JP2013168499A

JP2013168499A - Temperature control method and thermal treatment apparatus

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Publication number: JP2013168499A
Application number: JP2012030766A
Authority: JP
Inventors: Masashi Sugishita; 雅士杉下; Hideto Yamaguchi; 英人山口; Masaaki Ueno; 正昭上野
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2012-02-15
Filing date: 2012-02-15
Publication date: 2013-08-29

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a temperature control method with which influences caused by a state of a wafer upon temperature control in a treatment chamber can be suppressed, and a thermal treatment apparatus.SOLUTION: According to a temperature control method, a temperature in a treatment chamber 148 in which a wafer 2 is treated, is detected at a first position. At a second position closer to the wafer 2 in the treatment chamber 148 and farther from a heater 132 that heats the treatment chamber 148 than the first position, the temperature in the treatment chamber 148 is detected. A target value W is calculated from a predetermined setting value S and a controlled variable A detected at the second position, the target value W is adjusted in accordance with a state of the wafer 2, and a manipulated variable Z to be outputted to the heater 132 is calculated from the adjusted target value and a controlled variable B detected at the first position.

Description

本発明は、温度調整方法及び熱処理装置に関する。 The present invention relates to a temperature adjustment method and a heat treatment apparatus.

半導体製造装置では、処理室を適切な温度とするよう温度制御を行なっている。この温度制御に適用する温度プロファイルや温度波形等は、表面に膜が形成されていないベアウエハを用いて取得される場合がある。 In the semiconductor manufacturing apparatus, temperature control is performed so that the processing chamber has an appropriate temperature. A temperature profile, a temperature waveform, and the like applied to this temperature control may be acquired using a bare wafer having no film formed on the surface.

特許文献１には、熱処理装置における加熱手段の制御において、加熱制御部により、第一の温度検出手段による検出温度が第一の温度設定条件で積分演算、微分演算および比例演算を行って得られた第一の出力制御パターンに基づき制御する際の、第二の温度検出手段により検出される検出温度の昇温開始時から最大温度時までの間の熱量を求め、該熱量の中から前記比例演算による出力分を差し引いた熱量を用いて第二の出力制御パターンを求める工程と、次回に温度制御する際の第二の温度設定条件が前記第一の温度設定条件のうち少なくとも一つの条件が異なる場合には、前記第二の出力制御パターンを用いて前記異なる条件の部分を修正する修正工程と、を有する温度調整方法が開示されている。 In Patent Document 1, in the control of the heating means in the heat treatment apparatus, the temperature detected by the first temperature detecting means is obtained by performing integral calculation, differential calculation and proportional calculation under the first temperature setting condition by the heating control unit. When the control is performed based on the first output control pattern, the amount of heat from the start of the temperature rise of the detected temperature detected by the second temperature detecting means to the maximum temperature is obtained, and the proportionality is determined from the amount of heat. The step of obtaining the second output control pattern using the amount of heat obtained by subtracting the output by the calculation, and the second temperature setting condition at the next temperature control is at least one of the first temperature setting conditions If they are different, there is disclosed a temperature adjustment method including a correction step of correcting the portion of the different conditions using the second output control pattern.

特許文献２には、反応管をヒータで加熱しつつ、排気部に冷却ガス排気装置により冷却ガスを流し、排気部の圧力値に基づいて、制御部によりヒータと冷却ガス排気装置とを制御してウエハを処理する工程と、ウエハの周縁部の温度を検出する熱電対の測定値と、ウエハの中心部の温度を検出する中心部熱電対の測定値を取得して量測定値の偏差を求め、ウエハの処理を行う前に、予め記憶された偏差と両測定値の偏差とを比較し、予め記憶された偏差と量測定値の偏差とが異なる場合には、反応管における圧力値を補正する工程と、を有する基板処理方法が開示されている。 In Patent Document 2, while a reaction tube is heated by a heater, a cooling gas is supplied to the exhaust part by a cooling gas exhaust device, and the heater and the cooling gas exhaust device are controlled by the control unit based on the pressure value of the exhaust part. The process of processing the wafer, the measured value of the thermocouple that detects the temperature of the peripheral edge of the wafer, and the measured value of the center thermocouple that detects the temperature of the center of the wafer Before processing the wafer, compare the pre-stored deviation with the deviation of both measured values, and if the pre-stored deviation and the deviation of the measured quantity are different, the pressure value in the reaction tube is A substrate processing method having a correcting step is disclosed.

国際公開第２００７／１０２４５４号International Publication No. 2007/102454 特開２００８−２０５４２６号公報JP 2008-205426 A

しかしながら、製品の製造工程中のウエハの表面は成膜処理等の加工がなされており、ベアウエハとその状態が異なる。このため、ウエハの状態の相違が処理室の温度制御に影響し、温度安定性が低下する場合があった。 However, the surface of the wafer during the manufacturing process of the product is subjected to processing such as a film forming process, and the state is different from that of the bare wafer. For this reason, the difference in the state of the wafer affects the temperature control of the processing chamber, and the temperature stability may be lowered.

本発明は、処理室の温度制御に対するウエハの状態による影響を抑制することができる温度調整方法及び熱処理装置を提供することができる。 The present invention can provide a temperature adjustment method and a heat treatment apparatus capable of suppressing the influence of the wafer state on the temperature control of the processing chamber.

本発明の第１の特徴とするところは、基板を処理する処理室の温度を第一の位置で検出し、第一の位置よりも前記処理室内の基板から近く且つ前記処理室を加熱する加熱装置から遠い第二の位置で、前記処理室の温度を検出し、予め定められる設定値と第二の位置で検出される検出値とから目標値を算出し、目標値を基板の状態に応じて調整し、調整された目標値と第一の位置で検出される検出値とから前記加熱装置に出力する操作量を算出する温度調整方法にある。 The first feature of the present invention is that the temperature of the processing chamber for processing the substrate is detected at the first position, and the heating is performed to heat the processing chamber closer to the substrate in the processing chamber than the first position. The temperature of the processing chamber is detected at a second position far from the apparatus, a target value is calculated from a predetermined set value and a detection value detected at the second position, and the target value is determined according to the state of the substrate. The temperature adjustment method calculates the operation amount to be output to the heating device from the adjusted target value and the detected value detected at the first position.

本発明の第２の特徴とするところは、基板を処理する処理室と、前記処理室を加熱する加熱装置と、前記加熱装置を制御する加熱制御部と、前記処理室の温度を検出する第一の温度検出部と、前記第一の温度検出部よりも前記処理室内の基板から近く且つ前記加熱装置から遠い位置に設けられ、前記処理室の温度を検出する第二の温度検出部と、を有し、前記加熱制御部は、予め定められる設定値と前記第二の温度検出部の検出値とから得られる目標値を基板の状態に応じて調整し、この調整された目標値と前記第一の温度検出部の検出値とから前記加熱装置に出力する操作量を算出する熱処理装置にある。 The second feature of the present invention is that a processing chamber for processing a substrate, a heating device for heating the processing chamber, a heating control unit for controlling the heating device, and a temperature detecting unit for detecting the temperature of the processing chamber. One temperature detection unit, a second temperature detection unit that is provided closer to the substrate in the processing chamber than the first temperature detection unit and far from the heating device, and detects the temperature of the processing chamber; The heating control unit adjusts a target value obtained from a predetermined set value and a detection value of the second temperature detection unit according to the state of the substrate, and the adjusted target value and the It exists in the heat processing apparatus which calculates the operation amount output to the said heating apparatus from the detected value of a 1st temperature detection part.

本発明によれば、処理室の温度制御に対するウエハの状態による影響を抑制することができる温度調整方法及び熱処理装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the temperature adjustment method and heat processing apparatus which can suppress the influence by the state of a wafer with respect to the temperature control of a process chamber can be provided.

本発明の一実施形態に用いられる基板処理装置の制御構成のブロック図である。It is a block diagram of the control structure of the substrate processing apparatus used for one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に用いられる基板処理装置の斜視図である。It is a perspective view of the substrate processing apparatus used for one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に用いられる基板処理装置の側面透視図である。It is side surface perspective drawing of the substrate processing apparatus used for one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に用いられる熱処理装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the heat processing apparatus used for one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に用いられるPID制御部の構成のブロック図である。It is a block diagram of the structure of the PID control part used for one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に用いられるパターン出力部によるパターン制御の例示である。It is an illustration of the pattern control by the pattern output part used for one Embodiment of this invention. ベアウエハに対して調節したパラメータKi、Kp、KdをPID演算に用いたときの第二の温度センサ１７０により検出された温度波形の比較結果である。This is a comparison result of temperature waveforms detected by the second temperature sensor 170 when parameters Ki, Kp, and Kd adjusted for the bare wafer are used for PID calculation. 加工ウエハに対して調節したパラメータKi'、Kp'、Kd'をPID演算に用いたときの第二の温度センサ１７０により検出された温度波形の比較結果である。This is a comparison result of temperature waveforms detected by the second temperature sensor 170 when parameters Ki ′, Kp ′, Kd ′ adjusted for the processed wafer are used for PID calculation. ベアウエハに対して調節したパラメータKi、Kp、KdをPID演算に用いたときの第一の温度センサ１４０により検出された温度波形の比較結果である。This is a comparison result of temperature waveforms detected by the first temperature sensor 140 when parameters Ki, Kp, and Kd adjusted for the bare wafer are used for PID calculation. 本発明の一実施形態に用いられる温度制御部による制御動作のフローチャートである。It is a flowchart of the control operation by the temperature control part used for one Embodiment of this invention.

本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る基板処理装置１０の制御構成のブロック図を示す。
図２は、基板処理装置１０の斜視図を示す。
図３は、基板処理装置１０の側面透視図を示す。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a block diagram of a control configuration of a substrate processing apparatus 10 according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view of the substrate processing apparatus 10.
FIG. 3 is a side perspective view of the substrate processing apparatus 10.

図１に示すように、基板処理装置１０は、この基板処理装置１０全体の制御を操作するコントローラ２００を有する。コントローラ２００は、操作者との間で情報の授受を行うUI(ユーザーインターフェース)部２０２と、主制御部２０４とを備え、この主制御部２０４には、搬送制御部２１２、ガス流量制御部２１４、温度制御部２１６、圧力制御部２１８、及び駆動制御部２２０が接続されている。 As shown in FIG. 1, the substrate processing apparatus 10 includes a controller 200 that operates control of the entire substrate processing apparatus 10. The controller 200 includes a UI (user interface) unit 202 that exchanges information with an operator, and a main control unit 204. The main control unit 204 includes a transfer control unit 212 and a gas flow rate control unit 214. The temperature control unit 216, the pressure control unit 218, and the drive control unit 220 are connected.

図２、３に示すように、基板処理装置１０は、半導体装置（IC）の製造方法における処理工程を実施する半導体装置の製造装置として構成される。基板処理装置１０は、例えば、基板としてのウエハ２に酸化処理や拡散処理、CVD処理等を行う縦型の装置である。 As shown in FIGS. 2 and 3, the substrate processing apparatus 10 is configured as a semiconductor device manufacturing apparatus that performs processing steps in a semiconductor device (IC) manufacturing method. The substrate processing apparatus 10 is, for example, a vertical apparatus that performs an oxidation process, a diffusion process, a CVD process, or the like on a wafer 2 as a substrate.

基板処理装置１０は、主要部が配置される筺体１２を有する。基板処理装置１０では、例えばシリコン（Si）からなるウエハ２を収納する基板収容器としてのFOUP（以下、「ポッド」と称す）４がウエハキャリアとして使用される。 The substrate processing apparatus 10 has a housing 12 in which main parts are arranged. In the substrate processing apparatus 10, for example, a FOUP (hereinafter referred to as “pod”) 4 as a substrate container for storing a wafer 2 made of silicon (Si) is used as a wafer carrier.

筺体１２の正面壁１２ａには、ポッド搬入搬出口１４が筺体１２の内外を連通するように開設されている。ポッド搬入搬出口１４は、フロントシャッタ１６によって開閉されるようになっている。
ポッド搬入搬出口１４の正面前方側には、ロードポート１８が設置されている。ロードポート１８は、ポッド４が載置され、載置されたポッド４の位置合わせを行うように構成されている。ポッド４は、工程内搬送装置（非図示）とロードポート１８との間で授受される。 A pod loading / unloading port 14 is opened on the front wall 12 a of the housing 12 so as to communicate with the inside and outside of the housing 12. The pod loading / unloading port 14 is opened and closed by a front shutter 16.
A load port 18 is installed on the front front side of the pod loading / unloading port 14. The load port 18 is configured such that the pod 4 is placed and the placed pod 4 is aligned. The pod 4 is exchanged between the in-process transfer device (not shown) and the load port 18.

筺体１２内の前後方向の略中央上部には、回転式ポッド棚２０が設置されている。回転式ポッド棚２０は、垂直に立設され水平面内で間欠回転される支柱２２と、この支柱２２に例えば上下3段の各位置において放射状に支持された複数枚の棚板２４とを備えている。棚板２４はそれぞれ、ポッド４を複数個載置した状態で保持するように構成されている。
回転式ポッド棚２０は、複数個のポッド４を保管するように構成されている。 A rotary pod shelf 20 is installed at a substantially upper center in the front-rear direction in the housing 12. The rotary pod shelf 20 includes a support column 22 that is vertically arranged and intermittently rotates in a horizontal plane, and a plurality of shelf plates 24 that are radially supported on the support column 22 at, for example, three upper and lower positions. Yes. Each of the shelf boards 24 is configured to hold a plurality of pods 4 placed thereon.
The rotary pod shelf 20 is configured to store a plurality of pods 4.

筺体１２内のロードポート１８と回転式ポッド棚２０との間には、ポッド搬送装置３０が設置されている。ポッド搬送装置３０は、ポッド４を保持したまま昇降可能なポッドエレベータ３０ａと、ポッド４を支持するポッド搬送機構３０ｂとで構成されている。
ポッド搬送装置３０は、ポッドエレベータ３０ａとポッド搬送機構３０ｂとの連続動作により、ロードポート１８、回転式ポッド棚２０、及び後述するポッドオープナ３６これらの間で、ポッド４を搬送する。 A pod transfer device 30 is installed between the load port 18 in the housing 12 and the rotary pod shelf 20. The pod carrying device 30 includes a pod elevator 30 a that can move up and down while holding the pod 4, and a pod carrying mechanism 30 b that supports the pod 4.
The pod carrying device 30 carries the pod 4 between the load port 18, the rotary pod shelf 20, and a pod opener 36 to be described later by continuous operation of the pod elevator 30 a and the pod carrying mechanism 30 b.

筺体１２内の前後方向の略中央下部には、副筺体３２が後端にわたって構築されている。
副筺体３２の正面壁３２ａには、ウエハ２をこの副筺体３２内外に搬入搬出するウエハ搬入搬出口３４が、例えば垂直方向に上下2段に並べて開設されている。ウエハ搬入搬出口３４にはそれぞれ、ポッドオープナ３６が設置されている。
副筺体３２は、ポッド搬送装置３０や回転式ポッド棚２０が設置された空間から流体的に隔絶された移載室４２を構成する。 A sub-housing 32 is constructed over the rear end at a substantially central lower portion in the front-rear direction in the housing 12.
On the front wall 32a of the sub-housing 32, wafer loading / unloading ports 34 for carrying the wafer 2 in and out of the sub-housing 32 are opened in, for example, two vertical stages. A pod opener 36 is installed at each wafer loading / unloading port 34.
The auxiliary housing 32 constitutes a transfer chamber 42 that is fluidly isolated from the space in which the pod transfer device 30 and the rotary pod shelf 20 are installed.

ポッドオープナ３６は、ポッド４を載置する載置台３８と、ポッド４のキャップ（蓋体）を着脱するキャップ着脱機構４０とを備えている。ポッドオープナ３６は、載置台３８に設置されたポッド４のキャップをキャップ着脱機構４０によって着脱することにより、ポッド４のウエハ出し入れ口を開閉するように構成されている。 The pod opener 36 includes a mounting table 38 on which the pod 4 is mounted and a cap attaching / detaching mechanism 40 that attaches / detaches a cap (lid) of the pod 4. The pod opener 36 is configured to open and close the wafer inlet / outlet port of the pod 4 by attaching / detaching the cap of the pod 4 installed on the mounting table 38 by the cap attaching / detaching mechanism 40.

移載室４２内の前側領域には、ウエハ移載機構５０が設置されている。ウエハ移載機構５０は、ウエハ２を水平方向で回転あるいは直動可能なウエハ移載装置５２と、ウエハ移載装置５２を昇降させるためのウエハ移載装置エレベータ５４とで構成されている。
ウエハ移載機構５０は、ウエハ移載装置５２のツイーザ５８をウエハ２の載置部として、基板保持具であるボート６０にウエハ２を装填（チャージング）、あるいはこのボート６０からウエハ２を脱装（ディスチャージング）する。
ボート６０は、複数本の保持部材を備えており、複数枚（例えば50 〜 125枚程度）のウエハ２をその中心を揃えて垂直方向に整列した状態で、水平に保持するように構成されている。 A wafer transfer mechanism 50 is installed in the front region in the transfer chamber 42. The wafer transfer mechanism 50 includes a wafer transfer device 52 that can rotate or linearly move the wafer 2 in the horizontal direction, and a wafer transfer device elevator 54 that moves the wafer transfer device 52 up and down.
The wafer transfer mechanism 50 uses the tweezers 58 of the wafer transfer device 52 as a placement unit for the wafer 2 to load (charge) the wafer 2 into the boat 60 serving as a substrate holder, or remove the wafer 2 from the boat 60. Discharge.
The boat 60 includes a plurality of holding members, and is configured to hold a plurality of (for example, about 50 to 125) wafers 2 horizontally with their centers aligned and vertically aligned. Yes.

ポッド搬送装置３０やポッドオープナ３６、ウエハ移載機構５０等には、搬送制御部２１２（図１参照）が電気的に接続されており、この搬送制御部２１２は、これらが所望の動作をするよう所望のタイミングで制御する。 A transfer control unit 212 (see FIG. 1) is electrically connected to the pod transfer device 30, the pod opener 36, the wafer transfer mechanism 50, and the like. The transfer control unit 212 performs a desired operation. Control at a desired timing.

移載室４２のウエハ移載装置エレベータ５４と対向する反対側には、クリーンユニット６４が設置されている。クリーンユニット６４は、供給ファン及び防塵フィルタで構成され、清浄化した雰囲気や不活性ガス等であるクリーンエアを供給する。
クリーンユニット６４とウエハ移載装置５２との間には、ウエハ２の円周方向の位置を整合させる基板整合装置としてのノッチ合わせ装置６６が設置されている。 A clean unit 64 is installed on the opposite side of the transfer chamber 42 facing the wafer transfer apparatus elevator 54. The clean unit 64 includes a supply fan and a dustproof filter, and supplies clean air, such as a cleaned atmosphere or an inert gas.
Between the clean unit 64 and the wafer transfer device 52, a notch alignment device 66 is installed as a substrate alignment device for aligning the circumferential position of the wafer 2.

クリーンユニット６４から吹き出されたクリーンエアは、ウエハ移載装置５２、ノッチ合わせ装置６６を通り、移載室４２の対向する側に配置されたウエハ移載装置エレベータ５４、ボートエレベータ７４等に流通された後、排気部（非図示）に吸い込まれ筺体１２の外部に排気される。
あるいは、クリーンユニット６４から吹き出されたクリーンエアは、排気部から排気される替わりに、クリーンユニット６４の吸い込み側である一次側（供給側）にまで循環され、再びクリーンユニット６４によって移載室４２内に吹き出されるようになっている。 The clean air blown out from the clean unit 64 passes through the wafer transfer device 52 and the notch alignment device 66 and is distributed to the wafer transfer device elevator 54, the boat elevator 74, and the like disposed on the opposite side of the transfer chamber 42. After that, it is sucked into an exhaust part (not shown) and exhausted to the outside of the housing 12.
Alternatively, the clean air blown out from the clean unit 64 is circulated to the primary side (supply side) that is the suction side of the clean unit 64 instead of being exhausted from the exhaust unit, and is again transferred by the clean unit 64 to the transfer chamber 42. It comes to be blown in.

移載室４２内の後側領域上方には、熱処理装置７０が設けられている。熱処理装置７０の下端部は、炉口シャッタ７２により開閉されるようになっている。 A heat treatment apparatus 70 is provided above the rear region in the transfer chamber 42. The lower end portion of the heat treatment apparatus 70 is opened and closed by a furnace port shutter 72.

熱処理装置７０の下方には、ボートエレベータ７４が設置されている。
ボートエレベータ７４のアームには、炉口蓋体としてのシールキャップ７６が水平方向に据え付けられている。シールキャップ７６は、例えばステンレス等の金属からなり、円盤状に形成されている。
シールキャップ７６は、ボート６０を垂直に支持し、熱処理装置７０の下端部を閉塞するように構成されている。シールキャップ７６がボートエレベータ７４によって垂直方向に昇降されることで、ボート６０が昇降される。 A boat elevator 74 is installed below the heat treatment apparatus 70.
On the arm of the boat elevator 74, a seal cap 76 as a furnace port lid is installed in the horizontal direction. The seal cap 76 is made of, for example, a metal such as stainless steel and is formed in a disk shape.
The seal cap 76 is configured to support the boat 60 vertically and close the lower end portion of the heat treatment apparatus 70. The boat 60 is lifted and lowered by the seal cap 76 being lifted and lowered in the vertical direction by the boat elevator 74.

次に、熱処理装置７０の詳細について説明する。 Next, details of the heat treatment apparatus 70 will be described.

図４は、熱処理装置７０の概略構成図を示す。
熱処理装置７０は、加熱機構としてのヒータ１３２を有する。ヒータ１３２は円筒形状であり、保持板としてのヒータベース１３４に支持されることにより垂直に据え付けられている。ヒータ１３２は、例えば上下方向に対して複数の領域（ゾーン）に分割されて構成されており、それぞれのゾーンごとに加熱温度を制御するようになっている。 FIG. 4 shows a schematic configuration diagram of the heat treatment apparatus 70.
The heat treatment apparatus 70 includes a heater 132 as a heating mechanism. The heater 132 has a cylindrical shape and is vertically installed by being supported by a heater base 134 as a holding plate. For example, the heater 132 is divided into a plurality of regions (zones) in the vertical direction, and the heating temperature is controlled for each zone.

ヒータ１３２の内側には、温度を検出する温度検出器としての第一の温度センサ１４０が設置されている。第一の温度センサ１４０は、例えばカスケード熱電対により構成される。第一の温度センサ１４０は、ヒータ１３２の複数のゾーンそれぞれに対応する位置で温度を検出するように、複数の検出点を備える。 A first temperature sensor 140 is installed inside the heater 132 as a temperature detector that detects the temperature. The first temperature sensor 140 is constituted by, for example, a cascade thermocouple. The first temperature sensor 140 includes a plurality of detection points so as to detect temperatures at positions corresponding to the plurality of zones of the heater 132.

第一の温度センサ１４０の内側には、ヒータ１３２と同心円状に反応管としてのプロセスチューブ１４２が配設されている。プロセスチューブ１４２は、内部反応管としてのインナーチューブ１４４と、その外側に設けられた外部反応管としてのアウターチューブ１４６とから構成されている。 Inside the first temperature sensor 140, a process tube 142 as a reaction tube is disposed concentrically with the heater 132. The process tube 142 includes an inner tube 144 as an internal reaction tube and an outer tube 146 as an external reaction tube provided outside the process tube 142.

インナーチューブ１４４は、例えば石英（SiO₂）や炭化シリコン（SiC）等の耐熱性材料からなり、上端及び下端が開口した円筒形状に形成されている。
インナーチューブ１４４の筒中空部に、ウエハ２を処理する処理室１４８が形成される。処理室１４８は、ボート６０によってウエハ２を水平姿勢で垂直方向に多段に整列した状態で収容するよう構成されている。 The inner tube 144 is made of a heat-resistant material such as quartz (SiO ₂ ) or silicon carbide (SiC), and is formed in a cylindrical shape having upper and lower ends opened.
A processing chamber 148 for processing the wafer 2 is formed in the cylindrical hollow portion of the inner tube 144. The processing chamber 148 is configured to accommodate the wafers 2 in a horizontal posture and in a state of being aligned in multiple stages in the vertical direction by the boat 60.

アウターチューブ１４６は、例えば石英あるいは炭化シリコン等の耐熱性材料からなる。アウターチューブ１４６は、内径がインナーチューブ１４４の外径よりも大きく、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されており、インナーチューブ１４４と同心円状に設けられている。 The outer tube 146 is made of a heat resistant material such as quartz or silicon carbide. The outer tube 146 has an inner diameter larger than the outer diameter of the inner tube 144, is formed in a cylindrical shape with the upper end closed and the lower end opened, and is provided concentrically with the inner tube 144.

アウターチューブ１４６の下方には、このアウターチューブ１４６と同心円状にマニホールド１５０が配設されている。マニホールド１５０は、例えばステンレス等からなり、上端及び下端が開口した円筒形状に形成されている。マニホールド１５０は、インナーチューブ１４４とアウターチューブ１４６に係合しており、これらを支持するように設けられている。 Below the outer tube 146, a manifold 150 is disposed concentrically with the outer tube 146. The manifold 150 is made of, for example, stainless steel and is formed in a cylindrical shape with an upper end and a lower end opened. The manifold 150 is engaged with the inner tube 144 and the outer tube 146, and is provided so as to support them.

マニホールド１５０とアウターチューブ１４６との間には、シール部材としてのOリング１５２ａが設けられている。マニホールド１５０がヒータベース１３４に支持されることにより、プロセスチューブ１４２が垂直に据え付けられた状態となる。
プロセスチューブ１４２とマニホールド１５０とにより反応容器が形成される。 An O-ring 152a as a seal member is provided between the manifold 150 and the outer tube 146. Since the manifold 150 is supported by the heater base 134, the process tube 142 is installed vertically.
A reaction vessel is formed by the process tube 142 and the manifold 150.

マニホールド１５０の下方に、このマニホールド１５０の下端開口を気密に閉塞可能な炉口蓋体としてのシールキャップ７６が配設される。シールキャップ７６は、マニホールド１５０の下端に垂直方向下側から当接されるようになっている。シールキャップ７６の上面には、マニホールド１５０の下端と当接するシール部材としてのOリング１５２ｂが設けられる。 Below the manifold 150, a seal cap 76 is disposed as a furnace port lid capable of airtightly closing the lower end opening of the manifold 150. The seal cap 76 is brought into contact with the lower end of the manifold 150 from the lower side in the vertical direction. On the upper surface of the seal cap 76, an O-ring 152 b is provided as a seal member that contacts the lower end of the manifold 150.

シールキャップ７６には、ガス導入部としてのノズル１５４が処理室１４８内に連通するように接続されており、このノズル１５４には、ガス供給管１５６が接続されている。 A nozzle 154 as a gas introduction part is connected to the seal cap 76 so as to communicate with the inside of the processing chamber 148, and a gas supply pipe 156 is connected to the nozzle 154.

ガス供給管１５６の上流側（ノズル１５４と接続する側の反対側）には、処理ガス供給源（非図示）や不活性ガス供給源（非図示）が、開閉弁であるバルブ１５８、及び処理室１４８に供給するガスのガス流量を測定するマスフローコントローラ（MFC）１６０を介して接続されている。
MFC１６０は、配管の詰まりや、センサ類の劣化等により生じる基準値の変化（基準値シフト）に対応するために、基準値を補正する機能（基準値補正機能）を備えている。 A processing gas supply source (not shown) and an inert gas supply source (not shown) are upstream and downstream of the gas supply pipe 156 (on the side opposite to the side connected to the nozzle 154). It is connected via a mass flow controller (MFC) 160 that measures the gas flow rate of the gas supplied to the chamber 148.
The MFC 160 has a function of correcting a reference value (reference value correction function) in order to cope with a change in reference value (reference value shift) caused by clogging of piping, deterioration of sensors, and the like.

バルブ１５８及びMFC１６０にはガス流量制御部２１４（図１参照）が電気的に接続されており、このガス流量制御部２１４は供給するガスの流量が所望の量となるように、これらバルブ１５８及びMFC１６０を所望のタイミングで制御する。 A gas flow rate control unit 214 (see FIG. 1) is electrically connected to the valve 158 and the MFC 160. The gas flow rate control unit 214 sets the flow rate of the gas to be supplied to a desired amount. The MFC 160 is controlled at a desired timing.

マニホールド１５０には、処理室１４８内の雰囲気を排気する排気管１６２が設けられている。排気管１６２は、インナーチューブ１４４とアウターチューブ１４６との隙間に形成される筒状空間１６４の下端部に配置されており、この筒状空間１６４に連通している。 The manifold 150 is provided with an exhaust pipe 162 that exhausts the atmosphere in the processing chamber 148. The exhaust pipe 162 is disposed at the lower end portion of the cylindrical space 164 formed in the gap between the inner tube 144 and the outer tube 146, and communicates with the cylindrical space 164.

筒状空間１６４には、温度を検出する温度検出器としての第二の温度センサ１７０が設置されている。第二の温度センサ１７０は、第一の温度センサ１４０よりも処理室１４８内のウエハ２に近い側にあり、この第一の温度センサ１４０よりもヒータ１３２から遠い側に設置されている。
第二の温度センサ１７０は、例えばヒータ熱電対により構成される。第二の温度センサ１７０は、ヒータ１３２の複数のゾーンそれぞれに対応する位置で温度を検出するように、複数の検出点を備える。 In the cylindrical space 164, a second temperature sensor 170 is installed as a temperature detector for detecting the temperature. The second temperature sensor 170 is located closer to the wafer 2 in the processing chamber 148 than the first temperature sensor 140, and is located farther from the heater 132 than the first temperature sensor 140.
The second temperature sensor 170 is constituted by, for example, a heater thermocouple. The second temperature sensor 170 includes a plurality of detection points so as to detect temperatures at positions corresponding to the plurality of zones of the heater 132.

ヒータ１３２、第一の温度センサ１４０、及び第二の温度センサ１７０には、温度制御部２１６（図１参照）が接続されている。温度制御部２１６は、処理室１４８内が所望の温度となるように、第二の温度センサ１７０により検出された測定結果に基づいてヒータ１３２を所望のタイミングで制御する。 A temperature control unit 216 (see FIG. 1) is connected to the heater 132, the first temperature sensor 140, and the second temperature sensor 170. The temperature controller 216 controls the heater 132 at a desired timing based on the measurement result detected by the second temperature sensor 170 so that the inside of the processing chamber 148 has a desired temperature.

排気管１６２の下流側（マニホールド１５０と接続する側の反対側）には、圧力検出器としての圧力センサ１８０と、排気量を調節することで圧力を調整する圧力調整装置１８２とを介して、真空ポンプ等の真空排気装置１８４が接続されている。 On the downstream side of the exhaust pipe 162 (on the side opposite to the side connected to the manifold 150), via a pressure sensor 180 as a pressure detector and a pressure adjusting device 182 that adjusts the pressure by adjusting the exhaust amount, A vacuum exhaust device 184 such as a vacuum pump is connected.

圧力センサ１８０及び圧力調整装置１８２には、圧力制御部２１８（図１参照）が電気的に接続されている。圧力制御部２１８は、処理室１４８内が所望の圧力となるように、圧力センサ１８０により検出された測定結果に基づいて真空排気装置１８４を所望のタイミングで制御するように構成されている。 A pressure control unit 218 (see FIG. 1) is electrically connected to the pressure sensor 180 and the pressure adjusting device 182. The pressure control unit 218 is configured to control the vacuum exhaust device 184 at a desired timing based on the measurement result detected by the pressure sensor 180 so that the inside of the processing chamber 148 has a desired pressure.

シールキャップ７６の処理室１４８と反対側（図４において下側）には、ボート６０を回転させる回転機構１９０が設置されている。回転機構１９０の回転軸１９２は、シールキャップ７６を貫通してボート６０に接続されており、このボート６０を回転させることでウエハ２を回転させるように構成されている。
ボート６０は、ボートエレベータ７４がシールキャップ７６を昇降させる動作に伴い処理室１４８に対し搬入搬出される。 A rotation mechanism 190 that rotates the boat 60 is installed on the side of the seal cap 76 opposite to the processing chamber 148 (lower side in FIG. 4). A rotation shaft 192 of the rotation mechanism 190 is connected to the boat 60 through the seal cap 76, and is configured to rotate the wafer 2 by rotating the boat 60.
The boat 60 is carried into and out of the processing chamber 148 as the boat elevator 74 moves the seal cap 76 up and down.

回転機構１９０及びボートエレベータ７４には、駆動制御部２２０（図１参照）が電気的に接続されており、駆動制御部２２０は、所望の動作をするようこれら回転機構１９０及びボートエレベータ７４を所望のタイミングで制御するように構成されている。 A drive control unit 220 (see FIG. 1) is electrically connected to the rotation mechanism 190 and the boat elevator 74, and the drive control unit 220 desires the rotation mechanism 190 and the boat elevator 74 to perform a desired operation. It is comprised so that it may control at the timing of.

ボート６０の下部には、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料からなる円板形状をした断熱部材としての断熱板１９８が水平姿勢で多段に複数枚配置されており、ヒータ１３２からの熱がマニホールド１５０側に伝わりにくくなるよう構成されている。 In the lower part of the boat 60, for example, a plurality of heat insulating plates 198 as a disk-shaped heat insulating member made of a heat resistant material such as quartz or silicon carbide are arranged in a multi-stage in a horizontal posture. It is configured to be difficult to be transmitted to the manifold 150 side.

次に、基板処理装置１０の動作について説明する。基板処理装置１０を構成する各部の動作は、コントローラ２００により制御される。 Next, the operation of the substrate processing apparatus 10 will be described. The operation of each part constituting the substrate processing apparatus 10 is controlled by the controller 200.

ポッド４が工程内搬送装置によってロードポート１８に供給されると、ポッド搬入搬出口１４がフロントシャッタ１６によって開放される。ロードポート１８の上のポッド４は、ポッド搬送装置３０によって筐体１２の内部へポッド搬入搬出口１４から搬入される。 When the pod 4 is supplied to the load port 18 by the in-process transfer device, the pod loading / unloading port 14 is opened by the front shutter 16. The pod 4 on the load port 18 is carried into the housing 12 from the pod loading / unloading port 14 by the pod carrying device 30.

筐体１２内に搬入されたポッド４は、ポッド搬送装置３０によって回転式ポッド棚２０の指定された棚板２４へ受け渡され一時的に保管された後、この棚板２４からポッドオープナ３６に搬送されて載置台３８に移載される。あるいは、筐体１２内に搬入されたポッド４は、棚板２４を経由することなく直接、ポッドオープナ３６に搬送されて載置台３８に移載される。 The pod 4 carried into the housing 12 is transferred to the designated shelf 24 of the rotary pod shelf 20 by the pod transfer device 30 and temporarily stored, and then the shelf 24 is transferred to the pod opener 36. It is transported and transferred to the mounting table 38. Alternatively, the pod 4 carried into the housing 12 is directly transferred to the pod opener 36 and transferred to the mounting table 38 without passing through the shelf plate 24.

この際、副筺体３２に設けられたウエハ搬入搬出口３４はキャップ着脱機構４０によって閉じられており、移載室４２にはクリーンエアが流通され充満されている。
例えば、移載室４２には、クリーンエアとして窒素（N₂）やアルゴン（Ar）等の不活性ガスが充満しており、この移載室４２内の酸素濃度が筐体１２の内部（大気雰囲気）の酸素濃度よりも低くなるように（20 ppm以下程度）設定されている。 At this time, the wafer loading / unloading port 34 provided in the auxiliary housing 32 is closed by the cap attaching / detaching mechanism 40, and clean air is circulated and filled in the transfer chamber 42.
For example, the transfer chamber 42 is filled with an inert gas such as nitrogen (N ₂ ) or argon (Ar) as clean air, and the oxygen concentration in the transfer chamber 42 is set inside the housing 12 (atmosphere). It is set to be lower than the oxygen concentration in the atmosphere) (about 20 ppm or less).

載置台３８に載置されたポッド４は、その開口側端面がウエハ搬入搬出口３４の開口縁辺部に押し付けられるとともに、キャップ着脱機構４０によってこのポッド４のキャップが取り外されウエハ出し入れ口が開放される。 The opening side end surface of the pod 4 placed on the mounting table 38 is pressed against the opening edge of the wafer loading / unloading port 34, and the cap attaching / detaching mechanism 40 removes the cap of the pod 4 to open the wafer loading / unloading port. The

ポッド４のウエハ出し入れ口が開放されると、ウエハ２は、このポッド４からウエハ移載装置５２のツイーザ５８によってウエハ出し入れ口を通じてピックアップされる。そして、ウエハ２は、ノッチ合わせ装置６６によって周方向の位置を整合された後、移載室４２の後方にあるボート６０に装填（チャージング）される。
ウエハ移載装置５２は、ボート６０にウエハ２を受け渡した後、ポッド４に戻り次のウエハ２をボート６０に装填する。 When the wafer loading / unloading port of the pod 4 is opened, the wafer 2 is picked up from the pod 4 by the tweezer 58 of the wafer transfer device 52 through the wafer loading / unloading port. Then, the wafer 2 is aligned (positioned) in the circumferential direction by the notch aligning device 66, and then loaded (charged) into the boat 60 behind the transfer chamber 42.
After transferring the wafer 2 to the boat 60, the wafer transfer device 52 returns to the pod 4 and loads the next wafer 2 into the boat 60.

一方（上段又は下段）のポッドオープナ３６におけるウエハ２のボート６０への装填作業と並行して、他方（下段又は上段）のポッドオープナ３６には、他のポッド４がポッド搬送装置３０によって回転式ポッド棚２０から搬送され、この他方のポッドオープナ３６においてこの他のポッド４の開放作業が行われる。 In parallel with the loading operation of the wafer 2 to the boat 60 in one (upper or lower) pod opener 36, another pod 4 is rotated by the pod transfer device 30 in the other (lower or upper) pod opener 36. The other pod opener 36 is transported from the pod shelf 20 and the other pod 4 is opened.

所定枚数のウエハ２がボート６０に装填されると、炉口シャッタ７２が開き、熱処理装置７０の下端部が開放される。続いて、複数枚のウエハ２を保持したボート６０が、シールキャップ７６がボートエレベータ７４によって上昇されることにより、熱処理装置７０内へ搬入（ローディング）される。そして、シールキャップ７６は、Oリング１５２ｂを介してマニホールド１５０の下端をシールした状態となる。 When a predetermined number of wafers 2 are loaded into the boat 60, the furnace port shutter 72 is opened and the lower end of the heat treatment apparatus 70 is opened. Subsequently, the boat 60 holding the plurality of wafers 2 is loaded into the heat treatment apparatus 70 when the seal cap 76 is lifted by the boat elevator 74. And the seal cap 76 will be in the state which sealed the lower end of the manifold 150 via the O-ring 152b.

ウエハ２を処理室１４８内に搬送した後、このウエハ２に所定の処理を行う。 After the wafer 2 is transferred into the processing chamber 148, the wafer 2 is subjected to predetermined processing.

処理室１４８は、この処理室１４８内が所望の圧力（真空度）となるように真空排気装置１８４によって真空排気される。この際、処理室１４８内の圧力は圧力センサ１８０で測定され、この測定された圧力に基づいて圧力調節器１２２が、フィードバック制御される。 The processing chamber 148 is evacuated by the vacuum exhaust device 184 so that the inside of the processing chamber 148 has a desired pressure (degree of vacuum). At this time, the pressure in the processing chamber 148 is measured by the pressure sensor 180, and the pressure regulator 122 is feedback-controlled based on the measured pressure.

また、処理室１４８は、この処理室１４８内が所望の温度となるようにヒータ１３２によって加熱される。温度制御部２１６は、第一の温度センサ１４０及び第二の温度センサ１７０が検出した温度情報に基づき、処理室１４８内が所望の温度分布となるようにヒータ１３２への通電具合をフィードバック制御する。 Further, the processing chamber 148 is heated by the heater 132 so that the inside of the processing chamber 148 has a desired temperature. Based on the temperature information detected by the first temperature sensor 140 and the second temperature sensor 170, the temperature control unit 216 feedback-controls the power supply to the heater 132 so that the inside of the processing chamber 148 has a desired temperature distribution. .

ウエハ２は、回転機構１９０によりボート６０が回転されるのに伴い、回転した状態となる。 The wafer 2 is rotated as the boat 60 is rotated by the rotation mechanism 190.

次いで、処理室１４８内に所定の処理ガスが供給される。処理ガス供給源から供給された処理ガスは、MFC１６０にて所望の流量となるように制御され、ガス供給管１５６を流通してノズル１５４から処理室１４８内に導入される。
処理室１４８内に導入されたガスは上昇してインナーチューブ１４４の上端開口から筒状空間１６４に流出し、排気管１６２から排気される。ガスが処理室１４８内を通過する際にウエハ２の表面と接触し、熱CVD反応によってウエハ２の表面上に薄膜が堆積（デポジション）される。 Next, a predetermined processing gas is supplied into the processing chamber 148. The processing gas supplied from the processing gas supply source is controlled to have a desired flow rate by the MFC 160, flows through the gas supply pipe 156, and is introduced into the processing chamber 148 from the nozzle 154.
The gas introduced into the processing chamber 148 rises and flows out from the upper end opening of the inner tube 144 into the cylindrical space 164 and is exhausted from the exhaust pipe 162. When the gas passes through the processing chamber 148, it comes into contact with the surface of the wafer 2, and a thin film is deposited on the surface of the wafer 2 by a thermal CVD reaction.

予め設定された処理時間が経過すると、不活性ガスが不活性ガス供給源から供給され、処理室１４８内が不活性ガスに置換されるとともに、この処理室１４８内の圧力が常圧に復帰する。 When the processing time set in advance elapses, the inert gas is supplied from the inert gas supply source, the inside of the processing chamber 148 is replaced with the inert gas, and the pressure in the processing chamber 148 returns to normal pressure. .

そして、ボートエレベータ７４によりシールキャップ７６が下降されて、マニホールド１５０の下端が開口される。処理済のウエハ２は、ボート６０に保持された状態でマニホールド１５０の下端からプロセスチューブ１４２の外部に搬出（ボートアンローディング）される。
その後、処理済のウエハ２は、ボート６０から取出される（ウエハディスチャージ）。 Then, the seal cap 76 is lowered by the boat elevator 74 and the lower end of the manifold 150 is opened. The processed wafer 2 is unloaded from the lower end of the manifold 150 to the outside of the process tube 142 while being held in the boat 60 (boat unloading).
Thereafter, the processed wafer 2 is taken out from the boat 60 (wafer discharge).

基板処理装置１０の熱処理装置７０においてウエハ２を処理する際の処理条件として、例えば窒化珪素（Si₃N₄）膜を成膜する場合、処理温度：600 〜 700 ℃、処理圧力：20 〜 40 Pa、ガス種：ジクロロシラン（SiH₂Cl₂）、アンモニア（NH₃）、ガス供給流量：0 〜 99.999 slmが例示される。
処理条件を、それぞれの範囲内のある値で一定に維持することでウエハ２に処理がなされる。 As processing conditions for processing the wafer 2 in the heat treatment apparatus 70 of the substrate processing apparatus 10, for example, when a silicon nitride (Si ₃ N ₄ ) film is formed, a processing temperature: 600 to 700 ° C., a processing pressure: 20 to 40 Pa, gas type: dichlorosilane (SiH ₂ Cl ₂ ), ammonia (NH ₃ ), gas supply flow rate: 0 to 99.999 slm are exemplified.
The wafer 2 is processed by keeping the processing condition constant at a certain value within each range.

次に、コントローラ２００の温度制御部２１６の詳細について説明する。 Next, details of the temperature control unit 216 of the controller 200 will be described.

温度制御部２１６は、比例・積分・微分（PID）演算による帰還制御を用いてヒータ１３２に入力する操作量を設定するようにして、このヒータ１３２からの出力を制御する。温度制御部２１６は、ヒータ１３２の複数のゾーンごとに応じてその出力をそれぞれ制御するようになっている。
また、温度制御部２１６は、加熱する対象となるウエハ２の状態、すなわち成膜処理等の加工がなされていないウエハ（以下、「ベアウエハ」と称す）と加工がなされているウエハ（以下、「加工ウエハ」と称す）、これらに応じて操作量を調整する。加工ウエハには、製品を製造する過程中のウエハ等が含まれる。 The temperature control unit 216 controls the output from the heater 132 by setting an operation amount to be input to the heater 132 using feedback control based on proportional / integral / derivative (PID) calculation. The temperature control unit 216 controls the output according to each of a plurality of zones of the heater 132.
Further, the temperature control unit 216 is in a state of the wafer 2 to be heated, that is, a wafer that has not been subjected to processing such as a film forming process (hereinafter referred to as “bare wafer”) and a wafer that has been processed (hereinafter referred to as “ The operation amount is adjusted according to these. The processed wafer includes a wafer in the process of manufacturing a product.

図４に示すように、温度制御部２１６は、切替部３０２、第一の減算部３０４、第一のPID演算部３０６、調整部３０８、第二の減算部３１０、第二のPID演算部３１２、及びパターン出力部３１４を備える。 As shown in FIG. 4, the temperature control unit 216 includes a switching unit 302, a first subtraction unit 304, a first PID calculation unit 306, an adjustment unit 308, a second subtraction unit 310, and a second PID calculation unit 312. , And a pattern output unit 314.

切替部３０２は、ヒータ１３２に入力する操作量Zを算出するための制御方式を切り替える。具体的には、切替部３０２は、主制御部２０４の指示に基づいて、PID演算制御とパターン制御とを切り替える。
「PID演算制御」とは、PID演算を経て操作量Zを出力する制御である。
「パターン制御」とは、予め定められたパターンに基づいて操作量Zを出力する制御である。 The switching unit 302 switches the control method for calculating the operation amount Z input to the heater 132. Specifically, the switching unit 302 switches between PID calculation control and pattern control based on an instruction from the main control unit 204.
“PID calculation control” is control for outputting an operation amount Z through PID calculation.
“Pattern control” is control for outputting an operation amount Z based on a predetermined pattern.

第一の減算部３０４は、主制御部２０４により通知される設定値S（設定しようとする温度に対応）と、第二の温度センサ１７０が検出する温度に対応する制御量Aとに基づいて、偏差Dを算出する。
設定値Sは、例えば、UI部２０２を介して操作者によって設定される。 The first subtracting unit 304 is based on the set value S (corresponding to the temperature to be set) notified by the main control unit 204 and the control amount A corresponding to the temperature detected by the second temperature sensor 170. Then, the deviation D is calculated.
The setting value S is set by the operator via the UI unit 202, for example.

第一のPID演算部３０６は、偏差DをPID演算して操作量Xを算出し、これを目標値Wに変換して出力する。
第一のPID演算部３０６の詳細について説明すると、図５に示すように、この第一のPID演算部３０６は、積分演算部３２０、比例演算部３２２、微分演算部３２４、及び加算部３２６を備える。 The first PID calculation unit 306 calculates the manipulated variable X by PID calculation of the deviation D, converts it to the target value W, and outputs it.
The details of the first PID calculation unit 306 will be described. As shown in FIG. 5, the first PID calculation unit 306 includes an integration calculation unit 320, a proportional calculation unit 322, a differential calculation unit 324, and an addition unit 326. Prepare.

積分演算部３２０は、偏差Dを時間積分演算（I演算）した演算結果に、予め定められたパラメータKiを乗じて「積分値N」を算出し、この積分値Nを出力する。
積分値Nは、ある時間tにおける偏差DをD(t)、そのときの積分値NをN(t)で表すと、式（１）によって求められる。式（１）において積分範囲は0からtの間である。 The integration calculation unit 320 calculates an “integration value N” by multiplying the calculation result obtained by performing the time integration calculation (I calculation) on the deviation D by a predetermined parameter Ki, and outputs the integration value N.
The integral value N can be obtained by Expression (1), where D (t) represents the deviation D at a certain time t and N (t) represents the integral value N at that time. In equation (1), the integration range is between 0 and t.

比例演算部３２２は、偏差Dに、予め定められたパラメータKpを乗じて（P演算）「比例値O」を算出し、この比例値Oを出力する。
比例値Oは、ある時間tにおける偏差DをD(t)、そのときの比例値OをO(t)で表すと、式（２）によって求められる。 The proportional calculation unit 322 calculates a “proportional value O” by multiplying the deviation D by a predetermined parameter Kp (P calculation), and outputs the proportional value O.
The proportional value O can be obtained by Expression (2) when the deviation D at a certain time t is represented by D (t) and the proportional value O at that time is represented by O (t).

微分演算部３２４は、偏差Dを時間微分演算（D演算）した演算結果に、予め定め荒れたパラメータKdを乗じて「微分値R」を算出し、この微分値Rを出力する。
微分値Rは、ある時間tにおける偏差DをD(t)、そのときの微分値RをR(t)で表すと、式（３）によって求められる。 The differential calculation unit 324 calculates a “differential value R” by multiplying a calculation result obtained by performing time differential calculation (D calculation) on the deviation D by a predetermined rough parameter Kd, and outputs the differential value R.
The differential value R can be obtained by Expression (3), where D (t) is the deviation D at a certain time t and R (t) is the differential value R at that time.

加算部３２６は、積分値N、比例値O、及び積分値Rこれらの総和を算出し、操作量Xを出力する。
操作量Xは、ある時間tにおける偏差DをD(t)、そのときの操作量XをX(t)で表すと、式（４）によって求められる。 The adding unit 326 calculates the sum of the integral value N, the proportional value O, and the integral value R, and outputs an operation amount X.
The manipulated variable X can be obtained by Expression (4), where D (t) represents the deviation D at a certain time t and X (t) represents the manipulated variable X at that time.

調整部３０８は、目標値Wを調整する。具体的には、調整部３０８は、加熱する対象がベアウエハである場合は目標値W1を出力し、加熱する対象が加工ウエハである場合は、目標値W2を出力する。調整部３０８による調整の詳細については、後述する。 The adjustment unit 308 adjusts the target value W. Specifically, the adjustment unit 308 outputs the target value W1 when the target to be heated is a bare wafer, and outputs the target value W2 when the target to be heated is a processed wafer. Details of the adjustment by the adjustment unit 308 will be described later.

第二の減算部３１０は、第二の温度センサ１７０による検出結果を考慮しこれを調整した目標値W1又はW2と、第一の温度センサ１４０が検出する温度に対応する制御量Bとに基づいて、偏差Eを算出する。 The second subtracting unit 310 considers the detection result by the second temperature sensor 170 and adjusts the target value W1 or W2, and the control amount B corresponding to the temperature detected by the first temperature sensor 140. Then, the deviation E is calculated.

第二のPID演算部３１２は、偏差EをPID演算して操作量Zを算出し、これを出力する。第二のPID演算部３１２は、PID演算する対象が偏差Eであるという点が異なるものの、上述した第一のPID演算部３０６と同様の構成となっている。 The second PID calculation unit 312 calculates the manipulated variable Z by performing PID calculation on the deviation E, and outputs this. The second PID calculation unit 312 has the same configuration as the first PID calculation unit 306 described above, except that the target for PID calculation is the deviation E.

パターン出力部３１４は、予め定められたパターンに基づいて操作量Zを出力する。
図６に示すように、パターン出力部３１４は、例えばある時間t1においては所定の操作量Z1を出力し、時間t1の経過後、ある時間t2においては所定の操作量Z2を出力する。操作量Z1から操作量Z2への移行は、所定の傾き（操作量／時間）をもたせるようにしてもよい（ランピング）。 The pattern output unit 314 outputs the operation amount Z based on a predetermined pattern.
As shown in FIG. 6, for example, the pattern output unit 314 outputs a predetermined operation amount Z1 at a certain time t1, and outputs a predetermined operation amount Z2 at a certain time t2 after the elapse of time t1. The transition from the operation amount Z1 to the operation amount Z2 may have a predetermined inclination (operation amount / time) (ramping).

次に、調整部３０８による調整の詳細について説明する。 Next, details of adjustment by the adjustment unit 308 will be described.

まずPID演算の特性について説明すると、このPID演算においては、パラメータKi、Kp、Kdを調節することにより、最適な温度プロファイルや温度波形等が実現される。一方で、パラメータKi、Kp、Kdについて、ベアウエハに対して調節（最適化）したものと、加工ウエハに対して調節したものとでは、その特性が異なる場合がある。 First, the characteristics of the PID calculation will be described. In this PID calculation, an optimum temperature profile, temperature waveform, and the like are realized by adjusting the parameters Ki, Kp, and Kd. On the other hand, the parameters Ki, Kp, and Kd may have different characteristics depending on whether they are adjusted (optimized) for the bare wafer and those adjusted for the processed wafer.

図７は、加熱する対象となるウエハがベアウエハである場合及び加工ウエハである場合それぞれについて、ベアウエハに対して調節したパラメータKi、Kp、KdをPID演算に用いたときの第二の温度センサ１７０により検出された温度波形の比較結果を示す。
図７に示すように、加工ウエハについての温度波形は、設定しようとする温度を立ち上がり部分で比較的大きく上回り（オーバーシュート）、ベアウエハに対する場合と比較して、温度が安定するまでに要する時間（温度安定時間）が長くなっている（温度安定性が悪化している）。 FIG. 7 shows a second temperature sensor 170 when parameters Ki, Kp, and Kd adjusted for the bare wafer are used for the PID calculation for each of the case where the wafer to be heated is a bare wafer and the processed wafer. The comparison result of the temperature waveform detected by is shown.
As shown in FIG. 7, the temperature waveform of the processed wafer exceeds the temperature to be set by a relatively large amount at the rising portion (overshoot), and the time required for the temperature to stabilize compared to the case of the bare wafer ( (Temperature stabilization time) is longer (temperature stability is worsening).

図８は、加熱する対象となるウエハがベアウエハである場合及び加工ウエハである場合それぞれについて、加工ウエハに対して調節したパラメータKi'、Kp'、Kd'をPID演算に用いたときの第二の温度センサ１７０により検出された温度波形の比較結果を示す。
図８に示すように、ベアウエハについての温度波形は、ベアウエハに対して調節したパラメータKi、Kp、KdをPID演算に用いたとき（図６参照）と比較して、温度の立ち上りが鈍く温度安定時間が長くなっている。この温度の立ち上りの鈍さは、ヒータ１３２に出力する操作量Zの不足に起因する。 FIG. 8 shows the second case where the parameters Ki ′, Kp ′, Kd ′ adjusted for the processed wafer are used for the PID calculation for each of the cases where the wafer to be heated is a bare wafer and a processed wafer. The comparison result of the temperature waveform detected by the temperature sensor 170 is shown.
As shown in FIG. 8, the temperature waveform of the bare wafer is less stable than that when parameters Ki, Kp, and Kd adjusted for the bare wafer are used for PID calculation (see FIG. 6). The time is getting longer. This dull rise in temperature is caused by a shortage of the operation amount Z output to the heater 132.

ここで、図７及び図８に示す結果から、温度安定性の悪化の一因として、初期の温度から設定しようとする温度まで昇温する工程（ランプアップ：ramp-up）におけるパワー出力が挙げられる。これは、ベアウエハと加工ウエハとの表面状態の相違により、熱輻射の吸収率に差があるために生ずるものと考えられる。
このため、ベアウエハと加工ウエハとの表面状態の相違により生じる差を抑制するよう調整する必要がある。 Here, from the results shown in FIG. 7 and FIG. 8, the power output in the step of raising the temperature from the initial temperature to the temperature to be set (ramp-up) is cited as one cause of the deterioration of temperature stability. It is done. This is considered to occur because there is a difference in the absorption rate of heat radiation due to the difference in the surface state between the bare wafer and the processed wafer.
For this reason, it is necessary to adjust so as to suppress the difference caused by the difference in the surface state between the bare wafer and the processed wafer.

ベアウエハと加工ウエハとの相違に対する調整についてより詳細に説明する。
図９は、加熱する対象となるウエハがベアウエハである場合及び加工ウエハである場合それぞれについて、ベアウエハに対して調節したパラメータKi、Kp、KdをPID演算に用いたときの第一の温度センサ１４０により検出された温度波形の比較結果を示す。 The adjustment for the difference between the bare wafer and the processed wafer will be described in more detail.
FIG. 9 shows the first temperature sensor 140 when the parameters Ki, Kp, and Kd adjusted for the bare wafer are used for the PID calculation for each of the case where the wafer to be heated is a bare wafer and the processed wafer. The comparison result of the temperature waveform detected by is shown.

図９に示すように、加熱する対象となるウエハが加工ウエハである場合の方が、ベアウエハである場合と比較して、第一の温度センサ１４０の検出する温度の上昇が早くなっている。この理由は、以下のように考えられる。
すなわち、加工ウエハの方がベアウエハよりも熱吸収率が高い。このため、加工ウエハの場合とベアウエハの場合とで初期段階において同一のパワー出力を付与したとき、吸収される熱量は加工ウエハの方が多い。したがって、加工ウエハの場合の方が、第一の温度センサ１４０の検出する温度の上昇が遅くなる。結果、昇温工程においてヒータ１３２に過剰なパワー出力を付与することとなる。
そこで、第一の温度センサ１４０に対する目標値Wを調整することで、過剰なパワー出力が抑制される。 As shown in FIG. 9, the temperature detected by the first temperature sensor 140 is faster in the case where the wafer to be heated is a processed wafer than in the case where it is a bare wafer. The reason is considered as follows.
That is, the processed wafer has a higher heat absorption rate than the bare wafer. For this reason, when the same power output is applied in the initial stage in the case of the processed wafer and the case of the bare wafer, the amount of heat absorbed is larger in the processed wafer. Accordingly, in the case of a processed wafer, the temperature increase detected by the first temperature sensor 140 is delayed. As a result, excessive power output is imparted to the heater 132 in the temperature raising step.
Therefore, by adjusting the target value W for the first temperature sensor 140, excessive power output is suppressed.

本実施形態においては、目標値W1は式（５）によって求められ、目標値W2は式（６）によって求められる。 In the present embodiment, the target value W1 is obtained by equation (5), and the target value W2 is obtained by equation (6).

ここで、式（６）中の係数Cは、ベアウエハに対して調節したパラメータKi、Kp、KdをPID演算に用いた場合における第一の温度センサ１４０の検出する初期温度（昇温工程開始時の温度）をini.1、この場合における第一の温度センサ１４０の検出する昇温工程中最大温度をmax.1として表し、加工ウエハに対して調節したパラメータKi'、Kp'、Kd'をPID演算に用いた場合における第一の温度センサ１４０の検出する初期温度をini.2、この場合における第一の温度センサ１４０の検出する昇温工程中最大温度をmax.2として表すと式（７）によって求められる。 Here, the coefficient C in the equation (6) is the initial temperature detected by the first temperature sensor 140 when the parameters Ki, Kp, and Kd adjusted for the bare wafer are used for the PID calculation (at the start of the heating process) ) Is expressed as ini.1, the maximum temperature during the heating process detected by the first temperature sensor 140 in this case is represented as max.1, and parameters Ki ′, Kp ′, and Kd ′ adjusted for the processed wafer are The initial temperature detected by the first temperature sensor 140 when used in the PID calculation is expressed as ini.2, and the maximum temperature during the temperature rising process detected by the first temperature sensor 140 in this case is expressed as max.2. 7).

第一の温度センサ１４０は第二の温度センサ１７０よりもヒータ１３２に近い側に配置されているため、第一の温度センサ１４０は第二の温度センサ１７０よりもヒータ１３２のパワー出力に対する感度が高い。このため、係数Cの算出には、第一の温度センサ１４０による検出結果を用いる方が、第二のセンサ１７０の検出結果を用いるよりも、精度が向上する。 Since the first temperature sensor 140 is disposed closer to the heater 132 than the second temperature sensor 170, the first temperature sensor 140 is more sensitive to the power output of the heater 132 than the second temperature sensor 170. high. For this reason, in calculating the coefficient C, using the detection result of the first temperature sensor 140 improves the accuracy compared to using the detection result of the second sensor 170.

また、係数Cは、ベアウエハと加工ウエハの表面素材の熱輻射の反射率から算出するようにしてもよい。 Further, the coefficient C may be calculated from the reflectance of thermal radiation of the surface material of the bare wafer and the processed wafer.

次に、温度制御部２１６が出力する操作量Zの算出について説明する。
図１０は、温度制御部２１６による制御動作（Ｓ１０）のフローチャートを示す。 Next, calculation of the operation amount Z output from the temperature control unit 216 will be described.
FIG. 10 shows a flowchart of the control operation (S10) by the temperature control unit 216.

ステップ１００（Ｓ１００）において、ベアウエハを用いて温度制御を行い、このベアウエハに対して調節したパラメータKi、Kp、Kdを予め取得する。 In step 100 (S100), temperature control is performed using a bare wafer, and parameters Ki, Kp, and Kd adjusted for the bare wafer are acquired in advance.

ステップ１０２（Ｓ１０２）において、主制御部２０４からヒータ１３２への昇温指示とともに、設定値Sを受付ける。 In step 102 (S102), the set value S is received together with a temperature increase instruction from the main control unit 204 to the heater 132.

ステップ１０４（Ｓ１０４）において、切替部３０２は、操作量Zを算出する制御方式を判断する。
具体的には、PID演算制御を行う場合、切替部３０２は第一の減算部３０４に設定値Sを出力し（ステップ１０６（Ｓ１０６）の処理に進み）、パターン制御を行う場合、切替部３０２はパターン出力部３１４に設定値Sを出力する（ステップ１２２（Ｓ１２２）の処理に進む）。 In step 104 (S104), the switching unit 302 determines a control method for calculating the operation amount Z.
Specifically, when performing PID calculation control, the switching unit 302 outputs the set value S to the first subtracting unit 304 (proceeding to the process of step 106 (S106)), and when performing pattern control, the switching unit 302. Outputs the set value S to the pattern output unit 314 (proceeds to step 122 (S122)).

ステップ１０６（Ｓ１０６）において、第一の減算部３０４は、設定値Sを受け入れるとともに第二の温度センサ１７０から制御量Aを受け入れ、これらから偏差Dを算出し、この偏差Dを第一のPID演算部３０６に出力する。 In step 106 (S106), the first subtraction unit 304 accepts the set value S and the control amount A from the second temperature sensor 170, calculates a deviation D therefrom, and uses this deviation D as the first PID. The result is output to the calculation unit 306.

ステップ１０８（Ｓ１０８）において、第一のPID演算部３０６は、偏差Dを受け入れこれから操作量Xを算出し、この操作量Xを目標値Wに変換して、調整部３０８に出力する。 In step 108 (S108), the first PID calculation unit 306 receives the deviation D, calculates the manipulated variable X from the deviation D, converts the manipulated variable X into the target value W, and outputs it to the adjusting unit 308.

ステップ１１０（Ｓ１１０）において、調整部３０８は、加熱する対象となるウエハ２の状態を判断する。
具体的には、加熱する対象となるウエハ２が、ベアウエハである場合、ステップ１１２（Ｓ１１２）の処理に進み、加工ウエハである場合、ステップ１１８（Ｓ１１８）の処理に進む。 In step 110 (S110), the adjustment unit 308 determines the state of the wafer 2 to be heated.
Specifically, if the wafer 2 to be heated is a bare wafer, the process proceeds to step 112 (S112), and if it is a processed wafer, the process proceeds to step 118 (S118).

ステップ１１２（Ｓ１１２）において、調整部３０８は、目標値Wを調整して目標値W1を算出し、この目標値W1を第二の減算部３１０に出力する。 In step 112 (S112), the adjustment unit 308 adjusts the target value W to calculate the target value W1, and outputs the target value W1 to the second subtraction unit 310.

ステップ１１４（Ｓ１１４）において、第二の減算部３１０は、目標値W1を受け入れるとともに第一の温度センサ１４０から制御量Bを受け入れ、これらから偏差Eを算出し、この偏差Eを第二のPID演算部３１２に出力する。 In step 114 (S114), the second subtracting unit 310 receives the target value W1 and the control amount B from the first temperature sensor 140, calculates a deviation E therefrom, and uses this deviation E as the second PID. The result is output to the calculation unit 312.

ステップ１１６（Ｓ１１６）において、第二のPID演算部３１２は、偏差Eを受け入れこれから操作量Zを算出し、これをヒータ１３２へ出力する。 In step 116 (S 116), the second PID calculation unit 312 accepts the deviation E, calculates the manipulated variable Z therefrom, and outputs this to the heater 132.

ステップ１１８（Ｓ１１８）において、調整部３０８は、目標値Wを調整して目標値W2を算出し、この目標値W2を第二の減算部３１０に出力する。 In step 118 (S118), the adjustment unit 308 adjusts the target value W to calculate the target value W2, and outputs the target value W2 to the second subtraction unit 310.

ステップ１２０（Ｓ１２０）において、第二の減算部３１０は、目標値W2を受け入れるとともに第一の温度センサ１４０から制御量Bを受け入れ、これらから偏差Eを算出し、この偏差Eを第二のPID演算部３１２に出力する。そして、ステップ１１６（Ｓ１１６）の処理に進む。 In step 120 (S120), the second subtraction unit 310 accepts the target value W2 and accepts the control amount B from the first temperature sensor 140, calculates the deviation E therefrom, and uses this deviation E as the second PID. The result is output to the calculation unit 312. Then, the process proceeds to step 116 (S116).

ステップ１２２（Ｓ１２２）において、パターン出力部３１４は、予め定められたパターンに基づいて操作量Zを算出し、これをヒータ１３２へ出力する。 In step 122 (S 122), the pattern output unit 314 calculates the operation amount Z based on a predetermined pattern and outputs this to the heater 132.

PID演算制御においては、第二のPID演算部３１２から出力される操作量Zに基づくヒータ１３２の出力について、制御量A及び制御量Bが再び温度制御部２１６に帰還される。このようにして設定値Sと制御量Aとの偏差Dが「０」となるように、刻々と操作量Zを変化させる。 In the PID calculation control, the control amount A and the control amount B are fed back to the temperature control unit 216 again with respect to the output of the heater 132 based on the operation amount Z output from the second PID calculation unit 312. In this way, the manipulated variable Z is changed every moment so that the deviation D between the set value S and the controlled variable A becomes “0”.

２ウエハ
４ポッド
１０基板処理装置
７０熱処理装置
１３２ヒータ
１４０第一の温度センサ
１４８処理室
１７０第二の温度センサ
２００コントローラ
２０４主制御部
２１２搬送制御部
２１４ガス流量制御部
２１６温度制御部
２１８圧力制御部
２２０駆動制御部
３０２切替部
３０４第一の減算部
３０６第一のPID演算部
３０８調整部
３１０第二の減算部
３１２第二のPID演算部
３１４パターン出力部 2 Wafer 4 Pod 10 Substrate processing device 70 Heat treatment device 132 Heater 140 First temperature sensor 148 Processing chamber 170 Second temperature sensor 200 Controller 204 Main control unit 212 Transfer control unit 214 Gas flow rate control unit 216 Temperature control unit 218 Pressure control Unit 220 drive control unit 302 switching unit 304 first subtraction unit 306 first PID calculation unit 308 adjustment unit 310 second subtraction unit 312 second PID calculation unit 314 pattern output unit

Claims

The temperature of the processing chamber for processing the substrate is detected at the first position,
Detecting the temperature of the processing chamber at a second position closer to the substrate in the processing chamber than the first position and far from a heating device for heating the processing chamber;
A target value is calculated from a predetermined set value and a detection value detected at the second position,
Adjust the target value according to the state of the board,
A temperature adjustment method for calculating an operation amount to be output to the heating device from an adjusted target value and a detection value detected at a first position.

A processing chamber for processing the substrate;
A heating device for heating the processing chamber;
A heating control unit for controlling the heating device;
A first temperature detector for detecting the temperature of the processing chamber;
A second temperature detection unit that is provided closer to the substrate in the processing chamber than the first temperature detection unit and far from the heating device, and detects the temperature of the processing chamber;
Have
The heating control unit adjusts a target value obtained from a predetermined set value and a detection value of the second temperature detection unit according to a state of the substrate, and the adjusted target value and the first temperature The heat processing apparatus which calculates the operation amount output to the said heating apparatus from the detection value of a detection part.