特許 5963701 半導体アニール装置及び温度測定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5963701

(24)【登録日】2016年7月8日

(45)【発行日】2016年8月3日

(54)【発明の名称】半導体アニール装置及び温度測定方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/268 20060101AFI20160721BHJP

   G01J 5/00 20060101ALI20160721BHJP

   H01L 21/265 20060101ALI20160721BHJP

   H01L 29/739 20060101ALI20160721BHJP

   H01L 29/78 20060101ALI20160721BHJP

   H01L 21/336 20060101ALI20160721BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/268 T

   G01J5/00 101C

   H01L21/265 602C

   H01L29/78 655B

   H01L29/78 655C

   H01L29/78 658A

   H01L29/78 653A

【請求項の数】4

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2013-65398(P2013-65398)

(22)【出願日】2013年3月27日

(65)【公開番号】特開2014-192277(P2014-192277A)

(43)【公開日】2014年10月6日

【審査請求日】2015年4月10日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002107

【氏名又は名称】住友重機械工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105887

【弁理士】

【氏名又は名称】来山 幹雄

(72)【発明者】

【氏名】市川 英志

【審査官】 桑原 清

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０１−２６８１２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１１６２６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２１１１３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２０７８７４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／２６８

Ｈ０１Ｌ ２１／２６５

Ｈ０１Ｌ ２１／３３６

Ｈ０１Ｌ ２９／７３９

Ｈ０１Ｌ ２９／７８

Ｇ０１Ｊ ５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

アニール対象の半導体基板を保持するステージであって、前記半導体基板の、前記ステージを向く表面に、前記半導体基板を透過する波長域の光を熱放射する材料を含む素子構造が形成されている前記半導体基板を保持する前記ステージと、
前記ステージに保持された半導体基板にレーザビームを入射させてアニールを行うレーザ光学系と、
前記ステージに保持された半導体基板によって吸収される波長域に感度を持たず、前記半導体基板を透過する波長域に感度を持ち、前記半導体基板に形成された前記素子構造の前記材料から放射されて前記半導体基板を透過した赤外光を検出することにより温度を測定する放射温度計と
を有する半導体アニール装置。

【請求項2】

前記放射温度計は、
前記半導体基板によって吸収される波長域の光を遮光し、前記半導体基板を透過する波長域の光を透過させる光バンドパスフィルタと、
前記光バンドパスフィルタを透過した赤外光を検出する受光装置と
を含む請求項１に記載の半導体アニール装置。

【請求項3】

半導体基板の第１の表面に、前記半導体基板を透過する波長域の光を熱放射する材料を含む素子構造が形成された前記半導体基板の、前記第１の表面とは反対側の第２の表面にレーザビームを入射させて、前記半導体基板をアニールする工程と、
前記素子構造の前記材料から放射され、前記半導体基板を透過した赤外光を、前記半導体基板によって吸収される波長域に感度を持たず、前記半導体基板を透過する波長域に感度を持つ受光素子を用いて、前記半導体基板の前記第２の表面側から検出することにより、前記素子構造の一部の温度を求める工程と
を有する温度測定方法。

【請求項4】

半導体基板の第１の表面に、前記半導体基板を透過する波長域の光を熱放射する材料を含む素子構造が形成された前記半導体基板の、前記第１の表面とは反対側の第２の表面にレーザビームを入射させて、前記半導体基板をアニールする工程と、
前記素子構造の前記材料から放射され、前記半導体基板を透過した赤外光を、前記半導体基板によって吸収される波長域の光を遮光し、前記半導体基板を透過する波長域の光を透過させる光バンドパスフィルタを介して検出することにより、前記素子構造の一部の温度を求める工程と
を有する温度測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体基板の裏側の温度を表側から測定する半導体アニール装置、及び温度測定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

シリコン等の半導体基板に注入した不純物（ドーパント）を活性化する方法として、レーザアニールが適用される場合がある。レーザアニールは、ランプアニールやラピッドサーマルアニール（ＲＴＡ）に比べて、半導体基板の表面を局所的に加熱することができるため、浅いｐｎ接合の形成に適している。

【0003】

下記の特許文献１に、半導体基板をレーザニールする際に、表面の溶融した部分の温度を測定する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００８−１１６２６９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

半導体基板のレーザアニール時に、レーザによって照射される面（レーザ照射面）とは反対側の面（裏側の面）に、樹脂製の保護テープが貼り付けられている場合がある。この場合、裏側の面の温度が、保護テープの耐熱温度以上にならない条件でレーザアニールを行わなければならない。レーザアニール時に、半導体基板の裏側の面の温度を測定し、裏側の面の温度が許容上限値以下であることを確認できれば便利である。従来の技術では、半導体基板のレーザ照射面の温度を測定することは可能であるが、裏側の面の温度を測定することはできない。

【0006】

レーザ照射面とは反対側の裏側の面にサーモラベルを貼り付けておくことにより、レーザアニール後に、最高到達温度を知ることが可能である。ところが、この方法では、レーザ照射中の温度を測定することはできない。

【0007】

本発明の目的は、半導体基板にレーザビームを照射している期間に、レーザ照射面とは反対側の裏側の面の温度を測定することが可能な温度測定方法及び半導体アニール装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一観点によると、
アニール対象の半導体基板を保持するステージであって、前記半導体基板の、前記ステージを向く表面に、前記半導体基板を透過する波長域の光を熱放射する材料を含む素子構造が形成されている前記半導体基板を保持する前記ステージと、
前記ステージに保持された半導体基板にレーザビームを入射させてアニールを行うレーザ光学系と、
前記ステージに保持された半導体基板によって吸収される波長域に感度を持たず、前記半導体基板を透過する波長域に感度を持ち、前記半導体基板に形成された前記素子構造の前記材料から放射されて前記半導体基板を透過した赤外光を検出することにより温度を測定する放射温度計と
を有する半導体アニール装置が提供される。

【0009】

本発明の他の観点によると、
半導体基板の第１の表面に、前記半導体基板を透過する波長域の光を熱放射する材料を含む素子構造が形成された前記半導体基板の、前記第１の表面とは反対側の第２の表面にレーザビームを入射させて、前記半導体基板をアニールする工程と、
前記素子構造の前記材料から放射され、前記半導体基板を透過した赤外光を、前記半導体基板によって吸収される波長域に感度を持たず、前記半導体基板を透過する波長域に感度を持つ受光素子を用いて、前記半導体基板の前記第２の表面側から検出することにより、前記素子構造の一部の温度を求める工程と
を有する温度測定方法が提供される。

【発明の効果】

【0010】

素子構造の少なくとも一部分から放射されて、半導体基板を透過した赤外光を、素子構造が形成されている第１の表面とは反対側の第２の表面から観測するため、レーザ照射中も温度を観測することが可能である。半導体基板によって吸収される波長域に感度を持たない放射温度計を用いることにより、半導体基板自体からの熱放射の影響を排除することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、実施例による半導体アニール装置の概略図である。

【図2】図２Ａは、実施例による半導体アニール装置を用いて製造される絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）の断面図であり、図２Ｂは、製造途中段階におけるＩＧＢＴの断面図である。

【図3】図３Ａは、半導体基板に入射するレーザパルス波形の概略を示すグラフであり、図３Ｂは、半導体基板の第２の面（レーザ照射面）におけるレーザパルスの入射領域の平面図である。

【図4】図４Ａは、半導体基板の吸収率の波長依存性（光吸収スペクトル）の一例を示すグラフであり、図４Ｂは、半導体基板及びエミッタ電極からの熱放射の強度の波長依存性（熱放射スペクトル）の一例を示すグラフであり、図４Ｃは、実施例による半導体アニール装置に用いられている光バンドパスフィルタの透過率の波長依存性（透過スペクトル）を示すグラフであり、図４Ｄは、図４Ｂに示した熱放射スペクトルのうち、光バンドパスフィルタを透過して受光装置に入射する光のスペクトルを示すグラフである。

【図5】図５Ａは、評価実験の対象である黒体テープ付きの半導体基板の断面図、及び放射温度計の概略図であり、図５Ｂは、評価実験の対象であるアルミニウムテープ付きの半導体基板の断面図、及び放射温度計の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

図１に、実施例による半導体アニール装置の概略図を示す。実施例１による半導体アニール装置は、レーザ光学系１０、ステージ４１、及び放射温度計６０を含む。レーザ光学系１０は、レーザ光源として、半導体レーザ発振器２１及び固体レーザ発振器３１を含む。半導体レーザ発振器２１は、例えば波長８０８ｎｍの疑似連続発振（ＱＣＷ）レーザビームを出射する。なお、波長９５０ｎｍ以下のパルスレーザビームを出射する半導体レーザ発振器を用いてもよい。固体レーザ発振器３１は、緑色の波長域のパルスレーザビームを出射する。固体レーザ発振器３１には、例えばＮｄ：ＹＡＧレーザ、Ｎｄ：ＹＬＦレーザ、Ｎｄ：ＹＶＯ_４レーザ等が用いられる。緑色の波長域のパルスレーザビームには、第２高調波が用いられる。ステージ４１に、アニール対象の半導体基板５０が保持される。

【0013】

半導体レーザ発振器２１から出射したパルスレーザビームが、アッテネータ２２、ビームエキスパンダ２３、ホモジナイザ２４、ダイクロイックミラー２５、及び集光レンズ２６を経由して、半導体基板５０に入射する。固体レーザ発振器３１から出射したパルスレーザビームが、アッテネータ３２、ビームエキスパンダ３３、ホモジナイザ３４、ベンディングミラー３５、ダイクロイックミラー２５、及び集光レンズ２６を経由して、半導体基板５０に入射する。

【0014】

ビームエキスパンダ２３、３３は、入射したパルスレーザビームをコリメートするとともに、ビーム径を拡大する。ホモジナイザ２４、３４及び集光レンズ２６は、半導体基板５０の表面におけるビーム断面を長尺形状に整形するとともに、ビーム断面内の光強度分布を均一化する。半導体レーザ発振器２１から出射したパルスレーザビームと、固体レーザ発振器３１から出射したパルスレーザビームとは、半導体基板５０の表面において、ほぼ同一の長尺領域に入射する。

【0015】

半導体基板５０の表面に平行な面をＸＹ面とし、半導体基板５０の表面の法線方向をＺ方向とするＸＹＺ直交座標系を定義する。制御装置２０が、半導体レーザ発振器２１、固体レーザ発振器３１、及びステージ４１を制御する。ステージ４１は、制御装置２０からの制御を受けて、半導体基板５０をＸ方向及びＹ方向に移動させる。

【0016】

放射温度計６０は、光バンドパスフィルタ６１、及び受光装置６２を含む。光バンドパスフィルタ６１は、半導体基板５０によって吸収される波長域の光を遮光し、半導体基板５０を透過する波長域の光を透過させる。光バンドパスフィルタ６１を透過した赤外線が、受光装置６２で検出される。受光装置６２には、例えば赤外光を検出するサーモグラフィ等が用いられる。

【0017】

図２Ａに、実施例による半導体アニール装置を用いて製造される半導体装置の例として、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）の断面図を示す。ＩＧＢＴは、ｎ型のシリコンからなる半導体基板５０の一方の面（以下、「第１の面」という。）５０Ｔにエミッタとゲートとが形成されており、もう一方の面（以下、「第２の面」という。）５０Ｂにコレクタが形成されている。半導体基板５０として、通常はシリコン単結晶基板が用いられる。エミッタとゲートが形成された第１の面５０Ｔの素子構造は、一般的なＭＯＳＦＥＴの作製工程と同様の工程で作製される。例えば、図２Ａに示すように、半導体基板５０の第１の面５０Ｔの表層部に、ｐ型のベース領域５１、ｎ型のエミッタ領域５２、ゲート電極５３、ゲート絶縁膜５４、エミッタ電極５５が配置される。エミッタ電極５５には、例えばアルミニウム（Ａｌ）が用いられる。ゲート−エミッタ間の電圧で、電流のオンオフ制御を行うことができる。

【0018】

半導体基板５０の第２の面５０Ｂの表層部に、ｐ型のコレクタ層５７及び低濃度のｎ型のバッファ層５６が形成されている。バッファ層５６は、コレクタ層５７よりも深い領域に配置される。コレクタ層５７及びバッファ層５６は、それぞれ不純物として、例えばボロン及びリンをイオン注入し、活性化アニールを行うことにより形成される。この活性化アニールに、図１に示した半導体アニール装置が適用される。コレクタ電極５８が、活性化アニールの後に、コレクタ層５７の表面に形成される。

【0019】

第２の面５０Ｂからコレクタ層５７とバッファ層５６との界面までの深さは、例えば約０．３μｍである。第２の面からバッファ層５６の最も深い位置までの深さは、例えば１μｍ〜５μｍの範囲内である。

【0020】

図２Ｂに、レーザアニールを行う段階の半導体基板５０の断面図を示す。半導体基板５０の第１の面５０Ｔに、素子構造を保護するための樹脂製の保護テープ５９が張り付けられている。半導体基板５０の第２の面５０Ｂの表層部５７ａに、ボロンがイオン注入されている。表層部５７ａより深い領域５６ａに、リンがイオン注入されている。表層部５７ａ内のボロン、及び深い領域５６ａ内のリンは、この段階では活性化していない。表層部５７ａのボロン濃度は、深い領域５６ａのリン濃度より高い。表層部５７ａは、高濃度のボロンが注入されることによりアモルファス化している。レーザアニールを行う時に、半導体基板５０の第１の面５０Ｔには、図２Ａに示したエミッタ及びゲート等を含む素子構造が形成されている。

【0021】

図３Ａに、半導体基板５０（図２Ｂ）に入射するレーザパルス波形の概略を示す。図３Ａでは、パルス波形を長方形で表しているが、実際のパルス波形は、パルスの立ち上がり、減衰、及び立ち下がり等の部分を含む。図３Ａに示されたパルス波形の出射タイミングは、制御装置２０（図１）が半導体レーザ発振器２１及び固体レーザ発振器３１を制御することにより決定される。

【0022】

時刻ｔ１に、半導体レーザ発振器２１から出射した第１のレーザパルスＬＰ１の、半導体基板５０への入射が開始する。時刻ｔ１の後の時刻ｔ２に、固体レーザ発振器３１から出射した第２のレーザパルスＬＰ２が半導体基板５０に入射する。第１のレーザパルスＬＰ１と第２のレーザパルスＬＰ２とが入射する領域は、ほぼ重なる。第２のレーザパルスＬＰ２のピークパワーは、第１のレーザパルスＬＰ１のピークパワーより高く、第２のレーザパルスＬＰ２のパルス幅ＰＷ２は、第１のレーザパルスＬＰ１のパルス幅ＰＷ１より短い。時刻ｔ３で、第２のレーザパルスＬＰ２の入射が終了する。その後、時刻ｔ４で、第１のレーザパルスＬＰ１の入射が終了する。

【0023】

第１のレーザパルスＬＰ１のパルス幅ＰＷ１は、例えば１０μｓ以上である。第２のレーザパルスＬＰ２のパルス幅ＰＷ２は、例えば１μｓ以下である。一例として、パルス幅ＰＷ１が１０μｓ〜３０μｓの範囲内であり、パルス幅ＰＷ２が１００ｎｓ〜２００ｎｓの範囲内である。第２のレーザパルスＬＰ２のパルス幅ＰＷ２を、第１のレーザパルスＬＰ１のパルス幅ＰＷ１の１／１０以下とすることが好ましい。

【0024】

図３Ｂに、半導体基板５０（図２Ｂ）の第２の面５０Ｂにおけるレーザパルスの入射領域の平面図を示す。第１のレーザパルスＬＰ１（図３Ａ）及び第２のレーザパルスＬＰ２（図３Ａ）は、半導体基板５０の第２の面５０Ｂ（図２Ｂ）において、Ｘ方向に長い同一の領域４０に入射する。例えば、ビーム入射領域４０の好適な長さＬ及び幅Ｗｔは、それぞれ２ｍｍ〜４ｍｍ及び２００μｍ〜４００μｍである。

【0025】

アニール中は、半導体基板５０（図２Ｂ）をＹ方向に移動させながら、第１のレーザパルスＬＰ１及び第２のレーザパルスＬＰ２（図３Ａ）を、一定の繰り返し周波数で半導体基板５０に入射させる。第１のレーザパルスＬＰ１及び第２のレーザパルスＬＰ２の繰り返し周波数の１周期の間に半導体基板５０が移動する距離をＷｏで表す。時間軸上で隣り合う２つの第１のレーザパルスＬＰ１のビーム入射領域４０は、相互に部分的に重なる。両者の重複率Ｗｏ／Ｗｔは、例えば５０％である。

【0026】

図３Ａに示した時刻ｔ１で第１のレーザパルスＬＰ１の入射が開始すると、半導体基板５０の第２の面５０Ｂ（図２Ｂ）の表層部５７ａの温度が上昇し始める。時刻ｔ２の時点で、半導体基板５０の第２の面５０Ｂの温度は、アモルファスシリコンの融点（１３００Ｋ〜１４３０Ｋ）まで達していない。時刻ｔ２で第２のレーザパルスＬＰ２を入射させると、半導体基板５０の第２の面５０Ｂの表層部の温度がアモルファスシリコンの融点まで達し、表層部５７ａが溶融する。溶融した部分は、表層部５７ａと深い領域５６ａ（図２Ｂ）との界面まで達する。

【0027】

第２のレーザパルスＬＰ２の入射が終了すると、半導体基板５０の表層部５７ａの温度が低下し、固化する。このとき、単結晶の深い領域５６ａ（図２Ｂ）から結晶がエピタキシャル成長することにより、表層部５７ａが単結晶になる。同時に、表層部５７ａに注入されている不純物が活性化する。

【0028】

時刻ｔ３以降も、第１のレーザパルスＬＰ１（図３Ａ）の入射が継続しているため、半導体基板５０の第２の面５０Ｂから深い領域５６ａ（図２Ｂ）まで加熱され、温度が上昇
する。これにより、深い領域５６ａに注入されている不純物が活性化する。時刻ｔ４で第１のレーザパルスＬＰ１の入射が終了する時点で、半導体基板５０の第２の面５０Ｂの温度は、単結晶シリコンの融点まで到達しない。このため、再結晶化した半導体基板５０の第２の面５０Ｂの表層部は再溶融しない。

【0029】

半導体基板５０の第２の面５０Ｂ（図２Ｂ）にレーザパルスを入射させてレーザアニールを行う期間中、熱が半導体基板５０を厚さ方向に伝わり、第１の面５０Ｔの温度も上昇する。第１の面５０Ｔには、既に素子構造が形成されているため、第１の面５０Ｔの過度の温度上昇を抑制することが好ましい。さらに、第１の面５０Ｔに貼り付けられた保護テープ５９（図２Ｂ）の耐熱性の観点からも、第１の面５０Ｔの過度の温度上昇を抑制することが好ましい。

【0030】

レーザアニール期間中、放射温度計６０が、エミッタ電極５５から放射されて半導体基板５０を透過した放射光を検出することにより、エミッタ電極５５の温度を測定する。

【0031】

図４Ａ〜図４Ｄを参照して、放射温度計６０による温度測定の原理について説明する。図１に示したように、放射温度計６０は、半導体基板５０の第２の面５０Ｂから放射される光を検出する。

【0032】

図４Ａに、半導体基板５０（図２Ｂ）の吸収率の波長依存性（光吸収スペクトル）の一例を示す。半導体基板５０がシリコンで形成されている場合、波長λ１よりも長波長の赤外域の光は、半導体基板５０をほとんど透過する。波長λ１は約９５０ｎｍである。

【0033】

図４Ｂは、半導体基板５０及びエミッタ電極５５（図２Ｂ）からの熱放射の強度の波長依存性（熱放射スペクトル）の一例を示す。図４Ｂに示した細い実線Ｓ１はエミッタ電極５５からの熱放射スペクトルを示し、破線Ｓ２は、半導体基板５０からの熱放射スペクトルを示す。太い実線Ｓ３は、放射温度計６０に入射する光のスペクトルを示す。

【0034】

半導体基板５０から放射された光の波長は、主として波長λ１よりも短い波長域に分布し、波長λ１よりも長い波長域、すなわち半導体基板５０を透過する波長域においては、ほとんど熱放射が発生しない。また、エミッタ電極５５（図２Ｂ）から放射された光のうち、波長λ１よりも短い波長域の成分は、半導体基板５０で吸収されるため、放射温度計６０に入射しない。エミッタ電極５５から放射した光のうち半導体基板５０を透過した光、及び半導体基板５０自体からから放射した光が、放射温度計６０に入射する。

【0035】

半導体基板５０を第２の面５０Ｂ（図２Ｂ）側から観察して検出される光のスペクトルには、エミッタ電極５５からの熱放射スペクトルのみならず、半導体基板５０からの熱放射スペクトルが含まれている。このため、半導体基板５０を第２の面５０Ｂ（図２Ｂ）側から観測して得られた熱放射スペクトルに基づいて、エミッタ電極５５の温度を算出することは困難である。

【0036】

図４Ｃに、光バンドパスフィルタ６１（図１）の透過率の波長依存性（透過スペクトル）を示す。光バンドパスフィルタ６１は、波長λ１と波長λ２との間の波長域の光を透過させ、波長λ１よりも短い波長域、及び波長λ２よりも長い波長域の光を遮光する。

【0037】

図４Ｄに、図４Ｂに示した熱放射スペクトルのうち、光バンドパスフィルタ６１を透過して受光装置６２（図１）に入射する光のスペクトルを示す。半導体基板５０から放射された光は、光バンドパスフィルタ６１で遮光されるため、受光装置６２で検出される光のスペクトルＳ３には、半導体基板５０からの熱放射スペクトルＳ２がほとんど含まれない。このため、半導体基板５０からの熱放射の影響を排除し、エミッタ電極５５からの熱放
射スペクトルＳ１（図４Ｂ）のうち波長λ１とλ２との間のスペクトルを観測することができる。

【0038】

このため、受光装置６２で観測された熱放射スペクトルに基づいて、エミッタ電極５５の温度を算出することができる。これにより、半導体基板５０の第１の面５０Ｔ（すなわち、図１に示したステージ４１側の面）の温度が求まる。

【0039】

次に、図５Ａ及び図５Ｂを参照して、放射温度計６０（図１）を用いて、エミッタ電極５５の温度を測定することが可能であることを示す評価実験について説明する。

【0040】

図５Ａに示すように、半導体基板５０の一方の面（裏側の面）に、黒体テープ７０を貼り付ける。半導体基板５０の他方の面（表側の面）に、例えば緑色のレーザビーム７５を入射して半導体基板５０を加熱する。放射温度計６０を用いて、半導体基板５０の表側の面から、熱放射による光を観測する。

【0041】

図５Ｂに示すように、半導体基板５０の一方の面（裏側の面）に、黒体テープ７０に代えてアルミニウムテープ７１を貼り付ける。半導体基板５０の他方の面（表側の面）に、図５Ａに示したレーザビーム７５の照射条件と同一の条件で、レーザビーム７５を入射して半導体基板５０を加熱する。放射温度計６０を用いて、半導体基板５０の表側の面から、熱放射による光を観測する。

【0042】

図５Ａ及び図５Ｂのいずれのレーザ照射時においても、レーザビーム７５は半導体基板５０で吸収され、半導体基板５０の温度が上昇する。半導体基板５０から黒体テープ７０及びアルミニウムテープ７１に熱が伝達されることにより、黒体テープ７０及びアルミニウムテープ７１の温度が上昇する。半導体基板５０と黒体テープ７０との界面の熱伝達率と、半導体基板５０とアルミニウムテープ７１との界面の熱伝達率とは、ほぼ等しいと考えられる。このため、加熱後の黒体テープ７０の温度と、加熱後のアルミニウムテープ７１の温度とは、ほぼ等しい。

【0043】

黒体テープ７０の放射率と、アルミニウムテープ７１の放射率とは異なる。放射温度計６０によって半導体基板５０自体の温度が観測されている場合には、測定結果は、黒体テープ７０とアルミニウムテープ７１との放射率の違いの影響を受けない。実際に、評価実験を行ったところ、両者の熱放射スペクトルに差が生じた。これは、図５Ａに示した黒体テープ７０からの熱放射スペクトルと、図５Ｂに示したアルミニウムテープ７１からの熱放射スペクトルとが異なることに起因する。この評価実験から、実施例による放射温度計６０は、黒体テープ７０及びアルミニウムテープ７１の温度を測定していると結論付けることができる。

【0044】

アルミニウムテープ７１の実際の温度を、熱電対等の温度センサで測定しておくことにより、放射温度計６０で測定された温度を、実際のアルミニウムテープ７１の温度に換算することができる。または、図５Ａに示した黒体テープ７０からの熱放射スペクトルと、図５Ｂに示したアルミニウムテープ７１からの熱放射スペクトルとの相違に基づいて、予め放射温度計６０を校正しておくことにより、アルミニウムテープ７１の温度を直接求めることができる。

【0045】

上記実施例においては、受光装置６２の前方に光バンドパスフィルタ６１が配置されているため、放射温度計６０は、半導体基板５０によって吸収される波長域に感度を持たず、半導体基板５０を透過する波長域に感度を持つ。このため、半導体基板５０からの熱放射の影響をほとんど受けず、エミッタ電極５５から熱放射されて半導体基板５０を透過した赤外光を検出することができる。受光装置６２自体が、半導体基板５０によって吸収さ
れる波長域に感度を持たず、半導体基板５０を透過する波長域に感度を持つ場合には、光バンドパスフィルタ６１を省略することができる。

【0046】

上記実施例では、アルミニウムからなるエミッタ電極５５（図２Ｂ）の温度を測定したが、第１の面５０Ｔに形成されている素子構造のうち、半導体基板５０とは異なる材料で形成された他の部材の温度を測定することも可能である。また、上記実施例では、シリコンからなる半導体基板５０を用いたが、シリコン以外の半導体材料、例えばＳｉＣからなる半導体基板５０を用いることも可能である。この場合には、光バンドパスフィルタ６１（図１）として、ＳｉＣを透過する波長域の光を透過させ、ＳｉＣを透過しない波長域の光を遮光するものを用いればよい。

【0047】

放射温度計６０（図１）として、サーモグラフィのような２次元センサを用いることにより、半導体基板５０の裏側の面の温度分布を測定することが可能である。

【0048】

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

【符号の説明】

【0049】

１０ レーザ光学系
２０ 制御装置
２１ 半導体レーザ発振器
２２ アッテネータ
２３ ビームエキスパンダ
２４ ホモジナイザ
２５ ダイクロイックミラー
２６ 集光レンズ
３１ 固体レーザ発振器
３２ アッテネータ
３３ ビームエキスパンダ
３４ ホモジナイザ
３５ ベンディングミラー
４０ ビーム入射領域
４１ ステージ
５０ 半導体基板
５０Ｔ 第１の面
５０Ｂ 第２の面
５１ ｐ型のベース領域
５２ ｐ型のエミッタ領域
５３ ゲート電極
５４ ゲート絶縁膜
５５ エミッタ電極
５６ バッファ層
５６ａ 深い領域
５７ コレクタ層
５７ａ 表層部
５８ コレクタ電極
５９ 保護テープ
６０ 放射温度計
６１ 光バンドパスフィルタ
６２ 受光装置
７０ 黒体テープ
７１ アルミニウムテープ
７５ レーザビーム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】