JP4097140B2 - 半導体処理装置およびその方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板に対して熱処理を行う半導体処理装置およびその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、特許文献１は、反応室内の多くの半導体ウエハに対する加熱を、複数のヒータ相互の熱干渉を考慮しつつ行う方法を開示する。
特許文献１に開示された方法においては、複数のヒータそれぞれ温度変化と、反応室内の複数の温度測定位置において測定される温度変化との関係を示す「伝達ゲイン行列」と呼ばれる行列が用いられる。
反応室内には、ヒータの温度変化を敏感に反映する部分と、その限りではない部分とがあるので、温度測定位置を適切に選択しないと、反応室内の温度を均一化することができない。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１０２３１７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した背景からなされたものであり、正確なヒータと反応室内との温度変化の関係に基づいて、正確な温度制御を行うようにした半導体処理装置およびその方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、ヒータ近傍の温度分布を最適な位置で測定しつつ、半導体に対する処理を行うことができる半導体処理装置およびその方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
［半導体処理装置］
上記目的を達成するために、本発明に係る第１の半導体処理装置は、外部から与えられる制御量に従って、反応室内に収容された基板を加熱する複数の加熱手段と、前記複数の加熱手段またはその近傍の温度分布を示す第１の値を測定する複数の第１の検出手段と、前記加熱される複数の第１の検出手段より基板近傍の温度分布を示す第２の値を測定する複数の第２の検出手段と、複数の前記制御量に従って、前記反応室内が加熱された場合に得られる前記第１の値の変化および前記第２の値の変化と、前記複数の制御量とに基づいて、前記第１の検出手段の位置を決める位置決め手段とを有する。
【０００６】
また、本発明に係る第２の半導体処理装置は、外部から与えられる制御量に従って、反応室内に収容された基板を加熱する複数の加熱手段と、前記複数の加熱手段またはその近傍の温度分布を示す値を測定する複数の検出手段と、複数の前記制御量に従って、前記反応室内が加熱された場合に得られる前記温度分布の値の変化と、前記複数の制御量とに基づいて、前記検出手段の位置を決める位置決め手段とを有する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
［本発明の背景］
本発明の理解を助けるために、実施形態の説明に先立って、まず、本発明がなされるに至った背景を説明する。
【０００８】
［半導体処理装置１］
図１は、本発明が適応される半導体処理装置１の全体構成を示す図である。
図２は、図１に示したボート１４およびウエハ１２を収容した状態の反応室３およびその周辺の断面を例示する図である。
【０００９】
図１に示すように、半導体処理装置１は、カセット授受ユニット１００、カセット授受ユニット１００の背面側に設けられたカセットストッカ１０２、カセットストッカ１０２の上方に設けられたバッファカセットストッカ１０４、カセットストッカ１０２の背面側に設けられたウエハ移動機１０６、ウエハ移動機１０６の背面側に設けられ、ウエハ１２がセットされたボート１４を搬送するボートエレベータ１０８、ウエハ移動機１０６の上方に設けられた反応室３、および、制御部２から構成される。
【００１０】
図２に示すように、図１に示した反応室３は、中空のヒータ３２、例えば石英からなるアウタチューブ３５０、例えば石英からなるインナチューブ３５２、ガス導入ノズル３４０、円筒フランジ３４２、炉口蓋３４４、排気管３４６およびガス流量調整器（図示せず）などのその他の構成部分から構成され、断熱材３００により覆われている。
ヒータ３２は、それぞれに対する温度の設定および調節が可能な３つの温度調節部分（Ｕ，Ｃ，Ｌ）３２０−１〜３２０−３、および、温度調整部分３２０−１〜３２０−３それぞれとアウタチューブ３５０との間に配設される温度センサ３２２−１〜３２２−３を含む。
【００１１】
なお、以下の説明においては、温度調整部分３２０−１〜３２０−３など、複数ある構成部分のいずれかを特定せずに示す場合には、単に、温度調整部分３２０と略記することがある。
また、以下の説明において、温度調整部分３２０−１〜３２０−３など、構成部分の個数を示す場合があるが、構成部分の個数は、説明の具体化・明確化のために例示されたものであって、本発明の技術的範囲を限定することを意図して挙げられたものではない。
【００１２】
ヒータ３２の温度調整部分３２０−１〜３２０−３は、例えば、１つの連続したヒータ３２の巻線から、複数のタップを引き出すことにより、あるいは、それぞれ独立した巻線を有する３個のヒータを設けることにより実現される。
アウタチューブ３５０とインナチューブ３５２とは、ヒータ３２と同心に設けられ、これらの間には、閉塞された筒状空間が形成される。
【００１３】
［半導体処理装置１による膜形成の概要］
半導体処理装置１は、例えば、いわゆる縦型ＣＶＤ装置であって、これらの構成部分により、制御部２（図１）の制御に従って、反応室３内に所定の間隔で並べられた半導体ウエハ１２に対して、ＣＶＤにより、Ｓｉ₃Ｎ₄膜、ＳｉＯ₂膜およびポリシリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）膜などの形成を行う。
半導体処理装置３による膜形成をさらに説明する。
ガス導入ノズル３４０（図２）は、アウタチューブ３５０の内部に連通し、反応ガスを導入する。
【００１４】
円筒フランジ３４２は、インナチューブ３５２に連通する排気管３４６などを保持する。
インナチューブ３５２には、例えば石英からなるボート１４が装入され、ボート１４は、炉口蓋３４４に立設される。
炉口蓋３４４は、ボートエレベータ１０８（図１）に設けられ、円筒フランジ３４２の下端を閉塞する。
【００１５】
被処理物のウエハ１２は、ウエハカセット４９０（図１）に装填された状態で搬送され、カセット授受ユニット１００に授載される。
カセット授受ユニット１００は、このウエハ１２を、カセットストッカ１０２またはバッファカセットストッカ１０４に移載する。
ウエハ移動機１０６は、カセットストッカ１０２からウエハ１２を取り出し、ボート１４に水平な状態で多段に装填する。
【００１６】
ボートエレベータ１０８（図１）は、ウエハ１２が装填されたボート１４を反応室３内に導く。
ヒータ３２の３つの温度調節部分（Ｕ，Ｃ，Ｌ）３２０−１〜３２０−３それぞれは、設定に従ってアウタチューブ３５０の内部を加熱し、ガス導入ノズル３４０から反応ガスを導入する。
この加熱の際には、温度センサ３２２−１〜３２２−３が検出する温度調整部分３２０−１〜３２０−３の温度に基づくフィードバック制御が、適宜、行われる。
導入されたガスは、インナチューブ３５２内部を上昇し、その上部で折り返されて降下し、排気管３４６から排出される。
【００１７】
このように、反応室３において、高温下でウエハ１２が反応ガスに接触し、膜形成などの処理がなされる。
膜形成が終わると、ボート１４が反応室３から引き出され、ウエハ移動機１０６により、ボート１４にセットされたウエハ１２は、ウエハカセット４９０に移載され、膜形成済の半導体ウエハ１２として、外部搬送装置により搬出される。
なお、以下、温度センサ３２２−１〜３２２−３など、複数ある構成部分を、いずれかを特定せずに示す場合には、適宜、単に温度センサ３２２などと略記することがある。
【００１８】
［制御部２］
図３は、図１に示した制御部２の構成を示す図である。
図３に示すように、制御部２は、ＣＰＵ２００、メモリ２０４、表示装置、タッチパネルおよびキーボード・マウスなどを含む表示・入力部２２、および、ＨＤ・ＣＤなどの記録部２４から構成される。
【００１９】
つまり、制御部２は、半導体処理装置１を制御可能な一般的なコンピュータとしての構成部分を含む。
制御部２は、これらの構成部分により、半導体処理装置１の各構成部分を制御して、半導体ウエハ１２に対する処理を行わせる。
【００２０】
［温度センサ３２２の位置決めの困難さ］
次に、半導体処理装置１において、温度センサ３２２を設ける位置を決めることの困難さを説明する。
温度センサ３２２としては、通常、熱電対が用いられ、アウタチューブ３５０内の金属汚染およびパーティクルの発生を防ぐために、温度センサ３２２は、図２に示したように、アウタチューブ３５０の外側、ヒータ３２の近傍に配設される。
従って、半導体処理装置１においては、アウタチューブ３５０内部の半導体ウエハ１２の（ボート１４近傍）温度を直接、測定することはできない。
つまり、アウタチューブ３５０の外、ヒータ３２近傍のヒータ３２の温度調整部分３２０−１〜３２０−３それぞれの温度測定値を用いて、アウタチューブ３５０の内部の半導体ウエハ１２の温度（ボート１４近傍の温度）が所望の値になるように制御しなければならない。
【００２１】
全ての半導体ウエハ１２に対して均一な処理を行うためには、ボート１４近傍において、半導体ウエハ１２が存在する領域（図２に符号ｄを付して示す領域；領域ｄ）全てで、温度を均一にする必要がある。
このように、ボート１４近傍の領域ｄを均一な温度にするように制御するためには、通常、温度センサ３２２−１〜３２２−３は、それぞれ領域ｄの上端と中心と下端に設けられる。
なお、温度センサ３２２の数は、ヒータ３２の温度調整部分３２０それぞれに対応して設けられるので、一般的には、通常、温度調整部分３２０の数と同数の温度センサ３２２が、領域ｄに任意の間隔で設けられることになる。
【００２２】
しかしながら、ボート１４近傍の半導体ウエハ１２が存在する領域ｄの温度を均一にするように制御するためには、このような任意の間隔の温度センサ３２２の配置は、以下に示す原因１，２により、最適でないことがある。
まず、ヒータ３２近傍の温度センサ３２２の温度測定値を用いてボート１４近傍の温度を近似することはできるが、近似により得られた温度と、実際の温度とか一致していないことがある（原因１）。
次に、温度センサ３２２はそれぞれ配設された部分の温度のみを測定することはできるが、配設された部分以外の温度を測定することができない。
従って、これら温度センサ３２２の間の温度調整部分３２０実際の温度を直接測定した結果に基づいた温度制御はできない（原因２）。
【００２３】
図４は、反応室３（図２）において、第１〜第３の温度センサ３２２−１〜３２２−３が測定したヒータ３２の第１〜第３の温度調整部分３２０−１〜３２０−３それぞれの温度が設定温度Ｔである場合に、ヒータ３２の半導体ウエハ１２に対応する領域ａ〜ｄの実際の温度分布を、鉛直方向に例示する図である。
図５は、反応室３（図２）のヒータ３２の温度分布が図４に例示した通りである場合において、ボート１４近傍の領域ａ〜ｄの実際の温度分布を、鉛直方向に例示する図である。
【００２４】
なお、図４，図５において、領域ａ〜ｃは、それぞれ温度調整部分３２０−１〜３２０−３の範囲を示し、領域ｄは、上述のように半導体ウエハ１２の範囲を示す。
また、以下、温度分布をグラフ形式で示す各図において、垂直軸は、反応室３の鉛直方向を示し、水平軸は温度を示す。
【００２５】
温度調整部分３２０−１〜３２０−３それぞれにおいて温度センサ３２２−１〜３２２−３が配設された位置（測定点）の温度測定値Ａ〜Ｃが、所望の設定温度Ｔと測定された場合を考える。
このような場合であっても、温度調整部分３２０−１〜３２０−３それぞれの中央部分の温度は、一般に、これらの両端部分（上下端部分）よりも高くなるので、測定点以外の温度調整部分３２０−１〜３２０−３の温度分布（以下、「温度調整部分３２０−１〜３２０−３の温度分布」などと記す）は、図４に例示するように、均一にならないことがある。
【００２６】
つまり、温度調整部分３２０−１〜３２０−３それぞれは、上述したように、中央部分の温度が高くなり、両端部の温度が低くなるので、図４に点線Ａ〜Ｃで示す温度分布を与える。
これら温度調整部分３２０−１〜３２０−３それぞれによる温度分布が重ね合わされると、図４において実線Ｄで示すような温度分布となる。
【００２７】
さらに、温度調整部分３２０−１〜３２０−３の温度分布が、図４に示す通りである場合には、ボート１４近傍の温度分布は、図５に例示するように、均一にならないことがある。
つまり、温度調整部分３２０−１〜３２０−３それぞれは、上述したように、中央部分の温度が高くなり、両端部の温度が低くなるので、ボート１４の近傍に対して、図５において点線Ａ’〜Ｃ’で示す温度分布を与える。
これら温度調整部分３２０−１〜３２０−３それぞれが、ボート１４の近傍に与える温度分布が重ね合わされると、図５に実線Ｄ’で示すような温度分布を与える。
【００２８】
図４に示したように、温度調整部分３２０−１〜３２０−３（図２）それぞれを、これらの温度測定値Ａ〜Ｃが設定温度Ｔに等しくなるように制御することは、図５に示したように、ボート１４の近傍の温度分布を可能な限り均一にするためには、必ずしも適切でない。
つまり、図４，図５を比較参照すると、ボート１４の近傍の温度分布（実線Ｄ’；図５）を可能な限り均一にするためには、ヒータ３２の上下の温度調整部分３２０−１，３２０−３（点線Ａ，Ｃ；図４）の温度を、中央の温度調整部分３２０−２（点線Ｂ；図４）の温度よりも高くなるように制御するか、あるいは、中央の温度調整部分３２０−２の温度を、より低くなるように制御すればよいことがわかる。
このように、ボート１４の近傍の温度分布の均一化のためには、温度調整部分３２０−１〜３２０−３それぞれに対して異なる温度を設定し、温度センサ３２２−１〜３２２−３それぞれの測定温度が、これらの設定値となるように制御すればよい。
【００２９】
具体的には、例えば、ヒータ３２の上下の温度調整部分３２０−１，３２０−３（図２）それぞれの温度を、図４に例示した場合よりも低く設定し、かつ、中央の温度調整部分３２０−２の温度を、図４に例示した場合よりも高く設定して、温度調整部分３２０−１〜３２０−３の温度を制御すればよい。
このような温度調整部分３２０−１〜３２０−３それぞれに対する設定温度Ｔの決定方法の例として、技術者が、温度調整部分３２０−１〜３２０−３およびボート１４近傍の温度の温度分布のグラフ（図４，図５）を比較・参照して、勘と経験に基づいて求める方法などを挙げることができる。
【００３０】
しかしながら、このように温度分布の実測値に基づいて温度調整部分３２０−１〜３２０−３（図２）それぞれに対する設定温度Ｔを求めても、このように求められた設定温度Ｔは、ボート１４近傍の範囲ｄ（図２，図４，図５）の温度分布の均一化のためには、最適でない可能性がある。
以下、さらに、図６，図７を参照して、最適な設定温度Ｔが求められ得ない理由を説明する。
【００３１】
図６は、図４に示した第１〜第３の温度調整部分３２０−１〜３２０−３の温度分布の変化を、その領域ａ，ｂの境界部分について拡大して例示する図である。
図７は、図５に示したボート１４付近の温度分布の変化を、その領域ａ，ｂの境界部分について拡大して例示する図である。
なお、図６において、点線Ｂは図４における点線Ｂに対応し、点線Ｅは同・点線Ａに対応し、実線Ｆは同・実線Ｄに対応する。
また、図７において、実線Ｂ’は図５における点線Ｂ’に対応し、点線Ｇ’は同・点線Ａ’に対応し、実線Ｈ’は同・実線Ｄ’に対応する。
【００３２】
まず、図６を参照する。
ヒータ３２の温度調整部分３２０−１（図２）に対する電力供給のみを、例えば３段階で制御すると、点線Ｅに示すように、温度調整部分３２０−１の平衡後の温度は、３つの段階の間で変化する。
従って、温度平衡状態における温度調整部分３２０−１の領域ａの温度分布は、温度調整部分３２０−１の温度変化に従って、実線Ｆに示すように３つの段階の間で変化する。
【００３３】
つまり、温度調整部分３２０−１の温度分布は、温度調整部分３２０−１に対する電力供給を増せば増すほど、矢印ｅの方向に変化する。
このような場合において、温度調整部分３２０−１に付された温度センサ３２２−１（図２）の位置（測定点）が、図６に示した通りである場合には、温度調整部分３２０−１の領域ａの中央部分における温度分布の変化が大きいにもかかわらず、測定点における温度変化が小さいことがある。
【００３４】
一方、図７に示したように、ボート１４近傍の領域ｂ（図２など）の元の温度は、領域ａの元の温度よりも低く、しかも、温度調整部分３２０−１の温度変化の影響を受けやすい位置なので、ボート１４近傍の領域ａ，ｂの境界部分の温度変化が大きくなってしまう。
このように、温度センサ３２２−１の温度測定結果に大きな変化がないにも関わらず、温度センサ３２２−１の温度変化が、領域ａ，ｂの境界付近のボート１４近傍に対して、大きな影響を与えてしまう。
【００３５】
つまり、温度調整部分３２０−１（図２）の測定点を、図６に示した通りとすると、ここで温度センサ３２２−１が測定する温度に変化が少ないので、温度調整部分３２０−１を設定温度Ｔとすることは容易である。
一方、図６に示した測定点に配設された温度センサ３２２−１の測定温度に小さな変化しかなくても、ボート１４の近傍の温度変化は比較的、大きいので、温度センサ３２２−１の測定温度に基づき、ボート１４の近傍の温度分布を均一にする制御は難しい。
つまり、温度センサ３２２−１が、図６に示した測定点にあると、ボート１４の近傍の温度分布を均一化するための制御が、適切に行なわれ得ない可能性がある。
【００３６】
以上、説明したように、ヒータ３２の温度センサ３２２−１〜３２２−３（図２）それぞれを、温度調整部分３２０−１〜３２０−３に対して適切な位置（測定点）に配設しないと、ボート１４の近傍の温度分布を均一するために最適な温度情報が得られない可能性がある。
しかしながら、上述したように、温度センサ３２２−１〜３２２−３は、通常、温度調整部分３２０−１〜３２０−３の中央部分に配設されているが、このように配設された温度センサ３２２−１〜３２２−３からは、このような目的のための適切な温度情報が得られない可能性がある。
【００３７】
このように、温度センサ３２２−１〜３２２−３（図２）の配設位置（測定点）は、ボート１４近傍の温度分布を均一化するために重要であるにもかかわらず、適切に決定するための方法は確立されておらず、一般に、技術者の経験などに基づいて決定されてきた。
本発明は、このような背景からなされたものであり、温度センサ３２２−１〜３２２−３を、最適な測定点に配設することができるように工夫されている。
【００３８】
［伝達ゲイン行列Ｗ，Ｓ］
次に、本発明にかかる半導体処理装置１における温度センサ３２２の配設位置を決めるために用いられ、それぞれ、温度調整部分３２０に対して供給される電力の変化と、ボート１４近傍の温度分布の変化との関係を行列形式で示す伝達ゲイン行列Ｗ、および、温度調整部分３２０に対して供給される電力の変化と、温度センサ３２２により検出される温度の変化との関係を行列形式で示す伝達ゲイン行列Ｓ、および、これら伝達ゲイン行列Ｗ，Ｓの求め方を説明する。
なお、ここで述べる伝達ゲインおよび伝達ゲイン行列は、上記特許文献１においても開示されている。
【００３９】
図８は、本発明にかかる伝達ゲイン行列Ｗ，Ｓを求めるために用いられる第２の反応室４の構成を示す図である。
図９は、図８に示した第２の反応室４を制御する第１のヒータ駆動回路３６と、ボート１４の近傍およびヒータ３２の温度分布を測定する第１の温度測定部３８を示す図である。
図８に示すように、第２の反応室４においては、図２に示した第１の反応室３の温度センサ３２２−１〜３２２−３が、ヒータ３２（温度調整部分３２０−１〜３２０−３）の近傍に、その温度分布を測定可能なように、充分、狭い間隔で配設され、それぞれ温度を測定するｍ（ｍは複数）個の温度センサ３２４−１〜３２４−ｍで置換されている。
さらに、第２の反応室４は、第１の反応室３とは異なり、ボート１４の近傍に、温度分布を測定可能なように、充分、狭い間隔で配設されたｎ（ｎは複数）個の温度センサ３２６−１〜３２６−ｎを有している。
【００４０】
また、図９に示すように、反応室４のヒータ３２は、ヒータ駆動回路３６により駆動される。
ヒータ駆動回路３６は、第１〜第３のヒータ駆動回路３６０−１〜３６０−３を含み、これらヒータ駆動回路３６０−１〜３６０−３それぞれは、制御部２（図１，図３）の制御に従って、温度調整部分３２０−１〜３２０−３それぞれに供給する電力を制御する。
また、温度測定部３８は、制御部２の制御に従って動作し、ボート１４の近傍に配設された温度センサ３２６−１〜３２６−ｎそれぞれ、および、ヒータ３２に配設された温度センサ３２４−１〜３２４−ｍそれぞれの温度測定値を、制御部２に対して出力する。
図８，図９に示した第２の反応室４は、図１に示した半導体処理装置１において、第１の反応室３と置換され、上述した伝達ゲイン行列Ｗ，Ｓを求めるために用いられる。
【００４１】
まず、ヒータ３２（図８など）の温度調整部分３２０−１〜３２０−３それぞれに対して、基準となる供給電力ｐ₀₁，ｐ₀₂，ｐ₀₃が設定される。
基準電力ｐ₀₁，ｐ₀₂，ｐ₀₃の値としては、例えば、第２の反応室４（第１の反応室３）において、ボート１４の近傍の温度を、窒化膜形成処理などのごく一般的な処理のために好適な温度Ｔとするために、温度調整部分３２０−１〜３２０−３それぞれに対して供給すべきと考えられる標準的な電力値が選ばれる。
この基準電力ｐ₀₁，ｐ₀₂，ｐ₀₃は、例えば、下式１にＰ₀として示すように、ベクトル表示されうる。
なお、以下、このように、供給電力の値を示すベクトルを、電力値ベクトルとも記す。
【００４２】
【数１】

【００４３】
制御部２（図１）は、温度調整部分３２０−１〜３２０−３（図８）それぞれに対し、上述した基準電力ｐ₀₁，ｐ₀₂，ｐ₀₃の供給を始めた後、ヒータ３２およびボート１４の近傍が熱平衡に達すると、ヒータ３２の近傍の温度センサ３２４−１〜３２４−ｍそれぞれの温度測定値Ｔ_S、および、ボート１４の近傍の温度センサ３２６−１〜３２６−ｎそれぞれの温度測定値Ｔ_Wを、温度測定部３８を介して受ける。
温度調整部分３２０−１〜３２０−３（図８）に基準電力ｐ₀₁，ｐ₀₂，ｐ₀₃を供給した場合において、ヒータ３２の近傍の温度センサ３２４−１〜３２４−ｍそれぞれの温度測定値ｔ_S01〜ｔ_S0m、および、ボート１４の近傍の温度センサ３２６−１〜３２６−ｎそれぞれの温度測定値ｔ_W01〜ｔ_W0nは、下式２−１，２−２にＴ_S0，Ｔ_W0として示すように、それぞれベクトル表示されうる。
【００４４】
なお、以下、このように、温度測定値を示すベクトルを、温度測定値ベクトルとも記す。
また、ヒータ３２近傍の温度センサ３２４の数ｍと、ボート１４近傍の温度センサ３２６の数ｎとは、必ずしも一致しないので、温度測定値ベクトルＴ_S0，Ｔ_W0の要素数は、必ずしも一致しない。
【００４５】
【数２】

【００４６】
ここで、制御部２は、温度調整部分３２０−１〜３２０−３（図８）に対する供給電力を、基準電力ｐ₀₁，ｐ₀₂，ｐ₀₃からΔｐ₁，Δｐ₂，Δｐ₃だけ変化させ、温度センサ３２４−１〜３２４−ｍ，３２６−１〜３２６−ｎの温度測定値を得る。
つまり、例えば、下式３に示すように、制御部２は、温度調整部分３２０−１に対する供給電力をΔｐ₁だけ変化させ、ヒータ３２およびボート１４近傍が温度平衡に達した後、温度測定部３８を介して、ヒータ３２近傍の温度センサ３２４−１〜３２４−ｍそれぞれの温度測定値ｔ_S11〜ｔ_S1m、および、ボート１４近傍の温度センサ３２６−１〜３２６−ｎそれぞれの温度測定値ｔ_W11〜ｔ_W1nを得る。
【数３】

【００４７】
これらの温度測定値ｔ_S11〜ｔ_S1m，ｔ_W11〜ｔ_W1nもまた、下式４−１，４−２に温度測定値ベクトルＴ_S1，Ｔ_W1として示すように、上式２−１，２−２に示した温度測定値ベクトルＴ_S0，Ｔ_W0と同様に、ベクトル表示され得る。
【００４８】
【数４】

【００４９】
さらに同様に、下式５，６に示すように、制御部２は、温度調整部分３２０−２，３２０−３それぞれに対する供給電力をΔｐ₂，Δｐ₃だけ変化させ、ヒータ３２およびボート１４近傍が温度平衡に達した後、温度測定部３８を介して、ヒータ３２近傍の温度センサ３２４−１〜３２４−ｍそれぞれの温度測定値ｔ_S21〜ｔ_S2m，ｔ_S31〜ｔ_S3m、および、ボート１４近傍の温度センサ３２６−１〜３２６−ｎそれぞれの温度測定値ｔ_W21〜ｔ_W2n，ｔ_W31〜ｔ_W3nを得る。
【００５０】
【数５】

【００５１】
【数６】

【００５２】
これらの温度測定値ｔ_S11〜ｔ_S1m，ｔ_W11〜ｔ_W1nもまた、下式７−１，７−２，８−１，８−２に温度測定値ベクトルＴ_S2，Ｔ_W2，Ｔ_S3，Ｔ_W3として示すように、上式２−１，２−２に示した温度測定値ベクトルＴ_S0，Ｔ_W0などと同様に、ベクトル表示され得る。
【００５３】
【数７】

【００５４】
【数８】

【００５５】
ここで、電力値ベクトルΔＰを、下式９に示すように定義する。
【００５６】
【数９】

【００５７】
以上説明した温度測定値ベクトルＴ_S1，Ｔ_W1，Ｔ_S2，Ｔ_W2，Ｔ_S3，Ｔ_W3および電力値ベクトルΔＰから、下記式１０−１，１０−２にそれぞれ示す伝達ゲイン行列Ｗ，Ｓを定義することができる。
【００５８】
【数１０】

【００５９】
なお、式１０−１，１０−２に示した伝達ゲイン行列Ｗ，Ｓを求める際の温度調整部分３２０−１〜３２０−３（図８）に対する供給電力の変化分、つまり、電力値ベクトルΔＰの各要素Δｐ₁，Δｐ₂，Δｐ₃の値は、式１０−１，１０−２に示した温度測定値ベクトルの差分［Ｔ_W1−Ｔ_W0，Ｔ_W2−Ｔ_W0，Ｔ_W3−Ｔ_W0（ΔＴ_W1，ΔＴ_W2，ΔＴ_W3），Ｔ_S1−Ｔ_S0，Ｔ_S2−Ｔ_S0，Ｔ_S3−Ｔ_S0（ΔＴ_S1，ΔＴ_S2，ΔＴ_S3）］それぞれを、十分に精度良く求めることができるほどに大きい値とするとよい。
【００６０】
つまり、電力値ベクトルΔＰの各要素Δｐ₁，Δｐ₂，Δｐ₃の値を大きくすると、温度測定値ベクトルの差分ΔＴ_W1，ΔＴ_W2，ΔＴ_W3，ΔＴ_S1，ΔＴ_S2，ΔＴ_S3それぞれの値を十分に大きくできるので、一般に、これらの精度を上げることができる。
【００６１】
しかしながら、電力値ベクトルΔＰの各要素Δｐ₁，Δｐ₂，Δｐ₃の値を過大にすると、電力値ベクトルΔＰの各要素Δｐ₁，Δｐ₂，Δｐ₃の値と、温度測定値ベクトルの差分ΔＴ_W1，ΔＴ_W2，ΔＴ_W3，ΔＴ_S1，ΔＴ_S2，ΔＴ_S3との関係に非直線性が生じることがある。
従って、電力値ベクトルΔＰの各要素Δｐ₁，Δｐ₂，Δｐ₃の値は、好適には、温度測定値ベクトルの差分ΔＴ_W1，ΔＴ_W2，ΔＴ_W3，ΔＴ_S1，ΔＴ_S2，ΔＴ_S3それぞれの値を精度良く求めることができ、かつ、電力値ベクトルΔＰの各要素Δｐ₁，Δｐ₂，Δｐ₃の値と、温度測定値ベクトルの差分ΔＴ_W1，ΔＴ_W2，ΔＴ_W3，ΔＴ_S1，ΔＴ_S2，ΔＴ_S3との間の関係が、非直線性の影響を受けない範囲に選ばれる。
【００６２】
以上説明した伝達ゲイン行列Ｗ，Ｓを用いると、温度調整部分３２０−１〜３２０−３（図８）に対する供給電力を、Δｐ₁，Δｐ₂，Δｐ₃（電力値ベクトルΔＰの各要素）だけ変化させたときのヒータ３２およびボート１４近傍の温度分布の変化ΔＴ_W，ΔＴ_Sは、下式１１−１，１１−２に示すように表される。
【００６３】
【数１１】

【００６４】
なお、以下、式１１−１，１１−２に示したヒータ３２およびボート１４近傍の温度分布の変化ΔＴ_W，ΔＴ_Sを、温度変化分ベクトルΔＴ_W，ΔＴ_Sとも記す。
また、伝達ゲイン行列Ｗ，Ｓが求められた後は、式１１−１，１１−２に代入される電力値ベクトルΔＰの各要素Δｐ₁，Δｐ₂，Δｐ₃の値は任意である。
【００６５】
さらに、制御部２は、伝達ゲイン行列Ｗから、下式１２に示すように、行列Ｌ_Wを求める。
【００６６】
【数１２】

【００６７】
式１２により求められた行列Ｌ_Wは、下式１３に示すように、ボート１４（図８）近傍の温度分布に所望の温度変化ΔＴ_Wを与える電力値ベクトルΔＰを求めるために用いられる。
なお、温度変化ΔＴ_Wは、ボート１４（図８）近傍の温度センサ３２６−１〜３２６−ｎそれぞれにより検出される温度変化を示し、ΔＴ_W＝（Δｔ_W1，Δｔ_W2，・・・，Δｔ_Wn）^Tのように、ベクトル形式で表され得る。
以下、この温度変化ΔＴ_Wを、温度変化ベクトルΔＴ_Wとも記す。
【００６８】
【数１３】

【００６９】
さらに、制御部２は、式１２により求められた行列Ｌ_Wと、伝達ゲイン行列Ｓとから、下式１４に示すように、行列Ｌ_Sを求める。
【００７０】
【数１４】

【００７１】
式１４により求められた行列Ｌ_Sは、下式１５に示すように、ボート１４（図８）近傍に所望の温度変化ΔＴ_Wを与えるヒータ３２近傍の温度分布の変化分ΔＴ_Sを求めるために用いられる。
なお、変化分ΔＴ_Sは、ヒータ３２近傍の温度センサ３２４−１〜３２４−ｍそれぞれにより検出される温度変化を示し、ΔＴ_S＝（Δｔ_S1，Δｔ_S2，・・・，Δｔ_Sm）^Tのように、ベクトル形式で表され得る。
以下、この温度変化分ΔＴ_Sを、温度変化ベクトルΔＴ_Sとも記す。
【００７２】
【数１５】

【００７３】
なお、本願出願人による他の出願（特願２００１−２７２２１８；平成１３（２００１）年９月７日出願）の第［００６０］段落などにおいても説明されているように、行列Ｌ_W（式１２）を用いて、温度変化ベクトルΔＴ_Wから電力値ベクトルΔＰを、式１３に示したように求めることは、温度変化ベクトルΔＴ_Wから、最小２乗法により最適な電力値ベクトルΔＰを求めることに相当する。
また、同様に本願出願人による上記他の出願においても説明されているように、行列Ｌ_S（式１４）を用いて、温度変化ベクトルΔＴ_Wから温度変化ベクトルΔＴ_Sを、式１５に示したように求めることは、温度変化ベクトルΔＴ_Wから、最小２乗法により最適な温度変化ベクトルΔＴ_Sを求めることに相当する。
【００７４】
さらに説明する。
連立方程式［ｃ１＝ａ１・Ｘ１＋ｂ１・Ｘ２，ｃ２＝ａ２・Ｘ１＋ｂ２・Ｘ２］を解くことを考えるときに、行列の考え方が用いられる。
この連立方程式はＣ＝Ｗ・Ｘ（但し、Ｃはｃ１，ｃ２を要素とする列ベクトル、Ｗはａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２を要素とする２×２行列、Ｘはｘ１，ｘ２を要素とする列ベクトル）と表される。
この場合の解は、Ｘ＝Ｗ^-1・Ｃの演算により求められる。
【００７５】
しかしながら、伝達ゲイン行列Ｗ，Ｓは正方行列とは限らないので、これらの逆行列が存在しないことがある。
例えば、連立方程式［ｃ１＝ａ１・Ｘ１＋ｂ１・Ｘ２，ｃ２＝ａ２・Ｘ１＋ｂ２・Ｘ２，ｃ３＝ａ３・Ｘ１＋ｂ３・Ｘ２］を、Ｃ’＝Ｗ’・Ｘ（但し、Ｃはｃ１〜ｃ３を要素とする列ベクトル、Ｗ’はａ１〜ａ３，ｂ１〜ｂ３を要素とする３×２行列、Ｘはｘ１，ｘ２を要素とする列ベクトル）のＷ’には逆行列が存在しない。
この場合において、Ｘ’＝（Ｗ^T・Ｗ）^-1・Ｗ^T・Ｃとすると、最も正解に近いＸ’が求められ、これは、偏差の２乗が最小となる解になっている。
【００７６】
次に、制御部２は、伝達ゲイン行列Ｓを、下式１６に示すように、ｒ個の列ベクトルに分割する。
なお、伝達ゲイン行列Ｓの列数は、その定義から、ヒータ３２の分割数（温度調整部分３２０の個数）と一致する。
従って、ここまでの説明および各式には、図８などに示した第２の反応室４の構成に従って、ヒータ３２の分割数が３（ｒ＝３）である場合が示されているが、以下、ヒータ３２の分割数を一般化して示す場合にはｒ（ｒは整数）を用いる。
【００７７】
【数１６】

【００７８】
次に、制御部２は、下式１７−１，１７−２に示すように、行列Ｌ_Sおよび重み付けベクトルＨから、評価行列Ｅを求める。
重み付けベクトルＨは、行列Ｌ_Sの列数と同数の要素を含む列ベクトルであって、行列Ｌ_Sの列ベクトルのいずれか１つ以上に重み付けを行う。
つまり、重み付けベクトルＨは、ボート１４近傍の温度分布の不均一性を補正するためにボート１４近傍の温度センサ３２６−１〜３２６−ｎのいずれか１つ以上の温度測定値に重み付けを行うために用いられる。
【００７９】
【数１７】

【００８０】
なお、ボート１４近傍の温度センサ３２６−１〜３２６−ｎのいずれか１つ以上の温度測定値に重み付けを行わない場合には、重み付けベクトルＨの要素は全て１とされる。
あるいは、ボート１４近傍の温度センサ３２６−１〜３２６−ｎの内、制御が不要な部分に対応するものがあれば、それに対応する重み付けベクトルＨの要素の値は０とされる。
例えば、位置番号１〜１０（図１０）の内、位置番号４〜８に対応する部分に半導体ウエハ１２がない場合には、この部分に対応する重み付けベクトルＨの要素が０にされることがありうる。
【００８１】
次に、制御部２は、下式１８に示すように、評価行列Ｅから、位置ベクトルＺを求める。
【００８２】
【数１８】

【００８３】
式１８に示した位置ベクトルＺの各要素ＩＮＤＥＸ_MAX（ｅ_i）が示す要素番号は、温度変化ベクトルΔＴ_Sの要素番号に対応し、位置ベクトルＺの各要素ＩＮＤＥＸ_MAX（ｅ_i）それぞれは、ヒータ３２（図８）の温度調整部分３２０−１〜３２０−ｒそれぞれの温度の測定に用いるべき温度センサ３２４−１〜３２４−ｍの内のｒ個それぞれを示す。
【００８４】
式１７−１，１７−２により与えられる評価行列Ｅ、および、式１８により与えられる位置ベクトルＺについて、さらに説明する。
評価行列Ｅの列要素ｅ_iは、ヒータ３２（図８）の温度調整部分３２０−ｉに対する制御性を示している。
式１７−２の第２項（Ｌ_S・Ｈ）は、式１５の右辺Ｌ_S・ΔＴ_WのΔＴ_Wを、重み付け行列Ｈで置換することにより得られる。
また、上述したように、式１５は、温度変化ベクトルΔＴ_Wから、最小２乗法により最適な温度変化ベクトルΔＴ_Sを求めることに相当する。
【００８５】
従って、式１７−１は、ボート１４（図８）近傍の温度分布の変化（温度変化ベクトルΔＴ_W）を、重み付け行列Ｈの通りとした場合に、ヒータ３２の近傍の温度変化（温度変化ベクトルΔＴ_S）を、最小２乗法により最適化して求める処理を示している。
ここで、重み付けベクトルＨの全要素の値を１とすると、式１７−２の第２項（Ｌ_S・Ｈ）は、ボート１４（図８）近傍の温度分布を均一に変化させる（温度変化ベクトルΔＴ_W＝Ｈとする）ために最適な、ヒータ３２近傍の温度分布の変化（温度変化ベクトルΔＴ_S）を与える。
【００８６】
ここで、式１８に示した評価行列Ｅの各列ベクトルｅ_iの内の最大値を与える要素は、ボート１４（図８）近傍の温度分布を均一に変化させた（温度変化ベクトルΔＴ_W＝Ｈとした）ときに、最も大きく変化すべき温度変化ベクトルΔＴ_Sの要素に対応する。
反対に考えると、評価行列Ｅの各列ベクトルｅ_iの内の最大値を与える要素に対応する温度変化ベクトルΔＴ_Sの要素を大きく変化させても、ボート１４近傍の温度分布を均一性には大きな影響は出ない。
【００８７】
つまり、評価行列Ｅの各列ベクトルｅ_iの内の最大値を与える要素に対応する温度変化ベクトルΔＴ_Sの要素から、ボート１４近傍の温度分布の変化（温度変化ベクトルΔＴ_W）に対する伝達ゲインは最小となる。
従って、位置ベクトルＺ（式１８）の各要素それぞれに対応する温度センサ３２４により測定された温度変化（温度変化ベクトルΔＴ_Sの要素）により、ボート１４（図８）近傍の温度変化（温度変化ベクトルΔＴ_W）を制御することは容易である。
【００８８】
また、式１７−２の第１項ｓ_iは、ヒータ３２（図８）の温度調整部分３２０−ｉの温度変化が、ヒータ３２近傍の温度分布の変化に与える影響を示す。
式１７−２の第１項ｓ_iは、温度調整部分３２０−ｉから、ヒータ３２近傍の温度分布の変化（温度変化ベクトルΔＴ_S）に対する伝達ゲインを示している。
【００８９】
従って、ｓ_iの最大の要素を選択するということは、温度調整部分３２０−ｉから、ヒータ３２近傍の温度分布の変化（温度変化ベクトルΔＴ_S）への最大の伝達ゲインを与える温度変化ベクトルΔＴ_Sの要素を選択するということである。
つまり、温度調整部分３２０−ｉから、ｓ_iの最大の要素に対応する温度変化ベクトルΔＴ_Sの要素を制御することは難しい。
【００９０】
以上説明したように、式１８に示した位置ベクトルＺの各要素は、温度調整部分３２０−１〜３２０−ｒそれぞれについて、温度調整部分３２０−１〜３２０−ｒそれぞれによる制御が最も難しく、かつ、ボート１４（図８）近傍の温度変化（温度変化ベクトルΔＴ_W）の制御が最も容易な温度変化ベクトルΔＴ_Sの要素を示している。
第２の反応室４においては、以上説明したように、制御のために最適な温度測定位置を求めることにより、ボート１４近傍の温度分布を、可能な限り一様にする制御特性が得られる。
【００９１】
［数値例］
以下、図８に示した第２の反応室４において、温度調整部分３２０の個数を３（ｒ＝３）とし、ヒータ３２近傍の温度センサ３２４の個数を１８（ｍ＝１８）とし、ボート１４近傍の温度センサ３２６の個数を１０として、下式１９，２０に例示する伝達ゲイン行列Ｗ,Ｓが得られた場合を具体例とする。
【００９２】
【数１９】

【００９３】
【数２０】

【００９４】
図１０は、式１９，２０に示した伝達ゲイン行列Ｗ,Ｓの要素の値をグラフ形式で示す図である。
式１９，２０に示した伝達ゲイン行列Ｗ,Ｓの要素を、グラフ形式で表すと、図１０に示すとおりとなる。
なお、図１０において、符号Ｗ１〜Ｗ３を付した曲線は、式１９に示した伝達ゲイン行列Ｗの第１列〜第３列の要素の値を示し、号Ｓ１〜Ｓ３を付した曲線は、式２０に示した伝達ゲイン行列Ｓの第１列〜第３列の要素の値を示す。
【００９５】
また、図１０中に符号ｄを付して示す範囲は、第２の反応室４（図８）において、半導体ウエハ１２が存在する範囲を示す。
また、図１０に示すように、伝達ゲイン行列Ｓの第１行の位置番号は−３であって、伝達ゲイン行列Ｗの第１行の位置番号は１であり、上記範囲ｄは、位置番号１〜１０の範囲に対応する。
【００９６】
制御部２（図１）は、式１９，２０に示した伝達ゲイン行列Ｗ,Ｓに対して式１２〜１４に示した処理を行い、行列Ｌ_Sを求める。
式１９，２０からは、下式２１に示す行列Ｌ_Sが得られる。
【００９７】
【数２１】

【００９８】
さらに、制御部２（図１）は、式２１に示した行列Ｌ_S、伝達ゲイン行列Ｓおよび重み付けベクトルＨに対して、式１６，１７−１，１７−２に示す処理を行い、評価行列Ｅを求める。
式２０，２１にそれぞれ示した伝達ゲイン行列Ｓおよび評価行列Ｅからは、下式２２に示す評価行列Ｅが得られる。
【００９９】
【数２２】

【０１００】
式２２に太字・下線を付して示すように、評価行列Ｅの第１列〜第３列において、最大の値を示す要素の番号（要素番号）は、それぞれ３，１０，１５である。
従って、式２２に示した評価行列Ｅより、下式２３に示す位置ベクトルＺが得られる。
【０１０１】
【数２３】

【０１０２】
式２３により、ボート１４近傍の温度分布を均一化するためには、ヒータ３２（図８）の温度調整部分３２０−１の温度を温度センサ３２４−３（位置番号−１）により測定し、温度調整部分３２０−２の温度を温度センサ３２４−１０（位置番号６）により測定し、温度調整部分３２０−３の温度を温度センサ３２４−１５（位置番号１１）により測定して、温度制御を行うことが最適であることがわかる。
以上説明したように、制御部２により、温度調整部分３２０−１〜３２０−３それぞれに最適な温度センサの位置が求められ、図２に示した第１の反応室３における温度センサ３２２−１〜３２２−３は、求められた位置に配設される。
【０１０３】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１の実施形態を説明する。
以下の実施形態においては、設計試作品により温度センサ３２４−１〜３２４−３の位置が求められ、求められた位置に温度センサ３２４−１〜３２４−３が配設された製品が製造され、半導体の処理に用いられる場合が、具体例として示される。
【０１０４】
つまり、まず、図８に示した第２の反応室４が用いられた半導体処理装置１（図１）が、設計試作品として用いられ、この半導体処理装置１において、ヒータ３２近傍の温度センサ３２４−１〜３２４−３の位置が決定される。
設計試作品により決定された位置に温度センサ３２４−１〜３２４−３が配設された第１の反応室３（図２）が装備された半導体処理装置１が、製品として量産される。
【０１０５】
図１１は、図２に示した第１の反応室３を制御するヒータ駆動回路３６、および、ヒータ３２の温度分布を測定する温度測定部４０を示す図である。
なお、図１１に示すように、制御部２は、第１の反応室３（図２）の温度調整部分３２０−１〜３２０−３を、第２の反応室４（図８，図９）の温度調整部分３２０−１〜３２０−３と同様に、ヒータ駆動回路３６を介して駆動される。
また、制御部２は、第１の反応室３の温度センサ３２２−１〜３２２−３が測定したヒータ３２の温度分布を、第２の反応室４の温度センサ３２４−１〜３２４−ｍが測定したヒータ３２の温度分布と同様に、温度測定部４０を介して取り込み、温度制御に用いる。
【０１０６】
［温度センサ位置決めプログラム５］
図１２は、第２の反応室４（図８）が用いられた半導体処理装置１（図１）の制御部２により実行される温度センサ位置決めプログラム５の構成を示す図である。
図１２に示すように、温度センサ位置決めプログラム５は、装置制御部５００、温度測定部５０２、伝達ゲイン行列作成部５２０，５２２、温度センサ位置算出部５２４、ユーザインターフェース部（ＵＩ部）５４、データベース部（ＤＢ部）５６から構成される。
【０１０７】
ＤＢ部５６は、温度測定値ＤＢ５６０、伝達ゲイン行列ＤＢ５６２および温度センサ位置ＤＢ５６４から構成される。
温度センサ位置決めプログラム５は、記録媒体２３（図３）などを介して、第２の反応室４が用いられた半導体処理装置１の制御部２に供給され、メモリ２０４にロードされて実行される。
温度センサ位置決めプログラム５は、これらの構成部分により、第２の反応室４のヒータ３２近傍の温度センサ３２４の位置決めを行う。
【０１０８】
温度センサ位置決めプログラム５において、装置制御部５００は、ヒータ駆動回路３６（図９）を制御して、第２の反応室４（図８）の温度調整部分３２０−１〜３２０−３それぞれに対して所望の値の電力（式１，３，５，６）を供給させる。
また、装置制御部５００は、温度センサ位置決めプログラム５の各構成部分の伝達ゲイン行列Ｗ,Ｓ作成のための処理を制御する。
【０１０９】
温度測定部５０２は、第２の反応室４（図８）のヒータ３２近傍およびボート１４近傍の温度センサ３２４−１〜３２４−ｍ、３２６−１〜３２６−ｎそれぞれの温度測定値（式２−１，２−２，４−１，４−２，７−１，７−２，８−１，８−２）を、温度測定部３８を介して受け、温度測定値ＤＢ５６０に記憶させる。
【０１１０】
伝達ゲイン行列作成部５２０は、温度測定値ＤＢ５６０に記憶された温度測定値を用いて、伝達ゲイン行列Ｗ（式１０−１，１９）を作成し、伝達ゲイン行列ＤＢ５６２に記憶させる。
【０１１１】
伝達ゲイン行列作成部５２２は、温度測定値ＤＢ５６０に記憶された温度測定値を用いて、伝達ゲイン行列Ｓ（式１０−２，２０）を作成し、伝達ゲイン行列ＤＢ５６２に記憶させる。
【０１１２】
温度センサ位置算出部５２４は、式１２，１４，１６〜１８，２１〜２３に示した処理を行い、ヒータ３２近傍の温度センサ３２４−１〜３２４−３（図８）の位置を算出し、温度センサ位置ＤＢ５６４に記憶させる。
【０１１３】
ＵＩ部５４は、半導体処理装置１（図１）の制御部２の表示・入力部２２に対するユーザの操作を受け入れる。
また、ＵＩ部５４は、伝達ゲイン行列作成部５２０，５２２および温度センサ位置算出部５２４が作成した伝達ゲイン行列Ｗ,Ｓおよび温度センサ３２４−１〜３２４−３の位置を、ユーザに対して表示し、あるいは、記録媒体２３（図３）などに対して出力する。
【０１１４】
［温度センサの位置決めおよび製品製造の手順］
図１３は、本発明によるヒータ近傍の温度センサの位置決めおよび製品製造の手順を示すフローチャートである。
図１４は、図１３に示した温度センサの位置決め処理（Ｓ２０）を示すフローチャートである。
図１３に示すように、まず、第２の反応室４（図８）が組み込まれた半導体処理装置１（図１）において、制御部２上の温度センサ位置決めプログラム５（図１２）は、図１４に示す温度センサの位置決め処理（Ｓ２０）を実行する。
【０１１５】
図１４に示すように、伝達ゲイン行列Ｗ,Ｓ（式１０−１，１０−２，１９，２０）を作成する処理（Ｓ２００）のステップ２０２（Ｓ２０２）において、温度センサ位置決めプログラム５（図１２）の装置制御部５００は、ヒータ駆動回路３６（図９）を制御して、温度調整部分３２０−１〜３２０−３に、基準電力（式１）を供給させる。
【０１１６】
ヒータ３２近傍およびボート１４近傍が温度平衡に達すると、ステップ２０４（Ｓ２０４）において、温度測定部５０２（図１２）は、ヒータ３２（図８）近傍およびボート１４近傍の温度センサ３２４−１〜３２４−ｍ、３２６−１〜３２６−ｎそれぞれの温度測定値（Ｔ_S0，Ｔ_W0；式２−１，２−２）を、温度測定部３８（図９）を介して受け、温度測定値ＤＢ５６０に記憶させる。
【０１１７】
ステップ２０６（Ｓ２０６）において、装置制御部５００（図１２）は、パラメータｉ（ｉ＝１〜ｒ、但し、図２，図８などに示した具体例はｒ＝３）を、初期値（１）とする。
【０１１８】
ステップ２０８（Ｓ２０８）において、装置制御部５００（図１２）は、温度調整部分３２０−１〜３２０−３（図８）の全てについて温度測定が終了したか否かを判断する。
温度センサ位置決めプログラム５は、温度調整部分３２０−１〜３２０−３の全てについて温度測定が終了した場合にはＳ２１６の処理に進み、これ以外の場合にはＳ２１８の処理に進む。
【０１１９】
ステップ２１０（Ｓ２１０）において、装置制御部５００（図１２）は、温度調整部分３２０−ｉ（図８）に対して供給する電力値のみを変更する（式３，５，６）。
【０１２０】
ヒータ３２近傍およびボート１４近傍が温度平衡に達すると、ステップ２１２（Ｓ２１２）において、温度測定部５０２（図１２）は、ヒータ３２（図８）近傍およびボート１４近傍の温度センサ３２４−１〜３２４−ｍ、３２６−１〜３２６−ｎそれぞれの温度測定値（Ｔ_Si，Ｔ_Wi；式４−１，４−２，７−１，７−２，８−１，８−２）を、温度測定部３８（図９）を介して受け、温度測定値ＤＢ５６０に記憶させる。
【０１２１】
ステップ２１４（Ｓ２１４）において、装置制御部５００（図１２）は、パラメータｉをインクリメントする（ｉ←ｉ＋１）。
【０１２２】
ステップ２１６（Ｓ２１６）において、伝達ゲイン行列作成部５２０，５２２（図１２）は、温度測定値ＤＢ５６０に記憶された温度測定値（Ｔ_S0，Ｔ_W0〜Ｔ_S3，Ｔ_W3；式２−１，２−２，４−１，４−２，７−１，７−２，８−１，８−２）を用いて、伝達ゲイン行列Ｗ,Ｓ（式１０−１，１０−２，１９，２０）を作成し、伝達ゲイン行列ＤＢ５６２に記憶させる。
【０１２３】
ステップ２２０（Ｓ２２０）において、温度センサ位置算出部５２４（図１２）は、評価行列Ｅを求める（式１４，１６，１７−１，１７−２，２２）。
【０１２４】
ステップ２２２（Ｓ２２２）において、温度センサ位置算出部５２４（図１２）は、位置ベクトルＺを求める（式１８，２３）。
ステップ２２４（Ｓ２２４）において、位置ベクトルＺから、温度センサの位置が決定される。
【０１２５】
再び図１３を参照する。
製品の製造（Ｓ１０）のステップ１００（Ｓ１００）において、第１の反応室３において、図１３に示したＳ２０の処理により決められた位置に、ヒータ３２の近傍の温度センサ３２２−１〜３２２−３（図２）が取り付けられる。
【０１２６】
ステップ１０２（Ｓ１０２）において、Ｓ１００の工程において温度センサ３２２−１〜３２２−３が取り付けられた第１の反応室３が、半導体処理装置１に組み込まれる。
なお、Ｓ１００，Ｓ１０２の工程は、人手によるか工作機械（図示せず）によるかは問われない。
【０１２７】
ステップ１２（Ｓ１２）において、制御部２（図１）は、Ｓ１０の工程により適切な位置に温度センサ３２２−１〜３２２−３が取り付けられた第２の反応室３を、ヒータ駆動回路３６および温度測定部４０（図１１）を介して制御し、半導体ウエハ１２に対する膜形成などの処理を行わせる。
【０１２８】
［変形例］
図１５は、図８に示した第２の反応室４を制御する第２のヒータ駆動回路４２を示す図である。
半導体処理装置１（図１）における第２の反応室４の制御のためには、図９に示した第１のヒータ駆動回路３６の代わりに、図１５に示す第２のヒータ駆動回路４２を用いることができる。
図１５に示すように、第２のヒータ駆動回路４２は、ヒータ駆動回路４２０−１〜４２０−３、ヒータ温度センサ３２８−１〜３２８−３および温度検出回路４２２−１〜４２２を含む。
【０１２９】
ヒータ温度センサ３２８−１〜３２８−３は、それぞれ、温度調整部分３２０−１〜３２０−３の温度を測定し、温度検出回路４２２に対して出力する。
ヒータ駆動回路４２０−１〜４２０−３は、温度検出回路４２２−１〜４２２−３を介して温度調整部分３２０−１〜３２０−３の温度を受け、この温度が、制御部２から設定された温度になるように、温度調整部分３２０−１〜３２０−３に対する電力供給を制御する。
【０１３０】
第１のヒータ駆動回路３６（図９）の代わりに、第２のヒータ駆動回路４２が第２の反応室４に対して適用される場合には、上記各式における電力値ベクトルＰ_S0，Ｐ_W0〜Ｐ_S3，Ｐ_W3およびその変化分Δｐ₁〜Δｐ₃を、これらの要素を電力値からヒータ温度センサ３２８−１〜３２８−３が検出する温度ベクトルＴＨ_S0，ＴＨ_W0〜ＴＨ_S3，ＴＨ_W3およびその変化分Δｔ₁〜Δｔ₃に置換して上記各式を利用することにより、温度センサ３２４−１〜３２４−３の位置決めをすることができる。
【０１３１】
図２、図８、図９、図１１における、温度センサ３２４（及び温度センサ）３２２）の位置は、よりウェハ１２に近い位置領域で設置することも考えられる。例えば、図８の温度センサ３２４の位置は、ヒータ３２とアウタチューブ３５０との間に位置しているが、アウタチューブ３５０とインナチューブ３５２との間に位置してもよい。
同様に、例えば、図８の温度センサ３２６の位置は、ボート１４とインナチューブ３５２との間に位置しているが、温度センサ（熱電対等）付きウェハを使ってボート１４に装填された任意の位置のウェハ１２に代わって、装填され、設置してもよい。
これらの組み合わせにより、温度センサ３２４及び温度センサ３２２と温度センサ３２６（及び温度センサ付きウェハ）の位置関係としていくつかの方法が考えられる。
なお、本発明の効果は、ウェハ１２により近い領域での温度センサにて検出・制御することにより、よりいっそう効果を得ることができる。
また、温度センサ位置決めプログラム５（図１２）のＤＢ部５６に記憶された各種情報は、適宜、他の半導体処理装置の設計、あるいは、半導体ウエハ１２の枚数・配置の変更があった場合の処理条件の計算などに転用されうる。
【０１３２】
また、反応室３，４（図８，図１１）などにおいて、温度センサ３２６を取り外したまま、温度センサ３２２を設置しない状態で、温度センサ３２４をそのまま用いて、温度調整部分３２０−１〜３２０−３に対する電力供給を制御することもできる。
反応室４から、温度センサ３２６を取り付け、取り外し可能とすることにより、温度・ガス・圧力などの設定条件が変更された場合に、温度センサ３２６を取り付けて、何度でも最適制御位置を、その都度設定することができる。
【０１３３】
［第２実施形態］
以下、本発明の第２の実施形態を説明する。
図１６は、第３の反応室５を制御するヒータ駆動回路３６と、近傍およびヒータ３２の温度分布を測定する第１の温度測定部３８を示す図である。
図１７は、図１６に示した反応室５に対して行われる温度センサの位置決め処理（Ｓ３０）を示すフローチャートである。
なお、図１６に示した各構成部分の内、図８〜図１０に示した各構成部分と実質的に同じものには、同じ符号が付してある。
同様に、図１７に示した各処理の内、図１４に示した各処理と実質的に同じ処理には、同じ符号が付してある。
図１６に示すように、第３の反応室５は、第２の反応室４（図８）から、温度センサ３２６を取り除いた構成を採り、温度測定部３８は、温度センサ３２４が検出した温度を制御部２（図３）に対して出力する。
【０１３４】
図１７に示すように、伝達ゲイン行列Ｓを作成する処理（Ｓ３００）のステップ３０２（Ｓ３０２）において、温度センサ位置決めプログラム５（図１２）の装置制御部５００は、ヒータ駆動回路３６（図１６）を制御して、温度調整部分３２０−１〜３２０−３に、基準電力（式１）を供給させる。
【０１３５】
ヒータ３２近傍およびボート１４近傍が温度平衡に達すると、ステップ３０４（Ｓ３０４）において、温度測定部５０２（図１２）は、ヒータ３２（図１６）近傍の温度センサ３２４−１〜３２４−ｍそれぞれの温度測定値（Ｔ_S0；式２−１）を、温度測定部３８（図１６）を介して受け、温度測定値ＤＢ５６０に記憶させる。
【０１３６】
ステップ３０６（Ｓ３０６）において、装置制御部５００（図１２）は、パラメータｉ（ｉ＝１〜ｒ、但し、図２，図８などに示した具体例はｒ＝３）を、初期値（１）とする。
【０１３７】
ステップ３０８（Ｓ３０８）において、装置制御部５００（図１２）は、温度調整部分３２０−１〜３２０−３（図８）の全てについて温度測定が終了したか否かを判断する。
温度センサ位置決めプログラム５は、温度調整部分３２０−１〜３２０−３の全てについて温度測定が終了した場合にはＳ３１６の処理に進み、これ以外の場合にはＳ３１０の処理に進む。
【０１３８】
ステップ３１０（Ｓ３１０）において、装置制御部５００（図１２）は、温度調整部分３２０−ｉ（図８）に対して供給する電力値のみを変更する（式３，５，６）。
【０１３９】
ヒータ３２近傍およびボート１４近傍が温度平衡に達すると、ステップ３１２（Ｓ３１２）において、温度測定部５０２（図１２）は、ヒータ３２（図８）近傍の温度センサ３２４−１〜３２４−ｍそれぞれの温度測定値（Ｔ_Si；式４−１，７−１，８−１）を、温度測定部３８（図９）を介して受け、温度測定値ＤＢ５６０に記憶させる。
【０１４０】
ステップ３１４（Ｓ３１４）において、装置制御部５００（図１２）は、パラメータｉをインクリメントする（ｉ←ｉ＋１）。
【０１４１】
ステップ３１６（Ｓ３１６）において、伝達ゲイン行列作成部５２０（図１２）は、温度測定値ＤＢ５６０に記憶された温度測定値（Ｔ_S0；式２−１，４−１，７−１，８−１）を用いて、下式２４に示す伝達ゲイン行列Ｓ（式１０−１，２０）を作成し、伝達ゲイン行列ＤＢ５６２に記憶させる。
【０１４２】
【数２４】

【０１４３】
ステップ３２０（Ｓ３２０）において、温度センサ位置算出部５２４（図１２）は、評価行列Ｅを求める（式１４，１６，１７−１，１７−２，２２）。
例えば、式２５に示すように行列ｈを重み付けのために用いると、式２６に示す評価行列Ｅを得ることができる。
【０１４４】
【数２５】

【０１４５】
【数２６】

【０１４６】
ステップ３２２（Ｓ３２２）において、温度センサ位置算出部５２４（図１２）は、式２６に示した評価行列Ｅから、式２７に示す位置ベクトルＺを求める（式１８，２３）。
ステップ３２４（Ｓ３２４）において、位置ベクトルＺから、温度センサの位置が決定される。
式２７に示されているように、この場合の温度センサ３２２−１〜３２２−３の最適位置は、評価行列Ｅの第５，９，１４行が示す位置であって、これらは、図８に示された位置番号１，５，１０に相当する。
【０１４７】
【数２７】

【０１４８】
図１３を参照して既に説明したように、製品の製造工程において、第３の反応室５において、以上の処理により得られた位置ベクトルＺが示す位置に、ヒータ３２の近傍の温度センサ３２２−１〜３２２−３（図２）が取り付けられる。
さらに、このように温度センサ３２２−１〜３２２−３が取り付けられた第１の反応室５が、半導体処理装置１に組み込まれる。
【０１４９】
図１８は、図１６に示した装置の変形例を示す図である。
なお、図１８に示すように、図１６に示した装置において、ヒータ駆動部３６の代わりに、図１５に示したヒータ駆動部４２を用いることもできる。
図１８に示した装置においても、図１５を参照して説明したように、上記各式における電力値ベクトルＰ_S0，Ｐ_W0〜Ｐ_S3，Ｐ_W3およびその変化分Δｐ₁〜Δｐ₃を、これらの要素を電力値からヒータ温度センサ３２８−１〜３２８−３が検出する温度ベクトルＴＨ_S0，ＴＨ_W0〜ＴＨ_S3，ＴＨ_W3およびその変化分Δｔ₁〜Δｔ₃に置換することにより、温度センサ３２４−１〜３２４−３の位置決めをすることができる。
【０１５０】
図１５、図１６、図１８における、温度センサ３２４（及び温度センサ）３２２）の位置は、よりウェハ１２に近い位置領域で設置することも考えられる。
例えば、図１５、図１６、図１８の温度センサ３２４の位置は、ヒータ３２とアウタチューブ３５０との間に位置しているが、アウタチューブ３５０とインナチューブ３５２との間に位置してもよい。
同様に、例えば、図１５、図１８のヒータ温度センサ３２８の位置は、温度調整部分３２０−１〜３２０−３内に位置しているが、ヒータ３２とアウタチューブ３５０との間に位置してもよいし、ボート１４とインナチューブ３５２との間に位置してもよい。
この場合、ヒータ温度センサ３２８の長手方向の位置は、本発明を用いて決定することができる。
【０１５１】
さらに図１５の温度センサ３２６は温度センサ（熱電対等）付きウェハを使ってボート１４に装填された任意の位置のウェハ１２に代わって、装填され、設置してもよい。
これらの組み合わせにより、温度センサ３２４（及び温度センサ３２２）と温度センサ３２６（及び温度センサ付きウェハ）の位置関係としていくつかの方法が考えられる。
なお、本発明の効果は、ウェハ１２により近い領域での温度センサにて検出・制御することにより、よりいっそう効果を得ることができる。
【０１５２】
以上に挙げた例においては、設計試作段階の温度センサ位置の決定方法としたが、例えば、図８、図９、図１５、図１６、図１８のような温度センサを製品時に取付けたまま、成膜処理条件に応じて都度最適な温度センサ位置を決定してもよい。
その場合、アウタチューブ内にて用いられる温度センサは、金属汚染対策として例えば石英材からなるセンサ部を覆う保護材や、SIC材にCVDコーティングが施されたセンサ部を覆う保護材等に収納されることが望ましい。
【０１５３】
なお、「第１・第２の実施形態の制御部２は、半導体処理装置１の一部として構成されるとしたが、例えば、装置制御部５００のみ、半導体処理装置１の一部として、その他の温度測定部５０２、伝達ゲイン行列作成５２０、伝達ゲイン行列作成５２２、温度センサ位置決定５２４、温度・電力測定値DB５６０、伝達ゲイン行列DB５６２、温度センサ位置DB５６４は別ユニットとし、半導体処理システムとして、構成されてもよい。
また、制御部２それぞれの構成される表示部、・入力部２２、CPU２００、メモリ２０４、記録部２４が別ユニットとして、半導体処理システムとして構成されてもよい。
その主旨を逸脱しない範囲で種々の変化が可能である。
【０１５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明にかかる半導体処理装置およびその方法によれば、正確なヒータと反応室内との温度変化の関係に基づいて、正確な温度制御を行うことができる。
また、本発明にかかる半導体処理装置およびその方法によれば、ヒータ近傍の温度分布を最適な位置で測定しつつ、半導体に対する処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適応される半導体処理装置の全体構成を示す図である。
【図２】図１に示したボートおよびウエハを収容した状態の反応室およびその周辺の断面を例示する図である。
【図３】図１に示した制御部の構成を示す図である。
【図４】反応室（図２）において、第１〜第３の温度センサが測定したヒータの第１〜第３の温度調整部分それぞれの温度が設定温度Ｔである場合に、ヒータの半導体ウエハに対応する領域ａ〜ｄの実際の温度分布を、鉛直方向に例示する図である。
【図５】反応室（図２）のヒータの温度分布が図４に例示した通りである場合において、ボート近傍の領域ａ〜ｄの実際の温度分布を、鉛直方向に例示する図である。
【図６】図４に示した第１〜第３の温度調整部分の温度分布の変化を、その領域ａ，ｂの境界部分について拡大して例示する図である。
【図７】図５に示したボート付近の温度分布の変化を、その領域ａ，ｂの境界部分について拡大して例示する図である。
【図８】本発明にかかる伝達ゲイン行列Ｗ，Ｓを求めるために用いられる第２の反応室の構成を示す図である。
【図９】図８に示した第２の反応室を制御する第１のヒータ駆動回路と、ボートの近傍およびヒータの温度分布を測定する第１の温度測定部を示す図である。
【図１０】式１９，２０に示した伝達ゲイン行列Ｗ,Ｓの要素の値をグラフ形式で示す図である。
【図１１】図２に示した第１の反応室を制御するヒータ駆動回路、および、ヒータの温度分布を測定する温度測定部を示す図である。
【図１２】第２の反応室（図８）が用いられた半導体処理装置１（図１）の制御部により実行される温度センサ位置決めプログラムの構成を示す図である。
【図１３】本発明によるヒータ近傍の温度センサの位置決めおよび製品製造の手順を示すフローチャートである。
【図１４】図１３に示した温度センサの位置決め処理（Ｓ２０）を示すフローチャートである。
【図１５】図８に示した第２の反応室を制御する第２のヒータ駆動回路を示す図ある。
【図１６】第３の反応室５を制御するヒータ駆動回路と、ヒータの温度分布を測定する第１の温度測定部を示す図である。
【図１７】図１６に示した反応室５に対して行われる温度センサの位置決め処理（Ｓ３０）を示すフローチャートである。
【図１８】図１６に示した装置の変形例を示す図である。
【符号の説明】
１・・・半導体処理装置、
１２・・・半導体ウエハ、
１４・・・ボート、
１００・・・カセット授受ユニット、
１０２・・・カセットストッカ、
１０４・・・バッファカセットストッカ、
１０６・・・ウエハ移動機、
１０８・・・ボートエレベータ、
２・・・制御部、
２００・・・ＣＰＵ、
２０４・・・メモリ、
２２・・・表示・入力部、
２４・・・記録部、
２３・・・記録媒体、
３，４，５・・・反応室、
３００・・・断熱材、
３２・・・ヒータ、
３２０・・・温度調整部分、
３２２，３２４，３２６・・・温度センサ
３２８・・・ヒータ温度センサ、
３４０・・・ガス導入ノズル、
３４２・・・円筒フランジ、
３４４・・・炉口蓋、
３４６・・・排気管、
３４８・・・スペーサ、
３５０・・・アウタチューブ、
３５２・・・インナチューブ、
３６，３６０，４２，４２０・・・ヒータ駆動回路、
４２２・・・温度検出回路、
３８，４０・・・温度測定部、
４９０・・・ウエハカセット、
５・・・温度センサ位置決めプログラム、
５００・・・装置制御部、
５０２・・・温度測定部、
５２０，５２２・・・伝達ゲイン行列作成部、
５２４・・・温度センサ位置算出部、
５４・・・ＵＩ部、
５６・・・ＤＢ部、
５６０・・・温度測定値ＤＢ、
５６２・・・伝達ゲイン行列ＤＢ、
５６４・・・温度センサ位置ＤＢ、

Claims (4)

1. 一定の方向に所定の間隔で重ねて複数の基板が配置される基板配置位置に、前記複数の基板を配置して処理する反応室と、
   前記反応室の外壁の周囲に設けられ、前記一定の方向に重ねられ、電力の供給を受けて、前記反応室を加熱する複数の加熱部分を含むヒータと、
   前記基板配置位置よりも前記ヒータに近い位置であって、前記複数の加熱部分の温度を測定するように、前記加熱部分より多数、前記一定の方向に並べて配置された第１の温度検出手段と、
   前記第１の温度検出手段よりも前記基板配置位置に近い位置であって、前記複数の加熱部分に対応する位置の温度を測定するように、前記一定の方向に並べて配置された複数の第２の温度検出手段と、
   前記複数の加熱部分のいずれか１つに、所定の基準電力とは異なる電力を供給して前記反応室を加熱し、前記反応室内が熱平衡に達するたびに、前記複数の第１の温度検出手段により温度を検出する処理を、前記複数の加熱部分それぞれについて行い、前記熱平衡のたびに、前記複数の第１の温度検出手段により検出された温度を反映した値それぞれを列成分とする第１の伝達ゲイン行列Ｓを作成する第１の行列作成手段と、
   前記熱平衡のたびに、前記複数の第２の温度検出手段により検出された温度を反映した値それぞれを列成分とする第２の伝達ゲイン行列Ｗを作成する第２の行列作成手段と、
   前記第１の伝達ゲイン行列Ｓおよび前記第２の伝達ゲイン行列Ｗから、式Ａ，Ｂ，Ｃにより、評価行列Ｅを作成する第３の行列作成手段と、
   

   

   前記作成された評価行列Ｅの要素の値に基づいて、前記複数の加熱部分それぞれに１つずつ、前記基板配置位置の近傍の温度を推定するために適した前記第１の温度検出手段の配置位置を算出する配置位置算出手段と
   を有する基板処理装置。
2. 前記複数の第２の温度検出手段が取り外され、前記算出された位置それぞれのみに、前記第１の温度検出手段が配置された状態で、前記基板を処理する
   請求項１に記載の基板処理装置。
3. 一定の方向に所定の間隔で重ねて複数の基板が配置される基板配置位置に、前記複数の基板を配置して処理する反応室と、前記反応室の外壁の周囲に設けられ、前記一定の方向に重ねられ、電力の供給を受けて、前記反応室を加熱する複数の加熱部分を含むヒータと、前記基板配置位置よりも前記ヒータに近い位置であって、前記複数の加熱部分の温度を測定するように、前記加熱部分より多数、前記一定の方向に並べて配置された第１の温度検出手段と、前記第１の温度検出手段よりも前記基板配置位置に近い位置であって、前記複数の加熱部分に対応する位置の温度を測定するように、前記一定の方向に並べて配置された複数の第２の温度検出手段とを用い、
   前記複数の加熱部分のいずれか１つに、所定の基準電力とは異なる電力を供給して前記反応室を加熱し、前記反応室内が熱平衡に達するたびに、前記複数の第１の温度検出手段により温度を検出する処理を、前記複数の加熱部分それぞれについて行い、前記熱平衡のたびに、前記複数の第１の温度検出手段により検出された温度を反映した値それぞれを列成分とする第１の伝達ゲイン行列Ｓを作成する第１の行列作成ステップと、
   前記熱平衡のたびに、前記複数の第２の温度検出手段により検出された温度を反映した値それぞれを列成分とする第２の伝達ゲイン行列Ｗを作成する第２の行列作成ステップと、
   前記第１の伝達ゲイン行列Ｓおよび前記第２の伝達ゲイン行列Ｗから、式Ａ，Ｂ，Ｃにより、評価行列Ｅを作成する第３の行列作成ステップと、
   

   

   前記作成された評価行列Ｅの要素の値に基づいて、前記複数の加熱部分それぞれに１つずつ、前記基板配置位置の近傍の温度を推定するために適した前記第１の温度検出手段の配置位置を算出する配置位置算出ステップと
   を含む基板処理方法。
4. 前記複数の第２の温度検出手段が取り外され、前記算出された位置それぞれのみに、前記第１の温度検出手段が配置された状態で、前記基板を処理する
   請求項３に記載の基板処理方法。

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