JP2010080818A

JP2010080818A - Heat treatment equipment

Info

Publication number: JP2010080818A
Application number: JP2008249689A
Authority: JP
Inventors: Hideto Yamaguchi; 英人山口
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2008-09-29
Filing date: 2008-09-29
Publication date: 2010-04-08

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide heat treatment equipment for carrying out highly precise and highly controllable temperature control. <P>SOLUTION: A temperature controller 17 for controlling a temperature in a reaction chamber calculates a power supply instruction value based on a predetermined control parameter, and when the calculated power supply instruction value is larger than a prescribed value, a power supply value changing part 732 reduces the power supply instruction value, and outputs it to a power control part 8, and the power control part 8 supplies a power to a heater for heating the reaction chamber based on the power supply instruction value outputted from the temperature controller 17. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

この発明は、熱処理装置に係り、特に拡散装置やＣＶＤ装置など、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熱処理装置に関する。 The present invention relates to a heat treatment apparatus, and more particularly to a heat treatment apparatus for batch-processing semiconductor wafers in a semiconductor manufacturing apparatus such as a diffusion apparatus or a CVD apparatus.

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熱処理装置では、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よく制御する必要がある。
対象とする熱処理装置は、例えば図８に示されるように、被処理体となる多数のウェハ１を熱処理するための反応室を区画形成する反応管２と、それぞれ上下方向に配列され且つ反応管２を周囲から熱するヒータ３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄとを有している。ヒータ３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄの近傍には、それぞれヒータ３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄの温度を計測する第１の温度センサ４ａ、４ｂ、４ｃ及び４ｄが配置され、反応管２の内部にはヒータ３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄの高さ位置にそれぞれ対応して反応室内の温度を検出する第２の温度センサ５ａ、５ｂ、５ｃ及び５ｄが配置されている。 In a heat treatment apparatus that processes a large number of wafers, such as a vertical diffusion apparatus and a vertical CVD apparatus, it is necessary to uniformly and accurately control the temperature in a furnace, particularly in a region where a semiconductor wafer to be heat-treated is placed.
For example, as shown in FIG. 8, the target heat treatment apparatus includes a reaction tube 2 that forms a reaction chamber for heat-treating a large number of wafers 1 to be processed, and a reaction tube arranged in the vertical direction. And heaters 3a, 3b, 3c and 3d for heating 2 from the surroundings. In the vicinity of the heaters 3a, 3b, 3c and 3d, first temperature sensors 4a, 4b, 4c and 4d for measuring the temperatures of the heaters 3a, 3b, 3c and 3d are arranged, respectively, inside the reaction tube 2 Second temperature sensors 5a, 5b, 5c and 5d for detecting the temperature in the reaction chamber are arranged corresponding to the height positions of the heaters 3a, 3b, 3c and 3d, respectively.

第１の温度センサ４ａ、４ｂ、４ｃ及び４ｄと第２の温度センサ５ａ、５ｂ、５ｃ及び５ｄに温度コントローラ７が接続され、温度コントローラ７に各温度センサにおける目標温度を設定するための温度設定部６が接続されると共に温度コントローラ７からの制御出力に従ってヒータ３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄへ電力を供給する電力制御部８が接続されている。温度コントローラ７は、第１の温度センサ４ａ、４ｂ、４ｃ及び４ｄと第２の温度センサ５ａ、５ｂ、５ｃ及び５ｄにより計測された温度と温度設定部６における目標温度からヒータ３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄが出力すべき電力を個別に指示するためのものである。 The temperature controller 7 is connected to the first temperature sensors 4a, 4b, 4c and 4d and the second temperature sensors 5a, 5b, 5c and 5d, and the temperature setting for setting the target temperature in each temperature sensor to the temperature controller 7 The unit 6 is connected and a power control unit 8 for supplying power to the heaters 3a, 3b, 3c and 3d in accordance with a control output from the temperature controller 7 is connected. The temperature controller 7 calculates the heaters 3a, 3b, 3c from the temperatures measured by the first temperature sensors 4a, 4b, 4c and 4d and the second temperature sensors 5a, 5b, 5c and 5d and the target temperature in the temperature setting unit 6. And 3d individually indicate the power to be output.

熱処理の対象となる多数のウェハ１は、炉口キャップ１０に固定されたボート９上に縦列に載せられている。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方向に移動可能であり、上方への移動によりボート９に載せられている多数のウェハ１を炉内すなわち反応室内へ投入しつつ反応管２の下部を閉塞し、下方への移動によりボート９に載せられている多数のウェハ１を反応室から引き出すことができる。反応室は、通常、反応管２内部の空間を指すが、装置によっては、反応管２とヒータ３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄとの間に均熱管が配置されており、第２の温度センサ５ａ、５ｂ、５ｃ及び５ｄが反応管２と均熱管の間に位置することもあり、その場合は、均熱管内部を反応室とすることもある。 A large number of wafers 1 to be heat-treated are placed in a column on a boat 9 fixed to a furnace port cap 10. The furnace port cap 10 can be moved in the vertical direction by a lift elevator (not shown), and a large number of wafers 1 placed on the boat 9 are moved into the furnace, that is, in the reaction chamber while being moved upward. Can be pulled out of the reaction chamber by moving downwards. The reaction chamber usually refers to the space inside the reaction tube 2, but depending on the apparatus, a soaking tube is disposed between the reaction tube 2 and the heaters 3a, 3b, 3c and 3d, and the second temperature sensor 5a. 5b, 5c, and 5d may be located between the reaction tube 2 and the soaking tube, and in that case, the inside of the soaking tube may be used as a reaction chamber.

次に、図９及び図１０を用いて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９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を示すフローチャートであり、図１０は、炉内の温度変化を概略的に示したものである。図１０に記されている符合Ｓ１〜Ｓ６は、図９の各ステップＳ１〜Ｓ６が行われていることを示している。 Next, an example of a film forming process performed in the heat treatment apparatus will be described with reference to FIGS. FIG. 9 is a flowchart illustrating an example of a temperature-related process in the film forming process performed by the heat treatment apparatus, and FIG. 10 schematically illustrates a temperature change in the furnace. Symbols S1 to S6 shown in FIG. 10 indicate that steps S1 to S6 of FIG. 9 are performed.

ステップＳｌは、炉内の温度を比較的低い温度Ｔ０に安定させる処理である。ステップＳｌではウェハ１はまだ炉内に挿入されていない。ステップＳ２は、ボート９に保持されたウェハ１を炉内へ挿入する処理である。ウェハ１の温度は、この時点で炉内の温度Ｔ０より低いので、ウェハ１を炉内へ挿入した結果、炉内の温度は一時的にＴ０より低くなるが、温度コントローラ７及び電力制御部８により炉内の温度は若干の時間を経て再び温度Ｔ０に安定する。 Step S1 is a process for stabilizing the temperature in the furnace at a relatively low temperature T0. In step S1, the wafer 1 has not yet been inserted into the furnace. Step S2 is a process of inserting the wafer 1 held in the boat 9 into the furnace. Since the temperature of the wafer 1 is lower than the temperature T0 in the furnace at this time, as a result of inserting the wafer 1 into the furnace, the temperature in the furnace temporarily becomes lower than T0, but the temperature controller 7 and the power control unit 8 As a result, the temperature in the furnace is stabilized again at the temperature T0 after a while.

ステップＳ３は、温度Ｔ０からウェハ１に成膜処理を施すための目標温度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Ｓ４は、ウェハ１に成膜処理を施すために炉内の温度を目標温度Ｔ１で維持して安定させる処理である。ステップＳ５は、成膜処理終了後に温度Ｔ１から再び比較的低い温度Ｔ０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Ｓ６は、成膜処理が施されたウェハ１をボート９と共に炉内から引き出す処理である。成膜処理を施すべき未処理のウェハ１が残っている場合には、ボート９上の処理済ウェハ１が未処理のウェハ１と入れ替えられ、これらステップＳ１〜Ｓ６の一連の処理が繰り返される。 Step S3 is a process of gradually increasing the temperature in the furnace from the temperature T0 to the target temperature T1 for performing the film forming process on the wafer 1. Step S4 is a process for stabilizing the temperature in the furnace at the target temperature T1 in order to perform the film forming process on the wafer 1. Step S5 is a process of gradually lowering the temperature in the furnace from the temperature T1 to the relatively low temperature T0 again after the film forming process is completed. Step S <b> 6 is a process of drawing the wafer 1 that has been subjected to the film formation process from the furnace together with the boat 9. When the unprocessed wafer 1 to be subjected to the film forming process remains, the processed wafer 1 on the boat 9 is replaced with the unprocessed wafer 1, and a series of processes of these steps S1 to S6 is repeated.

ステップＳ１〜Ｓ６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Ｓ１、Ｓ２、Ｓ５、Ｓ６等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行われている。 The processes in steps S1 to S6 are all in a stable state in which the furnace temperature is within a predetermined minute temperature range with respect to the target temperature from the temperature setting unit 6, and the state continues for a predetermined time. After getting, it is supposed to proceed to the next step. Or recently, for the purpose of increasing the number of wafers 1 to be deposited in a certain time, in steps S1, S2, S5, S6, etc., a stable state is not obtained and the process proceeds to the next step. Has been done.

ここで、温度コントローラ７の構成について説明する。図１１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及びパルス出力回路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と共に、パルス出力回路７１８を介して制御信号を電力制御部８へ出力することができるように構成されている。 Here, the configuration of the temperature controller 7 will be described. As shown in FIG. 11, in the temperature controller 7, the CPU 712 executes a program 726 according to the control algorithm. Inside the temperature controller 7, a communication IF 716 and a pulse output circuit 718 are connected to the bus 714. The CPU 712 communicates with the temperature setting unit 6 via the communication IF 716 and can receive the target temperature, and can output a control signal to the power control unit 8 via the pulse output circuit 718. ing.

バス７１４には、温度入力回路７２２及びパルス入力回路７２４が接続され、温度入力回路７２２を介して炉内温度とヒータ温度、パルス入力回路７２４を介して同期パルスをそれぞれデジタル信号化して受信することができる。さらに、バス７１４に接続されたメモリに、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。バス７１４には、表示・入力装置７２０を接続することが可能であり、制御パラメータ等を表示・入力することができる。 A temperature input circuit 722 and a pulse input circuit 724 are connected to the bus 714, and the furnace temperature and the heater temperature are received via the temperature input circuit 722, and the synchronization pulse is received as a digital signal via the pulse input circuit 724. Can do. Further, a control program 726, a control parameter 728, and a phase conversion table 730 are stored in the memory connected to the bus 714, respectively. A display / input device 720 can be connected to the bus 714, and control parameters and the like can be displayed / input.

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カスケード制御である場合には、図１２に示されるように、少なくとも第１のＰＩＤパラメータと第２のＰＩＤパラメータが用意されている。図１２中の制御パラメータ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、以下ゾーンｂ、ゾーンｃ、ゾーンｄも同様である。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３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄ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ための変換テーブルである。 As for the content of the control parameter 728, when the control algorithm is cascade control described later, at least a first PID parameter and a second PID parameter are prepared as shown in FIG. A zone a indicated by a control parameter 728 in FIG. 12 represents a parameter relating to a control calculation related to the heater 3a, the first temperature sensor 4a, and the second temperature sensor 5a, and is hereinafter referred to as a zone b, a zone c, and a zone d. Is the same. The phase conversion table 730 is a conversion table for obtaining the delay phase of the gate pulse to the power control unit 8 from the power supply values (0 to 100%) to the heaters 3a, 3b, 3c and 3d obtained by the control calculation. It is.

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、通常、図１３に示されるような、いわゆるカスケード制御が用いられている。図１３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との接続が示され、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されている。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。 As a control method performed inside the temperature controller 7 of such a substrate processing apparatus, so-called cascade control as shown in FIG. 13 is usually used. In FIG. 13, connection between the temperature setting unit 6, the temperature controller 7, and the power control unit 8 is shown, and the inside of the temperature controller 7 is represented by a block diagram regarding a calculation method of control output. A target temperature from the temperature setting unit 6 is input to the input terminal S.

目標温度及び入力端Ｓは、実際には第２の温度センサ５ａ、５ｂ、５ｃ及び５ｄ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１３の破線内部の構成要素が第２の温度センサ５ａ、５ｂ、５ｃ及び５ｄと同数だけ存在するが、図１３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５ａ、５ｂ、５ｃ及び５ｄ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５ａ、５ｂ、５ｃ及び５ｄ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４ａ、４ｂ、４ｃ及び４ｄからのヒータ温度が入力される。 The target temperature and the input terminal S actually exist by the number of the second temperature sensors 5a, 5b, 5c, and 5d. Correspondingly, the components inside the broken line in FIG. There are as many temperature sensors 5a, 5b, 5c and 5d as in FIG. 13, but only one is shown in FIG. 13 for simplicity. Similarly, there are actually as many input terminals F, input terminals H, input terminals C and output terminals P as the second temperature sensors 5a, 5b, 5c and 5d, but only one is shown for simplicity. ing. The in-furnace temperature from the second temperature sensors 5a, 5b, 5c and 5d is input to the input terminal F. The input terminal H receives the heater temperature from the first temperature sensors 4a, 4b, 4c and 4d.

温度コントローラ７の内部では、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、いわゆるカスケード制御に従う制御演算が行われている。第２のＰＩＤ演算要素７０６の後段に続くリミッタ７０８では、演算結果をヒータ３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄが出力可能な範囲に制限してヒータ３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄへの電力供給指示値とする。ここでは、リミッタ７０８の出力をヒータ３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄのそれぞれの最大出力からの割合とし、０〜１００％で制限することとする。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とすることもできる。また、前述した制御パラメータ７２８の第１のＰＩＤパラメータと第２のＰＩＤパラメータがそれぞれ第１のＰＩＤ演算要素７０２及び第２のＰＩＤ演算要素７０６に対して用いられる。 Inside the temperature controller 7, the first subtraction element 700, the first PID calculation element 702, the second subtraction element 704, and the second PID calculation element 706 are arranged in series, and a control calculation according to so-called cascade control is performed. ing. In a limiter 708 following the second PID calculation element 706, the calculation result is limited to a range in which the heaters 3a, 3b, 3c, and 3d can output, and the power supply instruction value to the heaters 3a, 3b, 3c, and 3d To do. Here, the output of the limiter 708 is a ratio from the maximum output of each of the heaters 3a, 3b, 3c, and 3d, and is limited to 0 to 100%. This output is not limited to a ratio, but can be a power value that is an actual physical quantity or another index. Further, the first PID parameter and the second PID parameter of the control parameter 728 described above are used for the first PID calculation element 702 and the second PID calculation element 706, respectively.

リミッタ７０８の後段に接続された位相変換要素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、図１２に示される位相変換テーブル７３０を参照して、ヒータ３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄ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。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３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄに供給する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。 In the phase conversion element 710 connected to the subsequent stage of the limiter 708, the synchronization pulse from the power control unit 8 is input to the input terminal C, and the heaters 3a, 3b, 3c are referred to by referring to the phase conversion table 730 shown in FIG. And the gate pulse which delayed the phase so that the electric energy supplied to 3d may correspond to the electric power supply value of 0 to 100% is output, and the electric power control part 8 is controlled. FIG. 14 is a timing chart showing the relationship between the AC power supply in the power control unit 8, the synchronization pulse, the gate pulse, and the load power supplied to the heaters 3a, 3b, 3c and 3d.

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３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄへ供給されることとなる。一方、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％のみがヒータ３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄへ供給されることとなる。 When the output of the limiter 708 (power supply value 0 to 100%) is 100%, the gate pulse is not delayed from the synchronization pulse as shown in FIG. 14C (in fact, there is noise in the AC power supply). Slightly delay the phase to account for noise). As a result, as shown by the shaded portion in FIG. 14 (e), all the electric power from the AC power supply is supplied to the heaters 3a, 3b, 3c and 3d. On the other hand, when the output of the limiter 708 is 20%, the gate pulse is delayed by a phase corresponding to 20% as shown in FIG. As a result, only 20% of the total power from the AC power supply is supplied to the heaters 3a, 3b, 3c, and 3d as indicated by the shaded portion in FIG. 14 (f).

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３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄへ供給される電力を調節することによって、図９によって例示した温度制御を行うように構成されている。
なお、従来技術の関連文献として、例えば下記の特許文献１が知られる。 With the configuration of the temperature controller 7 as described above, the temperature control illustrated in FIG. 9 is performed by performing calculations at a sufficiently fast cycle and adjusting the power supplied to the heaters 3a, 3b, 3c and 3d. Has been.
For example, the following Patent Document 1 is known as a related document of the prior art.

特開２００８−１６５０１号公報JP 2008-16501 A

バッチ型熱処理装置は、以前から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のため、常に高精度の温度制御を求められてきた。しかし最近では、熱処理装置の稼働率向上要求が温度制御技術をさらに困難のものとしている。
稼働率向上のための手段としては、一定時間でのウェハの成膜処理枚数を多くすることが挙げられる。そのためには、図９のステップＳ４における炉内温度の目標温度Ｔ１での維持の時間の割合を大きくし、その他のステップの時間の割合を小さくすることが必要であり、そのために、ステップＳ３における温度上昇の速度をできるだけ速くするという措置が採られるようになってきた。この場合、速く温度を上昇させるためにヒータへの電力供給を短時間に大きくする必要があるため、行き過ぎ量（オーバーシュート）が大きくなりがちとなる。このことを防ぐために、温度コントローラの減衰特性を良好にする必要があるが、逆に減衰を大きくし過ぎてしまうと、コントローラが不適切な動作をして温度が振動または発散してしまうというリスクを伴ってしまう。 The batch-type heat treatment apparatus has always been required to have high-precision temperature control in order to refine semiconductor surface processing technology and increase the diameter of semiconductor wafers. However, recently, the demand for improving the operating rate of the heat treatment apparatus makes the temperature control technology more difficult.
As a means for improving the operating rate, increasing the number of wafers formed in a certain time can be mentioned. For this purpose, it is necessary to increase the proportion of the maintenance time of the in-furnace temperature at the target temperature T1 in step S4 of FIG. 9 and decrease the proportion of the time of the other steps. Measures have been taken to make the rate of temperature rise as fast as possible. In this case, since it is necessary to increase the power supply to the heater in a short time in order to increase the temperature quickly, the overshoot amount (overshoot) tends to increase. In order to prevent this, it is necessary to improve the damping characteristics of the temperature controller, but conversely, if the damping is too large, the risk that the controller will operate improperly and the temperature will oscillate or diverge. Will accompany.

図１５は、温度制御が失敗した例を図示したものである。図の左軸は温度（単位℃）、右軸はヒータへの電力供給値（単位％）である。横軸は時間を示している。図中の線Ｌ１は、左軸を参照し、第２の温度センサ５ｂからの炉内温度に対する目標温度をプロットしたものである。線Ｌ２は、左軸を参照し、第２の温度センサ５ｂで計測された炉内温度をプロットしたものである。そして、線Ｌ３は、右軸を参照し、温度コントローラ７で計算されたヒータ３ｂへの電力供給指示値をプロットしたものである。温度コントローラ７は、できるだけ速く炉内温度を３５０℃へ収束させるべく、減衰の大きい制御パラメータを使用して制御したが、その結果、温度２００〜３００℃付近では炉内温度が振動してしまった。 FIG. 15 illustrates an example in which temperature control has failed. The left axis of the figure is temperature (unit: ° C.), and the right axis is the power supply value (unit%) to the heater. The horizontal axis indicates time. A line L1 in the figure plots the target temperature with respect to the furnace temperature from the second temperature sensor 5b with reference to the left axis. Line L2 plots the furnace temperature measured by the second temperature sensor 5b with reference to the left axis. The line L3 plots the power supply instruction value to the heater 3b calculated by the temperature controller 7 with reference to the right axis. The temperature controller 7 was controlled using a control parameter having a large attenuation in order to converge the furnace temperature to 350 ° C. as quickly as possible. As a result, the furnace temperature oscillated in the vicinity of the temperature of 200 to 300 ° C. .

この発明は、このような問題点を解消するためになされたもので、高精度で且つ制御性能が高い温度制御を行うことができる熱処理装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and an object thereof is to provide a heat treatment apparatus capable of performing temperature control with high accuracy and high control performance.

この発明に係る熱処理装置は、ヒータで反応室を加熱することにより反応室内に収納された被処理体の熱処理を行う熱処理装置において、反応室内の温度を制御するための温度コントローラと、温度コントローラから出力された電力供給指示値に基づいてヒータへ電力を供給する電力制御部とを備え、温度コントローラは、予め定められた制御パラメータに基づいて電力供給指示値を算出し、算出された電力供給指示値が所定値より大きい場合に、算出された電力供給指示値を小さくして電力制御部へ出力するものである。
電力供給値変換テーブルをさらに備え、温度コントローラが、算出された電力供給指示値を、電力供給値変換テーブルを用いて変換し、変換後の電力供給指示値を電力制御部へ出力するように構成することもできる。 A heat treatment apparatus according to the present invention includes a temperature controller for controlling the temperature in the reaction chamber, and a temperature controller, in the heat treatment apparatus that heats the object to be processed housed in the reaction chamber by heating the reaction chamber with a heater. A temperature controller that supplies power to the heater based on the output power supply instruction value, and the temperature controller calculates a power supply instruction value based on a predetermined control parameter, and calculates the calculated power supply instruction When the value is larger than a predetermined value, the calculated power supply instruction value is reduced and output to the power control unit.
A power supply value conversion table is further provided, and the temperature controller is configured to convert the calculated power supply instruction value using the power supply value conversion table and to output the converted power supply instruction value to the power control unit. You can also

また、この発明に係る熱処理方法は、ヒータで反応室を加熱することにより反応室内に収納された被処理体の熱処理を行う熱処理方法において、予め定められた制御パラメータに基づいて電力供給指示値を算出し、算出された電力供給指示値が所定値より大きい場合に、算出された電力供給指示値を小さくし、電力供給指示値に基づいてヒータへ電力を供給するものである。 Further, the heat treatment method according to the present invention is a heat treatment method for performing heat treatment of an object to be processed accommodated in a reaction chamber by heating the reaction chamber with a heater, wherein the power supply instruction value is set based on a predetermined control parameter. When the calculated power supply instruction value is greater than a predetermined value, the calculated power supply instruction value is reduced and power is supplied to the heater based on the power supply instruction value.

この発明によれば、予め定められた制御パラメータに基づいて電力供給指示値を算出し、算出された電力供給指示値が所定値より大きい場合に、算出された電力供給指示値を小さくしてヒータへの電力供給を行うので、高精度で且つ制御性能が高い温度制御を実現することができる。 According to this invention, the power supply instruction value is calculated based on a predetermined control parameter, and when the calculated power supply instruction value is larger than the predetermined value, the calculated power supply instruction value is reduced to reduce the heater Therefore, temperature control with high accuracy and high control performance can be realized.

上述した図１５を注意深く見ると、次のようなことが観察される。
まず、炉内温度２００〜３００℃付近である領域Ａでは、炉内温度の振動が顕著に現れているが、炉内温度３５０℃付近である領域Ｂでは、振動が収まっていることが観察される。
そして、炉内温度の振動が顕著に現れる領域Ａでは、最初、ほぼ最大値１００％の電力が供給され、それによって温度の上昇が現れるが、その温度の上昇が速くて大きい。
次に、領域Ｂでは、電力供給値が０％となっているにも関わらず、一向に炉内温度が下がらないのに対し、領域Ａでは、電力供給値が下がると、直ちに温度が低下する現象となっている。 Looking carefully at FIG. 15 above, the following can be observed.
First, in the region A where the in-furnace temperature is around 200 to 300 ° C., the vibration of the in-furnace temperature appears remarkably, but in the region B where the in-furnace temperature is around 350 ° C., it is observed that the vibration is subsided. The
In the region A in which the oscillation of the furnace temperature appears prominently, electric power having a maximum value of 100% is first supplied, thereby causing a rise in temperature, but the rise in temperature is fast and large.
Next, in the region B, although the power supply value is 0%, the in-furnace temperature does not decrease at all, whereas in the region A, the temperature immediately decreases when the power supply value decreases. It has become.

すなわち、炉内温度の振動が顕著に現れる領域Ａでは、電力供給値が１００％程度のときに予想以上の速さと大きさの温度上昇現象が現れ、つづく電力供給値０％程度のときには、同じく予想以上の速さと大きさの温度降下現象が現れており、そのことが振動の原因となっているように観察される。一方、領域Ｂでそのような振動が起こらないのは、電力供給値が最大でも２０％程度に留まっているからのように観察される。 That is, in the region A in which the oscillation of the furnace temperature appears noticeably, a temperature rise phenomenon that is faster and larger than expected when the power supply value is about 100%, and when the power supply value is about 0%, A temperature drop phenomenon that is faster than expected and large in magnitude appears, and this is observed to cause vibration. On the other hand, such a vibration does not occur in the region B, as the power supply value remains at about 20% at the maximum.

以上のことから、次のような現象が起こっているのではないかと考えられる。以下に図１６及び図１７を使用してその現象を説明する。
図１６及び図１７は、図８に示したウェハ１と反応管２とヒータ３ｂと第２の温度センサ５ｂの位置関係を拡大したものである。 From the above, it is thought that the following phenomenon is occurring. The phenomenon will be described below with reference to FIGS.
16 and 17 are enlarged views of the positional relationship among the wafer 1, the reaction tube 2, the heater 3b, and the second temperature sensor 5b shown in FIG.

炉内温度が比較的緩やかに変化している状況（図１５の領域Ｂに相当する）では、通常、図１６に示すように熱のやりとりが行われていると考えられる。すなわち、温度が上昇している場合は、ヒータ３ｂから発せられた熱が、まず、矢印Ｙ１で示される方向に伝導して反応管２を熱し、次に、矢印Ｙ２で示される方向に伝導して第２の温度センサ５ｂを熱し、最後に、矢印Ｙ３で示される方向に伝導してウェハ１を熱する。逆に、温度が下降している場合は、矢印に示す方向と逆の方向に、まずヒータ３ｂが冷却され、次に反応管２が冷却され、以下同様の順に図中の矢印の逆の方向に冷却していくと考えられる。そのため、たとえヒータ３ｂの電力供給量を激しく増加減少させても、第２の温度センサ５ｂの温度の上昇・下降は比較的緩やかに推移することが予想される。 In a situation where the furnace temperature changes relatively slowly (corresponding to the region B in FIG. 15), it is considered that heat exchange is usually performed as shown in FIG. That is, when the temperature is rising, the heat generated from the heater 3b is first conducted in the direction indicated by the arrow Y1 to heat the reaction tube 2, and then conducted in the direction indicated by the arrow Y2. The second temperature sensor 5b is heated, and finally, the wafer 1 is heated in the direction indicated by the arrow Y3. On the other hand, when the temperature is decreasing, the heater 3b is first cooled in the direction opposite to the direction indicated by the arrow, the reaction tube 2 is then cooled, and so on. It is thought that it will cool down. For this reason, even if the power supply amount of the heater 3b is drastically increased or decreased, the temperature rise / fall of the second temperature sensor 5b is expected to be relatively gradual.

一方、炉内温度が急激に上昇している状況（図１５の領域Ａに相当する）では、図１７に示すような熱のやりとりであろうと考えられる。まず、電力供給値が大きいとき、短時間に大きな電力がヒータ３ｂに供給されるため、ヒータ３ｂの温度が急激に上昇して発熱する。そのため、矢印Ｙ１で示される方向に熱が伝導して反応管２を熱する一方で、それより速く、矢印Ｙ４で示されるような輻射熱が反応管２を飛び越えてウェハ１と第２の温度センサ５ｂとを熱してしまい、第２の温度センサ５ｂが感知する炉内温度が急激に上昇しているように測定されてしまう。次に、第２の温度センサ５ｂとウェハ１が熱せられた後、ヒータ３ｂの電力供給値が０％になったときは、ウェハ１と第２の温度センサ５ｂの周囲のガスがまだ十分熱せられていないため、矢印Ｙ５で示されるように第２の温度センサ５ｂからその周囲へ熱が伝導してしまい、第２の温度センサ５ｂが感知する炉内温度が下がっているように測定されてしまう。したがって、ヒータ３ｂの電力供給量を激しく増加減少させた場合、第２の温度センサ５ｂが感知する炉内温度が激しく速く上昇・下降して見えてしまうと考えられる。 On the other hand, in a situation where the furnace temperature is rapidly rising (corresponding to the region A in FIG. 15), it is considered that the heat exchange is as shown in FIG. First, when the power supply value is large, since a large amount of power is supplied to the heater 3b in a short time, the temperature of the heater 3b rapidly rises and generates heat. Therefore, heat is conducted in the direction indicated by the arrow Y1 to heat the reaction tube 2, while faster than that, the radiant heat as indicated by the arrow Y4 jumps over the reaction tube 2 and the wafer 1 and the second temperature sensor. 5b is heated, and the temperature inside the furnace sensed by the second temperature sensor 5b is measured to rise rapidly. Next, when the power supply value of the heater 3b becomes 0% after the second temperature sensor 5b and the wafer 1 are heated, the gas around the wafer 1 and the second temperature sensor 5b is still sufficiently heated. Therefore, as indicated by the arrow Y5, heat is conducted from the second temperature sensor 5b to the surroundings, and the temperature inside the furnace sensed by the second temperature sensor 5b is measured to be lowered. End up. Therefore, when the power supply amount of the heater 3b is increased or decreased drastically, it is considered that the furnace temperature detected by the second temperature sensor 5b appears to rise and fall rapidly and rapidly.

このような考察をもとに、本発明者はこの発明を完成するに至った。
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１に実施の形態に係る熱処理装置の構成を示す。この熱処理装置は、図８に示した従来の熱処理装置において、温度コントローラ７の代わりに温度コントローラ１７を用いたものである。すなわち、温度設定部６と電力制御部８の間に温度コントローラ１７を接続すると共に、温度コントローラ１７に第１の温度センサ４ａ、４ｂ、４ｃ及び４ｄと第２の温度センサ５ａ、５ｂ、５ｃ及び５ｄが接続されている。 Based on such consideration, the present inventor has completed the present invention.
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 shows a configuration of a heat treatment apparatus according to the embodiment. This heat treatment apparatus uses a temperature controller 17 instead of the temperature controller 7 in the conventional heat treatment apparatus shown in FIG. That is, the temperature controller 17 is connected between the temperature setting unit 6 and the power control unit 8, and the first temperature sensors 4 a, 4 b, 4 c and 4 d and the second temperature sensors 5 a, 5 b, 5 c and the temperature controller 17 are connected to the temperature controller 17. 5d is connected.

温度コントローラ１７の構成を図２に示す。温度コントローラ１７は、図１１に示した温度コントローラ７において、バス７１４に接続されているメモリに電力供給値変更テーブル７３４を記憶したものであり、他の構成は温度コントローラ７と同様である。
図３は、温度コントローラ１７の内部で行われる制御方法を示す制御ブロック図である。この制御ブロック図は、図１３に示した従来の温度コントローラ７の制御ブロック図において、第２のＰＩＤ演算要素７０６とリミッタ７０８との間に電力供給値変更部７３２を介在させたものである。 The configuration of the temperature controller 17 is shown in FIG. The temperature controller 17 stores the power supply value change table 734 in the memory connected to the bus 714 in the temperature controller 7 shown in FIG. 11, and the other configuration is the same as that of the temperature controller 7.
FIG. 3 is a control block diagram illustrating a control method performed inside the temperature controller 17. This control block diagram is a control block diagram of the conventional temperature controller 7 shown in FIG. 13 in which a power supply value changing unit 732 is interposed between the second PID calculation element 706 and the limiter 708.

電力供給値変更部７３２は、第２のＰＩＤ演算要素７０６からの最終的な電力供給値を入力し、電力供給値変更テーブル７３４に従って電力供給指示値を変換した後、変換された電力供給指示値をリミッタ７０８へ出力するものである。
電力供給値変更テーブル７３４には、例えば図４に示されるような変換表がゾーン毎に記憶されている。 The power supply value changing unit 732 receives the final power supply value from the second PID computing element 706, converts the power supply instruction value according to the power supply value change table 734, and then converts the converted power supply instruction value. Is output to the limiter 708.
In the power supply value change table 734, for example, a conversion table as shown in FIG. 4 is stored for each zone.

図４は、電力供給値変換テーブル７３４に記憶されている特定の１ゾーンの変換表を例示するものである。横軸に電力供給指示値の入力側を、縦軸に電力供給指示値の出力側を示している。テーブルには少なくとも３点以上のポイントｐ１〜ｐ５が指定されており、例えば、ポイントｐ１の場合は、「入力０％、出力０％」、ポイントｐ５の場合は、「入力１５０％、出力１００％」というように指定される。互いに隣接するポイントの間は、直線で補完されている。 FIG. 4 exemplifies a conversion table for one specific zone stored in the power supply value conversion table 734. The horizontal axis represents the power supply instruction value input side, and the vertical axis represents the power supply instruction value output side. In the table, at least three points p1 to p5 are specified. For example, in the case of point p1, “input 0%, output 0%”, and in the case of point p5, “input 150%, output 100%”. Is specified. The points adjacent to each other are complemented with straight lines.

そして、当該ゾーンの第２のＰＩＤ演算要素７０６からの最終的な電力供給指示値Ｕに対して、この変換表を使用して破線矢印のように電力供給指示値の出力側の値Ｖを求め、その値Ｖが後段のリミッタ７０８へ出力される。
電力供給指示値の入力側は、リミッタ７０８の通過範囲の０〜１００％にこだわらず、例示しているように０〜１５０％としてもよい。電力供給指示値の出力側も同様であるが、後段にリミッタ７０８があるため、０〜１００％の範囲で設定されることが好ましい。 Then, with respect to the final power supply instruction value U from the second PID computing element 706 in the zone, the value V on the output side of the power supply instruction value is obtained as indicated by a broken line arrow using this conversion table. The value V is output to the limiter 708 at the subsequent stage.
The input side of the power supply instruction value is not limited to 0 to 100% of the passing range of the limiter 708, but may be 0 to 150% as illustrated. The same applies to the output side of the power supply instruction value. However, since there is a limiter 708 in the subsequent stage, it is preferably set in the range of 0 to 100%.

このような電力供給値変換テーブル７３４に記憶されている変換表を決定する方法を図５のフローチャートに示す。
まず、図１５に示した炉内温度の振動現象を観察し、図１６の現象と図１７の現象が切り替わる境目の電力供給値（ゾーン毎に存在する）を目測で定める。図１５から例えば電力供給値２０％とする。この値を用いて「入力２０％、出力２０％」として図４に例示したポイントｐ２を指定する。なお、ポイントｐ１は「入力０％、出力０％」とする。このようにして、ステップＳ１１でポイントｐ１及びｐ２を決定する。 A method of determining the conversion table stored in the power supply value conversion table 734 is shown in the flowchart of FIG.
First, the furnace temperature oscillation phenomenon shown in FIG. 15 is observed, and the power supply value (existing in each zone) at the boundary where the phenomenon of FIG. 16 and the phenomenon of FIG. From FIG. 15, for example, the power supply value is 20%. Using this value, the point p2 illustrated in FIG. 4 is designated as “input 20%, output 20%”. The point p1 is “input 0%, output 0%”. In this way, points p1 and p2 are determined in step S11.

次に、炉内温度を基準とする温度に安定させる。例えば、図９のフローチャートに示した例では、図１５に表された炉内温度の振動は目標温度Ｔ０付近（２００〜３００℃付近）で発生するので、基準とする温度は目標温度Ｔ０付近が適当である。そして、ステップＳ１２で、基準温度に安定している状態から、上述したステップＳ１１で決定されたポイントｐ２の電力供給値を出力し、炉内温度の変化の推移を記録する。
次に、ステップＳ１３で、ポイントｐ２の電力供給値より大きい適当な電力供給値を選び、ステップＳ１２と同様にして炉内温度の変化の推移を記録する。例えば、電力供給値３０％を選んで、炉内温度の変化の推移を記録する。
次に、ステップＳ１４で、ステップＳ１２における記録とステップＳ１３における記録を比較し、ステップＳ１３での炉内温度の変化の推移とステップＳ１２での炉内温度の変化の推移の比を求め、その比から次のポイントｐ３を決定し指定する。 Next, it is stabilized at a temperature based on the furnace temperature. For example, in the example shown in the flowchart of FIG. 9, the furnace temperature oscillation shown in FIG. 15 occurs near the target temperature T0 (around 200 to 300 ° C.), so the reference temperature is around the target temperature T0. Is appropriate. In step S12, the power supply value at the point p2 determined in step S11 described above is output from the state where the reference temperature is stable, and the change in the furnace temperature is recorded.
Next, in step S13, an appropriate power supply value larger than the power supply value at point p2 is selected, and the change in the furnace temperature is recorded in the same manner as in step S12. For example, a power supply value of 30% is selected and the change in the furnace temperature is recorded.
Next, in step S14, the record in step S12 and the record in step S13 are compared, and the ratio of the change in the furnace temperature in step S13 and the change in the furnace temperature in step S12 is obtained. The next point p3 is determined and designated.

ここで、ステップＳ１３での炉内温度の変化の推移がステップＳ１２での炉内温度の変化の推移に比べて例えば３倍として、ポイントｐ３の決定方法を具体的に説明する。
ステップＳ１２における記録は電力供給値２０％のときのもの、ステップＳ１３における記録は電力供給値３０％のときのものである。ステップＳ１３での変化がステップＳ１２での変化の３倍であったことから、ステップＳ１３における電力供給値は実際には３０％であるが、炉内温度に対する影響として考えれば６０％（＝２０％の３倍）の電力が供給された効果があったと考えられる。したがって、図４のポイントｐ３は「入力６０％、出力３０％」と指定する。 Here, the determination method of the point p3 will be described in detail, assuming that the change in the furnace temperature in step S13 is, for example, three times the change in the furnace temperature in step S12.
The record in step S12 is when the power supply value is 20%, and the record in step S13 is when the power supply value is 30%. Since the change in step S13 was three times the change in step S12, the power supply value in step S13 is actually 30%, but 60% (= 20%) when considered as an effect on the furnace temperature. It is thought that there was an effect that power of 3 times the power was supplied. Therefore, the point p3 in FIG. 4 is designated as “input 60%, output 30%”.

そして、ステップＳ１５で必要なポイント数が得られるまで、ステップＳ１３及びＳ１４が繰り返される。
もし、電力供給値１００％を出力することが現実的でない場合は、それより小さい電力供給値でステップＳ１３を行って続くステップＳ１４でポイントを決定した後、１回前に決定したポイントと今回のポイントとの傾きを維持しつつ、電力供給指示値の出力側が１００％になるまで延長、すなわち１次外挿すればよい。 Then, steps S13 and S14 are repeated until the necessary number of points is obtained in step S15.
If it is not practical to output a power supply value of 100%, step S13 is performed with a power supply value smaller than that, and then a point is determined in the subsequent step S14. While maintaining the inclination with respect to the point, the output side of the power supply instruction value may be extended until it reaches 100%, that is, primary extrapolation may be performed.

前述の電力供給値変更テーブル７３４に記憶されている変換表の決定方法においては、ポイントｐ１を「入力０％、出力０％」とし、ポイントｐ２を「入力２０％、出力２０％」としたので、電力供給値０％から２０％までは電力供給指示値の入力側と出力側との間に変化がないこととなる。このように、電力供給値０％から２０％を無条件に変更しないこととしたのは、炉内温度が目標温度Ｔ１（図９のステップＳ４）で安定状態にあるとき、電力供給指示値がおよそこの範囲にあり、この範囲で適切に制御できるように制御パラメータが設定されているからである。 In the conversion table determination method stored in the power supply value change table 734, the point p1 is “input 0%, output 0%” and the point p2 is “input 20%, output 20%”. From the power supply value 0% to 20%, there is no change between the input side and the output side of the power supply instruction value. As described above, the reason why the power supply value 0% to 20% is not changed unconditionally is that when the furnace temperature is in a stable state at the target temperature T1 (step S4 in FIG. 9), the power supply instruction value is This is because the control parameters are set so as to be within this range and to be appropriately controlled within this range.

もし、この条件が適合しない場合は、変換表の決定方法において、適当な範囲を変換しない範囲とし、その他の範囲を相対的に設定すればよい。例えば前述の例では、ポイントｐ２を「入力２０％、出力２０％」とし、ポイントｐ３を「入力３０％、出力３０％」として、電力供給値２０％から３０％を変換しない範囲とすると、その代わり、電力供給値０％から２０％の効果は１／３倍となるから、ポイントｐ１を「入力６．６％、出力０％」と設定することができる。 If this condition is not met, in the conversion table determination method, an appropriate range may be set as a range that is not converted, and other ranges may be set relatively. For example, in the above example, if the point p2 is “input 20%, output 20%”, the point p3 is “input 30%, output 30%”, and the power supply value 20% to 30% is not converted, Instead, since the effect of the power supply value from 0% to 20% is 1/3 times, the point p1 can be set to “input 6.6%, output 0%”.

図６は、従来技術において温度制御が失敗した例として表した図１５と同じ熱処理装置を用いると共に図１５のときと同じ制御パラメータ７２８を用いて本発明を実施した場合の制御結果である。図の左軸は温度（単位℃）、右軸はヒータへの電力供給値（単位％）、横軸は時間をそれぞれ示している。図中の線Ｌ１は、左軸を参照し、第２の温度センサ５ｂからの炉内温度に対する目標温度をプロットしたものである。線Ｌ２は、左軸を参照し、第２の温度センサ５ｂで計測された炉内温度をプロットしたものである。線Ｌ３は、右軸を参照し、温度コントローラ１７で計算されたヒータ３ｂへの電力供給指示値をプロットしたものである。そして、線Ｌ４は、右軸を参照し、電力供給値変換部７３２の入力値を示している。 FIG. 6 shows a control result when the present invention is carried out using the same heat treatment apparatus as shown in FIG. 15 as an example in which temperature control has failed in the prior art and using the same control parameter 728 as in FIG. In the figure, the left axis shows temperature (unit: ° C.), the right axis shows the power supply value (unit:%) to the heater, and the horizontal axis shows time. A line L1 in the figure plots the target temperature with respect to the furnace temperature from the second temperature sensor 5b with reference to the left axis. Line L2 plots the furnace temperature measured by the second temperature sensor 5b with reference to the left axis. The line L3 is a plot of the power supply instruction value to the heater 3b calculated by the temperature controller 17 with reference to the right axis. A line L4 indicates the input value of the power supply value conversion unit 732 with reference to the right axis.

また、電力供給値変換テーブル７３４の例えばゾーンｂについての変換表を図７に示す。図示するようにポイントを３つ指定し、１つ目を「入力０％、出力０％」とし、２つ目を「入力２０％、出力２０％」とし、３つ目を「入力３４０％、１００％」とした。 In addition, a conversion table for the zone b in the power supply value conversion table 734 is shown in FIG. As shown in the figure, three points are specified, the first is “input 0%, output 0%”, the second is “input 20%, output 20%”, and the third is “input 340%, 100% ".

図６に示されるように、温度コントローラ１７はできるだけ速く炉内温度を３５０℃へ収束させるべく、減衰の大きい制御パラメータを使用して制御したにも関わらず、炉内温度２００〜３００℃付近である領域Ａでは、炉内温度の振動が発生せず、炉内温度３５０℃付近である領域Ｂでは、炉内温度が速やかに収束していることがわかる。 As shown in FIG. 6, although the temperature controller 17 is controlled using a control parameter having a large attenuation in order to converge the furnace temperature to 350 ° C. as quickly as possible, the furnace temperature is around 200 to 300 ° C. It can be seen that in a certain region A, the oscillation of the furnace temperature does not occur, and in the region B where the furnace temperature is around 350 ° C., the furnace temperature quickly converges.

このように、本発明によれば、特に２００℃から４００℃付近の温度領域でも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。
本発明の趣旨は、電力供給値が比較的大きいときに温度の応答が通常より大きく且つ速くなる場合に対応するため、制御演算の結果が比較的大きい場合のみ温度コントローラのゲインを小さくすることである。
したがって、前述の具体的構成のほかに、入力端Ｓからの目標温度と炉内温度との差（図３の減算要素７００の出力値）を指標として予め用意したテーブルを参照し、第１のＰＩＤ演算要素７０２や第２のＰＩＤ演算要素７０６のゲインを決定する方法により、前記本発明の趣旨を実現することも考えられる。
また、前述の具体的構成のほかに、一旦第２のＰＩＤ演算要素７０６まで制御演算した結果の値を参照し、その値が予め設定した大きい値の範囲にあるときは、予め設定したゲインテーブルを参照して第１のＰＩＤ演算要素７０２及び第２のＰＩＤ演算要素７０６のゲインを改めて決定した後で、再度制御演算する方法により、前記本発明の趣旨を実現することも考えられる。 As described above, according to the present invention, high temperature control performance can be realized with high accuracy even in a temperature range from 200 ° C. to 400 ° C.
The gist of the present invention is to reduce the gain of the temperature controller only when the result of the control calculation is relatively large in order to cope with the case where the temperature response becomes larger and faster than usual when the power supply value is relatively large. is there.
Therefore, in addition to the specific configuration described above, the first table is referred to by using a difference between the target temperature from the input terminal S and the furnace temperature (the output value of the subtraction element 700 in FIG. 3) as an index. It is also conceivable to realize the gist of the present invention by a method of determining the gain of the PID calculation element 702 or the second PID calculation element 706.
In addition to the specific configuration described above, a value obtained as a result of control calculation up to the second PID calculation element 706 is referred to. When the value is within a preset large value range, a preset gain table is set. It is also conceivable to realize the gist of the present invention by a method of performing control calculation again after determining the gains of the first PID calculation element 702 and the second PID calculation element 706 again with reference to FIG.

なお、この発明は、半導体製造装置における熱処理装置に限らず、例えばＬＣＤ装置等のガラス基板を熱処理する装置にも適用することができる。また、炉内における処理としては、ＣＶＤ処理、酸化処理、拡散処理、アニール処理等、各種の処理が適用される。 The present invention is not limited to a heat treatment apparatus in a semiconductor manufacturing apparatus, but can be applied to an apparatus for heat treating a glass substrate such as an LCD device. Various processes such as a CVD process, an oxidation process, a diffusion process, and an annealing process are applied as the process in the furnace.

この発明の実施の形態に係る熱処理装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the heat processing apparatus which concerns on embodiment of this invention. 実施の形態で用いられた温度コントローラの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the temperature controller used in embodiment. 実施の形態で用いられた温度コントローラの内部の制御ブロック図である。It is a control block diagram inside the temperature controller used in the embodiment. 実施の形態で用いられた電力供給値変換テーブルを示す図である。It is a figure which shows the electric power supply value conversion table used in embodiment. 電力供給値変換テーブルの決定方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the determination method of an electric power supply value conversion table. 実施の形態における炉内温度の制御の様子を示すグラフである。It is a graph which shows the mode of control of the furnace temperature in embodiment. 実施の形態の具体例で用いられた電力供給値変換テーブルを示す図である。It is a figure which shows the electric power supply value conversion table used by the specific example of embodiment. 従来の熱処理装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the conventional heat processing apparatus. 熱処理装置で行われる温度制御手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the temperature control procedure performed with a heat processing apparatus. 炉内の温度変化を概略的に示すグラフである。It is a graph which shows roughly the temperature change in a furnace. 従来の熱処理装置で用いられた温度コントローラの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the temperature controller used with the conventional heat processing apparatus. 制御パラメータの数値例を示す図である。It is a figure which shows the numerical example of a control parameter. 従来の熱処理装置で用いられた温度コントローラの内部の制御ブロック図である。It is a control block diagram inside the temperature controller used with the conventional heat processing apparatus. 交流電源と負荷電力の関係を示すタイミング図である。It is a timing diagram which shows the relationship between AC power supply and load electric power. 従来の熱処理装置における炉内温度の制御の様子を示すグラフである。It is a graph which shows the mode of control of the furnace temperature in the conventional heat processing apparatus. 熱処理装置内部における伝熱方法を示す図である。It is a figure which shows the heat-transfer method in heat processing apparatus inside. 熱処理装置内部における伝熱方法を示す図である。It is a figure which shows the heat-transfer method in heat processing apparatus inside.

Explanation of symbols

１ウェハ、２反応管、３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄヒータ、４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ第１の温度センサ、５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ第２の温度センサ、６温度設定部、８電力制御部、９ボート、１０炉口キャップ、１７温度コントローラ、７００第１の減算要素、７０２第１のＰＩＤ演算要素、７０４第２の減算要素、７０６第２のＰＩＤ演算要素、７０８リミッタ、７１０位相変換要素、７１２ＣＰＵ、７１４バス、７１６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、７２６制御プログラム、７２８制御パラメータ、７３０位相変換テーブル、７３２電力供給値変更部。７３４電力供給値変更テーブル。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Wafer, 2 Reaction tube, 3a, 3b, 3c, 3d Heater, 4a, 4b, 4c, 4d 1st temperature sensor, 5a, 5b, 5c, 5d 2nd temperature sensor, 6 Temperature setting part, 8 Power control Part, 9 boat, 10 furnace cap, 17 temperature controller, 700 first subtraction element, 702 first PID operation element, 704 second subtraction element, 706 second PID operation element, 708 limiter, 710 phase conversion Element, 712 CPU, 714 Bus, 716 Communication IF, 718 Pulse output circuit, 720 Display / input device, 722 Temperature input circuit, 724 Pulse input circuit, 726 Control program, 728 Control parameter, 730 Phase conversion table, 732 Power supply value Change part. 734 Power supply value change table.

Claims

In a heat treatment apparatus for performing heat treatment of an object to be processed housed in the reaction chamber by heating the reaction chamber with a heater,
A temperature controller for controlling the temperature in the reaction chamber;
A power control unit that supplies power to the heater based on a power supply instruction value output from the temperature controller;
The temperature controller calculates a power supply instruction value based on a predetermined control parameter, and when the calculated power supply instruction value is larger than a predetermined value, the calculated power supply instruction value is decreased to reduce the power The heat processing apparatus characterized by outputting to a control part.

A power supply value conversion table;
The heat treatment apparatus according to claim 1, wherein the temperature controller converts the calculated power supply instruction value using the power supply value conversion table, and outputs the converted power supply instruction value to the power control unit.