本发明涉及一种热处理装置和温度控制方法。
背景技术：
以往以来，已知一种能够对多张半导体晶圆等基板成批地进行热处理的纵型热处理装置。
作为纵型热处理装置，已知一种如下的装置：该装置具备处理容器和炉主体，其中，该处理容器收纳沿高度方向以规定间隔保持多张基板的基板保持器具，该炉主体设置于处理容器的周围并包含对搬入到处理容器内的基板进行加热的加热器。作为加热器，从节能化的观点出发，有时使用具有高的隔热性能的、所谓的节能加热器。
可是，在使用节能加热器的情况下，由于高的隔热性能而炉内温度难以下降，因此温度控制性劣化。因此，使用向炉主体内供给空气等制冷剂来将处理容器强制地冷却的鼓风机(例如参照专利文献1)。通过使用鼓风机，能够缩短降低炉内温度的时间，从而温度控制性得到提高。
专利文献1：日本专利第5893280号公报
技术实现要素：
发明要解决的问题
然而，在使用加热器和鼓风机来控制炉内温度的方法中，有时在使鼓风机停止时温度会暂时发生变动。其原因在于，在鼓风机停止前与在鼓风机停止后风量大幅度变化。尤其是，在使用尺寸大的鼓风机的情况下，当以低旋转方式驱动鼓风机时有可能变为高负荷而停止，因此难以实现低风量的状态。因此，鼓风机停止前的风量与鼓风机停止后的风量的变化更大，使鼓风机停止时的温度变动变得更大。
当像这样地发生温度变动时，使炉内温度收敛于热处理的目标温度等规定温度所需的时间变长。
因此，鉴于上述问题，其目的在于，提供一种能够在短时间内收敛于规定温度的热处理装置。
用于解决问题的方案
为了达成上述目的，本发明的一个方式所涉及的热处理装置具备：处理容器，其收纳基板；炉主体，其具有对收纳于所述处理容器中的所述基板进行加热的加热器，所述炉主体设置于所述处理容器的周围；鼓风机，其向所述处理容器与所述炉主体之间的空间供给制冷剂；以及控制部，其具有对所述鼓风机连续地通电的连续运转模式以及对所述鼓风机反复进行通电和通电停止的间歇运转模式，所述控制部基于指示电压来控制对所述鼓风机的驱动，其中，所述控制部在所述指示电压比0v大且比规定的阈值电压小的情况下，以间歇运转模式驱动所述鼓风机。
发明的效果
根据公开的热处理装置，能够在短时间内收敛于规定温度。
附图说明
图1是本发明的实施方式所涉及的热处理装置的概要图。
图2是用于说明连续运转模式和间歇运转模式的图。
图3是示出第二指示电压的波形图案的一例的图。
图4是示出第二指示电压的波形图案的其它例子的图。
图5是示出通电时间/(通电时间+通电停止时间)与风量之间的关系的图。
图6是示出使鼓风机停止时的温度变动的图。
附图标记说明
1：热处理装置；12：处理容器；14：炉主体；18：加热器；70：鼓风机；100：温度控制器；w：晶圆。
具体实施方式
下面，参照附图来对用于实施本发明的方式进行说明。此外，在本说明书和附图中，对实质上相同的结构标注相同的标记来省略重复的说明。
(热处理装置)
首先，对本发明的实施方式所涉及的热处理装置的一例进行说明。图1是本发明的实施方式所涉及的热处理装置的概要图。
如图1所示，热处理装置1具备能够一次收纳多张基板、例如半导体晶圆(以下简称为“晶圆w”。)来实施氧化、扩散、减压cvd(chemicalvapordeposition：化学气相沉积)等热处理的纵型的热处理炉10。热处理炉10具备处理容器12和炉主体14。
处理容器12配置在炉主体14内，在该处理容器12与炉主体14之间形成空间p。处理容器12为用于收纳晶圆w来进行热处理的容器。处理容器12例如由石英形成。
炉主体14具有隔热件16和加热器18。隔热件16设置于处理容器12的周围，形成为圆筒状。从节能化的观点出发，优选的是隔热件16由具有高的隔热性能的材料形成，例如由包含二氧化硅、氧化铝或硅酸铝的无机物纤维形成。加热器18由沿着隔热件16的内周面螺旋状配置的发热电阻器形成。加热器18对处理容器12内的晶圆w进行加热。加热器18例如与晶闸管20连接。
在炉主体14设置有排热系统22和强制冷却单元24。
排热系统22将处理容器12与炉主体14之间的空间p内的气体向外部排出。排热系统22具有例如设置于炉主体14的上部的排气口26。排气口26与用于对空间p内的空气等制冷剂进行排气的制冷剂排气线40连接。
强制冷却单元24从处理容器12的高度方向的多个位置向空间p内供给空气等制冷剂来将晶圆w强制地冷却。强制冷却单元24具有沿着处理容器12的高度方向设置的多个制冷剂吹出孔28。制冷剂吹出孔28向与隔热件16的中心倾斜的方向吹出制冷剂来在空间p的周向产生涡流。制冷剂吹出孔28以在隔热件16的、上下相邻的加热器18之间沿径向内外贯通隔热件16的方式进行设置。由此，不阻碍加热器18地向空间p喷出制冷剂。制冷剂吹出孔28经由制冷剂供给管路30来与制冷剂供给线50连接。
制冷剂排气线40与制冷剂供给线50彼此连结，在连结部设置有制冷剂供给用和制冷剂排气用的鼓风机70。鼓风机70具有逆变器驱动部72，以与来自后述的温度控制器100的第二指示电压相应的转速进行驱动。由于鼓风机70的转速变化，经由制冷剂供给线50向空间p喷出的制冷剂的风量也发生变化。具体地说，当将第二指示电压减小时，鼓风机70的转速变低，经由制冷剂供给线50向空间p喷出的制冷剂的风量变低。另一方面，当将第二指示电压增大时，鼓风机70的转速变高，经由制冷剂供给线50向空间p喷出的制冷剂的风量变高。
在制冷剂排气线40设置有热交换器42、第一蝶形阀44以及第一孔阀46。热交换器42对从空间p排出的、温度上升后的制冷剂进行冷却。第一蝶形阀44和第一孔阀46均自如调整开闭。
在制冷剂供给线50设置有第二蝶形阀52和第二孔阀54。第二蝶形阀52和第二孔阀54均自如调整开闭。
利用像这样构成的排热系统22、制冷剂排气线40、热交换器42、鼓风机70以及制冷剂供给线50和强制冷却单元24，能够向处理容器12与炉主体14之间的空间p供给制冷剂来将晶圆w强制地冷却。由此，例如在对晶圆w实施了规定的热处理之后要降温到能够从处理容器12内搬出晶圆w的炉内温度时，能够迅速地降低炉内温度。另外，例如在对晶圆w实施了规定的热处理之后要使炉内温度降温来实施温度不同的热处理时，能够迅速地降低炉内温度。其结果是，能够实现处理的迅速化、生产率的提高。此外，在图示的例子中，制冷剂排气线40与制冷剂供给线50彼此连结来形成封闭系统制冷剂供给/排气线，但并不限定于此。例如，也可以是制冷剂排气线40与制冷剂供给线50分别独立而形成开放系统制冷剂供给/排气线。
在处理容器12内设置有温度传感器90。温度传感器90检测处理容器12内的温度。温度传感器90例如为热电偶。在图示的例子中，沿处理容器12的高度方向以具有规定间隔的方式设置有三个温度传感器90。由此，能够检测处理容器12的高度方向上的温度分布。由温度传感器90检测出的检测信号经由信号线92向后述的温度控制器100发送。
另外，在热处理装置1中设置有通过控制加热器18和鼓风机70来调整炉内温度的温度控制器100。
(温度控制器)
接着，说明由温度控制器100进行的对鼓风机70的控制(温度控制方法)的一例。
温度控制器100基于来自温度传感器90的检测信号来控制加热器18和鼓风机70。
具体地说，温度控制器100基于热处理的目标温度等规定温度和来自温度传感器90的检测信号来向晶闸管20输出规定的信号，由此控制加热器18。另外，温度控制器100每隔第一时间(例如1秒)向逆变器驱动部72输出基于第一指示电压计算的第二指示电压，由此控制鼓风机70。第一指示电压例如基于热处理的目标温度等规定温度和来自温度传感器90的检测信号来计算。
温度控制器100具有对鼓风机70连续地通电的连续运转模式和对鼓风机70反复进行通电和通电停止的间歇运转模式。温度控制器100在第一指示电压大于0v且小于规定的阈值电压的情况下，以间歇运转模式驱动鼓风机70。规定的阈值电压是基于鼓风机70的最低指示电压来决定的电压，例如优选的是鼓风机70的最低指示电压。由此，能够以比以最低指示电压使鼓风机70动作时的风量小的风量向空间p供给制冷剂。另外，规定的阈值电压也可以是使鼓风机70的最低指示电压具有余量的被决定的电压。此外，鼓风机70的最低指示电压为根据鼓风机70的种类来决定的值，例如能够通过参照鼓风机70的规格明细书等来获取。
图2是用于说明连续运转模式和间歇运转模式的图。
图2的(a)示出第一指示电压与温度之间的关系。在图2的(a)中，横轴表示时间[分钟]，左侧的纵轴表示温度[℃]，右侧的纵轴表示第一指示电压[v]。另外，在图2的(a)中，特性线α1表示第一指示电压[v]，特性线α3表示炉内设定温度[℃]，特性线α4表示炉内温度。
图2的(b)示出第二指示电压与温度之间的关系。在图2的(b)中，横轴表示时间[分钟]，左侧的纵轴表示温度[℃]，右侧的纵轴表示第二指示电压[v]。另外，在图2的(b)中，特性线α2表示第二指示电压[v]，特性线α3表示炉内设定温度[℃]，特性线α4表示炉内温度。
此外，在图2的(a)和图2的(b)中，举出规定的阈值电压为与鼓风机70的最低指示电压相等为0.5v的情况的例子来进行说明。
温度控制器100例如在使炉内温度从300℃升温到400℃的情况下控制加热器18和鼓风机70。具体地说，如图2的(a)所示，在开始升温后，当第一指示电压大于0v且小于规定的阈值电压即0.5v时(在图示的例子中约为13分钟)，温度控制器100以间歇运转模式驱动鼓风机70。此时，温度控制器100基于第一指示电压来计算向鼓风机70输出的第二指示电压，向鼓风机70输出计算出的第二指示电压，由此以间歇运转模式驱动鼓风机70。此外，关于第二指示电压的计算方法，在后进行记述。
接下来，当第一指示电压为规定的阈值电压即0.5v以上时(在图示的例子中约为14分钟)，温度控制器100以连续运转模式驱动鼓风机70。此时，温度控制器100将第一指示电压作为第二指示电压向鼓风机70输出，由此以连续运转模式驱动鼓风机70。
接下来，当第一指示电压小于规定的阈值电压即0.5v时(在图示的例子中约为26分钟)，温度控制器100以间歇运转模式驱动鼓风机70。此时，温度控制器100基于第一指示电压来计算向鼓风机70输出的第二指示电压，向鼓风机70输出第二指示电压，由此以间歇运转模式驱动鼓风机70。此外，关于第二指示电压的计算方法，在后进行记述。
接下来，当第一指示电压为0v时(在图示的例子中约为30分钟)，温度控制器100使鼓风机70停止。
接着，对间歇运转模式下的第二指示电压的计算方法的一例进行说明。
在间歇运转模式下，温度控制器100以比第一时间(例如1秒)长的第二时间(例如4秒)为一个单位来进行鼓风机70的控制。
图3是示出第二指示电压的波形图案的一例的图。图3的(a)、图3的(b)、图3的(c)、图3的(d)和图3的(e)分别示出第一指示电压为0.500v、0.375v、0.250v、0.125v和0.000v的情况下的、向逆变器驱动部72输出的第二指示电压的波形。图3的(a)至图3的(e)中的横轴表示时间，纵轴表示电压[v]。另外，图3的(a)至图3的(e)中的时刻t0、t1、t2、t3、t4例如分别为0秒、1秒、2秒、3秒、4秒。
在第一指示电压为0.500v的情况下，温度控制器100例如像图3的(a)所示的那样在时刻t0、t1、t2、t3对逆变器驱动部72输出0.5v。
另外，在第一指示电压为0.375v的情况下，温度控制器100例如像图3的(b)所示的那样在时刻t0、t1、t2对逆变器驱动部72输出0.5v，在时刻t3对逆变器驱动部72输出0v。此外，只要在四个时刻中的任三个时刻对逆变器驱动部72输出0.5v而在剩余的一个时刻对逆变器驱动部72输出0v即可，该定时不限定于图3的(b)的例子。
另外，在第一指示电压为0.250v的情况下，温度控制器100例如像图3的(c)所示的那样在时刻t0、t2对逆变器驱动部72输出0.5v，在时刻t1、t3对逆变器驱动部72输出0v。此外，只要在四个时刻中的任两个时刻对逆变器驱动部72输出0.5v而在剩余的两个时刻对逆变器驱动部72输出0v即可，该定时不限定于图3的(c)的例子。
另外，在第一指示电压为0.125v的情况下，温度控制器100例如像图3的(d)所示的那样在时刻t0对逆变器驱动部72输出0.5v，在时刻t1、t2、t3对逆变器驱动部72输出0v。此外，只要在四个时刻中的任一时刻对逆变器驱动部72输出0.5v而在剩余的三个时刻对逆变器驱动部72输出0v即可，该定时不限定于图3的(d)的例子。
另外，在第一指示电压为0.000v的情况下，温度控制器100例如像图3的(e)所示的那样在时刻t0、t1、t2、t3对逆变器驱动部72输出0v。
接着，对间歇运转模式下的第二指示电压的计算方法的其它例子进行说明。
温度控制器100使用以下的方法来向逆变器驱动部72输出第二指示电压。下面，将第一时间设为t1，将第二时间设为t2，将规定的阈值电压设为x，将时刻t0的第一指示电压设为x1，将从时刻t1起经过了第二时间t2后的时刻t4的第一指示电压设为x2。
首先，通过将规定的阈值电压x除以第一时间t2与第一时间t1之比(t2/t1)来计算分辨率xr。
接下来，将时刻t0的第一指示电压x1除以分辨率xr，计算进行除法时的余数y1。
接下来，输出使向逆变器驱动部72输出的电压波形成为与从第一指示电压x1减去余数y1时的值(x1-y1)对应的波形的第二指示电压。
接下来，将对时刻t4的第一指示电压x2加上余数y1得到的值(x2+y1)除以分辨率xr，计算进行除法时的余数y2。
接下来，输出使向逆变器驱动部72输出的电压波形成为与从对第一指示电压x2加上余数y1得到的值减去余数y2时的值(x2+y1-y2)对应的波形的第二指示电压。
以后，在从时刻t0起经过了n次(n为2以上的整数)第二时间t2的时刻也利用同样的方法向逆变器驱动部72输出第二指示电压。
接着，举出第一时间t1为1秒、第二时间t2为4秒、阈值电压x为0.500v的情况的例子来具体地进行说明。图4是示出第二指示电压的波形图案的其它例子的图。图4的(a)和图4的(b)分别示出在第一指示电压为0.438v和0.313v的情况下的向逆变器驱动部72输出的第二指示电压的波形图案。图4的(a)和图4的(b)中的横轴表示时间，纵轴表示电压(v)。另外，图4的(a)和图4的(b)中的时刻t0、t1、t2、t3、t4、t5、t6、t7、t8例如分别为0秒、1秒、2秒、3秒、4秒、5秒、6秒、7秒、8秒。
首先，对时刻t0的第一指示电压x1为0.438v且时刻t4的第一指示电压x2为0.438v的情况进行说明。
首先，通过将阈值电压x(0.500v)除以第二时间t2(4秒)与第一时间t1(1秒)之比(4秒/1秒)来计算分辨率xr。此时，分辨率xr被计算为0.125v。
接下来，将时刻t0的第一指示电压x1(0.438v)除以分辨率xr(0.125v)，计算进行除法时的余数y1。此时，余数y1被计算为0.063v。
接下来，如图4的(a)的左侧所示的那样，输出使向逆变器驱动部72输出的电压波形成为与从第一指示电压x1(0.438v)减去余数y1(0.063v)时的值(0.375v)对应的波形的第二指示电压。具体地说，在时刻t0、t1、t2对逆变器驱动部72输出0.5v，在时刻t3对逆变器驱动部72输出0v。
接下来，将对时刻t4的第一指示电压x2(0.438v)加上余数y1(0.063v)得到的值(0.501v)除以分辨率xr(0.125v)，计算进行除法时的余数y2。此时，余数y2被计算为0.001v。
接下来，如图4的(a)的右侧所示的那样，输出使向逆变器驱动部72输出的电压波形成为与从对第一指示电压x2加上余数y1得到的值(0.501v)减去余数y2(0.001v)时的值(0.500v)对应的波形的第二指示电压。具体地说，在时刻t4、t5、t6、t7对逆变器驱动部72输出0.5v。
接着，对时刻t0的第一指示电压x1为0.313v、时刻t4的第一指示电压x2为0.313v的情况进行说明。
首先，通过将阈值电压x(0.500v)除以第二时间t2(4秒)与第一时间t1(1秒)之比(4秒/1秒)来计算分辨率xr。此时，分辨率xr被计算为0.125v。
接下来，将时刻t0的第一指示电压x1(0.313v)除以分辨率xr(0.125v)，计算进行除法时的余数y1。此时，余数y1被计算为0.063v。
接下来，如图4的(b)的左侧所示的那样，输出使向逆变器驱动部72输出的电压波形成为与从第一指示电压x1(0.313v)减去余数y1(0.063v)时的值(0.250v)对应的波形的第二指示电压。具体地说，在时刻t0、t2对逆变器驱动部72输出0.5v，在时刻t1、t3对逆变器驱动部72输出0v。
接下来，将对时刻t4的第一指示电压x2(0.313v)加上余数y1(0.063v)得到的值(0.376v)除以分辨率xr(0.125v)，计算进行除法时的余数y2。此时，余数y2被计算为0.001v。
接下来，如图4的(b)的右侧所示的那样，输出使向逆变器驱动部72输出的电压波形成为与从对第一指示电压x2加上余数y1得到的值(0.376v)减去余数y2(0.001v)时的值(0.375v)对应的波形的第二指示电压。在时刻t4、t5、t6对逆变器驱动部72输出0.5v，在时刻t7对逆变器驱动部72输出0v。
接着，对使用前述的温度控制方法来控制鼓风机70时的间歇运转模式的通电时间/(通电时间+通电停止时间)与鼓风机70的风量之间的关系进行说明。图5是示出通电时间/(通电时间+通电停止时间)与风量之间的关系的图。在图5中，横轴表示间歇运转模式下的、通电时间相对于通电时间与通电停止时间之和的比例，纵轴表示风量[m3/分钟]。另外，在图5中，通电时间中的第二指示电压均为0.7v。
如图5所示，在通电时间/(通电时间+通电停止时间)为1的情况下，即在连续运转模式的情况下，风量为0.2[m3/分钟]左右。
相对于此，在通电时间/(通电时间+通电停止时间)为3/4的情况下，例如在通电时间为3秒、通电停止时间为1秒的情况下，风量为0.14[m3/分钟]左右。
另外，在通电时间/(通电时间+通电停止时间)为1/2的情况下，例如在通电时间为2秒、通电停止时间为2秒的情况下，风量为0.1[m3/分钟]左右。
另外，在通电时间/(通电时间+通电停止时间)为1/4的情况下，例如在通电时间为1秒、通电停止时间为3秒的情况下，风量为0.08[m3/分钟]左右。
可知，能够通过像这样使通电时间/(通电时间+通电停止时间)变化，来使鼓风机70以比鼓风机70在连续运转模式下动作时的鼓风机70的风量低的风量进行动作。
【实施例】
在实施例中，通过利用温度控制器100控制加热器18和鼓风机70，使炉内温度升温到热处理的目标温度(800℃)，之后确认了使鼓风机70停止时的炉内温度的变动。
图6是示出使鼓风机停止时的温度变动的图。在图6中，横轴表示时间[分钟]，纵轴表示温度[℃]。另外，在图6中，特性线β1示出在以间歇运转模式(通电时间/通电停止时间＝1秒/3秒)驱动鼓风机70规定时间后使鼓风机70停止时的温度变动。特性线β2示出在以间歇运转模式(通电时间/通电停止时间＝1秒/1秒)驱动鼓风机70规定时间后使鼓风机70停止时的温度变动。特性线β3示出在以间歇运转模式(通电时间/通电停止时间＝3秒/1秒)驱动鼓风机70规定时间后使鼓风机70停止时的温度变动。特性线β4示出不使鼓风机70间歇运转就使鼓风机70停止时的温度变动。此外，在图6中，以ts表示使鼓风机70停止的时刻。
如图6所示，在以间歇运转模式(通电时间/通电停止时间＝1秒/3秒)驱动鼓风机70规定时间后使鼓风机70停止时的温度变动为0.1℃以下(参照特性线β1)。另外，收敛于目标温度的时间为10分钟左右。
另外，在以间歇运转模式(通电时间/通电停止时间＝1秒/1秒)驱动鼓风机70规定时间后使鼓风机70停止时的温度变动为0.4℃以下(参照特性线β2)。另外，收敛于目标温度的时间为20分钟左右。
另外，在以间歇运转模式(通电时间/通电停止时间＝3秒/1秒)驱动鼓风机70规定时间后使鼓风机70停止时的温度变动为0.7℃以下(参照特性线β3)。另外，收敛于目标温度的时间为23分钟左右。
相对于此，不切换为间歇运转模式就使鼓风机70停止时的温度变动在1.0℃以上(参照特性线β4)。另外，收敛于目标温度的时间为28分钟左右。
根据以上的结果，相比于不切换为间歇运转模式就使鼓风机70停止，通过以间歇运转模式驱动鼓风机70规定时间后使鼓风机70停止，能够使温度变动小。
另外，相比于不切换为间歇运转模式就使鼓风机70停止的情况，通过以间歇运转模式驱动鼓风机70规定时间后使鼓风机70停止，能够缩短收敛于目标温度的时间。
另外，使间歇运转模式下的通电时间/通电停止时间越小，能够使鼓风机70停止时的温度变动越小。另外，在通电时间比通电停止时间短的情况下，几乎观察不到使鼓风机70停止时的温度变动。据此，尤其优选的是，间歇运转模式下的通电时间比通电停止时间短。
此外，在上述的实施方式中，温度控制器100为控制部的一个例子。
以上对用于实施本发明的方式进行了说明，但上述内容并不对发明的内容进行限定，能够在本发明的范围内进行各种变形和改良。
在上述的实施方式中，举出以半导体晶圆作为基板的例子进行了说明，但不限定于此，也能够将本发明应用于玻璃基板、lcd基板、陶瓷基板等。
在上述的实施方式中，举出对多张晶圆成批地进行热处理的批量式的热处理装置的例子进行了说明，但并不限定于此，也能够将本发明应用于逐张地进行热处理的单片式的热处理装置。