JP2003022978A - 基板処理装置 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 複数のヒータそれぞれに対応して得られる複
数の検出温度が互いに強く干渉し合う熱処理炉において
も、振動することなく精度良く制御し、かつ制御系の調
整が容易となる基板処理装置を得る。 【解決手段】 加算器ｄ１〜ｄ３により複数ゾーンにお
ける測定温度と複数のヒータｈ１〜ｈ３の温度設定値ｃ
１〜ｃ３をそれぞれ比較し、比較結果のそれぞれを複数
の調節部ｆ１〜ｆ３に入力して、電力制御信号ａ１〜ａ
３を演算し、干渉比率演算部２０により演算された電力
制御信号ａ１〜ａ３のそれぞれに各ゾーンが干渉し合う
割合を掛けて最終的な電力制御信号とする。
数の検出温度が互いに強く干渉し合う熱処理炉において
も、振動することなく精度良く制御し、かつ制御系の調
整が容易となる基板処理装置を得る。 【解決手段】 加算器ｄ１〜ｄ３により複数ゾーンにお
ける測定温度と複数のヒータｈ１〜ｈ３の温度設定値ｃ
１〜ｃ３をそれぞれ比較し、比較結果のそれぞれを複数
の調節部ｆ１〜ｆ３に入力して、電力制御信号ａ１〜ａ
３を演算し、干渉比率演算部２０により演算された電力
制御信号ａ１〜ａ３のそれぞれに各ゾーンが干渉し合う
割合を掛けて最終的な電力制御信号とする。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、複数の設定温度と
検出温度の偏差に基づいて、複数のヒータへの電力制御
信号を演算し、温度制御を行うようにした半導体製造装
置等を含む基板処理装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】例えば、枚葉装置などでは、熱処理炉に
シリコンウェーハ等の基板を収容し、炉内の温度を適切
な温度に維持もしくは炉内を指定した温度変化に追従さ
せ、反応ガスを供給して、基板上に薄膜を形成する。こ
のような半導体製造装置においては、熱処理炉の温度条
件が極めて重要であり、この温度制御の精度がウェーハ
膜の均一性に大きく影響する。図６は、このような半導
体製造装置の概略構成例を示す図である。図６に示した
熱処理炉１は、その内部に、薄膜を形成する基板２と、
基板２を支持するサセプタ３と、３つのゾーン（端ゾー
ン、中間ゾーン、中心ゾーン）に分割されたヒータｈ１
〜ｈ３を有する。これらヒータｈ１〜ｈ３は、それぞれ
の電力制御信号入力端から入力された信号によって個別
に加熱することができ、基板が存在する空間をできるだ
け速やかに、かつ、正確に設定された温度に保つことが
できるように構成されている。 【０００３】そして、この熱処理炉１内の温度を制御す
る方法として、従来では、設定温度ｃ１〜ｃ３の入力端
を備え、熱処理炉１内に取り付けられた温度センサｔ１
〜ｔ３と、温度センサｔ１〜ｔ３からの検出温度ｂ１〜
ｂ３と設定温度ｃ１〜ｃ３の偏差を出力する加算器ｄ１
〜ｄ３と、これら加算器ｄ１〜ｄ３の出力をそれぞれ独
立にＰＩＤ（比例・積分・微分）演算し、電力制御信号
ａ１〜ａ３を出力するＰＩＤ調節部ｆ１〜ｆ３とで構成
され，検出温度ｂ１〜ｂ３それぞれが設定温度ｃ１〜ｃ
３それぞれに維持されるようにヒータｈ１〜ｈ３それぞ
れの発熱量を加減する方法が用いられてきた。 【０００４】すなわち、ヒータｈ１〜ｈ３それぞれの制
御のために、温度センサｔ１〜ｔ３を設置し、それぞれ
のゾーン毎に独立に加算器ｄ１〜ｄ３とＰＩＤ調節部ｆ
１〜ｆ３でなるフィードバック制御を施している。その
ため、温度センサｔ１〜ｔ３は、基板２が存在する空間
全体の温度を考慮しつつ、それぞれ対応するヒータｈ１
〜ｈ３からの熱的な影響が強い位置に設置するのが通常
である。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、最近で
は薄膜の均一性に対する要求が厳しくなり、より正確な
温度制御が要求されるに従い、温度センサｔ１〜ｔ３が
熱処理炉１内の基板２により近い位置に設置されること
が多くなってきた。その場合、図６に示すような構成で
制御を行うと、３つのゾーン（中心、中間、端）間の相
互の熱的干渉が比較的強くなるため、図７に示すように
検出温度ｂ１〜ｂ３が振動してしまい、温度を良好に制
御することが難しくなってきた。また検出温度ｂ１〜ｂ
３の変化は電力制御信号ａ１〜ａ３の変化が相互に影響
しあった結果なので、ＰＩＤ調節部ｆ１〜ｆ３の調整が
困難となり、制御仕様を達成するためには多くの時間を
必要とする。 【０００６】なお、従来より、複数の設定温度と検出温
度の偏差に基づいて、複数のヒータへの電力制御信号を
演算し、温度制御を行うようにした基板処理装置とし
て、特開２０００−１８３０７２号公報が知られてい
る。この公報に示される図１では、ＰＩＤによる温度制
御と、干渉行列および近似関数による温度制御を切替え
て制御する装置の構成を示しているが、近似関数を予め
求めて装置に登録し、制御しなければならず、即ち近似
関数が必要不可欠であって、予めデータ取得により求め
ておかなければならず、手間がかかるという問題があ
る。 【０００７】また、同公報の図１０では、パラメータ補
正値出力部９Ｃで干渉率を掛け、パターン発生部の近似
関数で演算した後、ＰＩＤ制御部に入力される構成を示
しているが、かかる構成では、端子ｂｉからの主温度検
出値→加算器１−ｉ→パラメータ補正値出力部９Ｃ→パ
ターン発生部８Ａ−ｉ→切替器６−ｉによって干渉行列
及び近似関数により求められる制御量は、端子ｃｉの目
標値となり、このｃｉ目標値と端子ｃｉからの副温度検
出値が加算器４−ｉにより比較され、その比較値がＰＩ
Ｄ調節部１２−ｉに入り、その演算結果をヒータ制御量
としている結果、図１０に示す構成は端子ｃｉでの温度
を目標値とするための制御構成を示すものであり、本発
明の課題とは異なるものである。 【０００８】本発明は、上記事情に鑑みて為されたもの
で、複数のヒータそれぞれに対応して得られる複数の検
出温度が互いに強く干渉し合う熱処理炉においても、振
動することなく精度良く制御し、かつ制御系の調整が容
易となる基板処理装置を得ることを目的とする。 【０００９】 【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、基板を加熱する複数の加熱手段を前記
基板が加熱される複数ゾーンそれぞれに対応して設け、
これら加熱手段により加熱される前記複数ゾーンそれぞ
れの温度を測定し、該測定温度に基づいて前記複数の加
熱手段への電力供給量をそれぞれ制御する基板処理装置
において、前記複数ゾーンにおける測定温度と前記複数
の加熱手段の温度設定値をそれぞれ比較する比較手段
と、前記比較手段により比較された比較結果のそれぞれ
が入力され、電力制御信号を演算する少なくとも積分
（Ｉ）要素を有する複数の調節部と、前記複数の調節部
それぞれにより演算された電力制御信号が入力され、前
記電力制御信号のそれぞれに各ゾーンが干渉し合う割合
を掛けて最終的な電力制御信号とすることにより、前記
複数の加熱手段への電力量を調整する干渉比率演算部と
を備えたことを特徴とするものである。 【００１０】このような構成において、比較手段は、複
数ゾーンにおける測定温度と複数の加熱手段の温度設定
値をそれぞれ比較する。複数の調節部は、前記比較手段
により比較された比較結果のそれぞれが入力され、電力
制御信号を演算する。干渉比率演算部は、前記複数の調
節部それぞれにより演算された電力制御信号が入力さ
れ、前記電力制御信号のそれぞれに各ゾーンが干渉し合
う割合を掛けて最終的な電力制御信号とすることによ
り、前記複数の加熱手段への電力量を調整する。そし
て、これにより、複数のヒータそれぞれに対応して得ら
れる複数の検出温度が互いに強く干渉し合う熱処理炉に
おいても、振動することなく精度良く制御し、かつ制御
系の調整が容易となる基板処理装置を得ることができ
る。 【００１１】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る
基板処理装置を半導体製造装置に例をとって示した構成
図である。図１において、図６に示す従来例と同一部分
は同一符号を付してその説明は省略する。新たな符号と
して、干渉比率演算部２０は、ＰＩＤ調節部ｆ１〜ｆ３
とヒータｈ１〜ｈ３との間に設けられ、予め取得した電
力制御信号ａ１〜ａ３から検出温度ｂ１〜ｂ３への伝達
ゲイン行列を内部メモリに有し、その伝達ゲイン行列の
逆行列を用いて電力制御信号ａ１〜ａ３に干渉補償演算
を行い、新たな電力制御信号ｘ１〜ｘ３を出力するもの
である。 【００１２】ここで述べている伝達ゲインとは、熱源か
ら温度センサへの熱の影響の度合いを示すものであり、
伝達ゲイン行列とは１つの熱源と１つの温度センサの伝
達ゲインを、とり得る全ての対に対して求め、それらを
行列で表したものである。図２に示すように、全ての温
度センサで得られる検出温度ｂ１〜ｂ３は、全ての熱源
の影響の和で表されるという考え方に基づいている。す
なわち、例えばヒータｈ１から温度センサｔ１への影響
度は、ヒータｈ１の発熱量を表す電力制御信号ａ１の変
化のＧ11がｔ１の検出温度ｂ１の変化に現れるとし、伝
達ゲインＧ11で表される。そして、電力制御信号ａ１の
変化のＧ11倍、電力制御信号ａ２の変化のＧ12倍、電力
制御信号ａ３の変化のＧ13倍の総和が、温度センサｔ１
の温度ｂ１の変化に現れる。以下、温度センサｔ２、ｔ
３の検出温度ｂ２、ｂ３も同様である。このことを式で
表すと以下になる。 【数１】 【００１３】干渉比率演算部２は、具体的には例えば次
のように構成される。図３（ａ）は、干渉比率演算部の
構成の第１の具体例としての干渉比率演算部２０Ａを示
す図である。演算器２０１は、３つの入力信号を適当な
時間間隔でサンプルし、次式に従って算出し、離散値の
ままか、または連続値に変換して出力するものである。 【数２】 ただし、out1…out3は３つの出力、in1…in3は3つの入
力、G-1は前述の伝達ゲイン行列の逆行列である。 【００１４】ここで、具体的な数値を用いて、干渉比率
演算部２０Ａの作用について説明する。まず、新たな電
力制御信号ｘ１〜ｘ３から検出温度ｂ１〜ｂ３への伝達
ゲイン行列Ｇを以下のようにする。 【数３】 この伝達行列は、新たな電力制御信号ｘ１が＋１だけ変
化したとき、検出温度ｂ１、ｂ２、ｂ３がそれぞれ＋
１．０、＋０．５、＋０．２だけ変化することを示して
いる。それは、熱干渉が新たな電力制御信号ｘ１に基づ
いて検出温度ｂ２と検出温度ｂ３に対して存在し、そし
て、その外の熱干渉は無いことを示している。ここで、
ＰＩＤ調節部ｆ１〜ｆ３の出力である電力制御信号ａ
１、ａ２、ａ３がそれぞれ＋１、＋２、＋３であったと
する。ＰＩＤ調節部ｆ１〜ｆ３は、検出温度ｂ１、ｂ
２、ｂ３をそれぞれ＋１、＋２、＋３だけ変化させよう
としている、と考えることができる。 【００１５】このとき、従来の構成では、電力制御信号
ａ１〜ａ３がそのまま電力制御信号となるため、 【数４】 となり、検出温度ｂ１、ｂ２、ｂ３はそれぞれ＋１、＋
２．５、＋３．２となってしまう。本実施の形態の場
合、干渉比率演算部２０Ａによる干渉補償演算が行われ
るので、この場合、 【数５】 から、新たな電力制御信号ｘ１、ｘ２、ｘ３はそれぞれ
＋１、＋１．５、＋２．８となる。 【００１６】この新たな電力制御信号ｘ１〜ｘ３がヒー
タｈ１〜ｈ３に直接与えられる最終的な電力制御信号と
なるので、 【数６】 となり、検出温度ｂ１、ｂ２、ｂ３をそれぞれ＋１、＋
２、＋３と思惑どおりに変化させることができる。 【００１７】図３（ｂ）は、干渉比率演算部の構成の第
２の具他例としての干渉比率演算部２０Ｂを示す図であ
る。演算器２０１は図３（ａ）と同じである。２１１〜
２１３はそれぞれいわゆる平滑器であり、入力信号の高
周波成分を除去するものである。電力制御信号ａ１〜ａ
３に高周波の雑音が加わっていた場合、後段の変換器２
０１の結果が正しく干渉を補償するものではなくなるた
め、予め演算器２０１の前段に平滑器２１１〜２１３を
設置し、高周波成分を除去する構成とした。 【００１８】図３（ｃ）は、干渉比率演算部の構成の第
３の具体例としての干渉比率演算部２０Ｃを示す図であ
る。演算器２０１は図３（ａ）と同じである。２２１〜
２２３は電力制御信号の次元から温度の次元への変換テ
ーブルである。演算器２０１は、前述した伝達ゲイン行
列の定義から、入力が温度の次元であり出力が電力制御
信号の次元である。しかし、図６においてＰＩＤ調節部
ｆ１〜ｆ３の出力であるａ１〜ａ３は電力制御信号の次
元である。そのため、図１の構成で図３（ａ）の構成を
用いると、ＰＩＤ調節部ｆ１〜ｆ３の出力の次元と干渉
比率演算部２０Ａの入力次元が異なり、ＰＩＤ調節部ｆ
１〜ｆ３がうまく適合しない可能性がある。そのため変
換テーブル２２１〜２２３の処理をすることによってそ
の不具合を未然に防ぐ構成とした。また、ヒータｈ１〜
ｈ３の非線形性が無視できない場合でも、次元変換テー
ブル２２１〜２２３にその特性を反映できるので、非線
形性を補償することができる。 【００１９】図３（ｄ）は、干渉比率演算部の構成の第
４の具体例としての干渉比率演算部２０Ｄを示す図であ
る。２０１Ａは図３（ａ）と同じであるが、使用する伝
達ゲイン行列の逆行列を複数だけあらかじめ取得してお
き内部メモリに有している。複数の行列は、例えば、１
００℃のもの、２００℃のものというように、温度別に
取得したものである。そして、演算に用いる行列は、後
述するセレクタ２３２の指示に従っていくつかの行列の
うち一つを選ぶようになっている。２３１は、３つの入
力信号を適当な時間間隔でサンプルし、次式に従って算
出し、離散値のままか、または連続値に変換して出力す
る演算器である。 【数７】 ただし、out1…out3は３つの出力、in1…in3は3つの入
力、Gは前述の伝達ゲイン行列である。 【００２０】そして、演算器２０１Ａと同様に、複数の
伝達ゲイン行列を予め取得しておき内部メモリに有して
おり、演算に用いる行列は、後述するセレクタ２３２の
指示に従っていくつかの行列のうち一つを選ぶようにな
っている。セレクタ２３２は、設定温度ｃ１〜ｃ３の情
報を基に、演算器２０１Ａや演算器２３１が使用すべき
行列を選んで指示するものである。 【００２１】例えば、設定温度ｃ１〜ｃ３が１００℃付
近であれば１００℃の行列を使用するように指示する。
例えば、設定温度ｃ１〜ｃ３が２００℃付近であれば２
００℃の行列を使用するように指示する。セレクタ２３
２は、予め幾つかの設定温度ｃ１〜ｃ３で定常状態に制
御されたときの新たな電力制御信号ｘ１〜ｘ３の定常値
を取得しておき、その温度が設定されたとき対応する定
常値を出力するものである。出力された定常値は、加算
器２３４〜２３６を介して新たな電力制御信号ｘ１〜ｘ
３に加算される。また、出力された定常値は、演算器２
３１によって演算処理される。 【００２２】演算器２３１の出力は、電力制御信号ａ１
〜ａ３に対応する定常値というべきものであり、減算器
２３７〜２３９によって電力制御信号ａ１〜ａ３からそ
の値を減ずることにより、電力制御信号ａ１〜ａ３の定
常値からの偏差が演算器２０１Ａへ入力されるような構
成になっている。 【００２３】このように構成することにより、演算器２
０１Ａで行われる行列演算は定常値からの偏差に対して
行われるようになる。したがって、予め取得した伝達ゲ
イン行列Ｇに誤差があった場合でも、その誤差の影響が
新たな電力制御信号ｘ１〜ｘ３に現れる不具合を少なく
することができる。さらに、演算器２０１Ａ、２３１に
複数の伝達ゲイン行列を持たせて選ばせることにより、
温度に対する干渉特性の非線形性が無視できない場合で
も、その悪影響を小さくすることができる。 【００２４】ところで、現実にヒータｈ１〜ｈ３を制御
する場合には、コストや安全性などの制約から、新たな
電力制御信号ｘ１〜ｘ３の値に上下限を設けることが必
要である。そこで実際の制御では、リミッタ（制限器）
が制御装置内に設けられる。そのような場合、図１のＰ
ＩＤ調節部ｆ１〜ｆ３のように、設定温度と検出温度の
偏差を無くすために積分演算を用いる制御構成には、い
わゆるリセットワインドアップ対策が必要である。 【００２５】図４は、図１の構成の場合の、リセットワ
インドアップ対策の構成例である。図４には、設定温度
ｃ１、電力制御信号ａ１、新たな電力制御信号ｘ１と、
１ゾーンのみ図示されているが、他のゾーンにも同様な
構成にすることができる。ｇ１は、新たな電力制御信号
ｘ１の値域にある一定の制限をし、ｙ１を出力する出力
制限部である。ｓ１は、出力制限部ｇ１の入力値と出力
値の差を得る減算器である。干渉比率演算部２０で行わ
れる干渉補償演算によって電力制御信号ａ１と新たな電
力制御信号ｘ１の値は異なるが、減算器ｓ１の出力を、
ＰＩＤ調節部ｆ１の積分演算に反映させることで、干渉
比率演算部２０が無い場合と同様に、リセットワインド
アップ現象を未然に防ぐことができる。 【００２６】干渉比率演算部２０から出力される新たな
電力制御信号ｘ１〜ｘ３は、他のゾーンからの熱干渉を
予め考慮されている値である。検出温度ｂ１〜ｂ３のう
ち１つが設定温度から離れるなどして、ＰＩＤ調節部ｆ
１〜ｆ３の出力である電力制御信号ａ１〜ａ３のうち１
つが大きく変化したとしても、新たな電力制御信号ｘ１
〜ｘ３のすべてが効率的に変化して速やかに制御するこ
とができる。したがって、図５に示すごとく制御性の悪
化を防ぎ、安定的に温度制御することができる。 【００２７】またＰＩＤ調節部ｆ１〜ｆ３の設計仕様の
変化が、あたかも熱干渉が無いかのように、対応する検
出温度ｂ１〜ｂ３に表れるため、ＰＩＤ調節部ｆ１〜ｆ
３の調節が容易となる。なお、本発明は、半導体製造装
置として枚葉装置を例に挙げて説明したが、その外に
も、制御すべき複数の制御手段を持ち、制御量が互いに
干渉し合う装置ならば適用できる。 【００２８】 【発明の効果】以上に詳述したように、本発明によれ
ば、複数のヒータそれぞれに対応して得られる複数の検
出温度が互いに強く干渉し合う熱処理炉においても、振
動することなく精度良く制御し、かつ制御系の調整が容
易となる基板処理装置を得ることができるという効果を
奏する。
検出温度の偏差に基づいて、複数のヒータへの電力制御
信号を演算し、温度制御を行うようにした半導体製造装
置等を含む基板処理装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】例えば、枚葉装置などでは、熱処理炉に
シリコンウェーハ等の基板を収容し、炉内の温度を適切
な温度に維持もしくは炉内を指定した温度変化に追従さ
せ、反応ガスを供給して、基板上に薄膜を形成する。こ
のような半導体製造装置においては、熱処理炉の温度条
件が極めて重要であり、この温度制御の精度がウェーハ
膜の均一性に大きく影響する。図６は、このような半導
体製造装置の概略構成例を示す図である。図６に示した
熱処理炉１は、その内部に、薄膜を形成する基板２と、
基板２を支持するサセプタ３と、３つのゾーン（端ゾー
ン、中間ゾーン、中心ゾーン）に分割されたヒータｈ１
〜ｈ３を有する。これらヒータｈ１〜ｈ３は、それぞれ
の電力制御信号入力端から入力された信号によって個別
に加熱することができ、基板が存在する空間をできるだ
け速やかに、かつ、正確に設定された温度に保つことが
できるように構成されている。 【０００３】そして、この熱処理炉１内の温度を制御す
る方法として、従来では、設定温度ｃ１〜ｃ３の入力端
を備え、熱処理炉１内に取り付けられた温度センサｔ１
〜ｔ３と、温度センサｔ１〜ｔ３からの検出温度ｂ１〜
ｂ３と設定温度ｃ１〜ｃ３の偏差を出力する加算器ｄ１
〜ｄ３と、これら加算器ｄ１〜ｄ３の出力をそれぞれ独
立にＰＩＤ（比例・積分・微分）演算し、電力制御信号
ａ１〜ａ３を出力するＰＩＤ調節部ｆ１〜ｆ３とで構成
され，検出温度ｂ１〜ｂ３それぞれが設定温度ｃ１〜ｃ
３それぞれに維持されるようにヒータｈ１〜ｈ３それぞ
れの発熱量を加減する方法が用いられてきた。 【０００４】すなわち、ヒータｈ１〜ｈ３それぞれの制
御のために、温度センサｔ１〜ｔ３を設置し、それぞれ
のゾーン毎に独立に加算器ｄ１〜ｄ３とＰＩＤ調節部ｆ
１〜ｆ３でなるフィードバック制御を施している。その
ため、温度センサｔ１〜ｔ３は、基板２が存在する空間
全体の温度を考慮しつつ、それぞれ対応するヒータｈ１
〜ｈ３からの熱的な影響が強い位置に設置するのが通常
である。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、最近で
は薄膜の均一性に対する要求が厳しくなり、より正確な
温度制御が要求されるに従い、温度センサｔ１〜ｔ３が
熱処理炉１内の基板２により近い位置に設置されること
が多くなってきた。その場合、図６に示すような構成で
制御を行うと、３つのゾーン（中心、中間、端）間の相
互の熱的干渉が比較的強くなるため、図７に示すように
検出温度ｂ１〜ｂ３が振動してしまい、温度を良好に制
御することが難しくなってきた。また検出温度ｂ１〜ｂ
３の変化は電力制御信号ａ１〜ａ３の変化が相互に影響
しあった結果なので、ＰＩＤ調節部ｆ１〜ｆ３の調整が
困難となり、制御仕様を達成するためには多くの時間を
必要とする。 【０００６】なお、従来より、複数の設定温度と検出温
度の偏差に基づいて、複数のヒータへの電力制御信号を
演算し、温度制御を行うようにした基板処理装置とし
て、特開２０００−１８３０７２号公報が知られてい
る。この公報に示される図１では、ＰＩＤによる温度制
御と、干渉行列および近似関数による温度制御を切替え
て制御する装置の構成を示しているが、近似関数を予め
求めて装置に登録し、制御しなければならず、即ち近似
関数が必要不可欠であって、予めデータ取得により求め
ておかなければならず、手間がかかるという問題があ
る。 【０００７】また、同公報の図１０では、パラメータ補
正値出力部９Ｃで干渉率を掛け、パターン発生部の近似
関数で演算した後、ＰＩＤ制御部に入力される構成を示
しているが、かかる構成では、端子ｂｉからの主温度検
出値→加算器１−ｉ→パラメータ補正値出力部９Ｃ→パ
ターン発生部８Ａ−ｉ→切替器６−ｉによって干渉行列
及び近似関数により求められる制御量は、端子ｃｉの目
標値となり、このｃｉ目標値と端子ｃｉからの副温度検
出値が加算器４−ｉにより比較され、その比較値がＰＩ
Ｄ調節部１２−ｉに入り、その演算結果をヒータ制御量
としている結果、図１０に示す構成は端子ｃｉでの温度
を目標値とするための制御構成を示すものであり、本発
明の課題とは異なるものである。 【０００８】本発明は、上記事情に鑑みて為されたもの
で、複数のヒータそれぞれに対応して得られる複数の検
出温度が互いに強く干渉し合う熱処理炉においても、振
動することなく精度良く制御し、かつ制御系の調整が容
易となる基板処理装置を得ることを目的とする。 【０００９】 【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、基板を加熱する複数の加熱手段を前記
基板が加熱される複数ゾーンそれぞれに対応して設け、
これら加熱手段により加熱される前記複数ゾーンそれぞ
れの温度を測定し、該測定温度に基づいて前記複数の加
熱手段への電力供給量をそれぞれ制御する基板処理装置
において、前記複数ゾーンにおける測定温度と前記複数
の加熱手段の温度設定値をそれぞれ比較する比較手段
と、前記比較手段により比較された比較結果のそれぞれ
が入力され、電力制御信号を演算する少なくとも積分
（Ｉ）要素を有する複数の調節部と、前記複数の調節部
それぞれにより演算された電力制御信号が入力され、前
記電力制御信号のそれぞれに各ゾーンが干渉し合う割合
を掛けて最終的な電力制御信号とすることにより、前記
複数の加熱手段への電力量を調整する干渉比率演算部と
を備えたことを特徴とするものである。 【００１０】このような構成において、比較手段は、複
数ゾーンにおける測定温度と複数の加熱手段の温度設定
値をそれぞれ比較する。複数の調節部は、前記比較手段
により比較された比較結果のそれぞれが入力され、電力
制御信号を演算する。干渉比率演算部は、前記複数の調
節部それぞれにより演算された電力制御信号が入力さ
れ、前記電力制御信号のそれぞれに各ゾーンが干渉し合
う割合を掛けて最終的な電力制御信号とすることによ
り、前記複数の加熱手段への電力量を調整する。そし
て、これにより、複数のヒータそれぞれに対応して得ら
れる複数の検出温度が互いに強く干渉し合う熱処理炉に
おいても、振動することなく精度良く制御し、かつ制御
系の調整が容易となる基板処理装置を得ることができ
る。 【００１１】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る
基板処理装置を半導体製造装置に例をとって示した構成
図である。図１において、図６に示す従来例と同一部分
は同一符号を付してその説明は省略する。新たな符号と
して、干渉比率演算部２０は、ＰＩＤ調節部ｆ１〜ｆ３
とヒータｈ１〜ｈ３との間に設けられ、予め取得した電
力制御信号ａ１〜ａ３から検出温度ｂ１〜ｂ３への伝達
ゲイン行列を内部メモリに有し、その伝達ゲイン行列の
逆行列を用いて電力制御信号ａ１〜ａ３に干渉補償演算
を行い、新たな電力制御信号ｘ１〜ｘ３を出力するもの
である。 【００１２】ここで述べている伝達ゲインとは、熱源か
ら温度センサへの熱の影響の度合いを示すものであり、
伝達ゲイン行列とは１つの熱源と１つの温度センサの伝
達ゲインを、とり得る全ての対に対して求め、それらを
行列で表したものである。図２に示すように、全ての温
度センサで得られる検出温度ｂ１〜ｂ３は、全ての熱源
の影響の和で表されるという考え方に基づいている。す
なわち、例えばヒータｈ１から温度センサｔ１への影響
度は、ヒータｈ１の発熱量を表す電力制御信号ａ１の変
化のＧ11がｔ１の検出温度ｂ１の変化に現れるとし、伝
達ゲインＧ11で表される。そして、電力制御信号ａ１の
変化のＧ11倍、電力制御信号ａ２の変化のＧ12倍、電力
制御信号ａ３の変化のＧ13倍の総和が、温度センサｔ１
の温度ｂ１の変化に現れる。以下、温度センサｔ２、ｔ
３の検出温度ｂ２、ｂ３も同様である。このことを式で
表すと以下になる。 【数１】 【００１３】干渉比率演算部２は、具体的には例えば次
のように構成される。図３（ａ）は、干渉比率演算部の
構成の第１の具体例としての干渉比率演算部２０Ａを示
す図である。演算器２０１は、３つの入力信号を適当な
時間間隔でサンプルし、次式に従って算出し、離散値の
ままか、または連続値に変換して出力するものである。 【数２】 ただし、out1…out3は３つの出力、in1…in3は3つの入
力、G-1は前述の伝達ゲイン行列の逆行列である。 【００１４】ここで、具体的な数値を用いて、干渉比率
演算部２０Ａの作用について説明する。まず、新たな電
力制御信号ｘ１〜ｘ３から検出温度ｂ１〜ｂ３への伝達
ゲイン行列Ｇを以下のようにする。 【数３】 この伝達行列は、新たな電力制御信号ｘ１が＋１だけ変
化したとき、検出温度ｂ１、ｂ２、ｂ３がそれぞれ＋
１．０、＋０．５、＋０．２だけ変化することを示して
いる。それは、熱干渉が新たな電力制御信号ｘ１に基づ
いて検出温度ｂ２と検出温度ｂ３に対して存在し、そし
て、その外の熱干渉は無いことを示している。ここで、
ＰＩＤ調節部ｆ１〜ｆ３の出力である電力制御信号ａ
１、ａ２、ａ３がそれぞれ＋１、＋２、＋３であったと
する。ＰＩＤ調節部ｆ１〜ｆ３は、検出温度ｂ１、ｂ
２、ｂ３をそれぞれ＋１、＋２、＋３だけ変化させよう
としている、と考えることができる。 【００１５】このとき、従来の構成では、電力制御信号
ａ１〜ａ３がそのまま電力制御信号となるため、 【数４】 となり、検出温度ｂ１、ｂ２、ｂ３はそれぞれ＋１、＋
２．５、＋３．２となってしまう。本実施の形態の場
合、干渉比率演算部２０Ａによる干渉補償演算が行われ
るので、この場合、 【数５】 から、新たな電力制御信号ｘ１、ｘ２、ｘ３はそれぞれ
＋１、＋１．５、＋２．８となる。 【００１６】この新たな電力制御信号ｘ１〜ｘ３がヒー
タｈ１〜ｈ３に直接与えられる最終的な電力制御信号と
なるので、 【数６】 となり、検出温度ｂ１、ｂ２、ｂ３をそれぞれ＋１、＋
２、＋３と思惑どおりに変化させることができる。 【００１７】図３（ｂ）は、干渉比率演算部の構成の第
２の具他例としての干渉比率演算部２０Ｂを示す図であ
る。演算器２０１は図３（ａ）と同じである。２１１〜
２１３はそれぞれいわゆる平滑器であり、入力信号の高
周波成分を除去するものである。電力制御信号ａ１〜ａ
３に高周波の雑音が加わっていた場合、後段の変換器２
０１の結果が正しく干渉を補償するものではなくなるた
め、予め演算器２０１の前段に平滑器２１１〜２１３を
設置し、高周波成分を除去する構成とした。 【００１８】図３（ｃ）は、干渉比率演算部の構成の第
３の具体例としての干渉比率演算部２０Ｃを示す図であ
る。演算器２０１は図３（ａ）と同じである。２２１〜
２２３は電力制御信号の次元から温度の次元への変換テ
ーブルである。演算器２０１は、前述した伝達ゲイン行
列の定義から、入力が温度の次元であり出力が電力制御
信号の次元である。しかし、図６においてＰＩＤ調節部
ｆ１〜ｆ３の出力であるａ１〜ａ３は電力制御信号の次
元である。そのため、図１の構成で図３（ａ）の構成を
用いると、ＰＩＤ調節部ｆ１〜ｆ３の出力の次元と干渉
比率演算部２０Ａの入力次元が異なり、ＰＩＤ調節部ｆ
１〜ｆ３がうまく適合しない可能性がある。そのため変
換テーブル２２１〜２２３の処理をすることによってそ
の不具合を未然に防ぐ構成とした。また、ヒータｈ１〜
ｈ３の非線形性が無視できない場合でも、次元変換テー
ブル２２１〜２２３にその特性を反映できるので、非線
形性を補償することができる。 【００１９】図３（ｄ）は、干渉比率演算部の構成の第
４の具体例としての干渉比率演算部２０Ｄを示す図であ
る。２０１Ａは図３（ａ）と同じであるが、使用する伝
達ゲイン行列の逆行列を複数だけあらかじめ取得してお
き内部メモリに有している。複数の行列は、例えば、１
００℃のもの、２００℃のものというように、温度別に
取得したものである。そして、演算に用いる行列は、後
述するセレクタ２３２の指示に従っていくつかの行列の
うち一つを選ぶようになっている。２３１は、３つの入
力信号を適当な時間間隔でサンプルし、次式に従って算
出し、離散値のままか、または連続値に変換して出力す
る演算器である。 【数７】 ただし、out1…out3は３つの出力、in1…in3は3つの入
力、Gは前述の伝達ゲイン行列である。 【００２０】そして、演算器２０１Ａと同様に、複数の
伝達ゲイン行列を予め取得しておき内部メモリに有して
おり、演算に用いる行列は、後述するセレクタ２３２の
指示に従っていくつかの行列のうち一つを選ぶようにな
っている。セレクタ２３２は、設定温度ｃ１〜ｃ３の情
報を基に、演算器２０１Ａや演算器２３１が使用すべき
行列を選んで指示するものである。 【００２１】例えば、設定温度ｃ１〜ｃ３が１００℃付
近であれば１００℃の行列を使用するように指示する。
例えば、設定温度ｃ１〜ｃ３が２００℃付近であれば２
００℃の行列を使用するように指示する。セレクタ２３
２は、予め幾つかの設定温度ｃ１〜ｃ３で定常状態に制
御されたときの新たな電力制御信号ｘ１〜ｘ３の定常値
を取得しておき、その温度が設定されたとき対応する定
常値を出力するものである。出力された定常値は、加算
器２３４〜２３６を介して新たな電力制御信号ｘ１〜ｘ
３に加算される。また、出力された定常値は、演算器２
３１によって演算処理される。 【００２２】演算器２３１の出力は、電力制御信号ａ１
〜ａ３に対応する定常値というべきものであり、減算器
２３７〜２３９によって電力制御信号ａ１〜ａ３からそ
の値を減ずることにより、電力制御信号ａ１〜ａ３の定
常値からの偏差が演算器２０１Ａへ入力されるような構
成になっている。 【００２３】このように構成することにより、演算器２
０１Ａで行われる行列演算は定常値からの偏差に対して
行われるようになる。したがって、予め取得した伝達ゲ
イン行列Ｇに誤差があった場合でも、その誤差の影響が
新たな電力制御信号ｘ１〜ｘ３に現れる不具合を少なく
することができる。さらに、演算器２０１Ａ、２３１に
複数の伝達ゲイン行列を持たせて選ばせることにより、
温度に対する干渉特性の非線形性が無視できない場合で
も、その悪影響を小さくすることができる。 【００２４】ところで、現実にヒータｈ１〜ｈ３を制御
する場合には、コストや安全性などの制約から、新たな
電力制御信号ｘ１〜ｘ３の値に上下限を設けることが必
要である。そこで実際の制御では、リミッタ（制限器）
が制御装置内に設けられる。そのような場合、図１のＰ
ＩＤ調節部ｆ１〜ｆ３のように、設定温度と検出温度の
偏差を無くすために積分演算を用いる制御構成には、い
わゆるリセットワインドアップ対策が必要である。 【００２５】図４は、図１の構成の場合の、リセットワ
インドアップ対策の構成例である。図４には、設定温度
ｃ１、電力制御信号ａ１、新たな電力制御信号ｘ１と、
１ゾーンのみ図示されているが、他のゾーンにも同様な
構成にすることができる。ｇ１は、新たな電力制御信号
ｘ１の値域にある一定の制限をし、ｙ１を出力する出力
制限部である。ｓ１は、出力制限部ｇ１の入力値と出力
値の差を得る減算器である。干渉比率演算部２０で行わ
れる干渉補償演算によって電力制御信号ａ１と新たな電
力制御信号ｘ１の値は異なるが、減算器ｓ１の出力を、
ＰＩＤ調節部ｆ１の積分演算に反映させることで、干渉
比率演算部２０が無い場合と同様に、リセットワインド
アップ現象を未然に防ぐことができる。 【００２６】干渉比率演算部２０から出力される新たな
電力制御信号ｘ１〜ｘ３は、他のゾーンからの熱干渉を
予め考慮されている値である。検出温度ｂ１〜ｂ３のう
ち１つが設定温度から離れるなどして、ＰＩＤ調節部ｆ
１〜ｆ３の出力である電力制御信号ａ１〜ａ３のうち１
つが大きく変化したとしても、新たな電力制御信号ｘ１
〜ｘ３のすべてが効率的に変化して速やかに制御するこ
とができる。したがって、図５に示すごとく制御性の悪
化を防ぎ、安定的に温度制御することができる。 【００２７】またＰＩＤ調節部ｆ１〜ｆ３の設計仕様の
変化が、あたかも熱干渉が無いかのように、対応する検
出温度ｂ１〜ｂ３に表れるため、ＰＩＤ調節部ｆ１〜ｆ
３の調節が容易となる。なお、本発明は、半導体製造装
置として枚葉装置を例に挙げて説明したが、その外に
も、制御すべき複数の制御手段を持ち、制御量が互いに
干渉し合う装置ならば適用できる。 【００２８】 【発明の効果】以上に詳述したように、本発明によれ
ば、複数のヒータそれぞれに対応して得られる複数の検
出温度が互いに強く干渉し合う熱処理炉においても、振
動することなく精度良く制御し、かつ制御系の調整が容
易となる基板処理装置を得ることができるという効果を
奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における基板処理装置の概
略構成図である。 【図２】複数の温度センサそれぞれにおける複数の熱源
の影響を示す説明図である。 【図３】干渉比率演算部の具体例を示すブロック図であ
る。 【図４】リセットワインドアップ対策の構成例を示すブ
ロック図である。 【図５】実施の形態の動作結果を示すタイムチャートで
ある。 【図６】従来の基板処理装置の概略構成図である。 【図７】従来技術の動作を示す図である。 【符号の説明】 １ 熱処理炉、２ 基板、３ サセプタ、２０，２０
Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ 干渉比率演算部、２０
１，２０１Ａ、２３１ 演算器、２１１〜２１３平滑
器、２２１〜２２３ 次元変換テーブル、２３２ セレ
クタ、２３３ 定常値テーブル、ａ１〜ａ３，ｘ１〜ｘ
３ 電力制御信号、ｂ１〜ｂ３ 検出温度、ｃ１〜ｃ３
設定温度、ｄ１〜ｄ３ 加算器、ｇ１ 出力制限部、
ｈ１〜ｈ３ヒータ、ｓ１ 減算器、ｔ１〜ｔ３ 温度セ
ンサ。
略構成図である。 【図２】複数の温度センサそれぞれにおける複数の熱源
の影響を示す説明図である。 【図３】干渉比率演算部の具体例を示すブロック図であ
る。 【図４】リセットワインドアップ対策の構成例を示すブ
ロック図である。 【図５】実施の形態の動作結果を示すタイムチャートで
ある。 【図６】従来の基板処理装置の概略構成図である。 【図７】従来技術の動作を示す図である。 【符号の説明】 １ 熱処理炉、２ 基板、３ サセプタ、２０，２０
Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ 干渉比率演算部、２０
１，２０１Ａ、２３１ 演算器、２１１〜２１３平滑
器、２２１〜２２３ 次元変換テーブル、２３２ セレ
クタ、２３３ 定常値テーブル、ａ１〜ａ３，ｘ１〜ｘ
３ 電力制御信号、ｂ１〜ｂ３ 検出温度、ｃ１〜ｃ３
設定温度、ｄ１〜ｄ３ 加算器、ｇ１ 出力制限部、
ｈ１〜ｈ３ヒータ、ｓ１ 減算器、ｔ１〜ｔ３ 温度セ
ンサ。
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 4K056 AA09 BB05 CA18 FA04
5F045 BB02 EK07 EK22 GB05 GB17
5H004 GA03 GA05 GB15 HA01 HB01
JA22 JB08 KA52 KA71 KB02
KB04 KB06
5H323 AA27 BB02 CA06 CB02 CB42
DA01 FF01 FF10 HH02 KK05
LL01 LL02 LL11 MM06
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 基板を加熱する複数の加熱手段を前記基
板が加熱される複数ゾーンそれぞれに対応して設け、こ
れら加熱手段により加熱される前記複数ゾーンそれぞれ
の温度を測定し、該測定温度に基づいて前記複数の加熱
手段への電力供給量をそれぞれ制御する基板処理装置に
おいて、 前記複数ゾーンにおける測定温度と前記複数の加熱手段
の温度設定値をそれぞれ比較する比較手段と、前記比較
手段により比較された比較結果のそれぞれが入力され、
電力制御信号を演算する少なくとも積分要素を有する複
数の調節部と、前記複数の調節部それぞれにより演算さ
れた電力制御信号が入力され、前記電力制御信号のそれ
ぞれに各ゾーンが干渉し合う割合を掛けて最終的な電力
制御信号とすることにより、前記複数の加熱手段への電
力量を調整する干渉比率演算部とを備えたことを特徴と
する基板処理装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001209875A JP2003022978A (ja) | 2001-07-10 | 2001-07-10 | 基板処理装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001209875A JP2003022978A (ja) | 2001-07-10 | 2001-07-10 | 基板処理装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003022978A true JP2003022978A (ja) | 2003-01-24 |
Family
ID=19045458
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001209875A Withdrawn JP2003022978A (ja) | 2001-07-10 | 2001-07-10 | 基板処理装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003022978A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006093194A (ja) * | 2004-09-21 | 2006-04-06 | Hitachi Kokusai Electric Inc | 基板処理装置 |
| JP2006220408A (ja) * | 2005-01-17 | 2006-08-24 | Omron Corp | 温度制御方法、温度制御装置、熱処理装置およびプログラム |
| JP2006269868A (ja) * | 2005-03-25 | 2006-10-05 | Hitachi Kokusai Electric Inc | 基板処理装置 |
| JP2007080647A (ja) * | 2005-09-14 | 2007-03-29 | Tokuyama Corp | 被加熱体の温度制御方法 |
| JP2013207256A (ja) * | 2012-03-29 | 2013-10-07 | Tokyo Electron Ltd | 熱処理システム、熱処理方法、及び、プログラム |
| WO2016075786A1 (ja) * | 2014-11-13 | 2016-05-19 | 理化工業株式会社 | 温度制御装置及び温度制御方法 |
| CN111383960A (zh) * | 2018-12-28 | 2020-07-07 | 细美事有限公司 | 用于处理基板的装置和方法 |
-
2001
- 2001-07-10 JP JP2001209875A patent/JP2003022978A/ja not_active Withdrawn
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| WO2016075786A1 (ja) * | 2014-11-13 | 2016-05-19 | 理化工業株式会社 | 温度制御装置及び温度制御方法 |
| CN106796436A (zh) * | 2014-11-13 | 2017-05-31 | 理化工业株式会社 | 温度控制装置及温度控制方法 |
| JPWO2016075786A1 (ja) * | 2014-11-13 | 2017-07-13 | 理化工業株式会社 | 温度制御装置及び温度制御方法 |
| CN111383960A (zh) * | 2018-12-28 | 2020-07-07 | 细美事有限公司 | 用于处理基板的装置和方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20061106 |
|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20081007 |