專利名稱：熱處理裝置、熱處理方法、計(jì)算機(jī)程序及存儲(chǔ)介質(zhì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是涉及將半導(dǎo)體晶片等多個(gè)基板搭載在基板保持器具上，并搬入反應(yīng)容器內(nèi)進(jìn)行熱處理的例如立式熱處理裝置等熱處理裝置中的溫度控制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
作為對半導(dǎo)體晶片(以下，稱為“晶片”)分批進(jìn)行CVD成膜處理或氧化、擴(kuò)散處理等熱處理的裝置，有立式熱處理裝置。該立式熱處理裝置具有加熱爐和設(shè)置于加熱爐內(nèi)的立式反應(yīng)容器。反應(yīng)容器的下端開口部通過蓋體進(jìn)行開閉。在該蓋體上搭載有作為基板保持器具的晶舟，在該晶舟上以擱板狀保持有多個(gè)晶片。由蓋體的上升將晶舟搬入反應(yīng)容器內(nèi)后，進(jìn)行規(guī)定的熱處理。
圖8表示現(xiàn)有的立式熱處理裝置，該裝置具有由內(nèi)管100和外管101構(gòu)成的二重管結(jié)構(gòu)的反應(yīng)容器102；加熱器103。處理氣體從內(nèi)管100的下方側(cè)供給，在內(nèi)管100與外管101之間下降而排氣。104為晶舟，105為蓋體，W為晶片。作為這樣的裝置中的溫度控制方式，有圖8(a)、(b)所示的方法。為了圖示的方便，記載了由一個(gè)加熱器103對反應(yīng)容器102內(nèi)進(jìn)行加熱，但實(shí)際上加熱器103在上下方向被分配多個(gè)例如5個(gè)，各自進(jìn)行各區(qū)域的區(qū)段控制。圖8(a)是在內(nèi)管100與外管101之間，對應(yīng)各加熱器103，設(shè)置5個(gè)例如由熱電偶構(gòu)成的溫度檢測部106，由這些溫度檢測部106對加熱器103進(jìn)行溫度控制的例子。圖8(b)是在蓋體105立起的支撐體107上設(shè)置5個(gè)例如由熱電偶構(gòu)成的溫度檢測部106，由這些溫度檢測部106對加熱器103進(jìn)行溫度控制的例子。
然而，在將搭載有晶片W的晶舟104搬入反應(yīng)容器102內(nèi)時(shí)(裝載時(shí))，在反應(yīng)管的內(nèi)壁該例子中為內(nèi)管100的內(nèi)壁上，容易發(fā)生溫度變化。即，成膜處理結(jié)束，從反應(yīng)容器102內(nèi)搬出的晶舟104，在取出處理完的晶片W并進(jìn)行新晶片W的移載的期間會(huì)降溫，而且，由于是冷的晶片W搭載在該晶舟104上，所以在裝載時(shí)，很難使內(nèi)管100的內(nèi)壁溫度穩(wěn)定。例如在圖8(a)的方法中，溫度檢測部106在熱處理氣氛中插入內(nèi)管100的內(nèi)壁而設(shè)置，所以相對于內(nèi)管100的內(nèi)壁的溫度下降量，溫度檢測部106的溫度下降量較小，這樣對加熱器103的電力供給就不充分，上述內(nèi)壁的溫度下降大。
而且，在圖8(b)的方法中，溫度檢測部106與內(nèi)管100的內(nèi)壁不是密接的，而是離開的，由于溫度檢測部106自身的熱容量較小，所以實(shí)際的內(nèi)壁溫度以上的溫度檢測值低下。為了恢復(fù)該下降的溫度檢測值而抑制溫度下降，向加熱器103供給的電力過大，內(nèi)壁溫度有過高的傾向。另外，如果是將溫度檢測部106埋入內(nèi)管100的內(nèi)壁的結(jié)構(gòu)，雖然能夠使內(nèi)壁的溫度穩(wěn)定化，但在溫度檢測部106斷線的情況下，就必須將內(nèi)管100進(jìn)行全部更換，這是不現(xiàn)實(shí)的。
但是，內(nèi)管100的內(nèi)壁的溫度發(fā)生變化時(shí)，在作為反應(yīng)容器的材料例如石英與內(nèi)壁上粘附的薄膜之間，因熱膨脹率的差異而產(chǎn)生膜剝離，結(jié)果是引起顆粒污染。例如氮化硅膜，廣泛用于侵蝕時(shí)的所謂硬掩膜等，而且，由于介電常數(shù)高，所以即使是物理的膜厚大，也具有與氧化硅膜同樣的電氣特性，是被用于柵極氧化膜或?qū)娱g絕緣膜的罩(cap)膜等的有用膜。但是該氮化硅膜與石英的熱膨脹率的差大，所以容易因內(nèi)壁的溫度變化引起膜剝離。另一方面，由于半導(dǎo)體設(shè)備的設(shè)計(jì)規(guī)則減小、并且向薄膜化發(fā)展，顆粒的容許界限更加嚴(yán)格，即使是迄今為止幾乎不成為問題的現(xiàn)象，也可能作為成品率下降的原因被關(guān)注，極力要求能夠抑制晶舟搬入時(shí)(裝載時(shí))反應(yīng)容器內(nèi)壁的溫度變化。
另外，在專利文獻(xiàn)1中，記載了為了防止晶片的裝載時(shí)或卸載時(shí)處理容器的膜剝離，基于溫度傳感器的檢測值和熱模型而預(yù)測被處理體的溫度。
專利文獻(xiàn)1日本專利特開2005-159317號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述問題而提出的，其目的在于，提供一種在將多個(gè)基板搭載在基板保持器具上并搬入反應(yīng)管內(nèi)，進(jìn)行熱處理時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)基板保持器具搬入時(shí)反應(yīng)管的內(nèi)壁的溫度穩(wěn)定化的熱處理裝置、熱處理方法、用于實(shí)施該方法的計(jì)算機(jī)程序以及存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)程序的存儲(chǔ)介質(zhì)。
本發(fā)明的熱處理裝置的特征在于， 包括 具有爐口的反應(yīng)管； 設(shè)置在反應(yīng)管的周圍的加熱單元； 相互平行地保持多個(gè)基板的基板保持器具； 向反應(yīng)管內(nèi)導(dǎo)入處理氣體，并對基板進(jìn)行熱處理的處理氣體導(dǎo)入單元； 設(shè)置在反應(yīng)管的外部的外部溫度檢測部； 向加熱單元供給電力的電源；和 控制電源的控制部， 控制部包括 根據(jù)向加熱單元供給的電力的指令值，對反應(yīng)管的內(nèi)壁溫度進(jìn)行預(yù)測的預(yù)測單元；和 根據(jù)利用上述外部溫度檢測部檢測出的溫度檢測值和利用上述預(yù)測單元預(yù)測出的內(nèi)壁溫度，對向加熱單元供給的電力進(jìn)行控制的電力控制單元。
本發(fā)明的熱處理裝置的特征還在于，上述電力控制單元包括用于執(zhí)行以下步驟的電力指令值運(yùn)算部 第一步驟，在將上述基板保持器具搬入反應(yīng)管內(nèi)的裝載初期時(shí)，以上述內(nèi)壁溫度的預(yù)測值yd作為主要控制對象，對向加熱單元供給的電力的指令值進(jìn)行運(yùn)算；和 第二步驟，在裝載末期時(shí)，以上述外部溫度檢測部的檢測值ym作為主要控制對象，對向加熱單元供給的電力的指令值進(jìn)行運(yùn)算。
本發(fā)明的熱處理裝置的特征還在于， 上述第一步驟是將利用上述預(yù)測單元求得的內(nèi)壁溫度的預(yù)測值yd和上述外部溫度檢測部的檢測值ym，按照比率r(0≤r≤1)，混合為yd·r+ym·(1-r)，根據(jù)將比率r設(shè)定得較大的混合值和反應(yīng)管內(nèi)的設(shè)定溫度，對上述電力的指令值進(jìn)行運(yùn)算的步驟； 上述第二步驟是將利用上述預(yù)測單元求得的內(nèi)壁溫度的預(yù)測值yd和上述外部溫度檢測部的檢測值ym，按照比率r(0≤r≤1)，混合為yd·r+ym·(1-r)，根據(jù)將比率r設(shè)定得較小的混合值和反應(yīng)管內(nèi)的設(shè)定溫度，對上述電力的指令值進(jìn)行運(yùn)算的步驟。
本發(fā)明的熱處理裝置的特征還在于，上述第一步驟中的比率r為100％。
本發(fā)明的熱處理裝置的特征還在于，上述第二步驟中的比率r為0％。
本發(fā)明的熱處理裝置的特征還在于，上述電力指令值運(yùn)算部，在上述第一步驟與第二步驟之間，執(zhí)行用于抑制裝載結(jié)束時(shí)反應(yīng)管內(nèi)過度的溫度上升，將上述比率r設(shè)定為兩步驟的比率之間的值，對電力的指令值進(jìn)行運(yùn)算的過渡步驟。
本發(fā)明的熱處理裝置的特征還在于，上述過渡步驟的比率r隨時(shí)間而緩慢減小。
本發(fā)明的熱處理裝置的特征還在于，在上述蓋體與基板保持器具之間設(shè)置有絕熱材料，在絕熱材料的附近設(shè)置有端部溫度檢測部， 控制部包括根據(jù)基板保持器具被搬出時(shí)的上述端部溫度檢測部與外部溫度檢測部的各溫度檢測值的差、和與此時(shí)的基板保持器具的搬入速度相對應(yīng)的每單位溫度的時(shí)刻變化量，來決定過渡步驟的開始時(shí)刻的單元。
本發(fā)明的熱處理裝置的特征還在于，在反應(yīng)管的內(nèi)壁上安裝有內(nèi)壁溫度檢測部， 控制部內(nèi)置有內(nèi)壁溫度檢測部的檢測值和向加熱單元供給的電力的指令值的各時(shí)間系列數(shù)據(jù)， 預(yù)測單元根據(jù)這些時(shí)間系列數(shù)據(jù)，制作用于規(guī)定內(nèi)壁溫度檢測部的檢測值與上述電力的指令值的關(guān)系的預(yù)測運(yùn)算式，使用該預(yù)測運(yùn)算式，對反應(yīng)管的內(nèi)壁溫度進(jìn)行預(yù)測。
本發(fā)明的熱處理裝置的特征還在于，控制部內(nèi)置有外部溫度檢測部的檢測值和向加熱單元供給的電力的指令值的各時(shí)間系列數(shù)據(jù)， 預(yù)測單元根據(jù)這些時(shí)間系列數(shù)據(jù)，制作用于規(guī)定上述外部溫度檢測部的檢測值與上述電力的指令值的關(guān)系的預(yù)測運(yùn)算式，并根據(jù)該預(yù)測運(yùn)算式和上述電力的指令值，求出上述外部溫度檢測部的溫度檢測值的預(yù)測值，基于該預(yù)測值與實(shí)際得到的溫度檢測值的差(差分)，對上述反應(yīng)管的內(nèi)壁溫度的預(yù)測值進(jìn)行修正。
本發(fā)明的熱處理方法，使用熱處理裝置對基板進(jìn)行熱處理的熱處理方法，其特征在于， 上述熱處理裝置包括 具有爐口的反應(yīng)管； 設(shè)置在反應(yīng)管的周圍的加熱單元； 相互平行地保持多個(gè)基板的基板保持器具； 向反應(yīng)管內(nèi)導(dǎo)入處理氣體，并對基板進(jìn)行熱處理的處理氣體導(dǎo)入單元； 設(shè)置在反應(yīng)管的外部的外部溫度檢測部； 向加熱單元供給電力的電源；和 控制電源的控制部， 控制部包括 根據(jù)向加熱單元供給的電力的指令值，對反應(yīng)管的內(nèi)壁溫度進(jìn)行預(yù)測的預(yù)測單元；和 根據(jù)利用上述外部溫度檢測部檢測出的溫度檢測值和利用上述預(yù)測單元預(yù)測出的內(nèi)壁溫度，對向加熱單元供給的電力進(jìn)行控制的電力控制單元， 該熱處理方法包括 通過設(shè)置在反應(yīng)管的外部的外部溫度檢測部，對溫度進(jìn)行檢測的工序； 根據(jù)向加熱單元供給的電力的指令值，通過控制部的預(yù)測單元，對反應(yīng)管的內(nèi)壁溫度進(jìn)行預(yù)測的預(yù)測工序；和 根據(jù)利用上述外部溫度檢測部檢測出的溫度檢測值和利用上述預(yù)測單元預(yù)測出的內(nèi)部溫度，通過控制部的電力控制單元，對向加熱單元供給的電力進(jìn)行控制的工序。
本發(fā)明的熱處理方法的特征還在于，對向上述加熱單元供給的電力進(jìn)行控制的工序包括以下工序 第一工序，在將上述基板保持器具搬入上述反應(yīng)管內(nèi)的裝載時(shí)，以上述內(nèi)壁溫度的預(yù)測值yd作為主要控制對象，對向加熱單元供給的電力的指令值進(jìn)行運(yùn)算；和 第二工序，在裝載結(jié)束后，以上述外部溫度檢測部的檢測值ym作為主要控制對象，對向加熱單元供給的電力的指令值進(jìn)行運(yùn)算。
本發(fā)明的熱處理方法的特征還在于， 上述第一工序是將利用上述預(yù)測單元求得的內(nèi)壁溫度的預(yù)測值yd和上述外部溫度檢測部的檢測值ym，按照比率r(0≤r≤1)，混合為yd·r+ym·(1-r)，根據(jù)將比率r設(shè)定得較大的混合值和反應(yīng)管內(nèi)的設(shè)定溫度，對上述電力的指令值進(jìn)行運(yùn)算的工序， 上述第二工序是將利用上述預(yù)測單元求得的內(nèi)壁溫度的預(yù)測值yd和上述外部溫度檢測部的檢測值ym，按照比率r(0≤r≤1)，混合為yd·r+ym·(1-r)，根據(jù)將比率r設(shè)定得較小的混合值和反應(yīng)管內(nèi)的設(shè)定溫度，對上述電力的指令值進(jìn)行運(yùn)算的工序。
本發(fā)明的熱處理方法的特征還在于，將上述比率r設(shè)定得較大的第一工序中的比率r為100％。
本發(fā)明的熱處理方法的特征還在于，將上述比率r設(shè)定得較小的第二工序中的比率r為0％。
本發(fā)明的熱處理方法的特征還在于， 在上述第一工序與第二工序之間，包括用于抑制裝載結(jié)束時(shí)反應(yīng)管內(nèi)過度的溫度上升，將上述比率r設(shè)定為兩工序的比率之間的值，對電力的指令值進(jìn)行運(yùn)算的過渡工序。
本發(fā)明的熱處理方法的特征還在于，上述過渡工序的比率r隨時(shí)間而緩慢減小。
本發(fā)明的熱處理方法的特征還在于，在上述蓋體與基板保持器具之間設(shè)置有絕熱材料，在絕熱材料的附近設(shè)置有端部溫度檢測部， 控制部根據(jù)基板保持器具被搬出時(shí)的上述端部溫度檢測部與外部溫度檢測部的各溫度檢測值的差、和與此時(shí)的基板保持器具的搬入速度相對應(yīng)的每單位溫度的時(shí)刻變化量，來決定使上述比率r緩慢減小的開始時(shí)間。
本發(fā)明的熱處理方法的特征還在于，在反應(yīng)管的內(nèi)壁上安裝有內(nèi)壁溫度檢測部，控制部內(nèi)置有內(nèi)壁溫度檢測部的檢測值和向加熱單元供給的電力的指令值的各時(shí)間系列數(shù)據(jù)， 由預(yù)測單元，根據(jù)這些時(shí)間系列數(shù)據(jù)，制作用于規(guī)定內(nèi)壁溫度檢測部的檢測值與上述電力的指令值的關(guān)系的預(yù)測運(yùn)算式， 上述預(yù)測工序使用該預(yù)測運(yùn)算式對反應(yīng)管的內(nèi)壁溫度進(jìn)行預(yù)測。
本發(fā)明的熱處理方法的特征還在于，控制部內(nèi)置有外部溫度檢測部的檢測值和向加熱單元供給的電力的指令值的各時(shí)間系列數(shù)據(jù)， 由預(yù)測單元，根據(jù)這些時(shí)間系列數(shù)據(jù)，制作用于規(guī)定上述外部溫度檢測部的檢測值與上述電力的指令值的關(guān)系的預(yù)測運(yùn)算式，上述預(yù)測工序根據(jù)該預(yù)測運(yùn)算式和上述電力的指令值，求出上述外部溫度檢測部的檢測值的預(yù)測值，基于該預(yù)測值與實(shí)際得到的檢測值的差，對上述反應(yīng)管的內(nèi)壁溫度的預(yù)測值進(jìn)行修正。
本發(fā)明的計(jì)算機(jī)程序，用于使計(jì)算機(jī)執(zhí)行使用熱處理裝置對基板進(jìn)行熱處理的熱處理方法，其特征在于， 上述熱處理裝置包括 具有爐口的反應(yīng)管； 設(shè)置在反應(yīng)管的周圍的加熱單元； 相互平行地保持多個(gè)基板的基板保持器具； 向反應(yīng)管內(nèi)導(dǎo)入處理氣體，并對基板進(jìn)行熱處理的處理氣體導(dǎo)入單元； 設(shè)置在反應(yīng)管的外部的外部溫度檢測部； 向加熱單元供給電力的電源；和 控制電源的控制部， 控制部包括 根據(jù)向加熱單元供給的電力的指令值，對反應(yīng)管的內(nèi)壁溫度進(jìn)行預(yù)測的預(yù)測單元；和 根據(jù)利用上述外部溫度檢測部檢測出的溫度檢測值和利用上述預(yù)測單元預(yù)測出的內(nèi)壁溫度，對向加熱單元供給的電力進(jìn)行控制的電力控制單元， 該熱處理方法包括 通過設(shè)置在反應(yīng)管的外部的外部溫度檢測部，對溫度進(jìn)行檢測的工序； 根據(jù)向加熱單元供給的電力的指令值，通過控制部的預(yù)測單元，對反應(yīng)管的內(nèi)壁溫度進(jìn)行預(yù)測的預(yù)測工序；和 根據(jù)利用上述外部溫度檢測部檢測出的溫度檢測值和利用上述預(yù)測單元預(yù)測出的內(nèi)部溫度，通過控制部的電力控制單元，對向加熱單元供給的電力進(jìn)行控制的工序。
本發(fā)明的存儲(chǔ)介質(zhì)，存儲(chǔ)有使計(jì)算機(jī)執(zhí)行使用熱處理裝置對基板進(jìn)行熱處理的熱處理方法的計(jì)算機(jī)程序，其特征在于， 上述熱處理裝置包括 具有爐口的反應(yīng)管； 設(shè)置在反應(yīng)管的周圍的加熱單元； 相互平行地保持多個(gè)基板的基板保持器具； 向反應(yīng)管內(nèi)導(dǎo)入處理氣體，并對基板進(jìn)行熱處理的處理氣體導(dǎo)入單元； 設(shè)置在反應(yīng)管的外部的外部溫度檢測部； 向加熱單元供給電力的電源；和 控制電源的控制部， 控制部包括 根據(jù)向加熱單元供給的電力的指令值，對反應(yīng)管的內(nèi)壁溫度進(jìn)行預(yù)測的預(yù)測單元；和 根據(jù)利用上述外部溫度檢測部檢測出的溫度檢測值和利用上述預(yù)測單元預(yù)測出的內(nèi)壁溫度，對向加熱單元供給的電力進(jìn)行控制的電力控制單元， 該熱處理方法包括 通過設(shè)置在反應(yīng)管的外部的外部溫度檢測部，對溫度進(jìn)行檢測的工序； 根據(jù)向加熱單元供給的電力的指令值，通過控制部的預(yù)測單元，對反應(yīng)管的內(nèi)壁溫度進(jìn)行預(yù)測的預(yù)測工序；和 根據(jù)利用上述外部溫度檢測部檢測出的溫度檢測值和利用上述預(yù)測單元預(yù)測出的內(nèi)部溫度，通過控制部的電力控制單元，對向加熱單元供給的電力進(jìn)行控制的工序。
根據(jù)本發(fā)明，包括如下步驟在反應(yīng)管的外部設(shè)置有外部溫度檢測部，并且根據(jù)向加熱單元供給的電力的指令值對反應(yīng)管的內(nèi)壁溫度進(jìn)行預(yù)測，對向加熱單元供給的電力的指令值進(jìn)行運(yùn)算時(shí)，在裝載時(shí)以上述內(nèi)壁溫度的預(yù)測值作為主要控制對象。因此能夠抑制裝載時(shí)反應(yīng)管的內(nèi)壁溫度的變化，例如能夠抑制由熱沖擊所引起的內(nèi)壁的剝離。
并且，在上述步驟之后，如果繼續(xù)進(jìn)行以上述內(nèi)壁溫度的預(yù)測值和外部溫度檢測部的檢測值的混合值作為控制對象，其后以外部溫度檢測部的檢測值作為主要控制對象的步驟，則能夠?qū)⒅饕刂茖ο髲膬?nèi)壁溫度的預(yù)測值可以說平穩(wěn)地切換到外部溫度檢測部的檢測值，因此結(jié)束裝載、由蓋體封閉反應(yīng)管后，就能夠抑制加熱單元的供給電力過大引起反應(yīng)管內(nèi)的溫度大大超過設(shè)定溫度的所謂過調(diào)節(jié)(overshoot)，能夠使溫度迅速地達(dá)到穩(wěn)定化。



圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的立式熱處理裝置的縱截側(cè)面圖。
圖2是表示本發(fā)明的實(shí)施方式所使用的控制部的框圖。
圖3是表示為了進(jìn)行內(nèi)壁溫度的預(yù)測，預(yù)先在反應(yīng)管的內(nèi)壁上安裝溫度檢測部，讀取數(shù)據(jù)的狀態(tài)的縱截側(cè)面圖。
圖4(a)～(c)是表示外部溫度檢測部、內(nèi)壁溫度和對加熱器的電力指令值的各時(shí)間推移的說明圖。
圖5是表示將實(shí)際反應(yīng)管內(nèi)的熱體系與預(yù)測內(nèi)壁溫度的單元各自模塊化，將這些模塊與電力指令值運(yùn)算部進(jìn)行組合而形成的控制模塊的框圖。
圖6是表示比率的變化模式的一例的說明圖。
圖7是表示運(yùn)算比率的運(yùn)算部的模塊的框圖。
圖8(a)、(b)是表示現(xiàn)有的立式熱處理裝置的溫度檢測方法的側(cè)面圖。

具體實(shí)施例方式 圖1是將本發(fā)明適用于立式熱處理裝置的實(shí)施方式中的全體構(gòu)成圖。首先對該立式熱處理裝置的全體構(gòu)成進(jìn)行簡單的說明，該立式熱處理裝置，具有例如由兩端開口的石英制內(nèi)管1a和上端閉塞的石英制外管1b構(gòu)成的二重管結(jié)構(gòu)的石英管，在該例中，由于內(nèi)管1a劃分熱處理氣氛，所以反應(yīng)管在該例中相當(dāng)于內(nèi)管1a。在外管1b的周圍，筒狀的絕熱層21固定設(shè)置于基體22。在該絕熱層21的內(nèi)側(cè)，例如上下分配設(shè)置有多個(gè)作為加熱單元的由電阻發(fā)熱體構(gòu)成的加熱器。在該例中，例如分配(分割)數(shù)為5段，被分配的加熱器從第一段順序地賦予符號(hào)31～35。而且，晶片的加熱處理氣氛在上下方向上分為5個(gè)進(jìn)行加熱控制的區(qū)域，這些加熱器31～35，分別對5個(gè)區(qū)域進(jìn)行加熱。
內(nèi)管1a和外管1b由下部側(cè)被支撐在總管(manifold)23上。以在內(nèi)管1a內(nèi)側(cè)的下部區(qū)域開口有供給口的方式，在該總管23上設(shè)置有氣體供給管(處理氣體導(dǎo)入單元)24，并且連接與真空泵(未圖示)相連接的排氣管25，使得從內(nèi)管l a與外管1b之間排氣。另外，在該例中，總管23也是反應(yīng)管的一部分。
另外，以堵塞總管23的下端開口部的方式設(shè)置蓋體11，該蓋體11設(shè)置在晶舟升降機(jī)12上。在蓋體11上設(shè)置有由驅(qū)動(dòng)部13通過旋轉(zhuǎn)軸14而旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)臺(tái)15。在該旋轉(zhuǎn)臺(tái)15上，隔著作為例如由石英制的保溫筒構(gòu)成的絕熱材料的絕熱單元16，搭載有作為基板保持器具的晶舟17。晶舟17是能夠?qū)⒍鄠€(gè)作為基板的晶片W載置成擱板狀。
另外，在內(nèi)管1a與外管1b之間，在與各加熱器31～35相對應(yīng)的高度位置上，分別設(shè)置有相當(dāng)于外部溫度檢測部的例如由熱電偶構(gòu)成的外部溫度傳感器TC1～TC5。這些外部溫度傳感器TC1～TC5，例如設(shè)置在基端側(cè)安裝于總管23側(cè)壁的未圖示的桿(rod)上。而且，與各加熱器31～35相對應(yīng)，設(shè)置有電源部(電力供給部)41～45。
該立式熱處理裝置具有控制部5，該控制部5構(gòu)成為讀入外部溫度傳感器TC1～TC5的溫度檢測值ym1～ym5，向電源部41～45分別輸出電力指令值u1～u5。另外，在絕熱單元16的附近，設(shè)置有相當(dāng)于端部溫度檢測部的例如由熱電偶構(gòu)成的底部溫度檢測部BTC，該底部溫度檢測部BTC的溫度檢測值yb被讀入控制部5。底部溫度檢測部BTC例如設(shè)置于安裝在蓋體11上的未圖示的桿上。
如圖2所示，控制部5具有對內(nèi)管1a的內(nèi)壁溫度進(jìn)行預(yù)測的預(yù)測單元50，該預(yù)測單元50，讀入對應(yīng)各電源部41～45的電力指令值u1～u5，通過進(jìn)行后述的運(yùn)算處理，輸出內(nèi)壁溫度檢測值yd1、yd2。所謂對內(nèi)管1a的內(nèi)壁溫度進(jìn)行預(yù)測是指在內(nèi)管1a的內(nèi)壁中，裝載時(shí)(搭載有晶片W的晶舟17搬入時(shí))，對外部溫度傳感器TC1～TC5的溫度檢測值與該外部溫度傳感器TC1～TC5所擔(dān)當(dāng)?shù)膮^(qū)域的內(nèi)壁溫度之間的差最大的部位的溫度進(jìn)行預(yù)測。從另一觀點(diǎn)講，是在該部位恰似設(shè)置有溫度傳感器，從該假想的溫度傳感器而讀入溫度檢測值。
對該內(nèi)壁的溫度的預(yù)測進(jìn)行更具體的說明。在對于晶片W進(jìn)行熱處理的運(yùn)用之前，如圖3所示，預(yù)先在內(nèi)管1a的內(nèi)壁上貼附例如由熱電偶構(gòu)成的內(nèi)壁溫度檢測部。在該例中，在比第一段的外部溫度傳感器TC1更接近爐口的高度位置和第一段的外部溫度傳感器TC1與第二段的外部溫度傳感器TC2之間的高度位置的2處，分別設(shè)置內(nèi)壁溫度檢測部的內(nèi)壁溫度傳感器201和202。另外，分別由PID運(yùn)算部61～65，對各加熱器31～35所擔(dān)當(dāng)?shù)膮^(qū)域的溫度設(shè)定值與外部溫度傳感器TC1～TC5的溫度檢測值ym1～ym5的偏差(偏差分)進(jìn)行運(yùn)算，將各加熱器31～35的電力指令值u1～u5分別給予電源部41～45，分別將與各電力指令值u1～u5相對應(yīng)的電力供給到加熱器31～35。
一邊進(jìn)行這種的溫度控制，一邊將晶片W搭載在晶舟17上，進(jìn)行裝載，直至由蓋體11封閉反應(yīng)容器的爐口的期間，將相對于從裝載開始時(shí)刻經(jīng)過時(shí)間的外部溫度傳感器TC1～TC5的溫度檢測值ym1～ym5、由內(nèi)壁溫度傳感器201、202檢測出的內(nèi)壁溫度檢測值yd1、yd2、電力指令值u1～u5的值，存儲(chǔ)在控制部5內(nèi)未圖示的存儲(chǔ)器或其他的計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器。圖4是如此存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)，圖4(a)是外部溫度傳感器TC1～TC5的溫度檢測值ym1～ym5的數(shù)據(jù)，圖4(b)是內(nèi)壁溫度檢測值yd1、yd2的數(shù)據(jù)，圖4(c)是電力指令值u1～u5的值。即，從這些數(shù)據(jù)，能夠得到溫度檢測值ym1～ym5、內(nèi)壁溫度檢測值yd1、yd2、和電力指令值u1～u5三者的關(guān)系。
電源部41～45例如由交流電源、開關(guān)(switching)部和平滑部等構(gòu)成，電力指令值u1～u5例如相當(dāng)于規(guī)定開關(guān)的導(dǎo)通的時(shí)刻的信號(hào)即交流的相位控制信號(hào)的值，作為控制部200的信息，與供給到加熱器31～35的電力相同。所以，圖4的數(shù)據(jù)可以說是溫度檢測值ym1～ym5、內(nèi)壁溫度檢測值yd1、yd2和供給到加熱器31～35的電力的三者的關(guān)系。
作為取得這樣的三者的關(guān)系時(shí)的控制方法，在與第一段的加熱器31相對應(yīng)的PID運(yùn)算部61中，對溫度設(shè)定值與內(nèi)壁溫度檢測值yd1之間的偏差進(jìn)行運(yùn)算，在與第二段、第三段的加熱器32、33相對應(yīng)的PID運(yùn)算部62、63中，對溫度設(shè)定值與內(nèi)壁溫度檢測值yd2之間的偏差進(jìn)行運(yùn)算，可以將其作為控制對象。
另一方面，根據(jù)(autoregressive model with exogenous inputARX)模型，表示溫度檢測值與向加熱器供給的電力的關(guān)系的一般預(yù)測式如(式1)。
y(k)＝-P1y(k-1)-…-Pny(k-n)+Q1u(k-1)+ …+Qnu(k-n)+e(k)…(式1) k是計(jì)算機(jī)和讀入數(shù)據(jù)的抽樣的時(shí)刻，(k-1)意味著第k個(gè)抽樣的前一個(gè)的時(shí)刻。另外，e(k)是干擾。在該預(yù)測式中，由于加熱器和溫度傳感器都是存在有多個(gè)，所以將y和u以必要的輸入輸出數(shù)值的向量表示時(shí)，如下 y＝[ym1 ym2 ym3 ym4 ym5 yd1 yd2]T u＝[u1 u2 u3 u4 u5]T (式2)為 其中，ny＝7，nu＝5。
并且，θ＝[P1…Pn Q1…Qn]， φ(k)＝[-y(k-1)…-y(k-n)u(k-1)…u(k-n)]T …(式3) y(k)＝θφ(k)+e(k)…(式4) 這里，由于如圖4所示可以得到溫度檢測值ym1～ym5、內(nèi)壁溫度檢測值yd1、yd2和電力指令值u1～u5三者的關(guān)系，所以將該三者的測定值的離散值輸入到運(yùn)算軟件Matlab中，就可以求出Pi與Qi的值，并能求出θ，得到式4。表1是表示三者的測定值的離散值的一例。
表1 接著，由ARX模型，從被同定的參數(shù)向量θ，得到以下的狀態(tài)空間模型。
x(k+1)＝Ax(k)+Bu(k) (式5) y(k)＝Cx(k) (式6) 如上述，k是計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)抽樣的時(shí)刻，k＝1、2、...。A是系統(tǒng)行列式(n×n)，B是控制行列式(n×5)，C是輸出行列式(7×n)。從ARX模型向狀態(tài)空間行列式的變換，利用MATLAB的“systemIdentification Toolbox”提供的函數(shù)而求得。根據(jù)這樣所得到的狀態(tài)空間模型，可以由加熱器輸出(電力指令值)，得到內(nèi)壁溫度檢測值yd1、yd2、外部溫度傳感器TC1～TC5的溫度檢測值ym1～ym5的各預(yù)測值。
在本發(fā)明中，可以僅求出內(nèi)壁溫度檢測值yd1、yd2的預(yù)測值，但在該例中也使用了外部溫度傳感器TC1～TC5的溫度檢測值ym1～ym5的各預(yù)測值，如以下所述，能夠使內(nèi)壁溫度檢測值yd1、yd2的預(yù)測精度更高。在以下的說明中，作為各溫度檢測值的預(yù)測值的符號(hào)賦予“^”。由此，溫度檢測值ym的預(yù)測值為ym^，溫度檢測值yd的預(yù)測值為yd^。
這樣，由預(yù)測單元50，進(jìn)行式5和式6的運(yùn)算，可以得到內(nèi)壁溫度的預(yù)測值yd1^和yd2^。圖5是表示將立式熱處理裝置的本體模塊化，通過對加熱器31～35供給電力，即通過向電源部41～45給予電力指令值，從符號(hào)300所示的裝置本體的外部溫度傳感器TC1～TC5而輸出溫度檢測值ym1～ym5的狀態(tài)，以及將預(yù)測單元50模塊化，通過向預(yù)測單元50輸入電力指令值u1～u5而輸出內(nèi)壁溫度的預(yù)測值的狀態(tài)的框圖。另外，圖5所示的電力指令值運(yùn)算部6，在后面進(jìn)行說明。
繼續(xù)對預(yù)測單元50進(jìn)行說明，圖5的模塊A、B、C分別與式5、式6的系數(shù)A、B、C相對應(yīng)，在模塊A中執(zhí)行Ax(k)的運(yùn)算，在模塊B中執(zhí)行Bu(k)的運(yùn)算，在模塊C中執(zhí)行Cx(k)的運(yùn)算。在式5、式6中，u(k)將抽樣的時(shí)刻k(第k)的電力指令值u1～u5進(jìn)行一起表示，y(k)將時(shí)刻k的外部溫度傳感器TC1～TC5的溫度檢測值的預(yù)測值ym1^～ym5^和內(nèi)壁溫度的檢測值yd1^、yd2^進(jìn)行一起表示。并且，在圖5中，301、51是加法運(yùn)算部，302、52是初期值輸入部。
另外，在該實(shí)施方式中，預(yù)測單元50由加法運(yùn)算部53取出外部溫度傳感器TC1～TC5的溫度檢測值的預(yù)測值ym1^～ym5^與從裝置本體300輸出的溫度檢測值(實(shí)測值)ym1～ym5的差，關(guān)于該差，由模塊D進(jìn)行規(guī)定的運(yùn)算，例如進(jìn)行基于卡爾曼濾波(Kalman filter)的運(yùn)算，從Ax(k)+Bu(k)減去該運(yùn)算值。就是說，在該例中，式5可以表示為， x(k+1)＝Ax(k)+Bu(k)-DΔy(k) (式7) 圖5中的各部的輸入輸出值是用行列式表示的值，由加法運(yùn)算部53得到的輸出Δy，即由ym1^-ym1、ym2^-ym2、ym3^-ym3、ym4^-ym4、ym5^-ym5的各值構(gòu)成的行列式所表示的值，而且，D例如是控制行列式(5×n)。
另外，在本發(fā)明中，可以不考慮Δy，基于式5，即基于加法運(yùn)算部53和不包括模塊D的模塊，求出內(nèi)壁溫度的預(yù)測值yd1^、yd2^，但是如果考慮到由外部溫度傳感器TC1～TC5實(shí)際得到的溫度檢測值(實(shí)測值)ym1～ym5與其預(yù)測值ym1^～ym5^的差，則能夠使預(yù)測運(yùn)算與實(shí)際裝置中發(fā)生的現(xiàn)象相吻合，能夠進(jìn)一步提高內(nèi)壁溫度的預(yù)測精度，因此優(yōu)選。
在該例中，為了進(jìn)行內(nèi)管1a的內(nèi)壁溫度的預(yù)測，預(yù)先在2處分別安裝內(nèi)壁溫度傳感器201和202，取得數(shù)據(jù)，在運(yùn)用時(shí)恰似利用這些內(nèi)壁溫度傳感器201和202進(jìn)行控制，完成內(nèi)壁的溫度檢測，這樣，預(yù)測內(nèi)壁溫度的部位是裝載時(shí)在內(nèi)管1a的內(nèi)壁溫度與外部溫度傳感器的溫度檢測值之間具有以控制產(chǎn)生不合適的程度的溫度差的部位。所謂以控制產(chǎn)生不合適的程度是指以該溫度差為原因，其結(jié)果使內(nèi)管1a的內(nèi)壁溫度不穩(wěn)定，引起膜剝離的程度。
所以，對于幾乎沒有上述溫度差的部位，以外部溫度傳感器的溫度檢測值(實(shí)測值)作為控制對象，不會(huì)產(chǎn)生不合適，所以進(jìn)行內(nèi)壁溫度的預(yù)測是沒有意義的。因此在該例中僅針對上述溫度差大的區(qū)域設(shè)置的第一段～第三段的外部溫度傳感器TC1～TC3，在對應(yīng)的部位預(yù)先設(shè)置內(nèi)壁溫度傳感器(外部溫度傳感器TC2、TC3兼作內(nèi)壁溫度傳感器202)，如上所述，由基于取得的數(shù)據(jù)而制作的預(yù)測模型，對內(nèi)壁溫度進(jìn)行預(yù)測，如下所述，其預(yù)測溫度代替外部溫度傳感器TC1～TC3的檢測值，或者二者混合，而進(jìn)行溫度控制。
這樣，由于內(nèi)壁溫度傳感器設(shè)置于上述溫度差大的部位，所以其位置和個(gè)數(shù)并不限于上述的例子，可以是1個(gè)，也可以是3個(gè)以上。
接著對控制部5內(nèi)的電力指令值運(yùn)算部(電力控制單元)6加以說明。在該電力指令值運(yùn)算部6中，在與加熱器31～35相對應(yīng)的電力控制系統(tǒng)的5個(gè)通道(channel)中，分別設(shè)置PID運(yùn)算部61～65。PID運(yùn)算部61～65通常輸入內(nèi)管1a內(nèi)各溫度控制區(qū)域的溫度設(shè)定值和溫度檢測值，根據(jù)其偏差而向?qū)?yīng)的電源部41～45輸出電力指令值。但是，在該實(shí)施方式中，作為與第一段到第三段的溫度控制區(qū)域(加熱器31～33所擔(dān)當(dāng)?shù)臏囟瓤刂茀^(qū)域)相對應(yīng)的溫度檢測值，對于第一段的通道(第一段的加熱器31的溫度控制中的PID運(yùn)算部61的輸入側(cè))，將應(yīng)該相當(dāng)于從第一段的內(nèi)壁溫度傳感器201所得到的溫度檢測值的預(yù)測值yd1^的比率作為r(0≤r≤1)，并且，將第一段外部溫度傳感器TC1的溫度檢測值的比率為(1-r)，采用二者混合而得到的混合值[yd1·r+ym1·(1-r)]。
而且，對于第二段和第三段的通道，將應(yīng)該相當(dāng)于從第二段的內(nèi)壁溫度傳感器202所得到的溫度檢測值的預(yù)測值yd2^的比率作為r(0≤r≤1)，并且，將第二段外部溫度傳感器TC2的溫度檢測值(或者第三段外部溫度傳感器TC2的溫度檢測值)的比率作為(1-r)，采用二者混合而得到的混合值[yd2·r+ym2·(1-r)]。另外，在第三段的通道中，上述混合值為[yd2·r+ym3·(1-r)]。另外，第四段和第五段的各通道，與現(xiàn)有的溫度控制同樣，將由外部溫度傳感器TC4、TC5得到的各溫度檢測值看作內(nèi)管1a的溫度，直接作為溫度檢測值而使用。
上述比率r由控制部5內(nèi)的比率運(yùn)算部7進(jìn)行運(yùn)算。圖6的縱軸表示比率r，橫軸表示采用從裝載開始時(shí)的經(jīng)過時(shí)間的比率隨時(shí)間的變化。從該特性圖可知，比率r，從裝載開始時(shí)至經(jīng)過一定時(shí)間(搭載初期時(shí))為1(100％)，從途中的某一時(shí)刻t1逐漸變小，在裝載結(jié)束的時(shí)刻(由蓋體11封閉爐口的時(shí)刻)(裝載結(jié)束時(shí))為0(0％)。即，作為輸入到PID運(yùn)算部61～63的溫度檢測值，從裝載開始至某一時(shí)刻t1使用上述內(nèi)壁溫度的預(yù)測值yd1^(yd2^)，從途中代替預(yù)測值yd1^(yd2^)，增加外部溫度傳感器TC1～TC3的實(shí)測值ym1～ym3的比例，在裝載結(jié)束時(shí)由實(shí)測值ym1～ym3而執(zhí)行溫度控制。
這樣，不是將控制對象快速地從內(nèi)壁溫度的預(yù)測值yd1^(yd2^)切換到外部溫度傳感器TC1～TC3的實(shí)測值ym1～ym3，而是緩慢地過渡的理由是，在裝載結(jié)束后，上述實(shí)測值ym1～ym3尚未上升到與內(nèi)壁溫度相吻合的溫度，所以突然進(jìn)行控制對象的切換，則裝載結(jié)束后對加熱器31～33供給的電力就會(huì)過大，即發(fā)生過調(diào)節(jié)。
因此，在該實(shí)施方式中，預(yù)測熱交換結(jié)束時(shí)刻，調(diào)整使比率r從1減少的時(shí)刻，所謂該熱交換結(jié)束時(shí)刻是指內(nèi)壁溫度傳感器201和202的溫度檢測值從下降狀態(tài)向上升轉(zhuǎn)換的時(shí)刻。在爐體下方側(cè)的晶片搬送區(qū)域內(nèi)的溫度或Run時(shí)間而引起的初期值變動(dòng)(晶片或絕熱單元(保溫筒)16的初期溫度變動(dòng))中，由于熱傳導(dǎo)速度不變化，所以沒有必要具有多個(gè)預(yù)測模型。但是，由于熱能的總量變化，所以在時(shí)間系列中對比率r進(jìn)行最優(yōu)化的情況下，就必須考慮該參數(shù)的熱交換結(jié)束時(shí)刻。為了與初期值變動(dòng)相對應(yīng)，如圖1所示，在蓋體11與晶舟17之間設(shè)置的熱容量大的絕熱單元16的附近，設(shè)置成為端部溫度檢測器的作為底部溫度檢測部的底部溫度傳感器BTC，考慮該溫度檢測值的情況下的比率r的運(yùn)算方法的一例示于圖7。上述底部溫度傳感器BTC例如由熱電偶構(gòu)成，安裝于在蓋體11立起設(shè)置的桿的先端部。將底部溫度傳感器BTC的實(shí)測溫度作為yb增加于設(shè)備輸出，但并非一定成為控制對象，嚴(yán)格地講僅作為比率r的時(shí)間系列變化的觸發(fā)而發(fā)揮作用。
在裝載開始時(shí)，即晶舟17在下限位置時(shí)底部溫度傳感器BTC的初期溫度ybf與第一段的外部溫度傳感器TC1的初期溫度ym1的溫度差相互不同的多個(gè)條件下，測定熱交換結(jié)束時(shí)刻，定義圖7的熱交換結(jié)束時(shí)刻導(dǎo)出函數(shù)kb(ybt，s)。這里所謂“不同的多個(gè)條件”是指絕熱單元16(例如保溫筒)的初期溫度不同的多個(gè)條件，絕熱單元16的初期溫度不同有將晶舟17從反應(yīng)管搬出后的經(jīng)過時(shí)間不同的情況。
首先，每單位溫度的時(shí)刻變化量為kbt時(shí)，熱交換結(jié)束時(shí)刻kb，可以表示如下 kb＝kbtybt kb(ybt)的輸入是溫度差(ybt＝y(tǒng)m1-yb)。實(shí)際上，每單位溫度的時(shí)刻變化量kbt需要對每個(gè)被運(yùn)用的搬入速度進(jìn)行設(shè)置，因此以2個(gè)條件的搬入速度測定時(shí)刻變化量，中間值以線性插補(bǔ)而覆蓋。為了與晶舟17的搬入速度相對應(yīng)，在輸出中增加搬入速度(s)，求出kbt(s)。
kbt(S)＝ks(s-s0)+ks0 s0是基礎(chǔ)條件中晶舟17的搬入速度，ks0是基礎(chǔ)條件的每單位溫度的時(shí)刻變化量。由此，熱交換結(jié)束時(shí)刻導(dǎo)出函數(shù)kb(ybt，s)如下式表示。這里所謂基礎(chǔ)條件是指上述2個(gè)條件的搬入速度中任一方的條件。
kb(ybt，s)＝kbt(s)ybt 將這樣求得的時(shí)刻(kb)，作為外部溫度傳感器TC1～3的實(shí)測值ym1、(ym1、ym3)與內(nèi)壁的溫度預(yù)測值yd1^(yd2^)的混合開始時(shí)刻，由圖7的r(kb，k)在時(shí)刻(k＞kb)的條件下緩慢下降r。
控制部5實(shí)際上例如由包括CPU、存儲(chǔ)程序的ROM和存儲(chǔ)溫度設(shè)定值的存儲(chǔ)器等的計(jì)算機(jī)構(gòu)成，另外，關(guān)于溫度控制的上述一系列運(yùn)算處理可以由程序進(jìn)行軟件處理，圖2模式地記載圖象構(gòu)成。上述程序可以存儲(chǔ)在存儲(chǔ)介質(zhì)5a例如軟磁盤(FD)、存儲(chǔ)卡、微型光盤(CD)、磁光盤(MO)和硬盤等中，安裝在作為控制部5的計(jì)算機(jī)上。
接著，對上述實(shí)施方式的作用加以說明。首先，在進(jìn)行晶片W的熱處理的運(yùn)用之前，在內(nèi)管1a的下部區(qū)域的內(nèi)壁上安裝內(nèi)壁溫度傳感器201和202，進(jìn)行裝載，取得溫度檢測值ym1～ym5、內(nèi)壁溫度檢測值yd1、yd2和向加熱器31～35供給的電力(電力指令值)三者的關(guān)系。通過將三者的離散值輸入到計(jì)算機(jī)，求出ARX的預(yù)測式的式1的系數(shù)，得到式4，基于該式而得到狀態(tài)空間模式的式5、式6。這些運(yùn)算是通過輸入上述離散值、由計(jì)算機(jī)的軟件進(jìn)行。
這樣，在能夠預(yù)測內(nèi)壁溫度的狀態(tài)下對控制部5進(jìn)行熱處理的運(yùn)用。在進(jìn)行熱處理時(shí)，在包括內(nèi)管1a和總管23等的爐體的下方側(cè)，在晶舟17上移載作為基板的多個(gè)晶片W并以擱板狀保持，使晶舟升降機(jī)12上升，將晶舟17搬入反應(yīng)容器內(nèi)(裝載)。此時(shí)，內(nèi)管1a內(nèi)的溫度例如設(shè)定為650℃。搭載有大氣中的冷晶片W的晶舟17從總管23的下端開口部(爐口)通過總管23而進(jìn)入內(nèi)管1a內(nèi)時(shí)，內(nèi)管1a的下部側(cè)的內(nèi)壁溫度會(huì)明顯地降溫，但隨著晶舟17的上升，對晶舟17和晶片W進(jìn)行加熱。因此，內(nèi)管1a的內(nèi)壁中，由第一段到第三段的加熱器31～33所加熱的區(qū)域的內(nèi)壁的降溫程度較大，但在更以上的部位，降溫程度很小。
在內(nèi)管1a與外管1b之間設(shè)置的外部溫度傳感器TC1～TC5中，與降溫程度大的區(qū)域相對應(yīng)的外部溫度傳感器TC1～TC3，不追隨實(shí)際內(nèi)壁溫度的降溫模式(pattern)，成為稍高的溫度，在進(jìn)行裝載期間，在該例中裝載開始后直到上述的規(guī)定時(shí)間的期間，將控制對象，基于各段的電力指令值，在該例中適用狀態(tài)空間模式的式7，作為預(yù)測的內(nèi)壁的溫度預(yù)測值yd1^(yd2^)(第一步驟)。即，輸入到與第一段到第三段的加熱器31～33相對應(yīng)的PID運(yùn)算部61～63的溫度檢測值，作為溫度預(yù)測值yd1^(yd2^)，對溫度預(yù)測值yd1^(yd2^)與溫度設(shè)定值的偏差進(jìn)行PID運(yùn)算，輸出電力指令值。因此，即使由冷晶片W進(jìn)入而引起內(nèi)管1a的內(nèi)壁溫度發(fā)生大的降溫，但由于能夠向加熱器31～33供給與該內(nèi)壁溫度的變化相吻合的電力，所以作為溫度控制的結(jié)果，能夠抑制內(nèi)壁溫度的變動(dòng)。另外，內(nèi)壁的溫度下降的程度小，因此根據(jù)外部溫度傳感器TC4、TC5的溫度檢測值，進(jìn)行第四段和第五段的加熱器34、35的電力控制，由此能夠充分發(fā)揮抑制內(nèi)壁溫度的變動(dòng)的功能。
另外，在裝載開始后經(jīng)過上述的規(guī)定時(shí)間后，作為輸入到PID運(yùn)算部61～63的溫度檢測值，外部溫度傳感器TC1～TC3的溫度檢測值(實(shí)測值)ym1、ym2、ym3的比率緩慢增大(過渡步驟)，換言之，內(nèi)壁的溫度預(yù)測值yd1^(yd2^)的比率緩慢減小，裝載結(jié)束后，作為上述實(shí)測值ym1、ym2、ym3，進(jìn)行加熱器31～33的溫度控制(第二步驟)。此時(shí)，根據(jù)底部溫度傳感器BTC和外部溫度傳感器TC1的差、以及與此時(shí)的晶舟17的搬送速度相對應(yīng)的每單位溫度的時(shí)刻變化量，由控制部5內(nèi)的單元5b求出過渡步驟的開始時(shí)刻。
接著，在內(nèi)部溫度穩(wěn)定在目標(biāo)溫度的工序溫度后，實(shí)際上從2個(gè)系統(tǒng)的氣體供給管24分別向內(nèi)管1a內(nèi)供給規(guī)定的處理氣體例如成膜氣體的二氯硅烷氣體和氨氣，同時(shí)由未圖示的真空泵通過排氣管25維持在規(guī)定的真空度，一邊由驅(qū)動(dòng)部13使晶舟17旋轉(zhuǎn)，一邊對晶片W進(jìn)行熱處理的成膜處理，在晶片W上形成氮化硅膜。之后，減小溫度的設(shè)定值，反應(yīng)容器內(nèi)降溫，晶舟升降機(jī)12下降，搬出晶舟17。
根據(jù)上述實(shí)施方式，在晶片W的裝載時(shí)，由前面進(jìn)行的工序能夠抑制對于堆積在內(nèi)管1a的內(nèi)壁上的薄膜的熱應(yīng)力，所以能夠抑制剝離，其結(jié)果能夠降低顆粒污染。而且，在裝載時(shí)不是將控制對象很快地從內(nèi)壁的溫度預(yù)測值yd1^(yd2^)切換到外部溫度傳感器TC1～TC3的溫度檢測值(實(shí)測值)ym1、ym2、ym3，而是設(shè)置二者混合的時(shí)間帶，緩慢地切換成后者，因此在裝載結(jié)束，由蓋體11封閉爐口之后，能夠抑制內(nèi)壁溫度大大超過設(shè)定溫度，其后收斂于設(shè)定溫度的現(xiàn)象(即過調(diào)節(jié))的發(fā)生，能夠迅速地將熱處理氣氛穩(wěn)定于目標(biāo)溫度。即，能夠極力抑制使用裝載時(shí)的內(nèi)壁的溫度預(yù)測值yd1^(yd2^)的弊病。
本發(fā)明的熱處理裝置，也可以適用于在基板上形成氮化硅膜以外的薄膜的情況。而且，上述熱處理裝置，由內(nèi)管和外管的二重管結(jié)構(gòu)構(gòu)成爐體，但也可以由單管構(gòu)成。在這種情況下，單管相當(dāng)于反應(yīng)管，外部溫度傳感器設(shè)置在單管的外側(cè)。
進(jìn)而，在上述例中，裝載時(shí)，將控制對象從內(nèi)壁的溫度預(yù)測值過渡到外部溫度傳感器的溫度檢測值(實(shí)測值)的過渡步驟，也不限于比率r直線性地緩慢減小，也可以是階段狀例如1階段或2階段以上地減小。另外，即使在將內(nèi)壁的溫度預(yù)測值作為主要控制的第一步驟中，比率r不是100％，在將外部溫度傳感器的溫度檢測值作為主要控制的第二步驟中，比率r不是0％，也應(yīng)該包含在本發(fā)明的技術(shù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種熱處理裝置，其特征在于，
包括
具有爐口的反應(yīng)管；
設(shè)置在反應(yīng)管的周圍的加熱單元；
相互平行地保持多個(gè)基板的基板保持器具；
向反應(yīng)管內(nèi)導(dǎo)入處理氣體，并對基板進(jìn)行熱處理的處理氣體導(dǎo)入單元；
設(shè)置在反應(yīng)管的外部的外部溫度檢測部；
向加熱單元供給電力的電源；和
控制電源的控制部，
控制部包括
根據(jù)向加熱單元供給的電力的指令值，對反應(yīng)管的內(nèi)壁溫度進(jìn)行預(yù)測的預(yù)測單元；和
根據(jù)利用所述外部溫度檢測部檢測出的溫度檢測值和利用所述預(yù)測單元預(yù)測出的內(nèi)壁溫度，對向加熱單元供給的電力進(jìn)行控制的電力控制單元。
2.如權(quán)利要求1所述的熱處理裝置，其特征在于，
所述電力控制單元包括用于執(zhí)行以下步驟的電力指令值運(yùn)算部
第一步驟，在將所述基板保持器具搬入反應(yīng)管內(nèi)的裝載初期時(shí)，以所述內(nèi)壁溫度的預(yù)測值yd作為主要控制對象，對向加熱單元供給的電力的指令值進(jìn)行運(yùn)算；和
第二步驟，在裝載末期時(shí)，以所述外部溫度檢測部的檢測值ym作為主要控制對象，對向加熱單元供給的電力的指令值進(jìn)行運(yùn)算。
3.如權(quán)利要求2所述的熱處理裝置，其特征在于，
所述第一步驟是將利用所述預(yù)測單元求得的內(nèi)壁溫度的預(yù)測值yd和所述外部溫度檢測部的檢測值ym，按照比率r，混合為yd·r+ym·(1-r)，其中，0≤r≤1，根據(jù)將比率r設(shè)定得較大的混合值和反應(yīng)管內(nèi)的設(shè)定溫度，對所述電力的指令值進(jìn)行運(yùn)算的步驟；
所述第二步驟是將利用所述預(yù)測單元求得的內(nèi)壁溫度的預(yù)測值yd和所述外部溫度檢測部的檢測值ym，按照比率r，混合為yd·r+ym·(1-r)，其中，0≤r≤1，根據(jù)將比率r設(shè)定得較小的混合值和反應(yīng)管內(nèi)的設(shè)定溫度，對所述電力的指令值進(jìn)行運(yùn)算的步驟。
4.如權(quán)利要求3所述的熱處理裝置，其特征在于，
所述第一步驟中的比率r為100％。
5.如權(quán)利要求3或4所述的熱處理裝置，其特征在于，
所述第二步驟中的比率r為0％。
6.如權(quán)利要求3所述的熱處理裝置，其特征在于，
所述電力指令值運(yùn)算部，在所述第一步驟與第二步驟之間，執(zhí)行用于抑制裝載結(jié)束時(shí)反應(yīng)管內(nèi)過度的溫度上升，將所述比率r設(shè)定為兩步驟的比率之間的值，對電力的指令值進(jìn)行運(yùn)算的過渡步驟。
7.如權(quán)利要求6所述的熱處理裝置，其特征在于，
所述過渡步驟的比率r隨時(shí)間而緩慢減小。
8.如權(quán)利要求6所述的熱處理裝置，其特征在于，
在所述蓋體與基板保持器具之間設(shè)置有絕熱材料，在絕熱材料的附近設(shè)置有端部溫度檢測部，
控制部包括根據(jù)基板保持器具被搬出時(shí)的所述端部溫度檢測部與外部溫度檢測部的各溫度檢測值的差、和與此時(shí)的基板保持器具的搬入速度相對應(yīng)的每單位溫度的時(shí)刻變化量，來決定過渡步驟的開始時(shí)刻的單元。
9.如權(quán)利要求1所述的熱處理裝置，其特征在于，
在反應(yīng)管的內(nèi)壁上安裝有內(nèi)壁溫度檢測部，
控制部內(nèi)置有內(nèi)壁溫度檢測部的檢測值和向加熱單元供給的電力的指令值的各時(shí)間系列數(shù)據(jù)，
預(yù)測單元根據(jù)這些時(shí)間系列數(shù)據(jù)，制作用于規(guī)定內(nèi)壁溫度檢測部的檢測值與所述電力的指令值的關(guān)系的預(yù)測運(yùn)算式，使用該預(yù)測運(yùn)算式，對反應(yīng)管的內(nèi)壁溫度進(jìn)行預(yù)測。
10.如權(quán)利要求1所述的熱處理裝置，其特征在于，
控制部內(nèi)置有外部溫度檢測部的檢測值和向加熱單元供給的電力的指令值的各時(shí)間系列數(shù)據(jù)，
預(yù)測單元根據(jù)這些時(shí)間系列數(shù)據(jù)，制作用于規(guī)定所述外部溫度檢測部的檢測值與所述電力的指令值的關(guān)系的預(yù)測運(yùn)算式，并根據(jù)該預(yù)測運(yùn)算式和所述電力的指令值，求出所述外部溫度檢測部的溫度檢測值的預(yù)測值，基于該預(yù)測值與實(shí)際得到的溫度檢測值的差，對所述反應(yīng)管的內(nèi)壁溫度的預(yù)測值進(jìn)行修正。
11.一種熱處理方法，使用熱處理裝置對基板進(jìn)行熱處理，其特征在于，
所述熱處理裝置包括
具有爐口的反應(yīng)管；
設(shè)置在反應(yīng)管的周圍的加熱單元；
相互平行地保持多個(gè)基板的基板保持器具；
向反應(yīng)管內(nèi)導(dǎo)入處理氣體，并對基板進(jìn)行熱處理的處理氣體導(dǎo)入單元；
設(shè)置在反應(yīng)管的外部的外部溫度檢測部；
向加熱單元供給電力的電源；和
控制電源的控制部，
控制部包括
根據(jù)向加熱單元供給的電力的指令值，對反應(yīng)管的內(nèi)壁溫度進(jìn)行預(yù)測的預(yù)測單元；和
根據(jù)利用所述外部溫度檢測部檢測出的溫度檢測值和利用所述預(yù)測單元預(yù)測出的內(nèi)壁溫度，對向加熱單元供給的電力進(jìn)行控制的電力控制單元，
該熱處理方法包括
通過設(shè)置在反應(yīng)管的外部的外部溫度檢測部，對溫度進(jìn)行檢測的工序；
根據(jù)向加熱單元供給的電力的指令值，通過控制部的預(yù)測單元，對反應(yīng)管的內(nèi)壁溫度進(jìn)行預(yù)測的預(yù)測工序；和
根據(jù)利用所述外部溫度檢測部檢測出的溫度檢測值和利用所述預(yù)測單元預(yù)測出的內(nèi)部溫度，通過控制部的電力控制單元，對向加熱單元供給的電力進(jìn)行控制的工序。
12.如權(quán)利要求11所述的熱處理方法，其特征在于，
對向所述加熱單元供給的電力進(jìn)行控制的工序包括以下工序
第一工序，在將所述基板保持器具搬入所述反應(yīng)管內(nèi)的裝載時(shí)，以所述內(nèi)壁溫度的預(yù)測值yd作為主要控制對象，對向加熱單元供給的電力的指令值進(jìn)行運(yùn)算；和
第二工序，在裝載結(jié)束后，以所述外部溫度檢測部的檢測值ym作為主要控制對象，對向加熱單元供給的電力的指令值進(jìn)行運(yùn)算。
13.如權(quán)利要求12所述的熱處理方法，其特征在于，
所述第一工序是將利用所述預(yù)測單元求得的內(nèi)壁溫度的預(yù)測值yd和所述外部溫度檢測部的檢測值ym，按照比率r，混合為yd·r+ym·(1-r)，其中，0≤r≤1，根據(jù)將比率r設(shè)定得較大的混合值和反應(yīng)管內(nèi)的設(shè)定溫度，對所述電力的指令值進(jìn)行運(yùn)算的工序，
所述第二工序是將利用所述預(yù)測單元求得的內(nèi)壁溫度的預(yù)測值yd和所述外部溫度檢測部的檢測值ym，按照比率r，混合為yd·r+ym·(1-r)，其中，0≤r≤1，根據(jù)將比率r設(shè)定得較小的混合值和反應(yīng)管內(nèi)的設(shè)定溫度，對所述電力的指令值進(jìn)行運(yùn)算的工序。
14.如權(quán)利要求13所述的熱處理方法，其特征在于，
將所述比率r設(shè)定得較大的第一工序中的比率r為100％。
15.如權(quán)利要求13所述的熱處理方法，其特征在于，
將所述比率r設(shè)定得較小的第二工序中的比率r為0％。
16.如權(quán)利要求13所述的熱處理方法，其特征在于，
在所述第一工序與第二工序之間，包括用于抑制裝載結(jié)束時(shí)反應(yīng)管內(nèi)過度的溫度上升，將所述比率r設(shè)定為兩工序的比率之間的值，對電力的指令值進(jìn)行運(yùn)算的過渡工序。
17.如權(quán)利要求16所述的熱處理方法，其特征在于，
所述過渡工序的比率r隨時(shí)間而緩慢減小。
18.如權(quán)利要求17所述的熱處理方法，其特征在于，
在所述蓋體與基板保持器具之間設(shè)置有絕熱材料，在絕熱材料的附近設(shè)置有端部溫度檢測部，
控制部根據(jù)基板保持器具被搬出時(shí)的所述端部溫度檢測部與外部溫度檢測部的各溫度檢測值的差、和與此時(shí)的基板保持器具的搬入速度相對應(yīng)的每單位溫度的時(shí)刻變化量，來決定使所述比率r緩慢減小的開始時(shí)間。
19.如權(quán)利要求13所述的熱處理方法，其特征在于，
在反應(yīng)管的內(nèi)壁上安裝有內(nèi)壁溫度檢測部，
控制部內(nèi)置有內(nèi)壁溫度檢測部的檢測值和向加熱單元供給的電力的指令值的各時(shí)間系列數(shù)據(jù)，
由預(yù)測單元，根據(jù)這些時(shí)間系列數(shù)據(jù)，制作用于規(guī)定內(nèi)壁溫度檢測部的檢測值與所述電力的指令值的關(guān)系的預(yù)測運(yùn)算式，
所述預(yù)測工序使用該預(yù)測運(yùn)算式對反應(yīng)管的內(nèi)壁溫度進(jìn)行預(yù)測。
20.如權(quán)利要求19所述的熱處理方法，其特征在于，
控制部內(nèi)置有外部溫度檢測部的檢測值和向加熱單元供給的電力的指令值的各時(shí)間系列數(shù)據(jù)，
由預(yù)測單元，根據(jù)這些時(shí)間系列數(shù)據(jù)，制作用于規(guī)定所述外部溫度檢測部的檢測值與所述電力的指令值的關(guān)系的預(yù)測運(yùn)算式，所述預(yù)測工序根據(jù)該預(yù)測運(yùn)算式和所述電力的指令值，求出所述外部溫度檢測部的檢測值的預(yù)測值，基于該預(yù)測值與實(shí)際得到的檢測值的差，對所述反應(yīng)管的內(nèi)壁溫度的預(yù)測值進(jìn)行修正。
21.一種計(jì)算機(jī)程序，用于使計(jì)算機(jī)執(zhí)行使用熱處理裝置對基板進(jìn)行熱處理的熱處理方法，其特征在于，
所述熱處理裝置包括
具有爐口的反應(yīng)管；
設(shè)置在反應(yīng)管的周圍的加熱單元；
相互平行地保持多個(gè)基板的基板保持器具；
向反應(yīng)管內(nèi)導(dǎo)入處理氣體，并對基板進(jìn)行熱處理的處理氣體導(dǎo)入單元；
設(shè)置在反應(yīng)管的外部的外部溫度檢測部；
向加熱單元供給電力的電源；和
控制電源的控制部，
控制部包括
根據(jù)向加熱單元供給的電力的指令值，對反應(yīng)管的內(nèi)壁溫度進(jìn)行預(yù)測的預(yù)測單元；和
根據(jù)利用所述外部溫度檢測部檢測出的溫度檢測值和利用所述預(yù)測單元預(yù)測出的內(nèi)壁溫度，對向加熱單元供給的電力進(jìn)行控制的電力控制單元，
該熱處理方法包括
通過設(shè)置在反應(yīng)管的外部的外部溫度檢測部，對溫度進(jìn)行檢測的工序；
根據(jù)向加熱單元供給的電力的指令值，通過控制部的預(yù)測單元，對反應(yīng)管的內(nèi)壁溫度進(jìn)行預(yù)測的預(yù)測工序；和
根據(jù)利用所述外部溫度檢測部檢測出的溫度檢測值和利用所述預(yù)測單元預(yù)測出的內(nèi)部溫度，通過控制部的電力控制單元，對向加熱單元供給的電力進(jìn)行控制的工序。
22.一種存儲(chǔ)介質(zhì)，存儲(chǔ)有使計(jì)算機(jī)執(zhí)行使用熱處理裝置對基板進(jìn)行熱處理的熱處理方法的計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，
所述熱處理裝置包括
具有爐口的反應(yīng)管；
設(shè)置在反應(yīng)管的周圍的加熱單元；
相互平行地保持多個(gè)基板的基板保持器具；
向反應(yīng)管內(nèi)導(dǎo)入處理氣體，并對基板進(jìn)行熱處理的處理氣體導(dǎo)入單元；
設(shè)置在反應(yīng)管的外部的外部溫度檢測部；
向加熱單元供給電力的電源；和
控制電源的控制部，
控制部包括
根據(jù)向加熱單元供給的電力的指令值，對反應(yīng)管的內(nèi)壁溫度進(jìn)行預(yù)測的預(yù)測單元；和
根據(jù)利用所述外部溫度檢測部檢測出的溫度檢測值和利用所述預(yù)測單元預(yù)測出的內(nèi)壁溫度，對向加熱單元供給的電力進(jìn)行控制的電力控制單元，
該熱處理方法包括
通過設(shè)置在反應(yīng)管的外部的外部溫度檢測部，對溫度進(jìn)行檢測的工序；
根據(jù)向加熱單元供給的電力的指令值，通過控制部的預(yù)測單元，對反應(yīng)管的內(nèi)壁溫度進(jìn)行預(yù)測的預(yù)測工序；和
根據(jù)利用所述外部溫度檢測部檢測出的溫度檢測值和利用所述預(yù)測單元預(yù)測出的內(nèi)部溫度，通過控制部的電力控制單元，對向加熱單元供給的電力進(jìn)行控制的工序。
全文摘要
本發(fā)明提供一種立式熱處理裝置，實(shí)現(xiàn)裝載時(shí)反應(yīng)管的內(nèi)壁的溫度穩(wěn)定化，抑制例如附著在內(nèi)壁上的膜剝落，減少顆粒污染。使用該熱處理裝置的熱處理方法，預(yù)先在反應(yīng)管的內(nèi)壁上安裝內(nèi)壁溫度傳感器，求得內(nèi)壁溫度傳感器的檢測值和向加熱單元供給的電力的指令值的各時(shí)間系列數(shù)據(jù)。根據(jù)裝載初期時(shí)這些數(shù)據(jù)，由之前的電力的指令值，預(yù)測內(nèi)壁溫度，以該內(nèi)壁溫度的預(yù)測值作為控制對象。并且，在裝載末期時(shí)，將控制對象緩慢地過渡到設(shè)置于反應(yīng)管外的溫度檢測部的溫度檢測值，將該溫度檢測值作為控制對象。
文檔編號(hào)H01L21/22GK101127298SQ200710141870
公開日2008年2月20日 申請日期2007年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月15日
發(fā)明者片岡勇樹, 東條行雄 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會(huì)社