(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物（５）に供給される熱媒流体を冷却又は加熱する冷却／加熱器（６）と、
前記熱媒流体の現在温度を検出する熱媒体温度センサ（１０）と、
前記対象物（５）の現在温度を検出する対象物温度センサと（１２）と、
前記熱媒体温度センサからの現在の熱媒体温度（Ｔ１）と前記対象物温度センサからの現在の対象物温度（Ｔｓ）とを用いたフィードバック制御動作を行って、前記冷却／加熱器（６）に対する操作量を出力するコントローラ（９）と
を備え、
前記コントローラ（９）は、前記対象物（５）に外部から熱負荷が加わることになる所定のプロセスが行われている間、前記フィードバック制御動作において、前記対象物温度（Ｔｓ）を所望温度（ＳＶ）に制御するように前記熱媒体温度（Ｔ１）の目標温度を決定し、決定された前記目標温度に前記熱媒体温度（Ｔ１）を制御するように前記操作量を決定し、
前記コントローラ（９）は、前記所定のプロセスが開始する前に、前記所定のプロセス中に前記対象物（５）に外部から加わる予定の熱負荷の大きさと熱負荷のＯＮ／ＯＦＦ信号を入力し、入力された前記熱負荷の大きさに応じた前記操作量の初期値を決定し、そして、前記所定のプロセスが開始する時、決定された前記初期値を初期的に出力する、
熱媒流体を用いて対象物の温度を調節するための装置。
【請求項２】
前記冷却／加熱器（６）は、熱電変換デバイスを用いて前記熱媒流体を冷却又は加熱する請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記コントローラ（９）は、前記所定のプロセスが開始する前に、前記対象物（５）に外部から熱負荷が加わっていない状態において前記対象物温度（ＴＳ）を前記所望温度（ＳＶ）に安定して維持しておくために必要な前記操作量の大きさに関する値を保持し、前記初期値を決定するとき、保持された前記値を用いて前記初期値を調整する、
請求項１記載の装置。
【請求項４】
対象物（５）に供給される熱媒流体を冷却又は加熱するステップと、
前記熱媒流体の現在温度を検出するステップと、
前記対象物（５）の現在温度を検出するステップと、
検出された現在の熱媒体温度（Ｔ１）と現在の対象物温度（Ｔｓ）とを用いたフィードバック制御動作を行って、前記熱媒流体の冷却又は加熱の量をコントロールするステップと
を備え、
前記コントロールするステップは、
前記対象物（５）に外部から熱負荷が加わることになる所定のプロセスが行われている間、前記対象物温度（Ｔｓ）を所望温度（ＳＶ）に制御するように前記熱媒体温度（Ｔ１）の目標温度を決定するステップと、
前記所定のプロセスが行われている間、決定された前記目標温度に前記熱媒体温度（Ｔ１）を制御するように前記冷却又は加熱の量を調整するステップと、
前記所定のプロセスが開始する前に、前記フィードバック制御動作中に前記対象物（５）に外部から加わる予定の熱負荷の大きさと熱負荷のＯＮ／ＯＦＦ信号を入力するステップと、
前記所定のプロセスが開始する前に、入力された前記熱負荷の大きさに応じた前記操作量の初期値を決定するステップと、
前記所定のプロセスが開始する時、決定された前記初期値を初期的に出力するステップとを有する、
熱媒流体を用いて対象物の温度を調節するための方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、熱媒流体を用いて対象物の温度を調節するための装置と方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、半導体ウェハをプラズマ雰囲気中で処理するためのプロセスチャンバでは、半導体ウェハが載せられるテーブル（以下、「サセプタ」と呼ぶ）の温度を制御するために、制御された温度をもった熱媒流体が用いられる。熱媒流体は、チャンバから離れた場所に設置された温度調節装置（例えば、チャンバから戻ってくる高温の熱媒流体を冷却するチラー）で適当温度にされてそこから送り出され、チャンバ内に入ってサセプタ内を巡り、そして、チャンバ外へ出て温度調節装置に戻る。
【０００３】
従来、この種の温度調節装置は、図１に示すように、この装置から吐出されたばかりの熱媒体流体の温度T１を測定し、測定された吐出温度T１が設定温度SVになるように、熱媒体流体への冷却量又は加熱量を調節している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した熱媒体流体の吐出温度を設定温度に制御する従来方法によれば、プロセスチャンバ内でプラズマ処理が開始されてサセプタに熱負荷(外乱)が加えられたとき、サセプタの温度が大きく上昇してしまうことを抑制することが難しい。より一般的な言い方をすれば、熱媒体流体の吐出温度の制御では、温度制御の対象物に熱負荷が加わったとき、その対象物の温度変化を十分小さく抑えることが難しい。
【０００５】
また、上記吐出温度制御によれば、温度調節装置の外部に存在する配管やチャンバにおける熱損失や熱抵抗や無駄時間や遅れ等の影響により、サセプタのような温度制御対象物の温度が大きく変わることになる。
【０００６】
また、温度制御対象物それ自体の温度を検出して、それを設定温度にするように制御動作を行う方法も一般に知られている。しかし、熱媒体流体を介して間接的に温度制御対象物の温度を調節するものである以上、温度制御対象物それ自体の温度のみに基づいて制御作を行っても、温度制御対象物の温度変動を小さくすることは難しい。
【０００７】
従って、本発明の目的は、熱媒体流体を用いて温度制御対象物の温度を制御する装置において、温度制御対象物の温度の変動を十分に小さく抑制できるようにすることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の一つの観点に従う、対象物の温度を調節するための装置は、対象物に供給される熱媒流体を冷却又は加熱する熱伝変換デバイスを用いた冷却／加熱器と、前記対象物の現在温度を検出する対象物温度センサと、前記対象物温度センサからの現在の対象物温度を用いたフィードバック制御動作を行って、前記冷却／加熱器に対する操作量を出力するコントローラとを備える。そして、コントローラは、前記フィードバック制御動作において、前記対象物温度を所望温度に制御するように前記熱媒流体の温度を調節するようになっている。
【０００９】
本発明の別の観点に従う、熱媒流体を用いて対象物の温度を調節するための装置は、対象物に供給される熱媒流体を冷却又は加熱する冷却／加熱器と、前記熱媒流体の現在温度を検出する熱媒体温度センサと、前記対象物の現在温度を検出する対象物温度センサと、前記熱媒体温度センサからの現在の熱媒体温度と前記対象物温度センサからの現在の対象物温度とを用いたフィードバック制御動作を行って、前記冷却／加熱器に対する操作量を出力するコントローラとを備える。そして、コントローラは、前記フィードバック制御動作において、前記対象物温度を所望温度に制御するように前記熱媒体温度の目標温度を決定し、決定された前記目標温度に前記熱媒体温度を制御するように前記操作量を決定するようになっている。
【００１０】
この温度調節装置によれば、熱媒流体の温度だけでなく対象物の温度も検出して、双方の温度を使用して熱媒流体の温度を制御することにより、対象物の温度を、その変動を小さく抑制し、より一定に近く制御することができる。
【００１１】
好適な実施形態では、前記冷却／加熱器は、熱電変換デバイスを用いて前記熱媒流体を冷却又は加熱するようになっている。熱電変換デバイスを用いることで、冷却／加熱器が小型化でき、また、冷却／加熱器と対象物との距離も短くして熱媒流体の量を少なくすることができ、また、熱電変換デバイス自体がもつ応答性や温度制御精度は高いので、結果として、高い制御性が得られる。
【００１２】
好適な実施形態では、前記コントローラは、前記フィードバック制御動作を開始する前に、前記フィードバック制御動作中に前記対象物に外部から加わる予定の熱負荷の大きさに関する数値を保持し、保持された前記数値を用いて前記熱負荷の大きさに応じた前記操作量の初期値を決定し、そして、前記フィードバック制御動作を開始する時、決定された前記初期値を初期的に出力するようになっている。
【００１３】
これにより、熱負荷の大きさに適合した制御を行うことができ、また、対象物に加わる熱負荷の異なる様々な制御系への適用が可能になる。
【００１４】
好適な実施形態では、前記コントローラは、前記フィードバック制御動作を開始する前に、前記対象物に外部から熱負荷が加わっていない状態において前記対象物温度を前記所望温度に安定して維持しておくために必要な前記操作量の大きさに関するアイドル値を入力し、前記初期値を決定するときには、上記熱負荷の大きさだけでなく、前記アイドル値も用いて初期値を調整するようになっている。
【００１５】
制御系がもつ各部の熱容量や熱伝導率などの各種条件が異なると、上記のアイドル値が違ってくることになる。上記のように予め調べたアイドル値を用いて前記初期値を調整することで、各種条件の異なる様々な制御系への適用が可能になる。
【００１６】
好適な実施形態では、前記コントローラは、前記フィードバック制御動作において、前記対象物温度と前記熱媒体温度との間の現在の温度差を算出し、算出された前記現在の温度差を用いて前記所望温度を動的に修正することにより、前記熱媒体温度の目標温度を決定するようになっている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を説明する。以下の実施形態は、半導体ウェアをプラズマ雰囲気中で処理するプロセスチャンバ内の、半導体ウェハを保持するためのサセプタの温度を一定に制御する用途で本発明を実施した場合の一例であるが、本発明の適用対象はこれのみに限られるものではなく、本発明は他の様々な用途で実施することができる。
【００１８】
図２は、この実施形態の全体構成を示す。
【００１９】
熱媒流体を冷却するためのチラー１が、プロセスチャンバ４から例えば１〜数メートルの場所に配置される。チラー１によって温度が制御された熱媒流体がチラー１から吐出され、配管２を通じてプロセスチャンバ４に供給される。熱媒流体には、例えば、水、エチレングリコール又はフロリナート（登録商標）等を用いることができる。プロセスチャンバ４内に入った熱媒流体は、サセプタ５内部を巡って、サセプタ５の温度を調節する。プロセスチャンバ４内では、サセプタ５上に置かれた半導体ウェハを処理するとき、プラズマが発生され、そのプラズマから熱がサセプタ５に加えられる。そのとき、熱媒流体はサセプタ５から熱を奪ってこれを冷却し、高温になってプロセスチャンバ４から出る。その高温の熱媒流体は、配管３を通じてチラー１に戻る。
【００２０】
チラー1内には、冷却器６があって、戻って来た高温の熱媒流体を冷却する。冷却器６には、例えば、半導体のペルチェ効果を利用したヒートポンプである熱電変換デバイスが用いられる（しかし、必ずしもそうでなければならないわけではない）。この熱電変換デバイスは、π形状に電気接続されたｎ型半導体チップとｐ型半導体チップのペアの多数から構成されている。この熱電変換デバイスは、その多数のペアが電気的に直接接続され且つ２次元平面上に配列されて成るプレート形状のデバイスであり、それに電流を流すと、一方の側の主面で熱を吸収し反対側の主面で熱を放出するよう動作する。熱電変換デバイスに流す電流の向きを反転させると、熱電変換デバイスが熱を移動させる方向も反転する。
【００２１】
冷却器６は、上記プレート形状の熱電変換デバイスの一方の側の主面にて、配管３から配管２へと流れる熱媒流体から熱を吸収し、且つ、反対側の主面にて、配管７から来て配管８へ出て行く冷却水へ熱を放出する。
【００２２】
上述したような熱電変換デバイスを用いて冷却器６を構成した場合、一般的なコンプレッサをもつ冷媒回路で冷却器６を構成した場合に比較し、チラー１のサイズはかなり小さくでき、チラー１とプロセスチャンバ４との距離も短くして熱媒流体の量も減らすことができ、さらに、冷却器６自体の応答速度や温度制御精度も向上するため、より性能の良い制御が可能になる。
【００２３】
チラー1に付随してコントローラ９があり、主として冷却器６の熱電変換デバイスに流す電流を制御することで、冷却器６の冷却能力を制御し、それにより、冷却器６から出る熱媒体流体の温度を適正値に制御する。コントローラ９は、チラー１の熱媒流体吐出口近傍に配置された吐出温度センサ１０から、チラー１から吐出されるときの熱媒流体の現在温度（吐出温度）Ｔ１を示した検出信号１１を入力する。また、コントローラ９は、プロセスチャンバ４内のサセプタ５の温度を検出するサセプタ温度センサ１２から、現在のサセプタ温度Ｔｓを示した検出信号１３を入力する。さらに、コントローラ９は、プロセスチャンバ４内に高周波プラズマを発生させるための高周波（ＲＦ）電源装置１４から、そのメインスイッチのオン／オフ信号やその出力パワーレベルなどを示す運転信号１５を入力する。これらの入力に基づいて、コントローラ９は、以下に説明するような制御動作を行う。コントローラ９は、例えば、プログラムされたコンピュータにより構成される。
【００２４】
図３は、コントローラ９が行う全体的な制御動作の流れを示す。
【００２５】
図３に示すように、ステップＳ１でコントローラ９は制御動作を開始するが、この初期的な時点では、プロセスチャンバ４では、ＲＦ電源装置１４のメインスイッチはオフ状態にありチャンバ４でのプロセスは開始されていない（以下、これを「アイドル状態」という）。この初期的なアイドル状態において、コントローラ９は、まず、ステップＳ２で、設定温度ＳＶの変更に対処するための追従制御を行う（Ｓ２）。この追従制御の結果として、サセプタ温度Ｔｓが設定温度ＳＶに整定した定常状態が確立される。その後、コントローラ９は、その定常状態を維持しつつ、プロセスチャンバ４でプロセスが開始されるのを待つ（Ｓ３）。チャンバプロセスが開始すると（例えば、ＲＦ電源装置１４のメインスイッチのオン／オフ信号がターンオンを示すと）（Ｓ３でＹｅｓ）、コントローラ９は、ステップＳ４に進んで追値制御に入り、チャンバ４内でのプラズマ発生による熱負荷などの外乱を克服してサセプタ温度Ｔｓを一定に制御するように動作する。
【００２６】
ところで、チャンバプロセスにおいては、次のような動作が、それを1周期として、多数回繰り返し実行されていく。その1周期の動作の開始時には、ＲＦ電源装置１４の出力パワーレベルは実質的にゼロであってプラズマが発生していない状態（以下、「ＲＦ−ＯＦＦ」状態という）にある。この「ＲＦ−ＯＦＦ」状態において、新しい半導体ウェハがプロセスチャンバ４内に入れられてサセプタ5上に置かれる。次に、ＲＦ電源装置１４の出力パワーレベルが規定のワット値まで増大されて、プロセスチャンバ４内にプラズマが発生し（以下、これを「ＲＦ−ＯＮ」状態という）、それによりチャンバ４内の半導体ウェハに所定の加工が施される。この「ＲＦ−ＯＮ」状態が一定時間の間継続した後、チャンバ４内の状態は再び「ＲＦ−ＯＦＦ」状態に切り替わり、そして、加工の終えた半導体ウェハがプロセスチャンバ４外へ搬出される。これで、この１周期の動作が終わる。1回のチャンバプロセスの間に、上記のような動作が多数回繰り返され、それにより、多数枚の半導体ウェハが順次にチャンバ４内で加工される。
【００２７】
上記のチャンバプロセスが継続している間、コントローラ９は、ステップＳ４の追値制御を継続する。途中で設定温度ＳＶの変更が行われた場合には（このとき、チャンバプロセスは一旦終了する）（Ｓ５でＹｅｓ）、コントローラ９は追値制御を止め、再びステップＳ２に戻って上述した追従制御から制御をやり直し、その後にチャンバプロセスが再開すると再び追値制御を行う。
【００２８】
上記チャンバプロセスが終了すると（例えば、ＲＦ電源装置１４のメインスイッチのオン／オフ信号がターンオフを示すと）（Ｓ６でＹｅｓ）、コントローラ９は、制御動作を終了する（Ｓ７）。
【００２９】
図４は、上述した全体制御中、最初のアイドル状態に行われるステップＳ２の追従制御の手順を更に詳細に示す。また、図５は、この追従制御の中で行われるフィードバック温度制御のための制御ブロック図を示す（後述する追値制御の中で行われるフィードバック温度制御も、このブロック図の機能を用いて行われる）。さらに、図６は、この追従制御による吐出温度Ｔ１とサセプタ温度Ｔｓの変化カーブの一例を示す（なお、縦軸の温度目盛りは設定温度ＳＶを０℃とした相対温度を示している）。
【００３０】
図４に示すように、コントローラ９は、追従制御を開始する（Ｓ１１）と最初に、吐出温度Ｔ１のみに基づくフィードバック温度制御（吐出温度制御）を行う(Ｓ１２)。この吐出温度制御は、図５のブロック図において、スイッチ２０７を開き、オフセット部２０８から出力されるオフセット値をゼロに初期設定した状態で行われる。ここで、ブロック２０１〜２０３と２０６〜２０８がコントローラ９が行う演算処理であり、ブロック２０４は冷却器６の伝達関数であり、ブロック２０５はサセプタ５の伝達関数である。また、図５内の変数に付いているサフィックスｎは、制御演算をデジタル処理するときのサンプリングの回数目を示している。しかし、このような時間離散的なサンプリングを行うデジタルコントローラに代えて、時間連続的な演算を行なうアナログコントローラを用いても良いことは勿論である。この実施形態では、フィードバック温度制御の方法として、図５のブロック２０３に示すようにＩ−ＰＤ制御を用いる。しかし、Ｉ−ＰＤ制御は説明のための例示に過ぎず、他の制御方法を用いることも可能である。
【００３１】
この吐出温度制御では、図５に示すように、コントローラ９は、検出された吐出温度Ｔ１とその目標温度としての設定温度ＳＶ（オフセット値がゼロなので、SV＝SV＊）との間の偏差ｅを求め（２０２，２０２）、この偏差eに対してＩ−ＰＤ演算を行い（２０３）、その演算結果に従って冷却器６（２０４）の熱電変換デバイスのパワーを操作する。それにより、吐出温度Ｔ１は、図６に示す時刻ｔ０秒からｔ１までの区間Ａのように、設定温度ＳＶに実質的に一致するように制御される。一方、サセプタ温度Tsは、吐出温度Ｔ１を追うように変化するものの、吐出温度Ｔ１との間に若干の温度差を有するから、設定温度ＳＶには一致しない。
【００３２】
再び図４を参照して、上述したステップＳ１２の吐出温度制御により、吐出温度Ｔ１が所定のレディ条件（例えば、設定温度ＳＶの近傍範囲内に所定時間に亘って安定して留まる）を満たすと（Ｓ１３でＹｅｓ）、コントローラ９は、吐出温度Ｔ１が定常状態になったものと判断する（Ｓ１４）。その判断は、図６では例えば時刻Ｂ（ｔ１）でなされる。そう判断した時刻Bで、コントローラ９は、この定常状態におけるサセプタ温度Ｔｓと吐出温度Ｔ１の間の温度差−ΔＴ（＝Ｔ１−Ｔｓ）を算出する（Ｓ１５）。そして、コントローラ９は、その温度差−ΔＴをオフセット値として設定温度ＳＶに加算する。そして、時刻Ｂ以降、その加算値（＝ＳＶ−ΔＴ）を、吐出温度Ｔ１の新たな目標温度ＳＶ＊として用いて（Ｓ１６）、図４のＩ―ＰＤ制御を更に実行する（Ｓ１７）。このステップＳ１５〜Ｓ１７の動作を図５のブロック図で説明すると、まず、時刻Ｂでスイッチ２０７を閉じて時刻Ｂの温度差−ΔＴ（＝Ｔ１−Ｔｓ）をオフセット部２０８に入力して記憶させ、続いて、直ちにスイッチ２０７を開き、そして以後、スイッチ２０７は開いた状態で、オフセット部２０８に保持された時刻Ｂのオフセット値−ΔＴを設定温度ＳＶに加算して目標温度ＳＶ＊とし、その目標温度ＳＶ＊に一致するように吐出温度Ｔ１をＩ−ＰＤ制御する。この制御動作は、間接的にサセプタ温度Ｔｓを設定温度ＳＶに一致させるように制御することを意味する。これにより、図６に示す時刻Ｂ以降のカーブのように、サセプタ温度Ｔｓが設定温度ＳＶに制御される。
【００３３】
再び図４を参照して、上記ステップＳ１７の吐出温度制御により、サセプタ温度Ｔｓが所定のレディ条件（例えば、設定温度ＳＶの近傍範囲内に所定時間に亘って安定して留まる）を満たしたら（Ｓ１８でＹｅｓ）、コントローラ９は、サセプタ温度Ｔｓが定常状態になったものと判断する（Ｓ１９）。この判断は、図６に示す例えば時刻Ｃ（ｔ２）でなされる。
【００３４】
そう判断すると、コントローラ９は、その定常状態におけるコントローラ９の出力値（冷却器６への操作量）（以下、アイドル値という）と、予め定められた標準の出力値との間の差を算出し、算出した出力差を記憶する（Ｓ１９−２）。ここで、上記標準出力値とは、コントローラ９を設計する際の前提となった標準の制御系条件（冷却水温度、気温、及び、冷却器６や配管２、３やサセプタ５などの制御系構成要素のもつ各種特性、など）の下で上述した吐出温度制御を実施した場合において、サセプタ温度Ｔｓが定常状態になっているときにコントローラ９から出力されることになる出力値のことである。この標準出力値は、上記の標準の制御系条件の下でのみ正しい値である。従って、上記ステップＳ１９−２で算出したアイドル値と標準出力値との差は、実際の制御系条件の下でのコントローラ９の出力値の過不足量を意味する。この過不足量は記憶され、そして、後の追値制御において、コントローラ９の出力値の過不足を修正するために利用されることになる。
【００３５】
続いて、コントローラ９は、ステップＳ２０で制御を図３に示したステップＳ３に進ませ、プロセスチャンバ４のプロセスが開始するのを待つ（待っている間、図４のステップＳ１７の吐出温度制御は継続する）。
【００３６】
なお、上述した図４の追従制御の流れの中で、ステップＳ１５で検出した温度差が不適切、もしくは検出後の外乱によって適当でなくなり設定温度ＳＶに整定できなかった場合には、それ以降のステップＳ１７の吐出温度制御では、時々（例えば、３０秒間隔で）吐出温度Ｔ１の目標温度を微調整しつつサセプタ温度Ｔｓを診て、そのサセプタ温度Ｔｓが設定温度ＳＶに整定するように、その目標温度の微調整を繰り返していく。
【００３７】
さて、上述した追従制御が終了すると、既に図３を参照して説明したとおり、コントローラ９は、ＲＦ電源装置１４のメインスイッチのターンオンに応答して、プロセスチャンバ４のプロセスが開始したと判断し(Ｓ３でＹｅｓ)、ステップＳ４の追値制御を開始し、チャンバプロセスが行われている間、その追値制御を継続する。
【００３８】
図７は、チャンバプロセス中に実行される追値制御の流れを更に詳細に示している。前述した図５の制御機能は、その追値制御の中で行われるフィードバック温度制御でも用いられる。さらに、図８は、追値制御によるサセプタ温度Ｔｓの変化カーブの一例を示している（なお、温度目盛りは設定温度ＳＶを０℃とした相対温度を示している）。
【００３９】
図７に示すように、コントローラ９は、チャンバプロセスの開始に応答して追値制御を開始するが（Ｓ２１）、その時点では、ＲＦ電源装置１４の出力パワーレベルは実質的にゼロであってチャンバ４の状態は「ＲＦ−ＯＦＦ」状態にある。この最初の「ＲＦ−ＯＦＦ」状態は、図８のカーブでは左端の温度０（＝ＳＶ）の区間Ｃに相当する。この状態において、コントローラ９は、ＲＦ電源装置１４の出力パワーレベルを診てチャンバ４の状態が「ＲＦ−ＯＮ」状態に切り替わるのを待つ（Ｓ２２）。ＲＦ電源装置１４の出力パワーレベルが規定ワット値に立ち上がって「ＲＦ−ＯＮ」状態が開始すると（Ｓ２２でＹｅｓ）(図８で時刻ｔ３)、コントローラ９は、ステップＳ２３のＲＦ−ＯＮ領域処理を開始し、以後、「ＲＦ−ＯＮ」状態が続く間（図８で区間Ｄ）、そのＲＦ−ＯＮ領域処理を継続する。このＲＦ−ＯＮ領域処理では、後述するように、吐出温度Ｔ１とサセプタ温度Ｔｓの双方を使用して温度制御が行われる。その後、チャンバ４の状態が「ＲＦ−ＯＦＦ」状態に戻ると（Ｓ２４でＹｅｓ）（図８で時刻ｔ５）、コントローラは、ステップＳ２５のＲＦ−ＯＦＦ領域制御を開始し、以後、「ＲＦ−ＯＦＦ」状態が続く間（図８の2番目の区間Ｃ）、そのＲＦ−ＯＦＦ領域処理を継続する。このＲＦ−ＯＦＦ領域処理では、後述するように、図４に示した追従制御の方法と同様に原則的に吐出温度Ｔ１のみを使用した吐出温度制御が行われる。以後、ＲＦ電源装置１４の「ＲＦ−ＯＮ」と「ＲＦ−ＯＦＦ」の繰り返しに同期して、上述したステップ２３のＲＦ−ＯＮ領域処理とステップＳ２５のＲＦ−ＯＦＦ領域処理も繰り返し実行されることになる。
【００４０】
図７のステップＳ２３のＲＦ−ＯＮ領域処理は、図５に示したブロック図においてスイッチ２０７が閉じた状態で行われる。これは、吐出温度Ｔ１とサセプタ温度Ｔｓの双方を用いたＩ−ＰＤ制御である。すなわち、図５に示すように、現在の吐出温度Ｔ１と現在のサセプタ温度Ｔｓとの間の温度差がオフセット値として設定温度ＳＶに加算されて（２０１）、その加算値が吐出温度Ｔ１に対する現在の目標温度ＳＶ＊となる。現在の吐出温度Ｔ１と現在のサセプタ温度Ｔｓとの間の温度差（オフセット値）は時々刻々と変化し、それに応じて、この目標温度ＳＶ＊も時々刻々と変換する。このように、目標温度ＳＶ＊は、現在の吐出温度Ｔ１とサセプタ温度Ｔｓの温度差に応じて動的に決定される。そして、このような動的な目標温度ＳＶ＊と現在の吐出温度Ｔ１との偏差ｅが計算され（２０２）、その偏差ｅに対してＩ−ＰＤ演算が行われ、その演算結果が操作量(コントローラ９の出力値)として冷却器６に加えられる。
【００４１】
一方、図７のステップＳ２５のＲＦ−ＯＦＦ領域処理は、図５のブロック図においてスイッチ２０７が開いた状態で、オフセット部２０８からは先に記憶しておいた追従制御の定常状態でのオフセット値を出力して行われる。これは、図４に示した追従制御におけるステップＳ１６のＩ−ＰＤ制御と同様である。
【００４２】
以下、上述した追値制御中のＲＦ−ＯＮ領域処理とＲＦ−ＯＦＦ領域処理について、更に詳細に説明する。
【００４３】
また、図９は、ＲＦ−ＯＮ領域処理の流れを詳細に示している。図１０は、そのＲＦ−ＯＮ領域処理の最初に行われる初期出力処理の流れを詳細に示している。
【００４４】
図９に示すように、コントローラ９は、ＲＦ−ＯＮ領域処理を開始する（Ｓ３１）と最初に、その時の制御系条件と設定温度ＳＶとプラズマ発生による熱負荷の大きさなどに合った適正な初期出力を決定して出力する（Ｓ３２）。この初期出力の処理では、図１０に示すように、コントローラ９はまず、所定の初期出力導関数Ｆを用いて、その時のＲＦ電源装置１４の出力パワーレベル（これは、プラズマ発生時にサセプタ５に加わる予定の熱負荷の大きさに対応する）と設定温度ＳＶとに適合した標準の初期出力を算出する（Ｓ４２）。ここで、初期出力導関数Ｆとは、ＲＦ電源装置１４の出力パワーレベルと設定温度ＳＶとに対する関数として、前述した標準的な制御系条件の下におけるＲＦ−ＯＮ領域処理での初期出力の最適値（標準の初期出力：コントローラ９の設計段階で実験的に求められたもの）を表したものである。この初期出力導関数Ｆは、例えば、ＲＦ電源装置１４の出力パワーレベルの一次関数であり、その一次関数の傾きと切片とがそれぞれ設定温度ＳＶの線形多項式になっているようなものであり、ルックアップテーブルやサブルーチンなどの形でコントローラ９に実装することができる。こうして標準の初期出力を求めると、コントローラ９は次に、図４の追従制御のステップＳ１９−２で記憶したアイドル値と標準出力との間の出力差を読み出し、この出力差を標準の初期出力に加算することで、標準の初期出力がもつ過不足分を補正して、この補正された初期出力値を出力する（Ｓ４３）。これにより、コントローラ９は、実際の制御系条件に合った適正な初期出力値を出力することになる。
【００４５】
再び図９を参照して、初期出力を出力すると直ちに、コントローラ９は、図５に示したブロック２０３のＩ−ＰＤ制御の応答が若干鈍くなるように、Ｉ−ＰＤ制御のゲインを初期値より若干小さくした（Ｓ３３）上で、図５に示したスイッチ２０７を閉じて、吐出温度Ｔ１とサセプタ温度Ｔｓの双方を用いたＩ−ＰＤ温度制御を行う（Ｓ３４）。ここでＩ−ＰＤ制御の応答を若干鈍くする理由は、サセプタ５の熱伝導率の悪さのために、上記初期出力の結果がサセプタ温度Ｔｓに現れるまでにある程度の時間がかかるが、この遅れ時間の間にＩ−ＰＤ制御が効き過ぎてサセプタ５を冷やし過ぎてしまわないようにするためである。
【００４６】
その後、図８の区間ｔ３〜ｔ４や区間ｔ６〜ｔ７に示すように、プラズマ発生によってサセプタ温度Ｔｓは乱れて若干上昇するが、上記のＩ−ＰＤ制御の効果が現れてきて、サセプタ温度Ｔｓはじきに下降に転じる。コントローラ９は、サセプタ温度Ｔｓが上昇から下降に転じるピーク時（図８の時刻ｔ４、ｔ７）（Ｓ３５でＹｅｓ）に、ステップＳ３３で鈍くさせたＩ−ＰＤ制御の応答性を僅かに初期値の方へ戻すように、Ｉ−ＰＤ制御のゲインを僅かに増やし（Ｓ３６）、そして、サセプタ温度Ｔｓの乱れのピーク値（図８のＴｓｐ）に設定温度ＳＶをシフトさせた上で、上述した吐出温度Ｔ１とサセプタ温度Ｔｓの双方を用いたＩ−ＰＤ温度制御を継続する（Ｓ３７）。ここでＩ−ＰＤ制御の応答性を僅かに初期値の方へ戻す理由は、応答性を上げることで設定温度ＳＶに速やかに到達するためである。また、サセプタ温度Ｔｓの乱れのピーク値（図８のＴｓｐ）に設定温度ＳＶをシフトさせる理由は、既に上昇してしまったサセプタ温度Ｔｓを再び元の設定温度ＳＶまで低下させるより、むしろ、上昇後のピーク値で一定に保持した方が、チャンバ４内で処理されている半導体ウェハの品質を一定に制御するのに好ましいからである。以後、チャンバ４の状態が「ＲＦ−ＯＦＦ」状態に切り替わるまで、ステップＳ３７の制御が継続する。
【００４７】
チャンバ４の状態が「ＲＦ−ＯＦＦ」状態に切り替わると（図８の時刻約２２０秒、４７０秒で）、コントローラ９は、上述したＲＦ−ＯＮ領域処理を終了し、ＲＦ−ＯＦＦ領域処理を開始する。
【００４８】
図１１は、ＲＦ−ＯＦＦ領域処理の流れを詳細に示している。
【００４９】
図１１に示すように、コントローラ９は、ＲＦ−ＯＦＦ領域処理を開始する（Ｓ５５）と、ＲＦ−ＯＮ領域処理で蓄積されたＩ−ＰＤ演算の積分（Ｉ）要素をゼロにリセットし（Ｓ５２）、そして、ＲＦ−ＯＮ領域処理では初期値より少し小さかったＩ−ＰＤ制御のゲインを、初期値に戻す（Ｓ５３）。そうした上で、コントローラ９は、図４に示したチャンバプロセス開始前の追従制御のステップＳ１６で用いた吐出温度Ｔ１の目標温度ＳＶ＊（＝ＳＶ−ΔＴ）を再び用いて、追従制御のステップＳ１６と同様の方法で、間接的にサセプタ温度Ｔｓを設定温度ＳＶに制御する。
【００５０】
再びチャンバ４の状態が「ＲＦ−ＯＮ」状態になるまで、ＲＦ−ＯＦＦ領域処理が継続する。
【００５１】
以上説明したコントローラ９の制御により、サセプタ温度Ｔｓの変動は従来よりも抑制され、良好な制御結果が得られる。
【００５２】
以上、本発明の実施形態を説明したが、これは本発明の説明のための例示であり、この実施形態のみに本発明の範囲を限定する趣旨ではない。従って、本発明は、その要旨を逸脱することなく、他の様々な形態で実施することが可能である。
【００５３】
例えば、図２に示した構成から、吐出温度Ｔ１をフィードバックする部分を除去し、サセプタ温度Ｔｓのみをコントローラ９にフィードバックし、コントローラ９は、直接的にサセプタ温度Ｔｓを目標温度に制御するような演算を行って、その演算結果に従い熱伝変換デバイスのパワーをコントロールして熱媒流体の温度を制御するような構成に対しても、本発明の原理は適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来の吐出温度Ｔ１のみに基づく制御の方法を示すブロック図。
【図２】  本発明の一実施形態の全体構成を示すブロック図。
【図３】  コントローラ９が行う全体的な制御動作の流れを示すフローチャート。
【図４】  図３中の追従制御の流れを示すフローチャート。
【図５】  この実施形態で用いられるフィードバック温度制御のための構成を示すブロック図。
【図６】  図４の追従制御による吐出温度Ｔ１とサセプタ温度Ｔｓの変化カーブの例を示す図。
【図７】  図３中の追値制御の流れを示すフローチャート。
【図８】  図７の追値制御によるサセプタ温度Ｔｓの変化カーブの一例を示す図。
【図９】  図７中のＲＦ−ＯＮ領域処理の流れを示すフローチャート。
【図１０】  図９中の初期出力を出力する処理の流れを示すフローチャート。
【図１１】  図７中のＲＦ−ＯＦＦ領域処理の流れを示すフローチャート。
【符号の説明】
１  チラー
２、３  熱媒流体を循環させる配管
４  プロセスチャンバ
５  サセプタ
６  熱電変換デバイスを用いた冷却器
７、８  冷却水を循環させる配管
９  コントローラ
１０  吐出温度Ｔ１を検出する温度センサ
１１  吐出温度Ｔ１の検出信号
１２  サセプタ温度Ｔｓを検出する温度センサ
１３  サセプタ温度Ｔｓの検出信号
１４  高周波（ＲＦ）電源装置
１５  高周波電源装置の運転信号
２０３  コントローラ９のＩ−ＰＤ演算部
２０４  冷却器
２０５  サセプタ
【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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