JP2006093194A

JP2006093194A - 基板処理装置

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Publication number: JP2006093194A
Application number: JP2004273131A
Authority: JP
Inventors: Hideto Yamaguchi; 英人山口
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2004-09-21
Filing date: 2004-09-21
Publication date: 2006-04-06
Anticipated expiration: 2024-09-21
Also published as: JP4555647B2

Abstract

【課題】１つの基板処理装置において、複数種類の成膜処理を行う場合に、温度帯によらず、高精度で且つ制御性能の高い温度制御を行うことができる基板処理装置を得る。
【解決手段】基板を処理する処理室と、前記処理室を加熱する加熱手段と、前記処理室内の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段による検出温度に基づいて、前記加熱手段への電力供給値を求める電力供給値算出手段と、前記電力供給値算出手段が算出した電力供給値と前記検出温度との相関関係が一次関数で表せるように前記電力供給値を補正する補正手段と、前記補正手段により補正された前記電力供給値の補正値に基づいて、前記加熱手段への電力を制御する加熱制御手段とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、拡散装置やＣＶＤ装置などの基板処理装置に関し、特に半導体製造装置における半導体ウェハをバッチ処理する基板処理装置に関するものである。

縦型拡散装置や縦型ＣＶＤ装置など、多数のウェハを処理する基板処理装置では、炉内、特に熱処理する半導体ウェハが置かれる領域の温度を均一に精度良く制御する必要がある。

対象とする基板処理装置の構成は、例えば、図１０のように、ボート９に縦列に載せた多数のウェハ１を熱処理するための反応管２と反応管２を周囲から熱するヒータ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ（総称して３とする）と、ヒータの周囲の温度を計測する第１の温度センサ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ（添え字ａ〜ｄはヒータ３のそれらと対応しており、総称して４とする）と、炉内すなわち反応管２の内部のウェハ１が置かれる領域の温度を計測する第２の温度センサ５ａ〜５ｄ（添え字ａ〜ｄはヒータ３と対応しており、総称して５とする）と、各温度センサの目標温度を設定する温度設定部６と、第１の温度センサ４と第２の温度センサ５の温度と温度設定部６の目標温度からヒータ３が出力すべき電力を個別に指示する温度コントローラ７と、温度コントローラ７の制御出力に従って、ヒータ３へ電力を供給する電力制御部８とで構成される。

さらに、ボート９は炉口キャップ１０に設置されている。炉口キャップ１０は図示しない昇降エレベータによって上下に移動することができ、上への移動によってボート９に載せられている多数のウェハ１を炉内へ投入しつつ反応管２の下部を閉塞する。また、下への移動によってボート９に載せられている多数のウェハ１を引き出すことができる。炉内は通常、反応管２内部の空間を示すが、装置によっては、反応管２とヒータ３の間に均熱管があり、第２の温度センサ５が反応管２と均熱管の間にあることもあり、その場合は均熱管内部を炉内とすることもある。

次に、図１１を用いて基板処理装置（熱処理装置）で行われる成膜処理の一例について説明する。図１１は熱処理装置で行われる成膜処理のうち温度に関する処理の一例について、左側にフローチャートを示し、右側に炉内の温度変化の概略図を示したものである。温度変化概略図に付されている記号はフローチャートの中の同一処理が行われていることを示す。

ステップＳ１０１は、炉内の温度を比較的低い温度Ｔｏに維持及び安定させる処理である。ステップＳ１０１では、ボート９はまだ炉内へ投入されていない。ステップＳ１０２は、ウェハ１を保持しているボート９を炉内へ投入する処理である。ウェハ１の温度はこの時点で炉内の温度Ｔｏより低いために、ボート９を炉内へ投入した結果、炉内の温度は一時的にＴｏより低い温度になる。しかし、温度コントローラ７による適切な制御方法と電力制御部８による電力供給手段によって、炉内はある程度の時間を経て再びＴｏに安定する。

ステップＳ１０３は、Ｔｏから成膜処理を施すための温度Ｔ₁まで徐々に炉内の温度を上昇させる処理である。ステップＳ１０４はウェハ１に成膜処理を施すために炉内の温度をＴ₁に維持および安定させる処理である。ステップＳ１０５は、Ｔ₁から再びＴｏまで徐々に炉内の温度を下降させる処理である。ステップＳ１０６は成膜処理が施されたウェハ１を保持しているボート９を炉内から引き出す処理である。成膜処理すべきウェハ１が残っている場合は、再びステップＳ１０１へ戻り、ステップＳ１０１と同時にボート９に保持されている成膜処理済みのウェハ１を未処理のものと交換した後、同じ手順を繰り返すようになっている。尚、ステップＳ１０４では、炉内に図示しないガス供給手段によりガスを供給しつつ、図示しない排気手段により排気し、ガスをウェハと接触させることにより成膜処理がなされる。

ステップＳ１０１からステップＳ１０６までの処理はいずれも、温度設定部６からの目標温度に対し、炉内温度が予め定められた微小温度範囲にあり、且つ予め定められた時間だけその状態が続くといった安定状態を得た後、次のステップへ進むようになっている。あるいは、最近では、一定時間でのウェハ１の成膜処理枚数を大きくすることを目的として、ステップＳ１０１、Ｓ１０２、Ｓ１０５、Ｓ１０６などにおいては安定状態を得ずして次のステップへ移行することもある。

ここで、温度コントローラ７の構成について説明する。図１３に示すように、温度コントローラ７では、ＣＰＵ７１２が制御アルゴリズムに従ってプログラム７２６を実行する。温度コントローラ７の内部では、バス７１４に通信ＩＦ７１６、パルス出力回路７１８が接続されている。ＣＰＵ７１２は、通信ＩＦ７１６を介して温度設定部６と通信し、目標温度を受信することができるようになっている。

また、ＣＰＵ７１２は、パルス出力回路７１８を介して制御信号を電力制御部８へ出力できるようになっている。さらに、バス７１４には、温度入力回路７２２、パルス入力回路７２４が接続されている。これらの要素を介して、それぞれ炉内温度とヒータ温度、同期パルスをデジタル信号化して受信できるようになっている。尚、バス７１４にはメモリが接続されており、制御プログラム７２６、制御パラメータ７２８、位相変換テーブル７３０がそれぞれ記憶されている。さらに、バス７１４には、表示・入力装置７２０が接続可能であり、制御パラメータなどを表示・入力することができる。

制御パラメータ７２８の内容は、制御アルゴリズムが後述する図１２に示すカスケード制御ならば、少なくとも第１のＰＩＤパラメータ（第１のＰＩＤ演算要素７０２用）と第２のＰＩＤパラメータ（第２のＰＩＤ演算要素７０６用）が含まれ用意されている。図１３の制御パラメータ７２８に示されるゾーンａは、ヒータ３ａと第１の温度センサ４ａと第２の温度センサ５ａに関連する制御演算についてのパラメータを表し、以下ｂ，ｃ…と同様である。位相変換テーブル７３０は、制御演算によって得られたヒータ３への電力供給値（０〜１００％）から、電力制御部８へのゲートパルスの遅延位相を求める変換テーブルである。

尚、電力制御部８と温度設定部６と温度コントローラ７は、物理的に分離しても良いし、一体としても良い。

このような基板処理装置の温度コントローラ７の内部で行われる制御方法としては、図１２で示される所謂カスケード制御が用いられている。図１２では、温度設定部６と温度コントローラ７と電力制御部８との接続を表し、さらに温度コントローラ７の内部については、制御出力の演算方法についてブロック図で表している。入力端Ｓには、温度設定部６からの目標温度が入力される。

目標温度（入力端Ｓ）は、実際には第２の温度センサ５の個数分だけ存在し、それに対応して温度コントローラ７は、図１２の破線内部の構成要素が第２の温度センサ５と同数だけ存在するが、図１２では、簡単のため一つだけ図示している。同様に、入力端Ｆ、入力端Ｈ、入力端Ｃ、及び出力端Ｐも実際には、第２の温度センサ５と同数だけ存在するが、簡単のため一つだけ図示している。入力端Ｆには、第２の温度センサ５からの炉内温度が入力される。入力端Ｈには、第１の温度センサ４からのヒータ温度が入力される。

温度コントローラ７の内部では、図のように、第１の減算要素７００、第１のＰＩＤ演算要素７０２、第２の減算要素７０４、第２のＰＩＤ演算要素７０６が直列に並び、所謂カスケード制御に従う制御演算が行われている。後段に続くリミッタ７０８では、演算結果をヒータ３が出力可能な範囲に制限し、ヒータ３への電力供給値とする。ここでは、リミッタ７０８の出力をヒータ３の最大出力（ヒータ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの最大出力はそれぞれ異なる）からの割合とし、０〜１００％で制限するとする。この出力は割合に限らず実際の物理量である電力値や他の指標でもよい。

続く後段の位相変換要素７１０では、電力制御部８からの同期パルスを入力端Ｃに入力し、位相変換テーブル７３０を参照して、ヒータ３へ供給する電力量が０〜１００％の電力供給値に対応するように位相を遅延させたゲートパルスを出力し、電力制御部８を制御するようになっている。図１４は電力制御部８の内部にある交流電源と同期パルス、ゲートパルス、そしてヒータ３への負荷電力との関係をタイミングチャートで示したものである。

リミッタ７０８の出力（電力供給値０〜１００％）が１００％のときは、図１４（ｃ）のように、ゲートパルスを同期パルスから遅延させない（実際には交流電源にノイズがあることから、ノイズを考慮してわずかに位相を遅延させる）。その結果図１４（ｅ）の網掛け部分のように、交流電源からの全電力がヒータ３へ供給されることとなる。リミッタ７０８の出力が２０％のときは、図１４（ｄ）のように、ゲートパルスを２０％に対応する位相だけ遅延させる。その結果図１４（ｆ）の網掛け部分のように、交流電源からの全電力の２０％がヒータ３へ供給されることとなる。

以上のような温度コントローラ７の構成により、十分速い周期で演算を行い、ヒータ３へ供給される電力を調節することによって、図１１によって例示した温度制御を行うようになっている。

なお、従来技術の関連文献として、下記特許文献が知られる（例えば特許文献１参照）。
特開２００４−１１９８０４号公報

しかしながら、最近における半導体表面加工技術の微細化や、半導体ウェハの大口径化は、より高精度な温度制御が求められている。さらに、最近では一定時間でのウェハの成膜処理枚数を大きくすることを目的として、より収束性能（制御性能）の高い温度制御が要求されている。その上、装置の使用効率を高めるために、最近では一つ熱処理装置において数種類の成膜処理を行うことがある。その場合、膜種によって制御する温度領域（例えば４００〜６００℃を低温度帯、６００〜８００℃を中温度帯、８００〜１０００℃を高温度帯とする）が異なることがあるが、そのような場合でも制御性能を維持しなければならない。そのため、従来の温度制御方法では、その要求を満たすことが困難となってきた。

しかるに、熱処理装置を高精度かつ高い制御性能で温度制御するためには、予め図１３に示した制御パラメータ７２８に最適な値を入力しておかなければならない。さらに、最近では一つの熱処理装置において数種類の成膜処理を行うことも実施されており、温度領域にかかわらず制御性能を維持しなければならない。

しかし、高温度帯と低温度帯では温度の上がり方が異なるために、たとえある特定の温度条件下において制御パラメータ７２８に最適な値を入力しておいても、温度帯によっては高い制御性能を維持することは困難である。例えば、図１６に示したグラフは、同じ制御パラメータを使用したときの中温度帯の温度変化と高温度帯での温度変化を並べたものである。この例では、（ａ）高温度帯（９００℃）においては比較的、温度が上がり難いため、オーバーシュート値が小さいが、（ｂ）中温度帯（７００℃）では温度が上がりやすいためにオーバーシュートが大きくなっている。

図１５は、図１０で説明した基板処理装置において、温度コントローラ７の内部におけるリミッタ７０８の出力値である電力供給値と、炉内温度の関係を図示したものである。電力供給値（単位％）が縦軸、炉内温度（単位℃）が横軸である。図を注意深く観察すると、電力供給値と炉内温度は線形（１次関数で表せる関係）ではないことが分かった。そして、８００〜１０００℃の高温度帯と４００〜６００℃の低温度帯では折れ線グラフの傾きが異なり、低温度帯より高温度帯の方が傾きが大きくなる傾向にある。この傾向はゾーンｄにおいて顕著に表れており、具体的にはゾーンｄにおいて４００→６００℃での縦軸の増加量は３．７％に対し８００→１０００℃では１６．０％である。この傾向は、高温度帯の方が低温度帯よりも温度上昇に必要な電力量が大きいことを意味している。言い換えると、高温度帯の方が低温度帯よりも温度が上がり難いということである。この現象は一般的な感覚に沿うものであるとともに、図１６の現象にも合致している。

さらに詳しく、図１５について観察すると、電力供給値と炉内温度の関係は２次関数で良好に適合することが分かった。例えば、図１７は、図１５で得たゾーンｄの電力供給値と炉内温度の関係について、２次多項式で適合したときのグラフであり、実線が実験値であり点線が２次多項式の近似値である。同時に、近似したときの誤差の絶対値を右縦軸で示した。図１７では、５００℃において１．５程度の誤差がある以外は、特に６００℃以上で０．２以下と良好に適合している。図の２次多項式の近似値の決定係数はＲ²＝０．９９以上である。

このように、従来の基板処理装置の温度制御では、取り扱う制御演算値である電力供給値とその出力である炉内温度とが１次関数になっておらず、その結果、１つの基板処理装置において、複数種類の成膜処理を行う場合、すなわち広い温度帯（低〜高温度帯）に亘って高精度で且つ制御性能の高い温度制御を行うことが困難となるという問題点があった。

本発明は、上述した従来の課題に鑑みてなされたものであり、１つの基板処理装置において、複数種類の成膜処理を行う場合に、温度帯によらず、高精度で且つ制御性能の高い温度制御を行うことができる基板処理装置を得ることを目的としている。

上述した課題を解決するため、本発明は、基板を処理する処理室と、前記処理室を加熱する加熱手段と、前記処理室内の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段による検出温度に基づいて、前記加熱手段への電力供給値を求める電力供給値算出手段と、前記電力供給値算出手段が算出した電力供給値と前記検出温度との相関関係が一次関数で表せるように前記電力供給値を補正する補正手段と、前記補正手段により補正された前記電力供給値の補正値に基づいて、前記加熱手段への電力を制御する加熱制御手段とを備えるものである。

以上に詳述したように本発明によれば、温度帯によらず、高精度で且つ制御性能の高い温度制御を行うことができ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。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における温度コントローラ７Ａの制御ブロック図を示したものである。図１２と異なる点は、図１２に示したリミッタ７０８と位相変換要素７１０の間に、補正演算要素７３２の処理ブロックが追加されている点にある。

補正演算要素７３２は、リミッタ７０８の出力である制御演算値（ｚと表記する：本発明の電力供給値に対応する）を次の（１）式又は（２）式へ入力し、その値を補正する処理である。そして、補正演算要素７３２の出力である補正後の電力供給値（ｙと表記する：以下補正済み電力供給値とする）は、その値が示す電力量を図１０に示したヒータ３へ供給するために位相変換要素７１０へ入力される。

（１）式
ｙ＝ｚ（０≦ｚ≦ｙｏ）
ｙ＝（ｚ−ｙｏ）²／（ｙ_max−ｙｏ）+ｙｏ（ｙｏ＜ｚ≦ｙ_max）

（２）式
ｙ＝２（√（ｙ_max・ｙｏ）−ｙｏ）・ｚ／（ｙ_max−ｙｏ）
０≦ｚ≦√（ｙ_max・ｙｏ）
ｙ＝（ｚ−ｙｏ）²／（ｙ_max−ｙｏ）＋ｙｏ
√（ｙ_max・ｙｏ）＜ｚ≦ｙ_max

ただし、ｙ_max，ｙｏはいずれも定数である。（１）式または（２）式の第１式は、一般的にｙ＝ａｚ（ａは定数）で表される１次式としてもよい。また、（１）式または（２）式の第２式は、一般的にｙ＝ａｚ²＋ｂｚ＋ｃ（ａ，ｂ，ｃは定数）で表される２次式でもよい。

次に、補正演算要素７３２で使用される（１）式を得た経緯について説明する。
図１７を用いて得た知見は、電力供給値（ｙ）と炉内温度（ｔ）の関係は、２次関数で良好に適合することであった。これを電力供給値（ｙ）と炉内温度（ｔ）の関係は（３）式のような２次式に従うとする。

（３）式
ｙ＝Ａ（ｔ−ｔｏ）²＋ｙｏ（ｔ＞ｔｏ）

ただし、Ａ＞０、ｔｏ、ｙｏはいずれも熱処理装置（基板処理装置）の特性を示す定数である。熱処理の特性上、単調増加関数であるとして、ｔ＞ｔｏとしている。

従来技術では、リミッタ７０８の出力をそのまま電力供給値として位相変換要素７１０へ入力していた。本発明では、新たにリミッタ７０８の出力である制御演算値（電力供給値）をｚとし、ｚから位相変換要素７１０へ入力される電力供給値（補正済み電力供給値）ｙへ、一定の変換を加えることとする。その操作によって、制御演算値ｚと炉内温度ｔの関係が１次式で表されるようにする。

そこで、ｔ＝αｚ＋βを（３）式へ代入し、ｚ及びｙの範囲をいずれもｙｏ≦ｚ≦ｙ_max、ｙｏ≦ｙ≦ｙ_maxとしてα、βを求めた結果、ｚとｙの関係式は（４）式となり、それによってｚとｔの関係式は（５）式になる。

（４）式
ｙ＝（ｚ−ｙｏ）²／（ｙ_max−ｙｏ）＋ｙｏ
（ｙｏ≦ｚ≦ｙ_max）

（５）式
ｔ＝ｚ／√（Ａ（ｙ_max−ｙｏ））＋ｔｏ−ｙｏ／（√Ａ（ｙ_max−ｙｏ））
（ｙｏ≦ｚ≦ｙ_max）

ところで、（４）式は
ｙｏ≦ｚ≦ｙ_max
の範囲だけを定義したものであるので、ｙｏ≦ｚ≦ｙ_max
では、ｚをそのまま出力するとした（１）式が、求めている制御演算値ｚから電力供給値ｙへの変換式である。

すなわち、（３）式が基板処理装置の特性として与えられたとき、補正演算要素７３２において（１）式に示す変換操作を行えば、ｚとｔの関係が１次式で表されることが示された。（１）式を図１７の近似例に当てはめたのが図２である。図２（ａ）は制御演算値ｚと電力供給値ｙとの関係をグラフ化した図、図２（ｂ）は制御演算値ｚと炉内温度ｔとの関係をグラフ化したものである。図２（ｂ）では、ｚとｔとの関係が略直線であり、略１次式で表されるようになっている。

これにより、ｚの変化量に対するｔの変化量が温度帯によって変化しないようにすることができ、制御パラメータを温度帯によって変えることなく、ある特定温度帯で最適化された制御パラメータを全温度帯でそのまま使用することができる。

さらに、補正演算要素７３２で使用される（２）式を得た経緯について説明する。
図２（ａ）及び（１）式にて明らかなように、（１）式による変換操作を使用すると、ｚ＝ｙｏ付近でｚの変化量に対するｙの変化量が変わっている。このため、ｚ＝ｙｏ付近に対応する温度帯での制御性能が悪化することが理解される。そこで、（１）式第１式から（１）式第２式への切替えを考慮し、（２）式とした。

この（２）式を図１７の近似例に当てはめてみたのが、図３である。図３（ａ）は、制御演算値ｚと電力供給値ｙとの関係をグラフ化したもの、図３（ｂ）は制御演算値ｚと炉内温度ｔとの関係をグラフ化したものである。図３（ｂ）でも、ｚとｔとの関係が略直線であり、略１次関数で適合できるようになっている。

以上に説明した補正演算要素７３２で使用される式を得る経緯をフローチャートで示すと図４のようになる。

まず、ステップＳ２００では、電力供給値ｙと炉内温度ｔが良好に適合する近似関数を求める。次にステップＳ２０２では、制御演算値ｚと炉内温度ｔが一次関数であることを仮定する。

ここで一次関数であることを仮定する目的は、制御演算値ｚに対する炉内温度ｔの上がり方、又は下がり方が線形であって、炉内温度ｔに依存しないようにすることにより、制御性能を維持するためである。

最後にステップＳ２０４では、ステップＳ２００で得た近似関数とステップＳ２０２で得た一次関数を組み合わせて、制御演算値ｚと電力供給値ｙが従うべき関係を求めている。

本発明の実施の形態より明らかなように、電力供給値ｙと炉内温度ｔの関係は、２次関数で良好に適合することが分かったが、この関係は２次関数に限らず、さまざまな関数で良好に適合することもある。要は、図４で示される考え方を利用することによって、制御演算値ｚと電力供給値ｙが従うべき関係を求めるようにすればよい。

このように、補正演算要素７３２において、リミッタ７０８の出力である制御演算値に演算操作をすることにより、そして演算操作後の値を電力供給値として位相変換要素７１０へ入力することにより、温度領域によって温度の上がり方が異なるという現象が解消され、温度領域にかかわらない最適な制御パラメータが与えられるため、常に高精度に且つ高い温度制御性能を実現することができる。

実施の形態２．
図５は本発明の実施の形態２における温度コントローラ７Ｂの構成を図示したものである。

図１３と異なる点は、バス７１４に接続されているメモリの内容において、さらに温度電力変換テーブル７３２と演算値温度変換テーブル７３４を記憶している点にある。

温度電力変換テーブル７３２は、図６で例示しているように、炉内温度と電力供給値の関係がテーブルとして記憶されているものであり、ゾーン毎にそれぞれ変換テーブルが存在し、炉内温度を指定することによって電力供給値を求めるテーブルである。ただし、炉内温度の定義範囲については、後述する演算値温度変換テーブル７３４によって定義される炉内温度の範囲を含むように定義しなければならない。

また、例えば図１５のゾーンｄでは、電力供給値がおおよそ１３〜４３％までしか定義されていないため、電力供給値がその指定可能範囲である０〜１００％まで定義しておいてもよい。それらの定義方法の一例として例えば図６に例示した方法がとり得る。

図６は、温度電力変換テーブル７３２を簡略してグラフ化したものである。図６で示したような実際のデータによる炉内温度と電力供給値の関係は、太線ａｂで示される。まず、ａより左の領域について説明すると、例えば実線のようにａからｏ（炉内温度０℃かつ電力供給値０％の点）を直線で定義する方法がある。また、例えば破線のようにｏを通りａ´前後で傾きが変わらないようなａ´まで直線で定義する方法もある。

しかし、電力供給値が０％近傍になるような炉内温度を実験で求めることは比較的容易であることから、ａより左側の領域での人為的な定義は必要ないことが多い。そして、電力供給値が０％近傍になるような炉内温度を実験で求めた場合には、炉内温度が０℃より大きい温度（例えば室温）で既に電力供給値が０％となる場合も当然想定される（例えば、図６のａが示す電力供給値が０％のときなど）。その場合は、炉内温度がそれ以下において、電力供給値が０％と定義される。

次にｂより右側の領域について説明すると、例えば、一点鎖線のようにｂ前後で傾きが変わらないような直線により電力供給値１００％に達するｃまで定義し、ｃよりさらに右の領域では１００％一定とする方法がある。また例えば、太線ａｂを何らかの関数（例えば２次関数や指数関数など）で近似し、その近似関数により電力供給値１００％まで定義しさらに右側の領域では１００％一定とする方法もある。

次に、演算値温度変換テーブル７３４は、リミッタ７０８の出力である制御演算値（従来技術ではリミッタ７０８の出力を電力供給値としていたが、後述の補正要素７３６前後で区別するためにリミッタ７０８の出力を制御演算値とする）と炉内温度の関係がテーブルとして記憶されているものであり、ゾーン毎にそれぞれ変換テーブルが存在し、制御演算値を指定することによって対応する炉内温度の値を求めるテーブルである。

従って、本発明の目的である、温度領域によって温度の上がり方又は下がり方が変化しないように、例えば図７に示されるような直線（一次関数）の関係になるように設定する。

図７は、演算値温度変換テーブル７３４を簡略化してグラフ化したものである。横軸は制御演算値であり、０〜１００％まで定義されている。縦軸は炉内温度であり、Ｔ_min〜Ｔ_max℃まで定義されている。そして、制御演算値と炉内温度は一次関数（直線）で定義されている。

縦軸の温度範囲（Ｔ_min〜Ｔ_max℃）は、温度電力変換テーブル７３２において定義されている炉内温度範囲に含まれなければならない。また、縦軸の温度範囲（Ｔ_min〜Ｔ_max℃）は少なくとも温度電力変換テーブル７３２において電力供給値が０〜１００％まで網羅できるような温度範囲（図６においてはｏ〜ｃに対応する炉内温度０〜Ｔｃ℃を含む範囲）とすることが好ましい。

図８は本実施の形態における温度コントローラを示す制御ブロック図である。
図１２と異なる点は、リミッタ７０８と位相変換要素７１０の間に、補正要素７３６の処理が追加されている点にある。補正要素７３６は、図５に示した演算値温度変換テーブル７３４と温度電力変換テーブル７３２を参照して、リミッタ７０８の出力である制御演算値（本発明の電力供給値に対応する）を補正する処理である。

そして、補正要素７３６の出力である補正後の電力供給値（補正要素７３６の出力を改めて補正済み電力供給値とする）は、その値が示す電力量をヒータ３へ供給するために位相変換要素７１０へ入力される。

温度電力変換テーブル７３２と演算値温度変換テーブル７３４の例を用いた補正要素７３６で行われる補正方法を図９で説明する。図９の上半分は、温度電力変換テーブル７３２の内容をグラフで例示したものである。０〜Ｔｏ℃、Ｔｏ〜Ｔ１００℃、およびＴ１００℃より高い炉内温度の範囲で電力供給値が実線のように定義されているとする。

図９の下半分は、演算値温度変換テーブル７３４の内容をグラフで例示したものである。炉内温度Ｔ_min〜Ｔ_max℃の間で制御演算値が０〜１００％の間で破線で示されるように定義されているとする。

このときの補正方法は、リミッタ７０８の出力（制御演算値）がａであったとすると、ａ→ｂ→ｃ→ｄのように対応する値を求めて行われる。つまり、まず演算値温度変換テーブル７３４で対応する炉内温度を求め、次に温度電力変換テーブル７３２でその炉内温度に対応する電力供給値を求める。最終的にはｄに示す値が補正要素７３６の出力（電力供給値）とされ、位相変換要素７１０へ入力される。

位相変換要素７１０は、位相変換テーブル７３０を参照して、位相を遅延させたゲートパルスを出力する要素であるので、補正要素７３６と位相変換要素７１０を１つの要素とし、温度電力変換テーブル７３２と演算値温度変換テーブル７３４と位相変換テーブル７３０を１つにまとめて（又はテーブル作成に都合のように複数の組み合わせで）新たなテーブルとし、それらの処理を同時に行うことも考えられる。その場合でも、これまで述べた方法と同様な考え方でテーブルを用意し処理することができる。

すなわち、補正要素７３６において、温度電力変換テーブル７３２と演算値温度変換テーブル７３４を用いて補正することにより、制御演算値と炉内温度との関係が結果的に演算値温度変換テーブル７３４で設定した１次関数の関係にすることができる。これにより、制御演算値の変化量に対する炉内温度の変化量が温度帯によって変化しないようにすることができ、制御パラメータを温度帯によって変えることなく、ある特定温度帯で最適化された制御パラメータを全温度帯でそのまま使用することができる。

このように、補正要素７３６において、リミッタ７０８の出力である制御演算値に演算操作をすることにより、そして演算操作後の値を電力供給値として位相変換要素７１０へ入力することにより、温度領域によって温度の上がり方が異なるという現象が解消され、温度領域に拘わらない最適な制御パラメータが与えられるため、常に高精度に且つ高い温度制御性能を実現することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本実施の形態によれば、下記構成が開示されている。

〔１〕基板を処理する処理室と、
該処理室を加熱する加熱手段と、
該加熱手段に供給する電力を制御する加熱制御手段と、
前記処理室の温度を設定する温度設定手段と、
前記処理室内の温度を検出する温度検出手段と、
前記処理室内が前記設定温度となるように前記検知温度を基に演算する演算手段と、
該演算手段が演算した演算結果を基に電力供給値を求める電力供給値算出手段と、
前記電力供給値算出手段が算出した結果と前記検出温度との相関関係が一次関数で表されるように前記算出結果を補正する補正手段とを備え、
該補正手段の補正した補正値に基づき前記加熱制御手段が加熱制御することを特徴とする基板処理装置。
〔２〕基板を処理する処理室と、
該処理室を加熱する加熱手段と、
該加熱手段への電力値を制御する加熱制御手段と、
前記処理室内の温度を検出する温度検出手段と、
前記処理室内が所望の温度となるように前記検知温度を基に電力供給値を求める電力供給値算出手段と、
温度制御しようとする温度領域が異なる場合においても、前記電力供給値と前記所望の温度との関係を一次関数で表すことができるように補正する補正手段とを備えることを特徴とする基板処理装置。
〔３〕基板を処理する処理室と、
該処理室を加熱する加熱手段と、
該加熱手段への電力値を制御する加熱制御手段と、
前記処理室内の温度を検出する温度検出手段と、
前記処理室内が所望の温度となるように前記検知温度を基に演算する演算手段と、
該演算手段が演算した演算結果を基に電力供給値を求める電力供給値算出手段と、
前記電力供給値算出手段が算出した結果と前記検知温度との相関関係が一次関数で表せるように前記算出結果を補正する補正手段とを備え、
該補正手段の補正した補正値に基づき前記加熱制御手段が加熱制御する基板処理装置を用いて前記基板を処理する半導体装置の製造方法において、
前記処理室内を前記加熱手段にて加熱する工程と、
前記温度検出手段が前記処理室内の温度を検出する工程と、
前記演算手段が前記処理室内を所望の温度とするように前記検知温度を基に演算する工程と、
前記電力供給値算出手段が、前記演算手段の演算した演算結果を基に電力供給値を求める工程と、
前記補正手段が、前記電力供給値算出手段の算出した結果と前記検出温度との相関関係が一次関数で表せるように前記算出結果を補正する工程と、
前記加熱制御手段が前記補正手段の補正した補正値に基づき加熱制御する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
〔４〕基板を処理する処理室内に収納し熱処理を行う熱処理装置において、
前記処理室内の温度を検出する温度検出手段の検出結果に対し所望の温度となるよう演算し、該演算結果に対し、少なくとも１つの２次関数からなる演算操作を施す手段とを有し、前記演算操作後の値を電力供給値として制御を行うことを特徴とする熱処理装置。
〔５〕基板を処理室内に収納し加熱手段により加熱しつつ熱処理を行う熱処理装置であって、
前記処理室内の温度を検出する温度検出手段の検出結果に対し所望の温度となるよう演算し、該演算結果に対し、補正を施す補正手段と、
前記補正した補正値に従って前記加熱手段への電力を供給する手段と、
前記加熱手段への供給電力値と前記処理室内の温度との関係を予め取得しその取得結果を基に求めた前記供給電力値と前記処理室内の温度との相関関係と、
前記演算結果と前記処理室内の温度との関係を予め取得しその取得結果を基に求めた前記演算結果と前記処理室内の温度との相関関係と、を備える基板処理装置を用いて前記基板を処理する半導体装置の製造方法において、
前記補正手段が補正を施す際は、前記供給電力値と前記処理室内の温度との相関関係を用いて前記演算結果から対応する前記処理室内の温度を求める工程と、
前記演算結果と前記処理室内の温度との相関関係を用いて前記処理室内の温度から対応する前記供給電力値を求める工程と、
該求めた供給電力値により前記加熱手段を制御し前記基板を処理する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。

本発明の実施の形態１における温度コントローラの制御ブロック図である。温度電力変換テーブルの一例を示す図である。演算値温度変換テーブルの一例を示す図である。温度コントローラの制御を示すフローチャートである。本発明の実施の形態２における温度コントローラを示すブロック図である。温度電力変換テーブルの一例を示す図である。演算値温度変換テーブルの一例を示す図である。本発明の実施の形態２における温度コントローラの制御ブロック図である。補正要素で行われる補正方法を示す図である。基板処理装置（熱処理装置）の構成図である。基板処理装置で行われる温度制御手順を示す図である。従来の温度コントローラの制御ブロック図である。従来の温度コントローラの構成図である。交流電源と負荷電力の関係を示すタイミング図である。電力供給値と炉内温度の関係を示すグラフである。中温度帯と高温度帯での温度変化を示すグラフである。電力供給値と炉内温度の関係を示すグラフである。

符号の説明

６温度設定部、７Ａ，７Ｂ温度コントローラ、８電力制御部、７００第１の減算要素、７０４第２の減算要素、７０２第１のＰＩＤ演算要素、７０６第２のＰＩＤ演算要素、７０８リミッタ（電力供給値算出手段）、７１０位相変換要素、７１２ＣＰＵ、７１２通信ＩＦ、７１８パルス出力回路、７２０表示・入力装置、７２２温度入力回路、７２４パルス入力回路、７２８制御パラメータ、７３０位相変換テーブル、７３２、７３６補正要素。

Claims

基板を処理する処理室と、
前記処理室を加熱する加熱手段と、
前記処理室内の温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段による検出温度に基づいて、前記加熱手段への電力供給値を求める電力供給値算出手段と、
前記電力供給値算出手段が算出した電力供給値と前記検出温度との相関関係が一次関数で表せるように前記電力供給値を補正する補正手段と、
前記補正手段により補正された前記電力供給値の補正値に基づいて、前記加熱手段への電力を制御する加熱制御手段と
を備える基板処理装置。