專利名稱：縱型熱處理裝置及其控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種縱型熱處理裝置及其控制方法。
背景技術：
在半導體設備的制造中，為了對被處理體例如半導體晶圓實施氧化、擴散、CVD、退火等的熱處理而使用各種熱處理裝置。作為其一，已知能夠一次進行多張的熱處理的縱型熱處理裝置。該縱型熱處理裝置具備石英制的處理容器，其在下部具有開口部；蓋體，其開閉該處理容器的開口部；保持工具，其設置在該蓋體上，在上下方向以規(guī)定的間隔來保持多張被處理體；以及爐本體，其設置在前述處理容器的周圍，包含對搬入在處理容器內的前述被處理體進行加熱的加熱器。另外，作為縱型熱處理裝置，還提出了具備送風機的裝置，該送風機用于向包含加熱器的爐本體內送入空氣來對處理容器強制地進行空冷(例如，參照日本特開 2002-305189號公報)。前述送風機是為了在熱處理結束之后迅速地冷卻晶圓以及處理容器而使用。另外，作為熱處理，有例如在晶圓形成低介電常數(shù)的膜時那樣低溫域例如100 500°C中的熱處理。在該低溫域中的熱處理的情況下如何迅速地升溫/收斂為規(guī)定的熱處理溫度成為課題。作為低溫用熱處理裝置，提出了為了使熱響應性良好而不使用石英制的處理容器但具有金屬制的處理室的熱處理裝置。另一方面，在熱處理時產(chǎn)生反應生成物、副生成物等的附著物的情況下，在裝置結構上需要清洗、更換容易的石英制的處理容器。另外，通過使用具有高的隔熱性能的加熱器，能夠實現(xiàn)裝置的節(jié)能化，但是由此爐內溫度的控制性惡化。在該情況下，如何迅速地升溫/收斂為規(guī)定的熱處理溫度成為課題，這不是限于低溫域的課題。專利文獻1 日本特開2002-305189號公報專利文獻2 日本特開2005-188869號公報

發(fā)明內容
發(fā)明要解決的問題然而，在具有石英制的處理容器的縱型熱處理裝置中，處理容器的熱容量大，因此存在如下問題低溫域中的升溫恢復中的收斂時間長。另外，在為了節(jié)能化等而使用高隔熱的加熱器的情況下，是不限于低溫域而產(chǎn)生的問題。當升溫恢復中的收斂時間長時，對生產(chǎn)能力的提高帶來影響。這種收斂時間長的問題是不僅在升溫過程而且在降溫過程或者溫度穩(wěn)定時也同樣產(chǎn)生的問題。本發(fā)明是考慮這種問題而完成的，其目的在于提供一種熱處理裝置及其控制方法，其能夠縮短低溫域中或者使用了具有高的隔熱性能的加熱器時的升溫過程、降溫過程或者溫度穩(wěn)定時的收斂時間，能夠將處理容器內的溫度高精度地收斂為目標溫度。用于解決問題的方案
本發(fā)明是一種熱處理裝置，其特征在于，具備爐本體；加熱器，其設置在爐本體內周面；處理容器，其配置在爐本體內，與爐本體之間形成空間，并且在該處理容器內部收納多個被處理體；鼓風機，其連接于爐本體，向爐本體與處理容器之間的空間供給冷卻介質；溫度傳感器，其檢測處理容器內部或者外部的溫度；以及控制裝置，其控制加熱器和鼓風機，調整處理容器內的溫度來使處理容器內的溫度收斂為規(guī)定的目標溫度，其中，上述控制裝置具有加熱器輸出運算部，其根據(jù)預先確定的設定溫度和來自溫度傳感器的溫度來決定在僅用加熱器進行溫度調整時的加熱器輸出；以及鼓風機輸出運算部，其根據(jù)來自加熱器輸出運算部的加熱器輸出來決定鼓風機輸出。本發(fā)明是一種熱處理裝置，其特征在于，在來自加熱器輸出運算部的加熱器輸出為負的情況下鼓風機輸出運算部產(chǎn)生鼓風機輸出，在加熱器輸出大于等于零的情況下鼓風機輸出運算部停止鼓風機輸出。本發(fā)明是一種熱處理裝置，其特征在于，在來自加熱器輸出運算部的加熱器輸出的斜率低于某閾值的情況下鼓風機輸出運算部產(chǎn)生鼓風機輸出，在加熱器輸出的斜率高于某閾值的情況下鼓風機輸出運算部停止鼓風機輸出。本發(fā)明是一種熱處理裝置，其特征在于，控制裝置還具有將來自鼓風機輸出運算部的鼓風機輸出轉換為冷卻介質流量的流量控制運算部。本發(fā)明是一種熱處理裝置，其特征在于，流流量控制運算部根據(jù)冷卻介質流量來進行鼓風機的轉速控制。本發(fā)明一種熱處理裝置的控制方法，用于控制上述的熱處理裝置，該方法的特征在于，具備如下步驟在控制裝置的加熱器輸出運算部中，根據(jù)預先確定的設定溫度和來自溫度傳感器的溫度來決定在僅用加熱器進行溫度調整時的加熱器輸出；以及根據(jù)來自加熱器輸出運算部的加熱器輸出，由鼓風機輸出運算部決定鼓風機輸出。本發(fā)明是一種熱處理裝置的控制方法，其特征在于，在來自加熱器輸出運算部的加熱器輸出為負的情況下鼓風機輸出運算部產(chǎn)生鼓風機輸出，在加熱器輸出大于等于零的情況下鼓風機輸出運算部停止鼓風機輸出。本發(fā)明是一種熱處理裝置的控制方法，其特征在于，在來自加熱器輸出運算部的加熱器輸出的斜率低于某閾值的情況下鼓風機輸出運算部產(chǎn)生鼓風機輸出，在加熱器輸出的斜率高于某閾值的情況下鼓風機輸出運算部停止鼓風機輸出。本發(fā)明是一種熱處理裝置的控制方法，其特征在于，還具備如下步驟將來自鼓風機輸出運算部的鼓風機輸出通過流量控制運算轉換為冷卻介質流量。本發(fā)明是一種熱處理裝置的控制方法，其特征在于，流量控制運算部根據(jù)冷卻介質流量來進行鼓風機的轉速控制。本發(fā)明是一種熱處理裝置，其特征在于，具備爐本體；加熱器，其設置在爐本體內周面；處理容器，其配置在爐本體內，與爐本體之間形成空間，并且在該處理容器內部收納多個被處理體；鼓風機，其經(jīng)由冷卻介質供給線連接于爐本體，向爐本體與處理容器之間的空間供給冷卻介質；閥機構，其調整從鼓風機供給的冷卻介質的流量；溫度傳感器，其檢測處理容器內部或者外部的溫度；以及控制裝置，其控制加熱器和閥機構，調整處理容器內的溫度來使處理容器內的溫度收斂為規(guī)定的目標溫度，其中，上述控制裝置具有加熱器輸出運算部，其根據(jù)預先確定的設定溫度和來自溫度傳感器的溫度來決定在僅用加熱器進行溫度調整時的加熱器輸出；冷卻輸出運算部，其根據(jù)來自加熱器輸出運算部的加熱器輸出來決定冷卻輸出；以及流量控制運算部，其將來自冷卻輸出運算部的冷卻輸出轉換為冷卻介質流量，其中，流量控制運算部根據(jù)冷卻介質流量來控制閥機構。本發(fā)明是一種熱處理裝置，其特征在于，在來自加熱器輸出運算部的加熱器輸出為負的情況下冷卻輸出運算部產(chǎn)生冷卻輸出，在加熱器輸出大于等于零的情況下冷卻輸出運算部停止冷卻輸出。本發(fā)明是一種熱處理裝置，其特征在于，在來自加熱器輸出運算部的加熱器輸出的斜率低于某閾值的情況下冷卻輸出運算部產(chǎn)生冷卻輸出，在加熱器輸出的斜率高于某閾值的情況下冷卻輸出運算部停止冷卻輸出。本發(fā)明是一種熱處理裝置的控制方法，用于控制上述的熱處理裝置，該方法的特征在于，具備如下步驟在控制裝置的加熱器輸出運算部中，根據(jù)預先確定的設定溫度和來自溫度傳感器的溫度來決定在僅用加熱器進行溫度調整時的加熱器輸出；根據(jù)來自加熱器輸出運算部的加熱器輸出，由冷卻輸出運算部來決定冷卻輸出；以及將來自冷卻輸出運算部的冷卻輸出通過流量控制運算部轉換為冷卻介質流量，其中，流量控制運算部根據(jù)冷卻介質流量來控制閥機構。本發(fā)明是一種熱處理裝置的控制方法，其特征在于，在來自加熱器輸出運算部的加熱器輸出為負的情況下冷卻輸出運算部產(chǎn)生冷卻輸出，在加熱器輸出大于等于零的情況下冷卻輸出運算部停止冷卻輸出。本發(fā)明是一種熱處理裝置的控制方法，其特征在于，在來自加熱器輸出運算部的加熱器輸出的斜率低于某閾值的情況下冷卻輸出運算部產(chǎn)生冷卻輸出，在加熱器輸出的斜率高于某閾值的情況下冷卻輸出運算部停止冷卻輸出。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，能夠縮短低溫域中的升溫恢復中的收斂時間并且能夠將處理容器內的溫度高精度地收斂為目標溫度，由此能夠實現(xiàn)生產(chǎn)能力的提高?；蛘?，在使用了高的隔熱性能的加熱器的情況下，對生產(chǎn)能力不帶來影響而能夠實現(xiàn)功耗的降低。


圖1的(a)是概要性地表示本發(fā)明的第1實施方式的熱處理裝置的縱截面圖，圖 1的(b)是表示熱處理裝置的控制裝置的圖。圖2是表示熱處理裝置的冷卻介質供給線以及冷卻介質排氣線的圖。圖3的(a)、(b)、(c)是表示熱處理裝置的控制方法的圖。圖4是表示熱處理裝置的控制方法的圖。圖5是表示本發(fā)明的第2實施方式的熱處理裝置的控制裝置的圖。附圖標記說明w 半導體晶圓(被處理體)；1 熱處理裝置；2 熱處理爐；3 處理容器；3a 爐口 ； 5 爐本體；16 隔熱材料；18 加熱器元件(發(fā)熱電阻體)；18A 加熱器；18B 加熱器驅動部；33 空間；40 冷卻介質吹出孔；49 供給管道；50 溫度傳感器；51 控制裝置；51a 加熱器輸出運算部；51b 鼓風機輸出運算部；51c 設定溫度決定部；51e 流量控制運算部； 52 冷卻介質供給線；53 冷卻介質供給鼓風機；53a 逆變器驅動部；62 冷卻介質排氣線；63 冷卻介質排氣鼓風機；63a 逆變器驅動部。
具體實施例方式第1實施方式下面參照

本發(fā)明的第1實施方式。這里圖1的(a)是概要性地表示本發(fā)明的熱處理裝置的縱截面圖，圖1的(b)是表示熱處理裝置的控制裝置的圖，圖2是表示縱型熱處理裝置的冷卻介質供給線以及冷卻介質排氣線的圖，圖3的(a)、(b)、(c)是表示熱處理裝置的控制方法的圖，圖4是表示熱處理裝置的控制方法的圖。在圖1中，縱型的熱處理裝置1具備能夠一次收容多張被處理體例如半導體晶圓 w來實施氧化、擴散、減壓CVD等的熱處理的縱型的熱處理爐2。該熱處理爐2具備爐本體 5，其在內周面設置發(fā)熱電阻體(加熱器)18A ；以及處理容器3，其配置在爐本體5內，與爐本體5之間形成空間33，并且用于收容晶圓w來進行熱處理。其中加熱器18A如后述那樣由多個加熱器元件18構成。另外，爐本體5是通過底板6來支撐，在該底板6中形成有用于將處理容器3從下方插入到上方的開口部7。另外，在底板6的開口部7中設有未圖示的隔熱材料以覆蓋底板 6與處理容器3之間的間隙。處理容器3是由石英制構成，具有上端被閉塞、下端作為爐口 3a而開口、縱長的圓筒狀形狀。在處理容器3的下端形成向外的法蘭北，法蘭北經(jīng)由未圖示的法蘭壓板而被上述底板6支承。另外在處理容器3中，下側部設有用于將處理氣體、惰性氣體等導入處理容器3內的導入端口(導入口)8以及用于將處理容器3內的氣體進行排氣的未圖示的排氣端口(排氣口)。在導入端口 8連接有氣體供給源(未圖示)，在排氣端口連接有具備真空泵的排氣系統(tǒng)(未圖示)，該真空泵例如能夠減壓控制為133 X 600 133 X10_2!^左右。在處理容器3的下方通過未圖示的升降機構來能夠升降移動地設置用于將處理容器3的爐口 3a閉塞的蓋體10。在該蓋體10的上部載置作為爐口保溫單元的保溫筒11， 在該保溫筒11的上部載置石英制的板12，該石英制的板12是在上下方向以規(guī)定的間隔來搭載多張例如100 150張左右的直徑為300mm的晶圓w的保持工具。在蓋體10具有使板12繞其軸心進行旋轉的旋轉機構13。通過蓋體10的下降移動來將板12從處理容器3 內搬出(卸載)到下方的加載區(qū)域15內，在晶圓w的交接之后，通過蓋體10的上升移動來將板12搬入(加載)到處理容器3內。上述爐本體5具有圓筒狀的隔熱材料16以及在該隔熱材料16的內周面中沿軸方向(在圖示例子中上下方向)形成為多段的溝狀的架部17，沿著各架部17配置加熱器元件 (加熱器線、發(fā)熱電阻體)18。隔熱材料16例如包括二氧化硅、氧化鋁或者包含硅酸氧化鋁的無機質纖維。隔熱材料16被縱向分割為兩部分，因此能夠容易地進行加熱器元件的裝配以及加熱器的組裝。在上述隔熱材料16中配設有銷部件(未圖示)，該銷部件以使上述加熱器元件 18適當間隔地沿徑方向移動并且不會從架部17脫落或脫出的方式來保持上述加熱器元件 18。在上述圓筒狀的隔熱材料16的內周面上沿軸方向以規(guī)定間距多段地形成有與隔熱材料16同心的環(huán)狀的溝部21，在相鄰的上部的溝部21與下部的溝部21之間形成了沿周方向連續(xù)的環(huán)狀的上述架部17。在上述溝部21中的加熱器元件18的上部與下部以及溝部21的內壁與加熱器元件18之間設有能夠允許加熱器元件18的熱膨脹收縮以及沿徑方向移動的足夠的間隙，另外通過這些間隙進行強制冷卻時冷卻介質迂回到加熱器元件18的背面， 使得能夠有效地冷卻加熱器元件18。此外，作為這種冷卻介質可考慮空氣、氮氣或者水。各加熱器元件18間是通過連接板來接合，位于端部側的加熱器元件18經(jīng)由端子板22a、22b連接于外部的加熱器驅動部18B，該端子板22a、22b設置成沿徑方向貫通隔熱材料16。如圖1所示，為了保持爐本體5的隔熱材料16的形狀并且加強隔熱材料16，隔熱材料16的外周面被金屬制例如不銹鋼制的外皮(外殼) 覆蓋。另外，為了抑制對爐本體 5的外部的熱影響，外皮觀的外周面被水冷外套30覆蓋。在隔熱材料16的頂部設有覆蓋它的上部隔熱材料31，在該上部隔熱材料31的上部設有覆蓋外皮觀的頂部(上端部)的不銹鋼制的頂板32。另外，如圖1以及圖2所示，在熱處理之后為了使晶圓快速降溫來實現(xiàn)處理的迅速化以至提高生產(chǎn)能力，在爐本體5中設有將爐本體5與處理容器3之間的空間33內的環(huán)境氣向外部排出的排熱系統(tǒng)35以及向上述空間33內導入常溫QO 30°C )的冷卻介質來強制地進行冷卻的強制冷卻介質單元36。上述排熱系統(tǒng)35包括設置在例如爐本體5的上部的排氣口 37，該排氣口 37連接有將空間33內的冷卻介質進行排氣并且具有流量傳感器 62a的冷卻介質排氣線62。并且，強制冷卻介質單元36具有環(huán)狀流路38，其在上述爐本體5的隔熱材料16 與外皮觀之間沿高度方向形成有多個；以及冷卻介質吹出孔40，其設置在隔熱材料16使得從各環(huán)狀流路38向隔熱材料16的中心傾斜方向吹出冷卻介質來在上述空間33的周方向產(chǎn)生渦流。上述環(huán)狀流路38是通過在隔熱材料16的外周面粘貼帶狀或者環(huán)狀的隔熱材料41、或者將隔熱材料16的外周面切削為環(huán)狀來形成的。上述冷卻介質吹出孔40形成在隔熱材料16中的上下鄰接的加熱器元件18之間的架部17中并沿徑方向的內外貫通架部 17。由此將冷卻介質吹出孔40設置在架部17中，不妨礙加熱器元件18就能夠將冷卻介質噴出到上述空間33。另外，雖然說明了作為加熱器元件18使用帶狀的發(fā)熱電阻體而收納在架部17內的例子，但是作為加熱器元件18不限于這種結構，也能夠使用其它各種結構的加熱元件。 另外，雖然說明了通過從冷卻介質吹出孔40吹出冷卻介質來在空間33內產(chǎn)生渦流的例子， 但是不是必須通過從冷卻介質吹出孔40吹出冷卻介質來產(chǎn)生渦流。在上述外皮觀的外周面沿高度方向設有用于向各環(huán)狀流路38分配供給冷卻介質的共用的1根供給管道49，在外皮觀中形成連通供給管道49內與各環(huán)狀流路38的連通口。供給管道49連接有用于供給冷卻介質且具有流量傳感器52a的冷卻介質供給線52。另外，在處理容器3內，設置檢測該處理容器3內的溫度的溫度傳感器50，來自該溫度傳感器50的檢測信號經(jīng)由信號線50a來發(fā)送到控制裝置51。此外，沒必要必須將溫度傳感器50設置在處理容器3內，也可以在爐本體5與處理容器3之間的空間33內設置溫度傳感器50、或者在兩者中均設置溫度傳感器50。另外，如圖1以及圖2所示，冷卻介質供給線52和冷卻介質排氣線62分別獨立地構成開放系統(tǒng)冷卻介質供給/排氣線。其中在冷卻介質供給線52中設置冷卻介質供給鼓風機53，該冷卻介質供給鼓風機53具有逆變器驅動部53a。
另外，在冷卻介質供給鼓風機53的入口側中設有調節(jié)風門56，在冷卻介質供給鼓風機53的出口側中配置有孔閥M以及蝶閥55。這些冷卻介質供給鼓風機53的入口側的調節(jié)風門56以及冷卻介質供給鼓風機53的出口側的孔閥M以及蝶閥55都能夠自由開閉調整，調節(jié)風門56、孔閥M以及蝶閥55構成冷卻介質供給線側閥機構54A。另外，在冷卻介質排氣線62中設置冷卻介質排氣鼓風機63，該冷卻介質排氣鼓風機63具有逆變器驅動部63a。并且，在冷卻介質排氣鼓風機63的入口側中設有蝶閥66以及孔閥67，在冷卻介質排氣鼓風機63的出口側中配置了孔閥64、蝶閥65。這些冷卻介質排氣鼓風機63的入口側的蝶閥66以及孔閥67、以及冷卻介質排氣鼓風機63的出口側的孔閥64以及蝶閥65都能夠自由開閉調整，并且冷卻介質排氣鼓風機63的入口側的蝶閥66和孔閥67以及冷卻介質排氣鼓風機63的出口側的孔閥64以及蝶閥65構成冷卻介質排氣線側閥機構64A。接著詳述連接于溫度傳感器50的控制裝置51。溫度傳感器50是如上述那樣設置在處理容器3內來檢測處理容器3內的溫度的傳感器，也可以通過在爐本體5與處理容器3之間的空間33內設置溫度傳感器50來間接地檢測處理容器3內的溫度。由溫度傳感器50檢測出的檢測信號經(jīng)由信號線50a發(fā)送到控制裝置51。該控制裝置51用于在例如100°C 500°C的低溫區(qū)域中的升溫過程、降溫過程或者溫度穩(wěn)定時來縮短針對規(guī)定的目標溫度的收斂時間并且高精度地接近目標溫度(圖1的(b))。即控制裝置51具有加熱器輸出運算部51a，其根據(jù)預先在設定溫度決定部51c 中確定的設定溫度和來自溫度傳感器50的溫度來決定在僅用加熱器18A進行溫度調整時的加熱器輸出；以及鼓風機輸出運算部51b，其根據(jù)來自加熱器輸出運算部51a的加熱器輸出來決定鼓風機輸出。這里例如在升溫過程中針對規(guī)定的目標溫度，使處理容器3內的溫度收斂為該目標溫度，因此在設定溫度決定部51c中確定設定溫度A(參照圖3的(a)、(b)、(c))。而且由該設定溫度決定部51c決定的設定溫度A發(fā)送給加熱器輸出運算部51a。另外，通過加熱器輸出運算部51所求出的加熱器輸出發(fā)送給加熱器驅動部18B， 通過該加熱器驅動部18B根據(jù)通過加熱器輸出運算部51所求出的加熱器輸出來驅動控制加熱器18A的加熱器元件18。另一方面，通過鼓風機輸出運算部51b所求出的鼓風機輸出發(fā)送給逆變器驅動部 53a、63a，通過這些逆變器驅動部53a、63a驅動控制冷卻介質供給鼓風機53和冷卻介質排氣鼓風機63。由此，通過冷卻介質供給鼓風機53和冷卻介質排氣鼓風機63來向爐本體5與處理容器3之間的空間33內供給冷卻介質。此外，雖然表示了通過設置冷卻介質供給鼓風機53和冷卻介質排氣鼓風機63來向爐本體5與處理容器3之間的空間33內供給冷卻介質的例子，但是不限于此，也可以只設置冷卻介質供給鼓風機53和冷卻介質排氣鼓風機63中的任一個來向爐本體5與處理容器3之間的空間33內供給冷卻介質。另外，在這種情況下，也可以將冷卻介質供給線和冷卻介質排氣線都與鼓風機連接來構成閉合系統(tǒng)冷卻介質供給/排氣線。例如在只設置冷卻介質供給鼓風機53的情況下，根據(jù)鼓風機輸出運算部51b所求出的鼓風機輸出來驅動控制冷卻介質供給鼓風機53的逆變器驅動部53a。接著說明由這種結構構成的熱處理裝置的作用。首先，在板12內搭載晶圓w，搭載了晶圓w的板12載置在蓋體10的保溫筒11上。 之后通過蓋體10的上升移動將板12搬入到處理容器3內。接著，控制裝置51控制加熱器驅動部18B來使加熱器元件18進行動作，對爐本體 5與處理容器3之間的空間33進行加熱，對搭載在處理容器3內的板12的晶圓w實施所需的熱處理。在這期間，如后述那樣，根據(jù)需要希望實現(xiàn)熱處理作業(yè)的高效化，因此對爐本體5 與處理容器3之間的空間33內強制地進行冷卻。在這種情況下，首先通過控制裝置51控制而冷卻介質供給鼓風機53以及冷卻介質排氣鼓風機M進行動作。此時冷卻介質(20 30°C )被導入冷卻介質供給線52內，接著從冷卻介質供給鼓風機53向供給管道49送出冷卻介質。之后供給管道49內的冷卻介質進入形成在爐本體5的隔熱材料16外側的各環(huán)狀流路38內，接著環(huán)狀流路38內的冷卻介質從貫通隔熱材料16而設置的冷卻介質吹出孔40 吹出到爐本體5與處理容器3之間的空間33內，對該空間33內強制地進行冷卻?？臻g33內的冷卻介質在經(jīng)過冷卻介質排氣線62通過熱交換器69冷卻之后，通過冷卻介質排氣鼓風機63向外部排氣。接著通過圖3的(a)、(b)、(c)下面詳述用于調整處理容器3內的溫度來使處理容器3內的溫度收斂為規(guī)定的目標溫度T的控制裝置51中的控制方法。這里圖3的(a)是表示針對規(guī)定的目標溫度由設定溫度決定部51c求出的設定溫度A和控制對象的溫度(來自溫度傳感器50的溫度)B的圖，圖3的(b)是表示控制裝置 51中的第1控制方法的圖，圖3的(c)是表示控制裝置51中的第2控制方法的圖。首先通過圖3的(a)、(b)敘述控制裝置51中的第1控制方法。如圖3的(a)、(b) 所示，在冷溫區(qū)域中的升降過程中為了收斂為規(guī)定的目標溫度T，而在控制裝置51的設定溫度決定部51c中求出設定溫度A。接著來自設定溫度決定部51c的設定溫度A輸入到加熱器輸出運算部51a，在該加熱器輸出運算部51a中根據(jù)來自設定溫度決定部51c的設定溫度A和來自溫度傳感器50 的溫度B來求出在僅用加熱器18A進行溫度調整時的加熱器輸出。接著如圖3的(b)所示，通過加熱器輸出運算部51a求出的加熱器輸出被發(fā)送給鼓風機輸出運算部51b。在鼓風機輸出運算部51b中，在加熱器輸出成為負的情況下，決定與該負值量的加熱器輸出對稱形狀的鼓風機輸出。此外，在鼓風機輸出運算部51b中，在加熱器輸出成為負的情況下，只要決定與負值量的加熱器輸出相對應的形狀的鼓風機輸出即可，這種情況下的加熱器輸出和鼓風機輸出不需要必須具有對稱形狀。接著根據(jù)通過加熱器輸出運算部51a求出的加熱器輸出，加熱器驅動部18B驅動控制加熱器18A。同時根據(jù)通過鼓風機輸出運算部51b求出的鼓風機輸出，逆變器驅動部 53a、63a通過分別對冷卻介質供給鼓風機53和冷卻介質排氣鼓風機63進行轉速控制來進行驅動控制。
這樣，根據(jù)由加熱器輸出運算部51a求出的加熱器輸出，通過加熱器驅動部18B來驅動加熱器18A，并且在加熱器輸出成為負的情況下，根據(jù)該加熱器輸出的負值量來通過鼓風機輸出運算部51b求出鼓風機輸出，在加熱器輸出成為大于等于零的情況下停止鼓風機輸出。由此，能夠使控制對象的溫度B高精度地接近設定溫度A并且迅速地收斂為規(guī)定的目標溫度。此外，鼓風機輸出運算部51b不僅可以是將加熱器輸出的零作為閾值根據(jù)負值量來決定鼓風機輸出，也可以是關于該閾值設置規(guī)定的偏置來決定鼓風機輸出。接著通過圖3的(a)、(c)敘述控制裝置51中的第2控制方法。如圖3的(a)、(c) 所示，在低溫區(qū)域中的升降過程中使其收斂為規(guī)定的目標溫度T，因此在控制裝置51的設定溫度決定部51c中求出設定溫度A。接著來自設定溫度決定部51c的設定溫度A輸入到加熱器輸出運算部51a，在該加熱器輸出運算部51a中，根據(jù)來自設定溫度決定部51c的設定溫度A和來自溫度傳感器50 的溫度B來求出在僅用加熱器18A進行溫度調整時的加熱器輸出。接著如圖3的(c)所示，通過加熱器輸出運算部51a求出的加熱器輸出發(fā)送給鼓風機輸出運算部51b。在鼓風機輸出運算部51b中，決定鼓風機輸出使得在加熱器輸出的斜率為負的情況下產(chǎn)生鼓風機輸出、在加熱器輸出的斜率為大于等于零的情況下停止鼓風機輸出。接著根據(jù)通過加熱器輸出運算部51a求出的加熱器輸出，加熱器驅動部18B驅動控制加熱器18A。同時根據(jù)通過鼓風機輸出運算部51b求出的鼓風機輸出，逆變器驅動部 53a、63a分別對冷卻介質供給鼓風機53和冷卻介質排氣鼓風機63進行轉速控制來進行驅動控制。這樣，根據(jù)由加熱器輸出運算部51a求出的加熱器輸出，通過加熱器驅動部18B來驅動加熱器18A，并且在加熱器輸出的斜率為負的情況下，根據(jù)該加熱器輸出的斜率為負而通過鼓風機輸出運算部51b來求出鼓風機輸出，在加熱器輸出的斜率為大于等于零的情況下停止鼓風機輸出。由此，能夠使控制對象的溫度B高精度地接近設定溫度A并且迅速地收斂為規(guī)定的目標溫度。此外，鼓風機輸出運算部51b是不僅可以將加熱器輸出的斜率零作為閾值根據(jù)是否為負來求出鼓風機輸出，也可以關于該閾值設置規(guī)定的偏置來求出鼓風機輸出。接著通過圖4說明在低溫區(qū)域中的降溫過程中通過上述的控制裝置51執(zhí)行了第 1控制方法的情況、或者執(zhí)行了第2控制方法時的具體作用。如圖4所示，在低溫區(qū)域中的降溫過程中，使處理容器3內的溫度從當前溫度 4000C降到目標溫度300°C為止的情況下，首先在控制裝置51的設定溫度決定部51c中求出設定溫度A。接著通過執(zhí)行上述的第1控制方法(圖3的(b)所示的控制方法)或者第2控制方法(圖3的(c)所示的控制方法)，能夠使控制對象的溫度B接近設定溫度A并且到目標溫度300°C為止以短的收斂時間來迅速且高精度地降溫。即如圖4所示，在從當前溫度400°C起只是通過切斷加熱器來進行降溫的情況下，處理容器3內的溫度雖然降到目標溫度300°C為止(參照圖4的C)，但是到達目標溫度300°C為止的時間變長并且導致即使成為小于等于目標溫度時處理容器3內的溫度還下降，不會收斂為目標溫度300°C。另一方面，當從當前溫度400°C起切斷加熱器并且不控制鼓風機而使其進行動作時，處理容器3內的溫度迅速地降到目標溫度300°C為止(參照圖4的D)，但是導致即使成為小于等于目標溫度時處理容器3內的溫度還下降，不會收斂為目標溫度300°C。與此相對，根據(jù)本發(fā)明，通過使用上述的第1控制方法或者第2控制方法，能夠使控制對象的溫度B接近設定溫度A并且到目標溫度300°C為止以短的收斂時間來迅速且高精度地降溫。另外能夠使控制對象的溫度B可靠地收斂為目標溫度300°C。此外，本發(fā)明不限于上述各實施方式，能夠在本發(fā)明的要旨的范圍內進行各種設計變更。例如，作為處理容器，既可以是將具有導入管部以及排氣管部的耐熱金屬例如不銹鋼制的圓筒狀的支管連接在下端部而成，另外也可以是雙重管結構。第2實施方式接著通過圖5來說明本發(fā)明的第2實施方式。圖5所示的第2實施方式只是控制裝置51的結構不同，其它結構與圖1至圖4所示的第1實施方式大致相同。在圖5所示的第2實施方式中，對于與圖1至圖4所示的第1實施方式相同部分附加相同標記并省略詳細的說明。如圖5所示，控制裝置15具有加熱器輸出運算部51a，其根據(jù)預先在設定溫度決定部51c中確定的設定溫度和來自溫度傳感器50的爐內溫度來決定在僅用加熱器18A進行溫度調整時的加熱器輸出；以及鼓風機輸出運算部(冷卻輸出運算部)51b，其根據(jù)來自加熱器輸出運算部51a的加熱器輸出來決定鼓風機輸出(冷卻輸出)。另外控制裝置51具有將來自鼓風機輸出運算部51b的鼓風機輸出(冷卻輸出) 轉換為冷卻介質流量的流量控制運算部51e。在這種情況下，流量控制運算部51e將鼓風機輸出轉換為供給到爐本體5與處理容器3之間的空間33內的適當?shù)睦鋮s介質流量。在圖5中，加熱器輸出運算部51a根據(jù)來自溫度傳感器50的爐內溫度來決定在僅用加熱器18A進行溫度調整時的加熱器輸出。根據(jù)而且來自加熱器輸出運算部51a的加熱器輸出，通過鼓風機輸出運算部51b來求出鼓風機輸出。并且，流量控制運算部51e將由鼓風機輸出運算部51b求出的鼓風機輸出轉換為冷卻介質流量，并且根據(jù)該冷卻介質流量以及由流量傳感器5加、6加檢測出的冷卻介質供給線52和冷卻介質排氣線62的冷卻介質流量來輸出逆變器驅動用信號。之后，逆變器驅動部53a、63a根據(jù)由流量控制運算部51e求出的逆變器驅動用信號來對冷卻介質供給鼓風機53和冷卻介質排氣鼓風機63進行轉速控制來進行驅動控制，控制冷卻介質供給線52和冷卻介質排氣線62的冷卻介質流量。這樣，將由鼓風機輸出運算部51b求出的鼓風機輸出在流量控制運算部51e中轉換為供給到爐本體5與處理容器3之間的空間33內的冷卻介質流量，通過調整由流量傳感器5加、6加檢測出的冷卻介質流量，例如在冷卻介質供給線52和冷卻介質排氣線62具有長的配管的情況、或者冷卻介質供給線52和冷卻介質排氣線62具有短的配管的情況等下， 即使熱處理裝置1的冷卻介質供給線52以及冷卻介質排氣線62的配置、形狀不同，也能夠在爐本體5與處理容器3之間的空間33內供給期望量的冷卻介質。由此，不依賴于熱處理裝置1的冷卻介質供給線52以及冷卻介質排氣線62的配置、形狀，能夠高精度地控制始終爐內溫度。 此外，雖然示出了根據(jù)通過流量控制運算部51e求出的冷卻介質流量來驅動控制冷卻介質鼓風機53和冷卻介質排氣鼓風機63的例子，但是不限于此，既可以根據(jù)通過流量控制運算部51e求出的冷卻介質流量來驅動控制冷卻介質供給線側閥機構54A，也可以根據(jù)通過流量控制運算部51e求出的冷卻介質流量來驅動控制冷卻介質排氣側閥機構64A。 還有，雖然示出了流量控制運算部51e轉換鼓風機輸出(冷卻輸出)來求出冷卻介質流量并調整來自流量傳感器52a、62a的冷卻介質流量的例子，但是也可以使用來自流量傳感器 52a、62a中的一個的冷卻介質流量來進行調整。
權利要求
1.一種熱處理裝置，其特征在于，具備爐本體；加熱器，其設置在爐本體內周面；處理容器，其配置在爐本體內，與爐本體之間形成空間，并且在該處理容器內部收納多個被處理體；鼓風機，其連接于爐本體，向爐本體與處理容器之間的空間供給冷卻介質；溫度傳感器，其檢測處理容器內部或者外部的溫度；以及控制裝置，其控制加熱器和鼓風機，調整處理容器內的溫度來使處理容器內的溫度收斂為規(guī)定的目標溫度，其中，上述控制裝置具有加熱器輸出運算部，其根據(jù)預先確定的設定溫度和來自溫度傳感器的溫度來決定在僅用加熱器進行溫度調整時的加熱器輸出；以及鼓風機輸出運算部，其根據(jù)來自加熱器輸出運算部的加熱器輸出來決定鼓風機輸出。
2.根據(jù)權利要求1所述的熱處理裝置，其特征在于，在來自加熱器輸出運算部的加熱器輸出為負的情況下鼓風機輸出運算部產(chǎn)生鼓風機輸出，在加熱器輸出大于等于零的情況下鼓風機輸出運算部停止鼓風機輸出。
3.根據(jù)權利要求1所述的熱處理裝置，其特征在于，在來自加熱器輸出運算部的加熱器輸出的斜率低于某閾值的情況下鼓風機輸出運算部產(chǎn)生鼓風機輸出，在加熱器輸出的斜率高于某閾值的情況下鼓風機輸出運算部停止鼓風機輸出。
4.根據(jù)權利要求1所述的熱處理裝置，其特征在于，控制裝置還具有將來自鼓風機輸出運算部的鼓風機輸出轉換為冷卻介質流量的流量控制運算部。
5.根據(jù)權利要求4所述的熱處理裝置，其特征在于，流量控制運算部根據(jù)冷卻介質流量來進行鼓風機的轉速控制。
6.一種熱處理裝置的控制方法，用于控制根據(jù)權利要求1所述的熱處理裝置，該方法的特征在于，具備如下步驟在控制裝置的加熱器輸出運算部中，根據(jù)預先確定的設定溫度和來自溫度傳感器的溫度來決定在僅用加熱器進行溫度調整時的加熱器輸出；以及根據(jù)來自加熱器輸出運算部的加熱器輸出，由鼓風機輸出運算部決定鼓風機輸出。
7.根據(jù)權利要求6所述的熱處理裝置的控制方法，其特征在于，在來自加熱器輸出運算部的加熱器輸出為負的情況下鼓風機輸出運算部產(chǎn)生鼓風機輸出，在加熱器輸出大于等于零的情況下鼓風機輸出運算部停止鼓風機輸出。
8.根據(jù)權利要求6所述的熱處理裝置的控制方法，其特征在于，在來自加熱器輸出運算部的加熱器輸出的斜率低于某閾值的情況下鼓風機輸出運算部產(chǎn)生鼓風機輸出，在加熱器輸出的斜率高于某閾值的情況下鼓風機輸出運算部停止鼓風機輸出。
9.根據(jù)權利要求6所述的熱處理裝置的控制方法，其特征在于，還具備如下步驟將來自鼓風機輸出運算部的鼓風機輸出通過流量控制運算轉換為冷卻介質流量。
10.根據(jù)權利要求9所述的熱處理裝置的控制方法，其特征在于， 流量控制運算部根據(jù)冷卻介質流量來進行鼓風機的轉速控制。
11.一種熱處理裝置，其特征在于，具備 爐本體；加熱器，其設置在爐本體內周面；處理容器，其配置在爐本體內，與爐本體之間形成空間，并且在該處理容器內部收納多個被處理體；鼓風機，其經(jīng)由冷卻介質供給線連接于爐本體，向爐本體與處理容器之間的空間供給冷卻介質；閥機構，其調整從鼓風機供給的冷卻介質的流量； 溫度傳感器，其檢測處理容器內部或者外部的溫度；以及控制裝置，其控制加熱器和閥機構，調整處理容器內的溫度來使處理容器內的溫度收斂為規(guī)定的目標溫度，其中，上述控制裝置具有加熱器輸出運算部，其根據(jù)預先確定的設定溫度和來自溫度傳感器的溫度來決定在僅用加熱器進行溫度調整時的加熱器輸出；冷卻輸出運算部，其根據(jù)來自加熱器輸出運算部的加熱器輸出來決定冷卻輸出；以及流量控制運算部，其將來自冷卻輸出運算部的冷卻輸出轉換為冷卻介質流量，其中，流量控制運算部根據(jù)冷卻介質流量來控制閥機構。
12.根據(jù)權利要求11所述的熱處理裝置，其特征在于，在來自加熱器輸出運算部的加熱器輸出為負的情況下冷卻輸出運算部產(chǎn)生冷卻輸出， 在加熱器輸出大于等于零的情況下冷卻輸出運算部停止冷卻輸出。
13.根據(jù)權利要求11所述的熱處理裝置，其特征在于，在來自加熱器輸出運算部的加熱器輸出的斜率低于某閾值的情況下冷卻輸出運算部產(chǎn)生冷卻輸出，在加熱器輸出的斜率高于某閾值的情況下冷卻輸出運算部停止冷卻輸出。
14.一種熱處理裝置的控制方法，用于控制根據(jù)權利要求11所述的熱處理裝置，該方法的特征在于，具備如下步驟在控制裝置的加熱器輸出運算部中，根據(jù)預先確定的設定溫度和來自溫度傳感器的溫度來決定在僅用加熱器進行溫度調整時的加熱器輸出；根據(jù)來自加熱器輸出運算部的加熱器輸出，由冷卻輸出運算部來決定冷卻輸出；以及將來自冷卻輸出運算部的冷卻輸出通過流量控制運算部轉換為冷卻介質流量， 其中，流量控制運算部根據(jù)冷卻介質流量來控制閥機構。
15.根據(jù)權利要求14所述的熱處理裝置的控制方法，其特征在于，在來自加熱器輸出運算部的加熱器輸出為負的情況下冷卻輸出運算部產(chǎn)生冷卻輸出， 在加熱器輸出大于等于零的情況下冷卻輸出運算部停止冷卻輸出。
16.根據(jù)權利要求14所述的熱處理裝置的控制方法，其特征在于，在來自加熱器輸出運算部的加熱器輸出的斜率低于某閾值的情況下冷卻輸出運算部產(chǎn)生冷卻輸出，在加熱器輸出的斜率高于某閾值的情況下冷卻輸出運算部停止冷卻輸出。
全文摘要
提供一種使處理容器內的溫度高精度地收斂到目標溫度并且能夠縮短收斂時間的縱型熱處理裝置及其控制方法。熱處理裝置(1)具備爐本體(5)、設置在爐本體(5)內周面的加熱器(18A)、配置在爐本體(5)內的處理容器(3)、連接在爐本體(5)的冷卻介質供給鼓風機(53)和冷卻介質排氣鼓風機(63)以及設置在處理容器(3)內的溫度傳感器(50)。來自溫度傳感器(50)的信號發(fā)送給控制裝置(51)的加熱器輸出運算部(51a)。在加熱器輸出運算部(51a)中，根據(jù)由設定溫度決定部(51c)求出的設定溫度(A)和來自溫度傳感器(50)的溫度來求出在僅用加熱器(18A)進行溫度調整時的加熱器輸出。鼓風機輸出運算部(51b)根據(jù)加熱器輸出來產(chǎn)生鼓風機輸出。
文檔編號F27D17/00GK102403195SQ20111026890
公開日2012年4月4日 申請日期2011年9月7日 優(yōu)先權日2010年9月7日
發(fā)明者吉井弘治, 山口達也, 齋藤孝規(guī), 王文凌 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社