(57)【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、
基板を加熱する光源と、
前記光源についての定格電圧と前記光源に対する印加電圧との比に基づいて前記光源の対定格消耗度合いを求め、当該対定格消耗度合いを前記光源の点灯時間に乗じることにより実効点灯時間を算出する手段と、
前記実効点灯時間を加算した積算値を求める手段と、
微小時間のサンプリング周期毎に計測される基板温度に基づいて、前記光源に対する前記印加電圧を定める手段と、
を備え、
前記光源はハロゲンランプであり、
前記実効点灯時間は、次の式に従って、値ΔＥとして求められることを特徴とする熱処理装置。
ただし、Ｂは対定格消耗度合いを示し、ΔＴは前記サンプリング周期を示し、Ｖ０は前記定格電圧を示し、Ｖは前記印加電圧を示し、Ａは所定の係数を示し、ｋは所定の定数を示す。
【数１】
0003792536.tif 000009
【請求項２】
請求項１に記載の熱処理装置において、
前記定格電圧と前記印加電圧との比は、前記定格電圧を出力する際の制御指令と前記印加電圧を出力すべき旨の制御指令値との比として得られることを特徴とする熱処理装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の熱処理装置において、
前記実効点灯時間の積算値と前記定格電圧における前記光源の平均寿命とを比較して前記光源の交換時期を決定することを特徴とする熱処理装置。
【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、特に熱処理装置の光源の寿命測定技術に関する。
【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を加熱する際には、ハロゲンランプ等の光源が用いられる。このハロゲンランプには寿命が存在するので、ランプ交換を行う必要が生じる。
【０００４】
従来、このハロゲンランプの交換は、ハロゲンランプの供給メーカから提示される平均寿命を目安にして行われている。具体的には、熱処理装置におけるランプの点灯時間の総和とその平均寿命とを比較することによって、ランプ交換の時期を定めることが行われている。また、このランプの平均寿命は、定格電圧を用いて連続点灯した場合における点灯可能時間の平均値として定められる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、熱処理装置においては、様々な温度での加熱が行われるため、ハロゲンランプに対する印加電圧は、定格電圧の値に固定されるものではなく様々な値を有することになる。また、ハロゲンランプの寿命は、印加される電圧（あるいは電力）の大小に応じて異なる値となる。したがって、熱処理装置のハロゲンランプの寿命を平均寿命を用いて判断すると不都合が生じるという問題を有している。
【０００６】
たとえば、比較的低温（５００℃〜８００℃）のシリサイド形成工程においてはハロゲンランプに対する印加電圧は定格電圧よりも小さいため、ハロゲンランプの寿命は平均寿命よりも長くなるはずである。それにも拘わらず、上記のように平均寿命を目安にしてランプ交換を行うと、まだ使えるはずのランプを早めに交換してしまうことになるので不経済であるという問題を生じることになる。
【０００７】
そこで、本発明は前記問題点に鑑み、基板を加熱する光源の寿命を正確に把握することが可能な熱処理装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【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に記載の熱処理装置は、基板に熱処理を施す熱処理装置であって、基板を加熱する光源と、前記光源についての定格電圧と前記光源に対する印加電圧との比に基づいて前記光源の対定格消耗度合いを求め、当該対定格消耗度合いを前記光源の点灯時間に乗じることにより実効点灯時間を算出する手段と、前記実効点灯時間を加算した積算値を求める手段と、微小時間のサンプリング周期毎に計測される基板温度に基づいて、前記光源に対する前記印加電圧を定める手段と、を備え、前記光源はハロゲンランプであり、前記実効点灯時間は、次の式に従って、値ΔＥとして求められることを特徴とする。ただし、Ｂは対定格消耗度合いを示し、ΔＴは前記サンプリング周期を示し、Ｖ０は前記定格電圧を示し、Ｖは前記印加電圧を示し、Ａは所定の係数を示し、ｋは所定の定数を示す。
【００１１】
請求項２に記載の熱処理装置は、請求項１に記載の熱処理装置において、前記定格電圧と前記印加電圧との比は、前記定格電圧を出力する際の制御指令と前記印加電圧を出力すべき旨の制御指令値との比として得られることを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載の熱処理装置は、請求項１または請求項２に記載の熱処理装置において、前記実効点灯時間の積算値と前記定格電圧における前記光源の平均寿命とを比較して前記光源の交換時期を決定することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１４】
＜１．熱処理装置の全体構成＞
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、温度計測部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４２０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４４１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】
温度計測部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、それを基に基板温度等を求め、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。
【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４４０に供給する。
【００２２】
＜２．ランプの点灯制御および寿命計測＞
つぎに、ランプの点灯制御および寿命計測について説明する。
【００２３】
図２は、ランプの点灯制御に関する制御系を示す概略図である。図２に示すように、制御部６０は、制御指令値生成部６１、実効点灯時間算出部６２、実効点灯時間積算部６３、および判定部６４を有している。これらの各処理部６１，６２，６３，６４が協働することによって、基板を加熱するランプ２０の寿命を正確に把握することが可能になる。以下では、これらについて詳述する。
【００２４】
制御指令値生成部６１は、温度計測部５０により計測された基板温度測定値ｔｄを入力し、温度の目標値に対応する印加電圧Ｖをランプ２０に対して出力すべき旨の制御指令値Ｓを生成する。そして、出力された制御指令値Ｓは、ランプ電源８０に入力され、ランプ電源８０は当該制御指令値Ｓに対応する印加電圧Ｖをランプ２０に対して出力する。言い換えれば、ランプ電源８０は制御部６０からの制御指令値Ｓに応じた電力Ｐをランプ２０に供給する。この結果、ランプ２０によって放出される熱によって、基板Ｗが加熱される。
【００２５】
より詳細には、制御指令値Ｓは、温度計測部５０による計測結果をフィードバックすることなどによって微小時間のサンプリング周期ΔＴ毎に変更されつつ、適宜の値が定められる。これに応じて、ランプ２０に印加される電圧Ｖも各サンプリング周期ΔＴごとにランプ電源８０によって適宜に定められる。
【００２６】
実効点灯時間算出部６２は、ランプ２０についての定格電圧Ｖ０とランプ２０に対する実際の印加電圧Ｖとの比に基づいてランプ２０の「対定格消耗度合いＢ」を求める。より具体的には、数２にしたがって、この対定格消耗度合いＢを求める。数２に例示するように、この「対定格消耗度合いＢ」は、ランプ２０の定格電圧Ｖ０と所定の印加電圧Ｖとの比に基づいて定義される指標である。
【数２】
0003792536.tif 000002
【００２７】
ただし、Ｖ０は前記定格電圧を示し、Ｖは前記印加電圧を示し、Ａは所定の係数を示し、ｋは所定の定数を示す。
ここにおいて、数３に示すように、定格電圧Ｖ０で連続点灯した場合のランプ２０の平均寿命Ｆ０（以下「定格寿命」とも称する）と所定の印加電圧Ｖで連続点灯した場合のランプ２０の寿命Ｆとの比は、この対定格消耗度合いＢの逆数に等しい値として考えることができる。
【００２８】
【数３】
0003792536.tif 000003
【００２９】
ただし、Ａは固有係数である。またｋは次数（べき指数）であり所定の正の定数である（ｋ＞０）。
【００３０】
また、これらのＡ，ｋは、予め行っておいたランプ２０の寿命試験の結果を用いて定めることができる。具体的には、複数の印加電圧Ｖのそれぞれに対する寿命Ｆをあらかじめ求めておき、定格電圧Ｖ０および平均寿命Ｆ０を考慮しつつ、最小二乗法などを用いることによって適宜の値を定めることができる。図３は、幾つかの印加電圧Ｖに対して求められたその連続点灯時の寿命Ｆを示す図である。なお、図３においては、印加電圧Ｖは定格電圧Ｖ０に対する比として正規化されて表現されており、寿命Ｆは定格寿命Ｆ０に対する比として正規化されて表現されている。また、図４はこれらの関係をグラフ上にプロットした図である。この場合には、数３に関して最小二乗法を用いることにより、Ａ＝１．０２、ｋ＝９．０７が得られる。対定格消耗度合いＢは、この定数Ａ，ｋを用いて数２によって表される。
【００３１】
数３に示すように、印加電圧Ｖが定格電圧Ｖ０よりも小さくなると、対定格消耗度合いＢは小さくなり、数３の左辺（Ｆ／Ｆ０）は大きくなる。したがって、印加電圧Ｖについての寿命Ｆは、定格電圧Ｖ０についての寿命（定格寿命）Ｆ０よりも大きくなる。逆に、ランプ２０の印加電圧Ｖが定格電圧Ｖ０よりも大きくなると、ランプ２０の寿命Ｆは定格寿命Ｆ０よりも小さくなる。
【００３２】
ここにおいて、数３を参照すると判るように、この対定格消耗度合いＢは、所定の印加電圧Ｖにおけるランプ２０の消耗程度を、定格電圧Ｖ０におけるランプ２０の消耗程度との対比で示すものであるといえる。
【００３３】
また、ハロゲンランプは、この数３で示される特性に良く当てはまることが判明している。そこで、この実施形態においては、数３の右辺の逆数に相当する対定格消耗度合いＢ（数２参照）を寿命を測定するための指標として用いる。
【００３４】
制御指令値生成部６１は、上記の数２にしたがって、サンプリング周期ΔＴ毎の対定格消耗度合いＢを求める。なお、サンプリング周期ΔＴは、たとえば数ミリ秒ないし数十ミリ秒として定められる値である。
【００３５】
ただし、印加電圧Ｖは制御指令値Ｓに比例するとみなすことができる場合には、上記の数２を用いる代わりに、制御指令値Ｓなどを用いた数４を用いてもよい。これらの数２および数４は、実質的に等価である。
【００３６】
【数４】
0003792536.tif 000004
【００３７】
ここで、Ｓ０は定格電圧Ｖ０を出力する際の制御指令値を表し、Ｓは所定の印加電圧Ｖを出力すべき旨の制御指令値を表す。また、Ｒは、制御指令値Ｓ０と制御指令値Ｓとの比である。
【００３８】
この数４に示されるように、印加電圧Ｖを実測する代わりに、印加電圧Ｖを出力すべき旨の制御指令値Ｓを用いて、数４にしたがって対定格消耗度合いＢを求めることができる。これにより、定格電圧Ｖ０と印加電圧Ｖとの比を簡易に求めることができる。
【００３９】
また、実効点灯時間算出部６２は、数５に示すように、このようにして得られる対定格消耗度合いＢをそのサンプリング周期ΔＴに乗じることによって実効点灯時間ΔＥを算出する。
【００４０】
【数５】
0003792536.tif 000005
【００４１】
ここで、「実効点灯時間」は、ランプ２０が点灯している時間ΔＴ自体を表すものではなく、上記の対定格消耗度合いＢを考慮した時間である。この実効点灯時間ΔＥは、印加電圧Ｖが定格電圧Ｖ０よりも小さい場合には、ΔＴよりも小さな値となり、印加電圧Ｖが定格電圧Ｖ０よりも大きい場合には、ΔＴよりも大きな値となる。この実効点灯時間ΔＥを求めることにより、定格寿命Ｆ０に関するスケールと同一スケールでランプ２０の実効的な点灯時間を検討することが可能になる。
【００４２】
なお、上述したように、定格電圧Ｖ０と印加電圧Ｖとの比として、定格電圧Ｖ０を出力する際の制御指令値Ｓ０と印加電圧Ｖを出力すべき旨の制御指令値Ｓとの比を用いることによって同様の結果を得ることが可能である。すなわち、次の数６に従って実効点灯時間ΔＥを求めることが可能になる。
【００４３】
【数６】
0003792536.tif 000006
【００４４】
さらに、実効点灯時間積算部６３は、この実効点灯時間ΔＥを加算すること（言い換えれば積算すること）によって、実効点灯時間ΔＥの積算値を求める。具体的には、次の数７に従って、サンプリング周期ΔＴごとに実効点灯時間ΔＥを求め、その実効点灯時間ΔＥを単純に加算していくことによって積算値を求めることができる。
【００４５】
【数７】
0003792536.tif 000007
【００４６】
なお、数７は、より一般的には数８のように表現することができる。
【００４７】
【数８】
0003792536.tif 000008
【００４８】
さらに、判定部６４は、実効点灯時間ΔＥの積算値ＴＴとランプ２０の定格寿命Ｆ０とを比較して、ランプ２０の交換時期を決定する。これにより、定格寿命Ｆ０に関するスケールと同一スケールでランプ２０の交換時期を決定することができるので、容易にランプ２０の交換時期を判断することができる。
【００４９】
たとえば、積算値ＴＴが定格寿命Ｆ０と等しくなったときにランプ２０を交換することができる。あるいは、積算値ＴＴが定格寿命Ｆ０よりも所定時間だけ短い時間に到達したときにランプ２０を交換するようにしても良い。後者の場合には、余裕時間を考慮してランプ切れが生じる可能性をさらに低減することが可能である。
【００５０】
以上のように、この実施形態の熱処理装置１によれば、ランプ２０についての定格電圧とランプ２０に対する印加電圧Ｖとの比に基づいてランプ２０の対定格消耗度合いＢを求め、当該対定格消耗度合いＢをランプ２０の点灯時間ΔＴに乗じることにより実効点灯時間ΔＥを算出し、この実効点灯時間ΔＥを積算していくので、ランプ２０の消耗の度合いを正確に把握することができる。したがって、ランプ２０の寿命を正確に把握することが可能である。
【００５１】
＜３．その他＞
上記実施形態においては、ランプ２０に印加電圧Ｖの制御に関するサンプリング周期ΔＴごとに実効点灯時間ΔＥを求める場合について例示したが、制御上のサンプリング周期よりも大きな周期を実効点灯時間ΔＥを求める際のサンプリング周期ΔＴとして定め、同様の動作を行っても良い。ただし、より高精度に寿命を判定する場合には、上記実施形態のように、印加電圧Ｖの変動と同程度に小さなサンプリング周期ΔＴごとの実効点灯時間ΔＥを求め、その積算値を求めていくことが好ましい。
【００５２】
また、上記実施形態においては、印加電圧Ｖを制御する場合について説明したが、電力Ｐを制御するようにしてもよい。なお、電力Ｐを制御することと印加電圧Ｖを制御することとは等価である。
【００５３】
さらに、上記実施形態においては、熱処理装置としてランプアニール装置を例示したが、本発明はこれに限定されず、同様の光源を用いる熱ＣＶＤ装置などの各種の熱処理装置についても適用することができる。
【００５４】
【発明の効果】
以上のように、請求項１ないし請求項３に記載の熱処理装置によれば、光源についての定格電圧と光源に対する印加電圧との比に基づいて光源の対定格消耗度合いを求め、当該対定格消耗度合いを光源の点灯時間に乗じることにより実効点灯時間を算出し、その実効点灯時間を積算するので、光源の消耗の度合いを正確に把握することができる。したがって、光源の寿命を正確に把握することが可能である。
【００５５】
また、請求項１ないし請求項３に記載の熱処理装置によれば、ハロゲンランプを光源とする熱処装置において、その光源の寿命を数１にしたがって正確に把握することが可能である。
【００５６】
特に、請求項２に記載の熱処理装置によれば、定格電圧と印加電圧との比は、定格電圧を出力する際の制御指令と印加電圧を出力すべき旨の制御指令値との比として得られるので、定格電圧と印加電圧との比を簡易に得ることができる。
【００５７】
さらに、請求項３に記載の熱処理装置によれば、実効点灯時間の積算値と定格電圧における光源の平均寿命とを比較して光源の交換時期を決定するので、光源の交換時期を容易に判断することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る熱処理装置の構造を示す平面図である。
【図２】制御部６０の詳細構成等を示す図である。
【図３】幾つかの印加電圧Ｖに対する寿命Ｆを示す図である。
【図４】印加電圧Ｖと寿命Ｆとの関係を表すグラフである。
【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  温度計測部
ｔｄ  基板温度測定値
Ｓ，Ｓ０  制御指令値
ＴＴ  積算値
Ｖ  印加電圧
Ｖ０  定格電圧
Ｗ  基板
ΔＥ  実効点灯時間
ΔＴ  サンプリング周期
【図１】
0003792536.tif 000010
【図２】
0003792536.tif 000011
【図３】
0003792536.tif 000012
【図４】
0003792536.tif 000013