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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5893280
(24)【登録日】2016年3月4日
(45)【発行日】2016年3月23日
(54)【発明の名称】縦型熱処理装置
(51)【国際特許分類】
H01L 21/22 20060101AFI20160310BHJP
H01L 21/31 20060101ALI20160310BHJP
C23C 16/46 20060101ALI20160310BHJP
H01L 21/324 20060101ALI20160310BHJP
【ＦＩ】
H01L21/22 511A
H01L21/31 E
C23C16/46
H01L21/324 T
【請求項の数】7
【全頁数】19
(21)【出願番号】特願2011-164133(P2011-164133)
(22)【出願日】2011年7月27日
(65)【公開番号】特開2012-80081(P2012-80081A)
(43)【公開日】2012年4月19日
【審査請求日】2013年5月15日
(31)【優先権主張番号】特願2010-201821(P2010-201821)
(32)【優先日】2010年9月9日
(33)【優先権主張国】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000219967
【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100117787
【弁理士】
【氏名又は名称】勝沼 宏仁
(74)【代理人】
【識別番号】100091982
【弁理士】
【氏名又は名称】永井 浩之
(74)【代理人】
【識別番号】100107537
【弁理士】
【氏名又は名称】磯貝 克臣
(74)【代理人】
【識別番号】100105795
【弁理士】
【氏名又は名称】名塚 聡
(74)【代理人】
【識別番号】100096895
【弁理士】
【氏名又は名称】岡田 淳平
(74)【代理人】
【識別番号】100106655
【弁理士】
【氏名又は名称】森 秀行
(74)【代理人】
【識別番号】100127465
【弁理士】
【氏名又は名称】堀田 幸裕
(72)【発明者】
【氏名】吉 井 弘 治
(72)【発明者】
【氏名】山 口 達 也
(72)【発明者】
【氏名】王 文 凌
(72)【発明者】
【氏名】齋 藤 孝 規
【審査官】
右田 勝則
(56)【参考文献】
【文献】
国際公開第２００７／１０５４３１（ＷＯ，Ａ１）
【文献】
米国特許第０５５１７５９４（ＵＳ，Ａ）
【文献】
国際公開第２００８／２０５４２６（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｈ０１Ｌ ２１／２２
Ｃ２３Ｃ １６／４６
Ｈ０１Ｌ ２１／３１
Ｈ０１Ｌ ２１／３２４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
炉本体と、
炉本体内周面に設けられたヒータと、
炉本体内に配置され、炉本体との間に空間を形成するとともに、内部に複数の被処理体を収納する処理容器と、
炉本体に冷却媒体供給ラインを介して接続され、炉本体と処理容器との間の空間に冷却媒体を供給するブロアと、
炉本体に設けられた排気管と、
処理容器内部又は外部の温度を検出する炉内温度センサと、
ヒータと、ブロアとを制御して、処理容器内の温度を調整して処理容器内の温度を所定の目標温度に収束させる制御装置とを備え、
制御装置は予め定められたヒータ出力とブロア出力に関する数値モデルと、この数値モデルと炉内温度センサからの炉内温度に基づいてヒータ出力を求めるヒータ出力演算部と、数値モデルと炉内温度センサからの炉内温度に基づいてブロア出力を求めるブロア出力演算部とを有し、このうちブロア出力用数値モデルは、予めヒータおよびブロアを動作させ、炉内温度センサ、ヒータ出力値およびブロア出力値に基づいて被処理体の温度を推測し、この温度推測値と被処理体の温度実測値とを比較しチューニングして得られたブロア出力に関するモデルであり、
数値モデルはヒータ出力用数値モデルと、ブロア出力用数値モデルとを有し、 ヒータ出力演算部はヒータ出力用数値モデルと、炉内温度センサからの炉内温度に基づいてヒータ出力を求め、
ブロア出力演算部はブロア出力用数値モデルと、炉内温度センサからの炉内温度に基づいてブロア出力を求めることを特徴とする熱処理装置。
炉本体内周面に設けられたヒータと、
炉本体内に配置され、炉本体との間に空間を形成するとともに、内部に複数の被処理体を収納する処理容器と、
炉本体に冷却媒体供給ラインを介して接続され、炉本体と処理容器との間の空間に冷却媒体を供給するブロアと、
炉本体に設けられた排気管と、
処理容器内部又は外部の温度を検出する炉内温度センサと、
ヒータと、ブロアとを制御して、処理容器内の温度を調整して処理容器内の温度を所定の目標温度に収束させる制御装置とを備え、
制御装置は予め定められたヒータ出力とブロア出力に関する数値モデルと、この数値モデルと炉内温度センサからの炉内温度に基づいてヒータ出力を求めるヒータ出力演算部と、数値モデルと炉内温度センサからの炉内温度に基づいてブロア出力を求めるブロア出力演算部とを有し、このうちブロア出力用数値モデルは、予めヒータおよびブロアを動作させ、炉内温度センサ、ヒータ出力値およびブロア出力値に基づいて被処理体の温度を推測し、この温度推測値と被処理体の温度実測値とを比較しチューニングして得られたブロア出力に関するモデルであり、
数値モデルはヒータ出力用数値モデルと、ブロア出力用数値モデルとを有し、 ヒータ出力演算部はヒータ出力用数値モデルと、炉内温度センサからの炉内温度に基づいてヒータ出力を求め、
ブロア出力演算部はブロア出力用数値モデルと、炉内温度センサからの炉内温度に基づいてブロア出力を求めることを特徴とする熱処理装置。
【請求項2】
制御装置はブロア出力演算部からのブロア出力を冷却媒体流量に変換する流量制御演算部を更に有することを特徴とする請求項１記載の熱処理装置。
【請求項3】
流量制御演算部は冷却媒体流量に基づいて、ブロアの回転数制御を行うことを特徴とする請求項２記載の熱処理装置。
【請求項4】
排気管に排気温度センサが設けられ、
制御装置は排気温度センサからの排気温度に追従する設定温度をもって追加ブロア出力を定める追加ブロア出力演算部と、
ブロア出力演算部からのブロア出力と、追加ブロア出力演算部からの追加ブロア出力とを合算するブロア出力合算部とを更に有することを特徴とする請求項１記載の熱処理装置。
制御装置は排気温度センサからの排気温度に追従する設定温度をもって追加ブロア出力を定める追加ブロア出力演算部と、
ブロア出力演算部からのブロア出力と、追加ブロア出力演算部からの追加ブロア出力とを合算するブロア出力合算部とを更に有することを特徴とする請求項１記載の熱処理装置。
【請求項5】
複数のゾーンに区画された炉本体と、
炉本体の各ゾーンの内周面に設けられたヒータと、
炉本体内に配置され、炉本体との間に空間を形成するとともに、内部に複数の被処理体を収納する処理容器と、
炉本体の各ゾーンに冷却媒体供給ラインを介して接続され、炉本体と処理容器との間の空間に冷却媒体を供給するブロアと、
炉本体の各ゾーンに設けられた排気管と、
炉本体の各ゾーンに対応する処理容器の内部又は外部の温度を検出する炉内温度センサと、
各ゾーンに対応するヒータとブロアとを制御して、処理容器内の温度を調整して処理容器内の温度を所定の目標温度に収束させる制御装置とを備え、
制御装置は予め定められたヒータ出力とブロア出力に関する各ゾーン毎の数値モデルと、当該ゾーンに対応する数値モデルと炉内温度センサからの炉内温度に基づいて当該ゾーンのヒータ出力を求めるヒータ出力演算部と、当該ゾーンに対応する数値モデルと炉内温度センサからの炉内温度に基づいて当該ゾーンのブロア出力を求めるブロア出力演算部とを有し、このうちブロア出力用数値モデルは、予めヒータおよびブロアを動作させ、炉内温度センサ、ヒータ出力値およびブロア出力値に基づいて被処理体の温度を推測し、この温度推測値と被処理体の温度実測値とを比較しチューニングして得られたブロア出力に関するモデルであり、
数値モデルはヒータ出力用数値モデルと、冷却出力用数値モデルとを有し、
ヒータ出力演算部はヒータ出力用数値モデルと、炉内温度センサからの炉内温度に基づいてヒータ出力を求め、
冷却出力演算部は冷却出力用数値モデルと、炉内温度センサからの炉内温度に基づいて冷却出力を求めることを特徴とする熱処理装置。
炉本体の各ゾーンの内周面に設けられたヒータと、
炉本体内に配置され、炉本体との間に空間を形成するとともに、内部に複数の被処理体を収納する処理容器と、
炉本体の各ゾーンに冷却媒体供給ラインを介して接続され、炉本体と処理容器との間の空間に冷却媒体を供給するブロアと、
炉本体の各ゾーンに設けられた排気管と、
炉本体の各ゾーンに対応する処理容器の内部又は外部の温度を検出する炉内温度センサと、
各ゾーンに対応するヒータとブロアとを制御して、処理容器内の温度を調整して処理容器内の温度を所定の目標温度に収束させる制御装置とを備え、
制御装置は予め定められたヒータ出力とブロア出力に関する各ゾーン毎の数値モデルと、当該ゾーンに対応する数値モデルと炉内温度センサからの炉内温度に基づいて当該ゾーンのヒータ出力を求めるヒータ出力演算部と、当該ゾーンに対応する数値モデルと炉内温度センサからの炉内温度に基づいて当該ゾーンのブロア出力を求めるブロア出力演算部とを有し、このうちブロア出力用数値モデルは、予めヒータおよびブロアを動作させ、炉内温度センサ、ヒータ出力値およびブロア出力値に基づいて被処理体の温度を推測し、この温度推測値と被処理体の温度実測値とを比較しチューニングして得られたブロア出力に関するモデルであり、
数値モデルはヒータ出力用数値モデルと、冷却出力用数値モデルとを有し、
ヒータ出力演算部はヒータ出力用数値モデルと、炉内温度センサからの炉内温度に基づいてヒータ出力を求め、
冷却出力演算部は冷却出力用数値モデルと、炉内温度センサからの炉内温度に基づいて冷却出力を求めることを特徴とする熱処理装置。
【請求項6】
炉本体と、
炉本体内周面に設けられたヒータと、
炉本体内に配置され、炉本体との間に空間を形成するとともに、内部に複数の被処理体を収納する処理容器と、
炉本体に冷却媒体供給ラインを介して接続され、炉本体と処理容器との間の空間に冷却媒体を供給するブロアと、
ブロアから供給される冷却媒体の流量を調整する弁機構と、
炉本体に設けられた排気管と、
処理容器内部又は外部の温度を検出する炉内温度センサと、
ヒータと、弁機構とを制御して、処理容器内の温度を調整して処理容器内の温度を所定の目標温度に収束させる制御装置とを備え、
制御装置は予め定められたヒータ出力と冷却出力に関する数値モデルと、この数値モデルと炉内温度センサからの炉内温度に基づいてヒータ出力を求めるヒータ出力演算部と、数値モデルと炉内温度センサからの炉内温度に基づいて冷却出力を求める冷却出力演算部と、冷却出力演算部からの冷却出力を冷却媒体流量に変換する流量制御演算部と、を有し、流量制御演算部は冷却媒体流量に基づいて、弁機構を制御し、
数値モデルはヒータ出力用数値モデルと、冷却出力用数値モデルとを有し、このうちブロア出力用数値モデルは、予めヒータおよびブロアを動作させ、炉内温度センサ、ヒータ出力値およびブロア出力値に基づいて被処理体の温度を推測し、この温度推測値と被処理体の温度実測値とを比較しチューニングして得られたブロア出力に関するモデルであり、
ヒータ出力演算部はヒータ出力用数値モデルと、炉内温度センサからの炉内温度に基づいてヒータ出力を求め、
冷却出力演算部は冷却出力用数値モデルと、炉内温度センサからの炉内温度に基づいて冷却出力を求めることを特徴とする熱処理装置。
炉本体内周面に設けられたヒータと、
炉本体内に配置され、炉本体との間に空間を形成するとともに、内部に複数の被処理体を収納する処理容器と、
炉本体に冷却媒体供給ラインを介して接続され、炉本体と処理容器との間の空間に冷却媒体を供給するブロアと、
ブロアから供給される冷却媒体の流量を調整する弁機構と、
炉本体に設けられた排気管と、
処理容器内部又は外部の温度を検出する炉内温度センサと、
ヒータと、弁機構とを制御して、処理容器内の温度を調整して処理容器内の温度を所定の目標温度に収束させる制御装置とを備え、
制御装置は予め定められたヒータ出力と冷却出力に関する数値モデルと、この数値モデルと炉内温度センサからの炉内温度に基づいてヒータ出力を求めるヒータ出力演算部と、数値モデルと炉内温度センサからの炉内温度に基づいて冷却出力を求める冷却出力演算部と、冷却出力演算部からの冷却出力を冷却媒体流量に変換する流量制御演算部と、を有し、流量制御演算部は冷却媒体流量に基づいて、弁機構を制御し、
数値モデルはヒータ出力用数値モデルと、冷却出力用数値モデルとを有し、このうちブロア出力用数値モデルは、予めヒータおよびブロアを動作させ、炉内温度センサ、ヒータ出力値およびブロア出力値に基づいて被処理体の温度を推測し、この温度推測値と被処理体の温度実測値とを比較しチューニングして得られたブロア出力に関するモデルであり、
ヒータ出力演算部はヒータ出力用数値モデルと、炉内温度センサからの炉内温度に基づいてヒータ出力を求め、
冷却出力演算部は冷却出力用数値モデルと、炉内温度センサからの炉内温度に基づいて冷却出力を求めることを特徴とする熱処理装置。
【請求項7】
複数のゾーンに区画された炉本体と、
炉本体の各ゾーンの内周面に設けられたヒータと、
炉本体内に配置され、炉本体との間に空間を形成するとともに、内部に複数の被処理体を収納する処理容器と、
炉本体の各ゾーンに冷却媒体供給ラインを介して接続され、炉本体と処理容器との間の空間に冷却媒体を供給するブロアと、
ブロアから供給される冷却媒体の流量を調整する弁機構と、
炉本体の各ゾーンに設けられた排気管と、
炉本体の各ゾーンに対応する処理容器の内部又は外部の温度を検出する炉内温度センサと、
各ゾーンに対応するヒータと弁機構とを制御して、処理容器内の温度を調整して処理容器内の温度を所定の目標温度に収束させる制御装置とを備え、
制御装置は予め定められたヒータ出力と冷却出力に関する各ゾーン毎の数値モデルと、当該ゾーンに対応する数値モデルと炉内温度センサからの炉内温度に基づいて当該ゾーンのヒータ出力を求めるヒータ出力演算部と、当該ゾーンに対応する数値モデルと炉内温度センサからの炉内温度に基づいて当該ゾーンの冷却出力を求める冷却出力演算部と、冷却出力演算部からの冷却出力を冷却媒体流量に変換する流量制御演算部と、を有し、流量制御演算部は冷却媒体流量に基づいて、弁機構を制御し、
数値モデルはヒータ出力用数値モデルと、冷却出力用数値モデルとを有し、このうちブロア出力用数値モデルは、予めヒータおよびブロアを動作させ、炉内温度センサ、ヒータ出力値およびブロア出力値に基づいて被処理体の温度を推測し、この温度推測値と被処理体の温度実測値とを比較しチューニングして得られたブロア出力に関するモデルであり、
ヒータ出力演算部はヒータ出力用数値モデルと、炉内温度センサからの炉内温度に基づいてヒータ出力を求め、
冷却出力演算部は冷却出力用数値モデルと、炉内温度センサからの炉内温度に基づいて冷却出力を求めることを特徴とする熱処理装置。
炉本体の各ゾーンの内周面に設けられたヒータと、
炉本体内に配置され、炉本体との間に空間を形成するとともに、内部に複数の被処理体を収納する処理容器と、
炉本体の各ゾーンに冷却媒体供給ラインを介して接続され、炉本体と処理容器との間の空間に冷却媒体を供給するブロアと、
ブロアから供給される冷却媒体の流量を調整する弁機構と、
炉本体の各ゾーンに設けられた排気管と、
炉本体の各ゾーンに対応する処理容器の内部又は外部の温度を検出する炉内温度センサと、
各ゾーンに対応するヒータと弁機構とを制御して、処理容器内の温度を調整して処理容器内の温度を所定の目標温度に収束させる制御装置とを備え、
制御装置は予め定められたヒータ出力と冷却出力に関する各ゾーン毎の数値モデルと、当該ゾーンに対応する数値モデルと炉内温度センサからの炉内温度に基づいて当該ゾーンのヒータ出力を求めるヒータ出力演算部と、当該ゾーンに対応する数値モデルと炉内温度センサからの炉内温度に基づいて当該ゾーンの冷却出力を求める冷却出力演算部と、冷却出力演算部からの冷却出力を冷却媒体流量に変換する流量制御演算部と、を有し、流量制御演算部は冷却媒体流量に基づいて、弁機構を制御し、
数値モデルはヒータ出力用数値モデルと、冷却出力用数値モデルとを有し、このうちブロア出力用数値モデルは、予めヒータおよびブロアを動作させ、炉内温度センサ、ヒータ出力値およびブロア出力値に基づいて被処理体の温度を推測し、この温度推測値と被処理体の温度実測値とを比較しチューニングして得られたブロア出力に関するモデルであり、
ヒータ出力演算部はヒータ出力用数値モデルと、炉内温度センサからの炉内温度に基づいてヒータ出力を求め、
冷却出力演算部は冷却出力用数値モデルと、炉内温度センサからの炉内温度に基づいて冷却出力を求めることを特徴とする熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、縦型熱処理装置に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体ディバイスの製造においては、被処理体例えば半導体ウエハに、酸化、拡散、ＣＶＤ、アニール等の熱処理を施すために各種の熱処理装置が用いられている。その一つとして、一度に多数枚の熱処理が可能な縦型熱処理装置が知られている。この縦型熱処理装置は、下部に開口部を有する石英製の処理容器と、該処理容器の開口部を開閉する蓋体と、該蓋体上に設けられ、複数枚の被処理体を上下方向に所定の間隔で保持する保持具と、前記処理容器の周囲に設けられ、処理容器内に搬入された前記被処理体を加熱するヒータを含む炉本体とを備えている。
【0003】
また、縦型熱処理装置としては、ヒータを含む炉本体内に空気を送風して処理容器を強制的に空冷するための送風機を備えたものも提案されている（例えば、特開２００２−３０５１８９号公報参照）。前記送風機は、熱処理終了後にウエハ及び処理容器を迅速に冷却するために用いられていた。
【0004】
ところで、熱処理としては、例えばウエハに低誘電率の膜を形成する場合のように低温域例えば１００〜５００℃での熱処理がある。この低温域での熱処理の場合、如何に迅速に所定の熱処理温度に昇温・収束させるかが課題となる。低温用熱処理装置としては、熱応答性を良くするために石英製の処理容器を使わずに金属製の処理室を有する熱処理装置が提案されている。一方、熱処理時に反応生成物や副生成物等の付着物が発生する場合は、クリーニングや交換が容易な石英製の処理容器が装置構成上必要である。また、高い断熱性能を持ったヒータを使用することにより、装置の省エネルギー化を実現できるが、それによって炉内温度の制御性が悪化する。この場合も、如何に迅速に所定の熱処理温度に昇温・収束させるかが課題となり、これは低温域に限らない課題である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２００２−３０５１８９号公報
【特許文献2】特開２００５−１８８８６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、石英製の処理容器を有する縦型熱処理装置においては、処理容器の熱容量が大きいため、低温域での昇温リカバリーにおける収束時間が長くかかるという問題があった。また、省エネルギー化等のために高断熱のヒータを使用する場合には、低温域に限らず生じる問題である。昇温リカバリーにおける収束時間が長くかかると、スループットの向上に影響が出る。このような収束時間が長くかかる問題は、昇温過程だけではなく、降温過程あるいは温度安定時にも同様に生じる問題である。
【0007】
本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、低温域でのあるいは高い断熱性能を持つヒータを使用した際の昇温過程、降温過程あるいは温度安定時における収束時間を短縮することができ、処理容器内の温度を精度良く目標温度に収束することができる熱処理装置及びその制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明は、炉本体と、炉本体内周面に設けられたヒータと、炉本体内に配置され、炉本体との間に空間を形成するとともに、内部に複数の被処理体を収納する処理容器と、炉本体に冷却媒体供給ラインを介して接続され、炉本体と処理容器との間の空間に冷却媒体を供給するブロアと、炉本体に設けられた排気管と、処理容器内部又は外部の温度を検出する炉内温度センサと、ヒータと、ブロアとを制御して、処理容器内の温度を調整して処理容器内の温度を所定の目標温度に収束させる制御装置とを備え、制御装置は予め定められたヒータ出力とブロア出力に関する数値モデルと、この数値モデルと炉内温度センサからの炉内温度に基づいてヒータ出力を求めるヒータ出力演算部と、数値モデルと炉内温度センサからの炉内温度に基づいてブロア出力を求めるブロア出力演算部とを有し、数値モデルはヒータ出力用数値モデルと、ブロア出力用数値モデルとを有し、このうちブロア出力用数値モデルは、予めヒータおよびブロアを動作させ、炉内温度センサ、ヒータ出力値およびブロア出力値に基づいて被処理体の温度を推測し、この温度推測値と被処理体の温度実測値とを比較しチューニングして得られたブロア出力に関するモデルであり、ヒータ出力演算部はヒータ出力用数値モデルと、炉内温度センサからの炉内温度に基づいてヒータ出力を求め、ブロア出力演算部はブロア出力用数値モデルと、炉内温度センサからの炉内温度に基づいてブロア出力を求めることを特徴とする熱処理装置である。
【0010】
本発明は、制御装置は更にブロア出力演算部からのブロア出力を冷却媒体流量に変換する流量制御演算部を更に有することを特徴とする熱処理装置である。
【0011】
本発明は、流量制御演算部は冷却媒体流量に基づいて、ブロアの回転数制御を行うことを特徴とする熱処理装置である。
【0012】
本発明は、排気管に排気温度センサが設けられ、制御装置は排気温度センサからの排気温度に追従する設定温度をもって追加ブロア出力を定める追加ブロア出力演算部と、ブロア出力演算部からのブロア出力と、追加ブロア出力演算部からの追加ブロア出力とを合算するブロア出力合算部とを更に有することを特徴とする熱処理装置である。
【0013】
本発明は、複数のゾーンに区画された炉本体と、炉本体の各ゾーンの内周面に設けられたヒータと、炉本体内に配置され、炉本体との間に空間を形成するとともに、内部に複数の被処理体を収納する処理容器と、炉本体の各ゾーンに冷却媒体供給ラインを介して接続され、炉本体と処理容器との間の空間に冷却媒体を供給するブロアと、炉本体の各ゾーンに設けられた排気管と、炉本体の各ゾーンに対応する処理容器の内部又は外部の温度を検出する炉内温度センサと、各ゾーンに対応するヒータとブロアとを制御して、処理容器内の温度を調整して処理容器内の温度を所定の目標温度に収束させる制御装置とを備え、制御装置は予め定められたヒータ出力とブロア出力に関する各ゾーン毎の数値モデルと、当該ゾーンに対応する数値モデルと炉内温度センサからの炉内温度に基づいて当該ゾーンのヒータ出力を求めるヒータ出力演算部と、当該ゾーンに対応する数値モデルと炉内温度センサからの炉内温度に基づいて当該ゾーンのブロア出力を求めるブロア出力演算部とを有し、数値モデルはヒータ出力用数値モデルと、冷却出力用数値モデルとを有し、このうちブロア出力用数値モデルは、予めヒータおよびブロアを動作させ、炉内温度センサ、ヒータ出力値およびブロア出力値に基づいて被処理体の温度を推測し、この温度推測値と被処理体の温度実測値とを比較しチューニングして得られたブロア出力に関するモデルであり、ヒータ出力演算部はヒータ出力用数値モデルと、炉内温度センサからの炉内温度に基づいてヒータ出力を求め、冷却出力演算部は冷却出力用数値モデルと、炉内温度センサからの炉内温度に基づいて冷却出力を求めることを特徴とする熱処理装置である。
【0014】
本発明は、炉本体と、炉本体内周面に設けられたヒータと、炉本体内に配置され、炉本体との間に空間を形成するとともに、内部に複数の被処理体を収納する処理容器と、炉本体に冷却媒体供給ラインを介して接続され、炉本体と処理容器との間の空間に冷却媒体を供給するブロアと、ブロアから供給される冷却媒体の流量を調整する弁機構と、炉本体に設けられた排気管と、処理容器内部又は外部の温度を検出する炉内温度センサと、ヒータと、弁機構とを制御して、処理容器内の温度を調整して処理容器内の温度を所定の目標温度に収束させる制御装置とを備え、制御装置は予め定められたヒータ出力と冷却出力に関する数値モデルと、この数値モデルと炉内温度センサからの炉内温度に基づいてヒータ出力を求めるヒータ出力演算部と、数値モデルと炉内温度センサからの炉内温度に基づいて冷却出力を求める冷却出力演算部と、冷却出力演算部からの冷却出力を冷却媒体流量に変換する流量制御演算部と、を有し、流量制御演算部は冷却媒体流量に基づいて、弁機構を制御し、数値モデルはヒータ出力用数値モデルと、冷却出力用数値モデルとを有し、このうちブロア出力用数値モデルは、予めヒータおよびブロアを動作させ、炉内温度センサ、ヒータ出力値およびブロア出力値に基づいて被処理体の温度を推測し、この温度推測値と被処理体の温度実測値とを比較しチューニングして得られたブロア出力に関するモデルであり、ヒータ出力演算部はヒータ出力用数値モデルと、炉内温度センサからの炉内温度に基づいてヒータ出力を求め、冷却出力演算部は冷却出力用数値モデルと、炉内温度センサからの炉内温度に基づいて冷却出力を求めることを特徴とする熱処理装置である。
【0016】
本発明は、複数のゾーンに区画された炉本体と、炉本体の各ゾーンの内周面に設けられたヒータと、炉本体内に配置され、炉本体との間に空間を形成するとともに、内部に複数の被処理体を収納する処理容器と、炉本体の各ゾーンに冷却媒体供給ラインを介して接続され、炉本体と処理容器との間の空間に冷却媒体を供給するブロアと、ブロアから供給される冷却媒体の流量を調整する弁機構と、炉本体の各ゾーンに設けられた排気管と、炉本体の各ゾーンに対応する処理容器の内部又は外部の温度を検出する炉内温度センサと、各ゾーンに対応するヒータと弁機構とを制御して、処理容器内の温度を調整して処理容器内の温度を所定の目標温度に収束させる制御装置とを備え、制御装置は予め定められたヒータ出力と冷却出力に関する各ゾーン毎の数値モデルと、当該ゾーンに対応する数値モデルと炉内温度センサからの炉内温度に基づいて当該ゾーンのヒータ出力を求めるヒータ出力演算部と、当該ゾーンに対応する数値モデルと炉内温度センサからの炉内温度に基づいて当該ゾーンの冷却出力を求める冷却出力演算部と、冷却出力演算部からの冷却出力を冷却媒体流量に変換する流量制御演算部と、を有し、流量制御演算部は冷却媒体流量に基づいて、弁機構を制御し、数値モデルはヒータ出力用数値モデルと、冷却出力用数値モデルとを有し、このうちブロア出力用数値モデルは、予めヒータおよびブロアを動作させ、炉内温度センサ、ヒータ出力値およびブロア出力値に基づいて被処理体の温度を推測し、この温度推測値と被処理体の温度実測値とを比較しチューニングして得られたブロア出力に関するモデルであり、ヒータ出力演算部はヒータ出力用数値モデルと、炉内温度センサからの炉内温度に基づいてヒータ出力を求め、冷却出力演算部は冷却出力用数値モデルと、炉内温度センサからの炉内温度に基づいて冷却出力を求めることを特徴とする熱処理装置である。
【発明の効果】
【0017】
本発明によれば、低温域での昇温過程、降温過程あるいは温度安定時における収束時間を短縮することができ、かつ処理容器内の温度を精度良く目標温度に収束することができ、これによりスループットの向上を図ることができる。あるいは、高い断熱性能のヒータを使用した場合に、スループットに影響を与えることなく、消費電力の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【発明を実施するための形態】
【0019】
第１の実施の形態以下に、図面を参照して本発明の第１の実施の形態について説明する。ここで図１は本発明による熱処理装置を概略的に示す縦断面図、図２は縦型熱処理装置の冷却媒体供給ラインおよび冷却媒体排気ラインを示す図、図３は熱処理装置の制御方法を示す概略図、図４は熱処理装置の制御装置を示す概略図である。
【0020】
図１において、縦型の熱処理装置１は、被処理体、例えば半導体ウエハｗを一度に多数枚収容して酸化、拡散、減圧ＣＶＤ等の熱処理を施すことができる縦型の熱処理炉２を備えている。この熱処理炉２は、内周面に発熱抵抗体（ヒータ）１８Ａが設けられた炉本体５と、炉本体５内に配置され、炉本体５との間に空間３３を形成するとともに、ウエハｗを収容して熱処理するための処理容器３とを備えている。このうちヒータ１８Ａは、後述のように複数のヒータエレメント１８からなっている。
【0021】
また炉本体５はベースプレート６により支持され、このベースプレート６には処理容器３を下方から上方に挿入するための開口部７が形成されている。またベースプレート６の開口部７にはベースプレート６と処理容器３との間の隙間を覆うように図示しない断熱材が設けられている。
【0022】
処理容器３は、石英製からなり、上端が閉塞され、下端が炉口３ａとして開口された縦長の円筒状形状を有する。処理容器３の下端には外向きのフランジ３ｂが形成され、フランジ３ｂは図示しないフランジ押えを介して上記ベースプレート６に支持されている。また処理容器３には、下側部に処理ガスや不活性ガス等を処理容器３内に導入する導入ポート（導入口）８及び処理容器３内のガスを排気するための図示しない排気ポート（排気口）が設けられている。導入ポート８にはガス供給源（図示せず）が接続され、排気ポートには例えば１３３×６００Ｐａ〜１３３×１０−２Ｐａ程度に減圧制御が可能な真空ポンプを備えた排気系（図示せず）が接続されている。
【0023】
処理容器３の下方には、処理容器３の炉口３ａを閉塞する蓋体１０が図示しない昇降機構により昇降移動可能に設けられている。この蓋体１０の上部には、炉口の保温手段である保温筒１１が載置され、該保温筒１１の上部には、直径が３００ｍｍのウエハｗを多数枚、例えば１００〜１５０枚程度上下方向に所定の間隔で搭載する保持具である石英製のボート１２が載置されている。蓋体１０には、ボート１２をその軸心回りに回転する回転機構１３が設けられている。ボート１２は、蓋体１０の下降移動により処理容器３内から下方のローディングエリア１５内に搬出（アンロード）され、ウエハｗの移替え後、蓋体１０の上昇移動により処理容器３内に搬入（ロード）される。
【0024】
上記炉本体５は、円筒状の断熱材１６と、該断熱材１６の内周面に軸方向（図示例では上下方向）に多段に形成された溝状の棚部１７とを有し、各棚部１７に沿ってヒータエレメント（ヒータ線、発熱抵抗体）１８が配置されている。断熱材１６は、例えばシリカ、アルミナあるいは珪酸アルミナを含む無機質繊維からなっている。断熱材１６は、縦に二分割されており、このためヒータエレメントの組付及びヒータの組立を容易に行うことができる。
【0025】
上記断熱材１６には上記ヒータエレメント１８を適宜間隔で径方向に移動可能に且つ棚部１７から脱落ないし脱出しないように保持するピン部材（図示せず）が配設されている。上記円筒状の断熱材１６の内周面にはこれと同心の環状の溝部２１が軸方向に所定ピッチで多段に形成され、隣り合う上部の溝部２１と下部の溝部２１との間に周方向に連続した環状の上記棚部１７が形成されている。上記溝部２１におけるヒータエレメント１８の上部と下部、及び溝部２１の奥壁とヒータエレメント１８との間にはヒータエレメント１８の熱膨張収縮及び径方向の移動を許容し得る十分な隙間が設けられており、またこれらの隙間により強制冷却時の冷却媒体がヒータエレメント１８の背面に回り込み、ヒータエレメント１８を効果的に冷却できるようになっている。なお、このような冷却媒体としては、空気、窒素ガスあるいは水が考えられる。
【0026】
各ヒータエレメント１８間は接続板により接合され、端部側に位置するヒータエレメント１８は断熱材１６を径方向に貫通するように設けられた端子板２２ａ，２２ｂを介して外部のヒータ駆動部１８Ｂに接続されている。
【0027】
炉本体５の断熱材１６の形状を保持すると共に断熱材１６を補強するために、図１に示すように、断熱材１６の外周面は金属製例えばステンレス製の外皮（アウターシェル）２８で覆われている。また、炉本体５の外部への熱影響を抑制するために、外皮２８の外周面は水冷ジャケット３０で覆われている。断熱材１６の頂部にはこれを覆う上部断熱材３１が設けられ、この上部断熱材３１の上部には外皮２８の頂部（上端部）を覆うステンレス製の天板３２が設けられている。
【0028】
また図１および図２に示すように、熱処理後にウエハを急速降温させて処理の迅速化ないしスループットの向上を図るために、炉本体５には炉本体５と処理容器３との間の空間３３内の雰囲気を外部に排出する排熱系３５と、上記空間３３内に常温（２０〜３０℃）の冷却媒体を導入して強制的に冷却する強制冷却媒体手段３６とが設けられている。上記排熱系３５は、例えば炉本体５の上部に設けられた排気口３７からなり、該排気口３７には、空間３３内の冷却媒体を排気する冷却媒体排気ライン６２が接続されている。
【0029】
さらに強制冷却媒体手段３６は、上記炉本体５の断熱材１６と外皮２８の間に高さ方向に複数形成された環状流路３８と、各環状流路３８から断熱材１６の中心斜め方向へ冷却媒体を吹き出して上記空間３３の周方向に旋回流を生じさせるよう断熱材１６に設けられた冷却媒体吹出し孔４０とを有している。上記環状流路３８は、断熱材１６の外周面に帯状又は環状の断熱材４１を貼り付けるか、或いは断熱材１６の外周面を環状に削ることにより形成されている。上記冷却媒体吹出し孔４０は、断熱材１６における上下に隣接するヒータエレメント１８の間である棚部１７にこれを径方向の内外に貫通するように形成されている。このように冷却媒体吹出し孔４０を棚部１７に設けることにより、ヒータエレメント１８に邪魔されることなく冷却媒体を上記空間３３に噴出することができる。
【0030】
ところでヒータエレメント１８として帯状の発熱抵抗体を用い、棚部１７内に収納した例を示したが、ヒータエレメント１８としてはこのような構造のものに限られず、他の種々の構造のヒートエレメントを用いることができる。また冷却媒体吹出し孔４０からの冷却媒体により空間３３内に旋回流を生じさせる例について示したが、冷却媒体吹出し孔４０からの冷却媒体により必ずしも旋回流を生じさせる必要はない。
【0031】
上記外皮２８の外周面には、各環状流路３８に冷却媒体を分配供給するための共通の１本の供給ダクト４９が高さ方向に沿って設けられ、外皮２８には供給ダクト４９内と各環状流路３８とを連通する連通口が形成されている。供給ダクト４９には冷却媒体を供給する冷却媒体供給ライン５２が接続されている。
【0032】
また、処理容器３内には、当該処理容器３内の温度を検知する温度センサ（炉内温度センサ）５０が設置され、この温度センサ５０からの検知信号は信号ライン５０ａを介して制御装置５１に送られる。なお、温度センサ５０を必ずしも処理容器３内に設ける必要はなく、炉本体５と処理容器３との間の空間３３内に温度センサ５０を設ける、又は両方に設けてもよい（図１の２点鎖線）。
【0033】
さらに排気口３７内にも温度センサ（排気温度センサ）８０が設置され、この温度センサ８０からの検知信号は信号ライン８０ａを介して制御装置５１に送られる。
【0034】
また図１および図２に示すように、冷却媒体供給ライン５２と冷却媒体排気ライン６２は各々独立してオープン系冷却媒体供給／排気ラインを構成している。このうち冷却媒体供給ライン５２には、流量センサ５２ａおよび冷却媒体供給ブロア５３が設けられ、この冷却媒体供給ブロア５３はインバータ駆動部５３ａを有している。
【0035】
また冷却媒体供給ブロア５３の入口側にはダンパ５６が設けられ、冷却媒体供給ブロア５３の出口側には、穴バルブ５４およびバタフライ弁５５が配置されている。これら冷却媒体供給ブロア５３の入口側のダンパ５６および冷却媒体供給ブロア５３の出口側の穴バルブ５４およびバタフライ弁５５はいずれも開閉調整自在となっており、ダンパ５６、穴バルブ５４およびバタフライ弁５５は冷却媒体供給ライン側弁機構５４Ａを構成している。
【0036】
また冷却媒体排気ライン６２には流量センサ６２ａおよび冷却媒体排気ブロア６３が設けられ、この冷却媒体排気ブロア６３はインバータ駆動部６３ａを有している。
【0037】
さらに冷却媒体排気ブロア６３の入口側にはバタフライ弁６６および穴バルブ６７が設けられ、冷却媒体排気ブロア６３の出口側には穴バルブ６４、バタフライ弁６５が配置されている。これら冷却媒体排気ブロア６３の入口側のバタフライ弁６６および穴バルブ６７、および冷却媒体排気ブロア６３の出口側の穴バルブ６４およびバタフライ弁６５はいずれも開閉調整自在となっており、かつ冷却媒体排気ブロア６３の入口側のバタフライ弁６６および穴バルブ６７、および冷却媒体排気ブロア６３の出口側の穴バルブ６４およびバタフライ弁６５は冷却媒体排気ライン側弁機構６４Ａを構成している。
【0038】
そして冷却媒体供給ブロア５３、冷却媒体供給ライン５２、冷却媒体供給ライン側弁機構５４Ａ、冷却媒体排気ブロア６３、冷却媒体排気ライン６２および冷却媒体排気ライン側弁機構６４Ａによって、ＲＣＵシステム（Rapid Cooling Unit）１Ａが構成されている。
【0039】
次に温度センサ５０に接続された制御装置５１について詳述する。
【0040】
温度センサ５０は上述のように処理容器３内に設置されて処理容器３内の温度を検出するものであるが、炉本体５と処理容器３との間の空間３３内に温度センサ５０を設置することにより、間接的に処理容器３内の温度を検出してもよい。
【0041】
温度センサ５０で検出された検知信号は、信号ライン５０ａを介して制御装置５１に送られる。この制御装置５１は例えば１００℃〜５００℃の低温領域での昇温過程、降温過程あるいは温度安定時において、所定の目標温度に対する収束時間を短縮させ、かつ精度良く目標温度に近づけるものである（図４）。
【0042】
すなわち、制御装置５１は、予め定められたヒータ出力とブロア出力に関する数値モデル７１と、この数値モデル７１と温度センサ５０からの炉内温度に基づいてヒータ出力を求めるヒータ出力演算部５１ａと、数値モデル７１と温度センサ５０からの炉内温度に基づいてブロア出力を求めるブロア出力演算部５１ｂとを有している。
【0043】
このうち、数値モデル７１はヒータ出力用数値モデル７１ａとブロア出力用数値モデル７１ｂとを有しており、ヒータ出力演算部５１ａはヒータ出力用数値モデル７１ａと温度センサ５０からの炉内温度に基づいてヒータ出力を求め、ブロア出力演算部５１ｂはブロア出力用数値モデル７１ｂと温度センサ５０からの炉内温度に基づいてブロア出力を求める。
【0044】
ここで数値モデル７１のうち、ヒータ出力用数値モデル７１ａについて説明する。
【0045】
ヒータ出力用数値モデル７１ａは、温度センサ５０およびヒータ駆動部１８Ｂから、予め半導体ウエハｗの温度を推測し、さらに、推測した温度を全体として目的温度に近接させるために、ヒータ１８に供給する電力を特定可能な数学モデルであり、任意のモデル（多変数、多次元、多出力関数）を利用可能である。このようなヒータ出力用数値モデル７１ａとしては、例えば、米国特許第５，５１７，５９４号公報に開示されたモデルを使用することができる。
【0046】
以下、米国特許５，５１７，５９４号公報に開示されたモデルを例に説明する。まず、図１に示す熱処理装置に、中心と周縁部から例えば６ｍｍ離れた位置とに熱電対を組み込んだ５枚のテスト用半導体ウエハを用意する。次に、これらの５枚のテスト用半導体ウエハが、５つのゾーンに１つずつ位置するように、テスト用ウエハと通常のウエハとをボートに載置する。次に、このボートを処理容器にロードする。次に、ヒータに高周波帯域の信号及び低周波帯域の信号を印加し、温度センサの出力、テスト用ウエハ上の熱電対の出力（ウエハ温度）、ヒータに供給される電流などのデータを、例えば、１〜５秒のサンプリング周期で取得する。
【0047】
次に、一定の温度範囲、例えば４００℃〜１１００℃の範囲で、１００℃間隔で温度帯域を設定する（広温度帯域を１つのモデルでカバーすると温度の推定などが不正確になってしまうため）。取得したデータから、各温度帯域について、数式１に示すＡＲＸ（自動回帰）モデルを設定する。
【0048】
［数１］ｙｔ ＋ ＡＡ１ ｙｔ−１ ＋ ＡＡ２ ｙｔ−２ ＋ ... ＋ ＡＡｎ ｙｔ−ｎ ＝ ＢＢ１ ｕｔ−１ ＋ ＢＢ２ ｕｔ−２ ＋ ... ＋ ＢＢｎ ｕｔ−ｎ ＋ ｅｔｙｔ：時点ｔでの以下の内容を成分とするｐ行１列のベクトル
内容：温度センサの出力の変動量（この例では５つの温度センサ電対が存在するため、５成分）、上記とは別の場所に置かれた温度センサの出力の変動量（この例では５つの温度センサが存在するため、５成分）、ウエハの中心部にセットした熱電対の出力の変動量（この例では５つ）、ウエハの周縁部にセットした熱電対の出力変動量（この例では５つ）。従って、この例では、ｙ１は２０行１列のベクトルとなる。
ｕｔ：時点ｔでのヒータ電力の変動量を成分とするｍ行１列のベクトル（この例では、ヒータが５台のため、５行１列）。
ｅｔ：ホワイトノイズを成分とするｍ行１列のベクトル。
ｎ：遅れ（例えば８）。
ＡＡ１〜ＡＡｎ：ｐ行ｐ列の行列（この例では、２０行２０列）。
ＢＢ１〜ＢＢｎ：ｐ行ｍ列の行列（この例では、２０行５０列）。
【0049】
ここで、各係数ＡＡ１〜ＡＡｎとＢＢ１〜ＢＢｎを、最小二乗法などを用いて決定する。
【0050】
このＡＲＸモデル関係を、状態空間法に適用すると、その基本方程式は数式２で表すようになる。
【0051】
［数２］ｘｔ＋１ ＝ Ａｘｔ ＋ Ｂｕｔ ＋ ＫＴｅｔ ｙｔ ＝ Ｃｘｔ＋１ ＋ ｅｔ
ここで、ｘは状態変数、Ｋはカルマンフィルタのフィードバック系、Ａ，Ｂ，Ｃは行列である。
【0052】
実際の成膜時の処理速度を向上するため、次数を１０次程度まで低次元化し、数式２から温度帯域毎に数式モデルを作成する。
【0053】
こうして、温度帯域毎に、入力（温度センサ、及びヒータ電力Ｐ）からウエハの温度を導く数式３を導く。
【0054】
［数３］ｘ＾ｔ＋１ ＝ Ａｘ＾ｔ ＋ Ｂ（Ｐinput,t ＋ ｕbias）＋ Ｌ（Ｔthermocouple,t−Ｃｓｘ＾ｔ ＋ Ｓbias）Ｔmodel,t ＝ Ｃｗｘ＾１ ＋ Ｗbias
【0055】
次に、再度、テスト用ウエハを処理し、数式３に基づいて推定されたウエハ温度Ｔmodelと実測値Ｔwaferとを比較し、モデルをチューニングする。このチューニング動作を必要に応じて複数回繰り返す。
【0056】
このようにして、ウエハの処理枚数及びその配置に応じて、ウエハの温度推定及びウエハ温度を目標温度とするための出力を定義するヒータ出力用数値モデル７１ａが得られる。なお、推測したウエハ温度を制御対象とする例を示したが、観測温度そのものを制御対象とするモデルとしてもよい。
【0057】
他方、ブロア出力用数値モデル７１ｂは、上述のヒータ出力用数値モデル７１ａを求める方法と同様に、ヒータ１８Ａを動作させながら、冷却媒体供給ブロア５３および冷却媒体排気ブロア６３を実際に動作させ、半導体ウエハｗの温度を実測することにより、ヒータ出力用数値モデル７１ａとともに取得可能である。
【0058】
なお、数値モデル７１がヒータ出力用数値モデル７１ａとブロア出力用数値モデル７１ｂの双方を有する例を示したが、単一の数値モデル７１内にヒータ出力用数値モデルおよびブロア出力用数値モデルを含ませてもよい。
【0059】
またヒータ出力演算部５１ａにより求められたヒータ出力は、ヒータ駆動部１８Ｂに送られ、このヒータ駆動部１８Ｂにより、ヒータ出力演算部５１により求められたヒータ出力に基づいてヒータ１８Ａのヒータエレメント１８が駆動制御される。
【0060】
他方、ブロア出力演算部５１ｂにより求められたブロア出力はインバータ駆動部５３ａ，６３ａに送られ、これらインバータ駆動部５３ａ，６３ａにより冷却媒体供給ブロア５３および冷却媒体排気ブロア６３が駆動制御される。
【0061】
このようにして、冷却媒体供給ブロア５３と冷却媒体排気ブロア６３とによって、炉本体５と処理容器３との間の空間３３内に冷却媒体が供給される。
【0062】
なお、冷却媒体供給ブロア５３と冷却媒体排気ブロア６３を設置することによって、炉本体５と処理容器３との間の空間３３内に冷却媒体を供給する例を示したが、これに限らず、冷却媒体供給ブロア５３または冷却媒体排気ブロア６３のうち、いずれか一方のみを設置して炉本体５と処理容器３との間の空間３３内に冷却媒体を供給してもよい。また、その場合に冷却媒体供給ライン５２と冷却媒体排気ライン６２ともにブロアに接続し、クローズ系冷却媒体供給／排気ラインを構成してもよい。例えば冷却媒体供給ブロア５３のみを設置する場合、ブロア出力演算部５１ｂにより求められたブロア出力に基づいて、冷却媒体供給ブロア５３のインバータ駆動部５３ａが駆動制御される。
【0063】
次にこのような構成からなる熱処理装置の作用について説明する。
【0064】
まず、ボート１２内にウエハｗが搭載され、ウエハｗが搭載されたボート１２が蓋体１０の保温筒１１上に載置される。その後蓋体１０の上昇移動によりボート１２が処理容器３内へ搬入される。
【0065】
次に制御装置５１はヒータ駆動部１８Ａを制御してヒータエレメント１８を作動させ、炉本体５と処理用器３との間の空間３３を加熱し、処理容器３内のボート１２に搭載されたウエハｗに対して必要な熱処理を施す。
【0066】
この間、後述のように、必要に応じて熱処理作業の効率化を図るため、炉本体５と処理容器３との間の空間３３内を強制的に冷却する。
【0067】
この場合、まず制御装置５１によって冷却媒体供給ブロア５３および冷却媒体排気ブロア５４が作動する。このとき冷却媒体（２０〜３０℃）が冷却媒体供給ライン５２内に導入され、次に冷却媒体は冷却媒体供給ブロア５３から供給ダクト４９へ送られる。
【0068】
その後供給ダクト４９内の冷却媒体は炉本体５の断熱材１６外方に形成された各環状流路３８内に進入し、次に環状流路３８内の冷却媒体は断熱材１６を貫通して設けられた冷却媒体吹出し孔４０から炉本体５と処理容器３との間の空間３３内に吹出されて、この空間３３内を強制的に冷却する。
【0069】
空間３３内の冷却媒体は冷却媒体排気ライン６２を経て熱交換器６９によって冷却された後、冷却媒体排気ブロア６３によって外部へ排気される。
【0070】
この場合、ヒータ出力演算部５１ａはヒータ出力用数値モデル７１ａと温度センサ５０からの炉内温度に基づいてヒータ出力を定め、このヒータ出力に基づいてヒータ駆動部１８Ｂがヒータ１８Ａを駆動制御する。またブロア出力演算部５１ｂはブロア出力用数値モデル７１ｂと温度センサ５０からの炉内温度に基づいてブロア出力を定め、このヒータ出力に基づいてインバータ駆動部５３ａ，６３ａが冷却媒体供給ブロア５３および冷却媒体排気ブロア５４を回転数制御することにより駆動制御する。
【0071】
このことにより、例えば低温域での昇温過程、降温過程あるいは温度安定時において処理容器３内における温度を所定の目標温度に短時間でかつ、精度よく収束させることができる。
【0075】
図５および図６に示すように、予め定められたヒータ出力とブロア出力に関する数値モデル７１と、この数値モデル７１と温度センサ５０からの炉内温度に基づいてヒータ出力を求めるヒータ出力演算部５１ａと、数値モデル７１と温度センサ５０からの炉内温度に基づいてブロア出力を求めるブロア出力演算部５１ｂとを有している。
【0076】
このうち、数値モデル７１はヒータ出力用数値モデル７１ａとブロア出力用数値モデル７１ｂとを有しており、ヒータ出力演算部５１ａはヒータ出力用数値モデル７１ａと温度センサ５０からの炉内温度に基づいてヒータ出力を求め、ブロア出力演算部５１ｂはブロア出力用数値モデル７１ｂと温度センサ５０からの炉内温度に基づいてブロア出力を求める。
【0077】
さらに図５に示すように、制御装置５１は排気温度センサ８０からの排気温度に追従する設定温度（ブロア用設定温度）をもって追加ブロア出力を定める追加ブロア出力演算部５１ｃを有している。
【0078】
そしてブロア出力演算部５１ｂからのブロア出力と、追加ブロア出力演算部５１ｃからの追加ブロア出力とがブロア出力合算部５１ｄにおいて合算され、このように合算されたブロア出力に基づいてインバータ駆動部５３ａ，６３ａにより冷却媒体供給ブロア５３と冷却媒体排気ブロア６３を各々回転数制御することにより駆動制御する。
【0079】
図５および図６において、ヒータ出力演算部５１ａはヒータ出力用数値モデル７１ａと温度センサ５０からの炉内温度に基づいてヒータ出力を求め、ブロア出力演算部５１ｂはブロア出力数値モデル７１ｂと温度センサ５０からの炉内温度に基づいてブロア出力を求める。
【0080】
また追加ブロア出力演算部５１ｃは排気温度センサ８０からの排気温度に追従する設定温度をもって、追加ブロア出力を求める。
【0081】
この場合、図６に示すように、ヒータ１８およびＲＣＵシステム１Ａを作動させて例えば、炉内温度を昇温させ、一定の目標温度まで昇温させたら、その目標温度に維持して炉内温度を安定化させておくことを考える。
【0082】
図６において、ブロア出力演算部５１ｂによりブロア出力用数値モデル７１ｂと温度センサ５０からの炉内温度に基づいてブロア出力を求めることに加え、追加ブロア出力演算部５１ｃにより排気温度センサ８０からの排気温度に追従するよう設定温度を定め、この設定温度と排気温度センサ８０からの排気温度に基づいて追加ブロア出力を求める。
【0083】
追加ブロア出力演算部５１ｃにおいて設定される設定温度は、常にマイナスの追加ブロア出力を生じさせるよう排気温度センサ８０からの排気温度に対して適切なオフセットをもつよう求められる。このように、追加ブロア出力演算部５１ｃにおいて、常にマイナスの追加ブロア出力を生じさせることにより、とりわけ炉内温度を安定させる際（温度安定時）、ブロア出力合算部５１ｄにおいて合算されるブロア出力をゼロに近づけることができる。このため炉内温度の温度安定時において、ヒータ１８のみで炉内温度を調整することができ、ＲＣＵシステム１Ａの使用を最小限に抑えることができる。
【0087】
図７に示すように、制御装置５１は、予め定められたヒータ出力とブロア出力（冷却出力）に関する数値モデル７１と、この数値モデル７１と温度センサ５０からの炉内温度に基づいてヒータ出力を求めるヒータ出力演算部５１ａと、数値モデル７１と温度センサ５０からの炉内温度に基づいてブロア出力（冷却出力）を求めるブロア出力演算部（冷却出力演算部）５１ｂとを有している。
【0088】
このうち、数値モデル７１はヒータ出力用数値モデル７１ａとブロア出力用数値モデル（冷却出力用数値モデル）７１ｂとを有しており、ヒータ出力演算部５１ａはヒータ出力用数値モデル７１ａと温度センサ５０からの炉内温度に基づいてヒータ出力を求め、ブロア出力演算部５１ｂはブロア出力用数値モデル７１ｂと温度センサ５０からの炉内温度に基づいてブロア出力を求める。
【0089】
また制御装置５１はブロア出力演算部５１ｂからのブロア出力を冷却媒体流量に変換する流量制御演算部５１ｅを有している。この場合、流量制御演算部５１ｅは、ブロア出力を炉本体５と処理容器３との間の空間３３内に供給される適切な冷却媒体流量に変換する。
【0090】
図７において、ヒータ出力演算部５１ａはヒータ出力用数値モデル７１ａと温度センサ５０からの炉内温度に基づいてヒータ出力を求め、ブロア出力演算部５１ｂはブロア出力用数値モデル７１ｂと温度センサ５０からの炉内温度に基づいてブロア出力を求める。
【0091】
さらに流量制御演算部５１ｅは、ブロア出力演算部５１ｂで求めたブロア出力を冷却媒体流量に変換し、さらにこの冷却媒体流量と流量センサ５２ａ，６２ａで検出された冷却媒体供給ライン５２および冷却媒体排気ライン６２の冷却媒体流量に基づいてインバータ駆動用信号を出力する。その後、インバータ駆動部５３ａ，６３ａは、流量制御演算部５１ｅで求めたインバータ駆動用信号に基づいて、冷却媒体供給ブロア５３および冷却媒体排気ブロア６３を回転数制御することにより駆動制御して冷却媒体供給ライン５２および冷却媒体排気ライン６２の冷却媒体流量を制御する。
【0092】
このように、ブロア出力演算部５１ｂで求めたブロア出力を流量制御演算部５１ｅにおいて炉本体５と処理用器３との間の空間３３内に供給される冷却媒体流量に変換し、流量センサ５２ａ，６２ａで検出した冷却媒体流量を調整することにより、例えば冷却媒体供給ライン５２および冷却媒体排気ライン６２が長い配管を有する場合、あるいは冷却媒体供給ライン５２および冷却媒体排気ライン６２が短い配管を有する場合等、熱処理装置１の冷却媒体供給ライン５２および冷却媒体排気ライン６２の配置、形状が相違しても、炉本体５と処理容器３との間の空間３３内に所望量の冷却媒体を供給することができる。
【0093】
このことにより熱処理装置１の冷却媒体供給ライン５２および冷却媒体排気ライン６２の配置、形状によらず、常に炉内温度を精度良く制御することができる。
【0094】
なお、流量制御演算部５１ｅにより求めた冷却媒体流量に基づいて、冷却媒体ブロア５３および冷却媒体排気ブロア６３を回転数制御することにより駆動制御した例を示したが、これに限らず、流量制御演算部５１ｅにより求めた冷却媒体流量に基づいて、冷却媒体供給ライン側弁機構５４Ａを駆動制御してもよく、流量制御演算部５１ｅにより求めた冷却媒体流量に基づいて、冷却媒体排気側弁機構６４Ａを駆動制御してもよい。さらに流量制御演算部５１ｅは、ブロア出力を変換して冷却媒体流量を求め、流量センサ５２ａ，６２ａからの冷却媒体流量を調整した例を示したが、流量センサ５２ａ，６２ａのうち一方からの冷却媒体流量を用いて調整してもよい。
【0096】
図８に示す第４の実施の形態において、炉本体５が上方から下方に向かって５つのゾーン５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅに区画され、各ゾーン５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ毎にヒータ１８が設けられている。
【0097】
また炉本体５の各ゾーン５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ毎に、各々冷却媒体供給ライン５２と冷却媒体排気ライン６２とを有するＲＣＵシステム１Ａが接続されている。
【0098】
さらに炉本体５の各ゾーン５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅに対応して、処理容器３の内部又は外部の温度を検出する炉内温度センサ５０が設けられ、これら各炉内温度センサ５０からの検知信号は制御装置５１へ送られるようになっている。
【0099】
そして制御装置５１は、炉本体５の各ゾーン５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅに対応するヒータ１８Ａ、冷却媒体供給ブロア５３および冷却媒体排気ブロア６３を制御して処理容器３内の温度を調整する。
【0102】
図８において、制御装置５１は予め定められたヒータ出力とブロア出力に関する各ゾーン５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ毎の数値モデル７１と、当該数値モデル７１とゾーン５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ毎に設置された温度センサ５０からの炉内温度に基づいてゾーン５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅのヒータ出力を求めるヒータ出力演算部５１ａと、数値モデル７１とゾーン５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ毎に設置された温度センサ５０からの炉内温度に基づいてゾーン５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ毎のブロア出力を求めるブロア出力演算部５１ｂとを有している。
【0103】
このうち数値モデル７１はヒータ出力用数値モデル７１ａとブロア出力用数値モデル７１ｂとを有しており、ヒータ出力演算部５１ａはヒータ出力用数値モデル７１ａと温度センサ５０からの炉内温度に基づいて、ゾーン５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ毎のヒータ出力を求め、ブロア出力演算部５１ｂはブロア出力用数値モデル７１ｂと温度センサ５０からの炉内温度に基づいてゾーン５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ毎のブロア出力を求める。
【0104】
そして制御装置５１は、このようにしてゾーン５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ毎に求めたヒータ出力に基づいて、ヒータ駆動部１８Ｂによりゾーン５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ毎に設置されたヒータ１８Ａを駆動制御する。同時にゾーン５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ毎に求めたブロア出力に基づいて、ゾーン５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ毎に設置されたＲＣＵシステム１Ａ内においてインバータ駆動部５３ａ，６３ａにより空気供給ブロア５３および空気排気ブロア６３を回転数制御することにより駆動制御する。
【0105】
以上のように本実施の形態によれば、炉本体５内を複数のゾーン５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅに区画するとともに、制御装置５１により各ゾーン５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ毎に設置されたヒータ１８ＡおよびＲＣＵシステム１Ａの冷却媒体供給ブロア５３および冷却媒体排気ブロア６３を駆動制御するので、炉本体５内に設置された処理容器３内の温度をゾーン５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ毎に木目細かく制御することができる。
【符号の説明】
【0106】
ｗ 半導体ウエハ（被処理体）１ 熱処理装置
１Ａ ＲＣＵシステム
２ 熱処理炉
３ 処理容器
３ａ 炉口
５ 炉本体
５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ ゾーン
１６ 断熱材
１８ ヒータエレメント（発熱抵抗体）
１８Ａ ヒータ
１８Ｂ ヒータ駆動部
３３ 空間
４０ 冷却媒体吹出し孔
４９ 供給ダクト
５０ 炉内温度センサ
５１ 制御装置
５１ａ ヒータ出力演算部
５１ｂ ブロア出力演算部
５１ｃ 追加ブロア出力演算部
５１ｄ ブロア出力合算部
５１ｅ 流量制御演算部
５２ 冷却媒体供給ライン
５３ 冷却媒体供給ブロア
５３ａ インバータ駆動部
６２ 冷却媒体排気ライン
６３ 冷却媒体排気ブロア
６３ａ インバータ駆動部
７１ 数値モデル
７１ａ ヒータ出力用数値モデル
７１ｂ ブロア出力用数値モデル
８０ 排気温度センサ