(57)【要約】【課題】高精度で且つ制御性能が高い温度制御を行うことができる熱処理装置を提供する。【解決手段】反応室内の温度を制御するための温度コントローラ１７が予め定められた制御パラメータに基づいて電力供給指示値を算出し、算出された電力供給指示値が所定値より大きい場合に、電力供給値変更部７３２により電力供給指示値を小さくして電力制御部８へ出力し、電力制御部８が温度コントローラ１７から出力された電力供給指示値に基づいて反応室を加熱するためのヒータへ電力を供給する。【選択図】図３
2010080818.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒータで反応室を加熱することにより反応室内に収納された被処理体の熱処理を行う熱処理装置において、
前記反応室内の温度を制御するための温度コントローラと、
前記温度コントローラから出力された電力供給指示値に基づいて前記ヒータへ電力を供給する電力制御部と
を備え、
前記温度コントローラは、予め定められた制御パラメータに基づいて電力供給指示値を算出し、算出された電力供給指示値が所定値より大きい場合に、算出された電力供給指示値を小さくして前記電力制御部へ出力することを特徴とする熱処理装置。
【請求項２】
電力供給値変換テーブルをさらに備え、
前記温度コントローラは、算出された電力供給指示値を、前記電力供給値変換テーブルを用いて変換し、変換後の電力供給指示値を前記電力制御部へ出力する請求項１に記載の熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、熱処理装置に係り、特に拡散装置やＣＶＤ装置など、半導体製造装置における半導体ウェハをバッチ処理する熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
縦型拡散装置や縦型ＣＶＤ装置など、多数のウェハを処理する熱処理装置では、炉内、特に熱処理する半導体ウェハが置かれる領域の温度を均一に精度よく制御する必要がある。
対象とする熱処理装置は、例えば図８に示されるように、被処理体となる多数のウェハ１を熱処理するための反応室を区画形成する反応管２と、それぞれ上下方向に配列され且つ反応管２を周囲から熱するヒータ３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄとを有している。ヒータ３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄの近傍には、それぞれヒータ３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄの温度を計測する第１の温度センサ４ａ、４ｂ、４ｃ及び４ｄが配置され、反応管２の内部にはヒータ３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄの高さ位置にそれぞれ対応して反応室内の温度を検出する第２の温度センサ５ａ、５ｂ、５ｃ及び５ｄが配置されている。
【０００３】
第１の温度センサ４ａ、４ｂ、４ｃ及び４ｄと第２の温度センサ５ａ、５ｂ、５ｃ及び５ｄに温度コントローラ７が接続され、温度コントローラ７に各温度センサにおける目標温度を設定するための温度設定部６が接続されると共に温度コントローラ７からの制御出力に従ってヒータ３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄへ電力を供給する電力制御部８が接続されている。温度コントローラ７は、第１の温度センサ４ａ、４ｂ、４ｃ及び４ｄと第２の温度センサ５ａ、５ｂ、５ｃ及び５ｄにより計測された温度と温度設定部６における目標温度からヒータ３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄが出力すべき電力を個別に指示するためのものである。
【０００４】
熱処理の対象となる多数のウェハ１は、炉口キャップ１０に固定されたボート９上に縦列に載せられている。炉口キャップ１０は、図示しない昇降エレベータによって上下方向に移動可能であり、上方への移動によりボート９に載せられている多数のウェハ１を炉内すなわち反応室内へ投入しつつ反応管２の下部を閉塞し、下方への移動によりボート９に載せられている多数のウェハ１を反応室から引き出すことができる。反応室は、通常、反応管２内部の空間を指すが、装置によっては、反応管２とヒータ３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄとの間に均熱管が配置されており、第２の温度センサ５ａ、５ｂ、５ｃ及び５ｄが反応管２と均熱管の間に位置することもあり、その場合は、均熱管内部を反応室とすることもある。
【０００５】
次に、図９及び図１０を用いて熱処理装置で行われる成膜処理の一例について説明する。図９は、熱処理装置で行われる成膜処理のうち温度に関する処理の一例を示すフローチャートであり、図１０は、炉内の温度変化を概略的に示したものである。図１０に記されている符合Ｓ１〜Ｓ６は、図９の各ステップＳ１〜Ｓ６が行われていることを示している。
【０００６】
ステップＳｌは、炉内の温度を比較的低い温度Ｔ０に安定させる処理である。ステップＳｌではウェハ１はまだ炉内に挿入されていない。ステップＳ２は、ボート９に保持されたウェハ１を炉内へ挿入する処理である。ウェハ１の温度は、この時点で炉内の温度Ｔ０より低いので、ウェハ１を炉内へ挿入した結果、炉内の温度は一時的にＴ０より低くなるが、温度コントローラ７及び電力制御部８により炉内の温度は若干の時間を経て再び温度Ｔ０に安定する。
【０００７】
ステップＳ３は、温度Ｔ０からウェハ１に成膜処理を施すための目標温度Ｔ１まで、徐々に炉内の温度を上昇させる処理である。ステップＳ４は、ウェハ１に成膜処理を施すために炉内の温度を目標温度Ｔ１で維持して安定させる処理である。ステップＳ５は、成膜処理終了後に温度Ｔ１から再び比較的低い温度Ｔ０まで徐々に炉内の温度を下降させる処理である。ステップＳ６は、成膜処理が施されたウェハ１をボート９と共に炉内から引き出す処理である。成膜処理を施すべき未処理のウェハ１が残っている場合には、ボート９上の処理済ウェハ１が未処理のウェハ１と入れ替えられ、これらステップＳ１〜Ｓ６の一連の処理が繰り返される。
【０００８】
ステップＳ１〜Ｓ６の処理は、いずれも、温度設定部６からの目標温度に対し、炉内温度が予め定められた微小温度範囲にあり、且つ予め定められた時間だけその状態が続くといった安定状態を得た後、次のステップへ進むようになっている。あるいは、最近では、一定時間でのウェハ１の成膜処理枚数を大きくすることを目的として、ステップＳ１、Ｓ２、Ｓ５、Ｓ６等においては安定状態を得ずして次のステップへ移行することも行われている。
【０００９】
ここで、温度コントローラ７の構成について説明する。図１１に示すように、温度コントローラ７では、ＣＰＵ７１２が制御アルゴリズムに従ってプログラム７２６を実行する。温度コントローラ７の内部では、バス７１４に通信ＩＦ７１６及びパルス出力回路７１８が接続されている。ＣＰＵ７１２は、通信ＩＦ７１６を介して温度設定部６と通信し、目標温度を受信することができると共に、パルス出力回路７１８を介して制御信号を電力制御部８へ出力することができるように構成されている。
【００１０】
バス７１４には、温度入力回路７２２及びパルス入力回路７２４が接続され、温度入力回路７２２を介して炉内温度とヒータ温度、パルス入力回路７２４を介して同期パルスをそれぞれデジタル信号化して受信することができる。さらに、バス７１４に接続されたメモリに、制御プログラム７２６、制御パラメータ７２８、位相変換テーブル７３０がそれぞれ記憶されている。バス７１４には、表示・入力装置７２０を接続することが可能であり、制御パラメータ等を表示・入力することができる。
【００１１】
制御パラメータ７２８の内容は、制御アルゴリズムが後述するカスケード制御である場合には、図１２に示されるように、少なくとも第１のＰＩＤパラメータと第２のＰＩＤパラメータが用意されている。図１２中の制御パラメータ７２８に示されるゾーンａは、ヒータ３ａと第１の温度センサ４ａと第２の温度センサ５ａに関連する制御演算についてのパラメータを表し、以下ゾーンｂ、ゾーンｃ、ゾーンｄも同様である。位相変換テーブル７３０は、制御演算によって得られたヒータ３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄへの電力供給値（０〜１００％）から、電力制御部８へのゲートパルスの遅延位相を求めるための変換テーブルである。
【００１２】
このような基板処理装置の温度コントローラ７の内部で行われる制御方法としては、通常、図１３に示されるような、いわゆるカスケード制御が用いられている。図１３では、温度設定部６と温度コントローラ７と電力制御部８との接続が示され、さらに温度コントローラ７の内部については、制御出力の演算方法についてブロック図で表されている。入力端Ｓには、温度設定部６からの目標温度が入力される。
【００１３】
目標温度及び入力端Ｓは、実際には第２の温度センサ５ａ、５ｂ、５ｃ及び５ｄの個数分だけ存在し、それに対応して温度コントローラ７は、図１３の破線内部の構成要素が第２の温度センサ５ａ、５ｂ、５ｃ及び５ｄと同数だけ存在するが、図１３では、簡単のため一つだけ図示している。同様に、入力端Ｆ、入力端Ｈ、入力端Ｃ及び出力端Ｐも実際には、第２の温度センサ５ａ、５ｂ、５ｃ及び５ｄと同数だけ存在するが、簡単のため一つだけ図示している。入力端Ｆには、第２の温度センサ５ａ、５ｂ、５ｃ及び５ｄからの炉内温度が入力される。入力端Ｈには、第１の温度センサ４ａ、４ｂ、４ｃ及び４ｄからのヒータ温度が入力される。
【００１４】
温度コントローラ７の内部では、第１の減算要素７００、第１のＰＩＤ演算要素７０２、第２の減算要素７０４、第２のＰＩＤ演算要素７０６が直列に並び、いわゆるカスケード制御に従う制御演算が行われている。第２のＰＩＤ演算要素７０６の後段に続くリミッタ７０８では、演算結果をヒータ３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄが出力可能な範囲に制限してヒータ３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄへの電力供給指示値とする。ここでは、リミッタ７０８の出力をヒータ３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄのそれぞれの最大出力からの割合とし、０〜１００％で制限することとする。この出力は、割合に限らず、実際の物理量である電力値や他の指標とすることもできる。また、前述した制御パラメータ７２８の第１のＰＩＤパラメータと第２のＰＩＤパラメータがそれぞれ第１のＰＩＤ演算要素７０２及び第２のＰＩＤ演算要素７０６に対して用いられる。
【００１５】
リミッタ７０８の後段に接続された位相変換要素７１０では、電力制御部８からの同期パルスを入力端Ｃに入力し、図１２に示される位相変換テーブル７３０を参照して、ヒータ３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄへ供給する電力量が０〜１００％の電力供給値に対応するように位相を遅延させたゲートパルスを出力し、電力制御部８を制御する。図１４は、電力制御部８の内部にある交流電源と、同期パルス、ゲートパルス、そしてヒータ３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄに供給する負荷電力との関係をタイミングチャートで示したものである。
【００１６】
リミッタ７０８の出力（電力供給値０〜１００％）が１００％のときは、図１４（ｃ）のように、ゲートパルスを同期パルスから遅延させない（実際には、交流電源にノイズがあることから、ノイズを考慮してわずかに位相を遅延させる）。その結果、図１４（ｅ）の網掛け部分のように、交流電源からの全電力がヒータ３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄへ供給されることとなる。一方、リミッタ７０８の出力が２０％のときは、図１４（ｄ）のように、ゲートパルスを２０％に対応する位相だけ遅延させる。その結果、図１４（ｆ）の網掛け部分のように、交流電源からの全電力の２０％のみがヒータ３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄへ供給されることとなる。
【００１７】
以上のような温度コントローラ７の構成により、十分速い周期で演算を行い、ヒータ３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄへ供給される電力を調節することによって、図９によって例示した温度制御を行うように構成されている。
なお、従来技術の関連文献として、例えば下記の特許文献１が知られる。
【００１８】
【特許文献１】特開２００８−１６５０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
バッチ型熱処理装置は、以前から半導体表面加工技術の微細化や半導体ウェハの大口径化のため、常に高精度の温度制御を求められてきた。しかし最近では、熱処理装置の稼働率向上要求が温度制御技術をさらに困難のものとしている。
稼働率向上のための手段としては、一定時間でのウェハの成膜処理枚数を多くすることが挙げられる。そのためには、図９のステップＳ４における炉内温度の目標温度Ｔ１での維持の時間の割合を大きくし、その他のステップの時間の割合を小さくすることが必要であり、そのために、ステップＳ３における温度上昇の速度をできるだけ速くするという措置が採られるようになってきた。この場合、速く温度を上昇させるためにヒータへの電力供給を短時間に大きくする必要があるため、行き過ぎ量（オーバーシュート）が大きくなりがちとなる。このことを防ぐために、温度コントローラの減衰特性を良好にする必要があるが、逆に減衰を大きくし過ぎてしまうと、コントローラが不適切な動作をして温度が振動または発散してしまうというリスクを伴ってしまう。
【００２０】
図１５は、温度制御が失敗した例を図示したものである。図の左軸は温度（単位℃）、右軸はヒータへの電力供給値（単位％）である。横軸は時間を示している。図中の線Ｌ１は、左軸を参照し、第２の温度センサ５ｂからの炉内温度に対する目標温度をプロットしたものである。線Ｌ２は、左軸を参照し、第２の温度センサ５ｂで計測された炉内温度をプロットしたものである。そして、線Ｌ３は、右軸を参照し、温度コントローラ７で計算されたヒータ３ｂへの電力供給指示値をプロットしたものである。温度コントローラ７は、できるだけ速く炉内温度を３５０℃へ収束させるべく、減衰の大きい制御パラメータを使用して制御したが、その結果、温度２００〜３００℃付近では炉内温度が振動してしまった。
【００２１】
この発明は、このような問題点を解消するためになされたもので、高精度で且つ制御性能が高い温度制御を行うことができる熱処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
この発明に係る熱処理装置は、ヒータで反応室を加熱することにより反応室内に収納された被処理体の熱処理を行う熱処理装置において、反応室内の温度を制御するための温度コントローラと、温度コントローラから出力された電力供給指示値に基づいてヒータへ電力を供給する電力制御部とを備え、温度コントローラは、予め定められた制御パラメータに基づいて電力供給指示値を算出し、算出された電力供給指示値が所定値より大きい場合に、算出された電力供給指示値を小さくして電力制御部へ出力するものである。
電力供給値変換テーブルをさらに備え、温度コントローラが、算出された電力供給指示値を、電力供給値変換テーブルを用いて変換し、変換後の電力供給指示値を電力制御部へ出力するように構成することもできる。
【００２３】
また、この発明に係る熱処理方法は、ヒータで反応室を加熱することにより反応室内に収納された被処理体の熱処理を行う熱処理方法において、予め定められた制御パラメータに基づいて電力供給指示値を算出し、算出された電力供給指示値が所定値より大きい場合に、算出された電力供給指示値を小さくし、電力供給指示値に基づいてヒータへ電力を供給するものである。
【発明の効果】
【００２４】
この発明によれば、予め定められた制御パラメータに基づいて電力供給指示値を算出し、算出された電力供給指示値が所定値より大きい場合に、算出された電力供給指示値を小さくしてヒータへの電力供給を行うので、高精度で且つ制御性能が高い温度制御を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
上述した図１５を注意深く見ると、次のようなことが観察される。
まず、炉内温度２００〜３００℃付近である領域Ａでは、炉内温度の振動が顕著に現れているが、炉内温度３５０℃付近である領域Ｂでは、振動が収まっていることが観察される。
そして、炉内温度の振動が顕著に現れる領域Ａでは、最初、ほぼ最大値１００％の電力が供給され、それによって温度の上昇が現れるが、その温度の上昇が速くて大きい。
次に、領域Ｂでは、電力供給値が０％となっているにも関わらず、一向に炉内温度が下がらないのに対し、領域Ａでは、電力供給値が下がると、直ちに温度が低下する現象となっている。
【００２６】
すなわち、炉内温度の振動が顕著に現れる領域Ａでは、電力供給値が１００％程度のときに予想以上の速さと大きさの温度上昇現象が現れ、つづく電力供給値０％程度のときには、同じく予想以上の速さと大きさの温度降下現象が現れており、そのことが振動の原因となっているように観察される。一方、領域Ｂでそのような振動が起こらないのは、電力供給値が最大でも２０％程度に留まっているからのように観察される。
【００２７】
以上のことから、次のような現象が起こっているのではないかと考えられる。以下に図１６及び図１７を使用してその現象を説明する。
図１６及び図１７は、図８に示したウェハ１と反応管２とヒータ３ｂと第２の温度センサ５ｂの位置関係を拡大したものである。
【００２８】
炉内温度が比較的緩やかに変化している状況（図１５の領域Ｂに相当する）では、通常、図１６に示すように熱のやりとりが行われていると考えられる。すなわち、温度が上昇している場合は、ヒータ３ｂから発せられた熱が、まず、矢印Ｙ１で示される方向に伝導して反応管２を熱し、次に、矢印Ｙ２で示される方向に伝導して第２の温度センサ５ｂを熱し、最後に、矢印Ｙ３で示される方向に伝導してウェハ１を熱する。逆に、温度が下降している場合は、矢印に示す方向と逆の方向に、まずヒータ３ｂが冷却され、次に反応管２が冷却され、以下同様の順に図中の矢印の逆の方向に冷却していくと考えられる。そのため、たとえヒータ３ｂの電力供給量を激しく増加減少させても、第２の温度センサ５ｂの温度の上昇・下降は比較的緩やかに推移することが予想される。
【００２９】
一方、炉内温度が急激に上昇している状況（図１５の領域Ａに相当する）では、図１７に示すような熱のやりとりであろうと考えられる。まず、電力供給値が大きいとき、短時間に大きな電力がヒータ３ｂに供給されるため、ヒータ３ｂの温度が急激に上昇して発熱する。そのため、矢印Ｙ１で示される方向に熱が伝導して反応管２を熱する一方で、それより速く、矢印Ｙ４で示されるような輻射熱が反応管２を飛び越えてウェハ１と第２の温度センサ５ｂとを熱してしまい、第２の温度センサ５ｂが感知する炉内温度が急激に上昇しているように測定されてしまう。次に、第２の温度センサ５ｂとウェハ１が熱せられた後、ヒータ３ｂの電力供給値が０％になったときは、ウェハ１と第２の温度センサ５ｂの周囲のガスがまだ十分熱せられていないため、矢印Ｙ５で示されるように第２の温度センサ５ｂからその周囲へ熱が伝導してしまい、第２の温度センサ５ｂが感知する炉内温度が下がっているように測定されてしまう。したがって、ヒータ３ｂの電力供給量を激しく増加減少させた場合、第２の温度センサ５ｂが感知する炉内温度が激しく速く上昇・下降して見えてしまうと考えられる。
【００３０】
このような考察をもとに、本発明者はこの発明を完成するに至った。
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１に実施の形態に係る熱処理装置の構成を示す。この熱処理装置は、図８に示した従来の熱処理装置において、温度コントローラ７の代わりに温度コントローラ１７を用いたものである。すなわち、温度設定部６と電力制御部８の間に温度コントローラ１７を接続すると共に、温度コントローラ１７に第１の温度センサ４ａ、４ｂ、４ｃ及び４ｄと第２の温度センサ５ａ、５ｂ、５ｃ及び５ｄが接続されている。
【００３１】
温度コントローラ１７の構成を図２に示す。温度コントローラ１７は、図１１に示した温度コントローラ７において、バス７１４に接続されているメモリに電力供給値変更テーブル７３４を記憶したものであり、他の構成は温度コントローラ７と同様である。
図３は、温度コントローラ１７の内部で行われる制御方法を示す制御ブロック図である。この制御ブロック図は、図１３に示した従来の温度コントローラ７の制御ブロック図において、第２のＰＩＤ演算要素７０６とリミッタ７０８との間に電力供給値変更部７３２を介在させたものである。
【００３２】
電力供給値変更部７３２は、第２のＰＩＤ演算要素７０６からの最終的な電力供給値を入力し、電力供給値変更テーブル７３４に従って電力供給指示値を変換した後、変換された電力供給指示値をリミッタ７０８へ出力するものである。
電力供給値変更テーブル７３４には、例えば図４に示されるような変換表がゾーン毎に記憶されている。
【００３３】
図４は、電力供給値変換テーブル７３４に記憶されている特定の１ゾーンの変換表を例示するものである。横軸に電力供給指示値の入力側を、縦軸に電力供給指示値の出力側を示している。テーブルには少なくとも３点以上のポイントｐ１〜ｐ５が指定されており、例えば、ポイントｐ１の場合は、「入力０％、出力０％」、ポイントｐ５の場合は、「入力１５０％、出力１００％」というように指定される。互いに隣接するポイントの間は、直線で補完されている。
【００３４】
そして、当該ゾーンの第２のＰＩＤ演算要素７０６からの最終的な電力供給指示値Ｕに対して、この変換表を使用して破線矢印のように電力供給指示値の出力側の値Ｖを求め、その値Ｖが後段のリミッタ７０８へ出力される。
電力供給指示値の入力側は、リミッタ７０８の通過範囲の０〜１００％にこだわらず、例示しているように０〜１５０％としてもよい。電力供給指示値の出力側も同様であるが、後段にリミッタ７０８があるため、０〜１００％の範囲で設定されることが好ましい。
【００３５】
このような電力供給値変換テーブル７３４に記憶されている変換表を決定する方法を図５のフローチャートに示す。
まず、図１５に示した炉内温度の振動現象を観察し、図１６の現象と図１７の現象が切り替わる境目の電力供給値（ゾーン毎に存在する）を目測で定める。図１５から例えば電力供給値２０％とする。この値を用いて「入力２０％、出力２０％」として図４に例示したポイントｐ２を指定する。なお、ポイントｐ１は「入力０％、出力０％」とする。このようにして、ステップＳ１１でポイントｐ１及びｐ２を決定する。
【００３６】
次に、炉内温度を基準とする温度に安定させる。例えば、図９のフローチャートに示した例では、図１５に表された炉内温度の振動は目標温度Ｔ０付近（２００〜３００℃付近）で発生するので、基準とする温度は目標温度Ｔ０付近が適当である。そして、ステップＳ１２で、基準温度に安定している状態から、上述したステップＳ１１で決定されたポイントｐ２の電力供給値を出力し、炉内温度の変化の推移を記録する。
次に、ステップＳ１３で、ポイントｐ２の電力供給値より大きい適当な電力供給値を選び、ステップＳ１２と同様にして炉内温度の変化の推移を記録する。例えば、電力供給値３０％を選んで、炉内温度の変化の推移を記録する。
次に、ステップＳ１４で、ステップＳ１２における記録とステップＳ１３における記録を比較し、ステップＳ１３での炉内温度の変化の推移とステップＳ１２での炉内温度の変化の推移の比を求め、その比から次のポイントｐ３を決定し指定する。
【００３７】
ここで、ステップＳ１３での炉内温度の変化の推移がステップＳ１２での炉内温度の変化の推移に比べて例えば３倍として、ポイントｐ３の決定方法を具体的に説明する。
ステップＳ１２における記録は電力供給値２０％のときのもの、ステップＳ１３における記録は電力供給値３０％のときのものである。ステップＳ１３での変化がステップＳ１２での変化の３倍であったことから、ステップＳ１３における電力供給値は実際には３０％であるが、炉内温度に対する影響として考えれば６０％（＝２０％の３倍）の電力が供給された効果があったと考えられる。したがって、図４のポイントｐ３は「入力６０％、出力３０％」と指定する。
【００３８】
そして、ステップＳ１５で必要なポイント数が得られるまで、ステップＳ１３及びＳ１４が繰り返される。
もし、電力供給値１００％を出力することが現実的でない場合は、それより小さい電力供給値でステップＳ１３を行って続くステップＳ１４でポイントを決定した後、１回前に決定したポイントと今回のポイントとの傾きを維持しつつ、電力供給指示値の出力側が１００％になるまで延長、すなわち１次外挿すればよい。
【００３９】
前述の電力供給値変更テーブル７３４に記憶されている変換表の決定方法においては、ポイントｐ１を「入力０％、出力０％」とし、ポイントｐ２を「入力２０％、出力２０％」としたので、電力供給値０％から２０％までは電力供給指示値の入力側と出力側との間に変化がないこととなる。このように、電力供給値０％から２０％を無条件に変更しないこととしたのは、炉内温度が目標温度Ｔ１（図９のステップＳ４）で安定状態にあるとき、電力供給指示値がおよそこの範囲にあり、この範囲で適切に制御できるように制御パラメータが設定されているからである。
【００４０】
もし、この条件が適合しない場合は、変換表の決定方法において、適当な範囲を変換しない範囲とし、その他の範囲を相対的に設定すればよい。例えば前述の例では、ポイントｐ２を「入力２０％、出力２０％」とし、ポイントｐ３を「入力３０％、出力３０％」として、電力供給値２０％から３０％を変換しない範囲とすると、その代わり、電力供給値０％から２０％の効果は１／３倍となるから、ポイントｐ１を「入力６．６％、出力０％」と設定することができる。
【００４１】
図６は、従来技術において温度制御が失敗した例として表した図１５と同じ熱処理装置を用いると共に図１５のときと同じ制御パラメータ７２８を用いて本発明を実施した場合の制御結果である。図の左軸は温度（単位℃）、右軸はヒータへの電力供給値（単位％）、横軸は時間をそれぞれ示している。図中の線Ｌ１は、左軸を参照し、第２の温度センサ５ｂからの炉内温度に対する目標温度をプロットしたものである。線Ｌ２は、左軸を参照し、第２の温度センサ５ｂで計測された炉内温度をプロットしたものである。線Ｌ３は、右軸を参照し、温度コントローラ１７で計算されたヒータ３ｂへの電力供給指示値をプロットしたものである。そして、線Ｌ４は、右軸を参照し、電力供給値変換部７３２の入力値を示している。
【００４２】
また、電力供給値変換テーブル７３４の例えばゾーンｂについての変換表を図７に示す。図示するようにポイントを３つ指定し、１つ目を「入力０％、出力０％」とし、２つ目を「入力２０％、出力２０％」とし、３つ目を「入力３４０％、１００％」とした。
【００４３】
図６に示されるように、温度コントローラ１７はできるだけ速く炉内温度を３５０℃へ収束させるべく、減衰の大きい制御パラメータを使用して制御したにも関わらず、炉内温度２００〜３００℃付近である領域Ａでは、炉内温度の振動が発生せず、炉内温度３５０℃付近である領域Ｂでは、炉内温度が速やかに収束していることがわかる。
【００４４】
このように、本発明によれば、特に２００℃から４００℃付近の温度領域でも高精度に且つ高い温度制御性能を実現することができる。
本発明の趣旨は、電力供給値が比較的大きいときに温度の応答が通常より大きく且つ速くなる場合に対応するため、制御演算の結果が比較的大きい場合のみ温度コントローラのゲインを小さくすることである。
したがって、前述の具体的構成のほかに、入力端Ｓからの目標温度と炉内温度との差（図３の減算要素７００の出力値）を指標として予め用意したテーブルを参照し、第１のＰＩＤ演算要素７０２や第２のＰＩＤ演算要素７０６のゲインを決定する方法により、前記本発明の趣旨を実現することも考えられる。
また、前述の具体的構成のほかに、一旦第２のＰＩＤ演算要素７０６まで制御演算した結果の値を参照し、その値が予め設定した大きい値の範囲にあるときは、予め設定したゲインテーブルを参照して第１のＰＩＤ演算要素７０２及び第２のＰＩＤ演算要素７０６のゲインを改めて決定した後で、再度制御演算する方法により、前記本発明の趣旨を実現することも考えられる。
【００４５】
なお、この発明は、半導体製造装置における熱処理装置に限らず、例えばＬＣＤ装置等のガラス基板を熱処理する装置にも適用することができる。また、炉内における処理としては、ＣＶＤ処理、酸化処理、拡散処理、アニール処理等、各種の処理が適用される。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】この発明の実施の形態に係る熱処理装置の構成を示す断面図である。
【図２】実施の形態で用いられた温度コントローラの構成を示すブロック図である。
【図３】実施の形態で用いられた温度コントローラの内部の制御ブロック図である。
【図４】実施の形態で用いられた電力供給値変換テーブルを示す図である。
【図５】電力供給値変換テーブルの決定方法を示すフローチャートである。
【図６】実施の形態における炉内温度の制御の様子を示すグラフである。
【図７】実施の形態の具体例で用いられた電力供給値変換テーブルを示す図である。
【図８】従来の熱処理装置の構成を示す断面図である。
【図９】熱処理装置で行われる温度制御手順を示すフローチャートである。
【図１０】炉内の温度変化を概略的に示すグラフである。
【図１１】従来の熱処理装置で用いられた温度コントローラの構成を示すブロック図である。
【図１２】制御パラメータの数値例を示す図である。
【図１３】従来の熱処理装置で用いられた温度コントローラの内部の制御ブロック図である。
【図１４】交流電源と負荷電力の関係を示すタイミング図である。
【図１５】従来の熱処理装置における炉内温度の制御の様子を示すグラフである。
【図１６】熱処理装置内部における伝熱方法を示す図である。
【図１７】熱処理装置内部における伝熱方法を示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
１  ウェハ、２  反応管、３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ  ヒータ、４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ  第１の温度センサ、５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ  第２の温度センサ、６  温度設定部、８  電力制御部、９  ボート、１０  炉口キャップ、１７  温度コントローラ、７００  第１の減算要素、７０２  第１のＰＩＤ演算要素、７０４  第２の減算要素、７０６  第２のＰＩＤ演算要素、７０８  リミッタ、７１０  位相変換要素、７１２  ＣＰＵ、７１４  バス、７１６  通信ＩＦ、７１８  パルス出力回路、７２０  表示・入力装置、７２２  温度入力回路、７２４  パルス入力回路、７２６  制御プログラム、７２８  制御パラメータ、７３０  位相変換テーブル、７３２  電力供給値変更部。７３４  電力供給値変更テーブル。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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