(57)【特許請求の範囲】
【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、
基板を加熱する加熱手段と、
基板の温度を測定する測定手段と、
処理が施される基板の種類を判定するために前記加熱手段を初期駆動するとともに前記測定手段からの測定結果に基づいて前記基板の種類に応じた判定結果を取得する判定手段と、
前記判定結果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。
【請求項２】
請求項１に記載の基板処理装置であって、
前記判定手段が、前記初期駆動開始後の所定条件下の前記基板の温度の変化速度に基づいて前記基板の種類を判定することを特徴とする基板処理装置。
【請求項３】
請求項１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、
前記ランプからの光が石英部材を介して基板に照射されることを特徴とする基板処理装置。
【請求項４】
請求項３に記載の基板処理装置であって、
前記判定手段が、前記初期駆動開始後の所定条件下の前記基板の温度の変化速度から前記初期駆動直前の前記基板の温度の変化速度を減算した値に基づいて前記基板の種類を判定することを特徴とする基板処理装置。
【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、
前記判定手段による前記初期駆動と前記制御手段による前記加熱手段の制御とが連続的に行われることを特徴とする基板処理装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の基板処理装置であって、
前記初期駆動において一定時間の矩形波電力が前記加熱手段の加熱源に印加されることを特徴とする基板処理装置。
【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、
前記制御手段が、前記判定手段の判定結果に基づいてフィードバック定数を求め、前記フィードバック定数に基づいて前記測定手段からの測定値に応答するフィードバック制御を前記加熱手段に対して行うことを特徴とする基板処理装置。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかに記載の基板処理装置であって、
前記初期駆動の際の基板の温度変化特性と基板の種類との関係を記憶するテーブル、
をさらに備え、
前記判定手段が前記テーブルを参照して処理が施される基板の種類を判定することを特徴とする基板処理装置。
【請求項９】
基板に加熱を伴う処理を施す基板処理装置であって、
基板を加熱する加熱手段と、
基板の温度を測定する測定手段と、
処理が施される基板の種類を確認するために前記加熱手段を初期駆動するとともに予め入力されている基板の種類に基づく許容値に前記測定手段からの測定結果が適合するか否かを確認結果として取得する確認手段と、
前記確認結果が肯定的な場合にのみ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。
【請求項１０】
基板に加熱を伴う処理を施す基板処理方法であって、
処理が施される基板の種類を判定するために加熱手段を初期駆動して前記基板を加熱する加熱工程と、
前記基板の温度を測定して測定結果を取得する測定工程と、
前記測定結果に基づいて前記基板の種類に応じた判定結果を取得する判定工程と、
前記判定結果に基づいて前記加熱手段を制御する制御工程と、
を有することを特徴とする基板処理方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の基板処理方法であって、
前記判定工程において、所定条件下の前記基板の温度の変化速度に基づいて前記基板の種類を判定することを特徴とする基板処理方法。
【請求項１２】
請求項１０に記載の基板処理方法であって、
前記加熱工程が、ランプからの光を石英部材を介して前記基板に照射する工程であり、
前記判定工程において、所定条件下の前記基板の温度の変化速度から前記判定工程直前における前記基板の温度の変化速度を減算した値に基づいて前記基板の種類を判定することを特徴とする基板処理方法。
【請求項１３】
基板処理装置をコンピュータ制御することにより基板に加熱を伴う処理を実行するプログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体であって、前記プログラムは前記基板処理装置に、
処理が施される基板の種類を判定するために加熱手段を初期駆動して前記基板を加熱する加熱工程と、
前記基板の温度を測定して測定結果を取得する測定工程と、
前記測定結果に基づいて前記基板の種類に応じた判定結果を取得する判定工程と、
前記判定結果に基づいて前記加熱手段を制御する制御工程と、
を実行させることを特徴とするコンピュータ読取可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体デバイス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、基板処理方法等に関する。
【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、基板の品質を維持するために基板の温度を測定しながら加熱源の制御が行われている。例えば、基板をランプからの光を用いて急速に加熱するランプアニール装置では、基板の温度を放射温度計や接触式温度計で測定しつつ、基板の温度が予め定められた目標の温度プロファイル（時間の経過と温度との関係）に沿って変化するように、基板の測定温度に応答しつつランプをＰＩＤ方式でフィードバック制御している。
【０００３】
基板を加熱するこのような装置は１つの装置で様々な種類の処理に用いられる。具体例を挙げると、ランプアニール装置では、半導体デバイス内部の配線とシリコンとのコンタクト抵抗を小さくする工程（シリサイド工程）、半導体デバイス内部の配線とシリコンとの接合を形成する工程（イオン注入後の活性化工程）、ゲート酸化膜の成長工程、キャパシッター酸化膜の成長工程、ＢＰＳＧ(boro-phospho silicate glass)のリフロー工程（平坦化工程）等の様々な処理に用いられる。
【０００４】
また、これらの例に示される処理の種類ごとに目標とされる温度プロファイルはそれぞれ異る。例えば、シリサイド工程としてシリコンとチタン膜とでシリサイドを形成させてシリコンとアルミニウム等の配線材料とのコンタクト部の抵抗値を下げる場合には６００〜８００℃に基板が加熱される。イオン注入後の活性化工程としてボロンイオン等を接合部分に注入した後にアニール処理で接合部分の結晶性を回復させて抵抗値を小さくする場合には８００〜１１００℃に基板が加熱される。ゲート酸化膜の成長工程では主に１０５０〜１２００℃に基板が加熱される。キャパシッター酸化膜の成長工程として二層構造のポリシリコン配線間を絶縁する酸化膜を形成するために下層のポリシリコンを酸素雰囲気中でアニール処理して表面に熱酸化膜を成長させる工程では主として９００〜１１００℃に基板が加熱される。そして、基板にＣＶＤ(chemical vapor deposition)にて成膜した後にアニール処理によりＢＰＳＧ材料を半導体デバイスの凹部に流し込んで平坦化を行う場合には、主として８５０〜１１００℃に基板が加熱される。
【０００５】
このように１つの基板処理装置が様々な処理に用いられるため、従来より処理される基板の種類ごとに、すなわち処理の内容が変更されるごとにオペレータ、あるいは生産を管理しているホストコンピュータが基板の処理の設定を変更している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、従来より処理を開始するにあたってオペレータ等が基板の種類にあった制御内容を装置に入力する。また、基板の種類が異なると基板表面に形成されている薄膜構造も異なるために基板表面の光学特性が変わり、ＰＩＤフィードバック制御を行う際のＰＩＤパラメータも変更する必要がある。例えば、基板表面に金属薄膜がある場合にはランプからの放射光を吸収しやすいので基板の温度が上がりやすいが、ベア基板（ベアウエハ）の場合には７００℃以下ではランプからの放射光をいくらか透過するので比較的温度が上がりにくい。したがって、比較的温度が上がりにくいベア基板で調整したＰＩＤパラメータでチタン膜が成膜された基板を加熱すると温度プロファイルにハンチングやオーバ−／アンダーシュートが大きくなる現象が生じる。その結果、温度プロファイルが許容値以上に乱れると基板の品質に問題が生じてしまう。
【０００７】
また、オペレータやホストコンピュータが基板の種類（すなわち、目標温度プロファイル等の処理のレシピ）およびＰＩＤパラメータ等を装置に入力する場合に誤って入力してしまうこともあり、この場合には半導体デバイスの生産に甚大な影響を与えてしまうこととなる。
【０００８】
そこで、この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、基板処理装置に基板の種類を判定させることにより、オペレータの煩雑な装置入力作業を低減したり、基板の種類に適合しない処理を未然に防止することを目的としている。
【０００９】
【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、基板を加熱する加熱手段と、基板の温度を測定する測定手段と、処理が施される基板の種類を判定するために前記加熱手段を初期駆動するとともに前記測定手段からの測定結果に基づいて前記基板の種類に応じた判定結果を取得する判定手段と、前記判定結果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。
【００１０】
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、前記判定手段が、前記初期駆動開始後の所定条件下の前記基板の温度の変化速度に基づいて前記基板の種類を判定する。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１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、前記ランプからの光が石英部材を介して基板に照射される。
【００１２】
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、前記判定手段が、前記初期駆動開始後の所定条件下の前記基板の温度の変化速度から前記初期駆動直前の前記基板の温度の変化速度を減算した値に基づいて前記基板の種類を判定する。
【００１３】
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、前記判定手段による前記初期駆動と前記制御手段による前記加熱手段の制御とが連続的に行われる。
【００１４】
請求項６の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載の基板処理装置であって、前記初期駆動において一定時間の矩形波電力が前記加熱手段の加熱源に印加される。
【００１５】
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、前記制御手段が、前記判定手段の判定結果に基づいてフィードバック定数を求め、前記フィードバック定数に基づいて前記測定手段からの測定値に応答するフィードバック制御を前記加熱手段に対して行う。
【００１６】
請求項８の発明は、請求項１ないし７のいずれかに記載の基板処理装置であって、前記初期駆動の際の基板の温度変化特性と基板の種類との関係を記憶するテーブルをさらに備え、前記判定手段が前記テーブルを参照して処理が施される基板の種類を判定する。
【００１７】
請求項９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、基板を加熱する加熱手段と、基板の温度を測定する測定手段と、処理が施される基板の種類を確認するために前記加熱手段を初期駆動するとともに予め入力されている基板の種類に基づく許容値に前記測定手段からの測定結果が適合するか否かを確認結果として取得する確認手段と、前記確認結果が肯定的な場合にのみ前記加熱手段を制御する制御手段とを備える。
【００１８】
請求項１０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、処理が施される基板の種類を判定するために加熱手段を初期駆動して前記基板を加熱する加熱工程と、前記基板の温度を測定して測定結果を取得する測定工程と、前記測定結果に基づいて前記基板の種類に応じた判定結果を取得する判定工程と、前記判定結果に基づいて前記加熱手段を制御する制御工程とを有する。
【００１９】
請求項１１の発明は、請求項１０に記載の基板処理方法であって、前記判定工程において、所定条件下の前記基板の温度の変化速度に基づいて前記基板の種類を判定する。
【００２０】
請求項１２の発明は、請求項１０に記載の基板処理方法であって、前記加熱工程が、ランプからの光を石英部材を介して前記基板に照射する工程であり、前記判定工程において、所定条件下の前記基板の温度の変化速度から前記判定工程直前における前記基板の温度の変化速度を減算した値に基づいて前記基板の種類を判定する。
【００２１】
請求項１３の発明は、基板処理装置をコンピュータ制御することにより基板に加熱を伴う処理を実行するプログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体であって、前記プログラムは前記基板処理装置に、処理が施される基板の種類を判定するために加熱手段を初期駆動して前記基板を加熱する加熱工程と、前記基板の温度を測定して測定結果を取得する測定工程と、前記測定結果に基づいて前記基板の種類に応じた判定結果を取得する判定工程と、前記判定結果に基づいて前記加熱手段を制御する制御工程とを実行させる。
【００２２】
【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の全体構成を示す図である。なお、装置本体は縦断面図にて示しており、制御系はブロック図にて示している。
【００２３】
基板処理装置１はランプからの光を所定雰囲気中に配置された基板に照射することにより基板に様々な加熱を伴う処理を施す装置であり、基板９に光（放射エネルギー）を照射して基板９を加熱するランプ２１、ランプ２１に電力を供給するランプ電源部２２、基板９からの放射光を受光して基板９の温度を測定する放射温度計３、および、放射温度計３からの測定結果に基づいて演算処理を実行してランプ電源部２２をフィードバック制御する制御部４を有している。
【００２４】
また、ランプ２１と処理が施される基板９との間には石英により形成された石英窓５１が配置されており、ランプ２１が点灯されるとランプ２１からの光が石英窓５１を介して基板９に照射される。また、石英窓５１は基板９の下方および側方周囲を覆うチャンバ本体５２とともに基板９が処理される密閉された処理空間を形成している。そして、チャンバ本体５２の下部にはチャンバ本体５２の底面を貫通するように透過窓部材５２１が埋め込まれており、放射温度計３がチャンバ本体５２外部から基板９の温度を測定することができるようにされている。さらに、ランプ２１は上方をランプハウス５３に覆われており、チャンバ本体５２とランプハウス５３とはともにランプ２１からの光を効率よく反射するように内壁が鏡面に加工され、さらに金メッキされている。
【００２５】
制御部４は、加熱処理中のランプ電源部２２を制御するための演算処理を行う処理用制御部４１、およびチャンバ本体５２内部に搬入されてきた基板９の種類の判定動作を制御するための演算処理を行う判定用制御部４２を有している。さらに、判定用制御部４２は基板９の種類を自動的に判定する判定部４２ａ、および予め基板９の種類が入力されている場合には基板９の種類を確認する確認部４２ｂを有している。
【００２６】
図１では機能に着目して制御部４をブロック図にて示しているが、この基板処理装置１では汎用のコンピュータ・システム（以下、「コンピュータ」という。）により制御部４が構成されている。なお、制御部４は各機能ごとに専用の電気的回路により構成されていてもよい。
【００２７】
図２に示すように、制御部４は各種演算処理を実行するＣＰＵ４０１、基本的プログラムを記憶するＲＯＭ４０２、制御のためのプログラムを記憶するＲＡＭ４０３、放射温度計３からの測定結果である信号を取り込む測定温度入力インターフェイス４０４、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４０５、制御部４への入力を受け付けるキーボードやマウス等の入力部４０６、制御部４の状態を表示する表示部４０７、所要のデータやプログラムを記憶する固定ディスク４０８、プログラム等を記録媒体４０９ａから読み取る読取部４０９、および他の装置との通信を行う通信インターフェイス４１０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４Ｂに接続するようにして有している。
【００２８】
ＲＡＭ４０３には基板９の種類に応じた処理を実行するための処理用制御プログラム４３１、および基板９の種類を判定するための判定用制御プログラム４３２が記憶されており、判定用制御プログラム４３２には判定プログラム４３２ａおよび確認プログラム４３２ｂが含まれている。そして、ＣＰＵ４０１がこれら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４が図１にブロックにて示す処理制御部４１、判定部３２ａ、確認部４２ｂの機能を実現するようになっている。
【００２９】
なお、ＲＡＭ４０３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４０９ａから読取部４０９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４０８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ＲＯＭ４０２に記憶されていてもよく、予めプログラムを記憶させたＲＯＭ４０２を制御部４に装着することで各種プログラムが制御部４に取り込まれるようになっていてもよい。
【００３０】
＜２．  基板の種類の判定の原理＞
基板処理装置１では、処理が施される基板９に対して事前に微弱なランプ光を照射して基板９の種類を判定することができるようにされている。次に、このような手法で基板９の種類の判定が実現される原理について説明する。
【００３１】
図３ないし図５は各種基板にランプ光を照射した場合の基板の温度（Ｔ）および温度変化の速度（ｄＴ／ｄｔ）と時間（ｔ）との関係を示すグラフである。なお、ランプ光としてはランプ２１に１７kＷの電力を与えた場合の光を用いており、ランプ光は各図に示す時刻０〜５までの５秒間のみ照射されている。すなわち、ランプ２１には５秒間の矩形波電力が印加される。
【００３２】
図３はベア基板Ｗ１について、図４はボロン（Ｂ）イオンを５×１０15（個／cm2）、３０keＶで注入したイオン注入基板Ｗ２について、図５はチタン（Ｔi）膜を１０６０Åで成膜した成膜基板Ｗ３について、それぞれの温度および温度変化速度を示している。なお、各基板の大きさは６インチの径であり、基板の温度測定は基板に熱電対を接着して行っている。
【００３３】
表１はランプ光の照射を開始してから５秒後の基板Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３の温度変化速度を示している。表１および図３ないし図５に示すように、５秒後の基板の温度変化速度は基板の種類によって大きく相違する。これは、成膜基板Ｗ３が最もランプ光を吸収しやすい表面状態となっており、続いてイオン注入基板Ｗ２、ベア基板Ｗ１の順でランプ光が吸収されやすいことに起因している。すなわち、ランプから基板に照射される放射エネルギーと基板に吸収されるエネルギーの比である吸収能が高い基板から順に成膜基板Ｗ３、イオン注入基板Ｗ２、ベア基板Ｗ１となっている。
【００３４】
【表１】
0004121612.tif 000002
【００３５】
このように基板に一定のランプ光を照射した場合には、基板の種類によって基板の温度上昇速度が異なる。したがって、基板処理装置１に基板９が搬入された後、処理が開始される前に基板９に一定のランプ光を照射するとともに基板９の温度変化速度を測定することで基板９の種類を判定することが可能となる。また、この判定のためのランプ光の強度を十分弱くすることにより、基板９の処理への影響も防止することができる。
【００３６】
＜３．  装置動作の例１＞
次に、基板処理装置１における基板９の種類の判定動作および処理動作の一例について図６および図７を用いて説明する。図６は基板処理装置１の動作の流れを示す流れ図であり、図７はランプ２１に印加される電力および基板９の温度の変化を示すタイムチャートである。
【００３７】
なお、この基板処理装置１では判定動作により基板９の種類を判定した後、基板９の種類に適合する目標温度プロファイルに従って基板９の処理が行われるとともに、この基板９の処理が基板９の種類に適合するＰＩＤパラメータに従ってＰＩＤフィードバック制御にて実行される。
【００３８】
図７に示す時刻Ｔ１にて基板９はチャンバ本体５２内部の処理空間へと搬入される（図６：ステップＳ１１）。そして、処理空間に所定のガスがパージされる（ステップＳ１２）。基板９の周囲が処理に適した雰囲気にされると、基板処理装置１による基板９の種類の判定動作が開始される。なお、この判定動作は図１に示す判定部４２ａにより行われる。すなわち、制御部４において判定プログラム４３２ａがＣＰＵ４０１により実行されることにより行われる。
【００３９】
判定動作では、まずランプ２１に判定用の電力が印加される初期駆動の直前（時刻Ｔ２直前）の基板９の温度変化速度Ｖ１が放射温度計３からの測定温度（測定信号）に基づいて取得される（ステップＳ１３）。この温度変化速度Ｖ１は処理前の基板９が比較的高温の石英窓５１から受ける放射エネルギーの影響を除去するために用いられるものである。
【００４０】
次に、時刻Ｔ２〜Ｔ３の５秒間、ランプ２１に１７kＷの矩形波電力が印加されるようにランプ電源部２２が初期駆動される（ステップＳ１４）。ランプ２１に印加される電力はなるべく小さいことが望ましいため、ここでは定格電力の１／３程度の１７kＷとし、印加時間も５秒に抑えている。これにより基板９の処理に影響が出ない程度に基板９が加熱される。そして、時刻Ｔ３（初期駆動終了直前）に放射温度計３からの測定温度に基づいて基板９の温度変化速度Ｖ２が取得される（ステップＳ１５）。さらに、温度変化速度Ｖ２と温度変化速度Ｖ１との差が値Ｖ３として求められる（ステップＳ１６）。値Ｖ３は温度変化速度Ｖ２から比較的高温の石英窓５１からの放射エネルギーの影響を除去した値であり、実質的にはランプ２１からの放射エネルギーのみによる基板９の温度変化速度を示している。なお、この理由については後述する。
【００４１】
実質的な基板９の温度変化速度である値Ｖ３が求められると、値Ｖ３に対応する基板９の種類が判定される。既述のように、一定の電力が印加されると基板の種類ごとに温度変化速度が異なる。したがって、予め一定の電力がランプ２１に印加された際の基板の温度変化速度と基板の種類とを求めてテーブルとして記憶しておくことで、値Ｖ３からこれから処理される基板９の種類を判定することが可能となる。
【００４２】
この基板処理装置１では図２に示した固定ディスク４０８にテーブル４０８ａが記憶されており、このテーブル４０８ａを参照することにより値Ｖ３から基板９の種類が判定される。表２はテーブル４０８ａの例を示す表であり、求められた値Ｖ３と基板の種類との関係を示している。
【００４３】
【表２】
0004121612.tif 000003
【００４４】
なお、表２に示すテーブル４０８ａは次のようにして予め作成され保存される。
▲１▼まず、基板の種類ごとに温度変化が乱れない温度プロファイルが得られるＰＩＤパラメータ等の制御パラメータを求める。
▲２▼次に、基板の種類ごとに矩形波電力で加熱したときの値Ｖ３を求める。
▲３▼基板の種類ごとに値Ｖ３の範囲を定め、基板の種類に対応する制御パラメータをテーブル４０８ａとして固定ディスク４０８に保存する。
【００４５】
基板９の種類が判定されるとこの判定結果に基づいて基板９の種類に対応する目標温度プロファイルが固定ディスク４０８から読み出され、さらにテーブル４０８ａに記憶されているＰＩＤパラメータも読み出される（ステップＳ１７）。そして、目標温度プロファイルおよびＰＩＤパラメータが処理用制御部４１に設定される（ステップＳ１８）。
【００４６】
基板９の処理のための設定が完了すると、時刻Ｔ４から設定された目標温度プロファイルに従いつつ設定されたＰＩＤパラメータによるＰＩＤフィードバック制御が実行される（ステップＳ１９）。すなわち、放射温度計３からの測定信号に応答して制御部４がランプ電源部２２を制御し、基板９の種類に対応する目標温度プロファイルに沿って基板９が加熱される。図７に示す例では、時刻Ｔ５までに基板９の温度が６００℃まで昇温され、時刻Ｔ５〜Ｔ６では温度保持が行われ、時刻Ｔ６〜Ｔ７では８００℃までさらに昇温され、その後所定時間温度保持が行われて基板９が冷却される。
【００４７】
以上、基板処理装置１の構成および動作について説明してきたが、この基板処理装置１では、基板９の処理に先だってランプ電源部２２を初期駆動することで基板９の種類を判定することができるので、オペレータが基板９の種類を認識してＰＩＤパラメータを入力する必要がない。その結果、オペレータの作業負担が大幅に緩和される。また、オペレータやホストコンピュータから誤った基板の種類やＰＩＤパラメータが入力されることもないので、半導体デバイスの生産を安定して行うことも実現される。
【００４８】
＜４．  石英窓からの放射の影響の除去＞
図６に示すステップＳ１６では、矩形波電力をランプ２１に印加した後（正確には、ランプ電源部２２が初期駆動を開始してから５秒経過直前）の基板９の温度変化速度Ｖ２から矩形波電力印加直前（初期駆動開始直前）の基板９の温度変化速度Ｖ１を減算して実質的な基板９の温度変化速度を値Ｖ３として求めている。次に、この演算の理由について説明する。
【００４９】
図８はランプ電源部２２の初期駆動開始の直前、すなわちランプ２１が消灯している状態での基板９が受ける放射エネルギーの様子を示す図である。また、図９は初期駆動終了直前、すなわちランプ２１が点灯している状態での基板９が受ける放射エネルギーの様子を示す図である。
【００５０】
図８に示すランプ２１が消灯している状態では、前の基板の処理により比較的高温となっている石英窓５１から放射エネルギーが放出されているため、基板９はこの放射エネルギーを受けてしまう。すなわち、基板９がチャンバ本体５２に搬入された直後から基板９が石英窓５１からの放射エネルギーを受けて温度が上昇する。このとき、石英窓５１からの単位時間当たりの放射エネルギーをＡq(Ｔ10)とすると、この放射エネルギーが密閉かつ内部が鏡面に加工されたチャンバ本体５２およびランプハウス５３により形成される空間内に配置された基板９に与えられる。ただし、Ｔ10は石英窓５１の温度を示す。また、基板９の吸収能（受けた放射エネルギーのうち吸収されるエネルギーの割合）をε(Ｔ20)とすると、基板９が石英窓５１から受けるエネルギーは、
【００５１】
【数１】
0004121612.tif 000004
【００５２】
となる。ただし、Ｔ20は基板９の温度を示している。また、ε(Ｔ20)は波長に依存し、石英窓５１からの分光放射エネルギーを基準として数１に示す値を求める必要があるが、ここでは便宜上数１のように表記する。以下の説明においても同様である。
【００５３】
一方、基板９からも放射エネルギーが放出されているので、単位時間当たりのこの放射エネルギーをＥw(Ｔ20)とすると、基板９に与えられるエネルギーは単位時間当たり、
【００５４】
【数２】
0004121612.tif 000005
【００５５】
となる。
【００５６】
したがって、初期駆動開始直前の基板９の温度変化速度Ｖ１は、基板９の熱容量をＣp(Ｔ20)として、
【００５７】
【数３】
0004121612.tif 000006
【００５８】
となる。
【００５９】
図９に示すランプ２１が点灯している状態では、ランプ２１から放出される放射エネルギーのうち、石英窓５１を透過するものが基板９に与えられる。図９では温度Ｔ0のランプ２１から石英窓５１に照射される単位時間当たりの放射エネルギーをＬb(Ｔ0)にて示している。
【００６０】
なお、石英はおよそ波長４．５μｍ以下の光のみを透過する性質を有しているので、放射エネルギーＬb(Ｔ0)のうち波長４．５μｍ以下の部分が石英窓５１を透過して基板９に照射される。すなわち、このときの石英窓５１の温度をＴ11とし、石英窓５１を透過する単位時間当たりの透過エネルギーをＴq(Ｔ11）とすると、Ｔq(Ｔ11)はＬb(Ｔ0)の波長４．５μｍ以下の部分と実質的にみなすことができる。
【００６１】
また、図８と同様に高温の石英窓５１からは単位時間当たり放射エネルギーＡq(Ｔ11)が放出されているので、基板９には、
【００６２】
【数４】
0004121612.tif 000007
【００６３】
だけのエネルギーが単位時間当たり照射されることとなる。したがって、基板９の吸収能をε(Ｔ21)とすると基板９に単位時間当たり入射するエネルギーは、
【００６４】
【数５】
0004121612.tif 000008
【００６５】
となる。ただし、Ｔ21は基板９の温度を示している。
【００６６】
また、基板９からは放射エネルギーが放出されているので、単位時間当たりのこの放射エネルギーをＥw(Ｔ21)とすると、基板９が単位時間当たりに受け取るエネルギーは、
【００６７】
【数６】
0004121612.tif 000009
【００６８】
となる。
【００６９】
これにより、初期駆動開始後５秒経過直前の基板９の温度変化速度Ｖ２は、基板９の熱容量をＣp(Ｔ21)として、
【００７０】
【数７】
0004121612.tif 000010
【００７１】
となる。
【００７２】
ここで、１７kＷ、５秒の電力をランプ２１に与えた場合、石英窓５１の昇温は１０℃程度であり、Ｔ10とＴ11とはほぼ等しいと近似することができる。さらに、他に近似できるものについても合わせて、
【００７３】
【数８】
0004121612.tif 000011
【００７４】
と近似することにより、値Ｖ３は、
【００７５】
【数９】
0004121612.tif 000012
【００７６】
とみなすことができる。
【００７７】
ところで、
【００７８】
【数１０】
0004121612.tif 000013
【００７９】
は図９において、ランプ２１からの放射エネルギーのうち石英窓５１を透過して基板９に照射される透過エネルギーＴq(Ｔ11)のうち、基板９に吸収されるエネルギーである。したがって、値Ｖ３は点灯するランプ２１から基板９が受け取るエネルギーによる基板９の温度変化速度を示す値となる。
【００８０】
このように、初期駆動である矩形波電力印加直前の基板９の温度変化速度Ｖ１を矩形波電力印加終了直前の基板９の温度変化速度Ｖ２から減算することにより、石英窓５１からの放射エネルギーの影響を取り除いた基板９の温度変化速度が求められる。したがって、一度ＰＩＤパラメータを求めておけば（例えば、複数枚の基板の処理を連続実行して石英窓５１の温度変化が安定した状態となったときの適切なＰＩＤパラメータを求めておく）、石英窓５１の温度に関係なく基板９の処理を行うことができる。
【００８１】
すなわち、基板処理装置１の運転が開始されて複数枚の基板９を連続して処理していく場合には石英窓５１の温度は徐々に上昇していくこととなるが、この基板処理装置１ではこのような場合であっても石英窓５１からの放射エネルギーの影響を受けることはない。その結果、連続処理を開始してから全ての基板９を処理し終えるまで安定した基板９の種類の判定および処理動作が実現される。
【００８２】
＜５．  装置動作の例２＞
図１０は基板処理装置１の他の動作例を示すタイムチャートであり、図７と同様、ランプ２１に印加される電力および基板９の温度と時間との関係を示している。なお、時刻Ｔ１〜Ｔ５は図７と同様の動作が行われる時刻を示している。
【００８３】
図１０に示す動作では、図７における判定のための初期駆動として印加される電力が停止される時刻Ｔ３とＰＩＤフィードバック制御が開始される時刻Ｔ４とを同時刻としている。すなわち、初期駆動に続いて連続するようにＰＩＤフィードバック制御が行われ、判定動作とＰＩＤフィードバック制御の動作とが一体となっている。これにより、基板９の処理に含めて判定動作を行うような動作態様となる。その結果、基板９の処理に要する時間を短縮して基板処理装置１のスループットの向上を図ることができる。なお、判定のために印加される電力は十分に小さいので基板９の処理には影響は生じない。
【００８４】
また、矩形波電力印加と連続するようにＰＩＤフィードバック制御を行うことにより、ランプ電源部２２の初期駆動後の基板９の温度上昇に沿って基板９の温度を上昇させることができるので、基板９の温度プロファイルの乱れも最小限に抑えることができる。
【００８５】
＜６．  装置動作の例３＞
以上、基板処理装置１による処理される基板９の種類の判定方法について説明してきたが、この判定の原理を処理される基板９の確認のために利用することも可能である。
【００８６】
図１１および図１２は、予めオペレータやホストコンピュータから入力されている基板の種類に対して、基板処理装置１がこれから処理する基板９の種類が適合しているか否かを確認する場合の動作を示す流れ図である。なお、装置構成は図１および図２に示したものと同様であり、図１に示す制御部４では確認部４２ｂが動作を担う。すなわち、制御部４では図２に示す確認プログラム４３２ｂが実行される。
【００８７】
確認プログラム４３２ｂによる動作では、まずオペレータまたはホストコンピュータが処理が施されると予定されている基板の種類を制御部４に入力する。これにより、制御部４では入力された基板の種類に応じた目標温度プロファイルやＰＩＤパラメータ等が設定される（図１１：ステップＳ２１）。
【００８８】
設定が完了すると、基板９がチャンバ本体５２内に搬入されて処理空間に所定のガスがパージされる（ステップＳ２２、Ｓ２３）。そして、図６に示した例と同様に、矩形波電力が印加される直前の基板９の温度変化速度Ｖ１が求められた後にランプ電源部２２が初期駆動されてランプ２１に矩形波電力が印加され、さらに所定時間後の基板９の温度変化速度Ｖ２が求められる（ステップＳ２４〜Ｓ２６）。
【００８９】
次に、石英窓５１からの放射エネルギーの影響を除去するために温度変化速度Ｖ２から温度変化速度Ｖ１を減算して値Ｖ３が求められる（ステップＳ２７）。
【００９０】
値Ｖ３が求められると、値Ｖ３がステップＳ２１にて予め入力された基板の種類に適合するか否かが表２に示したテーブル４０８ａを参照して確認される（図１２：ステップＳ３１、Ｓ３２）。例えば、予め入力された基板の種類がベア基板Ｗ１であれば、値Ｖ３が０〜４０の範囲内であるか否かが確認される。
【００９１】
値Ｖ３が入力された基板の種類に適合していると確認されると、基板処理装置１は設定通りに基板９の処理を開始する（ステップＳ３３）。これに対し、値Ｖ３が入力された基板の種類に適合していないと確認されると、基板処理装置１は処理を開始せずに警報を発してオペレータに生産管理の異常を知らせる（ステップＳ３４）。
【００９２】
このように、この動作例では基板処理装置１が予め入力されている基板の種類とこれから処理される基板９の実際の種類とを処理を開始する直前で確認するので、誤った処理が基板９に施されるのを未然に防止することができる。その結果、半導体デバイスの生産に甚大な損失が発生することを防ぐことができる。
【００９３】
＜７．  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い。
【００９４】
例えば、上記実施の形態ではランプ２１を用いて基板９を加熱しているがランプ２１はどのようなランプ（例えば、ハロゲンランプやアークランプ等）であってもよく、さらに、ランプ２１に代えてヒータ等の他の加熱源を用いてもよい。基板９の温度を測定する手段もどのようなものでもよく、基板９に接触して温度を測定する接触式温度計等であってもよい。すなわち、基板９に加熱を伴う処理を施す基板処理装置であればどのような形態であってもよく、さらにはバッチ式の基板処理装置であってもよい。
【００９５】
また、上記実施の形態ではランプ電源部２２の初期駆動としてランプ２１に矩形波電力が印加されるようにしているが、基板９の処理に影響を与えない程度の電力であれば任意の波形の電力であっても判定動作は可能である。
【００９６】
また、上記実施の形態では値Ｖ３から基板９の種類を判定しているが、値Ｖ３が所定の値になるまでの時間を用いても基板９の種類の判定を行うことができる。
【００９７】
また、上記実施の形態では判定のための電力を印加する直前および印加終了直前の基板９の温度変化速度の差を求めることにより、石英窓５１からの放射エネルギーの影響を除去するようにしているが、装置の運転を開始してから所定の時間が経過して各基板の処理において石英窓５１からの放射エネルギーの変動が安定しているとみなすことができるようになれば、石英窓５１からの放射エネルギーの影響を除去しなくても基板９の種類を判定することができる。また、この場合には判定のための電力を印加した後の温度変化速度Ｖ２のみで基板９の種類を判定できるのみではなく、基板９の温度のみでも基板９の種類を判定できる。さらにこの場合には、電力印加により基板９の温度変化速度または温度が所定の値になるまでの時間を用いても基板９の種類を判定することができる。
【００９８】
また、上記実施の形態では制御部４がＰＩＤフィードバック制御を行うようになっているが、制御方法はどのようなものであってもよい。すなわち、他のフィードバック制御であってもよく、ループ制御を伴わない制御であってもよい。
【００９９】
また、表２に示したテーブル４０８ａは一例であり、基板の種類に応じた他の情報をテーブル４０８ａに記憶しておくようにしてもよい。
【０１００】
さらに、上記実施の形態では基板９の種類の判定動作と確認動作とを別個の動作として説明したが、これらの機能を併せ持つ動作を行うようにしてもよい。例えば、表２において値Ｖ３が１０〜４０の場合をベア基板Ｗ１とし、５０〜７０の場合をイオン注入基板Ｗ２とし、８０以上の場合を成膜基板とし、実際に求められた値Ｖ３がいずれかの範囲に属する場合には基板９の種類が判定できたものとして処理を行い、値Ｖ３がいずれの範囲にも属さない場合には基板９の種類が特定できないものとして処理の開始を中止して警報を発するようにしてもよい。
【０１０１】
【発明の効果】
請求項１ないし８および請求項１３に記載の発明では、基板の種類に応じた判定結果に基づいて処理を行うことができるので、オペレータが基板の種類に合わせた設定を行う必要がなく、オペレータの作業負担を低減することができる。また、誤った処理を防止することもできる。
【０１０２】
また、請求項４に記載の発明では、石英部材からの放射エネルギーの影響を受けることなく基板の種類を判定することができる。
【０１０３】
また、請求項５に記載の発明では、判定手段による加熱手段の初期駆動と制御手段による加熱手段の制御とが連続的に行われるので、基板処理装置のスループットの向上および安定した処理を図ることができる。
【０１０４】
また、請求項７に記載の発明では、基板の種類に適合するフィードバック定数が求められるので、オペレータがフィードバック定数の入力を行う必要がない。
【０１０５】
さらに、請求項９に記載の発明では、処理が施される基板の種類が確認されるので、誤った処理を未然に防止することができ、基板の生産に甚大な損失が発生することを防ぐことができる。
【０１０６】
請求項１０ないし１２に記載の発明では、基板の種類に応じた判定結果を取得することができるので、誤った処理を防止することができる。
【０１０７】
また、請求項１２に記載の発明では、石英部材からの放射エネルギーの影響を受けることなく基板の種類を判定することができる。
【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全体構成を示す図である。
【図２】制御部の内部構成を示すブロック図である。
【図３】矩形波電力を印加した際のベア基板の温度変化の様子を示すグラフである。
【図４】矩形波電力を印加した際のイオン注入基板の温度変化の様子を示すグラフである。
【図５】矩形波電力を印加した際の成膜基板の温度変化の様子を示すグラフである。
【図６】基板処理装置の動作の一例を示す流れ図である。
【図７】基板処理装置におけるランプの印加電力および基板温度の変化の一例を示すタイムチャートである。
【図８】初期駆動開始直前の基板が受けるエネルギーの様子を示す概念図である。
【図９】初期駆動終了直前の基板が受けるエネルギーの様子を示す概念図である。
【図１０】基板処理装置におけるランプの印加電力および基板温度の変化の他の例を示すタイムチャートである。
【図１１】基板処理装置の動作の他の例を示す流れ図である。
【図１２】基板処理装置の動作の他の例を示す流れ図である。
【符号の説明】
１  基板処理装置
３  放射温度計
４  制御部
９  基板
２１  ランプ
２２  ランプ電源部
４１  処理用制御部
４２ａ  判定部
４２ｂ  確認部
４０８ａ  テーブル
４０９ａ  記録媒体
４３１  処理用制御プログラム
４３２ａ  判定プログラム
４３２ｂ  確認プログラム
５１  石英窓
Ｖ１  温度変化速度
Ｖ２  温度変化速度
Ｖ３  値
【図１】
0004121612.tif 000014
【図２】
0004121612.tif 000015
【図３】
0004121612.tif 000016
【図４】
0004121612.tif 000017
【図５】
0004121612.tif 000018
【図６】
0004121612.tif 000019
【図７】
0004121612.tif 000020
【図８】
0004121612.tif 000021
【図９】
0004121612.tif 000022
【図１０】
0004121612.tif 000023
【図１１】
0004121612.tif 000024
【図１２】
0004121612.tif 000025