JP2006012985A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 基板の温度を正しく測定できない状態があっても、基板の温度を効率よく制御する。
【解決手段】 基板処理装置の加熱制御部は、基板の温度変化の傾きと傾き規定値（しきい値）とを比較し、シリコンウエハの温度変化の傾きがしきい値よりも大きな値からしきい値以下になった（温度変化の傾きとしきい値との交点Ａ）後に、再びしきい値を超えたこと（温度変化の傾きとしきい値との交点Ｂ）を判定すると、定電力設定部からの定電力設定値によるシリコンウエハを一定加熱する制御（定電力制御）から、測定されたシリコンウエハの温度をフィードバックしてシリコンウエハを加熱する制御（温度制御）に切替える。
【選択図】 図５

Description

本発明は、半導体ウエハやガラス基板等の基板を処理する基板処理装置に関する。

ハロゲンランプの光を基板表面に照射し、基板を急速昇降温加熱する基板処理装置（ＲＴＰ装置：Rapid Thermal Process装置）が知られている。
この種の基板処理装置において、基板の温度を測定し、測定された基板の温度に基づいてハロゲンランプに供給される電力を制御することにより、基板の温度を制御することは公知である。

しかしながら、基板に被接触で基板の温度を測定するために、基板の温度を正しく測定できない状態があり、処理炉内の温度状態によって基板の昇温特性が変化すると、基板の温度を効率よく制御できないことがある。

本発明の目的は、基板の温度を正しく測定できない状態があっても、基板の温度を効率よく制御することができる基板処理装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の特徴とするところは、基板を加熱する加熱手段と、基板の温度を検出する放射温度計と、この放射温度計により検出された基板の温度変化の傾きが、所定の値よりも小さくなった後に所定の値よりも大きくなった時に、前記加熱手段による加熱を所定の加熱制御から前記放射温度計の検出結果に基づく加熱制御に切替える制御切替手段とを有する基板処理装置にある。即ち、制御切替手段は、放射温度計により検出された基板の温度変化の傾きが所定の値よりも小さくなった後に所定の値よりも大きくなった時に、加熱手段による加熱を所定の加熱制御から放射温度計の検出結果に基づく加熱制御に切替えるので、基板の温度変化の傾きが再び所定の値よりも大きくなる以前に、基板の温度を正しく測定できない状態があっても、基板の温度を効率よく制御することができる。

本発明によれば、基板の温度を正しく測定できない状態があっても、基板の温度を効率よく制御することができる。

次に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１及び図２において、本発明の実施形態に係る基板処理装置１０の全体が示されている。この基板処理装置１０は、基板を搬送するキャリアとしてＦＯＵＰ（front opening unified pod 以下、ポッドという）を用いている。
なお、以下の説明において、前後左右は図１を基準とし、図１に示されている紙面に対して前は紙面の下、後ろは紙面の上、左右は紙面の左右とする。

基板処理装置１０は、中央やや後ろ側に第１の搬送室１２を有する。この第１の搬送室１２は、平面視で六角形状をなす第１の筺体１４に囲まれて構成され、真空状態などの大気圧未満の圧力（負圧）に耐えるロードロックチャンバ構造となっており、第１の筺体１４は上下両端が閉鎖した箱形状に形成されている。この第１の搬送室１２には、第１の移載機１６が配置されている。この基板移載機１６は、負圧下で基板１８を移載し、また、第１のエレベータ２０に昇降されるようになっている。

第１の筺体１４の六枚の側壁のうち前側に位置する二枚の側壁には、搬入用予備室２２と搬出用予備室２４とがそれぞれゲートバルブ２６，２８を介して連結されており、それぞれ負圧に耐え得るるロードロックチャンバ構造に構成されている。それぞれの予備室２２，２４には、基板置き台３０，３２がそれぞれ設置されている。

予備室２２，２４の前側には、略大気圧下で耐え得る第２の搬送室３４がゲートバルブ３６，３８を介して連結されている。第２の搬送室３４には基板１８を移載する第２の移載機４０が設置されている。第２の移載機４０は第２の搬送室３４に設置された第２のエレベータ４２によって昇降されるように構成されているとともに、リニアアクチュエータ４４によって左右方向に往復移動されるように構成されている。

図１に示されているように、第２の搬送室３４の左側にはオリフラ合わせ装置４６が設置されている。また、図２に示されているように、第２の搬送室３４の上部にはクリーンエアを供給するためのクリーンユニット４８が設置されている。

第２の搬送室３４を構成する第２の筐体５０には、基板１８を第２の搬送室３４に対して搬入搬出するための基板搬入搬出口５２と、この基板搬入搬出口５２を閉塞する蓋５４と、ポッドオープナ５６がそれぞれ設置されている。また、第２の搬送室３４の前側にはポッド５８を載置するポッド載置台６０が設けられている。ポッドオープナ５６は、キャップ開閉機構６２を備えており、このキャップ開閉機構６２によりポッド載置台６０に載置されたポッド５８のキャップ及び前述した蓋５４を開閉し、ポッド５８に収納された基板の出し入れを可能にする。
なお、ポッド５８は、図示しない工程内搬送装置（ＲＧＶ）によって、ポッド載置台６０に供給及び排出されるようになっている。

前述した第１の筺体１４の六枚の側壁のうち後側に位置する二枚の側壁には、それぞれ第１の処理炉６４と第２の処理炉６６とがそれぞれゲートバルブ６８，７０を介して連結されている。第１の処理炉６４及び第２の処理炉６４は、例えばいずれもコールドウォール式のものである。また、第１の筺体１４における六枚の側壁のうちの残りの互いに対向する二枚の側壁には、第１のクーリングユニット７２と第２のクーリングユニット７４とがそれぞれ連結されており、いずれも処理済みの基板１８を冷却するように構成されている。

次に上述した基板処理装置１０を用いた場合の処理工程を説明する。

未処理の基板１８は２５枚がポッド５８に収納された状態で、処理工程を実施する基板処理装置１０へ工程内搬送装置によって搬送されて来る。このようにして搬送されたポッド５８はポッド載置台６０の上に工程内搬送装置から受け渡されて載置される。ポッド５８のキャップ及び基板搬入出口５２を開閉する蓋５４がキャップ開閉機構６２によって取り外され、ポッド５８の基板出入口が開放される。

ポッド５８がポッドオープナ５６により開放されると、第２の搬送室３４に設置された第２の基板移載機４０はポッド５８から基板１８をピックアップし、搬入用予備室２２に搬入し、基板１８を基板置き台３０に移載する。この移載作業中には、第１の搬送室１２側のゲートバルブ２６は閉じられており、第１の搬送室１２が負圧に維持されている。基板１８の基板置き台３０への移載が完了すると、ゲートバルブ３６が閉じられ、搬入用予備室２２が排気装置（図示せず）によって負圧に排気される。

搬入用予備室２２が予め設定された圧力値に減圧されると、ゲートバルブ２６，６８が開かれ、搬入用予備室２２、第１の搬送室１２及び第１の処理炉６４が連通される。続いて、第１の搬送室１２の第１の基板移載機１６が基板置き台３０から基板１８をピックアップして第１の処理炉６４に搬入する。そして、第一の処理炉６４内に処理ガスが供給され、所望の処理が基板１８に対して行われる。

第１の処理炉６４で前述した処理が完了すると、処理済みの基板１８は第１の搬送室１２の第１の基板移載機１６によって第１の搬送室１２に搬出される。

そして、第１の基板移載機１６は第１の処理炉６４から搬出した基板１８を第１のクーリングユニット７２へ搬入し、処理済みの基板１８を冷却する。

第１のクーリングユニット７２に基板１８を移載すると、第１の基板移載機１６は搬入用予備室２２の基板置き台３０に予め準備された基板１８を第１の処理炉６４に前述した作動によって移載し、第１の処理炉６４内に処理ガスが供給され、所望の処理が基板１８に行われる。

第１のクーリングユニット７２において予め設定された冷却期間が経過すると、冷却済みの基板１８は第１基板移載機１６によって第１のクーリングユニット７２から第１の搬送室１２に搬出される。

その後、ゲートバルブ２８が開かれ、第１の基板移載機１６は第１のクーリングユニット７２から搬出した基板１８を搬出用予備室２４へ搬送し、基板置き台３２に移載した後、搬出用予備室２４はゲートバルブ２８によって閉じられる。

搬出用予備室２４がゲートバルブ２８によって閉じられると、搬出用予備室２４内が不活性ガスにより略大気圧に戻される。搬出用予備室２４内が略大気圧に戻されると、ゲートバルブ３８が開かれ、第２の搬送室３４の搬出用予備室２４に対応した基板搬入搬出口５２を閉塞する蓋５４と、ポッド載置台６０に載置された空のポッド５８のキャップがポッドオープナ５６によって開かれる。続いて、第２の搬送室３４の第２の基板移載機４０は基板置き台３２から基板１８をピックアップして第２の搬送室３４に搬出し、第２の搬送室３４の基板１８を基板搬入搬出口５２を通してポッド５８に収納する。処理済みの２５枚の基板１８のポッド５８への収納が完了すると、ポッド５８のキャップと蓋５４がポッドオープナ５６によって閉じられる。このようにして閉じられたポッド５８はポッド載置台６０の上から次の工程へ工程内搬送装置によって搬送されて行く。

以上の作動が繰り返されることにより、基板１８が順次処理されて行く。以上の作動は第１の処理炉６４および第１のクーリングユニット７２が使用される場合を例にして説明したが、第２の処理炉６６および第２のクーリングユニットエ７４が使用される場合についても同様の作動が実施される。

なお、上述の基板処理装置では、予備室２２を搬入用、予備室２４を搬出用としたが、逆に予備室２４を搬入用、予備室２２を搬出用としてもよい。また、第１の処理炉６４と第２の処理炉６６は、それぞれ同じ処理を行ってもよいし、別の処理を行ってもよい。第１の処理炉６４と第２の処理炉６６で別の処理を行う場合、例えば第１の処理炉６４で基板１８にある処理を行った後、続けて第２の処理炉６６で別の処理を行わせてもよい。また、第１の処理炉６４で基板１８にある処理を行った後、第２の処理炉６６で別の処理を行わせる場合、第１のクーリングユニット７２（又は第２のクーリングユニット７４）を経由するようにしてもよい。

図３において、前述した第１の処理炉６４の一例が示されている。この第１の処理炉６４は、半導体ウエハ等の基板に様々な処理工程を実行するのに適した枚葉式の処理炉（枚葉式コールドウォールの処理炉）である。また、第１の処理炉６４は、特に半導体ウエハの熱処理に適している。熱処理の例として、例えば半導体ウエハの熱アニール、ホウ素−リンから成るガラスの熱リフロー、高温酸化膜、低温酸化膜、高温窒化膜、ドープポリシリコン、未ドープポリシリコン、シリコンエピタキシャル、タングステン金属、又はケイ化タングステンから成る薄膜を形成するための化学蒸着などが挙げられる。

第１の処理炉６４は、チャンバ本体７６、チャンバ蓋７８及びチャンバ底８０から成るチャンバ８２を有し、このチャンバ８２に囲まれた空間が処理室８４になっている。
チャンバ本体７６は、例えば蒸着処理に用いられる化学物質の種類、及び選択された金属に対し、化学反応の有無に応じて選択されたアルミニウム又はステンレス鋼などの金属材料により形成されている。また、チャンバ本体７６の壁面は、例えば図示しない循環式冷水フローシステムにより、華氏約４５〜４７度まで水冷される。また、チャンバ本体７６には、ゲートバルブ６８により開閉されて基板１８を搬入及び搬出するための基板搬入搬出口８６と、処理室８４内のガスを排気するためのガス排気口８８とが設けられている。

チャンバ８２内には、セラミック、グラファイト又はシリコングラファイトで被覆したグラファイト等から成る円筒状の回転筒９０が設けられている。回転筒９０には、上部に円形状のサセプタ９２が支持されている。このサセプタ９２は、炭化ケイ素で被覆したグラファイト、クォーツ（石英）、純炭化ケイ素、アルミナ、ジルコニア、アルミニウム、又は鋼等からなり、例えば円板状の中心部９４と、この中心部９４と同心円状に配置されたドーナツ型の平板９６ａ〜９６ｃとの４つに分割されており、基板１８を下方から保持する。

サセプタ９２の中心部９４の下方には、複数の突上げピン９８が設けられている。この突上げピン９８は、後述する主制御部ｘｘに含まれる駆動制御部１００によって制御される昇降機構１０２により昇降する。突上げピン９８は、基板１８がサセプタ９２に保持されている場合、上昇することにより、中心部９４とともに基板１８を平板９６ａ〜９６ｃから持上げる。つまり、突上げピン９８が上昇することにより、基板１８の下に空間が形成されるので、第１の処理炉６４内で基板１８を第１の基板移載機１６がローディング及びアンローディングすることができる。

回転筒９０内には、上側ランプ１０４及び下側ランプ１０６を有するヒータアッセンブリ１０８が設けられている。上側ランプ１０４及び下側ランプ１０６は、複数の加熱ゾーンを形成するとともに、基板１８の中心よりも基板１８の周辺部に多くの熱を加える集中的加熱プロファイルを提供する一連のタングステン−ハロゲン直線ランプであり、基板１８の温度がほぼ均一になるように、例えばピーク波長が０．９５ミクロンの光（電磁波）を基板１８に対して照射する。また、上側ランプ１０４及び下側ランプ１０６は、それぞれ電極１１０が接続されてチャンバ底９４に保持されており、後述する加熱制御部１５０によって基板１８に対する加熱量が制御される。

回転筒９０は、回転筒９０の内周に沿って平ギア１１４が設けられており、ボールベアリング１１６を介してチャンバ底９４に回転自在に保持されている。また、チャンバ底９４には、ボールベアリング１１８を介して平ギア１２０が設けられている。平ギア１２０は、平ギア１１４に噛み合うように配置されるとともに、駆動制御部１００によって制御されるサセプタ駆動機構１２２により回転するようにされている。つまり、平ギア１１４が平ギア１２０と噛み合っているので、平ギア１２０がサセプタ駆動機構１２２によって回転することにより、回転筒９０は回転する。回転筒９０の回転速度は、個々の処理に応じて例えば５〜６０ｒｐｍである。
なお、上側ランプ１０４、下側ランプ１０６及び回転筒９０は、チャンバ８２内に収容されて真空密封されるようになっている。

チャンバ蓋７８には例えば２つのガス供給管１２４が貫通して設けられ、処理室８４に処理ガスを供給し得るようになっている。ガス供給管１２４は、例えば開閉バルブ１２８，１２８、及び流量制御手段であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）１３０，１３０を介し、ガスＡ及びガスＢのガス源に接続されている。ここで使用される処理ガスは、窒素等の不活性ガスや水素、アルゴン、六フッ化タングステンなどであり、例えば基板１８上に所望の膜を形成させて半導体装置を製造するためのものである。また、開閉バルブ１２８，１２８及びＭＦＣ１３０，１３０は、ガス制御部１３２の制御により、処理ガスの供給、停止及び流量を制御する。
ガス供給管１２４から処理室８４内に供給された処理ガスは、処理室８４内において例えば基板１８と反応する。また、処理室８４内の残余ガスは、ガス排気口８８から図示しない真空ポンプ等からなる排気装置を介し、処理室８４外へ排出される。

また、チャンバ蓋７８には、基板１８に対して被接触である温度測定部１３４及び放射率測定部１３６が設けられている。
温度測定部１３４は、チャンバ蓋７８に固定された例えば３つの温度測定用のプローブ１３８を有する。これらのプローブ１３８は、サセプタ９２に保持された基板１８の中心からそれぞれ異なる距離で位置決めされており、処理中に基板１８が発する光の光子密度をそれぞれ測定し、後述する温度検出部１４８に対して出力する。

放射率測定部１３６は、放射率測定用のプローブ１４０、リファレンスランプ１４２、及びプローブ１４０と後述する温度検出部１４８とを接続する光ファイバー通信ケーブル１４４とを有する。

プローブ１４０は、チャンバ蓋７８の上部に設けられたプローブ回転機構１４６により、ほぼ水平方向の回転軸を軸として回転自在にされており、プローブ１４０の回転軸に対し直角方向に向けられた一端がプローブ１４０の上方に配置されたリファレンスランプ１４２及び基板１８それぞれの方向に向けられて、リファレンスランプ１４２及び基板１８それぞれが発する光子密度を測定する。つまり、プローブ回転機構１４６は、プローブ１４０の先端がリファレンスランプ１４２に向けてほぼ上側に向けられる第１ポジションと、プローブ１４０が基板１８に向けてほぼ下側に向けられる第２ポジションとをとるように、プローブ１４０を回転させる。

リファレンスランプ１４２は、基板１８における光の透過率が最小となる波長（例えば０．９５ミクロンの波長）の光を放射する白色光源からなり、基板１８により反射される光の光子密度をプローブ１４０が測定する際の参照光を放射する。光ファイバー通信ケーブル１４４は、例えばサファイア製である。
なお、プローブ１４０と光ファイバー通信ケーブル１４４とは、スリップ結合により結合されており、プローブ１４０が回転しても接続が維持される。

このように、放射率測定部１３６は、プローブ１４０によりリファレンスランプ１４２から放射された光の光子密度と、基板１８から反射された光の光子密度とを測定し、光ファイバー通信ケーブル１４４により温度検出部１４８に対して出力する。
なお、ヒータアッセンブリ１０８が回転筒９０、サセプタ９２及び基板１８によって包囲されているので、ヒータアッセンブリ１０８からの光が処理室８４に漏れてプローブ１４０の測定結果に影響を与えることはない。

温度検出部１４８は、温度測定部１３４のプローブ１３８それぞれから入力された光子密度の測定結果から、基板１８の異なる位置の温度をそれぞれ算出する。ここで、基板１８の表面に放出されたエネルギーは表面温度の四乗に比例する。その比例定数はシュテファン・ボルツマン定数と表面放射率との積から成る。したがって、非接触法における基板１８の表面温度の決定時には、以下の式を用いて基板１８の反射率を計算し、キルヒホッフの法則により放射率が得られることにより、基板１８の表面温度が算出される。
基板反射率＝反射光強度／入射光強度 ・・・・（１）
放射率＝（１−基板反射率） ・・・・（２）

また、温度検出部１４８は、リファレンスランプ１４２の放射光の光子密度と、基板１８により反射された反射光の光子密度とを放射率測定部１３６のプローブ１４０を介して受け入れ、放射光の光子密度と反射光の光子密度とを比較することにより、処理室８４内の様々な処理工程における基板１８の放射率（エミシビティ）及び補正用の温度を算出する。そして、温度検出部１４８は、プローブ１３８それぞれの測定結果から算出した基板１８の温度を補正用の温度と比較することにより補正し、補正された基板１８の温度を後述する加熱制御部１５０に対して出力する。

主制御部１５２は、温度検出部１４８、駆動制御部１００、加熱制御部１５０、ガス制御部１３２及び記憶部１５４を含み、記憶部１５４に記憶された設定により、第１の処理炉６４を制御する。

上記構成の第１の処理炉６４において、ゲートバルブ６８が開放され、基板（ウエハ）８６が基板搬入搬出口８６を通って処理室８４内に搬入されてサセプタ９２上に保持されると、サセプタ駆動機構１２２は、駆動制御部１００の制御により、処理中に回転筒９０を介してサセプタ９２を回転させる。

基板１８の放射率を測定する場合には、プローブ１４０が基板１８の真上に位置するリファレンスランプ１４２に向くように回転し、リファレンスランプ１４２が点灯する。そして、プローブ１４０はリファレンスランプ１４２から放射される光の光子密度を測定する。リファレンスランプ１４２が点灯している間に、プローブ１４０は、第１ポジションから第２ポジションへと回転し、リファレンスランプ１４２の真下に位置する基板１８に向く。プローブ１４０は、第２ポジションにおいて基板１８の表面からの反射光の光子密度を測定する。続いてリファレンスランプ１４２が消灯されると、プローブ１４０は、基板１８に向いている間、加熱された基板１８が発する光子を測定する。

上述したように、温度検出部１４８は、光子密度の測定結果から放射率を算出し、基板１８の温度を算出する。この方法は、基板が高温で、且つ基板温度の算出前に基本熱放射が減算される場合にも用いられる。

また、処理中には基板１８が回転するようにされており、プローブ１４０は、基板１８の回転中に基板１８が発する光子密度を測定することによって、処理により基板にリトグラフされる基板の構造変化の平均表面トポロジーに対する光子密度を測定する。また、放射率の測定が薄膜蒸着過程などの処理中にも行われるので、放射率の瞬時の変化がモニターされ、プローブ１３８の温度補正が動的且つ連続的に行われる。

次に、加熱制御部１５０について詳述する。
図４において、加熱制御部１５０の第一例が示されている。加熱制御部１５０の第一例は、ＰＩＤ制御部１５６、定電力設定部１５８、微分器１６０、傾き判定部１６２、切替えスイッチ１６４、Ｄ／Ａ変換器１６６及び電力調整器１６８から構成される。
ＰＩＤ制御部１５６は、温度検出部１４８から補正された基板温度（測定結果）を受け入れ、記憶部１５４から基板の温度設定値を受入れて、基板温度が基板の温度設定値に近づくように、基板温度と温度設定値との偏差からＰＩＤ制御による操作量（０〜１００％の値で示されるデジタル値の電力設定値）を算出して、切替えスイッチ１６４を介し、Ｄ／Ａ変換器１６６に対して出力する。

定電力設定部１５８は、電力調整器１６８の出力を所定の電力量にするための一定の電力設定値（デジタル値の定電力設定値）を、切替えスイッチ１６４を介し、Ｄ／Ａ変換器１６６に対して出力する。
微分器１６０は、温度検出部１４８から補正された基板温度を受け入れて、基板温度変化の傾き（微分値）を算出し、傾き判定部１６２に対して出力する。
傾き判定部１６２は、微分器１６０から入力された基板温度変化の傾きと、記憶部１５４から入力された傾き規定値（しきい値）とを比較し、基板温度変化の傾きがしきい値よりも大きな値からしきい値以下になった後に、再びしきい値を超えたことを判定すると、切替えスイッチ１６４を切替える切替え信号を切替えスイッチ１６４に対して出力する。なお、しきい値は、実験により決定（図９参照）されており、例えば１０°Ｃ／秒である。

切替えスイッチ１６４は、例えばサイリスタなどからなり、初期状態において定電力設定部１５８とＤ／Ａ変換器１６６とを接続しており、傾き判定部１６２から切替え信号を受入れた場合に、定電力設定部１５８とＤ／Ａ変換器１６６との接続を切り、ＰＩＤ制御部１５６とＤ／Ａ変換器１６６とを接続する。
Ｄ／Ａ変換器１６６は、定電力設定部１５８又はＰＩＤ制御部１５６から切替えスイッチ１６４を介して入力された電力設定値をＤ／Ａ変換し、電力設定値に対応するアナログ信号を電力調整器１６８に対して出力する。
電力調整器１６８は、Ｄ／Ａ変換器１６６からアナログ信号を受け入れ、アナログ信号に応じた電力を上側ランプ１０４及び下側ランプ１０６に対して出力する。つまり、上側ランプ１０４及び下側ランプ１０６による基板１８の加熱は、電力調整器１６８から上側ランプ１０４及び下側ランプ１０６に供給される電力量に応じて変化するようにされている。

図５は、加熱制御部１５０の第一例を有する基板処理装置１０による処理（第一の実施例）における、シリコンウエハ（基板）の温度及び温度変化の傾きを示すグラフである。
図５に示すように、第一の実施例の処理において、実際のシリコンウエハの温度は、加熱開始から約２０秒経過後に約３５０°Ｃに達し、約３３秒経過後にピーク（約１１００°Ｃ）となり、約４０秒経過後に約７００°Ｃとなるようにされている。一方、温度検出部１４８により検出されたシリコンウエハの温度は、加熱開始から約１４秒経過後に急激に上昇し、約１７秒経過後から約２３．５秒経過後までほぼ一定値になっている。つまり、この加熱開始から約２３．５秒経過後までの期間は、シリコンウエハの温度が正しく測定されていない。シリコンウエハが低温（常温〜約６００°Ｃ）の場合、上側ランプ１０４及び下側ランプ１０６から放射される光がシリコンウエハを透過し、シリコンウエハを透過した光の光子密度をプローブ１３８が測定した結果により、温度検出部１４８がシリコンウエハの温度を算出しているためである。よって、測定されたシリコンウエハの温度の傾きの急激な変化（４０°Ｃ／秒〜８０°Ｃ／秒を超える変化）が、加熱開始から約１４秒経過後と約２３．５秒経過後とに２回生じている。

ここで、加熱制御部１５０の第一例は、傾き判定部１６２から切替えスイッチ１６４に切替え信号が出力されるまで、定電力設定部１５８による定電力設定値に応じた一定の電力を上側ランプ１０４及び下側ランプ１０６に対して出力する。傾き判定部１６２は、微分器１６０から入力されたシリコンウエハの温度変化の傾きと記憶部１５４から入力された傾き規定値（しきい値）とを比較し、シリコンウエハの温度変化の傾きがしきい値よりも大きな値からしきい値以下になった（温度変化の傾きとしきい値との交点Ａ）後に、再びしきい値を超えたこと（温度変化の傾きとしきい値との交点Ｂ）を判定すると、切替えスイッチ１６４を切替える切替え信号を切替えスイッチ１６４に対して出力する。
つまり、シリコンウエハの温度変化の傾きが再びしきい値を超えた場合（交点Ｂのタイミング）に、基板処理装置１０は、定電力設定部１５８からの定電力設定値によるシリコンウエハを一定加熱する制御（定電力制御）から、測定されたシリコンウエハの温度をフィードバックしてシリコンウエハを加熱する制御（温度制御）に切替える。

よって、定電力制御の時間が長いことによりシリコンウエハの温度が目標温度に対してオーバーシュートすること、及び、定電力制御の時間が短いことによりシリコンウエハの正しい温度が算出されずにシリコンウエハの温度を制御できないことを防止することができる。また、加熱制御部１５０は、基板温度変化の傾きがしきい値よりも大きな値からしきい値以下になった後に、再びしきい値を超えたことを判定することにより、定電力制御から温度制御に切替えているので、加熱開始後に最初に基板温度変化の傾きがしきい値を超えた場合（温度変化の傾きとしきい値との交点Ｃ）を定電力制御から温度制御に切替えるタイミングであると誤って判定することがない。
このように、加熱制御部１５０の第一例を有する基板処理装置１０は、温度検出部１４８により検出された基板温度の変化の傾きがしきい値よりも大きな値からしきい値以下になった後に、再びしきい値を超えた場合に、電力制御から温度制御に切替えて、基板の温度を制御する。

図６において、加熱制御部１５０の第二例が示されている。加熱制御部１５０の第二例は、ＰＩＤ制御部１５６、定電力設定部１５８、規定温度判定部１７０、微分器１７２、傾き増加判定部１７４、切替えスイッチ１６４、Ｄ／Ａ変換器１６６及び電力調整器１６８から構成される。
なお、加熱制御部１５０の第二例において、図４に示した加熱制御部１５０の第一例と実質的に同じものには同一の符号が付してある。

規定温度判定部１７０は、温度検出部１４８から補正された基板温度（測定結果）を受け入れ、基板温度が例えば６２５°Ｃの規定温度に達したか否かを判定し、基板温度が規定温度に達した場合、受入れた基板温度を微分器１７２に対して出力する。
微分器１７２は、規定温度判定部１７０から入力された基板温度から基板温度変化の傾きを算出し、傾き増加判定部１７４に対して出力する。
傾き増加判定部１７４は、微分器１７２から入力された基板温度変化の傾きと、記憶部１５４から入力された傾き規定値（しきい値）とを比較し、基板温度変化の傾きがしきい値を超えたことを判定すると、切替えスイッチ１６４を切替える切替え信号を切替えスイッチ１６４に対して出力する。

図７は、加熱制御部１５０の第二例を有する基板処理装置１０による処理（第二の実施例）における、シリコンウエハ（基板）の温度及び温度変化の傾きを示すグラフである。
加熱制御部１５０の第二例は、規定温度判定部１７０によりシリコンウエハの温度が規定温度に達したことを判定した場合に、シリコンウエハの温度が微分器１７２に対して出力される。シリコンウエハの温度が規定温度に達すると、シリコンウエハの温度変化の傾きが傾き増加判定部１７４に入力される。つまり、シリコンウエハの温度が規定温度に達した後が傾き増加判定部１７４により切替えスイッチ１６４を切替える切替えタイミング検出期間となっている。
切替えタイミング検出期間において、傾き増加判定部１７４が微分器１７２から入力されたシリコンウエハの温度変化の傾きと、記憶部１５４から入力されたしきい値とを比較し、シリコンウエハの温度変化の傾きがしきい値を超えたことを判定すると、基板処理装置１０は、定電力制御から温度制御に切替わる。

加熱制御部１５０の第二例において、傾き増加判定部１７４は、基板温度変化の傾きがしきい値を超えたことのみにより、切替えスイッチ１６４を切替える切替え信号を出力するので、加熱制御部１５０の第一例に示した傾き判定部１６２よりも構成が簡易である。なお、規定温度判定部１７０が判定に用いる規定温度は、定電力設定部１５８が出力する定電力設定値の大きさに応じて設定されている。
このように、加熱制御部１５０の第二例を有する基板処理装置１０は、温度検出部１４８により検出された基板温度が規定温度以上であり、且つ、基板温度変化の傾きがしきい値を超えた場合に、電力制御から温度制御に切替えて、基板の温度を制御する。

図８において、加熱制御部１５０の第三例が示されている。加熱制御部１５０の第三例は、ＰＩＤ制御部１５６、定電力設定部１５８、タイマ１７６、微分器１７８、傾き増加判定部１７４、切替えスイッチ１６４、Ｄ／Ａ変換器１６６及び電力調整器１６８から構成される。
なお、加熱制御部１５０の第三例において、図６に示した加熱制御部１５０の第二例と実質的に同じものには同一の符号が付してある。

タイマ１７６は、加熱開始から所定の規定時間ａ（図９を用いて後述）になるまでの時間を計測し、規定時間ａが経過すると規定時間ａが経過したことを示す信号を微分器１７８に対して出力する。
微分器１７８は、タイマ１７６から規定時間ａが経過したことを示す信号を受入れると、基板温度から基板温度変化の傾き（微分値）を算出し、傾き増加判定部１７４に対して出力する。

図９は、加熱制御部１５０の第三例を有する基板処理装置１０による処理（第三の実施例）における、シリコンウエハ（基板）の温度及び温度変化の傾きを示すグラフである。
加熱制御部１５０の第三例は、微分器１７８がタイマ１７６から規定時間ａが経過したことを示す信号を受入れた場合に、シリコンウエハの温度変化の傾きを傾き増加判定部１７４に対して出力する。つまり、規定時間経ａを経過した後が傾き増加判定部１７４により切替えスイッチ１６４を切替える切替えタイミング検出期間となっている。
切替えタイミング検出期間において、傾き増加判定部１７４が微分器１７８から入力されたシリコンウエハの温度変化の傾きと、記憶部１５４から入力されたしきい値とを比較し、シリコンウエハの温度変化の傾きがしきい値を超えたことを判定すると、基板処理装置１０は、定電力制御から温度制御に切替わる。

第三の実施例において、変動領域ｂは、チャンバ８２が冷えた状態で基板１８の加熱を開始する場合と、チャンバ８２がある程度温まった状態で基板１８の加熱を開始する場合とで時間の長さが異なる領域である。例えば、チャンバ８２が常温よりも温まっている場合、変動領域ｂの時間の長さが短くなり、測定されたシリコンウエハの温度変化の傾きの２回目の急激な変化（４０°Ｃ／秒〜８０°Ｃ／秒を超える変化）は、図９に示した加熱開始から約２３．５秒経過後よりも早くなる。なお、しきい値は、変動領域ｂにおいてシリコンウエハの温度変化の傾きがしきい値を超えないように、実験結果に基づいて設定されている。

また、立上がり時間ｃは、温度検出部１４８により算出されたシリコンウエハの温度が加熱開始後に上昇し、ほぼ一定になるまでの時間であり、加熱開始時のチャンバ８２の温度によらずほぼ一定の長さの時間である。よって、規定時間ａは、立上がり時間ｃにマージンとして時間αを加えた時間にされている。
このように、加熱制御部１５０の第三例を有する基板処理装置１０は、上側ランプ１０４及び下側ランプ１０６による加熱開始から規定時間ａを経過し、且つ、基板温度変化の傾きがしきい値を超えた場合に、電力制御から温度制御に切替えて、基板の温度を制御する。

本発明の実施形態に係る基板処理装置の平面から見た断面図である。 本発明の実施形態に係る基板処理装置の側面から見た断面図である。 本発明の実施形態に係る基板処理装置に用いた処理炉の断面図である。 本発明の実施形態に係る基板処理装置の加熱制御部の第一例を示すブロック図である。 加熱制御部の第一例を有する基板処理装置による処理における、シリコンウエハの温度及び温度変化の傾きを示すグラフである。 本発明の実施形態に係る基板処理装置の加熱制御部の第二例を示すブロック図である。 加熱制御部の第二例を有する基板処理装置による処理における、シリコンウエハの温度及び温度変化の傾きを示すグラフである。 本発明の実施形態に係る基板処理装置の加熱制御部の第三例を示すブロック図である。 加熱制御部の第三例を有する基板処理装置による処理における、シリコンウエハの温度及び温度変化の傾きを示すグラフである。

符号の説明

１０ 基板処理装置
１８ 基板
６４ 処理炉
１０４ 上側ランプ
１０６ 下側ランプ
１３４ 温度測定部
１３８ プローブ
１４８ 温度検出部
１５０ 加熱制御部
１５６ ＰＩＤ制御部
１５８ 定電力設定部
１６０ 微分器
１６２ 傾き判定部
１６４ 切替えスイッチ
１６６ Ｄ／Ａ変換器
１６８ 電力調整器

Claims (1)

1. 基板を加熱する加熱手段と、基板の温度を検出する放射温度計と、この放射温度計により検出された基板の温度変化の傾きが、所定の値よりも小さくなった後に所定の値よりも大きくなった時に、前記加熱手段による加熱を所定の加熱制御から前記放射温度計の検出結果に基づく加熱制御に切替える制御切替手段とを有することを特徴とする基板処理装置。

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