(57)【要約】【課題】  制御対象から出力される制御量を迅速、且つ正確に目標値へ追従させることができ、プロセスのスループットを向上させることができるプロセス制御方法並びに電子デバイス製造方法を得る。【解決手段】  電子デバイス製造方法において、ボート投入等の所定の外乱、又は炉内温度の上昇等の所定の目標値の変動に対して、予め所定の制御パターンを定めておき、所定の外乱発生時、又は所定の目標値の変動時にフィードバック制御から所定の制御パターンによるオープンループ制御に切替え、所定の外乱、又は所定の目標値の変動が収まったときに、フィードバック制御に復帰するようにした。【選択図】図１
2008135738.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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若しくは追従させる制御装置を備えた半導体製造装置の制御方法であって、
前記半導体製造装置は、プロセス処理を施す温度より低い温度で維持及び安定させるステップと、ウェハを保持するボートを炉内に投入するステップと、前記ウェハにプロセス処理を施す温度に上昇させるステップと、前記プロセス処理を施す温度に維持および安定させるステップと、前記プロセス処理を施す温度から炉内の温度を下降させるステップと、前記ボートを前記炉内より引き出すステップとを有し、
前記制御装置は、所定の出力パターンに基づく操作量を出力する手段と、前記演算に従った操作量と前記所定の出力パターンに基づく操作量とを選択切替する選択切替手段とを備え、
前記プロセス処理を施す温度より低い温度で維持及び安定させるステップ及び前記プロセス処理を施す温度に維持および安定させるステップでは前記演算に従った操作量を前記制御対象に入力し、
前記ボートを炉内に投入するステップが開始されると、前記演算に従った操作量から前記出力パターンに基づく操作量に選択切替して前記ボートを炉内に投入するボート投入前半は、前記プロセス処理を施すより低い温度に安定している時の前記演算に従った操作量より大きい操作量を前記制御対象に入力するようにし、前記ボートを炉内に投入するボート投入後半は、前記プロセス処理を施すより低い温度に安定している時の前記演算に従った操作量より小さい操作量を前記制御対象に入力するようにし、ボート投入後、前記プロセス処理を施す温度より低い温度で安定したら前記出力パターンに基づく操作量から前記演算に従った操作量に選択切替して前記プロセス処理を施す温度より低い温度に安定している時の前記演算に従った操作量を前記制御対象に入力するようにし、
前記ウェハにプロセス処理を施す温度に上昇させるステップが開示されると、前記演算に従った操作量から前記出力パターンに基づく操作量に選択切替して前記プロセス処理を施す温度より低い温度に安定している時の前記演算に従った操作量より大きい操作量を前記制御対象に入力した後、前記操作量を直線状に増加させ、その後、前記プロセス処理を施す温度より低い温度に安定している時の前記演算に従った操作量より小さい操作量を前記制御対象に入力するようにしたことを特徴とする半導体製造装置の制御方法。
【請求項２】
前記制御装置は、
前記ウェハにプロセス処理を施す温度に上昇させるステップが開始されると、前記演算に従った操作量から前記出力パターンに基づく操作量に選択切替して、
前記プロセス処理を施す温度より低い温度に安定時の前記演算に従った操作量より大きい操作量を急峻に立ち上げ、その後曲線状に下降する操作量を前記制御対象に入力した後、前記操作量を直線状に増加させ、その後、前記プロセス処理を施す温度より低い温度に安定している時の演算に従った操作量より小さい操作量を前記制御対象に入力するようにしたことを特徴とする請求項１記載の半導体製造装置の制御方法。
【請求項３】
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制御装置を備えた半導体製造装置の制御方法であって、
前記半導体製造装置は、プロセス処理を施す温度より低い温度で維持及び安定させるステップと、ウェハを保持するボートを炉内に投入するステップと、前記ウェハにプロセス処理を施す温度に上昇させるステップと、前記プロセス処理を施す温度に維持および安定させるステップと、前記プロセス処理を施す温度から炉内の温度を下降させるステップと、前記ボートを前記炉内より引き出すステップとを有し、一連のステップの処理が開始されるときに、運転スケジュールとして、予めプログラム的に設定されている時刻に沿って運転され、
前記制御装置は、所定の出力パターンに基づく操作量を出力する手段と、前記演算に従った操作量と前記所定の出力パターンに基づく操作量とを選択切替する選択切替手段とを備え、
前記プロセス処理を施す温度より低い温度で維持及び安定させるステップ及び前記プロセス処理を施す温度に維持および安定させるステップでは前記演算に従った操作量を前記制御対象に入力し、
前記ボートを炉内に投入するステップが開始されると、前記演算に従った操作量から前記出力パターンに基づく操作量に選択切替して前記ボートを炉内に投入するボート投入前半は、前記プロセス処理を施す温度より低い温度に安定している時の前記演算に従った操作量より大きい操作量を前記制御対象に入力するようにし、前記ボートを炉内に投入するボート投入後半は、前記プロセス処理を施す温度より低い温度に安定している時の前記演算に従った操作量より小さい操作量を前記制御対象に入力するようにし、ボート投入後、前記出力パターンに基づく操作量の出力によって前記ボートの炉内への投入に起因する目標値と制御量との偏差が許容値まで軽減されると予定されている時刻に基づいて、前記出力パターンに基づく操作量から前記演算に従った操作量に選択切替して前記プロセス処理を施す温度より低い温度に安定している時の前記演算に従った操作量を前記制御対象に入力するようにし、
前記ウェハにプロセス処理を施す温度に上昇させるステップでは、前記演算に従った操作量から前記出力パターンに基づく操作量に選択切替して前記プロセス処理を施す温度まで所定の時間かけて変動される場合、前記出力パターンに基づく操作量の出力によって前記温度の変動に起因する目標値と制御量との偏差が許容値まで軽減されると予定されている時刻に基づいて、前記出力パターンに基づく操作量から前記演算に従った操作量に選択切替して前記プロセス処理を施す温度に安定している時の前記演算に従った操作量を前記制御対象に入力するようにしたことを特徴とする半導体製造装置の制御方法。
【請求項４】
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制御装置を備えた半導体製造装置の制御方法であって、
前記半導体製造装置は、プロセス処理を施す温度より低い温度で維持及び安定させるステップと、ウェハを保持するボートを炉内に投入するステップと、前記ウェハにプロセス処理を施す温度に上昇させるステップと、前記プロセス処理を施す温度に維持および安定させるステップと、前記プロセス処理を施す温度から炉内の温度を下降させるステップと、前記ボートを前記炉内より引き出すステップとを有し、
前記制御装置は、所定の出力パターンに基づく操作量を出力する手段と、前記演算に従った操作量と前記所定の出力パターンに基づく操作量とを選択切替する選択切替手段とを備え、
前記プロセス処理を施す温度より低い温度で維持及び安定させるステップ及び前記プロセス処理を施す温度に維持および安定させるステップでは前記演算に従った操作量を前記制御対象に入力し、
前記ボートを炉内に投入するステップが開始されると、前記演算に従った操作量から前記出力パターンに基づく操作量に選択切替して前記ボートを炉内に投入するボート投入前半は、前記プロセス処理を施す温度より低い温度に安定している時の前記演算に従った操作量より大きい操作量を前記制御対象に入力するようにし、前記ボートを炉内に投入するボート投入後半は、前記プロセス処理を施す温度より低い温度に安定している時の前記演算に従った操作量より小さい操作量を前記制御対象に入力するようにし、ボート投入後、前記制御量が目標値に対する所定の許容範囲にあり、又は目標値と制御量の偏差が所定の許容範囲内にあり、かつ制御量、又は目標値と制御量との偏差の時間的変化率が所定の許容範囲内にある場合に、前記出力パターンに基づく操作量から前記演算に従った操作量に選択切替して前記プロセス処理を施す温度より低い温度に安定している時の前記演算に従った操作量を前記制御対象に入力するようにし、
前記ウェハにプロセス処理を施す温度に上昇させるステップでは、前記演算に従った操作量から前記出力パターンに基づく操作量に選択切替し、前記制御量、又は前記目標値と制御量との偏差を検出し、前記制御量が目標値に対する所定の許容範囲内にあり、又は目標値と制御量の偏差が所定の許容範囲内にあり、かつ制御量、又は目標値と制御量との偏差の時間的変化率が所定の許容範囲内にある場合に、前記出力パターンに基づく操作量から前記演算に従った操作量に選択切替して前記プロセス処理を施す温度に安定している時の前記演算に従った操作量を前記制御対象に入力するようにしたことを特徴とする半導体製造装置の制御方法。
【請求項５】
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若しくは追従させる制御装置を備えた半導体製造装置であって、
前記半導体製造装置は、プロセス処理を施す温度より低い温度で維持及び安定させる手段と、ウェハを保持するボートを炉内に投入する手段と、前記ウェハにプロセス処理を施す温度に上昇させる手段と、前記プロセス処理を施す温度に維持および安定させる手段と、前記プロセス処理を施す温度から炉内の温度を下降させる手段と、前記ボートを前記炉内より引き出す手段とを有し、
前記制御装置は、所定の出力パターンに基づく操作量を出力する手段と、前記演算に従った操作量と前記所定の出力パターンに基づく操作量とを選択切替する選択切替手段とを備え、
前記プロセス処理を施す温度より低い温度で維持及び安定させる手段及び前記プロセス処理を施す温度に維持および安定させる手段は前記演算に従った操作量を前記制御対象に入力し、
前記ボートを炉内に投入する手段は、前記演算に従った操作量から前記出力パターンに基づく操作量に選択切替して前記ボートを炉内に投入するボート投入前半は、前記プロセス処理を施すより低い温度に安定している時の前記演算に従った操作量より大きい操作量を前記制御対象に入力するようにし、前記ボートを炉内に投入するボート投入後半は、前記プロセス処理を施すより低い温度に安定している時の前記演算に従った操作量より小さい操作量を前記制御対象に入力するようにし、ボート投入後、前記プロセス処理を施す温度より低い温度で安定したら前記出力パターンに基づく操作量から前記演算に従った操作量に選択切替して前記プロセス処理を施す温度より低い温度に安定している時の前記演算に従った操作量を前記制御対象に入力するようにし、
前記ウェハにプロセス処理を施す温度に上昇させる手段は、前記演算に従った操作量から前記出力パターンに基づく操作量に選択切替して前記プロセス処理を施す温度より低い温度に安定している時の前記演算に従った操作量より大きい操作量を前記制御対象に入力した後、前記操作量を直線状に増加させ、その後、前記プロセス処理を施す温度より低い温度に安定している時の前記演算に従った操作量より小さい操作量を前記制御対象に入力するようにしたことを特徴とする半導体製造装置。
【請求項６】
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制御装置を備えた半導体製造装置であって、
前記半導体製造装置は、プロセス処理を施す温度より低い温度で維持及び安定させる手段と、ウェハを保持するボートを炉内に投入する手段と、前記ウェハにプロセス処理を施す温度に上昇させる手段と、前記プロセス処理を施す温度に維持および安定させる手段と、前記プロセス処理を施す温度から炉内の温度を下降させる手段と、前記ボートを前記炉内より引き出す手段とを有し、一連の手段の処理が開始されるときに、運転スケジュールとして、予めプログラム的に設定されている時刻に沿って運転され、
前記制御装置は、所定の出力パターンに基づく操作量を出力する手段と、前記演算に従った操作量と前記所定の出力パターンに基づく操作量とを選択切替する選択切替手段とを備え、
前記プロセス処理を施す温度より低い温度で維持及び安定させる手段及び前記プロセス処理を施す温度に維持および安定させる手段は前記演算に従った操作量を前記制御対象に入力し、
前記ボートを炉内に投入する手段は、前記演算に従った操作量から前記出力パターンに基づく操作量に選択切替して前記ボートを炉内に投入するボート投入前半は、前記プロセス処理を施す温度より低い温度に安定している時の前記演算に従った操作量より大きい操作量を前記制御対象に入力するようにし、前記ボートを炉内に投入するボート投入後半は、前記プロセス処理を施す温度より低い温度に安定している時の前記演算に従った操作量より小さい操作量を前記制御対象に入力するようにし、ボート投入後、前記出力パターンに基づく操作量の出力によって前記ボートの炉内への投入に起因する目標値と制御量との偏差が許容値まで軽減されると予定されている時刻に基づいて、前記出力パターンに基づく操作量から前記演算に従った操作量に選択切替して前記プロセス処理を施す温度より低い温度に安定している時の前記演算に従った操作量を前記制御対象に入力するようにし、
前記ウェハにプロセス処理を施す温度に上昇させる手段は、前記演算に従った操作量から前記出力パターンに基づく操作量に選択切替して前記プロセス処理を施す温度まで所定の時間かけて変動される場合、前記出力パターンに基づく操作量の出力によって前記温度の変動に起因する目標値と制御量との偏差が許容値まで軽減されると予定されている時刻に基づいて、前記出力パターンに基づく操作量から前記演算に従った操作量に選択切替して前記プロセス処理を施す温度に安定している時の前記演算に従った操作量を前記制御対象に入力するようにしたことを特徴とする半導体製造装置。
【請求項７】
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制御装置を備えた半導体製造装置であって、
前記半導体製造装置は、プロセス処理を施す温度より低い温度で維持及び安定させる手段と、ウェハを保持するボートを炉内に投入する手段と、前記ウェハにプロセス処理を施す温度に上昇させる手段と、前記プロセス処理を施す温度に維持および安定させる手段と、前記プロセス処理を施す温度から炉内の温度を下降させる手段と、前記ボートを前記炉内より引き出す手段とを有し、
前記制御装置は、所定の出力パターンに基づく操作量を出力する手段と、前記演算に従った操作量と前記所定の出力パターンに基づく操作量とを選択切替する選択切替手段とを備え、
前記プロセス処理を施す温度より低い温度で維持及び安定させる手段及び前記プロセス処理を施す温度に維持および安定させる手段は前記演算に従った操作量を前記制御対象に入力し、
前記ボートを炉内に投入する手段は、前記演算に従った操作量から前記出力パターンに基づく操作量に選択切替して前記ボートを炉内に投入するボート投入前半は、前記プロセス処理を施す温度より低い温度に安定している時の前記演算に従った操作量より大きい操作量を前記制御対象に入力するようにし、前記ボートを炉内に投入するボート投入後半は、前記プロセス処理を施す温度より低い温度に安定している時の前記演算に従った操作量より小さい操作量を前記制御対象に入力するようにし、ボート投入後、前記制御量が目標値に対する所定の許容範囲にあり、又は目標値と制御量の偏差が所定の許容範囲内にあり、かつ制御量、又は目標値と制御量との偏差の時間的変化率が所定の許容範囲内にある場合に、前記出力パターンに基づく操作量から前記演算に従った操作量に選択切替して前記プロセス処理を施す温度より低い温度に安定している時の前記演算に従った操作量を前記制御対象に入力するようにし、
前記ウェハにプロセス処理を施す温度に上昇させる手段は、前記演算に従った操作量から前記出力パターンに基づく操作量に選択切替し、前記制御量、又は前記目標値と制御量との偏差を検出し、前記制御量が目標値に対する所定の許容範囲内にあり、又は目標値と制御量の偏差が所定の許容範囲内にあり、かつ制御量、又は目標値と制御量との偏差の時間的変化率が所定の許容範囲内にある場合に、前記出力パターンに基づく操作量から前記演算に従った操作量に選択切替して前記プロセス処理を施す温度に安定している時の前記演算に従った操作量を前記制御対象に入力するようにしたことを特徴とする半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造装置の制御方法及び半導体製造装置に関し、特に制御対象へ入力される操作量を変化させることにより、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、制御量を目標値へ維持若しくは追従させるようにした半導体製造装置の制御方法及び半導体製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プロセス制御装置の一例として、例えば電気炉を有する半導体製造装置では、炉内の温度を適切な温度に維持し、又は炉内を指定した温度変化に追従させる必要があるため、予め設定した目標温度の温度変化パターンに基づいてヒータの制御が行われる。この温度制御は、ウェハに成膜処理等のプロセス処理を施す場合のみならず、電気炉内にウェハを投入する場合においても行われている。このような温度制御を行っている半導体製造装置は、例えば図１０や図１１のようなものが知られている。
【０００３】
図１０に示した半導体製造装置は、底部にウェハ投入口１ａを有する電気炉１と、ウェハを保持するボート２と、ボート２を電気炉１内へ投入あるいは引き出しをおこなうボートローダ３と、電気炉１内の温度を計測し出力する温度センサ４と、予め設定された目標温度の温度変化パターンを出力する目標温度設定器５と、温度センサ４からの出力と目標温度設定器５からの出力が入力され、双方の値から後述するヒータ７が出力すべきパワーを指示する制御装置６と、制御装置６の指示出力に従って電気炉１を加熱するヒータ７とで構成されている。
【０００４】
そして、ウェハ投入口１ａよりウェハを保持したボート２をボートローダ３の駆動によって電気炉１内に投入し、あるいは電気炉１内より引き出す一方、電気炉１内の温度を目標温度設定器５に予め設定された目標温度に維持もしくは追従させるために、温度センサ４によって電気炉１内の温度を感知し、そのデータに基づいて制御装置６が所定の演算を行い、その演算結果に従ってヒータ７を駆動して電気炉１の加熱を加減する構成となっている。
【０００５】
また、図１１に示した半導体製造装置は、図１０に示した半導体製造装置と同様の部分として、電気炉１とボート２とボートローダ３と第１の温度センサ４と目標温度設定器５と第１の制御装置６とヒータ７とを備え、その他に電気炉１内の温度のうち、特に熱源であるヒータ７近傍の温度を計測し、出力する第２の温度センサ８と、第２の温度センサ８からの出力と第１の制御装置６からの出力を入力し、双方の値からヒータ７が出力すべきパワーを指示する第２の制御装置９を備えて構成されている。
【０００６】
そして、ウェハ投入口１ａよりウェハを保持したボート２をボートローダ３の駆動によって電気炉１内に投入し、あるいは電気炉１内より引き出す一方、電気炉１内の温度を目標温度設定器５に予め設定された目標温度に維持もしくは追従させるために、第１の温度センサ４によって電気炉１内の温度を感知し、そのデータに基づいて第１の制御装置６がある特定の演算を行い、次に第２の温度センサ４によって熱源であるヒータ７近傍の温度を感知し、そのデータと第１の制御装置６の演算結果に基づいて第２の制御装置９がある特定の演算を行い、その演算結果にしたがってヒータ７を駆動して電気炉１の加熱を加減する構成となっている。
【０００７】
また、図１０または図１１に示した半導体製造装置の中の第１の制御装置６または第２の制御装置９は、従来から図１２に示されるような構成を有するものがよく用いられている。
【０００８】
図１２に示す制御装置について詳細に説明する。図１２において、目標設定器１０は、図１０における目標温度設定器５に対応するものである。制御装置１１は図１０における制御装置６に対応するものである。制御対象１２は、図１０において電気炉１とボート２とボートローダ３と温度センサ４とヒータ７に対応するものである。この場合、図１２における入出力Ａは、図１０における目標温度設定器５から出力され、制御装置６に入力される目標温度の温度変化パターンを表すものであり、図１２における入出力Ｂは、図１０における温度センサ４から出力され制御装置６に入力される、電気炉１内を計測した温度を表すものであり、図１２における入出力Ｇは、図１０における制御装置６から出力されてヒータ７に入力され、ヒータ７が出力すべきパワーを指示するものである。入出力Ａをここでは目標値、入出力Ｂを制御量、入出力Ｇを操作量と呼ぶこととする。
【０００９】
また、制御装置１１が図１１における第１の制御装置６に対応するときは、目標設定器１０は図１１における目標温度設定器５に対応するものであり、制御対象１２は、図１１における電気炉１とボート２とボートローダ３と第１の温度センサ４とヒータ７と第２の温度センサ８と第２の制御装置９に対応するものである。
【００１０】
また、制御装置１１が図１１における第２の制御装置９に対応するときは、目標設定器１０は図１１における第１の温度センサ４と目標温度設定器５と第１の制御装置６に対応するものであり、制御対象１２は、図１１における電気炉１とボート２とボートローダ３とヒータ７と第２の温度センサ８に対応するものである。
【００１１】
そして、制御装置１１は、減算器１３と積分演算器（図中は単に積分演算と記す）１４と比例演算器（図中は単に比例演算と記す）１５と微分演算器（図中は単に微分演算と記す）１６と加算器１７とから構成されている。減算器１３は、目標値Ａと制御量Ｂを入力し、目標値Ａから制御量Ｂを減算した値を偏差Ｃとして算出し、積分演算器１４と比例演算器１５と微分演算器１６へ出力するものである。
【００１２】
積分演算器１４は、偏差Ｃを入力し、偏差Ｃを時間積分演算（Ｉ演算）した結果に予め設定されているパラメータＫｉを乗じた値を積分値Ｄとして出力するものである。ある特定の時間ｔにおける偏差ＣをＣ（ｔ）、そのときの積分値ＤをＤ（ｔ）で表すと、積分値Ｄは（１）式に従って求められる。なお、積分範囲は０からｔまでである。
【００１３】
[（１）式]
Ｄ（ｔ）＝Ｋｉ・∫Ｃ（ｕ）ｄｕ （１）
【００１４】
比例演算器１５は、偏差Ｃが入力され、予め設定されているパラメータＫｐを乗じた（Ｐ演算）値を比例値Ｅとして出力するものである。ある特定の時間ｔにおける偏差ＣをＣ（ｔ）、そのときの比例値ＥをＥ（ｔ）で表すとすると、比例値Ｅは（２）式に従って求められる。
【００１５】
[（２）式]
Ｅ（ｔ）＝Ｋｐ・Ｃ（ｔ） （２）
【００１６】
微分演算器１６は、偏差Ｃが入力され、偏差Ｃを時間微分演算（Ｄ演算）した結果に予め設定されているパラメータＫｄを乗じた値を微分値Ｆとして出力するものである。ある特定の時間ｔにおける偏差ＣをＣ（ｔ）、そのときの微分値ＦをＦ（ｔ）で表すと、微分値Ｆは（３）式に従って求められる。
【００１７】
[（３）式]
Ｆ（ｔ）＝Ｋｄ・ｄＣ（ｔ）／ｄｔ （３）
【００１８】
加算器１７は、積分値Ｄと比例値Ｅと微分値Ｆとが入力され、それらの総和を算出し操作量Ｇを出力するものである。ある特定の時間ｔにおける偏差ＣをＣ（ｔ）、そのときの操作量ＧをＧ（ｔ）で表すとすると、前述した（１）〜（３）式から、操作量Ｇは（４）式に従って求められ、これをＰＩＤ演算と呼ぶ。
【００１９】
[（４）式]
Ｇ（ｔ）＝Ｋｐ・Ｃ（ｔ）＋ Ｋｉ・∫Ｃ（ｕ）ｄｕ＋Ｋｄ・ｄＣ（ｔ）／ｄｔ （４）
【００２０】
また、（４）式に従って偏差Ｃから操作量Ｇを求める部分、すなわち積分演算器１４と比例演算器１５と微分演算器１６と加算器１７とを総称してＰＩＤ調節器と呼ぶ。
【００２１】
つまり、図１２に示すように、まず、目標設定器１０から制御装置１１へ目標値Ａが入力され、加えて制御対象１２からの制御量Ｂが制御装置１１へ入力され、制御装置１１内の減算器１３で目標値Ａから制御量Ｂを減算した偏差Ｃを出力する。積分演算器１４および比例演算器１５および微分演算器１６および加算器１７では、偏差Ｃを用いてＰＩＤ演算を行い、制御装置１１の出力として操作量Ｇを制御対象１２に出力する。こうして、制御対象１２から制御装置１１に入力された制御量Ｂは、再び制御装置１１へ帰還される。このように制御装置１１から出力される操作量Ｇは、目標値Ａと制御量Ｂとの偏差Ｃが零になるように、時々刻々変化する。
【００２２】
一方、図１２で示したような構成を有する制御装置を用いた、図１０で示した構成の半導体製造装置は、例えば、図１３に示す温度制御手順でプロセス処理を行っている。ここで、図１３を用いて、半導体製造装置で行われるプロセス処理の一例について説明する。図１３（ａ）は半導体製造装置で行われるプロセス処理の一例のフローチャートを示し、図１３（ｂ）はそのときの電気炉内の温度の概略を示している。図１３（ｂ）における符号Ｓ１〜Ｓ６は図１３（ａ）において同一の符号が付されている処理が行われている時刻を示す。
【００２３】
ステップＳ１は、電気炉１内の温度を比較的低い温度Ｔ0 （例えば３００°Ｃ〜６００°Ｃ）に維持および安定させる処理である。ステップＳ１では、ボート２は、まだ電気炉１内へ投入されていない。ステップＳ２は、ボートローダ３の駆動によってウェハを保持しているボート２を電気炉１内に投入する処理である。ウェハの温度は通常目標温度Ｔ0 より低いので、ボート２を電気炉１内に投入した結果、炉内の温度は一時的に目標温度Ｔ0 より低い温度になるが、制御装置６によるヒータ制御が目標温度設定器５から出力される目標温度Ｔ0 と温度センサ４から出力される炉内温度との偏差を零にするように働くために、電気炉１内の温度はいくらかの時間を経て再び目標温度Ｔ0 に安定する。なお、図１３（ｂ）で示す、ボート投入時刻ｔ0 から再び目標温度Ｔ0 に回復する時刻ｔ1 はおよそ３０分程度である。
【００２４】
ステップＳ３は、上述の目標温度Ｔ0 からウェハに成膜処理等のプロセス処理を施すための目標温度Ｔ1 （例えば７００°Ｃ〜１０００°Ｃ）まで徐々に電気炉１内の温度を上昇させる処理である。ステップＳ４はウェハにプロセス処理を施すために電気炉１内の温度を目標温度Ｔ1 に維持および安定させる処理である。なお、このステップＳ４の処理時間は時刻ｔ2 から時刻ｔ3 までの数時間であるが、図１３（ｂ）では、その時間的長さを一部省略して示している。ステップＳ５は、ステップＳ３の処理とは逆に、目標温度Ｔ1 から再び比較的低い目標温度Ｔ0 まで徐々に電気炉１内の温度を下降させる処理である。
【００２５】
ステップＳ６は、プロセス処理が施されたウェハを保持しているボート２をボートローダ３の駆動によって電気炉１内から引き出す処理である。ステップＳ７は、半導体製造装置内のすべてのウェハにプロセス処理が施されたかを判断する処理であり、もし、すべてのウェハにプロセス処理が施されたと判断された場合は一連の温度制御処理を終了し、もし、すべてのウェハにプロセス処理が施されていないと判断された場合は、再びステップＳ１に戻り手順を繰り返すようになっている。
【００２６】
ステップＳ１からステップＳ６までの処理は、いずれも電気炉１内の温度が目標温度に対し予め定められた許容温度範囲内にあり、且つ予め定められた時間にわたってその状態が続くといった安定状態を得た後、次の処理へ進むようになっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２７】
しかしながら、図１２に示すような構成を有する、従来の制御装置によるプロセス制御方法では、制御対象１２内で比較的大きな外乱が生じた場合、あるいは目標値Ａの大きな変動が生じた場合、制御量Ｂが目標値Ａの値を維持できなくなるか、あるいは制御量Ｂが目標値Ａに追従する際に遅れが生じ、その結果として制御量Ｂが目標値Ａに対し所定の許容範囲内を維持する安定状態を得るまでに多くの時間を要してしまうという問題点がある。
【００２８】
例えば、図１０に示した半導体製造装置において、図１３に示した温度制御手順を行った場合、図１２に示すような構成を有する従来の制御装置を用いて制御を行うと、特にボートを投入するステップＳ２において、大きな外乱が発生し、また、炉内の温度を上昇させるステップＳ３において、目標値を大きく変動させると、電気炉１内の温度が目標温度に対して安定状態（すなわち炉内温度が目標値に対して所定の温度許容範囲内にあり、且つ予め定められた時間にわたって、その状態が続くといった安定状態）を得るまでに多くの時間を必要とし、半導体製造装置全体のスループットに大きな悪影響を及ぼすこととなる。
【００２９】
ここで、ボートを投入するステップＳ２における炉内温度のふるまいの一例を図１４に示す。この場合、図１２に示した構成を有する制御装置では、偏差Ｃが大きくなったことを認識した後、操作量Ｇを変化させるという後追い制御を余儀なくされる一方、外乱が存続している間にわたり積分演算器１４はその偏差を蓄積してしまうため、結果として、大きなオーバーシュートあるいはアンダーシュートが発生してしまい、その結果、安定状態を得るまで多くの時間を要してしまう。
【００３０】
しかし、これらボート投入や炉内温度の上昇処理等においては、その外乱、目標値の変動により、制御対象が受ける影響は経験的に把握されており、しかもその発生時刻は、運転スケジュールにより既知である。したがって、これらの対策においては、従来のようにクローズド（フィードバック）ループ制御によらず、オープンループ制御で行うことができ、このような制御において操作量を適当に形成すれば、オーバーシュートおよびアンダーシュートを軽減でき、フィードバック制御に比べ、安定状態を得るまでの時間の短縮化を図ることができる。
【００３１】
そこで、この発明の目的は、上述したように、制御対象内で比較的大きな所定の外乱が生じる場合、あるいは目標値が所定の変動をする場合に、安定状態を得るまでに多くの時間を要してしまうという従来の問題点を解決し、制御対象から出力される制御量を迅速、且つ正確に目標値へ追従させることができ、プロセスのスループットを向上させることができる半導体製造装置の制御方法および半導体製造装置の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３２】
上述した課題を解決するため、この発明は、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若しくは追従させる制御装置を備えた半導体製造装置の制御方法であって、前記半導体製造装置は、プロセス処理を施す温度より低い温度で維持及び安定させるステップと、ウェハを保持するボートを炉内に投入するステップと、前記ウェハにプロセス処理を施す温度に上昇させるステップと、前記プロセス処理を施す温度に維持および安定させるステップと、前記プロセス処理を施す温度から炉内の温度を下降させるステップと、前記ボートを前記炉内より引き出すステップとを有し、前記制御装置は、所定の出力パターンに基づく操作量を出力する手段と、前記演算に従った操作量と前記所定の出力パターンに基づく操作量とを選択切替する選択切替手段とを備え、前記プロセス処理を施す温度より低い温度で維持及び安定させるステップ及び前記プロセス処理を施す温度に維持および安定させるステップでは前記演算に従った操作量を前記制御対象に入力し、前記ボートを炉内に投入するステップが開始されると、前記演算に従った操作量から前記出力パターンに基づく操作量に選択切替して前記ボートを炉内に投入するボート投入前半は、前記プロセス処理を施すより低い温度に安定している時の前記演算に従った操作量より大きい操作量を前記制御対象に入力するようにし、前記ボートを炉内に投入するボート投入後半は、前記プロセス処理を施すより低い温度に安定している時の前記演算に従った操作量より小さい操作量を前記制御対象に入力するようにし、ボート投入後、前記プロセス処理を施す温度より低い温度で安定したら前記出力パターンに基づく操作量から前記演算に従った操作量に選択切替して前記プロセス処理を施す温度より低い温度に安定している時の前記演算に従った操作量を前記制御対象に入力するようにし、前記ウェハにプロセス処理を施す温度に上昇させるステップが開示されると、前記演算に従った操作量から前記出力パターンに基づく操作量に選択切替して前記プロセス処理を施す温度より低い温度に安定している時の前記演算に従った操作量より大きい操作量を前記制御対象に入力した後、前記操作量を直線状に増加させ、その後、前記プロセス処理を施す温度より低い温度に安定している時の前記演算に従った操作量より小さい操作量を前記制御対象に入力するようにしたことを特徴とする。
【００３３】
また、本発明の半導体製造装置の制御方法において、前記制御装置は、前記ウェハにプロセス処理を施す温度に上昇させるステップが開始されると、前記演算に従った操作量から前記出力パターンに基づく操作量に選択切替して、前記プロセス処理を施す温度より低い温度に安定時の前記演算に従った操作量より大きい操作量を急峻に立ち上げ、その後曲線状に下降する操作量を前記制御対象に入力した後、前記操作量を直線状に増加させ、その後、前記プロセス処理を施す温度より低い温度に安定している時の演算に従った操作量より小さい操作量を前記制御対象に入力するようにしたことを特徴とする。
【００３４】
また、本発明は、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制御装置を備えた半導体製造装置の制御方法であって、前記半導体製造装置は、プロセス処理を施す温度より低い温度で維持及び安定させるステップと、ウェハを保持するボートを炉内に投入するステップと、前記ウェハにプロセス処理を施す温度に上昇させるステップと、前記プロセス処理を施す温度に維持および安定させるステップと、前記プロセス処理を施す温度から炉内の温度を下降させるステップと、前記ボートを前記炉内より引き出すステップとを有し、一連のステップの処理が開始されるときに、運転スケジュールとして、予めプログラム的に設定されている時刻に沿って運転され、前記制御装置は、所定の出力パターンに基づく操作量を出力する手段と、前記演算に従った操作量と前記所定の出力パターンに基づく操作量とを選択切替する選択切替手段とを備え、前記プロセス処理を施す温度より低い温度で維持及び安定させるステップ及び前記プロセス処理を施す温度に維持および安定させるステップでは前記演算に従った操作量を前記制御対象に入力し、前記ボートを炉内に投入するステップが開始されると、前記演算に従った操作量から前記出力パターンに基づく操作量に選択切替して前記ボートを炉内に投入するボート投入前半は、前記プロセス処理を施す温度より低い温度に安定している時の前記演算に従った操作量より大きい操作量を前記制御対象に入力するようにし、前記ボートを炉内に投入するボート投入後半は、前記プロセス処理を施す温度より低い温度に安定している時の前記演算に従った操作量より小さい操作量を前記制御対象に入力するようにし、ボート投入後、前記出力パターンに基づく操作量の出力によって前記ボートの炉内への投入に起因する目標値と制御量との偏差が許容値まで軽減されると予定されている時刻に基づいて、前記出力パターンに基づく操作量から前記演算に従った操作量に選択切替して前記プロセス処理を施す温度より低い温度に安定している時の前記演算に従った操作量を前記制御対象に入力するようにし、前記ウェハにプロセス処理を施す温度に上昇させるステップでは、前記演算に従った操作量から前記出力パターンに基づく操作量に選択切替して前記プロセス処理を施す温度まで所定の時間かけて変動される場合、前記出力パターンに基づく操作量の出力によって前記温度の変動に起因する目標値と制御量との偏差が許容値まで軽減されると予定されている時刻に基づいて、前記出力パターンに基づく操作量から前記演算に従った操作量に選択切替して前記プロセス処理を施す温度に安定している時の前記演算に従った操作量を前記制御対象に入力するようにしたことを特徴とする。
【００３５】
また、本発明は、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制御装置を備えた半導体製造装置の制御方法であって、前記半導体製造装置は、プロセス処理を施す温度より低い温度で維持及び安定させるステップと、ウェハを保持するボートを炉内に投入するステップと、前記ウェハにプロセス処理を施す温度に上昇させるステップと、前記プロセス処理を施す温度に維持および安定させるステップと、前記プロセス処理を施す温度から炉内の温度を下降させるステップと、前記ボートを前記炉内より引き出すステップとを有し、前記制御装置は、所定の出力パターンに基づく操作量を出力する手段と、前記演算に従った操作量と前記所定の出力パターンに基づく操作量とを選択切替する選択切替手段とを備え、前記プロセス処理を施す温度より低い温度で維持及び安定させるステップ及び前記プロセス処理を施す温度に維持および安定させるステップでは前記演算に従った操作量を前記制御対象に入力し、前記ボートを炉内に投入するステップが開始されると、前記演算に従った操作量から前記出力パターンに基づく操作量に選択切替して前記ボートを炉内に投入するボート投入前半は、前記プロセス処理を施す温度より低い温度に安定している時の前記演算に従った操作量より大きい操作量を前記制御対象に入力するようにし、前記ボートを炉内に投入するボート投入後半は、前記プロセス処理を施す温度より低い温度に安定している時の前記演算に従った操作量より小さい操作量を前記制御対象に入力するようにし、ボート投入後、前記制御量が目標値に対する所定の許容範囲にあり、又は目標値と制御量の偏差が所定の許容範囲内にあり、かつ制御量、又は目標値と制御量との偏差の時間的変化率が所定の許容範囲内にある場合に、前記出力パターンに基づく操作量から前記演算に従った操作量に選択切替して前記プロセス処理を施す温度より低い温度に安定している時の前記演算に従った操作量を前記制御対象に入力するようにし、前記ウェハにプロセス処理を施す温度に上昇させるステップでは、前記演算に従った操作量から前記出力パターンに基づく操作量に選択切替し、前記制御量、又は前記目標値と制御量との偏差を検出し、前記制御量が目標値に対する所定の許容範囲内にあり、又は目標値と制御量の偏差が所定の許容範囲内にあり、かつ制御量、又は目標値と制御量との偏差の時間的変化率が所定の許容範囲内にある場合に、前記出力パターンに基づく操作量から前記演算に従った操作量に選択切替して前記プロセス処理を施す温度に安定している時の前記演算に従った操作量を前記制御対象に入力するようにしたことを特徴とする。
【００３６】
また、本発明は、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若しくは追従させる制御装置を備えた半導体製造装置であって、前記半導体製造装置は、プロセス処理を施す温度より低い温度で維持及び安定させる手段と、ウェハを保持するボートを炉内に投入する手段と、前記ウェハにプロセス処理を施す温度に上昇させる手段と、前記プロセス処理を施す温度に維持および安定させる手段と、前記プロセス処理を施す温度から炉内の温度を下降させる手段と、前記ボートを前記炉内より引き出す手段とを有し、前記制御装置は、所定の出力パターンに基づく操作量を出力する手段と、前記演算に従った操作量と前記所定の出力パターンに基づく操作量とを選択切替する選択切替手段とを備え、前記プロセス処理を施す温度より低い温度で維持及び安定させる手段及び前記プロセス処理を施す温度に維持および安定させる手段は前記演算に従った操作量を前記制御対象に入力し、前記ボートを炉内に投入する手段は、前記演算に従った操作量から前記出力パターンに基づく操作量に選択切替して前記ボートを炉内に投入するボート投入前半は、前記プロセス処理を施すより低い温度に安定している時の前記演算に従った操作量より大きい操作量を前記制御対象に入力するようにし、前記ボートを炉内に投入するボート投入後半は、前記プロセス処理を施すより低い温度に安定している時の前記演算に従った操作量より小さい操作量を前記制御対象に入力するようにし、ボート投入後、前記プロセス処理を施す温度より低い温度で安定したら前記出力パターンに基づく操作量から前記演算に従った操作量に選択切替して前記プロセス処理を施す温度より低い温度に安定している時の前記演算に従った操作量を前記制御対象に入力するようにし、前記ウェハにプロセス処理を施す温度に上昇させる手段は、前記演算に従った操作量から前記出力パターンに基づく操作量に選択切替して前記プロセス処理を施す温度より低い温度に安定している時の前記演算に従った操作量より大きい操作量を前記制御対象に入力した後、前記操作量を直線状に増加させ、その後、前記プロセス処理を施す温度より低い温度に安定している時の前記演算に従った操作量より小さい操作量を前記制御対象に入力するようにしたことを特徴とする。
【００３７】
また、本発明は、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制御装置を備えた半導体製造装置であって、前記半導体製造装置は、プロセス処理を施す温度より低い温度で維持及び安定させる手段と、ウェハを保持するボートを炉内に投入する手段と、前記ウェハにプロセス処理を施す温度に上昇させる手段と、前記プロセス処理を施す温度に維持および安定させる手段と、前記プロセス処理を施す温度から炉内の温度を下降させる手段と、前記ボートを前記炉内より引き出す手段とを有し、一連の手段の処理が開始されるときに、運転スケジュールとして、予めプログラム的に設定されている時刻に沿って運転され、前記制御装置は、所定の出力パターンに基づく操作量を出力する手段と、前記演算に従った操作量と前記所定の出力パターンに基づく操作量とを選択切替する選択切替手段とを備え、前記プロセス処理を施す温度より低い温度で維持及び安定させる手段及び前記プロセス処理を施す温度に維持および安定させる手段は前記演算に従った操作量を前記制御対象に入力し、前記ボートを炉内に投入する手段は、前記演算に従った操作量から前記出力パターンに基づく操作量に選択切替して前記ボートを炉内に投入するボート投入前半は、前記プロセス処理を施す温度より低い温度に安定している時の前記演算に従った操作量より大きい操作量を前記制御対象に入力するようにし、前記ボートを炉内に投入するボート投入後半は、前記プロセス処理を施す温度より低い温度に安定している時の前記演算に従った操作量より小さい操作量を前記制御対象に入力するようにし、ボート投入後、前記出力パターンに基づく操作量の出力によって前記ボートの炉内への投入に起因する目標値と制御量との偏差が許容値まで軽減されると予定されている時刻に基づいて、前記出力パターンに基づく操作量から前記演算に従った操作量に選択切替して前記プロセス処理を施す温度より低い温度に安定している時の前記演算に従った操作量を前記制御対象に入力するようにし、前記ウェハにプロセス処理を施す温度に上昇させる手段は、前記演算に従った操作量から前記出力パターンに基づく操作量に選択切替して前記プロセス処理を施す温度まで所定の時間かけて変動される場合、前記出力パターンに基づく操作量の出力によって前記温度の変動に起因する目標値と制御量との偏差が許容値まで軽減されると予定されている時刻に基づいて、前記出力パターンに基づく操作量から前記演算に従った操作量に選択切替して前記プロセス処理を施す温度に安定している時の前記演算に従った操作量を前記制御対象に入力するようにしたことを特徴とする。
【００３８】
また、本発明は、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制御装置を備えた半導体製造装置であって、前記半導体製造装置は、プロセス処理を施す温度より低い温度で維持及び安定させる手段と、ウェハを保持するボートを炉内に投入する手段と、前記ウェハにプロセス処理を施す温度に上昇させる手段と、前記プロセス処理を施す温度に維持および安定させる手段と、前記プロセス処理を施す温度から炉内の温度を下降させる手段と、前記ボートを前記炉内より引き出す手段とを有し、前記制御装置は、所定の出力パターンに基づく操作量を出力する手段と、前記演算に従った操作量と前記所定の出力パターンに基づく操作量とを選択切替する選択切替手段とを備え、前記プロセス処理を施す温度より低い温度で維持及び安定させる手段及び前記プロセス処理を施す温度に維持および安定させる手段は前記演算に従った操作量を前記制御対象に入力し、前記ボートを炉内に投入する手段は、前記演算に従った操作量から前記出力パターンに基づく操作量に選択切替して前記ボートを炉内に投入するボート投入前半は、前記プロセス処理を施す温度より低い温度に安定している時の前記演算に従った操作量より大きい操作量を前記制御対象に入力するようにし、前記ボートを炉内に投入するボート投入後半は、前記プロセス処理を施す温度より低い温度に安定している時の前記演算に従った操作量より小さい操作量を前記制御対象に入力するようにし、ボート投入後、前記制御量が目標値に対する所定の許容範囲にあり、又は目標値と制御量の偏差が所定の許容範囲内にあり、かつ制御量、又は目標値と制御量との偏差の時間的変化率が所定の許容範囲内にある場合に、前記出力パターンに基づく操作量から前記演算に従った操作量に選択切替して前記プロセス処理を施す温度より低い温度に安定している時の前記演算に従った操作量を前記制御対象に入力するようにし、前記ウェハにプロセス処理を施す温度に上昇させる手段は、前記演算に従った操作量から前記出力パターンに基づく操作量に選択切替し、前記制御量、又は前記目標値と制御量との偏差を検出し、前記制御量が目標値に対する所定の許容範囲内にあり、又は目標値と制御量の偏差が所定の許容範囲内にあり、かつ制御量、又は目標値と制御量との偏差の時間的変化率が所定の許容範囲内にある場合に、前記出力パターンに基づく操作量から前記演算に従った操作量に選択切替して前記プロセス処理を施す温度に安定している時の前記演算に従った操作量を前記制御対象に入力するようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３９】
以上に詳述したように、この発明によれば、制御対象内で所定の外乱が生じた場合あるいは目標値が所定の変動をした場合、速やかに制御量を目標値へ復帰維持させるか、あるいは制御量を目標値に追従させることができる出力パターンを予め設定し、所定の外乱あるいは目標値の変動に対応する所定の時刻から、フィードバック制御出力の代わりに操作量として出力し、さらに外乱及び目標値の変動に起因する偏差のうちの大部分が消去したとき、再びフィードバック制御出力を操作量として出力するようにしたため、制御対象から出力される制御量を迅速且つ正確に目標値へ変化させることができ、速やかに制御量を目標値へ復帰維持させるか、あるいは制御量を目標値に追従させることができ、プロセスのスループットを向上させることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下、この発明の実施の形態を半導体制御装置におけるプロセス制御方法に例をとり、図面を用いて説明する。
実施の形態１．
まず、この発明の実施の形態１におけるプロセス制御方法を用いた制御装置の構成について図１を使って説明する。図１は、実施の形態１の制御方法を実施する制御装置を示すブロック図である。図１において、図１２と同様の部分については同一の記号を付して説明する。
【００４１】
図１に示す目標設定器１０と制御対象１２は、図１２に示したものと同様であり、ここでの説明を省略する。制御装置１１Ａは、図１２に示した従来の制御装置と同様な部分として、減算器１３と積分演算器１４と比例演算器１５と微分演算器１６と加算器１７とを備え、更に特徴部分として、パターン発生器（図中はパターン発生と記す）１８と切替制御器（図中は切替制御と記す）２０とを備えている。
【００４２】
次に、図１に示した制御装置１１Ａの各部について具体的に説明する。図１２に示した従来の制御装置と同様な部分は説明を省略する。パターン発生器１８は、予め設定された出力パターンを予め設定された時刻に出力するものであり、出力パターンＨ２は、切替器１９の一方の入力端に入力されるようになっている。
【００４３】
ここで、「予め設定される出力パターン」とは、制御対象１２内で比較的大きな外乱が生じた場合、あるいは目標値Ａが大きくに変化した場合において、もっとも速やかに制御量Ｂを目標値Ａへ復帰維持させるか、あるいは制御量Ｂを目標値Ａに追従させることができる出力パターンを予め選択し入力したものであり、この実施の形態においては、比較的大きな外乱として、図１０や図１１に示した電気炉１内にボート２を投入した場合に発生する外乱を対象としている。また、目標値Ａが大きく変化する場合として、図１３にステップＳ３で示したように、電気炉１内の温度を徐々に上昇（あるいは下降）させるような場合を対象としている。
【００４４】
そして、パターン発生器１８には、これらの外乱及び目標値Ａの大きな変化に対して、上述した条件を満たす最適な出力パターンが、それぞれ実験的（あるいは経験的）に求められて設定される。この出力パターンの具体的形状例については、図６〜図９において後述する。
【００４５】
なお、パターン発生器１８に設定される出力パターンは、そのパターンを形成するためのデータを図示しないメモリ等に直接記憶させるようにしても良いし、あるいは、選択した出力パターンを簡単な関数で近似させ、その関数発生手段をソフトウエア等により構成して出力させるようにしても良い。後者のように出力パターンを関数近似させて出力するようにした場合は、パターン発生器１８の構成を簡素化することができる利点がある。
【００４６】
また、上述した、パターン発生器１８より出力パターンが出力される「予め設定された時刻」とは、制御対象１２への外乱や目標値Ａの急激な変化が発生するであろうと予定されている時刻であり、この実施の形態において、この時刻は、電気炉１内にボート２を投入する投入開始時刻と、そのボート投入後、電気炉１内の温度を上昇させて行く場合の上昇開始時刻であり、これら投入開始時刻と上昇開始時刻とは、半導体製造装置が運転され、一連の処理が開始されるときに、運転スケジュールとして、予めプログラム的に設定されている時刻である。
【００４７】
切替器１９は、加算器１７からのＰＩＤ演算に従って求められた仮の操作量Ｈ１とパターン発生器１８からの出力パターンＨ２のいずれかを、切替制御器２０からの制御出力Ｉにしたがって選択し、操作量Ｇとして出力するものである。
【００４８】
切替制御器２０は、制御出力Ｉを出力し切替器１９で行われる切替を制御するものである。
【００４９】
次に、実施の形態１の動作について、具体的に説明する。制御装置１１Ａでは、目標設定器１０から入力された目標値Ａと制御対象１２から出力された制御量Ｂが減算器１３に入力され、偏差Ｃが算出される。偏差Ｃは積分演算器１４と比例演算器１５と微分演算器１６と加算器１７によって（４）式にしたがってＰＩＤ演算され、仮操作量Ｈ１が出力される。一方、パターン発生器１８からは、予め設定された上述の時刻であるボート投入開始時刻（図６及び図７のｔ＝０）、又は電気炉の温度上昇開始時刻（図８及び図９のｔ＝０（ｍｉｎ））に予め設定されたパターン出力Ｈ２が出力される。
【００５０】
仮の操作量Ｈ１とパターン出力Ｈ２が切替器１９に入力され、切替器１９によって２つの入力のうちのいずれか一方が選択されて操作量Ｇが出力される。この操作量Ｇは、制御装置１１から出力され制御対象１２に入力される。切替制御器２０による切替器１９の選択の制御は、切替制御器２０から出力される制御出力Ｉによって行われる。そして、切替制御器２０から出力される制御出力Ｉは、例えば、図２に示される手順によって出力され、切替器１９にＨ１またはＨ２を選択させる。
【００５１】
ここで、図２に示される手順について説明する。図２において、ｔは現在時刻、ｔ0 は制御対象への外乱や目標値の急激な変化が発生するであろうと予定されている時刻（予定スケジュール時刻であり、図６等のｔ＝０に対応）である。ｔ1 は、制御対象への外乱や目標値の急激な変化が終了し、パターン発生器１８からの出力パターンに従った操作量を制御対象２に入力することによって、外乱その他に起因する偏差のうちの大部分が消去するであろうと予定されている時刻（図６等のｔ＝１０ｍｉｎ）であって、ｔ0 ＜ｔ1である。なお、この時刻ｔ1 は、この発明の実施の形態を用いることにより、外乱発生から安定状態に達するまでに所要する時間を実験的に求め、予定されている外乱等の発生時刻ｔ0 に加えたものである。
【００５２】
ステップＳ８は現在時刻ｔがｔ0 以後かどうかを判定する処理であり、現在時刻ｔがｔ0 以後ならばステップＳ９へ進み、現在時刻ｔがｔ0 以前ならばステップＳ１１へ進むようになっている。ステップＳ９は、現在時刻ｔがｔ1 以前かどうかを判定する処理であり、現在時刻がｔ1 以前ならばステップＳ１０へ進み、現在時刻がｔ1 以後ならばステップＳ１１へ進むようになっている。ステップＳ１０は、切替器１９にＨ２側を選択させる処理である。ステップＳ１１は、切替器１９にＨ１側を選択させる処理である。すなわち、切替器１９は時刻ｔ0 から時刻ｔ1 までＨ２側を選択し、それ以外の時刻でＨ１側を選択するようになっている。なお、切替制御器２０での制御を正確にするため、図２に示した処理は微少時間（例えば１秒）毎に周期的に繰り返し行われる。
【００５３】
実施の形態２．
以下、この発明の実施の形態２について説明する。実施の形態２は、この発明の制御方法を実施の形態１とは異なる構成を有する制御装置に適用した場合について説明するものである。図３は、実施の形態２に係る制御装置の構成を示すブロック図である。図１と同様の部分については同一の記号を付して説明する。
【００５４】
図３に示す目標設定器１０と制御対象１２は、図１に示したものと同様であり説明を省略する。制御装置１１Ｂは、図１に示した制御装置と同様な部分として、減算器１３と積分演算器１４と比例演算器１５と微分演算器１６と加算器１７とパターン発生器１８と切替器１９とを備え、更に特徴部分として、第２の切替制御器（図中は切替制御と記す）２１を備えている。
【００５５】
次に、図３に示した制御装置１１Ｂの各部について具体的に説明する。図１に示した制御装置１１Ａと同様な部分は説明を省略する。第２の切替制御器２１は、減算器１３からの偏差Ｃを入力し、偏差Ｃの状態によって異なる制御出力Ｉを出力し、切替器１９で行われる切替を制御するものである。
【００５６】
以下、実施の形態２の動作について説明する。制御装置１１Ｂでは、目標設定器１０から入力された目標値Ａと制御対象１２から出力された制御量Ｂが減算器１３に入力され、偏差Ｃが算出される。偏差Ｃは、積分演算器１４と比例演算器１５と微分演算器１６と加算器１７によって（４）式にしたがってＰＩＤ演算され、仮操作量Ｈ１が出力される。一方、パターン発生器１８からは、予め設定された時刻ｔ0 に予め設定されたパターン出力Ｈ２が出力される。
【００５７】
仮操作量Ｈ１とパターン出力Ｈ２は切替器１９に入力され、切替器１９によって２つのうちのいずれか一方が選択され操作量Ｇが出力される。そして、操作量Ｇは制御装置１１から出力され、制御対象１２に入力される。切替器１９の選択の制御は、偏差Ｃの状態によって変化する切替制御器２１から出力される制御出力Ｉによって行われる。切替制御器２１から出力される制御出力Ｉは、例えば図４に示す手順によって出力され、切替器１９にＨ１またＨ２を選択させる。
【００５８】
ここで図４に示す手順について説明する。図２と同様にｔは現在時刻、ｔ0 は上述したと同様、制御対象への外乱や目標値の急激な変化が発生するであろうと予定されている時刻である。ε1 は偏差Ｃに対する許容幅であり、この実施の形態では、例えば３°Ｃと定めている。ε2 は偏差Ｃの時間微分ｄＣ／ｄｔに対する許容幅であり、この実施の形態では、例えば１分当たり３°Ｃと定めている。図４において、ステップＳ８、ステップＳ１０、ステップＳ１１は図２で説明した処理と同様であるのでここでの説明を省略する。
【００５９】
ステップＳ１２は切替器１９の選択切替後の誤動作を防ぐための処理であり、具体的にはフラグオンが設定されているかどうかを判定する処理である。そしてフラグオンならばステップＳ１１へ進み、そうでなければステップＳ１３へ進むようになっている。ステップＳ１３は切替器１９が現在どちら側を選択しているかどうかを判定する処理であり、Ｈ２側である場合はステップＳ１４に進み、Ｈ１側である場合はステップＳ１０に進むようになっている。
【００６０】
ステップＳ１４は、偏差Ｃが許容幅ε1 以内であるかどうか判定する処理であり、偏差Ｃが許容幅ε1 以内である場合はステップ１４に進む、偏差Ｃが許容幅ε1 以内でない場合は、ステップ１０に進むようになっている。ステップＳ１５は、偏差Ｃの時間微分ｄＣ／ｄｔが許容幅ε2 以内であるかどうか判定する処理であり、ｄＣ／ｄｔが許容幅ε2 以内である場合は、ステップＳ１６に進み、ｄＣ／ｄｔが許容幅ε2 以内でない場合は、ステップＳ１０に進むようになっている。
【００６１】
ステップＳ１６は切替器１９の選択切替後の誤動作を防ぐための処理であり、具体的にはフラグオンを設定する処理である。図４に示した一連の処理、とくにステップＳ１４とステップＳ１５は、制御対象１２への比較的大きな外乱または目標値Ａの急激な変化が終了し、目標値Ａが時刻によって変化しないような場合あるいは目標値Ａが比較的緩やかに変化する場合に適用される。すなわちステップＳ１３によって切替器１９がＨ２を選択した後、パターン発生器１８からのパターン出力によって偏差の大部分が消去され、制御量Ｂが目標値Ａにある程度近づき、且つその変化量がある程度小さい場合のみ、再び切替器１９がＨ１を選択するようになっている。
【００６２】
そして、その後はフラグオンの設定のために切替器１９が再びＨ２を選択することはない。なお、切替制御器２１での制御を正確にするため、図４に示した処理は微少時間（例えば１秒）毎に周期的に繰り返し行わなければならない。
【００６３】
実施の形態３．
以下、この発明の実施の形態３について説明する。実施の形態３は、この発明の制御方法を実施の形態１及び２とは異なる構成を有する制御装置に適用した場合について説明するものである。図５は、実施の形態３に係る制御装置の構成を示すブロック図である。図１または図３と同様の部分については同一の記号を付して説明する。また、図５に示す目標設定器１０と制御対象１２は、図１に示したものと同様であり説明を省略する。
【００６４】
制御装置１１Ｃは、図３に示した制御装置と同様な部分として、減算器１３と比例演算器１５と微分演算器１６と加算器１７とパターン発生器１８と切替器１９と切替制御器２１とを備え、更に特徴部分として、プリセット積分演算器２２を備えている。
【００６５】
次に、図５に示した制御装置１１Ｃの各部について具体的に説明する。図１または図３に示した制御装置と同様な部分は説明を省略する。プリセット積分演算器２２は、一方の入力端２２ａに偏差Ｃが入力され、（１）式にしたがって求めた積分値Ｄを出力するが、他方の入力端２２ｂに切替制御器２１からの制御出力Ｉが入力され、切替制御器２１が切替器１９における入力端Ｈ２を選択してパターン発生器１８からの出力を制御対象１２に出力している間は、その選択に連動して積分値Ｄを予め設定されたプリセット値に再初期化され、切替器１９の切替直後は、そのプリセット値を出力するものである。
【００６６】
次に、実施の形態３の動作について説明する。図５に示した制御装置１１Ｃでは、目標設定器１０から入力された目標値Ａと制御対象１２から出力された制御量Ｂとが減算器１３に入力され、偏差Ｃが算出される。偏差Ｃは、プリセット積分演算器２２と比例演算器１５と微分演算器１６と加算器１７によって（４）式に従ってＰＩＤ演算され、仮操作量Ｈ１が出力される。あるいは切替制御器２１からの制御出力Ｉによってプリセット積分演算器２２から予め定められたプリセット値が出力されるため、そのプリセット値と比例値Ｅと微分値Ｆの和が仮操作量Ｈ１として出力される。一方、パターン発生器１８からは、予め設定された時刻ｔ0 に予め設定されたパターン出力Ｈ２が出力される。
【００６７】
仮の操作量Ｈ１とパターン出力Ｈ２は切替器１９に入力され、切替器１９によって２つのうちの一方が選択され操作量Ｇが出力される。そして、操作量Ｇは制御装置１１Ｃから出力され、制御対象１２に入力される。切替器１９の選択の制御およびプリセット積分演算器２２のプリセット制御は、偏差Ｃの状態によって変化する切替制御器２１からの制御出力Ｉによって行われる。切替器１９が入力端Ｈ１を選択している間、プリセット積分演算器２２は（１）式に従って積分演算を行い、切替器１９が入力端Ｈ２を選択している間、プリセット積分演算器２２は再初期化を行いプリセット値を出力する。
【００６８】
プリセット積分演算器２２で予め設定されるプリセット値は、制御対象１２内で生じる所定の外乱あるいは目標値Ａの所定の変化が終わった後、目標値Ａが特定温度に維持される場合、制御量Ｂが目標値Ａに復帰し安定状態になったとき、定常偏差を取り除くために、制御装置１１Ｃが出力していなければならない値、すなわち定常時のプリセット積分演算器２２の出力に対応する値であり、図示しないメモリ等に記憶させた値である。このプリセット値は、制御対象１２に対して出力パターンと同様、実験的に求められる。
【００６９】
ところで、実験的に求められた出力パターンを同種の制御対象に一般的に用いようとした場合は、各制御対象について、ハード的なばらつきに起因する誤差が生じる。そこで、このばらつきを解消するため、各制御対象のばらつきに応じて、プリセット値を実験的に求めて加減するように設定すれば、同じ出力パターンを複数の同種の制御対象に用いる場合の修正を容易に行うことができ、出力パターンを同種の制御対象に用いるための一般化が容易となる。なお、各制御対象のばらつきに対するプリセット値の加減量は２〜３％以内に収まる。
【００７０】
そして、所定の外乱あるいは目標値Ａの所定の変化がほぼ終わると、切替器１９は入力端Ｈ１を選択しＰＩＤ演算による帰還制御を行うが、その際プリセット積分演算器２２をその値にプリセットしておくと、速やかに制御装置１１Ｃの出力が定常安定時の出力に近い値となり、その結果、速やかに制御量Ｂを目標値Ａへ復帰維持させることができる。
【００７１】
パターン発生器１８からの出力パターンは、パターン発生器１８の簡素化を図るため、選択した出力パターンを簡単な関数で近似できる。例えば、図４に示した切替制御手順をおこなう切替制御器２１を有する、図５に示した構成の制御装置を用い、図１０に示した構成の半導体製造装置で行われる図１３で示した温度制御手順のうちのステップＳ２の処理で温度制御を行う場合においては、パターン発生器１８からの出力パターンに０次関数またはそれらの合成関数を用いるようにしても良い。
【００７２】
以上に説明した実施の形態における具体的な動作結果を図６乃至図９において説明する。図６及び図７は所定の外乱に対する動作結果を示すもので、図６は炉内温度のふるまいを示す図、図７はそのときの操作量（出力パターン形状）Ｇを電力パラメータとして示す図である。図６において、Ｔ0 はステップＳ２の処理において維持すべき温度（例えば５００°Ｃ）である。図６と図７において、Ｈ１、Ｈ２は切替器１９がＨ１側を選択しているか、Ｈ２側を選択しているかを示している。
【００７３】
図７に示すように、出力パターン形状（操作量Ｇ）はボート投入前半においてＬ１（定数）を、ボート投入後半においてＬ２（定数）を出力するようになっている。この場合Ｌ１は、定常時に比べて大きな値を有する矩形状となっており、一方、Ｌ２は、定常時に比べて小さく、Ｌ１の高さの５分の１程度定常時より負側に突出する矩形状となっている。
【００７４】
そして、このとき、図６より明らかなように、ボート投入後炉内温度がＴ0 （５００°Ｃ）に復帰し、且つ安定状態を得るまでの時間は、従来を示す図１４（図６の点線に相当する）の場合が約３０分であったのに対し、この発明による場合は約１５分となっており、およそ半分程度短くなっている。また、外乱による、定常時からの下降の程度も、従来がＴｂ（３５０°Ｃ）であるのに対してこの発明の場合はＴｃ（４００°Ｃ）となっており、さらに、オーバーシュート量でも、従来がＴａ（５５０°Ｃ）であるのに対して、この発明の場合はほとんどオーバーシュート量が認められないまで大幅に改善されている。
【００７５】
また、図８及び図９は目標値の所定の変動に対する動作結果を示すもので、図８は炉内温度のふるまいを示す図、図９はそのときの操作量（出力パターン形状）Ｇを電力パラメータとして示す図である。図８において、炉内温度目標値をＴ0 からＴ1 におよそ３５分の所要時間で変動させるとき、操作量である出力パターンは、図９の（ａ）のような形状が用いられる。
【００７６】
図９（ａ）の出力パターンはｔ＝０において、定数Ｌ１を４分ほど出力させた後（ａ１部）、直線状に増加する形状出力（ｂ１部）を３０分程度出力させ、その後、初期（ｔ＝０以前）の定常値より小さな操作量Ｌ２を４分ほど出力させる（ｃ１部）ような形状となっている。
【００７７】
この場合、炉内温度が目標値に達するまで、従来ではおよそ６０分必要であったところが、およそ４５分程度に短縮され、またオーバーシュートの量も若干低く抑えられていることが明らかである。
【００７８】
なお、上述した目標値の変動において使用される出力パターンは、一例に過ぎず、例えば、図９（ｂ）に示すような出力パターンを用いることもできる。この場合の出力パターンは、定数Ｌ１に急峻に立ちあげられ、その後曲線状に下降する形状部ａ２部と、その後直線状に増加する部分ｂ２と、その後、（ａ）の場合と同様、初期の定常値より小さな操作量Ｌ２を約４分ほど出力させる（ｃ２）のような形状となっている。
【００７９】
以上は、この発明を半導体製造装置の温度制御プロセスに適用した場合について説明したが、この発明の制御方法の有用性は他のプロセス制御一般にも適用できることは自明である。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】この発明の実施の形態１を示すブロック図である。
【図２】切替制御器２０で行われる切替制御手順を表すフローチャートである。
【図３】この発明の実施の形態２を示すブロック図である。
【図４】切替制御器２１で行われる切替制御手順を表すフローチャートである。
【図５】この発明の実施の形態３を示すブロック図である。
【図６】この発明の実施の形態によるステップＳ２での温度変化を表す図である。
【図７】この発明の実施の形態によるステップＳ２での操作量の変化を表す図である。
【図８】この発明の実施の形態において、目標値の変動による動作を示す図である。
【図９】目標値の変動に対する出力パターンを示す図である。
【図１０】半導体製造装置の第１の構成例を示す概略図である。
【図１１】半導体製造装置の第２の構成例を示す概略図である。
【図１２】従来技術を示すブロック図である。
【図１３】半導体製造装置で行われる温度制御手順を表すフローチャートである。
【図１４】図１３におけるステップＳ２での温度変化を表す図である。
【符号の説明】
【００８１】
１０  目標設定器
１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ  制御装置
１２  制御対象
１３  減算器
１４  積分演算（器）
１５  比例演算（器）
１６  微分演算（器）
１７  加算器
１８  パターン発生器
１９  切替器
２０  切替制御（器）
【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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