(57)【要約】      （修正有）【課題】１または複数の温度測定手段により複数のパワーモジュールの温度を精度良く制御することが可能な温度制御装置を提供する。【解決手段】１または複数の温度測定手段５０、５２、５４と、加熱が可能な、或いは加熱と冷却が選択的に可能な複数のパワーモジュール４８Ａ〜４８Ｄと、前記１または複数の温度測定手段の検出値と前記複数のパワーモジュールの各温度目標値とを相互に関連づけて前記複数のパワーモジュールの動作を制御する温度制御手段４２と、を備えた温度制御装置を構成する。【効果】装置コストを削減することができ、また、新たなパワーモジュールを別途付加した場合でも、別途温度制御手段を設ける必要がなく、ソフトウエア上の変更だけでこれに対応することが可能となる。【選択図】図１
2004157989.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１または複数の温度測定手段と、
加熱が可能な、或いは加熱と冷却が選択的に可能な複数のパワーモジュールと、
前記１または複数の温度測定手段の検出値と前記複数のパワーモジュールの各温度目標値とを相互に関連づけて前記複数のパワーモジュールの動作を制御する温度制御手段と、
を備えたことを特徴とする温度制御装置。
【請求項２】
前記温度測定手段は、前記複数のパワーモジュールの設置場所とは異なる場所であって、前記各設置場所に対して熱的に関連づけられている場所に設置されることを特徴とする請求項１記載の温度制御装置。
【請求項３】
前記加熱が可能なパワーモジュールは、抵抗加熱素子であることを特徴とする請求項１または２記載の温度制御装置。
【請求項４】
前記加熱と冷却が選択的に可能なパワーモジュールは、ペルチェ効果を用いた熱電変換素子であることを特徴とする請求項１または２記載の温度制御装置。
【請求項５】
前記温度制御手段は、前記抵抗加熱素子に対して、抵抗値、電圧、電流、電力の内のいずれか１つに基づいて制御を行うことを特徴とする請求項３記載の温度制御装置。
【請求項６】
前記温度制御手段は、前記熱電変換素子に対してゼーベック電圧に基づいて制御を行うことを特徴とする請求項４記載の温度制御装置。
【請求項７】
前記温度制御手段は、前記ゼーベック電圧が所定の閾値を超えることに応答してインターロック動作を行うことを特徴とする請求項６記載の温度制御装置。
【請求項８】
前記温度測定手段は、熱電対であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の温度制御装置。
【請求項９】
前記パワーモジュールは、前記温度測定手段として兼用されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の温度制御装置。
【請求項１０】
前記温度制御手段には、出力電圧の昇降が可能な昇降電圧源が含まれていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の温度制御装置。
【請求項１１】
排気が可能になされた処理容器と、
被処理体を載置する載置台と、
前記処理容器内へ所定の処理ガスを導入するガス供給手段と、
前記処理容器及び／又は前記ガス供給手段の温度制御をするために請求項１乃至１０のいずれかに記載の温度制御装置と、
を備えたことを特徴とする処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度制御装置及びこれを用いた処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体集積回路を製造するためには、半導体ウエハ等のシリコン基板に対して、成膜、パターンエッチング、酸化拡散、アニール等を繰り返し行なって、多数の所望の半導体素子を形成するようになっている。
例えば成膜処理を例にとれば、真空引き可能になされた処理容器内の載置台上に半導体ウエハを載置し、これを加熱手段により所定の温度まで昇温維持すると共に、処理容器内に成膜ガスを供給しつつこの中を所定の減圧雰囲気に維持し、これによりウエハ表面に必要とする薄膜を堆積させる。この場合、半導体ウエハは、加熱ランプや抵抗加熱ヒータ等の加熱手段により直接的に加熱されて所定のプロセス温度を維持されるが、ウエハの面内における処理の均一性を高く維持するためには、ウエハ表面上における温度分布も高い精度で均一化させる必要がある。
【０００３】
このウエハの温度分布は、当然のこととして上記加熱手段によりウエハは加熱されているので、この加熱手段の影響は最も大きく受けるが、それ以外にも、処理容器の側壁や処理容器の天井部からも熱的に影響を受けるので、この処理容器の側壁や天井部を、上記ウエハに対する加熱手段とは別途に設けた例えば抵抗加熱ヒータにより加熱することが行われている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記処理容器には、例えば通常４本程度のカートリッジヒータ等の抵抗加熱ヒータが設けられており（例えば特開２０００−２３５８８６号公報等）、各抵抗加熱ヒータに対して熱電対等の温度測定素子を個別に設けて、これらの熱電対の出力値に基づいて各抵抗加熱ヒータを個別に温度制御、例えば同一温度を維持するように制御している。
しかしながら、この場合には、抵抗加熱ヒータ毎に熱電対や温度制御系を設けなければならず、その分、装置コストが増加してしまう、という欠点を有していた。
【０００５】
また、上述の特開２０００−２３５８８６号公報に示すように、熱電対を１つだけ特定の抵抗加熱ヒータに接近させて設けてこの温度を検出し、この熱電対の検出値に基づいて全ての抵抗加熱ヒータの温度制御を行うことも行われているが、この場合、装置構成上、抵抗加熱ヒータに対して接近させて熱電対を設けることができないような場合には対応することができない。また、既設の処理装置に対して抵抗加熱ヒータを別途増設するような場合には、これに十分に対応することが困難である。
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、１または複数の温度測定手段により複数のパワーモジュールの温度を精度良く制御することが可能な温度制御装置及び処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に係る発明は、１または複数の温度測定手段と、加熱が可能な、或いは加熱と冷却が選択的に可能な複数のパワーモジュールと、前記１または複数の温度測定手段の検出値と前記複数のパワーモジュールの各温度目標値とを相互に関連づけて前記複数のパワーモジュールの動作を制御する温度制御手段と、を備えたことを特徴とする温度制御装置である。
このように、１または複数の温度測定手段の検出値と複数のパワーモジュールの各温度目標値とが有機的に関連づけられて各パワーモジュールの動作を制御するようにしたので、その分、装置コストを削減することができる。また、新たなパワーモジュールを別途付加した場合でも、別途温度制御手段を設ける必要がなく、ソフトウエア上の変更だけでこれに対応することが可能となる。
【０００７】
この場合、例えば請求項２に規定するように、前記温度測定手段は、前記複数のパワーモジュールの設置場所とは異なる場所であって、前記各設置場所に対して熱的に関連づけられている場所に設置される。
また、例えば請求項３に規定するように、前記加熱が可能なパワーモジュールは、抵抗加熱素子である。
また、例えば請求項４に規定するように、前記加熱と冷却が選択的に可能なパワーモジュールは、ペルチェ効果を用いた熱電変換素子である。
また、例えば請求項５に規定するように、前記温度制御手段は、前記抵抗加熱素子に対して、抵抗値、電圧、電流、電力の内のいずれか１つに基づいて制御を行う。
【０００８】
また、例えば請求項６に規定するように、前記温度制御手段は、前記熱電変換素子に対してゼーベック電圧に基づいて制御を行う。
また、例えば請求項７に規定するように、前記温度制御手段は、前記ゼーベック電圧が所定の閾値を超えることに応答してインターロック動作を行う。
また、例えば請求項８に規定するように、前記温度測定手段は、熱電対である。
また、例えば請求項９に規定するように、前記パワーモジュールは、前記温度測定手段として兼用される。
【０００９】
また、例えば請求項１０に規定するように、前記温度制御手段には、出力電圧の昇降が可能な昇降電圧源が含まれている。
請求項１１に係る発明は、上記温度制御装置を用いた処理装置であり、すなわち、排気が可能になされた処理容器と、被処理体を載置する載置台と、前記処理容器内へ所定の処理ガスを導入するガス供給手段と、前記処理容器及び／又は前記ガス供給手段の温度制御をするための上記温度制御装置と、を備えたことを特徴とする処理装置である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の温度制御装置及び処理装置によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
１または複数の温度測定手段の検出値と複数のパワーモジュールの各温度目標値とが有機的に関連づけられて各パワーモジュールの動作を制御するようにしたので、その分、装置コストを削減することができる。また、新たなパワーモジュールを別途付加した場合でも、別途温度制御手段や温度測定手段を設ける必要がなく、制御ブロックの追加（例えばプラグイン式）とソフトウエア上の変更だけでこれに対応することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、本発明に係る温度制御装置及び処理装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明の温度制御装置を設けた処理装置を示す構成図、図２は図１に示す処理装置の側壁に設けたパワーモジュールの配置を示す概略横断面図、図３はシャワーヘッドに設けたパワーモジュールの配列状態を示す下面図、図４は図１に示す処理装置の底部に設けたパワーモジュールの配列状態を示す容器底面図、図５は本発明の温度測定装置のブロック構成図、図６はパワーモジュールと温度測定手段を設置した箇所の目標とする温度分布の一例を示す図である。
【００１２】
図示するように、この処理装置２は、例えばアルミニウム等により円筒体状に成形された処理容器４を有しており、この処理容器４は例えば接地されている。この処理容器４の底部６には、容器内の雰囲気を排出するための排気口８が設けられており、この排気口８には真空引きポンプ（図示せず）を介設した排気系１０が接続されて、処理容器４内を底部周辺部から均一に排気、例えば真空引きできるようになっている。
この処理容器４内には、容器底部６より起立された導電性材料、例えばハステロイ（登録商標）よりなる支柱１２を介して円板状の載置台１４が設けられており、この上に被処理体として例えばシリコン基板等の半導体ウエハＷを載置し得るようになっている。この載置台１４は、例えば窒化アルミ等よりなり、この内部には、被処理体加熱手段として例えば所定のパターンに形成された抵抗加熱ヒータパターン１６が埋め込まれている。
【００１３】
この載置台１４の下方には、複数本、例えば３本のリフタピン１８（図示例では２本のみ記す）が上方へ起立させて設けられており、このリフタピン１８の基部は、環状結合部材２０に共通に結合されている。この環状結合部材２０は、処理容器４の底部６を気密に貫通して垂直に延びた押し上げ棒２２の上端に係合されている。かくして、押し上げ棒２２を上下動させることにより、上記リフタピン１８を載置台１４に貫通させて設けたリフタピン穴２４に挿通させてウエハＷを持ち上げ得るようになっている。
また、処理容器４の天井部には、ガス供給手段としてのシャワーヘッド２６が一体的に設けられた天井板２８が気密に取り付けられている。このシャワーヘッド２６は、上記載置台１４の上面の略全面を覆うように対向させて設けられており、載置台１４との間に処理空間Ｓを形成している。このシャワーヘッド２６は、処理空間Ｓに各種の処理ガスをシャワー状に導入するものであり、シャワーヘッド２６の下面の噴射面３０にはガスを噴射するための多数の噴射孔３２が形成される。
【００１４】
また、処理容器４の側壁の一部には、搬入口３２（図２参照）が設けられ、この搬入口３２にはウエハＷの搬入・搬出時に気密に開閉可能になされたゲートバルブ３６が設けられる。
上記したような構成に本発明の温度制御装置４０が取り付けられる。この温度制御装置４０は、１または複数の温度測定手段５０、５２、５４と、加熱が可能な、或いは加熱と冷却が選択的に可能な複数のパワーモジュールと、上記１または複数の温度測定手段の検出値と上記複数のパワーモジュールの各温度目標値とを相互に関連づけて上記複数のパワーモジュールの動作を制御する温度制御手段４２とにより主に構成されている。
【００１５】
具体的には、上記パワーモジュールは、処理容器４の側壁４Ａに埋め込まれた複数の抵抗加熱素子、例えば容器用抵抗加熱カートリッジヒータ４４Ａ〜４４Ｄ（図２参照）と、上記シャワーヘッド２６の側壁に埋め込まれた複数の抵抗加熱素子、例えばヘッド用抵抗加熱カートリッジヒータ４６Ａ〜４６Ｄ（図３参照）と、容器底部６の下面に設けた複数のペルチェ素子のような熱電変換素子４８Ａ〜４８Ｇ（図４参照）とにより構成されている。
上記抵抗加熱カートリッジヒータ４４Ａ〜４４Ｄは棒状に成形されて、このカートリッジヒータ４４Ａ〜４４Ｄを複数本、図示例では容器側壁４Ａに４本略等間隔て垂直に埋め込むようにして配置している（図２参照）。そして、各カートリッジヒータ４４Ａ〜４４Ｄへの給電の制御は、例えばマイクロコンピュータ等を含む上記温度制御手段４２により行い得るようになっている。
【００１６】
ここでは上記温度測定手段５０、５２、５４は、各パワーモジュールの設置場所とは異なった場所であって、各設置場所とは熱的に関連づけられている場所に設置されている。具体的には、上記４つの容器用抵抗加熱カートリッジヒータ４４Ａ〜４４Ｄの内、２つの容器用抵抗加熱カートリッジヒータ４４Ａ、４４Ｂとの略中間の位置に、温度測定手段５０として例えば熱電対５０−１が設けられており、この熱電対５０−１の検出値が上記２つのヒータ４４Ａ、４４Ｂの制御に用いられる。また、他の２つの容器用抵抗加熱カートリッジヒータ４４Ｃ、４４Ｄとの略中間の位置に、温度測定手段５０として例えば熱電対５０−２が設けられており、この熱電対５０−２の検出値が上記２つのヒータ４４Ｃ、４４Ｄの制御に用いられる。ここで各ヒータと対応する熱電対の設置箇所は熱的に関連づけられており、例えばこれらの設置場所を含む近傍の領域が所望する温度分布になるように、温度制御手段４２においては、制御パラメータ、例えばヒータの抵抗、電流、電圧、電力等が予め求められている。
【００１７】
また同様に、上記４つのヘッド用抵抗加熱カートリッジヒータ４６Ａ〜４６Ｄの内、２つのヘッド用抵抗加熱カートリッジヒータ４６Ａ、４６Ｂとの略中間の位置に、温度測定手段５２として例えば熱電対５２−１が設けられており、この熱電対５２−１の検出値が上記２つのヒータ４６Ａ、４６Ｂの制御に用いられる。また、他の２つのヘッド用抵抗加熱カートリッジヒータ４６Ｃ、４６Ｄとの略中間の位置に、温度測定手段５２として例えば熱電対５２−２が設けられており、この熱電対５２−２の検出値が上記２つのヒータ４６Ｃ、４６Ｄの制御に用いられる。ここで各ヒータと対応する熱電対の設置箇所は熱的に関連づけられており、例えばこれらの設置場所を含む近傍の領域が所望する温度分布になるように、温度制御手段４２においては、制御パラメータ、例えばヒータの抵抗、電流、電圧、電力等が予め求められている。
【００１８】
尚、図１では各ヒータ４４Ａ、４４Ｂ及び４６Ａ、４６Ｂと、これらに対応する熱電対５０、５２は理解を容易にするために略同一箇所に記載してあるが、実際には図２及び図３に示すように、設置箇所は互いに異なっている。
また、上記熱電変換素子手段４８Ａ〜４８Ｇは、例えば２種類の異種半導体、或いは異種金属を接合してなるペルチェ素子よりなり、図示例では例えば４角形状になされた７個の熱電変換素子４８Ａ〜４８Ｇ（図４参照）を容器底部６の下面全体に接合させて設けている。周知のように、この熱電変換素子４８Ａ〜４８Ｇでは、電流を流す方向に依存して、その上面側が加熱したり、冷却したりする動作を示す。尚、この熱電変換素子４８Ａ〜４８Ｇの下面側は、上記した上面側とは逆の作用を示す。上記各熱電変換素子４８Ａ〜４８Ｇは、上記温度制御手段４２へ個別に並列に接続されて、個別独立的に流す電流を制御するようになっている。尚、各熱電変換素子４８Ａ〜４８Ｇを直列的に接続して一括して制御するようにしてもよい。
【００１９】
また、図１へ戻って上記各熱電変換素子４８Ａ〜４８Ｇの下面側には、例えばアルミニウム等の熱伝導性材料よりなる大口径の円板状の熱変換プレート５６が一体的に接合させて設けられている。この熱変換プレート５６は肉厚になされており、この内部には、プレート全面に亘って例えば略蛇行状に媒体通路５８が形成されている。そして、この媒体通路５８に例えば室温程度の水を流して、この水により上記各熱電変換素子４８Ａ〜４８Ｇの下面側の温熱、或いは冷熱を外部へ運んで廃棄して、熱電変換素子４８Ａ〜４８Ｇの下面側の温度を略一定に維持し、伝熱効果を維持している。
また、この処理容器４の底部６には、上記各熱電変換素子４８Ａ〜４８Ｇの設置場所とは異なった場所であって、熱的に関連づけられた場所に、上記温度測定手段５４として例えば熱電対５４−１が設けられており、この測定値を上記温度制御手段４２へ入力し得るようになっている。すなわち、この１つの熱電対５４−１の検出値に基づいて、上記全ての熱電変換素子４８Ａ〜４８Ｇが制御されることになる。
【００２０】
次に、実際の温度制御装置の制御手段とその動作について、図５を参照して説明する。
図５では、１つの温度測定手段に対して２つのパワーモジュールを温度制御手段４２（図１参照）により制御する場合について説明する。この制御ではヒータ抵抗値とＰＩＤ出力値のカスケード制御を行っている。
ここでは、２つのパワーモジュールとしては、処理容器４の側壁４Ａに設けた１組の容器用抵抗加熱カートリッジヒータ４４Ａ、４４Ｂを例にとり、また、温度測定手段としては上記両ヒータ４４Ａ、４４Ｂに対応して設けた熱電対５０−１を例にとって説明する。
【００２１】
まず、この制御手段では、上記２つの容器用抵抗加熱カートリッジヒータ４４Ａ、４４Ｂに対応して、それぞれ異なるチャンネルである２つの温度制御ブロック（以下、単にブロックとも称す）Ａ１、Ａ２が存在し、各ブロックＡ１、Ａ２における制御動作は、コンピュータを含む温度制御手段４２内で、プログラムモジュール化されて時分割でソフトウエア的に行われる。
具体的には図５におけるブロックＡ１において代表的に示されるように、点線で示した範囲がソフトウェア的に行われることになる。また、温度制御手段４２はとりあえず必要とされる以上の温度制御ブロックを収納可能とし、それぞれの制御ブロックは温度制御手段４２に対してプラグイン式の着脱容易な構成としておくことにより拡張性に優れたものとすることができる。
この処理容器の側壁の温度分布は、図６（Ａ）に示すように略均等な温度分布が最終的に得られることを目標に制御を行うものと仮定する。図６（Ａ）において温度目標値Ｔ３であり、熱電対５０−１の設置場所の温度は、両ヒータ４４Ａ、４４Ｂから離れているので、上記両ヒータ４４Ａ、４４Ｂの設置場所の温度よりも僅かに低い温度となっている。
【００２２】
さて、両ブロックＡ１、Ａ２は、温度分布に起因する抵抗値の換算値Ｋ０ｉ、Ｋ０ｊやチャンネルのゲインである補正係数Ｋ１ｉ、Ｋ１ｊを除いて基本的には、全く同様に形成されている。まず、熱電対５０−１の検出値は、各ブロックＡ１、Ａ２に共通に入力され、それぞれのヒータ４４Ａ、４４Ｂでの温度目標値Ｔ３と比較部６０Ａ、６０Ｂにて比較されて差分が取られる。各差分は、それぞれＰＩＤ調整部６２Ａ、６２Ｂへ入力され、調整後に温度分布抵抗値換算部６４Ａ、６４Ｂにて各ヒータ４４Ａ、４４Ｂに対応した抵抗値へと換算されて、その後、各バイアス部６６Ａ、６６Ｂにて必要なバイアスが加えられる。
ここで、温度分布抵抗値換算部６４Ａ、６４Ｂでの機能について詳しく説明する。この換算部６４Ａ、６４Ｂは、図６（Ａ）に示すような温度分布を最終的に得るための補正値を用いて、この温度分布の勾配を抵抗値に置き換えて決定するためのものである。
【００２３】
具体的には、ここでの演算係数（換算値）Ｋ０ｉ、Ｋ０ｊを求めるには、実際の処理を行う前に上記両ヒータ４４Ａ、４４Ｂの箇所にも熱電対を設置して、図６（Ａ）に示すような温度分布を実現する。そして、その時の各ヒータ４４Ａ、４４Ｂの抵抗値を求め（電流値と電圧値とで容易に求まる）、
この値をＲｉ、Ｒｊとすると、Ｋ０ｉ：Ｋ０ｊ＝Ｒｉ：Ｒｊとなる。つまり温度分布抵抗値換算部６４Ａ、６４Ｂの出力は現在の熱電対５０−１の検出値と、各温度目標値Ｔ３との差分をＰＩＤ計算し、その結果を抵抗値を置き換えたもので、差分がゼロで、且つ温度が安定している時には、最終目標温度到達時のヒータ抵抗値となる。
【００２４】
図５に戻って、上記温度分布抵抗値換算部６４Ａ、６４Ｂの出力に、必要であれば、バイアス電圧が各バイアス部６６Ａ、６６Ｂで加えられ、各比較部６８Ａ、６８Ｂにて、現在の実際のヒータ抵抗値Ｒと比較される。この実際のヒータ抵抗値Ｒは、現在、電力を供給している各ヒータ４４Ａ、４４Ｂの電圧値と電流値とに基づいて抵抗値演算部７０Ａ、７０Ｂにて求められる。
上記各比較部６８Ａ、６８Ｂで得られた抵抗値の差分には、各補正係数部７２Ａ、７２Ｂにて各チャンネルに対応した各ゲインが補正として加えられる。ここでバイアスは制御ブロック系内のノイズ等によりゲインが十分上げれない場合に、オフセット値（定数）を与えるものであり、小さい方が良い。またゲインは使用するパワーモジュールの温度係数、系内のノイズレベル等を考慮し、最適な値を決定する。
【００２５】
上記各補正係数部７２Ａ、７２Ｂの各出力はそれぞれ出力変化率リミッタ部７６Ａ、７６Ｂへ入力されて過度の変化が抑制され、更に、その各出力は電圧・電流リミッタ部７８Ａ、７８Ｂへそれぞれ入力されて定格以上の電圧が印加されたり、定格以上の電流が流れることを防止するために上限が設定される。そして、上記電圧・電流リミッタ部７８Ａ、７８Ｂの各出力により、電力制御を行う各トライアック部８０Ａ、８０Ｂをコントロールすることにより各ヒータ４４Ａ、４４Ｂへ供給する電力を適正に制御することになる。
【００２６】
以上のような操作により、熱電対５０−１の検出値が低い時には、温度目標値に対応するヒータ抵抗値まで温度を上昇すべく各ヒータ４４Ａ、４４Ｂには多くの電力が投入されて、それぞれの温度が上昇して行く。そして、各ヒータ４４Ａ、４４Ｂの温度及び熱電対５０−１の検出値が上昇して目標温度値に対するヒータ抵抗値と実際のヒータ抵抗値になると、すなわちその時の温度分布は図６（Ａ）に示すようになっているので、その時のヒータ抵抗値Ｒを維持するように各ヒータ４４Ａ、４４Ｂへの電力供給が制御されることになる。
【００２７】
図６（Ａ）に示す場合には、２つのヒータ４４Ａ、４４Ｂの設置場所の温度Ｔ１、Ｔ２が同じ場合について説明したが、これらの温度Ｔ１、Ｔ２を適宜選択することにより、この近傍において任意の温度分布を得ることができる。例えば図６（Ｂ）に示すように、一方のヒータ４４Ａから他方のヒータ４４Ｂに向かって温度が低下するように傾斜した温度分布を得るためには、先に記したように、このような温度分布を実現し、この時の各ヒータ４４Ａ、４４Ｂの抵抗値より、Ｋ０ｉ：Ｋ０ｊ＝Ｒｉ：Ｒｊとすれば良い。
【００２８】
この場合、上記温度分布抵抗値換算部６４Ａ、６４Ｂにおける各換算係数は、図６（Ｂ）に示すような傾斜した温度分布に対応して大きく異なっている。
この場合には、図６（Ｂ）において、温度安定時の熱電対５０−１の検出値よりもΔｔ１℃だけ温度が高い温度に対応するヒータ抵抗値を維持するように一方のヒータ４４Ａへの電力供給は制御され、また、熱電対５０−１の検出値よりもΔｔ２℃だけ温度が低い温度に対応するヒータ抵抗値を維持するように他方のヒータ４４Ｂへの電力供給は制御されることになり、換算値Ｋ０ｉと換算値Ｋ０ｊの比を勾配とする温度分布となる。
【００２９】
このように、例えば１つの熱電対５０−１により複数、例えば２つのヒータ４４Ａ、４４Ｂの温度制御を精度良く行うことができ、しかも、熱電対５０−１の設置場所と各ヒータ４４Ａ、４４Ｂの設置場所が異なっていても、精度良く温度制御を行うことができ、所望の温度分布を得ることが可能となる。
上記実施例にあっては、温度に関連するパラメータとしてヒータ抵抗値を用いたが、すなわち各ヒータ４４Ａ、４４Ｂに印加される電圧とこれに流れる電流から演算によりそれぞれのヒータ抵抗値Ｒを求めてこのヒータ抵抗値Ｒを用いて温度制御を行っていたが、これに替えて、温度制御に関係するパラメータとしてヒータに印加する電圧Ｖ、或いはヒータに流れる電流又は、ヒータに供給する電力を用いるようにしてもよい。
【００３０】
図７は温度制御に関連するパラメータとして電圧を用いた時の温度測定装置のブロック構成図、図８は温度制御に関連するパラメータとして電流を用いた時の温度測定装置のブロック構成図である。
ここで、図７及び図８に示す両ブロック構成は、基本的には、図５に示したブロック構成図と略同一である。尚、同一構成部分には同一符号を付してある。ただし、図７に示すようにヒータ電圧値をパラメータとして用いている場合には、図５に示す温度分布抵抗値換算部６４Ａ、６４Ｂに代えて、所望する温度分布の勾配を電圧値に置き換えて決定するための温度分布電圧換算部８２Ａ、８２Ｂが設けられている。また、図５に示す場合には、ヒータ電流とヒータ電圧とからヒータ抵抗値を求める抵抗値演算部７０Ａ、７０Ｂを必要としたが、図７に示す場合には、各ヒータ４４Ａ、４４Ｂから直接的にヒータ電圧が求められるのでヒータ電圧を求めるための演算部は不要となっている。
【００３１】
また、図８に示すようにヒータ電流値をパラメータとして用いている場合には、図５に示す温度分布抵抗値換算部６４Ａ、６４Ｂに代えて、所望する温度分布の勾配を電流値に置き換えて決定するための温度分布電流換算部８４Ａ、８４Ｂが設けられている。また、図５に示す場合には、ヒータ電流とヒータ電圧とからヒータ抵抗値を求める抵抗値演算部７０Ａ、７０Ｂを必要としたが、図８に示す場合には、各ヒータ４４Ａ、４４Ｂから直接的にヒータ電流が求められるのでヒータ電流を求めるための演算部は不要となっている。
【００３２】
また、上記各実施例では、１つの熱電対５０−１の検出値に基づいて２つのヒータ４４Ａ、４４Ｂを制御するようにしたが、これに限定されず、更に多くのヒータを制御するようにしてもよい。例えば図９は１つの熱電対５０−１の検出値に基づいて３つのヒータ４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃを制御する場合（ヒータ抵抗値制御方式）のブロック構成図を示している。ここでは、例えば図１０に示すような傾斜した温度分布を形成する時を例にとって説明すると、ヒータ４４Ｃは熱電対５０−１より最も遠く離れた場所に位置している。この時のブロック構成図は、図９に示すように、ブロックＡ１、Ａ２の他に、これと同じ機能を示すヒータ４４Ｃ用のブロックＡ３が加わるだけである。このヒータ４４Ｃの温度目標値はＴ４であり、そして、温度安定時には熱電対５０−１とヒータ４４Ｃとの温度差がΔｔ３℃になるように、ヒータ４４Ｃの温度が維持されることになる。
【００３３】
このように、１つの熱電対の検出値に基づいて複数のパワーモジュールを制御する方法は、例えば図１及び図４に示すペルチェ素子である複数、ここでは７つの熱電変換素子４８Ａ〜４８Ｇを制御する時にも使用することができる。この場合、図５、図７、図８、図９におけるトライアックはトランジスタに、交流２００ボルトは直流電源にそれぞれ置き換える必要がある。更に、直流電源として昇降圧可能な、例えばスイッチングレギュレータ等を用いれば、その出力電圧は容易に変えることができるので、定格の異なるペルチェ素子に対しても、容易に対応することができる。
またこの場合、各変換素子４８Ａ〜４８Ｇの設置場所の温度は、印加電圧をゼロにした時、すなわちペルチェ素子に電圧を印加せずに入力端子を開放にした時に得られるベーゼック電圧を検出することにより熱変換プレート５６の温度が判明していれば、容易に得られる。従って、熱電対に代えて、これにより温度制御を行なうことができる。
【００３４】
更には、上記ゼーベック電圧に関しては予め閾値を設けておき、このゼーベック電圧が過度に大きい時には、熱電変換素子の表裏面間の温度差が過度に大きいことを示しているので、素子保護のためにインターロック機能を動作させて、この素子への給電を停止させるのがよい。
また、以上の各実施例にあっては、１つの熱電対の検出値に対して複数のパワーモジュールを制御する場合について説明したが、これに限定されず、複数の熱電対の各検出値を相互に関連づけて、複数のパワーモジュールを制御するようにしてもよい。図１１はこのように複数の温度測定手段の各検出値を相互に関連づけて複数のパワーモジュールの制御を行う時の概略構成図を示し、図１２は図１１の各ブロックに共通する部分を示す部分ブロック図である。
【００３５】
図１１に示すように、ここでは温度測定手段としてｎ個（ｎ：正数）の熱電対（５０−１）〜（５０−ｎ）が設置されており、これに対してｍ個（ｎ＜ｍ：正数）のパワーモジュールを制御するようになっている。そして、各パワーモジュールを制御する温度制御ブロックＡ１〜Ａｍには、ｎ個の熱電対（５０−１）〜（５０−ｎ）の全ての検出値が入力されている。
そして、各ブロックＡ１〜Ａｍにおいては、図１２に示すように上記全ての熱電対（５０−１）〜（５０−ｎ）の検出値をパワーモジュール相互干渉演算部９０ｉ（ｉ≦ｉ≦ｍの正数）に入力して、ここで各検出値毎に重み付けを行って、この出力を比較部６０ｉにて温度目標値Ｔｉと比較するようになっている。
【００３６】
上記パワーモジュール相互干渉演算部９０ｉでは、当該ブロックのパワーモジュールの例えばヒータに、各熱電対が与える影響を数値化して、或いは実験的に求めて重み付けを行ったものである。
ここで重み付けを行なう具体的な方法としては以下の方法がある。例えばｍ個のヒータ出力を乱数的に変化させ、各ヒータ相互間の干渉度合いをｎ個（ｎ＜ｍ）の熱電対からの情報により求める。この時、例えばこれらヒータ、熱電対相互間の関係を最小二乗法によりヒータ、熱電対間の重みとしてｎ×ｍ行列とする。そして図１２において、パワーモジュール相互干渉演算部９０ｉは、この求めたｎ×ｍ行列を計算して各ヒータへの出力を制御することになる。
この様にすれば、温度目標値Ｔｉとして、今まで説明してきたような単一の値を用いなくてもよく、各熱電対の設置場所における所望の温度値を設定することができ、換言すれば、温度制御対象をこれに所望の温度勾配を持たせた状態で最適に温度制御することができる。
【００３７】
これにより、複数の温度測定手段、例えば熱電対の出力を有機的に関連づけて複数のパワーモジュール、例えばヒータ或いはペルチェ素子等を制御することが可能となる。
また、各ブロックＡ１〜Ａｍにはｎ個のセンサ出力の全てが入力される必要はなく、当該ブロックが制御しているパワーモジュール周辺の数個のセンサ出力が入力されるようにしても良い。
尚、上記実施例の処理装置では半導体ウエハを処理する場合を例にとって説明したが、これに限定されず、ガラス基板、ＬＣＤ基板等を処理する装置にも本発明を適用できるのは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の温度制御装置を設けた処理装置を示す構成図である。
【図２】図１に示す処理装置の側壁に設けたパワーモジュールの配置を示す概略横断面図である。
【図３】シャワーヘッドに設けたパワーモジュールの配列状態を示す下面図である。
【図４】図１に示す処理装置の底部に設けたパワーモジュールの配列状態を示す容器底面図である。
【図５】本発明の温度測定装置のブロック構成図である。
【図６】パワーモジュールと温度測定手段を設置した箇所の目標とする温度分布の一例を示す図である。
【図７】ヒータ電圧値とＰＩＤ出力値のカスケード制御を示すブロック構成図である。
【図８】ヒータ電流値とＰＩＤ出力値のカスケード制御を示すブロック構成図である。
【図９】１つの熱電対の検出値に基づいて３つのヒータを制御する場合（ヒータ抵抗値制御方式）を示すブロック構成図である。
【図１０】パワーモジュールと温度測定手段を設置した箇所の目標とする温度分布の他の一例を示す図である。
【図１１】複数の温度測定手段の各検出値を相互に関連づけて複数のパワーモジュールの制御を行う時の概略構成図である。
【図１２】図１１の各ブロックに共通する部分を示す部分ブロック図である。
【符号の説明】
【００３９】
２  処理装置
４  処理容器
４０  温度制御装置
４２  温度制御手段
４４Ａ〜４４Ｄ，４６Ａ〜４６Ｄ  カートリッジヒータ（パワーモジュール）  ４８Ａ〜４８Ｇ  熱電対変換素子（パワーモジュール）
５０（５０−１、５０−２），５２（５２−１、５２−２），５４（５４−１）  熱電対（温度測定手段）
６２Ａ，６２Ｂ  ＰＩＤ調整部
６４Ａ，６４Ｂ  温度分布抵抗値換算部
７０Ａ，７０Ｂ  抵抗値演算部
７２Ａ，７２Ｂ  補正係数部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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