JPH07283158A - 熱処理装置およびその温度制御方法 - Google Patents
熱処理装置およびその温度制御方法Info
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- JPH07283158A JPH07283158A JP9695194A JP9695194A JPH07283158A JP H07283158 A JPH07283158 A JP H07283158A JP 9695194 A JP9695194 A JP 9695194A JP 9695194 A JP9695194 A JP 9695194A JP H07283158 A JPH07283158 A JP H07283158A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 被処理体温度と温度センサとの動特性を考慮
することにより、正確かつ迅速な温度制御を行う。 【構成】 本発明によれば、反応炉４内の温度センサ１
９により検出された温度データを基に、ウェハ温度推定
器１８ｂにおいて、予めダミーウェハを用いて一次また
は二次の遅れ系として近似された推定式に基づいて、ウ
ェハ温度が推定される。そしてこの推定値と所望の温度
とが一致するように加熱手段５の出力が調整されるの
で、より正確かつ迅速な温度制御を行うことが可能であ
る。
することにより、正確かつ迅速な温度制御を行う。 【構成】 本発明によれば、反応炉４内の温度センサ１
９により検出された温度データを基に、ウェハ温度推定
器１８ｂにおいて、予めダミーウェハを用いて一次また
は二次の遅れ系として近似された推定式に基づいて、ウ
ェハ温度が推定される。そしてこの推定値と所望の温度
とが一致するように加熱手段５の出力が調整されるの
で、より正確かつ迅速な温度制御を行うことが可能であ
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、熱処理装置およびその
温度制御方法に関する。
温度制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、半導体製造工程においては、
被処理体である半導体ウェハの表面に薄膜や酸化膜を積
層したり、あるいは不純物の拡散を行うためにＣＶＤ装
置、酸化膜形成装置、あるいは拡散装置などが用いられ
ており、最近では、精度の高い処理を行うために、縦型
の熱処理炉が使用されている。この縦型の熱処理炉は、
一般に加熱用の管状炉を垂直に配置し、この管状炉の中
に石英などからなる反応管を（処理室）設け、多数の半
導体ウェハなどの被処理体を水平状態で縦方向に収容し
たボートを適当な昇降装置によって上昇させて上記反応
管内に搬入し、処理室内に導入される適当な反応ガスに
より、酸化膜形成などの所定の熱処理を炉内で実施する
ように構成されている。
被処理体である半導体ウェハの表面に薄膜や酸化膜を積
層したり、あるいは不純物の拡散を行うためにＣＶＤ装
置、酸化膜形成装置、あるいは拡散装置などが用いられ
ており、最近では、精度の高い処理を行うために、縦型
の熱処理炉が使用されている。この縦型の熱処理炉は、
一般に加熱用の管状炉を垂直に配置し、この管状炉の中
に石英などからなる反応管を（処理室）設け、多数の半
導体ウェハなどの被処理体を水平状態で縦方向に収容し
たボートを適当な昇降装置によって上昇させて上記反応
管内に搬入し、処理室内に導入される適当な反応ガスに
より、酸化膜形成などの所定の熱処理を炉内で実施する
ように構成されている。
【０００３】そして、集積回路の高速化、高集積化に伴
って半導体ウェハ表面の処理を高精度で制御する必要が
あるが、そのためには加熱処理時の温度制御の精度を高
めることが重要である。例えば、被処理体である半導体
ウェハを短時間で所定温度例えば５００℃から所定温度
例えば１０００℃まで上昇させるとともに、処理中は所
定温度例えば１０００℃に保持し、処理終了後には再び
短時間で所定温度例えば５００℃まで下降させてやる必
要がある。
って半導体ウェハ表面の処理を高精度で制御する必要が
あるが、そのためには加熱処理時の温度制御の精度を高
めることが重要である。例えば、被処理体である半導体
ウェハを短時間で所定温度例えば５００℃から所定温度
例えば１０００℃まで上昇させるとともに、処理中は所
定温度例えば１０００℃に保持し、処理終了後には再び
短時間で所定温度例えば５００℃まで下降させてやる必
要がある。
【０００４】ところで、従来の縦型加熱炉の構成では、
処理中に被処理体の温度を直接測定することができない
ため、処理室の内部および／または外部に設置された温
度検出手段を利用して、間接的に炉内の温度または被処
理体の温度を推定し、その温度を制御する方法が採用さ
れている。
処理中に被処理体の温度を直接測定することができない
ため、処理室の内部および／または外部に設置された温
度検出手段を利用して、間接的に炉内の温度または被処
理体の温度を推定し、その温度を制御する方法が採用さ
れている。
【０００５】その際に、従来の温度制御方法では、処理
室の内部および／または外部に設置された温度検出手段
により測定された温度データと、被処理体の温度データ
を静的に比較し、設定温度のプロファイルを求め、その
プロファイルに沿って温調手段の出力を制御していた。
室の内部および／または外部に設置された温度検出手段
により測定された温度データと、被処理体の温度データ
を静的に比較し、設定温度のプロファイルを求め、その
プロファイルに沿って温調手段の出力を制御していた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、実際に
は被処理体温度と処理室の内部または外部の温度とは互
いに静特性を維持しながら推移して行く訳ではないの
で、それらの静特性にのみ着目して被処理体温度を推定
し、加熱手段の出力を制御した場合には、実際の被処理
体温度と推定された被処理体温度との間に乖離が生じ、
正確かつ迅速な温度制御を行うことができず問題となっ
ていた。
は被処理体温度と処理室の内部または外部の温度とは互
いに静特性を維持しながら推移して行く訳ではないの
で、それらの静特性にのみ着目して被処理体温度を推定
し、加熱手段の出力を制御した場合には、実際の被処理
体温度と推定された被処理体温度との間に乖離が生じ、
正確かつ迅速な温度制御を行うことができず問題となっ
ていた。
【０００７】本発明は上記のような従来の熱処理装置お
よびその温度制御方法の有する問題点に鑑みてなされた
ものであり、その目的とするところは、被処理体温度と
処理室の内部および／または外部の温度との動特性を考
慮することにより、より正確かつ迅速な処理室内温度ま
たは被処理体温度の制御を行うことが可能な新規かつ改
良された熱処理装置およびその温度制御方法を提供する
ことである。
よびその温度制御方法の有する問題点に鑑みてなされた
ものであり、その目的とするところは、被処理体温度と
処理室の内部および／または外部の温度との動特性を考
慮することにより、より正確かつ迅速な処理室内温度ま
たは被処理体温度の制御を行うことが可能な新規かつ改
良された熱処理装置およびその温度制御方法を提供する
ことである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に記載の発明は、処理室内に配列された被
処理体を、その処理室の外部に設置された温調手段によ
り昇温して、その処理室内に導入された処理ガスにより
熱処理するための熱処理装置において、前記処理室の内
部および／または外部に設置されている温度検出手段か
らの信号に基づいて被処理体の温度を動的に推定する推
定器と、その推定器による推定値に基づいて、前記時系
列データに基づいて前記温調手段の出力を演算し制御す
るための温度制御器とを備えたことを特徴としている。
に、請求項１に記載の発明は、処理室内に配列された被
処理体を、その処理室の外部に設置された温調手段によ
り昇温して、その処理室内に導入された処理ガスにより
熱処理するための熱処理装置において、前記処理室の内
部および／または外部に設置されている温度検出手段か
らの信号に基づいて被処理体の温度を動的に推定する推
定器と、その推定器による推定値に基づいて、前記時系
列データに基づいて前記温調手段の出力を演算し制御す
るための温度制御器とを備えたことを特徴としている。
【０００９】また請求項２に記載のように、上記推定器
により被処理体の温度を推定する場合には、次式を用い
ることが好ましく、
により被処理体の温度を推定する場合には、次式を用い
ることが好ましく、
【００１０】
【数３】
【００１１】ただし、Ｗ（ｎ）：時点ｎにおける被処理
体温度の推定値； Ｔ（ｎ）：時点ｎにおける温度検出手段による測定温
度； ａ0…ａk：測定温度と被処理体温度の動特性を規定する
定数； であり、その際、測定温度と被処理体温度の動特性を規
定する定数（ａ0…ａk）が温度検出手段を備えたダミー
ウェハに対して被処理体と実質的に同一の熱処理を施す
ことにより予め獲得されていることが好ましい。
体温度の推定値； Ｔ（ｎ）：時点ｎにおける温度検出手段による測定温
度； ａ0…ａk：測定温度と被処理体温度の動特性を規定する
定数； であり、その際、測定温度と被処理体温度の動特性を規
定する定数（ａ0…ａk）が温度検出手段を備えたダミー
ウェハに対して被処理体と実質的に同一の熱処理を施す
ことにより予め獲得されていることが好ましい。
【００１２】さらにまた請求項３に記載のように、処理
室を複数の加熱ゾーンに分割した構成の場合には、各加
熱ゾーンごとに対応する推定器と温度制御器とを設けて
温度制御することが好ましい。
室を複数の加熱ゾーンに分割した構成の場合には、各加
熱ゾーンごとに対応する推定器と温度制御器とを設けて
温度制御することが好ましい。
【００１３】さらに請求項４によれば、処理室内に配置
された被処理体を、その処理室の外部に設置された温調
手段により昇温して、ぞの処理室内に導入された処理ガ
スにより熱処理するにあたり、処理室の内部および／ま
たは外部の温度と被処理体温度との動特性を予め獲得
し、その動特性に基づいて実際の被処理体温度を推定
し、その推定値に基づいて前記温調手段の出力を制御す
ることを特徴とする、熱処理装置の温度制御方法が提供
される。
された被処理体を、その処理室の外部に設置された温調
手段により昇温して、ぞの処理室内に導入された処理ガ
スにより熱処理するにあたり、処理室の内部および／ま
たは外部の温度と被処理体温度との動特性を予め獲得
し、その動特性に基づいて実際の被処理体温度を推定
し、その推定値に基づいて前記温調手段の出力を制御す
ることを特徴とする、熱処理装置の温度制御方法が提供
される。
【００１４】そして被処理体温度を推定する場合には、
請求項５に記載のように、次式を用いて推定が行われる
ことが好ましく、
請求項５に記載のように、次式を用いて推定が行われる
ことが好ましく、
【００１５】
【数４】
【００１６】ただし、Ｗ（ｎ）：時点ｎにおける被処理
体温度の推定値； Ｔ（ｎ）：時点ｎにおける温度検出手段による測定温
度； ａ0…ａk：測定温度と被処理体温度の動特性を規定する
定数； であり、その際にも、測定温度と被処理体温度の動特性
を規定する定数（ａ0…ａk）が温度検出手段を備えたダ
ミーウェハに対して被処理体と実質的に同一の熱処理を
施すことにより予め獲得されていることが好ましい。
体温度の推定値； Ｔ（ｎ）：時点ｎにおける温度検出手段による測定温
度； ａ0…ａk：測定温度と被処理体温度の動特性を規定する
定数； であり、その際にも、測定温度と被処理体温度の動特性
を規定する定数（ａ0…ａk）が温度検出手段を備えたダ
ミーウェハに対して被処理体と実質的に同一の熱処理を
施すことにより予め獲得されていることが好ましい。
【００１７】さらにまた請求項６に記載のように、前記
温調手段による加熱領域が複数ゾーンに分割されている
構成の場合には、各ゾーンごとに処理室の内部および／
または外部の温度と被処理体温度との動特性を求め、各
動特性に基づいて実際の被処理体温度を推定し、その推
定値に基づいて各ゾーンに対応する温調手段の出力を制
御することが好ましい。
温調手段による加熱領域が複数ゾーンに分割されている
構成の場合には、各ゾーンごとに処理室の内部および／
または外部の温度と被処理体温度との動特性を求め、各
動特性に基づいて実際の被処理体温度を推定し、その推
定値に基づいて各ゾーンに対応する温調手段の出力を制
御することが好ましい。
【００１８】
【作用】本発明は上記のように構成されているので、以
下に述べるような優れた作用効果を奏することが可能で
ある。すなわち、本発明によれば、処理室の内部および
／または外部温度と被処理体温度との動特性が考慮され
て、被処理体の温度が推定され、その推定値に基づいて
温調手段の出力が調整されるので、実際の被処理体温度
を所望の処理温度により正確かつ迅速に制御することが
できる。
下に述べるような優れた作用効果を奏することが可能で
ある。すなわち、本発明によれば、処理室の内部および
／または外部温度と被処理体温度との動特性が考慮され
て、被処理体の温度が推定され、その推定値に基づいて
温調手段の出力が調整されるので、実際の被処理体温度
を所望の処理温度により正確かつ迅速に制御することが
できる。
【００１９】また、温度検出手段が設置されたダミーウ
ェハを用いて、実際の処理時には知ることのできない被
処理体の温度を求め、その被処理体の温度と処理室の内
部および／または外部温度との動特性を一次あるいは二
次の遅れ系の関数で近似することができるので、より簡
便に被処理体の温度を推定することができる。
ェハを用いて、実際の処理時には知ることのできない被
処理体の温度を求め、その被処理体の温度と処理室の内
部および／または外部温度との動特性を一次あるいは二
次の遅れ系の関数で近似することができるので、より簡
便に被処理体の温度を推定することができる。
【００２０】さらに、複数の加熱ゾーンを有する構成の
場合であっても、各ゾーンごとに被処理体の温度を動的
に推定するので、より均一な処理温度でバッチ式の熱処
理を行うことができる。
場合であっても、各ゾーンごとに被処理体の温度を動的
に推定するので、より均一な処理温度でバッチ式の熱処
理を行うことができる。
【００２１】
【実施例】以下に添付図面を参照しながら本発明に基づ
いて構成された熱処理装置を縦型の減圧ＣＶＤ装置に適
用した一実施例について詳細に説明する。
いて構成された熱処理装置を縦型の減圧ＣＶＤ装置に適
用した一実施例について詳細に説明する。
【００２２】図１に示す減圧ＣＶＤ装置は縦型熱処理炉
として構成され、水平に固定された基台１上に垂直に支
持された断熱性の頂部を有する略円筒形状の管状炉２
と、その管状炉２の内側に所定の間隔３を空けて挿入さ
れた石英などからなる頂部を有する略円筒形状の反応管
４と、上記管状炉２の内周壁に螺旋状に配設された例え
ば抵抗発熱体などのヒータよりなる加熱手段５と、複数
の被処理体、例えば半導体ウェハ（またはダミーウェ
ハ）Ｗを水平状態で垂直方向に多数配列保持することが
可能な石英などからなるウェハボート６と、このウェハ
ボート６を昇降するための昇降機構７とから主要部が構
成されている。
として構成され、水平に固定された基台１上に垂直に支
持された断熱性の頂部を有する略円筒形状の管状炉２
と、その管状炉２の内側に所定の間隔３を空けて挿入さ
れた石英などからなる頂部を有する略円筒形状の反応管
４と、上記管状炉２の内周壁に螺旋状に配設された例え
ば抵抗発熱体などのヒータよりなる加熱手段５と、複数
の被処理体、例えば半導体ウェハ（またはダミーウェ
ハ）Ｗを水平状態で垂直方向に多数配列保持することが
可能な石英などからなるウェハボート６と、このウェハ
ボート６を昇降するための昇降機構７とから主要部が構
成されている。
【００２３】さらに上記管状炉２の底部には上記間隔３
に連通する吸気口８が設置されており、適当なマニホル
ド９を介して接続された給気ファン１０により上記間隔
３内に冷却空気を供給することが可能である。また上記
管状炉２の頂部には同じく上記間隔３に連通する排気口
１１が設置されており、上記間隔３内の空気を排気する
ことが可能なように構成されている。
に連通する吸気口８が設置されており、適当なマニホル
ド９を介して接続された給気ファン１０により上記間隔
３内に冷却空気を供給することが可能である。また上記
管状炉２の頂部には同じく上記間隔３に連通する排気口
１１が設置されており、上記間隔３内の空気を排気する
ことが可能なように構成されている。
【００２４】また上記反応管４の底部には図示しないガ
ス源に流量制御装置を介して接続された反応ガス供給管
路１２が設けられており、上記反応管４の内部の処理室
１３に所定の反応ガスを導入することが可能である。さ
らに上記反応管４の底部には図示しない真空ポンプなど
の排気手段に接続された排気管路１４が接続されてお
り、上記処理室１３内を所定の圧力に真空引きすること
が可能なように構成されている。
ス源に流量制御装置を介して接続された反応ガス供給管
路１２が設けられており、上記反応管４の内部の処理室
１３に所定の反応ガスを導入することが可能である。さ
らに上記反応管４の底部には図示しない真空ポンプなど
の排気手段に接続された排気管路１４が接続されてお
り、上記処理室１３内を所定の圧力に真空引きすること
が可能なように構成されている。
【００２５】また上記ウェハボート６は、半導体ウェハ
（またはダミーウェハ）Ｗを多段状に保持する保持部６
ａの下に保温筒１５を介して蓋体１６を備えており、上
記昇降機構７により上記ウェハボート６を上昇させるこ
とにより、上記蓋体１６が上記反応管４の底部の開口を
気密に封止することが可能なので、処理時には上記処理
室１３内を上記排気管路１４を用いて真空引きし、さら
に上記排気管路１０からの排気を行いつつ上記反応ガス
供給管路１２から所定の反応ガスを上記処理室１３内に
導入することが可能なように構成されている。
（またはダミーウェハ）Ｗを多段状に保持する保持部６
ａの下に保温筒１５を介して蓋体１６を備えており、上
記昇降機構７により上記ウェハボート６を上昇させるこ
とにより、上記蓋体１６が上記反応管４の底部の開口を
気密に封止することが可能なので、処理時には上記処理
室１３内を上記排気管路１４を用いて真空引きし、さら
に上記排気管路１０からの排気を行いつつ上記反応ガス
供給管路１２から所定の反応ガスを上記処理室１３内に
導入することが可能なように構成されている。
【００２６】次に上記のように構成された縦型熱処理炉
の温度制御系について説明する。温度制御系は、半導体
ウェハＷの配列方向に沿って複数（図示の例では上部、
中央部、下部）に分割配置される上部ヒータ５ａ、中央
部ヒータ５ｂおよび下部ヒータ５ｃと、それらのヒータ
の加熱量を制御するための電力変換器１７、たとえばＳ
ＣＲと、その電力変換器１７を制御するための温度制御
部１８とから構成されている。
の温度制御系について説明する。温度制御系は、半導体
ウェハＷの配列方向に沿って複数（図示の例では上部、
中央部、下部）に分割配置される上部ヒータ５ａ、中央
部ヒータ５ｂおよび下部ヒータ５ｃと、それらのヒータ
の加熱量を制御するための電力変換器１７、たとえばＳ
ＣＲと、その電力変換器１７を制御するための温度制御
部１８とから構成されている。
【００２７】そして温度制御部１８は、後述するように
反応管４内の各加熱ゾーンごとに設置される温度センサ
１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、たとえば白金／白金／ロジウ
ムからなるＲタイプの熱電対から送られてくる起電力を
ディジタルの起電力（温度）データに変換するためのＡ
／Ｄ変換器１８ａと、上記温度データから後述する推定
式に基づいてウェハ温度を推定するウェハ温度推定器１
８ｂと、ウェハ温度推定器で推定したウェハ温度を基に
ヒータに対する出力指令値を、たとえばＰＩＤアルゴリ
ズムにより計算する出力計算器１８ｃと、ディジタル値
としてヒータに対する指令値を電力変換器１７の入力仕
様に適合する信号に変換するためのデータ変換器１８ｄ
とから構成されている。
反応管４内の各加熱ゾーンごとに設置される温度センサ
１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、たとえば白金／白金／ロジウ
ムからなるＲタイプの熱電対から送られてくる起電力を
ディジタルの起電力（温度）データに変換するためのＡ
／Ｄ変換器１８ａと、上記温度データから後述する推定
式に基づいてウェハ温度を推定するウェハ温度推定器１
８ｂと、ウェハ温度推定器で推定したウェハ温度を基に
ヒータに対する出力指令値を、たとえばＰＩＤアルゴリ
ズムにより計算する出力計算器１８ｃと、ディジタル値
としてヒータに対する指令値を電力変換器１７の入力仕
様に適合する信号に変換するためのデータ変換器１８ｄ
とから構成されている。
【００２８】なお図示の例では、加熱ゾーンを３つに分
割し、各加熱ゾーンに対して反応管４の内部にそれぞれ
対応する温度センサを設置する構成を採用しているが、
本発明はかかる構成に限定されない。たとえば、単一の
加熱手段により処理室内を加熱する処理装置、あるいは
任意の数のゾーンに分割された処理装置に対しても適用
可能である。また温度センサについても、上記実施例で
は、反応管４内部の各加熱ゾーンに対応して設置してい
るが、本発明はかかる構成に限定されない。たとえば、
反応管４の外部の温度センサを設ける構成を採用するこ
とも可能であり、後述するように、温度センサにより検
出された温度と処理室温度または被処理体温度との動的
関連づけを推定器１８ｂにより行うことが可能であれ
ば、温度センサは任意数を処理室の内部および／または
外部の任意の場所に設置することが可能である。
割し、各加熱ゾーンに対して反応管４の内部にそれぞれ
対応する温度センサを設置する構成を採用しているが、
本発明はかかる構成に限定されない。たとえば、単一の
加熱手段により処理室内を加熱する処理装置、あるいは
任意の数のゾーンに分割された処理装置に対しても適用
可能である。また温度センサについても、上記実施例で
は、反応管４内部の各加熱ゾーンに対応して設置してい
るが、本発明はかかる構成に限定されない。たとえば、
反応管４の外部の温度センサを設ける構成を採用するこ
とも可能であり、後述するように、温度センサにより検
出された温度と処理室温度または被処理体温度との動的
関連づけを推定器１８ｂにより行うことが可能であれ
ば、温度センサは任意数を処理室の内部および／または
外部の任意の場所に設置することが可能である。
【００２９】次に上記のように形成された減圧ＣＶＤ装
置の動作について図１を参照しながら説明する。
置の動作について図１を参照しながら説明する。
【００３０】１．推定式の確定 まず本発明によれば、温度センサが設置されたダミーウ
ェハを各加熱ゾーンごとに設置して、実際の熱処理と同
様の処理を行い、最適なダミーウェハ温度と反応管４内
に設置された温度センサ１９ａ、１９ｂ、１９ｃにより
検出された温度との動的な関係式を求める必要がある。
すなわち、実際の熱処理と同様に、まず管状炉２の内壁
に設置された加熱装置５に電力を印加して、反応管４を
加熱して、その内部温度をたとえば５００℃にまで上昇
させる。ついで蓋体１６を開放して、各加熱ゾーンに対
応する位置にダミーウェハが設置されたウェハボート６
をロードする。このボートロード動作の開始とともに、
反応管４の内部が外気と連通するため、反応管４内の温
度が下降するが、ボートロード動作が終了し蓋体１６が
閉止されることにより、反応管４内の温度は上昇に転
じ、所定時間終了後に再び５００℃に収束する。その
後、さらに処理温度、たとえば６００℃にまで上昇させ
た後、たとえばＳｉＨ4ガスなどの処理ガスが反応ガス
供給管路１２から導入されて、ダミーウェハに対して、
たとえば０．１Ｔｏｒｒの減圧雰囲気でポリシリコンの
成膜処理を行い、所定の熱処理が終了した後、再び蓋体
１６を開放し、ウェハボート６を反応管４から取り出
し、蓋体１６を閉止することにより、一連の動作を終了
する。
ェハを各加熱ゾーンごとに設置して、実際の熱処理と同
様の処理を行い、最適なダミーウェハ温度と反応管４内
に設置された温度センサ１９ａ、１９ｂ、１９ｃにより
検出された温度との動的な関係式を求める必要がある。
すなわち、実際の熱処理と同様に、まず管状炉２の内壁
に設置された加熱装置５に電力を印加して、反応管４を
加熱して、その内部温度をたとえば５００℃にまで上昇
させる。ついで蓋体１６を開放して、各加熱ゾーンに対
応する位置にダミーウェハが設置されたウェハボート６
をロードする。このボートロード動作の開始とともに、
反応管４の内部が外気と連通するため、反応管４内の温
度が下降するが、ボートロード動作が終了し蓋体１６が
閉止されることにより、反応管４内の温度は上昇に転
じ、所定時間終了後に再び５００℃に収束する。その
後、さらに処理温度、たとえば６００℃にまで上昇させ
た後、たとえばＳｉＨ4ガスなどの処理ガスが反応ガス
供給管路１２から導入されて、ダミーウェハに対して、
たとえば０．１Ｔｏｒｒの減圧雰囲気でポリシリコンの
成膜処理を行い、所定の熱処理が終了した後、再び蓋体
１６を開放し、ウェハボート６を反応管４から取り出
し、蓋体１６を閉止することにより、一連の動作を終了
する。
【００３１】そして、本発明によれば、上記熱処理が行
われている間、ダミーウェハに設置された温度検出器に
より、各ゾーンごとにダミーウェハの温度が最適になる
ように各ゾーンの加熱装置５ａ、５ｂ、５ｃの出力が制
御され、その際のダミーウェハの温度と反応管４の内部
温度センサ１９ａ、１９ｂ、１９ｃとの動的関係が、次
の推定式により近似され、ウェハ温度推定器１８ｂに格
納される。
われている間、ダミーウェハに設置された温度検出器に
より、各ゾーンごとにダミーウェハの温度が最適になる
ように各ゾーンの加熱装置５ａ、５ｂ、５ｃの出力が制
御され、その際のダミーウェハの温度と反応管４の内部
温度センサ１９ａ、１９ｂ、１９ｃとの動的関係が、次
の推定式により近似され、ウェハ温度推定器１８ｂに格
納される。
【００３２】
【数５】
【００３３】ただし、Ｗ（ｎ）：時点ｎにおける被処理
体温度の推定値； Ｔ（ｎ）：時点ｎにおける温度検出手段による測定温
度； ａ0…ａk：測定温度と被処理体温度の動特性を規定する
定数；
体温度の推定値； Ｔ（ｎ）：時点ｎにおける温度検出手段による測定温
度； ａ0…ａk：測定温度と被処理体温度の動特性を規定する
定数；
【００３４】２．処理モード 実際に処理を行う場合には、まず管状炉２の内壁に設置
された加熱装置５に電力を印加して、反応管４を加熱し
て、その内部温度をたとえば５００℃にまで上昇させ
る。ついで蓋体１６を開放して、各加熱ゾーンに対応す
る位置に被処理体である半導体ウェハＷが所定枚数設置
されたウェハボート６をロードする。そして、反応管４
内を所定の圧力、たとえば０．１Ｔｏｒｒに減圧した状
態で、処理ガス、たとえばＳｉＨ4ガスなどを反応ガス
供給管路１２から導入することにより、被処理体に所望
のポリシリコンの成膜処理を施すことが可能である。そ
して所定の熱処理が終了した後、処理ガスの供給を停止
し、蓋体１６を開放し、ウェハボート６を反応管４から
取り出し、蓋体１６を閉止することにより、一連の動作
を終了する。
された加熱装置５に電力を印加して、反応管４を加熱し
て、その内部温度をたとえば５００℃にまで上昇させ
る。ついで蓋体１６を開放して、各加熱ゾーンに対応す
る位置に被処理体である半導体ウェハＷが所定枚数設置
されたウェハボート６をロードする。そして、反応管４
内を所定の圧力、たとえば０．１Ｔｏｒｒに減圧した状
態で、処理ガス、たとえばＳｉＨ4ガスなどを反応ガス
供給管路１２から導入することにより、被処理体に所望
のポリシリコンの成膜処理を施すことが可能である。そ
して所定の熱処理が終了した後、処理ガスの供給を停止
し、蓋体１６を開放し、ウェハボート６を反応管４から
取り出し、蓋体１６を閉止することにより、一連の動作
を終了する。
【００３５】上記のような熱処理装置の温度制御を行う
際に、本発明によれば、反応管４内部に設置された温度
センサ１９ａ、１９ｂ、１９ｃにより反応管内部の温度
が監視されており、それらの温度センサ１９ａ、１９
ｂ、１９ｃ、たとえば熱電対の起電力信号がＡ／Ｄ変換
器１８ａにより一定時間間隔の温度データに変換され、
その温度データからウェハ温度推定器１８ｂにおいて、
上記推定式に基づいてウェハ温度が動的に推定される。
そして、上記ウェハ温度推定器１８ｂにおいて推定され
たウェハ温度を基にヒータなどの加熱手段５に対する出
力指令値が、たとえばＰＩＤアルゴリズムを用いて計算
され、さらにディジタル値としてのヒータに対する出力
指令値がＳＣＲなどの電力変換器１７の入力仕様に適合
するようにデータ変換器１８ｄに送られ、そこからの信
号に基づいて電力変換器１７の出力が調整されて、各加
熱ゾーンに対応する加熱手段５ａ、５ｂ、５ｃの出力が
調整される。
際に、本発明によれば、反応管４内部に設置された温度
センサ１９ａ、１９ｂ、１９ｃにより反応管内部の温度
が監視されており、それらの温度センサ１９ａ、１９
ｂ、１９ｃ、たとえば熱電対の起電力信号がＡ／Ｄ変換
器１８ａにより一定時間間隔の温度データに変換され、
その温度データからウェハ温度推定器１８ｂにおいて、
上記推定式に基づいてウェハ温度が動的に推定される。
そして、上記ウェハ温度推定器１８ｂにおいて推定され
たウェハ温度を基にヒータなどの加熱手段５に対する出
力指令値が、たとえばＰＩＤアルゴリズムを用いて計算
され、さらにディジタル値としてのヒータに対する出力
指令値がＳＣＲなどの電力変換器１７の入力仕様に適合
するようにデータ変換器１８ｄに送られ、そこからの信
号に基づいて電力変換器１７の出力が調整されて、各加
熱ゾーンに対応する加熱手段５ａ、５ｂ、５ｃの出力が
調整される。
【００３６】以上のような演算メカニズムを用いて、本
発明によれば、温度センサからの信号を基に各時点のウ
ェハ温度が動的に推定されるので、従来の方法よりも遥
かに正確かつ迅速に所望の温度制御を行うことができ
る。
発明によれば、温度センサからの信号を基に各時点のウ
ェハ温度が動的に推定されるので、従来の方法よりも遥
かに正確かつ迅速に所望の温度制御を行うことができ
る。
【００３７】次に、図２および図３を参照しながら、上
記のように構成され動作する本発明の優れた効果につい
て説明する。たとえば、従来のように温度センサからの
信号により静的にウェハ温度を推定した場合には、図２
に実線で示すランプアップ曲線に沿って昇温させようと
しとときに一点鎖線で示すような温度変化が検出された
場合には、たとえばウェハ温度は点線で示すように検出
温度よりもΔｔ℃だけ高いものと推定され、それに基づ
いて温度制御が行われるが実際には、ウェハ温度は二点
鎖線で示すように遅れ系を示すため、正確かつ迅速な温
度制御を行うことができないのが実状であった。
記のように構成され動作する本発明の優れた効果につい
て説明する。たとえば、従来のように温度センサからの
信号により静的にウェハ温度を推定した場合には、図２
に実線で示すランプアップ曲線に沿って昇温させようと
しとときに一点鎖線で示すような温度変化が検出された
場合には、たとえばウェハ温度は点線で示すように検出
温度よりもΔｔ℃だけ高いものと推定され、それに基づ
いて温度制御が行われるが実際には、ウェハ温度は二点
鎖線で示すように遅れ系を示すため、正確かつ迅速な温
度制御を行うことができないのが実状であった。
【００３８】しかしながら、本発明によれば、図３に実
線で示すようなランプアップ曲線に沿って昇温させよう
としたときに、一点鎖線で示すような温度変化が検出さ
れた場合には、たとえばウェハ温度は点線で示すよう
に、二点鎖線で示したウェハ温度に近い値と推定され、
それに基づいて温度制御が行われるため、より正確かつ
迅速な温度制御を行うことが可能になる。
線で示すようなランプアップ曲線に沿って昇温させよう
としたときに、一点鎖線で示すような温度変化が検出さ
れた場合には、たとえばウェハ温度は点線で示すよう
に、二点鎖線で示したウェハ温度に近い値と推定され、
それに基づいて温度制御が行われるため、より正確かつ
迅速な温度制御を行うことが可能になる。
【００３９】なお以上の実施例においては、バッチ式の
減圧ＣＶＤ装置を例に挙げて本発明を説明したが、本発
明はかかる実施例に限定されず、常圧ＣＶＤ装置、拡散
装置、酸化装置、成膜装置、さらには枚葉式の熱処理装
置に対しても適用することが可能であることは言うまで
もない。
減圧ＣＶＤ装置を例に挙げて本発明を説明したが、本発
明はかかる実施例に限定されず、常圧ＣＶＤ装置、拡散
装置、酸化装置、成膜装置、さらには枚葉式の熱処理装
置に対しても適用することが可能であることは言うまで
もない。
【００４０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
処理室の内部および／または外部温度と被処理体温度と
の動特性が考慮されて、被処理体の温度が推定され、そ
の推定値に基づいて温調手段の出力が調整されるので、
実際の被処理体温度を所望の処理温度により正確かつ迅
速に制御することができる。
処理室の内部および／または外部温度と被処理体温度と
の動特性が考慮されて、被処理体の温度が推定され、そ
の推定値に基づいて温調手段の出力が調整されるので、
実際の被処理体温度を所望の処理温度により正確かつ迅
速に制御することができる。
【００４１】また、温度検出手段が設置されたダミーウ
ェハを用いて、実際の処理時には知ることのできない被
処理体の温度を求め、その被処理体の温度と処理室の内
部および／または外部温度との動特性を一次あるいは二
次の遅れ系の関数で近似することができるので、より簡
便に被処理体の温度を推定することができる。
ェハを用いて、実際の処理時には知ることのできない被
処理体の温度を求め、その被処理体の温度と処理室の内
部および／または外部温度との動特性を一次あるいは二
次の遅れ系の関数で近似することができるので、より簡
便に被処理体の温度を推定することができる。
【００４２】さらに、複数の加熱ゾーンを有する構成の
場合であっても、各ゾーンごとに被処理体の温度を動的
に推定するので、より均一な処理温度でバッチ式の熱処
理を行うことができる。
場合であっても、各ゾーンごとに被処理体の温度を動的
に推定するので、より均一な処理温度でバッチ式の熱処
理を行うことができる。
【図１】本発明に基づいて構成された熱処理装置を縦型
の減圧ＣＶＤ装置に適用した一実施例を示す概略的な断
面図である。
の減圧ＣＶＤ装置に適用した一実施例を示す概略的な断
面図である。
【図２】従来の静的推定方法によるウェハ温度制御の様
子を示す説明図である。
子を示す説明図である。
【図３】本発明に基づく動的推定方法によるウェハ温度
制御の様子を示す説明図である。
制御の様子を示す説明図である。
【符号の説明】 ２ 管状炉 ４ 反応管 ５ 加熱装置 １７ 電力変換器 １８ 温度制御部 １８ａ Ａ／Ｄ変換器 １８ｂ ウェハ温度推定器 １８ｃ 出力計算器 １８ｄ データ変換器
Claims (6)
- 【請求項１】 処理室内に配列された被処理体を、その
処理室の外部に設置された温調手段により昇温して、そ
の処理室内に導入された処理ガスにより熱処理するため
の熱処理装置において、 前記処理室の内部および／または外部に設置されている
温度検出手段からの信号に基づいて被処理体の温度を動
的に推定する推定器と、 その推定器による推定値に基づいて、前記時系列データ
に基づいて前記温調手段の出力を演算し制御するための
温度制御器とを備えたことを特徴とする、熱処理装置。 - 【請求項２】 前記推定器による被処理体の温度の推定
が次式により行われ、 【数１】 ただし、Ｗ（ｎ）：時点ｎにおける被処理体温度の推定
値； Ｔ（ｎ）：時点ｎにおける温度検出手段による測定温
度； ａ0…ａk：測定温度と被処理体温度の動特性を規定する
定数； であり、測定温度と被処理体温度の動特性を規定する定
数（ａ0…ａk）が温度検出手段を備えたダミーウェハに
対して被処理体と実質的に同一の熱処理を施すことによ
り予め獲得されていることを特徴とする、請求項１に記
載の熱処理装置。 - 【請求項３】 前記処理室を複数の加熱ゾーンに分割
し、各加熱ゾーンごとに対応する推定器と温度制御器と
を設けたことを特徴とする、請求項１または２のいずれ
かに記載の熱処理装置。 - 【請求項４】 処理室内に配置された被処理体を、その
処理室の外部に設置された温調手段により昇温して、ぞ
の処理室内に導入された処理ガスにより熱処理するにあ
たり、 処理室の内部および／または外部の温度と被処理体温度
との動特性を予め獲得し、その動特性に基づいて実際の
被処理体温度を推定し、その推定値に基づいて前記温調
手段の出力を制御することを特徴とする、熱処理装置の
温度制御方法。 - 【請求項５】 被処理体温度の推定が次式に基づいて行
われ、 【数２】 ただし、Ｗ（ｎ）：時点ｎにおける被処理体温度の推定
値； Ｔ（ｎ）：時点ｎにおける温度検出手段による測定温
度； ａ0…ａk：測定温度と被処理体温度の動特性を規定する
定数； であり、測定温度と被処理体温度の動特性を規定する定
数（ａ0…ａk）が温度検出手段を備えたダミーウェハに
対して被処理体と実質的に同一の熱処理を施すことによ
り予め獲得されていることを特徴とする、請求項４に記
載の熱処理装置。 - 【請求項６】 前記温調手段による加熱領域が複数ゾー
ンに分割されており、各ゾーンごとに処理室の内部およ
び／または外部の温度と被処理体温度との動特性が求め
られ、各動特性に基づいて実際の被処理体温度が推定さ
れ、その推定値に基づいて各ゾーンに対応する温調手段
の出力が制御されることを特徴とする、請求項４または
５のいずれかに記載の熱処理装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9695194A JPH07283158A (ja) | 1994-04-11 | 1994-04-11 | 熱処理装置およびその温度制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9695194A JPH07283158A (ja) | 1994-04-11 | 1994-04-11 | 熱処理装置およびその温度制御方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07283158A true JPH07283158A (ja) | 1995-10-27 |
Family
ID=14178606
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9695194A Pending JPH07283158A (ja) | 1994-04-11 | 1994-04-11 | 熱処理装置およびその温度制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07283158A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002091574A (ja) * | 2000-09-13 | 2002-03-29 | Tokyo Electron Ltd | バッチ式熱処理装置及びその制御方法 |
| US6730885B2 (en) | 2000-07-06 | 2004-05-04 | Tokyo Electron Limited | Batch type heat treatment system, method for controlling same, and heat treatment method |
| WO2005010970A1 (ja) * | 2003-07-28 | 2005-02-03 | Hitachi Kokusai Electric Inc. | 基板処理装置及び基板処理方法 |
| WO2007083498A1 (ja) * | 2006-01-19 | 2007-07-26 | Yamatake Corporation | 温度推定方法および装置 |
| JP2007521663A (ja) * | 2003-12-10 | 2007-08-02 | アクセリス テクノロジーズ インコーポレーテッド | 動的に予測する熱モデルを用いて、高温のランプ速度で、ウエハの温度を追跡して制御する方法 |
| JP2012209517A (ja) * | 2011-03-30 | 2012-10-25 | Tokyo Electron Ltd | 熱処理制御システムおよび熱処理制御方法 |
-
1994
- 1994-04-11 JP JP9695194A patent/JPH07283158A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6730885B2 (en) | 2000-07-06 | 2004-05-04 | Tokyo Electron Limited | Batch type heat treatment system, method for controlling same, and heat treatment method |
| JP2002091574A (ja) * | 2000-09-13 | 2002-03-29 | Tokyo Electron Ltd | バッチ式熱処理装置及びその制御方法 |
| JP4493192B2 (ja) * | 2000-09-13 | 2010-06-30 | 東京エレクトロン株式会社 | バッチ式熱処理装置及びその制御方法 |
| WO2005010970A1 (ja) * | 2003-07-28 | 2005-02-03 | Hitachi Kokusai Electric Inc. | 基板処理装置及び基板処理方法 |
| US7346273B2 (en) | 2003-07-28 | 2008-03-18 | Hitachi Kokusai Electric Inc | Substrate processing equipment |
| JP2007521663A (ja) * | 2003-12-10 | 2007-08-02 | アクセリス テクノロジーズ インコーポレーテッド | 動的に予測する熱モデルを用いて、高温のランプ速度で、ウエハの温度を追跡して制御する方法 |
| WO2007083498A1 (ja) * | 2006-01-19 | 2007-07-26 | Yamatake Corporation | 温度推定方法および装置 |
| JP2007192661A (ja) * | 2006-01-19 | 2007-08-02 | Yamatake Corp | 温度推定方法および装置 |
| KR101026432B1 (ko) * | 2006-01-19 | 2011-04-07 | 가부시키가이샤 야마다케 | 온도추정방법 및 장치 |
| JP2012209517A (ja) * | 2011-03-30 | 2012-10-25 | Tokyo Electron Ltd | 熱処理制御システムおよび熱処理制御方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20041026 |
|
| A521 | Written amendment |
Effective date: 20041227 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20050524 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050725 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20061031 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |