熱処理装置の温度制御方法

【課題】熱処理装置の温度制御応答性を向上させ、温度安定時間を早くする。
【解決手段】基板を処理する処理室内を加熱する加熱手段と、加熱手段を制御する加熱制御部と、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、第一の温度検出手段は第二の温度検出手段よりも基板に近い位置に配置され、第二の温度検出手段は第一の温度検出手段よりも加熱手段に近い位置に配置される熱処理装置であって、熱処理装置に具備され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の一部を予め適当な値に設定し、当該加熱手段から出力される制御量を制御し、制御応答性の高い温度制御方式を得る。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱処理装置の温度制御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】ＷＯ２００６／０７０５５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来技術である温度制御方法、温度制御調整方法を用いても特に温度制御応答性が十分でなく、温度安定時間が遅延する場合があった。
【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、熱処理に具備される加熱手段に入力される操作量を比例・積分・微分（ＰＩＤ）演算による帰還制御の一部を予め適当な値に設定し、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において、制御応答性の高い温度制御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】
上述した課題を解決するため、本発明に係る熱処理装置は、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、該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、該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、前記第二の温度検出手段による検出温度の最大温度時点の操作量をＣ３とし、前記第二の温度検出手段による検出温度の最大温度時点をｔ０とし、前記第一の温度検出手段の温度安定時点の操作量をＣ２とし、前記第一の温度検出手段の温度安定時点から前記第二の温度検出手段による検出温度の最大温度時点の差をＴｉｍｅ２とし、時係数をｋとした場合に、前記ｔ０からの経過時間をｔとするとｔ時点の操作量パターン出力値Ｐ[ｔ]は、Ｐ[ｔ]＝Ｐ[ｔ０]＋（Ｃ３−Ｃ２）＊（１−ｅｘｐ（（−ｔ−ｔ０）／（Ｔｉｍｅ２＊ｋ））で求められることを特徴とした熱処理装置である。
【０００６】
更に、前記時定数ｋは、２から５の範囲であることを特徴とした熱処理装置である。
【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。
【０００８】
（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。
【０００９】
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。
【００１０】
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（第二の温度検出手段）２、カスケード熱電対（第一の温度検出手段）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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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）および基板保持手段（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。又、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。
【００１６】
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は均熱菅６と反応菅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。
【００１７】
ここではカスケード熱電対３は反応菅５とボート４の間に設置され、反応菅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。
【００１８】
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およびボート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。
【００１９】
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。
【００２０】
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および処理済のウエハ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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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）
【００２８】
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）
【００２９】
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）
【００３０】
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）
【００３１】
つまり図１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。
【００３２】

続いて、ＰＩＤＣ演算器について図４に基づいて説明する。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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）
【００３６】
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における出力値ＪをＪ（ｔ）とする。
【００３７】
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からの積分演算値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。
【００３８】
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）
【００３９】
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）
【００４０】
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）
【００４１】
つまり図１で示すように、温度制御部７１へに対して、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。
【００４２】
次に、Ｐｏｗｅｒパターン出力器２７について説明する。
【００４３】
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（パターン化される）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。
【００４４】
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。
【００４５】
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による検出温度が所定の目標温度となるようヒータの温度制御を行い（第一の工程）、温度特性基本データ（カスケード熱電対により検出される温度データ）を取得する（Ｓ１１ａ）。
【００４６】
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（昇温開始）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。
【００４７】
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）
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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）
【００５２】
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）
【００５３】
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）
【００５４】
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）
【００５５】
そして、上述のようにして求めたａ、ｄ、Ｄ１’を用いてＰｏｗｅｒ出力パターンのパターン（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（第一の操作量）をパターン化し（図１１に示す操作量を参照）、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。すなわち、カスケード熱電対により検出される温度データに基づいて、ＰＯＷＥＲ出力パターンを規定する操作量である第一
の操作量をパターン化し、ＰＯＷＥＲ出力パターンを求める。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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）。
【００５９】
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）、あらかじ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）。
【００６０】
次に、オーバーシュート量があらかじ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。
【００６１】
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（第二の出力制御パターンに相当）Ｍ（ｔ）を求める（第四の工程）（Ｓ１５）。すなわち、ヒータ波形Ｌ（ｔ）に基づいて、積分出力パターンを規定する操作量である第二の操作量（図５に示す操作量を参照）の少なくとも一部をパターン化し、積分出力パターンを求める。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
次にＰ動作分を差し引いたヒータ温度波形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）が示す最大ヒータ温度時点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を最大ヒータ温度時点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。
【００６５】
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最大温度時点ｊの間をステップ１、Ｐｏｗｅｒ制御時（ヒータ熱電対の示す）最大ヒータ温度時点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。
【００６６】
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最大温度時点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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。また積分出力パターンについては過渡期において前述の２ステップでなく、より多くのステップを用いて作成することもできる。
【００７１】
図１４に示すように、例えば温度過渡期において、ある一定の時間ｑ［min］毎に積分パターン出力のステップをｒ個設定すると、各ステップSTEP（ｒ）の目標温度Ｖｒとランプレート（傾き）Ｙｒは以下の式（２７）および式（２８）で求められる。
Vr［℃］＝（∫L（r＊q）dt／q）＊2 ・・・（２７）
Yr［℃／min］＝（V（r−1）−V（r））／q ・・・（２８）
【００７２】
以上のように積分出力パターンを作成することにより、温度過渡期における積分出力の増大を防ぐことができ、またＰｏｗｅｒ制御の波形をベースにすることによって最短で炉内を目標温度Ｓ’に安定させることができる。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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）。
【００７７】
図１５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（２９）で求められる。
W1＝Kp・ｐ・・・（２９）
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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（３０）〜式（３２）で求められる。
V’＝V−W1 ・・・（３０）
T’［℃／min］＝（V’−k（0））／j ・・・（３１）
U’［℃／min］＝（k（n）−V’）／（a−j）・・・（３２）
【００８１】
図１６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。
【００８２】
そこで、ゾーン間偏差があらかじ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）。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
次に図１７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。
【００８６】
図１７に示す各パラメータは以下の式（３３）および式（３４）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 ・・・（３３）
ｋ（0）’＝ｋ（0）＋Ｔ・dev＿t ・・・（３４）
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。
【００８７】
一方、ゾーン間偏差があらかじ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。
【００８８】
このように、本実施の形態による半導体装置の製造方法では、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（第五の工程）。
【００８９】
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１７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。
【００９０】
設定後、ＰＩＤＣ演算器２４および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１７のステップ１およびステップ２）は、目標値Ｓｃ（例えば図１７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にて減算した結果Ｆに基づき、比例演算器４２および微分演算器４３、積分パターン出力器４５にて操作量（第二の操作量）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（第一の偏差）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。
【００９１】
そして、ヒータ１から出力された制御量Ａおよび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１７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にて減算した結果Ｆを、比例演算器４２および微分演算器４３、積分パターン出力器４６、積分演算器４１にて操作量（第三の操作量）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（
第二の偏差）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および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。
【００９２】
本実施の形態による温度制御を行った場合における、炉内の温度変化を図１８、図１９、図２０に示す。
【００９３】
図１８、図１９はランプアップ時の具体的な例である。図１８で示す従来の手法である
ＰＩＤ制御によるランプアップ時ではオーバーシュートが約４０℃、目標温度±３℃に安定するまで３５分である。図１９で示す本発明（図１２）の手順に基づいて温度調整したＰＩＤＣ制御によるランプアップ時では、オーバーシュートが約２℃、目標温度±３℃以内に安定するまで約１７分である。このように、ランプアップ時において本発明が有効であることは明らかである。
【００９４】
図２０はランプアップにおけるゾーン間偏差の改善結果である。
ゾーン間偏差調整前にはゾーン間偏差が約５０℃ある。本発明の手順に基づいてゾーン間調整した結果、ゾーン間偏差を約２０℃以内に低減することができた。
【００９５】
図２０から本発明のゾーン間偏差調整手順はゾーン間偏差を低減するのに有効であることは明らかである。
【００９６】
（第２の実施の形態）
続いて、本発明の第２の実施の形態について説明する。
【００９７】
本実施の形態による熱処理装置は、上述の第１の実施の形態による熱処理装置と同じ構成となっている。本実施の形態と第１の実施の形態とは、温度調整方法の手順において、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）における処理が異なる。以下、本実施の形態において、第１の実施の形態における装置構成や処理内容と同様なものについては同一符号を付し、説明は割愛する。図２１は、本実施の形態における温度調整手順について説明するためのフローチャートである。
【００９８】
上述の第１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作成し、温度調整している。
つまり、ステップ１〜ステップ２は温度過渡期であり、ステップ３は安定期である。
【００９９】
ここで、第２の実施の形態については、Ｓ１７ａの温度調整を用いた調整に代えて、オーバーシュート温度比率を用いて調整する。
【０１００】
第２の実施の形態についても、オーバーシュート温度比率Ｈを前述の式（１３）〜式（１５）を用いて、Ｓ１５のＰＩＤＣ制御結果を基に求める。算出したオーバーシュート温度比率Ｈ分がステップ１〜ステップ２の積分出力パターンにひそむオーバーシュート要因の熱量比率である。よってステップ１目標温度Ｖからオーバーシュート温度比率Ｈ分だけ削減することで温度過渡期の積分出力パターンに反映させ、炉内を理想的な温度に素早く安定させることができる（Ｓ１７ｂ）。
【０１０１】
初期温度ｋ（０）、ステップ１目標温度Ｖ、ステップ１時間ｊ、ステップ２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、オーバーシュート温度比率Ｈを削減後のステップ１目標温度Ｖ’、ステップ１ランプレートＴ’、ステップ２のランプレートＵ’は、以下の式（３５）〜式（３７）で求められる。
V’＝V＊（1−H）・・・（３５）
T’［℃／min］＝（V’−k（0））／j ・・・（３６）
U’［℃／min］＝（k（n）−V’）／（a−j）・・・（３７）
以上の手順を実行することによって、熟練した作業者でなくとも、早く確実に、適切な温度調整を行うことができる（Ｓ１７ｂ）。
【０１０２】
（第３の実施の形態）
続いて、本発明の第３の実施の形態について説明する。
【０１０３】
本実施の形態による熱処理装置は、上述の第１の実施の形態による熱処理装置と同じ構成となっている。本実施の形態と第１の実施の形態とは、熱処理工程の相違があり、第１の実施の形態では、主にランプアップから目標温度安定時までの工程であり、第３の実施の形態では、主にボートアップリカバリ工程である。尚、ボートアップリカバリ工程とは、次回に熱処理しようとウエハを充填したボートをボートエレベータにより上昇させて反応管内に搬入する際に、室温（約２５℃）状態のボートおよびウエハの熱影響により、反応管内の温度（例えば２００℃）が低下するが、この低下した反応管内の温度を修復し、ウエハおよびボートが反応管内に移された状態で元の温度（この場合２００℃）に反応管内の温度を戻す工程のことをいう。昇温熱量Ｄの算出処理からゾーン間偏差の改善調整（第１の実施の形態におけるステップＳ１９）までの処理が異なる。以下、本実施の形態において、第１の実施の形態における装置構成や処理内容と同様なものについては同一符号を付し、説明は割愛する。
【０１０４】
まず、図２２に示すように、ＰＩＤ制御で得られた温度特性基本データからランプアップ開始からの温度調整評価時間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a［min］,初期温度Ｓ戻り時間b［min］、初期温度Ｓ安定時間ｃ［min］、初期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）［℃］、カスケード熱電対３の示す温度g（t）［℃］を求める。また、g（t）が低下しはじめるまでの時間をｓ［min］とする。
【０１０５】
オーバーシュートしている間出力されなかった安定熱量を欠落熱量Ｙ［％＊min］とすると、Ｙは式（３８）で求められる。なお式（３８）において、∫（d−e（t））dtの積分範囲はｂからｃの間である。
Y＝∫（d−e（t））dt ・・・（３８）
第１の実施の形態にて示した式（１０）および式（１１）を前述の図２２に示す温度特性基本データに適用して求め、式（３８）とから求めた総熱量Ｂ１、安定熱量Ｃ１、欠落熱量Ｙを用いて、以下の式（３９）で求められる熱量を昇温熱量Ｄ１［％＊min］とする。
D1＝B1−C1＋Y ・・・（３９）
ここで、昇温熱量と欠落熱量について説明する。ボートアップ後、ある初期温度Ｓに安定するまでのＰＩＤ演算によって求められた総熱量には、初期温度Ｓで安定保持するために必要な熱量が含まれると考えられる。
【０１０６】
しかし、後追い制御であるため、ボートアップによって初期温度Ｓからある程度温度が低下し、初期温度と実測値との偏差が大きくなってから、初期温度Ｓに安定保持するためＰＩＤ演算の出力が大きくなる。
【０１０７】
ここでボートアップによって低下したときの最低カスケード温度Ｓ１、評価開始からＳ１までの時間をｒ１とすると、ボートアップリカバリは評価開始からｒ１経過後にボートアップによって低下したときの最低カスケード温度Ｓ１から初期温度Ｓへのランプアップと考えることができる。
【０１０８】
Ｓ１からＳへのランプアップと考えた場合、前述の初期温度Ｓで安定保持するために必要な熱量は、ボートアップによって低下した最低カスケード温度Ｓ１から初期温度Ｓに昇温するための熱量と初期温度Ｓで安定保持するための熱量に分けられる。
【０１０９】
そこで、式（１０）を前述のように適用することによって求めた総熱量から初期温度Ｓで安定保持するための熱量として、ボートアップ後、カスケード温度が安定した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。
【０１１０】
しかし、低温（例えば５０℃〜２００℃の温度帯）でのボートアップリカバリの場合、カスケード温度オーバーシュート後、目標温度に到達してから安定するまでの時間（ｃ−ｂ）があまりに大きくなってしまう。カスケード温度が十分安定するまでを温度調整評価時間Ａ１とすると、（ｃ−ｂ）と同じように温度調整評価時間Ａ１も大きくなり、式（１１）を適用することで求めた安定熱量が式（１０）を適用することで求めた総熱量より大きくなってしまい、昇温熱量が正しく求められない。
【０１１１】
そこで、式（３８）で示すようにオーバーシュートしている（ｃ−ｂ）間において、安定時の操作量と操作量の実測値の差分の熱量を式（１０）を適用することにより求めた総熱量に加えることによって、（ｃ−ｂ）間で失われた安定熱量分である欠落熱量を補正することができ、正しい昇温熱量を求めることができる。
【０１１２】
一方、この昇温熱量が大きすぎると、初期温度Ｓに安定保持しようとするが、オーバーシュートしてしまうと考えられる。つま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と考えられる。
【０１１３】
次に図２３の斜線部に示すように初期温度Ｓ到達時間bから初期温度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（４０）で求められる。なお式（４０）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）・・・（４０）
次に図２４の斜線部に示すように最低温度Ｓ１時点ｒ１から初期温度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（４１）で求められる。なお式（４１）において、∫g（t）dtの積分範囲はｒ１からｃの間である。
G＝∫g（t）dt−S1（c−r1）・・・（４１）
次にオーバーシュート温度比率Ｈおよびオーバーシュート温度比率Ｈを削減後の昇温熱量Ｄ１’を求める。なお、オーバーシュート温度比率Ｈおよび昇温熱量Ｄ１’の算出については、上述の第１の実施の形態と同様であるため、説明は割愛する。
【０１１４】
以上から、図２５に示すＰｏｗｅｒ出力パターンを求め、Ｐｏｗｅｒ制御を行う。図２５中の各パラメータは以下の式（４２）〜式（４６）で求められる。
E0＝（D1’／T1）＋d ・・・（４２）
E1＝d ・・・（４３）
T0＝s ・・・（４４）
T1＝（r1−s）・・・（４５）
T2＝a−T1−T0 ・・・（４６）
続いて、Ｔ０について説明する。ボートアップ時には加熱ゾーンごとに大きく影響が異なり、特にＬゾーンとＵゾーンでは大きく異なる。Ｌゾーンの場合、ボートアップ時には、常に常温のウエハ、ボート等が順次上がって来る入り口側になるため、ボートアップによる温度低下が激しい。一方ＵゾーンではＬ〜ＣＵゾーンの間をボートアップする間にある程度ウエハ、ボート等が温められるため、Ｌゾーンと比較すると温度低下が比較的緩い。したがって、ボートアップ開始（評価開始）と同時にＬゾーン、ＣＬゾーン、ＣＵゾーンおよびＵゾーンそれぞれ安定時操作量に適切な昇温熱量を加えたとすると、Ｕゾーンにおいては特にボートアップの影響、つまりＵゾーン付近にウエハ、ボート等が到達する際に生じるカスケード温度が低下する前に昇温することになり、無駄な熱量（例えば、オーバーシュート）が発生する。
【０１１５】
そこで各ゾーンにおいてボートアップの影響によってカスケード温度が低下しはじめるまで、例えば１分間で１℃低下するまでは昇温熱量は出力しないというように予め設定しておく。
【０１１６】
これによって、ゾーン毎に昇温熱量分の出力を開始する時間に差ができ、ゾーン毎に適切な温度調整が可能になる。
【０１１７】
Ｅ０は昇温熱量Ｄ１’を一定の出力量で出力するよう時間Ｔ１で割り、初期温度安定時の操作量ｄを加えたものである。その後は最大オーバーシュート時間ａに達するまで目標温度安定時の操作量ｄしか出力しないようにする。
【０１１８】
このＰｏｗｅｒ出力パターンを用いることによって炉内を初期温度Ｓに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。
【０１１９】
次に図２６に示すようにこの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、ゾーン毎にヒータ熱電対２の示す最高温度の時間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。また、温度調整評価時間Ｊ１内の各時点でのヒータ熱電対２の示す温度ｋ（ｔ）［℃］、カスケード熱電対３の示す温度ｍ（ｔ）［℃］とする。
【０１２０】
これらのデータから図２６に示すような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２７に示すような積分出力パターンＭ（ｔ）を求める。ここでヒータ熱電対２の示す温度ｋ（ｔ）の波形からＰ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。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。
【０１２１】
次にＰ動作分を差し引いたヒータ温度波形Ｌ（ｔ）の昇温熱量分出力開始時点ｓから最大ヒータ温度時点ｊ（Ｐ分引いていない実測値）までの面積（熱量）を求める。仮にＱとする。なお式（４７）において、∫L（t）dtの積分範囲はｓからｊの間である。
Q＝∫L（t）dt−k（0）・（j−s）・・・（４７）
このＱをｊ、最大ヒータ温度時点までの時間で割ることで、ｓ時点から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−ｓ）、高さＭの長方形の面積（熱量）＝Ｑの面積（熱量））。
M＝Q／（j−s）・・・（４８）
このＭを２倍すると、Ｑの面積（熱量）と等しい底辺（ｊ−ｓ）、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・（ｊ−ｓ）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による熱量と同じ熱量となる。
【０１２２】
図２７に示すように評価開始から昇温熱量分出力開始時点ｓまでをステップ０、ｓ時点からＰｏｗｅｒ制御時最大ヒータ温度時点ｊの間をステップ１、Ｐｏｗｅｒ制御時最大ヒータ温度時点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。
【０１２３】
ステップ０温度はまだボートアップによる影響が出ない期間であるため、評価開始時の温度で安定させる。
【０１２４】
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最大ヒータ温度時点ｊまでの適切な積分出力パターンであると考えられる。
【０１２５】
ステップ２の終了時点であるＰＩＤ制御時最大カスケード時点は、カスケード温度に対して、この時点以降は温度過渡期における外乱等の影響が無くなると考えられる。つまりこの時点でカスケード温度が初期温度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、初期温度Ｓで安定すると考えられる。
【０１２６】
図２６、図２７におけるパラメータＬ（ｔ）［℃］（Ｐ分差し引いたヒータ温度）、Ｖ［℃］（STEP1目標温度）、Ｔ［℃／min］（STEP1傾き）およびＵ［℃／min］（STEP2傾き）は以下の式（４９）〜式（５２）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＊（初期温度S−ＰＯＷＥＲ制御時のカスケード温度m（t））］・・・（４９）
V［℃］＝［∫L（t）dt／（j−s）］×2 ・・・（５０）
T［℃／min］＝（V−k（0））／（j−s）・・・（５１）
U［℃／min］＝（k（n）−V）／（a−j）・・・（５２）
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。なお式（５０）において、∫L（t）dtの積分範囲はｓからｊの間である。具体的には図２７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。また積分出力パターンについては過渡期において前述の３ステップでなく、より多くのステップを用いて作成することも考えられる。
【０１２７】
図２８に示すように例えば温度過渡期においてある一定の時間ｑ毎［min］に積分パターン出力のステップをｗ個設定すると、各ステップSTEP（ｗ）の目標温度Ｖｗとランプレート（傾き）Ｙｗは以下の式（５３）および式（５４）で求められる。
Vw［℃］＝（∫L（w＊q）dt／q）×2 ・・・（５３）
Yw［℃／min］＝（V（w−1）−V（w））／q ・・・（５４）
以上のように積分出力パターンを作成することにより、温度過渡期における積分出力の増大を防ぐことができ、またＰｏｗｅｒ制御の波形をベースにすることによって最短で炉内を初期温度Ｓに安定させることができる。
【０１２８】
さらに本発明で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、あるいはゾーン間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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
前述の通り、本発明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、温度調整している。
【０１３１】
つまり、例えば図２７に示す温度制御方法において、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の切り替え時点で初期温度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。
【０１３２】
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はステップ２とステップ３の切替え点での初期温度Ｓとカスケード熱電対の示す温度との偏差から調整量を求めればよい。
【０１３３】
図２９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初期温度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（５５）で求められる。
W1＝Kp・p ・・・（５５）
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。よって、オーバーシュートおよびアンダーシュートの改善は、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。
【０１３４】
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Ｗ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の切替え点での初期温度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。
【０１３５】
調整量Ｗ１、積分出力初期温度ｋ（０）、ステップ０時間ｓ、ステップ１目標温度Ｖ、ステップ１時間（ｊ−ｓ）、ステップ２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（５６）〜式（５８）で求められる。
V’＝V−W｜・・・（５６）
T’［℃／min］＝（V’−k（0））／（j−s）・・・（５７）
U’［℃／min］＝（k（n）−V’）／（a−j）・・・（５８）
続いて、ゾーン間偏差の改善調整について説明する。図３０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、調整している為、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。そこで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。
【０１３６】
ある目標温度安定が早いゾーン９０３と目標温度が遅いゾーン９０４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。これはゾーン間偏差最大時点でのゾーン９０４の温度Ｂ’を求め、ゾーン９０３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。
【０１３７】
次に図３１で示すようにゾーン９０３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９０４に合わせて遅くする。図３１に示す各パラメータは第１の実施の形態にて示した式（３３）〜式（３４）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。
【０１３８】
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。以上が、本実施の形態における温度調整方法の説明である。
【０１３９】
以上の手順を実行する事によって、熟練した作業者でなくとも、早く確実に、適切な温度調整を行うことができる。具体的な炉内のふるまいを図３２、図３３に示す。
【０１４０】
図３２および図３３はボートアップ終了後の温度リカバリの具体的な例である。図３２に示す従来の手法であるＰＩＤ制御によるボートアップリカバリでは、オーバーシュートが約１０℃、ボートアップ後約１００分でも目標温度±５℃以内に安定はしていない。
【０１４１】
図３３に示す本発明の手順に基づいて温度調整したＰＩＤＣ制御によるボートアップリカバリでは、オーバーシュートは約３℃、ボートアップ終了後約１５分で目標温度±５℃以内に安定している。図３２、図３３からボートアップリカバリにおいて本発明は有効であることは明らかである。
【０１４２】
本発明によれば、制御対象である炉内に比較的大きな外乱が生じた場合でも、その外乱を含んだ操作量の総和からもっとも速やかに制御量を目標値に追従させることができる積分出力パターンを予め設定し、特定の時刻から積分演算の代わりに積分値をパターン出力し、さらに外乱その他に起因する偏差のうちの大部分が消滅したと思われる時点から再び積分演算を行い積分値を出力するため、制御対象から出力される制御量を迅速かつ正確に初期値へリカバリすることができる。
【０１４３】
また、本発明の手順は、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特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。
【０１４４】
また、本発明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。
【０１４５】
（第４の実施の形態）
続いて、本発明の第４の実施の形態について説明する。
【０１４６】
本実施の形態による熱処理装置は、上述の第３の実施の形態による熱処理装置と同じ構成となっている。本実施の形態と第３の実施の形態とは、温度調整方法の手順において、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における処理が異なる。以下、本実施の形態において、第３の実施の形態における装置構成や処理内容と同様なものについては同一符号を付し、説明は割愛する。
【０１４７】
上述の第３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作成し、温度調整している。
つまり、ステップ１〜ステップ２は温度過渡期であり、ステップ３は安定期である。
【０１４８】
つまり、第３の実施の形態についての、ＰＩＤＣ制御時のオーバーシュートやアンダーシュートの調整を温度調整を用いた調整に代えて、オーバーシュート温度比率を用いて調整する。
【０１４９】
第３の実施の形態についても、オーバーシュート温度比率Ｈを前述の式（５９）〜式（６１）を用いてＰＩＤＣ制御結果を基に求める。以下に式（５９）〜式（６１）とその説明を再度記述する。
【０１５０】
図２３の斜線部に示すように初期温度Ｓ到達時間 b から初期温度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（５９）で求められる。なお式（５９）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）・・・（５９）
次に図２４の斜線部に示すように最低温度Ｓ１時点ｒ１から初期温度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（６０）で求められる。なお式（６０）において、∫g（t）dtの積分範囲はｒ１からｃの間である。
G＝∫g（t）dt−S’（c−r1）・・・（６０）
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２４に示す温度総和Ｇに対する図２３で示す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（６１）で求められる。
H＝Ｆ”／G ・・・（６１）
算出したオーバーシュート温度比率Ｈ分がステップ１〜ステップ２の積分出力パターンにひそむオーバーシュート要因の熱量比率である。よってステップ１目標温度Ｖからオーバーシュート温度比率Ｈ分だけ削減することで温度過渡期の積分出力パターンに反映させ、炉内を理想的な温度に素早く安定させることができる。
【０１５１】
初期温度ｋ（０）、ステップ０時間ｓ、ステップ１目標温度Ｖ、ステップ１時間（ｊ−ｓ）、ステップ２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、オーバーシュート温度比率Ｈを削減後のステップ１目標温度をＶ’、ステップ１ランプレートをＴ’、ステップ２のランプレートをＵ’は以下の式（６２）〜式（６４）で求められる。
V’＝V＊（1−H）・・・（６２）
T’［℃／min］＝（V’−k（0））／（j−s）・・・（６３）
U’［℃／min］＝（k（n）−V’）／（a−j）・・・（６４）
【０１５２】
（第５の実施の形態）
続いて、本発明の第５の実施の形態について説明する。
【０１５３】
本実施の形態による熱処理装置は、上述の第１の実施の形態による熱処理装置と同じ構成となっている。本実施の形態と第１の実施の形態とは、温度調整方法の手順において、Ｐｏｗｅｒ制御の出力パターンを求める際のランプアップする操作量を求める際の計算方法が異なる。以下、本実施の形態において、第１の実施の形態における装置構成や処理内容と同様なものについては同一符号を付し、説明は割愛する。
【０１５４】
まず、上述の第１の実施の形態と同様に求めたａ、ｄ、Ｄ１’を用いてＰｏｗｅｒ出力パターンを求め、Ｐｏｗｅｒ制御を行う。
【０１５５】
図３５中の各パラメータは以下の式（６５）〜式（６８）で求められる。
I0＝（D1’／T1）＋d ・・・（６５）
I1＝d ・・・（６６）
T1＝a／2 ・・・（６７）
T2＝a ・・・（６８）
したがい、ＰＩＤ制御時の最大オーバーシュート時点までの期間を二分割すると、前半がランプアップのためにヒータ温度を上げる期間、後半がヒータ温度が下がり始めるが遅れてカスケード温度が上がってくる期間であると考え、昇温に必要なＰｏｗｅｒを出力する期間は前半、つまり最大オーバーシュート時点での半分が適切であると考え、パラメータを設定する。
【０１５６】
Ｉ０は昇温熱量Ｄ’を一定の出力量でオーバーシュート最大時間ａの半分の時間で出力する場合の操作量に目標温度安定時の操作量ｄを加えたものである。
このＰｏｗｅｒ出力パターンを用いてＰｏｗｅｒ制御時温度特性データを取得する。
【０１５７】
次に図３４に示すように、この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Ａ１［min］を決定し、また、目標温度Ｓ’到達時間ｂ［min］、目標温度Ｓ’安定時間ｃ［min］、ヒータ熱電対の示す最高温度ｊ２［℃］、その最高温度の時間ａ２［min］を求める。また、温度調整評価時間Ａ１内の各時点でのヒータ熱電対２の示す温度ｆ（ｔ）［℃］、カスケード熱電対３の示す温度ｇ（ｔ）［℃］を求める。
【０１５８】
次に図９で示すように目標温度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温度の総和を求める。これをオーバーシュート温度総和ＫとするとＫは以下の式（６９）で求められる。なお式（６９）において、∫m（t）dtの積分範囲はｂからｃの間である。
K＝∫g（t）dt−S’＊（c−b）・・・（６９）
次に図１０に示すように目標温度Ｓ’安定時間ｃの間の温度総和を求める。これを温度総和Ｌ１とするとＬ１は以下の式（７０）で求められる。なお式（７０）において、∫ｇ（t）dtの積分範囲は０からｃの間である。
L1＝∫g（t）dt ・・・（７０）
次にオーバーシュート温度比率Ｍ［百分率］を求める。これは温度総和Ｌ１に対するオーバーシュート温度総和Ｋの割合である。よって以下の式（７１）で求められる。
M＝K／L1 ・・・（７１）
次に図３５に示すようにこのオーバーシュート温度比率ＭをＰｏｗｅｒ出力パターンの昇温熱量から求めた操作量から削減することで操作量Ｉ０を適切な操作量にすることができる。オーバーシュート温度比率Ｈを削減後の操作量Ｉ０をＩ０’とするとＩ０’を以下の式（７２）で求められる。
I0’＝（I0−I1）＊（1−M）＋I1 ・・・（７２）
以上の式（６９）〜式（７２）で求められる図３５に示すようなオーバーシュート温度比率分削減し、再びＰｏｗｅｒ制御で温度特性データを取得し、同じ手順を数回繰り返すことによって適切な操作量を求めることができ、温度の租調整をすることができる。
【０１５９】
（第６の実施の形態）
次に、第６の実施の形態について説明する。本実施の形態は、上述の第１の実施の形態にて説明した温度制御部内の構成の変形例である。以下、本実施の形態において、第１の実施の形態における装置構成や処理内容と同様なものについては同一符号を付し、説明は割愛する。
【０１６０】
図３６に示すように、本実施の形態では、操作量ＸはＰＩＤ演算とＰｌＤＣ演算を予め設定した時間で切り替えて算出し、操作量ＺはＰＩＤ演算とＰｌＤＣ演算を予め設定した時間で切り替えて算出するか、またはＰｏｗｅｒ出力パターンから算出する構成となっている。
【０１６１】
（第７の実施の形態）
次に、第７の実施の形態について説明する。本実施の形態は、上述の第１の実施の形態の変形例である。以下、本実施の形態において、第１の実施の形態における装置構成や処理内容と同様なものについては同一符号を付し、説明は割愛する。
【０１６２】
図３７に示すように、本実施の形態では、操作量ＸはＰＩＤＣ演算で算出し、操作量ＺはＰｌＤ演算とＰＩＤＣ演算を予め設定した時間で切り替えて算出するか、またはＰｏｗｅｒ出力パターンから算出する構成となっている。
【０１６３】
（第８の実施の形態）
次に、第８の実施の形態について説明する。本実施の形態は、上述の第１の実施の形態の変形例である。以下、本実施の形態において、第１の実施の形態における装置構成や処理内容と同様なものについては同一符号を付し、説明は割愛する。
【０１６４】
図３８に示すように、本実施の形態では、操作量ＺはＰｌＤＣ演算で算出するか、またはＰｏｗｅｒ出力パターンから算出する構成となっている。
【０１６５】
（第９の実施の形態）
次に、第９の実施の形態について説明する。本実施の形態は、上述の第１の実施の形態の変形例である。以下、本実施の形態において、第１の実施の形態における装置構成や処理内容と同様なものについては同一符号を付し、説明は割愛する。
【０１６６】
図３９に示すように、本実施の形態では、操作量ＸはＰＩＤ演算で算出し、操作量ＺはＰｌＤＣ演算で算出するか、またはＰｏｗｅｒ出力パターンから算出する構成となっている。
【０１６７】
（第１０の実施の形態）
次に、第１０の実施の形態について説明する。本実施の形態は、上述の第１の実施の形態の変形例である。以下、本実施の形態において、第１の実施の形態における装置構成や処理内容と同様なものについては同一符号を付し、説明は割愛する。
【０１６８】
図４０に示すように、本実施の形態では、操作量ＸはＰＩＤＣ演算で算出し、操作量ＺはＰＩＤ演算で算出するか、またはＰｏｗｅｒ出力パターンから算出する構成となっている。
【０１６９】
（第１１の実施の形態）
次に、第１１の実施の形態について説明する。本実施の形態は、上述の第１の実施の形態の変形例である。以下、本実施の形態において、第１の実施の形態における装置構成や処理内容と同様なものについては同一符号を付し、説明は割愛する。
【０１７０】
図４１に示すように、本実施の形態では、操作量ＸはＰＩＤＣ演算で算出し、操作量ＺはＰｌＤＣ演算で算出するか、またはＰｏｗｅｒ出力パターンから算出する構成となっている。
【０１７１】
（第１２の実施の形態）
次に、第１２の実施の形態について説明する。本実施の形態は、上述の第１の実施の形態の変形例である。以下、本実施の形態において、第１の実施の形態における装置構成や処理内容と同様なものについては同一符号を付し、説明は割愛する。
【０１７２】
図４２に示すように、本実施の形態では、カスケード熱電対の制御量Ａは無視して、ヒータ熱電対の制御量Ｂと目標値Ｓｃとの偏差Ｅを用いる。
【０１７３】
（第１３の実施の形態）
次に、第１３の実施の形態について説明する。本実施の形態は、上述の第１の実施の形態の変形例である。以下、本実施の形態において、第１の実施の形態における装置構成や処理内容と同様なものについては同一符号を付し、説明は割愛する。
【０１７４】
図４３に示すように、本実施の形態では、カスケード熱電対の制御量Ａは無視して、ヒータ熱電対の制御量Ｂと目標値Ｓｃとの偏差Ｅを用いる。操作量ＺはＰｌＤＣ演算で算出するか、またはＰｏｗｅｒ出力パターンから算出する構成となっている。
【０１７５】
（第１４の実施の形態）
次に、第１４の実施の形態について説明する。本実施の形態は、上述の第１の実施の形態の変形例である。以下、本実施の形態において、第１の実施の形態における装置構成や処理内容と同様なものについては同一符号を付し、説明は割愛する。
【０１７６】
図４４に示すように、本実施の形態では、操作量ＺはＰｌＤ演算とＰＩＤＣ演算とＰｏｗｅｒ出力パターンの３つを予め設定した時間で切り替えて算出するか、またはＰｏｗｅｒ出力パターンから算出する構成となっている。
【０１７７】
（第１５の実施の形態）
次に、第１５の実施の形態について説明する。本実施の形態は、上述の第１の実施の形態の変形例である。以下、本実施の形態において、第１の実施の形態における装置構成や処理内容と同様なものについては同一符号を付し、説明は割愛する。
【０１７８】
図４５に示すように、本実施の形態では、操作量ＺはＰＩＤＣ演算とＰｏｗｅｒ出力パターンを予め設定した時間で切り替えて算出するか、またはＰｏｗｅｒ出力パターンから算出する構成となっている。
【０１７９】
（第１６の実施の形態）
次に、第１６の実施の形態について説明する。本実施の形態は、上述の第１の実施の形態の変形例である。以下、本実施の形態において、第１の実施の形態における装置構成や処理内容と同様なものについては同一符号を付し、説明は割愛する。
【０１８０】
図４６に示すように、本実施の形態では、操作量ＺはＰｌＤ演算とＰｏｗｅｒ出力パターンを予め設定した時間で切り替えて算出するか、またはＰｏｗｅｒ出力パターンから算出する構成となっている。
【０１８１】
（第１７の実施の形態）
続いて、本発明の第１７の実施の形態について説明する。
【０１８２】
本実施の形態による熱処理装置は、上述の各実施の形態による熱処理装置のような縦型装置の構成ではなく、枚葉装置の構成となっている。以下、本実施の形態において、上述の各実施の形態において述べた部分と同一の機能を有する構成部分については同一符号を付し、説明は割愛する。なお図４７に示すように、本実施の形態による熱処理装置は、図１に示した第１の実施の形態における温度制御部７１と同様な構成および機能を有する温
度制御部を備えている。
【０１８３】
具体的に、本実施の形態による熱処理装置は、図４７および図４８に示されているように、処理炉８６が、枚葉式ＣＶＤ炉（枚葉式コールドウォール形ＣＶＤ炉）として構成されており、被処理基板としてのウエハ（半導体ウエハ）８５を処理する処理室２０１を形成したチャンバ２２３を備えている。チャンバ２２３は上側キャップ２２４と円筒カップ２２５と下側キャップ２２６とが組み合わされて、上下の端面がいずれも閉塞した円筒形状に形成されている。
【０１８４】
チャンバ２２３の円筒カップ２２５の円筒壁の中間部にはゲートバルブ２４４によって開閉されるウエハ搬入搬出口２５０が水平方向に横長に開設されており、ウエハ搬入搬出口２５０は被処理基板であるウエハ８５を処理室２０１に図４８に図示しないウエハ移載装置によって搬入搬出し得るように形成されている。すなわち、ウエハ８５はウエハ移載装置によって下から機械的に支持された状態で、ウエハ搬入搬出口２５０を搬送されて処理室２０１に対して搬入搬出されるようになっている。
【０１８５】
円筒カップ２２５のウエハ搬入搬出口２５０と対向する壁面の上部には、真空ポンプ等からなる排気装置（図示せず）に接続された排気口２３５が処理室２０１に連通するように開設されており、処理室２０１内は排気装置によって排気されるようになっている。
【０１８６】
また、円筒カップ２２５の上部には排気口２３５に連通する排気バッファ空間２４９が円環状に形成され、カバープレート２４８とともにウエハ８５の前面に対し、均一に排気が行われるように作用している。
【０１８７】
なお、カバープレート２４８は、ウエハ８５のエッジ部を覆うように一部のサセプタ（基板保持手段）８４上に延在しており、ウエハ８５のエッジ部に成膜されるＣＶＤ膜を制御するために用いられる。
【０１８８】
チャンバ２２３の上側キャップ２２４には処理ガスを供給するシャワーヘッド２３６が一体的に組み込まれている。すなわち、上側キャップ２２４の天井壁にはガス供給管２３２が挿入されており、各ガス供給管２３２には例えば原料ガスやパージガス等の処理ガス２４１ａ、処理ガス２４１ｂを導入するため開閉バルブ２４３、流量制御装置（マスフローコントローラ＝ＭＦＣ）２４１から成るガス供給装置が接続されている。上側キャップ２２４の下面には円板形状に形成されたシャワープレート（以下、プレートという。）２４０がガス供給管２３２から間隔を置いて水平に固定されており、プレート２４０には複
数個のガス吹出口（以下、吹出口という。）２４７が全面にわたって均一に配置されて上下の空間を流通させるように開設されている。
【０１８９】
上側キャップ２２４の内側面とプレート２４０の上面とが画成する内側空間によってバッファ室２３７が形成されており、バッファ室２３７はガス供給管２３２に導入された処理ガス２３０を全体的に均等に拡散させて各吹出口２４７から均等にシャワー状に吹き出させるようになっている。
【０１９０】
チャンバ２２３の下側キャップ２２６の中心には挿通孔２７８が円形に開設されており、挿通孔２７８の中心線上には円筒形状に形成された支持軸２７６が処理室２０１に下方から挿通されている。支持軸２７６はエアシリンダ装置等が使用された昇降機構（昇降手段）２６８によって昇降されるようになっている。
【０１９１】
支持軸２７６の上端には加熱ユニット２５１が同心に配されて水平に固定されており、加熱ユニット２５１は支持軸２７６によって昇降されるようになっている。すなわち、加熱ユニット２５１は円板形状に形成された支持板２５８を備えており、支持板２５８は支持軸２７６の上端開口に同心円に固定されている。支持板２５８の上面には支柱を兼ねる複数本の電極２５３が垂直に立脚されており、これら電極２５３の上端間には円板形状に形成され複数領域に分割制御されるヒータ（加熱手段）８１が架橋されて固定されている。これら電極２５３に対する電気配線２５７は支持軸２７６の中空部内を挿通されている。
【０１９２】
また、ヒータ８１の下方には反射板２５２が支持板２５８に固定されて設けられ、ヒータ８１から発せられた熱をサセプタ８４側に反射させて、効率の良い加熱に作用している。
【０１９３】
また、温度検出手段である放射温度計８７および８８が、支持軸２７６の下端から導入され、放射温度計８７および８８の先端がサセプタ８４の裏面に対し所定の隙間を設けて設置されている。放射温度計８７および８８は、石英から成るロッドと光ファイバとの組合せから構成され、サセプタ８４の裏面（例えばヒータ８１の分割領域に対応する裏面）から発せられる放射光を検出し、サセプタ８４の裏面温度を算出するのに用いられ（予め取得したウエハ８５とサセプタ８４の温度の関係によりウエハ８５の温度を算出することも可能）、この算出結果に基づきヒータ８１の加熱具合を制御している。
【０１９４】
下側キャップ２２６の挿通孔２７８の支持軸２７６の外側には、支持軸２７６よりも大径の円筒形状に形成された回転軸２７７が同心円に配置されて処理室２０１に下方から挿通されており、回転軸２７７はエアシリンダ装置等が使用された昇降機構２６８によって支持軸２７６と共に昇降されるようになっている。回転軸２７７の上端には回転ドラム２２７が同心に配されて水平に固定されており、回転ドラム２２７は回転軸２７７によって回転されるようになっている。すなわち、回転ドラム２２７はドーナツ形の平板に形成された回転板２２９と、円筒形状に形成された回転筒２２８を備えており、回転板２２９の
内周縁辺部が円筒形状の回転軸２７７の上端開口に固定されて、回転板２２９の上面の外周縁辺部に回転筒２２８が同心円に固定されている。回転ドラム２２７の回転筒２２８の上端には炭化シリコンや窒化アルミニウム等が使用されて円板形状に形成されたサセプタ８４が回転筒２２８の上端開口を閉塞するように被せられている。
【０１９５】
図４８に示されているように、回転ドラム２２７にはウエハ昇降装置２７５が設置されている。ウエハ昇降装置２７５は円形リング形状に形成された２つの昇降リングのそれぞれに突上ピン（基板突上手段）２６６、２７４を突設したものから構成されており、下側の昇降リング（以下、回転側リングという。）は回転ドラム２２７の回転板２２９の上に支持軸２７６と同心円に配置されている。回転側リングの下面には複数本（本実施の形態においては三本とする。）の突上ピン（以下、回転側ピンという。）２７４が周方向に等間隔に配置されて垂直方向下向きに突設されており、各回転側ピン２７４は回転板２２９に回転筒２２８と同心円の線上に配置されて垂直方向に開設された各ガイド孔２５５にそれぞれ摺動自在に嵌入されている。各回転側ピン２７４の長さは回転側リングを水平に突き上げ得るように互いに等しく設定されているとともに、ウエハのサセプタ上からの突き上げ量に対応するように設定されている。各回転側ピン２７４の下端は処理室２０１の底面すなわち下側キャップ２２６の上面に離着座自在に対向されている。
【０１９６】
加熱ユニット２５１の支持板２５８には円形リング形状に形成されたもう一つの昇降リング（以下、ヒータ側リングという。）が支持軸２７６と同心円に配置されている。ヒータ側リングの下面には複数本（本実施の形態においては三本とする。）の突上ピン（以下、ヒータ側ピンという。）２６６が周方向に等間隔に配置されて垂直方向下向きに突設されており、各ヒータ側ピン２６６は支持板２５８に支持軸２７６と同心円の線上に配置されて垂直方向に開設された各ガイド孔２５４にそれぞれ摺動自在に嵌入されている。これらのヒータ側ピン２６６の長さはヒータ側リングを水平に突き上げ得るように互いに等し
く設定されているとともに、その下端が回転側リングの上面に適度のエアギャップを置いて対向されている。つまり、これらのヒータ側ピン２６６は回転ドラム２２７の回転時に回転側リングに干渉しないようになっている。
【０１９７】
また、ヒータ側リングの上面には複数本（本実施の形態においては三本とする。）の突上ピン（以下、突上部という。）２６６が、周方向に等間隔に配置されて垂直方向上向きに突設されており、突上部２６６の上端はヒータ８１およびサセプタ８４の挿通孔２５６に対向するようになっている。これらの突上部２６６の長さはヒータ８１およびサセプタ８４の挿通孔２５６を下から挿通してサセプタ８４に載置されたウエハ８５をサセプタ８４から水平に浮かせるように互いに等しく設定されている。また、これらの突上部２６６の長さはヒータ側リングが支持板２５８に着座した状態において、その上端がヒータ８１
の上面から突出しないように設定されている。つまり、これらの突上部２６６は回転ドラム２２７の回転時にサセプタ８４に干渉しないように、かつ、ヒータ８１の加熱を妨げないようになっている。
【０１９８】
図４８に示されているように、チャンバ２２３は複数本の支柱２８０によって水平に支持されている。これらの支柱２８０には各昇降ブロック２８１がそれぞれ昇降自在に嵌合されており、これら昇降ブロック２８１間にはエアシリンダ装置等が使用された昇降駆動装置（図示せず）によって昇降される昇降台２８２が架設されている。昇降台２８２の上にはサセプタ回転装置が設置されており、サセプタ回転装置とチャンバ２２３との間にはベローズ２７９が、回転軸２７７の外側を気密封止するように介設されている。
【０１９９】
昇降台２８２に設置されたサセプタ回転機構（回転手段）２６７にはブラシレスＤＣモータが使用されており、出力軸（モータ軸）が中空軸に形成されて回転軸２７７として構成されている。サセプタ回転機構２６７はハウジング２８３を備えており、ハウジング２８３が昇降台２８２の上に垂直方向上向きに据え付けられている。ハウジング２８３の内周面には電磁石（コイル）によって構成された固定子（ステータ）２８４が固定されている。すなわち、固定子２８４はコイル線材（エナメル被覆銅線）２８６が鉄心（コア）２８５に巻装されて構成されている。コイル線材２８６には図示しないリード線がハウジング２８３の側壁に開設された図示しない挿通孔を挿通して電気的に接続されており、固定子２８４はブラシレスＤＣモータのドライバ（図示せず）から電力をコイル線材２８６にリード線を通じて供給されることにより、回転磁界を形成するように構成されている。
【０２００】
固定子２８４の内側には回転子（ロータ）２８９がエアギャップ（隙間）を設定されて同心円に配置されており、回転子２８９はハウジング２８３に上下のボールベアリング２９３を介して回転自在に支承されている。すなわち、回転子２８９は円筒形状の本体２９０と鉄心（コア）２９１と複数個の永久磁石２９２とを備えており、本体２９０には回転軸２７７がブラケット２８８によって一体回転するように固定されている。鉄心２９１は本体２９０に嵌合されて固定されており、鉄心２９１の外周には複数個の永久磁石２９２が周方向に等間隔に固定されている。鉄心２９１と複数個の永久磁石２９２とによって環
状に配列された複数の磁極が形成されており、固定子２８４の形成する回転磁界が複数個の磁極すなわち永久磁石２９２の磁界を切ることにより、回転子２８９が回転するようになっている。
【０２０１】
上下のボールベアリング２９３は回転子２８９の本体２９０の上下端部にそれぞれ設置されており、上下のボールベアリング２９３には本体２９０の熱膨張を吸収するための隙間が適宜設定されている。このボールベアリング２９３の隙間は本体２９０の熱膨張を吸収する一方で、最小のがたつきに抑制するために、５〜５０μｍに設定されている。なお、ボールベアリングの隙間とはボールをアウタレースまたはインナレースのいずれか片側に寄せた場合に反対側に発生する隙間を意味している。
【０２０２】
固定子２８４と回転子２８９との対向面には二重筒壁を構成する外側と内側の囲い部材であるカバー２８７とが互いに対向されて、ハウジング２８３の内周面と本体２９０の外周面とにそれぞれ固定されており、それぞれのカバー２８７との間には所定のエアギャップ（隙間）が設定されている。カバー２８７は非磁性体であるステンレス鋼が使用されて、筒壁の厚さが極薄い円筒形状にそれぞれ形成されており、円筒の上下開口端においてハウジング２８３および本体２９０に電子ビーム溶接によって全周にわたって確実かつ均一に固着されている。カバー２８７は非磁性体であるステンレス鋼で極薄く形成されている
ため、磁束の拡散を防止してモータ効率の低下を防止するばかりでなく、固定子２８４のコイル線材２８６および回転子２８９の永久磁石２９２の腐食を防止することができ、かつまた、コイル線材２８６等による処理室２０１の内部の汚染を確実に防止することができる。カバー２８７は固定子２８４を気密シール状態に囲うことにより、固定子２８４を真空雰囲気となる処理室２０１の内部から完全に隔絶している。
【０２０３】
また、サセプタ回転装置には磁気式ロータリーエンコーダ２９４が設置されている。すなわち、磁気式ロータリーエンコーダ２９４は磁性体からなる被検出体としての被検出リング２９６を備えており、被検出リング２９６は鉄等の磁性体が使用されて円形リング形状に形成されている。被検出リング２９６の外周には被検出部としての歯が多数個環状に配列されている。
【０２０４】
ハウジング２８３の被検出リング２９６の対向位置には被検出リング２９６の被検出部である各歯を検出する磁気センサ２９５が設置されている。磁気センサ２９５の先端面と被検出リング２９６の外周面との隙間（センサギャップ）は、０．０６〜０．１７ｍｍに設定されている。磁気センサ２９５は被検出リング２９６の回転に伴うこれらの対向位置における磁束変化を磁気抵抗素子によってそれぞれ検出するように構成されている。磁気センサ２９５の検出結果はブラシレスＤＣモータすなわちサセプタ回転機構２６７の駆動制御部に送信されて、サセプタ８４の位置認識に使用されるとともに、サセプタ８４の回
転量の制御に使用される。なお、処理炉８６は、ガス流量制御部７２、駆動制御部７４、加熱制御部７１ａ、温度検出部７１ｂ、等から構成される主制御部７を有する。また、加熱制御部７１ａおよび温度検出部７１ｂから温度制御部７１が構成されており、温度制御部７１においてヒータ８１の温度を検知するためのヒータ熱電対８２および８３を備えている。
【０２０５】
ガス流量制御部７２はＭＦＣ２４１、開閉バルブ２４３に接続され、ガス流量、供給を制御する。駆動制御部７４はサセプタ回転機構２６７、昇降ブロック２８１に接続され、これらの駆動を制御する。加熱制御部７１ａは配線２５７を介しヒータ８１に接続され、ヒータ８１の加熱具合を制御する。温度検出部７１ｂは放射温度計８７および８８に接続され、サセプタ８４の温度を検出し、加熱制御部７１ａと連携してヒータ８１の加熱制御に用いられる。
【０２０６】
次に、本実施の形態における熱処理装置での半導体装置の製造方法における成膜工程について説明する。
【０２０７】
ウエハ８５の搬出搬入に際しては、回転ドラム２２７および加熱ユニット２５１が回転軸２７７および支持軸２７６によって下限位置に下降される。すると、ウエハ昇降装置２７５の回転側ピン２７４の下端が処理室２０１の底面すなわち下側キャップ２２６の上面に突合するため、回転側リングが回転ドラム２２７および加熱ユニット２５１に対して相対的に上昇する。上昇した回転側リングはヒータ側ピン２６６を突き上げることにより、ヒータ側リングを持ち上げる。ヒータ側リングが持ち上げられると、ヒータ側リングに立脚された三本の突上部２６６がヒータ８１およびサセプタ８４の挿通孔２５６を挿通して
、サセプタ８４の上面に載置されたウエハ８５を下方から支持してサセプタ８４から浮き上がらせる。
【０２０８】
ウエハ昇降装置２７５がウエハ８５をサセプタ８４の上面から浮き上がらせた状態になると、ウエハ８５の下方空間すなわちウエハ８５の下面とサセプタ８４の上面との間に挿入スペースが形成された状態になるため、図４８に図示しないウエハ移載機に設けられた基板保持プレートであるツィーザがウエハ搬入搬出口２５０からウエハ８５の挿入スペースに挿入される。ウエハ８５の下方に挿入されたツィーザは上昇することによりウエハ８５を移載して受け取る。ウエハ８５を受け取ったツィーザはウエハ搬入搬出口２５０を後退してウエハ８５を処理室２０１から搬出する。そして、ツィーザによってウエハ８５を
搬出したウエハ移載機は、処理室２０１の外部の空ウエハカセット等の所定の収納場所にウエハ８５を移載する。
【０２０９】
次いで、ウエハ移載機は実ウエハカセット等の所定の収納場所から次回に成膜処理するウエハ８５をツィーザによって受け取って、ウエハ搬入搬出口２５０から処理室２０１に搬入する。ツィーザはウエハ８５をサセプタ８４の上方においてウエハ８５の中心がサセプタ８４の中心と一致する位置に搬送する。ウエハ８５を所定の位置に搬送すると、ツィーザは若干下降することによりウエハ８５をサセプタ８４に移載する。ウエハ８５をウエハ昇降装置２７５に受け渡したツィーザは、ウエハ搬入搬出口２５０から処理室２０１の外へ退出する。ツィーザが処理室２０１から退出すると、ウエハ搬入搬出口２５０はゲー
トバルブ（仕切弁）２４４によって閉じられる。
【０２１０】
ゲートバルブ２４４が閉じられると、処理室２０１に対して回転ドラム２２７および加熱ユニット２５１が回転軸２７７および支持軸２７６を介して昇降台２８２によって上昇される。回転ドラム２２７および加熱ユニット２５１の上昇により、突上ピン２６６、２７４が回転ドラム２２７および加熱ユニット２５１に対し相対的に下降し、図４８に示されているように、ウエハ８５はサセプタ８４の上に完全に移載された状態になる。回転軸２７７および支持軸２７６は突上部２６６の上端がヒータ８１の下面に近接する高さになる位置にて停止される。
【０２１１】
一方、処理室２０１が排気口２３５に接続された排気装置（図示せず）によって排気される。この際、処理室２０１の真空雰囲気と外部の大気圧雰囲気とはベローズ２７９によって隔絶されている。
【０２１２】
続いて、回転ドラム２２７が回転軸２７７を介してサセプタ回転機構２６７によって回転される。すなわち、サセプタ回転機構２６７が運転されると、固定子２８４の回転磁界が回転子２８９の複数個の磁極の磁界を切ることにより、回転子２８９が回転するため、回転子２８９に固定された回転軸２７７によって回転ドラム２２７が回転する。この際、サセプタ回転機構２６７に設置された磁気式ロータリーエンコーダ２９４によって回転子２８９の回転位置が時々刻々と検出されて駆動制御部７４に送信され、この信号に基づいて回転速度等が制御される。
【０２１３】
回転ドラム２２７の回転中には、回転側ピン２７４は処理室２０１の底面から離座し、ヒータ側ピン２６６は回転側リングから離座しているため、回転ドラム２２７の回転がウエハ昇降装置２７５に妨げられることはなく、しかも、加熱ユニット２５１は停止状態を維持することができる。すなわち、ウエハ昇降装置２７５においては、回転側リングと回転側ピン２７４が回転ドラム２２７と共に回転し、ヒータ側リングとヒータ側ピン２６６が加熱ユニット２５１と共に停止した状態になっている。
【０２１４】
ウエハ８５の温度が処理温度まで上昇し、排気口２３５の排気量および回転ドラム２２７の回転作動が安定した時点で、図４８に実線矢印で示されているように、処理ガス２３０が供給管２３２に導入される。ガス供給管２３２に導入された処理ガス２３０は、ガス分散空間として機能するバッファ室２３７に流入するとともに、径方向外向きに放射状に拡散して、シャワープレート２４０の各ガス吹出口２４７からそれぞれが略均等な流れになって、ウエハ８５に向かってシャワー状に吹き出す。吹出口２４７群からシャワー状に吹き出した処理ガス２３０はカバープレート２４８の上方空間を通って、排気バッファ空
間２４９を経由して排気口２３５に吸い込まれて排気されて行く。
【０２１５】
この際、回転ドラム２２７に支持されたサセプタ８４の上のウエハ８５は回転しているため、吹出口２４７群からシャワー状に吹き出した処理ガス２３０はウエハ８５の全面にわたって均等に接触する状態になる。処理ガス２３０がウエハ８５の全面にわたって均等に接触するため、ウエハ８５に処理ガス２３０によって形成されるＣＶＤ膜の膜厚分布や膜質分布はウエハ８５の全面にわたって均一になる。
【０２１６】
また、加熱ユニット２５１は支持軸２７６に支持されることにより回転しない状態になっているため、回転ドラム２２７によって回転されながら加熱ユニット２５１によって加熱されるウエハ８５の温度分布は全面にわたって均一に制御される。このようにウエハ８５の温度分布が全面にわたって均一に制御されることにより、ウエハ８５に熱化学反応によって形成されるＣＶＤ膜の膜厚分布や膜質分布はウエハ８５の全面にわたって均一に制御される。
【０２１７】
予め選定された所定の処理時間が経過すると、サセプタ回転機構２６７の運転が停止される。この際、サセプタ８４すなわち回転子２８９の回転位置はサセプタ回転機構２６７に設置された磁気式ロータリーエンコーダ２９４によって時々刻々と監視されているため、サセプタ８４は予め設定された回転位置において正確に停止される。すなわち、突上部２６６とヒータ８１およびサセプタ８４の挿通孔２５６は正確かつ再現性よく合致される。
【０２１８】
サセプタ回転機構２６７の運転が停止されると、前述に示されているように、回転ドラム２２７および加熱ユニット２５１は回転軸２７７および支持軸２７６を介して昇降台２８２によって搬入搬出位置に下降される。前述したように、下降の途中において、ウエハ昇降装置２７５の作用によりウエハ８５をサセプタ８４の上から浮き上げる。この際、突上部２６６とヒータ８１およびサセプタ８４の挿通孔２５６とは正確かつ再現性よく合致されているため、突上部２６６がサセプタ８４およびヒータ８１を突き上げる突き上げミスが発生することはない。
【０２１９】
以降、前述した作業が繰り返されることにより、次のウエハ８５にＣＶＤ膜が成膜処理されて行く。
【０２２０】
上述の第１の実施の形態から第１６の実施の形態において示した構成は、縦型の熱処理装置についてのものであるが、これに限られるものではなく、上述の第１の実施の形態から第１６の実施の形態の構成は、本実施の形態において示したような枚葉装置としての熱処理装置に対しても適用可能である。
【０２２１】
このように、上述した各実施の形態によれば、熱処理装置に備えられた加熱手段へ入力する操作量を変化させることにより、当該加熱手段による制御量を変化させ、当該操作量を変化する制御量に基づいた比例・積分・微分演算による帰還処理を行って制御し、制御量を目標値へ維持もしくは追従させる温度制御において、適当な操作量の出力を予め設定しておく制御と前記比例・積分・微分演算にしたがった操作量を出力する制御を選択切り替えする手段を備え、前記適当な操作量と前記比例・積分・微分演算にしたがった操作量を適宜選択切り替えして加熱手段に入力することを特徴とする温度制御方法を提供するこ
とができる。
【０２２２】
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。
【０２２３】
なお、上述の各実施の形態で示した積分パターン出力における目標温度の算出方法は例示であり、例えば、式（２７）に示したような算出方法によって算出しても良い。
【０２２４】
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。
【０２２５】
以上のように、本発明は、ランプアップ時やボートアップリカバリ時等、処理室内の温度が変動する工程時、まず、初期温度から目標温度にて安定するまでＰＩＤ制御により動作させ、そのときの基本データを取得し、その基本データの中の初期温度から目標温度にて安定するまでに費やす熱量を安定熱量と昇温熱量とに分け、出力制御パターンを求める。このようにして求めた出力制御パターンに基づく温度制御を行い、このとき熱電対により検知される基本データからＰ動作分（もしくはＰ動作分および、動作分）を減算し、積分出力パターンを求める構成となっている。
【０２２６】
なお、上述の各実施の形態では、本発明を縦型装置および枚葉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、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。
【０２２７】
次に、第１８の実施例について説明する。前述のような温度自動調整により図４９に示す制御部から加熱手段へ入力する操作量の操作量パターン出力が作成されたとする。ここで、この加熱手段へ入力する操作量の操作量パターン出力の制御は各ステップの操作量、温度変化の傾き（ランプレート）に応じて線形で制御している。
【０２２８】
しかし、線形で操作量パターン出力の制御をする場合、図５０に示すように特にヒータＴＣの温度が低下し、カスケードＴＣの温度が遅れて上昇する期間であるＳｔｅｐ２において、Ｐｏｗｅｒを出力しない無制御状態に陥ることが多く、制御応答性が十分でない事がある。
【０２２９】
これは、操作量パターン出力を線形で制御しているのに対して、ヒータＴＣが低下する温度の場合の温度挙動は、より高い温度領域においては反応が良く、低い温度領域においては、温度挙動の反応が鈍くなる傾向にあるためである。
【０２３０】
図５０のＳｔｅｐ3開始時点に見られるように、操作量パターン出力によるヒータＴＣ温度設定値よりもヒータＴＣの温度が高い場合、ＰＩＤ制御によりＰｏｗｅｒは減少し、無出力状態（無制御状態）となってしまう。
【０２３１】
この状態では、カスケードＴＣがカスケードＴＣ設定値よりも低下、つまりＵｎｄｅｒｓｈｏｏｔが発生しないとヒータ設定値が上昇（Ｐｏｗｅｒ出力）に至らないため、Ｓｔｅｐ３区間において、温度安定性が悪くなってしまっていた。
【０２３２】
そこで、ヒータＴＣに対するカスケードＴＣの遅れ待ち期間において操作量パターン制御を線形から指数関数を用いることによって、制御部から加熱手段へ入力する操作量の操作量パターンから算出するヒータＴＣ設定値とヒータＴＣ温度との偏差が軽減することができ、制御応答性向上を図ることができる。
【０２３３】
ここで、図５１におけるＳｔｅｐ２（ヒータＴＣの温度が低下し始める時点）をｔ０、Ｓｔｅｐ２開始からの経過時間をｔとするとｔ時点の操作量パターン出力値Ｐ[ｔ]は、下式（１）で求められる。
Ｐ[ｔ]＝Ｐ[ｔ０]＋（Ｃ２−Ｃ１）＊（１−ｅｘｐ（（−ｔ−ｔ０）／（Ｔｉｍｅ２＊ｋ））・・（１）
【０２３４】
ここで、時係数ｋについて、説明する。式（１）及び図５２に示すように持係数ｋを大きくすると、指数関数開始当初は変化が大きくなり、逆に温度安定付近では変化が小さくなる。図５３、５４、５５に示すように温度帯によってヒータＴＣの温度挙動は変化する。
【０２３５】
図５３に示す四五〇℃から２００℃までのヒータＴＣの温度低下と各時係数の指数関数波形を比較すると、ｋ＝３の波形がヒータＴＣの温度低下波形と近似していることが判る。
【０２３６】
本発明を特定の態様により詳細に説明したが、本発明の精神および範囲を逸脱しないかぎり、様々な変更および改質がなされ得ることは、当業者には自明であろう。
【産業上の利用可能性】
【０２３７】
しかし、図５４に示す５６０℃から４４０℃までのヒータＴＣの温度低下と各時係数の指数関数波形を比較すると、ｋ＝５の波形がヒータＴＣ温度低下波形と近似していることが判る。
【０２３８】
さらに、図５５に示すように２４０℃から１８０℃までのヒータＴＣの温度低下と各時係数の指数関数波形を比較すると、ｋ＝２の波形がヒータＴＣの温度低下波形に近似することが判る。このように、温度帯が高くなるに従って、時係数の値を大きくすることで、よりヒータＴＣの温度波形に近似させることとなる。
【０２３９】
指数関数による操作量出力パターンを採用することにより、ヒータＴＣの挙動とヒータＴＣの設定値がより近似できるため、特にＳｔｅｐ２の終盤、Ｓｔｅｐ３の序盤の温度安定期間において無制御状態を解消することができ、その後のＵｎｄｅｒｓｈｏｏｔを制御することが期待できる。
【０２４０】
また、ヒータＴＣ温度が低下、カスケードＴＣ温度が遅れて上昇する期間において無制御状態による安定性不良を防ぐことができ、特に温度安定間際のカスケードＴＣの温度制御安定性の向上を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０２４１】
【図１】本発明の第１の実施の形態について説明するための機能ブロック図である。
【図２】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。
【図３】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】ＰＩＤＣ演算器について説明するための図である。
【図５】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】Ｐｏｗｅｒ制御について説明するための図である。
【図７】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】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】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】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】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】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】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】ある一定の時間毎に積分パターン出力のステップをｒ個設定した場合の目標温度とランプレートについて説明するための図である。
【図１５】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１６】ゾーン間偏差について説明するための図である。
【図１７】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１８】本実施の形態による温度制御を行った場合における、炉内の温度変化を示す図である。
【図１９】本実施の形態による温度制御を行った場合における、炉内の温度変化を示す図である。
【図２０】本実施の形態による温度制御を行った場合における、炉内の温度変化を示す図である。
【図２１】第２の実施の形態における温度調整手順について説明するためのフローチャートである。
【図２２】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２３】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２４】最低温度Ｓ１時点ｒから初期温度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２５】Ｐｏｗｅｒ出力パターンについて説明するための図である。
【図２６】Ｐｏｗｅｒ制御時温度特性基本データに基づくＰｏｗｅｒ制御開始からの温度調整評価時間等の決定について説明するための図である。
【図２７】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２８】一定の時間毎に積分パターン出力のステップをｗ個設定した場合の目標温度およびランプレートについて説明するための図である。
【図２９】積分出力パターンが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３０】ゾーン間偏差について説明するための図である。
【図３１】ゾーン間偏差がある場合における温度調整について説明するための図である。
【図３２】ボートロード後の温度リカバリの具体例を示す図である。
【図３３】ボートロード後の温度リカバリの具体例を示す図である。
【図３４】Ｐｏｗｅｒ制御時温度特性基本データからの各種パラメータの決定について説明するための図である。
【図３５】オーバーシュート温度比率ＭのＰｏｗｅｒ出力パターンの昇温熱量から求めた操作量からの削減について説明するための図である。
【図３６】本発明の第６の実施の形態について説明するための機能ブロック図である。
【図３７】本発明の第７の実施の形態について説明するための機能ブロック図である。
【図３８】本発明の第８の実施の形態について説明するための機能ブロック図である。
【図３９】本発明の第９の実施の形態について説明するための機能ブロック図である。
【図４０】本発明の第１０の実施の形態について説明するための機能ブロック図である。
【図４１】本発明の第１１の実施の形態について説明するための機能ブロック図である。
【図４２】本発明の第１２の実施の形態について説明するための機能ブロック図である。
【図４３】本発明の第１３の実施の形態について説明するための機能ブロック図である。
【図４４】本発明の第１４の実施の形態について説明するための機能ブロック図である。
【図４５】本発明の第１５の実施の形態について説明するための機能ブロック図である。
【図４６】本発明の第１６の実施の形態について説明するための機能ブロック図である。
【図４７】本発明の第１７の実施の形態について説明するための機能ブロック図である。
【図４８】本発明の第１７の実施の形態について枚葉装置における処理炉周辺の構成の詳細について説明するための図である。
【図４９】本発明の第１８の実施例を表す図である。
【図５０】本発明の第１８の実施例適用前の出力パターンを表す図である。
【図５１】本発明の第１８の実施例の出力パターンを表す図である。
【図５２】本発明の第１８の実施例の時係数ｋについて説明する図である。
【図５３】本発明の第１８の実施例の時係数ｋと実測値を表す図である。
【図５４】本発明の第１８の実施例の時係数ｋと実測値を表す図である。
【図５５】本発明の第１８の実施例の時係数ｋと実測値を表す図である。

【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、該第一の温度検
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、該第二の温度検
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、
前記第二の温度検出手段による検出温度の最大温度時点の操作量をＣ３とし、
前記第二の温度検出手段による検出温度の最大温度時点をｔ０とし、
前記第一の温度検出手段の温度安定時点の操作量をＣ２とし、
前記第一の温度検出手段の温度安定時点から前記第二の温度検出手段による検出温度の最大温度時点の差をＴｉｍｅ２とし、
時係数をｋとした場合に、前記ｔ０からの経過時間をｔとするとｔ時点の操作量パターン出力値Ｐ[ｔ]は、

Ｐ[ｔ]＝Ｐ[ｔ０]＋（Ｃ３−Ｃ２）＊（１−ｅｘｐ（（−ｔ−ｔ０）／（Ｔｉｍｅ２＊ｋ））
で求められることを特徴とした熱処理装置。
【請求項２】
請求項１において、時定数ｋは、２から５の範囲であることを特徴とした熱処理装置。

【図１】