JPH0623935B2

JPH0623935B2 - 再現性を高めた熱処理制御方法

Info

Publication number: JPH0623935B2
Application number: JP63028262A
Authority: JP
Inventors: 隆俊千葉
Original assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1988-02-09
Filing date: 1988-02-09
Publication date: 1994-03-30
Anticipated expiration: 2009-03-30
Also published as: KR920008783B1; JPH01204114A; KR890013540A; US4924073A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、半導体ウエハなどの一連の被処理物を加熱
炉などの内部で順次に熱処理する際の熱処理制御方法に
関する。

（従来の技術）半導体ウエハの製造にあたっては、種々の工程において
そのウエハを熱処理しなければならない。そして、その
ような熱処理においては、ウエハを導入した加熱炉の温
度制御が特に重要である。

加熱炉の熱処理温度制御方法として望ましい技術として
は、たとえば特開昭６２−１６０５１２号に開示された
技術があり、そこではウエハに対する放射加熱制御にお
いて、ステファン・ボルツマンの法則を利用したオープ
ンループ制御を行なっている。この方法を適用すれば、
熱処理を行なうべき一連のウエハを周期的かつ順次に加
熱炉内に導入して処理を定常的に実行する場合の熱処理
制御はかなり高精度のものとなる。

ところが、室温下にある加熱炉の電源投入を行なって一
連のウエハ加熱処理を開始する際（すなわち起動時）
や、一群のウエハの加熱処理を完了した後、ある程度の
中断時間間隔を置いて次の一群のウエハの加熱処理を再
開する際には、このような優れた従来の熱処理制御方法
を用いても必ずしも良好な制御精度を得ることができな
い。それは、このような従来技術においては、各ウエハ
のそれぞれの熱処理開始時における加熱炉内の状態が常
に一定であるという前提の下で制御を行なうようにして
いる一方で、上記のような起動時や処理再開時において
は、定常処理時とは異なる炉内条件を出発点として熱処
理を行なわねばならないからである。このため、起動時
や処理再開時においては、最初の数枚のウエハの熱処理
が完全ではなく、それらを不良品として廃棄しなければ
ならなかった。そして、その結果、一連のウエハの熱処
理全体としての歩留りが低下するという問題があった。

このような問題に対処するため、大別して次の二種類の
技術が提案されている。そのうちの第１の技術は、実際
に熱処理を行なうべき製品ウエハ（以下、「実処理ウエ
ハ」とも呼ぶ。）のほかに、ダミーウエハを炉内に同時
に導入しておくというものである。この場合には、ダミ
ーウエハの温度を熱電対などを用いて監視し、その実測
温度に基づく閉ループ制御が行なわれる。

また、第２の技術では、実処理ウエハの温度を放射温度
計で監視しつつ、閉ループ制御を行なおうとしている。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、第１の技術においては、ダミーウエハを
炉内に導入しておかねばならない関係上、実処理ウエハ
のほかにダミーウエハを取扱うための装置が必要とな
る。特に、実処理ウエハの温度をダミーウエハの温度か
ら間接的に知ろうとするのであるから、ダミーウエハの
サイズは実処理ウエハと同一とせねばならず、ダミーウ
エハの取扱い装置もある程度大きなものとしなければな
らない。このため、この第１の技術においては、装置の
大型化や複雑化が避けられないことになる。

一方、第２の技術では、放射温度計で実処理ウエハの温
度を直接に測定しようとするのであるから、ダミーウエ
ハ使用時のような問題は生じない。しかしながら、半導
体ウエハの表面では加熱炉の炉体からの熱放射を反射す
るために、放射温度計に入射する熱放射は実処理ウエハ
自身からの熱放射だけでなく、加熱炉の炉体を形成する
石英チューブからの熱放射をも含んだものとなる。この
ため、放射温度計の較正処理をあらかじめ行なっておく
ことが必要である。ところが、このような較正処理を行
なっておいたとしても、起動時や処理再開時においては
石英チューブの温度が低下しているために、定常処理時
における較正結果を利用して起動時や再開時の制御を行
なってもかなりの誤差が生じてしまうという事情があ
る。その結果、それぞれのウエハの熱処理時における温
度制御情報の均一性、すなわち熱処理制御の再現性が高
くないという問題がある。特に、半導体ウエハの裏面は
梨地であるため、石英チューブからの熱放射を乱反射し
やすくなっており、ウエハの裏面に向けて放射温度計を
設置したときには、このような再現性の低下が大きなも
のとなる。

（発明の目的）この発明は、従来技術における上述の問題の克服を意図
しており、起動時や処理再開時における熱処理制御の再
現性を向上させることができるとともに、装置の大型化
や複雑化の問題も生じない熱処理制御方法を提供するこ
とを目的とする。

（課題を解決するための手段）この発明の第１の構成においては、熱処理装置を用いて
一連の被処理物の熱処理を順次行なうにあたって、前記
熱処理の順次の繰返しルーチンを模擬的に行ない、前記
模擬的な繰返しルーチンにおいて前記熱処理装置の内部
の熱的状態が安定した後に、前記被処理物を前記熱処理
装置の内部へ搬入する直前の前記熱処理装置の内部の温
度を放射温度計を用いて測定し、この測定によって得ら
れた温度に基づいてウォームアップ温度を決定する準備
工程と、前記一連の被処理物についての実際の熱処理を
開始する前に、前記熱処理装置の内部温度が前記ウォー
ムアップ温度となるようにウォームアップを行なう工程
とを実行する。

また、この発明の第２の構成においては、熱処理装置を
用いて一連の被処理物の熱処理を周期的かつ順次に行な
うにあたって、前記熱処理の周期的かつ順次の繰返しル
ーチンを模擬的に行ない、前記模擬的な繰返しルーチン
において前記熱処理装置の内部の熱的状態が安定した後
に、前記被処理物を前記熱処理装置の内部へ搬入する直
前の前記熱処理装置の内部の温度を放射温度計を用いて
測定し、この測定によって得られた温度に基づいてアイ
ドリング温度を決定する準備工程を実行するとともに、
前記一連の被処理物についての実際の熱処理を周期的か
つ順次に行なう際に、前記熱処理装置への前記被処理物
の搬入が中断されたときには、前記搬入が再開されるま
での期間において前記熱処理装置内部を前記アイドリン
グ温度に保つアイドリング処理を行なう。

（実施例）Ａ．熱処理装置の構成第１Ａ図は、この発明の実施例を適用して熱処理制御を
行なう半導体ウエハの熱処理装置の模式図であり、第１
Ｂ図は、その一部分の模式平断面図である。これらの図
において、熱処理の対象となる半導体ウエハ１は、複数
の放射熱源（ランプヒータ）２を両面に配列した加熱炉
３の炉体４内に搬入されて、サセプタ５によって支持さ
れている。サセプタ５は、炉体４の入口を密封するフラ
ンジ６に接合されている。またウエハ１の上面には熱電
対７の測定端が固定されている。

熱電対７は後述するウエハモニタ放射温度計８の較正の
ときにのみ（すなわち、ウエハ１がダミーウエハである
ときのみ）設けられるものであり、ウエハ１が実処理ウ
エハであるときには設けていないものである。サセプタ
５，ウエハ１及び熱電対７は、フランジ６を炉内４に取
付け、または取り外すことによって、炉体４内に同時に
搬入または搬出される。

加熱炉３の下方には、ウエハ１の温度を非接触で測定す
るウエハモニタ放射温度計８（以下、「ウエハモニタＲ
ＴＭ」と呼ぶ。）が設けられている。ウエハ１からの熱
放射をウエハモニタＲＴＭ８に導くために、ウエハ１の
下方に相当する炉体４の下部には炉体４と一体の円筒形
ポート９が形成されており、このポート９の先端開口部
には、炉内と炉外の雰囲気を遮断し、所定の波長帯の熱
放射を透過する窓材１０ａが取付けられている。ウエハ
モニタＲＴＭ８の前面には所定の波長帯の熱放射のみを
ウエハモニタＲＴＭ８へ与えるためのフィルタ１０が取
付けられている。

炉体４はランプヒータ２からの放射熱を透過し易い材質
（例えば石英）で形成されたチューブとなっている。ま
た、フィルタ１０はランプヒータ２からの放射熱が直接
ウエハモニタＲＴＭ８に入射しないようにこれを遮断
し，ウエハ１からの放射熱を主に透過させることを目的
として設けられている。このフィルタ１０の透過特性
は、ランプヒータ２から放射された光のうち，石英にお
ける透過率の大きな0.15〜4.5μｍ程度の光は石英で形
成された炉体４を透過してウエハ１を加熱するが、石英
における透過率が小さな５μｍ以上の光は炉体４を透過
しないのでウエハモニタＲＴＭ８に入射することがない
という事実から決定している。すなわち、フィルタ１０
として、石英（炉体４）における透過率が小さい５〜１
０μｍ程度の波長の光のみを選択的に透過するバンドパ
スフィルターが用いられている。また、窓材１０ａとし
てはフッ化バリウム（Ｂ_ａＦ_２）が用いられ、0.15〜１
５μｍ程度の波長の光が透過する。

このようにすることによって、ウエハ１が放射する放射
光のうち、５〜１０μｍ程度の波長の光が窓材１０ａ及
びフィルタ１０を透過してウエハモニタＲＴＭ８に入射
し、これによってウエハ１の温度がモニタされる。

炉体４内には、ウエハ１とは別に、炉内環境の温度を測
定するためのモニタチップ１１がモニタチップ支持機構
１２に支持されて設置されている。モニタチップ支持機
構１２は固定リング１３と接合されており、固定リング
１３は炉体４の側面に一体に形成された円筒形のポート
１４の先端開口に固定されている。また、固定リング１
３と窓材１５ａとを挟んで炉内モニタ放射温度計（以
下、「炉内モニタＲＴＭ」と呼ぶ。）１６がポート１４
の上記開口側に固定されている。さらに、炉内モニタＲ
ＴＭ１６の前面にはフィルタ１５が取付けられている。
窓材１５ａは前述の窓材１０ａと同質のフッ化バリウム
で作られており、また、フィルタ１５は前述のフィルタ
１０と同様のバンドパスフィルターである。

モニタチップ１１は例えばウエハ１と同じ物質（Ｓ_ｉ）
で作られており、これはランプヒータ２によって加熱さ
れるとともに、モニタチップ１１からの熱放射は炉内モ
ニタＲＴＭ１６に与えられる。また、モニタチップ１１
は炉体４の上下面に対して傾けて支持されており、炉体
４の内面からの熱放射の一部がモニタチップ１１で反射
されることによって、炉内モニタＲＴＭ１６に与えられ
る。従って、炉内モニタＲＴＭ１６が測定する炉内モニ
タ温度は、モニタチップ１１と炉体４のそれぞれの熱的
状態を反映した炉内環境温度である。

ウエハモニタＲＴＭ８，炉内モニタＲＴＭ１６および熱
電対７のそれぞれの測定出力Ｓ_Ｍ，Ｓ_Ｒ，Ｓ_Ｗは、それ
ぞれアンプ２１，２２，２３で増幅されて、ウエハモニ
タ温度θ_Ｍ，炉内モニタ温度θ_Ｒおよびウエハ温度θ_Ｗ
を指示する信号となる。これらの温度測定値は温度調節
器３０に与えられる。温度調節器３０はこれらの温度測
定値に基づいて後述する信号処理を行なって、電力制御
信号Ａ_ｋを電力制御器４０に与え、電力制御器４０は電
力Ｐをランプヒータ２に与えてウエハ１を加熱する。

第１Ｃ図は、温度調節器３０の構成を示すブロック図で
ある。温度調節器３０に入力されたウエハモニタ温度θ
_Ｍ，炉内モニタ温度θ_Ｒ及びウエハ温度θ_Ｗの値は、マ
ルチプレクサ３１によって時分割多重信号とされた後、
アンプ３２に入力される。そして、アンプ３２で増幅さ
れてＡ／Ｄ変換器３３でデジタル信号に変換された後、
マイクロコンピュータ３４に与えられる。周知のように
マイクロコンピュータ３４はＣＰＵおよびメモリ（とも
に図示せず。）を備えているが、第１Ｃ図においては、
その内部機能が機能ブロック図として示されている。

マイクロコンピュータ３４はプログラムジェネレータ３
４１とコントロールパラメータメモリ３４２とを備えて
おり、このうち、プログラムジェネレータ３４１には、
時間ｔをパラメータとして所定の熱処理温度値をたとえ
ば第２図のように表現した目標温度プロファイル（プロ
グラムデータ）があかじめストアされている。また、コ
ントロールパラメータメモリ３４２は、時間に依存しな
い定数値（後述する基準温度値や一定出力信号値）を記
憶するためのものである。

熱処理のモードによって、プログラムジェネレータ３４
１から出力される目標温度プロファイルか、又はコント
ロールパラメータメモリ３４２から出力される基準温度
値のどちらか一方が第１のスイッチ手段３４３によって
切換えられて減算手段３４４に目標温度Ｔ_Ｏとして与え
られる。減算手段３４４の他方の入力とＡ／Ｄ変換器３
３との間には、データ分配手段３４０が存在している。
データ分配手段３４０は、Ａ／Ｄ変換器３３の出力（デ
ジタル化された時分割多重信号）のサンプリングを行な
うことにより、ウエハモニタ温度θ_Ｍまたは炉内モニタ
温度θ_Ｒを検出温度Ｔ_ｒとして減算手段３４４に出力し
ている。

減算手段３４４は、目標温度Ｔ_Ｏから検出温度Ｔ_ｒを差
引いた温度偏差ΔＴを求め、この温度偏差ΔＴを制御手
段３４５に出力する。制御手段３４５はＰＩＤ制御等の
クローズドループ制御機能を有したものであり、温度偏
差ΔＴに基づいてデジタルの制御信号Ｓ_ｋを出力する。
第２のスイッチ手段３４６は、この制御信号Ｓ_Ｋか、ま
たはコントロールパラメータメモリ３４２から出力され
る一定出力信号Ｓ_Ｏのどちらか一方を、熱処理のモード
に応じて切換えて出力し、マイクロコンピュータ３４外
のＤ／Ａ変換器３５に与える。Ｄ／Ａ変換器３５でアナ
ログ信号に変換されたマイクロコンピュータ３４の出力
信号はサンプルホールド回路３６を介して電力制御信号
Ａ_ｋとなり、この信号Ａ_ｋが温度調節器３０から出力さ
れる。

一方、データ分配手段３４０は、入力された時分割多重
信号を各成分に展開して得られるウエハモニタ温度
θ_Ｍ，炉内モニタ温度θ_Ｒおよびウエハ温度θ_Ｗの値
を、コントロールパラメータメモリ３４２および表示器
３７に与えている。このため、表示器３７では、これら
の温度の値を表示することができるとともに、コントロ
ールパラメータメモリ３４２では、これらの温度の値の
うち所定の種類の温度の現在値をその内部に書込むこと
ができる。

Ｂ．実処理前準備の概要この実施例では、実処理ウエハの熱処理を行なう前に、
次の３つの条件設定を行なう（第３図）。

ウエハモニタＲＴＭ８の較正（ステップＳ１０）アイドリング温度の決定（ステップＳ２０）ウォームアップ温度の決定（ステップＳ３０）これらのうち、ウエハモニタＲＴＭ８の較正は、ウエハ
モニタＲＴＭ８で測定したウエハモニタ温度θ_Ｍと、ウ
エハ１上に設けられた熱電対７で測定したウエハ温度θ
_Ｗとが一致するように、アンプ２１のゲインを調整する
操作である。周知のように放射温度計用のアンプには、
被測定物の放射率を設定する目的でゲイン調整用の可変
抵抗器が設けられているため、この可変抵抗器の操作に
よってそのゲインを変えることができる。

アイドリング温度とは、一連の製品用ウエハ（実処理ウ
エハ）の順次の熱処理が中断した時に、炉内モニタ温度
θ_Ｒを保持しておくべき一定の値、すなわち「炉内環境
設定温度」である。アイドリング温度は熱処理の再時間
に再開直後のウエハからその温度制御を再現性良く行な
うために設定するものであり、後述するように、一連の
ウエハの熱処理が順次に行なわれている状況を模擬的に
実現し、その状況下におけるウエハ搬入直前の炉内モニ
タ温度θ_Ｒを測定して決定される。

また、ウォームアップ温度とは、加熱炉３の起動直後の
最初のウエハの搬入前にウエハモニタ温度θ_Ｍを保持し
ておくべき一定の値、すなわち「炉体設定温度」であ
る。ウォームアップ温度は起動直後の最初のウエハから
その温度制御を再現性良く行なうために設定するもので
あり、後述するように、上記アイドリング温度に対応し
て模擬的な熱処理ルーチンから決定される。このウォー
ムアップ温度も、上述したアイドリング温度も、ウエハ
搬入直前の熱処理装置内部の温度を表現したものという
点においては互いに共通した概念の中に入る温度であ
る。

以下では、これらの準備工程について分説する。

Ｃ．ウエハモニタＲＴＭ８の較正ウエハモニタＲＴＭ８の較正手順が第４図に示されてい
る。まず、熱電対７が取付けられたダミーウエハ１が炉
内に搬入される（ステップＳ１１）。次に、第１Ｃ図の
プログラムジェネレータ３４１から、目標温度プロファ
イルに応じた目標温度値が、時間ｔをパラメータとして
出力される。このとき、データ分配手段３４０は、ウエ
ハモニタＲＴＭ８で得られたウエハモニタ温度θ_Ｍを検
出温度Ｔ_ｒとして出力している。また、第１のスイッチ
ング手段３４３はプログラムジェネレータ３４１側を、
第２のスイッチング手段３４６は制御手段３４５側を、
それぞれ選択している。このため、温度調節器３０は、
ウエハモニタ用ＲＴＭ８を用いたクローズドループ制御
によってダミーウエハ１の温度制御を行なう（ステップ
Ｓ１２）。

第２図の標準温度プロファイル（熱処理プログラム）に
従った熱処理が１回完了すると、ダミーウエハ１は炉外
へと搬出される（ステップＳ１３）。そして、実際に製
品ウエハを連続処理する場合において、ひとつの製品ウ
エハの搬出完了時から次の製品ウエハの搬入開始までに
要すると考えられる搬出／搬入間隔に相当する時間だ
け、そのままの状態で待機する（ステップＳ１４）。

上記待機時間が経過した時点で、前回使用したものと同
一のダミーウエハ１を炉内に再び搬入し、ステップＳ１
１〜Ｓ１４を繰返す。このため、ステップＳ１１〜Ｓ１
４が何度も繰返して実行され、実処理と同様の熱処理ル
ーチンが模擬的に実現される。

このようなステップＳ１１〜Ｓ１４の繰返しと並行し
て、ウエハモニタＲＴＭ８の出力であるウエハモニタ温
度θ_Ｍと、熱電対７の出力であるウエハ温度θ_Ｗとが、
表示器３７に表示される（ステップＳ１５）。この表示
器３７における表示内容の例が、第５図に時刻ｔをパラ
メータとして示されている。第５図において、周期Ｔは
１枚のウエハの熱処理に要する時間（ヒーテイング時間
のほか、搬入・搬出・待機時間を含んだもの）に相当し
ており、ステップＳ１１〜Ｓ１４が一巡するために要す
る時間に対応する。また、時刻ｔ_１〜ｔ_５は、次のよう
な時点を示している。

ｔ_１…ウエハ搬入後の加熱開始時点。この時刻ｔ_１から
第２図の標準温度プロファイルに従った温度制御が開始
され、ランプヒータ２が点灯するとともに、それによっ
て、温度θ_Ｍ，θ_Ｗは上昇する。ウエハモニタ温度θ_Ｍ
が熱処理設定温度θ_Ｏ（第２図）になると温度上昇は停
止する。

ｔ_２…この時点で第２図の標準温度プロファイルが立下
り、それによってランプヒータ２が消灯して、温度
θ_Ｍ，θ_Ｗは低下し始める。

ｔ_３…ウエハ搬出時点。ウエハ１が炉外へ搬出される
と、このウエハ１が外気に触れるため、熱電対７から得
られたウエハ温度θ_Ｗの下降率が大きくなる。また、第
１Ａ図のウエハモニタＲＴＭ８は、炉体（石英チュー
ブ）４の壁面４ａ（第１Ａ図）からの放射を直接に受け
るため、ウエハモニタ温度θ_Ｍは一時的に上昇する。

ｔ_４…ウエハ再度搬入時点。ウエハの再度の搬入に伴っ
てウエハモニタＲＴＭ８は（それまで炉外にあった）ダ
ミーウエハ１の表面に対向してその温度を測定すること
になるため、ウエハモニタ温度θ_Ｍは低下する。

ｔ_５…これは、次の熱処理サイクルの開始時点ｔ_１に相
当する。

ところで、ウエハモニタＲＴＭ８には、ウエハ１自体か
らの熱放射のほか、炉体４からの熱放射もウエハ１の裏
面で反射することによって入射するため、ウエハモニタ
ＲＴＭ８の出力がそのままウエハ１の温度を指示してい
るとは限らない。また、ウエハ１の表面の放射率の値に
よっても、ウエハモニタＲＴＭ８の出力がどの温度を指
示しているかという関係が異なるものとなる。

これに対して、熱電対７はウエハ１の温度をかなり正確
に測定していると考えることができる。このため、熱電
対７の出力であるウエハ温度θ_Ｗの指示値と、ウエハモ
ニタＲＴＭ８の出力であるウエハモニタ温度θ_Ｍとの指
示値が熱処理設定温度θ_Ｏにおいて互いに一致するよう
に、アンプ２１のゲイン（放射率設定値）を調整する
（ステップＳ１５）。第５図においては、ウエハモニタ
温度θ_Ｍとウエハ温度θ_Ｗとのそれぞれのピーク値が互
いに一致する状態Ｆ_１が得られるまで、アンプ２１のゲ
インを変化させている。

なお、第５図において、アンプ２１のゲイン調整によっ
て（ウエハモニタ温度θ_Ｍではなく）ウエハ温度θ_Ｗの
ピーク値が各周期ごとに変化しているのは、温度制御ル
ープがθ_Ｍ＝θ_Ｏを維持するように働いているためであ
る。また、ダミーウエハ１の１回の熱処理中に調整（較
正）を行なわずに、熱処理を周期的に繰返しつつ較正を
行なっているのは、製品ウエハの実際の熱処理サイクル
において炉内環境が安定した状態をダミーウエハを用い
て模擬的に実現し、その状態において較正を行なうこと
が望ましいためである。

このようにしてアンプ２１の調整が終了すると、ステッ
プＳ１１〜Ｓ１４の繰返しは停止され、較正処理は完了
する（ステップＳ１６）。これ以後は、熱電対７から得
られるウエハ温度θ_Ｗの値は使用されない。

Ｄ．アイドリング温度の決定次に、アイドリングθ_Ｉの決定プロセスに移る。アイド
リング温度θ_Ｉを決定するにあたっては、ウエハ１とし
てやはりダミーウエハを使用し、第４図のステップＳ１
１〜Ｓ１４と同様の実処理模擬プロセスである第６図の
ステップＳ２１〜Ｓ２４を繰返す。ただし、表示器３７
においては、ウエハモニタ温度θ_Ｍと炉内モニタ温度θ
_Ｒとを表示させている（第７図）。

第７図の模擬的な熱処理繰返しサイクルにおいて、炉内
モニタ温度θ_Ｒのピーク値は徐々に上昇し、漸近的にほ
ぼ一定値となる。これは、起動直後においては炉内温度
が安定しておらず、熱処理を繰返すことによって炉内の
熱的状態が安定するためである。また、時刻ｔ_３におい
てウエハ１を炉外へと搬出するとウエハモニタＲＴＭ８
は炉体４の温度を測定する状態となるが、炉体４の熱的
状態が安定して行くに伴ってこのときの炉体温度θ_Ｂも
また徐々に上昇し、漸近的に一定値に近づいて行く。こ
の様子が第７図中ではピーク包絡線Ｃによって示されて
いる。

第６図のステップＳ２５でウエハモニタ温度θ_Ｍを監視
し、上記炉体温度θ_Ｂの変動が実質的にゼロとなった後
のサイクルにおいて、ウエハ搬入直前（ｔ＝ｔ_５′）の
炉内モニタ温度θ_Ｒの値をアイドリング温度θ_Ｉとして
読取る（ステップＳ２５）。換言すれば、アイドリング
温度θ_Ｉは、ウエハ１の熱処理の周期的繰返しを模擬的
に実現した状態において、炉内の熱的状態が安定した後
のウエハ搬入直前の炉内温度として決定されることにな
る。

ステップＳ２６の処理が終了すると、アイドリング温度
θ_Ｉの値をコントロールパラメータメモリ３４２に記憶
させ、アイドリング温度決定プロセスを完了する（ステ
ップＳ２６）。

Ｅ．ウォームアップ温度の決定ウォームアップ温度θ_ｄの決定ルーチン（第８図）にお
いては、コントロールパラメータメモリ３４２から、ア
イドリング温度θ_Ｉの値を基準温度として読出して第１
のスイッチ手段３４３に出力する。このとき、第１のス
イッチ手段３４３はメモリ３４２側を選択している。ま
た、データ分配手段３４０は、炉内モニタ温度θ_Ｒを検
出温度Ｔ_ｒとして出力している。このため、温度調節器
３０は、アイドリング温度θ_Ｉに基づく加熱炉３のクロ
ーズドループ制御を実行する。ただし、このときには、
ダミーウエハ１は炉内に入れておらず、加熱炉３は被処
理物が存在していない空運転の状態となっている。ま
た、表示器３７には、ウエハモニタ温度θ_Ｍ（ウエハ１
は存在しないため、実際には炉体４の温度）と炉内モニ
タ温度θ_Ｒとが表示されている（第９図）。

アイドリング温度θ_Ｉに基づく温度制御を行なっている
ことにより、炉内モニタ温度θ_Ｒはアイドリング温度θ
_Ｉとなる。そこで、炉内モニタ温度θ_Ｒとウエハモニタ
温度θ_Ｍとが安定した後のウエハモニタ温度θ_Ｍ（炉内
４の温度測定値）の値を、ウォームアップ温度θ_ｄとし
て決定する。このウォームアップ温度θ_ｄの値は、コン
トロールパラメータメモリ３４２に記憶させておく。ア
イドリング温度θ_Ｉがウエハ搬入直前の炉内温度となっ
ていることにより、ウォームアップ温度θ_ｄもまたウエ
ハ搬入直前の炉体温度となっている。

Ｆ．実処理以上の予備工程が完了した後、一連の製品ウエハ（実処
理ウエハ）についての実際の熱処理（周期的かつ順次の
熱処理）を実行する。第１０図にその手順が示されてお
り、第１１図に各温度波形の例が示されている。なお、
この実処理においてはダミーウエハは使用せず、第１Ａ
図のウエハ１が製品用ウエハに相当する。製品ウエハに
は熱電対７は取り付けない。第１１図は参考のためにウ
エハ温度θ_Ｗも記載されているが、これはあくまでウエ
ハ１の実際の温度がどのように変化するかを説明するた
めのものであり、ウエハ温度θ_Ｗが熱電対７で測定され
るということを示しているのではない。

第１０図のステップＳ４１ではまず、製品用ウエハ１を
炉内に入れていない状態でウォームアップを行なう。そ
こではまず、第１Ｃ図の第２のスイッチ手段３４６をコ
ントロールパラメータメモリ３４２側に切換えた状態
で、このコントロールパラメータメモリ３４２にあらか
じめストアさせておいたフルパワー信号を所定期間だけ
出力させる。それによってランプヒータ２は当初の期間
だけ最大電力で点灯し、炉内の温度を速やかに立上げ
る。これに続いて、第１Ｃ図の検出温度Ｔ_ｒとしてウエ
ハモニタ温度θ_Ｍ（実際には、炉体４の温度）を与え、
コントロールパラメータメモリ３４２から第１のスイッ
チ手段３４３を介してウォーミングアップ温度θ_ｄの値
を減算手段３４４へ供給する。この時点では、第２のス
イッチ手段３４６は制御手段３４５側へ切換わる。この
ため、炉体４の温度θ_Ｍがウォームアップ温度θ_ｄに一
致して安定するようになるまで炉内加熱が行なわれる。
第１１図の時刻ｔ₁₀からｔ₁₁までの期間がこのウォーム
アップ期間に相当する。炉内モニタ温度θ_Ｒが上記前半
部分でかなり高い値となっているのは、モニタチップ１
１の熱容量（厳密には、熱容量と表面積との比）が小さ
いためである。

ウォームアップが完了した後、時刻ｔ₁₁で最初の製品ウ
エハ１が炉内に搬入される（ステップＳ４２）。そし
て、この搬入が完了すると、第２図の標準温度プロファ
イルに従った加熱処理プログラムが実行される（ステッ
プＳ４３）。このとき、第１Ｃ図の検出温度Ｔ_ｒとして
はウエハモニタ温度θ_Ｍが使用され、標準温度プロファ
イルとウエハモニタ温度θ_Ｍとを用いたクローズドルー
プ制御となる。その結果、第１１図中の時刻ｔ₁₁からｔ
₁₂までの期間において製品ウエハ１の加熱処理が行なわ
れ、時刻ｔ₁₂において製品ウエハ１が炉外へと搬出され
る（ステップＳ４４）。

次のステップＳ４５では、炉内モニタ温度θ_Ｒをアイド
リング温度θ_Ｉに保つためのアイドリング処理（ステッ
プＳ４５）が実行される。すなわち、検出温度Ｔ_ｒとし
て炉内モニタ温度θ_Ｒが使用され、コントロールパラメ
ータメモリ３４２から読出されたアイドリング温度θ_Ｉ
と、上記炉内モニタ温度θ_Ｒとの偏差に基づくクローズ
ドループ制御が行なわれる。ただし、第１１図では、最
初の熱処理サイクルＨ_１の完了後、次の製品ウエハ１が
炉内に搬入されるまでの期間（時刻ｔ₁₂からｔ₁₃までの
間の期間）があらかじめ想定された基準搬出／搬入間隔
と一致している場合を考えているため、次の理由によっ
て、実質的なアイドリング処理は行なわれない。

すなわち、まず、第７図のアイドリング温度決定プロセ
スでは、一連の製品ウエハの順次熱処理に対応した周期
（基準周期Ｔ）で温度制御を模擬的に実行し、その条件
下でウエハ搬入直前の炉内モニタ温度θ_Ｒをアイドリン
グ温度θ_Ｉとしていることに着目する。このため、第１
１図においても、製品ウエハ１の順次熱処理が基準周期
ごとに行なわれている限り、次の製品ウエハ１の搬入直
前の炉内温度θ_ＲＯはアイドリング温度θ_Ｉとなるはず
であり、アイドリング処理を実質的に行なう必要が生ず
るレベルまでの温度低下は生じないのである。実質的な
アイドリング処理が行なわれる場合の例は後述する。

なお、この実施例では加熱手段のみが設けられており、
強制冷却手段は設けられていないため、炉内モニタ温度
θ_Ｒがアイドリング温度θ_Ｉよりも高い期間ではランプ
ヒータ２が消灯するだけであって、冷却は自然冷却とな
る。それは、基準周期よりも著しく短い周期で実際の熱
処理が繰返されることはないため、炉内温度がアイドリ
ング温度θ_Ｉよりも高い時点で、炉内をアイドリング温
度θ_Ｉにまで急激に冷却しておく必要はないからであ
る。

第１０図に戻って、アイドリング処理の実行を行なって
いる間に、同一の加熱プログラム（標準温度プロファイ
ル）で加熱すべき次の製品用ウエハ１の炉内への搬入が
あると、ステップＳ４７からＳ４３へと戻り、加熱処理
を行なう。このような繰返しは、新たな製品用ウエハ１
が搬入されるごとに周期的かつ順次に実行される。

一方、たとえば製品用ウエハ１の搬入が中断した場合
（第１１図の時刻ｔ₁₄からｔ₁₅までの期間）では、第１
０図のステップＳ４５からＳ４６，Ｓ４７を経てＳ４５
へ戻るループが持続的に機能し、炉内の実質的なアイド
リング処理を実行し続ける。したがってｔ＝ｔ₁₅で次の
製品用ウエハ１の搬入があるまでは、炉内はアイドリン
グ温度θ_Ｉに保たれている。ｔ＝ｔ₁₅で次の製品用ウエ
ハ１が搬入されているとアイドリング処理は解除され
て、そのウエハについての加熱処理が開始される。

なお、製品用ウエハ１についての熱処理プログラムが複
数種類準備されており、ひとつのプログラムから他のプ
ログラムへの変更が行なわれる際には、Ｓ４６からステ
ップＳ４１へと戻って、もう１度ウォームアップ処理か
らルーチンを行なう。

第１１図からもわかるように、この実施例においては、
ウォームアップ処理を行なっているため、起動直後のウ
エハから再現性よく熱処理制御を行なうことができる。
また、一連のウエハの熱処理が中断した際にはアイドリ
ング処理を行なっているため、熱処理再開直後のウエハ
についても温度制御の再現性は高い。

特に、ウォームアップ温度やアイドリング温度が実処理
を模擬的に実現した準備工程を通して決定されているた
め、制御精度は著しく向上する。さらに、製品用ウエハ
とダミーウエハとを同時に炉内に入れるという工程がな
いために、ダミーウエハ専用の支持機構は不要であり、
装置も大型化・複雑化しない。

Ｇ．変形例以上、この発明の一実施例を説明したが、この発明は、
たとえば次のような変形を加えることもできる。

上記実施例では、ウォームアップ温度はウエハモニタ
ＲＴＭ８の測定値から決定され、アイドリング温度は炉
内モニタＲＴＭ１６の測定値から決定されている。しか
しながら、これらの温度を決定する際にはウエハ１は炉
内には存在しないため、双方のＲＴＭ８，１６は、とも
にウエハが存在しないときの炉内の熱的状況を見ている
という点では類似したものがある。このため、ウォーム
アップ温度を炉内モニタＲＴＭ１６の測定値から決定
し、アイドリング温度をウエハモニタＲＴＭ８の測定値
から決定することも可能である。

このような場合においては、たとえば第７図の炉体温度
θ_Ｂが安定した後において、ウエハ搬入直前（ｔ＝
ｔ_５′）でのウエハモニタＲＴＭ８の指示値θ_Ａをアイ
ドリング温度として定義すればよい。また、炉内モニタ
ＲＴＭ１６の測定値からウォーミングアップ温度を定め
るには、炉内モニタＲＴＭ１６で定めたアイドリング温
度をウォームアップ温度として採用してもよい。したが
って、この変形例に従えば、ウエハモニタＲＴＭ８また
は炉内モニタＲＴＭ１６のみを設けておいてもよいこと
になる。ただし、炉内環境は炉内モニタＲＴＭ１６の方
がより精度よく測定できる一方で、実処理におけるウエ
ハ温度はウエハモニタＲＴＭ８の方がより精度よく測定
できるため、上記実施例のような併用が望ましい。

ウエハの加熱処理は、オープンループ制御で行なって
もよい。また、この発明は、半導体ウエハの加熱処理に
限らず、種々の被処理体についての加熱処理に適用可能
である。

（発明の効果）以上説明したように、これらの発明によれば、実処理を
模擬的に実現した準備工程においてウォームアップ温度
やアイドリング温度を決定し、それに基づくウォームア
ップ処理やアイドリング処理を行なうため、起動時や処
理中断後の再開時にも、再現性良く被処理物の熱処理制
御を行なうことができる。

また、使用する装置として格別に複雑な装置を使用しな
くてもよいため、装置の大型化や複雑化も生じない。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図はこの発明の一実施例に使用される熱処理装置
の模式図、第１Ｂ図は第１Ａ図の装置の一部分の模式平断面図、第１Ｃ図は温度調節器３０の内部構成を示すブロック
図、第２図は標準温度プロファイルの例を示す図、第３図は準備工程の概略フローチヤート、第４図はウエハモニタＲＴＭ８の較正工程を示すフロー
チヤート、第５図は較正工程における温度波形図、第６図はアイドリング温度決定工程を示すフローチヤー
ト、第７図はアイドリング温度決定工程における温度波形
図、第８図はウォームアップ温度決定工程を示すフローチヤ
ート、第９図はウォームアップ温度決定工程における温度波形
図、第１０図は実処理の手順を示すフローチヤート、第１１図は実処理時における温度波形図である。１……ウエハ、２……ランプヒータ、３……加熱炉、４……炉体（石英チューブ）、７……熱電対、８……ウエハモニタ放射温度計、１１……モニタチップ、１６……炉内モニタ放射温度計、３０……温度調節器、 θ_Ｍ……ウエハモニタ温度、 θ_Ｒ……炉内モニタ温度、 θ_Ｗ……ウエハ温度、 θ_Ｉ……アイドリング温度、 θ_ｄ……ウォームアップ温度

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱処理装置を用いて一連の被処理物の熱処
理を順次行なうにあたって、前記熱処理の順次の繰返しルーチンを模擬的に行ない、
前記模擬的な繰返しルーチンにおいて前記熱処理装置の
内部の熱的状態が安定した後に、前記被処理物を前記熱
処理装置の内部へ搬入する直前の前記熱処理装置の内部
の温度を放射温度計を用いて測定し、この測定によって
得られた温度に基づいてウォームアップ温度を決定する
準備工程と、前記一連の被処理物についての実際の熱処理を開始する
前に、前記熱処理装置の内部温度が前記ウォームアップ
温度となるようにウォームアップを行なう工程とを実行
することを特徴とする再現性を高めた熱処理制御方法。
【請求項２】熱処理装置を用いて一連の被処理物の熱処
理を周期的かつ順次に行なうにあたって、前記熱処理の周期的かつ順次の繰返しルーチンを模擬的
に行ない、前記模擬的な繰返しルーチンにおいて前記熱
処理装置の内部の熱的状態が安定した後に、前記被処理
物を前記熱処理装置の内部へ搬入する直前の前記熱処理
装置の内部の温度を放射温度計を用いて測定し、この測
定によって得られた温度に基づいてアイドリング温度を
決定する準備工程をあらかじめ実行するとともに、前記一連の被処理物についての実際の熱処理を周期的か
つ順次に行なう際に、前記熱処理装置への前記被処理物
の搬入が中断されたときには、前記搬入が再開されるま
での期間において前記熱処理装置内部を前記アイドリン
グ温度に保つアイドリング処理を行なうことを特徴とす
る、再現性を高めた熱処理制御方法。