专利名称：热处理装置以及热处理方法
技术领域：
本发明涉及对被处理体进行热处理的热处理装置以及热处理方法。
背景技术：
在半导体器设备的制造中，为了对被处理体例如半导体晶片实施氧化、扩散、CVD(Chemical Vapor Deposition,化学气象沉积)、退火等热处理而使用各种热处理装置。使用能够一次对多个半导体晶片(以下称为晶片)进行热处理的批量处理式装置作为上述热处理装置，其中公知有立式热处理装置。该立式热处理装置具备热处理炉，该热处理炉用于将载置有多张晶片的保持部从下方搬入(装载)到下部开口的处理容器内，并利用设置 在处理容器周围的加热部(加热器)对处理容器内部的晶片进行加热处理。这样的热处理装置具备检测加热器的温度的温度传感器、和检测处理容器内的温度的温度传感器，并基于来自各温度传感器的信号对加热器的输出进行控制，以使晶片或者处理容器内形成设定温度。作为其中一个方法，如专利文献2所示那样，存在利用混合比例调整部按照各个比例对来自温度传感器的检测值与设定值进行插补来控制追随温度的方法。另外，公开了为了测量晶片的温度而在尽量靠近晶片且与芯片同样活动的部分设置温度传感器的情况(专利文献I)。专利文献I :日本特开平7-273057号公报专利文献2 :日本特开2002-353153号公报近年来，伴随着半导体的微型化的要求，处理温度的低温度化(100°C 400°C)的要求增多，半导体晶片的温度控制变得更加困难。在半导体晶片中存在如下问题，在处理容器装载保持件并稳定达到设定温度之前的温度由于半导体晶片的吸收波长的影响，特别是在100 400°C的温度带上述的温度传感器与半导体晶片的温度差变得很大，并且升温以及到达设定温度需要很多时间。
发明内容
本发明是考虑以上方面而完成的，其目的在于提供一种热处理装置以及热处理方法。该热处理装置以及热处理方法能够在装载半导体晶片时迅速且高精度地使被处理体跟随变化为设定温度。本实施方式是一种热处理装置，其具备对被处理体进行处理的处理容器；设置于处理容器的外侧并从外侧加热该处理容器的加热部；载置保持被处理体并且搬入到处理容器内或从处理容器内搬出的保持部；用于将保持部搬入到处理容器或从处理容器搬出的保持部搬送部；设置于加热部与处理容器之间并检测加热部的温度的第一温度传感器；固定于处理容器内并检测处理容器内的温度的第二温度传感器；与保持部一起被被搬入到处理容器内或从处理容器内搬出的第三温度传感器；控制向加热部的输出的控制部；以及选择第一温度传感器、第二温度传感器以及第三温度传感器中的任意两个温度传感器并基于来自这两个温度传感器的检测温度预测被处理体温度T的温度预测部。在上述热处理装置中，温度预测部根据以下公式求出被处理体温度T，T = T1X (I-a )+T2 X aa > IT1 :第一温度传感器、第二温度传感器以及第三温度传感器中任意一个温度传感器的检测温度T2 :第一温度传感器、第二温度传感器以及第三温度传感器中T1以外的任意一个温度传感器的检测温度
a :混合比例。本实施方式是一种使用了上述记载的热处理装置处理方法，其具备将被处理体保持在保持部的工序；利用保持部将被处理体搬入到处理容器内的工序；在温度预测部中选择第一温度传感器、第二温度传感器以及第三温度传感器中的任意两个温度传感器，并基于来自这两个温度传感器的检测信号预测被处理体温度的工序；以及基于由温度预测部预测出的被处理体的温度控制加热部的输出的工序。在上述热处理方法中，温度预测部根据以下公式求出被处理体的温度T，T = T1X (I-a )+T2 X aa > IT1 :第一温度传感器、第二温度传感器以及第三温度传感器中任意一个温度传感器的检测温度T2 :第一温度传感器、第二温度传感器以及第三温度传感器中T1以外的任意一个温度传感器的检测温度a :混合比例。本实施方式是一种热处理方法，其还具备将来自预先进行了将保持部放入到处理容器内的工序的第一温度传感器、第二温度传感器以及第三温度传感器的检测温度数据和那时的被处理体位置的检测温度进行比较，从接近被处理体位置的检测温度的组合中选择上述选择的两个温度传感器，并且决定a的工序。根据以上那样的本发明，即便是在被处理体的吸收波长少且热响应性低的温度带温度传感器的热响应性高于晶片而无法追踪被处理体的温度的情况下，也能够预测被处理体温度并控制加热部的输出，从而迅速且高精度地进行升温或温度稳定的温度控制。
图I是示意性地表示本发明所涉及的热处理装置以及热处理方法的实施方式的纵首lJ视图。图2是与图I相同的图，是表示装载热处理体时的热处理装置的图。图3是表示温度预测部的作用的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。在图I中，立式热处理装置I具备立式热处理炉2，立式热处理炉2能够一次收容多片被处理体(例如半导体晶片W，以下记为晶片w)并对它们实施氧化、扩散、减压CVD等热处理。该热处理炉2在内周面设置有发热电阻器(以下记为加热器)3，并具备与加热器3形成空间4并且收纳晶片w对其进行热处理的处理容器5。此处，加热器3作为加热晶片w的加热器发挥作用。另外，上述空间4沿着纵向划分成多个单位区域，例如10个单位区域Al、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8、A9、A10 (以下记为Al A10)。而且加热器3构成为能够与这10个单位区域Al AlO分别对应地控制输出，并设置有测定与单位区域Al AlO对应的温度的加热器温度传感器(第一温度传感器)Aol AolO。热处理炉2支承于底板6,在该底板6形成有用于将处理容器5从下方向上方插入的开口部7。
处理容器5在下部经由歧管8支承于底板6，并且从歧管8通过喷射器51向处理容器5供给处理气体。气体喷射器与未图示的气体供给源连接。另外，供给至处理容器5的处理气体、吹扫气体通过排气口 52而与具备可进行减压控制的真空泵的未图示的排气系统连接。另外，在歧管的下部具有封闭炉口 53的盖体9，盖体9设置为可通过升降机构10升降移动。在该盖体9的上部载置有保温部11，在该保温部11的上部具有在上下方向隔开规定的间隔搭载多片晶片w的保持部(以下记为舟皿)12。舟皿12通过升降机构10进行下降移动，从而将晶片w从处理容器5搬出(卸载)到未图示的装载区域，在更换了晶片w后，通过升降机构10进行上升移动，从而将晶片w搬入(装载)到处理容器5内。在盖体9还可以设置有使舟皿12绕其轴心旋转的旋转机构13。可以在热处理炉2中设置隔热件21、用于迅速冷却处理容器5的冷却气体的流路22、从流路22向空间4喷出冷却气体的喷出孔23、以及用于将冷却气体从空间4排出的排气口 24。该情况下，在排气口 24的前端设置有未图示的热交换器以及鼓风机，还设置有向流路22供给冷却气体的鼓风机。设置有用于检测处理容器5内的各单位区域Al AlO的温度的处理容器内温度传感器(第二温度传感器)Ai I Ai 10。还设置有与晶片w—起被装载/卸载的活动温度传感器(第三温度传感器)Apl Ap 10。然而，以往将信号通过来自上述的加热器温度传感器Aol AolO和处理容器内温度传感器Ail AilO的检测信号线31、32而导入控制部35。而且将在控制部35中通过PID控制、模型控制计算出的结果输送到加热器输出部36，从而控制该加热器输出部36从加热器输出线37经由加热器端子38向各加热器3的输出。但是，该方法无法充分地追踪低温度区域100°C 400°C的晶片w的温度变化，因此在本发明中通过检测信号线33取得活动温度传感器Apl AplO的检测温度数据，再通过检测信号线31、32取得分别来自加热器温度传感器Aol AolO和处理容器内温度传感器Ail AilO的检测温度数据，并在温度预测部34利用后述的计算公式进行计算。而且，从装载时的装载区域起由温度预测部34预测晶片w在处理容器5内的温度变化，并将预测出的结果送到控制部35，从而控制每一个加热器3的输出。接下来，利用图3对装载晶片w时的温度预测部34的作用进行说明。此处，图3是表示温度预测部34的作用的图，在横轴示出了装载晶片w时的时间(分)，在纵轴示出了温度。每一个温度传感器的动作表现为将室温的舟皿装载于稳定在200°C的处理容器内并再次稳定在200°C时的温度变化。关于此时的各温度传感器的变化，由图3可知加热器温度传感器、处理容器内温度传感器以及活动温度传感器均与晶片温度相差很多。并且所有温度传感器的温度都比晶片w的温度高，从而可知使用以往的0 100%的混合比例时很难预测晶片w的温度。此处，利用下面的计算公式计算合成信号，T = T1X (I-a )+T2 X a a > IT1 :第一温度传感器、第二温度传感器以及第三温度传感器中任意一个温度传感器的检测温度T2 :第一温度传感器、第二温度传感器以及第三温度传感器中T1以外的任意一个温度传感器的检测温度a :混合比例。作为算出的合成信号的例子，可知在将T1设为活动温度传感器、将T2设为处理容器内温度传感器、将a设为I. 8时，合成信号非常良好地与晶片温度的变化同步。该温度传感器的选择受到装置的温度传感器的位置的影响，另外，由于温度传感器的构成取决于各装置的构成，所以需要预先取得图3那样的温度数据并找出最佳值。如图3所示，从装载晶片到温度稳定在200°C需要90分钟，十分花费时间。根据该计算出的预测晶片温度进行加热器的控制，从而能够实现在达到温度稳定之前缩短30% 50%的时间。根据以上所述，特别是在装置内的温度传感器与被处理体的温度差较大时能够有效地利用本发明，对于硅晶片在吸收波长少的低温度区域(100°C 400°C )的升温以及温度稳定方面，本发明也能够高精度且迅速地进行控制。虽然在本实施方式中使用单位区域Al AlO进行了说明，但也可分割成几个而不只局限于分割成10个的情况，此外，虽然在实施方式中均等地进行了分割，但不限于此，也可以将温度变化大的炉口部分割成窄的区域。另外，也可以使用另行安装于强制性排气的冷却气体的排气口、保温部区域的温度传感器。
权利要求
1.一种热处理装置，其特征在于，具备 对被处理体进行处理的处理容器； 设置于处理容器的外侧并从外侧加热该处理容器的加热部； 保持部，该保持部载置保持被处理体，并且能够搬入到处理容器内或从处理容器内搬出； 保持部搬送部，该保持部搬送部用于将保持部搬入到处理容器或从处理容器搬出；第一温度传感器，该第一温度传感器设置于加热部与处理容器之间，并检测加热部的温度; 第二温度传感器，该第二温度传感器固定于处理容器内，并检测处理容器内的温度； 第三温度传感器，该第三温度传感器与保持部一起被搬入到处理容器内或从处理容器内搬出； 控制对加热部的输出的控制部；以及 温度预测部，该温度预测部选择第一温度传感器、第二温度传感器以及第三温度传感器中的任意两个温度传感器，并基于来自这两个温度传感器的检测温度预测被处理体温度T。
2.根据权利要求I所述的热处理装置，其特征在于， 温度预测部根据以下公式求出被处理体温度T，T = T1X (I-a )+T2X a其中，a > 1， T1 :第一温度传感器、第二温度传感器以及第三温度传感器中任意一个温度传感器的检测温度， T2 :第一温度传感器、第二温度传感器以及第三温度传感器中T1以外的任意一个温度传感器的检测温度，a :混合比例。
3.一种热处理方法，是使用权利要求I所述的热处理装置的热处理方法，其特征在于，具备 将被处理体保持在保持部的工序； 利用保持部将被处理体搬入到处理容器内的工序； 在温度预测部中选择第一温度传感器、第二温度传感器以及第三温度传感器中的任意两个温度传感器，并基于来自这两个温度传感器的检测信号预测被处理体的温度的工序；以及 基于由温度预测部预测出的被处理体的温度控制加热部的输出的工序。
4.根据权利要求3所述的热处理方法，其特征在于， 温度预测部根据以下公式求出被处理体温度T，T = T1X (I-a )+T2X a其中，a > 1， T1 :第一温度传感器、第二温度传感器以及第三温度传感器中任意一个温度传感器的检测温度， T2 :第一温度传感器、第二温度传感器以及第三温度传感器中T1以外的任意一个温度传感器的检测温度，a :混合比例。
5.根据权利要求3所述的热处理方法，其特征在于， 还具备下述工序对来自预先进行了将保持部搬入到处理容器内的工序后的第一温度传感器、第二温度传感器以及第三温度传感器的检测温度数据和此时的被处理体的检测温度进行比较，从接近被处理体的检测温度的组合中选择上述选择的两个温度传感器，并且决定a。
全文摘要
在装载晶片时准确地推断晶片温度并迅速地对晶片实施热处理的热处理装置以及热处理方法。热处理装置(1)具备对保持在舟皿(12)的晶片(W)进行处理的处理容器(3)、加热处理容器的加热器(18A)及控制加热器的控制装置(51)。在加热器与处理容器之间设置外部温度传感器(50)，在处理容器内设置内侧温度传感器(81)及内部轮廓温度传感器(82)，在舟皿设置轮廓温度传感器(83)。这些温度传感器与温度预测部(51A)连接，温度预测部选择任意两个温度传感器，如内侧温度传感器及轮廓温度传感器，在将来自所选的温度传感器的检测温度设为T1、T2时，根据T＝T1×(1-α)+T2×α、α＞1求出晶片温度T。
文档编号H01L21/324GK102737988SQ201210093660
公开日2012年10月17日 申请日期2012年3月31日 优先权日2011年4月5日
发明者吉井弘治, 山口达也, 斋藤孝规, 王文凌 申请人:东京毅力科创株式会社