JP3987222B2 - 基板熱処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ、液晶表示装置用ガラス基板、フォトマスク用ガラス基板、光ディスク用基板等の基板（以下「基板」という）に対して熱処理を施す基板熱処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
枚葉式の基板熱処理装置として、複数のランプからの光照射によって基板を加熱処理する装置（ランプアニール装置）が知られている。これら複数のランプは複数のゾーンに区分されており、ゾーンごとに各ランプに対する加熱指令値を与えるようになっている。また、このような装置は基板上に膜を形成するために多く使用されるが、その際には膜厚の均一性を確保することが重要である。従来装置においては、基板に熱処理を施して得られた膜の厚さを膜厚測定器で測定し、その膜厚測定結果に応じてランプへの加熱指令値を調節して以後の基板の熱処理を改善するという手順が採用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来装置は、後追い的に加熱指令値を是正するものであるため、基板の温度分布をリアルタイムで調整することができない。このため、加熱指令値を最終的に決定するまでに多くの作業を必要とするだけでなく、熱処理の内容が変更になるごとに上記の手順を繰り返して加熱指令値を再設定しなければならないという問題も生じさせる。
【０００４】
また、このような従来装置では各ゾーンの加熱指令値を互いに独立に定めており、そのためにゾーン間の相互干渉が考慮されておらず、基板の温度分布をより精細に調節することが困難であるという問題が存在する。
【０００５】
そして、このような問題は膜形成処理だけでなく、基板の加熱処理一般において生じる問題である。
【０００６】
そこで、本発明は前記問題点に鑑み、基板の温度分布をより精細にかつリアルタイムで調節することにより、基板における加熱処理の均一性を十分に確保することができる基板熱処理装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の基板処理装置は、基板の熱処理を行う装置であって、複数のゾーンに区分されて配設された複数のランプによって基板を加熱する加熱手段と、前記複数のゾーンのそれぞれに対応する基板上の複数の代表測定点における温度を測定する複数の温度測定手段と、前記複数のランプのうちの少なくとも一部のランプについての加熱指令値を生成する加熱指令値生成手段と、を備え、前記複数のゾーンは、主ゾーンと従ゾーンとを有し、前記複数の温度測定手段は、前記主ゾーンに対応する基板上の代表測定点における温度を測定する主測定手段と、前記従ゾーンに対応する基板上の代表測定点における温度を測定する従測定手段とを有し、前記加熱指令値生成手段は、前記主ゾーンの基準出力指令値を前記主測定手段の測定結果に基づいて算出し、前記主測定手段による測定結果と前記従測定手段による測定結果との偏差を求め、当該偏差に対して前記主ゾーンに対応する代表測定点と前記従ゾーンに属する各ランプとの位置関係に応じて決定される係数を乗じた値を修正値として求め、前記主ゾーンの基準出力指令値と前記修正値とを合成することによって、前記従ゾーンに含まれる各ランプの前記加熱指令値を決定する、ことを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の装置は、請求項１の装置において、前記主ゾーンに対応する代表測定点と前記従ゾーンに属する各ランプとの位置関係に応じて決定される係数が、前記主ゾーンに対応する代表測定点と前記従ゾーンに対応する代表測定点との間の温度分布を補間することによって決定された値であることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の装置は、請求項２の装置において、前記加熱指令値生成手段は、前記主ゾーンに属する各ランプと前記従ゾーンに属する各ランプとについて算出されたそれぞれの加熱指令値の総和と、前記主ゾーンに属する各ランプへの加熱指令値に前記複数のランプのランプ総数を乗じた積に相当する値との比に応じて、前記主ゾーンに属する各ランプと前記従ゾーンに属する各ランプとについてそれぞれ算出された加熱指令値を修正する手段、を有することを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載の装置は、基板の熱処理を行う装置であって、複数のゾーンに区分されて配設された複数のランプによって基板を加熱する加熱手段と、前記複数のゾーンのそれぞれに対応する基板上の複数の代表測定点における温度を測定する複数の温度測定手段と、前記複数のランプのうちの少なくとも一部のランプについての加熱指令値を生成する加熱指令値生成手段と、を備え、前記加熱指令値生成手段は、前記複数のゾーンのそれぞれにおける各ランプの基準出力指令値を前記複数のゾーンのそれぞれに対応する前記温度測定手段の測定結果に基づいて算出する手段と、互いに隣接する第１と第２のゾーンのそれぞれの基準出力指令値の偏差に対して、前記第２のゾーンに対応する代表測定点と前記第１のゾーン内の各ランプとの位置関係に応じて決定される各係数を乗じた値を修正値として求め、前記第１のゾーンの基準出力指令値と前記修正値とを合成することによって、前記第１のゾーンに含まれる各ランプの加熱指令値を決定する手段と、を有することを特徴とする。
請求項５に記載の装置は、請求項４の装置において、前記第２のゾーンに対応する代表測定点と前記第１のゾーン内の各ランプとの位置関係に応じて決定される各係数が、前記第１のゾーンに対応する代表測定点と前記第２のゾーンに対応する代表測定点との間の温度分布を補間することによって決定された値であることを特徴とする。
【００１２】
請求項６に記載の装置は、基板に熱処理を行う装置であって、複数のゾーンに区分されて配設された複数のランプによって基板を加熱する加熱手段と、前記複数のゾーンのそれぞれに対応する基板上の複数の代表測定点における温度を測定する複数の温度測定手段と、前記複数のランプのうちの少なくとも一部のランプについての加熱指令値を生成する加熱指令値生成手段と、を備え、前記複数のランプには、重複してＭ個のゾーン（Ｍは２以上の整数）に属するように区分された特定ランプが含まれており、前記加熱指令値生成手段は、前記複Ｍ個のゾーンのそれぞれにおける各ランプの基準出力指令値を前記Ｍ個のゾーンのそれぞれに対応する前記温度測定手段の測定結果に基づいて算出する手段と、前記Ｍ個のゾーンのそれぞれに対応する代表測定点と前記特定ランプとの位置関係に応じて決定される重み付け係数を用いて、前記Ｍ個のゾーンのそれぞれにおける前記基準出力指令値を加重合成し、それによって前記特定ランプの加熱指令値を決定する手段と、を有することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１４】
＜Ａ．第１実施形態＞
＜Ａ１．装置＞
図１は、本実施形態に係る基板熱処理装置１の概要構成を示す縦断面図である。この基板熱処理装置１は、半導体ウエハなどの基板Ｗに対するランプアニール装置であり、基板の温度を高速に昇降させるＲＴＰ（Rapid Thermal Processing）に用いられ得る。基板熱処理装置１は、基板Ｗを収容するチャンバ１０と、基板Ｗを支持する基板支持部２０と、基板Ｗを加熱する基板加熱部３０と、基板Ｗの温度を測定する温度測定部４０と、基板加熱部３０に対する加熱指令値を生成して出力する加熱指令値生成部５０とを備えている。
【００１５】
チャンバ１０には、水路１２および水路１４が設けられている。水路１２、１４に冷却水を流すことによって、基板加熱部３０の加熱によるチャンバ１０の温度上昇を抑制している。
【００１６】
基板支持部２０は、基板Ｗを支持する支持リング２２と、支持リング２２を支える支持柱２４とを有する。支持柱２４は、その下部にモータ、ギア機構、マグネットなどを有する回転駆動機構２６を有しており、軸ＡＸ１を中心に回転することができる。基板支持部２０によって支持される基板Ｗは、以下に説明する熱処理中において、軸ＡＸ１を中心に回転する。また、基板Ｗの大きさに応じた支持リング２２を設けることによって、複数の大きさの基板を支持することができる。
【００１７】
基板加熱部３０は、光を出射する複数のランプ３２を備えており、この実施形態ではこれら複数のランプ３２のそれぞれは直線型のランプである。複数のランプ３２は、複数のゾーンに区分されて基板に対向する位置にほぼ等間隔に配置されており、それらからの光の照射によって基板Ｗが加熱される。図１においては、２１個のランプ３２が配置されており、７つのゾーンＺ１〜Ｚ７にそれぞれ３つのランプが属する場合が示されている。なお、各ゾーンの数および各ゾーンに属するランプの数は任意に設定することが可能である。
【００１８】
また、温度測定部４０は複数の温度計４２を備えており、これらの複数の温度計４２は基板の下方において固定されて、基板Ｗの所定位置（後述する代表測定点）における温度を測定する。これらの複数の温度計４２としては、放射温度計などが用いられ得る。これらの複数の温度計４２は、後述する図２などにおいては４個の温度計４２１〜４２４として表現されている。
【００１９】
図２(a)、(b)は、基板熱処理装置１において基板支持部２０に支持される基板Ｗの下方部分の状態を２つの例について表す図である。図２(a)の例では、複数の温度計４２１〜４２４のそれぞれは、互いに異なる半径を有する同心円上の位置における基板温度を測定できるように直線状に配置されている。また、図２(b)の例では、複数の温度計４２１〜４２４のそれぞれは、互いに異なる半径を有する同心円上の位置における基板温度を測定できるように２次元的に分散して配置されている。これら２つの例はいずれも採用可能である。
【００２０】
図３は、各ゾーンＺ１〜Ｚ７とそれらに対応する温度計４２１〜４２４の温度測定位置とを模式的に示す図である。この図３においては、各ゾーンＺ１〜Ｚ７に含まれている３つのランプ３２をそれぞれ丸で表現している。この実施形態における複数の温度計４２１〜４２４は図２(b)に示すような位置に配置されているが、図３の模式図においては、対応する温度計が各ゾーンの下方において直線的に配置されるように、すなわち図２(a)に対応するように図示されている。これは、基板Ｗの回転によって、基板Ｗの温度分布は回転軸ＡＸ１を中心に回転対称（点対称）になると考えられることに基づく。すなわち、基板Ｗの温度は回転中心からの距離（つまり半径）のみによって一義的に決定されるものと仮定して、回転方向の角度を無視してその固有の半径に対応する位置に直線上に配置されるように表現したものである。
【００２１】
温度計４２１〜４２４によるそれぞれの温度測定位置はこの発明における「代表測定点」に相当する。すなわち、厳密にはそれぞれのゾーンの中でもある程度の温度分布があるが、それは実質的に無視できるものとして各ゾーンの中の所定位置の温度をそのゾーンの代表温度として測定するため、これらの温度計４２１〜４２４によって温度測定される各ゾーンＺ１〜Ｚ７内の所定箇所を「代表測定点」と呼ぶ。
【００２２】
中央のゾーンＺ１の下方には、温度計４２１が配置されている。温度計４２１は、ゾーンＺ１のランプ３２が最も影響を及ぼす位置の基板温度を測定することができる。同様に、温度計４２２は、ゾーンＺ２のランプ３２により特に大きく影響を受ける位置の基板温度を測定する。温度計４２３および４２４についても同様である。
【００２３】
また、中央のゾーンＺ１に関してゾーンＺ２〜Ｚ４と対称的な位置にあるゾーンＺ５〜Ｚ７の各ランプ３２の加熱指令値の決定にあたっては、上記の温度分布の回転対称性に基づいて、温度計４２２〜４２４の温度測定結果を用いることができる。
【００２４】
なお、上記の温度測定部４０における基板Ｗの温度測定を経時的に行うことにより、単位時間あたりの温度変化、すなわち、温度変化率をも算出することが可能である。
【００２５】
図４は、ランプの配列の他の例を表す図である。この図４の例では直線型のランプの平行配列を、上下に互いに直交するように配置している。なお、図１は、図４における上下の配列の一方のみが存在する場合に相当する。上述したように、基板Ｗは基板支持部２０（図１）の回転に伴って回転するため、基板Ｗの温度分布は回転軸ＡＸ１を中心としてほぼ点対称な分布になる。したがって、これらのゾーンに含まれるランプ３２の加熱指令値の決定にあたっても、この回転対称性を利用して、対応する位置に設けられている別の温度計の温度測定結果を用いることができる。以下では図１〜図３のように１方向にランプ３２を配列した状況での加熱制御について説明するが、この図４のように２方向に配列した場合への拡張については変形例として後に説明する。
【００２６】
後述する図５の加熱指令値生成部５０は、温度測定部４０による温度測定結果に基づいて基板加熱部３０（図１）の複数のランプ３２に対する加熱指令値を生成して、それらの加熱指令値を複数のランプ３２にそれぞれ出力する。これによって、基板温度や基板温度変化率などの被制御量を目標値に追従させるように最適な制御を行う。また、加熱指令値生成部５０は、基板温度の面内分布を均一にするため、各ランプに固有の加熱指令値をリアルタイムに変更して制御する。
【００２７】
以下では、上記の基板熱処理装置１において行われる制御について説明する。
【００２８】
＜Ａ２．制御概要＞
図５はこの装置１の制御部１００の概略構成を示すブロック図である。制御部１００は、既述した温度測定部４０と加熱指令値生成部５０と温度特性記憶部６０と目標値生成部７０とを有している。
【００２９】
目標値生成部７０は、基板温度および基板温度変化率の各時刻における目標値を表す曲線、つまり、目標温度曲線（図６）および目標温度変化率曲線（図７）を実際の制御を行う前に生成する。ただし図６では、横軸が時間ｔを表し、縦軸が目標温度Ｔを表しており、目標温度の経時変化を表すグラフとなっている。また、図７は、図６の目標温度を達成するための目標温度変化率Ｖの経時変化を表している。
【００３０】
そして、加熱指令値生成部５０は、これらの被制御量を目標値に追従させるように、基板加熱部３０の各ランプ３２に対する加熱指令値を生成して、それらの加熱指令値を各ランプ３２に出力する。この際、加熱指令値生成部５０は、温度測定部４０においてリアルタイムに測定される基板温度などの被制御量の実測値、および温度特性記憶部６０において記憶されている特性モデル（すなわち、ランプ３２のそれぞれへの加熱用の電力供給量の大きさが基板温度や基板温度変化率に及ぼす影響をモデル化した曲線）を考慮して、加熱指令値を求める。
【００３１】
また、加熱指令値生成部５０は、基板温度の面内分布を均一にするため、各ランプ３２に固有の加熱指令値をリアルタイムに変更して制御する。そのため、各ゾーンにＺ１〜Ｚ７に属する各ランプ３２の加熱指令値は、まずゾーン毎に基準出力指令値が決定された後、その基準出力指令値に修正が加えられて決定される。
【００３２】
本実施形態においては、基板の温度分布を調整する基本的な概念として、マスタースレーブ方式を採用する。マスタースレーブ方式の制御則は、マスター（主）制御則とスレーブ（従）制御則とを有する。
【００３３】
図８は、本方式（マスタースレーブ方式）による温度分布制御系の模式的な機能ブロック図を表す。図８は、説明のため図を簡単化している。図８においてはゾーンは３つのみしか示されていないが、図１におけるゾーンの一部が示されていると考えることができる。たとえば、互いに隣接ないしは連続するゾーンＺａ、Ｚｂ、Ｚｃは、それぞれ図１のゾーンＺ１、Ｚ２、Ｚ５に対応し、温度計４２ａ、４２ｂは、それぞれ温度計４２１、４２２に対応する。あるいは、ゾーンＺｂ、Ｚｃは、それぞれ、Ｚ３、Ｚ６と対応するものと考えることもできる。
【００３４】
このマスタースレーブ方式の制御則によれば、次のようにして各ランプに対する加熱指令値を求めることができる。ここでは３つのゾーンＺａ、Ｚｂ、Ｚｃの関係について例示するが、他のゾーンについても同様である。
【００３５】
(a)まず、「マスターゾーン」に対応する代表測定点Ｐａにおける温度が温度計４２ａによって測定され、その温度測定結果に基づいて、「マスターゾーン」に含まれる各ランプの基準出力指令値が加熱指令値生成部５０によってマスター制御則を用いて決定される。すなわち、温度計４２ａによる代表測定点Ｐａでの温度測定結果を利用するフィードバック制御系の補償器Ｃ（後述の図８）によって、ゾーンＺａに属する各ランプａ１〜ａ３の基準出力指令値ＹＣを求める。このゾーンＺａのように、そのゾーンに属する各ランプの基準出力指令値がマスター制御則によって決定されるようにあらかじめ選択されたゾーンが「マスター（主）ゾーン」である。マスターゾーンＺａに属する各ランプａ１〜ａ３への加熱指令値は、この基準出力指令値ＹＣに応じた値になる。
【００３６】
(b)そして、「スレーブゾーン」に対応する代表測定点Ｐｂにおける温度が温度計４２ｂによって測定され、その温度測定結果と、温度計４２ａによる代表測定点Ｐａにおける温度測定結果とを用いて、「スレーブゾーン」に含まれる各ランプｂ１〜ｂ３の加熱指令値が加熱指令値生成部５０によってスレーブ制御則を用いて決定される。
【００３７】
すなわち、まず、マスターゾーンＺａに対応する代表測定点Ｐａにおける温度計４２ａでの温度測定結果と、スレーブゾーン（たとえばＺｂ）に対応する代表測定点Ｐｂにおける温度計４２ｂによる温度測定結果との偏差Ｅを求める。
【００３８】
つぎに、マスターゾーンＺａについての基準出力指令値ＹＣに対して、上記偏差Ｅを所定の係数ｋ１〜ｋ３で加算合成することにより、スレーブゾーンＺｂに含まれる各ランプｂ１〜ｂ３の加熱指令値を決定する。このように、図８に示される複数（９つ）のランプのうち少なくともスレーブゾーンＺｂに含まれる各ランプｂ１〜ｂ３の加熱指令値は、各ランプｂ１〜ｂ３が属するゾーンＺｂに対応する代表測定点Ｐｂおよび隣接するマスターゾーンＺａに対応する代表測定点Ｐａの２つの代表測定点での温度測定結果を考慮した所定の加熱制御規則に基づいて生成される。また、この加算合成に使用される係数ｋ１〜ｋ３は各ランプｂ１〜ｂ３に固有の値であり、スレーブゾーンＺｂに属する各ランプｂ１〜ｂ３と、マスターゾーンＺａに対応する代表測定点Ｐａとの相対的位置関係に応じて決定される。これらの係数ｋ１〜ｋ３は、基板Ｗにおける空間的な温度分布傾向を反映させる値となっている。このゾーンＺｂのように、マスター制御則に対して相対的に加熱指令値を求めるゾーンが「スレーブゾーン」であり、図８の例ではゾーンＺｂ、Ｚｃがこれに相当する。
【００３９】
図１の全体配置で言えば、たとえば基板Ｗの中心に対向するゾーンＺ１をマスターゾーンとし、他のゾーンＺ２〜Ｚ７をスレーブゾーンとすることができるが、マスターゾーンを複数設定し、それらの周辺のゾーンをそれら各マスターゾーンに従属するスレーブゾーンとしてもよい。
【００４０】
以上が、本実施形態における制御の概要である。これらについて、以下で詳述する。
【００４１】
＜Ａ３．マスターゾーンの基準出力指令値の決定＞
まず、マスター制御則によってマスターゾーンＺａに含まれるランプａ１〜ａ３の基準出力指令値を求める。この基準出力指令値は、様々な方法で求めることができるが、以下では一例を示す。
【００４２】
マスターゾーンＺａに属するランプａ１〜ａ３の出力は、それぞれに対応する基板Ｗ上の特定位置の温度特性に特に大きな影響を与える。これらの温度特性は、温度測定部４２によって測定される。この測定結果に基づいて、フィードバック制御系を構成することによって、リアルタイムで基板Ｗの温度の制御を行うことができる。
【００４３】
加熱指令値がマスターゾーンＺａの各ランプａ１〜ａ３に出力されることによって、被制御量である基板温度などがそれぞれ目標値に追従するような制御が行われる。加熱指令値生成部５０は、第１の制御規則および第２の制御規則の両制御則を含むマスター制御則を用いて、マスターゾーンＺａのランプａ１〜ａ３の加熱指令値を求める。図９は、マスターゾーンＺａの制御ブロック図を表す。
【００４４】
＜第１制御規則＞
まず、第１の制御規則の概略について説明する。第１の制御規則は、フィードフォワード（以下、「ＦＦ」とも略記する）制御則ないしはオープンループ制御則に相当する。図９においては、ＦＦ補償器Ｃ１として示される部分に相当する。フィードフォワード補償を行うため、ランプの加熱指令値に対する基板Ｗの温度特性に関するモデルを構築する。具体的には、ランプ３２の加熱指令値に対する基板温度および基板温度変化率の特性を試料基板に関して事前に測定しておく。つまり、種々の加熱指令値を複数のランプ３２に出力したときの、基板温度および基板温度変化率の値をデータとして収集しておく。そして、これらのデータを温度特性記憶部６０に保存しておき、データベースとして利用するのである。なお、これらのデータ収集は、実際の処理条件にできるだけ近い状態で行われることが好ましい。
【００４５】
図１０は、基板温度に関する特性モデルを表し、ランプａ１〜ａ３の加熱指令値と基板Ｗの温度との関係を表す図である。横軸は、ランプａ１〜ａ３の加熱指令値を表しており、縦軸は、所定時間経過後の基板Ｗの到達温度を表している。また、図１１は、基板昇温速度に関する特性モデルを表し、ランプａ１〜ａ３の加熱指令値と基板Ｗの温度変化率（昇温速度）との関係を表す図である。横軸はランプの加熱指令値を表しており、縦軸は所定温度からの昇温速度を表している。これらの図は、所定の物理量に関する特性を「モデル」として表現したものであると考えることができる。なお、横軸のランプａ１〜ａ３の加熱指令値は、正規化された値になっている。
【００４６】
これらの図で示される温度特性を利用して、所望の目標値になるようにランプａ１〜ａ３の加熱指令値を決定する。図１０および図１１に表される特性モデルは、加熱指令値を変数として、その変数に対応する所定の物理量（温度など）を関数値とすることにより求められたが、今度は、所定の物理量を変数とするその逆関数を求めることに相当する。つまり、特性モデルに基づいて、所定の物理量に対応する加熱指令値を決定する。そして、この加熱指令値を第１加熱指令値ＹＡとする。モデル化誤差および外乱が存在しない場合には、この第１加熱指令値ＹＡのみによって所望の目標温度および目標温度変化率が達成され得る。
【００４７】
たとえば、目標温度Ｔ１（図１０参照）を１０００℃とする場合について考える。図１０より、温度維持段階における基板の目標温度を１０００(℃)に到達させるためには、０．３６という値が導かれる。この値は、規格化された値であり、たとえば、規格値１が５０(ｋｗ)に相当する場合には、規格値０．３６には加熱指令値１８(ｋｗ)が対応する。したがって、この場合、ＦＦ制御則による第１加熱出力値ＹＡとして１８(ｋｗ)が出力される。
【００４８】
＜第２制御規則＞
つぎに、第２の制御規則の概略について説明する。第２の制御規則は、フィードバック（以下、「ＦＢ」とも略記する）制御則ないしはクローズドループ制御則に相当する。図９においては、ＦＢ補償器Ｃ２として示される部分に相当する。フィードバック補償を行うことによって、基板温度などの被制御量について目標値と実測値とが合致していない場合にあっても、被制御量を目標値に追従させることができる。ここでは、所定の物理量の目標値に対応する加熱指令値と実測値に対応する加熱指令値との偏差を第２加熱指令値ＹＢとする。このように、フィードバック補償による加熱指令値は、上記の特性モデルを利用して決定される。
【００４９】
たとえば、実測値が９００(℃)である場合には、図１０から規格値０．３が導かれ、加熱指令値は１５(ｋｗ)となる。この場合、目標温度に対応する加熱指令値の１８(ｋｗ)と実測温度に対応する加熱指令値の１５(ｋｗ)との偏差ＹＢ０である３(ｋｗ)が第２加熱指令値ＹＢとなる。
【００５０】
ここで、加熱指令値の決定は、通常のＰＩＤ調節器を有するフィードバック制御系のように目標値と実測値との誤差にＰＩＤ動作の各係数パラメータを掛けて出力を決定するのではないことに注意すべきである。ＰＩＤパラメータを決定する必要がないため、それらのパラメータ決定のための複雑な調整は不要になる。なお、図９においては、ＦＦ補償器Ｃ１およびＦＢ補償器Ｃ２が点線で特性モデル６２と接続されている。これは、これらの補償器Ｃ１、Ｃ２における加熱指令値の決定は、特性モデル６２を利用して行われることを示している。
【００５１】
また、第２加熱指令値ＹＢの決定にあたっては、後述するように、ファジィ推論を用いた修正などによって、さらに修正された値を第２加熱指令値ＹＢとすることもできる。
【００５２】
そして、以下の数１のようにこの第２加熱指令値ＹＢと第１加熱指令値ＹＡとを加算合成したものを加熱指令値ＹＣとし、この加熱指令値に基づいて制御することによって、基板温度を目標温度に追従させる。
【００５３】
【数１】
ＹＣ＝ＹＡ＋ＹＢ
上記のように、第１の制御規則（ＦＦ制御則）と、第２の制御規則（ＦＢ制御則）との両方を用いて制御系を構成して、マスターゾーンＺａの基準出力指令値ＹＣを求める。
【００５４】
＜Ａ４．スレーブゾーンの各ランプの加熱指令値の決定＞
つぎに、図８および図１２を参照しながら、スレーブゾーンＺｂに含まれる各ランプｂ１〜ｂ３の加熱指令値を決定する。なお、既述したようにスレーブゾーンはゾーンＺｂだけではなく、他のスレーブゾーンについても同様の制御となる。
【００５５】
図１２は、スレーブゾーンＺｂに含まれる各ランプｂ１〜ｂ３の加熱指令値の求め方を表す概念図である。図１２（ａ）は、各ゾーンＺａ〜Ｚｃと温度計４２ａ、４２ｂ、４２ｃとの位置関係を示し、図１２（ｂ）は、代表測定点Ｐａ、Ｐｂにおける温度測定結果Ｔａ、Ｔｂと目標温度との関係を示し、図１２（ｃ）は、各ランプａ１〜ａ３，ｂ１〜ｂ３、ｃ１〜ｃ３に対する加熱出力値を表している。
【００５６】
具体的には、まず、温度計４２ａによる基板温度の測定結果Ｔａと、温度計４２ｂによる基板温度の測定結果Ｔｂとの偏差Ｅ（＝Ｔａ−Ｔｂ）を求める。
【００５７】
そして、スレーブゾーンＺｂに含まれる各ランプｂ１〜ｂ３の加熱指令値を、上記偏差Ｅに基づいて決定する。この決定は、係数ｋ１〜ｋ３を利用して行われる。既述したように、この係数ｋ１〜ｋ３はスレーブゾーンＺｂに属する各ランプｂ１〜ｂ３に固有の値であり、これらの各ランプｂ１〜ｂ３と、マスターゾーンＺａに対応する代表測定点Ｐａとの相対的位置関係に応じて決定される。
【００５８】
まず、図８に示すように、偏差Ｅに係数ｋ１〜ｋ３をそれぞれ個別に乗じた値を修正値として求める。この修正値をマスターゾーンＺａの基準出力指令値ＹＣとそれぞれ加算合成することによって、スレーブゾーンＺｂに含まれる各ランプｂ１〜ｂ３の加熱指令値が求められる。図１２に示すように、ランプｂ１に対しては、（ＹＣ＋ｋ１×Ｅ）が加熱指令値として算出される。同様にして、ランプｂ２に対しては（ＹＣ＋ｋ２×Ｅ）が、ランプｂ３に対しては（ＹＣ＋ｋ３×Ｅ）がそれぞれ加熱指令値として算出される。
【００５９】
ここで、係数ｋ１〜ｋ３は、図１２(a)の破線で示される仮想的な温度分布を反映させる値であって、温度計４２ａによる代表測定点Ｐａと温度計４２ｂによる代表測定点Ｐｂとの間の２点間の温度分布を補間するような値として決定することができる。たとえば、２点間の温度変化を図１２(a)の破線で示すような曲線状の分布として補間することもできるし、直線状に分布するものとして補間することもできる。
【００６０】
このような補間によって温度分布を推定し、マスターゾーンＺａに対応する代表測定点Ｐａの位置からのランプｂ１〜ｂ３の相対的位置関係に応じて、基板ＷにおけるマスターゾーンＺａとスレーブゾーンＺｂとの温度分布を均一にするような、スレーブゾーンＺｂの各ランプｂ１〜ｂ３の加熱指令値を求めることができる。他のスレーブゾーンについても同様である。
【００６１】
たとえば、スレーブゾーンＺｂの各ランプｂ１〜ｂ３のそれぞれの位置では、マスターゾーンＺａに対応する代表測定点Ｐａから遠いほど、マスターゾーンＺａに対応する代表測定点Ｐａでの温度測定結果からの偏差が大きくなると仮定することができ、この場合、係数ｋ１〜ｋ３の値の大きさとして、ｋ１＞ｋ２＞ｋ３の大小関係を満たす値を設定しておくことができる。これらの係数ｋ１〜ｋ３を、実際の温度偏差Ｅに依存させることもできるが、空間的な温度分布についての一般的な傾向のみに依存させることもできる。制御の簡易性や高速性を重視するならば後者の方式を採用することが好ましく、その場合にはこれらの係数ｋ１〜ｋ３は各スレーブゾーンＺｂ内の各ランプｂ1〜ｂ３とマスターゾーンＺａに対応する代表測定点Ｐａとの相対的位置関係のみに依存する値として、その値を固定値とすることができる。このときには、これらの係数ｋ１〜ｋ３の値は、実際の制御動作に先立って決定しておき、加熱指令値生成部５０内のメモリに記憶させておく。
【００６２】
このように、温度変化傾向を反映する係数ｋ１〜ｋ３を用いて、スレーブゾーンＺｂ内の各ランプｂ1〜ｂ３の加熱指令値を求めることができる。
【００６３】
＜Ａ５．印加電力の補償＞
ところで、上記方法は、基準となるマスターゾーンＺａに含まれる各ランプａ１〜ａ３の基準出力指令値ＹＣを基準値とし、その基準値ＹＣに対してスレーブゾーンＺｂに含まれる各ランプｂ１〜ｂ３の加熱指令値を変更するものである。この場合、スレーブゾーンＺｂに含まれるランプｂ１〜ｂ３の加熱によっても、マスターゾーンＺａに対応する基板Ｗ上の代表測定点Ｐａの温度が影響を受けることがある。たとえば、上記の方法によって算出された加熱指令値について、マスターゾーンＺａのランプａ１〜ａ３の加熱指令値よりもスレーブゾーンＺｂのランプｂ１〜ｂ３の加熱指令値の方が大きい場合には、マスターゾーンＺａに対応する基板Ｗ上の代表測定点Ｐａにおいて、目標値以上に温度が高くなることがある。これは、スレーブゾーンＺｂのランプｂ１〜ｂ３によってもマスターゾーンＺａの下方の基板上の各点が加熱されており、その加熱による温度上昇が温度定点Ｐａにおける温度測定結果として現れることに基づく。
【００６４】
そこで、次のような方法によって各ランプの加熱指令値を補償することが好ましい。ここでは、上記方法によって得られる全ランプの加熱指令値の総和（すなわち、マスターゾーンＺａに属する各ランプとスレーブゾーンに属する各ランプとについてそれぞれ算出された加熱指令値の総和）と、マスターゾーンＺａの基準出力指令値ＹＣを全ランプに共通に与えた仮想的な場合の出力指令値の総和（それぞれのランプへの加熱指令値にランプ総数を乗じた積に相当する値）とを比較し、その両者の比に応じて、マスターゾーンＺａに属する各ランプとスレーブゾーンに属する各ランプとについてそれぞれ算出された加熱指令値を修正することにより、各加熱指令値を補償する方法について説明する。たとえば、スレーブゾーンの加熱指令値がマスターゾーンの加熱指令値よりも大きい場合には、複数のランプの合計出力を全体的に抑制することによって、代表測定点Ｐａにおける基板の温度上昇を防止するものである。
【００６５】
そのため、まず、上記方法によって求められるすべてのランプＬｉの加熱指令値Ｙｉ（ｉ＝１,２,…,Ｎ）の総和Ｙを、以下の数２によって求める。ここでＮはランプの総数であり、この総和Ｙは、マスターゾーンおよびスレーブゾーンのいずれに属しているかを問わず、全てのランプについての総和であって、ランプＬＰｉはｉ番目のランプを表している。図１の場合にはＮ＝３×７＝２１であり、２１個のランプ３２がランプＬＰｉ（ｉ＝１,２,…,２１）に相当する。なお、すべてのランプＬｉ（ｉ＝１,２,…,Ｎ）を以下ではランプ｛Ｌｉ｝と標記する。
【００６６】
【数２】
Ｙ＝ΣＹｉ
なお、数２において、Σはｉ（ｉ＝１,２,…,Ｎ）についての和を意味する。
【００６７】
さらに、数３で示すように、マスターゾーンの基準出力指令値ＹＣにランプの総数であるＮを乗じた値を仮想的な基準出力総和量Ｙ’として求める。
【００６８】
【数３】
Ｙ’＝ＹＣ×Ｎ
そして、次の数４を満足するような係数ｋｓを求める。
【００６９】
【数４】
Ｙ’＝ｋｓ×Ｙ
係数ｋｓは、値ＹとＹ’との相互間の関係を表すファクタである。換言すれば、全ランプの加熱指令値の総和Ｙと基準出力総和量Ｙ’との比率を係数ｋｓによって評価する。
【００７０】
そして、マスタースレーブ方式によって求めた各ランプ｛Ｌｉ｝への加熱指令値に係数ｋｓを乗じた値を、各ランプ｛Ｌｉ｝の新たな加熱指令値として求め、その新たな各ランプ｛Ｌｉ｝の加熱指令値を最終的な加熱指令値として各ランプ｛Ｌｉ｝に出力する。これにより、スレーブゾーンのランプの出力がマスターゾーンに対応する代表測定点Ｐａの温度に及ぼす影響を緩和することができる。
【００７１】
＜Ｂ．第２実施形態＞
第２実施形態の基板熱処理装置は、図５の加熱指令値生成部５０で行われる処理内容が第１実施形態に係る基板熱処理装置とは異なり、その他については、第１実施形態の基板熱処理装置と同様である。
【００７２】
既述したように、第１実施形態はマスタースレーブ方式を採用して基板の温度分布を調整するように制御を行うものである。一方、第２実施形態においては、第１実施形態とは別の温度分布調整方式、すなわち、ゾーン毎に固有の基準出力指令値を生成する方式を採用する。
【００７３】
図１３は、第２実施形態の制御方式の概略概念図である。この図においても隣接ないしは連続する複数のゾーンを代表的に表現する記号としてＺａ、Ｚｂを使用しているが、この第２実施形態ではマスターゾーン、スレーブゾーンの区別はない。したがって、ゾーンＺａ、Ｚｂは互いに対等である。
【００７４】
まず、ゾーンＺａに対する基準出力指令値ＹＣａ、およびゾーンＺｂに対する基準出力指令値ＹＣｂが、補償器Ｃａ、Ｃｂによってそれぞれ生成される。各基準出力指令値ＹＣａ、ＹＣｂは、第１実施形態におけるマスターゾーンの各ランプの基準出力指令値と同様にして求めることができる。
【００７５】
つぎに、それぞれのゾーンＺａ、Ｚｂにおいて、各ランプａ１〜ａ３，ｂ１〜ｂ３に対する加熱指令値を求める。図１４は、各ゾーンＺａ、Ｚｂに含まれる各ランプの加熱指令値の求め方を表す概念図であり、第１実施形態の図１２に対応する図である。なお、ランプについては図示を省略している。以下では図１４を参照して、ゾーンＺｂに含まれるランプｂ１〜ｂ３の加熱指令値を求める場合について説明するが、他のゾーンについても同様である。
【００７６】
基準出力指令値ＹＣａ、ＹＣｂが得られた後、ゾーンＺｂ（以下「第１ゾーン」）の基準出力指令値ＹＣｂと、この第１ゾーンＺｂに隣接する参照ゾーンＺａ（「第２ゾーン」）の基準出力指令値ＹＣａとの偏差Ｅab＝（ＹＣａ−ＹＣｂ）が算出され、この偏差Ｅabに対して、各ランプｂ１〜ｂ３の所定の係数ｋ１ｂ〜ｋ３ｂ（図１３参照）を乗じることによって求められる値を修正値として算出する。これらの修正値を第１ゾーンＺｂの基準出力指令値ＹＣｂに加算合成した値を最終的な加熱指令値Ｙとして求める。たとえば、第１ランプｂ１の加熱指令値Ｙは、次の数５で求められる。
【００７７】
【数５】
Ｙ＝ＹＣｂ＋ｋ１ｂ×（ＹＣａ−ＹＣｂ）
上記係数ｋ１ｂ〜ｋ３ｂは、当該ゾーンＺｂに属する各ランプｂ１〜ｂ３と代表測定点Ｐａ、Ｐｂとの相対的位置関係に応じて決定され得る。これらの係数ｋ１ｂ〜ｋ３ｂは、代表測定点Ｐｂにおける温度測定結果に各ランプｂ１〜ｂ３が与える影響を考慮して定められる値である。このようにして基板Ｗ上の温度分布に応じた修正を施した後の値をランプｂ１〜ｂ３への加熱指令値とする。このように、複数のランプのうち少なくともゾーンＺｂに含まれる各ランプｂ１〜ｂ３への加熱指令値は、各ランプｂ１〜ｂ３が属するゾーンＺｂに対応する代表測定点Ｐｂおよび隣接するゾーンＺａに対応する代表測定点Ｐａの２つの代表測定点での温度測定結果を考慮した所定の加熱制御規則に基づいて生成される。
【００７８】
また、同様にして、ランプａ１〜ａ３などの加熱指令値も求めることができる。このようにしてＮ個のすべてのランプについてそれぞれの加熱指令値を求めることにより、基板Ｗ上の温度分布を均一化することができる。
【００７９】
＜Ｃ．第３実施形態＞
第３実施形態は、同一のランプが異なるＭ個のゾーン（Ｍは２以上の整数）に属する場合に本発明を適用した例である。
【００８０】
図１５は、第３実施形態の制御方式の概略概念図である。複数のランプＬ１〜Ｌ１１は、複数のゾーンＺａ、Ｚｂ、Ｚｃに区分されて基板Ｗに対向する位置にほぼ等間隔で配置されている。図１５においては、各ゾーンＺａ、Ｚｂ、Ｚｃにそれぞれ５つのランプが属し、かつ中央のゾーンＺａのうちの一方端部側の２つの特定ランプＬ４、Ｌ５がそれに隣接するゾーンＺｂにも属し、またこの中央のゾーンＺａのうちの他方端部側の２つ特定ランプＬ７，Ｌ８がそれに隣接するゾーンＺｃにも属する場合が示されている。この例の場合、各特定ランプＬ４，Ｌ５，Ｌ７、Ｌ８のそれぞれは２つずつのゾーンに重複して含まれているため、Ｍ＝２である。また、図１６は、各ゾーンに含まれる各ランプの加熱指令値の求め方を表す概念図であり、第２実施形態の図１４に対応する図である。以下、これらの図１５および図１６を参照する。
【００８１】
この第３実施形態においても、第２実施形態と同様、まず、各ゾーンＺａ、Ｚｂ、Ｚｃ毎の基準出力指令値を求める。この基準出力指令値は、各ゾーン毎に固有の制御則によって求められる。たとえば上記第２実施形態の方法を、この基準出力指令値を求めるために利用することができる。すなわち、ランプＬ１〜Ｌ５に対しては、温度計４２ｂの測定結果に基づいて補償器Ｃｂによって基準出力指令値ＹＣｂが求められる。また、ランプＬ４〜Ｌ８に対しては、温度計４２ａの温度測定結果に基づいて補償器Ｃａによって基準出力指令値ＹＣａが求められる。
【００８２】
このようにして得られた基準出力指令値のうち、それぞれがひとつのゾーンにのみ属するランプＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ６、Ｌ９、Ｌ１０、Ｌ１１の基準出力指令値については、第２実施形態と同様の方法でそれぞれの最終的な加熱指令値が求められる。
【００８３】
一方、それぞれが２個のゾーンに重複して属している特定ランプＬ４、Ｌ５、Ｌ７、Ｌ８については、当該ゾーンが属するＭ個のゾーンのそれぞれで得られた基準出力指令値を所定の重み付けで加算合成する。たとえば、ゾーンＺａおよびＺｂの両方に属している特定ランプＬ４に対する加熱指令値Ｙ４は、両ゾーンＺａ、Ｚｂの基準出力指令値ＹＣａおよびＹＣｂを重み付け係数ｋa4、ｋb4を使用して以下の数６のように加重合成（具体的には加重加算合成）することにより算出することができる。
【００８４】
【数６】
Ｙ４＝ｋa4×ＹＣａ＋ｋb4×ＹＣｂ
好ましくは、これらの係数ｋa4、ｋb4を、
【００８５】
【数７】
ｋa4＋ｋb4＝１
のように規格化しておく。
【００８６】
特定ランプＬ４における重み付け係数ｋa4、ｋb4の具体的な値は、その特定ランプＬ４が属する２個のゾーンＺａ、Ｚｂのそれぞれに対応する代表測定点Ｐａ、Ｐｂと、当該ランプＬ４との相対的位置関係に基づいてあらかじめ決定しておく。たとえば、図１５の例においてランプＬ１〜Ｌ１１が等間隔ΔＤで配列している場合、特定ランプＬ４は、一方のゾーンＺｂにおいては代表測定点Ｐｂに対して（１×ΔＤ）だけ離れており、他方のゾーンＺａにおいては代表測定点Ｐａに対して（２×ΔＤ）だけ離れている。したがって、特定ランプＬ４は一方のゾーンＺｂにおける基準出力指令値ＹＣｂと他方のゾーンＺａにおける基準出力指令値ＹＣａとを、距離比１：２の逆比に相当する２：１の比率で重み付けして加算合成することにより、ランプＬ４の加熱指令値が求めれば、それぞれのゾーンＺａ、Ｚｂでの温度測定結果を適度に合成することができる。したがって、この場合の係数ｋa4、ｋb4は、規格化した値としてｋa4＝２／３、ｋb4＝１／３のように定めておく。
【００８７】
同様に、ゾーンＺａおよびＺｂの両方に属している特定ランプＬ５に対する加熱指令値も、両ゾーンの基準出力指令値ＹＣａおよびＹＣｂを係数ｋa5＝１／３、ｋb5＝１／３を使用して加算合成することにより算出することができる。
【００８８】
一般に、Ｍ個のゾーンＺｊ（ｊ＝１〜Ｍ）に属する特定ランプＬdについては、それらのＭ個のゾーンＺｊに対応する各代表測定点Ｐｊまでの距離をＤdｊとしたとき、
【００８９】
【数８】
ｋjd＝Ｄdj／ΣＤdm
（ただし、この数８において、Σは重複して属するＭ個のゾーンにわたっての、ｍについての和）
のように係数ｋjdを定めればよく、そのようにして定めておいた係数ｋjdを使用して、特定ランプＬｄに対する加熱指令値Ｙｄを、
【００９０】
【数９】
Ｙｄ＝Σｋjd×ＹＣｊ
（ただし、この数９において、Σは重複して属するＭ個のゾーンにわたっての、ｊについての和）
のように得ることができる。ここで、ＹＣｊはゾーンＺｊについての基準出力指令値であり、ゾーンＺｊに対応する代表測定点Ｐｊでの温度測定結果を反映した値である。このように、複数のランプのうち少なくともこの特定ランプＬｄについての加熱指令値は、特定ランプＬｄが属するＭ個のゾーンに対応するＭ個の代表測定点Ｐｊ（ｊ＝１〜Ｍ）での温度測定結果を考慮した所定の加熱制御規則に基づいて生成される。
【００９１】
＜Ｄ．その他の変形例＞
＜Ｄ１．基準出力指令値について〜その１＞
上記実施形態における各基準出力指令値の求め方は、上記方法に限定されない。たとえば、既述したように、フィードバック補償器Ｃ２による第２加熱指令値ＹＢを求める際に、ファジィ推論を用いることも可能である。
【００９２】
ここでは、上記で求めた第２加熱指令値ＹＢに対して、ファジィ推論に基づく修正係数αを用いてさらに修正を加えた値を新たな第２加熱指令値ＹＢとして求める場合について詳述する。これにより、さらに高精度の制御を行うことが可能になる。なお、以下においては、説明のため、上記実施形態で求めた第２加熱指令値ＹＢを値ＹＢ０に置き換えて表す。
【００９３】
値ＹＢ０に対して、ファジィ推論に基づく修正係数αを乗じた値を加算した値をＹＢ１とする。このとき値ＹＢ１は、次の数１０または数１１で表される。
【００９４】
【数１０】
ＹＢ１＝ＹＢ０＋α×ＹＢ０
【００９５】
【数１１】
ＹＢ１＝β×ＹＢ０，ただし、β＝１＋α
ここで、ファジィ推論に基づくこの修正係数αの求め方について説明する。
【００９６】
例として、偏差ｅ１と偏差ｅ２とを前件部に取り入れたファジィルールを用いて昇温段階における制御を行う場合を説明する。ここで、偏差ｅ１は、目標温度に対応する出力指令値と実測温度に対応する出力指令値との偏差であり、偏差ｅ２は、目標昇温速度に対応する出力指令値と実測昇温速度に対応する出力指令値との偏差である。また、これらの出力指令値は、図１０および図１１に表される「特性モデル」に基づいて求めることができる。なお、昇温段階とは、ランプの加熱により基板の温度を所定の温度までに上昇させる段階をいい、図６および図７においては時刻ｔ０から時刻ｔ１０までに対応する。
【００９７】
ファジィルールとして、次の３つのルールを用いる。
【００９８】
（ルール１）：ｅ１が正、かつ、ｅ２が正で大きいとき、出力を増やす。
【００９９】
（ルール２）：ｅ１が約０、かつ、ｅ２も約０のとき、出力を維持する。
【０１００】
（ルール３）：ｅ１が正、かつ、ｅ２が負で大きいとき、出力を減らす。
【０１０１】
ここで、ｅ１、およびｅ２の値は正規化されているが、実際には適宜の値を表すようにスケーリングすることができる。
【０１０２】
図１７（ａ）は、ルール１の前件部および後件部のメンバーシップ関数を表す。図１７（ａ）において、左側の２つのグラフは前件部のメンバーシップ関数を表し、右側のグラフは後件部のメンバーシップ関数を表す。同様に、図１７（ｂ）および図１７（ｃ）は、それぞれ、ルール２およびルール３の前件部および後件部のメンバーシップ関数を表す。
【０１０３】
これらの図を用いて、「ｍａｘ−ｍｉｎ重心法」でファジィ演算を行う場合について説明する。ここでは、ある時刻における偏差ｅ１および偏差ｅ２がそれぞれ、ｅ１＝０．４、ｅ２＝−０．２である場合を想定する。
【０１０４】
まず、ルール１に基づく前件部の度合を決定する。ｅ１＝０．４のときメンバーシップ関数ａ１１より度合は＋０．８となる。また、ｅ２＝−０．２のときメンバーシップ関数ａ１２より度合は０となる。したがって、小さい方の値をとって、「度合」の合成結果は、ゼロとなる。
【０１０５】
つぎに、ルール２に基づく前件部の度合を決定する。ｅ１＝０．４のときメンバーシップ関数ａ２１より度合は＋０．２となる。また、ｅ２＝−０．２のときメンバーシップ関数ａ２２より度合は０．６となる。したがって、小さい方の値をとって、「度合」の合成結果は、０．２となる。
【０１０６】
そして、ルール３に基づく前件部の度合を決定する。ｅ１＝０．４のときメンバーシップ関数ａ３１より度合は＋０．８となる。また、ｅ２＝−０．２のときメンバーシップ関数ａ３２より度合は０．４となる。したがって、小さい方の値をとって、「度合」の合成結果は、０．４となる。
【０１０７】
つぎに、各ルールの後件部のメンバーシップ関数を、各ルールにおける「度合」の合成結果の値を表す直線で切断して形成される台形部分の面積を重ね合わせる。重ね合わせられた図形の重心を各ルールに対する重み付けを考慮して求める。なお、たとえば、この重み付けにおける重みｗは各ルールに対して次のように設定することができる。
【０１０８】
▲１▼ルール１については：ｗ＝０．５
▲２▼ルール２については：ｗ＝１．０
▲３▼ルール３については：ｗ＝０．５
図１８は、各ルールに基づく台形部分の図形を重ね合わせて合成図形の重心を求めることによって、後件部の結果を得ることについて説明した図である。ルール２に対応する台形Ｄ２とルール３に対応する台形Ｄ３との図形の重心を重み付けを考慮して求める。この場合には、−０．２５が結果として得られる。この値が修正係数αとなる。したがって、この修正係数αを用いれば、上述の数１０に基づいて値ＹＢ１が算出される。
【０１０９】
以上のようにしてファジィ推論に基づく修正を加えて求めた値ＹＢ１を新たな第２加熱指令値ＹＢとすることができる。この新たな第２加熱指令値ＹＢに対して、数１で表される加熱指令値ＹＣを求め、この値ＹＣを基準出力指令値としてして求めることができる。この基準出力指令値に基づいて制御することによって、オーバーシュートの抑制などの効果が得られる。
【０１１０】
＜Ｄ２．基準出力指令値について〜その２＞
あるいは、ファジィ推論に基づく修正を加えて求められた値ＹＢ１に対して、さらに修正を加えた値を新たな第２加熱指令値ＹＢとすることにより、基準出力指令値を求めることもできる。たとえば、各時刻における値ＹＢ１の値を時間に関して合算した蓄積値ＹＢ２を算出して、さらに値ＹＢ１に加算した値を第２加熱指令値ＹＢとすることができる。値ＹＢ２は次式で表される。
【０１１１】
【数１２】
ＹＢ２＝ΣＹＢ１（ｔ）
なお、ここではΣは時間に関する総和を意味し、時刻ｔ０から現在時刻までの各時刻ｔにおけるＹＢ１（ｔ）を合算することによりＹＢ２を求めるものである。また、ここでは、値ＹＢ１が時間ｔの関数であることを強調して示すためＹＢ１（ｔ）と明記するが、時間の関数であることを明記していない他の値、たとえば、ＹＡ、ＹＢ、ＹＣ、ＹＢ０、ＹＢ２も同様に時間の関数である。
【０１１２】
この値ＹＢ２は、フィードバック制御のＰＩＤ動作におけるＩ（積分）動作に相当するものである。値ＹＢ２を値ＹＢ１に加えることによって、オフセットの発生を防止して追従性能を向上させることができる。この場合新たな第２加熱指令値ＹＢは、次式で表される。
【０１１３】
【数１３】
ＹＢ＝ＹＢ１＋ＹＢ２
上記の数１に基づいて、この新たな第２加熱指令値ＹＢに対して加熱指令値ＹＣを基準出力指令値として求め、値ＹＣに基づいて加熱制御を行うことによって、目標温度および目標昇温速度にさらに高精度に追従する制御を実現することができる。
【０１１４】
＜Ｄ３．その他＞
また、上記実施形態においては、基板Ｗの回転によって基板Ｗの面内温度分布がほぼ回転対称になることを利用しているが、本発明はこれに限定されず、基板が回転しない場合においても適用可能である。その場合、各ゾーンに対応する適当な位置にさらに多くの複数の温度計を配置すればよい。
【０１１５】
図４のようにランプ３２の配列が２方向となっている場合には、たとえば図１９のように、マトリクス状のゾーンＺx-y（ｘ、ｙ＝１，２、…、ｎ：ｎは２以上の整数）を定義することができる。このときランプ３２のそれぞれは列方向または行方向の複数のゾーンにわたって伸びている。また、図１９中の黒丸がそれぞれのゾーンＺxyに対応する代表測定点を示す。この場合において基板が回転しないような装置構成においては、たとえばランプ３２ａについてはゾーンＺ1-1、Ｚ2-1、Ｚ3-1での温度測定結果によって算出される基準出力指令値を比較的大きなウエイトで含み、ゾーンＺ1-2、Ｚ2-2、Ｚ3-2での温度測定結果によって算出される基準出力指令値を中程度のウエイトで含み、さらにゾーンＺ1-3、Ｚ2-3、Ｚ3-3での温度測定結果によって算出される基準出力指令値を比較的小さなウエイトで含むように、それらの基準出力指令値を加算合成ないしは加重平均すればよい。
【０１１６】
また、基板を回転させるような場合には、特定の１方向のみ（たとえばランプの行方向配列）についてのみゾーン分割を行い、そのような帯状のゾーンの配列についてこの発明を適用して、他方向のランプ配列についてはあらかじめ定めておいた加熱指令値を与えるようにしてもよい。
【０１１７】
この発明においては、複数のランプのうち少なくとも一部のランプの加熱指令値に関して、そのランプが属するゾーンに対応する代表測定点を含む２以上の代表測定点での温度測定結果が考慮されればよいが、ランプ数が少ない場合あるいは代表測定点が少ない場合には、全ての代表測定点における温度測定結果が考慮されてもよく、また、その際には各ランプと全ての代表測定点との相対的位置関係を考慮することもできる。
【０１１８】
【発明の効果】
以上のように、請求項１ないし請求項６に記載の基板熱処理装置によれば、複数のランプのうちの少なくとも一部のランプについての加熱指令値を、ランプが属するゾーンに対応する代表測定点を含む２以上の代表測定点での温度測定結果に応じて生成する。したがって、ランプの加熱指令値は、基板上の２以上の代表測定点の測定結果を反映して細かく調整されたものとなり、基板上の温度分布を細かく制御することができる。
【０１１９】
特に請求項１ないし請求項３の発明では、基板の形状や加熱手段の配置の特性などに応じて適当な代表ゾーンを主ゾーンとするとともに、その主ゾーンとの位置関係に基づいて他のゾーンでの温度制御を行うことなるため、その主ゾーンでの加熱制御規則を調整すれば他のゾーンでの温度制御がそれに応じて調整され、加熱の均一性が確保されるという特質がある。
【０１２０】
また、請求項３の発明では特に、主ゾーンに対して相対的に従ゾーンのランプへの加熱指令値が定まったとき、それら従ゾーンのランプからの熱が主ゾーンの基板領域に及んでしまうような熱干渉の影響を防止可能である。
【０１２１】
さらに請求項６の発明では、特定のランプが複数のゾーン（Ｍ個のゾーン）に属するようにゾーン分けをした場合においても、そのような配置関係を考慮した制御を行っているため、基板の加熱の均一性を十分に確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る熱処理装置１の概要構成を示す縦断面図である。
【図２】熱処理装置１における基板支持部２０の下方部分を表す図である。
【図３】各ゾーンＺ１〜Ｚ４とそれらに対応する温度計４２１〜４２４の測定位置とを模式的に示す図である。
【図４】ランプの２方向配列を表す図である。
【図５】制御部１００の概要図を表す図である。
【図６】目標温度曲線を表す図である。
【図７】目標温度変化率曲線を表す図である。
【図８】マスタースレーブ方式による温度分布制御系の模式的な機能ブロック図を表す図である。
【図９】マスターゾーンの制御ブロック図を表す図である。
【図１０】基板温度に関する特性モデルを表す図である。
【図１１】基板温度変化率（昇温速度）に関する特性モデルを表す図である。
【図１２】各ランプの加熱指令値の求め方を表す概念図である。
【図１３】第２実施形態の制御方式を表す概略概念図である。
【図１４】各ランプの加熱指令値の求め方を表す概念図である。
【図１５】第３実施形態の制御方式を表す概略概念図である。
【図１６】各ランプの加熱指令値の求め方を表す概念図である。
【図１７】各ファジィルールの前件部および後件部のメンバーシップ関数を表す図である。
【図１８】各ファジィルールの組合せによる、後件部の合成結果について説明する図である。
【図１９】図４のランプ配列の場合のゾーン分けの例を示す図である。
【符号の説明】
１ 基板熱処理装置
１０ チャンバ
２０ 基板支持部
３０ 基板加熱部
４０ 温度測定部
４２１〜４２４，４２ａ，４２ｂ 温度計
５０ 加熱指令値生成部
６０ 温度特性記憶部
７０ 目標値生成部
１００ 制御部
Ｗ 基板
ｔ 時間
Ｔ 温度
Ｖ 昇温速度
Ｅ 温度偏差
Ｚａ，Ｚｂ，Ｚｃ ゾーン
ｂ１，ｂ２，ｂ３ ランプ
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ、液晶表示装置用ガラス基板、フォトマスク用ガラス基板、光ディスク用基板等の基板（以下「基板」という）に対して熱処理を施す基板熱処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
枚葉式の基板熱処理装置として、複数のランプからの光照射によって基板を加熱処理する装置（ランプアニール装置）が知られている。これら複数のランプは複数のゾーンに区分されており、ゾーンごとに各ランプに対する加熱指令値を与えるようになっている。また、このような装置は基板上に膜を形成するために多く使用されるが、その際には膜厚の均一性を確保することが重要である。従来装置においては、基板に熱処理を施して得られた膜の厚さを膜厚測定器で測定し、その膜厚測定結果に応じてランプへの加熱指令値を調節して以後の基板の熱処理を改善するという手順が採用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来装置は、後追い的に加熱指令値を是正するものであるため、基板の温度分布をリアルタイムで調整することができない。このため、加熱指令値を最終的に決定するまでに多くの作業を必要とするだけでなく、熱処理の内容が変更になるごとに上記の手順を繰り返して加熱指令値を再設定しなければならないという問題も生じさせる。
【０００４】
また、このような従来装置では各ゾーンの加熱指令値を互いに独立に定めており、そのためにゾーン間の相互干渉が考慮されておらず、基板の温度分布をより精細に調節することが困難であるという問題が存在する。
【０００５】
そして、このような問題は膜形成処理だけでなく、基板の加熱処理一般において生じる問題である。
【０００６】
そこで、本発明は前記問題点に鑑み、基板の温度分布をより精細にかつリアルタイムで調節することにより、基板における加熱処理の均一性を十分に確保することができる基板熱処理装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の基板処理装置は、基板の熱処理を行う装置であって、複数のゾーンに区分されて配設された複数のランプによって基板を加熱する加熱手段と、前記複数のゾーンのそれぞれに対応する基板上の複数の代表測定点における温度を測定する複数の温度測定手段と、前記複数のランプのうちの少なくとも一部のランプについての加熱指令値を生成する加熱指令値生成手段と、を備え、前記複数のゾーンは、主ゾーンと従ゾーンとを有し、前記複数の温度測定手段は、前記主ゾーンに対応する基板上の代表測定点における温度を測定する主測定手段と、前記従ゾーンに対応する基板上の代表測定点における温度を測定する従測定手段とを有し、前記加熱指令値生成手段は、前記主ゾーンの基準出力指令値を前記主測定手段の測定結果に基づいて算出し、前記主測定手段による測定結果と前記従測定手段による測定結果との偏差を求め、当該偏差に対して前記主ゾーンに対応する代表測定点と前記従ゾーンに属する各ランプとの位置関係に応じて決定される係数を乗じた値を修正値として求め、前記主ゾーンの基準出力指令値と前記修正値とを合成することによって、前記従ゾーンに含まれる各ランプの前記加熱指令値を決定する、ことを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の装置は、請求項１の装置において、前記主ゾーンに対応する代表測定点と前記従ゾーンに属する各ランプとの位置関係に応じて決定される係数が、前記主ゾーンに対応する代表測定点と前記従ゾーンに対応する代表測定点との間の温度分布を補間することによって決定された値であることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の装置は、請求項２の装置において、前記加熱指令値生成手段は、前記主ゾーンに属する各ランプと前記従ゾーンに属する各ランプとについて算出されたそれぞれの加熱指令値の総和と、前記主ゾーンに属する各ランプへの加熱指令値に前記複数のランプのランプ総数を乗じた積に相当する値との比に応じて、前記主ゾーンに属する各ランプと前記従ゾーンに属する各ランプとについてそれぞれ算出された加熱指令値を修正する手段、を有することを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載の装置は、基板の熱処理を行う装置であって、複数のゾーンに区分されて配設された複数のランプによって基板を加熱する加熱手段と、前記複数のゾーンのそれぞれに対応する基板上の複数の代表測定点における温度を測定する複数の温度測定手段と、前記複数のランプのうちの少なくとも一部のランプについての加熱指令値を生成する加熱指令値生成手段と、を備え、前記加熱指令値生成手段は、前記複数のゾーンのそれぞれにおける各ランプの基準出力指令値を前記複数のゾーンのそれぞれに対応する前記温度測定手段の測定結果に基づいて算出する手段と、互いに隣接する第１と第２のゾーンのそれぞれの基準出力指令値の偏差に対して、前記第２のゾーンに対応する代表測定点と前記第１のゾーン内の各ランプとの位置関係に応じて決定される各係数を乗じた値を修正値として求め、前記第１のゾーンの基準出力指令値と前記修正値とを合成することによって、前記第１のゾーンに含まれる各ランプの加熱指令値を決定する手段と、を有することを特徴とする。
請求項５に記載の装置は、請求項４の装置において、前記第２のゾーンに対応する代表測定点と前記第１のゾーン内の各ランプとの位置関係に応じて決定される各係数が、前記第１のゾーンに対応する代表測定点と前記第２のゾーンに対応する代表測定点との間の温度分布を補間することによって決定された値であることを特徴とする。
【００１２】
請求項６に記載の装置は、基板に熱処理を行う装置であって、複数のゾーンに区分されて配設された複数のランプによって基板を加熱する加熱手段と、前記複数のゾーンのそれぞれに対応する基板上の複数の代表測定点における温度を測定する複数の温度測定手段と、前記複数のランプのうちの少なくとも一部のランプについての加熱指令値を生成する加熱指令値生成手段と、を備え、前記複数のランプには、重複してＭ個のゾーン（Ｍは２以上の整数）に属するように区分された特定ランプが含まれており、前記加熱指令値生成手段は、前記複Ｍ個のゾーンのそれぞれにおける各ランプの基準出力指令値を前記Ｍ個のゾーンのそれぞれに対応する前記温度測定手段の測定結果に基づいて算出する手段と、前記Ｍ個のゾーンのそれぞれに対応する代表測定点と前記特定ランプとの位置関係に応じて決定される重み付け係数を用いて、前記Ｍ個のゾーンのそれぞれにおける前記基準出力指令値を加重合成し、それによって前記特定ランプの加熱指令値を決定する手段と、を有することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１４】
＜Ａ．第１実施形態＞
＜Ａ１．装置＞
図１は、本実施形態に係る基板熱処理装置１の概要構成を示す縦断面図である。この基板熱処理装置１は、半導体ウエハなどの基板Ｗに対するランプアニール装置であり、基板の温度を高速に昇降させるＲＴＰ（Rapid Thermal Processing）に用いられ得る。基板熱処理装置１は、基板Ｗを収容するチャンバ１０と、基板Ｗを支持する基板支持部２０と、基板Ｗを加熱する基板加熱部３０と、基板Ｗの温度を測定する温度測定部４０と、基板加熱部３０に対する加熱指令値を生成して出力する加熱指令値生成部５０とを備えている。
【００１５】
チャンバ１０には、水路１２および水路１４が設けられている。水路１２、１４に冷却水を流すことによって、基板加熱部３０の加熱によるチャンバ１０の温度上昇を抑制している。
【００１６】
基板支持部２０は、基板Ｗを支持する支持リング２２と、支持リング２２を支える支持柱２４とを有する。支持柱２４は、その下部にモータ、ギア機構、マグネットなどを有する回転駆動機構２６を有しており、軸ＡＸ１を中心に回転することができる。基板支持部２０によって支持される基板Ｗは、以下に説明する熱処理中において、軸ＡＸ１を中心に回転する。また、基板Ｗの大きさに応じた支持リング２２を設けることによって、複数の大きさの基板を支持することができる。
【００１７】
基板加熱部３０は、光を出射する複数のランプ３２を備えており、この実施形態ではこれら複数のランプ３２のそれぞれは直線型のランプである。複数のランプ３２は、複数のゾーンに区分されて基板に対向する位置にほぼ等間隔に配置されており、それらからの光の照射によって基板Ｗが加熱される。図１においては、２１個のランプ３２が配置されており、７つのゾーンＺ１〜Ｚ７にそれぞれ３つのランプが属する場合が示されている。なお、各ゾーンの数および各ゾーンに属するランプの数は任意に設定することが可能である。
【００１８】
また、温度測定部４０は複数の温度計４２を備えており、これらの複数の温度計４２は基板の下方において固定されて、基板Ｗの所定位置（後述する代表測定点）における温度を測定する。これらの複数の温度計４２としては、放射温度計などが用いられ得る。これらの複数の温度計４２は、後述する図２などにおいては４個の温度計４２１〜４２４として表現されている。
【００１９】
図２(a)、(b)は、基板熱処理装置１において基板支持部２０に支持される基板Ｗの下方部分の状態を２つの例について表す図である。図２(a)の例では、複数の温度計４２１〜４２４のそれぞれは、互いに異なる半径を有する同心円上の位置における基板温度を測定できるように直線状に配置されている。また、図２(b)の例では、複数の温度計４２１〜４２４のそれぞれは、互いに異なる半径を有する同心円上の位置における基板温度を測定できるように２次元的に分散して配置されている。これら２つの例はいずれも採用可能である。
【００２０】
図３は、各ゾーンＺ１〜Ｚ７とそれらに対応する温度計４２１〜４２４の温度測定位置とを模式的に示す図である。この図３においては、各ゾーンＺ１〜Ｚ７に含まれている３つのランプ３２をそれぞれ丸で表現している。この実施形態における複数の温度計４２１〜４２４は図２(b)に示すような位置に配置されているが、図３の模式図においては、対応する温度計が各ゾーンの下方において直線的に配置されるように、すなわち図２(a)に対応するように図示されている。これは、基板Ｗの回転によって、基板Ｗの温度分布は回転軸ＡＸ１を中心に回転対称（点対称）になると考えられることに基づく。すなわち、基板Ｗの温度は回転中心からの距離（つまり半径）のみによって一義的に決定されるものと仮定して、回転方向の角度を無視してその固有の半径に対応する位置に直線上に配置されるように表現したものである。
【００２１】
温度計４２１〜４２４によるそれぞれの温度測定位置はこの発明における「代表測定点」に相当する。すなわち、厳密にはそれぞれのゾーンの中でもある程度の温度分布があるが、それは実質的に無視できるものとして各ゾーンの中の所定位置の温度をそのゾーンの代表温度として測定するため、これらの温度計４２１〜４２４によって温度測定される各ゾーンＺ１〜Ｚ７内の所定箇所を「代表測定点」と呼ぶ。
【００２２】
中央のゾーンＺ１の下方には、温度計４２１が配置されている。温度計４２１は、ゾーンＺ１のランプ３２が最も影響を及ぼす位置の基板温度を測定することができる。同様に、温度計４２２は、ゾーンＺ２のランプ３２により特に大きく影響を受ける位置の基板温度を測定する。温度計４２３および４２４についても同様である。
【００２３】
また、中央のゾーンＺ１に関してゾーンＺ２〜Ｚ４と対称的な位置にあるゾーンＺ５〜Ｚ７の各ランプ３２の加熱指令値の決定にあたっては、上記の温度分布の回転対称性に基づいて、温度計４２２〜４２４の温度測定結果を用いることができる。
【００２４】
なお、上記の温度測定部４０における基板Ｗの温度測定を経時的に行うことにより、単位時間あたりの温度変化、すなわち、温度変化率をも算出することが可能である。
【００２５】
図４は、ランプの配列の他の例を表す図である。この図４の例では直線型のランプの平行配列を、上下に互いに直交するように配置している。なお、図１は、図４における上下の配列の一方のみが存在する場合に相当する。上述したように、基板Ｗは基板支持部２０（図１）の回転に伴って回転するため、基板Ｗの温度分布は回転軸ＡＸ１を中心としてほぼ点対称な分布になる。したがって、これらのゾーンに含まれるランプ３２の加熱指令値の決定にあたっても、この回転対称性を利用して、対応する位置に設けられている別の温度計の温度測定結果を用いることができる。以下では図１〜図３のように１方向にランプ３２を配列した状況での加熱制御について説明するが、この図４のように２方向に配列した場合への拡張については変形例として後に説明する。
【００２６】
後述する図５の加熱指令値生成部５０は、温度測定部４０による温度測定結果に基づいて基板加熱部３０（図１）の複数のランプ３２に対する加熱指令値を生成して、それらの加熱指令値を複数のランプ３２にそれぞれ出力する。これによって、基板温度や基板温度変化率などの被制御量を目標値に追従させるように最適な制御を行う。また、加熱指令値生成部５０は、基板温度の面内分布を均一にするため、各ランプに固有の加熱指令値をリアルタイムに変更して制御する。
【００２７】
以下では、上記の基板熱処理装置１において行われる制御について説明する。
【００２８】
＜Ａ２．制御概要＞
図５はこの装置１の制御部１００の概略構成を示すブロック図である。制御部１００は、既述した温度測定部４０と加熱指令値生成部５０と温度特性記憶部６０と目標値生成部７０とを有している。
【００２９】
目標値生成部７０は、基板温度および基板温度変化率の各時刻における目標値を表す曲線、つまり、目標温度曲線（図６）および目標温度変化率曲線（図７）を実際の制御を行う前に生成する。ただし図６では、横軸が時間ｔを表し、縦軸が目標温度Ｔを表しており、目標温度の経時変化を表すグラフとなっている。また、図７は、図６の目標温度を達成するための目標温度変化率Ｖの経時変化を表している。
【００３０】
そして、加熱指令値生成部５０は、これらの被制御量を目標値に追従させるように、基板加熱部３０の各ランプ３２に対する加熱指令値を生成して、それらの加熱指令値を各ランプ３２に出力する。この際、加熱指令値生成部５０は、温度測定部４０においてリアルタイムに測定される基板温度などの被制御量の実測値、および温度特性記憶部６０において記憶されている特性モデル（すなわち、ランプ３２のそれぞれへの加熱用の電力供給量の大きさが基板温度や基板温度変化率に及ぼす影響をモデル化した曲線）を考慮して、加熱指令値を求める。
【００３１】
また、加熱指令値生成部５０は、基板温度の面内分布を均一にするため、各ランプ３２に固有の加熱指令値をリアルタイムに変更して制御する。そのため、各ゾーンにＺ１〜Ｚ７に属する各ランプ３２の加熱指令値は、まずゾーン毎に基準出力指令値が決定された後、その基準出力指令値に修正が加えられて決定される。
【００３２】
本実施形態においては、基板の温度分布を調整する基本的な概念として、マスタースレーブ方式を採用する。マスタースレーブ方式の制御則は、マスター（主）制御則とスレーブ（従）制御則とを有する。
【００３３】
図８は、本方式（マスタースレーブ方式）による温度分布制御系の模式的な機能ブロック図を表す。図８は、説明のため図を簡単化している。図８においてはゾーンは３つのみしか示されていないが、図１におけるゾーンの一部が示されていると考えることができる。たとえば、互いに隣接ないしは連続するゾーンＺａ、Ｚｂ、Ｚｃは、それぞれ図１のゾーンＺ１、Ｚ２、Ｚ５に対応し、温度計４２ａ、４２ｂは、それぞれ温度計４２１、４２２に対応する。あるいは、ゾーンＺｂ、Ｚｃは、それぞれ、Ｚ３、Ｚ６と対応するものと考えることもできる。
【００３４】
このマスタースレーブ方式の制御則によれば、次のようにして各ランプに対する加熱指令値を求めることができる。ここでは３つのゾーンＺａ、Ｚｂ、Ｚｃの関係について例示するが、他のゾーンについても同様である。
【００３５】
(a)まず、「マスターゾーン」に対応する代表測定点Ｐａにおける温度が温度計４２ａによって測定され、その温度測定結果に基づいて、「マスターゾーン」に含まれる各ランプの基準出力指令値が加熱指令値生成部５０によってマスター制御則を用いて決定される。すなわち、温度計４２ａによる代表測定点Ｐａでの温度測定結果を利用するフィードバック制御系の補償器Ｃ（後述の図８）によって、ゾーンＺａに属する各ランプａ１〜ａ３の基準出力指令値ＹＣを求める。このゾーンＺａのように、そのゾーンに属する各ランプの基準出力指令値がマスター制御則によって決定されるようにあらかじめ選択されたゾーンが「マスター（主）ゾーン」である。マスターゾーンＺａに属する各ランプａ１〜ａ３への加熱指令値は、この基準出力指令値ＹＣに応じた値になる。
【００３６】
(b)そして、「スレーブゾーン」に対応する代表測定点Ｐｂにおける温度が温度計４２ｂによって測定され、その温度測定結果と、温度計４２ａによる代表測定点Ｐａにおける温度測定結果とを用いて、「スレーブゾーン」に含まれる各ランプｂ１〜ｂ３の加熱指令値が加熱指令値生成部５０によってスレーブ制御則を用いて決定される。
【００３７】
すなわち、まず、マスターゾーンＺａに対応する代表測定点Ｐａにおける温度計４２ａでの温度測定結果と、スレーブゾーン（たとえばＺｂ）に対応する代表測定点Ｐｂにおける温度計４２ｂによる温度測定結果との偏差Ｅを求める。
【００３８】
つぎに、マスターゾーンＺａについての基準出力指令値ＹＣに対して、上記偏差Ｅを所定の係数ｋ１〜ｋ３で加算合成することにより、スレーブゾーンＺｂに含まれる各ランプｂ１〜ｂ３の加熱指令値を決定する。このように、図８に示される複数（９つ）のランプのうち少なくともスレーブゾーンＺｂに含まれる各ランプｂ１〜ｂ３の加熱指令値は、各ランプｂ１〜ｂ３が属するゾーンＺｂに対応する代表測定点Ｐｂおよび隣接するマスターゾーンＺａに対応する代表測定点Ｐａの２つの代表測定点での温度測定結果を考慮した所定の加熱制御規則に基づいて生成される。また、この加算合成に使用される係数ｋ１〜ｋ３は各ランプｂ１〜ｂ３に固有の値であり、スレーブゾーンＺｂに属する各ランプｂ１〜ｂ３と、マスターゾーンＺａに対応する代表測定点Ｐａとの相対的位置関係に応じて決定される。これらの係数ｋ１〜ｋ３は、基板Ｗにおける空間的な温度分布傾向を反映させる値となっている。このゾーンＺｂのように、マスター制御則に対して相対的に加熱指令値を求めるゾーンが「スレーブゾーン」であり、図８の例ではゾーンＺｂ、Ｚｃがこれに相当する。
【００３９】
図１の全体配置で言えば、たとえば基板Ｗの中心に対向するゾーンＺ１をマスターゾーンとし、他のゾーンＺ２〜Ｚ７をスレーブゾーンとすることができるが、マスターゾーンを複数設定し、それらの周辺のゾーンをそれら各マスターゾーンに従属するスレーブゾーンとしてもよい。
【００４０】
以上が、本実施形態における制御の概要である。これらについて、以下で詳述する。
【００４１】
＜Ａ３．マスターゾーンの基準出力指令値の決定＞
まず、マスター制御則によってマスターゾーンＺａに含まれるランプａ１〜ａ３の基準出力指令値を求める。この基準出力指令値は、様々な方法で求めることができるが、以下では一例を示す。
【００４２】
マスターゾーンＺａに属するランプａ１〜ａ３の出力は、それぞれに対応する基板Ｗ上の特定位置の温度特性に特に大きな影響を与える。これらの温度特性は、温度測定部４２によって測定される。この測定結果に基づいて、フィードバック制御系を構成することによって、リアルタイムで基板Ｗの温度の制御を行うことができる。
【００４３】
加熱指令値がマスターゾーンＺａの各ランプａ１〜ａ３に出力されることによって、被制御量である基板温度などがそれぞれ目標値に追従するような制御が行われる。加熱指令値生成部５０は、第１の制御規則および第２の制御規則の両制御則を含むマスター制御則を用いて、マスターゾーンＺａのランプａ１〜ａ３の加熱指令値を求める。図９は、マスターゾーンＺａの制御ブロック図を表す。
【００４４】
＜第１制御規則＞
まず、第１の制御規則の概略について説明する。第１の制御規則は、フィードフォワード（以下、「ＦＦ」とも略記する）制御則ないしはオープンループ制御則に相当する。図９においては、ＦＦ補償器Ｃ１として示される部分に相当する。フィードフォワード補償を行うため、ランプの加熱指令値に対する基板Ｗの温度特性に関するモデルを構築する。具体的には、ランプ３２の加熱指令値に対する基板温度および基板温度変化率の特性を試料基板に関して事前に測定しておく。つまり、種々の加熱指令値を複数のランプ３２に出力したときの、基板温度および基板温度変化率の値をデータとして収集しておく。そして、これらのデータを温度特性記憶部６０に保存しておき、データベースとして利用するのである。なお、これらのデータ収集は、実際の処理条件にできるだけ近い状態で行われることが好ましい。
【００４５】
図１０は、基板温度に関する特性モデルを表し、ランプａ１〜ａ３の加熱指令値と基板Ｗの温度との関係を表す図である。横軸は、ランプａ１〜ａ３の加熱指令値を表しており、縦軸は、所定時間経過後の基板Ｗの到達温度を表している。また、図１１は、基板昇温速度に関する特性モデルを表し、ランプａ１〜ａ３の加熱指令値と基板Ｗの温度変化率（昇温速度）との関係を表す図である。横軸はランプの加熱指令値を表しており、縦軸は所定温度からの昇温速度を表している。これらの図は、所定の物理量に関する特性を「モデル」として表現したものであると考えることができる。なお、横軸のランプａ１〜ａ３の加熱指令値は、正規化された値になっている。
【００４６】
これらの図で示される温度特性を利用して、所望の目標値になるようにランプａ１〜ａ３の加熱指令値を決定する。図１０および図１１に表される特性モデルは、加熱指令値を変数として、その変数に対応する所定の物理量（温度など）を関数値とすることにより求められたが、今度は、所定の物理量を変数とするその逆関数を求めることに相当する。つまり、特性モデルに基づいて、所定の物理量に対応する加熱指令値を決定する。そして、この加熱指令値を第１加熱指令値ＹＡとする。モデル化誤差および外乱が存在しない場合には、この第１加熱指令値ＹＡのみによって所望の目標温度および目標温度変化率が達成され得る。
【００４７】
たとえば、目標温度Ｔ１（図１０参照）を１０００℃とする場合について考える。図１０より、温度維持段階における基板の目標温度を１０００(℃)に到達させるためには、０．３６という値が導かれる。この値は、規格化された値であり、たとえば、規格値１が５０(ｋｗ)に相当する場合には、規格値０．３６には加熱指令値１８(ｋｗ)が対応する。したがって、この場合、ＦＦ制御則による第１加熱出力値ＹＡとして１８(ｋｗ)が出力される。
【００４８】
＜第２制御規則＞
つぎに、第２の制御規則の概略について説明する。第２の制御規則は、フィードバック（以下、「ＦＢ」とも略記する）制御則ないしはクローズドループ制御則に相当する。図９においては、ＦＢ補償器Ｃ２として示される部分に相当する。フィードバック補償を行うことによって、基板温度などの被制御量について目標値と実測値とが合致していない場合にあっても、被制御量を目標値に追従させることができる。ここでは、所定の物理量の目標値に対応する加熱指令値と実測値に対応する加熱指令値との偏差を第２加熱指令値ＹＢとする。このように、フィードバック補償による加熱指令値は、上記の特性モデルを利用して決定される。
【００４９】
たとえば、実測値が９００(℃)である場合には、図１０から規格値０．３が導かれ、加熱指令値は１５(ｋｗ)となる。この場合、目標温度に対応する加熱指令値の１８(ｋｗ)と実測温度に対応する加熱指令値の１５(ｋｗ)との偏差ＹＢ０である３(ｋｗ)が第２加熱指令値ＹＢとなる。
【００５０】
ここで、加熱指令値の決定は、通常のＰＩＤ調節器を有するフィードバック制御系のように目標値と実測値との誤差にＰＩＤ動作の各係数パラメータを掛けて出力を決定するのではないことに注意すべきである。ＰＩＤパラメータを決定する必要がないため、それらのパラメータ決定のための複雑な調整は不要になる。なお、図９においては、ＦＦ補償器Ｃ１およびＦＢ補償器Ｃ２が点線で特性モデル６２と接続されている。これは、これらの補償器Ｃ１、Ｃ２における加熱指令値の決定は、特性モデル６２を利用して行われることを示している。
【００５１】
また、第２加熱指令値ＹＢの決定にあたっては、後述するように、ファジィ推論を用いた修正などによって、さらに修正された値を第２加熱指令値ＹＢとすることもできる。
【００５２】
そして、以下の数１のようにこの第２加熱指令値ＹＢと第１加熱指令値ＹＡとを加算合成したものを加熱指令値ＹＣとし、この加熱指令値に基づいて制御することによって、基板温度を目標温度に追従させる。
【００５３】
【数１】
ＹＣ＝ＹＡ＋ＹＢ
上記のように、第１の制御規則（ＦＦ制御則）と、第２の制御規則（ＦＢ制御則）との両方を用いて制御系を構成して、マスターゾーンＺａの基準出力指令値ＹＣを求める。
【００５４】
＜Ａ４．スレーブゾーンの各ランプの加熱指令値の決定＞
つぎに、図８および図１２を参照しながら、スレーブゾーンＺｂに含まれる各ランプｂ１〜ｂ３の加熱指令値を決定する。なお、既述したようにスレーブゾーンはゾーンＺｂだけではなく、他のスレーブゾーンについても同様の制御となる。
【００５５】
図１２は、スレーブゾーンＺｂに含まれる各ランプｂ１〜ｂ３の加熱指令値の求め方を表す概念図である。図１２（ａ）は、各ゾーンＺａ〜Ｚｃと温度計４２ａ、４２ｂ、４２ｃとの位置関係を示し、図１２（ｂ）は、代表測定点Ｐａ、Ｐｂにおける温度測定結果Ｔａ、Ｔｂと目標温度との関係を示し、図１２（ｃ）は、各ランプａ１〜ａ３，ｂ１〜ｂ３、ｃ１〜ｃ３に対する加熱出力値を表している。
【００５６】
具体的には、まず、温度計４２ａによる基板温度の測定結果Ｔａと、温度計４２ｂによる基板温度の測定結果Ｔｂとの偏差Ｅ（＝Ｔａ−Ｔｂ）を求める。
【００５７】
そして、スレーブゾーンＺｂに含まれる各ランプｂ１〜ｂ３の加熱指令値を、上記偏差Ｅに基づいて決定する。この決定は、係数ｋ１〜ｋ３を利用して行われる。既述したように、この係数ｋ１〜ｋ３はスレーブゾーンＺｂに属する各ランプｂ１〜ｂ３に固有の値であり、これらの各ランプｂ１〜ｂ３と、マスターゾーンＺａに対応する代表測定点Ｐａとの相対的位置関係に応じて決定される。
【００５８】
まず、図８に示すように、偏差Ｅに係数ｋ１〜ｋ３をそれぞれ個別に乗じた値を修正値として求める。この修正値をマスターゾーンＺａの基準出力指令値ＹＣとそれぞれ加算合成することによって、スレーブゾーンＺｂに含まれる各ランプｂ１〜ｂ３の加熱指令値が求められる。図１２に示すように、ランプｂ１に対しては、（ＹＣ＋ｋ１×Ｅ）が加熱指令値として算出される。同様にして、ランプｂ２に対しては（ＹＣ＋ｋ２×Ｅ）が、ランプｂ３に対しては（ＹＣ＋ｋ３×Ｅ）がそれぞれ加熱指令値として算出される。
【００５９】
ここで、係数ｋ１〜ｋ３は、図１２(a)の破線で示される仮想的な温度分布を反映させる値であって、温度計４２ａによる代表測定点Ｐａと温度計４２ｂによる代表測定点Ｐｂとの間の２点間の温度分布を補間するような値として決定することができる。たとえば、２点間の温度変化を図１２(a)の破線で示すような曲線状の分布として補間することもできるし、直線状に分布するものとして補間することもできる。
【００６０】
このような補間によって温度分布を推定し、マスターゾーンＺａに対応する代表測定点Ｐａの位置からのランプｂ１〜ｂ３の相対的位置関係に応じて、基板ＷにおけるマスターゾーンＺａとスレーブゾーンＺｂとの温度分布を均一にするような、スレーブゾーンＺｂの各ランプｂ１〜ｂ３の加熱指令値を求めることができる。他のスレーブゾーンについても同様である。
【００６１】
たとえば、スレーブゾーンＺｂの各ランプｂ１〜ｂ３のそれぞれの位置では、マスターゾーンＺａに対応する代表測定点Ｐａから遠いほど、マスターゾーンＺａに対応する代表測定点Ｐａでの温度測定結果からの偏差が大きくなると仮定することができ、この場合、係数ｋ１〜ｋ３の値の大きさとして、ｋ１＞ｋ２＞ｋ３の大小関係を満たす値を設定しておくことができる。これらの係数ｋ１〜ｋ３を、実際の温度偏差Ｅに依存させることもできるが、空間的な温度分布についての一般的な傾向のみに依存させることもできる。制御の簡易性や高速性を重視するならば後者の方式を採用することが好ましく、その場合にはこれらの係数ｋ１〜ｋ３は各スレーブゾーンＺｂ内の各ランプｂ1〜ｂ３とマスターゾーンＺａに対応する代表測定点Ｐａとの相対的位置関係のみに依存する値として、その値を固定値とすることができる。このときには、これらの係数ｋ１〜ｋ３の値は、実際の制御動作に先立って決定しておき、加熱指令値生成部５０内のメモリに記憶させておく。
【００６２】
このように、温度変化傾向を反映する係数ｋ１〜ｋ３を用いて、スレーブゾーンＺｂ内の各ランプｂ1〜ｂ３の加熱指令値を求めることができる。
【００６３】
＜Ａ５．印加電力の補償＞
ところで、上記方法は、基準となるマスターゾーンＺａに含まれる各ランプａ１〜ａ３の基準出力指令値ＹＣを基準値とし、その基準値ＹＣに対してスレーブゾーンＺｂに含まれる各ランプｂ１〜ｂ３の加熱指令値を変更するものである。この場合、スレーブゾーンＺｂに含まれるランプｂ１〜ｂ３の加熱によっても、マスターゾーンＺａに対応する基板Ｗ上の代表測定点Ｐａの温度が影響を受けることがある。たとえば、上記の方法によって算出された加熱指令値について、マスターゾーンＺａのランプａ１〜ａ３の加熱指令値よりもスレーブゾーンＺｂのランプｂ１〜ｂ３の加熱指令値の方が大きい場合には、マスターゾーンＺａに対応する基板Ｗ上の代表測定点Ｐａにおいて、目標値以上に温度が高くなることがある。これは、スレーブゾーンＺｂのランプｂ１〜ｂ３によってもマスターゾーンＺａの下方の基板上の各点が加熱されており、その加熱による温度上昇が温度定点Ｐａにおける温度測定結果として現れることに基づく。
【００６４】
そこで、次のような方法によって各ランプの加熱指令値を補償することが好ましい。ここでは、上記方法によって得られる全ランプの加熱指令値の総和（すなわち、マスターゾーンＺａに属する各ランプとスレーブゾーンに属する各ランプとについてそれぞれ算出された加熱指令値の総和）と、マスターゾーンＺａの基準出力指令値ＹＣを全ランプに共通に与えた仮想的な場合の出力指令値の総和（それぞれのランプへの加熱指令値にランプ総数を乗じた積に相当する値）とを比較し、その両者の比に応じて、マスターゾーンＺａに属する各ランプとスレーブゾーンに属する各ランプとについてそれぞれ算出された加熱指令値を修正することにより、各加熱指令値を補償する方法について説明する。たとえば、スレーブゾーンの加熱指令値がマスターゾーンの加熱指令値よりも大きい場合には、複数のランプの合計出力を全体的に抑制することによって、代表測定点Ｐａにおける基板の温度上昇を防止するものである。
【００６５】
そのため、まず、上記方法によって求められるすべてのランプＬｉの加熱指令値Ｙｉ（ｉ＝１,２,…,Ｎ）の総和Ｙを、以下の数２によって求める。ここでＮはランプの総数であり、この総和Ｙは、マスターゾーンおよびスレーブゾーンのいずれに属しているかを問わず、全てのランプについての総和であって、ランプＬＰｉはｉ番目のランプを表している。図１の場合にはＮ＝３×７＝２１であり、２１個のランプ３２がランプＬＰｉ（ｉ＝１,２,…,２１）に相当する。なお、すべてのランプＬｉ（ｉ＝１,２,…,Ｎ）を以下ではランプ｛Ｌｉ｝と標記する。
【００６６】
【数２】
Ｙ＝ΣＹｉ
なお、数２において、Σはｉ（ｉ＝１,２,…,Ｎ）についての和を意味する。
【００６７】
さらに、数３で示すように、マスターゾーンの基準出力指令値ＹＣにランプの総数であるＮを乗じた値を仮想的な基準出力総和量Ｙ’として求める。
【００６８】
【数３】
Ｙ’＝ＹＣ×Ｎ
そして、次の数４を満足するような係数ｋｓを求める。
【００６９】
【数４】
Ｙ’＝ｋｓ×Ｙ
係数ｋｓは、値ＹとＹ’との相互間の関係を表すファクタである。換言すれば、全ランプの加熱指令値の総和Ｙと基準出力総和量Ｙ’との比率を係数ｋｓによって評価する。
【００７０】
そして、マスタースレーブ方式によって求めた各ランプ｛Ｌｉ｝への加熱指令値に係数ｋｓを乗じた値を、各ランプ｛Ｌｉ｝の新たな加熱指令値として求め、その新たな各ランプ｛Ｌｉ｝の加熱指令値を最終的な加熱指令値として各ランプ｛Ｌｉ｝に出力する。これにより、スレーブゾーンのランプの出力がマスターゾーンに対応する代表測定点Ｐａの温度に及ぼす影響を緩和することができる。
【００７１】
＜Ｂ．第２実施形態＞
第２実施形態の基板熱処理装置は、図５の加熱指令値生成部５０で行われる処理内容が第１実施形態に係る基板熱処理装置とは異なり、その他については、第１実施形態の基板熱処理装置と同様である。
【００７２】
既述したように、第１実施形態はマスタースレーブ方式を採用して基板の温度分布を調整するように制御を行うものである。一方、第２実施形態においては、第１実施形態とは別の温度分布調整方式、すなわち、ゾーン毎に固有の基準出力指令値を生成する方式を採用する。
【００７３】
図１３は、第２実施形態の制御方式の概略概念図である。この図においても隣接ないしは連続する複数のゾーンを代表的に表現する記号としてＺａ、Ｚｂを使用しているが、この第２実施形態ではマスターゾーン、スレーブゾーンの区別はない。したがって、ゾーンＺａ、Ｚｂは互いに対等である。
【００７４】
まず、ゾーンＺａに対する基準出力指令値ＹＣａ、およびゾーンＺｂに対する基準出力指令値ＹＣｂが、補償器Ｃａ、Ｃｂによってそれぞれ生成される。各基準出力指令値ＹＣａ、ＹＣｂは、第１実施形態におけるマスターゾーンの各ランプの基準出力指令値と同様にして求めることができる。
【００７５】
つぎに、それぞれのゾーンＺａ、Ｚｂにおいて、各ランプａ１〜ａ３，ｂ１〜ｂ３に対する加熱指令値を求める。図１４は、各ゾーンＺａ、Ｚｂに含まれる各ランプの加熱指令値の求め方を表す概念図であり、第１実施形態の図１２に対応する図である。なお、ランプについては図示を省略している。以下では図１４を参照して、ゾーンＺｂに含まれるランプｂ１〜ｂ３の加熱指令値を求める場合について説明するが、他のゾーンについても同様である。
【００７６】
基準出力指令値ＹＣａ、ＹＣｂが得られた後、ゾーンＺｂ（以下「第１ゾーン」）の基準出力指令値ＹＣｂと、この第１ゾーンＺｂに隣接する参照ゾーンＺａ（「第２ゾーン」）の基準出力指令値ＹＣａとの偏差Ｅab＝（ＹＣａ−ＹＣｂ）が算出され、この偏差Ｅabに対して、各ランプｂ１〜ｂ３の所定の係数ｋ１ｂ〜ｋ３ｂ（図１３参照）を乗じることによって求められる値を修正値として算出する。これらの修正値を第１ゾーンＺｂの基準出力指令値ＹＣｂに加算合成した値を最終的な加熱指令値Ｙとして求める。たとえば、第１ランプｂ１の加熱指令値Ｙは、次の数５で求められる。
【００７７】
【数５】
Ｙ＝ＹＣｂ＋ｋ１ｂ×（ＹＣａ−ＹＣｂ）
上記係数ｋ１ｂ〜ｋ３ｂは、当該ゾーンＺｂに属する各ランプｂ１〜ｂ３と代表測定点Ｐａ、Ｐｂとの相対的位置関係に応じて決定され得る。これらの係数ｋ１ｂ〜ｋ３ｂは、代表測定点Ｐｂにおける温度測定結果に各ランプｂ１〜ｂ３が与える影響を考慮して定められる値である。このようにして基板Ｗ上の温度分布に応じた修正を施した後の値をランプｂ１〜ｂ３への加熱指令値とする。このように、複数のランプのうち少なくともゾーンＺｂに含まれる各ランプｂ１〜ｂ３への加熱指令値は、各ランプｂ１〜ｂ３が属するゾーンＺｂに対応する代表測定点Ｐｂおよび隣接するゾーンＺａに対応する代表測定点Ｐａの２つの代表測定点での温度測定結果を考慮した所定の加熱制御規則に基づいて生成される。
【００７８】
また、同様にして、ランプａ１〜ａ３などの加熱指令値も求めることができる。このようにしてＮ個のすべてのランプについてそれぞれの加熱指令値を求めることにより、基板Ｗ上の温度分布を均一化することができる。
【００７９】
＜Ｃ．第３実施形態＞
第３実施形態は、同一のランプが異なるＭ個のゾーン（Ｍは２以上の整数）に属する場合に本発明を適用した例である。
【００８０】
図１５は、第３実施形態の制御方式の概略概念図である。複数のランプＬ１〜Ｌ１１は、複数のゾーンＺａ、Ｚｂ、Ｚｃに区分されて基板Ｗに対向する位置にほぼ等間隔で配置されている。図１５においては、各ゾーンＺａ、Ｚｂ、Ｚｃにそれぞれ５つのランプが属し、かつ中央のゾーンＺａのうちの一方端部側の２つの特定ランプＬ４、Ｌ５がそれに隣接するゾーンＺｂにも属し、またこの中央のゾーンＺａのうちの他方端部側の２つ特定ランプＬ７，Ｌ８がそれに隣接するゾーンＺｃにも属する場合が示されている。この例の場合、各特定ランプＬ４，Ｌ５，Ｌ７、Ｌ８のそれぞれは２つずつのゾーンに重複して含まれているため、Ｍ＝２である。また、図１６は、各ゾーンに含まれる各ランプの加熱指令値の求め方を表す概念図であり、第２実施形態の図１４に対応する図である。以下、これらの図１５および図１６を参照する。
【００８１】
この第３実施形態においても、第２実施形態と同様、まず、各ゾーンＺａ、Ｚｂ、Ｚｃ毎の基準出力指令値を求める。この基準出力指令値は、各ゾーン毎に固有の制御則によって求められる。たとえば上記第２実施形態の方法を、この基準出力指令値を求めるために利用することができる。すなわち、ランプＬ１〜Ｌ５に対しては、温度計４２ｂの測定結果に基づいて補償器Ｃｂによって基準出力指令値ＹＣｂが求められる。また、ランプＬ４〜Ｌ８に対しては、温度計４２ａの温度測定結果に基づいて補償器Ｃａによって基準出力指令値ＹＣａが求められる。
【００８２】
このようにして得られた基準出力指令値のうち、それぞれがひとつのゾーンにのみ属するランプＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ６、Ｌ９、Ｌ１０、Ｌ１１の基準出力指令値については、第２実施形態と同様の方法でそれぞれの最終的な加熱指令値が求められる。
【００８３】
一方、それぞれが２個のゾーンに重複して属している特定ランプＬ４、Ｌ５、Ｌ７、Ｌ８については、当該ゾーンが属するＭ個のゾーンのそれぞれで得られた基準出力指令値を所定の重み付けで加算合成する。たとえば、ゾーンＺａおよびＺｂの両方に属している特定ランプＬ４に対する加熱指令値Ｙ４は、両ゾーンＺａ、Ｚｂの基準出力指令値ＹＣａおよびＹＣｂを重み付け係数ｋa4、ｋb4を使用して以下の数６のように加重合成（具体的には加重加算合成）することにより算出することができる。
【００８４】
【数６】
Ｙ４＝ｋa4×ＹＣａ＋ｋb4×ＹＣｂ
好ましくは、これらの係数ｋa4、ｋb4を、
【００８５】
【数７】
ｋa4＋ｋb4＝１
のように規格化しておく。
【００８６】
特定ランプＬ４における重み付け係数ｋa4、ｋb4の具体的な値は、その特定ランプＬ４が属する２個のゾーンＺａ、Ｚｂのそれぞれに対応する代表測定点Ｐａ、Ｐｂと、当該ランプＬ４との相対的位置関係に基づいてあらかじめ決定しておく。たとえば、図１５の例においてランプＬ１〜Ｌ１１が等間隔ΔＤで配列している場合、特定ランプＬ４は、一方のゾーンＺｂにおいては代表測定点Ｐｂに対して（１×ΔＤ）だけ離れており、他方のゾーンＺａにおいては代表測定点Ｐａに対して（２×ΔＤ）だけ離れている。したがって、特定ランプＬ４は一方のゾーンＺｂにおける基準出力指令値ＹＣｂと他方のゾーンＺａにおける基準出力指令値ＹＣａとを、距離比１：２の逆比に相当する２：１の比率で重み付けして加算合成することにより、ランプＬ４の加熱指令値が求めれば、それぞれのゾーンＺａ、Ｚｂでの温度測定結果を適度に合成することができる。したがって、この場合の係数ｋa4、ｋb4は、規格化した値としてｋa4＝２／３、ｋb4＝１／３のように定めておく。
【００８７】
同様に、ゾーンＺａおよびＺｂの両方に属している特定ランプＬ５に対する加熱指令値も、両ゾーンの基準出力指令値ＹＣａおよびＹＣｂを係数ｋa5＝１／３、ｋb5＝１／３を使用して加算合成することにより算出することができる。
【００８８】
一般に、Ｍ個のゾーンＺｊ（ｊ＝１〜Ｍ）に属する特定ランプＬdについては、それらのＭ個のゾーンＺｊに対応する各代表測定点Ｐｊまでの距離をＤdｊとしたとき、
【００８９】
【数８】
ｋjd＝Ｄdj／ΣＤdm
（ただし、この数８において、Σは重複して属するＭ個のゾーンにわたっての、ｍについての和）
のように係数ｋjdを定めればよく、そのようにして定めておいた係数ｋjdを使用して、特定ランプＬｄに対する加熱指令値Ｙｄを、
【００９０】
【数９】
Ｙｄ＝Σｋjd×ＹＣｊ
（ただし、この数９において、Σは重複して属するＭ個のゾーンにわたっての、ｊについての和）
のように得ることができる。ここで、ＹＣｊはゾーンＺｊについての基準出力指令値であり、ゾーンＺｊに対応する代表測定点Ｐｊでの温度測定結果を反映した値である。このように、複数のランプのうち少なくともこの特定ランプＬｄについての加熱指令値は、特定ランプＬｄが属するＭ個のゾーンに対応するＭ個の代表測定点Ｐｊ（ｊ＝１〜Ｍ）での温度測定結果を考慮した所定の加熱制御規則に基づいて生成される。
【００９１】
＜Ｄ．その他の変形例＞
＜Ｄ１．基準出力指令値について〜その１＞
上記実施形態における各基準出力指令値の求め方は、上記方法に限定されない。たとえば、既述したように、フィードバック補償器Ｃ２による第２加熱指令値ＹＢを求める際に、ファジィ推論を用いることも可能である。
【００９２】
ここでは、上記で求めた第２加熱指令値ＹＢに対して、ファジィ推論に基づく修正係数αを用いてさらに修正を加えた値を新たな第２加熱指令値ＹＢとして求める場合について詳述する。これにより、さらに高精度の制御を行うことが可能になる。なお、以下においては、説明のため、上記実施形態で求めた第２加熱指令値ＹＢを値ＹＢ０に置き換えて表す。
【００９３】
値ＹＢ０に対して、ファジィ推論に基づく修正係数αを乗じた値を加算した値をＹＢ１とする。このとき値ＹＢ１は、次の数１０または数１１で表される。
【００９４】
【数１０】
ＹＢ１＝ＹＢ０＋α×ＹＢ０
【００９５】
【数１１】
ＹＢ１＝β×ＹＢ０，ただし、β＝１＋α
ここで、ファジィ推論に基づくこの修正係数αの求め方について説明する。
【００９６】
例として、偏差ｅ１と偏差ｅ２とを前件部に取り入れたファジィルールを用いて昇温段階における制御を行う場合を説明する。ここで、偏差ｅ１は、目標温度に対応する出力指令値と実測温度に対応する出力指令値との偏差であり、偏差ｅ２は、目標昇温速度に対応する出力指令値と実測昇温速度に対応する出力指令値との偏差である。また、これらの出力指令値は、図１０および図１１に表される「特性モデル」に基づいて求めることができる。なお、昇温段階とは、ランプの加熱により基板の温度を所定の温度までに上昇させる段階をいい、図６および図７においては時刻ｔ０から時刻ｔ１０までに対応する。
【００９７】
ファジィルールとして、次の３つのルールを用いる。
【００９８】
（ルール１）：ｅ１が正、かつ、ｅ２が正で大きいとき、出力を増やす。
【００９９】
（ルール２）：ｅ１が約０、かつ、ｅ２も約０のとき、出力を維持する。
【０１００】
（ルール３）：ｅ１が正、かつ、ｅ２が負で大きいとき、出力を減らす。
【０１０１】
ここで、ｅ１、およびｅ２の値は正規化されているが、実際には適宜の値を表すようにスケーリングすることができる。
【０１０２】
図１７（ａ）は、ルール１の前件部および後件部のメンバーシップ関数を表す。図１７（ａ）において、左側の２つのグラフは前件部のメンバーシップ関数を表し、右側のグラフは後件部のメンバーシップ関数を表す。同様に、図１７（ｂ）および図１７（ｃ）は、それぞれ、ルール２およびルール３の前件部および後件部のメンバーシップ関数を表す。
【０１０３】
これらの図を用いて、「ｍａｘ−ｍｉｎ重心法」でファジィ演算を行う場合について説明する。ここでは、ある時刻における偏差ｅ１および偏差ｅ２がそれぞれ、ｅ１＝０．４、ｅ２＝−０．２である場合を想定する。
【０１０４】
まず、ルール１に基づく前件部の度合を決定する。ｅ１＝０．４のときメンバーシップ関数ａ１１より度合は＋０．８となる。また、ｅ２＝−０．２のときメンバーシップ関数ａ１２より度合は０となる。したがって、小さい方の値をとって、「度合」の合成結果は、ゼロとなる。
【０１０５】
つぎに、ルール２に基づく前件部の度合を決定する。ｅ１＝０．４のときメンバーシップ関数ａ２１より度合は＋０．２となる。また、ｅ２＝−０．２のときメンバーシップ関数ａ２２より度合は０．６となる。したがって、小さい方の値をとって、「度合」の合成結果は、０．２となる。
【０１０６】
そして、ルール３に基づく前件部の度合を決定する。ｅ１＝０．４のときメンバーシップ関数ａ３１より度合は＋０．８となる。また、ｅ２＝−０．２のときメンバーシップ関数ａ３２より度合は０．４となる。したがって、小さい方の値をとって、「度合」の合成結果は、０．４となる。
【０１０７】
つぎに、各ルールの後件部のメンバーシップ関数を、各ルールにおける「度合」の合成結果の値を表す直線で切断して形成される台形部分の面積を重ね合わせる。重ね合わせられた図形の重心を各ルールに対する重み付けを考慮して求める。なお、たとえば、この重み付けにおける重みｗは各ルールに対して次のように設定することができる。
【０１０８】
▲１▼ルール１については：ｗ＝０．５
▲２▼ルール２については：ｗ＝１．０
▲３▼ルール３については：ｗ＝０．５
図１８は、各ルールに基づく台形部分の図形を重ね合わせて合成図形の重心を求めることによって、後件部の結果を得ることについて説明した図である。ルール２に対応する台形Ｄ２とルール３に対応する台形Ｄ３との図形の重心を重み付けを考慮して求める。この場合には、−０．２５が結果として得られる。この値が修正係数αとなる。したがって、この修正係数αを用いれば、上述の数１０に基づいて値ＹＢ１が算出される。
【０１０９】
以上のようにしてファジィ推論に基づく修正を加えて求めた値ＹＢ１を新たな第２加熱指令値ＹＢとすることができる。この新たな第２加熱指令値ＹＢに対して、数１で表される加熱指令値ＹＣを求め、この値ＹＣを基準出力指令値としてして求めることができる。この基準出力指令値に基づいて制御することによって、オーバーシュートの抑制などの効果が得られる。
【０１１０】
＜Ｄ２．基準出力指令値について〜その２＞
あるいは、ファジィ推論に基づく修正を加えて求められた値ＹＢ１に対して、さらに修正を加えた値を新たな第２加熱指令値ＹＢとすることにより、基準出力指令値を求めることもできる。たとえば、各時刻における値ＹＢ１の値を時間に関して合算した蓄積値ＹＢ２を算出して、さらに値ＹＢ１に加算した値を第２加熱指令値ＹＢとすることができる。値ＹＢ２は次式で表される。
【０１１１】
【数１２】
ＹＢ２＝ΣＹＢ１（ｔ）
なお、ここではΣは時間に関する総和を意味し、時刻ｔ０から現在時刻までの各時刻ｔにおけるＹＢ１（ｔ）を合算することによりＹＢ２を求めるものである。また、ここでは、値ＹＢ１が時間ｔの関数であることを強調して示すためＹＢ１（ｔ）と明記するが、時間の関数であることを明記していない他の値、たとえば、ＹＡ、ＹＢ、ＹＣ、ＹＢ０、ＹＢ２も同様に時間の関数である。
【０１１２】
この値ＹＢ２は、フィードバック制御のＰＩＤ動作におけるＩ（積分）動作に相当するものである。値ＹＢ２を値ＹＢ１に加えることによって、オフセットの発生を防止して追従性能を向上させることができる。この場合新たな第２加熱指令値ＹＢは、次式で表される。
【０１１３】
【数１３】
ＹＢ＝ＹＢ１＋ＹＢ２
上記の数１に基づいて、この新たな第２加熱指令値ＹＢに対して加熱指令値ＹＣを基準出力指令値として求め、値ＹＣに基づいて加熱制御を行うことによって、目標温度および目標昇温速度にさらに高精度に追従する制御を実現することができる。
【０１１４】
＜Ｄ３．その他＞
また、上記実施形態においては、基板Ｗの回転によって基板Ｗの面内温度分布がほぼ回転対称になることを利用しているが、本発明はこれに限定されず、基板が回転しない場合においても適用可能である。その場合、各ゾーンに対応する適当な位置にさらに多くの複数の温度計を配置すればよい。
【０１１５】
図４のようにランプ３２の配列が２方向となっている場合には、たとえば図１９のように、マトリクス状のゾーンＺx-y（ｘ、ｙ＝１，２、…、ｎ：ｎは２以上の整数）を定義することができる。このときランプ３２のそれぞれは列方向または行方向の複数のゾーンにわたって伸びている。また、図１９中の黒丸がそれぞれのゾーンＺxyに対応する代表測定点を示す。この場合において基板が回転しないような装置構成においては、たとえばランプ３２ａについてはゾーンＺ1-1、Ｚ2-1、Ｚ3-1での温度測定結果によって算出される基準出力指令値を比較的大きなウエイトで含み、ゾーンＺ1-2、Ｚ2-2、Ｚ3-2での温度測定結果によって算出される基準出力指令値を中程度のウエイトで含み、さらにゾーンＺ1-3、Ｚ2-3、Ｚ3-3での温度測定結果によって算出される基準出力指令値を比較的小さなウエイトで含むように、それらの基準出力指令値を加算合成ないしは加重平均すればよい。
【０１１６】
また、基板を回転させるような場合には、特定の１方向のみ（たとえばランプの行方向配列）についてのみゾーン分割を行い、そのような帯状のゾーンの配列についてこの発明を適用して、他方向のランプ配列についてはあらかじめ定めておいた加熱指令値を与えるようにしてもよい。
【０１１７】
この発明においては、複数のランプのうち少なくとも一部のランプの加熱指令値に関して、そのランプが属するゾーンに対応する代表測定点を含む２以上の代表測定点での温度測定結果が考慮されればよいが、ランプ数が少ない場合あるいは代表測定点が少ない場合には、全ての代表測定点における温度測定結果が考慮されてもよく、また、その際には各ランプと全ての代表測定点との相対的位置関係を考慮することもできる。
【０１１８】
【発明の効果】
以上のように、請求項１ないし請求項６に記載の基板熱処理装置によれば、複数のランプのうちの少なくとも一部のランプについての加熱指令値を、ランプが属するゾーンに対応する代表測定点を含む２以上の代表測定点での温度測定結果に応じて生成する。したがって、ランプの加熱指令値は、基板上の２以上の代表測定点の測定結果を反映して細かく調整されたものとなり、基板上の温度分布を細かく制御することができる。
【０１１９】
特に請求項１ないし請求項３の発明では、基板の形状や加熱手段の配置の特性などに応じて適当な代表ゾーンを主ゾーンとするとともに、その主ゾーンとの位置関係に基づいて他のゾーンでの温度制御を行うことなるため、その主ゾーンでの加熱制御規則を調整すれば他のゾーンでの温度制御がそれに応じて調整され、加熱の均一性が確保されるという特質がある。
【０１２０】
また、請求項３の発明では特に、主ゾーンに対して相対的に従ゾーンのランプへの加熱指令値が定まったとき、それら従ゾーンのランプからの熱が主ゾーンの基板領域に及んでしまうような熱干渉の影響を防止可能である。
【０１２１】
さらに請求項６の発明では、特定のランプが複数のゾーン（Ｍ個のゾーン）に属するようにゾーン分けをした場合においても、そのような配置関係を考慮した制御を行っているため、基板の加熱の均一性を十分に確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る熱処理装置１の概要構成を示す縦断面図である。
【図２】熱処理装置１における基板支持部２０の下方部分を表す図である。
【図３】各ゾーンＺ１〜Ｚ４とそれらに対応する温度計４２１〜４２４の測定位置とを模式的に示す図である。
【図４】ランプの２方向配列を表す図である。
【図５】制御部１００の概要図を表す図である。
【図６】目標温度曲線を表す図である。
【図７】目標温度変化率曲線を表す図である。
【図８】マスタースレーブ方式による温度分布制御系の模式的な機能ブロック図を表す図である。
【図９】マスターゾーンの制御ブロック図を表す図である。
【図１０】基板温度に関する特性モデルを表す図である。
【図１１】基板温度変化率（昇温速度）に関する特性モデルを表す図である。
【図１２】各ランプの加熱指令値の求め方を表す概念図である。
【図１３】第２実施形態の制御方式を表す概略概念図である。
【図１４】各ランプの加熱指令値の求め方を表す概念図である。
【図１５】第３実施形態の制御方式を表す概略概念図である。
【図１６】各ランプの加熱指令値の求め方を表す概念図である。
【図１７】各ファジィルールの前件部および後件部のメンバーシップ関数を表す図である。
【図１８】各ファジィルールの組合せによる、後件部の合成結果について説明する図である。
【図１９】図４のランプ配列の場合のゾーン分けの例を示す図である。
【符号の説明】
１ 基板熱処理装置
１０ チャンバ
２０ 基板支持部
３０ 基板加熱部
４０ 温度測定部
４２１〜４２４，４２ａ，４２ｂ 温度計
５０ 加熱指令値生成部
６０ 温度特性記憶部
７０ 目標値生成部
１００ 制御部
Ｗ 基板
ｔ 時間
Ｔ 温度
Ｖ 昇温速度
Ｅ 温度偏差
Ｚａ，Ｚｂ，Ｚｃ ゾーン
ｂ１，ｂ２，ｂ３ ランプ
Claims (6)
- 基板に熱処理を行う装置であって、
複数のゾーンに区分されて配設された複数のランプによって基板を加熱する加熱手段と、
前記複数のゾーンのそれぞれに対応する基板上の複数の代表測定点における温度を測定する複数の温度測定手段と、
前記複数のランプのうちの少なくとも一部のランプについての加熱指令値を生成する加熱指令値生成手段と、
を備え、
前記複数のゾーンは、主ゾーンと従ゾーンとを有し、
前記複数の温度測定手段は、前記主ゾーンに対応する基板上の代表測定点における温度を測定する主測定手段と、前記従ゾーンに対応する基板上の代表測定点における温度を測定する従測定手段とを有し、
前記加熱指令値生成手段は、前記主ゾーンの基準出力指令値を前記主測定手段の測定結果に基づいて算出し、前記主測定手段による測定結果と前記従測定手段による測定結果との偏差を求め、当該偏差に対して前記主ゾーンに対応する代表測定点と前記従ゾーンに属する各ランプとの位置関係に応じて決定される係数を乗じた値を修正値として求め、前記主ゾーンの基準出力指令値と前記修正値とを合成することによって、前記従ゾーンに含まれる各ランプの前記加熱指令値を決定する、
ことを特徴とする基板熱処理装置。 - 請求項１の装置において、
前記主ゾーンに対応する代表測定点と前記従ゾーンに属する各ランプとの位置関係に応じて決定される係数が、前記主ゾーンに対応する代表測定点と前記従ゾーンに対応する代表測定点との間の温度分布を補間することによって決定された値であることを特徴とする基板熱処理装置。 - 請求項１または請求項２の装置において、
前記加熱指令値生成手段は、
前記主ゾーンに属する各ランプと前記従ゾーンに属する各ランプとについて算出されたそれぞれの加熱指令値の総和と、前記主ゾーンに属する各ランプへの加熱指令値に前記複数のランプのランプ総数を乗じた積に相当する値との比に応じて、前記主ゾーンに属する各ランプと前記従ゾーンに属する各ランプとについてそれぞれ算出された加熱指令値を修正する手段、
を有することを特徴とする基板熱処理装置。 - 基板に熱処理を行う装置であって、
複数のゾーンに区分されて配設された複数のランプによって基板を加熱する加熱手段と、
前記複数のゾーンのそれぞれに対応する基板上の複数の代表測定点における温度を測定する複数の温度測定手段と、
前記複数のランプのうちの少なくとも一部のランプについての加熱指令値を生成する加熱指令値生成手段と、
を備え、
前記加熱指令値生成手段は、
前記複数のゾーンのそれぞれにおける各ランプの基準出力指令値を前記複数のゾーンのそれぞれに対応する前記温度測定手段の測定結果に基づいて算出する手段と、
互いに隣接する第１と第２のゾーンのそれぞれの基準出力指令値の偏差に対して、前記第２のゾーンに対応する代表測定点と前記第１のゾーン内の各ランプとの位置関係に応 じて決定される各係数を乗じた値を修正値として求め、前記第１のゾーンの基準出力指令値と前記修正値とを合成することによって、前記第１のゾーンに含まれる各ランプの加熱指令値を決定する手段と、
を有することを特徴とする基板熱処理装置。 - 請求項４の装置において、
前記第２のゾーンに対応する代表測定点と前記第１のゾーン内の各ランプとの位置関係に応じて決定される各係数が、前記第１のゾーンに対応する代表測定点と前記第２のゾーンに対応する代表測定点との間の温度分布を補間することによって決定された値であることを特徴とする基板熱処理装置。 - 基板に熱処理を行う装置であって、
複数のゾーンに区分されて配設された複数のランプによって基板を加熱する加熱手段と、
前記複数のゾーンのそれぞれに対応する基板上の複数の代表測定点における温度を測定する複数の温度測定手段と、
前記複数のランプのうちの少なくとも一部のランプについての加熱指令値を生成する加熱指令値生成手段と、
を備え、
前記複数のランプには、重複してＭ個のゾーン（Ｍは２以上の整数）に属するように区分された特定ランプが含まれており、
前記加熱指令値生成手段は、
前記Ｍ個のゾーンのそれぞれにおける各ランプの基準出力指令値を前記Ｍ個のゾーンのそれぞれに対応する前記温度測定手段の測定結果に基づいて算出する手段と、
前記Ｍ個のゾーンのそれぞれに対応する代表測定点と前記特定ランプとの位置関係に応じて決定される重み付け係数を用いて、前記Ｍ個のゾーンのそれぞれにおける前記基準出力指令値を加重合成し、それによって前記特定ランプの加熱指令値を決定する手段と、
を有することを特徴とする基板熱処理装置。
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