(57)【要約】  【課題】  良好な温度応答性を示すパターン出力テーブルの自動更新機能を実現して、保守員などの手を煩わせることなく温度応答性の劣化を改善する。  【解決手段】  温度制御対象へ入力される操作量を変化させることにより、前記制御対象による制御量を変化させ、変化した制御量に基づいた演算を行って操作量を制御し、前記制御量を目標値へ維持もしくは追従させるように出力する調節部１と、予め出力制御パターンを設定し、該出力制御パターンに基づき操作量を出力するパターン発生部２と、前記調節部とパターン発生部とを切替える切替え部３であって、前記パターン発生部の出力結果と前記目標値との偏差を算出し、偏差の値に応じて切替えタイミングを変更する切替え部とを備える。【選択図】  図１
2006093572.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度制御対象へ入力される操作量を変化させることにより、前記制御対象による制御量を変化させ、変化した制御量に基づいた演算を行って操作量を制御し、前記制御量を目標値へ維持もしくは追従させるように出力する第１の出力制御手段と、
予め出力制御パターンを設定し、該出力制御パターンに基づき操作量を出力する第２の出力制御手段と、
前記第１の出力制御手段と第２の出力制御手段とを切替える切替え手段であって、前記第２の出力制御手段の出力結果と前記目標値との偏差を算出し、偏差の値に応じて切替えタイミングを変更する切替え手段と
を備える熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板を熱処理する熱処理装置に関するものであり、例えば、半導体基板をバッチ処理するため、電気炉によって構成された反応室を温度制御しながら基板（ウェハ）に成膜処理を施すようにした半導体製造装置を含む熱処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図６は、一般的な半導体製造装置に設けられている縦型ＣＶＤ炉の概略的な構造図である。図６に示す縦型ＣＶＤ炉は、炉内を加熱するためのヒータ１０１と、そのヒータ１０１の近傍の温度を検出する外部熱電対１０２と、基板１０３に熱処理等を施す反応管１０４と、反応管１０４の中の温度を検出する内部熱電対１０５と、熱処理するための基板１０３を搭載したボート１０６と、装置操作部１０８から指定された設定温度Ｙと外部熱電対１０２及び内部熱電対１０５の検出温度とによってヒータ１０１への操作量Ｚ（つまり、電力値）を演算してヒータ１０１の電力制御（つまり、温度制御）を行う温度コントローラ１０７とを備えた構成となっている。
【０００３】
ヒータ１０１は、反応管１０４の炉内温度をより高精度に制御するために複数のゾーンに分割されており、例えば４ゾーンに分割する場合には、反応管１０４の上部から順にＵゾーン、ＣＵゾーン、ＣＬゾーン、Ｌゾーンなどと呼ばれるゾーンに分割されている。また、それぞれのゾーンごとに外部熟電対１０２と内部熱電対１０５が設置されている。
【０００４】
図６に示すような縦型ＣＶＤ炉における温度制御システムにおいては、熱処理を施すための基板１０３の近傍に設置された内部熱電対１０５の検出温度を装置操作部１０８で設定した設定温度Ｙと一致させるような制御が行われる。図７は、図６の縦型ＣＶＤ炉において、カスケード制御ループを構成して温度制御を行う温度制御システムの構成図である。通常、図６に示すような縦型ＣＶＤ炉における温度制御システムの構成の場合、図７に示すようなカスケード制御ループを構成して温度制御を行う。
【０００５】
図７に示すカスケード制御ループは、設定温度Ｙと内部熱電対１０５からの検出温度との偏差を出力する第１の加算器４０１と、第１の加算器４０１の出力に応じてＰＩＤ演算し、外部熱電対１０２からの検出温度が追従すべき値を指示する第１のＰＩＤ調節部４０２と、第１のＰＩＤ調節部４０２の出力と外部熱電対１０２からの検出温度の偏差を出力する第２の加算器４０３と、第２の加算器４０３の出力に応じてＰＩＤ演算しヒータ１０１への操作量Ｚを指示する第２のＰＩＤ調節部４０４とを備えた構成となっている。図７のカスケード制御ループでは１つのゾーンのみを示しているが、図６に示す縦型ＣＶＤ炉のように４ゾーンに分割される場合は、図７に示すカスケード制御ループの構成が４ゾーンのそれぞれに存在することになる。
【０００６】
次に、図６に示す縦型ＣＶＤ炉における装置操作部１０８について説明する。図８は、図６に示す縦型ＣＶＤ炉における装置操作部１０８の内部構成を示すブロック図である。図８において、装置操作部１０８は、作業者が縦型ＣＶＤ炉の動作情報を確認したり各種設定を行ったりするための操作画面部２０１と、レシピ（処理シーケンス情報）を保存するためのレシピ保存部２０２と、温度コントローラ１０７との間でデータの送受信を行う温度コントローラ間通信部２０３と、装置操作部１０８の各部を制御するための制御部２０４とを備えた構成となっている。
【０００７】
このような構成の装置操作部１０８は、温度コントローラ１０７に対して、作業者が設定した設定温度やパラメータ設定を送信するとともに、温度コントローラ１０７から温度データやヒータパワー値を受信して、受信したデータを装置情報として操作画面部２０１に表示したり記憶領域に保存したりする機能を備えている。
【０００８】
次に、図６に示す縦型ＣＶＤ炉で一般的に使用される処理シーケンスについて説明する。図９は、図６に示す縦型ＣＶＤ炉で行われるプロセス処理のシーケンスの一例を示すフローチャートである。また、図１０は、図９に示すプロセス処理による炉内の温度変化を示す特性図であり、横軸に時間、縦軸に炉内温度を示している。
【０００９】
図９において、まず、ボートが縦型ＣＶＤ炉の炉内へ挿入されていない状態で炉内の温度を比較的低い温度Ｔｏに維持・安定させる処理を行う（ステップＳ１）。次に、ボートを炉内に挿入する処理（以下、ボートロードという）を行う（ステップＳ２）。そして、炉内温度を設定温度Ｔｏからウェハに成膜処理等のプロセス処理を施すための設定温度Ｔlまで徐々に温度上昇させる処理（以下、ランプアップという）を行う（ステップＳ３）。
【００１０】
次に、ウェハにプロセス処理を施すために炉内の温度を設定温度Ｔlに維持・安定させる処理を行う（ステップＳ４）。その後、ウェハのプロセス処理が終了した段階で、炉内温度を設定温度Ｔlから比較的低い設定温度Ｔｏまで徐々に温度下降させる処理（以下、ランプダウンという）を行う（ステップＳ５）。そして、プロセス処理が施されたウェハを搭載しているボートを炉内から引き出す処理を行う（ステップＳ６）。それぞれのステップにおける炉内温度は図１０に示す通りである。尚、（ステップＳ４）では、炉内に図示しないガス供給手段によりガスを供給しつつ、図示しない排気手段により排気し、ガスをウェハと接触させることにより成膜処理がなされる。
【００１１】
上記のような処理シーケンスは、作業者が装置操作部１０８の操作画面部２０１から任意に設定して、その設定情報がレシピ保存部２０２に保存された後に実行される。通常ステップＳ１からステップＳ６までの処理は繰り返して行われるため、１つ１つのステップを短時間で行うことがウェハの生産性向上につながる。
【００１２】
しかしながら、一般的に使用されている図７のような構成のカスケード制御ループで温度制御を行った場合は、主に、ＰＩＤ制御におけるＩ（積分）動作の出力において過不足が生じて、ランプアップ時などにおいて設定温度Ｔ1より温度が超えて上昇してしまうオーバーシュートが発生し、設定温度に温度を安定させるまでに多くの時間を要することがある。図１１は、図７に示すようなＰＩＤ制御ループを使用したときのランプアップ時の内部熱電対温度の変化を示す特性図である。すなわち、図１１は、ランプアップ時において炉内の測定温度Ｔが設定温度Ｔ1を行き過ぎるオーバーシュートが発生した状態を示している。
【００１３】
そこで、図７に示す第１のＰＩＤ調節部４０２において、ＰＩＤ制御のＩ動作
出力の代わりにパターン出力を使用する温度制御方法が知られる（例えば特許文献１参照）。
【００１４】
ここで、出力パターン制御とは、出力値に外部情報を逐次取込みつつ制御するようなフィードバック制御に替えて、出力値を予めパターン化（外部情報を逐次取込むことなく予め設定した設定値にて型化）し、このパターン化し設定された出力値によって制御することをいう。
【００１５】
例えば、ランプアップ時から安定時に移行する時のように時間とともにヒータへの電力出力値を変動させて制御を行う際、ＰＩＤ出力等温度検出手段等からの外部情報を基に逐次出力値を算出しこの算出結果に基づき制御することに替えて、時間とともに変動する出力値(出力パターン値)を予め設定しておき、その設定された出力値にてヒータに出力することで制御を行うことをいう。
【００１６】
図１２は、縦型ＣＶＤ炉の温度制御システムに用いられるパターン出力の一例を示す特性図である。また、図１３は、ＰＩＤ調節部のＩ（積分）動作出力の代
わりに図１２に示すパターン出力を使用したときのランプアップ時における内部熱電対の温度変化を示す特性図である。さらに、図１４は、図１２に示すパターン出力の設定例を示すパターン出力テーブルである。
【００１７】
図１３に示す特性例では、ランプアップ開始までの期間（０〜４ｍｉｎまで）は通常のＰＩＤ制御で温度制御を行い、ランプアップ開始時刻（４ｍｉｎ）と同時に、ＰＩＤ制御のＩ（積分）動作出力の代わりにパターン出力を使用する温度制御に切り替え、温度の立上り期間（４〜１４ｍｉｎまで）はパターン出力を継続して使用している。そして、測定温度Ｔが設定温度Ｔ1に近づいた時刻（１４ｍｉｎ）から、再び、通常のＰＩＤ制御に切り替えている。このような制御にすれば、ランプアップ時において炉内の測定温度Ｔが設定温度Ｔ1を行き過ぎるようなオーバーシュートは発生しない。
【００１８】
上記のような温度制御の動作内容の詳細は、あらかじめ、図１４に示すようなパターン出力テーブルを設定して、装置操作部１０８のレシピ保存部２０２に保存しておくことによってレシピ実行時の温度制御に使用することができる。図１４に示すようなパターン出力テーブルに設定する内容は、各ステップごとに制御の切り替えを指定するためのモードと、それぞれのモード内容に対するパターン出力値、レート（パターン出力値の単位時間に対する上昇度）、及び時間である。
【００１９】
図１４の例において、ステップＮｏ．１では、ランプアップ開始からの時間１０秒間は、ＰＩＤ制御のＩ動作出力の代わりに、パターン出力を使用するモード
とし、その際に使用するパターン出力値は４２．６６％でレートは０％／ｍｉｎを与える。次のステップＮｏ．２も、パターン出力を使用するモードとして、その際に使用するパターン出力値は５２．４０％でレートは２．２３％／ｍｉｎを与える。このとき、４分３０秒ほどでパターン出力値は５２．４０％で一定となるが、このステップＮｏ．２は、テーブルの時間で指定しているように１０分２０秒間継続する。次のステップＮｏ．３は、測定温度が設定温度に近づくため、パターン出力を使用するモードから通常のＰＩＤ制御モードに切り替える。このときの時間は温度制御を行っている時間中（無限）とする。すなわち、図１４のテーブルに示すような設定を行うことによって図１３に示すようなオーバーシュートのない温度制御特性が得られる。
【００２０】
このように、ランプアップの期間中は、ＰＩＤ制御のＩ動作出力の代わりにパ
ターン出力を使用することにより、図１１に示す通常のＰＩＤ制御の場合のようなオーバーシュートが発生することもなく、かつ、設定温度Ｔ1の温度に安定するまでの時間を短縮することができる。
【００２１】
なお、従来の技術として、内部熱電対と外部熱電対の間で干渉行列を取得し、最小二乗法に基づいた逆行列演算を行って算出した行列値を使用する技術も知られる（例えば特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２０００−１８３０７２号公報
【特許文献２】特開２００２−１７５１２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
しかしながら、上記従来技術においては、良好な温度応答性を示すようなパターン出力を設定したとしても、時間の経過とともに徐々に温度応答性が劣化する傾向にある。その原因としては、熱処理装置の周辺の外気温度の変化、熱処理装置を構成する熱電対やヒ−タの経時変化、または反応炉などへの生成物堆積などによる熱容量の変化など、さまざまな原因が考えられる。このような原因によって温度応答性の劣化が生じた場合には、保守員や技術担当者などによってパターン出力テーブルを手動で調整している。その結果、作業の増加、熱処理装置にかかる保守費用の増大や、温度応答性の劣化による製品の品質低下などを招くことになる。
【００２３】
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、保守員などの手を煩わせることなく温度応答性の劣化を改善して、制御精度を向上させて熱処理された基板の品質を向上させることができる熱処理装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上述した課題を解決するため、本発明は、温度制御対象へ入力される操作量を変化させることにより、前記制御対象による制御量を変化させ、変化した制御量に基づいた演算を行って操作量を制御し、前記制御量を目標値へ維持もしくは追従させるように出力する第１の出力制御手段と、予め出力制御パターンを設定し、該出力制御パターンに基づき操作量を出力する第２の出力制御手段と、前記第１の出力制御手段と第２の出力制御手段とを切替える切替え手段であって、前記第２の出力制御手段の出力結果と前記目標値との偏差を算出し、偏差の値に応じて切替えタイミングを変更する切替え手段とを備える。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、熱処理装置において、フィードバック制御と出力制御パターンによる制御とを最適のタイミングで切替えて温度制御を行うことができる。これによって、熱処理装置を構成する熱電対やヒ−タの経時変化、または反応炉などへの生成物堆積などによる熱容量の変化などによって生じる温度応答性の劣化を改善して、短い立上り時間であってオーバーシュートを生じることなく温度制御を行うことが可能となるので、熱処理基板製品のさらなる生産性向上と品質向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を半導体製造装置に例をとって説明する。実施の形態における半導体製造装置の概略構成、及び装置操作部の構造例はそれぞれ図６、図８に示したものと同一であり、ここでの説明を省略する。
【００２７】
図１は、本発明の温度コントローラ内に構成される基本温度制御部分を示すブロック図であり、温度コントローラに設定されている目標値と検出温度との偏差が入力される調節部１（本発明の第１の制御出力手段に相当する）と、予め定められた後述する出力制御パターンを出力することができるパターン発生部２（本発明の第２の制御出力手段に相当する）と、これらの出力を切替えて出力する切替え部３（本発明の切替え手段に相当する）とを備えている。
【００２８】
ここで、調節部１は、Ｐ、Ｉ、Ｄの各要素のいずれか一つ又はこれらの組み合わせにより構成されることができる。さらに、調節部１は、図７に示した第１のＰＩＤ調節部４０２のみに相当するものであっても良いし、第１及び第２のＰＩＤ調節部４０２，４０４の双方を含むものであっても良い。また、パターン発生部２には、Ｐ、Ｄの制御を加えて制御するものでも良い。
【００２９】
本実施の形態における半導体製造装置の温度制御システムは、（１）パターン出力テーブルの自動更新処理要求の設定機能、（２）パターン出力テーブルの自動更新処理機能、の２つの機能を備えている。
【００３０】
まず、（１）のパターン出力テーブルの自動更新処理要求の設定機能について説明する。
パターン出力テーブルの自動更新処理を常時無条件で実行すると、パターン出力テーブルの初期設定作業時などにも実行されるなど、都合が悪い場合が想定される。そのため、装置操作部１０８から設定するレシピや構成パラメータなどによって、自動更新処理を実行するか実行しないかのいずれかを設定できるようにする。
【００３１】
図２は、図８の操作画面部２０１から設定するレシピの一部を示す図であり、（ａ）はパターン出力テーブルの自動更新処理をする場合（自動更新：ＯＮ）、（ｂ）はパターン出力テーブルの自動更新処理をしない場合（自動更新：ＯＦＦ）を示している。図２（ａ）に示すように、温度制御モードは、ＰＩＤ制御やその他の制御モード及びパターン出力使用モードからパターン出力使用モードが選択され、設定温度としてはランプアップ時の設定温度とランプレートが設定されている。
【００３２】
また、図１４に示したような温度制御に使用するパラメータテーブルの設定を行う場合は、図２（ａ）においてＰＩＤテーブル番号と併せてパターン出力テーブル番号を設定する。また、本発明では自動更新処理のＯＮ／ＯＦＦを設定可能とし、あらかじめ設定されたパターン出力テーブルを繰り返し使用するようなときには、温度制御性能の劣化を改善するために自動更新処理をＯＮとする。
【００３３】
一方、自動更新処理をしない場合は、図２（ｂ）のように、自動更新処理をＯＦＦとすることで、パターン出力テーブルの内容を書き換えることを行わないようにする。
【００３４】
次に、（２）のパターン出力テーブルの自動更新処理機能について説明する。最初にパターン出力テーブルの自動更新処理の内容について説明する。パターン出力テーブルの自動更新処理は、パターン出力テーブルを使用して温度制御を実行したときの結果をもとに、今回のパターン出力テーブルの過不足分を算出し、次回の温度制御に使用するためのパターン出力テーブルを自動更新する機能である。
【００３５】
図３は、実施の形態の温度制御システムによって実現されるパターン出力テーブルの自動更新処理の流れを示すフローチャートである。図３において、まず、自動更新処理の開始時には、図２（ａ）に示すようなパターン出力使用モードと自動更新処理ＯＮの設定がなされているか否かを認識する（ステップＳ１１）。ここで、パターン出力使用モードと自動更新処理ＯＮの設定がなされていなければ（ステップＳ１１でＮｏ）、自動更新処理を行わないために処理を終了する。
【００３６】
一方、ステップＳ１１で、パターン出力使用モードと自動更新処理ＯＮの設定がなされていれば（ステップＳ１１でＹｅｓ）、パターン出力使用モード開始から現在までの経過時間がパターン出力値を使用したモードからＰＩＤ制御への切り替え時間に達しているか否かを判定する（ステップＳ１２）。この判定はパターン出力テーブルで設定されている切替え時間に基づいて行われる。ここで、パターン出力値を使用したモードからＰＩＤ制御への切り替え時間に達していなければ（ステップＳ１２でＮｏ）、ＰＩＤ制御への切り替え時間に達するまで待つこととなる。図１４のパターン出力テーブルの場合は、ステップＮｏ．３でＰＩＤ制
御に切り替えているので、ステップＮｏ．１とステップＮｏ．２の合計時間である１０分
３０秒が経過するまで待つ。
【００３７】
次に、ステップＳ１２で、パターン出力値を使用したモードからＰＩＤ制御への切り替え時間に達したならば（ステップＳ１２でＹｅｓ）、ＰＩＤ制御の切り替え時点において設定温度Ｔ1と測定温度Ｔとの温度差（過不足量）を取得してメモリに記憶させる（ステップＳ１３）。例えば、設定温度Ｔ1が８００℃で測定温度Ｔが７９５℃の場合は、８００℃−７９５℃＝５℃をメモリに記憶させる。
【００３８】
次に、取得した温度差の過不足量がパターン出力自動更新処理パラメータの設定範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ１４）。ここで、取得した温度差の過不足量がパターン出力自動更新処理パラメータの設定範囲内である場合は（ステップＳ１４でＹｅｓ）、切替え時点での温度差に応じてパターン出力テーブルのパターン出力値を更新する（ステップＳ１５）。一方、取得した温度差の過不足量がパターン出力自動更新処理パラメータの設定範囲内にない場合は（ステップＳ１４でＮｏ）、パターン出力テーブルにおけるＰＩＤ制御への切替え時間を更新する（ステップＳ１６）。
【００３９】
このような処理は、パターン出力テーブルのパターン出力値を更新し続けても、ＰＩＤ制御への切り替え時間が遅すぎるか早すぎるかの原因で、温度制御性能の改善ができない場合を考慮して行われるものである。言い換えれば、パターン出力値の更新処理が連続した場合には、設定温度Ｔ1と測定温度Ｔとの温度差の過不足量が０になるように、パターン出力値の更新ではなく、ＰＩＤ制御への切り替え時間の更新を行うものである。
【００４０】
オーバーシュートが改善しない場合に多い現象で例示すると、半導体製造装置の炉内の温度を、所望の温度Ａから、所望の温度Ｂへ昇温させる場合、温度Ｂで安定する（平衡状態に落ち着く）までには、ある程度の時間が必要となる。
【００４１】
この安定する時間を短縮する方法として、ヒータに出力量を多くかけても、断熱材の熱吸収による時間遅れ等が原因となり、すぐには炉内熱電対の検出温度は反応せず、ある程度時間が経過したあとで反応するため、改善できない。つまり、急激に温度を上昇させるためにヒータに多くの出力量を与えても、急激に温度が上昇することは無く、少し時間が経過した後に、多く出力量を与えた分、オーバーシュートが発生してしまうことになり改善できない。
【００４２】
一方、ＰＩＤ制御への切り替え時点での過不足量を補正する動作を、複数回実施しても、まだ過不足量が大きい場合、ＰＩＤ制御への切り替えタイミングが適当でないと判断し、ＰＩＤ制御への切り替え時間を長くするようにすれば、温度Ｂが安定する時間を短縮することができる。また、温度Ｂで安定する時間は、半導体製造装置やレシピ条件によって変化するため、この変化に応じ、複数回は、ＰＩＤ制御への切り替え時点での過不足量を補正する動作を実施するようにするが、複数回実施してもまだ過不足量が大きい場合は、この温度Ｂで安定するまでに費やす時間が変化したと判断するようにし、ＰＩＤ制御への切り替え時間を長くすることで、温度Ｂが安定する時間を短縮することができる。
【００４３】
また、ＰＩＤ制御への切り替え時点での過不足量が微小なために、過不足量を補正する動作を行わず、この連続未更新回数が上限に達した場合は、ＰＩＤ制御への切り替え時間を短くする動作が連続未更新回数が上限に達した場合は、切り替えタイミングが、使用している半導体製造装置やレシピ条件に適していることとなるが、さらに時間短縮できる可能性(余裕)があることになる。
【００４４】
換言すれば、ＰＩＤ制御への切り替えタイミングが、温度Ｂが安定する時間より長い、つまり半導体製造装置の限界より、ゆっくり昇温させているとも言える。そこで、ＰＩＤ制御への切り替え時間をより短くし、温度安定までの時間短縮を図ることで、適切なタイミングでの切り替えが可能となる。
【００４５】
図４は、本発明におけるパターン出力自動更新処理パラメータの一例を示す図であり、図４に示すパターン出力自動更新処理パラメータを用いて、図３のステップＳ１６におけるパターン出力テーブルのＰＩＤ制御への切替え時間の更新動作を説明する。以下の説明ではＵゾーンの更新動作について説明するが、ＣＵゾーン、ＣＬゾーン、Ｌゾーンについても全く同じ更新動作である。
【００４６】
まず、自動更新処理を初めて行う場合は、パターン出力値の連続更新回数は０回であるので、切り替え時点での温度差の過不足量に応じてパターン出力値を更新し、更新回数を１回にカウントアップして記録する。ただし、温度差の過不足量が、図４のパターン出力自動更新処理パラメータで設定された更新処理での過不足量の最低量未満（つまり、０.５℃未満）である場合は更新処理を行わない。これは、切り替え時点での温度差の過不足量が微小の場合は、パターン出力値も切り替え時間も更新の必要がない程、良好な温度制御性能を示しているといえるからである。
【００４７】
この場合は、更新処理を行わずに連続更新回数をクリアし（つまり、連続更新回数を０回とし）、代わりに連続未更新回数をカウントアップして（つまり、連続未更新回数を１回として）記録する。
【００４８】
更新したパターン出力テーブルを使用して温度制御を行い、２回目の自動更新処理を行う。この際、ＰＩＤ制御への切り替え時点での温度差の過不足量を取得して、図４の更新処理での過不足量の最低量（０.５℃）と比較する。ここで、温度差の過不足量が最低量（０.５℃）以上の場合は、さきに記録しておいた連続更新回数（連続更新回数１回）と図４の連続更新／未更新回数の上限値（２回）とを比較する。
【００４９】
この比較結果において、連続更新回数（１回）が未だ連続更新／未更新回数の上限未満（つまり、２未満）なので、温度差の過不足量に応じてパターン出力値を更新し、連続更新回数をカウントアップする（つまり、連続更新回数を２回とする）。一方、温度差の過不足量が最低量未満（０.５℃未満）の場合は、更新処理を行わずに連続更新回数をクリアし（つまり、連続更新回数を０回にして）、代わりに連続未更新回数をカウントアップして（つまり、連続未更新回数を１回に）記録する。また、初回、未更新で、今回も未更新である場合には、連続更新回数はそのまま（つまり、連続更新回数は０回のまま）とし、連続未更新回数をカウントアップして（つまり、連続未更新回数を２回に)記録する。
【００５０】
このようにして、再度、更新したパターン出力テーブルを使用して温度制御を行い、３回目の自動更新処理を行う。そして、２回目と同様に切り替え時点での温度差の過不足量を取得して、図４の更新処理での過不足量の最低量（０.５℃）と比較する。ここで、最低量（０.５℃）以上の場合は、記録しておいた連続更新回数（連続更新回数２回）と、図４の連続更新／未更新回数の上限値（上限値２回）と比較する。ここで、連続更新回数（２回）が上限値（２回）に一致したので、パターン出力値の更新ではなく、図３のステップＳ１６のように、ＰＩＤ制御への切り替え時間の更新を行う。尚、連続更新回数が上限値（２回）に達した場合はＰＩＤ制御への切り替え時間を長くする。
【００５１】
図４のパターン出力自動更新処理パラメータにおける切り替え時間の更新量は１０秒であるので、図１４に示す現在のステップＮｏ．２の時間（１０分２０秒に１０秒を加えた１０分３０秒）を更新後のステップＮｏ．２の時間とし、連続更新回数をクリアする（連続更新回数を０回とする）。また、初回、２回目とも未更新であった場合で、今回も温度差の過不足量が最低量未満（０.５℃未満）の場合は、メモリに記録しておいた連続未更新回数（２回）と、図４の連続更新／未更新回数の上限値（２回）と比較する。ここで連続未更新回数（２回）は上限値（２回）と一致したので、パターン出力値の更新ではなく、図３のステップＳ１６のように、ＰＩＤ制御への切り替え時間の更新を行う。
【００５２】
尚、連続未更新回数が上限値（２回）に達した場合は、ＰＩＤ制御への切り替え時間を短くする。つまり、図４において切り替え時間の更新量は１０秒であるので、図１４に示す現在のステップＮｏ．２の時間（１０分２０秒）から１０秒を減じた１０分１０秒を更新後のステップＮｏ．２の時間とし、連続未更新回数をクリアする（連続未更新回数を０回とする）。
【００５３】
次に、図３のステップＳ１５に示したような、切り替え時点での温度差の過不足量に応じてパターン出力テーブルを更新する処理について説明する。基本的には、温度差の過不足量が０になる方向へパターン出力値を更新する。例えば、温度差の過不足量が＋５℃の場合は、次の式（１）のようにする。
【００５４】
更新後のパターン出力値＝更新前のパターン出力値＋（過不足量を百分率（％）に変換した値）                                      （１）
【００５５】
図１２に示すように、パターン出力値は０〜１００％の範囲の値であり、温度差の過不足量に基づいてパターン出力値を更新するためには、温度から百分率（％）への変換が必要である。このときの変換方法は、制御限界値を１００％として過不足量と制御限界値の比率で行う。例えば、制御限界値を１４００℃とした場合は、次の式（２）のようになる。
【００５６】
過不足量（＝５℃）を百分率（％）に変換した値＝
５℃×｛ｌ００％／制御限界値（＝１４００℃）｝＝０．３６％      （２）
【００５７】
したがって、更新後のパターン出力値は次のようになり、この値を更新後のパターン出力値としてパターン出力テーブルを更新する。
【００５８】
更新後のパターン出力値＝更新前のパターン出力値＋（過不足量を百分率（％）に変換した値）＝５２．４０％＋０．３６％＝５２．７６％
【００５９】
図５は、本発明に適用されるパターン出力自動更新補正率のテーブルを示している。温度データはさまざまな誤差要因を含んでいることが多いため、前述のように切り替え時点の温度差の過不足量をそのままパターン出力値の更新に適用した場合は、更新処理の影響が強く反映され過ぎることがある。そのため、温度差の過不足量に対して図５に示すような補正率を乗算した値をパターン出力値の更新に適用することも可能である。
【００６０】
例えば、温度差の過不足量が＋５℃で補正率が０．５の場合、＋５℃×０．５＝＋２．５℃を上記の（式２）に適用し、更新前のパターン出力値に加えて更新を行う。また、より精度良くパターン出力値を更新する方法として、前述の特許文献１（特開２００２−１７５１２３号公報）に記載された技術を利用することもできる。
【００６１】
これは、内部熱電対と外部熱電対の間で干渉行列を取得し、最小二乗法に基づいた逆行列演算を行って算出した行列値を使用するようにするものである。これによって、それぞれのゾーンの内部熱電対の温度を希望の値だけ変化させるためには、それぞれの外部熱電対の温度がどれだけ変化すべきかについて、ゾーン間の干渉を考慮した正確な値に算出することができる。したがって、算出した外部熱電対が変化するべき値を百分率（％）に変換することによって、更新前のパターン出力値に加えることで高精度な更新を行うことができる。
【００６２】
尚、図３のフローチャートに示したパターン出力テーブルの自動更新処理はゾーンごとに行われる。また、パターン出力テーブルをゾーンごとに設定して、図４のパターン出力自動更新処理パラメータや、図５のパターン出力自動更新補正率をゾーンごとに設定可能とすることによって、ゾーンごとに異なる応答特性にきめ細かく対応することができる。
【００６３】
以上説明したように、本発明における半導体製造装置のような熱処理装置は、あらかじめ設定されたパターン出力を、ＰＩＤ制御の代わりとして使用したりＰＩＤ制御の一部として使用したり、制御対象の検出温度に基づくフィードバック制御の代わりとして使用したりして温度制御を行う場合において、パターン出力を使用して温度制御を実行したときの結果に基づいて今回のパターン出力の過不足分を算出し、その算出結果に基づいて次回の温度制御に使用するためのパターン出力を自動更新することにより、温度制御性能をさらに向上させることができる。
【００６４】
また、本発明における熱処理装置は、前述のようなパターン出力の自動更新処理において、操作者または処理レシピからパターン出力の自動更新処理を要求されている場合のみ、パターン出力の自動更新処理を実行することができる。
【００６５】
さらに、本発明における熱処理装置は、パターン出力を使用して温度制御を実行したときの結果に基づいて今回のパターン出力の過不足分を算出し、次回の温度制御に使用するためのパターン出力を自動調整する際に、今回のパターン出力の過不足分として、あらかじめ設定された補正率を乗算した値を使用し、次回の温度制御に使用するためのパターン出力を自動調整することもできる。
【００６６】
以上に本発明の実施の形態について説明したが、本実施の形態によれば次の発明が抽出され得る。
〔１〕基板を処理する処理室（例えば反応管１内）と、
該処理室を加熱する加熱手段（例えばＵ、ＣＵ、ＣＬ、Ｌゾーンのヒータ１０１）と、
前記処理室内の温度を検出する検出手段（例えば内部熱電対１０５又は外部熱電対１０２）と、
前記加熱手段へ入力される操作量を変化させることにより、前記加熱手段による制御量を変化させ、変化した制御量に基づいた演算を行って操作量を制御し、前記制御量を目標値へ維持もしくは追従させるように出力する第１の出力制御手段（例えば図１の１）と、
予め前記目標値となるよう出力制御パターンを設定し、該出力制御パターンに基づき操作量を出力する第２の出力制御手段（例えば図１の２）と、
前記第１の出力制御手段と第２の出力制御手段とを切替える切替え手段（例えば図１の３）と、
予め前記目標値と前記出力制御パターンの出力結果との偏差の範囲を設定する許容範囲設定手段（例えば図４）とを備え、
前記切替え手段は、前記第２の出力制御手段と前記第１の出力制御手段とを切替えるタイミングでの前記第２の出力制御手段の出力結果を検出する前記温度検出手段の検出した結果と、前記目標値との偏差を算出した結果と、前記許容範囲設定手段に設定された許容範囲とを比較した結果に基づき、前記加熱手段を次回に制御する際の前記第２の出力制御手段と、前記第１の出力制御手段とを切替えるタイミングを変更するように制御する（例えば図３：ステップＳ１２〜ステップＳ１６）
ことを特徴とする熱処理装置。
〔２〕〔１〕に記載の熱処理装置において、
複数の前記基板の加熱処理を複数回行い、
前記切替え手段は、前記第２の出力制御手段と前記第１の出力制御手段とを切替えるタイミングでの前記第２の出力制御手段の出力結果と前記目標値との偏差を算出した結果と前記許容範囲設定手段に設定された許容範囲とを比較した結果、
連続して複数回許容範囲外となった場合には、前記制御対象を次回に制御する際の前記第２の出力制御手段と前記第１の出力制御手段とを切替えるタイミングを遅くするように制御し、
連続して複数回許容範囲となった場合には、前記制御対象を次回に制御する際の前記第２の出力制御手段と前記第１の出力制御手段とを切替えるタイミングを早くするように制御する
ことを特徴とする熱処理装置。
〔３〕基板を処理する処理室と、
該処理室を加熱する加熱手段と、
前記処理室内の温度を検出する検出手段と、
前記加熱手段へ入力される操作量を変化させることにより、前記加熱手段による制御量を変化させ、変化した制御量に基づいた演算を行って操作量を制御し、前記制御量を目標値へ維持もしくは追従させるように出力する第１の出力制御手段と、
予め前記目標値となるよう出力制御パターンを設定し、該出力制御パターンに基づき操作量を出力する第２の出力制御手段と、
前記第１の出力制御手段と第２の出力制御手段とを切替える切替え手段と、
予め前記目標値と前記出力制御パターンの出力結果との偏差の範囲を設定する許容範囲設定手段とを備え、
前記切替え手段は、前記第２の出力制御手段と前記第１の出力制御手段とを切替えるタイミングでの、前記第２の出力制御手段の出力結果を検出する前記温度検出手段の検出した結果と、前記目標値との偏差を算出した結果と、前記許容範囲設定手段に設定された許容範囲とを比較した結果に基づき、前記加熱手段を次回に制御する際の前記第２の出力制御手段と前記第１の出力制御手段とを切替えるタイミングを変更するように制御する熱処理装置を用いて前記基板を処理する半導体装置の製造方法において、
前記処理室内を前記第２の出力制御手段により制御し前記加熱手段にて加熱する工程と、
前記切替え手段が前記第２の出力制御手段から前記第１の出力制御手段へと切替える工程と、
前記処理室内を前記第１の出力制御手段により制御し前記加熱手段にて加熱する工程と、
前記第２の出力制御手段と前記第１の出力制御手段とを切替えるタイミングでの前記第２の出力制御手段の出力結果を検出する前記温度検出手段の検出結果と、前記目標値との偏差を算出した結果と、前記許容範囲設定手段に設定された共用範囲とを比較する工程と、
該比較した結果に基づき前記加熱手段を次回に制御する際の前記第２の出力制御手段と前記第１の出力制御手段とを切替えるタイミングを変更する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の実施の形態における温度コントローラ内に構成される基本温度制御部分を示すブロック図である。
【図２】図８の操作画面部から設定するレシピの一部を示す図であり、（ａ）はパターン出力テーブルの自動更新処理をする場合、（ｂ）はパターン出力テーブルの自動更新処理をしない場合を示す。
【図３】本発明の温度制御システムによって実現されるパターン出力テーブルの自動更新処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】本発明におけるパターン出力自動更新処理パラメータの一例を示す図である。
【図５】本発明に適用されるパターン出力自動更新補正率のテーブルである。
【図６】一般的な半導体製造装置に構成されている縦型ＣＶＤ炉の概略的な構造図である。
【図７】図６の縦型ＣＶＤ炉において、カスケード制御ループを構成して温度制御を行う温度制御システムの構成図である。
【図８】図６に示す縦型ＣＶＤ炉における装置操作部の内部構成を示すブロック図である。
【図９】図６に示す縦型ＣＶＤ炉で行われるプロセス処理のシーケンスの一例を示すフローチャートである。
【図１０】図９に示すプロセス処理による炉内の温度変化を示す特性図である。
【図１１】図７に示すＰＩＤ制御ループを使用したときのランプアップ時の内部熱電対温度の変化を示す特性図である。
【図１２】縦型ＣＶＤ炉の温度制御システムに用いられるパターン出力の一例を示す特性図である。
【図１３】ＰＩＤ調節部のＩ（積分）動作出力の代わりに図１２に示すパターン出力を使用したときのランプアップ時における内部熱電対の温度変化を示す特性図である。
【図１４】図１２に示すパターン出力の設定例を示すパターン出力テーブルである。
【符号の説明】
【００６８】
１  調節部、２  パターン発生部、３  切替え部、１０１  ヒータ、１０２  外部熱電対、１０３  基板、１０４  反応管、１０５  内部熱電対、１０６  ボート、１０７  温度コントローラ、１０８  装置操作部、２０１  操作画面部、
２０２  レシピ保存部、２０３  温度コントローラ間通信部、２０４  制御部、４０１  第１の加算器、４０２  第１のＰＩＤ調節部、４０３  第２の加算器、４０４  第２のＰＩＤ調節部。
【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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