JP2013161857A - 熱処理装置及び熱処理装置の制御方法 - Google Patents

熱処理装置及び熱処理装置の制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】所望する熱処理条件に応じて、最適な温度特性を実現可能である、熱処理装置を提供すること。
【解決手段】被処理体を昇温する又は定温で熱処理する熱処理装置であって、前記被処理体を収納する処理室と、前記処理室に収納された前記被処理体を加熱するための加熱部と、予め作成された２つ又はそれ以上の温度制御モデルを記憶する記憶部と、前記加熱部の温度を制御する温度制御部と、前記温度制御部及び前記記憶部を制御する装置制御部と、を有し、前記装置制御部は、所望の熱処理条件に応じて、前記２つ又はそれ以上の温度制御モデルから温度制御モデルを選定し、前記温度制御部は、前記の選定された温度制御モデルを前記記憶部から読み出し、前記加熱部を制御する熱処理装置。
【選択図】図２

Description

本発明は、熱処理装置及び熱処理装置の制御方法に関する。
半導体ウエハに対して成膜処理、酸化処理、拡散処理といった熱処理を施す熱処理装置としては、バッチ式の熱処理装置が知られている。
近年、半導体ウエハサイズの拡大及び集積回路の加工寸法の縮小に伴い、各種熱処理において、より精密な熱制御が求められている。バッチ式の熱処理装置での熱制御に必要とされる要件としては、ランプ中の温度均一性が高いランプレート、温度のオーバーシュートがほとんど存在せず、短時間で目標温度を達成する温度安定性、などが挙げられる。
バッチ式の熱処理装置での熱制御は、予め処理レシピに設定された１モデルによって行われている。１モデルの中には、温度帯毎に分割されたサブモデルが存在し、設定温度とアクチャル温度とによって、使用するサブモデルを切替えている（例えば、特許文献１及び特許文献２）。
特開２００８−２１８５５８号公報 特開２００９−８１２６０号公報
しかしながら、所望する熱処理条件によって、最適なモデルが異なるため、温度帯のみでのモデルの切替えでは、最適な温度特性を実現できないという問題点があった。
そこで、本発明においては、所望とされる熱処理条件に応じて、最適な温度特性を実現可能である、熱処理装置を提供することを目的とする。
被処理体を昇温する又は定温で熱処理する熱処理装置であって、
前記被処理体を収納する処理室と、
前記処理室に収納された前記被処理体を加熱するための加熱部と、
予め作成された２つ又はそれ以上の温度制御モデルを記憶する記憶部と、
前記加熱部の温度を制御する温度制御部と、
前記温度制御部及び前記記憶部を制御する装置制御部と、
を有し、
前記装置制御部は、所望の熱処理条件に応じて、前記２つ又はそれ以上の温度制御モデルから温度制御モデルを選定し、
前記温度制御部は、前記の選定された温度制御モデルを前記記憶部から読み出し、前記加熱部を制御する
熱処理装置。
本発明によれば、所望する熱処理条件に応じて、最適な温度特性を実現可能である、熱処理装置を提供できる。
図１は、本発明に係る熱処理装置の構成例を示す概略図である。 図２は、装置制御部及び温度制御部の構成例を説明するための概略図である。 図３は、モデルを説明するための図であって、（ａ）は反応管内のゾーンの一例であり、（ｂ）はゾーン別の目標温度軌道の例を示す図である。 図４は、昇温ステップ時にモデルを切替える実施形態について説明するための概略図である。 図５は、昇温ステップ時にモデルを切替える実施形態について説明するための概略図である。 図６は、累積膜厚に基づいてモデルを切替える実施形態について説明するための概略図である。 図７は、累積膜厚に基づいてモデルを切替える実施形態について説明するための概略図である。
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
［熱処理装置］
まず、本発明に係る熱処理装置の構成例について図１を参照して説明する。図１に、本発明の熱処理装置の構成例を示す概略図を示す。しかしながら、本発明に係る熱処理装置は、被処理体を収納する処理室と、処理室に収納された被処理体を加熱するための加熱部と、予め作成された２つ又はそれ以上の温度制御モデルを記憶する記憶部と、加熱部の温度を制御する温度制御部と、温度制御部及び記憶部を制御する装置制御部と、を有し、後述する熱処理装置の制御方法を実行することができれば、図１の構成に限定されない。
また、図１では、被処理体として半導体ウエハＷ（以後、ウエハＷと称する）を処理する熱処理装置について説明するが、本発明はこの点において限定されない。
図１に示す熱処理装置１は、例えば石英で作られた内管２ａ及び外管２ｂよりなる二重管構造の反応管２（特許請求の範囲における、処理室に対応）を備える。反応管２の下側には、例えば金属からなる筒状のマニホールド２１が設けられている。内管２ａは、上端が閉口されており、マニホールド２１に支持されている。外管２ｂは、有天井に形成され、下端がマニホールド２１の状態に気密に接合された構成となっている。
反応管２内には、多数枚、例えば、１５０枚のウエハＷが、水平な状態で、各々の上下に間隔をおいてウエハ保持具であるウエハボート２３に棚状に配置されている。ウエハボート２３は、蓋体２４の上に、断熱体である保温筒２５を介して保持されている。
反応管２の周囲には、例えば、抵抗体よりなるヒータ３（特許請求の範囲における、加熱部に対応）が設けられている。ヒータ３は、１段又は複数段、例えば５段に配置されたヒータ３１〜３５から構成される。ヒータ３１〜３５には、各々のヒータに対応して温度制御部３６〜４０が設けられ、温度制御部による制御を介して、各々のヒータは独立して電力が供給される。なお、後述する本発明の熱処理装置の制御方法では、簡単のために、一例として１段のヒータのみが存在し、これを制御する例について説明するが、複数段のヒータを使用する場合は、各々のヒータに対して、後述する熱処理装置の制御方法を適用することができる。
マニホールド２１には、内管２ａ内に処理ガスなどのガスを供給するための、ガス供給管が設置されている。図１では、一例として、３本のガス供給管４１、４２及び４３を示しているが、所望の熱処理条件などによって、ガス供給管の本数を変更することができる。各々のガス供給管４１、４２及び４３には、ガス流量を調整するためのマスフローコントローラ（ＭＦＣ）などの流量調整部４４、４５及び４６を介して、ガスが供給される。なお、処理ガスの種類などは、所望の熱処理条件に応じて、当業者が適宜選択できるものである。
また、マニホールド２１には、内管２ａと外管２ｂとの隙間から排気するように排気管２７が接続されている。排気管２７は、例えば図示しない真空ポンプに接続されている。排気管２７には、反応管２内の圧力を調整するための、コンビネーションバルブ、バタフライバルブ、バルブ駆動部などを含む圧力調整部２８が設けられている。
内管２ａの内面には、垂直方向に沿って、例えば５つの熱電対Ｓｉｎが配置されている。熱電対Ｓｉｎは、半導体ウエハＷの金属汚染を防止するため、例えば、石英パイプなどによって保護されることが好ましい。
外管２ｂの外面には、垂直方向に沿って、例えば５つの熱電対Ｓｏｕｔが配置されている。
本発明の実施形態による熱処理装置１は、少なくとも温度制御部３６〜４０及びヒータ３を制御する装置制御部１００を備えている。また、装置制御部１００は、熱電対Ｓｉｎ及び熱電対Ｓｏｕｔの検出信号を取り込み、温度制御部３６〜４０、圧力調整部２８、流量調整部４４〜４６に制御信号を出力する。このような構成にすることにより、装置制御部１００は、反応管２内の処理雰囲気の温度、ガス流量、圧力といった処理パラメータを制御することができる。
［熱処理装置の制御方法］
次に、図２を参照して、装置制御部１００及び温度制御部３６の構成例を説明することにより、本発明の実施形態による制御方法について説明する。図２に、装置制御部１００及び温度制御部３６の構成例を説明するための概略図を示す。なお、ここでは、説明のために、温度制御部３６についてのみ説明するが、温度制御部が複数ある場合も、各々の温度制御部を同様の構成とすることができる。
図２に示すように、装置制御部１００は、モデル記憶部１１１と、レシピ記憶部１１２と、ＲＯＭ１１３と、ＲＡＭ１１４と、Ｉ／Ｏポート１１５と、ＣＰＵ１１６と、これらを相互に接続するバス１１７と、から構成される。また、温度制御部３６は、モデル記憶部１２１と、ＲＯＭ１２３と、ＲＡＭ１２４と、Ｉ／Ｏポート１２５と、ＣＰＵ１２６と、これらを相互に接続するバス１２７と、から構成される。なお、図２においては、装置制御部１００と温度制御部３６は、Ｉ／Ｏポートを介して接続される構成を示しているが、他の電気通信回線を介して接続される構成であっても良い。
モデル記憶部１１１は、熱電対Ｓｉｎ及びＳｏｕｔの測定温度に関する出力信号に基づいて、ヒータ３１〜３５に供給すべき電流を指示するよう設計されたモデル（数学モデル；高次・多次元関数）が、少なくとも２つ以上記憶されている。モデルは、熱電対Ｓｉｎ及びＳｏｕｔの測定温度に関する出力信号からウエハボート２３に戴置されているウエハＷの温度を推定し、推定された温度を目標値に設定するように設計されても良く、熱電対Ｓｉｎ（及び／又はＳｏｕｔ）の出力信号（即ち、測定温度）を、目標値に設定するように設計されても良い。なお、モデルの設計方法については、後述する。
レシピ記憶部１１２には、熱処理装置１で実行される熱処理に応じて、制御手順を定めるレシピが複数種類記憶されている。通常、レシピは、個々の熱処理装置の特性に応じて、面間及び面内での熱処理が均一（例えば、成膜処理においては膜厚が均一）になるように、図１に示したような、反応管２内をウエハＷの配列方向を複数のゾーンに分け、ゾーン毎に調整されたレシピが準備される。調整されたレシピは、ガスの流量の差といった、他の要因による膜厚のばらつきを考慮して、当業者が適宜調整することができる。なお、各レシピは、通常、温度レシピを含む。
ＲＯＭ１１３、１２３は、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ、ハードディスクなどから構成され、各々、ＣＰＵ１１６、１２６の動作プログラムなどを記憶する記憶媒体である。ＲＡＭ１１４、１２４は、各々、ＣＰＵ１１６、１２６のワークエリアなどとして機能する。Ｉ／Ｏポート１１５は、熱電対Ｓｉｎ及びＳｏｕｔの測定信号をＣＰＵ１１６に供給すると共に、ＣＰＵ１１６が出力する制御信号を各部（例えば、温度制御部３６）へ出力する。また、Ｉ／Ｏポート１１５、１２５には、各々、操作パネル１１８、１２８が接続されていても良い。バス１１７、１２７は、各部の間で情報を伝達する。
本実施形態の熱処理装置の制御方法においては、先ず、予め２つ又はそれ以上のモデルを設計し、モデル記憶部１１１に記憶させておく。なお、モデルの設計方法については、後述するが、熱処理のステップ（昇温、降温、リカバリ又は安定ステップ）；プロセス種類（温度、圧力又はガス流量）；ウエハのレイアウト（ウエハの処理枚数及び配置）；成膜処理におけるガスの種類；ウエハを搬入する際のロードスピードやボートの位置；累積膜厚；に応じて、２つ又はそれ以上のモデルを作成しておくことが好ましい。
レシピが決定された後、装置制御部１００は、モデル記憶部１１１に記憶されているモデルの中から、そのレシピの各ステップに対応した適切なモデルを選定する。温度制御部３６は、選定されたモデルを、Ｉ／Ｏポートを介してダウンロードし、モデル記憶部１２１に格納する。
装置制御部のＣＰＵ１１６は、ＲＯＭ１１３に記憶された後述の制御方法に関する制御プログラムを実行し、操作パネル１１８からの指示に従って、レシピ記憶部１１２に記憶されているレシピに沿って、温度制御部３６（及びヒータ３）の動作を制御する。より具体的には、ＣＰＵ１１６は、レシピ記憶部１１２に記憶されている複数のレシピの内から該当するものを選択して読み出す。その後、ＣＰＵ１２６は、選択されたレシピに応じて、モデル記憶部１１１に記憶されている複数のモデルのうちから該当するものを選択してダウンロードし、モデル記憶部１２１に記憶する。そして、ＣＰＵ１１６は、レシピに従って処理動作を実行する。この際、熱電対Ｓｉｎ及びＳｏｕｔからの測定値を取り込んで、ウエハの温度を刻一刻と推定し、選択したレシピに含まれている温度レシピが指示する値とこの推定値とが一致するように、温度制御部３６（及び３７〜４０）を制御する。
ここでは、予め作成されたレシピに対して、熱処理を実行する構成について述べたが、ユーザーが、熱処理のステップ（昇温、降温、リカバリ又は安定ステップ）；プロセス種類（温度、圧力又はガス流量）；ウエハのレイアウト（ウエハの処理枚数及び配置）；成膜処理におけるガスの種類；ウエハを搬入する際のロードスピードやボートの位置；累積膜厚；などの条件について、操作パネル１１８（又は１２８）を介して入力し、入力された条件に対して、装置制御部１００が最適なモデルを選定する構成であっても良い。
本実施形態による熱処理装置では、装置制御部１００内に、熱処理のステップ（昇温、降温、リカバリ又は安定ステップ）；プロセス種類（温度、圧力又はガス流量）；ウエハのレイアウト（ウエハの処理枚数及び配置）；成膜処理におけるガスの種類；ウエハを搬入する際のロードスピードやボートの位置；累積膜厚；に応じた複数のモデルが予め用意されており、温度制御部３６は、最適なモデルをダウンロードすることができる。このような構成とすることによって、装置制御部１００は、レシピに応じた適応制御により、適切に熱処理（例えば、成膜処理）を行うことができる。そのため、本発明の熱処理装置は、熱処理のステップ（昇温、降温、リカバリ又は安定ステップ）；プロセス種類（温度、圧力又はガス流量）；ウエハのレイアウト（ウエハの処理枚数及び配置）；成膜処理におけるガスの種類；ウエハを搬入する際のロードスピードやボートの位置；などの、種々様々な条件に応じて、最適なモデルで熱処理を施すことができる。
また、成膜処理を行う熱処理装置は、通常、処理回数が増えるにつれて、炉内壁面に付着する膜厚が累積される。即ち、同じプロセス成膜厚条件で温度制御した場合においても、累積した膜厚が大きいほど、炉内温度が低下する。その結果、バッチ間均一性が低下することがある。そこで、本発明の熱処理装置では、ＲＯＭ１１３又は１２３などに、炉内壁面に付着する累積膜厚と、膜厚と温度との関係と、を記憶できる構成にすることが好ましい。このような構成にすることで、温度制御部は、累積膜厚に応じて、モデル記憶部１１１から最適なモデルをダウンロードし、処理を実行することができる。そのため、バッチ処理回数が増え、炉内壁面に付着する膜厚が累積されても、ウエハ面内に良好に成膜することができる。また、複数バッチ毎、複数カセット毎でのウエハ均一性を向上することができる。なお、累積膜厚の情報は、炉内壁面に付着した膜厚と補正温度との関係を予め記憶しておき、レシピの進行に従って、そのレシピにより付着する膜厚を累積することで得られる。この累積膜厚と補正温度に基づいて、装置制御部は、ヒータを制御する。累積膜厚を求めるに際しては、各レシピにより付着する膜厚を記憶させておき、各レシピの進行毎にその膜厚を加算していく方法や、予めダミーウエハを併用して熱処理を施し、膜厚を測定することにより累積膜厚を推定する方法などを使用することが好ましい。
ＣＰＵ１１６は、通常の熱処理装置の制御と同様に、流量コントローラ４４〜４６への指示、圧力調整部２８への指示なども行う。
本発明の熱処理装置では、温度制御部は、装置制御部内に記憶された多数のモデルの中から、種々のプロセス条件や累積膜厚に応じた最適なモデルを、ダウンロードして、処理を実行することができる。そのため、ダミーウエハなどを使用しなくても、各ウエハの温度を適切に制御することができる。また、ダミーウエハを使用する場合においても、高価なダミーウエハの使用枚数を従来よりも減らすことができる。したがって、プロセス条件や累積膜厚に関わらず、安定した熱処理を施すことができる。
本実施の形態では、説明の簡略化のため、１つの温度制御部が存在する場合について説明したが、面間及び面内で熱処理が均一となるように、レシピが複数のゾーン毎に調整できる構成であっても良い。
［モデル及びレシピの設計方法］
次に、モデルとレシピの設計方法について説明する。モデルとしては、熱電対Ｓｉｎ及びＳｏｕｔの出力（測定値）及びヒータ（図１においてはヒータ３１〜３５）への供給電力などから、ウエハＷの温度を推定し、推定された温度を目的温度に近接させるために、ヒータに供給する電力を特定可能な数学モデルであれば、任意のモデル（多変数、多次元、他出力関数）を利用可能である。具体的には、例えば、米国特許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。
以下、米国特許５，５１７，５９４号公報に開示されたモデルを例に説明するが、本発明のこのモデルの設計方法に限定されない。図３に、モデルを説明するための図であって、図３（ａ）は反応管内のゾーンの一例を示し、図３（ｂ）はゾーン別の目標温度軌道の例を示す。
まず、図１で示した熱処理装置に、中心と中心から例えば６ｍｍはなれた位置とに熱電対ＳｗｃとＳｗｅを組み込んだ５枚のテスト用ウエハを用意する。次に、これらの５枚のテスト用ウエハが、図３（ｂ）の５つのゾーンに１つずつ位置するように、テスト用ウエハと通常のウエハとをウエハボート２３に戴置する。次に、このウエハボート２３を反応管２にロードする。次に、ヒータ３１〜３５に高周波帯域の信号及び低周波帯域の信号を印加し、熱電対Ｓｉｎ、Ｓｏｕｔの出力、テスト用ウエハ上の熱電対ＳｗｃとＳｗｅの出力（ウエハ温度）、ヒータに供給される電流などのデータを、例えば、１〜５秒のサンプリング周期で取得する。
次に、一定の温度範囲、例えば４００℃〜１０００℃の範囲で、１００℃間隔で温度帯域を設定する。取得したデータから、各温度帯域について、数式１に示すＡＲＸ（自動回帰）モデルを設定する。
Figure 2013161857
 数式１において、
ｙｔ：時点ｔでの以下の内容を成分とするｐ行１列のベクトル内容：熱電対Ｓｉｎの出力の変動量（この例では５つの熱電対Ｓｉｎが存在するため、５成分）、熱電対Ｓｏｕｔの出力の変動量（この例では５つの熱電対Ｓｏｕｔが存在するため、５成分）、ウエハの中心部にセットした熱電対Ｓｗｃの出力の変動量（この例では５つ）、ウエハの周縁部にセットした熱電対Ｓｗｅの出力の変動量（この例では５つ）。従って、この例では、ｙｔは２０行１列のベクトルとなる。
また、数式１において、
ｕｔ：時点ｔでのヒータ電力の変動量を成分とするｍ行１列のベクトル（この例では、ヒータが５台のため、５行１列）；
ｅｔ：ホワイトノイズを成分とするｍ行１列のベクトル；
ｎ：遅れ（例えば８）；
ＡＡ１〜ＡＡｎ：ｐ行ｐ列の行列（この例では、２０行２０列）；
ＢＢ１〜ＢＢｎ：ｐ行ｍ列の行列（この例では、２０行５列）；である。
ここで、各係数ＡＡ１〜ＡＡｎと、ＢＢ１〜ＢＢｎを、最小２乗法などを用いて決定する。
このＡＲＸモデル関係を、状態空間法に適用すると、その基本方程式は下記の数式２のように表される。
Figure 2013161857
 数式２において、ｘは状態変数、Ｋはカルマンフィルタのフィードバックゲイン、Ａ、Ｂ及びＣは、行列である。
実際の成膜時の処理速度を向上するため、通常、次数を１０次程度まで低次元化し、数式２から温度帯域毎に数式モデルを作成する。
こうして、温度帯域毎に、入力（Ｓｉｎ及びＳｏｕｔ、及びヒータへの電力Ｐ）から、ウエハの温度を導く数式３を導くことができる。
Figure 2013161857
 次に、再度、テスト用ウエハを処理し、数式３に基づいて推定されたウエハ温度Ｔｍｏｄｅｌと実測値Ｔｗａｆｅｒとを比較し、モデルをチューニングする。チューニング動作は、必要に応じて複数回繰り返される。
一方、ＣＰＵ１１６の動作プログラムに関しては、温度の設定値から推定したウエハ温度の変動の時間平均を最小化するように動作を設定する。
さらに、成膜処理の種類に応じて、各ゾーン内で均一な成膜が可能となるような温度目標軌道Ｔｔｒａｊ（ｔ）、即ち、温度レシピを設計する。続いて、５つのゾーンが全てこの温度目標軌道を追従するように制御を行ってテスト的に成膜処理を実行する。処理後、成膜された膜の厚さを測定し、膜厚のばらつき等をチェックする。例えば、上段のウエハの膜厚が下段のウエハの膜厚よりも小さい場合、直接的な原因は不明でも、上段の温度を相対的に上昇させることにより、膜厚をほぼ等しくすることができる。そこで、最小二乗法等を用いて、ばらつきが最も小さくなるように、温度目標軌道Ｔｔｒａｊ（ｔ）を修正する。
上述のように、本実施形態の熱処理装置の実機で評価を行うことにより、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モデルと、レシピがそれぞれ設定され、モデル記憶部１１１とレシピ記憶部１１２に記憶される。
なお、ここでは、ウエハのレイアウト（ウエハの処理枚数及び配置）により、最適なモデルを設計する方法について述べた。しかしながら、モデルは、
熱処理のステップ（昇温、降温、リカバリ又は安定ステップ）；
プロセス種類（温度、圧力又はガス流量）；
ウエハのレイアウト（ウエハの処理枚数及び配置）；
成膜処理におけるガスの種類；
ウエハを搬入する際のロードスピードやボートの位置；
累積膜厚；
などによって、最適なモデルが異なる。そのため、予め、上述のパラメータに応じて、上述と同様の方法により、複数のモデルを作成し、本実施形態の熱処理装置の実機で評価を行った後、装置制御部１００のモデル記憶部１１１に記憶させておくことが好ましい。そのような構成とすることにより、温度制御部３６は、所望のレシピに応じて、モデル記憶部１１１から最適なモデルをダウンロードし、処理を施すことができるため、プロセス条件や累積膜厚に関わらず、安定した熱処理を施すことができる。
また、作成されたモデルは、モデルの特性に応じて、昇温重視のモデルと、安定重視のモデルと、に分類してモデル記憶部１１１に記憶させておくことが好ましい。具体的には、作成された基本モデルを、昇温ステップを有するレシピで評価し、昇温時の温度制御特性を参考に、モデルのパラメータ（係数ＡＡ１〜ＡＡｎとＢＢ１〜ＢＢｎ）を調整（即ち、モデルをチューニング）し、得られたモデルを昇温重視のモデルとする。また、作成された基本モデルを、安定ステップを有するレシピで評価し、安定時の温度制御特性を参考に、モデルのパラメータをチューニングし、得られたモデルを安定重視のモデルとする。なお、モデルのチューニングの方法は、上述した方法と同様である。
さらに、上述した実施形態においては、モデルを、熱電対Ｓｉｎ及びＳｏｕｔの測定温度に関する出力信号からウエハボート２３に戴置されているウエハＷの温度を推定し、推定された温度を目標値に設定するように設計する例について述べたが、熱電対Ｓｉｎ（及び／又はＳｏｕｔ）の出力信号（即ち、測定温度）を、目標値に設定するように設計しても良い。
［第１の実施形態］
次に、本発明の第１の実施形態について、説明する。前述の通り、本発明の熱処理装置の制御方法では、熱処理のステップ（昇温、降温、リカバリ又は安定ステップ）；プロセス種類（温度、圧力又はガス流量）；ウエハのレイアウト（ウエハの処理枚数及び配置）；成膜処理におけるガスの種類；ウエハを搬入する際のロードスピードやボートの位置；累積膜厚；などに応じて、最適なモデルが異なる。そこで、本実施の形態では、一例として、熱処理のステップ（第１設定温度から第２設定温度への昇温ステップ）に応じてモデルを切替える実施形態について、説明する。
図４に、昇温ステップ時にモデルを切替える実施形態について説明するための概略図を示す。装置制御部１００のモデル記憶部１１１には、２つ又はそれ以上のモデルが予め記憶されている。また、装置制御部１００のＲＯＭ１１３には、モデル切替の条件テーブルが記憶されている。条件テーブルとしては、一例として図４に示すように、ある温度域に対して、少なくとも、昇温重視のモデルと、安定重視のモデルと、が設定されている。図４では、条件テーブルの温度域幅が１００℃となる実施形態について図示されているが、本発明はこの点において限定されない。
装置制御部１００（又は温度制御部３６）のＲＯＭ１１３（又はＲＯＭ１２３）には、前述のモデルの設計方法で述べられたような方法で推定された、反応管２内の内部温度情報又は該内部温度情報のログが記録されている。また、装置制御部１００（又は温度制御部３６）のＲＯＭ１１３（又はＲＯＭ１２３）には、設定温度情報が記録されている。
装置制御部１００は、このモデル切替の条件テーブルと、内部温度情報と、設定温度情報と、に基づいて使用するモデルを選定する。
温度制御部３６は、選定されたモデルをダウンロードして、温度制御を行う。
昇温重視のモデルと、安定重視のモデルと、のいずれのモデルを使用するかは、設定温度情報の温度値と内部温度情報の温度値との差の絶対値が、ある閾値を超えるかどうかによって決定することが好ましい。具体的には、設定温度情報の温度値と内部温度情報の温度値との差の絶対値が、ある閾値を超える場合には、昇温重視のモデルを使用し、ある閾値以下となる場合には、安定重視のモデルを使用するよう判定される。
より具体的な例を、図５を参照して説明する。図５に、昇温ステップ時にモデルを切替える実施形態について説明するための概略図を示す。図５における、縦軸は温度を示し、横軸は時間を示す。
図５における曲線Ｃ１は、第１設定温度から第２設定温度へと昇温する場合、昇温重視のモデルのみを使用した場合の、温度軌道である。昇温重視のモデルのみを使用した場合、設定温度に対して追従性ある温度特性が得られるが、昇温後にオーバーシュートし、第２設定温度に安定するまでに要する時間が長くなる。
一方、図５における曲線Ｃ２は、第１設定温度から第２設定温度へと昇温する場合、安定重視のモデルのみを使用した場合の、温度軌道である。安定重視のモデルのみを使用した場合、昇温後の安定性を有する温度特性が得られるが、昇温時には、設定温度に対して追従性が低い温度特性となる（即ち、昇温に要する時間が長くなる）。
本発明の実施形態では、予め作成された２つ又はそれ以上の温度制御モデルの中から、昇温時のある時点（図５においては、ｔ＝７２の時点）で、昇温重視のモデルから安定重視のモデルへと切替るように、最適なモデルを選定して、熱処理を施すことができる。そのため、昇温時に追従性ある温度特性と、昇温後の安定性ある温度特性と、を両立した温度特性を実現することができる。
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態では、一例として、累積膜厚に応じてモデルを切替える実施形態について、説明する。
図６に、累積膜厚に基づいてモデルを切替える実施形態について説明するための概略図を示す。装置制御部１００のモデル記憶部１１１には、２つ又はそれ以上のモデルが予め記憶されている。また、装置制御部１００のＲＯＭ１１３には、モデル切替の条件テーブルが記憶されている。
また、装置制御部１００（又は温度制御部３６）のＲＯＭ１１３（又はＲＯＭ１２３）には、反応管２内の累積膜厚情報が記録されている。
装置制御部１００は、このモデル切替の条件テーブルと、累積膜厚と、に基づいて使用するモデルを選定する。
具体的には、現在の累積膜厚が２２００ｎｍである場合、図６に示すモデル切替の条件テーブルにおける膜厚と最も近い、２０００ｎｍにおけるモデル（図６においてはＭｏｄｅｌ２）が選定される。
温度制御部３６は、選定されたモデルをダウンロードして、温度制御を行う。
より具体的な例を、図７を参照して説明する。図７に、累積膜厚に基づいて適切なモデルを選定する実施形態について説明するための概略図を示す。図７における、縦軸は温度を示し、横軸は時間を示し、累積膜厚が３０００ｎｍである状態での制御特性を示す。
図７における曲線Ｃ４は、累積膜厚が１０００ｎｍである状態を想定してチューニングされたモデルを適用した場合の制御特性である。累積膜厚が小さいモデルを、累積膜厚が大きい状態で使用したこの例では、熱の伝導時間が想定された伝導時間と異なるため、振動が起きていることがわかる。
一方、曲線Ｃ５は、累積膜厚が３０００ｎｍである状態を想定してチューニングされたモデルを適用した場合の制御特性である。モデル設計時に想定された累積膜厚と、実際の累積膜厚と、が同じであるため、理想的な制御特性が得られていることがわかる。
本発明の実施形態では、累積膜厚が変化する場合でも、予め作成された２つ又はそれ以上の温度制御モデルから、最適なモデルを選定して、熱処理を施すことができる。そのため、バッチ処理回数が増え、炉内壁面に付着する膜厚が累積されても、面間及び面内に均一に熱処理を施すことができる。
本発明の熱処理装置では、温度制御部は、装置制御部内に記憶された多数のモデルの中から、種々のプロセス条件や累積膜厚に応じた最適なモデルを、ダウンロードして、処理を実行することができる。そのため、種々のプロセス条件や累積膜厚に関わらず、安定した熱処理を施すことができる。
１ 熱処理装置
２ 反応管
３ ヒータ
２１ マニホールド
２４ 蓋体
２５ 保温筒
３１〜３５ ヒータ
３６〜４０ 温度制御部
１００ 装置制御部
１１１ モデル記憶部
１１２ レシピ記憶部
１１３ ＲＯＭ
１１４ ＲＡＭ
１１５ Ｉ／Ｏポート
１１６ ＣＰＵ
１１７ バス
１１８ 操作パネル
１２１ モデル記憶部
１２３ ＲＯＭ
１２４ ＲＡＭ
１２５ Ｉ／Ｏポート
１２６ ＣＰＵ
１２７ バス
１２８ 操作パネル

Claims (8)

  1. 被処理体を昇温する又は定温で熱処理する熱処理装置であって、
    前記被処理体を収納する処理室と、
    前記処理室に収納された前記被処理体を加熱するための加熱部と、
    予め作成された２つ又はそれ以上の温度制御モデルを記憶する記憶部と、
    前記加熱部の温度を制御する温度制御部と、
    前記温度制御部及び前記記憶部を制御する装置制御部と、
    を有し、
    前記装置制御部は、所望の熱処理条件に応じて、前記２つ又はそれ以上の温度制御モデルから温度制御モデルを選定し、
    前記温度制御部は、前記の選定された温度制御モデルを前記記憶部から読み出し、前記加熱部を制御する
    熱処理装置。
  2. 前記装置制御部は、前記被処理体を定温で熱処理する場合と、前記被処理体を昇温又は降温する場合とで、前記２つ又はそれ以上の温度制御モデルを切り替える、請求項１に記載の熱処理装置。
  3. 前記装置制御部は、前記被処理体を設定温度まで昇温又は降温する場合において、その途中で、前記２つ又はそれ以上の温度制御モデルにおける、昇温又は降温に適したモデルから、前記設定温度付近での安定に適したモデルへと、切り替えるように、前記温度制御モデルを選定する、
    請求項２に記載の熱処理装置。
  4. 前記装置制御部は、前記処理室の累積膜厚、前記被処理体のサイズ、前記被処理体の処理枚数、前記被処理体の前記処理室へのロードスピード、前記被処理体の前記処理室でのロード位置、前記処理室の圧力、前記処理室内のガスの種類、前記処理室内のガス量に応じて、前記２つ又はそれ以上の温度制御モデルから温度制御モデルを選定する、
    請求項１乃至３のいずれか一項に記載の熱処理装置。
  5. 被処理体を収納するための処理室と、
    前記被処理体を加熱するための加熱部と、
    予め作成された２つ又はそれ以上の温度制御モデルを記憶する記憶部と、
    前記記憶部に記憶された前記温度制御モデルを読み出して、前記加熱部の温度を制御する温度制御部と、
    前記温度制御部及び前記記憶部を制御する装置制御部と、
    を有する熱処理装置の制御方法であって、
    所望の熱処理条件に応じて、前記２つ又はそれ以上の温度制御モデルから温度制御モデルを選定するステップと、
    前記の選定された温度制御モデルを、前記記憶部から読み出し、前記加熱部を制御するステップと、
    を有する熱処理装置の制御方法。
  6. 前記選定するステップは、前記被処理体を定温で熱処理する場合と、前記被処理体を昇温又は降温する場合とで、前記２つ又はそれ以上の温度制御モデルを切り替えるように、前記温度制御モデルを選定するステップを含む、
    請求項５に記載の熱処理装置の制御方法。
  7. 前記選定するステップは、前記被処理体を設定温度まで昇温又は降温する場合において、その途中で、前記２つ又はそれ以上の温度制御モデルにおける、昇温又は降温に適したモデルから、前記設定温度付近での安定に適したモデルへと、切り替えるように、前記温度制御モデルを選定するステップを含む、
    請求項６に記載の熱処理装置の制御方法。
  8. 前記選定するステップは、前記処理室の累積膜厚、前記被処理体のサイズ、前記被処理体の処理枚数、前記被処理体の前記処理室へのロードスピード、前記被処理体の前記処理室でのロード位置、前記処理室の圧力、前記処理室内のガスの種類、前記処理室内のガス量に応じて、前記２つ又はそれ以上の温度制御モデルから温度制御モデルを選定するステップを含む、請求項５乃至７のいずれか一項に記載の熱処理装置の制御方法。
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