(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱処理雰囲気が複数のゾーンに分割された反応容器内に複数の基板を搬入し、前記反応容器内に処理ガスを導入して熱処理を行う熱処理装置において、
前記複数のゾーンを夫々加熱するための複数の加熱手段と、
各ゾーン毎に設けられた温度検出部と、
温度目標値と各温度検出部の温度検出値とに基づいて各加熱手段を独立して制御する制御部と、を備え、
一のゾーンに対応する制御部は、前記基板の搬入時には、他のゾーンに対応する温度検出部の温度検出値を温度目標値として演算を行い、その演算結果を加熱手段の制御信号として出力する第１の演算部を備えていることを特徴とする熱処理装置。
【請求項２】
温度検出部は、加熱手段の温度を検出する第１の温度検出部を含み、前記他のゾーンに対応する温度検出部の温度検出値は第１の温度検出部の温度検出値であることを特徴とする請求項１記載の熱処理装置。
【請求項３】
温度検出部は、反応容器内の温度を検出する第２の温度検出部を含み、前記他のゾーンに対応する温度検出部の温度検出値は第２の温度検出部の温度検出値であることを特徴とする請求項１記載の熱処理装置。
【請求項４】
一のゾーンに対応する制御部は、
基板の搬入時には、他のゾーンに対応する温度検出部の温度検出値を温度目標値として演算を行い、その演算結果を加熱手段の制御信号として出力する第１の演算部と、
基板を熱処理するときには、当該一のゾーンに設定された専用の温度目標値と当該一のゾーンに対応する温度検出部の温度検出値とに基づいて演算を行い、その演算結果を加熱手段の制御信号として出力する第２の演算部と、を備えたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の熱処理装置。
【請求項５】
加熱手段の温度を検出する第１の温度検出部、及び反応容器内の温度を検出する第２の温度検出部が設けられ、
一のゾーンに対応する制御部は、
基板の搬入時には、他のゾーンに対応する第１の温度検出部または第２の温度検出部の温度検出値を温度目標値として演算を行い、その演算結果を加熱手段の制御信号として出力する第１の演算部と、
基板を熱処理するときには、当該一のゾーンに設定された専用の温度目標値と当該ゾーンに対応する第１の温度検出部及び第２の温度検出部の各温度検出値とに基づいて演算を行い、その演算結果を加熱手段の制御信号として出力する第２の演算部と、を備えたことを特徴とする請求項１記載の熱処理装置。
【請求項６】
一のゾーンに対応する制御部の第１の演算部は、他のゾーンに対応する温度検出部の温度検出値に補正値を加算した値と当該一のゾーンに対応する温度検出部の温度検出値との偏差分に基づいて演算を行い、その演算結果を加熱手段の制御信号として出力することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の熱処理装置。
【請求項７】
補正値は、基板を熱処理するときに一のゾーンに設定された専用の温度目標値と他のゾーンに対応する温度目標値との差分であることを特徴とする請求項６記載の熱処理装置。
【請求項８】
第１の演算部は、前記偏差分に所定の割合を掛けた値に基づいて演算を行うことを特徴とする請求項６または７記載の熱処理装置。
【請求項９】
反応容器は縦型に構成されると共に基板は保持具に搭載されて反応容器の下方側から搬入され、
熱処理雰囲気は、上下方向に少なくとも３段に分割され、前記一のゾーンは最下段ゾーンであり、前記他のゾーンは、最上段以外のゾーンであることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか一項に記載の熱処理装置。
【請求項１０】
熱処理雰囲気が複数のゾーンに分割された反応容器内に複数の基板を搬入し、前記複数のゾーンに夫々対応する複数の加熱手段により各ゾーンの加熱を行うと共に、前記反応容器内に処理ガスを導入して熱処理を行う熱処理方法において、
各ゾーンに対応する温度を検出する工程と、
温度目標値と各ゾーン毎の温度検出値とに基づき各加熱手段を制御する工程と、
前記基板の搬入時には、一のゾーンにおける温度目標値として他のゾーンに対応する温度検出値を用いて加熱手段を制御する工程と、を含むことを特徴とする熱処理方法。
【請求項１１】
一のゾーンにおける温度目標値は、他のゾーンに対応する温度検出値に補正値を加算した値とすることを特徴とする請求項１０記載の熱処理方法。
【請求項１２】
補正値は、基板を熱処理するときに一のゾーンに設定された専用の温度目標値と他のゾーンに対応する温度目標値との差分であることを特徴とする請求項１１記載の熱処理方法。
【請求項１３】
前記基板の搬入時において前記一のゾーンに対応する加熱手段の制御工程は、温度検出値と、温度目標値または温度目標値に補正値を加算した値と、の偏差分に所定の割合を掛けた値に基づいて演算を行う工程を含むことを特徴とする請求項１０ないし１２のいずれか一項に記載の熱処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ等の基板に対して熱処理を行う熱処理装置及び熱処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造工程において用いられる、多数枚の半導体ウエハ（以下ウエハという）に対して例えばＣＶＤ（chemical vapor deposition）による成膜処理や酸化、拡散処理といった熱処理を一括して行う縦型熱処理装置がある。この装置はウエハボートと呼ばれる保持具に多数枚のウエハを棚状に保持させ、その後例えば縦型の熱処理炉内に前記保持具を例えば下方側から搬入し、処理雰囲気を所定の温度の加熱雰囲気にして、熱処理を行うものである。一般に熱処理炉は、被加熱ゾーンを上下に複数に分割し、各ゾーン毎に温度制御することができるように、複数の加熱手段及び各々に対応する温度制御手段を備えた構成とされている。
【０００３】
ところで本発明者は、加熱手段としてカーボンワイヤヒータを使用した図８に示すような縦型熱処理装置を検討している。図８中、１０１は下方側が開口する反応容器であり、その周囲には例えば上下３段に分割されたヒータ２００が設けられている。ヒータ２００は、熱処理領域の大部分を加熱するメインヒータ２０２、及びその上下に設けられるサブヒータ２０１，２０３により構成されている。この装置では、多数枚のウエハＷを棚状に保持するウエハボート１０３が、開口部１０２を介して反応管１０１内に搬入されると、該ウエハボート１０３の下端に設けられる蓋体１０４が開口部１０２を塞ぎ、反応管１０１内を所定温度に加熱して所定の熱処理が行われる。
【０００４】
また、各ヒータ２００が受け持つ熱処理雰囲気の温度を夫々検出するように、反応管１０１の内側には内部熱電対３００（３０１〜３０３）が、また各ヒータ２００の近傍部位には外部熱電対４００（４０１〜４０３）が夫々設けられており、各熱電対３００、４００から得られる温度検出値を各ヒータ２００（２０１〜２０３）毎に設けられる制御部５００（５０１〜５０３）へ取り込むように構成されている。即ち、制御部５００（５０１〜５０３）は前記温度検出値と各段毎に設定される温度目標値とに基づいて、対応するヒータ２００（２０１〜２０３）毎に別個の発熱量制御を行うことが可能となっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ウエハボート１０３の搬入時において下部側のサブヒータ２０３近傍は、開口部１０２を介して反応管１０１内へ流入する外部雰囲気の影響を受け、メインヒータ２０２近傍に比べて温度が低くなっている。このような状況下で開口部１０２から冷えた（反応管１０１内の雰囲気よりも温度の低い）ウエハＷ及びウエハボート１０３が搬入されると、先ずサブヒータ２０３近傍の温度が更に低下し、そしてウエハボート１０３が上昇するにつれてメインヒータ２０２近傍及び上部側のサブヒータ２０１近傍も影響を受けて温度が低下する。
【０００６】
従ってヒータ２００近傍の温度は上部側ほど高くなり、またウエハＷ及びウエハボート１０３の温度はその位置が上昇するにつれてヒータ２００により温められて徐々に高くなっていくので、ヒータ２００近傍における上下方向の温度分布はウエハボート１０３の位置に応じて刻一刻と変化することとなる。このため下端部側のサブヒータ２０３近傍の温度がウエハボート１０３の搬入により急激に低下するので制御部５０３はサブヒータ２０３への投入電力を大きくするように作用する。これに対してメインヒータ２０２近傍の温度はウエハボート１０３の投入により低下するがその程度はサブヒータ２０３近傍よりも少ないので制御部５０２による電力の投入量はそれほど大きくない。このようにメインヒータ２０２の温度制御とサブヒータ２０３の温度制御とが互いに異なったものとなり、しかもヒータ２００近傍における上下方向の温度分布の変化に応じてその異なり方も変化し、更に双方のゾーンの温度変化が互いに影響し合うこととなる。
【０００７】
このような温度制御状態が異なる現象は、上端部側のサブヒータ２０１とメインヒータ２０２との間でも起こり、この結果ウエハボート１０３の搬入（ローディング）終了後における各ヒータ２００近傍の温度の安定化に時間が掛かってしまうという問題が生じていた。ウエハボート１０３の搬入後、通常反応管１０１内部を所定のプロセス温度まで昇温するが、昇温前に反応管１０１内の温度が安定していないと昇温後の温度の安定化に時間がかかってしまうため、結局スループットが低下することとなってしまう。
【０００８】
本発明はこのような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、複数ゾーンに分割された熱処理雰囲気内で基板の処理を行うにあたり、各ゾーン毎の温度を速やかに安定させることができ、スループットの向上を図ることができる技術を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、熱処理雰囲気が複数のゾーンに分割された反応容器内に複数の基板を搬入し、前記反応容器内に処理ガスを導入して熱処理を行う熱処理装置において、
前記複数のゾーンを夫々加熱するための複数の加熱手段と、
各ゾーン毎に設けられた温度検出部と、
温度目標値と各温度検出部の温度検出値とに基づいて各加熱手段を独立して制御する制御部と、を備え、
一のゾーンに対応する制御部は、前記基板の搬入時には、他のゾーンに対応する温度検出部の温度検出値を温度目標値として演算を行い、その演算結果を加熱手段の制御信号として出力する第１の演算部を備えていることを特徴とする。
【００１０】
具体例を示すと、反応容器は縦型に構成されると共に基板は保持具に搭載されて反応容器の下方側から搬入され、熱処理雰囲気は、上下方向に例えば少なくとも３段に分割され、前記一のゾーンは例えば最下段ゾーンであり、前記他のゾーンは、最上段以外のゾーンである。温度検出部は、例えば加熱手段の温度を検出する第１の温度検出部を含み、前記他のゾーンに対応する温度検出部の温度検出値は第１の温度検出部の温度検出値である。また温度検出部は、例えば反応容器内の温度を検出する第２の温度検出部を含み、前記他のゾーンに対応する温度検出部の温度検出値は第２の温度検出部の温度検出値である。
【００１１】
本発明によれば、基板を反応容器内に搬入するときに、一のゾーンの温度制御が他のゾーンの温度制御に追従するため、基板を搬入した後、速やかに反応容器内の温度が安定し、例えばその後反応容器内の温度をプロセス温度まで昇温すると、速やかにプロセス温度に安定する。なお本発明は、基板搬入時の各ゾーンの温度とプロセス時の各ゾーンの温度とが同じ場合も適用できる。
【００１２】
制御部についての具体例を示すと、一のゾーンに対応する制御部は、
基板の搬入時には、他のゾーンに対応する温度検出部の温度検出値を温度目標値として演算を行い、その演算結果を加熱手段の制御信号として出力する第１の演算部と、
基板を熱処理するときには、当該一のゾーンに設定された専用の温度目標値と当該一のゾーンに対応する温度検出部の温度検出値とに基づいて演算を行い、その演算結果を加熱手段の制御信号として出力する第２の演算部と、を備えたことを特徴とする。
【００１３】
また本発明の他の具体例を示すと、加熱手段の温度を検出する第１の温度検出部、及び反応容器内の温度を検出する第２の温度検出部が設けられ、
一のゾーンに対応する制御部は、
基板の搬入時には、他のゾーンに対応する第１の温度検出部または第２の温度検出部の温度検出値を温度目標値として演算を行い、その演算結果を加熱手段の制御信号として出力する第１の演算部と、
基板を熱処理するときには、当該一のゾーンに設定された専用の温度目標値と当該ゾーンに対応する第１の温度検出部及び第２の温度検出部の各温度検出値とに基づいて演算を行い、その演算結果を加熱手段の制御信号として出力する第２の演算部と、を備えたことを特徴とする。
【００１４】
前記一のゾーンに対応する制御部の第１の演算部は、他のゾーンに対応する温度検出部の温度検出値に補正値を加算した値と当該一のゾーンに対応する温度検出部の温度検出値との偏差分に基づいて演算を行い、その演算結果を加熱手段の制御信号として出力する構成とすることができる。この場合補正値は、例えば基板を熱処理するときに一のゾーンに設定された専用の温度目標値と他のゾーンに対応する温度目標値との差分である。また第１の演算部は、前記偏差分に所定の割合を掛けた値に基づいて演算を行うようにしてもよい。
【００１５】
本発明方法は、熱処理雰囲気が複数のゾーンに分割された反応容器内に複数の基板を搬入し、前記複数のゾーンに夫々対応する複数の加熱手段により各ゾーンの加熱を行うと共に、前記反応容器内に処理ガスを導入して熱処理を行う熱処理方法において、
各ゾーンに対応する温度を検出する工程と、
温度目標値と各ゾーン毎の温度検出値とに基づき各加熱手段を制御する工程と、
前記基板の搬入時には、一のゾーンにおける温度目標値として他のゾーンに対応する温度検出値を用いて加熱手段を制御する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明を縦型熱処理装置に適用した実施の形態の全体構成図である。先ずこの縦型熱処理装置の全体構成について簡単に述べておくと、この装置は、例えば両端が開口している内管１ａ及び上端が閉塞している外管１ｂからなる例えば石英製の二重構造の反応管１を備えている。反応管１の周囲には筒状の断熱体２１がベース体２２に固定して設けられ、この断熱体２１の内側には加熱手段である例えば抵抗発熱体からなるヒータ３及び天井ヒータ３１が設けられている。ヒータ３は例えば上下に３段分割（３ａ，３ｂ，３ｃ）して断熱体２１の側壁に設けられ、天井ヒータ３１は天井部に設けられている。
【００１７】
ヒータ３（３ａ〜３ｃ）のうち中段のヒータ３ｂは、図１に示すように大部分の熱処理雰囲気を形成するいわばメインヒータであり、その上下に配置されるヒータ３ａ及び３ｃは、夫々反応管１の上端部及び下端部の熱処理雰囲気を形成するメインヒータ３ｂよりも小型のいわばサブヒータである。ヒータ３の素材としては、例えば線径１０ミクロン前後の高純度のカーボンファイバの束を複数用いて編み込むことにより形成されたカーボンワイヤをセラミックス例えば外径が十数ミリの透明な石英管の中に封止したものを用いることができる。なおヒータ３はこれに限定されるものではなく例えば鉄−タンタル−カーボン合金などの金属体であってもよい。
【００１８】
内管１ａ及び外管１ｂは下部側にて筒状のマニホ−ルド２３の上に支持され、このマニホ−ルド２３には、内管１ａの内側の下部領域に供給口が開口するようにガス供給管２４が設けられると共に、内管１ａと外管１ｂとの間から排気するように図示しない真空ポンプに一端側が接続された排気管２５が接続されている。この例では内管１ａ、外管１ｂ及びマニホ−ルド２３により反応容器が構成される。
【００１９】
更にマニホ−ルド２３の下端開口部を塞ぐように蓋体１１が設けられており、この蓋体１１はボ−トエレベ−タ１２の上に設けられている。蓋体１１の上には保温ユニット１３と、ボートエレベータ１２に設けられる駆動部１４と接続し、保温ユニット１３内部を貫通して設けられる回転軸１５と、この回転軸１５によりその下端を回転自在に保持される基板保持具をなすウエハボート１６とが設けられている。ウエハボート１６は多数の基板であるウエハＷを棚状に保持できる構成とされており、また保温ユニット１３は石英フィンなどの断熱ユニット１３ａ及び発熱体ユニット１３ｂ等を組み合わせた構成とされている。
【００２０】
蓋体１１には、熱電対用の細い石英管４０が内管１１ａ内の熱処理雰囲気に立ち上げられて貫通しており、この石英管４０内には、例えば３段に分割された各ヒータ３（３ａ，３ｂ，３ｃ）が受け持つ熱処理雰囲気の温度を夫々検出するように内部温度検出部である３個の内部熱電対（第２の温度検出部）４（４ａ，４ｂ，４ｃ）が設けれている。また内管１ａと外管１ｂとの間におけるヒータ３（３ａ，３ｂ，３ｃ）の近傍には、夫々ヒータ３（３ａ，３ｂ，３ｃ）の温度を夫々検出する外部温度検出部である外部熱電対（第１の温度検出部）５（５ａ，５ｂ，５ｃ）が設けられている。
【００２１】
そして、各段のヒータ３（３ａ，３ｂ，３ｃ）に対応して、電力を供給する電力供給部２０（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ）、及び夫々の電力供給部２０（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ）の供給電力を制御して各ヒータ３（３ａ，３ｂ，３ｃ）の発熱量を制御するための制御部６，７，８が設けられている。詳細は後述するが関連部位の配線構成について簡単に説明しておくと、内部熱電対４（４ａ，４ｂ，４ｃ）及び外部熱電対５（５ａ，５ｂ，５ｃ）は各々が対応する各段の制御部６，７，８のいずれかへと接続され、ヒータ３ｂが受け持つ中段に設けられる外部熱電対５ｂから延びる信号線は、途中で分岐して制御部７のみならず制御部６及び８へも接続される。また断熱体２１の天井部に設けた天井ヒータ３１においても、ヒータ３（３ａ，３ｂ，３ｃ）と同様に熱電対３２が設けられており、制御部３３から電力供給部３４を介してヒータ３１に対する給電量をコントロールすることで、発熱量の調節を行う構成とされている。
【００２２】
ヒータ３（３ａ，３ｂ，３ｃ）及びこれに接続する制御部６，７，８において、上記のような配線構造としている理由は、ヒータ３を各段毎に別個に制御する場合と、メインヒータをなすヒータ３ｂに対応する外部熱電対５ｂの温度検出値を他の部位で利用して、ヒータ３ａ及び３ｃではいわゆる追従制御を行う場合とで切り替える運用を可能とするためであり、以下図２を参照しながら本実施の形態の要部をなすヒータ３の制御系の構成について説明を行う。
【００２３】
先ず制御部６，８は上述したように２つの演算方法を使い分ける必要があることから制御部６には第１の演算部６１及び第２の演算部６２が、制御部８には第１の演算部８１及び第２の演算部８２が、夫々設けられており、演算方法を切り替える必要のない制御部７には第２の演算部７２のみが設けられている（７１は便宜的に欠番とする）。即ち、制御部６，８にのみ設けられる第１の演算部６１，８１は、制御部６，８が制御部７に追従（正確には制御部７が受け持つゾーン（熱処理雰囲気）から得られる温度検出値に追従）する演算を行う際に使用されるものであるため、上述した外部熱電対５ｂから延びる信号線は、制御部６では第１の演算部６１へ、制御部８では第１の演算部８１へと夫々接続される。
【００２４】
一方、第２の演算部６２，７２，８２では、対応するゾーン毎に設けられる内部熱電対及び外部熱電対から得られる温度検出値と、夫々別個に各ゾーン専用に設定される温度目標値とに基づいて演算が行われるため、第２の演算部６２（７２，８２）には内部熱電対４ａ（４ｂ，４ｃ），外部熱電対５ａ（５ｂ，５ｃ）及び目標値出力部６３（７３，８３）が接続される。そして第１の演算部６１，８１または第２の演算部６２，７２，８２にて出力される演算結果は、制御信号として電力供給部２０（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ）へと出力される構成とされているが、制御部６（８）では切り替え部６４（８４）により第１の演算部６１（８１）または第２の演算部６２（８２）のいずれを使用するか選択できるようになっている。
【００２５】
ここで第１の演算部６１，８１の構成を説明するが、これらは同じであるため、第１の演算部８１を例にとって図３を参照しながら説明する。図中８１１は比較演算部、８１２は補正値出力部であり、比較演算部８１１では、中段ゾーンに設けられる外部熱電対５ｂの温度検出値を温度目標値とし、この温度目標値から補正値出力部８１２から出力される補正値を加算し、更に下段ゾーン設けられる外部熱電対５ｃの温度設定値を差し引く。前記補正値は中段ゾーン及び下段ゾーンにおけるプロセス時の目標温度の差を補正するためのいわば静的な補正要素であり、具体的には例えば後述する第２の演算部７２，８２にて用いる目標値出力部７３，８３から出力される双方の温度目標値の差分値である。
【００２６】
比較演算部８１１の出力側には、その出力値（偏差分）ｑ１に対して所定の係数ｋを乗じる乗算部８１３が設けられる。この演算は、既述のように制御部８が対応する下段ゾーンは反応管１ａの下方側開口部に最も近く、ウエハボート１６と共に流入してくる冷たい空気の影響を受けやすいため、中段ゾーンに比して昇温に要する加熱出力が多くなるということを考慮し、当該出力の増加分を出力値に反映するために行ういわば動的な補正であり、係数ｋの値は例えば１．２（冷気の影響が小さい上段ゾーンに対応する第１の演算部６１では例えば０．８）が用いられる。この出力値に対しては積分要素Ｉ１、比例要素Ｐ１、微分要素Ｄ１についての各種演算（ＰＩＤ演算）が行われ、混合部８１４を介して前記偏差分ｑ１に応じた電力供給を行うための出力値Ｂ１が出力される構成となっている。
【００２７】
次に第２の演算部６２，７２，８２の構成を説明するが、上述した第１の演算部の場合と同様にいずれも同様の構成であるため、第２の演算部８２を例にとって図４を参照しながら説明する。この第２の演算部８２は、内部熱電対４ｃにおける温度検出値をメジャーループに、外部熱電対５ｃの温度検出値をマイナーループに組み込んだカスケード制御を行って制御信号Ｂ２を得るものであり、８２１〜８２４は比較演算部、Ｉ１は積分要素、Ｐ２は比例要素、Ｄ２は積分要素を示す。
【００２８】
ところで、これまで説明してきた制御部６は、実際にはＣＰＵ、プログラムを格納したＲＯＭ及び温度設定値を記録したメモリなどにより構成され、または各演算プログラムによりソフト的に行われるものであるが、本実施の形態ではこのような演算をハード構成で行ってもよい。また切り替え部８４（６４）における第１の演算部８１（６１）から第２の演算部８２（６２）への切り替えのタイミングは、例えばウエハボート１６を搬入した後昇温前に反応容器内の温度が安定したことを検出したとき、或いはウエハボート１６を搬入した後所定時間が経過した後などとすることができ、その逆の切り替えのタイミング例えばプロセス後に反応容器内が所定の温度に降温したときなどとすることができる。
【００２９】
次に上述実施の形態の作用について説明する。上記の装置におけるウエハＷに対する加熱は、該反応管１の側方側に設けられるヒータ３と上部側に設けられる天井ヒータ３１とで行われるが、本実施の形態における要部は分割して設けられるヒータ３（３ａ，３ｂ，３ｃ）の制御方式にあることから、この点に着目しながら図５も参照して説明を行う。先ず基板であるウエハＷを棚状に搭載したウエハボート１６は、図５のｔ１時点においてボ−トエレベ−タ１２を上昇させることで反応容器（反応管１及びマニホ−ルド２３）内へと搬入され始める。このとき反応管１内は既に所定の温度例えば６００℃程度となるように加熱されており、上下段ゾーンに対応する制御部６，８では、既述のように中段ゾーンの温度制御に追従するように切り替え部６４，８４にて第１の演算部６１，８１が選択されている。
【００３０】
先ずウエハボート１６の上端部が反応容器内に進入し始めると、ウエハボート１６及びウエハＷはそれまで反応容器の外に位置していたので冷えており、このためサブヒータ３ｃの受け持ち範囲である反応容器の下段ゾーンの温度が一旦低くなる。またメインヒータ３ｂの受け持ち範囲である中段ゾーンの温度も冷たいウエハボート１６の影響を受けて、下段ゾーンよりも程度は小さいが低くなる。そしてウエハボート１６が中段ゾーンに到達すると、この中段ゾーンの温度も低下するが、ウエハボート１６及びウエハＷは反応容器内を上昇するにつれて徐々に温められていくため、ウエハボート１６の搬入前の中段ゾーンの温度よりも低くなるとはいっても下段ゾーン程低くはならない。
【００３１】
こうしてウエハボート１６が反応容器内に搬入されると、下段ゾーンが一番冷やされ、中段ゾーンも冷やされ、上段ゾーンがわずかに冷却されることになる。下段ゾーンに対応する制御部８では外部熱電対５ｃの温度が低くなるのでサブヒータ３ｃへの供給電力を急激に大きくしようとするが、温度目標値である中段ゾーンの温度検出値も低下するのでこの低下に応じてサブヒータ３ｃへの電力供給量の増加が少し抑えられる。その後は中段ゾーンの温度検出値の上昇に伴い、下段のサブヒータ３ｃの温度が高くなっていく。そして中段ゾーンでは外部熱電対５ｂの温度が温度目標値を越えてオーバシュートした状態となり、以後は外部熱電対５ｂの温度が温度目標値に向かって低下し、この温度の動きに追従して下段のサブヒータ３ｃへの電力供給量が制御され、サブヒータ３ｃの温度が中段のサブヒータ３ｃの温度の収束に合わせて温度目標値に収束していく。
【００３２】
また上段のサブヒータ３ａにおいても中段のメインヒータ３ｂの温度の動きに追従して電力供給量が制御され、サブヒータ３ａの温度が中段のメインヒータ３ｂの温度の収束に合わせて温度目標値に収束していく。なおサブヒータ３ｃ（３ａ）が収束する温度は、図３で示したように中段の温度検出値に補正値を加算する演算を行っているので、例えば熱処理時（プロセス時）に中段ゾーンよりも下段ゾーンの温度目標値が例えば１０℃高ければ、下段のサブヒータ３ｃが収束する温度は、メインヒータ３ｂの温度よりも１０℃高い値となる。
【００３３】
そしてｔ２時点にてウエハボート１６の搬入が完了し、ｔ３時点まで反応容器内の各ゾーンの温度が安定すると、制御部６，８は第１の演算部６１，８１から第２の演算部６２，８２に切り替えてヒータ３ａ，３ｃの電力制御を行い、ｔ３時点から昇温を開始し、所定のプロセス温度まで加熱した後、ｔ４時点（詳しくは各ゾーンがプロセス温度に安定した後）においてウエハＷに対して熱処理を行う。この熱処理の一例としては、例えば反応容器内を８００℃程度に維持し、所定の成膜ガスをガス供給管２３から反応容器内に供給すると共に排気管２５から真空排気して所定の真空度に維持し、ウエハＷに対して成膜処理を行うプロセスを挙げることができる。なお第１の演算部６１，８１から第２の演算部６２，８２への切り替えは、昇温途中あるいはプロセス温度に安定したときであってもよい。ｔ５時点においてウエハＷ表面に所定の成膜が形成されると、例えば搬入時の温度である６００℃程度まで降温した後、例えばｔ６時点において搬入時とは逆の手順でウエハボート１６の搬出が行われる。
【００３４】
これまで述べてきたように、上述実施の形態によれば複数分割して設けられるヒータ３（３ａ，３ｂ，３ｃ）の温度制御において、上下段ゾーンの加熱制御を受け持つ制御部６，８は、ウエハＷの搬入時に中段ゾーンの温度検出値を温度目標値としてこれと自己のゾーンの温度検出値とに基づいて温度制御を行っているため、各ゾーンの温度が速やかに温度目標値に安定する。例えば下段のサブヒータ３ｃ近傍については、ウエハボート１６の搬入により温度が低下するが、温度目標値である中段のメインヒータ３ｂ近傍の温度も低下するため、温度目標値と温度検出値との偏差分が小さくなり、サブヒータ３ｃの発熱量の増加が緩やかになる。そしてサブヒータ３ｃ近傍の温度は本来の温度目標値を越えてオーバシュートし、今度はサブヒータ３ｃの発熱量が小さくなろうとする（温度が低くなろうとする）が、メインヒータ３ｂ近傍の温度に追従するので、従来のように温度目標値が一定だった場合に比べて温度の低下が緩やかになり、この結果温度の上下の振れが抑えられて温度目標値に速やかにソフトランディングする。また上段のサブヒータ３ａ近傍についてもメインヒータ３ｂ近傍の温度に追従するので、温度が温度目標値に速やかに安定する。
【００３５】
更に冷たいウエハボート１６及びウエハＷが反応容器内に搬入されるときに、各ゾーンの温度がウエハボート１６及びウエハＷから影響を受ける度合いに応じて制御部６，８の第２の演算部６２，８２の中に、中段ゾーンにおける制御部７に対する追従割合を組み込んでいる。例えば上述の例では、上段のゾーンが受ける影響の度合いは中段のゾーンが受ける影響の度合いよりも小さく、また下段のゾーンが受ける影響の度合いは中段のゾーンが受ける影響の度合いよりも大きいことから、上段ゾーンにおける制御部７の追従割合は０．８、下段ゾーンにおける制御部８の追従割合は１．２に夫々設定している。図６は、中段ゾーンの外部熱電対５ｂの温度検出値の変化と、追従割合を５％，３０％，１００％に変えたときの上段ゾーンの各温度検出値とを示したものであり、この図から分かるように、上段ゾーンの外部熱電対５ａの温度検出値の変化幅は追従割合が大きくなれば増加し、追従割合が小さくなれば減少する。従って上述の実施の形態のようにメインヒータ３ｂに対するサブヒータ３ａ，３ｃの温度制御の追従する割合を調整しておくことにより、ウエハボート１６の搬入時の反応容器内の温度分布に見合った温度制御を上段ゾーン、下段ゾーンの夫々で行うことができ、この点からも各ゾーンの温度が温度目標値に速やかに安定する。「発明が解決しようとする課題」の項目で述べたようにウエハボート１６の搬入後の各ゾーンの温度安定時間がスループットを大きく左右することから、この実施の形態ではスループットを向上させることができる。
【００３６】
図７は、図１に示す縦型熱処理装置において、ウエハボート１６が反応容器内に搬入される前のサブヒータ３ａ近傍，メインヒータ３ｂ近傍，サブヒータ３ｃ近傍の温度が夫々５７５℃，５７３℃，５６０℃に安定している状態からウエハボート１６の搬入を行ったときの各ヒータ３ａ〜３ｃ近傍の温度の経時変化をシュミレーションした結果を示すものである。ウエハボート１６の搬入を開始してから各ヒータ３ａ〜３ｃ近傍の温度が安定化するまでの時間はおよそ１３分間であり、ウエハＷの搬入時に各ゾーンの温度が短時間で安定することが分かる。
【００３７】
なお、第１の演算部６１，８１の説明において、上下段の各ゾーンにおける中段ゾーンとの誤差調整を行う演算方法として、予め定めた係数ｋを掛け合わせる手法を記載したが、ウエハボート１６の上昇時において、当該ウエハボート１６の位置に応じてｋを変化させるようにしてもよい。また本実施の形態では、ウエハＷの搬入時に各制御部６，７，８に夫々対応する内部熱電対４ａ〜４ｃの温度検出値を取り込み、制御部６，８においては中段ゾーンの内部熱電対４ｂの温度検出値を温度目標値として夫々内部熱電対４ａ，４ｃの温度検出値と比較し、その偏差分に応じてサブヒータ３ａ，３ｃの温度制御を行うと共に、制御部７においては専用の温度目標値と内部熱電対４ｂの温度検出値との偏差分に応じてメインヒータ３ｂを制御するようにしてもよい。更にまた本実施の形態は、下段のサブヒータ３ｃについてのみ、中段ゾーンに対応する温度検出値を温度目標値とする追従制御を行うようにしてもよい。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、複数ゾーンに分割された熱処理雰囲気内で基板の処理を行うにあたり、各ゾーン毎の温度を速やかに安定させることができ、スループットの向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る熱処理装置の実施の形態を示す縦断面図である。
【図２】本実施の形態にて使用される制御部及びその関連部位を示すブロック図である。
【図３】前記制御部内に設けられる第１の演算部の内部構成を示すブロック図である。
【図４】前記制御部内に設けられる第２の演算部の内部構成を示すブロック図である。
【図５】本実施の形態における温度の経時変化と使用する演算部との関係を示す作用説明図である。
【図６】前記第１の演算部における作用を説明するために作用説明図である。
【図７】ウエハボート搬入時の各外部熱電対における温度変化の様子を示す特性図である。
【図８】従来の熱処理装置の全体構造を示す縦断面図である。
【符号の説明】
Ｗ        半導体ウエハ
１        反応管
１６      ウエハボート
２０（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ）    電力供給部
２１      断熱体
３（３ａ，３ｂ，３ｃ）    ヒータ
４（４ａ，４ｂ，４ｃ）    内部熱電対
５（５ａ，５ｂ，５ｃ）    外部熱電対
６，７，８    制御部
６１，８１    第１の演算部
６２，７２，８２    第２の演算部
６３，７３，８３    目標値出力部
８１２      補正値出力部
８１３      乗算部
【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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