KR100874500B1 - 온도조정방법, 열처리장치, 반도체장치의 제조방법 - Google Patents

Abstract

기판을 처리하는 처리실 내를 가열하는 가열수단과, 상기 가열수단을 제어하는 가열제어부와, 상기 처리실 내의 상기 기반에 가까운 위치에 배치된 제1 온도검출수단과, 상기 제1 온도검출수단보다 상기 가열수단에 가까운 위치에 배치되는 제2 온도검출수단을 구비한 열처리장치에 있어서, 상기 제1 온도검출수단에 의한 검출온도가 소정의 목표온도가 되도록, 적분연산, 미분연산 및 비례연산을 하여 상기 가열수단을 제어하는 제1 공정과, 상기 제1 공정에 있어서 상기 가열수단의 제어에 있어서, 상기 제1 온도검출수단에서의 검출온도를 토대로, 상기 가열수단을 제어하기 위한 제1 조작량을 패턴화하여 제1 출력제어패턴을 구하는 제2 공정과, 상기 제1 출력제어패턴을 토대로 상기 가열수단을 제어하는 제3공정과, 상기 제3 공정에 있어서 상기 가열수단의 제어에 있어서 상기 제2 온도검출수단에서의 검출온도를 토대로, 상기 가열수단을 제어하기 위한 제2 조작량의 적어도 일부를 패턴화하여 제2 출력제어패턴을 구하는 제4 공정을 포함하는 온도조정방법.

열처리장치, 적분연산, 미분연산, 비례연산

Description

온도조정방법, 열처리장치, 반도체장치의 제조방법 {TEMPERATURE ADJUSTING METHOD, HEAT TREATMENT EQUIPMENT AND SEMICONDUCTOR DEVICE MANUFACTURING METHOD}

본 발명은 온도조정방법, 열처리장치 및 반도체장치의 제조방법에 관한 것이다.

종래, 반도체 제조장치에서는, 노내(爐內) 온도를 적절한 온도로 유지하거나 노내를 지정한 온도변화에 따르도록 할 필요가 있기 때문에, 미리 설정한 목표온도의 온도변화 패턴(pattern)을 토대로 제어장치가 히터를 제어하고 있다(특허문헌 1 참조).

특허문헌 1: 일본특허공개번호 제2000-183072호 공보(제11-21페이지, 제1도)

종래 기술인 PID(proportional-integral-derivative) 연산에 의한 귀환제어(feedback control)를 사용하면, 목표치(목표온도)와 실측치와의 편차가 커진 것을 인식한 후에 조작량을 변화시키는 후처리 제어였기 때문에, 큰 오버슈트(overshoot) 또는 언더슈트(undershoot)가 발생하고, 그 결과 안정상태에 이르기까지 많은 시간을 요하는 경우가 있었다. 그 때문에, 숙련된 작업자에 의하여, 목표온도와의 오차를 적게 하기 위한 조정[PID연산을 위해 미리 설정하는 파라미터(parameter)의 조정]을 되풀이하기 때문에, 많은 조정시간이나 비용을 요하고 있어, 작업효율의 향상 및 코스트다운의 장애가 되고 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 작업효율의 향상 및 코스트다운에 기여할 수 있는 온도조정방법, 열처리장치 및 반도체장치의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

전술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 온도조정방법은, 기판을 처리하는 처리실 내를 가열하는 가열수단과, 상기 가열수단을 제어하는 가열제어부와, 상기 처리실 내의 온도를 검출하는 제1 및 제2 온도검출수단을 구비하고, 상기 제1 온도검출수단은 상기 제2 온도검출수단보다 상기 기판에 가까운 위치에 배치되고, 상기 제2 온도검출수단은 상기 제1 온도검출수단보다 상기 가열수단에 가까운 위치에 배치되는 열처리장치에서의 온도조정방법에 있어서, 상기 가열제어부에 의하여, 상기 제1 온도검출수단에 의한 검출온도가 소정의 목표온도가 되도록, 적분연산, 미분연산 및 비례연산을 하여 상기 가열수단을 제어하는 제1 공정과, 상기 제1 공정에서의 상기 가열수단의 제어에 있어서 상기 제1 온도검출수단에 의하여 검출되는 검출온도를 토대로, 상기 가열제어부에 의하여 상기 가열수단을 제어하기 위한 제1 조작량을 패턴화하여 제1 출력제어패턴을 구하는 제2 공정과, 상기 제2 공정에서 구한 제1 출력제어패턴을 토대로 상기 가열제어부에 의하여 상기 가열수단을 제어하는 제3 공정과, 상기 제3 공정에서의 상기 가열수단의 제어에 있어서 상기 제2 온도검출수단에 의하여 검출되는 검출온도를 토대로, 상기 가열제어부에 의하여 상기 가열수단을 제어하기 위한 제2 조작량의 적어도 일부를 패턴화하여 제2 출력제어패턴을 구하는 제4 공정을 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 전술한 구성의 온도조정방법에 있어서, 상기 가열제어부에 의하여, 상기 제2 조작량의 적어도 일부로서 상기 제4 공정에서 구한 상기 제2 출력제어패턴을 사용하여, 상기 가열수단을 제어하면서 상기 기판을 처리하는 제5 공정을 갖는 구성으로 하여도 된다.

또한, 전술한 온도조정방법에 있어서, 상기 제4 공정은, 상기 제3 공정에서의 상기 가열수단의 제어에 있어서 상기 제2 온도검출수단에 의하여 검출되는 검출온도의, 승온(昇溫) 개시시로부터 최대온도까지의 사이의 열량을 구하여 상기 열량 중에서 상기 비례연산에 의한 출력분을 뺀 열량을 사용하여 상기 개시시로부터 최대온도까지의 상기 제2 조작량의 적어도 일부를 패턴화함으로써 상기 제2 출력제어패턴을 구하는 구성으로 할 수도 있다.

또한, 본 발명에 따른 열처리장치는, 기판을 처리하는 처리실 내를 가열하는 가열수단과, 상기 가열수단을 제어하는 가열제어부와, 상기 처리실 내의 온도를 검출하는 제1 및 제2 온도검출수단을 구비하고, 상기 제1 온도검출수단은 상기 제2 온도검출수단보다 상기 기판에 가까운 위치에 배치되고, 상기 제2 온도검출수단은 상기 제1 온도검출수단보다 상기 가열수단에 가까운 위치에 배치되는 열처리장치에 있어서, 상기 가열제어부는, 상기 제1 온도검출수단에 의한 검출온도가 승온 개시시의 온도로부터 목표온도가 되도록, 적분연산, 미분연산 및 비례연산을 하여 상기 가열수단을 제어했을 때에, 상기 제1 온도검출수단에 의하여 검출되는 검출온도를 토대로, 상기 가열수단을 제어하기 위한 제1 조작량을 패턴화하여 제1 출력제어패턴을 구하고, 상기 제1 출력제어패턴을 토대로 상기 가열수단을 제어했을 때의 상기 제2 온도검출수단에 의하여 검출되는 검출온도를 토대로 상기 가열수단을 제어하기 위한 제2 조작량의 적어도 일부를 패턴화하여 제2 출력제어패턴을 구하는 것을 특징으로 한다.

또한, 전술한 구성의 열처리장치에 있어서, 상기 가열제어부는, 상기 제2 조작량의 적어도 일부로서 상기 제2 출력제어패턴을 사용하여, 상기 가열수단을 제어하면서 상기 기판을 처리하도록 할 수 있다.

또한, 전술한 구성의 열처리장치에 있어서, 상기 가열제어부는, 상기 제1 온도검출수단에 의하여 검출된 검출온도가 상기 목표온도를 초과하도록 미리 설정된 허용치보다 오버슈트량이 큰 경우에는, 상기 오버슈트량을 저감시키도록 하고, 상기 승온개시시의 온도로부터 상기 목표온도로 변화시켜 상기 목표온도로 안정되기까지의 기간 중의 총열량과, 상기 총열량 중 승온하기 위하여 필요한 승온열량과, 상기 목표온도를 초과하여 오버슈트하고 있는 오버슈트열량을 구하고, 상기 총열량과 상기 오버슈트열량과의 비율인 오버슈트 온도 비율을 구하며, 상기 승온열량으로부터 상기 오버슈트 온도 비율분을 차감하여 구한 열량을 토대로, 상기 제1 출력제어패턴을 구하는 구성으로 할 수도 있다.

또한, 전술한 구성의 열처리장치에 있어서, 제1 출력제어패턴을 토대로 하여 상기 가열제어부는, 상기 가열수단을 제어했을 때의 상기 제2 온도검출수단에 의하여 검출되는 검출온도가 나타내는 승온 개시시로부터 최대온도까지의 열량을 구하고 상기 열량 중에서 상기 비례연산에 의한 출력분을 차감한 열량을 사용하여 상기 승온 개시시부터 최대온도까지의 상기 제2 조작량의 적어도 일부를 패턴화함으로써 상기 제2 출력제어패턴을 구하는 구성으로 하는 것이 바람직하다.

또한, 전술한 구성의 열처리장치에 있어서, 상기 제2 출력제어패턴을 토대로 상기 기판의 처리를 할 때에는, 상기 목표온도로 승온하고 있는 기간 중에는, 상기 가열제어부에 의하여, 상기 제1 온도검출수단에서 검출된 온도를 상기 목표 온도로부터 감산한 결과를 사용하여, 비례연산 및 미분연산을 한 결과와, 상기 제2 출력제어패턴을 토대로 상기 제2 조작량을 연산하고, 상기 연산된 제2 조작량으로부터 상기 제2 온도검출수단에서 검출된 온도를 감산하여 얻어지는 결과를 사용하여 비례연산, 미분연산 및 적분연산하면서 상기 가열수단을 제어하고, 상기 목표 온도로 안정한 때에는, 상기 가열제어부에 의하여, 상기 제1 온도검출수단에서 검출된 온도를 상기 목표 온도로부터 감산한 결과를 사용하여, 비례연산, 미분연산 및 적분연산을 한 결과와, 상기 제2 출력제어패턴을 토대로 제3 조작량을 연산하고, 상기 연산된 제3 조작량으로부터 상기 제2 온도검출수단에서 검출된 온도를 감산하여 얻어지는 결과를 사용하여 비례연산, 미분연산 및 적분연산하면서, 상기 가열수단을 제어하여 상기 기판을 처리하는 구성으로 할 수도 있다.

또한, 본 발명에 따른 반도체장치의 제조방법은, 기판을 처리하는 처리실 내를 가열하는 가열수단과, 상기 가열수단을 제어하는 가열제어부와, 상기 처리실 내의 온도를 검출하는 제1 및 제2 온도검출수단을 구비하고, 상기 제1 온도검출수단은 상기 제2 온도검출수단보다 상기 기판에 가까운 위치에 배치되고, 상기 제2 온도검출수단은 상기 제1 온도검출수단보다 상기 가열수단에 가까운 위치에 배치되는 열처리장치로서, 상기 가열제어부는, 상기 제1 온도검출수단에 의한 검출온도가 소정의 목표온도가 되도록 적분연산, 미분연산 및 비례연산을 하여 상기 가열수단을 제어했을 때에, 상기 제1 온도검출수단에 의하여 검출되는 검출온도를 토대로, 상기 가열수단을 제어하기 위한 제1 조작량을 패턴화하여 제1 출력제어패턴을 구하고, 제1 출력제어패턴을 토대로 상기 가열수단을 제어했을 때의 상기 제2 온도검출수단에 의하여 검출되는 검출온도를 토대로, 상기 가열수단을 제어하기 위한 제2 조작량의 적어도 일부를 패턴화하여 제2 출력제어패턴을 구하는 열처리장치를 사용하여 기판 처리를 하는 것인 반도체장치의 제조방법으로서, 기판을 처리실 내로 반입하는 공정과, 상기 가열제어부가 상기 제2 조작량의 적어도 일부로서 상기 제2 출력제어패턴을 사용하여 상기 가열수단을 제어하면서 상기 처리실 내로 반입된 기판을 처리하는 공정과, 상기 기판을 처리실로부터 반출하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 대하여 설명하기 위한 기능블록도.

도 2는 도1의 장치에 있어서 반응관 주변의 구성의 상세에 대하여 설명하기 위한 도면.

도 3은 PID연산기(23)에 있어서 처리(PID제어)에 대해 설명하기 위한 도면.

도 4는 PIDC연산기에 대하여 설명하기 위한 도면.

도 5는 적분출력패턴에 대하여 설명하기 위한 도면.

도 6은 파워 제어에 대하여 설명하기 위한 도면.

도 7은 온도조정방법의 순서에 대하여 설명하기 위한 플로차트(flow chart). 도 8은 온도특성 기본데이터를 토대로 구하는 파라미터에 대하여 설명하기 위한 도면.

도 9는 오버슈트한 캐스케이드(cascade) 온도의 총합에 대하여 설명하기 위한 도면.

도 10은 평가 개시로부터 목표온도(S') 안정시간(c)과의 사이의 온도총합에 대하여 설명하기 위한 도면.

도 11은 조작량과 시간과의 관계에 대하여 설명하기 위한 도면.

도 12는 k(t)의 파형으로부터 P동작분을 차감한 히터 파형 L(t)에 대하여 설명하기 위한 도면.

도 13은 적분출력패턴 M(t)에 대하여 설명하기 위한 도면.

도 14는 어느 일정한 시간마다 적분패턴출력의 단계를 r개 설정한 경우의 목표온도와 램프레이트(ramp rate)에 대하여 설명하기 위한 도면.

도 15는 적분출력패턴이 적절한 경우에 있어서 오버슈트 및 언더슈트의 발생에 대하여 설명하기 위한 도면.

도 16은 존(zone) 간의 편차에 대하여 설명하기 위한 도면.

도 17은 존 간의 편차가 있는 경우에 있어서 온도조정순서에 대하여 설명하기 위한 도면.

도 18은 본 실시 형태에 의한 온도제어를 한 경우에 있어서, 노내의 온도변 화를 나타내는 도면.

도 19는 본 실시 형태에 의한 온도제어를 한 경우에 있어서, 노내의 온도변화를 나타내는 도면.

도 20은 본 실시 형태에 의한 온도제어를 한 경우에 있어서, 노내의 온도변화를 나타내는 도면.

도 21은 제2 실시 형태에 있어서 온도조정순서에 대하여 설명하기 위한 플로차트.

도 22는 온도특성 기본데이터를 토대로 구하는 파라미터에 대해 설명하기 위한 도면.

도 23은 오버슈트한 캐스케이드 온도의 총합에 대하여 설명하기 위한 도면.

도 24는 최저온도(S1)시점(r)으로부터 초기온도(S)안정시간(c) 사이의 온도총합에 대하여 설명하기 위한 도면.

도 25는 파워 출력패턴에 대하여 설명하기 위한 도면.

도 26은 파워제어시 온도특성 기본데이터를 토대로 파워제어 개시로부터의 온도조정 평가시간 등의 결정에 대하여 설명하기 위한 도면.

도 27은 적분출력패턴 M(t)에 대하여 설명하기 위한 도면.

도 28은 일정한 시간마다 적분패턴 출력의 단계를 w개 설정한 경우의 목표온도 및 램프레이트에 대하여 설명하기 위한 도면.

도 29는 적분출력패턴이 적절한 경우에 있어서, 오버슈트 및 언더슈트의 발생에 대하여 설명하기 위한 도면.

도 30은 존 간의 편차에 대하여 설명하기 위한 도면.

도 31은 존 간의 편차가 있는 경우에 있어서 온도조정에 대하여 설명하기 위한 도면.

도 32는 보트로드(boat load) 후의 온도 리커버리(recovery)의 구체예를 보이는 도면.

도 33은 보트로드 후의 온도 리커버리의 구체예를 보이는 도면.

도 34는 파워제어시 온도특성 기본데이터로부터의 각종 파라미터 결정에 대하여 설명하기 위한 도면.

도 35는 오버슈트 온도비율(M)의 파워출력패턴의 승온열량으로부터 구한 조작량으로부터의 삭감에 대하여 설명하기 위한 도면.

도 36은 본 발명의 제6 실시 형태에 대하여 설명하기 위한 기능블록도.

도 37은 본 발명의 제7 실시 형태에 대하여 설명하기 위한 기능블록도.

도 38은 본 발명의 제8 실시 형태에 대하여 설명하기 위한 기능블록도.

도 39는 본 발명의 제9 실시 형태에 대하여 설명하기 위한 기능블록도.

도 40은 본 발명의 제10 실시 형태에 대하여 설명하기 위한 기능블록도.

도 41은 본 발명의 제11 실시 형태에 대하여 설명하기 위한 기능블록도.

도 42는 본 발명의 제12 실시 형태에 대하여 설명하기 위한 기능블록도.

도 43은 본 발명의 제13 실시 형태에 대하여 설명하기 위한 기능블록도.

도 44는 본 발명의 제14 실시 형태에 대하여 설명하기 위한 기능블록도.

도 45는 본 발명의 제15 실시 형태에 대하여 설명하기 위한 기능블록도.

도 46은 본 발명의 제16 실시 형태에 대하여 설명하기 위한 기능블록도.

도 47은 본 발명의 제17 실시 형태에 대하여 설명하기 위한 기능블록도.

도 48은 본 발명의 제17 실시 형태에 대하여 매엽장치에 있어서 처리로 주변의 구성의 상세에 대하여 설명하기 위한 도면.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 본 발명은, 열처리장치에서의 온도제어에 있어서, 가열수단에 입력하는 조작량을 비례·적분·미분(PID) 연산에 의한 귀환제어를 사용하여, 상기 가열수단으로부터 출력되는 제어량을 제어하는 제어방식의 자동온도조정 순서에 관한 것이다.

<제1 실시 형태>

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 열처리장치에 대하여 설명하기 위한 기능블록도, 도 2는 동 장치에 있어서 반응관 주변 구성의 상세에 대하여 설명하기 위한 도면이다.

본 실시 형태에 의한 열처리장치는, 처리로(91) 및 주제어부(7)를 구비하고 있는 구성으로 되어 있다. 도 1에서는 주제어부(7)에 대하여 온도제어부(71)만을 발췌하여 표시하고 있다.

처리로(91)는, 히터(가열수단)(1), 석영캡(1a), 히터열전대(제2 온도검출수단)(2), 캐스케이드 열전대(제1 온도검출수단)(3), 보트(4), 반응관(5), 균열관(均熱管)(6), 배기관(8), 보트 엘리베이터(boat elevator)(9), 베이스(base)(10), 가스공급관(11), 매스플로컨트롤러(mass flow control, MFC)(12), 압력조절 기(APC)(13), 압력센서(14), O링(O-ring)(15), 씰캡(seal cap)(16), 회전축(17), 도입구(18) 및 배기구(19)를 구비하고 있다.

주제어부(7)는, 온도제어부(가열제어부)(71), 가스유량제어부(72), 압력제어부(73) 및 구동제어부(74)를 구비하고 있다.

균열관(6)은 예컨대 SiC(silicon carbide) 등의 내열성재료로 이루어져, 상단이 폐색되고, 하단에 개구를 갖는 원통상으로 형성되어 있다. 예컨대 석영(SiO₂) 등의 내열성재료로 이루어지는 반응용기[이하 반응관(5)]는, 하단에 개구를 갖는 원통상으로 형성되어, 균열관(6) 내에 균열관(6)과 동심원상으로 배치되어 있다. 반응관(5)의 하부에는 예컨대 석영으로 이루어지는 가스공급관(11)과 배기관(8)이 연결되어 있고, 가스공급관(11)과 연결되는 도입구(18)는 반응관(5) 하부로부터, 반응관(5) 측부에 따라 예컨대 세관상(細管狀)으로 올라가, 천정부분에서 반응관(5)의 내부에 이르는 구성으로 되어 있다. 배기관(8)은, 반응관(5)의 배기구(19)에 접속된다. 가스는 가스공급관(11)으로부터 반응관(5)의 천정부를 거쳐, 반응관(5)의 내부로 유입하여, 반응관(5) 하부에 접속된 배기관(8)으로부터 배기되게 되어 있다.

반응관(5)의 도입구(18)에는, 가스공급관(11)에 의하여, 처리용의 가스가 반응관(5) 내에 공급되게 되어 있다. 이 가스공급관(11)은 가스의 유량제어수단으로서의 매스플로컨트롤러(MFC)(12) 또는 도시하지 않은 수분발생기에 연결되어 있다. 매스플로컨트롤러(12)는, 가스유량제어부(72)에 접속되어 있고, 공급하는 가스 또 는 수증기(H₂O)의 유량을 소정의 양으로 제어할 수 있는 구성으로 되어 있다.

반응관(5)의 배기구(19)로부터는, 반응관(5) 내를 흐르는 가스가 배출된다. 반응관(5)의 배기구(19)에는, 압력조절기(예컨대 APC)(13)에 연결된 가스의 배기관(8)이 접속되어 있고, 반응관(5) 내의 압력을 압력검출수단[이하, 압력센서(14)]에 의하여 검출하여, 반응관(5) 내의 압력을 소정의 압력이 되도록 압력제어부(73)에 의하여 APC(13)를 제어한다.

반응관(5)의 하단 개구부에는, 예컨대 석영으로 된 원반상(圓盤狀)의 보지체[이하, 베이스(10)]가, O링(15)을 개재하여 기밀 씰(seal) 가능하게 탈착자재로 되어 있고, 베이스(10)는 원반상의 뚜껑[이하, 씰캡(16)]위에 붙어있다. 또, 씰캡(16)에는, 회전수단[이하, 회전축(17)]이 연결되어 있고, 회전축(17)에 의하여, 보지체[이하, 석영캡(1a)] 및 기판보지수단[이하, 보트(4)], 보트(4) 상에 보지되어 있는 기판[이하, 웨이퍼(4a)]를 회전시킨다. 또, 씰캡(16)은 승강수단[이하, 보트 엘리베이터(9)]에 연결되어 있고, 보트(4)가 승강되는 구성으로 되어 있다. 회전축(17) 및 보트 엘리베이터(9)는, 소정의 스피드로 구동하도록, 구동제어부(74)에 의하여 제어된다.

반응관(5)의 외주에는 가열수단[이하, 히터(1)]이 동심원상으로 배치되어 있다. 히터(1)는, 반응관(5) 내의 온도를 상위 컨트롤러(Uc)로 설정된 처리온도로 하도록 온도검출수단[이하, 히터 열전대(2), 캐스케이드 열전대(3)]에 의하여 온도를 검출하고, 온도제어부(71)에 의하여 제어한다. 여기서 히터 열전대(2)는 히터(1)의 온도를, 캐스케이드 열전대(3)는 균열관(6)과 반응관(5) 사이의 온도를 검출하는 역할을 한다. 구체적으로는, 히터(1)는, 노내온도를 보다 높은 정밀도로 제어하기 위해 복수의 존(예컨대, U존, CU존, CL존, L존 등)으로 분할되어 있고, 히터(1)에 의해 구성되는 복수의 가열 존으로부터의 온도검출치와 온도설정치와의 편차를 토대로, 가열 존마다 히터로의 파워제어신호가 출력되고, 온도제어가 이루어진다. 한편, 히터 열전대(2)도 캐스케이드 열전대(3)도, 히터(1)의 복수 존에 대응하도록 각각의 존에 대응한 위치에서 검출하도록 복수의 검출점을 갖는다.

여기서는 캐스케이드 열전대(3)는 반응관(5)과 보트(4)의 사이에 설치되고, 반응관(5) 내의 온도를 검출하는 것도 가능하도록 구성되어 있는데, 캐스케이드 열전대(3)와 히터 열전대(2)의 배치는, 히터(1)와 웨이퍼(4a)와의 사이에 각각 배치되고, 캐스케이드 열전대(3)는 히터 열전대(2)보다 웨이퍼(4a)에 가깝게 배치되며, 히터 열전대(3)는, 캐스케이드 열전대(3)보다 히터(1) 측에 가깝게 배치되면 된다.

다음에, 처리로(91)에 있어서 산화, 확산처리방법의 한 예를 설명한다. 먼저, 보트 엘리베이터(9)에 의하여 보트(4)를 하강시킨다. 보트(4)는, 복수 매의 웨이퍼(4a)를 보지한다. 뒤이어, 히터(1)에 의하여 가열되면서, 반응관(5) 내의 온도를 소정의 온도로 한다. 가스공급관(11)에 접속된 MFC(12)에 의하여 미리 반응관(5) 내를 불활성가스로 충전해 두고, 보트 엘리베이터(9)에 의하여, 보트(4)를 상승시켜 반응관(5)내로 옮기고, 반응관(5)의 내부온도를 소정의 처리온도로 유지한다. 반응관(5) 내를 소정의 압력으로 유지한 후, 회전축(17)에 의하여, 보트(4) 및 보트(4) 상에 보지되어 있는 웨이퍼(4a)를 회전시킨다. 동시에 가스공급관(11) 으로부터 처리용의 가스를 공급 또는 수분발생기로부터 수증기를 공급한다. 공급된 가스는, 반응관(5)을 하강하여, 웨이퍼(4a)에 대하여 균등하게 공급된다.

산화·확산처리 중의 반응관(5) 내에서는, 배기관(8)을 통해 배기되어, 소정의 압력이 되도록 APC(13)에 의하여 압력이 제어되고, 소정시간, 산화·확산처리를 한다.

이렇게 하여 산화·확산처리가 종료하면, 뒤이어 웨이퍼(4a)의 산화·확산처리로 옮겨져, 반응관(5) 내의 가스를 불활성가스로 치환함과 동시에, 압력을 상압(常壓)으로 하고, 그 후, 보트 엘리베이터(9)에 의하여 보트(4)를 하강시켜, 보트(4) 및 처리 완료한 웨이퍼(4a)를 반응관(5)으로부터 꺼낸다. 반응관(5)으로부터 꺼낸 보트(4) 상의 처리 완료된 웨이퍼(4a)는, 미처리의 웨이퍼(4a)와 교환되고, 다시 전술한 바와 마찬가지로 하여 반응관(5) 내에 상승시켜, 산화·확산처리가 이루어진다.

다음에, 도 1에 보인 온도제어부(71)에 관하여 설명한다. 한편, 온도제어부(71)는, 전술한 가열 존마다, 히터(1), 캐스케이드열전대(3), 히터 열전대(2)에 각각 응하여 제어하는데, 이하의 설명에서는 특별한 설명이 없는 한, 그 중 하나의 가열 존에 대한 설명인 것으로 한다.

온도제어부(71)는 절체기(20, 22), 감산기(21, 25), PID연산기(23, 26), PIDC연산기(24) 및 파워패턴출력기(27)로 구성된다.

절체기(20)는 설정되는 제어 모드에 의하여 제어방식을 선택 절체하는 것이다. 구체적으로는 PID제어(후술)와 파워제어(후술) 등의 선택 절체를 한다.

감산기(21)는 상위 컨트롤러(Uc)로 설정되는 목표치(Sc)로부터 제어량(검출온도)(A)을 감산한 결과를 편차(F)로 산출하고, 절체기(22)를 경유하여 PID연산기(23) 또는 PIDC연산기(24)로 출력한다.

절체기(22)는 설정되는 제어모드에 의하여 제어방식을 선택 절체하는 것이다. 구체적으로는 PIDC 제어(후술)와 PID제어를 선택 절체 한다.

뒤이어, PID연산기(23)에 있어서 처리(PID제어)에 대하여 도 3를 토대로 설명한다.

도 3에 보이는 것과 같이, PID연산기(23)는, 가산기(30), 적분연산기(31), 비례연산기(32) 및 미분연산기(33)로 구성된다. 적분연산기(31)는, 편차(F)를 입력하여, 편차(F)를 시간적분연산(I연산)한 결과에 미리 설정되어 있는 파라미터(Ki)를 곱한 값을 적분치(N)로 하여 출력하는 것이다. 어느 특정한 시간(t)에 있어서 편차(F)를 F(t), 그 때의 적분치(N)를 N(t)로 나타낸다고 하면, 적분치(N)는 수학식(1)에 따라 구해진다. 수학식(1)에 있어서, ∫F(u)du의 적분범위는 0에서 t사이이다.

N(t)= Ki·∫F(u)du

비례연산기(32)는, 편차(F)를 입력하고, 미리 설정되어 있는 파라미터 (Kp)를 곱한(P연산) 값을 비례치(O)로서 출력하는 것이다. 어느 특정시간(t) 에 있어서 편차(F)를 F(t), 그 때의 비례치(O)를 O(t)로 나타내면, 비례치(O)는 수학식(2)에 따라 구해진다.

O(t)= Kp·F(t)

미분연산기(33)는, 편차(F)를 입력하고, 편차(F)를 시간 미분연산(D연산)한 결과에 미리 설정되어 있는 파라미터(Kd)를 곱한 값을 미분치(R)로서 출력하는 것이다. 어느 특정한 시간(t)에 있어서 편차(F)를 F(t), 그 때의 미분치(R)를 R(t)로 나타내면, 미분치(R)는 수학식(3)에 따라 구해진다.

R(t)=Kd·dF(t)/dt

가산기(30)는, 적분치(N), 비례치(O) 및 미분치(R)를 입력하고, 이들의 총합을 산출하여 조작량(X)을 출력하는 것이다. 어느 특정한 시간(t)에 있어서 편차(F)를 F(t), 그 때의 조작량(X)을 X(t)로 나타낸다고 하면, 전술한 수학식(1), 수학식(2), 수학식(3)으로부터 조작량(X)은 수학식(4)에 따라 구해지며, 이러한 PID연산기(23)에 있어서 연산처리를 PID연산이라고 부른다. 수학식(4)에서, ∫F(u)du의 적분범위는 0에서 t사이이다.

X(t)= Kp·F(t)＋Ki·∫F(u)du＋Kd·dF(t)/dt

즉 도 1에서 보이는 것과 같이, 주제어부(7)에 있어서 온도제어부(71)에 대하여, 상위 컨트롤러(Uc)에서의 목표치(목표온도)(Sc) 및 캐스케이드 열전대(3)로부터의 제어량(검출온도)(A)이 입력되고, 온도제어부(71) 내의 감산기(21)에서는 목표치(목표온도)(Sc)로부터 제어량(A)을 감산한 편차(F)가 출력된다. PID연산 기(23)에서는, 편차(F)를 사용하여 PID연산이 이루어지고, 조작량(X)이 결정된다. 이 조작량(X)은 목표치(X')로 변환되고, 이 목표치(X')와 히터 열전대(2)로부터의 제어량(검출온도)(B)이 감산기(25)로 입력되고, 감산기(25)에서는 목표치(X')로부터 제어량(B)을 감산한 편차(E)가 출력된다. PID연산기(26)에서는 편차(E)를 사용하여 PID연산되고, 온도제어부(71)의 출력으로서 조작량(Z)이 출력되어, 히터(1)에 입력된다. 그리하여 히터(1)로부터 출력된 제어량(A, B)은 다시 온도제어부(71)로 귀환된다. 이와 같이 온도제어부(71)로부터 출력되는 조작량(Z)을 목표치(Sc)와 제어량(A)과의 편차(F)가 0이 되도록 시시각각으로 변화시켜 나간다. 이와 동일한 제어방식을 PID제어라고 부른다.

이어서, PIDC연산기에 대하여 도 4를 토대로 설명한다.

도 4에 보이는 것과 같이, PIDC연산기(24)는, 가산기(40), 적분연산기(41), 비례연산기(42), 미분연산기(43), 절체기(44), 적분패턴출력기(45), 적분패턴출력기(46)로 구성된다.

절체기(44)는, 미리 설정된 제어절체시간을 토대로 선택 절체를 하는 것이다. 구체적으로는 제어 개시로부터 미리 설정된 시간(t)의 타이밍으로 적분패턴출력기(45)나 또는 적분패턴출력기(46)＋적분연산기(41)를 절체한다.

적분연산기(41)는 편차(F)를 입력하고, 편차(F)를 시간적분연산(I연산)한 결과에 미리 설정되어 있는 파라미터(Ki)를 곱한 값을 적분치(N)로서 출력하는 것이다. 어느 특정한 시간(t)에 있어서 편차(F)를 F(t), 그 때의 적분치(N)를 N(t)로 나타낸다고 하면 적분치(N)는 수학식(5)에 따라 구해진다. 수학식(5)에 있어서, ∫ F(u)du의 적분범위는 0에서 t사이이다.

N(t)=Ki·∫F(u)du

여기에서, 적분출력패턴이란 적분연산분 대신에 미리 적분연산분의 출력치를 과정에 맞춰 설정하는 것으로서, 적분패턴출력기(45, 46)는 미리 설정되어 있는 출력패턴을 토대로 적분패턴치(J)를 출력하는 것이다. 도 5는 적분출력패턴을 예시하는 그림이다. 상위 컨트롤러(Uc)에서는 온도제어를 할 때 복수의 단계(단계 1~단계 4)마다 출력치(C), 레이트(rate), 시간(time)을 설정할 수가 있다. 어느 단계를 I단계째라고 하면 전(前) 단계의 출력치[C(I-1)]로부터 레이트(I)로 출력치[C(I)]를 향해 변화시켜, 출력치[C(I)]도달 후에는 출력치는 C(I)인 채 출력을 계속한다. I단계 개시 후 시간 time(I) 경과시점에서 다음 단계 I+1번째로 이행한다. 어느 특정한 시간(t)에 있어서 출력치(J)를 J(t)로 한다.

가산기(49)는, 적분패턴출력기(46)로부터의 적분패턴치(J)와 적분연산기(41)로부터의 적분연산치(N)를 입력하고, 이들 총합을 산출하여 적분조작량(W)을 출력하는 것이다.

즉, 어느 특정시간(t)에 있어서 편차(F)를 F(t), 그 때의 적분조작량(W)을 W(t)로 나타내면, 절체기(44)에 의하여 적분패턴출력기(45)와 적분패턴출력기(46)+적분연산기(41)의 절체가 이루어질 때, 적분조작량(W)은 수학식(6)에 따라 구해진다. 적분조작량(W)은, 적분패턴치[J(t)]와 적분연산치와의 합으로 되어 있다. 수학식(6)에 있어서, ∫F(u)du의 적분범위는 0에서 t사이이다.

W(t)=J(t)+Ki·∫F(u)du

비례연산기(42)는 편차(F)를 입력하고, 미리 설정되어 있는 파라미터(Kp)를 곱한(P연산) 값을 비례치(O)로 하여 출력하는 것이다. 어느 특정시간(t)에 있어서 편차(F)를 F(t), 그 때의 비례치(O)를 O(t)로 나타내면, 비례치(O)는 수학식(7)에 따라 구해진다.

O(t)= Kp·F(t)

미분연산기(43)는, 편차(F)를 입력하고, 편차(F)를 시간미분연산(D연산)한 결과에 미리 설정되어 있는 파라미터(Kd)를 곱한 값을 미분치(R)로서 출력하는 것이다. 어느 특정한 시간(t)에 있어서 편차(F)를 F(t), 그 때의 미분치(R)를 R(t)로 나타낸다고 하면, 미분치(R)는 수학식(8)에 따라 구해진다.

R(t)=Kd·dF(t)/dt

가산기(40)는, 적분조작량(W) 또는 적분패턴치(J)와 비례치(O)와 미분치(R)를 입력하고, 이들의 총합을 산출하여 조작량(X)을 출력하는 것이다. 어느 특정한 시간(t)에 있어서 편차(F)를 F(t), 그 때의 조작량(X)을 X(t)로 나타낸다고 하면, 전술한 수학식(6), 수학식(7), 수학식(8)으로부터 조작량(X)은 수학식(9a) 또는 수학식(9b)에 따라 구해지고, 이를 PIDC연산이라고 부른다.

X(t)=W(t)+Kp·F(t)+Kd·dF(t)/dt

X(t)=J(t)+Kp·F(t)+Kd·dF(t)/dt

즉, 도 1에서 보이는 것과 같이, 온도제어부(71)에 대하여, 상위 컨트롤러(Uc)로부터의 목표치(Sc) 및 캐스케이드 열전대(3)로부터의 제어량(A)이 입력되면, 온도제어부(71) 내의 감산기(21)에서는 목표치(Sc)로부터의 제어량(A)을 감산한 편차(F)가 출력된다. 절체기(22)에 의하여 PIDC연산기(24)에 편차(F)가 입력되었을 때, PIDC연산기(24)에서는, 편차(F)와 미리 설정된 적분패턴적분치와 비례미분연산기 등을 사용하여 조작량(X)이 결정된다. 이 조작량(X)은 목표치(X')로 변환되고, 이 목표치(X')와 히터 열전대(2)로부터의 제어량(B)이 감산기(25)로 입력되어, 감산기(25)에서는 목표치(X')로부터 제어량(B)을 감산한 편차(E)가 출력된다. PID연산기(26)에서는 편차(E)를 사용하여 PID연산되고, 온도제어부(71)의 출력으로서 조작량(Z)이 출력되고, 히터(1)에 입력된다. 그리하여 히터(1)로부터 출력된 제어량(A) 및 제어량(B)은 다시 온도제어부(71)로 귀환된다. 이와 같이 온도제어부(71)로부터 출력되는 조작량(Z)을 목표치(Sc)와 제어량(A)과의 편차(F)가 0이 되도록 시시각각으로 변화시켜 나간다. 이러한 제어방식을 PIDC 제어라고 부른다.

다음에, 파워패턴출력기(27)에 대하여 설명한다.

여기서, 파워패턴이란, 적분연산분, 미분연산분, 비례연산분을 포함하는 히터출력치 대신에 미리 적분, 미분, 비례연산분을 포함하는 히터출력치를 과정에 맞춰 설정하는 것이고, 파워패턴출력기(27)는 미리 설정된 패턴을 토대로 조작량(Z) 을 출력하는 것이다. 구체적으로는, 예컨대 도 6에 보이는 것과 같이, 어떤 특정한 시간(t1)은 어느 일정한 조작량(Z1)을 출력하고, 시간(t1) 경과 후, 어느 특정한 시간(t2)과의 사이는 일정한 조작량(Z2)을 출력한다. 이 때, 조작량(Z1)으로부터 조작량(Z2)로 이행할 때에 미리 설정된 기울기(조작량/시간)에 의하여 램핑(ramping)시키는 것도 가능하다. 이와 같이 미리 시간과 조작량과 기울기에 따라 만들어지는(패턴화되는) 패턴을 토대로 조작량을 결정하고 출력하는 제어방식을 파워제어라고 부른다.

도 7은, 본 실시 형태에 의한 온도조정방법에 관하여 설명하기 위한 플로차트이다. 여기서는, 초기온도(S)로부터 목표온도(S')로 램프업(ramp-up)시켜 안정공정에 이르기까지의 경우에 대하여 기술한다. 여기서 램프업이란 승온공정을 의미한다.

처음에 PID제어로 전술한 표준적인 PID파라미터(Ki, Kp, Kd)를 사용하여, 온도제어부(71)에 의하여 캐스케이드 열전대에 의한 검출온도가 소정의 목표온도가 되도록 히터의 온도제어를 하여 (제1 공정), 온도특성 기본데이터(캐스케이드 열전대에 의하여 검출되는 온도데이터)를 얻는다(S11a).

다음에, 도 8에 보이는 것과 같이 이 온도특성 기본데이터를 토대로, 램프업 개시(승온개시)로부터의 (캐스케이드 열전대가 측정하는 온도를 토대로) 온도조정 평가시간(A1)[min]을 결정하고, 또한, 캐스케이드 열전대(3)가 나타내는 온도의 최대 오버슈트시간(램프업 개시로부터 오버슈트가 최대로 될 때까지의 시간)(a)[min], 목표온도(S') 도달시간(b)[min], 목표온도(S') 안정시간(c)[min], 목표 온도안정시의 조작량(d)[%]을 구한다. 또한, 온도조정 평가시간(A1) 내의 각 시점에서의 조작량[e(t)][%], 히터 열전대(2)가 보이는 온도[f(t)][℃](도시하지 않음), 캐스케이드 열전대(3)가 보이는 온도[g(t)][℃]를 구한다.

다음에, 캐스케이드 열전대(3)가 보이는 온도(이하, 캐스케이드 온도라고도 함)의 온도조정 평가시간(A1) 중의 총열량(B1)[%* min]을 구한다. 수학식(10)에 있어서, ∫e(t)dt의 적분범위는 0으로부터 A1 사이이다.

B1=∫e(t)dt

또한 온도조정 평가시간(A1) 중 전역에서 목표온도(S')의 온도로 안정되어 있다고 가정하고, 목표온도(S') 안정시의 조작량(d)만을 출력했다고 가정한 경우의 온도조정 평가시간(A1) 중의 총열량을 안정열량(C1)[%* min]이라고 하면 C1은 이하의 수학식(11)으로 구해진다.

C1=d*A1

수학식(10) 및 수학식(11)으로부터 구한 B1, C1을 사용하여, 이하의 수학식(12)에서 구해지는 열량을 승온열량(D1)[%* min]으로 한다.

D1=B1-C1

여기에서, 승온열량에 대하여 설명한다. 초기온도로부터 소망의 목표온도(S')까지 승온 개시하고부터 안정하기까지의 PID연산에 의하여 구해진 열량에는, 목표온도(S')에서 안정 유지하기 위해 필요한 열량과, 목표온도까지 설정치에 따르면서 승온하기 위해 필요한 열량의 2종류의 열량이 포함되어 있다.

따라서, 수학식(10)에서 구한 총열량으로부터 목표온도로 안정하고 있을 때의 조작량을 계속적으로 출력했다고 가정한 경우의 안정열량을 감산하면, 승온하기 위해 필요한 열량, 승온열량이 얻어진다.

전술한 것과 같이, 승온 개시하고부터 목표온도까지는, 설정치에 따라 승온하지만, 이 때 승온열량이 지나치게 크면 목표온도를 넘어도 계속 승온하는 오버슈트가 발생한다. 이 오버슈트는 온도제어상 불필요한 현상으로서 적극적으로 제거할 필요가 있다. 여기서, 총열량 중 안정열량이 아닌 승온열량 내에 오버슈트의 요인이 잠재되어 있는 것으로 되어, 이 열량 내에 잠재된 오버슈트 요인의 열량비율을 반영시킨 출력패턴을 사용함으로써, 노내를 이상적인 온도로 신속하게 안정시킬 수 있게 된다.

다음에 도 9의 사선부에 보이는 것과 같이, 평가개시로부터 목표온도(S') 도달시간(b)으로부터 목표온도(S') 안정시간(c) 사이에 오버슈트한 캐스케이드온도의 총합을 구한다. 이를 오버슈트 온도총합(F')이라고 하면 F'는 이하의 수학식(13)으로 구해진다. 수학식(13)에 있어서, ∫g(t)dt의 적분범위는 b에서부터 c의 사이이다.

F'=∫g(t)dt-S'*(c-b)

다음에 도 10의 사선부에 보이는 것과 같이 평가개시로부터 목표온도(S') 안 정시간(c) 사이의 온도총합을 구한다. 이것을 온도총합(G)이라고 하면 G는 이하의 수학식(14)으로 구해진다. 수학식(14)에 있어서, ∫g(t)dt의 적분범위는 0에서부터 c의 사이이다.

G=∫g(t)dt-S*c

다음에, 오버슈트 온도비율(H)[백분율]을 구한다. 이는, 도 10에 보이는 것과 같이 온도총합(G)에 대한 오버슈트 온도총합(F')의 비율이다. 따라서 이하의 수학식(15)으로 구해진다.

H=F'/G

이 오버슈트 온도비율(H)[백분율]이, 승온열량(D1)에 숨겨진 오버슈트요인의 열량 비율이다. 따라서 승온열량(D1)으로부터 오버슈트 온도비율(H)만큼 삭감함으로써 승온열량(D1)에 반영시킴으로써, 오버슈트를 억제하고, 노내를 이상적인 온도로 신속하게 안정시킬 수 있다. 오버슈트 온도비율(H)의 삭감 후의 승온열량을 D1'라고 하면 D1'는 이하의 수학식(16)으로 구해진다.

D1'=D1*(1-H)

그리하여, 전술한 바와 같이 하여 구한 a, d, D1'를 사용하여 파워 출력패턴의 패턴(제1 출력제어패턴에 상당)을 구하여(제2 공정), 파워제어를 한다(제3 공정). 즉, 제1 공정에 있어서 히터의 제어에 있어서 캐스케이드 열전대에 의하여 검 출되는 검출온도를 토대로, 히터를 제어하기 위한 조작량(제1 조작량)을 패턴화하고(도 11에 보인 조작량을 참조), 제1 출력제어패턴을 구하고, 상기 제1 출력제어패턴를 토대로 히터제어를 한다. 즉, 캐스케이드 열전대에 의하여 검출되는 온도데이터를 토대로 하여, 파워출력패턴을 규정하는 조작량인 제1 조작량을 패턴화하고, 파워출력패턴을 구한다.

파워출력패턴은 도 11에 보인 패턴을 구한다(S11b). 승온 램프레이트(℃/min)를 h라고 하면 도 11 중의 각 파라미터는 이하의 수학식(17) 내지 수학식(20)으로 구해진다. 여기에서의 램프레이트란, 온도변화의 속도(기울기)를 의미하며, 예컨대 100℃로부터 200℃로 5분간에 승온시키고 싶을 때의 램프레이트는, (200℃-1100℃)/5분=20℃/분이 된다.

E0=(D1'/T1)+d

E1=d

T1=(S'-S)/h

T2=a-T1

여기에서, E0은 승온열량(D1')을 일정한 출력량으로 하고, D1'을 초기온도(S)로부터 목표온도(S')에 도달시키는 시간(T1)의 시간으로 나누어, 목표온도 안 정시의 조작량(d)(%)을 더한 것(즉, T1시의 조작량)이다. 또한, S는 초기온도를 나타낸다. T1 이후는, 캐스케이드온도의 최대온도에 달하는 시간(최대 오버슈트시간)(a)(min)에 달할 때까지는 목표온도 안정시의 조작량(d)밖에 출력하지 않도록 한다.

이 파워출력패턴을 사용함으로써 램프레이트(h)에 따라 신속하게 안정시킬 수 있는 히터 열전대(2)가 나타내는 온도파형을 얻을 수 있다. 이것을 파워제어시의 온도특성데이터로서 얻는다(S12).

뒤이어, 파워제어시 기본온도특성 데이터의 오버슈트량을 판정하고(S13), 미리 설정된 오버슈트허용치보다 오버슈트량이 큰 경우(S13, Yes), 전술한 수학식(13) 내지 수학식 (20)을 사용하여, 온도파형 전체와 오버슈트한 부분과의 비율로부터 파워출력패턴을 수정하고, 오버슈트를 경감시키도록 조정을 한다(S14). 그리하여, 이와 같이 하여 수정된 파워출력패턴에 의하여 다시 파워제어하고(제3 공정), 제어시의 온도특성 데이터를 얻는다(S12).

다음에, 오버슈트량이 미리 설정된 오버슈트허용치보다 크지 않은 경우(S13, No), 도 12에 보이는 것과 같이, 제1 공정시 얻은 PID제어시의 캐스케이드 열전대에 대한 온도추이(온도파형) 및 제3 공정시 얻은 파워제어시의 온도특성 기본데이터로부터 파워제어 개시로부터의 온도조정 평가시간(J1)[min]을 결정하고, 또한, 히터 열전대(2)가 나타내는 최대온도시의 시간(j)[min] 및 히터 열전대(2)가 나타내는 온도가 충분히 안정한 시간(n)[min]을 구한다. 여기서, 온도조정 평가시간(J1) 내의 각 시점에서의 파워제어시의 히터 열전대(2)가 나타내는 온도(이하, 파형이라고도 함)를 k(t)[℃], 캐스케이드 열전대(3)가 나타내는 온도를 m(t)[℃]로 한다.

이들의 데이터로부터 도 12에 나타낸 것과 같은 파워제어시의 히터 열전대(2)가 나타내는 온도 k(t)의 파형으로부터, P동작분을 차감한 히터 파형 L(t)를 토대로 도 13에 보이는 것과 동일한 적분출력패턴(제2 출력제어패턴에 상당) M(t)를 구한다(제4 공정)(S15). 즉, 히터파형 L(t)를 토대로, 적분출력패턴을 규정하는 조작량인 제2 조작량(도 5에 나타낸 조작량을 참조)의 적어도 일부를 패턴화하여 적분출력패턴을 구한다.

여기서 히터 열전대(2)가 보이는 온도 k(t)의 파형으로부터 P(비례) 동작분을 빼는 이유는, k(t)가 PID제어시에 PID연산에 의하여 산출된 출력을 토대로 파워출력패턴을 작성하여 얻고 있기 때문에, 이 파형은 P(비례)출력, I(적분)출력, D(미분)출력의 총합에 따른 것이다.

그 때문에 P출력과 D출력분을 차감하면 희망하는 적분출력패턴 M(t)이 구해진다. 여기서, 일반적으로 승온시에는 D출력이 미미하기 때문에 D출력은 무시할 수 있다. 다음에 P동작분을 차감한 히터온도파형 L(t)로부터 다시 k(0)·j를 차감한, 평가 개시로부터 히터파형 k(t)가 나타내는 최대 히터온도시점(j)까지의 시간 열량을 구한다. 이를 Q라고 한다. 수학식(21)에 있어서, ∫L(t)dt의 적분범위는 0으로부터 j의 사이이다.

Q=∫L(t)dt-k(0)·j

이 Q를 최대히터온도시점(j)까지의 시간으로 나누면, 평가개시로부터 j 시점까지 Q와 면적(열량)이 동일하고 히터온도가 일정한 값 M을 구할 수 있다.

[밑변 j, 높이 M의 직사각형의 면적(열량)=Q의 면적(열량)]

M=Q/j

이 M을 2배하면, Q의 면적(열량)과 동등한 밑변 j, 높이 M*2의 삼각형을 구할 수 있다. 이 삼각형의 높이와 기울기와 k(0)·j를 사용함으로써, 히터열전대가 나타내는 P 동작분을 제외한 히터열전대가 나타내는 온도(이하, 열전대온도라고도 함)에 의한 열량과 동일한 열량이 되는 적절한 적분출력패턴이 된다.

도 13에 보이는 것과 같이 평가개시로부터 파워제어시의 히터열전대가 나타내는 최대온도시점(j) 사이를 단계 1, 파워제어시 (히터열전대가 나타내는) 최대히터온도시점(j)으로부터 PID제어시의 최대캐스케이드 온도시간(a) 사이를 단계 2로 한다.

단계 1 온도는 전술한 삼각형의 높이와 기울기를 적용하면, 평가개시로부터 파워제어시의 히터열전대가 나타내는 최대온도시점(j)까지의 적절한 적분출력패턴이 된다. 즉, 파워제어시의 히터열전대 최대시점에는, 히터가열에 의해 승온시키기 위한 출력, 즉 승온열량에 의한 히터열전대가 검출하는 온도로의 영향이 없어지는 시점이고, 이 시점까지 승온시키도록 적분출력패턴을 작성하는 것이 적절하다.

단계 2의 종료시점인 PID제어시의 캐스케이드 열전대가 나타내는 최대온도도달 시점 이후는, 캐스케이드 열전대가 검출하는 온도로서는, 히터가열 변동의 영향 등이 없어진다. 즉 이 시점에서 캐스케이드온도가 목표온도(S')에 도달하면, 그 후에는 오버슈트하는 일이 없고, 목표온도(S')에서 안정한다. 즉, 캐스케이드 열전대가 나타내는 최대온도도달 시점에서는, 히터가열에 의해 승온시키기 위한 출력, 즉 승온열량에 의한 캐스케이드 열전대가 검출하는 온도로의 영향이 없어지는 시점이고, 이 시점까지 승온시키도록 적분출력패턴을 작성하는 것이 적절하다.

따라서 적분출력패턴에 대하여도 PID제어시에 있어서 캐스케이드 열전대가 검출하는 온도가 최대가 되는 시점에서 안정시의 출력이 되도록 패턴화하면 단계 2의 적절한 적분출력패턴이고, 단계 1 목표온도(V)로부터 히터열전대가 충분히 안정하게 된 시간(n)의 히터온도 k(n)에 선형으로 패턴화하면 된다. PID제어시로 하지 않고, 파워제어시에 있어서 캐스케이드 열전대의 검출온도가 최대로 되도록 하여도 된다.

도 12 및 도 13에 있어서 파라미터인 L(t)[℃](P분을 차감한 히터온도), V[℃](도 13에 있어서 단계 1 목표온도), T[℃/min](도 13에 있어서 단계 1의 기울기) 및 U[℃/min](도 13에 있어서 단계 2의 기울기)는 이하의 수학식(23) 내지 수학식 (6)으로 구해진다.

L(t)[℃]=(히터파형-P동작출력분)

=k(t)-[P정수Kp*(목표온도(S')-파워제어시의 캐스케이드온도m(t))]

수학식(21) 및 수학식(22)으로부터

V[℃]=(∫L(t)dt/j)×2

T[℃/min]=(V-k(0))/j

U[℃/min]=(k(n)-V)/(a-j)

이상과 같은 수학식으로부터 적분출력패턴을 작성하여 PIDC제어를 한다(S15). 수학식(24)에 있어서, ∫L(t)dt의 적분범위는 0으로부터 j의 사이이다.

구체적으로는 도 13에 보이는 것과 같이 단계마다 초기치, 목표치, 레이트, 시간을 설정하여 단계에 따라 출력해 나간다. 또한 적분출력패턴에 대하여는 과도기에 있어서 전술한 2단계가 아니고, 보다 많은 단계를 사용하여 작성할 수도 있다.

도 14에 보이는 것과 같이, 예컨대 온도과도기에 있어서, 어느 일정한 시간(q)[min]마다 적분패턴출력의 단계를 r개 설정하면, 각 단계 (r)의 목표온도(Vr)와 램프레이트(기울기)(Yr)는 이하의 수학식(27) 및 수학식(28)으로 구해진다.

Vr[℃]=(∫L(r*q)dt/q)* 2

Yr[℃/min]=(V(r-1)-V(r))/q

이상과 같게 적분출력패턴을 작성함으로써, 온도과도기에 있어서 적분출력의 증대를 막을 수 있고, 또한 파워제어의 파형을 기본으로 함으로써 최단시간에 노내 를 목표온도(S')로 안정시킬 수 있다.

또한 본 실시 형태에 있어서 열처리장치는, 전술한 적분출력패턴으로 PIDC 제어를 실시하더라도 오버슈트, 언더슈트가 큰 경우, 또는 가열 존 사이에서의 편차를 크게 개선해야 할 경우에 이들을 조정하는 기능을 구비한다. 예컨대, 적분출력패턴을 사용함으로써 과잉 적분연산치는 제외되지만, 한편 그 영향에 의하여 승온하는 타이밍이 늦어지고, 비례연산치 등이 불필요하게 커지는 경우가 있다. 그 때문에, 이들을 조정할 필요가 있는 경우가 생긴다.

이하, 오버슈트, 언더슈트의 개선조정에 대하여 설명한다. 전술한 바와 같이, 본 발명에서는 온도과도기의 적분출력을 패턴화하고, 또한 온도안정기에는 적분출력량이 안정시의 것이 되도록 적분출력패턴을 작성하여, 적분연산출력에 가함으로써 온도조정하고 있다. 여기서, 온도안정기에, 적분연산출력을 사용하고 있는 것은, 예상 불가능한 외란 등 약간의 온도변화에 의한 악영향이 승온시에 비해 비교적 현저하게 되기 쉬워, 적분출력패턴 만으로는 대응할 수 없는 것을 적분연산출력을 사용하여 대응하기 위함이다.

즉, 예컨대 도 13에 보이는 온도제어에 있어서는, 단계 3으로부터는 안정기이며, 단계 2와 단계 3의 절체 시점에서 목표온도(S')와 캐스케이드 열전대가 나타내는 온도와의 편차를 0으로 하면, 그 후 온도는 안정하고, 이것이 적절한 조정이 될 것으로 생각된다.

따라서, 오버슈트 또는 언더슈트가 발생한 경우(S16, Yes)는 단계 2와 단계 3의 절체점(PID제어절체시점)에서의 목표온도(S')와 캐스케이드 열전대가 나타내는 온도와의 편차로부터 적분출력패턴을 수정하고, 오버슈트 또는 언더슈트를 경감하도록 조정한다(S17a).

도 15에 보이는 것과 같이 단계 2와 단계 3의 절체점에서의 캐스케이드 열전대가 나타내는 온도와 목표온도(S')와의 편차를 p라고 하면, 적분출력패턴은 적절함에도 불구하고, 오버슈트, 언더슈트가 발생하는 것은, 과도기에 있어서 P 출력의 영향이 큰 것으로 생각된다. 단계 2와 단계 3의 절체점에서의 편차 p로부터 산출된 P출력(W1)은, 수학식(7)과 마찬가지의 수학식(29)으로 구해진다.

W1=Kp·P

즉 이 P출력(W1)분이 여분의 출력으로서, 단계 1과 단계 2의 절체점에서 편차(p)로 되어 나타나고 있는 것으로 생각된다.

따라서 오버슈트, 언더슈트 개선은, 적분출력패턴에서 이 여분의 P출력(W1)을 조정함으로써 실현될 것으로 생각된다.

여기서 온도과도기는 단계 1∼단계 2이고, 그 조정량(W1)을 단계 1 목표온도(V)로부터 감산하여 단계 1 기울기(T), 단계 2 기울기(U)를 재산출함으로써 온도과도기, 즉 단계 1∼단계 2의 조작량을 적절하게 조정할 수가 있다. 즉 언더슈트되고 있으면 온도과도기의 적분조작량을 크게, 오버슈트하고 있으면 온도과도기의 적분조작량을 작게 함으로써, 단계 2와 단계 3의 절체점에서의 목표온도(S')와 캐스케이드 열전대가 나타내는 온도와의 편차를 적게 할 수 있어, 오버슈트, 언더슈트를 개선할 수 있다.

조정량(W1), 적분출력 초기온도 k(0), 단계 1 목표온도(V), 단계 1의 시간(j), 단계 2의 시간(a-j), 히터안정온도(단계 3 목표온도) k(n)라고 하면, 조정 후의 단계 1 목표온도(V'), 단계 1 램프레이트(T'), 단계 2 램프레이트(U')는 이하의 수학식(30)∼수학식(32)으로 구해진다.

V'=V-W1

T'[℃/min]=(V'-k(0))/j

U'[℃/min]=(k(n)-V')/(a-j)

도 16에 보이는 것과 같이 온도조정이 적절하더라도 가열 존마다 조작량을 작성, 조정하고 있기 때문에, 목표온도안정까지 빠른 존과 느린 존이 발생하여, 이것이 존 간의 편차가 되고 경우에 따라서는 막후(膜厚)에 영향을 주는 때가 있다.

따라서, 존 간의 편차가 미리 설정된 허용치보다 큰 경우(S18, Yes), 적분출력패턴을 조정함으로써 목표온도안정이 빠른 존을 느린 존에 맞추어 느리게 하여, 존 간의 편차를 개선한다(S19).

어느 목표온도안정이 빠른 존(901)과 목표온도안정이 느린 존(902) 사이의 최대 존간 편차 최대시점에서 시간편차 dev_t[min]를 구한다.

이는 존 간 편차 최대시점에서의 존(902)의 온도(B')를 구하고, 존(901)이 온도(B')가 된 시점과 존 간 편차 최대시점과의 차이가 시간편차 dev_t로서 구해진 다.

다음에 도 17에서 보이는 것과 같이 존(901)의 적분출력패턴의 각 단계를 dev_t만큼 느리게 함으로써 목표온도안정을 존(902)에 맞추어 느리게 한다.

도 17에 보이는 각 파라미터는 이하의 수학식(33) 및 수학식(34)으로 구해진다. 여기서 T는 전술한 단계 1의 기울기(T)[℃/min]이다.

a'=a+dev_t

k(0)'= k(0)+T·dev_t

이상과 같이 적분출력패턴을 시간편차 dev_t분 느리게 함으로써, 목표온도안정이 빠른 존을 느리게 할 수가 있다.

한편, 존 간의 편차가 미리 설정된 허용치보다 크지 않은 경우(S18, No), 온도조정처리를 종료한다.

이와 같이, 본 실시 형태에 의한 반도체장치의 제조방법에서는, 히터 조작량의 적어도 일부로서 전술한 제2 출력제어패턴을 사용한 온도제어를 함으로써 기판에 대한 열처리를 한다(제5 공정).

구체적으로는, 전술한 바와 같이 구한 적분출력패턴에 의하여, 상위 컨트롤러(Uc)에서, 가열 존마다 적분출력패턴을 복수 단계마다 출력치, 레이트, 시간을 설정하고, 또한 절체기(44)의 절체시간을 설정한다. 절체기(44)의 절체시간은, 승온종료 후 안정시에 이행하는 시간(예컨대 도 17의 단계 2로부터 단계 3으로 이행 하는 시간)으로 설정한다.

설정 후, PIDC연산기(24) 및 PID연산기(26)등을 사용하여 온도제어를 실시하고 기판을 처리한다. 구체적으로는, 온도제어부(71)는, 승온시(예컨대 도 17의 단계 1 및 단계 2)에는, 목표치(Sc)[예컨대 도 17의 단계 2 목표온도 k(n)]에 대하여, 캐스케이드 열전대(3)로부터의 제어량(A)을 감산기(21)에서 감산한 결과(F)를 토대로 비례연산기(42) 및 미분연산기(43), 적분패턴출력기(45)로 조작량(제2 조작량)(X)을 연산하고, 그 후, 조작량(X)을 목표치(X')로 변환하여 히터 열전대(2)로부터의 제어량(B)을 감산기(25)에서 감산하고 편차(제1 편차)(E)를 출력한다. 그 후, PID연산기(26)에서 편차(E)를 사용하여 PID연산하고, 온도제어부(71)의 출력으로서 조작량(Z)을 출력하여 히터(1)를 제어한다.

그리하여, 히터(1)로부터 출력된 제어량(A, B)을 다시 온도제어부(71)로 귀환시킨다. 이렇게 하여, 조작량(Z)을 목표치(Sc)와 제어량(A)과의 편차(F)가 0이 되도록 제어한다. 또한, 승온종료후 안정시(예컨대 도 17의 단계 3)에는, 승온종료후 절체기(44)에 의하여 절체를 하고, 목표치(Sc)에 대하여, 캐스케이드 열전대(3)로부터의 제어량(A)을 감산기(21)에서 감산한 결과(F)를, 비례연산기(42) 및 미분연산기(43), 적분패턴출력기(46), 적분연산기(41)에서 조작량(제3 조작량)(X)을 연산하고, 그 후, 조작량(X)을 목표치(X')로 변환하고, 히터열전대(2)로부터의 제어량(B)을 감산기(25)로 감산하여 편차(제2 편차)(E)를 출력한다. 그 후, PID연산기(26)로, 편차(E)를 사용하여 PID연산하며, 온도제어부(71)의 출력으로서 조작량(Z)을 출력하여 히터제어한다. 그리고, 히터(1)로부터 출력된 제어량(A, B)을 다 시 온도제어부(71)로 귀환시킨다. 이 때에도, 조작량(Z)를 목표치(Sc)와 제어량(A)과의 편차(F)가 0이 되도록 제어한다. 이러한 온도제어를 하면서, 기판에 대한 열처리를 한다.

본 실시 형태에 의한 온도제어를 한 경우에 있어서, 노내의 온도변화를 도 18, 도 19, 도 20에 보인다.

도 18,도 19는 램프업시의 구체적인 예이다. 도 18에서 보이는 종래의 수법인 PID제어에 의한 램프업시에는 오버슈트가 약 40℃, 목표온도 ±3℃로 안정할 때까지 35분이다. 도 19에서 보이는 본 발명(도 12)의 순서를 토대로 온도조정한 PIDC제어에 의한 램프업시에는, 오버슈트가 약 2℃, 목표온도 ±3℃ 이내로 안정할 때까지 약17분이다. 이와 같이, 램프업시에 있어서 본 발명이 유효한 것은 명백하다.

도 20은 램프업에 있어서 존 간의 편차 개선결과이다.

존 간 편차조정 전에는 존 간 편차가 약 50℃이다. 본 발명의 순서를 토대로 존 간을 조정한 결과, 존 간의 편차를 약 20℃ 이내로 저감할 수가 있었다.

도 20으로부터 본 발명의 존 간 편차조정순서는 존 간의 편차를 저감하는데 유효한 것은 명백하다.

<제2 실시 형태>

이어, 본 발명의 제2 실시 형태에 관하여 설명한다.

본 실시 형태에 의한 열처리장치는, 전술한 제1 실시 형태에 의한 열처리장치와 동일한 구성으로 되어 있다. 본 실시 형태와 제1 실시 형태는, 온도조정방법 의 순서에 있어서, 오버슈트 또는 언더슈트가 발생한 경우(S16, Yes)에 있어서 처리가 다르다. 이하, 본 실시 형태에 있어서, 제1 실시 형태에 있어서 장치구성이나 처리내용과 동일한 것에 대하여는 동일부호를 붙여, 설명을 생략한다.

도 21은, 본 실시 형태에 있어서 온도조정순서에 대하여 설명하기 위한 플로차트이다.

전술한 제1 실시 형태에서는 온도과도기의 적분출력을 패턴화하고, 또한 온도안정기에는 적분출력량이 안정시의 것이 되도록 작성하여, 온도조정하고 있다. 즉, 단계 1∼단계 2는 온도과도기이며, 단계 3은 안정기이다.

여기에서, 제2 실시 형태에 대하여는, S17a의 온도조정을 사용한 조정 대신, 오버슈트 온도비율을 사용하여 조정한다.

제2 실시 형태에 대하여도, 오버슈트온도비율(H)을 전술한 수학식(13) 내지 수학식(15)을 사용하여, S15의 PIDC제어결과를 토대로 구한다. 산출한 오버슈트 온도비율(H)분이 단계 1∼단계 2의 적분출력패턴에 잠재된 오버슈트요인의 열량비율이다. 따라서 단계 1 목표온도(V)로부터 오버슈트 온도비율(H)만큼 삭감함으로써 온도과도기의 적분출력패턴에 반영시켜 노내를 이상적인 온도로 신속하게 안정시킬 수 있다(S17b).

초기온도 k(0), 단계 1 목표온도(V), 단계 1 시간(j), 단계 2 시간(a-j), 히터안정온도(단계 3 목표온도) k(n)라고 하면, 오버슈트 온도비율(H)을 삭감한 후의 단계 1 목표온도(V'), 단계 1 램프레이트(T'), 단계 2 램프레이트(U')는, 이하의 수학식(35) 내지 수학식(37)에서 구해진다.

V'= V*(1-H)

T'[℃/min]=(V'-k(0))/j

U'[℃/min]=(k(n)-V')/(a-j)

이상의 순서를 실행함으로써, 숙련된 작업자가 아니더라도, 신속하고 확실하고 적절한 온도조정을 할 수 있다(S17b).

<제3 실시 형태>

이어서, 본 발명의 제3 실시 형태에 관하여 설명한다.

본 실시 형태에 의한 열처리장치는, 전술한 제1 실시 형태에 의한 열처리장치와 동일한 구성으로 되어 있다. 본 실시 형태와 제1 실시 형태는, 열처리공정에 차이가 있어, 제1 실시 형태는 주로 램프업으로부터 목표온도 안정시까지의 공정이고, 제3 실시 형태는 주로 보트업 리커버리공정이다. 보트업 리커버리공정이란, 다음번에 열처리하려는 웨이퍼를 충전한 보트를 보트엘리베이터에 의하여 상승시켜 반응관 내로 반입할 때, 실온(약 25℃) 상태인 보트 및 웨이퍼의 열영향에 의하여, 반응관 내의 온도(예컨대 200℃)가 저하하지만, 그 저하한 반응관 내의 온도를 회복하고, 웨이퍼 및 보트가 반응관 내로 옮겨진 상태에서 원래의 온도(이 경우 200℃)로 반응관 내의 온도를 되돌리는 공정을 말한다. 승온열량(D)의 산출처리로부터 존 간 편차의 개선조정(제1 실시 형태에 있어서 단계 S19)까지의 처리가 다르다. 이하, 본 실시 형태에 있어서, 제1 실시 형태에 있어서 장치구성이나 처리내용과 동일한 것에 대해서는 동일부호를 붙이고, 설명은 생략한다.

먼저, 도 22에 보이는 것과 같이, PID제어로 얻어진 온도특성 기본데이터로부터 램프업 개시부터의 온도조정 평가시간(A1)[min]을 결정하고, 또한, 캐스케이드 열전대(3)가 나타내는 온도의 최대 오버슈트시간(a)[min], 초기온도(S)로 되돌아가는 시간(b)[min], 초기온도(S) 안정시간(c)[min], 초기온도안정시의 조작량(d)[%]을 구한다. 또한, 온도조정 평가시간(A1) 내의 각 시점에서의 조작량 e(t)[%], 히터 열전대(2)가 나타내는 온도 f(t)[℃], 캐스케이드 열전대(3)가 나타내는 온도 g(t)[℃]를 구한다. 또한, g(t)가 저하하기 시작할 때까지의 시간을 s[min]로 한다.

오버슈트하고 있는 동안 출력되지 않았던 안정열량을 흠락(欠落)열량(Y)[%*min]이라고 하면, Y는 수학식(38)으로 구해진다. 수학식(38)에 있어서, ∫(d-e(t))dt의 적분범위는 b에서 c의 사이이다.

Y=∫(d-e(t))dt

제1 실시 형태에서 보인 수학식(10) 및 수학식(11)을 전술한 도 22에 보이는 온도특성 기본데이터에 적용하여 구하고, 수학식(38)로부터 구한 총열량(B1), 안정열량(C1), 흠락열량(Y)을 사용하여, 이하의 수학식(39)으로 구해지는 열량을 승온열량(D1)[%*min]으로 한다.

D1=B1-C1+Y…(39)

여기에서, 승온열량과 흠락열량에 관하여 설명한다. 보트업 후, 어느 초기온도(S)로 안정하기까지 PID연산에 의하여 구해진 총열량에는, 초기온도(S)에서 안정유지하기 위해 필요한 열량이 포함될 것으로 생각된다.

그러나, 후제어이기 때문에, 보트업에 의하여 초기온도(S)로부터 어느 정도 온도가 저하하고, 초기온도와 실측치와의 편차가 커지고 나서, 초기온도(S)로 안정유지하기 때문에 PID연산의 출력이 커진다.

여기서 보트업에 의하여 저하했을 때의 최저 캐스케이드온도(S1), 평가개시로부터 S1까지의 시간을 r1이라고 하면, 보트업 리커버리는 평가개시로부터 r1 경과 후에 보트업에 의하여 저하했을 때의 최저 캐스케이드온도(S1)로부터 초기온도(S)로의 램프업이라고 생각할 수 있다.

S1으로부터 S으로의 램프업이라고 생각하는 경우, 전술한 초기온도(S)에서 안정유지하기 위해 필요한 열량은, 보트업에 의하여 저하한 최저 캐스케이드온도(S1)로부터 초기온도(S)로 승온하기 위한 열량과 초기온도(S)에서 안정유지하기 위한 열량으로 나누어진다.

여기에서, 수학식(10)을 전술한 것과 같이 적용하여 구한 총열량으로부터 초기온도(S)로 안정유지하기 위한 열량으로 하고, 보트업 후, 캐스케이드온도가 안정했을 때의 조작량을 계속적으로 출력했다고 가정한 경우의 안정열량을 감산하면, 승온하기 위해 필요한 열량, 승온열량이 얻어진다.

그러나, 저온(예컨대 50℃∼200℃의 온도대)에서의 보트업 리커버리의 경우, 캐스케이드온도 오버슈트 후, 목표온도에 도달하고 나서 안정할 때까지의 시간(c-b)이 너무 커진다. 캐스케이드온도가 충분히 안정할 때까지를 온도조정 평가시간 A1으로 하면, (c-b)와 같이 온도조정 평가시간(A1)도 크게 되어, 수학식(11)을 적용하여 구한 안정열량이 수학식(10)을 적용하여 구한 총열량보다 크게 되어, 승온열량이 정확하게 구해지지 않는다.

따라서, 수학식(38)에서 보이는 것과 같이 오버슈트하고 있는 (c-b) 사이에 있어서, 안정시의 조작량과 조작량의 실측치의 차분(差分) 열량을 수학식(10)을 적용하여 구한 총열량에 가함으로써, (c-b) 사이에서 잃은 안정열량분인 흠락열량을 보정할 수가 있어, 올바른 승온열량을 구할 수 있다.

한편, 이 승온열량이 지나치게 크면, 초기온도(S)에서 안정 유지하려고 하지만 오버슈트해 버리는 것으로 생각된다. 즉 이 승온열량 내에 잠재된 오버슈트요인의 열량비율을 반영시킨 출력패턴을 사용함으로써, 노내를 이상적인 온도로 신속하게 안정시킬 수 있다고 생각된다.

다음에 도 23 사선부에 보이는 것과 같이 초기온도(S) 도달시간(b)으로부터 초기온도(S) 안정시간(c)의 사이에 오버슈트한 캐스케이드온도의 총합을 구한다. 이를 오버슈트 온도총합(F")이라고 하면 F"은 이하의 수학식(40)에서 구해진다. 수학식(40)에 있어서, ∫g(t)dt의 적분범위는 b에서 c의 사이이다.

F"=∫g(t)dt-S(c-b)

다음에 도 24의 사선부에 보이는 것과 같이 최저온도(S1) 시점(r1)으로부터 초기온도(S) 안정시간(c) 사이의 온도총합을 구한다. 이를 온도총합(G)이라고 하면 G는 이하의 수학식(41)으로 구해진다.

수학식(41)에 있어서, ∫g(t)dt의 적분범위는 r1에서부터 c의 사이이다.

G=∫g(t)dt-S1(c-r1)

다음에 오버슈트 온도비율(H) 및 오버슈트 온도비율(H)을 삭감한 후의 승온열량(D1')을 구한다. 오버슈트 온도비율(H) 및 열량(D1')의 산출에 대하여는, 전술한 제1 실시 형태와 마찬가지기 때문에 설명은 생략한다.

이상으로부터, 도 25에 보이는 파워출력패턴을 구하여, 파워제어를 한다. 도 25 중의 각 파라미터는 이하의 수학식(42) 내지 수학식(46)으로 구해진다.

E0=(D1'/T1)+d

E1=d

T0=s

T1=(r1-s)

T2=a-T1-T0

뒤이어, T0에 관하여 설명한다. 보트업시에는 가열 존마다 영향이 많이 다르고, 특히 L존과 U존에서는 크게 다르다. L존의 경우, 보트업시에는, 항상 상온의 웨이퍼, 보트 등이 순차적으로 올라오는 입구측이 되기 때문에, 보트업에 의한 온도저하가 심하다. 한편 U존에서는 L∼CU존 사이를 보트업하는 사이에 어느 정도 웨이퍼, 보트 등이 가열되기 때문에, L존과 비교하면 온도저하가 비교적 완만하다. 따라서, 보트업 개시(평가개시)와 동시에 L존, CL존, CU존 및 U존의 각각이 안정시의 조작량에 적절한 승온열량을 가했다고 하면, U존에 있어서는 특히 보트업의 영향, 즉 U존 부근에 웨이퍼, 보트 등이 도달할 때에 생기는 캐스케이드온도가 저하하기 전에 승온하게 되어, 열량의 낭비(예컨대, 오버슈트)가 발생한다.

따라서 각 존에 있어서 보트업의 영향에 의하여 캐스케이드온도가 저하하기 시작할 때까지, 예컨대 1분 동안에 1℃ 저하할 때까지는 승온열량은 출력하지 않도록 미리 설정해 둔다.

이에 따라, 존마다 열량분의 출력을 개시하는 시간에 차이가 생겨, 존마다 적절한 온도조정이 가능하게 된다.

E0은 열량(D1')을 일정한 출력량으로 출력하도록 시간(T1)으로 나누고, 초기온도 안정시의 조작량(d)을 가한 것이다. 그 후에는 최대 오버슈트시간(a)에 달할 때까지 목표온도 안정시의 조작량(d)밖에 출력하지 않도록 한다.

이 파워 출력패턴을 사용함으로써 노내를 초기온도(S)로 재빠르게 안정시킬 수 있는 히터열전대(2)가 나타내는 온도파형을 얻을 수가 있다. 이것을 파워제어시 온도특성데이터로서 얻는다.

다음에 도 26에 보이는 것과 같이 상기 파워제어시 온도특성 기본데이터로부터 파워제어 개시로부터의 온도조정 평가시간(J1)[min]을 결정하고, 또한, 존마다 히터 열전대(2)가 나타내는 최고온도 시간(j)[min], 히터 열전대(2)가 나타내는 온도가 충분히 안정된 시간(n)[min]을 구한다. 또한, 온도조정 평가시간(J1) 내의 각 시점에서의 히터 열전대(2)가 나타내는 온도 k(t)[℃], 캐스케이드 열전대(3)가 나타내는 온도 m(t)[℃]로 한다.

이들의 데이터로부터 도 26에 도시한 k(t)의 파형으로부터 P 동작분을 차감한 히터파형 L(t)를 바탕으로 도 27에 도시한 적분출력패턴 M(t)을 구한다. 여기서 히터 열전대(2)가 나타내는 온도 k(t)의 파형으로부터 P 동작분을 빼는 이유는, k(t)는 PID제어시에 PID연산에 의하여 산출된 출력을 토대로 하여 파워출력패턴을 작성하고 얻은 것이기 때문에, 이 파형은 P(비례)출력, I(적분)출력, D(미분)출력의 총합에 의한 것이다. 그 때문에 P출력과 D출력분을 차감하면 희망하는 적분출력패턴 M(t)이 구해진다. 여기에서, 일반적으로 승온시에는, D출력은 미미하기 때문에 무시할 수 있다.

다음에 P동작분을 차감한 히터온도파형 L(t)의 승온열량분 출력개시 점(s)으로부터 최대히터온도시점(j)(P분을 빼지 않은 실측치)까지의 면적(열량)을 구한다. 이를 Q라고 한다. 수학식(47)에 있어서, ∫L(t)dt의 적분범위는 s에서 j의 사이이다.

Q=∫L(t)dt-k(0)·(j-s)

이 Q를 j, 최대히터온도시점까지의 시간으로 나눔으로써, s시점에서 j시점까지 Q와 면적(열량)이 동일하고 히터온도가 일정한 값 M을 구할 수 있다[저변(j-s), 높이 M의 장방형 면적(열량)=Q의 면적(열량)].

M=Q/(j-s)

이 M을 2배하면, Q의 면적(열량)과 동일한 저변(j-s), 높이 M*2의 삼각형을 구할 수 있다. 이 삼각형의 높이와 기울기와 k·(j-s)를 사용함으로써, 히터열전대가 나타내는 P동작분을 제외한 히터열전대가 나타내는 온도에 의한 열량과 동일한 열량이 된다.

도 27에 보이는 것과 같이 평가 개시로부터 승온열량분 출력개시 점(s)까지를 단계 0, s시점에서부터 파워제어시 최대히터온도시점(j)의 사이를 단계 1, 파워제어시 최대히터온도시점(j)로부터 PID제어시 최대캐스케이드 온도시간(a) 사이를 단계 2로 한다.

단계 0 온도는 아직 보트업에 의한 영향이 나타나지 않는 기간이기 때문에, 평가개시의 온도에서 안정시킨다.

단계 1 온도는 전술한 삼각형의 높이와 기울기를 적용하면, 평가개시로부터 파워제어시의 히터열전대가 나타내는 최대히터온도시점(j)까지의 적절한 적분출력패턴으로 생각된다.

단계 2의 종료시점인 PID제어시 최대캐스케이드시점은, 캐스케이드온도에 대하여, 그 시점 이후는 온도과도기에 있어서 외란 등의 영향이 없어진다고 생각된 다. 즉 이 시점에서 캐스케이드온도가 초기온도(S)에 도달하면, 그 후는 오버슈트하지 않고, 초기온도(S)에서 안정한다고 생각된다.

도 26, 도 27에 있어서 파라미터 L(t)[℃](P분을 차감한 히터온도), V[℃](단계 1 목표온도), T[℃/min](단계 1 기울기) 및 U[℃/min](단계 2 기울기)는 이하의 수학식(49)∼수학식(52)으로 구해진다.

L(t)[℃]=(히터파형-P동작출력분)

=k(t)-{P정수Kp*[초기온도(S)-파워제어시의 캐스케이드온도 m(t)]}

V[℃]=[∫L(t)dt/(j-s)]× 2

T[℃/min]=(V-k(0))/(j-s)

U[℃/min]=(k(n)-V)/(a-j)

이상과 같은 수학식에서부터 적분출력패턴을 작성하고, PIDC제어를 한다. 수학식(50)에 있어서, ∫L(t)dt의 적분범위는 s로부터 j의 사이이다. 구체적으로는 도 27에 보이는 것과 같이 단계마다 초기치, 목표치, 레이트, 시간을 설정하고 단계에 따라 출력해 나간다. 또한 적분출력패턴에 대해서는 과도기에 있어서 전술한 3단계가 아니라, 보다 많은 단계를 사용하여 작성하는 것도 고려할 수 있다.

도 28에 보이는 것과 같이 예컨대 온도과도기에 있어서 어느 일정한 시간(q) 마다[min] 적분패턴출력의 단계를 w개 설정하면, 각 단계(w)의 목표온도(Vw)와 런플레이트(기울기)(Yw)는 이하의 수학식(53) 및 수학식(54)으로 구해진다.

Vw[℃]=(∫L(w*q)dt/q)x2

Yw[℃/min]=(V(w-1)-V(w))/q

이상과 같이 적분출력패턴을 작성함으로써, 온도과도기에 있어서 적분출력의 증대를 막을 수 있고, 또한 파워제어의 파형을 기본으로 함으로써 최단시간에 노 내를 초기온도(S)로 안정시킬 수 있다.

또한 본 발명에서는 전술한 적분출력패턴으로 PIDC제어를 실시하더라도 오버슈트, 언더슈트가 큰 경우, 또는 존 간의 편차가 커서 개선할 필요가 있는 경우에는 이들을 조정하는 기능을 구비한다.

이하, 오버슈트, 언더슈트의 개선조정에 대해서 설명한다.

전술한 바와 같이, 본 발명에서는 온도과도기의 적분출력을 패턴화하고, 또한 온도안정기에는 적분출력량이 안정시에 그와 같이 되도록 적분출력패턴을 작성하여, 온도조정하고 있다.

즉, 예컨대 도 27에 보이는 온도제어방법에 있어서, 단계 3으로부터는 안정기이고, 단계 2와 단계 3의 절체시점에서 초기온도(S)와 캐스케이드열전대가 나타내는 온도와의 편차를 0으로 하면, 그 후 온도는 안정하고, 이것이 적절한 조정으로 된다고 생각된다.

따라서 오버슈트 또는 언더슈트가 발생한 경우에는 단계 2와 단계 3의 절체점에서의 초기온도(S)와 캐스케이드열전대가 나타내는 온도와의 편차로부터 조정량을 구하면 된다.

도 29에 보이는 것과 같이 단계 2와 단계 3의 절체점에서의 캐스케이드열전대가 나타내는 온도와 초기온도(S)와의 편차를 p라고 하면, 적분출력패턴은 적절함에도 불구하고, 오버슈트, 언더슈트가 발생하는 것은, 과도기에 있어서 P출력의 영향이 크다고 생각된다. 단계 2와 단계 3의 절체점에서의 편차 p로부터 산출된 P출력(W1)은, 수학식(7)과 마찬가지로 수학식(55)으로 구해진다.

W1=Kp·p

즉 이 P출력(W1)분이 여분의 출력으로서, 단계 1과 단계 2의 절체점에서 편차 p가 되어 나타나고 있다고 생각된다. 따라서, 오버슈트 및 언더슈트의 개선은, 적분출력패턴으로서 그 여분의 P출력(W1)을 조정함으로써 실현된다고 생각된다.

여기에서, 온도과도기는 단계 1∼단계 2이고, 그 조정량(W)을 단계 1 목표온도(V)로부터 감산하여 단계 1의 기울기(T), 단계 2의 기울기(U)를 재산출함으로써 온도과도기, 즉 단계 1∼단계 2의 조작량을 적절한 것으로 조정할 수가 있다. 즉 언더슈트하고 있으면 온도과도기의 적분조작량을 크게, 오버슈트하고 있으면 온도과도기의 적분조작량을 작게 함으로써, 단계 2와 단계 3의 절체점에서의 초기온도(S)와 캐스케이드열전대가 나타내는 온도와의 편차를 적게 할 수 있어, 오버슈트, 언더슈트를 개선할 수가 있다.

조정량(W1), 적분출력초기온도 k(0),단계 0의 시간(s), 단계 1의 목표온도(V), 단계 1의 시간(j-s), 단계 2의 시간(a-j), 히터안정온도(단계 3 목표온도) k(n)이라고 하면, 조정 후의 단계 1의 목표온도(V'), 단계 1의 램프레이트(T'), 단계 2의 램프레이트(U')는 이하의 수학식(56) 내지 수학식(58)으로 구해진다.

V'= V-W

T'[℃/min]=(V'-k(0))/(j-s)

U'[℃/min]=(k(n)-V')/(a-j)

뒤이어, 존 간의 편차 개선조정에 대하여 설명한다. 도 30에 보이는 것과 같이 온도조정이 적절하다고 하더라도 가열 존마다 조작량을 작성, 조정하고 있기 때문에, 목표온도 안정까지 빠른 존과 느린 존이 발생하여, 이것이 존 간의 편차가 되어 경우에 따라서는 막후에 영향을 주는 경우가 있다. 따라서 적분출력패턴을 조정함으로써 목표온도 안정이 빠른 존을 느린 존에 맞추어 늦춤으로써 존 간의 편차를 개선한다.

어느 목표온도 안정이 빠른 존(903)과 목표온도가 느린 존(904)과의 사이의 최대 존 간 편차최대시점에서의 시간편차 dev_t[min]를 구한다. 이는 존 간 편차 최대시점에서의 존(904)의 온도(B')를 구하고, 존(903)이 온도(B')가 된 시점과 존 간의 편차 최대시점과의 차분이 시간편차 dev_t로서 구해진다.

다음에 도 31에서 보이는 것과 같이 존(903)의 적분출력패턴의 각 단계를 dev_t만큼 늦춤으로써 목표온도안정을 존(904)에 맞추어 느리게 한다. 도 31에 보이는 각 파라미터는 제1 실시 형태에서 보인 수학식(33) 내지 수학식(34)으로 구해진다. 여기에서 T는 전술한 단계 1의 기울기(T)[℃/min]이다.

이상과 같이, 적분출력패턴을 시간편차 dev_t분 느리게 함으로써 목표온도 안정이 빠른 존을 느리게 할 수가 있다. 이상이, 본 실시 형태에 있어서 온도조정방법의 설명이다.

이상의 순서를 실행함으로써, 숙련된 작업자가 아니더라도, 빠르고 확실하게, 그리고 적절한 온도조정을 할 수 있다. 구체적인 노내의 동작을 도 32, 도 33에 보인다.

도 32 및 도 33은 보트업 종료 후의 온도 리커버리의 구체적인 예이다. 도 32에 보이는 종래의 수법인 PID제어에 의한 보트업 리커버리에서는, 오버슈트가 약 10℃, 보트업 후 약 100분에서도 목표온도 ±5℃ 이내로 안정하지 못하고 있다.

도 33에 보이는 본 발명의 순서에 따라서 온도조정한 PIDC제어에 의한 보트업 리커버리로에서는, 오버슈트는 약 3℃, 보트업 종료 후 약 15분에 목표온도 ±5℃ 이내에 안정하고 있다. 도 32, 도 33으로부터 보트업 리커버리에 있어서 본 발명은 유효한 것은 명백하다.

본 발명에 따르면, 제어대상인 노내에 비교적 큰 외란이 발생한 경우에도, 그 외란을 포함한 조작량의 총합으로부터 가장 빠르게 제어량을 목표치에 따르도록 할 수 있는 적분출력패턴을 미리 설정하고, 특정한 시간으로부터 적분연산 대신에 적분치를 패턴 출력하며, 또한 외란 기타에 기인하는 편차 중 대부분이 소멸했다고 생각되는 시점에서부터 다시 적분연산하여 적분치를 출력하기 때문에, 제어대상으로부터 출력되는 제어량을 신속하고 또한 정확하게 초기치로 리커버리할 수가 있다.

또한, 본 발명의 순서는, 자연현상인 실측온도, 조작량, 시간이라는 지금까지 온도조정시 숙련자의 경험과 감에 의존하던 대부분을 어느 특정한 계산식에 의해서 구할 수 있어, 빠르고 확실하게 온도조정을 할 수 있어, 시간, 비용의 삭감을 할 수가 있다.

또한, 본 발명의 순서를 프로그램화하여, 온도 컨트롤러 등에 소프트웨어로서 집어넣음으로써, 작업자의 개입을 불필요하게 하고, 적절한 온도조정을 할 수도 있다.

<제4 실시 형태>

뒤이어, 본 발명의 제4 실시 형태에 대하여 설명한다.

본 실시 형태에 의한 열처리장치는, 전술한 제3 실시 형태에 의한 열처리장치와 동일한 구성으로 되어 있다. 본 실시 형태와 제3 실시 형태는, 온도조정방법의 순서에 있어서, 오버슈트 또는 언더슈트가 발생한 경우에 있어서 처리가 다르다. 이하, 본 실시 형태에 있어서, 제3 실시 형태에 있어서 장치구성이나 처리내용과 동일한 것에 대해서는 동일한 부호를 붙이고, 설명은 생략한다.

전술한 제3 실시 형태에서는 온도과도기의 적분출력을 패턴화하고, 또한 온도안정기에는 적분출력량이 안정시의 것이 되도록 작성하여, 온도조정하고 있다. 즉, 단계 1 및 단계 2는 온도과도기이며, 단계 3은 안정기이다.

즉, 제3 실시 형태에 있어서의, PIDC제어시의 오버슈트나 언더슈트의 조정을 온도조정을 사용한 조정 대신, 오버슈트온도비율을 사용해 조정한다.

제3 실시 형태에 있어서도, 오버슈트온도비율(H)을 전술한 수학식(59)∼수학식(61)을 사용하여 PIDC제어결과를 토대로 구한다. 이하에 수학식(59)∼수학식(61)과 그 설명을 다시 기술한다.

도 23의 사선부에 보이는 것과 같이 초기온도(S) 도달시간(b)로부터 초기온도(S) 안정시간(c)의 사이에 오버슈트한 캐스케이드온도의 총합을 구한다. 이를 오버슈트온도총합(F")이라고 하면 F"는 이하의 수학식(59)으로 구해진다. 수학식(59)에 있어서, ∫g(t)dt의 적분범위는 b에서 c의 사이이다.

F"=∫g(t)dt-S(c-b)

다음에 도 24의 사선부에 보이는 것과 같이 최저온도(S1) 시점(r1)으로부터 초기온도(S) 안정시간(c) 간의 온도총합을 구한다. 이것을 온도총합(G) 라고 하면 G는 이하의 수학식(60)으로 구해진다. 수학식(60)에 있어서, ∫g(t)dt의 적분범위는 r1으로부터 c의 사이이다.

G=∫g(t)dt-S'(c-r1)

다음에 오버슈트온도비율(H)[백분률]을 구한다. 이는 도 24에 보이는 온도총합(G)에 대한 도 23에서 보이는 오버슈트온도총합(F")의 비율이다. 따라서 이하의 수학식(61)으로 구해진다.

H=F"/G

산출한 오버슈트온도비율(H) 분이 단계 1 및 단계 2의 적분출력패턴에 잠재된 오버슈트요인의 열량비율이다. 따라서 단계 1 목표온도(V)로부터 오버슈트온도비율(H)만큼 삭감함으로써 온도과도기의 적분출력패턴에 반영시키고, 노내를 이상적인 온도로 신속하게 안정시킬 수 있다.

초기온도 k(0), 단계 0의 시간(s), 단계 1의 목표온도(V), 단계 1의 시간(j-s), 단계 2의 시간(a-j), 안정온도(단계 3 목표온도)를 k(n)라고 하면, 오버슈트온도비율(H)을 삭감한 후의 단계 1 목표온도 V', 단계 1의 램프레이트 T',단계 2의 램프레이트 U'는 이하의 수학식(62) 내지 수학식(64)으로 구해진다.

V'=V*(1-H)

T'[℃/min]=(V'-k(0))/(j-s)

U'[℃/min]=(k(n)-V')/(a-j)

<제5 실시 형태>

뒤이어, 본 발명의 제5 실시 형태에 대하여 설명한다.

본 실시 형태에 의한 열처리장치는, 전술한 제1 실시 형태에 의한과 동일한 구성으로 되어 있다. 본 실시 형태와 제1 실시 형태는, 온도조정방법의 순서에 있어서, 파워제어의 출력패턴을 구할 때의 램프업하는 조작량을 구할 때의 계산방법이 다르다. 이하, 본 실시 형태에 있어서, 제1 실시 형태에 있어서 장치구성이나 처리내용과 동일한 것에 대해서는 동일부호를 붙이며, 설명은 생략한다.

먼저, 전술한 제1 실시 형태와 마찬가지로 구한 a, d, D1'를 사용하여 파워출력패턴을 구하여, 파워제어를 한다.

도 35 중 각 파라미터는 이하의 수학식(65) 내지 수학식(68)으로 구해진다.

I0=(Dl'/Tl)+d

I1=d

T1=a/2

T2=a

따라서, PID제어시의 최대 오버슈트시점까지의 기간을 둘로 분할하면, 전반이 램프업을 위해 히터온도를 올리는 기간, 후반이 온도가 내려가기 시작하지만 늦게 캐스케이드온도가 올라가는 기간이라 생각하고, 승온에 필요한 파워를 출력하는 기간은 전반, 즉 최대 오버슈트시점에서의 반이 적절하다고 생각하여, 파라미터를 설정한다.

I0는 열량(D')을 일정한 출력량에서 오버슈트최대시간(a)의 반의 시간으로 출력하는 경우의 조작량에 목표온도 안정시의 조작량(d)을 가한 것이다. 이 파워출력패턴을 사용하여 파워제어시의 온도특성데이터를 얻는다.

다음에 도 34에 보이는 것과 같이, 이 파워제어시의 온도특성기본데이터로부터 파워제어 개시로부터의 온도조정평가시간(A1)[min]을 결정하고, 또한, 목표온도(S') 도달시간(b)[min], 목표온도(S') 안정시간(c)[min],히터열전대가 나타내는 최고온도(j2)[℃], 이 최고온도의 시간(a2)[min]을 구한다. 또한, 온도조정평가시간(A1) 내의 각 시점에서의 히터열전대(2)가 나타내는 온도 f(t)[℃], 캐스케이드열전대(3)가 나타내는 온도 g(t)[℃]를 구한다.

다음에 도 9에서 보이는 것과 같이 목표온도(S') 도달시간(b)으로부터 목표온도(S') 안정시간(c) 사이에 오버슈트한 온도의 총합을 구한다. 이를 오버슈트온도총합(K)이라고 하면 K는 이하의 수학식(69)으로 구해진다. 수학식(69)에 있어서, ∫m(t)dt의 적분범위는 b에서 c의 사이이다.

K=∫g(t)dt-S'*(c-b)

다음에 도 10에 도시한 목표온도(S)' 안정시간(c)의 사이의 온도총합을 구한다. 이를 온도총합(L1)이라고 하면 L1은 이하의 수학식(70)으로 구해진다. 수학식(70)에 있어서, ∫g(t)dt의 적분범위는 0으로부터 c의 사이이다.

L1=∫g(t)dt

다음에 오버슈트온도비율(M)[백분율]을 구한다. 이는 온도총합(L1)에 대한 오버슈트온도총합(K)의 비율이다. 따라서 이하의 수학식(71)으로 구해진다.

M=K/L1

다음에 도 35에 보이는 것과 같이 이 오버슈트온도비율(M)을 파워출력패턴의 승온열량에서 구한 조작량으로부터 삭감함으로써 조작량(I0)을 적절한 조작량으로 할 수 있다. 오버슈트온도비율(H)을 삭감한 후의 조작량(I0)을 l0'라고 하면 l0'는 이하의 수학식(72)으로 구해진다.

I0'=(I0-I1)*(1-M)+I1

이상의 수학식(69) 내지 수학식(72)에서 구해지는 도 35에 보인 오버슈트온도비율분을 삭감하고, 다시 파워제어에서 온도특성데이터를 얻고, 동일한 순서를 수회 반복함으로써 적절한 조작량을 구하는 수 있으며, 온도를 대략적으로 조정할 수 있다.

<제6 실시 형태>

다음에, 제6의 실시 형태에 대하여 설명한다. 본 실시 형태는, 전술한 제1 실시 형태에서 설명한 온도제어부 내의 구성의 변형예이다. 이하, 본 실시 형태에 있어서, 제1 실시 형태에 있어서 장치구성이나 처리내용과 동일한 것에 대해서는 동일부호를 붙여, 설명은 생략한다.

도 36에 보이는 것과 같이, 본 실시 형태에서는, 조작량(X)은 PID연산과 PIDC연산을 미리 설정한 시간에서 절체하여 산출하고, 조작량(Z)은 PID연산과 PIDC연산을 미리 설정한 시간으로 절체하여 산출하든지 또는 파워출력패턴으로부터 산출하는 구성으로 되어 있다.

<제7 실시 형태>

다음에, 제7의 실시 형태에 대하여 설명한다. 본 실시 형태는 전술한 제1 실시 형태의 변형예이다. 이하, 본 실시 형태에 있어서, 제1 실시 형태에 있어서 장치구성이나 처리내용과 동일한 것에 대하여는 동일부호를 붙이고, 설명은 생략한다.

도 37에 보이는 것과 같이, 본 실시 형태로서는 조작량(X)은 PIDC연산으로 산출하고, 조작량(Z)은 PID연산과 PIDC연산을 미리 설정한 시간으로 절체하여 산출하든지 또는 파워출력패턴으로부터 산출하는 구성으로 되어 있다.

<제8 실시 형태>

다음에, 제8의 실시 형태에 대하여 설명한다. 본 실시 형태는, 전술한 제1 실시 형태의 변형예이다. 이하, 본 실시 형태에 있어서, 제1 실시 형태에 있어서 장치구성이나 처리내용과 동일한 것에 대해서는 동일부호를 붙이고, 설명은 생략한다.

도 38에 보이는 것과 같이, 본 실시 형태에서는 조작량(Z)은 PIDC연산으로 산출하든지 또는 파워출력패턴으로 산출하는 구성으로 되어 있다.

<제9 실시 형태>

다음에, 제9 실시 형태에 대하여 설명한다. 본 실시 형태는, 전술한 제1 실 시 형태의 변형예이다. 이하, 본 실시 형태에 있어서, 제1 실시 형태에 있어서 장치구성이나 처리내용과 동일한 것에 대해서는 동일부호를 붙이고, 설명은 생략한다.

도 39에 보이는 것과 같이, 본 실시 형태에서는 조작량(X)은 PID연산으로 산출하고, 조작량(Z)은 PIDC연산으로 산출하든지 또는 파워출력패턴으로부터 산출하는 구성으로 되어 있다.

<제10 실시 형태>

다음에, 제10의 실시 형태에 대해서 설명한다. 본 실시 형태는 전술한 제1 실시 형태의 변형예이다. 이하, 본 실시 형태에 있어서, 제1 실시 형태에 있어서 장치구성이나 처리내용과 동일한 것에 대하여는 동일부호를 붙이고, 설명은 생략한다.

도 40에 보이는 것과 같이, 본 실시 형태에서는 조작량(X)은 PIDC연산으로 산출하고, 조작량(Z)은 PID연산으로 산출하든지 또는 파워출력패턴으로부터 산출하는 구성으로 되어 있다.

<제11 실시 형태>

다음에, 제11 실시 형태에 대해서 설명한다. 본 실시 형태는 전술한 제1 실시 형태의 변형예이다. 이하, 본 실시 형태에 있어서, 제1 실시 형태에서의 장치구성이나 처리내용과 동일한 것에 대해서는 동일부호를 붙이고, 설명은 생략한다.

도 41에 보이는 것과 같이, 본 실시 형태는 조작량(X)은 PIDC연산으로 산출하고, 조작량(Z)은 PIDC연산으로 산출하든지 또는 파워출력패턴으로부터 산출하는 구성으로 되어 있다.

<제12 실시 형태>

다음에, 제12 실시 형태에 대해서 설명한다. 본 실시 형태는 전술한 제1 실시 형태의 변형예이다. 이하, 본 실시 형태에 있어서, 제1 실시 형태에서의 장치구성이나 처리내용과 동일한 것에 대해서는 동일부호를 붙이고, 설명은 생략한다.

도 42에 보이는 것과 같이, 본 실시 형태에서는 캐스케이드열전대의 제어량(A)는 무시하고, 히터열전대의 제어량(B)과 목표치(Sc)와의 편차(E)를 사용한다.

<제13 실시 형태>

다음에, 제13 실시 형태에 대하여 설명한다. 본 실시 형태는 전술한 제1 실시 형태의 변형예이다. 이하, 본 실시 형태에 있어서, 제1 실시 형태에서의 장치구성이나 처리내용과 동일한 것에 대해서는 동일부호를 붙이고, 설명은 생략한다.

도 43에 보이는 것과 같이, 본 실시 형태에서는, 캐스케이드열전대의 제어량(A)은 무시하고, 히터열전대의 제어량(B)과 목표치(Sc)와의 편차(E)를 사용한다. 조작량(Z)은 PIDC연산으로 산출하든지 또는 파워출력패턴으로부터 산출하는 구성으로 되어 있다.

<제14 실시 형태>

다음에, 제14 실시 형태에 대하여 설명한다. 본 실시 형태는 전술한 제1 실시 형태의 변형예이다. 이하, 본 실시 형태에 있어서, 제1 실시 형태에서의 장치구성이나 처리내용과 동일한 것에 대해서는 동일부호를 붙이고, 설명은 생략한다.

도 44에 보이는 것과 같이, 본 실시 형태에서는, 조작량(Z)은 PID연산과 PIDC연산과 파워출력패턴의 3개를 미리 설정한 시간으로 절체하여 산출하든지 또는 파워출력패턴으로부터 산출하는 구성으로 되어 있다.

<제15 실시 형태>

다음에, 제15 실시 형태에 대하여 설명한다. 본 실시 형태는 전술한 제1 실시 형태의 변형예이다. 이하, 본 실시 형태에 있어서, 제1 실시 형태에 있어서의 장치구성나 처리내용과 동일한 것에 대하여는 동일부호를 붙이고, 설명은 생략한다.

도 45에 보이는 것과 같이, 본 실시 형태에서는, 조작량(Z)은 PIDC연산과 파워출력패턴을 미리 설정한 시간으로 절체하여 산출하든지 또는 파워출력패턴으로부터 산출하는 구성으로 되어 있다.

<제16 실시 형태>

다음에, 제16 실시 형태에 대해서 설명한다. 본 실시 형태는 전술한 제1 실시 형태의 변형예이다. 이하, 본 실시 형태에 있어서, 제1 실시 형태에 있어서의 장치구성나 처리내용과 동일한 것에 대하여는 동일부호를 붙이고, 설명은 생략한다.

도 46에 보이는 것과 같이, 본 실시 형태에서는, 조작량(Z)은 PID연산과 파워출력패턴을 미리 설정한 시간으로 절체하여 산출하든지 또는 파워출력패턴으로부터 산출하는 구성으로 되어 있다.

<제17 실시 형태>

뒤이어, 본 발명의 제17 실시 형태에 대해서 설명한다.

본 실시 형태에 의한 열처리장치는, 전술한 각 실시 형태에 의한 열처리장치와 같은 종형장치의 구성이 아니라, 매엽장치의 구성으로 되어 있다. 이하, 본 실시 형태에 있어서, 전술한 각 실시 형태에서 기술한 부분과 동일한 기능을 갖는 구성부분에 대하여는 동일부호를 붙이고, 설명은 생략한다. 한편, 도 47에 보이는 것과 같이, 본 실시 형태에 의한 열처리장치는, 도 1에 보인 제1 실시 형태에 있어서 온도제어부(71)와 동일한 구성 및 기능을 갖는 온도제어부를 구비하고 있다.

구체적으로, 본 실시 형태에 의한 열처리장치는, 도 47 및 도 48에 보인 것과 같이, 처리로(86)가, 매엽식 CVD로[매엽식 콜드월(cold-wall)형 CVD로]로 구성되어 있고, 피처리기판으로서의 웨이퍼(반도체)(85)를 처리하는 처리실(201)을 형성한 챔버(chamber)(223)를 구비하고 있다. 챔버(223)는 상측캡(224)과 원통컵(225)과 하측캡(226)이 조합되어 있고, 상하의 단면(端面)이 모두 폐색한 원통형상으로 형성되어 있다.

챔버(223)의 원통컵(225) 원통벽의 중간부에는 게이트밸브(gate valve)(244)에 의하여 개폐되는 반입반출구(250)가 수평방향으로 옆으로 길게 개설되어 있고, 웨이퍼반입반출구(250)는 피처리기판인 웨이퍼(85)를 처리실(201)로 도 48에 도시하지 않는 웨이퍼이재장치(移載裝置)에 의하여 반입반출할 수 있도록 형성되어 있다. 즉, 웨이퍼(85)는 웨이퍼 이재장치에 의하여 밑에서부터 기계적으로 지지된 상태에서, 웨이퍼 반입반출구(250)로 반송되어 처리실(201)에 대하여 반입반출하도록 되어 있다.

원통컵(225)의 웨이퍼반입반출구(250)와 대향하는 벽면의 상부에는, 진공펌 프 등으로 이루어지는 배기장치(도시하지 않음)에 접속된 배기구(235)가 처리실(201)로 연통(連通)하도록 개설되어 있고, 처리실(201) 내는 배기장치에 의하여 배기되게 되어 있다.

또한, 원통컵(225)의 상부에는 배기구(235)로 연통하는 배기 버퍼(buffer) 공간(249)이 원환상(圓環狀)으로 형성되고, 커버플레이트(cover plate)(248)와 함께 웨이퍼(85)의 전면에 대하여 균일하게 배기될 수 있도록 작용하고 있다.

한편, 커버플레이트(248)는, 웨이퍼(85)의 에지(edge)부를 덮도록 일부 서셉터(susceptor, 기판보지수단)(84) 상에 연재(延在)하고 있고, 웨이퍼(85)의 에지부에 성막(成膜)되는 CVD 막을 제어하기 위하여 사용된다.

챔버(223)의 상측캡(224)에는 처리가스를 공급하는 샤워헤드(236)가 일체적으로 갖추어져 있다. 즉, 상측캡(224)의 천정벽에는 가스공급관(232)이 삽입되어 있고, 각 가스공급관(232)에는 예컨대 원료가스나 퍼지(purge) 가스 등의 처리가스(241a), 처리가스(241b)를 도입하기 위해 개폐밸브(243),유량제어장치(매스플로우 컨트롤러=MFC)(241)로 이루어지는 가스공급장치가 접속되어 있다. 상측캡(224)의 하면에는 원판형상으로 형성된 샤워플레이트(이하, 플레이트라고 함)(240)가 가스공급관(232)으로부터 간격을 두고 수평으로 고정되어 있으며, 플레이트(240)에는 복수개의 가스취출구(이하, 취출구라고 함)(247)가 전면(全面)에 걸쳐 균일하게 배치되어 상하 공간을 유통시키도록 개설되어 있다.

상측캡(224) 내측면과 플레이트(240)의 상면이 형성된 내측공간에 의하여 버퍼실(237)이 형성되어 있고, 버퍼실(237)은 가스공급관(232)으로 도입된 처리가 스(230)를 전체적으로 균등하게 확산시켜 각 취출구(247)로부터 균등히 샤워 모양으로 뿜어 내도록 되어 있다.

챔버(223)의 하측캡(226)의 중심에는 삽통공(揷通孔)(278)이 원형으로 개설되어 있고, 삽통공(278)의 중심선상에는 원통형상으로 형성된 지지축(276)이 처리실(201)에 하측으로부터 삽통(揷通)되어 있다. 지지축(276)은 에어실린더(air cylinder) 장치 등이 사용된 승강기구(승강수단)(268)에 의하여 승강되게 되어 있다.

지지축(276)의 상단에는 가열유닛(251)이 동심으로 배치되고 수평으로 고정되어 있으며, 가열유닛(251)은 지지축(276)에 의해서 승강되도록 되어 있다. 즉, 가열유닛(251)은 원판형상으로 형성된 지지판(258)을 구비하고 있으며, 지지판(258)은 지지축(276)의 상단 개구에 동심원으로 고정되어 있다. 지지판(258)의 상면에는 지주를 겸하는 복수 본의 전극(253)이 수직으로 입각(立脚)되어 있으며, 이들 전극(253)의 상단 사이에는 원판형상으로 형성된 복수영역에 분할제어된 히터(가열수단)(81)가 가교(架橋)되어 고정되어 있다. 이들 전극(253)에 대한 전기배선(257)은 지지축(276)의 중공부(中空部) 내를 삽통하고 있다.

또한, 히터(81)의 하방에는 반사판(252)이 지지판(258)에 고정되어 설치되고, 히터(81)로부터 발생한 열을 서셉터(84) 측에 반사시켜, 효율이 좋은 가열로 작용하고 있다.

또한, 온도검출수단인 방사온도계(87, 88)가 지지축(276) 하단으로부터 도입되어, 방사온도계(87, 88)의 선단이 서셉터(84)의 이면에 대하여 소정의 간격을 두 어 설치되어 있다. 방사온도계(87, 88)는, 석영으로 이루어지는 로드(rod)와 광파이버(fiber)의 조합으로 구성되어, 서셉터(84)의 이면[예컨대, 히터(81)의 분할영역에 대응하는 이면(裏面)]으로부터 발생하는 방사광을 검출하여, 서셉터(84)의 이면온도를 산출하는 데 사용되고[미리 얻은 웨이퍼(85)와 서셉터(84)의 온도의 관계에 의해 웨이퍼(85)의 온도를 산출하는 것도 가능], 이 산출결과를 토대로 히터(81)의 가열정도를 제어하고 있다.

하측캡(226)의 삽통공(278) 지지축(276)의 외측에는, 지지축(276)보다 직경이 큰 원통형상으로 형성된 회전축(277)이 동심원으로 배치되고 처리실(201)에 대해 하방에서 삽통되어 있으며, 회전축(277)은 에어 실린더장치 등이 사용된 승강기구(268)에 의해서 지지축(276)과 함께 승강하도록 되어 있다. 회전축(277)의 상단에는 회전드럼(227)이 동심으로 배치되어 수평으로 고정되어 있고, 회전드럼(227)은 회전축(277)에 의하여 회전되도록 되어 있다. 즉, 회전드럼(227)은 도넛(donut) 모양의 평판으로 형성된 회전판(229)과, 원통형상으로 형성된 회전통(228)을 구비하고 있으며, 회전판(229)의 내주연변(內周緣邊)부가 원통형상의 회전축(277)의 상단개구에 고정되고, 회전판(229)의 상면의 외주연변부에 회전통(228)이 동심원으로 고정되어 있다. 회전드럼(227)의 회전통(228)의 상단에는 탄화실리콘이나 질화알루미늄 등이 사용되어 원판형상으로 형성된 서셉터(84)가 회전통(228)의 상단개구를 폐색하도록 덮고 있다.

도 48에 보이는 것과 같이, 회전드럼(227)에는 웨이퍼승강장치(275)가 설치되어 있다. 웨이퍼승강장치(275)는 원형링 형상으로 형성된 2개의 승강링의 각각에 돌상(突上)핀(기판돌상수단)(266, 274)이 돌설(突設)된 것으로 구성되어 있고, 하측의 승강링(이하, 회전측 링이라고 함)은 회전드럼(227)의 회전판(229)의 위에 지지축(276)과 동심원으로 배치되어 있다. 회전측 링의 하면에는 복수 본(본 실시 형태에 있어서는 3본으로 함)의 돌상핀(이하, 회전측 핀이라 함)(274)이 원주방향에 등간격으로 배치되고 수직 하방으로 돌설되어 있으며, 각 회전측 핀(274)은 회전판(229)에 회전통(228)과 동심원의 선상에 배치되어 수직방향으로 개설된 각 가이드구멍(255)에 각각 접동(摺動) 자재하게 감입(嵌入)되어 있다. 각 회전측 핀(274)의 길이는 회전측 링을 수평으로 돌상(突上)할 수 있도록 서로 균등히 설정되어 있음과 동시에, 웨이퍼의 서셉터 상으로부터의 돌상량에 대응하도록 설정되어 있다. 각 회전측 핀(274)의 하단은 처리실(201)의 저면, 즉 하측캡(226)의 표면에 이착(離着) 자재하게 대향되어 있다.

가열유닛(251)의 지지판(258)에는 원형링 형상으로 형성된 또 하나의 승강링(이하, 히터측 링이라고 함)이 지지축(276)과 동심원으로 배치되어 있다. 히터측 링의 하면에는 복수 본(본 실시 형태에 있어서는 3본으로 함)의 돌상핀(이하, 히터측 핀이라 함)(266)이 원주방향으로 등간격으로 배치되어 수직 하방으로 돌설되어 있고, 각 히터측 핀(266)은 지지판(258)에 지지축(276)과 동심원의 선상에 배치되어 수직방향으로 개설된 각 가이드구멍(254)에 각각 접동 자재하게 감입되어 있다. 이들 히터측 핀(266)의 길이는 히터측 링을 수평으로 돌상할 수 있도록 서로 균등하게 설정되어 있음과 동시에, 그 하단이 회전측 링의 상면에 적절한 에어갭(air gap)을 두어 대향되어 있다. 즉, 이들 히터측 핀(266)은 회전드럼(227) 회전 시에 회전측 링에 간섭하지 않도록 되어 있다.

또한, 히터측 링의 상면에는 복수 본(본 실시 형태에 있어서는 3본으로 함)의 돌상핀(이하, 돌상부라고 함)(266)이, 원주방향으로 등간격으로 배치되고 수직 상방으로 돌설되어 있으며, 돌상부(266)의 상단은 히터(81) 및 서셉터(84)의 삽통공(256)에 대향하게 되어 있다. 이들 돌상부(266)의 길이는 히터(81) 및 서셉터(84)의 삽통공(256)을 밑에서부터 삽통하여 서셉터(84)에 재치된 웨이퍼(85)를 서셉터(84)로부터 수평으로 뜨도록 서로 균등하게 설정되어 있다. 또한, 이들 돌상부(266)의 길이는 히터측 링이 지지판(258)에 착좌(着座)한 상태에서, 그 상단이 히터(81)의 상면으로부터 돌출하지 않도록 설정되어 있다. 즉, 이들 돌상부(266)는 회전드럼(227)의 회전시에 서셉터(84)에 간섭하지 않도록 함과 동시에 히터(81)의 가열을 방해하지 않게 되어 있다.

도 48에 보이는 것과 같이, 챔버(223)는 복수 매의 지주(280)에 의해서 수평으로 지지되어 있다. 이들 지주(280)에는 각 승강블록(281)이 각기 승강 자재하게 감합되어 있고, 이들 승강블록(281) 간에는 에어실린더 장치 등이 사용된 승강구동장치(도시하지 않음)에 의해서 승강되는 승강대(282)가 가설(架設)되어 있다. 승강대(282) 상에는 서셉터 회전장치가 설치어 있으며, 서셉터 회전장치와 챔버(223)와의 사이에는 벨로즈(bellows)(279)가, 회전축(277)의 외측을 기밀봉지하도록 개설(介設)되어 있다.

승강대(282)에 설치된 서셉터 회전기구(회전수단)(267)에는 브러시리스(brushless) DC 모터가 사용되어 있고, 출력축(모터축)이 중공축에 형성되어 회 전축(277)으로서 구성되어 있다. 서셉터 회전기구(267)는 하우징(283)을 구비하고 있으며, 하우징(283)이 승강대(282) 위에 수직 상방으로 설치되어 있다. 하우징(283)의 내주면에는 전자석(코일)에 의하여 구성된 고정자(stator)(284)가 고정되어 있다. 즉, 고정자(284)는 코일선재(에나멜 피복동선)(286)가 철심(core)(285)에 권장(卷裝)되도록 구성되어 있다. 코일선재(286)에는 도시하지 않는 리드선이 하우징(283)의 측벽에 개설된 도시하지 않은 삽통공을 삽통하여 전기적으로 접속되어 있으며, 고정자(284)는 브러시리스 DC 모터의 드라이버(도시하지 않음)로부터 전력을 코일선재(286)에 리드선을 통하여 공급함으로써, 회전자계(回轉磁界)를 형성하도록 구성되어 있다.

고정자(284)의 내측에는 회전자(rotor)(289)가 에어갭(간격)을 설정하여 동심원으로 배치되어 있으며, 회전자(289)는 하우징(283) 상하의 볼베어링(293)을 개재하여 회전 자재하도록 지승(支承)되어 있다. 즉, 회전자(289)는 원통형상의 본체(290)와 철심(코어)(291)과 복수 개의 영구자석(292)을 구비하고 있으며, 본체(290)에는 회전축(277)이 브래킷(bracket)(288)에 의하여 일체 회전하도록 고정되어 있다. 철심(291)은 본체(290)에 감합되어 고정되어 있고, 철심(291)의 외주에는 복수 개의 영구자석(292)이 원주방향으로 등간격으로 고정되어 있다. 철심(291)과 복수 개의 영구자석(292)에 의하여 환상으로 배열된 복수의 자극이 형성되어 있으며, 고정자(284)가 형성하는 회전자계가 복수 개의 자극, 즉 영구자석(292)의 자계를 절단함으로써 회전자(289)가 회전하도록 되어 있다.

상하의 볼베어링(293)은 회전자(289) 본체(290)의 상하단부에 각각 설치되어 있고, 상하 볼베어링(293)에는 본체(290)의 열팽창을 흡수하기 위한 간격이 적절히 설정되어 있다. 이 볼베어링(293)의 간격은 본체(290)의 열팽창을 흡수하는 한편, 진동을 최소한도로 억제하기 위해, 5∼50㎛로 설정되어 있다. 한편, 볼베어링의 간격은 볼을 아우터레이스(outer lace) 또는 이너레이스(inner lace)의 어느 쪽이던 한쪽으로 기울 경우 반대측에 발생하는 간격을 의미한다.

고정자(284)와 회전자(289)와의 대향면에는 2중 통벽(筒壁)을 구성하는 외측과 내측의 둘레 부재인 커버(287)가 서로 대향하고, 하우징(283)의 내주면과 본체(290)의 외주면에 각기 고정되어 있으며, 각각의 커버(287)와의 사이에는 소정의 에어갭(간격)이 설정되어 있다. 커버(287)는 비자성체인 스테인레스강이 사용되고, 통벽의 두께가 극히 얇은 원통형상으로 각기 형성되어 있으며, 원통의 상하 개구단에 있어서 하우징(283) 및 본체(290)에 전자빔 용접에 의하여 전주(全周)에 걸쳐 확실하고 균일하게 고착되어 있다. 커버(287)는 비자성체인 스테인레스강으로 극히 얇게 형성되어 있기 때문에, 자속의 확산을 방지하여 모터 효율의 저하를 방지할 뿐 아니라, 고정자(284)의 코일선재(286) 및 회전자(289)의 영구자석(292)의 부식을 방지할 수가 있고, 또한, 코일선재(286) 등에 의한 처리실(201) 내부의 오염을 확실히 방지할 수가 있다. 커버(287)는 고정자(284)를 기밀 씰 상태로 둘러싸, 고정자(284)를 진공 분위기로 되는 처리실(201)의 내부로부터 완전히 격절(隔絶)하고 있다.

서셉터 회전장치에는 자기식 로터리 인코더(encorder)(294)가 설치되어 있다. 즉, 자기식 로터리 인코더(294)는 자성체로부터 되는 피검출체로서의 피검출 링(296)을 갖추고 있으며, 피검출 링(296)은 철 등의 자성체가 사용되고 원형 링 형상으로 형성되어 있다. 피검출 링(296)의 외주에는 피검출부로서 톱니가 다수 개 환상으로 배열되어 있다.

하우징(283)의 피검출 링(296)의 대향위치에는 피검출 링(296)의 피검출부인 각 톱니를 검출하는 자기센서(295)가 설치되어 있다. 자기센서(295)의 선단면과 피검출 링(296) 외주면과의 간격(sensor gap)은, 0.06∼0.17㎜로 설정되어 있다. 자기센서(295)는 피검출 링(296)의 회전에 따른 이들의 대향위치에서 자속변화를 자기저항소자에 의해서 각기 검출하도록 구성되어 있다. 자기센서(295)의 검출결과는 브러시리스 DC 모터 즉 서셉터 회전기구(267)의 구동제어부로 송신되고, 서셉터(84)의 위치 인식에 사용됨과 동시에, 서셉터(84)의 회전량 제어에 사용된다. 한편, 처리로(86)는 가스유량제어부(72), 구동제어부(74), 가열제어부(71a), 온도검출부(71b) 등으로 구성되는 주제어부(7)를 가진다. 또한, 가열제어부(71a) 및 온도검출부(71b)로부터 온도제어부(71)가 구성되어 있으며, 온도제어부(71)에 있어서 히터(81)의 온도를 검지하기 위한 히터열전대(82, 83)를 구비하고 있다.

가스유량제어부(72)는 MFC(241), 개폐밸브(243)에 접속되고, 가스유량, 공급을 제어한다. 구동제어부(74)는 서셉터 회전기구(267), 승강블록(281)에 접속되고, 이들의 구동을 제어한다. 가열제어부(71a)는 배선(257)을 개재하여 히터(81)에 접속되어, 히터(81)의 가열 정도를 제어한다. 온도검출부(71b)는 방사온도계(87, 88)에 접속되어, 서셉터(84)의 온도를 검출하고, 가열제어부(71a)와 연휴하여 히터(81)의 가열제어에 사용된다.

다음에, 본 실시 형태에 있어서 열처리장치에서의 반도체장치의 제조방법에 있어서 성막공정에 대하여 설명한다.

웨이퍼(85)의 반출반입에 있어서는, 회전드럼(227) 및 가열유닛(251)이 회전축(277) 및 지지축(276)에 의해 하한 위치로 하강된다. 이로 인해, 웨이퍼 승강장치(275)의 회전측 핀(274)의 하단이 처리실(201)의 저면, 즉 하측캡(226)의 상면과 돌합(突合)하기 때문에, 회전측 링이 회전드럼(227) 및 가열유닛(251)에 대하여 상대적으로 상승한다. 상승한 회전측 링은 히터측 핀(266)을 쳐올림으로써, 히터측 링을 들어 올린다. 히터측 링이 들어 올려지면, 히터측 링에 입각된 3본의 돌상부(266)가 히터(81) 및 서셉터(84)의 삽통공(256)을 삽통하여, 서셉터(84)의 상면에 재치된 웨이퍼(85)를 하방으로부터 지지하여 서셉터(84)로부터 부상시킨다.

승강장치(275)가 웨이퍼(85)를 서셉터(84)의 상면으로부터 부상시킨 상태가 되면, 웨이퍼(85)의 하방공간, 즉 웨이퍼(85)의 하면과 서셉터(84)의 상면과의 사이에 삽입 스페이스가 형성된 상태가 되기 때문에, 도 48에 도시하지 않는 웨이퍼이재기에 설치된 기판보지 플레이트인 트위저(tweezer)가 웨이퍼 반입반출구(250)로부터 웨이퍼(85) 삽입 스페이스로 삽입된다. 웨이퍼(85)의 하방에 삽입된 트위저는 상승하여 웨이퍼(85)를 이재하여 수령한다. 웨이퍼(85)를 수령한 트위저는 웨이퍼 반입반출구(250)를 후퇴하여 웨이퍼(85)를 처리실(201)로부터 반출한다. 그리하여, 트위저에 의해서 웨이퍼(85)를 반출한 웨이퍼이재기는, 처리실(201) 외부의 빈 카세트 등의 소정 수납장소에 웨이퍼(85)를 이재한다.

뒤이어, 웨이퍼이재기는 실(實) 카세트 등 소정의 수납장소로부터 다음번에 성막처리하는 웨이퍼(85)를 트위저에 의하여 수령하고, 웨이퍼 반입반출구(250)로부터 처리실(201)로 반입한다. 트위저는 웨이퍼(85)를 서셉터(84) 상방에 웨이퍼(85)의 중심이 서셉터(84)의 중심과 일치하는 위치로 반송한다. 웨이퍼(85)를 소정의 위치로 반송하면, 트위저는 약간 하강하여 웨이퍼(85)를 서셉터(84)로 이재한다. 웨이퍼(85)를 웨이퍼 승강장치(275)로 넘겨준 트위저는, 웨이퍼 반입반출구(250)로부터 처리실(201) 밖으로 퇴출한다. 트위저가 처리실(201)로부터 퇴출하면, 웨이퍼반입반출구(250)는 게이트밸브(개폐변)(244)에 의해서 닫힌다.

게이트밸브(244)가 닫히면, 처리실(201)에 대하여 회전드럼(227) 및 가열유닛(251)이 회전축(277) 및 지지축(276)을 개재하여 승강대(282)에 의하여 상승된다. 회전드럼(227) 및 가열유닛(251)의 상승에 의하여, 돌상핀(266, 274)이 회전드럼(227) 및 가열유닛(251)에 대하여 상대적으로 하강하여, 도 48에 보이는 것과 같이, 웨이퍼(85)는 서셉터(84) 위에 완전히 이재된 상태가 된다. 회전축(277) 및 지지축(276)은 돌상부(266)의 상단이 히터(81)의 하면에 근접하는 높이로 되는 위치에서 정지된다.

한편, 처리실(201)은 배기구(235)에 접속된 배기장치(도시하지 않음)에 의하여 배기된다. 이때, 처리실(201)의 진공 분위기와 외부의 대기압 분위기는 베로즈(279)에 의해서 격절되어 있다.

뒤이어, 회전드럼(227)이 회전축(277)을 개재하여 서셉터 회전기구(267)에 의해서 회전된다. 즉, 서셉터 회전기구(267)가 운전되면, 고정자(284)의 회전자계가 회전자(289)의 복수 개 자극의 자계를 절단함으로써 회전자(289)가 회전하기 때 문에, 회전자(289)에 고정된 회전축(277)에 의하여 회전드럼(227)이 회전한다. 이때, 서셉터 회전기구(267)에 설치된 자기식 로터리 인코더(294)에 의하여 회전자(289)의 회전위치가 시시각각으로 검출되어 구동제어부(74)에 송신되고, 이 신호를 토대로 회전속도 등이 제어된다.

회전드럼(227)의 회전 중에는, 회전측 핀(274)은 처리실(201)의 저면으로부터 이격되고, 히터측 핀(266)은 회전측 링으로부터 이격되기 때문에, 회전드럼(227)의 회전은 웨이퍼 승강장치(275)의 방해를 받지 않으며, 그러면서도, 가열유닛(251)은 정지상태를 유지할 수가 있다. 즉, 웨이퍼 승강장치(275)에 있어서는, 회전측 링과 회전측 핀(274)이 회전드럼(227)과 함께 회전하고, 히터측 링과 히터측 핀(266)이 가열유닛(251)과 함께 정지한 상태로 되어 있다.

웨이퍼(85)의 온도가 처리온도까지 상승하고, 배기구(235)의 배기량 및 회전드럼(227)의 회전동작이 안정한 시점에서, 도 48에 실선 화살표로 나타낸 것과 같이, 처리가스(230)가 공급관(232)에 도입된다. 가스공급관(232)에 도입된 처리가스(230)는, 가스분산공간으로서 역할을 하는 버퍼실(237)에 유입됨과 동시에, 직경 바깥방향으로 방사상으로 확산하여, 샤워플레이트(240)의 각 가스취출구(247)로부터 각각 대략 균등한 흐름이 되어, 웨이퍼(85)로 향해 샤워상으로 뿜는다. 취출구(247) 군(群)으로부터 샤워상으로 뿜어진 처리가스(230)는 커버플레이트(248)의 상방 공간을 통해, 배기 버퍼공간(249)을 경유하여 배기구(235)로 빨려 들어가 배기되어 간다.

이때, 회전드럼(227)에 지지된 서셉터(84) 상의 웨이퍼(85)는 회전하고 있기 때문에, 취출구(247) 군으로부터 샤워상으로 뿜어진 처리가스(230)는 웨이퍼(85)의 전면에 걸쳐 균등하게 접촉하는 상태가 된다. 처리가스(230)가 웨이퍼(85)의 전면에 걸쳐 균등하게 접촉하기 때문에, 처리가스(230)에 의하여 웨이퍼(85)에 형성되는 CVD 막의 막후분포나 막질분포는 웨이퍼(85)의 전면에 걸쳐 균일하게 된다.

또한, 가열유닛(251)은 지지축(276)에 지지됨으로써 회전하지 않는 상태가 되어 있기 때문에, 회전드럼(227)에 의하여 회전되면서 가열유닛(251)에 의하여 가열되는 웨이퍼(85)의 온도분포는 전면에 걸쳐 균일하게 제어된다. 이와 같이 웨이퍼(85)의 온도분포가 전면에 걸쳐 균일하게 제어됨으로써, 웨이퍼(85)에 열화학반응에 의하여 형성되는 CVD 막의 막후분포나 막질분포는 웨이퍼(85)의 전면에 걸쳐 균일하게 제어된다.

미리 선정된 소정의 처리시간이 경과하면, 서셉터 회전기구(267)의 운전이 정지된다. 이때, 서셉터(84), 즉 회전자(289)의 회전위치는 서셉터 회전기구(267)에 설치된 자기식 로터리 인코더(294)에 의하여 시시각각으로 감시되기 때문에, 서셉터(84)는 미리 설정된 회전위치에 있어서 정확히 정지된다. 즉, 돌상부(266)와 히터(81) 및 서셉터(84)의 삽통공(256)은 정확하고 재현성(再現性) 있게 합치된다.

서셉터 회전기구(267)의 운전이 정지되면, 전술한 바와 같이, 회전드럼(227) 및 가열유닛(251)은 회전축(277) 및 지지축(276)을 개재하여 승강대(282)에 의하여 반입반출위치로 하강된다. 전술한 바와 같이, 하강 도중에 있어서, 웨이퍼승강장치(275)의 작용에 의해 웨이퍼(85)를 서셉터(84) 상으로부터 부상시킨다. 이때, 돌상부(266)와 히터(81) 및 서셉터(84)의 삽통공(256)은 정확하고 재현성 있게 합치 되어 있기 때문에, 돌상부(266)가 서셉터(84) 및 히터(81)를 쳐들어올리는 오류가 발생할 우려는 없다.

이후, 전술한 작업을 반복함으로써, 다음의 웨이퍼(85)에 CVD 막이 성막처리되어 간다.

전술한 제1 실시 형태 내지 제16 실시 형태에 나타낸 구성은 종형의 열처리장치에 있어서의 것이지만, 이에 국한되지 않고, 본 실시 형태에 있어서 보인 매엽장치로서의 열처리장치에 대하여도 적용 가능하다.

이와 같이, 전술한 각 실시 형태에 따르면, 열처리장치에 구비된 가열수단에 입력하는 조작량을 변화시킴으로써, 상기 가열수단에 의한 제어량을 변화시켜, 상기 조작량을 변화하는 제어량을 토대로 한 비례·적분·미분연산에 의한 귀환처리를 하여 제어하고, 제어량을 목표치로 유지 또는 추종시키는 온도제어에 있어서, 적당한 조작량의 출력을 미리 설정해 두는 제어와 상기 비례·적분·미분연산에 따른 조작량을 출력하는 제어를 선택적으로 절체하는 수단을 구비하며, 상기 적당한 조작량과 상기 비례·적분·미분연산에 따른 조작량을 적절히 선택 절체하여 가열수단에 입력하는 것을 특징으로 하는 온도제어방법을 제공할 수가 있다.

한편, 전술한 바와 같은 구성의 온도제어방법을, 수회 반복하여 실행함으로써 최적의 조작량으로 자동조정하도록 해도 된다. 기타, 전술한 바와 같은 구성의 온도제어방법을, 프로그램화하여 계산기 상에 실장하도록 해도 됨은 말할 나위도 없다.

또한, 전술한 각 실시 형태에서 보인 적분패턴출력에 있어서 목표온도의 산 출방법은 예컨대 수학식(27)에 보인 것과 같은 산출방법에 따라 산출해도 된다.

또한, PID 동작시킨 결과의 출력량을 토대로, 출력제어패턴을 작성하고, 그 출력제어패턴으로 히터를 출력제어했을 때의 히터열전대가 검출하는 온도파형으로부터, I동작분을 구하기 위하여 P동작분을 차감하고(P동작분만이 아니라, D동작분도 빼도 된다), 차감한 히터열전대가 검출하는 온도파형에 의하여 근접한 적분출력패턴을 보다 빠르고 효율적으로 구할 수 있으면 좋다.

이상과 같이, 본 발명은, 램프업 때나 보트업 리커버리 때 등, 처리실 내의 온도가 변동하는 공정일 때, 먼저, 초기온도로부터 목표온도에서 안정할 때까지 PID 제어에 의하여 동작시키고, 그 때의 기본데이터를 얻어, 그 기본데이터 중 초기온도로부터 목표온도에서 안정할 때까지 소비하는 열량을 안정열량과 승온열량으로 구분하여, 출력제어패턴을 구한다. 이와 같이 하여 구한 출력제어패턴을 토대로 온도제어를 하고, 이 때 열전대에 의해 검지되는 기본데이터로부터 P동작분(또는 P동작분 및 동작분)을 감산하여, 적분출력패턴을 구하는 구성으로 되어 있다.

또한, 전술한 각 실시 형태에서는, 본 발명을 종형장치 및 매엽장치에 대하여 적용한 예를 나타냈으나, 이에 국한되는 것이 아니라, 횡형장치로서의 열처리장치에 대하여도 적용 가능하다.

전술한 구성에 의해, 제어대상인 노내에 비교적 큰 외란이 생긴 경우라도, 그 외란을 포함한 조작량의 총합으로부터 가장 빠르게 제어량을 목표치에 추종시킬 수 있는 적분출력패턴을 미리 설정하여, 특정한 시각부터 적분연산 대신에 적분치를 패턴 출력하고, 또한 외란 기타에 기인하는 편차 중 대부분이 소거되었다고 생 각되는 시점에서부터 다시 적분연산을 하여 적분치를 출력하기 때문에, 제어대상으로부터 출력되는 제어량을 신속하고 정확하게 목표치로 변화시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 순서는, 자연현상인 실측온도, 조작량, 시간 등 지금까지 온도조정시에 숙련자의 경험과 감에 의존하던 대부분을, 어느 소정의 계산식에 의하여 구할 수 있어, 재빠르고 확실하게 온도조정을 할 수 있어, 시간, 비용의 삭감을 할 수가 있다.

또한, 본 발명의 순서를 프로그램화하여, 온도 컨트롤러 등에 소프트웨어를 장착함으로써, 작업자의 개입을 필요로 하지 않고, 적절한 온도조정을 하는 것도 가능하다.

본 발명을 특정한 양태에 따라 상세히 설명했으나, 본 발명의 취지 및 범위를 일탈하지 않는 한, 여러 가지 변경 및 개질이 가능하다.

본 발명에 따르면, 작업효율의 향상 및 코스트다운에 기여할 수 있는 온도조정방법, 열처리장치 및 반도체장치의 제조방법을 제공할 수가 있다.

Claims (15)

1. 기판을 처리하는 처리실 내를 가열하는 가열수단과, 상기 가열수단을 제어하는 가열제어부와, 상기 처리실 내의 온도를 검출하는 제1 및 제2 온도검출수단을 구비하고, 상기 제1 온도검출수단은 상기 제2 온도검출수단보다 상기 기판에 가까운 위치에 배치되고, 상기 제2 온도검출수단은 상기 제1 온도검출수단보다 상기 가열수단에 가까운 위치에 배치되는 열처리장치에서의 온도조정방법에 있어서,

   상기 가열제어부에 의하여, 상기 제1 온도검출수단에 의한 검출온도가 소정의 목표온도가 되도록, 적분연산, 미분연산 및 비례연산을 하여 상기 가열수단을 제어하는 제1 공정과,

   상기 제1 공정에서의 상기 가열수단의 제어에 있어서 상기 제1 온도검출수단에 의하여 검출되는 검출온도를 토대로, 상기 가열제어부에 의하여 상기 가열수단을 제어하기 위한 제1 조작량을 패턴화하여 제1 출력제어패턴을 구하는 제2 공정과,

   상기 제2 공정에서 구한 제1 출력제어패턴을 토대로 상기 가열제어부에 의하여 상기 가열수단을 제어하는 제3 공정과,

   상기 제3 공정에서의 상기 가열수단 제어에 있어서 상기 제2 온도검출수단에 의하여 검출되는 검출온도의, 승온개시시로부터 최대온도까지의 열량을 구하여 상기 열랑 중 상기 비례연산에 의해 출력분을 차감한 열량을 사용하여 상기 승온개시시로부터 최대온도까지의 제2 조작량의 적어도 일부를 패턴화하여 제2 출력제어패턴을 구하는 제4 공정

   을 포함하는 온도조정방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 가열제어부에 의하여, 상기 제2 조작량의 적어도 일부로서 상기 제4 공정에서 구한 상기 제2 출력제어패턴을 사용하여, 상기 가열수단을 제어하면서 상기 기판을 처리하는 제5 공정을 더 포함하는 온도조정방법.
3. 삭제
4. 기판을 처리하는 처리실 내를 가열하는 가열수단과, 상기 가열수단을 제어하는 가열제어부와, 상기 처리실 내의 온도를 검출할 제1 및 제2 온도검출수단을 구비하며, 상기 제1 온도검출수단은 상기 제2 온도검출수단보다 상기 기판에 가까운 위치에 배치되고, 상기 제2 온도검출수단은 상기 제1 온도검출수단보다 상기 가열수단에 가까운 위치에 배치되는 열처리장치에 있어서,

   상기 가열제어부는, 상기 제1 온도검출수단에 의한 검출온도가 승온개시시의 온도로부터 목표온도가 되도록, 적분연산, 미분연산 및 비례연산을 하여 상기 가열수단을 제어했을 때에 상기 제1 온도검출수단에 의하여 검출되는 검출온도를 토대로, 상기 가열수단을 제어하기 위한 제1 조작량을 패턴화하여 제1 출력제어패턴을 구하고, 상기 제1 출력제어패턴을 토대로 상기 가열수단을 제어했을 때의 상기 제2 온도검출수단에 의하여 검출되는 검출온도의, 승온개시시부터 최대온도까지의 열량을 구하여 상기 열량 중 상기 비례연산에 의한 출력분을 차감한 열량을 사용하여 상기 승온개시시부터 최대온도까지의 제2 조작량의 적어도 일부를 패턴화하여 제2 출력제어패턴을 구하는 열처리장치.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 가열제어부는, 상기 제2 조작량의 적어도 일부로서 상기 제2 출력제어패턴을 사용하여, 상기 가열수단을 제어하면서 상기 기판을 처리하는 것인 열처리장치.
6. 제 4항에 있어서,

   상기 가열제어부는, 상기 제1 온도검출수단에 의하여 검출된 검출온도가 상기 목표온도를 초과하도록 미리 설정된 허용치보다 오버슈트량이 큰 경우에는, 상기 오버슈트량을 절감시키도록, 상기 승온개시시의 온도로부터 상기 목표온도로 변화시켜 상기 목표온도로 안정시키기까지의 과정에 있어서 기간 중의 총열량과, 상기 총열량 중 승온하기 위하여 필요한 승온열량과, 상기목표온도를 초과하여 오버슈트하고 있는 오버슈트열량을 구하고, 상기 총열량과 상기 오버슈트열량의 비율인 오버슈트온도비율을 구하고, 상기 승온열량으로부터 상기 오버슈트온도비율분을 차감하여 구한 열량을 토대로, 상기 제1 출력제어패턴을 구하는 것인 열처리장치.
7. 삭제
8. 제 4항에 있어서,

   상기 기판의 처리를 할 때에는,

   상기 목표온도로 승온하고 있는 기간 중에는, 상기 가열제어부에 의하여, 상기 제1 온도검출수단으로 검출된 온도를 상기 목표온도로부터 감산한 결과를 사용하여, 비례연산 및 미분연산을 한 결과와 상기 제2 출력제어패턴을 토대로 상기 제2 조작량을 연산하고, 상기 연산된 제2 조작량으로부터 상기 제2 온도검출수단으로 검출된 온도를 감산하여 얻어지는 결과를 사용하여 비례연산, 미분연산 및 적분연산을 하면서, 상기 가열수단을 제어하고,

   상기 목표온도에서 안정한 때에는, 상기 가열제어부에 의하여, 상기 제1 온도검출수단에서 검출된 온도를 상기 목표온도로부터 감산한 결과를 사용하여, 비례 연산, 미분연산 및 적분연산을 한 결과와 상기 제2 출력제어패턴을 토대로 제3 조작량을 연산하고, 상기 연산된 제3 조작량으로부터 상기 제2 온도검출수단으로 검출된 온도를 감산하여 얻어지는 결과를 사용하여 비례연산, 미분연산 및 적분연산하면서, 상기 가열수단을 제어하여 상기 기판을 처리하는 것인 열처리장치.
9. 기판을 처리하는 처리실 내를 가열하는 가열수단과, 상기 가열수단을 제어하는 가열제어부와, 상기 처리실 내의 온도를 검출하는 제1 및 제2 온도검출수단을 구비하고, 상기 제1 온도검출수단은 상기 제2 온도검출수단보다 상기 기판에 가까운 위치에 배치되고, 상기 제2의 온도검출수단은 상기 제1 온도검출수단보다 상기 가열수단에 가까운 위치에 배치되는 열처리장치로서, 상기 가열제어부는, 상기 제1 온도검출수단에 의한 검출온도가 소정의 목표온도가 되도록 적분연산, 미분연산 및 비례연산을 하여 상기 가열수단을 제어했을 때에, 상기 제1 온도검출수단에 의하여 검출되는 검출온도를 토대로, 상기 가열수단을 제어하기 위한 제1 조작량을 패턴화하여 제1 출력제어패턴을 구하고, 상기 제1 출력제어패턴을 토대로 상기 가열수단을 제어했을 때의 상기 제2 온도검출수단에 의하여 검출되는 검출온도를 토대로, 상기 가열수단을 제어하기 위한 제2 조작량의 적어도 일부를 패턴화하여 제2 출력제어패턴을 구하는 열처리장치를 사용하여 기판처리를 하는 것인 반도체장치의 제조방법에 있어서,

   기판을 처리실 내에 반입하는 공정과,

   상기 가열제어부가 상기 제1 출력제어패턴을 토대로 상기 가열수단을 제어핼을 때의 상기 제2 온도검출수단에 의하여 검출되는 검출온도의, 승온개시시부터 최대온도까지의 열량을 구하여 상기 열량 중 상기 비례연산에 의한 출력분을 차감한 열량을 사용하여 상기 승온개시시부터 최대온도까지의 상기 제2 조작량의 적어도 일부로서 상기 제2 출력제어패턴을 사용하여 상기 가열수단을 제어하면서 상기 처리실 내에 반입된 기판을 처리하는 공정과,

   상기 기판을 처리실로부터 반출하는 공정

   을 포함하는 반도체장치의 제조방법.
10. 기판을 처리하는 처리실 내를 가열하는 가열수단과, 상기 가열수단을 제어하는 가열제어부와, 상기 처리실 내의 온도를 검출하는 제1 및 제2 온도검출수단을 구비하고, 상기 제1 온도검출수단은 상기 제2 온도검출수단보다 상기 기판에 가까운 위치에 배치되고, 상기 제2 온도검출수단은 상기 제1 온도검출수단보다 상기 가열수단에 가까운 위치에 배치되는 열처리장치에서의 온도조정방법에 있어서,

    상기 가열제어부에 의하여, 상기 제1 온도검출수단에 의한 검출온도가 상기 승온개시시의 온도로부터 목표온도가 되도록, 적분연산, 미분연산 및 비례연산을 하여 상기 가열수단을 제어할 때에 상기 제1 온도검출수단에 의하여 검출되는 검출온도를 토대로 구해지는 제1 출력제어패턴을 사용하여 상기 가열수단을 제어할 때, 상기 제2 온도검출수단에 의하여 검출되는 검출온도의, 승온개시시로부터 최대온도까지의 열량을 구하여 상기 열량 중 상기 비례연산에 의해 출력분을 차감한 열량을 사용하여 상기 승온개시시로부터 최대온도까지의 제2조작량의 적어도 일부를 패턴화하여 제2 출력제어패턴을 구하는 공정을 포함하는 온도조정방법.
11. 가열제어부가 제2 온도검출수단보다 기판에 가까운 위치에 배치되는 제1 온도검출수단에 의한 검출온도가 승온 개시시의 온도로부터 목표온도가 되도록 적분연산, 미분연산 및 비례연산을 하여 처리실 내를 가열하는 가열수단을 제어할 때에 상기 제1 온도검출수단에 의하여 검출되는 검출온도를 토대로 구해지는 제1 출력제어패턴을 사용하여 상기 가열수단을 제어할 때, 상기 제1 온도검출수단보다 상기 가열수단에 가까운 위치에 배치되는 상기 제2 온도검출수단에 의하여 검출되는 검출온도의, 승온개시시로부터 최대온도까지의 열량 중에서 상기 비례연산에 의해 출력분을 차감한 열량을 사용하여 상기 승온개시시로부터 최대온도까지의 조작량의 적어도 일부를 패턴화하여 제2 출력제어패턴을 구하는 온도조정방법.
12. 기판을 처리하는 처리실 내를 가열하는 가열수단과, 상기 가열수단을 제어하는 가열제어부와, 상기 처리실 내의 온도를 검출할 제1 및 제2 온도검출수단을 구비하며, 상기 제1 온도검출수단은 상기 제2 온도검출수단보다 상기 기판에 가까운 위치에 배치되고, 상기 제2 온도검출수단은 상기 제1 온도검출수단보다 상기 가열수단에 가까운 위치에 배치되는 열처리장치에 있어서,

    상기 가열제어부는, 상기 제1 온도검출수단에 의한 검출온도가 승온개시시의 온도로부터 목표온도가 되도록, 적분연산, 미분연산 및 비례연산을 하여 상기 가열수단을 제어할 때에 상기 제1 온도검출수단에 의하여 검출되는 검출온도를 토대로 구해지는 제1 출력제어패턴을 사용하여 상기 가열수단을 제어할 때, 상기 제2 온도검출수단에 의하여 검출되는 검출온도의, 승온개시시부터 최대온도까지의 열량을 구하여 상기 열량 중 상기 비례연산에 의한 출력분을 차감한 열량을 사용하여 상기 승온개시시부터 최대온도까지의 제2조작량의 적어도 일부를 패턴화하여 제2 출력제어패턴을 구하는 열처리장치.
13. 기판을 처리하는 처리실 내를 가열하는 가열수단과, 상기 가열수단을 제어하는 가열제어부와, 상기 처리실 내의 온도를 검출하는 제1 및 제2 온도검출수단을 구비하고, 상기 제1 온도검출수단은 상기 제2 온도검출수단보다 상기 기판에 가까운 위치에 배치되고, 상기 제2의 온도검출수단은 상기 제1 온도검출수단보다 상기 가열수단에 가까운 위치에 배치되는 열처리장치를 사용하여 기판을 처리하는 반도체장치의 제조방법에 있어서,

    기판을 처리실 내에 반입하는 공정과,

    상기 가열제어부가 상기 제1 온도검출수단에 의한 검출온도가 소정의 목표온도가 되도록 적분연산, 미분연산 및 비례연산을 하여 상기 가열수단을 제어할 때에 상기 제1 온도검출수단에 의하여 검출되는 검출온도를 토대로 구해지는 제1 출력제어패턴을 사용하여 상기 가열수단을 제어할 때, 상기 제2 온도검출수단에 의하여 검출되는 검출온도의, 승온개시시부터 최대온도까지의 열량을 구하여 상기 열량 중 상기 비례연산에 의한 출력분을 차감한 열량을 사용하여 상기 승온개시시부터 최대온도까지의 상기 제2 조작량의 적어도 일부를 패턴화한 제2 출력제어패턴을 사용하여 상기 가열수단을 제어하면서 상기 처리실 내에 반입된 기판을 처리하는 공정과, 상기 기판을 처리실로부터 반출하는 공정

    을 포함하는 반도체장치의 제조방법.
14. 기판을 처리실 내에 반입하는 공정과,

    가열제어부가 제2 온도검출수단보다 기판에 가까운 위치에 배치되는 제1 온도검출수단에 의한 검출온도가 승온 개시시의 온도로부터 목표온도가 되도록 적분연산, 미분연산 및 비례연산을 하여 상기 처리실 내를 가열하는 가열수단을 제어할 때에 상기 제1 온도검출수단에 의하여 검출되는 검출온도를 토대로 구해지는 제1 출력제어패턴을 사용하여 상기 가열수단을 제어할 때, 상기 제1 온도검출수단보다 상기 가열 수단에 가까운 위치에 배치되는 제2 온도검출수단에 의하여 검출되는 검출온도의, 승온개시시부터 최대온도까지의 열량을 구하여 상기 열량 중 상기 비례연산에 의한 출력분을 차감한 열량을 사용하여 상기 승온개시시부터 최대온도까지의 상기 조작량의 적어도 일부를 패턴화한 제2 출력제어패턴을 사용하여 상기 가열수단을 제어하면서 상기 처리실 내에 반입된 기판을 처리하는 공정과,

    상기 기판을 처리실로부터 반출하는 공정

    을 포함하는 반도체장치의 제조방법.
15. 가열제어부가 제2 온도검출수단보다 기판에 가까운 위치에 배치되는 제1 온도검출수단에 의한 검출온도가 승온개시시의 온도로부터 목표온도가 되도록 적분연산, 미분연산 및 비례연산을 하여 상기 처리실 내를 가열하는 가열수단을 제어할 때에 상기 제1 온도검출수단에 의하여 검출되는 검출온도를 토대로 제1 조작량을 패턴화하여 구해지는 제1 출력제어패턴을 사용하여 상기 가열수단을 제어할 때, 상기 제1 온도검출수단보다 상기 가열 수단에 가까운 위치에 배치되는 제2 온도검출수단에 의하여 검출되는 검출온도를 토대로, 상기 가열수단을 제어하기 위한 제2 조작량의 적어도 일부를 패턴화한 제2 출력제어패턴을 구하는 공정과,

    기판을 처리실 내에 반입하는 공정과,

    목표온도로 승온하고 있는 기간 중에는 상기 가열제어부에 의하여 상기 제1 온도검출수단에 의해 검출된 온도를 상기 목표온도로부터 감산한 결과를 사용하여, 비례연산, 미분연산 및 적분연산을 한 결과와 상기 제2 출력제어패턴을 토대로 상기 제2 조작량을 연산하고, 상기 연산된 제2 조작량으로부터 상기 제2 온도검출수단으로 검출된 온도를 감산하여 얻어지는 결과를 사용하여 비례연산, 미분연산 및 적분연산을 하면서, 상기 가열수단을 제어하고,

    상기 목표온도에서 안정한 때에는, 상기 가열제어부에 의하여, 상기 제1 온도검출수단에서 검출된 온도를 상기 목표온도로부터 감산한 결과를 사용하여, 비례연산, 미분연산 및 적분연산을 한 결과와 상기 제2 출력제어패턴을 토대로 제3 조작량을 연산하고, 상기 연산된 제3 조작량으로부터 상기 제2 온도검출수단으로 검출된 온도를 감산하여 얻어지는 결과를 사용하여 비례연산, 미분연산 및 적분연산하면서, 상기 가열수단을 제어하여 상기 기판을 처리하는 공정과,

    상기 기판을 처리실로부터 반출하는 공정

    을 포함하는 반도체장치의 제조방법.

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