JPH11329993A - 基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ランプからの放射エネルギーを石英窓を介し
て基板に照射することにより基板の加熱制御を行う場合
に、石英窓が放出する放射エネルギーの変動の影響を受
けてしまう。 【解決手段】 石英窓３の温度を測定する放射温度計４
ｂを設け、石英窓３の測定温度を制御部５に取り入れ
る。また、制御部５では石英窓３が放出する放射エネル
ギーを求め、基板９に与えられるべき総エネルギーから
石英窓３が放出する放射エネルギーを減算し、ランプ２
１から石英窓３を介して基板９に与えられるべき透過エ
ネルギーを求める。そして、この透過エネルギーを基板
９に与えるべくランプ２１に電力を供給する。これによ
り、基板９に与えられる総エネルギーは石英窓３が放出
する放射エネルギーの変動の影響を受けない。また、基
板処理装置１の予備加熱が不要となり、スループットの
向上を図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体装置製造
用の半導体基板や液晶表示器等に用いられるガラス基板
等（以下、「基板」と総称する。）に加熱を伴う処理を
施す基板処理装置および基板処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、基板に加熱を伴う処理を施す
際には基板の品質を保つために基板の温度を測定しなが
ら加熱源の制御を行っている。図８は基板に加熱を伴う
処理を施す基板処理装置であるランプアニール装置の従
来の制御系の一例を制御ブロックにて示す図である。

【０００３】ランプアニール装置は、ランプ１０１から
の光を石英窓１０３を介して基板９に照射することで基
板９に加熱を伴う処理を施す装置であり、図８では加熱
源であるランプ１０１と基板９の温度を測定する温度計
１０２とを制御対象として模式的に示しており、また、
オーバーシュートやアンダーシュートを効果的に抑制す
ることができるＰＩＤフィードバック制御が用いられる
ものとして示している。

【０００４】図８に示す制御系では、予め定められた目
標温度プロファイル（時間の経過と温度との関係）に沿
って変化する目標温度Ｔsと温度計１０２からの基板９
の測定温度Ｔwとの差に対してＰＩＤ演算が行われる。
これにより、目標温度Ｔsと測定温度Ｔwとの差を減じる
ような電力がランプ１０１に与えられるべき電力として
求められる。この電力をランプ１０１に与えることによ
り基板９の温度が目標温度プロファイルに沿って変化
し、基板９に適切な加熱処理が施される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図８に示す
ような石英窓１０３を介して基板９を加熱する基板処理
装置では、加熱中の基板９が有するエネルギーは、「ラ
ンプ１０１からの（石英窓１０３を透過する）放射エネ
ルギー」、「石英窓１０３から放出される放射エネルギ
ー」および「基板９が処理室（チャンバ）内に持ち込む
エネルギー」の合計である。ここで、「ランプ１０１か
らの放射エネルギー」の値は制御系で制御される値であ
り、「基板９がチャンバ内に持ち込むエネルギー」の値
は基板９の温度を測定することにより制御系での演算処
理に取り込まれる値であり、これらの値は制御に用いら
れる値となる。

【０００６】しかし、処理において比較的高温となる
「石英窓１０３から放出される放射エネルギー」は制御
系に取り込まれないために制御の外乱となる。その結
果、基板処理装置の運転開始直後の場合と運転開始後あ
る程度時間が経過した場合とでは石英窓１０３の温度が
異なることから適切なＰＩＤパラメータが異なったもの
となるという問題が生じる。

【０００７】例えば、石英窓１０３の温度が常温の状態
から複数枚の基板９を１枚ずつ処理していく一連の処理
を開始した場合、最初の基板９の処理における石英窓１
０３の時間平均の温度はある程度処理を繰り返した後の
処理における石英窓１０３の時間平均の温度よりも低
い。したがって、基板９の処理を多数回繰り返した後に
ＰＩＤパラメータを設定し、その後、基板処理装置の運
転をしばらく停止したとすると、次に基板９の処理を開
始した直後は安定した制御が行われなくなる。すなわ
ち、石英窓１０３から放出される放射エネルギーはＰＩ
Ｄパラメータを設定した時点のものよりも小さく、か
つ、石英窓１０３から放出される放射エネルギーは制御
系に取り込まれないので石英窓１０３からの放射エネル
ギー不足が外乱となってしまう。

【０００８】そこで、従来より処理を開始する前に基板
処理装置を予備加熱するという方法が採用されている。
しかし、予備加熱は基板処理装置のスループットを低下
させる原因となる。

【０００９】この発明は上記課題に鑑みなされたもので
あり、石英窓から放出される放射エネルギーの変動の影
響を受けない基板の温度制御を実現することを目的とし
ている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、基板
に加熱を伴う処理を施す基板処理装置であって、処理が
施される基板に向けて放射エネルギーを放出する加熱手
段と、前記基板と前記加熱手段との間に設けられた透過
窓と、前記基板の温度を測定する第１の測定手段と、前
記透過窓の温度を測定する第２の測定手段と、前記第１
および第２の測定手段からの測定温度に基づいて前記加
熱手段を制御する制御手段とを備える。

【００１１】請求項２の発明は、請求項１に記載の基板
処理装置であって、前記制御手段が、前記第２の測定手
段からの測定温度に基づいて前記透過窓が放出する放射
エネルギーを求める手段を有する。

【００１２】請求項３の発明は、請求項２に記載の基板
処理装置であって、前記制御手段が、前記第１の測定手
段からの測定温度および所望の目標温度に基づいて前記
基板に与られるべき総エネルギーを求める手段と、前記
総エネルギーから前記透過窓が放出する放射エネルギー
を減算することにより、前記加熱手段から前記透過窓を
透過して前記基板に与えられるべき透過エネルギーを求
める手段とをさらに有する。

【００１３】請求項４の発明は、請求項３に記載の基板
処理装置であって、前記制御手段が、前記透過エネルギ
ーに基づいて前記加熱手段に与えられるべき電力を求め
る手段をさらに有する。

【００１４】請求項５の発明は、請求項１ないし４のい
ずれかに記載の基板処理装置であって、前記第２の測定
手段が、前記透過窓からの放射エネルギーを受けて前記
透過窓の温度を測定する放射温度計である。

【００１５】請求項６の発明は、請求項１ないし４のい
ずれかに記載の基板処理装置であって、前記第２の測定
手段が、前記透過窓に接触して温度を測定する接触式温
度計である。

【００１６】請求項７の発明は、請求項１ないし６のい
ずれかに記載の基板処理装置であって、前記加熱手段が
ランプを有し、前記透過窓が石英により形成されてい
る。

【００１７】請求項８の発明は、基板に加熱を伴う処理
を施す基板処理方法であって、(a)処理が施される基板
の温度を測定する工程と、(b) 加熱手段と前記基板との
間に設けられた透過窓の温度を測定する工程と、(c) 前
記工程(a)および(b)により得られた測定温度に基づいて
前記加熱手段を制御することにより、前記加熱手段から
の放射エネルギーを前記透過窓を介して前記基板に照射
する工程と、(d) 前記工程(a)ないし(c)を繰り返す工程
とを有する。

【００１８】請求項９の発明は、請求項８に記載の基板
処理方法であって、前記工程(c)が、前記工程(b)により
得られた測定温度に基づいて前記透過窓が放出する放射
エネルギーを求める工程を有する。

【００１９】請求項１０の発明は、請求項９に記載の基
板処理方法であって、前記工程(c)が、前記工程(a)によ
り得られた測定温度および所望の目標温度に基づいて前
記基板に与られるべき総エネルギーを求める工程と、前
記総エネルギーから前記透過窓が放出する放射エネルギ
ーを減算することにより、前記加熱手段から前記透過窓
を透過して前記基板に与えられるべき透過エネルギーを
求める工程とをさらに有する。

【００２０】

【発明の実施の形態】＜１． 装置構成＞図１は、この
発明の一の実施の形態である基板処理装置１の構成の概
略を示す図である。なお、図１では装置本体を縦断面図
にて示し、電気的構成についてはブロック図にて示して
いる。

【００２１】基板処理装置１はハロゲンランプであるラ
ンプ２１を用いて基板９に加熱を伴う様々な処理を施す
装置であり、いわゆるランプアニール装置の構成となっ
ている。基板処理装置１は基板９に照射すべき光（放射
エネルギー）を放出するランプ２１、ランプ２１に電力
を供給するランプ電源部２２、ランプ２１と基板９との
間に配置されて基板９の処理空間とランプ２１の配置空
間とを隔離する石英により形成された石英窓３、基板９
の温度を測定する放射温度計４ａ、石英窓３の温度を測
定する放射温度計４ｂ、および、放射温度計４ａ、４ｂ
からの測定結果に基づいてランプ電源部２２を制御する
制御部５を有している。

【００２２】また、ランプ２１はランプハウス６１の内
側に複数取り付けられて基板９の上方に位置し、ランプ
ハウス６１の内面はランプ２１からの光が反射されて効
率よく基板９に照射されるように鏡面に加工されてい
る。基板９の側方および下方はチャンバ本体６２により
覆われており、チャンバ本体６２の上部を石英窓３が塞
ぐようにしてチャンバ本体６２と石英窓３とが基板９の
処理空間を形成している。なお、チャンバ本体６２の内
部もランプ２１からの光を効率よく反射するように鏡面
に加工されている。

【００２３】さらに、ランプハウス６１の上部中央には
貫通孔を塞ぐように測定窓６１１が埋め込まれており、
この測定窓６１１を介して放射温度計４ｂが石英窓３か
らの光（放射エネルギー）を受けて石英窓３の温度を測
定するようになっている。チャンバ本体６２の下部にも
同様に貫通孔を塞ぐように測定窓６２１が埋め込まれて
おり、この測定窓６２１を介して放射温度計４ａが基板
９からの光（放射エネルギー）を受けて基板９の温度を
測定するようになっている。

【００２４】この基板処理装置１は上記構成により、予
め定められた目標温度プロファイルに沿って基板９の温
度が変化するようにランプ電源部２２をＰＩＤフィード
バック制御にて制御する。そして、処理に際しては基板
９をチャンバ本体６２内に搬入した後に基板９の周囲を
所定のガスの雰囲気とし、適切な基板９の温度制御を行
うことにより基板９に所定の加熱処理を施す。

【００２５】図２は、制御部５の内部構成を示す図であ
る。なお、この基板処理装置１では制御部５として図２
に示すような通常のコンピュータ・システム（以下、
「コンピュータ」という。）を利用するようになってい
るが、専用の電気的回路として構成されていてもよい。

【００２６】制御部５は、各種演算処理を実行するＣＰ
Ｕ５０１、基本的プログラムを記憶するＲＯＭ５０２、
制御のためのプログラムを記憶するＲＡＭ５０３、放射
温度計４ａからの測定温度である信号を取り込む基板温
度入力インターフェイス５０４ａ、放射温度計４ｂから
の測定温度である信号を取り込む窓温度入力インターフ
ェイス５０４ｂ、ランプ電源部２２への制御信号を送り
出すランプ信号出力インターフェイス５０５、制御部５
への入力を受け付けるキーボードやマウス等の入力部５
０６、制御部５の状態を表示する表示部５０７、所要の
データやプログラムを記憶する固定ディスク５０８、プ
ログラム等を記録媒体５０９ａから読み取る読取部５０
９、および他の装置との通信を行う通信インターフェイ
ス５１０を直接あるいはインターフェイス（Ｉ／Ｆ）を
適宜介してバスライン５Ｂに接続するようにして有して
いる。

【００２７】ＲＡＭ５０３には処理用制御プログラム５
３１が記憶されており、ＣＰＵ５０１がこのプログラム
に従った演算処理を実行することによりコンピュータで
ある制御部５が後述するＰＩＤフィードバック制御を行
う。

【００２８】なお、ＲＡＭ５０３に記憶されている各種
プログラムは磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディス
ク等の各種記録媒体５０９ａから読取部５０９を介して
記憶されるようになっていてもよく、固定ディスク５０
８から読み出されるようになっていてもよい。さらに、
これらのプログラムはＲＯＭ５０２に記憶されていても
よく、予めプログラムを記憶させたＲＯＭ５０２を制御
部５に装着することで各種プログラムが制御部５に取り
込まれるようになっていてもよい。

【００２９】＜２． 制御の原理＞図１に示す基板処理
装置１では、基板９の温度の制御において石英窓３から
放出される放射エネルギーの変動の影響を受けないよう
になっているが、基板９の温度制御の内容を説明する前
に、この基板処理装置１において石英窓３からの放射エ
ネルギーの変動の影響を除去した制御が実現される原理
および制御の前提として必要となる演算方法について図
３を参照しながら説明する。

【００３０】なお、図３では色温度Ｔ0のランプ２１か
ら放出される放射エネルギーをＬb(Ｔ0)で示し、放射エ
ネルギーＬb(Ｔ0)のうち温度Ｔ1の石英窓３を透過する
透過エネルギーをＴq(Ｔ1)で示し、石英窓３自体から放
出される放射エネルギーをＬq(Ｔ1)で示すとともに、ラ
ンプ２１からの透過エネルギーＴq(Ｔ1)および石英窓３
からの放射エネルギーＬq(Ｔ1)が基板９に与えられる様
子を概念的に示している。また、ランプハウス６１およ
びチャンバ本体６２内部は鏡面に加工されているため、
透過エネルギーＴq(Ｔ1)および放射エネルギーＬq(Ｔ1)
の全てが基板９に与えられるものとして説明する。

【００３１】石英窓３からの放射エネルギーＬq(Ｔ1)の
変動の影響を取り除くためには基板９に照射されるべき
総エネルギーから石英窓３からの放射エネルギーＬq(Ｔ
1)を取り除いたエネルギーをランプ２１から基板９に照
射される透過エネルギーＴq(Ｔ1)とする必要がある。

【００３２】ここで、基板９に与えられるべき総エネル
ギーは基板９の測定温度（の変化）に基づいて求められ
るものであることから、基板９の適正な温度制御を実現
するために必要となる演算処理は、石英窓３の温度を測
定することにより石英窓３からの放射エネルギーＬq(Ｔ
1)を求める演算処理と、ランプ２１に与えられる電力と
透過エネルギーＴq(Ｔ1)との関係を求める演算処理とな
る。これらの演算処理により、制御部５によるランプ２
１の制御に制御部５が直接制御できない石英窓３からの
放射エネルギーＬq(Ｔ1)の変動の影響を取り込むことが
可能となる。

【００３３】そこで、まず石英窓３の温度から石英窓３
から放出される放射エネルギーＬq(Ｔ1)を求める方法に
ついて説明し、続いてランプ２１に与えられる電力と透
過エネルギーＴq(Ｔ1)との関係について説明する。

【００３４】図１に示す基板処理装置１では通常、石英
窓３に冷却用のエアがランプ２１側から吹き付けられて
いる。このときの石英窓３の温度は約６００℃となり、
ウィーン(Wien)の変位則より放射スペクトルのピーク波
長は、約４．８μｍとなる。また、石英の放射率は４．
５μｍ以上で大きくかつ安定しているので石英を灰色体
（放射率が波長に依存せずに一定）とみなすことができ
（正確には４．５μｍ以上の波長域において灰色体とみ
なすことができるが、ピーク波長がおよそ４．８μｍで
あることから全波長域において灰色体とみなして取り扱
うことができる）、ステファン−ボルツマン(Stefan-Bo
ltzmann)の法則より、石英窓３から放出される放射エネ
ルギーＬq(Ｔ1)は、

【００３５】

【数１】

【００３６】と近似できる。ただし、εqは波長４．５
μｍ以上における石英の放射率であるが、数１では波長
域を考慮することなく０．９として取り扱うことができ
る。また、εqは温度に依存しない値とみなす。σはス
テファン−ボルツマン定数を示す。なお、上記数１は加
熱中の石英窓３の温度に基づいて導いているが、石英窓
３の温度が低温の場合も数１が満たされるものとして取
り扱うこととする。

【００３７】基板処理装置１では数１に示される式を用
いて石英窓３の温度から石英窓３から放出される放射エ
ネルギーＬq(Ｔ1)を求めるようにしている。

【００３８】次に、ランプ２１に供給される電力Ｐと基
板９に与えられる透過エネルギーＴq(Ｔ1)との関係につ
いて説明する。

【００３９】図４はランプ２１に供給される電力Ｐとラ
ンプ２１のフィラメントの色温度Ｔ0との関係を示すグ
ラフである。図４に示すように供給電力Ｐとフィラメン
トの色温度Ｔ0との関係は予め測定により求めることが
でき、電力Ｐの増加とともに色温度Ｔ0は緩やかなＳ字
曲線に沿って増加するようになっている。

【００４０】次に、ランプ２１から放出される放射エネ
ルギーＬb(Ｔ0)の分光放射エネルギーをＬbs(λ,Ｔ0)と
表現すると、石英の吸収端波長はおよそ４．５μｍ（正
確には石英の厚さにより吸収端波長は若干変動するが、
ランプ２１を覆う石英管や石英窓３の吸収端波長は４．
５μｍとみなすことができる。）であり、石英は波長
４．５μｍ以下の放射エネルギーのみを透過するので、
ランプ２１から石英窓３を透過して基板９に与えられる
透過エネルギーＴq(Ｔ1)は、

【００４１】

【数２】

【００４２】と示される。ここで、ｔq(Ｔ1)は石英の透
過率を示し、波長４．５μｍ以下では一定であるものと
みなすことができる。

【００４３】ところで、ランプ２１からの放射エネルギ
ーＬb(Ｔ0)の分光分布の特性からランプ２１は灰色体と
して扱うことができ、ランプ２１からの全放射エネルギ
ーＬb(Ｔ0)と波長帯０〜４．５μｍの放射エネルギーと
の比Ｆ(０〜４．５）が一般に、

【００４４】

【数３】

【００４５】となることが知られている。ただし、εb
（Ｔ0)は黒体放射に対するランプ２１の放射の比（ラン
プ２１を灰色体をみなすことによりεb(Ｔ0)は波長に依
存しないものとして扱っている）であり、ｃ1は第１放
射定数であり、ｃ2は第２放射定数である。したがっ
て、色温度Ｔ0の際に基板９に照射される透過エネルギ
ーＴq(Ｔ1)は、

【００４６】

【数４】

【００４７】として求めることができる。すなわち、図
４に示すグラフと数４に示す式とからランプ２１に供給
される電力Ｐと透過エネルギーＴq(Ｔ1)との関係を求め
ることができる。

【００４８】＜３． 制御動作＞次に、基板処理装置１
の制御部５が実際に行う制御動作について図５および図
６を参照しながら説明する。図５は制御部５が行う制御
方法を示す制御ブロック図であり、ランプ２１と放射温
度計４ａとを制御対象として模式的に示している。図６
は制御動作を示す流れ図である。

【００４９】この基板処理装置１では基板９の温度Ｔw
が放射温度計４ａにより測定され、石英窓３の温度Ｔ1
が放射温度計４ｂにより測定されるようになっており、
温度制御動作では、まずこれらの放射温度計からの測定
温度が制御部５に取り込まれる（ステップＳ１１、Ｓ１
２）。

【００５０】制御部５では予め記憶されている目標温度
プロファイルを参照しつつ処理を開始してからの経過時
間に基づいて目標温度Ｔsが求められ、この目標温度Ｔs
から基板９の測定温度Ｔwが演算部５１（図５に示すブ
ロック等を便宜上「演算部」と呼ぶ。以下同様）におい
て減算される（ステップＳ１３）。これにより、適正な
温度に対する実際の基板９の温度の誤差が求められる。

【００５１】温度の誤差が求められるとこの誤差に対し
て演算部５２においてＰＩＤ演算が行われ、ランプ２１
に与えられるべき仮の電力Ｐeが求められる（ステップ
Ｓ１４）。なお、実際の演算では、ＰＩＤ演算の近似式
が用いられる。

【００５２】この仮の電力Ｐeは理論的には石英窓３か
らの放射エネルギーが存在しないと仮定した場合にラン
プ２１に与えられるべき電力を示している。ただし、Ｐ
ＩＤ演算に用いられるＰＩＤパラメータは実際には次の
ようにして予め求めらる。 基板処理装置１をしばらく運転した後に（すなわち、
繰り返し行われる処理に対して石英窓３の温度変化が安
定するようになってから）ＰＩＤパラメータを調整しな
がら処理を繰り返す。 安定した温度制御となるＰＩＤパラメータを見つけだ
し、このときのＰＩＤパラメータをこの処理に適したＰ
ＩＤパラメータとする。

【００５３】次に、この仮の電力Ｐeに基づいて仮の透
過エネルギーＴqe(Ｔ1)が演算部５３において求められ
る（ステップＳ１５）。仮の透過エネルギーＴqe(Ｔ1)
は、仮の電力Ｐeをランプ２１に与えた場合に図４に示
したグラフから求められる仮の色温度Ｔ0eに基づいて数
４を利用して、

【００５４】

【数５】

【００５５】により求められる。ただし、石英の透過率
ｔq(Ｔ1)は温度に依存しないとみなして、

【００５６】

【数６】

【００５７】として演算を行う。すなわち、この制御部
５の例では仮の透過エネルギーＴqe(Ｔ1)を求めるには
石英窓３の温度Ｔ1は用いられないようになっている。
もちろん、温度Ｔ1を用いて計算を行うようになってい
てもよい。

【００５８】以上の計算により求められた仮の透過エネ
ルギーＴqe(Ｔ1)はＰＩＤ演算により求められた仮の電
力Ｐeに基づくものであり、基板９に与えられるべき総
エネルギーを示す値となる。

【００５９】そこで、次に石英窓３から放出される放射
エネルギーＬq(Ｔ1)が測定された温度Ｔ1に基づいて数
１にて示した計算（εq＝０．９とする）を行って演算
部５４において求められる（ステップＳ１６）。そし
て、仮の透過エネルギーＴqe(Ｔ1)から放射エネルギー
Ｌq(Ｔ1)を演算部５５において減算することにより、実
際に基板９に与えられるべき透過エネルギーＴq(Ｔ1)が
求められる（ステップＳ１７）。

【００６０】基板９に与えられるべき実際の透過エネル
ギーＴq(Ｔ1)が求められると、演算部５６において数４
にて示す計算を逆算することにより、実際の透過エネル
ギーＴq(Ｔ1)を基板９に与えるために必要なランプ２１
の色温度Ｔ0が求められる。さらに、図４に示したグラ
フを参照して色温度Ｔ0とするために必要なランプ２１
への供給電力Ｐが求められる（ステップＳ１８）。

【００６１】ランプ２１に与えられるべき電力Ｐが求め
られるとこの電力Ｐがランプ２１に供給される（ステッ
プＳ１９）。これにより、ランプ２１からは石英窓３を
透過して透過エネルギーＴq(Ｔ1)が基板９に与えられる
とともに石英窓３からは放射エネルギーＬq(Ｔ1)が基板
９に与えられ、仮の透過エネルギーＴqe(Ｔ1)、すなわ
ち適切な温度制御が実現されるエネルギーが基板９に与
えられることとなる。

【００６２】例えば、基板９の目標温度、昇温速度、基
板９の大きさ、基板９の温度特性等が同じ場合に石英窓
３の温度が高くなると、すなわち放射エネルギーＬq(Ｔ
1)が大きくなると透過エネルギーＴq(Ｔ1)の演算結果が
小さくなり、ランプ２１に供給される電力Ｐも小さくな
る。逆に、石英窓３の温度が低くなると、すなわち放射
エネルギーＬq(Ｔ1)が小さくなると透過エネルギーＴq
(Ｔ1)の演算結果が大きくなり、ランプ２１に供給され
る電力Ｐも大きくなる。このように、石英窓３の温度が
変動しても加熱中のある時点における基板９が受ける総
エネルギーは毎回同様になり、石英窓３からの放射エネ
ルギーＬq(Ｔ1)の変動が基板９に与えられる総エネルギ
ーに影響を与えることはない。

【００６３】以上のことから、ステップＳ１１〜Ｓ１９
に示す動作を迅速に繰り返し実行することで（ステップ
Ｓ２０）、石英窓３からの放射エネルギーの変動の影響
を受けることなく基板９の温度を目標温度プロファイル
に沿って変化させるフィードバック制御が実現される。

【００６４】なお、既述のようにこの実施の形態では図
５に示す各演算部の機能は図２に示す処理用制御プログ
ラム５３１が実行されることにより実現されるようにな
っているが、各演算部は専用の電気的回路として構築さ
れていてもよい。

【００６５】以上、制御部５の制御動作について説明し
てきたが、この制御部５では石英窓３の測定温度Ｔ1を
制御系に取り込むことで基板９の温度制御において石英
窓３温度の変動、すなわち石英窓３からの放射エネルギ
ーＬq(Ｔ1)の変動の影響を受けないようにしている。そ
の結果、目標温度、昇温速度、基板９の温度特性等が同
一であれば基板９の温度制御は一度設定されたＰＩＤパ
ラメータを変更せずに常に適正に行うことができる。例
えば、基板処理装置１の運転開始直後のように石英窓３
の温度が安定していない状態であってもＰＩＤパラメー
タの調整を行うことなく基板９の処理が可能となる。ま
た、予備加熱も不要となり、基板処理装置のスループッ
トの向上も図ることができる。

【００６６】＜４． 石英窓の温度測定方法の他の例＞
図１では石英窓３の温度を放射温度計４ｂを用いて測定
する場合を示しているが、石英窓３の温度測定は石英窓
３に接触して温度を測定する接触式温度計を用いてもよ
い。図７(a)および(b)は接触式温度計４ｃを用いて石英
窓３の温度を測定する場合の手法を例示したものであ
る。

【００６７】図７(a)ではランプハウス６１の隅にに微
小径の貫通孔を形成し、この貫通孔を介して接触式温度
計４ｃの熱電対４１を石英窓３の表面に接着するように
している。熱電対４１の直径はランプ２１から基板９へ
到達する光の妨げとならないよう０．５ｍｍ以下とする
ことが好ましい。

【００６８】また、図７(b)では石英窓３の側端面から
微小径の横孔を設け、この横孔に接触式温度計４ｃの熱
電対を挿入配置する場合を示す図である。この場合にお
いても、ランプ２１からの光の妨げとならないよう横孔
の直径は１ｍｍ以下とすることが好ましい。

【００６９】また、図１ではランプハウス６１の上部中
央から放射温度計４ｂを用いて石英窓３の温度を測定す
る場合を示しているが、放射温度計４ｂを配置する位置
は石英窓３の上部中央に限定されずいずれの位置であっ
てもよい。ただし、基板９が石英窓３の中央下方に配置
され、石英窓３の温度変化が中央付近において大きいこ
とを考慮した場合、ランプハウス６１の上部中央から石
英窓３の中央付近の温度を放射温度計４ｂを用いて測定
することが好ましいといえる。

【００７０】なお、放射温度計４ａ、４ｂによる温度測
定に用いる波長をランプ２１からの光の波長帯よりも長
波長とすることで、放射温度計４ａ、４ｂがランプ２１
からの光の影響を受けない測定を行うようになってい
る。

【００７１】＜５． 変形例＞以上、この発明の一の実
施の形態である基板処理装置１の構成および制御動作に
ついて説明してきたが、この発明は上記実施の形態に限
定されるものではなく様々な変形が可能である。

【００７２】例えば、基板処理装置１として図１ではハ
ロゲンランプを用いるランプアニール装置を示している
が、ランプの種類はアークランプ等の他の種類であって
もよい。さらに、加熱源はランプに限定されるものでは
なく、例えば熱線として放射エネルギーを放出するヒー
タであってもよい。

【００７３】また、上記実施の形態では加熱源からの放
射エネルギーを透過する部材として石英窓３を用いてい
るが、材質は石英に限定されるものではなく、例えばサ
ファイアであってもよい。

【００７４】また、基板９や石英窓３の温度の測定には
どのような手法を用いてもよい。例えば、上記実施の形
態では石英窓３の温度を放射温度計や接触式の温度計に
て直接測定するようにしているが、チャンバ本体６２の
石英窓３近傍の温度を測定することにより、石英窓３の
温度を間接的に測定するようになっていてもよい。ま
た、基板９も接触式温時計にて温度測定が行われるよう
になっていてもよい。

【００７５】さらに、石英窓３の温度を制御系に取り込
むことができるのであれば、制御系の制御方法はどのよ
うなものであってもよく、図５に示す例に限定されるも
のではない。例えば、制御に用いられる式は数１や数４
に示した式に限定されるものではなく他の近似式であっ
てもよい。また、任意のフィードバック制御が利用可能
であり、ＰＩＤフィードバック制御に限定されるもので
もない。さらに、図４では電力Ｐと色温度Ｔ0との関係
を利用するようにしているが、ランプ電源部２２が電圧
や電流のみを制御するのであるならば、電圧や電流と色
温度Ｔ0との関係を利用することになる。

【００７６】

【発明の効果】請求項１ないし１０に記載の発明では、
第１および第２の測定手段からの測定温度に基づいて加
熱手段を制御するので、透過窓の温度を考慮した制御を
行うことができる。これにより、透過窓から放出される
放射エネルギーの変動の影響を受けない基板の温度制御
を行うことができる。また、処理に際して予備加熱が不
要となり、スループットの向上を図ることができる。

【００７７】また、請求項２および９に記載の発明で
は、透過窓が放出する放射エネルギーを求め、さらに、
請求項３および１０に記載の発明では、加熱手段から透
過窓を透過して基板に与えられるべき透過エネルギーを
求めるので、透過窓から放出される放射エネルギーの変
動の影響を取り除くことができる。

【００７８】また、請求項４に記載の発明では、加熱手
段に与えられる電力を制御することにより基板に加熱を
伴う処理を施すことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一の実施の形態である基板処理装置
の構成を示す図である。

【図２】図１に示す制御部の構成を示す図である。

【図３】基板に与えられる放射エネルギーを示す概念図
である。

【図４】ランプに供給される電力と色温度との関係を示
すグラフである。

【図５】図１に示す基板処理装置の温度制御方法を示す
ブロック図である。

【図６】図１に示す基板処理装置の温度制御動作を示す
流れ図である。

【図７】(a)および(b)は接触式温度計による石英窓の温
度測定手法の例を示す図である。

【図８】従来の基板処理装置における温度制御方法を示
すブロック図である。

【符号の説明】

１ 基板処理装置 ３ 石英窓 ４ａ、４ｂ 放射温度計 ４ｃ 接触式温度計 ５ 制御部 ９ 基板 ２１ ランプ ２２ ランプ電源部 ５３、５４、５５、５６ 演算部 Ｌb(Ｔ0)、Ｌq(Ｔ1) 放射エネルギー Ｔq(Ｔ1) 透過エネルギー Ｔqe(Ｔ1) 仮の透過エネルギー Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１５、Ｓ１６、Ｓ１７、Ｓ１９、Ｓ
２０ ステップ

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板に加熱を伴う処理を施す基板処理装
   置であって、 処理が施される基板に向けて放射エネルギーを放出する
   加熱手段と、 前記基板と前記加熱手段との間に設けられた透過窓と、 前記基板の温度を測定する第１の測定手段と、 前記透過窓の温度を測定する第２の測定手段と、 前記第１および第２の測定手段からの測定温度に基づい
   て前記加熱手段を制御する制御手段と、を備えることを
   特徴とする基板処理装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の基板処理装置であっ
   て、 前記制御手段が、 前記第２の測定手段からの測定温度に基づいて前記透過
   窓が放出する放射エネルギーを求める手段、を有するこ
   とを特徴とする基板処理装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の基板処理装置であっ
   て、 前記制御手段が、 前記第１の測定手段からの測定温度および所望の目標温
   度に基づいて前記基板に与られるべき総エネルギーを求
   める手段と、 前記総エネルギーから前記透過窓が放出する放射エネル
   ギーを減算することにより、前記加熱手段から前記透過
   窓を透過して前記基板に与えられるべき透過エネルギー
   を求める手段と、をさらに有することを特徴とする基板
   処理装置。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の基板処理装置であっ
   て、 前記制御手段が、 前記透過エネルギーに基づいて前記加熱手段に与えられ
   るべき電力を求める手段、をさらに有することを特徴と
   する基板処理装置。
5. 【請求項５】 請求項１ないし４のいずれかに記載の基
   板処理装置であって、 前記第２の測定手段が、前記透過窓からの放射エネルギ
   ーを受けて前記透過窓の温度を測定する放射温度計であ
   ることを特徴とする基板処理装置。
6. 【請求項６】 請求項１ないし４のいずれかに記載の基
   板処理装置であって、 前記第２の測定手段が、前記透過窓に接触して温度を測
   定する接触式温度計であることを特徴とする基板処理装
   置。
7. 【請求項７】 請求項１ないし６のいずれかに記載の基
   板処理装置であって、 前記加熱手段がランプを有し、 前記透過窓が石英により形成されていることを特徴とす
   る基板処理装置。
8. 【請求項８】 基板に加熱を伴う処理を施す基板処理方
   法であって、 (a) 処理が施される基板の温度を測定する工程と、 (b) 加熱手段と前記基板との間に設けられた透過窓の温
   度を測定する工程と、 (c) 前記工程(a)および(b)により得られた測定温度に基
   づいて前記加熱手段を制御することにより、前記加熱手
   段からの放射エネルギーを前記透過窓を介して前記基板
   に照射する工程と、 (d) 前記工程(a)ないし(c)を繰り返す工程と、を有する
   ことを特徴とする基板処理方法。
9. 【請求項９】 請求項８に記載の基板処理方法であっ
   て、 前記工程(c)が、 前記工程(b)により得られた測定温度に基づいて前記透
   過窓が放出する放射エネルギーを求める工程、を有する
   ことを特徴とする基板処理方法。
10. 【請求項１０】 請求項９に記載の基板処理方法であっ
    て、 前記工程(c)が、 前記工程(a)により得られた測定温度および所望の目標
    温度に基づいて前記基板に与られるべき総エネルギーを
    求める工程と、 前記総エネルギーから前記透過窓が放出する放射エネル
    ギーを減算することにより、前記加熱手段から前記透過
    窓を透過して前記基板に与えられるべき透過エネルギー
    を求める工程と、をさらに有することを特徴とする基板
    処理方法。