CN100367460C - 热处理装置及热处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明的热处理装置具有：容纳被处理体的处理容器；加热上述处理容器的多个加热器；分别检测上述处理容器的多个规定位置的温度的多个温度传感器；存储用于从上述多个温度传感器的输出推算上述处理容器内的被处理体的温度的热模型和规定有被处理体的期望温度的方案的存储部；使用上述多个温度传感器的输出和上述热模型预测上述被处理体的温度，同时，控制上述多个加热器以使该预测的上述被处理体的温度与上述方案中规定的被处理体的期望温度一致的控制部。上述热模型被构成为：从上述多个温度传感器的输出推算上述处理容器内的被处理体的温度和上述处理容器内的其他至少一个规定部位的温度。上述方案中还规定有上述规定部位的期望温度。

Description

热处理装置及热处理方法

技术领域

本发明涉及对半导体晶片等被处理体进行热处理的热处理装置，特别涉及使用热模型预测被处理体的温度、根据该预测结果进行热处理控制的热处理装置及热处理方法。

背景技术

作为对多片半导体晶片成批进行成膜处理、氧化处理、扩散处理等热处理的间歇式热处理装置，已知有卧式热处理装置和立式热处理装置。最近，由于空气卷入较少等缘故，立式热处理装置逐渐成为主流。

热处理装置一边进行控制，以使处理温度、处理压力、气体流量等处理条件与方案中规定的目标值一致，一边进行热处理。为了适于进行这种热处理，需要测定晶片的温度、反应炉内的压力、气体流量等。

反应炉内的压力通过压力计可以比较准确地测定。另外，气体流量通过具有配置在供给管上的流量计的质量流量控制器等，可以比较准确地测定。但是，晶片温度的测定很难。也考虑到在晶片上安装温度传感器的方法，但是，在该情况下，不能在温度传感器的安装位置形成半导体元件。再者，来自温度传感器的杂质有可能污染整个反应炉内部，从而使半导体装置的成品率降低。

用于解决该问题的技术，已在例如特开2002-25997号公报以及美国专利第5,517,594号说明书中公开。该技术中，在反应炉上配置多个温度传感器，根据涉及这些温度传感器的输出和向加热反应炉的加热器供应的电力等的热模型(数学模型)，每时每刻预测晶片的温度，使用该预测值控制向上述加热器供应的电力。根据该技术，可以以非接触方式比较准确地预测晶片的温度，并根据该预测值恰如其分地控制热处理装置。

目前，在这种热处理装置中，如日本专利申请公开公报第2002-25997号的图1所示，为了确保处理容器内的高度方向上的温度的均匀性，通常为在反应管(反应炉)的侧面上设置加热器的结构。

近来，半导体装置的多品种少产量生产的要求增加。已开发出满足该要求、具有小型处理容器(处理比较少量的晶片)的间歇式立式热处理装置。另一方面，处理对象的晶片日益大型化。所以，处理容器的直径R相对于高度T的比值有增大的趋势。

这样的结构存在难以确保处理容器内的高度方向上的温度的均匀性的问题。为了解决这种问题，已开发出在处理容器内的上方部和下方部设置平面状加热器(上面加热器、下面加热器)的间歇式立式热处理装置。

但是，这种热处理装置中，无论如何控制上面加热器和下面加热器，配置在晶舟的上端部和下端部的晶片W都会产生面内温度差和面间温度差，从而有可能使膜厚以及膜质不均匀。

另外，这种热处理装置中，在晶舟向处理容器内装载时，以及在从处理容器中卸载时，处理容器的内部温度急剧变化。这样，构成附着在处理容器内部的层的反应生成物剥落，可能产生所谓的微粒。该微粒附着在处理对象的晶片W上，可能影响以后的加工。

同样的问题，不只限于半导体晶片，在处理各种被处理体的其他热处理装置中也有这样的问题。

发明内容

本发明在这种情况下完成，目的在于提供能够更准确地进行温度控制的热处理装置以及热处理方法。

另外，本发明目的在于提供在被处理体的侧面、上方以及下方具有加热器、使用热模型预测被处理体的温度、根据预测的温度进行热处理的热处理装置中，能够更准确地进行温度控制的热处理装置以及热处理方法。

另外，本发明目的还在于提供一种抑制微粒产生的热处理装置以及热处理方法。

本发明为一种热处理装置，其特征在于，具有：容纳被处理体的处理容器；加热上述被处理体的多个加热器；分别检测上述处理容器内的多个规定位置的温度的多个温度传感器；存储用于从上述多个温度传感器的输出推算容纳在上述处理容器内的上述被处理体的温度的热模型和规定有上述被处理体的期望温度的方案的存储部；使用上述多个温度传感器的输出和上述热模型预测上述被处理体的温度，同时，控制上述多个加热器以使该预测的上述被处理体的温度与上述方案中规定的上述被处理体的期望温度一致的控制部；上述热模型被构成为：从上述多个温度传感器的输出推算容纳在上述处理容器内的上述被处理体的温度和上述处理容器内的其他至少一个规定部位的温度；上述方案中还规定有上述规定部位的期望温度；上述控制部使用上述多个温度传感器的输出和上述热模型预测上述被处理体的温度和上述规定部位的温度，同时，控制上述多个加热器，以使该预测的上述被处理体的温度和上述规定部位的温度分别与上述方案中规定的上述被处理体的期望温度和上述规定部位的期望温度一致。

根据该结构，通过将被处理体以外的规定部位的温度也作为控制对象，与仅以被处理体的温度作为控制对象的情况相比，可以更准确地进行处理容器内的温度控制。由此，能够抑制微粒的产生。

例如，作为上述多个加热器中的一个，在上述处理容器内配置内部加热器的情况下，上述处理容器内的其他至少一个规定部位，可以包含上述处理容器内的内部加热器。

或者，上述处理容器内的其他至少一个规定部位，可以包含上述处理容器的内壁面的规定位置。

或者，作为上述多个加热器中的两个，对应于容纳在上述处理容器内的被处理体的上方部和下方部，配置有上部加热器和下部加热器时，上述处理容器内的其他至少一个规定部位，可以包含上述上部加热器和上述下部加热器。

这种情况下，优选在上述处理容器的上方连接有排气管、上述上部加热器以围绕上述排气管的方式配置。

或者，作为上述多个加热器中的两个，对应于容纳在上述处理容器内的被处理体的上方部及下方部，配置有上部加热器及下部加热器，在容纳于上述处理容器内的上述被处理体与上述上部加热器之间，作为上述多个温度传感器中的一个，配置有上部温度传感器时，上述处理容器内的其他至少一个规定部位，可以包含上述上部温度传感器和上述下部加热器。

这种情况下，也优选在上述处理容器的上方连接有排气管、上述上部加热器以围绕上述排气管的方式配置。

另外，热处理装置还具有将气体导入上述处理容器的气体导入口的机构和将气体从上述处理容器的气体排出口排出的机构的情况下，上述处理容器内的其他至少一个规定部位，优选设定在从上述气体导入口到上述气体排出口的路径上、从上述气体导入口到上述被处理体的最下流侧部位之间。

另外，优选：上述热模型被构成为：从热处理过程中的上述多个温度传感器的输出推算该热处理过程中的上述处理容器内容纳的上述被处理体的温度和上述处理容器内的其他至少一个规定部位的温度；上述方案中规定有热处理过程中的上述被处理体的期望温度和上述规定部位的期望温度；上述控制部，使用上述多个温度传感器的输出和上述热模型，预测热处理过程中的上述被处理体的温度和上述规定部位的温度，同时控制上述多个加热器，以使该预测的上述被处理体的温度以及上述规定部位的温度分别与上述方案中规定的热处理过程中的上述被处理体的期望温度以及上述规定部位的期望温度一致。

另外，优选：在热处理装置还具有将被处理体装载到上述处理容器内、同时将处理完毕的被处理体从该处理容器中卸载的装载/卸载机构的情况下，上述热模型被构成为：从装载过程中和/或卸载过程中的上述多个温度传感器的输出推算该装载过程中和/或卸载过程中的上述处理容器内容纳的上述被处理体的温度和上述处理容器内的其他至少一个规定部位的温度；上述方案中规定有装载过程中和/或卸载过程中的上述被处理体的期望温度和上述规定部位的期望温度；上述控制部使用上述多个温度传感器的输出和上述热模型，预测装载过程中和/或卸载过程中的上述被处理体的温度和上述规定部位的温度，同时控制上述多个加热器，以使该预测的上述被处理体的温度和上述规定部位的温度分别与上述方案中规定的装载过程中和/或卸载过程中的上述被处理体的期望温度和上述规定部位的期望温度一致。

另外，本发明为一种控制热处理装置的热处理方法，该热处理装置具有容纳被处理体的处理容器、加热上述被处理体的多个加热器和分别检测上述处理容器内的多个规定位置的温度的多个温度传感器，其特征在于，具有：将上述多个温度传感器的输出应用于预先设定的热模型，预测上述被处理体的温度和上述处理容器内的其他至少一个规定部位的温度的预测工序；和控制上述多个加热器以使上述预测工序中预测的上述被处理体的温度和上述规定部位的温度与预先规定的上述被处理体的期望温度和上述规定部位的期望温度一致的控制工序。

或者，本发明为一种控制热处理装置的程序，该热处理装置具有容纳被处理体的处理容器、加热上述被处理体的多个加热器和分别检测上述处理容器内的多个规定位置的温度的多个温度传感器，该程序在计算机中运行如下程序：将上述多个温度传感器的输出应用于预先设定的热模型，预测上述被处理体的温度和上述处理容器内的其他至少一个规定部位的温度的预测程序；和控制上述多个加热器以使上述预测工序中预测的上述被处理体的温度以及上述规定部位的温度与预先规定的上述被处理体的期望温度以及上述规定部位的期望温度一致的控制程序。

或者，本发明为一种记录程序的计算机可读取的记录介质，该程序是控制热处理装置的程序，该热处理装置具有容纳被处理体的处理容器、加热上述被处理体的多个加热器和分别检测上述处理容器内的多个规定位置的温度的多个温度传感器，该程序在计算机中运行如下程序：将上述多个温度传感器的输出应用于预先设定的热模型，预测上述被处理体的温度和上述处理容器内的其他至少一个规定部位的温度的预测程序；和，控制上述多个加热器以使上述预测工序中预测的上述被处理体的温度以及上述规定部位的温度与预先规定的上述被处理体的期望温度以及上述规定部位的期望温度一致的控制程序。

或者，本发明为一种控制热处理装置的控制装置，该热处理装置具有容纳被处理体的处理容器、加热上述被处理体的多个加热器和分别检测上述处理容器内的多个规定位置的温度的多个温度传感器，其特征在于，具有：存储用于从上述多个温度传感器的输出推算容纳在上述处理容器内的上述被处理体的温度的热模型和规定有上述被处理体的期望温度的方案的存储部；和，使用上述多个温度传感器的输出和上述热模型预测上述被处理体的温度，同时控制上述多个加热器以使该预测的上述被处理体的温度与上述方案中规定的上述被处理体的期望温度一致的控制部；上述热模型被构成为：从上述多个温度传感器的输出推算容纳在上述处理容器内的上述被处理体的温度和上述处理容器内的其他至少一个规定部位的温度；上述方案中还规定有上述规定部位的期望温度；上述控制部使用上述多个温度传感器的输出和上述热模型预测上述被处理体的温度和上述规定部位的温度，同时控制上述多个加热器以使该预测的上述被处理体的温度和上述规定部位的温度分别与上述方案中规定的上述被处理体的期望温度和上述规定部位的期望温度一致。

上述控制装置或者上述控制装置的各构成要素可以通过计算机系统实现。用于在计算机系统中实现上述控制装置或者上述控制装置的各构成要素的程序以及记录该程序的计算机可读取的记录介质也为本申请的保护对象。

另外，上述控制装置或者上述控制装置的各构成要素通过在计算机系统上工作的OS等程序实现时，含有控制该OS等程序的各种命令的程序以及记录该程序的记录介质也为本申请的保护对象。

这里，所谓的记录介质，除了可作为单体识别的软盘等之外，还包括传送各种信号的网络。

附图说明

图1为表示本发明的一实施方式的热处理装置的结构图。

图2为表示图1的热处理装置的控制部的结构图。

图3A为表示图2的热模型存储部中存储的数据的例子的图。

图3B为表示图2的方案存储部中存储的数据的例子的图。

图4为说明下面加热器的温度测定位置的立体图。

图5为表示设置方案的一个例子的图。

图6为表示加工方案的一个例子的图。

图7为表示温度测定装置的构成的例子的概略图。

图8为表示温度测定装置的臂部插入晶舟内的状态的概略纵截面图。

图9为说明校正基准热模型以生成校正热模型的程序的流程图。

图10为表示对于设置方案的各设定温度，由基准热模型得到的预测温度和实测温度对应存储状况的图。

图11为说明对于基准热模型的补正量的图。

图12A为表示装载时的处理程序的流程图。

图12B为表示卸载时的处理程序的流程图。

图13为说明成膜加工处理的一个例子的流程图。

具体实施方式

下面，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。

如图1所示，本实施方式的立式热处理装置1具有处理容器(反应管)11。处理容器11容纳作为被处理体的晶片W，对该晶片W实施规定的热处理，例如CVD处理。处理容器11由具有耐热性和耐腐蚀性的材料例如石英玻璃制成。处理容器11具有上端和下端开口的单管结构，上端部被拉成细径形成排气部12。排气部12通过未图示的排气管等，连接在真空泵等上。

在处理容器11的下部配置有用于将处理气体或惰性气体导入处理容器11内的气体导入部(导入端口)13。气体导入部13内贯穿有连通气体源的多个气体供给系统的配管14。从气体导入部13导入的处理气体，在处理容器11内上升，在供给晶片W的规定的热处理之后，从排气部12排出。

处理容器11的下端部形成法兰盘状。该下端部15通过由不锈钢等具有耐热性和耐腐蚀性的材料制成的盖体21开闭。盖体21通过未图示的升降机进行升降。盖体21在上升位置时处理容器11的下端部15密闭，在下降位置时处理容器11的下端部15打开。

在处理容器11的下端部15与盖体21之间，配置有用于确保密封的O形环22。

在盖体21的中央部，竖立地设置有可旋转的旋转支柱23。旋转支柱23的上端固定有旋转台24。

另外，在盖体21的下部，设置有旋转驱动旋转支柱23的驱动部25。

在旋转台24上载置有可在高度方向上以规定间隔装载例如60片半导体晶片W的石英玻璃制的舱体(晶舟)26。晶舟26在盖体21降下的状态下载置于旋转台24上。之后，盖体21上升将处理容器11的下端部15密闭时，晶舟26向处理容器11内的装载完成。热处理完成之后，盖体21降下，晶舟26被卸载。另外，在热处理过程中，因为旋转台24通过驱动部25进行旋转，所以，晶片W被均匀地热处理。

在处理容器11的周围配置有周面加热器31，用于使容纳在处理容器11内的晶片W从其边缘部加热升温。周面加热器31围着处理容器11的周围，配置成铅直方向的筒状。周面加热器31例如由多个棒状的电阻发热体构成。本实施方式的周面加热器31由加热处理容器11的周面整体的主加热器31a、加热处理容器11的上端周面的上端副加热器31b和加热处理容器11的下端周面的下端副加热器31c构成，主加热器31a和副加热器31b、31c交互地配置在处理容器11的周围。

在处理容器11的上方设置有上面加热器32。

上面加热器32在排气部12的周围形成环形，通过支撑部件34固定在处理容器11上。这样，上面加热器32防止因从处理容器11的排气部12散热而引起的晶片W的温度降低。

在处理容器11的下方设置有下面加热器33。

下面加热器33配置在处理容器11内的旋转台24的下方，由支撑部件35固定在盖体21上。下面加热器33形成环形，旋转支柱23贯通其中央部。由此，下面加热器33防止由于通过盖体21等散热而引起的晶片W的温度降低。

在处理容器11的外周面上，沿铅直方向在一列上配置有三个温度传感器S1～S3。温度传感器S1配置在对应于晶舟26的上部的位置，温度传感器S2配置在对应于晶舟26的中央部的位置，温度传感器S3配置在对应于晶舟26的下部的位置。

另外，在处理容器11内的上面加热器32和晶舟26的上端面之间的位置，配置有温度传感器S4。另外，在处理容器11内的下面加热器33和旋转台24之间的位置，配置有温度传感器S5。为了防止处理容器11内产生金属污染，温度传感器S4和S5容纳在例如石英管内。

如后所述，温度传感器S1～S5的输出(检测温度)用于预测(推算、预测)载置于晶舟26中的晶片W、上面加热器32以及下面加热器33的各表面温度。

热处理装置1具有进行装置整体控制的控制部100。

如图2所示，控制部100上连接有温度传感器S1～S5、操作面板121、压力计(组)122、加热控制器123、质量流量控制器124、阀门开闭控制部125、真空泵126、晶舟升降机127等。

温度传感器S1～S3测定处理容器11的外壁面的温度后，告知控制部100。温度传感器S4测定上面加热器32附近的温度后，告知控制部100。温度传感器S5测定下面加热器33附近的温度后，告知控制部100。

操作面板121具有显示画面和操作按钮。操作员的操作和/或指令通过操作按钮传送到控制部100。另外，来自控制部100的各种信息被显示在显示画面上。

压力计(组)122测定处理容器11内和排气部12内的各部分的压力，将测定值告知控制部100。

加热控制器123分别控制加热器31a、31b、31c、32、33。具体地说，加热控制器123响应从控制部100发出的指令，对加热器31a、31b、31c、32、33通电以加热它们。另外，加热控制器123分别测定各加热器31a、31b、31c、32、33的消耗电力，将测定值告知控制部100。

质量流量控制器124配置在各配管上，将流过各配管的气体流量控制在由控制部100指示的流量。另外，质量流量控制器124测定实际流过的气体流量，将测定值告知控制部100。

阀门开闭控制部125配置在各配管上，将配置在各配管上的阀门的打开程度控制在由控制部100指示的数值。

真空泵126通过排气管等连接在处理容器11的排气部12上，排出处理容器11内的气体。

晶舟升降机127通过使盖体21上升，将载置在旋转台24上的晶舟26装载到处理容器11内，通过使盖体21下降，将载置在旋转台24上的晶舟26从处理容器11中卸载。

如图2所示，控制部100由热模型存储部111、方案存储部112、ROM113、RAM114、I/O端口115、CPU116和将它们彼此连接起来的总线117构成。

如图3A所示，热模型存储部111中存储有使用与热处理装置1相同规格的基准装置制作的基准热模型M1和将基准热模型M1校正(定制)为用于热处理装置1而生成的校正热模型M2。最初制造的热处理装置1，只有基准热模型M1存储在热模型存储部111中。通过热处理装置1的设置处理，修正基准热模型M1生成校正热模型M2，其被存储在热模型存储部111中。

基准热模型M1和校正热模型M2都是用于从温度传感器S1～S5的输出信号(测定温度)以及向加热器31a～33供应的电力(由连接加热器31a～33的加热控制器123表示的供应电量的指示值)等预测处理容器11内的温度的模型(数学模型；高次·多维矩阵)。但是，基准热模型M1为使用基准装置生成的模型，在相同规格的多个热处理装置1中是相同的。另一方面，校正热模型M2是在设置各热处理装置1时，为了准确地反映各个装置的热特性而生成的模型，用于实际的运用(加工处理)。

更详细地说，基准热模型M1根据温度传感器S1～S5的输出信号(测定温度)以及向加热器31a～33供应的电力等预测载置在晶舟26的上部的晶片(晶舟上部晶片)W的中心部P1和边缘部P2的温度、载置在晶舟26的中央部的晶片(晶舟中央部晶片)W的中心部P3的温度、载置在晶舟26的下部的晶片(晶舟下部晶片)W的中心部P4和边缘部P5的温度(共计5处的温度)、配置在晶舟26上面的温度传感器S4的温度、下面加热器33上的两点P6、P7的温度以及处理容器11的侧壁的内面上的规定位置P8、P9(图1)的温度。

此外，不测定晶舟中央部晶片W边缘部的温度，是因为晶舟26的中央部为热稳定的区域，晶片W的中心部P3和边缘部几乎不产生温度差。即，仅以中心部P3的温度就可以代表晶舟中央部晶片W整体的温度。

如图4所示，下面加热器33上的温度测定位置P6和P7在相对于环形的下面加热器33的中心点为点对称的位置。

另外，处理容器11的侧壁的内面上的位置P8和P9分别为处理容器11的侧壁的上端和下端之间的上方大约1/3的位置和下方大约1/3的位置。

另外，基准热模型M1根据预测的10处位置(位置P1～P9以及传感器S4)的温度，求得应该供给各加热器31a、31b、31c、32、33的电力，以使这些位置的温度与方案中规定的温度(目标值)一致。此外，生成基准热模型M1的方法已在例如美国专利第5,517,594号公报等中公开。

校正热模型M2可以定制，使得能够根据热处理装置1所固有的热特性准确地推算各部分的温度，除此之外，与基准热模型M1为相同结构。

如图3B所示，在图2的方案存储部112中存储有设置方案R1和多个加工方案R2。

最初制造热处理装置1时，仅存储设置方案R1。设置方案R1在校正热处理装置1的基准热模型M1以生成校正热模型M2时运行。如图5所示，设置方案R1规定相对于时间以阶梯状提升温度测定位置P1～P9以及传感器S4的温度。另外，设置方案R1规定处理容器11内的压力、向处理容器内供应的气体种类和气体流量、气体供应开始时间和停止时间等。

另一方面，加工方案R2为用户每次实际进行的热处理(加工)准备的方案。如图6所示，本实施方式的加工方案R2规定从将半导体晶片W装载入处理容器11中到卸载处理结束的晶片W的过程中各部分的温度变化、处理容器11内的压力变化、处理气体的供应开始和停止时间、处理气体的供应量等。

此外，加工方案R2规定各加工中晶片W的温度测定位置P1～P5的温度、温度传感器S4的温度、下面加热器33的温度测定位置P6、P7的温度、处理容器11的侧壁内面的温度测定位置P8、P9的温度的变化。

热处理装置1的控制部100根据温度传感器S1～S5的测定温度、由加热控制器123供给各加热器的供应电力等信息，预测晶片W上的温度测定位置P1～P5的温度，控制加热器31a～33，使预测的温度与加工方案R2规定的温度一致。另外，控制部100根据温度传感器S1～S5的测定温度、由加热控制器123供给各加热器的供应电力等信息，预测温度传感器S4的温度、下面加热器33的温度测定位置P6、P7的温度和处理容器11的侧壁内面的温度测定位置P8、P9的温度，控制加热器31a～33，使预测的温度与加工方案R2规定的温度一致。

图2所示的ROM113由EEPROM、闪存(flash memory)、硬盘等构成，是存储CPU116的工作程序等的记录介质。RAM114作为CPU116的工作区域等发挥作用。

I/O端口115连接在温度传感器S1～S5、操作面板121、压力计122、加热控制器123、质量流量控制器124、阀门开闭控制部125、真空泵126、晶舟升降机127等上，控制数据和信号等的输入输出。

总线117用于各构成要素之间的信息传输。

CPU(Central Processing Unit)116构成控制部100的中枢。CPU116执行存储在ROM113中的控制程序，按照从操作面板121发出的指令，和/或按照存储在方案存储部112中的方案，控制热处理装置1的工作。

下面，对热处理装置1的设置工作中使用的温度测定装置51进行说明。

如图7所示，温度测定装置51具有支柱52和从支柱52沿水平方向伸出的第一～第六臂部53～58。如图8所示，第一～第三臂部53、54、55分别延伸着，可分别从侧面插入晶舟26的上部插槽、中央部插槽、下部插槽。第四臂部56避开旋转支柱23，同时，靠近下面加热器33的温度测定位置P6、P7与其相对地延伸着。第五和第六臂部57、58与处理容器11的侧壁的温度测定位置P8和P9相对地延伸着。

如图7所示，在第一臂部53上，在与晶舟上部晶片W的中央部P1和边缘部P2分别相对的位置，配置有热电偶TC1和TC2。

在第二臂部54上，在与晶舟中央部晶片W的中央部P3相对的位置，配置有热电偶TC3。

在第三臂部55上，在与晶舟下部晶片W的中央部P4和边缘部P5分别相对的位置，配置有热电偶TC4和TC5。

在第四臂部56上，在与下面加热器33的温度测定位置P6和P7分别相对的位置，配置有热电偶TC6和TC7。

在第五臂部57上，在与处理容器11的侧壁的温度测定位置P8相对的位置，配置有热电偶TC8。

在第六臂部58上，在与处理容器11的侧壁的温度测定位置P9相对的位置，配置有热电偶TC9。

热电偶TC1～TC9靠近各温度测定位置P1～P9以非接触方式配置，可以大致准确地测定各温度测定位置P1～P9的温度。这些热电偶TC的输出信号线在设置时连接在控制部100的I/O端口115上。

下面，参照图9的流程图说明热处理装置1的设置工作。该设置工作是求得各个热处理装置1和基准装置之间的微妙的热特性之差、修正存储在热模型存储部111中的基准热模型M1、建立热处理装置1中特有的校正热模型M2的工作。

首先，操作人员将装入了模拟晶片W的晶舟26和温度测定装置51配置(装载)到处理容器11内。具体地说，操作人员操纵操作面板121，指示晶舟盖体21下降。响应该指令，控制部100(CPU116)使晶舟升降机127降下，从而使晶舟盖体21降下。晶舟盖体21降下后，操作人员通过未图示的机械手将装入了模拟晶片W的晶舟26配置在旋转台24上。另外，操作人员通过未图示的机械手将温度测定装置51载置在盖体21上，同时将其第一～第六臂部53～58固定在图7和图8所示的规定位置。接着，操作人员操纵操作面板121，指示晶舟盖体21上升。响应该指令，控制部100(CPU116)使晶舟升降机127上升，从而使盖体21上升，将晶舟26和温度测定装置51装载到处理容器11内。

接下来，操作人员操纵操作面板121，指示开始基准热模型M1的校正处理。

响应该指令，控制部100按照存储在ROM113中的校正处理用程序，开始以下处理(工作)。

首先，控制部100一边监控压力计122的输出，一边控制阀门开闭控制部125和真空泵126等，将处理容器11内减压到规定压力(步骤S11)。

接着，控制部100按照设置方案R1将处理容器11内的温度测定位置P1～P9和传感器S4的目标温度设定为第一温度(例如500℃)(步骤S12)。

在处理容器11内的温度稳定的时候，用温度传感器S1～S5和热电偶TC1～TC9实测出各温度测定位置的温度(步骤S13)。

然后，温度传感器S1～S5的测定温度和向加热器31～33供应的电力等信息被应用于基准热模型M1。这样，可预测出温度测定位置P1～P9(监控晶片W的中央部和边缘部的温度测定位置P1～P5、下面加热器33的温度测定位置P6和P7、处理容器11的侧壁内面的温度测定位置P8和P9)和温度传感器S4的各温度(步骤S14)。

接着，温度测定位置P1～P9以及温度传感器S4的各温度的预测值和实测值建立对应关系、存储在RAM114中(步骤S15)。

接着，控制部100判断以设置方案R1设定的所有温度的设置处理是否已结束(步骤S16)。在未结束的情况下(步骤S16：否)，处理工序返回到步骤S12，对于下一个设定温度，重复同样的处理。

另一方面，在以设置方案R1设定的所有温度的设置处理已结束的情况下(步骤S16：是)，在此时，如图10所示，可在RAM114上获得实测温度与预测温度的对应表。然后，处理工序进入步骤S18。

在步骤18中，根据在RAM114上形成的对应表，分别比较由热电偶TC1～TC9实测出的温度TR1～TR9和由温度传感器S4实测出的温度TR10与使用基准热模型M1预测的温度测定位置P1～P9的温度TP1～TP9和温度传感器S4的温度TP10，求得晶片W的温度的补正值。

求补正值的方法是任意的，例如，可以按照下面的计算公式1求得补正值。

补正值A_i＝基准热模型M1的预测值TP_i-实测值TR_i

……计算公式1

在此，下标i为对应于温度测定位置P1～P9的数值1～9和对应于温度传感器S4的数值10中的任何一个。

此外，补正值A_i也可以以i的函数的形式表示。例如，在预测值TP_i-实测值TR_i如图11所示那样分散的情况下，用例如最小二乘法求得代表它们的一次函数f(TP_i)，可以将其作为补正值A_i使用。

接着，通过校正基准热模型M1建立校正热模型M2，存储在热模型存储部111中(步骤S19)。即，建立按照下面的计算公式2所示那样预测将基准热模型M1的预测值TP_i以补正值A_i补正后的值的校正热模型M2，存储在热模型存储部111中。

校正热模型M2的预测值TQ_i＝基准热模型M1的预测值TP_i-补正值A_i    ……计算公式2

例如，补正值A_i以图11所示的函数f(TP_i)表示，若基准热模型M1的预测温度为T0，则基准热模型M1被校正，使预测温度为T0-f(T0)。

通过以上方法，基准热模型M1被校正(定制)为热处理装置1用的校正热模型M2。

其后，控制部100使晶舟升降机127降下，从而使盖体21降下，将晶舟26和温度测定装置51卸载。然后，操作人员操纵操作面板121，通过未图示的机械手将晶舟26和温度测定装置51从处理容器11中搬出。

存储在热模型存储部111中的校正热模型M2随后用于在实际加工过程中预测温度测定位置P1～P9的温度和温度传感器S4的温度。

下面，参照图12、图13说明使用上述那样校正的校正热模型M2进行成膜处理、扩散处理等热处理的工作。

首先，操作人员操纵操作面板121，特别指定对操作对象进行的加工。CPU116响应从操作面板121发出的操作指令，从方案存储部112读出加工操作对象的加工方案，将该加工方案存储在RAM114上。在此，选择图6所示的方案。

操作人员操纵操作面板121，通过未图示的机械手将装入了处理对象晶片W的晶舟26载置在旋转台24上。然后，操作人员指示装载晶舟26。控制部100响应该指示，一边将处理容器11内部的温度维持在加工方案指定的温度，一边控制晶舟升降机127装载晶舟26。

具体地说明就是，如图12A所示，控制部100的CPU116重复以下操作直到检测出晶舟26的装载完成(步骤S23：是)：为了装载晶舟26而控制晶舟升降机127的操作(步骤S21)；和一边用温度传感器S1～S5检测温度，一边通过加热控制器123控制加热器31～33，以使处理容器11内壁的温度测定位置P8、P9的预测温度与加工方案规定的温度一致的操作(步骤S22)。

晶舟26的装载完成后，控制部100排出处理容器11内的气体，同时，通过加热控制器123控制加热器31～33，使各部分的温度与方案规定的温度一致。如果处理容器11内的排气结束、包括处理容器11内的晶片在内的各部分的温度与加工方案指定的温度一致，那么控制部100通过开闭阀门控制部125开始供给处理气体。

之后，一边按照方案控制处理容器11内的压力、各部分的温度、气体流量、排气量等，一边进行热处理。其间，控制部100控制加热器31～33，以使下面加热器33的温度测定位置P6和P7、处理容器11的侧壁的温度测定位置P8和P9以及温度传感器S4的各预测温度与方案规定的温度一致。

具体地说明就是，如图13所示，CPU116通过温度传感器S1～S5测定温度，并且，读取供给加热器的电力等的测定值(步骤S31)。

接着，CPU116将上述测定值应用于校正热模型M2，预测温度测定位置P1～P9和温度传感器S4的温度(步骤S32)。

接着，CPU116根据校正热模型M2，通过加热控制器123控制供给加热器31～33的电力，使温度测定位置P1～P5的预测温度与加工方案指定的晶片温度一致，使温度测定位置P6、P7的预测温度的平均值与加工方案规定的下面加热器33的温度一致，使温度测定位置P8、P9的预测温度的平均值与加工方案规定的处理容器11内部的温度一致，使温度传感器S4的预测温度与加工方案指定的温度传感器S4的温度一致(步骤S33)。

接着，CPU116读取压力计122以及质量流量控制器124等的测定值，控制质量流量控制器124、阀门开闭控制部125、真空泵126等，以使处理容器11内的压力和气体流量等与加工方案规定的值一致。

接着，CPU116判断处理是否结束，例如处理是否要继续进行一定时间(步骤35)。如果没有结束(步骤S35：否)，则返回到步骤S31，继续进行处理。如果结束了(步骤S35：是)，则该加工处理完毕，开始清洗处理等。

如上所述，不仅使晶片W的预测温度(推算温度)与方案规定的温度一致，还进行控制，使处理容器11内的晶片W以外的部分，具体地说，使下面加热器33、处理容器11的侧面和温度传感器S4的推算温度分别与方案规定的温度一致。这样，与仅预测晶片W的温度进行控制时相比，例如在CVD类加工过程中，可以抑制气体分解效果的变动(偏差)。这样，在加工方案从原来预定的加工发生的变动(偏差)较小的状态下，可以进行加工，能够获得接近预定结果的结果。

此外，如果每次加工恰当地设定方案，可以促进或者减缓气体分解效果。这样，可以获得用户所期望的成膜效果。

成膜处理结束之后，控制部100控制阀门开闭控制部125、真空泵126、加热控制器123等，停止加工气体的供应，取而代之供应清洗气体，一边排出处理容器11内的处理气体，处理容器11内一边升压，进行冷却。

处理容器11内的压力上升至大气压、温度降低到规定温度之后，通过控制部100控制晶舟升降机127，卸载晶舟26。在该卸载期间，即，将晶片W从处理容器11取出期间，控制部100控制加热器31～33，使处理容器11内部的温度测定位置P8、P9的预测温度分别维持在方案中设定的规定温度。另外，在此期间，控制部100控制真空泵126等，从排气部12吸引排出在处理容器11内产生的微粒。

具体地说明就是，如图12B所示，控制部100的CPU116重复以下操作直到检测出晶舟26的卸载完成(步骤S28：是)：为了卸载晶舟26而控制晶舟升降机127的操作(步骤S25)、一边用温度传感器S1～S5检测温度，一边通过加热控制器123控制加热器33，以使处理容器11的内壁的温度测定位置P8、P9的预测温度与加工方案规定的温度一致操作(步骤S26)和控制真空泵126以排出处理容器11内的气体的操作(步骤S27)。

晶舟26的卸载结束之后，操作人员操纵操作面板121，通过未图示机械手从旋转台24上取出晶舟26。

如以上说明，本实施方式的热处理装置在成膜处理时不仅推算晶片的温度，还推算处理容器11内的晶片W以外的规定部分(温度传感器S4、下面加热器33、处理容器11的内侧面)的温度，进行温度控制(加热器控制)，以使这些推算温度与预先设定的方案的温度一致。因此，与仅预测晶片W的温度进行控制的情况相比，处理的偏差得到抑制，能够进行稳定且高品质的成膜。

另外，在晶舟26的装载和卸载期间，通过将处理容器11内部的温度大致控制在规定的值，能够抑制处理容器11内部的堆积物剥离。由此，可以抑制微粒的产生。

本发明不局限于上述实施方式，可以进行各种变形和应用。例如，在上述实施方式中，在处理过程中，除了晶片W的温度以外，还进行控制，以使下面加热器33、温度传感器S4以及处理容器11内部的各预测温度与方案规定的温度一致。但是，本发明不局限于此。例如，在处理过程中，也可以将处理容器11内部的温度从控制对象中排除，仅将晶片W的温度、下面加热器33以及温度传感器S4的温度作为预测、控制对象。

另外，在上述实施方式中，分别预测下面加热器33的温度测定位置P6和P7、处理容器11内部的温度测定位置P8和P9的各温度，进行控制，使它们分别与方案指定的温度一致。但是，本发明不局限于此。例如，也可以仅预测下面加热器33的温度测定位置P6和P7的平均温度，控制加热器31～33，使预测的平均温度与方案指定的温度一致。或者，也可以仅预测处理容器11内部的温度测定位置P8和P9的平均温度，控制加热器31～33，使预测的平均温度与方案指定的温度一致。

在此情况下，热模型存储部111中存储预测温度测定位置P6和P7的温度的平均温度和/或温度测定位置P8和P9的温度的平均温度的热模型，方案存储部112中存储温度测定位置P6和P7的温度的平均温度和/或温度测定位置P8和P9的温度的平均温度的方案。CPU116根据热模型预测温度测定位置P6和P7的温度的平均温度和/或温度测定位置P8和P9的温度的平均温度，通过加热控制器123控制加热器31～33，使该预测温度与方案规定的温度一致。

热模型也可以分别预测温度测定位置P6～P9的温度。此时，CPU116计算预测温度的平均值，通过加热控制器123控制加热器31～33，使温度测定位置P6和P7的温度的平均温度和/或温度测定位置P8和P9的温度的平均温度分别与方案规定的温度一致。

另外，也可以将其他位置作为温度的控制对象。例如，可以将晶舟26的任意位置的温度和温度传感器S5的温度作为预测和控制的对象。在此情况下，建立预测晶舟26的规定位置的温度和/或温度传感器S5的温度的模型，进而，作成晶舟26的规定位置的温度和/或温度传感器S5的温度(的变化)的最适于进行加工的方案。然后，控制加热器31，使晶舟26和/或温度传感器S5的预测温度与作成的方案的温度一致。

作为温度控制对象的位置是任意的。但是，考虑到处理气体的流动、压力分布等因素，最好选择、设定其位置的温度对加工有直接或间接影响的位置。

另外，温度预测用的温度传感器的数量和配置位置等可以适当地改变。数量不限于五个，配置位置也可以配置在处理容器11的内壁。

另外，本发明使用的热处理装置1也不限于上述实施方式中的热处理装置，可以任意地进行改变。例如，处理容器11可以为例如双层管结构，或者，晶舟26能容纳的半导体晶片W的数量更多(例如，大约100片～150片)或者更少(例如，15～30片)。

另外，热处理的种类也是任意的。即，本发明不限于CVD装置，也可以适用于氧化装置、蚀刻装置等各种间歇式热处理装置。

另外，装置结构和它们的操作也不局限于上述实施方式。例如，在上述实施方式中，将侧面加热器的数量设置为三个，将内部加热器的数量设置为两个，但加热器的数量和配置也是任意的。另外，加热器不限于电阻型的，也可以是加热灯等。另外，用于测定晶片等的温度的构件，不局限于热电偶，可以应用任意的温度传感器。

另外，热模型及其设计方法也不局限于美国专利5,517,594中公开的模型及其设计方法，可以采用任意的模型和任意设计方法。

在上述实施方式中，在生成热模型的阶段，上面加热器32的温度，以温度传感器S4的温度近似，下面加热器33的温度，以热电偶TC8、TC9直接测定。但是，也可以使用其他方法。例如，可以使用放射温度计等测定温度。

另外，上述实施方式中的控制部100可以通过专用的系统，但也可以通过通常的计算机系统实现。例如，通过在通用的计算机中安装用于进行上述校正处理的程序，可以将该通用计算机作为控制部100使用。例如，用于进行上述校正处理的计算机程序(的至少一部分)，可以存储在CD-ROM和DVD-ROM等计算机可读取的记录介质中。这种计算机程序可以通过I/O端口115传送给RAM114。被传送的程序由CPU116运行，以进行上述校正处理。

另外，向计算机系统提供计算机程序的方法是任意的。即，除了通过如上所述的规定的记录介质提供的方式之外，还可以采用通过通信线路、通信网络、通信系统等进行提供的方式。具体地说，例如，通信网络的公告板(BBS)中所揭示的程序可以被叠加在载波中，通过网络传送给I/O端口115。

此外，在通用计算机中，上述计算机程序可以在OS的控制下与其他的应用程序相同地运行。

Claims (14)

1.一种热处理装置，其特征在于：

具有：

容纳被处理体的处理容器；

加热所述被处理体的多个加热器；

分别检测所述处理容器内的多个规定位置的温度的多个温度传感器；

存储用于从所述多个温度传感器的输出推算容纳在所述处理容器内的所述被处理体的温度的热模型和规定有所述被处理体的期望温度的方案的存储部；和

使用所述多个温度传感器的输出和所述热模型预测所述被处理体的温度，同时，控制所述多个加热器以使该预测的所述被处理体的温度与所述方案中规定的所述被处理体的期望温度一致的控制部；

所述热模型被构成为：从所述多个温度传感器的输出推算容纳在所述处理容器内的所述被处理体的温度和所述处理容器内的其他至少一个规定部位的温度；

所述方案中还规定有所述规定部位的期望温度；

所述控制部使用所述多个温度传感器的输出和所述热模型预测所述被处理体的温度和所述规定部位的温度，同时，控制所述多个加热器以使该预测的所述被处理体的温度和所述规定部位的温度分别与所述方案中规定的所述被处理体的期望温度和所述规定部位的期望温度一致。

2.如权利要求1所述的热处理装置，其特征在于：

作为所述多个加热器之中的一个，在所述处理容器内配置有内部加热器；

所述处理容器内的其他至少一个规定部位包含所述处理容器内的内部加热器。

3.如权利要求1或2所述的热处理装置，其特征在于：

所述处理容器内的其他至少一个规定部位包含所述处理容器的内壁面的规定位置。

4.如权利要求1所述的热处理装置，其特征在于：

作为所述多个加热器中的两个，对应于容纳在所述处理容器内的被处理体的上方部和下方部，配置有上部加热器和下部加热器；

所述处理容器内的其他至少一个规定部位包含所述上部加热器和所述下部加热器。

5.如权利要求4所述的热处理装置，其特征在于：

在所述处理容器的上方，连接有排气管；

所述上部加热器以包围所述排气管的方式配置。

6.如权利要求1所述的热处理装置，其特征在于：

作为所述多个加热器中的两个，对应于容纳在所述处理容器内的被处理体的上方部和下方部，配置有上部加热器和下部加热器；

在容纳在所述处理容器内的所述被处理体与所述上部加热器之间，作为所述多个温度传感器中的一个，配置有上部温度传感器；

所述处理容器内的其他至少一个规定部位包含所述上部温度传感器和所述下部加热器。

7.如权利要求6所述的热处理装置，其特征在于：

在所述处理容器的上方，连接有排气管；

所述上部加热器以包围所述排气管的方式配置。

8.如权利要求1所述的热处理装置，其特征在于：

还具有：

向所述处理容器的气体导入口导入气体的机构；和

从所述处理容器的气体排出口排出气体的机构；

所述处理容器内的其他至少一个规定部位设定在从所述气体导入口到所述气体排出口的路径上的从所述气体导入口到所述被处理体的最下流侧部位之间。

9.如权利要求1～2、4～8中任一项所述的热处理装置，其特征在于：

所述热模型被构成为：从热处理过程中的所述多个温度传感器的输出推算该热处理过程中的所述处理容器内容纳的所述被处理体的温度和所述处理容器内的其他至少一个规定部位的温度；

所述方案中规定有热处理过程中的所述被处理体的期望温度和所述规定部位的期望温度；

所述控制部使用所述多个温度传感器的输出和所述热模型，预测热处理过程中的所述被处理体的温度和所述规定部位的温度，同时，控制所述多个加热器以使该预测的所述被处理体的温度以及所述规定部位的温度分别与所述方案中规定的热处理过程中的所述被处理体的期望温度以及所述规定部位的期望温度一致。

10.如权利要求3所述的热处理装置，其特征在于：

所述热模型被构成为：从热处理过程中的所述多个温度传感器的输出推算该热处理过程中的所述处理容器内容纳的所述被处理体的温度和所述处理容器内的其他至少一个规定部位的温度；

所述方案中规定有热处理过程中的所述被处理体的期望温度和所述规定部位的期望温度；

所述控制部使用所述多个温度传感器的输出和所述热模型，预测热处理过程中的所述被处理体的温度和所述规定部位的温度，同时，控制所述多个加热器以使该预测的所述被处理体的温度以及所述规定部位的温度分别与所述方案中规定的热处理过程中的所述被处理体的期望温度以及所述规定部位的期望温度一致。

11.如权利要求1所述的热处理装置，其特征在于，还具有：

将被处理体装载到所述处理容器内，同时，将处理完毕的被处理体从该处理容器中卸载的装载/卸载机构。

12.如权利要求11所述的热处理装置，其特征在于：

所述热模型被构成为：从装载过程中和/或卸载过程中的所述多个温度传感器的输出推算该装载过程中和/或卸载过程中的所述处理容器内容纳的所述被处理体的温度和所述处理容器内的其他至少一个规定部位的温度；

所述方案中规定有装载过程中和/或卸载过程中的所述被处理体的期望温度和所述规定部位的期望温度；

所述控制部使用所述多个温度传感器的输出和所述热模型，预测装载过程中和/或卸载过程中的所述被处理体的温度和所述规定部位的温度，同时，控制所述多个加热器以使该预测的所述被处理体的温度以及所述规定部位的温度分别与所述方案中规定的装载过程中和/或卸载过程中的所述被处理体的期望温度以及所述规定部位的期望温度一致。

13.一种热处理方法，是控制热处理装置的热处理方法，该热处理装置具有容纳被处理体的处理容器、加热所述被处理体的多个加热器和分别检测所述处理容器内的多个规定位置的温度的多个温度传感器，其特征在于，具有：

将所述多个温度传感器的输出应用于预先设定的热模型，预测所述被处理体的温度和所述处理容器内的其他至少一个规定部位的温度的预测工序；和

控制所述多个加热器以使所述预测工序中预测的所述被处理体的温度以及所述规定部位的温度与预先规定的所述被处理体的期望温度以及所述规定部位的期望温度一致的控制工序。

14.一种控制装置，是控制热处理装置的控制装置，该热处理装置具有容纳被处理体的处理容器、加热所述被处理体的多个加热器和分别检测所述处理容器内的多个规定位置的温度的多个温度传感器，其特征在于：

具有：

存储用于从所述多个温度传感器的输出推算容纳在所述处理容器内的所述被处理体的温度的热模型和规定有所述被处理体的期望温度的方案的存储部；和

使用所述多个温度传感器的输出和所述热模型预测所述被处理体的温度，同时控制所述多个加热器以使该预测的所述被处理体的温度与所述方案中规定的所述被处理体的期望温度一致的控制部；

所述热模型被构成为：从所述多个温度传感器的输出推算容纳在所述处理容器内的所述被处理体的温度和所述处理容器内的其他至少一个规定部位的温度；

所述方案中还规定有所述规定部位的期望温度；

所述控制部使用所述多个温度传感器的输出和所述热模型预测所述被处理体的温度和所述规定部位的温度，同时控制所述多个加热器，以使该预测的所述被处理体的温度以及所述规定部位的温度分别与所述方案中规定的所述被处理体的期望温度以及所述规定部位的期望温度一致。

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