JP2003086528A

JP2003086528A - 熱処理装置

Info

Publication number: JP2003086528A
Application number: JP2001272144A
Authority: JP
Inventors: Hideo Nishihara; 英夫西原
Original assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2001-09-07
Filing date: 2001-09-07
Publication date: 2003-03-20

Abstract

(57)【要約】【課題】ロット内の熱状態が異なる場合においても、
温度分布を均一にするような加熱処理を良好に行うこと
が可能な熱処理装置を提供する。【解決手段】熱処理装置は、複数のゾーンＺＣ，Ｚ
Ｍ，ＺＥ，ＺＲに区分されて配設された複数のランプに
よって基板を加熱し、複数のパイロメータによって、各
ゾーンＺＣ，ＺＭ，ＺＥ，ＺＲに対応する複数の位置Ｐ
Ｃ，ＰＭ，ＰＥ，ＰＲにおける温度を測定する。熱処理
装置の制御部は、複数のゾーンのうちの所定のゾーンＺ
Ｃに含まれるランプに対しては、あらかじめ設定した一
定の出力設定値ｘ０を制御指令値として出力し、複数の
ゾーンのうちのその他の各ゾーンＺＭ，ＺＥ，ＺＲに含
まれるランプに対しては、各ゾーンＺＭ，ＺＥ，ＺＲに
対応するパイロメータＭＭ，ＭＥ，ＭＲによる測定値と
所定のゾーンＺＣに対応するパイロメータＭＣによる測
定値との差を補償する制御指令値を出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板、液晶
表示装置用ガラス基板、フォトマスク用ガラス基板、光
ディスク用基板等（以下、「基板」と称する）の熱処理
を行う熱処理装置に関し、特に熱処理装置の加熱処理に
ついての制御技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、基板の製造工程においては、
種々の熱処理が行われている。基板に対して熱処理を行
う熱処理装置としては、例えば、光照射によって基板の
加熱を行う光照射型の熱処理装置（いわゆるランプアニ
ール）が用いられている。

【０００３】このような光照射型の熱処理装置において
基板の温度を測定する際には、非接触式の温度計測を行
う放射温度計（パイロメータ）が多用されている。放射
温度計は、基板と反射板との間の多重反射効果により増
幅した光の放射強度を計測し、その放射強度（光量）か
ら温度を決定するものである。この放射温度計は、測定
下限温度（たとえば４００℃）を有しており、この測定
下限温度より小さな温度領域においては放射温度計によ
る測定温度は実際の温度と相違し正確な温度を示すこと
ができない。

【０００４】このように、測定下限温度より小さな温度
領域においては、放射温度計による測定温度を用いたフ
ィードバック制御を行うことが適切でないため、通常、
加熱初期段階においては、オープンループ制御（より具
体的には、ランプに対する一定の電力供給によって一定
の熱量を基板に付与し続ける定電力加熱制御）が行わ
れ、その後、基板温度が放射温度計の測定温度範囲に移
行した後に放射温度計による温度測定値を用いたフィー
ドバック制御が行われる。

【０００５】また、フィードバック制御においては、基
板温度を時間的に目標値に追従させるとともに、複数の
ランプを複数のゾーンに区分し各ゾーン毎の出力値を制
御することによって基板の温度分布の均一性を向上させ
る制御が行われる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、フィードバ
ック制御の開始時点において、複数の放射温度計による
測定温度が互いに近ければ近いほど、フィードバック制
御中の温度分布の均一性を高めることが可能である。そ
のため、フィードバック制御の前に行われるオープンル
ープ制御中においても、各ゾーン毎の出力値を制御する
ことによって、基板の温度分布の均一性を高めておくこ
とが好ましい。

【０００７】しかしながら、次のような事情が存在する
ため、オープンループ制御中において均一な温度分布を
実現することは困難である。すなわち、１つの処理単位
である１つのロットに含まれる複数の基板を処理するに
際して、最初（ないし３枚目）の基板を加熱する際の熱
処理装置内の温度分布と、それ以降の基板（たとえば、
１０枚目の基板）を加熱する際の熱処理装置内の温度分
布が相違するという事情である。これは、基板の加熱処
理の連続した繰り返しに応じて加熱開始時における熱処
理装置内の各部分の温度が徐々に熱くなっていくに際し
て、装置内の各部分によってその温度の上昇度合いが異
なることに起因するものである。

【０００８】そして、このように同一ロット内に含まれ
連続的に処理される複数の基板について各基板の処理時
における熱処理装置内の熱状態が相違するという状況に
対応するため、オープンループ制御中における各ゾーン
毎の定電力加熱用の出力値を、ロット内の異なる基板の
各処理時点においてそれぞれ異なる値としてあらかじめ
設定しておくことによって、基板の温度分布の均一性を
高めることが考えられる。より具体的には、異なる基板
の各処理時点で（たとえば１枚目の基板の処理時点と１
０枚目の基板の処理時点とで）、各時点の熱処理装置内
の温度分布の状況に応じて、中央部のゾーンに対する出
力値と端部のゾーンに対する出力値との比率が別個の値
となるように各ゾーンの出力値をあらかじめ設定してお
くことが考えられる。しかしながら、このような値を全
ての基板の処理についてあらかじめ設定しておくことは
非常に困難であるという問題が存在する。

【０００９】そこで、本発明は前記問題点に鑑み、装置
内の熱状態がロット内の複数の基板の相互間で異なる場
合においても、基板面内の温度分布の均一性が高い加熱
処理を良好に行うことが可能な熱処理装置を提供するこ
とを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の発明は、基板に熱処理を施す熱処理装置
であって、複数のゾーンに区分されて配設された複数の
ランプによって基板を加熱する加熱手段と、前記複数の
ゾーンのそれぞれに対応する位置における温度を測定す
る複数の温度測定手段と、前記複数のゾーンのうちの所
定のゾーンに含まれるランプに対しては、あらかじめ設
定した一定の出力設定値を制御指令値として出力し、前
記複数のゾーンのうちのその他の各ゾーンに含まれるラ
ンプに対しては、前記所定のゾーンに対応する温度測定
手段による測定値と前記その他の各ゾーンに対応する温
度測定手段による測定値との差を補償する制御指令値を
出力する制御手段と、を備える。

【００１１】請求項２の発明は、請求項１の発明に係る
熱処理装置において、前記制御手段は、前記その他の各
ゾーンに含まれるランプに対しては、当該その他の各ゾ
ーンのそれぞれについてあらかじめ設定された出力設定
値に、当該その他の各ゾーンに対応する温度測定手段に
よる測定値と前記所定のゾーンに対応する温度測定手段
による測定値との差に基づく出力値を加えた値を制御指
令値として出力する。

【００１２】請求項３の発明は、請求項２の発明に係る
熱処理装置において、前記その他の各ゾーンのそれぞれ
についてあらかじめ設定された出力設定値は、当該熱処
理装置内における熱状態が安定した状態での基板の処理
時において基板の温度分布を均一にする値として定めら
れる。

【００１３】請求項４の発明は、請求項１ないし請求項
３のいずれかの発明に係る熱処理装置において、前記複
数のゾーンは、少なくとも、前記基板の中央領域に対応
するゾーンと前記基板の端部領域に対応するゾーンとに
区分されている。

【００１４】

【発明の実施の形態】＜１．構成＞図１は本発明にかか
る熱処理装置の一例を示す縦断面図である。この熱処理
装置１は、いわゆるランプアニール装置であり、主に炉
体１０、ランプ２０、石英ガラス３０、基板保持回転部
４０、温度測定部５０、制御部６０、ランプ電源８０、
モータドライバ９０を備えている。炉体１０は上部をリ
フレクタ１１０、下部をハウジング１２０とする円筒形
状の炉体であり、それらの内部等には冷媒を通して冷却
する多数の冷却管１３０が設けられている。また、炉体
１０の側面には基板搬出入口ＥＷが設けられており、加
熱処理の際には図示しない外部搬送装置により基板Ｗの
搬出入が行われる。

【００１５】ランプ２０は「光源」（ないし熱源）に相
当し、リフレクタ１１０の下面に多数設けられ（図１に
は一部にのみ参照番号を記載）、点灯時にはその熱放射
により基板Ｗを加熱する。このランプ２０によって、基
板保持回転部４０（後述）に保持された基板Ｗが加熱さ
れる。ここでは、ランプ２０としてハロゲンランプを用
いる。

【００１６】石英ガラス３０はランプ２０の下方に設け
られ、その熱放射による放射光を透過する。

【００１７】基板保持回転部４０は、基板Ｗの周縁部分
を全周に渡って保持する保持リング４１０が、円筒の支
持脚４２０により支持されるとともに、その支持脚４２
０の下端には、その外周に沿ってベアリング４３０が設
けられている。そして、ベアリング４３０の外周に設け
られたギアに基板回転モータ４４０の回転軸のギア４４
１がかみ合っており、その駆動により保持リング４１０
が鉛直方向を軸として回転可能となっている。

【００１８】温度測定部５０は、基板Ｗからの熱放射の
多重反射を考慮した放射強度（放射エネルギー）を計測
し、その計測によって得られた値（計測値）に基づいて
基板温度等を求め、それらの信号を制御部６０に送る。

【００１９】制御部６０は内部にＣＰＵおよびメモリを
備え、ランプ電源８０にランプ２０の温度制御信号を送
ったり、モータドライバ９０に所定のタイミングで駆動
信号を送ったりする。制御部６０は、ランプ２０に対し
て温度制御信号を送出することによって、基板Ｗに対す
るランプ２０による加熱動作を制御する。

【００２０】ランプ電源８０は制御部６０からの制御指
令値Ｓ（詳細には、温度制御信号）を受けて、それに応
じた電圧Ｖをランプ２０に印加する。

【００２１】モータドライバ９０は制御部６０からの駆
動信号を受けて、それに応じた電力を基板回転モータ４
４０に供給する。

【００２２】ここで、複数のランプ２０は、複数のゾー
ンに区分されて配設されている。図２は、複数のランプ
２０を区分する各ゾーン等について説明する図である。
図２（ａ）は、複数のランプ２０の上面図であり、複数
のランプ２０が複数の（ここでは４つ）のゾーンＺＣ，
ＺＭ，ＺＥ，ＺＲに区分されている様子を模式的に示し
ている。また、図２（ｂ）は、保持リング４１０に保持
された基板Ｗの様子を示す側面図である。さらに、図２
（ｃ）は、基板Ｗの下方において配置されるプローブ５
２６の配置位置を示す上面図であり、図２（ｃ）におい
ては各パイロメータ（後述）ＭＣ，ＭＭ，ＭＥ，ＭＲの
プローブ５２６の位置ＰＣ，ＰＭ，ＰＥ，ＰＲが略円形
の基板Ｗおよび略円環状の保持リング４１０の位置に対
応させて模式的に示されている。

【００２３】図２（ａ），（ｂ）に示されるように、ゾ
ーンＺＣは、基板の中央領域ＲＣの上方位置に存在する
少なくとも１つのランプ２０によって構成されており、
ゾーンＺＥは、基板の端部領域ＲＥの上方位置に存在す
る少なくとも１つのランプ２０によって構成されてい
る。また、ゾーンＺＭは、基板の中央領域と端部領域と
の間に存在する中間領域ＲＭの上方位置に存在する少な
くとも１つのランプ２０によって構成されており、ゾー
ンＺＲは、基板を保持する保持リング４１０の領域ＲＲ
の上方位置に存在する少なくとも１つのランプ２０によ
って構成されている。このように、各ゾーンＺＣ，Ｚ
Ｍ，ＺＥ，ＺＲは、それぞれ、領域ＲＣ，ＲＭ，ＲＥ，
ＲＲに対応している。

【００２４】また、図２（ｃ）に示すように、複数のプ
ローブ５２６が、複数のゾーンＺＣ，ＺＭ，ＺＥ，ＺＲ
のそれぞれに対応する位置ＰＣ，ＰＭ，ＰＥ，ＰＲに設
けられており、これらの複数のプローブ５２６が各位置
ＰＣ，ＰＭ，ＰＥ，ＰＲにおける温度を測定する。

【００２５】なお、図２（ｃ）に示すように、熱処理装
置１は、実際には複数のプローブ５２６（計測ユニット
５２０）を有しているが、図１においては、図示の簡略
化のため、１つのプローブ５２６（計測ユニット５２
０）のみを示している。以下では、図１を参照しなが
ら、１つのプローブ５２６およびその周辺構成を含む温
度測定部５０について説明する。

【００２６】温度測定部５０は、反射板５１０と計測ユ
ニット５２０と演算部５５０とを有している。反射板５
１０は、基板保持回転部４０に保持された基板Ｗに対向
してハウジング１２０上面に配置されており、基板Ｗか
らの熱放射を反射する。この反射板５１０は、当該基板
Ｗを挟んでランプ２０の反対側に配置されている。ま
た、反射板５１０には、それを貫通する円筒形状の穴５
１０ａが設けられている。計測ユニット５２０は、その
穴５１０ａの内部に設けられている。具体的には、その
穴５１０ａの下方のハウジング１２０内に計測ユニット
５２０のケーシング５２１が取り付けられ、そのケーシ
ング５２１内にプローブ５２６が設けられている。

【００２７】このプローブ５２６は、シリコンフォトダ
イオードを測定素子として構成され、穴５１０ａを通過
し入射した放射光を電圧、すなわち放射強度を表す電気
信号に変換し、演算部５５０に送る（図１参照）。この
プローブ５２６は、基板Ｗと反射板５１０との間の熱放
射を受けて放射強度を計測する。

【００２８】なお、上述したように、図１では単一の計
測ユニット５２０のみが示されているが、この熱処理装
置１は、実際には複数の計測ユニット５２０を有してい
る。そして、各計測ユニット５２０は、それぞれ、プロ
ーブ５２６を有している。各プローブ５２６は、図２
（ｃ）に例示した位置などに配置される。

【００２９】また、演算部５５０はＣＰＵおよびメモリ
を備えており、各プローブ５２６が検出した基板Ｗにつ
いての放射強度をもとに基板温度を算出する。

【００３０】そして、処理用プログラムを演算部５５０
において実行することによって、各プローブ５２６に対
応する温度算出部ＴＣの機能がソフトウエア的に実現さ
れる。各温度算出部ＴＣは、各プローブ５２６によって
計測された放射強度に基づいて基板の温度の測定値であ
る基板温度測定値を算出する機能を有している。すなわ
ち、プローブ５２６および温度算出部ＴＣは、協働して
「放射温度計（またはパイロメータとも称する）」とし
て機能する。言い換えれば、複数のプローブ５２６およ
びそれぞれに対応する温度算出部ＴＣは、協働すること
によって、複数のゾーンのそれぞれに対応する位置にお
ける温度を測定する複数の温度測定手段として機能する
のである。

【００３１】なお、熱処理装置１において、モータドラ
イバ５３０の制御下においてモータ５２５によって回転
式セクタ５２４を回転させると、熱放射による放射光の
透過および反射の状況が交互に入れ替わり、実効反射率
が異なる２つの値の間で切り替わる。そして、この性質
を利用して多重反射における複数の放射強度を計測し、
その計測された複数の放射強度に基づいて基板の温度の
測定値である基板温度測定値を算出することが可能であ
るが、ここでは、測定原理等の詳細については省略す
る。

【００３２】＜２．動作＞＜概要＞つぎに、熱処理装置１における加熱動作につい
て説明する。この加熱動作の制御は、制御部６０によっ
て行われる。

【００３３】図３は、熱処理装置１における基板Ｗの目
標温度、および放射温度計による基板Ｗの測定温度の経
時変化を示す図である。

【００３４】図３に示すように、この加熱動作は、加熱
動作の初期段階において原則としてオープンループ制御
により加熱制御を行う初期加熱制御区間Ａと、基板温度
測定値に基づくフィードバック制御を行うフィードバッ
ク制御区間Ｂとを有している。そして、初期加熱制御区
間Ａとフィードバック制御区間Ｂとは、選択的に切り換
えられ、この順序で実施される。これによって、基板Ｗ
に対する加熱制御が行われる。

【００３５】まず、加熱開始直後の初期加熱制御区間Ａ
においては、次述する加熱制御が行われる。この加熱制
御は、原則としてオープンループ制御により加熱制御を
行い、これにフィードバック的な要素を加えることによ
って行われる。より具体的には、複数のゾーンのうちの
所定のゾーンに含まれるランプに対しては、あらかじめ
設定した一定の出力設定値を制御指令値として出力す
る。この加熱動作は、一定の電力を用いてランプ２０を
点灯させ一定の熱量を付与し続ける動作であり、いわゆ
る定電力加熱である。一方、複数のゾーンのうちのその
他の各ゾーンに含まれるランプに対しては、当該その他
の各ゾーンに対応するプローブ５２６などによる温度の
測定値と所定のゾーンに対応するプローブ５２６などに
よる温度の測定値との差を補償する制御指令値を出力す
る。これによって、装置内の熱状態が異なる場合におい
ても、基板面内の温度分布の均一性が高い加熱処理を良
好に行うことが可能である。この加熱動作については、
さらに詳細に説明する。

【００３６】その後、測定温度が測定下限温度ＴＬより
も高くなることなどの所定の条件を満たすと、次のフィ
ードバック制御区間Ｂに移行する。このフィードバック
制御区間Ｂにおいては、放射温度計によって測定された
測定温度に基づいて、基板Ｗの温度を目標値に追従させ
るフィードバック制御が行われる。このフィードバック
制御としては、ＰＩＤ演算制御などを用いることができ
る。

【００３７】図３には、フィードバック制御区間Ｂにお
ける目標値の経時変化が目標曲線ＳＬとして示されてい
る。なお、図３においては、放射温度計による基板Ｗの
温度の測定値の経時変化が測定温度曲線ＭＬとして示さ
れている。

【００３８】また、この目標曲線ＳＬは、初期昇温段階
Ｂ１と定温保持段階Ｂ２とを有している。このうち、初
期昇温段階Ｂ１は、急速加熱によって基板Ｗを一定の温
度にまで昇温させる段階である。具体的には、フィード
バック制御開始時点の温度から所定の昇温レート（基板
温度変化率）で一定の温度まで上昇する昇温曲線が目標
曲線ＳＬとして設定される。また、定温保持段階Ｂ２
は、初期昇温段階によって昇温された基板Ｗの温度を予
め定められた所定の目標温度ＴＨに一定期間保持する段
階である。そして、この一定期間の経過後に加熱を終了
する。

【００３９】図４は、このフィードバック制御区間Ｂに
おける制御の一例を示すブロック図である。図４に示す
ように、このフィードバック制御区間Ｂにおいては、ゾ
ーンＺＣ，ＺＭ，ＺＥ，ＺＲ毎に、対応するパイロメー
タＭＣ，ＭＭ，ＭＥ，ＭＲによる温度測定値に基づいて
フィードバック制御が行われる。

【００４０】より具体的には、ゾーンＺＣ内の各ランプ
２０に対しては、対応する領域ＲＣの直下の位置ＰＣの
温度をパイロメータＭＣによって測定し、その測定温度
と目標温度ＳＶとの差をＰＩＤ補償演算することによっ
て新たな出力指令値を生成する。他のゾーンについても
同様である。たとえば、ゾーンＺＥ内の各ランプ２０に
対しては、対応する領域ＲＥの直下の位置ＰＥの温度を
パイロメータＭＥによって測定し、その測定温度と目標
温度ＳＶとの差をＰＩＤ補償演算することによって新た
な出力指令値を生成する。また、ゾーンＺＲ内の各ラン
プ２０に対しては、対応する領域ＲＲの直下の位置ＰＲ
の温度をパイロメータＭＲによって測定し、その測定温
度と目標温度ＳＶとの差をＰＩＤ補償演算することによ
って新たな出力指令値を生成する。ゾーンＺＲについて
も同様である。このようなフィードバック制御をゾーン
毎に行うことによって、結果的に各ゾーン間のバランス
を保ち、基板面内の温度分布の均一性が高い加熱処理を
良好に行うことが可能である。

【００４１】＜詳細＞つぎに、初期加熱制御区間Ａにお
ける制御動作について詳細に説明する。この初期加熱制
御区間Ａにおいては、各プローブ５２６による温度測定
値が正確でないため、フィードバック制御区間Ｂにおけ
るフィードバック制御、具体的には、各プローブ５２６
による測定値に基づいて、あらかじめ設定された目標値
曲線ＳＬに追従させるようなフィードバック制御を行う
ことは好ましくない。そこで、この初期加熱制御区間Ａ
においては、次に説明するような制御を行う。

【００４２】図５は、初期加熱制御区間Ａにおける制御
の一例を表すブロック図である。ここでは、中央のゾー
ンＺＣを基準に制御を行う場合について説明する。

【００４３】図５に示すように、まず、複数のゾーンの
うち基準のゾーンＺＣに含まれるランプ２０に対して
は、あらかじめ設定した一定の出力設定値ｘ０を制御指
令値として出力する。この加熱動作は、いわゆる定電力
加熱であり、ランプ２０の定格最大出力の所定の割合
（たとえば３０％〜４０％）程度の一定値をランプ２０
の出力値として決定して加熱し続ける。

【００４４】一方、複数のゾーンのうちのその他の各ゾ
ーンＺＭ，ＺＥ，ＺＲに含まれるランプ２０に対して
は、各ゾーンＺＭ，ＺＥ，ＺＲにそれぞれ対応するパイ
ロメータＭＭ，ＭＥ，ＭＲによる温度の測定値と基準の
ゾーンＺＣに対応するパイロメータＭＣによる温度の測
定値との差を補償する制御指令値α１，α２，α３を出
力する。

【００４５】ここでは、各ゾーンＺＭ，ＺＥ，ＺＲに含
まれるランプ２０に対しては、ゾーンＺＭ，ＺＥ，ＺＲ
のそれぞれについてあらかじめ設定された各出力設定値
ｘ１，ｘ２，ｘ３に、ＰＩＤ補償制御による各出力値ｙ
１，ｙ２，ｙ３を加えた値を制御指令値α１，α２，α
３として出力する場合について説明する。ここで、各出
力設定値ｘ１，ｘ２，ｘ３は、例えば、出力設置値ｘ０
と同一の値として定められる。また、ＰＩＤ補償制御に
よる各出力値ｙ１，ｙ２，ｙ３は、基準のゾーンＺＣに
対応するパイロメータＭＣによる測定値を目標値ＳＶ０
とし、当該目標値ＳＶ０と各ゾーンＺＭ，ＺＥ，ＺＲに
対応するパイロメータＭＭ，ＭＥ，ＭＲによる測定値と
の差を補償する値となる。すなわち、パイロメータＭＣ
による測定値を目標値ＳＶ０とするＰＩＤ補償制御が行
われることになる。

【００４６】より具体的には、ゾーンＺＭに含まれるラ
ンプ２０に対しては、ゾーンＺＭについてあらかじめ設
定された出力設定値ｘ１に対してさらに出力値ｙ１を加
えた値を制御指令値α１（＝ｘ１＋ｙ１）として出力す
る。出力値ｙ１は、基準のゾーンＺＣに対応するパイロ
メータＭＣによる測定値ＳＶ０とゾーンＺＭに対応する
パイロメータＭＭによる測定値ＰＶ１との偏差ｅ１（＝
ＳＶ０−ＰＶ１）に基づくＰＩＤ補償制御を行うもので
ある。

【００４７】同様に、ゾーンＺＥに含まれるランプ２０
に対しては、ゾーンＺＥについてあらかじめ設定された
出力設定値ｘ２に、基準のゾーンＺＣに対応するパイロ
メータＭＣによる測定値ＳＶ０とゾーンＺＥに対応する
パイロメータＭＥによる測定値ＰＶ２との偏差ｅ２（＝
ＳＶ０−ＰＶ２）に基づくＰＩＤ補償制御による出力値
ｙ２を加えた値を制御指令値α２（＝ｘ２＋ｙ２）とし
て出力する。また、ゾーンＺＲに含まれるランプ２０に
対しては、ゾーンＺＲについてあらかじめ設定された出
力設定値ｘ３に、基準のゾーンＺＣに対応するパイロメ
ータＭＣによる測定値ＳＶ０とゾーンＺＲに対応するパ
イロメータＭＲによる測定値ＰＶ３との偏差ｅ３（＝Ｓ
Ｖ０−ＰＶ３）に基づくＰＩＤ補償制御による出力値ｙ
３を加えた値を制御指令値α３（＝ｘ３＋ｙ３）として
出力する。

【００４８】以上のように、基準のゾーンＺＣに対応す
るパイロメータＭＣによる測定値を目標値ＳＶ０とし、
各ゾーンＺＭ，ＺＥ，ＺＲごとに、各パイロメータＭ
Ｍ，ＭＥ，ＭＲによる測定値と目標値ＳＶ０との偏差ｅ
１，ｅ２，ｅ３を補償するように制御されるので、複数
のゾーンＺＣ，ＺＭ，ＺＥ，ＺＲの相互間の温度の差異
を減少させるようにバランスがとられ、基板面内の温度
分布の均一性が高い加熱処理を良好に行うことが可能で
ある。

【００４９】ここで、基準のゾーンＺＣに対応するパイ
ロメータＭＣによる測定値を目標値ＳＶ０としている点
に注目すべきである。この初期加熱制御区間Ａにおいて
は、パイロメータによる測定温度は測定下限値以下の場
合も存在し、温度自体は正確な値ではない。したがっ
て、上述したように、パイロメータによる測定値に基づ
いて、あらかじめ設定された目標値曲線に追従させるよ
うなフィードバック制御は行うことは不可能である。

【００５０】しかしながら、パイロメータによる測定温
度（指示温度）は、少なくとも温度傾向を示すものであ
るので、各パイロメータによる指示温度が等しい場合に
は、指示温度の絶対値は正しくはなくとも実際の温度は
ほぼ等しいものと考えることができるのである。上記の
初期加熱制御区間Ａにおける加熱制御は、この性質を利
用し、各パイロメータによる指示温度がいずれも等しく
なるように補償制御を行うことによって、基板面内の温
度分布の均一性を向上させるものである。

【００５１】以上のように、上記の初期加熱制御区間Ａ
における加熱制御、端的には各パイロメータＭＣ，Ｍ
Ｍ，ＭＥ，ＭＲの温度の差を補償する制御が行われるの
で、出力設定値ｘ０，ｘ１，ｘ２，ｘ３のみを出力する
だけでは解消されない温度分布の不均一性を抑制し、基
板面内の温度分布の均一性を高めることができる。特
に、ロット内の複数の基板の処理を連続的に行うに際し
て、最初の基板の処理時の熱状態と所定枚数目以降の基
板の処理時の熱状態の相違に基づく温度分布の不均一が
存在する場合であっても、上記の補償制御によって、こ
のような温度分布の不均一が抑制され、より均一性が高
い加熱処理が可能となる。

【００５２】ここにおいて、各ゾーンＺＣ，ＺＭ，Ｚ
Ｅ，ＺＲについての出力設定値ｘ０，ｘ１，ｘ２，ｘ３
は、上述のように互いに等しい値として定められても良
いが、装置内の温度分布を考慮して相互に異なる値とし
て定められても良い。具体的には、順次に処理されるロ
ット内の所定枚数目の基板の処理において各ゾーンＺ
Ｃ，ＺＭ，ＺＥ，ＺＲのランプに対して出力すると基板
の温度分布が均一となるような各出力設定値ｘ０，ｘ
１，ｘ２，ｘ３を実験的に定めることが可能である。

【００５３】さらには、各ゾーンＺＣ，ＺＭ，ＺＥ，Ｚ
Ｒについての出力設定値ｘ０，ｘ１，ｘ２，ｘ３は、当
該熱処理装置１内における熱状態が安定した状態での基
板の処理時（例えば、１０枚目の基板処理時点）におい
て基板の温度分布を均一にする値として定められること
が特に好ましい。これによれば、例えばロット内におけ
る１０枚目以降から最終基板（たとえば５０枚目）まで
の基板の処理など多くの基板の処理においては、仮にＰ
ＩＤ補償による出力値ｙ１，ｙ２，ｙ３が存在しないと
しても各出力設定値ｘ０，ｘ１，ｘ２，ｘ３によって目
標温度にかなり近い温度を実現することが可能である。
そして、このような状態で、ＰＩＤ補償制御を併用し
て、ロット内の異なる基板についての複数の処理時点に
おける熱状態の相違をも補償すれば、基板面内の温度分
布の均一性が高い加熱制御をより良好に行うことが可能
である。このように、ロット内の複数の基板のうち比較
的早期に処理される基板から安定状態に近い状態で加熱
処理が行われるときには、より多くの基板に対してより
均一性が高い処理を行うことができる。なお、この場
合、ロット内の１枚目の基板の処理時など装置内の熱状
態が未だ安定状態に達していないときであっても、ＰＩ
Ｄ補償による出力値ｙ１，ｙ２，ｙ３によって温度分布
の不均一性を抑制することが可能である。

【００５４】また、上記実施形態においては、基板内の
領域ＲＣ，ＲＭ，ＲＥのみならず、保持リング４１０上
の領域ＲＲについても温度が同一となるように補償して
いる。これによって、基板内の領域ＲＣ，ＲＭ，ＲＥの
みの温度が同一となるように補償する場合に比べて、保
持リング４１０が基板の端部領域に及ぼす影響を考慮し
基板Ｗの温度分布の均一性をより一層向上させることが
できる。

【００５５】さらに、基板の温度分布は、その基板に対
する初期加熱制御区間Ａの終了時点、すなわちフィード
バック制御区間Ｂの開始時点において、最も高い均一性
が確保されていることが好ましい。これによれば、フィ
ードバック制御への移行後においても、温度分布の均一
性が高い処理を継続的に実現することができる。

【００５６】＜３．変形例など＞上記においては、ゾー
ンＺＭ，ＺＥ，ＺＲに含まれるランプ２０に対しては、
ゾーンＺＭ，ＺＥ，ＺＲのそれぞれについてあらかじめ
設定された各出力設定値ｘ１，ｘ２，ｘ３に、各ゾーン
ＺＭ，ＺＥ，ＺＲに対応する各パイロメータＭＭ，Ｍ
Ｅ，ＭＲによる測定値と基準のゾーンＺＣに対応するパ
イロメータＭＣによる測定値との差に基づくＰＩＤ補償
制御による各出力値ｙ１，ｙ２，ｙ３を加えた値を制御
指令値α１，α２，α３として出力する場合について説
明しているが、これに限定されず、図６に示すように、
出力設定値ｘ１，ｘ２，ｘ３を設定せず、ＰＩＤ補償制
御による出力値ｙ１，ｙ２，ｙ３のみを制御指令値α
１，α２，α３として出力するようにしてもよい。

【００５７】図６は、そのような変形例に係る制御動作
を示すブロック図である。図６においては、基準のゾー
ンＺＣに含まれるランプ２０に対しては、あらかじめ設
定した一定の出力設定値ｘ０を制御指令値として出力す
るとともに、その他の各ゾーンＺＭ，ＺＥ，ＺＲに含ま
れるランプ２０に対しては、各ゾーンＺＭ，ＺＥ，ＺＲ
に対応する各パイロメータＭＭ，ＭＥ，ＭＲによる測定
値と基準のゾーンＺＣに対応するパイロメータＭＣによ
る測定値との差に基づくＰＩＤ補償制御による各出力値
ｙ１，ｙ２，ｙ３をそのまま制御指令値α１，α２，α
３として出力する場合を例示している。

【００５８】これによれば、各ゾーンＺＭ，ＺＥ，ＺＲ
のそれぞれについて、各出力設定値ｘ１，ｘ２，ｘ３を
あらかじめ設定する必要が無いので、調整がさらに容易
である。ただし、初期加熱制御区間Ａは比較的短期間
（たとえば５秒〜１０秒程度）であることが多く、状況
によってはＰＩＤ補償制御だけではフィードバック制御
開始時までに基板の温度分布を十分に均一にするように
制御できない場合も存在する。このような状態を回避す
るためには、上述したように、あらかじめ設定された出
力設定値ｘ１，ｘ２，ｘ３に、ＰＩＤ補償制御による各
出力値ｙ１，ｙ２，ｙ３を加えた値を制御指令値α１，
α２，α３として出力することが好ましい。

【００５９】また、上記においては初期加熱制御区間Ａ
における制御を中央のゾーンＺＣを基準に行う場合につ
いて説明したが、これに限定されず、その他のゾーンＺ
Ｍ，ＺＥ，ＺＲのいずれかを基準にして制御しても良
い。

【００６０】さらに、上記においては複数のランプ２０
を４つのゾーンに区分する場合を例示したが、これに限
定されず、２つまたは３つのゾーンに区分しても良く、
あるいは５つ以上のゾーンに区分しても良い。

【００６１】

【発明の効果】以上のように、請求項１に記載の熱処理
装置によれば、複数のゾーンに区分されて配設された複
数のランプによって基板を加熱する加熱手段と、複数の
ゾーンのそれぞれに対応する位置における温度を測定す
る複数の温度測定手段と、複数のゾーンのうちの所定の
ゾーンに含まれるランプに対しては、あらかじめ設定し
た一定の出力設定値を制御指令値として出力し、複数の
ゾーンのうちのその他の各ゾーンに含まれるランプに対
しては、当該その他の各ゾーンに対応する温度測定手段
による測定値と所定のゾーンに対応する温度測定手段に
よる測定値との差を補償する制御指令値を出力する制御
手段と、を備えるので、装置内の熱状態がロット内の複
数の基板の相互間で異なる場合においても、基板面内の
温度分布の均一性が高い加熱処理を良好に行うことが可
能である。

【００６２】請求項２に記載の発明によれば、制御手段
は、その他の各ゾーンに含まれるランプに対しては、そ
の他の各ゾーンのそれぞれについてあらかじめ設定され
た出力設定値に、所定のゾーンに対応する温度測定手段
による測定値とその他の各ゾーンに対応する温度測定手
段による測定値との差に基づく出力値を加えた値を制御
指令値として出力することを特徴とする熱処理装置。

【００６３】請求項３に記載の発明によれば、その他の
各ゾーンのそれぞれについてあらかじめ設定された出力
設定値は、当該熱処理装置内における熱状態が安定した
状態での基板の処理時において基板の温度分布を均一に
する値として定められるので、当該安定状態に近い状態
で処理される基板の処理において、各出力設定値によっ
て目標温度にかなり近い温度を実現し、フィードバック
制御による補償量を削減することが可能である。したが
って、より均一性を高めることができる。特に、ロット
内の複数の基板のうち比較的早期に処理される基板から
安定状態に近い状態で加熱処理が行われるときには、よ
り多くの基板に対してより均一性が高い処理を行うこと
ができる。

【００６４】請求項４に記載の発明によれば、複数のゾ
ーンは、少なくとも、基板の中央領域に対応するゾーン
と基板の端部領域に対応するゾーンとに区分されている
ので、両ゾーンにおける差異を補償して、基板の温度分
布の均一性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態にかかる熱処理装置の一例を
示す縦断面図である。

【図２】複数のランプ２０を区分する各ゾーン等につい
て説明する図である。

【図３】熱処理装置１における基板Ｗの目標温度、およ
び放射温度計による基板Ｗの測定温度の経時変化を示す
図である。

【図４】フィードバック制御区間Ｂにおける制御の一例
を示すブロック図である。

【図５】初期加熱制御区間Ａにおける制御の一例を表す
ブロック図である。

【図６】初期加熱制御区間Ａにおける制御の他の一例を
表すブロック図である。

【符号の説明】

１熱処理装置１０炉体２０ランプ３０石英ガラス４０基板保持回転部５０温度測定部５１０反射板５２６プローブＭＣ，ＭＭ，ＭＥ，ＭＲパイロメータＴＣ温度算出部Ｗ基板ＺＣ，ＺＭ，ＺＥ，ＺＲゾーンｘ０，ｘ１，ｘ２，ｘ３出力設定値ｙ１，ｙ２，ｙ３出力値 α１，α２，α３制御指令値

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板に熱処理を施す熱処理装置であっ
て、複数のゾーンに区分されて配設された複数のランプによ
って基板を加熱する加熱手段と、前記複数のゾーンのそれぞれに対応する位置における温
度を測定する複数の温度測定手段と、前記複数のゾーンのうちの所定のゾーンに含まれるラン
プに対しては、あらかじめ設定した一定の出力設定値を
制御指令値として出力し、前記複数のゾーンのうちのそ
の他の各ゾーンに含まれるランプに対しては、前記所定
のゾーンに対応する温度測定手段による測定値と前記そ
の他の各ゾーンに対応する温度測定手段による測定値と
の差を補償する制御指令値を出力する制御手段と、を備
えることを特徴とする熱処理装置。
【請求項２】請求項１に記載の熱処理装置において、前記制御手段は、前記その他の各ゾーンに含まれるラン
プに対しては、当該その他の各ゾーンのそれぞれについ
てあらかじめ設定された出力設定値に、当該その他の各
ゾーンに対応する温度測定手段による測定値と前記所定
のゾーンに対応する温度測定手段による測定値との差に
基づく出力値を加えた値を制御指令値として出力するこ
とを特徴とする熱処理装置。
【請求項３】請求項２に記載の熱処理装置において、前記その他の各ゾーンのそれぞれについてあらかじめ設
定された出力設定値は、当該熱処理装置内における熱状
態が安定した状態での基板の処理時において基板の温度
分布を均一にする値として定められることを特徴とする
熱処理装置。
【請求項４】請求項１ないし請求項３のいずれかに記
載の熱処理装置において、前記複数のゾーンは、少なくとも、前記基板の中央領域
に対応するゾーンと前記基板の端部領域に対応するゾー
ンとに区分されていることを特徴とする熱処理装置。