TWI518296B - 直立型熱處理裝置 - Google Patents

Description

直立型熱處理裝置

本發明係關於一種直立型熱處理裝置。

於半導體元件之製造上，為了對被處理體之例如半導體晶圓施行氧化、擴散、CVD、退火等熱處理而使用了各種熱處理裝置。作為其中之一，已知有可一次進行多數片之熱處理的直立型熱處理裝置。此直立型熱處理裝置係具備有：下部具有開口部之石英製處理容器；用以開閉該處理容器之開口部的蓋體；支撐具，係設置於該蓋體上，用以將複數片之被處理體在上下方向以既定間隔來加以支撐；以及爐本體，係設置於前述處理容器之周圍，包含有將搬入處理容器內之前述被處理體予以加熱之加熱器。

此外，在直立型熱處理裝置方面，亦有人提議具備有送風機者來將空氣送風至包含加熱器之爐本體內而將處理容器予以強制性氣冷(例如參見日本特開2002-305189號公報)。前述送風機係於熱處理結束後用以將晶圓以及處理容器予以迅速冷卻而使用者。

另一方面，在熱處理方面，有例如於晶圓形成低介電係數之膜的情況般在低溫區(例如100~500℃)之熱處理。此低溫區之熱處理之情況，如何迅速地升溫、收斂至既定熱處理溫度成為課題。在低溫用熱處理裝置方面，有人提出不使用石英製處理容器而是具有金屬製處理室之熱處理裝置來改善熱回應性。另一方面，當熱處理時產生反應產物、副產物等附著物之情況，易於潔淨、更換之石英製處理容器在裝置構成上乃必要者。此外，藉由使用擁有高隔熱性能之加熱器雖可實現裝置之節能化，但此會造成爐內溫度之控制性惡化。於此情況，如何迅速地升溫、收斂至既定熱處理溫度也成為課題，此非限於低溫區之課題。

習知技術文獻

專利文獻1　日本特開2002-305189號公報

專利文獻2　日本特開2005-188869號公報

但是，具有石英製處理容器之直立型熱處理裝置，由於處理容器之熱容量大，而存在有在低溫區之升溫恢復(recovery)之收斂時間長之問題。此外，當基於節能化等考量而使用高隔熱加熱器之情況下，會成為不限於低溫區之問題。一旦升溫恢復之收斂時間變長，會影響生產量之提升。此種收斂時間長之問題不光是升溫過程中也是降溫過程或是溫度安定時也同樣發生之問題。

本發明係考慮此種情況所得者，其目的在於提供一種熱處理裝置及其控制方法，可縮短於低溫區或是使用擁有高隔熱性能之加熱器之際的升溫過程、降溫過程或是溫度安定時之收斂時間，可使得處理容器內之溫度高精度地收斂於目標溫度。

本發明係一種熱處理裝置，係具備有：爐本體；加熱器，係設置於爐本體內周面；處理容器，係配置於爐本體內，在其與爐本體之間形成空間，且內部收納複數被處理體；鼓風機，係經由冷卻媒體管線而連接於爐本體，對爐本體與處理容器之間的空間供給冷卻媒體；排氣管，係設置於爐本體；爐內溫度感應器，用以檢測處理容器內部或是外部之溫度；以及控制裝置，係控制加熱器與鼓風機來調整處理容器內之溫度以使得處理容器內之溫度收斂至既定之目標溫度；其中控制裝置係具有：關於事先決定之加熱器輸出與鼓風機輸出之數值模式；加熱器輸出運算部，係基於此數值模式與爐內溫度感應器之爐內溫度來計算加熱器輸出；以及，鼓風機輸出運算部，係基於此數值模式與爐內溫度感應器之爐內溫度來計算鼓風機輸出。

本發明之熱處理裝置，數值模式係具有加熱器輸出用數值模式與鼓風機輸出用數值模式；加熱器輸出運算部係基於加熱器輸出用數值模式與來自爐內溫度感應器之爐內溫度來計算加熱器輸出；鼓風機輸出運算部係基於鼓風機輸出用數值模式與來自爐內溫度感應器之爐內溫度來計算鼓風機輸出。

本發明之熱處理裝置，控制裝置係進一步具有流量控制運算部，將來自鼓風機輸出運算部之鼓風機輸出進一步轉換為冷卻媒體流量。

本發明之熱處理裝置，流量控制運算部係基於冷卻媒體流量來進行鼓風機之旋轉數控制。

本發明之熱處理裝置於排氣管設有排氣溫度感應器；控制裝置係進一步具有：追加鼓風機輸出運算部，係以追隨於來自排氣溫度感應器之排氣溫度的設定溫度來決定追加鼓風機輸出；以及鼓風機輸出合計部，係將來自鼓風機輸出運算部之鼓風機輸出與來自追加鼓風機輸出運算部之追加鼓風機輸出予以合計。

本發明之熱處理裝置，係具備有：區劃為複數區域之爐本體；加熱器，係設置於爐本體之各區域的內周面；處理容器，係配置於爐本體內，其與爐本體之間形成空間，且內部收納複數被處理體；鼓風機，係經由冷卻媒體管線而連接於爐本體之各區域，對爐本體與處理容器之間的空間供給冷卻媒體；排氣管，係設於爐本體之各區域；爐內溫度感應器，係檢測對應於爐本體各區域之處理容器內部或是外部之溫度；以及控制裝置，係控制對應於各區域之加熱器與鼓風機來調整處理容器內之溫度以使得處理容器內之溫度收歛至既定之目標溫度；其中控制裝置係具有：關於事先決定之加熱器輸出與鼓風機輸出之各區域的數值模式；加熱器輸出運算部，係基於對應於該區域之數值模式與來自爐內溫度感應器之爐內溫度來計算該區域之加熱器輸出；以及鼓風機輸出運算部，係基於對應於該區域之數值模式與來自爐內溫度感應器之爐內溫度來計算該區域之鼓風機輸出。

本發明之熱處理裝置，係具備有：爐本體；加熱器，係設置於爐本體內周面；處理容器，係配置於爐本體內，在其與爐本體之間形成空間，且內部收納複數被處理體；鼓風機，係經由冷卻媒體管線而連接於爐本體，對爐本體與處理容器之間的空間供給冷卻媒體；閥機構，係調整由鼓風機所供給之冷卻媒體之流量；排氣管，係設置於爐本體；爐內溫度感應器，用以檢測處理容器內部或是外部之溫度；以及控制裝置，係控制加熱器與閥機構來調整處理容器內之溫度以使得處理容器內之溫度收斂至既定之目標溫度；此外，控制裝置係具有：關於事先決定之加熱器輸出與冷卻輸出之數值模式；加熱器輸出運算部，係基於此數值模式與來自爐內溫度感應器之爐內溫度來計算加熱器輸出；冷卻輸出運算部，係基於數值模式與來自爐內溫度感應器之爐內溫度來計算冷卻輸出；以及流量控制運算部，係將來自冷卻輸出運算部之冷卻輸出轉換為冷卻媒體流量；且流量控制運算部係基於冷卻媒體流量來控制閥機構。

本發明之熱處理裝置，數值模式係具有加熱器輸出用數值模式與冷卻輸出用數值模式；加熱器輸出運算部係基於加熱器輸出用數值模式與來自爐內溫度感應器之爐內溫度來計算加熱器輸出；冷卻輸出運算部係基於冷卻輸出用數值模式與來自爐內溫度感應器之爐內溫度來計算冷卻輸出。

本發明之熱處理裝置，係具備有：被區劃為複數區域之爐本體；加熱器，係設置於爐本體之各區域的內周面；處理容器，係配置於爐本體內，在其與爐本體之間形成空間，且內部收納複數被處理體；鼓風機，係經由冷卻媒體管線而連接於爐本體之各區域，對爐本體與處理容器之間的空間供給冷卻媒體；閥機構，係調整由鼓風機所供給之冷卻媒體之流量；排氣管，係設置於爐本體；爐內溫度感應器，係檢測對應於爐本體各區域之處理容器內部或是外部之溫度；以及控制裝置，係控制對應於各區域之加熱器與閥機構來調整處理容器內之溫度以使得處理容器內之溫度收斂至既定之目標溫度；其中控制裝置係具有：關於事先決定之加熱器輸出與冷卻輸出之各區域的數值模式；加熱器輸出運算部，係基於對應於該區域之數值模式與來自爐內溫度感應器之爐內溫度來計算該區域之加熱器輸出；冷卻輸出運算部，係基於對應於該區域之數值模式與來自爐內溫度感應器之爐內溫度來計算該區域之冷卻輸出；以及流量控制運算部，係將來自冷卻輸出運算部之冷卻輸出轉換為冷卻媒體流量；且流量控制運算部係基於冷卻媒體流量來控制閥機構。

依據本發明，可縮短於低溫區之升溫過程、降溫過程或是溫度安定時之收斂時間，且可將處理容器內之溫度高精度地收斂於目標溫度，藉此可謀求生產量之提升。或是，當使用高隔熱性能之加熱器之情況，不會影響生產量，可謀求降低消耗電力。

第1實施形態

以下，參照圖式說明本發明之第1實施形態。此處，圖1係概略顯示本發明之熱處理裝置之縱截面圖，圖2係顯示直立型熱處理裝置之冷卻媒體管線以及冷卻媒體排氣管線之圖，圖3係顯示熱處理裝置之控制方法之概略圖，圖4係顯示熱處理裝置之控制裝置之概略圖。

於圖1中，直立型熱處理裝置1具備有直立型熱處理爐2，可一次收容多數片被處理體(例如半導體晶圓w)並施以氧化、擴散、減壓CVD等熱處理。此熱處理爐2具備有：爐本體5，於內周面設有發熱電阻體(加熱器)18A；以及處理容器3，其配置於爐本體5內，於爐本體5之間形成有空間33，且可收容晶圓w進行熱處理。當中，加熱器18A如後述般係由複數加熱器元件18所構成。

此外爐本體5係由底板(base plate)6所支持，此底板6形成有用以將處理容器3從下方往上方插入之開口部7。此外於底板6之開口部7係以包覆底板6與處理容器3之間的間隙的方式設有未圖示之隔熱材。

處理容器3係石英製者，上端封閉而下端以爐口3a來開口，具有縱長之圓筒狀形狀。於處理容器3之下端形成有朝外之凸緣3b，凸緣3b經由未圖示之凸緣壓板而支持於上述底板6。此外於處理容器3設有於下側部將處理氣體、惰性氣體等導入處理容器3內之導入埠(導入口)8以及用以將處理容器3內之氣體加以排氣之未圖示之排氣埠(排氣口)。導入埠8係連接著氣體供給源(未圖示)，於排氣埠則連接著排氣系統(未圖示)，其具備有可進行減壓控制到例如133×600Pa~133×10^-2Pa程度之真空泵。

於處理容器3之下方，用以封閉處理容器3之爐口3a的蓋體10可藉由未圖示之升降機構而升降移動。於此蓋體10之上部載置有作為爐口保溫機構之保溫筒11，於該保溫筒11之上部係載置有作為支撐具之石英製晶圓舟12，可將多數片例如100~150片程度之直徑為300mm之晶圓w在上下方向上以既定間隔搭載。於蓋體10設有旋轉機構13可將晶圓舟12繞軸心加以旋轉。晶圓舟12係藉由蓋體10之下降移動而從處理容器3內搬出(卸載)至下方的負載區15內，於晶圓w之移動後，藉由蓋體10之上升移動而搬入(負載)於處理容器3內。

上述爐本體5係具有：圓筒狀隔熱材16；以及支架部17，係於該隔熱材16之內周面沿軸向(圖示例為上下方向)以多段形成之溝槽狀物。沿著各支架部17配置有加熱器元件(加熱器線、發熱電阻體)18。隔熱材16係由例如含有二氧化矽、氧化鋁或是矽酸鋁之無機質纖維所構成。隔熱材16係於縱向做兩段分割，從而可輕易進行加熱器元件之組裝以及加熱器之組裝。

於上述隔熱材16係配置有銷構件(未圖示)，係以可使得上述加熱器元件18以適宜間隔在徑向移動、且不致從支架部17脫落或是脫出的方式加以支撐。於上述圓筒狀隔熱材16之內周面，與隔熱材16為同圓心之環狀溝槽部21係沿軸向以既定間距來多段形成，於相鄰之上部溝槽部21與下部溝槽部21之間係形成有在圓周方向上連續之環狀上述支架部17。於上述溝槽部21之加熱器元件18之上部與下部、以及溝槽部21之內側壁與加熱器元件18之間設有可容許加熱器元件18之熱膨張收縮以及徑向移動之充分的間隙，又藉由該等間隙可使得強制冷卻時之冷卻媒體回繞至加熱器元件18之背面，可將加熱器元件18有效地予以冷卻。此外，此種冷卻媒體可考慮使用空氣、氮氣或是水。

各加熱器元件18間係藉由連接板作接合，位於端部側之加熱器元件18係經由將隔熱材16以徑向貫通而設置之端子板22a,22b來連接於外部之加熱器驅動部18B。

為了支撐爐本體5之隔熱材16的形狀且補強隔熱材16，如圖1所示般，隔熱材16之外周面係以金屬製例如不鏽鋼製之外皮(outer shell)28所包覆著。此外，為了抑制對於爐本體5外部之熱影響，外皮28之外周面係以水冷外套30所包覆著。於隔熱材16之頂部係設有包覆其之上部隔熱材31，於此上部隔熱材31之上部設有包覆外皮28之頂部(上端部)的不鏽鋼製頂板32。

此外如圖1以及圖2所示般，於熱處理後為了使得晶圓能急速降溫而謀求處理之迅速化乃至生產量之提升，於爐本體5係設置有：排熱系統35，將爐本體5與處理容器3之間的空間33內之環境氣氛朝外部排出；以及強制冷卻媒體機構36，對上述空間33內導入常溫(20~30℃)之冷卻媒體進行強制性冷卻。上述排熱系統35係由例如設於爐本體5上部之排氣口37所構成，於該排氣口37連接著將空間33內之冷卻媒體加以排氣之冷卻媒體排氣管線62。

進而強制冷卻媒體機構36係具有：環狀流路38，在上述爐本體5之隔熱材16與外皮28之間沿高度方向上形成複數個；以及冷卻媒體吹出孔40，係以從各環狀流路38朝隔熱材16之中心斜向吹出冷卻媒體而於上述空間33之圓周方向產生旋流的方式設於隔熱材16。上述環狀流路38係藉由在隔熱材16之外周面貼附帶狀或是環狀隔熱材41、或是將隔熱材16外周面削成環狀而形成。上述冷卻媒體吹出孔40係對於鄰接在隔熱材16上下之加熱器元件18之間的支架部17朝徑向內外貫通而形成。如此般，藉由將冷卻媒體吹出孔40設於支架部17，可避免受到加熱器元件18阻擾而可將冷卻媒體噴出於上述空間33。

另一方面，加熱器元件18雖舉出使用帶狀發熱電阻體而收納在支架部17內之例，惟加熱器元件18不限於此種構造，亦可使用其他各種構造之加熱元件。又雖舉出了藉由來自冷卻媒體吹出孔40之冷卻媒體來於空間33內產生旋流之例，惟未必需要藉由來自冷卻媒體吹出孔40之冷卻媒體來產生旋流。

於上述外皮28之外周面，用以對各環狀流路38分配供給冷卻媒體之共通的1支供給導管49係沿著高度方向設置，於外皮28形成有將供給導管49內與各環狀流路38加以連通之連通口。於供給導管49係連接著供給冷卻媒體之冷卻媒體管線52。

此外，於處理容器3內設置有用以感測該處理容器3內溫度之溫度感應器(爐內溫度感應器)50，來自此溫度感應器50之感測訊號係經由訊號線50a而送往控制裝置51。此外，溫度感應器50未必要設於處理容器3內，亦可於爐本體5與處理容器3之間之空間33內設置溫度感應器50，或是於雙方設置(圖1之2點鏈線)。

再者於排氣口37內亦設有溫度感應器(排氣溫度感應器)80，來自此溫度感應器80之感測訊號係經由訊號線80a而送往控制裝置51。

此外如圖1以及圖2所示般，冷卻媒體管線52與冷卻媒體排氣管線62係分別獨立構成開放系冷卻媒體供給/排氣管線。當中，於冷卻媒體管線52設有流量感應器52a以及冷卻媒體供給鼓風機53，此冷卻媒體供給鼓風機53具有變換器驅動部53a。

此外於冷卻媒體供給鼓風機53之入口側設有阻尼器56，於冷卻媒體供給鼓風機53之出口側配置有孔閥54以及蝶型閥55。此等冷卻媒體供給鼓風機53入口側之阻尼器56以及冷卻媒體供給鼓風機53出口側之孔閥54以及蝶型閥55皆開閉調整自如，阻尼器56、孔閥54以及蝶型閥55構成了冷卻媒體管線側閥機構54A。

此外於冷卻媒體排氣管線62設有流量感應器62a以及冷卻媒體排氣鼓風機63，此冷卻媒體排氣鼓風機63具有變換器驅動部63a。

再者於冷卻媒體排氣鼓風機63入口側設有蝶型閥66以及孔閥67，於冷卻媒體排氣鼓風機63出口側配置有孔閥64、蝶型閥65。此等冷卻媒體排氣鼓風機63入口側之蝶型閥66以及孔閥67、以及冷卻媒體排氣鼓風機63出口側之孔閥64以及蝶型閥65皆開閉調整自如，且冷卻媒體排氣鼓風機63入口側之蝶型閥66以及孔閥67、以及冷卻媒體排氣鼓風機63出口側之孔閥64以及蝶型閥65構成了冷卻媒體排氣管線側閥機構64A。

此外藉由冷卻媒體供給鼓風機53、冷卻媒體管線52、冷卻媒體管線側閥機構54A、冷卻媒體排氣鼓風機63、冷卻媒體排氣管線62以及冷卻媒體排氣管線側閥機構64A來構成RCU系統(Rapid Cooling Unit)1A。

其次針對連接於溫度感應器50之控制裝置51詳述之。

溫度感應器50如上述般係設置於處理容器3內用以檢測處理容器3內之溫度，亦可藉由於爐本體5與處理容器3之間之空間33內設置溫度感應器50來間接地檢測處理容器3內之溫度。

由溫度感應器50所檢測之感測訊號係經由訊號線50a而被送往控制裝置51。此控制裝置51在例如100℃~500℃之低溫區域的升溫過程、降溫過程或是溫度安定時，可縮短對既定目標溫度之收斂時間且可高精度地接近目標溫度(圖4)。

亦即，控制裝置51具有：關於事先決定之加熱器輸出與鼓風機輸出的數值模式71；加熱器輸出運算部51a，基於此數值模式71與溫度感應器50之爐內溫度來算出加熱器輸出；以及鼓風機輸出運算部51b，基於此數值模式71與溫度感應器50之爐內溫度來算出鼓風機輸出。

當中，數值模式71具有加熱器輸出用數值模式71a與鼓風機輸出用數值模式71b，加熱器輸出運算部51a基於加熱器輸出用數值模式71a與溫度感應器50之爐內溫度來算出加熱器輸出，鼓風機輸出運算部51b基於鼓風機輸出用數值模式71b與溫度感應器50之爐內溫度來算出鼓風機輸出。

此處針對數值模式71當中之加熱器輸出用數值模式71a做說明。

加熱器輸出用數值模式71a係從溫度感應器50以及加熱器驅動部18B事先推測半導體晶圓w之溫度，再者，為了使得所推測之溫度整體接近於目的溫度，為可特定對加熱器18所供給之電力的數學模式，可利用任意模式(多變數、多維、多輸出函數)。此種加熱器輸出用數值模式71a可使用例如美國專利第5,517,594號公報所揭示之模式。

以下，以美國專利5,517,594號公報所揭示之模式為例來說明。首先，於圖1所示熱處理裝置準備中心與周緣部距離例如6mm之位置處裝設有熱電偶之5片測試用半導體晶圓。其次，該等5片測試用半導體晶圓以分別位於5個區塊的方式來將測試用晶圓與通常的晶圓載置於晶圓舟。其次，將此晶圓舟負載於處理容器。其次，對加熱器施加高頻帶訊號以及低頻帶帶訊號，以例如1~5秒之取樣周期來取得溫度感應器之輸出、測試用晶圓上之熱電偶輸出(晶圓溫度)、供給於加熱器之電流等數據。

其次，以一定溫度範圍(例如400℃~1100℃之範圍)以100℃間隔來設定溫度帶(因為廣溫度帶若以1個模式來涵蓋則溫度的推定等會變得不正確)。從取得之數據來針對各溫度帶設定數學式1所示之ARX(自動回歸)模式。

[數學式1]y_t+AA₁ y_t-1+AA₂ y_t-2+...+AA_n y_t-n=BB₁ u_t-1+BB₂ u_t-2+...+BB_n u_t-n+e_t

y_t：在時點t以下述內容為成分之p行1列的向量

內容：溫度感應器輸出之變動量(於此例中由於存在著5個溫度感應器電偶故為5成分)、於不同於上述之其他場所所設置之溫度感應器輸出之變動量(於此例中由於存在著5個溫度感應器故為5成分)、安置於晶圓中心部之熱電偶輸出之變動量(於此例中為5個)、安置於晶圓周緣部之熱電偶輸出之變動量(在此例中為5個)。從而，於此例y₁成為20行1列之向量。

u_t：於時點t之以加熱器電力變動量為成分之m行1列之向量(於此例中由於加熱器為5台故為5行1列)。

e_t：以白噪音為成分之m行1列之向量。

n：延遲(例如8)。

AA₁~AA_n：p行p列之行列(於此例中為20行20列)。

BB₁~BB_n：p行m列之行列(於此例中為20行50列)。

此處，各係數AA₁~AA_n與BB₁~BB_n係以最小二平方法等來決定。

此ARX模式關係若適用於狀態空間法，其基本方程式成為數學式2所表示者。

[數學式2]x_t+1=Ax_t+Bu_t+K_Te_t

y_t=Cx_t+1+e_t

此處，x為狀態變數，K為卡曼濾波器之回饋系，A、B、C為行列。

為了提升實際成膜時之處理速度，將次數低維化至10次程度，從數學式2對每個溫度帶作出數學式模式。

如此一來，對每個溫度帶導出數學式3，以從輸入(溫度感應器以及加熱器電力P)導出晶圓溫度。

[數學式3]x^_t+1=Ax^_t+B(Pinput,t+ubias)+L(Tthermocouple,t-Csx^_t+Sbias) Tmodel,t=Cwx^₁+Wbias

其次，再次處理測試用晶圓，比較基於數學式3所推定之晶圓溫度Tmodel與實測值Twafer，來調諧(tuning)模式。此調諧動作可視情況反覆複數次。

如此般，依照晶圓之處理片數以及其配置，得到定義晶圓溫度推定以及用以將晶圓溫度調整為目標溫度之輸出的加熱器輸出用數值模式71a。此外，雖以所推測之晶圓溫度為控制對象為例來說明，惟亦可採以觀測溫度本身為控制對象之模式。

另一方面，鼓風機輸出用數值模式71b可和獲得上述加熱器輸出用數值模式71a之方法同樣地一邊使得加熱器18A進行動作、一邊使得冷卻媒體供給鼓風機53以及冷卻媒體排氣鼓風機63實際地動作，而實測半導體晶圓w之溫度，藉以和加熱器輸出用數值模式71a一同取得。

此外，雖舉出數值模式71具有加熱器輸出用數值模式71a與鼓風機輸出用數值模式71b兩者之例，惟亦可於單一數值模式71內包含加熱器輸出用數值模式以及鼓風機輸出用數值模式。

此外以加熱器輸出運算部51a所計算之加熱器輸出係送往加熱器驅動部18B，藉由此加熱器驅動部18B，基於由加熱器輸出運算部51所計算之加熱器輸出來對加熱器18A之加熱器元件18進行驅動控制。

另一方面，以鼓風機輸出運算部51b所計算之鼓風機輸出係送往變換器驅動部53a,63a，藉由此變換器驅動部53a,63a來對冷卻媒體供給鼓風機53以及冷卻媒體排氣鼓風機63進行驅動控制。

如此般，藉由冷卻媒體供給鼓風機53與冷卻媒體排氣鼓風機63而對爐本體5與處理容器3之間的空間33內供給冷卻媒體。

此外，雖舉出藉由設置冷卻媒體供給鼓風機53與冷卻媒體排氣鼓風機63來對爐本體5與處理容器3之間的空間33內供給冷卻媒體之例，惟不限定於此，亦可僅設置冷卻媒體供給鼓風機53或是冷卻媒體排氣鼓風機63當中之一者而對爐本體5與處理容器3之間的空間33內供給冷卻媒體。此外，於此情況下冷卻媒體管線52與冷卻媒體排氣管線62亦可皆連接於鼓風機，而構成密閉系冷卻媒體供給/排氣管線。例如僅設置冷卻媒體供給鼓風機53之情況，係基於由鼓風機輸出運算部51b所計算之鼓風機輸出來對冷卻媒體供給鼓風機53之變換器驅動部53a進行驅動控制。

其次針對此種構成所構成之熱處理裝置之作用作說明。

首先，於晶圓舟12內搭載晶圓w，將搭載了晶圓w之晶圓舟12載置於蓋體10之保溫筒11上。之後藉由蓋體10之上升移動來將晶圓舟12搬入處理容器3內。

其次控制裝置51係控制加熱器驅動部18A使得加熱器元件18運作，將爐本體5與處理用器3之間的空間33予以加熱，而對搭載於處理容器3內之晶圓舟12上的晶圓w施以必要之熱處理。

其間，如後述般，視必要為了謀求熱處理作業之效率化，將爐本體5與處理容器3之間的空間33內予以強制冷卻。

於此種情況下，首先藉由控制裝置51使得冷卻媒體供給鼓風機53以及冷卻媒體排氣鼓風機54運作。此時冷卻媒體(20~30℃)被導入冷卻媒體管線52內，其次冷卻媒體從冷卻媒體供給鼓風機53送往供給導管49。

之後供給導管49內之冷卻媒體係進入於爐本體5之隔熱材16外側所形成之各環狀流路38內，其次環狀流路38內之冷卻媒體係從貫通隔熱材16所設之冷卻媒體吹出孔40吹出到爐本體5與處理容器3之間的空間33內，將此空間33內加以強制冷卻。

空間33內之冷卻媒體經過冷卻媒體排氣管線62而由熱交換器69所冷卻後，藉由冷卻媒體排氣鼓風機63朝外部排氣。

於此種情況下，加熱器輸出運算部51a基於加熱器輸出用數值模式71a與溫度感應器50之爐內溫度來決定加熱器輸出，加熱器驅動部18B基於此加熱器輸出來驅動控制加熱器18A。此外鼓風機輸出運算部51b係基於鼓風機輸出用數值模式71b與溫度感應器50之爐內溫度來決定鼓風機輸出，變換器驅動部53a,63a基於此加熱器輸出來驅動控制冷卻媒體供給鼓風機53以及冷卻媒體排氣鼓風機54之旋轉數。

藉此，可於例如低溫區之升溫過程、降溫過程或是溫度安定時將處理容器3內之溫度以短時間且高精度地收斂至既定之目標溫度。

第2實施形態

其次以圖5以及圖6來說明本發明之第2實施形態。

圖5以及圖6所示之第2實施形態僅在控制裝置51之構成上有別，其他構成則和圖1乃至圖4所示第1實施形態大致相同。

於圖5以及圖6所示之第2實施形態中，和圖1乃至圖4所示第1實施形態為相同部分係賦予相同符號而省略詳細說明。

如圖5以及圖6所示般，具有：關於事先決定之加熱器輸出與鼓風機輸出的數值模式71；加熱器輸出運算部51a，基於此數值模式71與來自溫度感應器50之爐內溫度來計算加熱器輸出；鼓風機輸出運算部51b，係基於此數值模式71與來自溫度感應器50之爐內溫度來計算鼓風機輸出。

當中，數值模式71具有加熱器輸出用數值模式71a與鼓風機輸出用數值模式71b，加熱器輸出運算部51a係基於加熱器輸出用數值模式71a與來自溫度感應器50之爐內溫度來計算加熱器輸出，鼓風機輸出運算部51b係基於鼓風機輸出用數值模式71b與來自溫度感應器50之爐內溫度來計算鼓風機輸出。

再者如圖5所示般，控制裝置51具有追加鼓風機輸出運算部51c，以追隨於來自排氣溫度感應器80之排氣溫度的設定溫度(鼓風機用設定溫度)而決定追加鼓風機輸出。

此外來自鼓風機輸出運算部51b之鼓風機輸出與來自追加鼓風機輸出運算部51c之追加鼓風機輸出係在鼓風機輸出合計部51d進行合計，變換器驅動部53a,63a基於如此般合計後之鼓風機輸出來驅動控制冷卻媒體供給鼓風機53與冷卻媒體排氣鼓風機63分別的旋轉數。

於圖5以及圖6中，加熱器輸出運算部51a係基於加熱器輸出用數值模式71a與來自溫度感應器50之爐內溫度來計算加熱器輸出，鼓風機輸出運算部51b係基於鼓風機輸出數值模式71b與來自溫度感應器50之爐內溫度來計算鼓風機輸出。

此外追加鼓風機輸出運算部51c係以追隨於來自排氣溫度感應器80之排氣溫度的設定溫度來計算追加鼓風機輸出。

於此種情況下，如圖6所示般，考慮使得加熱器18以及RCU系統1A動作，例如使得爐內溫度升溫，在升溫至一定目標溫度後，維持於該目標溫度使得爐內溫度安定化。

於圖6中，除了藉由鼓風機輸出運算部51b基於鼓風機輸出用數值模式71b與來自溫度感應器50之爐內溫度來計算鼓風機輸出，並藉由追加鼓風機輸出運算部51c以追隨來自排氣溫度感應器80之排氣溫度而決定設定溫度，基於此設定溫度與來自排氣溫度感應器80之排氣溫度來計算追加鼓風機輸出。

於追加鼓風機輸出運算部51c所設定之設定溫度，係以始終能產生負的追加鼓風機輸出之方式對來自排氣溫度感應器80之排氣溫度具有適度的抵銷(offset)來計算。如此般，於追加鼓風機輸出運算部51c，藉由始終產生負的追加鼓風機輸出，則至少於使得爐內溫度安定之際(溫度安定時)，可使得於鼓風機輸出合計部51d所合計之鼓風機輸出能接近於零。從而於爐內溫度之溫度安定時，可僅以加熱器18來調整爐內溫度，可將RCU系統1A之使用壓至最低。

第3實施形態

其次以圖7來說明本發明之第3實施形態。

圖7所示之第3實施形態，僅於控制裝置51之構成上有異，其他構成則和圖1乃至圖4所示第1實施形態大致相同。

圖7所示之第3實施形態和圖1乃至圖4所示之第1實施形態為相同部分係賦予相同符號而省略詳細說明。

如圖7所示般，控制裝置51係具有：關於事先決定之加熱器輸出與鼓風機輸出(冷卻輸出)之數值模式71；加熱器輸出運算部51a，係基於此數值模式71與來自溫度感應器50之爐內溫度來計算加熱器輸出；以及鼓風機輸出運算部(冷卻輸出運算部)51b，係基於此數值模式71與來自溫度感應器50之爐內溫度來計算鼓風機輸出(冷卻輸出)。

當中，數值模式71具有加熱器輸出用數值模式71a與鼓風機輸出用數值模式(冷卻輸出用數值模式)71b，加熱器輸出運算部51a係基於加熱器輸出用數值模式71a與來自溫度感應器50之爐內溫度來計算加熱器輸出，鼓風機輸出運算部51b係基於鼓風機輸出用數值模式71b與來自溫度感應器50之爐內溫度來計算鼓風機輸出。

此外控制裝置51具有流量控制運算部51e而將來自鼓風機輸出運算部51b之鼓風機輸出轉換為冷卻媒體流量。於此種情況下，流量控制運算部51e係將鼓風機輸出轉換為對爐本體5與處理容器3之間的空間33內所供給之適切的冷卻媒體流量。

於圖7中，加熱器輸出運算部51a係基於加熱器輸出用數值模式71a與來自溫度感應器50之爐內溫度來計算加熱器輸出，鼓風機輸出運算部51b係基於鼓風機輸出用數值模式71b與來自溫度感應器50之爐內溫度來計算鼓風機輸出。

再者，流量控制運算部51e係將於鼓風機輸出運算部51b所計算之鼓風機輸出轉換為冷卻媒體流量，再者基於此冷卻媒體流量與以流量感應器52a,62a所檢測之冷卻媒體管線52和冷卻媒體排氣管線62之冷卻媒體流量來輸出變換器驅動用訊號。之後，變換器驅動部53a,63a基於由流量控制運算部51e所計算之變換器驅動用訊號來驅動控制冷卻媒體供給鼓風機53以及冷卻媒體排氣鼓風機63之旋轉數以控制冷卻媒體管線52以及冷卻媒體排氣管線62之冷卻媒體流量。

如此般，將由鼓風機輸出運算部51b所計算之鼓風機輸出在流量控制運算部51e轉換為對爐本體5與處理用器3之間的空間33內所供給之冷卻媒體流量，調整以流量感應器52a,62a所檢測之冷卻媒體流量，藉此，在例如冷卻媒體管線52以及冷卻媒體排氣管線62具有長配管之情況、或是冷卻媒體管線52以及冷卻媒體排氣管線62具有短配管之情況等，即使熱處理裝置1之冷卻媒體管線52以及冷卻媒體排氣管線62之配置、形狀不同，也可對爐本體5與處理容器3之間的空間33內供給所需量之冷卻媒體。

藉此，不論熱處理裝置1之冷卻媒體管線52以及冷卻媒體排氣管線62之配置、形狀如何，可始終高精度地控制爐內溫度。

此外，雖舉出基於由流量控制運算部51e所計算之冷卻媒體流量來驅動控制冷卻媒體鼓風機53以及冷卻媒體排氣鼓風機63之旋轉數的例子，惟不限於此，亦可基於以流量控制運算部51e所計算之冷卻媒體流量來驅動控制冷卻媒體管線側閥機構54A，並基於以流量控制運算部51e所計算之冷卻媒體流量來驅動控制冷卻媒體排氣側閥機構64A。再者，雖舉出流量控制運算部51e轉換鼓風機輸出來計算冷卻媒體流量，而調整來自流量感應器52a,62a之冷卻媒體流量之例子，惟亦可使用來自流量感應器52a,62a當中一者的冷卻媒體流量來進行調整。

第4實施形態

其次以圖8來說明本發明之第4實施形態。

於圖8所示之第4實施形態，爐本體5從上方往下方區劃成5個區域5a、5b、5c、5d、5e，於各區域5a、5b、5c、5d、5e設有加熱器18。

此外於爐本體5之各區域5a、5b、5c、5d、5e分別連接著具有冷卻媒體管線52與冷卻媒體排氣管線62之RCU系統1A。

再者對應於爐本體5之各區域5a、5b、5c、5d、5e而設有用以檢測處理容器3之內部或是外部溫度之爐內溫度感應器50，將來自此等爐內溫度感應器50之感測訊號送往控制裝置51。

此外控制裝置51係控制對應於爐本體5之各區域5a、5b、5c、5d、5e之加熱器18A、冷卻媒體供給鼓風機53以及冷卻媒體排氣鼓風機63而調整處理容器3內之溫度。

於圖8所示之第4實施形態，其他構成係和圖1乃至圖4所示之第1實施形態大致相同。

圖8所示之第4實施形態，和圖1乃至圖4所示之第1實施形態為相同部分係賦予相同符號而省略詳細說明。

於圖8中，控制裝置51係具有：關於事先決定之加熱器輸出與鼓風機輸出之各區域5a、5b、5c、5d、5e的數值模式71；加熱器輸出運算部51a，係基於該數值模式71與來自於區域5a、5b、5c、5d、5e所分別設置之溫度感應器50之爐內溫度來計算區域5a、5b、5c、5d、5e之加熱器輸出；以及，鼓風機輸出運算部51b，係基於此數值模式71與於區域5a、5b、5c、5d、5e分別設置之溫度感應器50之爐內溫度來計算區域5a、5b、5c、5d、5e之鼓風機輸出。

當中數值模式71具有加熱器輸出用數值模式71a與鼓風機輸出用數值模式71b，加熱器輸出運算部51a係基於加熱器輸出用數值模式71a與來自溫度感應器50之爐內溫度來計算區域5a、5b、5c、5d、5e分別之加熱器輸出，鼓風機輸出運算部51b係基於鼓風機輸出用數值模式71b與來自溫度感應器50之爐內溫度來計算區域5a、5b、5c、5d、5e分別之鼓風機輸出。

此外控制裝置51如此般基於區域5a、5b、5c、5d、5e分別所計算之加熱器輸出，藉由加熱器驅動部18B來驅動控制於區域5a、5b、5c、5d、5e所分別設置之加熱器18A。同時基於區域5a、5b、5c、5d、5e分別所計算之鼓風機輸出，而於區域5a、5b、5c、5d、5e所分別設置之RCU系統1A內藉由變換器驅動部53a,63a來驅動控制空氣供給鼓風機53以及空氣排氣鼓風機63之旋轉數。

依據以上本實施形態，由於將爐本體5內區劃為複數區域5a、5b、5c、5d、5e，並藉由控制裝置51來驅動控制於各區域5a、5b、5c、5d、5e分別設置之加熱器18A以及RCU系統1A之冷卻媒體供給鼓風機53以及冷卻媒體排氣鼓風機63，故可將爐本體5內所設置之處理容器3內之溫度依照區域5a、5b、5c、5d、5e來精細控制。

w．．．半導體晶圓(被處理體)

1．．．熱處理裝置

1A．．．RCU系統

2．．．熱處理爐

3．．．處理容器

3a．．．爐口

5．．．爐本體

5a、5b、5c、5d、5e．．．區域

16．．．隔熱材

18．．．加熱器元件(發熱電阻體)

18A．．．加熱器

18B．．．加熱器驅動部

33．．．空間

40．．．冷卻媒體吹出孔

49．．．供給導管

50．．．爐內溫度感應器

51．．．控制裝置

51a．．．加熱器輸出運算部

51b．．．鼓風機輸出運算部

51c．．．追加鼓風機輸出運算部

51d．．．鼓風機輸出合計部

51e．．．流量控制運算部

52．．．冷卻媒體管線

53．．．冷卻媒體供給鼓風機

53a．．．變換器驅動部

62．．．冷卻媒體排氣管線

63．．．冷卻媒體排氣鼓風機

63a．．．變換器驅動部

71．．．數值模式

71a．．．加熱器輸出用數值模式

71b．．．鼓風機輸出用數值模式

80．．．排氣溫度感應器

圖1係概略顯示本發明之熱處理裝置之第1實施形態之縱截面圖。

圖2係顯示熱處理裝置之冷卻媒體管線以及冷卻媒體排氣管線之圖。

圖3係顯示熱處理裝置之控制方法之概略圖。

圖4係顯示熱處理裝置之控制裝置之概略圖。

圖5係顯示熱處理裝置之第2實施形態之控制裝置之概略圖。

圖6係顯示熱處理裝置之第2實施形態之控制方法之圖。

圖7係顯示熱處理裝置之第3實施形態之控制裝置之概略圖。

圖8係顯示熱處理裝置之第4實施形態之概略圖。

18B．．．加熱器驅動部

50．．．爐內溫度感應器

51．．．控制裝置

51a．．．加熱器輸出運算部

51b．．．鼓風機輸出運算部

53a,63a．．．變換器驅動部

71．．．數值模式

71a．．．加熱器輸出用數值模式

71b．．．鼓風機輸出用數值模式

Claims (9)

1. 一種熱處理裝置，係具備有：爐本體；加熱器，係設置於爐本體內周面；處理容器，係配置於爐本體內，在其與爐本體之間形成空間，且內部收納複數被處理體；鼓風機，係經由冷卻媒體管線而連接於爐本體，對爐本體與處理容器之間的空間供給冷卻媒體；排氣管，係設置於爐本體；爐內溫度感應器，係用以檢測處理容器內部或是外部之溫度；以及控制裝置，係控制加熱器與鼓風機來調整處理容器內之溫度以使得處理容器內之溫度收斂至既定之目標溫度；其中控制裝置係具有：關於事先決定之加熱器輸出與鼓風機輸出之數值模式；加熱器輸出運算部，係基於此數值模式與來自爐內溫度感應器之爐內溫度來計算加熱器輸出；以及，鼓風機輸出運算部，係基於數值模式與來自爐內溫度感應器之爐內溫度來計算鼓風機輸出。
2. 如申請專利範圍第1項之熱處理裝置，其中數值模式係具有加熱器輸出用數值模式與鼓風機輸出用數值模式；加熱器輸出運算部係基於加熱器輸出用數值模式與來自爐內溫度感應器之爐內溫度來計算加熱器輸出；鼓風機輸出運算部係基於鼓風機輸出用數值模式與來自爐內溫度感應器之爐內溫度來計算鼓風機輸出。
3. 如申請專利範圍第1項之熱處理裝置，其中控制裝置係進一步具有流量控制運算部，將來自鼓風機輸出運算部之鼓風機輸出進一步轉換為冷卻媒體流量。
4. 如申請專利範圍第3項之熱處理裝置，其中流量控制運算部係基於冷卻媒體流量來進行鼓風機之旋轉數控制。
5. 如申請專利範圍第1項之熱處理裝置，其中於排氣管設有排氣溫度感應器；控制裝置係進一步具有：追加鼓風機輸出運算部，係以追隨於來自排氣溫度感應器之排氣溫度的設定溫度來決定追加鼓風機輸出；以及鼓風機輸出合計部，係將來自鼓風機輸出運算部之鼓風機輸出與來自追加鼓風機輸出運算部之追加鼓風機輸出予以合計。
6. 一種熱處理裝置，係具備有：爐本體，係區劃為複數區域；加熱器，係設置於爐本體之各區域的內周面；處理容器，係配置於爐本體內，其與爐本體之間形成空間，且內部收納複數被處理體；鼓風機，係經由冷卻媒體管線而連接於爐本體之各區域，對爐本體與處理容器之間的空間供給冷卻媒體；排氣管，係設於爐本體之各區域；爐內溫度感應器，係用以檢測對應於爐本體各區域之處理容器內部或是外部之溫度；以及控制裝置，係控制對應於各區域之加熱器與鼓風機來調整處理容器內之溫度以使得處理容器內之溫度收歛至既定之目標溫度；其中控制裝置係具有：關於事先決定之加熱器輸出與鼓風機輸出之各區域的數值模式；加熱器輸出運算部，係基於對應於該區域之數值模式與來自爐內溫度感應器之爐內溫度來計算該區域之加熱器輸出；以及鼓風機輸出運算部，係基於對應於該區域之數值模式與來自爐內溫度感應器之爐內溫度來計算該區域之鼓風機輸出。
7. 一種熱處理裝置，係具備有：爐本體；加熱器，係設置於爐本體內周面；處理容器，係配置於爐本體內，在其與爐本體之間形成空間，且內部收納複數被處理體；鼓風機，係經由冷卻媒體管線而連接於爐本體，對爐本體與處理容器之間的空間供給冷卻媒體；閥機構，係調整由鼓風機所供給之冷卻媒體之流量；排氣管，係設置於爐本體；爐內溫度感應器，係用以檢測處理容器內部或是外部之溫度；以及控制裝置，係控制加熱器與閥機構來調整處理容器內之溫度以使得處理容器內之溫度收斂至既定之目標溫度；其中控制裝置係具有：關於事先決定之加熱器輸出與冷卻輸出之數值模式；加熱器輸出運算部，係基於此數值模式與來自爐內溫度感應器之爐內溫度來計算加熱器輸出；冷卻輸出運算部，係基於數值模式與來自爐內溫度感應器之爐內溫度來計算冷卻輸出；以及流量控制運算部，係將來自冷卻輸出運算部之冷卻輸出轉換為冷卻媒體流量；且流量控制運算部係基於冷卻媒體流量來控制閥機構。
8. 如申請專利範圍第7項之熱處理裝置，其中數值模式係具有加熱器輸出用數值模式與冷卻輸出用數值模式；加熱器輸出運算部係基於加熱器輸出用數值模式與來自爐內溫度感應器之爐內溫度來計算加熱器輸出；冷卻輸出運算部係基於冷卻輸出用數值模式與來自爐內溫度感應器之爐內溫度來計算冷卻輸出。
9. 一種熱處理裝置，係具備有：爐本體，係被區劃為複數區域；加熱器，係設置於爐本體內周面；處理容器，係配置於爐本體內，在其與爐本體之間形成空間，且內部收納複數被處理體；鼓風機，係經由冷卻媒體管線而連接於爐本體之各區域，對爐本體與處理容器之間的空間供給冷卻媒體；閥機構，係調整由鼓風機所供給之冷卻媒體之流量；排氣管，係設置於爐本體之各區域；爐內溫度感應器，係用以檢測對應於爐本體各區域之處理容器內部或是外部之溫度；以及控制裝置，係控制對應於各區域之加熱器與閥機構來調整處理容器內之溫度以使得處理容器內之溫度收斂至既定之目標溫度；其中控制裝置係具有：關於事先決定之加熱器輸出與冷卻輸出之各區域的數值模式；加熱器輸出運算部，係基於對應於該區域之數值模式與來自爐內溫度感應器之爐內溫度來計算該區域之加熱器輸出；冷卻輸出運算部，係基於對應於該區域之數值模式與來自爐內溫度感應器之爐內溫度來計算該區域之冷卻輸出；以及流量控制運算部，係將來自冷卻輸出運算部之冷卻輸出轉換為冷卻媒體流量；且流量控制運算部係基於冷卻媒體流量來控制閥機構。