KR20130018167A - 온도 제어 방법, 그 온도 제어 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 기록 매체, 온도 제어 장치 및 열처리 장치 - Google Patents

온도 제어 방법, 그 온도 제어 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 기록 매체, 온도 제어 장치 및 열처리 장치 Download PDF

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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

온도 제어용의 온도 검출 소자가 고장나도, 피가열물의 온도를 거의 변동시키지 않고, 계속해서 온도 제어 가능한 온도 제어 방법을 제공한다. 각각이 서로 다른 위치에 설치된 복수의 온도 검출 소자(Ai1 내지 Ai10)가 온도를 검출한 검출값에 기초하여, 각각이 서로 다른 위치에 설치된 복수의 발열 소자(63-1 내지 63-10)를 포함하고, 피가열물을 가열하는 가열부(63)에 있어서의 발열 소자(63-1 내지 63-10)의 발열량을 제어함으로써, 피가열물의 온도를 제어하는 온도 제어 방법으로서, 복수의 온도 검출 소자(Ai1 내지 Ai10)의 어느 하나가 고장났을 때에, 고장난 온도 검출 소자 이외의 온도 검출 소자가 검출한 검출값에 기초하여, 복수의 온도 검출 소자(Ai1 내지 Ai10)의 각각의 온도를 추정하는 제1 추정 알고리즘에 의해, 복수의 온도 검출 소자(Ai1 내지 Ai10)의 각각의 온도를 추정하고, 추정한 온도에 기초하여, 피가열물의 온도를 제어한다.

Description

온도 제어 방법, 그 온도 제어 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 기록 매체, 온도 제어 장치 및 열처리 장치{TEMPERATURE CONTROL METHOD, STORAGE MEDIUM STORING A PROGRAM THEREFOR, TEMPERATURE CONTROL APPARATUS, AND HEAT TREATMENT APPARATUS}
본 발명은, 온도 제어 방법, 그 온도 제어 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 기록 매체, 온도 제어 장치 및 열처리 장치에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조에 있어서는, 예를 들어 반도체 웨이퍼 등의 기판에, 산화, 확산, CVD(Chemical Vapor Deposition) 등의 처리를 실시하기 위해, 각종 처리 장치가 사용되고 있다. 그리고, 그 하나로서, 한번에 다수매의 피처리 기판의 열처리가 가능한 종형의 열처리 장치가 알려져 있다.
열처리 장치에는, 처리 용기와, 보트와, 승강 기구와, 이재 기구를 구비하고 있는 것이 있다. 보트는, 복수의 기판을 상하 방향으로 소정의 간격으로 유지하여 처리 용기에 반입 반출되는 기판 유지부이다. 승강 기구는, 처리 용기의 하방에 형성된 로딩 에리어에 설치되어 있고, 처리 용기의 개구를 폐색하는 덮개체의 상부에 보트를 재치한 상태에서 덮개체를 상승 하강시켜 처리 용기와 로딩 에리어 사이에서 보트를 승강시킨다. 이재 기구는, 로딩 에리어 내의 보트와 복수매의 기판을 수용하는 수납 용기 사이에서 기판의 이재를 행한다.
또한, 열처리 장치로서, 처리 용기가 종방향으로 복수의 존으로 나뉘어지고, 히터도 복수의 존으로 나뉘어지는 동시에, 각 존에, 1개 또는 복수의, 예를 들어 열전쌍으로 이루어지는 온도 검출 소자가 설치되어 있는 것이 있다. 예를 들어, 각 존이며 처리 용기의 내부에, 이너 온도 검출 소자가 설치되어 있고, 또한, 각 존이며 처리 용기의 외부에, 아우터 온도 검출 소자가 설치되어 있는 것이 있다(예를 들어, 특허 문헌 1 참조).
일본 특허 출원 공개 제2004-164648호 공보
그러나, 이와 같은 열처리 장치에서는, 이하와 같은 문제가 있다.
열처리 장치에 의한 열처리 공정에 있어서, 임의의 존(단위 영역)의 온도 검출 소자가 고장났을 때에는, 고장난 온도 검출 소자의 검출값을, 실제의 샘플링 측정값으로부터 동적 모델에 기초하여 계산되는 계산값으로 절환하여, 온도 제어가 행해진다. 그러나, 특허 문헌 1에 개시되는 예에서는, 동적 모델은, 단위 영역마다 도출되므로, 어떤 단위 영역의 온도에 미치는 다른 단위 영역의 온도의 영향이 고려되어 있지 않고, 고장난 온도 검출 소자의 온도를 고정밀도로 계산할 수 없다.
혹은, 각 존의 이너 온도 검출 소자 및 아우터 온도 검출 소자 중 어느 한쪽이 고장났을 때에, 온도 제어용의 온도 검출 소자를, 그 한쪽의 온도 검출 소자로부터 다른 쪽의 온도 검출 소자로 절환하는 것도 생각된다. 그러나, 온도 제어용의 온도 검출 소자를, 이너 온도 검출 소자 및 아우터 온도 검출 소자 중 어느 한쪽으로부터 다른 쪽으로 절환하면, 절환하였을 때에 기판의 온도가 변동될 우려가 있다. 특히, 기판의 온도를 상승 또는 하강시키고 있을 때에, 온도 제어용의 온도 검출 소자를, 이너 온도 검출 소자 및 아우터 온도 검출 소자 중 어느 한쪽으로부터 다른 쪽으로 절환하면, 절환하였을 때에 기판의 온도가 크게 변동될 우려가 있다.
또한, 상기한 과제는, 기판을 상하 방향을 따라서 유지하는 경우에 한정되지 않고, 임의의 방향을 따라서 소정의 간격으로 유지하는 경우에도 공통되는 과제이다. 또한, 상기한 과제는, 기판을 열처리하는 경우에 한정되지 않고, 기판 이외의 각종 피가열물을 가열할 경우에도 공통되는 과제이다.
본 발명은 상기의 점을 감안하여 이루어진 것이며, 온도 제어용의 온도 검출 소자가 고장나도, 피가열물의 온도를 거의 변동시키지 않고, 계속해서 온도 제어 가능한 온도 제어 방법, 온도 제어 장치 및 열처리 장치를 제공한다.
상기의 과제를 해결하기 위해 본 발명에서는, 다음에 설명하는 각 수단을 강구한 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 각각이 서로 다른 위치에 설치된 복수의 온도 검출 소자가 온도를 검출한 검출값에 기초하여, 각각이 서로 다른 위치에 설치된 복수의 발열 소자를 포함하고, 피가열물을 가열하는 가열부에 있어서의 각각의 상기 발열 소자의 발열량을 제어함으로써, 상기 피가열물의 온도를 제어하는 온도 제어 방법으로서, 상기 복수의 온도 검출 소자의 어느 하나가 고장났을 때에, 고장난 온도 검출 소자 이외의 온도 검출 소자가 검출한 검출값에 기초하여, 상기 복수의 온도 검출 소자의 각각의 온도를 추정하는 제1 추정 알고리즘에 의해, 상기 복수의 온도 검출 소자의 각각의 온도를 추정하고, 추정한 온도에 기초하여, 상기 피가열물의 온도를 제어하는, 온도 제어 방법이 제공된다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 각각이 서로 다른 위치에 설치된 복수의 온도 검출 소자와, 각각이 서로 다른 위치에 설치된 복수의 발열 소자를 포함하고, 피가열물을 가열하는 가열부와, 상기 복수의 온도 검출 소자가 온도를 검출한 검출값에 기초하여, 상기 가열부에 있어서의 상기 발열 소자의 발열량을 제어함으로써, 상기 피가열물의 온도를 제어하는 제어부를 갖고, 상기 제어부는, 상기 복수의 온도 검출 소자의 어느 하나가 고장났을 때에, 고장난 온도 검출 소자 이외의 온도 검출 소자가 검출한 검출값에 기초하여, 상기 복수의 온도 검출 소자의 각각의 온도를 추정하는 제1 추정 알고리즘에 의해, 상기 복수의 온도 검출 소자의 각각의 온도를 추정하고, 추정한 온도에 기초하여, 상기 피가열물의 온도를 제어하는, 온도 제어 장치가 제공된다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 기판을 열처리하는 열처리 장치로서, 처리 용기와, 상기 처리 용기 내에서, 하나의 방향을 따라서 기판을 소정의 간격으로 복수 유지 가능한 기판 유지부와, 상기 하나의 방향을 따라서 각각이 서로 다른 위치에 설치된 복수의 발열 소자를 포함하고, 상기 처리 용기 내에서 기판 유지부에 유지되어 있는 기판을 가열하는 가열부와, 상기 하나의 방향을 따라서 각각이 서로 다른 위치에 설치된 복수의 온도 검출 소자와, 상기 복수의 온도 검출 소자가 온도를 검출한 검출값에 기초하여, 상기 가열부에 있어서의 각각의 상기 발열 소자의 발열량을 제어함으로써, 상기 기판의 온도를 제어하는 제어부를 갖고, 상기 제어부는, 상기 복수의 온도 검출 소자의 어느 하나가 고장났을 때에, 고장난 온도 검출 소자 이외의 온도 검출 소자가 검출한 검출값에 기초하여, 상기 복수의 온도 검출 소자의 각각의 온도를 추정하는 제1 추정 알고리즘에 의해, 상기 복수의 온도 검출 소자의 각각의 온도를 추정하고, 추정한 온도에 기초하여, 상기 기판의 온도를 제어하는, 열처리 장치가 제공된다.
본 발명에 따르면, 온도 제어용의 온도 검출 소자가 고장나도, 피가열물의 온도를 거의 변동시키지 않고, 계속해서 온도 제어 가능하다.
도 1은 실시 형태에 따른 열처리 장치를 개략적으로 도시하는 종단면도.
도 2는 로딩 에리어를 개략적으로 도시하는 사시도.
도 3은 보트의 일례를 개략적으로 도시하는 사시도.
도 4는 열처리로의 구성의 개략을 도시하는 단면도.
도 5는 연산 처리부의 구성의 개략을 모식적으로 도시하는 도면.
도 6은 단위 영역의 수를 적게 하여 간략화한, 열처리 장치의 모식적인 단면도.
도 7은 예측부의 구성을 모식적으로 도시하는 블록선도.
도 8은 실시 형태에 따른 열처리 장치를 사용한 열처리 방법에 있어서의 각 공정의 수순을 설명하기 위한 흐름도.
다음에, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해서 도면과 함께 설명한다.
처음에, 본 발명의 실시 형태에 따른 열처리 장치에 대해서 설명한다. 열처리 장치(10)는, 후술하는 종형의 열처리로(60)를 구비하고 있고, 웨이퍼(W)를 보트에 종방향을 따라서 소정의 간격으로 유지, 한번에 다수매 수용하고, 수용한 웨이퍼(W)에 대하여 산화, 확산, 감압 CVD 등의 각종 열처리를 실시할 수 있다. 이하에서는, 예를 들어 수증기로 이루어지는 처리 가스를, 후술하는 처리 용기(65) 내에 설치되어 있는 기판에 공급함으로써, 기판의 표면을 산화 처리하는 열처리 장치에 적용한 예에 대해서 설명한다.
도 1은, 본 실시 형태에 따른 열처리 장치(10)를 개략적으로 도시하는 종단면도이다. 도 2는, 로딩 에리어(40)를 개략적으로 도시하는 사시도이다. 도 3은, 보트(44)의 일례를 개략적으로 도시하는 사시도이다.
열처리 장치(10)는, 재치대(로드 포트)(20), 하우징(30) 및 제어부(100)를 갖는다.
재치대(20)는 하우징(30)의 앞부분(도 1의 우측)에 설치되어 있다. 하우징(30)은 로딩 에리어(작업 영역)(40) 및 열처리로(60)를 갖는다. 로딩 에리어(40)는 하우징(30) 내의 하방에 설치되어 있고, 열처리로(60)는 하우징(30) 내이며 로딩 에리어(40)의 상방에 설치되어 있다. 또한, 로딩 에리어(40)와 열처리로(60) 사이에는, 베이스 플레이트(31)가 설치되어 있다.
재치대(20)는 하우징(30) 내에의 웨이퍼(W)의 반입 반출을 행하기 위한 것이다. 재치대(20)에는 수납 용기(21, 22)가 재치되어 있다. 수납 용기(21, 22)는 전면에 도시하지 않은 덮개를 착탈 가능하게 구비한, 복수매 예를 들어 50매 정도의 웨이퍼(W)를 소정의 간격으로 수납 가능한 밀폐형 수납 용기(후프)이다.
또한, 일 실시형태에 따르면, 재치대(20)의 하방에는, 후술하는 이재 기구(47)에 의해 이재된 웨이퍼(W)의 외주에 설치된 절결부(예를 들어 노치)를 일방향으로 정렬시키기 위한 정렬 장치(얼라이너)(23)가 설치되어 있어도 된다.
로딩 에리어(40)는, 수납 용기((21, 22)와 후술하는 보트(44) 사이에서 웨이퍼(W)의 이재를 행하고, 보트(44)를 처리 용기(65) 내로 반입(로드)하고, 보트(44)를 처리 용기(65)로부터 반출(언로드)하기 위한 것이다. 로딩 에리어(40)에는 도어 기구(41), 셔터 기구(42), 덮개체(43), 보트(44), 베이스(45a, 45b), 승강 기구(46) (도 2 참조) 및 이재 기구(47)가 설치되어 있다.
또한, 덮개체(43) 및 보트(44)는, 본 발명에 있어서의 기판 유지부에 상당한다.
도어 기구(41)는 수납 용기(21, 22)의 덮개를 제거하여 수납 용기(21, 22) 내를 로딩 에리어(40) 내에 연통 개방하기 위한 것이다.
셔터 기구(42)는 로딩 에리어(40)의 상방에 설치되어 있다. 셔터 기구(42)는 덮개체(43)를 개방하고 있을 때에, 후술하는 노구(68a)로부터 고온의 노 내의 열이 로딩 에리어(40)에 방출되는 것을 억제 또는 방지하기 위해 노구(68a)를 덮도록(또는 막도록) 설치되어 있다.
덮개체(43)는 보온통(48) 및 회전 기구(49)를 갖는다. 보온통(48)은 덮개체(43) 상에 설치되어 있다. 보온통(48)은 보트(44)가 덮개체(43)측과의 전열에 의해 냉각되는 것을 방지하여, 보트(44)를 보온하기 위한 것이다. 회전 기구(49)는 덮개체(43)의 하부에 장착되어 있다. 회전 기구(49)는 보트(44)를 회전하기 위한 것이다. 회전 기구(49)의 회전축(도시하지 않음)은 덮개체(43)를 기밀하게 관통하고, 덮개체(43) 상에 배치된 도시하지 않은 회전 테이블을 회전하도록 설치되어 있다.
승강 기구(46)는 보트(44)의 로딩 에리어(40)로부터 처리 용기(65)에 대한 반입, 반출시에, 덮개체(43)를 승강 구동한다. 그리고, 승강 기구(46)에 의해 상승된 덮개체(43)가 처리 용기(65) 내로 반입되어 있을 때에, 덮개체(43)는, 후술하는 노구(68a)에 맞닿아 노구(68a)를 밀폐하도록 설치되어 있다. 그리고, 덮개체(43)에 재치되어 있는 보트(44)는 처리 용기(65) 내에서 웨이퍼(W)를 수평면 내에서 회전 가능하게 유지할 수 있다.
또한, 열처리 장치(10)는 보트(44)를 복수 갖고 있어도 된다. 이하, 본 실시 형태에서는, 도 2를 참조하여, 보트(44)를 44a 및 44b로서 2개 갖는 예에 대해서 설명한다.
로딩 에리어(40)에는 보트(44a, 44b)가 설치되어 있다. 그리고, 로딩 에리어(40)에는 베이스(45a, 45b) 및 보트 반송 기구(45c)가 설치되어 있다. 베이스(45a, 45b)는, 각각 보트(44a, 44b)가 덮개체(43)로부터 이재되는 재치대이다. 보트 반송 기구(45c)는 보트(44a, 44b)를, 덮개체(43)로부터 베이스(45a, 45b)에 이재하기 위한 것이다.
보트(44a, 44b)는, 예를 들어 석영제이며, 대구경 예를 들어 직경 300㎜의 웨이퍼(W)를 수평 상태에서 상하 방향으로 소정의 간격(피치 폭)으로 탑재하도록 되어 있다. 보트(44a, 44b)는, 예를 들어 도 3에 도시하는 바와 같이, 천정판(50)과 바닥판(51) 사이에 복수개 예를 들어 3개의 지주(52)를 설치하여 이루어진다. 지주(52)에는 웨이퍼(W)를 유지하기 위한 갈고리부(53)가 설치되어 있다. 또한, 지주(52)와 함께 보조 기둥(54)이 적절하게 설치되어 있어도 된다.
이재 기구(47)는 수납 용기(21, 22)와 보트(44a, 44b) 사이에서 웨이퍼(W)의 이재를 행하기 위한 것이다. 이재 기구(47)는 베이스(57), 승강 아암(58) 및 복수의 포크(이재판)(59)를 갖는다. 베이스(57)는 승강 및 선회 가능하게 설치되어 있다. 승강 아암(58)은 볼 나사 등에 의해 상하 방향으로 이동 가능(승강 가능)하게 설치되고, 베이스(57)는 승강 아암(58)에 수평 선회 가능하게 설치되어 있다.
도 4는, 열처리로(60)의 구성의 개략을 도시하는 단면도이다.
열처리로(60)는, 예를 들어 복수매의 피처리 기판 예를 들어 박판 원판 형상의 웨이퍼(W)를 수용하여 소정의 열처리를 실시하기 위한 종형로로 할 수 있다.
열처리로(60)는 재킷(62), 히터(63), 공간(64), 처리 용기(65)를 구비하고 있다.
처리 용기(65)는 보트(44)에 유지된 웨이퍼(W)를 수납하여 열처리하기 위한 것이다. 처리 용기(65)는, 예를 들어 석영제이며, 세로로 긴 형상을 갖고 있다.
처리 용기(65)는 하부의 매니홀드(68)를 통하여 베이스 플레이트(66)에 지지되어 있다. 또한, 매니홀드(68)로부터 처리 용기(65)에는, 인젝터(71)를 통하여 처리 가스가 공급된다. 인젝터(71)는 가스 공급원(72)과 접속되어 있다. 또한, 처리 용기(65)에 공급된 처리 가스나 퍼지 가스는, 배기 포트(73)를 통하여 감압 제어가 가능한 진공 펌프를 구비한 배기계(74)에 유동되어 있다.
전술한 바와 같이, 덮개체(43)는 보트(44)가 처리 용기(65) 내에 반입되어 있을 때에, 매니홀드(68) 하부의 노구(68a)를 폐색한다. 전술한 바와 같이, 덮개체(43)는 승강 기구(46)에 의해 승강 이동 가능하게 설치되어 있고, 덮개체(43)의 상부에는 보온통(48)이 재치되어 있고, 보온통(48)의 상부에는 웨이퍼(W)를 다수매 상하 방향으로 소정의 간격으로 탑재하는 보트(44)가 설치되어 있다.
재킷(62)은 처리 용기(65)의 주위를 덮도록 설치되어 있는 동시에, 처리 용기(65)의 주위에 공간(64)을 정하고 있다. 처리 용기(65)가 원통 형상을 갖고 있기 때문에, 재킷(62)도, 원통 형상을 갖고 있다. 재킷(62)은 베이스 플레이트(66)에 지지되어 있다. 재킷(62)의 내측이며, 공간(64)의 외측에는, 예를 들어 글래스 울로 이루어지는 단열재(62a)가 설치되어 있어도 된다.
히터(63)는 처리 용기(65)의 주위를 덮도록 설치되어 있고, 처리 용기(65)를 가열하는 동시에, 보트(44)에 유지된 웨이퍼(W), 즉 처리 용기(65) 내의 피가열물을 가열하기 위한 것이다. 히터(63)는 재킷(62)의 내측이며 공간(64)의 외측에 설치되어 있다. 히터(63)는, 예를 들어 카본 와이어 등의 발열 저항체로 이루어지고, 공간(64)의 내부를 흐르는 기체의 온도를 제어하는 동시에, 처리 용기(65) 내를 소정의 온도 예를 들어 50 내지 1200℃로 가열 제어 가능하다. 히터(63)는 처리 용기(65) 및 웨이퍼(W)를 가열하는 가열부로서 기능을 한다.
공간(64) 및 처리 용기(65) 내의 공간은, 종방향을 따라서 복수의 단위 영역, 예를 들어 10의 단위 영역 A1, A2, A3, A4, A5, A6, A7, A8, A9, A10으로 분할되어 있다. 그리고, 히터(63)도, 상하 방향을 따라서 10개의 단위 영역과 1 대 1로 대응하도록, 10개의 가열 요소 63-1, 63-2, 63-3, 63-4, 63-5, 63-6, 63-7, 63-8, 63-9, 63-10으로 분할되어 있다. 이들 가열 요소 (63-1 내지 63-10)의 각각은, 예를 들어 사이리스터로 이루어지는 히터 출력부(86)에 의해, 단위 영역 A1 내지 A10의 각각에 대응하여 독립적으로 출력을 제어할 수 있도록 구성되어 있다. 가열 요소(63-1 내지 63-10)는, 본 발명에 있어서의 발열 소자에 상당한다.
또한, 본 실시 형태에서는, 공간(64) 및 처리 용기(65) 내의 공간을 상하 방향을 따라서 10의 단위 영역으로 분할한 예에 대해서 설명하지만, 단위 영역의 분할수는 10에 한정되지 않고, 공간(64) 및 처리 용기(65) 내의 공간은 10 이외의 수에 의해 분할되어도 된다. 또한, 본 실시 형태에서는 균등하게 분할되어 있지만, 이에 한정되지 않고, 온도 변화가 큰 노구(68a) 부근을 비교적 미세한 영역으로 분할해도 된다.
또한, 히터(63)의 가열 요소 (63-1 내지 63-10)는 종방향을 따라서 각각이 서로 다른 위치에 설치되어 있으면 된다. 따라서, 히터(63)의 각 가열 요소 (63-1 내지 63-10)는 단위 영역 A1 내지 A10의 각각에 1 대 1로 대응하여 설치되어 있지 않아도 된다.
공간(64)에는, 복수의 단위 영역 A1 내지 A10의 각각에 대응하는 해당 히터의 온도를 검출하기 위한 히터 온도 센서 Ao1 내지 Ao10 (이하 총칭하여 「Ao」라고 한다)이 설치되어 있다. 또한, 처리 용기(65) 내의 공간에도, 단위 영역 A1 내지 A10의 각각에 대응하여 온도를 검출하기 위한 처리 용기 내 온도 센서 Ai1 내지 Ai10 (이하 총칭하여 「Ai」라고 한다)이 설치되어 있다. 히터 온도 센서 Ao 및 처리 용기 내 온도 센서 Ai는, 종방향을 따른 온도 분포를 검출하기 위해 해당 단위 영역에서의 온도를 검출한다.
히터 온도 센서 Ao으로부터의 검출 신호 및 처리 용기 내 온도 센서 Ai로부터의 검출 신호는, 각각 라인(81, 82)을 통하여 제어부(100)에 도입된다. 검출 신호가 도입된 제어부(100)에서는, 히터 출력부(86)의 설정값을 계산하고, 계산한 설정값을 히터 출력부(86)에 입력한다. 그리고, 설정값이 입력된 히터 출력부(86)는 입력된 설정값을 히터 출력 라인(87) 및 히터 단자(88)를 통하여 가열 요소(63-1 내지 63-10)의 각각에 출력한다. 예를 들어 PID 제어에 의해 히터 출력부(86)의 설정값을 계산함으로써, 제어부(100)는 히터 출력부(86)의 가열 요소(63-1 내지 63-10)의 각각에의 출력, 즉 가열 요소(63-1 내지 63-10)의 각각의 발열량을 제어한다.
또한, 제어부(100)에 있어서의 히터 출력부(86)의 설정값의 계산 방법, 즉 온도 제어 방법에 대해서는, 도 5 및 도 6을 사용하여 후술한다.
또한, 히터 온도 센서 Ao 및 처리 용기 내 온도 센서 Ai는, 처리 용기(65) 내의 종방향을 따른 온도 분포를 검출하기 위해, 종방향을 따라서 각각이 서로 다른 위치에 설치되어 있으면 된다. 따라서, 히터 온도 센서 Ao 및 처리 용기 내 온도 센서 Ai는, 단위 영역 A1 내지 A10의 각각에 1 대 1로 대응하여 설치되어 있지 않아도 된다.
또한, 도 4에 도시하는 바와 같이, 웨이퍼(W)와 함께 로드ㆍ언로드되는 가동 온도 센서 Ap1 내지 Ap10이 처리 용기(65) 내에 설치되어 있어도 되고, 가동 온도 센서 Ap1 내지 Ap10으로부터의 검출 신호가, 라인(83)을 통하여 제어부(100)에 도입되도록 해도 된다.
또한, 열처리로(60)는 처리 용기(65)를 냉각하기 위한 냉각 기구(90)를 구비하고 있어도 된다. 냉각 기구(90)는, 예를 들어 송풍기(블로워)(91), 송풍관(92) 및 배기관(94)을 갖는 것으로 할 수 있다.
송풍기(91)는 히터(63)가 설치되어 있는 공간(64) 내에, 예를 들어 공기로 이루어지는 냉각 가스를 송풍하여 처리 용기(65)를 냉각하기 위한 것이다. 송풍관(92)은 송풍기(91)로부터의 냉각 가스를 히터(63)에 보내기 위한 것이다. 송풍관(92)은 분출 구멍(92a-1 내지 92a-10)의 각각에 접속되어 있다. 즉, 냉각 가스는 분출 구멍(92a-1 내지 92a-10)의 각각을 통하여 공간(64)에 공급된다. 도 4에 도시하는 예에서는, 분출 구멍(92a-1 내지 92a-10)은 종방향을 따라서 설치되어 있다.
배기관(94)은 공간(64) 내의 공기를 배출하기 위한 것이다. 공간(64)에는 냉각 가스를 공간(64)으로부터 배기하기 위한 배기구(94a)가 형성되어 있고, 배기관(94)은 일단이 배기구(94a)에 접속되어 있다.
또한, 도 4에 도시하는 바와 같이, 배기관(94)의 도중에 열교환기(95)를 설치하는 동시에, 배기관(94)의 타단을 송풍기(91)의 흡인측에 접속해도 된다. 그리고, 배기관(94)에 의해 배기한 냉각 가스를 공장 배기계에 배출하지 않고, 열교환기(95)에서 열교환한 후, 배관(91b)을 통하여 송풍기(91)로 되돌리어, 순환 사용하도록 해도 된다. 또한, 그 경우, 도시하지 않은 에어 필터를 통하여 순환시켜도 된다. 혹은, 공간(64)으로부터 배출된 냉각 가스는 배기관(94)으로부터 열교환기(95)를 통하여 공장 배기계에 배출되도록 되어도 된다.
또한, 제어부(100)에 의해, 예를 들어 인버터로 이루어지는 전력 공급부(91a)로부터 송풍기(91)에 공급되는 전력을 제어함으로써, 송풍기(91)의 풍량을 제어할 수 있도록 구성되어 있어도 된다.
제어부(100)는, 예를 들어 연산 처리부(100a) 및 도시하지 않은 기억부 및 표시부를 갖는다. 연산 처리부(a)는, 예를 들어 CPU(Central Processing Unit)를 갖는 컴퓨터이다. 기억부는 연산 처리부(100a)에, 각종 처리를 실행시키기 위한 프로그램을 기록한, 예를 들어 하드 디스크에 의해 구성되는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체이다. 표시부는, 예를 들어 컴퓨터의 화면으로 이루어진다. 연산 처리부(100a)는 기억부에 기록된 프로그램을 판독하고, 그 프로그램에 따라서, 열처리 장치(10)를 구성하는 각 부에 제어 신호를 보내어, 후술하는 바와 같은 열처리를 실행한다.
그리고, 제어부(100)에는 처리 용기(65) 내의 피가열물인 웨이퍼(W)의 온도가 효율적으로 설정 온도(소정 온도)에 수렴하도록, 히터(63)에 공급하는 전력을 제어하기 위한 프로그램(시퀀스)이 내장되어 있다.
본 실시 형태에서는, 제어부(100)는 복수의 온도 검출 소자의 각각의 온도를 추정하고, 추정한 온도에 기초하여, 웨이퍼(W)의 온도를 제어한다. 그리고, 어느 쪽의 온도 검출 소자도 고장나 있지 않을 때에, 정상시의 카르만 필터에 의해, 복수의 온도 검출 소자의 각각의 온도를 예측하고, 일부의 온도 검출 소자가 고장났을 때에, 이상시의 카르만 필터에 의해, 복수의 온도 검출 소자의 각각의 온도를 추정한다. 정상시의 카르만 필터는, 어느 쪽의 온도 검출 소자도 고장나 있지 않을 때에, 복수의 온도 검출 소자의 각각이 온도를 검출한 검출값에 기초하여, 준비된 것이다. 이상시의 카르만 필터는, 어느 쪽의 온도 검출 소자도 고장나 있지 않을 때에, 상기 하나의 온도 검출 소자 이외의 온도 검출 소자의 각각이 온도를 검출한 검출값에 기초하여, 준비된 것이다.
다음에, 연산 처리부(100a)의 구성 및 본 실시 형태에 따른 온도 제어 방법의 상세에 대해서 설명한다.
본 실시 형태에 따른 온도 제어 방법은, 제어 대상의 상태 변수인 온도에 대하여 피드백 제어를 행하는 경우에 있어서, 일부의 온도를 검출할 수 없게 되었을 때에, 예를 들어 카르만 필터를 사용한 추정 알고리즘에 의해, 검출할 수 없는 온도의 추정값을 복원하는 것이다.
또한, 이하에서는, 히터 온도 센서 Ao 및 처리 용기 내 온도 센서 Ai를 대표하여, 처리 용기 내 온도 센서 Ai 중 어느 하나가 고장났을 때에, 정상시의 카르만 필터로부터 이상시의 카르만 필터로 절환하는 예에 대해서 설명한다. 또한, 설명을 쉽게 하기 위해, 단위 영역이 A1 내지 A5의 5개로 나뉘어져 있는 것으로 한다. 즉, Ai1 내지 Ai5의 5개의 처리 용기 내 온도 센서가 설치되어 있고, 63-1 내지 63-5의 5개의 가열 요소가 설치되어 있는 것으로 한다.
도 5는, 연산 처리부(100a)의 구성의 개략을 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 5에 도시하는 바와 같이, 연산 처리부(100a)는 고장 검지부(101), 예측부(102), 연산부(103)를 갖는다.
고장 검지부(101)는, 예를 들어 처리 용기 내 온도 센서 Ai1 내지 Ai5와 연산 처리부(100a)의 예측부(102)를 접속하는 라인(82)과는 별도로, 도시하지 않은 라인에 의해 처리 용기 내 온도 센서 Ai1 내지 Ai5와 접속되어 있다. 그리고, 고장 검지부(101)는, 예를 들어 전기적인 방법에 의해, 처리 용기 내 온도 센서 Ai1 내지 Ai5 중 어느 하나가 단선되어 있는지 여부를 검지한다.
연산부(103)는 예측부(102)가 예측한 예측값에 기초하여, 히터(63)에 출력하는 출력값을 연산한다.
예측부(102)는 카르만 필터에 의해, Ai1 내지 Ai5의 5개의 처리 용기 내 온도 센서의 온도를 예측한다.
다음에, 카르만 필터를 준비하는 방법 및 준비된 카르만 필터에 의해, 예측부(102)가, 어느 하나의 처리 용기 내 온도 센서 Ai1 내지 Ai5의 온도를 예측하는 방법에 대해서 설명한다.
처음에, 어느 처리 용기 내 온도 센서도 고장나 있지 않을 때에 사용하는 정상시의 카르만 필터를 준비하는 방법에 대해서 설명한다. 또한, 정상시의 카르만 필터는, 본 발명에 있어서의 제2 카르만 필터에 상당한다.
추정 대상으로 하는 선형 시스템을 하기 수학식 1로 나타내는 바와 같이,
Figure pat00001
수학식 1에 있어서, x는 n행×1열의 상태 벡터이고, u는 r행×1열의 입력 벡터이고, y는 m행×1열의 출력 벡터이고, A는 n행×n열의 상태 행렬이고, B는 n행×r열의 입력 행렬이고, C는 m행×n열의 출력 행렬이다. 여기서, y 중, 관측할 수 있는 변수를 y0으로 하여, 하기 수학식 2로 나타내는 바와 같이,
Figure pat00002
수학식 2에 있어서, y0은 o행×1열의 관측 벡터이고, C0은 o행×m열의 관측값 선택 행렬이다. w, v0은 평균값 0의 가우스 백색 잡음 벡터이고, w는 n행×1열의 프로세스 노이즈 벡터이고, v0은 o행×1행의 관측 노이즈 벡터이다. 그리고, w, v0의 공분산 행렬 R0이, 하기 수학식 3 및 하기 수학식 4로 나타내는 바와 같이,
Figure pat00003
Figure pat00004
수학식 3 및 수학식 4에 있어서, R0은 o행×o열의 벡터이다.
그러면, 상태 추정 문제는 시각 k+h에 있어서의 상태 x(k+h)의 최소 분산 추정값을 구하는 것, 즉, 하기 수학식 5로 나타내는 바와 같이, 평가 함수
Figure pat00005
Figure pat00006
그리고, 추정 오차의 공분산 행렬을, 하기 수학식 7로 나타내는 바와 같이,
Figure pat00007
수학식 7에 있어서, P는 n행×n열의 추정 오차의 공분산 행렬이다. 또한, (k|k)는 시간과 관측의 갱신을 나타내는 파라미터이다.
그러면, 제어 입력을 받는 경우의 카르만 필터는, 하기 수학식 8 내지 하기 수학식 12로 나타낸 바와 같이 된다.
Figure pat00008
Figure pat00009
Figure pat00010
Figure pat00011
Figure pat00012
수학식 8 내지 수학식 12에 있어서, C0은 o행×m열의 관측값 선택 행렬이고, Q는 n행×n열의 프로세스 노이즈의 공분산 행렬이고, K는 n행×o열의 카르만 게인이다.
필터 방정식의 관측 갱신의 식(수학식 9)을, 필터 방정식의 시간 갱신의 식(수학식 8)에 대입하면, 하기 수학식 13으로 나타내는 바와 같이,
Figure pat00013
하기 수학식 14로 나타내는 바와 같이,
Figure pat00014
공분산 행렬이 정상인 경우, 카르만 게인 K는, 하기 수학식 15로 나타내는 바와 같이,
Figure pat00015
수학식 15에 있어서, R0은 o행×o열의 관측 노이즈의 공분산 행렬이다.
또한, 공분산 방정식의 관측 갱신의 식(수학식 11)을, 공분산 방정식의 시간 갱신의 식(수학식 10)에 대입하면, 하기 수학식 16로 나타내는 바와 같이,
Figure pat00016
공분산 행렬을 정상으로 하면, 하기 수학식 17로 나타내는 바와 같이,
Figure pat00017
또한, 수학식 17에 수학식 15로 나타내는 K를 대입하면, 하기 수학식 18로 나타내는 대수 리카티 방정식이 유도된다.
Figure pat00018
그리고, 수학식 18로 나타내는 대수 리카티 방정식을 풀음으로써, P를 구할 수 있고, P를 구할 수 있으면, 수학식 15에 의해, 정상 카르만 게인 K가 구해진다.
다음에, 어떤 처리 용기 내 온도 센서(이하, 간단히 「온도 센서」라고 함)가 고장났을 때에 사용하는 이상시의 카르만 필터를 준비하는 방법에 대해서 설명한다. 또한, 이상시의 카르만 필터는, 본 발명에 있어서의 제1 카르만 필터에 상당한다.
이하에서는, 1번째의 온도 센서가 고장난 경우를 상정하여 카르만 필터를 설계한다.
관측할 수 있는 변수 y0으로부터 1번째의 온도 센서로부터의 출력을 제외한 것을 y1로 하면, 정상시의 카르만 필터에 대한 수학식 2에 상당하는 식은, 하기 수학식 19로 나타내는 바와 같이,
Figure pat00019
수학식 19에 있어서, y1은 (o-1)행×1열의 관측 벡터이고, C1은 (o-1)행×m열의 출력 행렬이고, v1은 (o-1)행×1행의 관측 노이즈 벡터이다. 그 밖에, 수학식 2와 공통되는 행렬에 대해서는, 설명을 생략한다(이하의 수학식에 있어서도 마찬가지임).
상기 시스템에 대하여 온도 센서의 정상시와 마찬가지로 카르만 필터를 설계한다.
카르만 필터의 필터 방정식은, 하기 수학식 20로 나타내는 바와 같다.
Figure pat00020
이때, 카르만 게인은, 하기 수학식 21과 같이 구해진다.
Figure pat00021
수학식 21에 있어서, K1은 n행×(o-1)열의 카르만 게인이고, R1은 (o-1)행×(o-1)열의 관측 노이즈의 공분산 행렬이다.
그리고, 대수 리카티 방정식은, 하기 수학식 22로 나타내는 바와 같이,
Figure pat00022
마찬가지로 하여, i번째의 온도 센서가 고장난 경우의 필터 방정식을 구하면, 하기 수학식 23로 나타내는 바와 같이,
Figure pat00023
각각의 카르만 게인은, 하기 수학식 24로 나타내는 바와 같이,
Figure pat00024
수학식 23 및 수학식 24에 있어서, Ci는 (o-1)행×m열의 출력 행렬이고, Ki는 n행×(o-1)열의 카르만 게인이고, Ri는 (o-1)행×(o-1)열의 벡터이다.
각각의 대수 리카티 방정식은, 하기 수학식 25로 나타내는 바와 같이,
Figure pat00025
다음으로, 정상시 및 이상시의 카르만 필터의 준비의 방법에 대해서 설명한다. 도 6은, 단위 영역의 수를 적게 하여 간략화한, 열처리 장치의 모식적인 단면도이다. 도 7은, 예측부(102)의 구성을 모식적으로 도시하는 블록선도이다.
도 6에 도시하는 바와 같이, 예를 들어 열처리 장치(10)가 5개의 단위 영역 A1 내지 A5로 분할되어 있다. 그리고, 5개의 단위 영역 A1 내지 A5의 각각에 대응하여 63-1 내지 63-5의 5개의 가열 요소가 설치되어 있고, 5개의 단위 영역 A1 내지 A5의 각각에 대응하여 Ai1 내지 Ai5의 5개의 처리 용기 내 온도 센서가 설치되어 있다. 그리고, 5개의 단위 영역 A1 내지 A5의 각각에 대응하여, 보트(44)에 유지되어 있는 웨이퍼(W)의 중심에 상당하는 위치에, 5개의 중심용 온도 센서 Ac1 내지 Ac5가 설치되어 있다. 또한, 5개의 단위 영역 A1 내지 A5의 각각에 대응하여, 보트(44)에 유지되어 있는 웨이퍼(W)의 주연에 상당하는 위치에, 5개의 주연용 온도 센서 Ae1 내지 Ae5가 설치되어 있다. 그러면, 전술한 차원수 n 등은,
차원수 n=20
출력수 m=15
입력수 r=5
관측수 o=5
가 된다. 또한, 중심용 온도 센서 Ac1 내지 Ac5는, 보트(44)에 설치되어 있어도 되고, 카르만 필터를 준비할 때에, 중심부에 열전쌍이 장착된 웨이퍼(W)를 유지함으로써 설치해도 된다. 또한, 주연용 온도 센서 Ae1 내지 Ae5는, 보트(44)에 설치되어 있어도 되고, 카르만 필터를 준비할 때에, 주연부에 열전쌍이 장착된 웨이퍼(W)를 유지함으로써 설치해도 된다.
이때, n행×1열의 상태 벡터 x는, 하기 수학식 26로 나타내는 바와 같이, 20행×1열의
Figure pat00026
r행×1열의 입력 벡터 u는, 하기 수학식 27로 나타내는 바와 같이, 5행×1열의
Figure pat00027
u1 내지 u5의 각각은, 가열 요소(63-1 내지 63-5)의 출력에 상당한다.
또한, m행×1열의 출력 벡터 y는, 하기 수학식 28로 나타내는 바와 같이, 15행×1열의
Figure pat00028
수학식 28에 있어서, yinner ,1 내지 yinner ,5의 각각은, 처리 용기 내 온도 센서 Ai1 내지 Ai5의 각각의 온도에 상당한다. 또한, ycenter ,1 내지 ycenter ,5의 각각은, 중심용 온도 센서 Ac1 내지 Ac5의 각각의 온도에 상당한다. 또한, yedge ,1 내지 yedge ,5의 각각은, 주연용 온도 센서 Ae1 내지 Ae5의 각각의 온도에 상당한다.
또한, o행×1열의 관측 벡터 y0은, 하기 수학식 29로 나타내는 바와 같이, 5행×1열의
Figure pat00029
또한, (o-1)행×1열의 관측 벡터 y1, y2, y3, y4, y5는, 하기 수학식 30 내지 수학식 34로 나타내는 바와 같이, 4행×1열의
Figure pat00030
Figure pat00031
Figure pat00032
Figure pat00033
Figure pat00034
y1 내지 y5의 각각은, 처리 용기 내 온도 센서 Ai1 내지 Ai5의 각각이 고장났을 때의 관측 벡터이다.
또한, n행×n열의 상태 행렬 A는, 하기 수학식 35로 나타내는 바와 같이, 20행×20열의
Figure pat00035
n행×r열의 입력 행렬 B는, 하기 수학식 36으로 나타내는 바와 같이, 20행×5열의
Figure pat00036
m행×n열의 출력 행렬 C는, 하기 수학식 37로 나타내는 바와 같이, 15행×20열의
Figure pat00037
o행×m열의 관측값 선택 행렬 C0은, 하기 수학식 38로 나타내는 바와 같이, 5행×15열의
Figure pat00038
또한, (o-1)행×m열의 관측값 선택 행렬 C1, C2, C3, C4, C5는, 하기 수학식 39 내지 수학식 43으로 나타내는 바와 같이, 4행×15열의
Figure pat00039
Figure pat00040
Figure pat00041
Figure pat00042
Figure pat00043
C1 내지 C5의 각각은, 처리 용기 내 온도 센서 Ai1 내지 Ai5의 각각이 고장났을 때의 관측값 선택 행렬이다.
또한, n행×o열의 정상시의 카르만 게인 K는, 하기 수학식 44로 나타내는 바와 같이, 20행×5열의
Figure pat00044
n행×(o-1)열의 이상시의 카르만 게인 Ki는, 하기 수학식 45로 나타내는 바와 같이, 20행×4열의
Figure pat00045
n행×n열의 프로세스 노이즈의 공분산 행렬 Q는, 하기 수학식 46으로 나타내는 바와 같이, 20행×20열의
Figure pat00046
o행×o열의 정상시의 관측 노이즈의 공분산 행렬 R0은, 하기 수학식 47로 나타내는 바와 같이, 5행×5열의
Figure pat00047
(o-1)행×(o-1)열의 관측 노이즈의 공분산 행렬 Ri는, 하기 수학식 48로 나타내는 바와 같이, 4행×4열의
Figure pat00048
도 7에 도시하는 바와 같이, 예측부(102)는 전달 요소 Tm1 내지 Tm21, 가산기 Ad1 내지 Ad7, 멀티 포트 스위치 Mps, 입력점 Ip1 내지 Ip3, 출력점 Op1에 의해 구성된다.
처리 용기 내 온도 센서 Ai1 내지 Ai5로부터의 온도의 검출 신호 yinner ,1 내지 yinner ,5로 이루어지는 y0은, 입력점 Ip1로부터 입력된다. 입력점 Ip1로부터 입력된 y0은, 직접 가산기 Ad1에 입력되거나, 5개의 인출점 Wd1 내지 Wd5에서 인출된다.
직접 가산기 Ad1에 입력된 y0은, 가산기 Ad1에 있어서 전달 요소 Tm1로부터 입력된, 시각 k에 있어서의 신호와 가감산된 후, 전달 요소 Tm2에서 정상시의 카르만 필터가 승산되고, 멀티 포트 스위치 Mps에 입력된다.
한편, 인출점 Wd1 내지 Wd5에서 인출된 y0은, 전달 요소 Tm3 내지 Tm7을 통하여, 가산기 Ad2 내지 Ad6에 입력된다. 전달 요소 Tm3 내지 Tm7에서는, y0의 5개의 검출 신호 yinner ,1 내지 yinner ,5로부터, 어느 하나를 제외한 4개의 검출 신호를 선택하고, 4개의 검출 신호로 이루어지는 수학식 30 내지 수학식 34로 나타내는 y1 내지 y5로서, 가산기 Ad2 내지 Ad6에 출력한다. 가산기 Ad2 내지 Ad6에 입력된 y1 내지 y5는, 가산기 Ad2 내지 Ad6에 있어서 전달 요소 Tm8 내지 Tm12로부터 입력된, 시각 k에 있어서의 신호와 가감산된다. 그리고, 그 후, 전달 요소 Tm13 내지 Tm17에서, 각각 이상시의 카르만 필터 K1 내지 K5가 승산되고, 멀티 포트 스위치 Mps에 입력된다.
멀티 포트 스위치 Mps에는 고장 검지부(101)로부터의 검출 신호가 입력점 Ip2를 통하여 입력되어 있다. 어느 처리 용기 내 온도 센서 Ai도 고장나 있지 않을 때에는, 멀티 포트 스위치 Mps에는, 어느 처리 용기 내 온도 센서 Ai도 고장나 있지 않은 취지의 신호가 입력된다. 이때, 멀티 포트 스위치 Mps는, 전달 요소 Tm2로부터 입력된 신호를 출력측에 출력한다.
멀티 포트 스위치 Mps로부터 출력된 신호는, 가산기 Ad7에 입력된다. 또한, 가산기 Ad7에는, 입력점 Ip3으로부터 입력된 히터 출력부(86)의 출력 u1 내지 u5로 이루어지는, 수학식 27로 나타내는 입력 벡터 u에, 전달 요소 Tm18에 있어서 수학식 36으로 나타내는 입력 행렬 B가 승산되어 이루어지는 신호가 입력된다. 또한, 가산기 Ad7에는, 가산기 Ad7로부터 출력된 신호가 전달 요소 Tm19에 있어서, 1단위 시간 지연된 후, 전달 요소 Tm20에 있어서, 수학식 35로 나타내는 상태 행렬 A가 승산되어 이루어지는 신호가 입력된다.
가산기 Ad7에 있어서 이들 3개의 신호가 가감산되어 이루어지는 신호는, 가산기 Ad7로부터 출력되고, 전달 요소 Tm19를 통한 후, 전달 요소 Tm21에 있어서, 수학식 37로 나타내는 출력 행렬 C가 승산된다. 출력 행렬 C가 승산된 신호는, 출력 벡터 y로서 출력점 Op1로부터 출력된다. 또한, 출력 벡터 y는, 시각 k+1에 있어서의 신호로서, 전달 요소 Tm1, Tm8 내지 Tm12에도 입력되고, 시각 k+1에 있어서의 출력 벡터 y의 예측에 사용된다.
또한, 어느 처리 용기 내 온도 센서 Ai도 고장나 있지 않을 때에, 정상시의 카르만 필터를 사용하여 출력 벡터 y를 예측하는 추정 알고리즘은, 본 발명에 있어서의 제2 추정 알고리즘에 상당한다.
한편, 어느 하나의 처리 용기 내 온도 센서 Ai가 고장났을 때에는, 고장 검지부(101)는, 고장난 처리 용기 내 온도 센서를 나타내는 신호를 멀티 포트 스위치 Mps에 전달한다. 그리고, 고장 검지부(101)로부터의 검출 신호에 기초하여, 멀티 포트 스위치 Mps는 고장난 온도 센서 이외의 4개의 검출 신호로 이루어지는 y1 내지 y5 중 어느 하나를 출력한다. 그리고, 어느 처리 용기 내 온도 센서 Ai도 고장나 있지 않을 때와 마찬가지로, 출력 벡터 y로서 출력점 Op1로부터 출력된다.
또한, 어느 하나의 처리 용기 내 온도 센서 Ai가 고장났을 때에, 이상시의 카르만 필터를 사용하여 출력 벡터 y를 예측하는 추정 알고리즘은, 본 발명에 있어서의 제1 추정 알고리즘에 상당한다.
본 실시 형태에서는, 어느 하나의 처리 용기 내 온도 센서 Ai가 고장났을 때에, 고장난 처리 용기 내 온도 센서 Ai 이외의 처리 용기 내 온도 센서 Ai의 각각이 온도를 검출한 검출값에 기초하여, 이상시의 카르만 필터에 의해, 복수의 처리 용기 내 온도 센서 Ai의 각각의 온도를 추정한다. 즉, 미리, 처리 용기 내 온도 센서 Ai의 어느 것도 고장나 있지 않을 때에, 처리 용기 내 온도 센서 Ai 중, 선택된 처리 용기 내 온도 센서 Ai 이외의 처리 용기 내 온도 센서 Ai의 각각이 온도를 검출한 검출값에 기초하여, 이상시의 카르만 필터를 준비해 둔다. 그리고, 선택된 처리 용기 내 온도 센서 Ai가 고장났을 때에, 준비한 이상시의 카르만 필터에 의해, 처리 용기 내 온도 센서 Ai의 각각의 온도를 추정한다. 따라서, 어느 하나의 처리 용기 내 온도 센서 Ai가 고장나도, 웨이퍼의 온도를 거의 변동시키지 않고, 계속해서 온도 제어할 수 있다.
또한, 어느 처리 용기 내 온도 센서 Ai도 고장나 있지 않을 때에도, 신호 y0에 기초하여, 정상시의 카르만 필터에 의해, 출력 벡터 y를 예측한다. 정상시도 이상시도 동일한 상태 공간 모델을 사용하기 때문에, 상태 변수 x가 공통되어 있어 계속해서 계산할 수 있다. 따라서, 이상시에 출력 벡터 y를 예측하는 방법을 절환해도, 웨이퍼의 온도를 거의 변동시키지 않고, 계속해서 온도 제어할 수 있다.
또한, 정상시와 이상시에서 동일한 옵저버(관측기)를 사용하기 때문에, 이상시의 옵저버로서 새로운 옵저버를 작성할 필요가 없다. 이상시의 상태 예측 모델로 작성할 때에, 예를 들어 K1 내지 K5의 카르만 게인이 증가하는 정도이므로, 모델 사이즈가 증가하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 옵저버로서, 카르만 필터 외에, 최소 차원 옵저버, VSS 옵저버 등을 사용해도 된다.
또한, 본 실시 형태에서는, 어느 처리 용기 내 온도 센서 Ai도 고장나 있지 않을 때에, 신호 y0에 기초하여, 출력 벡터 y를 예측하는 예에 대해서 설명하였다. 그러나, 도 5의 점선 i로 나타내는 바와 같이, 어느 하나의 처리 용기 내 온도 센서 Ai가 고장나 있지 않을 때에는, 카르만 필터에 의해 출력 벡터 y를 예측하지 않고, 신호 y0을 직접 사용하여, 연산부(103)에 의해, 히터 출력부(86)에 있어서의 설정값을 설정해도 된다.
다음으로, 본 실시 형태에 따른 열처리 장치를 사용한 열처리 방법에 대해서 설명한다.
도 8은, 본 실시 형태에 따른 열처리 장치를 사용한 열처리 방법에 있어서의 각 공정의 수순을 설명하기 위한 흐름도이다.
실시 형태(실시예)에서는, 우선, 스텝 S11로서, 처리 용기(65) 내에 웨이퍼(W)를 반입한다(반입 공정). 도 1에 도시한 열처리 장치(10)의 예에서는, 예를 들어 로딩 에리어(40)에 있어서, 이재 기구(47)에 의해 수납 용기(21)로부터 보트(44a)에 웨이퍼(W)를 탑재하고, 웨이퍼(W)를 탑재한 보트(44a)를 보트 반송 기구(45c)에 의해 덮개체(43)에 재치할 수 있다. 그리고, 보트(44a)를 재치한 덮개체(43)를 승강 기구(46)에 의해 상승시켜 보트(44a)를 처리 용기(65) 내에 삽입함으로써, 웨이퍼(W)를 반입할 수 있다.
다음에, 스텝 S12에서는, 처리 용기(65)의 내부를 감압한다(감압 공정). 배기계(74)의 배기 능력 또는 배기계(74)와 배기 포트(73) 사이에 설치되어 있는 도시하지 않은 유량 조정 밸브를 조정함으로써, 배기 포트(73)를 통하여 처리 용기(65)를 배기하는 배기량을 증대시킨다. 그리고, 처리 용기(65)의 내부를 소정 압력으로 감압한다.
다음에, 스텝 S13에서는, 웨이퍼(W)의 온도를, 웨이퍼(W)를 열처리할 때의 소정 온도(열처리 온도)까지 상승시킨다(리커버리 공정).
보트(44a)를 처리 용기(65)의 내부에 반입한 직후는, 처리 용기(65)에 설정된 온도, 예를 들어 가동 온도 센서 Ap1 내지 Ap10의 온도는, 실온 가까이까지 내려가 있다. 그로 인해, 히터(63)에 전력을 공급함으로써, 보트(44a)에 탑재되어 있는 웨이퍼(W)의 온도를 열처리 온도까지 상승시킨다.
또한, 히터(63)의 발열량과 냉각 기구(90)의 냉각량을 밸런스시킴으로써, 웨이퍼(W)의 온도가 열처리 온도에 수렴하도록, 제어해도 된다.
다음에, 스텝 S14에서는, 히터(63)에 의해 가열함으로써, 보트(44)에 유지되어 있는 웨이퍼(W)를 열처리한다(열처리 공정).
보트(44)에 의해, 종방향을 따라서 웨이퍼(W)를 소정의 간격으로 복수 유지하고, 히터(63)에 의해 처리 용기(65)를 가열함으로써, 웨이퍼(W)의 온도를 소정 온도로 유지한다. 이 상태에서, 가스 공급원(72)으로부터 인젝터(71)를 통하여 처리 가스를 처리 용기(65) 내에 공급하여, 웨이퍼(W) 표면을 열처리한다. 예를 들어 수증기 가스로 이루어지는 처리 가스를 공급하여 웨이퍼(W)의 표면을 산화한다. 또한, 웨이퍼(W)의 열처리로서는, 산화 처리에 한정되지 않고, 확산, 감압 CVD 등의 각종 열처리를 행해도 된다.
다음에, 스텝 S15에서는, 냉각 기구(90)에 의해, 복수의 분출 구멍(92a-1 내지 92a-10)의 각각을 통하여 공간(64)에 냉각 가스를 공급함으로써, 처리 용기(65)를 냉각하고, 웨이퍼(W)의 온도를 열처리 온도로부터 하강시킨다(냉각 공정). 이때, 송풍기(91)에 의해 공급되는 냉각 가스가, 공간(64)에 공급됨으로써, 열처리한 웨이퍼(W)를 냉각한다.
다음에, 스텝 S16에서는, 처리 용기(65)의 내부를 대기압으로 복압한다(복압 공정). 배기계(74)의 배기 능력 또는 배기계(74)와 배기 포트(73) 사이에 설치되어 있는 도시하지 않은 유량 조정 밸브를 조정함으로써, 처리 용기(65)를 배기하는 배기량을 감소시키고, 예를 들어 질소(N2) 퍼지 가스를 도입하여 처리 용기(65)의 내부를 대기압으로 복압한다.
다음에, 스텝 S17에서는, 처리 용기(65)로부터 웨이퍼(W)를 반출한다(반출 공정). 도 1에 도시한 열처리 장치(10)의 예에서는, 예를 들어 보트(44a)를 재치한 덮개체(43)를 승강 기구(46)에 의해 하강시켜 보트(44a)를 처리 용기(65) 내로부터 로딩 에리어(40)에 반출할 수 있다. 그리고, 이재 기구(47)에 의해, 반출한 덮개체(43)에 재치되어 있는 보트(44a)로부터 수납 용기(21)에 웨이퍼(W)를 이재함으로써, 웨이퍼(W)를 처리 용기(65)로부터 반출할 수 있다. 그리고, 웨이퍼(W)를 처리 용기(65)로부터 반출함으로써, 열처리 작업은 종료한다.
또한, 복수의 뱃치의 웨이퍼 (W)에 대해서 연속해서 열처리 작업을 행할 때에는, 또한, 로딩 에리어(40)에 있어서, 이재 기구(47)에 의해 수납 용기(21)로부터 하나의 뱃치의 웨이퍼(W)를 보트(44)에 이재하고, 다시 스텝 S11로 복귀하여, 다음의 뱃치의 열처리 작업을 행한다.
이상의 열처리 방법에 있어서도, 어느 하나의 처리 용기 내 온도 센서 Ai가 고장났을 때에, 그 처리 용기 내 온도 센서 Ai 이외의 처리 용기 내 온도 센서 Ai의 각각이 온도를 검출한 검출값에 기초하여, 이상시의 카르만 필터에 의해, 복수의 처리 용기 내 온도 센서 Ai의 각각의 온도를 추정한다. 따라서, 어느 하나의 처리 용기 내 온도 센서 Ai가 고장나도, 웨이퍼(W)의 온도를 거의 변동시키지 않고, 계속해서 온도 제어할 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해서 기술하였지만, 본 발명은 이러한 특정 실시 형태에 한정되는 것이 아니라, 특허청구의 범위 내에 기재된 본 발명의 요지의 범위 내에 있어서, 다양한 변형ㆍ변경이 가능하다.
또한, 실시 형태에서는, 기판을 상하 방향을 따라서 유지하는 경우에 대해서 설명하였다. 그러나, 기판을 유지하는 방향은 상하 방향으로 한정되지 않고, 임의의 방향을 따라서 소정의 간격으로 유지하는 경우에도 적용 가능하다. 또한, 본 실시 형태에 따른 온도 제어 방법을 행하는 온도 제어 장치는, 기판을 처리 용기 내에서 유지하여 열처리하는 경우에 한정되지 않고, 기판 이외의 각종 피가열물을 가열하는 경우에도 적용 가능하다. 그리고, 각각이 서로 다른 위치에 설치된 온도 센서(온도 검출 소자) 중 어느 하나의 온도 센서가 고장났을 때에, 그 온도 센서 이외의 온도 센서의 각각이 온도를 검출한 검출값에 기초하여, 이상시의 카르만 필터에 의해, 복수의 온도 센서의 각각의 온도를 추정해도 된다. 그리고, 추정한 온도에 기초하여, 피가열물의 온도를 제어하여도 된다.
10 : 열처리 장치
44 : 보트
60 : 열처리로
63, 63-1 내지 63-10 : 히터
65 : 처리 용기
86 : 히터 출력부
100 : 제어부
101 : 고장 검지부
102 : 예측부
103 : 연산부
Ai1 내지 Ai10 : 처리 용기 내 온도 센서

Claims (20)

  1. 각각이 서로 다른 위치에 설치된 복수의 온도 검출 소자가 온도를 검출한 검출값에 기초하여, 각각이 서로 다른 위치에 설치된 복수의 발열 소자를 포함하고, 피가열물을 가열하는 가열부에 있어서의 각각의 상기 발열 소자의 발열량을 제어함으로써, 상기 피가열물의 온도를 제어하는 온도 제어 방법에 있어서,
    상기 복수의 온도 검출 소자의 어느 하나가 고장났을 때에, 고장난 온도 검출 소자 이외의 온도 검출 소자가 검출한 검출값에 기초하여, 상기 복수의 온도 검출 소자의 각각의 온도를 추정하는 제1 추정 알고리즘에 의해, 상기 복수의 온도 검출 소자의 각각의 온도를 추정하고, 추정한 온도에 기초하여, 상기 피가열물의 온도를 제어하는, 온도 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 추정 알고리즘은, 제1 카르만 필터를 사용하여 상기 복수의 온도 검출 소자의 각각의 온도를 추정하는 것인, 온도 제어 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 온도 검출 소자의 어느 하나가 고장났을 때에, 상기 검출값과, 각각이 상기 복수의 온도 검출 소자의 각각에 대응하여 설치된 상기 복수의 발열 소자의 각각의 발열량에 기초하여, 상기 복수의 온도 검출 소자의 각각의 온도가 추정되는, 온도 제어 방법.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    미리, 상기 복수의 온도 검출 소자의 어느 것도 고장나 있지 않을 때에, 상기 복수의 온도 검출 소자 중, 선택된 온도 검출 소자 이외의 온도 검출 소자가 검출한 검출값에 기초하여, 상기 제1 카르만 필터를 준비해 두고, 선택된 상기 온도 검출 소자가 고장났을 때에, 준비한 상기 제1 카르만 필터에 의해, 상기 복수의 온도 검출 소자의 각각의 온도가 추정되는, 온도 제어 방법.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 온도 검출 소자의 어느 것도 고장나 있지 않을 때에, 상기 복수의 온도 검출 소자의 각각이 검출한 검출값에 기초하여, 상기 복수의 온도 검출 소자의 각각의 온도를 추정하는 제2 추정 알고리즘에 의해, 상기 복수의 온도 검출 소자의 각각의 온도를 추정하고, 상기 제2 추정 알고리즘에 의해 추정된 온도에 기초하여, 상기 피가열물의 온도를 제어하는, 온도 제어 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2 추정 알고리즘은, 제2 카르만 필터를 사용하여 상기 복수의 온도 검출 소자의 각각의 온도를 추정하는 것인, 온도 제어 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 복수의 온도 검출 소자의 어느 것도 고장나 있지 않을 때에, 상기 검출값과, 각각이 상기 복수의 온도 검출 소자의 각각에 대응하여 설치된 상기 복수의 발열 소자의 각각의 발열량에 기초하여, 상기 복수의 온도 검출 소자의 각각의 온도가 추정되는, 온도 제어 방법.
  8. 컴퓨터에 제1항 내지 제3항 중 어느 하나에 기재된 온도 제어 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
  9. 각각이 서로 다른 위치에 설치된 복수의 온도 검출 소자와,
    각각이 서로 다른 위치에 설치된 복수의 발열 소자를 포함하고 피가열물을 가열하는 가열부와,
    상기 복수의 온도 검출 소자가 온도를 검출한 검출값에 기초하여, 상기 가열부에 있어서의 상기 발열 소자의 발열량을 제어함으로써, 상기 피가열물의 온도를 제어하는 제어부
    를 갖고,
    상기 제어부는, 상기 복수의 온도 검출 소자의 어느 하나가 고장났을 때에, 고장난 온도 검출 소자 이외의 온도 검출 소자가 검출한 검출값에 기초하여, 상기 복수의 온도 검출 소자의 각각의 온도를 추정하는 제1 추정 알고리즘에 의해, 상기 복수의 온도 검출 소자의 각각의 온도를 추정하고, 추정한 온도에 기초하여, 상기 피가열물의 온도를 제어하는, 온도 제어 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 추정 알고리즘은, 제1 카르만 필터를 사용하여 상기 복수의 온도 검출 소자의 각각의 온도를 추정하는 것인, 온도 제어 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 온도 검출 소자의 어느 하나가 고장났을 때에, 상기 검출값과, 각각이 상기 복수의 온도 검출 소자의 각각에 대응하여 설치된 상기 복수의 발열 소자의 각각의 발열량에 기초하여, 상기 복수의 온도 검출 소자의 각각의 온도가 추정되는, 온도 제어 장치.
  12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 온도 검출 소자의 어느 것도 고장나 있지 않을 때에, 상기 복수의 온도 검출 소자의 각각이 검출한 검출값에 기초하여, 상기 복수 온도 검출 소자의 각각의 온도를 추정하는 제2 추정 알고리즘에 의해, 상기 복수의 온도 검출 소자의 각각의 온도를 추정하고, 상기 제2 추정 알고리즘에 의해 추정된 온도에 기초하여, 상기 피가열물의 온도를 제어하는, 온도 제어 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제2 추정 알고리즘은, 제2 카르만 필터를 사용하여 상기 복수의 온도 검출 소자의 각각의 온도를 추정하는 것인, 온도 제어 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 복수의 온도 검출 소자의 어느 것도 고장나 있지 않을 때에, 상기 검출값과, 각각이 상기 복수의 온도 검출 소자의 각각에 대응하여 설치된 상기 복수의 발열 소자의 각각의 발열량에 기초하여, 상기 복수의 온도 검출 소자의 각각의 온도를 추정하는 것인, 온도 제어 장치.
  15. 기판을 열처리하는 열처리 장치에 있어서,
    처리 용기와,
    상기 처리 용기 내에서 하나의 방향을 따라서 기판을 소정의 간격으로 유지 가능한 기판 유지부와,
    상기 하나의 방향을 따라서 각각이 서로 다른 위치에 설치된 복수의 발열 소자를 포함하고, 상기 처리 용기 내에서 상기 기판 유지부에 유지되어 있는 상기 기판을 가열하는 가열부와,
    상기 하나의 방향을 따라서 각각이 서로 다른 위치에 설치된 복수의 온도 검출 소자와,
    상기 복수의 온도 검출 소자가 온도를 검출한 온도 검출값에 기초하여, 상기 가열부에 있어서의 각각의 상기 발열 소자의 발열량을 제어함으로써, 상기 기판의 온도를 제어하는 제어부
    를 갖고,
    상기 제어부는, 상기 복수의 온도 검출 소자의 어느 하나가 고장났을 때에, 고장난 온도 검출 소자 이외의 온도 검출 소자가 검출한 검출값에 기초하여, 상기 복수의 온도 검출 소자의 각각의 온도를 추정하는 제1 추정 알고리즘에 의해, 상기 복수의 온도 검출 소자의 각각의 온도를 추정하고, 추정한 온도에 기초하여, 상기 기판의 온도를 제어하는, 열처리 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 추정 알고리즘은, 제1 카르만 필터를 사용하여 상기 복수의 온도 검출 소자의 각각의 온도를 추정하는 것인, 열처리 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 복수의 온도 검출 소자의 어느 하나가 고장났을 때에, 상기 검출값과, 각각이 상기 복수의 온도 검출 소자의 각각에 대응하여 설치된 상기 복수의 발열 소자의 각각의 발열량에 기초하여, 상기 복수의 온도 검출 소자의 각각의 온도를 추정하는 것인, 열처리 장치.
  18. 제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 복수의 온도 검출 소자의 어느 것도 고장나 있지 않을 때에, 상기 복수의 온도 검출 소자의 각각이 검출한 검출값에 기초하여, 상기 복수의 온도 검출 소자의 각각의 온도를 추정하는 제2 추정 알고리즘에 의해, 상기 복수의 온도 검출 소자의 각각의 온도를 추정하고, 추정한 온도에 기초하여, 상기 기판의 온도를 제어하는, 열처리 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제2 추정 알고리즘은, 제2 카르만 필터를 사용하여 상기 복수의 온도 검출 소자의 각각의 온도를 추정하는 것인, 열처리 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 복수의 온도 검출 소자의 어느 것도 고장나 있지 않을 때에, 상기 검출값과, 각각이 상기 복수의 온도 검출 소자의 각각에 대응하여 설치된 상기 복수의 발열 소자의 각각의 발열량에 기초하여, 상기 복수의 온도 검출 소자의 각각의 온도를 추정하는 것인, 열처리 장치.
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