JPH01204114A - 再現性を高めた熱処理制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、半導体ウェハなどの一連の被処理物を加熱
炉などの内部で順次に熱処理する際の熱処理制御方法に
関する。

（従来の技術） 半導体ウェハの製造にあたっては、種々の工程において
そのウェハを熱処理しなければならない。

そして、そのような熱処理においては、ウェハを導入し
た加熱炉の温度制御が特に重要である。

加熱炉の熱処理温度制御方法として望ましい技術として
は、たとえば特開昭６２−１６０５１２号に開示された
技術があり、そこではウェハに対する放射加熱制御にお
いて、ステファン・ボルツマンの法則を利用したオープ
ンループ制御を行なっている。この方法を適用すれば、
熱処理を行なうべき一連のウェハを周期的かつ順次に加
熱炉内に導入して処理を定常的に実行する場合の熱処理
制御はかなり高精度のものとなる。

ところが、室温下にある加熱炉の電源投入を行なって一
連のウェハ加熱処理を開始する際（すなわち起動時）や
、−群のウェハの加熱処理を完了した後、ある程度の中
断時間間隔を置いて次の一群のウェハの加熱処理を再開
する際には、このような優れた従来の熱処理制御方法を
用いても必ずしも良好な制御精度を得ることができない
。それは、このような従来技術においては、各ウェハの
それぞれの熱処理開始時における加熱炉内の状態が常に
一定であるという前提の下で制御を行なうようにしてい
る一方で、上記のような起動時や処理再開時においては
、定常処理時とは異なる炉内条件を出発点として熱処理
を行なわねばならないからである。このため、起動時や
処理再開時においては、最初の数枚のウェハの熱処理が
完全ではなく、それらを不良品として廃棄しなければな
らなかった。そして、その結果、一連のウェハの熱処理
全体としての歩留りが低下するという問題があった。

このような問題に対処するため、大別して次の二種類の
技術が提案されている。そのうちの第１の技術は、実際
に熱処理を行なうべき製品ウェハ（以下、「実処理ウェ
ハ」とも呼ぶ。）のほかに、ダミーウェハを炉内に同時
に導入しておくというものである。この場合には、ダミ
ーウェハの温度を熱電対などを用いて監視し、その実測
温度に基づく閉ループ制御が行なわれる。

また、第２の技術では、実処理ウェハの温度を放射温度
計で監視しつつ、閉ループ制御を行なおうとしている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、第１の技術においては、ダミーウェハを
炉内に導入しておかねばならない関係上、実処理ウェハ
のほかにダミーウェハを取扱うための装置が必要となる
。特に、実処理ウェハの温度をダミーウェハの温度から
間接的に知ろうとするのであるから、ダミーウェハのサ
イズは実処理ウェハと同一とせねばならず、ダミーウェ
ハの取扱い装置らある程度大きなものとしなければなら
ない。このため、この第１の技術においては、装置の大
型化や複雑化が避けられないことになる。

一方、第２の技術では、放ＯＡ温度計で実処理ウェハの
温度を直接に測定しようとするのであるから、ダミーウ
ェハ使用時のような問題は生じない。

しかしながら、半導体ウェハの表面では加熱炉の炉体か
らの熱放射を反射するために、放射温度計に入射する熱
放射は実処理ウェハ自身からの熱放射だけでなく、加熱
炉の炉体を形成する石英チューブからの熱放射をも含ん
だものとなる。このため、放ＯＡ温度計の較正処理をあ
らかじめ行なっておくことが必要である。ところが、こ
のような較正処理を行なっておいたとしても、起動時や
処理再開時においては石英チューブの温度が低下してい
るために、定常処理時における較正結果を利用して起動
時や再開時の制御を行なってもかなりの誤差が生じてし
まうという事情がある。その結果、それぞれのウェハの
熱処理時における温度制御情報の均一性、すなわち熱処
理制御の再現性が高くないという問題がある。特に、半
導体ウェハの裏面は梨地であるため、石英チューブから
の熱放射を乱反射しやずくなっており、ウェハの裏面に
向けて放射温度計を設置したときには、このような再現
性の低下が大きなものとなる。

（発明の目的） この発明は、従来技術における上述の問題の克服を意図
しており、起動時や処理再開時における熱処理制御の再
現性を向上させることができるとともに、装置の大型化
や複雑化の問題も生じない熱処理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） この発明の第１の構成においては、熱処理装置を用いて
一連の被処理物の熱処理を順次行なうにあたって、前記
熱処理の順次の繰返しルーチンを模擬的に行ない、前記
模擬的な繰返しルーチンにおいて前記熱処理装置の内部
の熱的状態が安定した後に、前記被処理物を前記熱処理
装置の内部へ搬入する直前の前記熱処理装置の内部の温
度を放＋１）１温度計を用いて測定し、この測定によっ
て得られた温度に基づいてウオームアツプ温度を決定す
る準備工程と、前記一連の被処理物についての実際の熱
処理を開始する前に、前記熱処理装置の内部温度が前記
ウオームアツプ温度となるようにウオームアツプを行な
う工程とを実行する。

また、この発明の第２の構成においては、熱処理装置を
用いて一連の被処理物の熱処理を周期的かつ順次に行な
うにあたって、前記熱処理の周期的かつ順次の繰返しル
ーチンを模擬的に行ない、前記模擬的な繰返しルーチン
において前記熱処理装置の内部の熱的状態が安定した後
に、前記被処理物を前記熱処理装置の内部へ搬入する直
前の前記熱処理装置の内部の温度を放射温度計を用いて
測定し、この測定によって得られた温度に基づいてアイ
ドリング温度を決定する準備工程を実行するとともに、
前記一連の被処理物についての実際の熱処理を周期的か
つ順次に行なう際に、前記熱処理装置への前記被処理物
の搬入が中断されたときには、前記搬入が再開されるま
での期間において前記熱処理装置内部を前記アイドリン
グ温度に保つアイドリング処理を行なう。

（実施例） Ａ、熱処理　置の 第１Ａ図は、この発明の実施例を適用して熱処理制御を
行なう半導体ウェハの熱処理装置の模式図であり、第１
Ｂ図は、その一部分の模式平断面図である。これらの図
において、熱処理の対象となる半導体ウェハ１は、複数
の放射熱源（ランプヒータ）２を両面に配列した加熱炉
３の炉体４内に搬入されて、サセプタ５によって支持さ
れている。サセプタ５は、炉体４の入口を密封するフラ
ンジ６に接合されている。またウェハ１の上面には熱雷
対７の測定端が固定されている。

熱電対７は後述するウェハモニタ放射温度計８の較正の
ときにのみ（すなわち、ウェハ１がダミーウェハである
ときのみ）設けられるものであり、ウェハ１が実処理ウ
ェハであるときには設けていないものである。サセプタ
５．ウェハ１及び熱電対７は、フランジ６を炉内４に取
付け、または取り外すことによって、炉体４内に同時に
搬入または搬出される。

加熱炉３の下方には、ウェハ１の温度を非接触で測定す
るウェハモニタ放射温度計８（以下、［ウェハモニタＲ
ＴＭＪと呼ぶ。）が設けられている。ウェハ１からの熱
放射をウェハモニタＲＴＭ８に導くために、ウェハ１の
下方に相当する炉体４の下部には炉体４と一体の円筒形
ボート９が形成されており、このボート９の先端開口部
には、炉内と炉外の雰囲気を遮断し、所定の波長帯の熱
放射を透過する窓材１０ａが取付けられている。

ウェハモニタＲＴＭ８の前面には所定の波長帯の熱放射
のみをウェハモニタＲＴＭ８へ与えるためのフィルタ１
０が取付けられている。

炉体４はランプヒータ２からの放射熱を透過し易い材質
（例えば石英）で形成されたチューブとなっている。ま
た、フィルタ１０はランプヒータ２からの放射熱が直接
ウェハモニタＲＴＭ８に入射しないようにこれを遮断し
、ウェハ１からの放射熱を主に透過させることを目的と
して設けられている。このフィルタ１０の透過特性は、
ランプヒータ２から放射された光のうち、石英における
透過率の大きな０．１５〜４．５μｍ程度の光は石英で
形成された炉体４を透過してウェハ１を加熱するが、石
英における透過率が小さな５μｍ以上の光は炉体４を透
過しないのでウェハモニタＲＴＭ８に入射することがな
いという事実から決定している。すなわち、フィルタ１
０として、石英（炉体４）における透過率が小さい５〜
１０μｍ程度の波長の光のみを選択的に透過するバンド
パスフィルターが用いられている。また、窓材１０ａと
してはフッ化バリウム（ＢａＦ２）が用いられ、０．１
５〜１５μ７ｎ程度の波長の光が透過する。

このようにすることによって、ウェハ１が放射する放射
光のうち、５〜１０μｍ程度の波長の光が窓材１０ａ及
びフィルタ１０を透過してウェハモニタＲＴＭ８に入ｍ
し、これによってウェハ１の温度がモニタされる。

炉体４内には、ウェハ１とは別に、炉内環境の温度を測
定するためのモニタチップ１１がモニタチップ支持機構
１２に支持されて設置されている。

モニタチップ支持機構１２は固定リング１３と接合され
ており、固定リング１３は炉体４の側面に一体に形成さ
れた円筒形のボート１４の先端開口に固定されている。

また、固定リング１３と窓材１５ａとを挟んで炉内モニ
タ放射温度計（以下、「炉内モニタＲＴＭＪと呼ぶ。）
１６がボート１４の上記開口側に固定されている。さら
に、炉内モニタＲＴＭ１６の前面にはフィルター５が取
付けられている。窓材１５ａは前述の窓材１０ａと同質
のフッ化バリウムで作られており、また、フィルター５
は前述のフィルター０と同様のバンドパスフィルターで
ある。

モニタチップ１１は例えばウェハ１と同じ物質（Ｓ・）
で作られており、これはランプヒータ２によって加熱さ
れるとともに、モニタチップ１１からの熱放射は炉内モ
ニタＲＴＭ１６に与えられる。また、モニタチップ１１
は炉体４の上下面に対して傾けて支持されており、炉体
４の内面からの放射熱の一部がモニタチップ１１で反射
されることによって、炉内モニタＲＴＭ１６に与えられ
る。従って、炉内モニタＲＴＭ１６が測定する炉内モニ
タ温度は、モニタチップ１１と炉体４のそれぞれの熱的
状態を反映した炉内環境温度である。

ウェハモニタＲＴＭ８．炉内モニタＲＴＭ１６および熱
電対７のそれぞれの測定出力Ｓ、ＳＨＲ・ Ｓ、は、それぞれアンプ２１，２２．２３で増幅されて
、ウェハモニタ温度θ　、炉内モニタ温度θ　およびウ
ェハ温度θ、を指示する信号となる。

これらの温度測定値は温度調節器３０に与えられる。温
度調節器３０はこれらの温度測定値に基づいて後述する
信号処理を行なって、電力制御信号へｋを電力制御器４
０に与え、電力制御器４０は電力Ｐをランプじ−９２に
与えてウェハ１を加熱する。

第１Ｃ図は、温度調節器３０の構成を示すプロッタ図で
ある。温度調節器３０に入力されたウェハモニタ温度θ
　、炉内モニタ温度θＲ及びつエバ温度θＷの値は、マ
ルチプレクサ３１によって時分割多重信号とされた後、
アンプ３２に入力される。そして、アンプ３２で増幅さ
れてＡ／Ｄ変換器３３でデジタル信号に変換された後、
マイクロコンピュータ３４に与えられる。周知のように
マイクロコンピュータ３４はＣＰＵａよびメモリ（とも
に図示せず。）を備えているが、第１Ｃ図においては、
その内部機能が改能ブロック図として示されている。

マイクロコンピュータ３４はプログラムジェネレータ３
４１とコントロールパラメータメモリ３４２とを備えて
おり、このうち、プログラムジェネレータ３４１には、
時間ｔをパラメータとして所定の熱処理湿度値をたとえ
ば第２図のように表現した目標温度プロファイル（プロ
グラムデータ）があらかじめストアされている。また、
コントロールパラメータメモリ３４２は、時間に依存し
ない定数値（後述する基準温度値や一定出力信号値）を
記憶するためのものである。

熱処理のモードによって、プログラムジェネレータ３４
１から出力される目標温度プロファイルか、又はコント
ロールパラメータメモリ３４２から出力される基？［度
値のどちらか一方が第１のスイッチ手段３４３によって
切換えられて減算手段３４４に目標温度Ｔ。とじて与え
られる。減算手段３４４の他方の入力とＡ／Ｄ変換器３
３との間には、データ分配手段３４０が存在している。

データ分配手段３４０は、Ａ／Ｄ変換器３３の出力（デ
ジタル化された時分割多重信号）のサンプリングを行な
うことにより、ウェハモニタ温度θ８または炉内モニタ
温度θ、を検出温度Ｔ、として減算手段３４４に出力し
ている。

減算手段３４４は、目標温度Ｔ。から検出温度■ｒを差
引いた温度偏差Δ丁を求め、この温度偏差ΔＴを制御手
段３４５に出力する。制御手段３４５はＰＩＤ制御等の
クローズトループ制御機能を有したものであり、温度偏
差Δ丁に基づいてデジタルの制御信号Ｓｋを出力する。

第２のスイッヂ手段３４６は、この制御信号ＳＫか、ま
たはコントロールパラメータメモリ３４２から出力され
る一定出力信号Ｓ。のどちらか一方を、熱処理のモード
に応じて切換えて出力し、マイクロコンピュータ３４外
のＤ／Ａ変換器３５に与える。Ｄ／Ａ変換器３５でアナ
ログ信号に変換されたマイクロコンピュータ３４の出力
信号はサンプルホールド回路３６を介して電力制御信号
Ａｋとなり、この信号Ａ、が温度調節鼎３０から出力さ
れる。

一方、データ分配手段３４０は、入力された時分割多重
信号を各成分に展開して得られるウェハモニタ温度θ　
、炉内モニタ温度θＲおよびつエバ温度θ−の値を、コ
ントロールパラメータメ、ｌ′：す３４２および表示器
３７に与えている。このため、表示器３７では、これら
の温度の値を表示することができるとともに、コントロ
ールパラメータメモリ３４２では、これらの温度の値の
うち所定の種類の温度の現在値をその内部に書込むこと
ができる。

Ｂ、実処理前準備の概要 この実施例では、実処理ウェハの熱処理を行なう前に、
次の３つの条件設定を行なう（第３図）。

■ウェハモニタＲＴＭ８の較正 （ステップ８１０） ■アイドリング温度の決定（ステップ５２０）■ウオー
ムアツプ温度の決定 （ステップ５３０） これらのうち、ウェハモニタＲＴＭ８の較正は、ウェハ
モニタＲＴＭ８で測定したウェハモニタ温度θ８と、ウ
ェハ１上に設けられた熱電対７で測定したウェハ温度θ
８とが一致するように、アンプ２１のゲインを調整する
操作である。周知のように放射温度計用のアンプには、
被測定物の放射率を設定する目的でゲイン調整用の可変
抵抗器が設けられているため、この可変抵抗器の操作に
よってそのゲインを変えることができる。

アイドリング温度とは、一連の製品用ウェハ（実処理ウ
ェハ）の順次の熱処理が中断した時に、炉内モニタ温度
θ８を保持しておくべき一定の値、すなわち「炉内環境
設定温度」である。アイドリング温度は熱処理の再開時
に再開直後のウェハからその温度制御を再現性良く行な
うために設定するものであり、後述するように、一連の
ウェハの熱処理が順次に行なわれている状況を模擬的に
実現し、その状況下におけるウェハ搬入直前の炉内モニ
タ温度θ８を測定して決定される。

また、ウオームアツプ温度とは、加熱炉３の起動直後の
最初のウェハの搬入前にウェハモニタ温度θ８を保持し
ておくべき一定の値、すなわち「炉体設定温度」である
。ウオームアツプ温度は起動直後の最初のウェハからそ
の温度制御を再現性良く行なうために設定するものであ
り、後述するように、上記アイドリング温度に対応して
模擬的な熱処理ルーチンから決定される。このウオーム
アツプ温度も、上述したアイドリング温度も、ウェハ搬
入直前の熱処理装置内部の温度を表現したものという点
においては互いに共通した概念の中に入る温度である。

以下では、これらの準備工程について分課する。

Ｃ，ウェハモニタＲＴＭ８の較正 ウェハモニタＲＴＭ８の較正手順が第４図に示されてい
る。まず、熱電対７が取付けられたダミーウェハ１が炉
内に搬入される（ステップ５１１）。次に、第１Ｃ図の
プログラムジェネレータ３４１から、目標温度プロファ
イルに応じた目標温度値が、時間ｔをパラメータとして
出力される。このとき、データ分配手段３４０は、ウェ
ハモニタＲＴＭ８で得られたウェハモニタ温度θ□を検
出温度Ｔ、として出力している。また、第１のスイッチ
ング手段３４３はプログラムジェネレータ３４１側を、
第２のスイッチング手段３４６は制御手段３４５側を、
それぞれ選択している。このため、温度調節器３０は、
ウェハモニタ用ＲＴＭ８を用いたクローズトループ制御
によってダミーウェハ１の温度制御を行なう（ステップ
５１２）。

第２図の標準温度プロファイル（熱処理プログラム）に
従った熱処理が１回完了すると、ダミーウェハ１は炉外
へと搬出される（ステップ５１３）。そして、実際に製
品ウェハを連続処理する場合において、ひとつの製品ウ
ェハの搬出完了時から次の製品ウェハの搬入開始までに
要すると考えられる搬出／Ｉａ人間隔に相当する時間だ
け、そのままの状態で待機する（ステップ５１４）。

上記待機時間が経過した時点で、前回使用したものと同
一のダミーウェハ１を炉内に再び搬入し、ステップ８１
１〜Ｓ１４を繰返す。このため、ステップ８１１〜８１
４が何度も繰返して実行され、実処理と同様の熱処理ル
ーチンが模擬的に実現される。

このようなステップ３１１〜Ｓ１４の繰返しと並行して
、ウェハモニタＲＴＭ８の出力であるウェハモニタ温度
θ８と、熱電対７の出力であるウェハ温度θ□とが、表
示器３７に表示される（ステップ５１５）。この表示器
３７における表示内容の例が、第５図に時刻ｔをパラメ
ータとして示されている。第５図において、周期Ｔは１
枚のウェハの熱処理に要する時間（ヒーティング時間の
ほか、搬入・搬出・待機時間を含んだもの）に相当して
おり、ステップ８１１〜Ｓ１４が一巡するために要する
時間に対応する。また、時刻ｔ１〜ｔ５は、次のような
時点を示している。

ｔｌ・・・ウェハ搬入後の加熱開始時点。この時刻ｔ１
から第２図の標準温度プロファイルに従った温度制御が
開始され、ランプヒータ２が点灯するとともに、それに
よって、温度θ　、θ臀は上昇する。ウェハモニタ温度
θ８が熱処理設定温度θ。（第２図）になると温度上昇
は停止する。

ｔ２・・・この時点で第２図の標準温度プロファイルが
立下り、それによってランプヒータ２が消灯して、温度
θ　、θ、は低下し始める。

ｔ３・・・ウェハ搬出時点。ウェハ１が炉外へ搬出され
ると、このウェハ１が外気に触れるため、熱電対７から
得られたウェハ温度θ□の下降率が大きくなる。また、
第１Ａ図のウェハモニタＲＴＭ８は、炉体く石英チュー
ブ）４の壁面４ａ（第１Ａ図）からの放射を直接に受け
るため、ウェハモニタ温度θ８は一時的に上昇する。

ｔ４・・・ウェハ再度搬入時点。ウェハの再度の搬入に
伴ってウェハモニタＲＴＭ８は（それまで炉外にあった
）ダミーウェハ１の表面に対向してその温度を測定する
ことになるため、ウェハモニタ温度ＯＨは低下する。

ｔ５・・・これは、次の熱処理サイクルの開始時点ｔ１
に相当する。

ところで、ウェハモニタＲＴＭ８には、ウェハ１自体か
らの熱ｂｌ　ＤＡのほか、炉体４からの熱放射もウェハ
１の失血で反射することによって入射するため、ウェハ
モニタＲＴＭ８の出力がそのままウェハ１の温度を指示
しているとは限らない。また、ウェハ１の表面の放射率
の値によっても、ウェハモニタＲＴＭ８の出力がどの温
度を指示しているかという関係が異なるものとなる。

これに対して、熱電対７はウェハ１の温度をかなり正確
に測定していると考えることができる。

このため、熱電対７の出力であるウェハ温度θ８の指示
値と、ウェハモニタＲＴＭ８の出力であるウェハモニタ
温度θ８との指示値が熱処理設定温度θ０において互い
に一致するように、アンプ２１のゲイン（放射率設定値
）を調整する（ステップ５１５）。第５図においては、
ウェハモニタ温度θ　とウェハ温度θ、とのそれぞれの
ピーク値が互いに一致する状態Ｆ１が得られるまで、ア
ンプ２１のゲインを変化させている。

なお、第５図において、アンプ２１のゲイン調整によっ
て（ウェハモニタ温度θＨではなく）ウェハ温度θいの
ピーク値が各周期ごとに変化しているのは、温度制御ル
ープがθ　＝θ０を維持するように働いているためであ
る。また、ダミーウェハ１の１回の熱処理中に調整（較
正）を行なわずに、熱処理を周期的に繰返しつつ較正を
行なっているのは、製品ウェハの実際の熱処理サイクル
において炉内環境が安定した状態をダミーウエハを用い
て模擬的に実現し、その状態において較正を行なうこと
が望ましいためである。

このようにしてアンプ２１の調整が終了すると、ステッ
プ８１１〜８１４の繰返しは停止され、較正処理は完了
する（ステップ８１６）。これ以後は、熱電対７から得
られるウェハ温度θいの値は使用されない。

Ｄ、アイドリング塩　の決定 次に、アイドリングθ１の決定プロセスに移る。

アイドリング温度θ１を決定するにあたっては、ウェハ
１としてやはりダミーウェハを使用し、第４図のステッ
プ８１１〜Ｓ１４と同様の実処理模擬プロセスである第
６図のステップ８２１〜Ｓ２４を繰返す。ただし、表示
器３７においては、ウェハモニタ温度θ８と炉内モニタ
温度ＯＲとを表示させている（第７図）。

第７図の模擬的な熱処理繰返しサイクルにおいて、炉内
モニタ温度θ８のピーク値は徐々に上昇し、漸近的にほ
ぼ一定値となる。これは、起動直後においては炉内温度
が安定しておらず、熱処理を繰返すことによって炉内の
熱的状態が安定するためである。また、時刻ｔ３におい
てウェハ１を炉外へと搬出するとウェハモニタＲＴＭ８
は炉体４の温度を測定する状態となるが、炉体４の熱的
状態が安定して行くに伴ってこのときの炉体温度θ８も
また徐々に上昇し、漸近的に一定値に近づいて行く。こ
の様子が第７図中ではピーク包絡線Ｃによって示されて
いる。

第６図のステップＳ２５でウェハモニタ温度θ　を監視
し、上記炉体温度θ８の変動が実質的にゼロとなった後
のサイクルにおいて、ウェハ搬入直前（ｔ＝ｔ５’　）
の炉内モニタ温度θ８の値をアイドリング温度θＩとし
て読取る（ステップ５２５）。換言すれば、アイドリン
グ温度θ１は、ウェハ１の熱処理の周期的繰返しを模擬
的に実現した状態において、炉内の熱的状態が安定した
後のウェハ搬入直前の炉内温度として決定されることに
なる。

ステップ８２６の処理が終了すると、アイドリング温度
θＩの値をコントロールパラメータメモリ３４２に記憶
させ、アイドリング温度決定プロセスを完了する（ステ
ップ８２６）。

Ｅ、ウオームアツプ温度の決定 ウオームアツプ温度θ６の決定ルーチン（第８図）にお
いては、コントロールパラメータメモリ３４２から、ア
イドリング温度θ１の値を基準温度として読出して第１
のスイッチ手段３４３に出力する。このとき、第１のス
イッチ手段３４３はメモリ３４２側を選択している。ま
た、データ分配手段３４０は、炉内モニタ温度θ８を検
出温度■　として出力している。このため、温度調節器
３０は、アイドリング温度θ１に基づく加熱炉３のクロ
ーズトループ制御を実行する。ただし、このときには、
ダミーウェハ１は炉内に入れておらず、加熱炉３は被処
理物が存在していない空運転の状態となっている。また
、表示器３７には、ウェハモニタ温度θＨ（ウェハ１は
存在しないため、実際には炉体４の温度）と炉内モニタ
温度θ８とが表示されている（第９図）。

アイドリング温度θＩに基づく温度制御を行なつでいる
ことにより、炉内モニタ温度θＲはアイドリング温度θ
１となる。そこで、炉内モニタ温度θ　とウェハモニタ
温度θ８とが安定した後のウェハモニタ温度θＭ　（炉
体４の温度測定値）の値を、ウオームアツプ温度θｄと
して決定する。

このウオームアツプ温度θｄの値は、コントロールパラ
メータメモリ３４２に記憶させておく。アイドリング温
度θＩがウェハ搬入直前の炉内温度となっていることに
より、ウオームアツプ温度θｄもまたウェハ搬入直前の
炉体温度となっている。

旦−ｊし肛旦 以上の予備工程が完了した後、一連の製品ウェハ（実処
理ウェハ）についての実際の熱処理（周期的かつ順次の
熱処理）を実行する。第１０図にその手順が示されてお
り、第１１図に各温度波形の例が示されている。なお、
この実処理においてはダミーウェハは使用せず、第１Ａ
図のウェハ１が製品用ウェハに相当する。製品ウェハに
は熱電対７は取り付けない。第１１図は参考のためにつ
エバ温度θ讐も記載されているが、これはあくまでウェ
ハ１の実際の温度がどのように変化するかを説明するた
めのものであり、ウェハ温度θＷが熱電対７で測定され
るということを示しているのではない。

第１０図のステップ８４１ではまず、製品用ウェハ１を
炉内に入れていない状態でウオームアツプを行なう。そ
こではまず、第１Ｃ図の第２のスイッチ手段３４６をコ
ントロールパラメータメモリ３４２側に切換えた状態で
、このコントロールパラメータメモリ３４２にあらかじ
めストアさせておいたフルパワー信号を所定期間だけ出
力させる。それによってランプヒータ２は当初の期間だ
け最大電力で点灯し、炉内の温度を速やかに立上げる。

これに続いて、第１Ｃ図の検出温度Ｔ、としてウェハモ
ニタ温度θ８　（実際には、炉体４の温度）を与え、コ
ントロールパラメータメモリ３４２から第１のスイッチ
手段３４３を介してウオーミングアツプ温度θｄの値を
減０手段３４４へ供給する。この時点では、第２のスイ
ッチ手段３４６は制御手段３４５側へ切換わる。このた
め、炉体４の温度θ８がウオームアツプ温度θｄに一致
して安定するようになるまで炉内加熱が行なわれる。第
１１図の時刻ｔ　から１１１までの期間がこのウオーム
アツプ期間に相当する。炉内モニタ温度ＯＲが上記前半
部分でかなり高い値となっているのは、モニタチップ１
１の熱容量（厳密には、熱容ωと表面積との比）が小さ
いためである。

Ｃウオームアツプが完了した後、時刻”１１で最初の製
品ウェハ１が炉内に搬入される（ステップ５４２）。そ
して、この搬入が完了すると、第２図の標準温度プロフ
ァイルに従った加熱処理プログラムが実行される（ステ
ップ５４３）。このとき、第１Ｃ図の検出温度Ｔ、とし
てはウェハモニタ温度θ８が使用され、標準温度プロフ
ァイルとウェハモニタ温度θＨとを用いたクローズトル
ープ制御となる。その結束、第１１図中の時刻ｔ１１か
らｔ１２までの期間において製品ウェハ１の加熱処理が
行なわれ、時刻ｔ１２において製品ウェハ１が炉外へと
搬出される（ステップ５４４）。

次のステップＳ４５では、炉内モニタ温度θＲをアイド
リング温度θＩに保つためのアイドリング処理（ステッ
プ５４５）が実行される。すなわち、検出温度Ｔｒとし
て炉内モニタ温度θ８が使用され、コントロールパラメ
ータメモリ３４２から読出されたアイドリング温度θ１
と、上記炉内モニタ温度θ８との偏差に基づくクローズ
トループ制御が行なわれる。ただし、第１１図では、最
初の熱処理サイクルＨ１の完了後、次の製品ウェハ１が
炉内に搬入されるまでの期間（時刻ｔ１２ｈＮらｔ１３
までの間の期間）があらかじめ想定された基準搬出／搬
入間隔と一致している場合を考えているため、次の理由
によって、実質的なアイドリング処理は行なわれない。

すなわち、まず、第７図のアイドリング温度決定プロセ
スでは、一連の製品ウェハの順次熱処理に対応した周期
（基準周期Ｔ）で温度制御を模擬的に実行し、その条件
下でウェハ搬入直前の炉内モニタ温度θＲをアイドリン
グ温度ＯＩとしていることに着目する。このため、第１
１図においても、製品ウェハ１の順次熱処理が基準周期
ごとに行なわれている限り、次の製品ウェハ１の搬入直
前の炉内温度θＲＯはアイドリング温度θＩとなるはず
であり、アイドリング処理を実質的に行なう必要が生ず
るレベルまでの温度低下は生じないのである。実質的な
アイドリング処理が行なわれる場合の例は後述する。

なお、この実施例では加熱手段のみが設けられており、
強制冷却手段は設けられていないため、炉内モニタ温度
θ、がアイドリング温度θ■よりも高いＩＩ間ではラン
プヒータ２が消灯でるだけであって、冷却は自然冷却と
なる。それは、基準周期よりも著しく短い周期で実際の
熱処理が繰返されることはないため、炉内温度がアイド
リング温度θ１よりも高い時点で、炉内をアイドリング
温度θＩにまで急激に冷却しておく必要はないからであ
る。

第１０図に戻って、アイドリング処理の実行を行なって
いる間に、同一の加熱プログラム（標準温度プロファイ
ル）で加熱すべき次の製品用ウエハ１の炉内への搬入が
あると、ステップＳ４７から８４３へと戻り、加熱処理
を行なう。このような繰返しは、新たな製品用ウェハ１
が搬入されるごとに周期的かつ順次に実行される。

一方、たとえば製品用ウェハ１の搬入が中断した場合（
第１１図の時刻ｔ１４からｔ１５までの期間）では、第
１０図のステップＳ４５からＳ４６．Ｓ４７を経てＳ４
５へ戻るループが持続的に機能し、炉内の実質的なアイ
ドリング処理を実行し続ける。

したがって、ｔ−ｔ１５で次の製品用ウェハ１の搬入が
あるまでは、炉内はアイドリング温度θＩに保たれてい
る。１　＝　１１５で次の製品用ウェハ１が搬入される
とアイドリング処理は解除されて、そのウェハについて
の加熱処理が開始される。

なお、製品用ウェハ１についての熱処理プログラムが複
数種類準備されており、ひとつのプログラムから他のプ
ログラムへの変更が行なわれる際には、ステップ８４６
からステップ３４１へと戻って、もう１度ウオームアツ
プ処理からルーチンを行なう。

第１１図からもわかるように、この実施例においては、
ウオームアツプ処理を行なっているため、起動直後のウ
ェハから再現性よく熱処理制御を行なうことができる。

また、一連のウェハの熱処理が中断した際にはアイドリ
ング処理を行なっているため、熱処理再開直後のウェハ
についても温度制御の再現性は高い。

特に、ウオームアツプ温度やアイドリング温度が実処理
を模擬的に実現した準備工程を通して決定されているた
め、制御精度は著しく向上する。

さらに、製品用ウェハとダミーウェハとを同時に炉内に
入れるという工程がないために、ダミーウェハ専用の支
持機構は不要であり、装置も大型化・複雑化しない。

ｉ−皇１１ 以上、この発明の一実施例を説明したが、この発明は、
たとえば次のような変形を加えることもできる。

■上記実施例では、ウオームアツプ温度はウェハモニタ
ＲＴＭ８の測定値から決定され、アイドリング温度は炉
内モニタＲＴＭ１６の測定値から決定されている。しか
しながら、これらの温度を決定する際にはウェハ１は炉
内には存在しないため、双方のＲＴＭ８．１６は、とも
にウェハが存在しないときの炉内の熱的状況を見ている
という点では類似したものがある。このため、ウオーム
アツプ温度を炉内モニタＲＴＭ１６の測定値から決定し
、アイドリング温度をウェハモニタＲＴＭ８の測定値か
ら決定することも可能である。

このような場合においては、たとえば第７図の炉体温度
θ８が安定した侵において、ウェハ搬入直前（ｔ＝ｔ’
）でのウェハモニタＲＴＭ８の指示値θ、をアイドリン
グ温度として定義すればよい。また、炉内モニタＲＴＭ
１６の測定値からウオーミングアツプ温度を定めるには
、炉内モニタＲＴＭ１６で定めたアイドリング温度をウ
オームアツプ温度として採用してもよい。したがって、
この変形例に従えば、ウェハモニタＲＴＭ８または炉内
モニタＲＴＭ１６のみを設けておいてもよいことになる
。ただし、炉内環境は炉内モニタＲＴＭ１６の方がより
精度よく測定できる一方で、実処理におけるウェハ温度
はウェハモニタＲＴＭ８の方がより精度よく測定できる
ため、上記実施例のような併用が望ましい。

■ウェハの加熱処理は、オーブンループ制御で行なって
もよい。また、この発明は、半導体ウェハの加熱処理に
限らず、種々の被処理体についての加熱処理に適用可能
である。

（発明の効果） 以上説明したように、これらの発明によれば、実処理を
模擬的に実現した準備工程においてウオームアツプ温度
やアイドリング温度を決定し、それに基づくウオームア
ツプ処理やアイドリング処理を行なうため、起動時や処
理中断後の再開時にも、再現性良く被処理物の熱処理制
御を行なうことができる。

また、使用する装置として格別に複雑な装置を使用しな
くてもよいため、装置の大型化や複雑化も生じない。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図はこの発明の一実施例に使用される熱処理装置
の模式図、 第１Ｂ図は第１Ａ図の装置の一部分の模式平断面図、 第１Ｃ図は温度調節器３０の内部構成を示すブロック図
、 第２図は標準温度プロファイルの例を示す図、第３図は
準備工程の概略フローチャート、第４図はウェハモニタ
ＲＴＭ８の較正工程を示すフローチャート、 第５図は較正工程における温度波形図、第６図はアイド
リング温度決定工程を示すフローチャート、 第７図はアイドリング温度決定工程における温度波形図
、 第８図はウオームアツプ温度決定工程を示すフローチャ
ート、 第９図はウオームアツプ湿度決定工程における温度波形
図、 第１０図は実処理の手順を示すフローチャート、第１１
図は実処理時における温度波形図である。 １・・・ウェハ、　　２・・・ランプヒータ、３・・・
加熱炉、　　４・・・炉体く石英チューブ）、７・・・
熱電対、　　８・・・ウェハモニタ放射温度計、１１・
・・モニタチップ、 １６・・・炉内モニタ放射温度計、 ３０・・・温度調節器、 θＨ・・・ウェハモニタ温度、 θ、・・・炉内モニタ温度、 θ−・・・ウェハ温度、 θＩ・・・アイドリング温度、 θｄ・・・ウオームアツプ温度

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）熱処理装置を用いて一連の被処理物の熱処理を順
   次行なうにあたって、 前記熱処理の順次の繰返しルーチンを模擬的に行ない、
   前記模擬的な繰返しルーチンにおいて前記熱処理装置の
   内部の熱的状態が安定した後に、前記被処理物を前記熱
   処理装置の内部へ搬入する直前の前記熱処理装置の内部
   の温度を放射温度計を用いて測定し、この測定によって
   得られた温度に基づいてウォームアップ温度を決定する
   準備工程と、 前記一連の被処理物についての実際の熱処理を開始する
   前に、前記熱処理装置の内部温度が前記ウォームアップ
   温度となるようにウォームアップを行なう工程とを実行
   することを特徴とする再現性を高めた熱処理制御方法。
2. （２）熱処理装置を用いて一連の被処理物の熱処理を周
   期的かつ順次に行なうにあたって、前記熱処理の周期的
   かつ順次の繰返しルーチンを模擬的に行ない、前記模擬
   的な繰返しルーチンにおいて前記熱処理装置の内部の熱
   的状態が安定した後に、前記被処理物を前記熱処理装置
   の内部へ搬入する直前の前記熱処理装置の内部の温度を
   放射温度計を用いて測定し、この測定によって得られた
   温度に基づいてアイドリング湿度を決定する準備工程を
   あらかじめ実行するとともに、前記一連の被処理物につ
   いての実際の熱処理を周期的かつ順次に行なう際に、前
   記熱処理装置への前記被処理物の搬入が中断されたとき
   には、前記搬入が再開されるまでの期間において前記熱
   処理装置内部を前記アイドリング温度に保つアイドリン
   グ処理を行なうことを特徴とする、再現性を高めた熱処
   理制御方法。