JP4285759B2 - 基板処理装置及び基板処理方法 - Google Patents
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Description
本発明は、シリコンウェハ等の基板を処理する基板処理装置に関する。
縦型熱処理炉などによって、シリコンウェハ等の基板を熱処理する場合、基板温度を設定温度（目標値）に近づけるために、反応室の周囲に設けられたヒータの出力を制御することは周知である。
例えば、特許文献１は、反応室内の基板が複数のヒータから受ける熱干渉と、設定温度に対する基板温度の誤差とに基づいて、ヒータの出力を制御することを開示する。
しかしながら、処理される基板のサイズが大きい場合などに、反応室内で検出される温度変化と基板の温度変化との間に大きな違いが生じることがある。
例えば、特許文献１は、反応室内の基板が複数のヒータから受ける熱干渉と、設定温度に対する基板温度の誤差とに基づいて、ヒータの出力を制御することを開示する。
しかしながら、処理される基板のサイズが大きい場合などに、反応室内で検出される温度変化と基板の温度変化との間に大きな違いが生じることがある。
本発明は、上述した背景からなされたものであり、基板の温度を容易に制御することができる基板処理装置を提供することを目的としている。
上記目的を達成するために、本発明に係る第１の基板処理装置は、処理室内に収容された基板を加熱する加熱手段と、前記処理室内の温度を検出する温度検出手段と、前記基板の温度を周期的に予測する基板温度予測手段と、前記温度検出手段が検出した前記処理室内の温度と、前記基板温度予測手段が１回前の周期で予測した予測温度とを混合して、前記基板温度予測手段により前記１回前の周期の次回の周期における温度を予測し、該予測温度を用いて前記加熱手段を制御する制御手段とを有する。
また、本発明に係る第２の基板処理装置は、処理室内に収容された基板を加熱する加熱手段と、前記加熱手段の近傍の温度を検出する第１の温度検出手段と、前記基板の近傍の温度を検出する第２の温度検出手段と、前記第１の温度検出手段が検出した温度から算出する前記基板の第１の予測温度と、前記第２の温度検出手段が検出した温度から算出する前記基板の第２の予測温度とを混合させ、該混合した予測温度を用いて前記加熱手段を制御する制御手段とを有する。
好適には、前記加熱手段は、複数の加熱ゾーンそれぞれに対応する複数のゾーン加熱手段を有し、前記基板温度予測手段は、前記複数のゾーン加熱手段それぞれが予測温度の対象となる前記基板の温度に対して干渉する度合いにより、前記予測温度の対象となる前記基板ごとに対応する仮想温度検出手段の検出予測値を算出し、該検出予測値と、前記１回前の周期の予測温度とを用いて、前記１回前の周期の次回の周期における温度を予測する。
また、好適には、前記制御手段は、前記第２の温度検出手段が検出した温度の変動の大きさにより、前記基板の第１の予測温度と第２の予測温度との混合比を変える。
また、好適には、前記加熱手段は、複数のゾーン加熱手段を有し、前記温度検出手段は、前記ゾーン加熱手段それぞれに対応するゾーン温度検出手段を有し、前記制御手段は、温度を予測しようとする基板が他の基板よりも近くなる位置に仮想温度検出手段を設定し、該仮想温度検出手段と前記ゾーン温度検出手段との対応関係と、前記ゾーン温度検出手段が測定する測定値に基づいて、前記仮想温度検出手段の検出値を算出し、算出された検出値と、前記仮想温度検出手段により予測された１回前の周期での基板温度とを用いて、前記１回前の周期の次回の周期における基板温度を予測し、該基板予測温度に基づいて、前記ゾーン加熱手段それぞれを制御する。
また、好適には、前記加熱手段は、複数のゾーン加熱手段を有し、前記温度検出手段は、前記ゾーン加熱手段それぞれに対応する第１のゾーン温度検出手段と第２のゾーン温度検出手段とを有し、前記制御手段は、温度を予測しようとする基板が他の基板よりも近くなる位置に仮想温度検出手段を設定し、該仮想温度検出手段と前記第１のゾーン温度検出手段または第２のゾーン温度検出手段との対応関係と、前記第１のゾーン温度検出手段または第２のゾーン温度検出手段が測定する測定値に基づいて、前記仮想温度検出手段の検出値を算出し、算出された検出値と、前記仮想温度検出手段により予測された１回前の周期の基板温度とを用いて、前記１回前の周期の次回の周期における基板温度を予測し、該基板予測温度に基づいて、前記ゾーン加熱手段それぞれを制御する。
また、好適には、前記制御手段が前記加熱手段の出力を制御する周期と略同一の周期で前記温度検出手段が検出する温度を表示および記録またはこれらのいずれかによって出力する出力手段をさらに有する。
また、本発明に係る第１の基板処理方法は、処理室内に収容された基板を加熱する工程と、前記処理室内の温度を検出する工程と、前記基板の温度を周期的に予測する工程と、前記検出した前記処理室内の温度と、前記周期的に予測した温度の１回前の周期で予測した予測温度とを混合して、前記１回前の周期の次回の周期における温度を予測し、該予測温度を用いて基板の加熱を制御する工程とを有する。
また、本発明に係る第２の基板処理方法は、基板を処理する反応室と、前記反応室内を加熱する加熱手段と、前記加熱手段を制御する制御手段と、前記加熱手段と前記基板との間の温度を検出する第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の近傍で温度を検出する第２の温度検出手段とを有する基板処理装置において、前記第１の温度検出手段で温度を測定する工程と、前記第１の温度検出手段によって測定された温度から第１の基板予測温度を算出する工程と、前記第２の温度検出手段で温度を測定する工程と、前記第２の温度検出手段によって測定された温度から第２の基板予測温度を算出する工程と、前記第１の基板予測温度と前記第２の基板予測温度とを混合し、前記加熱手段を制御する工程とを有する。
本発明によれば、基板の温度を予測するようにしたので、容易に基板の温度を制御することができる。
［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に示したボートを収容した状態の反応炉およびその周辺を例示する図である。
［図３］装置操作部の構成を示す図である。
［図４］温度コントローラの構成を示す図である。
［図５］半導体処理装置による処理のシーケンスにおいて、反応炉の温度変化に対応する工程を例示するフローチャート（Ｓ１０）である。
［図６］反応炉の温度変化の概略を図５に示したＳ１０に対応させて示すグラフである。
［図７］反応炉のランプアップ時における内部熱電対の温度および基板の温度の変化例を示す図である。
［図８］温度モニタ基板の温度検出位置を示す図である。
［図９］ボート内の基板配置例を示す模式図である。
［図１０］図７に示した内部熱電対などの温度変化例に対し、外部熱電対の示す外部熱電対温度Ｈの変化例を追加して示したグラフである。
［図１１］４つの温度調節ゾーンにおいて、内部熱電対に対する設定温度Ｓを、１ゾーンずつ５°Ｃの昇温（ステップアップ）をさせた場合に、上部温度モニタ、下部温度モニタおよび中央温度モニタの基板エッジ温度Ｗが変化した例を示す図表である。
［図１２］図１１に示した基板エッジ温度Ｗについて、反応炉内の温度の安定時を基準とした変化量を示す図表である。
［図１３］上部温度モニタ、下部温度モニタおよび中央温度モニタそれぞれの図１２に示した「変化量の合計」に対する４つの温度調節ゾーンそれぞれによる「変化量」の比（変化量÷変化量の合計）を示す図表である。
［図１４］上部温度モニタに対する基板エッジ予測温度Ｗ’ｔｏｐ（ｔ）の調整に必要な温度データの例を示すグラフである。
［図１５］温度予測パラメータ「Ｋ１，Ｔ１，Ｋ２，Ｔ２，ｂ，Ｃ」を決定する手順を示すフローチャート（Ｓ２０）である。
［図１６］上部温度モニタ、下部温度モニタおよび中央温度モニタそれぞれについて、ステップアップに対する基板エッジ温度Ｗの変化量を示す図表である。
［図１７］図１６に示したステップアップに対する基板エッジ温度Ｗの変化量に対し、ステップアップに対する仮想上部モニタ基板の基板エッジ温度Ｗの変化量を追加して示す図表である。
［図１８］装置操作部の表示・入力部がパラメータを受入れる場合に表示するパラメータ設定画面を示す図である。
［図１９］装置操作部の表示・入力部において、基板予測制御の準備をする段階に表示される温度制御設定画面の例を示す図である。
［図２０］装置操作部の表示・入力部において、基板予測制御を実行する段階に表示される温度制御設定画面の例を示す図である。
［図２１］基板予測制御の準備をするモードにおいて、内部熱電対の温度の応答が設定温度の温度変化に近づくようにヒータの出力をＰＩＤ演算などによって制御した場合の基板エッジ温度と基板中心温度の応答を例示するグラフである。
［図２２］基板温度予測制御を実行するモードにおいて、基板温度予測制御の対象を基板エッジ温度とし、設定温度の変化に対する基板エッジ温度および基板中心温度の応答を例示するグラフである。
［図２３］基板温度予測制御の対象を基板エッジ温度と基板中心温度との平均温度として基板温度予測制御を実行するモードにおいて、設定温度の変化に対する基板エッジ温度および基板中心温度の応答を示すグラフである。
［図２］図１に示したボートを収容した状態の反応炉およびその周辺を例示する図である。
［図３］装置操作部の構成を示す図である。
［図４］温度コントローラの構成を示す図である。
［図５］半導体処理装置による処理のシーケンスにおいて、反応炉の温度変化に対応する工程を例示するフローチャート（Ｓ１０）である。
［図６］反応炉の温度変化の概略を図５に示したＳ１０に対応させて示すグラフである。
［図７］反応炉のランプアップ時における内部熱電対の温度および基板の温度の変化例を示す図である。
［図８］温度モニタ基板の温度検出位置を示す図である。
［図９］ボート内の基板配置例を示す模式図である。
［図１０］図７に示した内部熱電対などの温度変化例に対し、外部熱電対の示す外部熱電対温度Ｈの変化例を追加して示したグラフである。
［図１１］４つの温度調節ゾーンにおいて、内部熱電対に対する設定温度Ｓを、１ゾーンずつ５°Ｃの昇温（ステップアップ）をさせた場合に、上部温度モニタ、下部温度モニタおよび中央温度モニタの基板エッジ温度Ｗが変化した例を示す図表である。
［図１２］図１１に示した基板エッジ温度Ｗについて、反応炉内の温度の安定時を基準とした変化量を示す図表である。
［図１３］上部温度モニタ、下部温度モニタおよび中央温度モニタそれぞれの図１２に示した「変化量の合計」に対する４つの温度調節ゾーンそれぞれによる「変化量」の比（変化量÷変化量の合計）を示す図表である。
［図１４］上部温度モニタに対する基板エッジ予測温度Ｗ’ｔｏｐ（ｔ）の調整に必要な温度データの例を示すグラフである。
［図１５］温度予測パラメータ「Ｋ１，Ｔ１，Ｋ２，Ｔ２，ｂ，Ｃ」を決定する手順を示すフローチャート（Ｓ２０）である。
［図１６］上部温度モニタ、下部温度モニタおよび中央温度モニタそれぞれについて、ステップアップに対する基板エッジ温度Ｗの変化量を示す図表である。
［図１７］図１６に示したステップアップに対する基板エッジ温度Ｗの変化量に対し、ステップアップに対する仮想上部モニタ基板の基板エッジ温度Ｗの変化量を追加して示す図表である。
［図１８］装置操作部の表示・入力部がパラメータを受入れる場合に表示するパラメータ設定画面を示す図である。
［図１９］装置操作部の表示・入力部において、基板予測制御の準備をする段階に表示される温度制御設定画面の例を示す図である。
［図２０］装置操作部の表示・入力部において、基板予測制御を実行する段階に表示される温度制御設定画面の例を示す図である。
［図２１］基板予測制御の準備をするモードにおいて、内部熱電対の温度の応答が設定温度の温度変化に近づくようにヒータの出力をＰＩＤ演算などによって制御した場合の基板エッジ温度と基板中心温度の応答を例示するグラフである。
［図２２］基板温度予測制御を実行するモードにおいて、基板温度予測制御の対象を基板エッジ温度とし、設定温度の変化に対する基板エッジ温度および基板中心温度の応答を例示するグラフである。
［図２３］基板温度予測制御の対象を基板エッジ温度と基板中心温度との平均温度として基板温度予測制御を実行するモードにおいて、設定温度の変化に対する基板エッジ温度および基板中心温度の応答を示すグラフである。
［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。
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。
［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１０８を収容した状態の反応炉（処理室）３およびその周辺を例示する図である。
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１０８を収容した状態の反応炉（処理室）３およびその周辺を例示する図である。
図１に示すように、半導体処理装置１は、カセット移載機１００、カセット移載機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の下方に設けられた移載棚１０４、移載棚１０４の背面側に設けられた基板移載機１０６、基板移載機１０６の背面側に設けられ、複数の基板がセットされたボート１０８を昇降させる昇降機１１０、昇降機１１０の上方に設けられた反応炉３、反応炉３内の温度を制御する温度コントローラ４、および、作業者からの操作を受け入れて、半導体処理装置１を構成する各部を制御する装置操作部２から構成される。
図２に示すように、図１に示した反応炉３は、円筒状のインナーチューブ３０、例えば石英からなるアウターチューブ３２、アウターチューブ３２の周囲に円筒状に形成されたヒータ３４、ガス導入口３２０、ガス排気口３２２、シールキャップ３２４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３６により覆われている。
ヒータ３４は、それぞれ温度の設定および調節が可能なゾーンヒータ３４０−１〜３４０−４を含む。
ゾーンヒータ３４０−１〜３４０−４は、例えば、１つの連続したヒータ３４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４個のヒータを設けることにより実現される。
このように、反応炉３には、ゾーンヒータ３４０−１〜３４０−４により、それぞれ温度の設定および調節が可能な４つの温度調節ゾーン（Ｕ，ＣＵ，ＣＬ，Ｌ）が形成されている。
ヒータ３４のゾーンヒータ３４０−１〜３４０−４それぞれは、温度コントローラ４を介して装置操作部２に接続され、装置操作部２の制御に基づいて反応炉３内を加熱する。外部熱電対３４２−１〜３４２−４は、ゾーンヒータ３４０−１〜３４０−４それぞれの近傍の温度をサンプリングして検出する。
ゾーンヒータ３４０−１〜３４０−４は、例えば、１つの連続したヒータ３４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４個のヒータを設けることにより実現される。
このように、反応炉３には、ゾーンヒータ３４０−１〜３４０−４により、それぞれ温度の設定および調節が可能な４つの温度調節ゾーン（Ｕ，ＣＵ，ＣＬ，Ｌ）が形成されている。
ヒータ３４のゾーンヒータ３４０−１〜３４０−４それぞれは、温度コントローラ４を介して装置操作部２に接続され、装置操作部２の制御に基づいて反応炉３内を加熱する。外部熱電対３４２−１〜３４２−４は、ゾーンヒータ３４０−１〜３４０−４それぞれの近傍の温度をサンプリングして検出する。
インナーチューブ３０は、内部に反応室３００が形成されている。
反応室３００の温度調節ゾーン（Ｕ，ＣＵ，ＣＬ，Ｌ）それぞれに対応する位置に内部熱電対３０２−１〜３０２−４を配設する。
内部熱電対３０２−１〜３０２−４は、温度調節ゾーン（Ｕ，ＣＵ，ＣＬ，Ｌ）それぞれにおいて、基板近傍の温度をサンプリングして検出する。
アウターチューブ３２とインナーチューブ３０とは、ヒータ３４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ている。
ボート１０８は、反応炉３内において、基板が処理される際に、基板の周方向に回転するように設置されている。
また、内部熱電対３０２−１〜３０２−４および外部熱電対３４２−１〜３４２−４は、それぞれ基板が処理される際にも温度を検出することができる。
反応室３００の温度調節ゾーン（Ｕ，ＣＵ，ＣＬ，Ｌ）それぞれに対応する位置に内部熱電対３０２−１〜３０２−４を配設する。
内部熱電対３０２−１〜３０２−４は、温度調節ゾーン（Ｕ，ＣＵ，ＣＬ，Ｌ）それぞれにおいて、基板近傍の温度をサンプリングして検出する。
アウターチューブ３２とインナーチューブ３０とは、ヒータ３４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ている。
ボート１０８は、反応炉３内において、基板が処理される際に、基板の周方向に回転するように設置されている。
また、内部熱電対３０２−１〜３０２−４および外部熱電対３４２−１〜３４２−４は、それぞれ基板が処理される際にも温度を検出することができる。
なお、以下の説明においては、内部熱電対３０２−１〜３０２−４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、内部熱電対３０２と略記することがある。
また、以下の説明においては、４つの温度調節ゾーン（Ｕ，ＣＵ，ＣＬ，Ｌ）は、それぞれＵゾーン（Ｕ）、ＣＵゾーン（ＣＵ）、ＣＬゾーン（ＣＬ）およびＬゾーン（Ｌ）と略記することがある。
また、以下の説明においては、４つの温度調節ゾーン（Ｕ，ＣＵ，ＣＬ，Ｌ）は、それぞれＵゾーン（Ｕ）、ＣＵゾーン（ＣＵ）、ＣＬゾーン（ＣＬ）およびＬゾーン（Ｌ）と略記することがある。
［装置操作部２］
図３は、装置操作部２の構成を示す図である。
図３に示すように、装置操作部２は、操作制御部２０、表示・入力部２２、記録出力部２４、記憶部２６、および、通信部２８から構成される。
図３は、装置操作部２の構成を示す図である。
図３に示すように、装置操作部２は、操作制御部２０、表示・入力部２２、記録出力部２４、記憶部２６、および、通信部２８から構成される。
操作制御部２０は、ＣＰＵ２００およびメモリ２０２などを含み、装置操作部２を構成する各部を制御し、通信部２８を介して半導体処理装置１を構成する部分を制御する。
表示・入力部２２は、例えばタッチパネルからなり、周期変更部２２０を含んで作業者からの半導体処理装置１に対する設定、設定温度（目標値）および指示などを受入れると共に、半導体処理装置１の動作情報等を表示する。
周期変更部２２０は、例えば作業者から出力周期を変更する指示を受入れると、温度コントローラ４が内部熱電対３０２および外部熱電対３４２などから受入れた温度データを、記録出力部２４および記憶部２６などに操作制御部２０を介して出力する周期を変更する。
例えば、周期変更部２２０は、操作制御部２０が温度コントローラ４を介してヒータ３４を制御する周期に対し、略同一の周期で温度コントローラ４が内部熱電対３０２および外部熱電対３４２などから受入れた温度データが記録出力部２４および記憶部２６などから出力されるようにする。
記録出力部２４は、内部熱電対３０２および外部熱電対３４２などの検出結果を、周期変更部２２０によって設定された周期に従って、例えばグラフ用紙に記録し、出力する。
記憶部２６は、例えばＨＤＤ、ＣＤなどからなり、半導体処理装置１が行う処理シーケンス情報（レシピ）並びに通信部２８および記録媒体２６０を介して受入れた情報を記憶する。
レシピは、作業者により装置操作部２を介して設定され、記憶部２６に記憶される。
表示・入力部２２は、例えばタッチパネルからなり、周期変更部２２０を含んで作業者からの半導体処理装置１に対する設定、設定温度（目標値）および指示などを受入れると共に、半導体処理装置１の動作情報等を表示する。
周期変更部２２０は、例えば作業者から出力周期を変更する指示を受入れると、温度コントローラ４が内部熱電対３０２および外部熱電対３４２などから受入れた温度データを、記録出力部２４および記憶部２６などに操作制御部２０を介して出力する周期を変更する。
例えば、周期変更部２２０は、操作制御部２０が温度コントローラ４を介してヒータ３４を制御する周期に対し、略同一の周期で温度コントローラ４が内部熱電対３０２および外部熱電対３４２などから受入れた温度データが記録出力部２４および記憶部２６などから出力されるようにする。
記録出力部２４は、内部熱電対３０２および外部熱電対３４２などの検出結果を、周期変更部２２０によって設定された周期に従って、例えばグラフ用紙に記録し、出力する。
記憶部２６は、例えばＨＤＤ、ＣＤなどからなり、半導体処理装置１が行う処理シーケンス情報（レシピ）並びに通信部２８および記録媒体２６０を介して受入れた情報を記憶する。
レシピは、作業者により装置操作部２を介して設定され、記憶部２６に記憶される。
つまり、装置操作部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。
このように、装置操作部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基板に対する処理を行わせる。
このように、装置操作部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基板に対する処理を行わせる。
［温度コントローラ４］
図４は、温度コントローラ４の構成を示す図である。
図４に示すように、温度コントローラ４は、ＣＰＵ４０およびメモリ４２などを含み、内部熱電対３０２−１〜３０２−４および外部熱電対３４２−１〜３４２−４それぞれから温度データを受け入れ、ゾーンヒータ３４０−１〜３４０−４それぞれの電力値を受入れ、作業者が設定した設定温度Ｓ（目標値）および後述するパラメータなどの制御信号を装置操作部２から受け入れて、後述する電力値（操作量Ｚ）をゾーンヒータ３４０−１〜３４０−４に対して出力し、ゾーンヒータ３４０−１〜３４０−４が発生させる熱量を変化させる。
また、温度コントローラ４は、内部熱電対３０２および外部熱電対３４２から受入れた温度データ、並びに、ゾーンヒータ３４０−１〜３４０−４それぞれから受入れた電力値を装置操作部２に対して出力する。
図４は、温度コントローラ４の構成を示す図である。
図４に示すように、温度コントローラ４は、ＣＰＵ４０およびメモリ４２などを含み、内部熱電対３０２−１〜３０２−４および外部熱電対３４２−１〜３４２−４それぞれから温度データを受け入れ、ゾーンヒータ３４０−１〜３４０−４それぞれの電力値を受入れ、作業者が設定した設定温度Ｓ（目標値）および後述するパラメータなどの制御信号を装置操作部２から受け入れて、後述する電力値（操作量Ｚ）をゾーンヒータ３４０−１〜３４０−４に対して出力し、ゾーンヒータ３４０−１〜３４０−４が発生させる熱量を変化させる。
また、温度コントローラ４は、内部熱電対３０２および外部熱電対３４２から受入れた温度データ、並びに、ゾーンヒータ３４０−１〜３４０−４それぞれから受入れた電力値を装置操作部２に対して出力する。
［半導体処理装置１による処理の概要］
半導体処理装置１は、例えば、縦型ＣＶＤ装置であって、これらの構成部分により、装置操作部２（図１）からの操作にしたがって制御され、反応炉３内のボート１０８に所定の間隔で載置された基板に対し、ＣＶＤにより、Ｓｉ３Ｎ４膜、ＳｉＯ２膜、ポリシリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）膜の形成（成膜処理）およびアニール処理などを行う。
半導体処理装置１は、例えば、縦型ＣＶＤ装置であって、これらの構成部分により、装置操作部２（図１）からの操作にしたがって制御され、反応炉３内のボート１０８に所定の間隔で載置された基板に対し、ＣＶＤにより、Ｓｉ３Ｎ４膜、ＳｉＯ２膜、ポリシリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）膜の形成（成膜処理）およびアニール処理などを行う。
半導体処理装置１による処理をさらに説明する。
まず、カセット移載機１００は、複数枚の基板を収納したカセットをカセットストッカ１０２に移載して保管し、さらにカセットから基板を取り出すための移載棚１０４に移載する。
次に、基板移載機１０６は、移載棚１０４に載置されたカセットから基板を取り出し、基板をボート１０８に載置する。
ボート１０８は、所定の枚数の基板を載置されると、昇降機１１０によって反応室３００に挿入される。
そして、反応炉３は、シールキャップ３２４によって密閉される。
まず、カセット移載機１００は、複数枚の基板を収納したカセットをカセットストッカ１０２に移載して保管し、さらにカセットから基板を取り出すための移載棚１０４に移載する。
次に、基板移載機１０６は、移載棚１０４に載置されたカセットから基板を取り出し、基板をボート１０８に載置する。
ボート１０８は、所定の枚数の基板を載置されると、昇降機１１０によって反応室３００に挿入される。
そして、反応炉３は、シールキャップ３２４によって密閉される。
反応炉３において、基板はゾーンヒータ３４０−１〜３４０−４によって処理温度まで加熱されると、処理用ガスがガス導入口３２０から導入される。
この加熱の際には、温度コントローラ４は、外部熱電対３４２−１〜３４２−４および内部熱電対３０２−１〜３０２−４それぞれが検出する温度と、装置操作部２から受入れた制御信号とに基づいて、ゾーンヒータ３４０−１〜３４０−４に対する電力値を制御する。
そして、処理用ガスは、反応室３００内に位置するボート１０８に載置された基板に向けて上昇し、基板の処理が行われる。
処理後の処理用ガスは、ガス排気口３２２から排出される。
この加熱の際には、温度コントローラ４は、外部熱電対３４２−１〜３４２−４および内部熱電対３０２−１〜３０２−４それぞれが検出する温度と、装置操作部２から受入れた制御信号とに基づいて、ゾーンヒータ３４０−１〜３４０−４に対する電力値を制御する。
そして、処理用ガスは、反応室３００内に位置するボート１０８に載置された基板に向けて上昇し、基板の処理が行われる。
処理後の処理用ガスは、ガス排気口３２２から排出される。
基板の処理が終了すると、例えば反応炉３内の温度を降温させた後、ボート１０８を反応炉３からアンロードし、ボート１０８に支持された全ての基板が冷えるまで、ボート１０８を所定位置で待機させる。
基板が所定温度まで冷却されると、基板移載機１０６は、ボート１０８から基板を取り出し、移載棚１０４のカセットに収納する。
処理後の基板を収納されたカセットは、カセット移載機１００によって搬出されて完了する。
基板が所定温度まで冷却されると、基板移載機１０６は、ボート１０８から基板を取り出し、移載棚１０４のカセットに収納する。
処理後の基板を収納されたカセットは、カセット移載機１００によって搬出されて完了する。
［処理における反応炉３内の温度変化］
次に、半導体処理装置１の処理における反応炉３内の温度変化について説明する。
図５は、上述した半導体処理装置１による処理のシーケンスにおいて、反応炉３の温度変化に対応する工程を例示するフローチャート（Ｓ１０）である。
図６は、反応炉３の温度変化の概略を図５に示したＳ１０に対応させて示すグラフである。
図５に示すように、ステップ１００（Ｓ１００）において、ヒータ３４は、ボート１０８が反応炉３内に挿入される以前に、反応炉３の温度を処理の際に設定される温度よりも低い温度Ｔｓに維持するように加熱する。
次に、半導体処理装置１の処理における反応炉３内の温度変化について説明する。
図５は、上述した半導体処理装置１による処理のシーケンスにおいて、反応炉３の温度変化に対応する工程を例示するフローチャート（Ｓ１０）である。
図６は、反応炉３の温度変化の概略を図５に示したＳ１０に対応させて示すグラフである。
図５に示すように、ステップ１００（Ｓ１００）において、ヒータ３４は、ボート１０８が反応炉３内に挿入される以前に、反応炉３の温度を処理の際に設定される温度よりも低い温度Ｔｓに維持するように加熱する。
ステップ１０２（Ｓ１０２）において、ボート１０８に載置された基板が反応炉３内に挿入される。
反応炉３内の温度は、ボート１０８が挿入されることによりＴｓよりも一旦低下（図６参照）した後に、ヒータ３４によってＴｓに戻される。
反応炉３内の温度は、ボート１０８が挿入されることによりＴｓよりも一旦低下（図６参照）した後に、ヒータ３４によってＴｓに戻される。
ステップ１０４（Ｓ１０４）において、ヒータ３４は、温度コントローラ４から受入れる電力値に基づいて、成膜処理などの処理を施すための設定温度Ｔｐまで反応炉３内の温度を徐々に上昇させる（ランプアップ）。
ステップ１０６（Ｓ１０６）において、ヒータ３４は、基板に成膜処理などの処理が施されるように、反応炉３内の温度を設定温度Ｔｐに維持する。
ステップ１０８（Ｓ１０８）において、ヒータ３４は、温度コントローラ４から受入れる電力値に基づいて、反応炉３内の温度をＴｐから再びＴｓまで徐々に降下させる（ランプダウン）。
ステップ１１０（Ｓ１１０）において、ボート１０８に載置された基板が反応炉３から引き出される。
反応炉３内の温度は、ボート１０８が反応炉３から引き出されることにより、Ｔｓよりも低下する。
反応炉３内の温度は、ボート１０８が反応炉３から引き出されることにより、Ｔｓよりも低下する。
半導体処理装置１による処理のシーケンス（Ｓ１０）は、繰り返し行われるので、各ステップを短時間で実行することにより、処理の生産性を向上させることができる。
しかしながら、基板の直径が３００ｍｍの場合などに、反応室３００内で検出される温度変化と基板の温度変化との間に違いが生じることがある。
図７は、反応炉３のランプアップ時における内部熱電対３０２の温度および基板の温度の変化例を示す図である。
図７に示すように、反応炉３（図２）において、例えば直径が３００ｍｍの基板の温度を上昇させる場合、作業者が装置操作部２を介してヒータ３４に設定した設定温度Ｓの変化に対し、内部熱電対３０２が検出する内部熱電対温度Ｐ、および、基板の中心の温度（基板中心温度Ｃ）並びに基板のエッジ（外周）の温度（基板エッジ温度Ｗ）は異なる温度変化をする。
なお、以下の説明においては、基板中心温度Ｃおよび基板エッジ温度Ｗなど、基板における異なった位置で検出された温度のいずれかを特定せずに示す場合には、単に、基板温度と略記することがある。
図７は、反応炉３のランプアップ時における内部熱電対３０２の温度および基板の温度の変化例を示す図である。
図７に示すように、反応炉３（図２）において、例えば直径が３００ｍｍの基板の温度を上昇させる場合、作業者が装置操作部２を介してヒータ３４に設定した設定温度Ｓの変化に対し、内部熱電対３０２が検出する内部熱電対温度Ｐ、および、基板の中心の温度（基板中心温度Ｃ）並びに基板のエッジ（外周）の温度（基板エッジ温度Ｗ）は異なる温度変化をする。
なお、以下の説明においては、基板中心温度Ｃおよび基板エッジ温度Ｗなど、基板における異なった位置で検出された温度のいずれかを特定せずに示す場合には、単に、基板温度と略記することがある。
図８は、温度モニタ基板４００の温度検出位置を示す図である。
図８に示すように、温度モニタ基板４００には、例えば該温度モニタ基板４００上の中心に中心熱電対４０２、内周に４つの内周熱電対４０４−１〜４０４−４および外周に外周熱電対４０６−１〜４０６−４の９つの熱電対が設けられており、それぞれの熱電対は検出した温度を例えば温度コントローラ４に対して出力する。
つまり、温度モニタ基板４００は、ボート１０８に載置されることにより、反応炉３内において基板が処理される際の基板の温度を、処理前に同じ位置で検出することができるようにされている。
また、基板が実際に処理される際には、該基板はボート１０８に載置された状態で回転するので、例えば基板の外周の温度（基板エッジ温度Ｗ）は、外周熱電対４０６−１〜４０６−４それぞれから検出された温度の平均値とされている。
図８に示すように、温度モニタ基板４００には、例えば該温度モニタ基板４００上の中心に中心熱電対４０２、内周に４つの内周熱電対４０４−１〜４０４−４および外周に外周熱電対４０６−１〜４０６−４の９つの熱電対が設けられており、それぞれの熱電対は検出した温度を例えば温度コントローラ４に対して出力する。
つまり、温度モニタ基板４００は、ボート１０８に載置されることにより、反応炉３内において基板が処理される際の基板の温度を、処理前に同じ位置で検出することができるようにされている。
また、基板が実際に処理される際には、該基板はボート１０８に載置された状態で回転するので、例えば基板の外周の温度（基板エッジ温度Ｗ）は、外周熱電対４０６−１〜４０６−４それぞれから検出された温度の平均値とされている。
図９は、ボート１０８内の基板配置例を示す模式図である。
図９に示すように、反応炉３内で製品用の基板５が処理される際には、ボート１０８の最上部付近および最下部付近に、それぞれ上部ダミー基板５０および下部ダミー基板５２が配置されている。
上部ダミー基板５０および下部ダミー基板５２は、例えば成膜処理を行う際に、ボート１０８の最上部付近および最下部付近では、基板が製品になるように成膜をさせることが困難であるために設けられ、処理の種類および装置の種類によって配置される枚数が変更される。
図９に示すように、反応炉３内で製品用の基板５が処理される際には、ボート１０８の最上部付近および最下部付近に、それぞれ上部ダミー基板５０および下部ダミー基板５２が配置されている。
上部ダミー基板５０および下部ダミー基板５２は、例えば成膜処理を行う際に、ボート１０８の最上部付近および最下部付近では、基板が製品になるように成膜をさせることが困難であるために設けられ、処理の種類および装置の種類によって配置される枚数が変更される。
また、ボート１０８には、上部ダミー基板５０の下方に上部モニタ基板５４が、下部ダミー基板５２の上方に下部モニタ基板５６がそれぞれ配置され、上部モニタ基板５４と下部モニタ基板５６との間に製品用の複数の基板５が配置されている。
さらに、上部モニタ基板５４と下部モニタ基板５６との間に配置された複数の基板５の中央付近には、中央モニタ基板５８が配置されている。
上部モニタ基板５４、下部モニタ基板５６および中央モニタ基板５８は、基板５を処理する際に、例えばそれぞれ一枚ずつ配置され、基板５の成膜結果を確認する指標にされる。
さらに、上部モニタ基板５４と下部モニタ基板５６との間に配置された複数の基板５の中央付近には、中央モニタ基板５８が配置されている。
上部モニタ基板５４、下部モニタ基板５６および中央モニタ基板５８は、基板５を処理する際に、例えばそれぞれ一枚ずつ配置され、基板５の成膜結果を確認する指標にされる。
上述した基板中心温度Ｃおよび基板エッジ温度Ｗは、処理前に上部モニタ基板５４、下部モニタ基板５６および中央モニタ基板５８の位置に、温度モニタ基板４００がそれぞれ配置されることにより、上部モニタ基板５４、下部モニタ基板５６および中央モニタ基板５８それぞれの位置で検出される。
例えば、中央モニタ基板５８の位置において、基板中心温度Ｃおよび基板エッジ温度Ｗは、図７に示したように変化する。
例えば、中央モニタ基板５８の位置において、基板中心温度Ｃおよび基板エッジ温度Ｗは、図７に示したように変化する。
なお、以下の説明においては、ボート１０８の上部モニタ基板５４、下部モニタ基板５６および中央モニタ基板５８の位置それぞれに配置された温度モニタ基板４００を、それぞれ上部温度モニタ、下部温度モニタおよび中央温度モニタと略記することがある。
また、上部温度モニタ、下部温度モニタおよび中央温度モニタのいずれかを特定せずに示す場合には、単に、温度モニタと略記することがある。
また、上部温度モニタ、下部温度モニタおよび中央温度モニタのいずれかを特定せずに示す場合には、単に、温度モニタと略記することがある。
図７においては、設定温度Ｓを６００°Ｃから８００°Ｃまで、毎分５０°Ｃのレートで変化させた場合、内部熱電対３０２が示す内部熱電対温度Ｐは、設定温度Ｓに対して遅れて上昇し、８００°Ｃを少し行き過ぎた後に約８００°Ｃで安定している。
一方、基板エッジ温度Ｗは、ランプアップの開始直後から設定温度Ｓよりも高温の状態で昇温し、設定温度Ｓが８００°Ｃまで昇温すると、ゆっくり降温して約８００°Ｃで安定している。
また、基板中心温度Ｃは、内部熱電対温度Ｐよりもさらに遅れて昇温し、内部熱電対温度Ｐよりも高温になった後に約８００°Ｃで安定している。
一方、基板エッジ温度Ｗは、ランプアップの開始直後から設定温度Ｓよりも高温の状態で昇温し、設定温度Ｓが８００°Ｃまで昇温すると、ゆっくり降温して約８００°Ｃで安定している。
また、基板中心温度Ｃは、内部熱電対温度Ｐよりもさらに遅れて昇温し、内部熱電対温度Ｐよりも高温になった後に約８００°Ｃで安定している。
このように、内部熱電対３０２の内部熱電対温度Ｐが設定温度Ｓに近づくように、ＰＩＤ制御などによってヒータ３４の出力が制御された場合、基板エッジ温度Ｗおよび基板中心温度Ｃは、内部熱電対温度Ｐとは異なる特性で変化することがある。
例えば、基板５（図９）の直径が３００ｍｍの場合、ボート１０８に載置する基板枚数が少ない少量バッチ式の反応炉３（図２）などにおいては、基板間の間隔が大きくなり、基板５よりも熱量を受けにくい内部熱電対３０２が設定温度Ｓに近づくようにＰＩＤ制御などによって制御されると、基板エッジ温度Ｗおよび基板中心温度Ｃは、設定温度Ｓに対する行き過ぎ量（オーバーシュート）が大きく、安定するまでの時間が長くなることがある。
例えば、基板５（図９）の直径が３００ｍｍの場合、ボート１０８に載置する基板枚数が少ない少量バッチ式の反応炉３（図２）などにおいては、基板間の間隔が大きくなり、基板５よりも熱量を受けにくい内部熱電対３０２が設定温度Ｓに近づくようにＰＩＤ制御などによって制御されると、基板エッジ温度Ｗおよび基板中心温度Ｃは、設定温度Ｓに対する行き過ぎ量（オーバーシュート）が大きく、安定するまでの時間が長くなることがある。
［実施形態］
以下、本発明の実施形態を説明する。
以下の実施形態においては、製品用の基板が処理される前に、上部モニタ基板５４、下部モニタ基板５６および中央モニタ基板５８それぞれの位置に温度モニタ基板４００を配置し、基板中心温度Ｃおよび基板エッジ温度Ｗを検出する半導体処理装置１が具体例として示されている。
以下、本発明の実施形態を説明する。
以下の実施形態においては、製品用の基板が処理される前に、上部モニタ基板５４、下部モニタ基板５６および中央モニタ基板５８それぞれの位置に温度モニタ基板４００を配置し、基板中心温度Ｃおよび基板エッジ温度Ｗを検出する半導体処理装置１が具体例として示されている。
図２に示した反応炉３を有する半導体処理装置１（図１）において、温度コントローラ４は、装置操作部２の制御に基づいて、製品用の基板５が処理される前に、反応炉３の温度を基板５を処理する際と同じように変化させ、上部モニタ基板５４、下部モニタ基板５６および中央モニタ基板５８それぞれの位置に配置された温度モニタ基板４００と、内部熱電対３０２−１〜３０２−４および外部熱電対３４２−１〜３４２−４とを介し、それぞれの熱電対が配置されている位置での温度変化を受け入れて、複数の基板５（図９参照）が処理される際の基板５の温度を予測する。
［半導体処理装置１の基板温度予測制御］
半導体処理装置１は、基板温度を予測し、予測された基板温度が設定温度に近づくようにヒータ３４の出力を制御して基板温度の予測制御を行う。
また、半導体処理装置１は、上述したように基板温度予測制御に必要な温度データを取得する温度コントローラ４、並びに、基板温度予測制御に必要なパラメータの入力、および基板温度予測制御の実行指示を受入れる装置操作部２を有する。
以下、基板温度の予測および予測された基板温度に基づく基板温度予測制御、並びに基板温度予測制御に必要な温度データの取得、基板温度予測制御に必要なパラメータの入力および基板温度予測制御の実行について例を示して説明する。
半導体処理装置１は、基板温度を予測し、予測された基板温度が設定温度に近づくようにヒータ３４の出力を制御して基板温度の予測制御を行う。
また、半導体処理装置１は、上述したように基板温度予測制御に必要な温度データを取得する温度コントローラ４、並びに、基板温度予測制御に必要なパラメータの入力、および基板温度予測制御の実行指示を受入れる装置操作部２を有する。
以下、基板温度の予測および予測された基板温度に基づく基板温度予測制御、並びに基板温度予測制御に必要な温度データの取得、基板温度予測制御に必要なパラメータの入力および基板温度予測制御の実行について例を示して説明する。
［基板温度の予測］
図１０は、図７に示した内部熱電対３０２などの温度変化例に対し、外部熱電対３４２の示す外部熱電対温度Ｈの変化例を加えて示したグラフである。
外部熱電対３４２は、熱源となるゾーンヒータ３４０に最も近い位置で反応炉３内の温度を検出するので、ゾーンヒータ３４０に設定した設定温度Ｓの変化に対する外部熱電対温度Ｈの応答が基板エッジ温度Ｗの応答よりも速くなっている。
また、内部熱電対３０２は基板よりも熱量を受けにくいので、設定温度Ｓの変化に対する内部熱電対温度Ｐの応答が基板エッジ温度Ｗの応答よりも遅くなっている。
このように、ゾーンヒータ３４０の温度変化に対し、外部熱電対温度Ｈが最も速く応答し、外部熱電対温度Ｈの次に基板エッジ温度Ｗ、内部熱電対温度Ｐ、基板中心温度Ｃの順に応答する。
図１０は、図７に示した内部熱電対３０２などの温度変化例に対し、外部熱電対３４２の示す外部熱電対温度Ｈの変化例を加えて示したグラフである。
外部熱電対３４２は、熱源となるゾーンヒータ３４０に最も近い位置で反応炉３内の温度を検出するので、ゾーンヒータ３４０に設定した設定温度Ｓの変化に対する外部熱電対温度Ｈの応答が基板エッジ温度Ｗの応答よりも速くなっている。
また、内部熱電対３０２は基板よりも熱量を受けにくいので、設定温度Ｓの変化に対する内部熱電対温度Ｐの応答が基板エッジ温度Ｗの応答よりも遅くなっている。
このように、ゾーンヒータ３４０の温度変化に対し、外部熱電対温度Ｈが最も速く応答し、外部熱電対温度Ｈの次に基板エッジ温度Ｗ、内部熱電対温度Ｐ、基板中心温度Ｃの順に応答する。
半導体処理装置１において、温度コントローラ４は、装置操作部２の制御に基づいて、例えば、数百ｍｓ〜数秒の制御周期ごとに、各熱電対によって検出された温度と、設定温度Ｓとから、ＰＩＤ演算などによりゾーンヒータ３４０への電力値（操作量）を算出し、ゾーンヒータ３４０の発熱量を制御（デジタル制御）している。
まず、ランプアップ開始からｔ回目（ｔは整数）の制御周期において、予測される基板エッジ温度Ｗの値をＷ（ｔ）とし、ｔ−１回目の制御周期における基板エッジ温度Ｗの値をＷ（ｔ−１）とする。
ランプアップ開始からｔ回目の制御周期における外部熱電対温度Ｈの値をＨ（ｔ）とし、ｔ−１回目の制御周期における外部熱電対温度Ｈの値をＨ（ｔ−１）とする。
また、ランプアップ開始からｔ回目の制御周期における内部熱電対温度Ｐの値をＰ（ｔ）とし、ｔ−１回目の制御周期における内部熱電対温度Ｐの値をＰ（ｔ−１）とする。
ランプアップ開始からｔ回目の制御周期における外部熱電対温度Ｈの値をＨ（ｔ）とし、ｔ−１回目の制御周期における外部熱電対温度Ｈの値をＨ（ｔ−１）とする。
また、ランプアップ開始からｔ回目の制御周期における内部熱電対温度Ｐの値をＰ（ｔ）とし、ｔ−１回目の制御周期における内部熱電対温度Ｐの値をＰ（ｔ−１）とする。
図１０において、設定温度Ｓの変化に対し、基板エッジ温度Ｗの応答は、外部熱電対温度Ｈの応答よりも遅いという特性が示されている。
つまり、基板エッジ温度Ｗは、外部熱電対温度Ｈに対して遅れて変化するとみなすことができる。
よって、基板エッジ温度Ｗを１つの系の温度とすると、基板エッジ温度Ｗ（ｔ）は、外部熱電対温度Ｈ（ｔ）を一次遅れ演算することによって表され、さらに、基板エッジ温度Ｗの時定数Ｔ１により、基板エッジ温度Ｗ（ｔ−１）と外部熱電対温度Ｈ（ｔ−１）との混合比を調節して、下式１に示すようにおくことができる。
つまり、基板エッジ温度Ｗは、外部熱電対温度Ｈに対して遅れて変化するとみなすことができる。
よって、基板エッジ温度Ｗを１つの系の温度とすると、基板エッジ温度Ｗ（ｔ）は、外部熱電対温度Ｈ（ｔ）を一次遅れ演算することによって表され、さらに、基板エッジ温度Ｗの時定数Ｔ１により、基板エッジ温度Ｗ（ｔ−１）と外部熱電対温度Ｈ（ｔ−１）との混合比を調節して、下式１に示すようにおくことができる。
また、図１０において、内部熱電対温度Ｐの応答は、外部熱電対温度Ｈの応答よりも遅いという特性が示されている。
つまり、内部熱電対温度Ｐは、外部熱電対温度Ｈに対して遅れて変化するとみなすことができる。
よって、内部熱電対温度Ｐを１つの系の温度とすると、内部熱電対温度Ｐ（ｔ）は、外部熱電対温度Ｈ（ｔ）を一次遅れ演算することによって表され、さらに、内部熱電対温度Ｐの時定数Ｔ２により、内部熱電対温度Ｐ（ｔ−１）と外部熱電対温度Ｈ（ｔ−１）との混合比を調節して、下式２に示すようにおくことができる。
つまり、内部熱電対温度Ｐは、外部熱電対温度Ｈに対して遅れて変化するとみなすことができる。
よって、内部熱電対温度Ｐを１つの系の温度とすると、内部熱電対温度Ｐ（ｔ）は、外部熱電対温度Ｈ（ｔ）を一次遅れ演算することによって表され、さらに、内部熱電対温度Ｐの時定数Ｔ２により、内部熱電対温度Ｐ（ｔ−１）と外部熱電対温度Ｈ（ｔ−１）との混合比を調節して、下式２に示すようにおくことができる。
式１を変形することにより、外部熱電対温度Ｈ（ｔ−１）は、下式３に示すように表される。
また、式３が式２に代入されると、基板エッジ温度Ｗ（ｔ）は、下式４に示すように表される。
ここで、式１に示し、外部熱電対温度Ｈから予測した基板エッジ温度Ｗ（ｔ）を外部予測温度ＨＷ（ｔ）とする。
また、式４に示し、内部熱電対温度Ｐから予測した基板エッジ温度Ｗ（ｔ）を内部予測温度ＰＷ（ｔ）とする。
式４においては、設定温度Ｓの変化に対し、基板エッジ温度Ｗの応答よりも遅れて変化する内部熱電対温度Ｐにより、基板エッジ温度Ｗを予測することとなる。
また、式４に示し、内部熱電対温度Ｐから予測した基板エッジ温度Ｗ（ｔ）を内部予測温度ＰＷ（ｔ）とする。
式４においては、設定温度Ｓの変化に対し、基板エッジ温度Ｗの応答よりも遅れて変化する内部熱電対温度Ｐにより、基板エッジ温度Ｗを予測することとなる。
そして、図１０における内部熱電対温度Ｐの変動の大きい領域では、外部熱電対温度Ｈから予測した外部予測温度ＨＷ（ｔ）に重みをつけ、内部熱電対温度Ｐの変動の小さい領域では、内部熱電対温度Ｐから予測した内部予測温度ＰＷ（ｔ）に重みがつくように、外部予測温度ＨＷ（ｔ）と内部予測温度ＰＷ（ｔ）との混合比を、後述する重みａ（ｔ）によって補間することにより、重み付けされた基板エッジ予測温度Ｗ’（ｔ）が下式５に示すように表される。
重みａ（ｔ）は、内部熱電対温度Ｐの変動の大きさ（変化率）を示し、下式６に示すように表される。
以上のように、外部予測温度ＨＷ（ｔ）および内部予測温度ＰＷ（ｔ）により、基板エッジ予測温度Ｗ’（ｔ）を求めることができる。
なお、温度予測パラメータ「Ｋ１，Ｔ１，Ｋ２，Ｔ２，ｂ，Ｃ」は、基板温度の予測制御を行う半導体処理装置１ごとに個別に設定することが必要である。
なお、温度予測パラメータ「Ｋ１，Ｔ１，Ｋ２，Ｔ２，ｂ，Ｃ」は、基板温度の予測制御を行う半導体処理装置１ごとに個別に設定することが必要である。
次に、外部予測温度ＨＷ（ｔ）および内部予測温度ＰＷ（ｔ）の具体的な決定方法について説明する。
例えば、ボート１０８に配置される温度モニタ基板４００の枚数と、ゾーンヒータ３４０の数とが一致していて、温度調節ゾーンごとに外部熱電対３４２、内部熱電対３０２の測定位置（高さ方向）および数と温度モニタ基板４００の配置（載置）位置（高さ方向）および数がそれぞれ一致している場合には、式１〜式６にそれぞれ対応する値を代入することにより基板エッジ予測温度Ｗ’（ｔ）を算出することができる。
例えば、ボート１０８に配置される温度モニタ基板４００の枚数と、ゾーンヒータ３４０の数とが一致していて、温度調節ゾーンごとに外部熱電対３４２、内部熱電対３０２の測定位置（高さ方向）および数と温度モニタ基板４００の配置（載置）位置（高さ方向）および数がそれぞれ一致している場合には、式１〜式６にそれぞれ対応する値を代入することにより基板エッジ予測温度Ｗ’（ｔ）を算出することができる。
一方、例えば本発明の実施形態に示した半導体処理装置１においては、４つの温度調節ゾーン（Ｕ，ＣＵ，ＣＬ，Ｌ）が設けられており、ボート１０８には上部モニタ基板５４、下部モニタ基板５６および中央モニタ基板５８の位置それぞれに１枚ずつの温度モニタ基板４００が配置されるので、４つの外部熱電対温度Ｈおよび内部熱電対温度Ｐから、３枚の温度モニタ基板４００それぞれに対応する仮想温度検出手段となる外部熱電対温度Ｈおよび内部熱電対温度Ｐを算出する必要がある。
仮想温度検出手段とは、通常、内部熱電対３０２および外部熱電対３４２の測定ポイントは限られる数となっており、必ずしも測定予測したい基板の位置（高さ方向、基板の主面に対し鉛直方向）の近傍の位置（高さ方向、基板の主面に対し鉛直方向）となるわけではないため、内部熱電対３０２または外部熱電対３４２と、各基板と温度調節ゾーンの干渉関係を用いて、測定予測したい基板の位置（高さ方向、基板の主面に対し鉛直方向）に対応する内部熱電対３０２または外部熱電対３４２の最も近傍で最適な位置（高さ方向、基板の主面に対し鉛直方向）を仮想し、求められた検出手段のことである。
なお、ここでは、内部熱電対３０２または外部熱電対３４２で説明したが、予測したい基板と温度調節ゾーンとの干渉関係が算出可能であれば適用できる。
仮想温度検出手段とは、通常、内部熱電対３０２および外部熱電対３４２の測定ポイントは限られる数となっており、必ずしも測定予測したい基板の位置（高さ方向、基板の主面に対し鉛直方向）の近傍の位置（高さ方向、基板の主面に対し鉛直方向）となるわけではないため、内部熱電対３０２または外部熱電対３４２と、各基板と温度調節ゾーンの干渉関係を用いて、測定予測したい基板の位置（高さ方向、基板の主面に対し鉛直方向）に対応する内部熱電対３０２または外部熱電対３４２の最も近傍で最適な位置（高さ方向、基板の主面に対し鉛直方向）を仮想し、求められた検出手段のことである。
なお、ここでは、内部熱電対３０２または外部熱電対３４２で説明したが、予測したい基板と温度調節ゾーンとの干渉関係が算出可能であれば適用できる。
例えば、外部熱電対３４２−１〜３４２−４および内部熱電対３０２−１〜３０２−４それぞれにより検出された温度から、上部温度モニタ、下部温度モニタおよび中央温度モニタの温度を予測する場合、それぞれの温度モニタ基板４００に対応する外部熱電対温度Ｈおよび内部熱電対温度Ｐは、ゾーンヒータ３４０−１〜３４０−４それぞれが３枚の温度モニタ基板４００それぞれの温度に干渉する度合いによって算出される。
具体的には、例えば反応炉３内の温度が安定している状態から、４つの温度調節ゾーンの設定温度Ｓを、１つずつ、５°Ｃ昇温（ステップアップ）させ、上部温度モニタ、下部温度モニタおよび中央温度モニタそれぞれの外周熱電対４０６−１〜４０６−４を介して検出される基板エッジ温度Ｗの変化から、ゾーンヒータ３４０−１〜３４０−４それぞれが各温度モニタ基板４００の温度に干渉する度合いを算出することができる。
図１１は、４つの温度調節ゾーンにおいて、内部熱電対３０２−１〜３０２−４に対する設定温度Ｓを、１ゾーンずつ５°Ｃの昇温（ステップアップ）をさせた場合に、上部温度モニタ、下部温度モニタおよび中央温度モニタの基板エッジ温度Ｗが変化した例を示す図表である。
図１１に示すように、４つの温度調節ゾーンそれぞれの設定温度Ｓを、１つずつ５°Ｃの昇温をさせると、上部温度モニタ、下部温度モニタおよび中央温度モニタの基板エッジ温度Ｗは、それぞれ異なる温度変化を示す。
図１１に示すように、４つの温度調節ゾーンそれぞれの設定温度Ｓを、１つずつ５°Ｃの昇温をさせると、上部温度モニタ、下部温度モニタおよび中央温度モニタの基板エッジ温度Ｗは、それぞれ異なる温度変化を示す。
図１２は、図１１に示した基板エッジ温度Ｗについて、反応炉３内の温度の安定時を基準とした変化量を示す図表である。
まず、上部温度モニタの温度変化について説明する。
反応炉３内の温度が安定している状態（図１１に示す安定時）において、上部温度モニタの基板エッジ温度Ｗは、８５２．４°Ｃとなっている。
まず、Ｕゾーンのみの設定温度Ｓを５°Ｃ昇温させると、上部温度モニタの基板エッジ温度Ｗは８５５．６°Ｃとなり、安定時を基準とした「変化量」（図１２）は３．２°Ｃとなっている。
同様に、ＣＵゾーン、ＣＬゾーンおよびＬゾーンについて、それぞれ順次１つずつ設定温度Ｓを５°Ｃ昇温させた場合、上部温度モニタの基板エッジ温度Ｗはそれぞれ８５４．０°Ｃ，８５２．１°Ｃ，８５２．３°Ｃとなり、安定時を基準としたそれぞれの「変化量」は１．６°Ｃ，−０．３°Ｃ，−０．１°Ｃとなっている。
まず、上部温度モニタの温度変化について説明する。
反応炉３内の温度が安定している状態（図１１に示す安定時）において、上部温度モニタの基板エッジ温度Ｗは、８５２．４°Ｃとなっている。
まず、Ｕゾーンのみの設定温度Ｓを５°Ｃ昇温させると、上部温度モニタの基板エッジ温度Ｗは８５５．６°Ｃとなり、安定時を基準とした「変化量」（図１２）は３．２°Ｃとなっている。
同様に、ＣＵゾーン、ＣＬゾーンおよびＬゾーンについて、それぞれ順次１つずつ設定温度Ｓを５°Ｃ昇温させた場合、上部温度モニタの基板エッジ温度Ｗはそれぞれ８５４．０°Ｃ，８５２．１°Ｃ，８５２．３°Ｃとなり、安定時を基準としたそれぞれの「変化量」は１．６°Ｃ，−０．３°Ｃ，−０．１°Ｃとなっている。
つまり、Ｕゾーン、ＣＵゾーン、ＣＬゾーンおよびＬゾーンを１つずつ５°Ｃ昇温させると、それぞれ３．２°Ｃ，１．６°Ｃ，−０．３°Ｃ，−０．１°Ｃの温度変化が上部温度モニタの基板エッジ温度Ｗに生じる。
また、４つの温度調節ゾーン全ての設定温度を５°Ｃ昇温（ゾーンヒータ３４０−１〜３４０−４をそれぞれ５°Ｃ昇温）させた場合、基板エッジ温度Ｗは、各温度調節ゾーンの温度変化の和となる「変化量の合計」（図１２）の変化を示し、４．４°Ｃの昇温をする。
下部温度モニタおよび中央温度モニタについても同様に、下部温度モニタおよび中央温度モニタの安定時の基板エッジ温度Ｗ（図１１）、４つの温度調節ゾーンに対して順次１つずつ設定温度Ｓを５°Ｃ昇温させた場合の基板エッジ温度Ｗ、および安定時を基準としたそれぞれの基板エッジ温度Ｗの「変化量」（図１２）が示されている。
また、４つの温度調節ゾーン全ての設定温度を５°Ｃ昇温（ゾーンヒータ３４０−１〜３４０−４をそれぞれ５°Ｃ昇温）させた場合、基板エッジ温度Ｗは、各温度調節ゾーンの温度変化の和となる「変化量の合計」（図１２）の変化を示し、４．４°Ｃの昇温をする。
下部温度モニタおよび中央温度モニタについても同様に、下部温度モニタおよび中央温度モニタの安定時の基板エッジ温度Ｗ（図１１）、４つの温度調節ゾーンに対して順次１つずつ設定温度Ｓを５°Ｃ昇温させた場合の基板エッジ温度Ｗ、および安定時を基準としたそれぞれの基板エッジ温度Ｗの「変化量」（図１２）が示されている。
図１３は、上部温度モニタ、下部温度モニタおよび中央温度モニタそれぞれの図１２に示した「変化量の合計」に対する４つの温度調節ゾーンそれぞれの「変化量」の比（変化量÷変化量の合計）を示す図表である。
つまり、図１３は、ゾーンヒータ３４０−１〜３４０−４において内部熱電対３０２−１〜３０２−４に対する設定温度Ｓが変化した場合、ゾーンヒータ３４０−１〜３４０−４それぞれが、上部温度モニタ、下部温度モニタおよび中央温度モニタそれぞれの基板エッジ温度Ｗの温度変化に対して干渉する割合（干渉比率）を示している。
上部温度モニタ、下部温度モニタおよび中央温度モニタそれぞれに対応する内部熱電対温度Ｐは、干渉比率により算出され、基板エッジ予測温度Ｗ’（ｔ）の予測に使用される。
つまり、図１３は、ゾーンヒータ３４０−１〜３４０−４において内部熱電対３０２−１〜３０２−４に対する設定温度Ｓが変化した場合、ゾーンヒータ３４０−１〜３４０−４それぞれが、上部温度モニタ、下部温度モニタおよび中央温度モニタそれぞれの基板エッジ温度Ｗの温度変化に対して干渉する割合（干渉比率）を示している。
上部温度モニタ、下部温度モニタおよび中央温度モニタそれぞれに対応する内部熱電対温度Ｐは、干渉比率により算出され、基板エッジ予測温度Ｗ’（ｔ）の予測に使用される。
例えば、上部温度モニタの基板エッジ予測温度Ｗ’ｔｏｐ（ｔ）の予測に用いられる内部熱電対温度Ｐｔｏｐ（ｔ）は、図１３に示した干渉比率に基づいて、下式７に示すように表される。
なお、内部熱電対温度Ｐは、例えば図１０に示したように、ランプアップ後に数分で設定温度Ｓと略同じ温度となる。
なお、内部熱電対温度Ｐは、例えば図１０に示したように、ランプアップ後に数分で設定温度Ｓと略同じ温度となる。
式７によって算出された内部熱電対温度Ｐｔｏｐ（ｔ）は、式４に代入され、上部温度モニタの内部予測温度ＰＷｔｏｐ（ｔ）の算出に用いられる。
また、上部温度モニタ、下部温度モニタおよび中央温度モニタそれぞれに対応する外部熱電対温度Ｈについても、内部熱電対３０２−１〜３０２−４に対する設定温度Ｓによって算出された干渉比率（図１３）に基づいて算出してもよい。
例えば、上部温度モニタの基板エッジ予測温度Ｗ’ｔｏｐ（ｔ）の予測に用いられる外部熱電対温度Ｈｔｏｐ（ｔ）は、図１３に示した干渉比率に基づいて、下式８に示すように表される。
例えば、上部温度モニタの基板エッジ予測温度Ｗ’ｔｏｐ（ｔ）の予測に用いられる外部熱電対温度Ｈｔｏｐ（ｔ）は、図１３に示した干渉比率に基づいて、下式８に示すように表される。
式８によって算出された外部熱電対温度Ｈｔｏｐ（ｔ）は、式１に代入されることにより、上部温度モニタの外部予測温度ＨＷｔｏｐ（ｔ）の算出に用いられる。
また、外部熱電対温度Ｈの算出には、例えば４つの温度調節ゾーンの外部熱電対温度Ｈを１ゾーンずつ５°Ｃの昇温（ステップアップ）をさせ、上部温度モニタ、下部温度モニタおよび中央温度モニタそれぞれの基板エッジ温度Ｗの変化から、それぞれの外部熱電対温度Ｈと基板エッジ温度Ｗとの間の干渉比率を求めて用いてもよい。
以上のように、４つの温度調節ゾーンそれぞれの内部熱電対温度Ｐおよび外部熱電対温度Ｈから、上部温度モニタ、下部温度モニタおよび中央温度モニタそれぞれに対応する内部熱電対温度Ｐおよび外部熱電対温度Ｈを算出することにより、それぞれ内部予測温度ＰＷ（ｔ）および外部予測温度ＨＷ（ｔ）を求めることができる。
また、４つの温度調節ゾーンそれぞれに対応するモニタ基板４枚がある場合においても、それぞれのモニタ基板４００の配置されている位置における内部熱電対３０２および外部熱電対３４２の最も近傍の位置を干渉具合を求めることにより算出できることになる。
つまり、各温度調節ゾーンにおける各基板に対応した内部熱電対３０２および外部熱電対３４２の最適な位置である仮想温度検出手段を干渉関係により導き出せ、この求めた内部熱電対３０２および外部熱電対３４２により、基板予測温度を求めることができる。
以上のように、４つの温度調節ゾーンそれぞれの内部熱電対温度Ｐおよび外部熱電対温度Ｈから、上部温度モニタ、下部温度モニタおよび中央温度モニタそれぞれに対応する内部熱電対温度Ｐおよび外部熱電対温度Ｈを算出することにより、それぞれ内部予測温度ＰＷ（ｔ）および外部予測温度ＨＷ（ｔ）を求めることができる。
また、４つの温度調節ゾーンそれぞれに対応するモニタ基板４枚がある場合においても、それぞれのモニタ基板４００の配置されている位置における内部熱電対３０２および外部熱電対３４２の最も近傍の位置を干渉具合を求めることにより算出できることになる。
つまり、各温度調節ゾーンにおける各基板に対応した内部熱電対３０２および外部熱電対３４２の最適な位置である仮想温度検出手段を干渉関係により導き出せ、この求めた内部熱電対３０２および外部熱電対３４２により、基板予測温度を求めることができる。
次に、基板エッジ予測温度Ｗ’（ｔ）を算出するための温度予測パラメータ「Ｋ１，Ｔ１，Ｋ２，Ｔ２，ｂ，Ｃ」を決定する手順について、上部温度モニタに対する手順を例として説明する。
図１４は、上部温度モニタに対する基板エッジ予測温度Ｗ’ｔｏｐ（ｔ）の調整に必要な温度データの例を示すグラフである。
図１４には、上部温度モニタに対し、上述したように算出された内部熱電対温度Ｐｔｏｐ（ｔ）および外部熱電対温度Ｈｔｏｐ（ｔ）と、外部熱電対温度Ｈｔｏｐ（ｔ）から式１によって算出された外部予測温度ＨＷｔｏｐ（ｔ）と、内部熱電対温度Ｐｔｏｐ（ｔ）から式４によって算出された内部予測温度ＰＷｔｏｐ（ｔ）と、内部熱電対温度Ｐｔｏｐ（ｔ）から式６によって算出された重みａｔｏｐ（ｔ）と、これらの値から式５によって算出された基板エッジ予測温度Ｗ’ｔｏｐ（ｔ）と、上部温度モニタによって検出された基板エッジ温度Ｗｔｏｐとがグラフによって示されている。
図１４は、上部温度モニタに対する基板エッジ予測温度Ｗ’ｔｏｐ（ｔ）の調整に必要な温度データの例を示すグラフである。
図１４には、上部温度モニタに対し、上述したように算出された内部熱電対温度Ｐｔｏｐ（ｔ）および外部熱電対温度Ｈｔｏｐ（ｔ）と、外部熱電対温度Ｈｔｏｐ（ｔ）から式１によって算出された外部予測温度ＨＷｔｏｐ（ｔ）と、内部熱電対温度Ｐｔｏｐ（ｔ）から式４によって算出された内部予測温度ＰＷｔｏｐ（ｔ）と、内部熱電対温度Ｐｔｏｐ（ｔ）から式６によって算出された重みａｔｏｐ（ｔ）と、これらの値から式５によって算出された基板エッジ予測温度Ｗ’ｔｏｐ（ｔ）と、上部温度モニタによって検出された基板エッジ温度Ｗｔｏｐとがグラフによって示されている。
温度予測パラメータ「Ｋ１，Ｔ１，Ｋ２，Ｔ２，ｂ，Ｃ」は、上部温度モニタ、下部温度モニタおよび中央温度モニタそれぞれに対し、図１４に示した基板エッジ予測温度Ｗ’ｔｏｐ（ｔ）が基板エッジ温度Ｗｔｏｐに近づくように、作業者によってゲインＫ１から順次調整されて決定される。
よって、温度予測パラメータ「Ｋ１，Ｔ１，Ｋ２，Ｔ２，ｂ，Ｃ」を決定する場合には、図１４に例示したグラフのように、上部温度モニタ、下部温度モニタおよび中央温度モニタそれぞれに対する基板エッジ予測温度Ｗ’（ｔ）などを示すグラフを用いることが好ましい。
よって、温度予測パラメータ「Ｋ１，Ｔ１，Ｋ２，Ｔ２，ｂ，Ｃ」を決定する場合には、図１４に例示したグラフのように、上部温度モニタ、下部温度モニタおよび中央温度モニタそれぞれに対する基板エッジ予測温度Ｗ’（ｔ）などを示すグラフを用いることが好ましい。
図１５は、温度予測パラメータ「Ｋ１，Ｔ１，Ｋ２，Ｔ２，ｂ，Ｃ」を決定する手順を示すフローチャート（Ｓ２０）である。
なお、図１４と対比させるために、上部温度モニタのパラメータを決定する手順を例として説明する。
図１５に示すように、ステップ２００（Ｓ２００）において、図１４に示されたランプアップ開始時（図１４の１〜２分の間）の基板エッジ温度Ｗｔｏｐに対する外部予測温度ＨＷｔｏｐ（ｔ）の比から、作業者は式１のゲインＫ１の値を決定する。
好ましくは、基板エッジ温度Ｗｔｏｐに対し、外部予測温度ＨＷｔｏｐ（ｔ）が略等しくなるようにゲインＫ１の値を決める。
なお、図１４と対比させるために、上部温度モニタのパラメータを決定する手順を例として説明する。
図１５に示すように、ステップ２００（Ｓ２００）において、図１４に示されたランプアップ開始時（図１４の１〜２分の間）の基板エッジ温度Ｗｔｏｐに対する外部予測温度ＨＷｔｏｐ（ｔ）の比から、作業者は式１のゲインＫ１の値を決定する。
好ましくは、基板エッジ温度Ｗｔｏｐに対し、外部予測温度ＨＷｔｏｐ（ｔ）が略等しくなるようにゲインＫ１の値を決める。
ステップ２０２（Ｓ２０２）において、ランプアップ中（図１４の１〜５分の間）の外部予測温度ＨＷｔｏｐ（ｔ）が基板エッジ温度Ｗｔｏｐの応答にできるだけ近づくように、作業者は式１の時定数Ｔ１の値を決定する。
ステップ２０４（Ｓ２０４）において、ランプアップ後に基板エッジ温度Ｗｔｏｐの温度変化が小さくなった状態（図１４の１０分以降）で内部予測温度ＰＷｔｏｐ（ｔ）と基板エッジ温度Ｗｔｏｐとが略等しくなるように、作業者は式２のゲインＫ２の値を決定する。
この場合、Ｓ２００で決定したゲインＫ１の値を初期値としてゲインＫ２の値を調整する。
この場合、Ｓ２００で決定したゲインＫ１の値を初期値としてゲインＫ２の値を調整する。
ステップ２０６（Ｓ２０６）において、内部予測温度ＰＷｔｏｐ（ｔ）の応答が基板エッジ温度Ｗｔｏｐの応答に全体的に近づくように、作業者は式２の時定数Ｔ２の値を決定する。
ステップ２０８（Ｓ２０８）において、作業者は重みゲインＣを１．０とし、フィルタ時定数ｂを１０として、重みａｔｏｐ（ｔ）の変化を確認する。
重みａｔｏｐ（ｔ）の変化が振動的な場合には、フィルタ時定数ｂを例えば１０，２０，３０，４０のように順次変化させ、重みａｔｏｐ（ｔ）の変化が振動的でなくなった場合にフィルタ時定数ｂの値が決定される。
重みａｔｏｐ（ｔ）の変化が振動的な場合には、フィルタ時定数ｂを例えば１０，２０，３０，４０のように順次変化させ、重みａｔｏｐ（ｔ）の変化が振動的でなくなった場合にフィルタ時定数ｂの値が決定される。
ステップ２１０（Ｓ２１０）において、ランプアップ終了後（図１４の５分以降）の基板エッジ予測温度Ｗ’ｔｏｐ（ｔ）の応答が基板エッジ温度Ｗｔｏｐの応答に近づくように時定数Ｔ１，Ｔ２を微調整する。
なお、基板の温度が早く設定温度で安定するように制御するために、ランプアップ中（図１４の１〜５分の間）よりも、ランプアップ終了後（図１４の５分以降）におけるそれぞれの温度変化を重視してパラメータの調整を行うことが好ましい。
なお、基板の温度が早く設定温度で安定するように制御するために、ランプアップ中（図１４の１〜５分の間）よりも、ランプアップ終了後（図１４の５分以降）におけるそれぞれの温度変化を重視してパラメータの調整を行うことが好ましい。
Ｓ２０の手順に従って温度予測パラメータを調整しても、基板エッジ予測温度Ｗ’ｔｏｐ（ｔ）の応答と、基板エッジ温度Ｗｔｏｐの応答との間に、例えば１０°Ｃ以上の大きな差がある場合、Ｓ２０８で設定した重みゲインＣの値を例えば０．９，０．８のように順次小さくなるように変化させ、さらに時定数Ｔ１，Ｔ２の微調整を行うようにしてもよい。
つまり、外部予測温度ＨＷｔｏｐ（ｔ）よりも内部予測温度ＰＷｔｏｐ（ｔ）に重みをおくことにより、基板エッジ予測温度Ｗ’ｔｏｐ（ｔ）の応答と、基板エッジ温度Ｗｔｏｐの応答との差を小さくしてもよい。
また、下部モニタ基板５６および中央モニタ基板５８に対しても同様に、Ｓ２０によってそれぞれ温度予測パラメータ「Ｋ１，Ｔ１，Ｋ２，Ｔ２，ｂ，Ｃ」を決定することができる。
つまり、外部予測温度ＨＷｔｏｐ（ｔ）よりも内部予測温度ＰＷｔｏｐ（ｔ）に重みをおくことにより、基板エッジ予測温度Ｗ’ｔｏｐ（ｔ）の応答と、基板エッジ温度Ｗｔｏｐの応答との差を小さくしてもよい。
また、下部モニタ基板５６および中央モニタ基板５８に対しても同様に、Ｓ２０によってそれぞれ温度予測パラメータ「Ｋ１，Ｔ１，Ｋ２，Ｔ２，ｂ，Ｃ」を決定することができる。
［基板温度予測制御］
温度コントローラ４は、上述したように基板温度を予測し、基板温度が設定温度に近づくように、装置操作部２の制御に基づいてヒータ３４の出力を制御する。
半導体処理装置１においては、上部温度モニタ、下部温度モニタおよび中央温度モニタの３つの温度モニタ基板４００に対し、４つのゾーンヒータ３４０−１〜３４０−４が設けられているので、温度コントローラ４は、３つの温度モニタ基板４００から受入れる温度データにより、４つのゾーンヒータ３４０の出力を制御している。
温度コントローラ４は、上述したように基板温度を予測し、基板温度が設定温度に近づくように、装置操作部２の制御に基づいてヒータ３４の出力を制御する。
半導体処理装置１においては、上部温度モニタ、下部温度モニタおよび中央温度モニタの３つの温度モニタ基板４００に対し、４つのゾーンヒータ３４０−１〜３４０−４が設けられているので、温度コントローラ４は、３つの温度モニタ基板４００から受入れる温度データにより、４つのゾーンヒータ３４０の出力を制御している。
つまり、温度コントローラ４は、ゾーンヒータ３４０−１〜３４０−４それぞれの出力を制御するために４つの操作量を算出する。
４つの操作量は、例えばゾーンヒータ３４０−１〜３４０−４が上部温度モニタ、下部温度モニタおよび中央温度モニタに対して熱干渉する比率（干渉比率）によって算出される場合と、後述する干渉行列の逆行列演算結果によって算出される場合とがある。
４つの操作量は、例えばゾーンヒータ３４０−１〜３４０−４が上部温度モニタ、下部温度モニタおよび中央温度モニタに対して熱干渉する比率（干渉比率）によって算出される場合と、後述する干渉行列の逆行列演算結果によって算出される場合とがある。
まず、４つの操作量が干渉比率によって算出される場合について説明する。
４つの操作量を干渉比率によって算出する場合には、それぞれの温度モニタ基板４００に対する予測温度と、それぞれの温度モニタ基板４００の設定温度に対する偏差とをそれぞれの温度調節ゾーン（Ｕ，ＣＵ，ＣＬ，Ｌ）に干渉比率に合わせて割り振る。
４つの操作量を干渉比率によって算出する場合には、それぞれの温度モニタ基板４００に対する予測温度と、それぞれの温度モニタ基板４００の設定温度に対する偏差とをそれぞれの温度調節ゾーン（Ｕ，ＣＵ，ＣＬ，Ｌ）に干渉比率に合わせて割り振る。
例えば、図１３に示した干渉比率において、設定温度Ｓが８５０°Ｃであり、上部温度モニタに対する基板エッジ予測温度Ｗ’ｔｏｐ（ｔ）が８４５°Ｃの場合、上部温度モニタの設定温度に対する基板エッジ予測温度Ｗ’ｔｏｐ（ｔ）の偏差は、５°Ｃ（８５０°Ｃ−８４５°Ｃ）となっている。
ここで、基板エッジ予測温度Ｗ’ｔｏｐ（ｔ）における各温度調節ゾーン（Ｕ，ＣＵ，ＣＬ，Ｌ）への偏差の割り振り量は、式９−１〜式９−４のように表される。
ここで、基板エッジ予測温度Ｗ’ｔｏｐ（ｔ）における各温度調節ゾーン（Ｕ，ＣＵ，ＣＬ，Ｌ）への偏差の割り振り量は、式９−１〜式９−４のように表される。
温度コントローラ４は、下部温度モニタおよび中央温度モニタに対しても同様に偏差の割り振り量を算出し、温度調節ゾーンごとに割り振られた偏差の合計を求める。
そして、温度コントローラ４は、温度調節ゾーンごとに割り振られた偏差の合計を用いてＰＩＤ演算などにより、ゾーンヒータ３４０−１〜３４０−４それぞれに対する操作量を算出し、温度調節ゾーンごとに割り振られた偏差の合計が零（０）になるようにゾーンヒータ３４０−１〜３４０−４の出力を制御する。
そして、温度コントローラ４は、温度調節ゾーンごとに割り振られた偏差の合計を用いてＰＩＤ演算などにより、ゾーンヒータ３４０−１〜３４０−４それぞれに対する操作量を算出し、温度調節ゾーンごとに割り振られた偏差の合計が零（０）になるようにゾーンヒータ３４０−１〜３４０−４の出力を制御する。
次に、４つの操作量が干渉行列の逆行列演算結果によって算出される場合について説明する。
操作量を干渉行列の逆行列演算結果によって算出するために、まず、干渉行列を求める。
上部温度モニタ、下部温度モニタおよび中央温度モニタそれぞれにおいて、内部熱電対温度Ｐの変化に対する基板エッジ温度Ｗの変化量は、反応炉３内の温度の安定時を基準として図１２に示した値と同じになっているとする。
操作量を干渉行列の逆行列演算結果によって算出するために、まず、干渉行列を求める。
上部温度モニタ、下部温度モニタおよび中央温度モニタそれぞれにおいて、内部熱電対温度Ｐの変化に対する基板エッジ温度Ｗの変化量は、反応炉３内の温度の安定時を基準として図１２に示した値と同じになっているとする。
まず、各温度調節ゾーン（Ｕ，ＣＵ，ＣＬ，Ｌ）において、内部熱電対温度Ｐに対する設定温度Ｓが１°Ｃ変化（ステップアップ）することに対して、上部温度モニタ、下部温度モニタおよび中央温度モニタの基板エッジ温度Ｗの変化量を算出する。
つまり、図１２に示された各温度調節ゾーンの変化量の値をそれぞれ偏差（５°Ｃ）で割ることにより、ステップアップに対する基板エッジ温度Ｗの変化量が算出される。
つまり、図１２に示された各温度調節ゾーンの変化量の値をそれぞれ偏差（５°Ｃ）で割ることにより、ステップアップに対する基板エッジ温度Ｗの変化量が算出される。
ステップアップに対する基板エッジ温度Ｗの変化量について、上述したように算出された結果の行と列とを入れ替えたものが図１６に示されている。
つまり、図１６は、上部温度モニタ、下部温度モニタおよび中央温度モニタそれぞれについて、ステップアップに対する基板エッジ温度Ｗの変化量を示す図表である。
図１６に示された値を行列とすると、正方行列になっていないので、逆行列演算をするために、図１７に示すように上部温度モニタの上方に、仮想上部モニタ基板を仮想的に設ける。
つまり、図１７は、図１６に示したステップアップに対する基板エッジ温度Ｗの変化量に対し、ステップアップに対する仮想上部モニタ基板の基板エッジ温度Ｗの変化量を追加して示す図表である。
なお、仮想的に設けた仮想上部モニタ基板は、簡略化して表現するために、例えばＵゾーンが１°Ｃ変化すると、仮想上部モニタ基板の変化量が１°Ｃ変化し、その他の温度調節ゾーンによっては仮想上部モニタ基板の温度は変化しないこととしている。
また、温度調節ゾーンの数が温度モニタ基板４００の数よりも２つ以上多い場合には、仮想的に設ける仮想モニタ基板の数をさらに増やして、温度調節ゾーンの数と温度モニタ基板４００の数とを揃えて正方行列を構成できるようにしてもよい。
つまり、図１６は、上部温度モニタ、下部温度モニタおよび中央温度モニタそれぞれについて、ステップアップに対する基板エッジ温度Ｗの変化量を示す図表である。
図１６に示された値を行列とすると、正方行列になっていないので、逆行列演算をするために、図１７に示すように上部温度モニタの上方に、仮想上部モニタ基板を仮想的に設ける。
つまり、図１７は、図１６に示したステップアップに対する基板エッジ温度Ｗの変化量に対し、ステップアップに対する仮想上部モニタ基板の基板エッジ温度Ｗの変化量を追加して示す図表である。
なお、仮想的に設けた仮想上部モニタ基板は、簡略化して表現するために、例えばＵゾーンが１°Ｃ変化すると、仮想上部モニタ基板の変化量が１°Ｃ変化し、その他の温度調節ゾーンによっては仮想上部モニタ基板の温度は変化しないこととしている。
また、温度調節ゾーンの数が温度モニタ基板４００の数よりも２つ以上多い場合には、仮想的に設ける仮想モニタ基板の数をさらに増やして、温度調節ゾーンの数と温度モニタ基板４００の数とを揃えて正方行列を構成できるようにしてもよい。
図１７に示した値を行列として示すと、下式１０のように示され、行列Ｍを干渉行列とする。
つまり、干渉行列Ｍは、各温度調節ゾーンの内部熱電対温度Ｐが１°Ｃ変化した場合に、上部温度モニタ、下部温度モニタおよび中央温度モニタそれぞれにおける基板エッジ温度Ｗが変化する変化量を表している。
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、式１０に示した干渉行列Ｍを用いて、最小二乗法に基づいた逆行列演算をすることは、各温度モニタ基板４００の基板エッジ温度Ｗを変化させるための内部熱電対温度Ｐの変化量を算出することに相当する。
内部熱電対温度Ｐの変化量を算出するための逆行列演算は、干渉行列Ｍを用いて表すと、［ＭＴ×Ｍ］−１×ＭＴとなる。（Ｔ：転置行列）
式１０に示した干渉行列Ｍの逆行列演算結果は、式１１に示されている。
内部熱電対温度Ｐの変化量を算出するための逆行列演算は、干渉行列Ｍを用いて表すと、［ＭＴ×Ｍ］−１×ＭＴとなる。（Ｔ：転置行列）
式１０に示した干渉行列Ｍの逆行列演算結果は、式１１に示されている。
また、各温度調節ゾーンの内部熱電対温度Ｐが変化すべき変化量は、式１１に示した逆行列演算結果に各温度モニタ基板４００の偏差をそれぞれ乗じることによって算出される。
式１１に示した逆行列演算結果に対し、各温度モニタ基板４００の偏差をそれぞれ乗じた結果が式１２に示されている。
式１１に示した逆行列演算結果に対し、各温度モニタ基板４００の偏差をそれぞれ乗じた結果が式１２に示されている。
つまり、各温度モニタ基板４００の偏差が例えば全て５°Ｃの場合には、式１２に示したように、内部熱電対３０２−１〜３０２−４それぞれの内部熱電対温度Ｐが変化すべき変化量は、それぞれ５°Ｃ，７．０°Ｃ，４．９°Ｃ，７．０°Ｃになる。
そして、温度コントローラ４は、内部熱電対３０２−１〜３０２−４それぞれの内部熱電対温度Ｐが変化すべき変化量が零（０）になるように、例えばＰＩＤ演算などにより、ゾーンヒータ３４０−１〜３４０−４それぞれに対する操作量を算出し、ゾーンヒータ３４０−１〜３４０−４の出力を制御する。
なお、基板温度の予測制御について、基板エッジ温度Ｗが設定温度Ｓに近づくように制御する例について説明したが、これに限ることなく、基板中心温度Ｃなどを設定温度Ｓに近づくように制御する場合においても同様に制御することができる。
そして、温度コントローラ４は、内部熱電対３０２−１〜３０２−４それぞれの内部熱電対温度Ｐが変化すべき変化量が零（０）になるように、例えばＰＩＤ演算などにより、ゾーンヒータ３４０−１〜３４０−４それぞれに対する操作量を算出し、ゾーンヒータ３４０−１〜３４０−４の出力を制御する。
なお、基板温度の予測制御について、基板エッジ温度Ｗが設定温度Ｓに近づくように制御する例について説明したが、これに限ることなく、基板中心温度Ｃなどを設定温度Ｓに近づくように制御する場合においても同様に制御することができる。
基板の処理時においては、外部熱電対３４２および内部熱電対３０２が検出する反応炉３内の温度から、ゾーンヒータ３４０−１〜３４０−４の干渉比率または干渉行列Ｍの逆行列演算結果に基づいて、上部モニタ基板５４、下部モニタ基板５６および中央モニタ基板５８の予測温度を算出し、算出された基板の予測温度が設定温度Ｓに一致するように、ゾーンヒータ３４０−１〜３４０−４それぞれに対する操作量を算出し、ゾーンヒータ３４０−１〜３４０−４の出力を制御する。
温度コントローラ４は、ゾーンヒータ３４０−１〜３４０−４の出力を周期的に制御するので、上部モニタ基板５４、下部モニタ基板５６および中央モニタ基板５８の温度が設定温度Ｓに従って変化するように制御することができる。
温度コントローラ４は、ゾーンヒータ３４０−１〜３４０−４の出力を周期的に制御するので、上部モニタ基板５４、下部モニタ基板５６および中央モニタ基板５８の温度が設定温度Ｓに従って変化するように制御することができる。
［基板温度予測制御に必要な温度データの取得］
温度モニタ基板４００の予測温度は、上述したように、外部熱電対温度Ｈと内部熱電対温度Ｐとを用いて一次遅れ演算することにより算出されている。
温度予測パラメータ「Ｋ１，Ｔ１，Ｋ２，Ｔ２，ｂ，Ｃ」は、基板の温度制御を行う半導体製造装置ごとに、基板の処理を行う以前に調整をしておく必要がある。
これらの温度予測パラメータの調整において、特に、時定数Ｔ１，Ｔ２を調整する場合には、温度制御を処理時に行う際の周期（制御周期）と同じ周期で取得された外部熱電対温度Ｈと、内部熱電対温度Ｐとが必要になっている。
温度モニタ基板４００の予測温度は、上述したように、外部熱電対温度Ｈと内部熱電対温度Ｐとを用いて一次遅れ演算することにより算出されている。
温度予測パラメータ「Ｋ１，Ｔ１，Ｋ２，Ｔ２，ｂ，Ｃ」は、基板の温度制御を行う半導体製造装置ごとに、基板の処理を行う以前に調整をしておく必要がある。
これらの温度予測パラメータの調整において、特に、時定数Ｔ１，Ｔ２を調整する場合には、温度制御を処理時に行う際の周期（制御周期）と同じ周期で取得された外部熱電対温度Ｈと、内部熱電対温度Ｐとが必要になっている。
また、半導体処理装置１において、装置操作部２は、温度コントローラ４を介して温度制御を行う周期（制御周期）と、表示・入力部２２または記録出力部２４によって温度データを表示または記録する周期とが異なっている。
例えば、温度コントローラ４（図２）が内部熱電対３０２−１〜３０２−４および外部熱電対３４２−１〜３４２−４を介して温度データを受入れてから、ゾーンヒータ３４０−１〜３４０−４それぞれに対する操作量を算出し、ゾーンヒータ３４０−１〜３４０−４に対して電力値を出力する周期（制御周期）は０．５秒になっている。
一方、装置操作部２において、操作制御部２０が通信部２８を介し、温度コントローラ４から温度データなどを受信し、表示・入力部２２または記録出力部２４に出力する周期は４秒になっている。
これは、装置操作部２および温度コントローラ４が通信処理に費やす時間を少なくし、装置操作部２のＣＰＵ２００は主にレシピを使用する処理を行い、温度コントローラ４のＣＰＵ４０は主に基板を温度制御する処理を行うことができるようにしてあるためである。
例えば、温度コントローラ４（図２）が内部熱電対３０２−１〜３０２−４および外部熱電対３４２−１〜３４２−４を介して温度データを受入れてから、ゾーンヒータ３４０−１〜３４０−４それぞれに対する操作量を算出し、ゾーンヒータ３４０−１〜３４０−４に対して電力値を出力する周期（制御周期）は０．５秒になっている。
一方、装置操作部２において、操作制御部２０が通信部２８を介し、温度コントローラ４から温度データなどを受信し、表示・入力部２２または記録出力部２４に出力する周期は４秒になっている。
これは、装置操作部２および温度コントローラ４が通信処理に費やす時間を少なくし、装置操作部２のＣＰＵ２００は主にレシピを使用する処理を行い、温度コントローラ４のＣＰＵ４０は主に基板を温度制御する処理を行うことができるようにしてあるためである。
このように、表示・入力部２２または記録出力部２４が温度データを出力する周期が４秒であり、温度コントローラ４が基板の温度を制御する周期が０．５秒である場合には、予測温度を算出するための温度予測パラメータ「Ｋ１，Ｔ１，Ｋ２，Ｔ２，ｂ，Ｃ」を調整するために、０．５秒周期の温度データが表示・入力部２２または記録出力部２４から出力されるようにすることが必要である。
つまり、作業者は、０．５秒周期の温度データを記録出力部２４などから出力させることにより、図１４に示したようなグラフを得ることが可能となる。
つまり、作業者は、０．５秒周期の温度データを記録出力部２４などから出力させることにより、図１４に示したようなグラフを得ることが可能となる。
０．５秒周期の温度データは、例えば、装置操作部２の周期変更部２２０によって、装置操作部２と温度コントローラ４との間の通信周期を変更することができるようにし、作業者が装置操作部２から取得する温度データの周期を４秒または０．５秒のいずれかを選択することができるようにしてもよい。
また、装置操作部２が４秒周期で取得した温度データから０．５秒周期の温度データを生成し、４秒周期の温度データの間に挿入する内挿処理を行うようにしてもよい。
さらに、半導体処理装置１に対するオプションとなる装置に０．５秒周期の温度データを生成させ、４秒周期の温度データの間に挿入する内挿処理を行わせることにより、温度予測パラメータを調整することができるようにしてもよい。
［基板温度予測制御に必要なパラメータの入力］
基板温度予測制御には、温度予測パラメータ「Ｋ１，Ｔ１，Ｋ２，Ｔ２，ｂ，Ｃ」、および干渉比率または干渉行列Ｍの逆行列演算結果などのパラメータを、作業者が装置操作部２を介して設定する必要がある。
例えば内部熱電対温度Ｐの設定温度Ｓに対しＰＩＤ制御を行う際のパラメータなどと同様に、装置操作部２は、基板温度予測制御に必要なパラメータを受入れることが好ましい。
また、基板の温度予測制御に必要なパラメータは、基板を処理する温度帯ごとに調整され、それぞれ個別のパラメータテーブルとして設定されることが好ましい。
さらに、パラメータテーブルは、反応炉３内で処理される基板の枚数に応じて、個別のパラメータテーブルが設定されるようにしてもよい。
例えばボート１０８に１００枚の基板を載置して調整した温度予測パラメータ「Ｋ１，Ｔ１，Ｋ２，Ｔ２，ｂ，Ｃ」と、ボート１０８に５０枚の基板を載置して調整した温度予測パラメータ「Ｋ１，Ｔ１，Ｋ２，Ｔ２，ｂ，Ｃ」とをそれぞれ設定し、反応炉３内で処理される基板の枚数に応じてパラメータテーブルが装置操作部２を介して選択されるようにしてもよい。
基板温度予測制御には、温度予測パラメータ「Ｋ１，Ｔ１，Ｋ２，Ｔ２，ｂ，Ｃ」、および干渉比率または干渉行列Ｍの逆行列演算結果などのパラメータを、作業者が装置操作部２を介して設定する必要がある。
例えば内部熱電対温度Ｐの設定温度Ｓに対しＰＩＤ制御を行う際のパラメータなどと同様に、装置操作部２は、基板温度予測制御に必要なパラメータを受入れることが好ましい。
また、基板の温度予測制御に必要なパラメータは、基板を処理する温度帯ごとに調整され、それぞれ個別のパラメータテーブルとして設定されることが好ましい。
さらに、パラメータテーブルは、反応炉３内で処理される基板の枚数に応じて、個別のパラメータテーブルが設定されるようにしてもよい。
例えばボート１０８に１００枚の基板を載置して調整した温度予測パラメータ「Ｋ１，Ｔ１，Ｋ２，Ｔ２，ｂ，Ｃ」と、ボート１０８に５０枚の基板を載置して調整した温度予測パラメータ「Ｋ１，Ｔ１，Ｋ２，Ｔ２，ｂ，Ｃ」とをそれぞれ設定し、反応炉３内で処理される基板の枚数に応じてパラメータテーブルが装置操作部２を介して選択されるようにしてもよい。
図１８は、装置操作部２の表示・入力部２２がパラメータを受入れる場合に表示するパラメータ設定画面を示す図である。
図１８に示すように、パラメータ設定画面は、テーブル選択部２２２、モニタ基板数入力部２２４、予測パラメータ入力部２２６および干渉度合い入力部２２８を有する。
図１８に示すように、パラメータ設定画面は、テーブル選択部２２２、モニタ基板数入力部２２４、予測パラメータ入力部２２６および干渉度合い入力部２２８を有する。
テーブル選択部２２２は、基板を処理する温度帯などに応じたパラメータテーブルを選択する指示を作業者から受け入れる。
モニタ基板数入力部２２４は、使用される温度モニタ基板４００の枚数を作業者から受入れる。
このように、半導体処理装置１には、温度モニタ基板４００の枚数が３枚よりも多く用いられてもよい。
また、温度モニタ基板４００の枚数は、１枚でも、２枚でもよい。
予測パラメータ入力部２２６は、温度モニタ基板４００ごとに温度予測パラメータ「Ｋ１，Ｔ１，Ｋ２，Ｔ２，ｂ，Ｃ」を作業者から受入れる。
干渉度合い入力部２２８は、温度モニタ基板４００ごとに干渉比率または干渉行列の逆行列演算結果を、外部熱電対３４２−１〜３４２−４および内部熱電対３０２−１〜３０２−４それぞれに対して作業者から受入れる。
また、干渉比率または干渉行列の逆行列演算結果のいずれのパラメータによって制御されるかをパラメータ設定画面内に表示し、切替え設定可能としてもよい。
モニタ基板数入力部２２４は、使用される温度モニタ基板４００の枚数を作業者から受入れる。
このように、半導体処理装置１には、温度モニタ基板４００の枚数が３枚よりも多く用いられてもよい。
また、温度モニタ基板４００の枚数は、１枚でも、２枚でもよい。
予測パラメータ入力部２２６は、温度モニタ基板４００ごとに温度予測パラメータ「Ｋ１，Ｔ１，Ｋ２，Ｔ２，ｂ，Ｃ」を作業者から受入れる。
干渉度合い入力部２２８は、温度モニタ基板４００ごとに干渉比率または干渉行列の逆行列演算結果を、外部熱電対３４２−１〜３４２−４および内部熱電対３０２−１〜３０２−４それぞれに対して作業者から受入れる。
また、干渉比率または干渉行列の逆行列演算結果のいずれのパラメータによって制御されるかをパラメータ設定画面内に表示し、切替え設定可能としてもよい。
［基板温度予測制御の実行］
基板予測制御の実行は、上述したように、反応炉３に設けられた内部熱電対３０２および外部熱電対３４２に対して温度を設定し、温度モニタ基板４００の温度変化を確認して温度予測パラメータなどを決定する基板予測制御の準備の段階と、準備された温度予測パラメータなどを用いて基板温度予測制御を行って基板を実際に処理する段階とに分けられる。
基板予測制御の実行は、上述したように、反応炉３に設けられた内部熱電対３０２および外部熱電対３４２に対して温度を設定し、温度モニタ基板４００の温度変化を確認して温度予測パラメータなどを決定する基板予測制御の準備の段階と、準備された温度予測パラメータなどを用いて基板温度予測制御を行って基板を実際に処理する段階とに分けられる。
図１９は、装置操作部２の表示・入力部２２において、基板予測制御の準備をする段階に表示される温度制御設定画面の例を示す図である。
図２０は、装置操作部２の表示・入力部２２において、基板予測制御を実行して基板を処理する段階に表示される温度制御設定画面の例を示す図である。
温度制御設定画面は、例えばタッチパネルなどに表示され、モード選択部２３０、温度設定部２３２およびパラメータ設定部２３４を有し、表示と指示の受け入れとを合わせて行うようにしてある。
図２０は、装置操作部２の表示・入力部２２において、基板予測制御を実行して基板を処理する段階に表示される温度制御設定画面の例を示す図である。
温度制御設定画面は、例えばタッチパネルなどに表示され、モード選択部２３０、温度設定部２３２およびパラメータ設定部２３４を有し、表示と指示の受け入れとを合わせて行うようにしてある。
モード選択部２３０は、温度制御設定画面における設定の対象を選択する指示を受け入れ、受入れた指示を表示する。
温度制御設定画面における設定の対象は、例えば内部熱電対３０２、外部熱電対３４２および温度モニタ基板４００などである。
モード選択部２３０において、例えば内部熱電対３０２または外部熱電対３４２が選択されると（図１９参照）、温度制御設定画面は、基板予測制御の準備をするモードとなり、選択された熱電対に対して各ゾーンごとに設定温度および昇温の傾きの指示を受け入れる表示を温度設定部２３２に表示する。
また、モード選択部２３０において、例えば基板温度予測制御をすることが選択されると（図２０参照）、温度制御設定画面は、基板予測制御を実行するモードとなり、各温度モニタ基板４００に対する設定温度および昇温の傾きの指示を受け入れる表示を温度設定部２３２に表示する。
温度制御設定画面における設定の対象は、例えば内部熱電対３０２、外部熱電対３４２および温度モニタ基板４００などである。
モード選択部２３０において、例えば内部熱電対３０２または外部熱電対３４２が選択されると（図１９参照）、温度制御設定画面は、基板予測制御の準備をするモードとなり、選択された熱電対に対して各ゾーンごとに設定温度および昇温の傾きの指示を受け入れる表示を温度設定部２３２に表示する。
また、モード選択部２３０において、例えば基板温度予測制御をすることが選択されると（図２０参照）、温度制御設定画面は、基板予測制御を実行するモードとなり、各温度モニタ基板４００に対する設定温度および昇温の傾きの指示を受け入れる表示を温度設定部２３２に表示する。
温度設定部２３２は、モード選択部２３０において選択されたモードに応じて、設定温度および昇温の傾きの指示を受け入れる表示をする。
さらに、温度設定部２３２は、受入れた指示を表示する。
さらに、温度設定部２３２は、受入れた指示を表示する。
パラメータ設定部２３４は、ＰＩＤ選択部２３６と、予測制御選択部２３８とを有する。
ＰＩＤ選択部２３６は、温度設定部２３２で設定された設定温度および昇温の傾きに応じて、例えばＰＩＤ制御のためのパラメータ、並びに設定温度の温度帯および処理の対象となる基板の枚数に応じて調整されたパラメータを含むパラメータテーブルを選択する指示を受け入れ、受入れた指示を表示する。
予測制御選択部２３８は、モード選択部２３０において基板予測制御の準備をするモードが選択されている場合には、温度予測パラメータ「Ｋ１，Ｔ１，Ｋ２，Ｔ２，ｂ，Ｃ」が使用されないことを表示する。
また、予測制御選択部２３８は、モード選択部２３０において基板予測制御を実行するモードが選択されている場合には、温度設定部２３２による設定および基板の枚数などに応じた最適な温度予測パラメータ「Ｋ１，Ｔ１，Ｋ２，Ｔ２，ｂ，Ｃ」が選択されるように、パラメータが操作制御部２０によって自動的に切り替えられることを表示する。
温度予測パラメータ「Ｋ１，Ｔ１，Ｋ２，Ｔ２，ｂ，Ｃ」の選択は、予測制御表示部２３８において、いずれの場合にも作業者が指示するようにしてもよい。
ＰＩＤ選択部２３６は、温度設定部２３２で設定された設定温度および昇温の傾きに応じて、例えばＰＩＤ制御のためのパラメータ、並びに設定温度の温度帯および処理の対象となる基板の枚数に応じて調整されたパラメータを含むパラメータテーブルを選択する指示を受け入れ、受入れた指示を表示する。
予測制御選択部２３８は、モード選択部２３０において基板予測制御の準備をするモードが選択されている場合には、温度予測パラメータ「Ｋ１，Ｔ１，Ｋ２，Ｔ２，ｂ，Ｃ」が使用されないことを表示する。
また、予測制御選択部２３８は、モード選択部２３０において基板予測制御を実行するモードが選択されている場合には、温度設定部２３２による設定および基板の枚数などに応じた最適な温度予測パラメータ「Ｋ１，Ｔ１，Ｋ２，Ｔ２，ｂ，Ｃ」が選択されるように、パラメータが操作制御部２０によって自動的に切り替えられることを表示する。
温度予測パラメータ「Ｋ１，Ｔ１，Ｋ２，Ｔ２，ｂ，Ｃ」の選択は、予測制御表示部２３８において、いずれの場合にも作業者が指示するようにしてもよい。
このように、作業者は、基板予測制御の準備をすることと、基板温度予測制御を実行して基板を実際に処理することとを装置操作部２を介して選択することができる。
また、基板温度予測制御を行って基板を実際に処理する場合には、温度コントローラ４が予測した基板温度を装置操作部２が受信し、表示・入力部２２によって表示させたり、記憶部２６に記憶させることができ、作業者は予測温度の状況を基板の処理中または処理後に確認することができる。
また、基板温度予測制御を行って基板を実際に処理する場合には、温度コントローラ４が予測した基板温度を装置操作部２が受信し、表示・入力部２２によって表示させたり、記憶部２６に記憶させることができ、作業者は予測温度の状況を基板の処理中または処理後に確認することができる。
次に、基板温度予測制御を実行した場合の基板の温度変化について説明する。
図２１は、基板予測制御の準備をするモードにおいて、内部熱電対３０２の温度の応答が設定温度Ｓの変化に近づくようにゾーンヒータ３４０の出力をＰＩＤ演算などによって制御した場合の基板エッジ温度Ｗと基板中心温度Ｃの応答を例示するグラフである。
図２２は、基板温度予測制御を実行するモードにおいて、基板温度予測制御の対象を基板エッジ温度Ｗとし、設定温度Ｓの変化に対する基板エッジ温度Ｗおよび基板中心温度Ｃの応答を例示するグラフである。
図２１に示すように、温度コントローラ４が装置操作部２の制御に基づいて、内部熱電対３０２の温度の応答が設定温度Ｓの変化に近づくようにゾーンヒータ３４０の出力をＰＩＤ演算などによって変化させると、基板エッジ温度Ｗおよび基板中心温度Ｃは、それぞれ設定温度Ｓ（８００°Ｃ）に対して大きくオーバーシュートした後に、設定温度Ｓで安定する。
図２１は、基板予測制御の準備をするモードにおいて、内部熱電対３０２の温度の応答が設定温度Ｓの変化に近づくようにゾーンヒータ３４０の出力をＰＩＤ演算などによって制御した場合の基板エッジ温度Ｗと基板中心温度Ｃの応答を例示するグラフである。
図２２は、基板温度予測制御を実行するモードにおいて、基板温度予測制御の対象を基板エッジ温度Ｗとし、設定温度Ｓの変化に対する基板エッジ温度Ｗおよび基板中心温度Ｃの応答を例示するグラフである。
図２１に示すように、温度コントローラ４が装置操作部２の制御に基づいて、内部熱電対３０２の温度の応答が設定温度Ｓの変化に近づくようにゾーンヒータ３４０の出力をＰＩＤ演算などによって変化させると、基板エッジ温度Ｗおよび基板中心温度Ｃは、それぞれ設定温度Ｓ（８００°Ｃ）に対して大きくオーバーシュートした後に、設定温度Ｓで安定する。
一方、図２２に示すように、設定温度Ｓの変化に対し、基板温度予測制御の対象を基板エッジ温度Ｗとして基板温度予測制御を実行すると、基板エッジ温度Ｗおよび基板中心温度Ｃは、それぞれ設定温度Ｓを大きくオーバーシュートすることなく設定温度Ｓで安定する。
図２２に示した例においては、基板温度予測制御の対象を基板エッジ温度Ｗとして、基板エッジ温度Ｗの予測制御による応答が、基板予測制御の準備をする段階で検出された基板エッジ温度Ｗの応答に近づくように温度予測パラメータ「Ｋ１，Ｔ１，Ｋ２，Ｔ２，ｂ，Ｃ」が調整されているので、基板エッジ温度Ｗが設定温度Ｓに対してオーバーシュートすることなく設定温度Ｓに達して安定し、基板中心温度Ｃは遅れて昇温し、基板エッジ温度Ｗよりも遅れて設定温度Ｓに達して安定する。
図２２に示した例においては、基板温度予測制御の対象を基板エッジ温度Ｗとして、基板エッジ温度Ｗの予測制御による応答が、基板予測制御の準備をする段階で検出された基板エッジ温度Ｗの応答に近づくように温度予測パラメータ「Ｋ１，Ｔ１，Ｋ２，Ｔ２，ｂ，Ｃ」が調整されているので、基板エッジ温度Ｗが設定温度Ｓに対してオーバーシュートすることなく設定温度Ｓに達して安定し、基板中心温度Ｃは遅れて昇温し、基板エッジ温度Ｗよりも遅れて設定温度Ｓに達して安定する。
図２３は、基板温度予測制御の対象を基板エッジ温度Ｗと基板中心温度Ｃとの平均温度として基板温度予測制御を実行するモードにおいて、設定温度Ｓの変化に対する基板エッジ温度Ｗおよび基板中心温度Ｃの応答を示すグラフである。
図２３に示すように、基板温度予測制御の対象を基板エッジ温度Ｗと基板中心温度Ｃとの平均温度として、この平均温度の予測制御による応答が基板予測制御の準備をする段階で検出された基板エッジ温度Ｗと基板中心温度Ｃとの平均温度に近づくように温度予測パラメータ「Ｋ１，Ｔ１，Ｋ２，Ｔ２，ｂ，Ｃ」が調整されているので、基板エッジ温度Ｗの応答は設定温度Ｓに対して図２１に示した基板エッジ温度Ｗの応答よりもオーバーシュートが小さくなり、かつ、基板中心温度Ｃの応答は図２２に示し基板中心温度Ｃの応答よりも１分程度早く設定温度Ｓに達して安定している。
図２３に示すように、基板温度予測制御の対象を基板エッジ温度Ｗと基板中心温度Ｃとの平均温度として、この平均温度の予測制御による応答が基板予測制御の準備をする段階で検出された基板エッジ温度Ｗと基板中心温度Ｃとの平均温度に近づくように温度予測パラメータ「Ｋ１，Ｔ１，Ｋ２，Ｔ２，ｂ，Ｃ」が調整されているので、基板エッジ温度Ｗの応答は設定温度Ｓに対して図２１に示した基板エッジ温度Ｗの応答よりもオーバーシュートが小さくなり、かつ、基板中心温度Ｃの応答は図２２に示し基板中心温度Ｃの応答よりも１分程度早く設定温度Ｓに達して安定している。
基板温度予測制御の対象は、基板中心温度Ｃであってもよいし、外周熱電対４０６−１〜４０６−４、内周熱電対４０４−１〜４０４−４および中心熱電対４０２の平均温度などであってもよい。
このように、基板温度予測制御の対象を自由に選択し、選択された対象の予測温度の応答を選択された対象の準備段階で検出された温度の応答に近づくように温度予測パラメータ「Ｋ１，Ｔ１，Ｋ２，Ｔ２，ｂ，Ｃ」を調整することにより、基板温度の応答を基板温度予測制御の対象に基づいて変化させることができる。
また、温度モニタ基板４００の予測温度は、外部熱電対温度Ｈを用いることなく、内部熱電対温度Ｐと、基板の温度とを一次遅れ演算することにより算出するようにしてもよい。
このように、基板温度予測制御の対象を自由に選択し、選択された対象の予測温度の応答を選択された対象の準備段階で検出された温度の応答に近づくように温度予測パラメータ「Ｋ１，Ｔ１，Ｋ２，Ｔ２，ｂ，Ｃ」を調整することにより、基板温度の応答を基板温度予測制御の対象に基づいて変化させることができる。
また、温度モニタ基板４００の予測温度は、外部熱電対温度Ｈを用いることなく、内部熱電対温度Ｐと、基板の温度とを一次遅れ演算することにより算出するようにしてもよい。
尚、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であることはいうまでもない。
本実施形態では、バッチ式の半導体処理装置の減圧ＣＶＤ装置の場合について説明したが、本発明はこれに限らず、バッチ式の半導体処理装置の拡散装置等の熱処理装置や枚葉装置、その他の基板処理装置全般に適用することができる。
本実施形態では、バッチ式の半導体処理装置の減圧ＣＶＤ装置の場合について説明したが、本発明はこれに限らず、バッチ式の半導体処理装置の拡散装置等の熱処理装置や枚葉装置、その他の基板処理装置全般に適用することができる。
本発明は、基板の処理のために利用可能である。
Claims (13)
- 処理室内に収容された基板を加熱する加熱手段と、
前記処理室内の温度を検出する温度検出手段と、
前記基板の温度を周期的に予測する基板温度予測手段と、
前記温度検出手段が検出した前記処理室内の温度と、前記基板温度予測手段が１回前の周期で予測した予測温度とを混合して、前記基板温度予測手段により前記１回前の周期の次回の周期における温度を予測し、該予測温度を用いて前記加熱手段を制御する制御手段と
を有する基板処理装置。 - 処理室内に収容された基板を加熱する加熱手段と、
前記加熱手段の近傍の温度を検出する第１の温度検出手段と、
前記基板の近傍の温度を検出する第２の温度検出手段と、
前記第１の温度検出手段が検出した温度から算出する前記基板の第１の予測温度と、前記第２の温度検出手段が検出した温度から算出する前記基板の第２の予測温度とを混合させ、該混合した予測温度を用いて前記加熱手段を制御する制御手段と
を有する基板処理装置。 - 前記加熱手段は、
複数の加熱ゾーンそれぞれに対応する複数のゾーン加熱手段を有し、
前記基板温度予測手段は、
前記複数のゾーン加熱手段それぞれが予測温度の対象となる前記基板の温度に対して干渉する度合いにより、前記予測温度の対象となる前記基板ごとに対応する仮想温度検出手段の検出予測値を算出し、該検出予測値と、前記１回前の周期の予測温度とを用いて、前記１回前の周期の次回の周期における温度を予測する
請求項１記載の基板処理装置。 - 前記制御手段は、前記第２の温度検出手段が検出した温度の変動の大きさにより、前記基板の第１の予測温度と第２の予測温度との混合比を変える
請求項２記載の基板処理装置。 - 前記加熱手段は、複数のゾーン加熱手段を有し、
前記温度検出手段は、前記ゾーン加熱手段それぞれに対応するゾーン温度検出手段を有し、
前記制御手段は、
温度を予測しようとする基板が他の基板よりも近くなる位置に仮想温度検出手段を設定し、該仮想温度検出手段と前記ゾーン温度検出手段との対応関係と、前記ゾーン温度検出手段が測定する測定値に基づいて、前記仮想温度検出手段の検出値を算出し、算出された検出値と、前記仮想温度検出手段により予測された１回前の周期での基板温度とを用いて、前記１回前の周期の次回の周期における基板温度を予測し、該基板予測温度に基づいて、前記ゾーン加熱手段それぞれを制御する
請求項１記載の基板処理装置。 - 前記加熱手段は、複数のゾーン加熱手段を有し、
前記温度検出手段は、前記ゾーン加熱手段それぞれに対応する第１のゾーン温度検出手段と第２のゾーン温度検出手段とを有し、
前記制御手段は、
温度を予測しようとする基板が他の基板よりも近くなる位置に仮想温度検出手段を設定し、該仮想温度検出手段と前記第１のゾーン温度検出手段または第２のゾーン温度検出手段との対応関係と、前記第１のゾーン温度検出手段または第２のゾーン温度検出手段が測定する測定値に基づいて、前記仮想温度検出手段の検出値を算出し、算出された検出値と、前記仮想温度検出手段により予測された１回前の周期の基板温度とを用いて、前記１回前の周期の次回の周期における基板温度を予測し、該基板予測温度に基づいて、前記ゾーン加熱手段それぞれを制御する
請求項２記載の基板処理装置。 - 前記制御手段が前記加熱手段の出力を制御する周期と略同一の周期で前記温度検出手段が検出する温度を表示および記録またはこれらのいずれかによって出力する出力手段をさらに有する
請求項１記載の基板処理装置。 - 前記制御手段が前記加熱手段の出力を制御する周期と略同一の周期で前記温度検出手段が検出する温度を表示および記録またはこれらのいずれかによって出力する出力手段をさらに有する
請求項２記載の基板処理装置。 - 前記制御手段が前記加熱手段の出力を制御する周期と略同一の周期で前記温度検出手段が検出する温度を表示および記録またはこれらのいずれかによって出力する出力手段をさらに有する
請求項３記載の基板処理装置。 - 前記制御手段が前記加熱手段の出力を制御する周期と略同一の周期で前記温度検出手段が検出する温度を表示および記録またはこれらのいずれかによって出力する出力手段をさらに有する
請求項５記載の基板処理装置。 - 前記制御手段が前記加熱手段の出力を制御する周期と略同一の周期で前記温度検出手段が検出する温度を表示および記録またはこれらのいずれかによって出力する出力手段をさらに有する
請求項６記載の基板処理装置。 - 処理室内に収容された基板を加熱する工程と、
前記処理室内の温度を検出する工程と、
前記基板の温度を周期的に予測する工程と、
前記検出した前記処理室内の温度と、前記周期的に予測した温度の１回前の周期で予測した予測温度とを混合して、前記１回前の周期の次回の周期における温度を予測し、該予測温度を用いて基板の加熱を制御する工程と
を有する基板処理方法。 - 基板を処理する反応室と、前記反応室内を加熱する加熱手段と、前記加熱手段を制御する制御手段と、前記加熱手段と前記基板との間の温度を検出する第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の近傍で温度を検出する第２の温度検出手段とを有する基板処理装置において、
前記第１の温度検出手段で温度を測定する工程と、
前記第１の温度検出手段によって測定された温度から第１の基板予測温度を算出する工程と、
前記第２の温度検出手段で温度を測定する工程と、
前記第２の温度検出手段によって測定された温度から第２の基板予測温度を算出する工程と、
前記第１の基板予測温度と前記第２の基板予測温度とを混合し、前記加熱手段を制御する工程と
を有する基板処理方法。
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