(57)【要約】【課題】ＰＩＤ制御による温度制御を行って被処理体を熱処理する装置において、確実にかつ容易にＰＩＤ定数のチューニングを行うことができる技術を提供すること。【解決手段】ＰＩＤ定数を設定した後、処理雰囲気を昇温させて温度プロファイルを取得し、温度特性項目の値と目標値との差分が許容範囲から外れていればールテーブル８４を参照してその差分に応じた当該温度特性項目の予測変化量に対応する変更率によりＰＩＤ定数を変更して再設定し、その後、前記差分が許容範囲内になるまで同様のステップを繰り返すと共に、前記ルールテーブル８４を使用した後の温度特性項目の実測変化量に基づいてルールテーブルにおけるＰＩＤ定数と当該温度特性項目の予測変化量との対応関係を更新するようにしてルールテーブルに学習機能を持たせている。【選択図】図２
2008262492.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理体を処理雰囲気に位置させ、加熱手段によりＰＩＤ制御による温度制御を行って被処理体を熱処理する装置において、
前記加熱手段により加熱される雰囲気の温度を検出する温度検出部と、
被処理体を処理雰囲気に位置させた後、当該処理雰囲気を目標値まで昇温するときの温度特性項目の予測変化量とＰＩＤ定数の変更率とを対応付けて作成されたルールテーブルと、
ＰＩＤ定数を設定した後、前記加熱手段により処理雰囲気を目標温度まで昇温しながら前記温度検出部の温度検出値に基づいて温度プロファイルを取得し、その温度プロファイルに基づいて温度特性項目の値と目標値との差分を求めるステップと、その差分が許容範囲から外れていれば前記ルールテーブルを参照してその差分に応じた当該温度特性項目の予測変化量に対応する変更率によりＰＩＤ定数を変更して再設定するステップとを、前記差分が許容範囲内になるまで繰り返し実施する実行手段と、
前記ルールテーブルを参照してＰＩＤ定数を変更したことによる温度特性項目の実測変化量と１回前のサイクルにて予測した当該温度特性項目の予測変化量との間に差があるときには、前記実測変化量に基づいて前記ルールテーブルにおけるＰＩＤ定数と当該温度特性項目の予測変化量との対応関係を更新する更新手段と、を備えたことを特徴とする熱処理装置。
【請求項２】
目標値に近づける温度特性項目は複数であり、各温度特性項目の予測変化量に対応するＰＩＤ定数の変更率が相反するときのために、複数の温度特性項目の間に優先度が付けられていることを特徴とする請求項１に記載の熱処理装置。
【請求項３】
前記温度特性項目は、前記温度検出部の温度検出値が目標温度を越えたときの目標温度との最大温度差であるオーバーシュート、及び温度検出値が目標温度を越えた後、目標温度を下回ったときの目標温度からの最大落ち込み量であるアンダーシュート、並びに昇温を開始した後、温度検出値が目標温度に対して予め定めた温度範囲内に収まるまでの温度安定時間の少なくとも一つであることを特徴とする請求項１または２に記載の熱処理装置。
【請求項４】
前記実行手段は、前記温度特性項目の値と目標値との差分が許容範囲から外れかつ規定値よりも大きいときに前記ルールテーブルを用い、その差分が規定値よりも小さいときには前記ルールテーブルを用いずにＰＩＤ定数を変更することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の熱処理装置。
【請求項５】
目標値に近づける温度特性項目は複数であり、前記実行手段は、前記ルールテーブルを用いずにＰＩＤ定数を変更するときに相前後するサイクルの間で目標値から外れた温度特性項目に変化がない場合には、その温度特性項目に影響を与えるＰＩＤ定数を予め設定した変更率だけ変更することを特徴とする請求項４に記載の熱処理装置。
【請求項６】
目標値に近づける温度特性項目は複数であり、前記実行手段は、前記ルールテーブルを用いずにＰＩＤ定数を変更するときに相前後するサイクルの間で目標値から外れた温度特性項目に変化がある場合には、相前後するサイクルの間で使用したＰＩＤ定数の平均値を使用することを特徴とする請求項４に記載の熱処理装置。
【請求項７】
処理雰囲気を複数に分割した各分割領域ごとに加熱手段が設けられ、これら加熱手段が独立してＰＩＤ制御されるように構成されている請求項１ないし６のいずれか一つに記載の熱処理装置。
【請求項８】
前記処理雰囲気は、複数の被処理体を互いに平行に保持した基板保持具を搬入する反応管により区画形成され、
前記加熱手段は、前記処理雰囲気を反応管の長さ方向に分割した各分割領域ごとに設けられていることを特徴とする請求項７に記載の熱処理装置。
【請求項９】
前記実行手段は、各分割領域に対応する温度プロファイルに基づいて求めた温度特性項目の値と目標値との差分が許容範囲に入った後、各分割領域に対応する温度プロファイルが揃っているか否かを判断し、揃っていなければ予め定めた規則に基づいて複数の分割領域のうちの少なくとも一つの分割領域に対応するＰＩＤ定数を調整することを特徴とする請求項７または８に記載の熱処理装置。
【請求項１０】
前記実行手段は、各分割領域に対応する温度プロファイルが揃っていなければ、複数の分割領域のうちの一つの分割領域に対応する、温度検出値が目標温度に対して予め定めた温度範囲内に収まるまでの温度安定時間に、他の分割領域の温度安定時間を揃えるように当該他の分割領域に対応するＰＩＤ定数を調整することを特徴とする請求項９に記載の熱処理装置。
【請求項１１】
前記実行手段は、温度安定時間の予測変化量とＰＩＤ定数の変更率とを対応付けて作成されたルールテーブルを備え、前記他の分割領域の温度安定時間と前記一の分割領域に対応する温度安定時間との時間差を求め、前記ルールテーブルを参照してその時間差に応じた温度安定時間の予測変化量に対応する変更率によりＰＩＤ定数を変更して再設定し、その後請求項１に記載の温度特性項目の値と目標値との差分を求めるステップ以降を実施すると共に、当該ルールテーブルは前記更新手段により更新されることを特徴とする請求項１０に記載の熱処理装置。
【請求項１２】
被処理体を処理雰囲気に位置させ、加熱手段によりＰＩＤ制御による温度制御を行って被処理体を熱処理する装置における制御定数の自動調整方法において、
前記加熱手段により加熱される雰囲気の温度を検出する工程（ａ）と、
ＰＩＤ定数を設定した後、前記加熱手段により処理雰囲気を目標温度まで昇温しながら前記温度検出部の温度検出値に基づいて温度プロファイルを取得し、その温度プロファイルに基づいて温度特性項目の値と目標値との差分を求めるステップ（ｂ１）と、その差分が許容範囲から外れていれば前記ルールテーブルを参照してその差分に応じた当該温度特性項目の予測変化量に対応する変更率によりＰＩＤ定数を変更して再設定するステップ（ｂ２）とを、前記差分が許容範囲内になるまで繰り返し実施する工程（ｂ）と、
被処理体を処理雰囲気に位置させた後に当該処理雰囲気を目標値まで昇温するときの温度特性項目の予測変化量とＰＩＤ定数の変更率とを対応付けて作成されたルールテーブルを用い、このルールテーブルを参照してＰＩＤ定数を変更したことによる温度特性項目の実測変化量と１回前のサイクルにて予測した当該温度特性項目の予測変化量との間に差があるときには、前記実測変化量に基づいて前記ルールテーブルにおけるＰＩＤ定数と当該温度特性項目の予測変化量との対応関係を更新する工程（ｃ）と、を備えたことを特徴とする制御定数の自動調整方法。
【請求項１３】
目標値に近づける温度特性項目は複数であり、各温度特性項目の予測変化量に対応するＰＩＤ定数の変更率が相反するときのために、複数の温度特性項目の間に優先度が付けられていることを特徴とする請求項１２に記載の制御定数の自動調整方法。
【請求項１４】
前記温度特性項目は、前記温度検出部の温度検出値が目標温度を越えたときの目標温度との最大温度差であるオーバーシュート、及び温度検出値が目標温度を越えた後、目標温度を下回ったときの目標温度からの最大落ち込み量であるアンダーシュート、並びに昇温を開始した後、温度検出値が目標温度に対して予め定めた温度範囲内に収まるまでの温度安定時間の少なくとも一つであることを特徴とする請求項１２または１３に記載の制御定数の自動調整方法。
【請求項１５】
前記ステップ（ｂ２）は、前記温度特性項目の値と目標値との差分が許容範囲から外れかつ規定値よりも大きいときに前記ルールテーブルを用い、その差分が規定値よりも小さいときには前記ルールテーブルを用いずにＰＩＤ定数を変更するステップを含むことを特徴とする請求項１２ないし１４のいずれか一つに記載の制御定数の自動調整方法。
【請求項１６】
目標値に近づける温度特性項目は複数であり、前記ルールテーブルを用いずにＰＩＤ定数を変更するステップは、相前後するサイクルの間で目標値から外れた温度特性項目に変化がない場合には、その温度特性項目に影響を与えるＰＩＤ定数を予め設定した変更率だけ変更するステップを含むことを特徴とする請求項１５に記載の制御定数の自動調整方法。
【請求項１７】
目標値に近づける温度特性項目は複数であり、前記ルールテーブルを用いずにＰＩＤ定数を変更するステップは、相前後するサイクルの間で目標値から外れた温度特性項目に変化がある場合には、相前後するサイクルの間で使用したＰＩＤ定数の平均値を使用することを特徴とする請求項１５に記載の制御定数の自動調整方法。
【請求項１８】
処理雰囲気を複数に分割した各分割領域ごとに加熱手段が設けられ、これら加熱手段が独立してＰＩＤ制御されることを特徴とする請求項１２ないし１７のいずれか一つに記載の制御定数の自動調整方法。
【請求項１９】
前記処理雰囲気は、複数の被処理体を互いに平行に保持した基板保持具を搬入する反応管により区画形成され、
前記加熱手段は、前記処理雰囲気を反応管の長さ方向に分割した各分割領域ごとに設けられていることを特徴とする請求項１８に記載の制御定数の自動調整方法。
【請求項２０】
前記工程（ｂ）は、各分割領域に対応する温度プロファイルに基づいて求めた温度特性項目の値と目標値との差分が許容範囲に入った後、各分割領域に対応する温度プロファイルが揃っているか否かを判断し、揃っていなければ予め定めた規則に基づいて複数の分割領域のうちの少なくとも一つの分割領域に対応するＰＩＤ定数を調整するステップを含むことを特徴とする請求項１８または１９に記載の制御定数の自動調整方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載された前記ステップは、各分割領域に対応する温度プロファイルが揃っていなければ、複数の分割領域のうちの一つの分割領域に対応する、温度検出値が目標温度に対して予め定めた温度範囲内に収まるまでの温度安定時間に、他の分割領域の温度安定時間を揃えるように当該他の分割領域に対応するＰＩＤ定数を調整するステップを含むことを特徴とする請求項２０に記載の制御定数の自動調整方法。
【請求項２２】
温度安定時間の予測変化量とＰＩＤ定数の変更率とを対応付けて作成されたルールテーブルを更に用い、
請求項２１に記載された前記ステップは、前記他の分割領域の温度安定時間と前記一の分割領域に対応する温度安定時間との時間差を求め、当該ルールテーブルを参照してその時間差に応じた温度安定時間の予測変化量に対応する変更率によりＰＩＤ定数を変更して再設定し、その後請求項１に記載の温度特性項目の値と目標値との差分を求めるステップ以降を実施すると共に、当該ルールテーブルは前記更新手段により更新されることを特徴とする請求項２１に記載の制御定数の自動調整方法。
【請求項２３】
被処理体を処理雰囲気に位置させ、加熱手段によりＰＩＤ制御による温度制御を行って被処理体を熱処理する装置に用いられるコンピュータプログラムを記憶する記憶媒体であって、
前記プログラムは、請求項１２ないし請求項２２のいずれか一つに記載の制御定数の自動調整方法を実施するようにステップが組まれていることを特徴とする記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｐ（比例要素）Ｉ（積分要素）Ｄ（微分要素）制御による温度制御を行って被処理体を熱処理する装置において、ＰＩＤ定数を自動でチューニングする技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造装置の中には、バッチ式あるいは枚葉式の熱処理装置があり、これらは処理雰囲気を複数のゾーンに分割して各ゾーンごとに温度制御を行っている。例えば縦型熱処理装置では、縦型の反応管内を上下に複数のゾーンに分割し、各ゾーンごとにヒータ及び温度コントローラが設けられ、また温度検出部としては反応管内に設けられた内部温度検出部、反応管の外に設けられた外部温度検出部、あるいは基板の近傍に配置したプロファイル用温度検出部などを用いて、所定の温度特性の合わせ込みを行っている。この場合、通常ＰＩＤ制御が行われるが、一方において各段のヒータ、チューニング対象（温度検出部の種別）、レシピ（昇温ステップの設定パターンなども含む意味である）に応じて様々な温度特性結果が要求され、このため要求に応じた最適なＰＩＤ定数を用いることが必要である。
【０００３】
このようなＰＩＤ定数のチューニングを行う手法としては、ある大きさのパワーをヒータにステップ状に入力してそのアウトプットを例えば内部温度検出部から求め、このときの伝達関数、周波数、振幅からＰＩＤ定数を計算する手法が知られており、求めたＰＩＤ定数を全てのレシピに適用していた。この計算のアルゴリズムとして限界感度法、ファジー、モデル適用などがあるが、次のような問題がある。
【０００４】
限界感度法またはモデル適用を複数段のヒータに適用した場合、各ヒータの間での干渉が大きいためオートチューニングを適切に行えないことがあるし、これらはカスケード制御への適用が困難であった。またファジーまたはモデル適用はハード構成やチューニングするレシピが変わった場合、それに応じてモデルまたは評価関数の係数を変更することが必要であり、そのための開発工数が膨大となる。更にまた、従来の手法ではレシピに応じた最適なＰＩＤ定数を求めることができないし、温度制御ゾーン間での温度特性を調整することができない。更にまた温度を目標値まで昇温したときのオーバーシュート、アンダージュート、リカバリ時間、ゾーン間の温度差のいずれをどのように改善するかについてユーザのニーズと異なる場合がある。加えてハード構成が変わった場合にはチューニング精度が悪くなるなど、オートチューニングの実施については多くの検討事項を抱えているのが実情である。
【０００５】
なお特許文献１には、はじめにＰＩＤ定数を租設定し、プロセスに外乱を与えて制御性測定値を求め、この測定値に基づいてＰＩＤ定数を変更し、このような操作を順次繰り返してＰＩＤ定数を自動的に調整する手法が開示されている。しかしながらこの手法は、制御性が良化したり悪化したりすることに対応してＰＩＤ定数を変更しているので、ＰＩＤを適切な値に収束させることが困難であり、また収束できたとしても相当の試行回数を踏まなければならない。
【０００６】
【特許文献１】特開昭５６-１５３４０４号公報：特許請求の範囲
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明はこのような事情の下になされたものであり、ＰＩＤ制御による温度制御を行って被処理体を熱処理する装置において、確実にかつ容易にＰＩＤ定数のチューニングを行うことができる技術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】
【０００８】
本発明は、被処理体を処理雰囲気に位置させ、加熱手段によりＰＩＤ制御による温度制御を行って被処理体を熱処理する装置において、
前記加熱手段により加熱される雰囲気の温度を検出する温度検出部と、
被処理体を処理雰囲気に位置させた後、当該処理雰囲気を目標値まで昇温するときの温度特性項目の予測変化量とＰＩＤ定数の変更率とを対応付けて作成されたルールテーブルと、
ＰＩＤ定数を設定した後、前記加熱手段により処理雰囲気を目標温度まで昇温しながら前記温度検出部の温度検出値に基づいて温度プロファイルを取得し、その温度プロファイルに基づいて温度特性項目の値と目標値との差分を求めるステップと、その差分が許容範囲から外れていれば前記ルールテーブルを参照してその差分に応じた当該温度特性項目の予測変化量に対応する変更率によりＰＩＤ定数を変更して再設定するステップとを、前記差分が許容範囲内になるまで繰り返し実施する実行手段と、
前記ルールテーブルを参照してＰＩＤ定数を変更したことによる温度特性項目の実測変化量と１回前のサイクルにて予測した当該温度特性項目の予測変化量との間に差があるときには、前記実測変化量に基づいて前記ルールテーブルにおけるＰＩＤ定数と当該温度特性項目の予測変化量との対応関係を更新する更新手段と、を備えたことを特徴とする。ＰＩＤ定数とは、Ｐ、Ｉ、Ｄの定数のうちの少なくとも一つという意味である。
また上記熱処理装置は、目標値に近づける温度特性項目は複数であり、各温度特性項目の予測変化量に対応するＰＩＤ定数の変更率が相反するときのために、複数の温度特性項目の間に優先度が付けられるようにしてもよい。また前記温度特性項目は、前記温度検出部の温度検出値が目標温度を越えたときの目標温度との最大温度差であるオーバーシュート、及び温度検出値が目標温度を越えた後、目標温度を下回ったときの目標温度からの最大落ち込み量であるアンダーシュート、並びに昇温を開始した後、温度検出値が目標温度に対して予め定めた温度範囲内に収まるまでの温度安定時間の少なくとも一つである。
さらに上記熱処理装置において、前記実行手段は前記温度特性項目の値と目標値との差分が許容範囲から外れかつ規定値よりも大きいときに前記ルールテーブルを用い、その差分が規定値よりも小さいときには前記ルールテーブルを用いずにＰＩＤ定数を変更するようにしてもよい。この場合、目標値に近づける温度特性項目は複数であり、前記実行手段は、前記ルールテーブルを用いずにＰＩＤ定数を変更するときに相前後するサイクルの間で目標値から外れた温度特性項目に変化がない場合には、その温度特性項目に影響を与えるＰＩＤ定数を予め設定した変更率だけ変更するようにしてもよいし、目標値に近づける温度特性項目は複数であり、前記実行手段は、前記ルールテーブルを用いずにＰＩＤ定数を変更するときに相前後するサイクルの間で目標値から外れた温度特性項目に変化がある場合には、相前後するサイクルの間で使用したＰＩＤ定数の平均値を使用するようにしてもよい。
【０００９】
また上記熱処理装置において、処理雰囲気を複数に分割した各分割領域ごとに加熱手段が設けられ、これら加熱手段が独立してＰＩＤ制御されるように構成してもよい。具体的には、前記処理雰囲気は複数の被処理体を互いに平行に保持した基板保持具を搬入する反応管により区画形成され、前記加熱手段は、前記処理雰囲気を反応管の長さ方向に分割した各分割領域ごとに設ける。この構成において、前記実行手段は各分割領域に対応する温度プロファイルに基づいて求めた温度特性項目の値と目標値との差分が許容範囲に入った後、各分割領域に対応する温度プロファイルが揃っているか否かを判断し、揃っていなければ予め定めた規則に基づいて複数の分割領域のうちの少なくとも一つの分割領域に対応するＰＩＤ定数を調整する。より具体的には各分割領域に対応する温度プロファイルが揃っていなければ、複数の分割領域のうちの一つの分割領域に対応する、温度検出値が目標温度に対して予め定めた温度範囲内に収まるまでの温度安定時間に、他の分割領域の温度安定時間を揃えるように当該他の分割領域に対応するＰＩＤ定数を調整する。また前記実行手段は、温度安定時間の予測変化量とＰＩＤ定数の変更率とを対応付けて作成されたルールテーブルを備え、前記他の分割領域の温度安定時間と前記一の分割領域に対応する温度安定時間との時間差を求め、前記ルールテーブルを参照してその時間差に応じた温度安定時間の予測変化量に対応する変更率によりＰＩＤ定数を変更して再設定し、その後上述したように記載の温度特性項目の値と目標値との差分を求めるステップ以降を実施すると共に、当該ルールテーブルは前記更新手段により更新されるようにしてもよい。
また本発明は、被処理体を処理雰囲気に位置させ、加熱手段によりＰＩＤ制御による温度制御を行って被処理体を熱処理する装置における制御定数の自動調整方法において、
前記加熱手段により加熱される雰囲気の温度を検出する工程（ａ）と、
ＰＩＤ定数を設定した後、前記加熱手段により処理雰囲気を目標温度まで昇温しながら前記温度検出部の温度検出値に基づいて温度プロファイルを取得し、その温度プロファイルに基づいて温度特性項目の値と目標値との差分を求めるステップ（ｂ１）と、その差分が許容範囲から外れていれば前記ルールテーブルを参照してその差分に応じた当該温度特性項目の予測変化量に対応する変更率によりＰＩＤ定数を変更して再設定するステップ（ｂ２）とを、前記差分が許容範囲内になるまで繰り返し実施する工程（ｂ）と、
被処理体を処理雰囲気に位置させた後に当該処理雰囲気を目標値まで昇温するときの温度特性項目の予測変化量とＰＩＤ定数の変更率とを対応付けて作成されたルールテーブルを用い、このルールテーブルを参照してＰＩＤ定数を変更したことによる温度特性項目の実測変化量と１回前のサイクルにて予測した当該温度特性項目の予測変化量との間に差があるときには、前記実測変化量に基づいて前記ルールテーブルにおけるＰＩＤ定数と当該温度特性項目の予測変化量との対応関係を更新する工程（ｃ）と、を備えた制御定数の自動調整方法である。なお、制御定数の自動調整方法においては主発明のみを述べている。
また本発明は、被処理体を処理雰囲気に位置させ、加熱手段によりＰＩＤ制御による温度制御を行って被処理体を熱処理する装置に用いられるコンピュータプログラムを記憶する記憶媒体であって、前記プログラムは、上述した制御定数の自動調整方法を実施するようにステップが組まれていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ＰＩＤ制御による温度制御を行って被処理体を熱処理する装置において、ＰＩＤ定数を設定した後、処理雰囲気を昇温させて温度プロファイルを取得し、温度特性項目の値と目標値との差分が許容範囲から外れていればールテーブルを参照してその差分に応じた当該温度特性項目の予測変化量に対応する変更率によりＰＩＤ定数を変更して再設定し、その後、前記差分が許容範囲内になるまで同様のステップを繰り返すと共に、前記ルールテーブルを使用した後の温度特性項目の実測変化量に基づいてルールテーブルにおけるＰＩＤ定数と当該温度特性項目の予測変化量との対応関係を更新するようにしてルールテーブルに学習機能を持たせているので、確実にかつ容易にＰＩＤ定数を適切な値に自動設定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は本発明を縦型熱処理装置に適用した実施の形態の全体構成図である。先ずこの縦型熱処理装置の全体構成について簡単に述べておくと、図１中２は例えば石英により縦型の円筒状に形成された反応容器であり、この反応容器２の下端は、搬入出口（炉口）として開口され、その開口部２１の周縁部にはフランジ２２が一体に形成されている。前記反応容器２の下方には、フランジ２２の下面に当接して開口部２１を気密に閉塞する石英製の蓋体２３が設けられている。前記蓋体２３の中央部には回転軸２４が貫通して設けられ、その上端部には、基板保持具であるウエハボート２５が搭載されている。このウエハボート２５は、多数の基板であるウエハＷを棚状に保持できるように構成されている。前記回転軸２４の下部には、当該回転軸２４を回転させる駆動部をなすモータＭが設けられており、蓋体２３の上には前記回転軸２４を囲むように保温ユニット２７が設けられている。
【００１２】
前記反応容器２の下部のフランジ２２には、反応容器２内のウエハＷにガスを供給するためのＬ字型のインジェクタ２８が挿入して設けられており、インジェクタ２８を介して反応容器２の中に成膜に必要なガスを供給できるようになっている。また反応容器２の上方には、反応容器２内を排気するための排気口が形成されており、この排気口には、反応容器２内を所望の真空度に減圧排気可能な真空排気手段をなす真空ポンプ２９を備えた排気管３０が接続されている。
【００１３】
前記反応容器２の周囲には筒状の断熱層３１がベース体３２に固定して設けられており、この断熱層３１の内側には加熱手段をなす抵抗発熱体からなるヒータが例えば上下に複数分割して設けられている。この例では分割数は例えば４段とされ、分割されたヒータには１段目から順に４１〜４４の符号を割り当てるものとする。そしてウエハの加熱処理雰囲気は加熱制御をする上で上下方向に４つのゾーン（上段、中上段、中下段、下段）に分けられており、これらヒータ４１〜４４は、４つのゾーン（分割領域）の加熱を受け持つように構成されている。
【００１４】
また反応容器２内には、各ヒータ４１〜４４に対応した高さ位置に夫々内部温度検出部に相当する例えば熱電対からなる内部温度センサーＴＣ１〜ＴＣ４が設けられている。これら内部温度センサーＴＣ１〜ＴＣ４は，例えば蓋体２３に取り付けられたロッド４に設けられている。また各ヒータ４１〜４４に対応して電源部（電力供給部）５１〜５４が設けられている。
【００１５】
この縦型熱処理装置は、前記４つのゾーンの温度制御を行うために各段のヒータの電源部５１〜５４に対応して設けられた４つの温度コントローラ６１〜６４と、各温度コントローラ６１〜６４の温度設定値やＰＩＤ設定などの後述の制御動作を行うための制御部７と、を備えている。前記温度コントローラ６１〜６４は、各ヒータ４１〜４４が受け持つゾーンの温度設定値と、内部温度センサーＴＣ１〜ＴＣ４の温度検出値との偏差分を後述するＰＩＤ演算部６１ａにより夫々演算して各ヒータ４１〜４４の電力指令値を夫々電源部５１〜５４に与えるものである。
次に制御部７に関して図２を参照しながら詳述する。図２において８０はバスであり、このバス８０にチューニング条件設定部８１、レシピ実行プログラム８２、チューニングプログラム８３、ルールテーブル８４、ＣＰＵ８５などからなり、コンピュータを構成する制御部７が接続されている。図２ではこれらを機能的に表現しブロック化して表している。レシピ実行プログラム８２やチューニングプログラム８３は、例えばハードディスク、コンパクトディスク、マグネットオプティカルディスク、メモリーカード等の記憶媒体に格納され、そこからコンピュータにインストールされる。
【００１６】
レシピ実行プログラム８２は、予め用意された複数種類のレシピの中から選択されたレシピを実行するためのものである。レシピは時間ごとに処理パラメータ(温度、圧力、ガスの種類、ガス流量)をどのようにするかという情報を記載したものであり、プログラムがこの内容を読み出して順次制御機器を制御する。
【００１７】
チューニング条件設定部８１は、例えばソフトスイッチを介して、各種のチューニング条件の設定を当該縦型熱処理装置の制御システム管理者等より受け付ける機能を果たす。このチューニング条件設定部８１では、チューニング対象、チューニング制御モード、各種温度特性項目の目標値及びこれら温度特性項目間の優先度等の条件が設定される。
【００１８】
チューニング対象は、既述の４つのゾーンに分割された各段のヒータ４１〜４４に夫々対応して反応容器２内に設けられた４つの内部温度センサーＴＣ１〜ＴＣ４であり、夫々の内部温度センサーＴＣ１〜ＴＣ４に対応する温度コントローラ６１〜６４に対して、ＰＩＤ定数のチューニングを行うか否かを選択することができる。
【００１９】
ところで熱処理装置の種類によっては、反応管の外に各ゾーンのヒータ４１〜４４に対応する外部温度検出器を設け、この外部温度検出器に基づいて温度プロファイルを調整する場合があり、また背景技術の項目にて記載したようにメンテナンス時などにウエハの近傍にて各ゾーンごとにプロファイル用の温度検出器を設ける場合がある。このためチューニング対象はこの実施の形態のように内部温度センサーＴＣ１〜ＴＣ４とすることに限定されず、チューニング条件設定部８１は、いずれの種別の温度検出部を用いるかを設定することができる。
【００２０】
チューニング制御モードとしては、カスケード方式やレシオミックス制御方式などが挙げられる。
【００２１】
次に、このチューニング条件設定部８１にて設定される各種温度特性項目について図３を参照しながら説明する。図３は、実施の形態に係る温度コントローラ６１〜６４を用いてヒータ４１〜４４の温度制御を行った結果、内部温度センサーＴＣ１〜ＴＣ４により検出される反応容器２内の温度プロファイル（温度推移データ）をモデル的に示している。例えば当該反応容器２内の温度（プロセス温度）を予熱温度から予め決めた目標値まで昇温する温度制御（ＰＩＤ制御）を行うと、反応器内温度は温度制御開始直後に上昇して目標値を一旦超えた後、目標値を下回ったり超えたりしながら次第に目標温度へと収束する挙動を示す。
【００２２】
このような典型的な温度プロファイルに対して、本実施の形態においては（１）目標値を超えた反応器内温度と目標値との最大差（絶対値）を示す「オーバーシュート」（図中の温度差「ａ」に相当する）、（２）一旦目標値を超えた後、目標値を下回った反応器内温度と目標値との最大差（絶対値）を示す「アンダーシュート」（図中の温度差「ｂ」に相当する）、（３）反応器内温度の温度変化が目標温度範囲（目標値を中心値とする予め設定した、例えば中心値プラスマイナス１℃の温度範囲）内に収束するまでの時間を示す「リカバリ時間」（図中の時間「ｃ」に相当する）及び（４）４つに分割されたゾーン間の最大温度差を示す「ゾーン間温度差」の４種類の温度特性項目について目標値を設定し、設定された目標値に基づいて各温度コントローラ６１〜６４のＰＩＤ定数をオートチューニングできるようになっている。
【００２３】
また、これらの夫々の温度特性項目に対して目標値を設定し、その目標値に基づいてＰＩＤ定数をチューニングすると、最適なチューニング結果が温度特性項目に応じて異なる場合も生じるので、即ち温度特性項目の予測変化量に対応するＰＩＤ定数の変更率が相反する場合も生じるので、こうした場合にいずれの温度特性項目を優先してチューニングするかを決定する温度特性項目間の優先度もチューニング条件設定部８１にて設定できる。
【００２４】
図２の制御部７の説明に戻ると、チューニングプログラム８３は、ＰＩＤ定数の各値を決めて昇温運転（ＲＵＮ）を行った後、当該昇温運転における内部温度センサーＴＣ１〜ＴＣ４からの温度検出値に基づいて温度プロファイル（温度推移データ）を作成し、この温度プロファイルを解析した結果及び後述するルールテーブル８４を参照してＰＩＤ定数の各値を調整する一連の処理を行うように構成されている。
【００２５】
ルールテーブル８４は、図４（ａ）〜図４（ｃ）に示すように各温度特性項目の値の変動量の予測値とＰＩＤ定数の変更率とを対応付けたテーブルである。ルールテーブル８４は、温度特性項目ごとに設けられ、これら夫々の温度特性項目について、プロセス温度の目標値を例えば１００℃単位で区切ったプロセス温度帯ごとにルールテーブル８４が設けられている。ここで図４（ａ）は、オーバーシュートの温度特性項目に関するルールテーブル８４ａであり、図４（ｂ）、図４（ｃ）は夫々アンダーシュート、リカバリ時間に関するルールテーブル８４ｂ、８４ｃである。
【００２６】
例えば温度特性項目の一つ、オーバーシュート（プロセス温度帯４００℃）のルールテーブル８４ａについて、図４（ａ）を参照しながら具体例を説明する。ルールテーブル８４ａは、一番左側の列を第１列とすると、第１列に当該ルールテーブル８４ａの適用されるプロセス温度帯、第２列にオーバーシュートの変動量の予測値、第３列〜第５列に、第２列の予測値に対応したＰＩＤ定数の変更率が記載されている。
【００２７】
例えば、このルールテーブル８４ａの３行目に着目すると、Ｉの変更率を０．５５としたとき、オーバーシュートの変動量の予測値は３℃であり、オーバーシュートを３℃小さくできると予測される。ここで前記変更率とは、予め決められたＰＩＤ定数の標準値に掛け算される比率であり、例えばＩの標準値が１０００であれば、１０００×０．５５（=５５０）が次のＲＵＮにて温度コントローラ６１〜６４でＰＩＤ演算されるときに用いられるＩの値となる。
【００２８】
更にチューニングプログラム８３は、ルールテーブル８４を用いてＲＵＮを行った結果に基づいて、ルールテーブル８４をより適切なものに修正する学習機能を実施するプログラムを備えている。この学習機能を簡単に説明すると、既存のルールテーブル８４ａにてオーバーシュートが３℃小さくなるであろうと予測してＲＵＮを行ったところ、実際には２℃小さくなった場合には、実際のＲＵＮの結果に基づいてルールテーブル８４ａの３℃の箇所を２℃に変更する機能である。
【００２９】
実際のＲＵＮ結果は、図４（ａ）に示した予測値の間の値となる場合が多く、このような場合には、得られたＲＵＮ結果に基づいて変更する予測値を補間したり、予め決められた規則により修正したりすることとなるが、これらについては全体のフローの説明の箇所にて詳述することとする。またチューニングプログラム８３は、この他、ＲＵＮにより得られた温度プロファイルに基づいてＰＩＤ定数の調整作業の内容を種々に場合分けして実行する機能を備えている。  
なお特許請求の範囲における実行手段は、レシピ実行プログラム８２及びチューニングプログラム８３の一部に相当し、更新手段は、チューニングプログラム８３の一部に相当する。
【００３０】
以下、図５に示したフローチャートに基づいて、前述のチューニングプログラム８３によって実行されるオートチューニング動作の内容について説明する。
【００３１】
ＰＩＤ定数のオートチューニングは、例えば装置の立ち上げ時やメンテナンス等の後、縦型熱処理装置の稼動を開始する際等に行われ、先ず既述のチューニング条件設定部８１を介してチューニング条件が設定される（ステップＳ１）。
【００３２】
チューニング条件の設定においては、今回チューニング対象となる内部温度センサーＴＣ１〜ＴＣ４を選択する。そして、夫々の内部温度センサーＴＣ１〜ＴＣ４（以下、系統ともいう）について、オーバーシュート、アンダーシュート、リカバリ時間及びゾーン間温度差の例えば４つの温度特性項目全てについての目標値を設定し、更にこれら温度特性項目間の優先度を設定する。ここで目標値の設定にあたっては、許容範囲の設定も行うようになっており、以下、温度特性項目が目標値を中心とする許容範囲内にあることを「目標値以内にある」と表現する。
【００３３】
これらの設定を終えたら、ウエハボート２５にダミーウエハを載置して、例えば不活性ガスを流しながら反応容器２内の温度を例えば２００℃から目標値４００℃まで昇温するレシピを実行し、当該昇温動作における温度プロファイルを取得する（ステップＳ２）。実際の熱処理ではウエハを反応管２内に搬入した後、反応管２内の温度が安定するまで待機し、その後プロセス温度（目標温度）に向けて昇温するようにしていることから、オートチューニングの段階においても昇温開始の状態は、反応管２内の温度が安定している状態である。そしてこのとき各ゾーンの温度は、夫々の内部温度センサーＴＣ１〜ＴＣ４に接続された温度コントローラ６１〜６４によってＰＩＤ制御され、そのＰＩＤ演算はＰＩＤ定数として既述の標準値（例えば図４に示したルールテーブル８４ａでは、Ｐ＝１０００、Ｉ＝１０００、Ｄ＝１０００に設定されている）を使用して行われる。
【００３４】
このようにして各ゾーンの温度プロファイルを取得したら、取得した温度プロファイルに基づいて各種温度特性項目の解析を行う（ステップＳ３）。即ち、４系統夫々についての温度プロファイルから、オーバーシュート、アンダーシュート、リカバリ時間を求め、ゾーン間温度差については、例えば上記レシピの実行中に、一定間隔ごとにサンプリングした４系統の温度を互いに比較して、その最高温度と最低温度との温度差を求める演算を行い、こうして得られた温度差プロファイルの最大値をゾーン間温度差としている。
【００３５】
以上の温度特性項目の解析を終えたら、４系統夫々のオーバーシュート、アンダーシュート、リカバリ時間（以下、オーバーシュート等という）が目標値以内となったか否かを確認する（ステップＳ４）。全系統についてこれらオーバーシュート等の値が目標値以内であった場合には（ステップＳ４；Ｙ）、更にゾーン間温度差も目標値以内となったか否かを確認し（ステップＳ６）、その結果が目標値以内であった場合には（ステップＳ６；Ｙ）チューニングの必要がないので、ＰＩＤ定数の標準値を変更せずにオートチューニング動作を終了する（エンド）。
【００３６】
一方、オーバーシュート等のいずれかの温度特性項目について、１系統でも目標値以内とならないものがあった場合には（ステップＳ４；Ｎ）、目標値以内とならなかった温度特性項目に対応するＰＩＤ定数の再設定値を算出し（ステップＳ５）、目標値を外れた温度コントローラ６１〜６４に対して、その再設定の結果を反映する（ステップＳ６）。
【００３７】
こうして温度コントローラ６１〜６４へのＰＩＤ定数の再設定を終えたら、レシピの実行と温度プロファイルの取得（ステップＳ２）、温度特性項目の解析（ステップＳ３）、オーバーシュート等の値を目標値と対比する動作（ステップＳ４）を全系統の温度特性項目の値が目標値以内（ステップＳ４；Ｙ）となるまで繰り返す。
【００３８】
一方、オーバーシュート等の値が目標値以内となったにも拘わらず（ステップＳ４；Ｙ）、ゾーン間温度差のみが目標値以内とならなかった場合には（ステップＳ６；Ｎ）、当該温度ゾーン間温度差に対応するＰＩＤ定数の再設定値を算出し（ステップＳ７）、目標値を外れた温度コントローラ６１〜６４にその結果を反映して（ステップＳ８）、オーバーシュート等の値が外れた場合と同様に、温度プロファイルの再取得、温度特性項目の解析（ステップＳ２〜Ｓ４；Ｙ、Ｓ６）を当該ゾーン間温度差が目標値以内（ステップＳ６；Ｙ）となるまで繰り返す。
【００３９】
このように、本実施の形態に係るチューニングプログラム８３は、温度特性項目の値が目標値以内となるまで、温度コントローラ６１〜６４に対してＰＩＤ定数の再設定を繰り返す。以下、この再設定を行う際に用いるＰＩＤ定数の算出法について、（ア）オーバーシュート等に対応するＰＩＤ定数の算出法と、（イ）ゾーン間温度差に対応するＰＩＤ定数の算出法とに分けて説明する。
【００４０】
（ア）オーバーシュート等に対応するＰＩＤ定数の算出法  
図６は、オーバーシュート等に対応するＰＩＤ定数を算出する動作のフローを示している（図５のステップＳ５に対応する）。既述のように、図５のステップＳ４にてオーバーシュート等の温度特性項目の値が目標値を外れた系統があった場、つまり温度特性項目の値と目標値との差分が許容範囲から外れた系統があった場合には（ステップＳ４；Ｎ）、外れた温度特性項目の値と目標値との差が予め定めておいた規定値以下となっているか否かを判断する（ステップＳ５０１）。
【００４１】
ここで規定値とは、後述する３種類のＰＩＤ定数の算出法のうち、いずれの手法を用いるかの判断を行う基準の一つであり、目標値に対する既述の許容範囲よりも大きな値に設定されている。そして、上述の温度特性項目の値と目標値との差が規定値よりも大きくなった場合には（ステップＳ５０１；Ｎ）、その温度プロファイルを取得する際に用いたＰＩＤ定数を大幅に変更する必要があり、先述のルールテーブル８４を利用してＰＩＤ定数を算出する（ステップＳ５０２〜Ｓ５０４）。一方、この差が規定値以下であった場合には（ステップＳ５０１；Ｙ）ＰＩＤ定数を大幅に変更する必要はないため、ＰＩＤ定数の変化が比較的小さな算出法を用いる（ステップＳ５０５〜Ｓ５０８）。以下、これらＰＩＤ定数の算出法について図６のフローチャート及び図７〜図１０の説明図を参照しながら順番に説明する。
【００４２】
初めに、ルールテーブル８４を利用する場合について説明すると、温度特性項目の値と目標値との差が規定値よりも大きい場合には（ステップＳ５０１；Ｎ）、現在のＲＵＮが１回目であるか否かを確認する（ステップＳ５０２）。当該ＲＵＮがルールテーブル８４を用いてＰＩＤ定数を修正する１回目のＲＵＮであれば（ステップＳ５０２；Ｙ）、そのままルールテーブル８４を参照してＰＩＤ定数を算出するステップへと進む（ステップＳ５０４）。一方で、当該ＲＵＮがルールテーブル８４を用いてＰＩＤ定数を修正する２回目以降のＲＵＮである場合には（ステップＳ５０２；Ｎ）、これら複数のＲＵＮで得られた温度プロファイルを利用して、ルールテーブル８４をより適切なものに更新する学習機能を実施した後（ステップＳ５０３）、更新されたルールテーブル８４に基づいてＰＩＤ定数の算出を行う（ステップＳ５０４）。
【００４３】
ルールテーブル８４に基づくＰＩＤ定数の算出（ステップＳ５０４）においては、図４（ａ）にてオーバーシュートの例を用いて既に説明したように、目標値以内とならなかった温度特性項目について、これを目標値と一致させるのに必要な変動量を特定し、その変動量に対応する変更率をＰＩＤ定数の標準値に掛け算して得られた値を修正後のＰＩＤ定数とする。
【００４４】
図７には、図４（ａ）に示したルールテーブル８４ａを再記してある。このルールテーブル８４ａによれば、必要な変化量が１．５℃、３℃であった場合には各行に記載されている変更率を採用してＰＩＤ定数を算出すればよい。一方で、必要な変化量がこれらの値と一致しなかった場合には、図７に示すように、ルールテーブル８４ａに記載された３点のデータに基づいて例えば最小自乗法等により近似式を作成し、この近似式に上記の変化量を代入することにより変更率を得る。
【００４５】
例えば図７に示した例においては、温度帯４００℃のオーバーシュートのルールテーブル８４ａに基づいて得られる近似式は、ｙ＝０．０５５６ｘ２−０．３１６７ｘ＋１  となっている。ここで「ｘ」はオーバーシュートの変化量であり、「ｙ」は、Ｉ値の変更率である。
【００４６】
このとき、あるＲＵＮを行って取得した温度プロファイルから、オーバーシュートを目標値と一致させるのに必要な変化量が２℃であったとする。２℃という変化量は、１．５℃、３℃のいずれとも一致しないので、前述の近似式に「ｘ＝２」を代入する計算を行い、得られた値「ｙ＝０．５９」をＩの変更率としてＰＩＤ定数の修正に反映することになる。
【００４７】
以上に説明した手法に基づいてＰＩＤ定数の再設定値を算出すると（ステップＳ５０４）、この再設定値を温度コントローラ６１〜６４に反映し、再度の温度プロファイル取得が行われる（図５、ステップＳ８〜Ｓ３）。そして、２回目以降のＲＵＮにおいても同じ温度特性項目の値が目標値以内とならず（図５のステップＳ４；Ｎ）、更にその温度特性項目の値と目標値との差が規定値を超えている場合には（図６のステップＳ５０１；Ｎ、Ｓ５０２；Ｎ）、当該ＲＵＮにより得られた温度プロファイルを用いて学習機能を実施する（ステップＳ５０３）。
【００４８】
この学習機能について、図４（ａ）に示したルールテーブル８４ａを変更する手順を図８、図９を参照しながら説明する。図８はルールテーブル８４ａの変化量のみを修正するケースの手順であり、図９は変化量とこれに対応する変更率の双方の修正が必要なケースの手順である。なお、以下に示すオーバーシュート等の値は、ルールテーブル８４ａの変更手順を説明するために便宜的に示したものであり、例えば図６のフローチャートに示した動作を実行する際に得られる値を厳密に示したものではない。
【００４９】
初めに図８のケースについて説明すると、まず既述のように、ＰＩＤ定数を標準値として１回目のＲＵＮを行ったところ、オーバーシュートが３℃であったとする。この場合には、オーバーシュートを目標値と一致させるのに必要な変化量は３℃であるから、図８（ａ）の表の３行目の変更率０．５５が選択される。
【００５０】
この変更率に基づき温度コントローラ６１〜６４のＩ値を再設定し２回目のＲＵＮを行ったところ、依然として１℃のオーバーシュートがあった場合には、Ｉ値に０．５５の変更率を掛け算して得られる変化量は、実際には２℃であったことがわかる。そこで、ルールテーブル８４ａをより適切なものに修正するため、図８（ｂ）に示すように変更率０．５５に対応する変化量を２℃に修正する。変化量のみの修正を行う場合には、学習機能はこのような手順にて実施される（ステップＳ５０３）。そして、修正されたルールテーブル８４ａに基づいて新たな近似式を作成し、前記した２回目のＲＵＮのオーバーシュート１℃を次の変化量としてこの近似式に入力し、こうして得られた変更率に基づいて３回目のＲＵＮを実行するにあたってのＰＩＤ定数を算出する（ステップＳ５０４）。
【００５１】
次に、図９のケースについて説明を行う。図９（ａ）において、１回目のＲＵＮを行った結果、オーバーシュートが３℃であった場合に、Ｉ値の変更率として０．５５を選択する点は図８（ａ）と同様である。この変更率に２回目のＲＵＮを行ったところ、依然として２℃のオーバーシュートがあった場合には、Ｉ値に０．５５の変更率を掛け算して得られる変化量は、実際には１℃であったことになる。
【００５２】
この場合には、図９（ａ）のルールテーブル８４ａのうちいずれの行を修正することが適当であるか判断を行う。ルールテーブル８４ａに記載された０℃、１．５℃、３℃の３点のうち、ＲＵＮ２で実際に得られた変化量に最も近い値は２行目の１．５℃であるので、この２行目の変化量を修正することになる。更に、２行目に設定されているＩ値の変更率は０．６５であるため、この値も０．５５に修正しなければならない。この結果、図９（ｂ）に示すように変化量、変更率の２つの値が実際に得られた値に修正される。
【００５３】
このような修正を行ったところ、図９（ｂ）では２行目と３行目においてＩ値の変更率が同値となってしまっている。このままでは変化量の予測値とＩ値の変更率との間に１対１の対応関係が成り立たなくなってしまうので、更に３行目の修正を行う。ここで本実施の形態では、例えば図９（a）の２行目と３行目との間に成り立っていた変化量の変化に対するＩ値の変化の傾きが、修正後にも変化しないと仮定し、この関係が保たれるように３行目のＩ値を修正する（図９（ｃ））。変化量とこれに対応する変更率の双方を修正する場合には、学習機能はこのような手順にて実施される（ステップＳ５０３）。以下、修正されたルールテーブル８４ａに基づいてＰＩＤ定数の再設定を行うステップＳ５０４の手順については図８（ａ）のケースと同様なので説明を省略する。
【００５４】
以上、温度特性項目と目標値との差が規定値よりも大きかった場合（ステップＳ５０１；Ｎ）のＰＩＤ定数の算出法について、ルールテーブル８４ａを用いる手法を説明した。次に、上述の差が規定値以下である場合（ステップＳ５０１；Ｙ）のＰＩＤ定数の算出法について図６のフローチャート及び図１０を参照しながら説明する。
【００５５】
この場合には、前記の判断（ステップＳ５０１；Ｙ）に続いて、現在のＲＵＮが１回目であるか否かを確認する（ステップＳ５０５）。当該ＲＵＮがＰＩＤ定数を微調整する１回目のＲＵＮであれば（ステップＳ５０５；Ｙ）、対応するＰＩＤ定数を微小量、例えばＩの標準値１０００を２〜３％程度小さくし（ステップＳ５０７）、この再設定値に基づいて２回目のＲＵＮを実行する。
【００５６】
一方で、当該ＲＵＮがＰＩＤ定数を微調整する２回目以降のＲＵＮである場合には（ステップＳ５０５；Ｎ）、前回のＲＵＮと今回のＲＵＮとの間で目標値を外れた温度特性項目が変化したか否かの判断を行う（ステップＳ５０６）。温度特性項目が変化しない場合には（ステップＳ５０６；Ｎ）、１回目と同様に前回の変更に加えて更にＰＩＤ定数を２〜３％小さくして次のＲＵＮを行う（ステップＳ５０７）。
【００５７】
ここで目標値の外れた温度特性項目に変化が無かったということは、図１０（ａ）に示すように、前回（ｎ−１回目）のＲＵＮにて取得された温度プロファイルに対して、今回（ｎ回目）のＲＵＮにて取得された温度プロファイルの温度特性項目（例えば図１０（ａ）においてはオーバーシュート）が徐々に改善されていることを意味している。そして、次回（ｎ＋１回目）のＲＵＮもこの微調整を継続することにより、ＰＩＤ定数を大きく変更しすぎてチューニング結果を発散させてしまう危険を回避しながら温度プロファイルを改善することができる。
【００５８】
これに対して前回のＲＵＮと今回のＲＵＮとの間で目標値から外れた温度特性項目が変化したときには（ステップＳ５０６；Ｙ）、前回、今回の各ＲＵＮで使用したＰＩＤ定数の平均値を再設定値として次のＲＵＮを行う（ステップＳ５０８）。
【００５９】
目標値の外れた温度特性項目が変化したということは、図１０（ｂ）に示すように、前回（ｎ−１回目）のＲＵＮにて取得された温度プロファイルに対して、今回（ｎ回目）のＲＵＮにて取得された温度プロファイルの温度特性項目が大きく変化した可能性が大きい（図１０（ｂ）においてはオーバーシュートが無くなった変わりにリカバリ時間が長くなっている）。そこで、次回（ｎ＋１回目）のＲＵＮは、ｎ回目、ｎ＋１回目のＲＵＮにて用いたＰＩＤ定数の平均値を再設定値とすることにより、オーバーシュート、リカバリ時間共に程よい値となる温度プロファイルを得ることができる可能性が高い。
【００６０】
このように、前記温度特性項目の値と目標値との差分が許容範囲から外れかつ規定値よりも大きいときには前記ルールテーブル８４を用い、その差分が規定値よりも小さいときには前記ルールテーブル８４を用いずにＰＩＤ定数を例えば上述のように変更するようにすれば、ＰＩＤ定数の変更率が大きくなりすぎて発散するといった現象を防止できる。なおＰＩＤ定数を微調整する手法は既述の例に限られるものではない。
【００６１】
（イ）ゾーン間温度差に対応するＰＩＤ定数の算出  
図１１は、ゾーン間温度差に対応するＰＩＤ定数を算出する動作のフローを示している（図５のステップＳ７に対応する）。既述のようにオーバーシュート等の温度特性項目の値が目標値以内となったにも拘わらず（ステップＳ４；Ｙ）、ゾーン間温度差のみが目標値以内でなかった場合には（ステップＳ６；Ｎ）、４つのゾーンの温度プロファイル同士を比較し、リカバリ時間が最も遅かったゾーン（以下、最遅ゾーンという）の温度プロファイルについて、オーバーシュートと目標値との差が第２の規定値以下となっているか否かの確認をする（ステップＳ６０１）。
【００６２】
先行する動作によってオーバーシュート等の温度特性項目は既に目標値以内（即ち、図６のフローチャートにて用いた規定値よりも小さい値）となっているので、第２の規定値は例えば許容誤差よりも小さな値に設定される。そして、オーバーシュートとその目標値との差が規定値以下となっている場合には（ステップＳ６０１；Ｙ）、最遅ゾーン以外の３つのゾーンのリカバリ時間を最遅ゾーンに合わせるようにＰＩＤ定数の再設定値を算出する（ステップＳ６０２）。具体的には、例えば図４（ｃ）に例示したリカバリ時間に関するルールテーブル８４ｃがゾーンごとに設けられていて、これらのルールテーブル８４ｃを用いてリカバリ時間を遅くするＰ値が算出される。リカバリ時間の算出は、例えば図７にて説明したオーバーシュートに関するＰＩＤ定数の再設定値の算出と同様の手順によりおこなうとよい。
【００６３】
この結果、図１２（ａ）に模式的に示すように、オーバーシュートについて良好にチューニングされている再遅ゾーンのＰＩＤ定数を変更することなくゾーン間の温度プロファイルのバラツキを小さくすることができる。なお、図１２においては図示の便宜上、ゾーン間の温度プロファイルを３本だけ示してある。
【００６４】
一方でルールテーブル８４ｃを用いてＰＩＤ定数を再設定してもゾーン間の温度差が目標値以内とならなかった場合には、図８、図９を用いて説明したオーバーシュートの場合と同様に、学習機能によってルールテーブル８４ｃをより適切なものに修正する。かかる後、修正されたルールテーブル８４ｃを用いてＰＩＤ定数を再設定し、次のＲＵＮを実行してゾーン間温度差が目標値以内となるまでこの動作を繰り返す。
【００６５】
これに対して最遅ゾーンの温度プロファイルにおけるオーバーシュートと目標値との差が第２の規定値以下となっていない場合には（ステップＳ６０１；Ｎ）、ステップＳ６０３とは反対に、最速ゾーン以外の３つのゾーンのリカバリ時間を最速ゾーンに合わせるようなＰＩＤ定数を算出する（ステップＳ６０３）。この場合もＰＩＤ定数の算出にあたってルールテーブル８４ｃを使用するとよいが、変化量の調整方向がマイナス方向となっているので、ルールテーブル８４ｃの近似式をリカバリ時間のマイナス方向まで外挿することによりリカバリ時間を早める変更率を特定できる。
【００６６】
この結果、最遅ゾーンのオーバーシュートが第２の規定値以下となっていない場合には、図１２（ｂ）に示すようにリカバリ時間をかけて制御してもオーバーシュートのチューニング結果はこれ以上改善されないので、温度プロファイルの収束を優先させ、且つゾーン間の温度プロファイルのバラツキを小さくするチューニングが行われる。またこの動作においても、ルールテーブル８４ｃを用いてＰＩＤ定数を再設定してもゾーン間温度差が目標値以内とならなかった場合には、ルールテーブル８４ｃをより適切なものに修正する学習機能の実施と、ＰＩＤ定数の再設定とを、ゾーン間温度差が目標値以内となるまで繰り返すようになっている。
【００６７】
このように各ゾーンに対応する温度プロファイルが揃っていない場合に、複数のゾーンのうちの一つのゾーン（最速ゾーンあるいは最遅ゾーンなど）に対応するリカバリ時間に、他のゾーンのリカバリ時間を揃えるように当該他のゾーンに対応するＰＩＤ定数を調整することにより、ゾーン間の温度プロファイルを揃えることができる。
上述の実施の形態によれば、ＰＩＤ定数を設定した後、処理雰囲気を昇温させて温度プロファイルを取得し、温度特性項目の値と目標値との差分が許容範囲から外れていればールテーブル８４を参照してその差分に応じた当該温度特性項目の予測変化量に対応する変更率によりＰＩＤ定数を変更して再設定し、その後、前記差分が許容範囲内になるまで同様のステップを繰り返している。そして前記ルールテーブル８４を使用した後の温度特性項目の実測変化量に基づいてルールテーブル８４におけるＰＩＤ定数と当該温度特性項目の予測変化量との対応関係を更新するようにしてルールテーブルに学習機能を持たせているので、確実にかつ容易にＰＩＤ定数を適切な値に自動設定することができる。またゾーン間温度差を小さくする機能を備えているため、基板間の処理のばらつきを抑えることができ、歩留まりの向上に寄与する。更にまた、オートチューニングを行うレシピ、や温度検出器の種類などに応じてチューングができるため、ユーザのニーズに応じたチューニングを行うことができる。
【実施例】
【００６８】
次に本発明の効果を確認するために行った実験について述べる。
（実施例１）
上述した縦型熱処理装置を用い、ヒータの設定温度を３００℃にして、ダミーウエハを保持したウエハボート２５を搬入した。反応容器２内にウエハボート２５を搬入した後、６分程待機させて反応容器２内の温度を安定にさせた。しかる後、ヒータの設定温度を８００℃まで上昇させた。このとき反応容器２内は不活性ガスの減圧雰囲気としてある。図１３（ａ）は１回目のＲＵＮにおいて各内部温度センサーＴＣ１〜ＴＣ４より得られた温度プロファイルである。図１３（ｂ）は図５に示したフローチャートに基づいて、３回目のＲＵＮまでオートチューニングを実行して得られた温度プロファイルである。図１３（ａ）、図１３（ｂ）を比較すると、ＲＵＮ回数が増えることによって例えば上段の内部温度センサーＴＣ１のオーバーシュートが小さくなり、また各温度センサーＴＣ１〜ＴＣ４の温度プロファイルのバラツキを小さくすることができており、良好なオートチューニングが実行された。従って、反応容器２内の処理領域において温度勾配が解消され、処理領域の温度が均一になることが分かる。
（実施例２）
反応容器２内にウエハボート２５を搬入する際はヒータの設定温度を４００℃にし、反応容器２内の温度を安定にさせた後はヒータの設定温度を６００℃にした他は、実施例１と同様の設定条件で１回目のＲＵＮを行った。図１４（ａ）は１回目のＲＵＮにおける内部温度センサーＴＣ１〜ＴＣ４より得られた温度プロファイルであり、図１４（ｂ）は４回目のＲＵＮを実行した結果である。図１４（ａ）と図１４（ｂ）とを比較すると、１回目のＲＵＮで見られた上段の内部温度センサーＴＣ１のオーバーシュート量が小さくなり、各ゾーンでの温度プロファイルのバラツキも小さくなっている。
（実施例３）
反応容器２内にウエハボート２５を搬入する際はヒータの設定温度を４００℃にし、反応容器２内の温度を安定にさせた後はヒータの設定温度を７６０℃に設定し、実施の形態のようにしてオートチューニングを行い、オーバーシュート、アンダージュート及びリカバリ時間が目標値に収まったが、ゾーン間の温度差が規定値内に収まっていない場合の温度プロファイルの一例を１５（ａ）に示す。そして更に図１１に示すチューニングを行ったところ、ゾーン間の温度差が規定値内に収まった状態の温度プロファイルを図１５（ｂ）に示す。この結果からも
図１１のステップが有効であることを本発明者は把握している。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の実施の形態である縦型熱処理装置を示す縦断側面図である。
【図２】本発明の実施の形態で用いられる制御部を示すブロック図である。
【図３】温度特性解析項目を示す説明図である。
【図４】オーバーシュート、アンダーシュート及びリカバリのルールテーブルを示す説明図である。
【図５】本発明の実施の形態に係るＰＩＤの運用フローを示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態に係るＰＩＤの運用フローを示すフローチャートである。
【図７】温度特性と目標値との差分が規定数値以上の場合にＰＩＤ定数を計算する手法を示す説明図である。
【図８】オーバーシュートのルールテーブルの更新例を示す説明図である。
【図９】オーバーシュートのルールテーブルの更新例を示す第２の説明図である。
【図１０】温度特性と目標値との差分が規定数値より小さい場合にＰＩＤ定数を計算する手法を示す説明図である。
【図１１】本発明の実施の形態に係るＰＩＤの運用フローを示すフローチャートである。
【図１２】最遅ゾーン以外のゾーンを最遅ゾーンに合わせる様子及び最速ゾーン以外のゾーンを最速ゾーンに合わせる様子を示す説明図である
【図１３】本発明によるチューニングの前後における温度プロファイルを示す説明図である。
【図１４】本発明によるチューニングの前後における温度プロファイルを示す説明図である。
【図１５】本発明によるチューニングの前後における温度プロファイルを示す説明図である。
【符号の説明】
【００７０】
Ｗ    ウエハ
ＴＣ１〜ＴＣ４  内部温度センサー
２    反応容器
２５  ウエハボート
３１  断熱層
４１〜４４  ヒータ
５１〜５４  電源部
６１〜６４  温度コントローラ
７    制御部
８１  チューニング条件設定部
８２  レシピ実行プログラム
８３  チューニングプログラム
８４  ルールテーブル
８５  ＣＰＵ
【図１】
2008262492.tif 000003
【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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