JP3403160B2 - 熱処理装置、熱処理装置用制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱処理装置、熱処
理装置の制御装置に関し、特に被処理体と非接触の状態
で被処理体の温度を予測可能な熱処理装置、熱処理装置
の制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造プロセスにおいて、半導体ウ
エハ（以下ウエハという）等の被処理体に対して熱処理
を行う装置の一つにバッチ処理を行う縦型熱処理装置が
ある。この装置は、ウエハボート等の保持具に多数枚の
ウエハを棚状に保持し、この保持具を縦型の熱処理炉の
中に搬入して熱処理、例えばＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ
Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、酸化処理等を行
うものである。

【０００３】ウエハを熱処理する場合ウエハの温度を正
確にコントロールする必要がある。例えばＣＶＤにより
ウエハ上に薄膜を形成する場合、ウエハの温度によって
膜厚が左右される。このため、熱処理装置の温度制御を
高精度に行う必要がある。

【０００４】従来は、熱電対を付けたウエハを熱処理炉
内に入れてウエハの温度を測定することにより温度制御
を行っていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】熱電対付きウエハを熱
処理炉内に入れると、熱電対をなす金属が熱処理炉内に
飛散して付着し、付着した金属がウエハに付着してメタ
ル汚染を引き起こすおそれがある。

【０００６】本発明は、このような事情の下になされた
ものであり、その目的は被処理体を汚染するおそれがな
く、しかも高い精度で温度制御を行うことができる熱処
理装置、熱処理装置の制御装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】（１）上記目的を達成す
るために、本発明に係る熱処理装置は、被処理体を加熱
するための加熱部と、前記被処理体と非接触の状態で設
置された温度測定部と、前記温度測定部による温度測定
結果に基づき、前記被処理体の予測温度を算出する温度
予測部と、前記温度予測部によって算出された予測温度
の予測誤差を算出する誤差予測部と、前記誤差予測部に
よって算出された予測誤差に基づき、前記温度予測部に
よって算出された予測温度を補正した補正予測温度を算
出する温度補正部と、前記温度補正部によって算出され
た補正予測温度と設定温度と時間の関係を記述する温度
レシピとに基づき、前記加熱部を制御する加熱制御部と
を具備したことを特徴とする。

【０００８】被処理体と非接触に設置された温度測定部
により温度が測定され、その測定結果に基づき被処理体
の温度が予測される。そして、この予測温度を予測誤差
に基づいて補正する。その結果、被処理体と非接触でし
かも精度良く被処理体の温度が予測される。

【０００９】（２）本発明に係る熱処理装置用制御装置
は、被処理体を加熱するための加熱部と、前記被処理体
と非接触の状態で設置された温度測定部とを具備する熱
処理装置を制御するための制御装置であって、前記温度
測定部の測定結果に基づき前記被処理体の予測温度を算
出する温度予測部と、前記温度予測部によって算出され
た前記予測温度の予測誤差を算出する誤差予測部と、前
記誤差予測部によって算出された予測誤差に基づき、前
記温度予測部によって算出された予測温度を補正した補
正予測温度を算出する温度補正部と、前記温度補正部に
よって算出された補正予測温度に基づき前記加熱部を制
御する加熱制御部とを具備したことを特徴とする。

【００１０】（３）本発明に係る熱処理装置用制御装置
は、被処理体を加熱するための加熱部を具備する熱処理
装置を制御するための制御装置であって、設定温度と時
間の関係を記述する温度レシピに従って、前記加熱部を
制御する加熱制御部と、前記加熱制御部による前記加熱
部の制御を周期的に行うための制御周期を前記設定温度
の変化率に基づいて決定する制御周期決定部とを具備し
たことを特徴とする。

【００１１】設定温度の変化率に基づいて制御の周期を
変えることで、制御の精密性と効率性の双方の勘案が可
能となる。

【００１２】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）以下に本発明の
第１の実施形態に係る縦型熱処理装置について説明す
る。図１、図２はそれぞれ、本発明に係る縦型熱処理装
置の一部断面図および斜視図である。本発明に係る縦型
熱処理装置は、図１に示すように、例えば石英で作られ
た内管２ａ及び外管２ｂよりなる二重管構造の反応管２
を備え、反応管２の下部側には金属製の筒状のマニホー
ルド２１が設けられている。

【００１３】内管２ａは上端が開口されており、マニホ
ールド２１の内側で支持されている。外管２ｂは上端が
塞がれており、下端がべ一スプレート２２の下側にてマ
ニホールド２１の上端に気密に接合されている。

【００１４】前記反応管２内には、図２に示すように、
多数枚の被処理体をなす半導体ウエハＷが各々水平な状
態で上下に間隔をおいて保持具であるウエハボート２３
に棚状に載置されており、このウエハボート２３は蓋体
２４の上に保温筒（断熱体）２５を介して保持されてい
る。

【００１５】反応管２の周囲には被処理体たるウエハＷ
を加熱する加熱部として、例えば抵抗加熱体よりなるヒ
ータ３が設けられている。ヒータ３はゾーン１〜５に５
分割されていて、各ヒータ３１〜３５が電力コントロー
ラ４１〜４５により独立して発熱量を制御できるように
なっている。ここで、電力コントローラ４１〜４５は、
それぞれヒータ３１〜３５の熱出力を測定するための電
力センサＳ１ｐ〜Ｓ５ｐを備えているものとする。

【００１６】内管２ａの内壁には、ヒータ３１〜３５の
各ゾーン１〜５に対応して、ウエハ近傍の温度を測定す
るために熱電対等の被処理体近傍温度測定部としての内
側温度センサＳ１ｉｎ〜Ｓ５ｉｎが設置されている。ま
た、外管２ｂの外壁にはヒータ３１〜３５の各ゾーン１
〜５に対応して、ヒータ近傍の温度を測定するために熱
電対等の加熱部近傍温度測定部としての外側温度センサ
Ｓ１ｏｕｔ〜Ｓ５ｏｕｔが設置されている。

【００１７】モニタウエハＷ１〜Ｗ５が、ヒータ３１〜
３５の各ゾーン１〜５にそれぞれ対応した位置に載置さ
れている。後述のように、モニタウエハＷ１〜Ｗ５の温
度は、温度センサＳｉｎ（Ｓ１ｉｎ〜Ｓ５ｉｎ）、Ｓｏ
ｕｔ（Ｓ１ｏｕｔ〜Ｓ５ｏｕｔ）、および電力センサＳ
ｐ（Ｓ１ｐ〜Ｓ５ｐ）の測定信号から予測される。

【００１８】マニホールド２１には、内管２ａ内にガス
を供給するように複数のガス供給管が設けられており、
図１では便宜上２本のガス供給管５１、５２を示してあ
る。各ガス供給管５１、５２には、ガス流量をそれぞれ
調整するための例えばマスフローコントローラなどの流
量調整部６１、６２やバルブ（図示せず）などが介設さ
れている。

【００１９】更にまたマニホールド２１には、内管２ａ
と外管２ｂとの隙間から排気するように排気管２７が接
続されており、この排気管２７は図示しない真空ポンプ
に接続されている。排気管２７の途中には反応管２内の
圧力を調整するための例えばバタフライバルブやバルブ
駆動部などを含む圧力調整部２８が設けられている。

【００２０】この縦型熱処理装置は、反応管２内の処理
雰囲気の温度、反応管２内の圧力、ガス流量といった処
理パラメータを制御するためのコントローラ１００を備
えている。このコントローラ１００には、電力センサＳ
ｐ（Ｓ１ｐ〜Ｓ５ｐ）、温度センサＳｉｎ（Ｓ１ｉｎ〜
Ｓ５ｉｎ）、Ｓｏｕｔ（Ｓ１ｏｕｔ〜Ｓ５ｏｕｔ）から
の測定信号が入力され、ヒータ３の電力コントロ一ラ４
１〜４５、圧力調整部２８、流量調整部６１、６２に制
御信号を出カする。

【００２１】次にコントローラ１００の詳細について述
べる。図３は、コントローラ１００の内部構成のうち、
ヒータ３の制御に係る部分の詳細を示すブロック図であ
る。

【００２２】図３に示すようにコントローラ１００は、
電力センサＳｐ、温度センサＳｏｕｔ、Ｓｉｎのアナロ
グ測定信号をディジタル測定信号に変換するＡ／Ｄ（Ａ
ｎａｏｌｇ／Ｄｉｇｉｔａｌ）変換部１１０、ウエハの
予測温度を算出する温度予測部１２０，温度予測部１２
０によって算出されたウエハ予測温度Ｔ’の予測誤差Δ
Ｔを算出する誤差予測部１３０、算出されたウエハ予測
温度Ｔ’と予測誤差ΔＴを加算してウエハの補正予測温
度Ｔ’’を算出する温度補正部としての加算部１４０、
ウエハを熱処理するための設定温度と時間の関係が記述
された温度レシピが保存された温度レシピ保存部１５
０、補正予測温度Ｔ’’と温度レシピ保存部１５０の温
度レシピ上の設定温度Ｔｓｐとに基づき電力コントロ一
ラ４１〜４５に電力制御信号Ｐ’を出力する加熱制御部
１６０、温度予測部１２０と誤差予測部１３０の計算周
期ｔｓを決定する計算周期決定部１７０から構成され
る。

【００２３】そして、温度予測部１２０は、計算周期ｔ
ｓに応じてウエハＷの予測温度Ｔ’の算出に必要なデー
タの補間を行う第１のデータ補間部１２２とウエハの予
測温度Ｔ’を算出するための温度予測モデル部１２４と
から構成され、誤差予測部１３０は、計算周期ｔｓに応
じてウエハＷの予測温度の予測誤差ΔＴの算出に必要な
データの補間を行う第２のデータ補間部１３２とウエハ
の予測温度の予測誤差ΔＴを算出するための誤差予測モ
デル部１３４とから構成される。

【００２４】図４は、コントローラ１００によるヒータ
３の制御手順を表すフロー図である。以下、このフロー
図に基づき温度制御の手順を説明する。（Ａ）計算周期
決定部１７０により、温度レシピ保存部１５０の温度レ
シピに記述された設定温度Ｔｓｐの変化率ＲＲに基づき
計算周期ｔｓが決定される（Ｓ１１）。

【００２５】設定温度の変化率ＲＲ、ひいてはウエハ温
度の変化率に対応して計算周期ｔｓを設定することで、
演算あるいは制御要素を効率的に利用することが可能と
なる。即ち、設定温度Ｔｓｐの変化率ＲＲが小さいとき
には計算の間隔を長くしても差し支えないので、図示し
ないＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ ＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵ
ｎｉｔ）等の演算・制御要素を他の処理にふりむけるこ
とができる。この一方、設定温度の変化率ＲＲが大きい
ときには短い計算周期でウエハの予測温度等を算出する
ことで、精密にウエハＷの温度を制御することができ
る。

【００２６】温度レシピ保存部１５０の温度レシピは、
ウエハＷを熱処理するための目標温度となる設定温度Ｔ
ｓｐと時間の関係を表したものである。図５、図６に温
度レシピの例を示す。

【００２７】図５は時間を区分して、区分した時間に対
する設定温度Ｔｓｐ（Ｓｅｔ Ｐｏｉｎｔ）とその変化
率ＲＲ（Ｒａｍｐ Ｒａｔｅ）の関係を表形式で対応さ
せて表したものである。一方、図６は時間と設定温度Ｔ
ｓｐの関係をグラフ形式で表したものである。

【００２８】図５，図６は表現形式が異なるだけで同一
の温度レシピを表したものである。時刻ｔ０〜ｔ１では
設定温度は３００℃と一定に保たれ、時刻ｔ１〜ｔ２で
は設定温度Ｔｓｐは１０℃／ｍｉｎの変化率で３００℃
〜３１０℃まで変化している。また、それぞれ時刻ｔ２
〜ｔ３、時刻ｔ３〜ｔ４、時刻ｔ４〜ｔ５では、それぞ
れの設定温度Ｔｓｐは、変化率ＲＲが２０、５０，１０
０℃／ｍｉｎで、それぞれ３１０〜３５０℃、３５０〜
４００℃、４００〜５００℃の間で上昇している。時刻
ｔ５〜ｔ６では設定温度は５００℃で一定に保たれ、そ
れぞれ時刻ｔ６〜ｔ７、時刻ｔ７〜ｔ８、時刻ｔ８〜ｔ
９では、それぞれの設定温度Ｔｓｐは−１００、−５
０，−１０℃／ｍｉｎの変化率ＲＲで、５００〜４００
℃、４００〜３５０℃、３５０〜３００℃の間で下降し
ている。そして、時刻ｔ９以降では、設定温度は３００
℃で一定に保たれている。

【００２９】これら図５、６は実質的に同一であり、本
発明の実施に際してはいずれの形式を採用しても差し支
えない。即ち、温度レシピはその表現形式を問わず、各
時刻に対応して設定温度Ｔｓｐと設定温度の変化率ＲＲ
を求めることができれば良い。設定温度の変化率ＲＲは
各時刻における設定温度Ｔｓｐから算出しても差し支え
ない。

【００３０】設定温度の変化率ＲＲを基に、計算周期ｔ
ｓを決定する。このときの決定方法の１例を次の式
（１）〜（４）に表す。 ｔｓ＝０．５［ｓｅｃ］（｜ＲＲ｜≧５０［℃／ｍｉｎ］） …（１） ｔｓ＝１．０［ｓｅｃ］（２５≦｜ＲＲ｜＜５０［℃／ｍｉｎ］）…（２） ｔｓ＝２．０［ｓｅｃ］（１０≦｜ＲＲ｜＜２５［℃／ｍｉｎ］）…（３） ｔｓ＝４．０［ｓｅｃ］（ ０≦｜ＲＲ｜＜１０［℃／ｍｉｎ］）…（４）

【００３１】式（１）より計算周期ｔｓは設定温度の変
化率ＲＲが５０℃／ｍｉｎ以上のときに最短計算周期Δ
ｔ＝０．５ｓｅｃをとる。そして、計算周期ｔｓは０．
５〜４ｓｅｃの間で設定温度変化率ＲＲの絶対値が大き
くなるに従い小さくなっている。

【００３２】なお、式（１）〜（４）の例では、計算周
期ｔｓは、最短計算周期を２の累乗倍した値をとってい
るが、最短計算周期Δｔの整数倍であれば差し支えな
い。

【００３３】（Ｂ）計算周期ｔｓが最短計算周期Δｔと
等しいか否かがデータ補間部１２２により判断される
（Ｓ１２）。

【００３４】この判断がＹｅｓであれば温度予測モデル
部１２４によってウエハの予測温度Ｔ'が算出され（Ｓ
１３）、一方Ｓ１２の判断がＮｏであれば温度予測の計
算に必要なデータの補間がデータ補間部１２２により行
われた後に（Ｓ１４）、温度予測モデル部１２４によっ
て予測温度Ｔ’が算出される（Ｓ１３）。

【００３５】ウエハの予測温度Ｔの算出にはＡ／Ｄ変換
部１１０のディジタル信号出力（ウエハ近傍温度Ｔｉｎ
（Ｔ１ｉｎ〜Ｔ５ｉｎ）、ヒータ近傍温度Ｔｏｕｔ（Ｔ
１ｏｕｔ〜Ｔ５ｏｕｔ）、ヒータの熱出力Ｐ（Ｐ１〜Ｐ
５））が利用される。Ａ／Ｄ変換部１１０では周期的に
アナログ信号入力をディジタル信号出力に変換し出力さ
れている。そして、このサンプリング間隔は、最短計算
周期Δｔと一致していることがこのＡ／Ｄ変換部１１０
をも含めた演算・制御要素の効率的な利用を図る上で好
ましい。

【００３６】 ここで、Ｓ１３の温度予測の詳細を説
明する。ここでは、ウエハ近傍温度Ｔｉｎ、ヒータ近傍
温度Ｔｏｕｔ、およびヒータ３の熱出力Ｐ（Ｐ１〜Ｐ
５）に基づき、ウエハ予測温度Ｔ’（ウエハ中央近傍の
中央予測温度Ｔｃ’（Ｔｃ１’〜Ｔｃ５’）およびウエ
ハ周縁近傍の周縁予測温度Ｔｅ’（Ｔｅ１’〜Ｔｅ
５’））、ウエハの近傍予測温度Ｔｉｎ’（Ｔｉｎ１’
〜Ｔｉｎ５’）を算出する。なお、添え字１〜５はそれ
ぞれゾーン１〜５に対応する。

【００３７】Ｓ１３の温度予測には、次の式（５）で表
されるパラーメータモデルを利用することができる。 ｙ（ｋ）＝−ａ１・ｙ（ｋ−１）−ａ２・ｙ（ｋ−２）−ａ３・ｙ（ｋ−３） −…−ａｉ・ｙ（ｋ−ｉ）…−ａ１６・ｙ（ｋ−１６） ＋ｂ１・ｕ（ｋ−１）＋ｂ２・ｕ（ｋ−２）＋ｂ３・ｕ（ｋ−３） ＋…＋ｂｉ・ｕ（ｋ−ｉ）…＋ｂ１６・ｕ（ｋ−１６） ＋ｗ（ｋ） …（５）

【００３８】ここで、 ｙ（ｋ）：１周期後（Δｔ［ｓｅｃ］後）の出力ベクト
ル ｙ（ｋ−１）：現在の出力ベクトル ｙ（ｋ−ｉ）：（ｉ−１）周期前（（ｉ−１）・Δｔ
［ｓｅｃ］前）の出力ベクトル ｕ（ｋ−１）：現在の入力ベクトル ｕ（ｋ−ｉ）：（ｉ−１）周期前（（ｉ−１）・Δｔ
［ｓｅｃ］前）の入力ベクトル ｗ（ｋ）：雑音ベクトル（白色雑音） である。

【００３９】また、ベクトルｕ（ｋ−ｉ），ｙ（ｋ−
ｉ），ｗ（ｋ）の具体的内容は以下の式（６）〜（８）
のように表される。 ｕ（ｋ−ｉ）＝（Ｐ１，Ｐ２，…，Ｐ５， Ｔ１ｏｕｔ，Ｔ２ｏｕｔ，…，Ｔ５ｏｕｔ， Ｔ１ｉｎ，Ｔ２ｉｎ，…，Ｔ５ｉｎ） …（６） ｙ（ｋ−ｉ）＝（Ｔ１ｃ’，Ｔ２ｃ’，…，Ｔ５ｃ’， Ｔ１ｅ’，Ｔ２ｅ’，…，Ｔ５ｅ’， Ｔ１ｉｎ’，Ｔ２ｉｎ’，…，Ｔ５ｉｎ’） …（７） ｗ（ｋ）＝（ｗ１（ｋ），ｗ２（ｋ），…，ｗ１５（ｋ）） …（８）

【００４０】式（５）は、１６次のパラメトリックモデ
ルであり、現在、過去の入力ベクトルｕ（ｋ−ｉ）、現
在、過去の出力ベクトルｙ（ｋ−ｉ）に基づき１周期後
の出力ベクトルｙ（ｋ）を算出する。

【００４１】算出された１周期後の出力ベクトルｙ
（ｋ）はその次の計算（このときｋには１が加算され
る）において出力ベクトルの現在値ｙ（ｋ−１）として
使用される。このようにして、入力ベクトルｕ（ｋ−
ｉ）が判れば１周期後の出力ベクトルｙ（ｋ）を逐次計
算することができる。

【００４２】即ち、ヒータの熱出力Ｐ（Ｐ１〜Ｐ５）、
ヒータ近傍温度Ｔｏｕｔ（Ｔ１ｏｕｔ〜Ｔ５ｏｕｔ）、
ウエハ近傍温度Ｔｉｎ（Ｔ１ｉｎ〜Ｔ５ｉｎ）の実測値
に基づき、ウエハの中央予測温度Ｔｃ（Ｔ１ｃ’〜Ｔ５
ｃ’）、ウエハの周縁予測温度Ｔｅ’（Ｔ１ｅ’〜Ｔ５
ｅ’）、ウエハ近傍の予測温度Ｔｉｎ’（Ｔ１ｉｎ’〜
Ｔ５ｉｎ’）を算出することができる。

【００４３】なお、ウエハ近傍予測温度Ｔｉｎ’の算出
は後のＳ１６における誤差予測のために行っているので
あり、誤差予測を行う必要がなければ出力ベクトルｙ
（ｋ−ｉ）は次の式（９）のようにウエハ近傍予測温度
Ｔｉｎ’を含まなくても差し支えない。 ｙ（ｋ−ｉ）＝（Ｔ１ｃ’，Ｔ２ｃ’，…，Ｔ５ｃ’， Ｔ１ｅ’，Ｔ２ｅ’，…，Ｔ５ｅ’） …（９）

【００４４】また、ここでは１つのモデルでウエハ予測
温度Ｔ’とウエハ近傍予測温度Ｔｉｎ’の双方を算出し
ているが、この両者を別個のモデルを用いて算出するこ
とも可能である。例えば、ウエハ予測温度Ｔ’の算出に
は以下の式（１０）〜（１３）を、ウエハ近傍予測温度
Ｔｉｎ’の算出には式（１４）〜（１７）をそれぞれ用
いたモデルとすることができる。 ｙ１（ｋ）＝−ａ１１・ｙ１（ｋ−１）−ａ１２・ｙ１（ｋ−２） −…−ａ１ｉ・ｙ１（ｋ−ｉ）…−ａ１１６・ｙ１（ｋ−１６） ＋ｂ１１・ｕ１（ｋ−１）＋ｂ１２・ｕ１（ｋ−２） ＋…＋ｂ１ｉ・ｕ（ｋ−ｉ）…＋ｂ１１６・ｕ１（ｋ−１６） ＋ｗ１（ｋ） …（１０） ｕ１（ｋ−ｉ）＝（Ｐ１，…，Ｐ５， Ｔ１ｏｕｔ，…，Ｔ５ｏｕｔ， Ｔ１ｉｎ，…，Ｔ５ｉｎ） …（１１） ｙ１（ｋ−ｉ）＝（Ｔ１ｃ’，，…，Ｔ５ｃ’， Ｔ１ｅ’，…，Ｔ５ｅ’） …（１２） ｗ１（ｋ）＝（ｗ１１（ｋ），…，ｗ１１６（ｋ）） …（１３）

【００４５】 ｙ２（ｋ）＝−ａ２１・ｙ２（ｋ−１）−ａ２２・ｙ２（ｋ−２） −…−ａ２ｉ・ｙ２（ｋ−ｉ）…−ａ２１６・ｙ２（ｋ−１６） ＋ｂ２１・ｕ２（ｋ−１）＋ｂ２２・ｕ２（ｋ−２） ＋…＋ｂ２ｉ・ｕ２（ｋ−ｉ）…＋ｂ２１６・ｕ２（ｋ−１６） ＋ｗ２（ｋ） …（１４） ｕ２（ｋ−ｉ）＝（Ｐ１，…，Ｐ５， Ｔ１ｏｕｔ，…，Ｔ５ｏｕｔ） …（１５） ｙ２（ｋ−ｉ）＝（Ｔ１ｉｎ’，…，Ｔ５ｉｎ’） …（１６） ｗ２（ｋ）＝（ｗ２１（ｋ），…，ｗ２１６（ｋ）） …（１７）

【００４６】式（５）等のパラメータａ１〜ａ１６、ｂ
１〜ｂ１６、雑音ベクトルｗ（ｋ）等は、出力ベクトル
ｙ（ｋ）の計算に際し事前に決定される。

【００４７】パラメータａ１〜ａ１６、ｂ１〜ｂ１６、
雑音ベクトルｗ（ｋ）の決定には、部分空間法や自己回
帰モデル（Ａｕｔｏ−Ｒｅｇｒｅｓｓｉｖｅ Ｅｘｏｇ
ｅｎｅｏｕｓ Ｍｏｄｅｌ、以下「ＡＲＸモデル」とい
う）を用いることができる。

【００４８】具体的には、温度センサＳ１ｉｎ〜Ｓ５ｉ
ｎ、Ｓ１ｏｕｔ〜Ｓ５ｏｕｔの測定信号及びモニタウエ
ハＷ１〜Ｗ５の実測温度（モニタウエハに熱電対等の温
度センサを設置する）のデータを例えばソフトウェアＭ
ａｔｌａｂ（製造：ＴｈｅＭａｔｈＷｏｒｋｓ． Ｉｎ
ｃ．、販売：サイバネットシステム株式会社）に入力す
ることで、パラメータａ１〜ａ１６、ｂ１〜ｂ１６、雑
音ベクトルｗ（ｋ）を逆算できる。

【００４９】求められたパラメータａ１〜ａ１６、ｂ１
〜ｂ１６、雑音ベクトルｗ（ｋ）の組合せは、複数存在
するのが通例である。この組合せから、式（５）から算
出された推定温度Ｔ１´〜Ｔ５´とモニタウエハの実測
温度との一致が良好なものを選択する（モデルの評
価）。

【００５０】なお、このときのモデルの次数は通常高次
であるため、適宜低次元化して例えば１６次のモデルと
する。

【００５１】 次にデータの補間工程（Ｓ１４）につ
き説明する。計算周期ｔｓが最短計算周期Δｔと等しい
場合には、式（５）に過去に算出した出力ベクトルｙ
（ｋ−ｉ）の値をそのまま代入すればよいが、計算周期
ｔｓが最短計算周期Δｔと異なる（大きい）場合には式
（５）等への代入に際してデータが不足する。このた
め、データの補間が必要になる。

【００５２】ここで、計算周期ｔｓが最短計算周期Δｔ
のｎ倍であるとする（ｔｓ＝ｎ・Δｔ）。このとき式
（５）による算出された出力ベクトルｙ（ｋ）の算出は
ｎ個おきに行われる。即ち、式（５）においてｋ＝ｎ・
ｍのときにのみ計算が行われる（ｍ：整数）。

【００５３】例えばｎ＝４のときには、ｋは次の式（１
８）のようになり、例えばｋ＝１〜３、５〜７のときの
出力ベクトルのデータを補間する必要がある。 ｋ＝０，４，８、１２，１６，… …（１８）

【００５４】式（５）において、ｋ＝ｎ・ｍとしたと
き、前回算出された出力ベクトルｙ（ｋ）はｋ＝ｎ・
（ｍ−１）であり、そのまた前回算出された出力ベクト
ルｙ（ｋ）はｋ＝ｎ・（ｍ−２）となる。このとき以下
のように補間を行う。

【００５５】（１） ｋ＝ｎ・ｍとｋ＝ｎ・（ｍ−１）
間のデータ補間 まず、ｋ＝ｎ・ｍとｋ＝ｎ・（ｍ−１）間の出力ベクト
ルの補間方法につき考える。このとき、ｋ＝（ｎ・ｍ−
１）、（ｎ・ｍ−２）、…、（ｎ・（ｍ−１）＋１）に
ついて出力ベクトルｙ（ｋ）を求める必要がある。この
値として以下の式（１９）のように全て前回の出力ベク
トルｙ（ｎ・（ｍ−１））の値を用いることができる。 ｙ（ｎ・ｍ−１）＝ｙ（ｎ・（ｍ−１）） ｙ（ｎ・ｍ−２）＝ｙ（ｎ・（ｍ−１）） …………………………………………………………… ｙ（ｎ・（ｍ−１）＋１）＝ｙ（ｎ・（ｍ−１）） …（１９）

【００５６】（２） ｋ＝ｎ・（ｍ−１）とｋ＝ｎ・
（ｍ−２）間のデータ補間 ｋ＝ｎ・（ｍ−１）とｋ＝ｎ・（ｍ−２）間の出力ベク
トルは、前回算出した出力ベクトルｙ（ｎ・（ｍ−
１））と前前回算出した出力ベクトルｙ（ｎ・（ｍ−
２））の内挿値を用いることができる。例えば、以下の
式（２０）のように、前回の出力ベクトルｙ（ｎ・（ｍ
−１））と前前回の出力ベクトルｙ（ｎ・（ｍ−２））
の直線近似を用いて内挿することができる。 ｙ（ｎ・（ｍ−１）−１） ＝［１・ｙ（ｎ・（ｍ−２））＋（ｎ−１）・ｙ（ｎ・（ｍ−１））］／ｎ ………………………………………………………………………………………… ｙ（ｎ・（ｍ−１）−ｉ） ＝［ｉ・ｙ（ｎ・（ｍ−２））＋（ｎ−ｉ）・ｙ（ｎ・（ｍ−１））］／ｎ ………………………………………………………………………………………… ｙ（ｎ・（ｍ−２）＋１） ＝［（ｎ−１）・ｙ（ｎ・（ｍ−２））＋１・ｙ（ｎ・（ｍ−１））］／ｎ …（２０）

【００５７】内挿法としては、式（２０）の直線近似以
外にも、放物線近似等種々の内挿法を用いることができ
る。

【００５８】また、ｋ＝ｎ・ｍとｋ＝ｎ・（ｍ−１）間
のデータ補間も式（１９）（前回の出力ベクトルｙ
（ｋ）の計算値そのままを用いる）以外の方法を用いる
ことができる。例えば、前回と前々回の出力ベクトルの
値に基づき外挿を行っても差し支えない。

【００５９】次の式（２１）に、前回と前々回の出力ベ
クトルの値を基に直線的に外挿を行った例を示す。 ｙ（ｎ・ｍ−１） ＝［（２ｎ−１）・ｙ（ｎ・（ｍ−１）） −（ｎ−１）・ｙ（ｎ・（ｍ−２））］／ｎ ………………………………………………………………………………………… ｙ（ｎ・（ｍ−１）＋ｉ） ＝［（ｎ＋ｉ）・ｙ（ｎ・（ｍ−１））−ｉ・ｙ（ｎ・（ｍ−２））］／ｎ ………………………………………………………………………………………… ｙ（ｎ・（ｍ−１）＋１） ＝［（ｎ＋１）・ｙ（ｎ・（ｍ−１））−１・ｙ（ｎ・（ｍ−２））］／ｎ …（２１）

【００６０】（３） ｋ＝ｎ・（ｍ−２）以前のデータ
補間 ｋ＝ｎ・（ｍ−２）以前の出力ベクトルｙ（ｋ−ｉ）の
値は、前回の出力ベクトルｙ（ｋ）の算出に用いた出力
ベクトルｙ（ｋ−ｉ）の値をそのまま用いれば良い。こ
のようにして、式（２０）、（２１）を用いてデータの
補間を行い、温度予測を行うことができる。

【００６１】以上において、計算周期が短いものから長
いものへ切り替えたときは、切替の初期において計算周
期の短いときに計算した出力ベクトルｙ（ｋ−ｉ）を式
（５）の計算に用いることができる。要するに、適切な
出力ベクトルｙ（ｋ−ｉ）の値が既にあればその値を用
い、適当な値がなければ内挿、外挿等により補間を行
い、現在あるいは過去の出力ベクトルを求める。

【００６２】（Ｃ）計算周期が最短計算周期と等しいか
否かが判断され（Ｓ１５）、この判断がＹｅｓであれば
ウエハの予測誤差ΔＴが算出され（Ｓ１６）、一方Ｓ１
５の判断がＮｏであれば温度予測の計算必要なデータの
補間が行われた後に（Ｓ１７）予測誤差ΔＴが算出され
る（Ｓ１６）。

【００６３】Ｓ１５の誤差予測の詳細を説明する。誤差
予測は、ウエハの予測温度Ｔ’（Ｔｃ’、Ｔｅ’）の値
と実測温度Ｔ（Ｔｃ、Ｔｅ）との差を予測するものであ
る。即ち、理想的には予測誤差ΔＴ（ウエハ中央近傍の
中央予測誤差ΔＴｃおよびウエハ周縁近傍の周縁予測誤
差ΔＴｅ）は以下の式（２２）で表される。 ΔＴ＝Ｔ−Ｔ’ …（２２）

【００６４】実際には、ウエハの実測温度Ｔの測定を行
わないことから、ウエハの予測誤差ΔＴは他のパラメー
タとの関係を基に予測しなければならない。このパラメ
ータとしてウエハ近傍の予測温度Ｔｉｎ’とウエハ近傍
の実測温度の差をとった近傍予測誤差ΔＴｉｎを用いる
ことができる。ここで、近傍予測誤差ΔＴｉｎは次の式
（２３）により算出できる。 ΔＴｉｎ＝Ｔｉｎ−Ｔｉｎ’ …（２３）

【００６５】ウエハの自体の温度とその近傍の温度とは
密接な関係があると予想され、経験的にも予測誤差ΔＴ
は近傍予測誤差ΔＴｉｎと関連をもった値になってい
る。この結果、モデルを作成することで近傍予測誤差Δ
Ｔｉｎからウエハの予測誤差ΔＴを算出することが可能
になる。その他、設定温度の変化率ＲＲもウエハの予測
誤差ΔＴと密接な関係があるのでこれも考慮に入れる。

【００６６】結局、近傍予測誤差ΔＴｉｎ、および設定
温度の変化率ＲＲに基づき、ウエハの予測誤差ΔＴを算
出する。

【００６７】Ｓ１６の予測誤差の算出には、式（５）と
ほぼ同様の次の式（２４）で表されるパラーメータモデ
ルを利用することができる。 ｙ（ｋ）＝−ａ１・ｙ（ｋ−１）−ａ２・ｙ（ｋ−２）−ａ３・ｙ（ｋ−３） −…−ａｉ・ｙ（ｋ−ｉ）…−ａ１６・ｙ（ｋ−１６） ＋ｂ１・ｕ（ｋ−１）＋ｂ２・ｕ（ｋ−２）＋ｂ３・ｕ（ｋ−３） ＋…＋ｂｉ・ｕ（ｋ−ｉ）…＋ｂ１６・ｕ（ｋ−１６） ＋Δｗ（ｋ） …（２４）

【００６８】ここで、 ｙ（ｋ）：１周期後（Δｔ［ｓｅｃ］後）の出力ベクト
ル ｙ（ｋ−１）：現在の出力ベクトル ｙ（ｋ−ｉ）：（ｉ−１）周期（（ｉ−１）・Δｔ［ｓ
ｅｃ］前の出力ベクトル ｕ（ｋ−１）：現在の入力ベクトル ｕ（ｋ−ｉ）：（ｉ−１）周期（（ｉ−１）・Δｔ［ｓ
ｅｃ］前の入力ベクトル ｗ（ｋ）：雑音ベクトル（白色雑音） であることは式（５）とほぼ同様である。

【００６９】しかしながら、ベクトルｕ（ｋ−ｉ），ｙ
（ｋ−ｉ），ｗ（ｋ）の具体的内容は以下の式（２５）
〜（２７）のように表され、式（５）の場合とは異なっ
ている。 ｕ（ｋ−ｉ）＝（ΔＴ１ｉｎ，ΔＴ２ｉｎ，…，ΔＴ５ｉｎ，ＲＲ） …（２５） ｙ（ｋ−ｉ）＝（ΔＴ１ｃ，ΔＴ２ｃ，…，ΔＴ５ｃ， ΔＴ１ｅ，ΔＴ２ｅ，…，ΔＴ５ｅ） …（２６） Δｗ（ｋ）＝（Δｗ１（ｋ），…，Δｗ１５（ｋ）） …（２７）

【００７０】式（２４）は、式（５）同様に１６次のパ
ラメトリックモデルであり、入力ベクトルが判れば１周
期後の出力ベクトルｙ（ｋ）を逐次計算することができ
る。このときパラメータａ０〜ａ１５、ｂ０〜ｂ１５、
雑音ベクトルΔｗ（ｋ）の決定には、式（５）と同様に
部分空間法やＡＲＸモデルを用いることができる。

【００７１】また、データの補間工程（Ｓ１７）もＳ１
４の場合とほぼ同様にして内挿法、および外挿法を用い
て行える。従い、重複した説明を省くため、その詳細は
省略する。

【００７２】（Ｄ）Ｓ１３による温度予測結果とＳ１６
による誤差予測結果に基づき温度補正を行う（Ｓ１
８）。

【００７３】これは、以下の式（２８）、（２９）のよ
うにウエハの予測温度Ｔ’と予測誤差ΔＴを補正部とし
ての加算部１４０により加算することで補正予測温度
Ｔ’’を算出できる。 Ｔｉｃ’’＝Ｔｉｃ’＋ΔＴｉｃ （ｉ＝１〜５） …（２８） Ｔｉｅ’’＝Ｔｉｅ’＋ΔＴｉｅ （ｉ＝１〜５） …（２９） この結果、ウエハの温度がより正確に予測することが可
能になる。

【００７４】（Ｅ）補正予測温度Ｔ’’を基に加熱部を
制御する（Ｓ１９）。これは加熱制御部１６０により補
正予測温度Ｔ’’と設定温度Ｔｓｐを比較し、ヒータ３
１〜３５の適切な熱出力Ｐ１’〜Ｐ５’を決定すること
で行われる。

【００７５】例えば、補正予測温度Ｔ’’と設定温度Ｔ
ｓｐとの差に応じてヒータ３１〜３５の出力を決定する
ことができる。この制御も計算周期決定部１７０によっ
て決定された計算周期ｔｓに従って行われる。

【００７６】（その他の実施形態）以上の発明の実施形
態は、本発明の技術的思想の範囲内で、拡張、変更が可
能である。熱処理装置は、計算周期決定部と温度予測部
の双方を備えなければならないものではなく、そのどち
らか一方のみを備えても差し支えない。例えば、計算周
期決定部はウエハ温度の実測を行う場合にも用いること
ができる。このとき計算周期決定部によって決定された
計算周期に基づき、温度制御が効率的に行われる。

【００７７】モデルは必ずしも式（５）のようなパラメ
ータモデルである必要はなく、適宜他のモデルを用いる
ことができる。またモデルの次数は１６に限られず８あ
るいは２０等としても良い。

【００７８】ヒータは、区分されていなくても良いし、
また区分の数も５には限られない。熱処理装置は、縦型
熱処理炉、あるいはバッチ炉に限らず、１枚ずつ熱処理
を行う枚葉式の熱処理装置であってもよい。

【００７９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
精度良く被処理体の温度を予測することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る熱処理装置の構成を示す一部断
面図である。

【図２】 本発明に係る熱処理装置の構成を示す斜視図
である。

【図３】 本発明に係る熱処理装置のコントローラの構
成を示すブロック図である。

【図４】 コントローラによる制御手順を表すフロー図
である。

【図５】 温度レシピの１例を表した表である。

【図６】 図５と同一の温度レシピを表現形式を変えて
表したグラフである。

【符号の説明】

２ 反応管 ２ａ 内管 ２ｂ 外管 ２１ マニホールド ２２ フェ一スプレート ２３ ウエハボート ２４ 蓋体 ２４ 前記蓋体 ２６ ボートエレベータ ２７ 排気管 ２８ 圧力調整部 ３、３１〜３５ ヒータ ４１〜４５ 電力コントローラ ５１、５２ ガス供給管 ６１、６２ 流量調整部 １００ コントローラ １１０ Ａ／Ｄ変換部 １２０ 温度予測部 １２２ 第１のデータ補間部 １２４ 温度予測モデル部 １３０ 誤差予測部 １３２ 第２のデータ補間部 １３４ 誤差予測モデル部 １４０ 加算部 １５０ 温度レシピ保存部 １６０ 加熱制御部 １７０ 計算周期決定部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 21/22 ５１１ Ｈ０１Ｌ 21/22 ５１１Ａ (72)発明者 朴 永哲 神奈川県津久井郡城山町町屋１丁目２番 41号 東京エレクトロン東北株式会社 相模事業所内 (72)発明者 鈴木 富士雄 神奈川県津久井郡城山町町屋１丁目２番 41号 東京エレクトロン東北株式会社 相模事業所内 (56)参考文献 特開 平９−7963（ＪＰ，Ａ) 特開2000−77345（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−335340（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/205 H01L 21/31 H01L 21/365 H01L 21/469 H01L 21/86

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被処理体を加熱するための加熱部と、 前記被処理体と非接触の状態で設置された温度測定部
   と、 前記温度測定部による温度測定結果に基づき、前記被処
   理体の予測温度を算出する温度予測部と、 前記温度予測部によって算出された予測温度の予測誤差
   を算出する誤差予測部と、 前記誤差予測部によって算出された予測誤差に基づき、
   前記温度予測部によって算出された予測温度を補正した
   補正予測温度を算出する温度補正部と、 前記温度補正部によって算出された補正予測温度と設定
   温度と時間の関係を記述する温度レシピとに基づき、前
   記加熱部を制御する加熱制御部とを具備したことを特徴
   とする熱処理装置。
2. 【請求項２】 前記温度予測部による予測温度の算出お
   よび前記誤差予測部による予測誤差の算出を周期的に行
   うための計算周期を決定する計算周期決定部をさらに具
   備したことを特徴とする請求項１記載の熱処理装置。
3. 【請求項３】 前記計算周期決定部が、前記設定温度の
   変化率の絶対値の大きさに応じて、前記計算周期を決定
   することを特徴とする請求項２記載の熱処理装置。
4. 【請求項４】 前記計算周期決定部によって決定される
   計算周期が、所定の最小計算周期の整数倍であることを
   特徴とする請求項２記載の熱処理装置。
5. 【請求項５】 前記温度測定部が、前記加熱部近傍の温
   度を測定する加熱部近傍温度測定部と、前記被処理体近
   傍の温度を測定する被処理体近傍温度測定部とを具備
   し、 前記温度予測部が、前記加熱部の熱出力と前記加熱部近
   傍温度測定部によって測定された加熱部近傍温度と前記
   被処理体近傍温度測定部によって測定された被処理体近
   傍温度とに基づき、前記被処理体の予測温度を算出する
   ことを特徴とする請求項１記載の熱処理装置。
6. 【請求項６】 前記温度予測部が、前記加熱部の熱出力
   と前記加熱部近傍温度測定部によって測定された加熱部
   近傍温度とに基づき前記被処理体近傍の予測温度を算出
   し、 前記誤差予測部が、前記被処理体近傍温度測定部によっ
   て測定された被処理体近傍温度と前記温度予測部によっ
   て算出された被処理体近傍予測温度と前記設定温度の温
   度変化率とに基づき前記予測誤差を算出することを特徴
   とする請求項１記載の熱処理装置。
7. 【請求項７】 前記温度予測部が、前記計算周期決定部
   によって決定された計算周期が前記最短計算周期と異な
   るときに、前記予測温度を算出するためのデータの補間
   を行うデータ補間部を具備することを特徴とする請求項
   ４記載の熱処理装置。
8. 【請求項８】 前記誤差予測部が、前記計算周期決定部
   によって決定された計算周期が前記最短計算周期と異な
   るときに前記予測誤差を算出するためのデータの補間を
   行うデータ補間部を具備することを特徴とする請求項４
   記載の熱処理装置。
9. 【請求項９】 被処理体を加熱するための加熱部と、前
   記被処理体と非接触の状態で設置された温度測定部とを
   具備する熱処理装置を制御するための制御装置であっ
   て、 前記温度測定部の測定結果に基づき前記被処理体の予測
   温度を算出する温度予測部と、 前記温度予測部によって算出された前記予測温度の予測
   誤差を算出する誤差予測部と、 前記誤差予測部によって算出された予測誤差に基づき、
   前記温度予測部によって算出された予測温度を補正した
   補正予測温度を算出する温度補正部と、 前記温度補正部によって算出された補正予測温度に基づ
   き前記加熱部を制御する加熱制御部とを具備したことを
   特徴とする熱処理装置用制御装置。
10. 【請求項１０】 被処理体を加熱するための加熱部を具
    備する熱処理装置を制御するための制御装置であって、 設定温度と時間の関係を記述する温度レシピに従って、
    前記加熱部を制御する加熱制御部と、 前記加熱制御部による前記加熱部の制御を周期的に行う
    ための制御周期を前記設定温度の変化率に基づいて決定
    する制御周期決定部とを具備したことを特徴とする熱処
    理装置用制御装置。