JP2001085339A - Temperature control method - Google Patents
Temperature control methodInfo
- Publication number
- JP2001085339A JP2001085339A JP26031699A JP26031699A JP2001085339A JP 2001085339 A JP2001085339 A JP 2001085339A JP 26031699 A JP26031699 A JP 26031699A JP 26031699 A JP26031699 A JP 26031699A JP 2001085339 A JP2001085339 A JP 2001085339A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- temperature
- radiation thermometer
- heater
- control method
- wafer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Control Of Resistance Heating (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Control Of Temperature (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、被加熱物の温度制
御方法に係り、特に、半導体ウエーハなどの被加熱物を
ヒータを用いて加熱するとともに、その温度を放射温度
計を用いて検出し、放射温度計の出力に基づいてヒータ
出力のフィードバック制御を行う際の温度制御方法に関
する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for controlling the temperature of an object to be heated, and more particularly to a method of heating an object to be heated such as a semiconductor wafer using a heater and detecting the temperature using a radiation thermometer. The present invention relates to a temperature control method for performing feedback control of a heater output based on the output of a radiation thermometer.
【0002】[0002]
【従来の技術】図4に、従来のエピタキシャル成長装置
の概要を示す。この装置は、ウエーハの表面にシリコン
薄膜を堆積する際に使用される。2. Description of the Related Art FIG. 4 shows an outline of a conventional epitaxial growth apparatus. This apparatus is used for depositing a silicon thin film on the surface of a wafer.
【0003】反応室11の内部には、リング状のサセプ
タ12が配置され、ウエーハ10は、その周縁部でサセ
プタ12の上に支持される。サセプタ12は、その周縁
部で円筒形のドラム13によって支持され、ドラム13
を介して回転駆動機構(図示せず)に取り付けられてい
る。サセプタ12の回転に伴い、その上に支持されてい
るウエーハ10が回転する。[0003] A ring-shaped susceptor 12 is disposed inside a reaction chamber 11, and the wafer 10 is supported on the susceptor 12 at a peripheral portion thereof. The susceptor 12 is supported at its peripheral edge by a cylindrical drum 13.
Via a rotary drive mechanism (not shown). As the susceptor 12 rotates, the wafer 10 supported thereon rotates.
【0004】ドラム13の内部には、ウエーハ10の下
面に対向する様に、第一ヒータ21、第二ヒータ22及
び第三ヒータ23が同心円状に配置されている。図5に
示す様に、第一ヒータ21は全体的な形状が円形で、ウ
エーハ10の中央部に向かい合い、ウエーハ10の中央
部の加熱に使用される。第一ヒータ21の周囲を取り囲
む様にリング状の第二ヒータ22が配置されている。第
二ヒータ22は、ウエーハ10の中心部と周縁部との中
間部に向かい合い、中間部の加熱に使用される。更に、
第二ヒータ22の周囲を取り囲む様にリング状の第三ヒ
ータ23が配置されている。第三ヒータ23は、ウエー
ハ10の周縁部及びサセプタに向かい合い、それらの部
分の加熱に使用される。なお、第一ヒータ21、第二ヒ
ータ22及び第三ヒータ23は、いずれも回転しない。A first heater 21, a second heater 22, and a third heater 23 are arranged concentrically inside the drum 13 so as to face the lower surface of the wafer 10. As shown in FIG. 5, the first heater 21 has a circular shape as a whole, faces the center of the wafer 10, and is used for heating the center of the wafer 10. A ring-shaped second heater 22 is arranged so as to surround the periphery of the first heater 21. The second heater 22 faces an intermediate portion between the central portion and the peripheral portion of the wafer 10 and is used for heating the intermediate portion. Furthermore,
A ring-shaped third heater 23 is arranged so as to surround the periphery of the second heater 22. The third heater 23 faces the peripheral portion of the wafer 10 and the susceptor, and is used for heating those portions. Note that none of the first heater 21, the second heater 22, and the third heater 23 rotate.
【0005】反応室11の天井部には、反応ガス供給ノ
ズル15が設けられており、ここから反応ガスを吹き出
すことによって、加熱されたウエーハ10の上でシリコ
ン薄膜の堆積が行われる。ウエーハ10が回転すること
によって、シリコン薄膜の成長が促進され、また、形成
されるシリコン薄膜の厚さの均一性も高まる。[0005] A reaction gas supply nozzle 15 is provided at the ceiling of the reaction chamber 11, and a reaction gas is blown out from the nozzle to deposit a silicon thin film on the heated wafer 10. The rotation of the wafer 10 promotes the growth of the silicon thin film, and also increases the uniformity of the thickness of the formed silicon thin film.
【0006】反応室11の天井部には、放射温度計3
1、32、33が取り付けられている。これらの放射温
度計31、32、33を用いて、ウエーハ10表面の各
位置の表面温度を測定することによって、第一ヒータ2
1、第二ヒータ22及び第三ヒータ23の出力のフィー
ドバック制御が行われる。A radiation thermometer 3 is provided on the ceiling of the reaction chamber 11.
1, 32 and 33 are attached. By measuring the surface temperature at each position on the surface of the wafer 10 using these radiation thermometers 31, 32, 33, the first heater 2
1. Feedback control of the outputs of the second heater 22 and the third heater 23 is performed.
【0007】図6に、上記のエピタキシャル成長装置に
おける、各ヒータの出力の制御ブロック図を示す。各ヒ
ータは、それぞれ個別のPID方式のフィードバック制
御ループによって制御される。即ち、第一ヒータ21、
第二ヒータ22及び第三ヒータ23の各出力は、それぞ
れ、放射温度計31、32、33による測定値に基づい
て独立に制御される。FIG. 6 shows a control block diagram of the output of each heater in the above epitaxial growth apparatus. Each heater is controlled by an individual PID type feedback control loop. That is, the first heater 21,
The outputs of the second heater 22 and the third heater 23 are independently controlled based on the values measured by the radiation thermometers 31, 32, and 33, respectively.
【0008】次に、図4に示したエピタキシャル成長装
置の従来の運転方法について、簡単に説明する。Next, a conventional operation method of the epitaxial growth apparatus shown in FIG. 4 will be briefly described.
【0009】この装置は枚様式の装置であって、ウエー
ハ10の処理は下記の様に一枚づつ行われる。ウエーハ
10は、搬送ロボット(図示せず)によって反応室11
内に搬入される。次いで、反応室11内でウエーハ10
の表面へのシリコン薄膜の堆積が行われる。シリコン薄
膜の堆積が終了した後、処理済のウエーハ10は、搬送
ロボットによって反応室11内から搬出される。次い
で、新しいウエーハが反応室11内に搬入され、再び薄
膜の堆積が行われる。この工程が処理されるウエーハの
枚数だけ繰り返される。This apparatus is an apparatus of the sheet type, and the processing of the wafer 10 is performed one by one as follows. The wafer 10 is moved to a reaction chamber 11 by a transfer robot (not shown).
It is carried in. Next, the wafer 10 is placed in the reaction chamber 11.
Of a silicon thin film on the surface of the substrate. After the deposition of the silicon thin film is completed, the processed wafer 10 is carried out of the reaction chamber 11 by the transfer robot. Next, a new wafer is carried into the reaction chamber 11, and a thin film is deposited again. This process is repeated for the number of wafers to be processed.
【0010】一枚のウエーハを処理する工程の中で、ウ
エーハの温度は、例えば、図7に示す様なパターンに従
ってプログラム制御される。なお、ウエーハの搬入搬出
時には、サセプタ12上にウエーハ10が置かれていな
いので、各ヒータ21、22、23の制御にフィードバ
ック方式を適用することはできない。従って、ウエーハ
の搬入搬出時には、各ヒータ21、22、23の出力
は、予め設定された一定値で維持される。各ヒータ出力
は、サセプタ12上にウエーハ10を置いた時、ウエー
ハ10が例えば700℃程度の温度で安定する様な値に
設定される。In the process of processing one wafer, the temperature of the wafer is program-controlled, for example, according to a pattern as shown in FIG. When the wafer is loaded and unloaded, the feedback method cannot be applied to the control of the heaters 21, 22, and 23 because the wafer 10 is not placed on the susceptor 12. Therefore, when the wafer is loaded and unloaded, the outputs of the heaters 21, 22, and 23 are maintained at a preset constant value. Each heater output is set to a value such that when the wafer 10 is placed on the susceptor 12, the wafer 10 is stabilized at a temperature of, for example, about 700 ° C.
【0011】ウエーハ10を反応室11内に搬入し、サ
セプタ12上に置いた後、ウエーハ10の温度が700
℃近くになるまで、ヒータ21、22、23の出力を一
定値のまま維持する。その後、フィードバック制御に切
り替え、ウエーハの目標設定温度を700℃から100
0℃まで直線的に上昇させる。目標設定温度を1000
℃に保ってヒータを制御している間に、反応ガス供給ノ
ズル15を介して反応室11内に反応ガスを供給し、薄
膜の形成を行う。After the wafer 10 is carried into the reaction chamber 11 and placed on the susceptor 12, the temperature of the wafer
The output of the heaters 21, 22, and 23 is maintained at a constant value until the temperature becomes close to ° C. Thereafter, the mode is switched to feedback control, and the target set temperature of the wafer is changed from 700 ° C. to 100 ° C.
Increase linearly to 0 ° C. Set target temperature to 1000
While controlling the heater while maintaining the temperature, the reaction gas is supplied into the reaction chamber 11 through the reaction gas supply nozzle 15 to form a thin film.
【0012】所定の時間が経過した後、反応ガスの供給
を停止し、目標設定温度を700℃として直線的に下降
させる。ウエーハ10の温度が700℃まで低下した
後、ヒータ21、22、23の出力を一定値に保ち、こ
の間に、薄膜形成が終了したウエーハ10を反応室から
搬出する。次いで、新しいウエーハを反応室内に搬入
し、再び、薄膜形成の工程を実施する。After a lapse of a predetermined time, the supply of the reaction gas is stopped, and the target set temperature is set at 700 ° C. to drop linearly. After the temperature of the wafer 10 has dropped to 700 ° C., the outputs of the heaters 21, 22, and 23 are kept at a constant value, and during this time, the wafer 10 on which the thin film formation has been completed is carried out of the reaction chamber. Next, a new wafer is carried into the reaction chamber, and the step of forming a thin film is performed again.
【0013】なお、形成されるシリコン薄膜の厚さを均
一にするためには、ウエーハ10の面内で温度差が生じ
ない様にウエーハ10を加熱する必要がある。ウエーハ
10の面内の温度差が大きいと、形成されるシリコン薄
膜の厚さが不均一になり、そのウエーハ10を用いて製
造される半導体素子の品質及び歩留りに悪い影響を与え
る。In order to make the thickness of the formed silicon thin film uniform, it is necessary to heat the wafer 10 so that no temperature difference occurs in the plane of the wafer 10. If the temperature difference in the plane of the wafer 10 is large, the thickness of the formed silicon thin film becomes uneven, which adversely affects the quality and yield of the semiconductor device manufactured using the wafer 10.
【0014】近年、ウエーハの単位面積当たりの半導体
素子の収率を改善するため、ウエーハの直径が、125
mm、200mm、300mmと、次第に大口径化しつ
つある。大口径のウエーハでは、ウエーハを面内で均一
に加熱することがますます困難になってきている。In recent years, in order to improve the yield of semiconductor devices per unit area of the wafer, the diameter of the wafer is increased to 125
mm, 200 mm, and 300 mm are gradually increasing in diameter. With large-diameter wafers, it has become increasingly difficult to uniformly heat the wafer in-plane.
【0015】(従来技術の問題点)放射温度計21、2
2、23は、ウエーハから放射される赤外線のエネルギ
ーを検出して、それを温度に換算している。このため、
測定対象物の温度が測定可能範囲よりも低い場合には、
放射エネルギーが十分ではなく、測定対象物の温度を正
確に求めることができない。例えば、測定上限値を13
00℃として放射温度計を選定した場合、その検出下限
値が600℃となる場合もある。この様に、放射温度計
による検出下限値が600℃の場合には、ヒータのフィ
ードバック制御を安定的に行うためには、ウエーハの目
標設定温度の範囲は650℃程度以上となる。(Problems of the prior art) Radiation thermometers 21, 2
Reference numerals 2 and 23 detect infrared energy radiated from the wafer and convert it to temperature. For this reason,
If the temperature of the measurement object is lower than the measurable range,
The radiant energy is not sufficient and the temperature of the object to be measured cannot be determined accurately. For example, if the measurement upper limit is 13
When a radiation thermometer is selected as 00 ° C., the lower detection limit may be 600 ° C. in some cases. As described above, when the lower limit of detection by the radiation thermometer is 600 ° C., the range of the target set temperature of the wafer is about 650 ° C. or more in order to stably perform the feedback control of the heater.
【0016】ウエーハが高温のときに、面内に温度差が
あると、スリップと呼ばれる結晶欠陥が発生し、生産さ
れる半導体素子の不良の要因となる。一般に、温度が高
いときの方がスリップが発生し易い。しかし、600℃
程度の比較的低い温度の時でも、面内の温度差が大きけ
れば、スリップが発生する。If the temperature of the wafer is high and there is a temperature difference in the plane, a crystal defect called a slip occurs, which causes a defect in a semiconductor element to be produced. Generally, the slip is more likely to occur when the temperature is higher. But 600 ° C
Even at a relatively low temperature, a slip occurs if the temperature difference in the plane is large.
【0017】上記の様な仕様の放射温度計を使用した場
合には、600℃(検出下限値)以下での温度測定誤差
が大きいので、その近傍ではウエーハ温度のフィードバ
ック制御を精度良く行うことができない。従って、放射
温度計による検出下限値近傍の領域において、ウエーハ
の温度分布を均一にすることは容易ではない。When a radiation thermometer having the above specification is used, a temperature measurement error at a temperature of 600 ° C. (lower limit of detection) or less is large. Therefore, it is necessary to precisely control the wafer temperature in the vicinity of the error. Can not. Therefore, it is not easy to make the wafer temperature distribution uniform in a region near the lower limit of detection by the radiation thermometer.
【0018】[0018]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上の様な
放射温度計を用いた従来の温度制御方法の問題点に鑑み
成されたもので、本発明の目的は、目標設定温度の一部
が、放射温度計による検出下限値を下回る場合にも、被
加熱物の温度を精度良く制御することが可能で、その結
果、被加熱物の温度分布を均一に保つことができる温度
制御方法を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the problems of the conventional temperature control method using a radiation thermometer as described above. A temperature control method that can accurately control the temperature of the object to be heated even when the unit is below the lower limit of detection by the radiation thermometer, and as a result, the temperature distribution of the object to be heated can be kept uniform. Is to provide.
【0019】[0019]
【課題を解決するための手段】本発明の温度制御方法
は、被加熱物の温度を放射温度計を用いて検出し、被加
熱物の温度が予め設定された目標値に一致する様に、放
射温度計の出力に基づいてヒータ出力の制御を行う温度
制御方法において、前記放射温度計の検出温度範囲内で
且つその検出下限値の近傍に制御方式切替用温度を設定
し、前記放射温度計で検出された被加熱物の温度が、こ
の制御方式切替用温度以上の値のときには、前記放射温
度計の出力に基づいてヒータ出力のフィードバック制御
を行い、前記放射温度計で検出された被加熱物の温度
が、この制御方式切替用温度未満の値のときには、予め
用意されたヒータ出力から被加熱物の温度を算出する推
定式に基づいて、ヒータ出力の制御を行うことを特徴と
する。According to the temperature control method of the present invention, the temperature of an object to be heated is detected by using a radiation thermometer, and the temperature of the object to be heated coincides with a preset target value. In a temperature control method for controlling a heater output based on an output of a radiation thermometer, a control system switching temperature is set within a detection temperature range of the radiation thermometer and near a lower detection limit thereof, When the temperature of the object to be heated detected in the step (c) is equal to or higher than the control system switching temperature, feedback control of the heater output is performed based on the output of the radiation thermometer, and the heating target detected by the radiation thermometer is controlled. When the temperature of the object is lower than the control system switching temperature, the heater output is controlled based on an estimation formula for calculating the temperature of the object to be heated from the heater output prepared in advance.
【0020】本発明の温度制御方法によれば、被加熱物
の温度が放射温度計による検出下限値の近傍あるいはそ
れ以下の温度にあるときにも、被加熱物の温度を目標値
に近い値に合せることができる。従って、プログラム制
御を用いて被加熱物を昇温する際、目標設定温度が放射
温度計の検出下限値を超えた時点で、被加熱物の温度を
速やかに目標設定温度に一致させることができる。According to the temperature control method of the present invention, even when the temperature of the object to be heated is close to or lower than the lower limit of detection by the radiation thermometer, the temperature of the object to be heated is set to a value close to the target value. Can be adjusted to Therefore, when the temperature of the object to be heated is increased using the program control, the temperature of the object to be heated can be quickly made to match the target temperature when the target set temperature exceeds the detection lower limit of the radiation thermometer. .
【0021】好ましくは、前記ヒータを、それぞれ独立
に制御される複数の分割部分から構成し、前記放射温度
計を前記各分割部分毎に設け、前記各分割部分に対応す
る位置において前記被加熱物の温度を検出する様に配置
する。Preferably, the heater comprises a plurality of divided portions which are independently controlled, the radiation thermometer is provided for each of the divided portions, and the object to be heated is provided at a position corresponding to each of the divided portions. It is arranged to detect the temperature of.
【0022】この様に、本発明の温度制御方法を、それ
ぞれ独立に制御される複数の加熱ゾーンを備えた装置に
適用すれば、被加熱物の温度が放射温度計の検出下限値
の近傍にあるときにも、被加熱物の温度分布を均一にす
ることができる。As described above, if the temperature control method of the present invention is applied to an apparatus having a plurality of independently controlled heating zones, the temperature of the object to be heated becomes close to the detection lower limit of the radiation thermometer. At some point, the temperature distribution of the object to be heated can be made uniform.
【0023】好ましくは、前記推定式は、予め、前記被
加熱物の温度が前記制御方式切替用温度の近傍にある状
態で、ヒータ出力を一定時間間隔毎に変化させて前記被
加熱物の温度を測定し、その時のヒータ出力対前記被加
熱物の温度のデータに基づいて作成される。Preferably, the estimating equation is that the heater output is changed at predetermined time intervals in advance in a state where the temperature of the object to be heated is near the control system switching temperature. Is measured, and is created based on the data of the heater output at that time versus the temperature of the object to be heated.
【0024】例えば、前記被加熱物は、半導体ウエーハ
である。For example, the object to be heated is a semiconductor wafer.
【0025】例えば、前記被加熱物は、半導体ウエーハ
であって、その周縁部でサセプタ上に支持され、前記ヒ
ータは、半導体ウエーハの下面に対向する位置に配置さ
れ、それぞれ独立に制御される複数の同心円状のゾーン
から構成され、前記放射温度計は、前記各ゾーン毎に設
けられ、半導体ウエーハの上方に配置され、上記各ゾー
ンに対応する位置において半導体ウエーハの温度を検出
する。For example, the object to be heated is a semiconductor wafer, which is supported on a susceptor at a peripheral edge thereof, and the heater is disposed at a position facing the lower surface of the semiconductor wafer, and is independently controlled. The radiation thermometer is provided for each of the zones, is disposed above the semiconductor wafer, and detects the temperature of the semiconductor wafer at a position corresponding to each of the zones.
【0026】この場合、好ましくは、前記半導体ウエー
ハを前記サセプタ上に置く前に、前記放射温度計を用い
て前記ヒータの温度を検出し、検出された温度に基づい
て前記推定式の修正を行う。In this case, preferably, before placing the semiconductor wafer on the susceptor, the temperature of the heater is detected using the radiation thermometer, and the estimation formula is corrected based on the detected temperature. .
【0027】[0027]
【発明の実施の形態】以下、本発明に基づく温度制御方
法の一例について説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an example of a temperature control method according to the present invention will be described.
【0028】図1に、本発明に基づく温度制御方法のブ
ロック図を示す。ウエーハ温度(具体的には、放射温度
計への入射エネルギー)が放射温度計の検出可能温度範
囲内にある場合には、放射温度計の出力に基づいてヒー
タ出力のフィードバック制御(通常のフィードバック制
御)を行う。ウエーハ温度(具体的には、放射温度計へ
の入射エネルギー)が放射温度計の検出可能温度範囲外
にある場合には、ヒータ出力からウエーハ温度を算出す
る推定モデルを用いて、ヒータ出力を直接制御する。な
お、上記の推定モデルは、予め、数式あるいはテーブル
の形で制御装置内に登録しておく。FIG. 1 shows a block diagram of a temperature control method according to the present invention. When the wafer temperature (specifically, the incident energy to the radiation thermometer) is within the detectable temperature range of the radiation thermometer, the feedback control of the heater output (normal feedback control) is performed based on the output of the radiation thermometer. )I do. When the wafer temperature (specifically, the energy incident on the radiation thermometer) is outside the detectable temperature range of the radiation thermometer, the heater output is directly calculated using an estimation model that calculates the wafer temperature from the heater output. Control. The above estimation model is registered in the control device in the form of a mathematical expression or a table in advance.
【0029】次に、上記の推定モデルの作成方法の一例
について説明する。なお、以下において、適用される装
置の構成及び使用される各数値は、単に例として示した
ものに過ぎず、本発明の内容を限定するものではない。Next, an example of a method for creating the above estimation model will be described. In the following, the configuration of the device to be applied and the respective numerical values used are merely examples, and do not limit the content of the present invention.
【0030】エピタキシャル成長装置(図4)は、先に
説明した様に、3ゾーンのヒータ構成で、第一ヒータ2
1、第二ヒータ22及び第三ヒータ23が、同心円上に
配置されている。各ヒータ21、22、23の出力は、
通常の運転状態では、それぞれに対応する放射温度計3
1、32、33の出力に基づいてフィードバック制御さ
れる。The epitaxial growth apparatus (FIG. 4) has a three-zone heater configuration as described above,
1, the second heater 22 and the third heater 23 are arranged concentrically. The output of each heater 21, 22, 23 is
Under normal operating conditions, the corresponding radiation thermometer 3
Feedback control is performed based on the outputs of 1, 32 and 33.
【0031】ウエーハ(ダミーウエーハ)をサセプタ1
2の上に置き、先ず、設定温度を700℃として、各ヒ
ータ21、22、23の出力のフィードバック制御を行
う。ウエーハの温度が安定したところで、ヒータ出力を
一旦固定する。次に、図2に示す様に、ヒータ出力を少
しだけ上下に変化させて、そのときのウエーハの温度変
化を制御装置(図示せず)に記憶し、順次、一定時間間
隔毎に温度を上げながらこれを繰り返し、ヒータ出力と
ウエーハ温度の関係を多項式あるいは伝達関数の式で近
似的に求め、この式を放射温度計による下限温度以下の
領域まで延長させることにより、この下限温度以下の領
域におけるヒータ出力とウエーハ温度の関係式(推定
式)を作成する。The wafer (dummy wafer) is susceptor 1
2, first, the set temperature is set to 700 ° C., and feedback control of the outputs of the heaters 21, 22, and 23 is performed. When the temperature of the wafer is stabilized, the heater output is once fixed. Next, as shown in FIG. 2, the heater output is slightly changed up and down, and the temperature change of the wafer at that time is stored in a controller (not shown), and the temperature is sequentially increased at regular time intervals. This is repeated while approximating the relationship between the heater output and the wafer temperature by a polynomial or transfer function equation, and extending this equation to the area below the lower limit temperature by the radiation thermometer, in the area below this lower limit temperature. A relational expression (estimation formula) between the heater output and the wafer temperature is created.
【0032】なお、伝達関数で近似する場合には、次の
様な式で表わされる。In the case where the transfer function is approximated, the following equation is used.
【0033】 y(t)=b1・u(t−1)+b2・u(t−2)+・・・+bm・u(t −m) ・・・(1) ここで、y(t)はウエーハ温度を表す。u(t)はヒ
ータ出力であって、サンプリングにより離散化されてい
る。tは現在時刻を示す。u(t−1)は一つ前のサン
プリング時間でのヒータ出力を示す。mはある正の整数
値で、u(t−m)はm個過去のヒータ出力を示す。b
1,b2,・・・,bmは、係数であって、これらの値
は、ウエーハ温度とヒータ出力の測定値から算出され
る。なお、この算出の際には最小二乗法などが利用でき
る。図4に示した装置の場合、制御対象のヒータゾーン
が3つあるので、予め、上記の様な推定式を3種類、作
成しておく。Y (t) = b1 · u (t−1) + b2 · u (t−2) +... + Bm · u (t−m) (1) where y (t) is Indicates wafer temperature. u (t) is a heater output, which is discretized by sampling. t indicates the current time. u (t-1) indicates the heater output at the immediately preceding sampling time. m is a certain positive integer value, and u (tm) indicates m heater outputs in the past. b
, Bm are coefficients, and these values are calculated from the measured values of the wafer temperature and the heater output. In this case, the least square method or the like can be used. In the case of the apparatus shown in FIG. 4, since there are three heater zones to be controlled, the above three types of estimation formulas are created in advance.
【0034】なお、伝達関数型の式の他に、他の多項式
を用いた推定式、あるいはテーブル形式のデータを用い
ることもできる。In addition to the transfer function type expression, an estimation expression using another polynomial or data in a table format can be used.
【0035】装置の実運転の際には、上記の様にして作
成された推定式(推定モデル)を用いて、図1に示した
制御ブロックに従ってウエーハの温度制御を行う。During the actual operation of the apparatus, the temperature of the wafer is controlled according to the control block shown in FIG. 1 using the estimation formula (estimation model) created as described above.
【0036】図3に、本発明の方法に基づいてウエーハ
の温度制御を行った時のデータの一例を示す。図中、破
線41はウエーハの目標設定温度、一点鎖線42はヒー
タ出力に対応するウエーハの推定温度、実線(太)43
は放射温度計によって検出されたウエーハ温度、実線
(細)44はヒータ出力を表す。FIG. 3 shows an example of data when the wafer temperature is controlled based on the method of the present invention. In the drawing, a broken line 41 indicates a target set temperature of the wafer, a dashed line 42 indicates an estimated temperature of the wafer corresponding to the heater output, and a solid line (thick) 43.
Represents a wafer temperature detected by the radiation thermometer, and a solid line (thin) 44 represents a heater output.
【0037】なお、実線(太)45は、放射温度計によ
って検出されたヒータの表面温度である。図3に示した
例において、ウエーハの搬入温度は約500℃だが、ウ
エーハがサセプタ上に置かれていない時には、放射温度
計はヒータの表面温度を検出していることになる。ヒー
タの表面温度は、図4に示した装置では、ウエーハ温度
と比べて百数十℃程度高くなっているので、放射温度計
の出力45として現れる。この様に、ウエーハがサセプ
タ上に置かれていない時に、ヒータの表面温度が測定で
きる場合には、これを測定しておく。The solid line (thick) 45 indicates the surface temperature of the heater detected by the radiation thermometer. In the example shown in FIG. 3, the wafer loading temperature is about 500 ° C., but when the wafer is not placed on the susceptor, the radiation thermometer detects the surface temperature of the heater. In the apparatus shown in FIG. 4, the surface temperature of the heater is about one hundred and several tens degrees Celsius higher than the wafer temperature, and thus appears as the output 45 of the radiation thermometer. As described above, when the surface temperature of the heater can be measured when the wafer is not placed on the susceptor, this is measured.
【0038】この例において、放射温度計による検出下
限値は600℃である。ヒータ出力の制御方式の切り替
えは、ウエーハ温度650℃、即ち上記の検出下限値に
対して十分な余裕のある温度で行っている。具体的に
は、ウエーハをサセプタ上に置いた後、先ず、上記の推
定式に基づいてヒータ出力を制御し、ウエーハ温度の検
出値が650℃に到達したとき、放射温度計の出力に基
づくフィードバック制御に切り替える。In this example, the lower limit of detection by the radiation thermometer is 600 ° C. The switching of the control method of the heater output is performed at a wafer temperature of 650 ° C., that is, a temperature having a sufficient margin with respect to the above detection lower limit. Specifically, after the wafer is placed on the susceptor, first, the heater output is controlled based on the above estimation formula, and when the detected value of the wafer temperature reaches 650 ° C., the feedback based on the output of the radiation thermometer is performed. Switch to control.
【0039】なお、放射温度計による検出下限値は60
0℃であるので。それ以上の温度範囲では、放射温度計
による測定値も十分な精度を備えている。そこで、ウエ
ーハ温度が600℃から700℃までの間では、推定式
による計算温度と、放射温度計による検出値とを比較し
て、先の伝達関数の係数(b1,b2,・・・・・)の
値を修正する。なお、この修正はゲインを修正する程度
でもかまわない。The lower limit of detection by the radiation thermometer is 60.
Because it is 0 ° C. In the temperature range higher than that, the values measured by the radiation thermometer also have sufficient accuracy. Therefore, when the wafer temperature is between 600 ° C. and 700 ° C., the temperature calculated by the estimation formula is compared with the value detected by the radiation thermometer, and the coefficients (b1, b2,... Correct the value of). In addition, this correction may be performed to the extent that the gain is corrected.
【0040】ウエーハの搬入前にヒータ温度が検出でき
る場合には、好ましくは、その検出値を用いて更にヒー
タ出力を修正する。通常、装置を立ち上げて時間が経過
した後では、立ち上げ直後と比べて同じ温度を保つため
のヒータ出力が小さくなる。そのため、放射温度計によ
って検出されたヒータ温度に基づいてヒータ出力を修正
し、長期間に渡ってウエーハの温度が安定的に制御され
るようにする。If the heater temperature can be detected before the wafer is loaded, preferably, the heater output is further corrected using the detected value. Normally, after a lapse of time from the start-up of the apparatus, the heater output for maintaining the same temperature becomes smaller than immediately after the start-up. Therefore, the heater output is corrected based on the heater temperature detected by the radiation thermometer so that the temperature of the wafer is stably controlled over a long period of time.
【0041】例えば、次の様に、ヒータ出力の修正を行
う。即ち、放射温度計によって検出されたヒータ温度
が、炉の立ち上げ直後の温度と比較して、ある温度以
上、上昇したときには、ヒータ出力を推定式に基づいて
決定された値から1%下げ、逆に、ある温度以上、低下
したときにはヒータ出力を1%上げる。For example, the heater output is corrected as follows. That is, when the heater temperature detected by the radiation thermometer rises by a certain temperature or more compared to the temperature immediately after the start of the furnace, the heater output is reduced by 1% from the value determined based on the estimation formula, Conversely, when the temperature drops below a certain temperature, the heater output is increased by 1%.
【0042】[0042]
【発明の効果】以上の様に、本発明の温度制御方法を使
用すれば、目標設定温度が、フィードバック制御用の放
射温度計による検出下限値を下回っているときにも、被
加熱物の温度をある程度の精度で維持することができ、
目標設定温度が、放射温度計の検出下限値を超えたとき
には、被加熱物の温度を速やかに目標設定温度に一致さ
せることができる。As described above, when the temperature control method of the present invention is used, even when the target set temperature is lower than the lower limit of detection by the radiation thermometer for feedback control, the temperature of the object to be heated can be reduced. Can be maintained with some accuracy,
When the target set temperature exceeds the detection lower limit of the radiation thermometer, the temperature of the object to be heated can be quickly made to match the target set temperature.
【0043】本発明の温度制御方法を、エピタキシャル
成長装置の様な、複数のゾーンに分割されたヒータを用
いてウエーハを加熱する半導体製造装置に適用すれば、
ウエーハの面内温度分布の均一性を高めることができ
る。その結果、当該ウエーハを用いて製造される半導体
素子の品質及び歩留りを向上させることができる。If the temperature control method of the present invention is applied to a semiconductor manufacturing apparatus for heating a wafer using a heater divided into a plurality of zones, such as an epitaxial growth apparatus,
The uniformity of the in-plane temperature distribution of the wafer can be improved. As a result, it is possible to improve the quality and yield of a semiconductor device manufactured using the wafer.
【図1】本発明に基づく温度制御方法を示す制御ブロッ
ク図。FIG. 1 is a control block diagram showing a temperature control method according to the present invention.
【図2】温度推定モデルの作成のためのテストの概要を
示す図。FIG. 2 is a diagram showing an outline of a test for creating a temperature estimation model.
【図3】本発明に基づく温度制御方法を用いてヒータ出
力の制御を行ったときのデータの一例を示す図。FIG. 3 is a diagram showing an example of data when heater output is controlled using the temperature control method according to the present invention.
【図4】本発明の温度制御方法が適用されるエピタキシ
ャル成長装置の一例を示す図。FIG. 4 is a diagram showing an example of an epitaxial growth apparatus to which the temperature control method of the present invention is applied.
【図5】図4に示したエピタキシャル成長装置のヒータ
部分の上面図。5 is a top view of a heater portion of the epitaxial growth apparatus shown in FIG.
【図6】従来のヒータ出力の制御ブロック図。FIG. 6 is a control block diagram of a conventional heater output.
【図7】エピタキシャル成長工程でのウエーハ設定温度
の一例を示す図。FIG. 7 is a view showing an example of a wafer set temperature in an epitaxial growth step.
10・・・ウエーハ(被加熱物)、 11・・・サセプタ、 15・・・反応ガス供給ノズル、 21・・・第一ヒータ(内部ヒータ) 22・・・第二ヒータ(中間部ヒータ)、 23・・・第三ヒータ(周縁部ヒータ)、 31・・・放射温度計、 32・・・放射温度計、 33・・・放射温度計、 41・・・目標設定温度、 42・・・推定温度、 43・・・放射温度計による検出温度、 44・・・ヒータ出力、 45・・・放射温度計により検出されたヒータの表面温
度。Reference Signs List 10: wafer (object to be heated), 11: susceptor, 15: reaction gas supply nozzle, 21: first heater (internal heater) 22: second heater (intermediate heater), 23: Third heater (peripheral heater), 31: Radiation thermometer, 32: Radiation thermometer, 33: Radiation thermometer, 41: Target set temperature, 42: Estimation Temperature, 43: temperature detected by radiation thermometer, 44: heater output, 45: surface temperature of heater detected by radiation thermometer.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 英樹 静岡県沼津市大岡2068の3 東芝機械株式 会社内 (72)発明者 高橋 英則 静岡県沼津市大岡2068の3 東芝機械株式 会社内 (72)発明者 大橋 忠 神奈川県秦野市曽屋30番地 東芝セラミッ クス株式会社開発研究所内 (72)発明者 鳥觜 修治 神奈川県秦野市曽屋30番地 東芝セラミッ クス株式会社開発研究所内 (72)発明者 岩田 勝行 神奈川県秦野市曽屋30番地 東芝セラミッ クス株式会社開発研究所内 Fターム(参考) 3K058 AA86 BA19 CA70 CA92 CB23 4G077 AA03 BA04 DB01 EG16 EH06 TJ03 TJ13 5F045 EK22 GB01 GB05 GB15 5H323 AA40 CA06 CB02 CB42 EE05 EE20 FF01 FF10 GG15 HH05 HH09 JJ04 KK05 LL01 LL02 LL12 LL18 LL23 LL27 NN03 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Hideki Ito 2068-3 Ooka, Numazu-shi, Shizuoka Prefecture Inside Toshiba Machine Co., Ltd. (72) Inventor Hidenori Takahashi 2068-3, Ooka, Numazu-shi, Shizuoka Prefecture Toshiba Machine Co., Ltd. Inventor Tadashi Ohashi 30 Soya, Hadano-shi, Kanagawa Pref., Toshiba Ceramics Co., Ltd. 30 Soya, Hadano-shi, Toshiba F-term in Toshiba Ceramics Co., Ltd. Development Research Laboratory (reference) JJ04 KK05 LL01 LL02 LL12 LL18 LL23 LL27 NN03
Claims (6)
出し、被加熱物の温度が予め設定された目標値に一致す
る様に、放射温度計の出力に基づいてヒータ出力の制御
を行う温度制御方法において、 前記放射温度計の検出温度範囲内で且つその検出下限値
の近傍に制御方式切替用温度を設定し、 前記放射温度計で検出された被加熱物の温度が、この制
御方式切替用温度以上の値のときには、前記放射温度計
の出力に基づいてヒータ出力のフィードバック制御を行
い、 前記放射温度計で検出された被加熱物の温度が、この制
御方式切替用温度未満の値のときには、予め用意された
ヒータ出力から被加熱物の温度を算出する推定式に基づ
いて、ヒータ出力の制御を行うことを特徴とする温度制
御方法。The temperature of an object to be heated is detected using a radiation thermometer, and the heater output is controlled based on the output of the radiation thermometer so that the temperature of the object to be heated matches a preset target value. In the temperature control method of performing, the control method switching temperature is set within the detection temperature range of the radiation thermometer and near the detection lower limit, the temperature of the object to be heated detected by the radiation thermometer, When the temperature is equal to or higher than the control system switching temperature, feedback control of the heater output is performed based on the output of the radiation thermometer, and the temperature of the object to be heated detected by the radiation thermometer is lower than the control system switching temperature. A temperature control method for controlling the heater output based on an estimation formula for calculating the temperature of the object to be heated from the heater output prepared in advance.
る複数の分割部分から構成され、 前記放射温度計は、前記各分割部分毎に設けられ、前記
各分割部分に対応する位置において前記被加熱物の温度
を検出する様に配置されていることを特徴とする請求項
1に記載の温度制御方法。2. The heater comprises a plurality of divided portions which are independently controlled. The radiation thermometer is provided for each of the divided portions, and the radiation thermometer is provided at a position corresponding to each of the divided portions. The temperature control method according to claim 1, wherein the temperature control method is arranged to detect a temperature of the object.
度が前記制御方式切替用温度の近傍にある状態で、ヒー
タ出力を一定時間間隔毎に変化させて前記被加熱物の温
度を測定し、その時のヒータ出力対前記被加熱物の温度
のデータに基づいて作成されることを特徴とする請求項
1に記載の温度制御方法。3. The estimating equation is configured such that, in a state where the temperature of the object to be heated is in the vicinity of the control system switching temperature, the temperature of the object to be heated is changed by changing the heater output at regular time intervals. The temperature control method according to claim 1, wherein the temperature control method is created based on data of a measured heater output and a temperature of the object to be heated at that time.
ことを特徴とする請求項1に記載の温度制御方法。4. The temperature control method according to claim 1, wherein the object to be heated is a semiconductor wafer.
て、その周縁部でサセプタ上に支持され、 前記ヒータは、半導体ウエーハの下面に対向する位置に
配置され、それぞれ独立に制御される複数の同心円状の
ゾーンから構成され、 前記放射温度計は、前記各ゾーン毎に設けられ、半導体
ウエーハの上方に配置され、上記各ゾーンに対応する位
置において半導体ウエーハの温度を検出することを特徴
する請求項1に記載の温度制御方法。5. The object to be heated is a semiconductor wafer, and is supported on a susceptor at a peripheral portion thereof. The heater is disposed at a position facing a lower surface of the semiconductor wafer, and is independently controlled. Wherein the radiation thermometer is provided for each of the zones, is disposed above the semiconductor wafer, and detects the temperature of the semiconductor wafer at a position corresponding to each of the zones. The temperature control method according to claim 1.
置く前に、前記放射温度計を用いて前記ヒータの温度を
検出し、検出された温度に基づいて前記推定式の修正を
行うことを特徴とする請求項5に記載の温度制御方法。6. The method according to claim 1, wherein before placing the semiconductor wafer on the susceptor, the temperature of the heater is detected using the radiation thermometer, and the estimation formula is corrected based on the detected temperature. The temperature control method according to claim 5, wherein
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26031699A JP2001085339A (en) | 1999-09-14 | 1999-09-14 | Temperature control method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26031699A JP2001085339A (en) | 1999-09-14 | 1999-09-14 | Temperature control method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001085339A true JP2001085339A (en) | 2001-03-30 |
Family
ID=17346336
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP26031699A Pending JP2001085339A (en) | 1999-09-14 | 1999-09-14 | Temperature control method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2001085339A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001274146A (en) * | 2000-01-18 | 2001-10-05 | Applied Materials Inc | Heater temperature uniformizing apparatus |
JP2003224078A (en) * | 2002-01-31 | 2003-08-08 | Hitachi Kokusai Electric Inc | Substrate processor |
JP2011192067A (en) * | 2010-03-15 | 2011-09-29 | Nippon Steel Corp | Temperature control method and temperature control apparatus |
JP2017167813A (en) * | 2016-03-16 | 2017-09-21 | 株式会社Kelk | Temperature controller of semiconductor wafer, and temperature control method of semiconductor wafer |
-
1999
- 1999-09-14 JP JP26031699A patent/JP2001085339A/en active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001274146A (en) * | 2000-01-18 | 2001-10-05 | Applied Materials Inc | Heater temperature uniformizing apparatus |
JP2003224078A (en) * | 2002-01-31 | 2003-08-08 | Hitachi Kokusai Electric Inc | Substrate processor |
JP2011192067A (en) * | 2010-03-15 | 2011-09-29 | Nippon Steel Corp | Temperature control method and temperature control apparatus |
JP2017167813A (en) * | 2016-03-16 | 2017-09-21 | 株式会社Kelk | Temperature controller of semiconductor wafer, and temperature control method of semiconductor wafer |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3437118B2 (en) | Wafer heating apparatus and control method therefor | |
US6191399B1 (en) | System of controlling the temperature of a processing chamber | |
US6596973B1 (en) | Pyrometer calibrated wafer temperature estimator | |
US8047706B2 (en) | Calibration of temperature control system for semiconductor processing chamber | |
TW473807B (en) | Adaptive temperature controller and method of operation | |
JP4033809B2 (en) | Heat treatment apparatus and heat treatment method | |
US6217212B1 (en) | Method and device for detecting an incorrect position of a semiconductor wafer | |
JP2003512519A (en) | Method and apparatus for controlling wafer uniformity using spatially resolved sensors | |
JP2006283173A (en) | Substrate treatment method, and substrate treatment apparatus | |
JP2001077041A (en) | Temperature calibrating method for thermal process device | |
JP2009260261A (en) | Thermal processing apparatus, method for regulating temperature of thermal processing apparatus, and program | |
JP3764689B2 (en) | Semiconductor manufacturing method and semiconductor manufacturing apparatus | |
JP2004228475A (en) | Treatment equipment for semiconductor wafer, and manufacturing method for semiconductor device having photoengraving process using the equipment | |
JP2001085339A (en) | Temperature control method | |
US20200286719A1 (en) | Substrate carrier apparatus, substrate processing apparatus, and method of adjusting temperature of susceptor | |
JP3631921B2 (en) | Calibration method for non-contact thermometer | |
JP4244501B2 (en) | Heat treatment equipment | |
JP2004072030A (en) | Semiconductor manufacturing apparatus | |
CN118339641A (en) | Substrate processing apparatus, temperature measurement method, and temperature control method | |
JP4391734B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
WO2005008755A1 (en) | Temperature control method, substrate processing system and process for producing semiconductor | |
JP2000064029A (en) | Temperature controlling mechanism in semiconductor producing device | |
JP2004071794A (en) | Substrate treatment equipment | |
JP2001289714A (en) | Temperature measurement method and measurement device of substrate and treating device of the substrate | |
TW202301427A (en) | Substrate processing apparatus and substrate processing method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040316 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040513 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20051004 |