CN116157902A - 基板处理装置、温度控制程序、半导体器件的制造方法以及温度控制方法 - Google Patents

基板处理装置、温度控制程序、半导体器件的制造方法以及温度控制方法 Download PDF

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Abstract

构成为具有冷却控制部，该冷却控制部分别获取加热部的温度、以及处理室的温度中的至少某一个温度、冷却阀的开度、排气扇的信息，以使按照预测模型算出的预测温度列与利用在从当前的目标温度变化至最终目标温度时的变化的比率算出的目标温度列之间的误差成为最小的方式对冷却阀的开度进行调节。

Description

基板处理装置、温度控制程序、半导体器件的制造方法以及温 度控制方法
技术领域
本公开涉及基板处理装置、温度控制程序、半导体器件的制造方法以及温度控制方法。
背景技术
已知作为基板处理装置的一例有半导体制造装置，而且作为半导体制造装置的一例有纵型装置。在纵型装置中，将以多层保持多个基板(以下也称为晶片)的作为基板保持部的舟皿在其保持基板的状态下搬入反应管内的处理室，在多个区一边进行温度控制一边以规定的温度处理基板。到此为止，在以往加热器的温度控制中在降温时将加热器关闭，但近年来正在积极地提高基板处理后的降温特性。
例如，专利文献1公开了如下的半导体制造装置：使基于加热器单元的加热与基于冷却单元的冷却并行进行，并追随规定的升温速率以及规定的降温速率。另外，专利文献2公开了如下的半导体制造装置：在事先自动获取了温度特性之后，利用该特性进行温度控制，由此防止调节者的控制性能的偏差。
在此，在上述冷却单元构成中的冷却气体流量的控制中，在急速冷却中，有时每区的降温速度的变化不同，会在区间的温度历史记录产生差异。另外，在基于PID运算的反馈控制中，需要事先规定适当的参数，但该PID参数的最优化必须采用一边试行错误一边探索最优值的次序，且其成果很大程度上取决于调节者的直觉和经验。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2018/100826号小册子
专利文献2：特开2019-145730号公报
发明内容
本公开的目的在于，提供一种能够利用最优参数改善在区间的温度偏差的技术。
根据本公开的一方面提供一种技术，其具备：
在内部构成对基板进行处理的处理室的反应管；
加热器单元，其设于所述反应管的外侧，且具有对所述基板进行加热的加热部；
冷却单元，其具有向所述加热器单元与所述反应管之间的空间供给冷却介质的冷却阀；
向所述冷却单元供给所述冷却介质的排气扇；以及
冷却控制部，其获取对预测所述加热部的温度和所述处理室的温度中的至少某一个温度的预测温度进行推测的预测模型，该预测模型包含所述排气扇的信息、成为将来的目标的最终目标温度、所述冷却阀的开度的每一个，所述冷却控制部获取所述加热部的温度和所述处理室的温度中的至少某一个温度、所述冷却阀的开度、所述排气扇的信息的每一个，以使按照所述预测模型算出的预测温度列与在从当前的目标温度变化至所述最终目标温度时的利用变化的比率算出的目标温度列之间的误差成为最小的方式对所述冷却阀的开度进行调节。
发明效果
根据本公开，能够利用最优参数改善在区间的温度偏差。
附图说明
图1是示出本公开的一实施方式的基板处理装置的一部分截断主视图。
图2是本公开的一实施方式的基板处理装置的正面剖视图。
图3是用于说明本公开的一实施方式的温度控制部的图。
图4是示出本公开的一实施方式的基板处理装置中的控制器的硬件构成的图。
图5是本公开的一实施方式的冷却控制部的内部的控制框图。
图6是说明在本公开使用的第一有效集法的流程图。
图7是说明在本公开使用的第二有效集法的流程图。
图8是本公开的其他实施方式的冷却控制部的内部的控制框图。
图9是本公开的在生成急冷预测模型时的冷却控制部的内部的控制框图。
图10是示出本公开的急冷预测模型的自动获取处理的一例的控制框图。
图11是示出表示本公开的一实施方式的成膜处理中的与温度有关的处理的一例的流程图的图。
图12是示出图11示出的流程图中的炉内的温度变化的图。
图13是用于说明图11示出的流程图中的控制部200、温度控制部64与冷却控制部300的动作的图。
图14的(A)是示出了在利用比较例的冷却控制部进行了温度控制的情况下的、各区的炉内温度和区间温度偏差的图。图14的(B)是示出了在利用本实施例的冷却控制部进行了温度控制的情况下的、各区的炉内温度和区间温度偏差的图。
图15的(A)是示出在本实施例的冷却控制部中不利用排气扇的信息进行了温度控制的情况下的炉内温度的实测值、预测温度和它们的误差的图。图15的(B)是示出在利用本实施例的冷却控制部进行了温度控制的情况下的炉内温度的实测值、预测温度和它们的误差的图。
具体实施方式
＜本公开的一实施方式＞
以下，参照附图说明本公开的一实施方式。此外，在以下的说明中使用的附图均为示意性的，附图示出的各要素的尺寸的关系、各要素的比率等与现实并非一致。另外，多个附图的相互之间的各要素的尺寸的关系、各要素的比率等也并非一致。
在本实施方式中，如图1～图3所示，本公开的基板处理装置10构成为实施半导体器件的制造方法中的处理工序的处理装置10。
图1示出的基板处理装置10具备作为被支承的纵形反应管的工艺管11，工艺管11由彼此同心圆配置的外管12和内管13来构成。外管12使用石英(SiO2)，一体成形为上端封闭且下端开口的圆筒形状。内管13形成为上下两端开口的圆筒形状。内管13的筒中空部的内部形成搬入后述的舟皿的处理室14，内管13的下端开口构成用于供舟皿出入的炉口15。如后述那样，舟皿31构成为在较长地排列了多张作为基板的晶片的状态下保持这些晶片。因此，内管13的内径被设定为比处理的晶片1的最大外径(例如，直径300mm)大。
外管12与内管13之间的下端部利用构建为大致圆筒形状的歧管16气密封固。为了更换外管12以及内管13等，歧管16相对于外管12以及内管13分别装拆自如地安装。通过使歧管16支承于CVD装置的框体2，工艺管11成为垂直地安装的状态。以后，在图中，也有作为工艺管11而仅示出外管12的情况。
利用外管12与内管13的间隙，构成了横截面形状为具有一定宽度的圆形环形状的排气路17。如图1所示，在歧管16的侧壁的上部连接有排气管18的一端，排气管18成为通到排气路17的最下端部的状态。在排气管18的另一端连接有由压力控制部21控制的排气装置19，在排气管18的中途连接有压力传感器20。压力控制部21构成为基于来自压力传感器20的测定结果对排气装置19进行反馈控制。
在歧管16的下方以通到内管13的炉口15的方式配设有气体导入管22，在气体导入管22连接有原料气体供给装置以及非活性气体供给装置(以下称为气体供给装置)23。气体供给装置23构成为通过气体流量控制部24来控制。从气体导入管22导入炉口15的气体在内管13的处理室14内流通，通过排气路17并由排气管18排出。
将下端开口封闭的密封盖25从垂直方向下侧与歧管16相接。密封盖25构建为与歧管16的外径大致相同的圆盘形状，构成为通过在框体2的待机室3设备的舟皿升降机26而在垂直方向上升降。舟皿升降机26由马达驱动的进给丝杆轴装置以及波纹管等构成，舟皿升降机26的马达27由驱动控制部28来控制。在密封盖25的中心线上配置有旋转轴30而旋转自如地支承，旋转轴30构成为利用由驱动控制部28控制的作为马达的旋转机构29而旋转驱动。在旋转轴30的上端垂直地支承有舟皿31。
舟皿31在上下具备一对端板32、33、以及在这些之间垂直架设的三个保持构件34，在三个保持构件34上在长边方向上等间隔地刻有多个保持槽35。在三个保持构件34中刻在同一段的保持槽35彼此构成为互相对置地开口。舟皿31通过向三个保持构件34的同一段的保持槽35间插入晶片1，在水平且使彼此对齐中心的状态排列保持多张晶片1。在舟皿31与旋转轴30之间配置有隔热盖部36。旋转轴30构成为通过以将舟皿31从密封盖25的上表面抬起的状态进行支承，将舟皿31的下端从炉口15的位置分离适当的距离。隔热盖部36将炉口15的附近隔热。
在工艺管11的外侧，作为纵向放置的加热装置的加热器单元40呈同心圆地配置，以支承于框体2的状态来设置。加热器单元40具备壳体41。壳体41使用不锈钢(SUS)而形成为上端封闭且下端开口的筒形状，优选地形成为圆筒形状。壳体41的内径以及全长被设定为比外管12的外径以及全长大。另外，在本实施方式中，作为多个控制区，从加热器单元40的上端侧到下端侧，划分为七个控制区U1、U2、CU、C、CL、L1、L2。
在壳体41内设置有隔热构造体42。本实施方式的隔热构造体42形成为筒形状，优选地形成为圆筒形状，该圆筒体的侧壁部43形成为多层构造。另外，具备在上下方向将侧壁部43隔离为多个区(区域)的隔断部105、以及在侧壁部43的内侧设置且对处理室14的晶片1进行加热的作为加热部的发热体56。
加热器单元40如图3所示构成为由温度控制部64来控制。另外，在加热器单元40，与控制区U1、U2、CU、C、CL、L1、L2对应地针对每个控制区成对地设置有热电偶65和热电偶66。
热电偶65为加热器热电偶，检测各控制区中的外管12与加热器单元40之间的温度。热电偶65构成为对各控制区中的发热体56附近的周围温度进行计测。以下将基于热电偶65的检测温度设为加热器温度。另外，也可以使用发热体56的温度作为加热器温度。
热电偶66为级联热电偶，检测各控制区中的外管12与内管13之间的温度。热电偶66构成为计测作为各控制区中的处理室14的温度的炉内温度。以下将基于热电偶66的检测温度设为炉内温度。
温度控制部64构成为基于利用各控制区中的热电偶65以及热电偶66检测出的温度信息，对向各控制区的发热体56的通电情形进行调节，以使处理室14的温度成为由控制部200设定的处理温度的方式在期望的定时进行控制。
另外，在壳体41内在各区设有作为防止反向扩散部的单向阻尼器104。构成为利用该单向阻尼器104的开闭将作为冷却介质的冷却气体90经由气体流路107供给至内部空间75。构成为在没有从未图示的气体源供给冷却气体90时关闭该单向阻尼器104，使内部空间75的环境气体不逆流。也可以构成为根据区改变该单向阻尼器104的打开压力。另外，在侧壁部43的外周面与壳体41的内周面之间以吸收金属的热膨胀的方式设有作为毯子的隔热布。
如图1所示，作为顶部的顶壁部80以封闭内部空间75的方式覆盖隔热构造体42的侧壁部43的上端侧。在顶壁部80将作为排出内部空间75的环境气体的排气路径的一部分的排气孔81形成为环状，作为排气孔81的上游侧端的下端通到内侧空间75。排气孔81的下游侧端连接于排气管路82。排气管路82连接于排气扇84。排气扇84构成为向作为后述的冷却装置的冷却单元供给作为冷却介质的冷却气体90，并将其经由排气管路82排出。
压力控制部21、气体流量控制部24、驱动控制部28、温度控制部64、冷却控制部300构成为能够分别与控制部200电连接而进行通信。压力控制部21、气体流量控制部24、驱动控制部28、温度控制部64、后述的冷却控制部300构成为分别按照控制部200的指示而分别进行控制。
[清洁单元301的构成]
接下来，使用图2详细说明本实施方式中的冷却单元301。
本实施方式中的清洁单元301划分为与多个控制区对应的多个冷却区(U1、U2、CU、C、CL、L1、L2)，成为针对每个冷却区具备供给冷却气体90的吸气管101、设于吸气管101且对气体的流量进行调节的作为导流阀的冷却阀102、朝向工艺管11喷出冷却气体的多个开口孔(急冷孔)110的构成。冷却阀102向加热器单元40与工艺管11之间的内部空间75供给作为冷却介质的冷却气体90。
构成为通过使冷却阀102开闭，与各冷却区的区长度的比率对应地设定向吸气管101导入的冷却气体90的流量，对从开口孔110朝向工艺管11喷出的气体的流量以及流速进行调节。也就是说，冷却阀102通过与吸气管101内的构成物对应地利用冷却控制部300调节阀的开度，能够改变向各冷却区导入的冷却气体90的流量以及流速。即，冷却阀102成为能够在各冷却区控制为不同的开度的构成。冷却阀102构成为能够通过冷却控制部300来控制。
另外，在吸气管101的、冷却阀102的下游侧设有单向阻尼器104，防止来自处理室14的环境气体的反向扩散。冷却气体90从设于内部空间75的上侧的排气口81排出。因此，单向阻尼器104以有效储存冷却气体90的方式设于各区，在未使用急冷时防止吸气管101与隔热构造体42之间的对流。
另外，以使向从与保持有在舟皿31载置的晶片1的区域的最上层大致相同高度到保持有晶片1的区域的最下层为止的各冷却区(例如，在图2中，U2、CU、C、CL、L1)吹出的冷却气体90的流量以及流速成为均等的方式设有开口孔110。具体来说，开口孔110在冷却区内在周向以及上下方向上以相同间隔设置，构成为经由气体流路107向内部空间75进行吹出。
用于上述加热器单元40的隔热构造体42也被用作冷却单元301。隔热构造体42像上述那样具有形成为圆筒形状的侧壁部43，该侧壁部43形成为多层构造。在此侧壁部43构成为沿上下方向划分为多个冷却区(U1、U2、CU、C、CL、L1、L2)。例如隔断部可以为在上下方向上将侧壁部43隔离出多个冷却区(U1、U2、CU、C、CL、L1、L2)的构成，也可以为在隔断部105与侧壁部43之间设置空间的构成。气体流路107构成为将吸气管101与内部空间75连通，针对每个冷却区经由开口孔110向内部空间75吹出冷却气体90。
另外，开口孔110以吹出的冷却气体90避开发热体56的方式来配置。
另外，在本实施方式中，构成为以使控制区的数量和冷却区的数量一致的方式配置有隔断部105。不限于该形态而任一设定控制区的数量和冷却区的数量。
排气管路82构成为连接于排气扇84，通过排气扇84的排出功能将冷却气体90排出。
另外，冷却控制部300构成为与冷却阀102电连接，指示冷却阀102的开度。另外，冷却控制部300构成为与排气扇84电连接，指示排气扇84的动作的开关。
本实施方式中的冷却单元301通过经由冷却控制部300针对每个冷却区调节冷却阀102的开度，然后，同时将排气扇84的起动开启，由此，能够针对每个冷却区对供给的冷却气体的流量进行调节，其结果为，能够针对每个冷却区对冷却能力进行调节。
[控制部的构成]
接下来，例示控制部200的构成。
如图4所示，控制部200具备：包含CPU(Central Precessing Unit：中央处理器)201以及存储器202等的控制器本体203；作为通信部的通信IF(Interface：接口)204；作为存储部的存储装置205；作为操作部的显示/输入装置206。也就是说，控制部200包含作为通常的控制器的构成部分。
CPU201构成操作部的中枢，执行存储在存储装置205内的控制程序，按照来自显示/输入装置206的指示，执行记录在存储装置205内的工艺制程(例如，工艺用制程)。
另外，作为存储CPU201的动作程序等的记录介质207而使用ROM(Read OnlyMemory：只读存储器)、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read OnlyMemory：电可擦可编程只读存储器)、快闪存储器、硬盘等。在此，RAM(Random AccessMemory：随机存储器)作为CPU的工作区等发挥作用。
通信部204与压力控制部21、气体流量控制部24、驱动控制部28、温度控制部64、冷却控制部300(也有时将这些统称为子控制器)电连接，能够收发与各部件的动作有关的数据。
存储部205具有存储上述工艺制程等的文件的程序保存区域，在该程序保存区域保存有使基板处理装置执行以使按照事先保持的炉内温度的预测模型算出的预测温度列接近将来的目标温度列的方式控制加热器供给电力的次序的程序、以及/或者使基板处理装置执行如下的次序的程序：按照急冷预测模型以使预测温度列与利用在从当前的目标温度变化至成为将来的目标的最终目标温度时的变化的比率算出的目标温度列的误差成为最小的方式对冷却阀102的开度进行调节，预测模型包括本实施方式中的后述的排气扇84的信息、最终目标温度、冷却阀102的开度的每一个，并且推测预测加热器的温度、以及炉内温度中的至少某一个温度的预测温度。另外，在未图示的参数存储区域至少存储有用于实现上述各预测模型或上述各预测模型的各种参数。另外，至少保存有规定的温度范围中的各预测模型。
在本公开的一实施方式中，以控制部200为例进行了说明，但不限于此，能够使用通常的控制器系统来实现。例如，通过从保存有用于执行上述处理的程序的CDROM、USB等的记录介质207向通用控制器安装该程序，由此也能够执行上述的处理。另外，也可以使用通信线路、通信网络、通信系统等的通信部204。在该情况下，例如，也可以向通信网络的公告板公布该程序，经由网络与搬运波重叠地提供该程序。然后，能够起动像这样提供的程序，在OS(Operating System：操作系统)的控制下与其他应用程序同样地进行执行，由此能够执行上述处理。
[冷却控制部的构成]
接下来，使用图5说明冷却控制部300的控制构成。
冷却控制部300由炉内温度获取部351、温度历史记录存储部353、排气历史记录存储部355、阀开度历史记录存储部357、个别特性创建部359、目标温度列创建部361、综合特性创建部363、约束最优化计算部365、开度信号供给部367构成。
向输入端S输入来自控制部200的目标温度。向输入端F输入来自热电偶66的炉内温度。向输入端L输入来自控制部200的排气扇84的开关信号的信息。目标温度、输入端S以及输入端F有与热电偶66对应的数量，但在图4中由于为同一构成所以仅图示了一个。
像上述那样针对每个冷却区而设置有吸气管101以及冷却阀102，但在图5中，为了说明仅图示了一个。即，冷却阀102能够在各区中设为不同的开度，在每区将冷却气体供给至吸气管101。
热电偶66在与内管13的内部空间的冷却区对应的位置配置有与各区相同数量，将晶片1的附近的温度转换为微小电压并输出。
冷却控制部300构成为通过事先设定的控制周期，每隔微小时间从输入端S、输入端F以及输入端L获取输入信号，每隔微小时间对输出信号进行更新输出。
炉内温度获取部351获取热电偶66的微小电力，为了除去杂音而进行平滑化，按照该物理特性转换为检测温度。也就是说，炉内温度获取部351获取从热电偶66检测出的炉内温度。炉内温度获取部351有与热电偶66对应的数量。
温度历史记录存储部353从炉内温度获取部351输入全区的炉内温度或者加热器温度，在温度历史记录存储区域内存储一定期间这些数据。温度历史记录存储部353相对于温度历史记录存储区域内从最初获取的温度以规定间隔依次写入。在温度历史记录存储区域被数据占满以后，丢弃最早的数据，在该位置写入新的数据。像这样，温度历史记录存储部353构成为能够存储从当前到一定期间之前的过去的温度。
为了统一与时刻有关的表达，在特定的时刻t的处理中写入的温度被看作一次前(前一次)的温度(例如，如在式1中示出的y(t-1)那样进行表达)。输入来的温度为从到写入时刻为止的热电偶66的电动势的平均算出的温度。
排气历史记录存储部355从控制部200输入排气扇84的开关信号，在排气历史记录存储区域将与该输入的排气扇84的开关信号有关的数据存储一定期间。
阀开度历史记录存储部357分别输入向全区的冷却阀102输出的开度信息，在阀开度历史记录存储区域将该数据存储一定期间。阀开度历史记录存储部357相对于阀开度历史记录存储区域，从最初获取的开度以规定间隔依次进行写入。在阀开度历史记录存储区域被数据占满以后，丢弃最早的数据，向该位置写入新的数据。像这样，阀开度历史记录存储部357构成为能够存储仅从当前到一定期间之前的过去的开度。
为了统一与时刻有关的表达，在以特定的时刻t的处理写入的开度被看作一次前的温度(例如，像在式1中示出的Va(t-1)那样进行表达)。输入的开度为在上一次的处理中算出的、到这一次的时刻为止继续被输出的开度。
个别特性创建部359从存储部205获取在后面详细说明的特定的冷却区的作为预测模型的急冷预测模型，从温度历史记录存储部353获取炉内温度或者加热器温度的规定的过去的温度数据，从排气历史记录存储部355获取与排气扇84的规定的过去的开关有关的数据，从阀开度历史记录存储部357获取冷却阀102的规定的过去的开度数据，以下，算出在式2以及式3中说明的个别输入响应特性矩阵Ssr和个别零响应特性向量Szr。个别输入响应特性矩阵Ssr和个别零响应特性向量Szr仅算出设为控制对象的炉内温度的数量(＝区划分数量)。像这样，记载为从控制部200获取急冷预测模型，但也可以在冷却控制部300内例如设置急冷预测模型存储部。上述只不过为一例。
[急冷预测模型]
急冷预测模型是指，计算对加热器温度以及炉内温度中的至少某一个温度进行预测的预测温度的数学式，使用下式1。
[数学式1]
Figure BDA0004139309320000121
[数学式2]
在此，
Figure BDA0004139309320000122
为时刻t的预测温度，y(t-1)为一次前(前一次)的温度，
Va(t-1)、Va(t-2)、……、Va(t-n)为一次前、两次前、……、n次前的该冷却区的开度，
Vb(t-1)、Vb(t-2)、……、Vb(t-n)为一次前、两次前、……、n次前的与该冷却区的一侧相邻的区的开度，
Vc(t-1)、Vc(t-2)、……、Vc(t-n)为一次前、两次前、……、n次前的与该冷却区的另一侧相邻的区的开度，
f(t-1)、f(t-2)、……、f(t-m)为一次前、两次前、……、m次前的排气扇的开启(＝1)关闭(＝0)的数据，
y0为基准温度，例如，假设为室温附近。基准温度y0位20℃以上30℃以下的范围内的温度。a1、……、an、b1、……、bn、c1、……、cn、d分别为规定的系数。n、m值为事先任意设定的值，表示必要的过去数据数量。针对各冷却区存储预测模型，能够用于控制运算。也就是说，急冷预测模型与各种温度范围对应。
根据式1，则在一次前的温度为基准温度y0的情况下，“y(t-1)-y0”为零，其结果为如下所示：
[数学式3]
Figure BDA0004139309320000131
成为预测温度＝一次前的温度＝基准温度y0。如果在假设炉内温度为室温的情况下，则将冷却阀102的开度设为全开，即使流过最大流量的冷却气体(＝室温)，炉内温度也不变。这表明在基准温度，式1是妥当的。
另外，根据式1，表明了例如若设为与C区的温度有关的急冷预测模型，则取决于各系数，不仅C区的冷却阀102的开度会受预测温度影响，相邻区的CU区或CL区的冷却阀102的开度也受影响。由此，能够取决于各系数地表达区间的相互干涉。另外，在式1的急冷预测模型中，作为常数项而使用排气扇84的开启(＝1)关闭(＝0)的数据，由此，能够改良急冷开始时的区间的温度误差。在此，在开始排气扇84的驱动时，到即将开始急冷之前为止，所有冷却阀102关闭，因此，可以认为不会对炉内温度造成影响，但通过考虑急冷开始时的微小时间内的排气扇84的动作对炉内环境气体的排气的影响，来改良急冷开始时的区间的温度误差，提高温度控制性。
在此，考虑冷却特性而事先设定相邻区。例如，有时根据相互干涉情形而需要相邻2区。另外，根据冷却单元的特性，冷却气体在内部空间75内向上方流动，因此例如也有仅设定铅垂下侧的相邻2区的情况。
另外，根据式1，即使在该区或相邻区的冷却阀102的开度全部为零(＝全闭)的情况下，也会因关于d的项而使预测温度变化。由此，能够表达基于来自吸气管101的冷却气体90的冷却以外的冷却、例如，通过自然冷却或意图外的间隙风进行的冷却。
用下式2示出的这种状态空间模型表达上述的式1。
[数学式4]
Figure BDA0004139309320000132
在此，矩阵A，B，C如下所示。此外，为了简单表述而设为n＝4、m＝3。
[数学式5]
Figure BDA0004139309320000141
[数学式6]
Figure BDA0004139309320000142
0＝[1 0 0 0 0 0 0 0 0 0]
另外，向量x(t)、u(t)、以及输出y(t)如下所示。
[数学式7]
Figure BDA0004139309320000143
[数学式8]
Figure BDA0004139309320000144
Figure BDA0004139309320000145
在此，为γ＝{y(t)-y0}。
在式2中，若在时刻t时输入u(t)，此后继续输入u(t)，则t+1以后的预测温度成为下式3。
[数学式9]
Figure BDA0004139309320000151
Figure BDA0004139309320000152
[数学式10]
在此，
Figure BDA0004139309320000153
Figure BDA0004139309320000154
Figure BDA0004139309320000155
为预测温度向量。
在式2中，为了简化表述，例示了n＝4、m＝3，但式3不限于此。另外，在式3中，Szr为个别零响应特性向量，Ssr为个别输入响应特性矩阵。
各自的行数仅计算取决于控制周期和控制器使用的CPU的运算处理性能而允许的数量。
个别零响应特性向量Szr表示预测温度向量中的受到过去的温度和过去的冷却阀102的开度影响而变化的变化量。另外，个别输入响应特性矩阵Ssr表示在预测温度向量中的受到这一次算出的冷却阀102的开度影响而变化的变化量。
以下，在利用对应区来区别个别输入响应特性矩阵Ssr、个别零响应特性向量Szr、以及预测温度向量时，与区a对应的个别输入响应特性矩阵用Ssr-a表达，与区b对应的个别零响应特性向量用Szr-b等表达。
[数学式11]
另外，与区e对应的预测温度向量用
Figure BDA0004139309320000156
等表达。
目标温度列算出部361在设定温度被更新的定时，从控制部200输入目标温度、当前的目标温度以及升降温速率，算出个别目标温度列向量Stg。升降温速率指示在从当前的目标温度变化至成为将来的目标的最终目标温度时的变化的比率，例如，根据1℃/分的设定，示出了在1分期间内以1℃的比率变化的指示。从控制部200输入的信息在例如当前的目标温度为100℃，更新的设定温度为200℃、升降温速率为10℃/分的情况下，目标温度＝200℃、当前的目标温度＝100℃、升降温速率＝10℃/分。此后，在当前的目标温度达成200℃前，在例如为150℃时，在设定温度为300℃、升降温速率更新为1℃/分的清理下，目标温度＝300℃、当前的目标温度＝150℃、升降温速率＝1℃/分。
然后，目标温度列创建部361在升降温速率为零的情况下、以及在零以外的情况下对创建的个别目标温度列向量Stg进行切换。
首先，在升降温速率为零时，目标温度列创建部361按照下面的基准设定值，算出个别目标温度列向量Stg。
(1)升降温度偏差＝目标温度-当前的目标温度
(2)升降温时间＝绝对值(升降温度偏差)÷基准升降温速率
(3)基准设定值＝当前的目标温度+升降温度偏差×(1-exp(经过时间÷(升降温时间÷时间常数))
对时间常数设定例如1.0。
接下来，在升降温速率为零以外时，目标温度列创建部361按照如下的基准设定值，算出个别目标温度列向量Stg。
(1)升降温度偏差＝目标温度-当前的目标温度
(2)升降温时间＝绝对值(升降温度偏差)÷升降温速率
(3)基准设定值＝当前的目标温度+升降温度偏差×(经过时间÷升降温时间)
个别目标温度列向量Stg为了以下的说明，如式4那样来表达。
[数学式12]
Figure BDA0004139309320000171
式4的时刻以及行数与式3等的时刻以及行数对应。目标温度列创建部361的数量与成为控制对象的温度相同，即，仅存在与热电偶66相同数量。
以下，在利用对应区来区别个别目标温度列向量Stg时，在与区a对应的情况下用Stg-a表达，在与区e对应的情况下用Stg-e等表达。
综合特性创建部363从多个个别特性创建部359输入个别输入响应特性矩阵Ssr和个别零响应特性向量Szr，以及从多个目标温度列创建部361输入个别目标温度列向量Stg，创建综合特性方程式。
首先，使个别输入响应特性矩阵Ssr变形。个别输入响应特性矩阵Ssr表达在时刻t时输入u(t)、且此后继续输入u(t)时的预测温度的变化量。若不保持u(t)而在所有控制定时输入了不同的值u(t)～u(t+Np-1)，则式3的右边第2项如下。此外，将式3的行数设为Np。
[数学式13]
Figure BDA0004139309320000172
在公知的模型预测控制中，假设在所有运算处理的定时输入不同的值u(t)～u(t+Np-1)，对这些进行计算来求出。然而，冷却控制部300的CPU的运算处理性能不充分，因此，在本公开中，通过将输入模式设为固定而将表达式3的右边第2项设为如下。
[数学式14]
Figure BDA0004139309320000173
[数学式15]
Figure BDA0004139309320000181
如以上那样使个别输入响应特性矩阵Ssr变形，从式3得到下式5。
[数学式16]
Figure BDA0004139309320000182
Figure BDA0004139309320000183
[数学式17]
Figure BDA0004139309320000184
在式5中，改变Sdsr来作为个别输入响应特性矩阵。在利用对应区进行区别时，将与区a对应的个别输入响应矩阵表达为Sdsr-a等。
接下来，关于上述式5以及式4，在成为控制对象的所有冷却区进行排列。
[数学式18]
Figure BDA0004139309320000185
[数学式19]
Figure BDA0004139309320000186
像上述这样，综合特性创建部363算出用式6以及式7表达的综合输入响应特性矩阵Udsr、综合零响应特性向量Uzr、综合目标温度向量Utg并进行输出。
约束最优化计算部365从综合特性创建部363输入综合输入响应特性矩阵Udsr、综合零响应特性向量Uzr、综合目标温度向量Utg，利用后述的被称为有效集法的方法来计算最优化的这一次的开度。
开度信号供给部367仅存在冷却区的划分数量、即，仅存在与连接的冷却阀102相同数量，在规定的控制周期获取与约束最优化计算部365对应的开度，更新相对于冷却阀102的开度指示。
[第一有效集法]
说明在本公开中使用的第一有效集法。
有效集法基于下式9的约束条件，求出将用下式8赋予的评价函数f(x)设为最大的解向量x。
[数学式20]
Figure BDA0004139309320000191
b≥A·x…(式9)
在式8、式9中，c、Q、b、A为赋予的常数矩阵或者向量。另外，符号T表示倒置。此时，通过实施有效集法能够通过图6示出的流程求出解向量x。
在S201中，选择式9的等号不为有效的范围的解xk。然后，将式9的各行中的等号有效的行的集合设为Ae、be。在S201中，Ae、be均为空集合。另外，将式9的各行中的等号不为有效的行的集合设为Ad、bd。在S201中，Ad＝A，bd＝b。
在S203中，解开下一个联立方程式，将该解设为x、λ。若x＝xk，则前进至S205。若x≠xk，则前进至S207。
[数学式21]
Figure BDA0004139309320000192
在S205中，判断λ的要素是否全部为0以上。若0以上则前进至S213。若λ的要素并非全部为0以上，则前进至S211。
在S207中，按照下式10求出α。bi、ai分别为从Ad、bd抽出1行的值。若α＝1，则前进至S205。若α＜1，则前进S209。
[数学式22]
Figure BDA0004139309320000201
/>
Figure BDA0004139309320000202
在S209中，从Ad、bd删除在按照式10求出α(＜1)时使用的约束[bi、ai}，并向Ae、be追加，然后前进至S203。
在S211中，选择以负值成为最小的λ的要素，从Ae、be删除包含在Ae、be内的约束中的对应的约束[bi、ai}，并向Ad、bd追加，然后前进至S203。
在S213中，将在S203中求出的解x作为最优解并结束。
图6示出的有效集法通过使用附带乘数λ来探索式9的各行的等号为有效的行的组合，能够求出满足式9且将式8设为最大的解。
[应用至有效集法的控制]
接下来，说明在本公开中的有效集法的应用方法。
在综合特性创建部363中，能够得到在式6中炉内温度的预测温度列(预测温度向量)、和在式7中目标温度列(综合目标温度向量)。于是，在约束最优化计算部365中，作为评价函数，采用目标温度列与预测温度列的误差的平方。评价函数V(u(t))成为下式11那样。
[数学式23]
Figure BDA0004139309320000203
若对式11的第2项的外侧的括号内部与式8进行比较，则式8的c、Q能够分别替换为下式。
[数学式24]
c＝Udsr T·[Utg-Uzr]，Q＝Udsr T．Udsr
由此，利用前述的有效集法能够求出将式11的第2项的外侧的括号内部设为最大的解。因此，能够求出将评价函数V(u(t))设为最小的解，创建将目标温度列和预测温度列的误差的平方设为最小的评价函数V(u(t))，以使该评价函数V(u(t))成为最小的方式计算联立方程式。然后，通过解开该联立方程式，能够获取包含在预测温度列的解内的冷却阀102的开度，冷却控制部300对冷却阀102的开度进行调节。
接下来，针对与约束有关的式9，为了简单表述而仅例示关于区a～区c的开度的部分，如下式12所示，在对各区的电力供给值ka、kb、kc分别赋予箭头左侧的上下限的限度的情况下，通过像箭头右侧那样成立不等号式，能够拟合至式9。在下式12中，LLa、ULa分别为相对于区a的电力供给值的上限和下限，LLb、ULb、LLc、ULc也同样地分别为相对于区b、区c的电力供给值的上限和下限。例如，设定为LLa＝0％、ULa＝100％。
[数学式25]
Figure BDA0004139309320000211
[第二有效集法]
接下来，说明在本公开中能够使用的第二有效集法。在上述图6示出的有效集法中，在CPU的运算处理能力不充分的情况下，有在规定的控制周期内计算没有结束的情况。于是，取代图6的流程，设为在图7的流程中能够求出解向量x。
与图6中的第一有效集法的不同点在于，在刚开始之后立即追加S215，将S201向S217变更处理，从S209和S211向追加的S219前进，通过S219中的判定而前进至S203或者S213。以下，仅说明与第一有效集法的不同点。
在S215中，使循环次数初始化。
然后，在S217中，选择式9的等号不为有效的范围的解xk。以备在后述的S219中最优化计算中途结束的情况，特别将选择解设为式9的等号不为有效的范围的上限值。例如，在区a的开度为0≤Va(t)≤100的情况下，将选择解设为Va(t)＝99.9等。通过像这样进行选择，在S209中追加的约束成为优先约束上限，因此，即使最优化计算中途结束，也能够得出安全的计算结果。
在S219中，对循环次数进行计数，若为规定次数以内，则前进至S203。在超过规定次数的情况下，前进至S213，将在此之前的S203中求出的解x作为最优解并结束。
通过设为图7这种流程，能够利用最低限度的处理结束最优解的计算，因此，能够在规定的控制周期以内结束计算。
＜本公开的第二实施方式＞
接下来，说明本公开的第二实施方式。在本公开的第二实施方式中的冷却控制部300中，取代热电偶66而将由热电偶65检测的温度输入至炉内温度获取部351。即，炉内温度获取部351获取由热电偶65检测的加热器温度并按照目标温度进行控制。由此，即使不具备热电偶66的构成，通过利用由热电偶65检测的温度也能够得到与由上述实施方式实现的效果同样的效果。
＜本公开的第三实施方式＞
接下来，说明本公开的第三实施方式。
图8是本公开的第三实施方式的冷却控制部300的内部的控制框图。在第三实施方式中，取代图5示出的控制框图中的综合特性创建部363而使用综合特性创建部369，取代约束最优化计算部365而使用最优化计算部371。以下，仅说明与上述图5示出的控制框不同的部分，对相同部分省略详细的说明。
综合特性创建部369从具有区划分数的数量的个别特性创建部359输入个别输入响应特性矩阵Ssr和个别零响应特性向量Szr，以及从具有区划分数的数量的目标温度列创建部361输入目标温度列向量Stg，创建综合特性方程式。
综合特性方程式不利用式6和式7而利用下式13和式14示出的方法来创建。
[数学式26]
Figure BDA0004139309320000231
[数学式27]
Figure BDA0004139309320000232
在式13、式14中，在第二段以后，分别求出与区a之差。将区a设为算差值的基准能够事先利用参数等来设定。在此，将区a作为算差值的基准，但也可以设为区a以外的区。另外，式13、式14的时刻以及行数与式6、式7对应。
然后，综合特性创建部369算出用式13以及式14表达的综合输入响应特性矩阵Udsr、综合零响应特性向量Uzr、综合目标温度向量Utg并进行输出。
约束最优化计算部371从综合特性创建部369输入综合输入响应特性矩阵Udsr、综合零响应特性向量Uzr、综合目标温度向量Utg，利用上述有效集法计算最优化的这一次的开度。
在最优化计算部371中，作为评价函数，关于基准区采用将目标温度列与预测温度列的误差的平方相加的函数，关于其他区采用将该区的预测温度列与基准区的预测温度列之差的平方相加的函数。在此，关于将该区的预测温度列与基准区的预测温度列之差的平方相加的函数考虑权重矩阵Z。评价函数V(u(t))成为下式15。
[数学式28]
Figure BDA0004139309320000241
[数学式29]
即，若以c＝Udsr T·Z·[Utg-Uzr]，Q＝Udsr T·Z·Udsr进行替换，则能够应用上述有效集法。
在此，权重矩阵Z为将针对相对于关于基准区的偏差的评价的权重设为1，将针对相对于关于其他区与基准区之差的评价的权重设为Z的对角矩阵。Z采用例如1～10的值。
[数学式30]
Figure BDA0004139309320000242
E为单位矩阵…(式16)
根据在图8中示出的冷却控制部300的控制方法，在控制温度时，能够考虑对各区配置的温度的区间温度偏差来进行控制，能够大致同时利用相同温度历史记录控制对各区设置的温度的降温。
[急冷预测模型的更新处理的构成]
说明式1例示的急冷预测模型的自动获取次序。根据该次序，决定急冷预测模型的系数(式1中的a1、......，an、b1、......、bn、c1、......、cn、d)。
图9图示了在生成急冷预测模型时由冷却控制部300进行的处理框图。
随机开度信号供给部373根据来自控制部200的命令，向对应的冷却阀102指示3值离散值中随机选择的开度(以下称为随机开度)。随机开度信号供给部373仅存在冷却区数量、即，仅存在与冷却阀102相同数量。随机开度的可能会取的值、到变更为止的继续时间能够从控制部200输入、或者能够事先利用参数等来设定。
急冷预测模型更新部375根据来自控制部200的命令，从存储部205获取急冷预测模型，从温度历史记录存储部353获取必要的过去温度数据，从排气历史记录存储部355获取关于必要的过去的排气扇84的开关信息，从阀开度历史记录存储部357获取关于必要的过去的开度信息，算出在该时间点得到的最新的急冷预测模型并进行更新且再次记录。急冷预测模型的更新在开始后，以事先规定的周期反复进行，仅使该动作反复执行事先规定的时间，然后结束。
急冷预测模型更新部375仅存在冷却区数量、即，仅存在与冷却阀102相同数量。急冷预测模型的项数(式1中的n、m值)或相互干涉情形(式1)等能够从控制部200输入、或者能够事先利用参数等来设定。
[急冷预测模型的更新方法]
接下来，说明利用急冷预测模型更新部375进行的急冷预测模型的更新方法。本公开中的更新方法使用被称为序贯最小二乘法的方法。下式17使用矩阵/向量来表达式1。
[数学式31]
预测温度和一次前的温度之差的预测值
Figure BDA0004139309320000251
如下式17所示。
Figure BDA0004139309320000252
Figure BDA0004139309320000253
在此，设为Y＝y(t-1)-y0。
在此，时刻t表示这一次的处理，x(t)的要素中的最新数据成为Va(t-1)是因为如上所述将利用这一次的处理得到的开度等的时刻设为t-1。
以下述18的方式计算预测模型的最新的系数θ(t)。
[数学式32]
θ(t)＝θ(t-1)+η(t)·k(t)…(式18)
Figure BDA0004139309320000261
η(t)＝Δy(t-1)-xr(t-1)·θ(t-1)
Figure BDA0004139309320000262
在此，Ay(t-1)为这一次获取的温度与上一次获取的温度之差(＝y(t-1)-y(t-2))。P为被称为忘却系数的参数，事先设定为参数。P(t)为系数误差相关矩阵，每当更新时与急冷预测模型一并被记录。对初始值设定将例如100～1000设为要素的单位矩阵。
急冷预测模型的系数θ(t)在事先设定的时间经过后被记录在冷却控制部300内的规定的存储区域内。
[急冷预测模型的自动获取次序]
接下来，使用图10说明在冷却控制部300中进行的急冷预测模型的自动获取次序。
在S300中，利用控制部200的指示，将炉内温度控制为目标温度T1。此时，利用加热器单元40、温度控制部64以及热电偶66的反馈循环来进行控制。
在S304中，根据来自控制部200的指示将排气扇84的驱动开始(开启)，同时根据来自控制部200的指示利用图9示出的构成开始使用冷却控制部300对急冷预测模型的更新。如在图9中说明的那样，冷却控制部300一方面向各冷却区的冷却阀102独立地指示随机开度，另一方面更新急冷预测模型(式18)。若从该步骤的开始时刻经过事先设定的时间，则停止随机开度的指示并且确定急冷预测模型，并记录在冷却控制部300内的规定的存储区域内。另外，在该步骤结束时控制部200将排气扇84的驱动停止(关闭)。
在S306中，判断在S304中确定的急冷预测模型是否妥当。判断的条件采用执行了s304的次数、或者s304执行中的预测模型的收敛状况、或者这些组合。
[数学式33]
预测模型的收敛状况是指，判断急冷预测模型的系数的变化量(＝||θ(t)-θ(t-1)||；系数变化的准则)是比阈值大还是小。
若判断的结果不妥当(＝否)，则再次返回至S300。若判断的结果妥当(＝是)，则结束急冷预测模型的自动获取次序。在后述降温步骤S5中实施本公开的温度控制时，利用个别特性创建部359读出确定出的妥当的急冷预测模型并使用。
[本公开的第二急冷预测模型]
接下来，说明本公开的第二急冷预测模型。
在上述的式1的急冷预测模型中，为了使预测温度的精度足够高，有时需要将式1的事先设定的n值设定为充分大的值。然而，冷却控制部300的CPU的运算处理性能不充分，因此，有时若增大n值则在规定的控制周期内无法结束控制运算。于是，本公开的发明人发现了能够取代上述式1的急冷预测模型，而使用下式19的急冷预测模型。
[数学式34]
Figure BDA0004139309320000271
在此，例如采用k＝2、或者k＝10这种自然数，
y(t-k)为相对于k次前的温度的基准温度的偏差，
Va(t-k)、Va(t-2k)、……、Va(t-nk)为k次前、2k次前、……、nk次前的该冷却区的开度，
Vb(t-k)、Vb(t-2k)、……、Vb(t-nk)为k次前、2k次前、……、nk次前的与该区的一侧相邻的区的开度，
Vc(t-k)、Vc(t-2k)、……、Vc(t-nk)为k次前、2k次前、……、nk次前的与该区的另一侧相邻的区的开度，
f(t-k)、f(t-2k)、……、f(t-mk)为k次前、2k次前、……、mk次前的排气扇84的与开启(＝1)关闭(＝0)有关的信息，其他要素与上述的式1相同。
然后，若设为k＝1则式19与上述的式1一致。即，式19若作为推定预测温度的材料而使用到nk次前为止的数据，但为了抑制运算量，仅使用了针对每k个样本的数据。
此外，若仅使用每k个样本的数据则有时会因噪声等而使用离群值，因此，也可以利用使用在实施了例如单纯移动平均等的低通滤波器处理后的每k个样本的数据的下式20。
[数学式35]
Figure BDA0004139309320000281
[数学式36]
在此，例如，
Figure BDA0004139309320000282
或者设为如下等：
Figure BDA0004139309320000283
Figure BDA0004139309320000284
通过作为急冷预测模型而使用上述式19或者式20，即使包含在特性内的频率成分比较小的情况下，也能够高精度地获取预测温度，且能够减少控制运算量。
接下来，使用图11～图13针对一例说明在基板处理装置10中进行的温度时序。在图12中示出的附图标记S1～S6表示进行图11的各步骤S1～S6。
在步骤S1中，将炉内温度维持在比处理温度T1低的目标温度T0。控制部200将目标温度输入至温度控制部64。温度控制部64对热电偶66或者热电偶65检测出的温度进行反馈，基于从控制部200输入的目标温度，控制向电力供给电路63的电力供给值，由此，将炉内温度控制成维持目标温度T0。此时，晶片1没有搬入至处理室14。从该步骤S1到后述的步骤S4，控制部200关闭排气扇84的驱动，并且将与排气扇84的关闭信号有关的信息通知给冷却控制部300的排气历史记录存储部355。另外，从步骤S1到后述的步骤S4，不利用冷却控制部300进行温度控制，冷却阀102为关闭的状态。
在步骤S2中，若事先指定了张数的晶片1被装填在舟皿31内，则保持了1组晶片的舟皿31通过密封盖25由舟皿升降机26抬升，被搬入至内管13的处理室14(舟皿装载中)。到达了上限的密封盖25按压并抵接至歧管16，由此，成为将工艺管11的内部密封了的状态。舟皿31在维持支承于密封盖25的状态下存储在处理室14内。此时，舟皿31以及晶片1的温度比炉内温度T0低，且将由舟皿31保持的晶片1向炉内插入的结果为炉外的环境气体(室温)被导入炉内，因此，炉内的温度暂时变得比T0低，但利用基于温度控制部64的控制，炉内的温度经过少许时间后再次稳定于T0。
在步骤S3中，工艺管11的内部利用排气管18来排气。另外，通过温度控制部64进行时序控制，从温度T0到用于对晶片1实施规定的处理的目标温度T1为止，逐渐使炉内温度升温。工艺管11的内部的实际的上升温度与温度控制部64的时序控制的目标温度的误差利用基于热电偶65、66的计测结果的反馈控制来修正。另外，舟皿31通过马达29而旋转。
在步骤S4中，若工艺管11的内压以及温度、舟皿31的旋转整体设为一定的稳定的状态，则利用气体供给装置23从气体导入管22向工艺管11的处理室14导入原料气体。也就是说，温度控制部64在规定的控制周期内获取加热器温度或者炉内温度以及电力供给值，以调节向发热体56输出的电力供给值的方式进行控制，由此，使炉内温度维持并稳定在目标温度T1。通过气体导入管22导入的原料气体在内管13的处理室14内流通并通过排气路17而由排气管18排出。在流通处理室14时，通过原料气体与被加热至规定的处理温度的晶片1接触的热CVD反应而在晶片1形成有规定的膜。
若经过规定的处理时间，则在步骤S5中，在停止了处理气体的导入之后，从气体导入管22向工艺管11的内部导入氮气等吹扫气体。同时，冷却气体90从吸气管101经由单向阻尼器104而供给至气体流路107。然后，从多个作为冷却气体供给口的开口孔110向内部空间75吹出冷却气体90。然后，从开口孔110向内部空间75吹出的冷却气体90经由排气孔81、排气管路82以及排气扇84而排出。
在步骤S5中，在对基板进行的处理结束之后，将炉内温度从温度T1再次迅速降温(下降)至比较低的温度T0。此时，控制部200若将排气扇84的驱动开始(开启)，则将与排气扇84的开启信号有关的信息通知至冷却控制部300的排气历史记录存储部355。然后，利用基于冷却控制部300的控制，以对冷却阀102的开度进行调节而得到期望的温度轨迹的方式进行控制。此时，不进行基于温度控制部64的温度控制，将输出至加热器单元40的供给电力设为零。即，温度控制部64构成为将向各控制区的发热体56输出的电力供给值设为零。
通过以上的冷却气体90的流动，为了强制性地冷却加热器单元40整体，隔热构造体42与工艺管11一并以大速率(速度)被急速冷却。此外，为了内部空间75与处理室14隔离，能够使用冷却气体90。然而，为了更进一步提高冷却效果、或防止在基于气体内的杂质的高温下的发热体56的腐蚀，也可以使用氮气等非活性气体来作为冷却气体。
若处理室14的温度下降至目标温度T0，则在步骤S6中，由密封盖25支承的舟皿31利用舟皿升降机26下降，由此从处理室14搬出(舟皿卸载中)。此时，控制部200关闭排气扇84的驱动，并且将与排气扇84的关闭信号有关的信息通知至冷却控制部300的排气历史记录存储部355。另外，此时，不进行基于冷却控制部300的温度控制，将冷却阀102关闭。
然后，在存在剩余的应该实施处理但尚未处理的晶片1的情况下，将舟皿31上的处理完毕晶片1更换为未处理的晶片1，重复进行这些步骤S1～S6的一连串处理。
上述步骤S1～S6的处理均在得到炉内温度相对于目标温度处于事先规定的微小温度范围、且该状态持续了事先规定的时间以上这种稳定状态之后，再前进至下一步骤。因此，在例如步骤S3的升温步骤中迅速使炉内温度收敛至目标温度T1为重要的控制性能指标。
另外，对由舟皿31保持的多个晶片1实施相同处理，因此，在这些步骤中，追求使多个控制区的炉内温度经过大致相同的温度轨迹。因此，减少从多个控制区的炉内温度中的最大值减去最小值的值(以下表记为区间温度偏差)为重要的控制性能指标。
根据基于本公开的冷却控制部300，能够减小区间偏差。另外，在加热器的各个温度特性的偏差很大的情况下、或在担当工程师没有得到充分的时间的情况下，也能够自动获取热特性，能够不进行参数调节或者易于进行参数调节而得到最优化的控制方法。因此，能够易于得到期待的装置的性能。另外，根据基于本公开的冷却控制部300，通过考虑基于急冷开始时的微小时间内的排气扇84的动作的炉内环境气体的排气的影响，改良急冷开始时的区间的温度误差，而提高温度控制性。
[实施例1]
接下来，使用图14的(A)以及(B)说明在将本公开的冷却控制部300应用于上述降温步骤(步骤S5)的情况下的实施例1。
图14的(A)是示出了在将比较例的冷却控制部300应用至上述图11中的步骤S5的情况下的各区的炉内温度轨迹的图。图14的(B)是示出了在将本实施例的冷却控制部300应用于上述图11中的步骤S5的情况下的各区的炉内温度轨迹的图。比较例的冷却控制部以使利用基准区以外的热电偶检测出的温度与利用基准区的热电偶检测出的温度的偏差为零的方式控制冷却阀102的开度。
对图14的(A)示出的比较例的温度控制的区间温度偏差与图14的(B)示出的本实施例的温度控制的区间温度偏差进行比较，确认到通过进行本实施例的温度控制能够减少区间温度偏差。此外，在图14中实际比较了图3示出的L2～U1区的炉内温度。
[实施例2]
接下来，使用图15的(A)以及(B)说明在将本公开的冷却控制部300应用于上述图11中的步骤S5的降温步骤的情况下的实施例2。
图15的(A)是示出了在本实施例的冷却控制部300中进行了不使用排气扇84的信息而使用急冷预测模型的温度控制的情况下的炉内温度的实测值、预测温度和作为它们的误差的预测模型误差的图。图15的(B)是示出了在使用本实施例的冷却控制部进行了温度控制的情况下的炉内温度的实测值、预测温度和作为它们的误差的预测模型误差的图。
如图15的(A)以及图15的(B)所示，确认到通过使用利用了排气扇84的信息的急冷预测模型的温度控制，与进行不使用排气扇84的信息而使用急冷预测模型的温度控制的情况相比，急冷实测值与预测温度的误差变小，预测模型误差变小。特别是能够确认到能够减小急冷开始时的预测模型误差，而提高温度控制性。
以上，具体说明了本公开的实施方式，本公开不限于上述实施方式以及实施例，在不脱离本公开的主旨的范围内能够进行各种各样的变更。
此外，在上述实施方式中，在步骤S5中记载了进行使用急冷预测模型的温度控制，但在其他步骤中也同样可以进行使用了预测模型的温度控制。例如，在步骤S4中，可以设为温度控制部64进行如下的控制，即，以规定的控制周期获取加热器温度或者炉内温度以及电力供给值，使用在存储部205内存储的预测模型，以使最终目标温度与预测温度的偏差成为最小的方式对向发热体56输出的电力供给值进行调节，由此，将炉内温度维持并稳定在目标温度T1。
此外，在上述实施方式中，说明了分别设置温度控制部64和冷却控制部300的例子，但本公开不限于此，也可以将温度控制部64和冷却控制部300设为一个控制部。
另外，在上述实施方式中，说明了在晶片200上形成规定的膜的例子，但本公开膜种没有特定限定。例如，也能够恰当地应用于在晶片200上形成氮化膜(SiN膜)或金属氧化膜等各种各样的膜种的情况。
另外，不限于上述实施方式的基板处理装置这种处理半导体晶片的半导体制造装置等，还能够应用于玻璃对基板进行处理的LCD(Liquid Crystal Display：液晶显示器)制造装置。
附图标记说明
1晶片(基板)
40加热器单元
84排气扇
300冷却控制部
301冷却单元。

Claims (19)

1.一种基板处理装置，其构成为具备：
在内部构成对基板进行处理的处理室的反应管；
加热器单元，其设于所述反应管的外侧，且具有对所述基板进行加热的加热部；
冷却单元，其具有向所述加热器单元与所述反应管之间的空间供给冷却介质的冷却阀；
向所述冷却单元供给所述冷却介质的排气扇；以及
冷却控制部，其获取对预测所述加热部的温度和所述处理室的温度中的至少某一个温度的预测温度进行推测的预测模型，该预测模型包含所述排气扇的信息、成为将来的目标的最终目标温度、所述冷却阀的开度的每一个，所述冷却控制部获取所述加热部的温度和所述处理室的温度中的至少某一个温度、所述冷却阀的开度、所述排气扇的信息的每一个，以使按照所述预测模型算出的预测温度列与利用在从当前的目标温度变化至所述最终目标温度时的变化的比率算出的目标温度列之间的误差成为最小的方式对所述冷却阀的开度进行调节。
2.根据权利要求1所述的基板处理装置，其中，
所述冷却控制部构成为具备存储所述加热部的温度和所述处理室的温度中的至少某一个温度的温度历史记录存储部、存储所述排气扇的开关信号的排气历史记录存储部、存储向所述冷却阀输出的开度信息的阀开度历史记录存储部，所述温度历史记录存储部、所述排气历史记录存储部以及所述阀开度历史记录存储部将各数据存储规定期间。
3.根据权利要求1所述的基板处理装置，其中，
所述冷却控制部还具备创建部，该创建部获取所述预测模型，并且获取所述加热部的温度和所述处理室的温度中的至少某一个温度的过去的温度数据、所述排气扇的过去的开关的数据、所述冷却阀的过去的开度数据，算出个别输入响应特性矩阵和个别零响应特性向量。
4.根据权利要求1所述的基板处理装置，其中，
所述预测模型为计算所述预测温度的数学式，用下面的式1来表达，
[数学式1]
Figure FDA0004139309310000021
[数学式2]
在此，
Figure FDA0004139309310000022
为时刻t的预测温度，y(t-1)为一次前的温度，
Va(t-1)、Va(t-2)、……、Va(t-n)为一次前、两次前、……、n次前的该冷却区的开度，
Vb(t-1)、Vb(t-2)、……、Vb(t-n)为一次前、两次前、……、n次前的与该冷却区的一侧相邻的区的开度，
Vc(t-1)、Vc(t-2)、……、Vc(t-n)为一次前、两次前、……、n次前的与该冷却区的另一侧相邻的区的开度，
f(t-1)、f(t-2)、……、f(t-m)为一次前、两次前、……、m次前的排气扇的开关的数据，
y0为基准温度，n、m值为事先任意设定的值，a1、……、an、b1、……、bn、c1、……、cn、d分别为规定的系数。
5.根据权利要求4所述的基板处理装置，其中，
所述基准温度y0为室温附近的20℃以上30℃以下的范围内的温度，
所述n、m值为必要的过去数据数量。
6.根据权利要求3所述的基板处理装置，其中，
所述创建部创建用下面的式3来表达的式子，
[数学式3]
Figure FDA0004139309310000031
[数学式4]
Figure FDA0004139309310000032
Figure FDA0004139309310000033
式3中的Szr为个别零响应特性向量，Ssr为个别输入响应特性矩阵，
Figure FDA0004139309310000034
为预测温度向量。
7.根据权利要求6所述的基板处理装置，其中，
所述个别零响应特性向量Szr表示所述预测温度向量中的受到过去的温度和过去的开度的影响而变化的量，所述个别输入响应特性矩阵Ssr表示所述预测温度向量中的受到这一次算出的开度影响而变化的量。
8.根据权利要求6所述的基板处理装置，其中，
所述冷却控制部还具有算出用下面的式4表示的个别目标温度列向量Stg的目标温度列创建部，
所述目标温度列创建部构成为根据目标温度、当前的目标温度以及在从当前的目标温度变化至最终目标温度时的变化的比率算出所述个别目标温度列向量Stg，
[数学式5]
Figure FDA0004139309310000035
式4的时刻t以及行数与式3的时刻t以及行数对应。
9.根据权利要求8所述的基板处理装置，其中，
所述目标温度列创建部算出所述目标温度与所述当前的目标温度的升降温度偏差，将所述升降温度偏差的绝对值除以所述变化的比率，
在所述变化的比率为零的情况下，用下式算出基准设定值，
基准设定值＝当前的目标温度+升降温度偏差×(1-exp(经过时间÷(升降温时间÷时间常数))
在所述变化的比率为零以外的情况下，用下式算出基准设定值，
基准设定值＝当前的目标温度+升降温度偏差×(1-exp(经过时间÷(升降温时间))
按照所述基准设定值算出所述个别目标温度列向量Stg。
10.根据权利要求8所述的基板处理装置，其中，
所述冷却控制部还具备综合特性创建部，该综合特性创建部根据所述个别输入响应特性矩阵Ssr、所述个别零响应特性向量Szr、所述个别目标温度列向量Stg，创建规定的方程式，
所述综合特性创建部构成为将所述个别输入响应特性矩阵Ssr转换为用下式表示的个别输入响应特性矩阵Sdsr，
[数学式6]
Figure FDA0004139309310000041
11.根据权利要求10所述的基板处理装置，其中，
所述综合特性创建部构成为将所述个别零响应特性向量Szr、所述个别输入响应特性矩阵Sdsr和所述个别目标温度列向量Stg分别在作为所述控制对象的所有冷却区进行排列，分别创建包括综合输入响应特性矩阵Udsr、和综合零响应特性向量Uzr在内的预测温度列、以及包括综合目标温度向量Utg在内的目标温度列。
12.根据权利要求11所述的基板处理装置，其中，
所述冷却控制部构成为还具备计算部，该计算部创建表示所述目标温度列与所述预测温度列之间的误差的平方的评价函数，以使所述评价函数成为最小的方式计算规定的联立方程式，
所述计算部通过解开所述规定的联立方程式，获取包含在所述预测温度列的解内的所述冷却阀的开度。
13.根据权利要求12所述的基板处理装置，其中，
所述冷却控制部构成为具备在规定的控制周期内更新为从所述计算部获取的对于所述冷却阀的开度的开度信号供给部。
14.根据权利要求1所述的基板处理装置，其中，
所述加热器单元被划分为多个控制区，并设有检测各控制区的温度的温度传感器，
所述冷却单元被划分为多个冷却区，在各冷却区分别设有所述冷却阀。
15.根据权利要求14所述的基板处理装置，其中，
对各冷却区的加热部的温度和处理室的温度中的至少某一个温度的预测温度进行预测的预测模型与各自的温度范围对应。
16.一种温度控制程序，其为在基板处理装置中执行的温度控制程序，所述基板处理装置具备：
在内部构成对基板进行处理的处理室的反应管；
加热器单元，其设于所述反应管的外侧，且具有对所述基板进行加热的加热部；
冷却单元，其具有向所述加热器单元和所述反应管的空间供给冷却介质的冷却阀；以及
向所述冷却单元供给所述冷却介质的排气扇，
所述温度控制程序使所述基板处理装置执行如下的步骤：
获取对预测所述加热部的温度和所述处理室的温度中的至少某一个温度的预测温度进行推测的预测模型，该预测模型包含所述排气扇的信息、成为将来的目标的最终目标温度、所述冷却阀的开度的每一个；
获取所述加热部的温度和所述处理室的温度中的至少某一个温度、所述温度比率、所述冷却阀的开度、所述排气扇的信息的每一个；以及
以使按照所述预测模型算出的预测温度列与利用在从当前的目标温度变化至所述最终目标温度时的变化的比率算出的目标温度列之间的误差成为最小的方式对所述冷却阀的开度进行调节。
17.一种半导体器件的制造方法，其包括将对基板进行处理的处理室的温度从规定的温度升温至处理温度的工序、维持所述处理温度地对所述基板进行处理的处理工序、以及在所述处理工序后使所述处理室的温度从所述处理温度降温的工序，
在使所述处理室的温度降温的工序中，包括如下的工序：
获取加热部的温度和所述处理室的温度中的至少某一个温度、冷却阀的开度、排气扇的信息的每一个；以及
以使按照对预测所述加热部的温度和所述处理室的温度中的至少某一个温度的预测温度进行推测的预测模型算出的预测温度列与利用在从当前的目标温度变化至成为将来的目标的最终目标温度时的变化的比率算出的目标温度列之间的误差成为最小的方式对所述冷却阀的开度进行调节，所述预测模型包含所述排气扇的信息、所述最终目标温度、所述冷却阀的开度的每一个。
18.根据权利要求17所述的半导体器件的制造方法，其中，
在使所述处理室的温度下降的工序中，将从所述加热部输出的电力供给值设为零。
19.一种温度控制方法，其包括如下的工序：
获取加热部的温度、以及处理室的温度中的至少某一个温度、冷却阀的开度、排气扇的信息的每一个；
以使按照对预测所述加热部的温度和所述处理室的温度中的至少某一个温度的预测温度进行推测的预测模型算出的预测温度列与利用在从当前的目标温度变化至成为将来的目标的最终目标温度时的变化的比率算出的目标温度列之间的误差成为最小的方式对所述冷却阀的开度进行调节，所述预测模型包含所述排气扇的信息、所述最终目标温度、所述冷却阀的开度的每一个。
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