專(zhuān)利名稱(chēng)：熱處理裝置和熱處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)半導(dǎo)體晶片等基板進(jìn)行熱處理的熱處理裝置及熱處理方法。
背景技術(shù)：
存在著在半導(dǎo)體器件的制造過(guò)程中所用的，對(duì)多個(gè)半導(dǎo)體晶片(以下稱(chēng)為晶片)一并進(jìn)行例如CVD(化學(xué)氣相沉積)的成膜處理或氧化、擴(kuò)散處理這樣的熱處理的立式熱處理裝置。此一裝置是把把多張晶片棚架狀地保持于稱(chēng)為晶片匣的保持具中，然后從例如下方側(cè)把前述保持具搬入例如立式的熱處理爐內(nèi)，把處理氣氛弄成規(guī)定的溫度的加熱氣氛，進(jìn)行熱處理者。一般來(lái)說(shuō)熱處理爐把被加熱區(qū)上下地分割成多個(gè)，取為備有多個(gè)加熱單元和對(duì)應(yīng)于各個(gè)的溫度控制單元的構(gòu)成，以便可以針對(duì)各區(qū)進(jìn)行溫度控制。
可是本發(fā)明者研究了使用碳絲加熱器作為加熱單元的圖8中所示的那種立式熱處理裝置。圖8中，標(biāo)號(hào)101是下方側(cè)開(kāi)口的反應(yīng)容器，在其周?chē)O(shè)有分割成例如上下三段的加熱器200。加熱器200由加熱熱處理區(qū)域的大部分的主加熱器202、和設(shè)在其上下的副加熱器201、203來(lái)構(gòu)成。此一裝置，如果把多張晶片保持成棚架狀的晶片匣103經(jīng)由開(kāi)口部102被搬入反應(yīng)管101內(nèi)，則設(shè)在該晶片匣103的下端的蓋體104堵住開(kāi)口部102，把反應(yīng)管101內(nèi)加熱到規(guī)定溫度而進(jìn)行規(guī)定的熱處理。
此外，在反應(yīng)管101的內(nèi)側(cè)，此外在各加熱器200的附近部位分別設(shè)有內(nèi)部熱電偶300(301～303)和外部熱電偶400(401～403)，以便分別檢測(cè)各加熱器200負(fù)責(zé)的熱處理氣氛的溫度，構(gòu)成為把從各熱電偶300、400所得到的溫度檢測(cè)值取入針對(duì)各加熱器200(201～203)所設(shè)置的控制部500(501～503)。也就是說(shuō)，控制部500(501～503)基于前述溫度檢測(cè)值與針對(duì)各段所設(shè)定的溫度目標(biāo)值，針對(duì)對(duì)應(yīng)的各加熱器200(201～203)可進(jìn)行單獨(dú)的發(fā)熱量控制。
可是，在晶片匣103的搬入時(shí)下部側(cè)的副加熱器203附近，受經(jīng)由開(kāi)口部102流入反應(yīng)管101內(nèi)的外部氣氛的影響，與主加熱器202附近相比溫度降低。如果在這種狀況下從開(kāi)口部102搬入冷的(溫度低于反應(yīng)管101內(nèi)的氣氛)晶片W和晶片匣103，則首先副加熱器203附近的溫度進(jìn)一步降低，然后隨著晶片匣103的上升主加熱器202附近和上部側(cè)的副加熱器201附近也受影響而溫度降低。
因而加熱器200附近的溫度越往上部側(cè)越高，此外晶片W和晶片匣103的溫度隨著其位置的上升被加熱器200加溫而慢慢地升高，所以加熱器200附近的上下方向的溫度分布就根據(jù)晶片匣103的位置時(shí)時(shí)刻刻地變化。因此下端部側(cè)的副加熱器203附近的溫度因晶片匣103的搬入而急劇地降低所以控制部503作用以便加大向副加熱器203的投入電力。與此相反主加熱器202附近的溫度雖然因晶片匣103的投入而降低但是由于其程度小于副加熱器203附近所以控制部502的電力的投入量不那么大。這樣一來(lái)主加熱器202的溫度控制與副加熱器203的溫度控制就相互不同，而且根據(jù)加熱器200附近的上下方向的溫度分布的變化其不同方式也變化，進(jìn)而雙方的區(qū)的溫度變化相互影響。
這種溫度控制狀態(tài)不同的現(xiàn)象，在上端部側(cè)的副加熱器201與主加熱器202之間也產(chǎn)生，結(jié)果存在著晶片匣103的搬入(裝料)完畢后的各加熱器200附近的溫度的穩(wěn)定化需要時(shí)間這樣的問(wèn)題。雖然晶片匣103搬入后，通常使反應(yīng)管101內(nèi)部升溫到規(guī)定的處理溫度，但是如果升溫前反應(yīng)管101內(nèi)的溫度不穩(wěn)定則因?yàn)樯郎睾蟮臏囟鹊姆€(wěn)定化需要時(shí)間，故最終生產(chǎn)率降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是基于這種情況而作成的，其目的在于提供一種在分割成多個(gè)區(qū)的熱處理氣氛內(nèi)進(jìn)行基板的熱處理時(shí)，可以使各區(qū)的溫度迅速地穩(wěn)定，謀求生產(chǎn)率的提高的技術(shù)。
本發(fā)明是熱處理裝置，備有分割成多個(gè)區(qū)的反應(yīng)容器，支撐多個(gè)基板并且可以搬入反應(yīng)容器內(nèi)的基板保持具，針對(duì)每個(gè)區(qū)所設(shè)置的加熱單元，針對(duì)每個(gè)區(qū)所設(shè)置的溫度檢測(cè)部，以及針對(duì)每個(gè)區(qū)所設(shè)置的、獨(dú)立地控制各加熱單元的控制部，其特征在于，對(duì)應(yīng)于一個(gè)區(qū)的控制部包括在前述基板的搬入時(shí)，基于對(duì)應(yīng)于該一個(gè)區(qū)的溫度檢測(cè)部的溫度檢測(cè)值，以對(duì)應(yīng)于其他區(qū)的溫度檢測(cè)部的溫度檢測(cè)值為溫度目標(biāo)值進(jìn)行運(yùn)算，以其運(yùn)算結(jié)果為加熱單元的控制信號(hào)并輸出的第一運(yùn)算部。
本發(fā)明是熱處理裝置，其特征在于，溫度檢測(cè)部包括檢測(cè)加熱單元附近的溫度的第一溫度檢測(cè)部，對(duì)應(yīng)于前述其他區(qū)的溫度檢測(cè)部的溫度檢測(cè)值是第一溫度檢測(cè)部的溫度檢測(cè)值。
本發(fā)明是熱處理裝置，其特征在于，溫度檢測(cè)部包括檢測(cè)反應(yīng)容器內(nèi)的溫度的第二溫度檢測(cè)部，對(duì)應(yīng)于前述其他區(qū)的溫度檢測(cè)部的溫度檢測(cè)值是第二溫度檢測(cè)部的溫度檢測(cè)值。
本發(fā)明是熱處理裝置，其特征在于，對(duì)應(yīng)于一個(gè)區(qū)的控制部，還包括在熱處理基板時(shí)，基于該一個(gè)區(qū)中所設(shè)定的溫度目標(biāo)值與對(duì)應(yīng)于該一個(gè)區(qū)的溫度檢測(cè)部的溫度檢測(cè)值進(jìn)行運(yùn)算，以其運(yùn)算結(jié)果作為加熱單元的控制信號(hào)輸出的第二運(yùn)算部。
本發(fā)明是熱處理裝置，其特征在于，溫度檢測(cè)部包括檢測(cè)加熱單元附近的溫度的第一溫度檢測(cè)部、與檢測(cè)反應(yīng)容器內(nèi)的溫度的第二溫度檢測(cè)部，對(duì)應(yīng)于一個(gè)區(qū)的控制部的第一運(yùn)算部在基板的搬入時(shí)，以對(duì)應(yīng)于其他區(qū)的第一溫度檢測(cè)部或第二溫度檢測(cè)部的溫度檢測(cè)值作為溫度目標(biāo)值進(jìn)行運(yùn)算，以其運(yùn)算結(jié)果作為加熱單元的控制信號(hào)輸出，對(duì)應(yīng)于一個(gè)區(qū)的控制部，還包括在熱處理基板時(shí)，基于該一個(gè)區(qū)中所設(shè)定的溫度目標(biāo)值與對(duì)應(yīng)于該一個(gè)區(qū)的第一溫度檢測(cè)部和第二溫度檢測(cè)部的各溫度檢測(cè)值進(jìn)行運(yùn)算，以其運(yùn)算結(jié)果作為加熱單元的控制信號(hào)輸出的第二運(yùn)算部。
本發(fā)明是熱處理裝置，其特征在于，對(duì)應(yīng)于一個(gè)區(qū)的控制部的第一運(yùn)算部基于把修正值加算于對(duì)應(yīng)于其他區(qū)的溫度檢測(cè)部的溫度檢測(cè)值后的值與對(duì)應(yīng)于該一個(gè)區(qū)的溫度檢測(cè)部的溫度檢測(cè)值的偏差量進(jìn)行運(yùn)算，以其運(yùn)算結(jié)果作為加熱單元的控制信號(hào)輸出。
本發(fā)明是熱處理裝置，其特征在于，對(duì)應(yīng)于一個(gè)區(qū)的控制部的第一運(yùn)算部在熱處理基板時(shí)以一個(gè)區(qū)中所設(shè)定的溫度目標(biāo)值與對(duì)應(yīng)于其他區(qū)的溫度目標(biāo)值的差用作修正值。
本發(fā)明是熱處理裝置，其特征在于，對(duì)應(yīng)于一個(gè)區(qū)的控制部的第一運(yùn)算部基于把前述偏差量乘以規(guī)定的比率后得到的值進(jìn)行運(yùn)算。
本發(fā)明是熱處理裝置，其特征在于，反應(yīng)容器構(gòu)成為立式，并且基板保持具從反應(yīng)容器的下方側(cè)搬入，反應(yīng)容器內(nèi)上下方向上分割成至少三段，前述一個(gè)區(qū)是最下段區(qū)，前述其他區(qū)是除了最上段以外的區(qū)。
本發(fā)明是熱處理方法，是把支撐多個(gè)基板的基板保持具搬入分割成多個(gè)區(qū)的反應(yīng)容器內(nèi)，靠分別對(duì)應(yīng)于前述多個(gè)區(qū)的加熱單元加熱各區(qū)的熱處理方法，其特征在于，其中包括檢測(cè)對(duì)應(yīng)于各區(qū)的溫度的工序，和基于溫度目標(biāo)值與各區(qū)的溫度檢測(cè)值控制各加熱單元的工序，在前述基板保持具的搬入時(shí)，作為一個(gè)區(qū)中的溫度目標(biāo)值用對(duì)應(yīng)于其他區(qū)的溫度檢測(cè)值而控制加熱單元。
本發(fā)明是熱處理方法，其特征在于，在前述基板保持具的搬入時(shí)，一個(gè)區(qū)中的溫度目標(biāo)值由把修正值加算于對(duì)應(yīng)于其他區(qū)的溫度檢測(cè)值得到的值組成。
本發(fā)明是熱處理方法，其特征在于，在前述基板保持具的搬入時(shí)，把熱處理基板時(shí)的一個(gè)區(qū)中所設(shè)定的溫度目標(biāo)值與對(duì)應(yīng)于其他區(qū)的溫度目標(biāo)值的差用作修正值。
本發(fā)明是熱處理方法，其特征在于，在前述基板保持具的搬入時(shí)，在控制對(duì)應(yīng)于前述一個(gè)區(qū)的加熱單元之際，基于將規(guī)定的比率乘以該區(qū)的溫度檢測(cè)值、與根據(jù)對(duì)應(yīng)于其他區(qū)的溫度檢測(cè)值求出的溫度目標(biāo)值或把修正值加算于溫度目標(biāo)值后得到的值的偏差量所得到的值進(jìn)行運(yùn)算。
如果用本發(fā)明，則因?yàn)樵诎鸦灏崛敕磻?yīng)容器時(shí)，一個(gè)區(qū)的溫度控制跟蹤于其他區(qū)的溫度控制，故搬入基板后，反應(yīng)容器內(nèi)的溫度迅速地穩(wěn)定。例如如果其后使反應(yīng)容器內(nèi)的溫度升溫到處理溫度，則迅速地穩(wěn)定于處理溫度。再者本發(fā)明也可以運(yùn)用于基板搬入時(shí)的各區(qū)的溫度與處理時(shí)的各區(qū)的溫度相同的場(chǎng)合。


圖1是表示根據(jù)本發(fā)明的熱處理裝置的實(shí)施方式的縱截面圖。
圖2是表示本實(shí)施方式中所使用的控制部及其關(guān)聯(lián)部位的方框圖。
圖3是表示設(shè)在前述控制部?jī)?nèi)的第一運(yùn)算部的內(nèi)部構(gòu)成的方框圖。
圖3是表示設(shè)在前述控制部?jī)?nèi)的第二運(yùn)算部的內(nèi)部構(gòu)成的方框圖。
圖5是表示本實(shí)施方式中的溫度的歷時(shí)變化與使用的運(yùn)算部的關(guān)系的作用說(shuō)明圖。
圖6是用來(lái)說(shuō)明前述第一運(yùn)算部中的作用的作用說(shuō)明圖。
圖7是表示晶片匣搬入時(shí)的各外部熱電偶處的溫度變化的情形的特性圖。
圖8是表示現(xiàn)有的熱處理裝置的總體結(jié)構(gòu)的縱截面圖。
具體實(shí)施例方式
圖1是把本發(fā)明運(yùn)用于立式熱處理裝置的實(shí)施方式的總體構(gòu)成圖。首先就此一立式熱處理裝置的總體構(gòu)成簡(jiǎn)單地描述，此一裝置備有由例如兩端開(kāi)口的內(nèi)管1a和上端封閉的外管1b組成的例如石英制的二重結(jié)構(gòu)的反應(yīng)管1。反應(yīng)管1內(nèi)上下方向劃分成三個(gè)區(qū)Z1、Z2、Z3。在反應(yīng)管1的周?chē)矤畹母魺狍w21固定地設(shè)置于基體22，在此一隔熱體21的內(nèi)側(cè)設(shè)有作為加熱單元的例如由電阻發(fā)熱體組成的加熱器3和頂棚加熱器31。加熱器3例如上下分成三段(3a、3b、3c)地設(shè)在隔熱體21的側(cè)壁上，頂棚加熱器31設(shè)在頂棚部。而且加熱器3a對(duì)應(yīng)于區(qū)Z1，加熱器3b對(duì)應(yīng)于區(qū)Z2，加熱器3c對(duì)應(yīng)于區(qū)Z3設(shè)置。
加熱器3(3a～c)當(dāng)中的中段區(qū)Z2的加熱器3b，如圖1中所示是形成反應(yīng)管1內(nèi)的大部分熱處理氣氛的所謂主加熱器，配置于其上下的加熱器3a和3c分別是形成反應(yīng)管1的上端部分和下端部分的熱處理氣氛的與主加熱器3b相比小型的所謂副加熱器。作為加熱器3的素材，可以用例如把用線徑10微米左右的高純度的碳纖維束通過(guò)編織所形成的碳絲封固于陶瓷例如外徑十幾毫米的透明的石英管中者。再者加熱器3不限于此也可以是例如鐵-鉭-碳合金等的金屬體。
內(nèi)管1a和外管1b在下部側(cè)支撐于筒狀的總管(manifold)23之上，在此一總管23上設(shè)有氣體供給管24以便供給口開(kāi)口于內(nèi)管1a的內(nèi)側(cè)的下部區(qū)域，并且連接著一端側(cè)連接于未畫(huà)出的真空泵的排氣管25以便從內(nèi)管1a與外管1b之間排氣。在此一例子中由內(nèi)管1a、外管1b和總管23來(lái)構(gòu)成反應(yīng)容器。
進(jìn)而設(shè)置蓋體11以便堵住總管23的下端開(kāi)口部，此一蓋體11設(shè)在匣提升器12之上。在蓋體11之上設(shè)有保溫單元13，與設(shè)在匣提升器12上的驅(qū)動(dòng)部14連接并貫通保溫單元13內(nèi)部而設(shè)置的旋轉(zhuǎn)軸15，以及靠此旋轉(zhuǎn)軸15旋轉(zhuǎn)自如地保持其下端的成為基板保持具的晶片匣16。晶片匣16取為可以把多個(gè)作為基板的晶片W保持成棚架狀，此外保溫單元13取為組合石英翅片等隔熱單元13a和發(fā)熱體單元13b等的構(gòu)成。
在內(nèi)管11a內(nèi)，設(shè)有熱電偶用的細(xì)的石英管40，在此一石英管40內(nèi)，針對(duì)每個(gè)區(qū)Z1～Z3設(shè)有作為內(nèi)部溫度檢測(cè)部的三個(gè)內(nèi)部熱電偶(第二溫度檢測(cè)部)4(4a、4b、4c)以便分別檢測(cè)分割成例如三段的各加熱器3(3a、3b、3c)負(fù)責(zé)的區(qū)Z1、Z2、Z3的溫度。此外，在加熱器3(3a、3b、3c)附近針對(duì)各區(qū)Z1～Z3設(shè)有分別檢測(cè)加熱器3(3a、3b、3c)的溫度的作為外部溫度檢測(cè)部的外部熱電偶(第一溫度檢測(cè)部)5(5a、5b、5c)。
而且，對(duì)應(yīng)于各段的區(qū)Z1～Z3的加熱器3(3a、3b、3c)，設(shè)有供給電力的電力供給部20(20a、20b、20c)，和控制各個(gè)電力供給部20(20a、20b、20c)的供給電力而用來(lái)控制各加熱器3(3a、3b、3c)的發(fā)熱量的控制部6、7、8。雖然細(xì)節(jié)后述但是如果就關(guān)聯(lián)部位的配線構(gòu)成簡(jiǎn)單地進(jìn)行說(shuō)明，則內(nèi)部熱電偶4(4a、4b、4c)和外部熱電偶5(5a、5b、5c)分別與對(duì)應(yīng)的各段的區(qū)Z1～Z3的控制部6、7、8的某一個(gè)連接，從設(shè)在加熱器3b負(fù)責(zé)的中段區(qū)Z2的外部熱電偶5b延伸的信號(hào)線在中途分支不僅連接到控制部7還連接到控制部6和8。此外設(shè)在隔熱體21的頂棚部的頂棚加熱器31中也是，取為與加熱器3(3a、3b、3c)同樣設(shè)有熱電偶32，控制從控制部33經(jīng)由電力供給部34對(duì)加熱器31的供電量，借此進(jìn)行發(fā)熱量的調(diào)節(jié)的構(gòu)成。
在加熱器3(3a、3b、3c)和與之連接的控制部6、7、8中，取為上述這種配線結(jié)構(gòu)的理由，是因?yàn)榭稍谝韵聝煞N情況下交替運(yùn)用在針對(duì)各段的區(qū)Z1～Z3個(gè)別地控制加熱器3的情況下，與在把對(duì)應(yīng)于成為主加熱器的加熱器3b的外部熱電偶5b的溫度檢測(cè)值在其他部位處利用，在加熱器3a和3c處進(jìn)行所謂跟蹤控制的情況下。下面參照?qǐng)D2就成為本實(shí)施方式的主要部分的加熱器3的控制系統(tǒng)的構(gòu)成進(jìn)行說(shuō)明。
首先控制部6、8如上所述有必要分別使用兩種運(yùn)算方法。因此控制部6包括第一運(yùn)算部61與第二運(yùn)算部62，控制部8包括第一運(yùn)算部81與第二運(yùn)算部82。沒(méi)有必要切換運(yùn)算方法的運(yùn)算部7僅有第二運(yùn)算部72(71為了方便而省去編號(hào))。也就是說(shuō)，控制部6、8的第一運(yùn)算部61、81在控制部6、8進(jìn)行跟蹤控制部7(正確地說(shuō)是跟蹤從控制部7負(fù)責(zé)的區(qū)Z2得到的溫度檢測(cè)值)的運(yùn)算之際使用。因此，從上述外部熱電偶5b延伸的信號(hào)線分別在控制部6處向第一運(yùn)算部61、在控制部8處向第一運(yùn)算部81連接。
另一方面，因?yàn)榈诙\(yùn)算部62、72、82基于從每個(gè)對(duì)應(yīng)的區(qū)Z1～Z3中所設(shè)置的內(nèi)部熱電偶4(4a、4b、4c)和外部熱電偶5(5a、5b、5c)所得到的溫度檢測(cè)值、與分別單獨(dú)地各區(qū)Z1～Z3專(zhuān)用地所設(shè)定的溫度目標(biāo)值進(jìn)行運(yùn)算，故在第二運(yùn)算部62(72、82)上連接著內(nèi)部熱電偶4a(4b、4c)、外部熱電偶5a(5b、5c)和目標(biāo)值輸出部63(73、83)。而且取為由第一運(yùn)算部61、81或第二運(yùn)算部62、72、82所輸出的運(yùn)算結(jié)果作為控制信號(hào)向電力供給部20(20a、20b、20c)輸出的構(gòu)成。此外在控制部6(8)處靠切換部64(84)可以選擇使用第一運(yùn)算部61(81)或第二運(yùn)算部62(82)中的某一個(gè)。
這里雖然說(shuō)明了第一運(yùn)算部61、81的構(gòu)成，但是因?yàn)檫@些具有同一的結(jié)構(gòu)，故以第一運(yùn)算部81為例參照?qǐng)D3進(jìn)行說(shuō)明。圖3中標(biāo)號(hào)811是比較運(yùn)算部，標(biāo)號(hào)812是修正值輸出部，在比較運(yùn)算部811中，以設(shè)在中段區(qū)Z2中的外部熱電偶5b的溫度檢測(cè)值作為溫度目標(biāo)值對(duì)此一溫度目標(biāo)值加算從修正值輸出部812所輸出的修正值，進(jìn)而減去設(shè)在下段的區(qū)Z3上的外部熱電偶5c的溫度檢測(cè)值。前述修正值是用來(lái)修正中段區(qū)Z2和下段區(qū)Z3處的處理時(shí)的目標(biāo)溫度之差的所謂靜態(tài)修正要素。具體地說(shuō)此一修正值作為例如后述的第二運(yùn)算部72、82中所用的從目標(biāo)值輸出部73、83所輸出的雙方的溫度目標(biāo)值的差分值求出。
在比較運(yùn)算部811的輸出側(cè)，設(shè)有對(duì)其輸出值(偏差量)q1乘以規(guī)定的系數(shù)k的乘算部813。如上所述控制部8對(duì)應(yīng)的下段區(qū)Z3最接近于反應(yīng)管1a的下方側(cè)開(kāi)口部，因?yàn)槿菀资艿脚c晶片匣16一起流入的冷空氣的影響，故與中段區(qū)Z2相比升溫所需的加熱輸出增多?？紤]這種情況，在乘算部813中為了將來(lái)自比較運(yùn)算部811的輸出的增加量反映到輸出值如上所述進(jìn)行把輸出值q1乘以規(guī)定的系數(shù)k的所謂動(dòng)態(tài)修正。在乘算部813中，系數(shù)k的值例如1.2(對(duì)應(yīng)于冷氣的影響小的上段區(qū)Z1的第一運(yùn)算部61中例如0.8)被采用。對(duì)此一輸出值進(jìn)行關(guān)于積分要素I1、比例要素P1、微分要素D1的各種運(yùn)算(PID運(yùn)算)，經(jīng)由混合部814輸出用來(lái)進(jìn)行對(duì)應(yīng)于前述偏差量q1的電力供給的輸出值B1。
接下來(lái)雖然說(shuō)明第二運(yùn)算部62、72、82的構(gòu)成，但是因?yàn)榕c上述第一運(yùn)算部的場(chǎng)合同樣全都具有同一的結(jié)構(gòu)，故以第二運(yùn)算部82為例參照?qǐng)D4進(jìn)行說(shuō)明。此第二運(yùn)算部82進(jìn)行把內(nèi)部熱電偶4c處的溫度檢測(cè)值納入主回路，把外部熱電偶5c的溫度檢測(cè)值納入局部回路的級(jí)聯(lián)控制而得到控制信號(hào)B2，標(biāo)號(hào)821～824表示比較運(yùn)算部，I1表示積分要素，P2表示比例要素，D2表示微分要素。
可是，雖然至此說(shuō)明的控制部6實(shí)際上是由CPU、儲(chǔ)存程序的ROM和記錄溫度設(shè)定值的存儲(chǔ)器來(lái)構(gòu)成，或者由各運(yùn)算程序以軟件方式進(jìn)行者，但是在本實(shí)施方式中也可以由硬件構(gòu)成來(lái)進(jìn)行這種運(yùn)算。此外切換部84(64)中的從第一運(yùn)算部81(61)向第二運(yùn)算部82(62)的切換的定時(shí)，例如可以確定在把晶片匣16搬入后升溫前檢測(cè)到反應(yīng)容器內(nèi)的溫度穩(wěn)定時(shí)，或者把晶片匣16搬入后經(jīng)過(guò)了規(guī)定時(shí)間后，其反向切換的定時(shí)可以確定為例如在處理后反應(yīng)容器內(nèi)降溫到規(guī)定的溫度時(shí)等。
接下來(lái)就上述實(shí)施方式的作用進(jìn)行說(shuō)明。
對(duì)上述裝置中的晶片W加熱，靠設(shè)在該反應(yīng)管1的側(cè)方側(cè)的加熱器3與設(shè)在上部側(cè)的頂棚加熱器31來(lái)進(jìn)行。因?yàn)楸緦?shí)施方式中的主要部分在于分割設(shè)置的加熱器3(3a、3b、3c)的控制方式，所以著眼于此一點(diǎn)還參照?qǐng)D5進(jìn)行說(shuō)明。首先把作為基板的晶片W棚架狀地搭載的晶片匣16，在圖5的t1時(shí)刻通過(guò)使匣提升器12上升而開(kāi)始向反應(yīng)容器(反應(yīng)管1和總管23)內(nèi)搬入。此時(shí)反應(yīng)管1內(nèi)已經(jīng)加熱到成為規(guī)定的溫度例如600℃左右，在對(duì)應(yīng)于上下段區(qū)Z1、Z3的控制部6、8中，如已經(jīng)所述由切換部64、84選擇第一運(yùn)算部61、81以便跟蹤中段區(qū)Z2的溫度控制。
首先如果晶片匣16的上端部一開(kāi)始進(jìn)入反應(yīng)容器，則雖然由于晶片匣16和晶片W此前處于反應(yīng)容器之外所以是冷的，因此作為副加熱器3c的負(fù)責(zé)范圍的反應(yīng)容器的下段區(qū)Z3的溫度一度降低。此外作為主加熱器3b的負(fù)責(zé)范圍的中段區(qū)Z2的溫度雖然也受冷的晶片匣16的影響而降低，但是中段區(qū)Z2的溫度降低程度比下段區(qū)Z3的溫度降低要小。而且，晶片匣16一到達(dá)中段區(qū)Z2，此一中段區(qū)Z2的溫度也降低。此時(shí)因?yàn)殡S著晶片匣16和晶片W在反應(yīng)容器內(nèi)上升慢慢地升溫，雖然中段區(qū)Z2成為低于晶片匣16搬入前的溫度，但不像下段區(qū)Z3那么低。
如果像這樣晶片匣16被搬入反應(yīng)容器內(nèi)，則下段區(qū)Z3最冷，中段區(qū)Z2也冷，上段區(qū)Z1稍微冷卻。雖然在對(duì)應(yīng)于下段區(qū)Z3的控制部8中由于外部熱電偶5c的溫度降低所以向副加熱器3c的供給電力急劇加大，但是由于作為溫度目標(biāo)值的中段區(qū)Z2的溫度檢測(cè)值也降低所以根據(jù)此一降低向副加熱器3c的電力供給量的增加稍受抑制。然后隨著中段區(qū)Z2的溫度檢測(cè)值的上升，下段的副加熱器3c的溫度提高。然后在中段區(qū)Z2處外部熱電偶5b的溫度超過(guò)溫度目標(biāo)值而成為超調(diào)狀態(tài)，以后外部熱電偶5b的溫度向溫度目標(biāo)值降低。跟蹤于中段區(qū)Z2的這種溫度的行為對(duì)下段區(qū)Z3的副加熱器3c的電力供給量受到控制，副加熱器3c的溫度按照中段區(qū)Z2的副加熱器3b的溫度的收斂而收斂于溫度目標(biāo)值。
此外上段區(qū)Z1的副加熱器3a中也是跟蹤中段區(qū)Z2的主加熱器3b的溫度的動(dòng)作控制電力供給量，副加熱器3a的溫度按照中段區(qū)Z2的主加熱器3b的溫度的收斂而收斂于溫度目標(biāo)值。再者副加熱器3c(3a)收斂的溫度，如圖3中所示由于進(jìn)行把修正值加算于中段區(qū)Z2的溫度檢測(cè)值的運(yùn)算，所以如果例如在熱處理時(shí)(處理時(shí))相比于中段區(qū)Z2而下段區(qū)Z3的溫度目標(biāo)值高例如10℃，則下段區(qū)Z3的副加熱器3c的收斂的溫度成為比主加熱器3b的溫度高10℃的值。
然后在t2時(shí)刻晶片匣16的搬入結(jié)束，直到t3時(shí)刻如果反應(yīng)容器內(nèi)的各區(qū)的溫度穩(wěn)定，則控制部6、8從第一運(yùn)算部61、81切換到第二運(yùn)算部62、82而進(jìn)行加熱器3a、3c的電力控制。接著從t3時(shí)刻開(kāi)始升溫，加熱到規(guī)定的處理溫度后，在t4時(shí)刻(詳細(xì)地說(shuō)各區(qū)的處理溫度穩(wěn)定后)對(duì)晶片W進(jìn)行熱處理。作為此一熱處理之一例，可以舉出例如在反應(yīng)容器內(nèi)維持到800℃左右，從氣體供給管23把規(guī)定的成膜氣體供給到反應(yīng)容器內(nèi)并且從排氣管25真空排氣而維持于規(guī)定的真空度，對(duì)晶片W進(jìn)行成膜處理的過(guò)程。再者從第一運(yùn)算部61、81向第二運(yùn)算部62、82的切換可以在升溫中途也可以在穩(wěn)定于處理溫度時(shí)。在t5時(shí)刻如果在晶片W表面上形成了規(guī)定的成膜，例如降溫到搬入時(shí)的溫度600℃左右后，在例如t6時(shí)刻以與搬入時(shí)的相反的順序進(jìn)行晶片匣16的搬出。
如至此所述，如果用上述實(shí)施方式則在分成多個(gè)所設(shè)置的加熱器3(3a、3b、3c)的溫度控制中，負(fù)責(zé)上下段區(qū)Z1、Z3的加熱控制的控制部6、8以在晶片W搬入時(shí)中段區(qū)Z2的溫度檢測(cè)值作為溫度目標(biāo)值并基于它與各自本區(qū)Z1、Z3的溫度檢測(cè)值進(jìn)行溫度控制。因此，各區(qū)Z1～Z3的溫度迅速地穩(wěn)定于溫度目標(biāo)值。例如，就下段區(qū)Z3的副加熱器3c附近而言，雖然溫度因晶片匣16的搬入而降低，但是因?yàn)樽鳛闇囟饶繕?biāo)值的中段區(qū)Z2的主加熱器3b附近的溫度也降低，故溫度目標(biāo)值與溫度檢測(cè)值的偏差量減小，可以把副加熱器3c的發(fā)熱量的增加抑制得緩慢。然后副加熱器3c附近的溫度超過(guò)本來(lái)的溫度目標(biāo)值而超調(diào)，雖然這次副加熱器3c的發(fā)熱量減小(溫度將降低)，但是由于副加熱器3c的發(fā)熱量跟蹤主加熱器3b附近的溫度，所以與像歷來(lái)那樣溫度目標(biāo)值一定的場(chǎng)合相比可以和緩地進(jìn)行溫度的降低。結(jié)果，溫度的上下的波動(dòng)得到抑制而迅速地軟著陸于溫度目標(biāo)值。此外就上段區(qū)Z1的副加熱器3a的溫度而言也是由于跟蹤主加熱器3b附近的溫度，所以溫度迅速地穩(wěn)定于溫度目標(biāo)值。
進(jìn)而在冷的晶片匣16和晶片W被搬入反應(yīng)容器內(nèi)時(shí)，根據(jù)各區(qū)Z1～Z3的溫度從晶片匣16和晶片W受影響的程度在控制部6、8的第一運(yùn)算部61、81之中，納入對(duì)中段區(qū)Z2處的控制部7的跟蹤比率。例如在上述的例子中，因?yàn)樯隙螀^(qū)Z1受到的影響的程度小于中段區(qū)Z2受到的影響的程度，此外下段區(qū)Z3受到的影響的程度大于中段區(qū)Z2受到的影響的程度，所以上段區(qū)Z1處的控制部6的跟蹤比率設(shè)定成0.8，下段區(qū)Z3處的控制部8的跟蹤比率設(shè)定成1.2。圖6示出中段區(qū)Z2的外部熱電偶5b的溫度檢測(cè)值的變化，與把跟蹤比率變成5％、30％、100％時(shí)的上段區(qū)Z1的各溫度檢測(cè)值，從此一圖中可以看出，上段區(qū)Z1的外部熱電偶5a的溫度檢測(cè)值的變化幅度在跟蹤比率大時(shí)增加，在跟蹤比率小時(shí)減小。因而像上述實(shí)施方式這樣通過(guò)調(diào)整副加熱器3a、3c的溫度控制對(duì)主加熱器3b的跟蹤比率，可以在上段區(qū)Z1、下段區(qū)Z3的各個(gè)處進(jìn)行平衡于晶片匣16的搬入時(shí)的反應(yīng)容器內(nèi)的溫度分布的溫度控制，因?yàn)檫@一點(diǎn)各區(qū)的溫度也迅速地穩(wěn)定于溫度目標(biāo)值。進(jìn)而因?yàn)榫?6的搬入后的各區(qū)的溫度穩(wěn)定時(shí)間大大左右著生產(chǎn)率，所以在本實(shí)施方式中可以提高生產(chǎn)率。
圖7示出在圖1中所示的立式熱處理裝置中，從晶片匣16搬入反應(yīng)容器內(nèi)前的副加熱器3a附近、主加熱器3b附近、副加熱器3c附近的溫度分別穩(wěn)定于575℃、573℃、560℃的狀態(tài)進(jìn)行晶片匣16的搬入時(shí)的各加熱器3a～3c附近的溫度的歷時(shí)變化的仿真結(jié)果?？闯鰪拈_(kāi)始晶片匣16的搬入起到各加熱器3a～3c附近的溫度穩(wěn)定化的時(shí)間大約為13分鐘，在晶片W的搬入時(shí)各區(qū)的溫度在短時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定。
再者，雖然在第一運(yùn)算部61、81的說(shuō)明中，作為求出上下段的各區(qū)Z1、Z3中的與中段區(qū)的跟蹤比率的運(yùn)算方法，描述了乘以預(yù)先確定的系數(shù)k的方法，但是也可以在晶片匣16的上升時(shí)，根據(jù)該晶片匣16的位置使k變化。此外在本實(shí)施方式中，也可以在晶片W的搬入時(shí)取入分別對(duì)應(yīng)于各控制部6、7、8的內(nèi)部熱電偶4a～4c的溫度檢測(cè)值，在控制部6、8中以中段區(qū)Z2的內(nèi)部熱電偶4b的溫度檢測(cè)值作為溫度目標(biāo)值分別與內(nèi)部熱電偶4a、4c的溫度檢測(cè)值進(jìn)行比較，根據(jù)其偏差量進(jìn)行副加熱器3a、3c的溫度控制，并且在控制部7中根據(jù)專(zhuān)用的溫度目標(biāo)值與內(nèi)部熱電偶4b的溫度檢測(cè)值的偏差量控制主加熱器3b。進(jìn)而此外本實(shí)施方式也可以?xún)H就下段區(qū)Z3的副加熱器3c，進(jìn)行以對(duì)應(yīng)于中段區(qū)Z2的溫度檢測(cè)值作為溫度目標(biāo)值的跟蹤控制。
像以上這樣如果用本發(fā)明，則可以在分割成多個(gè)區(qū)的熱處理氣氛內(nèi)進(jìn)行基板的處理，可以使各區(qū)的溫度迅速地穩(wěn)定化，可以謀求生產(chǎn)率的提高。
權(quán)利要求
1.一種熱處理裝置，其特征在于，備有分割成多個(gè)區(qū)的反應(yīng)容器，支撐多個(gè)基板并且搬入反應(yīng)容器內(nèi)的基板保持具，針對(duì)每個(gè)區(qū)所設(shè)置的加熱單元，針對(duì)每個(gè)區(qū)所設(shè)置的溫度檢測(cè)部，以及針對(duì)每個(gè)區(qū)所設(shè)置，獨(dú)立地控制各加熱單元的控制部，對(duì)應(yīng)于一個(gè)區(qū)的控制部具有在所述基板的搬入時(shí)，基于對(duì)應(yīng)于該一個(gè)區(qū)的溫度檢測(cè)部的溫度檢測(cè)值，以對(duì)應(yīng)于其他區(qū)的溫度檢測(cè)部的溫度檢測(cè)值為溫度目標(biāo)值進(jìn)行運(yùn)算，以其運(yùn)算結(jié)果為加熱單元的控制信號(hào)輸出的第一運(yùn)算部。
2.如權(quán)利要求1所述的熱處理裝置，其特征在于，溫度檢測(cè)部包括檢測(cè)加熱單元附近的溫度的第一溫度檢測(cè)部，所述對(duì)應(yīng)于其他區(qū)的溫度檢測(cè)部的溫度檢測(cè)值是第一溫度檢測(cè)部的溫度檢測(cè)值。
3.如權(quán)利要求1所述的熱處理裝置，其特征在于，溫度檢測(cè)部包括檢測(cè)反應(yīng)容器內(nèi)的溫度的第二溫度檢測(cè)部，所述對(duì)應(yīng)于其他區(qū)的溫度檢測(cè)部的溫度檢測(cè)值是第二溫度檢測(cè)部的溫度檢測(cè)值。
4.如權(quán)利要求1所述的熱處理裝置，其特征在于，對(duì)應(yīng)于一個(gè)區(qū)的控制部，還包括在熱處理基板時(shí)，基于該一個(gè)區(qū)中所設(shè)定的溫度目標(biāo)值與對(duì)應(yīng)于該一個(gè)區(qū)的溫度檢測(cè)部的溫度檢測(cè)值進(jìn)行運(yùn)算，以其運(yùn)算結(jié)果作為加熱單元的控制信號(hào)輸出的第二運(yùn)算部。
5.如權(quán)利要求1所述的熱處理裝置，其特征在于，溫度檢測(cè)部包括檢測(cè)加熱單元附近的溫度的第一溫度檢測(cè)部，與檢測(cè)反應(yīng)容器內(nèi)的溫度的第二溫度檢測(cè)部，對(duì)應(yīng)于一個(gè)區(qū)的控制部的第一運(yùn)算部，在基板的搬入時(shí)，以對(duì)應(yīng)于其他區(qū)的第一溫度檢測(cè)部或第二溫度檢測(cè)部的溫度檢測(cè)值作為溫度目標(biāo)值進(jìn)行運(yùn)算，以其運(yùn)算結(jié)果作為加熱單元的控制信號(hào)輸出，對(duì)應(yīng)于一個(gè)區(qū)的控制部，還包括在熱處理基板時(shí)，基于該一個(gè)區(qū)中所設(shè)定的溫度目標(biāo)值與對(duì)應(yīng)于該一個(gè)區(qū)的第一溫度檢測(cè)部和第二溫度檢測(cè)部的各溫度檢測(cè)值進(jìn)行運(yùn)算，以其運(yùn)算結(jié)果作為加熱單元的控制信號(hào)輸出的第二運(yùn)算部。
6.如權(quán)利要求1所述的熱處理裝置，其特征在于，對(duì)應(yīng)于一個(gè)區(qū)的控制部的第一運(yùn)算部，基于把修正值加算于對(duì)應(yīng)于其他區(qū)的溫度檢測(cè)部的溫度檢測(cè)值得到的值與對(duì)應(yīng)于該一個(gè)區(qū)的溫度檢測(cè)部的溫度檢測(cè)值的偏差量進(jìn)行運(yùn)算，以其運(yùn)算結(jié)果作為加熱單元的控制信號(hào)輸出。
7.如權(quán)利要求6所述的熱處理裝置，其特征在于，對(duì)應(yīng)于一個(gè)區(qū)的控制部的第一運(yùn)算部，在熱處理基板時(shí)以一個(gè)區(qū)中所設(shè)定的溫度目標(biāo)值與對(duì)應(yīng)于其他區(qū)的溫度目標(biāo)值的差用作修正值。
8.如權(quán)利要求6所述的熱處理裝置，其特征在于，對(duì)應(yīng)于一個(gè)區(qū)的控制部的第一運(yùn)算部基于把所述偏差量乘以規(guī)定的比率得到的值進(jìn)行運(yùn)算。
9.如權(quán)利要求1所述的熱處理裝置，其特征在于，反應(yīng)容器構(gòu)成為立式，并且基板保持具從反應(yīng)容器的下方側(cè)搬入，反應(yīng)容器內(nèi)上下方向上分割成至少三段，所述一個(gè)區(qū)是最下段區(qū)，所述其他區(qū)是除了最上段以外的區(qū)。
10.一種熱處理方法，把支撐多個(gè)基板的基板保持具搬入分割成多個(gè)區(qū)的反應(yīng)容器內(nèi)，靠分別對(duì)應(yīng)于所述多個(gè)區(qū)的加熱單元加熱各區(qū)，其特征在于，該方法包括檢測(cè)對(duì)應(yīng)于各區(qū)的溫度的工序，和基于溫度目標(biāo)值與各區(qū)的溫度檢測(cè)值控制加熱單元的工序，在所述基板保持具的搬入時(shí)，作為一個(gè)區(qū)中的溫度目標(biāo)值用對(duì)應(yīng)于其他區(qū)的溫度檢測(cè)值而控制加熱單元。
11.如權(quán)利要求10所述的熱處理方法，其特征在于，在所述基板保持具的搬入時(shí)，一個(gè)區(qū)中的溫度目標(biāo)值由把修正值加算于對(duì)應(yīng)于其他區(qū)的溫度檢測(cè)值后得到的值組成。
12.如權(quán)利要求11所述的熱處理方法，其特征在于，在所述基板保持具的搬入時(shí)，把熱處理基板時(shí)的一個(gè)區(qū)中所設(shè)定的溫度目標(biāo)值與對(duì)應(yīng)于其他區(qū)的溫度目標(biāo)值的差用作修正值。
13.如權(quán)利要求10所述的熱處理方法，其特征在于，在所述基板保持具的搬入時(shí)，在控制對(duì)應(yīng)于所述一個(gè)區(qū)的加熱單元之際，基于將規(guī)定的比率乘以該區(qū)的溫度檢測(cè)值與根據(jù)對(duì)應(yīng)于其他區(qū)的溫度檢測(cè)值求出的溫度目標(biāo)值或把修正值加算于溫度目標(biāo)值得到的值之間的偏差量后所得到的值進(jìn)行運(yùn)算。
全文摘要
熱處理裝置包括具有上下方向上分割成三個(gè)區(qū)的反應(yīng)容器、支撐基板的基板保持具、和針對(duì)每個(gè)區(qū)設(shè)在反應(yīng)容器的側(cè)方的加熱器和控制部。在各控制部上連接著檢測(cè)各自負(fù)責(zé)的區(qū)的溫度的溫度檢測(cè)部。中段區(qū)的溫度檢測(cè)部還連接到對(duì)應(yīng)于上下段區(qū)的控制部。上下段區(qū)的控制部，在基板保持具搬入時(shí)，以中段區(qū)中的溫度檢測(cè)部的溫度檢測(cè)值作為溫度目標(biāo)值基于該區(qū)的溫度檢測(cè)值來(lái)運(yùn)算，并輸出加熱器的控制信號(hào)。
文檔編號(hào)H01L21/22GK1685476SQ0282975
公開(kāi)日2005年10月19日 申請(qǐng)日期2002年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月25日
發(fā)明者江嵨睦仁 申請(qǐng)人:東京毅力科創(chuàng)株式會(huì)社