JP3810726B2 - 基板加熱制御システム及び基板加熱制御方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマＣＤＶ装置における基板加熱プロセスを管理する基板加熱制御システム及び基板加熱制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プラズマＣＶＤは、多くの薄膜作成方法の中でも最も自由度が高く、無機物や有機物、複合物質等に至るまで、様々な物質の製膜に応用可能である。プラズマＣＶＤにおいて制御可能なパラメータは、ガス組成、ガス流量、圧力、プラズマ出力、基板温度、基板バイアス等が存在し、膜堆積に関する物理現象や化学現象をこれらのパラメータによって独立に制御することが可能である。
従来、プラズマＣＶＤ装置における基板温度制御方法として、図5に示す温度制御系が存在する。基板ヒータカバーにおけるＴＨＣ（ヒータカバー温度）の設定値と実際のＴＨＣを比較してＰＩＤ演算を行う。ことで、サイリスタが基板を加熱するヒータ本体へ出力する電力の最適値を算出し、この値に基づいてヒータ本体の温度制御を行う。また、温度モニタによってヒータ本体の温度を監視し、温度上限に関する条件リミットを設定しておくことでヒータ本体の暴走を防止することができる。
【０００３】
しかし、上述の温度制御方法ではヒータ温度制御を行う系と、ヒータ温度の上限監視を行う系がそれぞれ独立して動作するため、温度管理効率が悪いという問題点がある。この問題点を解決するとともに、基板表面の温度管理を行う制御方法として、次に述べる方法が有効であることが知られている。すなわち、半導体加熱ステージである基板支持用電極の上方に半導体基板を載せて移動する移載部を設け、この移載部上に半導体基板を置く。移載部には加熱ヒータ及び熱電対が設けられており、熱電対によって測定された移載部上の半導体基板温度を温度コントローラに出力する。温度コントローラは、この温度情報に基づいて加熱ヒータの温度を制御する（特許文献１を参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平０７−１７６８３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、プラズマＣＶＤ装置における基板加熱制御システムが大型化するに伴って、基板ヒータ本体の応答速度の低下が発生すると、温度整定にかかる時間が長時間化し、従来のような温度制御方法ではより大きな温度管理効率の低下を招くといった問題点がある。具体的には、大型の基板加熱制御システムにおける起動所要時間は１０数時間に昇る場合がある。このため、プラズマＣＶＤ装置における基板加熱制御システムにおいては、温度管理における時間効率を従来以上に向上させることが望まれている。
【０００６】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、温度管理における時間効率を向上させることができる基板加熱制御システム及び基板加熱制御方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明は上記の課題を解決すべくなされたもので、請求項１に記載の発明は、基板を加熱するヒータと、該ヒータを覆うヒータカバーと、前記ヒータの温度を測定し、出力するヒータ温度測定部と、前記ヒータカバーの温度を測定し、出力するヒータカバー温度測定部と、前記ヒータカバーの設定温度を入力する入力部と、前記ヒータカバーの温度設定値と、前記ヒータカバーの温度測定値とを受けて、該設定値と該測定値との差分変化を算出し、該差分変化に対するＰＩまたはＰＩＤ演算を行い、第１の指令値を出力する第１のＰＩＤ制御部と、予め設定された複数の温度管理モードを記憶する記憶部と、前記ヒータカバーの温度測定値に基づいて、前記温度管理モードを記憶部より読み出し、前記温度管理モードを切り替えるモード切替部と、前記温度管理モードで制御を行い、第２の指令値を出力する制御部と、前記制御部で算出された前記第２のヒータ温度指令値が予め設定された上限値を超えると当該第２の指令値を前記上限値に設定し、前記第２の指令値が予め設定された下限値を下回ると当該第２の指令値を前記下限値に設定する上下限リミッタと、前記ヒータの温度測定値と、前記第１の指令値または第２の指令値とを受けて、該測定値と該指令値との差分変化を算出し、該差分変化に対するＰＩまたはＰＩＤ演算を行い、第３の指令値を出力する第２のＰＩＤ制御部と、前記第３の指令値に基づいて、該ヒータへの電力制御を行うサイリスタと、を具備することを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記温度管理モードは、前記ヒータカバーの温度が予め設定された第１の閾値より低い場合、前記第１の指令値を無視し、昇温の初期段階で前記ヒータカバーに多めの熱量を投入して昇温時間を短縮するべく予め設定された昇温パターンに基づいて前記第２の指令値を決定する起動モードと、前記ヒータカバーの温度が予め設定された第２の閾値以上の場合、前記第１の指令値を前記第２の指令値とする待機モードまたは生産モードとからなることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記温度管理モードは、ヒータの電源投入時に、前記ヒータカバーの温度が予め設定された第１の閾値より高い場合、予め設定された昇温パターンに基づいて前記第２の指令値を決定する再起動モードを
さらに有することを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記生産モードは、前記ヒータが設置される真空容器の真空度が予め決められた閾値より低い場合、前記第１のＰＩＤ制御部における制御パラメータのゲインを増加させ、該真空度が該閾値より高い場合、前記第１のＰＩＤ制御部における制御パラメータのゲインを減少させることを特徴とする。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記生産モードは、前記ヒータが設置される真空容器の真空度が予め決められた閾値より低い場合、前記第１のＰＩＤ制御部における制御パラメータのゲインを増加させ、該真空度が該閾値より高い場合、前記第１のＰＩＤ制御部における制御パラメータのゲインを減少させることを特徴とする。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、基板を加熱するヒータを覆うヒータカバーの設定温度を入力する過程と、前記ヒータカバーの温度を測定する過程と、前記ヒータカバーの温度設定値と前記ヒータカバーの温度測定値とに基づいて、該設定値と該測定値との差分変化を算出し、該差分変化に対するＰＩまたはＰＩＤ演算を行い、第１の指令値を出力する過程と、前記ヒータカバーの温度測定値に基づいて、予め設定された複数の温度管理モードを記憶する記憶部より該温度管理モードを読み出し、前記温度管理モードを切り替える過程と、前記温度管理モードで制御を行い、第２の指令値を出力する過程と、前記制御部で算出された前記第２のヒータ温度指令値が予め設定された上限値を超えると当該第２の指令値を前記上限値に設定し、前記第２の指令値が予め設定された下限値を下回ると当該第２の指令値を前記下限値に設定する過程と、前記ヒータの温度を測定する過程と、前記ヒータの温度測定値と、前記第１の指令値または第２の指令値とに基づいて、該測定値と該指令値との差分変化を算出し、該差分変化に対するＰＩまたはＰＩＤ演算を行い、第３の指令値を出力する過程と、前記第３の指令値に基づいて、前記ヒータへの電力制御を行う過程とを有することを特徴とする。
【００１５】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、前記温度管理モードは、前記ヒータカバーの温度が予め設定された第１の閾値より低い場合、予め設定された昇温パターンに基づいて前記第２の指令値を決定する起動モードと、前記ヒータカバーの温度が予め設定された第２の閾値以上の場合、前記第１の指令値を前記第２の指令値とする待機モードまたは生産モードとからなることを特徴とする。
【００１６】
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の発明において、前記温度管理モードは、ヒータの電源投入時に、前記ヒータカバーの温度が予め設定された第１の閾値より高い場合、前記第１の指令値を無視し、昇温の初期段階で前記ヒータカバーに多めの熱量を投入して昇温時間を短縮するべく予め設定された昇温パターンに基づいて前記第２の指令値を決定する再起動モードをさらに有することを特徴とする。
【００１７】
請求項９に記載の発明は、請求項７に記載の発明において、前記生産モードは、前記ヒータが設置される真空容器中に、前記基板が存在する場合、前記第１のＰＩＤ制御部における制御パラメータのゲインを増加させ、前記基板が存在しない場合、前記第１のＰＩＤ制御部における制御パラメータのゲインを減少させることを特徴とする。
【００１８】
請求項１０に記載の発明は、請求項７に記載の発明において、前記生産モードは、前記ヒータが設置される真空容器の真空度が予め決められた閾値より低い場合、前記第１のＰＩＤ制御部における制御パラメータのゲインを増加させ、該真空度が該閾値より高い場合、前記第１のＰＩＤ制御部における制御パラメータのゲインを減少させることを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の基板加熱制御システムの一実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態における基板加熱制御システムの上位制御系の構成を示す構成図であり、図２は、その下位制御系の構成を示す構成図である。本実施形態における基板加熱制御システムは、ヒータ１と、ヒータカバー２と、ヒータ温度測定部３と、ヒータカバー温度測定部４と、入力部５と、ＰＩＤ制御部６と、記憶部７（図示せず）と、モード切替部８と、制御部９と、ＰＩＤ制御部１０と、サイリスタ１１と、リミッタ１２と、パワー調整トリマ１３とからなる。
【００２０】
ヒータ１は、プラズマＣＶＤ装置内のチャンバー内に設けられており、サイリスタ１１の電力制御によって基板を加熱する。ヒータカバー２は、ヒータ１を覆う形で設けられたカバーであり、ヒータカバー温度測定部４が内蔵または外装されている。ヒータ温度測定部３は、ヒータカバー温度測定部４と同様にヒータ１に内蔵または外装されたヒータ１の温度測定を行う熱電対等の温度測定器であって、ＰＩＤ制御部１０と電気的に接続されている。ヒータカバー温度測定部４は、
ヒータ温度測定部３と同様にヒータカバー２の温度測定を行う熱電対等の温度測定器であって、ＰＩＤ制御部６と電気的に接続されている。入力部５は、基板加熱制御システムの管理者等がヒータカバーの設定温度を入力する入力装置である。
【００２１】
ＰＩＤ制御部６は、ヒータカバーの温度設定値と、ヒータカバーの温度測定値との差分変化に基づくＰＩＤ演算を行う。ＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）による制御回路である。記憶部７は、上述のＰＬＣに組み込まれたＲＯＭ、ＲＡＭ等の半導体メモリであり、複数の温度管理モードを記憶している。ここで、温度管理モードとは、プラズマＣＶＤ装置における基板加熱制御に関する一連の過程における、様々な状況に対応させたヒータカバーの温度設定値パターンであって、起動モード、待機モード、生産モード及び再起動モード等からなる。
【００２２】
起動モードとは、図３及び図４に示す起動昇温プログラムによって制御される、ヒータ起動時の昇温モードであり、具体的には上述のＰＩＤ制御部６の出力する指令値を用いずに、図４に示すヒータ１の温度設定値パターンによって制御される。昇温パターンは、基板ヒータ目標温度に対してオーバーシュートをしないこと及び起動昇温時間が極力短くなることを考慮して実際の基板加熱制御システムの加熱試験結果によって例えば図４のように定められる。
待機モードとは、起動モード終了後に移行する温度整定モードであり、真空容器を長時間高真空状態で保持させるために、上述のＰＩＤ制御部６の出力する指令値によってＰＩ制御を行う。
生産モードとは、真空容器にて製膜プロセスを実施する際の温度管理モードであって、真空容器中に基板が存在するか否か、或いは真空容器の真空度が予め決められた閾値より高いか低いかを判定することにより、ＰＩＤ制御部６における制御パラメータを変化させる。すなわち、真空容器中に、基板が存在する場合、ＰＩＤ制御部６における制御パラメータのゲインを増加させ、基板が存在しない場合、制御パラメータのゲインを減少させる。また、真空容器の真空度が予め決められた閾値より低い場合、ＰＩＤ制御部６における制御パラメータのゲインを増加させ、真空度が閾値より高い場合、制御パラメータのゲインを減少させる。
【００２３】
モード切替部８は、上述のヒータカバー２の温度測定値に基づいて、温度管理モードを記憶部７より読み出し、温度管理モードを切り替える制御器であって、ＰＩＤ制御部６と同様、ＰＬＣ上の制御回路である。
制御部９は、ＰＩＤ制御部６等と同様に、ＰＬＣ上の制御回路であって、モード切替部8の出力する温度管理モードに基づいて、ヒータ温度を設定し、これを指令値として出力する。
加算器１４は、同様にＰＬＣ上の制御回路でであって、ＰＩＤ制御部６の出力がＯＦＦの時は制御部９の出力する指令値を、制御部６の出力がＯＦＦの時は制御部９の出力する指令値をリミッタ１２に出力する。
リミッタ１２は、制御部９の指令値が、予め設定された上限値を超えた場合これを上限値に修正し、同様に設定された下限値を超えた場合これを下限値に修正する。この上限値及び下限値はヒータ１の設定可能レンジ等によって定めることができる。
ＰＩＤ制御部１０は、ＰＩＤ制御部６等と同様に、ヒータ１の温度設定値と、ヒータ１の温度測定値との差分変化に基づくＰＩＤ演算を行う。ＰＬＣ上の制御回路である。
サイリスタ１１は、ＰＩＤ制御部１０の指令値に基づいてヒータ１への電力制御を行うパワー半導体デバイスである。
パワー調整トリマ１３は、サイリスタ１１のパワー調整を行う可変抵抗器である。
【００２４】
以下、本実施形態の基板加熱制御システムの動作について図面を参照して説明する。図３は、ヒータ１の電源投入から起動までの流れを示すフローチャートである。また、図４はヒータ1の設定温度と、ヒータカバー２の測定温度の時系列的関係を示す温度グラフである。
【００２５】
基板加熱制御システムの管理者等がヒータカバー２の設定温度を入力部５より入力し、ヒータ１の電源を投入すると（図３のステップ１）、ヒータカバー温度測定部４がヒータカバー２の温度の測定値をＰＩＤ制御部６に出力する。このとき、図３、４に示すようにヒータカバー２の温度が２０℃であって所定の閾値よりも低い（ステップＳ２でＹｅｓ）ことから、モード切替部８は記憶部７より上述の起動モードに対応する起動昇温プログラムを読み出してこれをセットする（ステップＳ３）。ここで、ヒータカバーの温度の閾値は、実際の基板加熱制御システムの加熱試験結果によって定められる数値α（後述する）によって決定する。例えば、閾値はヒータカバー設定温度とαの差で表される。
【００２６】
起動昇温プログラムのセットを受けて、ＰＩＤ制御部６はＯＦＦされる。そして制御部９は、このプログラムに従って図４に示す昇温パターンを実行する。すなわち、制御部９は、まずヒータの設定温度を２０℃に設定し、規定時間である４５分後にヒータカバーの設定温度２５０℃に１５０℃を加えた４００℃となるように、時間経過とともに右上がりの線に乗せてヒータ設定温度を出力する。
このヒータ設定温度はリミッタ１２を介し、ヒータ温度設定値ＴＨＳとしてＰＩＤ制御部１０に入力される。ＰＩＤ制御部１０は、ヒータ温度測定部３よりヒータ温度測定値を、リミッタ１２よりヒータ温度設定値ＴＨＳを受けて、この差分変化を算出し、ＰＩＤ演算を行う。サイリスタ１１は、ＰＩＤ制御部１０よりヒータの設定温度を示す指令値を受けて、ヒータ１の電力制御を行う。このとき、パワー調整トリマ１３はサイリスタ１１のパワー調整を行う。ヒータ１は、サイリスタによる電力制御に基づいて基板を加熱する。
【００２７】
このように起動初期段階でヒータ温度を高めに持ち上げることで、ヒータカバーに多めの熱量を投入して昇温時間を短縮することができる効果が得られる。
【００２８】
加熱開始から４５分経過後（ステップＳ４でＹｅｓ）、制御部９は昇温プログラムに基づいてヒータ１の設定温度の上昇を停止させ、ヒータ１の設定温度４００℃に設定したまま、モード切替部８がヒータカバー２の温度を監視する。そして、ヒータカバー２の温度が（設定温度―α）℃に達すると、制御部９はヒータの設定温度を下げて再びヒータカバー２の温度を監視する。
【００２９】
このようにヒータカバー２の測定温度が（設定温度−α）である、図４に示すＡ時点でヒータ温度設定値を下げることで、投入しすぎた熱量を調整する目的でヒータカバーに投入する熱量をさげることでオーバーシュートを抑制する。
【００３０】
ヒータカバー２の温度が例えば（設定温度―α／１０）℃に達すると、モード切替部８は記憶部７より上述の待機モードに対応する待機プログラムを読み出してこれをセットする。すなわち、ＰＩＤ制御部６は、ヒータカバー温度測定部４よりヒータカバー２の温度測定値である（設定温度―α／１０）と設定温度２５０℃との差分変化を算出し、ＰＩ制御を開始する（ステップＳ５）。そして、ヒータカバーの温度が設定温度である２５０℃に到達すると（ステップＳ６）、起動完了とする（ステップＳ７）。
【００３１】
ここで、何らかのトラブル又は短時間のメンテナンスでヒータの電源を落とさざるを得ない場合等、短時間の電源ＯＦＦによってはヒータの温度がさほど低下しない。この場合に起動昇温プログラムを起動させると温度が整定するまでに時間を要する。従って、ヒータＯＦＦ後の温度低下が例えばα℃以下であれば、モード切替部８は起動昇温プログラムではなく、上述の再起動モードに対応する再起動昇温プログラムを読み出して、制御部９がこれを実行する。
ここで、上述の数値αはこのように、起動昇温プログラムによって温度制御を行った方が早いか、すぐさまＰＩＤ制御を開始した方が早いかを実際の基板加熱制御システムの加熱試験結果によって定めることができる。本実施形態では、例としてα＝３０℃とする。
すなわち、上述のステップＳ２において、ヒータカバーの温度が［設定温度（＝２５０）−α（＝３０）］＝２２０℃以上である場合、制御部９は再起動昇温プログラムに基づいてＰＩＤ制御を実行し、上述のように、ヒータカバーの温度が、［設定温度（＝２５０）−α／１０（＝３）＝２４７℃となると、モード切替部８は記憶部７より上述の待機モードに対応する待機プログラムを読み出してこれをセットする。そして、ヒータカバーの温度が設定温度である２５０℃に到達すると、再起動が完了する。
【００３２】
このように、ヒータＯＦＦ時のヒータカバー温度のヒステリシス制御を行うことで、ヒータ温度整定時間の短縮を図ることができる効果が得られる。
【００３３】
プラズマＣＶＤ装置は、基板加熱制御システムより起動完了または再起動完了を示す信号を受けて、他の制御プロセスの準備完了とともに製膜制御を開始する。
すなわち、モード切替部８は記憶部７より上述の生産モードに対応する生産プログラムを読み出してこれをセットする。
プラズマＣＶＤ装置における他の搬送システム等によって、基板が真空容器中に移送されてくると、真空容器の圧力管理システムよりガス導入又は排気のシーケンスの状態を示す信号が基板加熱制御システムに出力される。
制御部９は、この信号を受けて、真空容器中に基板が存在するか否か、或いは真空容器の真空度が予め決められた閾値より高いか低いかを判定することにより、ＰＩＤ制御部６における制御パラメータを変化させる。すなわち、真空容器中に、基板が存在する場合、ＰＩＤ制御部６における制御パラメータのゲインを増加させ、基板が存在しない場合、制御パラメータのゲインを減少させる。また、真空容器の真空度が予め決められた閾値より低い場合、ＰＩＤ制御部６における制御パラメータのゲインを増加させ、真空度が閾値より高い場合、制御パラメータのゲインを減少させる。そして、この制御パラメータの設定値で、ヒータカバーの温度設定値と、ヒータカバーの温度測定値との差分変化に基づくＰＩＤ演算を行い、ヒータ設定温度を出力する。
【００３４】
ここで、真空度に関する閾値は、上述の閾値である数値αの決定方法と同様に、実際の基板加熱制御システムの加熱試験によって定めることができる。すなわち、ガスが存在する場合はヒータの熱量が奪われ易くなるためゲインをあげなければヒータ温度が低下して製膜条件が崩れてしまい、 ガスが存在しない場合は、ゲインが高すぎると温度制御がハンチングし易くなる。従って、この製膜条件やハンチング防止を考慮して、加熱試験行った上で閾値を定める。
【００３５】
上述のＰＩＤ制御部６の出力するヒータ設定温度は、リミッタ１２を介してヒータ温度設定値ＴＨＳとして、ＰＩＤ制御部１０に入力される。そして、上述の起動モードと同様に、ＰＩＤ制御部１０及びサイリスタ１１を介して、ヒータ１は基板を加熱する。
【００３６】
このように、真空容器内では容器内の状態に即してＰＩ制御パラメータの値を切り替えることでプラズマＣＶＤ装置における製膜制御に最適な温度制御が可能となる。
【００３７】
なお、本実施形態においては、プラズマＣＶＤ装置における、真空容器のガス導入又は排気のシーケンスの状態に基づいて、真空容器内にガスが存在するか否かの判定を行ったが、ガス導入弁の開閉監視を行う、或いは真空容器内の圧力監視を圧力センサ等で測定し、この測定情報に基づいた上述の判定制御を行ってもよい。
【００３８】
上述の基板加熱制御システムは内部に、コンピュータシステムを有している。そして、上述した基板加熱制御に関する一連の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の発明は、基板を加熱するヒータと、ヒータを覆うヒータカバーと、ヒータの温度を測定し、出力するヒータ温度測定部と、ヒータカバーの温度を測定し、出力するヒータカバー温度測定部と、ヒータカバーの設定温度を入力する入力部と、ヒータカバーの温度設定値と、ヒータカバーの温度測定値とを受けて、この設定値と測定値との差分変化を算出し、差分変化に対するＰＩＤ演算を行い、第１の指令値を出力する第１のＰＩＤ制御部と、予め設定された複数の温度管理モードを記憶する記憶部と、ヒータカバーの温度測定値に基づいて、温度管理モードを記憶部より読み出し、温度管理モードを切り替えるモード切替部と、第１の指令値を受けて、温度管理モードで制御を行い、第２の指令値を出力する制御部と、ヒータの温度測定値と、第２の指令値とを受けて、この測定値と指令値との差分変化を算出し、差分変化に対するＰＩＤ演算を行い、第３の指令値を出力する第２のＰＩＤ制御部と、第３の指令値に基づいて、ヒータへの電力制御を行うサイリスタとを具備するので、ヒータの温度制御によって、ヒータカバーの温度静定を行うため効率的な温度制御を行うことができる効果を得ることができる。
【００４０】
また、第２の指令値が予め設定された上限値または下限値を超えた場合、第２の指令値を修正する上下限リミッタをさらに具備するので、ヒータの暴走を防ぐことができる効果が得られる。
【００４１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、温度管理モードは、ヒータカバーの温度が予め設定された第１の閾値より低い場合、第１の指令値を無視し、予め設定された昇温パターンに基づいて第２の指令値を決定する起動モードと、ヒータカバーの温度が予め設定された第２の閾値以上の場合、第１の指令値を第２の指令値とする待機モードまたは生産モードとからなるので、起動時においては予め設定された昇温パターンに基づいて、ヒータの応答速度をあげることができるとともに、プラズマＣＶＤ装置における製膜プロセスにおける待機モードまたは生産モードにスムーズに移行できる効果が得られる。
【００４２】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、起動モードは、ヒータの電源投入時に、ヒータカバーの温度が予め設定された第１の閾値より高い場合、第１の指令値を無視し、予め設定された昇温パターンに基づいて前記第２の指令値を決定する再起動モードをさらに有するので、ヒータＯＦＦ時のヒータカバー温度のヒステリシス制御を行うことで、ヒータ温度整定時間の短縮を図ることができる効果が得られる。
【００４３】
請求項４、請求項５に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、生産モードは、ヒータが設置される真空容器中に、基板が存在する場合、第１のＰＩＤ制御部における制御パラメータのゲインを増加させ、基板が存在しない場合、第１のＰＩＤ制御部における制御パラメータのゲインを増加させるので、プラズマＣＶＤ装置における製膜制御に最適な温度制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本実施形態における基板加熱制御システムの上位制御系の構成を示す構成図である。
【図２】 本実施形態における基板加熱制御システムの下位制御系の構成を示す構成図である。
【図３】 ヒータ１の電源投入から起動までの流れを示すフローチャートである。
【図４】 ヒータ1の設定温度と、ヒータカバーの測定温度の時系列的関係を示す温度グラフである。
【図５】 従来の基板加熱制御システムの制御系の構成を示す構成図である。
【符号の説明】
１…ヒータ
２…ヒータカバー
３…ヒータ温度測定部
４…ヒータカバー温度測定部
５…入力部
６、１０…ＰＩＤ制御部
７…記憶部
８…モード切替部
９…制御部
１１…サイリスタ
１２…リミッタ
１３…パワー調整トリマ
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマＣＤＶ装置における基板加熱プロセスを管理する基板加熱制御システム及び基板加熱制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プラズマＣＶＤは、多くの薄膜作成方法の中でも最も自由度が高く、無機物や有機物、複合物質等に至るまで、様々な物質の製膜に応用可能である。プラズマＣＶＤにおいて制御可能なパラメータは、ガス組成、ガス流量、圧力、プラズマ出力、基板温度、基板バイアス等が存在し、膜堆積に関する物理現象や化学現象をこれらのパラメータによって独立に制御することが可能である。
従来、プラズマＣＶＤ装置における基板温度制御方法として、図5に示す温度制御系が存在する。基板ヒータカバーにおけるＴＨＣ（ヒータカバー温度）の設定値と実際のＴＨＣを比較してＰＩＤ演算を行う。ことで、サイリスタが基板を加熱するヒータ本体へ出力する電力の最適値を算出し、この値に基づいてヒータ本体の温度制御を行う。また、温度モニタによってヒータ本体の温度を監視し、温度上限に関する条件リミットを設定しておくことでヒータ本体の暴走を防止することができる。
【０００３】
しかし、上述の温度制御方法ではヒータ温度制御を行う系と、ヒータ温度の上限監視を行う系がそれぞれ独立して動作するため、温度管理効率が悪いという問題点がある。この問題点を解決するとともに、基板表面の温度管理を行う制御方法として、次に述べる方法が有効であることが知られている。すなわち、半導体加熱ステージである基板支持用電極の上方に半導体基板を載せて移動する移載部を設け、この移載部上に半導体基板を置く。移載部には加熱ヒータ及び熱電対が設けられており、熱電対によって測定された移載部上の半導体基板温度を温度コントローラに出力する。温度コントローラは、この温度情報に基づいて加熱ヒータの温度を制御する（特許文献１を参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平０７−１７６８３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、プラズマＣＶＤ装置における基板加熱制御システムが大型化するに伴って、基板ヒータ本体の応答速度の低下が発生すると、温度整定にかかる時間が長時間化し、従来のような温度制御方法ではより大きな温度管理効率の低下を招くといった問題点がある。具体的には、大型の基板加熱制御システムにおける起動所要時間は１０数時間に昇る場合がある。このため、プラズマＣＶＤ装置における基板加熱制御システムにおいては、温度管理における時間効率を従来以上に向上させることが望まれている。
【０００６】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、温度管理における時間効率を向上させることができる基板加熱制御システム及び基板加熱制御方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明は上記の課題を解決すべくなされたもので、請求項１に記載の発明は、基板を加熱するヒータと、該ヒータを覆うヒータカバーと、前記ヒータの温度を測定し、出力するヒータ温度測定部と、前記ヒータカバーの温度を測定し、出力するヒータカバー温度測定部と、前記ヒータカバーの設定温度を入力する入力部と、前記ヒータカバーの温度設定値と、前記ヒータカバーの温度測定値とを受けて、該設定値と該測定値との差分変化を算出し、該差分変化に対するＰＩまたはＰＩＤ演算を行い、第１の指令値を出力する第１のＰＩＤ制御部と、予め設定された複数の温度管理モードを記憶する記憶部と、前記ヒータカバーの温度測定値に基づいて、前記温度管理モードを記憶部より読み出し、前記温度管理モードを切り替えるモード切替部と、前記温度管理モードで制御を行い、第２の指令値を出力する制御部と、前記制御部で算出された前記第２のヒータ温度指令値が予め設定された上限値を超えると当該第２の指令値を前記上限値に設定し、前記第２の指令値が予め設定された下限値を下回ると当該第２の指令値を前記下限値に設定する上下限リミッタと、前記ヒータの温度測定値と、前記第１の指令値または第２の指令値とを受けて、該測定値と該指令値との差分変化を算出し、該差分変化に対するＰＩまたはＰＩＤ演算を行い、第３の指令値を出力する第２のＰＩＤ制御部と、前記第３の指令値に基づいて、該ヒータへの電力制御を行うサイリスタと、を具備することを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記温度管理モードは、前記ヒータカバーの温度が予め設定された第１の閾値より低い場合、前記第１の指令値を無視し、昇温の初期段階で前記ヒータカバーに多めの熱量を投入して昇温時間を短縮するべく予め設定された昇温パターンに基づいて前記第２の指令値を決定する起動モードと、前記ヒータカバーの温度が予め設定された第２の閾値以上の場合、前記第１の指令値を前記第２の指令値とする待機モードまたは生産モードとからなることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記温度管理モードは、ヒータの電源投入時に、前記ヒータカバーの温度が予め設定された第１の閾値より高い場合、予め設定された昇温パターンに基づいて前記第２の指令値を決定する再起動モードを
さらに有することを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記生産モードは、前記ヒータが設置される真空容器の真空度が予め決められた閾値より低い場合、前記第１のＰＩＤ制御部における制御パラメータのゲインを増加させ、該真空度が該閾値より高い場合、前記第１のＰＩＤ制御部における制御パラメータのゲインを減少させることを特徴とする。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記生産モードは、前記ヒータが設置される真空容器の真空度が予め決められた閾値より低い場合、前記第１のＰＩＤ制御部における制御パラメータのゲインを増加させ、該真空度が該閾値より高い場合、前記第１のＰＩＤ制御部における制御パラメータのゲインを減少させることを特徴とする。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、基板を加熱するヒータを覆うヒータカバーの設定温度を入力する過程と、前記ヒータカバーの温度を測定する過程と、前記ヒータカバーの温度設定値と前記ヒータカバーの温度測定値とに基づいて、該設定値と該測定値との差分変化を算出し、該差分変化に対するＰＩまたはＰＩＤ演算を行い、第１の指令値を出力する過程と、前記ヒータカバーの温度測定値に基づいて、予め設定された複数の温度管理モードを記憶する記憶部より該温度管理モードを読み出し、前記温度管理モードを切り替える過程と、前記温度管理モードで制御を行い、第２の指令値を出力する過程と、前記制御部で算出された前記第２のヒータ温度指令値が予め設定された上限値を超えると当該第２の指令値を前記上限値に設定し、前記第２の指令値が予め設定された下限値を下回ると当該第２の指令値を前記下限値に設定する過程と、前記ヒータの温度を測定する過程と、前記ヒータの温度測定値と、前記第１の指令値または第２の指令値とに基づいて、該測定値と該指令値との差分変化を算出し、該差分変化に対するＰＩまたはＰＩＤ演算を行い、第３の指令値を出力する過程と、前記第３の指令値に基づいて、前記ヒータへの電力制御を行う過程とを有することを特徴とする。
【００１５】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、前記温度管理モードは、前記ヒータカバーの温度が予め設定された第１の閾値より低い場合、予め設定された昇温パターンに基づいて前記第２の指令値を決定する起動モードと、前記ヒータカバーの温度が予め設定された第２の閾値以上の場合、前記第１の指令値を前記第２の指令値とする待機モードまたは生産モードとからなることを特徴とする。
【００１６】
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の発明において、前記温度管理モードは、ヒータの電源投入時に、前記ヒータカバーの温度が予め設定された第１の閾値より高い場合、前記第１の指令値を無視し、昇温の初期段階で前記ヒータカバーに多めの熱量を投入して昇温時間を短縮するべく予め設定された昇温パターンに基づいて前記第２の指令値を決定する再起動モードをさらに有することを特徴とする。
【００１７】
請求項９に記載の発明は、請求項７に記載の発明において、前記生産モードは、前記ヒータが設置される真空容器中に、前記基板が存在する場合、前記第１のＰＩＤ制御部における制御パラメータのゲインを増加させ、前記基板が存在しない場合、前記第１のＰＩＤ制御部における制御パラメータのゲインを減少させることを特徴とする。
【００１８】
請求項１０に記載の発明は、請求項７に記載の発明において、前記生産モードは、前記ヒータが設置される真空容器の真空度が予め決められた閾値より低い場合、前記第１のＰＩＤ制御部における制御パラメータのゲインを増加させ、該真空度が該閾値より高い場合、前記第１のＰＩＤ制御部における制御パラメータのゲインを減少させることを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の基板加熱制御システムの一実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態における基板加熱制御システムの上位制御系の構成を示す構成図であり、図２は、その下位制御系の構成を示す構成図である。本実施形態における基板加熱制御システムは、ヒータ１と、ヒータカバー２と、ヒータ温度測定部３と、ヒータカバー温度測定部４と、入力部５と、ＰＩＤ制御部６と、記憶部７（図示せず）と、モード切替部８と、制御部９と、ＰＩＤ制御部１０と、サイリスタ１１と、リミッタ１２と、パワー調整トリマ１３とからなる。
【００２０】
ヒータ１は、プラズマＣＶＤ装置内のチャンバー内に設けられており、サイリスタ１１の電力制御によって基板を加熱する。ヒータカバー２は、ヒータ１を覆う形で設けられたカバーであり、ヒータカバー温度測定部４が内蔵または外装されている。ヒータ温度測定部３は、ヒータカバー温度測定部４と同様にヒータ１に内蔵または外装されたヒータ１の温度測定を行う熱電対等の温度測定器であって、ＰＩＤ制御部１０と電気的に接続されている。ヒータカバー温度測定部４は、
ヒータ温度測定部３と同様にヒータカバー２の温度測定を行う熱電対等の温度測定器であって、ＰＩＤ制御部６と電気的に接続されている。入力部５は、基板加熱制御システムの管理者等がヒータカバーの設定温度を入力する入力装置である。
【００２１】
ＰＩＤ制御部６は、ヒータカバーの温度設定値と、ヒータカバーの温度測定値との差分変化に基づくＰＩＤ演算を行う。ＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）による制御回路である。記憶部７は、上述のＰＬＣに組み込まれたＲＯＭ、ＲＡＭ等の半導体メモリであり、複数の温度管理モードを記憶している。ここで、温度管理モードとは、プラズマＣＶＤ装置における基板加熱制御に関する一連の過程における、様々な状況に対応させたヒータカバーの温度設定値パターンであって、起動モード、待機モード、生産モード及び再起動モード等からなる。
【００２２】
起動モードとは、図３及び図４に示す起動昇温プログラムによって制御される、ヒータ起動時の昇温モードであり、具体的には上述のＰＩＤ制御部６の出力する指令値を用いずに、図４に示すヒータ１の温度設定値パターンによって制御される。昇温パターンは、基板ヒータ目標温度に対してオーバーシュートをしないこと及び起動昇温時間が極力短くなることを考慮して実際の基板加熱制御システムの加熱試験結果によって例えば図４のように定められる。
待機モードとは、起動モード終了後に移行する温度整定モードであり、真空容器を長時間高真空状態で保持させるために、上述のＰＩＤ制御部６の出力する指令値によってＰＩ制御を行う。
生産モードとは、真空容器にて製膜プロセスを実施する際の温度管理モードであって、真空容器中に基板が存在するか否か、或いは真空容器の真空度が予め決められた閾値より高いか低いかを判定することにより、ＰＩＤ制御部６における制御パラメータを変化させる。すなわち、真空容器中に、基板が存在する場合、ＰＩＤ制御部６における制御パラメータのゲインを増加させ、基板が存在しない場合、制御パラメータのゲインを減少させる。また、真空容器の真空度が予め決められた閾値より低い場合、ＰＩＤ制御部６における制御パラメータのゲインを増加させ、真空度が閾値より高い場合、制御パラメータのゲインを減少させる。
【００２３】
モード切替部８は、上述のヒータカバー２の温度測定値に基づいて、温度管理モードを記憶部７より読み出し、温度管理モードを切り替える制御器であって、ＰＩＤ制御部６と同様、ＰＬＣ上の制御回路である。
制御部９は、ＰＩＤ制御部６等と同様に、ＰＬＣ上の制御回路であって、モード切替部8の出力する温度管理モードに基づいて、ヒータ温度を設定し、これを指令値として出力する。
加算器１４は、同様にＰＬＣ上の制御回路でであって、ＰＩＤ制御部６の出力がＯＦＦの時は制御部９の出力する指令値を、制御部６の出力がＯＦＦの時は制御部９の出力する指令値をリミッタ１２に出力する。
リミッタ１２は、制御部９の指令値が、予め設定された上限値を超えた場合これを上限値に修正し、同様に設定された下限値を超えた場合これを下限値に修正する。この上限値及び下限値はヒータ１の設定可能レンジ等によって定めることができる。
ＰＩＤ制御部１０は、ＰＩＤ制御部６等と同様に、ヒータ１の温度設定値と、ヒータ１の温度測定値との差分変化に基づくＰＩＤ演算を行う。ＰＬＣ上の制御回路である。
サイリスタ１１は、ＰＩＤ制御部１０の指令値に基づいてヒータ１への電力制御を行うパワー半導体デバイスである。
パワー調整トリマ１３は、サイリスタ１１のパワー調整を行う可変抵抗器である。
【００２４】
以下、本実施形態の基板加熱制御システムの動作について図面を参照して説明する。図３は、ヒータ１の電源投入から起動までの流れを示すフローチャートである。また、図４はヒータ1の設定温度と、ヒータカバー２の測定温度の時系列的関係を示す温度グラフである。
【００２５】
基板加熱制御システムの管理者等がヒータカバー２の設定温度を入力部５より入力し、ヒータ１の電源を投入すると（図３のステップ１）、ヒータカバー温度測定部４がヒータカバー２の温度の測定値をＰＩＤ制御部６に出力する。このとき、図３、４に示すようにヒータカバー２の温度が２０℃であって所定の閾値よりも低い（ステップＳ２でＹｅｓ）ことから、モード切替部８は記憶部７より上述の起動モードに対応する起動昇温プログラムを読み出してこれをセットする（ステップＳ３）。ここで、ヒータカバーの温度の閾値は、実際の基板加熱制御システムの加熱試験結果によって定められる数値α（後述する）によって決定する。例えば、閾値はヒータカバー設定温度とαの差で表される。
【００２６】
起動昇温プログラムのセットを受けて、ＰＩＤ制御部６はＯＦＦされる。そして制御部９は、このプログラムに従って図４に示す昇温パターンを実行する。すなわち、制御部９は、まずヒータの設定温度を２０℃に設定し、規定時間である４５分後にヒータカバーの設定温度２５０℃に１５０℃を加えた４００℃となるように、時間経過とともに右上がりの線に乗せてヒータ設定温度を出力する。
このヒータ設定温度はリミッタ１２を介し、ヒータ温度設定値ＴＨＳとしてＰＩＤ制御部１０に入力される。ＰＩＤ制御部１０は、ヒータ温度測定部３よりヒータ温度測定値を、リミッタ１２よりヒータ温度設定値ＴＨＳを受けて、この差分変化を算出し、ＰＩＤ演算を行う。サイリスタ１１は、ＰＩＤ制御部１０よりヒータの設定温度を示す指令値を受けて、ヒータ１の電力制御を行う。このとき、パワー調整トリマ１３はサイリスタ１１のパワー調整を行う。ヒータ１は、サイリスタによる電力制御に基づいて基板を加熱する。
【００２７】
このように起動初期段階でヒータ温度を高めに持ち上げることで、ヒータカバーに多めの熱量を投入して昇温時間を短縮することができる効果が得られる。
【００２８】
加熱開始から４５分経過後（ステップＳ４でＹｅｓ）、制御部９は昇温プログラムに基づいてヒータ１の設定温度の上昇を停止させ、ヒータ１の設定温度４００℃に設定したまま、モード切替部８がヒータカバー２の温度を監視する。そして、ヒータカバー２の温度が（設定温度―α）℃に達すると、制御部９はヒータの設定温度を下げて再びヒータカバー２の温度を監視する。
【００２９】
このようにヒータカバー２の測定温度が（設定温度−α）である、図４に示すＡ時点でヒータ温度設定値を下げることで、投入しすぎた熱量を調整する目的でヒータカバーに投入する熱量をさげることでオーバーシュートを抑制する。
【００３０】
ヒータカバー２の温度が例えば（設定温度―α／１０）℃に達すると、モード切替部８は記憶部７より上述の待機モードに対応する待機プログラムを読み出してこれをセットする。すなわち、ＰＩＤ制御部６は、ヒータカバー温度測定部４よりヒータカバー２の温度測定値である（設定温度―α／１０）と設定温度２５０℃との差分変化を算出し、ＰＩ制御を開始する（ステップＳ５）。そして、ヒータカバーの温度が設定温度である２５０℃に到達すると（ステップＳ６）、起動完了とする（ステップＳ７）。
【００３１】
ここで、何らかのトラブル又は短時間のメンテナンスでヒータの電源を落とさざるを得ない場合等、短時間の電源ＯＦＦによってはヒータの温度がさほど低下しない。この場合に起動昇温プログラムを起動させると温度が整定するまでに時間を要する。従って、ヒータＯＦＦ後の温度低下が例えばα℃以下であれば、モード切替部８は起動昇温プログラムではなく、上述の再起動モードに対応する再起動昇温プログラムを読み出して、制御部９がこれを実行する。
ここで、上述の数値αはこのように、起動昇温プログラムによって温度制御を行った方が早いか、すぐさまＰＩＤ制御を開始した方が早いかを実際の基板加熱制御システムの加熱試験結果によって定めることができる。本実施形態では、例としてα＝３０℃とする。
すなわち、上述のステップＳ２において、ヒータカバーの温度が［設定温度（＝２５０）−α（＝３０）］＝２２０℃以上である場合、制御部９は再起動昇温プログラムに基づいてＰＩＤ制御を実行し、上述のように、ヒータカバーの温度が、［設定温度（＝２５０）−α／１０（＝３）＝２４７℃となると、モード切替部８は記憶部７より上述の待機モードに対応する待機プログラムを読み出してこれをセットする。そして、ヒータカバーの温度が設定温度である２５０℃に到達すると、再起動が完了する。
【００３２】
このように、ヒータＯＦＦ時のヒータカバー温度のヒステリシス制御を行うことで、ヒータ温度整定時間の短縮を図ることができる効果が得られる。
【００３３】
プラズマＣＶＤ装置は、基板加熱制御システムより起動完了または再起動完了を示す信号を受けて、他の制御プロセスの準備完了とともに製膜制御を開始する。
すなわち、モード切替部８は記憶部７より上述の生産モードに対応する生産プログラムを読み出してこれをセットする。
プラズマＣＶＤ装置における他の搬送システム等によって、基板が真空容器中に移送されてくると、真空容器の圧力管理システムよりガス導入又は排気のシーケンスの状態を示す信号が基板加熱制御システムに出力される。
制御部９は、この信号を受けて、真空容器中に基板が存在するか否か、或いは真空容器の真空度が予め決められた閾値より高いか低いかを判定することにより、ＰＩＤ制御部６における制御パラメータを変化させる。すなわち、真空容器中に、基板が存在する場合、ＰＩＤ制御部６における制御パラメータのゲインを増加させ、基板が存在しない場合、制御パラメータのゲインを減少させる。また、真空容器の真空度が予め決められた閾値より低い場合、ＰＩＤ制御部６における制御パラメータのゲインを増加させ、真空度が閾値より高い場合、制御パラメータのゲインを減少させる。そして、この制御パラメータの設定値で、ヒータカバーの温度設定値と、ヒータカバーの温度測定値との差分変化に基づくＰＩＤ演算を行い、ヒータ設定温度を出力する。
【００３４】
ここで、真空度に関する閾値は、上述の閾値である数値αの決定方法と同様に、実際の基板加熱制御システムの加熱試験によって定めることができる。すなわち、ガスが存在する場合はヒータの熱量が奪われ易くなるためゲインをあげなければヒータ温度が低下して製膜条件が崩れてしまい、 ガスが存在しない場合は、ゲインが高すぎると温度制御がハンチングし易くなる。従って、この製膜条件やハンチング防止を考慮して、加熱試験行った上で閾値を定める。
【００３５】
上述のＰＩＤ制御部６の出力するヒータ設定温度は、リミッタ１２を介してヒータ温度設定値ＴＨＳとして、ＰＩＤ制御部１０に入力される。そして、上述の起動モードと同様に、ＰＩＤ制御部１０及びサイリスタ１１を介して、ヒータ１は基板を加熱する。
【００３６】
このように、真空容器内では容器内の状態に即してＰＩ制御パラメータの値を切り替えることでプラズマＣＶＤ装置における製膜制御に最適な温度制御が可能となる。
【００３７】
なお、本実施形態においては、プラズマＣＶＤ装置における、真空容器のガス導入又は排気のシーケンスの状態に基づいて、真空容器内にガスが存在するか否かの判定を行ったが、ガス導入弁の開閉監視を行う、或いは真空容器内の圧力監視を圧力センサ等で測定し、この測定情報に基づいた上述の判定制御を行ってもよい。
【００３８】
上述の基板加熱制御システムは内部に、コンピュータシステムを有している。そして、上述した基板加熱制御に関する一連の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の発明は、基板を加熱するヒータと、ヒータを覆うヒータカバーと、ヒータの温度を測定し、出力するヒータ温度測定部と、ヒータカバーの温度を測定し、出力するヒータカバー温度測定部と、ヒータカバーの設定温度を入力する入力部と、ヒータカバーの温度設定値と、ヒータカバーの温度測定値とを受けて、この設定値と測定値との差分変化を算出し、差分変化に対するＰＩＤ演算を行い、第１の指令値を出力する第１のＰＩＤ制御部と、予め設定された複数の温度管理モードを記憶する記憶部と、ヒータカバーの温度測定値に基づいて、温度管理モードを記憶部より読み出し、温度管理モードを切り替えるモード切替部と、第１の指令値を受けて、温度管理モードで制御を行い、第２の指令値を出力する制御部と、ヒータの温度測定値と、第２の指令値とを受けて、この測定値と指令値との差分変化を算出し、差分変化に対するＰＩＤ演算を行い、第３の指令値を出力する第２のＰＩＤ制御部と、第３の指令値に基づいて、ヒータへの電力制御を行うサイリスタとを具備するので、ヒータの温度制御によって、ヒータカバーの温度静定を行うため効率的な温度制御を行うことができる効果を得ることができる。
【００４０】
また、第２の指令値が予め設定された上限値または下限値を超えた場合、第２の指令値を修正する上下限リミッタをさらに具備するので、ヒータの暴走を防ぐことができる効果が得られる。
【００４１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、温度管理モードは、ヒータカバーの温度が予め設定された第１の閾値より低い場合、第１の指令値を無視し、予め設定された昇温パターンに基づいて第２の指令値を決定する起動モードと、ヒータカバーの温度が予め設定された第２の閾値以上の場合、第１の指令値を第２の指令値とする待機モードまたは生産モードとからなるので、起動時においては予め設定された昇温パターンに基づいて、ヒータの応答速度をあげることができるとともに、プラズマＣＶＤ装置における製膜プロセスにおける待機モードまたは生産モードにスムーズに移行できる効果が得られる。
【００４２】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、起動モードは、ヒータの電源投入時に、ヒータカバーの温度が予め設定された第１の閾値より高い場合、第１の指令値を無視し、予め設定された昇温パターンに基づいて前記第２の指令値を決定する再起動モードをさらに有するので、ヒータＯＦＦ時のヒータカバー温度のヒステリシス制御を行うことで、ヒータ温度整定時間の短縮を図ることができる効果が得られる。
【００４３】
請求項４、請求項５に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、生産モードは、ヒータが設置される真空容器中に、基板が存在する場合、第１のＰＩＤ制御部における制御パラメータのゲインを増加させ、基板が存在しない場合、第１のＰＩＤ制御部における制御パラメータのゲインを増加させるので、プラズマＣＶＤ装置における製膜制御に最適な温度制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本実施形態における基板加熱制御システムの上位制御系の構成を示す構成図である。
【図２】 本実施形態における基板加熱制御システムの下位制御系の構成を示す構成図である。
【図３】 ヒータ１の電源投入から起動までの流れを示すフローチャートである。
【図４】 ヒータ1の設定温度と、ヒータカバーの測定温度の時系列的関係を示す温度グラフである。
【図５】 従来の基板加熱制御システムの制御系の構成を示す構成図である。
【符号の説明】
１…ヒータ
２…ヒータカバー
３…ヒータ温度測定部
４…ヒータカバー温度測定部
５…入力部
６、１０…ＰＩＤ制御部
７…記憶部
８…モード切替部
９…制御部
１１…サイリスタ
１２…リミッタ
１３…パワー調整トリマ
Claims (10)
- 基板を加熱するヒータと、
該ヒータを覆うヒータカバーと、
前記ヒータの温度を測定し、出力するヒータ温度測定部と、
前記ヒータカバーの温度を測定し、出力するヒータカバー温度測定部と、
前記ヒータカバーの設定温度を入力する入力部と、
前記ヒータカバーの温度設定値と、前記ヒータカバーの温度測定値とを受けて、該設定値と該測定値との差分変化を算出し、該差分変化に対するＰＩまたはＰＩＤ演算を行い、第１の指令値を出力する第１のＰＩＤ制御部と、
予め設定された複数の温度管理モードを記憶する記憶部と、
前記ヒータカバーの温度測定値に基づいて、前記温度管理モードを記憶部より読み出し、前記温度管理モードを切り替えるモード切替部と、
前記温度管理モードで制御を行い、第２の指令値を出力する制御部と、
前記制御部で算出された前記第２のヒータ温度指令値が予め設定された上限値を超えると当該第２の指令値を前記上限値に設定し、前記第２の指令値が予め設定された下限値を下回ると当該第２の指令値を前記下限値に設定する上下限リミッタと、
前記ヒータの温度測定値と、前記第１の指令値または第２の指令値とを受けて、該測定値と該指令値との差分変化を算出し、該差分変化に対するＰＩまたはＰＩＤ演算を行い、第３の指令値を出力する第２のＰＩＤ制御部と、
前記第３の指令値に基づいて、該ヒータへの電力制御を行うサイリスタと、
を具備することを特徴とする基板加熱制御システム。 - 前記温度管理モードは、
前記ヒータカバーの温度が予め設定された第１の閾値より低い場合、前記第１の指令値を無視し、昇温の初期段階で前記ヒータカバーに多めの熱量を投入して昇温時間を短縮するべく予め設定された昇温パターンに基づいて前記第２の指令値を決定する起動モードと、
前記ヒータカバーの温度が予め設定された第２の閾値以上の場合、前記第１の指令値を前記第２の指令値とする待機モードまたは生産モードと
からなることを特徴とする請求項１に記載の基板加熱制御システム。 - 前記温度管理モードは、ヒータの電源投入時に、前記ヒータカバーの温度が予め設定された第１の閾値より高い場合、予め設定された昇温パターンに基づいて前記第２の指令値を決定する再起動モードを
さらに有することを特徴とする請求項２に記載の基板加熱制御システム。 - 前記生産モードは、前記ヒータが設置される真空容器中に、前記基板が存在する場合、前記第１のＰＩＤ制御部における制御パラメータのゲインを増加させ、前記基板が存在しない場合、前記第１のＰＩＤ制御部における制御パラメータのゲインを減少させる
ことを特徴とする請求項２に記載の基板加熱制御システム。 - 前記生産モードは、前記ヒータが設置される真空容器の真空度が予め決められた閾値より低い場合、前記第１のＰＩＤ制御部における制御パラメータのゲインを増加させ、該真空度が該閾値より高い場合、前記第１のＰＩＤ制御部における制御パラメータのゲインを減少させる
ことを特徴とする請求項２に記載の基板加熱制御システム。 - 基板を加熱するヒータを覆うヒータカバーの設定温度を入力する過程と、
前記ヒータカバーの温度を測定する過程と、
前記ヒータカバーの温度設定値と前記ヒータカバーの温度測定値とに基づいて、該設定値と該測定値との差分変化を算出し、該差分変化に対するＰＩまたはＰＩＤ演算を行い、第１の指令値を出力する過程と、
前記ヒータカバーの温度測定値に基づいて、予め設定された複数の温度管理モードを記憶する記憶部より該温度管理モードを読み出し、前記温度管理モードを切り替える過程と、
前記温度管理モードで制御を行い、第２の指令値を出力する過程と、
前記制御部で算出された前記第２のヒータ温度指令値が予め設定された上限値を超えると当該第２の指令値を前記上限値に設定し、前記第２の指令値が予め設定された下限値を下回ると当該第２の指令値を前記下限値に設定する過程と、
前記ヒータの温度を測定する過程と、
前記ヒータの温度測定値と、前記第１の指令値または第２の指令値とに基づいて、該測定値と該指令値との差分変化を算出し、該差分変化に対するＰＩまたはＰＩＤ演算を行い、第３の指令値を出力する過程と、
前記第３の指令値に基づいて、前記ヒータへの電力制御を行う過程と
を有することを特徴とする基板加熱制御方法。 - 前記温度管理モードは、
前記ヒータカバーの温度が予め設定された第１の閾値より低い場合、予め設定された昇温パターンに基づいて前記第２の指令値を決定する起動モードと、
前記ヒータカバーの温度が予め設定された第２の閾値以上の場合、前記第１の指令値を前記第２の指令値とする待機モードまたは生産モードと
からなることを特徴とする請求項６に記載の基板加熱制御方法。 - 前記温度管理モードは、ヒータの電源投入時に、前記ヒータカバーの温度が予め設定された第１の閾値より高い場合、前記第１の指令値を無視し、昇温の初期段階で前記ヒータカバーに多めの熱量を投入して昇温時間を短縮するべく予め設定された昇温パターンに基づいて前記第２の指令値を決定する再起動モードを
さらに有することを特徴とする請求項７に記載の基板加熱制御方法。 - 前記生産モードは、前記ヒータが設置される真空容器中に、前記基板が存在する場合、前記第１のＰＩＤ制御部における制御パラメータのゲインを増加させ、前記基板が存在しない場合、前記第１のＰＩＤ制御部における制御パラメータのゲインを減少させる
ことを特徴とする請求項７に記載の基板加熱制御方法。 - 前記生産モードは、前記ヒータが設置される真空容器の真空度が予め決められた閾値より低い場合、前記第１のＰＩＤ制御部における制御パラメータのゲインを増加させ、該真空度が該閾値より高い場合、前記第１のＰＩＤ制御部における制御パラメータのゲインを減少させる
ことを特徴とする請求項７に記載の基板加熱制御方法。
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