JPH06192840A - 半導体ウエハの熱処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 従来に比べて互いに近い温度履歴で複数枚の
半導体ウエハを加熱することができるとともに、炉芯管
を洗浄することが容易な熱処理装置を提供する。 【構成】 炉芯管の長手方向に沿った外周に複数段に区
分されたヒータ３０t ，３０c ，３０b を設置し、ヒー
タの各段にはそれぞれにヒータ熱電対３２t ，３２c ，
３２b を設ける。また、載置台４０にもプロファイラ熱
電対５２t ，５２c ，５２b を設置する。半導体ウエハ
を炉芯管内に搬入する以前はヒータ熱電対によって検出
された温度を制御量として各ヒータの出力を調節し、一
方、半導体ウエハを搬入すると制御ループを切換え、プ
ロファイラ熱電対で検出された温度を制御量として各ヒ
ータの出力を調節する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、複数枚の半導体ウエ
ハを同時に熱処理するための熱処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】複数枚の半導体ウエハを同時に熱処理す
る装置としては、例えば実開平３−９６３５０号公報に
記載されたものがある。図９は、この公報に記載された
熱処理装置を示す概念図である。この熱処理装置は、半
導体ウエハを収納する炉芯管１００の内部に複数の熱電
対１０２が設置されており、炉芯管１００の外側にはヒ
ータ１０４が設置されている。ヒータ１０４の出力は、
熱電対１０２で検出した温度に応じて調節される。半導
体ウエハ２００は所定の載置台に載置されて、下方から
炉芯管１００内に搬入される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】図１０は、図９の熱処
理装置によって熱処理を行なった場合の温度履歴を示す
グラフである。炉芯管１００内に半導体ウエハを搬入し
た後に加熱すると、炉芯管１００の上部に搬入された半
導体ウエハは比較的早く昇温し、下部に搬入された半導
体ウエハは比較的遅く昇温する。すなわち、従来の熱処
理装置では、半導体ウエハの位置によって温度履歴がか
なり異なるという問題があった。また、熱電対１０２は
炉芯管１００内に設置されているので、炉芯管１００の
洗浄を行なう際に熱電対１０２が邪魔になり、余分な手
間を要するという問題もあった。

【０００４】この発明は、従来技術における上述の課題
を解決するためになされたものであり、従来に比べて互
いに近い温度履歴で複数枚の半導体ウエハを加熱するこ
とができるとともに、炉芯管を洗浄することが容易な熱
処理装置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】上述の課題を解決するた
め、この発明による熱処理装置では、（Ａ）複数枚の半
導体ウエハを収納する炉芯管と、（Ｂ）前記炉芯管の外
側に設置され、前記炉芯管の長手方向に沿って複数に区
分されたヒータと、（Ｃ）前記各ヒータにそれぞれ対応
付けられ、前記ヒータと前記炉芯管との間の所定の位置
に設けられた複数の第１の温度検出器と、（Ｄ）複数枚
の半導体ウエハを載置するための載置台と、（Ｅ）前記
各ヒータにそれぞれ対応付けられ、前記載置台の長手方
向に沿って前記載置台に設けられた複数の第２の温度検
出器と、（Ｆ）前記載置台に載置された複数枚の半導体
ウエハと前記第２の温度検出器とを前記炉芯管内に搬入
・搬出する駆動機構と、（Ｇ）前記複数枚の半導体ウエ
ハが前記炉芯管内に搬入されたことを示す搬入信号を出
力する搬入信号出力手段と、（Ｈ）前記複数枚の半導体
ウエハが前記炉芯管内に搬入される際に、前記搬入信号
出力手段から前記搬入信号を受ける以前には前記第１の
温度検出器によって検出された温度を制御量として前記
各ヒータの出力を調節するとともに、前記搬入信号出力
手段から受けた前記搬入信号に応じて制御ループを切換
え、前記第２の温度検出器で検出された温度を制御量と
して前記各ヒータの出力を調節するコントローラと、を
備える。

【０００６】

【作用】第２の温度検出器を載置台と一緒に炉芯管内に
搬入・搬出するので、半導体ウエハを搬入しない状態で
は炉芯管内部に温度検出器が無い。従って、炉芯管の洗
浄が容易である。また、半導体ウエハが搬入されたこと
を示す搬入信号に応じて制御ループを切換え、炉芯管内
に搬入された第２の温度検出器で検出された温度を制御
量としてヒータの出力を制御するので、半導体ウエハの
温度に近い温度で複数のヒータを制御できる。従って、
従来に比べて互いに近い温度履歴で複数枚の半導体ウエ
ハを加熱することができる。

【０００７】

【実施例】

Ａ．装置の構成：図１は、この発明の一実施例としての
熱処理装置を示す説明図である。この熱処理装置は、石
英チューブで製作された炉芯管２０と、炉芯管２０の外
周に設けられた環状の赤外線ヒータ３０とを備えてい
る。炉芯管２０の上部には窒素ガスを導入するためのノ
ズル２２が設けられている。炉芯管２０の下部は開放さ
れており、Ｏリング２４を介して水冷フランジ２６が取
り付けられる。水冷フランジ２６にはガスを排出するた
めのノズル２８が設けられている。赤外線ヒータ３０
は、炉芯管２０の長手方向（図１では上下方向）に沿っ
て３段に分割されている。３段の赤外線ヒータ３０t ，
３０c ，３０b の中央部には、それぞれ熱電対３２t ，
３２c ，３２b が設けられている。なお、熱電対３２t
，３２c ，３２bは、赤外線ヒータ３０t ，３０c ，３
０b の発光部と炉芯管２０との間に設置されている。

【０００８】炉芯管２０の下方には半導体ウエハ２００
を載置するための載置台４０が設けられている。載置台
４０は、複数枚の半導体ウエハ２００を階層状に載置す
るための石英ボート４２と、石英ボート４２の下方に設
けられた石英断熱板４４と、載置台４０全体を支持する
ステンレス鋼製のベース４６とを有している。ベース４
６上には石英ボート４２に沿って石英保護管５０が立設
されており、石英保護管５０内には３つの熱電対５２t
，５２c ，５２b が収納されている。これらの３つの
熱電対５２t ，５２c ，５２b は、３段の赤外線ヒータ
３０t ，３０c ，３０b にそれぞれ対応している。な
お、以下では載置台４０上に設けられた熱電対５２t ，
５２c ，５２b を「プロファイラ熱電対５２」と呼ぶ。
また、赤外線ヒータに設けられた熱電対３２t ，３２c
，３２b を「ヒータ熱電対３２」と呼ぶ。

【０００９】載置台４０は、エレベータ６０によって駆
動されて上下に移動し、これによって半導体ウエハ２０
０の炉芯管２０への搬入と搬出が行なわれる。エレベー
タ６０は、例えばボールネジ機構とモータとで構成され
る。エレベータ６０のネジ部６２の上部にはリミットス
イッチ６４が設けられている。載置台４０が上方に移動
して、ベース４６が水冷フランジ２６の下端位置まで来
ると、リミットスイッチ６４がエレベータ上限信号Ｓup
を出力する。図２は、載置台４０が上昇して半導体ウエ
ハが搬入された状態を示す説明図である。

【００１０】プロファイラ熱電対５２は載置台４０とと
もに昇降するので、図１にも示すように、半導体ウエハ
を搬入していない状態では炉芯管２０の内部にプロファ
イラ熱電対５２は挿入されていない。従って、炉芯管２
０の洗浄や交換を容易に行なうことができる。

【００１１】熱処理装置は、さらに、ヒータの出力制御
以外の装置全体の制御を行なうメインコントローラ７０
と、熱電対の温度に応じて赤外線ヒータ３０の出力を調
節する温度調節器８０および電力調整器９０と、電力調
整器９０のための電源９２とを備えている。メインコン
トローラ７０は、リミットスイッチ６４から出力された
エレベータ上限信号ＳUPに応じてエレベータ昇降信号Ｅ
UPを温度調節器８０に出力する。温度調節器８０は、後
述するように、ヒータ熱電対３２t ，３２c ，３２b で
測定された温度Ｈt ，Ｈc ，Ｈb か、または、プロファ
イラ熱電対５２t ，５２c ，５２b で測定された温度Ｐ
t ，Ｐc ，Ｐb に従って、操作量信号ｍt ，ｍc ，ｍb
を出力する。電力調整器９０は、これらの操作量信号ｍ
t ，ｍc，ｍb に応じて３段の赤外線ヒータ３０t ，３
０c ，３０b の出力ＰＷt ，ＰＷc ，ＰＷb をそれぞれ
調整する。

【００１２】図３は、図１および図２に示す熱処理装置
の制御ブロック図である。図３では、制御対象が、ヒー
タ熱電対３２までの制御対象Ｈと、プロファイラ熱電対
５２までの制御対象Ｐとに分けて描かれている。第１の
制御対象Ｈからはヒータ熱電対３２で測定した温度がフ
ィードバックされ、第２の制御対象Ｐからはプロファイ
ラ熱電対５２で測定した温度がフィードバックされる。
図３では図示の便宜上、上段のヒータに対応する量（操
作量ｍt ，ヒータ出力ＰＷt ，ヒータ熱電対温度Ｈt ，
およびプロファイラ熱電対温度Ｐt ）のみが示されてい
る。

【００１３】温度調節器８０は、セルフチューニングコ
ントローラ８１と、目標温度設定部８２と、エレベータ
昇降判断部８３と、２つのスイッチ８４，８５とを備え
ている。目標温度設定部８２は、温度の目標値ｒt の時
間変化を記憶するメモリである。エレベータ昇降判断部
８３は、メインコントローラ７０から与えられたエレベ
ータ昇降信号ＥUPに応じて２つのスイッチ８４，８５を
切換える。なお、この温度調節器８０はデジタルコンピ
ュータによって実現されており、各要素８１〜８５は、
メモリによって、または、所定のプログラムをコンピュ
ータが実行することによって実現される。なお、セルフ
チューニングコントローラ８１の機能については、更に
後述する。

【００１４】半導体ウエハの搬入前には、セルフチュー
ニングコントローラ８１は、ヒータ熱電対３２で測定さ
れた温度Ｈc に従って赤外線ヒータ３０の出力を制御す
る。半導体ウエハが炉芯管２０内に搬入され、エレベー
タ昇降信号ＥUPが温度調節器８０に与えられると、エレ
ベータ昇降判断部８３によって２つのスイッチ８４，８
５がともに切換えられる。すなわち、制御対象Ｐからの
制御量Ｐt がフィードバックされるように制御ループが
切換えられる。この結果、赤外線ヒータ３０の出力は、
プロファイラ熱電対５２で測定された温度Ｐt に従って
制御されるようになる。なお、上段の赤外線ヒータ３０
t は、これに対応するヒータ熱電対３２t の温度Ｈt 、
または、プロファイラ熱電対５２t の温度Ｐt に従って
制御される。同様に、中段の赤外線ヒータ３０c は熱電
対３２c ，５２c の温度Ｈc ，Ｐc に従って、また、下
段の赤外線ヒータ３０b は熱電対３２b ，５２b の温度
Ｈb ，Ｐb に従ってそれぞれ制御される。

【００１５】Ｂ．熱処理例：図４は、この実施例による
熱処理装置を用いてステップ状に目標温度ｒt を上昇さ
せた場合の熱処理履歴の一例を示すグラフである。スタ
ンバイ状態では、半導体ウエハは図１に示すように炉芯
管２０の下方に待機している。スタンバイ状態におい
て、炉芯管２０は所定のスタンバイ温度まで予熱されて
いる。ローディング期間において載置台４０がエレベー
タ６０によって上昇すると、プロファイラ熱電対５２の
温度Ｐt ，Ｐc ，Ｐb が上昇を開始する。この時、上部
のプロファイラ熱電対ほど早く炉芯管２０内に挿入され
るので、温度も早く上昇する。

【００１６】プロファイラ熱電対５２は、半導体ウエハ
２００と同時に炉芯管２０内に搬入されるので、プロフ
ァイラ熱電対５２で測定される温度は半導体ウエハの温
度に近い履歴を示していると考えられる。少なくとも、
ヒータ熱電対３２で測定された温度Ｈt ，Ｈc ，Ｈb に
比べてプロファイラ熱電対５２で測定された温度Ｐt，
Ｐc ，Ｐb の方が半導体ウエハの温度に近い。そこで、
半導体ウエハの搬入時にスイッチ８４，８５を切換え
て、それ以降はプロファイラ熱電対５２で測定された温
度Ｐt ，Ｐc ，Ｐb に従って赤外線ヒータ３０の出力を
制御しているのである。こうすることにより、半導体ウ
エハをより望ましい温度履歴で加熱することができる。

【００１７】３段の赤外線ヒータ３０t ，３０c ，３０
b の出力は、それぞれ対応するプロファイラ温度Ｐt ，
Ｐc ，Ｐb に応じて制御されるので、複数枚の半導体ウ
エハの温度が互いにほぼ等しい温度履歴となるように加
熱される。このことは、図４の昇温期間において、３つ
のプロファイラ温度Ｐt ，Ｐc ，Ｐb がほぼ一致するよ
うに上昇していることからも理解できる。

【００１８】図４の履歴と図１０に示す従来の履歴とを
比較すると、図４の履歴では、従来よりも短時間で熱処
理温度に達していることが解る。このように従来よりも
短時間で加熱できるのは、半導体ウエハの温度に近いプ
ロファイラ温度を用いて制御しているためである。この
ように、この熱処理装置では加熱時間が短くてよいの
で、スループットが向上するという利点もある。

【００１９】プロファイラ温度が所定の熱処理温度にほ
ぼ等しくなると、所定の時間だけその温度で保持され
る。その後、アンローディング期間で半導体ウエハが搬
出されるとともに、ヒータ３０と炉芯管２０とが冷却さ
れてスタンバイ状態に戻る。

【００２０】図５は、この実施例による熱処理装置を用
いてランプ状（勾配を持った直線状）に目標温度ｒt を
上昇させた場合の熱処理履歴の一例を示すグラフであ
る。半導体ウエハの搬入後（昇温期間の始期以後）に
は、プロファイラ熱電対５２で測定された温度Ｐt ，Ｐ
c ，Ｐb に従って赤外線ヒータ３０の出力を制御してい
るので、半導体ウエハの温度が目標温度の履歴に近い形
でランプ状に上昇する。これは、ヒータ熱電対３２で測
定される温度Ｈt ，Ｈc ，Ｈb に従ってヒータを制御し
た場合には達成が困難な履歴である。

【００２１】上述したように、この実施例では、半導体
ウエハの搬入前はヒータ熱電対３２の温度をフィードバ
ックして制御を行ない、半導体ウエハの搬入後にはプロ
ファイラ熱電対５２の温度をフィードバックして制御を
行なっているので、半導体ウエハを目標温度の履歴に近
い形で上昇させることができるという利点がある。ま
た、複数段のヒータで加熱される複数枚の半導体ウエハ
をほぼ等しい熱履歴で加熱することができるという利点
がある。

【００２２】 Ｃ．セルフチューニングコントローラの詳細： Ｃ−１．セルフチューニングコントローラの構成：図６
は、セルフチューニングコントローラ８１の機能を示す
ブロック図である。セルフチューニングコントローラ８
１は、調節操作部８６と、同定部８７と、パラメータ計
算部８８と、参照モデル設定部８９とを備えている。ま
た、同定部８７は、閉ループ伝達関数同定部８７ａと対
象伝達関数同定部８７ｂとを含んでいる。なお、図６の
制御対象は、図３における電力調整器９０と制御対象Ｈ
（またはＨ＋Ｐ）を１つにまとめたものである。また、
図６では図３に記載されている目標温度設定部８２と、
エレベータ昇降判断部８３と、２つのスイッチ８４，８
５とが省略されている。

【００２３】以下ではまず、調節操作部８６と制御対象
とで構成される制御系の閉ループ伝達関数を連続時間系
と離散時間系について求めるとともに、離散時間系の閉
ループ伝達関数に対応する差分方程式を求める手順を説
明する。次に、制御系の差分方程式および閉ループ伝達
関数の同定、制御対象の伝達関数の同定、調節操作部８
６の制御パラメータの決定について順次説明する。

【００２４】 Ｃ−２．制御系の閉ループ伝達関数および差分方程式：
制御対象の伝達関数Ｇｐ（ｓ）を、むだ時間と１次遅れ
で表わされると考えると、伝達関数Ｇｐ（ｓ）は次の数
式１で与えられる。

【数１】 ここで、Ｋはゲイン、Ｌはむだ時間、Ｔは１次遅れ時間
である。

【００２５】数式１において、むだ時間を表わす指数関
数をマクローリン展開し、伝達関数Ｇｐの分母をｓの３
次項まで取って近似すると、数式１は次の数式２のよう
に書き換えられる。

【数２】 ここで、ｇ_i （i= 0,1,2,3）は定数である。

【００２６】この実施例においては、調節操作部８６の
制御方式としてＩ−ＰＤ制御を採用する。図７は、調節
操作部８６の機能を示すブロック図である。調節操作部
８６は、目標値Ｒと制御量Ｙの偏差Ｅに応じた積分動作
を行なう積分要素８６ａと、制御量Ｙに応じた比例動作
と微分動作を行なう比例微分要素８６ｂとで構成され
る。

【００２７】操作量Ｍ（ｓ）は、目標値Ｒ（ｓ）と制御
量Ｙ（ｓ）とによって次の数式３のように与えられる。

【数３】 ここで、ｆ₀ は比例定数、ｆ₁ は微分定数、ｋ_i は積分
定数である。

【００２８】調節操作部８６と制御対象とで構成される
制御系全体の閉ループ伝達関数Ｗ（ｓ）は次の数式４で
表わされる。

【数４】

【００２９】数式４を離散時間系のＺ変換で近似する
と、次の数式５が得られる。

【数５】 ここで、ｙ_t は離散時間系における制御量、ｒ_t は離散
時間系における目標値である。なお、数式５の係数ａ₀
〜ａ₄ は次の数式６で与えられる。

【数６】 ここで、△ｔはサンプリング周期である。

【００３０】上記の数式５を離散時間系の差分方程式に
変換すると、次の数式７が得られる。

【数７】 ここで、Ａ_i ，Ｂ₀ は次の数式８で与えられる。

【数８】 数式６，７，８が、同定の対象となる制御系の差分方程
式である。

【００３１】Ｃ−３．差分方程式および閉ループ伝達関
数の同定：閉ループ伝達関数同定部８７ａは、逐次最小
２乗法を用いて上記の差分方程式の係数を決定する。な
お、各種の最小２乗法を用いたシステムの同定は自動制
御の分野において周知の技術なので、以下では概要のみ
を簡単に説明する。

【００３２】最小２乗法で同定を行なう場合に、数式７
の差分方程式は、いわゆる式誤差ｅを含む次の数式９の
ような線形回帰モデル表示に書き換えられる。

【数９】 ここで、肩付き文字の「 ^T］は転置行列を表わす。

【００３３】この実施例における逐次最小２乗法では、
Ｚ_Nとｙ_Nの値（すなわち、時刻ｔまでの制御量ｙ_t〜ｙ
_t-4と、時刻ｔにおける目標値ｒ_t ）に基づいて、式誤
差ｅの２乗を最小にするようなθ_N の値を推定する。θ
_N の推定値＜θ_N ＞は、次の数式１０の漸化式で与えら
れる。

【数１０】 ここで、下付き文字の「 _N」は時刻ｔまでに得られたデ
ータ点数を示している。すなわち、＜θ_N-1 ＞は時刻
（ｔ−１）における推定値である。

【００３４】数式１０において、θ_N の初期値＜θ₀ ＞
とＰ_N の初期値Ｐ₀ を予め設定しておけば、数式１０に
従って各時刻における推定値＜θ_N ＞が算出できる。初
期値Ｐ₀ は、１０⁴ 程度の値の単位行列に設定される。
または、初期値＜θ₀ ＞は、各要素が１０^-3程度の０に
近い値の行列、または、なるべく推定される値に近い値
を有する行列に予め設定する。例えば、セルフチューニ
ングを一度実行し、その結果として得られた推定値＜θ
_N ＞を初期値＜θ₀ ＞として設定する。こうすれば、早
い時刻からよい推定値を得ることができる。

【００３５】θ_N は数式９で定義されているように、数
式７に示す差分方程式の係数なので、その推定値＜θ_N
＞が得られれば差分方程式が同定されたことになる。な
お、差分方程式（数式７）の係数と閉ループ伝達関数
（数式５）の係数ａ₀ 〜ａ₄ とは、数式８によって関係
づけられているので、差分方程式の係数が求まれば閉ル
ープ伝達関数の係数も容易に算出できる。換言すれば、
制御系の差分方程式を同定することは、離散時間系の閉
ループ伝達関数を同定することと等価である。

【００３６】Ｃ−４．制御対象の伝達関数の同定：推定
値＜θ_N ＞が得られると、対象伝達関数同定部８７ｂ
が、上記の数式６と数式８の関係から、制御対象の連続
時間系の伝達関数Ｇｐ（ｓ）（数式２）の係数ｇ₀ 〜ｇ
₃ を次の数式１１に従って算出する。

【数１１】 ここで、ｋ_i(t-1)，ｆ_0(t-1)，ｆ_1(t-1)は、現在の時刻
ｔの１周期前の時刻（ｔ−１）において使用した制御パ
ラメータｋ_i ，ｆ₀ ，ｆ₁ の値である。

【００３７】以上のようにして制御対象の伝達関数が同
定されると、次に、予め設定された参照モデルと制御系
の閉ループ伝達関数（数式４）のマッチングが実行さ
れ、調節操作部８６の制御パラメータが決定される。

【００３８】Ｃ−５．制御パラメータの決定：参照モデ
ルは、制御系の望ましい制御性能を表現した伝達関数で
ある。参照モデルについては、例えば、「制御系設計の
為の実用的な汎用参照モデル」（計測自動制御学会論文
集、第１９卷第７号第７４頁〜第７６頁、昭和５８年７
月）に詳しく記載されている。

【００３９】この実施例では、連続時間系の閉ループ伝
達関数（数式４）の分母が４次式で近似されているの
で、これに適した参照モデルの伝達関数Ｇｍ（ｓ）は次
の数式１２のように表わされる。

【数１２】 ここで、σは参照モデルのステップ応答が約６０％に立
ち上がるまでの時間である。

【００４０】数式１２の係数α_i は、例えば次の数式１
３によって与えられる。

【数１３】 ここで、ｂ_i は表１の２項展開標準形の係数列であり、
ｃ_i は表２のＩＴＡＥ標準形の係数列である。βは、こ
れらの２種類の標準形を内外挿するための重み係数であ
り、応答形状係数とも呼ばれている。

【表１】

【表２】 なお、表１と表２におけるｎは、参照モデルの分母の次
数である。この実施例では、参照モデル（数式１２）の
分母の次数は４なので、ｎ＝４の行の係数が用いられ
る。

【００４１】オペレータは、予め数式１３における重み
係数βの値を参照モデル設定部８９に設定しておく。参
照モデル設定部８９は、設定された重み係数βの値と、
表１および表２の係数列を記憶するメモリである。パラ
メータ計算部８８は、参照モデル設定部８９に設定され
ている参照モデルの伝達関数（数式１２，１３）と、制
御系の閉ループ伝達関数（数式４）とを比較し、それぞ
れの分母における各次数の係数を互いに等しいと置くこ
と（いわゆるマッチング）によって調節操作部８６の制
御パラメータを決定する。これによると、ＰＩＤ定数は
次の数式１４に従って算出される。

【数１４】 ここで、ｋ_i ^*はＩ定数、ｆ₀ ^*はＰ定数、ｆ₁ ^*はＤ定数で
あり、肩付きの記号「 ^*」は、時刻ｔにおいて新たに得
られた値であることを示している。数式１４において、
制御対象の伝達関数の係数ｇ_i は、数式１１に従って予
め求められている。

【００４２】なお、この実施例では、数式１におけるむ
だ時間の項をマクローリン展開で近似したので、制御系
の閉ループ伝達関数（数式４）の分母を高次多項式によ
って表わすことができ、この結果、参照モデルとのマッ
チングを容易に行なうことができるという特徴がある。

【００４３】調節操作部８６は、数式１４で求められた
制御パラメータを用いて、数式３を差分方程式で表わし
た次の数式１５に従って操作量ｍ_t を算出し、制御対象
に出力する。

【数１５】

【００４４】Ｃ−６．制御手順：図８は、上述した制御
を実行する手順を示すフローチャートである。ステップ
Ｓ１では各種のパラメータの初期値を設定する。また、
ステップＳ２では目標値ｒ_t を設定する。なお、目標値
ｒ_t の時間変化は、図３に示す目標温度設定部８２から
与えられる。

【００４５】ステップＳ３では制御量ｙ_t を読み込む。
この実施例では、ヒータ熱電対３２の温度またはプロフ
ァイラ熱電対の温度が制御量である。ステップＳ４では
逐次最小２乗法（数式１０）に従って数式７の係数
Ｂ₀ ，Ａ_i を推定する。そして、ステップＳ５では数式
１１に従って制御対象の伝達関数の係数ｇ_i を算出す
る。ステップＳ６では数式１４に従って新たなＰＩＤ定
数を算出し、ステップＳ７では数式１５に従って操作量
ｍ_t を算出し、制御対象（図１の電力調整器９０）に出
力する。ステップＳ８では制御が終了したか否かが判断
され、終了していなければステップＳ２に戻り、ステッ
プＳ２〜Ｓ７の処理を繰り返す。

【００４６】上記のセルフチューニングコントローラ８
１では、従来のように制御量ｙ_t と操作量ｍ_t を用いて
制御対象を同定する代わりに、制御量ｙ_t と目標値ｒ_t
とに基づいて制御系全体と制御対象とを同定しているの
で、同定に伴う誤差を小さく抑えることができるという
利点がある。この結果、操作量ｍ_t の変動の影響を直接
的に受けずに安定した制御パラメータ（すなわＰＩＤ定
数）を求めることが可能となっている。

【００４７】Ｄ．変形例：なお、この発明は上記実施例
に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲に
おいて種々の態様において実施することが可能であり、
例えば次のような変形が可能である。

【００４８】（１）上記実施例では温度調節器８０がセ
ルフチューニングコントローラ８１を含むものとした
が、これに限らず、ヒータ熱電対３２の温度とプロファ
イラ熱電対５２の温度を制御量とし、これらを切換えて
制御するコントローラを使用すればよい。コントローラ
における適切な制御パラメータは、炉温度や半導体ウエ
ハの枚数やガス流量などの条件によって変化するが、セ
ルフチューニングコントローラを用いれば、これらの条
件を考慮せずに常に適切な制御パラメータを求めること
ができるという利点がある。

【００４９】（２）複数段の赤外線ヒータの各段の出力
は、複数のプロファイラ熱電対の少なくとも一部を用い
て制御するようにすればよい。上記実施例では、３つの
プロファイラ熱電対５２t ，５２c ，５２b に従って、
それぞれ対応する段の赤外線ヒータ３０t ，３０c ，３
０b の出力が制御されるとしたが、例えば、上段のヒー
タ３０t を、上部の２つの熱電対５２t ，５２c で測定
された温度に基づいて制御するようにしてもよい。この
場合には、例えば２つの熱電対で測定された温度の重み
付き平均を制御量とすることができる。また、ヒータの
段数とヒータ熱電対の数とプロファイラ熱電対の数を互
いに等しくする必要はない。一般には、複数のヒータ熱
電対と複数のプロファイラ熱電対を、各段のヒータに対
応付けておけばよい。

【００５０】（３）上記実施例では、半導体ウエハが炉
芯管２０内に搬入されたことを示す信号をリミットスイ
ッチ６４を用いて発生していたが、半導体ウエハが搬入
された時点を示す信号は、他の種々の手段で発生するこ
とが可能である。例えば、載置台４０のベース４６の高
さを示すエンコーダを用いて搬入信号を発生させること
もできる。また、載置台４０を上昇させる時間をタイマ
で計測しておき、載置台４０の上昇開始から所定の時間
が経過した時点で半導体ウエハが搬入されたと判断して
搬入信号を発生することも可能である。

【００５１】（４）上記実施例では、半導体ウエハが搬
入されたことを示すエレベータ上限信号ＳUPが発生する
と直ちに制御ループをヒータ熱電対３２側からプロファ
イル熱電対５２側に切換えていたが、所定の時間経過後
に制御ループを切換えるようにしてもよい。すなわち、
半導体ウエハが搬入されたことを示す信号に応じて制御
ループを切換えるようにすればよい。

【００５２】（５）上記実施例では温度検出器として熱
電対を用いたが、パイロメータなどの他の温度検出器を
用いてもよい。

【００５３】（６）本発明の熱処理装置は、アニール、
拡散、ベーク、ＣＶＤ、ＳＯＧなどの各種の熱処理工程
に使用する熱処理装置に適用することができる。また、
縦型炉に限らず、横型炉にも適用可能である。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の熱処理装
置によれば、従来に比べて互いに近い温度履歴で複数枚
の半導体ウエハを加熱することができ、また、炉芯管の
洗浄も容易であるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例としての熱処理装置を示す
説明図。

【図２】半導体ウエハ搬入後の熱処理装置を示す説明
図。

【図３】実施例による熱処理装置の制御ブロック図。

【図４】実施例よるステップ状の熱処理履歴の一例を示
すグラフ。

【図５】実施例よるランプ状の熱処理履歴の一例を示す
グラフ。

【図６】セルフチューニングコントローラの機能を示す
ブロック図。

【図７】調節操作部の機能を示すブロック図。

【図８】セルフチューニングコントローラによる制御手
順を示すフローチャート。

【図９】従来の熱処理装置を示す概念図。

【図１０】従来の装置による温度履歴を示すグラフ。

【符号の説明】

２０…炉芯管 ２２…ノズル ２４…Ｏリング ２６…水冷フランジ ２８…ノズル ３０，３０t ，３０b ，３０c …赤外線ヒータ ３２…ヒータ熱電対 ４０…載置台 ４２…石英ボート ４４…石英断熱板 ４６…ベース ５０…石英保護管 ５２…プロファイラ熱電対 ６０…エレベータ ６２…ネジ部 ６４…リミットスイッチ ７０…メインコントローラ ８０…温度調節器 ８１…セルフチューニングコントローラ ８２…目標温度設定部 ８３…エレベータ昇降判断部 ８４，８５…スイッチ ８６…調節操作部 ８６ａ…積分要素 ８６ｂ…比例微分要素 ８７…同定部 ８７ａ…閉ループ伝達関数同定部 ８７ｂ…対象伝達関数同定部 ８８…パラメータ計算部 ８９…参照モデル設定部 ９０…電力調整器 ９２…電源 １００…炉芯管 １０２…熱電対 １０４…ヒータ ２００…半導体ウエハ Ｈt ，Ｈc ，Ｈb …ヒータ熱電対温度 Ｐt ，Ｐc ，Ｐb …プロファイラ熱電対温度 ＰＷt ，ＰＷc ，ＰＷb …ヒータ出力

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数枚の半導体ウエハの熱処理を行なう
   ための熱処理装置であって、（Ａ）複数枚の半導体ウエ
   ハを収納する炉芯管と、（Ｂ）前記炉芯管の外側に設置
   され、前記炉芯管の長手方向に沿って複数に区分された
   ヒータと、（Ｃ）前記各ヒータにそれぞれ対応付けら
   れ、前記ヒータと前記炉芯管との間の所定の位置に設け
   られた複数の第１の温度検出器と、（Ｄ）複数枚の半導
   体ウエハを載置するための載置台と、（Ｅ）前記各ヒー
   タにそれぞれ対応付けられ、前記載置台の長手方向に沿
   って前記載置台に設けられた複数の第２の温度検出器
   と、（Ｆ）前記載置台に載置された複数枚の半導体ウエ
   ハと前記第２の温度検出器とを前記炉芯管内に搬入・搬
   出する駆動機構と、（Ｇ）前記複数枚の半導体ウエハが
   前記炉芯管内に搬入されたことを示す搬入信号を出力す
   る搬入信号出力手段と、（Ｈ）前記複数枚の半導体ウエ
   ハが前記炉芯管内に搬入される際に、前記搬入信号出力
   手段から前記搬入信号を受ける以前には前記第１の温度
   検出器によって検出された温度を制御量として前記各ヒ
   ータの出力を調節するとともに、前記搬入信号出力手段
   から受けた前記搬入信号に応じて制御ループを切換え、
   前記第２の温度検出器で検出された温度を制御量として
   前記各ヒータの出力を調節するコントローラと、を備え
   る半導体ウエハの熱処理装置。