光纖222和224混合存在(圖39(b))的集束纖維實現(xiàn)。在圖39(a)中，在中心區(qū)域上，光纖222的外周區(qū)域被光纖224包圍，光纖222和光纖224也可以相反地配置。光纖220D分支后的狀態(tài)也如圖40所示。分支后的光纖220D是只具有相同的NA的光纖被集束構成的2根集束纖維。
與光纖220A-C同樣，光纖222和224也由傳輸光的芯子和覆蓋芯子周邊的同心圓狀的包層構成。如上所述，因為包層的折射率比芯子的折射率稍小，因此傳輸時可以全部反射光，使光不會漏至外部去。芯子和包層基本由相同的材質構成。在本實施例中，為了實現(xiàn)不同的NA，光纖222和光纖224使用不同的材質。光纖222和224由石英，塑料和從由玻璃組成的組中選擇的材料制成，但是也可以使用具有同樣作用的材質。在利用上述材質制成光纖的情況下，光纖的NA按石英、塑料、玻璃的順序分別為0.14，0.3，0.5以上。在本實施例中，光纖220D由以石英制成、開口數(shù)為0.14的光纖222和以塑料制成、開口數(shù)為0.37的光纖224構成。另外，光纖222和224通過改變芯子和包層的折射率，可以改變NA值。光纖222和光纖224也可以用同一種材質構成。但在上述圖39-(b)的結構中，由于光纖220D制造上的理由，優(yōu)選光纖222和224由石英與石英或石英與玻璃組合構成。另外，光纖222和224的直徑分別是相同的。但也可以不同。然而，在光纖222和224的直徑不同的情況下，因為制造圖39-(b)所示的集束纖維困難，因此不大合適。優(yōu)選采用圖39-(a)的結構。
使用上述的光纖220D，通過將分支后的光纖220D分別與不同的檢測器232和234連接，可以得到與上述輻射溫度計200A-200C用兩個輻射溫度計檢測的同樣的結果。參見圖41-圖43可看出，在這種結構中，通過使光纖220D與一個桿210連接，使開口數(shù)不同的光纖222和224共同擁有一個桿210，則可以起到與在將輻射溫度計220A和輻射溫度計200B組合使用的上述情況相同的作用。圖41-圖43為表示對于上述光纖222和224組合的輻射率ε的有效輻射率εeff的圖。即同一輻射率ε的有效輻射率εeff之差由開口數(shù)NA確定。因此，容易理解，即使是輻射溫度計200D，利用有效輻射率εeff之差，修正輻射率ε的本發(fā)明的溫度測定方法是可以實現(xiàn)的。
另外，桿210及檢測器232和234的結構和作用與上述的相同，省略其詳細說明。有效輻射率εeff及溫度計算方法與上述輻射溫度計200A-200B相同，因此省略其詳細說明。
控制部300內部具有CPU和存儲器，通過辨識被處理體W的溫度T并控制燈驅動器310，將燈130的輸出反饋控制。另外，如后所述，控制部300按給定的時間將驅動信號送至電機驅動器320，控制被處理體W的轉動速度。
氣體導入部180包含圖中沒有示出的氣體源，流量調節(jié)閥，質量流量控制器，氣體供給噴嘴和連接它們的氣體供給線路；將熱處理時使用的氣體導入處理室110中。另外，在本實施例中，氣體導入部180設在處理室110側壁112上，它從處理室110的側部導入氣體，但其位置不是僅限于此；例如，作為噴水頭結構，從處理室110的上部導入處理氣體也可以。
如果進行退火，則氣體源使用N2，Ar等；如果進行氧化處理，則氣體源使用O2，H2，H2O，NO2；如果進行氮化處理，則氣體源使用N2，NH3等；如果進行成膜處理，則氣體源使用NH3，SiH2Cl2或SiH4，但處理氣體顯然不是僅限于這些。質量流量控制器控制氣體流量，它具有橋式電路，放大電路，比較器控制電路，流量調節(jié)閥等；通過檢測伴隨氣體流動從上游至下游的熱移動，測定流量，控制流量調節(jié)閥。氣體供給管路使用無縫管，并使用深入連接部分的接頭或金屬密封墊片的接頭，防止雜質從供給氣體源的管路混入。另外，為了防止管路內部污染或腐蝕引起的灰塵顆粒，管路由耐腐蝕材料制成；或管路內部用PTFE(特氟綸)，PFA，聚酰亞胺，PBI等絕緣材料進行絕緣加工，再經(jīng)過電解研磨處理；還具有捕捉灰塵顆粒的過濾器。
在本實施例中，排氣部190與氣體導入部180大致呈水平設置，但其位置和數(shù)目沒有限制。所希望的排氣泵(渦輪分子泵，飛濺離子泵，吸氣泵，吸附泵，低溫泵等)與壓力調整閥一起與排氣部190連接。另外，在本實施例中，處理室110維持為減壓環(huán)境，但是本發(fā)明的減壓環(huán)境并不是必需的構成要素，例如，在133Pa-大氣壓范圍內都可以適用。排氣部190具有在下次熱處理前排出氦氣的功能。
圖44為表示有關被處理體W的冷卻速度的仿真結果的圖。在圖44中，間隙表示被處理體W與底部114的間隔。從圖44中可以看出(1)間隙變小，冷卻速度提高，(2)使熱傳導率高的氦氣在被處理體W和底部114之間流動，可以飛躍地提高冷卻速度。
圖2所示的RTP裝置100的結構為用燈130加熱被處理體W的上面，在被處理體W里面設置作為冷卻板的底部114。因此，圖2所示結構的冷卻速度較快，但因為散熱量多，快速升溫需要較大的電力。為此，考慮了在加熱時停止導入冷卻管116的冷卻水，但成品率降低，因此不優(yōu)選。
又如圖45-圖47所示，作為冷卻板的底部114可以置換為相對于被處理體W可動地構成的底部114A。更優(yōu)選，為了提高散熱效率，冷卻時使熱傳導率高的氦氣在被處理體W和底部114A之間流動。圖45為用于說明相對于被處理體W可動地構成的冷卻板的底部114A的概略的截面圖。圖46為用于說明在圖45的結構中，當加熱被處理體W時，被處理體W和底部114A的位置關系的概略截面圖。圖47為用于說明在圖45的結構中，當冷卻被處理體W時，被處理體W和底部114A的位置關系的概略截面圖。另外，在圖45-圖47中，省略了與輻射溫度計200連接的控制部300和冷卻管116。
如圖45所示，底部114A可由升降機構117相對于被處理體W升降。該升降機構具有維持處理室110內的減壓環(huán)境的風箱，由控制部300控制其動作。由于升降機構117可以使用為眾所周知的結構，因此省略其詳細說明。另外，與本實施例不同，可以將被處理體W或支承環(huán)150作成可動的。如圖46所示，當加熱被處理體W時，底部114A與被處理體W離開，在下降的同時，停止氦氣的供給。這時，被處理體與底部114的距離為10mm。由于底部114A與被處理體W的間隔大，被處理體W不太受底部114A的影響，可以快速升溫。圖46所示的底部114A的位置例如設定為原來位置。
又如圖47所示，當冷卻被處理體W時，底部114A與被處理體W接近，在上升的同時，開始氦氣的供給。由于底部114A與被處理體W的間隔狹小，被處理體W受底部114A的影響，可以快速冷卻。這時，被處理體W和底部114的距離例如為1mm。圖48表示圖47中的氦氣導入的例子。圖48為圖47中的實線區(qū)域V的概略放大截面圖。如圖所示，在底部114上設置無數(shù)的小孔115a，為氦氣導向。具有與氦氣供給管連接的閥400的殼體410，與底部114連接。
現(xiàn)在來說明本實施例中冷卻板114A與被處理體W的相對移動。本發(fā)明也可適用于被處理體W和燈130的相對移動。
以下，參照圖2來說明被處理體的轉動機構。為了很好地保持集成電路各個元件的電氣特性和制品的成品率，整個被處理體W的表面都要求進行均勻的熱處理。如果被處理體W上的溫度分布不均勻，則成膜處理的膜厚不均勻，由熱應力可在硅結晶中產(chǎn)生滑動等，使RTP裝置100不能提供高品質的熱處理。被處理體W上的不均勻的溫度分布可以是由燈130的照度分布不均勻引起，也可能是因為在氣體導入部180附近，導入的處理氣體從被處理體W表面奪取熱造成的。轉動機構使晶片轉動，因此，利用燈130可以均勻地加熱被處理體W。
被處理體W的轉動機構具有支承環(huán)150，環(huán)狀的永久磁鐵170，環(huán)狀的SUS等磁性體172，電機驅動器320和電機330。
支承環(huán)150具有由耐熱性好的陶瓷例如由SiC等構成的圓環(huán)形狀。支承環(huán)150具有作為被處理體W的放置臺的功能，在其中空的圓形部分上，沿著截面為L字形的圓周方向有環(huán)形切口。由于切口半徑比被處理體W的半徑小，因此支承環(huán)150可以將被處理體W(的內面周邊邊緣)保持在切口中。如果需要，支承環(huán)150可以具有固定被處理體W靜電卡盤或夾緊機構等。支承環(huán)150可以防止由于從被處理體W的端部散熱造成均勻加熱惡化的問題。
支承環(huán)150的端部與支承部152連接。如果需要，可在支承環(huán)150和支承部152之間插入石英玻璃等隔熱部件，對后述的磁性體172等進行熱保護。本實施例的支承部152作成中空圓筒形的不透明的石英環(huán)部件。軸承160固定在支承部152和處理室110的內壁112處，可使維持處理室110內的減壓環(huán)境的支承部152轉動。在支承部152的前端設置有磁性體172。
配置成同心圓的環(huán)形永久磁鐵170和磁性體172依靠磁性結合，電機330驅動永久磁鐵170轉動。電機330由電機驅動器320驅動，電機驅動器320則由控制部300控制。
結果，當永久磁鐵170轉動時，依靠磁性結合的磁性體172與支承部152一起轉動，支承環(huán)150和被處理體W轉動。轉動速度在本實施例中，作為例子為90RPM；實際上為了使被處理體W上溫度分布均勻，而且處理室110內沒有氣體的紊流或被處理體W周邊的氣流切割效果，可根據(jù)被處理體W的材質和大小、處理氣體的種類和溫度等來決定轉動速度。磁鐵170和磁性體172相反地進行磁性結合也可以，兩者都為磁鐵也可以。
其次來說明RTP裝置100的動作。圖中沒有示出的分組工具等的輸送臂，通過圖中沒有示的閘閥，將被處理體W送入處理室110中。當支承被處理體W的輸送臂到達支承環(huán)150的上部時，圖中沒有示出的升降銷升降系統(tǒng)使圖中沒有示出的升降銷(例如3根)從支承環(huán)150中突出，支承被處理體W。結果，由于對被處理體W的支承從輸送臂轉移至升降銷，因此閘閥使輸送臂返回。以后，閘閥關閉。輸送臂也可移至圖中沒有示出的原來位置。
另一方面，以后升降銷升降系統(tǒng)使圖中沒有示出的升降銷返回支承環(huán)150中，這樣，將被處理體W配置在支承環(huán)150的給定位置上。升降銷升降系統(tǒng)在使用圖中沒有示出的風箱時，在升降動作中維持處理室110的減壓環(huán)境，同時可防止處理室102內的空氣流出至外部。
然后，控制部300控制燈驅動器310，驅動燈130。與此相應，燈驅動器310驅動燈300，燈130將被處理體W加熱至例如大約800℃，本實施例的熱處理裝置100，利用透鏡組件122和鍍部149提高燈130的指向性，同時，由于除去反射器，可以提高燈密度和由此帶來的功率密度，因此可以得到所希望的快速升溫。燈130發(fā)射的熱線，通過石英窗120，照射在位于處理空間中的被處理體W的上表面上，以800℃-200℃/秒的加熱速度，使被處理件W快速升溫。一般被處理體W的周邊部分與其中心比較，散熱量多，但本實施例的燈130配置成同心圓形狀，由于可以控制每一個區(qū)域的電力，因此可提供高的指向性和溫度控制能力。如果裝置100使用圖33所示的結構，則這時，如圖46所示底部114A，配置在原來位置。特別是，圖46所示的結構中，被處理體W與作為冷卻板的底部114A離開，不易受其影響，因此可以高效地快速升溫。與加熱同時或加熱前后，排氣部190將處理室110的壓力維持在減壓環(huán)境。
同時，控制部300控制電機驅動器320，驅動電機330。與此相應，電機驅動器320驅動電機330，電機330使環(huán)狀磁鐵170轉動。結果，支承部152(或152A)轉動，被處理體W與支承環(huán)150一起轉動。由于被處理體W轉動，其面內的溫度在熱處理期間可以維持均勻。
加熱中，由于利用透鏡組件122、增強件124和/或導波部126的石英窗120是石英板121的厚度比較薄，這有幾個優(yōu)點。優(yōu)點為(1)由于燈130發(fā)出的光不被吸收，不會降低被處理體W的照射效率；(2)由于板121的表面和內面的溫度差小，難以產(chǎn)生熱應力破壞；(3)即使在成膜處理的情況下，由于板121的溫度上升少，堆積膜或反應副產(chǎn)品不易附著在其表面上；(4)由于透鏡組件122可提高石英窗120的強度，因此即使板121較薄，也能維持處理室110內的減壓環(huán)境和大氣壓的差壓。
被處理體W的溫度用輻射溫度計200測定，控制部300基于這個測定結果，對燈驅動器310進行反饋控制。由于被處理體W轉動，因此其表面的溫度分布均勻，如果需要，輻射溫度計200可以在多個地方(例如，其中心和端部)測定被處理體W的溫度。如輻射溫度計200測定被處理體W上的溫度分布不均勻時，則控制部300可以給燈驅動器310發(fā)指令，改變被處理體W上的特定區(qū)域上的燈130的輸出。，由于利用鍍部149和透鏡組件122提高控制性，可以只必要地控制性良好地加熱被處理體W所希望的部位。
輻射溫度計200由于是不使用斷路器或液晶顯示器(LED)的單純的結構，價格便宜，同時，裝置100尺寸小，經(jīng)濟性好。另外，利用本發(fā)明的有效輻射率計算方法，溫度測定精度高。由于在熱處理時，當被處理體W長時間置于高溫環(huán)境下時，雜質會擴散，集成電路的電氣特性變壞，因此必需快速升溫和快速冷卻。為此，被處理體W的溫度管理不可缺少，本實施例的有效輻射率計算方法可適應這種要求。結果，RTP裝置100可以進行高品質的熱處理。
接著，從圖中沒有示出的氣體導入部，將流量受控制的處理氣體通入處理室110中。當給定的熱處理(例如，10秒鐘)結束時，控制部300控制燈驅動器310，命令停止燈130的加熱。與此相應，燈驅動器310停止燈130的驅動。如果裝置100使用圖33所示的結構，則控制部300控制升降機構117，將底部114A移動至圖35所示的冷卻位置。如圖36所示，優(yōu)選將熱傳導性高的氦氣導入被處理體W和底部114A之間。這樣，被處理體W的冷卻效率高，可用較低的電力消耗進行快速冷卻，冷卻速度例如為200℃/sec。
在熱處理后，按照與上述相反的順序，由分組工具的輸送臂，將被處理體W從閘閥送至處理室110的外面，其次，如在需要，輸送臂可將被處理體W輸送至下一階段的裝置(成膜裝置等)。
若采用本發(fā)明所示的一個實施方式的溫度測定方法，熱處理裝置及方法，計算機程序和輻射溫度計，由于具有單純結構的比較廉價的兩個輻射溫度計可以高精度地測定被處理體的溫度，因此容易進行高品質的熱處理。
以上說明了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但在本發(fā)明的意圖范圍內，可以作各種變形和改變。
權利要求
1.一種溫度測定方法，它利用設置在離開所述被測定體的測定部的兩個輻射溫度計，測定在多重反射環(huán)境中由熱源加熱的被測定體的溫度，其特征在于，所述兩個輻射溫度計具有分別埋入所述測定部，接受來自所述被測定體的輻射光的桿；和與該桿連接的光纖，該兩個輻射溫度計的開口數(shù)不同，在所述測定部與所述被測定體相對的面和所述被測定體之間形成所述多重反射環(huán)境；當取所述輻射溫度計的所述桿的直徑為D1，開口數(shù)為NA，所述被測定體到所述測定部的所述面的距離為D2，所述測定部的所述面的反射率為r，觀察因子為F，多重反射系數(shù)為α，所述被測定體的輻射率為ε，所述被測定體的有效輻射率為εeff，N1和N2為參數(shù)時，可以利用所述兩個輻射溫度計的測定結果，計算所述ε，同時，利用下式計算所述被測定體的溫度α＝1-(1-NA·N1)N2/(D1/D2)εeff＝(1-α)·ε+α·ε/{1-F·r·(1-ε)}。
2.一種溫度測定方法，它利用設置在離開所述被測定體的測定部的兩個輻射溫度計，測定在多重反射環(huán)境中由熱源加熱的被測定體的溫度，其特征在于，所述兩個輻射溫度計具有分別埋入所述測定部，接受來自所述被測定體的輻射光的桿；和與該桿連接的光纖，在所述測定部與所述被測定體相對的面和所述被測定體之間形成所述多重反射環(huán)境，所述兩個輻射溫度計是所述輻射溫度計的所述桿的直徑與所述被測定體至所述測定部的所述面的距離之比不同，當取所述輻射溫度計的所述桿的直徑為D1，開口數(shù)為NA，所述被測定體到所述測定部的所述面的距離為D2，所述測定部的所述面的反射率為r，觀察因子為F，多重反射系數(shù)為α，所述被測定體的輻射率為ε，所述被測定體的有效輻射率為εeff，N1和N2為參數(shù)時，可以利用所述兩個輻射溫度計的測定結果，計算所述ε，同時，利用下式計算所述被測定體的溫度α＝1-(1-NA·N1)N2/(D1/D2)εeff＝(1-α)·ε+α·ε/{1-F·r·(1-ε)}。
3.一種溫度測定方法，它利用設置在離開所述被測定體的測定部的兩個輻射溫度計，測定在多重反射環(huán)境中由熱源加熱的被測定體的溫度，其特征在于，所述輻射溫度計具有埋入所述測定部而接受來自所述被測定體的輻射光的桿；與該桿連接的第一個光纖；具有與該第一個光纖不同的開口數(shù)且與所述桿連接的第二個光纖；檢測通過所述第一個光纖的所述輻射光的第一個檢測器；和檢測通過所述第二個光纖的所述輻射光的第二個檢測器，在所述測定部與所述被測定體相對的面和所述被測定體之間形成所述多重反射環(huán)境，當取所述輻射溫度計的所述桿的直徑為D1，開口數(shù)為NA，所述被測定體與所述測定部的所述表面的距離為D2，所述測定部的所述面的反射率為r，觀察因子為F，多重反射系數(shù)為α，所述被測定體的輻射率為ε，所述被測定體的有效輻射率為εeff，N1和N2為參數(shù)時，可以利用所述兩個輻射溫度計的測定結果，計算所述ε，同時，利用下式計算所述被測定體的溫度α＝1-(1-NA·N1)N2/(D1/D2)εeff＝(1-α)·ε+α·ε/{1-F·r·(1-ε)}。
4.一種熱處理裝置，具有對被處理體進行給定的熱處理的處理室；加熱所述被處理體的熱源；與所述處理室的測定部連接，測定所述被處理體溫度的兩個輻射溫度計；由利用所述兩個輻射溫度計測定的所述被處理體的溫度，控制所述熱源的加熱能力的控制部，其特征在于，所述輻射溫度計具有埋入所述測定部而接受來自所述被處理體的輻射光的桿；與該桿連接的光纖；檢測通過所述光纖的所述輻射光的檢測器，所述兩個輻射溫度計是開口數(shù)或所述輻射溫度計的所述桿的直徑與所述被處理體至所述測定部的所述面的距離之比不同，當取所述輻射溫度計的所述桿的直徑為D1，開口數(shù)為NA，所述被處理體與所述測定部的所述表面的距離為D2，所述測定部的所述表面的反射率為r，觀察因子為F，多重反射系數(shù)為α，所述被處理體的輻射率為ε，所述被處理體的有效輻射率為εeff，N1和N2為參數(shù)時，可以利用所述兩個輻射溫度計的測定結果，計算所述ε，同時，利用下式計算所述被處理體的溫度α＝1-(1-NA·N1)N2/(D1/D2)εeff＝(1-α)·ε+α·ε/{1-F·r·(1-ε)}。
5.一種熱處理裝置，具有對被處理體進行給定的熱處理的處理室；加熱所述被處理體的熱源；與所述處理室的測定部連接，測定所述被處理體溫度的輻射溫度計；由利用所述輻射溫度計測定的所述被處理體的溫度，控制所述熱源的加熱能力的控制部，其特征在于，所述輻射溫度計具有埋入所述測定部，接受來自所述被處理體的輻射光的桿；與該桿連接的第一個光纖；具有與該第一個光纖不同的開口數(shù)，與所述桿連接的第二個光纖；檢測通過所述第一個光纖的所述輻射光的第一個檢測器；和檢測通過所述第二個光纖的所述輻射光的第二個檢測器，當取所述輻射溫度計的所述桿的直徑為D1，開口數(shù)為NA，所述被處理體與所述測定部的所述表面的距離為D2，所述測定部的所述表面的反射率為r，觀察因子為F，多重反射系數(shù)為α，所述被處理體的輻射率為ε，所述被處理體的有效輻射率為εeff，N1和N2為參數(shù)時，可以利用所述兩個輻射溫度計的測定結果，計算所述ε，同時，利用下式計算所述被處理體的溫度α＝1-(1-NA·N1)N2/(D1/D2)；εeff＝(1-α)·ε+α·ε/{1-F·r·(1-ε)}。
6.一種熱處理方法，具有利用熱源加熱被處理體的工序；利用兩個輻射溫度計測定所述被處理體的溫度的工序；由利用所述輻射溫度計測定的所述被處理體的溫度，控制所述熱源的加熱能力的工序，其特征在于，所述輻射溫度計具有埋入離開所述被處理體的所述測定部，接受來自所述被處理體的輻射光的桿；與該桿連接的光纖；檢測通過所述光纖的所述輻射光的檢測器；所述兩個輻射溫度計的開口數(shù)或所述輻射溫度計的所述桿的直徑與所述被處理體至所述測定部的所述面的距離之比不同，當取所述輻射溫度計的所述桿的直徑為D1，開口數(shù)為NA，所述被處理體與所述測定部的所述表面的距離為D2，所述測定部的所述表面的反射率為r，觀察因子為F，多重反射系數(shù)為α，所述被處理體的輻射率為ε，所述被處理體的有效輻射率為εeff，N1和N2為參數(shù)時，所述測定工序可以利用所述兩個輻射溫度計的測定結果，計算所述ε，同時，利用下式計算所述被處理體的溫度α＝1-(1-NA·N1)N2/(D1/D2)εeff＝(1-α)·ε+α·ε/{1-F·r·(1-ε)}。
7.一種熱處理方法，具有利用熱源加熱被處理體的工序；利用輻射溫度計測定所述被處理體的溫度的工序；由利用所述輻射溫度計測定的所述被處理體的溫度，控制所述熱源的加熱能力的工序，其特征在于，所述輻射溫度計具有埋入離開所述被處理體的所述測定部，可接受來自所述被處理體的輻射光的桿；與該桿連接的第一個光纖；具有與該第一個光纖不同的開口數(shù)，且與所述桿連接的第二個光纖；檢測通過所述第一個光纖的所述輻射光的第一個檢測器；和檢測通過所述第二個光纖的所述輻射光的第二個檢測器，當取所述輻射溫度計的所述桿的直徑為D1，所述第一個光纖或所述第二個光纖的開口數(shù)為NA，所述被處理體與所述測定部的所述表面的距離為D2，所述測定部的所述表面的反射率為r，觀察因子為F，多重反射系數(shù)為α，所述被處理體的輻射率為ε，所述被處理體的有效輻射率為εeff，N1和N2為參數(shù)時，所述測定工序可以利用所述第一個檢測器和所述第二個檢測器的測定結果，計算所述ε，同時，利用下式計算所述被處理體的溫度α＝1-(1-NA·N1)N2(D1/D2)εeff＝(1-α)·ε+α·ε/{1-F·r·(1-ε)}。
8.一種程序，它可實行利用輻射溫度計，測定在多重反射環(huán)境中，由熱源加熱的被測定體的溫度T的溫度測定，其特征在于，所述輻射溫度計具有埋入離開所述被測定體的所述測定部，接受來自所述被測定體的輻射光的桿；與該桿連接的光纖；檢測通過所述光纖的所述輻射光的檢測器，所述兩個輻射溫度計是開口數(shù)或所述輻射溫度計的所述桿的直徑與所述被測定體至所述測定部的所述面的距離之比不同，所述程序實行當取所述輻射溫度計的所述桿的直徑為D1，開口數(shù)為NA，所述被測定體與所述測定部的所述表面的距離為D2，所述測定部的所述表面的反射率為r，觀察因子為F，多重反射系數(shù)為α，所述被測定體的輻射率為ε，所述被測定體的有效輻射率為εeff，N1和N2為參數(shù)時，所述程序可以利用所述兩個輻射溫度計的測定結果，并利用下式實行計算所述ε的步驟，α＝1-(1-NA·N1)N2/(D1/D2)εeff＝(1-α)·ε+α·ε/{1-F·r·(1-ε)}；和計算所述被測定體的溫度的步驟。
9.一種程序，實行利用輻射溫度計測定在多重反射環(huán)境中，由熱源加熱的被測定體的溫度T的溫度測定，其特征在于，所述輻射溫度計具有埋入離開所述被測定體的所述測定部，可接受來自所述被測定體的輻射光的桿；與該桿連接的第一個光纖；具有與該第一個光纖不同的開口數(shù)且與所述桿連接的第二個光纖；檢測通過所述第一個光纖的所述輻射光的第一個檢測器；和檢測通過所述第二個光纖的所述輻射光的第二個檢測器，所述程序實行當取所述輻射溫度計的所述桿的直徑為D1，開口數(shù)為NA，所述被測定體與所述測定部的所述表面的距離為D2，所述測定部的所述表面的反射率為r，觀察因子為F，多重反射系數(shù)為α，所述被測定體的輻射率為ε，所述被測定體的有效輻射率為εeff，N1和N2為參數(shù)時，所述程序可以利用所述第一個檢測器和所述第二個檢測器的測定結果，利用下式實行計算所述ε的步驟，α＝1-(1-NA·N1)N2/(D1/D2)εeff＝(1-α)·ε+α·ε/{1-F·r·(1-ε)}；和計算所述被測定體的溫度的步驟。
10.一種輻射溫度計，具有設在離開被測定體的測定部且可接受來自所述被測定體的輻射光的桿；與該桿連接的第一個光纖；具有與該第一個光纖不同的開口數(shù)且與所述桿連接的第二個光纖；檢測通過所述第一個光纖的所述輻射光的第一個檢測器；和檢測通過所述第二個光纖的所述輻射光的第二個檢測器。
11.如權利要求10所述的輻射溫度計，其特征為，所述第一和第二個光纖從由石英、玻璃、塑料組成的組中選擇的材料制成。
12.如權利要求10所述的輻射溫度計，其特征為，所述第一和第二個光纖為將該第一和第二個光纖集束成的一個集束纖維。
13.如權利要求12所述的輻射溫度計，其特征為，所述集束纖維具有與該集束纖維在同軸方向延伸的筒狀部件，在該筒狀部件的內部有第一個光纖，并隔著所述筒狀部件在外部有第二個光纖。
14.如權利要求13所述的輻射溫度計，其特征為，所述第一個光纖和所述第二個光纖是該第一個光纖和該第二個光纖的軸徑不同。
15.如權利要求12所述的輻射溫度計，其特征為，與所述光纖的軸心方向垂直的截面，是所述第一個光纖和所述第二個光纖無序地存在的集束纖維。
16.如權利要求15所述的輻射溫度計，其特征為，所述第一個光纖由石英或玻璃制成，而所述第二個光纖由石英制成。
全文摘要
一種溫度測定方法，它利用設置在離開所述被測定體的測定部的兩個輻射溫度計，測定在多重反射環(huán)境中由熱源加熱的被測定體的溫度，所述兩個輻射溫度計具有分別埋入所述測定部且可接受來自所述被測定體的輻射光的桿；和與該桿連接的光纖，并且開口數(shù)不同，在所述測定部與所述被測定體相對的面和所述被測定體之間形成所述多重反射環(huán)境，當取所述輻射溫度計的所述桿的直徑為D1，開口數(shù)為NA，所述被測定體到所述測定部的所述面的距離為D2，所述測定部的所述面的反射率為r，觀察因子為F，多重反射系數(shù)為α，所述被測定體的輻射率為ε，所述被測定體的有效輻射率為ε
文檔編號H01L21/26GK1471631SQ01817892
公開日2004年1月28日 申請日期2001年10月23日 優(yōu)先權日2000年10月24日
發(fā)明者重岡隆 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社