專利名稱：熱處理裝置以及熱處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對被處理體進行熱處理的熱處理裝置以及熱處理方法。
背景技術(shù)：
在半導體器設(shè)備的制造中，為了對被處理體例如半導體晶片實施氧化、擴散、CVD(Chemical Vapor Deposition,化學氣象沉積)、退火等熱處理而使用各種熱處理裝置。使用能夠一次對多個半導體晶片(以下稱為晶片)進行熱處理的批量處理式裝置作為上述熱處理裝置，其中公知有立式熱處理裝置。該立式熱處理裝置具備熱處理爐，該熱處理爐用于將載置有多張晶片的保持部從下方搬入(裝載)到下部開口的處理容器內(nèi)，并利用設(shè)置 在處理容器周圍的加熱部(加熱器)對處理容器內(nèi)部的晶片進行加熱處理。這樣的熱處理裝置具備檢測加熱器的溫度的溫度傳感器、和檢測處理容器內(nèi)的溫度的溫度傳感器，并基于來自各溫度傳感器的信號對加熱器的輸出進行控制，以使晶片或者處理容器內(nèi)形成設(shè)定溫度。作為其中一個方法，如專利文獻2所示那樣，存在利用混合比例調(diào)整部按照各個比例對來自溫度傳感器的檢測值與設(shè)定值進行插補來控制追隨溫度的方法。另外，公開了為了測量晶片的溫度而在盡量靠近晶片且與芯片同樣活動的部分設(shè)置溫度傳感器的情況(專利文獻I)。專利文獻I :日本特開平7-273057號公報專利文獻2 :日本特開2002-353153號公報近年來，伴隨著半導體的微型化的要求，處理溫度的低溫度化(100°C 400°C)的要求增多，半導體晶片的溫度控制變得更加困難。在半導體晶片中存在如下問題，在處理容器裝載保持件并穩(wěn)定達到設(shè)定溫度之前的溫度由于半導體晶片的吸收波長的影響，特別是在100 400°C的溫度帶上述的溫度傳感器與半導體晶片的溫度差變得很大，并且升溫以及到達設(shè)定溫度需要很多時間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是考慮以上方面而完成的，其目的在于提供一種熱處理裝置以及熱處理方法。該熱處理裝置以及熱處理方法能夠在裝載半導體晶片時迅速且高精度地使被處理體跟隨變化為設(shè)定溫度。本實施方式是一種熱處理裝置，其具備對被處理體進行處理的處理容器；設(shè)置于處理容器的外側(cè)并從外側(cè)加熱該處理容器的加熱部；載置保持被處理體并且搬入到處理容器內(nèi)或從處理容器內(nèi)搬出的保持部；用于將保持部搬入到處理容器或從處理容器搬出的保持部搬送部；設(shè)置于加熱部與處理容器之間并檢測加熱部的溫度的第一溫度傳感器；固定于處理容器內(nèi)并檢測處理容器內(nèi)的溫度的第二溫度傳感器；與保持部一起被被搬入到處理容器內(nèi)或從處理容器內(nèi)搬出的第三溫度傳感器；控制向加熱部的輸出的控制部；以及選擇第一溫度傳感器、第二溫度傳感器以及第三溫度傳感器中的任意兩個溫度傳感器并基于來自這兩個溫度傳感器的檢測溫度預測被處理體溫度T的溫度預測部。在上述熱處理裝置中，溫度預測部根據(jù)以下公式求出被處理體溫度T，T = T1X (I-a )+T2 X aa > IT1 :第一溫度傳感器、第二溫度傳感器以及第三溫度傳感器中任意一個溫度傳感器的檢測溫度T2 :第一溫度傳感器、第二溫度傳感器以及第三溫度傳感器中T1以外的任意一個溫度傳感器的檢測溫度
a :混合比例。本實施方式是一種使用了上述記載的熱處理裝置處理方法，其具備將被處理體保持在保持部的工序；利用保持部將被處理體搬入到處理容器內(nèi)的工序；在溫度預測部中選擇第一溫度傳感器、第二溫度傳感器以及第三溫度傳感器中的任意兩個溫度傳感器，并基于來自這兩個溫度傳感器的檢測信號預測被處理體溫度的工序；以及基于由溫度預測部預測出的被處理體的溫度控制加熱部的輸出的工序。在上述熱處理方法中，溫度預測部根據(jù)以下公式求出被處理體的溫度T，T = T1X (I-a )+T2 X aa > IT1 :第一溫度傳感器、第二溫度傳感器以及第三溫度傳感器中任意一個溫度傳感器的檢測溫度T2 :第一溫度傳感器、第二溫度傳感器以及第三溫度傳感器中T1以外的任意一個溫度傳感器的檢測溫度a :混合比例。本實施方式是一種熱處理方法，其還具備將來自預先進行了將保持部放入到處理容器內(nèi)的工序的第一溫度傳感器、第二溫度傳感器以及第三溫度傳感器的檢測溫度數(shù)據(jù)和那時的被處理體位置的檢測溫度進行比較，從接近被處理體位置的檢測溫度的組合中選擇上述選擇的兩個溫度傳感器，并且決定a的工序。根據(jù)以上那樣的本發(fā)明，即便是在被處理體的吸收波長少且熱響應性低的溫度帶溫度傳感器的熱響應性高于晶片而無法追蹤被處理體的溫度的情況下，也能夠預測被處理體溫度并控制加熱部的輸出，從而迅速且高精度地進行升溫或溫度穩(wěn)定的溫度控制。


圖I是示意性地表示本發(fā)明所涉及的熱處理裝置以及熱處理方法的實施方式的縱首lJ視圖。圖2是與圖I相同的圖，是表示裝載熱處理體時的熱處理裝置的圖。圖3是表示溫度預測部的作用的圖。
具體實施方式
以下，參照附圖對本發(fā)明的實施方式進行說明。在圖I中，立式熱處理裝置I具備立式熱處理爐2，立式熱處理爐2能夠一次收容多片被處理體(例如半導體晶片W，以下記為晶片w)并對它們實施氧化、擴散、減壓CVD等熱處理。該熱處理爐2在內(nèi)周面設(shè)置有發(fā)熱電阻器(以下記為加熱器)3，并具備與加熱器3形成空間4并且收納晶片w對其進行熱處理的處理容器5。此處，加熱器3作為加熱晶片w的加熱器發(fā)揮作用。另外，上述空間4沿著縱向劃分成多個單位區(qū)域，例如10個單位區(qū)域Al、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8、A9、A10 (以下記為Al A10)。而且加熱器3構(gòu)成為能夠與這10個單位區(qū)域Al AlO分別對應地控制輸出，并設(shè)置有測定與單位區(qū)域Al AlO對應的溫度的加熱器溫度傳感器(第一溫度傳感器)Aol AolO。熱處理爐2支承于底板6,在該底板6形成有用于將處理容器5從下方向上方插入的開口部7。
處理容器5在下部經(jīng)由歧管8支承于底板6，并且從歧管8通過噴射器51向處理容器5供給處理氣體。氣體噴射器與未圖示的氣體供給源連接。另外，供給至處理容器5的處理氣體、吹掃氣體通過排氣口 52而與具備可進行減壓控制的真空泵的未圖示的排氣系統(tǒng)連接。另外，在歧管的下部具有封閉爐口 53的蓋體9，蓋體9設(shè)置為可通過升降機構(gòu)10升降移動。在該蓋體9的上部載置有保溫部11，在該保溫部11的上部具有在上下方向隔開規(guī)定的間隔搭載多片晶片w的保持部(以下記為舟皿)12。舟皿12通過升降機構(gòu)10進行下降移動，從而將晶片w從處理容器5搬出(卸載)到未圖示的裝載區(qū)域，在更換了晶片w后，通過升降機構(gòu)10進行上升移動，從而將晶片w搬入(裝載)到處理容器5內(nèi)。在蓋體9還可以設(shè)置有使舟皿12繞其軸心旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)機構(gòu)13?？梢栽跓崽幚頎t2中設(shè)置隔熱件21、用于迅速冷卻處理容器5的冷卻氣體的流路22、從流路22向空間4噴出冷卻氣體的噴出孔23、以及用于將冷卻氣體從空間4排出的排氣口 24。該情況下，在排氣口 24的前端設(shè)置有未圖示的熱交換器以及鼓風機，還設(shè)置有向流路22供給冷卻氣體的鼓風機。設(shè)置有用于檢測處理容器5內(nèi)的各單位區(qū)域Al AlO的溫度的處理容器內(nèi)溫度傳感器(第二溫度傳感器)Ai I Ai 10。還設(shè)置有與晶片w—起被裝載/卸載的活動溫度傳感器(第三溫度傳感器)Apl Ap 10。然而，以往將信號通過來自上述的加熱器溫度傳感器Aol AolO和處理容器內(nèi)溫度傳感器Ail AilO的檢測信號線31、32而導入控制部35。而且將在控制部35中通過PID控制、模型控制計算出的結(jié)果輸送到加熱器輸出部36，從而控制該加熱器輸出部36從加熱器輸出線37經(jīng)由加熱器端子38向各加熱器3的輸出。但是，該方法無法充分地追蹤低溫度區(qū)域100°C 400°C的晶片w的溫度變化，因此在本發(fā)明中通過檢測信號線33取得活動溫度傳感器Apl AplO的檢測溫度數(shù)據(jù)，再通過檢測信號線31、32取得分別來自加熱器溫度傳感器Aol AolO和處理容器內(nèi)溫度傳感器Ail AilO的檢測溫度數(shù)據(jù)，并在溫度預測部34利用后述的計算公式進行計算。而且，從裝載時的裝載區(qū)域起由溫度預測部34預測晶片w在處理容器5內(nèi)的溫度變化，并將預測出的結(jié)果送到控制部35，從而控制每一個加熱器3的輸出。接下來，利用圖3對裝載晶片w時的溫度預測部34的作用進行說明。此處，圖3是表示溫度預測部34的作用的圖，在橫軸示出了裝載晶片w時的時間(分)，在縱軸示出了溫度。每一個溫度傳感器的動作表現(xiàn)為將室溫的舟皿裝載于穩(wěn)定在200°C的處理容器內(nèi)并再次穩(wěn)定在200°C時的溫度變化。關(guān)于此時的各溫度傳感器的變化，由圖3可知加熱器溫度傳感器、處理容器內(nèi)溫度傳感器以及活動溫度傳感器均與晶片溫度相差很多。并且所有溫度傳感器的溫度都比晶片w的溫度高，從而可知使用以往的0 100%的混合比例時很難預測晶片w的溫度。此處，利用下面的計算公式計算合成信號，T = T1X (I-a )+T2 X a a > IT1 :第一溫度傳感器、第二溫度傳感器以及第三溫度傳感器中任意一個溫度傳感器的檢測溫度T2 :第一溫度傳感器、第二溫度傳感器以及第三溫度傳感器中T1以外的任意一個溫度傳感器的檢測溫度a :混合比例。作為算出的合成信號的例子，可知在將T1設(shè)為活動溫度傳感器、將T2設(shè)為處理容器內(nèi)溫度傳感器、將a設(shè)為I. 8時，合成信號非常良好地與晶片溫度的變化同步。該溫度傳感器的選擇受到裝置的溫度傳感器的位置的影響，另外，由于溫度傳感器的構(gòu)成取決于各裝置的構(gòu)成，所以需要預先取得圖3那樣的溫度數(shù)據(jù)并找出最佳值。如圖3所示，從裝載晶片到溫度穩(wěn)定在200°C需要90分鐘，十分花費時間。根據(jù)該計算出的預測晶片溫度進行加熱器的控制，從而能夠?qū)崿F(xiàn)在達到溫度穩(wěn)定之前縮短30% 50%的時間。根據(jù)以上所述，特別是在裝置內(nèi)的溫度傳感器與被處理體的溫度差較大時能夠有效地利用本發(fā)明，對于硅晶片在吸收波長少的低溫度區(qū)域(100°C 400°C )的升溫以及溫度穩(wěn)定方面，本發(fā)明也能夠高精度且迅速地進行控制。雖然在本實施方式中使用單位區(qū)域Al AlO進行了說明，但也可分割成幾個而不只局限于分割成10個的情況，此外，雖然在實施方式中均等地進行了分割，但不限于此，也可以將溫度變化大的爐口部分割成窄的區(qū)域。另外，也可以使用另行安裝于強制性排氣的冷卻氣體的排氣口、保溫部區(qū)域的溫度傳感器。
權(quán)利要求
1.一種熱處理裝置，其特征在于，具備 對被處理體進行處理的處理容器； 設(shè)置于處理容器的外側(cè)并從外側(cè)加熱該處理容器的加熱部； 保持部，該保持部載置保持被處理體，并且能夠搬入到處理容器內(nèi)或從處理容器內(nèi)搬出； 保持部搬送部，該保持部搬送部用于將保持部搬入到處理容器或從處理容器搬出；第一溫度傳感器，該第一溫度傳感器設(shè)置于加熱部與處理容器之間，并檢測加熱部的溫度; 第二溫度傳感器，該第二溫度傳感器固定于處理容器內(nèi)，并檢測處理容器內(nèi)的溫度； 第三溫度傳感器，該第三溫度傳感器與保持部一起被搬入到處理容器內(nèi)或從處理容器內(nèi)搬出； 控制對加熱部的輸出的控制部；以及 溫度預測部，該溫度預測部選擇第一溫度傳感器、第二溫度傳感器以及第三溫度傳感器中的任意兩個溫度傳感器，并基于來自這兩個溫度傳感器的檢測溫度預測被處理體溫度T。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的熱處理裝置，其特征在于， 溫度預測部根據(jù)以下公式求出被處理體溫度T，T = T1X (I-a )+T2X a其中，a > 1， T1 :第一溫度傳感器、第二溫度傳感器以及第三溫度傳感器中任意一個溫度傳感器的檢測溫度， T2 :第一溫度傳感器、第二溫度傳感器以及第三溫度傳感器中T1以外的任意一個溫度傳感器的檢測溫度，a :混合比例。
3.一種熱處理方法，是使用權(quán)利要求I所述的熱處理裝置的熱處理方法，其特征在于，具備 將被處理體保持在保持部的工序； 利用保持部將被處理體搬入到處理容器內(nèi)的工序； 在溫度預測部中選擇第一溫度傳感器、第二溫度傳感器以及第三溫度傳感器中的任意兩個溫度傳感器，并基于來自這兩個溫度傳感器的檢測信號預測被處理體的溫度的工序；以及 基于由溫度預測部預測出的被處理體的溫度控制加熱部的輸出的工序。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的熱處理方法，其特征在于， 溫度預測部根據(jù)以下公式求出被處理體溫度T，T = T1X (I-a )+T2X a其中，a > 1， T1 :第一溫度傳感器、第二溫度傳感器以及第三溫度傳感器中任意一個溫度傳感器的檢測溫度， T2 :第一溫度傳感器、第二溫度傳感器以及第三溫度傳感器中T1以外的任意一個溫度傳感器的檢測溫度，a :混合比例。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的熱處理方法，其特征在于， 還具備下述工序?qū)碜灶A先進行了將保持部搬入到處理容器內(nèi)的工序后的第一溫度傳感器、第二溫度傳感器以及第三溫度傳感器的檢測溫度數(shù)據(jù)和此時的被處理體的檢測溫度進行比較，從接近被處理體的檢測溫度的組合中選擇上述選擇的兩個溫度傳感器，并且決定a。
全文摘要
在裝載晶片時準確地推斷晶片溫度并迅速地對晶片實施熱處理的熱處理裝置以及熱處理方法。熱處理裝置(1)具備對保持在舟皿(12)的晶片(W)進行處理的處理容器(3)、加熱處理容器的加熱器(18A)及控制加熱器的控制裝置(51)。在加熱器與處理容器之間設(shè)置外部溫度傳感器(50)，在處理容器內(nèi)設(shè)置內(nèi)側(cè)溫度傳感器(81)及內(nèi)部輪廓溫度傳感器(82)，在舟皿設(shè)置輪廓溫度傳感器(83)。這些溫度傳感器與溫度預測部(51A)連接，溫度預測部選擇任意兩個溫度傳感器，如內(nèi)側(cè)溫度傳感器及輪廓溫度傳感器，在將來自所選的溫度傳感器的檢測溫度設(shè)為T1、T2時，根據(jù)T＝T1×(1-α)+T2×α、α＞1求出晶片溫度T。
文檔編號H01L21/324GK102737988SQ201210093660
公開日2012年10月17日 申請日期2012年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月5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