JP4009861B2 - 温度制御方法、温度調節器および熱処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、制御対象の温度を制御する温度制御方法、温度調節器およびこの温度調節器を用いた熱処理装置に関し、特に、過渡時における温度などの物理状態のばらつきを抑制するのに好適な温度制御方法、温度調節器および熱処理装置に関する。

従来、例えば、半導体装置の製造プロセスにおいては、半導体ウェハの熱処理に温度調節器が用いられている（例えば、特許文献１参照）。
特開平６−１８８４６２号公報

かかる製造プロセスにおいて、例えば、半導体ウェハを、熱処理盤によって加熱処理するような場合には、温度調節器は、熱処理盤に配設された温度センサからの検出温度に基づいて、熱処理盤の温度が、目標温度に一致するように、操作信号を出力し、この操作信号によって電磁開閉器等を介して熱処理盤に配設されているヒータの通電を制御するように構成されている。

図８は、かかる熱処理盤における温度センサおよびヒータの配置の一例を示す概略図である。なお、この図８は、説明の便宜上の配置の一例を示したものである。

同図において、１は熱処理盤、２_１〜２_５は温度センサ、３_１〜３_５はヒータであり、この例は、５つの温度センサ２_１〜２_５の検出温度に基づいて、各温度センサ２_１〜２_５に個別的に対応する５つのヒータ３_１〜３_５の温度を制御する５チャンネルの例を示している。

目標温度に整定した状態で、半導体ウェハが、熱処理盤に載置されて熱処理される。このとき、第１の温度センサ２_１によって温度が検出される検出点とは別に、例えば、二つの第１，第２の測定点Ｐ１，Ｐ２に温度センサを配設して温度を測定した場合、その測定温度は、例えば、図９（ａ）に示されるようになる。

この図９（ａ）において、実線で示されるラインＬ１は、第１の測定点Ｐ１の温度を、破線で示されるラインＬ２は、第２の測定点Ｐ２の温度をそれぞれ示している。

この図９（ａ）に示されるように、熱処理盤１の温度ＰＶが目標温度ＳＰに整定している状態で、外乱としての半導体ウェハが載置されて熱処理が開始されると、半導体ウェハに熱処理盤の熱が奪われて温度が低下し、半導体ウェハの温度が上昇するにつれて熱処理盤の温度が目標温度ＳＰに復帰する。

しかしながら、各測定点Ｐ１，Ｐ２の温度が目標温度ＳＰに復帰する過程において、第１，第２の測定点Ｐ１，Ｐ２の温度には、温度差が生じており、熱処理盤１の面内温度の均一性が保たれていない。

特に、半導体ウェハが載置されて半導体ウェハの温度が上昇して反応が進み始める温度付近に対応する時刻ｔにおいて、温度差が生じている。

図１０は、かかる半導体ウェハの熱処理時の温度のばらつきを示す図である。この図１０においては、上述の図８の第１〜第５の温度センサ２_１〜２_５の各検出点および第１〜第１０の測定点Ｐ１〜Ｐ１０の合計１５点の温度の平均値からの温度差を示しており、上下に最もばらついた点の温度変化を示している。

半導体ウェハを熱処理盤に載置して一定時間が経過した上述の時刻ｔにおいて、平均温度から上下にばらついていることが分かる。

したがって、半導体ウェハを、均一に熱処理するためには、半導体ウェハの反応が進行する時刻ｔ前後における温度のばらつきを抑制する必要があるが、例えば、上述の第１，第２の測定点Ｐ１，Ｐ２は、同一のヒータ３_１上における点、すなわち、同一チャンネルにおける測定点の温度のばらつきであり、各チャンネル毎に個別に温度制御する従来例では、かかる同一チャンネル内の温度のばらつきを抑制することはできなかった。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであって、制御対象の温度などの物理状態のばらつきを抑制できるようにすることを目的とし、特に、過渡時における同一チャンネル内の物理状態のばらつきを抑制できるようにすることを目的とする。

本発明では、上記目的を達成するために、次のように構成している。

本発明の温度制御方法は、制御対象の温度を複数の検出点でそれぞれ検出し、前記制御対象を加熱および／または冷却する複数の操作手段を操作して検出温度が目標温度になるように制御するとともに、外乱の印加後における前記制御対象の前記検出点とは異なる注目点の温度のばらつきを抑制する温度制御方法であって、複数の前記目標温度を順番に変化させて前記注目点の温度を計測することによって、前記注目点に対する前記操作手段による干渉の度合いを予め計測し、計測した干渉の度合いに基づいて、前記外乱の印加前に、前記制御対象の温度を、前記目標温度を変化させることによって予備制御して前記外乱の印加後における前記注目点の温度のばらつきを抑制するものであり、前記予備制御における前記目標温度の変化量を、予め計測した前記注目点の温度のばらつきと前記干渉の度合いとに基づいて決定するものである。

ここで、温度のばらつきとは、例えば、外乱印加後の制御対象の標準的な温度からのばらつきをいい、具体的には、複数の検出点の平均温度からのばらつき、複数の検出点および他の点の平均温度からのばらつき、あるいは、制御対象における基準となる点の温度からのばらつきなどをいう。また、注目点とは、ばらつきを抑制するために注目している箇所（位置）をいい、ばらつきが比較的大きい点を注目点とするのが好ましい。この注目点は、一つであってもよいし、複数であってもよい。

注目点に対する前記操作手段による干渉の度合いとは、操作手段による加熱および／または冷却によって注目点の温度が影響を受ける度合いをいう。

予備制御とは、外乱印加後の温度のばらつきを抑制するために、外乱の印加に備えてその印加前に予め行なう加熱および／または冷却の制御をいう。この予備制御では、目標温度を変化させるものである。目標温度は、複数の操作手段に個別的に対応する複数の目標温度の全てを変化させてもよいが、注目点の数やその注目点に与える干渉の度合いの大きさなどに応じて、少なくとも一つの操作手段に対応する目標温度を変化させればよく、注目点に与える干渉の度合いが大きい操作手段に対応する目標温度を変化させるのが好ましい。

本発明によると、外乱の印加後の制御対象の注目点の温度のばらつきを抑制するように、予め計測した注目点に対する操作手段による干渉の度合いに基づいて、外乱の印加前に、予備制御するので、外乱の印加後には、この予備制御による干渉を利用して注目点の温度のばらつきを抑制することができる。しかも、複数の検出点とは異なる注目点の温度のばらつきを抑制することができる。更に、目標温度を変化させて予備加熱および／または冷却を行なって温度分布を予め形成しておき、この温度分布によって外乱印加後の注目点の温度のばらつきを抑制することができる。また、注目点の温度のばらつきを予め計測するとともに、注目点に対する操作手段による干渉の度合いを予め計測するので、操作手段による干渉を利用して温度のばらつきを抑制するには、目標温度をどの程度変化させればよいかを決定できることになる。

また、本発明の温度制御方法は、処理手段の温度を複数の検出点でそれぞれ検出し、前記処理手段を加熱および／または冷却する複数の操作手段を操作して検出温度が目標温度になるように制御するとともに、前記処理手段での被処理物の処理開始後における前記被処理物の注目点の温度のばらつきを抑制する温度制御方法であって、複数の前記目標温度を順番に変化させて前記注目点の温度を計測することによって、前記注目点に対する前記操作手段による干渉の度合いを予め計測し、計測した干渉の度合いに基づいて、前記被処理物の処理開始前に、前記処理手段の温度を、前記目標温度を変化させることによって予備制御して前記処理開始後における前記注目点の温度のばらつきを抑制するものであり、前記予備制御における前記目標温度の変化量を、予め計測した前記注目点の温度のばらつきと前記干渉の度合いとに基づいて決定するものである。

ここで、処理手段とは、被処理物を加熱および／または冷却処理するものをいう。

また、予備制御とは、被処理物の処理開始後の温度のばらつきを抑制するために、被処理物の処理に備えてその処理開始前に予め行なう加熱および／または冷却の制御をいう。

本発明によると、処理開始後における被処理物の注目点の温度のばらつきを抑制するように、予め計測した注目点に対する操作手段による干渉の度合いに基づいて、処理開始前に、予備制御するので、処理開始後には、この予備制御による干渉を利用して被処理物自体の注目点の温度のばらつきを抑制することができる。また、目標温度を変化させて予備加熱および／または冷却を行なって温度分布を予め形成しておき、この温度分布によって処理開始後の注目点の温度のばらつきを抑制することができる。更に、注目点の温度のばらつきを予め計測するとともに、注目点に対する操作手段による干渉の度合いを予め計測するので、操作手段による干渉を利用して温度のばらつきを抑制するには、目標温度をどの程度変化させればよいかを決定できることになる。

本発明の他の実施態様においては、前記制御対象が処理手段であり、前記外乱が前記処理手段で処理される被処理物である。

この実施態様によると、被処理物を処理手段で処理する際に生じる処理手段の注目点の温度のばらつきを抑制できるので、処理手段の温度の均一性が向上し、被処理物が均一に処理されることになる。

本発明の温度調節器は、制御対象の温度を複数の検出点でそれぞれ検出する複数の温度検出手段からの検出温度を、目標温度に一致させるように、前記制御対象を加熱および／または冷却する複数の操作手段に対して複数の操作信号を出力する温度制御手段を備えるとともに、外乱の印加後における前記制御対象の前記検出点とは異なる注目点の温度のばらつきを抑制する温度調節器であって、前記外乱の印加前に、前記制御対象の温度を、前記目標温度を変化させることによって予備制御して前記外乱の印加後における前記注目点の温度のばらつきを抑制する予備制御手段を備え、前記予備制御手段は、前記目標温度の変化量が予め格納される目標温度生成部を有し、前記変化量は、予め計測した前記注目点の温度のばらつきと、予め計測した前記注目点に対する前記操作手段による干渉の度合いとに基づいて求められるものであって、複数の前記目標温度を順番に変化させて前記注目点の温度を予め計測することによって、前記注目点に対する前記操作手段による前記干渉の度合いが予め計測されるものである。

本発明によると、外乱の印加後の制御対象の注目点の温度のばらつきを抑制するように、外乱の印加前に、予備制御するので、外乱の印加後には、この予備制御によって注目点の温度のばらつきを抑制することができる。しかも、複数の検出点とは異なる注目点の温度のばらつきを抑制することができる。また、目標温度生成部によって目標温度を変化させて予備加熱および／または冷却を行なって温度分布を予め形成しておき、この温度分布によって外乱印加後の注目点の温度のばらつきを抑制することができる。更に、注目点の温度のばらつきと、注目点に対する操作手段による干渉の度合いとを予め計測するので、操作手段による干渉を利用して温度のばらつきを抑制するために必要な目標温度の変化量を決定でき、この決定された変化量を、目標温度生成部に格納しておくことにより、温度のばらつきを抑制するように目標温度を変化させることができる。

また、本発明の温度調節器は、処理手段の温度を複数の検出点でそれぞれ検出する複数の温度検出手段からの検出温度を、目標温度に一致させるように、前記処理手段を加熱および／または冷却する複数の操作手段に対して複数の操作信号を出力する温度制御手段を備えるとともに、前記処理手段での被処理物の処理開始後における前記被処理物の注目点の温度のばらつきを抑制する温度調節器であって、前記被処理物の処理開始前に、前記処理手段の温度を、前記目標温度を変化させることによって予備制御して前記処理開始後における前記注目点の温度のばらつきを抑制する予備制御手段を備え、前記予備制御手段は、前記目標温度の変化量が予め格納される目標温度生成部を有し、前記変化量は、予め計測した前記注目点の温度のばらつきと、予め計測した前記注目点に対する前記操作手段による干渉の度合いとに基づいて求められるものであって、 複数の前記目標温度を順番に変化させて前記注目点の温度を予め計測することによって、前記注目点に対する前記操作手段による前記干渉の度合いが、予め計測されるものである。

本発明によると、処理開始後における被処理物の注目点の温度のばらつきを抑制するように、処理開始前に、予備制御するので、処理開始後には、この予備制御によって被処理物自体の注目点の温度のばらつきを抑制することができる。また、目標温度生成部によって目標温度を変化させて予備加熱および／または冷却を行なって温度分布を予め形成しておき、この温度分布によって処理開始後の注目点の温度のばらつきを抑制することができる。更に、注目点の温度のばらつきと、注目点に対する操作手段による干渉の度合いとを予め計測するので、操作手段による干渉を利用して温度のばらつきを抑制するために必要な目標温度の変化量を決定でき、この決定された変化量を、目標温度生成部に格納しておくことにより、温度のばらつきを抑制するように目標温度を変化させることができる。

前記予備制御手段は、前記複数の温度検出手段によって検出される検出温度に、温度差が生じるように前記予備制御を行なうようにしてもよい。

ここで、温度差とは、予備制御によって生じる温度差をいい、予備制御前に目標温度に整定している状態において、前記複数の温度検出手段の検出温度の間に生じる不可避的な温度差を超える温度差をいう。また、この温度差は、前記複数の温度検出手段の検出温度の全ての間に生じる必要はなく、少なくとも二つの温度検出手段の検出温度の間に生じればよい。

この構成によると、目標温度に整定している状態の外乱印加前あるいは被処理物の処理開始前に、複数の温度検出手段の検出温度に温度差が生じるように、すなわち、温度分布が生じるように予備制御を行なうので、この温度分布によって外乱印加後あるいは処理開始後の注目点の温度のばらつきを抑制することができる。

本発明の他の実施態様においては、前記予備制御手段は、外部からのトリガ信号に応答して前記予備制御を開始するものである。

この実施態様によると、外乱の印加あるいは被処理物の処理開始のタイミングなどを制御する外部の上位装置などからのトリガ信号を受けて、適切なタイミングで予備制御を開始することができ、これによって、外乱の印加後あるいは処理開始後における温度のばらつきを精度高く抑制できる。

本発明の更に他の実施態様においては、前記予備制御手段は、前記温度検出手段の検出温度に基づいて、予備制御を停止するものである。

この実施態様によると、外乱の印加後あるいは処理開始後の制御対象あるいは処理手段の温度を検出し、予め定めた温度、例えば、検出温度が最下点に達した時点で予備制御を停止することができる。

本発明の好ましい実施態様においては、前記制御対象が処理手段であり、前記外乱が前記処理手段で処理される被処理物である。

この実施態様によると、被処理物を処理手段で処理する際に生じる処理手段の注目点の温度のばらつきを抑制できるので、処理手段の温度の均一性が向上し、被処理物が均一に処理されることになる。

本発明の熱処理装置は、本発明の温度調節器と、制御対象としての熱処理手段と、該熱処理手段を加熱する複数の操作手段と、前記熱処理手段の温度を検出する複数の温度検出手段とを備えている。

ここで、熱処理手段とは、熱処理盤、熱処理炉、成形機のシリンダ部、包装機の熱圧着部などの被処理物を熱処理するものをいう。

本発明によると、本発明の温度調節器によって熱処理手段の温度制御を行なうので、温度のばらつきを抑制した均一な熱処理が可能となる。

以上のように本発明によれば、外乱の印加後の制御対象の注目点の温度などの物理状態のばらつきを抑制するように、外乱の印加前に、予備制御するので、外乱の印加後には、この予備制御による干渉を利用して注目点のばらつきを抑制することができ、しかも、複数の検出点とは異なる注目点におけるばらつきを抑制することができる。

以下、図面によって本発明の実施の形態について詳細に説明する。

（実施の形態１）
この実施の形態では、半導体ウェハを熱処理盤によって熱処理する熱処理装置に適用して説明する。

図１は、この実施の形態の熱処理装置の概略構成図である。半導体ウェハ７を熱処理する制御対象としての熱処理盤４の温度を、該熱処理盤４の内部に設けられた図示しない温度センサで検出して本発明に係る温度調節器５に入力する。

この温度調節器５は、後述の目標温度（ＳＰ）生成部８を備えており、この目標温度生成部８は、後述の予備加熱のとき以外は、図示しない設定部から予め設定されている目標温度ＳＰをそのまま出力する。

したがって、予備加熱以外の通常の制御においては、温度調節器５は、従来と同様に、設定されている目標温度ＳＰと検出温度ＰＶとの偏差に基づいて、温度制御手段としてのＰＩＤ制御部６でＰＩＤ演算を行って操作量ＭＶを図示しない電磁開閉器等に出力し、熱処理盤４に配設されている図示しないヒータの通電を制御して熱処理盤４の温度を目標温度になるように制御している。

この実施の形態では、目標温度生成部８およびＰＩＤ制御部６は、マイクロコンピュータによって構成され、電磁開閉器およびヒータによって熱処理盤４を加熱する操作手段が構成される。

また、熱処理盤４には、ヒータおよび温度センサは、それぞれ複数配設されて各チャンネル毎に制御される。

この熱処理盤４には、被処理物としての半導体ウェハ７が順次載置されて熱処理される。

従来の温度制御方法では、上述のように、目標温度に整定した状態で、半導体ウェハ７を載置して熱処理を行なうと、上述の図９（ａ）に示されるように、例えば、上述の第１，第２の測定点Ｐ１，Ｐ２におけるように温度にばらつきを生じる。

このため、本発明では、チャンネル間の干渉を利用して温度のばらつきを抑制し、より均一な熱処理を行なえるように次のようにしている。

すなわち、図２は、上述の図８における第１，第２の測定点Ｐ１，Ｐ２がある第１のヒータ３_１の隣の第２のヒータ３_２のチャンネルの目標温度ＳＰを、一点鎖線で示されるステップ入力とした場合の第１，第２の測定点Ｐ１，Ｐ２の温度変化を、実線および破線のラインＬ４，Ｌ５でそれぞれ示している。なお、参考として、第２のヒータ３_２のチャンネルの第２の温度センサ２_２の検出温度を併せて二点鎖線のラインＬ６で示している。

第２のヒータ３_２のチャンネルの目標温度をステップ入力すると、隣のチャンネルである第１，第２の測定点Ｐ１，Ｐ２は、その干渉によって温度が変化し、ステップ入力を停止した後にも、第２の温度センサ２_２の温度に比べて第１，第２の測定点Ｐ１，Ｐ２の温度は、比較的緩やかに低下する。

この例では、ラインＬ５で示される第２の測定点Ｐ２に比べて、ラインＬ４で示される第１の測定点Ｐ１の方が、第２のヒータ３_２による干渉の度合いが大きく、第１の測定点Ｐ１が、第２の測定点Ｐ２に比べて温度が高くなっている。

このように、隣のチャンネルの干渉を用いて、第１，第２の測定点Ｐ１，Ｐ２に温度差を生じさせることができる。この温度差の大きさおよびその温度差を生じさせるタイミングは、ステップ入力の大きさやそのステップ入力の停止のタイミングなどによって、調整することができる。

そこで、この実施の形態の温度制御方法では、例えば、第１，第２の測定点Ｐ１，Ｐ２を、温度のばらつきを抑制すべき対象としての第１，第２の注目点とし、上述の時刻ｔ付近における第１，第２の注目点Ｐ１，Ｐ２における温度のばらつきを、干渉が大きい隣のチャンネルの目標温度にステップ入力を加算して予備加熱を行なうことにより、その干渉を利用して、図９（ｂ）のラインＬ１，Ｌ２に示されるように、時刻ｔ付近における第１，第２の注目点Ｐ１，Ｐ２の温度のばらつきを抑制するものである。なお、図９（ｂ）には、目標温度の変化を併せて示している。

これによって、熱処理盤４に半導体ウェハ７が載置されて半導体ウェハ７の温度が上昇して反応が進む温度付近に対応する時刻ｔにおける温度のばらつきを抑制することができ、半導体ウェハ７の均一な熱処理が可能となる。

以上のように、この実施の形態では、半導体ウェハ７が熱処理盤４に載置されて熱処理が開始される前に、予め目標温度を変化させて予備加熱を行なうものである。この予備加熱は、半導体ウェハ７を熱処理盤４に載置して熱処理を開始した後の一定時刻ｔ前後における温度のばらつきを抑制するように行なうものであり、この動作のタイミングについては、後述する。

次に、この予備加熱の際に目標温度に加算するステップ入力値について、説明する。

図３は、目標温度に整定した熱処理盤に半導体ウェハを載置して熱処理盤を行なった場合の温度変化を示しており、実線のラインＬ３は、温度ばらつきが大きく、そのばらつきを抑制すべき対象としての注目点の温度を、破線のラインＬ４は、例えば、複数の検出点等の平均温度を示している。

この注目点は、例えば、図８の第１〜第１０の測定点Ｐ１〜Ｐ１０の内で温度ばらつきの大きい測定点を想定することができ、平均温度は、５つの検出点および第１〜第１０の測定点Ｐ１〜Ｐ１０の計１５点の平均温度を想定することができる。

この図３に示されるように、半導体ウェハを熱処理盤に載置して熱処理が開始された後、熱処理盤の温度が最下点に達した時点Ｔから一定時間ｔ１が経過した時点において、注目点の温度と平均温度との間には、温度差Ａが生じている。ここで、最下点に達した時点Ｔから一定時間ｔ１が経過した時点は、上述の図９の時刻ｔに対応している。

図４は、この注目点に対して最も干渉度合いの大きなチャンネル、例えば、隣のチャンネルの目標温度に１℃のステップ入力を与えたときのそのチャンネルの温度センサの検出温度と前記注目点の温度変化を示す図である。同図において、注目点の温度が実線のラインＬ５で示され、ステップ入力が与えられたチャンネルの温度センサの検出温度が破線のラインＬ６で示されている。

この図４に示されるように、ステップ入力を停止した時点Ｔから一定時間ｔ１が経過した時点において、干渉によって温度差Ｂが生じている。

図４におけるステップ入力の停止の時点Ｔと、図３の温度の最下点Ｔとのタイミングを一致させることによって、一定時間ｔ１経過時点における温度差Ａ，Ｂを対応させることができる。

そこで、１℃のステップ入力を与えると、干渉によって注目点は温度がＢ上昇するので、温度をＡ上昇させて温度のばらつきを抑制するために必要なステップ入力Ｃの大きさは、次のようにして算出できる。

１：Ｃ＝Ｂ：Ａ
Ｃ＝Ａ／Ｂ
つまり、前記一定時間ｔ１経過時点における注目点の温度のばらつきを抑制するには、半導体ウェハが載置される前に、隣のチャンネルの目標温度にステップ入力Ｃを加算した予備加熱を行い、前記一定時間ｔ１経過時点が、温度ばらつきを抑制したい時点になるようにステップ入力Ｃの加算を停止して予備加熱を終了する。これによって、半導体ウェハ７を熱処理盤４に載置した後の所定の時刻、例えば、上述の図９の時刻ｔ付近における温度のばらつきを抑制することができる。

なお、図３では、５つの検出点および第１〜第１０の注目点Ｐ１〜１０の計１５点の平均温度を想定したけれども、これに限るものではなく、例えば、５つの検出点の平均温度としてもよく、あるいは、ステップ入力を加算したチャンネルの検出点の温度としてもよい。

ここで、再び図８を参照して３チャンネル以上の多チャンネルの場合の温度制御方法を更に詳細に説明する。

先ず、５チャンネルの場合について説明する。図８に示される５つの検出点および第１〜第１０の測定点Ｐ１〜Ｐ１０の計１５点の各点について、半導体ウェハを熱処理した場合の前記１５点の平均温度からの温度のばらつきを予め計測する。これによって、例えば、上述の時刻ｔにおける温度ばらつきが大きい測定点を、ばらつきを抑制すべき対象である注目点として決定する。

一方、各チャンネル毎に、目標温度に１℃のステップ入力を順番に与えた場合の上述の１５点の温度変化を計測して各チャンネルによる干渉の度合い（干渉データ）を計測する。例えば、図８の第１のヒータ３_１に対応する第１のチャンネルの目標温度に１℃のステップ入力を加算して各１５点の温度変化を計測し、次に第２のヒータ３_２に対応する第２のチャンネルの目標温度に１℃のステップ入力を加算して各１５点の温度変化を計測し、次に第３のヒータ３_３に対応する第３のチャンネルの目標温度に１℃のステップ入力を加算して各１５点の温度変化を計測し、以下同様に第４，第５のチャンネルの目標温度に１℃のステップ入力を加算して各１５点の温度変化を順番に計測する。

この干渉度合いの計測によって、例えば、上述の図４に示されるような干渉データが得られることになる。

以上の計測に基づいて、ステップ入力の加算値の算出について説明する。

ここでは、５チャンネルであるので、最大５点を注目点として温度のばらつきを抑制することができる。

上述のようにして予め計測された１５点の内、注目点とされた５点の時刻ｔにおける平均温度からのばらつきを、Ａ_１〜Ａ_５とする。また、第１のチャンネルの目標温度に１℃のステップ入力を加算したときの時刻ｔにおける５点の注目点の干渉度合い、すなわち、上述の図４の温度差Ｂ℃で示されるような干渉度合いを、Ｂ１_１〜Ｂ１_５とし、第２のチャンネルの目標温度に１℃のステップ入力を加算したときの時刻ｔにおける５点の注目点の干渉度合いをＢ２_１〜Ｂ２_５とし、同様に、第３〜第５のチャンネルの目標温度に１℃のステップ入力を加算したときの時刻ｔにおける５点の注目点の干渉度合いを、Ｂ３_１〜Ｂ３_５、Ｂ４_１〜Ｂ４_５、Ｂ５_１〜Ｂ５_５とする。

この場合、５点の注目点の時刻ｔにおける温度のばらつきを抑制するために、第１〜第５の各チャンネルの目標温度に加算すべき加算値Ｃ１〜Ｃ５は、次の連立方程式を解くことによって得られる。

Ａ_１＝Ｂ１_１・Ｃ１＋Ｂ２_１・Ｃ２＋Ｂ３_１・Ｃ３＋Ｂ４_１・Ｃ４＋Ｂ５_１・Ｃ５
Ａ_２＝Ｂ１_２・Ｃ１＋Ｂ２_２・Ｃ２＋Ｂ３_２・Ｃ３＋Ｂ４_２・Ｃ４＋Ｂ５_２・Ｃ５
Ａ_３＝Ｂ１_３・Ｃ１＋Ｂ２_３・Ｃ２＋Ｂ３_３・Ｃ３＋Ｂ４_３・Ｃ４＋Ｂ５_３・Ｃ５
Ａ_４＝Ｂ１_４・Ｃ１＋Ｂ２_４・Ｃ２＋Ｂ３_４・Ｃ３＋Ｂ４_４・Ｃ４＋Ｂ５_４・Ｃ５
Ａ_５＝Ｂ１_５・Ｃ１＋Ｂ２_５・Ｃ２＋Ｂ３_５・Ｃ３＋Ｂ４_５・Ｃ４＋Ｂ５_５・Ｃ５
このようにして得られたステップ入力値Ｃ１〜Ｃ５を、各チャンネルの目標温度に加算して予備加熱を行なうことにより、時刻ｔにおける５つの注目点の温度のばらつきが抑制されることになる。

以上のようにして、注目点の温度のばらつきが抑制されるのであるが、最大の温度ばらつきを生じていた注目点のばらつきが抑制される結果、ばらつきが比較的小さかった測定点のばらつきが、相対的に最も大きくなる場合がある。かかる場合には、新たに最も大きなばらつきとなった測定点を、新たな注目点として上述と同様の処理を繰り返してより適切な予備加熱を行なうようにすればよい。

上述の５チャンネルの連立方程式を、ｎチャンネルの場合に適用して最大ｎ点の注目点の温度のばらつきを抑制する場合には、次の行列式で示すことができる。

したがって、各チャンネルの目標温度の加算値は、次のようになる。

再び、図１を参照して、この実施の形態の温度調節器５は、予備加熱を行なうために、目標温度を変化させる目標温度生成部８を備えており、この目標温度生成部８には、上述のようにして予め求められた目標温度のステップ入力の加算値、すなわち、目標温度の変化量が格納されている。

ＰＬＣやパソコンなどの上位装置９は、半導体ウェハ７が載置される前の所定のタイミングでトリガ信号を温度調節器５に出力するように構成されており、温度調節器５は、このトリガ信号に応答して目標温度にステップ入力を加算して予備加熱を行なうものである。この実施の形態では、目標温度生成部８およびＰＩＤ制御部６によって、予備加熱を行なう予備制御手段が構成されている。

図５は、この温度調節器５の動作説明に供するフローチャートである。

スタートして上位装置９からの指示確認、すなわち、トリガ入力の確認を行い（ステップｎ１）、トリガ入力がないか否かを判断し（ステップｎ２）、トリガ入力がないときには、外乱判定を行なう（ステップｎ３）。この外乱判定は、例えば、検出温度の変化に基づいて、外乱、すなわち、半導体ウェハ７が載置されて熱処理中であるか否かの判定を行うものである。この外乱中であるか否かを判断し（ステップｎ４）、外乱中でないときには、ステップｎ１に戻る。

ステップｎ２において、トリガ入力があったときには、予め目標温度生成部８に格納されているステップ入力の加算値を目標温度に加算し（ステップｎ５）、予備加熱を開始する。

この予備加熱を開始した後、半導体ウェハ７が熱処理盤４に載置されると、ステップｎ４において、外乱中であると判断し、予備加熱の停止のタイミングを知るために、検出温度ＰＶを取得し（ステップｎ６）、検出温度が最下点に達したか否かを判断し（ステップｎ７）、最下点に達していないときには、ステップｎ１に戻る。

ステップｎ７において、最下点に達したときには、加算したステップ入力をクリアして予備加熱を終了し（ステップｎ８）、ステップｎ１に戻り、次の半導体ウェハの熱処理に備える。

この予備加熱を終了して一定時間が経過した時刻ｔ前後において、温度のばらつきが抑制されることになる。

図６は、動作タイミングを示すタイムチャートであり、同図（ａ）は目標温度を、同図（ｂ）は熱処理盤の温度を示している。なお、この図６では、３つのチャンネルについて、実線、破線および二点鎖線で示している。

時刻ｔａにおいて、トリガ入力に応答して、各チャンネル毎にステップ入力が加算されて予備加熱が開始され、時刻ｔｂにおいて、外乱が印加、すなわち、半導体ウェハが載置されて熱処理が開始される。そして、この実施の形態では、検出温度ＰＶが最下点に達した時刻ｔｃに各チャンネルのステップ入力の加算をクリアして予備加熱を停止している。

なお、予備加熱は、上位装置９からの入力に応答して停止するようにしてもよく、あるいは、外乱の印加直後に停止するようにしてもよく、更に、外乱の印加から一定時間経過後に停止するようにしてもよい。

図７は、この実施の形態の効果を示す図であり、上述の図１０に対応する図である。

この図７は、図１０において、平均温度から上下に最もばらついていた２点を注目点として予備加熱を行なった場合の注目点の温度変化を示しており、図１０の従来例に比べて、温度のばらつきが抑制されているのが分かる。
（実施の形態２）
上述の実施の形態では、熱処理盤の注目点の温度のばらつきを抑制したけれども、本発明の他の実施の形態として、熱処理盤で熱処理される半導体ウェハの注目点の温度のばらつきを抑制するようにしてもよい。

例えば、上述の図８に示される５チャンネルの熱処理盤で熱処理される半導体ウェハを、例えば、上述の熱処理盤の１５点に対応する各点で温度を計測すると、熱処理盤と同様に温度のばらつきの大きな点があり、かかる点の温度のばらつきを抑制することが望まれる。

ここで、１５点に対応する点とは、例えば、熱処理盤の１５点の真上に位置する半導体ウェハの点であり、かかる点の温度の測定は、温度センサが装備された試験用ウェハを用いて計測することができる。

そこで、上述の熱処理盤の注目点の温度のばらつきを抑制するのと同様にして、熱処理盤で処理される半導体ウェハの注目点の温度のばらつきを抑制することができる。

すなわち、半導体ウェハの注目点の温度のばらつきを抑制する場合には、予め上述の試験用ウェハを用いて各点の温度のばらつきを計測し、ばらつきの大きな注目点を決定する。

一方、熱処理盤の各チャンネルの目標温度にステップ入力を与えときの試験用ウェハの前記各点の干渉の度合いを予め計測する。

計測された注目点の温度のばらつきと、この注目点に対する干渉度合いに基づいて、上述の熱処理盤の場合と同様に、熱処理盤の各チャンネルの目標温度に加算するステップ入力値を求め、予備加熱を行なうのである。

これによって、熱処理盤ではなく、この熱処理盤で熱処理される半導体ウェハ自身の温度ばらつきを抑制できることになる。

（その他の実施の形態）
上述の実施の形態では、目標温度に加算するステップ入力値を、温度調節器５の目標温度生成部８に予め格納したけれども、本発明の他の実施の形態として、上位装置９から指示するようにしてもよい。

上述の実施の形態では、目標温度を変化させて予備加熱を行なったけれども、本発明の他の実施の形態として、目標温度に限らず、オフセット値（入力補正値）、制御パラメータや操作量などを変化させてもよい。

上述の実施の形態では、ヒータなどを用いた加熱処理に適用して説明したけれども、ペルチェ素子や冷却器などを用いた冷却処理に適用してもよく、更に、加熱と冷却とを併用する温度制御に適用してもよい。

また、本発明は、温度制御に限らず、圧力、流量、速度あるいは液位などの他の物理状態の制御に適用してもよい。

本発明は、制御装置、温度調節器および熱処理装置として有用である。

本発明の一つの実施の形態に係る熱処理装置のブロック図である。 目標温度のステップ入力に対する温度変化を示す図である。 温度のばらつきを示す図である。 目標温度のステップ入力による温度変化を示す図である。 図１の温度調節器の動作説明に供するフローチャートである。 予備加熱の動作タイミングを示すタイムチャートである。 この実施の形態による平均温度からの温度ばらつきを示す図である。 熱処理盤におけるヒータ、温度センサおよび測定点の配置を示す図である。 従来の温度ばらつきおよびその抑制効果を示す図である。 従来例の平均温度からの温度ばらつきを示す図である。

符号の説明

１，４ 熱処理盤 ２_１〜２_５ 第１〜第５の温度センサ
３_１〜３_５ 第１〜第５のヒータ ５ 温度調節器
８ 目標温度生成部 ９ 上位装置

Claims (9)

1. 制御対象の温度を複数の検出点でそれぞれ検出し、前記制御対象を加熱および／または冷却する複数の操作手段を操作して検出温度が目標温度になるように制御するとともに、外乱の印加後における前記制御対象の前記検出点とは異なる注目点の温度のばらつきを抑制する温度制御方法であって、
   複数の前記目標温度を順番に変化させて前記注目点の温度を計測することによって、前記注目点に対する前記操作手段による干渉の度合いを予め計測し、
   計測した干渉の度合いに基づいて、前記外乱の印加前に、前記制御対象の温度を、前記目標温度を変化させることによって予備制御して前記外乱の印加後における前記注目点の温度のばらつきを抑制するものであり、
   前記予備制御における前記目標温度の変化量を、予め計測した前記注目点の温度のばらつきと前記干渉の度合いとに基づいて決定することを特徴とする温度制御方法。
2. 処理手段の温度を複数の検出点でそれぞれ検出し、前記処理手段を加熱および／または冷却する複数の操作手段を操作して検出温度が目標温度になるように制御するとともに、前記処理手段での被処理物の処理開始後における前記被処理物の注目点の温度のばらつきを抑制する温度制御方法であって、
   複数の前記目標温度を順番に変化させて前記注目点の温度を計測することによって、前記注目点に対する前記操作手段による干渉の度合いを予め計測し、
   計測した干渉の度合いに基づいて、前記被処理物の処理開始前に、前記処理手段の温度を、前記目標温度を変化させることによって予備制御して前記処理開始後における前記注目点の温度のばらつきを抑制するものであり、
   前記予備制御における前記目標温度の変化量を、予め計測した前記注目点の温度のばらつきと前記干渉の度合いとに基づいて決定することを特徴とする温度制御方法。
3. 前記制御対象が処理手段であり、前記外乱が前記処理手段で処理される被処理物である請求項１に記載の温度制御方法。
4. 制御対象の温度を複数の検出点でそれぞれ検出する複数の温度検出手段からの検出温度を、目標温度に一致させるように、前記制御対象を加熱および／または冷却する複数の操作手段に対して複数の操作信号を出力する温度制御手段を備えるとともに、外乱の印加後における前記制御対象の前記検出点とは異なる注目点の温度のばらつきを抑制する温度調節器であって、
   前記外乱の印加前に、前記制御対象の温度を、前記目標温度を変化させることによって予備制御して前記外乱の印加後における前記注目点の温度のばらつきを抑制する予備制御手段を備え、
   前記予備制御手段は、前記目標温度の変化量が予め格納される目標温度生成部を有し、前記変化量は、予め計測した前記注目点の温度のばらつきと、予め計測した前記注目点に対する前記操作手段による干渉の度合いとに基づいて求められるものであって、
   複数の前記目標温度を順番に変化させて前記注目点の温度を予め計測することによって、前記注目点に対する前記操作手段による前記干渉の度合いが予め計測されることを特徴とする温度調節器。
5. 処理手段の温度を複数の検出点でそれぞれ検出する複数の温度検出手段からの検出温度を、目標温度に一致させるように、前記処理手段を加熱および／または冷却する複数の操作手段に対して複数の操作信号を出力する温度制御手段を備えるとともに、前記処理手段での被処理物の処理開始後における前記被処理物の注目点の温度のばらつきを抑制する温度調節器であって、
   前記被処理物の処理開始前に、前記処理手段の温度を、前記目標温度を変化させることによって予備制御して前記処理開始後における前記注目点の温度のばらつきを抑制する予備制御手段を備え、
   前記予備制御手段は、前記目標温度の変化量が予め格納される目標温度生成部を有し、前記変化量は、予め計測した前記注目点の温度のばらつきと、予め計測した前記注目点に対する前記操作手段による干渉の度合いとに基づいて求められるものであって、
   複数の前記目標温度を順番に変化させて前記注目点の温度を予め計測することによって、前記注目点に対する前記操作手段による前記干渉の度合いが、予め計測されることを特徴とする温度調節器。
6. 前記制御対象が処理手段であり、前記外乱が前記処理手段で処理される被処理物である請求項４に記載の温度調節器。
7. 前記予備制御手段は、外部からのトリガ信号に応答して前記予備制御を開始する請求項４〜６のいずれかに記載の温度調節器。
8. 前記予備制御手段は、前記温度検出手段の検出温度に基づいて、予備制御を停止する請求項４〜７のいずれかに記載の温度調節器。
9. 請求項４ないし８のいずれかに記載の温度調節器と、制御対象としての熱処理手段と、該熱処理手段を加熱する複数の操作手段と、前記熱処理手段の温度を検出する複数の温度検出手段とを備えることを特徴とする熱処理装置。

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