JP2012080080A - 縦型熱処理装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】処理容器内の温度を精度良く目標温度まで収束させ、かつ収束時間を短縮することができる熱処理装置及びその制御方法を提供する。
【解決手段】熱処理装置１は炉本体５と、炉本体５内周面に設けられたヒータ１８Ａと、炉本体５内に配置された処理容器３と、炉本体５に接続された冷却媒体供給ブロア５３および冷却媒体排気ブロア６３と、処理容器３内に設けられた温度センサ５０とを備えている。温度センサ５０からの信号が制御装置５１のヒータ出力演算部５１ａに送られる。ヒータ出力演算部５１ａにおいて、設定温度決定部５１ｃで求められた設定温度Ａと温度センサ５０からの温度に基づいて、ヒータ１８Ａのみで温度調整した場合のヒータ出力が求められる。ブロア出力演算部５１ｂはヒータ出力に基づいてブロア出力を生じさせる。
【選択図】図３

Description

本発明は、縦型熱処理装置及びその制御方法に関する。

半導体ディバイスの製造においては、被処理体例えば半導体ウエハに、酸化、拡散、ＣＶＤ、アニール等の熱処理を施すために各種の熱処理装置が用いられている。その一つとして、一度に多数枚の熱処理が可能な縦型熱処理装置が知られている。この縦型熱処理装置は、下部に開口部を有する石英製の処理容器と、該処理容器の開口部を開閉する蓋体と、該蓋体上に設けられ、複数枚の被処理体を上下方向に所定の間隔で保持する保持具と、前記処理容器の周囲に設けられ、処理容器内に搬入された前記被処理体を加熱するヒータを含む炉本体とを備えている。

また、縦型熱処理装置としては、ヒータを含む炉本体内に空気を送風して処理容器を強制的に空冷するための送風機を備えたものも提案されている（例えば、特開２００２−３０５１８９号公報参照）。前記送風機は、熱処理終了後にウエハ及び処理容器を迅速に冷却するために用いられていた。

ところで、熱処理としては、例えばウエハに低誘電率の膜を形成する場合のように低温域例えば１００〜５００℃での熱処理がある。この低温域での熱処理の場合、如何に迅速に所定の熱処理温度に昇温・収束させるかが課題となる。低温用熱処理装置としては、熱応答性を良くするために石英製の処理容器を使わずに金属製の処理室を有する熱処理装置が提案されている。一方、熱処理時に反応生成物や副生成物等の付着物が発生する場合は、クリーニングや交換が容易な石英製の処理容器が装置構成上必要である。また、高い断熱性能を持ったヒータを使用することにより、装置の省エネルギー化を実現できるが、それによって炉内温度の制御性が悪化する。この場合も、如何に迅速に所定の熱処理温度に昇温、収束させるかが課題となり、これは低温域に限らない課題である。

特開２００２−３０５１８９号公報 特開２００５−１８８８６９号公報

しかしながら、石英製の処理容器を有する縦型熱処理装置においては、処理容器の熱容量が大きいため、低温域での昇温リカバリーにおける収束時間が長くかかるという問題があった。また省エネルギー化等のために高断熱のヒータを使用する場合には、低温域に限らず生じる問題である。昇温リカバリーにおける収束時間が長くかかると、スループットの向上に影響が出る。このような収束時間が長くかかる問題は、昇温過程だけではなく、降温過程あるいは温度安定時にも同様に生じる問題である。

本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、低温域での、あるいは高い断熱性能を持つヒータを使用した際の昇温過程、降温過程あるいは温度安定時における収束時間を短縮することができ、処理容器内の温度を精度良く目標温度に収束することができる熱処理装置及びその制御方法を提供することを目的とする。

本発明は、炉本体と、炉本体内周面に設けられたヒータと、炉本体内に配置され、炉本体との間に空間を形成するとともに、内部に複数の被処理体を収納する処理容器と、炉本体に接続され、炉本体と処理容器との間の空間に冷却媒体を供給するブロアと、処理容器内部又は外部の温度を検出する温度センサと、ヒータと、ブロアとを制御して、処理容器内の温度を調整して処理容器内の温度を所定の目標温度に収束させる制御装置とを備え、制御装置は、予め定められた設定温度と温度センサからの温度に基づいて、ヒータのみで温度調整した場合のヒータ出力を決定するヒータ出力演算部と、ヒータ出力演算部からのヒータ出力に基づいてブロア出力を決定するブロア出力演算部と、を有することを特徴とする熱処理装置である。

本発明は、ブロア出力演算部はヒータ出力演算部からのヒータ出力がマイナスとなった場合に、ブロア出力を生じさせ、ヒータ出力がゼロ以上となった場合にブロア出力を停止することを特徴とする熱処理装置である。

本発明は、ブロア出力演算部は、ヒータ出力演算部からのヒータ出力の傾きが、ある閾値を下回った場合にブロア出力を生じさせ、ヒータ出力の傾きが、ある閾値を上回った場合にブロア出力を停止することを特徴とする熱処理装置である。

本発明は、制御装置は更にブロア出力演算部からのブロア出力を冷却媒体流量に変換する流量制御演算部を更に有することを特徴とする熱処理装置である。

本発明は、流量制御演算部は冷却媒体流量に基づいて、ブロアの回転数制御を行なうことを特徴とする熱処理装置である。

本発明は、上記記載の熱処理装置を用いた熱処理装置の制御方法において、制御装置のヒータ出力演算部において、予め定められた設定温度と温度センサからの温度に基づいて、ヒータのみで温度調整した場合のヒータ出力を決定する工程と、ヒータ出力演算部からのヒータ出力に基づいて、ブロア出力演算部によりブロア出力を決定する工程と、を備えたことを特徴とする熱処理装置の制御方法である。

本発明は、ブロア出力演算部はヒータ出力演算部からのヒータ出力がマイナスとなった場合に、ブロア出力を生じさせ、ヒータ出力がゼロ以上となった場合にブロア出力を停止することを特徴とする熱処理装置の制御方法である。

本発明は、ブロア出力演算部は、ヒータ出力演算部からのヒータ出力の傾きが、ある閾値を下回った場合にブロア出力を生じさせ、ヒータ出力の傾きが、ある閾値を上回った場合にブロア出力を停止することを特徴とする熱処理装置の制御方法である。

本発明は、ブロア出力演算部からのブロア出力を流量制御演算により冷却媒体流量に変換する工程を更に備えたことを特徴とする熱処理装置の制御方法である。

本発明は、流量制御演算部は冷却媒体流量に基づいて、ブロアの回転数制御を行なうことを特徴とする熱処理装置の制御方法である。

本発明は、炉本体と、炉本体内周面に設けられたヒータと、炉本体内に配置され、炉本体との間に空間を形成するとともに、内部に複数の被処理体を収納する処理容器と、炉本体に冷却媒体供給ラインを介して接続され、炉本体と処理容器との間の空間に冷却媒体を供給するブロアと、ブロアから供給される冷却媒体の流量を調整する弁機構と、処理容器内部又は外部の温度を検出する温度センサと、ヒータと、弁機構とを制御して、処理容器内の温度を調整して処理容器内の温度を所定の目標温度に収束させる制御装置とを備え、制御装置は、予め定められた設定温度と温度センサからの温度に基づいて、ヒータのみで温度調整した場合のヒータ出力を決定するヒータ出力演算部と、ヒータ出力演算部からのヒータ出力に基づいて冷却出力を決定する冷却出力演算部と、冷却出力演算部からの冷却出力を冷却媒体流量に変換する流量制御演算部とを有し、流量制御演算部は冷却媒体流量に基づいて、弁機構を制御することを特徴とする熱処理装置である。

本発明は、冷却出力演算部はヒータ出力演算部からのヒータ出力がマイナスとなった場合に、冷却出力を生じさせ、ヒータ出力がゼロ以上となった場合に冷却出力を停止することを特徴とする熱処理装置である。

本発明は、冷却出力演算部は、ヒータ出力演算部からのヒータ出力の傾きが、ある閾値を下回った場合に冷却出力を生じさせ、ヒータ出力の傾きが、ある閾値を上回った場合に冷却出力を停止することを特徴とする熱処理装置である。

本発明は、上記記載の熱処理装置を用いた熱処理装置の制御方法において、制御装置のヒータ出力演算部において、予め定められた設定温度と温度センサからの温度に基づいて、ヒータのみで温度調整した場合のヒータ出力を決定する工程と、ヒータ出力演算部からのヒータ出力に基づいて、冷却出力演算部により冷却出力を決定する工程と、冷却出力演算部からの冷却出力を、流量制御演算部により冷却媒体流量に変換する工程とを備え、流量制御演算部は冷却媒体流量に基づいて弁機構を制御することを特徴とする熱処理装置の制御方法である。

本発明は、冷却出力演算部はヒータ出力演算部からのヒータ出力がマイナスとなった場合に、冷却出力を生じさせ、ヒータ出力がゼロ以上となった場合に冷却出力を停止することを特徴とする熱処理装置の制御方法である。

本発明は、冷却出力演算部は、ヒータ出力演算部からのヒータ出力の傾きが、ある閾値を下回った場合に冷却出力を生じさせ、ヒータ出力の傾きが、ある閾値を上回った場合に冷却出力を停止することを特徴とする熱処理装置の制御方法である。

本発明によれば、低温域での昇温リカバリーにおける収束時間を短縮することができ、かつ処理容器内の温度を精度良く目標温度に収束することができ、これによりスループットの向上を図ることができる。あるいは、高い断熱性能のヒータを使用した場合に、スループットに影響を与えることなく、消費電力の低減を図ることができる。

図１（ａ）は本発明の第１の実施の形態による熱処理装置を概略的に示す縦断面図、図１（ｂ）は熱処理装置の制御装置を示す図。 図２は熱処理装置の冷却媒体供給ラインおよび冷却媒体排気ラインを示す図。 図３（ａ）（ｂ）（ｃ）は熱処理装置の制御方法を示す図。 図４は熱処理装置の制御方法を示す図。 図５は本発明の第２の実施の形態による熱処理装置の制御装置を示す図。

第１の実施の形態
以下に、図面を参照して本発明の第１の実施の形態について説明する。ここで図１（ａ）は本発明による熱処理装置を概略的に示す縦断面図、図１（ｂ）は熱処理装置の制御装置を示す図、図２は縦型熱処理装置の冷却媒体供給ラインおよび冷却媒体排気ラインを示す図、図３（ａ）（ｂ）（ｃ）は熱処理装置の制御方法を示す図、図４は熱処理装置の制御方法を示す図である。

図１において、縦型の熱処理装置１は、被処理体、例えば半導体ウエハｗを一度に多数枚収容して酸化、拡散、減圧ＣＶＤ等の熱処理を施すことができる縦型の熱処理炉２を備えている。この熱処理炉２は、内周面に発熱抵抗体（ヒータ）１８Ａが設けられた炉本体５と、炉本体５内に配置され、炉本体５との間に空間３３を形成するとともに、ウエハｗを収容して熱処理するための処理容器３とを備えている。このうちヒータ１８Ａは、後述のように複数のヒータエレメント１８からなっている。

また炉本体５はベースプレート６により支持され、このベースプレート６には処理容器３を下方から上方に挿入するための開口部７が形成されている。またベースプレート６の開口部７にはベースプレート６と処理容器３との間の隙間を覆うように図示しない断熱材が設けられている。

処理容器３は、石英製からなり、上端が閉塞され、下端が炉口３ａとして開口された縦長の円筒状形状を有する。処理容器３の下端には外向きのフランジ３ｂが形成され、フランジ３ｂは図示しないフランジ押えを介して上記ベースプレート６に支持されている。また処理容器３には、下側部に処理ガスや不活性ガス等を処理容器３内に導入する導入ポート（導入口）８及び処理容器３内のガスを排気するための図示しない排気ポート（排気口）が設けられている。導入ポート８にはガス供給源（図示せず）が接続され、排気ポートには例えば１３３×６００Ｐａ〜１３３×１０^−２Ｐａ程度に減圧制御が可能な真空ポンプを備えた排気系（図示せず）が接続されている。

処理容器３の下方には、処理容器３の炉口３ａを閉塞する蓋体１０が図示しない昇降機構により昇降移動可能に設けられている。この蓋体１０の上部には、炉口の保温手段である保温筒１１が載置され、該保温筒１１の上部には、直径が３００ｍｍのウエハｗを多数枚、例えば１００〜１５０枚程度上下方向に所定の間隔で搭載する保持具である石英製のボート１２が載置されている。蓋体１０には、ボート１２をその軸心回りに回転する回転機構１３が設けられている。ボート１２は、蓋体１０の下降移動により処理容器３内から下方のローディングエリア１５内に搬出（アンロード）され、ウエハｗの移替え後、蓋体１０の上昇移動により処理容器３内に搬入（ロード）される。

上記炉本体５は、円筒状の断熱材１６と、該断熱材１６の内周面に軸方向（図示例では上下方向）に多段に形成された溝状の棚部１７とを有し、各棚部１７に沿ってヒータエレメント（ヒータ線、発熱抵抗体）１８が配置されている。断熱材１６は、例えばシリカ、アルミナあるいは珪酸アルミナを含む無機質繊維からなっている。断熱材１６は、縦に二分割されており、このためヒータエレメントの組付及びヒータの組立を容易に行うことができる。

上記断熱材１６には上記ヒータエレメント１８を適宜間隔で径方向に移動可能に且つ棚部１７から脱落ないし脱出しないように保持するピン部材（図示せず）が配設されている。上記円筒状の断熱材１６の内周面にはこれと同心の環状の溝部２１が軸方向に所定ピッチで多段に形成され、隣り合う上部の溝部２１と下部の溝部２１との間に周方向に連続した環状の上記棚部１７が形成されている。上記溝部２１におけるヒータエレメント１８の上部と下部、及び溝部２１の奥壁とヒータエレメント１８との間にはヒータエレメント１８の熱膨張収縮及び径方向の移動を許容し得る十分な隙間が設けられており、またこれらの隙間により強制冷却時の冷却媒体がヒータエレメント１８の背面に回り込み、ヒータエレメント１８を効果的に冷却できるようになっている。なお、このような冷却媒体としては、空気、窒素ガスあるいは水が考えられる。

各ヒータエレメント１８間は接続板により接合され、端部側に位置するヒータエレメント１８は断熱材１６を径方向に貫通するように設けられた端子板２２ａ，２２ｂを介して外部のヒータ駆動部１８Ｂに接続されている。

炉本体５の断熱材１６の形状を保持すると共に断熱材１６を補強するために、図１に示すように、断熱材１６の外周面は金属製例えばステンレス製の外皮（アウターシェル）２８で覆われている。また、炉本体５の外部への熱影響を抑制するために、外皮２８の外周面は水冷ジャケット３０で覆われている。断熱材１６の頂部にはこれを覆う上部断熱材３１が設けられ、この上部断熱材３１の上部には外皮２８の頂部（上端部）を覆うステンレス製の天板３２が設けられている。

また図１および図２に示すように、熱処理後にウエハを急速降温させて処理の迅速化ないしスループットの向上を図るために、炉本体５には炉本体５と処理容器３との間の空間３３内の雰囲気を外部に排出する排熱系３５と、上記空間３３内に常温（２０〜３０℃）の冷却媒体を導入して強制的に冷却する強制冷却媒体手段３６とが設けられている。上記排熱系３５は、例えば炉本体５の上部に設けられた排気口３７からなり、該排気口３７には、空間３３内の冷却媒体を排気するとともに流量センサ６２ａを有する冷却媒体排気ライン６２が接続されている。

さらに強制冷却媒体手段３６は、上記炉本体５の断熱材１６と外皮２８の間に高さ方向に複数形成された環状流路３８と、各環状流路３８から断熱材１６の中心斜め方向へ冷却媒体を吹き出して上記空間３３の周方向に旋回流を生じさせるよう断熱材１６に設けられた冷却媒体吹出し孔４０とを有している。上記環状流路３８は、断熱材１６の外周面に帯状又は環状の断熱材４１を貼り付けるか、或いは断熱材１６の外周面を環状に削ることにより形成されている。上記冷却媒体吹出し孔４０は、断熱材１６における上下に隣接するヒータエレメント１８の間である棚部１７にこれを径方向の内外に貫通するように形成されている。このように冷却媒体吹出し孔４０を棚部１７に設けることにより、ヒータエレメント１８に邪魔されることなく冷却媒体を上記空間３３に噴出することができる。

ところでヒータエレメント１８として帯状の発熱抵抗体を用い、棚部１７内に収納した例を示したが、ヒータエレメント１８としてはこのような構造のものに限られず、他の種々の構造のヒートエレメントを用いることができる。また冷却媒体吹出し孔４０からの冷却媒体により空間３３内に旋回流を生じさせる例について示したが、冷却媒体吹出し孔４０からの冷却媒体により必ずしも旋回流を生じさせる必要はない。

上記外皮２８の外周面には、各環状流路３８に冷却媒体を分配供給するための共通の１本の供給ダクト４９が高さ方向に沿って設けられ、外皮２８には供給ダクト４９内と各環状流路３８とを連通する連通口が形成されている。供給ダクト４９には冷却媒体を供給するとともに流量センサ５２ａを有する冷却媒体供給ライン５２が接続されている。

また、処理容器３内には、当該処理容器３内の温度を検知する温度センサ５０が設置され、この温度センサ５０からの検知信号は信号ライン５０ａを介して制御装置５１に送られる。なお、温度センサ５０を必ずしも処理容器３内に設ける必要はなく、炉本体５と処理容器３との間の空間３３内に温度センサ５０を設ける、又は両方に設けてもよい。

また図１および図２に示すように、冷却媒体供給ライン５２と冷却媒体排気ライン６２は各々独立してオープン系冷却媒体供給／排気ラインを構成している。このうち冷却媒体供給ライン５２には、冷却媒体供給ブロア５３が設けられ、この冷却媒体供給ブロア５３はインバータ駆動部５３ａを有している。

また冷却媒体供給ブロア５３の入口側にはダンパ５６が設けられ、冷却媒体供給ブロア５３の出口側には、穴バルブ５４およびバタフライ弁５５が配置されている。これら冷却媒体供給ブロア５３の入口側のダンパ５６および冷却媒体供給ブロア５３の出口側の穴バルブ５４およびバタフライ弁５５はいずれも開閉調整自在となっており、ダンパ５６、穴バルブ５４およびバタフライ弁５５は冷却媒体供給ライン側弁機構５４Ａを構成している。

また冷却媒体排気ライン６２には冷却媒体排気ブロア６３が設けられ、この冷却媒体排気ブロア６３はインバータ駆動部６３ａを有している。

さらに冷却媒体排気ブロア６３の入口側にはバタフライ弁６６および穴バルブ６７が設けられ、冷却媒体排気ブロア６３の出口側には穴バルブ６４、バタフライ弁６５が配置されている。これら冷却媒体排気ブロア６３の入口側のバタフライ弁６６および穴バルブ６７、および冷却媒体排気ブロア６３の出口側の穴バルブ６４およびバタフライ弁６５はいずれも開閉調整自在となっており、かつ冷却媒体排気ブロア６３の入口側のバタフライ弁６６および穴バルブ６７、および冷却媒体排気ブロア６３の出口側の穴バルブ６４およびバタフライ弁６５は冷却媒体排気ライン側弁機構６４Ａを構成している。

次に温度センサ５０に接続された制御装置５１について詳述する。

温度センサ５０は上述のように処理容器３内に設置されて処理容器３内の温度を検出するものであるが、炉本体５と処理容器３との間の空間３３内に温度センサ５０を設置することにより、間接的に処理容器３内の温度を検出してもよい。

温度センサ５０で検出された検知信号は、信号ライン５０ａを介して制御装置５１に送られる。この制御装置５１は例えば１００℃〜５００℃の低温領域での昇温過程、降温過程あるいは温度安定時において、所定の目標温度に対する収束時間を短縮させ、かつ精度良く目標温度に近づけるものである（図１（ｂ））。

すなわち制御装置５１は、予め設定温度決定部５１ｃにおいて定められた設定温度と、温度センサ５０からの温度に基づいて、ヒータ１８Ａのみで温度調整した場合のヒータ出力を決定するヒータ出力演算部５１ａと、ヒータ出力演算部５１ａからのヒータ出力に基づいてブロア出力を決定するブロア出力演算部５１ｂとを有している。

ここで例えば昇温過程において所定の目標温度に対し、処理容器３内の温度をこの目標温度に収束させるため、設定温度決定部５１ｃでは設定温度Ａを定める（図３（ａ）（ｂ）（ｃ）参照）。そしてこの設定温度決定部５１ｃで決定された設定温度Ａがヒータ出力演算部５１ａに送られる。

またヒータ出力演算部５１により求められたヒータ出力は、ヒータ駆動部１８Ｂに送られ、このヒータ駆動部１８Ｂにより、ヒータ出力演算部５１により求められたヒータ出力に基づいてヒータ１８Ａのヒータエレメント１８が駆動制御される。

他方、ブロア出力演算部５１ｂにより求められたブロア出力はインバータ駆動部５３ａ，６３ａに送られ、これらインバータ駆動部５３ａ，６３ａにより冷却媒体供給ブロア５３および冷却媒体排気ブロア６３が駆動制御される。

このようにして、冷却媒体供給ブロア５３と冷却媒体排気ブロア６３とによって、炉本体５と処理容器３との間の空間３３内に冷却媒体が供給される。

なお、冷却媒体供給ブロア５３と冷却媒体排気ブロア６３を設置することによって、炉本体５と処理容器３との間の空間３３内に冷却媒体を供給する例を示したが、これに限らず、冷却媒体供給ブロア５３または冷却媒体排気ブロア６３のうち、いずれか一方のみを設置して炉本体５と処理容器３との間の空間３３内に冷却媒体を供給してもよい。また、その場合に、冷却媒体供給ラインと冷却媒体排気ラインともにブロアと接続し、クローズ系冷却媒体供給／排気ラインを構成してもよい。例えば冷却媒体供給ブロア５３のみを設置する場合、ブロア出力演算部５１ｂにより求められたブロア出力に基づいて、冷却媒体供給ブロア５３のインバータ駆動部５３ａが駆動制御される。

次にこのような構成からなる熱処理装置の作用について説明する。

まず、ボート１２内にウエハｗが搭載され、ウエハｗが搭載されたボート１２が蓋体１０の保温筒１１上に載置される。その後蓋体１０の上昇移動によりボート１２が処理容器３内へ搬入される。

次に制御装置５１はヒータ駆動部１８Ｂを制御してヒータエレメント１８を作動させ、炉本体５と処理容器３との間の空間３３を加熱し、処理容器３内のボート１２に搭載されたウエハｗに対して必要な熱処理を施す。

この間、後述のように、必要に応じて熱処理作業の効率化を図るため、炉本体５と処理容器３との間の空間３３内を強制的に冷却する。

この場合、まず制御装置５１によって冷却媒体供給ブロア５３および冷却媒体排気ブロア５４が作動する。このとき冷却媒体（２０〜３０℃）が冷却媒体供給ライン５２内に導入され、次に冷却媒体は冷却媒体供給ブロア５３から供給ダクト４９へ送られる。

その後供給ダクト４９内の冷却媒体は炉本体５の断熱材１６外方に形成された各環状流路３８内に進入し、次に環状流路３８内の冷却媒体は断熱材１６を貫通して設けられた冷却媒体吹出し孔４０から炉本体５と処理容器３との間の空間３３内に吹出されて、この空間３３内を強制的に冷却する。

空間３３内の冷却媒体は冷却媒体排気ライン６２を経て熱交換器６９によって冷却された後、冷却媒体排気ブロア６３によって外部へ排気される。

次に図３（ａ）（ｂ）（ｃ）により、処理容器３内の温度を調整して、処理容器３内の温度を所定の目標温度Ｔに収束させるための制御装置５１における制御方法について、以下詳述する。

ここで図３（ａ）は所定の目標温度に対して設定温度決定部５１ｃで求められた設定温度Ａと、制御対象の温度（温度センサ５０からの温度）Ｂを示す図であり、図３（ｂ）は制御装置５１における第１の制御方法を示す図であり、図３（ｃ）は制御装置５１における第２の制御方法を示す図である。

はじめに図３（ａ）（ｂ）により制御装置５１における第１の制御方法について述べる。図３（ａ）（ｂ）に示すように、冷温領域での昇降過程において、所定の目標温度Ｔに収束させるため、制御装置５１の設定温度決定部５１ｃにおいて設定温度Ａが求められる。

次に設定温度決定部５１ｃからの設定温度Ａがヒータ出力演算部５１ａに入力され、このヒータ出力演算部５１ａにおいて、設定温度決定部５１ｃからの設定温度Ａと、温度センサ５０からの温度Ｂとに基づいて、ヒータ１８Ａのみで温度調整した場合のヒータ出力が求められる。

次に図３（ｂ）に示すように、ヒータ出力演算部５１ａにより求められたヒータ出力はブロア出力演算部５１ｂに送られる。

ブロア出力演算部５１ｂでは、ヒータ出力がマイナスとなった場合に、このマイナス分のヒータ出力と対称形状のブロア出力を決定する。

なお、ブロア出力演算部５１ｂでは、ヒータ出力がマイナスとなった場合に、マイナス分のヒータ出力に対応する形状のブロア出力を決定すればよく、この場合のヒータ出力とブロア出力とが必ずしも対称形状をもつ必要はない。

次にヒータ出力演算部５１ａにより求めたヒータ出力に基づいて、ヒータ駆動部１８Ｂがヒータ１８Ａを駆動制御する。同時にブロア出力演算部５１ｂにより求めたブロア出力に基づいて、インバータ駆動部５３ａ，６３ａが冷却媒体供給ブロア５３および冷却媒体排気ブロア６３を各々回転数制御することにより駆動制御する。

このように、ヒータ出力演算部５１ａで求めたヒータ出力に基づいて、ヒータ１８Ａをヒータ駆動部１８Ｂにより駆動するとともに、ヒータ出力がマイナスとなった場合に、このヒータ出力のマイナス分に基づいてブロア出力演算部５１ｂによりブロア出力を求め、ヒータ出力がゼロ以上になった場合にブロア出力を停止する。このことにより、制御対象の温度Ｂを設定温度Ａに精度良く近づけながら、所定の目標温度に迅速に収束させることができる。

なお、ブロア出力演算部５１ｂは、ヒータ出力のゼロを閾値としてマイナス分に基づいてブロア出力を決定するだけでなく、その閾値に所定のオフセットを設けてブロア出力を決定してもよい。

次に図３（ａ）（ｃ）により制御装置５１における第２の制御方法について述べる。図３（ａ）（ｃ）に示すように、低温領域での昇降過程において、所定の目標温度Ｔに収束させるため、制御装置５１の設定温度決定部５１ｃにおいて設定温度Ａが求められる。

次に設定温度決定部５１ｃからの設定温度Ａがヒータ出力演算部５１ａに入力され、このヒータ出力演算部５１ａにおいて、設定温度決定部５１ｃからの設定温度Ａと、温度センサ５０からの温度Ｂとに基づいて、ヒータ１８Ａのみで温度調整した場合のヒータ出力が求められる。

次に図３（ｃ）に示すように、ヒータ出力演算部５１ａにより求められたヒータ出力はブロア出力演算部５１ｂに送られる。

ブロア出力演算部５１ｂでは、ヒータ出力の傾きがマイナスとなった場合に、ブロア出力を生じさせ、ヒータ出力の傾きがゼロ以上となった場合にブロア出力を停止するよう、ブロア出力を決定する。

次にヒータ出力演算部５１ａにより求めたヒータ出力に基づいて、ヒータ駆動部１８Ｂがヒータ１８Ａを駆動制御する。同時にブロア出力演算部５１ｂにより求めたブロア出力に基づいて、インバータ駆動部５３ａ，６３ａが冷却媒体供給ブロア５３および冷却媒体排気ブロア６３を各々回転数制御することにより駆動制御する。

このように、ヒータ出力演算部５１ａで求めたヒータ出力に基づいて、ヒータ１８Ａをヒータ駆動部１８Ｂにより駆動するとともに、ヒータ出力の傾きがマイナスとなった場合に、このヒータ出力の傾きのマイナスに基づいてブロア出力演算部５１ｂによりブロア出力を求め、ヒータ出力の傾きがゼロ以上となった場合にブロア出力を停止する。このことにより、制御対象の温度Ｂを設定温度Ａに精度良く近づけながら、所定の目標温度に迅速に収束させることができる。

なお、ブロア出力演算部５１ｂは、ヒータ出力の傾きゼロを閾値として、マイナスに基づいてブロア出力を求めるだけでなく、その閾値に所定のオフセットを設けてブロア出力を決定してもよい。

次に図４により低温領域での降温過程において、上述した制御装置５１により第１の制御方法を実行した場合、あるいは第２の制御方法を実行した場合の具体的作用について説明する。

図４に示すように、低温領域での降温過程において、処理容器３内の温度を現在温度４００℃から目標温度３００℃まで降温させる場合、まず制御装置５１の設定温度決定部５１ｃにおいて、設定温度Ａが求められる。

次に上述した第１の制御方法（図３（ｂ）に示す制御方法）あるいは第２の制御方法（図３（ｃ）に示す制御方法）を実行することにより、制御対象の温度Ｂを設定温度Ａに接近させ、かつ目標温度３００℃まで短い収束時間をもって迅速かつ精度良く降温させることができる。

すなわち、図４に示すように、現在温度４００℃からヒータを切ることによってのみ降温させた場合、処理容器３内の温度は目標温度３００℃まで降温するが（図４のＣ参照）、目標温度３００℃までに達する時間は長くなり、かつ目標温度以下となっても更に処理容器３内の温度は降下してしまい、目標温度３００℃に収束することはない。

他方、現在温度４００℃からヒータを切るとともに、ブロアを制御することなく作動させると、処理容器３内の温度は目標温度３００℃まで迅速に降温するが（図４のＤ参照）、目標温度以下となっても更に処理容器３内の温度は降下してしまい、目標温度３００℃に収束することはない。

これに対して本発明によれば、上述した第１の制御方法あるいは第２の制御方法を用いることにより、制御対象の温度Ｂを設定温度Ａに接近させ、かつ目標温度３００℃まで短い収束時間をもって迅速かつ精度良く降温させることができる。また制御対象の温度Ｂを確実に目標温度３００℃に収束させることができる。

なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の設計変更が可能である。例えば、処理容器としては、導入管部及び排気管部を有する耐熱金属例えばステンレス鋼製の円筒状のマニホールドを下端部に接続してなるものであってもよく、また、二重管構造であってもよい。

第２の実施の形態
次に図５により本発明の第２の実施の形態について説明する。

図５に示す第２の実施の形態は、制御装置５１の構成が異なるのみであり、他の構成は図１乃至図４に示す第１の実施の形態と略同一である。

図５に示す第２の実施の形態において、図１乃至図４に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

図５に示すように、制御装置１５は、予め設定温度決定部５１ｃにおいて定められた設定温度と、温度センサ５０からの炉内温度に基づいてヒータ１８Ａのみで温度調整した場合のヒータ出力を決定するヒータ出力演算部５１ａと、ヒータ出力演算部５１ａからのヒータ出力に基づいてブロア出力（冷却出力）を決定するブロア出力演算部（冷却出力演算部）５１ｂとを有している。

また制御装置５１はブロア出力演算部５１ｂからのブロア出力（冷却出力）を冷却媒体流量に変換する流量制御演算部５１ｅを有している。この場合、流量制御演算部５１ｅは、ブロア出力を炉本体５と処理容器３との間の空間３３内に供給される適切な冷却媒体流量に変換する。

図５において、ヒータ出力演算部５１ａは温度センサ５０からの炉内温度に基づいて、ヒータ１８Ａのみで温度調整した場合のヒータ出力を決定する。そしてヒータ出力演算部５１ａからのヒータ出力に基づいて、ブロア出力演算部５１ｂによりブロア出力が求められる。

さらに流量制御演算部５１ｅは、ブロア出力演算部５１ｂで求めたブロア出力を冷却媒体流量に変換し、さらにこの冷却媒体流量と流量センサ５２ａ、６２ａで検出された冷却媒体供給ライン５２および冷却媒体排気ライン６２の冷却媒体流量に基づいてインバータ駆動用信号を出力する。その後、インバータ駆動部５３ａ、６３ａは、流量制御演算部５１ｅで求めたインバータ駆動用信号に基づいて、冷却媒体供給ブロア５３および冷却媒体排気ブロア６３を回転数制御することにより駆動制御して、冷却媒体供給ライン５２および冷却媒体排気ライン６２の冷却媒体流量を制御する。

このように、ブロア出力演算部５１ｂで求めたブロア出力を流量制御演算部５１ｅにおいて炉本体５と処理容器３との間の空間３３内に供給される冷却媒体流量に変換し、流量センサ５２ａ、６２ａで検出した冷却媒体流量を調整することにより、例えば冷却媒体供給ライン５２および冷却媒体排気ライン６２が長い配管を有する場合、あるいは冷却媒体供給ライン５２および冷却媒体排気ライン６２が短い配管を有する場合等、熱処理装置１の冷却媒体供給ライン５２および冷却媒体排気ライン６２の配置、形状が相違しても、炉本体５と処理容器３との間の空間３３内に所望量の冷却媒体を供給することができる。

このことにより熱処理装置１の冷却媒体供給ライン５２および冷却媒体排気ライン６２の配置、形状によらず、常に炉内温度を精度良く制御することができる。

なお、流量制御演算部５１ｅにより求めた冷却媒体流量に基づいて、冷却媒体ブロア５３および冷却媒体排気ブロア６３を駆動制御した例を示したが、これに限らず、流量制御演算部５１ｅにより求めた冷却媒体流量に基づいて、冷却媒体供給ライン側弁機構５４Ａを駆動制御してもよく、流量制御演算部５１ｅにより求めた冷却媒体流量に基づいて、冷却媒体排気側弁機構６４Ａを駆動制御してもよい。さらに流量制御演算部５１ｅは、ブロア出力（冷却出力）を変換して冷却媒体流量を求め、流量センサ５２ａ、６２ａからの冷却媒体流量を調整した例を示したが、流量センサ５２ａ、６２ａのうち一方からの冷却媒体流量を用いて調整してもよい。

ｗ 半導体ウエハ（被処理体）
１ 熱処理装置
２ 熱処理炉
３ 処理容器
３ａ 炉口
５ 炉本体
１６ 断熱材
１８ ヒータエレメント（発熱抵抗体）
１８Ａ ヒータ
１８Ｂ ヒータ駆動部
３３ 空間
４０ 冷却媒体吹出し孔
４９ 供給ダクト
５０ 温度センサ
５１ 制御装置
５１ａ ヒータ出力演算部
５１ｂ ブロア出力演算部
５１ｃ 設定温度決定部
５１ｅ 流量制御演算部
５２ 冷却媒体供給ライン
５３ 冷却媒体供給ブロア
５３ａ インバータ駆動部
６２ 冷却媒体排気ライン
６３ 冷却媒体排気ブロア
６３ａ インバータ駆動部

Claims (16)

1. 炉本体と、
   炉本体内周面に設けられたヒータと、
   炉本体内に配置され、炉本体との間に空間を形成するとともに、内部に複数の被処理体を収納する処理容器と、
   炉本体に接続され、炉本体と処理容器との間の空間に冷却媒体を供給するブロアと、
   処理容器内部又は外部の温度を検出する温度センサと、
   ヒータと、ブロアとを制御して、処理容器内の温度を調整して処理容器内の温度を所定の目標温度に収束させる制御装置とを備え、
   制御装置は、予め定められた設定温度と温度センサからの温度に基づいて、ヒータのみで温度調整した場合のヒータ出力を決定するヒータ出力演算部と、ヒータ出力演算部からのヒータ出力に基づいてブロア出力を決定するブロア出力演算部と、を有することを特徴とする熱処理装置。
2. ブロア出力演算部はヒータ出力演算部からのヒータ出力がマイナスとなった場合に、ブロア出力を生じさせ、ヒータ出力がゼロ以上となった場合にブロア出力を停止することを特徴とする請求項１記載の熱処理装置。
3. ブロア出力演算部は、ヒータ出力演算部からのヒータ出力の傾きが、ある閾値を下回った場合にブロア出力を生じさせ、ヒータ出力の傾きが、ある閾値を上回った場合にブロア出力を停止することを特徴とする請求項１記載の熱処理装置。
4. 制御装置は更にブロア出力演算部からのブロア出力を冷却媒体流量に変換する流量制御演算部を更に有することを特徴とする請求項１記載の熱処理装置。
5. 流量制御演算部は冷却媒体流量に基づいて、ブロアの回転数制御を行なうことを特徴とする請求項４記載の熱処理装置。
6. 請求項１記載の熱処理装置を用いた熱処理装置の制御方法において、
   制御装置のヒータ出力演算部において、予め定められた設定温度と温度センサからの温度に基づいて、ヒータのみで温度調整した場合のヒータ出力を決定する工程と、
   ヒータ出力演算部からのヒータ出力に基づいて、ブロア出力演算部によりブロア出力を決定する工程と、
   を備えたことを特徴とする熱処理装置の制御方法。
7. ブロア出力演算部はヒータ出力演算部からのヒータ出力がマイナスとなった場合に、ブロア出力を生じさせ、ヒータ出力がゼロ以上となった場合にブロア出力を停止することを特徴とする請求項６記載の熱処理装置の制御方法。
8. ブロア出力演算部は、ヒータ出力演算部からのヒータ出力の傾きが、ある閾値を下回った場合にブロア出力を生じさせ、ヒータ出力の傾きが、ある閾値を上回った場合にブロア出力を停止することを特徴とする請求項６記載の熱処理装置の制御方法。
9. ブロア出力演算部からのブロア出力を流量制御演算により冷却媒体流量に変換する工程を更に備えたことを特徴とする請求項６記載の熱処理装置の制御方法。
10. 流量制御演算部は冷却媒体流量に基づいて、ブロアの回転数制御を行なうことを特徴とする請求項９記載の熱処理装置の制御方法。
11. 炉本体と、
    炉本体内周面に設けられたヒータと、
    炉本体内に配置され、炉本体との間に空間を形成するとともに、内部に複数の被処理体を収納する処理容器と、
    炉本体に冷却媒体供給ラインを介して接続され、炉本体と処理容器との間の空間に冷却媒体を供給するブロアと、
    ブロアから供給される冷却媒体の流量を調整する弁機構と、
    処理容器内部又は外部の温度を検出する温度センサと、
    ヒータと、弁機構とを制御して、処理容器内の温度を調整して処理容器内の温度を所定の目標温度に収束させる制御装置とを備え、
    制御装置は、予め定められた設定温度と温度センサからの温度に基づいて、ヒータのみで温度調整した場合のヒータ出力を決定するヒータ出力演算部と、ヒータ出力演算部からのヒータ出力に基づいて冷却出力を決定する冷却出力演算部と、冷却出力演算部からの冷却出力を冷却媒体流量に変換する流量制御演算部とを有し、流量制御演算部は冷却媒体流量に基づいて、弁機構を制御することを特徴とする熱処理装置。
12. 冷却出力演算部はヒータ出力演算部からのヒータ出力がマイナスとなった場合に、冷却出力を生じさせ、ヒータ出力がゼロ以上となった場合に冷却出力を停止することを特徴とする請求項１１記載の熱処理装置。
13. 冷却出力演算部は、ヒータ出力演算部からのヒータ出力の傾きが、ある閾値を下回った場合に冷却出力を生じさせ、ヒータ出力の傾きが、ある閾値を上回った場合に冷却出力を停止することを特徴とする請求項１１記載の熱処理装置。
14. 請求項１１記載の熱処理装置を用いた熱処理装置の制御方法において、
    制御装置のヒータ出力演算部において、予め定められた設定温度と温度センサからの温度に基づいて、ヒータのみで温度調整した場合のヒータ出力を決定する工程と、
    ヒータ出力演算部からのヒータ出力に基づいて、冷却出力演算部により冷却出力を決定する工程と、
    冷却出力演算部からの冷却出力を、流量制御演算部により冷却媒体流量に変換する工程とを備え、流量制御演算部は冷却媒体流量に基づいて弁機構を制御することを特徴とする熱処理装置の制御方法。
15. 冷却出力演算部はヒータ出力演算部からのヒータ出力がマイナスとなった場合に、冷却出力を生じさせ、ヒータ出力がゼロ以上となった場合に冷却出力を停止することを特徴とする請求項１４記載の熱処理装置の制御方法。
16. 冷却出力演算部は、ヒータ出力演算部からのヒータ出力の傾きが、ある閾値を下回った場合に冷却出力を生じさせ、ヒータ出力の傾きが、ある閾値を上回った場合に冷却出力を停止することを特徴とする請求項１４記載の熱処理装置の制御方法。

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