CN102437070B - 纵型热处理装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种使处理容器内的温度高精度地收敛到目标温度为止并且能够缩短收敛时间的纵型热处理装置。热处理装置(1)具备：炉本体(5)、设置在炉本体(5)内周面的加热器(18A)、配置在炉本体(5)内的处理容器(3)、连接在炉本体(5)的冷却介质供给鼓风机(53)和冷却介质排气鼓风机(63)、以及设置在处理容器(3)内的温度传感器(50)。来自温度传感器(50)的信号发送给控制装置(51)的加热器输出运算部(51a)以及鼓风机输出运算部(51b)。在加热器输出运算部(51a)中，根据加热器输出用数值模型(71a)以及来自温度传感器(50)的信号来求出加热器输出。在鼓风机输出运算部(51b)中，根据鼓风机输出用数值模型(71b)以及来自温度传感器(50)的信号来求出鼓风机输出。

Description

纵型热处理装置
技术领域
本发明涉及一种纵型热处理装置。
背景技术
在半导体设备的制造中，为了对被处理体例如半导体晶圆实施氧化、扩散、CVD、退火等的热处理而使用各种热处理装置。作为其一，已知能够一次进行多张的热处理的纵型热处理装置。该纵型热处理装置具备：石英制的处理容器，其在下部具有开口部；盖体，其开闭该处理容器的开口部；保持工具，其设置在该盖体上，在上下方向以规定的间隔来保持多张被处理体；以及炉本体，其设置在前述处理容器的周围，包含对搬入在处理容器内的前述被处理体进行加热的加热器。
另外，作为纵型热处理装置，还提出了具备送风机的装置，该送风机用于向包含加热器的炉本体内送入空气来对处理容器强制地进行空冷(例如，参照日本特开2002-305189号公报)。前述送风机是为了在热处理结束之后迅速地冷却晶圆以及处理容器而使用。
另外，作为热处理，有例如在晶圆形成低介电常数的膜时那样低温域例如100～500℃中的热处理。在该低温域中的热处理的情况下如何迅速地升温/收敛为规定的热处理温度成为课题。作为低温用热处理装置，提出了为了使热响应性良好而不使用石英制的处理容器但具有金属制的处理室的热处理装置。另一方面，在热处理时产生反应生成物、副生成物等的附着物的情况下，在装置结构上需要清洗、更换容易的石英制的处理容器。另外，通过使用具有高的隔热性能的加热器，能够实现装置的节能化，但是由此炉内温度的控制性恶化。在该情况下，如何迅速地升温/收敛为规定的热处理温度也成为课题，这不是限于低温域的课题。
专利文献1：日本特开2002-305189号公报
专利文献2：日本特开2005-188869号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，在具有石英制的处理容器的纵型热处理装置中，处理容器的热容量大，因此存在如下问题：低温域中的升温恢复中的收敛时间长。另外，在为了节能化等而使用高隔热的加热器的情况下，是不限于低温域而产生的问题。当升温恢复中的收敛时间长时，对生产能力的提高带来影响。这种收敛时间长的问题是不仅在升温过程而且在降温过程或者温度稳定时也同样产生的问题。
本发明是考虑这种问题而作出的，其目的在于提供一种热处理装置及其控制方法，其能够缩短低温域中或者使用了具有高的隔热性能的加热器时的升温过程、降温过程或者温度稳定时的收敛时间，能够将处理容器内的温度高精度地收敛为目标温度。
用于解决问题的方案
本发明是一种热处理装置，其特征在于，具备：炉本体；加热器，其设置在炉本体内周面；处理容器，其配置在炉本体内，与炉本体之间形成空间，并且在该处理容器内部收纳多个被处理体；鼓风机，其经由冷却介质供给线连接于炉本体，向炉本体与处理容器之间的空间供给冷却介质；排气管，其设置于炉本体；炉内温度传感器，其检测处理容器内部或者外部的温度；以及控制装置，其控制加热器和鼓风机，调整处理容器内的温度来使处理容器内的温度收敛为规定的目标温度，其中，上述控制装置具有：预先确定的数值模型，其与加热器输出和鼓风机输出相关；加热器输出运算部，其根据上述数值模型和来自炉内温度传感器的炉内温度来求出加热器输出；以及鼓风机输出运算部，其根据上述数值模型和来自炉内温度传感器的炉内温度来求出鼓风机输出。
本发明是一种热处理装置，其特征在于，数值模型具有加热器输出用数值模型和鼓风机输出用数值模型，加热器输出运算部根据加热器输出用数值模型和来自炉内温度传感器的炉内温度来求出加热器输出，鼓风机输出运算部根据鼓风机输出用数值模型和来自炉内温度传感器的炉内温度来求出鼓风机输出。
本发明是一种热处理装置，其特征在于，控制装置还具有将来自鼓风机输出运算部的鼓风机输出转换为冷却介质流量的流量控制运算部。
本发明是一种热处理装置，其特征在于，流量控制运算部根据冷却介质流量来进行鼓风机的转速控制。
本发明是一种热处理装置，其特征在于，在排气管中设置有排气温度传感器，控制装置还具有：追加鼓风机输出运算部，其用对来自排气温度传感器的排气温度进行跟随的设定温度来确定追加鼓风机输出；以及鼓风机输出合计部，其对来自鼓风机输出运算部的鼓风机输出和来自追加鼓风机输出运算部的追加鼓风机输出进行合计。
本发明是一种热处理装置，其特征在于，具备：炉本体，其划分为多个区域；加热器，其设置在炉本体的各区域的内周面；处理容器，其配置在炉本体内，与炉本体之间形成空间，并且在该处理容器内部收纳多个被处理体；鼓风机，其经由冷却介质供给线连接于炉本体的各区域，向炉本体与处理容器之间的空间供给冷却介质；排气管，其设置在炉本体的各区域；炉内温度传感器，其检测与炉本体的各区域相对应的处理容器的内部或者外部的温度；以及控制装置，其控制与各区域相对应的加热器和鼓风机，调整处理容器内的温度来使处理容器内的温度收敛为规定的目标温度，其中，上述控制装置具有：预先确定的各区域的数值模型，其与加热器输出和鼓风机输出相关；加热器输出运算部，其根据与该区域相对应的数值模型和来自炉内温度传感器的炉内温度来求出该区域的加热器输出；以及鼓风机输出运算部，其根据与该区域相对应的数值模型和来自炉内温度传感器的炉内温度来求出该区域的鼓风机输出。
本发明是一种热处理装置，其特征在于，具备：炉本体；加热器，其设置在炉本体内周面；处理容器，其配置在炉本体内，与炉本体之间形成空间，并且在该处理容器内部收纳多个被处理体；鼓风机，其经由冷却介质供给线连接于炉本体，向炉本体与处理容器之间的空间供给冷却介质；阀机构，其调整从鼓风机供给的冷却介质的流量；排气管，其设置在炉本体；炉内温度传感器，其检测处理容器内部或者外部的温度；以及控制装置，其控制加热器和阀机构，调整处理容器内的温度来使处理容器内的温度收敛为规定的目标温度，其中，上述控制装置具有：预先确定的数值模型，其与加热器输出和冷却输出相关；加热器输出运算部，其根据上述数值模型和来自炉内温度传感器的炉内温度来求出加热器输出；冷却输出运算部，其根据上述数值模型和来自炉内温度传感器的炉内温度来求出冷却输出；以及流量控制运算部，其将来自冷却输出运算部的冷却输出转换为冷却介质流量，其中，流量控制运算部根据冷却介质流量来控制阀机构。
本发明是一种热处理装置，其特征在于，数值模型具有加热器输出用数值模型和冷却输出用数值模型，加热器输出运算部根据加热器输出用数值模型和来自炉内温度传感器的炉内温度来求出加热器输出，冷却输出运算部根据冷却输出用数值模型和来自炉内温度传感器的炉内温度来求出冷却输出。
本发明是一种热处理装置，其特征在于，具备：炉本体，其划分为多个区域；加热器，其设置在炉本体的各区域的内周面；处理容器，其配置在炉本体内，与炉本体之间形成空间，并且在内部收纳多个被处理体；鼓风机，其经由冷却介质供给线连接于炉本体的各区域，向炉本体与处理容器之间的空间供给冷却介质；阀机构，其调整从鼓风机供给的冷却介质的流量；排气管，其设置在炉本体的各区域；炉内温度传感器，其检测与炉本体的各区域相对应的处理容器的内部或者外部的温度；以及控制装置，其控制与各区域相对应的加热器和阀机构，调整处理容器内的温度来使处理容器内的温度收敛为规定的目标温度，其中，上述控制装置具有：预先确定的各区域的数值模型，其与加热器输出和冷却输出相关；加热器输出运算部，其根据与该区域相对应的数值模型和来自炉内温度传感器的炉内温度来求出该区域的加热器输出；冷却输出运算部，其根据与该区域相对应的数值模型和来自炉内温度传感器的炉内温度来求出该区域的冷却输出；以及流量控制运算部，其将来自冷却输出运算部的冷却输出转换为冷却介质流量，其中，流量控制运算部根据冷却介质流量来控制阀机构。
发明的效果
根据本发明，能够缩短低温域中的升温过程、降温过程或者温度稳定时的收敛时间并且能够将处理容器内的温度高精度地收敛为目标温度，由此能够实现生产能力的提高。或者，在使用了高的隔热性能的加热器的情况下，对生产能力不带来影响就能够实现功耗的降低。
附图说明
图1是概要性地表示本发明的热处理装置的第一实施方式的纵截面图。
图2是表示热处理装置的冷却介质供给线以及冷却介质排气线的图。
图3是表示热处理装置的控制方法的概要图。
图4是表示热处理装置的控制装置的概要图。
图5是表示热处理装置的第二实施方式中的控制装置的概要图。
图6是表示热处理装置的第二实施方式中的控制方法的图。
图7是表示热处理装置的第三实施方式中的控制装置的概要图。
图8是表示热处理装置的第四实施方式的概要图。
附图标记说明
w：半导体晶圆(被处理体)；1：热处理装置；1A：RCU系统；2：热处理炉；3：处理容器；3a：炉口；5：炉本体；5a、5b、5c、5d、5e：区域；16：隔热材料；18：加热器元件(发热电阻体)；18A：加热器；18B：加热器驱动部；33：空间；40：冷却介质吹出孔；49：供给管道；50：炉内温度传感器；51：控制装置；51a：加热器输出运算部；51b：鼓风机输出运算部；51c：追加鼓风机输出运算部；51d：鼓风机输出合计部；51e：流量控制运算部；52：冷却介质供给线；53：冷却介质供给鼓风机；53a：逆变器驱动部；62：冷却介质排气线；63：冷却介质排气鼓风机；63a：逆变器驱动部；71：数值模型；71a：加热器输出用数值模型；71b：鼓风机输出用数值模型；80：排气温度传感器。
具体实施方式
第一实施方式
下面参照附图说明本发明的第一实施方式。这里图1是概要性地表示本发明的热处理装置的纵截面图，图2是表示纵型热处理装置的冷却介质供给线以及冷却介质排气线的图，图3是表示热处理装置的控制方法的概要图，图4是表示热处理装置的控制装置的概要图。
在图1中，纵型的热处理装置1具备能够一次收容多张被处理体例如半导体晶圆w来实施氧化、扩散、减压CVD等的热处理的纵型的热处理炉2。该热处理炉2具备：炉本体5，其在内周面设置发热电阻体(加热器)18A；以及处理容器3，其配置在炉本体5内，与炉本体5之间形成空间33，并且用于收容晶圆w来进行热处理。其中加热器18A如后述那样由多个加热器元件18构成。
另外炉本体5是通过基板6来支撑，在该基板6中形成有用于将处理容器3从下方插入到上方的开口部7。另外在基板6的开口部7中设有未图示的隔热材料以覆盖基板6与处理容器3之间的间隙。
处理容器3是由石英制构成，具有上端被闭塞、下端作为炉口3a而开口、纵长的圆筒状形状。在处理容器3的下端形成向外的法兰3b，法兰3b经由未图示的法兰压板而被上述基板6支承。另外在处理容器3中，下侧部设有用于将处理气体、惰性气体等导入处理容器3内的导入端口(导入口)8以及用于将处理容器3内的气体进行排气的未图示的排气端口(排气口)。在导入端口8连接有气体供给源(未图示)，在排气端口连接有具备真空泵的排气系(未图示)，该真空泵例如能够减压控制为133×600Pa～133×10-2Pa左右。
在处理容器3的下方通过未图示的升降机构来能够升降移动地设置用于将处理容器3的炉口3a闭塞的盖体10。在该盖体10的上部载置作为炉口保温单元的保温筒11，在该保温筒11的上部载置石英制的板12，该石英制的板12是在上下方向以规定的间隔来搭载多张例如100～150张左右的直径为300mm的晶圆w的保持工具。在盖体10具有使板12绕其轴心进行旋转的旋转机构13。通过盖体10的下降移动来将板12从处理容器3内搬出(卸载)到下方的加载区域15内，在晶圆w的交接之后，通过盖体10的上升移动来将板12搬入(加载)到处理容器3内。
上述炉本体5具有圆筒状的隔热材料16、以及在该隔热材料16的内周面中沿轴方向(在图示例子中上下方向)形成为多段的沟状的架部17，沿着各架部17配置加热器元件(加热器线、发热电阻体)18。隔热材料16例如包括二氧化硅、氧化铝或者包含硅酸氧化铝的无机质纤维。隔热材料16被纵向分割为两部分，因此能够容易地进行加热器元件的装配以及加热器的组装。
在上述隔热材料16中配设有销部件(未图示)，该销部件以使上述加热器元件18适当间隔地沿径方向移动并且不会从架部17脱落或脱出的方式来保持上述加热器元件18。在上述圆筒状的隔热材料16的内周面上沿轴方向以规定间距多段地形成有与隔热材料16同心的环状的沟部21，在相邻的上部的沟部21与下部的沟部21之间形成沿周方向连续的环状的上述架部17。在上述沟部21中的加热器元件18的上部与下部以及沟部21的内壁与加热器元件18之间设有能够允许加热器元件18的热膨胀收缩以及沿径方向移动的足够的间隙，另外通过这些间隙进行强制冷却时冷却介质迂回到加热器元件18的背面，使得能够有效地冷却加热器元件18。此外，作为这种冷却介质，可考虑空气、氮气或者水。
各加热器元件18间是通过连接板来接合，位于端部侧的加热器元件18经由端子板22a、22b连接于外部的加热器驱动部18B，该端子板22a、22b设置成沿径方向贯通隔热材料16。
如图1所示，为了保持炉本体5的隔热材料16的形状并且加强隔热材料16，隔热材料16的外周面被金属制例如不锈钢制的外皮(外壳)28覆盖。另外，为了抑制对炉本体5的外部的热影响，外皮28的外周面被水冷外套30覆盖。在隔热材料16的顶部设有覆盖它的上部隔热材料31，在该上部隔热材料31的上部设有覆盖外皮28的顶部(上端部)的不锈钢制的顶板32。
另外如图1以及图2所示，为了在热处理之后使晶圆快速降温来实现处理的迅速化以至提高生产能力，在炉本体5中设有将炉本体5与处理容器3之间的空间33内的环境气向外部排出的排热系统35以及向上述空间33内导入常温(20～30℃)的冷却介质来强制地进行冷却的强制冷却介质单元36。上述排热系统35包括设置在例如炉本体5的上部的排气口37，该排气口37连接有将空间33内的冷却介质进行排气的冷却介质排气线62。
并且强制冷却介质单元36具有：环状流路38，其在上述炉本体5的隔热材料16与外皮28之间沿高度方向形成有多个；以及冷却介质吹出孔40，其设置在隔热材料16使得从各环状流路38向隔热材料16的中心倾斜方向吹出冷却介质来在上述空间33的周方向产生涡流。上述环状流路38是通过在隔热材料16的外周面粘贴带状或者环状的隔热材料41、或者将隔热材料16的外周面切削为环状来形成的。上述冷却介质吹出孔40形成在隔热材料16中的上下相邻的加热器元件18之间的架部17中并沿径方向的内外贯通架部17。由此将冷却介质吹出孔40设置在架部17中，不妨碍加热器元件18就能够将冷却介质喷出到上述空间33。
另外，虽然说明了作为加热器元件18使用带状的发热电阻体而收纳在架部17内的例子，但是作为加热器元件18不限于这种结构，也能够使用其它各种结构的加热元件。另外，虽然说明了通过从冷却介质吹出孔40吹出冷却介质来在空间33内产生涡流的例子，但是不是必须通过来自冷却介质吹出孔40吹出冷却介质来产生涡流。
在上述外皮28的外周面沿高度方向设有用于向各环状流路38分配供给冷却介质的共用的1根供给管道49，在外皮28中形成连通供给管道49内与各环状流路38的连通口。供给管道49连接有用于供给冷却介质的冷却介质供给线52。
另外，在处理容器3内，设置检测该处理容器3内的温度的温度传感器(炉内温度传感器)50，来自该温度传感器50的检测信号经由信号线50a来发送到控制装置51。此外，没必要必须将温度传感器50设置在处理容器3内，也可以在炉本体5与处理容器3之间的空间33内设置温度传感器50、或者在两者中均设置温度传感器50(图1的双点划线)。
并且在排气口37内也设置温度传感器(排气温度传感器)80，来自该温度传感器80的检测信号经由信号线80a发送到控制装置51。
另外如图1以及图2所示，冷却介质供给线52和冷却介质排气线62分别独立地构成开放系统冷却介质供给/排气线。其中在冷却介质供给线52中设置流量传感器52a以及冷却介质供给鼓风机53，该冷却介质供给鼓风机53具有逆变器驱动部53a。
另外在冷却介质供给鼓风机53的入口侧中设有调节风门56，在冷却介质供给鼓风机53的出口侧中配置有孔阀54以及蝶阀55。这些冷却介质供给鼓风机53的入口侧的调节风门56以及冷却介质供给鼓风机53的出口侧的孔阀54以及蝶阀55都能够自由开闭调整，调节风门56、孔阀54以及蝶阀55构成冷却介质供给线侧阀机构54A。
另外在冷却介质排气线62中设置流量传感器62a以及冷却介质排气鼓风机63，该冷却介质排气鼓风机63具有逆变器驱动部63a。
并且在冷却介质排气鼓风机63的入口侧中设有蝶阀66以及孔阀67，在冷却介质排气鼓风机63的出口侧中配置有孔阀64、蝶阀65。这些冷却介质排气鼓风机63的入口侧的蝶阀66以及孔阀67、以及冷却介质排气鼓风机63的出口侧的孔阀64以及蝶阀65都能够自由开闭调整，冷却介质排气鼓风机63的入口侧的蝶阀66和孔阀67以及冷却介质排气鼓风机63的出口侧的孔阀64和蝶阀65构成冷却介质排气线侧阀机构64A。
而且通过冷却介质供给鼓风机53、冷却介质供给线52、冷却介质供给线侧阀机构54A、冷却介质排气鼓风机63、冷却介质排气线62以及冷却介质排气线侧阀机构64A，构成RCU系统(RapidCoolingUnit：快速冷却单元)1A。
接着详述连接于温度传感器50的控制装置51。
温度传感器50是如上述那样设置在处理容器3内来检测处理容器3内的温度的传感器，也可以通过在炉本体5与处理容器3之间的空间33内设置温度传感器50来间接地检测处理容器3内的温度。
由温度传感器50检测出的检测信号经由信号线50a发送到控制装置51。该控制装置51用于在例如100℃～500℃的低温区域中的升温过程、降温过程或者温度稳定时来缩短针对规定的目标温度的收敛时间并且高精度地接近目标温度接近(图4)。
即、控制装置51具有：预先确定的数值模型71，其与加热器输出和鼓风机输出相关；加热器输出运算部51a，其根据该数值模型71和来自温度传感器50的炉内温度来求出加热器输出；以及鼓风机输出运算部51b，根据数值模型71和来自温度传感器50的炉内温度来求出鼓风机输出。
其中，数值模型71具有加热器输出用数值模型71a和鼓风机输出用数值模型71b，加热器输出运算部51a根据加热器输出用数值模型71a和来自温度传感器50的炉内温度来求出加热器输出，鼓风机输出运算部51b根据鼓风机输出用数值模型71b和来自温度传感器50的炉内温度来求出鼓风机输出。
这里说明数值模型71中的加热器输出用数值模型71a。
加热器输出用数值模型71a是如下数学模型：利用温度传感器50以及加热器驱动部18B预先推测半导体晶圆w的温度，并且为了使推测的温度作为整体接近目的温度而能够确定向加热器18供给的电力，加热器输出用数值模型71a能够利用任意的模型(多变量、多维、多输出函数)。作为这种加热器输出用数值模型71a，例如能够使用公开在美国专利第5,517,594号公报中的模型。
下面以公开在美国专利5,517,594号公报的模型为例进行说明。首先，在图1所示的热处理装置中准备在从中心和周边部起距离例如6mm的位置安装热电偶的5张测试用半导体晶圆。接着，将测试用晶圆和通常的晶圆载置在板上使得这5张测试用半导体晶圆分别位于5个区域。接着，将该板加载在处理容器。接着，向加热器施加高频带宽的信号以及低频带宽的信号，例如以1～5秒的采样周期来获取温度传感器的输出、测试用晶圆上的热电偶的输出(晶圆温度)、供给给加热器的电流等的数据。
接着，在固定的温度范围、例如400℃～1100℃的范围内以100℃间隔来设定温度带宽(因为当由1个模型来覆盖宽温度带宽时导致温度的推定等变得不正确)。根据获取的数据针对各温度带宽设定数式1所示的ARX(自动回归)模型。
[数式1]yt+AA1yt-1+AA2yt-2+...+AAnyt-n＝BB1ut-1+BB2ut-2+...+BBnut-n+et
yt：将时刻t的以下内容作为成分的p行1列的矢量
内容：温度传感器的输出的变动量(在该例子中存在5个温度传感器电偶，因此为5个成分)、置于与上述不同的场所的温度传感器的输出的变动量(在该例子中存在5个温度传感器，因此为5个成分)、设置在晶圆的中心部的热电偶的输出的变动量(在该例子中为5个)、设置在晶圆的周边部的热电偶的输出变动量(在该例子中为5个)。因而，在该例子中，y1成为20行1列的矢量。
ut：将时刻t的加热器电力的变动量作为成分的m行1列的矢量(在该例子中，加热器为5台，因此为5行1列)。
et：将白噪声作为成分的m行1列的矢量。
n：延迟(例如8)。
AA1～AAn：p行p列的矩阵(在该例子中，为20行20列)。
BB1～BBn：p行m列的矩阵(在该例子中，为20行50列)。
这里，使用最小二乘法等来决定各系数AA1～AAn和BB1～BBn。
当将该ARX模型关系应用于状态空间法时，其基本方程式以数式2来表示。
[数式2]xt+1＝Axt+But+KTet
yt＝Cxt+1+et
这里，x是状态变量、K是卡尔曼滤波器的反馈系统，A、B、C是矩阵。
为了提高实际的成膜时的处理速度，将次数低维化为10次左右，从数式2对每个温度带宽制作数式模型。
由此，按照每个温度带宽从输入(温度传感器以及加热器电力P)导出晶圆的温度的数式3。
[数式3]x^t+1＝Ax^t+B(Pinput，t+ubias)+L(Tthermocouple，t-Csx^t+Sbias)
Tmodel，t＝Cwx^1+Wbias
接着，再次处理测试用晶圆，比较根据数式3推定的晶圆温度Tmodel和实测值Twafer，调节模型。根据需要多次重复该调节动作。
由此，根据晶圆的处理张数及其配置来获得定义用于将晶圆的温度推定以及将晶圆温度设为目标温度的输出的加热器输出用数值模型71a。此外，虽然示出将推测的晶圆温度设为控制对象的例子，但是也可以是将观测温度本身设为控制对象的模型。
另一方面，鼓风机输出用数值模型71b是与求出上述的加热器输出用数值模型71a的方法相同地，一边使加热器18A进行动作一边使冷却介质供给鼓风机53和冷却介质排气鼓风机63实际地进行动作，通过实测半导体晶圆w的温度，由此能够与加热器输出用数值模型71a一起获取的。
此外，虽然示出数值模型71具有加热器输出用数值模型71a和鼓风机输出用数值模型71b这两者的例子，但是也可以在单一的数值模型71内包含加热器输出用数值模型以及鼓风机输出用数值模型。
另外通过加热器输出运算部51a求出的加热器输出发送给加热器驱动部18B，通过该加热器驱动部18B根据通过加热器输出运算部51所求出的加热器输出来驱动控制加热器18A的加热器元件18。
另一方面，通过鼓风机输出运算部51b所求出的鼓风机输出发送给逆变器驱动部53a、63a，通过这些逆变器驱动部53a、63a来驱动控制冷却介质供给鼓风机53和冷却介质排气鼓风机63。
由此，通过冷却介质供给鼓风机53和冷却介质排气鼓风机63来向炉本体5与处理容器3之间的空间33内供给冷却介质。
此外，虽然示出通过设置冷却介质供给鼓风机53和冷却介质排气鼓风机63来向炉本体5与处理容器3之间的空间33内供给冷却介质的例子，但是不限于此，也可以只设置冷却介质供给鼓风机53和冷却介质排气鼓风机63中的任一个来向炉本体5与处理容器3之间的空间33内供给冷却介质。另外，在这种情况下也可以冷却介质供给线52和冷却介质排气线62都连接于鼓风机来构成闭合系冷却介质供给/排气线。例如只设置冷却介质供给鼓风机53的情况下，根据鼓风机输出运算部51b所求出的鼓风机输出来驱动控制冷却介质供给鼓风机53的逆变器驱动部53a。
接着说明由这种结构构成的热处理装置的作用。
首先，在板12内搭载晶圆w，搭载晶圆w的板12载置在盖体10的保温筒11上。之后通过盖体10的上升移动将板12搬入处理容器3内。
接着控制装置51控制加热器驱动部18A来使加热器元件18动作，加热炉本体5与处理用器3之间的空间33，对搭载在处理容器3内的板12上的晶圆w实施所需的热处理。
在这期间，如后述那样，为了根据需要实现热处理作业的高效化，而对炉本体5与处理容器3之间的空间33内强制地进行冷却。
在这种情况下，首先通过控制装置51的控制，冷却介质供给鼓风机53以及冷却介质排气鼓风机54进行动作。此时冷却介质(20～30℃)被导入冷却介质供给线52内，接着冷却介质从冷却介质供给鼓风机53送向供给管道49。
之后供给管道49内的冷却介质进入形成在炉本体5的隔热材料16外侧的各环状流路38内，接着环状流路38内的冷却介质从贯通隔热材料16而设置的冷却介质吹出孔40吹出到炉本体5与处理容器3之间的空间33内，对该空间33内强制地进行冷却。
空间33内的冷却介质在经过冷却介质排气线62通过热交换器69冷却之后，通过冷却介质排气鼓风机63向外部排气。
在这种情况下，加热器输出运算部51a根据加热器输出用数值模型71a和来自温度传感器50的炉内温度来确定加热器输出，加热器驱动部18B根据该加热器输出来驱动控制加热器18A。另外鼓风机输出运算部51b根据鼓风机输出用数值模型71b和来自温度传感器50的炉内温度来确定鼓风机输出，逆变器驱动部53a、63a根据该加热器输出来对冷却介质供给鼓风机53以及冷却介质排气鼓风机54进行转速控制从而进行驱动控制。
由此，能够使例如低温域中的升温过程、降温过程或者温度稳定时处理容器3内中的温度以短时间并且高精度地收敛为规定的目标温度。
第二实施方式
接着通过图5以及图6来说明本发明的第二实施方式。
图5以及图6所示的第二实施方式只是控制装置51的结构不同，其它结构与图1至图4所示的第一实施方式大致相同。
在图5以及图6所示的第二实施方式中，对于与图1至图4所示的第一实施方式相同部分附加相同标记并省略详细的说明。
如图5以及图6所示，具有：预先确定的数值模型71，其与加热器输出和鼓风机输出相关；加热器输出运算部51a，其根据该数值模型71和来自温度传感器50的炉内温度来求出加热器输出；以及鼓风机输出运算部51b，其根据根据数值模型71和来自温度传感器50的炉内温度来求出鼓风机输出。
其中，数值模型71具有加热器输出用数值模型71a和鼓风机输出用数值模型71b，加热器输出运算部51a根据加热器输出用数值模型71a和来自温度传感器50的炉内温度来求出加热器输出，鼓风机输出运算部51b根据鼓风机输出用数值模型71b和来自温度传感器50的炉内温度来求出鼓风机输出。
并且如图5所示，控制装置51具有追加鼓风机输出运算部51c，该追加鼓风机输出运算部51c根据对来自排气温度传感器80的排气温度进行跟随的设定温度(鼓风机用设定温度)来确定追加鼓风机输出。
而且在鼓风机输出合计部51d中将来自鼓风机输出运算部51b的鼓风机输出和来自追加鼓风机输出运算部51c的追加鼓风机输出进行合计，根据这样合计得到的鼓风机输出通过逆变器驱动部53a、63a来分别对冷却介质供给鼓风机53和冷却介质排气鼓风机63进行转速控制从而进行驱动控制。
在图5以及图6中，加热器输出运算部51a根据加热器输出用数值模型71a和来自温度传感器50的炉内温度来求出加热器输出，鼓风机输出运算部51b根据鼓风机输出数值模型71b和来自温度传感器50的炉内温度来求出鼓风机输出。
另外追加鼓风机输出运算部51c根据对来自排气温度传感器80的排气温度进行跟随的设定温度来求出追加鼓风机输出。
在这种情况下，考虑如下方法：如图6所示，使加热器18以及RCU系统1A进行动作，例如使炉内温度升温，升温到固定的目标温度为止，维持为该目标温度来稳定炉内温度。
在图6中，除了通过鼓风机输出运算部51b根据鼓风机输出用数值模型71b和来自温度传感器50的炉内温度来求出鼓风机输出之外，通过追加鼓风机输出运算部51c确定要对来自排气温度传感器80的排气温度进行跟随的设定温度，根据该设定温度和来自排气温度传感器80的排气温度来求出追加鼓风机输出。
在追加鼓风机输出运算部51c中设定的设定温度是如下求出的：为了要始终产生负的追加鼓风机输出而相对于来自排气温度传感器80的排气温度保持适当的偏置。这样，在追加鼓风机输出运算部51c中，通过始终产生负的追加鼓风机输出，特别是在稳定炉内温度时(温度稳定时)，能够使在鼓风机输出合计部51d中合计的鼓风机输出接近于零。因此在炉内温度的温度稳定时，能够仅用加热器18来调整炉内温度，能够将RCU系统1A的使用抑制到最小限度。
第三实施方式
接着通过图7来说明本发明的第三实施方式。
图7所示的第三实施方式只是控制装置51的结构不同，其它结构与图1至图4所示的第一实施方式大致相同。
在图7所示的第三实施方式中，对于与图1至图4所示的第一实施方式相同部分附加相同标记并省略详细的说明。
如图7所示，控制装置51具有：预先确定的数值模型71，其与加热器输出和鼓风机输出(冷却输出)相关；加热器输出运算部51a，其根据该数值模型71和来自温度传感器50的炉内温度来求出加热器输出；以及鼓风机输出运算部(冷却输出运算部)51b，其根据数值模型71和来自温度传感器50的炉内温度来求出鼓风机输出(冷却输出)。
其中，数值模型71具有加热器输出用数值模型71a和鼓风机输出用数值模型(冷却输出用数值模型)71b，加热器输出运算部51a根据加热器输出用数值模型71a和来自温度传感器50的炉内温度来求出加热器输出，鼓风机输出运算部51b根据鼓风机输出用数值模型71b和来自温度传感器50的炉内温度来求出鼓风机输出。
另外控制装置51具有流量控制运算部51e，该流量控制运算部51e将来自鼓风机输出运算部51b的鼓风机输出转换为冷却介质流量。在这种情况下，流量控制运算部51e将鼓风机输出转换为供给向炉本体5与处理容器3之间的空间33内的适当的冷却介质流量。
在图7中，加热器输出运算部51a根据加热器输出用数值模型71a和来自温度传感器50的炉内温度来求出加热器输出，鼓风机输出运算部51b根据鼓风机输出用数值模型71b和来自温度传感器50的炉内温度来求出鼓风机输出。
并且流量控制运算部51e将由鼓风机输出运算部51b求出的鼓风机输出转换为冷却介质流量，并且根据该冷却介质流量以及由流量传感器52a、62a检测出的冷却介质供给线52和冷却介质排气线62的冷却介质流量来输出逆变器驱动用信号。之后，逆变器驱动部53a、63a根据由流量控制运算部51e求出的逆变器驱动用信号来对冷却介质供给鼓风机53和冷却介质排气鼓风机63进行转速控制来进行驱动控制，从而控制冷却介质供给线52和冷却介质排气线62的冷却介质流量。
这样，将由鼓风机输出运算部51b求出的鼓风机输出在流量控制运算部51e中转换为供给到炉本体5与处理用器3之间的空间33内的冷却介质流量，通过调整由流量传感器52a、62a检测出的冷却介质流量，例如在冷却介质供给线52和冷却介质排气线62具有长的配管的情况、或者冷却介质供给线52和冷却介质排气线62具有短的配管的情况等下，即使热处理装置1的冷却介质供给线52和冷却介质排气线62的配置、形状不同，也能够向炉本体5与处理容器3之间的空间33内供给期望量的冷却介质。
由此不依赖于热处理装置1的冷却介质供给线52以及冷却介质排气线62的配置、形状，能够高精度地控制始终炉内温度。
此外，虽然示出根据通过流量控制运算部51e求出的冷却介质流量来对冷却介质鼓风机53以及冷却介质排气鼓风机63进行转速控制来进行驱动控制的例子，但是不限于此，既可以根据通过流量控制运算部51e求出的冷却介质流量来驱动控制冷却介质供给线侧阀机构54A，也可以根据通过流量控制运算部51e求出的冷却介质流量来驱动控制冷却介质排气侧阀机构64A。并且，虽然示出流量控制运算部51e转换鼓风机输出来求出冷却介质流量并调整来自流量传感器52a、62a的冷却介质流量的例子，但是也可以使用来自流量传感器52a、62a中的一个的冷却介质流量来进行调整。
第四实施方式
接着通过图8来说明本发明的第四实施方式。
在图8所示的第四实施方式中，炉本体5从上方向下方被划分为5个区域5a、5b、5c、5d、5e，在各区域5a、5b、5c、5d、5e中的每个区域设有加热器18。
另外在炉本体5的各区域5a、5b、5c、5d、5e中的每个区域中，分别连接具有冷却介质供给线52和冷却介质排气线62的RCU系统1A。
并且与炉本体5的各区域5a、5b、5c、5d、5e相对应地设置检测处理容器3的内部或者外部的温度的炉内温度传感器50，来自这些炉内温度传感器50的检测信号发送向控制装置51。
而且控制装置51控制与炉本体5的各区域5a、5b、5c、5d、5e相对应的加热器18A、冷却介质供给鼓风机53和冷却介质排气鼓风机63来调整处理容器3内的温度。
在图8所示的第四实施方式中，其它结构与图1至图4所示的第一实施方式大致相同。
在图8所示的第四实施方式中，对于与图1至图4所示的第一实施方式相同部分附加相同标记并省略详细的说明。
在图8中，控制装置51具有：预先确定的各区域5a、5b、5c、5d、5e中的数值模型71，其与加热器输出和鼓风机输出相关；加热器输出运算部51a，其根据该数值模型71和来自设置在区域5a、5b、5c、5d、5e中的每个区域的温度传感器50的炉内温度来求出区域5a、5b、5c、5d、5e的加热器输出；以及鼓风机输出运算部51b，其根据数值模型71和来自设置在区域5a、5b、5c、5d、5e中的每个区域的温度传感器50的炉内温度来求出区域5a、5b、5c、5d、5e中的每个区域的鼓风机输出。
其中数值模型71具有加热器输出用数值模型71a和鼓风机输出用数值模型71b，加热器输出运算部51a根据加热器输出用数值模型71a和来自温度传感器50的炉内温度来求出区域5a、5b、5c、5d、5e中的每个区域的加热器输出，鼓风机输出运算部51b根据鼓风机输出用数值模型71b和来自温度传感器50的炉内温度来求出区域5a、5b、5c、5d、5e中的每个区域的鼓风机输出。
而且控制装置51根据这样在区域5a、5b、5c、5d、5e中的每个区域中求出的加热器输出，通过加热器驱动部18B来驱动控制设置在区域5a、5b、5c、5d、5e中的每个区域的加热器18A。同时根据在区域5a、5b、5c、5d、5e中的每个区域中求出的鼓风机输出来在设置于区域5a、5b、5c、5d、5e中的每个区域的RCU系统1A内中通过该逆变器驱动部53a、63a对空气供给鼓风机53以及空气排气鼓风机63进行转速控制来进行驱动控制。
如以上那样根据本实施方式，将炉本体5内划分为多个区域5a、5b、5c、5d、5e，并且通过控制装置51来驱动设置在各区域5a、5b、5c、5d、5e中的每个区域的加热器18A以及RCU系统1A的冷却介质供给鼓风机53和冷却介质排气鼓风机63，因此能够在区域5a、5b、5c、5d、5e中的每个区域中更细致地控制设置在炉本体5内的处理容器3内的温度。

Claims (7)

1.一种热处理装置，其特征在于，具备：
炉本体；
加热器，其设置在炉本体内周面；
处理容器，其配置在炉本体内，与炉本体之间形成空间，并且在该处理容器内部收纳多个被处理体；
鼓风机，其经由冷却介质供给线连接于炉本体，向炉本体与处理容器之间的空间供给冷却介质；
排气管，其设置于炉本体；
炉内温度传感器，其检测处理容器内部或者外部的温度；以及
控制装置，其控制加热器和鼓风机，调整处理容器内的温度来使处理容器内的温度收敛为规定的目标温度，
其中，上述控制装置具有：
预先确定的数值模型，其与加热器输出和鼓风机输出相关，上述数值模型具有加热器输出用数值模型和鼓风机输出用数值模型，并且上述加热器输出用数值模型为如下模型：利用所述炉内温度传感器以及用于驱动控制所述加热器的加热器驱动部预先推测所述被处理体的温度、并为了使得所推测的温度接近目的温度而确定加热器输出；一边使上述加热器进行动作一边使上述鼓风机实际地进行动作，通过实测上述被处理体的温度，来与上述加热器输出用数值模型一起获取上述鼓风机输出用数值模型；
加热器输出运算部，其根据上述加热器输出用数值模型和来自炉内温度传感器的炉内温度来求出加热器输出；以及
鼓风机输出运算部，其根据上述鼓风机输出用数值模型和来自炉内温度传感器的炉内温度来求出鼓风机输出。
2.根据权利要求1所述的热处理装置，其特征在于，
控制装置还具有将来自鼓风机输出运算部的鼓风机输出转换为冷却介质流量的流量控制运算部。
3.根据权利要求2所述的热处理装置，其特征在于，
流量控制运算部根据冷却介质流量来进行鼓风机的转速控制。
4.根据权利要求1所述的热处理装置，其特征在于，
在排气管中设置有排气温度传感器，
控制装置还具有：追加鼓风机输出运算部，其用对来自排气温度传感器的排气温度进行跟随的设定温度来确定追加鼓风机输出；以及
鼓风机输出合计部，其对来自鼓风机输出运算部的鼓风机输出和来自追加鼓风机输出运算部的追加鼓风机输出进行合计。
5.一种热处理装置，其特征在于，具备：
炉本体，其划分为多个区域；
加热器，其设置在炉本体的各区域的内周面；
处理容器，其配置在炉本体内，与炉本体之间形成空间，并且在该处理容器内部收纳多个被处理体；
鼓风机，其经由冷却介质供给线连接于炉本体的各区域，向炉本体与处理容器之间的空间供给冷却介质；
排气管，其设置在炉本体的各区域；
炉内温度传感器，其检测与炉本体的各区域相对应的处理容器的内部或者外部的温度；以及
控制装置，其控制与各区域相对应的加热器和鼓风机，调整处理容器内的温度来使处理容器内的温度收敛为规定的目标温度，
其中，上述控制装置具有：预先确定的各区域的数值模型，其与加热器输出和鼓风机输出相关，上述数值模型具有加热器输出用数值模型和鼓风机输出用数值模型，并且上述加热器输出用数值模型为如下模型：利用所述炉内温度传感器以及用于驱动控制所述加热器的加热器驱动部预先推测所述被处理体的温度、并为了使得所推测的温度接近目的温度而确定加热器输出；一边使上述加热器进行动作一边使上述鼓风机实际地进行动作，通过实测上述被处理体的温度，来与上述加热器输出用数值模型一起获取上述鼓风机输出用数值模型；
加热器输出运算部，其根据与该区域相对应的上述加热器输出用数值模型和来自炉内温度传感器的炉内温度来求出该区域的加热器输出；以及
鼓风机输出运算部，其根据与该区域相对应的上述鼓风机输出用数值模型和来自炉内温度传感器的炉内温度来求出该区域的鼓风机输出。
6.一种热处理装置，其特征在于，具备：
炉本体；
加热器，其设置在炉本体内周面；
处理容器，其配置在炉本体内，与炉本体之间形成空间，并且在该处理容器内部收纳多个被处理体；
鼓风机，其经由冷却介质供给线连接于炉本体，向炉本体与处理容器之间的空间供给冷却介质；
阀机构，其调整从鼓风机供给的冷却介质的流量；
排气管，其设置在炉本体；
炉内温度传感器，其检测处理容器内部或者外部的温度；以及
控制装置，其控制加热器和阀机构，调整处理容器内的温度来使处理容器内的温度收敛为规定的目标温度，
其中，上述控制装置具有：预先确定的数值模型，其与加热器输出和冷却输出相关，上述数值模型具有加热器输出用数值模型和冷却输出用数值模型，并且上述加热器输出用数值模型为如下模型：利用所述炉内温度传感器以及用于驱动控制所述加热器的加热器驱动部预先推测所述被处理体的温度、并为了使得所推测的温度接近目的温度而确定加热器输出；一边使上述加热器进行动作一边使上述鼓风机实际地进行动作，通过实测上述被处理体的温度，来与上述加热器输出用数值模型一起获取上述冷却输出用数值模型；
加热器输出运算部，其根据上述加热器输出用数值模型和来自炉内温度传感器的炉内温度来求出加热器输出；
冷却输出运算部，其根据上述冷却输出用数值模型和来自炉内温度传感器的炉内温度来求出冷却输出；以及
流量控制运算部，其将来自冷却输出运算部的冷却输出转换为冷却介质流量，其中，流量控制运算部根据冷却介质流量来控制阀机构。
7.一种热处理装置，其特征在于，具备：
炉本体，其划分为多个区域；
加热器，其设置在炉本体的各区域的内周面；
处理容器，其配置在炉本体内，与炉本体之间形成空间，并且在内部收纳多个被处理体；
鼓风机，其经由冷却介质供给线连接于炉本体的各区域，向炉本体与处理容器之间的空间供给冷却介质；
阀机构，其调整从鼓风机供给的冷却介质的流量；
排气管，其设置在炉本体的各区域；
炉内温度传感器，其检测与炉本体的各区域相对应的处理容器的内部或者外部的温度；以及
控制装置，其控制与各区域相对应的加热器和阀机构，调整处理容器内的温度来使处理容器内的温度收敛为规定的目标温度，
其中，上述控制装置具有：预先确定的各区域的数值模型，其与加热器输出和冷却输出相关，上述数值模型具有加热器输出用数值模型和冷却输出用数值模型，并且上述加热器输出用数值模型为如下模型：利用所述炉内温度传感器以及用于驱动控制所述加热器的加热器驱动部预先推测所述被处理体的温度、并为了使得所推测的温度接近目的温度而确定加热器输出；一边使上述加热器进行动作一边使上述鼓风机实际地进行动作，通过实测上述被处理体的温度，来与上述加热器输出用数值模型一起获取上述冷却输出用数值模型；
加热器输出运算部，其根据与该区域相对应的上述加热器输出用数值模型和来自炉内温度传感器的炉内温度来求出该区域的加热器输出；
冷却输出运算部，其根据与该区域相对应的上述冷却输出用数值模型和来自炉内温度传感器的炉内温度来求出该区域的冷却输出；以及
流量控制运算部，其将来自冷却输出运算部的冷却输出转换为冷却介质流量，其中，流量控制运算部根据冷却介质流量来控制阀机构。
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