JP2010093096A - Temperature control method of heat treatment apparatus and heat treatment apparatus - Google Patents

Temperature control method of heat treatment apparatus and heat treatment apparatus Download PDF

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雅士 杉下
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress deterioration in in-furnace temperature stability due to film deposition, change in the number of produced wafers, etc. <P>SOLUTION: A heat treatment apparatus includes a heating means 1 of heating the inside of a processing chamber for processing a substrate, a heating control part 71 for controlling the heating means, and a first and a second temperature detecting means for detecting the temperature in the processing chamber, wherein the first temperature detecting means is arranged closer to the substrate than the second temperature detecting means 2, which is arranged closer to the heating means than the first temperature detecting means 3. The heating control part finds the time difference between the maximum temperature point of time of detected temperature by the second temperature detecting means 2 and the maximum temperature point of time of detected temperature by the first temperature detecting means 3, and controls the heating means such that when the temperature difference is larger than a predetermined time difference, the time difference becomes equal to or less than the predetermined time difference. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、熱処理装置の温度制御方法および熱処理装置に関するものである。   The present invention relates to a temperature control method for a heat treatment apparatus and a heat treatment apparatus.

従来、半導体製造装置では、炉内の温度を適切な温度に維持し若しくは炉内を指定した温度変化に追従させる必要があるため、予め設定した目標温度の温度変化パターンに基づいて制御装置がヒータの制御を行っている(例えば、特許文献1参照。)。
WO2006/070552号公報
Conventionally, in a semiconductor manufacturing apparatus, since it is necessary to maintain the temperature in the furnace at an appropriate temperature or to follow the temperature change designated in the furnace, the control device uses a heater based on a preset temperature change pattern. (For example, refer to Patent Document 1).
WO 2006/070552

従来技術である温度制御方法、温度制御調整方法を用いてもチューブへの堆積膜、ウエハ枚数、ウエハ種類による温度特性変化に対応できない場合があり、温度安定時間が遅延する場合があった。   Even if the temperature control method and the temperature control adjustment method, which are conventional techniques, are used, it may not be possible to cope with changes in temperature characteristics depending on the film deposited on the tube, the number of wafers, and the wafer type, and the temperature stabilization time may be delayed.

本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、炉内温度特性の変化に対応して、予め設定した操作量パターンの一部を更新することのできる熱処理装置および熱処理装置の温度制御方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems. A heat treatment apparatus and a heat treatment apparatus capable of updating a part of a preset operation amount pattern in response to a change in furnace temperature characteristics. An object is to provide a temperature control method.

上述した課題を解決するため、本発明に係る熱処理装置の温度制御方法は、基板を処理する処理室内を加熱する加熱手段と、該加熱手段を制御する加熱制御部と、前記処理室内の温度を検出する第一および第二の温度検出手段とを備え、該第一の温度検出手段は前記第二の温度検出手段よりも前記基板に近い位置に配置され、該第二の温度検出手段は前記第一の温度検出手段よりも前記加熱手段に近い位置に配置される熱処理装置における温度調整方法であって、前記第二の温度検出手段による検出温度の最大温度時点から前記第一の温度検出手段による検出温度の最大温度時点との時間差を求める工程と、この時間差が予め定めた時間差以上であった場合には、この時間差が予め定めた時間差以下となるように、前記加熱手段を制御する工程を有することを特徴とするものである。   In order to solve the above-described problem, a temperature control method of a heat treatment apparatus according to the present invention includes a heating unit that heats a processing chamber for processing a substrate, a heating control unit that controls the heating unit, and a temperature in the processing chamber. First and second temperature detecting means for detecting, the first temperature detecting means is disposed closer to the substrate than the second temperature detecting means, and the second temperature detecting means is A temperature adjustment method in a heat treatment apparatus disposed closer to the heating means than the first temperature detection means, wherein the first temperature detection means starts from the maximum temperature point of the temperature detected by the second temperature detection means. A step of obtaining a time difference between the detected temperature of the detected temperature and the maximum temperature, and a process for controlling the heating means so that the time difference is not more than a predetermined time difference if the time difference is not less than a predetermined time difference. It is characterized in that it has a.

また、本発明に係る熱処理装置は、基板を処理する処理室内を加熱する加熱手段と、該加熱手段を制御する加熱制御部と、前記処理室内の温度を検出する第一および第二の温度検出手段とを備え、該第一の温度検出手段は前記第二の温度検出手段よりも前記基板に近い位置に配置され、該第二の温度検出手段は前記第一の温度検出手段よりも前記加熱手段に近い位置に配置される熱処理装置であって、前記加熱制御部は、前記第二の温度検出手段による検出温度の最大温度時点から前記第一の温度検出手段による検出温度の最大温度時点との時間差を求め、この時間差が予め定めた時間差以上であった場合には、この時間差が予め定めた時間差以下となるように、前記加熱手段を制御することを特徴とするものである。   Further, the heat treatment apparatus according to the present invention includes a heating means for heating the processing chamber for processing the substrate, a heating control unit for controlling the heating means, and first and second temperature detections for detecting the temperature in the processing chamber. And the first temperature detection means is disposed closer to the substrate than the second temperature detection means, and the second temperature detection means is more heated than the first temperature detection means. A heat treatment apparatus disposed at a position close to the means, wherein the heating control unit includes a maximum temperature time point of the detected temperature by the first temperature detecting means from a maximum temperature time point of the detected temperature by the second temperature detecting means. When the time difference is equal to or greater than a predetermined time difference, the heating means is controlled so that the time difference is equal to or less than the predetermined time difference.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。本発明は、熱処理装置での温度制御における、加熱手段に入力する操作量を比例・積分・微分(PID)演算による帰還制御を用いて、当該加熱手段から出力される制御量を制御する制御方式の自動温度調整手順に関するものである。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The present invention relates to a control method for controlling a control amount output from a heating unit by using feedback control based on a proportional / integral / differential (PID) operation for an operation amount input to the heating unit in temperature control in a heat treatment apparatus. This relates to the automatic temperature adjustment procedure.

(第1の実施の形態)
図1は本発明の第1の実施の形態による熱処理装置について説明するための機能ブロック図、図2は同装置における反応管周辺の構成の詳細について説明するための図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a functional block diagram for explaining a heat treatment apparatus according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a view for explaining details of a configuration around a reaction tube in the apparatus.

本実施の形態による熱処理装置は、処理炉91および主制御部7を備えてなる構成となっている。なお、図1では主制御部7について温度制御部71のみを抜き出して表示している。   The heat treatment apparatus according to the present embodiment is configured to include a processing furnace 91 and a main control unit 7. In FIG. 1, only the temperature control unit 71 is extracted from the main control unit 7 and displayed.

処理炉91は、ヒータ(加熱手段)1、石英キャップ1a、ヒータ熱電対(第二の温度検出手段)2、カスケード熱電対(第一の温度検出手段)3、ボート4、反応管5、均熱管6、排気管8、ボートエレベータ9、ベース10、ガス供給管11、マスフローコントローラ(MFC)12、圧力調節器(APC)13、圧力センサ14、Oリング15、シールキャップ16、回転軸17、導入口18および排気口19を備えている。   The processing furnace 91 includes a heater (heating means) 1, a quartz cap 1a, a heater thermocouple (second temperature detection means) 2, a cascade thermocouple (first temperature detection means) 3, a boat 4, a reaction tube 5, a leveling unit. Heat pipe 6, exhaust pipe 8, boat elevator 9, base 10, gas supply pipe 11, mass flow controller (MFC) 12, pressure regulator (APC) 13, pressure sensor 14, O-ring 15, seal cap 16, rotating shaft 17, An introduction port 18 and an exhaust port 19 are provided.

主制御部7は、温度制御部(加熱制御部)71、ガス流量制御部72、圧力制御部73および駆動制御部74を備えている。     The main control unit 7 includes a temperature control unit (heating control unit) 71, a gas flow rate control unit 72, a pressure control unit 73, and a drive control unit 74.

均熱管6は例えばSiC等の耐熱性材料からなり、上端が閉塞され、下端に開口を有する円筒状に形成されている。例えば石英(SiO2)等の耐熱性材料からなる反応容器(以下、反応管5)は、下端に開口を有する円筒状に形成され、均熱管6内に均熱管6と同心円状に配置されている。反応管5の下部には例えば石英からなるガス供給管11と排気管8が連結されていて、ガス供給管11と連結される導入口18は反応管5下部から、反応管5側部に添って例えば細管状に立ち上がり、天井部分で反応管5の内部に至る構成となっている。排気管8は、反応管5の排気口19に接続される。ガスはガス供給管11か
ら反応管5の天井部を経て、反応管5の内部に流入し、反応管5下部に接続された排気管8から排気されるようになっている。
The soaking tube 6 is made of a heat-resistant material such as SiC, and is formed in a cylindrical shape with the upper end closed and the lower end opened. For example, a reaction vessel (hereinafter referred to as reaction tube 5) made of a heat resistant material such as quartz (SiO 2 ) is formed in a cylindrical shape having an opening at the lower end, and is disposed concentrically with the heat equalizing tube 6 in the heat equalizing tube 6. Yes. A gas supply pipe 11 made of, for example, quartz and an exhaust pipe 8 are connected to the lower part of the reaction tube 5, and an introduction port 18 connected to the gas supply pipe 11 extends from the lower part of the reaction tube 5 to the side of the reaction tube 5. For example, it has a structure that rises into a thin tube and reaches the inside of the reaction tube 5 at the ceiling. The exhaust pipe 8 is connected to the exhaust port 19 of the reaction pipe 5. The gas flows from the gas supply pipe 11 through the ceiling of the reaction tube 5 into the reaction tube 5 and is exhausted from the exhaust pipe 8 connected to the lower part of the reaction tube 5.

反応管5の導入口18には、ガス供給管11により、処理用のガスが反応管5内に供給されるようになっている。このガス供給管11はガスの流量制御手段としてのマスフローコントローラ(MFC)12若しくは不図示の水分発生器に連結されている。マスフローコントローラ12は、ガス流量制御部72に接続されており、供給するガス若しくは水蒸気(H2O)の流量を所定の量に制御し得る構成となっている。 A gas for processing is supplied into the reaction tube 5 through the gas supply tube 11 to the inlet 18 of the reaction tube 5. The gas supply pipe 11 is connected to a mass flow controller (MFC) 12 as a gas flow rate control means or a moisture generator (not shown). The mass flow controller 12 is connected to the gas flow rate control unit 72 and has a configuration capable of controlling the flow rate of the supplied gas or water vapor (H 2 O) to a predetermined amount.

反応管5の排気口19からは、反応管5内を流れるガスが排出される。反応管5の排気口19には、圧力調節器(例えばAPC)13に連結されたガスの排気管8が接続されており、反応管5内の圧力を圧力検出手段(以下、圧力センサ14)により検出し、反応管5内の圧力を所定の圧力にするように圧力制御部73によりAPC13を制御する。   The gas flowing through the reaction tube 5 is discharged from the exhaust port 19 of the reaction tube 5. A gas exhaust pipe 8 connected to a pressure regulator (for example, APC) 13 is connected to the exhaust port 19 of the reaction pipe 5, and the pressure in the reaction pipe 5 is detected by pressure detection means (hereinafter, pressure sensor 14). And the APC 13 is controlled by the pressure control unit 73 so that the pressure in the reaction tube 5 becomes a predetermined pressure.

反応管5の下端開口部には、例えば石英からなる円盤状の保持体(以下、ベース10)が、Oリング15を介して気密シール可能に着脱自在にあり、ベース10は円盤状の蓋体(以下、シールキャップ16)の上に取り付けられている。又、シールキャップ16には、回転手段(以下、回転軸17)が連結されており、回転軸17により、保持体(以下、
石英キャップ1a)および基板保持手段(以下、ボート4)、ボート4上に保持されている基板(以下、ウエハ4a)を回転させる。又、シールキャップ16は昇降手段(以下、ボートエレベータ9)に連結されており、ボート4が昇降される構成となっている。回転軸17およびボートエレベータ9は、所定のスピードで駆動するように、駆動制御部74により制御される。
At the lower end opening of the reaction tube 5, a disk-shaped holding body (hereinafter referred to as a base 10) made of, for example, quartz is detachable so as to be airtightly sealed through an O-ring 15, and the base 10 is a disk-shaped lid. (Hereinafter referred to as seal cap 16). The seal cap 16 is connected to a rotating means (hereinafter referred to as a rotating shaft 17).
The quartz cap 1a), the substrate holding means (hereinafter referred to as boat 4), and the substrate (hereinafter referred to as wafer 4a) held on the boat 4 are rotated. The seal cap 16 is connected to lifting means (hereinafter referred to as a boat elevator 9) so that the boat 4 is lifted and lowered. The rotary shaft 17 and the boat elevator 9 are controlled by the drive control unit 74 so as to be driven at a predetermined speed.

反応管5の外周には加熱手段(以下、ヒータ1)が同心円状に配置されている。ヒータ1は、反応管5内の温度を上位コントローラUcで設定された処理温度にするよう温度検出手段(以下、ヒータ熱電対2、カスケード熱電対3)により温度を検出し、温度制御部71により制御する。ここでヒータ熱電対2はヒータ1の温度を、カスケード熱電対3は均熱菅6と反応菅5の間の温度を検出する役割を有している。具体的には、ヒータ1は、炉内温度をより高精度に制御するために複数のゾーン(例えば、Uゾーン、CUゾーン、CLゾーン、Lゾーンなど)に分割されており、ヒータ1により構成される複数の加熱ゾ
ーンからの温度検出値と温度設定値との偏差に基づいて、加熱ゾーン毎にヒータへのパワー制御信号が出力され、温度制御が行われる。なお、ヒータ熱電対2もカスケード熱電対3も、ヒータ1の複数のゾーンに対応するようにそれぞれのゾーンに応じた位置で検出するように複数の検出点を有する。
On the outer periphery of the reaction tube 5, heating means (hereinafter referred to as heater 1) are arranged concentrically. The heater 1 detects the temperature by temperature detection means (hereinafter referred to as heater thermocouple 2 and cascade thermocouple 3) so that the temperature in the reaction tube 5 becomes the processing temperature set by the host controller Uc. Control. Here, the heater thermocouple 2 has a role of detecting the temperature of the heater 1, and the cascade thermocouple 3 has a role of detecting the temperature between the soaking tank 6 and the reaction tank 5. Specifically, the heater 1 is divided into a plurality of zones (for example, U zone, CU zone, CL zone, L zone, etc.) in order to control the temperature in the furnace with higher accuracy. Based on the deviation between the temperature detection values and the temperature set values from the plurality of heating zones, a power control signal to the heater is output for each heating zone, and temperature control is performed. Note that both the heater thermocouple 2 and the cascade thermocouple 3 have a plurality of detection points so as to be detected at positions corresponding to the respective zones so as to correspond to the plurality of zones of the heater 1.

ここではカスケード熱電対3は反応菅5とボート4の間に設置され、反応菅5内の温度を検出することもできるような構成となっているが、カスケード熱電対3とヒータ熱電対2の配置は、ヒータ1とウエハ4aとの間にそれぞれ配置され、カスケード熱電対3はヒータ熱電対2よりウエハ4aにより近く配置され、ヒータ熱電対2は、カスケード熱電対3よりヒータ1側により近く配置されればよい。   Here, the cascade thermocouple 3 is installed between the reaction vessel 5 and the boat 4 so that the temperature in the reaction vessel 5 can be detected. However, the cascade thermocouple 3 and the heater thermocouple 2 are connected to each other. The arrangement is arranged between the heater 1 and the wafer 4a, the cascade thermocouple 3 is arranged closer to the wafer 4a than the heater thermocouple 2, and the heater thermocouple 2 is arranged closer to the heater 1 side than the cascade thermocouple 3. It only has to be done.

次に、処理炉91における酸化、拡散処理方法の一例を説明する。まず、ボートエレベータ9によりボート4を下降させる。ボート4は、複数枚のウエハ4aを保持する。次いで、ヒータ1により加熱しながら、反応管5内の温度を所定の温度にする。ガス供給管11に接続されたMFC12により予め反応管5内を不活性ガスで充填しておき、ボートエレベータ9により、ボート4を上昇させて反応管5内に移し、反応管5の内部温度を所定の処理温度に維持する。反応管5内を所定の圧力に保った後、回転軸17により、ボート4およびボート4上に保持されているウエハ4aを回転させる。同時にガス供給管11から処理用のガスを供給若しくは水分発生器から水蒸気を供給する。供給されたガスは、反応管5を下降し、ウエハ4aに対して均等に供給される。     Next, an example of an oxidation / diffusion treatment method in the treatment furnace 91 will be described. First, the boat 4 is lowered by the boat elevator 9. The boat 4 holds a plurality of wafers 4a. Next, the temperature in the reaction tube 5 is set to a predetermined temperature while being heated by the heater 1. The inside of the reaction tube 5 is filled with an inert gas in advance by the MFC 12 connected to the gas supply pipe 11, and the boat 4 is lifted and moved into the reaction tube 5 by the boat elevator 9, and the internal temperature of the reaction tube 5 is changed. Maintain a predetermined processing temperature. After maintaining the inside of the reaction tube 5 at a predetermined pressure, the boat 4 and the wafer 4 a held on the boat 4 are rotated by the rotating shaft 17. At the same time, a processing gas is supplied from the gas supply pipe 11 or water vapor is supplied from a moisture generator. The supplied gas descends the reaction tube 5 and is uniformly supplied to the wafer 4a.

酸化・拡散処理中の反応管5内では、排気管8を介して排気され、所定の圧力になるようAPC13により圧力が制御され、所定時間、酸化・拡散処理を行う。   In the reaction tube 5 during the oxidation / diffusion treatment, the pressure is controlled by the APC 13 so as to reach a predetermined pressure through the exhaust pipe 8, and the oxidation / diffusion treatment is performed for a predetermined time.

このようにして酸化・拡散処理が終了すると、次のウエハ4aの酸化・拡散処理に移るべく、反応管5内のガスを不活性ガスで置換するとともに、圧力を常圧にし、その後、ボートエレベータ9によりボート4を下降させて、ボート4および処理済のウエハ4aを反応管5から取り出す。反応管5から取り出されたボート4上の処理済のウエハ4aは、未処理のウエハ4aと交換され、再度前述同様にして反応管5内に上昇され、酸化・拡散処理が成される。     When the oxidation / diffusion process is completed in this way, the gas in the reaction tube 5 is replaced with an inert gas and the pressure is changed to normal pressure, and then the boat elevator is moved to the next oxidation / diffusion process of the wafer 4a. The boat 4 is lowered by 9 and the boat 4 and the processed wafer 4 a are taken out from the reaction tube 5. The processed wafer 4a on the boat 4 taken out from the reaction tube 5 is replaced with an unprocessed wafer 4a, and is again raised into the reaction tube 5 in the same manner as described above, and oxidation / diffusion processing is performed.

次に、図1に示す温度制御部71について説明する。なお、温度制御部71は、前述の加熱ゾーンごとに、ヒータ1、カスケード熱電対3、ヒータ熱電対2それぞれに応じて制御するが、以下の説明では、特別説明のない限り、そのうちの1つの加熱ゾーンに対しての説明であるものとする。   Next, the temperature control unit 71 shown in FIG. 1 will be described. The temperature control unit 71 performs control according to each of the heater 1, the cascade thermocouple 3, and the heater thermocouple 2 for each of the heating zones described above, but in the following description, one of them is provided unless otherwise specified. The explanation is for the heating zone.

温度制御部71は切替え器20および22、減算器21および25、PID演算器23および26、PIDC演算器24およびPowerパターン出力器27から構成される。   The temperature controller 71 includes switchers 20 and 22, subtractors 21 and 25, PID calculators 23 and 26, PIDC calculator 24, and Power pattern output unit 27.

切替え器20は設定される制御モードによって制御方式を選択切り替えするものである。具体的にはPID制御(後述)とPower制御(後述)等の選択切替えを行う。   The switcher 20 selectively switches the control method according to the set control mode. Specifically, selection switching such as PID control (described later) and Power control (described later) is performed.

減算器21は上位コントローラUcで設定される目標値Scから制御量(検出温度)Aを減算した結果を偏差Fとして算出し、切替え器22を経由してPID演算器23あるいはPIDC演算器24へ出力する。     The subtractor 21 calculates the difference F by subtracting the control amount (detected temperature) A from the target value Sc set by the host controller Uc, and sends it to the PID calculator 23 or PIDC calculator 24 via the switch 22. Output.

切替え器22は設定される制御モードによって制御方式を選択切り替えするものである。具体的にはPIDC制御(後述)とPID制御との選択切替えを行う。   The switch 22 selectively switches the control method according to the set control mode. Specifically, selection switching between PIDC control (described later) and PID control is performed.

続いて、PID演算器23における処理(PID制御)について図3に基づいて説明する。   Next, processing (PID control) in the PID computing unit 23 will be described with reference to FIG.

図3に示すように、PID演算器23は、加算器30、積分演算器31、比例演算器32および微分演算器33とから構成される。積分演算器31は、偏差Fを入力とし、偏差Fを時間積分演算(I演算)した結果に予め設定されているパラメータKiを乗じた値を積分値Nとして出力するものである。ある特定の時間tにおける偏差FをF(t)、そのときの積分値NをN(t)で表すとすると、積分値Nは式(1)に従って求められる。なお式(1)において、∫F(u)duの積分範囲は0からtの間である。
N(t)=Ki・∫F(u)du ・・・(1)
As shown in FIG. 3, the PID calculator 23 includes an adder 30, an integral calculator 31, a proportional calculator 32, and a differential calculator 33. The integral calculator 31 receives the deviation F, and outputs a value obtained by multiplying the deviation F by a time integral calculation (I calculation) by a preset parameter Ki as an integral value N. Assuming that the deviation F at a specific time t is F (t) and the integration value N at that time is N (t), the integration value N is obtained according to the equation (1). In equation (1), the integration range of ∫F (u) du is between 0 and t.
N (t) = Ki · ∫F (u) du (1)

比例演算器32は、偏差Fを入力とし、予め設定されているパラメータKpを乗じた(P演算)値を比例値Oとして出力するものである。ある特定時間tにおける偏差FをF(t)、そのときの比例値OをO(t)で表すと、比例値Oは式(2)に従って求められる。
О(t)=Kp・F(t) ・・・(2)
The proportional calculator 32 receives the deviation F and outputs a value (P calculation) multiplied by a preset parameter Kp as a proportional value O. When the deviation F at a certain specific time t is expressed as F (t) and the proportional value O at that time is expressed as O (t), the proportional value O can be obtained according to the equation (2).
О (t) = Kp · F (t) (2)

微分演算器33は、偏差Fを入力とし、偏差Fを時間微分演算(D演算)した結果に予め設定されているパラメータKdを乗じた値を微分値Rとして出力するものである。ある特定の時間tにおける偏差FをF(t)、そのときの微分値RをR(t)で表すとすると、微分値Rは式(3)に従って求められる。
R(t)=Kd・dF(t)/dt ・・・(3)
The differential calculator 33 inputs the deviation F, and outputs as a differential value R a value obtained by multiplying the deviation F by the time differential calculation (D calculation) by a preset parameter Kd. Assuming that the deviation F at a specific time t is F (t) and the differential value R at that time is R (t), the differential value R is obtained according to the equation (3).
R (t) = Kd · dF (t) / dt (3)

加算器30は、積分値N、比例値Oおよび微分値Rを入力とし、これらの総和を算出して操作量Xを出力するものである。ある特定の時間tにおける偏差FをF(t)、そのときの操作量XをX(t)で表すとすると、前述した式(1)、式(2)、式(3)から操作量Xは式(4)に従って求められ、このようなPID演算器23における演算処理をPID演算と呼ぶ。なお式(4)において、∫F(u)duの積分範囲は0からtの間である。
X(t)=Kp・F(t)+Ki・∫F(u)du+Kd・dF(t)/dt ・・・(4)
The adder 30 receives the integral value N, the proportional value O, and the differential value R, calculates the sum of these, and outputs the manipulated variable X. Assuming that the deviation F at a specific time t is F (t) and the manipulated variable X at that time is represented by X (t), the manipulated variable X can be calculated from the above-mentioned formulas (1), (2), and (3). Is obtained according to Equation (4), and such a calculation process in the PID calculator 23 is referred to as a PID calculation. In equation (4), the integration range of ∫F (u) du is between 0 and t.
X (t) = Kp.F (t) + Ki.∫F (u) du + Kd.dF (t) / dt (4)

つまり図1で示すように、主制御部7における温度制御部71に対して、上位コントローラUcからの目標値(目標温度)Scおよびカスケード熱電対3からの制御量(検出温度)Aが入力され、温度制御部71内の減算器21では目標値(目標温度)Scから制御量Aを減算した偏差Fが出力される。PID演算器23では、偏差Fを用いてPID演算が行われ、操作量Xが決定される。この操作量Xは目標値X’に変換され、この目標値X’とヒータ熱電対2からの制御量(検出温度)Bが減算器25に入力され、減算器25では目標値X’から制御量Bを減算した偏差Eが出力される。PID演算器26では偏差Eを用いてPID演算され、温度制御部71の出力として操作量Zが出力され、ヒータ1に入力される。そしてヒータ1から出力された制御量A、Bは再び温度制御部71に帰還される。このように温度制御部71から出力される操作量Zを、目標値Scと制御量Aとの偏差Fが零になるように時々刻々と変化させている。このような制御方式をPID制御と呼ぶ。     That is, as shown in FIG. 1, the target value (target temperature) Sc from the host controller Uc and the control amount (detected temperature) A from the cascade thermocouple 3 are input to the temperature control unit 71 in the main control unit 7. The subtractor 21 in the temperature control unit 71 outputs a deviation F obtained by subtracting the control amount A from the target value (target temperature) Sc. In the PID calculator 23, the PID calculation is performed using the deviation F, and the operation amount X is determined. This manipulated variable X is converted to a target value X ′, and this target value X ′ and the control amount (detected temperature) B from the heater thermocouple 2 are input to the subtractor 25, and the subtractor 25 controls from the target value X ′. A deviation E obtained by subtracting the amount B is output. The PID calculator 26 performs a PID calculation using the deviation E, and an operation amount Z is output as an output of the temperature control unit 71 and input to the heater 1. The control amounts A and B output from the heater 1 are fed back to the temperature control unit 71 again. In this manner, the operation amount Z output from the temperature control unit 71 is changed every moment so that the deviation F between the target value Sc and the control amount A becomes zero. Such a control method is called PID control.

続いて、PIDC演算器について図4に基づいて説明する。   Next, the PIDC calculator will be described with reference to FIG.

図4に示すように、PIDC演算器24は、加算器40、積分演算器41、比例演算器42、微分演算器43、切替え器44、積分パターン出力器45、積分パターン出力器46から構成される。   As shown in FIG. 4, the PIDC computing unit 24 includes an adder 40, an integral computing unit 41, a proportional computing unit 42, a differential computing unit 43, a switching unit 44, an integration pattern output unit 45, and an integration pattern output unit 46. The

切替え器44は、予め設定される制御切替え時間に基づいて選択切替えを行うものである。具体的には制御開始から予め設定された時間tのタイミングで、積分パターン出力器45か積分パターン出力器46+積分演算器41かの切替えを行う。   The switch 44 performs selection switching based on a preset control switching time. Specifically, the integration pattern output unit 45 or the integration pattern output unit 46 + the integration calculation unit 41 is switched at a timing t set in advance from the start of control.

積分演算器41は偏差Fを入力とし、偏差Fを時間積分演算(I演算)した結果に予め設定されているパラメータKiを乗じた値を積分値Nとして出力するものである。ある特定の時間tにおける偏差FをF(t)、そのときの積分値NをN(t)で表すとすると、積分値Nは式(5)に従って求められる。なお式(5)において、∫F(u)duの積分範囲は0からtの間である。
N(t)=Ki・∫F(u)du ・・・(5)
The integration calculator 41 receives the deviation F, and outputs a value obtained by multiplying the deviation F by time integration calculation (I calculation) by a preset parameter Ki as an integration value N. Assuming that the deviation F at a specific time t is F (t) and the integral value N at that time is N (t), the integral value N is obtained according to the equation (5). In equation (5), the integration range of ∫F (u) du is between 0 and t.
N (t) = Ki · ∫F (u) du (5)

ここで、積分出力パターンとは、積分演算分の代わりに、予め積分演算分の出力値を過程に合わせて設定するものであり、積分パターン出力器45および46は、予め設定されている出力パターンに基づいて、積分パターン値Jを出力するものである。図5は、積分出力パターンを例示する図である。上位コントローラUcでは、温度制御を行う際の複数のステップ(Step1〜Step4)毎に出力値C、レート(Rate)、時間timeを設定することができる。あるステップをIステップ目とすると、前ステップの出力値C(I−1)からレートRate(I)で出力値C(I)に向かって変化させ、出力値C(I)到達後は出力値はC(I)のまま出力を続ける。Iステップ開始後、時間time(I)経過時点で次ステップI+1ステップ目に移行する。ある特定の時間tにおける出力値JをJ(t)とする。 Here, the integral output pattern is to set the output value for the integral calculation in advance according to the process instead of the integral calculation, and the integral pattern output units 45 and 46 are set to the preset output patterns. Based on the above, the integration pattern value J is output. FIG. 5 is a diagram illustrating an integral output pattern. The host controller Uc can set the output value C, the rate (Rate), and the time time for each of a plurality of steps (Step 1 to Step 4) when performing temperature control. Assuming that a certain step is the I step, the output value C (I-1) of the previous step is changed at the rate Rate (I) toward the output value C (I), and after reaching the output value C (I), the output value Continues output with C (I). After the start of the I step, when the time time (I) has elapsed, the process proceeds to the next step I + 1. Assume that an output value J at a specific time t is J (t).

加算器49は、積分パターン出力器46からの積分パターン値Jと積分演算器41からの積分演算値Nとを入力とし、これらの総和を算出し積分操作量Wを出力するものである。   The adder 49 receives the integration pattern value J from the integration pattern output unit 46 and the integration calculation value N from the integration calculator 41, calculates the sum of these values, and outputs an integration operation amount W.

つまり、ある特定時間tにおける偏差FをF(t)、そのときの積分操作量WをW(t)で表すと、切替え器44によって積分パターン出力器45と積分パターン出力器46+積分演算器41の切替えが行われるとき、積分操作量Wは式(6)に従って求められる。積分操作量Wは、積分パターン値(J(t))と積分演算値との和になっている。なお式(6)において、∫F(u)duの積分範囲は0からtの間である。
W(t)=J(t)+Ki・∫F(u)du ・・・(6)
That is, when the deviation F at a specific time t is represented by F (t) and the integral operation amount W at that time is represented by W (t), the switching unit 44 causes the integral pattern output unit 45, the integral pattern output unit 46 + the integral computing unit 41 to be used. Is switched according to the equation (6). The integral operation amount W is the sum of the integral pattern value (J (t)) and the integral calculation value. In equation (6), the integration range of ∫F (u) du is between 0 and t.
W (t) = J (t) + Ki∫∫ (u) du (6)

比例演算器42は偏差Fを入力とし、予め設定されているパラメータKpを乗じた(P演算)値を比例値Oとして出力するものである。ある特定時間tにおける偏差FをF(t)、そのときの比例値OをO(t)で表すと、比例値Oは式(7)に従って求められる。
О(t)=Kp・F(t) ・・・(7)
微分演算器43は、偏差Fを入力とし、偏差Fを時間微分演算(D演算)した結果に予め設定されているパラメータKdを乗じた値を微分値Rとして出力するものである。
ある特定の時間tにおける偏差FをF(t)、そのときの微分値RをR(t)で表すとすると、微分値Rは式(8)に従って求められる。
R(t)=Kd・dF(t)/dt ・・・(8)
The proportional calculator 42 receives the deviation F and outputs a value (P calculation) multiplied by a preset parameter Kp as a proportional value O. When the deviation F at a certain specific time t is expressed as F (t) and the proportional value O at that time is expressed as O (t), the proportional value O is obtained according to the equation (7).
О (t) = Kp · F (t) (7)
The differential calculator 43 receives the deviation F and outputs a value obtained by multiplying the deviation F by a time differential calculation (D calculation) by a preset parameter Kd as a differential value R.
Assuming that the deviation F at a specific time t is F (t) and the differential value R at that time is R (t), the differential value R is obtained according to the equation (8).
R (t) = Kd · dF (t) / dt (8)

加算器40は、積分操作量Wもしくは積分パターン値Jと比例値Oと微分値Rを入力とし、これらの総和を算出して操作量Xを出力するものである。ある特定の時間tにおける偏差FをF(t)、そのときの操作量XをX(t)で表すとすると、前述した式(6)、式(7)、式(8)から操作量Xは式(9a)もしくは式(9b)に従って求められ、これをPIDC演算と呼ぶ。
X(t)=W(t)+Kp・F(t)+Kd・dF(t)/dt ・・・(9a)
X(t)=J(t)+Kp・F(t)+Kd・dF(t)/dt ・・・(9b)
The adder 40 receives the integral operation amount W or the integral pattern value J, the proportional value O, and the differential value R, calculates the sum of these, and outputs the operation amount X. Assuming that the deviation F at a specific time t is F (t) and the manipulated variable X at that time is represented by X (t), the manipulated variable X can be calculated from the above-mentioned formulas (6), (7), and (8). Is obtained according to equation (9a) or equation (9b), and this is called PIDC calculation.
X (t) = W (t) + Kp.F (t) + Kd.dF (t) / dt (9a)
X (t) = J (t) + Kp.F (t) + Kd.dF (t) / dt (9b)

つまり図1で示すように、温度制御部71へに対して、上位コントローラUcからの目標値Scおよびカスケード熱電対3からの制御量Aが入力されると、温度制御部71内の減算器21では目標値Scから制御量Aを減算した偏差Fが出力される。切替え器22によりPIDC演算器24に偏差Fが入力されたとき、PIDC演算器24では、偏差Fと予め設定された積分パターン積分値と比例微分演算器等を用いて、操作量Xが決定される。この操作量Xは目標値X’に変換され、この目標値X’とヒータ熱電対2からの制御量Bが減算器25に入力され、減算器25では目標値X’から制御量Bを減算した偏差Eが
出力される。PID演算器26では偏差Eを用いてPID演算され、温度制御部71の出力として操作量Zが出力され、ヒータ1に入力される。そしてヒータ1から出力された制御量Aおよび制御量Bは、再び温度制御部71に帰還される。このように温度制御部71から出力される操作量Zを、目標値Scと制御量Aとの偏差Fが零になるように時々刻々と変化させている。このような制御方式をPIDC制御と呼ぶ。
That is, as shown in FIG. 1, when the target value Sc from the host controller Uc and the control amount A from the cascade thermocouple 3 are input to the temperature controller 71, the subtractor 21 in the temperature controller 71. Then, the deviation F obtained by subtracting the control amount A from the target value Sc is output. When the deviation F is input to the PIDC calculator 24 by the switcher 22, the PIDC calculator 24 determines the manipulated variable X using the deviation F, a preset integral pattern integral value, a proportional differential calculator, and the like. The The manipulated variable X is converted into a target value X ′, and the target value X ′ and the control amount B from the heater thermocouple 2 are input to the subtractor 25, and the subtractor 25 subtracts the control amount B from the target value X ′. Deviation E is output. The PID calculator 26 performs a PID calculation using the deviation E, and an operation amount Z is output as an output of the temperature control unit 71 and input to the heater 1. The control amount A and the control amount B output from the heater 1 are fed back to the temperature control unit 71 again. In this manner, the operation amount Z output from the temperature control unit 71 is changed every moment so that the deviation F between the target value Sc and the control amount A becomes zero. Such a control method is called PIDC control.

次に、Powerパターン出力器27について説明する。   Next, the power pattern output unit 27 will be described.

ここで、Power(パワー)パターンとは、積分演算分、微分演算分、比例演算分を含む、ヒータ出力値の代わりに予め積分、微分、比例演算分を含むヒータ出力値を過程に合わせて設定するものであり、Powerパターン出力器27は、予め設定されたパターンに基づいて操作量Zを出力するものである。具体的には、例えば図6に示すように、ある特定の時間t1はある一定の操作量Z1を出力し、t1経過後、ある特定の時間t2の間はある一定の操作量Z2を出力する。このとき、操作量Z1から操作量Z2に移行する際に予め設定された傾き(操作量/時間)によってランピングさせることも可能である。
このように予め時間と操作量と傾きによって作られる(パターン化される)パターンに基づいて操作量を決定し、出力する制御方式をPower制御と呼ぶ。
Here, the power pattern includes integral calculation, differential calculation, and proportional calculation. Instead of heater output values, heater output values including integration, differentiation, and proportional calculation are set according to the process. The power pattern output unit 27 outputs an operation amount Z based on a preset pattern. Specifically, for example, as shown in FIG. 6, a certain operation amount Z1 is output for a certain time t1, and after a lapse of t1, a certain operation amount Z2 is output for a certain time t2. . At this time, it is also possible to perform ramping by a preset inclination (operation amount / time) when shifting from the operation amount Z1 to the operation amount Z2.
A control method in which the operation amount is determined and output based on a pattern (patterned) created in advance by the time, the operation amount, and the inclination in this way is called power control.

図7は、本実施の形態による温度調整方法について説明するためのフローチャートである。ここでは、初期温度Sから目標温度S’にランプアップさせ安定工程に至るまでの場合について述べる。なお、ここでランプアップとは、立ち上げ(ramp−up)、すなわち昇温工程を意味する。   FIG. 7 is a flowchart for explaining the temperature adjustment method according to the present embodiment. Here, a case where the initial temperature S is ramped up to the target temperature S ′ to reach a stable process will be described. Here, the ramp-up means a ramp-up, that is, a temperature raising step.

はじめにPID制御で前述の標準的なPIDパラメータ(Ki、Kp、Kd)を使用して、温度制御部71によってカスケード熱電対による検出温度が所定の目標温度となるようヒータの温度制御を行い(第一の工程)、温度特性基本データ(カスケード熱電対により検出される温度データ)を取得する(S11a)。   First, by using the above-described standard PID parameters (Ki, Kp, Kd) in PID control, the temperature control unit 71 controls the temperature of the heater so that the temperature detected by the cascade thermocouple becomes a predetermined target temperature (first step). Step 1), temperature characteristic basic data (temperature data detected by the cascade thermocouple) is acquired (S11a).

次に、図8に示すようにこの温度特性基本データに基づいて、ランプアップ開始(昇温開始)からの(カスケード熱電対の測定する温度に基づく)温度調整評価時間A1[min]を決定し、また、カスケード熱電対3の示す温度の最大オーバーシュート時間(ランプアップ開始からオーバーシュートが最大になるまでの時間)a[min]、目標温度S’到達時間b[min]、目標温度S’安定時間c[min]、目標温度安定時の操作量d[%]を求める。また、温度調整評価時間A1内の各時点での操作量e(t)[%]、ヒータ熱電対2の示す温度f(t)[℃](図示せず)、カスケード熱電対3の示す温度g(t)[
℃]を求める。
Next, as shown in FIG. 8, a temperature adjustment evaluation time A1 [min] from the ramp-up start (temperature rise start) (based on the temperature measured by the cascade thermocouple) is determined based on the temperature characteristic basic data. In addition, the maximum overshoot time of the temperature indicated by the cascade thermocouple 3 (time from the start of ramp-up to the maximum overshoot) a [min], target temperature S ′ arrival time b [min], target temperature S ′ A stable time c [min] and an operation amount d [%] when the target temperature is stable are obtained. Further, the manipulated variable e (t) [%] at each time point within the temperature adjustment evaluation time A1, the temperature f (t) [° C.] (not shown) indicated by the heater thermocouple 2, and the temperature indicated by the cascade thermocouple 3 g (t) [
° C].

次に、カスケード熱電対3の示す温度(以下、カスケード温度ともいう)の温度調整評価時間A1中の総熱量B1[%*min]を求める。なお式(10)において、∫e(t)dtの積分範囲は0からA1の間である。
B1=∫e(t)dt ・・・(10)
Next, the total amount of heat B1 [% * min] during the temperature adjustment evaluation time A1 of the temperature indicated by the cascade thermocouple 3 (hereinafter also referred to as the cascade temperature) is obtained. In equation (10), the integration range of ∫e (t) dt is between 0 and A1.
B1 = ∫e (t) dt (10)

また温度調整評価時間A1中全域で目標温度S’の温度で安定していると仮定し、目標温度S’安定時の操作量dのみを出力したと仮定した場合の温度調整評価時間A1中の総熱量を安定熱量C1[%*min]とするとC1は以下の式(11)で求められる。
C1=d*A1 ・・・(11)
式(10)および式(11)から求めたB1、C1を用いて、以下の式(12)で求められる熱量を昇温熱量D1[%*min]とする。
D1=B1−C1 ・・・(12)
ここで、昇温熱量について説明する。初期温度から所望の目標温度S’に昇温し始めてから安定するまでのPID演算によって求められた熱量には、目標温度S’で安定保持するために必要な熱量と、目標温度まで設定値に追従しつつ昇温するために必要な熱量の2種類の熱量が含まれている。
Further, it is assumed that the temperature is stable at the target temperature S ′ throughout the temperature adjustment evaluation time A1, and only the operation amount d when the target temperature S ′ is stable is output. Assuming that the total heat amount is a stable heat amount C1 [% * min], C1 is obtained by the following equation (11).
C1 = d * A1 (11)
Using B1 and C1 obtained from the equations (10) and (11), the amount of heat obtained by the following equation (12) is defined as a heating amount D1 [% * min].
D1 = B1-C1 (12)
Here, the heat-up amount will be described. The amount of heat obtained by the PID calculation from the initial temperature to the desired target temperature S ′ until it stabilizes until the target temperature S ′ is maintained at the target temperature S ′, and the target temperature is set to the set value. Two types of calories, the amount of calorie required to raise the temperature while following, are included.

そこで、式(10)で求めた総熱量から目標温度に安定しているときの操作量を出力し続けたと仮定した場合の安定熱量を減算すれば、昇温するために必要な熱量、昇温熱量が得られる。   Therefore, if subtracting the stable heat amount when it is assumed that the manipulated variable when the target temperature is stabilized is continuously output from the total heat amount obtained by the equation (10), the heat amount necessary for raising the temperature, A quantity is obtained.

前述のように、昇温し始めてから目標温度までは、設定値に追従しつつ昇温するが、このとき昇温熱量が大きすぎると、目標温度を越えても昇温しつづけるオーバーシュートが発生してしまう。このオーバーシュートは温度制御上不必要な現象であり、極力無くす必要がある。ここで、総熱量のうち安定熱量ではなく、昇温熱量内にオーバーシュートの要因がひそんでいることとなり、この昇温熱量内にひそむオーバーシュート要因の熱量比率を反映させた出力パターンを用いることで、炉内を理想的な温度に素早く安定させることができることとなる。   As mentioned above, the temperature rises following the set value from the start of temperature rise to the target temperature, but if the amount of heat rise is too large at this time, overshoot will continue to rise even if the target temperature is exceeded. Resulting in. This overshoot is an unnecessary phenomenon in temperature control and should be eliminated as much as possible. Here, the overheat factor is hidden in the heat-up amount, not the stable heat amount in the total heat amount, and the output pattern reflecting the heat amount ratio of the overshoot factor hidden in the heat-up amount is used. Thus, the inside of the furnace can be quickly stabilized at an ideal temperature.

次に図9の斜線部に示すように、評価開始から目標温度S’到達時間 b から目標温度S’安定時間cの間オーバーシュートしたカスケード温度の総和を求める。これをオーバーシュート温度総和F’とするとF’は以下の式(13)で求められる。なお式(13)において、∫g(t)dtの積分範囲はbからcの間である。
F’=∫g(t)dt−S’*(c−b) ・・・(13)
Next, as indicated by the hatched portion in FIG. 9, the sum of the cascade temperatures overshooted from the target temperature S ′ arrival time b to the target temperature S ′ stabilization time c from the start of evaluation is obtained. Assuming that this is the overshoot temperature sum F ′, F ′ is obtained by the following equation (13). In Expression (13), the integration range of ∫g (t) dt is between b and c.
F ′ = ∫g (t) dt−S ′ * (c−b) (13)

次に図10の斜線部に示すように評価開始から目標温度S’安定時間cの間の温度総和を求める。これを温度総和GとするとGは以下の式(14)で求められる。なお式(14)において、∫g(t)dtの積分範囲は0からcの間である。
G=∫g(t)dt−S*c ・・・(14)
Next, as shown by the hatched portion in FIG. 10, the temperature sum during the target temperature S ′ stabilization time c from the start of evaluation is obtained. When this is the temperature sum G, G is obtained by the following equation (14). In Expression (14), the integration range of ∫g (t) dt is between 0 and c.
G = ∫g (t) dt−S * c (14)

次に、オーバーシュート温度比率H[百分率]を求める。これは、図10に示すような温度総和Gに対するオーバーシュート温度総和F’の割合である。よって以下の式(15)で求められる。
H=F’/G ・・・(15)
Next, an overshoot temperature ratio H [percentage] is obtained. This is the ratio of the overshoot temperature sum F ′ to the temperature sum G as shown in FIG. Therefore, it is calculated | required by the following formula | equation (15).
H = F '/ G (15)

このオーバーシュート温度比率H分が、昇温熱量D1にひそむオーバーシュート要因の熱量の比率である。よって昇温熱量D1からオーバーシュート温度比率H分だけ削減することにより昇温熱量D1に反映させることで、オーバーシュートを抑制し、炉内を理想的な温度に素早く安定させることができる。オーバーシュート温度比率Hを削減後の昇温熱量をD1’とするとD1’は以下の式(16)で求められる。
D1’=D1*(1−H) ・・・(16)
This overshoot temperature ratio H is the ratio of the amount of heat of the overshoot factor concealed in the temperature rise heat amount D1. Accordingly, by reducing the temperature rise amount D1 by the overshoot temperature ratio H and reflecting it in the temperature rise amount D1, overshoot can be suppressed and the interior of the furnace can be quickly stabilized at an ideal temperature. Assuming that the heat-up heat amount after reducing the overshoot temperature ratio H is D1 ′, D1 ′ is obtained by the following equation (16).
D1 '= D1 * (1-H) (16)

そして、上述のようにして求めたa、d、D1’を用いてPower出力パターンのパターン(第一の出力制御パターンに相当)を求め(第二の工程)、Power制御を行う(第三の工程)。すなわち、第一の工程におけるヒータの制御においてカスケード熱電対により検出される検出温度に基づき、ヒータを制御するための操作量(第一の操作量)をパターン化し(図11に示す操作量を参照)、第一の出力制御パターンを求め、当該第一の出力制御パターンに基づいてヒータの制御を行う。すなわち、カスケード熱電対により検出される温度データに基づいて、POWER出力パターンを規定する操作量である第一
の操作量をパターン化し、POWER出力パターンを求める。
Then, a power output pattern (corresponding to the first output control pattern) is obtained by using a, d, and D1 ′ obtained as described above (second step), and power control is performed (third process). Process). That is, based on the detected temperature detected by the cascade thermocouple in the heater control in the first step, the operation amount (first operation amount) for controlling the heater is patterned (see the operation amount shown in FIG. 11). ), A first output control pattern is obtained, and the heater is controlled based on the first output control pattern. That is, based on the temperature data detected by the cascade thermocouple, the first operation amount, which is the operation amount that defines the POWER output pattern, is patterned to obtain the POWER output pattern.

Power出力パターンは図11に示すパターンを求める(S11b)。昇温ランプレート(℃/min)をhとすると図11中の各パラメータは以下の式(17)〜式(20)で求められる。なお、ここでのランプレートとは、温度変化の速度(傾き)を意味し、例えば100℃から200℃に5分間で昇温させたい時のランプレートは、(200℃−100℃)/5分=20℃/分となる。
E0=(D1’/T1)+d ・・・(17)
E1=d ・・・(18)
T1=(S’−S)/h ・・・(19)
T2=a−T1 ・・・(20)
ここで、E0は昇温熱量D1’を一定の出力量として、D1’を、初期温度Sから目標温度S’に到達させる時間T1の時間で割り、目標温度安定時の操作量d(%)を加えたもの(すなわち、T1のときの操作量)である。また、Sは初期温度を示す。
As the Power output pattern, the pattern shown in FIG. 11 is obtained (S11b). If the temperature rising ramp rate (° C./min) is h, each parameter in FIG. 11 is obtained by the following equations (17) to (20). The ramp rate here means the speed (gradient) of temperature change. For example, the ramp rate when raising the temperature from 100 ° C. to 200 ° C. in 5 minutes is (200 ° C.-100 ° C.) / 5. Min = 20 ° C./min.
E0 = (D1 ′ / T1) + d (17)
E1 = d (18)
T1 = (S′−S) / h (19)
T2 = a−T1 (20)
Here, E0 is the amount of heat rise D1 ′ as a constant output, and D1 ′ is divided by the time T1 to reach the target temperature S ′ from the initial temperature S, and the manipulated variable d (%) when the target temperature is stable. (Ie, the manipulated variable at T1). S indicates the initial temperature.

T1以降は、カスケード温度の最大温度に達する時間(最大オーバーシュート時間)a(min)に達するまでは目標温度安定時の操作量dしか出力しないようにする。   After T1, only the manipulated variable d when the target temperature is stable is output until the time (maximum overshoot time) a (min) for reaching the maximum cascade temperature is reached.

このPower出力パターンを用いることによってランプレートhに追従し、かつ素早く安定させることのできるヒータ熱電対2の示す温度波形を得ることができる。これをPower制御時温度特性データとして取得する(S12)。   By using this Power output pattern, it is possible to obtain a temperature waveform indicated by the heater thermocouple 2 that can follow the ramp rate h and can be stabilized quickly. This is acquired as power control temperature characteristic data (S12).

続いて、Power制御時基本温度特性データのオーバーシュート量の判定を行い(S13)、あらかじめ設定されたオーバーシュート許容値よりオーバーシュート量が大きい場合(S13,Yes)、前述の式(13)〜(20)を用い、温度波形全体とオーバーシュートした部分との比率からPower出力パターンを修正し、オーバーシュートを軽減させるように調整を行う(S14)。そして、このようにして修正されたPower出力パターンにより再度Power制御し(第三の工程)、その制御時の温度特性データを取得する(S12)。   Subsequently, the overshoot amount of the basic temperature characteristic data during power control is determined (S13). When the overshoot amount is larger than a preset overshoot allowable value (S13, Yes), the above-described equations (13) to (13) Using (20), the power output pattern is corrected from the ratio between the entire temperature waveform and the overshooted portion, and adjustment is performed to reduce the overshoot (S14). Then, power control is performed again using the power output pattern thus corrected (third step), and temperature characteristic data at the time of control is acquired (S12).

次に、オーバーシュート量があらかじめ設定されたオーバーシュート許容値より大きくない場合(S13,No)、図12に示すように、第一の工程の際取得したPID制御時のカスケード熱電対に対する温度推移(温度波形)、第三の工程の際取得したPower制御時温度特性基本データからPower制御開始からの温度調整評価時間J1[min]を決定し、また、ヒータ熱電対2の示す最大温度時の時間j[min]、ヒータ熱電対2が示す温度が十分に安定した時間n[min]を求める。ここで、温度調整評価時間J1内の各時点でのPower制御時のヒータ熱電対2の示す温度(以下、ヒータ波形ともいう)をk(t)[℃]、カスケード熱電対3の示す温度をm(t)[℃]とする。   Next, when the overshoot amount is not larger than the preset overshoot allowable value (S13, No), as shown in FIG. 12, the temperature transition with respect to the cascade thermocouple during the PID control acquired in the first step (Temperature waveform) The temperature adjustment evaluation time J1 [min] from the start of Power control is determined from the power control temperature characteristic basic data acquired in the third step, and the maximum temperature indicated by the heater thermocouple 2 is determined. Time j [min] and time n [min] at which the temperature indicated by the heater thermocouple 2 is sufficiently stable are obtained. Here, the temperature indicated by the heater thermocouple 2 during power control at each time point within the temperature adjustment evaluation time J1 (hereinafter also referred to as a heater waveform) is k (t) [° C.], and the temperature indicated by the cascade thermocouple 3 is Let m (t) [° C.].

これらのデータから図12に示すようなPower制御時のヒータ熱電対2の示す温度k(t)の波形から、P動作分を差し引いたヒータ波形L(t)を基に図13に示すような積分出力パターン(第二の出力制御パターンに相当)M(t)を求める(第四の工程)(S15)。すなわち、ヒータ波形L(t)に基づいて、積分出力パターンを規定する操作量である第二の操作量(図5に示す操作量を参照)の少なくとも一部をパターン化し、積分出力パターンを求める。   From these data, as shown in FIG. 13, based on the heater waveform L (t) obtained by subtracting the amount of P operation from the waveform of the temperature k (t) indicated by the heater thermocouple 2 during power control as shown in FIG. An integral output pattern (corresponding to the second output control pattern) M (t) is obtained (fourth step) (S15). That is, based on the heater waveform L (t), at least a part of a second operation amount (refer to the operation amount shown in FIG. 5) that is an operation amount that defines an integral output pattern is patterned to obtain an integral output pattern. .

ここでヒータ熱電対2の示す温度k(t)の波形からP(比例)動作分引く理由は、k(t)はPID制御時にPID演算によって算出された出力を基にしてPower出力パターンを作成し、取得しているため、この波形はP(比例)出力、I(積分)出力、D(微分)出力の総和によるものである。   Here, the reason for subtracting the P (proportional) operation from the waveform of the temperature k (t) indicated by the heater thermocouple 2 is that a power output pattern is created for k (t) based on the output calculated by PID calculation during PID control. Therefore, this waveform is based on the sum of P (proportional) output, I (integral) output, and D (differential) output.

そのためP出力とD出力分を差し引けば所望の積分出力パターンM(t)が求められる。ここで、一般的に昇温時にはD出力は微小であるためD出力は無視できる。   Therefore, a desired integral output pattern M (t) can be obtained by subtracting the P output and the D output. Here, in general, the D output is negligible when the temperature rises, so the D output can be ignored.

次にP動作分を差し引いたヒータ温度波形L(t)からさらにk(0)・jを差し引いた、評価開始からヒータ波形k(t)が示す最大ヒータ温度時点jまでの時間の熱量を求める。仮にQとする。なお式(21)において、∫L(t)dtの積分範囲は0からjの間である。
Q=∫L(t)dt−k(0)・j ・・・(21)
このQを最大ヒータ温度時点jまでの時間で割ることで、評価開始からj時点までQと面積(熱量)が同じでヒータ温度が一定の値Mを求めることができる。
(底辺j、高さMの長方形の面積(熱量)=Qの面積(熱量))
M=Q/j ・・・(22)
このMを2倍すると、Qの面積(熱量)と等しい底辺j高さM*2の三角形を求めることができる。この三角形の高さと傾きとk(0)・jを用いることにより、ヒータ熱電対が示すP動作分を除いたヒータ熱電対の示す温度(以下、ヒータ熱電対温度ともいう)による熱量と同じ熱量となる適切な積分出力パターンである。
Next, by subtracting k (0) · j from the heater temperature waveform L (t) obtained by subtracting the P operation, the amount of heat for the time from the start of evaluation to the maximum heater temperature time j indicated by the heater waveform k (t) is obtained. . Let Q be the case. In equation (21), the integration range of ∫L (t) dt is between 0 and j.
Q = ∫L (t) dt−k (0) · j (21)
By dividing this Q by the time until the maximum heater temperature time j, a value M having the same area (heat amount) as Q and a constant heater temperature can be obtained from the start of evaluation to the time j.
(Area (heat quantity) = Q area (heat quantity) of base j, height M)
M = Q / j (22)
When this M is doubled, a triangle with a base j height M * 2 equal to the area (heat amount) of Q can be obtained. By using the height and inclination of this triangle and k (0) · j, the same amount of heat as the amount of heat due to the temperature indicated by the heater thermocouple (hereinafter also referred to as the heater thermocouple temperature) excluding the P operation indicated by the heater thermocouple. Is an appropriate integral output pattern.

図13に示すように評価開始からPower制御時のヒータ熱電対の示す最大温度時点jの間をステップ1、Power制御時(ヒータ熱電対の示す)最大ヒータ温度時点jからPID制御時最大カスケード温度時間aの間をステップ2とする。   As shown in FIG. 13, step 1 is performed between the start of evaluation and the maximum temperature point j indicated by the heater thermocouple during power control. From the maximum heater temperature point j during power control (shown by the heater thermocouple) to the maximum cascade temperature during PID control. Let step 2 be during time a.

ステップ1温度は前述の三角形の高さと傾きを適用すれば、評価開始からPower制御時のヒータ熱電対の示す最大温度時点jまでの適切な積分出力パターンになる。すなわち、Power制御時のヒータ熱電対最大時点には、ヒータ加熱による昇温させるための出力、すなわち昇温熱量によるヒータ熱電対の検出する温度への影響がなくなる時点であり、この時点まで昇温させるよう積分出力パターンを作成するのが適切である。   Step 1 temperature is an appropriate integrated output pattern from the start of evaluation to the maximum temperature point j indicated by the heater thermocouple during power control if the height and inclination of the triangle are applied. In other words, the heater thermocouple maximum time during power control is the time when there is no influence on the output of the heater thermocouple, that is, the temperature detected by the heater thermocouple due to the amount of temperature rise. It is appropriate to create an integral output pattern.

ステップ2の終了時点であるPID制御時のカスケード熱電対の示す最大温度到達時点以降は、カスケード熱電対の検出する温度としては、ヒータ加熱の変動の影響等が無くなる。つまりこの時点でカスケード温度が目標温度S’に到達すれば、その後はオーバーシュートすることなく、目標温度S’で安定する。すなわち、カスケード熱電対の示す最大温度到達時点では、ヒータ加熱による昇温させるための出力、すなわち昇温熱量によるカスケード熱電対の検出する温度への影響がなくなる時点であり、この時点まで昇温させるよう積分出力パターンを作成するのが適切である。   After reaching the maximum temperature indicated by the cascade thermocouple during PID control, which is the end time of step 2, the temperature detected by the cascade thermocouple is not affected by the fluctuation of the heater heating. That is, if the cascade temperature reaches the target temperature S ′ at this point, the target temperature S ′ is stabilized without overshooting thereafter. That is, when the maximum temperature indicated by the cascade thermocouple is reached, the output for raising the temperature by heating the heater, that is, the temperature at which the temperature detected by the cascade thermocouple is no longer affected by the amount of temperature rise is increased. It is appropriate to create an integral output pattern.

よって積分出力パターンについてもPID制御時におけるカスケード熱電対の検出する温度が最大となる時点で安定時の出力になるようにパターン化すれば、ステップ2の適切な積分出力パターンであり、ステップ1目標温度Vからヒータ熱電対が十分に安定した時間nのヒータ温度k(n)へ線形でパターン化すれば良い。なお、PID制御時とせず、Power制御時におけるカスケード熱電対の検出温度が最大となるようにしてもよい。   Therefore, if the integrated output pattern is also patterned so that the output at the time of stabilization when the temperature detected by the cascade thermocouple at the time of PID control becomes maximum, the integrated output pattern is the appropriate integrated output pattern of Step 2, and the Step 1 target The pattern may be linearly patterned from the temperature V to the heater temperature k (n) of the time n when the heater thermocouple is sufficiently stable. Note that the temperature detected by the cascade thermocouple during power control may be maximized, not during PID control.

図12および図13におけるパラメータであるL(t)[℃](P分差し引いたヒータ温度)、V[℃](図13におけるSTEP1目標温度)、T[℃/min](図13におけるSTEP1傾き)およびU[℃/min](図13におけるSTEP2傾き)は以下の式(23)〜(26)で求められる。
L(t)[℃]
=(ヒータ波形−P動作出力分)
=k(t)−[P定数Kp*(目標温度S’−POWER制御時のカスケード温度m(t))]
・・・(23)
式(21)および式(22)より
V[℃]= (∫L(t)dt/j)×2 ・・・(24)
T[℃/min]= (V−k(0))/j ・・・(25)
U[℃/min]= (k(n)−V)/(a−j) ・・・(26)
以上のような式から積分出力パターンを作成し、PIDC制御を行う(S15)。なお式(24)において、∫L(t)dtの積分範囲は0からjの間である。
Parameters L (t) [° C.] (heater temperature obtained by subtracting P), V [° C.] (STEP 1 target temperature in FIG. 13), T [° C./min] (STEP 1 slope in FIG. 13) ) And U [° C./min] (STEP2 slope in FIG. 13) are obtained by the following equations (23) to (26).
L (t) [° C]
= (Heater waveform-P operation output)
= K (t)-[P constant Kp * (target temperature S '-cascade temperature during POWER control m (t))]
... (23)
From formula (21) and formula (22)
V [° C.] = (∫L (t) dt / j) × 2 (24)
T [° C./min]=(V−k(0))/j (25)
U [° C./min]=(k(n)−V)/(a−j) (26)
An integral output pattern is created from the above equations and PIDC control is performed (S15). In Expression (24), the integration range of ∫L (t) dt is between 0 and j.

具体的には図13に示すようにステップ毎に初期値、目標値、レート、時間を設定しステップに沿って出力していくものである。また積分出力パターンについては過渡期において前述の2ステップでなく、より多くのステップを用いて作成することもできる。   Specifically, as shown in FIG. 13, an initial value, a target value, a rate, and a time are set for each step and output along the step. Further, the integral output pattern can be created using more steps than the above-described two steps in the transition period.

図14に示すように、例えば温度過渡期において、ある一定の時間q[min]毎に積分パターン出力のステップをr個設定すると、各ステップSTEP(r)の目標温度Vrとランプレート(傾き)Yrは以下の式(27)および式(28)で求められる。
Vr[℃]=(∫L(r*q)dt/q)*2 ・・・(27)
Yr[℃/min]=(V(r−1)−V(r))/q ・・・(28)
As shown in FIG. 14, for example, when r integration pattern output steps are set every certain time q [min] in a temperature transition period, the target temperature Vr and ramp rate (tilt) of each step STEP (r) are set. Yr is obtained by the following equations (27) and (28).
Vr [° C.] = (∫L (r * q) dt / q) * 2 (27)
Yr [° C./min]=(V(r−1)−V(r))/q (28)

以上のように積分出力パターンを作成することにより、温度過渡期における積分出力の増大を防ぐことができ、またPower制御の波形をベースにすることによって最短で炉内を目標温度S’に安定させることができる。   By creating the integral output pattern as described above, it is possible to prevent the integral output from increasing during the temperature transition period, and to stabilize the interior of the furnace at the target temperature S ′ as short as possible by using the power control waveform as a base. be able to.

さらに本実施の形態における熱処理装置は、前述の積分出力パターンでPIDC制御を実施してもオーバーシュート、アンダーシュートが大きい場合、あるいは加熱ゾーン間での偏差が大きく改善する必要がある場合にはこれらを調整する機能を備える。例えば、積分出力パターンを用いることによって、過剰な積分演算値は除外されるが、一方、その影響により、昇温するタイミングが遅くなり、比例演算値等が余計に大きくなってしまうことがある。そのため、これらを調整する必要がある場合が出てくる。   Furthermore, the heat treatment apparatus according to the present embodiment is used when overshoot and undershoot are large even when PIDC control is performed with the above-described integral output pattern, or when deviation between heating zones needs to be greatly improved. It has a function to adjust. For example, by using the integral output pattern, an excessive integral calculation value is excluded, but on the other hand, due to the influence, the temperature raising timing is delayed, and the proportional calculation value or the like may be excessively increased. Therefore, there are cases where these need to be adjusted.

以下、オーバーシュート、アンダーシュートの改善調整について説明する。前述の通り、本発明では温度過渡期の積分出力をパターン化し、また温度安定期には積分出力量が安定時のそれとなるように積分出力パターンを作成し、積分演算出力に加えて温度調整している。ここで、温度安定期に、積分演算出力を用いているのは、予想不可能な外乱等の少々の温度変化による悪影響が昇温時に比べて比較的顕著になりやすいので、積分出力パターンのみでは対応できないのを積分演算出力をも用いることで対応するためである。   The overshoot / undershoot improvement adjustment will be described below. As described above, in the present invention, the integrated output in the temperature transition period is patterned, and in the stable temperature period, the integrated output pattern is created so that the integrated output amount becomes that in the stable state, and the temperature is adjusted in addition to the integrated calculation output. ing. Here, during the temperature stabilization period, the integral calculation output is used because the adverse effect of a small temperature change such as unpredictable disturbance tends to be more noticeable than when the temperature rises. This is because the incompatibility cannot be dealt with by using the integral calculation output.

つまり、例えば図13に示す温度制御においては、ステップ3からは安定期であり、ステップ2とステップ3の切り替え時点で目標温度S’とカスケード熱電対の示す温度との偏差を0にすれば、その後温度は安定し、これが適切な調整になると考えられる。   That is, for example, in the temperature control shown in FIG. 13, if the deviation from the target temperature S ′ to the temperature indicated by the cascade thermocouple is set to 0 at the time of switching between Step 2 and Step 3 from Step 3, The temperature then stabilizes and this is considered to be an appropriate adjustment.

よって、オーバーシュートあるいはアンダーシュートが発生した場合(S16,Yes)はステップ2とステップ3の切替え点(PID制御切替え時点)での目標温度S’とカスケード熱電対の示す温度との偏差から積分出力パターンを修正し、オーバーシュートあるいはアンダーシュートを軽減するよう調整する(S17a)。   Therefore, when an overshoot or undershoot occurs (S16, Yes), an integrated output is obtained from the deviation between the target temperature S ′ at the switching point of Step 2 and Step 3 (the PID control switching point) and the temperature indicated by the cascade thermocouple. The pattern is corrected and adjusted to reduce overshoot or undershoot (S17a).

図15に示すようにステップ2とステップ3の切替え点でのカスケード熱電対が示す温度と目標温度S’との偏差をpとすると、積分出力パターンは適切であるにも関わらず、オーバーシュート、アンダーシュートが発生するのは、過渡期におけるP出力の影響が大きいと考えられる。ステップ2とステップ3の切替え点での偏差pから算出されたP出力W1は、式(7)と同様に式(29)で求められる。
W1=Kp・p ・・・(29)
つまりこのP出力W1分が余分な出力であり、ステップ1とステップ2の切替え点で偏差pとなって表れていると考えられる。
As shown in FIG. 15, when the difference between the temperature indicated by the cascade thermocouple at the switching point between step 2 and step 3 and the target temperature S ′ is p, overshoot, It is considered that the undershoot occurs because of the influence of the P output in the transition period. The P output W1 calculated from the deviation p at the switching point between step 2 and step 3 is obtained by equation (29) as in equation (7).
W1 = Kp · p (29)
That is, it is considered that the P output W1 is an extra output and appears as a deviation p at the switching point between Step 1 and Step 2.

よってオーバーシュート、アンダーシュート改善は、積分出力パターンでこの余分なP出力W1を調整することによって実現できると考えられる。   Accordingly, it is considered that overshoot and undershoot improvement can be realized by adjusting this extra P output W1 with an integral output pattern.

ここで、温度過渡期はステップ1〜ステップ2であり、この調整量W1をステップ1目標温度Vから減算しステップ1傾きT、ステップ2傾きUを再算出することによって温度過渡期、つまりステップ1〜ステップ2の操作量を適切なものに調整することができる。
つまりアンダーシュートしているなら温度過渡期の積分操作量を大きく、オーバーシュートしているなら温度過渡期の積分操作量を小さくすることで、ステップ2とステップ3の切替え点での目標温度S’とカスケード熱電対の示す温度との偏差を少なくでき、オーバーシュート、アンダーシュートを改善することができる。
Here, the temperature transition period is step 1 to step 2, and the adjustment amount W1 is subtracted from the step 1 target temperature V to recalculate the step 1 inclination T and the step 2 inclination U. -The operation amount of step 2 can be adjusted to an appropriate value.
That is, if undershooting is performed, the integral operation amount in the temperature transition period is increased, and if overshooting is performed, the integral operation amount in the temperature transition period is decreased, so that the target temperature S ′ at the switching point between step 2 and step 3 is reduced. And the temperature indicated by the cascade thermocouple can be reduced, and overshoot and undershoot can be improved.

調整量W1、積分出力初期温度k(0)、ステップ1目標温度V、ステップ1の時間j、ステップ2の時間(a−j)、ヒータ安定温度(ステップ3目標温度)k(n)とすると、調整後のステップ1目標温度V’、ステップ1ランプレートT’、ステップ2ランプレートU’は以下の式(30)〜式(32)で求められる。
V’=V−W1 ・・・(30)
T’[℃/min]=(V’−k(0))/j ・・・(31)
U’[℃/min]=(k(n)−V’)/(a−j) ・・・(32)
Assuming that the adjustment amount W1, the integrated output initial temperature k (0), the step 1 target temperature V, the time j of step 1, the time (a-j) of step 2, and the heater stable temperature (step 3 target temperature) k (n) The step 1 target temperature V ′, the step 1 ramp rate T ′, and the step 2 ramp rate U ′ after adjustment are obtained by the following equations (30) to (32).
V ′ = V−W1 (30)
T ′ [° C./min]=(V′−k(0))/j (31)
U ′ [° C./min]=(k(n)−V′)/(a−j) (32)

図16に示すように温度調整が適切であっても加熱ゾーン毎に操作量を作成、調整しているため、目標温度安定まで早いゾーンと遅いゾーンが発生してしまい、これがゾーン間偏差となり場合によっては膜厚に影響を与えることがある。   As shown in Fig. 16, even if the temperature adjustment is appropriate, the operation amount is created and adjusted for each heating zone, so there are early and late zones until the target temperature stabilizes, and this is an inter-zone deviation. May affect the film thickness.

そこで、ゾーン間偏差があらかじめ設定された許容値より大きい場合(S18,Yes)、積分出力パターンを調整することによって目標温度安定が早いゾーンを遅いゾーンに合わせて遅くし、ゾーン間偏差を改善する(S19)。   Therefore, when the inter-zone deviation is larger than the preset allowable value (S18, Yes), the zone with fast target temperature stabilization is slowed down in accordance with the slow zone by adjusting the integral output pattern, and the inter-zone deviation is improved. (S19).

ある目標温度安定が早いゾーン901と目標温度安定が遅いゾーン902との間の最大ゾーン間偏差最大時点での時間偏差dev_t[min]を求める。   The time deviation dev_t [min] at the maximum time of the maximum inter-zone deviation between a zone 901 with a certain target temperature stability is early and a zone 902 with a slow target temperature stability is obtained.

これはゾーン間偏差最大時点でのゾーン902の温度B’を求め、ゾーン901が温度B’になった時点とゾーン間偏差最大時点との差分が時間偏差dev_tとして求められる。   This is to obtain the temperature B ′ of the zone 902 at the time when the inter-zone deviation is maximum, and the difference between the time when the zone 901 becomes the temperature B ′ and the maximum time between the zones is obtained as the time deviation dev_t.

次に図17で示すようにゾーン901の積分出力パターンの各ステップをdev_tだけ遅くすることによって目標温度安定をゾーン902に合わせて遅くする。   Next, as shown in FIG. 17, the target temperature stabilization is delayed according to the zone 902 by delaying each step of the integrated output pattern of the zone 901 by dev_t.

図17に示す各パラメータは以下の式(33)および式(34)で求められる。
ここでTは前述のステップ1の傾きT[℃/min]である。
a’=a+dev_t ・・・(33)
k(0)’=k(0)+T・dev_t ・・・(34)
以上のように、積分出力パターンを時間偏差dev_t分遅くすることによって目標温度安定が早いゾーンを遅くすることができる。
Each parameter shown in FIG. 17 is obtained by the following equations (33) and (34).
Here, T is the gradient T [° C./min] in Step 1 described above.
a ′ = a + dev_t (33)
k (0) ′ = k (0) + T · dev_t (34)
As described above, by delaying the integral output pattern by the time deviation dev_t, it is possible to delay the zone where the target temperature stability is fast.

一方、ゾーン間偏差があらかじめ設定された許容値より大きくはない場合(S18,No)、温度調整処理を終了する。   On the other hand, if the inter-zone deviation is not larger than the preset allowable value (S18, No), the temperature adjustment process is terminated.

このように、本実施の形態による半導体装置の製造方法では、ヒータの操作量の少なくとも一部として上述の第二の出力制御パターンを用いた温度制御を行うことにより基板に対する熱処理を行う(第五の工程)。   Thus, in the semiconductor device manufacturing method according to the present embodiment, the substrate is heat-treated by performing temperature control using the second output control pattern described above as at least part of the operation amount of the heater (fifth). Process).

具体的には、上述の求めた積分出力パターンにより、上位コントローラUcにて、加熱ゾーン毎に積分出力パターンを複数のステップ毎に出力値、レート、時間を設定し、さらに切替え器44の切替えの時間を設定する。なお、切替え器44の切替えの時間は、昇温終了後安定時に移る時間(例えば図17のステップ2からステップ3へ移行する時間)に設定する。   Specifically, based on the integral output pattern obtained above, the host controller Uc sets the integral output pattern for each heating zone, and sets the output value, rate, and time for each of a plurality of steps. Set the time. Note that the switching time of the switch 44 is set to a time for shifting to the stable state after the temperature rise is completed (for example, a time for shifting from step 2 to step 3 in FIG. 17).

設定後、PIDC演算器24およびPID演算器26等を用い、温度制御を実施し、基板を処理する。具体的には、温度制御部71は、昇温時(例えば図17のステップ1およびステップ2)は、目標値Sc(例えば図17のStep2目標温度k(n))に対し、カスケード熱電対3からの制御量Aを減算器21にて減算した結果Fに基づき、比例演算器42および微分演算器43、積分パターン出力器45にて操作量(第二の操作量)Xを演算し、その後、操作量Xを目標値X’に変換し、ヒータ熱電対2からの制御量Bを減算器25にて減算し、偏差(第一の偏差)Eを出力する。その後、PID演算器26で、偏差E
を用いてPID演算し、温度制御部71の出力として操作量Zを出力しヒータ1を制御する。
After the setting, temperature control is performed using the PIDC calculator 24, the PID calculator 26, etc., and the substrate is processed. Specifically, the temperature control unit 71 performs the cascade thermocouple 3 with respect to the target value Sc (for example, Step 2 target temperature k (n) in FIG. 17) at the time of temperature increase (for example, Step 1 and Step 2 in FIG. 17). On the basis of the result F obtained by subtracting the control amount A from the subtractor 21, the operation amount (second operation amount) X is calculated by the proportional operation unit 42, the differentiation operation unit 43, and the integration pattern output unit 45. Then, the manipulated variable X is converted into the target value X ′, and the control amount B from the heater thermocouple 2 is subtracted by the subtractor 25 to output a deviation (first deviation) E. Thereafter, the deviation E is calculated by the PID calculator 26.
Is used to calculate the PID, and the operation amount Z is output as the output of the temperature control unit 71 to control the heater 1.

そして、ヒータ1から出力された制御量AおよびBは、再び、温度制御部71に帰還される。このようにして、操作量Zを目標値Scと制御量Aとの偏差Fが零になるように制御する。また、昇温終了後安定時(例えば図17のステップ3)には、昇温終了後、切替え器44により、切替えをし、目標値Scに対し、カスケード熱電対3からの制御量Aを減算器21にて減算した結果Fを、比例演算器42および微分演算器43、積分パターン出力器46、積分演算器41にて操作量(第三の操作量)Xを演算し、その後、操作量Xを目標値X’に変換し、ヒータ熱電対2からの制御量Bを減算器25にて減算し、偏差(
第二の偏差)Eを出力する。その後、PID演算器26で、偏差Eを用いてPID演算し、温度制御部71の出力として操作量Zを出力しヒータを制御する。そして、ヒータ1から出力された制御量AおよびBは、再び、温度制御部71に帰還される。このときも、操作量Zを目標値Scと制御量Aとの偏差Fが零になるように制御する。このような温度制御をしつつ、基板に対する熱処理を行う。
The control amounts A and B output from the heater 1 are returned to the temperature control unit 71 again. In this way, the operation amount Z is controlled so that the deviation F between the target value Sc and the control amount A becomes zero. When the temperature rise is stable (for example, step 3 in FIG. 17), the temperature is switched by the switch 44 after the temperature rise is finished, and the control amount A from the cascade thermocouple 3 is subtracted from the target value Sc. The operation amount (third operation amount) X is calculated by the proportional operation unit 42, the differential operation unit 43, the integration pattern output unit 46, and the integration operation unit 41, and then the operation amount is subtracted by the subtractor 21. X is converted to the target value X ′, and the control amount B from the heater thermocouple 2 is subtracted by the subtractor 25 to obtain the deviation (
The second deviation) E is output. Thereafter, the PID calculator 26 performs a PID calculation using the deviation E, and outputs an operation amount Z as an output of the temperature control unit 71 to control the heater. The control amounts A and B output from the heater 1 are returned to the temperature control unit 71 again. Also at this time, the operation amount Z is controlled so that the deviation F between the target value Sc and the control amount A becomes zero. While performing such temperature control, the substrate is heat-treated.

本実施の形態による温度制御を行った場合における、炉内の温度変化を図18、図19、図20に示す。   FIG. 18, FIG. 19, and FIG. 20 show temperature changes in the furnace when the temperature control according to the present embodiment is performed.

図18、図19はランプアップ時の具体的な例である。図18で示す従来の手法である
PID制御によるランプアップ時ではオーバーシュートが約40℃、目標温度±3℃に安定するまで35分である。図19で示す本発明(図12)の手順に基づいて温度調整したPIDC制御によるランプアップ時では、オーバーシュートが約2℃、目標温度±3℃以内に安定するまで約17分である。このように、ランプアップ時において本発明が有効であることは明らかである。
18 and 19 are specific examples at the time of ramp-up. At the time of ramp-up by PID control which is the conventional method shown in FIG. 18, it takes 35 minutes until the overshoot is stabilized at about 40 ° C. and the target temperature ± 3 ° C. At the time of ramp-up by PIDC control in which the temperature is adjusted based on the procedure of the present invention (FIG. 12) shown in FIG. 19, it takes about 17 minutes until the overshoot stabilizes within about 2 ° C. and within the target temperature ± 3 ° C. Thus, it is clear that the present invention is effective during ramp-up.

図20はランプアップにおけるゾーン間偏差の改善結果である。
ゾーン間偏差調整前にはゾーン間偏差が約50℃ある。本発明の手順に基づいてゾーン間調整した結果、ゾーン間偏差を約20℃以内に低減することができた。
FIG. 20 shows an improvement result of the inter-zone deviation in the ramp-up.
There is an inter-zone deviation of about 50 ° C. before adjusting the deviation between zones. As a result of adjusting between zones based on the procedure of the present invention, the deviation between zones could be reduced within about 20 ° C.

図20から本発明のゾーン間偏差調整手順はゾーン間偏差を低減するのに有効であることは明らかである。   From FIG. 20, it is clear that the inter-zone deviation adjustment procedure of the present invention is effective in reducing the inter-zone deviation.

(第2の実施の形態)
続いて、本発明の第2の実施の形態について説明する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described.

本実施の形態による熱処理装置は、上述の第1の実施の形態による熱処理装置と同じ構成となっている。本実施の形態と第1の実施の形態とは、温度調整方法の手順において、オーバーシュートあるいはアンダーシュートが発生した場合(S16,Yes)における処理が異なる。以下、本実施の形態において、第1の実施の形態における装置構成や処理内容と同様なものについては同一符号を付し、説明は割愛する。 図21は、本実施の形態における温度調整手順について説明するためのフローチャートである。   The heat treatment apparatus according to the present embodiment has the same configuration as the heat treatment apparatus according to the first embodiment described above. The present embodiment and the first embodiment are different in the process when an overshoot or undershoot occurs in the procedure of the temperature adjustment method (S16, Yes). Hereinafter, in the present embodiment, the same components as those in the first embodiment and the processing contents are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. FIG. 21 is a flowchart for explaining a temperature adjustment procedure in the present embodiment.

上述の第1の実施の形態では温度過渡期の積分出力をパターン化し、また温度安定期には積分出力量が安定時のそれとなるように作成し、温度調整している。
つまり、ステップ1〜ステップ2は温度過渡期であり、ステップ3は安定期である。
In the first embodiment described above, the integral output in the temperature transition period is patterned, and in the temperature stable period, the integral output amount is created to be that in the stable state, and the temperature is adjusted.
That is, Step 1 to Step 2 are the temperature transition period, and Step 3 is the stable period.

ここで、第2の実施の形態については、S17aの温度調整を用いた調整に代えて、オーバーシュート温度比率を用いて調整する。   Here, the second embodiment is adjusted using the overshoot temperature ratio instead of the adjustment using the temperature adjustment of S17a.

第2の実施の形態についても、オーバーシュート温度比率Hを前述の式(13)〜式(15)を用いて、S15のPIDC制御結果を基に求める。算出したオーバーシュート温度比率H分がステップ1〜ステップ2の積分出力パターンにひそむオーバーシュート要因の熱量比率である。よってステップ1目標温度Vからオーバーシュート温度比率H分だけ削減することで温度過渡期の積分出力パターンに反映させ、炉内を理想的な温度に素早く安定させることができる(S17b)。   Also in the second embodiment, the overshoot temperature ratio H is obtained on the basis of the PIDC control result of S15 using the above-described equations (13) to (15). The calculated overshoot temperature ratio H is the heat ratio of the overshoot factor concealed in the integral output pattern of step 1 to step 2. Accordingly, by reducing the step 1 target temperature V by the overshoot temperature ratio H, it is reflected in the integral output pattern in the temperature transition period, and the inside of the furnace can be quickly stabilized at an ideal temperature (S17b).

初期温度k(0)、ステップ1目標温度V、ステップ1時間j、ステップ2時間(a−j)、ヒータ安定温度(ステップ3目標温度)k(n)とすると、オーバーシュート温度比率Hを削減後のステップ1目標温度V’、ステップ1ランプレートT’、ステップ2のランプレートU’は、以下の式(35)〜式(37)で求められる。
V’=V*(1−H) ・・・(35)
T’[℃/min]=(V’−k(0))/j ・・・(36)
U’[℃/min]=(k(n)−V’)/(a−j) ・・・(37)
以上の手順を実行することによって、熟練した作業者でなくとも、早く確実に、適切な温度調整を行うことができる(S17b)。
If the initial temperature k (0), step 1 target temperature V, step 1 time j, step 2 time (aj), heater stable temperature (step 3 target temperature) k (n), the overshoot temperature ratio H is reduced. The subsequent step 1 target temperature V ′, step 1 ramp rate T ′, and ramp rate U ′ of step 2 are obtained by the following equations (35) to (37).
V ′ = V * (1−H) (35)
T ′ [° C./min]=(V′−k(0))/j (36)
U ′ [° C./min]=(k(n)−V′)/(a−j) (37)
By executing the above procedure, appropriate temperature adjustment can be performed quickly and surely, even if it is not a skilled worker (S17b).

(第3の実施の形態)
続いて、本発明の第3の実施の形態について説明する。
(Third embodiment)
Subsequently, a third embodiment of the present invention will be described.

本実施の形態による熱処理装置は、上述の第1の実施の形態による熱処理装置と同じ構成となっている。本実施の形態と第1の実施の形態とは、熱処理工程の相違があり、第1の実施の形態では、主にランプアップから目標温度安定時までの工程であり、第3の実施の形態では、主にボートアップリカバリ工程である。尚、ボートアップリカバリ工程とは、次回に熱処理しようとウエハを充填したボートをボートエレベータにより上昇させて反応管内に搬入する際に、室温(約25℃)状態のボートおよびウエハの熱影響により、反応管内の温度(例えば200℃)が低下するが、この低下した反応管内の温度を修復し、ウエハおよびボートが反応管内に移された状態で元の温度(この場合200℃)に反応管内の温度を戻す工程のことをいう。昇温熱量Dの算出処理からゾーン間偏差の改善調整(第1の実施の形態におけるステップS19)までの処理が異なる。以下、本実施の形態において、第1の実施の形態における装置構成や処理内容と同様なものについては同一符号を付し、説明は割愛する。   The heat treatment apparatus according to the present embodiment has the same configuration as the heat treatment apparatus according to the first embodiment described above. The present embodiment and the first embodiment are different in the heat treatment process. In the first embodiment, the process is mainly from the ramp-up to the time when the target temperature is stabilized, and the third embodiment. Then, it is mainly a boat up recovery process. The boat up recovery process means that when the boat filled with wafers to be heat-treated next time is lifted by the boat elevator and carried into the reaction tube, it is caused by the thermal effect of the boat and wafer at room temperature (about 25 ° C.). Although the temperature in the reaction tube (for example, 200 ° C.) is reduced, the reduced temperature in the reaction tube is repaired, and the wafer and the boat are transferred into the reaction tube to the original temperature (in this case, 200 ° C.). This refers to the process of returning the temperature. The processes from the calculation process of the temperature rise amount D to the improvement adjustment of the deviation between zones (step S19 in the first embodiment) are different. Hereinafter, in the present embodiment, the same components as those in the first embodiment and the processing contents are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

まず、図22に示すように、PID制御で得られた温度特性基本データからランプアップ開始からの温度調整評価時間A1[min]を決定し、また、カスケード熱電対3の示す温度の最大オーバーシュート時間a[min],初期温度S戻り時間b[min]、初期温度S安定時間c[min]、初期温度安定時の操作量d[%]を求める。また、温度調整評価時間A1内の各時点での操作量e(t)[%]、ヒータ熱電対2の示す温度f(t)[℃]、カスケード熱電対3の示す温度g(t)[℃]を求める。また、g(t)が低下しはじめるまでの時間をs[min]とする。   First, as shown in FIG. 22, the temperature adjustment evaluation time A1 [min] from the ramp-up start is determined from the temperature characteristic basic data obtained by the PID control, and the maximum overshoot of the temperature indicated by the cascade thermocouple 3 is determined. Time a [min], initial temperature S return time b [min], initial temperature S stabilization time c [min], and manipulated variable d [%] when initial temperature is stable are obtained. Further, the manipulated variable e (t) [%] at each time point within the temperature adjustment evaluation time A1, the temperature f (t) [° C.] indicated by the heater thermocouple 2, and the temperature g (t) [shown by the cascade thermocouple 3] ° C]. Further, s [min] is a time until g (t) starts to decrease.

オーバーシュートしている間出力されなかった安定熱量を欠落熱量Y[%*min]とすると、Yは式(38)で求められる。なお式(38)において、∫(d−e(t))dtの積分範囲はbからcの間である。
Y=∫(d−e(t))dt ・・・(38)
第1の実施の形態にて示した式(10)および式(11)を前述の図22に示す温度特性基本データに適用して求め、式(38)とから求めた総熱量B1、安定熱量C1、欠落熱量Yを用いて、以下の式(39)で求められる熱量を昇温熱量D1[%*min]とする。
D1=B1−C1+Y ・・・(39)
ここで、昇温熱量と欠落熱量について説明する。ボートアップ後、ある初期温度Sに安定するまでのPID演算によって求められた総熱量には、初期温度Sで安定保持するために必要な熱量が含まれると考えられる。
Assuming that the amount of stable heat that is not output during overshoot is the missing heat amount Y [% * min], Y is obtained by equation (38). In equation (38), the integration range of ∫ (d−e (t)) dt is between b and c.
Y = ∫ (d−e (t)) dt (38)
The formula (10) and formula (11) shown in the first embodiment are applied to the temperature characteristic basic data shown in FIG. 22, and the total heat quantity B1 and stable heat quantity obtained from the formula (38) are obtained. Using C1 and the missing heat amount Y, the heat amount obtained by the following equation (39) is defined as the temperature rise heat amount D1 [% * min].
D1 = B1-C1 + Y (39)
Here, the temperature rising heat amount and the missing heat amount will be described. It is considered that the total amount of heat obtained by the PID calculation until the temperature is stabilized at a certain initial temperature S after the boat is up includes the amount of heat necessary for stably maintaining the initial temperature S.

しかし、後追い制御であるため、ボートアップによって初期温度Sからある程度温度が低下し、初期温度と実測値との偏差が大きくなってから、初期温度Sに安定保持するためPID演算の出力が大きくなる。   However, because of the follow-up control, the temperature drops to some extent from the initial temperature S due to boat-up, and after the deviation between the initial temperature and the actual measurement value increases, the output of the PID calculation increases in order to stably maintain the initial temperature S. .

ここでボートアップによって低下したときの最低カスケード温度S1、評価開始からS1までの時間をr1とすると、ボートアップリカバリは評価開始からr1経過後にボートアップによって低下したときの最低カスケード温度S1から初期温度Sへのランプアップと考えることができる。   Here, assuming that the minimum cascade temperature S1 when lowered by boat-up and the time from the start of evaluation to S1 is r1, boat-up recovery is the initial temperature from the lowest cascade temperature S1 when lowered by boat-up after elapse of r1 from the start of evaluation. It can be thought of as a ramp up to S.

S1からSへのランプアップと考えた場合、前述の初期温度Sで安定保持するために必要な熱量は、ボートアップによって低下した最低カスケード温度S1から初期温度Sに昇温するための熱量と初期温度Sで安定保持するための熱量に分けられる。   When considering the ramp-up from S1 to S, the amount of heat necessary for stably maintaining the initial temperature S described above is the amount of heat required for raising the temperature from the lowest cascade temperature S1 reduced by the boat-up to the initial temperature S and the initial amount. It is divided into the amount of heat for stably holding at the temperature S.

そこで、式(10)を前述のように適用することによって求めた総熱量から初期温度Sで安定保持するための熱量として、ボートアップ後、カスケード温度が安定したときの操作量を出力し続けたと仮定した場合の安定熱量を減算すれば、昇温するために必要な熱量、昇温熱量が得られる。   Therefore, as the amount of heat for stably maintaining the initial temperature S from the total amount of heat obtained by applying Equation (10) as described above, the manipulated variable when the cascade temperature is stabilized after the boat is up is output. By subtracting the assumed stable heat amount, the amount of heat necessary to raise the temperature and the raised heat amount can be obtained.

しかし、低温(例えば50℃〜200℃の温度帯)でのボートアップリカバリの場合、カスケード温度オーバーシュート後、目標温度に到達してから安定するまでの時間(c−b)があまりに大きくなってしまう。カスケード温度が十分安定するまでを温度調整評価時間A1とすると、(c−b)と同じように温度調整評価時間A1も大きくなり、式(11)を適用することで求めた安定熱量が式(10)を適用することで求めた総熱量より大きくなってしまい、昇温熱量が正しく求められない。   However, in the case of boat up recovery at a low temperature (for example, a temperature range of 50 ° C. to 200 ° C.), the time (c−b) until the target temperature is stabilized after reaching the target temperature after the cascade temperature overshoot becomes too large. End up. Assuming that the temperature adjustment evaluation time A1 is sufficient until the cascade temperature is stabilized, the temperature adjustment evaluation time A1 is also increased in the same manner as in (c−b), and the stable heat quantity obtained by applying the equation (11) is expressed by the equation ( 10), it becomes larger than the total amount of heat obtained by applying 10), and the heat-up amount cannot be obtained correctly.

そこで、式(38)で示すようにオーバーシュートしている(c−b)間において、安定時の操作量と操作量の実測値の差分の熱量を式(10)を適用することにより求めた総熱量に加えることによって、(c−b)間で失われた安定熱量分である欠落熱量を補正することができ、正しい昇温熱量を求めることができる。   Therefore, during the overshooting (c−b) as shown in the equation (38), the heat amount of the difference between the stable operation amount and the actual measurement value of the operation amount was obtained by applying the equation (10). By adding to the total amount of heat, the missing heat amount, which is the amount of stable heat lost between (c−b), can be corrected, and the correct heat-up heat amount can be obtained.

一方、この昇温熱量が大きすぎると、初期温度Sに安定保持しようとするが、オーバーシュートしてしまうと考えられる。つまりこの昇温熱量内にひそむオーバーシュート要因の熱量比率を反映させた出力パターンを用いることで、炉内を理想的な温度に素早く安定させることができると考えられる。   On the other hand, if the amount of heat generated by heating is too large, an attempt is made to stably maintain the initial temperature S, but overshooting is considered. In other words, it is considered that the inside of the furnace can be quickly stabilized at an ideal temperature by using an output pattern that reflects the heat amount ratio of the overshoot factor hidden in the temperature rising heat amount.

次に図23の斜線部に示すように初期温度S到達時間bから初期温度S安定時間cの間オーバーシュートしたカスケード温度の総和を求める。これをオーバーシュート温度総和F”とするとF”は以下の式(40)で求められる。なお式(40)において、∫g(t)dtの積分範囲はbからcの間である。
F”=∫g(t)dt−S(c−b)・・・(40)
次に図24の斜線部に示すように最低温度S1時点r1から初期温度S安定時間cの間の温度総和を求める。これを温度総和GとするとGは以下の式(41)で求められる。なお式(41)において、∫g(t)dtの積分範囲はr1からcの間である。
G=∫g(t)dt−S1(c−r1) ・・・(41)
次にオーバーシュート温度比率Hおよびオーバーシュート温度比率Hを削減後の昇温熱量D1’を求める。なお、オーバーシュート温度比率Hおよび昇温熱量D1’の算出については、上述の第1の実施の形態と同様であるため、説明は割愛する。
Next, as shown by the shaded portion in FIG. 23, the sum of the cascade temperatures overshooted from the initial temperature S arrival time b to the initial temperature S stabilization time c is obtained. Assuming that this is the overshoot temperature sum F ″, F ″ is obtained by the following equation (40). In equation (40), the integration range of ∫g (t) dt is between b and c.
F ″ = ∫g (t) dt−S (c−b) (40)
Next, as indicated by the hatched portion in FIG. 24, the sum of temperatures from the lowest temperature S1 time point r1 to the initial temperature S stabilization time c is obtained. If this is the temperature sum G, G is obtained by the following equation (41). In equation (41), the integration range of ∫g (t) dt is between r1 and c.
G = ∫g (t) dt−S1 (c−r1) (41)
Next, the temperature rise D1 ′ after the reduction of the overshoot temperature ratio H and the overshoot temperature ratio H is obtained. Note that the calculation of the overshoot temperature ratio H and the heat-up amount D1 ′ is the same as that in the first embodiment described above, and a description thereof will be omitted.

以上から、図25に示すPower出力パターンを求め、Power制御を行う。図25中の各パラメータは以下の式(42)〜式(46)で求められる。
E0=(D1’/T1)+d ・・・(42)
E1=d ・・・(43)
T0=s ・・・(44)
T1=(r1−s) ・・・(45)
T2=a−T1−T0 ・・・(46)
続いて、T0について説明する。ボートアップ時には加熱ゾーンごとに大きく影響が異なり、特にLゾーンとUゾーンでは大きく異なる。Lゾーンの場合、ボートアップ時には、常に常温のウエハ、ボート等が順次上がって来る入り口側になるため、ボートアップによる温度低下が激しい。一方UゾーンではL〜CUゾーンの間をボートアップする間にある程度ウエハ、ボート等が温められるため、Lゾーンと比較すると温度低下が比較的緩い。したがって、ボートアップ開始(評価開始)と同時にLゾーン、CLゾーン、CUゾーンおよびUゾーンそれぞれ安定時操作量に適切な昇温熱量を加えたとすると、Uゾーンにおいては特にボートアップの影響、つまりUゾーン付近にウエハ、ボート等が到達する際に生じるカスケード温度が低下する前に昇温することになり、無駄な熱量(例えば、オーバーシュート)が発生する。
From the above, the power output pattern shown in FIG. 25 is obtained and the power control is performed. Each parameter in FIG. 25 is calculated | required by the following formula | equation (42)-Formula (46).
E0 = (D1 ′ / T1) + d (42)
E1 = d (43)
T0 = s (44)
T1 = (r1-s) (45)
T2 = a−T1−T0 (46)
Subsequently, T0 will be described. At the time of boating up, the influence is greatly different for each heating zone, especially in the L zone and the U zone. In the case of the L zone, when the boat is up, the normal temperature wafers, the boat, etc. are always on the entrance side where the boat rises one by one, so the temperature drop due to the boat up is severe. On the other hand, in the U zone, since the wafers, boats, and the like are warmed to some extent while boating up between the L and CU zones, the temperature drop is relatively slow compared to the L zone. Therefore, if an appropriate temperature rise is added to the stable operation amount in each of the L zone, CL zone, CU zone, and U zone simultaneously with the start of boat up (start of evaluation), the U zone is particularly affected by boat up, that is, U The temperature rises before the cascade temperature generated when wafers, boats, etc. arrive near the zone, and wasteful heat (for example, overshoot) occurs.

そこで各ゾーンにおいてボートアップの影響によってカスケード温度が低下しはじめるまで、例えば1分間で1℃低下するまでは昇温熱量は出力しないというように予め設定しておく。   Therefore, it is set in advance so that the heat-up amount of heat is not output until the cascade temperature starts to decrease due to the boat-up effect in each zone, for example, until the temperature decreases by 1 ° C. in one minute.

これによって、ゾーン毎に昇温熱量分の出力を開始する時間に差ができ、ゾーン毎に適切な温度調整が可能になる。   This makes it possible to make a difference in the time for starting the output corresponding to the temperature rise in each zone, and it is possible to adjust the temperature appropriately for each zone.

E0は昇温熱量D1’を一定の出力量で出力するよう時間T1で割り、初期温度安定時の操作量dを加えたものである。その後は最大オーバーシュート時間aに達するまで目標温度安定時の操作量dしか出力しないようにする。   E0 is obtained by dividing the heating temperature D1 'by the time T1 so as to output at a constant output amount, and adding the operation amount d when the initial temperature is stable. Thereafter, only the manipulated variable d when the target temperature is stable is output until the maximum overshoot time a is reached.

このPower出力パターンを用いることによって炉内を初期温度Sに素早く安定させることのできるヒータ熱電対2の示す温度波形を得ることができる。これをPower制御時温度特性データとして取得する。   By using this Power output pattern, a temperature waveform indicated by the heater thermocouple 2 that can quickly stabilize the interior of the furnace at the initial temperature S can be obtained. This is acquired as power control temperature characteristic data.

次に図26に示すようにこのPower制御時温度特性基本データからPower制御開始からの温度調整評価時間J1[min]を決定し、また、ゾーン毎にヒータ熱電対2の示す最高温度の時間j[min]、ヒータ熱電対2が示す温度が十分に安定した時間n[min]を求める。また、温度調整評価時間J1内の各時点でのヒータ熱電対2の示す温度k(t)[℃]、カスケード熱電対3の示す温度m(t)[℃]とする。   Next, as shown in FIG. 26, the temperature adjustment evaluation time J1 [min] from the start of the power control is determined from the power control temperature characteristic basic data, and the maximum temperature time j indicated by the heater thermocouple 2 for each zone. [Min], a time n [min] during which the temperature indicated by the heater thermocouple 2 is sufficiently stabilized is obtained. Further, the temperature k (t) [° C.] indicated by the heater thermocouple 2 and the temperature m (t) [° C.] indicated by the cascade thermocouple 3 at each time point within the temperature adjustment evaluation time J1 are set.

これらのデータから図26に示すようなk(t)の波形からP動作分を差し引いたヒータ波形L(t)を基に 図27に示すような積分出力パターンM(t)を求める。ここでヒータ熱電対2の示す温度k(t)の波形からP動作分引く理由は、k(t)はPID制御時にPID演算によって算出された出力を基にしてPower出力パターンを作成し、取得しているため、この波形はP(比例)出力、I(積分)出力、D(微分)出力の総和によるものである。そのためP出力とD出力分を差し引けば所望の積分出力パターンM(t)が求められる。ここで、一般的に昇温時には、D出力は微小であるためD出力は無視できる。   From these data, an integrated output pattern M (t) as shown in FIG. 27 is obtained based on the heater waveform L (t) obtained by subtracting the P operation from the waveform of k (t) as shown in FIG. Here, the reason for subtracting the P operation from the waveform of the temperature k (t) indicated by the heater thermocouple 2 is that k (t) is obtained by creating a Power output pattern based on the output calculated by the PID calculation during PID control. Therefore, this waveform is due to the sum of P (proportional) output, I (integral) output, and D (differential) output. Therefore, a desired integral output pattern M (t) can be obtained by subtracting the P output and the D output. Here, when the temperature is generally raised, the D output is negligible, so the D output can be ignored.

次にP動作分を差し引いたヒータ温度波形L(t)の昇温熱量分出力開始時点sから最大ヒータ温度時点j(P分引いていない実測値)までの面積(熱量)を求める。仮にQとする。なお式(47)において、∫L(t)dtの積分範囲はsからjの間である。
Q=∫L(t)dt−k(0)・(j−s) ・・・(47)
このQをj、最大ヒータ温度時点までの時間で割ることで、s時点からj時点までQと面積(熱量)が同じでヒータ温度が一定の値Mを求めることができる(底辺(j−s)、高さMの長方形の面積(熱量)=Qの面積(熱量))。
M=Q/(j−s) ・・・(48)
このMを2倍すると、Qの面積(熱量)と等しい底辺(j−s)、高さM*2の三角形を求めることができる。この三角形の高さと傾きと、k・(j−s)を用いることにより、ヒータ熱電対が示すP動作分を除いたヒータ熱電対の示す温度による熱量と同じ熱量となる。
Next, the area (heat amount) from the output start point s of the heating temperature amount L (t) subtracted by the P operation to the maximum heater temperature point j (actual value not subtracted by P) is obtained. Let Q be the case. In Expression (47), the integration range of ∫L (t) dt is between s and j.
Q = ∫L (t) dt−k (0) ・ (j−s) (47)
By dividing this Q by j and the time until the maximum heater temperature time point, a value M having the same area (heat quantity) as Q and the heater temperature from the time point s to the time point j can be obtained (base (j−s ), Rectangular area (heat quantity) of height M = Q area (heat quantity)).
M = Q / (j−s) (48)
When M is doubled, a triangle having a base (j−s) equal to the area (heat amount) of Q and a height M * 2 can be obtained. By using the height and inclination of this triangle and k · (j−s), the amount of heat is the same as the amount of heat due to the temperature indicated by the heater thermocouple excluding the amount of P operation indicated by the heater thermocouple.

図27に示すように評価開始から昇温熱量分出力開始時点sまでをステップ0、s時点からPower制御時最大ヒータ温度時点jの間をステップ1、Power制御時最大ヒータ温度時点jからPID制御時最大カスケード温度時間aの間をステップ2とする。   As shown in FIG. 27, step 0 from the start of evaluation to the output start point s of the amount of heat generated during heating, step 1 from the point s to the maximum heater temperature point j during power control, and PID control from the maximum heater temperature point j during power control. Step 2 is performed during the maximum cascade temperature time a.

ステップ0温度はまだボートアップによる影響が出ない期間であるため、評価開始時の温度で安定させる。   Since the step 0 temperature is a period in which there is still no influence from the boat up, the temperature is stabilized at the temperature at the start of evaluation.

ステップ1温度は前述の三角形の高さと傾きを適用すれば、評価開始からPower制御時のヒータ熱電対の示す最大ヒータ温度時点jまでの適切な積分出力パターンであると考えられる。   Step 1 temperature is considered to be an appropriate integrated output pattern from the start of evaluation to the maximum heater temperature point j indicated by the heater thermocouple during power control, if the above-described triangle height and inclination are applied.

ステップ2の終了時点であるPID制御時最大カスケード時点は、カスケード温度に対して、この時点以降は温度過渡期における外乱等の影響が無くなると考えられる。つまりこの時点でカスケード温度が初期温度Sに到達すれば、その後はオーバーシュートすることなく、初期温度Sで安定すると考えられる。   It is considered that the maximum cascade time at the time of PID control, which is the end time of step 2, has no influence on the cascade temperature after this time, such as disturbance in the temperature transition period. That is, if the cascade temperature reaches the initial temperature S at this time, it is considered that the cascade temperature is stabilized at the initial temperature S without overshooting thereafter.

図26、図27におけるパラメータL(t)[℃](P分差し引いたヒータ温度)、V[℃](STEP1目標温度)、T[℃/min](STEP1傾き)およびU[℃/min](STEP2傾き)は以下の式(49)〜式(52)で求められる。
L(t)[℃]= (ヒータ波形−P動作出力分)=k(t)−[P定数Kp*(初期温度S−POWER制御時のカスケード温度m(t))] ・・・(49)
V[℃]=[∫L(t)dt/(j−s)]×2 ・・・(50)
T[℃/min]=(V−k(0))/(j−s) ・・・(51)
U[℃/min]=(k(n)−V)/(a−j) ・・・(52)
以上のような式から積分出力パターンを作成し、PIDC制御を行う。なお式(50)において、∫L(t)dtの積分範囲はsからjの間である。具体的には図27に示すようにステップ毎に初期値、目標値、レート、時間を設定しステップに沿って出力していくものである。また積分出力パターンについては過渡期において前述の3ステップでなく、より多くのステップを用いて作成することも考えられる。
Parameters L (t) [° C.] (heater temperature subtracted by P), V [° C.] (STEP 1 target temperature), T [° C./min] (STEP 1 slope) and U [° C./min] in FIGS. (STEP2 slope) is obtained by the following equations (49) to (52).
L (t) [° C.] = (Heater waveform−P operation output) = k (t) − [P constant Kp * (cascade temperature m (t) at initial temperature S−POWER control)] (49 )
V [° C.] = [∫L (t) dt / (j−s)] × 2 (50)
T [° C./min]=(V−k(0))/(j−s) (51)
U [° C./min]=(k(n)−V)/(a−j) (52)
An integral output pattern is created from the above equations and PIDC control is performed. In Expression (50), the integration range of ∫L (t) dt is between s and j. Specifically, as shown in FIG. 27, an initial value, a target value, a rate, and a time are set for each step and output along the step. In addition, the integrated output pattern may be created using more steps than the above-described three steps in the transition period.

図28に示すように例えば温度過渡期においてある一定の時間q毎[min]に積分パターン出力のステップをw個設定すると、各ステップSTEP(w)の目標温度Vwとランプレート(傾き)Ywは以下の式(53)および式(54)で求められる。
Vw[℃]=(∫L(w*q)dt/q)×2 ・・・(53)
Yw[℃/min]=(V(w−1)−V(w))/q ・・・(54)
以上のように積分出力パターンを作成することにより、温度過渡期における積分出力の増大を防ぐことができ、またPower制御の波形をベースにすることによって最短で炉内を初期温度Sに安定させることができる。
As shown in FIG. 28, for example, when w integration pattern output steps are set every certain time q [min] in a temperature transition period, the target temperature Vw and ramp rate (slope) Yw of each step STEP (w) are It calculates | requires by the following formula | equation (53) and Formula (54).
Vw [° C.] = (∫L (w * q) dt / q) × 2 (53)
Yw [° C./min]=(V(w−1)−V(w))/q (54)
By creating the integral output pattern as described above, it is possible to prevent the integral output from increasing during the temperature transition period, and to stabilize the interior of the furnace to the initial temperature S in the shortest time by using the power control waveform as a base. Can do.

さらに本発明では前述の積分出力パターンでPIDC制御を実施してもオーバーシュート、アンダーシュートが大きい場合、あるいはゾーン間偏差が大きく改善する必要がある場合にはこれらを調整する機能を備える。   Further, the present invention has a function of adjusting these when the overshoot and undershoot are large even when the PIDC control is performed with the integral output pattern described above, or when the deviation between zones needs to be greatly improved.

以下、オーバーシュート、アンダーシュートの改善調整について説明する。   The overshoot / undershoot improvement adjustment will be described below.

前述の通り、本発明では温度過渡期の積分出力をパターン化し、また温度安定期には積分出力量が安定時のそれとなるように積分出力パターンを作成し、温度調整している。   As described above, in the present invention, the integral output in the temperature transition period is patterned, and in the temperature stable period, the integral output pattern is created so that the integral output amount becomes that in the stable state, and the temperature is adjusted.

つまり、例えば図27に示す温度制御方法において、ステップ3からは安定期であり、ステップ2とステップ3の切り替え時点で初期温度Sとカスケード熱電対の示す温度との偏差を0にすれば、その後温度は安定し、これが適切な調整になると考えられる。   That is, in the temperature control method shown in FIG. 27, for example, the stable period starts from Step 3, and if the deviation between the initial temperature S and the temperature indicated by the cascade thermocouple is set to 0 at the time of switching between Step 2 and Step 3, The temperature will stabilize and this is considered to be an appropriate adjustment.

よってオーバーシュートあるいはアンダーシュートが発生した場合はステップ2とステップ3の切替え点での初期温度Sとカスケード熱電対の示す温度との偏差から調整量を求めればよい。   Therefore, when overshoot or undershoot occurs, the adjustment amount may be obtained from the deviation between the initial temperature S at the switching point between step 2 and step 3 and the temperature indicated by the cascade thermocouple.

図29に示すようにステップ2とステップ3の切替え点でのカスケード熱電対が示す温度と初期温度Sとの偏差をpとすると、積分出力パターンは適切であるにも関わらず、オーバーシュート、アンダーシュートが発生するのは、過渡期におけるP出力の影響が大きいと考えられる。ステップ2とステップ3の切替え点での偏差pから算出されたP出力W1は、式(7)と同様に式(55)で求められる。
W1=Kp・p ・・・(55)
つまりこのP出力W1分が余分な出力であり、ステップ1とステップ2の切替え点で偏差pとなって表れていると考えられる。よって、オーバーシュートおよびアンダーシュートの改善は、積分出力パターンでこの余分なP出力W1を調整することによって実現できると考えられる。
As shown in FIG. 29, when the difference between the temperature indicated by the cascade thermocouple at the switching point between step 2 and step 3 and the initial temperature S is p, overshoot and undershoot are possible although the integral output pattern is appropriate. The occurrence of the shoot is considered to be greatly influenced by the P output in the transition period. The P output W1 calculated from the deviation p at the switching point between step 2 and step 3 is obtained by equation (55) as in equation (7).
W1 = Kp · p (55)
That is, it is considered that the P output W1 is an extra output and appears as a deviation p at the switching point between Step 1 and Step 2. Therefore, it is considered that improvement of overshoot and undershoot can be realized by adjusting this extra P output W1 with an integral output pattern.

ここで、温度過渡期はステップ1〜ステップ2であり、この調整量Wをステップ1目標温度Vから減算しステップ1傾きT、ステップ2傾きUを再算出することによって温度過渡期、つまりステップ1〜ステップ2の操作量を適切なものに調整することができる。つまりアンダーシュートしているなら温度過渡期の積分操作量を大きく、オーバーシュートしているなら温度過渡期の積分操作量を小さくすることで、ステップ2とステップ3の切替え点での初期温度Sとカスケード熱電対の示す温度との偏差を少なくでき、オーバーシュート、アンダーシュートを改善することができる。   Here, the temperature transition period is step 1 to step 2, and the adjustment amount W is subtracted from the step 1 target temperature V to recalculate the step 1 inclination T and the step 2 inclination U. -The operation amount of step 2 can be adjusted to an appropriate value. In other words, if the undershooting is performed, the integral operation amount in the temperature transition period is increased, and if overshooting is performed, the integral operation amount in the temperature transition period is decreased, so that the initial temperature S at the switching point between step 2 and step 3 is Deviation from the temperature indicated by the cascade thermocouple can be reduced, and overshoot and undershoot can be improved.

調整量W1、積分出力初期温度k(0)、ステップ0時間s、ステップ1目標温度V、ステップ1時間(j−s)、ステップ2時間(a−j)、ヒータ安定温度(ステップ3目標温度)k(n)とすると、調整後のステップ1目標温度V’、ステップ1ランプレートT’、ステップ2ランプレートU’は以下の式(56)〜式(58)で求められる。
V’=V−W| ・・・(56)
T’[℃/min]=(V’−k(0))/(j−s) ・・・(57)
U’[℃/min]=(k(n)−V’)/(a−j) ・・・(58)
続いて、ゾーン間偏差の改善調整について説明する。図30に示すように温度調整が適切であっても加熱ゾーン毎に操作量を作成、調整している為、目標温度安定まで早いゾーンと遅いゾーンが発生してしまい、これがゾーン間偏差となり場合によっては膜厚に影響を与えることがある。そこで積分出力パターンを調整することによって目標温度安定が早いゾーンを遅いゾーンに合わせて遅くし、ゾーン間偏差を改善する。
Adjustment amount W1, integrated output initial temperature k (0), step 0 time s, step 1 target temperature V, step 1 time (j-s), step 2 time (aj), heater stable temperature (step 3 target temperature) ) K (n), the adjusted step 1 target temperature V ′, step 1 ramp rate T ′, and step 2 ramp rate U ′ are obtained by the following equations (56) to (58).
V ′ = V−W | (56)
T ′ [° C./min]=(V′−k(0))/(j−s) (57)
U ′ [° C./min]=(k(n)−V′)/(a−j) (58)
Next, improvement adjustment of the inter-zone deviation will be described. As shown in Fig. 30, even if the temperature adjustment is appropriate, the operation amount is created and adjusted for each heating zone, so there are early and late zones until the target temperature stabilizes, and this is an inter-zone deviation. May affect the film thickness. Therefore, by adjusting the integral output pattern, the zone where the target temperature stability is fast is slowed down according to the slow zone, and the inter-zone deviation is improved.

ある目標温度安定が早いゾーン903と目標温度が遅いゾーン904との間の最大ゾーン間偏差最大時点での時間偏差dev_t[min]を求める。これはゾーン間偏差最大時点でのゾーン904の温度B’を求め、ゾーン903が温度B’になった時点とゾーン間偏差最大時点との差分が時間偏差dev_tとして求められる。   The time deviation dev_t [min] at the maximum time of the maximum inter-zone deviation between the zone 903 with a certain target temperature stability early and the zone 904 with a slow target temperature is obtained. This obtains the temperature B ′ of the zone 904 at the maximum time of deviation between zones, and the difference between the time when the zone 903 reaches the temperature B ′ and the maximum time of deviation between zones is obtained as a time deviation dev_t.

次に図31で示すようにゾーン903の積分出力パターンの各ステップをdev_tだけ遅くすることによって目標温度安定をゾーン904に合わせて遅くする。図31に示す各パラメータは第1の実施の形態にて示した式(33)〜式(34)で求められる。ここでTは前述のステップ1の傾きT[℃/min]である。   Next, as shown in FIG. 31, the target temperature stabilization is delayed according to the zone 904 by delaying each step of the integrated output pattern of the zone 903 by dev_t. Each parameter shown in FIG. 31 is obtained by Expression (33) to Expression (34) shown in the first embodiment. Here, T is the gradient T [° C./min] in Step 1 described above.

以上のように、積分出力パターンを時間偏差dev_t分遅くすることによって目標温度安定が早いゾーンを遅くすることができる。以上が、本実施の形態における温度調整方法の説明である。   As described above, by delaying the integral output pattern by the time deviation dev_t, it is possible to delay the zone where the target temperature stability is fast. The above is the description of the temperature adjustment method in the present embodiment.

以上の手順を実行する事によって、熟練した作業者でなくとも、早く確実に、適切な温度調整を行うことができる。具体的な炉内のふるまいを図32、図33に示す。   By executing the above procedure, appropriate temperature adjustment can be performed quickly and surely even without a skilled worker. Specific behavior in the furnace is shown in FIGS.

図32および図33はボートアップ終了後の温度リカバリの具体的な例である。図32に示す従来の手法であるPID制御によるボートアップリカバリでは、オーバーシュートが約10℃、ボートアップ後約100分でも目標温度±5℃以内に安定はしていない。   FIG. 32 and FIG. 33 are specific examples of temperature recovery after boat up is completed. In the boat up recovery by the PID control which is the conventional method shown in FIG. 32, the overshoot is about 10 ° C. and is not stabilized within the target temperature ± 5 ° C. even about 100 minutes after the boat up.

図33に示す本発明の手順に基づいて温度調整したPIDC制御によるボートアップリカバリでは、オーバーシュートは約3℃、ボートアップ終了後約15分で目標温度±5℃以内に安定している。図32、図33からボートアップリカバリにおいて本発明は有効であることは明らかである。   In the boat up recovery by PIDC control in which the temperature is adjusted based on the procedure of the present invention shown in FIG. 33, the overshoot is about 3 ° C., and is stabilized within the target temperature ± 5 ° C. about 15 minutes after the boat up is completed. It is clear from FIGS. 32 and 33 that the present invention is effective in boat up recovery.

本発明によれば、制御対象である炉内に比較的大きな外乱が生じた場合でも、その外乱を含んだ操作量の総和からもっとも速やかに制御量を目標値に追従させることができる積分出力パターンを予め設定し、特定の時刻から積分演算の代わりに積分値をパターン出力し、さらに外乱その他に起因する偏差のうちの大部分が消滅したと思われる時点から再び積分演算を行い積分値を出力するため、制御対象から出力される制御量を迅速かつ正確に初期値へリカバリすることができる。   According to the present invention, even when a relatively large disturbance occurs in the furnace to be controlled, the integrated output pattern that can cause the control amount to follow the target value most quickly from the sum of the operation amounts including the disturbance. Is set in advance, the integrated value is output as a pattern instead of the integral operation from a specific time, and the integral operation is performed again from the point in time when most of the deviation due to the disturbance or the like seems to disappear. Therefore, the control amount output from the controlled object can be quickly and accurately recovered to the initial value.

また、本発明の手順は、自然現象である、実測温度、操作量、時間といったこれまで温度調整時に熟練者の経験と勘に頼っていた大部分をある特定の計算式によって求めることができ、早く確実に温度調整を行うことができ、時間、費用の削減をすることができる。   In addition, the procedure of the present invention is a natural phenomenon, the actual temperature, operation amount, time, etc., so far most of the relying on the experience and intuition of skilled workers at the time of temperature adjustment can be obtained by a certain calculation formula, The temperature can be adjusted quickly and reliably, and the time and cost can be reduced.

また、本発明の手順をプログラム化し、温度コントローラなどにソフトウェアとして組み込むことによって、作業者の介入を必要とせず、適切な温度調整を行うことも可能である。   In addition, by programming the procedure of the present invention and incorporating it as software in a temperature controller or the like, it is possible to perform appropriate temperature adjustment without requiring operator intervention.

(第4の実施の形態)
続いて、本発明の第4の実施の形態について説明する。
(Fourth embodiment)
Subsequently, a fourth embodiment of the present invention will be described.

本実施の形態による熱処理装置は、上述の第3の実施の形態による熱処理装置と同じ構成となっている。本実施の形態と第3の実施の形態とは、温度調整方法の手順において、オーバーシュートあるいはアンダーシュートが発生した場合における処理が異なる。以下、本実施の形態において、第3の実施の形態における装置構成や処理内容と同様なものについては同一符号を付し、説明は割愛する。   The heat treatment apparatus according to the present embodiment has the same configuration as the heat treatment apparatus according to the third embodiment described above. The present embodiment and the third embodiment are different in the process when an overshoot or undershoot occurs in the procedure of the temperature adjustment method. Hereinafter, in the present embodiment, the same components as those in the third embodiment and the processing contents are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

上述の第3の実施の形態では温度過渡期の積分出力をパターン化し、また温度安定期には積分出力量が安定時のそれとなるように作成し、温度調整している。
つまり、ステップ1〜ステップ2は温度過渡期であり、ステップ3は安定期である。
In the third embodiment described above, the integral output in the temperature transition period is patterned, and in the temperature stable period, the integral output amount is made to be that in the stable state, and the temperature is adjusted.
That is, Step 1 to Step 2 are the temperature transition period, and Step 3 is the stable period.

つまり、第3の実施の形態についての、PIDC制御時のオーバーシュートやアンダーシュートの調整を温度調整を用いた調整に代えて、オーバーシュート温度比率を用いて調整する。   That is, overshoot and undershoot adjustment during PIDC control in the third embodiment is adjusted using an overshoot temperature ratio instead of adjustment using temperature adjustment.

第3の実施の形態についても、オーバーシュート温度比率Hを前述の式(59)〜式(61)を用いてPIDC制御結果を基に求める。以下に式(59)〜式(61)とその説明を再度記述する。   Also in the third embodiment, the overshoot temperature ratio H is obtained based on the result of the PIDC control using the above-described equations (59) to (61). The expressions (59) to (61) and their explanation will be described again below.

図23の斜線部に示すように初期温度S到達時間 b から初期温度S安定時間c の間オーバーシュートしたカスケード温度の総和を求める。これをオーバーシュート温度総和F”とするとF”は以下の式(59)で求められる。なお式(59)において、∫g(t)dtの積分範囲はbからcの間である。
F”=∫g(t)dt−S(c−b) ・・・(59)
次に図24の斜線部に示すように最低温度S1時点r1から初期温度S安定時間cの間の温度総和を求める。これを温度総和GとするとGは以下の式(60)で求められる。なお式(60)において、∫g(t)dtの積分範囲はr1からcの間である。
G=∫g(t)dt−S’(c−r1) ・・・(60)
次にオーバーシュート温度比率H[百分率]を求める。これは図24に示す温度総和Gに対する図23で示すオーバーシュート温度総和F”の割合である。よって以下の式(61)で求められる。
H=F”/G ・・・(61)
算出したオーバーシュート温度比率H分がステップ1〜ステップ2の積分出力パターンにひそむオーバーシュート要因の熱量比率である。よってステップ1目標温度Vからオーバーシュート温度比率H分だけ削減することで温度過渡期の積分出力パターンに反映させ、炉内を理想的な温度に素早く安定させることができる。
As indicated by the hatched portion in FIG. 23, the sum of the cascade temperatures overshooted from the initial temperature S arrival time b to the initial temperature S stabilization time c is obtained. Assuming that this is the overshoot temperature sum F ″, F ″ is obtained by the following equation (59). In equation (59), the integration range of ∫g (t) dt is between b and c.
F ″ = ∫g (t) dt−S (c−b) (59)
Next, as indicated by the hatched portion in FIG. 24, the sum of temperatures from the lowest temperature S1 time point r1 to the initial temperature S stabilization time c is obtained. If this is the temperature sum G, G is obtained by the following equation (60). In equation (60), the integration range of ∫g (t) dt is between r1 and c.
G = ∫g (t) dt−S ′ (c−r1) (60)
Next, an overshoot temperature ratio H [percentage] is obtained. This is the ratio of the overshoot temperature sum F ″ shown in FIG. 23 to the temperature sum G shown in FIG. 24. Therefore, it is obtained by the following equation (61).
H = F ″ / G (61)
The calculated overshoot temperature ratio H is the heat ratio of the overshoot factor concealed in the integral output pattern of step 1 to step 2. Therefore, by reducing the overshoot temperature ratio H from the step 1 target temperature V, it is reflected in the integral output pattern in the temperature transition period, and the inside of the furnace can be quickly stabilized at an ideal temperature.

初期温度k(0)、ステップ0時間s、ステップ1目標温度V、ステップ1時間(j−s)、ステップ2時間(a−j)、ヒータ安定温度(ステップ3目標温度)k(n)とすると、オーバーシュート温度比率Hを削減後のステップ1目標温度をV’、ステップ1ランプレートをT’、ステップ2のランプレートをU’は以下の式(62)〜式(64)で求められる。
V’=V*(1−H) ・・・(62)
T’[℃/min]=(V’−k(0))/(j−s) ・・・(63)
U’[℃/min]=(k(n)−V’)/(a−j) ・・・(64)
Initial temperature k (0), step 0 time s, step 1 target temperature V, step 1 time (j-s), step 2 time (aj), heater stable temperature (step 3 target temperature) k (n) Then, the step 1 target temperature V ′, the step 1 ramp rate T ′, and the step 2 ramp rate U ′ after the reduction of the overshoot temperature ratio H are obtained by the following formulas (62) to (64). .
V ′ = V * (1−H) (62)
T ′ [° C./min]=(V′−k(0))/(j−s) (63)
U ′ [° C./min]=(k(n)−V′)/(a−j) (64)

(第5の実施の形態)
続いて、本発明の第5の実施の形態について説明する。
(Fifth embodiment)
Subsequently, a fifth embodiment of the present invention will be described.

本実施の形態による熱処理装置は、上述の第1の実施の形態による熱処理装置と同じ構成となっている。本実施の形態と第1の実施の形態とは、温度調整方法の手順において、Power制御の出力パターンを求める際のランプアップする操作量を求める際の計算方法が異なる。以下、本実施の形態において、第1の実施の形態における装置構成や処理内容と同様なものについては同一符号を付し、説明は割愛する。   The heat treatment apparatus according to the present embodiment has the same configuration as the heat treatment apparatus according to the first embodiment described above. This embodiment is different from the first embodiment in the calculation method for obtaining the operation amount to be ramped up when obtaining the power control output pattern in the procedure of the temperature adjustment method. Hereinafter, in the present embodiment, the same components as those in the first embodiment and the processing contents are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

まず、上述の第1の実施の形態と同様に求めたa、d、D1’を用いてPower出力パターンを求め、Power制御を行う。   First, a power output pattern is obtained using a, d, and D1 'obtained in the same manner as in the first embodiment, and power control is performed.

図35中の各パラメータは以下の式(65)〜式(68)で求められる。
I0=(D1’/T1)+d ・・・(65)
I1=d ・・・(66)
T1=a/2 ・・・(67)
T2=a ・・・(68)
したがい、PID制御時の最大オーバーシュート時点までの期間を二分割すると、前半がランプアップのためにヒータ温度を上げる期間、後半がヒータ温度が下がり始めるが遅れてカスケード温度が上がってくる期間であると考え、昇温に必要なPowerを出力する期間は前半、つまり最大オーバーシュート時点での半分が適切であると考え、パラメータを設定する。
Each parameter in FIG. 35 is calculated | required by the following formula | equation (65)-Formula (68).
I0 = (D1 '/ T1) + d (65)
I1 = d (66)
T1 = a / 2 (67)
T2 = a (68)
Therefore, when the period until the maximum overshoot time at the time of PID control is divided into two, the first half is a period in which the heater temperature is raised for ramp-up, and the second half is a period in which the heater temperature starts to fall but the cascade temperature rises with a delay. The first half of the period for outputting the power required for temperature rise, that is, the half at the time of the maximum overshoot is considered appropriate, and the parameters are set.

I0は昇温熱量D’を一定の出力量でオーバーシュート最大時間aの半分の時間で出力する場合の操作量に目標温度安定時の操作量dを加えたものである。
このPower出力パターンを用いてPower制御時温度特性データを取得する。
I0 is obtained by adding the manipulated variable d when the target temperature is stable to the manipulated variable when the temperature rise amount D ′ is output at a constant output amount and half the overshoot maximum time a.
Power control temperature characteristic data is acquired using this Power output pattern.

次に図34に示すように、このPower制御時温度特性基本データからPower制御開始からの温度調整評価時間A1[min]を決定し、また、目標温度S’到達時間b[min]、目標温度S’安定時間c[min]、ヒータ熱電対の示す最高温度j2[℃]、その最高温度の時間a2[min]を求める。また、温度調整評価時間A1内の各時点でのヒータ熱電対2の示す温度f(t)[℃]、カスケード熱電対3の示す温度g(t)[℃]を求める。   Next, as shown in FIG. 34, the temperature adjustment evaluation time A1 [min] from the start of the power control is determined from the power control temperature characteristic basic data, and the target temperature S ′ reaching time b [min], the target temperature is determined. The S ′ stabilization time c [min], the maximum temperature j2 [° C.] indicated by the heater thermocouple, and the maximum temperature time a2 [min] are obtained. Further, the temperature f (t) [° C.] indicated by the heater thermocouple 2 and the temperature g (t) [° C.] indicated by the cascade thermocouple 3 at each time point within the temperature adjustment evaluation time A1 are obtained.

次に図9で示すように目標温度S’到達時間bから目標温度S’安定時間cの間オーバーシュートした温度の総和を求める。これをオーバーシュート温度総和KとするとKは以下の式(69)で求められる。なお式(69)において、∫m(t)dtの積分範囲はbからcの間である。
K=∫g(t)dt−S’*(c−b) ・・・(69)
次に図10に示すように目標温度S’安定時間cの間の温度総和を求める。これを温度総和L1とするとL1は以下の式(70)で求められる。なお式(70)において、∫g(t)dtの積分範囲は0からcの間である。
L1=∫g(t)dt ・・・(70)
次にオーバーシュート温度比率M[百分率]を求める。これは温度総和L1に対するオーバーシュート温度総和Kの割合である。よって以下の式(71)で求められる。
M=K/L1 ・・・(71)
次に図35に示すようにこのオーバーシュート温度比率MをPower出力パターンの昇温熱量から求めた操作量から削減することで操作量I0を適切な操作量にすることができる。オーバーシュート温度比率Hを削減後の操作量I0をI0’とするとI0’を以下の式(72)で求められる。
I0’=(I0−I1)*(1−M)+I1 ・・・(72)
以上の式(69)〜式(72)で求められる図35に示すようなオーバーシュート温度比率分削減し、再びPower制御で温度特性データを取得し、同じ手順を数回繰り返すことによって適切な操作量を求めることができ、温度の租調整をすることができる。
Next, as shown in FIG. 9, the sum of the temperatures overshooted from the target temperature S ′ arrival time b to the target temperature S ′ stabilization time c is obtained. If this is the total overshoot temperature K, K is obtained by the following equation (69). In Expression (69), the integration range of ∫m (t) dt is between b and c.
K = ∫g (t) dt−S ′ * (c−b) (69)
Next, as shown in FIG. 10, the temperature sum during the target temperature S ′ stabilization time c is obtained. Assuming that this is the temperature sum L1, L1 is obtained by the following equation (70). In equation (70), the integration range of ∫g (t) dt is between 0 and c.
L1 = ∫g (t) dt (70)
Next, an overshoot temperature ratio M [percentage] is obtained. This is the ratio of the overshoot temperature sum K to the temperature sum L1. Therefore, it is obtained by the following equation (71).
M = K / L1 (71)
Next, as shown in FIG. 35, by reducing the overshoot temperature ratio M from the operation amount obtained from the temperature rise of the power output pattern, the operation amount I0 can be made an appropriate operation amount. Assuming that the manipulated variable I0 after reducing the overshoot temperature ratio H is I0 ', I0' is obtained by the following equation (72).
I0 ′ = (I0−I1) * (1−M) + I1 (72)
As shown in FIG. 35 obtained by the above formulas (69) to (72), the overshoot temperature ratio is reduced, the temperature characteristic data is acquired again by the power control, and the same procedure is repeated several times for proper operation. The amount can be determined and the temperature can be adjusted.

(第6の実施の形態)
次に、第6の実施の形態について説明する。本実施の形態は、上述の第1の実施の形態にて説明した温度制御部内の構成の変形例である。以下、本実施の形態において、第1の実施の形態における装置構成や処理内容と同様なものについては同一符号を付し、説明は割愛する。
(Sixth embodiment)
Next, a sixth embodiment will be described. The present embodiment is a modification of the configuration in the temperature control unit described in the first embodiment. Hereinafter, in the present embodiment, the same components as those in the first embodiment and the processing contents are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

図36に示すように、本実施の形態では、操作量XはPID演算とPlDC演算を予め設定した時間で切り替えて算出し、操作量ZはPID演算とPlDC演算を予め設定した時間で切り替えて算出するか、またはPower出力パターンから算出する構成となっている。   As shown in FIG. 36, in the present embodiment, the manipulated variable X is calculated by switching between the PID calculation and the PlDC calculation at a preset time, and the manipulated variable Z is switched at the preset time between the PID calculation and the PlDC calculation. It is configured to calculate or from a power output pattern.

(第7の実施の形態)
次に、第7の実施の形態について説明する。本実施の形態は、上述の第1の実施の形態の変形例である。以下、本実施の形態において、第1の実施の形態における装置構成や処理内容と同様なものについては同一符号を付し、説明は割愛する。
(Seventh embodiment)
Next, a seventh embodiment will be described. The present embodiment is a modification of the above-described first embodiment. Hereinafter, in the present embodiment, the same components as those in the first embodiment and the processing contents are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

図37に示すように、本実施の形態では、操作量XはPIDC演算で算出し、操作量ZはPlD演算とPIDC演算を予め設定した時間で切り替えて算出するか、またはPower出力パターンから算出する構成となっている。   As shown in FIG. 37, in the present embodiment, the manipulated variable X is calculated by PIDC calculation, and the manipulated variable Z is calculated by switching between the PlD calculation and the PIDC calculation at a preset time or calculated from the Power output pattern. It is the composition to do.

(第8の実施の形態)
次に、第8の実施の形態について説明する。本実施の形態は、上述の第1の実施の形態の変形例である。以下、本実施の形態において、第1の実施の形態における装置構成や処理内容と同様なものについては同一符号を付し、説明は割愛する。
(Eighth embodiment)
Next, an eighth embodiment will be described. The present embodiment is a modification of the above-described first embodiment. Hereinafter, in the present embodiment, the same components as those in the first embodiment and the processing contents are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

図38に示すように、本実施の形態では、操作量ZはPlDC演算で算出するか、またはPower出力パターンから算出する構成となっている。   As shown in FIG. 38, in the present embodiment, the manipulated variable Z is calculated by PlDC calculation or calculated from a Power output pattern.

(第9の実施の形態)
次に、第9の実施の形態について説明する。本実施の形態は、上述の第1の実施の形態の変形例である。以下、本実施の形態において、第1の実施の形態における装置構成や処理内容と同様なものについては同一符号を付し、説明は割愛する。
(Ninth embodiment)
Next, a ninth embodiment will be described. The present embodiment is a modification of the above-described first embodiment. Hereinafter, in the present embodiment, the same components as those in the first embodiment and the processing contents are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

図39に示すように、本実施の形態では、操作量XはPID演算で算出し、操作量ZはPlDC演算で算出するか、またはPower出力パターンから算出する構成となっている。   As shown in FIG. 39, in the present embodiment, the manipulated variable X is calculated by PID calculation, and the manipulated variable Z is calculated by PlDC calculation or calculated from the Power output pattern.

(第10の実施の形態)
次に、第10の実施の形態について説明する。本実施の形態は、上述の第1の実施の形態の変形例である。以下、本実施の形態において、第1の実施の形態における装置構成や処理内容と同様なものについては同一符号を付し、説明は割愛する。
(Tenth embodiment)
Next, a tenth embodiment will be described. The present embodiment is a modification of the above-described first embodiment. Hereinafter, in the present embodiment, the same components as those in the first embodiment and the processing contents are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

図40に示すように、本実施の形態では、操作量XはPIDC演算で算出し、操作量ZはPID演算で算出するか、またはPower出力パターンから算出する構成となっている。   As shown in FIG. 40, in this embodiment, the manipulated variable X is calculated by PIDC calculation, and the manipulated variable Z is calculated by PID calculation or calculated from a Power output pattern.

(第11の実施の形態)
次に、第11の実施の形態について説明する。本実施の形態は、上述の第1の実施の形態の変形例である。以下、本実施の形態において、第1の実施の形態における装置構成や処理内容と同様なものについては同一符号を付し、説明は割愛する。
(Eleventh embodiment)
Next, an eleventh embodiment will be described. The present embodiment is a modification of the above-described first embodiment. Hereinafter, in the present embodiment, the same components as those in the first embodiment and the processing contents are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

図41に示すように、本実施の形態では、操作量XはPIDC演算で算出し、操作量ZはPlDC演算で算出するか、またはPower出力パターンから算出する構成となっている。   As shown in FIG. 41, in the present embodiment, the manipulated variable X is calculated by PIDC calculation, and the manipulated variable Z is calculated by PlDC calculation or calculated from the Power output pattern.

(第12の実施の形態)
次に、第12の実施の形態について説明する。本実施の形態は、上述の第1の実施の形態の変形例である。以下、本実施の形態において、第1の実施の形態における装置構成や処理内容と同様なものについては同一符号を付し、説明は割愛する。
(Twelfth embodiment)
Next, a twelfth embodiment will be described. The present embodiment is a modification of the above-described first embodiment. Hereinafter, in the present embodiment, the same components as those in the first embodiment and the processing contents are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

図42に示すように、本実施の形態では、カスケード熱電対の制御量Aは無視して、ヒータ熱電対の制御量Bと目標値Scとの偏差Eを用いる。   As shown in FIG. 42, in the present embodiment, the control amount A of the cascade thermocouple is ignored and the deviation E between the control amount B of the heater thermocouple and the target value Sc is used.

(第13の実施の形態)
次に、第13の実施の形態について説明する。本実施の形態は、上述の第1の実施の形態の変形例である。以下、本実施の形態において、第1の実施の形態における装置構成や処理内容と同様なものについては同一符号を付し、説明は割愛する。
(Thirteenth embodiment)
Next, a thirteenth embodiment will be described. The present embodiment is a modification of the above-described first embodiment. Hereinafter, in the present embodiment, the same components as those in the first embodiment and the processing contents are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

図43に示すように、本実施の形態では、カスケード熱電対の制御量Aは無視して、ヒータ熱電対の制御量Bと目標値Scとの偏差Eを用いる。操作量ZはPlDC演算で算出するか、またはPower出力パターンから算出する構成となっている。   As shown in FIG. 43, in this embodiment, the control amount A of the cascade thermocouple is ignored and the deviation E between the control amount B of the heater thermocouple and the target value Sc is used. The operation amount Z is calculated by PlDC calculation or calculated from a power output pattern.

(第14の実施の形態)
次に、第14の実施の形態について説明する。本実施の形態は、上述の第1の実施の形態の変形例である。以下、本実施の形態において、第1の実施の形態における装置構成や処理内容と同様なものについては同一符号を付し、説明は割愛する。
(Fourteenth embodiment)
Next, a fourteenth embodiment will be described. The present embodiment is a modification of the above-described first embodiment. Hereinafter, in the present embodiment, the same components as those in the first embodiment and the processing contents are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

図44に示すように、本実施の形態では、操作量Zは PlD演算とPIDC演算とPower出力パターンの3つを予め設定した時間で切り替えて算出するか、またはPower出力パターンから算出する構成となっている。   As shown in FIG. 44, in the present embodiment, the manipulated variable Z is calculated by switching three of the PlD calculation, the PIDC calculation, and the Power output pattern at a preset time, or calculated from the Power output pattern. It has become.

(第15の実施の形態)
次に、第15の実施の形態について説明する。本実施の形態は、上述の第1の実施の形態の変形例である。以下、本実施の形態において、第1の実施の形態における装置構成や処理内容と同様なものについては同一符号を付し、説明は割愛する。
(Fifteenth embodiment)
Next, a fifteenth embodiment is described. The present embodiment is a modification of the above-described first embodiment. Hereinafter, in the present embodiment, the same components as those in the first embodiment and the processing contents are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

図45に示すように、本実施の形態では、操作量ZはPIDC演算とPower出力パターンを予め設定した時間で切り替えて算出するか、またはPower出力パターンから算出する構成となっている。   As shown in FIG. 45, in the present embodiment, the operation amount Z is calculated by switching the PIDC calculation and the Power output pattern at a preset time, or is calculated from the Power output pattern.

(第16の実施の形態)
次に、第16の実施の形態について説明する。本実施の形態は、上述の第1の実施の形態の変形例である。以下、本実施の形態において、第1の実施の形態における装置構成や処理内容と同様なものについては同一符号を付し、説明は割愛する。
(Sixteenth embodiment)
Next, a sixteenth embodiment will be described. The present embodiment is a modification of the above-described first embodiment. Hereinafter, in the present embodiment, the same components as those in the first embodiment and the processing contents are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

図46に示すように、本実施の形態では、操作量ZはPlD演算とPower出力パターンを予め設定した時間で切り替えて算出するか、またはPower出力パターンから算出する構成となっている。   As shown in FIG. 46, in the present embodiment, the operation amount Z is calculated by switching between the PlD calculation and the Power output pattern at a preset time, or is calculated from the Power output pattern.

(第17の実施の形態)
続いて、本発明の第17の実施の形態について説明する。
(Seventeenth embodiment)
Subsequently, a seventeenth embodiment of the present invention will be described.

本実施の形態による熱処理装置は、上述の各実施の形態による熱処理装置のような縦型装置の構成ではなく、枚葉装置の構成となっている。以下、本実施の形態において、上述の各実施の形態において述べた部分と同一の機能を有する構成部分については同一符号を付し、説明は割愛する。なお図47に示すように、本実施の形態による熱処理装置は、図1に示した第1の実施の形態における温度制御部71と同様な構成および機能を有する温
度制御部を備えている。
The heat treatment apparatus according to the present embodiment is not a vertical apparatus structure like the heat treatment apparatuses according to the above-described embodiments, but a single wafer apparatus. Hereinafter, in the present embodiment, constituent parts having the same functions as those described in the above-described embodiments are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. As shown in FIG. 47, the heat treatment apparatus according to the present embodiment includes a temperature control unit having the same configuration and function as the temperature control unit 71 in the first embodiment shown in FIG.

具体的に、本実施の形態による熱処理装置は、図47および図48に示されているように、処理炉86が、枚葉式CVD炉(枚葉式コールドウォール形CVD炉)として構成されており、被処理基板としてのウエハ(半導体ウエハ)85を処理する処理室201を形成したチャンバ223を備えている。チャンバ223は上側キャップ224と円筒カップ225と下側キャップ226とが組み合わされて、上下の端面がいずれも閉塞した円筒形状に形成されている。   Specifically, in the heat treatment apparatus according to the present embodiment, as shown in FIGS. 47 and 48, the processing furnace 86 is configured as a single wafer CVD furnace (single wafer cold wall CVD furnace). And a chamber 223 in which a processing chamber 201 for processing a wafer (semiconductor wafer) 85 as a substrate to be processed is formed. The chamber 223 is formed in a cylindrical shape in which an upper cap 224, a cylindrical cup 225, and a lower cap 226 are combined so that upper and lower end surfaces are closed.

チャンバ223の円筒カップ225の円筒壁の中間部にはゲートバルブ244によって開閉されるウエハ搬入搬出口250が水平方向に横長に開設されており、ウエハ搬入搬出口250は被処理基板であるウエハ85を処理室201に図48に図示しないウエハ移載装置によって搬入搬出し得るように形成されている。すなわち、ウエハ85はウエハ移載装置によって下から機械的に支持された状態で、ウエハ搬入搬出口250を搬送されて処理室201に対して搬入搬出されるようになっている。   A wafer loading / unloading port 250 that is opened and closed by a gate valve 244 is opened horizontally in the middle of the cylindrical wall of the cylindrical cup 225 of the chamber 223. The wafer loading / unloading port 250 is a wafer 85 that is a substrate to be processed. Is formed in the processing chamber 201 so that it can be carried in and out by a wafer transfer device (not shown in FIG. 48). In other words, the wafer 85 is transported through the wafer loading / unloading port 250 and loaded into and out of the processing chamber 201 while being mechanically supported from below by the wafer transfer device.

円筒カップ225のウエハ搬入搬出口250と対向する壁面の上部には、真空ポンプ等からなる排気装置(図示せず)に接続された排気口235が処理室201に連通するように開設されており、処理室201内は排気装置によって排気されるようになっている。   An exhaust port 235 connected to an exhaust device (not shown) such as a vacuum pump communicates with the processing chamber 201 at the upper part of the wall surface of the cylindrical cup 225 facing the wafer loading / unloading port 250. The inside of the processing chamber 201 is exhausted by an exhaust device.

また、円筒カップ225の上部には排気口235に連通する排気バッファ空間249が円環状に形成され、カバープレート248とともにウエハ85の前面に対し、均一に排気が行われるように作用している。   Further, an exhaust buffer space 249 communicating with the exhaust port 235 is formed in an annular shape at the upper part of the cylindrical cup 225, and acts so that the exhaust is performed uniformly on the front surface of the wafer 85 together with the cover plate 248.

なお、カバープレート248は、ウエハ85のエッジ部を覆うように一部のサセプタ(基板保持手段)84上に延在しており、ウエハ85のエッジ部に成膜されるCVD膜を制御するために用いられる。   The cover plate 248 extends on a part of the susceptor (substrate holding means) 84 so as to cover the edge portion of the wafer 85, and controls a CVD film formed on the edge portion of the wafer 85. Used for.

チャンバ223の上側キャップ224には処理ガスを供給するシャワーヘッド236が一体的に組み込まれている。すなわち、上側キャップ224の天井壁にはガス供給管232が挿入されており、各ガス供給管232には例えば原料ガスやパージガス等の処理ガス241a、処理ガス241bを導入するため開閉バルブ243、流量制御装置(マスフローコントローラ=MFC)241から成るガス供給装置が接続されている。上側キャップ224の下面には円板形状に形成されたシャワープレート(以下、プレートという。)240がガス供給管232から間隔を置いて水平に固定されており、プレート240には複
数個のガス吹出口(以下、吹出口という。)247が全面にわたって均一に配置されて上下の空間を流通させるように開設されている。
A shower head 236 for supplying a processing gas is integrally incorporated in the upper cap 224 of the chamber 223. That is, a gas supply pipe 232 is inserted in the ceiling wall of the upper cap 224, and for example, a processing gas 241a such as a raw material gas or a purge gas and a processing gas 241b are introduced into each gas supply pipe 232, and an opening / closing valve 243, a flow rate. A gas supply device comprising a control device (mass flow controller = MFC) 241 is connected. A disc-shaped shower plate (hereinafter referred to as a plate) 240 is horizontally fixed on the lower surface of the upper cap 224 at a distance from the gas supply pipe 232. The outlets (hereinafter referred to as “blow-out outlets”) 247 are provided so as to be uniformly arranged over the entire surface and to circulate through the upper and lower spaces.

上側キャップ224の内側面とプレート240の上面とが画成する内側空間によってバッファ室237が形成されており、バッファ室237はガス供給管232に導入された処理ガス230を全体的に均等に拡散させて各吹出口247から均等にシャワー状に吹き出させるようになっている。   A buffer chamber 237 is formed by an inner space defined by the inner surface of the upper cap 224 and the upper surface of the plate 240, and the buffer chamber 237 diffuses the processing gas 230 introduced into the gas supply pipe 232 evenly as a whole. It is made to blow out from each blower outlet 247 equally in the shape of a shower.

チャンバ223の下側キャップ226の中心には挿通孔278が円形に開設されており、挿通孔278の中心線上には円筒形状に形成された支持軸276が処理室201に下方から挿通されている。支持軸276はエアシリンダ装置等が使用された昇降機構(昇降手段)268によって昇降されるようになっている。   An insertion hole 278 is formed in a circular shape at the center of the lower cap 226 of the chamber 223, and a support shaft 276 formed in a cylindrical shape is inserted into the processing chamber 201 from below on the center line of the insertion hole 278. . The support shaft 276 is raised and lowered by an elevating mechanism (elevating means) 268 using an air cylinder device or the like.

支持軸276の上端には加熱ユニット251が同心に配されて水平に固定されており、加熱ユニット251は支持軸276によって昇降されるようになっている。すなわち、加熱ユニット251は円板形状に形成された支持板258を備えており、支持板258は支持軸276の上端開口に同心円に固定されている。支持板258の上面には支柱を兼ねる複数本の電極253が垂直に立脚されており、これら電極253の上端間には円板形状に形成され複数領域に分割制御されるヒータ(加熱手段)81が架橋されて固定されている。これら電極253に対する電気配線257は支持軸276の中空部内を挿通されている
A heating unit 251 is concentrically arranged at the upper end of the support shaft 276 and is fixed horizontally. The heating unit 251 is moved up and down by the support shaft 276. That is, the heating unit 251 includes a support plate 258 formed in a disc shape, and the support plate 258 is fixed concentrically to the upper end opening of the support shaft 276. A plurality of electrodes 253 that also serve as support columns are vertically erected on the upper surface of the support plate 258, and a heater (heating means) 81 that is formed in a disc shape between the upper ends of these electrodes 253 and is divided and controlled in a plurality of regions. Is cross-linked and fixed. The electrical wiring 257 for these electrodes 253 is inserted through the hollow portion of the support shaft 276.

また、ヒータ81の下方には反射板252が支持板258に固定されて設けられ、ヒータ81から発せられた熱をサセプタ84側に反射させて、効率の良い加熱に作用している。   In addition, a reflector 252 is fixed to the support plate 258 below the heater 81, and heat generated from the heater 81 is reflected to the susceptor 84 side to act on efficient heating.

また、温度検出手段である放射温度計87および88が、支持軸276の下端から導入され、放射温度計87および88の先端がサセプタ84の裏面に対し所定の隙間を設けて設置されている。放射温度計87および88は、石英から成るロッドと光ファイバとの組合せから構成され、サセプタ84の裏面(例えばヒータ81の分割領域に対応する裏面)から発せられる放射光を検出し、サセプタ84の裏面温度を算出するのに用いられ(予め取得したウエハ85とサセプタ84の温度の関係によりウエハ85の温度を算出することも可能)、この算出結果に基づきヒータ81の加熱具合を制御している。   Further, radiation thermometers 87 and 88 as temperature detecting means are introduced from the lower end of the support shaft 276, and the tips of the radiation thermometers 87 and 88 are installed with a predetermined gap with respect to the back surface of the susceptor 84. The radiation thermometers 87 and 88 are composed of a combination of a rod made of quartz and an optical fiber, detect radiation emitted from the back surface of the susceptor 84 (for example, the back surface corresponding to the divided region of the heater 81), and It is used to calculate the back surface temperature (the temperature of the wafer 85 can be calculated based on the relationship between the temperature of the wafer 85 and the susceptor 84 acquired in advance), and the heating condition of the heater 81 is controlled based on this calculation result. .

下側キャップ226の挿通孔278の支持軸276の外側には、支持軸276よりも大径の円筒形状に形成された回転軸277が同心円に配置されて処理室201に下方から挿通されており、回転軸277はエアシリンダ装置等が使用された昇降機構268によって支持軸276と共に昇降されるようになっている。回転軸277の上端には回転ドラム227が同心に配されて水平に固定されており、回転ドラム227は回転軸277によって回転されるようになっている。すなわち、回転ドラム227はドーナツ形の平板に形成された回転板229と、円筒形状に形成された回転筒228を備えており、回転板229の
内周縁辺部が円筒形状の回転軸277の上端開口に固定されて、回転板229の上面の外周縁辺部に回転筒228が同心円に固定されている。回転ドラム227の回転筒228の上端には炭化シリコンや窒化アルミニウム等が使用されて円板形状に形成されたサセプタ84が回転筒228の上端開口を閉塞するように被せられている。
On the outside of the support shaft 276 of the insertion hole 278 of the lower cap 226, a rotating shaft 277 formed in a cylindrical shape having a larger diameter than the support shaft 276 is disposed concentrically and is inserted into the processing chamber 201 from below. The rotary shaft 277 is lifted and lowered together with the support shaft 276 by a lifting mechanism 268 using an air cylinder device or the like. A rotating drum 227 is concentrically arranged at the upper end of the rotating shaft 277 and fixed horizontally. The rotating drum 227 is rotated by the rotating shaft 277. That is, the rotating drum 227 includes a rotating plate 229 formed in a donut-shaped flat plate and a rotating cylinder 228 formed in a cylindrical shape, and an inner peripheral edge of the rotating plate 229 is an upper end of a cylindrical rotating shaft 277. A rotating cylinder 228 is concentrically fixed to the outer peripheral edge of the upper surface of the rotating plate 229 and is fixed to the opening. A susceptor 84 formed in a disk shape using silicon carbide, aluminum nitride, or the like is placed on the upper end of the rotating cylinder 228 of the rotating drum 227 so as to close the upper end opening of the rotating cylinder 228.

図48に示されているように、回転ドラム227にはウエハ昇降装置275が設置されている。ウエハ昇降装置275は円形リング形状に形成された2つの昇降リングのそれぞれに突上ピン(基板突上手段)266、274を突設したものから構成されており、下側の昇降リング(以下、回転側リングという。)は回転ドラム227の回転板229の上に支持軸276と同心円に配置されている。回転側リングの下面には複数本(本実施の形態においては三本とする。)の突上ピン(以下、回転側ピンという。)274が周方向に等間隔に配置されて垂直方向下向きに突設されており、各回転側ピン274は回転板229に回転筒228と同心円の線上に配置されて垂直方向に開設された各ガイド孔255にそれぞれ摺動自在に嵌入されている。各回転側ピン274の長さは回転側リングを水平に突き上げ得るように互いに等しく設定されているとともに、ウエハのサセプタ上からの突き上げ量に対応するように設定されている。各回転側ピン274の下端は処理室201の底面すなわち下側キャップ226の上面に離着座自在に対向されている。   As shown in FIG. 48, a wafer elevating device 275 is installed on the rotary drum 227. The wafer elevating device 275 is configured by protruding pins (substrate protruding means) 266 and 274 provided on each of two elevating rings formed in a circular ring shape. The rotation side ring is disposed on the rotating plate 229 of the rotating drum 227 concentrically with the support shaft 276. On the lower surface of the rotation side ring, a plurality of (three in the present embodiment) protruding pins (hereinafter referred to as rotation side pins) 274 are arranged at equal intervals in the circumferential direction so as to face downward in the vertical direction. Each rotation-side pin 274 is slidably fitted in each guide hole 255 that is arranged on the rotation plate 229 on a line concentric with the rotation cylinder 228 and opened in the vertical direction. The lengths of the rotation-side pins 274 are set to be equal to each other so that the rotation-side ring can be pushed up horizontally, and are set to correspond to the push-up amount of the wafer from above the susceptor. The lower end of each rotation-side pin 274 faces the bottom surface of the processing chamber 201, that is, the upper surface of the lower cap 226 so as to be separably seated.

加熱ユニット251の支持板258には円形リング形状に形成されたもう一つの昇降リング(以下、ヒータ側リングという。)が支持軸276と同心円に配置されている。ヒータ側リングの下面には複数本(本実施の形態においては三本とする。)の突上ピン(以下、ヒータ側ピンという。)266が周方向に等間隔に配置されて垂直方向下向きに突設されており、各ヒータ側ピン266は支持板258に支持軸276と同心円の線上に配置されて垂直方向に開設された各ガイド孔254にそれぞれ摺動自在に嵌入されている。これらのヒータ側ピン266の長さはヒータ側リングを水平に突き上げ得るように互いに等し
く設定されているとともに、その下端が回転側リングの上面に適度のエアギャップを置いて対向されている。つまり、これらのヒータ側ピン266は回転ドラム227の回転時に回転側リングに干渉しないようになっている。
On the support plate 258 of the heating unit 251, another lifting ring (hereinafter referred to as a heater side ring) formed in a circular ring shape is disposed concentrically with the support shaft 276. On the lower surface of the heater side ring, a plurality of (three in the present embodiment) protruding pins (hereinafter referred to as heater side pins) 266 are arranged at equal intervals in the circumferential direction and vertically downward. Each heater-side pin 266 is slidably fitted in each guide hole 254 that is arranged on the support plate 258 on a line concentric with the support shaft 276 and opened in the vertical direction. The lengths of these heater-side pins 266 are set to be equal to each other so that the heater-side ring can be pushed up horizontally, and their lower ends are opposed to the upper surface of the rotation-side ring with an appropriate air gap. That is, these heater side pins 266 do not interfere with the rotation side ring when the rotation drum 227 rotates.

また、ヒータ側リングの上面には複数本(本実施の形態においては三本とする。)の突上ピン(以下、突上部という。)266が、周方向に等間隔に配置されて垂直方向上向きに突設されており、突上部266の上端はヒータ81およびサセプタ84の挿通孔256に対向するようになっている。これらの突上部266の長さはヒータ81およびサセプタ84の挿通孔256を下から挿通してサセプタ84に載置されたウエハ85をサセプタ84から水平に浮かせるように互いに等しく設定されている。また、これらの突上部266の長さはヒータ側リングが支持板258に着座した状態において、その上端がヒータ81
の上面から突出しないように設定されている。つまり、これらの突上部266は回転ドラム227の回転時にサセプタ84に干渉しないように、かつ、ヒータ81の加熱を妨げないようになっている。
In addition, a plurality of (three in the present embodiment) protruding pins (hereinafter referred to as protruding portions) 266 are arranged on the upper surface of the heater side ring at equal intervals in the circumferential direction. The upper end of the projecting upper portion 266 is opposed to the heater 81 and the insertion hole 256 of the susceptor 84. The lengths of these protrusions 266 are set to be equal to each other so that the wafer 85 placed on the susceptor 84 is horizontally floated from the susceptor 84 through the insertion holes 256 of the heater 81 and the susceptor 84 from below. Further, the lengths of these protrusions 266 are such that the upper ends of the protrusions 266 are in the state where the heater-side ring is seated on the support plate 258.
It is set so as not to protrude from the top surface. That is, these protrusions 266 do not interfere with the susceptor 84 when the rotary drum 227 rotates, and do not prevent the heater 81 from being heated.

図48に示されているように、チャンバ223は複数本の支柱280によって水平に支持されている。これらの支柱280には各昇降ブロック281がそれぞれ昇降自在に嵌合されており、これら昇降ブロック281間にはエアシリンダ装置等が使用された昇降駆動装置(図示せず)によって昇降される昇降台282が架設されている。昇降台282の上にはサセプタ回転装置が設置されており、サセプタ回転装置とチャンバ223との間にはベローズ279が、回転軸277の外側を気密封止するように介設されている。   As shown in FIG. 48, the chamber 223 is horizontally supported by a plurality of columns 280. Each elevating block 281 is fitted to these columns 280 so as to be movable up and down, and an elevating platform that is raised and lowered by an elevating drive device (not shown) using an air cylinder device or the like is interposed between the elevating blocks 281. 282 is installed. A susceptor rotating device is installed on the lifting platform 282, and a bellows 279 is interposed between the susceptor rotating device and the chamber 223 so as to hermetically seal the outside of the rotating shaft 277.

昇降台282に設置されたサセプタ回転機構(回転手段)267にはブラシレスDCモータが使用されており、出力軸(モータ軸)が中空軸に形成されて回転軸277として構成されている。サセプタ回転機構267はハウジング283を備えており、ハウジング283が昇降台282の上に垂直方向上向きに据え付けられている。ハウジング283の内周面には電磁石(コイル)によって構成された固定子(ステータ)284が固定されている。すなわち、固定子284はコイル線材(エナメル被覆銅線)286が鉄心(コア)285に巻装されて構成されている。コイル線材286には図示しないリード線がハウジング283の側壁に開設された図示しない挿通孔を挿通して電気的に接続されており、固定子284はブラシレスDCモータのドライバ(図示せず)から電力をコイル線材286にリード線を通じて供給されることにより、回転磁界を形成するように構成されている。   A brushless DC motor is used for the susceptor rotating mechanism (rotating means) 267 installed on the lifting platform 282, and an output shaft (motor shaft) is formed as a hollow shaft and configured as a rotating shaft 277. The susceptor rotating mechanism 267 includes a housing 283, and the housing 283 is installed on the elevator base 282 in the vertical upward direction. A stator (stator) 284 composed of an electromagnet (coil) is fixed to the inner peripheral surface of the housing 283. That is, the stator 284 is configured by winding a coil wire (enamel-coated copper wire) 286 around an iron core (core) 285. A lead wire (not shown) is electrically connected to the coil wire 286 through an insertion hole (not shown) formed in the side wall of the housing 283, and the stator 284 receives electric power from a brushless DC motor driver (not shown). Is supplied to the coil wire 286 through a lead wire to form a rotating magnetic field.

固定子284の内側には回転子(ロータ)289がエアギャップ(隙間)を設定されて同心円に配置されており、回転子289はハウジング283に上下のボールベアリング293を介して回転自在に支承されている。すなわち、回転子289は円筒形状の本体290と鉄心(コア)291と複数個の永久磁石292とを備えており、本体290には回転軸277がブラケット288によって一体回転するように固定されている。鉄心291は本体290に嵌合されて固定されており、鉄心291の外周には複数個の永久磁石292が周方向に等間隔に固定されている。鉄心291と複数個の永久磁石292とによって環
状に配列された複数の磁極が形成されており、固定子284の形成する回転磁界が複数個の磁極すなわち永久磁石292の磁界を切ることにより、回転子289が回転するようになっている。
Inside the stator 284, a rotor (rotor) 289 is arranged concentrically with an air gap (gap) set, and the rotor 289 is rotatably supported by the housing 283 via upper and lower ball bearings 293. ing. That is, the rotor 289 includes a cylindrical main body 290, an iron core (core) 291, and a plurality of permanent magnets 292, and a rotating shaft 277 is fixed to the main body 290 so as to rotate integrally with a bracket 288. . The iron core 291 is fitted and fixed to the main body 290, and a plurality of permanent magnets 292 are fixed to the outer periphery of the iron core 291 at equal intervals in the circumferential direction. A plurality of magnetic poles arranged in an annular shape are formed by an iron core 291 and a plurality of permanent magnets 292, and the rotating magnetic field formed by the stator 284 cuts off the magnetic fields of the plurality of magnetic poles, that is, the permanent magnets 292. The child 289 rotates.

上下のボールベアリング293は回転子289の本体290の上下端部にそれぞれ設置されており、上下のボールベアリング293には本体290の熱膨張を吸収するための隙間が適宜設定されている。このボールベアリング293の隙間は本体290の熱膨張を吸収する一方で、最小のがたつきに抑制するために、5〜50μmに設定されている。なお、ボールベアリングの隙間とはボールをアウタレースまたはインナレースのいずれか片側に寄せた場合に反対側に発生する隙間を意味している。   The upper and lower ball bearings 293 are respectively installed at the upper and lower ends of the main body 290 of the rotor 289, and a gap for absorbing the thermal expansion of the main body 290 is appropriately set in the upper and lower ball bearings 293. The gap between the ball bearings 293 is set to 5 to 50 μm in order to absorb the thermal expansion of the main body 290 and suppress the minimum shakiness. The gap of the ball bearing means a gap generated on the opposite side when the ball is brought to either the outer race or the inner race.

固定子284と回転子289との対向面には二重筒壁を構成する外側と内側の囲い部材であるカバー287とが互いに対向されて、ハウジング283の内周面と本体290の外周面とにそれぞれ固定されており、それぞれのカバー287との間には所定のエアギャップ(隙間)が設定されている。カバー287は非磁性体であるステンレス鋼が使用されて、筒壁の厚さが極薄い円筒形状にそれぞれ形成されており、円筒の上下開口端においてハウジング283および本体290に電子ビーム溶接によって全周にわたって確実かつ均一に固着されている。カバー287は非磁性体であるステンレス鋼で極薄く形成されている
ため、磁束の拡散を防止してモータ効率の低下を防止するばかりでなく、固定子284のコイル線材286および回転子289の永久磁石292の腐食を防止することができ、かつまた、コイル線材286等による処理室201の内部の汚染を確実に防止することができる。カバー287は固定子284を気密シール状態に囲うことにより、固定子284を真空雰囲気となる処理室201の内部から完全に隔絶している。
The opposing surface of the stator 284 and the rotor 289 is opposed to a cover 287 which is an outer and inner enclosure member constituting a double cylindrical wall, and the inner peripheral surface of the housing 283 and the outer peripheral surface of the main body 290 are opposed to each other. A predetermined air gap (gap) is set between each cover 287 and each cover 287. The cover 287 is made of stainless steel, which is a non-magnetic material, and is formed in a cylindrical shape with a very thin cylindrical wall. The entire periphery of the cover 287 is formed by electron beam welding on the housing 283 and the main body 290 at the upper and lower opening ends of the cylinder. It is firmly and uniformly fixed over. The cover 287 is made of stainless steel, which is a non-magnetic material, and is extremely thin. Therefore, the cover 287 not only prevents the magnetic flux from diffusing, but also prevents the motor efficiency from decreasing, and the stator 284 coil wire 286 and the rotor 289 are permanent. Corrosion of the magnet 292 can be prevented, and contamination inside the processing chamber 201 due to the coil wire 286 and the like can be reliably prevented. The cover 287 completely isolates the stator 284 from the inside of the processing chamber 201 in a vacuum atmosphere by surrounding the stator 284 in an airtight seal state.

また、サセプタ回転装置には磁気式ロータリーエンコーダ294が設置されている。すなわち、磁気式ロータリーエンコーダ294は磁性体からなる被検出体としての被検出リング296を備えており、被検出リング296は鉄等の磁性体が使用されて円形リング形状に形成されている。被検出リング296の外周には被検出部としての歯が多数個環状に配列されている。   Further, a magnetic rotary encoder 294 is installed in the susceptor rotating device. That is, the magnetic rotary encoder 294 includes a detection ring 296 as a detection target made of a magnetic material, and the detection ring 296 is formed in a circular ring shape using a magnetic material such as iron. On the outer periphery of the detection ring 296, a large number of teeth as detection parts are arranged in an annular shape.

ハウジング283の被検出リング296の対向位置には被検出リング296の被検出部である各歯を検出する磁気センサ295が設置されている。磁気センサ295の先端面と被検出リング296の外周面との隙間(センサギャップ)は、0.06〜0.17mmに設定されている。磁気センサ295は被検出リング296の回転に伴うこれらの対向位置における磁束変化を磁気抵抗素子によってそれぞれ検出するように構成されている。磁気センサ295の検出結果はブラシレスDCモータすなわちサセプタ回転機構267の駆動制御部に送信されて、サセプタ84の位置認識に使用されるとともに、サセプタ84の回
転量の制御に使用される。なお、処理炉86は、ガス流量制御部72、駆動制御部74、加熱制御部71a、温度検出部71b、等から構成される主制御部7を有する。また、加熱制御部71aおよび温度検出部71bから温度制御部71が構成されており、温度制御部71においてヒータ81の温度を検知するためのヒータ熱電対82および83を備えている。
A magnetic sensor 295 for detecting each tooth which is a detected portion of the detected ring 296 is installed at a position of the housing 283 facing the detected ring 296. A gap (sensor gap) between the front end surface of the magnetic sensor 295 and the outer peripheral surface of the detected ring 296 is set to 0.06 to 0.17 mm. The magnetic sensor 295 is configured to detect the change in magnetic flux at these opposed positions accompanying the rotation of the detection ring 296 using a magnetoresistive element. The detection result of the magnetic sensor 295 is transmitted to the drive control unit of the brushless DC motor, that is, the susceptor rotation mechanism 267, and is used for position recognition of the susceptor 84 and used to control the rotation amount of the susceptor 84. The processing furnace 86 includes a main control unit 7 including a gas flow rate control unit 72, a drive control unit 74, a heating control unit 71a, a temperature detection unit 71b, and the like. The temperature control unit 71 includes a heating control unit 71a and a temperature detection unit 71b. The temperature control unit 71 includes heater thermocouples 82 and 83 for detecting the temperature of the heater 81.

ガス流量制御部72はMFC241、開閉バルブ243に接続され、ガス流量、供給を制御する。駆動制御部74はサセプタ回転機構267、昇降ブロック281に接続され、これらの駆動を制御する。加熱制御部71aは配線257を介しヒータ81に接続され、ヒータ81の加熱具合を制御する。温度検出部71bは放射温度計87および88に接続され、サセプタ84の温度を検出し、加熱制御部71aと連携してヒータ81の加熱制御に用いられる。   The gas flow rate control unit 72 is connected to the MFC 241 and the opening / closing valve 243 and controls the gas flow rate and supply. The drive control unit 74 is connected to the susceptor rotating mechanism 267 and the lifting block 281 and controls the driving thereof. The heating control unit 71 a is connected to the heater 81 via the wiring 257 and controls the heating state of the heater 81. The temperature detector 71b is connected to the radiation thermometers 87 and 88, detects the temperature of the susceptor 84, and is used for heating control of the heater 81 in cooperation with the heating controller 71a.

次に、本実施の形態における熱処理装置での半導体装置の製造方法における成膜工程について説明する。   Next, a film forming process in the method for manufacturing a semiconductor device in the heat treatment apparatus in this embodiment will be described.

ウエハ85の搬出搬入に際しては、回転ドラム227および加熱ユニット251が回転軸277および支持軸276によって下限位置に下降される。すると、ウエハ昇降装置275の回転側ピン274の下端が処理室201の底面すなわち下側キャップ226の上面に突合するため、回転側リングが回転ドラム227および加熱ユニット251に対して相対的に上昇する。上昇した回転側リングはヒータ側ピン266を突き上げることにより、ヒータ側リングを持ち上げる。ヒータ側リングが持ち上げられると、ヒータ側リングに立脚された三本の突上部266がヒータ81およびサセプタ84の挿通孔256を挿通して
、サセプタ84の上面に載置されたウエハ85を下方から支持してサセプタ84から浮き上がらせる。
When the wafer 85 is carried in and out, the rotary drum 227 and the heating unit 251 are lowered to the lower limit position by the rotary shaft 277 and the support shaft 276. Then, the lower end of the rotation-side pin 274 of the wafer lifting device 275 abuts the bottom surface of the processing chamber 201, that is, the upper surface of the lower cap 226, so that the rotation-side ring rises relative to the rotation drum 227 and the heating unit 251. . The raised rotation side ring lifts the heater side ring by pushing up the heater side pin 266. When the heater side ring is lifted, the three projecting upper portions 266 standing on the heater side ring pass through the heater 81 and the insertion hole 256 of the susceptor 84, and the wafer 85 placed on the upper surface of the susceptor 84 is seen from below. Support and lift from the susceptor 84.

ウエハ昇降装置275がウエハ85をサセプタ84の上面から浮き上がらせた状態になると、ウエハ85の下方空間すなわちウエハ85の下面とサセプタ84の上面との間に挿入スペースが形成された状態になるため、図48に図示しないウエハ移載機に設けられた基板保持プレートであるツィーザがウエハ搬入搬出口250からウエハ85の挿入スペースに挿入される。ウエハ85の下方に挿入されたツィーザは上昇することによりウエハ85を移載して受け取る。ウエハ85を受け取ったツィーザはウエハ搬入搬出口250を後退してウエハ85を処理室201から搬出する。そして、ツィーザによってウエハ85を
搬出したウエハ移載機は、処理室201の外部の空ウエハカセット等の所定の収納場所にウエハ85を移載する。
When the wafer lifting device 275 is in a state where the wafer 85 is lifted from the upper surface of the susceptor 84, an insertion space is formed between the lower space of the wafer 85, that is, the lower surface of the wafer 85 and the upper surface of the susceptor 84. A tweezer which is a substrate holding plate provided in a wafer transfer machine (not shown in FIG. 48) is inserted into the insertion space of the wafer 85 from the wafer loading / unloading port 250. The tweezer inserted below the wafer 85 moves up and receives the wafer 85. Upon receiving the wafer 85, the tweezer retreats from the wafer loading / unloading port 250 and unloads the wafer 85 from the processing chamber 201. Then, the wafer transfer machine that unloads the wafer 85 by the tweezers transfers the wafer 85 to a predetermined storage location such as an empty wafer cassette outside the processing chamber 201.

次いで、ウエハ移載機は実ウエハカセット等の所定の収納場所から次回に成膜処理するウエハ85をツィーザによって受け取って、ウエハ搬入搬出口250から処理室201に搬入する。ツィーザはウエハ85をサセプタ84の上方においてウエハ85の中心がサセプタ84の中心と一致する位置に搬送する。ウエハ85を所定の位置に搬送すると、ツィーザは若干下降することによりウエハ85をサセプタ84に移載する。ウエハ85をウエハ昇降装置275に受け渡したツィーザは、ウエハ搬入搬出口250から処理室201の外へ退出する。ツィーザが処理室201から退出すると、ウエハ搬入搬出口250はゲー
トバルブ(仕切弁)244によって閉じられる。
Next, the wafer transfer machine receives the wafer 85 to be subjected to the next film formation process from a predetermined storage location such as an actual wafer cassette by the tweezer, and carries it into the processing chamber 201 from the wafer loading / unloading port 250. The tweezers transport the wafer 85 to a position above the susceptor 84 so that the center of the wafer 85 coincides with the center of the susceptor 84. When the wafer 85 is transferred to a predetermined position, the tweezers are slightly lowered to transfer the wafer 85 to the susceptor 84. The tweezer that has transferred the wafer 85 to the wafer lifting / lowering device 275 moves out of the processing chamber 201 from the wafer loading / unloading port 250. When the tweezer leaves the processing chamber 201, the wafer loading / unloading port 250 is closed by a gate valve (gate valve) 244.

ゲートバルブ244が閉じられると、処理室201に対して回転ドラム227および加熱ユニット251が回転軸277および支持軸276を介して昇降台282によって上昇される。回転ドラム227および加熱ユニット251の上昇により、突上ピン266、274が回転ドラム227および加熱ユニット251に対し相対的に下降し、図48に示されているように、ウエハ85はサセプタ84の上に完全に移載された状態になる。回転軸277および支持軸276は突上部266の上端がヒータ81の下面に近接する高さになる位置にて停止される。   When the gate valve 244 is closed, the rotary drum 227 and the heating unit 251 are lifted by the lift table 282 through the rotary shaft 277 and the support shaft 276 with respect to the processing chamber 201. As the rotary drum 227 and the heating unit 251 are raised, the thrust pins 266 and 274 are lowered relative to the rotary drum 227 and the heating unit 251, and the wafer 85 is placed on the susceptor 84 as shown in FIG. It will be in the state completely transferred to. The rotation shaft 277 and the support shaft 276 are stopped at a position where the upper end of the protrusion 266 is at a height close to the lower surface of the heater 81.

一方、処理室201が排気口235に接続された排気装置(図示せず)によって排気される。この際、処理室201の真空雰囲気と外部の大気圧雰囲気とはベローズ279によって隔絶されている。   On the other hand, the processing chamber 201 is exhausted by an exhaust device (not shown) connected to the exhaust port 235. At this time, the vacuum atmosphere in the processing chamber 201 and the external atmospheric pressure atmosphere are isolated by the bellows 279.

続いて、回転ドラム227が回転軸277を介してサセプタ回転機構267によって回転される。すなわち、サセプタ回転機構267が運転されると、固定子284の回転磁界が回転子289の複数個の磁極の磁界を切ることにより、回転子289が回転するため、回転子289に固定された回転軸277によって回転ドラム227が回転する。この際、サセプタ回転機構267に設置された磁気式ロータリーエンコーダ294によって回転子289の回転位置が時々刻々と検出されて駆動制御部74に送信され、この信号に基づいて回転速度等が制御される。   Subsequently, the rotating drum 227 is rotated by the susceptor rotating mechanism 267 via the rotating shaft 277. That is, when the susceptor rotating mechanism 267 is operated, the rotating magnetic field of the stator 284 cuts the magnetic field of the plurality of magnetic poles of the rotor 289, so that the rotor 289 rotates, so that the rotation fixed to the rotor 289 The rotating drum 227 is rotated by the shaft 277. At this time, the rotational position of the rotor 289 is detected every moment by the magnetic rotary encoder 294 installed in the susceptor rotation mechanism 267 and transmitted to the drive control unit 74, and the rotation speed and the like are controlled based on this signal. .

回転ドラム227の回転中には、回転側ピン274は処理室201の底面から離座し、ヒータ側ピン266は回転側リングから離座しているため、回転ドラム227の回転がウエハ昇降装置275に妨げられることはなく、しかも、加熱ユニット251は停止状態を維持することができる。すなわち、ウエハ昇降装置275においては、回転側リングと回転側ピン274が回転ドラム227と共に回転し、ヒータ側リングとヒータ側ピン266が加熱ユニット251と共に停止した状態になっている。   During the rotation of the rotating drum 227, the rotating side pin 274 is separated from the bottom surface of the processing chamber 201, and the heater side pin 266 is separated from the rotating side ring. In addition, the heating unit 251 can maintain a stopped state. That is, in the wafer elevating device 275, the rotation side ring and the rotation side pin 274 are rotated together with the rotation drum 227, and the heater side ring and the heater side pin 266 are stopped together with the heating unit 251.

ウエハ85の温度が処理温度まで上昇し、排気口235の排気量および回転ドラム227の回転作動が安定した時点で、図48に実線矢印で示されているように、処理ガス230が供給管232に導入される。ガス供給管232に導入された処理ガス230は、ガス分散空間として機能するバッファ室237に流入するとともに、径方向外向きに放射状に拡散して、シャワープレート240の各ガス吹出口247からそれぞれが略均等な流れになって、ウエハ85に向かってシャワー状に吹き出す。吹出口247群からシャワー状に吹き出した処理ガス230はカバープレート248の上方空間を通って、排気バッファ空
間249を経由して排気口235に吸い込まれて排気されて行く。
When the temperature of the wafer 85 rises to the processing temperature and the exhaust amount of the exhaust port 235 and the rotational operation of the rotary drum 227 are stabilized, the processing gas 230 is supplied to the supply pipe 232 as shown by the solid arrow in FIG. To be introduced. The processing gas 230 introduced into the gas supply pipe 232 flows into the buffer chamber 237 functioning as a gas dispersion space and diffuses radially outward in the radial direction. The flow is substantially uniform and blows out toward the wafer 85 in a shower shape. The processing gas 230 blown out in the form of a shower from the group of the outlets 247 passes through the space above the cover plate 248 and is sucked into the exhaust port 235 via the exhaust buffer space 249 and exhausted.

この際、回転ドラム227に支持されたサセプタ84の上のウエハ85は回転しているため、吹出口247群からシャワー状に吹き出した処理ガス230はウエハ85の全面にわたって均等に接触する状態になる。処理ガス230がウエハ85の全面にわたって均等に接触するため、ウエハ85に処理ガス230によって形成されるCVD膜の膜厚分布や膜質分布はウエハ85の全面にわたって均一になる。   At this time, since the wafer 85 on the susceptor 84 supported by the rotating drum 227 is rotating, the processing gas 230 blown out in a shower form from the group of the outlets 247 is in contact with the entire surface of the wafer 85 evenly. . Since the processing gas 230 contacts the entire surface of the wafer 85 evenly, the film thickness distribution and film quality distribution of the CVD film formed on the wafer 85 by the processing gas 230 are uniform over the entire surface of the wafer 85.

また、加熱ユニット251は支持軸276に支持されることにより回転しない状態になっているため、回転ドラム227によって回転されながら加熱ユニット251によって加熱されるウエハ85の温度分布は全面にわたって均一に制御される。このようにウエハ85の温度分布が全面にわたって均一に制御されることにより、ウエハ85に熱化学反応によって形成されるCVD膜の膜厚分布や膜質分布はウエハ85の全面にわたって均一に制御される。   Since the heating unit 251 is not rotated by being supported by the support shaft 276, the temperature distribution of the wafer 85 heated by the heating unit 251 while being rotated by the rotating drum 227 is uniformly controlled over the entire surface. The As described above, the temperature distribution of the wafer 85 is uniformly controlled over the entire surface, whereby the film thickness distribution and film quality distribution of the CVD film formed on the wafer 85 by the thermochemical reaction are uniformly controlled over the entire surface of the wafer 85.

予め選定された所定の処理時間が経過すると、サセプタ回転機構267の運転が停止される。この際、サセプタ84すなわち回転子289の回転位置はサセプタ回転機構267に設置された磁気式ロータリーエンコーダ294によって時々刻々と監視されているため、サセプタ84は予め設定された回転位置において正確に停止される。すなわち、突上部266とヒータ81およびサセプタ84の挿通孔256は正確かつ再現性よく合致される。   When a predetermined processing time selected in advance elapses, the operation of the susceptor rotation mechanism 267 is stopped. At this time, the rotational position of the susceptor 84, that is, the rotor 289 is monitored every moment by the magnetic rotary encoder 294 installed in the susceptor rotating mechanism 267, so that the susceptor 84 is accurately stopped at the preset rotational position. The In other words, the protrusion 266 and the insertion hole 256 of the heater 81 and the susceptor 84 are matched accurately and with good reproducibility.

サセプタ回転機構267の運転が停止されると、前述に示されているように、回転ドラム227および加熱ユニット251は回転軸277および支持軸276を介して昇降台282によって搬入搬出位置に下降される。前述したように、下降の途中において、ウエハ昇降装置275の作用によりウエハ85をサセプタ84の上から浮き上げる。この際、突上部266とヒータ81およびサセプタ84の挿通孔256とは正確かつ再現性よく合致されているため、突上部266がサセプタ84およびヒータ81を突き上げる突き上げミスが発生することはない。   When the operation of the susceptor rotating mechanism 267 is stopped, as described above, the rotating drum 227 and the heating unit 251 are lowered to the loading / unloading position by the lifting platform 282 via the rotating shaft 277 and the support shaft 276. . As described above, the wafer 85 is lifted from the susceptor 84 by the action of the wafer lifting device 275 during the lowering. At this time, since the protruding portion 266 and the insertion hole 256 of the heater 81 and the susceptor 84 are matched accurately and with good reproducibility, there is no possibility that the protruding portion 266 pushes up the susceptor 84 and the heater 81.

以降、前述した作業が繰り返されることにより、次のウエハ85にCVD膜が成膜処理されて行く。   Thereafter, the above-described operations are repeated, whereby a CVD film is formed on the next wafer 85.

上述の第1の実施の形態から第16の実施の形態において示した構成は、縦型の熱処理装置についてのものであるが、これに限られるものではなく、上述の第1の実施の形態から第16の実施の形態の構成は、本実施の形態において示したような枚葉装置としての熱処理装置に対しても適用可能である。   The configuration shown in the first to sixteenth embodiments described above is for a vertical heat treatment apparatus, but is not limited to this, and from the first embodiment described above. The configuration of the sixteenth embodiment can also be applied to a heat treatment apparatus as a single wafer apparatus as shown in the present embodiment.

このように、上述した各実施の形態によれば、熱処理装置に備えられた加熱手段へ入力する操作量を変化させることにより、当該加熱手段による制御量を変化させ、当該操作量を変化する制御量に基づいた比例・積分・微分演算による帰還処理を行って制御し、制御量を目標値へ維持もしくは追従させる温度制御において、適当な操作量の出力を予め設定しておく制御と前記比例・積分・微分演算にしたがった操作量を出力する制御を選択切り替えする手段を備え、前記適当な操作量と前記比例・積分・微分演算にしたがった操作量を適宜選択切り替えして加熱手段に入力することを特徴とする温度制御方法を提供するこ
とができる。
As described above, according to each of the above-described embodiments, by changing the operation amount input to the heating unit provided in the heat treatment apparatus, the control amount by the heating unit is changed, and the control amount is changed. Control by performing feedback processing based on proportional, integral, and differential operations based on the amount, and maintaining the control amount to the target value or following the control, the output of an appropriate manipulated variable is set in advance and the proportional / A means for selectively switching control for outputting an operation amount according to integral / derivative calculation is provided, and the appropriate operation amount and an operation amount according to the proportional / integral / derivative operation are appropriately selected and input to the heating means. The temperature control method characterized by this can be provided.

また、上述のような構成の温度制御方法を、数回繰り返し実行することにより最適な操作量に自動調整するようにしてもよい。この他、上述のような構成の温度制御方法を、プログラム化し計算機上に実装するようにしてもよいことは言うまでもない。   Further, the temperature control method having the above-described configuration may be automatically adjusted to an optimum operation amount by repeatedly executing the temperature control method several times. In addition, it goes without saying that the temperature control method having the above-described configuration may be programmed and mounted on a computer.

なお、上述の各実施の形態で示した積分パターン出力における目標温度の算出方法は例示であり、例えば、式(27)に示したような算出方法によって算出しても良い。   In addition, the calculation method of the target temperature in the integral pattern output shown in the above-described embodiments is an exemplification, and may be calculated by a calculation method as shown in Expression (27), for example.

また、PID動作させた結果の出力量に基づき、出力制御パターンを作成し、その出力制御パターンにてヒータを出力制御した際のヒータ熱電対の検出する温度波形から、I動作分を求めるためにP動作分を差し引き(P動作分のみならず、D動作分も差し引いても良い。)、差し引いたヒータ熱電対の検出する温度波形により近い積分出力パターンをより早く効率的に求めることができれば良い。   In addition, an output control pattern is created based on the output amount obtained as a result of the PID operation, and the I operation amount is obtained from the temperature waveform detected by the heater thermocouple when the heater is output-controlled by the output control pattern. It suffices if the integral output pattern closer to the temperature waveform detected by the subtracted heater thermocouple can be obtained more quickly and efficiently by subtracting the P operation (not only the P operation but also the D operation). .

以上のように、本発明は、ランプアップ時やボートアップリカバリ時等、処理室内の温度が変動する工程時、まず、初期温度から目標温度にて安定するまでPID制御により動作させ、そのときの基本データを取得し、その基本データの中の初期温度から目標温度にて安定するまでに費やす熱量を安定熱量と昇温熱量とに分け、出力制御パターンを求める。このようにして求めた出力制御パターンに基づく温度制御を行い、このとき熱電対により検知される基本データからP動作分(もしくはP動作分および、動作分)を減算し、積分出力パターンを求める構成となっている。   As described above, according to the present invention, when the temperature in the processing chamber fluctuates, such as during ramp-up or boat-up recovery, first, the operation is performed by PID control until the temperature stabilizes from the initial temperature to the target temperature. The basic data is acquired, and the amount of heat spent from the initial temperature to stabilization at the target temperature in the basic data is divided into a stable heat amount and a heat-up amount of heat, and an output control pattern is obtained. The temperature control based on the output control pattern thus obtained is performed, and the integral output pattern is obtained by subtracting the P operation (or P operation and operation) from the basic data detected by the thermocouple at this time. It has become.

なお、上述の各実施の形態では、本発明を縦型装置および枚葉装置に対して適用した例を示したが、これに限られるものではなく、横型装置としての熱処理装置に対しても適用可能であることは言うまでもない。   In each of the above-described embodiments, an example in which the present invention is applied to a vertical apparatus and a single-wafer apparatus has been shown. However, the present invention is not limited to this and is also applied to a heat treatment apparatus as a horizontal apparatus. It goes without saying that it is possible.

また、前述のような温度自動調整により炉内温度の調整を行っても、例えば、POLY膜のように炉内に膜が堆積する場合、あるいはダミーウエハ、補充ウエハの膜累積、生産ウエハ枚数の変化等の条件により、温度特性が変化する場合があり、温度安定性が悪化する場合があり得る。このような温度特性の変化は、膜堆積に伴う熱吸収率の変化、ウエハ枚数の変化に伴う熱容量の変化によるものである。   Even if the temperature inside the furnace is adjusted by automatic temperature adjustment as described above, for example, when a film is deposited in the furnace like a POLY film, or the film accumulation of dummy wafers and supplementary wafers, and the number of production wafers change. Depending on the conditions, the temperature characteristics may change, and the temperature stability may deteriorate. Such a change in temperature characteristic is due to a change in heat absorption rate accompanying film deposition and a change in heat capacity due to change in the number of wafers.

温度特性の変化に伴って、前述のヒータ熱電対最大温度時、カスケード熱電対最大温度時点に影響を及ぼし、図12における操作量パターンのTime1、Time2と実際のヒータ熱電対最大温度時点、カスケード熱電対最大温度時点との間に差が発生し、これが温度安定性悪化の大きな要因の一つとなっている。   Along with the change in temperature characteristics, the above-mentioned maximum temperature of the heater thermocouple affects the cascade thermocouple maximum temperature, and the operation amount pattern Time1, Time2 and the actual heater thermocouple maximum temperature of FIG. There is a difference between the time of maximum temperature and this is one of the major factors of deterioration of temperature stability.

そこで、本実施例では、温度特性が変化した場合に温度特性データを取得あるいは予め取得し、Time1とTime2との差が予め設定した時間より大きくなった場合に、Time1またはTime2を再度算出し、温度安定性の悪化を防止する。   Therefore, in this embodiment, when the temperature characteristic changes, the temperature characteristic data is acquired or acquired in advance, and when the difference between Time1 and Time2 becomes larger than a preset time, Time1 or Time2 is calculated again, Prevents deterioration of temperature stability.

Time1及びTime2の際算出の流れを説明する。前記のような、炉内の膜堆積、ダミーウエハ、補充ウエハへの膜堆積、生産上は枚数の変化等により実際のヒータ熱電対最大温度時点からカスケード熱電対最大温度時点との差が、予め設定しておいた閾値より大きくなってしまった場合に対象のステップTimeを更新することとする。   A flow of calculation at Time 1 and Time 2 will be described. As described above, the difference between the actual heater thermocouple maximum temperature point and the cascade thermocouple maximum temperature point is set in advance due to the film deposition in the furnace, the film deposition on the dummy wafer, the replenishment wafer, and the number of production changes. The target step Time is updated when the threshold value is larger than the threshold value.

図12を用いて説明すると、ヒータ熱電対最大温度時点であるTime1とカスケード熱電対最大温度時点であるTime2との差が予め定めた閾値以上となったら、炉内の条件が変化したと判断し、熱処理装置に備えられた加熱手段へ入力する操作量を変化させることにより、当該操作量を変化する制御量に基づいた比例・積分・微分演算による帰還処理を行って制御し加熱手段に入力する。   Referring to FIG. 12, when the difference between Time 1 which is the maximum temperature of the heater thermocouple and Time 2 which is the maximum temperature of the cascade thermocouple is equal to or greater than a predetermined threshold value, it is determined that the conditions in the furnace have changed. By changing the manipulated variable input to the heating means provided in the heat treatment apparatus, feedback control is performed by proportional / integral / differential calculation based on the controlled variable that changes the manipulated variable, and input to the heated means .

要するに、上記の温度特性変化により、Time1,Time2と実際のヒータ熱電対、カスケード熱電対とのズレが、ある一定時間G以上になった場合、対象のステップTimeを更新する。
条件式(1)
Abs(Time1 ― ヒータ熱電対最大温度時点 ) > G
上記条件式を満たす場合、
Time1 = ヒータ熱電対最大温度時点
Time2 = カスケード熱電対最大温度時点 − Time1
とする。
また条件式(2)
Abs(Time2 − カスケード熱電対最大温度時点) > G
上記条件式を満たす場合、
Time1 = ヒータ熱電対最大時点
Time2 = カスケード熱電対最大時点 − Time1
とする。ここで条件式(1)(2)の一定時間Gは共通としているが、条件式(1)(2)で異なる値にしても良い。
また条件式(1)を満たす場合、Time1のみの更新、条件式(2)を満たす場合、Time2のみを更新としても温度安定性悪化に効果が期待できる。
In short, when the deviation between Time 1 and Time 2 and the actual heater thermocouple and cascade thermocouple becomes G or more for a certain period of time due to the temperature characteristic change, the target step Time is updated.
Conditional expression (1)
Abs (Time 1-Heater thermocouple maximum temperature point)> G
When the above conditional expression is satisfied,
Time1 = Heater thermocouple maximum temperature point Time2 = Cascade thermocouple maximum temperature point-Time1
And
Conditional expression (2)
Abs (Time2-Cascade thermocouple maximum temperature)> G
When the above conditional expression is satisfied,
Time1 = Heater thermocouple maximum point Time2 = Cascade thermocouple maximum point-Time1
And Here, the constant time G in the conditional expressions (1) and (2) is common, but different values may be used in the conditional expressions (1) and (2).
Further, when the conditional expression (1) is satisfied, only the update of Time 1 is satisfied, and when the conditional expression (2) is satisfied, even when only the Time 2 is updated, an effect can be expected to deteriorate the temperature stability.

上述のような構成により、制御対象である炉内に比較的大きな外乱が生じた場合でも、その外乱を含んだ操作量の総和からもっとも速やかに制御量を目標値に追従させることができる積分出力パターンを予め設定し、特定の時刻から積分演算の代わりに積分値をパターン出力し、さらに外乱その他に起因する偏差のうちの大部分が消去したと思われる時点から再び積分演算を行い積分値を出力するため、制御対象から出力される制御量を迅速かつ正確に目標値へ変化させることができる。   With the configuration as described above, even if a relatively large disturbance occurs in the controlled furnace, the integrated output that allows the controlled variable to follow the target value most quickly from the total amount of manipulated variable including the disturbance. Set the pattern in advance, output the integrated value from the specified time instead of the integral operation, and then perform the integral operation again from the point where most of the deviations due to disturbances and others are considered to have disappeared. Therefore, the control amount output from the control target can be quickly and accurately changed to the target value.

また、本発明の手順は、自然現象である、実測温度、操作量、時間といったこれまで温度調整時に熟練者の経験と勘に頼っていた大部分をある所定の計算式によって求めることができ、早く確実に温度調整を行うことができ、時間、費用の削減をすることができる。   In addition, the procedure of the present invention is a natural phenomenon, the actual temperature, operation amount, time, etc., which have so far depended on the experience and intuition of skilled workers at the time of temperature adjustment, can be determined by a predetermined calculation formula, The temperature can be adjusted quickly and reliably, and the time and cost can be reduced.

また、本発明の手順をプログラム化し、温度コントローラなどにソフトウェアとして組み込むことによって、作業者の介入を必要とせず、適切な温度調整を行うことも可能である。   In addition, by programming the procedure of the present invention and incorporating it as software in a temperature controller or the like, it is possible to perform appropriate temperature adjustment without requiring operator intervention.

本発明を特定の態様により詳細に説明したが、本発明の精神および範囲を逸脱しないかぎり、様々な変更および改質がなされ得ることは、当業者には自明であろう。   Although the present invention has been described in detail according to particular embodiments, it will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made without departing from the spirit and scope of the invention.

以上に詳述したように本発明によれば、作業効率の向上およびコストダウンに寄与することのできる温度調整方法、熱処理装置および半導体装置の製造方法を提供することができる。   As described in detail above, according to the present invention, it is possible to provide a temperature adjustment method, a heat treatment apparatus, and a semiconductor device manufacturing method that can contribute to improvement in work efficiency and cost reduction.

本発明の第1の実施の形態について説明するための機能ブロック図である。It is a functional block diagram for demonstrating the 1st Embodiment of this invention. 同装置における反応管周辺の構成の詳細について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the detail of the structure of the reaction tube periphery in the same apparatus. PID演算器23における処理(PID制御)について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the process (PID control) in the PID calculating unit. PIDC演算器について説明するための図である。It is a figure for demonstrating a PIDC calculator. 積分出力パターンについて説明するための図である。It is a figure for demonstrating an integral output pattern. Power制御について説明するための図である。It is a figure for demonstrating Power control. 温度調整方法の手順について説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the procedure of the temperature adjustment method. 温度特性基本データに基づいて求めるパラメータについて説明するための図である。It is a figure for demonstrating the parameter calculated | required based on temperature characteristic basic data. オーバーシュートしたカスケード温度の総和について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the sum total of the cascade temperature which overshooted. 評価開始から目標温度S’安定時間cの間の温度総和について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the temperature sum total from the evaluation start to target temperature S 'stabilization time c. 操作量と時間との関係について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the relationship between the operation amount and time. k(t)の波形からP動作分を差し引いたヒータ波形L(t)について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the heater waveform L (t) which deducted P operation part from the waveform of k (t). 積分出力パターンM(t)について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the integral output pattern M (t). ある一定の時間毎に積分パターン出力のステップをr個設定した場合の目標温度とランプレートについて説明するための図である。It is a figure for demonstrating the target temperature and ramp rate when r steps of integral pattern output are set for every fixed time. 積分出力パターンは適切である場合におけるオーバーシュートおよびアンダーシュートの発生について説明するための図である。It is a figure for demonstrating generation | occurrence | production of the overshoot and undershoot when an integral output pattern is appropriate. ゾーン間偏差について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the deviation between zones. ゾーン間偏差がある場合における温度調整手順について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the temperature adjustment procedure in case there exists a deviation between zones. 本実施の形態による温度制御を行った場合における、炉内の温度変化を示す図である。It is a figure which shows the temperature change in a furnace when the temperature control by this Embodiment is performed. 本実施の形態による温度制御を行った場合における、炉内の温度変化を示す図である。It is a figure which shows the temperature change in a furnace when the temperature control by this Embodiment is performed. 本実施の形態による温度制御を行った場合における、炉内の温度変化を示す図である。It is a figure which shows the temperature change in a furnace when the temperature control by this Embodiment is performed. 第2の実施の形態における温度調整手順について説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the temperature adjustment procedure in 2nd Embodiment. 温度特性基本データに基づいて求めるパラメータについて説明するための図である。It is a figure for demonstrating the parameter calculated | required based on temperature characteristic basic data. オーバーシュートしたカスケード温度の総和について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the sum total of the cascade temperature which overshooted. 最低温度S1時点rから初期温度S安定時間cの間の温度総和について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the temperature sum total from the minimum temperature S1 time point r to the initial temperature S stabilization time c. Power出力パターンについて説明するための図である。It is a figure for demonstrating a Power output pattern. Power制御時温度特性基本データに基づくPower制御開始からの温度調整評価時間等の決定について説明するための図である。It is a figure for demonstrating determination of the temperature adjustment evaluation time etc. after Power control start based on the temperature characteristic basic data at the time of Power control. 積分出力パターンM(t)について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the integral output pattern M (t). 一定の時間毎に積分パターン出力のステップをw個設定した場合の目標温度およびランプレートについて説明するための図である。It is a figure for demonstrating the target temperature and ramp rate at the time of setting w steps of integral pattern output for every fixed time. 積分出力パターンが適切である場合における、オーバーシュートおよびアンダーシュートの発生について説明するための図である。It is a figure for demonstrating generation | occurrence | production of overshoot and undershoot in the case where an integral output pattern is appropriate. ゾーン間偏差について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the deviation between zones. ゾーン間偏差がある場合における温度調整について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the temperature adjustment in case there exists a deviation between zones. ボートロード後の温度リカバリの具体例を示す図である。It is a figure which shows the specific example of the temperature recovery after boat loading. ボートロード後の温度リカバリの具体例を示す図である。It is a figure which shows the specific example of the temperature recovery after boat loading. Power制御時温度特性基本データからの各種パラメータの決定について説明するための図である。It is a figure for demonstrating determination of the various parameters from the temperature characteristic basic data at the time of Power control. オーバーシュート温度比率MのPower出力パターンの昇温熱量から求めた操作量からの削減について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the reduction from the operation amount calculated | required from the temperature rising heat amount of the Power output pattern of the overshoot temperature ratio M. 本発明の第6の実施の形態について説明するための機能ブロック図である。It is a functional block diagram for demonstrating the 6th Embodiment of this invention. 本発明の第7の実施の形態について説明するための機能ブロック図である。It is a functional block diagram for demonstrating the 7th Embodiment of this invention. 本発明の第8の実施の形態について説明するための機能ブロック図である。It is a functional block diagram for demonstrating the 8th Embodiment of this invention. 本発明の第9の実施の形態について説明するための機能ブロック図である。It is a functional block diagram for demonstrating the 9th Embodiment of this invention. 本発明の第10の実施の形態について説明するための機能ブロック図である。It is a functional block diagram for demonstrating the 10th Embodiment of this invention. 本発明の第11の実施の形態について説明するための機能ブロック図である。It is a functional block diagram for demonstrating the 11th Embodiment of this invention. 本発明の第12の実施の形態について説明するための機能ブロック図である。It is a functional block diagram for demonstrating the 12th Embodiment of this invention. 本発明の第13の実施の形態について説明するための機能ブロック図である。It is a functional block diagram for demonstrating the 13th Embodiment of this invention. 本発明の第14の実施の形態について説明するための機能ブロック図である。It is a functional block diagram for demonstrating the 14th Embodiment of this invention. 本発明の第15の実施の形態について説明するための機能ブロック図である。It is a functional block diagram for demonstrating the 15th Embodiment of this invention. 本発明の第16の実施の形態について説明するための機能ブロック図である。It is a functional block diagram for demonstrating the 16th Embodiment of this invention. 本発明の第17の実施の形態について説明するための機能ブロック図である。It is a functional block diagram for demonstrating the 17th Embodiment of this invention. 本発明の第17の実施の形態について枚葉装置における処理炉周辺の構成の詳細について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the detail of a structure of the periphery of a process furnace in a single wafer apparatus about 17th Embodiment of this invention.

Claims (2)

基板を処理する処理室内を加熱する加熱手段と、該加熱手段を制御する加熱制御部と、
前記処理室内の温度を検出する第一および第二の温度検出手段とを備え、該第一の温度検
出手段は前記第二の温度検出手段よりも前記基板に近い位置に配置され、該第二の温度検
出手段は前記第一の温度検出手段よりも前記加熱手段に近い位置に配置される熱処理装置
における温度調整方法であって、
前記第二の温度検出手段による検出温度の最大温度時点から前記第一の温度検出手段に
よる検出温度の最大温度時点との時間差を求める工程と、
この時間差が予め定めた時間差以上であった場合には、この時間差が予め定めた時間差以下となるように、前記加熱手段を制御する工程を有する熱処理装置の温度制御方法。
A heating means for heating the processing chamber for processing the substrate, a heating control section for controlling the heating means,
First and second temperature detecting means for detecting the temperature in the processing chamber, the first temperature detecting means being disposed closer to the substrate than the second temperature detecting means, and the second temperature detecting means The temperature detection means is a temperature adjustment method in a heat treatment apparatus disposed closer to the heating means than the first temperature detection means,
Obtaining a time difference between the maximum temperature point of the detected temperature by the second temperature detecting unit and the maximum temperature point of the detected temperature by the first temperature detecting unit;
The temperature control method of the heat processing apparatus which has the process of controlling the said heating means so that this time difference may be below a predetermined time difference when this time difference is more than a predetermined time difference.
基板を処理する処理室内を加熱する加熱手段と、該加熱手段を制御する加熱制御部と、
前記処理室内の温度を検出する第一および第二の温度検出手段とを備え、該第一の温度検
出手段は前記第二の温度検出手段よりも前記基板に近い位置に配置され、該第二の温度検
出手段は前記第一の温度検出手段よりも前記加熱手段に近い位置に配置される熱処理装置
であって、
前記加熱制御部は、前記第二の温度検出手段による検出温度の最大温度時点から前記第一
の温度検出手段による検出温度の最大温度時点との時間差を求め、この時間差が予め定め
た時間差以上であった場合には、この時間差が予め定めた時間差以下となるように、前記
加熱手段を制御することを特徴とした熱処理装置。

A heating means for heating the processing chamber for processing the substrate, a heating control section for controlling the heating means,
First and second temperature detecting means for detecting the temperature in the processing chamber, the first temperature detecting means being disposed closer to the substrate than the second temperature detecting means, and the second temperature detecting means The temperature detecting means is a heat treatment apparatus disposed at a position closer to the heating means than the first temperature detecting means,
The heating control unit obtains a time difference between the maximum temperature point of the detected temperature by the second temperature detecting unit and the maximum temperature point of the detected temperature by the first temperature detecting unit, and the time difference is equal to or greater than a predetermined time difference. If there is, a heat treatment apparatus characterized by controlling the heating means so that the time difference is equal to or less than a predetermined time difference.

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JP2020145216A (en) * 2019-03-04 2020-09-10 株式会社Screenホールディングス Heat treatment apparatus and heat treatment method

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103294081A (en) * 2013-06-04 2013-09-11 中国电子科技集团公司第四十五研究所 Intelligent PID control system for roller temperature of multi-wire saw, and control method thereof
JP2020145216A (en) * 2019-03-04 2020-09-10 株式会社Screenホールディングス Heat treatment apparatus and heat treatment method
WO2020179278A1 (en) * 2019-03-04 2020-09-10 株式会社Screenホールディングス Heat treatment device and heat treatment method
JP7256034B2 (en) 2019-03-04 2023-04-11 株式会社Screenホールディングス Heat treatment apparatus and heat treatment method

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