JPH10335340A - 半導体製造装置の温度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 デジタルフィルタの遅延による弊害を抑制し
て、温度検出器からの検出信号をデジタルフィルタによ
りフィルタリングする半導体製造装置の温度制御装置を
提供する。 【解決手段】 基板３をヒータ５により加熱して所定の
処理を施す半導体製造装置１において、温度検出器８、
９によって加熱温度を検出し、この検出信号をＡ／Ｄ変
換部１２でデジタル信号へ変換してデジタルフィルタ１
４へ出力する。デジタルフィルタ１４は入力された信号
をフィルタリングして、フィルタリングした出力信号を
サイリスタ１１へ出力し、サイリスタ１１が入力された
信号に応じてヒータ５へ供給する電力を調節する。この
デジタルフィルタ１４はフィルタリングの遅延量に対応
する時定数Ｔを有しているが、この時定数は制御部１５
により半導体製造装置１が実行している処理ステップに
応じて変更される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、処理対象の基板を
加熱して拡散ＣＶＤ、アニール等と言った所定の処理を
施す半導体製造装置に関し、特に、処理ステップに応じ
た特性でヒータへの電力供給制御を行う温度制御装置に
関する。なお、本発明においては、処理対象の基板には
シリコンウェーハ等の半導体ウェーハの他にＬＣＤ用の
ガラス基板等も含まれ、また、半導体製造装置にはこの
ＬＣＤ用基板等に加熱状況下で所定の処理を施す製造装
置も含まれる。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造装置には、半導体ウェーハ等
の処理対象基板に拡散ＣＶＤ、アニール等の加熱処理を
伴う処理を施すものがある。このような半導体製造装置
は、例えば、円筒状に形成された石英等から成る反応管
の周囲を、ＳｉＣ等から形成された均熱管で覆い、その
周囲にヒータ及び断熱材等を配置した構成とされてお
り、反応管内に処理対象の基板を収容して、ヒータに電
力を供給することにより加熱している。基板に所定の処
理を行う処理プロセスには、例えば、反応管内へ基板を
装填するステップ、反応管内部を所定のプロセス温度ま
で上昇させるステップ、反応管内部を所定のプロセス温
度に維持するステップ、反応管内部を所定のプロセス温
度から降下させるステップ、反応管内から基板を引き出
すステップ等と言ったように、時系列的に種々な処理ス
テップが含まれる。

【０００３】従来から、このような各処理ステップにお
いて要求される温度を実現するため、反応管の内部及び
外部に温度検出器を設置し、これら温度検出器からの信
号を電力調節部へ入力し、検出された温度に基づいて電
力調節部がヒータに供給する電力を制御して、反応管の
内部温度が所定値となるように制御していた。なお、反
応管の長手方向を幾つかの領域に分割し、各領域毎にヒ
ータへの電力供給を制御して、反応管を領域毎に温度制
御することも行われていた。

【０００４】ここで、従来にあっては、温度検出器から
電力調節部へ入力される検出信号にノイズがのってしま
い、電力調節部によるヒータ制御の精度が悪化してしま
うという問題があった。例えば、半導体製造装置の工場
内での配置によっては、温度検出器と電力調節部とを接
続する信号線がかなり長くなり、この信号線が他の種々
なユニットや電源の近傍にとり回されて、信号線で伝送
される検出信号がこれら電源等からのノイズを受けてし
まっていた。また、工場での配置スペースを縮小化する
ために半導体製造装置を小型化する要請があるが、この
ような小型化を図ることによっても、温度検出器からの
信号線が他の種々なユニットや電源の近傍にとり回され
ることになり、信号線で伝送される検出信号にノイズが
のってしまうこととなる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のようなノイズ対
策としては、一般的に、温度検出器から入力される検出
信号をフィルタリングして、ノイズを除去することが行
われる。そして、一般に熱電対等から成る温度検出器で
の検出信号はアナログ信号であること、また、制御を高
精度且つ迅速な処理の下に行うために、電力調節部では
デジタル信号処理が行われること等から、検出信号のフ
ィルタリングには、これらの条件を大きな変更等を必要
とすることなく満たすことができるデジタルフィルタが
用いられる。

【０００６】しかしながら、デジタルフィルタにはフィ
ルタリング処理において遅延が生ずるという性質を有し
ているため、温度検出器からの検出信号を単純にデジタ
ルフィルタを通して電力調節部へ入力する場合には、反
応管での実際の温度に対してヒータへの電力供給制御が
遅延してしまい、処理ステップの進行に応じて反応管の
内部温度を制御するという本来の機能を損なってしまう
という問題があった。

【０００７】本発明は上記従来の事情に鑑みなされたも
ので、デジタルフィルタの遅延による弊害を抑制して、
温度検出器からの検出信号をデジタルフィルタによりフ
ィルタリングする半導体製造装置の温度制御装置を提供
することを目的とする。また、本発明は、デジタルフィ
ルタのよるフィルタリングを実現することで、半導体製
造装置の設置位置の自由度を増大し、また、半導体製造
装置の小型化を実現する温度制御装置を提供することを
目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明に係る温度制御装置は、処理対象の基板をヒ
ータにより加熱して所定の処理を施す半導体製造装置に
おいて、温度検出手段によって加熱温度を検出し、この
検出信号をアナログ・デジタル変換手段でデジタル信号
へ変換してデジタルフィルタへ出力する。そして、デジ
タルフィルタは入力された信号をフィルタリングして、
フィルタリングした出力信号を電力調節手段へ出力し、
電力調節手段が入力された信号に応じてヒータへ供給す
る電力を調節する。

【０００９】このデジタルフィルタはフィルタリングの
遅延量に対応する時定数を有しているが、この時定数は
時定数変更手段により半導体製造装置が実行している処
理ステップに応じて変更される。したがって、例えば一
定の温度を維持する処理ステップのように遅延か許容で
きる処理ステップでは、時定数を遅延が大きくなる値と
して大きなフィルタリング効果を得てノイズを除去した
正確な温度制御が実現され、また、例えば正確なタイミ
ングで温度を変化させる処理ステップでは、時定数を遅
延が小さくなる値としてフィルタリング効果は抑えられ
るが、遅延の少ない温度制御が実現される。

【００１０】

【発明の実施の形態】縦型半導体製造装置に適用した、
本発明に係る温度制御装置の一実施形態を図面を参照し
て説明する。まず、図１に示すように、縦型半導体製造
装置１には、円筒状の反応管２と、処理対象の基板３を
多数枚保持して反応管２の内部に装填されるボート４
と、反応管２の周囲に配置された円筒状のヒータ５と、
が備えられている。この半導体製造装置１では、ボート
４を図外のエレベータ機構で昇降させることにより、多
数枚の基板３をボート４に装填した状態で反応管２の内
部に収容させ或いは反応管３の内部から引き出すように
なっており、ヒータ５のヒータ素線６に電源７から電力
を供給することにより反応管２（すなわち、内部に収容
した基板３）を加熱するようになっている。なお、反応
管２とヒータ５との間に均熱管を配置する半導体製造装
置もあるが、本例では均熱管は配置されていない。

【００１１】反応管２の内部には熱電対から成る内部温
度検出器８が設けられ、また、ヒータ部（すなわち、反
応管２の外部）には熱電対から成る外部温度検出器９が
設けられている。なお、本例では、反応管２の長手方向
を４つの領域（上部、中上部、中下部、下部）に分割
し、各領域毎にヒータ５への電力供給を制御して反応管
２を領域毎に温度制御するようにしているため、外部温
度検出器９もこれらの領域に対応して４つ設けられてい
る。

【００１２】これら内部温度検出器８及び外部温度検出
器９で検出された温度はアナログ値の検出信号として温
度制御部１０に入力されており、温度制御部１０によっ
てこれら検出信号に後述するようなデジタル信号処理が
施される。そして、温度制御部１０からデジタル信号処
理を施した結果として出力信号がサイリスタ（電力調節
手段）１１へ出力され、このサイリスタ１１が電源７か
らヒータ５の各領域に供給される電力を調整する。した
がって、内部及び外部の温度検出器８、９、温度制御部
１０、サイリスタ１１から成る温度制御装置によって、
半導体製造装置１のヒータ５による加熱温度が温度検出
器８、９での検出温度に基づいて制御される。

【００１３】温度制御部１０は半導体製造装置１に付設
されるコントローラ内に設けられており、図２に示すよ
うな構成を有している。温度制御部１０は、内部温度検
出器８及び外部温度検出器９からのアナログ検出信号を
デジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部１２と、変換され
たデジタル信号を主にフィルタリング処理する演算部１
３とを備えている。更に、演算部１３はデジタルフィル
タ１４と制御部１５とを有しており、制御部１５による
制御によって、温度検出器８、９からの温度変化状況に
対応して予め設定された処理プロセスの条件に従ってヒ
ータ５への電力供給量が決定される。また、制御部１５
はデジタルフィルタ１４の時定数を変更する機能も有し
ており、制御部１５はデジタルフィルタ１４の時定数を
半導体製造装置１が実行している処理ステップに応じて
変更する。

【００１４】制御部１５は、図３に示すｓｔｅｐテーブ
ルを有しており、このテーブルに記述された時定数を用
いてデジタルフィルタ１４の時定数を変更する。ｓｔｅ
ｐテーブルには、半導体製造装置１が実行する処理プロ
セスの各ステップに対応した時定数が予め記述されてお
り、各処理ステップを示すステップ番号に対応付けて、
デジタルフィルタ１４に設定する時定数（Ｔ）、当該処
理ステップが実行される時間、が記述されている。例え
ば、最初に実行される処理ステップ”ｓｔｅｐ１”にお
いては、デジタルフィルタ１４の時定数はＴ1に変更さ
れ、当該時定数Ｔ1での処理ステップはｔ1の時間継続す
ることが予め設定されている。

【００１５】ここで、本例では図５に示すように、ボー
ト４を上昇させて反応管２内に基板３を装填する処理ス
テップを”ｓｔｅｐ１”とし、この反応管２の内部を所
定のプロセス温度まで所定の勾配で上昇させるランピン
グの処理ステップを”ｓｔｅｐ２”とし、このプロセス
温度を安定して維持する熱処理の処理ステップを”ｓｔ
ｅｐ３”とし、このプロセス温度から所定の勾配で温度
を降下させるランピングの処理ステップを”ｓｔｅｐ
４”とし、ボート４を下降させて反応管２内から引き出
す処理ステップを”ｓｔｅｐ５”としている。

【００１６】デジタルフィルタ１４は本例では一次遅れ
フィルタを用いており、その時定数Ｔに応じてフィルタ
リングした信号が本来の信号値に回復するまでの制御遅
れ時間が生ずる。図４に示すように、ステップ状に変化
するデジタル信号２０をフィルタリングすると、フィル
タリング後の信号２１はデジタル信号２０の値まで到達
するのに制御遅れ時間が生ずる。時定数Ｔはステップ状
のデジタル値Ｙの０．６３倍の値０．６３Ｙに到達する
までの時間で表しており、デジタルフィルタ１４は、時
定数Ｔが大きくなるに従って、フィルタリングによって
ノイズ成分をより多く除去することができる反面、制御
遅れ時間が大きくなり、また、時定数Ｔが小さくなるに
従って、フィルタリングによってノイズ成分を除去する
能力が低下する反面、制御遅れ時間が小さくなって温度
制御のレスポンスが向上するという特性を有している。
なお、時定数Ｔをゼロとした場合にはデジタルフィルタ
が無いのと等価となる。

【００１７】このようなデジタルフィルタ１４の特性に
基づいて、温度制御に遅れ時間が生じてしまうことが好
ましくない処理ステップについては時定数Ｔを大きく設
定し、温度安定期等のように制御遅れ時間がさほど問題
とならない処理ステップについては時定数Ｔを小さく設
定する。すなわち、本例では、温度を安定させて基板３
に所定のプロセスを行う処理ステップ”ｓｔｅｐ３”で
は時定数Ｔを大きな値Ｔ3に設定し、温度が冷めた状態
のボート４を上昇させることにより反応管２の温度過渡
期となる処理ステップ”ｓｔｅｐ１”では制御遅れ時間
をなくすために時定数Ｔを小さな値Ｔ1＝０に設定し、
ランピングを行う処理ステップ”ｓｔｅｐ２”と”ｓｔ
ｅｐ４”では半プロセス状態となるためＴ3とＴ1との中
間値の時定数Ｔ2に設定するようにしている。なお、処
理ステップ”ｓｔｅｐ５”については、基板３のプロセ
ス処理にさほど影響を与えないので、時定数Ｔは比較的
大きな値Ｔ4に設定される。

【００１８】上記構成の温度制御装置によれば、コント
ローラによる制御の下にレシピ等で設定されたプロセス
処理のスケジュールに従って、半導体製造装置１が図５
に”ｓｔｅｐ１”から”ｓｔｅｐ５”として示す一連の
処理ステップを実行すると、内部温度検出器８及び外部
温度検出器９からの検出信号（温度情報）がＡ／Ｄ変換
部１２を介して温度制御部１０に逐次入力される。温度
制御部１０はこの検出信号をデジタルフィルタ１４でフ
ィルタリングし、図５中に線ＳＶで示す所定のプロセス
温度特性を実現するように、サイリスタ１１へ出力信号
を出力し、サイリスタ１１に当該温度特性ＳＶとなるよ
うにヒータ５への電力供給量を調節させる。なお、図５
には、ヒータ５による加熱温度の変化が線ＰＶで示して
ある。

【００１９】ここで、上記のデジタルフィルタ１４によ
るフィルタリングでは、制御部１５が上記のプロセス処
理スケジュール及びｓｔｅｐテーブルの各処理ステップ
毎の時間を参照して各処理ステップの切り換えタイミン
グを検出し、各処理ステップ毎に、ｓｔｅｐテーブルに
設定されている時定数Ｔを用いてデジタルフィルタ１４
の時定数を変更する。この時定数の変更により、例え
ば、ボート４を反応管２内に装填する処理ステップ”ｓ
ｔｅｐ１”では、温度検出器８、９から得られた検出信
号には温度成分の他にノイズ成分も含まれたままではあ
るが、当該検出信号に基づいて迅速に温度制御が実行さ
れ、実際の温度変化を所定のプロセス温度特性ＳＶに追
従したものとすることができる。また、例えば、温度を
安定化させる処理ステップ”ｓｔｅｐ３”では、温度検
出器８、９から得られた検出信号からノイズ成分がほぼ
除去され、当該検出信号に基づいて、実際の温度を所定
のプロセス温度特性ＳＶで規定される温度に安定させて
維持することができる。

【００２０】なお、図６には、デジタルフィルタ１４に
よってフィルタリングする前のデジタルデータ（ａ）
と、デジタルフィルタ１４によってフィルタリングした
後のデジタルデータ（ｂ）とを示してある。このフィル
タリングは、例えば（ａ）のデータ値Ａのように他のデ
ータ値からかけ離れたものを他のデータ値を参照して時
定数に従って補正する処理であり、例えばデータ値Ａを
サンプリング期間が１つ前のデータ値Ｂと時定数を加味
してデータ値Ｃに補正する。すなわち、具体的なフィル
タリング処理では、時定数Ｔをサンプリング間隔θで除
した値を係数α（＝Ｔ／θ）として、（データ値Ａ＋
（α×データ値Ｂ））／（１＋α）をデータ値Ｃとする
処理を行う。

【００２１】なお、上記した実施形態では本発明を縦型
半導体製造装置に適用した例を示したが、本発明を適用
する半導体製造装置の形式には特に限定はなく、加熱処
理を行う半導体製造装置であれば本発明は広く適用する
ことができる。また、上記した実施形態ではデジタルフ
ィルタとして一次遅れフィルタを示したが、この一時遅
れフィルタが最も好ましい態様ではあるが、他のフィル
タを用いることもできる。また、上記した実施形態では
内部温度検出器と外部温度検出器とを備えた例を示した
が、本発明では、半導体製造装置の実際の加熱温度を検
出できる検出手段を備えていればよく、特に上記の例に
限定されるものではない。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
デジタルフィルタの時定数を処理ステップに応じて変更
するようにしたため、温度検出手段の検出信号からノイ
ズ成分を除去するという要求と、処理ステップの進行に
応じて温度制御を遅延を少なくして行うという要求とを
共に満たすことができる。そして、このようなデジタル
フィルタのよるフィルタリングを実現することで、ノイ
ズ発生源の電源等をさほど考慮する必要が無くなり、半
導体製造装置の設置位置の自由度が増大し、また、半導
体製造装置の小型化を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態に係る半導体製造装置の
構成を示す図である。

【図２】 本発明の一実施形態に係る温度制御装置の構
成を示す図である。

【図３】 本発明の一実施形態に係る時定数テーブルの
一例を示す図である。

【図４】 時定数を説明する図である。

【図５】 本発明の一実施形態に係る時定数と加熱温度
との関係を示す図である。

【図６】 フィルタリング前とフィルタリング後のデー
タを示すグラフである。

【符号の説明】

１・・・半導体製造装置、 ２・・・反応管、 ３・・
・基板、４・・・ボート、 ５・・・ヒータ、 ７・・
・電源、８・・・内部温度検出器、 ９・・・外部温度
検出器、１０・・・温度制御部、 １１・・・サイリス
タ（電力調節手段）、１２・・・Ａ／Ｄ変換部、 １４
・・・デジタルフィルタ、１５・・・制御部（時定数変
更手段）、

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 21/22 ５０１ Ｈ０１Ｌ 21/22 ５０１Ａ 21/31 21/31 Ｂ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 処理対象の基板をヒータにより加熱して
   所定の処理を施す半導体製造装置において、 前記加熱温度を検出する温度検出手段と、 前記温度検出手段による検出信号をデジタル信号へ変換
   するアナログ・デジタル変換手段と、 前記アナログ・デジタル変換手段からの出力信号をフィ
   ルタリングするデジタルフィルタと、 前記デジタルフィルタの時定数を前記半導体製造装置が
   実行している処理ステップに応じて変更してフィルタリ
   ングに要する遅延時間を変更させる時定数変更手段と、 前記デジタルフィルタからの出力信号に応じて前記ヒー
   タへ供給する電力を調節する電力調節手段と、 を備えたことを特徴とする半導体製造装置の温度制御装
   置。