CN113272940B - 基板处理装置、半导体装置的制造方法以及加热器单元 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种结构，其具备：反应室，其在内部容纳基板；炉体，其以覆盖该反应室的周围的方式设置；发热体，其设于该炉体的内部或内侧；第一温度传感器，其以测温点位于该发热体的附近的方式设置；第二温度传感器，其以测温点与第一温度传感器的测温点接近的方式设置；第三温度传感器，其设于反应室的内部或外侧、比第一温度传感器的测温点靠近基板且远离发热体的位置；以及温度调节器，其一边参照第一温度传感器的温度一边控制发热体的发热量，以使该第三温度传感器探测到的温度与预定的目标一致，该温度调节器当探测到第一温度传感器的异常时，能够取代第一温度传感器的温度而参照第二温度传感器的温度继续发热量的控制。

Description

基板处理装置、半导体装置的制造方法以及加热器单元
技术领域
本公开涉及一种基板处理装置、半导体装置的制造方法以及加热器单元。
背景技术
在半导体装置(IC等)的制造中，为了对基板进行热处理，广泛使用间歇式立形热处理装置。在现有的这种热处理装置的处理炉中，向上端封闭且下端开放的大致圆筒形的立型反应管的内部从下方插入搭载有多个晶圆的晶舟，利用设置成包围反应管的外侧的加热器对晶舟上的晶圆进行热处理。在晶舟上，多个晶圆以水平姿势且以将晶圆的中心互相对齐的状态层叠多层保持。
另外，在上述的热处理装置中，在加热器的附近配置热电偶(也称为加热器热电偶、钉型热电偶。)测量加热侧的温度，在晶圆或反应管的附近配置热电偶(也称为级联热电偶、剖面热电偶。)测量被加热体的温度，基于它们的测量温度对加热器进行反馈控制。另外，在加热器的附近配置热电偶(以下称为过热探测热电偶。)检测加热器的异常加热，通过强制性地切断加热器电源等来进行装置保护。
而且，在热处理装置中，提出了以下装置：根据在处理基板的处理序列的执行中热电偶发生故障的情况下进行失效保护的思想，可切换地设置两个靠近配置的加热器热电偶和过热探测热电偶，在一方的热电偶发生故障的情况下，使用另一方的热电偶作为一方的热电偶的替代，将另一方的热电偶的测定温度原样地控制为与在一方的热电偶时设定的设定温度一致(例如，专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平10－270454号公报
发明内容
发明所要解决的课题
然而，在上述的专利文献1记载的技术中，虽然两个热电偶较靠近地配置，但测定部位不同，因此，当作为一方的热电偶的替代将另一方的热电偶的测定温度原样地控制为设定温度时，原本想要进行温度控制的一方的热电偶的测定温度和设定温度产生分歧，难以稳定地继续温度控制。
本公开的课题在于提供一种即使在作为温度传感器的热电偶产生故障的情况下也能够进行温度控制的稳定继续的结构。
用于解决课题的方案
根据本公开的一方案，提供以下结构，其具备：
反应室，其在内部容纳基板；
炉体，其以覆盖上述反应室的周围的方式设置；
发热体，其设于上述炉体的内部或内侧；
第一温度传感器，其以测温点位于上述发热体的附近的方式设置；
第二温度传感器，其以测温点与上述第一温度传感器的测温点接近的方式设置；
第三温度传感器，其设于上述反应室的内部或外侧、比上述第一温度传感器的测温点靠近上述基板且远离上述发热体的位置；以及
温度调节器，其一边参照上述第一温度传感器的温度一边控制上述发热体的发热量，以使上述第三温度传感器探测到的温度与预定的目标一致，
上述温度调节器当探测到上述第一温度传感器的异常时，能够取代上述第一温度传感器的温度而参照上述第二温度传感器的温度继续上述发热量的控制。
发明效果
根据上述的结构，能够进行温度控制的稳定继续。
附图说明
图1是本公开的实施方式的基板处理装置的立体透视图。
图2是本公开的实施方式的处理炉的垂直剖视图。
图3是表示本公开的实施方式的处理炉和热电偶的图。
图4是图3的处理炉的水平剖视图。
图5是表示本公开的实施方式中的温度检测件的构造的图。
图6是图5的圆A的部分的放大剖视图。
图7是表示图5的温度检测件的绝缘管的前端的图，(a)是从图6的B方向的侧视图，(b)是从与图6相同的方向的侧视图。
图8是表示温度检测件400的前端的图。
图9是表示图8的温度检测件的绝缘管的前端的图，(a)是从图8的B方向的侧视图，(b)是从与图8相同的方向的侧视图。
图10是对图3的温度控制部的PID控制进行说明的图。
具体实施方式
(实施方式)
作为本公开的实施方式，对实施作为半导体装置的制造工序的一工序的基于热处理进行的基板处理工序的基板处理装置的结构例使用图1进行说明。
图1是本公开的实施方式的基板处理装置的立体透视图。如图1所示，实施方式的基板处理装置10具备外壳101，为了将由硅等构成的基板即晶圆200向外壳101内外搬送，使用匣盒(也称为晶圆盒、FOUP)110作为晶圆载体(基板容纳器)。
在外壳101的正面前方侧设置有匣盒台105。匣盒110通过外壳101外的工序内搬送装置(未图示)被搬入并载置于匣盒台105上，另外从匣盒台105上被搬出至外壳101外。
在外壳101内的前后方向上的大致中央部设置有匣盒架114。匣盒架114保管多个匣盒110。移载架123作为匣盒架114的一部分而设置，在移载架123收纳有成为后述的晶圆移载机构112的搬送对象的匣盒110。
在匣盒台105与匣盒架114之间设置有匣盒搬送装置115。匣盒搬送装置115在匣盒台105、匣盒架114、移载架123之间搬送匣盒110。
在匣盒架114的后方设置有晶圆移载机构112。晶圆移载机构112能够将晶圆200从移载架123上的匣盒110内拾取并向后述的晶舟(基板保持件)217填装(装料)、将晶圆200从晶舟217卸下(卸料)并收纳至移载架123上的匣盒110内。
在外壳101的后侧上方设有处理炉202。处理炉202的下端部构成为可通过炉口闸门116开闭。处理炉202的结构后面叙述。
在处理炉202的下方设置有作为使晶舟217升降并向处理炉202内外搬送的机构的晶舟升降机121。在晶舟升降机121设置有作为升降台的臂122。在臂122上以水平姿势设置有密封盖219。密封盖219铅垂地支撑晶舟217，并且在晶舟217利用晶舟升降机121上升后，作为将处理炉202的下端部气密地封闭的盖体发挥功能。晶舟217的结构后面叙述。
(处理炉的结构)
接着，使用图2对实施方式的处理炉202的结构进行说明。图2是基板处理装置的处理炉的垂直剖视图。在该实施方式中，处理炉202构成为间歇式立形热壁式的热处理炉。
(反应管)
处理炉202在其内侧具备立形的反应管222。反应管222形成上端封闭且下端开口的大致圆筒形状，以开口的下端朝向下方的方式且筒的中心轴(管轴)铅垂的方式纵向配置。
在反应管222内形成有作为反应室的处理室204，容纳并处理利用作为基板保持件的晶舟217以水平姿势层叠有多层的多个晶圆200。反应管222的内径设定为比保持晶圆200组的晶舟217的最大外径大。
在本例中，反应管222由石英(SiO2)、碳化硅(SiC)等耐热性高的材料一体成形为大致圆筒形状。
反应管222的下端部被水平截面为大致圆环形状的歧管206气密地密封。反应管222为了其维护检查作业、清扫作业而装拆自如地安装于歧管206。歧管206支撑于外壳101，从而反应管222为铅垂地装配于外壳101的状态。歧管206的下端开口构成用于使保持晶圆200组的晶舟217出入的炉口205。
(基板保持件)
封闭歧管206的下端开口的密封盖219从铅垂方向下侧与歧管206抵接。密封盖219形成为具有与反应管222的外径同等以上的外径的圆盘形状，且构成为通过铅垂地配设于反应管222的外部的晶舟升降机121在保持上述圆盘形状为水平姿势的状态下沿铅垂方向升降。
在密封盖219上铅垂地支撑有作为保持晶圆200的基板保持件的晶舟217。晶舟217具备上下一对端板和在两端板之间铅垂地设置的多个、在本例中为三个晶圆保持部件(晶舟支柱)。端板及晶圆保持部件例如由石英(SiO2)、碳化硅(SiC)等耐热性高的材料构成。
在各晶圆保持部件遍及长边方向等间隔地设有沿水平方向刻出的多条保持槽。各晶圆保持部件设置成保持槽互相对置，且各晶圆保持部件的保持槽的铅垂位置(铅垂方向的位置)一致。通过将晶圆200的周缘分别插入多个晶圆保持部件中的同一层的保持槽内，多个(例如，50～150个左右)晶圆200以水平姿势且以晶圆的中心互相对齐的状态沿铅垂方向层叠多层而保持。
另外，在晶舟217与密封盖219之间设有保温筒210。保温筒210例如由石英(SiO2)、碳化硅(SiC)等耐热性材料构成。通过保温筒210，来自后述的加热器单元208的热向歧管206侧传递的情况被抑制。
在密封盖219的下侧(与处理室204相反的侧)设有使晶舟217旋转的晶舟旋转机构237。晶舟旋转机构237的晶舟旋转轴贯通密封盖219，从下方支撑晶舟217。通过使晶舟旋转轴旋转，能够使晶圆200在处理室204内旋转。密封盖219构成为通过上述的晶舟升降机121沿铅垂方向升降，由此能够将晶舟217向处理室204内外搬送。
晶舟旋转机构237及晶舟升降机121与控制部280电连接。控制部280进行控制，以使晶舟旋转机构237及晶舟升降机121在所希望的定时进行所希望的动作。
(加热器单元)
在反应管222的外部以包围反应管222的方式设置有作为对反应管222内遍及整体以均匀或预定的温度分布进行加热的炉体的加热器单元208。加热器单元208由用隔热材料等构成为筒状或箱状的炉体和设于炉体的内周面附近的发热体209构成，且通过支撑于基板处理装置10的主体209而铅垂地装配。发热体209例如由碳加热器等电阻加热加热器构成，且在本例中在炉体的内表面露出。
(气体供给系统)
使用图2对气体供给系统进行说明。如图2所示，向处理室204内供给处理气体的气体喷嘴224沿铅垂方向贯通密封盖219而设置。此外，气体喷嘴224也可以设为沿水平方向贯通歧管206。在气体喷嘴224连接有处理气体供给机构226。处理气体供给机构226从上游起，依次具有供给处理气体的处理气体供给源、作为流量控制装置的MFC(质量流量控制器)以及开闭阀。主要由气体喷嘴224构成处理气体供给部。此外，也可以考虑将处理气体供给机构226包括在处理气体供给部中。
处理气体供给机构226的MFC、开闭阀与控制部280电连接。控制部280控制MFC及开闭阀，以使向处理室204内供给的气体的种类在所希望的定时为所希望的气体种类，另外，使供给的气体的流量在所希望的定时为所希望的流量。
(气体排出系统)
在歧管206的侧壁的一部分连接有排出处理室204内的气体介质的排气管231。在排气管231，从上游起，依次设有作为压力检测器的压力传感器236、作为压力调整器的APC(Auto Pressure Controller)阀232。在APC阀232的下游经由排气管233连接有作为真空排气装置的真空泵234。主要由排气管231构成从反应管222内排出气体的排气部。此外，也能够考虑将APC阀232和真空泵234包括在排气部中。
APC阀232及压力传感器236与控制部280电连接。控制部280基于由压力传感器236检测到的压力值控制APC阀232的开度，以使处理室204内的压力在所希望的定时为所希望的压力。
(控制器)
控制部(控制器)280具备未图示的操作部、输入输出部，与基板处理装置10的各构成部电连接，且控制基板处理装置10的各构成部。控制部280指示基于以时间轴表示成膜等工艺的控制序列的配方的温度控制、压力控制、流量控制以及机械驱动控制。
(温度检测装置)
参照图3、4对实施方式中的温度检测装置的概略进行说明。图3是表示实施方式的处理炉和热电偶的垂直剖视图。图4是图3的处理炉的肋211部分处的水平剖视图。
如图3所示，包括作为第一温度传感器的加热器热电偶51a～51h及作为第二温度传感器的过热探测热电偶53a～53h的温度检测件300a～300h以沿水平方向贯通加热器单元208且前端从肋211突出的方式设于加热器单元208。加热器热电偶51a～51h及过热探测热电偶53a～53h的各热电偶接合部(以下，也简称为接合部。)是测温点，与反应管222的外侧侧面对置。此时，这些接合部与发热体209或炉体内表面的距离比与晶圆200或反应管222的距离小。加热器热电偶51a～51h及过热探测热电偶53a～53h的各线材向加热器单元208的外侧延伸，且与温度控制部282连接。在代表温度检测件300a～300h的情况下，称为温度检测件300。在代表加热器热电偶51a～51h的情况下，称为加热器热电偶51，在代表过热探测热电偶53a～53h的情况下，称为过热探测热电偶53。
另外，如图3所示，作为第三温度传感器的级联热电偶52a～52g容纳于在反应管222与晶舟217之间所设置的保护管62内。保护管62由碳化硅(SiC)等耐热性高的材料形成为圆管形状，上端封闭，在下端具有开口部，且设置成沿铅垂方向延伸。此外，包括级联热电偶52h的温度检测件400h设于反应管222的上方。
加热器单元208被分割成多个加热区，在图3的例子中被分割成七个区。在反应管222的侧面的周围，在炉体的内表面上露出地设有炉体的最上部侧的加热器(U1区加热器)208a、U1区加热器208a的正下方的加热器(U2区加热器)208b、U2区加热器208b的正下方的加热器(CU区加热器)208c、CU区加热器208c的正下方的加热器(C区加热器)208d、C区加热器208d的正下方的加热器(CL区加热器)208e、CL区加热器208e的正下方的加热器(L1区加热器)208f、以及最下部侧的加热器(L2区加热器)208g。作为各加热区的发热体的电阻加热加热器与其它加热区独立地被个别地控制。通过在肋211上设置温度检测件300的贯通孔，容易在各区使温度检测件300的前端(接合部)与上下的发热体的距离恒定。而且，能够根据需要将温度检测件300的前端与发热体的曲折图案的位置关系遍及多个区一致。此外，通过温度检测件300的贯通孔，可将肋211中断。另外，在某区的发热体的层数为奇数的情况下，可配置于比区的中心向上或向下偏离的位置。
另外，在反应管222的上方，从炉体的顶棚208t的内表面浮出地设有加热器(Sub－U区加热器)208h。顶棚208t具有隔热材料及排气口。构成为，冷却空气从炉体的外表面侧向各区的加热器208a～208g流入，并向内表面侧流入，经由反应管222与加热器单元208之间的空间从顶棚208t的排气口排出。
加热器热电偶51a、级联热电偶52a以及过热探测热电偶53a用于处理炉202的U1区加热器208a的温度检测用，加热器热电偶51b、级联热电偶52b以及过热探测热电偶53b用于U2区加热器208b的温度检测，加热器热电偶51c、级联热电偶52c以及过热探测热电偶53c用于CU区加热器208c的温度检测，加热器热电偶51d、级联热电偶52d以及过热探测热电偶53d用于C区加热器208d的温度检测，加热器热电偶51e、级联热电偶52e以及过热探测热电偶53e用于CL区加热器208e的温度检测，加热器热电偶51f、级联热电偶52f以及过热探测热电偶53f用于L1区加热器208f的温度检测，加热器热电偶51g、级联热电偶52g以及过热探测热电偶53g用于L2区加热器208g的温度检测。加热器热电偶51h、级联热电偶52h以及过热探测热电偶53h用于Sub－U区加热器208h的温度检测。一般地，加热器热电偶51、级联热电偶52以及过热探测热电偶53在对应的区的高度方向的范围内(例如中央附近)安装于肋211上的位置，但加热器热电偶51a等设于U1区的下端附近，加热器热电偶51g等设于L2区的上端附近。
关于加热器热电偶51a～51h的测量温度，对分割的每一个要素(加热区)独立或联合地进行反馈控制，一边参照加热器热电偶51a～51h的测量温度，一边控制加热器单元208的发热量，以使级联热电偶52a～52h的测量温度与目标温度的误差变小。
此外，也能够不使用加热器热电偶51a～51e而使用过热探测热电偶53a～53h，一边参照级联热电偶52a～52h的测量温度一边控制加热器单元208的发热量，以使过热探测热电偶53a～53h的测量温度与目标温度的误差变小。
接着，使用图5～7对实施方式中的温度检测件的构造进行说明。图5是表示实施方式中的温度检测件的构造的剖视图。图6是图5的圆A的部分的放大剖视图。图7是表示温度检测件300的绝缘管312的前端的图，图7(a)是从图6的B方向的侧视图，图7(b)是从与图6相同的方向的侧视图。
如图3所示，对应于U1区加热器208a～L2区加热器208g的温度检测件300a～300g以温度检测件300a～300g的前端从加热器单元208的炉体(更准确地为肋211)的内表面突出预定量的方式构成为相同长度。与温度检测件300a～300g相比，对应于Sub－U区加热器208h的温度检测件300h构成为保护管313更长，以从作为炉体的加热器单元208的外周与反应管222的管轴垂直地插通到顶棚208t内且使温度检测件300h的前端在反应管222的外侧位于反应管222的管轴上。保护管313的前端设置成从顶棚208t内的隔热材料露出。
如图5所示，温度检测件300具备加热器热电偶51、过热探测热电偶53、绝缘管312以及保护管313。保护管313由再结晶氧化铝(Al2O3)、莫来石、不锈钢等耐热性高的材料形成为圆筒形状，一端封闭，另一端具有开口部。已知再结晶氧化铝可以使来自1000℃以下的发热体的红外线良好地透过。
如图6、7所示，绝缘管312形成为具有可插通保护管313的外径和四个内部孔312a、312b、312c、312d的恒定截面的棒状，在一端，以将四个内部孔312a、312b、312c、312d分离成左右相邻的两组内部孔312a、312c和内部孔312b、312d的方式通过切缝加工沿横向形成有槽312e。绝缘管312例如为氧化铝制，内部孔312a～312d是能够分别插通热电偶线材的内径的孔。槽312e具有充分的宽度，使内部孔312a～312d在槽的内侧露出。
加热器热电偶51具有热电偶接合部23a和通过热电偶接合部23a接合的两根热电偶线材21a、22a。例如，热电偶线材21a是正极线，其材质是铂铑。热电偶线材21b是负极线，其材质是铂。加热器热电偶51的热电偶线材21a、22a插通于一组内部孔312a、312b的每一个，且将加热器热电偶51的热电偶接合部23a保持为接近槽312e的内侧。
过热探测热电偶53具有热电偶接合部23b和通过该热电偶接合部23b接合的两根热电偶线材21b、22b。例如，热电偶线材21c是正极线，其材质是铂铑。热电偶线材21d是负极线，其材质是铂。过热探测热电偶53的热电偶线材21b，22b插通一组内部孔312c、312d的每一个，且将过热探测热电偶53的热电偶接合部23b保持为接近槽312e的内侧。也就是，加热器热电偶51和过热探测热电偶53以从它们的热电偶接合部伸出的热电偶线材架设于槽之间的方式左右并排设置。由此，即使在上下(管轴)方向上存在温度梯度，两者也能够检测到相同的温度。另外，从保护管313的前端到热电偶接合部23a及23b的B方向的距离可以设定为大致相等，且为保护管313的前端从肋突出的长度的大致一半。例如，如果突出的长度为11mm，则设定为5.5mm。
对应于Sub－U区加热器208h的温度检测件300h除了保护管313、热电偶线材21a、22a、21b、22b的长度，为与温度检测件300相同的构造。
这样，就加热器热电偶51及过热探测热电偶53而言，其热电偶接合部23a、23b位于保护管313的前端内部空间。另外，为如下结构：其热电偶线材21a、22a、21b、22b分别插通于绝缘管312的四个孔，从绝缘管312的与前端相反的侧的端面引出至加热器单元208的外表面，且连接于连接器314。为了减小热容量，优选绝缘管312、保护管313构成得细，例如各自的外径能够设为6mm以下、4mm以下。
接着，使用图8、9对实施方式中的具有级联热电偶52h的温度检测件400的构造进行说明。图8是表示温度检测件400的前端的图。图9是表示温度检测件400的绝缘管412的前端的图，图9(a)是从图8的B方向的侧视图，图9(b)是从与图8相同的方向的侧视图。
温度检测件400是与温度检测件300相同的构造。但是，温度检测件400形成为比温度检测件300长。温度检测件400从加热器单元208的外周垂直于反应管222的管轴地插通，且保护管413h的前端位于反应管222的管轴上且位于温度检测件300h的前端与反应管222的上端之间。
绝缘管412与绝缘管312同样地形成为具有能够插通保护管413的外径和四个内部孔412a、412b、412c、412d的恒定截面的棒状，在一端以将四个内部孔412a、412b、412c、412d分离为相邻的两组内部孔412a、412c和内部孔412b、412d的方式通过切缝加工形成有槽412e。
级联热电偶52h与加热器热电偶51同样地具有热电偶接合部23h和通过该热电偶接合部23h接合的两根热电偶线材21h、22h。例如，热电偶线材21h是正极线，其材质是铂铑。热电偶线材21h是负极线，其材质是铂。级联热电偶52h的热电偶线材21h、22h插通一组内部孔412a、412b的每一个，且将级联热电偶52h的热电偶接合部23h保持为接近槽412e的内侧。此外，在内部孔412c、412d未插通热电偶线材。
(本实施方式的基板处理动作)
接着，以IC的制造方法中的成膜工序为例对本实施方式的基板处理动作进行说明。该基板处理动作由控制器280控制。首先，在晶圆装料步骤中，向晶舟217填装晶圆200。多个晶圆200在晶舟217的装料状态下将其中心对齐，互相平行且水平地堆叠排列多层。
接着，在晶舟装载步骤中，将堆叠保持有多个晶圆200的晶舟217搬入处理室204(晶舟装载)。接着，在减压步骤中，经由排气管231利用真空泵234将反应管222的内部减压到预定的真空度，并且在升温步骤中，基于由温度检测装置测定出的温度，利用加热器单元208将反应管222的内部升温到预定的温度。
接着，在成膜步骤中，一边使晶舟217旋转，一边将预定的原料气体向气体喷嘴224供给，导入处理室204。导入到处理室204的原料气体在反应管222内流动，并从开设于歧管206的排气管231排出。在成膜步骤中，基于由温度检测装置测定出的温度，利用加热器单元208将反应管222的内部维持在预定的温度。这样，通过一边与晶圆200的表面接触一边在上下相邻的晶圆200与晶圆200之间的空间平行地流动的原料气体，晶圆200的表面形成膜。
在如上地进行所希望的成膜处理后，停止原料气体的供给，利用惰性气体将处理室204内恢复到大气压。另外，基于由温度检测装置测定出的温度，将反应管222的内部降温到预定的温度。之后，在晶舟卸载步骤中，通过密封盖219下降，处理室204的下端开口，在保持于晶舟217的状态下将处理完毕的晶圆200组从处理室204搬出到外部(晶舟卸载)。
上述的升温动作、温度维持动作以及降温动作基于由加热器热电偶51及级联热电偶52测定出的温度，以使该测定温度为目标温度的方式利用控制器280的温度控制部282的温度调节器进行控制，例如PID控制。图10是对温度控制部282的温度调节器的PID控制进行说明的图。
如图10所示，加热器单元208通过基于电阻加热加热器520进行的加热和基于空气进行的冷却来进行温度控制。即，通过施加于电阻加热加热器的电量及APC阀513的开度进行温度控制。
温度控制部282的温度调节器282a具备：输出从作为主控制部的控制器280输入的温度设定值与来自级联热电偶52的温度的偏差的第一减法器501；根据第一减法器501的输出进行PID运算，指示来自加热器热电偶51的测定温度应追随的值的第一PID运算部(PID1)502；输出第一PID运算部(PID1)502的输出与来自加热器热电偶51的温度的偏差的第二减法器503；以及根据第二减法器503的输出进行PID运算，指示至电力调整器511的操作量的第二PID运算部(PID2)504。电力调整器511向电阻加热加热器520供给与指示的操作量相应的电力。
另外，温度调节器282a具备：输出存储于表505的加热器温度设定值与第二减法器503的偏差的第三减法器506；根据第三减法器506的输出进行PID运算，输出至运算部508的控制值的第三PID运算部(PID3)507；以及将第三PID运算部(PID3)507的输出转换成APC阀513的开度的运算部508。在加热器热电偶的温度比加热器温度设定值高(比温度偏差设定大)的情况下，以成为温度偏差设定的方式由第三PID运算部507进行控制运算，运算部508将控制运算结构转换成风冷(Intake风量(阀开度))并输出。通过运算部508的输出控制APC阀驱动器512，通过APC阀驱动器512控制APC阀513的开度，从而控制加热器单元208的风冷量。
在基板处理装置10中，在加热器单元208与反应管222之间配置加热器热电偶51并测量加热器单元208附近的温度，同时，在反应管222的内部配置级联热电偶52测量反应管222内部的温度，基于这些测量温度，温度控制部282的温度调节器282a对加热器单元208进行反馈控制，以使反应管222内部的温度成为所希望的目标温度。加热器单元208被分割成多个区，对每一个区使用一个加热器热电偶51进行温度控制。
而且，在本实施方式中，作为测定作为控制量的加热器温度的单元，具有：将加热器热电偶51和过热探测热电偶53选择性地连接于第二减法器503的切换器509；至少基于加热器热电偶51的状态控制切换器509的切换控制器(断线判定器)510；以及在探测到过热探测热电偶53的检测温度异常地成为高温的情况下对电力调整器511输出切断加热器电力的信号的过热保护器514。此外，在将来自加热器热电偶51和过热探测热电偶53的信号输入切换器509等之前或之后进行公知的冷端补偿、线性化、模拟数字转换等，另外，在冷端补偿电路可以设有烧断检测用电路。
在构成为将来自加热器热电偶51和过热探测热电偶53的信号合成(平均化)的电路中，也可以通过切断从一方的热电偶的连接来实现切换器509。
切换控制器510监视加热器热电偶51的检测温度，当通过烧断检测用电路探测到在断线时出现的比预定的第一阈值高的温度或电压、或者振动(噪声)时，控制切换器509，以选择来自过热探测热电偶53的信号。
过热保护器514监视过热探测热电偶53的检测温度，当连续预定时间以上探测到与在通常的使用中不会到达的加热器单元208的温度(例如800℃)对应的比预定的第二阈值高的温度等时，输出上述的进行切断的信号。在此，第二阈值比第一阈值低。过热保护器514假定的热电偶的短路模式的故障相比开路模式，频率更低。因此，过热保护器514还能够构成为：在加热器热电偶51正常(例如，检测温度处于比冷端高温的第三阈值～第二阈值之间)，且过热探测热电偶53的检测温度比第一阈值高的情况下，不输出上述的进行切断的信号，取而代之地向控制部280输出警报。由此，能够避免因过热探测热电偶53的断线而引起的不必要的强制切断。
这样，在基板处理装置10中，具备在加热器热电偶51断线的情况等不能使用的情况下切换到过热探测热电偶53继续温度控制的备用功能。切换的基准(使用中的加热器热电偶51或过热探测热电偶53是否正常)也可以使用其它标准，也可以当加热器热电偶51和过热探测热电偶53存在预定以上的温度差时，判断为表示高的温度的热电偶断线，也可以通过第二减法器503的输出(内部回路的误差信号)等连续预定时间以上超过预定值来判断。即使将用于温度控制的热电偶从加热器热电偶51切换到过热探测热电偶53继续进行控制，也由于不存在设置这些热电偶设置的位置的不同，从而不会因位置的不同而使测定温度不同，能够防止加热器输出的变动(除了用于返回正常值的变动)。
根据实施方式，能够得到如下(A1)～(A2)的至少一个效果。
(A1)插通加热器单元设置保护管，并在其中配置有加热器热电偶及过热探测热电偶，因此能够使过热探测热电偶的温度特性接近加热器热电偶的温度特性。由此，在加热器热电偶因断线等而不能使用的情况下，也能够切换到过热探测热电偶进行温度测量。
(A2)在一根绝缘管设置四个内部孔，向该内部孔插通一对加热器热电偶及一对过热探测热电偶，且在一个保护管内仅配置有一根该绝缘管，因此，能够缩小保护管的外径。由此，容易在加热器单元设置保护管。
此外，不言而喻，本公开不限于上述的实施方式，在不脱离其主旨的范围内能够进行各种变更。
在实施方式中对在加热器热电偶51断线的情况下切换到过热探测热电偶53继续温度控制的例子进行了说明，但也可以还在热力学上一体地设置第三热电偶，在加热器热电偶51及过热探测热电偶53双方断线的情况下切换到第三热电偶。
另外，在实施方式中对温度控制部282进行PID控制的例子进行了说明，但也可以是，具备：作为加热器的温度的加热器温度及作为处理室内的温度的炉内温度中的至少任一个的温度数据的基准温度；向控制成该基准温度的加热器的稳态下的电力供给值；以及存储预测加热器温度及炉内温度中的至少任一个的温度数据的予测温度的预测模型的预测模型存储区域，获取温度数据及电力供给值，使用预测模型作成预定的方程式，并且基于该方程式运算使基准温度与予测温度的偏差最小的解，由此进行控制，以使向加热器输出的电力供给值最佳。
另外，在上述的实施方式中对热壁型的间歇装置进行了例示，但也能够应用于冷壁型、单张或多张装置。也就是能够应用于第一温度传感器及第二温度传感器比第三温度传感器靠近加热单元设置(通过加热单元热结合)或者第三温度传感器比第一温度传感器及第二温度传感器靠近被加热体(基板)设置的装置。
另外，本公开不仅应用于半导体制造装置，也能够应用于LCD制造装置这样的处理玻璃基板的装置、其它基板处理装置。基板处理的处理内容也可以是CVD、PVD、氧化、氮化等改性、表面处理(护理)、退火、蚀刻、抗蚀剂的烘烤、灰化等各种热处理。
符号说明
10—基板处理装置，51—加热器热电偶(第一温度传感器)，52—级联热电偶(第三温度传感器)，53—过热探测热电偶(第二温度传感器)，204—处理室(反应室)，208—加热器单元(炉体)，282—温度控制部(温度调节器，过热保护器)，520—电阻加热加热器(发热体)。

Claims (14)

1.一种基板处理装置，其特征在于，具备：
反应室，其在内部容纳基板；
炉体，其以覆盖上述反应室的周围的方式设置；
发热体，其在上述炉体的内部或内侧分割成多个区设置；
多个第一温度传感器，其在上述多个区的每一个以测温点位于上述发热体的附近的方式设置；
第二温度传感器，其以测温点与对应的至少一个上述第一温度传感器的测温点接近的方式设置；以及
温度检测件，其设于上述多个区的至少一个，且将对应的上述第一温度传感器及上述第二温度传感器各自的测温点保持为在保护管内接近，
上述温度检测件构成为，从上述炉体的外周与上述反应室的中心轴垂直地插通，且上述保护管的前端位于上述反应室的外侧且上述中心轴上，
上述温度检测件具有：
绝缘管，其形成为具有能够插通上述保护管的外径和四个内部孔的恒定截面的棒状，且在一端以将上述四个内部孔分离成相邻的两组内部孔的方式进行了切缝加工；以及
上述保护管，其贯通上述炉体而设置，
上述第一温度传感器的线材和上述第二温度传感器的线材插通于两组孔的每一个，且将上述第一温度传感器及上述第二温度传感器各自的测温点保持为接近上述切缝的内侧。
2.根据权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于，
上述反应室形成于在一端具有开口部的反应管内，且在内部容纳多个基板。
3.根据权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于，还具备：
第三温度传感器，其设于上述反应室的内部或外侧的比上述第一温度传感器的测温点靠近上述基板且远离上述发热体的位置；以及
温度调节器，其一边参照上述第一温度传感器的温度一边控制上述发热体的发热量，以使上述第三温度传感器探测到的温度与预定的目标一致，
上述温度调节器构成为，当探测到上述第一温度传感器的异常时，能够取代上述第一温度传感器的温度而参照对应的上述第二温度传感器的温度继续上述发热量的控制。
4.根据权利要求3所述的基板处理装置，其特征在于，
还具备过热保护器，该过热保护器在上述第二温度传感器的温度异常高时，使对应的区的上述发热体的发热量降低。
5.根据权利要求3所述的基板处理装置，其特征在于，
上述第三温度传感器设于上述多个区的每一个，
上述温度调节器针对上述多个区的每一个控制上述发热体的发热量。
6.根据权利要求3所述的基板处理装置，其特征在于，
上述温度检测件及上述第二温度传感器设于上述多个区的每一个，
上述第一温度传感器及对应的上述第二温度传感器设于上述保护管内。
7.根据权利要求6所述的基板处理装置，其特征在于，
多个上述温度检测件各自的保护管以其前端到达上述炉体的内侧的方式沿水平方向贯通上述炉体而设置。
8.根据权利要求6所述的基板处理装置，其特征在于，
上述第三温度传感器是级联温度传感器。
9.根据权利要求2所述的基板处理装置，其特征在于，
上述发热体中，对应于反应管的周围的区的发热体设置成在上述炉体的内表面上露出，对应于与上述开口部侧的端相反的端的区的发热体设置成从面向上述相反的端的炉体的内表面浮起，
在上述温度检测件中，对应于上述反应管的周围的区的温度检测件以保护管的前端从上述炉体的内表面突出预定量的方式构成为相同的长度，对应于上述相反的端的区的温度检测件以从上述炉体的外周与上述反应管的管轴垂直地插通到上述炉体的顶棚内且保护管的前端在上述管轴上从上述顶棚的隔热材料露出的方式构成为保护管比其它温度检测件更长。
10.根据权利要求9所述的基板处理装置，其特征在于，还具备：
第三温度传感器，其设于上述多个区中的至少对应于与上述开口部侧的端相反的端的区，且测温点配置于上述反应室的内部或外侧的比上述第一温度传感器的测温点靠近上述基板且远离上述发热体的位置；
级联温度检测件，其将对应于与上述开口部侧的端相反的端的区的上述第三温度传感器的测温点保持于级联用保护管内；以及
温度调节器，其一边参照上述第一温度传感器的温度一边控制上述发热体的发热量，以使上述第三温度传感器探测到的温度与预定的目标一致，
上述级联温度检测件构成为，从上述炉体的外周与反应管的管轴垂直地插通，上述级联用保护管的前端位于上述管轴上且位于对应的区的温度检测件的前端与上述反应管的上述相反的端之间。
11.根据权利要求10所述的基板处理装置，其特征在于，
上述级联温度检测件具有：
由与上述温度检测件的保护管不同的材质构成的上述级联用保护管；以及
形成为具有能够插通上述保护管的外径和四个内部孔的恒定截面的棒状且在一端进行了切缝加工的绝缘管，
对应于与上述开口部侧的端相反的端的区的上述第三温度传感器的线材插通于上述四个内部孔中的两个，并保持上述第三温度传感器的测温点。
12.一种半导体装置的制造方法，其特征在于，具备以下工序：
将基板容纳于在内部容纳基板的反应室的内部的工序；
通过在以覆盖上述反应室的周围的方式设置的炉体的内部或内侧分割成多个区而设置的发热体对上述反应室内进行加热的工序；
准备基板处理装置的工序，该基板处理装置具备设置于上述炉体的内部或内侧的发热体、以测温点位于上述发热体的附近的方式设置的第一温度传感器、以测温点与上述第一温度传感器的测温点接近的方式设置的第二温度传感器以及设于上述反应室的内部或外侧的比上述第一温度传感器的测温点靠近上述基板且远离上述发热体的位置的第三温度传感器；
一边参照上述第一温度传感器的温度一边控制上述发热体的发热量对上述反应室内进行加热，以使上述第三温度传感器探测到的温度与预定的目标一致的工序；以及
向上述反应室内供给处理气体，对上述基板进行处理的工序，
在上述加热的工序中，使用：
多个第一温度传感器，其在上述多个区的每一个以测温点位于上述发热体的附近的方式设置；
第二温度传感器，其以测温点与对应的上述第一温度传感器的至少一个的测温点接近的方式配置；以及
温度检测件，其将对应的上述第一温度传感器及上述第二温度传感器各自的测温点保持为在保护管内接近，并且以从上述炉体的外周与上述反应室的中心轴垂直地插通，且上述保护管的前端位于上述反应室的外侧且上述中心轴上的方式设于上述多个区的至少一个，
当探测到上述第一温度传感器的异常时，取代上述第一温度传感器的温度而参照上述第二温度传感器的温度继续上述发热量的控制，
上述温度检测件具有：
绝缘管，其形成为具有能够插通上述保护管的外径和四个内部孔的恒定截面的棒状，且在一端以将上述四个内部孔分离成相邻的两组内部孔的方式进行了切缝加工；以及
上述保护管，其贯通上述炉体而设置，
上述第一温度传感器的线材和上述第二温度传感器的线材插通于两组孔的每一个，且将上述第一温度传感器及上述第二温度传感器各自的测温点保持为接近上述切缝的内侧。
13.一种加热器单元，其特征在于，具备：
炉体，其以覆盖反应室的周围的方式设置；
发热体，其在上述炉体的内部或内侧分割成多个区设置；
多个第一温度传感器，其在上述多个区的每一个以测温点位于上述发热体的附近的方式配置；
第二温度传感器，其以测温点与对应的至少一个上述第一温度传感器的测温点接近的方式设置；以及
温度检测件，其设于上述多个区的至少一个，且将对应的上述第一温度传感器及上述第二温度传感器各自的测温点保持为在保护管内接近，
上述温度检测件构成为，从上述炉体的外周与上述反应室的中心轴垂直地插通，且上述保护管的前端位于上述反应室的外侧且上述中心轴上，
上述温度检测件具有：
绝缘管，其形成为具有能够插通上述保护管的外径和四个内部孔的恒定截面的棒状，且在一端以将上述四个内部孔分离成相邻的两组内部孔的方式进行了切缝加工；以及
上述保护管，其贯通上述炉体而设置，
上述第一温度传感器的线材和上述第二温度传感器的线材插通于两组孔的每一个，且将上述第一温度传感器及上述第二温度传感器各自的测温点保持为接近上述切缝的内侧。
14.根据权利要求13所述的加热器单元，其特征在于，
上述温度检测件及上述第二温度传感器设于上述多个区的每一个，多个上述温度检测件各自的保护管以前端位于对应的上述发热体的附近的方式配置。
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