JPH10154665A - 適応温度コントローラおよび操作方法 - Google Patents
適応温度コントローラおよび操作方法Info
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- JPH10154665A JPH10154665A JP9288999A JP28899997A JPH10154665A JP H10154665 A JPH10154665 A JP H10154665A JP 9288999 A JP9288999 A JP 9288999A JP 28899997 A JP28899997 A JP 28899997A JP H10154665 A JPH10154665 A JP H10154665A
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- controller
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-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B13/00—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
- G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
- G05B13/0205—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric not using a model or a simulator of the controlled system
- G05B13/024—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric not using a model or a simulator of the controlled system in which a parameter or coefficient is automatically adjusted to optimise the performance
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- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Control Of Resistance Heating (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 物体の温度を制御する適応コントローラを提
供すること。 【解決手段】 本発明の適応コントローラには、物体の
温度を測定する温度測定装置が設けられている。コント
ローラはコントローラ積分時定数及びコントローラゲイ
ン定数を有し、加熱装置を制御するために設けられてい
る。調整機構が設けられており、この調整機構はコント
ローラ積分定数及びコントローラゲイン定数を決定し、
コントローラ積分定数及びコントローラゲイン定数は、
物体の現在の温度と物体の所望の温度との差に左右され
る。
供すること。 【解決手段】 本発明の適応コントローラには、物体の
温度を測定する温度測定装置が設けられている。コント
ローラはコントローラ積分時定数及びコントローラゲイ
ン定数を有し、加熱装置を制御するために設けられてい
る。調整機構が設けられており、この調整機構はコント
ローラ積分定数及びコントローラゲイン定数を決定し、
コントローラ積分定数及びコントローラゲイン定数は、
物体の現在の温度と物体の所望の温度との差に左右され
る。
Description
【０００１】
１．発明の分野 本発明は温度コントローラの分野に関し、更に詳細に
は、リアクタ内のウエハの温度を制御するために用いら
れる適応温度コントローラ(adaptive temperature cont
roller)に関する。
は、リアクタ内のウエハの温度を制御するために用いら
れる適応温度コントローラ(adaptive temperature cont
roller)に関する。
【０００２】２．関連技術の説明 半導体装置の製造中には、半導体ウエハ表面に薄膜が度
々形成される。典型的な処理装置１１０を図１に示す。
処理装置１１０には、通常サセプタ１０２が設けられて
いる。そのサセプタはチャンバ１１９内に配置されてお
り、処理されるウエハ又は基板１０４がそのサセプタの
上に置かれる。反応チャンバ１１９の頂部１０６及び底
部１０８は一般的に石英で形成されており、ランプ１２
６からの赤外光及び可視光がチャンバ１１９内に入って
サセプタ１０２及びウエハ１０４を加熱できるようにな
っている。高温計１１４等の温度測定装置が設けられて
おり、ウエハ１０４の温度が測定される。チャンバ１１
９内で起こる反応は極度に温度に依存するので、温度制
御装置は処理装置１１０での重要な構成部材である。
々形成される。典型的な処理装置１１０を図１に示す。
処理装置１１０には、通常サセプタ１０２が設けられて
いる。そのサセプタはチャンバ１１９内に配置されてお
り、処理されるウエハ又は基板１０４がそのサセプタの
上に置かれる。反応チャンバ１１９の頂部１０６及び底
部１０８は一般的に石英で形成されており、ランプ１２
６からの赤外光及び可視光がチャンバ１１９内に入って
サセプタ１０２及びウエハ１０４を加熱できるようにな
っている。高温計１１４等の温度測定装置が設けられて
おり、ウエハ１０４の温度が測定される。チャンバ１１
９内で起こる反応は極度に温度に依存するので、温度制
御装置は処理装置１１０での重要な構成部材である。
【０００３】温度制御装置の機能は、ウエハの温度を最
初の温度（現在の温度ＴP）から処理するための所望の
温度（温度設定値ＴSP）に“ランプ上昇(ramp)”し、温
度設定値を正確に得て処理に亘って維持することであ
る。
初の温度（現在の温度ＴP）から処理するための所望の
温度（温度設定値ＴSP）に“ランプ上昇(ramp)”し、温
度設定値を正確に得て処理に亘って維持することであ
る。
【０００４】温度制御装置は、基本的に、ランプ１２６
等の加熱部材と、高温計１１４等の温度測定装置と、パ
ワーコントローラ１１６と、コンピュータ又は処理手段
１１８とを設けている。コンピュータ１１８はウエハの
現在の温度の値を高温計１１４から受け取って、温度設
定値（ＴSP）をウエハの現在の温度（ＴP）と比較す
る。誤差があった場合（すなわち、ＴSP−ＴP≠０の場
合）、温度制御装置は温度制御アルゴリズムに従って温
度設定値へと働く。温度制御アルゴリズムはパワーコン
トローラ１１６に信号を送りランプ１２６に与えるパワ
ーを増減し、ウエハ１０４の温度を増減又は維持する。
ランプ１１２に供給するパワーを決定するために装置１
１０で一般的に用いられているアルゴリズムは、以下に
示す周知の比例積分微分（ＰＩＤ）アルゴリズムであ
る。
等の加熱部材と、高温計１１４等の温度測定装置と、パ
ワーコントローラ１１６と、コンピュータ又は処理手段
１１８とを設けている。コンピュータ１１８はウエハの
現在の温度の値を高温計１１４から受け取って、温度設
定値（ＴSP）をウエハの現在の温度（ＴP）と比較す
る。誤差があった場合（すなわち、ＴSP−ＴP≠０の場
合）、温度制御装置は温度制御アルゴリズムに従って温
度設定値へと働く。温度制御アルゴリズムはパワーコン
トローラ１１６に信号を送りランプ１２６に与えるパワ
ーを増減し、ウエハ１０４の温度を増減又は維持する。
ランプ１１２に供給するパワーを決定するために装置１
１０で一般的に用いられているアルゴリズムは、以下に
示す周知の比例積分微分（ＰＩＤ）アルゴリズムであ
る。
【０００５】
【数１】 ここで、ＴP＝現在の温度； ε＝温度設定値（ＴSP）−現在の温度（ＴP）； τi＝コントローラ積分時定数； κi＝コントローラゲイン定数； である。コントローラ積分時定数（τi）及びコントロ
ーラゲイン定数（κi）は一定であって、これらの値は
周知の技術で実験的に決定される。どの制御システムの
正確性、速度及び安定性もコントローラパラメータによ
って決定される。温度制御装置１２０の問題は、コント
ローラ積分時定数（τi）及びコントローラゲイン定数
（κi）が一定でないことである。コントローラ積分時
定数（τi）及びコントローラゲイン定数（κi）は温度
設定値（ＴSP）及び誤差（ε）の両方の関数である。す
なわち、コントローラ積分時定数（τi）及びコントロ
ーラゲイン定数（κi）の値はプロセスがどこであるか
（現在の温度ＴP）及びどこにいくのか（温度設定値Ｔ
SP）ということに依存する。コントローラゲイン
（κi）及びコントローラ積分時定数（τi）は常に同じ
値である（すなわち一定に保たれている）ので、現在の
温度又は温度設定値にかかわらず、温度設定値（ＴSP）
を追跡（track)し障害（例えば、パワーの偶発的な振
動）を排除するコントローラの能力は妨害される。
ーラゲイン定数（κi）は一定であって、これらの値は
周知の技術で実験的に決定される。どの制御システムの
正確性、速度及び安定性もコントローラパラメータによ
って決定される。温度制御装置１２０の問題は、コント
ローラ積分時定数（τi）及びコントローラゲイン定数
（κi）が一定でないことである。コントローラ積分時
定数（τi）及びコントローラゲイン定数（κi）は温度
設定値（ＴSP）及び誤差（ε）の両方の関数である。す
なわち、コントローラ積分時定数（τi）及びコントロ
ーラゲイン定数（κi）の値はプロセスがどこであるか
（現在の温度ＴP）及びどこにいくのか（温度設定値Ｔ
SP）ということに依存する。コントローラゲイン
（κi）及びコントローラ積分時定数（τi）は常に同じ
値である（すなわち一定に保たれている）ので、現在の
温度又は温度設定値にかかわらず、温度設定値（ＴSP）
を追跡（track)し障害（例えば、パワーの偶発的な振
動）を排除するコントローラの能力は妨害される。
【０００６】従来のコントローラはコントローラゲイン
定数（κi）及びコントローラ積分時定数（τi）を一定
に保持するので、実際に誤差（ε）及び温度設定値（Ｔ
SP）に極度に依存する場合、プロセス結果は悪影響を受
ける。例えば、従来の制御システムでは、コントローラ
がウエハ温度を最初の温度（例えば室温）からプロセス
が発生する温度（すなわち、温度設定値ＴSP）に”ラン
プ上昇”するのに長くかかるので、ウエハスループット
は実質的に低下する。加えて、温度設定値（ＴSP）を得
て維持する際の不正確性及び不整合性は、堆積膜の膜厚
及びドーピングの均一性を変化させ、歩留りの損失、装
置特性の劣化及び信頼性の問題をもたらす可能性があ
る。従来の温度制御方法論及び装置の欠点は、ウエハサ
イズが３００ｍｍ以上に増加するにつれ増えると予想さ
れる。
定数（κi）及びコントローラ積分時定数（τi）を一定
に保持するので、実際に誤差（ε）及び温度設定値（Ｔ
SP）に極度に依存する場合、プロセス結果は悪影響を受
ける。例えば、従来の制御システムでは、コントローラ
がウエハ温度を最初の温度（例えば室温）からプロセス
が発生する温度（すなわち、温度設定値ＴSP）に”ラン
プ上昇”するのに長くかかるので、ウエハスループット
は実質的に低下する。加えて、温度設定値（ＴSP）を得
て維持する際の不正確性及び不整合性は、堆積膜の膜厚
及びドーピングの均一性を変化させ、歩留りの損失、装
置特性の劣化及び信頼性の問題をもたらす可能性があ
る。従来の温度制御方法論及び装置の欠点は、ウエハサ
イズが３００ｍｍ以上に増加するにつれ増えると予想さ
れる。
【０００７】従って、現況に適合して、より速く且つよ
り信頼できる温度制御を得ることのできる新たな温度制
御の装置及び方法が必要である。
り信頼できる温度制御を得ることのできる新たな温度制
御の装置及び方法が必要である。
【０００８】
【発明の概要】物体の温度を制御する適応温度コントロ
ーラを説明する。本発明の適応温度コントローラには温
度測定装置が設けられ、物体の温度が測定される。コン
トローラ積分時定数及びコントローラゲイン定数を有す
るコントローラが加熱装置を制御するために提供され
る。コントローラ積分時定数及びコントローラゲイン定
数を決定する調整機構が提供される。ここで、コントロ
ーラ積分時定数及びコントローラゲイン定数は、物体の
現在の温度と物体の所望の温度との差及び物体の所望の
温度とに依存するものである。
ーラを説明する。本発明の適応温度コントローラには温
度測定装置が設けられ、物体の温度が測定される。コン
トローラ積分時定数及びコントローラゲイン定数を有す
るコントローラが加熱装置を制御するために提供され
る。コントローラ積分時定数及びコントローラゲイン定
数を決定する調整機構が提供される。ここで、コントロ
ーラ積分時定数及びコントローラゲイン定数は、物体の
現在の温度と物体の所望の温度との差及び物体の所望の
温度とに依存するものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明は、製造プロセスにおいて
物体の温度を制御するための新規な方法及び装置を説明
するものである。以下の説明では、本発明の完全な理解
のために、特定の半導体機器の形状及び制御アルゴリズ
ム等の、多数の特定の細部について説明する。しかし、
本発明はこれらの特定の細部がなくとも実施され得るこ
とは当業者にとって明らかであろう。また、本発明を不
要に不明確にすることのないように、周知の半導体プロ
セス順序及び制御理論については特に詳細には記載しな
い。
物体の温度を制御するための新規な方法及び装置を説明
するものである。以下の説明では、本発明の完全な理解
のために、特定の半導体機器の形状及び制御アルゴリズ
ム等の、多数の特定の細部について説明する。しかし、
本発明はこれらの特定の細部がなくとも実施され得るこ
とは当業者にとって明らかであろう。また、本発明を不
要に不明確にすることのないように、周知の半導体プロ
セス順序及び制御理論については特に詳細には記載しな
い。
【００１０】本発明は、半導体処理装置内の基板又はウ
エハ等の物体の温度を制御するために用いられる新規な
適応コントローラである。このコントローラは、調整機
構を備えており、コントローラゲイン定数及びコントロ
ーラ積分時定数を温度のランプ上昇及び／又はプロセス
に亘って再計算又は変更するので適応的と呼ばれる。コ
ントローラゲイン定数の値及びコントローラ積分時定数
は、物体の現在の温度と物体の所望値（温度設定値の）
とをベースにして常時再計算される。このように、コン
トローラは、温度設定値の変化に対してより良好に応答
することができ、より良好に障害を排除することができ
る。この本発明の適応コントローラによって、ウエハを
プロセス温度にランプ上昇する時間が低減され、ウエハ
スループットが劇的に改善される。更に、本発明の適応
コントローラによって、ウエハ温度がより正確に得られ
且つ維持され、より良い膜質、均一性、及び信頼性が得
られる。
エハ等の物体の温度を制御するために用いられる新規な
適応コントローラである。このコントローラは、調整機
構を備えており、コントローラゲイン定数及びコントロ
ーラ積分時定数を温度のランプ上昇及び／又はプロセス
に亘って再計算又は変更するので適応的と呼ばれる。コ
ントローラゲイン定数の値及びコントローラ積分時定数
は、物体の現在の温度と物体の所望値（温度設定値の）
とをベースにして常時再計算される。このように、コン
トローラは、温度設定値の変化に対してより良好に応答
することができ、より良好に障害を排除することができ
る。この本発明の適応コントローラによって、ウエハを
プロセス温度にランプ上昇する時間が低減され、ウエハ
スループットが劇的に改善される。更に、本発明の適応
コントローラによって、ウエハ温度がより正確に得られ
且つ維持され、より良い膜質、均一性、及び信頼性が得
られる。
【００１１】本発明は、適切な結果を確保するためにウ
エハの温度が正確に制御されなくてはならない図２に示
すような枚葉式ウエハリアクタで使用するのに理想的に
適している。本発明は、図２に示す枚葉式化学気相堆積
リアクタに関して説明されるが、本発明がエッチング装
置、スパッタ装置及びイオン注入装置等の他の半導体処
理装置に等しく適用でき、実際に、物体温度の迅速、正
確、且つ安定な制御が要求されるどの装置においても有
用であることが認識されるであろう。
エハの温度が正確に制御されなくてはならない図２に示
すような枚葉式ウエハリアクタで使用するのに理想的に
適している。本発明は、図２に示す枚葉式化学気相堆積
リアクタに関して説明されるが、本発明がエッチング装
置、スパッタ装置及びイオン注入装置等の他の半導体処
理装置に等しく適用でき、実際に、物体温度の迅速、正
確、且つ安定な制御が要求されるどの装置においても有
用であることが認識されるであろう。
【００１２】本発明の適応コントローラが組込まれてい
る枚葉式化学気相堆積装置の例を図２に示す。図２に示
す枚葉式基板リアクタ２００は、頂部２１２、側壁部２
１４、及び底部２１８を有しており、これらはチャンバ
２１９を画している。このチャンバ２１９の内部には一
枚のウエハ又は基板１００がローディング可能である。
基板又はウエハ１００がペデスタル又はサセプタ２０２
に載置され、モータ（図示せず）によって回転され、基
板１００には時間平均すると円柱対称な環境が提供され
る。サセプタ外接プリヒートリング２２４が側壁部２１
４によって支持され、サセプタ２０２及び基板１００を
包囲している。リフトフィンガ２２３がサセプタ２０２
に形成されている孔（図示せず）を貫通して基板１００
の下側と係合し、この基板１００をサセプタ２０２から
持ち上げる。基板１００及びプリヒートリング２２４
は、リアクタ２００の外部に取り付けられている複数の
高強度ランプ２２６（但しこれらに限定されない）等の
熱源によって加熱される。高強度ランプ２２６は好まし
くはタングステンハロゲンランプで、約１．１ミクロン
（０．１１ｎｍ）の波長の赤外（ＩＲ）光を発生する。
る枚葉式化学気相堆積装置の例を図２に示す。図２に示
す枚葉式基板リアクタ２００は、頂部２１２、側壁部２
１４、及び底部２１８を有しており、これらはチャンバ
２１９を画している。このチャンバ２１９の内部には一
枚のウエハ又は基板１００がローディング可能である。
基板又はウエハ１００がペデスタル又はサセプタ２０２
に載置され、モータ（図示せず）によって回転され、基
板１００には時間平均すると円柱対称な環境が提供され
る。サセプタ外接プリヒートリング２２４が側壁部２１
４によって支持され、サセプタ２０２及び基板１００を
包囲している。リフトフィンガ２２３がサセプタ２０２
に形成されている孔（図示せず）を貫通して基板１００
の下側と係合し、この基板１００をサセプタ２０２から
持ち上げる。基板１００及びプリヒートリング２２４
は、リアクタ２００の外部に取り付けられている複数の
高強度ランプ２２６（但しこれらに限定されない）等の
熱源によって加熱される。高強度ランプ２２６は好まし
くはタングステンハロゲンランプで、約１．１ミクロン
（０．１１ｎｍ）の波長の赤外（ＩＲ）光を発生する。
【００１３】リアクタ２００の頂部２１２及び底部２１
８は実質的に光を透過し、光は外部のランプ２２６から
チャンバ２１９に入り、サセプタ２０２、基板１００及
びプリヒートリング２２４を加熱することができる。頂
部２１２及び底部２１８には石英が用いられる。その理
由は、可視光及びＩＲ波長の光を透過するためと、両面
にかかる高い圧力差を支持することができる相対的に高
強度な材料であるためと、アウトガスの率が少ないため
とである。
８は実質的に光を透過し、光は外部のランプ２２６から
チャンバ２１９に入り、サセプタ２０２、基板１００及
びプリヒートリング２２４を加熱することができる。頂
部２１２及び底部２１８には石英が用いられる。その理
由は、可視光及びＩＲ波長の光を透過するためと、両面
にかかる高い圧力差を支持することができる相対的に高
強度な材料であるためと、アウトガスの率が少ないため
とである。
【００１４】チャンバ２１９は排気口２３２を通してポ
ンプ（図示せず）によって真空排気され、チャンバ２１
９の圧力は大気圧から堆積圧に低減される。堆積中、反
応ガス流はガス流入口２２８から流れ込み、プリヒート
リング２２４を横切り、ここでガスは加熱されて、基板
１００の表面を矢印２３０の方向に横切り、膜を上に堆
積し、排気口２３２を通して出る。ガス流入口２２８は
導管２３４を介して、タンク２３６で示されているガス
供給源に接続されており、このタンク２３６によってガ
スの混合物の一つが提供される。導管２３４、ガス流入
口２２８及び排気口２３２を通るガス濃度及び／又は流
速は、処理の均一性を最適にする濃度プロファイルのプ
ロセスガス流を発生するように選択される。プロファイ
ルの支配的な形は、ガス流入口２２８から入り、プリヒ
ートリング２２４及び基板１００を横切り、排気口２３
２から排出する層流である。半導体処理装置２００に
は、熱源２２６、パワーコントローラ２４０、処理ユニ
ット２４２及び温度測定装置２４４を有する温度制御装
置が設けられている。所望ならば、サセプタ２０２の温
度を測定するための温度測定装置２４６等の更なる温度
測定装置を温度制御装置に設けることもできる。
ンプ（図示せず）によって真空排気され、チャンバ２１
９の圧力は大気圧から堆積圧に低減される。堆積中、反
応ガス流はガス流入口２２８から流れ込み、プリヒート
リング２２４を横切り、ここでガスは加熱されて、基板
１００の表面を矢印２３０の方向に横切り、膜を上に堆
積し、排気口２３２を通して出る。ガス流入口２２８は
導管２３４を介して、タンク２３６で示されているガス
供給源に接続されており、このタンク２３６によってガ
スの混合物の一つが提供される。導管２３４、ガス流入
口２２８及び排気口２３２を通るガス濃度及び／又は流
速は、処理の均一性を最適にする濃度プロファイルのプ
ロセスガス流を発生するように選択される。プロファイ
ルの支配的な形は、ガス流入口２２８から入り、プリヒ
ートリング２２４及び基板１００を横切り、排気口２３
２から排出する層流である。半導体処理装置２００に
は、熱源２２６、パワーコントローラ２４０、処理ユニ
ット２４２及び温度測定装置２４４を有する温度制御装
置が設けられている。所望ならば、サセプタ２０２の温
度を測定するための温度測定装置２４６等の更なる温度
測定装置を温度制御装置に設けることもできる。
【００１５】熱源２２６には、好ましくは、円形配列の
頂部複数ランプ２２６ａと、同様に円形配列の底部複数
ランプ２２６ｂに分けられている複数のランプが設けら
れている。ランプ２２６は、加熱される物体が吸収する
周波数の放射線を発する。この好ましい本発明の実施形
態では、加熱される物体はシリコンウエハである。頂部
ランプ２２６ａは一般的に基板１００及びサセプタの頂
部並びにプリヒートリング２０２の頂部の部分を加熱す
るために配置され、底部ランプ２２６ｂは一般的にサセ
プタ２０２の底部及びプリヒートリング２２４の底部を
加熱するするために配置されている。熱源２２６は一つ
のランプ又は複数のランプである必要はなく、抵抗加熱
又はｒｆ誘導加熱（但しこれらに限定されない）等の他
の熱源であってもよいこと認識されるべきである。
頂部複数ランプ２２６ａと、同様に円形配列の底部複数
ランプ２２６ｂに分けられている複数のランプが設けら
れている。ランプ２２６は、加熱される物体が吸収する
周波数の放射線を発する。この好ましい本発明の実施形
態では、加熱される物体はシリコンウエハである。頂部
ランプ２２６ａは一般的に基板１００及びサセプタの頂
部並びにプリヒートリング２０２の頂部の部分を加熱す
るために配置され、底部ランプ２２６ｂは一般的にサセ
プタ２０２の底部及びプリヒートリング２２４の底部を
加熱するするために配置されている。熱源２２６は一つ
のランプ又は複数のランプである必要はなく、抵抗加熱
又はｒｆ誘導加熱（但しこれらに限定されない）等の他
の熱源であってもよいこと認識されるべきである。
【００１６】パワーがパワーコントローラ２４０から熱
源２２６に提供される。所望であれば、パワーコントロ
ーラ２４０が頂部ランプ列２２６ａ並びに底部ランプ列
及びそれぞれのサブ配列に印加されるパワーを独立して
制御可能なことが好ましい。すなわち、所望であれば、
パワーコントローラ２４０がランプ２２６に印加される
全パワーの異なったパーセンテージを頂部ランプ列２２
６ａ並びに底部ランプ列２２６ｂ及びそれぞれのサブ配
列に提供可能なことが好ましい。
源２２６に提供される。所望であれば、パワーコントロ
ーラ２４０が頂部ランプ列２２６ａ並びに底部ランプ列
及びそれぞれのサブ配列に印加されるパワーを独立して
制御可能なことが好ましい。すなわち、所望であれば、
パワーコントローラ２４０がランプ２２６に印加される
全パワーの異なったパーセンテージを頂部ランプ列２２
６ａ並びに底部ランプ列２２６ｂ及びそれぞれのサブ配
列に提供可能なことが好ましい。
【００１７】コンピュータ等の処理ユニット２４２がパ
ワーコントローラ２４０に連結されており、パワーコン
トローラ２４０に信号を出力して、どのくらいのパワー
をランプ２２６に供給するかを詳細に伝達する。更に処
理ユニット２４２は、基板１００の現在の温度を示す温
度測定装置２４４に連結され、その温度測定装置２４４
から入力信号を受け取る。温度測定装置２４４は好まし
くは高温計で、反応チャンバ２１９の外部に位置し、ウ
エハ１００の放射周波数で放射線を測定する。いかなる
好適な接触温度測定装置（例えば熱電対）又は非接触温
度測定装置（高温計）も温度測定装置２４４として用い
られ得ることが認識されるべきである。
ワーコントローラ２４０に連結されており、パワーコン
トローラ２４０に信号を出力して、どのくらいのパワー
をランプ２２６に供給するかを詳細に伝達する。更に処
理ユニット２４２は、基板１００の現在の温度を示す温
度測定装置２４４に連結され、その温度測定装置２４４
から入力信号を受け取る。温度測定装置２４４は好まし
くは高温計で、反応チャンバ２１９の外部に位置し、ウ
エハ１００の放射周波数で放射線を測定する。いかなる
好適な接触温度測定装置（例えば熱電対）又は非接触温
度測定装置（高温計）も温度測定装置２４４として用い
られ得ることが認識されるべきである。
【００１８】処理ユニット２４２は好ましくはコンピュ
ータで、中央処理装置（ＣＰＵ）と、ＤＲＡＭＳ及びＲ
ＯＭＳ等の揮発性メモリ及び不揮発性メモリと、キーボ
ード及び表示用端末装置等の入力装置及び出力装置とを
有している。実行可能コードの形の適応温度コントロー
ラアルゴリズムが不揮発性メモリに記憶されており、処
理ユニット２４２の中央処理装置によって実行される。
本発明の適応温度コントローラアルゴリズムは半導体処
理装置２００の温度制御装置を管理及び制御する。処理
ユニット２４２は、処理装置及びメモリを有するコンピ
ュータである必要はなく、ハードワイヤードロジック、
プログラマブルロジック装置及びニューラルネットワー
ク等（但しこれらに限定されない）の他の好適な装置で
あってもよいことが認識されるべきである。温度入力を
受け、所定のステップを実行し、パワー出力信号を提供
することができればいかなる装置も処理ユニット２４２
として用いられ得る。
ータで、中央処理装置（ＣＰＵ）と、ＤＲＡＭＳ及びＲ
ＯＭＳ等の揮発性メモリ及び不揮発性メモリと、キーボ
ード及び表示用端末装置等の入力装置及び出力装置とを
有している。実行可能コードの形の適応温度コントロー
ラアルゴリズムが不揮発性メモリに記憶されており、処
理ユニット２４２の中央処理装置によって実行される。
本発明の適応温度コントローラアルゴリズムは半導体処
理装置２００の温度制御装置を管理及び制御する。処理
ユニット２４２は、処理装置及びメモリを有するコンピ
ュータである必要はなく、ハードワイヤードロジック、
プログラマブルロジック装置及びニューラルネットワー
ク等（但しこれらに限定されない）の他の好適な装置で
あってもよいことが認識されるべきである。温度入力を
受け、所定のステップを実行し、パワー出力信号を提供
することができればいかなる装置も処理ユニット２４２
として用いられ得る。
【００１９】本発明の適応温度コントローラアルゴリズ
ムを説明したフローチャート３００を図３に示す。ブロ
ック３０２に明示されているように、第１のステップ
は、温度設定値（ＴSP）を指定するものである。温度設
定値（ＴSP）は、シリコン膜堆積等の特定プロセスを実
行するためのウエハ所望温度である。温度設定値
（ＴSP）は選択され、処理ユニット２４２に入力され
る。
ムを説明したフローチャート３００を図３に示す。ブロ
ック３０２に明示されているように、第１のステップ
は、温度設定値（ＴSP）を指定するものである。温度設
定値（ＴSP）は、シリコン膜堆積等の特定プロセスを実
行するためのウエハ所望温度である。温度設定値
（ＴSP）は選択され、処理ユニット２４２に入力され
る。
【００２０】次に、ブロック３０４に明示されているよ
うに、処理ユニット２４２は、高温計２４４からウエハ
１００の現在の温度（ＴP）を示す測定値を受け取る。
うに、処理ユニット２４２は、高温計２４４からウエハ
１００の現在の温度（ＴP）を示す測定値を受け取る。
【００２１】次に、ブロック３０６に明示されているよ
うに、温度設定値（ＴSP）及び現在の温度（ＴP）との
差が計算される。温度設定値（ＴSP）と現在の温度（Ｔ
P）との差が誤差（ε）として定義される。すなわち、
ε＝ＴSPーＴPである。
うに、温度設定値（ＴSP）及び現在の温度（ＴP）との
差が計算される。温度設定値（ＴSP）と現在の温度（Ｔ
P）との差が誤差（ε）として定義される。すなわち、
ε＝ＴSPーＴPである。
【００２２】次に、ブロック３０８に明示されているよ
うに、コントローラ積分時定数（τi）及びコントロー
ラゲイン定数（κi）が決定される。本発明によると、
コントローラゲイン定数（κi）及びコントローラ積分
時定数（τi）の値は誤差（ε）及び温度設定値
（ＴSP）に依存する。すなわち、コントローラゲイン定
数（κi）及びコントローラ積分時定数（τi）は、誤差
（ε）及び温度設定値（ＴSP）に依存している等式から
計算される。このように、コントローラゲイン定数（κ
i）及びコントローラ積分時定数（τi）は、温度サンプ
ルが得られたときのプロセスの位置により適合し、ある
いはその位置をより反映する。コントローラゲイン定数
（κi）及びコントローラ積分時定数（τi）の温度設定
値（ＴSP）及び誤差（ε）への依存度を決定する好まし
い方法は後に述べる。
うに、コントローラ積分時定数（τi）及びコントロー
ラゲイン定数（κi）が決定される。本発明によると、
コントローラゲイン定数（κi）及びコントローラ積分
時定数（τi）の値は誤差（ε）及び温度設定値
（ＴSP）に依存する。すなわち、コントローラゲイン定
数（κi）及びコントローラ積分時定数（τi）は、誤差
（ε）及び温度設定値（ＴSP）に依存している等式から
計算される。このように、コントローラゲイン定数（κ
i）及びコントローラ積分時定数（τi）は、温度サンプ
ルが得られたときのプロセスの位置により適合し、ある
いはその位置をより反映する。コントローラゲイン定数
（κi）及びコントローラ積分時定数（τi）の温度設定
値（ＴSP）及び誤差（ε）への依存度を決定する好まし
い方法は後に述べる。
【００２３】次に、ブロック３１０に明示されているよ
うに、ランプ２２６に供給されるパワーが計算される。
ブロック３０８で計算されたコントローラ積分時定数
（τi）及びコントローラゲイン定数（κi）の値はラン
プ２２６に供給するパワー量を決定するのに利用され
る。本発明の好ましい実施形態によると、導関数部分が
ゼロにセットされた比例積分微分（ＰＩＤ）アルゴリズ
ムを用いてパワーが計算される。本発明に用いることの
できるＰＩＤアルゴリズムを以下に示す。
うに、ランプ２２６に供給されるパワーが計算される。
ブロック３０８で計算されたコントローラ積分時定数
（τi）及びコントローラゲイン定数（κi）の値はラン
プ２２６に供給するパワー量を決定するのに利用され
る。本発明の好ましい実施形態によると、導関数部分が
ゼロにセットされた比例積分微分（ＰＩＤ）アルゴリズ
ムを用いてパワーが計算される。本発明に用いることの
できるＰＩＤアルゴリズムを以下に示す。
【００２４】
【数２】 ここで、ＴP＝現在の温度； ε＝温度設定値（ＴSP）−現在の温度（ＴP）； τi＝コントローラ積分時定数； κi＝コントローラゲイン定数； である。
【００２５】上記のＰＩＤの式から明らかなように、ラ
ンプ２２６に加えられるパワー量は、コントローラゲイ
ン定数（κi）及びコントローラ積分時定数（τi）に依
存している。
ンプ２２６に加えられるパワー量は、コントローラゲイ
ン定数（κi）及びコントローラ積分時定数（τi）に依
存している。
【００２６】ブロック３１２に明示されているように、
ブロック３１０で計算されたパワーがランプ２２６に加
えられる。ランプは、次にウエハ又は基板１００を加熱
する周波数の放射線を発生する。
ブロック３１０で計算されたパワーがランプ２２６に加
えられる。ランプは、次にウエハ又は基板１００を加熱
する周波数の放射線を発生する。
【００２７】ブロック３１４に明示されているように、
ブロック３０４、３０６、３０８、３１０及び３１２の
ステップは、特定のプロセス（例えば膜堆積又はエッチ
ング）が行われているときに、ウエハ温度が所望の温度
設定値（ＴSP）にランプ上昇するまで継続的に繰り返さ
れる。更に、ブロック３０４〜３１２のステップがプロ
セス（例えば、膜堆積又はエッチング）中に処理中のウ
エハ１００の温度を正確に維持するために継続的に繰り
返される。温度のランプ上昇及びプロセス中に、本発明
の温度制御アルゴリズムは、ブロック３０４〜３１２の
ステップを、少なくとも１０分の１秒に一度、理想的に
は少なくとも１ミリ秒に一度繰り返すのが好ましい。
ブロック３０４、３０６、３０８、３１０及び３１２の
ステップは、特定のプロセス（例えば膜堆積又はエッチ
ング）が行われているときに、ウエハ温度が所望の温度
設定値（ＴSP）にランプ上昇するまで継続的に繰り返さ
れる。更に、ブロック３０４〜３１２のステップがプロ
セス（例えば、膜堆積又はエッチング）中に処理中のウ
エハ１００の温度を正確に維持するために継続的に繰り
返される。温度のランプ上昇及びプロセス中に、本発明
の温度制御アルゴリズムは、ブロック３０４〜３１２の
ステップを、少なくとも１０分の１秒に一度、理想的に
は少なくとも１ミリ秒に一度繰り返すのが好ましい。
【００２８】所望のプロセスが完了すると（所望の膜が
堆積され、エッチングされ、或いは打ち込みがなされる
と）、適応温度コントローラアルゴリズムは、ブロック
３１６に明示されているように終了する。
堆積され、エッチングされ、或いは打ち込みがなされる
と）、適応温度コントローラアルゴリズムは、ブロック
３１６に明示されているように終了する。
【００２９】図４は、本発明の温度制御装置の機能ブロ
ック図４００である。温度設定値（ＴSP）がコントロー
ラに入力される。温度設定値（ＴSP）は加熱されるウエ
ハの所望温度である。コンパレータ４０２は、ウエハの
温度設定値（ＴSP）を温度測定装置４１０によって提供
される現在の温度（ＴP）と比較し、誤差（ε）を計算
する。次に、コンパレータ４０２は誤差（ε）をＰＩＤ
アルゴリズムに送る。ウエハの現在の温度（ＴP）もま
た温度測定装置４１０から調整機構４０６に送られ、調
整機構４０６はコントローラ積分時定数（τi）及びコ
ントローラゲイン定数（κi）を、温度設定値（ＴSP）
及び誤差（ε）（すなわち、ウエハの現在の温度
（ＴP）と、ウエハの所望の温度との差）をベースにし
て計算する。調整機構４０６は計算されたコントローラ
積分時定数（τi）及び計算されたコントローラゲイン
定数（κi）をＰＩＤアルゴリズム４０４に提供する。
ＰＩＤアルゴリズム４０４は次に、ランプ４０８に印加
されるパワーを、誤差（ε）、温度設定値（ＴSP）、計
算されたコントローラゲイン定数（κi）及び計算され
たコントローラ積分時定数（τi）をベースにして計算
する。計算されたパワーはランプ４０８に印加されて、
次にウエハ１００が加熱される。
ック図４００である。温度設定値（ＴSP）がコントロー
ラに入力される。温度設定値（ＴSP）は加熱されるウエ
ハの所望温度である。コンパレータ４０２は、ウエハの
温度設定値（ＴSP）を温度測定装置４１０によって提供
される現在の温度（ＴP）と比較し、誤差（ε）を計算
する。次に、コンパレータ４０２は誤差（ε）をＰＩＤ
アルゴリズムに送る。ウエハの現在の温度（ＴP）もま
た温度測定装置４１０から調整機構４０６に送られ、調
整機構４０６はコントローラ積分時定数（τi）及びコ
ントローラゲイン定数（κi）を、温度設定値（ＴSP）
及び誤差（ε）（すなわち、ウエハの現在の温度
（ＴP）と、ウエハの所望の温度との差）をベースにし
て計算する。調整機構４０６は計算されたコントローラ
積分時定数（τi）及び計算されたコントローラゲイン
定数（κi）をＰＩＤアルゴリズム４０４に提供する。
ＰＩＤアルゴリズム４０４は次に、ランプ４０８に印加
されるパワーを、誤差（ε）、温度設定値（ＴSP）、計
算されたコントローラゲイン定数（κi）及び計算され
たコントローラ積分時定数（τi）をベースにして計算
する。計算されたパワーはランプ４０８に印加されて、
次にウエハ１００が加熱される。
【００３０】本発明の適応温度コントローラアルゴリズ
ムが、コントローラ積分時定数（τi）及びコントロー
ラゲイン定数（κi）を再計算及び調整を継続的に行う
ので、温度制御装置が現在の状態に対して最適化され
る。すなわち、コントローラ積分時定数（τi）及びコ
ントローラ積分時定数（τi）は、温度サンプルが取ら
れる度に再計算され、より良く温度設定値（ＴSP）と現
在の温度（ＴP）との差を反映する。連続的にコントロ
ーラ積分時定数（τi）及びコントローラゲイン定数
（κi）を再計算するので、温度測定装置のコントロー
ラ積分時定数（τi）及びコントローラゲイン定数（κ
ｉ）に対して設定値を利用した制御システムよりも正確
性、速度、安定性が改善される。本発明の適応温度コン
トローラアルゴリズムを利用すると、ウエハのランプ上
昇時間（すなわち、ウエハを当初の室温から処理温度に
もっていくのに必要な時間）が実質的に減少され、これ
は次に、ウエハスループットを劇的に改善する。更に、
本発明の適応温度コントローラアルゴリズムを用いる
と、温度設定値（ＴSP）がより正確に達成し且つ維持す
ることができ、これによってウエハ間のプロセス均一性
及び信頼性が改善される。
ムが、コントローラ積分時定数（τi）及びコントロー
ラゲイン定数（κi）を再計算及び調整を継続的に行う
ので、温度制御装置が現在の状態に対して最適化され
る。すなわち、コントローラ積分時定数（τi）及びコ
ントローラ積分時定数（τi）は、温度サンプルが取ら
れる度に再計算され、より良く温度設定値（ＴSP）と現
在の温度（ＴP）との差を反映する。連続的にコントロ
ーラ積分時定数（τi）及びコントローラゲイン定数
（κi）を再計算するので、温度測定装置のコントロー
ラ積分時定数（τi）及びコントローラゲイン定数（κ
ｉ）に対して設定値を利用した制御システムよりも正確
性、速度、安定性が改善される。本発明の適応温度コン
トローラアルゴリズムを利用すると、ウエハのランプ上
昇時間（すなわち、ウエハを当初の室温から処理温度に
もっていくのに必要な時間）が実質的に減少され、これ
は次に、ウエハスループットを劇的に改善する。更に、
本発明の適応温度コントローラアルゴリズムを用いる
と、温度設定値（ＴSP）がより正確に達成し且つ維持す
ることができ、これによってウエハ間のプロセス均一性
及び信頼性が改善される。
【００３１】コントローラゲイン定数（κi）を誤差
（ε）及び温度設定値（ＴSP）の関数として決定する好
ましい方法、及びコントローラ積分時定数（τi）を誤
差（ε）及び温度設定値（ＴSP）の関数として決定する
好ましい方法を図５のフローチャート５００に示す。
（ε）及び温度設定値（ＴSP）の関数として決定する好
ましい方法、及びコントローラ積分時定数（τi）を誤
差（ε）及び温度設定値（ＴSP）の関数として決定する
好ましい方法を図５のフローチャート５００に示す。
【００３２】ブロック５０２に明示されているように、
明示された第１のステップではコントローラゲイン定数
（κi）をプロセス時定数（τp）及びプロセスゲイン定
数（κp）の関数として定め、コントローラ積分時定数
（τi）をプロセス時定数（τp）及びプロセスゲイン定
数（κp）の関数として定める。プロセス時定数（τp）
はプロセスに対する“特性時間”として定められる。こ
れはプロセスが６７％完了した時間である。プロセスゲ
イン定数（κp）は、入力の変化を越える出力の変化と
して定められる。リアクタ２００において、プロセスゲ
イン定数（κp）は温度の変化であり、パワーの変化か
らもたらされるものである（すなわち、κp＝ΔＴemp／
ΔＰ）。
明示された第１のステップではコントローラゲイン定数
（κi）をプロセス時定数（τp）及びプロセスゲイン定
数（κp）の関数として定め、コントローラ積分時定数
（τi）をプロセス時定数（τp）及びプロセスゲイン定
数（κp）の関数として定める。プロセス時定数（τp）
はプロセスに対する“特性時間”として定められる。こ
れはプロセスが６７％完了した時間である。プロセスゲ
イン定数（κp）は、入力の変化を越える出力の変化と
して定められる。リアクタ２００において、プロセスゲ
イン定数（κp）は温度の変化であり、パワーの変化か
らもたらされるものである（すなわち、κp＝ΔＴemp／
ΔＰ）。
【００３３】制御理論から、ＰＩコントローラ（導関数
がゼロにセットされているＰＩＤコントローラ）と連結
されている第１の命令プロセスによって、理論的な第２
の命令プロセスがもたらされる。ラプラス変換によって
特性式τ2Ｓ2＋２ζτＳ＋１がもたらされる。ここでτ
は時定数であり、ζは減衰率である。τ及びζは次に解
かれて、以下の様になる。
がゼロにセットされているＰＩＤコントローラ）と連結
されている第１の命令プロセスによって、理論的な第２
の命令プロセスがもたらされる。ラプラス変換によって
特性式τ2Ｓ2＋２ζτＳ＋１がもたらされる。ここでτ
は時定数であり、ζは減衰率である。τ及びζは次に解
かれて、以下の様になる。
【００３４】
【数３】
【数４】 ここで、τ及びζの値は温度制御システムの時間応答を
最適化するように選択される。τ及びζの通常の値は、
以下に示すような第１の命令の時間応答式に入力され得
る。
最適化するように選択される。τ及びζの通常の値は、
以下に示すような第１の命令の時間応答式に入力され得
る。
【００３５】
【数５】 そして図６の（ａ）に示すように曲線族が描かれる。こ
れらの曲線から最適化されたτ及びζが得られる。τ及
びζの好適な値は、オーバーシュートが少なく、設定値
に迅速に近付く。τ及びζの値を最適化するのに実験が
用いられる。図６の（ａ）に示されているシュミレーシ
ョンに好適な値はτ＝３．０、ζ＝０．７である。式
（２）及び式（３）は、コントローラ積分時定数
（τi）及びコントローラゲイン定数（κi）のそれぞれ
に対して解かれることができ、以下の関係になる。
れらの曲線から最適化されたτ及びζが得られる。τ及
びζの好適な値は、オーバーシュートが少なく、設定値
に迅速に近付く。τ及びζの値を最適化するのに実験が
用いられる。図６の（ａ）に示されているシュミレーシ
ョンに好適な値はτ＝３．０、ζ＝０．７である。式
（２）及び式（３）は、コントローラ積分時定数
（τi）及びコントローラゲイン定数（κi）のそれぞれ
に対して解かれることができ、以下の関係になる。
【００３６】
【数６】
【数７】 次に、ブロック５０４に明示されているように、プロセ
ス時定数（τp）が温度設定値（ＴSP）及び誤差（ε）
に関して定められる。プロセス時定数（τp）の温度設
定値（ＴSP）及び誤差（ε）への依存度は、複数の“ス
テップテスト”から得られたデータを用いて決定され
る。所望であれば、パルス応答のフーリエ解析等（但し
これに限定されない）の他の方法を、決定するプロセス
時定数（τp）の温度設定値（ＴSP）及び誤差（ε）へ
の依存度を決定するために使用することができることは
認識されるべきである。
ス時定数（τp）が温度設定値（ＴSP）及び誤差（ε）
に関して定められる。プロセス時定数（τp）の温度設
定値（ＴSP）及び誤差（ε）への依存度は、複数の“ス
テップテスト”から得られたデータを用いて決定され
る。所望であれば、パルス応答のフーリエ解析等（但し
これに限定されない）の他の方法を、決定するプロセス
時定数（τp）の温度設定値（ＴSP）及び誤差（ε）へ
の依存度を決定するために使用することができることは
認識されるべきである。
【００３７】ステップテストでは、パワーステップを現
在安定状態温度にあるリアクタに適用し、パワーステッ
プによる全時間に亘る温度変化を記録する。パワーステ
ップテストの例を、図６の（ｂ）に説明する。最初の全
パワー（１２キロワット）がランプ２２６に印加されて
所定の時間（約５分）維持され、基板１００が安定状態
温度（約７２５℃）を達成することができる。安定状態
の後、パワーステップ（１０ｋｗ；１２ｋｗ〜２２ｋ
ｗ）がランプ２２６に適用され、もう１度安定状態温度
（９１０℃）を達成するまでの時間に亘ってウエハ温度
の変化が記録される。プロセス時定数（τp）は次に、
プロセスが第１の命令である（すなわち、式Ｔ＝１−ｅ
t／Ｔの関数に従う。ここでＴは温度であり、ｔはタイ
ムステップである）と仮定することによって計算され
る。多くのステップテストが、パワーステップ（ΔＰ）
及びエンディングパワー（Ｐ）を変化させて行われる。
各ステップテストの平均プロセス時定数（τp）、エン
ディングパワー（Ｐ）及びパワー内の変化（ΔＰ）が記
録され、エクセル統計プログラム(Excel Statistic pro
gram)等の統計プログラムに入力され、パワー内の変化
ΔＰ及びエンディングパワー（Ｐ）のプロセス時定数
（τp）への依存度が決定される。パワーの変化（Δ
Ｐ）及びエンディングパワー（Ｐ）の関数としてのプロ
セス時定数（τp）の例を以下に示す。
在安定状態温度にあるリアクタに適用し、パワーステッ
プによる全時間に亘る温度変化を記録する。パワーステ
ップテストの例を、図６の（ｂ）に説明する。最初の全
パワー（１２キロワット）がランプ２２６に印加されて
所定の時間（約５分）維持され、基板１００が安定状態
温度（約７２５℃）を達成することができる。安定状態
の後、パワーステップ（１０ｋｗ；１２ｋｗ〜２２ｋ
ｗ）がランプ２２６に適用され、もう１度安定状態温度
（９１０℃）を達成するまでの時間に亘ってウエハ温度
の変化が記録される。プロセス時定数（τp）は次に、
プロセスが第１の命令である（すなわち、式Ｔ＝１−ｅ
t／Ｔの関数に従う。ここでＴは温度であり、ｔはタイ
ムステップである）と仮定することによって計算され
る。多くのステップテストが、パワーステップ（ΔＰ）
及びエンディングパワー（Ｐ）を変化させて行われる。
各ステップテストの平均プロセス時定数（τp）、エン
ディングパワー（Ｐ）及びパワー内の変化（ΔＰ）が記
録され、エクセル統計プログラム(Excel Statistic pro
gram)等の統計プログラムに入力され、パワー内の変化
ΔＰ及びエンディングパワー（Ｐ）のプロセス時定数
（τp）への依存度が決定される。パワーの変化（Δ
Ｐ）及びエンディングパワー（Ｐ）の関数としてのプロ
セス時定数（τp）の例を以下に示す。
【００３８】
【数８】 次に、単純なパワー対温度校正曲線がパワーを温度に変
換するために用いられ、誤差（ε）である温度の変化
（ΔＴ）及び温度設定値（ＴSP）であるエンディング温
度Ｔの項でプロセス時定数（τp）の関係が与えられ
る。パワー対温度校正曲線の例を図６の（ｃ）に示す。
パワー対温度校正曲線は全パワーをランプ２２６に印加
し、その結果の基板１００の安定状態温度を記録するこ
とによって作成される。全パワーの複数の異なった量の
（少なくとも１０の）がランプ２２６に加えられ、好適
なパワー対温度校正曲線が得られる。
換するために用いられ、誤差（ε）である温度の変化
（ΔＴ）及び温度設定値（ＴSP）であるエンディング温
度Ｔの項でプロセス時定数（τp）の関係が与えられ
る。パワー対温度校正曲線の例を図６の（ｃ）に示す。
パワー対温度校正曲線は全パワーをランプ２２６に印加
し、その結果の基板１００の安定状態温度を記録するこ
とによって作成される。全パワーの複数の異なった量の
（少なくとも１０の）がランプ２２６に加えられ、好適
なパワー対温度校正曲線が得られる。
【００３９】次に、ブロック５０６に示されているよう
に、コントローラゲイン定数（κi）及びコントローラ
ゲイン定数（κi）が誤差（ε）及び温度設定値
（ＴSP）の関数として定められる。すなわち、プロセス
時定数（τp）は誤差（ε）及び温度設定値（ＴSP）の
関数として表わされるので、ステップ５０４からのプロ
セス時定数（τp）の等式を、コントローラゲイン定数
（κi）の式（式６）及びコントローラ積分時定数
（τi）の式（式５）に変えて用いて、もって誤差
（ε）及び温度設定値（ＴSP）の関数としてコントロー
ラ積分時定数（τi）及びコントローラゲイン定数
（κi）を得ることができる。加えて、図６の（ｃ）の
パワー対温度校正曲線はプロセスゲイン定数（κp）を
定める。２つの式（式５及び式６）は２つの未知数を有
しているので、コントローラ積分時定数（τi）及びコ
ントローラゲイン定数（κi）は誤差（ε）及び温度設
定値（ＴSP）に依存した値によって計算され得る。
に、コントローラゲイン定数（κi）及びコントローラ
ゲイン定数（κi）が誤差（ε）及び温度設定値
（ＴSP）の関数として定められる。すなわち、プロセス
時定数（τp）は誤差（ε）及び温度設定値（ＴSP）の
関数として表わされるので、ステップ５０４からのプロ
セス時定数（τp）の等式を、コントローラゲイン定数
（κi）の式（式６）及びコントローラ積分時定数
（τi）の式（式５）に変えて用いて、もって誤差
（ε）及び温度設定値（ＴSP）の関数としてコントロー
ラ積分時定数（τi）及びコントローラゲイン定数
（κi）を得ることができる。加えて、図６の（ｃ）の
パワー対温度校正曲線はプロセスゲイン定数（κp）を
定める。２つの式（式５及び式６）は２つの未知数を有
しているので、コントローラ積分時定数（τi）及びコ
ントローラゲイン定数（κi）は誤差（ε）及び温度設
定値（ＴSP）に依存した値によって計算され得る。
【００４０】図５に関して説明されている上述の方法
は、コントローラゲイン定数（κi）及びコントローラ
積分時定数（τi）を誤差（ε）及び温度設定値
（ＴSP）の関数として得るために好ましい方法である
が、所望であればその関係を定めるのに他の好適な方法
も用いられ得ることが認識されるべきである。
は、コントローラゲイン定数（κi）及びコントローラ
積分時定数（τi）を誤差（ε）及び温度設定値
（ＴSP）の関数として得るために好ましい方法である
が、所望であればその関係を定めるのに他の好適な方法
も用いられ得ることが認識されるべきである。
【００４１】本発明は、ウエハ温度を直接測定すること
によってウエハの温度を制御をすることに関して記載さ
れ、説明されたことが認識されるべきである。サセプタ
の温度を代わりに測定し、ウエハの温度をサセプタの温
度から推測することが望ましいこともあるであろう（安
定状態でウエハ及びサセプタは同じ温度を有するはずで
ある）。このような場合に、コントローラ積分時定数
（τi）及びプロセスゲイン定数（κp）を決定する方法
論は、サセプタの温度がウエハの温度と対照的にモニタ
される以外は同じであろう。炭化珪素であるサセプタの
放射周波数の放射線を検出することができる高温計等の
温度モニタ装置２４６が基本的に設けられているであろ
う。
によってウエハの温度を制御をすることに関して記載さ
れ、説明されたことが認識されるべきである。サセプタ
の温度を代わりに測定し、ウエハの温度をサセプタの温
度から推測することが望ましいこともあるであろう（安
定状態でウエハ及びサセプタは同じ温度を有するはずで
ある）。このような場合に、コントローラ積分時定数
（τi）及びプロセスゲイン定数（κp）を決定する方法
論は、サセプタの温度がウエハの温度と対照的にモニタ
される以外は同じであろう。炭化珪素であるサセプタの
放射周波数の放射線を検出することができる高温計等の
温度モニタ装置２４６が基本的に設けられているであろ
う。
【００４２】加えて、頂部ランプ列２２６ａ及び底部ラ
ンプ列２２６ｂに印加されるパワーを独立して制御し、
ウエハ１００及びサセプタ２０２の温度を、温度のラン
プ上昇中により良好に制御することが望ましいこともあ
るであろう（ウエハ１００が基本的にサセプタ２０２よ
りサーマルマス(thermal mass)が少なく、一般的にサセ
プタ２０２より速い速度で加熱されることが認識される
べきである）。このような場合、サセプタ及びウエハに
対して異なるコントローラ積分時定数（τi）及びコン
トローラゲイン定数（κi）を計算することが望まし
い。この方法で、ウエハ及びサセプタの両温度は正確に
制御され、維持されることができ、優れた処理結果が達
成される。
ンプ列２２６ｂに印加されるパワーを独立して制御し、
ウエハ１００及びサセプタ２０２の温度を、温度のラン
プ上昇中により良好に制御することが望ましいこともあ
るであろう（ウエハ１００が基本的にサセプタ２０２よ
りサーマルマス(thermal mass)が少なく、一般的にサセ
プタ２０２より速い速度で加熱されることが認識される
べきである）。このような場合、サセプタ及びウエハに
対して異なるコントローラ積分時定数（τi）及びコン
トローラゲイン定数（κi）を計算することが望まし
い。この方法で、ウエハ及びサセプタの両温度は正確に
制御され、維持されることができ、優れた処理結果が達
成される。
【００４３】以上、プロセススループット、均一性及び
信頼性を改善する適応温度コントローラを説明した。
信頼性を改善する適応温度コントローラを説明した。
【図１】従来の半導体処理装置を示す図である。
【図２】本発明の半導体処理装置を示す図である。
【図３】本発明の適応温度コントローラアルゴリズムを
示したフローチャートである。
示したフローチャートである。
【図４】本発明の適応温度コントローラアルゴリズムの
ブロック図である。
ブロック図である。
【図５】コントローラ積分時定数及びコントローラゲイ
ン定数の、誤差及び温度設定値への依存度を決定する方
法を詳細に示したフローチャートである。
ン定数の、誤差及び温度設定値への依存度を決定する方
法を詳細に示したフローチャートである。
【図６】（ａ）は様々な時間応答のシュミレーションを
示したグラフであり、（ｂ）はステップテストを示した
グラフであり、（ｃ）はパワー対温度の校正曲線であ
る。
示したグラフであり、（ｂ）はステップテストを示した
グラフであり、（ｃ）はパワー対温度の校正曲線であ
る。
フロントページの続き (72)発明者 ブライアン エム． クーパー アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サンタ クララ， ベアード アヴェニュ ー 776 (72)発明者 キンバリー イー． クリンク アメリカ合衆国， カリフォルニア州， クパティノ， アルパイン ドライヴ 10384， ナンバー３
Claims (13)
- 【請求項１】 装置内の物体の温度を制御する方法であ
って、 現在の温度を有する前記物体に対して所望の温度を設定
するステップと、 前記物体の前記現在の温度及び前記物体の前記所望の温
度に依存するコントローラ積分時定数及びコントローラ
ゲイン定数を提供するステップと、 前記物体に与えられる熱の量を制御するために前記コン
トローラ積分時定数及び前記コントローラゲイン定数を
利用するステップと、を備える方法。 - 【請求項２】 前記物体に与えられる前記熱の量を、複
数のランプに供給されるパワーを制御することによって
制御する請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】 比例積分微分アルゴリズムを前記コント
ローラ積分時定数及び前記コントローラゲイン定数と共
に利用し、前記熱源に加えられる前記パワー量を決定す
る請求項２に記載の方法。 - 【請求項４】 半導体処理装置内の物体の温度を制御す
る方法であって、 （ａ）前記に対しての所望のプロセス温度を提供するス
テップと、 （ｂ）第１のコントローラ積分時定数及び第１のコント
ローラゲイン定数に依存する第１のパワー量を熱源に加
えるステップと、 （ｃ）前記物体の現在の温度を測定するステップと、 （ｄ）前記物体の前記現在の温度と前記物体の前記所望
のプロセス温度との差を決定するステップと、 （ｅ）新たなコントローラ積分時定数及び新たなコント
ローラゲイン定数を決定するステップと、 （ｆ）前記新たなコントローラ積分時定数及び新たなコ
ントローラゲイン定数をベースにして、前記熱源に加え
られる新たなパワー量を決定するステップと、 （ｇ）前記新たなパワー量を前記熱源に加えるステップ
と、を備える方法。 - 【請求項５】 前記新たなコントローラ積分時定数が前
記現在の温度と前記所望のプロセス温度との前記差及び
前記所望のプロセス温度に依存する請求項４に記載の方
法。 - 【請求項６】 前記新たなパワー量の前記決定するステ
ップを、比例積分微分（ＰＩＤ）アルゴリズム利用して
決定する請求項４に記載の方法。 - 【請求項７】 前記（ｃ），（ｄ），（ｅ），（ｆ）及
び（ｇ）のステップを複数回繰り返すステップを更に含
む請求項４に記載の方法。 - 【請求項８】 前記複数のステップを、少なくとも１／
１０秒に一度繰り返す請求項７に記載の方法。 - 【請求項９】 物体の温度を測定する温度測定装置と、 コントローラ積分時定数及びコントローラゲイン定数を
有するコントローラであって、前記物体を加熱する加熱
装置を制御するコントローラと、 前記コントローラ積分時定数及び前記コントローラゲイ
ン定数を、前記物体の現在の温度と前記物体の所望の温
度との差を利用して決定する調整機構と、を備える物体
の温度を制御する適応温度コントローラ。 - 【請求項１０】 半導体処理装置であって、 複数のランプと、 前記処理装置内に配置されたサセプタの現在の温度を測
定する高温計と、 前記複数のランプに加えられるパワー量を制御するコン
トローラとを備え、 前記コントローラが、 前記サセプタの現在の温度を測定するステップと、 前記サセプタの前記現在の温度と前記サセプタの所望の
温度との差を決定するステップと、 前記サセプタの前記現在の温度及び前記サセプタの前記
所望の温度に依存するコントローラ積分時定数及びコン
トローラゲイン定数を決定するステップと、 前記コントローラ積分時定数及び前記コントローラゲイ
ン定数をベースにして、前記複数のランプに加えられる
パワー量を決定するステップと、 前記パワー量を前記複数のランプに加えるステップと、
を実行するようになっている半導体処理装置。 - 【請求項１１】 前記新たなパワー量を決定するステッ
プを比例積分微分（ＰＩＤ）アルゴリズムを利用して決
定する請求項１０に記載の半導体処理装置。 - 【請求項１２】 前記コントローラが前記複数のステッ
プを複数回実行する請求項１１に記載の半導体処理装
置。 - 【請求項１３】 前記複数のステップが、少なくとも１
０分の１秒に一度繰り返される請求項１２に記載の半導
体処理装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/710,158 US5793022A (en) | 1996-09-12 | 1996-09-12 | Adaptive temperture controller and method of operation |
| US08/710158 | 1996-09-12 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10154665A true JPH10154665A (ja) | 1998-06-09 |
Family
ID=24852854
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9288999A Pending JPH10154665A (ja) | 1996-09-12 | 1997-09-12 | 適応温度コントローラおよび操作方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5793022A (ja) |
| EP (1) | EP0829784A1 (ja) |
| JP (1) | JPH10154665A (ja) |
| KR (1) | KR19980024481A (ja) |
| TW (1) | TW473807B (ja) |
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| US7852098B2 (en) | 2005-08-01 | 2010-12-14 | Marvell World Trade Ltd. | On-die heating circuit and control loop for rapid heating of the die |
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- 1997-09-10 TW TW086113130A patent/TW473807B/zh not_active IP Right Cessation
- 1997-09-10 KR KR1019970046461A patent/KR19980024481A/ko not_active Application Discontinuation
- 1997-09-12 JP JP9288999A patent/JPH10154665A/ja active Pending
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