JP4878801B2

JP4878801B2 - 基板処理装置、半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP4878801B2
Application number: JP2005278771A
Authority: JP
Inventors: 和夫田中
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc; Kokusai Denki Electric Inc
Current assignee: Kokusai Denki Electric Inc
Priority date: 2005-09-26
Filing date: 2005-09-26
Publication date: 2012-02-15
Anticipated expiration: 2025-09-26
Also published as: JP2007088394A

Description

本発明は、基板処理装置に係り、特に温度センサ故障時に処理室内の温度を有効に制御するための装置に関する。

基板処理装置では、基板を処理する処理シーケンスの実行中に、ゾーン分割された炉内を温度制御している。炉内の温度制御は、温度センサの測定温度に基づいてヒータへの電力値を制御することで行っている。処理シーケンスの実行中に、温度センサが故障した場合、フェイルセーフの思想から、故障が発生したゾーンのヒータへの電力供給をゼロとする処理を行う。

温度センサの故障が、一連の処理シーケンス中の後半の降温ステップまたは基板引出しステップで発生したならば、成膜処理等のプロセス処理が正常に終了している可能性もあるが、予備加熱処理から本加熱処理を含むプロセス処理中の間で発生した場合には、ヒータへの電力供給をゼロとする処理を行っても、プロセス処理が正常に終了せず、処理シーケンス終了時の基板が不良品となる場合がある。そのため、温度センサが故障した場合でも、不良品の発生を低減させることができる技術が求められていた。

そこで、従来、２つの近接配置された温度センサを切替え可能に設け、一方の温度センサが故障した場合には、一方の温度センサの代替えとして他方の温度センサを用いて、他方の温度センサの測定温度をそのまま、一方の温度センサのときに設定した設定温度と一致するように制御させるようにした装置が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
特開平１０−２７０４５４号公報

しかしながら、上述した特許文献１に記載の技術では、２つの温度センサは近接配置されているとはいえ測定箇所が異なるため、一方の温度センサの代替えとして他方の温度センサの測定温度をそのまま設定温度となるように制御すると、本来温度制御したい一方の温度センサの測定温度と設定温度とに食い違いが発生することとなり、安定な温度制御の継続を行うことが困難になる。
本発明は、温度センサが故障した場合でも、温度制御の安定継続が可能な基板処理装置を提供することにある。

第１の発明は、基板を処理する処理室と、該処理室を加熱する加熱手段と、前記処理室外に配置され前記加熱手段の温度を測定する第１の温度センサと、該第１の温度センサよりも前記基板近傍に配置され前記処理室内の温度を測定する第２の温度センサと、前記第１及び第２の温度センサでそれぞれの測定する温度に基づき前記加熱手段を制御する制御手段とを備え、前記処理室を前記加熱手段で加熱する際、前記制御手段が、設定温度と前記第２の温度センサで測定する温度との偏差に基づき第１の演算を行い、該第１の演算結果と前記第１の温度センサで測定する温度との偏差に基づき第２の演算を行い、該第２の演算結果に基づき前記加熱手段を制御する基板処理装置であって、前記第２の温度センサが正常に温度測定できなくなる前に、前記設定温度にて温度が安定した際の前記第１及び第２の温度センサでそれぞれの測定した温度により温度差を求めて記憶しておき、前記処理室内で基板を処理するよう前記制御手段が前記加熱手段を制御している際に、前記第２の温度センサが正常に温度測定できなくなったとき、前記制御手段は、前記第２の温度センサで測定する温度と設定温度との偏差に基づき第１の演算をすることに替えて、前記記憶された温度差により前記設定温度を補正し、該補正結果と前記第１の温度センサで測定する温度との偏差に基づき第２の演算を行い、該第２の演算結果に基づき前記加熱手段を制御することを特徴とする基板処理装置である。

本発明によれば、第２の温度センサが故障する前に、設定温度にて温度が安定した際の第１及び第２の温度センサでそれぞれの測定した温度により温度差を求めて記憶しておき、記憶された温度差により設定温度を補正し、この補正結果を、第１の演算結果に替えて使用するので、第２の温度センサで測定する温度と設定温度との偏差に基づき行う第１の演算と、擬似的ではあるが略同等の演算を行うことが可能となる。したがって、本処理中に、第２の温度センサが故障して、第２の温度センサによる温度測定が不可能になった場合でも、使用可能な第１の温度センサを使用して加熱手段の制御を継続でき、安定な温度制御を行うことができる。

ここで、第２の温度センサが正常に温度測定できなくなる前とは、求めた温度差を、加熱手段の制御継続可能な補正結果として使用することが可能となるタイミングをいい、例えば、処理室内で基板を処理するに先立って行う先行処理で、制御手段が加熱手段を制御して、処理室内を基板処理時の設定温度にて温度を安定させ、この温度が安定している際（温度安定時）を挙げることができる。この温度安定時の他に、第２の温度センサの故障直前、又は処理室内での基板処理開始時などを挙げることができる。

第２の発明は、基板を処理する処理室と、該処理室を加熱する加熱手段と、前記処理室外に配置され前記加熱手段の温度を測定する第１の温度センサと、該第１の温度センサよりも前記基板近傍に配置され前記処理室内の温度を測定する第２の温度センサと、前記加熱手段の異常加熱を検出する第３の温度センサと、前記第１及び第２の温度センサでそれぞれの測定する温度に基づき前記加熱手段を制御する制御手段とを備え、前記処理室を前記加熱手段で加熱する際、前記制御手段が、設定温度と前記第２の温度センサで測定する温度との偏差に基づき第１の演算を行い、該第１の演算結果と前記第１の温度センサで測定する温度との偏差に基づき第２の演算を行い、該第２の演算結果に基づき前記加熱手段を制御する基板処理装置であって、前記第１の温度センサが正常に温度測定できなくなる前に、前記設定温度にて温度が安定した際の前記第１及び第３の温度センサでそれぞれの測定した温度により温度差を求めて記憶しておき、前記処理室内で基板を処理する本処理で、前記制御手段が前記加熱手段を制御している際に、前記第１の温度センサが正常に温度測定できなくなったとき、前記制御手段は、前記第１の演算結果と第１の温度センサで測定する温度との偏差に基づき第２の演算をすることに替えて、前記記憶された温度差により前記第３の温度センサで測定する温度を補正し、該補正結果と前記第１の演算結果とに基づき第２の演算を行い、該第２の演算結果に基づき前記加熱手段を制御することを特徴とする基板処理装置である。

本発明によれば、第１の温度センサが故障する前に、設定温度にて温度が安定した際の第１及び第３の温度センサでそれぞれの測定した温度により温度差を求めて記憶しておき、記憶された温度差により設定温度を補正し、この補正結果を、故障した第１の温度センサで測定するべき温度の代りに使用するので、本来第１の温度センサで測定する温度と第１の演算結果との偏差に基づき行う第２の演算と、擬似的ではあるが略同等の演算を行うことが可能となる。したがって、本処理中に、第１の温度センサが故障して、第１の温度センサによる温度測定が不可能になった場合でも、使用可能な第３の温度センサを使用して加熱手段の制御を継続でき、安定な温度制御を行うことができる。

本発明においても、第１の温度センサが正常に温度測定できなくなる前とは、求めた温度差を、加熱手段の制御継続可能な補正結果として使用することが可能となるタイミングをいい、例えば、処理室内で基板を処理するに先立って行う先行処理で、制御手段が加熱手段を制御して、処理室内を基板処理時の設定温度にて温度を安定させ、この温度が安定している際（温度安定時）を挙げることができる。この温度安定時の他に、第１の温度センサの故障直前、又は処理室内での基板処理開始時などを挙げることができる。

第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記加熱手段が処理室を分割加熱するために複数のゾーンに分割され、前記制御手段はゾーン毎に設けられていることを特徴とする基板処理装置である。ゾーン分割された加熱手段をゾーン毎に制御できるので、処理室内の温度制御をより安定に継続制御できる。

第４の発明は、第３の発明において、前記温度センサが正常に温度測定できなくなる前に、各温度センサでそれぞれの測定した温度により求める温度差を前記ゾーン毎に記憶しておき、この記憶手段が、ゾーン毎に前記温度差をそれぞれ記憶するルックアップテーブルであることを特徴とする基板処理装置である。所望の温度差をルックアップテーブルで求められるので、制御の高速化が可能となる。

本発明によれば、温度センサが故障した場合でも、温度制御の安定継続を行うことができる。

以下に本発明の実施の形態を説明する。
基板処理装置として、たとえば半導体装置を製造する半導体製造装置があるが、そのうち、化学反応（ＣＶＤ反応）を利用して複数の基板を一括処理する縦型ＣＶＤ炉について図面を用いて説明する。なお、ここでは、いずれの図面及び説明とも、縦型炉を例として用いているが、本発明はその他の炉にも応用できる。

図７に実施の形態の縦型ＣＶＤ炉の構造例を示す。図７に示した縦型ＣＶＤ炉は、内部に処理室１００を形成する反応管１０４と、反応管１０４内を加熱する加熱手段としてのヒータ１０１とから主に構成される。反応管１０４内には熱処理するための基板１０３を搭載したボート１０６が挿入される。

この縦型ＣＶＤ炉の温度を制御する温度制御システムは、第１の温度センサとしての外部熱電対１０２と、第２の温度センサとしての内部熱電対１０５と、第３の温度センサとしての過温保護熱電対１０９とを備える。さらに、設定温度を指定する装置操作部１０８と、ヒータ１０１への操作量Ｚ（電力値）を求める温度コントローラ１０７と、温度コントローラ１０７の出力値に応じた電力をヒータ１０１に供給する電力調整器１１０とを備える。上述した温度コントローラ１０７、装置操作部１０８及び電力調整器１１０から制御手段１１１が構成される。

ヒータ１０１は、炉内温度をより高精度に制御するためにゾーン分割されており、たとえば４ゾーン分割の場合には、反応管１０４の軸方向に沿って、各ゾーンは上部から順にＵ、ＣＵ、ＣＬ、Ｌゾーンなどと呼ばれる。分割されたヒータ１０１のそれぞれのゾーンに対応して、外部熱電対１０２、内部熱電対１０５、及び過温保護熱電対１０９が上下に区分して配置されている。

外部熱電対１０２は処理室１００の外であって、ヒータ１０１の近傍に配置されて、ヒータ１０１近傍の温度を測定することによりヒータ１０１の温度を測定する。内部熱電対１０５は、外部熱電対１０２よりも基板１０３の近傍、たとえば図示例のように反応管１０４内に配置され、処理室１００内の温度（単に炉内温度ともいう）を測定する。過温保護熱電対１０９は、ヒータ１０１の近傍に配置され、強制的にヒータ電源を遮断するなどして装置保護を行うためにヒータ１０１の異常加熱を検出する。

この縦型ＣＶＤ炉における温度制御の目的は、熱処理するための基板１０３近傍に設置された内部熱電対１０５の測定温度を、設定温度Ｙと一致させることである。上述した温度制御システムは、装置操作部１０８から温度コントローラ１０７に設定温度Ｙを設定し、内部熱電対１０５の測定温度を、この設定温度Ｙと一致するように、温度コントローラ１０７が、外部熱電対１０２、内部熱電対１０５（及び過温保護熱電対１０９）の測定温度に基づいてヒータ１０１に供給すべき操作量（電力値）Ｚを演算し、その演算結果を電力調整器１１０に出力して、その出力値に応じた電力をヒータ１０１に供給する。

図８に示すように、温度コントローラ１０７は、カスケード制御ループを構成している。カスケード制御ループは、設定温度Ｙと内部熱電対１０５からの測定温度との偏差（第１の偏差）を出力する第１の加算器４０１と、第１の加算器４０１の出力に応じてＰＩＤ演算して、外部熱電対１０２からの測定温度が追従すべき値を指示する第１のＰＩＤ調節部４０２と、第１のＰＩＤ調節部４０２の出力と外部熱電対１０２からの測定温度との偏差（第２の偏差）を出力する第２の加算器４０３と、第２の加算器４０３の出力に応じてＰＩＤ演算して、ヒータ１０１への操作量Ｚを指示する第２のＰＩＤ調節部４０４とで構成される。
なお、図８は、１つのゾーンのみを記述しているが、４ゾーン分割される場合は、同様の構成がそれぞれのゾーンごとに存在する。また、図８では、便宜上、電力調整器１１０を省略しているが、以下に説明する図１、図４でも同様に省略している。

図９に示すように、装置操作部１０８は、作業者が装置の動作情報を確認したり、各種設定を行ったりするための操作画面部２０１と、レシピ（処理シーケンス情報）を保存するためのレシピ保存部２０２と、温度コントローラ１０７との間でデータの送受信を行う温度コントローラ間通信部２０３と、これらを制御する制御部２０４とから構成される。

装置操作部１０８は、温度コントローラ１０７に対して、作業者が設定した設定温度やパラメータ設定を送信するとともに、温度データやヒータ電力値などのデータを受信して、受信したデータを装置情報として操作画面部２０１に表示させたり、制御部２０４内に設けた記憶領域２０５に記憶させたりする。

次に、縦型ＣＶＤ炉で使用される処理シーケンスについて説明する。図１０は、縦型ＣＶＤ炉で行われるプロセス処理の一例のフローチャートを示し、図１１は、そのときの炉内の温度変化の概略を示したものである。
ステップＳ１では、炉内の温度を比較的低い温度Ｔ₀で安定させる予備加熱処理を行う。ここではボート１０６はまだ炉内へ挿入されていない。ステップＳ２ではボート１０６を炉内に挿入する処理（ボートロード）を行う。ステップＳ３では設定温度Ｔ₀から、基板１０３に成膜処理等のプロセス処理を施すための前記温度Ｔ₀よりも高い設定温度Ｔ₁まで徐々に炉内の温度を上昇させる処理（ランプアップ）を行う。ステップＳ４では基板１０３にプロセス処理を施すために炉内の温度を基板処理時の設定温度Ｔ₁で安定させる本加熱処理を行う。ステップＳ５では設定温度Ｔ₁から再び比較的低い設定温度Ｔ₀まで徐々に炉内の温度を下降させる処理（ランプダウン）を行う。ステップＳ６ではプロセス処理が施された基板１０３を搭載しているボート１０６を炉内から引き出す処理（ボートアンロード）を行う。

上記の処理シーケンスは、作業者が装置操作部１０８の操作画面部２０１から随時設定し、レシピ保存部２０２に保存したあと、実行される。通常、ステップＳ１からステップＳ６の処理は繰り返し行われるが、処理シーケンスの実行中に、外部熱電対１０２、または内部熱電対１０５が故障し、内部熱電対１０５による温度測定が不可能となる場合がある。通常そのような場合、温度制御に必要な情報が欠落して制御継続が不可能となるため、故障が発生したゾーンは安全方向へ移行、つまりヒータ１０１への操作量Ｚを０％とする処理を行う。

しかし、上記の故障現象が、図１１のステップＳ５（温度降下）またはステップＳ６（基板引出し）で発生したならば、成膜処理等のプロセス処理が正常に終了している可能性もあるが、ステップＳ１（設定温度Ｔ₀維持）からステップＳ４（設定温度Ｔ₁維持）の間で発生した場合、ヒータ１０１への操作量Ｚを０％とする処理を行っても、プロセス処理が正常に終了せず、処理シーケンス終了時の基板が不良品となる場合がある。
そこで、本発明者は、温度センサが故障した場合でも、不良品の発生を低減させることが可能なカスケード制御ループを有する次のような基板処理装置を創案した。

［第１の実施の形態］
図１はそのような基板処理装置の第１の実施の形態を示すカスケード制御ループの構成図を示す。カスケード制御ループの基本的な構成は、図８と同じである。
図８の構成と異なる点は、処理室１００をヒータ１０１で加熱する際、すなわち温度制御中に、内部熱電対１０５が故障し、内部熱電対１０５による温度測定が不可能となったことを温度コントローラ１０７が判断した場合、内部熱電対１０５を制御ループから外し、ルックアップテーブルとしての安定時温度差テーブル４０６に記憶した温度差を、設定温度に加えて補正した値を第１の演算結果の代替として制御ループに組み入れた構成となっている点である。

ここで、外部熱電対１０２の測定温度を、装置操作部１０８から指定された設定温度Ｙとなるようヒータ１０１を制御する構成とすることも考えられるが、外部熱電対１０２と内部熱電対１０５とは測定箇所が異なるため、外部熱電対１０２の測定温度を、そのまま装置操作部１０８から指定された設定温度Ｙとなるように制御した場合、本来温度制御したい内部熱電対１０５の測定温度と、設定温度Ｙとに大きな食い違いが発生することとなり、プロセス処理の品質低下の原因となる可能性がある。

そこで、内部熱電対１０５を制御ループから外した後、装置操作部１０８から指定された設定温度Ｙに、安定時温度差テーブル４０６から読み出した温度差を、第３の加算器４０５で加算することにより、前記設定温度Ｙを補正し、この補正結果を第１の演算結果の替わりとし、外部熱電対１０２の測定温度と、第２の加算器４０３で加算することにより、第２の偏差を求め、この第２の偏差に基づき第２のＰＩＤ調節部４０４で第２の演算を行い、この第２の演算結果（操作量Ｚ）に基づき、補正された設定温度となるようにヒータ１０１を制御する構成としている。

なお、装置操作部１０８の記憶領域２０５（図９参照）に設けられた前記安定時温度差テーブル４０６には、事前に、すなわち処理室内で基板を処理するに先立って行う先行処理や温度データ取得するため、前述の処理シーケンスを基板やプロセスガスを用いずに模擬的に行う際に、温度コントローラ１０７がヒータ１０１を制御して、処理室１００内を基板処理時の予備加熱処理および本加熱処理時等処理シーケンスにて設定されるそれぞれの設定温度Ｙにて温度を安定させ、この温度が安定しているときに、外部熱電対１０２と内部熱電対１０５とで求めた温度差が、ゾーンごとおよび設定温度ごとに記憶されている。図２に、そのような温度差を記憶した安定時温度差テーブル４０６の例を示す。

次に、図３を用いて上記カスケード制御ループを含む制御手段１１１の作用を説明する。
処理室１００内で基板１０３を処理するに先立って行う先行処理で、制御手段１１１がヒータ１０１を制御して（ステップ３０１）、処理室１００内を基板処理時の予備加熱処理および本加熱処理等処理シーケンスにて設定されたそれぞれの設定温度Ｔにて温度が安定したか否か判断し（ステップ３０３）、温度が安定している際に、外部熱電対１０２及び内部熱電対１０５でそれぞれの測定した温度により温度差を求めて記憶しておく（ステップ３０５）。

処理室１００内で基板１０３を実際に処理する本処理で、制御手段１１１がヒータ１０１を制御している際に（ステップ３０７）、内部熱電対１０５が正常か否か判断し（ステップ３０９）、正常であれば内部熱電対１０５で測定する温度と設定温度Ｙとの第１の偏差に基づき第１の演算をする（ステップ３１１）。一方、内部熱電対１０５が正常に温度測定できなくなったとき、制御手段１１１は、内部熱電対１０５で測定する温度と設定温度Ｙとの第１の偏差に基づき第１の演算をすることに替えて、安定時温度差テーブル４０６に記憶された同じ設定温度に対応する温度差により設定温度Ｙを補正し（ステップ３１３）、補正結果と外部熱電対１０２で測定する温度との第２の偏差に基づき第２の演算を行い（ステップ３１４）、本処理が終了するまで（ステップ３１５）、この第２の演算結果に基づきヒータ１０１を制御する。

このように、内部熱電対１０５が故障した場合、処理室１００内の温度が安定したときの外部熱電対１０２と内部熱電対１０５との温度差で補正した設定温度になるよう外部熱電対１０２の測定温度を制御することで、擬似的に内部熱電対１０５の測定温度を本来の設定温度Ｙとなるように温度制御を安定継続することができる。

なお、上述した内部熱電対１０２、及び外部熱電対１０５は、複数にゾーン分割されたヒータ１０１のそれぞれに対応して上下に区分けして設けられており、そのうちの一つのゾーンに対応する内部熱電対１０５が断線や故障等し温度測定できなくなった場合には、実施の形態のカスケード制御ループと同様の構成がそれぞれのゾーンごとに存在するので、故障した内部熱電対１０５により温度測定できなくなったゾーンのみを記憶された温度差により設定温度を補正するよう制御するが、その他のゾーンに対応する内部熱電対１０５は正常に温度測定できるので、制御手段１１１の温度コントローラ１０７は、図８に示すカスケード制御ループを構成して、そのまま内部熱電対１０５で測定する温度と設定温度との第１の偏差に基づき第１の演算をするよう制御する。

［第２の実施の形態］
図４に、本発明の第２の実施の形態を示すカスケード制御ループの構成図を示す。基本的な構成は図１と同じであり、異なる点は、温度制御中に、外部熱電対１０２が故障し、外部熱電対１０２による温度測定が不可能となった場合、外部熱電対１０２を制御ループから外し、過温保護熱電対１０９の測定温度を、外部熱電対１０２の測定温度の代替として制御ループに組み入れた構成となっている点である。

ここで、外部熱電対１０２と過温保護熱電対１０９は測定箇所が異なるため、過温保護熱電対１０９の測定温度を、そのまま外部熱電対１０２の測定温度の代替として制御した場合、温度制御が不安定となり、プロセス処理の品質低下の原因となる可能性がある。

そこで、過温保護熱電対１０９の測定温度に、安定時温度差テーブル４０８から読み出した温度差を、第４の加算器４０７で加算することにより、過温保護熱電対１０９の測定温度を補正し、第２の加算器４０３で、第１のＰＩＤ調節部４０２で演算した第１の演算結果にこの補正結果を加算して第２の偏差を求め、この第２の偏差に基づき第２のＰＩＤ調節部４０４で第２の演算を行い、この第２の演算結果（操作量Ｚ）に基づき、ヒータ１０１を制御する構成としている。
なお、安定時温度差テーブル４０８には、事前に、予備加熱処理および本加熱処理等処理シーケンスにて設定さるそれぞれの設定温度にて温度が安定したときの外部熱電対１０２と過温保護熱電対１０９との温度差が、ゾーンごとおよび設定温度ごとに記憶されている。図５に、そのような温度差を記憶した安定時温度差テーブル４０６の例を示す。

次に、図６を用いて上記カスケード制御ループを含む制御手段１１１の作用を説明する。
処理室１００内で基板１０３を処理するに先立って行う先行処理で、制御手段１１１がヒータ１０１を制御して（ステップ６０１）、処理室１００内を基板処理時の予備加熱処理および本加熱処理等処理シーケンスにて設定される設定温度のそれぞれにに対して温度が安定したか否か判断し（ステップ６０３）、温度が安定している際に、外部熱電対１０２及び内部熱電対１０５でそれぞれの測定した温度により温度差を求めて記憶しておく（ステップ６０５）。

処理室１００内で基板１０３を実際に処理する本処理で、制御手段１１１がヒータ１０１を制御している際に（ステップ６０７）、内部熱電対１０５で測定する温度と設定温度Ｙとの第１の偏差に基づき第１の演算を行い（ステップ６０９）、その後、外部熱電対１０２が正常か否か判断し（ステップ６１１）、正常であれば第１の演算結果と外部熱電対で測定する温度との第２の偏差に基づき第２の演算をする（ステップ６１３）。一方、外部熱電対１０２が正常に温度測定できなくなったとき、制御手段１１１は、第１の演算結果と外部熱電対で測定する温度との第２の偏差に基づき第２の演算をすることに替えて、安定時温度差テーブル４０６に記憶された同じ設定温度に対応する温度差により過温保護熱電対１０９で測定する温度を補正し、この補正結果と第１の演算結果とに基づき第２の演算（補正演算）を行い（ステップ６１４）、本処理が終了するまで（ステップ６１５）、この補正演算結果に基づきヒータ１０１を制御する。

これにより、外部熱電対１０２が故障した場合であっても、過温保護熱電対１０９の測定温度に、安定時温度差テーブル４０８の値を加えた温度を、外部熱電対１０２の測定温度の代替として使用することで、温度制御を安定継続することができる。

なお、上述した内部熱電対１０２、外部熱電対１０５、及び過温保護熱電対１０９は、複数にゾーン分割されたヒータ１０１のそれぞれに対応して上下に区分けして設けられており、そのうちの一つのゾーンに対応する外部熱電対１０２が断線や故障等して温度測定できなくなった場合には、実施の形態のカスケード制御ループと同様の構成がそれぞれのゾーンごとに存在するので、故障した外部熱電対１０２により温度測定できなくなったゾーンのみを記憶された温度差により過温保護熱電対１０９の測定を補正するよう制御するが、その他のゾーンに対応する外部熱電対１０２は正常に温度測定できるので、制御手段１１１の温度コントローラ１０７は、図８に示すカスケード制御ループを構成して、そのまま第１の演算結果と外部熱電対１０２で測定する温度との第２の偏差に基づき第２の演算をするよう制御する。

以上詳細に説明したように、本発明によれば、処理シーケンス実行中に、温度センサが故障して、その温度センサによる温度測定が不可能となった場合でも、使用可能な温度センサを使用して制御を継続するので、成膜処理等のプロセス処理を正常に終了することで、不良品の発生を低減させることができる。

以下、第１の実施の形態を具体例を挙げて説明する。ここでの本処理、及び上記温度差を取得するために本処理に先立って行う先行処理は、予備加熱処理にも本加熱処理にもともに含まれる。
まず、先行処理を行って、安定時温度差テーブル４０６に、温度安定したときの外部熱電対１０２と内部熱電対１０５の温度差を取得する。温度差は、制御するゾーンごとに違いがある場合があるので、実行する処理シーケンスのゾーンにあわせて取得する。たとえば、図１１の処理シーケンスにおいて、予備加熱処理での設定温度Ｔ₀が３００℃、本加熱処理での設定温度Ｔ₁が５００℃の場合、３００℃と５００℃の２点でそれぞれ取得する。取得方法は、たとえば、設定温度Ｔ₀の場合には、３００℃±１℃以内の状態が２０分間継続したときを、ヒータ１０１の制御継続可能な補正結果として使用することが可能となるタイミングと制御手段１１１が判断する。
そのときの
（外部熱電対１０２の測定温度：たとえば２９０℃）−（内部熱電対１０５の測定温度たとえば３００℃）＝−１０℃
を３００℃安定時の温度差として、安定時温度差テーブル４０６に記憶する。安定時温度差は同様にゾーンごとに記憶する。また、同様に、設定温度Ｔ₁の場合には、５００℃に安定したときの温度差を、ゾーンごとに記憶する。

上記先行処理後、本処理を実行する。図１１の処理シーケンス中の、ステップＳ１（設定温度Ｔ₀維持）実行中に、内部熱電対１０５が故障した場合、内部熱電対１０５を制御ループから外す。そして、修正された設定温度である、
設定温度Ｙ＝（Ｔ₀：３００℃）＋（安定時温度差テーブルの３００℃安定時の温度差：−１０℃）
＝２９０℃
に向けて、外部熱電対１０２の測定温度を制御する。これにより、擬似的に内部熱電対１０５の測定温度を、設定温度Ｙ＝Ｔ₀：３００℃になるよう制御することが可能となる。

同様に、図１１の処理シーケンス中の、Ｓ４実行中に、内部熱電対１０５が故障した場合は、設定温度Ｙ＝Ｔ₁：５００℃に、安定時温度差テーブルの５００℃安定時の温度差を加えて、外部熱電対１０２の測定温度を制御する。
以上により、予備加熱処理や本加熱処理の処理シーケンス実行中に、内部熱電対１０５が故障した場合であっても、温度制御を安定継続することが可能となる。

以下、第２の実施の形態を具体例を挙げて説明する。
まず、処理シーケンスを実行する前に先行処理を行って、安定時温度差テーブル４０８に、温度安定したときの外部熱電対１０２と過温保護熱電対１０９との温度差を取得する。温度差は、制御する温度帯ごとに違いがある場合があるので、実行する処理シーケンスの温度帯にあわせて取得する。たとえは、図１１の処理シーケンスにおいて、Ｔ₀が３００℃、Ｔ₁が５００℃の場合、３００℃と５００℃の２点でそれぞれ取得する。取得方法は、たとえば、３００℃±１℃以内の状態が２０分間継続したときの、
（外部熱電対１０２の測定温度：たとえば２９０℃）−（過温保護熱電対１０９の測定温度：たとえば２８５℃）
＝＋５℃
を、３００℃安定時の温度差として、安定時温度差テーブル４０８に記憶する。同様にゾーンごとに記憶する。同様に、５００℃に安定した場合の温度差を、ゾーンごとに記憶する。
安定時温度差テーブルの取得は、前述した外部熱電対１０２と内部熱電対１０５の温度差と、外部熱電対１０２と過温保護熱電対１０９との温度差を同時に取得することも可能である。

次に、処理シーケンスである本処理を実行する。図１１の処理シーケンス中の、Ｓ１実行中に、外部熱電対１０２が故障した場合、外部熱電対１０２を制御ループから外し、
（過温保護熱電対１０９の測定温度２８５℃）＋（安定時温度差テーブルの３００℃安定時の温度差：＋５℃）
＝２９０℃
を、外部熱電対１０２の測定温度の代替として使用して制御する。

同様に、図１１の処理シーケンス中の、Ｓ４実行中に、外部熱電対１０２が故障した場合は、過温保護熱電対１０９の測定温度に、安定時温度差テーブルの５００℃安定時の温度差を加えた値を、外部熱電対１０２の測定温度の代替として使用して制御する。

これにより、予備加熱処理や本加熱処理の処理シーケンス実行中に、外部熱電対１０２が故障した場合でも、温度制御を安定継続することが可能となる。

上述した実施の形態の説明では、事前に、温度安定時の熱電対間の温度差を取得し、この取得した温度差を一方の熱電対が故障した場合の補正に使用していたが、温度差の取得タイミングはこれに限定されず、温度センサが正常に温度測定できなくなる前に取得した温度差を、熱電対が故障したときのヒータ制御継続可能な補正結果として使用できればよい。例えば、故障直前の熱電対間の温度差を故障した場合の補正に使用したり、処理シーケンス開始時（処理室内での基板処理開始時）の熱電対間の温度差を故障した場合の補正に使用したりすることも可能である。

本発明の基板処理装置の温度を制御する第１の実施の形態を示すカスケード制御ループ（温度コントローラ）の構成図である。第１の実施の形態における安定時温度差テーブルの説明図である。第１の実施の形態におけるフローチャートである。第２の実施の形態を示すカスケード制御ループの構成図である。第２の実施の形態における安定時温度差テーブルの説明図である。第２の実施の形態におけるフローチャートである。実施の形態における縦型ＣＶＤ炉の構造例を示す図である。実施の形態における基本的なカスケード制御ループの構成図である。実施の形態における装置操作部の構造例を示す図である。実施の形態における縦型ＣＶＤ炉で行われるプロセス処理の一例を示すフローチャートである。実施の形態における縦型ＣＶＤ炉で行われるプロセス処理の炉内温度の一例を示す図である。

符号の説明

１０１ヒータ（加熱手段）
１０２外部熱電対（第１の温度センサ）
１０５内部熱電対（第２の温度センサ）
１０７温度コントローラ（制御部）
４０２補正結果に基づき第１の演算を行う第１のＰＩＤ調節部
４０３第２の偏差を出力する第２の加算器
４０４第２の偏差に基づき第２の演算を行う第２のＰＩＤ調節部
４０５補正結果を出力する第３の加算器
４０６安定時温度差テーブル４０６
Ｙ設定温度

Claims

複数のゾーンに分割され基板を処理する処理室と、
前記複数のゾーン毎に分割され前記処理室内を加熱する加熱手段と、
前記処理室外に配置され前記複数のゾーン毎に前記加熱手段の温度を測定する第１の温度センサと、
該第１の温度センサよりも前記基板近傍に配置され前記複数のゾーン毎に前記処理室内の温度を測定する第２の温度センサと、
前記第１及び第２の温度センサでそれぞれの測定する温度に基づき前記処理室内で設定温度にて基板を処理するよう前記加熱手段を前記複数のゾーン毎にそれぞれ制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、
前記第２の温度センサが正常に温度測定できなくなる前に求めた、前記設定温度にて温度が安定した際の前記第１及び第２の温度センサで測定したそれぞれの温度の温度差を記憶する安定時温度差テーブルを有し、
前記加熱手段を制御している際に、前記複数のゾーンのうち正常に温度測定できなくなった前記第２の温度センサに対応するゾーンに対して、前記第２の温度センサで測定する温度と前記設定温度との偏差に基づき第１の演算をすることに替えて、前記安定時温度差テーブルに記憶された温度差により前記設定温度を補正し、該補正結果と前記第１の温度センサで測定する温度との偏差に基づき第２の演算を行い、該第２の演算結果に基づき前記加熱手段を前記複数のゾーン毎にそれぞれ制御することを特徴とする基板処理装置。
複数のゾーンに分割された処理室内を前記複数のゾーン毎に分割された加熱手段により加熱して設定温度にて基板を処理するよう、前記複数のゾーン毎に前記加熱手段の温度を測定する第１の温度センサの測定する温度と、該第１の温度センサよりも前記基板近傍に配置され前記複数のゾーン毎に前記処理室内の温度を測定する第２の温度センサの測定する温度と、に基づき前記加熱手段を前記複数のゾーン毎にそれぞれ制御している際に、
前記第２の温度センサのいずれかが正常に温度測定できなくなったとき、正常に温度測定できなくなった前記第２の温度センサに対応するゾーンに対して、前記第２の温度センサで測定する温度と前記設定温度との偏差に基づき第１の演算をすることに替えて、該第２の温度センサが正常に温度測定できなくなる前に予め求めて安定時温度差テーブルに記憶しておいた、前記設定温度にて温度が安定した際の前記第１及び第２の温度センサで測
定したそれぞれの温度の温度差により前記設定温度を補正し、該補正結果と前記第１の温度センサで測定する温度との偏差に基づき第２の演算を行い、該第２の演算結果に基づき前記加熱手段を前記複数のゾーン毎にそれぞれ制御することを特徴とする半導体装置の製造方法。