JP4230716B2 - 基板処理装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板処理装置において処理室の温度を高温に高速で均一に制御するヒータの制御機能を備えた基板処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ヒータの加熱制御は、被加熱材料を均一に高温にするところにあるが、装置としてのダウンタイムを短縮する為に、無駄に長く昇温に時間をかけることが出来ない。このため、基板サイズの大型化により大面積化しているサセプタ（基板を乗せる電極）を均一に昇温及び恒温化する為に２つのヒータを用いて温度制御が行われている。
【０００３】
そして、効率よく昇温制御を行うために、被加熱材料の熱吸収、熱伝達の違いを考慮しながら２つのヒータの出力値を制御し、滑らかな昇温曲線を描く様に制御を行っている。図１１は従来のヒータにおける温度制御を示すグラフである。
この温度制御は、設定温度を温度調節器に設定して、温度上昇を待つ単純なものであり、初期温度と設定温度との差がある場合、温度調節器は設定温度になるまで、フルパワーで加熱制御を行う。例えば、温度２５度から３００度まで加熱する場合は、温度調節器に設定温度として３００度を設定し、温度調節器は温度２５度から３００度までフルパワーで加熱制御を行う。
【０００４】
図１２は従来の温度制御を行うための基板処理装置のブロック図である。ユーザ２０により目的温度設定値２１が温度制御コントローラ２２に入力設定されると、温度制御コントローラ２２は目的温度設定値２３をヒータ温度調節器２４に設定する。ヒータ温度調節器２４はヒータ（サセプタ）２５に対して出力（％）設定２６を行い、その温度をモニタ温度２７として検出することにより上記加熱制御を行っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、温度を急激に加熱するとヒータ自身の負荷も問題である上、クラック等の原因にもなる。特に、ＬＣＤ装置の基板サイズの大型化に伴い、サセプタ（基板を載せる電極）も大型化し、この電極の中に２本のヒータを埋め込んでなる基板処理装置の温度制御には、下記の問題点がある。
▲１▼ヒータの面内温度均一性が悪い。
すなわち、被加熱部材の熱容量、熱伝達の違いにより２つの容量の違うヒータを加熱したい設定温度にして加熱すると、片方は加熱されやすいが片方は吸熱が多いというような場合はなかなか温度が上がらない。ヒータ出力を上げすぎるとヒータに負荷がかかるので、時間をかけて加熱するしかない。
▲２▼ヒータ本体の物理的な負荷、クラックの原因になる。
すなわち、内ヒータ（内側のヒータ）と外ヒータ（外側のヒータ）の温度差がつき過ぎると、各ヒータが接する部分にクラックが入る恐れがある。また、パワーをかけることによる負荷も増大し、ヒータの寿命も短くなる。
【０００６】
本発明は、上述した問題点を解決し、ヒータ面内温度均一性の改善と、ヒータ本体への負荷の低減及びクラック発生の防止を図ることができる基板処理装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するため本発明は、複数の加熱領域を加熱する複数のヒータを具備した基板処理装置において、各ヒータの加熱温度帯を複数の温度帯に分割し、各ヒータ間の温度差が許容値を越えない場合は各温度帯において各ヒータを設定された出力値で加熱制御すると共に、各ヒータ間の温度差が許容値を越えた場合には、各ヒータの出力値を変更して加熱制御することを特徴とする。
なお、実施の形態において、ヒータは内ヒータと外ヒータの２つの場合について説明しているが、本発明は、複数の数に限定されることは無い。また、枚葉装置について説明しているが、縦型の装置であっても適用できることは言うまでもない。
【０００８】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の概要について説明する。本発明では、各ヒータへのパワーの供給を制御する方法として、各ヒータの調節器における設定値を温度帯に分けて設定するゾーンリミット制御を行うと共に、２つのヒータ（内ヒータ、外ヒータ）に温度偏差が生じた場合にはそれをフィードバックして、上記設定値を変更して制御を行うことにより課題を解決するものである。
【０００９】
以下、これらについて説明する。
（１）ゾーンリミット制御
図１に示すように、ヒータの取り得る温度範囲を任意の温度（Ｔ（ｎ））によって区分された複数のゾーン（Ｚ（ｎ））に分割し、予め設定した各ゾーン毎の出力リミットパラメータ（ｘ（ｎ）、ｙ（ｎ））により、内・外ヒータへの各温調の出力上限値を決定する。
ブロック構成図としては、例えば、図９に示すような構成が採用される。ユーザ３０が目的温度設定値及び上記各パラメータ（Ｔ（ｎ），ｘ（ｎ），ｙ（ｎ））３１を温度制御コントローラ３２に入力設定する。温度制御コントローラ３２はヒータ温度調節器３３に対して、制御開始時に目的温度設定値３４を設定すると共に、各温度帯に応じて且つ必要に応じて出力上限値（％）（ｘ（ｎ），ｙ（ｎ））３５を設定する。ヒータ温度調節器３３は、ヒータ（サセプタ）３６に対して出力（％）設定３７を行い、ヒータ３６の温度をモニタ温度３８として検出する。又、モニタ温度３８は温度制御コントローラ３２に与えられ、温度制御コントローラは現在温度帯Ｚ（ｎ）をモニタ温度とＴ（ｎ）から判断し、その温度帯の出力上限値ｘ（ｎ），ｙ（ｎ）を選択する。以上の動作についついては後で詳述する。
【００１０】
（２）温度偏差フィードバック制御
図２に示すように、内ヒータと外ヒータの温度偏差補正は以下のようなフィードバック制御を用いる。
▲１▼温度偏差＜−αの場合（内ヒータの温度が高い場合）は、内ヒータの出力上限値をｘ（α）に変更する。
▲２▼温度偏差＞αの場合（外ヒータの温度が高い場合）は、外ヒータの出力上限値をｙ（α）に変更する。
【００１１】
ブロック構成図としては、例えば、図１０に示すような構成が採用される。ユーザ４０が各パラメータ（ｘ（α），ｙ（α），α）４１を温度制御コントローラ４２に設定する。温度制御コントローラ４２では、外ヒータモニタ温度４４と内ヒータモニタ温度４５とからヒータ間温度偏差を算出する算出手段４３を備え、このヒータ間温度偏差に基づき、出力値の変更が無い場合、又は内ヒータの出力値（ｘ（α））を変更する場合、又は外ヒータの出力値を変更する場合を判断する判断手段４６〜４８を備え、その判断結果に基づいて出力値を変更する場合は出力上限値（％）４９としてｘ（α），ｙ（α）をヒータ温度調節器５０に出力する。ヒータ温度調節器５０は、ヒータ（サセプタ）５３に対して出力（％）設定５１を行い、ヒータ５３の温度をモニタ温度５２として検出する。又、モニタ温度５２は外ヒータモニタ温度４４及び内ヒータモニタ温度４５として温度制御コントローラ４２に与えられる。
【００１２】
（３）ゾーンリミット制御＋フィードバック制御
ゾーンリミット制御とフィードバック制御のそれぞれを条件分けして用いる場合を図３に示している。
【００１３】
本制御においても、基本的にはゾーンリミット制御により決定される出力リミット設定値を用いる。一方、温度偏差が許容範囲外の場合は、上記フィードバック制御による出力上限値（ｘ（α）、ｙ（α））を優先する。ここで、ｘ（α）、ｙ（α）についてはデフォルトで０％とする。αの値はプログラム内部で上限値を設定し、一定以上の値を設定できないように制限する。
なお、各パラメータｘ（α）、ｙ（α）、αについて補足説明しておくと、αはヒータ間温度差によるヒータ間クラック防止の機械設計（ハード）的な許容限界温度偏差（℃）であり、ユーザが変更できないように、プログラム内に固定値として組み込まれる値である。本実施の形態においては、２０℃に設定されている。ｘ（α）、ｙ（α）は、ヒータ間温度偏差がα℃を越えた場合に使用されるヒータ出力上限値であり、ハード的な許容限界値を越えているので、基本的には０％に設定されるが、サセプタの放熱量が大きい場合、０％設定（出力なし）とすると急激に温度低下を起こし、目的温度近辺で温度が大きくふらつく可能性があるので、そのような減少が起こった場合に急激な温度低下を緩和するために０％以外の値もユーザが任意に設定できるようにしたものである。
【００１４】
以下、実施の形態の具体的構成について説明する。実施の形態における基板処理装置は、ＬＣＤ装置に例をとって説明するものである。なお、図４に実施の形態において用いられるパラメータの一例を、温度帯を４ゾーンとした場合について例示している。図４において、Ｚ（ｎ）は出力リミット区分（Ｔ（ｎ））によって決定される）、Ｔ（ｎ）は出力リミット区分境界温度（＊＊＊．＊℃）、ｘ（ｎ）は出力リミット区分Ｚ（ｎ）における内ヒータ出力上限値（％）、ｙ（ｎ）は出力リミット区分Ｚ（ｎ）における外ヒータ出力上限値（％）、ｘ（α）は許容偏差範囲外（内＞外）における内ヒータ出力上限値（％）、ｙ（α）は許容偏差範囲外（外＞内）における外ヒータ出力上限値（％）、αは内ヒータと外ヒータのフィードバック温度偏差範囲（℃）（但しβ＞α）、ｘ（ｓ）は昇温終了温度（温調設定温度）における内ヒータ出力上限値（％）、ｙ（ｓ）は昇温終了温度（温調設定温度）における外ヒータ出力上限値（％）を示している。
【００１５】
図５はＬＣＤ装置の構成図を示す。図５のＲ１，Ｒ２，Ｒ３で示される処理室が実施の形態におけるヒータ制御対象処理室である。なお、図５において、Ｓ１〜Ｓ４はカセットスタンド、Ｌ１、Ｌ２は膜厚測定器付のロードロック室、Ｈは基板加熱室、Ｔ２は真空搬送ロボット、Ｔ１は大気搬送ロボットを示している。
【００１６】
図６はＬＣＤ装置のシステム構成図を示す。図６においては、オペレーションユニット１に対して、セントラルコントローラ２が接続され、セントラルコントローラ２に基板情報一時退避メモリ３、ローカルコントローラ４，５が接続されている。図中４Ａ、５Ａはローカルコントローラ４、５が実行する制御内容を示しており、実施の形態における制御は、ローカルコントローラ５の内部で実行される。
【００１７】
図７はＬＣＤ装置の処理室ヒータ制御概念図を示す。内、外ヒータ本体１１、１５それぞれに熱電対１２、１６、出力用サイリスタ１４，１８、温調器１３，１７のそれぞれが接続されており、温調制御はＴＣＣ（温度制御コントローラ）１９が一括して行う。対象となる処理室の温度制御を行う前に、図４に示した全てのパラメータを設定し、ＴＣＣ（温調制御用コントローラ）に予めインストールしておく。このパラメータは使用者が任意に決定するものであり、スピーディーでかつ面内温度均一性を保つことが出来る理想的な昇温を行うためには、事前に最適なパラメーターを実験にて検証しておく必要がある。
【００１８】
以下、温度制御の流れについて図８のフローチャートを用いて説明する。
まず、オペレーションユニットまたはセントラルコントローラーが、ローカルコントローラー５を介してＴＣＣに温度制御命令を発行する。各ヒータを制御している温調は、ヒータに取り付けられた熱電対からの電気信号を数値に変換して、現在温度モニター値としている。ＴＣＣは温調からモニター温度を常時受信しており、予め設定したパラメーターに従って、モニター温度から各ヒータの現在の温度帯（Ｚ（ｎ））を判定し、その温度帯からヒータ出力上限値（ｘ（ｎ）、ｙ（ｎ））を決定する（ゾーン制御：ステップＳ１〜ステップＳ４）。
【００１９】
この時、各ヒータの昇温速度の違いから、外ヒータと内ヒータの温度偏差がパラメーターで設定した温度偏差上限値を超える場合は、ヒータ出力上限値をｘ（α）、もしくはｙ（α）に変更する（フィードバック制御：ステップＳ５、ステップＳ６）。
【００２０】
最終的に決定されたヒータ出力上限値は、ＴＣＣから各温調に送信され、各温調にてヒータ出力を制限する（ステップＳ７）。なお、２つのヒータの温度偏差（温度差）が大きくなった場合、通常は温度が高い方のヒータ出力は０％（温調出力上限値）にする。また、図８には図示を省略するが、温度偏差が警報出力偏差（β）以上になった場合は、操作画面にて「温度偏差警報」を出力し使用者に注意を促すようにすることもできる。この場合はヒータ出力値を変更しないようにすることもできる。
このようにして、昇温中はヒータのモニター温度を常時監視し、その時点での温度帯のヒータ出力上限値に切り替え、目的温度に到達するまでそれを繰り返す（ステップＳ８）。なお、目的温度に到達後に昇温終了温度でのヒータ出力上限値（ｘ（ｓ）、ｙ（ｓ））に切り替え、温度制御コマンドを終了し、ローカルコントローラー２に終了電文を送信する。
【００２１】
【発明の効果】
本発明により、次のような効果を奏する。
まず、常温から目標温度までの加熱時間が短縮される。これにより、装置のダウンタイムも少なくなり結果的に装置の稼働率を向上させスループットも向上させた。次に、ヒータ自身の負荷が低減され、クラックの発生が無くなった。さらに、内・外２つのヒータ間の温度差が低減され、温度の面内均一性が確保できた。また、理想的な温度上昇曲線を描くことができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態におけるゾーンリミット制御を示す図である。
【図２】温度偏差フィードバック制御を示す図である。
【図３】ゾーンリミット制御とフィードバック制御一方、又は双方の使用条件を示す図である。
【図４】実施の形態において用いられるパラメータの一例を示す図である。
【図５】実施の形態の基板処理装置の構成例を示す図である。
【図６】実施の形態におけるＬＣＤ装置のシステム構成図を示す。
【図７】ＬＣＤ装置の処理室ヒータ制御概念図である。
【図８】実施の形態における温度制御を示すフローチャートである。
【図９】ゾーンリミット制御方式のブロック構成図の一例を示す図である。
【図１０】フィードバック制御方式のブロック構成図の一例を示す図である。
【図１１】従来の基板処理装置における温度制御を示す図である。
【図１２】従来の基板処理装置における温度制御の一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ オペレーションユニット、２ セントラルコントローラ、３ 基板情報一時退避メモリ、４，５ ローカルコントローラ、１１ ヒータ（内）本体、１２ヒータ（内）制御用熱電対、１３ ヒータ（内）制御用温調器、１４ ヒータ（内）出力用サイリスタ、１５ ヒータ（外）本体、１６ ヒータ（外）制御用熱電対、１７ ヒータ（外）制御用温調器、１８ ヒータ（外）出力用サイリスタ、１９ 各温調制御用シーケンサ。

Claims (3)

1. 複数の加熱領域を加熱する複数のヒータを具備した基板処理装置であって、
   初期温度から設定温度までの加熱温度帯を複数の温度帯に分割し、各温度帯において予め設定された出力値により各ヒータを昇温制御することを特徴とする基板処理装置。
2. 前記昇温制御をする際に、各ヒータ間の温度差が許容差を越えない場合は、各ヒータを前記設定された出力値で加熱制御すると共に、各ヒータ間の温度差が許容値を越えた場合には、各ヒータの出力値を変更して予め設定された上限値で加熱制御することを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
3. 複数の加熱領域を加熱する複数のヒータを具備した基板処理装置における温度制御方法であって、
   初期温度から設定温度までの加熱温度帯を複数の温度帯に分割し、各温度帯において予め設定された出力値により各ヒータで昇温制御することを特徴とする基板処理装置における温度制御方法。

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