CN102738037A - 热处理控制系统及热处理控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种能够在装载晶片时可靠地推定晶片温度来对晶片施以迅速的热处理的热处理控制系统及热处理控制方法。热处理控制系统具备：处理被保持在载体中的晶片的处理容器、密封处理容器的盖体、加热处理容器的加热器以及控制加热器的控制装置。在盖体上设置有轮廓温度传感器保持件，在该轮廓温度传感器保持件上设置有轮廓温度传感器。轮廓温度传感器与温度推定部连接，温度推定部基于轮廓温度传感器的检测信号对该轮廓温度传感器的检测信号施以一阶延迟滤波来推定晶片的温度。控制装置基于由温度推定部求出的晶片的温度来控制加热器。
Description
本专利申请享有2011年3月30日提出的日本特愿2011-075781的优先权。该在先申请中的所有公开内容被援引为本说明书的一部分。
技术领域
本发明涉及热处理控制系统以及热处理控制方法。
背景技术
在半导体器件的制造中，为了对被处理体如半导体晶片实施氧化、扩散、CVD、退火等热处理而使用各种热处理装置。作为其中的一种，公知有一种可一次对多个片进行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，下部具有开口部；盖体，开合该处理容器的开口部；保持件，设置在该盖体上，在上下方向上以规定的间隔保持多片被处理体；和炉本体，设置在所述处理容器的周围，并安装有对被送入处理容器内的所述被处理体进行加热的加热器。
在这样的热处理装置中，通过加热器来加热被处理体，以使被处理体基于来自设置在处理容器内的温度传感器的信号变成由控制装置预先设定的设定温度。但是，在装载被处理体时，由于被处理体的温度从室温渐渐地上升，因此为了将被处理体加热至预先设定的设定温度需要花费较长时间，从而尤其需要在装载时迅速且高精度地对被处理体进行热处理。
专利文献1：日本专利第4285759号公报
发明内容
本发明因考虑到这样的问题而提出，目的在于提供一种在装载被处理体时，可以迅速且高精度地对被处理体进行热处理的热处理装置以及热处理方法。
本实施方式的特征在于，具备：炉本体；加热部，设置于炉本体内表面；处理容器，配置在炉本体内，且下端形成有开口；盖体，在上下方向上移动自如地被设置且对处理容器的下端开口进行密封；保持件，设置在盖体上且内部收纳多个被处理体，并将被处理体插入处理容器内；处理容器内温度传感器，与被处理体一同被插入到处理容器内，检测处理容器内的温度；温度推定部，基于来自处理容器内温度传感器的信号，对该来自处理容器内温度传感器的检测信号施以一阶延迟滤波来推定被处理体的温度；和控制装置，基于由温度推定部推定出的被处理体的温度来控制加热部。
在上述热处理控制系统中，其特征在于，处理容器内温度传感器设置在盖体上。
在上述热处理控制系统中，其特征在于，处理容器内温度传感器被安装在保持件上。
在上述热处理控制系统中，其特征在于，温度推定部在向处理容器内插入被处理体的装载时推定被处理体的温度。
本实施方式为一种使用了热处理控制系统的热处理控制方法，其特征在于，包括：通过收纳并保持被处理体的保持件向处理容器内插入被处理体的装载步骤；在温度推定部中，基于来自处理容器内温度传感器的检测信号，对该来自处理容器内温度传感器的信号施以一阶延迟滤波来推定被处理体的温度的步骤；和基于由温度推定部推定出的温度，由控制装置控制加热部的步骤。
如上所述，根据本发明，在装载热处理体时，可基于来自处理容器内温度传感器的检测温度，通过温度推定部可靠地推定被处理体的温度T。使用由温度推定部推定出的被处理体的温度，由控制装置控制加热部，从而能够迅速且高精度地对被处理体施以热处理。
附图说明
图1是示意性地表示本发明的热处理控制系统以及热处理控制方法的实施方式的纵剖视图。
图2是与图1同样的图，是表示装载热处理体时的热处理控制系统的图。
图3是表示本发明的热处理控制系统的温度推定部的作用的图。
图4(a)(b)是与比较例相比较而表示本发明的热处理控制系统的温度推定部的作用的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。这里，图1是示意性地表示本发明的热处理控制系统的纵剖视图，图2是与图1同样的图，是表示装载被处理体时的热处理控制系统的图，图3是表示热处理控制系统的温度推定部的作用的图，图4(a)(b)是与比较例相比较而表示本发明的热处理控制系统的温度推定部的作用的图。
在图1中，纵型的热处理控制系统1具备可一次容纳多片例如半导体晶片W等被处理体来对其施以氧化、扩散、减压CVD等热处理的纵型的热处理炉2。该热处理炉2具备：炉本体5，在内周面设置有发热电阻体(加热器)18A；和处理容器3，配置在炉本体5内，在与炉本体5之间形成空间33，并且用于容纳晶片W来进行热处理。这里，加热器18A作为对晶片W加热的加热部而发挥作用。
另外，炉本体5与处理容器3之间的空间33沿着纵方向被划分为多个单位区域，例如被划分为10个单位区域A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8、A9、A10。而且，加热器18A与这10个单位区域A1、...A10对应地被设置在各个单位区域A1、...A10中，进一步，按每个单位区域A1、...A10来设置测量该单位区域A1、...A10的温度的如后述那样的外部温度传感器50。
此外，在图1中，每个单位区域A1、...A10都设置有加热器18A和外部温度传感器50。另外，各加热器18A如后述那样地由多个加热器元件18构成。
另外，炉本体5被底板6支承，在该底板6上形成有用于将处理容器3从下方向上方插入的开口部7。另外，在底板6的开口部7上以覆盖底板6与处理容器3之间的间隙的方式设置有未图示的绝热部件。
处理容器3由上端开口的石英制的内筒3A和覆盖内筒3A并且上端闭合的外筒3B构成。另外，在处理容器3中，在下侧部设置有向处理容器3内导入处理气体、惰性气体等的导入端口(导入口)8以及用于排出处理容器3内的气体的排气端口8A。导入端口8连接有气体供给源(未图示)，排气端口8A连接有具备可以减压控制到例如133×600Pa～133×10-2pa的程度的真空泵的排气系统(未图示)。另外，导入端口8连接着向处理容器3内延伸并且具有喷出口8a的导入管8B。
在处理容器3的下方，按照可通过升降机构13A升降移动的方式设置有封闭处理容器3的炉口3a的盖体10。在该盖体10的上部，载置有炉口的保温单元即保温筒11，在该保温筒11的上部载置有在上下方向上以规定的间隔搭载多片、例如100～150片左右的直径300mm的晶片W的保持件即石英制的载体(ボ一ト)12。在盖体10中设置有使载体12绕其轴心旋转的旋转机构13。载体12通过盖体10的下降移动从处理容器3内被送出(卸载)至下方的装载区域15内，在移换晶片W后，通过盖体10的上升移动被送入(装载)处理容器3内。
上述炉本体5具有圆筒状的绝热部件16和在该绝热部件16的内周面在轴方向(在图示例中为上下方向)上形成为多级的槽状的棚部17，沿着各棚部17配置有加热器元件(加热器线、发热电阻体)18，该加热器元件构成设置在每个单位区域A1、...A10内的加热器18A。绝热部件16由含有例如二氧化硅、氧化铝或者氧化铝硅酸盐(珪酸アルミナ)的无机纤维构成。绝热部件16在纵向上被一分为二，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。
上述绝热部件16中配置有能够以适当间隔在径向上移动地保持上述加热器元件18的销构件(未图示)。在上述圆筒状的绝热部件16的内周面上，与其同心的环状的槽部21在轴向上以规定间距形成多级，在相邻的上部的槽部21与下部的槽部21之间形成有在周向上连续的环状的上述棚部17。并且，它们能够使强制冷却时的冷却介质绕到加热器元件18的背面而有效地冷却加热器元件18。此外，作为这样的冷却介质，可以考虑空气、氮气。
设置在每个单位区域A1、...A10内的加热器18A中，位于端部侧的加热器元件18经由以径向上贯通绝热部件16的方式设置的端子板22a、22b与外部的加热器输出部18B连接。
为了保持炉本体5的绝热部件16的形状，并且加强绝热部件16，如图1所示，绝热部件16的外周面用例如不锈钢等金属制外皮(外壳)28覆盖。另外，为了抑制对炉本体5外部的热影响，外皮28的外周面也可以用水冷套30覆盖。在绝热部件16的顶部设置有对其进行覆盖的上部绝热部件31，在该上部绝热部件31的上部设置有覆盖外皮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，为了在热处理后使晶片急速降温来实现处理的迅速化乃至生产率的提高，设置有向外部排出空间33内的气体(雰囲気)的排热系统35和向上述空间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例如由设置在炉本体5的上部的排气口37构成，该排气口37连接着排出空间33内的冷却介质的冷却介质排气线路62。
此外，强制冷却介质单元36具有：在上述炉本体5的绝热部件16与外皮28之间在高度方向上形成了多个的环状流路38，和从各环状流路38贯通绝热部件16内来吹出冷却介质的冷却介质吹出孔40。上述环状流路38通过在绝热部件16的外周面贴上带状或者环状的绝热部件41或者将绝热部件16的外周面削成环状而形成。
在上述外皮28的外周面，沿着高度方向设置有用于向各环状流路38分配供给冷却介质的通用的1条供给管路49，在外皮28上形成有连通供给管路49内与各环状流路38的连通口。供给管路49连接着供给冷却介质的冷却介质供给线路52。
另外，如上所述，在炉本体5与处理容器3之间形成的空间33中，分别设置有检测每个单位区域A1、...A10的温度的外部温度传感器50，来自该温度传感器50的检测信号经由信号线路50a被传送至控制装置51。该控制装置51如后所述那样控制加热器输出部18B，从而驱动设置在各个单位区域A1、...A10内的加热器18A。
此外，在排气口37内还设置有温度传感器(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路80a被传送至控制装置51。
另外，如图1以及图2所示，在内筒3A内表面沿纵向设置有多个内侧温度传感器(内侧T/C)81，各内侧温度传感器81在内筒3A内被纵向延伸的内侧温度传感器保持件81A所保持。另外，在外筒3B内表面沿纵向设置有多个内部温度传感器(内部T/C)82，各内部温度传感器82在外筒3B内被纵向延伸的内部温度传感器保持件82A所保持。此外，在盖体10上设置有纵向延伸的轮廓(profile)温度传感器保持件83A，沿着该轮廓温度传感器保持件83A安装有多个轮廓温度传感器(轮廓T/C)83。
另外，内侧温度传感器81与内部温度传感器82用以检测处理容器3内的温度，设置在每个单位区域A2、...A10内。此外，当处理容器3由单层管构成时，也可以仅设置内部温度传感器82。
此外，轮廓温度传感器83被安装于设置在盖体10上的轮廓温度传感器保持件83A，与盖体10以及载体12一并被插入到处理容器3内，作为检测处理容器3内的温度的处理容器内温度传感器而发挥功能。各轮廓温度传感器83在将载体12插入到处理容器3内时，被设置成与单位区域A3、...A10相对应。
这些温度传感器50、80、81、82、83中，排气温度传感器80、外部温度传感器50、内侧温度传感器81以及内部温度传感器82与控制装置51连接。另外，轮廓温度传感器83与温度推定部51A连接，在该温度推定部51A中，推定晶片W被装载时的温度。通过温度推定部51A推定出的装载时的晶片W的温度被传送至控制装置51。而且，通过该控制装置51，基于由温度推定部51A推定出的装载时的晶片W的温度以及由温度传感器50、80、81、82检测出的检测温度来控制加热器输出部18B，通过加热器输出部18B来驱动各加热器18A。
接下来，对具有这样的构成的热处理装置的作用进行说明。
首先，在载体12内搭载晶片W，搭载了晶片W的载体12被载置在盖体10的保温筒11上。之后，盖体10通过升降机构13A上升，载体12被送入处理容器3内，晶片W被插入并装载于处理容器3内。
其间，在装载时，在温度推定部51A中求出晶片W的温度。控制装置51基于由温度推定部51A求出的晶片的温度来控制加热器输出部18B来对各个单位区域A1、...A10内的加热器18A进行驱动控制，加热炉本体5与处理容器3之间的空间33，对搭载于处理容器3内的载体12上的晶片W施以必要的热处理。
另外，在装载结束且温度稳定后，控制装置51基于由温度推定部51A求出的晶片的温度以及所需的来自温度传感器50、80、81、82的检测温度来控制加热器输出部18B，从而对各个单位区域A1、...A10内的加热器18A进行驱动控制。
接下来，利用图3以及图4对晶片W装载时的温度推定部51A的作用进行说明。
这里，图3是表示温度推定部51A的作用的图，横轴表示装载晶片W时的时间，纵轴表示温度。
如图3所示，从装载开始经过一定时间后晶片W的温度稳定。
在从晶片W的装载开始到温度稳定为止的装载过程中，来自轮廓温度传感器83的检测温度被输入到温度推定部51A中。
温度推定部51A基于来自轮廓温度传感器83的检测温度来推定晶片W的温度。
具体而言，温度推定部51A对来自轮廓温度传感器83的检测温度(检测信号)施以一阶延迟滤波。
该情况下，针对一阶延迟滤波，预先设定基于晶片温度的时间常数来设计出的适当的滤波器。而且，通过使用这样设计出的适当的一阶延迟滤波，能够使对来自轮廓温度传感器83的检测信号施以了一阶延迟滤波的信号与实际的晶片温度大体一致。
接下来，利用图4(a)(b)对本发明的作用效果进行论述。
这里，图4(a)是表示本发明的热处理控制系统中的温度推定部的作用的图，图4(b)是表示比较例的作用的图。
如图4(a)所示，本发明在温度推定部51A中，在装载时，对来自与安装于盖体10上的晶片W一同被插入处理容器3内的轮廓温度传感器83的检测信号施以一阶延迟滤波来推定晶片W的温度。由此，使施以了一阶延迟滤波的温度接近实际的晶片W的温度，从而能够正确地求出晶片的温度。而且，在装载时，基于温度推定部51A中求出的晶片W的温度，由控制装置51来控制加热器输出部18B，从而驱动各加热器18A。由此，在装载时能够以较短时间使晶片W的温度稳定化。
在图4(a)中，内部温度传感器82的检测温度在装载时会比实际的晶片的温度高很多。
另一方面，在图4(b)所示的比较例中，在装载时，控制装置基于内部温度传感器的检测信号来对加热器进行驱动控制。如图4(b)所示那样，在控制装置基于内部温度传感器的检测信号来控制加热器的情况下，内部温度传感器的检测温度乖离实际的晶片温度，因此为了使晶片W的温度稳定化需要较长时间。
这样，在比较例中，作为用于使晶片W的温度稳定化时需要较长时间的原因，可以考虑以下的理由。即在装载开始时，晶片W的温度是室温，相对于此，内部温度传感器的检测温度接近加工温度，两者的差异大，因此，在控制装置基于内部温度传感器的检测温度来控制加热器的情况下，存在不会加大加热器功率的输出而导致加热的能力较弱的问题。
另外，存在由Si构成的晶片在400℃以下的低温域由于会使红外线透过，因此辐射率低、难以加热这一问题。例如在200℃的工艺中，在加热器的1.5～5.0μm波段中，Si的辐射率为0.1左右，因此晶片的温度难以上升。
相对于此，根据本发明，在装载时能够通过温度推定部51A高精度地求出晶片W的温度。并且，控制装置51基于由温度推定部51A求出的晶片W的温度来控制加热器输出部18B从而驱动加热器18A，因此以较短时间就能够使晶片W的温度稳定化。
如上所述，根据本实施方式，在温度推定部51A中，对轮廓温度传感器83的检测信号施以一阶延迟滤波，从而可高精度地推定装载时的晶片W的温度。而且，基于在温度推定部51A中推定出的晶片的温度，通过控制装置51控制加热器输出部18B来驱动加热器18A。
该情况下，通过温度推定部51A能够高精度地推定装载时的晶片W的温度，因此与例如将来自内部温度传感器82的检测温度推定为晶片W的温度来由控制装置51控制加热器18A的情况相比，能够准确地推定晶片W的温度，在装载时能够迅速且高精度地对晶片W进行热处理。
此外，在上述实施方式中，举出了将轮廓温度传感器83作为与晶片W一同被插入到处理容器3内的处理容器内温度传感器来使用，并且将该轮廓温度传感器83安装于设置在盖体10上的轮廓温度传感器保持件83A的例子，但并非仅限于此，也可以将轮廓温度传感器83设置在载体12上，以此取代将轮廓温度传感器83设置在盖体10上的方式。
Claims (5)
1.一种热处理控制系统，其特征在于，具备：
炉本体；
加热部，设置于炉本体内表面；
处理容器，配置在炉本体内，且下端形成有开口；
盖体，在上下方向上移动自如地被设置且对处理容器的下端开口进行密封；
保持件，设置在盖体上且内部收纳多个被处理体，并将被处理体插入处理容器内；
处理容器内温度传感器，与被处理体一同被插入到处理容器内，检测处理容器内的温度；
温度推定部，基于来自处理容器内温度传感器的检测信号，对该来自处理容器内温度传感器的检测信号施以一阶延迟滤波来推定被处理体的温度；和
控制装置，基于由温度推定部推定出的被处理体的温度来控制加热部。
2.根据权利要求1所述的热处理控制系统，其特征在于，
处理容器内温度传感器设置在盖体上。
3.根据权利要求1所述的热处理控制系统，其特征在于，
处理容器内温度传感器被安装在保持件上。
4.根据权利要求1所述的热处理控制系统，其特征在于，
温度推定部在向处理容器内插入被处理体的装载时推定被处理体的温度。
5.一种热处理控制方法，其特征在于，使用如权利要求1所述的热处理控制系统，该热处理控制方法包括：
通过收纳并保持被处理体的保持件向处理容器内插入被处理体的装载步骤；
在温度推定部中，基于来自处理容器内温度传感器的检测信号，对该来自处理容器内温度传感器的信号施以一阶延迟滤波来推定被处理体的温度的步骤；和
基于由温度推定部推定出的温度，由控制装置控制加热部的步骤。
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