(57)【要約】【課題】操作量が飽和するのを回避して、被処理物を、所望の状態で処理するための調整作業を容易に行えるようにする。【解決手段】目標温度ＳＰを変化させたときの操作量ＭＶ、ウェハの温度ＷＡＦ、および、熱板の検出温度ＰＶの各変化に基づいて、目標温度ＳＰと操作量ＭＶとの関係を示す第１の行列、および、ウェハの温度ＷＡＦと目標温度ＳＰとの関係を示す第２の行列を取得し、第１，第２の行列を用いて、操作量ＭＶを制限した範囲内で、ウェハの面内の温度のばらつきを最小化する目標温度ＳＰの補正値を求めるようにしている。【選択図】図３
2008299697.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理物を処理する処理手段の物理状態を複数の検出点で検出した各検出情報と複数の各目標情報とに基づいて、操作量を生成し、該操作量に応じて、前記処理手段の物理状態を制御する制御方法であって、
前記目標情報と前記操作量との関係を示す第１の関係情報、および、前記被処理物の物理状態と前記操作量との関係または前記被処理物の物理状態と前記目標情報との関係を示す第２の関係情報を、取得する第１のステップと、
前記第１，第２の関係情報を用いて、前記操作量を制限した範囲内で、前記被処理物が所望の物理状態になるように、前記目標情報および前記検出情報の少なくともいずれか一方を補正する補正値を求める第２のステップと、
を含むことを特徴とする制御方法。
【請求項２】
被処理物を処理する処理手段の温度を複数の検出点で検出した各検出温度と複数の各目標温度とに基づいて、操作量を生成し、該操作量に応じて前記処理手段の温度を制御する温度制御方法であって、
前記目標温度と前記操作量との関係を示す第１の関係情報、および、前記被処理物の温度と前記操作量との関係または前記被処理物の温度と前記目標温度との関係を示す第２の関係情報を、取得する第１のステップと、
前記第１，第２の関係情報を用いて、前記操作量を制限した範囲内で、前記被処理物が所望の温度状態になるように、前記目標温度および前記検出温度の少なくともいずれか一方を補正する補正値を求める第２のステップと、
を含むことを特徴とする温度制御方法。
【請求項３】
前記第１，第２の関係情報が、定常状態における前記関係をそれぞれ示すものであって、前記第２の関係情報が、前記被処理物の温度と前記操作量との関係を示すものである請求項２に記載の温度制御方法。
【請求項４】
前記補正値によって、前記目標温度および前記検出温度の少なくともいずれか一方を補正する第３のステップを更に含む請求項２または３に記載の温度制御方法。
【請求項５】
前記第１のステップでは、前記目標温度を変化させたときの前記操作量、前記被処理物の温度、および、前記処理手段の検出温度の各変化に基づいて、前記第１，第２の関係情報を取得する請求項２〜４のいずれか一項に記載の温度制御方法。
【請求項６】
前記第２のステップでは、前記第１，第２の関係情報、前記補正値による補正を行なう前の前記被処理物の温度、および、前記補正を行なう前の前記操作量に基づいて、前記補正値を求める請求項２〜５のいずれか一項に記載の温度制御方法。
【請求項７】
前記第１の関係情報が、前記目標温度と前記操作量との関係を示す行列であり、前記第２の関係情報が、前記被処理物の温度と前記操作量との関係を示す行列または前記被処理物の温度と前記目標温度との関係を示す行列である請求項２〜６のいずれか一項に記載の温度制御方法。
【請求項８】
被処理物を処理する処理手段の温度を複数の検出点で検出した各検出温度と複数の各目標温度とに基づいて、操作量を生成し、該操作量に応じて前記処理手段の温度を制御するとともに、補正値によって、前記目標温度および前記検出温度の少なくともいずれか一方を補正する温度調節器の前記補正値を求める補正装置であって、
前記目標温度と前記操作量との関係を示す第１の関係情報、および、前記被処理物の温度と前記操作量との関係または前記被処理物の温度と前記目標温度との関係を示す第２の関係情報を取得し、前記第１，第２の関係情報を用いて、前記操作量を制限した範囲内で、前記被処理物が所望の温度状態になるように、前記補正値を求める演算手段を備えることを特徴とする補正装置。
【請求項９】
前記演算手段は、前記目標温度を変化させたときの前記操作量、前記被処理物の温度、および、前記処理手段の検出温度の各変化に基づいて、前記第１，第２の関係情報を取得する請求項８に記載の補正装置。
【請求項１０】
前記演算手段は、前記第１，第２の関係情報、前記補正値による補正を行なう前の前記被処理物の温度、および、前記補正を行なう前の前記操作量に基づいて、前記補正値を求める請求項８または９に記載の補正装置。
【請求項１１】
被処理物を処理する処理手段の温度を複数の検出点で検出した各検出温度と複数の各目標温度とに基づいて、操作量を生成し、該操作量に応じて前記処理手段の温度を制御する温度調節器であって、
前記請求項８〜１０のいずれか一項に記載の補正装置によって求められた前記補正値に応じて、前記目標温度および前記検出温度の少なくともいずれか一方を補正することを特徴とする温度調節器。
【請求項１２】
被処理物を処理する処理手段の温度を複数の検出点で検出した各検出温度と複数の各目標温度とに基づいて、操作量を生成し、該操作量に応じて前記処理手段の温度を制御するとともに、補正値によって、前記目標温度および前記検出温度の少なくともいずれか一方を補正する温度調節器であって、
前記目標温度と前記操作量との関係を示す第１の関係情報、および、前記被処理物の温度と前記操作量との関係または前記被処理物の温度と前記目標温度との関係を示す第２の関係情報を取得し、前記第１，第２の関係情報を用いて、前記操作量を制限した範囲内で、前記被処理物が所望の温度状態になるように、前記補正値を求める演算手段を備えることを特徴とする温度調節器。
【請求項１３】
被処理物を処理する処理手段の温度を複数の検出点で検出した各検出温度と複数の各目標温度とに基づいて、操作量を生成し、該操作量に応じて前記処理手段の温度を制御する温度制御に用いられるプログラムであって、
前記目標温度を変化させたときの、前記操作量、前記被処理物の温度、および、前記処理手段の検出温度の各変化に基づいて、前記目標温度と前記操作量との関係を示す第１の関係情報、および、前記被処理物の温度と前記操作量との関係または前記被処理物の温度と前記目標温度との関係を示す第２の関係情報を、取得する第１のステップと、
前記第１，第２の関係情報を用いて、前記操作量を制限した範囲内で、前記被処理物が所望の温度状態になるように、前記目標温度および前記検出温度の少なくともいずれか一方を補正する補正値を求める第２のステップとを、
コンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御対象の温度や圧力などの物理状態を制御する制御方法、制御対象の温度を制御する温度制御方法、この温度制御方法に好適な補正装置、温度調節器およびプログラムに関し、特に、多入出力干渉系の制御対象の温度などの物理状態のばらつきを抑制するのに好適な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、半導体装置の製造プロセスにおいては、半導体ウェハの熱処理に温度調節器が用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
かかる製造プロセスにおいて、例えば、半導体ウェハを、熱板に載置して加熱処理するような場合には、温度調節器は、熱板に配設された温度センサからの検出温度に基づいて、熱板の温度が、設定温度（目標温度）に一致するように、操作量を出力し、この操作量によってＳＳＲ等を介して熱板に配設されているヒータの通電を制御するように構成されている。
【０００４】
かかる半導体ウェハの熱処理では、半導体ウェハの温度が所望の均一な温度で熱処理されるように熱板の温度を制御する必要があるが、そのためには、半導体ウェハと熱板との温度差やウェハ面内での位置による温度のばらつきなどを補正した温度制御を行なう必要がある。
【０００５】
このため、予め温度センサを取り付けた半導体ウェハを試験用ウェハとし、この試験用ウェハを熱板で熱処理し、この熱処理における試験用ウェハの温度分布を温度センサで計測しながら熱板の設定温度または温度調節器に入力される熱板の検出温度（入力温度）を、試験用ウェハの温度が所望の均一な温度になるように補正する調整作業が必要となる。
【０００６】
しかしながら、複数の温度センサおよび複数のヒータが配設されて、各温度センサの検出温度に基づいて、各ヒータの通電が個別に制御されるような複数チャンネルの熱板では、チャンネル間の相互干渉によって、上述の設定温度または入力温度を補正する調整作業が容易でなく、作業者の経験に依存し、試行錯誤的に行わねばならず、調整工数が多大になるといった課題がある。
【０００７】
そこで、本件出願人は、かかる調整作業を容易に行なえるようにした温度制御方法を既に提案している（特許文献２参照）。
【０００８】
この温度制御方法は、例えば、半導体ウェハを熱処理する熱板の目標温度を変化させたときの半導体ウェハの温度分布を予め計測し、これに基づいて、半導体ウェハの温度を均一にするための目標温度（設定温度）の補正値を求め、この補正値で目標温度を補正して半導体ウェハの温度の均一化を図るものである。
【０００９】
以下、この温度制御方法の概要について説明する。
【００１０】
図７は、この温度制御方法を用いた温度調節器を備える熱処理装置の概略構成図である。
【００１１】
熱処理装置は、半導体ウェハ１を熱板２で熱処理するものであり、温度調節器３−１は、図示しない上位機器や設定部から設定された設定温度（目標温度）と、熱板２に配設された３つの温度センサ４ａ〜４ｃからの検出温度との偏差に基づいて、熱板２に配設された３つのヒータ５ａ，５ｂ，５ｃの通電を制御して熱板２の温度を設定温度になるように制御する。すなわち、この例では、３チャンネルの例を示しており、各チャンネル毎に温度制御される。
【００１２】
先に提案している温度制御方法は、図８に示すように、各チャンネルの設定温度を順番に変化させたときの半導体ウェハ１の温度を複数の計測点でそれぞれ計測して、各計測点における干渉の度合いを予め計測し（Ｓ１）、計測した干渉の度合いに基づいて、半導体ウェハ１の温度を均一にするための設定温度の補正値を算出し（Ｓ２）、実運用においては、算出した補正値を用いて設定温度を補正する（Ｓ３）ものである。
【００１３】
図９は、干渉の度合いを計測して補正値を算出するための構成の一例を示す図であり、図７に対応する部分には、同一の参照符号を付す。
【００１４】
この図３において、１は計測点に温度センサ６ａ〜６ｃが取り付けられた半導体ウェハである試験用ウェハであり、７は試験用ウェハ１の温度を計測する温度ロガーであり、８−１は温度ロガー７および温度調節器３−１に接続されたＰＬＣ（プログラマブル・ロジック・コントローラ）やパソコンなどの上位装置である。この上位装置８−１は、温度ロガー７および温度調節器３−１との通信などによって、温度調節器３−１の設定温度を変更できるとともに、この設定温度と試験用ウェハ１の計測点の温度とを同期して計測することができる。
【００１５】
試験用ウェハ１の計測点は、熱板２の各チャンネルのヒータ５ａ〜５ｃおよび温度センサ４ａ〜４ｃに対応するよう配置されている。
【００１６】
この温度制御方法では、半導体ウェハ１における各チャンネル間の熱的な干渉、すなわち、設定温度を変化させたときに、半導体ウェハ１の各計測点の温度が受ける影響を、計測するために次のようにしている。
【００１７】
すなわち、３チャンネルの内の第１のチャンネルの設定温度を、図１０（ａ）に示すように、ステップ状に、例えば、Δａ１変化させ、同図（ｂ）に示すように、そのときの試験用ウェハ１の各計測点の温度変化を各温度センサ６ａ〜６ｃで計測する。同様にして、第２のチャンネルの設定温度を、ステップ状に、例えば、Δａ２変化させ、そのときの試験用ウェハ１の各計測点の温度変化を計測し、さらに、第３のチャンネルの設定温度を、ステップ状に、例えば、Δａ３変化させ、そのときの試験用ウェハ１の各計測点の温度変化を計測する。
【００１８】
以上のようにして計測されたデータに基いて、設定温度を変化させた時点から任意の時間が経過した時点における干渉の度合いを、干渉行列として求めることができる。
【００１９】
すなわち、図１０に示すように、第１のチャンネルの設定温度を、ステップ状にΔａ１変化させた時点から所定時間ｔ経過後の試験用ウェハ１の３つの計測点の各温度変化を、ｃ１１，ｃ１２，ｃ１３とし、同様に、第２のチャンネルの設定温度を、ステップ状にΔａ２変化させた時点から所定時間ｔ経過後の試験用ウェハ１の３つの計測点の各温度変化を、ｃ２１，ｃ２２，ｃ２３とし、第３のチャンネルの設定温度を、ステップ状にΔａ３変化させた時点から所定時間ｔ経過後の試験用ウェハ１の３つの計測点の各温度変化を、ｃ３１，ｃ３２，ｃ３３とすると、所定時間ｔに対応する下記の干渉行列が求まる。
【００２０】
【数１２】
2008299697.tif 000003
【００２１】
そして、熱板２の各チャンネルの設定温度の変化を、Δａ１〜Δａ３とし、所定時間ｔ経過後の半導体ウェハ１の計測点の温度変化を、Δｂ１〜Δｂ３とすると、以下の関係式が成立する。
【００２２】
【数１３】
2008299697.tif 000004
【００２３】
上記所定時間ｔの選択によって、半導体ウェハ１の温度が安定した後の定常状態の関係式を得ることができ、定常状態の干渉特性を求めることができる。例えば、半導体ウェハ１を熱板２に載置して半導体ウェハ１の温度が上昇して整定した定常状態における、半導体ウェハ１の温度のばらつきを抑制して面内温度の均一化を図るための補正値を次のようにして算出することができる。
【００２４】
先ず、熱板２で試験用ウェハ１を処理して試験用ウェハ１の温度が整定したときの各計測点の温度を計測し、所望の温度からの差を算出し、この算出値を、Δｂ１〜Δｂ３とする。例えば、半導体ウェハ１を、所望の温度１００℃で均一にしたい場合に、熱板２を、設定温度１００℃に整定させた状態で、試験用ウェハ１を載置してその温度が整定した状態の各計測点の温度を計測し、各温度が、例えば、９７℃，９８℃，９９℃とすると、Δｂ１＝３，Δｂ２＝２，Δｂ３＝１となる。
【００２５】
面内温度の均一化を図るには、所望の温度からの温度差である算出値Δｂ１〜Δｂ３を、小さくするように、各チャンネルの熱板２の設定温度または温度調節器３に入力される熱板２の検出温度（入力温度）の補正値Δａ１〜Δａ３を求めればよい。
【００２６】
この補正値Δａ１〜Δａ３は、上述の干渉行列の逆行列を用いて次式で算出することができる。
【００２７】
【数１４】
2008299697.tif 000005
【００２８】
ここで、上記（２０）式に使用する干渉行列は、上述の所定時間ｔを、設定温度を変化させた時点から各計測点の温度が整定した後の時点までの時間、例えば、図１０（ａ）に示すｔ１となるような時間に選択し、この所定時間ｔ１に対応して得られた干渉行列、すなわち、定常状態に対応する干渉行列である。
【００２９】
上記（２０）式を解くことにより、従来試行錯誤的に調整していた補正値を、算出できることになる。
【００３０】
この算出された補正値を、熱板２の設定温度を加算して補正することにより、半導体ウェハ１の温度ばらつきを抑制することができる。
【特許文献１】特開平６−１８８４６２号公報
【特許文献２】特開２００６−１１３７２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３１】
上述の温度制御方法では、予め求めた補正値によって目標温度（設定温度）を補正するものであり、温度制御システムの構成などによっては、補正された目標温度では、操作量が飽和してしまい、半導体ウェハの温度のばらつきを十分に抑制できない場合がある。
【００３２】
本発明は、上述の点に鑑みて為されたものであって、操作量が飽和するのを回避して、被処理物を、所望の状態で処理するための調整作業を容易に行えるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３３】
（１）本発明の制御方法は、被処理物を処理する処理手段の物理状態を複数の検出点で検出した各検出情報と複数の各目標情報とに基づいて、操作量を生成し、該操作量に応じて、前記処理手段の物理状態を制御する制御方法であって、前記目標情報と前記操作量との関係を示す第１の関係情報、および、前記被処理物の物理状態と前記操作量との関係または前記被処理物の物理状態と前記目標情報との関係を示す第２の関係情報を、取得する第１のステップと、前記第１，第２の関係情報を用いて、前記操作量を制限した範囲内で、前記被処理物が所望の物理状態になるように、前記目標情報および前記検出情報の少なくともいずれか一方を補正する補正値を求める第２のステップとを含むものである。
【００３４】
ここで、被処理物とは、処理手段で処理される物、例えば、加熱、冷却、加圧などの処理が施される物などをいう。
【００３５】
処理手段とは、熱板や加熱炉などの加熱装置、冷却装置、成形装置、反応装置など被処理物に対して処理を施すものをいう。
【００３６】
物理状態とは、温度、圧力、流量、速度あるいは液位などの様々な物理量の状態をいう。
【００３７】
検出情報とは、検出された物理状態の情報をいい、例えば、検出温度、検出圧力、検出流量などをいう。
【００３８】
目標情報とは、物理状態の制御目標の情報をいい、例えば、目標温度、目標圧力、目標流量などをいう。
【００３９】
所望の状態とは、例えば、被処理物の物理状態が均一な状態、あるいは、物理状態が望ましい分布となっている状態などをいい、少なくとも目標情報の補正前よりも望ましい状態をいう。
【００４０】
操作量を制限する範囲は、出力可能な操作量の範囲とするのが好ましい。
【００４１】
本発明の制御方法によると、目標情報と操作量との関係を示す第１の関係情報、および、被処理物の物理状態と操作量との関係または被処理物の物理状態と目標情報との関係を示す第２の関係情報を取得し、これら関係情報を用いて、前記操作量を制限した範囲内で、被処理物が所望の物理状態になるように補正値を求めるので、この補正値を用いて目標温度や検出温度を補正することにより、作業者が経験を生かして試行錯誤的に行っていた調整作業が不要になるとともに、操作量を制限した範囲内で補正値を求めるので、操作量が飽和して補正できないといったことがない。
【００４２】
（２）本発明の温度制御方法は、被処理物を処理する処理手段の温度を複数の検出点で検出した各検出温度と複数の各目標温度とに基づいて、操作量を生成し、該操作量に応じて前記処理手段の温度を制御する温度制御方法であって、前記目標温度と前記操作量との関係を示す第１の関係情報、および、前記被処理物の温度と前記操作量との関係または前記被処理物の温度と前記目標温度との関係を示す第２の関係情報を、取得する第１のステップと、前記第１，第２の関係情報を用いて、前記操作量を制限した範囲内で、前記被処理物が所望の温度状態になるように、前記目標温度および前記検出温度の少なくともいずれか一方を補正する補正値を求める第２のステップとを含むものである。
【００４３】
本発明の温度制御方法によると、目標温度と操作量との関係を示す第１の関係情報、および、被処理物の温度と操作量との関係または被処理物の温度と目標温度との関係を示す第２の関係情報を取得し、これら関係情報を用いて、前記操作量を制限した範囲内で、被処理物が所望の温度状態になるように補正値を求めるので、この補正値を用いて目標温度や検出温度を補正することにより、作業者が経験を生かして試行錯誤的に行っていた調整作業が不要になるとともに、操作量を制限した範囲内で補正値を求めるので、操作量が飽和して補正できないといったことがない。
【００４４】
（３）本発明の温度制御方法の他の実施形態では、前記第１，第２の関係情報が、定常状態における前記関係をそれぞれ示すものであって、前記第２の関係情報が、前記被処理物の温度と前記操作量との関係を示すものである。
【００４５】
この実施形態によると、定常状態であるので、目標温度と検出温度とが略等しいものとして、補正値を求めることが可能となる。
【００４６】
（４）本発明の温度制御方法の一つの実施形態では、前記補正値によって、前記目標温度および前記検出温度の少なくともいずれか一方を補正するものである。
【００４７】
この実施形態によると、得られた補正値によって、目標温度や検出温度を補正するので、被処理物を、所望の温度状態になるように制御することができる。
【００４８】
（５）本発明の温度制御方法の他の実施形態では、前記第１のステップでは、前記目標温度を変化させたときの前記操作量、前記被処理物の温度、および、前記処理手段の検出温度の各変化に基づいて、前記第１，第２の関係情報を取得するものでる。
【００４９】
この実施形態によると、目標温度を変化させたときに、操作量、被処理物の温度、および、処理手段の検出温度がどのように変化するかに基づいて、目標温度と操作量との関係を示す第１の関係情報、および、被処理物の温度と操作量との関係または被処理物の温度と目標温度との関係を示す第２の関係情報を取得することができる。
【００５０】
（６）本発明の温度制御方法の一つの実施形態では、前記第２のステップでは、前記第１，第２の関係情報、前記補正値による補正を行なう前の前記被処理物の温度、および、前記補正を行なう前の前記操作量に基づいて、前記補正値を求めるものである。
【００５１】
この実施形態によると、補正前の被処理物の温度から所望の温度状態、例えば、均一な温度状態からの温度のずれが分かるので、この温度のずれを解消するように目標温度や検出温度を補正するための補正値を求めることができる。
【００５２】
（７）本発明の温度制御方法の他の実施形態では、前記第１の関係情報が、前記目標温度と前記操作量との関係を示す行列であり、前記第２の関係情報が、前記被処理物の温度と前記操作量との関係を示す行列または前記被処理物の温度と前記目標温度との関係を示す行列である。
【００５３】
この実施形態によると、目標温度と操作量との関係を示す行列、および、被処理物の温度と操作量との関係を示す行列または被処理物の温度と目標温度との関係を示す行列を用いて補正値を算出することができる。
【００５４】
（８）本発明の補正装置は、被処理物を処理する処理手段の温度を複数の検出点で検出した各検出温度と複数の各目標温度とに基づいて、操作量を生成し、該操作量に応じて前記処理手段の温度を制御するとともに、補正値によって、前記目標温度および前記検出温度の少なくともいずれか一方を補正する温度調節器の前記補正値を求める補正装置であって、前記目標温度と前記操作量との関係を示す第１の関係情報、および、前記被処理物の温度と前記操作量との関係または前記被処理物の温度と前記目標温度との関係を示す第２の関係情報を取得し、前記第１，第２の関係情報を用いて、前記操作量を制限した範囲内で、前記被処理物が所望の温度状態になるように、前記補正値を求める演算手段を備えている。
【００５５】
本発明の補正装置によると、目標温度と操作量との関係を示す第１の関係情報、および、被処理物の温度と操作量との関係または被処理物の温度と目標温度との関係を示す第２の関係情報を取得し、これら関係情報を用いて、前記操作量を制限した範囲内で、被処理物が所望の温度状態になるように補正値を求めるので、この補正値を用いて目標温度や検出温度を補正することにより、作業者が経験を生かして試行錯誤的に行っていた調整作業が不要になるとともに、操作量を制限した範囲内で補正値を求めるので、操作量が飽和して補正できないといったことがない。
【００５６】
（９）本発明の補正装置の一つの実施形態では、前記演算手段は、前記目標温度を変化させたときの前記操作量、前記被処理物の温度、および、前記処理手段の検出温度の各変化に基づいて、前記第１，第２の関係情報を取得するものである。
【００５７】
この実施形態によると、目標温度を変化させたときに、操作量、被処理物の温度、および、処理手段の検出温度がどのように変化するかに基づいて、目標温度と操作量との関係を示す第１の関係情報、および、被処理物の温度と操作量との関係または被処理物の温度と目標温度との関係を示す第２の関係情報を取得することができる。
【００５８】
（１０）本発明の補正装置の他の実施形態では、前記演算手段は、前記第１，第２の関係情報、前記補正値による補正を行なう前の前記被処理物の温度、および、前記補正を行なう前の前記操作量に基づいて、前記補正値を求めるものである。
【００５９】
この実施形態によると、補正前の被処理物の温度から所望の温度状態、例えば、均一な温度状態からの温度のずれが分かるので、この温度のずれを解消するように目標温度や検出温度を補正するための補正値を求めることができる。
【００６０】
（１１）本発明の温度調節器は、被処理物を処理する処理手段の温度を複数の検出点で検出した各検出温度と複数の各目標温度とに基づいて、操作量を生成し、該操作量に応じて前記処理手段の温度を制御する温度調節器であって、上記（８）〜（１０）のいずれか補正装置によって求められた補正値に応じて、目標温度および検出温度の少なくともいずれか一方を補正するものである。
【００６１】
本発明の温度調節器によると、補正装置からの補正値に応じて、目標温度および検出温度の少なくともいずれか一方を補正するので、被処理物を、所望の温度状態で処理するための目標温度や検出温度を補正するための調整作業が不要になるとともに、操作量を制限した範囲内で補正値を求めるので、操作量が飽和して補正できないといったことがない。
【００６２】
（１２）本発明の温度調節器は、被処理物を処理する処理手段の温度を複数の検出点で検出した各検出温度と複数の各目標温度とに基づいて、操作量を生成し、該操作量に応じて前記処理手段の温度を制御するとともに、補正値によって、前記目標温度および前記検出温度の少なくともいずれか一方を補正する温度調節器であって、前記目標温度と前記操作量との関係を示す第１の関係情報、および、前記被処理物の温度と前記操作量との関係または前記被処理物の温度と前記目標温度との関係を示す第２の関係情報を取得し、前記第１，第２の関係情報を用いて、前記操作量を制限した範囲内で、前記被処理物が所望の温度状態になるように、前記補正値を求める演算手段を備えている。
【００６３】
本発明の温度調節器によると、目標温度と操作量との関係を示す第１の関係情報、および、被処理物の温度と操作量との関係または被処理物の温度と目標温度との関係を示す第２の関係情報を取得し、これら関係情報を用いて、前記操作量を制限した範囲内で、被処理物が所望の温度状態になるように補正値を求めるので、この補正値を用いて目標温度や検出温度を補正することにより、作業者が経験を生かして試行錯誤的に行っていた調整作業が不要になるとともに、操作量を制限した範囲内で補正値を求めるので、操作量が飽和して補正できないといったことがない。
【００６４】
（１３）本発明のプログラムは、被処理物を処理する処理手段の温度を複数の検出点で検出した各検出温度と複数の各目標温度とに基づいて、操作量を生成し、該操作量に応じて前記処理手段の温度を制御する温度制御に用いられるプログラムであって、前記目標温度を変化させたときの、前記操作量、前記被処理物の温度、および、前記処理手段の検出温度の各変化に基づいて、前記目標温度と前記操作量との関係を示す第１の関係情報、および、前記被処理物の温度と前記操作量との関係または前記被処理物の温度と前記目標温度との関係を示す第２の関係情報を、取得する第１のステップと、前記第１，第２の関係情報を用いて、前記操作量を制限した範囲内で、前記被処理物が所望の温度状態になるように、前記目標温度および前記検出温度の少なくともいずれか一方を補正する補正値を求める第２のステップとをコンピュータに実行させるものである。
【００６５】
本発明のプログラムによると、当該プログラムを、コンピュータに実行させることにより、被処理物を、所望の温度状態で処理するための目標温度や検出温度を補正するための補正値を得ることができ、しかも、操作量を制限した範囲内で補正値を求めるので、操作量が飽和して補正できないといったことがない。
【発明の効果】
【００６６】
以上のように本発明によれば、目標情報と操作量との関係を示す第１の関係情報、および、被処理物の物理状態と操作量との関係または被処理物の物理状態と目標情報との関係を示す第２の関係情報を取得し、これら関係情報を用いて、前記操作量を制限した範囲内で、被処理物が所望の物理状態になるように補正値を求めるので、この補正値を用いて目標温度や検出温度を補正することにより、作業者が経験を生かして試行錯誤的に行っていた調整作業が不要になるとともに、操作量を制限した範囲内で補正値を求めるので、操作量が飽和して補正できないといったことがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６７】
以下、図面によって本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００６８】
（実施の形態１）
図１は、本発明の一つの実施の形態に係る温度調節器を備える熱処理装置の概略構成図である。
【００６９】
この実施の形態の熱処理装置は、被処理物としての半導体ウェハ１を、処理手段としての熱板２で熱処理するものであり、温度調節器３は、図示しない上位機器や設定部から設定された設定温度（目標温度）と、熱板２に配設された３つの温度センサ４ａ〜４ｃからの検出温度との偏差に基づいて、熱板２に配設された３つのヒータ５ａ〜５ｃの通電を制御して熱板２の温度を設定温度になるように制御するものであり、３チャンネルのチャンネル毎に温度制御される。
【００７０】
熱板２で熱処理される半導体ウェハ１は、図示しない搬送供給手段によって自動的に熱板２に載置されて順番に熱処理されるものである。
【００７１】
かかる半導体ウェハ１の熱処理では、半導体ウェハ１の温度が所望の均一な温度で熱処理されるように熱板２の温度を制御する必要があり、このため、半導体ウェハ１と熱板２との温度差やウェハ面内での位置による温度のばらつきなどを補正した温度制御を行なう必要がある。
【００７２】
この実施の形態では、かかる補正のための調整作業を、作業者の経験に依存して試行錯誤的に行うのではなく、しかも、操作量の飽和を回避しつつ、容易に行えるようにするものである。
【００７３】
図２は、ウェハ面内の温度のばらつきを補正するための補正値を求めるための構成例を示す図であり、図１に対応する部分には、同一の参照符号を付す。
【００７４】
この図２において、１は計測点に温度センサ６ａ〜６ｅが取り付けられた半導体ウェハである試験用ウェハであり、７は試験用ウェハ１の温度を計測する温度ロガーであり、８は温度ロガー７および温度調節器３に接続されたＰＬＣ（プログラマブル・ロジック・コントローラ）やパソコンなどの上位装置である。この上位装置８は、温度ロガー７および温度調節器３との通信などによって、温度調節器３の設定温度の変更および操作量の取得ができるとともに、この設定温度と試験用ウェハ１の計測点の温度とを同期して計測することができる。
【００７５】
また、この実施の形態では、上位装置８は、マイクロコンピュータを備えており、このマイクロコンピュータのＲＯＭに格納されている本発明に係るプログラムを実行することにより、補正装置としとて機能して、補正値を後述のようにして算出し、算出した補正値を温度調節器３に設定格納する。
【００７６】
図３は、この実施形態の温度制御方法の処理手順を説明するためのフローチャートであり、図４は、第１のチャンネルの設定温度を変化させたときの各チャンネルの操作量ＭＶ、熱板２の検出温度ＰＶおよび試験用ウェハの計測温度ＷＡＦの変化を代表的に示す図である。
【００７７】
この実施の形態の温度制御方法は、先ず、一つのチャンネル、例えば、第１のチャンネルの設定温度ＳＰ１を、図４（ａ）に示すように、ステップ状にΔＳＰ１変化させ（ステップｎ１）、操作量ＭＶ、検出温度ＰＶおよび試験用ウェハ１の計測温度ＷＡＦが整定するまで待機する（ステップｎ２）。
【００７８】
操作量ＭＶは、図５に示す温度制御ループにおける温度調節器３のＰＩＤコントローラ９の後段のリミッタ１０の出力としている。なお、図５は、図２の温度調節器３を含む温度制御ループを代表的に示すものである。
【００７９】
次に、操作量ＭＶ、検出温度ＰＶおよび試験用ウェハ１の計測温度ＷＡＦが整定した状態において、図４（ｂ）に示すように、設定温度ＳＰ１の変化ΔＳＰ１に対する各チャンネルの操作量ＭＶの変化量ΔＭＶ１１，ΔＭＶ１２，ΔＭＶ１３を算出するとともに、各チャンネルに対応する熱板２の検出温度ＰＶの変化量ΔＰＶ１１，ΔＰＶ１２，ΔＰＶ１３を算出し、更に、試験用ウェハの５つの各計測点の計測温度ＷＡＦの変化量ΔＷＡＦ１１，ΔＷＡＦ１２，ΔＷＡＦ１３，ΔＷＡＦ１４，ΔＷＡＦ１５を算出する（ステップｎ３）。
【００８０】
以上の処理は、操作量ＭＶが飽和していない状態において、操作量ＭＶが飽和しないように行う。したがって、操作量が飽和する虞がある場合には、飽和が生じない温度域を利用して行う。また、例えば、操作量ＭＶが上限（１００％）であるチャンネルについては、マイナスのステップ入力としてもよい。
【００８１】
第１のチャンネルと同様の処理を、第２，第３のチャンネルについても行う。すなわち、第２のチャンネルの設定温度ＳＰ２を、ステップ状にΔＳＰ２変化させ、整定した後の操作量ＭＶの変化量ΔＭＶ２１，ΔＭＶ２２，ΔＭＶ２３、検出温度ＰＶの変化量ΔＰＶ２１，ΔＰＶ２２，ΔＰＶ２３および試験用ウェハ１の計測温度ＷＡＦの変化量ΔＷＡＦ２１，ΔＷＡＦ２２，ΔＷＡＦ２３，ΔＷＡＦ２４，ΔＷＡＦ２５を算出する。
【００８２】
更に、第３のチャンネルの設定温度ＳＰ３を、ステップ状にΔＳＰ３変化させ、整定した後の操作量ＭＶの変化量ΔＭＶ３１，ΔＭＶ３２，ΔＭＶ３３、検出温度ＰＶの変化量ΔＰＶ３１，ΔＰＶ３２，ΔＰＶ３３および試験用ウェハ１の計測温度ＷＡＦの変化量ΔＷＡＦ３１，ΔＷＡＦ３２，ΔＷＡＦ３３，ΔＷＡＦ３４，ΔＷＡＦ３５を算出する。
【００８３】
次に、設定温度ＳＰの変化に対して、試験用ウェハ１の各計測点ＷＡＦの計測温度がどのように変化するか、すなわち、どのように干渉するかを示す行列である次式の干渉行列Ｍを求める（ステップｎ４）。
【００８４】
【数１】
2008299697.tif 000006
【００８５】
この干渉行列Ｍは、図５において、各チャンネルの設定温度ＳＰと半導体ウェハ１の各計測点の温度ＷＡＦとの間の熱伝達を表す行列である。
【００８６】
かかる干渉行列Ｍを用いて、各チャンネルの設定温度ＳＰ１〜ＳＰ３の変化ΔＳＰ１〜ΔＳＰ３に対する半導体ウェハ１の５つの計測点の温度ＷＡＦ１〜ＷＡＦ５の温度変化ΔＷＡＦ１〜ΔＷＡＦ５は、次式で表すことができる。
【００８７】
【数２】
2008299697.tif 000007
【００８８】
この（２）式は、各チャンネルの設定温度の変化ΔＳＰ１〜ΔＳＰ３に対する半導体ウェハ１の各計測点の温度の変化ΔＷＡＦ１〜ΔＷＡＦ５を求めることができる関係式であり、かかる関係式は、上述の先に提案している温度制御方法における上記（１９）式と基本的に同様である。
【００８９】
この実施形態では、更に、操作量ＭＶの変化ΔＭＶに対して、熱板２の検出温度ＰＶがどのように変化するか、すなわち、どのように干渉するかを示す行列である干渉行列Ｍ＿ｈを、次のようにして求める（ステップｎ４）。
【００９０】
この干渉行列Ｍ＿ｈは、図５において、各チャンネルの操作量ＭＶと熱板２の検出温度ＰＶとの間の熱伝達を表す行列である。
【００９１】
上記（２）式と同様に、熱板２の検出温度ＰＶの変化量ΔＰＶは、この干渉行列Ｍ＿ｈと、操作量ＭＶの変化量ΔＭＶとを用いて次のように表すことができる。
【００９２】
ΔＰＶ＝Ｍ＿ｈ×ΔＭＶ      …（３）
したがって、干渉行列Ｍ＿ｈは、
Ｍ＿ｈ＝ΔＰＶ×ΔＭＶ−１
として求めることができる。
【００９３】
上述の計測によって、操作量ＭＶの変化量ΔＭＶおよび検出温度ＰＶの変化量ΔＰＶは、次式のように求められている。
【００９４】
【数３】
2008299697.tif 000008
【００９５】
【数４】
2008299697.tif 000009
【００９６】
したがって、干渉行列Ｍ＿ｈは、次のようになる。
【００９７】
【数５】
2008299697.tif 000010
【００９８】
また、上記（３）式から
ΔＭＶ＝Ｍ＿ｈ−１×ΔＰＶ      …（７）
となる。
【００９９】
ここで、定常状態であるので、ΔＰＶは、近似的にΔＳＰと置き換えることができ、設定温度ＳＰの変化ΔＳＰに対する操作量ＭＶの変化ΔＭＶは、干渉行列Ｍ＿ｈを用いて次式で表すことができる。
【０１００】
ΔＭＶ＝Ｍ＿ｈ−１×ΔＳＰ      …（８）
また、上述のように、設定温度ＳＰの変化ΔＳＰに対する半導体ウェハ１の温度の変化ΔＷＡＦは、干渉行列Ｍを用いて次式で示される。
【０１０１】
ΔＷＡＦ＝Ｍ×ΔＳＰ          …（９）
この（９）式に、設定温度ＳＰを変化させる前の定常状態における初期値を加算すると、次のように表される。
【０１０２】
【数６】
2008299697.tif 000011
【０１０３】
なお、この（１０）式では、設定温度ＳＰを変化させる前のウェハの温度をＷＡＦ＿ｂｅｆ、設定温度ＳＰを変化させた後のウェハの温度をＷＡＦ＿ａｆｔとしている。
【０１０４】
また、設定温度ＳＰの変化ΔＳＰに対する操作量ＭＶの変化ΔＭＶを示す上記（８）式に、同様に初期値を加算するとともに、干渉行列Ｍ＿ｈ−１を、ΔＰＶおよびΔＭＶで置き換えると、次のように表される。
【０１０５】
【数７】
2008299697.tif 000012
【０１０６】
なお、設定温度ＳＰを変化させる前の操作量をＭＶ＿ｂｅｆとし、設定温度ＳＰを変化させた後の操作量をＭＶ＿ａｆｔとしている。
【０１０７】
次に、上述の図３のステップｎ５に示すように、上記（１０）式および（１１）式を用いて、操作量ＭＶを制限した範囲内で、各チャンネルの設定温度ＳＰ１〜ＳＰ３の補正値ΔＳＰ１〜ΔＳＰ３を求める。
【０１０８】
すなわち、上記（１０），（１１）式の半導体ウエハの５点における温度ＷＡＦ１＿ａｆｔ〜ＷＡＦ５＿ａｆｔの最大値と最小値との差、すなわち、温度のばらつきを評価関数として、この評価関数が最も小さくなる補正値ΔＳＰ１〜ΔＳＰ３を求める。
【０１０９】
このとき、（１１）式の操作量ＭＶ１＿ａｆｔ〜ＭＶ３＿ａｆｔが、出力可能範囲、例えば、０％以上１００％以下の範囲にあることを拘束条件として補正値ΔＳＰ１〜ΔＳＰ３を求める。
【０１１０】
具体的には、計算時間を短縮するために、最適化計算、例えば、ＧＡ（遺伝的アルゴリズム）、ＳＡ（シミュレーテッドアニール法）、ＰＳＯ（Particle Swarm Optimization）、モンテカルロ法、山登り法などの公知の手法を用いて最適な補正値ΔＳＰ１〜ΔＳＰ３の値を求める。
【０１１１】
この実施形態では、補正値を次のようにして求める。
【０１１２】
すなわち、補正値ΔＳＰ１〜ΔＳＰ３の候補を、上記（１０），（１１）式に代入してウエハの温度ＷＡＦ１＿ａｆｔ〜ＷＡＦ５＿ａｆｔに基づく評価関数および補正後の操作量ＭＶ１＿ａｆｔ〜ＭＶ３＿ａｆｔをそれぞれ算出し、操作量ＭＶの拘束条件を満足し、かつ、評価関数を最小にする補正値ΔＳＰ１〜ΔＳＰ３を最適な補正値とするものである。
【０１１３】
以上のようにして求めた補正値ΔＳＰ１〜ΔＳＰ３を、上述の図３のステップｎ６に示すように、各チャンネルの設定温度ＳＰ１〜ＳＰ３の補正値として、温度調節器３に対して設定するものである。
【０１１４】
これによって、温度調節器３では、図６に示すように、設定温度補正部２０に補正値ΔＳＰ１〜ΔＳＰ３が格納され、この補正値によって、各チャンネルの設定温度を補正する。
【０１１５】
以上のようにして補正値によって設定温度を補正するので、作業者の経験に依存し、試行錯誤的に行わねばならなかった設定温度の補正のための調整作業が不要となり、自動化を図ることが可能となる。
【０１１６】
しかも、補正値は、操作量ＭＶが飽和しない拘束条件の下で算出されるので、操作量が飽和して補正できず、半導体ウェハの温度のばらつきを抑制できないといったことがない。
【０１１７】
（実施形態２）
上述の実施形態では、設定温度ＳＰとウェハの温度ＷＡＦとの干渉行列Ｍを用いたけれども、この実施形態では、操作量ＭＶと半導体ウェハの温度ＷＡＦとの間の干渉行列Ｍｐを用いるものである。
【０１１８】
上述の実施形態と同様にして、設定温度ＳＰをステップ状に変化させて操作量ＭＶ、検出温度ＰＶおよび半導体ウェハの温度ＷＡＦを計測する。
【０１１９】
干渉行列Ｍｐは、半導体ウエハの温度ＷＡＦの変化量ΔＷＡＦおよび操作量ＭＶの変化量ΔＭＶを用いて次式で表される。
【０１２０】
Ｍｐ＝ΔＷＡＦ×ΔＭＶ−１        …（１２）
操作量ＭＶの変化量ΔＭＶに対する半導体ウエハの温度ＷＡＦの変化量ΔＷＡＦは、この干渉行列Ｍｐを用いて次式で表される。
【０１２１】
ΔＷＡＦ＝Ｍｐ×ΔＭＶ        …（１３）
ここで、ΔＷＡＦおよびΔＭＶは、次のように表される。
【０１２２】
【数８】
2008299697.tif 000013
【０１２３】
【数９】
2008299697.tif 000014
【０１２４】
したがって、上記（１３）式は、上述の実施形態と同様に、初期値を加算して次式で示される。
【０１２５】
【数１０】
2008299697.tif 000015
【０１２６】
更に、操作量ＭＶについて、
【０１２７】
【数１１】
2008299697.tif 000016
【０１２８】
上述の実施形態と同様に、上記（１６）式のウエハの５点における温度ＷＡＦ１＿ａｆｔ〜ＷＡＦ５＿ａｆｔの最大値と最小値との差、すなわち、温度のばらつきを評価関数として、この評価関数が最も小さくなるΔＭＶ１〜ΔＭＶ３を求める。
【０１２９】
このとき、（１７）式の操作量ＭＶが、出力可能範囲、例えば、０％以上１００％以下の範囲にあることを拘束条件としてΔＭＶ１〜ΔＭＶ３を求める。
【０１３０】
具体的には、上述の実施形態と同様に、最適化計算によって最適なΔＭＶ１〜ΔＭＶ３の値を求める。
【０１３１】
最後に、求めたΔＭＶ１〜ΔＭＶ３を、上記（８）式を用いてΔＳＰ１〜ΔＳＰ３に変換し、補正値とする。
【０１３２】
この実施形態によれば、設定温度ＳＰとウェハの温度ＷＡＦとの干渉行列Ｍを用いることなく、設定温度ＳＰの補正値ΔＳＰ１〜ΔＳＰ３を求めることができる。
【０１３３】
（その他の実施の形態）
本発明の更に他の実施形態として、熱板２の検出温度ＰＶとウェハの温度ＷＡＦとの干渉行列Ｍ＿ｗを用いた関係式ΔＷＡＦ＝Ｍ＿ｗ×ΔＰＶと、上述の操作量ＭＶと目標温度ＳＰとの関係式ΔＭＶ＝Ｍ＿ｈ−１×ΔＳＰとを用いて補正値を求めるようにしてもよい。
【０１３４】
上述の実施の形態では、補正装置としての上位装置８において、補正値を算出したけれども、本発明の他の実施の形態として、温度調節器で試験用ウェハの温度を計測できるようにし、温度調節器で補正値を算出するようにしてもよい。
【０１３５】
上述の実施の形態では、処理手段として、熱板の温度制御に適用して説明したけれども、本発明は、熱板に限らず、拡散炉、ＣＶＤ装置、包装機、成形機のシリンダ部やその他の温度制御に適用してもよい。
【０１３６】
上述の実施の形態では、ヒータを用いた加熱処理に適用して説明したけれども、ペルチェ素子や冷却器などを用いた冷却処理に適用してもよく、更に、加熱と冷却とを併用する温度制御に適用してもよい。
【０１３７】
また、本発明は、温度制御に限らず、圧力、流量、速度あるいは液位などの他の物理状態の制御に適用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１３８】
本発明は、ウェハの熱処理などに有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１３９】
【図１】本発明の実施形態に係る熱処理装置の構成図である。
【図２】補正値を求めるための計測の構成を示す図である。
【図３】動作説明に供するフローチャートである。
【図４】設定温度を変化させたときの波形図である。
【図５】実施形態の温度制御ループを示す図である。
【図６】温度調節器による設定温度の補正のための構成を示す図である。
【図７】従来例の構成図である。
【図８】従来例のフローチャートである。
【図９】従来例の計測の構成を示す図である。
【図１０】従来例の波形図である。
【符号の説明】
【０１４０】
１            半導体ウェハ
２            熱板
３            温度調節器
８            上位装置（補正装置）  
【図１】
2008299697.tif 000017
【図２】
2008299697.tif 000018
【図３】
2008299697.tif 000019
【図４】
2008299697.tif 000020
【図５】
2008299697.tif 000021
【図６】
2008299697.tif 000022
【図７】
2008299697.tif 000023
【図８】
2008299697.tif 000024
【図９】
2008299697.tif 000025
【図１０】
2008299697.tif 000026