特許 7528659 基板を加熱する装置及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-29

(45)【発行日】2024-08-06

(54)【発明の名称】基板を加熱する装置及び方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/324 20060101AFI20240730BHJP

   H01L 21/205 20060101ALI20240730BHJP

   H01L 21/683 20060101ALI20240730BHJP

   H05B 3/00 20060101ALI20240730BHJP

   C23C 16/46 20060101ALI20240730BHJP

【ＦＩ】

H01L21/324 T

H01L21/324 G

H01L21/324 K

H01L21/205

H01L21/68 N

H05B3/00 310D

C23C16/46

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2020151978

(22)【出願日】2020-09-10

(65)【公開番号】P2022046103

(43)【公開日】2022-03-23

【審査請求日】2023-06-08

(73)【特許権者】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002756

【氏名又は名称】弁理士法人弥生特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】間瀬 貴久

【審査官】宇多川 勉

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－２２８２３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１０／０９８４２７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平０２－０７３４１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】韓国登録特許第１０－０８７０５６５（ＫＲ，Ｂ１）

【文献】特開２００８－２４０００３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／３２４

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５

Ｈ０１Ｌ ２１／６８３

Ｈ０５Ｂ ３／００

Ｃ２３Ｃ １６／４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板を加熱する装置であって、
前記基板が載置されると共に、前記基板を加熱する抵抗加熱式の加熱部が設けられたステージと、
前記加熱部により前記基板を加熱する加熱温度を検出する温度検出部と、
前記加熱部に供給されている電力の電流値及び電圧値から求めた当該加熱部の抵抗値に基づいて、前記加熱温度を算出する温度算出部と、
交流電源部から出力された電力に対し、位相制御とゼロクロス制御とを切り替えて適用して前記加熱温度を予め設定された設定温度に近づけるように前記加熱部に供給される電力の電力制御を行う電力制御部と、
制御部と、を備え、
前記制御部は、前記加熱温度が予め設定された切り替え温度より低温の範囲では、前記温度検出部による加熱温度の検出結果に基づいて、位相制御により電力制御を行い、前記切り替え温度より高温の範囲では、前記温度算出部による加熱温度の算出結果に基づいて、ゼロクロス制御により電力制御を行うように、前記電力制御部の電力制御を切り替えるように構成される、装置。

【請求項2】

前記制御部は、
前記切り替え温度に替えて、前記低温の範囲の上限温度である第１温度と、前記高温の範囲の下限温度であり、前記第１温度よりも高い温度である第２温度とを基準として前記電力制御部の電力制御を切り替えることと、
前記第１温度と前記第２温度との間の切り替え温度範囲では、前記温度検出部による加熱温度の検出結果と前記温度算出部による加熱温度の算出結果との間の温度である移行温度に基づいて、位相制御またはゼロクロス制御のいずれか一方により電力制御を行うように前記電力制御部を制御することと、を実行するように構成される、請求項１に記載の装置。

【請求項3】

前記移行温度は、前記温度検出部による加熱温度の検出結果と、前記温度算出部による加熱温度の算出結果との加重平均温度であって、当該加重平均温度が前記第１温度に近い程、前記温度検出部による加熱温度の検出結果の比率が大きく、当該加重平均温度が前記第２温度に近い程、前記温度算出部による加熱温度の算出結果の比率が大きくなるように、前記加重平均温度の重みを変化させて得られた温度である、請求項２に記載の装置。

【請求項4】

前記ステージには、前記基板の中央側の領域である第１領域を加熱するための前記加熱部である第１加熱部と、前記第１領域とは異なる、前記基板の外周側の領域である第２領域を加熱するための、抵抗加熱式の第２加熱部とが設けられていることと、
前記電力制御部は、前記第２加熱部に対して、位相制御とゼロクロス制御とを切り替えて適用し、当該第２加熱部に供給される電力の電力制御を行うことと、
前記温度検出部は、前記第１領域の加熱温度を検出する位置に設けられていることと、
前記温度算出部は、前記第２加熱部に供給されている電力の電流値及び電圧値から求めた当該第２加熱部の抵抗値に基づいて、前記第２領域の加熱温度を算出することと、
前記制御部は、前記第２加熱部に対して、前記温度検出部により検出した前記第１領域の加熱温度が前記切り替え温度より低温の範囲では、前記第１加熱部に対する電力制御の結果に基づいて、位相制御により電力制御を行い、前記第１領域の加熱温度が切り替え温度より高温の範囲では、前記温度算出部による前記第２領域の加熱温度の算出結果に基づいて、ゼロクロス制御により、前記第２領域の加熱温度を、当該第２領域に対して予め設定された他の設定温度に近づけるように電力制御を行うように、前記電力制御部の電力制御を切り替えるように構成されることと、を含む、請求項１に記載の装置。

【請求項5】

前記制御部は、
前記切り替え温度に替えて、前記低温の範囲の上限温度である第１温度と、前記高温の範囲の下限温度であり、前記第１温度よりも高い温度である第２温度とを基準として前記第２加熱部に対する前記電力制御部の電力制御を切り替えることと、
前記第１温度と前記第２温度との間の切り替え温度範囲では、前記第２加熱部に対し、前記温度検出部による前記第１領域の加熱温度の検出結果から得られた温度と前記温度算出部による第２領域の加熱温度の算出結果との間の温度である移行温度に基づいて、位相制御またはゼロクロス制御のいずれか一方により、前記移行温度を、前記他の設定温度に近づける電力制御を行うように前記電力制御部を制御することと、を実行するように構成される、請求項４に記載の装置。

【請求項6】

前記移行温度は、前記温度検出部による前記第１領域の加熱温度の検出結果から得られた温度と、前記温度算出部による前記第２領域の加熱温度の算出結果との加重平均温度であって、当該加重平均温度が前記第１温度に近い程、前記温度検出部による加熱温度の検出結果から得られた温度の比率が大きく、当該加重平均温度が前記第２温度に近い程、前記温度算出部による加熱温度の算出結果の比率が大きくなるように、前記加重平均温度の重みを変化させて得られた温度である、請求項５に記載の装置。

【請求項7】

基板を加熱する方法であって、
ステージに載置された基板を、当該ステージに設けられた抵抗加熱式の加熱部により加熱する工程と、
温度検出部を用い、前記加熱部により前記基板を加熱する加熱温度を検出する工程と、
前記加熱部に供給されている電力の電流値及び電圧値から求めた当該加熱部の抵抗値に基づいて、前記加熱温度を算出する工程と、
交流電源部から出力された電力に対し、位相制御とゼロクロス制御とを切り替えて適用して前記加熱温度を予め設定された設定温度に近づけるように前記加熱部に供給される電力の電力制御を行う工程と、を含み、
前記電力制御を行う工程は、前記加熱温度が予め設定された切り替え温度より低温の範囲では、前記加熱温度を検出する工程における加熱温度の検出結果に基づいて、位相制御により電力制御を実施し、前記切り替え温度より高温の範囲では、前記加熱温度を算出する工程における加熱温度の算出結果に基づいて、ゼロクロス制御により電力制御を実施する、方法。

【請求項8】

前記切り替え温度に替えて、前記低温の範囲の上限温度である第１温度と、前記高温の範囲の下限温度であり、前記第１温度よりも高い温度である第２温度とを基準として前記電力制御を行う工程の電力制御の切り替えを実施することと、
前記第１温度と前記第２温度との間の切り替え温度範囲では、前記電力制御を行う工程は、前記加熱温度を検出する工程における加熱温度の検出結果と、前記加熱温度を算出する工程における加熱温度の算出結果との間の温度である移行温度に基づいて、位相制御またはゼロクロス制御のいずれか一方により電力制御を実施することと、を含む、請求項７に記載の方法。

【請求項9】

前記移行温度は、前記加熱温度を検出する工程における加熱温度の検出結果と、前記加熱温度を算出する工程における加熱温度の算出結果との加重平均温度であって、当該加重平均温度が前記第１温度に近い程、前記加熱温度を検出する工程における加熱温度の検出結果の比率が大きく、当該加重平均温度が前記第２温度に近い程、前記加熱温度を算出する工程における加熱温度の算出結果の比率が大きくなるように、前記加重平均温度の重みを変化させて得られた温度である、請求項８に記載の方法。

【請求項10】

前記ステージには、前記基板の中央側の領域である第１領域を加熱するための前記加熱部である第１加熱部と、前記第１領域とは異なる、前記基板の外周側の領域である第２領域を加熱するための、抵抗加熱式の第２加熱部とが設けられ、前記加熱する工程では、前記第１加熱部に加え、前記第２加熱部による加熱を実施することと、
前記電力制御を行う工程では、前記第２加熱部に対して、位相制御とゼロクロス制御とを切り替えて適用し、当該第２加熱部に供給される電力の電力制御を実施することと、
前記加熱温度を検出する工程では、前記第１領域の加熱温度を検出することと、
前記加熱温度を算出する工程は、前記第２加熱部に供給されている電力の電流値及び電圧値から求めた当該第２加熱部の抵抗値に基づいて、前記第２領域の加熱温度を算出する工程を含むことと、
前記電力制御を行う工程では、前記第２加熱部に対して、前記加熱温度を検出する工程にて検出した前記第１領域の加熱温度が前記切り替え温度より低温の範囲では、前記第１加熱部に対する電力制御の結果に基づいて、位相制御により電力制御を実施し、前記第１領域の加熱温度が切り替え温度より高温の範囲では、前記第２領域の加熱温度を算出する工程における加熱温度の算出結果に基づいて、ゼロクロス制御により、前記第２領域の加熱温度を、当該第２領域に対して予め設定された他の設定温度に近づけるように電力制御を実施する、請求項７に記載の方法。

【請求項11】

前記切り替え温度に替えて、前記低温の範囲の上限温度である第１温度と、前記高温の範囲の下限温度であり、前記第１温度よりも高い温度である第２温度とを基準として前記第２加熱部に対し、前記電力制御を行う工程の電力制御の切り替えを実施することと、
前記第１温度と前記第２温度との間の切り替え温度範囲では、前記電力制御を行う工程は、前記加熱温度を検出する工程における前記第１領域の加熱温度の検出結果から得られた温度と、前記第２領域の加熱温度を算出する工程における加熱温度の算出結果との間の温度である移行温度に基づいて、位相制御またはゼロクロス制御のいずれか一方により、前記第２加熱部に対し、前記移行温度を前記他の設定温度に近づける電力制御を実施することと、を含む、請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

前記移行温度は、前記加熱温度を検出する工程における前記第１領域の加熱温度の検出結果から得られた温度と、前記第２領域の加熱温度を算出する工程における加熱温度の算出結果との加重平均温度であって、当該加重平均温度が前記第１温度に近い程、前記加熱温度を検出する工程における加熱温度の検出結果から得られた温度の比率が大きく、当該加重平均温度が前記第２温度に近い程、前記第２領域の加熱温度を算出する工程における加熱温度の算出結果の比率が大きくなるように、前記加重平均温度の重みを変化させて得られた温度である、請求項１１に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、基板を加熱する装置及び方法に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体デバイスの製造においては、基板に対する加熱処理として、基板に膜を形成する成膜処理や、基板に形成された膜の改質処理等が行われている。この加熱処理は、例えばステージに基板を配置して、加熱部にて基板を加熱することにより実施される。加熱温度の制御は、例えば取得された温度検出値に基づいて、加熱部の出力を制御することにより行われる。

【0003】

特許文献１には、熱処理装置において、常温ないし低温域では熱電対にてウエハの温度をモニタし、高温域では放射温度計にてウエハの温度をモニタして、加熱出力を制御する技術が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００６－３１３７７９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本開示は、基板をステージに載置して、抵抗加熱式の加熱部により加熱するにあたり、広い温度範囲でステージの温度を高精度に制御する技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示は、
基板を加熱する装置であって、
前記基板が載置されると共に、前記基板を加熱する抵抗加熱式の加熱部が設けられたステージと、
前記加熱部により前記基板を加熱する加熱温度を検出する温度検出部と、
前記加熱部に供給されている電力の電流値及び電圧値から求めた当該加熱部の抵抗値に基づいて、前記加熱温度を算出する温度算出部と、
交流電源部から出力された電力に対し、位相制御とゼロクロス制御とを切り替えて適用して前記加熱温度を予め設定された設定温度に近づけるように前記加熱部に供給される電力の電力制御を行う電力制御部と、
制御部と、を備え、
前記制御部は、前記加熱温度が予め設定された切り替え温度より低温の範囲では、前記温度検出部による加熱温度の検出結果に基づいて、位相制御により電力制御を行い、前記切り替え温度より高温の範囲では、前記温度算出部による加熱温度の算出結果に基づいて、ゼロクロス制御により電力制御を行うように、前記電力制御部の電力制御を切り替えるように構成されることを特徴とする。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、基板をステージに載置して、抵抗加熱式の加熱部により加熱するにあたり、広い温度範囲でステージの温度を高精度に制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本開示の一実施形態に係る成膜装置を示す縦断側面図である。

【図2】前記成膜装置の制御系の構成例を示す第１のブロック図である。

【図3】前記成膜装置に設けられる加熱部の抵抗温度係数の温度変化を示す特性図である。

【図4】前記成膜装置で実施される位相制御を説明する特性図である。

【図5】前記成膜装置で実施されるゼロクロス制御を説明する特性図である。

【図6】前記成膜装置の作用を説明する第２のブロック図である。

【図7】前記成膜装置の作用を説明する第３のブロック図である。

【図8】前記成膜装置の作用を説明する第１のフローチャートである。

【図9】前記成膜装置の作用を説明する第４のブロック図である。

【図10】前記成膜装置の作用を説明する第５のブロック図である。

【図11】前記成膜装置の作用を説明する第２のフローチャートである。

【図12】前記成膜装置の作用を説明する第１の特性図である。

【図13】前記成膜装置の作用を説明する第２の特性図である。

【図14】前記成膜装置の作用を説明する第３の特性図である。

【図15】前記成膜装置の作用を説明する第４の特性図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

本開示の基板を加熱する装置（以下、「加熱装置」という）の一実施形態である成膜装置について、図１を参照し説明する。成膜装置１は、基板例えば半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）Ｗを収容する処理容器１０を備え、処理容器１０の側壁にはウエハＷを搬入、搬出するための搬入出口１１が、ゲートバルブ１２により開閉自在に形成される。また、処理容器１０は真空排気路１３を介して例えば真空ポンプよりなる真空排気部１４に接続される。

【0010】

処理容器１０の内部には、ウエハＷが載置されるステージ２が設けられている。例えばステージ２は円板状に形成され、支持部材２１を介して、処理容器１０の下方に設けられた昇降機構２２に接続され、昇降自在に構成されている。
また、処理容器１０にはステージ２と対向するように、シャワーヘッド３が設けられ、ガス供給系３１から供給された処理ガスが、シャワーヘッド３の下面に形成されたガス吐出孔３０を介して処理容器１０内に供給される。

【0011】

この例におけるガス供給系３１は、原料ガスの供給源３２、反応ガスの供給源３３及び不活性ガスの供給源３４、３５を備え、これらはガス供給路３２１、３３１、３４１、３５１により処理容器１０に夫々接続されている。図１中、符号３２２、３３２、３４２、３５２は、夫々流量調整部を指し、符号Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４は、夫々バルブを指している。炭化ケイ素（ＳｉＣ）膜を成膜する場合、原料ガスとしては、ケイ素プリカーサのガスであるジシラン（Ｓｉ_２Ｈ_６）を用いることができる。また、反応ガスとしては、炭素プリカーサのガスであるビストリメチルシリルアセチレン（ＢＴＭＳＡ）を用いることができる。また、不活性ガスとしては、例えばＡｒガスが用いられる。

【0012】

ステージ２には、ウエハＷを加熱するための抵抗加熱式の加熱部４が埋設されている。加熱部４は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のセラミックス材料からなるステージ２の内部に、高融点金属からなる複数の抵抗発熱体を円環状又は円弧状に平面的に配置して構成されている。この例の加熱部４は、抵抗発熱体が設けられている領域に対応して、ウエハＷの一部である第１領域２２を加熱するための第１加熱部（インナーヒータ）４１と、ウエハＷの第２領域２３を加熱するための第２加熱部（アウターヒータ）４２と、に分けられている。第１領域２２は、ウエハＷの中央側の領域に対応して設定された領域である。また第２領域２３は、ウエハＷの中央側の領域とは異なる、外周側の領域に対応して設定された領域である。インナーヒータ４１及びアウターヒータ４２を構成する抵抗発熱体は、目的とするウエハＷの加熱処理に応じて、例えばモリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、ニッケル（Ｎｉ）等から選択される。

【0013】

図２に示すように、ステージ２には熱電対（ＴＣ：Thermocouple）５が設けられている。この熱電対５は、ウエハＷを加熱する加熱温度を検出する温度検出部をなすものである。熱電対５は、例えばステージ２の支持部材２１の内部を介して、その先端がインナーヒータ４１の下方側に位置するように配置され、こうして、第１領域２２の加熱温度を検出する位置に設けられる。

【0014】

続いて、加熱部４の制御系について、図２を参照して説明する。インナーヒータ４１、アウターヒータ４２は、夫々サイリスタ４３１、４３２及び変流器４４１、４４２を介して交流電源部４５に接続されている。また、インナーヒータ４１及びアウターヒータ４２には夫々電力計４６１、４６２、及び電圧計４７１、４７２が接続されている。サイリスタ４３１、４３２は例えば交流電源部４５からインナーヒータ４１及びアウターヒータ４２に供給される交流電力の電力制御を行うものである。

【0015】

第１領域２２の加熱温度に応じて熱電対５にて生じた起電力は、変換部５１を介して加熱制御部６１出力設定部６１２に入力される。変換部５１は、熱電対５の起電力を温度データに変換する機能を有し、この温度データが温度検出部（熱電対５）による加熱温度の検出結果（以降、「温度検出値」という）に相当する。加熱制御部６１に入力された温度検出値は、加熱制御部６１内に設けられている後述の出力設定部６１２に入力され、また、同じく後述のメイン制御部７に向けて出力される。

【0016】

加熱制御部６１は、マイクロコンピュータにより構成され、温度算出部６１１と出力設定部６１２とを備えている。温度算出部６１１は、インナーヒータ４１及びアウターヒータ４２に供給されている電力の抵抗値に基づいて、これらヒータ４１、４２によりウエハＷを加熱する加熱温度を算出する機能を有する。これらインナーヒータ４１、アウターヒータ４２によりウエハＷを加熱する加熱温度とは、夫々第１領域２２の加熱温度、第２領域２３の加熱温度である。

【0017】

より詳細には、温度算出部６１１は、抵抗値から得られる抵抗温度係数（ＴＣＲ：Temperature Coefficient of Resistance）を利用して温度を算出するように構成されている。抵抗温度係数は、所定の基準温度（図３に示す例では１００℃）における抵抗値に対する、各温度における抵抗値の比である。金属により構成された加熱部４（インナーヒータ４１、アウターヒータ４２）の抵抗温度係数と温度との間には、図３に示すように、温度上昇に連れて抵抗温度係数が上昇するという対応関係がある。従って、インナーヒータ４１、アウターヒータ４２の抵抗値に基づいて、各領域２２、２３の加熱温度を演算により取得することができる。即ち、温度算出部６１１は、熱電対５が設けられていない第２領域２３の加熱温度も算出することができる。ここでは、加熱部４の抵抗値に基づいて算出された加熱温度の算出結果を「ＴＣＲ算出温度」と称する。

【0018】

この例では、インナーヒータ４１、アウターヒータ４２に供給されている電力の電流値及び電圧値は、夫々変流器４４１、４４２、電圧計４７１、４７２により検出され、電力制御部６２に入力される。そして、電力制御部６２にて、各ヒータ４１、４２の抵抗値（電圧値／電流値）を演算して、温度算出部６１１に出力する。そして、温度算出部６１１では、図３に示すように、ヒータ４１、４２の材質に応じて規定される抵抗温度係数の温度との関係に基づいて、ＴＣＲ算出温度を算出する。なお、各ヒータ４１、４２の抵抗値の計算は、温度算出部６１１（加熱制御部６１）側で実行してもよい。

【0019】

この図に示すように、金属の種類によって、抵抗温度係数の温度変化に対する変化量（傾き）が異なる。そこで、加熱処理の処理温度の制御に求められる精度等に応じた十分な解像度のＴＣＲ算出温度を得られる金属が、加熱部４の抵抗発熱体を構成する金属として選択される。この例では、モリブデンを抵抗発熱体として用いている。
なお、図３に示す例では、モリブデンは、ニッケルやタングステンよりも温度－抵抗温度係数の傾きが小さく、ＴＣＲ算出温度を算出する際の解像度は小さい。一方で、ニッケルやタングステンは、図３に示す範囲よりも高温の温度範囲にて、温度－抵抗温度係数の傾きが次第に変化することを把握している。この点、本例では、広い温度範囲に亘って温度－抵抗温度係数の傾きの変化が少なく、ＴＣＲ算出温度を算出時の解像度が安定しているモリブデンを採用している。

【0020】

出力設定部６１２は、既述の温度検出値やＴＣＲ算出温度に基づいて、インナーヒータ４１、アウターヒータ４２に供給される電力（供給電力値）を設定するように構成される。このとき出力設定部６１２は、加熱温度が予め設定された切り替え温度より低温の範囲では、熱電対５を利用した温度検出値が予め設定された加熱温度の設定温度に近づくように、供給電力値を設定する機能を有する。また、加熱温度が切り替え温度より高温の範囲では、抵抗温度係数（抵抗値）を利用したＴＣＲ算出温度が予め設定された加熱温度の設定温度に近づくように供給電力値を設定する機能を有する。

【0021】

電力制御部６２は、加熱制御部６１からの指令に基づき、交流電源部４５から出力された電力に対し、位相制御とゼロクロス制御とを切り替えて適用して電力制御を行うように、サイリスタ４３１、４３２に対して制御信号を出力する。

【0022】

位相制御とゼロクロス制御との切り替えに当たっては、加熱制御部６１から電力制御部６２に対して、供給電力値の設定信号と共に、いずれか一方の制御を選択する信号を出力するように構成してもよい。または、加熱制御部６１から出力される供給電力値の値が制御の切り替え信号の役割を兼ねてもよい。この場合は、供給電力値が予め設定されたしきい値以下の範囲では、位相制御を実行し、供給電力値が前記しきい値よりも大きい範囲では、ゼロクロス制御を実行するように、電力制御部６２側で切り替えの判断を行う場合を例示することができる。以下の説明では、後者の手法により位相制御とゼロクロス制御とを切り替える場合について説明する。
上述の機能の観点において、出力設定部６１２を備えた加熱制御部６１は、温度検出値及びＴＣＲ算出温度に基づいて、電力制御部６２の電力制御を切り替えるように構成された、本開示の制御部に相当する。

【0023】

位相制御は、サイリスタ４３１、４３２を用い、図４に示すように、例えば交流電流の周期ごとに、交流電源部４５からの電力供給のオン時間の割合を変化させることにより、供給する電力量を制御する方式である。図４では、斜線のハッチングを付した時間が電力を供給するオン時間、電圧が「ゼロ」の時間がオフ時間であって、オン時間の割合を増加させることにより、加熱部４への電力供給量が多くなる。つまり、図４では、オン時間が５０％であるため、電力供給量が５０％となり、オン時間の増減により電力供給量が精密に制御される。

【0024】

また、ゼロクロス制御は、サイリスタ４３１、４３２を用い、図５に示すように、振幅がゼロの位置を始点とする１波長又は半波長を単位として、電力供給のオンとオフとを設定し、電力供給を行う供給区間と、行わない停止区間とを設けることによって、供給する電力量を制御する方式である。図５のモデルは、振幅がゼロの位置を始点とする１波長を単位として、電力供給のオンとオフとを設定する場合において、４波長の電力供給量を１００％としている。従って、夫々の電力供給量は、図５（ａ）は３波長であるので７５％、図５（ｂ）は２波長であるので５０％、図５（ｃ）は１波長であるので２５％となる。但し、図５は説明上のモデルであり、より高周波の波数を増減することにより、さらに精密な出力調整が行うことができる。

【0025】

さらに、成膜装置１は、メイン制御部７を備えている。メイン制御部７は、ＣＰＵと記憶部とを備えたコンピュータにより構成され、成膜装置１の各部を制御するものである。記憶部にはステージ２の加熱などのウエハＷの処理に必要な動作を実行するためのステップ（命令）群が組まれたプログラムが記録されている。このプログラムは、例えばハードディスク、コンパクトディスク、マグネットオプティカルディスク、メモリカードなどの記憶媒体に格納され、そこからコンピュータにインストールされる。

【0026】

また、メイン制御部７は、熱電対５の温度検出値、及び温度算出部６１１にて算出されたＴＣＲ算出温度に基づいて、加熱制御部６１に制御指令を出力し、加熱部４（ヒータ４１、４２）の加熱制御を行うように構成される。なお、加熱制御部６１、電力制御部６２が実行する制御の内容については、後述する作用と共に詳述する。

【0027】

さらに、メイン制御部７は、加熱部４（ヒータ４１、４２）の設定温度や、後述するヒータ４１、４２の供給電力の固定比率等が入力できるように構成されている。設定温度は、加熱処理時の処理温度に加え、処理温度に昇温するまでの昇温過程、処理温度から降温させるときの降温過程を含めて温度制御を行う場合には、各時点における温度や昇温・降温速度を含んでもよい。設定温度は、例えばウエハＷの加熱処理のレシピに応じて予め設定され、メイン制御部７から出力設定部６１２へと供給される。

【0028】

ここで、成膜装置１にて実施される、本開示の加熱処理である成膜処理の一例について、簡単に記載する。なお、インナーヒータ４１、アウターヒータ４２への供給電力制御の詳細については後述する。先ず、ゲートバルブ１２を開いて、外部の不図示の搬送アームによりウエハＷを搬入出口１１から処理容器１０内に搬入し、ステージ２に載置する。そして、ゲートバルブ１２を閉じた状態で真空排気部１４により真空排気を行い、処理容器１０内の圧力を成膜処理時の圧力に調節する。

【0029】

一方、ステージ２を、加熱部４により、予め設定された昇温プロファイルに基づいて、例えば第１温度Ｔ１以下の温度例えば常温から成膜処理時の温度である例えば５００℃まで徐々に昇温する。加熱部４によりウエハＷを加熱する加熱温度が処理温度に到達すると、ウエハＷの成膜処理を実施する。この成膜処理では、処理容器１０へ原料ガスであるジシランガスを供給し、ウエハＷにジシランを吸着させる吸着工程と、ジシランガスの供給を停止し、処理容器１０内にＡｒガスを供給してパージする工程を実施する。そして、処理容器１０に反応ガスであるＢＴＭＳＡガスを供給し、ウエハＷに吸着したジシランとＢＴＭＳＡとを反応させる反応工程と、ＢＴＭＳＡの供給を停止し、処理容器１０内にＡｒガスを供給してパージする工程とを実施する。そして、この吸着工程と反応工程とを交互に複数回繰り返すことにより、ＡＬＤ（Atomic layer deposition)法によりＳｉＣ膜を形成する。

【0030】

こうして、ウエハＷの成膜処理を実施した後、例えば予め設定された降温プロファイルに基づいて、加熱部４を降温させる。そして、予め設定された温度まで低下したら、処理容器１０内の圧力をウエハＷの搬送動作実行時の圧力に調節した後、ゲートバルブ１２を開く。しかる後、外部の搬送アームを進入させ、搬入時とは反対の経路でウエハＷを搬出する。

【0031】

続いて、加熱部４の供給電力の制御について、加熱制御部６１や電力制御部６２の機能も合わせて説明する。先ず、図６を用いて、インナーヒータ４１による、第１温度以下の温度範囲の制御について説明する。第１温度とは、切り替え温度よりも低温の範囲の上限温度である。図６では、当該インナーヒータ４１の電力制御に関するラインを太字の実線及び破線にて示している。なお、後述する図７、図９、図１０においても、説明対象となる電力制御に関するラインを太字の実線及び破線にて示している。

【0032】

本開示では、加熱部４に供給される電力の電力制御を位相制御とゼロクロス制御とで切り替えており、この切り替えを切り替え温度に基づいて行っている。切り替え温度とは、電力制御を切り替える判定基準となる温度であり、切り替え温度よりも低温の範囲では位相制御が選択され、切り替え温度よりも高温の範囲ではゼロクロス制御が選択される。切り替え温度は、加熱処理の種別や、加熱部４を構成する抵抗発熱体の材質に応じて、加熱処理毎に設定される温度である。

【0033】

加熱制御部６１は、第１温度以下の温度範囲では、熱電対５の温度検出値Ｔａに基づいて位相制御により電力制御を行う指令を、電力制御部６２に出力する。
加熱部４を構成する抵抗発熱体は、抵抗温度係数が大きいため、図３に示すように、低温時には抵抗値が低いことから、大電流が流れることを抑制するために、加熱制御方式としては位相制御が好ましい。但し、この位相制御では、図４に示すように、出力電圧が非正弦波となるため、抵抗温度係数を利用したＴＣＲ算出温度の測定精度が低くなってしまう。一方、第２領域２３に設けられていない点（第２領域２３の温度検出値を直接取得できない点）を除き、熱電対５の温度検出値Ｔａは、広範な温度範囲で測定精度が高い。そこで、位相制御が必要な低温の範囲では、熱電対５により温度を検出して、この温度検出値Ｔａに基づいてインナーヒータ４１の電力制御を行っている。例えば常温から３００℃程度までの温度範囲では位相制御を用いた方が精密な温度制御が可能な場合には、切り替え温度より低温の範囲の上限温度である第１温度は、前述の３００℃に設定される。

【0034】

この場合の制御動作について、図６を参照しながら説明すると、加熱制御部６１の出力設定部６１２には、熱電対５１の温度検出値Ｔａが入力され、この温度検出値をメイン制御部７に出力する。出力設定部６１２は、温度検出値Ｔａと予め設定された設定温度とを比較し、温度検出値Ｔａが設定温度に近付くように、インナーヒータ４１の供給電力値を設定する。この供給電力の設定値Ｐ１が電力制御部６２に出力されると、電力制御部６２は、この設定値Ｐ１が位相制御を実行する設定値の範囲内であることを判断し、当該設定値Ｐ１に基づいて、サイリスタ４３１の動作制御を行う。

【0035】

詳細には、電力制御部６２は、サイリスタ４３１を用い、位相制御により、変流器４４１出口の電力検出値が、前記設定値Ｐ１に近付くようにインナーヒータ４１に供給される電力をフィードバック制御する。この結果、熱電対５の温度検出値Ｔａが設定温度に近付くように、インナーヒータ４１に供給される電力が制御される。

【0036】

続いて、図７を用いて、インナーヒータ４１による、第２温度以上の温度範囲の制御について説明する。第２温度とは、切り替え温度よりも高温の範囲の下限温度であり、第１温度よりも高い温度である。
加熱制御部６１は、第２温度以上の温度範囲では、温度算出部６１１による第１領域２２の加熱温度の算出結果（ＴＣＲ算出温度Ｔｂ）に基づいて、ゼロクロス制御により電力制御を行う指令を電力制御部６２に出力する。

【0037】

例えば、３００℃以上の温度範囲では、図３に示すように、加熱部４の抵抗値が高くなり、大電流が流れるおそれが小さく、ゼロクロス制御を採用しても精密な温度制御が可能となる。また、ゼロクロス制御では、図５に示すように、出力電圧が正弦波であるため、抵抗値の測定精度が高く、抵抗値に基づいて高精度に温度を算出することもできる。これらの理由から、高温の範囲では加熱制御方式として、ゼロクロス制御を採用し、ＴＣＲ算出温度Ｔｂに基づいて電力制御を行うことが可能となる。そこで、この例では、既述の第１温度（３００℃）に対して、切り替え温度範囲（Δ５０℃）を加えた第２温度を３５０℃に設定し、第２温度以上の温度範囲では、ＴＣＲ算出温度Ｔｂに基づいてゼロクロス制御により電力制御を行っている。

【0038】

この場合には、図７に示すように、インナーヒータ４１に供給されている電力について、変流器４４１にて電流値Ｉ１、電圧計４７１にて電圧値Ｖ１を夫々検出して、電力制御部６２に出力する。そして、電力制御部６２ではインナーヒータ４１の抵抗値Ｒ１（電圧値Ｖ１／電流値Ｉ１）を求め、加熱制御部６１の温度算出部６１１において、この抵抗値Ｒ１に基づいてＴＣＲ算出温度Ｔｂを算出する。ＴＣＲ算出温度Ｔｂは、インナーヒータ４１によりウエハＷを加熱する加熱温度（第１領域２２の加熱温度）であり、この値は出力設定部６１２及びメイン制御部７に出力される。

【0039】

出力設定部６１２では、ＴＣＲ算出温度Ｔｂと予め設定された設定温度とを比較し、ＴＣＲ算出温度Ｔｂが設定温度に近付くように、インナーヒータ４１の供給電力値を設定する。この供給電力の設定値Ｐ１が電力制御部６２に出力されると、電力制御部６２は、この設定値Ｐ１がゼロクロス制御を実行する設定値の範囲内にあることを判断し、当該設定値Ｐ１に基づいて、サイリスタ４３１の動作制御を行う。

【0040】

詳細には、電力制御部６２は、サイリスタ４３１を用い、ゼロクロス制御により、変流器４４１出口の電力検出値が、前記設定値Ｐ１に近付くようにインナーヒータ４１に供給される電力をフィードバック制御する。この結果、ＴＣＲ算出温度Ｔｂが設定温度に近づくように、インナーヒータ４１に供給される電力が制御される。

【0041】

以上に説明した制御動作の流れについて、図８のフローチャートを参照して、インナーヒータ４１の昇温時の加熱制御について説明する。先ず、加熱制御部６１では、熱電対５の温度検出値Ｔａに基づいて、熱電対５を単独で使用する温度範囲か否か、つまり第１温度（この例では３００℃）以下か否かを判断する（ステップＳ１０１；ＹＥＳ）。温度検出値Ｔａが第１温度以下であれば、ステップＳ１０２に進む。そして、図６を参照して説明したように、インナーヒータ４１の供給電力値を算出し、この供給電力値に基づき、位相制御を実行する（ステップＳ１０３）。

【0042】

一方、温度検出値Ｔａが第１温度よりも高い場合には（ステップＳ１０１；ＮＯ）、ステップＳ１０４に進み、抵抗温度係数単独使用温度範囲か否か、つまりＴＣＲ算出温度Ｔｂが第２温度（この例では３５０℃）以上か否かを判断する。ＴＣＲ算出温度Ｔｂが第２温度以上であれば（ステップＳ１０４；ＹＥＳ）、ステップＳ１０８に進む。そして、図７を参照して説明したように、インナーヒータ４１の供給電力値を算出し、この供給電力値に基づき、ゼロクロス制御を実行する（ステップＳ１０７）。

【0043】

また、ＴＣＲ算出温度Ｔｂが第２温度より低い場合には（ステップＳ１０４；ＮＯ）、ステップＳ１０５に進み、温度検出値Ｔａ、ＴＣＲ算出温度Ｔｂに基づく加重平均温度を算出する。そして、この加重平均温度からインナーヒータ４１の供給電力値を算出し（ステップＳ１０６）、当該供給電力値に基づき、ゼロクロス制御を実行する（ステップＳ１０７）。ステップＳ１０５、Ｓ１０６の加重平均温度に基づく制御については後述する。

【0044】

続いて、図９～図１１を参照して、熱電対５を備えていない第２領域２３に設けられているアウターヒータ４２に対する供給電力の制御について説明する。先ず、図９を用いて、第１温度以下の温度範囲における制御について述べる。加熱制御部６１は、第１温度以下の温度範囲では、インナーヒータ４１に対する電力制御の結果に基づいて、アウターヒータ４２に対して位相制御により電力制御を行う指令を電力制御部６２に出力する。

【0045】

本例において「インナーヒータ４１に対する電力制御の結果に基づいて」とは、図６にて説明したインナーヒータ４１の供給電力の設定値Ｐ１に対して固定比率αを乗じた設定値α・Ｐ１を、アウターヒータ４２の供給電力値として設定するということである。この例では、第２領域２３に対応する領域には熱電対５を配置していないので、当該領域２３の温度検出値Ｔａを得ることはできない。一方で、位相制御を実行している期間中は、測定精度が低いＴＣＲ算出温度Ｔｂを利用することも困難である。

【0046】

そこで、位相制御の実行期間中は、熱電対５により検出された第１領域２２の加熱温度の検出結果を利用して、アウターヒータ４２の制御を行う。第１領域２２の加熱温度と、第２領域２３の加熱温度との間には相関関係があり、熱電対５の温度検出値に固定比率を乗じることにより、第２領域２３の加熱温度を推定することができる。従って、予め前記固定比率αを取得することによって、「インナーヒータ４１対する電力制御の結果に基づいて」、アウターヒータ４２の供給電力値を設定することができる。

【0047】

電力制御部６２では、この設定値α・Ｐ１が位相制御を実行する設定値の範囲内であることを判断し、当該設定値α・Ｐ１に基づいて、サイリスタ４３２の動作制御を行う。即ち、電力制御部６２は、サイリスタ４３２を用い、位相制御により、変流器４４２出口の電力検出値が前記設定値α・Ｐ１に近づくようにアウターヒータ４２に供給される電力をフィードバック制御する。

【0048】

続いて、図１０を用いて、アウターヒータ４２による、第２温度以上の温度範囲における制御について説明する。加熱制御部６１は、第２温度以上の温度では、温度算出部６１１による第２領域２３の加熱温度の算出結果（ＴＣＲ算出温度Ｔｂ）に基づいて、ゼロクロス制御により電力制御を行う指令を電力制御部６２に出力する。この電力制御では、第２領域２３の加熱温度を予め設定された設定温度に近付けるように制御される。

【0049】

この場合には、アウターヒータ４２に供給されている電力について、変流器４４２と電圧計４７２により、夫々検出された電流値Ｉ２、電圧値Ｖ２を電力制御部６２に出力し、アウターヒータ４２の抵抗値Ｒ２を求める。次いで、温度算出部６１１において、この抵抗値Ｒ２に基づいて第２領域２３の加熱温度（ＴＣＲ算出温度Ｔｂ）を算出し、出力設定部６１２及びメイン制御部７に出力する。

【0050】

出力設定部６１２では、ＴＣＲ算出温度Ｔｂと予め設定された設定温度とを比較し、ＴＣＲ算出温度Ｔｂが設定温度に近付くように、アウターヒータ４２の供給電力値を設定する。この供給電力の設定値Ｐ２が電力制御部６２に出力されると、電力制御部６２は、この設定値Ｐ２がゼロクロス制御を実行する設定値の範囲内にあることを判断し、当該設定値Ｐ２に基づいて、サイリスタ４３２の動作制御を行う。

【0051】

詳細には、電力制御部６２は、サイリスタ４３２を用い、ゼロクロス制御により、変流器４４２出口の電力検出値が、前記設定値Ｐ２に近付くようにアウターヒータ４２に供給される電力をフィードバック制御する。この結果、ＴＣＲ算出温度Ｔｂが設定温度に近づくように、アウターヒータ４２に供給される電力が制御される。

【0052】

以上に説明した制御動作の流れについて、図１１のフローチャートを参照して、アウターヒータ４２の昇温時の加熱制御について説明する。先ず、加熱制御部６１では、熱電対５の温度検出値Ｔａに基づいて、熱電対５を単独で使用する温度範囲内であるか、つまり第１温度以下であるか否かを判断する（ステップＳ２０１；ＹＥＳ）。温度検出値Ｔａが第１温度以下であれば、ステップＳ２０２に進む。そして、図９を参照して説明したように、インナーヒータ４１の供給電力値に対して出力比を乗じたアウターヒータ４２用の供給電力値を算出し、この供給電力値に基づいて位相制御を実行する（ステップＳ２０３）。

【0053】

一方、温度検出値Ｔａが第１温度よりも高い場合には（ステップＳ２０１；ＮＯ）、ステップＳ２０４に進み、抵抗温度係数単独使用温度範囲内か否か、つまりＴＣＲ算出温度Ｔｂが第２温度以上であるか否かを判断する。ＴＣＲ算出温度Ｔｂが第２温度以上であれば（ステップＳ２０４；ＹＥＳ）、ステップＳ２０８に進む。そして、図１０を参照して説明したように、アウターヒータ４２の供給電力値を算出し、この供給電力値に基づき、ゼロクロス制御を実行する（ステップＳ２０７）。

【0054】

また、ＴＣＲ算出温度Ｔｂが第２温度より低い場合には（ステップＳ２０４；ＮＯ）、ステップＳ２０５に進み、温度検出値ＴａとＴＣＲ算出温度Ｔｂから加重平均温度を算出する。そして、この加重平均温度に基づき、アウターヒータ４２用の供給電力値を算出し（ステップＳ２０６）、この供給電力値に基づいて、ゼロクロス制御を実行する（ステップＳ２０７）。

【0055】

この例の加熱制御部６１は、第１温度と第２温度との間の切り替え温度範囲では、移行温度に基づいて、例えばゼロクロス制御により電力制御を行うように電力制御部６２を制御する。移行温度は、熱電対５１の温度検出値Ｔａと、温度算出部６１１より算出されたＴＣＲ算出温度Ｔｂとの間の温度であり、例えば温度検出値ＴａとＴＣＲ算出温度Ｔｂとの加重平均温度である。

【0056】

続いて、温度算出部６１１にて算出される加重平均温度について、インナーヒータ４１を例にして説明する。温度算出部６１１は、温度検出値Ｔａが第１温度Ｔ１より高く、ＴＣＲ算出温度Ｔｂが第２温度Ｔ２よりも低い場合に、温度検出値Ｔａと、ＴＣＲ算出温度Ｔｂの加重平均温度を出力する。このとき、加重平均温度が第１温度に近い程、温度検出値Ｔａの比率が大きく、加重平均温度が第２温度に近い程、ＴＣＲ算出温度Ｔｂの比率が大きくなるように、加重平均温度の重みを変化させる。

【0057】

加重平均温度に関し、例えば温度算出部６１１は、以下の(１)式に基づいて、加重平均温度Ｔ’を算出する。（１）式は、熱電対５の温度検出値Ｔａの変化に応じて線形的に加重平均温度の重みを変化させる例である。
Ｔ’＝{１－（Ｔａ－Ｔ１）／（Ｔ２－Ｔ１）}Ｔａ
＋{（Ｔａ－Ｔ１）／（Ｔ２－Ｔ１）}Ｔｂ・・・（１）
Ｔａ：熱電対の温度検出値（温度検出部の加熱温度の検出結果）
Ｔｂ：ＴＣＲ算出温度（温度算出部による加熱温度の算出結果）
Ｔ１：第１温度
Ｔ２：第２温度

【0058】

（１）式では、温度検出値Ｔａが第１温度Ｔ１に近い程、Ｔａの係数が大きく、Ｔｂの係数が小さくなり、Ｔａとして第１温度Ｔ１を代入すると、Ｔ’＝Ｔａとなる。また、温度検出値Ｔａが第２温度Ｔ２に近い程、Ｔａの係数が小さく、Ｔｂの係数が大きくなり、Ｔａとして第２温度Ｔ２を代入すると、Ｔ’＝Ｔｂとなる。このように、（１）式では、加重平均温度Ｔ’が第１温度Ｔ１に近い程、温度検出値Ｔａの比率が大きく、加重平均温度Ｔ’が第２温度Ｔ２に近い程、ＴＣＲ算出温度Ｔｂの比率が大きくなるように、加重平均温度の重みが変化している。

【0059】

図８のフローチャートにて説明したように、温度算出部６１１は、第１温度より高く、第２温度より低い温度範囲では、加重平均温度を移行温度として出力設定部６１２に出力する（ステップＳ１０５）。また、出力設定部６１２は、この移行温度が設定温度に近付くように供給電力値を算出し、ゼロクロス制御により電力制御を行う指令を電力制御部６２に指令を出力する（ステップＳ１０６）。こうして、算出されたインナーヒータ４１用の供給電力値に基づいて、ゼロクロス制御が実行される（ステップＳ１０７）。

【0060】

また、アウターヒータ４２の加熱制御については、切り替え温度範囲では、出力設定部６１２は、移行温度が設定温度に近づくように供給電力値を算出し、例えばゼロクロス制御により、電力制御を行う指令を出力する。移行温度とは、熱電対５による第１領域２２の温度検出値Ｔａから得られた温度と、第２領域２３のＴＣＲ算出温度Ｔｂとの間の温度であり、例えば温度検出値Ｔａから得られた温度とＴＣＲ算出温度Ｔｂの加重平均温度である。また、温度検出値Ｔａから得られた温度とは、この例では、第１領域２２の温度検出値Ｔａであるが、温度検出値Ｔａに予め把握された固定係数を乗じた温度であってもよい。

【0061】

そして、インナーヒータ４１の場合と同様に、温度算出部６１１は、温度検出値Ｔａが第１温度より高く、ＴＣＲ算出温度Ｔｂが第２温度よりも低い場合に、加重平均温度を出力するように構成されている。加重平均温度は、温度検出値Ｔａから得られた温度が温度検出値Ｔａである場合には、既述の(１)式に基づいて算出される。

【0062】

そして、図１１に示すフローチャートにて説明したように、温度算出部６１１は、既述の温度範囲において、加重平均温度を移行温度として出力設定部６１２に出力する（ステップＳ２０５）。そして、出力設定部６１２は、この移行温度が設定温度に近づくように供給電力値を算出し、ゼロクロス制御により電力制御を行う指令を電力制御部６２に指令を出力する（ステップＳ２０６）。こうして、算出された供給電力値に基づいてゼロクロス制御が実行される（ステップＳ２０７）。

【0063】

以上に説明した例において、切り替え温度範囲にてゼロクロス制御により制御を実行するのは、より精密な電力制御を実施するためである。即ち、第１温度よりも高い温度範囲では、ゼロクロス制御、及び抵抗値に基づくＴＣＲ算出温度Ｔｂの取得が可能となる。そこで、固定比率αを利用したアウターヒータ４２側の推定による電力制御を終了し、加熱温度の取得法、電力制御法を切り替える。この切り替えに対応して、インナーヒータ４１においても、加重平均温度に基づくゼロクロス制御への切り替えを行う。
以上では、加熱部４の昇温時の供給電力の制御について説明したが、加熱部４の降温時においても同様に供給電力の制御を行うようにしてもよい。

【0064】

ここで図１２～図１５には、（１）式を用いて算出された加重平均温度Ｔ’に基づいて加熱部４の出力制御を行う例について模式的に示してある。図１２～図１５中、横軸は時間、縦軸は温度であり、実線は制御温度Ｔ_Ｃ、一点鎖線は温度検出値Ｔａ、破線はＴＣＲ算出温度Ｔｂを夫々示す。制御温度Ｔ_Ｃとは、予め設定された設定温度と、温度検出値Ｔａ又はＴＣＲ算出温度Ｔｂとに基づいて加熱部４の供給電力の制御を行うときに、設定温度に近付くようにメイン制御部７から出力設定部６１２に対して設定される目標温度である。

【0065】

図１２は、時間の経過につれて直線的に設定温度を昇温させる場合において、温度検出値ＴａがＴＣＲ算出温度Ｔｂより低く検出される例を示す。温度検出値Ｔａが第１温度Ｔ１よりも低い温度範囲では、温度検出値Ｔａに基づいて、この温度検出値Ｔａが設定温度に近付くように加熱部４の供給電力が制御される。また、ＴＣＲ算出温度Ｔｂが第２温度Ｔ２よりも高い温度範囲では、ＴＣＲ算出温度Ｔｂに基づいて、このＴＣＲ算出温度Ｔｂが設定温度に近付くように加熱部４の供給電力が制御される。

【0066】

加熱部４による加熱の応答が十分に速い場合には、温度検出値Ｔａ、ＴＣＲ算出温度Ｔｂと制御温度Ｔ_Ｃとはほぼ一致する。このような理想的な場合を想定して、図１２～図１５では、応答遅れが無く、これら温度Ｔａ、Ｔｂが制御温度Ｔ_Ｃと一致している状態を模式的に示している。これらの図によれば、第１温度Ｔ１よりも低い温度範囲では温度検出値Ｔａに基づいて電力
制御が行われ、第２温度Ｔ２よりも高い温度範囲ではＴＣＲ算出温度Ｔｂに基づいて電力制御が行われることが分かる。

【0067】

一方、温度検出値Ｔａが第１温度Ｔ１より高く、ＴＣＲ算出温度Ｔｂが第２温度Ｔ２より低い温度範囲内にある場合には、(１)式を用いて算出された加重平均温度Ｔ’に基づいて加熱部４の供給電力が制御される。既述のように加重平均温度の重みが調整されているので、第１温度Ｔ１から第２温度Ｔ２まで、制御温度Ｔ_Ｃを線形的に昇温させながら加熱部４の供給電力が制御される。

【0068】

図１３は、時間の経過に連れて直線的に設定温度を降温させる場合において、温度検出値ＴａがＴＣＲ算出温度Ｔｂより低く検出される例を示す。図１４は、時間の経過に連れて直線的に設定温度を昇温させる場合において、温度検出値ＴａがＴＣＲ算出温度Ｔｂより高く検出される例を示す。図１５は、時間の経過に連れて直線的に設定温度を降温させる場合において、温度検出値ＴａがＴＣＲ算出温度Ｔｂより高く検出される例を示す。

【0069】

これらの例においても、ＴＣＲ算出温度Ｔｂが第２温度Ｔ２よりも高い温度範囲では、ＴＣＲ算出温度Ｔｂに基づいて、温度検出値Ｔａが第１温度Ｔ１よりも低い温度範囲では、温度検出値Ｔａに基づいて、夫々加熱制御が行われる。そして、加重平均温度が第１温度Ｔ１から第２温度Ｔ２までの温度範囲では、(１)式を用いて算出された、この加重平均温度Ｔ’に基づいて加熱部４の供給電力が制御される。これにより、第１温度Ｔ１と第２温度Ｔ２との間で、制御温度Ｔ_Ｃを線形的に昇温・降温させながら加熱部４の供給電力が制御される。

【0070】

この実施形態によれば、ウエハＷをステージ２に載置して、加熱部４により加熱して加熱処理を行うにあたり、広い温度範囲でステージ２の温度を高精度に制御することができる。この例では、切り替え温度よりも低温の範囲では、温度検出部（熱電対５）による加熱温度の検出結果（温度検出値）に基づいて位相制御により電力制御を行っている。既述のように、前記低温の範囲では、制御方式は位相制御であることが好ましく、温度検出値の精度が高い。

【0071】

一方、前記高温の範囲では、ＴＣＲ算出温度Ｔｂに基づいてゼロクロス制御により電力制御を行っている。既述のように、高温の範囲では、制御方式はゼロクロス制御であることが好ましく、熱電対５が設けられていない第２領域２３についても、ＴＣＲ算出温度を用いて精度良く温度制御を実施することができる。このように、切り替え温度よりも低温の範囲と高温の範囲との間で、加熱温度の取得方式と、加熱部４への供給電力の制御方式を変えている。このため、温度範囲に応じて、より精度の高い加熱温度の取得と、加熱部４への供給電力制御が実施でき、結果として、広い温度範囲でステージ２の温度を高精度に制御することができる。

【0072】

また、切り替え温度に変えて、第１温度と第２温度を基準として電力制御を切り替える場合には、加熱温度が第１温度より低温の範囲では、温度検出値に基づいて位相制御により電力制御を行い、第２温度よりも高温の範囲では、ＴＣＲ算出温度に基づいてゼロクロス制御により電力制御を行っている。さらに、第１温度と第２温度との間の切り替え温度範囲においては、温度検出値とＴＣＲ算出温度との間の移行温度に基づいて、ゼロクロス制御により電力制御を行っている。このように前記切り替え温度範囲に移行温度を設定しているので、第１温度と第２温度との間の切り替え時の電力制御が安定する。

【0073】

つまり、温度検出部と、温度算出部とでは、高い精度で温度測定できる温度領域が異なり、何らの対応もせずに、これらを切り替えると、両者の間で取得温度にずれが発生することがある。このように、取得温度にずれが生じていると、加熱部４の出力が激しくハンチングする場合があることを把握している。例えば温度検出部の温度検出値より温度算出部のＴＣＲ算出温度が低いときには、ＴＣＲ算出温度を設定温度に合わせるために加熱部４の出力が急激に増大する。これに伴い、ＴＣＲ算出温度が急上昇すると、設定温度に合わせるために加熱部４の出力が急激に減少し、ＴＣＲ算出温度が安定するまで、このような加熱部４の出力の大きな変動が繰り返される。この加熱部の出力のハンチングが起こると、ステージ２に繰り返し熱応力が発生し、損傷や破損を引きおこす原因となる。

【0074】

さらに、本開示では、移行温度として、温度検出値とＴＣＲ算出温度との加重平均温度を採用し、この加重平均温度に基づいて加熱部４の出力制御を行なっている。この加重平均温度は、第１温度に近い程、温度検出値の比率が大きく、加重平均温度が第２温度に近い程、ＴＣＲ算出温度の比率が大きくなるように重みが変化するように設定される。従って、第１温度から第２温度に、徐々に制御温度である加重平均温度が移行していくので、制御温度の急激な変化が抑えられる。このため、加熱部４の出力にハンチングが発生するおそれが小さく、加熱部４の出力制御を安定して行うことができる。また、ハンチングによる熱応力が原因となるステージ２のダメージの発生を抑制することができる。こうして、第１温度より低い温度から第２温度よりも高い温度まで、加熱部４の出力制御を安定して行うことができ、ステージ２の温度を高精度に制御できる。

【0075】

さらに、上記の(１)式のように、加重平均温度の重みを線形的に変化させる場合には、第１温度と第２温度との間の温度範囲において、加重平均温度が直線的に変化する。このため、制御温度の移行がよりスムーズになり、加熱部の出力制御をより一層安定して行うことができる。

【0076】

さらにまた、アウターヒータ４２に対して、第１領域２２の加熱温度が切り替え温度より低温の範囲では、インナーヒータ４１に対する電力制御の結果に基づいて、位相制御により電力制御を行っている。ステージ２の材質や構造によっては、その熱電対５の設置箇所が中央部に限定される場合もあるが、このような場合であっても、アウターヒータ４２の供給電力を高精度に制御することができる。また、温度検出部を第１領域２２のみに設ける構成であるため、温度検出部の増加を抑えて、装置構成の簡素化を図ることができる。

【0077】

以上において、例えば温度算出部６１１は、以下の(２)式に基づいて、加重平均温度Ｔ’を算出するように構成してもよい。（２）式は、ＴＣＲ算出温度Ｔｂの変化に応じて線形的に加重平均温度の重みを変化させる例である。この場合においても、加重平均温度が第１温度Ｔ１に近い程、温度検出値Ｔａの比率が大きく、加重平均温度が第２温度Ｔ２に近い程、ＴＣＲ算出温度Ｔｂの比率が大きくなるように、加重平均温度の重みが変化する。
Ｔ’＝{１－（Ｔｂ－Ｔ１）／（Ｔ２－Ｔ１）}Ｔａ
＋{（Ｔｂ－Ｔ１）／（Ｔ２－Ｔ１）}Ｔｂ・・・（２）

【0078】

上述の例では、温度算出部６１１は、線形的に加重平均温度の重みを変化させるように構成したが、加重平均温度の算出は（１）式、（２）式に限るものではない。例えば加重平均温度は、曲線などに沿って非線形的に重みを変化させるようにしてもよい。
また、第１温度から第２温度までの温度範囲における、加熱部４の供給電力の制御は、加熱処理において基板を加熱するときの少なくとも昇温時に実施すればよい。

【0079】

また、加熱部によりウエハＷを加熱する加熱温度を検出する温度検出部は熱電対には限らず、加熱処理の処理温度に応じて適宜選択される。例えば温度検出部として、熱放射の感知結果に基づき温度を測定するパイロメータ（Pyrometer）などを用いることができる。

【0080】

また、必ずしも、切り替え温度よりも低温の範囲と高温の範囲との間で、移行温度を設定する必要はない。例えば既述のハンチングの問題が小さい場合においては、切り替え温度を基準として、加熱温度の取得方式と、電力の制御方式とを切り替えるようにしてもよい。さらに、移行温度に基づいて制御を行う場合には、加熱処理の処理温度によっては、ゼロクロス制御に変えて、位相制御にて加熱部４への供給電力の制御を実行するようにしてもよい。

【0081】

また、既述の図３に、加熱部４を構成する抵抗発熱体の抵抗温度係数の温度変化を示したが、抵抗発熱体は、図３に示した金属以外の金属により構成してもよい。さらに、インナーヒータを構成する金属と、アウターヒータを構成する金属とは、異なる種類であってもよい。図３に示す抵抗温度係数の温度変化では、抵抗温度係数の温度変化に対する変化量（傾き）が大きい程、解像度が高く、抵抗値の測定精度が高くなる。この例では、ニッケルの傾きが最も大きいが、既述のようにさらに高温領域にて、温度―温度抵抗係数曲線の傾きが緩やかになる傾向がある。このため、このような温度領域にて、タングステンやモリブデンの傾きの方が大きくなる場合には、これらニッケル以外の金属を用いてアウターヒータを構成してもよい。

【0082】

本開示の基板を加熱する装置は、上述の実施形態の装置には限定されず、加熱部の構成も適宜設定可能である。また、基板に対して実施される加熱処理は、成膜処理、改質処理以外に、エッチング処理等も含まれる。さらに本開示を適用可能な基板は、半導体ウエハＷに限定されるものではない。例えば、ＦＰＤ（Flat Panel Display）のガラス基板であってもよい。

【0083】

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。

【符号の説明】

【0084】

２ ステージ
４ 加熱部
４５ 交流電源部
５ 熱電対（温度検出部）
６１ 加熱制御部（制御部）
６１１ 温度算出部
６２ 電力制御部
Ｗ 半導体ウエハ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】