TWI534572B - 溫度控制方法、記錄有用以實行該溫度控制方法之程式的記錄媒體、溫度控制裝置及熱處理裝置 - Google Patents

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Description

溫度控制方法、記錄有用以實行該溫度控制方法之程式的記錄媒體、溫度控制裝置及熱處理裝置
本揭示係關於一種溫度控制方法、記錄有用以實行該溫度控制方法之程式的記錄媒體、溫度控制裝置及熱處理裝置。
於半導體裝置之製造上，例如為了對半導體晶圓等基板施以氧化、擴散、CVD(Chemical Vapor Deposition)等處理，係使用各種處理裝置。此外，其中之一類型，已知有可一次進行多數片被處理基板之熱處理的直立型熱處理裝置。
熱處理裝置當中有具備處理容器、晶圓舟、升降機構、以及移載機構者。晶圓舟係將複數基板於上下方向上以既定間隔保持並對處理容器進行搬入搬出之基板保持部。升降機構係設置於在處理容器下方所形成之裝載區，在晶圓舟載置於蓋體(阻塞處理容器之開口)之上部的狀態下使得蓋體進行升降而使得晶圓舟於處理容器與裝載區之間做升降。移載機構係在被搬出至裝載區之晶圓舟與收容複數片基板之收納容器之間進行基板之移載。
此外，在熱處理裝置方面有處理容器於縱向區分為複數區、且加熱器也區分為複數區，而於各區設置1或複數之例如由熱電偶所構成之溫度檢測元件。例如，有於各區且為處理容器之內部設置有內部溫度檢測元件、並於各區且為處理容器之外部設置有外部溫度檢測元件者。
但是，如此之熱處理裝置有以下之問題。
於熱處理裝置之熱處理製程中，當某區(單位區域)之溫度檢測元件發生故障之時，係將發生故障之溫度檢測元件之檢測值切換為從實際取樣測定值而基於動態模式所計算之計算值，來進行溫度控制。但是，以往之動態模式由於係依單位區域分別導出，故並未考慮到其他單位區域之溫度對某單位區域之溫度所造成之影響，而無法高精度地計算發生故障之溫度檢測元件之溫度。
或是，也有的做法係當各區之內部溫度檢測元件以及外部溫度檢測元件其中一者發生故障之時，將溫度控制用之溫度檢測元件從一溫度檢測元件切換為另一溫度檢測元件。但是，若將溫度控制用之溫度檢測元件從內部溫度檢測元件以及外部溫度檢測元件之其中一者切換為另一者，則完成切換之時恐基板之溫度會出現變動。尤其，當基板之溫度上升或是下降之時，若將溫度控制用之溫度檢測元件從內部溫度檢測元件以及外部溫度檢測元件之其中一者切換為另一者，則完成切換之時恐基板之溫度會大幅變動。
此外，上述課題不限於將基板沿著上下方向加以保持之情況，即便沿著任意方向以既定間隔來保持之情況也為共通課題。再者，上述課題不限於將基板加以熱處理之情況，即便將基板以外之各種被加熱物加以加熱之情況也為共通課題。
本揭示係提供一種溫度控制方法、溫度控制裝置以及熱處理裝置，即便溫度控制用之溫度檢測元件發生故障，仍可在被加熱物之溫度幾乎不變動的情況下持續地控制溫度。
用以解決上述課題之本揭示係以以下所描述之各手段為特徴。
依據本揭示之一實施例，係提供一種溫度控制方法，係基於分別設置於互異位置之複數溫度檢測元件檢測溫度之檢測值，來對於包含有分別設置於互異位置之複數發熱元件、用以對被加熱物進行加熱之加熱部當中的該發熱元件之發熱量進行控制，藉以控制該被加熱物之溫度；當該複數溫度檢測元件中任一溫度檢測元件發生故障之時，基於發生故障之溫度檢測元件以外之溫度檢測元件所檢測之檢測值，藉由推定該複數溫度檢測元件之個別溫度的第1推定計算法則來推定該複數溫度檢測元件之個別溫度，並基於所推定之推定值來控制該被加熱物之溫度。
此外，依據本揭示之其他一實施例係提供一種溫度控制裝置，係具有：複數溫度檢測元件，係分別設置於互異位置；加熱部，係包含有分別設置於互異位置之複數發熱元件，用以將被加熱物予以加熱；以及控制部，係基於該複數溫度檢測元件檢測溫度之檢測值來控制該加熱部之該發熱元件之發熱量，以控制該被加熱物之溫度；其中，該控制部當該複數溫度檢測元件中任一溫度檢測元件發生故障之時，乃基於發生故障之溫度檢測元件以外之溫度檢測元件所檢測之檢測值，藉由推定該複數溫度檢測元件之個別溫度的第1推定計 算法則來推定該複數溫度檢測元件之個別溫度，並基於所推定之推定值來控制該被加熱物之溫度。
此外，依據本揭示之其他一實施例係提供一種熱處理裝置，係對基板進行熱處理；係具有：處理容器；基板保持部，係於該處理容器內將複數基板沿著固定方向以既定間隔加以保持；加熱部，係包含有沿著該固定方向個別設置於互異位置之複數發熱元件，將被保持在該處理容器內之基板予以加熱；複數溫度檢測元件，係沿著該固定方向個別設置於互異位置；以及控制部，係基於該複數溫度檢測元件檢測溫度之檢測值來控制該加熱部之該發熱元件之發熱量，以控制該基板之溫度；其中該控制部當該複數溫度檢測元件中任一溫度檢測元件發生故障之時，乃基於發生故障之溫度檢測元件以外之溫度檢測元件所檢測之檢測值，藉由推定該複數溫度檢測元件之個別溫度的第1推定計算法則來推定該複數溫度檢測元件之個別溫度，並基於所推定之推定值來控制該基板之溫度。
其次，針對用以實施本揭示之形態，連同圖式來說明。
首先針對本揭示之實施形態之熱處理裝置來說明。熱處理裝置10係具備有後述直立型之熱處理爐60，將晶圓W沿著縱向以既定間隔保持於晶圓舟，可一次收容多數片晶圓，並對所收容之晶圓W施以氧化、擴散、減壓CVD等各種熱處理。以下，針對適用於將例如水蒸氣所構成之處理氣體供 給於在後述處理容器65內所設置之基板處來將基板表面加以氧化處理之熱處理裝置的例子來說明。
圖1係示意顯示本實施形態之熱處理裝置10之縱截面圖。圖2係示意顯示裝載區40之立體圖。圖3係示意顯示晶圓舟44之一例的立體圖。
熱處理裝置10具有：載置台(裝載埠)20、框體30、以及控制部100。
載置台(裝載埠)20係設置於框體30之前部(圖1右側)。框體30具有裝載區(作業區域)40以及熱處理爐60。裝載區40係設置於框體30內下方，熱處理爐60係於框體30內設置於裝載區40上方。此外，於裝載區40與熱處理爐60之間設有基座板31。
載置台(裝載埠)20用以對框體30內進行晶圓W之搬入、搬出。於載置台(裝載埠)20載置著收納容器21,22。收納容器21,22係於前面具備有可裝卸未圖示之蓋、能以既定間隔收納複數片(例如50片程度)之晶圓W的一種密閉型收納容器(晶圓搬運盒)。
此外，依據一實施形態，亦可於載置台20下方設有整列裝置(對準器)23，用以將藉由後述移載機構47所移載之晶圓W的外周處所設之缺口部(例如切口)朝一方向對齊。
裝載區(作業區域)40係於收納容器21,22與後述晶圓舟44之間進行晶圓W之移載，用以將晶圓舟44搬入(裝載)至處理容器65內，或將晶圓舟44從處理容器65搬出(卸載)。於裝載區40設有門機構41、擋門機構42、蓋體43、晶圓舟44、基台45a,45b、升降機構46、以及移載機構47。
此外，蓋體43以及晶圓舟44相當於本揭示之基板保持部。
門機構41用以移除收納容器21,22之蓋而使得收納容器21,22內能連通開放於裝載區40內。
擋門機構42係設置於裝載區40上方。擋門機構42係用以抑制或是防止當開放蓋體43之時來自後述爐口68a之高溫的爐內熱量釋放至裝載區40，而以將爐口68a加以包覆(或是阻塞)的方式所設置。
蓋體43具有保溫筒48以及旋轉機構49。保溫筒48係設置於蓋體43上。保溫筒48用以防止晶圓舟44因與蓋體43側之熱傳而冷卻，而將晶圓舟44加以保溫。旋轉機構49係裝設於蓋體43下部。旋轉機構49用以使得晶圓舟44進行旋轉。旋轉機構49之旋轉軸係以氣密貫通蓋體43、使得配置於蓋體43上之未圖示之旋轉台進行旋轉的方式而設置。
升降機構46係晶圓舟44從裝載區40對處理容器65進行搬入、搬出之際，用以升降驅動蓋體43。此外，當藉由升降機構46上升後之蓋體43搬入到處理容器65內之時，蓋體43係以抵接於後述爐口68a來密閉爐口68a的方式設置。此外，載置於蓋體43之晶圓舟44係於處理容器65內將晶圓W以可在水平面內進行旋轉的方式加以保持。
此外，熱處理裝置10亦可具有複數晶圓舟44。以下，於本實施形態係參見圖2，針對具有兩個晶圓舟44之例子來說明。
於裝載區40設有晶圓舟44a,44b。此外，於裝載區40設有基台45a,45b以及晶圓舟搬送機構45c。基台45a,45b分 別為晶圓舟44a,44b從蓋體43移載之載置台。晶圓舟搬送機構45c用以將晶圓舟44a,44b從蓋體43移載至基台45a,45b。
晶圓舟44a,44b係例如石英製，將大口徑例如直徑300mm之晶圓W以水平狀態朝上下方向保持既定間隔(間距寬度)來搭載。晶圓舟44a,44b係例如圖3所示般於頂板50與底板51之間介設複數根(例如3根)支柱52。於支柱52設有用以保持晶圓W之爪部53。此外，亦可隨同支柱52來適宜地設置輔助柱54。
移載機構47用以在收納容器21,22與晶圓舟44a,44b之間進行晶圓W之移載。移載機構47係具有基台57、升降臂58、以及複數叉件(移載板)59。基台57係以可升降以及旋繞的方式來設置。升降臂58係以可藉由滾珠螺桿等而於上下方向移動(升降)，基台57係以可水平旋繞的方式設置於升降臂58。
圖4係顯示熱處理爐60之構成概略之截面圖。
熱處理爐60可為例如對複數片被處理基板(例如薄板圓板狀之晶圓W)加以收容而施以既定熱處理之直立型爐。
熱處理爐60係具備有襯套62、加熱器63、空間64、處理容器65。
處理容器65係用以將保持於晶圓舟44之晶圓W加以收納並進行熱處理者。處理容器65係例如石英製，具有縱長形狀。
處理容器65係經由下部歧管68而支撐於基座板66。此外，處理氣體係從歧管68經由注射器71供給至處理容器65。注射器71係和氣體供給源72相連接著。此外，對處理容器 65所供給之處理氣體、沖洗氣體係通過排氣埠73而流動於具備有可進行減壓控制之真空泵的排氣系統74。
如前述般，當晶圓舟44被搬入處理容器65內之時，蓋體43係將歧管68下部之爐口68a加以閉塞。如前述般，蓋體43係以可藉由升降機構46進行升降移動的方式來設置，於蓋體43上部載置有保溫筒48，於保溫筒48上部設有晶圓舟44，以將多數片晶圓W在上下方向以既定間隔來搭載。
襯套62係以包覆處理容器65周圍的方式來設置，且於處理容器65周圍區劃空間64。由於處理容器65具有圓筒形狀，故襯套62也具有圓筒形狀。襯套62係被支撐於基座板66。於襯套62內側且為空間64外側也可設置例如由玻璃棉所構成之隔熱材62a。
加熱器63係以包覆處理容器65周圍的方式來設置，用以加熱處理容器65、且將保持於晶圓舟44之晶圓W、亦即處理容器65內之被加熱物予以加熱。加熱器63係設置於襯套62內側、空間64外側。加熱器63係由例如碳絲等發熱電阻體所構成，可控制流經空間64內部之氣體溫度，並可將處理容器65內加熱控制在既定溫度例如50~1200℃。加熱器63係發揮加熱處理容器65以及晶圓W之加熱部的功能。
空間64以及處理容器65內之空間係沿著縱向分割為複數單位區域(例如10個單位區域A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8、A9、A10)。此外，加熱器63也以沿著上下方向來和單位區域成為1對1對應的方式分割為63-1、63-2、63-3、63-4、63-5、63-6、63-7、63-8、63-9、63-10。加熱器63-1~63-10分別以可藉由例如閘流器所構成之加 熱器輸出部86來對應於個別的單位區域A1~A10而獨立輸出的方式進行控制而構成。加熱器63-1~63-10相當於本揭示之發熱元件。
此外，於本實施形態，雖針對將空間64以及處理容器65內之空間沿著上下方向分割為10個單位區域之例做了說明，但單位區域之分割數不限定於10個，空間64亦能以10以外之數目來分割。此外，於本實施形態雖均等分割，但不限定於此，也可將溫度變化大的爐口68a附近分割為細的區域。
此外，加熱器63只要沿著縱向設置於個別互異之位置即可。從而，加熱器63即使未與單位區域A1~A10分別以1對1對應的方式來設置也無妨。
空間64中對應於各單位區域A1~A10設有用以檢測溫度之加熱器溫度感應器Ao1~Ao10。此外，於處理容器65內之空間也對應於各單位區域A1~A10而設有用以檢測溫度之處理容器內溫度感應器Ai1~Ai10。加熱器溫度感應器Ao1~Ao10以及處理容器內溫度感應器Ai1~Ai10為了檢測沿著縱向之溫度分布而來檢測溫度。
來自加熱器溫度感應器Ao1~Ao10之檢測訊號、以及來自處理容器內溫度感應器Ai1~Ai10之檢測訊號係分別通過線路81、82而導入至控制部100。導入有檢測訊號之控制部100係計算加熱器輸出部86之設定值，將計算好之設定值輸入至加熱器輸出部86。然後，輸入有設定值之加熱器輸出部86係將所輸入之設定值經由加熱器輸出線路87以及加熱器端子88來分別輸出至加熱器63-1~63-10。例如利用PID 控制計算加熱器輸出部86之設定值，藉此，控制部100控制加熱器輸出部86對加熱器63-1~63-10之個別輸出、亦即控制加熱器63-1~63-10之個別發熱量。
此外，關於控制部100之加熱器輸出部86的設定值計算方法、亦即溫度控制方法係使用圖5以及圖6來後述。
此外，加熱器溫度感應器Ao以及處理容器內溫度感應器Ai為了檢測沿著處理容器65內之縱向的溫度分布，只要沿著縱向設置於互異位置即可。從而，加熱器溫度感應器Ao以及處理容器內溫度感應器Ai即便非分別和單位區域A1~A10為1對1對應來設置也無妨。
此外，如圖4所示般也可設置和晶圓W來一同裝載、卸載之可動溫度感應器Ap1~Ap10，來自可動溫度感應器Ap1~Ap10之檢測訊號也可通過線路83而導入控制部100。
此外，熱處理爐60也可具備用以冷卻處理容器65之冷卻機構90。冷卻機構90可為例如具有送風機(鼓風機)91、送風管92以及排氣管94者。
送風機(鼓風機)91係用以對設置有加熱器63之空間64內來吹送例如由空氣所構成之冷卻氣體而將處理容器65加以冷卻者。送風管92用以將來自送風機91之冷卻氣體送往加熱器63。送風管92分別連接於噴出孔92a-1~92a-10。亦即，冷卻氣體係經由噴出孔92a-1~92a-10而供給至空間64。圖4所示之例，噴出孔92a-1~92a-10係沿著縱向來設置。
排氣管94係用以排出空間64內之空氣。於空間64設有用以將冷卻氣體從空間64進行排氣之排氣口94a，排氣管94之一端係連接於排氣口94a。
此外，如圖4所示般，也可於排氣管94之中途設置熱交換器95，並將排氣管94另一端連接於送風機91之吸引側。此外，由排氣管94所排氣之冷卻氣體也可不排出至工廠排氣系統，而是以熱交換器95進行熱交換後再回到送風機91來循環使用。此外，於該情況，也可經由未圖示之空器濾器來循環。或是，從空間64所排出之冷卻氣體也可從排氣管94經由熱交換器95來排出至工廠排氣系統。
此外，送風機(鼓風機)91之構成上也可藉由來自控制部100之輸出訊號來對例如反相器所構成之電力供給部91a所供給之電力進行控制，藉以控制送風機91之風量。
控制部100係具有例如運算處理部100a、以及未圖示之運算處理部、記憶部以及顯示部。運算處理部100a係例如具有CPU(Central Processing Unit)之電腦。記憶部係於運算處理部100a記錄有用以實行各種處理之程式的例如硬碟所構成之電腦可讀取式記錄媒體。顯示部係由例如電腦畫面所構成。運算處理部100a係讀取在記憶部所記錄之程式，依照該程式來對構成熱處理裝置之各部送出控制訊號，以實行後述之熱處理。
此外，控制部100係組裝有用以對供給至加熱器63之電力進行控制之程式(序列)，以使得處理容器65內之被加熱物的晶圓W之溫度可高效率地收斂於設定溫度(既定溫度)。
於本實施形態，控制部100係推定複數溫度檢測元件之個別溫度，並基於所推定之推定值來控制晶圓W之溫度。此外，當所有的溫度檢測元件皆未故障之時，係藉由正常時的卡門(Kalman)過濾器來預測複數溫度檢測元件之個別溫度，當一部分之溫度檢測元件發生故障之時，藉由異常時之卡門過濾器來推定複數溫度檢測元件之個別溫度。正常時之卡門過濾器當所有的溫度檢測元件皆未故障之時，係基於檢測出溫度之檢測值來準備複數溫度檢測元件之個別溫度。異常時之卡門過濾器當所有的溫度檢測元件皆未故障之時係基於檢測出之檢測值來準備前述一之溫度檢測元件以外的溫度檢測元件的個別溫度。
其次，針對運算處理部100a之構成以及本實施形態之溫度控制方法之詳細來說明。
本實施形態之溫度控制方法當針對控制對象之狀態變數的溫度進行回饋控制之情況，當一部分之溫度變得無法檢測之時，係藉由例如使用了卡門過濾器之推定計算法則來將無法檢測之溫度的推定值加以復原。
此外，以下係以加熱器溫度感應器Ao以及處理容器內溫度感應器Ai為代表，針對處理容器內溫度感應器Ai之其中一者發生故障之時，從正常時的卡門過濾器切換為異常時之卡門過濾器之範例來說明。此外，為了便於說明起見，針對單位區域分為A1~A5這5個的情況來說明。亦即，針對設有Ai1~Ai5之5個處理容器內溫度感應器以及63-1~63-5之5個加熱器的範例來說明。
圖5係示意顯示運算處理部100a之構成概略之圖。
如圖5所示般，運算處理部100a係具有故障感測部101、預測部102、運算部103。
故障感測部101有別於例如將處理容器內溫度感應器Ai1~Ai5與運算處理部100a之預測部102加以連接之線路82，係藉由未圖示之線路來和處理容器內溫度感應器Ai1~Ai5相連接。此外，故障感測部101係例如藉由電氣方法來感測處理容器內溫度感應器Ai1~Ai5當中是否有出現斷線。
運算部103係基於預測部102所預測之預測值來運算對加熱器63所輸出之輸出值。
預測部102係藉由卡門過濾器來預測Ai1~Ai5這5個處理容器內溫度感應器之溫度。
其次，針對準備卡門過濾器之方法、以及預測部102以準備好之卡門過濾器來預測任一處理容器內溫度感應器Ai1~Ai5之溫度的方法來說明。
首先，針對準備所有處理容器內溫度感應器皆未故障時所使用之正常時的卡門過濾器之方法來說明。此外，正常時之卡門過濾器相當於本揭示之第2卡門過濾器。
成為推定對象之線形系統係成為下述式(1)所示。
x (k+1)= Ax (k)+ Bu (k) y (k)= Cx (k) (1)
於式(1)，x為n行×1列之狀態向量，u為r行×1列之輸入向量，y為m行×1列之輸出向量，A為n行×n列之狀態行列，B為n行×r列之輸入行列，C為m行×n列之輸出行列。此處，作為y當中可觀測之變數y0係成為下述式(2) x (k+1)= Ax (k)+ Bu (k)+ w (k) y o (k)= C o Cx (k)+ v o (k) (2)。式(2)中，y0為o行×1列之觀測向量，C0為o行×m列之觀測值選擇行列。w、v0為平均值0之高斯白色雜音向量，w為n行×1列之程序雜訊向量，v0為o行×1行之觀測雜訊向量。此外，w、v0之共分散行列R0係假定為以下述式(3)以及下述式(4)所示
(E{ }表示期待值)。式(3)以及式(4)中，R0為o行×o列之向量。
如此一來，狀態推定問題乃求出於時刻k+h之狀態x(k+h)的最小分散推定值、亦即設計出過濾器而可使得下述式(5)所示評價函數 ，成為最小之下述式(6) 。此外，推定誤差之共分散行列係以下述式(7) 所定義。於式(7)中，P為n行×n列之推定誤差的共分散行列。 此外，(k｜k)表示時間與觀測更新之參數。
如此一來，當受到控制輸入之情況下的卡門過濾器係成為下述式(8)至下述式(12)。
過濾器
(觀測
(觀測
卡門增益
式(8)至式(12)中，C0為o行×m列之觀測值選擇行列，Q為n行×n列之程序雜訊的共分散行列，K為n行×o列之卡門增益。若將過濾器方程式之觀測更新式(式(9))代入過濾器方程式之時間更新式(式(8))，則會成為下述式(13) 而可改寫為下述式(14) ，當共分散行列為固定之情況，卡門增益K係成為下述式(15)所示之固定 。式(15)中，R0為o行×o列之觀測雜訊之共分散行列。
此外，若將共分散方程式之觀測更新式(式(11))代入共分散方程式之時間更新式(式(10))則成為下述式(16) P (k+1｜k)= A [ P (k｜k-1)- KC o CP (k｜k-1)] A T + Q (16)，若共分散行列設為固定則成為下述式(17) P = APA T - A [ KC o CP ] A T + Q (17)。再者，若於式(17)中代入式(15)所示K，則導出下述式(18)所示代數李卡笛方程式。
此外，解式(18)所示代數李卡笛方程式可求出P，只要可求出P，則可藉由式(15)來求出固定卡門增益K。
其次，針對準備當某處理容器內溫度感應器(以下簡稱為「溫度感應器」)發生故障時所使用之異常時之卡門過濾器的方法來說明。此外，異常時之卡門過濾器相當於本揭示之第1卡門過濾器。
以下假想第1溫度感應器發生故障之情況來設計卡門過濾器。
若將可觀測之變數y0除以來自第1溫度感應器之輸出而得者定為y1，則相當於針對正常時卡門過濾器之式(2)的式會成為下述式(19) x (k+1)= Ax (k)+ Bu (k)+ w (k) y 1(k)= C 1 Cx (k)+ v 1(k) (19)。於式(19)中，y1為(o-1)行×1列之觀測向量，C1為(o-1)行×m列之輸出行列，v1為(o-1)行×1行之觀測雜訊向量。其 他，關於和式(2)共通之行列則省略說明(於以下之式子也同樣)。
對上述系統和溫度感應器之固定時同樣地設計卡門過濾器。
卡門過濾器之過濾器方程式係成為下述式(20)所示。
此時，卡門增益係以下述式(21)來求出。
於式(21)中，K1為n行×(o-1)列之卡門增益，R1為(o-1)行×(o-1)列之觀測雜訊之共分散行列。
此外，代數李卡笛方程式係成為下述式(22) 。同樣地，若求第i個溫度感應器發生故障之情況的過濾器方程式，則成為下述式(23) ，個別之卡門增益係成為下述式(24) 。於式(23)以及式(24)中，Ci為(o-1)行×m列之輸出行列，Ki為n行×(o-1)列之卡門增益，Ri為(o-1)行×(o-1)列之向量。
個別之代數李卡笛方程式係成為下述式(25)。
其次，針對正常時以及異常時之卡門過濾器之準備方法來說明。圖6係將單位區域數減少而簡略化之熱處理裝置之示意截面圖。圖7係示意顯示預測部102構成之方塊線圖。
如圖6所示般，例如假定熱處理裝置分割為5個單位區域A1~A5。此外，分別對應於5個單位區域A1~A5來設置63-1~63-5這5個加熱器，分別對應於5個單位區域A1~A5來設置有Ai1~Ai5這5個處理容器內溫度感應器。此外，分別對應於5個單位區域A1~A5，而在相當於被保持在晶圓舟44之晶圓W中心的位置處設置有5個中心用溫度感應器Ac1~Ac5。此外，分別對應於5個單位區域A1~A5，而在相當於被保持在晶圓舟44之晶圓W周緣的位置設置有5個周緣用溫度感應器Ae1~Ae5。如此一來，前述次元數n等會成為 次元數n=20
輸出數m=15
輸入數r=5
觀測數o=5。此外，中心用溫度感應器Ac1~Ac5也可設置於晶圓舟44，於準備卡門過濾器之時，也可藉由保持中心部裝設有熱電偶之晶圓W來設置。此外，周緣用溫度感應器Ae1~Ae5也可設置於晶圓舟44，當準備卡門過濾器之時，也可藉由保持周緣部裝設有熱電偶之晶圓W來設置。
此時，n行×1列之狀態向量x係如下述式(26)所示般成為20行×1列 ，r行×1列之輸入向量u係如下述式(27)所示般成為5行×1列 。u1~u5分別相當於加熱器63-1~63-5之輸出。
此外，m行×1列之輸出向量y係如下述式(28)所示般成為15行×1列 。式(28)中，yinner，1~yinner，5分別相當於處理容器內溫度感應器Ai1~Ai5之個別溫度。此外，ycenter，1~ycenter，5分別相當於中心用溫度感應器Ac1~Ac5之個別溫度。此外，yedge，1~yedge，5分別相當於周緣用溫度感應器Ae1~Ae5之個別溫度。
此外，o行×1列之觀測向量y0係如下述式(29)所示般成為5行×1列。
此外，(o-1)行×1列之觀測向量y1、y2、y3、y4、y5係如下述式(30)~式(34)所示般成為4行×1列
。y1至y5分別為處理容器內溫度感應器Ai1~Ai5個別故障時之觀測向量。
此外，n行×n列之狀態行列A係如下述式(35)所示般成為20行×20列 ，n行×r列之輸入行列B係如下述式(36)所示般成為20行×5列 ，m行×n列之輸出行列C係如下述式(37)所示般成為15行×20列 ，o行×m列之觀測值選擇行列C0係如下述式(38)所示般成為5行×15列。
此外，(o-1)行×m列之觀測值選擇行列C1、C2、C3、C4、C5係如下述式(39)~式(43)所示般成為4行×15列
。C1至C5分別為處理容器內溫度感應器Ai1~Ai5分別發生故障時之觀測值選擇行列。
此外，n行×o列之正常時之卡門增益K係如下述式(44)所示般成為20行×5列 ，n行×(o-1)列之異常時之卡門增益Ki係如下述式(45)所示般成為20行×4列 ，n行×n列之程序雜訊之共分散行列Q係如下述式(46)所示般成為20行×20列 ，o行×o列之固定時之觀測雜訊之共分散行列R0係如下述式(47)所示般成為5行×5列 ，(o-1)行×(o-1)列之觀測雜訊之共分散行列Ri係如下述式(48)所示般成為4行×4列。
如圖7所示般，預測部102係由傳遞要素Tm1~Tm21、總和點Ad1~Ad7、多埠開關Mps、輸入點Ip1~Ip3、輸出點Op1所構成。
來自處理容器內溫度感應器Ai1~Ai5之溫度檢測訊號yinner，1~yinner，5所構成之y0係從輸入點Ip1輸入。從輸入點Ip1所輸入之y0係直接輸入至總和點Ad1，而從5個引出點Wd1~Wd5來被引出。
直接輸入至總和點Ad1之y0在總和點Ad1和從傳遞要素Tm1所輸入表示時刻k之訊號進行加減運算之後，在傳遞要素Tm2進行正常時之卡門過濾器之乘法運算，然後輸入至多埠開關Mps。
另一方面，從引出點Wd1~Wd5所引出之y0係經由傳遞要素Tm3~Tm7而輸入至總和點Ad2~Ad6。於傳遞要素 Tm3~Tm7係從y0之個檢測訊號yinner，1~yinner，5屏除其中之一而選擇其餘4個檢測訊號，以由4個檢測訊號所構成之式(30)~式(34)所示y1~y5的形式輸出至總和點Ad2~Ad6。輸入至總和點Ad2~Ad6之y1~y5係於總和點Ad2~Ad6來和從傳遞要素Tm8~Tm12所輸入之時刻k的訊號進行加減運算。然後，之後在傳遞要素Tm13~Tm17分別進行異常時之卡門過濾器K1~K5之乘法運算，然後輸入至多埠開關Mps。
來自故障感測部101之檢測訊號係經由輸入點Ip2而輸入至多埠開關Mps。當所有的處理容器內溫度感應器Ai均未故障之時，多埠開關Mps會被輸入所有處理容器內溫度感應器Ai皆未故障之要旨的訊號。此時，多埠開關Mps係將從傳遞要素Tm2所輸入之訊號輸出到輸出側。
從多埠開關Mps輸出之訊號係被輸入至總和點Ad7。此外，總和點Ad7係被輸入下述訊號：從輸入點Ip3所輸入之加熱器輸出部86之輸出u1~u5所構成之式(27)所示輸入向量u在傳遞要素Tm18來和式(36)所示輸入行列B進行乘法運算所得者。此外，於總和點Ad7係被輸入下列訊號：從總和點Ad7所輸出之訊號在傳遞要素Tm19經過1單位時間遞延後，在傳遞要素Tm20和式(35)所示狀態行列A進行乘法運算。
於總和點Ad7此等3個訊號經過加減運算所得之訊號係從總和點Ad7被輸出，經過傳遞要素Tm19之後，於傳遞要素Tm21來和式(37)所示輸出行列C進行乘法運算。輸出行列C經過乘法運算之訊號係作為輸出向量y而從輸出點Op1被輸出。此外，輸出向量y也以時刻k+1之訊號的形式輸入 至傳遞要素Tm2、Tm8~Tm12，而使用在時刻k+1之輸出向量y的預測上。
此外，當所有的處理容器內溫度感應器Ai皆未故障之時，使用正常時之卡門過濾器來預測輸出向量y之推定計算法則係相當於本揭示之第2推定計算法則。
另一方面，當其中任一處理容器內溫度感應器Ai發生故障之時，故障感測部101係將發生故障之處理容器內溫度感應器Ai乃Ai1~Ai5之何溫度感應器一事告知多埠開關Mps。於是，多埠開關Mps基於來自故障感測部101之檢測訊號，將發生故障之溫度感應器以外之4個檢測訊號所構成之yi~y5的其中一者從多埠開關Mps做輸出。此外，與所有的處理容器內溫度感應器Ai皆未故障之時同樣地，以輸出向量y的形式從輸出點Op1輸出。
此外，當其中之一處理容器內溫度感應器Ai發生故障之時，使用異常時之卡門過濾器來預測輸出向量y之推定計算法則係相當於本揭示之第1推定計算法則。
於本實施形態，當其中一處理容器內溫度感應器Ai發生故障之時，基於發生故障之處理容器內溫度感應器Ai以外之處理容器內溫度感應器Ai個別檢測溫度的檢測值，藉由異常時之卡門過濾器來推定複數處理容器內溫度感應器Ai之個別溫度。亦即，當處理容器內溫度感應器Ai皆未發生故障之時，事先基於處理容器內溫度感應器Ai當中被選擇之處理容器內溫度感應器Ai以外之處理容器內溫度感應器Ai個別所檢測溫度之檢測值，來準備異常時之卡門過濾器。然後，當所選擇之處理容器內溫度感應器Ai發生故障之時，藉由準 備好之異常時之卡門過濾器來推定處理容器內溫度感應器Ai之個別溫度。從而，即便其中任一處理容器內溫度感應器Ai發生故障，仍可在晶圓溫度幾乎未變動之情況下來持續地進行溫度控制。
此外，於所有的處理容器內溫度感應器Ai皆未故障之時也基於訊號y0而藉由正常時之卡門過濾器來預測輸出向量y。由於正常時與異常時皆使用同一狀態空間模式，故狀態變數x可共通而持續進行計算。從而，即便於異常時切換預測輸出向量y之方法，仍可在晶圓溫度幾乎未變動之情況下來持續地進行溫度控制。
此外，由於固定時與異常時使用同一觀察器(觀測器)，故異常時之觀察器無須製作新的觀察器。製作成異常時之狀態預測模式之際，由於為例如增加K1~K5之卡門增益的程度，而可抑制模式尺寸之增加。
此外，在觀察器方面除了卡門過濾器以外也可使用最小維觀察器、VSS觀察器等。
此外，於本實施形態，係針對當所有的處理容器內溫度感應器Ai皆未發生故障之時，基於訊號y0來預測輸出向量y之例做了說明。但是，如圖5之虛線i所示般，當某一處理容器內溫度感應器Ai未發生故障之時，亦可不藉由卡門過濾器來預測輸出向量y，而是直接使用訊號y0，以運算部103來設定加熱器輸出部86之設定值。
其次，針對使用本實施形態之熱處理裝置的熱處理方法來說明。
圖8係用以說明使用本實施形態之熱處理裝置的熱處理方法中各製程順序之流程圖。
於實施形態(實施例)中，處理開始後，作為步驟S11係將晶圓W搬入處理容器65內(搬入製程)。圖1所示熱處理裝置10之例，例如可於裝載區40藉由移載機構47而將晶圓W從收納容器21搭載至晶圓舟44a，並將搭載有晶圓W之晶圓舟44a藉由晶圓舟搬送機構45c載置於蓋體43。此外，可藉由將載置有晶圓舟44a之蓋體43以升降機構46來上升並插入處理容器65內以搬入晶圓W。
其次，於步驟S12，係對處理容器65內部進行減壓(減壓製程)。藉由調整排氣系統74之排氣能力或是於排氣系統74與排氣埠73之間所設之未圖示之流量調整閥，可經由排氣埠73來使得對處理容器65進行排氣之排氣量增加。於是，處理容器65之內部被減壓至既定壓力。
其次，於步驟S13，係將晶圓W之溫度上升至對晶圓W進行熱處理時之既定溫度(熱處理溫度)(回復製程)。
將晶圓舟44a搬入至處理容器65內部後不久，設置於處理容器65之溫度、亦即例如可動溫度感應器Ap1~Ap10之溫度係下降至接近室溫。是以，藉由對加熱器63供給電力，可使得搭載於晶圓舟44a之晶圓W溫度上升至熱處理溫度。
此外，也可藉由使得加熱器63之發熱量與冷卻機構90之冷卻量取得平衡，來控制晶圓W之溫度收斂至熱處理溫度。
其次，於步驟S14，係藉由加熱器63進行加熱，來對保持於晶圓舟44之晶圓W進行熱處理(熱處理製程)。
藉由晶圓舟44來將複數晶圓W沿著縱向以既定間隔加以保持，並藉由加熱器63來加熱處理容器65，以使得晶圓W溫度被保持在既定溫度。於此狀態下，從氣體供給源72經由注射器71來將處理氣體供給於處理容器65內，而對晶圓W表面進行熱處理。例如供給由水蒸氣氣體所構成之處理氣體來將晶圓W表面加以氧化。此外，在晶圓W之熱處理方面不限於氧化處理，也可進行擴散、減壓CVD等各種熱處理。
其次，於步驟S15，藉由冷卻機構90而分別經由複數噴出孔92a-1~92a-10來對空間64供給冷卻氣體，藉此來冷卻處理容器65，使得晶圓W之溫度從熱處理溫度下降(冷卻製程)。此時，由送風機91所供給之冷卻氣體藉由供給至空間64來將經過熱處理之晶圓W加以冷卻。
其次，於步驟S16，將處理容器65內部回復至大氣壓(復壓製程)。藉由調整排氣系統74之排氣能力或是設置於排氣系統74與排氣埠73之間的未圖示之流量調整閥，來減少對處理容器65進行排氣之排氣量，並導入例如氮(N2)沖洗氣體來將處理容器65內部回復至大氣壓。
其次，於步驟S17係從處理容器65搬出晶圓W(搬出製程)。於圖1所示熱處理裝置10之例中，例如可使得載置有晶圓舟44a之蓋體43利用升降機構46來下降而從處理容器65內搬出至裝載區40。此外，可藉由移載機構47從從被搬出之載置於蓋體43的晶圓舟44a來將晶圓W移載至收納容器21，並將晶圓W從處理容器65搬出。此外，藉由將晶圓W從處理容器65搬出來結束熱處理作業。
此外，關於複數批次當連續進行熱處理作業之時，係進而於裝載區40藉由移載機構47來從收納容器21將晶圓W移載至晶圓舟44，再次回到步驟S11，進行下一批次之熱處理作業。
於以上之熱處理方法，同樣地當其中一處理容器內溫度感應器Ai發生故障之時，該處理容器內溫度感應器Ai以外之處理容器內溫度感應器Ai係分別基於檢測溫度之檢測值，藉由異常時之卡門過濾器來推定複數處理容器內溫度感應器Ai之個別溫度。從而，即便其中一處理容器內溫度感應器Ai發生故障，仍可在晶圓溫度幾乎未變動之情況下持續地進行溫度控制。
以上，雖針對本揭示之較佳實施形態做了記述，但本揭示不限定於特定實施形態，可於記載在申請專利範圍內之本揭示之要旨範圍內進行各種變形、變更。
此外，實施形態中係針對將基板沿著上下方向加以保持之情況做了說明。但是，保持基板之方向不限定於上下方向，也可適用於沿著任意方向以既定間隔來保持之情況。此外，進行本實施形態之溫度控制方法的溫度控制裝置不限定於將基板保持在處理容器內進行熱處理之情況，也可適用於對基板以外之各種被加熱物進行加熱之情況。此外，亦可當分別設置於不同位置之溫度感應器(溫度檢測元件)當中之一的溫度感應器發生故障之時，該溫度感應器以外之溫度感應器分別基於檢測溫度之檢測值而藉由異常時之卡門過濾器來推定複數溫度感應器之個別溫度。此外，也可基於所推定之推定值來對被加熱物之溫度進行溫度控制。
依據本揭示，即便溫度控制用之溫度檢測元件發生故障，也可在被加熱物之溫度幾乎未變動的情況下持續地進行溫度控制。
本揭示係基於2011年8月10日申請之日本專利申請第2011-175175號之優先權利益，該日本申請全部內容作為參考文獻加入本說明書中。
10‧‧‧熱處理裝置
20‧‧‧載置台
21‧‧‧收納容器
22‧‧‧收納容器
23‧‧‧整列裝置
30‧‧‧框體
31‧‧‧基座板
40‧‧‧裝載區
41‧‧‧門機構
42‧‧‧擋門機構
43‧‧‧蓋體
44‧‧‧晶圓舟
44a,44b‧‧‧晶圓舟
45a,45b‧‧‧基台
45c‧‧‧晶圓舟搬送機構
46‧‧‧升降機構
47‧‧‧移載機構
48‧‧‧保溫筒
49‧‧‧旋轉機構
50‧‧‧頂板
51‧‧‧底板
52‧‧‧支柱
53‧‧‧爪部
54‧‧‧輔助柱
57‧‧‧基台
58‧‧‧升降臂
59‧‧‧叉件
60‧‧‧熱處理爐
62‧‧‧襯套
62a‧‧‧隔熱材
63‧‧‧加熱器
63-1~63-10‧‧‧加熱器
64‧‧‧空間
65‧‧‧處理容器
66‧‧‧基座板
68‧‧‧歧管
71‧‧‧注射器
72‧‧‧氣體供給源
73‧‧‧排氣埠
74‧‧‧排氣系統
81‧‧‧線路
82‧‧‧線路
83‧‧‧線路
86‧‧‧加熱器輸出部
87‧‧‧加熱器輸出線路
88‧‧‧加熱器端子
90‧‧‧冷卻機構
91‧‧‧送風機
91a‧‧‧電力供給部
92‧‧‧送風管
92a-1~92a-10‧‧‧噴出孔
94‧‧‧排氣管
94a‧‧‧排氣口
95‧‧‧熱交換器
100(100a)‧‧‧控制部
101‧‧‧故障感測部
102‧‧‧預測部
103‧‧‧運算部
A1~A10‧‧‧單位區域
Ao,Ao1~A010‧‧‧加熱器溫度感應器
Ai,Ai1~Ai10‧‧‧處理容器內溫度感應器
Ap1~Ap10‧‧‧可動溫度感應器
Ac1~Ac5‧‧‧中心用溫度感應器
Ae1~Ae5‧‧‧周緣用溫度感應器
Ad1~Ad7‧‧‧總和點
Ip1~Ip3‧‧‧輸入點
Mps‧‧‧多埠開關
Tm1~Tm21‧‧‧傳遞要素
Op1‧‧‧輸出點
Wd1~Wd5‧‧‧引出點
圖1係示意顯示實施形態之熱處理裝置之縱截面圖。
圖2係示意顯示裝載區之立體圖。
圖3係示意顯示晶圓舟一例之立體圖。
圖4係顯示熱處理爐構成之概略的截面圖。
圖5係示意顯示運算處理部構成之概略之圖。
圖6係將單位區域數量減少而簡略化之熱處理裝置之示意截面圖。
圖7係示意顯示預測部構成之方塊線圖。
圖8係用以說明使用實施形態之熱處理裝置的熱處理方法中各製程順序的流程圖。
43‧‧‧蓋體
44‧‧‧晶圓舟
46‧‧‧升降機構
48‧‧‧保溫筒
49‧‧‧旋轉機構
62‧‧‧襯套
62a‧‧‧隔熱材
63‧‧‧加熱器
63-1~63-10‧‧‧加熱器
64‧‧‧空間
65‧‧‧處理容器
66‧‧‧基座板
68‧‧‧歧管
71‧‧‧注射器
72‧‧‧氣體供給源
73‧‧‧排氣埠
74‧‧‧排氣系統
81‧‧‧線路
82‧‧‧線路
83‧‧‧線路
86‧‧‧加熱器輸出部
87‧‧‧加熱器輸出線路
88‧‧‧加熱器端子
90‧‧‧冷卻機構
91‧‧‧送風機
91a‧‧‧電力供給部
92‧‧‧送風管
92a-1~92a-10‧‧‧噴出孔
94‧‧‧排氣管
94a‧‧‧排氣口
95‧‧‧熱交換器
100(100a)‧‧‧控制部
A1~A10‧‧‧單位區域
Ao1~A010‧‧‧加熱器溫度感應器
Ai1~Ai10‧‧‧處理容器內溫度感應器
Ap1~Ap10‧‧‧可動溫度感應器

Claims (9)

  1. 一種溫度控制方法，係基於分別設置於互異位置之複數溫度檢測元件檢測溫度之檢測值，來對於包含有分別設置於互異位置之複數發熱元件、用以對被加熱物進行加熱之加熱部當中的該發熱元件之發熱量進行控制，藉以控制該被加熱物之溫度；當該複數溫度檢測元件中任一溫度檢測元件發生故障之時，基於發生故障之溫度檢測元件以外之溫度檢測元件所檢測之檢測值，藉由推定該複數溫度檢測元件之個別溫度的第1推定計算法則來推定該複數溫度檢測元件之個別溫度，並基於所推定之推定值來控制該被加熱物之溫度；該第1推定計算法則係使用第1卡門過濾器來推定該複數溫度檢測元件之個別溫度。
  2. 如申請專利範圍第1項之溫度控制方法，其中當該複數溫度檢測元件中任一溫度檢測元件發生故障之時，乃基於該檢測值以及分別對應於該複數溫度檢測元件之個別溫度檢測元件而設置之該複數發熱元件之個別發熱量，來推定該複數溫度檢測元件之個別溫度。
  3. 如申請專利範圍第1項之溫度控制方法，當該複數溫度檢測元件中任一溫度檢測元件皆未發生故障之時，乃事先基於該複數溫度檢測元件當中被選擇之溫度檢測元件以外的溫度檢測元件所檢測之檢測值來準備該第1卡門過濾器，當被選擇之該溫度檢測元件發生故障之時，藉由已準備之該第1卡門過濾器來推定該複數溫度檢測元件之個別溫度。
  4. 如申請專利範圍第1項之溫度控制方法，當該複數溫度檢測元件中任一溫度檢測元件皆未發生故障之時，基於該複數溫度檢測元件個別所檢測之檢測值，藉由推定該複數溫度檢測元件之個別溫度的第2推定計算法則來推定該複數溫度檢測元件之個別溫度，並基於所推定之推定值來控制該被加熱物之溫度。
  5. 如申請專利範圍第4項之溫度控制方法，其中該第2推定計算法則係使用第2卡門過濾器來推定該複數溫度檢測元件之個別溫度。
  6. 如申請專利範圍第5項之溫度控制方法，當該複數溫度檢測元件中任一溫度檢測元件皆未發生故障之時，乃基於該檢測值以及分別對應於該複數溫度檢測元件之個別溫度檢測元件而設置之該複數發熱元件之個別發熱量，來推定該複數溫度檢測元件之個別溫度。
  7. 一種溫度控制裝置，係具有：複數溫度檢測元件，係分別設置於互異位置；加熱部，係包含有分別設置於互異位置之複數發熱元件，用以將被加熱物予以加熱；以及控制部，係基於該複數溫度檢測元件檢測溫度之檢測值來控制該加熱部之該發熱元件之發熱量，以控制該被加熱物之溫度；該控制部當該複數溫度檢測元件中任一溫度檢測元件發生故障之時，乃基於發生故障之溫度檢測元件以外之溫度檢測元件所檢測之檢測值，藉由推定該複數溫度檢測元件之 個別溫度的第1推定計算法則來推定該複數溫度檢測元件之個別溫度，並基於所推定之推定值來控制該被加熱物之溫度；該第1推定計算法則係使用第1卡門過濾器來推定該複數溫度檢測元件之個別溫度。
  8. 一種熱處理裝置，係對基板進行熱處理；係具有：處理容器；基板保持部，係於該處理容器內將複數基板沿著固定方向以既定間隔加以保持；加熱部，係包含有沿著該固定方向個別設置於互異位置之複數發熱元件，將被保持在該處理容器內之基板予以加熱；複數溫度檢測元件，係沿著該固定方向個別設置於互異位置；以及控制部，係基於該複數溫度檢測元件檢測溫度之檢測值來控制該加熱部之該發熱元件之發熱量，以控制該基板之溫度；該控制部當該複數溫度檢測元件中任一溫度檢測元件發生故障之時，乃基於發生故障之溫度檢測元件以外之溫度檢測元件所檢測之檢測值，藉由推定該複數溫度檢測元件之個別溫度的第1推定計算法則來推定該複數溫度檢測元件之個別溫度，並基於所推定之推定值來控制該基板之溫度；該第1推定計算法則係使用第1卡門過濾器來推定該複數溫度檢測元件之個別溫度。
  9. 如申請專利範圍第8項之熱處理裝置，其中該控制部係當該複數溫度檢測元件中任一溫度檢測元件發生故障之時，乃基於該檢測值以及分別對應於該複數溫度檢測元件之 個別溫度檢測元件而設置之該複數發熱元件之個別發熱量，來推定該複數溫度檢測元件之個別溫度。
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