JP2012182310A - 熱処理装置およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】温度安定時に温度を均一に維持することができ、昇降温時に容易に制御することができる。
【解決手段】制御装置５１は個別に制御される制御ゾーンの数が多い多制御ゾーンモデル７２ａと、制御ゾーンの数が少ない少制御ゾーンモデル７２ｂをとることができる。昇降温時に少制御ゾーンモデル７２ｂをとって少ない数の制御ゾーンＣ_１、…Ｃ_５の温度センサ５０からの信号に基づいて、各制御ゾーンＣ_１、…Ｃ_５に設置されたヒータ１８Ａを個別に制御する。温度安定時に多制御ゾーンモデル７２ａをとって、多い数の制御ゾーンＣ_１、…Ｃ_１０の温度センサ５０からの信号に基づいて、各制御ゾーンＣ_１、…Ｃ_１０に設置されたヒータ１８Ａを個別に制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱処理装置およびその制御方法に関する。

半導体ディバイスの製造においては、被処理体例えば半導体ウエハに、酸化、拡散、ＣＶＤ、アニール等の熱処理を施すために各種の熱処理装置が用いられている。その一つとして、一度に多数枚の熱処理が可能な縦型熱処理装置が知られている。この縦型熱処理装置は、下部に開口部を有する石英製の処理容器と、該処理容器の開口部を開閉する蓋体と、該蓋体上に設けられ、複数枚の被処理体を上下方向に所定の間隔で保持する保持具と、前記処理容器の周囲に設けられ、処理容器内に搬入された前記被処理体を加熱するヒータが取付けられた炉本体とを備えている。

ところで、従来より炉本体内の温度を精度良く制御するため、炉本体内の空間を複数の制御ゾーンに区画し、各制御ゾーンに炉内温度センサを設置するとともに、ヒータを各制御ゾーン毎に分割し、各制御ゾーンの温度を細かく制御する技術も開発されている。

しかしながら炉本体内を複数の制御ゾーンに区画して各制御ゾーン毎に細かく制御すると、温度安定時において温度の均一性は向上するが、昇降温時に制御がむずかしくなり、制御パラメータのチューニングに時間がかかるという問題もある。

特開２００２−３０５１８９号公報 特開２００５−１８８８６９号公報

本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、温度安定時において炉本体内の温度の均一性を向上させるようにすることができ、かつ昇降温時において炉本体内の温度制御を容易に行なうことができる熱処理装置およびその制御方法を提供することを目的とする。

本実施の形態は、炉本体と、炉本体内に配置され、炉本体との間に複数の単位領域を含む空間を形成するとともに、内部に複数の被処理体を収納する処理容器と、炉本体内面に、空間の各単位領域に対応して設けられた加熱部と、空間の各単位領域に対応して設けられた炉内温度センサと、各単位領域の炉内温度センサからの信号に基づいて、当該単位領域の加熱部を制御する制御装置とを備え、制御装置は単位領域からなり個別に制御される制御ゾーンの数が多い多制御ゾーンモードと、単位領域からなり個別に制御される制御ゾーンの数が少ない少制御ゾーンモードとを有し、昇降温時に制御ゾーンの数が少ない少制御ゾーンモードをとって各制御ゾーンの加熱部を制御し、温度安定時に制御ゾーンの数が多い多制御ゾーンモードをとって各制御ゾーンの加熱部を制御することを特徴とする熱処理装置である。

上記熱処理装置において、多制御ゾーンモードにおいて各制御ゾーンは一つの単位領域からなり、制御装置は当該単位領域の炉内温度センサからの信号に基づいて単位領域の加熱部を制御し、少制御ゾーンモードにおいて少なくとも１つの制御ゾーンは隣り合う複数の単位領域からなり、制御装置は複数の単位領域のうち所望の単位領域の炉内温度センサからの信号に基づいて複数の単位領域の加熱部を制御する。

上記熱処理装置において、制御装置は多制御ゾーンモードにおいて予め内蔵された多制御ゾーン用数値モデルに基づいて各制御ゾーン内の加熱部を制御し、少制御ゾーンモードにおいて予め内蔵された少制御ゾーン用数値モデルに基づいて各制御ゾーン内の加熱部を制御する。

上記熱処理装置において、炉本体に冷却媒体供給ラインを介して、炉本体と処理空間との間の空間に冷却媒体を供給するブロアを接続するとともに、炉本体に排気管を設け、制御装置は各単位領域の炉内センサからの信号に基づいて、当該単位領域の加熱部を制御するとともに、ブロアを制御する。

上記熱処理装置において、制御装置は昇降温時に少制御ゾーンモードをとって各制御ゾーンの加熱部を制御するとともに、ブロアを制御する。

本実施の形態は、炉本体と、炉本体内に配置され、炉本体との間に空間を形成するとともに、内部に複数の単位領域を形成しかつ複数の被処理体を収納する処理容器と、炉本体内面に、空間の各単位領域に対応して設けられた加熱部と、処理容器の各単位領域に対応して設けられた処理容器内温度センサと、各単位領域の処理容器内温度センサからの信号に基づいて、当該単位領域の加熱部を制御する制御装置とを備え、制御装置は単位領域からなり個別に制御される制御ゾーンの数が多い多制御ゾーンモードと、単位領域からなり個別に制御される制御ゾーンの数が少ない少制御ゾーンモードとを有し、昇降温時に制御ゾーンの数が少ない少制御ゾーンモードをとって各制御ゾーンの加熱部を制御し、温度安定時に制御ゾーンの数が多い多制御ゾーンモードをとって各制御ゾーンの加熱部を制御することを特徴とする熱処理装置である。

上記熱処理装置において、多制御ゾーンモードにおいて各制御ゾーンは一つの単位領域からなり、制御装置は当該単位領域の処理容器内温度センサからの信号に基づいて単位領域の加熱部を制御し、少制御ゾーンモードにおいて少なくとも１つの制御ゾーンは隣り合う複数の単位領域からなり、制御装置は複数の単位領域のうち所望の単位領域の処理容器内温度センサからの信号に基づいて複数の単位領域の加熱部を制御する。

上記熱処理装置において、制御装置は多制御ゾーンモードにおいて予め内蔵された多制御ゾーン用数値モデルに基づいて各制御ゾーン内の加熱部を制御し、少制御ゾーンモードにおいて予め内蔵された少制御ゾーン用数値モデルに基づいて各制御ゾーン内の加熱部を制御する。

上記熱処理装置において、炉本体に冷却媒体供給ラインを介して、炉本体と処理空間との間の空間に冷却媒体を供給するブロアを接続するとともに、炉本体に排気管を設け、制御装置は各単位領域の処理容器内センサからの信号に基づいて、当該単位領域の加熱部を制御するとともに、ブロアを制御する。

上記熱処理装置において、制御装置は昇降温時に少制御ゾーンモードをとって各制御ゾーンの加熱部を制御するとともに、ブロアを制御する。

本実施の形態は、炉本体と、炉本体内に配置され、炉本体との間に複数の単位領域を含む空間を形成するとともに、内部に複数の被処理体を収納する処理容器と、炉本体内面に、空間の各単位領域に対応して設けられた加熱部と、空間の各単位領域に対応して設けられた炉内温度センサと、各単位領域の炉内温度センサからの信号に基づいて、当該単位領域の加熱部を制御する制御装置とを備え、制御装置は単位領域からなり個別に制御される制御ゾーンの数が多い多制御ゾーンモードと、単位領域からなり個別に制御される制御ゾーンの数が少ない少制御ゾーンモードとを有する熱処理装置の制御方法において、昇降温時に制御ゾーンの数が少ない少制御ゾーンモードをとって各制御ゾーンの加熱部を制御する工程と、温度安定時に制御ゾーンの数が多い多制御ゾーンモードをとって各制御ゾーンの加熱部を制御する工程とを備えたことを特徴とする熱処理装置の制御方法である。

上記制御方法において、多制御ゾーンモードにおいて各制御ゾーンは一つの単位領域からなり、制御装置は当該単位領域の炉内温度センサからの信号に基づいて単位領域の加熱部を制御し、少制御ゾーンモードにおいて少なくとも１つの制御ゾーンは隣り合う複数の単位領域からなり、制御装置は複数の単位領域のうち所望の単位領域の炉内温度センサからの信号に基づいて複数の単位領域の加熱部を制御する。

上記制御方法において、制御装置は多制御ゾーンモードにおいて予め内蔵された多制御ゾーン用数値モデルに基づいて各制御ゾーン内の加熱部を制御し、少制御ゾーンモードにおいて予め内蔵された少制御ゾーン用数値モデルに基づいて各制御ゾーン内の加熱部を制御する。

上記制御方法において、炉本体に冷却媒体供給ラインを介して、炉本体と処理空間との間の空間に冷却媒体を供給するブロアを接続するとともに、炉本体に排気管を設け、制御装置は各単位領域の炉内センサからの信号に基づいて、当該単位領域の加熱部を制御するとともに、ブロアを制御する。

上記制御方法において、制御装置は昇降温時に少制御ゾーンモードをとって各制御ゾーンの加熱部を制御するとともに、ブロアを制御する。

本実施の形態は、炉本体と、炉本体内に配置され、炉本体との間に空間を形成するとともに、内部に複数の単位領域を形成しかつ複数の被処理体を収納する処理容器と、炉本体内面に、空間の各単位領域に対応して設けられた加熱部と、処理容器の各単位領域に対応して設けられた処理容器内温度センサと、各単位領域の処理容器内温度センサからの信号に基づいて、当該単位領域の加熱部を制御する制御装置とを備え、制御装置は単位領域からなり個別に制御される制御ゾーンの数が多い多制御ゾーンモードと、単位領域からなり個別に制御される制御ゾーンの数が少ない少制御ゾーンモードとを有する熱処理装置の制御方法において、昇降温時に制御ゾーンの数が少ない少制御ゾーンモードをとって各制御ゾーンの加熱部を制御する工程と、温度安定時に制御ゾーンの数が多い多制御ゾーンモードをとって各制御ゾーンの加熱部を制御する工程とを備えたことを特徴とする熱処理装置の制御方法である。

上記制御方法において、多制御ゾーンモードにおいて各制御ゾーンは一つの単位領域からなり、制御装置は当該単位領域の処理容器内温度センサからの信号に基づいて単位領域の加熱部を制御し、少制御ゾーンモードにおいて少なくとも１つの制御ゾーンは隣り合う複数の単位領域からなり、制御装置は複数の単位領域のうち所望の単位領域の処理容器内温度センサからの信号に基づいて複数の単位領域の加熱部を制御する。

上記制御方法において、制御装置は多制御ゾーンモードにおいて予め内蔵された多制御ゾーン用数値モデルに基づいて各制御ゾーン内の加熱部を制御し、少制御ゾーンモードにおいて予め内蔵された少制御ゾーン用数値モデルに基づいて各制御ゾーン内の加熱部を制御する。

上記制御方法において、炉本体に冷却媒体供給ラインを介して、炉本体と処理空間との間の空間に冷却媒体を供給するブロアを接続するとともに、炉本体に排気管を設け、制御装置は各単位領域の処理容器内センサからの信号に基づいて、当該単位領域の加熱部を制御するとともに、ブロアを制御する。

上記制御方法において、制御装置は昇降温時に少制御ゾーンモードをとって各制御ゾーンの加熱部を制御するとともに、ブロアを制御する。

以上のように本発明によれば、昇降温時に制御ゾーンの数が少ない少制御ゾーンモードをとって各制御ゾーンのヒータを制御することにより炉本体内の温度制御を容易に行なうことができる。また温度安定時に制御ゾーンの数が多い多制御ゾーンモードをとって各制御ゾーンのヒータを制御することにより、炉本体内の温度の均一性を向上させることができる。

図１は本発明による熱処理装置およびその制御方法の実施の形態を概略的に示す縦断面図。 図２は熱処理装置の制御装置を示す概略図。 図３（ａ）は少制御ゾーンモデル制御を示す図であり、図３（ｂ）は多制御ゾーンモデル制御を示す図。 図４は炉本体内の温度変化を時間の経過とともに示す図。 図５は炉本体の単位領域毎の温度を示す概略図。 図６は本発明の変形例による熱処理装置を概略的に示す図。

発明の実施の形態
以下に、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

図１において、縦型の熱処理装置１は、被処理体、例えば半導体ウエハｗを一度に多数枚収容して酸化、拡散、減圧ＣＶＤ等の熱処理を施すことができる縦型の熱処理炉２を備えている。この熱処理炉２は、内周面に加熱部として機能する発熱抵抗体（ヒータ）１８Ａが設けられた炉本体５と、炉本体５内に配置され、炉本体５との間に空間３３を形成するとともに、ウエハｗを収容して熱処理するための処理容器３とを備えている。

また炉本体５の処理容器３との間の空間３３は、縦方向に沿って複数の単位領域（単に領域ともいう）、例えば１０の単位領域Ａ_１、Ａ_２、Ａ_３、Ａ_４、Ａ_５、Ａ_６、Ａ_７、Ａ_８、Ａ_９、Ａ_１０に区画されている。そしてヒータ１８Ａは、この１０の単位領域Ａ_１、…Ａ_１０に対応して各々設けられており、さらに各単位領域Ａ_１、…Ａ_１０毎に、当該単位領域Ａ_１、…Ａ_１０の温度を測定する後述のように炉内温度センサ５０が設けられている。そして各炉内温度センサ５０は、信号ライン５０ａを介して後述する制御装置５１に接続されている。

同様に処理容器３内も縦方向に沿って複数の単位領域（単に領域ともいう）、例えば１０の単位領域Ａ_１、Ａ_２、Ａ_３、Ａ_４、Ａ_５、Ａ_６、Ａ_７、Ａ_８、Ａ_９、Ａ_１０に区画され、さらに各単位領域Ａ_１、…Ａ_１０毎に当該単位領域Ａ_１、…Ａ_１０の温度を測定する処理容器内温度センサ５５が設けられている。各処理容器内温度センサ５５は、処理容器内温度センサ支持具５６により支持されるとともに、信号ライン５５ａを介して制御装置５１に接続されている。

また炉本体５はベースプレート６により支持され、このベースプレート６には処理容器３を下方から上方に挿入するための開口部７が形成されている。またベースプレート６の開口部７にはベースプレート６と処理容器３との間の隙間を覆うように図示しない断熱材が設けられている。

処理容器３は、石英製からなり、上端が閉塞され、下端が炉口３ａとして開口された縦長の円筒状形状を有する。処理容器３の下端には外向きのフランジ３ｂが形成され、フランジ３ｂは図示しないフランジ押えを介して上記ベースプレート６に支持されている。また処理容器３には、下側部に処理ガスや不活性ガス等を処理容器３内に導入する導入ポート（導入口）８及び処理容器３内のガスを排気するための図示しない排気ポート（排気口）が設けられている。導入ポート８にはガス供給源（図示せず）が接続され、排気ポートには例えば１３３×６００Ｐａ〜１３３×１０^−２Ｐａ程度に減圧制御が可能な真空ポンプを備えた排気系（図示せず）が接続されている。また導入ポート８には処理容器３内に延びるガス供給管８ａが接続され、このガス供給管８ａにはガス供給孔８ｂが形成されている。

処理容器３の下方には、処理容器３の炉口３ａを閉塞する蓋体１０が図示しない昇降機構により昇降移動可能に設けられている。この蓋体１０の上部には、炉口の保温手段である保温筒１１が載置され、該保温筒１１の上部には、直径が３００ｍｍのウエハｗを多数枚、例えば１００〜１５０枚程度上下方向に所定の間隔で搭載する保持具である石英製のボート１２が載置されている。蓋体１０には、ボート１２をその軸心回りに回転する回転機構１３が設けられている。ボート１２は、蓋体１０の下降移動により処理容器３内から下方のローディングエリア（図示しない）内に搬出（アンロード）され、ウエハｗの移替え後、蓋体１０の上昇移動により処理容器３内に搬入（ロード）される。

上記炉本体５は、円筒状の断熱材１６と、該断熱材１６の内周面に軸方向（図示例では上下方向）に多段に形成された溝状の棚部１７とを有し、各棚部１７に沿って各単位領域Ａ_１、…Ａ_１０毎に設けられたヒータ１８Ａを構成するヒータエレメント（ヒータ線、発熱抵抗体）１８が配置されている。断熱材１６は、例えばシリカ、アルミナあるいは珪酸アルミナを含む無機質繊維からなっている。

上記円筒状の断熱材１６の内周面にはこれと同心の環状の溝部２１が軸方向に所定ピッチで多段に形成され、隣り合う上部の溝部２１と下部の溝部２１との間に周方向に連続した環状の上記棚部１７が形成されている。上記溝部２１におけるヒータエレメント１８の上部と下部、及び溝部２１の奥壁とヒータエレメント１８との間にはヒータエレメント１８の熱膨張収縮及び径方向の移動を許容し得る十分な隙間が設けられており、またこれらの隙間により強制冷却時に炉本体５の冷却媒体導入部４０から空間３３内に流れる冷却媒体がヒータエレメント１８の背面に回り込み、ヒータエレメント１８を効果的に冷却できるようになっている。なお、このような冷却媒体としては、空気、窒素ガスが考えられ、冷却媒体は後述するインバータ出力部５３ａにより駆動される冷却媒体供給ブロア（図示せず）によって冷却媒体導入部４０へ送られる。

各単位領域Ａ_１、…Ａ_１０毎に設けられたヒータ１８Ａにおいて、このヒータ１８Ａを構成するヒータエレメント１８には端子板２２ａ，２２ｂが接合され、断熱材１６を径方向に貫通するように設けられた端子板２２ａ，２２ｂを介して外部のヒータ出力部１８Ｂに接続されている。

炉本体５の断熱材１６の形状を保持すると共に断熱材１６を補強するために、図１に示すように、断熱材１６の外周面は金属製例えばステンレス製の外皮（アウターシェル）３０で覆われている。断熱材１６の頂部にはこれを覆う上部断熱材３１が設けられ、この上部断熱材３１の上部には外皮３０の頂部（上端部）を覆うステンレス製の天板３２が設けられている。

ところでヒータエレメント１８として帯状の発熱抵抗体を用い、棚部１７内に収納した例を示したが、ヒータエレメント１８としてはこのような構造のものに限られず、他の種々の構造のヒートエレメントを用いることができる。

また、上述のように炉本体５と処理容器３との間に形成された空間３３は、１０の単位領域Ａ_１、…Ａ_１０に区画され、各単位領域Ａ_１、…Ａ_１０毎に、当該単位領域Ａ_１、…Ａ_１０内の温度を検知する温度センサ（炉内温度センサ）５０が設置され、この温度センサ５０からの検知信号は信号ライン５０ａを介して後述する制御装置５１に送られる。

ところで各単位領域Ａ_１、…Ａ_１０毎に設置された温度センサ５０は、制御装置５１に接続されている。この制御装置５１について詳述する。

温度センサ５０は上述のように空間３３の各単位領域Ａ_１、…Ａ_１０毎に設置されて単位領域Ａ_１、…Ａ_１０内の温度を検出するものである。

各単位領域Ａ_１、…Ａ_１０の温度センサ５０で検出された検知信号は、信号ライン５０ａを介して制御装置５１に送られる。この制御装置５１は例えば１００℃〜５００℃の低温領域での昇温過程、降温過程あるいは温度安定時において、所定の目標温度に対する収束時間を短縮させ、かつ精度良く目標温度に近づけるものである（図２）。

すなわち制御装置５１は、図３（ａ）（ｂ）に示すように、個別に制御される制御ゾーンＣ_１、Ｃ_２、Ｃ_３、Ｃ_４、Ｃ_５、Ｃ_６、Ｃ_７、Ｃ_８、Ｃ_９、Ｃ_１０の数が多い多制御ゾーンモード７２ａと、個別に制御される制御ゾーンＣ_１、Ｃ_２、Ｃ_３、Ｃ_４、Ｃ_５の数が少ない少制御ゾーンモード７２ｂとを有し、多制御ゾーンモード７２ａおよび少制御ゾーンモード７２ｂのいずれか一方のモードをとることができる。

制御装置５１が多制御ゾーンモード７２ａをとる場合、個別に制御される制御ゾーンＣ_１、…Ｃ_１０は、炉本体５と処理容器３との間の空間３３を構成する１０個の単位領域Ａ_１、…Ａ_１０の一つ一つに各々一致し、各単位領域Ａ_１、…Ａ_１０に対応する制御ゾーンＣ_１、…Ｃ_１０を個別に制御する。

制御装置５１が少制御ゾーンモード７２ｂをとる場合、個別に制御される制御ゾーンＣ_１は、隣り合う単位領域Ａ_１、Ａ_２に対応し、制御ゾーンＣ_２は、隣り合う単位領域Ａ_３、Ａ_４に対応し、制御ゾーンＣ_３は、隣り合う単位領域Ａ_５、Ａ_６に対応し、制御ゾーンＣ_４は、隣り合う単位領域Ａ_７、Ａ_８に対応し、制御ゾーンＣ_５は、隣り合う単位領域Ａ_９、Ａ_１０に対応し、制御装置５１はこれら制御ゾーンＣ_１、…Ｃ_１０を個別に制御する。なお、少制御ゾーンモード７２ｂをとる場合、少なくとも一つの制御ゾーンが隣り合う複数の単位領域からなり、他の制御ゾーンが各単位領域からなっていてもよい。

具体的には制御装置５１が多制御ゾーンモード７２ａをとる場合、制御装置５１は各単位領域Ａ_１、…Ａ_１０のすべての温度センサ５０からの信号に基づいて、対応する単位領域Ａ_１、…Ａ_１０のヒータ１８Ａを個別に制御する。この場合、制御装置５１は空間３３の出口側に設けられた排気温度センサ８０からの信号を考慮して各単位領域Ａ_１、…Ａ_１０のヒータ１８Ａを制御してもよい。

また制御装置５１が少制御ゾーンモード７２ｂをとる場合、制御装置５１は例えば一つ置きの単位領域Ａ_１、Ａ_３、Ａ_５、Ａ_７、Ａ_９の温度センサ５０からの信号に基づいて、ヒータ１８Ａを制御する。具体的には制御装置５１は、単位領域Ａ_１の温度センサ５０からの信号に基づいて単位領域Ａ_１、Ａ_２のヒータ１８Ａをまとめて制御し、単位領域Ａ_３の温度センサ５０からの信号に基づいて単位領域Ａ_３、Ａ_４のヒータ１８Ａをまとめて制御し、単位領域Ａ_５の温度センサ５０からの信号に基づいて単位領域Ａ_５、Ａ_６のヒータ１８Ａをまとめて制御し、単位領域Ａ_７の温度センサ５０からの信号に基づいて単位領域Ａ_７、Ａ_８のヒータ１８Ａをまとめて制御し、単位領域Ａ_９の温度センサ５０からの信号に基づいて単位領域Ａ_９、Ａ_１０のヒータ１８Ａをまとめて制御する。この場合、制御装置５１は温度センサ８０からの信号を考慮して各単位領域Ａ_１、…Ａ_１０のヒータ１８Ａを制御してもよい。

また、制御装置５１は、予め定められたヒータ出力とブロア出力に関する数値モデル７１と、この数値モデル７１と温度センサ５０からの炉内温度に基づいてヒータ出力を求めるヒータ出力演算部５１ａと、数値モデル７１と温度センサ５０からの炉内温度に基づいてブロア出力を求めるブロア出力演算部５１ｂとを有している。

このうち、数値モデル７１は多制御ゾーンモード７２ａをとったとき用いられる多制御ゾーン用数値モデル７１ａと、少制御ゾーンモード７２ｂをとったとき用いられる少制御ゾーン用数値モデル７１ｂと、ブロア出力用数値モデル７３とを有している。

ヒータ出力演算部５１ａは多制御ゾーン用数値モデル７１ａ、または少制御ゾーン用数値モデル７１ｂのいずれかと、各単位領域Ａ_１、…Ａ_１０の温度センサ５０からの信号に基づいて、各単位領域Ａ_１、…Ａ_１０のヒータ１８Ａの出力を求める。次にヒータ出力演算部５１ａで求められたヒータ１８Ａの出力に基づいて、ヒータ出力部１８Ｂにより単位領域Ａ_１、…Ａ_１０のヒータ１８Ａを制御する。例えば制御装置５１が多制御ゾーンモード７２ａをとる場合、多制御ゾーン用数値モデル７１ａと、すべての単位領域Ａ_１、…Ａ_１０の温度センサ５０からの信号に基づいて、ヒータ出力演算部５１ａですべての単位領域Ａ_１、…Ａ_１０の１８Ａの出力が求められ、このヒータ１８の出力に基づいて、ヒータ出力部１８Ｂはすべての単位領域Ａ_１、…Ａ_１０のヒータ１８Ａを個別に駆動制御する。

またブロア出力演算部５１ｂはブロア出力用数値モデル７３と、いずれかの単位領域Ａ_１、…Ａ_１０の温度センサ５０からの信号に基づいてブロア出力を求め、このブロア出力に基づいてインバータ出力部５３ａを制御する。

ここで数値モデル７１のうち、ヒータを制御する多制御ゾーン用数値モデル７１ａについて説明する。

多制御ゾーン用数値モデル７１ａは、温度センサ５０およびヒータ出力部１８Ｂから、予め半導体ウエハｗの温度を推測し、さらに、推測した温度を全体として目的温度に近接させるために、ヒータ１８に供給する電力を特定可能な数学モデルであり、任意のモデル（多変数、多次元、多出力関数）を利用可能である。このような多制御ゾーン用数値モデル７１ａとしては、例えば、米国特許第５，５１７，５９４号公報に開示されたモデルを使用することができる。

このようにして、ウエハの処理枚数及びその配置に応じて、ウエハの温度推定及びウエハ温度を目標温度とするための出力を定義する多制御ゾーン用数値モデル７１ａが得られる。なお、推測したウエハ温度を制御対象とする例を示したが、観測温度そのものを制御対象とするモデルとしてもよい。また少制御ゾーン用数値モデル７１ｂも多制御ゾーン用数値モデル７１ａと同様にして求められる。この場合、多制御ゾーン用数値モデル７１ａは、多制御ゾーンモード７２ａをとった場合における、各制御ゾーン毎に設定された時間と設定温度の関係を有している。また少制御ゾーン用数値モデル７１ｂは、少制御ゾーンモード７２ｂをとった場合における、各制御ゾーン毎に設定された時間と設定温度との関係を有している。

さらにブロア出力用数値モデル７３は、多制御ゾーン用数値モデル７１ａ、少制御ゾーン用数値モデル７１ｂを求める方法と同様に、ヒータ１８Ａを動作させながら、冷却媒体供給ブロアを実際に動作させ、半導体ウエハｗの温度を実測することにより、取得可能である。

なお、数値モデル７１が多制御ゾーン用数値モデル７１ａ、少制御ゾーン用数値モデル７１ｂ、およびブロア出力用数値モデル７３を有する例を示したが、単一の数値モデル７１内に多制御ゾーン用数値モデル、少制御ゾーン用数値モデル、およびブロア出力用数値モデルを含ませてもよい。

またヒータ出力演算部５１ａにより求められたヒータ出力は、ヒータ出力部１８Ｂに送られ、このヒータ出力部１８Ｂにより、ヒータ出力演算部５１により求められたヒータ出力に基づいて、各単位領域Ａ_１、…Ａ_１０内のヒータ１８Ａのヒータエレメント１８が駆動制御される。

他方、ブロア出力演算部５１ｂにより求められたブロア出力はインバータ駆動部５３ａに送られ、これらインバータ駆動部５３により冷却媒体供給ブロアが駆動制御される。

このようにして、冷却媒体供給ブロアによって、炉本体５と処理容器３との間の空間３３内に冷却媒体が供給される。

次にこのような構成からなる熱処理装置の作用について説明する。

まず、ボート１２内にウエハｗが搭載され、ウエハｗが搭載されたボート１２が蓋体１０の保温筒１１上に載置される。その後蓋体１０の上昇移動によりボート１２が処理容器３内へ搬入される。

次に制御装置５１はヒータ出力部１８Ｂを制御して各単位領域Ａ_１、…Ａ_１０内のヒータ１８Ａを出力制御し、炉本体５と処理容器３との間の空間３３を加熱し、処理容器３内のボート１２に搭載されたウエハｗに対して必要な熱処理を施す。

具体的には、制御装置５１は昇降時に制御ゾーンの数が少ない少制御ゾーンモード７２ｂをとる。この場合、炉本体５と処理容器３との間の空間３３内は、例えば５つの制御ゾーンＣ_１、…Ｃ_５に区画され、制御ゾーンＣ_１は単位領域Ａ_１、Ａ_２に対応し、制御ゾーンＣ_２は、単位領域Ａ_３、Ａ_４に対応し、制御ゾーンＣ_３は単位領域Ａ_５、Ａ_６に対応し、制御ゾーンＣ_４は単位領域Ａ_７、Ａ_８に対応し、制御ゾーンＣ_５は単位領域Ａ_９、Ａ_１０に対応する（図３（ａ））。

このとき制御装置５１は少制御ゾーン用数値モデル７１ｂを用い、この少制御ゾーン用数値モデル７１ｂと、一つ置きの単位領域Ａ_１、Ａ_３、Ａ_５、Ａ_７、Ａ_９の温度センサ５０からの信号に基づいて、ヒータ出力演算部５１ａにおいて、各々対応する単位領域Ａ_１、Ａ_２（制御ゾーンＣ_１）のヒータ１８Ａ、単位領域Ａ_３、Ａ_４（制御ゾーンＣ_２）のヒータ１８Ａ、単位領域Ａ_５、Ａ_６（制御ゾーンＣ_３）のヒータ１８Ａ、単位領域Ａ_７、Ａ_８（制御ゾーンＣ_４）のヒータ１８Ａおよび単位領域Ａ_９、Ａ_１０（制御ゾーンＣ_５）のヒータ１８Ａの出力を求める。

次にヒータ出力部１８Ｂは、ヒータ出力演算部５１ａで求めたヒータ出力に基づいて、単位領域Ａ_１、Ａ_２（制御ゾーンＣ_１）のヒータ１８Ａをまとめて制御し、単位領域Ａ_３、Ａ_４（制御ゾーンＣ_２）のヒータ１８Ａをまとめて制御し、単位領域Ａ_５、Ａ_６（制御ゾーンＣ_３）のヒータ１８Ａをまとめて制御し、単位領域Ａ_７、Ａ_８（制御ゾーンＣ_４）のヒータ１８Ａをまとめて制御し、単位領域Ａ_９、Ａ_１０（制御ゾーンＣ_５）のヒータ１８Ａをまとめて制御する。

温度安定時において、制御装置５１は制御ゾーンの数が多い多制御ゾーンモード７２ａをとる。この場合、制御ゾーンＣ_１、Ｃ_２、Ｃ_３、Ｃ_４…Ｃ_１０は、各々単位領域Ａ_１、Ａ_２、Ａ_３、Ａ_４…Ａ_１０に対応する（図３（ｂ））。

このとき、制御装置５１は制御ゾーン用数値モデル７１ａを用い、この多制御ゾーン用数値モデル７１ａと、各単位領域Ａ_１、…Ａ_１０の温度センサ５０からの信号に基づいてヒータ出力演算部５１ａにおいて、各単位領域Ａ_１、…Ａ_１０のヒータ１８Ａの出力を求める。

次にヒータ出力部１８Ｂはヒータ出力演算部５１ａで求めたヒータ出力に基づいて、各々の単位領域Ａ_１、…Ａ_１０のヒータ１８Ａを個別に駆動制御する。

図４に示すように、制御装置５１が昇降温時Ｔ_１に少制御ゾーンモード７１ｂをとり、温度安定時Ｔ_２に多制御ゾーンモード７２ａをとって単位領域Ａ_１、…Ａ_１０のヒータ１８Ａを制御することにより、昇降温時Ｔ_１において制御ゾーンの数を少なくして制御パラメータのチューニングを容易に行なうことができる。また図５に示すように温度安定時Ｔ_２は単位領域Ａ_１、…Ａ_１０をきめ細かく均一に制御することができる。Ｔ_１の少制御ゾーンモード時は制御対象になった温度センサ５０からの検知温度は設定温度に十分に追従するが制御対象としていない温度センサ（対象外としての図示）は多少外れる。その後のＴ_２の多制御ゾーンモード時では全ての温度センサ５０からの検知温度を設定温度に対して±１℃以内に制御することができる。

この間、後述のように、必要に応じて熱処理作業の効率化を図るため、炉本体５と処理容器３との間の空間３３内を強制的に冷却する。

この場合、まず制御装置５１によって冷却媒体供給ブロアが作動する。このとき冷却媒体（２０〜３０℃）が冷却媒体導入部４０から炉本体５と処理容器３との間の空間３３内に吹出されて、この空間３３内を強制的に冷却する。

この場合、ブロア出力演算部５１ｂはブロア出力用数値モデル７３といずれかの単位領域Ａ_１、…Ａ_１０に設置された温度センサ５０からの炉内温度に基づいてブロア出力を定め、このブロア出力に基づいてインバータ駆動部５３ａが冷却媒体供給ブロアを駆動制御する。

本発明による熱処理装置の変形例
次に本発明による熱処理装置の変形例について述べる。

上述した実施の形態において、炉本体５と処理容器３との間に形成された空間３３の各単位領域Ａ_１、…Ａ_１０に設置された炉内温度センサ５０からの信号に基づいて、制御装置５１により熱処理装置を制御する例を示したが、これに限らず処理容器３内の各単位領域Ａ_１、…Ａ_１０に設置された処理容器内温度センサ５５からの信号に基づいて温度演算部５０Ａにより熱処理装置を制御してもよい。

すなわち上述のように処理容器３内は、１０の単位領域Ａ_１、…Ａ_１０に区画され、各単位領域Ａ_１、…Ａ_１０毎に、当該単位領域Ａ_１、…Ａ_１０内の温度を検知する処理容器内温度センサ５５が設置され、この処理容器内温度センサ５５からの検知信号は信号ライン５５ａを介して制御装置（制御部）５１へ送られる。なお各単位領域Ａ_１、…Ａ_１０毎に設置された処理容器内温度センサ５５は、処理容器内温度センサ支持具５６により支持されている。

次に図６による本発明の変形例による熱処理装置について説明する。図６は本発明の変形例による熱処理装置を概略的に示す図である。

図６に示す熱処理装置は、処理容器３の構造が異なるのみであり、他の構成は図１乃至図５に示す熱処理装置と略同一である。

すなわち図１において処理容器３が一重管からなる構成を示したが、これに限らず処理容器３は外筒３Ａと、外筒３Ａ内に配置された内筒３Ｂとからなる二重管構造をもっていてもよい。

図６に示す熱処理装置において、図１乃至図５に示す熱処理装置と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

また上記実施の形態において、炉本体５と処理容器３との間の空間３３、および処理容器３内を１０の単位領域Ａ_１、…Ａ_１０に区画した例を示したが、これに限らず３つ以上の任意の数の単位領域に区画してもよい。この場合、単位領域の数が多ければ、本発明の効果はより向上する。

また上記空間３３および処理容器３内を均等に区画した例を示したが、これに限らず装置の使用状態に応じて、単位領域の幅や位置形状を種々変化させても、本発明の効果に差異はない。

ｗ 半導体ウエハ（被処理体）
１ 熱処理装置
３ 処理容器
３Ａ 内筒
３Ｂ 外筒
３ａ 炉口
５ 炉本体
１６ 断熱材
１８ ヒータエレメント（発熱抵抗体）
１８Ａ ヒータ
１８Ｂ ヒータ出力部
３３ 空間
４０ 冷却媒体導入部
５０ 炉内温度センサ
５１ 制御装置
５１ａ ヒータ出力演算部
５１ｂ ブロア出力演算部
５５ 処理容器内温度センサ
５６ 処理容器内温度センサ支持具
７１ 数値モデル
７１ａ 多制御ゾーン用数値モデル
７１ｂ 少制御ゾーン用数値モデル
７２ａ 多制御ゾーンモード
７２ｂ 少制御ゾーンモード
７３ ブロア出力用数値モデル
８０ 排気温度センサ
Ａ_１、…Ａ_１０ 単位領域
Ｃ_１、…Ｃ_１０ 制御ゾーン

Claims (20)

1. 炉本体と、
   炉本体内に配置され、炉本体との間に複数の単位領域を含む空間を形成するとともに、内部に複数の被処理体を収納する処理容器と、
   炉本体内面に、空間の各単位領域に対応して設けられた加熱部と、
   空間の各単位領域に対応して設けられた炉内温度センサと、
   各単位領域の炉内温度センサからの信号に基づいて、当該単位領域の加熱部を制御する制御装置とを備え、制御装置は単位領域からなり個別に制御される制御ゾーンの数が多い多制御ゾーンモードと、単位領域からなり個別に制御される制御ゾーンの数が少ない少制御ゾーンモードとを有し、昇降温時に制御ゾーンの数が少ない少制御ゾーンモードをとって各制御ゾーンの加熱部を制御し、温度安定時に制御ゾーンの数が多い多制御ゾーンモードをとって各制御ゾーンの加熱部を制御することを特徴とする熱処理装置。
2. 多制御ゾーンモードにおいて各制御ゾーンは一つの単位領域からなり、制御装置は当該単位領域の炉内温度センサからの信号に基づいて単位領域の加熱部を制御し、少制御ゾーンモードにおいて少なくとも１つの制御ゾーンは隣り合う複数の単位領域からなり、制御装置は複数の単位領域のうち所望の単位領域の炉内温度センサからの信号に基づいて複数の単位領域の加熱部を制御することを特徴とする請求項１記載の熱処理装置。
3. 制御装置は多制御ゾーンモードにおいて予め内蔵された多制御ゾーン用数値モデルに基づいて各制御ゾーン内の加熱部を制御し、少制御ゾーンモードにおいて予め内蔵された少制御ゾーン用数値モデルに基づいて各制御ゾーン内の加熱部を制御することを特徴とする請求項１記載の熱処理装置。
4. 炉本体に冷却媒体供給ラインを介して、炉本体と処理空間との間の空間に冷却媒体を供給するブロアを接続するとともに、炉本体に排気管を設け、
   制御装置は各単位領域の炉内センサからの信号に基づいて、当該単位領域の加熱部を制御するとともに、ブロアを制御することを特徴とする請求項１記載の熱処理装置。
5. 制御装置は昇降温時に少制御ゾーンモードをとって各制御ゾーンの加熱部を制御するとともに、ブロアを制御することを特徴とする請求項４記載の熱処理装置。
6. 炉本体と、
   炉本体内に配置され、炉本体との間に空間を形成するとともに、内部に複数の単位領域を形成しかつ複数の被処理体を収納する処理容器と、
   炉本体内面に、空間の各単位領域に対応して設けられた加熱部と、
   処理容器の各単位領域に対応して設けられた処理容器内温度センサと、
   各単位領域の処理容器内温度センサからの信号に基づいて、当該単位領域の加熱部を制御する制御装置とを備え、制御装置は単位領域からなり個別に制御される制御ゾーンの数が多い多制御ゾーンモードと、単位領域からなり個別に制御される制御ゾーンの数が少ない少制御ゾーンモードとを有し、昇降温時に制御ゾーンの数が少ない少制御ゾーンモードをとって各制御ゾーンの加熱部を制御し、温度安定時に制御ゾーンの数が多い多制御ゾーンモードをとって各制御ゾーンの加熱部を制御することを特徴とする熱処理装置。
7. 多制御ゾーンモードにおいて各制御ゾーンは一つの単位領域からなり、制御装置は当該単位領域の処理容器内温度センサからの信号に基づいて単位領域の加熱部を制御し、少制御ゾーンモードにおいて少なくとも１つの制御ゾーンは隣り合う複数の単位領域からなり、制御装置は複数の単位領域のうち所望の単位領域の処理容器内温度センサからの信号に基づいて複数の単位領域の加熱部を制御することを特徴とする請求項６記載の熱処理装置。
8. 制御装置は多制御ゾーンモードにおいて予め内蔵された多制御ゾーン用数値モデルに基づいて各制御ゾーン内の加熱部を制御し、少制御ゾーンモードにおいて予め内蔵された少制御ゾーン用数値モデルに基づいて各制御ゾーン内の加熱部を制御することを特徴とする請求項６記載の熱処理装置。
9. 炉本体に冷却媒体供給ラインを介して、炉本体と処理空間との間の空間に冷却媒体を供給するブロアを接続するとともに、炉本体に排気管を設け、
   制御装置は各単位領域の処理容器内センサからの信号に基づいて、当該単位領域の加熱部を制御するとともに、ブロアを制御することを特徴とする請求項６記載の熱処理装置。
10. 制御装置は昇降温時に少制御ゾーンモードをとって各制御ゾーンの加熱部を制御するとともに、ブロアを制御することを特徴とする請求項９記載の熱処理装置。
11. 炉本体と、炉本体内に配置され、炉本体との間に複数の単位領域を含む空間を形成するとともに、内部に複数の被処理体を収納する処理容器と、炉本体内面に、空間の各単位領域に対応して設けられた加熱部と、空間の各単位領域に対応して設けられた炉内温度センサと、各単位領域の炉内温度センサからの信号に基づいて、当該単位領域の加熱部を制御する制御装置とを備え、制御装置は単位領域からなり個別に制御される制御ゾーンの数が多い多制御ゾーンモードと、単位領域からなり個別に制御される制御ゾーンの数が少ない少制御ゾーンモードとを有する熱処理装置の制御方法において、
    昇降温時に制御ゾーンの数が少ない少制御ゾーンモードをとって各制御ゾーンの加熱部を制御する工程と、
    温度安定時に制御ゾーンの数が多い多制御ゾーンモードをとって各制御ゾーンの加熱部を制御する工程とを備えたことを特徴とする熱処理装置の制御方法。
12. 多制御ゾーンモードにおいて各制御ゾーンは一つの単位領域からなり、制御装置は当該単位領域の炉内温度センサからの信号に基づいて単位領域の加熱部を制御し、少制御ゾーンモードにおいて少なくとも１つの制御ゾーンは隣り合う複数の単位領域からなり、制御装置は複数の単位領域のうち所望の単位領域の炉内温度センサからの信号に基づいて複数の単位領域の加熱部を制御することを特徴とする請求項１１記載の熱処理装置の制御方法。
13. 制御装置は多制御ゾーンモードにおいて予め内蔵された多制御ゾーン用数値モデルに基づいて各制御ゾーン内の加熱部を制御し、少制御ゾーンモードにおいて予め内蔵された少制御ゾーン用数値モデルに基づいて各制御ゾーン内の加熱部を制御することを特徴とする請求項１１記載の熱処理装置の制御方法。
14. 炉本体に冷却媒体供給ラインを介して、炉本体と処理空間との間の空間に冷却媒体を供給するブロアを接続するとともに、炉本体に排気管を設け、
    制御装置は各単位領域の炉内センサからの信号に基づいて、当該単位領域の加熱部を制御するとともに、ブロアを制御することを特徴とする請求項１１記載の熱処理装置の制御方法。
15. 制御装置は昇降温時に少制御ゾーンモードをとって各制御ゾーンの加熱部を制御するとともに、ブロアを制御することを特徴とする請求項１４記載の熱処理装置の制御方法。
16. 炉本体と、炉本体内に配置され、炉本体との間に空間を形成するとともに、内部に複数の単位領域を形成しかつ複数の被処理体を収納する処理容器と、炉本体内面に、空間の各単位領域に対応して設けられた加熱部と、処理容器の各単位領域に対応して設けられた処理容器内温度センサと、各単位領域の処理容器内温度センサからの信号に基づいて、当該単位領域の加熱部を制御する制御装置とを備え、制御装置は単位領域からなり個別に制御される制御ゾーンの数が多い多制御ゾーンモードと、単位領域からなり個別に制御される制御ゾーンの数が少ない少制御ゾーンモードとを有する熱処理装置の制御方法において、
    昇降温時に制御ゾーンの数が少ない少制御ゾーンモードをとって各制御ゾーンの加熱部を制御する工程と、
    温度安定時に制御ゾーンの数が多い多制御ゾーンモードをとって各制御ゾーンの加熱部を制御する工程とを備えたことを特徴とする熱処理装置の制御方法。
17. 多制御ゾーンモードにおいて各制御ゾーンは一つの単位領域からなり、制御装置は当該単位領域の処理容器内温度センサからの信号に基づいて単位領域の加熱部を制御し、少制御ゾーンモードにおいて少なくとも１つの制御ゾーンは隣り合う複数の単位領域からなり、制御装置は複数の単位領域のうち所望の単位領域の処理容器内温度センサからの信号に基づいて複数の単位領域の加熱部を制御することを特徴とする請求項１６記載の熱処理装置の制御方法。
18. 制御装置は多制御ゾーンモードにおいて予め内蔵された多制御ゾーン用数値モデルに基づいて各制御ゾーン内の加熱部を制御し、少制御ゾーンモードにおいて予め内蔵された少制御ゾーン用数値モデルに基づいて各制御ゾーン内の加熱部を制御することを特徴とする請求項１６記載の熱処理装置の制御方法。
19. 炉本体に冷却媒体供給ラインを介して、炉本体と処理空間との間の空間に冷却媒体を供給するブロアを接続するとともに、炉本体に排気管を設け、
    制御装置は各単位領域の処理容器内センサからの信号に基づいて、当該単位領域の加熱部を制御するとともに、ブロアを制御することを特徴とする請求項１６記載の熱処理装置の制御方法。
20. 制御装置は昇降温時に少制御ゾーンモードをとって各制御ゾーンの加熱部を制御するとともに、ブロアを制御することを特徴とする請求項１９記載の熱処理装置の制御方法。

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