JPH05165534A - プロセス制御方法及びその装置 - Google Patents
プロセス制御方法及びその装置Info
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- JPH05165534A JPH05165534A JP3330958A JP33095891A JPH05165534A JP H05165534 A JPH05165534 A JP H05165534A JP 3330958 A JP3330958 A JP 3330958A JP 33095891 A JP33095891 A JP 33095891A JP H05165534 A JPH05165534 A JP H05165534A
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Landscapes
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- Radiation Pyrometers (AREA)
- Feedback Control In General (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 より良好な制御パラメータにて制御性を高め
る。 【構成】 このプロセス制御装置は、間接制御目標値と
して放射率累乗比Ｋｕ* （［ε1 のλｉ乗］／［ε2 の
λｊ乗］）を介して真の制御目標値（例えば膜厚ｄ）を
制御設定値とし、輻射センサー１６０の検出信号Ｓｉ
（Ｓ1 ，Ｓ2 …）から得られる放射率累乗比の実測値Ｋ
ｕを制御量とする制御システムが構成されている。真の
制御目標値に従って、プロセス操作量１７０が自動的に
制御され、プロセス材料２１０の真の制御量（プロセス
材料２１０の実際の膜厚）が真の制御目標値となるよう
にコントロールされる。
る。 【構成】 このプロセス制御装置は、間接制御目標値と
して放射率累乗比Ｋｕ* （［ε1 のλｉ乗］／［ε2 の
λｊ乗］）を介して真の制御目標値（例えば膜厚ｄ）を
制御設定値とし、輻射センサー１６０の検出信号Ｓｉ
（Ｓ1 ，Ｓ2 …）から得られる放射率累乗比の実測値Ｋ
ｕを制御量とする制御システムが構成されている。真の
制御目標値に従って、プロセス操作量１７０が自動的に
制御され、プロセス材料２１０の真の制御量（プロセス
材料２１０の実際の膜厚）が真の制御目標値となるよう
にコントロールされる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体の薄膜形成プロ
セス、ステンレス鋼板の焼鈍プロセス、合金プロセスな
どのようにプロセス材料中に表面物性変化がおこり、放
射率の顕著な変動が発生する場合のプロセス制御技術に
関する。
セス、ステンレス鋼板の焼鈍プロセス、合金プロセスな
どのようにプロセス材料中に表面物性変化がおこり、放
射率の顕著な変動が発生する場合のプロセス制御技術に
関する。
【０００２】
【従来の技術】様々なプロセス材料（例えば、半導体の
薄膜形成プロセス、ステンレス鋼板の焼鈍プロセス、合
金プロセス）では、材料温度がそのプロセスを良好に制
御をする上での重要パラメータである。この材料温度を
非接触で測定するものとして放射測温技術が提案されて
いる。しかしながら、この放射測温技術は、材料表面の
酸化、合金化等の物性変化のために放射率が変化するた
め、放射率変化に対応して誤差が生じ、放射率変化を補
正して、真温度を測定できるようにする試みがなされて
いる。その一つとして、２波長で放射測温する２色温度
計技術がある。
薄膜形成プロセス、ステンレス鋼板の焼鈍プロセス、合
金プロセス）では、材料温度がそのプロセスを良好に制
御をする上での重要パラメータである。この材料温度を
非接触で測定するものとして放射測温技術が提案されて
いる。しかしながら、この放射測温技術は、材料表面の
酸化、合金化等の物性変化のために放射率が変化するた
め、放射率変化に対応して誤差が生じ、放射率変化を補
正して、真温度を測定できるようにする試みがなされて
いる。その一つとして、２波長で放射測温する２色温度
計技術がある。
【０００３】この２色温度計技術においては、２色温度
計の温度測定精度は測定する２波長での分光放射率がほ
ぼ等しいか一定の比例関係が成立する場合には、比較的
良好な温度測定が可能である。しかしながら、熱物体の
表面状態が酸化反応などで急変し、分光放射率が上記の
関係から外れるときには測定精度が著しく悪くなる。ま
た、単色式放射温度計ではこれよりもさらに誤差が大き
くなる。
計の温度測定精度は測定する２波長での分光放射率がほ
ぼ等しいか一定の比例関係が成立する場合には、比較的
良好な温度測定が可能である。しかしながら、熱物体の
表面状態が酸化反応などで急変し、分光放射率が上記の
関係から外れるときには測定精度が著しく悪くなる。ま
た、単色式放射温度計ではこれよりもさらに誤差が大き
くなる。
【０００４】この問題を解決するものとして以下のもの
が提案されている。
が提案されている。
【０００５】・特公平３−４８５５記載の方法 ・田中、D.P.Dewitt：「Theory of a New Radiation Th
ermometry Method and an Experimental Study Using G
alvannealed Steel Specimens 」（計測自動制御学会論
文集 第２５巻第１０号１０３１／１０３７頁１９８９
年１０月）にて公開されているＴＲＡＣＥ（Thermometr
y Re-established by Automatic Compensation of Emis
sivity）法 これらは基本的に同一の方法であるので前者について説
明する。
ermometry Method and an Experimental Study Using G
alvannealed Steel Specimens 」（計測自動制御学会論
文集 第２５巻第１０号１０３１／１０３７頁１９８９
年１０月）にて公開されているＴＲＡＣＥ（Thermometr
y Re-established by Automatic Compensation of Emis
sivity）法 これらは基本的に同一の方法であるので前者について説
明する。
【０００６】プロセス材料から発せられる輻射エネルギ
ー（光）の分光放射率は、Ｗｉｅｎ（ウィーン）の近似
則をもちいて得られ、波長λ1 ，λ2 においてつぎの式
１，２で表され、これらの式から温度Ｔを消去して式３
が求まる（これらの式に使われている記号を表１に示
す）。
ー（光）の分光放射率は、Ｗｉｅｎ（ウィーン）の近似
則をもちいて得られ、波長λ1 ，λ2 においてつぎの式
１，２で表され、これらの式から温度Ｔを消去して式３
が求まる（これらの式に使われている記号を表１に示
す）。
【０００７】
【表１】
【０００８】
【数１】
【０００９】
【数２】
【００１０】
【数３】
【００１１】この式（３）の左辺は「分光放射率の波長
のべき乗」の比である。以下簡単のため、放射率累乗比
と呼ぶことにする。ここで、分光放射率比（ε1 ／ε2
）を「１」乃至は一定値として測定するものが旧式の
２色放射温度計であり、分光放射率変化に対応していな
いため、測定誤差が大きくなるのである。
のべき乗」の比である。以下簡単のため、放射率累乗比
と呼ぶことにする。ここで、分光放射率比（ε1 ／ε2
）を「１」乃至は一定値として測定するものが旧式の
２色放射温度計であり、分光放射率変化に対応していな
いため、測定誤差が大きくなるのである。
【００１２】さて、特公平３−４８５５ではつぎの式４
に示すような分光放射率比（ε1 ／ε2 ）と放射率累乗
比の相関関数「ｆ」をあらかじめ測定によって決定して
おき、温度測定に際しては前述の式３で計算した放射率
累乗比から相関関数ｆによって分光放射率比をもとめ、
温度Ｔをつぎの式５で計算してもとめている。
に示すような分光放射率比（ε1 ／ε2 ）と放射率累乗
比の相関関数「ｆ」をあらかじめ測定によって決定して
おき、温度測定に際しては前述の式３で計算した放射率
累乗比から相関関数ｆによって分光放射率比をもとめ、
温度Ｔをつぎの式５で計算してもとめている。
【００１３】
【数４】
【００１４】
【数５】
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】前述の方法は、温度測
定にかかるものであるから、温度制御だけにしか適用で
きず、種々のプロセス制御に適応するものではない。し
かし、実際は、表面温度による反応促進パラメータ、な
いしは薄膜厚みなどの制御目標値、目標状態値を制御パ
ラメータとしている。実際のプロセスでの最終的な制御
目標値は材質（物性），形状（膜厚）などであって、温
度はプロセス進行を仲介するものにすぎない。そのた
め、温度を制御目標値とした制御システムは、材質（物
性），形状（膜厚）などを制御するには無駄があり、か
つ制御システムを構成する際に問題がある。この例をつ
ぎに示す。
定にかかるものであるから、温度制御だけにしか適用で
きず、種々のプロセス制御に適応するものではない。し
かし、実際は、表面温度による反応促進パラメータ、な
いしは薄膜厚みなどの制御目標値、目標状態値を制御パ
ラメータとしている。実際のプロセスでの最終的な制御
目標値は材質（物性），形状（膜厚）などであって、温
度はプロセス進行を仲介するものにすぎない。そのた
め、温度を制御目標値とした制御システムは、材質（物
性），形状（膜厚）などを制御するには無駄があり、か
つ制御システムを構成する際に問題がある。この例をつ
ぎに示す。
【００１６】「シリコン半導体の表面プロセス（ＬＳＩ
プロセス）」ではシリコン表面に高い精度（10-1〜10-2
μｍ精度）でコントロールされたシリコン酸化膜を形成
する。通常、オフラインで温度を一定として膜厚形成ｄ
の時間変化を測定し、この温度管理と反応時間管理を自
動制御してプロセスしている。しかしながら、プロセス
ルール微細化とともに、膜厚制御精度がさらにシビアに
なるために、プロセス時間、ヒートパターンもさらにき
め細かなものになることが予想される。具体的にはＲＴ
Ｐ(Rapid Thermal Process) のような急速加熱、短時間
プロセスとなる。このようなプロセスにおいては上記の
ようなオフラインデータ基準の温度計測では限界があ
る。すなわち、一定温度へ加熱している時に酸化膜が生
じ、これによる膜厚変化が問題となってきている。
プロセス）」ではシリコン表面に高い精度（10-1〜10-2
μｍ精度）でコントロールされたシリコン酸化膜を形成
する。通常、オフラインで温度を一定として膜厚形成ｄ
の時間変化を測定し、この温度管理と反応時間管理を自
動制御してプロセスしている。しかしながら、プロセス
ルール微細化とともに、膜厚制御精度がさらにシビアに
なるために、プロセス時間、ヒートパターンもさらにき
め細かなものになることが予想される。具体的にはＲＴ
Ｐ(Rapid Thermal Process) のような急速加熱、短時間
プロセスとなる。このようなプロセスにおいては上記の
ようなオフラインデータ基準の温度計測では限界があ
る。すなわち、一定温度へ加熱している時に酸化膜が生
じ、これによる膜厚変化が問題となってきている。
【００１７】ここで、基本的な問題はプロセス制御目標
は「薄膜厚」であるのに、「温度」での間接制御をおこ
なっていることである。従って、確率的にプロセス後の
成膜膜厚外れを生じることになる。膜厚直接測定は極め
て困難であるので「もっとよい間接制御パラメータはな
いか？」という問題がある。
は「薄膜厚」であるのに、「温度」での間接制御をおこ
なっていることである。従って、確率的にプロセス後の
成膜膜厚外れを生じることになる。膜厚直接測定は極め
て困難であるので「もっとよい間接制御パラメータはな
いか？」という問題がある。
【００１８】即ち、プロセス制御目標である「薄膜厚」
を直接測定すればよいが、オンラインで膜厚を直接測定
するのは極めて難しく、公知技術、たとえば偏光を利用
したエリプソコリメイション等の光学測定技術を取り込
むのは高温プロセス下では不可能である。こういった問
題のため、ＬＳＩトータルプロセス完了後の歩留まりが
劣悪である。その大きな原因として薄膜形成プロセス制
御における上記問題点が認識され、その根本的解決が望
まれていた。
を直接測定すればよいが、オンラインで膜厚を直接測定
するのは極めて難しく、公知技術、たとえば偏光を利用
したエリプソコリメイション等の光学測定技術を取り込
むのは高温プロセス下では不可能である。こういった問
題のため、ＬＳＩトータルプロセス完了後の歩留まりが
劣悪である。その大きな原因として薄膜形成プロセス制
御における上記問題点が認識され、その根本的解決が望
まれていた。
【００１９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明のプロセス制御方法は、プロセス材料が輻射
エネルギーを放出するプロセスの制御方法であって、輻
射エネルギーを異なった複数の波長で観測し、複数の波
長の輻射エネルギーから放射率累乗比の実測値をもと
め、予め決められた真の制御目標値−放射率累乗比目標
値の相関に基づいて、真の制御目標値に対応した放射率
累乗比の間接制御目標値を換算し、間接制御目標値を制
御設定値とし、実測値を制御量としてプロセス材料のプ
ロセスを自動制御することを特徴とする。
に、本発明のプロセス制御方法は、プロセス材料が輻射
エネルギーを放出するプロセスの制御方法であって、輻
射エネルギーを異なった複数の波長で観測し、複数の波
長の輻射エネルギーから放射率累乗比の実測値をもと
め、予め決められた真の制御目標値−放射率累乗比目標
値の相関に基づいて、真の制御目標値に対応した放射率
累乗比の間接制御目標値を換算し、間接制御目標値を制
御設定値とし、実測値を制御量としてプロセス材料のプ
ロセスを自動制御することを特徴とする。
【００２０】また、間接制御目標値を換算する際、間接
制御目標値の初期値から終値までの履歴を出力し、その
履歴に沿ってプロセス材料のプロセスを自動制御するこ
とを特徴としても良い。
制御目標値の初期値から終値までの履歴を出力し、その
履歴に沿ってプロセス材料のプロセスを自動制御するこ
とを特徴としても良い。
【００２１】そして、複数の波長の輻射エネルギーを、
異なった波長で観測，若しくは異なった測定角度で観測
し或いは３種類以上のこれらの組み合わせで輻射エネル
ギーを観測し、複数の波長の輻射エネルギーから得られ
る複数の放射率累乗比の実測値をもとめ、これら実測値
を比較してプロセス材料のプロセスを自動制御すること
を特徴としても良い。
異なった波長で観測，若しくは異なった測定角度で観測
し或いは３種類以上のこれらの組み合わせで輻射エネル
ギーを観測し、複数の波長の輻射エネルギーから得られ
る複数の放射率累乗比の実測値をもとめ、これら実測値
を比較してプロセス材料のプロセスを自動制御すること
を特徴としても良い。
【００２２】また、本発明のプロセス制御装置は、プロ
セス材料が輻射エネルギーを放出するプロセス制御の装
置であって、予め決められた真の制御目標値−放射率累
乗比目標値の相関に基づき、真の制御目標値に対応した
放射率累乗比の間接制御目標値を導く制御目標値変換ブ
ロックと、輻射エネルギーを異なった複数の波長で観測
し、複数の波長の輻射エネルギー信号として出力する少
なくとも１台の輻射センサーと、複数の波長の輻射エネ
ルギー信号から放射率累乗比の実測値をもとめる放射率
累乗比計算ブロックとを備え、間接制御目標値を制御設
定値とし、放射率累乗比実測値を制御量としてプロセス
材料のプロセスを自動制御することを特徴とする。
セス材料が輻射エネルギーを放出するプロセス制御の装
置であって、予め決められた真の制御目標値−放射率累
乗比目標値の相関に基づき、真の制御目標値に対応した
放射率累乗比の間接制御目標値を導く制御目標値変換ブ
ロックと、輻射エネルギーを異なった複数の波長で観測
し、複数の波長の輻射エネルギー信号として出力する少
なくとも１台の輻射センサーと、複数の波長の輻射エネ
ルギー信号から放射率累乗比の実測値をもとめる放射率
累乗比計算ブロックとを備え、間接制御目標値を制御設
定値とし、放射率累乗比実測値を制御量としてプロセス
材料のプロセスを自動制御することを特徴とする。
【００２３】さらに、制御目標値変換ブロックが、間接
制御目標値の初期値から終値までの履歴を出力し、その
履歴に沿ってプロセス材料のプロセスを自動制御するこ
とを特徴としても良い。
制御目標値の初期値から終値までの履歴を出力し、その
履歴に沿ってプロセス材料のプロセスを自動制御するこ
とを特徴としても良い。
【００２４】そして、輻射センサーが、輻射エネルギー
を異なった波長で観測，若しくは異なった測定角度で観
測し或いは３種類以上のこれらの組み合わせで観測し、
放射率累乗比計算ブロックが、複数の波長の輻射エネル
ギーから得られる複数の放射率累乗比の実測値をもと
め、これら実測値を比較してプロセス材料のプロセスを
自動制御することを特徴としても良い。
を異なった波長で観測，若しくは異なった測定角度で観
測し或いは３種類以上のこれらの組み合わせで観測し、
放射率累乗比計算ブロックが、複数の波長の輻射エネル
ギーから得られる複数の放射率累乗比の実測値をもと
め、これら実測値を比較してプロセス材料のプロセスを
自動制御することを特徴としても良い。
【００２５】
【作用】本発明のプロセス制御方法では、プロセス材料
からの輻射エネルギーが異なった複数の波長（例えばλ
i ，λj ）で観測し、複数の波長の輻射エネルギーから
放射率累乗比（［εi のλｉ乗］／［εj のλｊ乗］，
ここでεi ，εj は波長λi ，λj におけるプロセス材
料の放射率）の実測値がもとめられる。放射率累乗比
は、プロセス材料の温度に応じて所定の変化を示し、ま
た、表面の酸化膜厚，合金化度，結晶粒径，粗度などプ
ロセス材料の表面近傍の状態によってもそれに応じた変
化を示す。これらを真の制御目標値とし、放射率累乗比
との相関を予め実験的に又は理論的に決めておき、これ
と前述の実測値を参照することでその実測値に対するプ
ロセス制御の設定値が得られる。この設定値は前述の真
の制御目標値そのものを用いる必要はなく間接制御目標
値でもよい。このようにして、間接制御目標値を介して
前述の真の制御目標値を制御設定値とし、実測値を制御
量とする制御システムが構成され、自動制御がなされ
る。
からの輻射エネルギーが異なった複数の波長（例えばλ
i ，λj ）で観測し、複数の波長の輻射エネルギーから
放射率累乗比（［εi のλｉ乗］／［εj のλｊ乗］，
ここでεi ，εj は波長λi ，λj におけるプロセス材
料の放射率）の実測値がもとめられる。放射率累乗比
は、プロセス材料の温度に応じて所定の変化を示し、ま
た、表面の酸化膜厚，合金化度，結晶粒径，粗度などプ
ロセス材料の表面近傍の状態によってもそれに応じた変
化を示す。これらを真の制御目標値とし、放射率累乗比
との相関を予め実験的に又は理論的に決めておき、これ
と前述の実測値を参照することでその実測値に対するプ
ロセス制御の設定値が得られる。この設定値は前述の真
の制御目標値そのものを用いる必要はなく間接制御目標
値でもよい。このようにして、間接制御目標値を介して
前述の真の制御目標値を制御設定値とし、実測値を制御
量とする制御システムが構成され、自動制御がなされ
る。
【００２６】制御目標値変換ブロックが出力された履歴
に沿って自動制御する場合、間接制御目標値の初期値か
ら終値までの履歴をトレースして自動制御が行われる。
特に、真の制御目標値−放射率累乗比の相関が１価関数
でないとき、誤った自動制御されることがなくなる。
に沿って自動制御する場合、間接制御目標値の初期値か
ら終値までの履歴をトレースして自動制御が行われる。
特に、真の制御目標値−放射率累乗比の相関が１価関数
でないとき、誤った自動制御されることがなくなる。
【００２７】複数の放射率累乗比の実測値を比較してプ
ロセス材料のプロセスを自動制御する場合、一方で他方
をモニタしながら自動制御することが可能になる。その
ため、特に、真の制御目標値−放射率累乗比の相関が１
価関数でないとき、一方が極値になっているのを他方で
検知することが可能になり、誤った自動制御されること
がなくなる。
ロセス材料のプロセスを自動制御する場合、一方で他方
をモニタしながら自動制御することが可能になる。その
ため、特に、真の制御目標値−放射率累乗比の相関が１
価関数でないとき、一方が極値になっているのを他方で
検知することが可能になり、誤った自動制御されること
がなくなる。
【００２８】本発明のプロセス制御装置では、輻射セン
サーにて輻射エネルギーが異なった複数の波長で観測さ
れ、複数の波長の輻射エネルギー信号として出力され
る。放射率累乗比計算ブロックにて輻射エネルギー信号
から放射率累乗比の実測値がもとめられる。また、制御
目標値変換ブロックでは、真の制御目標値に対応した放
射率累乗比の間接制御目標値が導かれ、間接制御目標値
を介して前述の真の制御目標値を制御設定値とし、実測
値を制御量とする制御システムが構成され、自動制御が
なされる。このようにして、本発明のプロセス制御装置
で上記プロセス制御方法が実現される。
サーにて輻射エネルギーが異なった複数の波長で観測さ
れ、複数の波長の輻射エネルギー信号として出力され
る。放射率累乗比計算ブロックにて輻射エネルギー信号
から放射率累乗比の実測値がもとめられる。また、制御
目標値変換ブロックでは、真の制御目標値に対応した放
射率累乗比の間接制御目標値が導かれ、間接制御目標値
を介して前述の真の制御目標値を制御設定値とし、実測
値を制御量とする制御システムが構成され、自動制御が
なされる。このようにして、本発明のプロセス制御装置
で上記プロセス制御方法が実現される。
【００２９】
【実施例】本発明は、従来制御の考え方（温度間接制
御）を一転、より制御目標物性値に近いパラメータを制
御に利用して問題解決をはかったものであり、そのパラ
メータとして放射率累乗比をオンライン制御における制
御パラメータとしたものである。そのため、被プロセス
材がプロセス中に輻射エネルギーを放出する場合に一般
的に使用できるものである。ここでは、簡単化のためプ
ロセス材料としてシリコンを用いるものとして本発明の
実施例を図面を参照して説明する。なお、記号等につい
て前述の従来例と同一または同等のものを用いるものと
する。
御）を一転、より制御目標物性値に近いパラメータを制
御に利用して問題解決をはかったものであり、そのパラ
メータとして放射率累乗比をオンライン制御における制
御パラメータとしたものである。そのため、被プロセス
材がプロセス中に輻射エネルギーを放出する場合に一般
的に使用できるものである。ここでは、簡単化のためプ
ロセス材料としてシリコンを用いるものとして本発明の
実施例を図面を参照して説明する。なお、記号等につい
て前述の従来例と同一または同等のものを用いるものと
する。
【００３０】図１には、本発明のプロセス制御装置の構
成が示されている。このプロセス制御装置は、間接制御
目標値として放射率累乗比Ｋｕ* （［εi のλｉ乗］／
［εj のλｊ乗］；εi ，εj は波長λi ，λj におけ
るプロセス材料の放射率）を介して真の制御目標値（例
えば膜厚ｄ）を制御設定値とし、輻射センサー１６０の
検出信号Ｓｉ（Ｓ1 ，Ｓ2 …）から得られる放射率累乗
比の実測値Ｋｕを制御量とする制御システムを構成して
いる。この装置を構成する各部について説明する。
成が示されている。このプロセス制御装置は、間接制御
目標値として放射率累乗比Ｋｕ* （［εi のλｉ乗］／
［εj のλｊ乗］；εi ，εj は波長λi ，λj におけ
るプロセス材料の放射率）を介して真の制御目標値（例
えば膜厚ｄ）を制御設定値とし、輻射センサー１６０の
検出信号Ｓｉ（Ｓ1 ，Ｓ2 …）から得られる放射率累乗
比の実測値Ｋｕを制御量とする制御システムを構成して
いる。この装置を構成する各部について説明する。
【００３１】制御目標値変換ブロック１２０は、真の制
御目標値（例えばシリコン酸化膜厚ｄ［μｍ］）を外部
（マニュアル若しくはオンライン）から入力し、真の制
御目標値−放射率累乗比目標値の相関を用いて真の制御
目標値に対応した放射率累乗比Ｋｕ* （間接制御目標
値）を導き、放射率累乗比Ｋｕ* の初期値から終値まで
の履歴（図２参照）を出力する。ここで、相関ブロック
１３０は、つぎの式６に示すような真の制御目標値−放
射率累乗比目標値の相関をあたえ、制御目標値変換ブロ
ック１２０からの真の制御目標値に対して放射率累乗比
Ｋｕ* を換算する。式６において相関関数ｆは、実験値
又は理論計算による変換テーブル若しくは数値演算によ
って与えられる。
御目標値（例えばシリコン酸化膜厚ｄ［μｍ］）を外部
（マニュアル若しくはオンライン）から入力し、真の制
御目標値−放射率累乗比目標値の相関を用いて真の制御
目標値に対応した放射率累乗比Ｋｕ* （間接制御目標
値）を導き、放射率累乗比Ｋｕ* の初期値から終値まで
の履歴（図２参照）を出力する。ここで、相関ブロック
１３０は、つぎの式６に示すような真の制御目標値−放
射率累乗比目標値の相関をあたえ、制御目標値変換ブロ
ック１２０からの真の制御目標値に対して放射率累乗比
Ｋｕ* を換算する。式６において相関関数ｆは、実験値
又は理論計算による変換テーブル若しくは数値演算によ
って与えられる。
【００３２】
【数６】
【００３３】輻射センサー１６０は、光電変換素子及び
分光フィルタで構成され、プロセス材料２１０からの輻
射エネルギーを異なった複数の波長（λ1 ，λ2 …）で
観測し、複数の波長λｉおける輝度温度を検出して検出
信号Ｓｉ（Ｓ1 ，Ｓ2 …）として出力する。ちなみに市
販されている工業的光電変換素子の測定中心波長（感度
ピーク）は、Ｓi ＝ 1.0μｍ，Ｇe ＝ 1.6μｍ，Ｐb Ｓ
＝2.0 μｍ，Ｐb Ｓe＝4.0 μｍであり、この前後の波
長であれば量子素子感度が多少落ちるものの分光フィル
タの透過波長を調整して測定している（例えば、Ｓi ＝
1.0 μｍを用いて分光フィルタの透過波長ピークを 0.9
μｍとするなど）。放射率累乗比計算ブロック１４０
は、複数の検出信号Ｓｉから式３により得られる複数の
放射率累乗比Ｋｕをもとめ出力する。例えば、ｉ＝１，
２の場合の放射率累乗比Ｋｕは、「［ε1 のλｉ乗］／
［ε2 のλｊ乗］」である。
分光フィルタで構成され、プロセス材料２１０からの輻
射エネルギーを異なった複数の波長（λ1 ，λ2 …）で
観測し、複数の波長λｉおける輝度温度を検出して検出
信号Ｓｉ（Ｓ1 ，Ｓ2 …）として出力する。ちなみに市
販されている工業的光電変換素子の測定中心波長（感度
ピーク）は、Ｓi ＝ 1.0μｍ，Ｇe ＝ 1.6μｍ，Ｐb Ｓ
＝2.0 μｍ，Ｐb Ｓe＝4.0 μｍであり、この前後の波
長であれば量子素子感度が多少落ちるものの分光フィル
タの透過波長を調整して測定している（例えば、Ｓi ＝
1.0 μｍを用いて分光フィルタの透過波長ピークを 0.9
μｍとするなど）。放射率累乗比計算ブロック１４０
は、複数の検出信号Ｓｉから式３により得られる複数の
放射率累乗比Ｋｕをもとめ出力する。例えば、ｉ＝１，
２の場合の放射率累乗比Ｋｕは、「［ε1 のλｉ乗］／
［ε2 のλｊ乗］」である。
【００３４】符号１５０の部分は、放射率累乗比Ｋｕ*
を設定値，放射率累乗比Ｋｕを制御量とし、操作量１７
０（ヒータ電流，ラインスピード，雰囲気ガス流量な
ど）の制御信号を出力とする自動制御系が構成されてお
り、放射率累乗比Ｋｕ* ，Ｋｕを比較して比較結果Ｉを
出力する比較部１５０Ａと、比較結果Ｉから操作量１７
０の制御信号を出力する制御装置１５０Ｂとで構成され
る。この自動制御系１５０は、放射率累乗比Ｋｕが多価
関数である場合、どの真の制御目標値に対する放射率累
乗比Ｋｕであるかを検知しながら制御が行われる。例え
ば、放射率累乗比Ｋｕが時間変化にともない酸化膜厚ｄ
が増加し図３のような変化をする場合、ｔ0 〜ｔ1 にお
いて放射率累乗比Ｋｕがピークになったことを検知し、
放射率累乗比Ｋｕが減少しても酸化膜厚ｄが増加してい
ることを検出する。そして、ｔ1 〜ｔ2 において所定の
酸化膜厚ｄにちかづくと温度を少しずつ下げるなどの制
御を行う。
を設定値，放射率累乗比Ｋｕを制御量とし、操作量１７
０（ヒータ電流，ラインスピード，雰囲気ガス流量な
ど）の制御信号を出力とする自動制御系が構成されてお
り、放射率累乗比Ｋｕ* ，Ｋｕを比較して比較結果Ｉを
出力する比較部１５０Ａと、比較結果Ｉから操作量１７
０の制御信号を出力する制御装置１５０Ｂとで構成され
る。この自動制御系１５０は、放射率累乗比Ｋｕが多価
関数である場合、どの真の制御目標値に対する放射率累
乗比Ｋｕであるかを検知しながら制御が行われる。例え
ば、放射率累乗比Ｋｕが時間変化にともない酸化膜厚ｄ
が増加し図３のような変化をする場合、ｔ0 〜ｔ1 にお
いて放射率累乗比Ｋｕがピークになったことを検知し、
放射率累乗比Ｋｕが減少しても酸化膜厚ｄが増加してい
ることを検出する。そして、ｔ1 〜ｔ2 において所定の
酸化膜厚ｄにちかづくと温度を少しずつ下げるなどの制
御を行う。
【００３５】上述の制御装置などについては、公知の制
御ハードなどが使用される。この構成により、この装置
では、真の制御目標値に従って、プロセス操作量１７０
が自動的に制御され、プロセス材料２１０の真の制御量
（プロセス材料２１０の実際の膜厚）が真の制御目標値
となるようにコントロールされる。つぎに、この動作原
理ついて説明する。
御ハードなどが使用される。この構成により、この装置
では、真の制御目標値に従って、プロセス操作量１７０
が自動的に制御され、プロセス材料２１０の真の制御量
（プロセス材料２１０の実際の膜厚）が真の制御目標値
となるようにコントロールされる。つぎに、この動作原
理ついて説明する。
【００３６】シリコン結晶面と酸化膜等の平行薄膜２重
層の分光放射率は光学理論よりつぎの式７，８となる
（これらの式で新たにに使われる記号を表２に示
す。）。
層の分光放射率は光学理論よりつぎの式７，８となる
（これらの式で新たにに使われる記号を表２に示
す。）。
【００３７】
【数７】
【００３８】
【数８】
【００３９】
【表２】
【００４０】上記放射率理論値を用いてプロセス中の放
射率変化を得ることができる。プロセス温度と酸化膜の
時間的成長の反応理論から、酸化膜の時間的成長は、温
度一定の場合には酸化膜厚はプロセス時間に比例ないし
はプロセス時間の平方根に比例する。これは反応理論に
よって良く知られており、膜厚が薄い場合、セ氏１４０
０度において図４のような変化になる。
射率変化を得ることができる。プロセス温度と酸化膜の
時間的成長の反応理論から、酸化膜の時間的成長は、温
度一定の場合には酸化膜厚はプロセス時間に比例ないし
はプロセス時間の平方根に比例する。これは反応理論に
よって良く知られており、膜厚が薄い場合、セ氏１４０
０度において図４のような変化になる。
【００４１】シリコン表面プロセスでは前述の式７，８
の光学理論式が良く成り立っていてこの点に付いては、
文献「渡辺（日立 機械研）,et.al" 放射温度計による
半導体熱処理装置内のウェファ温度測定",計測自動制御
学会論文集,vol.25,no.9,p925-931 (1989)」あるいは文
献「 Schiroky G.H (GA Technologies,Inc.,San Diego,
Calif.)"In situ measurement of silicon oxidation k
inetics bymonitoring spectrally emmitted radiatio
n",J.of Materials Science 22,(1987),p3595-3601」，
文献「 Colavito D.B and Trimble L.E (AT&T lab.,New
Jersey) "Effect of External Silicon Dioxide and S
ilicon Roughness on the Radiative Melting of Silic
on",vol.134,no.5,p1211-1220 」等に詳細に記述されて
おり、シリコン表面プロセスでは少なくとも１μ以下の
今後の薄膜形成での真の制御目標値となるきわめて薄い
厚み領域では式７，８が与える放射率理論値に良い一致
を示すことが知られている。これから、波長λ1 が２μ
ｍ，波長λ2 が１．４１４μｍのとき、分光放射率ε1
，ε2 は「ρ1 ＝0.034 ，ρ2 ＝0.186 ，ｎ＝1.45」
をもちいて図５のようになる。
の光学理論式が良く成り立っていてこの点に付いては、
文献「渡辺（日立 機械研）,et.al" 放射温度計による
半導体熱処理装置内のウェファ温度測定",計測自動制御
学会論文集,vol.25,no.9,p925-931 (1989)」あるいは文
献「 Schiroky G.H (GA Technologies,Inc.,San Diego,
Calif.)"In situ measurement of silicon oxidation k
inetics bymonitoring spectrally emmitted radiatio
n",J.of Materials Science 22,(1987),p3595-3601」，
文献「 Colavito D.B and Trimble L.E (AT&T lab.,New
Jersey) "Effect of External Silicon Dioxide and S
ilicon Roughness on the Radiative Melting of Silic
on",vol.134,no.5,p1211-1220 」等に詳細に記述されて
おり、シリコン表面プロセスでは少なくとも１μ以下の
今後の薄膜形成での真の制御目標値となるきわめて薄い
厚み領域では式７，８が与える放射率理論値に良い一致
を示すことが知られている。これから、波長λ1 が２μ
ｍ，波長λ2 が１．４１４μｍのとき、分光放射率ε1
，ε2 は「ρ1 ＝0.034 ，ρ2 ＝0.186 ，ｎ＝1.45」
をもちいて図５のようになる。
【００４２】輻射センサー１６０が材料２１０表面の法
線からなす角（測定角度）を４５度とすると放射率累乗
比Ｋｕ（［ε1 のλｉ乗］／［ε2 のλｊ乗］）は図６
のように変化する。酸化膜厚ｄと放射率累乗比Ｋｕの関
係は図７のようになり、酸化膜厚ｄに対し放射率累乗比
Ｋｕは２価関数になっている。図１の装置は、このよう
な真の制御目標値−放射率累乗比目標値の相関を用い、
検出信号Ｓｉから得られる放射率累乗比Ｋｕ即ち制御量
（酸化膜厚ｄなど）が真の制御目標値となるように制御
をしている。
線からなす角（測定角度）を４５度とすると放射率累乗
比Ｋｕ（［ε1 のλｉ乗］／［ε2 のλｊ乗］）は図６
のように変化する。酸化膜厚ｄと放射率累乗比Ｋｕの関
係は図７のようになり、酸化膜厚ｄに対し放射率累乗比
Ｋｕは２価関数になっている。図１の装置は、このよう
な真の制御目標値−放射率累乗比目標値の相関を用い、
検出信号Ｓｉから得られる放射率累乗比Ｋｕ即ち制御量
（酸化膜厚ｄなど）が真の制御目標値となるように制御
をしている。
【００４３】図７の酸化膜厚ｄ−放射率累乗比Ｋｕの相
関がある場合について、酸化膜厚ｄを０．４μｍ形成す
るものとすると（初期値０μｍ）、図１の装置の動作は
つぎのようになる。測定角度，検出波長，真の制御目標
値（０．４μｍ）に応じた放射率累乗比Ｋｕ* の初期値
（０μｍ）から終値（０．４μｍ）までの履歴が相関ブ
ロックにおいて選択され、自動制御系１５０へ出力され
る。自動制御系１５０では、輻射センサー１６０で検出
され放射率累乗比計算ブロックで求められた放射率累乗
比Ｋｕにより、プロセス材料２１０の酸化膜厚を検知し
ながら操作量１７０を制御する。そして、プロセス材料
２１０の酸化膜厚が真の制御目標値（０．４μｍ）にな
ると酸化膜厚形成を停止させる。このようにして、制御
量（材料２１０表面の酸化膜厚）が真の制御目標値（酸
化膜厚０．４μｍ）になるように制御がなされている。
関がある場合について、酸化膜厚ｄを０．４μｍ形成す
るものとすると（初期値０μｍ）、図１の装置の動作は
つぎのようになる。測定角度，検出波長，真の制御目標
値（０．４μｍ）に応じた放射率累乗比Ｋｕ* の初期値
（０μｍ）から終値（０．４μｍ）までの履歴が相関ブ
ロックにおいて選択され、自動制御系１５０へ出力され
る。自動制御系１５０では、輻射センサー１６０で検出
され放射率累乗比計算ブロックで求められた放射率累乗
比Ｋｕにより、プロセス材料２１０の酸化膜厚を検知し
ながら操作量１７０を制御する。そして、プロセス材料
２１０の酸化膜厚が真の制御目標値（０．４μｍ）にな
ると酸化膜厚形成を停止させる。このようにして、制御
量（材料２１０表面の酸化膜厚）が真の制御目標値（酸
化膜厚０．４μｍ）になるように制御がなされている。
【００４４】真の制御目標値−放射率累乗比目標値の相
関は、測定角度，検出波長，材質といった様々なパラメ
ータにより、いろいろな形になる。材料としてシリコン
を例に測定角度，検出波長に対して見られる様々な態様
を示す。ここで、測定波長λi に関しては、現状では、
大気の輻射吸収、ならびに光電変換量子素子材料によっ
て限定されることになるが、今後光量子材料の研究から
多くの観測可能波長を有する光電変換素子が現れるであ
ろうから、 0.5μｍなど現有工業的光電変換素子の市販
されていない観測波長帯の場合についても示しておく。
関は、測定角度，検出波長，材質といった様々なパラメ
ータにより、いろいろな形になる。材料としてシリコン
を例に測定角度，検出波長に対して見られる様々な態様
を示す。ここで、測定波長λi に関しては、現状では、
大気の輻射吸収、ならびに光電変換量子素子材料によっ
て限定されることになるが、今後光量子材料の研究から
多くの観測可能波長を有する光電変換素子が現れるであ
ろうから、 0.5μｍなど現有工業的光電変換素子の市販
されていない観測波長帯の場合についても示しておく。
【００４５】図８は、測定波長λ1 ，λ2 が 1.0， 0.5
μｍで、測定角度θが30°の場合の酸化膜厚ｄに対する
放射率累乗比の変化を示したものである（プロセス材料
２１０はシリコンなので「ρ1 ＝0.034 ，ρ2 ＝0.186
，ｎ＝1.45」である。以下同様）。酸化膜厚が０．１
５μｍ〜０．２５μｍの領域では放射率累乗比Ｋｕ＞
１．０となり、０．５５μｍ〜０．６５μｍの領域でも
放射率累乗比Ｋｕ＞１．０となる。このような場合、放
射率累乗比Ｋｕ* の履歴を用い、検出信号Ｓｉから得ら
れる放射率累乗比Ｋｕのピーク値を検知することで、放
射率累乗比Ｋｕに対しどちらの酸化膜厚ｄであるかが検
知される。
μｍで、測定角度θが30°の場合の酸化膜厚ｄに対する
放射率累乗比の変化を示したものである（プロセス材料
２１０はシリコンなので「ρ1 ＝0.034 ，ρ2 ＝0.186
，ｎ＝1.45」である。以下同様）。酸化膜厚が０．１
５μｍ〜０．２５μｍの領域では放射率累乗比Ｋｕ＞
１．０となり、０．５５μｍ〜０．６５μｍの領域でも
放射率累乗比Ｋｕ＞１．０となる。このような場合、放
射率累乗比Ｋｕ* の履歴を用い、検出信号Ｓｉから得ら
れる放射率累乗比Ｋｕのピーク値を検知することで、放
射率累乗比Ｋｕに対しどちらの酸化膜厚ｄであるかが検
知される。
【００４６】この場合では、検出信号Ｓｉから得られる
放射率累乗比Ｋｕは、酸化膜厚ｄが厚くなり０．２μｍ
になるとピーク値をとる。一度できた酸化膜厚が薄くな
ることはなく必ず増加するものであるから、このピーク
値よりも小さくなると酸化膜厚ｄが増加していることに
なる。そして、再びピーク値をとり、このとき酸化膜厚
ｄが０．６μｍであることが検知されるのである。この
ように、放射率累乗比Ｋｕに対し、酸化膜厚ｄが２以上
対応する場合でも誤りなく検知される。
放射率累乗比Ｋｕは、酸化膜厚ｄが厚くなり０．２μｍ
になるとピーク値をとる。一度できた酸化膜厚が薄くな
ることはなく必ず増加するものであるから、このピーク
値よりも小さくなると酸化膜厚ｄが増加していることに
なる。そして、再びピーク値をとり、このとき酸化膜厚
ｄが０．６μｍであることが検知されるのである。この
ように、放射率累乗比Ｋｕに対し、酸化膜厚ｄが２以上
対応する場合でも誤りなく検知される。
【００４７】図９（ａ）は、輻射センサー１６０に２つ
の単色温度計１６０1 ，１６０2 を用い、測定波長λ1
が 1.0μｍの単色温度計１６０1 の測定角度θを 0°、
測定波長λ2 が 2.0μｍの単色温度計１６０2 の測定角
度θを45°としたとき（図９（ｂ））の放射率累乗比の
変化を示したものである。図１０は（ａ）は、輻射セン
サー１６０に２つの単色温度計１６０3 ，１６０4 を用
い、測定波長λ3 が 1.0μｍの単色温度計１６０3 の測
定角度θを 0°、測定波長λ4 が 1.414μｍの単色温度
計１６０4 の測定角度θを45°とした場合（図１０
（ｂ））の放射率累乗比の変化を示したものである。こ
れらの場合も前述のように、放射率累乗比Ｋｕ* の履歴
を用い、検出信号Ｓｉから得られる放射率累乗比Ｋｕの
ピーク値を検知することで、放射率累乗比Ｋｕに対しど
のような酸化膜厚ｄであるかが検知される。
の単色温度計１６０1 ，１６０2 を用い、測定波長λ1
が 1.0μｍの単色温度計１６０1 の測定角度θを 0°、
測定波長λ2 が 2.0μｍの単色温度計１６０2 の測定角
度θを45°としたとき（図９（ｂ））の放射率累乗比の
変化を示したものである。図１０は（ａ）は、輻射セン
サー１６０に２つの単色温度計１６０3 ，１６０4 を用
い、測定波長λ3 が 1.0μｍの単色温度計１６０3 の測
定角度θを 0°、測定波長λ4 が 1.414μｍの単色温度
計１６０4 の測定角度θを45°とした場合（図１０
（ｂ））の放射率累乗比の変化を示したものである。こ
れらの場合も前述のように、放射率累乗比Ｋｕ* の履歴
を用い、検出信号Ｓｉから得られる放射率累乗比Ｋｕの
ピーク値を検知することで、放射率累乗比Ｋｕに対しど
のような酸化膜厚ｄであるかが検知される。
【００４８】図１１（ａ）は、輻射センサー１６０を図
９（ｂ），図１０（ｂ）で示したもの両方１６０1 〜１
６０4 を用いたものである（（図１１（ｂ））。このよ
うな輻射センサー１６０の構成とした場合、では、単色
温度計１６０1 ，１６０2 から得られる放射率累乗比Ｋ
ｕ12，単色温度計１６０3 ，１６０4 から得られる放射
率累乗比Ｋｕ34についてそれらの放射率累乗比Ｋ
ｕ* 12，Ｋｕ* 34の履歴を用いてどのような酸化膜厚ｄ
であるかを検知し、真の制御目標値（酸化膜厚０．４μ
ｍ）になるように制御がなされる。例えば、酸化膜厚ｄ
を約０．４３μｍもうけるとすると、この装置の動作は
つぎのようになる。真の制御目標値（０．４３μｍ）に
応じた放射率累乗比Ｋｕ* 12，Ｋｕ* 34の履歴が相関ブ
ロックにおいて選択され、単色温度計１６０1 ，１６０
2 ，１６０3 ，１６０4 から得られる放射率累乗比Ｋｕ
12，Ｋｕ34あるいはその差（Ｋｕ12−Ｋｕ34）により、
プロセス材料２１０の酸化膜厚ｄを検知しながら操作量
１７０を制御する。そして、Ｋｕ12，Ｋｕ34が約０．９
に一致してプロセス材料２１０の酸化膜厚が真の制御目
標値（０．４３μｍ）になると酸化膜厚形成を停止させ
る。
９（ｂ），図１０（ｂ）で示したもの両方１６０1 〜１
６０4 を用いたものである（（図１１（ｂ））。このよ
うな輻射センサー１６０の構成とした場合、では、単色
温度計１６０1 ，１６０2 から得られる放射率累乗比Ｋ
ｕ12，単色温度計１６０3 ，１６０4 から得られる放射
率累乗比Ｋｕ34についてそれらの放射率累乗比Ｋ
ｕ* 12，Ｋｕ* 34の履歴を用いてどのような酸化膜厚ｄ
であるかを検知し、真の制御目標値（酸化膜厚０．４μ
ｍ）になるように制御がなされる。例えば、酸化膜厚ｄ
を約０．４３μｍもうけるとすると、この装置の動作は
つぎのようになる。真の制御目標値（０．４３μｍ）に
応じた放射率累乗比Ｋｕ* 12，Ｋｕ* 34の履歴が相関ブ
ロックにおいて選択され、単色温度計１６０1 ，１６０
2 ，１６０3 ，１６０4 から得られる放射率累乗比Ｋｕ
12，Ｋｕ34あるいはその差（Ｋｕ12−Ｋｕ34）により、
プロセス材料２１０の酸化膜厚ｄを検知しながら操作量
１７０を制御する。そして、Ｋｕ12，Ｋｕ34が約０．９
に一致してプロセス材料２１０の酸化膜厚が真の制御目
標値（０．４３μｍ）になると酸化膜厚形成を停止させ
る。
【００４９】この構成では、酸化膜厚ｄに対し２つの放
射率累乗比Ｋｕ12，Ｋｕ34両方が同じ値をとる場合が、
プロセス中１つの放射率累乗比Ｋｕを用いた場合と比較
して少ないケースのみである。そのため、より誤りなく
検知することが可能になる。図１２は、放射率累乗比の
とり方をかえたもので、単色温度計１６０1 ，１６０3
から得られる放射率累乗比Ｋｕ13，単色温度計１６
０2 ，１６０4 から得られる放射率累乗比Ｋｕ24とした
場合の放射率累乗比の変化を示したものである。放射率
累乗比Ｋｕ13は一定の値「１．０」をとり、放射率累乗
比Ｋｕ24は図７のものと同じになる。このように、放射
率累乗比のとり方によっては１つの放射率累乗比Ｋｕを
用いた場合と同等になることがある。
射率累乗比Ｋｕ12，Ｋｕ34両方が同じ値をとる場合が、
プロセス中１つの放射率累乗比Ｋｕを用いた場合と比較
して少ないケースのみである。そのため、より誤りなく
検知することが可能になる。図１２は、放射率累乗比の
とり方をかえたもので、単色温度計１６０1 ，１６０3
から得られる放射率累乗比Ｋｕ13，単色温度計１６
０2 ，１６０4 から得られる放射率累乗比Ｋｕ24とした
場合の放射率累乗比の変化を示したものである。放射率
累乗比Ｋｕ13は一定の値「１．０」をとり、放射率累乗
比Ｋｕ24は図７のものと同じになる。このように、放射
率累乗比のとり方によっては１つの放射率累乗比Ｋｕを
用いた場合と同等になることがある。
【００５０】図１３（ａ）は、測定波長λ1 が 1.0μ
ｍ，測定波長λ3 が 0.5μｍの２色温度計１６０1 （２
つの単色温度計でも可）の測定角度θを30°とし、測定
波長λ2 （λ4 ）が 2.2μｍの単色温度計１６０2 の測
定角度θを17.706°としたとき（図１３（ｂ））の放射
率累乗比の変化を示したものである。この場合は、２つ
の放射率累乗比Ｋｕ12，Ｋｕ34両方とも酸化膜厚ｄ 0.8
μｍの周期関数となっている。そのため、図１１の場合
と比較して酸化膜厚ｄに対し２つの放射率累乗比Ｋ
ｕ12，Ｋｕ34両方が同じ値をとることが多くなり、ま
た、放射率累乗比Ｋｕ12，Ｋｕ34は図１４のような簡単
な相関を示す。この場合も、前述の図８の場合と同様
に、放射率累乗比Ｋｕ* 12，Ｋｕ* 34の履歴を用い、放
射率累乗比Ｋｕ12，Ｋｕ34の変化をモニタして放射率累
乗比Ｋｕに対しどのような酸化膜厚ｄであるかが検知さ
れる。図１２と同様、放射率累乗比のとり方をかえる
と、１つの放射率累乗比Ｋｕを用いた場合と同等になる
ことがある（図１５）。
ｍ，測定波長λ3 が 0.5μｍの２色温度計１６０1 （２
つの単色温度計でも可）の測定角度θを30°とし、測定
波長λ2 （λ4 ）が 2.2μｍの単色温度計１６０2 の測
定角度θを17.706°としたとき（図１３（ｂ））の放射
率累乗比の変化を示したものである。この場合は、２つ
の放射率累乗比Ｋｕ12，Ｋｕ34両方とも酸化膜厚ｄ 0.8
μｍの周期関数となっている。そのため、図１１の場合
と比較して酸化膜厚ｄに対し２つの放射率累乗比Ｋ
ｕ12，Ｋｕ34両方が同じ値をとることが多くなり、ま
た、放射率累乗比Ｋｕ12，Ｋｕ34は図１４のような簡単
な相関を示す。この場合も、前述の図８の場合と同様
に、放射率累乗比Ｋｕ* 12，Ｋｕ* 34の履歴を用い、放
射率累乗比Ｋｕ12，Ｋｕ34の変化をモニタして放射率累
乗比Ｋｕに対しどのような酸化膜厚ｄであるかが検知さ
れる。図１２と同様、放射率累乗比のとり方をかえる
と、１つの放射率累乗比Ｋｕを用いた場合と同等になる
ことがある（図１５）。
【００５１】このように、放射率累乗比は様々なパラメ
ータによりいろいろな態様を示すが膜厚などの制御目標
値を放射率累乗比で置き換え、制御し得る。また、放射
率累乗比の一つの値に対しては複数個の制御目標（例え
ば、膜厚ｄ）が得られてしまうことがあるが、制御目標
（例えば、膜厚ｄ）に対して上述した工夫で解決し得
る。これをまとめるとつぎのようになる。 （１）初め（膜厚ゼロ）から放射率累乗比の変化パター
ンをモニターし、放射率累乗比の変化パターンで第何番
目の膜厚値であるかを検知する（図８など）。 （２）複数個の放射率累乗比の組み合わせで所望の膜厚
に対応する複数個の放射率累乗比の値で制御する。つま
り、目標値の組み合わせ目標値で制御する（図１１，１
３）。特に、この場合は、放射率累乗比の一つの値に対
するの制御目標値の数が減少し（図１６参照）、制御が
簡単でより誤りなく検知することが可能になる。
ータによりいろいろな態様を示すが膜厚などの制御目標
値を放射率累乗比で置き換え、制御し得る。また、放射
率累乗比の一つの値に対しては複数個の制御目標（例え
ば、膜厚ｄ）が得られてしまうことがあるが、制御目標
（例えば、膜厚ｄ）に対して上述した工夫で解決し得
る。これをまとめるとつぎのようになる。 （１）初め（膜厚ゼロ）から放射率累乗比の変化パター
ンをモニターし、放射率累乗比の変化パターンで第何番
目の膜厚値であるかを検知する（図８など）。 （２）複数個の放射率累乗比の組み合わせで所望の膜厚
に対応する複数個の放射率累乗比の値で制御する。つま
り、目標値の組み合わせ目標値で制御する（図１１，１
３）。特に、この場合は、放射率累乗比の一つの値に対
するの制御目標値の数が減少し（図１６参照）、制御が
簡単でより誤りなく検知することが可能になる。
【００５２】輻射センサー１６０には、特殊なセンサー
を必要とせず、従来の２色温度計を使用している。その
ため、特に図１１，１３のような複数個の放射率累乗比
の組み合わせる場合、制御目標値に温度を追加すること
も可能である。この場合、酸化膜厚ｄにて測定温度の補
正をし得るため、表面酸化進行中での表面温度測定精度
が向上、それによって本案の制御ループとは別に温度制
御も組み込むとプロセス制御系が２重化されていわゆる
フェイルセーフ系が構成できる。
を必要とせず、従来の２色温度計を使用している。その
ため、特に図１１，１３のような複数個の放射率累乗比
の組み合わせる場合、制御目標値に温度を追加すること
も可能である。この場合、酸化膜厚ｄにて測定温度の補
正をし得るため、表面酸化進行中での表面温度測定精度
が向上、それによって本案の制御ループとは別に温度制
御も組み込むとプロセス制御系が２重化されていわゆる
フェイルセーフ系が構成できる。
【００５３】また、真の制御目標値−放射率累乗比目標
値の相関については、実験ないしは理論式で求められる
ので、放射累乗率比で間接的に制御する場合、制御ゲイ
ン等の制御パラメータなどの決定がし易くなる。特に、
プロセス目標値パラメータと放射率累乗比との関係（真
の制御目標値−放射率累乗比目標値の相関）を示す相関
関数「ｆ」の信頼性を十分な実験Ｎ数でとるか若しくは
十分に精度の高い理論式を用いれば、従来不可能であっ
た膜厚などによる直接制御と同等な制御精度となる。本
発明では、従来のプロセス促進パラメータ「温度」では
なく、被プロセス材が放出する輻射エネルギーから放射
率累乗比を用いて、プロセス目標値パラメータ「酸化膜
厚」「温度」「合金化度」などを検知し、制御するた
め、制御精度が向上する。よって、プロセス品質が向上
し、プロセスばらつきが減少し、製品品質、歩留まりが
向上するという効果が得られる。
値の相関については、実験ないしは理論式で求められる
ので、放射累乗率比で間接的に制御する場合、制御ゲイ
ン等の制御パラメータなどの決定がし易くなる。特に、
プロセス目標値パラメータと放射率累乗比との関係（真
の制御目標値−放射率累乗比目標値の相関）を示す相関
関数「ｆ」の信頼性を十分な実験Ｎ数でとるか若しくは
十分に精度の高い理論式を用いれば、従来不可能であっ
た膜厚などによる直接制御と同等な制御精度となる。本
発明では、従来のプロセス促進パラメータ「温度」では
なく、被プロセス材が放出する輻射エネルギーから放射
率累乗比を用いて、プロセス目標値パラメータ「酸化膜
厚」「温度」「合金化度」などを検知し、制御するた
め、制御精度が向上する。よって、プロセス品質が向上
し、プロセスばらつきが減少し、製品品質、歩留まりが
向上するという効果が得られる。
【００５４】本発明は前述の実施例に限らず様々な変形
が可能である。
が可能である。
【００５５】工業材料のなかでもシリコンウェファは純
粋な物質に近く、薄い膜厚領域では理論式が実測に近
く、また、非常に良好な膜厚制御が行えるためシリコン
を例に説明したが、表面酸化が進行中の材料一般例え
ば、ステンレス鋼板、アルミニウムおよびアルミ合金な
どにも適用可能である。合金化進行中の材料一般の場合
でも、合金化亜鉛鍍金鋼板などでは放射率の変化の傾向
は基本的に同様である。つまり、酸化膜であれば式７，
８が基本的に成り立つからである。ただし、たとえば鉄
鋼、アルミ材料の酸化では式７，８の周期ほぼ同一で、
放射率値が減衰的に大きな値に収束する傾向をしめすこ
とが知られている。これは、主として材料の光学吸収の
ためおよび表面の粗度、酸化膜の非平行のためと推論さ
れている。このように、シリコン酸化膜以外のもので
は、実験により真の制御目標値−放射率累乗比目標値の
相関関数「ｆ」をきめて用いるのが望ましいが、今後理
論式が確立されると、その理論式を用いて相関関数
「ｆ」をきめてもよい。
粋な物質に近く、薄い膜厚領域では理論式が実測に近
く、また、非常に良好な膜厚制御が行えるためシリコン
を例に説明したが、表面酸化が進行中の材料一般例え
ば、ステンレス鋼板、アルミニウムおよびアルミ合金な
どにも適用可能である。合金化進行中の材料一般の場合
でも、合金化亜鉛鍍金鋼板などでは放射率の変化の傾向
は基本的に同様である。つまり、酸化膜であれば式７，
８が基本的に成り立つからである。ただし、たとえば鉄
鋼、アルミ材料の酸化では式７，８の周期ほぼ同一で、
放射率値が減衰的に大きな値に収束する傾向をしめすこ
とが知られている。これは、主として材料の光学吸収の
ためおよび表面の粗度、酸化膜の非平行のためと推論さ
れている。このように、シリコン酸化膜以外のもので
は、実験により真の制御目標値−放射率累乗比目標値の
相関関数「ｆ」をきめて用いるのが望ましいが、今後理
論式が確立されると、その理論式を用いて相関関数
「ｆ」をきめてもよい。
【００５６】また、合金化度、結晶粒径、表面粗度につ
いては現状では理論式がないため、実験により真の制御
目標値−放射率累乗比目標値の相関関数「ｆ」をきめて
用いることになる。これらの物性量を放射累乗数を用い
て計測し、得られた結果から補正などをすることにより
大きく精度が向上する。
いては現状では理論式がないため、実験により真の制御
目標値−放射率累乗比目標値の相関関数「ｆ」をきめて
用いることになる。これらの物性量を放射累乗数を用い
て計測し、得られた結果から補正などをすることにより
大きく精度が向上する。
【００５７】
【発明の効果】以上の通り本発明によれば、制御目標値
−放射率累乗比との相関を用いて温度や表面の酸化膜
厚，合金化度，結晶粒径，粗度などの真の制御目標値が
間接制御目標値として放射率累乗比から求められ、この
間接制御目標値を介して真の制御目標値を制御設定値と
し、実測値を制御量として制御システムが構成されてい
るため、従来もちいるのが不可能であったパラメータを
制御目標値として等価的な直接制御をすることが可能に
なり、制御性を大きく向上させることができる。
−放射率累乗比との相関を用いて温度や表面の酸化膜
厚，合金化度，結晶粒径，粗度などの真の制御目標値が
間接制御目標値として放射率累乗比から求められ、この
間接制御目標値を介して真の制御目標値を制御設定値と
し、実測値を制御量として制御システムが構成されてい
るため、従来もちいるのが不可能であったパラメータを
制御目標値として等価的な直接制御をすることが可能に
なり、制御性を大きく向上させることができる。
【００５８】制御目標値変換ブロックが出力された履歴
に沿って自動制御する場合や複数の放射率累乗比の実測
値を比較してプロセス材料のプロセスを自動制御する場
合、誤った自動制御がなされなくなるので、より制御性
を大きく向上させることができる。
に沿って自動制御する場合や複数の放射率累乗比の実測
値を比較してプロセス材料のプロセスを自動制御する場
合、誤った自動制御がなされなくなるので、より制御性
を大きく向上させることができる。
【図１】本発明のプロセス制御装置の構成図。
【図２】放射率累乗比Ｋｕ* の初期値から終値までの履
歴の説明図。
歴の説明図。
【図３】放射率累乗比Ｋｕの時間変化の説明図。
【図４】酸化膜の時間的成長のグラフ。
【図５】分光放射率の時間的変化のグラフ。
【図６】放射率累乗比の時間的変化のグラフ。
【図７】酸化膜厚と放射率累乗比の関係のグラフ。
【図８】酸化膜厚と放射率累乗比の関係のグラフ。
【図９】パラメータをかえたときの説明図。
【図１０】パラメータをかえたときの説明図。
【図１１】パラメータをかえたときの説明図。
【図１２】放射率累乗比のとり方をかえたときの説明
図。
図。
【図１３】パラメータをかえたときの説明図。
【図１４】図１３における放射率累乗比Ｋｕ12，Ｋｕ34
相関のグラフ。
相関のグラフ。
【図１５】放射率累乗比のとり方をかえたときの説明
図。
図。
【図１６】酸化膜厚と２つの放射率累乗比の関係の３次
元的グラフ。
元的グラフ。
１３０…制御目標値変換ブロック，１４０…放射率累乗
比計算ブロック，２１０…プロセス材料，ｄ…酸化膜
厚，Ｋｕ…放射率累乗比，Ｋｕ* …放射率累乗比，Ｓｉ
…検出信号
比計算ブロック，２１０…プロセス材料，ｄ…酸化膜
厚，Ｋｕ…放射率累乗比，Ｋｕ* …放射率累乗比，Ｓｉ
…検出信号
Claims (6)
- 【請求項１】 プロセス材料が輻射エネルギーを放出す
るプロセスの制御方法であって、 前記輻射エネルギーを異なった複数の波長で観測し、前
記複数の波長の輻射エネルギーから放射率累乗比の実測
値をもとめ、 予め決められた真の制御目標値−放射率累乗比目標値の
相関に基づいて、前記真の制御目標値に対応した放射率
累乗比の間接制御目標値を換算し、 前記間接制御目標値を制御設定値とし、前記実測値を制
御量として前記プロセス材料のプロセスを自動制御する
ことを特徴とするプロセス制御方法。 - 【請求項２】 前記間接制御目標値を換算する際、前記
間接制御目標値の初期値から終値までの履歴を出力し、
その履歴に沿って前記プロセス材料のプロセスを自動制
御することを特徴とする請求項１記載のプロセス制御方
法。 - 【請求項３】 前記複数の波長の前記輻射エネルギー
を、異なった波長で観測し若しくは異なった測定角度で
観測し或いは３種類以上のこれらの組み合わせで観測
し、前記複数の波長の輻射エネルギーから得られる複数
の放射率累乗比の実測値をもとめ、これら実測値を比較
して前記プロセス材料のプロセスを自動制御することを
特徴とする請求項１又は２記載のプロセス制御方法。 - 【請求項４】 プロセス材料が輻射エネルギーを放出す
るプロセスの制御装置であって、 予め決められた真の制御目標値−放射率累乗比目標値の
相関に基づき、前記真の制御目標値に対応した放射率累
乗比の間接制御目標値を導く制御目標値変換ブロック
と、 前記輻射エネルギーを異なった複数の波長で観測し、前
記複数の波長の輻射エネルギー信号として出力する少な
くとも１台の輻射センサーと、 前記複数の波長の前記輻射エネルギー信号から放射率累
乗比の実測値をもとめる放射率累乗比計算ブロックとを
備え、 前記間接制御目標値を制御設定値とし、前記放射率累乗
比実測値を制御量として前記プロセス材料のプロセスを
自動制御することを特徴とするプロセス制御装置。 - 【請求項５】 前記制御目標値変換ブロックが、前記間
接制御目標値の初期値から終値までの履歴を出力し、そ
の履歴に沿って前記プロセス材料のプロセスを自動制御
することを特徴とする請求項４記載のプロセス制御装
置。 - 【請求項６】 前記輻射センサーが、前記輻射エネルギ
ーを異なった波長で観測し若しくは異なった測定角度で
観測し或いは３種類以上のこれらの組み合わせで観測
し、放射率累乗比計算ブロックが、前記複数の波長の輻
射エネルギーから得られる複数の放射率累乗比の実測値
をもとめ、これら実測値を比較して前記プロセス材料の
プロセスを自動制御することを特徴とする請求項４又は
５記載のプロセス制御装置。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3330958A JPH05165534A (ja) | 1991-12-13 | 1991-12-13 | プロセス制御方法及びその装置 |
| EP92121157A EP0555544B1 (en) | 1991-12-13 | 1992-12-11 | Method and apparatus for process control of material emitting radiation |
| CA002085143A CA2085143C (en) | 1991-12-13 | 1992-12-11 | Method and apparatus for process control of material emitting radiation |
| DE69209270T DE69209270T2 (de) | 1991-12-13 | 1992-12-11 | Verfahren und Vorrichtung zur Prozesssteuerung eines Strahlung aussendenden Materials |
| KR1019920024390A KR0137451B1 (ko) | 1991-12-13 | 1992-12-14 | 복사에너지 방출재료의 공정제어방법 및 그 장치 |
| US08/296,168 US5481112A (en) | 1991-12-13 | 1994-08-29 | Method and apparatus for process control of material emitting radiation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3330958A JPH05165534A (ja) | 1991-12-13 | 1991-12-13 | プロセス制御方法及びその装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05165534A true JPH05165534A (ja) | 1993-07-02 |
Family
ID=18238295
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3330958A Pending JPH05165534A (ja) | 1991-12-13 | 1991-12-13 | プロセス制御方法及びその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05165534A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006252246A (ja) * | 2005-03-11 | 2006-09-21 | Omron Corp | 反応制御装置、反応制御方法、プログラムおよび記録媒体 |
| JP2010521588A (ja) * | 2007-03-22 | 2010-06-24 | フェストアルピネ シュタール ゲーエムベーハー | 被覆鋼帯のフレキシブルロール圧延のための方法 |
-
1991
- 1991-12-13 JP JP3330958A patent/JPH05165534A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006252246A (ja) * | 2005-03-11 | 2006-09-21 | Omron Corp | 反応制御装置、反応制御方法、プログラムおよび記録媒体 |
| JP4622594B2 (ja) * | 2005-03-11 | 2011-02-02 | オムロン株式会社 | 反応制御装置 |
| JP2010521588A (ja) * | 2007-03-22 | 2010-06-24 | フェストアルピネ シュタール ゲーエムベーハー | 被覆鋼帯のフレキシブルロール圧延のための方法 |
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