温度调整方法、热处理设备以及半导体器件的制造方法

专利名称：温度调整方法、热处理设备以及半导体器件的制造方法
技术领域：
本发明涉及温度调整方法、热处理设备和半导体器件的制造方法。
背景技术：
以往，在半导体制造设备中，必须将炉内的温度维持在适当的温度或使炉内跟踪指定的温度变化，因此，由控制装置根据预先设定好的目标温度的温度变化模式(pattern)进行加热器的控制(例如，参照专利文献1)。
专利文献1日本特开2000 183072号公报(第11 21页，图1)发明内容当使用作为现有技术的基于PID运算的反馈控制时，是在识别出目标值(目标温度)和实测值的偏差增大之后才改变操作量的跟踪控制，所以有时会产生大的过调(overshoot)或欠调(undershoot)，在达到其最后的稳定状态前需要很长的时间。因此，要由熟练的操作者反复进行用于减小与目标温度的误差的调整(为进行PID运算而预先设定的参数的调整)，所以需要很长的调整时间和很多的费用，妨碍了操作效率的提高和成本降低。
本发明是为解决上述的问题而做出的，其目的是提供一种能够有助于操作效率的提高和成本降低的温度调整方法、热处理设备和半导体器件的制造方法。
为解决上述课题，本发明的温度调整方法，用于热处理设备，上述热处理设备具有对处理衬底的处理室内进行加热的加热装置、控制上述加热装置的加热控制部、以及检测上述处理室内的温度的第一温度检测装置和第二温度检测装置，其中，上述第一温度检测装置配置在比上述第二温度检测装置更靠近上述衬底的位置上，上述第二温度检测装置配置在比上述第一温度检测装置更靠近上述加热装置的位置上，上述温度控制方法的特征在于，包括第一步骤，通过由上述加热控制部进行积分运算、微分运算和比例运算来控制上述加热装置，以使基于上述第一温度检测装置的检测温度成为预定的目标温度；第二步骤，根据在上述第一步骤的上述加热装置的控制中由上述第一温度检测装置检测的检测温度，将用于由上述加热控制部控制上述加热装置的第一操作量模式化而求出第一输出控制模式；第三步骤，由上述加热控制部根据在上述第二步骤中求得的第一输出控制模式来控制上述加热装置；以及第四步骤，根据在上述第三步骤的上述加热装置的控制中由上述第二温度检测装置检测的检测温度，将用于由上述加热控制部控制上述加热装置的第二操作量的至少一部分模式化而求出第二输出控制模式。
另外，也可以是，在结构如上所述的温度控制方法中，还包括第五步骤，由上述加热控制部使用在上述第四步骤中作为上述第二操作量的至少一部分而求得的上述第二输出控制模式一边控制上述加热装置一边处理上述衬底。
另外，也可以是，在结构如上所述的温度控制方法中，上述第四步骤通过求出在上述第三步骤的上述加热装置的控制中由上述第二温度检测装置检测的检测温度的从升温开始时刻到最高温度时刻之间的热量，并使用从上述热量中减去基于上述比例运算的输出量后的热量而将从上述升温开始时刻到最高温度时刻的上述第二操作量的至少一部分模式化，来求出第二输出控制模式。
另外，本发明的热处理设备，具有对处理衬底的处理室内进行加热的加热装置、控制上述加热装置的加热控制部、以及检测上述处理室内的温度的第一温度检测装置和第二温度检测装置，其中，上述第一温度检测装置配置在比上述第二温度检测装置更靠近上述衬底的位置上，上述第二温度检测装置配置在比上述第一温度检测装置更靠近上述加热装置的位置上，上述热处理设备的特征在于上述加热控制部，在通过进行积分运算、微分运算和比例运算来控制上述加热装置以使基于上述第一温度检测装置的检测温度从升温开始时的温度变为目标温度时，并根据由上述第一温度检测装置检测的检测温度，将用于控制上述加热装置的第一操作量模式化而求出第一输出控制模式，并根据按照上述第一输出控制模式控制上述加热装置时的由上述第二温度检测装置检测的检测温度，将用于控制上述加热装置的第二操作量的至少一部分模式化而求出第二输出控制模式。
另外，也可以是，在结构如上所述的热处理设备中，上述加热控制部使用上述第二输出控制模式作为上述第二操作量的至少一部分，一边控制上述加热装置一边处理上述衬底。
另外，也可以是，在结构如上所述的热处理设备中，上述加热控制部在过调量大于预先设定的容许值以使由上述第一温度检测装置检测出的检测温度超过上述目标温度的情况下，为减低上述过调量而求出从上述升温开始时的温度向上述目标温度变化直到稳定在上述目标温度上这一过程的期间中的总热量、上述总热量中的升温所需的升温热量、以及超过上述目标温度而发生了过调的过调热量，并求出作为上述总热量和上述过调热量之比的过调温度比率，根据从上述升温热量中减去上述过调温度比率的量而求得的热量，来求出上述第一输出控制模式。
另外，也可以是，在结构如上所述的热处理设备中，上述加热控制部通过求出根据第一输出控制模式控制上述加热装置时的由上述第二温度检测装置检测的检测温度指示的从升温开始时到最高温度时的热量，并使用从上述热量中减去基于上述比例运算的输出量后的热量将从上述升温开始时到最高温度时的上述第二操作量的至少一部分模式化，来求出上述第二输出控制模式。
另外，也可以是，在结构如上所述的热处理设备中，当进行上述衬底的处理时，在向上述目标温度进行升温的期间，由上述加热控制部使用从上述目标温度减去由上述第一温度检测装置检测出的温度而得到的结果，根据进行比例运算和微分运算而得到的结果和上述第二输出控制模式来计算上述第二操作量，并使用从经该计算得出的第二操作量中减去由上述第二温度检测装置检测出的温度而得到的结果来一边进行比例运算、微分运算和积分运算一边控制上述加热装置，当已稳定在上述目标温度时，由上述加热控制部使用从上述目标温度减去由上述第一温度检测装置检测出的温度而得到的结果，根据进行比例运算、微分运算和积分运算而得到的结果和上述第二输出控制模式来计算上述第三操作量，并使用从经该计算得出的第三操作量中减去由上述第二温度检测装置检测出的温度而得到的结果来一边进行比例运算、微分运算和积分运算一边控制上述加热装置以处理上述衬底。
另外，本发明的半导体器件的制造方法，利用热处理设备进行衬底的处理，上述热处理设备具有对处理衬底的处理室内进行加热的加热装置、控制上述加热装置的加热控制部、以及检测上述处理室内的温度的第一温度检测装置和第二温度检测装置，其中，上述第一温度检测装置配置在比上述第二温度检测装置更靠近上述衬底的位置上，上述第二温度检测装置配置在比上述第一温度检测装置更靠近上述加热装置的位置上，上述加热控制部在通过进行积分运算、微分运算和比例运算来控制上述加热装置以使基于上述第一温度检测装置的检测温度成为预定的目标温度时，根据由上述第一温度检测装置检测的检测温度，将用于控制上述加热装置的第一操作量模式化而求出第一输出控制模式，并根据按照上述第一输出控制模式控制上述加热装置时的由上述第二温度检测装置检测的检测温度，将用于控制上述加热装置的第二操作量的至少一部分模式化而求出第二输出控制模式，上述半导体器件的制造方法的特征在于，包括以下步骤将衬底送入处理室内；由上述加热控制部使用上述第二输出控制模式作为上述第二操作量的至少一部分来一边控制上述加热装置一边处理已被送入到上述处理室内的衬底；以及将上述衬底从上述处理室中取出。


图1是用于说明本发明的第1实施方式的热处理设备的功能框图。
图2是用于说明该设备的反应管周围的详细结构的图。
图3是用于说明PID运算器23中的处理(PID控制)的图。
图4是用于说明PIDC运算器的图。
图5是用于说明积分输出模式的图。
图6是用于说明Power控制的图。
图7是用于说明温度调整方法的步骤的流程图。
图8是用于说明根据温度特性基本数据求出的参数的图。
图9是用于说明过调后的级联温度的总和的图。
图10是用于说明从评价开始起的目标温度S′稳定时间c的期间的温度总和的图。
图11是用于说明操作量和时间的关系的图。
图12是用于说明从k(t)的波形中减去P动作部分后的加热器波形L(t)的图。
图13是用于说明积分输出模式M(t)的图。
图14是用于说明以某个恒定的时间间隔设定了r个积分模式输出的阶段时的目标温度和倾斜速度(ramp rate)的图。
图15是用于说明积分输出模式适当时发生过调和欠调的图。
图16是用于说明区段间偏差的图。
图17是用于说明存在区段间偏差时的温度调整步骤的图。
图18是表示进行了本实施方式的温度控制时的炉内的温度变化的图。
图19是表示进行了本实施方式的温度控制时的炉内的温度变化的图。
图20是表示进行了本实施方式的温度控制时的炉内的温度变化的图。
图21是用于说明第2实施方式的温度调整步骤的流程图。
图22是用于说明根据温度特性基本数据求出的参数的图。
图23是用于说明过调后的串级温度的总和的图。
图24是用于说明从最低温度S1时刻r1到初始温度S稳定时间c之间的温度总和的图。
图25是用于说明Power输出模式的图。
图26是用于说明根据Power控制时温度特性基本数据决定从Power控制开始起的温度调整评价时间等的图。
图27是用于说明积分输出模式M(t)的图。
图28是用于说明以某个恒定的时间间隔设定了w个积分模式输出的阶段时的目标温度和倾斜速度的图。
图29是用于说明积分输出模式适当时发生过调和欠调的图。
图30是用于说明区段间偏差的图。
图31是用于说明存在区段间偏差时的温度调整的图。
图32是表示舟皿装载后的温度恢复的具体例子的图。
图33是表示舟皿装载后的温度恢复的具体例子的图。
图34是用于说明由Power控制时温度特性基本数据确定各种参数的图。
图35是用于说明从由Power输出模式的升温热量求得的操作量中削减过调温度比率M的图。
图36是用于说明本发明的第6实施方式的功能框图。
图37是用于说明本发明的第7实施方式的功能框图。
图38是用于说明本发明的第8实施方式的功能框图。
图39是用于说明本发明的第9实施方式的功能框图。
图40是用于说明本发明的第10实施方式的功能框图。
图41是用于说明本发明的第11实施方式的功能框图。
图42是用于说明本发明的第12实施方式的功能框图。
图43是用于说明本发明的第13实施方式的功能框图。
图44是用于说明本发明的第14实施方式的功能框图。
图45是用于说明本发明的第15实施方式的功能框图。
图46是用于说明本发明的第16实施方式的功能框图。
图47是用于说明本发明的第17实施方式的功能框图。
图48是用于说明本发明的第17实施方式的单片式设备的处理炉周围的详细结构的图。
具体实施例方式
以下，参照

本发明的实施方式。本发明，涉及热处理设备中的温度控制的自动温度调整步骤，其控制方式为，利用对输入到加热装置的操作量进行比例·积分·微分(PID)运算的反馈控制，来控制从该加热装置输出的控制量。
(第1实施方式)图1是用于说明本发明的第1实施方式的热处理设备的功能框图，图2是用于说明该装置的反应管周围的详细结构的图。
本实施方式的热处理设备，为具有处理炉91和主控制部7的结构。此外，在图1中对主控制部7只示出其温度控制部71。
处理炉91，包括加热器(加热装置)1、石英罩盖1a、加热器热电偶(第二温度检测装置)2、级联热电偶(第一温度检测装置)3、舟皿4、反应管5、均热管6、排气管8、舟皿升降机9、基座10、气体供给管11、质量流量控制器(MFC)12、压力调节器(APC)13、压力传感器14、O形环15、密封盖16、旋转轴17、导入口18和排气口19。
主控制部7，包括温度控制部(加热控制部)71、气体流量控制部72、压力控制部73和驱动控制部74。
均热管6，例如由SiC等耐热性材料构成，形成为上端闭塞、下端有开口的圆筒状。例如由石英(SiC2)等耐热性材料构成的反应容器(以下，称反应管5)，形成为下端有开口的圆筒状，在均热管6内与均热管6配置成同心圆状。例如由石英构成的气体供给管11和排气管8连结在反应管5的下部，与气体供给管11连结的导入口18，具有以下结构，即从反应管5的下部沿反应管5的侧部例如呈细管状上升、在顶部到达反应管5的内部。排气管8，连接反应管5的排气口19。气体从气体供给管11经过反应管5的顶部流入到反应管5的内部，从与反应管5的下部连接的排气管8排出。
反应管5的导入口18，将处理用的气体由气体供给管11供给到反应管5内。该气体供给管11与作为气体的流量控制装置的质量流量控制器(MFC)12或未图示的水分发生器连结。质量流量控制器12，与气体流量控制部72连接，具有可将供给的气体或水蒸气(H2O)的流量控制在预定的量的结构。
从反应管5的排气口19，将流过反应管5的气体排出。反应管5的排气口19，与连结着压力调节器(例如APC)13的气体的排气管8连接，由压力检测装置(以下，称压力传感器14)检测反应管5内的压力，由压力控制部73控制APC13以使反应管5内的压力为预定的压力。
在反应管5的下端开口部，例如由石英构成的圆盘状的保持体(以下，称基座10)，隔着O形环15可气密密封地自由装卸，基座10安装在圆盘状的盖体(以下，称密封盖16)上。另外，在密封盖16上，连结着旋转装置(以下，称旋转轴17)，由旋转轴17使保持体(以下，称石英罩盖1a)和衬底保持装置(以下，称舟皿4)、保持在舟皿4上的衬底(以下，称晶片4a)旋转。另外，密封盖16与升降装置(以下，称舟皿升降机9)连接，具有能使舟皿4升降的结构。旋转轴17和舟皿升降机9，由驱动控制部74控制，使其以预定的速度驱动。
在反应管5的外周呈同心圆状配置有加热装置(以下，称加热器1)。加热器1，由温度检测装置(以下，称加热器热电偶2、级联热电偶3)检测温度并由温度控制部71进行控制，以使反应管5内的温度为由上级控制器Uc设定的处理温度。此处，加热器热电偶2具有检测加热器1的温度的作用，级联热电偶3具有检测均热管6和反应管5之间的温度的作用。具体地说，加热器1，为以更高的精度控制炉内温度而被划分为多个区段(例如，U区段、CU区段、CL区段、L区段等)，根据来自由加热器1构成的多个加热区段的温度检测值与温度设定值的偏差，按每个加热区段向加热器输出功率控制信号，进行温度控制。此外，加热器热电偶2和级联热电偶3，都与加热器1的多个区段相对应地具有多个检测点，以在与各区段对应的位置进行检测。
此处，级联热电偶3，设置在反应管5和舟皿4之间，具有也能够检测反应管5内的温度的结构，但是，级联热电偶3和加热器热电偶2的配置，只要分别配置在加热器1和晶片4a之间、并将级联热电偶3配置得比加热器热电偶2更靠近晶片4a、将加热器热电偶2配置得比级联热电偶3更靠近加热器1侧即可。
以下，说明处理炉91中的氧化、扩散处理方法的一例。首先，由舟皿升降机9使舟皿4降下。舟皿4，保持多块晶片4a。然后，由加热器1加热，使反应管5内的温度为预定的温度。通过与气体供给管11连接的MFC12用惰性气体预先充填反应管5内，由舟皿升降机9使舟皿4上升而移入到反应管5内，并将反应管5的内部温度保持在预定的处理温度。在将反应管5内的压力保持在预定的压力后，由旋转轴17使舟皿4和保持在舟皿4上的晶片4a旋转。与此同时，从气体供给管11供给处理用的气体或从水分发生器供给水蒸气。所供给的气体，在反应管5内下降，被均匀地供给到晶片4a上。
在氧化、扩散处理中的反应管5内，通过排气管8排气，并由APC13控制压力以使其为预定的压力，进行预定时间的氧化、扩散处理。
当氧化、扩散处理这样结束后，应移到下一个晶片4a的氧化、扩散处理，用惰性气体置换反应管5内的气体，同时使压力为常压，之后，由舟皿升降机9使舟皿4降下，将舟皿4和处理好的晶片4a从反应管5取出。从反应管5取出后的舟皿4的上的处理好的晶片4a，与未处理的晶片4a交换，再次与上述同样地在反应管5内上升，进行氧化、扩散处理。
以下，说明图1中示出的温度控制部71。温度控制部71，分别按照加热器1、级联热电偶3、加热器热电偶2对上述的每个加热区段进行控制，但在以下的说明中，除非特别说明，都是说明其中的1个加热区段。
温度控制部71，包括切换器20和22、减法器21和25、PID运算器23和26、PIDC运算器24和Power模式输出器27。
切换器20，根据所设定的控制模式选择切换控制方式。具体地说，进行PID控制(后述)和Power控制(后述)等的选择切换。
减法器21，计算从由上级控制器Uc设定的目标值Sc减去控制量(检测温度)A后的结果作为偏差F，并经由切换器22输出到PID运算器23或PIDC运算器24。
切换器22，根据所设定的控制模式选择切换控制方式。具体地说，进行PIDC控制(后述)和PID控制的选择切换。
接着，根据图3说明PID运算器23中的处理(PID控制)。
如图3所示，PID运算器23，由加法器30、积分运算器31、比例运算器32和微分运算器33构成。积分运算器31，将偏差F作为输入，将使对偏差F进行了时间积分运算(I运算)的结果乘以预先设定了的参数Ki后的值作为积分值N输出。如用F(t)表示某特定时间t的偏差F、用N(t)表示此时的积分值N，则积分值N可由式(1)求出。此外，在式(1)中，∫F(u)du的积分范围为从0到t之间。
N(t)＝Ki·∫F(u)du...(1)比例运算器32，将偏差F作为输入，并将乘以预先设定了的参数Kp(P运算)后的值作为比例值O输出。如用F(t)表示某特定时间t的偏差F、用O(t)表示此时的比例值O，则比例值O可由式(2)求出。
O(t)＝Kp·F(t)...(2)微分运算器33，将偏差F作为输入，将使对偏差F进行了时间微分运算(D运算)的结果乘以预先设定了的参数Kd后的值作为微分值R输出。如用F(t)表示某特定时间t的偏差F、用R(t)表示此时的微分值R，则微分值R可由式(3)求出。
R(t)＝Kd·dF(t)/dt...(3)加法器30，将积分值N、比例值O和微分值R作为输入，计算其总和并输出操作量X。如用F(t)表示某特定时间t的偏差F、用X(t)表示此时的操作量X，则操作量X可从上述的式(1)、式(2)、式(3)由式(4)求出，将这样的PID运算器23中的运算处理称为PID运算。此外，在式(4)中，∫F(u)du的积分范围为从0到t之间。
X(t)＝Kp·F(t)+Ki·∫F(u)du+Kd·dF(t)/dt...(4)就是说，如图1所示，对主控制部7中的温度控制部71，输入来自上级控制器Uc的目标值(目标温度)Sc和来自级联热电偶3的控制量(检测温度)A，由温度控制部71内的减法器21输出从目标值(目标温度)Sc减去控制量A后的偏差F。在PID运算器23中，用偏差F进行PID运算后，决定操作量X。该操作量X被变换为目标值X′，并将该目标值X′和来自加热器热电偶2的控制量(检测温度)B输入到减法器25，由减法器25输出从目标值X′减去控制量B后的偏差E。在PID运算器26中用偏差E进行PID运算后，作为温度控制部71的输出，输出操作量Z，输入到加热器1。然后，将从加热器1输出的控制量A、B反馈到温度控制部71。这样不断地改变从温度控制部71输出的操作量Z，以使目标值Sc和控制量A的偏差F为零。将这样的控制方式称为PID控制。
接着，根据图4说明PIDC运算器。
如图4所示，PIDC运算器24，包括加法器40、积分运算器41、比例运算器42、微分运算器43、切换器44、积分模式输出器45、积分模式输出器46。
切换器44，根据预先设定的控制切换时间进行选择切换。具体地说，从控制开始起在预先设定的时间t的时刻进行积分模式输出器45或积分模式输出器46+积分运算器41的切换。
积分运算器41，将偏差F作为输入，将使对偏差F进行了时间积分运算(I运算)的结果乘以预先设定了的参数Ki后的值作为积分值N输出。如用F(t)表示某特定时间t的偏差F、用N(t)表示此时的积分值N，则积分值N可由式(5)求出。此外，在式(5)中，∫F(u)du的积分范围为从0到t之间。
N(t)＝Ki·∫F(u)du...(5)此处，所谓积分输出模式，是指取代积分运算量而预先根据过程设定积分运算量的输出值，积分模式输出器45和46，根据预先设定的输出模式，输出积分模式值J。图5是举例示出积分输出模式的图。在上级控制器Uc中，能够按进行温度控制时的多个阶段(Step1～Step4)的每一个设定输出值C、速率(Rate)、时间time。如设某个阶段为第I阶段，则从前一阶段的输出值C(I-1)以速率Rate(I)向输出值C(I)变化，在达到输出值C(I)后，输出值按C(I)继续输出。在第I阶段开始后，在时间time(I)经过时刻进入下一步即第I+1阶段。设某特定时间t的输出值J为J(t)。
加法器49，将来自积分模式输出器46的积分模式值J和来自积分运算器41的积分运算值N作为输入，计算其总和并输出积分操作量W。
就是说，如用F(t)表示某特定时间t的偏差F、用W(t)表示此时的积分操作量W，则当由切换器44进行积分模式输出器45和积分模式输出器46+积分运算器41的切换时，积分操作量W可由式(6)求出。积分操作量W，为积分模式值(J(t))和积分运算值之和。此外，在式(6)中，∫F(u)du的积分范围为从0到t之间。
W(t)＝J(t)+Ki·∫F(u)du...(6)比例运算器42，将偏差F作为输入，将乘以预先设定了的参数Kp(P运算)后的值作为比例值O输出。如用F(t)表示某特定时间t的偏差F、用O(t)表示此时的比例值O，则比例值O可由式(7)求出。
O(t)＝Kp·F(t)...(7)微分运算器43，将偏差F作为输入，将使对偏差F进行了时间微分运算(D运算)的结果乘以预先设定了的参数Kd后的值作为微分值R输出。如用F(t)表示某特定时间t的偏差F、用R(t)表示此时的微分值R，则微分值R可由式(8)求出。
R(t)＝Kd·dF(t)/dt...(8)加法器40，将积分操作量W或积分模式值J、比例值O和微分值R作为输入，计算其总和并输出操作量X。如用F(t)表示某特定时间t的偏差F、用X(t)表示此时的操作量X，则操作量X可根据上述的式(6)、式(7)、式(8)由式(9a)或式(9b)求出，将这种运算称为PIDC运算。
X(t)＝W(t)+Kp·F(t)+Kd·dF(t)/dt...(9a)X(t)＝J(t)+Kp·F(t)+Kd·dF(t)/dt...(9b)就是说，如图1所示，当对温度控制部71，输入来自上级控制器Uc的目标值Sc和来自级联热电偶3的控制量A时，由温度控制部71内的减法器21输出从目标值(目标温度)Sc减去控制量A后的偏差F。当由切换器22将偏差F输入到PIDC运算器24时，在PIDC运算器24中，用偏差F、预先设定的积分模式积分值和比例微分运算器等决定操作量X。该操作量X被变换为目标值X′，将该目标值X′和来自加热器热电偶2的控制量B输入到减法器25，由减法器25输出从目标值X′减去控制量B后的偏差E。在PID运算器26中用偏差E进行PID运算，作为温度控制部71的输出，输出操作量Z，输入到加热器1。然后，再将从加热器1输出的控制量A和控制量B反馈到温度控制部71。这样，不断地改变着从温度控制部71输出的操作量Z，以使目标值Sc和控制量A的偏差F为零。将这种控制方式称为PIDC控制。
以下，说明Power模式输出器27。
此处，所谓Power(功率)模式，是指取代包括积分运算量、微分运算量、比例运算量的加热器输出值而预先根据过程设定包括积分、微分、比例运算部分的加热器输出值，Power模式输出器27，根据预先设定的模式输出操作量Z。具体地说，例如，如图6所示，在某特定的时间t1内输出某个恒定的操作量Z1，经过时间t1后，在某特定的时间t2内输出恒定的操作量Z2。这时，也可以在从操作量Z1转移到操作量Z2时根据预先设定的斜率(操作量/时间)倾斜地变化。将这样的根据预先按时间、操作量和斜率生成的(模式化的)模式决定和输出操作量的控制方式称为Power控制。
图7是用于说明本实施方式的温度调整方法的流程图。这里，说明从初始温度S使斜率升级到目标温度S′直到稳定工序的情况。此外，此处所谓的斜率升级是指斜率提高(ramp-up)、即升温工序。
首先，由温度控制部71在PID控制中使用上述的标准的PID参数(Ki、Kp、Kd)进行加热器的温度控制，以使级联热电偶的检测温度成为预定的目标温度(第一工序)，并获得温度特性基本数据(由级联热电偶检测的温度数据)(S11a)。
然后，如图8所示，根据该温度特性基本数据决定从斜率升级开始(升温开始)起的(根据级联热电偶测定的温度)温度调整评价时间A1[min]，并且，求出级联热电偶3指示的温度的最大过调时间(从斜率升级开始到过调最大的时间)a[min]、目标温度S′到达时间b[min]、目标温度S′稳定时间c[min]、目标温度稳定时的操作量d[％]。另外，还求出温度调整评价时间A1内的各时刻的操作量e(t)[％]、加热器热电偶2指示的温度f(t)[℃](未图示)、级联热电偶3指示的温度g(t)[℃]。
接着，求出级联热电偶3指示的温度(以下，也称级联温度)的温度调整评价时间A1中的总热量B1[％*min]。此外，在式(10)中，∫e(t)dt的积分范围为从0到A1之间。
B1＝∫e(t)dt...(10)另外，如果将假定温度调整评价时间A1中的整个区域稳定在目标温度S′的温度、并假定只输出了目标温度S′稳定期间的操作量d时的温度调整评价时间A1中的总热量作为稳定热量C1[％*min]，则C1可由以下的式(11)求出。
C1＝d*A1...(11)假定利用从式(10)和式(11)求得的B1、C1由以下的式(12)求出的热量为升温热量D1[％*min]。
D1＝B1-C1...(12)此处，说明升温热量。在利用从初始温度开始向所希望的目标温度S′升温直到稳定的PID运算求得的热量中，包括2种热量、即为稳定地保持在目标温度S′所需的热量和一边跟踪设定值一边升温到目标温度所需的热量。
因此，如果从由式(10)求得的总热量减去假定为持续输出了稳定在目标温度时的操作量时的稳定热量，则可求得为升温所需的热量、即升温热量。
如上所述，从开始升温到目标温度，一边跟踪设定值一边升温，但如此时升温热量过大，则将产生即使已超过目标温度但仍继续升温的过调。该过调是在温度控制上不需要的现象，必须尽力消除。此处，过调的主要因素不是潜藏在总热量中的稳定热量内而是在升温热量内，因此，通过使用反映了该潜藏在升温热量内的过调主要因素的热量比率的输出模式，可以迅速地使炉内稳定在理想的温度。
接着，如图9的斜线部所示，求出从评价开始起的目标温度S′到达时间b到目标温度S′稳定时间c之间发生了过调的级联温度的总和。如设其为过调温度总和F′，则F′可由以下的式(13)求出。此外，在式(13)中，∫g(t)dt的积分范围为从b到c之间。
F′＝∫g(t)dt-S′*(c-b)...(13)接着，如图10的斜线部所示，求出从评价开始起到目标温度S′稳定时间c之间的温度总和。如设其为温度总和G，则G可由以下的式(14)求出。此外，在式(14)中，∫g(t)dt的积分范围为从0到c之间。
G＝∫g(t)dt-S′*c...(14)接着，求出过调温度比率H[百分比]。该比率是过调温度总和F′相对于如图10所示的那样的温度总和G的比例。因此，由以下的式(15)求出。
H＝F′/G...(15)该过调温度比率H的量，是潜藏在升温热量D1内的过调主要因素的热量的比率。因此，通过从升温热量D1减少过调温度比率H的量而使其反映在升温热量D1中，可以抑制过调，能迅速地使炉内稳定在理想的温度。如设削减过调温度比率H的量后的升温热量为D1′，则D1′可由以下的式(16)求出。
D1′＝D1*(1-H)...(16)然后，用如上所述求得的a、d、D1′求出Power输出模式的模式(相当于第一输出控制模式)(第二工序)，进行Power控制(第三工序)。即，根据在第一工序的加热器的控制中由级联热电偶所检测的检测温度，将用于控制加热器的操作量(第一操作量)模式化(参照图11中示出的操作量)，求出第一输出控制模式，根据该第一输出控制模式进行加热器的控制。即，根据由级联热电偶所检测的温度数据，将作为规定Power输出模式的操作量的第一操作量模式化，求出Power输出模式。
对Power输出模式求出图11中示出的模式(S11b)。如设升温倾斜速度(℃/min)为h，则图11中的各参数可由以下的式(17)～式(20)求出。此外，此处的所谓倾斜速度是指温度变化的速度(斜率)，例如在5分钟内从100℃升温到200℃时的倾斜速度，为(200℃-100℃)/5分＝20℃/分。
E0＝(D1′/T1)+d...(17)E1＝d...(18)T1＝(S′-S)/h...(19)T2＝a-T1...(20)式中，E0是这样求出的将升温热量D1′作为恒定的输出量，使D1′除以从初始温度S到达目标温度S′的时间T1，再加上目标温度稳定时的操作量d(％)(即，T1时的操作量)。此外，S表示初始温度。
在T1之后，在到达上升到级联温度的最高温度的时间(最大过调时间)a(min)之前只输出目标温度稳定时的操作量d。
通过使用该Power输出模式能够得到可跟踪倾斜速度h、且迅速稳定的加热器热电偶2指示的温度波形。获得该温度波形作为Power控制时温度特性数据(S12)。
接着，进行Power控制时基本温度特性数据的过调量的判断(S13)，当过调量大于预先设定的过调容许值时(S13、Yes)，用上述的式(13)～式(20)，由整个温度波形和过调部分的比率修正Power输出模式，进行调整以减小过调(S14)。然后，用如上所述修正过的Power输出模式再次进行Power控制(第三工序)，获得该控制时的温度特性数据(S12)。
接着，当过调量不大于预先设定的过调容许值时(S13、No)，如图12所示，由第一工序期间获得的PID控制时的与级联热电偶对应的温度变化(温度波形)、第三工序期间获得的Power控制时温度特性基本数据决定从Power控制开始起的温度调整评价时间J1[min]，并求出加热器热电偶2指示最高温度时的时间j[min]、加热器热电偶2指示的温度充分稳定了的时间n[min]。此处，设在温度调整评价时间J1内的各时刻的Power控制时的加热器热电偶2指示的温度(以下，也称加热器波形)为k(t)(℃)、级联热电偶3指示的温度为m(t)(℃)。
由这些数据根据从图12所示那样的Power控制时的加热器热电偶2指示的温度k(t)的波形中减去P动作部分后的加热器波形L(t)求出如图13所示的积分输出模式(相当于第二输出控制模式)M(t)(第四工序)(S15)。即，根据加热器波形L(t)，将作为规定积分输出模式的操作量的第二操作量(参照图5中示出的操作量)的至少一部分模式化，求出积分输出模式。
此处，从加热器热电偶2指示的温度k(t)的波形中减去P(比例)动作部分的原因在于，k(t)是以PID控制时由PID运算算出的输出为基础来生成Power输出模式而获得的，所以该波形是由P(比例)输出、I(积分)输出、D(微分)输出的总和形成的。
因此，如减去P输出和D输出的部分，则可以求得所需的积分输出模式M(t)。此处，一般在升温时D输出极小，因此可以将D输出忽略。
接着，求出从减去P动作部分后的加热器温度波形L(t)中再减去k(0)·j后的、从评价开始起到加热器波形k(t)示出的最高加热器温度时刻j这一期间的热量。假定其为Q。此外，在式(21)中，∫L(t)dt的积分范围为从0到j之间。
Q＝∫L(t)dt-k(0)·j...(21)通过使该Q除以直到最高加热器温度时刻j的时间，能够求得从评价开始直到j时刻面积(热量)与Q相等且加热器温度恒定的值M。
(底边j、高M的长方形的面积(热量)＝Q的面积(热量))M＝Q/j...(22)若使该M为原来的2倍，则可以求得与Q的面积(热量)相等的底边为j、高为2M的三角形。通过使用该三角形的高、斜边倾斜度和k(0)·j而得到其热量与除去加热器热电偶指示的P动作部分后的加热器热电偶指示的温度(以下，也称加热器热电偶温度)所导致的热量相同的适当的积分输出模式。
如图13所示，设从评价开始起到Power控制时的加热器热电偶指示的最高温度时刻j的期间为阶段1、从Power控制时(加热器热电偶指示的)最高加热器温度时刻j到PID控制时最大级联(cascade)温度时间a的期间为阶段2。
阶段1的温度，如应用上述的三角形的高和斜边，则成为从评价开始起到Power控制时的加热器热电偶指示的最高温度时刻j的适当的积分输出模式。即，Power控制时的加热器热电偶最高温度时刻，是加热器加热的用于升温的输出即升温热量对加热器热电偶的检测温度无影响的时刻，因而生成在该时刻之前升温的积分输出模式是适当的。
在作为阶段2的结束时刻的PID控制时的级联热电偶指示的最高温度到达时刻之后，加热器加热的变化等对级联热电偶检测的温度无影响。就是说，如在该时刻级联温度到达目标温度S′，则此后不会发生过调而是稳定在目标温度S′。即，在级联热电偶指示的最高温度到达时刻，是加热器产生的用于升温的输出即升温热量对级联热电偶的检测温度无影响的时刻，因而生成在该时刻之前升温的积分输出模式是适当的。
因此，对于积分输出模式，如所建立的模式在PID控制时的级联热电偶检测的温度为最高的时刻也成为稳定时的输出，则是阶段2的适当的积分输出模式，因而只需从阶段1目标温度V到加热器热电偶充分稳定了的时间n的加热器温度k(n)进行线性模式化即可。此外，也可以使在Power控制时的级联热电偶的检测温度为最高，而不是在PID控制时。
作为图12和图13中的参数的L(t)[℃](减去了P部分的加热器温度)、V[℃](图13中的STEP1目标温度)、T[℃/min](图13中的STEP1斜率)和U[℃/min](图13中的STEP2斜率)，可由以下的式(23)～式(26)求出。
L(t)[℃]＝(加热器波形-P动作输出部分)＝k(t)-[P常数Kp*(目标温度S′-Power控制时的级联温度m(t))]...(23)由式(21)和式(22)，V[℃]＝(∫L(t)dt/j)×2...(24)T[℃/min]＝(V-k(0))/j...(25)U[℃/min]＝(k(n)-V)/(a-j)...(26)由如上的各式生成积分输出模式，进行PIDC控制(S15)。此外，在式(24)中，∫L(t)dt的积分范围为从0到j之间。
具体地说，如图13所示，按每个阶段设定初始值、目标值、速率、时间并按阶段输出。而且，对于积分输出模式，在过渡期也能用更多的阶段生成，而不只是上述的2个阶段。
如图14所示，例如，在温度过渡期，如以某个恒定的时间q[min]的间隔设定r个积分输出模式的阶段，则各阶段STEP(r)的目标温度Vr和倾斜速度(斜率)Yr，可由以下的式(27)和式(28)求出。
Vr[℃]＝(∫L(r*q)dt/q)*2...(27)Yr[℃/min]＝(V(r-1)-V(r))/q...(28)通过如上所述生成积分输出模式，能够防止温度过渡期的积分输出的增大，而且，通过以Power控制的波形为基础，能够在最短的时间内使炉内稳定在目标温度S′。
此外，本实施方式的热处理设备，具有以下功能当尽管使用上述的积分输出模式实施PIDC控制但过调、欠调仍很大时、或当加热区段间的偏差必需进一步改善时对其进行调整。例如，通过使用积分输出模式，能去掉过剩的积分运算值，但另一方面，因其影响有时使升温的定时延迟，并使比例运算值等不必要地增大。因此，必需对其进行调整。
以下，说明过调、欠调的改善调整。如上所述，在本发明中将温度过渡期的积分输出模式化，而且，在温度稳定期也生成积分输出模式以使积分输出量为稳定时的输出量，加入积分运算输出进行温度调整。此处，在温度稳定期采用积分运算输出的原因是，不可预知的干扰等的少许温度变化产生的恶劣影响与升温时相比易于变得比较显著，因此，仅用积分输出模式不能处理的，还要通过采用积分运算输出进行处理。
就是说，例如在图13所示的温度控制中，从阶段3起为稳定期，在阶段2和阶段3的切换时刻，如目标温度S′与级联热电偶指示的温度之间的偏差为0，则其后温度稳定，可以认为这是适当的调整。
因此，当发生了过调或欠调时(S16、Yes)，根据阶段2和阶段3的切换点(PID控制切换时刻)上的目标温度S′与级联热电偶指示的温度的偏差修正积分输出模式，进行使过调或欠调减少的调整(S17a)。
当如图15所示，设阶段2和阶段3的切换点上的级联热电偶指示的温度与目标温度S′的偏差为p时，尽管积分输出模式适当但还是产生了过调或欠调，这可以认为是过渡期的P输出的影响大的缘故，从阶段2和阶段3的切换点上的偏差p计算出的P输出W1，与式(7)同样地可由式(29)求出。
W1＝Kp·p...(29)就是说，该P输出W1的量是多余的输出，可以认为其成为偏差p出现在阶段1和阶段2的切换点上。
因此，过调、欠调的改善，能通过在积分输出模式中调整该多余的P输出W1来实现。
此处，温度过渡期为阶段1～阶段2，通过从阶段1目标温度V减去该调整量W1并重新计算阶段1斜率T、阶段2斜率U，能将温度过渡期、即阶段1～阶段2的操作量调整为适当的操作量。就是说，如果发生了欠调，则将温度过渡期的积分操作量加大，如果发生了过调，则将温度过渡期的积分操作量减小，从而能够减小阶段2和阶段3的切换点上的目标温度S′与级联热电偶指示的温度的偏差，能够改善过调、欠调。
如设调整量W1、积分输出初始温度k(0)、阶段1目标温度、阶段1的时间j、阶段2的时间(a-j)、加热器稳定温度(阶段3目标温度)k(n)，则调整后的阶段1的目标温度V′、阶段1倾斜速度T′、阶段2倾斜速度U′，可由以下的式(30)～式(32)求出。
V′＝V-W1...(30)T′[℃/min]＝(V′-k(0))/j...(31)U′[℃/min]＝(k(n)-V′)/(a-j)...(32)如图16所示，即使温度调整适当，由于按每个加热区段生成操作量并进行调整，在目标温度稳定前也会产生快的区段和慢的区段，这将成为区段间偏差，有时根据情况会对膜厚产生影响。
因此，当区段间偏差大于预先设定的容许值时(S18、Yes)，通过调整积分输出模式，来使目标温度稳定得快的区段延迟得与慢的区段一致，以改善区段间偏差(S19)。
求出某个目标温度稳定快的区段901和目标温度稳定慢的区段902之间的区段间偏差最大时刻的时间偏差dev_t[min]。
这可以求出在区段间偏差最大时刻的区段902的温度B′，并将区段901达到温度B′的时刻和区段间偏差最大时刻的差值作为时间偏差dev_t来求出。
接着，通过如图17所示使区段901的积分输出模式的各阶段延迟dev_t[min]，来使目标温度稳定延迟得与区段902一致。
图17中示出的各参数可由以下的式(33)和式(34)求出。
式中，T为上述的阶段1的斜率T[℃/min]。
a′＝a+dev_t...(33)k(0)′＝k(0)+T·dev_t...(34)如上所述，通过使积分输出模式延迟时间偏差dev_t[min]的量，可以将目标温度稳定快的区段延迟。
另一方面，当区段间偏差不大于预先设定的容许值时(S18、No)，结束温度调整处理。
这样，在本实施方式的半导体器件的制造方法中，通过使用上述的第二输出控制模式作为加热器的操作量的至少一部分进行温度控制，来进行对衬底的热处理(第五工序)。
具体地说，根据上述的积分输出模式，由上级控制器Uc，在每个加热区段对积分输出模式按多个阶段的每一个设定输出值、速率、时间，并进一步设定切换器44的切换时间。此外，切换器44的切换时间设定为升温结束后进入稳定时的时间(例如图17的从阶段2进入阶段3的时间)。
设定后，用PIDC运算器24和PID运算器26等实施温度控制，并处理衬底。具体地说，温度控制器71，在升温时(例如图17的阶段1和阶段2)，对目标值Sc(例如图17的Step2目标温度k(n))，根据由减法器21减去来自级联热电偶3的控制量A后的结果F，由比例运算器42和微分运算器43、积分模式输出器45计算操作量(第二操作量)X，之后，将操作量X变换为目标值X′，由减法器25减去来自加热器热电偶2的控制量B′，输出偏差(第一偏差)E。接着，由PID运算器26，用偏差E进行PID运算，作为温度控制器71的输出，输出操作量Z，来控制加热器1。
然后，再将从加热器1输出的控制量A和B反馈到温度控制器71。按照这种方式，控制操作量Z以使目标值Sc和控制量A的偏差F为零。另外，在升温结束后的稳定期间(例如图17的阶段3)，在升温结束后，由切换器44进行切换，对目标值Sc，根据由减法器21减去来自级联热电偶3的控制量A后的结果F，由比例运算器42和微分运算器43、积分模式输出器46、积分运算器41计算操作量(第三操作量)X，之后，将操作量X变换为目标值X′，并由减法器25减去来自加热器热电偶2的控制量B，输出偏差(第二偏差)E。接着，由PID运算器26，用偏差E进行PID运算，作为温度控制器71的输出，输出操作量Z，来控制加热器。然后，再将从加热器1输出的控制量A和B反馈到温度控制器71。这时，也控制操作量Z以使目标值Sc和控制量A的偏差F为零。一边进行这种温度控制，一边对衬底进行热处理。
进行了本实施方式的温度控制时的炉内的温度变化，示于图18、图19、图20。
图18、图19是斜率升级时的具体例子。在图18中示出的作为现有技术的基于PID控制的斜率升级时，过调量约为40℃，直到稳定在目标温度±3℃内为止为35分。在图19中示出的根据本发明(图12)的步骤进行了温度调整的基于PIDC控制的斜率升级时，过调量约为2℃，直到稳定在目标温度±3℃内为止约为17分。这样，可以清楚地看出，斜率升级时本发明是有效的。
图20是斜率升级中的区段间偏差的改善结果。
在区段间偏差调整前，区段间偏差约为50℃。根据本发明的顺序进行了区段间调整后的结果是，能够将区段间偏差减低到约20℃以内。
从图20可以清楚地看出，本发明的区段间偏差调整步骤，对减低区段间偏差是有效的。
(第2实施方式)接着，说明本发明的第2实施方式。
本实施方式的热处理设备，结构与上述第1实施方式的热处理设备相同。本实施方式和第1实施方式，在温度调整方法的步骤中，产生了过调或欠调时(S16、Yes)的处理不同。以下，在本实施方式中，对与第1实施方式中的装置结构和处理内容相同的部分标以相同的符号，说明从略。图21是用于说明本实施方式的温度调整步骤的流程图。
在上述的第1实施方式中，将温度过渡期的积分输出模式化，并且在温度稳定期也生成积分输出模式以使积分输出量为稳定时的输出量，来进行温度调整。就是说，阶段1～阶段2为温度过渡期，阶段3为稳定期。
此处，对于第2实施方式，取代S17a的使用温度偏差进行的调整而使用过调温度比率来进行调整。
在第2实施方式中，也用上述的式(13)～式(15)根据S15的PIDC控制结果求出过调温度比率H。所计算出的过调温度比率H的量，是潜藏在阶段1～阶段2的积分输出模式中的过调主要因素的热量比率。因此，通过从阶段1目标温度V削减过调温度比率H的量，能使其反映在温度过渡期的积分输出模式中，能迅速地使炉内稳定在理想的温度(S17b)。
如设初始温度k(0)、阶段1目标温度V、阶段1时间j、阶段2时间(a-j)、加热器稳定温度(阶段3目标温度)k(n)，削减过调温度比率H的量后的阶段1的目标温度V′、阶段1倾斜速度T′、阶段2倾斜速度U′，可由以下的式(35)～式(37)求出。
V′＝V*(1-H)...(35)T′[℃/min]＝(V′-k(0))/j...(36)U′[℃/min]＝(k(n)-V′)/(a-j)...(37)
通过执行以上的步骤，即使不是熟练的操作者，也能快速可靠地进行适当的温度调整。
(第3实施方式)接着，说明本发明的第3实施方式。
本实施方式的热处理设备，结构与上述第1实施方式的热处理设备相同。本实施方式和第1实施方式，热处理工序不同，在第1实施方式中，主要是从斜率升级到目标温度稳定时的工序，在第3实施方式中，主要是舟皿升起恢复工序。所谓舟皿升起恢复工序是指，当为进行下一次热处理而由舟皿升降机使充填了晶片的舟皿升起而送入反应管内时，虽因室温(约25℃)状态下的舟皿和晶片的热影响而使反应管内的温度(例如为200℃)降低，但对反应管内的温度进行恢复调整，在舟皿和晶片已被送入反应管内的状态下使反应管内的温度恢复到原来的温度(在这种情况下为200℃)。从升温热量D的计算处理到区段间偏差的改善调整(第1实施方式中的步骤S19)的处理不同。以下，在本实施方式中，对与第1实施方式中的装置结构和处理内容相同的部分标以相同的符号，说明从略。
首先，如图22所示，由PID控制中得到的温度特性基本数据决定从斜率升级开始起的温度调整评价时间A1[min]，并且，求出级联热电偶3指示的温度的最大过调时间a[min]、初始温度S返回时间b[min]、初始温度S稳定时间c[min]、初始温度稳定时的操作量d[％]。另外，还求出温度调整评价时间A1内的各时刻的操作量e(t)[％]、加热器热电偶2指示的温度f(t)[℃]、级联热电偶3指示的温度g(t)[℃]。而且，设g(t)开始降低前的时间为s[min]。
如设过调期间没有输出的稳定热量为欠缺热量Y[％*min]，则Y可由式(38)求出。此外，在式(38)中，∫(d-e(t))dt的积分范围为从b到c之间。
Y＝∫(d-e(t))dt...(38)将第1实施方式中示出的式(10)和式(11)应用于上述的图22中示出的温度特性基本数据进行求取，将用由式(38)求得的总热量B1、稳定热量C1和欠缺热量Y由以下的式(39)求出的热量设为升温热量D1[％*min]。
D1＝B1-C1+Y...(39)此处，说明升温热量和欠缺热量。可以认为，舟皿升起后，在由稳定在某初始温度S前的PID运算求得的总热量中，包括为稳定地保持在初始温度S所需的热量。
但是，由于是滞后的控制，随着舟皿升起，温度从初始温度S降低一定的程度，初始温度和实测值的偏差增大，为了稳定地保持在初始温度S，PID运算的输出增大。
此处，如设因舟皿升起而降低时的最低级联温度为S1、从评价开始起到S1的时间为r1，则舟皿升起恢复可以认为是自评价开始起经过r1后从因舟皿升起而降低时的最低级联温度S1到初始温度S的斜率升级。
在认为是从S1到S的斜率升级的情况下，上述的为稳定地保持在初始温度S所需的热量，分为用于从因舟皿升起而降低了的最低级联温度S1升温到初始温度S的热量和用于稳定地保持在初始温度S的热量。
因此，如从通过如上所述应用式(10)求得的总热量中减去作为用于稳定地保持在初始温度S的热量的假定持续地输出级联温度已稳定期间的操作量时的稳定热量，则可求得为升温所需的热量、即升温热量。
但是，在低温(例如50℃～200℃的温度范围)T的舟皿升起恢复的情况下，级联温度过调后，从到达目标温度到稳定下来的时间(c-b)将相当长。如设直到级联温度充分稳定为止为温度调整评价时间A1，则温度调整评价时间A1也与(c-b)同样地拖长，通过应用式(11)所求得的稳定热量将大于通过应用式(10)所求得的总热量，因而不能正确地求得升温热量。
因此，如式(38)所示，在发生了过调的(c-b)期间，通过将稳定时的操作量和操作量的实测值的差值热量与应用式(10)求得的总热量相加，能够补偿在(c-b)期间损失的稳定热量的量即欠缺热量，从而能求得正确的升温热量。
另一方面，可以认为，当该升温热量过大时，虽然想要稳定地保持在初始温度S，但会发生过调。就是说，通过使用反映了潜藏在该升温热量内的过调主要因素的热量比率的输出模式，可以迅速地使炉内稳定在理想的温度。
接着，如图23的斜线部所示，求出从初始温度S到达时间b到初始温度S稳定时间c之间发生了过调的级联温度的总和。如设其为过调温度总和F”，则F”可由以下的式(40)求出。此外，在式(40)中，∫g(t)dt的积分范围为从b到c之间。
F”＝∫g(t)dt-S(c-b)...(40)接着，如图24的斜线部所示，求出从最低温度S1时刻r1到初始温度S稳定时间c之间的温度总和。如设其为温度总和G，则G可由以下的式(41)求出。此外，在式(41)中，∫g(t)dt的积分范围为从r1到c之间。
G＝∫g(t)dt-S1(c-r1)...(41)接着，求出过调温度比率H和削减了过调温度比率H后的升温热量D1′。此外，关于过调温度比率H和升温热量D1′的计算，与上述的第1实施方式相同，因而其说明从略。
由以上的计算，求出图25中示出的Power输出模式，进行Power控制。图25中的各参数可由以下的式(42)～式(46)求出。
E0＝(D1′/T1)+d...(42)E1＝d...(43)T0＝s...(44)T1＝(r1-S)...(45)T2＝a-T1-T0...(46)接着，说明T0。舟皿升起时对各加热区段的影响不同，特别是在L区段和U区段区别很大。在L区段的情况下，舟皿升起时，总是将常温的晶片、舟皿等依次升起到入口侧，所以因舟皿升起而使温度急剧降低。而在U区段，因舟皿在L～CU区段之间升起时对晶片、舟皿等进行一定程度的加热，所以，如与L区段相比，温度降低比较缓慢。因此，如果在舟皿升起开始(评价开始)的同时就对L区段、CL区段、CU区段以及U区段各自的稳定时的操作量增加了适当的升温热量，则在U区段特别是在舟皿升起的影响产生之前、即晶片、舟皿等到达U区段附近时引起的级联温度降低之前就已升温，因而产生多余的热量(例如，过调)。
因此，要预先进行设定，使得在各区段在因舟皿升起的影响而使级联温度开始降低之前、例如在1分钟内降低1℃之前不输出升温热量。
由此，可以将开始对每个区段输出升温热量的时间错开，从而能对每个区段进行适当的温度调整。
E0是这样求得的将升温热量D1′除以时间T1使其以恒定的输出量输出，再加上初始温度稳定时的操作量d。之后在到达最大过调时间a之前只输出目标温度稳定时的操作量d。
通过使用该Power输出模式能够得到可使炉内迅速稳定为初始温度S的加热器热电偶2指示的温度波形。获得该温度波形作为Power控制时温度特性数据。
接着，如图26所示，由该Power控制时温度特性基本数据决定从Power控制开始起的温度调整评价时间J1[min]，并按每个区段求出加热器热电偶2指示的最高温度的时间j[min]、加热器热电偶2指示的温度充分稳定了的时间n[min]。而且，设在温度调整评价时间J1内的各时刻的热器热电偶2指示的温度为k(t)(℃)、级联热电偶3指示的温度为m(t)(℃)。
由这些数据根据从如图26所示的k(t)的波形中减去P动作部分后的加热器波形L(t)求出如图27所示的积分输出模式M(t)。此处，从加热器热电偶2的温度k(t)的波形中减去P动作部分的原因在于，k(t)是以PID控制时由PID运算计算出的输出为基础生成Power输出模式而获得的，所以该波形是由P(比例)输出、I(积分)输出、D(微分)输出的总和形成的。因此，如减去P输出和D输出的部分则可以求得所需的积分输出模式M(t)。此处，一般在升温时D输出极小，因此将D输出忽略。
接着，求出从减去了P动作部分的加热器温度波形L(t)的升温热量部分输出开始时刻s到最高加热器温度时刻j(没有减去P部分的实测值)的面积(热量)。假定为Q。此外，在式(47)中，∫L(t)dt的积分范围为从s到j之间。
Q＝∫L(t)dt-k(0)·(j-s)...(47)通过使该Q除以直到最高加热器温度时刻j的时间，能够求得从s时刻到j时刻面积(热量)与Q相等且加热器温度恒定的温度M。(底边(j-s)、高M的长方形的面积(热量)＝Q的面积(热量))。
M＝Q/(j-s)...(48)如使该M为2倍，则可以求得与Q的面积(热量)相等的底边(j-s)、高M*2的三角形。通过使用该三角形的高、斜边和k(0)·(j-s)，可以使热量与基于减去了P动作部分的加热器热电偶指示温度的热量相同。
如图27所示，假定从评价开始起到升温热量部分输出开始时刻s为阶段0、从s时刻到Power控制时最高加热器温度时刻j的期间为阶段1、从Power控制时最高加热器温度时刻j到PID控制时最大级联温度时间a的期间为阶段2。
阶段0温度，由于是尚未产生舟皿升起的影响的期间，所以稳定在评价开始时的温度。
阶段1温度，如采用上述的三角形的高和斜边，则为从评价开始起到Power控制时的加热器热电偶指示的最高加热器温度时刻j的适当的积分输出模式。
作为阶段2的结束时刻的PID控制时最大级联时刻，可以认为在该时刻之后温度过渡期的干扰等对级联温度已无影响。就是说，可以认为，如在该时刻级联温度到达初始温度S，则之后不会发生过调而是稳定在初始温度S。
图26、图27中的参数L(t)[℃](减去了P部分的加热器温度)、V[℃](STEP1目标温度)、T[℃/min](STEP1斜率)和U[℃/min](STEP2斜率)，可由以下的式(49)～式(52)求出。
L(t)[℃]＝(加热器波形-P动作输出部分)＝k(t)-[P常数Kp*(初始温度S-Power控制时的级联温度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)由如上的各式生成积分输出模式，进行PIDC控制。此外，在式(50)中，∫L(t)dt的积分范围为从s到j之间。具体地说，如图27所示，按每个阶段设定初始值、目标值、速率、时间并按阶段输出。而且，可以认为，对于积分输出模式，在过渡期可以用更多的阶段生成，而不只是上述的3个阶段。
如图28所示，例如，在温度过渡期，如以某个恒定的时间q[min]的间隔设定w个积分模式输出的阶段，则各阶段STEP(w)的目标温度Vw和倾斜速度(斜率)Yw，可由以下的式(53)和式(54)求出。
Vw[℃]＝(∫L(w*q)dt/q)×2...(53)Yw[℃/min]＝(V(w-1)-V(w))/q...(54)通过如上所述生成积分输出模式，能防止温度过渡期的积分输出的增大，而且，通过以Power控制的波形为基础，能在最短的时间内使炉内稳定在初始温度S。
进一步，在本发明中，具有当即使用上述的积分输出模式实施PIDC控制但过调、欠调仍很大时、或当加热区段间的偏差必需进一步改善时对其进行调整的功能。
以下，说明过调、欠调的改善调整。
如上所述，本发明中将温度过渡期的积分输出模式化，而且，在温度稳定期也生成积分输出模式以使积分输出量为稳定时的输出量，来进行温度调整。
就是说，例如在图27所示的温度控制方法中，从阶段3起为稳定期，如在阶段2和阶段3的切换时刻使初始温度S与级联热电偶指示的温度之间的偏差为0，则其后温度稳定，可以认为这是适当的调整。
因此，当产生了过调或欠调时，只需根据阶段2和阶段3的切换点上的初始温度S与级联热电偶指示的温度的偏差求出调整量即可。
当如图29所示设阶段2和阶段3的切换点上的级联热电偶指示的温度与初始温度S的偏差为p时，尽管积分输出模式适当但还是发生了过调或欠调，这可以认为是过渡期的P输出的影响大的缘故。由阶段2和阶段3的切换点上的偏差p计算出的P输出W1，与式(7)同样地可由式(55)求出。
W1＝Kp·p...(55)就是说，该P输出W1的量是多余的输出，可以认为其成为偏差p出现在阶段1和阶段2的切换点。因此，过调和欠调的改善，可以通过在积分输出模式中调整该多余的P输出W1来实现。
此处，温度过渡期为阶段1～阶段2，通过从阶段1目标温度V减去该调整量W并重新计算阶段1斜率T、阶段2斜率U，能将温度过渡期、即阶段1～阶段2的操作量调整为适当的操作量。就是说，如果发生了欠调，则将温度过渡期的积分操作量加大，如果发生了过调，则将温度过渡期的积分操作量减小，从而能减小阶段2和阶段3的切换点上的初始温度S与级联热电偶指示的温度的偏差，并能改善过调、欠调。
如设调整量W1、积分输出初始温度k(0)、阶段0时间s、阶段1目标温度V、阶段1时间(j-s)、阶段2时间(a-j)、加热器稳定温度(阶段3目标温度)k(n)，则调整后的阶段1目标温度V′、阶段1倾斜速度T′、阶段2倾斜速度U′可由以下的式(56)～式(58)求出。
V′＝V-W...(56)
T′[℃/min]＝(V′-k(0))/(j-s)...(57)U′[℃/min]＝(k(n)-V′)/(a-j)...(58)接着，说明区段间偏差的改善调整。如图30所示，即使温度调整适当，由于按每个加热区段生成操作量并进行调整，在目标温度稳定之前也会产生快的区段和慢的区段，这将成为区段间偏差，有时根据情况会对膜厚产生影响。因此，通过调整积分输出模式，使目标温度稳定快的区段延迟得与慢的区段一致，以改善区段间偏差。
求出某个目标温度稳定快的区段903和目标温度稳定慢的区段904之间的区段间偏差最大时刻的时间偏差dev_t[min]。这可以求出在区段间偏差最大时刻的区段904的温度B′，将区段903升到温度B′的时刻和区段间偏差最大时刻的差值作为时间偏差dev_t求出。
接着，如图31所示，通过使区段903的积分输出模式的各阶段延迟dev_t，将目标温度稳定延迟得与区段904一致。图31中示出的各参数可由第1实施方式中给出的式(33)～式(34)求出。式中，T为上述的阶段1的斜率T[℃/min]。
如上所述，通过使积分输出模式延迟时间偏差dev_t的量，能将目标温度稳定快的区段延迟。以上，是本实施方式的温度调整方法的说明。
通过执行以上的步骤，即使不是熟练的操作者，也能快速可靠地进行适当的温度调整。具体的炉内的温度变化，示于图32、图33。
图32和图33是舟皿升起结束后的温度恢复的具体例子。在图32所示的基于作为现有技术的PID控制的舟皿升起恢复中，过调量约为10℃，舟皿升起后约100分钟还不能稳定在目标温度±5℃以内。
在图33所示的基于根据本发明的步骤进行了温度调整的PIDC控制的舟皿升起恢复中，过调量约为3℃，舟皿升起后约15分钟就稳定在目标温度±5℃以内。从图32、图33可以清楚地看出，在舟皿升起恢复中本发明是有效的。
按照本发明，即使在作为控制对象的炉内产生了较大的干扰时，也可以预先设定能够由包含了该干扰的操作量的总和使控制量更迅速地跟踪目标值的积分输出模式，从特定的时刻取代积分运算而模式输出积分值，进而从可以认为由干扰和其他原因引起的偏差中的大部分已被消除的时刻再次进行积分运算并输出积分值，因此可以使从控制对象输出的控制量迅速且精确地恢复为初始值。
另外，本发明的步骤，可以由特定的计算式求出作为自然现象的实测温度、操作量、时间等以往在温度调整时要依靠熟练者的经验和直觉的大部分参量，因而能快速可靠地进行温度调整，能缩短时间和削减费用。
另外，通过将本发明的步骤程序化并作为软件编入温度控制器等中，无需操作者的介入，就可以进行适当的温度调整。
(第4实施方式)接着，说明本发明的第4实施方式。
本实施方式的热处理设备，结构与上述第3实施方式的热处理设备相同。本实施方式和第3实施方式，在温度调整方法的步骤中，在发生了过调或欠调时的处理不同。以下，在本实施方式中，对与第3实施方式中的装置结构和处理内容相同的部分标以相同的符号，说明从略。
在上述的第3实施方式中，将温度过渡期的积分输出模式化，并且温度稳定期也生成积分输出模式以使积分输出量为稳定时的输出量，来进行温度调整。即，阶段1～阶段2为温度过渡期，阶段3为稳定期。
就是说，对于第3实施方式的PIDC控制时的过调或欠调的调整，取代使用温度偏差进行调整而使用过调温度比率来对其进行调整。
在第3实施方式中，也用上述的式(59)～式(61)根据PIDC控制结果求出过调温度比率H。以下，再次说明式(59)～式(61)。
如图23的斜线部所示，求出从初始温度S到达时间b到初始温度S稳定时间c之间发生了过调的级联温度的总和。如设其为过调温度总和F”，则F”可由以下的式(59)求出。此外，在式(59)中，∫g(t)dt的积分范围为从b到c之间。
F”＝∫g(t)dt-S(c-b)...(59)接着，如图24的斜线部所示，求出从最低温度S1时刻r1到初始温度S稳定时间c之间的温度总和。如设其为温度总和G，则G可由以下的式(60)求出。此外，在式(60)中，∫g(t)dt的积分范围为从r1到c之间。
G＝∫g(t)dt-S’(c-r1)...(60)接着，求出过调温度比率H[百分比]。该比率是图23中示出的过调温度总和F”相对于图24中示出的温度总和G的比例。因此，可由以下的式(61)求出。
H＝F”/G...(61)所计算出的过调温度比率H的量，是潜藏在阶段1～阶段2的积分输出模式中的过调主要因素的热量比率。因此，通过从阶段1目标温度V中削减过调温度比率H的量，能够使其反映在温度过渡期的积分输出模式中，能迅速地使炉内稳定在理想的温度。
如设初始温度k(0)、阶段0时间s、阶段1目标温度V、阶段1时间(j-s)、阶段2时间(a-j)、加热器稳定温度(阶段3目标温度)k(n)，则削减过调温度比率H的量后的阶段1目标温度V′、阶段1倾斜速度T′、阶段2的倾斜速度U′，可由以下的式(62)～式(64)求出。
V′＝V*(1-H)...(62)T′[℃/min]＝(V′-k(0))/(j-s)...(63)U′[℃/min]＝(k(n)-V′)/(a-j)...(64)(第5实施方式)接着，说明本发明的第5实施方式。
本实施方式的热处理设备，结构与上述第1实施方式的热处理设备相同。本实施方式和第1实施方式，在温度调整方法的步骤中，求取Power控制的输出模式时的求取斜率升级的操作量的计算方法不同。以下，在本实施方式中，对与第1实施方式中的装置结构和处理内容相同的部分标以相同的符号，说明从略。
首先，用与上述第1实施方式同样地求得的a、d、D1′求出Power输出模式，来进行Power控制。
图35中的各参数可由以下的式(65)～式(68)求出。
I0＝(D1′/T1)+d...(65)I1＝d...(66)T1＝a/2...(67)T2＝a...(68)因此，如将直到PID控制时的最大过调时刻的期间划分为两半，则可以认为前一半是为斜率升级而使温度升高的期间、后一半是加热器温度开始降低但因被延迟而使级联温度上升起来的期间，设定参数时，可以认为将输出升温所需的Power的期间看作前一半、即在最大过调时刻的一半是适当的。
I0是这样求出的在过调最大时间a的一半的时间内以恒定的输出量输出升温热量D1′时的操作量加上目标温度稳定时的操作量d。用该Power输出模式获得Power控制时温度特性数据。
接着，如图34所示，由该Power控制时温度特性基本数据决定从Power控制开始起的温度调整评价时间A1[min]，并且，求出目标温度S′到达时间b[min]、目标温度S′稳定时间c[min]、加热器热电偶2指示的最高温度j2[℃]、该最高温度的时间a2[min]。另外，还求出温度调整评价时间A1内的各时刻的加热器热电偶2指示的温度f(t)[℃]、级联热电偶3指示的温度g(t)[℃]。
接着，如图9所示，求出从目标温度S′到达时间b到目标温度S′稳定时间c之间发生了过调的温度的总和。如设其为过调温度总和K，则K可由以下的式(69)求出。此外，在式(69)中，∫m(t)dt的积分范围为从b到c之间。
K＝∫g(t)dt-S′*(c-b)...(69)接着，如图10所示，求出目标温度S′稳定时间c的期间的温度总和。如设其为温度总和L1，则L1可由以下的式(70)求出。此外，在式(70)中，∫g(t)dt的积分范围为从0到c之间。
L1＝∫g(t)dt...(70)接着，求出过调温度比率M[百分比]。该比率是过调温度总和K相对于温度总和L1的比例。因此，可由以下的式(71)求出。
M＝K/L1...(71)接着，通过如图35所示从由Power输出模式的升温热量求得的操作量中削减该过调温度比率M，能使操作量I0为适当的操作量。如设削减过调温度比率H后的操作量I0为I0′，则可由以下的式(72)求出I0′。
I0′＝(I0-I1)*(1-M)+I1...(72)削减由以上的式(69)～式(72)求得的如图35所示的过调温度比率的量，再次在Power控制中获得温度特性数据，并反复进行数次相同的步骤，由此能够求出适当的操作量，能进行温度的粗调整。
(第6实施方式)接着，说明本发明的第6实施方式。本实施方式，是上述第1实施方式中说明过的温度控制部内的结构的变形例。以下，在本实施方式中，对与第1实施方式中的装置结构和处理内容相同的部分标以相同的符号，说明从略。
如图36所示，在本实施方式中，操作量X按预先设定的时间切换PID运算和PIDC运算进行计算，操作量Z按预先设定的时间切换PID运算和PIDC运算进行计算、或从Power输出模式计算。
(第7实施方式)接着，说明本发明的第7实施方式。本实施方式，是上述第1实施方式的变形例。以下，在本实施方式中，对与第1实施方式中的装置结构和处理内容相同的部分标以相同的符号，说明从略。
如图37所示，在本实施方式中，操作量X由PIDC运算来计算，操作量Z按预先设定的时间切换PID运算和PIDC运算进行计算、或从Power输出模式计算。
(第8实施方式)接着，说明本发明的第8实施方式。本实施方式，是上述第1实施方式的变形例。以下，在本实施方式中，对与第1实施方式中的装置结构和处理内容相同的部分标以相同的符号，说明从略。
如图38所示，在本实施方式中，操作量Z由PIDC运算来计算、或从Power输出模式计算。
(第9实施方式)接着，说明本发明的第9实施方式。本实施方式，是上述第1实施方式的变形例。以下，在本实施方式中，对与第1实施方式中的装置结构和处理内容相同的部分标以相同的符号，说明从略。
如图39所示，在本实施方式中，操作量X由PID运算来计算，操作量Z由PIDC运算来计算、或从Power输出模式计算。
(第10实施方式)接着，说明本发明的第10实施方式。本实施方式，是上述第1实施方式的变形例。以下，在本实施方式中，对与第1实施方式中的装置结构和处理内容相同的部分标以相同的符号，说明从略。
如图40所示，在本实施方式中，操作量X由PIDC运算来计算，操作量Z由PID运算来计算、或从Power输出模式计算。
(第11实施方式)接着，说明本发明的第11实施方式。本实施方式，是上述第1实施方式的变形例。以下，在本实施方式中，对与第1实施方式中的装置结构和处理内容相同的部分标以相同的符号，说明从略。
如图41所示，在本实施方式中，操作量X由PIDC运算来计算，操作量Z由PIDC运算来计算、或从Power输出模式计算。
(第12实施方式)接着，说明本发明的第12实施方式。本实施方式，是上述第1实施方式的变形例。以下，在本实施方式中，对与第1实施方式中的装置结构和处理内容相同的部分标以相同的符号，说明从略。
如图42所示，在本实施方式中，不考虑级联热电偶的控制量A，使用加热器热电偶的控制量B与目标值Sc的偏差E。
(第13实施方式)
接着，说明本发明的第13实施方式。本实施方式，是上述第1实施方式的变形例。以下，在本实施方式中，对与第1实施方式中的装置结构和处理内容相同的部分标以相同的符号，说明从略。
如图43所示，在本实施方式中，不考虑级联热电偶的控制量A，使用加热器热电偶的控制量B与目标值Sc的偏差E。操作量Z由PIDC运算来计算、或从Power输出模式计算。
(第14实施方式)接着，说明本发明的第14实施方式。本实施方式，是上述第1实施方式的变形例。以下，在本实施方式中，对与第1实施方式中的装置结构和处理内容相同的部分标以相同的符号，说明从略。
如图44所示，在本实施方式中，操作量Z按预先设定的时间切换PID运算、PIDC运算和Power输出模式这3种方式进行计算、或从Power输出模式计算。
(第15实施方式)接着，说明本发明的第15实施方式。本实施方式，是上述第1实施方式的变形例。以下，在本实施方式中，对与第1实施方式中的装置结构和处理内容相同的部分标以相同的符号，说明从略。
如图45所示，在本实施方式中，操作量Z按预先设定的时间切换PIDC运算和Power输出模式进行计算、或从Power输出模式计算。
(第16实施方式)接着，说明本发明的第16实施方式。本实施方式，是上述第1实施方式的变形例。以下，在本实施方式中，对与第1实施方式中的装置结构和处理内容相同的部分标以相同的符号，说明从略。
如图46所示，在本实施方式中，操作量Z按预先设定的时间切换PID运算和Power输出模式进行计算、或从Power输出模式计算。
(第17实施方式)接着，说明本发明的第17实施方式。
本实施方式的热处理设备，不是像上述各实施方式的热处理设备那样的立式设备的结构，而是单片式设备的结构。以下，在本实施方式中，对与上述各实施方式中所述的部分具有相同功能的结构部分标以相同的符号，说明从略。此外，如图47所示，本实施方式的热处理设备，具有结构和功能与上述第1实施方式中的温度控制部71相同的温度控制部。
具体地说，本实施方式的热处理设备，如图47和图48所示，处理炉86，构成为单片式CVD炉(单片式冷壁形CVD炉)，具有形成了处理作为被处理衬底的晶片(半导体晶片)85的处理室201的腔室223。腔室223，将上侧罩盖224、圆筒杯225和下侧盖板226组合在一起，形成上下端面都闭塞的圆筒形状。
在腔室223的圆筒杯225的圆筒壁的中间部，沿水平方向横宽地开有一个由闸阀244开闭的晶片送入取出口250，晶片送入取出口250，形成为可由图48中未示出的晶片移送装置将作为被处理衬底的晶片85送入处理室201或从处理室201取出。即，使晶片85在由晶片移送装置从下方机械地支承的状态下输送到晶片送入取出口250并对处理室201进行送入取出。
在圆筒杯225的与晶片送入取出口250相对的壁面的上部，开有一个与由真空泵等构成的排气装置(未图示)连接的排气口235，使其与处理室201连通，处理室201内由排气装置进行排气。
另外，在圆筒杯225的上部，还呈圆环状形成与排气口235连通的排气缓冲空间249，其作用是与盖板248一起对晶片85的正面进行均匀的排气。
此外，盖板248，覆盖晶片85的边缘部地在基座(衬底保持装置)84的一部分上延伸，用于控制在晶片85的边缘部形成的CVD膜。
在腔室223的上侧罩盖224上，一体地组装着供给处理气体的喷头236。即，在上侧罩盖224的顶部插入了气体供给管232，在各气体供给管232上连接着用于导入例如原料气体或净化气体等处理气体241a、处理气体241b的、由开关阀243、流量控制装置(质量流量控制器＝MFC)241构成的气体供给装置。在上侧罩盖224的下面，与气体供给管232隔着一定间隔地水平固定有形成为圆盘形状的喷板(以下，简称板)240，在板240上，遍布整个表面均匀地配置有多个气体喷出口(以下，简称喷出口)247，使得上下的空间相通。
由上侧罩盖224的内侧面和板240的上表面划定的内侧空间形成缓冲室237，缓冲室237使被气体供给管232导入的处理气体整体地均匀扩散，而均匀地从各喷出口247呈喷淋状喷出。
在腔室223的下侧盖板226的中心，开有一个圆形的插通孔278，在插通孔278的中心线上，形成为圆筒形状的支承轴276从下方插通到处理室201。支承轴276由使用了气缸装置等的升降机构(升降装置)268升降。
在支承轴276的上端同心地配置并水平固定着加热单元251，加热单元251可以由支承轴276升降。即，加热单元251具有形成为圆板形状的支承板258，支承板258呈同心圆固定在支承轴276的上端开口处。在支承板258的上面垂直地竖立有兼作支柱的多个电极253，在这些电极253的上端之间架桥式地固定着形成为圆板形状并被划分为多个区域进行控制的加热器(加热装置)81。对这些电极253的电布线257在支承轴276的中空部内穿过。
另外，在加热器81的下方，反射板252被固定设置在支承板258上，其作用是将从加热器81发出的热量反射到基座84侧，以进行高效率的加热。
另外，作为温度检测装置的辐射温度计87和88，从支承轴276的下端导入，辐射温度计87和88的前端，对基座84的背面设有预定的间隙地设置。辐射温度计87和88，由用石英形成的杆部和光纤组合构成，用于检测从基座84的背面(例如与加热器81的划分区域对应的背面)发出的辐射光，来计算基座84的背面温度(也可以根据预先获得的晶片85和基座84的温度的关系计算晶片85的温度)，根据该计算结果控制加热器81的加热状态。
在下侧盖板226的插通孔278的支承轴276的外侧，呈同心圆配置有直径大于支承轴276的形成为圆筒形状的旋转轴277并使其从下方插通到处理室201，旋转轴277由使用了气缸装置等的升降机构268将其与支承轴276一起升降。在旋转轴277的上端，同心地配置并水平固定着旋转鼓轮227，由旋转轴277带动旋转。即，旋转鼓轮227具有形成为环形平板的旋转板229和形成为圆筒形状的旋转筒228，旋转板229的内周边缘部固定在圆筒形状的旋转轴277的上端开口处，在旋转板229的上表面的外周边缘部呈同心圆固定着旋转筒228。使用碳化硅或氮化铝等将形成为圆板形状的基座84覆盖在旋转鼓轮227的旋转筒228的上端，使其将旋转筒228的上端开口闭塞。
如图48所示，在旋转鼓轮227上设置有晶片升降装置275。晶片升降装置275，由在形成为圆环形状的2个升降环的每1个上伸出地设置有顶起销(衬底顶起装置)266、274的部分构成，下侧的升降环(以下，称旋转侧环)与支承轴276呈同心圆地配置在旋转鼓轮227的旋转板229上。在旋转侧环的下面沿圆周方向等间隔地配置并沿垂直方向向下伸出地设置有多个(本实施方式中3个)顶起销(以下，称旋转侧销)274，各旋转侧销274在旋转板229上配置在与旋转筒228为同心圆的线上并滑动自如地分别嵌入到沿垂直方向开设的各导向孔255内。各旋转侧销274的长度设定为彼此相等以便能将旋转侧环水平地向上顶起，并且设定为与晶片的自基座上的顶起量对应。各旋转侧销274的下端离合自如地与处理室201的底面即下侧盖板226的表面相对。
在加热单元251的支承板258上，与支承轴276呈同心圆地配置着形成为圆环形状的另一个升降环(以下，称加热器侧环)。在加热器侧环的下表面沿圆周方向等间隔地配置并沿垂直方向向下伸出地设置多个(本实施方式中为3个)顶起销(以下，称加热器侧销)266，各加热器侧销266在支承板258上配置在与旋转筒228为同心圆的线上并滑动自如地分别嵌入到沿垂直方向开设的各导向孔254内。这些加热器销266的长度设定为彼此相等以便能将加热器侧环水平地向上顶起。并且使其下端隔着适当的空隙与旋转侧环的上表面相对。就是说，这些加热器侧销266在旋转鼓轮227旋转时不会干扰旋转侧环。
另外，在加热器侧环的上表面沿圆周方向等间隔地配置并沿垂直方向向上伸出地设置多个(本实施方式中为3个)顶起销(以下，称顶起部)266，顶起部266的上端与加热器81和基座84的插通孔256相对。这些顶起部266的长度设定为彼此相等以便从下方插通加热器81和基座84的插通孔256以使放置在基座84上的晶片85水平地从基座84浮起。而且，这些顶起部266的长度设定为在加热器侧环落座到支承板258上的状态下其上端不会从加热器81的上表面伸出。就是说，这些顶起部266在旋转鼓轮227旋转时不会干扰基座84、且不妨碍加热器81的加热。
如图48所示，腔室223由多个支柱280水平地支承着。各升降块281升降自如地分别与这些支柱280嵌合，在这些升降块281之间架设有由使用了气缸装置等的升降驱动装置(未图示)升降的升降台282。在升降台282上设置有基座旋转装置，在基座旋转装置和腔室223之间设置着波纹管279，以便将旋转轴277的外侧气密密封。
在设置在升降台282上的基座旋转机构(旋转装置)267中，使用无刷DC电动机，输出轴(电机轴)形成为中空轴而构成为旋转轴277。基座旋转机构267具有壳体283，壳体283沿垂直方向朝上地安装在升降台282上。在壳体283的内周面上固定有由电磁铁(线圈)构成的定子284。即，定子284通过将线圈线材(漆包铜线)286缠绕在铁心285上而构成。将未图示的引线穿过在壳体283的侧壁开设的未图示的插通孔而与线圈线材286电连接，定子284构成为通过从无刷DC电动机的驱动器(未图示)经由引线向线圈线材286提供电力而形成旋转磁场。
在定子284的内侧，设定空隙(间隙)地呈同心圆配置转子289，转子289通过上下滚珠轴承293旋转自如地支承在壳体283内。即，转子289具有圆筒形状的本体290、铁心291和多个永久磁铁292，由托座288将旋转轴277固定在本体290上使其一体旋转。铁心291与本体290嵌合固定，在铁心291的外周沿圆周方向等间隔地固定着多个永久磁铁292。由铁心291和多个永久磁铁292形成呈环状排列的多个磁极，通过由定子284形成的旋转磁场切割多个磁极即永久磁铁292的磁场，使转子289旋转。
上下滚珠轴承293分别设置在转子289的本体290的上下端部，在上下滚珠轴承293内适当设定用于适应本体290的热膨胀的间隙。该滚珠轴承293的间隙，为了适应本体290的热膨胀、并且将晃动抑制到最小限度而设定为5～50μm。此外，滚珠轴承的间隙，意味着当滚珠靠向外座圈或内座圈的任何一侧时在相反一侧产生的间隙。
在定子284和转子289的相对面上，作为构成双重筒壁的外侧的和内侧的护罩构件的罩体287彼此相对地分别固定在壳体283的内周面和本体290的外周面上，在各罩体287之间设定有预定的空隙(间隙)。罩体287使用作为非磁性体的不锈钢，并分别形成为筒壁厚度极薄的圆筒形状，在圆筒的上下端口通过电子束焊接沿整个圆周可靠且均匀地固定在壳体283和本体290上。由于罩体287使用作为非磁性体的不锈钢形成且形成得极薄，不仅可以防止磁束的扩散因而避免电动机效率的降低，而且可以防止定子284的线圈线材286和转子289的永久磁铁292的腐蚀，并且还能可靠地防止线圈线材286等在处理室201的内部造成的污染。罩体287通过以气密密封的状态包围定子284，而使定子284与处于真空气氛的处理室201的内部完全隔绝。
另外，在基座旋转装置中设置有磁性旋转编码器294。即，磁性旋转编码器294具有由磁性体构成的作为被检测体的被检测环296，被检测环296使用铁等磁性体形成且形成为圆形形状。在被检测环296的外周呈环状排列着多个作为被检测部的齿。
在壳体283的与被检测环296相对的位置设置着对作为被检测环296的被检测部的各齿进行检测的磁性传感器295。磁性传感器295的前端面和被检测环296的外周面的间隙(传感器间隙)，设定为0.06～0.17mm。磁性传感器295构成为由磁阻元件分别检测随着被检测环296的旋转的两者的相对位置的磁束变化。磁性传感器295的检测结果被发送到无刷DC电动机即基座旋旋机构267的驱动控制部，用于基座84的位置识别，并且用于控制基座84的旋转量。此外，处理炉86，还具有由气体流量控制部72、驱动控制部74、加热控制部71a、温度检测部71b等构成的主控制部7。而且，由加热控制部71a和温度检测部71b构成温度控制部71，在温度控制部71中具有用于检测加热器81的温度的加热器热电偶82和83。
气体流量控制部72，与MFC241、开关阀243连接，控制气体流量、供给。驱动控制部74，与基座旋转机构267、升降块281连接，以控制它们的驱动。加热控制部71a，通过布线257与加热器81连接，以控制加热器81的加热状态。温度检测部71b，与辐射温度计87和88连接，检测基座84的温度，并与加热控制部71a联合用于加热器81的加热控制。
以下，说明本实施方式的热处理设备的半导体器件的制造方法中的成膜工序。
在送入取出晶片85时，由旋转轴277和支承轴276将旋转鼓轮227和加热单元251降低到下限位置。于是，由于晶片升降装置275的旋转侧销274的下端与处理室201的底面即下侧盖板226的表面对接，使旋转侧环相对于旋转鼓轮227和加热单元251上升。上升了的旋转侧环通过使加热器侧销266向上顶，而将加热器侧环顶起。当加热器侧环被顶起时，使在加热器侧环上竖起的3个顶起部266插通加热器81和基座84的插通孔256，从下方支承放置在基座84的上表面的晶片85而并使其从基座84浮起。
当晶片升降装置275处于使晶片85从基座84的上表面浮起的状态时，变成在晶片85的下方空间即晶片85的底面和基座84的上表面之间形成插入空间的状态，因此，使图48中未示出的晶片移送机所设有的作为衬底保持板的捏钳从晶片送入取出口250插入到晶片85的插入空间。通过使被插入到晶片85的下方的捏钳上升来移送和接受晶片85。接受到晶片85的捏钳从晶片送入取出口250后退而将晶片85从处理室201取出。然后，由捏钳取出了晶片85的晶片移送机，将晶片85移送到处理室201的外部的空晶片盒等预定的收纳场所。
接着，晶片移送机，用捏钳从占用了的晶片盒等预定的收纳场所接受下一次进行成膜处理的晶片85，从晶片送入取出口250送入到处理室201。捏钳将晶片85输送到基座84的上方的使晶片85的中心与基座84的中心一致的位置，在将晶片85输送到预定的位置时，通过使捏钳下降一些，来将晶片85移送到基座84上。将晶片85交接到晶片升降装置275上的捏钳，从晶片送入取出口250退出到处理室201之外。当捏钳从处理室201退出时，就由闸阀(闸门阀)244将晶片送入取出口250关闭。
在将闸阀244关闭后，由升降台282通过旋转轴277和支承轴276使旋转鼓轮227和加热单元251相对于处理室201上升。随着旋转鼓轮227和加热单元251的上升，顶起销266、274相对于旋转鼓轮227和加热单元251下降，如图48所示，晶片85成为被完全移送到基座84上的状态。旋转轴277和支承轴276在使顶起部266的上端达到接近加热器81的底面的高度的位置停止。
另一方面，处理室201由与排气口235连接的排气装置(未图示)排气。这时，处理室201的真空气氛和外部的大气压气氛由波纹管279隔绝。
接着，由基座旋旋机构267通过旋转轴277转动旋转鼓轮227。即，当基座旋转机构267运行时，由定子284的旋转磁场切割转子289的多个磁极的磁场，从而使转子289旋转，因此由固定于转子289的旋转轴277使旋转鼓轮227转动。这时，由设置在基座旋转装置267中的磁性旋转编码器294不断地检测转子289的旋转位置并发送信号到驱动控制部74，根据该信号控制旋转速度等。
在旋转鼓轮227转动的过程中，旋转侧销274离开处理室201的底面，加热器侧销266离开旋转侧环，因此旋转鼓轮227的转动不会被晶片升降装置275妨碍，而且，加热单元251可以保持停止状态。即，在晶片升降装置275中，成为旋转侧环和旋转侧销274与旋转鼓轮227一起转动、加热器侧环和加热器侧销266与加热单元251一起停止的状态。
在晶片85的温度上升到处理温度、排气口235的排气量和旋转鼓轮227的转动动作已稳定下来的时刻，如图48中的实线箭头所示，处理气体230被导入供给管232。被导入气体供给管232的处理气体230，流入起着气体分散空间的作用的缓冲室237，同时沿径向呈放射状向外扩散，分别大致均等地从喷板240的各喷出口247流出，呈喷淋状向晶片85喷出。从喷出口247组呈喷淋状喷出的处理气体230，通过盖板248的上方空间经由排气缓冲空间249被吸入到排气口235而被排气。
这时，由旋转鼓轮227支承的基座84上的晶片85正在转动着，因此，从喷出口247组呈喷淋状喷出的处理气体230成为在晶片85的整个表面上均匀地接触的状态。由于处理气体230在晶片85的整个表面上均匀地接触，由处理气体230在晶片85上形成的CVD膜的膜厚分布和膜质分布在晶片85的整个表面上是均匀的。
另外，加热单元251由支承轴276支承而处在不转动的状态，因此，一边由旋转鼓轮227带动旋转一边由加热单元251加热的晶片85的温度分布被控制为在整个表面上是均匀的。这样，由于将晶片85的温度控制为在整个表面上均匀分布，通过热化学反应在晶片85上形成的CVD膜的膜厚分布和膜质分布被控制为在晶片85的整个表面上是均匀的。
当经过预先选定的预定的处理时间后，基座旋转机构267的运转停止。这时，基座84即转子289的旋转位置，由设置在基座旋转机构267中的磁性旋转编码器294不断地监视着，因此基座84能精确地停止在预先设定的旋转位置。即，使顶起部266与加热器81及基座84的插通孔256精确地且再现性良好地对准。
当基座旋旋机构267的运转停止时，如上述所示，由升降台282通过旋转轴277和支承轴276使旋转鼓轮227和加热单元251下降到送入取出位置。如上所述，在下降的过程中，借助于晶片升降装置275的作用使晶片85从基座84上浮起。这时，由于使顶起部266与加热器81及基座84的插通孔256精确地且再现性良好地对准，不会发生由顶起部266将基座84和加热器81顶起的顶起差错。
之后，通过反复进行上述的作业，对下一个晶片85进行CVD膜的成膜处理。
上述第1实施方式至上述第16实施方式中示出的结构，是有关立式热处理设备的结构，但并不限于此，上述第1实施方式至上述第16实施方式的结构，也可以应用于如本实施方式所示的作为单片式设备的热处理设备。
这样，按照上述各实施方式，能够提供一种温度控制方法，其特征在于具有在温度控制中选择切换预先设定了适当的操作量输出的控制和输出基于比例·积分·微分运算的操作量的控制的步骤，适当地选择切换上述适当的操作量和基于了上述比例·积分·微分运算的操作量并输入到加热装置，其中，上述温度控制，通过改变对热处理设备中所具有的加热装置输入的操作量而使该加热装置的控制量改变，进行基于改变该操作量的控制量的比例·积分·微分运算的反馈处理来进行控制，使控制量保持或跟踪目标值。
另外，也可以通过反复执行数次如上述那样组成的温度控制方法来自动调整为最佳的操作量。除此以外，当然还可以将如上述那样组成的温度控制方法程序化而安装在计算机上。
此外，上述各实施方式中示出的积分模式输出的目标温度的计算方法只是例示，例如，也可以根据如式(27)所示的计算方法进行计算。
另外，也可以是根据作为进行了PID动作的结果的输出量，生成输出控制模式，从以该输出控制模式对加热器进行输出控制时的加热器热电偶检测的温度波形中，减去P动作部分(不只是P动作部分，也可以连D动作部分也减去)以求出I动作部分，能够更快更有效地求出与减去后的加热器热电偶检测的温度波形更为接近的积分输出模式。
如上所述，本发明，在斜率升级时或舟皿升起恢复时等处理室内的温度变化的工序中，首先，从初始温度到稳定在目标温度期间由PID控制使之动作，获得此时的基本数据，将该基本数据中的从初始温度到稳定在目标温度期间耗费的热量分为稳定热量和升温热量，求取输出控制模式。根据按如上方式求得的输出控制模式进行温度控制，从此时由热电偶检测的基本数据中减去P动作部分(或P动作部分和D动作部分)，求出积分输出模式。
此外，在上述的各实施方式中，给出了将本发明应用于立式设备和单片式设备的例子，但并不限于此，当然对作为卧式设备的热处理设备也可以适用。
按照如上所述的结构，即使当在作为控制对象的炉内产生了较大的干扰时，也可以预先设定能够由包含了该干扰的操作量的总和使控制量精确、迅速地跟踪目标值的积分输出模式，从特定的时刻取代积分运算而模式输出积分值，进而从可以认为由干扰和其他原因引起的偏差中的大部分已被消除的时刻开始再次进行积分运算并输出积分值，因此可以使从控制对象输出的控制量迅速且精确地变化为目标值。
另外，本发明的步骤，可以由某些预定的计算式求出作为自然现象的实测温度、操作量、时间等以往在温度调整时要依靠熟练者的经验和直觉的大部分参量，因而能快速可靠地进行温度调整，并能够缩短时间和削减、费用。
另外，通过将本发明的步骤程序化并作为软件编入温度控制器等中，无需操作者的介入，就可以进行适当的温度调整。
用特定的方式详细地说明了本发明。但是，本领域技术人员当然知道，只要不脱离本发明的精神和范围，可以进行各种变更和改进。
按照如上所详述的本发明，能够提供一种能有助于操作效率的提高和成本降低的温度调整方法、热处理设备和半导体器件的制造方法。
权利要求
1.一种热处理设备中的温度调整方法，上述热处理设备具有对处理衬底的处理室内进行加热的加热装置、控制上述加热装置的加热控制部、以及检测上述处理室内的温度的第一温度检测装置和第二温度检测装置，其中，上述第一温度检测装置配置在比上述第二温度检测装置更靠近上述衬底的位置上，上述第二温度检测装置配置在比上述第一温度检测装置更靠近上述加热装置的位置上，上述温度控制方法的特征在于，包括第一步骤，通过由上述加热控制部进行积分运算、微分运算和比例运算来控制上述加热装置，以使基于上述第一温度检测装置的检测温度成为预定的目标温度；第二步骤，根据在上述第一步骤的上述加热装置的控制中由上述第一温度检测装置检测的检测温度，将用于由上述加热控制部控制上述加热装置的第一操作量模式化而求出第一输出控制模式；第三步骤，由上述加热控制部根据在上述第二步骤中求得的第一输出控制模式来控制上述加热装置；以及第四步骤，根据在上述第三步骤的上述加热装置的控制中由上述第二温度检测装置检测的检测温度，将用于由上述加热控制部控制上述加热装置的第二操作量的至少一部分模式化而求出第二输出控制模式。
2.根据权利要求1所述的温度控制方法，其特征在于还包括第五步骤，由上述加热控制部使用在上述第四步骤中作为上述第二操作量的至少一部分而求得的上述第二输出控制模式一边控制上述加热装置一边处理上述衬底。
3.根据权利要求1所述的温度控制方法，其特征在于上述第四步骤通过求出在上述第三步骤的上述加热装置的控制中由上述第二温度检测装置检测的检测温度的从升温开始时刻到最高温度时刻之间的热量，并使用从上述热量中减去基于上述比例运算的输出量后的热量而将从上述升温开始时刻到最高温度时刻的上述第二操作量的至少一部分模式化，来求出第二输出控制模式。
4.一种热处理设备，具有对处理衬底的处理室内进行加热的加热装置、控制上述加热装置的加热控制部、以及检测上述处理室内的温度的第一温度检测装置和第二温度检测装置，其中，上述第一温度检测装置配置在比上述第二温度检测装置更靠近上述衬底的位置上，上述第二温度检测装置配置在比上述第一温度检测装置更靠近上述加热装置的位置上，上述热处理设备的特征在于上述加热控制部在通过进行积分运算、微分运算和比例运算来控制上述加热装置以使基于上述第一温度检测装置的检测温度从升温开始时的温度变为目标温度时，根据由上述第一温度检测装置检测的检测温度，将用于控制上述加热装置的第一操作量模式化而求出第一输出控制模式，并根据按照上述第一输出控制模式控制上述加热装置时的由上述第二温度检测装置检测的检测温度，将用于控制上述加热装置的第二操作量的至少一部分模式化而求出第二输出控制模式。
5.根据权利要求4所述的热处理设备，其特征在于上述加热控制部使用上述第二输出控制模式作为上述第二操作量的至少一部分，一边控制上述加热装置一边处理上述衬底。
6.根据权利要求4所述的热处理设备，其特征在于上述加热控制部在过调量大于预先设定的容许值以使由上述第一温度检测装置检测出的检测温度超过上述目标温度的情况下，为减低上述过调量而求出从上述升温开始时的温度向上述目标温度变化直到稳定在上述目标温度上这一过程的期间中的总热量、上述总热量中的升温所需的升温热量、以及超过上述目标温度而发生了过调的过调热量，并求出作为上述总热量和上述过调热量之比的过调温度比率，根据从上述升温热量中减去上述过调温度比率的量而求得的热量来求出上述第一输出控制模式。
7.根据权利要求4所述的热处理设备，其特征在于上述加热控制部通过求出根据第一输出控制模式控制上述加热装置时的由上述第二温度检测装置检测的检测温度指示的从升温开始时到最高温度时的热量，开使用从上述热量中减去基于上述比例运算的输出量后的热量将从上述升温开始时到最高温度时的上述第二操作量的至少一部分模式化，来求出上述第二输出控制模式。
8.根据权利要求4所述的热处理设备，其特征在于当进行上述衬底的处理时，在向上述目标温度进行升温的期间，由上述加热控制部使用从上述目标温度减去由上述第一温度检测装置检测出的温度而得到的结果，根据进行比例运算和微分运算而得到的结果和上述第二输出控制模式来计算上述第二操作量，并使用从经该计算得出的第二操作量中减去由上述第二温度检测装置检测出的温度而得到的结果来一边进行比例运算、微分运算和积分运算一边控制上述加热装置，当已稳定在上述目标温度时，由上述加热控制部使用从上述目标温度减去由上述第一温度检测装置检测出的温度而得到的结果，根据进行比例运算、微分运算和积分运算而得到的结果和上述第二输出控制模式来计算上述第三操作量，并使用从经该计算得出的第三操作量中减去由上述第二温度检测装置检测出的温度而得到的结果来一边进行比例运算、微分运算和积分运算一边控制上述加热装置以处理上述衬底。
9.一种半导体器件的制造方法，使用热处理设备进行衬底的处理，上述热处理设备具有对处理衬底的处理室内进行加热的加热装置、控制上述加热装置的加热控制部、以及检测上述处理室内的温度的第一温度检测装置和第二温度检测装置，其中，上述第一温度检测装置配置在比上述第二温度检测装置更靠近上述衬底的位置上，上述第二温度检测装置配置在比上述第一温度检测装置更靠近上述加热装置的位置上，上述加热控制部在通过进行积分运算、微分运算和比例运算来控制上述加热装置以使基于上述第一温度检测装置的检测温度成为预定的目标温度时，根据由上述第一温度检测装置检测的检测温度，将用于控制上述加热装置的第一操作量模式化而求出第一输出控制模式，开根据按照上述第一输出控制模式控制上述加热装置时的由上述第二温度检测装置检测的检测温度，将用于控制上述加热装置的第二操作量的至少一部分模式化而求出第二输出控制模式，上述半导体器件的制造方法的特征在于，包括以下步骤将衬底送入处理室内；上述加热控制部使用上述第二输出控制模式作为上述第二操作量的至少一部分来一边控制上述加热装置一边处理已被送入到上述处理室内的衬底；以及将上述衬底从上述处理室中取出。
全文摘要
热处理设备中的温度调整方法，该热处理设备具有对处理衬底的处理室内进行加热的加热装置、控制该加热装置的加热控制部、配置在上述处理室内的靠近上述衬底的位置的第一温度检测装置、以及配置在比该第一温度检测装置更靠近上述加热装置的位置的第二温度检测装置，上述温度调整方法包括第一步骤，进行积分运算、微分运算和比例运算来控制上述加热装置，以使上述第一温度检测装置的检测温度为预定的目标温度；第二步骤，根据在上述第一步骤的上述加热装置的控制中由上述第一温度检测装置检测的检测温度，将用于控制上述加热装置的第一操作量模式化，求出第一输出控制模式；第三步骤，根据上述第一输出控制模式控制上述加热装置；以及第四步骤，根据在上述第三步骤的上述加热装置的控制中由上述第二温度检测装置检测的检测温度，将用于控制上述加热装置的第二操作量的至少一部分模式化，求出第二输出控制模式。
文档编号H01L21/324GK101040235SQ20058003489
公开日2007年9月19日 申请日期2005年11月28日 优先权日2004年12月27日
发明者杉下雅士, 上野正昭 申请人:株式会社日立国际电气