(57)【要約】  【課題】  ＤＡ変換器の調整分解能を上げることなく、且つ昇温レートを下げることなく、昇温時も温度安定時も一定した精度の高い温度制御を行うことができる基板処理装置を提供する。  【解決手段】  電力供給を受けて基板を加熱する加熱手段と、前記基板の温度を測定する温度測定手段と、前記加熱手段に供給される電力を調整するために設けられた電力調整器と、前記温度測定手段からの温度測定信号に基づき前記電力調整器に制御信号を出力する制御手段とを備えた基板処理装置において、  前記電力調整器を複数並列に設けると共に、前記電力調整器の数よりも少ない、少なくとも一つの積分器を設け、前記複数の電力調整器の少なくとも一つは、前記積分器を介して前記制御手段からの制御信号が入力されることを特徴とする基板処理装置。  【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力供給を受けて基板を加熱する加熱手段と、前記基板の温度を測定する温度測定手段と、前記加熱手段に供給される電力を調整するために設けられた電力調整器と、前記温度測定手段からの温度測定信号に基づき前記電力調整器に制御信号を出力する制御手段とを備えた基板処理装置において、
前記電力調整器を複数並列に設けると共に、前記電力調整器の数よりも少ない、少なくとも一つの積分器を設け、前記複数の電力調整器の少なくとも一つは、前記積分器を介して前記制御手段からの制御信号が入力されることを特徴とする基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板処理装置に関し、特にその熱源制御系において、昇温時と温度安定時の必要電力に大きな差がある場合に、昇温時は大きな電力を供給できると共に、温度安定時は細かな制御を行うことができるようにする基板処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の基板処理装置の一例として、半導体製造工程で使用される熱処理装置の一つであるＲＴＰ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓ：急速加熱処理）装置を例に説明する。ＲＴＰ装置の特長として、熱源にランプを使用し、短い時間でウェーハを急速に加熱（例えば、数十秒で１０００℃加熱）できることがあげられる。その温度制御系は、ウェーハの温度を測定し、電力調整器（ＳＣＲ）を用いて加熱手段としてのランプをフィードバック制御している。
【０００３】
図８は、その制御ブロックの一例を示す図である。図に示されるように、ウェーハ１は熱処理室２内で石英のサセプタ３により支持されランプ４により赤外線４ａを受けて加熱される。ウェーハ１の温度は熱電対や光温度計などの温度測定素子５により検出され、温度測定器６により温度信号に変換されてコントローラ７のＰＩＤ調節計７ａにフィードバックされる。ＰＩＤ調節計７ａは設定値７ｂと測定温度が一致するようにＳＣＲ８を調整することで、ランプ４に供給される電源９からの電力をフィードバック制御する。
【０００４】
以上の構成において、熱処理室２には、サセプタ３をはじめ、石英等で構成された種々の部品が備えられている。熱処理プロセスを行うと、ランプ４から放出された赤外線は、ウェーハ１に照射されるのみならず、その周辺の部品にも照射される。従ってウェーハ１を加熱しようとすると、周辺部品も同時に加熱されることとなる。ところで、ＲＴＰ装置は急速加熱を行えることが特長であり、昇温時には、短時間に大きなエネルギをウェーハ１に供給する必要があり、ランプ４に大電流を流す必要がある。このため、ＳＣＲ８には大容量のものが使用されている。昇温時においては、電力制御における高い精度は要求されない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、温度安定時においては、設定値７ｂに対して偏差が少ない精度の高い温度制御が要求される。温度制御の精度を高めるには、ランプ電力（電流）を細かく制御する必要があり、ひいてはＳＣＲ８の調整（制御）を細かく行う必要がある。温度制御の精度を求めていくと、コントローラ７の出力分解能が問題になる。ＳＣＲ８への制御信号は通常４〜２０ｍＡ、０〜５Ｖなどといった制御信号が使われる。この制御信号は図９に示すように、コントローラ７でＰＩＤ演算された結果をＤＡ（デジタル−アナログ）変換器７ｃによりＤＡ変換して出力する。コントローラ７のＤＡ変換の分解能はＤＡ変換器７ｃの性能で定められる。ここでは一例としてＤＡ変換器７ｃの分解能を１／４０００とし、急速昇温をするために、最大電流６０ＡのＳＣＲを使用しているとして、従来の問題点を説明する。
【０００６】
ＳＣＲ８への制御信号はＤＡ変換器の分解能以下では制御できないので、この場合６０Ａ／４０００＝０．１５Ａとなる。つまり、この制御系では、最大電流６０Ａ／０．０１５Ａ単位の制御ができるに止まる。しかし、実際には、ランプ出力が少し変化しただけでウェーハ１の温度が変化するため、０．０１％以下の０．００６Ａ以下の制度で制御を行いたいという要望がある。
【０００７】
ＰＩＤ演算では、０．０１％まで細かく演算できても、ＤＡ変換器７ｃの限界により制御精度が粗くなる。その結果、温度安定時に温度のハンチングが収まらないという問題がある。
【０００８】
そこで、０．００６Ａ以下の分解能で制御するため、最大電流２４Ａ以下（０．００６Ａ以下×４０００分解能）の小容量ＳＣＲを使用することが考えられるが、これでは昇温レートが性能的に満たせない。
以上では、例として０．００６Ａ単位の精度が必要としたが、温度制御性をさらに向上させるには、０．００１Ａ単位の制御なども必要になる。
【０００９】
なお、この問題の一つの解決方法として、ＤＡ変換器７ｃの分解能を１／１００００以上に細かくするという方法があるが、ＤＡ変換器７ｃの分解能を上げるという解決方法では、更に制御精度の向上が求められる場合に追従できない虞がある。また、大容量ＳＣＲを昇温時用ＳＣＲとして、また小容量ＳＣＲを温度安定時用ＳＣＲとして切替えて使用するということも考えられるが、この手法ではＰＩＤ制御中に突然制御系が切替わることによる制御の乱れが生じるという問題がある。
【００１０】
本発明は、ＤＡ変換器の調整分解能を上げることなく、且つ昇温レートを下げることなく、昇温時も温度安定時も一定した精度の高い温度制御を行うことができる基板処理装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決するため、本発明に係る基板処理装置は、電力供給を受けて基板を加熱する加熱手段と、前記基板の温度を測定する温度測定手段と、前記加熱手段に供給される電力を調整するために設けられた電力調整器（ＳＣＲ）と、前記温度測定手段からの温度測定信号に基づき前記電力調整器に制御信号を出力する制御手段（コントローラ）とを備えた基板処理装置において、前記電力調整器を複数並列に設けると共に、前記電力調整器の数よりも少ない、少なくとも一つの積分器を設け、前記複数の電力調整器の少なくとも一つは、前記積分器を介して前記制御手段からの制御信号が入力されることを特徴とするものである。
【００１２】
なお、実施の形態において、前記ＳＣＲは温度安定時に精度良く温度制御するためのＳＣＲ（小容量ＳＣＲ）を１個有している。また、前記ＳＣＲは前記小容量ＳＣＲをバイアスするためのＳＣＲ（大容量ＳＣＲ）を少なくとも１個有している。更に、前記制御手段としてのコントローラは、出力を行うＤＡ変換器が前記ＳＣＲと同じ数だけ接続される。
【００１３】
更に、前記積分器は大容量のＳＣＲの入力側のみに設けられている。また、更に微分器を設けることもできる。この場合も、微分器は大容量のＳＣＲの入力側のみに設けられることができる。また、積分器と微分器は並列に設けることができる。更に、積分器には不感帯を設けることができる。また、前記加熱手段は、小容量ＳＣＲと大容量ＳＣＲとの出力側に１個又は１組（１ゾーン）設けられ、小容量ＳＣＲと大容量ＳＣＲの合成電力により制御されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
以上に詳述したように本発明によれば、ＤＡ変換器の調整分解能を上げることなく、昇温レートを下げることなく、昇温時も温度安定時も一定した精度の高い温度制御を行うことができる基板処理装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
【００１６】
<実施の形態１>
図１は本実施の形態１による基板処理装置の温度制御構成を示す機能ブロック図である。なお、基板処理装置の全体的構成は、図８に示したものと同様であり、ここでの説明を省略する。
【００１７】
実施の形態１では、ＰＩＤ演算出力をそのままＤＡ変換器７ｃ−１を介して入力するＳＣＲ８−１を設けると共に、ＰＩＤ演算出力を積分する積分器１１を設け、その積分器１１の出力をＤＡ変換器７ｃ−２を介して入力するＳＣＲ８−２を設けるようにする。すなわち、ランプ電流を制御するＳＣＲとして、最大電流２０ＡのＳＣＲ８−１，８−２を２つ用いる。ＰＩＤ演算結果の操作量（ＭＶ）は、ＤＡ変換されＳＣＲ８−１へ出力される。同時にＰＩＤ演算結果（ＭＶ）は積分器１１に入力される。積分器１１の出力ＭＶ（Ｉ）はＤＡ変換されＳＣＲ２へ出力される。ランプへの供給電流（電力）は、ＳＣＲ１+ＳＣＲ２の合成電流（電力）となる。
【００１８】
以下に動作を説明する。
まず、温度安定時の制御精度を確保するため、最大電流２０ＡのＳＣＲを使用している。このＳＣＲの最大容量は制御精度を確保できる容量と目安に決定されている。一方、最大電流２０ＡのＳＣＲ一個では、昇温時にＰＩＤ演算結果が１００％以上出力しようとしても、ＳＣＲの限界で実際にはランプ電流が流せないことが問題となり、これでは昇温性能を満たすことができない。そこで、ＳＣＲ８−２をＳＣＲ８−１と並列接続で設け、ＳＣＲ８−２には積分器１１の出力ＭＶ（Ｉ）を出力することにすることにより、昇温時は２個のＳＣＲ８−１，８−２を最大限近くの出力状態とし、一方、温度安定時は、一つのＳＣＲ８−１により細かく制御できるようにしている。このように二つの組からなるＳＣＲを効率良く使い分けることにより、昇温性能及び温度安定制御の精度を満たしている。
【００１９】
なお、図２に示されるように、ＭＶ（Ｉ）は５０％を基準値として、ＭＶ−５０％の偏差を積分する（なお、図２は二つのＳＣＲへの出力の関係を示すものであり、実測値を示すものではない）。このＭＶ（Ｉ）をＳＣＲ８−２に出力することで、ＳＣＲ８−１をバイアスすることになり、その結果ＰＩＤ演算結果ＭＶは小さくなり、ＰＩＤ調節計７ａの制御範囲内で操作することが可能となり、制御精度を落とすことなく温度制御を行うことができる。つまり、図３に示すように、制御系の出力範囲が最大電流４０Ａ／０．００５Ａ単位での制御が可能となる。
なお、積分器１１の出力は零が下限リミットとされており、積分器１１は負の値が出力されないように構成されている。
【００２０】
<実施の形態２>
図４は本実施の形態２による基板処理装置の温度制御構成を示す機能ブロック図である。実施の形態２では、昇温時に実施の形態１の場合よりも大きなランプ電流（電力）を必要とし、且つ温度安定時により高い精度を求める場合について説明する。
【００２１】
本実施の形態では、最大電流１０ＡのＳＣＲ８−３と最大電流６０ＡのＳＣＲ８−４を使用している。またＳＣＲ８−４への出力を演算する積分器は位相進みを防止して制御が不安定となることを防止するために不感帯付積分器１２とする。不感帯付積分器１２は、図５に示すように、外部から設定される上限値と下限値を有しており、ＭＶ＜下限値の時は[下限値−ＭＶ]を、ＭＶ＞上限値の時は[ＭＶ−上限値]の積分演算を行い、その結果ＭＶ（Ｉ）を出力する。この積分器はＰＩＤ演算のＩ定数のような係数を持って積分動作を行うようにしてもよく、例えば不感帯においては、Ｉ定数が零、不感帯外部では、Ｉ定数が所定値となるように積分動作を行うようにしても良い。
【００２２】
以下、動作について、図５、図６を用いて説明すると、昇温時に大きな電力が必要な場合は、ＭＶが不感帯上限を超えたところからＭＶが積分されＭＶ（Ｉ）が大きくなり、ＳＣＲ８−３をバイアスする動作となる。このＭＶ（Ｉ）は６０ＡのＳＣＲに接続されているので、ＳＣＲ８−３に比べて６倍大きな挙動を起こすことができる。大電力が必要な昇温時は、ＳＣＲ８−４の出力が増え、大きなランプ電流を流すことができる。
【００２３】
次に、温度安定時になったときは、ＭＶが不感帯下限値を超えたところから減少し、ＳＣＲ８−４の出力は小さくなってゆき、最終的にはＳＣＲ８−３のみの制御となる。これにより、ＳＣＲ８−３の分解能の制御が可能となる。つまり、制御系の出力範囲が最大電流７０Ａ／０．００２５Ａ単位での制御が可能となる。
【００２４】
<実施の形態３>
図７は本実施の形態３による基板処理装置の温度制御構成を示す機能ブロック図である。
実施の形態３では、実施の形態２で示した構成に加え、更にＭＶの出力を微分する微分器１４を設け、この出力値を不感帯付積分器１３の出力に加算してＤＡ変換器７ｃ−２に入力するようにしている。
【００２５】
この構成はＭＶの変化に対する応答を改善するため、ＭＶの微分値を加えることで、より迅速に供給電力を高め、昇温レートを向上させるようにしたものである。即ち、ＭＶが大きく変化した場合、積分量のみでは反応が遅いが、微分器１３を設けることにより、ＭＶが大きく変化した場合にＳＣＲ８−４の出力もＭＶの変化量に応じてすばやく変化できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態１による構成を示す機能ブロック図である。
【図２】ＭＶとＭＶ（Ｉ）の関係を示す図である。
【図３】実施の形態１の動作を示す図である。
【図４】実施の形態２の構成を示す機能ブロック図である。
【図５】不感帯付積分器の動作を示す図である。
【図６】実施の形態２の動作を示す図である。
【図７】実施の形態３を示す機能ブロック図である。
【図８】従来の基板処理装置における制御系を示す機能ブロック図である。
【図９】コントローラの機能を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  ウェーハ、２  熱処理室、４  ランプ、５  温度測定素子、６  温度測定器、７  コントローラ、７ａ  ＰＩＤ調節計、７ｃ，７ｃ−１，７ｃ−２，  ＤＡ変換器、８，８−１，８−２，８−３，８−４  ＳＣＲ、９  電源、１１  積分器、１２  不感帯付積分器、１３  微分器。
【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】
2005136022.tif 000008
【図７】
2005136022.tif 000009
【図８】
2005136022.tif 000010
【図９】
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