(57)【要約】【課題】熱源の応答遅れを考慮して被加熱体の温度制御を高いリアルタイム性で高精度に実行する。【解決手段】熱処理装置１は、半導体基板を加熱する加熱装置２と、この加熱装置２に対して半導体基板の温度制御を行う制御装置３とを備える。制御装置３は、プレフィルター４、フィードフォワード制御器５、フィードバック制御器６、減算器８および加算器７を備える。フィードフォワード制御器５は加熱装置２の逆システムで構成される。フィードフォワード制御器５はプレフィルター４から目標温度ＴＲＥＦを入力として受けて供給電力量ＰＦＦを算出し、フィードバック制御器６は、減算器８から、半導体基板の測定温度Ｔｍと目標温度ＴＲＥＦとの温度差ΔＴを入力に受けて補正量ΔＰを算出する。加算器７は、フィードフォワード制御器５から入力した供給電力量ＰＦＦと補正量ΔＰとを加算して得た供給電力量ＰＩＮの値を加熱装置２に供給する。【選択図】　　　　図１
2004063670.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給エネルギーに応じて熱線を発生させて被加熱体に輻射する熱源の放射エネルギーを制御する制御装置であって、
単位時間当たりの放射エネルギーの量の時間変化率が、当該放射エネルギーの量と前記供給エネルギーの量との差に比例し、且つ前記放射エネルギーの量に関する非線形関数に比例するという熱源の数学的モデルを用い、当該数学的モデルの前記放射エネルギーの量を、前記熱源から輻射されるべき単位時間当たりの目標放射エネルギーとみなして入力とし、前記供給エネルギーの量を算出する第１フィードフォワード制御部、
を備え、
算出された前記供給エネルギーの量に応じた制御指令値を発生することを特徴とする制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の制御装置であって、前記数学的モデルにおいて前記非線形関数は前記放射エネルギーの量に関する一次関数の３／４乗で表現される、制御装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の制御装置であって、
前記被加熱体の温度の時間変化率が、前記温度に関する４次関数と単位時間当たりの放射エネルギーの量に関する１次関数との和で表現される数学的モデルを用い、当該数学的モデルの前記温度を前記被加熱体の目標温度とみなして入力とし、当該数学的モデルの前記放射エネルギーの量を前記目標放射エネルギーの量とみなして算出し前記第１フィードフォワード制御部に出力する第２フィードフォワード制御部、
を更に備える制御装置。
【請求項４】
請求項３記載の制御装置であって、
前記被加熱体の測定温度と当該被加熱体の目標温度との間の差分値を入力とし、前記測定温度を前記目標温度に近づけるために前記供給エネルギーの量を補償する補正量を算出するフィードバック制御部と、
前記第１フィードフォワード制御部から出力された前記供給エネルギーの量に前記フィードバック制御部から出力された前記補正量を加算する加算部と、
を更に備え、
前記加算部での加算結果に基づいて前記制御指令値を発生する制御装置。
【請求項５】
請求項１〜３の何れか１項に記載の制御装置であって、
前記被加熱体の測定温度と当該被加熱体の目標温度との間の差分値を入力とし、前記測定温度を前記目標温度に近づけるために前記供給エネルギーの量を補償する第１補正量を算出するフィードバック制御部と、
請求項１または請求項２記載の前記第１フィードフォワード制御部の構成と同一構成を有し、前記第１補正量を入力として第２補正量を算出する第３フィードフォワード制御部と、
前記第１フィードフォワード制御部から出力された前記供給エネルギーの量に前記第３フィードフォワード制御部から出力された前記第２補正量を加算する加算部と、
を備え、
前記加算部での加算結果に基づいて前記制御指令値を発生する制御装置。
【請求項６】
請求項１または請求項２記載の制御装置であって、
前記被加熱体の温度の時間変化率が、前記温度に関する４次関数と単位時間当たりの放射エネルギーの量に関する１次関数との和で表現される数学的モデルを用い、当該数学的モデルの前記温度を前記被加熱体の目標温度とみなして入力とし、当該数学的モデルの前記放射エネルギーの量を前記目標放射エネルギーの量とみなして算出する第２フィードフォワード制御部と、
前記被加熱体の測定温度と当該被加熱体の目標温度との間の差分値を入力とし、前記測定温度を前記目標温度に近づけるために前記目標放射エネルギーの量を補償する補正量を算出するフィードバック制御部と、
前記第２フィードフォワード制御部から出力された前記目標放射エネルギーの量に前記フィードバック制御部から出力された前記補正量を加算して前記第１フィードフォワード制御部へ出力する加算部と、
を備える制御装置。
【請求項７】
基板を加熱する熱処理装置であって、
供給電力に応じて熱線を発生させて前記基板に輻射する熱源と、
請求項３記載の制御装置と、
前記制御装置から出力された供給エネルギーの量に相当する電力を前記熱源へ供給する給電部と、
を備えることを特徴とする熱処理装置。
【請求項８】
基板を加熱する熱処理装置であって、
供給電力に応じて熱線を発生させて前記基板に輻射する熱源と、
前記基板の温度を測定する温度測定器と、
請求項４〜６の何れか１項に記載の制御装置と、
前記制御装置から出力された供給エネルギーの量に相当する電力を前記熱源へ供給する給電部と、
を備えることを特徴とする熱処理装置。
【請求項９】
供給エネルギーに応じて熱線を発生させて被加熱体に輻射する熱源の放射エネルギーを制御する制御方法であって、
（ａ）前記熱源から輻射されるべき単位時間当たりの目標放射エネルギーを算出する工程と、
（ｂ）単位時間当たりの放射エネルギーの量の時間変化率が、当該放射エネルギーの量と前記供給エネルギーの量との差に比例し、且つ前記放射エネルギーの量に関する非線形関数に比例するという熱源の数学的モデルを用い、当該数学的モデルの前記放射エネルギーの量を前記目標放射エネルギーとみなして入力とし、前記供給エネルギーの量を算出する第１フィードフォワード制御工程と、
を備え、
算出された前記供給エネルギーの量に応じた制御指令値を発生することを特徴とする制御方法。
【請求項１０】
請求項９記載の制御方法であって、前記第１フィードフォワード工程（ｂ）で用いる前記数学的モデルにおいて、前記非線形関数は前記目標放射エネルギーの量に関する一次関数の３／４乗で表現される、制御方法。
【請求項１１】
請求項９または請求項１０記載の制御方法であって、
前記工程（ａ）は、
前記被加熱体の温度の時間変化率が、前記温度に関する４次関数と単位時間当たりの放射エネルギーの量に関する１次関数との和で表現される数学的モデルを用い、当該数学的モデルの前記温度を前記被加熱体の目標温度とみなして入力とし、当該数学的モデルの前記放射エネルギーの量を前記目標放射エネルギーの量とみなして算出する第２フィードフォワード制御工程を備える、
制御方法。
【請求項１２】
請求項１１記載の制御方法であって、
（ｃ）前記被加熱体の測定温度と当該被加熱体の目標温度との間の差分値を算出する工程と、
（ｄ）前記工程（ｃ）で算出された前記差分値を入力とし、前記測定温度を前記目標温度に近づけるために前記供給エネルギーの量を補償する補正量を算出するフィードバック制御工程と、
（ｅ）前記第１フィードフォワード制御工程（ｂ）で算出された前記供給エネルギーの量に、前記フィードバック制御工程（ｄ）で算出された前記補正量を加算する工程と、
を更に備え、
前記工程（ｅ）での加算結果に基づいて前記制御指令値を発生する制御方法。
【請求項１３】
請求項９〜１１の何れか１項に記載の制御方法であって、（ｃ）前記被加熱体の測定温度と当該被加熱体の目標温度との間の差分値を算出する工程と、
（ｄ）前記工程（ｃ）で算出された前記差分値を入力とし、前記測定温度を前記目標温度に近づけるために前記供給エネルギーの量を補償する第１補正量を算出するフィードバック制御工程と、
（ｅ）上記請求項９または請求項１０記載の前記第１フィードフォワード制御工程（ｂ）の前記数学的モデルを用い、当該数学的モデルの前記放射エネルギーの量を前記第１補正量とみなして入力とし、当該数学的モデルの前記供給エネルギーの量を第２補正量とみなして算出する第３フィードフォワード制御工程と、
（ｆ）前記第１フィードフォワード制御工程（ｂ）で算出された前記供給エネルギーの量に、前記第３フィードフォワード制御工程（ｅ）で算出された前記第２補正量を加算する工程と、
を備え、
前記工程（ｆ）での加算結果に基づいて前記制御指令値を発生する制御方法。
【請求項１４】
請求項９または請求項１０記載の制御方法であって、前記工程（ａ）は、
（ａ−１）前記被加熱体の温度の時間変化率が、前記温度に関する４次関数と単位時間当たりの放射エネルギーの量に関する１次関数との和で表現される数学的モデルを用い、当該数学的モデルの前記温度を前記被加熱体の目標温度とみなして入力とし、当該数学的モデルの前記放射エネルギーの量を前記目標放射エネルギーの量とみなして算出する第２フィードフォワード制御工程と、
（ａ−２）前記被加熱体の測定温度と当該被加熱体の目標温度との間の差分値を算出する工程と、
（ａ−３）前記工程（ａ−２）で算出された前記差分値を入力とし、前記測定温度を前記目標温度に近づけるために前記目標放射エネルギーの量を補償する補正量を算出するフィードバック制御工程と、
（ａ−４）前記第２フィードフォワード制御工程（ａ−１）で算出された前記目標放射エネルギーの量に、前記フィードバック制御工程（ａ−３）で算出された前記補正量を加算して出力する工程と、
を備えており、
前記第１フィードフォワード制御工程（ｂ）は、前記工程（ａ−４）において前記補正量を加算された前記目標放射エネルギーの量を入力として前記供給エネルギーの量を算出する工程を備える、
制御方法。
【請求項１５】
基板を加熱する熱処理方法であって、
（ａ）熱源に電力を供給して熱線を発生させて前記基板に輻射させる工程と、
（ｂ）請求項１１記載の制御方法に従って供給エネルギーの量を算出する工程と、
（ｃ）前記工程（ｂ）で算出された前記供給エネルギーの量に相当する電力を前記熱源へ供給する工程と、
を備えることを特徴とする熱処理方法。
【請求項１６】
基板を加熱する熱処理方法であって、
（ａ）熱源に電力を供給して熱線を発生させて前記基板に輻射させる工程と、
（ｂ）前記基板の温度（以下、測定温度と呼ぶ。）を測定する工程と、
（ｃ）前記工程（ｂ）で測定された前記測定温度を用いて、請求項１２〜１４の何れか１項に記載の制御方法に従って供給エネルギーの量を算出する工程と、
（ｄ）前記工程（ｃ）で算出された前記供給エネルギーの量に相当する電力を前記熱源へ供給する工程と、
を備えることを特徴とする熱処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、赤外線ランプなどの熱源が発した熱線で加熱される被加熱体の温度制御を実現する制御装置および制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、半導体製造工程では、シリコン基板上面の熱酸化膜の形成工程や、シリコン基板に打ち込んだ不純物の拡散工程およびその活性化工程などのために熱処理が行われる。この熱処理は、赤外線ランプなどの熱源が発した熱線をシリコン基板に輻射することで行われ、その熱源の発熱量は、シリコン基板の測定温度を利用したフィードバック制御機構によって制御されていた。このフィードバック制御機構は、シリコン基板の測定温度波形と目標温度波形との間にズレがある場合に動作し、そのズレを補正すべく熱源に供給する電力量を調整するものである。
【０００３】
しかしながら、赤外線ランプなどの熱源は、電力を供給された時から、その供給電力量に相当する熱線を輻射する時までに大きな応答遅れ（時間遅れ）を生じさせるときがある。このときに、フィードバック制御のループ時間（１回の制御ループに必要な時間）が大きくなり、シリコン基板の実際の温度波形とその目標温度波形との間のズレを高速で精度良く補正するのが難しくなるという問題がある。
【０００４】
図７に、熱源の応答遅れを説明するためのグラフを示す。このグラフの横軸は経過時間（ｔ）を示し、その縦軸はシリコン基板の温度（Ｔ）を示している。実線で示す曲線が目標温度波形を、１点鎖線で示す曲線がシリコン基板の測定温度波形を、それぞれ表している。このグラフによれば、測定温度が急峻に変化する時、すなわち昇温開始時と昇温終了時とに、シリコン基板の温度が目標温度に遅れて変化していることが分かる。このように、従来の単純なフィードバック制御機構だけでは、シリコン基板の温度を目標温度に一致させるために熱源の放射熱量を精度良く制御することは難しい。
【０００５】
そして、このような問題は、半導体基板のみならず、液晶表示装置用のガラス基板などの精密電子装置用の回路基板やその他の被加熱体について、精密な加熱制御が必要となる場面で共通の問題となっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
以上の問題などに鑑みて本発明が解決しようとするところは、熱源の応答遅れを考慮して、被加熱体の温度制御を高いリアルタイム性で精度良く実行し得る制御装置および制御方法並びに熱処理装置および熱処理方法を提供する点にある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、供給エネルギーに応じて熱線を発生させて被加熱体に輻射する熱源の放射エネルギーを制御する制御装置であって、単位時間当たりの放射エネルギーの量の時間変化率が、当該放射エネルギーの量と前記供給エネルギーの量との差に比例し、且つ前記放射エネルギーの量に関する非線形関数に比例するという熱源の数学的モデルを用い、当該数学的モデルの前記放射エネルギーの量を、前記熱源から輻射されるべき単位時間当たりの目標放射エネルギーとみなして入力とし、前記供給エネルギーの量を算出する第１フィードフォワード制御部、を備え、算出された前記供給エネルギーの量に応じた制御指令値を発生することを特徴としている。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の制御装置であって、前記数学的モデルにおいて前記非線形関数は前記放射エネルギーの量に関する一次関数の３／４乗で表現されるものである。
【０００９】
請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２記載の制御装置であって、前記被加熱体の温度の時間変化率が、前記温度に関する４次関数と単位時間当たりの放射エネルギーの量に関する１次関数との和で表現される数学的モデルを用い、当該数学的モデルの前記温度を前記被加熱体の目標温度とみなして入力とし、当該数学的モデルの前記放射エネルギーの量を前記目標放射エネルギーの量とみなして算出し前記第１フィードフォワード制御部に出力する第２フィードフォワード制御部、を更に備えるものである。
【００１０】
請求項４に係る発明は、請求項３記載の制御装置であって、前記被加熱体の測定温度と当該被加熱体の目標温度との間の差分値を入力とし、前記測定温度を前記目標温度に近づけるために前記供給エネルギーの量を補償する補正量を算出するフィードバック制御部と、前記第１フィードフォワード制御部から出力された前記供給エネルギーの量に前記フィードバック制御部から出力された前記補正量を加算する加算部と、を更に備え、前記加算部での加算結果に基づいて前記制御指令値を発生するものである。
【００１１】
請求項５に係る発明は、請求項１〜３の何れか１項に記載の制御装置であって、前記被加熱体の測定温度と当該被加熱体の目標温度との間の差分値を入力とし、前記測定温度を前記目標温度に近づけるために前記供給エネルギーの量を補償する第１補正量を算出するフィードバック制御部と、請求項１または請求項２記載の前記第１フィードフォワード制御部の構成と同一構成を有し、前記第１補正量を入力として第２補正量を算出する第３フィードフォワード制御部と、前記第１フィードフォワード制御部から出力された前記供給エネルギーの量に前記第３フィードフォワード制御部から出力された前記第２補正量を加算する加算部と、を備え、前記加算部での加算結果に基づいて前記制御指令値を発生するものである。
【００１２】
請求項６に係る発明は、請求項１または請求項２記載の制御装置であって、前記被加熱体の温度の時間変化率が、前記温度に関する４次関数と単位時間当たりの放射エネルギーの量に関する１次関数との和で表現される数学的モデルを用い、当該数学的モデルの前記温度を前記被加熱体の目標温度とみなして入力とし、当該数学的モデルの前記放射エネルギーの量を前記目標放射エネルギーの量とみなして算出する第２フィードフォワード制御部と、前記被加熱体の測定温度と当該被加熱体の目標温度との間の差分値を入力とし、前記測定温度を前記目標温度に近づけるために前記目標放射エネルギーの量を補償する補正量を算出するフィードバック制御部と、前記第２フィードフォワード制御部から出力された前記目標放射エネルギーの量に前記フィードバック制御部から出力された前記補正量を加算して前記第１フィードフォワード制御部へ出力する加算部と、を備えるものである。
【００１３】
次に、請求項７に係る発明は、基板を加熱する熱処理装置であって、供給電力に応じて熱線を発生させて前記基板に輻射する熱源と、請求項３記載の制御装置と、前記制御装置から出力された供給エネルギーの量に相当する電力を前記熱源へ供給する給電部と、を備えることを特徴としている。
【００１４】
請求項８に係る発明は、基板を加熱する熱処理装置であって、供給電力に応じて熱線を発生させて前記基板に輻射する熱源と、前記基板の温度を測定する温度測定器と、請求項４〜６の何れか１項に記載の制御装置と、前記制御装置から出力された供給エネルギーの量に相当する電力を前記熱源へ供給する給電部と、を備えることを特徴としている。
【００１５】
次に、請求項９に係る発明は、供給エネルギーに応じて熱線を発生させて被加熱体に輻射する熱源の放射エネルギーを制御する制御方法であって、（ａ）前記熱源から輻射されるべき単位時間当たりの目標放射エネルギーを算出する工程と、（ｂ）単位時間当たりの放射エネルギーの量の時間変化率が、当該放射エネルギーの量と前記供給エネルギーの量との差に比例し、且つ前記放射エネルギーの量に関する非線形関数に比例するという熱源の数学的モデルを用い、当該数学的モデルの前記放射エネルギーの量を前記目標放射エネルギーとみなして入力とし、前記供給エネルギーの量を算出する第１フィードフォワード制御工程と、を備え、算出された前記供給エネルギーの量に応じた制御指令値を発生することを特徴とするものである。
【００１６】
請求項１０に係る発明は、請求項９記載の制御方法であって、前記第１フィードフォワード工程（ｂ）で用いる前記数学的モデルにおいて、前記非線形関数は前記目標放射エネルギーの量に関する一次関数の３／４乗で表現されるものである。
【００１７】
請求項１１に係る発明は、請求項９または請求項１０記載の制御方法であって、前記工程（ａ）は、前記被加熱体の温度の時間変化率が、前記温度に関する４次関数と単位時間当たりの放射エネルギーの量に関する１次関数との和で表現される数学的モデルを用い、当該数学的モデルの前記温度を前記被加熱体の目標温度とみなして入力とし、当該数学的モデルの前記放射エネルギーの量を前記目標放射エネルギーの量とみなして算出する第２フィードフォワード制御工程を備えるものである。
【００１８】
請求項１２に係る発明は、請求項１１記載の制御方法であって、（ｃ）前記被加熱体の測定温度と当該被加熱体の目標温度との間の差分値を算出する工程と、（ｄ）前記工程（ｃ）で算出された前記差分値を入力とし、前記測定温度を前記目標温度に近づけるために前記供給エネルギーの量を補償する補正量を算出するフィードバック制御工程と、（ｅ）前記第１フィードフォワード制御工程（ｂ）で算出された前記供給エネルギーの量に、前記フィードバック制御工程（ｄ）で算出された前記補正量を加算する工程と、を更に備え、前記工程（ｅ）での加算結果に基づいて前記制御指令値を発生するものである。
【００１９】
請求項１３に係る発明は、請求項９〜１１の何れか１項に記載の制御方法であって、（ｃ）前記被加熱体の測定温度と当該被加熱体の目標温度との間の差分値を算出する工程と、（ｄ）前記工程（ｃ）で算出された前記差分値を入力とし、前記測定温度を前記目標温度に近づけるために前記供給エネルギーの量を補償する第１補正量を算出するフィードバック制御工程と、（ｅ）上記請求項９または請求項１０記載の前記第１フィードフォワード制御工程（ｂ）の前記数学的モデルを用い、当該数学的モデルの前記放射エネルギーの量を前記第１補正量とみなして入力とし、当該数学的モデルの前記供給エネルギーの量を第２補正量とみなして算出する第３フィードフォワード制御工程と、（ｆ）前記第１フィードフォワード制御工程（ｂ）で算出された前記供給エネルギーの量に、前記第３フィードフォワード制御工程（ｅ）で算出された前記第２補正量を加算する工程と、を備え、前記工程（ｆ）での加算結果に基づいて前記制御指令値を発生するものである。
【００２０】
請求項１４に係る発明は、請求項９または請求項１０記載の制御方法であって、前記工程（ａ）は、（ａ−１）前記被加熱体の温度の時間変化率が、前記温度に関する４次関数と単位時間当たりの放射エネルギーの量に関する１次関数との和で表現される数学的モデルを用い、当該数学的モデルの前記温度を前記被加熱体の目標温度とみなして入力とし、当該数学的モデルの前記放射エネルギーの量を前記目標放射エネルギーの量とみなして算出する第２フィードフォワード制御工程と、（ａ−２）前記被加熱体の測定温度と当該被加熱体の目標温度との間の差分値を算出する工程と、（ａ−３）前記工程（ａ−２）で算出された前記差分値を入力とし、前記測定温度を前記目標温度に近づけるために前記目標放射エネルギーの量を補償する補正量を算出するフィードバック制御工程と、（ａ−４）前記第２フィードフォワード制御工程（ａ−１）で算出された前記目標放射エネルギーの量に、前記フィードバック制御工程（ａ−３）で算出された前記補正量を加算して出力する工程と、を備えており、前記第１フィードフォワード制御工程（ｂ）は、前記工程（ａ−４）において前記補正量を加算された前記目標放射エネルギーの量を入力として前記供給エネルギーの量を算出する工程を備えるものである。
【００２１】
次に、請求項１５に係る発明は、基板を加熱する熱処理方法であって、（ａ）熱源に電力を供給して熱線を発生させて前記基板に輻射させる工程と、（ｂ）請求項１１記載の制御方法に従って供給エネルギーの量を算出する工程と、（ｃ）前記工程（ｂ）で算出された前記供給エネルギーの量に相当する電力を前記熱源へ供給する工程と、を備えることを特徴としている。
【００２２】
そして、請求項１６に係る発明は、基板を加熱する熱処理方法であって、（ａ）熱源に電力を供給して熱線を発生させて前記基板に輻射させる工程と、（ｂ）前記基板の温度（以下、測定温度と呼ぶ。）を測定する工程と、（ｃ）前記工程（ｂ）で測定された前記測定温度を用いて、請求項１２〜１４の何れか１項に記載の制御方法に従って供給エネルギーの量を算出する工程と、（ｄ）前記工程（ｃ）で算出された前記供給エネルギーの量に相当する電力を前記熱源へ供給する工程と、を備えることを特徴としている。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の種々の実施形態について説明する。
【００２４】
第１の実施形態．
図１は、本発明の第１の実施形態に係る熱処理装置１を示す機能ブロック図である。この熱処理装置１は、半導体基板などの被加熱体を加熱する加熱装置２と、この加熱装置２に対して被加熱体の温度制御を行う制御装置３とを備えて構成されている。この熱処理装置１は、数十秒という短時間で半導体基板を急速に加熱するＲＴＰ（急速加熱処理；Ｒａｐｉｄ　Ｔｈｅｒｍａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓ）を実行することが可能である。
【００２５】
図２は、加熱装置（ランプアニール装置）２を示す概略断面図である。この加熱装置２は、石英製または金属製のチャンバ（筐体）１０の内部に、赤外線ランプなどの熱源１１，１１，…の複数個からなる配列を収納する熱源収納部１９Ｌと、被加熱体である略円形の半導体基板（ウェハー）１５に熱処理を施す反応室１９Ｒとを備えている。熱源収納部１９Ｌと反応室１９Ｒとの間は、石英板１２によって空間的に遮断されている。反応室１９Ｒにおいては、搬入された半導体基板１５が、環状に形成された支持リング１３Ａ，１３Ｂによって下方から水平状態に支持されている。更に、回転シリンダー１４Ａ，１４Ｂがそれら支持リング１３Ａ，１３Ｂを下方から支持しており、回転シリンダー１４Ａ，１４Ｂを駆動機構（図示せず）によって回転させることで、半導体基板１５を略水平面内で回転させることが可能である。また、半導体基板１５の下方には、熱線を反射して反応室１９Ｒの内部温度を均一にするためにアルミニウムなどの反射板９が設けられている。更にこの反射板９の下方のチャンバ１０の外部に、温度測定器１６が設けられている。この温度測定器１６は、反射板９の中央に開けた孔部９ｈを通過して到達する赤外線の量を計測し半導体基板１５の温度Ｔｍを非接触で測定するものである。尚、図示しないが、反応室１９Ｒにガスを導入する機構や、反応室１９Ｒに導入したガスを排出する機構なども設けられている。
【００２６】
また、前記加熱装置２は、チャンバ１０の外部に給電部１７を備えている。この給電部１７は、図１に示す制御装置３から与えられた供給電力量ＰＩＮに相当する電力１８を熱源収納部１９Ｌの熱源１１，１１，…に供給するものである。熱源１１，１１，…は、給電部１７から供給された電力１８に応じた放射量の熱線（赤外線）を発生させ、下方に輻射する。その熱線は、石英板１２を介して反応室１９Ｒの内部に放射され、半導体基板１５を加熱する。そして、温度測定器１６は、半導体基板１５の裏面から発せられた赤外線の量を計測し、半導体基板１５の温度（以下、測定温度と呼ぶ。）Ｔｍを測定して、測定温度Ｔｍを示す信号を制御装置３に出力する。
【００２７】
図１に示すように、制御装置３は、外部の温度コントローラ（図示せず）から供給された目標温度（設定温度）Ｔ０の時間的パターン（プロファイル）で加熱装置２の半導体基板１５を加熱するように、加熱装置２へ与える供給電力量ＰＩＮを制御する温度制御機能を有するものである。具体的には、制御装置３は、プレフィルター４、フィードフォワード制御器５、フィードバック制御器６、減算器８および加算器７を備えて構成されている。
【００２８】
プレフィルター４は、例えば時間的移動平均フィルタを用いて、供給される一連の目標温度Ｔ０を時間的に平滑化して得た目標温度ＴＲＥＦの値を出力する機能を有する。この機能により、入力する目標温度Ｔ０が急峻な変化率で増加または低下する場合に、その変化率を緩和することが可能である。目標温度Ｔ０は、上記の図７に示したような目標温度曲線に沿った時間的パターンの値を持ってプレフィルター４に入力させられる。
【００２９】
また、フィードフォワード制御器５は、被加熱体と熱源の後述する数学的モデルに従って、半導体基板１５の温度を目標温度ＴＲＥＦに一致させるように供給電力量ＰＦＦを算出するフィードフォワード制御機能を有する。また、フィードフォワード制御器５で使用する数学的モデルと加熱装置２の実際のシステムとの間に動作上のズレが生じた場合やノイズが存在する場合などには、加熱装置２の温度測定器１６から出力された測定温度Ｔｍと目標温度ＴＲＥＦとの間に温度差が発生する。かかる場合に、減算器８は、入力する目標温度ＴＲＥＦから測定温度Ｔｍを減算して両温度の差分値ΔＴ（＝ＴＲＥＦ−Ｔｍ）を算出する。
【００３０】
フィードバック制御器６は、既知のＰＩＤ制御を用いて、減算器８から入力する差分値ΔＴがゼロになるように、フィードフォワード制御器５から出力された供給電力量ＰＦＦを補償する補正量ΔＰを算出するフィードバック制御機能を有している。加算器７は、フィードフォワード制御器５から入力した供給電力量ＰＦＦに補正量ΔＰを加算することで供給電力量ＰＩＮの値を算出し、加熱装置２に供給する。
【００３１】
以下、前記フィードフォワード制御器５で採用する数学的モデルについて詳説する。
【００３２】
図３に模式的に示すように、加熱装置２は、入力する供給電力量ＰＩＮに応じた放射量（放射エネルギー量）ＰＯＵＴを出力する熱源１１と、この放射量ＰＯＵＴに対応した温度Ｔを有する被加熱体（半導体基板）１５とで構成されるものとする。
【００３３】
フィードフォワード制御器５は、加熱装置２の逆システムである。フィードフォワード制御器５は、図４に示すように、被加熱体１５の逆システムである第２フィードフォワード制御部２１と、熱源１１の逆システムである第１フィードフォワード制御部２０とで構成されている。ここで、「逆システム」とは、動的システムの入出力関係を反転させたシステムであり、その動的システムの出力信号から入力信号を逆に求めるシステムであって、変換関数という立場から見ると逆関数に相当するものである。従って、第２フィードフォワード制御部２１は、被加熱体１５の逆システムであるため、温度Ｔを入力として受けて放射量ＰＯＵＴを出力し得る。また、第１フィードフォワード制御部２０は、熱源１１の逆システムであるため、その放射量ＰＯＵＴを入力として受けて供給電力量ＰＩＮを出力し得る。
【００３４】
図１に示すように、加熱装置２と、この加熱装置２の逆システムであるフィードフォワード制御器５とが直列接続されているため、フィードバック制御器６の出力信号の値ΔＰがゼロであるとき、フィードフォワード制御器５に入力する目標温度ＴＲＥＦと加熱装置２から出力される測定温度Ｔｍとは一致することになる。目標温度ＴＲＥＦの波形と測定温度Ｔｍの波形とが一致する精度は、被加熱体１５および熱源１１の数学的モデルに依存する。
【００３５】
本実施形態において、図４に示す被加熱体１５の数学的モデルは、次の微分方程式（１）で表現される。
【００３６】
【数１】
2004063670.tif 000003
【００３７】
上式（１）中、Ｔ：被加熱体１５の温度、ＰＯＵＴ：熱源１１の単位時間当たりの放射エネルギーの量、ａ，ｂ：未知パラメータ、をそれぞれ表している。この微分方程式（１）は、被加熱体１５の温度Ｔの時間変化率（＝ｄＴ／ｄｔ）を、温度Ｔに関する４次関数（＝ａＴ４）と、単位時間当たりの放射エネルギーの量ＰＯＵＴに関する１次関数（＝ｂＰＯＵＴ）との和で表現したものである。
【００３８】
上式（１）を変形することで、次式（２）が得られる。
【００３９】
【数２】
2004063670.tif 000004
【００４０】
上式（２）中の未知パラメータａ，ｂの具体的な値は、予め、半導体基板１５の温度と熱源１１の放射エネルギーの量とを実際に測定し、それらの測定値を上式（２）に適用し且つ最小自乗法などを用いて特定される。
【００４１】
図１に示す制御装置３では、フィードフォワード制御器５に入力する信号は目標温度ＴＲＥＦを示す信号であるため、上記した被加熱体１５の数学的モデルの温度Ｔを目標温度ＴＲＥＦとみなし、当該数学的モデルの放射エネルギーの量ＰＯＵＴを目標放射エネルギーの量ＰＲＡＤとみなすことで上式（２）を使用することができる。従って、第２フィードフォワード制御部２１で使用される式は、次式（２Ａ）のようになる。
【００４２】
【数３】
2004063670.tif 000005
【００４３】
第２フィードフォワード制御部２１は、上式（２Ａ）に従って、目標温度ＴＲＥＦを入力データとして受けて目標放射エネルギーの量ＰＲＡＤを算出し、第１フィードフォワード制御部２０に出力する。
【００４４】
また、本実施形態では、第２フィードフォワード制御部２１はデジタル処理システムであるため、上式（２Ａ）は、次式（２Ｄ）の差分形式に変形されて使用される。
【００４５】
【数４】
2004063670.tif 000006
【００４６】
上式（２Ｄ）中、Δｔ：第２フィードフォワード制御部２１の入力信号に対するサンプリング周期、ＴＲＥＦ（ｎ）（ｎ：整数）：時間ｎ×Δｔでの目標温度、ＰＲＡＤ（ｎ）：時間ｎ×Δｔでの熱源１１の目標放射エネルギーの量、をそれぞれ表している。
【００４７】
このような第２フィードフォワード制御部２１は、上式（２Ｄ）の数値演算を実行するハードウェアで構成されてもよいし、若しくは、マイクロプロセッサ（図示せず）と、このマイクロプロセッサに上式（２Ｄ）の数値演算を実行させるコンピュータ・プログラムとで構成されてもよい。
【００４８】
次に、図４に示す熱源１１の数学的モデルについて詳説する。従来は、熱源１１の応答遅れを補正し得るフィードフォワード制御機構の実現は非常に難しかった。その理由は、熱源１１の応答遅れが熱源１１の発熱体の熱容量に起因しているため、その数学的モデルが発熱体の温度を含むからである。熱源１１がハロゲンランプの場合は、その応答遅れは主にそのフィラメント（発熱体）の熱容量に起因することになる。従って、熱源１１の数学的モデルに現れる未知パラメータの値を特定するには、予め、発熱体の温度を実際に測定しなければならないが、発熱体の温度の正確な測定は技術的に非常に難しい。以下に導出する熱源１１の数学的モデルは、熱源１１の発熱体の温度を含まないものである。
【００４９】
本実施形態によれば、熱源１１のエネルギー・バランスは、次式（３），（４）で表現することができる。
【００５０】
【数５】
2004063670.tif 000007
【００５１】
【数６】
2004063670.tif 000008
【００５２】
上式（３），（４）中、Ｔ：熱源１１の発熱体の温度、ｍ：熱源１１の発熱体の質量、ｃ：熱源１１の発熱体の熱容量、ＰＩＮ：熱源１１への供給電力量（熱源１１の消費電力）、ＰＯＵＴ：発熱体の単位時間当たりの放射エネルギーの量、ｆ（Ｔ）：温度Ｔに関する補正関数、α：未知パラメータ、をそれぞれ表している。尚、熱源１１がハロゲンランプの場合、熱源１１の発熱体はフィラメントである。
【００５３】
上式（４）に示すように、熱源１１の単位時間当たりの放射エネルギーの量ＰＯＵＴは、ステファン−ボルツマンの放射法則に従って、発熱体の温度の４乗（＝Ｔ４）に比例する。これにより、上記微分方程式（３）は、非線形方程式となり、熱源１１の放射エネルギーの量に応じて時定数が変化する性質を持つ。
【００５４】
次に、上式（４）の両辺を時間に関して微分し、整理することで、次式（５）を得ることができる。
【００５５】
【数７】
2004063670.tif 000009
【００５６】
但し、上式（５）の算出において、上式（４）の補正量ｆ（Ｔ）につき、ｆ（Ｔ）＝−ｋ（ｋ：定数）に設定した。
【００５７】
上式（３）を用いて、上式（５）から温度の一階微分（＝ｄＴ／ｄｔ）を消去すれば、次式（６）が得られる。
【００５８】
【数８】
2004063670.tif 000010
【００５９】
更に、上式（６）を整理すれば、熱源１１の数学的モデルとして次式（７）を得ることができる。
【００６０】
【数９】
2004063670.tif 000011
【００６１】
この式（７）は、単位時間当たりの放射エネルギーの量ＰＯＵＴの時間変化率が、放射エネルギーの量ＰＯＵＴと供給電力量ＰＩＮとの差（＝ＰＩＮ−ＰＯＵＴ）に比例し、且つ放射エネルギーの量ＰＯＵＴに関する非線形関数（＝（ＰＯＵＴ＋ｋ）３／４）に比例するというものである。その非線形関数は、放射エネルギーの量ＰＯＵＴに関する一次関数の３／４乗で表現されている。
【００６２】
上式（７）は熱源１１の発熱体の温度Ｔを含まないため、未知パラメータである比例定数βの特定のために温度Ｔを測定する必要が無い。比例定数βは、放射エネルギーの量ＰＯＵＴと供給電力量ＰＩＮとを実際に測定し、それらの測定値を上式（７）に適用し且つ最小自乗法などを用いて特定することができる。放射エネルギーの量ＰＯＵＴは、フォトダイオードなどを用いて比較的正確に測定でき、供給電力量ＰＩＮの測定も容易であるため、比例定数βを精度良く算出することが可能である。また、放射エネルギーの量ＰＯＵＴがある程度以上に大きな範囲（加熱プロセスの実質部分はそのような範囲で行われる。）では、上式（７）中の定数ｋは無視できるため、上式（７）に現れる比例定数βは１つだけであり高精度に算出できる。
【００６３】
次に、上式（７）を変形することで、次式（８）が得られる（但し、ｋ＝０と近似する）。
【００６４】
【数１０】
2004063670.tif 000012
【００６５】
図１に示す制御装置３では、フィードフォワード制御器５に入力する信号は目標温度ＴＲＥＦを示す信号であり、フィードフォワード制御器５から出力される信号は供給電力量ＰＦＦを示す信号である。また、第２フィードフォワード制御部２１は、上式（２Ｄ）に従って目標放射エネルギーの量ＰＲＡＤを算出して第１フィードフォワード制御部２０に出力するため、上記した熱源１１の数学的モデルの放射エネルギーの量ＰＯＵＴを目標放射エネルギーの量ＰＲＡＤとみなして入力とし、当該数学的モデルの供給電力量ＰＩＮを供給電力量ＰＦＦとみなすことで上式（８）を使用することができる。従って、第１フィードフォワード制御部２０で使用される式は、次式（８Ａ）のようになる。
【００６６】
【数１１】
2004063670.tif 000013
【００６７】
第１フィードフォワード制御部２０は、上式（８Ａ）に従って、目標放射エネルギーの量ＰＲＡＤを入力として受けて供給電力量ＰＦＦを算出する。本実施形態では、第１フィードフォワード制御部２０はデジタル処理システムであるため、上式（８Ａ）は、次式（８Ｄ）の差分形式に変形されて使用される。
【００６８】
【数１２】
2004063670.tif 000014
【００６９】
上式（８Ｄ）中、Δｔ：第１フィードフォワード制御部２０の入力信号に対するサンプリング周期、ＰＲＡＤ（ｎ）（ｎ：整数）：時間ｎ×Δｔでの熱源１１の目標放射エネルギーの量、ＰＦＦ（ｎ）：時間ｎ×Δｔでの供給電力量、をそれぞれ表している。
【００７０】
このような第１フィードフォワード制御部２０は、上式（８Ｄ）の数値演算を実行するハードウェアで構成されてもよいし、若しくは、マイクロプロセッサ（図示せず）と、このマイクロプロセッサに上式（８Ｄ）の数値演算を実行させるコンピュータ・プログラムとで構成されてもよい。
【００７１】
次に、以上の構成を有する熱処理装置１（図１）の動作を以下に説明する。
【００７２】
外部の温度コントローラ（図示せず）は、予め設定された目標温度波形（プロファイル）に従って目標温度Ｔ０を示す信号を生成し制御装置３に供給する。プレフィルター４は、その入力信号を時間的に平滑化することで目標温度ＴＲＥＦを示す信号を生成し、フィードフォワード制御器５と減算器８とに出力する。
【００７３】
フィードフォワード制御器５は、サンプリング周期Δｔで入力信号を順次サンプリングし、上式（８Ｄ）の数値演算を実行することで供給電力量ＰＦＦを算出してその信号を加算器７に出力する。一方、減算器８は、プレフィルター４から入力した目標温度ＴＲＥＦから、加熱装置２から出力された半導体基板１５の測定温度Ｔｍを減算して温度差ΔＴ（＝ＴＲＥＦ−Ｔｍ）を示す信号をフィードバック制御器６に出力する。このフィードバック制御器６は、その温度差ΔＴを用いたＰＩＤ制御を実行することで、温度差ΔＴがゼロになるように、フィードフォワード制御器５から出力された供給電力量ＰＦＦを補償する補正量ΔＰを算出する。
【００７４】
また、加算器７は、フィードバック制御器６から出力された補正量ΔＰを示す信号と、フィードフォワード制御器５から出力された供給電力量ＰＦＦを示す信号とを加算し、その結果得た供給電力量ＰＩＮを示す信号を制御指令値として加熱装置２に供給する。そして、加熱装置２では、図２に示すように、給電部１７は、供給電力量ＰＩＮの電力１８を熱源１１，１１，…に供給する。その結果、熱源１１，…は、供給電力量ＰＩＮに相当する熱線を下方へ輻射し、反応室１９Ｒに置かれた半導体基板１５を加熱する。
【００７５】
以上の通り、第１の実施形態によれば、第２フィードフォワード制御部２１は、被加熱体１５の数学的モデル（上式（１））を使用した被加熱体１５の逆システムで構成されているため、第２フィードフォワード制御部２１において、被加熱体１５の目標温度ＴＲＥＦに対する目標放射エネルギーの量ＰＲＡＤが算出され、第１フィードフォワード制御部２０に出力される。また、第１フィードフォワード制御部２０は、熱源１１の数学的モデル（上式（９））を使用した熱源１１の逆システムで構成されているため、目標放射エネルギーに対応する供給エネルギーの量ＰＦＦを少ない演算量で正確に算出できる。また、リアルタイム性の高い処理が行われるため、従来は難しかった熱源１１の応答遅れを大幅に改善することが可能である。
【００７６】
従って、本実施形態に係る制御装置３では、半導体基板１５の温度Ｔｍを目標温度Ｔ０に一致させるフィードフォワード制御を高いリアルタイム性で精度良く行うことが可能になる。
【００７７】
そして、フィードバック制御器６を併用していることで、フィードフォワード制御器５で採用する数学的モデル（上式（１），（９））に誤差が生じた場合やノイズが発生した場合などに、測定温度Ｔｍと目標温度Ｔ０との間のズレを補正できるため、両温度Ｔｍ，Ｔ０の一致精度を一層向上させることが可能になる。
【００７８】
第２の実施形態．
図５は、本発明の第２の実施形態に係る熱処理装置１Ａを示す機能ブロック図である。尚、図５において、図１に示した符号と同一符号を付された機能ブロックは、図１に示した機能ブロックの構成と同一構成を有するものとしてその詳細な説明を省略する。
【００７９】
この熱処理装置１Ａは、加熱装置２と制御装置３Ａとを備えて構成されている。本実施形態の制御装置３Ａは、フィードバック制御器６と加算器７との間に、上記第１フィードフォワード制御部２０の構成と同一構成を有する第３のフィードフォワード制御部２０Ａを備えていることが特徴であり、その他の構成は、上記第１の実施形態に係る制御装置３の構成と同じである。第３のフィードフォワード制御部２０Ａは、上式（８Ｄ）を使用した熱源１１の逆システムを構成している。
【００８０】
上記第１の実施形態の場合と同様に、減算器８は、加熱装置２から出力された被加熱体１５の測定温度Ｔｍと、プレフィルター４から出力された目標温度ＴＲＥＦとの温度差ΔＴを示す信号をフィードバック制御器６に出力する。フィードバック制御器６は、その温度差ΔＴがゼロになるように、フィードフォワード制御器５から出力された供給電力量ＰＦＦを補償する第１補正量ΔＰ０を算出する。
【００８１】
次に、フィードフォワード制御部２０Ａは、上式（１０）中の変数ＰＲＡＤを第１補正量ΔＰ０とみなして入力として受けて、上式（１０）中の出力値ＰＩＮを第２補正量ΔＰ１とみなして算出する。
【００８２】
次に、加算器７は、フィードバック制御部２０Ａから出力された第２補正量ΔＰ１を示す信号と、フィードフォワード制御器５から出力された供給電力量ＰＦＦを示す信号とを加算し、その結果得た供給電力量ＰＩＮを示す信号を制御指令値として加熱装置２に供給する。そして、加熱装置２では、図２に示すように、給電部１７は、供給電力量ＰＩＮの電力１８を熱源１１，１１，…に供給する。その結果、熱源１１，…は、供給電力量ＰＩＮに相当する熱線を下方へ輻射し、反応室１９Ｒに置かれた半導体基板１５を加熱する。
【００８３】
以上の通り、第２の実施形態によれば、フィードバック制御器６から出力された第１補正量ΔＰ０に対して熱源１１の数学的モデルを用いたフィードフォワード制御を適用することで、第１補正量ΔＰ０が第２補正量ΔＰ１へ修正されている。従って、熱源１１への供給電力量ＰＩＮの精度が向上し、被加熱体１５の温度制御を更に高精度に行うことが可能になる。
【００８４】
第３の実施形態．
図６は、本発明の第３の実施形態に係る熱処理装置１Ｂを示す機能ブロック図である。尚、図６において、図１に示した符号と同一符号を付された機能ブロックは、図１に示した機能ブロックの構成と同一構成を有するものとしてその詳細な説明を省略する。
【００８５】
この熱処理装置１Ｂは、加熱装置２と制御装置３Ｂとを備えて構成されている。本実施形態の制御装置３Ｂは、プレフィルター４、フィードバック制御器６、第１フィードフォワード制御部（熱源１１の逆システム）２０Ｂ、第２のフィードフォワード制御部（被加熱体１５の逆システム）２１Ｂ、減算器８および加算器７を備えて構成されている。第１フィードフォワード制御部２０Ｂは、上記第１の実施形態の第１フィードフォワード制御部２０の構成と同一構成を有しており、第２フィードフォワード制御部２１Ｂは、上記第１の実施形態に係る第２フィードフォワード制御部２１の構成と同一構成を有している。
【００８６】
第２フィードフォワード制御部２１Ｂは、プレフィルター４から入力する目標温度ＴＲＥＦを入力として受けて目標放射エネルギーの量ＰＲＡＤを算出し、その信号を加算器７に出力する。一方、上記第１の実施形態の場合と同様に、減算器８は、加熱装置２から出力された被加熱体１５の測定温度Ｔｍと目標温度ＴＲＥＦとの温度差ΔＴを示す信号をフィードバック制御器６に出力する。フィードバック制御器６は、その温度差ΔＴがゼロになるように、第２フィードフォワード制御部２１Ｂから出力された目標放射エネルギーの量ＰＲＡＤを補償する補正量ΔＰを算出し、加算器７に出力する。
【００８７】
次に、加算器７は、第２フィードフォワード制御部２１Ｂから出力された目標放射エネルギーの量ＰＲＡＤと、フィードバック制御器６から出力された補正量ΔＰとを加算することで、目標放射エネルギーの量ＰＲＡＤを補正してフィードフォワード制御部２０Ｂに出力する。
【００８８】
次に、第１フィードフォワード制御部２０Ｂは、加算器７から入力した補正後の目標放射エネルギーの量を入力として受けて供給電力量ＰＩＮを算出し、それに応じた制御指令値を加熱装置２に供給する。そして、加熱装置２では、図２に示すように、給電部１７は、供給電力量ＰＩＮの電力１８を熱源１１，１１，…に供給する。その結果、熱源１１，…は、供給電力量ＰＩＮに相当する熱線を下方へ輻射し、反応室１９Ｒに置かれた半導体基板１５を加熱する。
【００８９】
以上の通り、第３の実施形態によれば、第２フィードフォワード制御部２１Ｂで算出された目標放射エネルギーの量ＰＲＡＤは、フィードバック制御器６で算出した補正量ΔＰで補正されている。第１フィードフォワード制御部２０Ｂは、この補正後の目標放射エネルギーの量を入力として受けて、加熱装置２への供給電力量ＰＩＮを算出できるため、熱源１１への供給電力量ＰＩＮの精度が向上し、被加熱体１５の温度制御を高精度に行うことが可能になる。
【００９０】
変形例．
本発明においては、熱源１１の放射エネルギーの量ＰＯＵＴや熱源１１への供給エネルギーの量ＰＩＮなどを直接的または間接的に表現した値で入力や演算を行えれば足りるのであって、物理量としてのエネルギー値を直接用いて入力や演算を行うことは必須ではない。
【００９１】
また、上式（７）において放射エネルギーの量ＰＯＵＴに関する非線形関数として最も好ましいものは、上記各実施形態における３／４乗関数（ＰＯＵＴ＋ｋ）３／４であるが、近似的には他の非線形関数を使用することもできる。すなわち、上式（４）におけるステファン−ボルツマンの放射法則に対応する放射項（４乗項）αＴ４は、熱源からの輻射エネルギーが温度の線形関数からずれていることを意味している。従って、この性質を近似的に表現することをも許容して、前記放射項αＴ４を一般にＮ次項（Ｎは整数；Ｎ＞１）と考えてもよい。このときには、上式（３）から上式（７）までの式変形を、４次項ではなくＮ次項で置き換えれば分かるように、上式（７）の中の非線形関数（ＰＯＵＴ＋ｋ）３／４の指数中の「３／４」は「（Ｎ−１）／Ｎ」となる。Ｎ＝２であればこの値は「１／２」であり、Ｎ＝３であればこの値は「２／３」である。
【００９２】
このため、３／４乗関数ではなく、１／２乗関数（平方根関数）や２／３乗関数のような非線形関数を用いた場合でも、近似的ではあるが、熱源１１の放射則を考慮した制御則を導入したことになり、従来技術よりも高精度の加熱制御が可能となる。また、曲線特性としてこれらに近い特性を持つ他の非線形関数（例えば、三角関数や対数関数の一部変数または一部関数を抽出したもの）を使用するというような変形も、この発明の範囲に含まれる。
【００９３】
このような近似とは逆に、前記ステファン−ボルツマンの放射法則を更に精密化するために補正項を加えたような数学的モデルを使用した場合も、温度の４乗関数を中心とした精密化であるために、制御則としては非線形関数の概念の範囲内となる。
【００９４】
【発明の効果】
以上の如く、本発明の請求項１に係る制御装置および請求項９に係る制御方法によれば、熱源の数学的モデルを使用した逆システムにより、目標放射エネルギーに対応する供給エネルギーの量を少ない演算量で正確に算出できる。従って、熱源に対するフィードフォワード制御を高いリアルタイム性で精度良く行うことが可能になる。
【００９５】
請求項２および請求項１０によれば、目標放射エネルギーに対応する供給エネルギーの量を一層正確に算出できるため、熱源に対するフィードフォワード制御の精度が向上する。
【００９６】
請求項３および請求項１１によれば、被加熱体の数学的モデルを使用した逆システムにより、被加熱体の目標温度に対応する目標放射エネルギーの量が算出され、熱源の数学的モデルを使用した逆システムにより、その目標放射エネルギーの量に対応する供給エネルギーの量が算出されるため、被加熱体の温度のフィードフォワード制御を高いリアルタイム性で精度良く行うことが可能になる。
【００９７】
請求項４および請求項１２によれば、フィードフォワード制御とフィードバック制御との組合せによって、被加熱体の温度制御を更に高精度に行うことが可能になる。
【００９８】
請求項５および請求項１３によれば、測定温度を目標温度に近づけるために供給エネルギーの量を補償する第１補正量に対して、熱源の逆システムを使用したフィードフォワード制御を適用することで、この第１補正量は第２補正量に修正される。従って、熱源への供給エネルギーの量の精度が向上し、被加熱体の温度制御を更に高精度に行うことが可能になる。
【００９９】
請求項６および請求項１４によれば、被加熱体の逆システムによって目標温度から目標放射エネルギーの量が算出されており、この目標放射エネルギーの量はフィードバック制御によって補正されている。この補正後の目標放射エネルギーの量に対して熱源の逆システムを適用した結果、熱源への供給エネルギーの量が算出される。従って、供給エネルギーの量の精度が向上し、被加熱体の温度制御を更に高精度に行うことが可能になる。
【０１００】
また、請求項７，８に係る熱処理装置および請求項１５，１６に係る熱処理方法によれば、基板の温度制御を高いリアルタイム性で精度良く行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る熱処理装置を示す機能ブロック図である。
【図２】加熱装置（ランプアニール装置）を示す概略断面図である。
【図３】加熱装置を示す模式図である。
【図４】加熱装置の逆システムを示す模式図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る熱処理装置を示す機能ブロック図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係る熱処理装置を示す機能ブロック図である。
【図７】熱源の応答遅れを説明するためのグラフを示す図である。
【符号の説明】
１，１Ａ，１Ｂ　熱処理装置
２　加熱装置
３，３Ａ，３Ｂ　制御装置
４　プレフィルター
５　フィードフォワード制御器
６　フィードバック制御器
９　反射板
１０　チャンバ
１１　熱源
１２　石英板
１５　半導体基板（被加熱体）
１６　温度測定器
１７　給電部
２０，２１　フィードフォワード制御部
【図１】
2004063670.tif 000015
【図２】
2004063670.tif 000016
【図３】
2004063670.tif 000017
【図４】
2004063670.tif 000018
【図５】
2004063670.tif 000019
【図６】
2004063670.tif 000020
【図７】
2004063670.tif 000021