(57)【要約】  作業効率の向上およびコストダウンに寄与することのできる温度調整方法を提供する。  熱処理装置における加熱手段の制御において、加熱制御部により、第一の温度検出手段による検出温度が第一の温度設定条件で積分演算、微分演算および比例演算を行って得られた第一の出力制御パターンに基づき制御する際の、第二の温度検出手段により検出される検出温度の昇温開始時から最大温度時までの間の熱量を求め、該熱量の中から前記比例演算による出力分を差し引いた熱量を用いて第二の出力制御パターンを求める工程と、次回に温度制御する際の第二の温度設定条件が前記第一の温度設定条件のうち少なくとも一つの条件が異なる場合には、前記第二の出力制御パターンを用いて前記異なる条件の部分を修正する修正工程とを有する。
2007102454.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理する処理室内を加熱する加熱手段と、
該加熱手段を制御する加熱制御部と、
前記処理室内の温度を検出する第一および第二の温度検出手段とを備え、
前記第一の温度検出手段は前記第二の温度検出手段よりも前記基板に近い位置に配置され、
前記第二の温度検出手段は前記第一の温度検出手段よりも前記加熱手段に近い位置に配置される熱処理装置における温度調整方法であって、
前記加熱制御部により、前記第一の温度検出手段による検出温度が第一の温度設定条件で積分演算、微分演算および比例演算を行って得られた第一の出力制御パターンに基づき制御する際の、前記第二の温度検出手段により検出される検出温度の昇温開始時から最大温度時までの間の熱量を求め、該熱量の中から前記比例演算による出力分を差し引いた熱量を用いて第二の出力制御パターンを求める工程と、
次回に温度制御する際の第二の温度設定条件が前記第一の温度設定条件のうち少なくとも一つの条件が異なる場合には、前記第二の出力制御パターンを用いて前記異なる条件の部分を修正する修正工程とを有する温度調整方法。
【請求項２】
前記修正工程は、次回に温度制御する際の第二の温度設定条件が、前記第一の温度設定条件のうち一つないし二つの条件が異なる場合には、前記第二の出力制御パターンを用いて、前記異なる条件の部分を修正する工程である請求項１記載の温度調整方法。
【請求項３】
前記異なる条件のうちの少なくとも１つの条件は、目標温度値である請求項２記載の温度調整方法。
【請求項４】
前記異なる条件のうちの少なくとも１つの条件は、温度勾配値である請求項２記載の温度調整方法。
【請求項５】
前記異なる条件のうちの少なくとも１つの条件が目標温度値である場合に、前記第一の温度設定条件における第一の目標温度値を、第二の目標温度値に修正するとともに前記第二の温度設定条件での第二の目標温度値に対応するよう前記第二の出力制御パターンの温度勾配を修正する修正工程である請求項２記載の温度調整方法。
【請求項６】
前記異なる条件のうちの少なくとも１つの条件が温度勾配値である場合に、前記第一の温度設定条件における第一の温度勾配値を、第二の温度勾配値に修正する修正工程である請求項２記載の温度調整方法。
【請求項７】
基板を処理する処理室内を加熱する加熱手段と、
該加熱手段を制御する加熱制御部と、
前記処理室内の温度を検出する第一および第二の温度検出手段とを備え、
前記第一の温度検出手段は前記第二の温度検出手段よりも前記基板に近い位置に配置され、
前記第二の温度検出手段は前記第一の温度検出手段よりも前記加熱手段に近い位置に配置される熱処理装置であって、
前記加熱制御部は、前記第一の温度検出手段による検出温度が第一の温度設定条件で積分演算、微分演算および比例演算を行って得られた第一の出力制御パターンに基づき制御する際の、前記第二の温度検出手段により検出される検出温度の昇温開始時から最大温度時までの間の熱量を求め、該熱量の中から前記比例演算による出力分を差し引いた熱量を用いて第二の出力制御パターンを求め、
次回に温度制御する際の第二の温度設定条件が前記第一の温度設定条件のうち少なくとも一つの条件が異なる場合には、前記第二の出力制御パターンを用いて前記異なる条件の部分を修正する熱処理装置。
【請求項８】
前記加熱制御部は、次回に温度制御する際の第二の温度設定条件が、前記第一の温度設定条件のうち一つないし二つの条件が異なる場合には、前記第二の出力制御パターンを用いて、前記異なる条件の部分を修正する請求項７記載の熱処理装置。
【請求項９】
前記異なる条件のうちの少なくとも１つの条件は、目標温度値である請求項８記載の熱処理装置。
【請求項１０】
前記異なる条件のうちの少なくとも１つの条件は、温度勾配値である請求項８記載の熱処理装置。
【請求項１１】
前記加熱制御部は、前記異なる条件のうちの少なくとも１つの条件が目標温度値である場合に、前記第一の温度設定条件における第一の目標温度値を、第二の目標温度値に修正するとともに前記第二の温度設定条件での第二の目標温度値に対応するよう前記第二の出力制御パターンの温度勾配を修正する請求項８記載の熱処理装置。
【請求項１２】
前記加熱制御部は、前記異なる条件のうちの少なくとも１つの条件が温度勾配値である場合に、前記第一の温度設定条件における第一の温度勾配値を、第二の温度勾配値に修正する請求項８記載の熱処理装置。
【請求項１３】
基板を処理する処理室内を加熱する加熱手段と、
該加熱手段を制御する加熱制御部と、
前記処理室内の温度を検出する第一および第二の温度検出手段とを備え、
前記第一の温度検出手段は前記第二の温度検出手段よりも前記基板に近い位置に配置され、
前記第二の温度検出手段は前記第一の温度検出手段よりも前記加熱手段に近い位置に配置される熱処理装置における半導体装置の製造方法であって、
前記加熱制御部により、前記第一の温度検出手段による検出温度が第一の温度設定条件で積分演算、微分演算および比例演算を行って得られた第一の出力制御パターンに基つき制御する際の、前記第二の温度検出手段により検出される検出温度の昇温開始時から最大温度時までの間の熱量を求め、該熱量の中から前記比例演算による出力分を差し引いた熱量を用いて第二の出力制御パターンを求める工程と、
次回に温度制御する際の第二の温度設定条件が前記第一の温度設定条件のうち少なくとも一つの条件が異なる場合には、前記第二の出力制御パターンを用いて前記異なる条件の部分を修正する修正工程と前記加熱制御部が前記修正された前記第二の出力制御パターンを用いて前記加熱手段を制御しつつ前記処理室内に搬入された基板を処理する工程とを有する半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記修正工程は、次回に温度制御する際の第二の温度設定条件が、前記第一の温度設定条件のうちーつないし二つの条件が異なる場合には、前記第二の出力制御パターンを用いて、前記異なる条件の部分を修正する工程である請求項１３の半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記異なる条件のうちの少なくとも１つの条件は、目標温度値である請求項１４の半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
前記異なる条件のうちの少なくとも１つの条件は、温度勾配値である請求項１４の半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
前記異なる条件のうちの少なくとも１つの条件が目標温度値である場合に、前記第一の温度設定条件における第一の目標温度値を、第二の目標温度値に修正するとともに前記第二の温度設定条件での第二の目標温度値に対応するよう前記第二の出力制御パターンの温度勾配を修正する修正工程である請求項１４の半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
前記異なる条件のうちの少なくとも１つの条件が温度勾配値である場合に、前記第一の温度設定条件における第一の温度勾配値を、第二の温度勾配値に修正する修正工程である請求項１４の半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
請求項１記載の熱処理装置における温度調整方法を用いて処理する半導体装置の製造方法であって、前記加熱制御部が前記修正された前記第二の出力制御パターンを用いて前記加熱手段を制御しつつ前記処理室内に搬入された基板を処理する工程とを有する半導体装置の製造方法。
【請求項２０】
請求項２記載の熱処理装置における温度調整方法を用いて処理する半導体装置の製造方法であって、前記加熱制御部が前記修正された前記第二の出力制御パターンを用いて前記加熱手段を制御しつつ前記処理室内に搬入された基板を処理する工程とを有する半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度調整方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体製造装置では、炉内の温度を適切な温度に維持し若しく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制御装置がヒータの制御を行っている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−１８３０７２号公報（第１１―２１頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来技術であるＰＩＤ演算による帰還制御を用いると、目標値（目標温度）と実測値との偏差が大きくなったことを認識した後で操作量を変化させるという後追い制御であるため、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場合がある。そのため、熟練した作業者により、目標温度との誤差を少なくするための調整（ＰＩＤ演算のために予め設定するパラメータの調整）を繰り返し行うため、多くの調整時間や費用を要しており、作業効率の向上およびコストダウンの妨げとなっている。【０００４】
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、作業効率の向上およびコストダウンに寄与することのできる温度調整方法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】
【０００５】
本発明によれば、基板を処理する処理室内を加熱する加熱手段と、該加熱手段を制御する加熱制御部と、前記処理室内の温度を検出する第一および第二の温度検出手段とを備え、前記第一の温度検出手段は前記第二の温度検出手段よりも前記基板に近い位置に配置され、前記第二の温度検出手段は前記第一の温度検出手段よりも前記加熱手段に近い位置に配置される熱処理装置における温度調整方法であって、
前記加熱制御部により、前記第一の温度検出手段による検出温度が第一の温度設定条件で積分演算、微分演算および比例演算を行って得られた第一の出力制御パターンに基づき制御する際の、前記第二の温度検出手段により検出される検出温度の昇温開始時から最大温度時までの間の熱量を求め、該熱量の中から前記比例演算による出力分を差し引いた熱量を用いて第二の出力制御パターンを求める工程と、
次回に温度制御する際の第二の温度設定条件が前記第一の温度設定条件のうち少なくとも一つの条件が異なる場合には、前記第二の出力制御パターンを用いて前記異なる条件の部分を修正する修正工程とを有する温度調整方法が提供される。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、作業効率の向上およびコストダウンに寄与することのできる温度調整方法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】
【０００７】
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。本発明は、熱処理装置での温度制御における、加熱手段に入力する操作量を比例・積分・微分（ＰＩＤ）演算による帰還制御を用いて、当該加熱手段から出力される制御量を制御する制御方式の自動温度調整手順に関するものである。
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態による熱処理装置について説明するための機能ブロック図、図２は同装置における反応管周辺の構成の詳細について説明するための図である。【０００８】
《熱処理装置》
本実施の形態による熱処理装置は、処理炉９１および主制御部７を備えてなる構成となっている。なお、図１では主制御部７について温度制御部７１のみを抜き出して表示している。【０００９】
《処理炉の構成》
処理炉９１は、ヒータ（加熱手段）１、石英キャップ１ａ、ヒータ熱電対２、カスケード熱電対（温度検出手段）３、ボート４、反応管５、均熱管６、排気管８、ボートエレベータ９、ベース１０、ガス供給管１１、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）１２、圧力調節器（ＡＰＣ）１３、圧力センサ１４、Ｏリング１５、シールキャップ１６、回転軸１７、導入口１８および排気口１９を備えている。【００１０】
主制御部７は、温度制御部（加熱制御部）７１、ガス流量制御部７２、圧力制御部７３および駆動制御部７４を備えている。【００１１】
均熱管６は例えばＳｉＣ等の耐熱性材料からなり、上端が閉塞され、下端に開口を有する円筒状に形成されている。例えば石英（ＳｉＯ２）等の耐熱性材料からなる反応容器（以下、反応管５）は、下端に開口を有する円筒状に形成され、均熱管６内に均熱管６と同心円状に配置されている。反応管５の下部には例えば石英からなるガス供給管１１と排気管８が連結されていて、ガス供給管１１と連結される導入口１８は反応管５下部から、反応管５側部に添って例えば細管状に立ち上がり、天井部分で反応管５の内部に至る構成となっている。排気管８は、反応管５の排気口１９に接続される。ガスはガス供給管１１から反応管５の天井部を経て、反応管５の内部に流入し、反応管５下部に接続された排気管８から排気されるようになっている。【００１２】
反応管５の導入口１８には、ガス供給管１１により、処理用のガスが反応管５内に供給されるようになっている。このガス供給管１１はガスの流量制御手段としてのマスフローコントローラ（ＭＦＣ）１２若しくは不図示の水分発生器に連結されている。マスフローコントローラ１２は、ガス流量制御部７２に接続されており、供給するガス若しくは水蒸気（Ｈ２Ｏ）の流量を所定の量に制御し得る構成となっている。【００１３】
反応管５の排気口１９からは、反応管５内を流れるガスが排出される。反応管５の排気口１９には、圧力調節器（例えばＡＰＣ）１３に連結されたガスの排気管８が接続されており、反応管５内の圧力を圧力検出手段（以下、圧力センサ１４）により検出し、反応管５内の圧力を所定の圧力にするように圧力制御部７３によりＡＰＣ１３を制御する。【００１４】
反応管５の下端開口部には、例えば石英からなる円盤状の保持体（以下、ベース１０）が、Ｏリング１５を介して気密シール可能に着脱自在にあり、ベース１０は円盤状の蓋体（以下、シールキャップ１６）の上に取り付けられている。又、シールキャップ１６には、回転手段（以下、回転軸１７）が連結されており、回転軸１７により、保持体（以下、石英キャップ１ａ）及び基板保持手段（以下、ボート４）、ボート４上に保持されている基板（以下、ウエハ４ａ）を回転させる。また、シールキャップ１６は昇降手段（以下、ボートエレベータ９）に連結されており、ボート４が昇降される構成となっている。回転軸１７およびボートエレベータ９は、所定のスピードで駆動するように、駆動制御部７４により制御される。【００１５】
反応管５の外周には加熱手段（以下、ヒータ１）が同心円状に配置されている。ヒータ１は、反応管５内の温度を上位コントローラＵｃで設定された処理温度にするよう温度検出手段（以下、ヒータ熱電対２、カスケード熱電対３）により温度を検出し、温度制御部７１により制御する。ここでヒータ熱電対２はヒータ１の温度を、カスケード熱電対３は均熱管６と反応管５の間の温度を検出する役割を有している。具体的には、ヒータ１は、炉内温度をより高精度に制御するために複数のゾーン（例えば、Ｕゾーン、ＣＵゾーン、ＣＬゾーン、Ｌゾーンなど）に分割されており、ヒータ１により構成される複数の加熱ゾーンからの温度検出値と温度設定値との偏差に基づいて、加熱ゾーン毎にヒータへのパワー制御信号が出力され、温度制御が行われる。なお、ヒータ熱電対２もカスケード熱電対３も、ヒータ１の複数のゾーンに対応するようにそれぞれのゾーンに応じた位置で検出するように複数の検出点を有する。【００１６】
ここではカスケード熱電対３は反応管５とボート４の間に設置され、反応管５内の温度を検出することもできるような構成となっているが、カスケード熱電対３とヒータ熱電対２の配置は、ヒータ１とウエハ４ａとの間にそれぞれ配置され、カスケード熱電対３はヒータ熱電対２よりウエハ４ａにより近く配置され、ヒータ熱電対２は、カスケード熱電対３よりヒータ１側により近く配置されればよい。【００１７】
《処理炉を用いた酸化、拡散処理方法の一例》
次に、処理炉９１における酸化、拡散処理方法の一例を説明する。まず、ボートエレベータ９によりボート４を下降させる。ボート４は、複数枚のウエハ４ａを保持する。次いで、ヒータ１により加熱しながら、反応管５内の温度を所定の温度にする。ガス供給管１１に接続されたＭＦＣ１２により予め反応管５内を不活性ガスで充填しておき、ボートエレベータ９により、ボート４を上昇させて反応管５内に移し、反応管５の内部温度を所定の処理温度に維持する。反応管５内を所定の圧力に保った後、回転軸１７により、ボート４及びボート４上に保持されているウエハ４ａを回転させる。同時にガス供給管１１から処理用のガスを供給若しくは水分発生器から水蒸気を供給する。供給されたガスは、反応管５を下降し、ウエハ４ａに対して均等に供給される。【００１８】
酸化・拡散処理中の反応管５内では、排気管８を介して排気され、所定の圧力になるようＡＰＣ１３により圧力が制御され、所定時間、酸化・拡散処理を行う。【００１９】
このようにして酸化・拡散処理が終了すると、次のウエハ４ａの酸化・拡散処理に移るべく、反応管５内のガスを不活性ガスで置換するとともに、圧力を常圧にし、その後、ボートエレベータ９によりボート４を下降させて、ボート４及び処理済のウエハ４ａを反応管５から取り出す。反応管５から取り出されたボート４上の処理済のウエハ４ａは、未処理のウエハ４ａと交換され、再度前述同様にして反応管５内に上昇され、酸化・拡散処理が成される。【００２０】
《温度制御部の説明）》
次に、図１に示す温度制御部７１について説明する。なお、温度制御部７１は、前述の加熱ゾーンごとに、ヒータ１、カスケード熱電対３、ヒータ熱電対２それぞれに応じて制御するが、以下の説明では、特別説明のない限り、そのうちの１つの加熱ゾーンに対しての説明であるものとする。【００２１】
温度制御部７１は切替え器２０および２２、減算器２１および２５、ＰＩＤ演算器２３および２６、ＰＩＤＣ演算器２４およびＰｏｗｅｒパターン出力器２７から構成される。【００２２】
切替え器２０は設定される制御モードによって制御方式を選択切り替えするものである。具体的にはＰＩＤ制御（後述）とＰｏｗｅｒ制御（後述）等の選択切替えを行う。【００２３】
減算器２１は上位コントローラＵｃで設定される目標値Ｓｃから制御量（検出温度）Ａを減算した結果を偏差Ｆとして算出し、切替え器２２を経由してＰＩＤ演算器２３あるいはＰＩＤＣ演算器２４へ出力する。【００２４】
切替え器２２は設定される制御モードによって制御方式を選択切り替えするものである。具体的にはＰＩＤＣ制御（後述）とＰＩＤ制御との選択切替えを行う。【００２５】
続いて、ＰＩＤ演算器２３における処理（ＰＩＤ制御）について図３に基づいて説明する。【００２６】
《ＰＩＤ演算器の説明》
図３に示すように、ＰＩＤ演算器２３は、加算器３０、積分演算器３１、比例演算器３２および微分演算器３３とから構成される。積分演算器３１は、偏差Ｆを入力とし、偏差Ｆ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Ｎ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ＦをＦ（ｔ）、そのときの積分値ＮをＮ（ｔ）で表すとすると、積分値Ｎは式（１）に従って求められる。なお、式（１）において、∫Ｆ（ｕ）ｄｕの積分範囲は０からｔの間である。
Ｎ（ｔ）  ＝  Ｋｉ・∫Ｆ（ｕ）ｄｕ  ・・・（１）
比例演算器３２は、偏差Ｆを入力とし、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Ｏとして出力するものである。ある特定時間ｔにおける偏差ＦをＦ（ｔ）、そのときの比例値ＯをＯ（ｔ）で表すと、比例値Ｏは式（２）に従って求められる。
О（ｔ）  ＝  Ｋｐ・Ｆ（ｔ）  ・・・（２）
微分演算器３３は、偏差Ｆを入力とし、偏差Ｆ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Ｒ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ＦをＦ（ｔ）、そのときの微分値ＲをＲ（ｔ）で表すとすると、微分値Ｒは式（３）に従って求められる。
Ｒ（ｔ）  ＝  Ｋｄ・ｄＦ（ｔ）／ｄｔ  ・・・（３）
加算器３０は、積分値Ｎ、比例値Ｏおよび微分値Ｒを入力とし、これらの総和を算出して操作量Ｘを出力するものである。ある特定の時間ｔにおける偏差ＦをＦ（ｔ）、そのときの操作量ＸをＸ（ｔ）で表すとすると、前述した式（１）、式（２）、式（３）から操作量Ｘは式（４）に従って求められ、このようなＰＩＤ演算器２３における演算処理をＰＩＤ演算と呼ぶ。なお、式（４）において、∫Ｆ（ｕ）ｄｕの積分範囲は０からｔの間である。
Ｘ（ｔ）  ＝  Ｋｐ・Ｆ（ｔ）  ＋  Ｋｉ・∫Ｆ（ｕ）ｄｕ  ＋  Ｋｄ・ｄＦ（ｔ）／ｄｔ  ・・・（４）
つまり図１、図２で示すように、主制御部７における温度制御部７１に対して、上位コントローラＵｃからの目標値（目標温度）Ｓｃおよびカスケード熱電対３からの制御量（検出温度）Ａが入力され、温度制御部７１内の減算器２１では目標値（目標温度）Ｓｃから制御量Ａを減算した偏差Ｆが出力される。ＰＩＤ演算器２３では、偏差Ｆを用いてＰＩＤ演算が行われ、操作量Ｘが決定される。この操作量Ｘは目標値Ｘに変換され、この目標値Ｘ’とヒータ熱電対２からの制御量（検出温度）Ｂが減算器２５に入力され、減算器２５では目標値Ｘ’から制御量Ｂを減算した偏差Ｅが出力される。ＰＩＤ演算器２６では偏差Ｅを用いてＰＩＤ演算され、温度制御部７１の出力として操作量Ｚが出力され、ヒータ１に入力される。そしてヒータ１から出力された制御量Ａ、Ｂは再び温度制御部７１に帰還される。このように温度制御部７１から出力される操作量Ｚを、目標値Ｓｃと制御量Ａとの偏差Ｆが零になるように時々刻々と変化させている。このような制御方式をＰＩＤ制御と呼ぶ。【００２７】
《ＰＩＤＣ演算器の説明》
続いて、ＰＩＤＣ演算器について図４に基づいて説明する。【００２８】
図４に示すように、ＰＩＤＣ演算器２４は、加算器４０、積分演算器４１、比例演算器４２、微分演算器４３、切替え器４４、積分パターン出力器４５、積分パターン出力器４６から構成される。【００２９】
切替え器４４は、予め設定される制御切替え時間に基づいて選択切替えを行うものである。具体的には制御開始から予め設定された時間ｔのタイミングで、積分パターン出力器４５か積分パターン出力器４６＋積分演算器４１かの切替えを行う。【００３０】
積分演算器４１は偏差Ｆを入力とし、偏差Ｆ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Ｎ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ＦをＦ（ｔ）、そのときの積分値ＮをＮ（ｔ）で表すとすると、積分値Ｎは式（５）に従って求められる。なお、式（５）において、∫Ｆ（ｕ）ｄｕの積分範囲は０からｔの間である。
Ｎ（ｔ）  ＝  Ｋｉ・∫Ｆ（ｕ）ｄｕ  ・・・（５）
ここで、積分出力パターンとは、積分演算分の代わりに、予め積分演算分の出力値を過程に合わせて設定するものであり、積分パターン出力器４５および４６は、予め設定されている出力パターンに基づいて、積分パターン値Ｊを出力するものである。
図５は、積分出力パターンを例示する図である。上位コントローラＵｃでは、温度制御を行う際の複数のステップ（Ｓｔｅｐ１〜Ｓｔｅｐ４）毎に出力値Ｃ、レート（Ｒａｔｅ）、時間ｔｉｍｅを設定することができる。あるステップをＩステップ目とすると、前ステップの出力値Ｃ（Ｉ−１）からレートＲａｔｅ（Ｉ）で出力値Ｃ（Ｉ）に向かって変化させ、出力値Ｃ（Ｉ）到達後は出力値はＣ（Ｉ）のまま出力を続ける。Ｉステップ開始後、時間ｔｉｍｅ（Ｉ）経過時点で次ステップＩ＋１ステップ目に移行する。ある特定の時間ｔにおける積分パターン値ＪをＪ（ｔ）とする。【００３１】
加算器４９は、積分パターン出力器４６からの積分パターン値Ｊと積分演算器４１からの積分値Ｎとを入力とし、これらの総和を算出し積分操作量Ｗを出力するものである。【００３２】
つまり、ある特定時間ｔにおける偏差ＦをＦ（ｔ）、そのときの積分操作量ＷをＷ（ｔ）で表すと、切替え器４４によって積分パターン出力器４５と積分パターン出力器４６＋積分演算器４１の切替えが行われるとき、積分操作量Ｗは式（６）に従って求められる。積分操作量Ｗは、積分パターン値（Ｊ（ｔ））と積分演算値との和になっている。なお、式（６）において、∫Ｆ（ｕ）ｄｕの積分範囲は０からｔの間である。
Ｗ（ｔ）  ＝  Ｊ（ｔ）  ＋  Ｋｉ・∫Ｆ（ｕ）ｄｕ  ・・・（６）
比例演算器４２は偏差Ｆを入力とし、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Ｏとして出力するものである。ある特定時間ｔにおける偏差ＦをＦ（ｔ）、そのときの比例値ＯをＯ（ｔ）で表すと、比例値Ｏは式（７）に従って求められる。
О（ｔ）  ＝  Ｋｐ・Ｆ（ｔ）  ・・・（７）
微分演算器４３は、偏差Ｆを入力とし、偏差Ｆ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Ｒ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ＦをＦ（ｔ）、そのときの微分値ＲをＲ（ｔ）で表すとすると、微分値Ｒは式（８）に従って求められる。
Ｒ（ｔ）  ＝  Ｋｄ・ｄＦ（ｔ）／ｄｔ  ・・・（８）【００３３】
加算器４０は、積分操作量Ｗもしくは積分パターン値Ｊと比例値Ｏと微分値Ｒを入力とし、これらの総和を算出して操作量Ｘを出力するものである。ある特定の時間ｔにおける偏差ＦをＦ（ｔ）、そのときの操作量ＸをＸ（ｔ）で表すとすると、前述した式（６）、式（７）、式（８）から操作量Ｘは式（９ａ）もしくは式（９ｂ）に従って求められ、これをＰＩＤＣ演算と呼ぶ。
Ｘ（ｔ）  ＝  Ｗ（ｔ）  ＋  Ｋｐ・Ｆ（ｔ）  ＋  Ｋｄ・ｄＦ（ｔ）／ｄｔ  ・・・（９ａ）
Ｘ（ｔ）  ＝  Ｊ（ｔ）  ＋  Ｋｐ・Ｆ（ｔ）  ＋  Ｋｄ・ｄＦ（ｔ）／ｄｔ  ・・・（９ｂ）
つまり図１で示すように、温度制御部７１に対して、上位コントローラＵｃからの目標値Ｓｃおよびカスケード熱電対３からの制御量Ａが入力されると、温度制御部７１内の減算器２１では目標値Ｓｃから制御量Ａを減算した偏差Ｆが出力される。切替え器２２によりＰＩＤＣ演算器２４に偏差Ｆが入力されたとき、ＰＩＤＣ演算器２４では、偏差Ｆと予め設定された積分パターン積分値と比例微分演算器等を用いて、操作量Ｘが決定される。この操作量Ｘは目標値Ｘ’に変換され、この目標値Ｘ’とヒータ熱電対２からの制御量Ｂが減算器２５に入力され、減算器２５では目標値Ｘ’から制御量Ｂを減算した偏差Ｅが出力される。ＰＩＤ演算器２６では偏差Ｅを用いてＰＩＤ演算され、温度制御部７１の出力として操作量Ｚが出力され、ヒータ１に入力される。そしてヒータ１から出力された制御量Ａおよび制御量Ｂは、再び温度制御部７１に帰還される。このように温度制御部７１から出力される操作量Ｚを、目標値Ｓｃと制御量Ａとの偏差Ｆが零になるように時々刻々と変化させている。このような制御方式をＰＩＤＣ制御と呼ぶ。【００３４】
《Ｐｏｗｅｒパターン出力器の説明》
次に、Ｐｏｗｅｒパターン出力器２７について説明する。【００３５】
ここで、Ｐｏｗｅｒ（パワー）パターンとは、積分演算分、微分演算分、比例演算分を含む、ヒータ出力値の代わりに予め積分、微分、比例演算分を含むヒータ出力値を過程に合わせて設定するものであり、Ｐｏｗｅｒパターン出力器２７は、予め設定されたパターンに基づいて操作量Ｚを出力するものである。
具体的には、例えば図６に示すように、ある特定の時間ｔ１はある一定の操作量Ｚ１を出力し、ｔ１経過後、ある特定の時間ｔ２の間はある一定の操作量Ｚ２を出力する。このとき、操作量Ｚ１から操作量Ｚ２に移行する際に予め設定された傾き（操作量／時間）によってランピングさせることも可能である。このように予め時間と操作量と傾きによって作られるパターンに基づいて操作量を決定し、出力する制御方式をＰｏｗｅｒ制御と呼ぶ。【００３６】
《温度調整方法》
図７は、本実施の形態による温度調整方法について説明するためのフローチャートである。ここでは、初期温度Ｓから目標温度Ｓ’にランプアップさせ安定工程に至るまでの場合について述べる。なお、ここでランプアップとは、立ち上げ（ｒａｍｐ−ｕｐ）、すなわち昇温工程を意味する。【００３７】
はじめにＰＩＤ制御で前述の標準的なＰＩＤパラメータ（Ｋｉ、Ｋｐ、Ｋｄ）を使用して、温度制御部７１によってカスケード熱電対３による検出温度が所定の目標温度となるようヒータ１の温度制御を行い（第一の工程）、温度特性基本データ（カスケード熱電対３により検出される温度データ）を取得する（Ｓ１１ａ）。【００３８】
次に、図８に示すようにこの温度特性基本データに基づいて、ランプアップ開始からの（カスケード熱電対の測定する温度に基づく）温度調整評価時間Ａ１［ｍｉｎ］を決定し、また、カスケード熱電対３の示す温度の最大オーバーシュート時間（ランプアップ開始からオーバーシュートが最大になるまでの時間）ａ［ｍｉｎ］、目標温度Ｓ’到達時間ｂ［ｍｉｎ］、目標温度Ｓ’安定時間ｃ［ｍｉｎ］、目標温度安定時の操作量ｄ［％］を求める。また、温度調整評価時間Ａ１内の各時点での操作量ｅ（ｔ）［％］、ヒータ熱電対２の示す温度ｆ（ｔ）［℃］（図示せず）、カスケード熱電対３の示す温度ｇ（ｔ）［℃］を求める。【００３９】
次に、カスケード熱電対３の示す温度（以下、カスケード温度ともいう）の温度調整評価時間Ａ１中の総熱量Ｂ１［％＊ｍｉｎ］を求める。なお、式（１０）において、∫ｅ（ｔ）ｄｔの積分範囲は０からＡ１の間である。
Ｂ１  ＝  ∫ｅ（ｔ）ｄｔ  ・・・（１０）
また温度調整評価時間Ａ１中全域で目標温度Ｓ’の温度で安定していると仮定し、目標温度Ｓ’安定時の操作量ｄのみを出力したと仮定した場合の温度調整評価時間Ａ１中の総熱量を安定熱量Ｃ１［％＊ｍｉｎ］とするとＣ１は以下の式（１１）で求められる。
Ｃ１  ＝  ｄ＊Ａ１  ・・・（１１）
式（１０）および式（１１）から求めたＢ１、Ｃ１を用いて、以下の式（１２）で求められる熱量を昇温熱量Ｄ１［％＊ｍｉｎ］とする。
Ｄ１  ＝  Ｂ１  −  Ｃ１  ・・・（１２）
ここで、昇温熱量について説明する。初期温度から所望の目標温度Ｓ’に昇温し始めてから安定するまでのＰＩＤ演算によって求められた熱量には、目標温度Ｓ’で安定保持するために必要な熱量と、目標温度まで設定値に追従しつつ昇温するために必要な熱量の２種類の熱量が含まれている。【００４０】
そこで、式（１０）で求めた総熱量から目標温度に安定しているときの操作量を出力し続けたと仮定した場合の安定熱量を減算すれば、昇温するために必要な熱量、昇温熱量が得られる。【００４１】
前述のように、昇温し始めてから目標温度までは、設定値に追従しつつ昇温するが、このとき昇温熱量が大きすぎると、目標温度を越えても昇温しつづけるオーバーシュートが発生してしまう。このオーバーシュートは温度制御上不必要な現象であり、極力無くす必要がある。ここで、総熱量のうち安定熱量ではなく、昇温熱量内にオーバーシュートの要因がひそんでいることとなり、この昇温熱量内にひそむオーバーシュート要因の熱量比率を反映させた出力パターンを用いることで、炉内を理想的な温度に素早く安定させることができることとなる。【００４２】
次に図９の斜線部に示すように、評価開始から目標温度Ｓ’到達時間ｂから目標温度Ｓ’安定時間ｃの間オーバーシュートしたカスケード温度の総和を求める。これをオーバーシュート温度総和Ｆ’とするとＦ’は以下の式（１３）で求められる。なお、式（１３）において、∫ｇ（ｔ）ｄｔの積分範囲はｂからｃの間である。
Ｆ’  ＝  ∫ｇ（ｔ）ｄｔ  −  Ｓ’＊（ｃ−ｂ）  ・・・（１３）
次に図１０の斜線部に示すように評価開始から目標温度Ｓ’安定時間ｃの間の温度総和を求める。これを温度総和ＧとするとＧは以下の式（１４）で求められる。なお、式（１４）において、∫ｇ（ｔ）ｄｔの積分範囲は０からｃの間である。
Ｇ  ＝  ∫ｇ（ｔ）ｄｔ  −  Ｓ＊ｃ  ・・・（１４）
次に、オーバーシュート温度比率Ｈ［百分率］を求める。これは、図１０に示すような温度総和Ｇに対するオーバーシュート温度総和Ｆ’の割合である。よって以下の式（１５）で求められる。
Ｈ  ＝  Ｆ’／Ｇ  ・・・（１５）
このオーバーシュート温度比率Ｈ分が、昇温熱量Ｄ１にひそむオーバーシュート要因の熱量の比率である。よって昇温熱量Ｄ１からオーバーシュート温度比率Ｈ分だけ削減することにより昇温熱量Ｄ１に反映させることで、オーバーシュートを抑制し、炉内を理想的な温度に素早く安定させることができる。オーバーシュート温度比率Ｈを削減後の昇温熱量をＤ１’とするとＤ１’は以下の式（１６）で求められる。
Ｄ１’  ＝  Ｄ１＊（１−Ｈ）  ・・・（１６）
そして、上述のようにして求めたａ、ｄ、Ｄ１’を用いてＰｏｗｅｒ出力パターン（第一の出力制御パターンに相当）を求め（第二の工程）、Ｐｏｗｅｒ制御を行う（第三の工程）。すなわち、第一の工程におけるヒータの制御においてカスケード熱電対により検出される検出温度に基づき、ヒータを制御するための操作量をパターン化し第一の出力制御パターンを求め、当該第一の出力制御パターンに基づいてヒータの制御を行う。【００４３】
Ｐｏｗｅｒ出力パターンは図１１に示すパターンを求める（Ｓ１１ｂ）。昇温ランプレート（℃／ｍｉｎ）をｈとすると図１１中の各パラメータは以下の式（１７）〜式（２０）で求められる。なお、ここでのランプレートとは、温度変化の速度（傾き）を意味し、例えば１００℃から２００℃に５分間で昇温させたい時のランプレートは、（２００℃−１００℃）／５分＝２０℃／分となる。
Ｅ０  ＝  （Ｄ１’／Ｔ１）  ＋  ｄ  ・・・（１７）
Ｅ１  ＝  ｄ  ・・・（１８）
Ｔ１  ＝  （Ｓ’−  Ｓ）／ｈ  ・・・（１９）
Ｔ２  ＝  ａ  −  Ｔ１  ・・・（２０）
ここで、Ｅ０は昇温熱量Ｄ１’を一定の出力量として、Ｄ１’を、初期温度Ｓから目標温度Ｓ’に到達させる時間Ｔ１の時間で割り、目標温度安定時の操作量ｄ（％）を加えたもの（すなわち、Ｔ１のときの操作量）である。また、Ｓは初期温度を示す。【００４４】
Ｔ１以降は、カスケード温度の最大温度に達する時間（最大オーバーシュート時間）ａ（ｍｉｎ）に達するまでは目標温度安定時の操作量ｄしか出力しないようにする。【００４５】
このＰｏｗｅｒ出力パターンを用いることによってランプレートｈに追従し、かつ素早く安定させることのできるヒータ熱電対２の示す温度波形を得ることができる。これをＰｏｗｅｒ制御時温度特性データとして取得する（Ｓ１２）。【００４６】
続いて、Ｐｏｗｅｒ制御時基本温度特性データのオーバーシュート量の判定を行い（Ｓ１３）、予め設定されたオーバーシュート許容値よりオーバーシュート量が大きい場合（Ｓ１３、Ｙｅｓ）、前述の式（１３）〜（２０）を用い、温度波形全体とオーバーシュートした部分との比率からＰｏｗｅｒ出力パターンを修正し、オーバーシュートを軽減させるように調整を行う（Ｓ１４）。そして、このようにして修正されたＰｏｗｅｒ出力パターンにより再度Ｐｏｗｅｒ制御し（第三の工程）、その制御時の温度特性データを取得する（Ｓ１２）。【００４７】
次に、オーバーシュート量が予め設定されたオーバーシュート許容値より大きくない場合（Ｓ１３、Ｎｏ）、図１２に示すように、第一の工程の際取得したＰＩＤ制御時のカスケード熱電対に対する温度推移（温度波形）、第三の工程の際取得したＰｏｗｅｒ制御時温度特性基本データからＰｏｗｅｒ制御開始からの温度調整評価時間Ｊ１［ｍｉｎ］を決定し、また、ヒータ熱電対２の示す最大温度時の時間ｊ［ｍｉｎ］、ヒータ熱電対２が示す温度が十分に安定した時間ｎ［ｍｉｎ］を求める。ここで、温度調整評価時間Ｊ１内の各時点でのＰｏｗｅｒ制御時のヒータ熱電対２の示す温度（以下、ヒータ波形ともいう）をｋ（ｔ）［℃］、カスケード熱電対３の示す温度をｍ（ｔ）［℃］とする。【００４８】
これらのデータから図１２に示すようなＰｏｗｅｒ制御時のヒータ熱電対２の示す温度ｋ（ｔ）の波形からＰ動作分を差し引いたヒータ波形Ｌ（ｔ）を基に、図１３に示すような積分出力パターンＭ（ｔ）を求める（第四の工程）（Ｓ１５）。【００４９】
ここでヒータ熱電対２の示す温度ｋ（ｔ）の波形からＰ（比例）動作分引く理由は、ｋ（ｔ）はＰＩＤ制御時にＰＩＤ演算によって算出された出力を基にしてＰｏｗｅｒ出力パターンを作成し、取得しているため、この波形はＰ（比例）出力、Ｉ（積分）出力、Ｄ（微分）出力の総和によるものである。【００５０】
そのためＰ出力とＤ出力分を差し引けば所望の積分出力パターンＭ（ｔ）が求められる。ここで、一般的に昇温時にはＤ出力は微小であるためＤ出力は無視できる。【００５１】
次にＰ動作分を差し引いたヒータ波形Ｌ（ｔ）からさらにｋ（０）・ｊを差し引いた、評価開始からヒータ波形ｋ（ｔ）が示すヒータ温度最大時点ｊまでの時間の熱量を求める。仮にＱとする。なお、式（２１）において、∫Ｌ（ｔ）ｄｔの積分範囲は０からｊの間である。
Ｑ  ＝  ∫Ｌ（ｔ）ｄｔ−ｋ（０）・ｊ  ・・・（２１）
このＱをヒータ温度最大時点ｊまでの時間で割ることで、評価開始からｊ時点までＱと面積（熱量）が同じでヒータ温度が一定の値Ｍを求めることができる。
（底辺ｊ、高さＭの長方形の面積（熱量）  ＝  Ｑの面積（熱量））
Ｍ  ＝  Ｑ／ｊ  ・・・（２２）
このＭを２倍すると、Ｑの面積（熱量）と等しい底辺ｊ高さＭ＊２の三角形を求めることができる。この三角形の高さと傾きとｋ（０）・ｊを用いることにより、ヒータ熱電対が示すＰ動作分を除いたヒータ熱電対の示す温度（以下、ヒータ熱電対温度ともいう）による熱量と同じ熱量となる適切な積分出力パターンである。【００５２】
図１３に示すように評価開始からＰｏｗｅｒ制御時のヒータ熱電対の示すヒータ温度最大時点ｊの間をステップ１、Ｐｏｗｅｒ制御時（ヒータ熱電対の示す）ヒータ温度最大時点ｊからＰＩＤ制御時最大カスケード温度時間ａの間をステップ２とする。【００５３】
ステップ１温度は前述の三角形の高さと傾きを適用すれば、評価開始からＰｏｗｅｒ制御時のヒータ熱電対の示すヒータ温度最大時点ｊまでの適切な積分出力パターンになる。すなわち、Ｐｏｗｅｒ制御時のヒータ熱電対最大時点には、ヒータ加熱による昇温させるための出力、すなわち昇温熱量によるヒータ熱電対の検出する温度への影響がなくなる時点であり、この時点まで昇温させるよう積分出力パターンを作成するのが適切である。【００５４】
ステップ２の終了時点であるＰＩＤ制御時のカスケード熱電対の示す最大温度到達時点以降は、カスケード熱電対の検出する温度としては、ヒータ加熱の変動の影響等が無くなる。つまりこの時点でカスケード温度が目標温度Ｓ’に到達すれば、その後はオーバーシュートすることなく、目標温度Ｓ’で安定する。すなわち、カスケード熱電対の示す最大温度到達時点では、ヒータ加熱による昇温させるための出力、すなわち昇温熱量によるカスケード熱電対の検出する温度への影響がなくなる時点であり、この時点まで昇温させるよう積分出力パターンを作成するのが適切である。【００５５】
よって積分出力パターンについてもＰＩＤ制御時におけるカスケード熱電対の検出する温度が最大となる時点で安定時の出力になるようにパターン化すれば、ステップ２の適切な積分出力パターンであり、ステップ１目標温度Ｖからヒータ熱電対が十分に安定した時間ｎのヒータ温度ｋ（ｎ）へ線形でパターン化すれば良い。なお、ＰＩＤ制御時とせず、Ｐｏｗｅｒ制御時におけるカスケード熱電対の検出温度が最大となるようにしてもよい。【００５６】
図１２および図１３におけるパラメータであるＬ（ｔ）［℃］（Ｐ分差し引いたヒータ温度）、Ｖ［℃］（図１３におけるＳＴＥＰ１目標温度）、Ｔ［℃／ｍｉｎ］（図１３におけるＳＴＥＰ１傾き）およびＵ［℃／ｍｉｎ］  （図１３におけるＳＴＥＰ２傾き）は以下の式（２３）〜（２６）で求められる。
Ｌ（ｔ）［℃］  
＝（ヒータ波形  −  Ｐ動作出力分）
＝  ｋ（ｔ）−［Ｐ定数Ｋｐ＊（目標温度Ｓ’−ＰＯＷＥＲ制御時のカスケード温度ｍ（ｔ））］  ・・・（２３）
式（２１）および式（２２）より
Ｖ［℃］  ＝  （∫Ｌ（ｔ）ｄｔ／ｊ）×２  ・・・（２４）
Ｔ［℃／ｍｉｎ］  ＝  （Ｖ−ｋ（０））／ｊ  ・・・（２５）
Ｕ［℃／ｍｉｎ］  ＝  （ｋ（ｎ）−Ｖ）／（ａ−ｊ）  ・・・（２６）
以上のような式から積分出力パターンを作成し、ＰＩＤＣ制御を行う（Ｓ１５）。なお、式（２４）において、∫Ｌ（ｔ）ｄｔの積分範囲は０からｊの間である。【００５７】
具体的には図１３に示すようにステップ毎に初期値、目標値、レート、時間を設定しステップに沿って出力していくものである。【００５８】
《オーバーシュート、アンダーシュートの改善調整》
さらに本実施の形態における熱処理装置は、前述の積分出力パターンでＰＩＤＣ制御を実施してもオーバーシュート、アンダーシュートが大きい場合、あるいは加熱ゾーン間での偏差が大きく改善する必要がある場合にはこれらを調整する機能を備える。例えば、積分出力パターンを用いることによって、過剰な積分演算値は除外されるが、一方、その影響により、昇温するタイミングが遅くなり、比例演算値等が余計に大きくなってしまうことがある。そのため、これらを調整する必要がある場合が出てくる。【００５９】
以下、オーバーシュート、アンダーシュートの改善調整について説明する。前述の通り、本発明の実施の形態では温度過渡期の積分出力をパターン化し、また温度安定期には積分出力量が安定時のそれとなるように積分出力パターンを作成し、積分演算出力に加えて温度調整している。ここで、温度安定期に、積分演算出力を用いているのは、予想不可能な外乱等の少々の温度変化による悪影響が昇温時に比べて比較的顕著になりやすいので、積分出力パターンのみでは対応できないのを積分演算出力をも用いることで対応するためである。【００６０】
つまり、例えば図１３に示す温度制御においては、ステップ３からは安定期であり、ステップ２とステップ３の切り替え時点で目標温度Ｓ’とカスケード熱電対の示す温度との偏差を０にすれば、その後温度は安定し、これが適切な調整になると考えられる。【００６１】
よって、オーバーシュートあるいはアンダーシュートが発生した場合（Ｓ１６、Ｙｅｓ）はステップ２とステップ３の切替え点（ＰＩＤ制御切替え時点）での目標温度Ｓ’とカスケード熱電対の示す温度との偏差から積分出力パターンを修正し、オーバーシュートあるいはアンダーシュートを軽減するよう調整する（Ｓ１７ａ）。【００６２】
図１４に示すようにステップ２とステップ３の切替え点でのカスケード熱電対が示す温度と目標温度Ｓ’との偏差をｐとすると、積分出力パターンは適切であるにも関わらず、オーバーシュート、アンダーシュートが発生するのは、過渡期におけるＰ出力の影響が大きいと考えられる。ステップ２とステップ３の切替え点での偏差ｐから算出されたＰ出力Ｗ１は、式（７）と同様に式（２）で求められる。
Ｗ１  ＝  Ｋｐ・ｐ  ・・・（２７）
つまりこのＰ出力Ｗ１分が余分な出力であり、ステップ１とステップ２の切替え点で偏差ｐとなって表れていると考えられる。【００６３】
よってオーバーシュート、アンダーシュート改善は、積分出力パターンでこの余分なＰ出力Ｗ１を調整することによって実現できると考えられる。【００６４】
ここで、温度過渡期はステップ１〜ステップ２であり、この調整量Ｗ１をステップ１目標温度Ｖから減算しステップ１傾きＴ、ステップ２傾きＵを再算出することによって温度過渡期、つまりステップ１〜ステップ２の操作量を適切なものに調整することができる。つまりアンダーシュートしているなら温度過渡期の積分操作量を大きく、オーバーシュートしているなら温度過渡期の積分操作量を小さくすることで、ステップ２とステップ３の切替え点での目標温度Ｓ’とカスケード熱電対の示す温度との偏差を少なくでき、オーバーシュート、アンダーシュートを改善することができる。【００６５】
調整量Ｗ１、積分出力初期温度ｋ（０）、ステップ１目標温度Ｖ、ステップ１の時間ｊ、ステップ２の時間（ａ−ｊ）、ヒータ安定温度（ステップ３目標温度）ｋ（ｎ）とすると、調整後のステップ１目標温度Ｖ’、ステップ１ランプレートＴ’、ステップ２ランプレートＵ’は以下の式（２８）〜式（３０）で求められる。
Ｖ’  ＝  Ｖ  −Ｗ１  ・・・（２８）
Ｔ’［℃／ｍｉｎ］  ＝  （Ｖ’−  ｋ（０））／  ｊ  ・・・（２９）
Ｕ’［℃／ｍｉｎ］  ＝  （ｋ（ｎ）  −  Ｖ’）／（ａ  −  ｊ）  ・・・（３０）
《ゾーン間偏差の改善調整》
図１５に示すように温度調整が適切であっても加熱ゾーン毎に操作量を作成、調整しているため、目標温度安定まで早いゾーンと遅いゾーンが発生してしまい、これがゾーン間偏差となり場合によっては膜厚に影響を与えることがある。【００６６】
そこで、ゾーン間偏差が予め設定された許容値より大きい場合（Ｓ１８、Ｙｅｓ）、積分出力パターンを調整することによって目標温度安定が早いゾーンを遅いゾーンに合わせて遅くし、ゾーン間偏差を改善する（Ｓ１９）。【００６７】
ある目標温度安定が早いゾーン９０１と目標温度安定が遅いゾーン９０２との間の最大ゾーン間偏差最大時点での時間偏差ｄｅｖ＿ｔ［ｍｉｎ］を求める。【００６８】
これはゾーン間偏差最大時点でのゾーン９０２の温度Ｂ’を求め、ゾーン９０１が温度Ｂ’になった時点とゾーン間偏差最大時点との差分が時間偏差ｄｅｖ＿ｔとして求められる。【００６９】
次に図１６で示すようにゾーン９０１の積分出力パターンの各ステップをｄｅｖ＿ｔだけ遅くすることによって目標温度安定をゾーン９０２に合わせて遅くする。【００７０】
図１６に示す各パラメータは以下の式（３１）および式（３２）で求められる。
ここでＴは前述のステップ１の傾きＴ［℃／ｍｉｎ］である。
ａ’  ＝  ａ  ＋  ｄｅｖ＿ｔ  ・・・（３１）
ｋ（０）’  ＝    ｋ（０）  ＋  Ｔ・ｄｅｖ＿ｔ  ・・・（３２）
以上のように、積分出力パターンを時間偏差ｄｅｖ＿ｔ分遅くすることによって目標温度安定が早いゾーンを遅くすることができる。【００７１】
一方、ゾーン間偏差が予め設定された許容値より大きくはない場合（Ｓ１８、Ｎｏ）、温度調整処理を終了する。【００７２】
このように、本実施の形態による半導体の製造方法では、ヒータの操作量の少なくとも一部として上述の第二の出力制御パターンを用いた温度制御を行うことにより基板に対する熱処理を行う。【００７３】
具体的には、上述の求めた積分出力パターンにより、上位コントローラＵｃにて、加熱ゾーン毎に積分出力パターンを複数のステップ毎に出力値、レート、時間を設定し、さらに切替え器４４の切替えの時間を設定する。なお、切替え器４４の切替えの時間は、昇温終了後安定時に移る時間（例えば図１６のステップ２からステップ３へ移行する時間）に設定する。【００７４】
設定後、ＰＩＤＣ演算器２４及びＰＩＤ演算器２６等を用い、温度制御を実施し、基板を処理する。具体的には、温度制御部７１は、昇温時（例えば図１６のステップ１およびステップ２）は、目標値Ｓｃ（例えば図１６のＳｔｅｐ２目標温度ｋ（ｎ））に対し、カスケード熱電対３からの制御量Ａを減算器２１にて減算した偏差Ｆを、比例演算器４２及び微分演算器４３、積分パターン出力器４５にて操作量Ｘを演算し、その後、操作量Ｘを目標値Ｘ’に変換し、ヒータ熱電対２からの制御量Ｂを減算器２５にて減算し、偏差Ｅを出力する。その後、ＰＩＤ演算器２６で、偏差Ｅを用いてＰＩＤ演算し、温度制御部７１の出力として操作量Ｚを出力しヒータ１を制御する。【００７５】
そして、ヒータ１から出力された制御量Ａ及びＢは、再び、温度制御部７１に帰還される。このようにして、操作量Ｚを目標値Ｓｃと制御量Ａとの偏差Ｆが零になるように制御する。また、昇温終了後安定時（例えば図１６のステップ３）には、昇温終了後、切替え器４４により、切替えをし、目標値Ｓｃに対し、カスケード熱電対３からの制御量Ａを減算器２１にて減算した偏差Ｆを、比例演算器４２及び微分演算器４３、積分パターン出力器４６、積分演算器４１にて操作量Ｘを演算し、その後、操作量Ｘを目標値Ｘ’に変換し、ヒータ熱電対２からの制御量Ｂを減算器２５にて減算し、偏差Ｅを出力する。その後、ＰＩＤ演算器２６で、偏差Ｅを用いてＰＩＤ演算し、温度制御部７１の出力として操作量Ｚを出力しヒータを制御する。そして、ヒータ１から出力された制御量Ａ及びＢは、再び、温度制御部７１に帰還される。このときも、操作量Ｚを目標値Ｓｃと制御量Ａとの偏差Ｆが零になるように制御する。このような温度制御をしつつ、基板に対する熱処理を行う。【００７６】
（第２の実施の形態）
ここまで述べてきた図７のフローチャートに示されている温度制御調整方法によって温度制御調整することにより、温度制御調整作業は、簡素化される。しかし、この温度制御調整方法を使用し、温度制御調整が完了していたとしても、その後、別の温度設定条件にて、基板の処理を行う必要が生じる場合が往々にしてある。この別の温度設定条件にて、温度制御調整作業をするうえでも図７のフローチャートに示されている温度制御調整方法によって、温度制御調整することが精度良く温度制御し、オーバーシュート量を抑制できる有効な方法ではあるものの、例えば、温度設定条件中、基板処理時の処理室内の処理温度（目標温度）のみが予め温度制御調整が完了している温度設定条件と異なる場合や、基板処理時の処理室内の処理温度（目標温度）へ昇温する際の昇温ランプレート（昇温レートともいう）のみが予め温度制御調整が完了している温度設定条件と異なる場合等、温度設定条件のうち一つないし二つの温度設定条件のみが予め温度制御調整が完了している温度設定条件と異なる場合には、前述の図７のフローチャートに示される温度制御調整方法の始めから実行するのでは、始めから温度制御調整方法を実行する分、時間を費やすこととなってしまい、必ずしも有効な方法であるとはいえない。
このような次回に求める温度設定条件のうち一つないし二つの温度設定条件のみが予め温度制御調整が完了している温度設定条件と異なる場合には、予め温度制御調整が完了している調整されたものに、異なる温度設定条件の部分を修正することで、次回に求める温度設定条件での温度制御調整を完了させることが、調整時間を短縮しつつ簡易的に近似な温度制御調整ができる有効な手段といえる。
具体的には、異なる温度設定条件の部分を修正する際には、前述の図７のフローチャートに示される温度制御調整方法では、積分出力パターンを求めることとなるが、昇温時において、この積分出力パターンは、積分演算器の代わりに出力するため、温度設定条件が異なる場合には、それに従って、積分出力パターンを修正することで次回に求める温度設定条件での温度制御調整を完了させる（第五の工程）。【００７７】
（実施例１）
以下に、所望の温度から目標温度まで到達するまでの温度勾配すなわち昇温ランプレートのみを変更する場合を説明する。【００７８】
昇温開始温度を２００℃、目標温度を４００℃とし、２００℃から４００℃に昇温ランプレートを５０℃／ｍｉｎとして昇温する温度設定条件ａを前述の図７のフローチャートに示される温度制御調整方法によって調整し図１７に示すような積分出力パターンを求められていたとする。
昇温時のランプレートだけが異なる条件、すなわち昇温開始温度と目標温度とは同じ２００℃、４００℃とし、２００℃から４００℃までのランプレート２０℃／ｍｉｎだけが異なる温度設定条件ｂで次回に温度制御したい場合、上記温度設定条件ａで求めた積分出力パターンを利用して温度調整をする。【００７９】
ここで、温度設定条件ａにて求められた積分出力パターンをそのまま用いて温度設定条件ｂにて温度制御すると、２００℃から４００℃までの間では、積分出力パターンでの出力と微分演算による出力と比例演算による出力とにより操作される。このとき、微分演算による出力は、昇温時には、ほとんど出力されないので無視しても問題ないが、特に比例演算による出力は大きく影響される。このため、ランプレート２０℃／ｍｉｎにて、比例演算による出力は制御しようとするため、温度設定条件ａにて求めた積分出力パターンを含む制御方法のステップ２とステップ３との間すなわち温度設定条件ａの場合の目標温度到達時点では、比例演算による出力が少ない分目標温度には到達しなくなる。また、温度設定条件ａの場合の目標温度到達時点後は、積分出力パターンと微分演算による出力、比例演算による出力に加え、積分演算による出力を実行することになるため、比例演算による出力に加え、積分演算による出力により、目標温度を大きく上回るオーバーシュートが発生し、目標温度で安定化するまでの時間が増えてしまうとともに余計な温度をウエハに与えてしまうことになる。【００８０】
つまり、温度設定条件ｂは温度設定条件ａと比べてランプレートが小さくなったことにより温度過渡期が長くなってしまい、目標温度にて安定化するためのステップ２からステップ３への切替え時点を遅らせるよう調整する必要があると考えられる。
また積分出力パターンにおいても、昇温する際に昇温するのに最も寄与するのはステップ１の時間となるが、温度設定条件ａにおいて調整したステップ１時間である為、温度設定条件ｂにおいてはステップ１時間が短く、操作量が不足していると考えられる。
そこで、図１７に示すように、温度設定条件ａと温度設定条件ｂのランプレートによる温度過渡期の時間のズレ（ランプレート変更による時間のズレ）から、ステップ１の時間を調整する。【００８１】
温度設定条件ａのランプレートをｒａｍｐ＿ａ［℃／ｍｉｎ］、温度設定条件ｂのランプレートをｒａｍｐ＿ｂ［℃／ｍｉｎ］、温度設定条件ａ、ｂ共通の昇温する温度偏差をｔｅｍｐ＿ｄｉｆｆ［℃］とするとステップ１時間の調整時間ｔｉｍｅ＿ｔｕｎｉｎｇ＿１［ｍｉｎ］は以下に記す式（３３）で求められる。
ｔｉｍｅ＿ｔｕｎｉｎｇ＿１  ＝  ｔｅｍｐ＿ｄｉｆｆ  ＊  （ｒａｍｐ＿ａ  −  ｒａｍｐ＿ｂ）  ／  （ｒａｍｐ＿ａ  ＊  ｒａｍｐ＿ｂ）  ・・・  （３３）【００８２】
具体的には、以下のように求められる。
ｔｅｍｐ＿ｄｉｆｆ  ＝  ４００［℃］  −  ２００［℃］  ＝  ２００［℃］
ｔｉｍｅ＿ｔｕｎｉｎｇ＿１  ＝  ２００［℃］  ＊  （５０［℃／ｍｉｎ］  −  ２０［℃／ｍｉｎ］）  ／  （２０［℃／ｍｉｎ］  ＊  ５０［℃／ｍｉｎ］）  ＝  ６［ｍｉｎ］【００８３】
以上の式によって求められた調整時間をステップ１の時間に加算する。温度設定条件ａで調整した操作量パターンのステップ１時間をｔｉｍｅ１＿ａ、温度設定条件ｂで本発明の実施の形態を適用し調整した操作量パターンのステップ１時間をｔｉｍｅ１＿ｂとするとｔｉｍｅ１＿ｂは以下に記す式（３４）で求められる。
ｔｉｍｅ１＿ｂ  ＝  ｔｉｍｅ１＿ａ  ＋  ｔｉｍｅ＿ｔｕｎｉｎｇ＿１  ・・・（３４）【００８４】
具体的には、以下のように求められる。
ｔｉｍｅ１＿ｂ  ＝  ｔｉｍｅ１＿ａ  ＋  ６［ｍｉｎ］【００８５】
以上の式から温度設定条件ａで調整した操作量パターンを温度設定条件ｂで適用するにはステップ１時間を６［ｍｉｎ］加算すれば良い。調整した操作量パターンの一例を図１８に示す。
このようにランプレートの差異による操作量パターン調整を実施することによって、温度設定条件ａとｂのように近い温度設定条件の温度調整に要する時間を短縮することができる。
なお、ランプレートが小さくなる場合を例に挙げて説明したが、ランプレートが大きくなる場合も同様に修正することにより、適用可能である。【００８６】
（実施例２）
次に昇温時の昇温後目標温度だけが異なる条件、例えば昇温開始温度から目標温度までのランプレートは同じ５０℃／ｍｉｎとし、同じ昇温開始温度２００℃からの目標温度３５０℃だけが異なる温度設定条件ｃで次回に温度制御したい場合も同様に、上記温度設定条件ａで調整が終了した制御テーブルを利用して自動温度調整を実施する場合について説明する。【００８７】
テーブルＡを図１９のような操作量パターン出力とする。また本実施例の温度設定条件を温度設定条件ｃとする。テーブルＡを使用して温度設定条件ｃのレシピをランした場合、Ｓｔｅｐ２、Ｓｔｅｐ３切替時点ですでに目標温度に到達しており、大きくオーバーシュートすると考えられる。
これは、温度設定条件ｃは温度設定条件ａと比べて目標温度が低くなったことにより温度過渡期が短くなり、その結果最速で安定する時点Ｓｔｅｐ２とＳｔｅｐ３切替時点が早くなった為である。【００８８】
操作量についても温度過渡期であるＳｔｅｐ１時間の操作量は温度設定条件ａにおいて調整した操作量である為、温度設定条件ｂにおいてはステップ１時間が長く、操作量が過剰であると考えられる。
また安定期であるＳｔｅｐ２、Ｓｔｅｐ３の操作量は目標温度安定時のヒータ温度であるが、温度設定条件ａにおける安定時ヒータ温度は温度設定条件ｃにおける安定時ヒータ温度に比べて温度設定条件ｃの目標温度が温度設定条件ａに比べて低い為、操作量が過剰であると考えられる。【００８９】
そこで、図２０に示すような温度設定条件ａと温度設定条件ｃの目標温度による温度過渡期のズレ（温度条件変更による時間のズレ）を基にＳｔｅｐ１時間を調整する。【００９０】
温度設定条件ａ、ｃ共通のランプレートをｒａｍｐ［℃／ｍｉｎ］、温度設定条件ａの昇温する温度偏差をｔｅｍｐ＿ｄｉｆｆ＿ａ［℃］、温度設定条件ｃの昇温する温度偏差をｔｅｍｐ＿ｄｉｆｆ＿ｃ［℃］とするとＳｔｅｐ１時間の調整時間ｔｉｍｅ＿ｔｕｎｉｎｇ＿２［ｍｉｎ］は下式（３５）で求められる。【００９１】
ｔｉｍｅ＿ｔｕｎｉｎｇ＿２  ＝  （ｔｅｍｐ＿ｄｉｆｆ＿ｃ  −  ｔｅｍｐ＿ｄｉｆｆ＿ａ）  ／  ｒａｍｐ  ・・・（３５）
具体的には、
ｔｅｍｐ＿ｄｉｆｆ＿ａ  ＝  ４００［℃］  −  ２００［℃］  ＝  ２００［℃］
ｔｅｍｐ＿ｄｉｆｆ＿ｃ  ＝  ３５０［℃］  −  ２００［℃］  ＝  １５０［℃］
ｔｉｍｅ＿ｔｕｎｉｎｇ＿２  ＝  （１５０［℃］  −  ２００［℃］）  ／  ５０［℃／ｍｉｎ］  ＝  −１［ｍｉｎ］【００９２】
以上の式によって求められた調整時間と調整操作量をＳｔｅｐ１の操作量、時間に加算する。【００９３】
温度設定条件ａで調整した操作量パターンのＳｔｅｐ１時間をｔｉｍｅ１＿ａ、温度設定条件ｃで本発明の実施の形態を適用し調整した操作量パターンのＳｔｅｐ１時間をｔｉｍｅ１＿ｃとするとｔｉｍｅ１＿ｃは下式（３６）で求められる。【００９４】
ｔｉｍｅ１＿ｃ  ＝  ｔｉｍｅ１＿ａ  ＋  ｔｉｍｅ＿ｔｕｎｉｎｇ＿２  ・・・（３６）
具体的には、
ｔｉｍｅ１＿ｃ  ＝  ｔｉｍｅ１＿ａ  ＋  （−１）［ｍｉｎ］【００９５】
次に、図２１に示すような温度設定条件ａと温度設定条件ｃの目標温度による操作量過不足分を調整する。温度設定条件ａの昇温する温度偏差をｔｅｍｐ＿ｄｉｆｆ＿ａ［℃］、温度設定条件ｃの昇温する温度偏差をｔｅｍｐ＿ｄｉｆｆ＿ｃ［℃］とするとＳｔｅｐ１時間の調整操作量ｔｅｍｐ＿ｔｕｎｉｎｇ＿２［℃］は下式（３７）で求められる。【００９６】
ｔｅｍｐ＿ｔｕｎｉｎｇ＿２  ＝  （ｔｅｍｐ＿ｄｉｆｆ＿ｃ  −  ｔｅｍｐ＿ｄｉｆｆ＿ａ）  ・・・（３７）
具体的には、
ｔｅｍｐ＿ｄｉｆｆ＿ａ  ＝  ４００［℃］  −  ２００［℃］  ＝  ２００［℃］
ｔｅｍｐ＿ｄｉｆｆ＿ｃ  ＝  ３５０［℃］  −  ２００［℃］  ＝  １５０［℃］
ｔｅｍｐ＿ｔｕｎｉｎｇ＿２  ＝  （１５０［℃］  −  ２００［℃］）  ＝  −５０［℃］【００９７】
以上の式によって求められた調整操作量をＳｔｅｐ１の操作量に加算する。【００９８】
温度設定条件ａで調整した操作量パターンのＳｔｅｐ１操作量をＣ１＿ａ、温度設定条件ｃで本発明の実施の形態を適用し調整した操作量パターンのＳｔｅｐ１操作量をＣ１＿ｃとするとＣ１＿ｃは下式（３８）で求められる。【００９９】
Ｃ１＿ｃ  ＝  Ｃ１＿ａ  ＋  ｔｅｍｐ＿ｔｕｎｉｎｇ＿２  ・・・（３８）
具体的には、
Ｃ１＿ｃ  ＝  Ｃ１＿ａ  ＋  （−５０）［℃］【０１００】
またＳｔｅｐ２、３の操作量についてもＳｔｅｐ１同様にｔｅｍｐ＿ｔｕｎｉｎｇ＿２を調整する。
温度設定条件ａで調整した操作量パターンのＳｔｅｐ２操作量をＣ２＿ａ、Ｓｔｅｐ３操作量をＣ３＿ａ、温度設定条件ｃで本発明の実施の形態を適用し調整した操作量パターンのＳｔｅｐ２操作量をＣ２＿ｃ、Ｓｔｅｐ３操作量をＣ３＿ｃとするとＣ２＿ｃ、Ｃ３＿ｃは下式（３９）（４０）で求められる。
Ｃ２＿ｃ  ＝  Ｃ２＿ａ  ＋  ｔｅｍｐ＿ｔｕｎｉｎｇ＿２  ・・・（３９）
Ｃ３＿ｃ  ＝  Ｃ３＿ａ  ＋  ｔｅｍｐ＿ｔｕｎｉｎｇ＿２  ・・・（４０）【０１０１】
図２１に示すように温度過渡期の時間調整、及び目標温度変化による操作量調整を実施することで求められる操作量パターンを用いることで温度設定条件ｃに適用することができる。【０１０２】
このように目標温度の差異による操作量パターン調整を実施することによって、温度設定条件ａとｃのように近い温度設定条件の温度調整に要する時間を短縮することができる。
なお、ランプレートが小さくなる場合を例に挙げて説明したが、ランプレートが大きくなる場合も同様に修正することにより、適用可能である。【０１０３】
《実施の形態の効果》
上述した各実施の形態によれば、温度設定条件の変更、あるいは多くの温度設定条件の調整に対応して迅速かつ確実に温度調整作業を行う事ができ、時間、費用を削減することができる。【０１０４】
また、上述のような構成の温度制御方法を、数回繰り返し実行することにより最適な操作量に自動調整するようにしてもよい。この他、上述のような構成の温度制御方法を、プログラム化し計算機上に実装するようにしてもよいことは言うまでもない。【０１０５】
また、ＰＩＤ動作させた結果の出力量に基づき、出力制御パターンを作成し、その出力制御パターンにてヒータを出力制御した際のヒータ熱電対の検出する温度波形から、Ｉ動作分を求めるためにＰ動作分を差し引き（Ｐ動作分のみならず、Ｄ動作分も差し引いても良い。）、差し引いたヒータ熱電対の検出する温度波形により近い積分出力パターンをより早く効率的に求めることができれば良い。【０１０６】
なお、上述の各実施の形態では、本発明を縦型装置に対して適用した例を示したが、これに限られるものではなく、枚葉装置、横型装置としての熱処理装置に対しても適用可能であることは言うまでもない。【０１０７】
また、本発明の各実施の形態の手順は、自然現象である、実測温度、操作量、時間といったこれまで温度調整時に熟練者の経験と勘に頼っていた大部分をある所定の計算式によって求めることができ、早く確実に温度調整を行うことができ、時間、費用の削減をすることができる。【０１０８】
また、本発明の各実施の形態の手順をプログラム化し、温度コントローラなどにソフトウェアとして組み込むことによって、作業者の介入を必要とせず、適切な温度調整を行うことも可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】本発明の第１の実施の形態による熱処理装置について説明するための機能ブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態による熱処理装置における反応管周辺の構成の詳細について説明するための図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態によるＰＩＤ演算器２３における処理（ＰＩＤ制御）について説明するための図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態によるＰＩＤＣ演算器について説明するための図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態による積分出力パターンについて説明するための図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態によるＰｏｗｅｒ制御について説明するための図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態による温度調整方法の手順について説明するためのフローチャートである。
【図８】本発明の第１の実施の形態による温度特性基本データに基づいて求めるパラメータについて説明するための図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態によるオーバーシュートしたカスケード温度の総和について説明するための図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態による評価開始から目標温度Ｓ’安定時間ｃの間の温度総和について説明するための図である。
【図１１】本発明の第１の実施の形態による操作量と時間との関係について説明するための図である。
【図１２】本発明の第１の実施の形態によるｋ（ｔ）の波形からＰ動作分を差し引いたヒータ波形Ｌ（ｔ）について説明するための図である。
【図１３】本発明の第１の実施の形態による積分出力パターンＭ（ｔ）について説明するための図である。
【図１４】本発明の第１の実施の形態による積分出力パターンは適切である場合におけるオーバーシュートおよびアンダーシュートの発生について説明するための図である。
【図１５】本発明の第１の実施の形態によるゾーン間偏差について説明するための図である。
【図１６】本発明の第１の実施の形態によるゾーン間偏差がある場合における温度調整手順について説明するための図である。
【図１７】本発明の第２の実施の形態による実施例１の具体例を示す図である。
【図１８】本発明の第２の実施の形態による実施例１の調整した積分出力パターンを示す図である。
【図１９】本発明の第２の実施の形態による実施例２の具体例を示す図である。
【図２０】本発明の第２の実施の形態による実施例２の調整した積分出力パターンを示す図である。
【図２１】本発明の第２の実施の形態による実施例２の調整した積分出力パターンを示す図である。
【符号の説明】
【０１１０】
１    ヒータ
２    ヒータ熱電対
３    カスケード熱電対
７    主制御部
７１  温度制御部
９１  処理炉
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【国際調査報告】
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