JP6804309B2

JP6804309B2 - 熱処理装置及び温度制御方法

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Publication number: JP6804309B2
Application number: JP2017003548A
Authority: JP
Inventors: 山口　達也; 達也山口; 一輝小原; 康晃菊池; 弘治吉井
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2017-01-12
Filing date: 2017-01-12
Publication date: 2020-12-23
Anticipated expiration: 2037-01-12
Also published as: KR102270093B1; US20180197759A1; CN108305844B; TWI688739B; CN108305844A; US10431479B2; TW201837412A; KR20180083258A; JP2018113375A

Description

本発明は、熱処理装置及び温度制御方法に関する。

従来から、複数枚の半導体ウエハ等の基板に一括して熱処理を行うことが可能な縦型熱処理装置が知られている。

縦型熱処理装置としては、複数枚の基板を高さ方向に所定間隔で保持する基板保持具を収容する処理容器と、処理容器の周囲に設けられ、処理容器内に搬入された基板を加熱するヒータとを含む炉本体を備える装置が知られている。ヒータとしては、省エネルギー化の観点から高い断熱性能を有する、所謂、省エネヒータが使用される場合がある。

ところで、省エネヒータを使用する場合、高い断熱性能により炉内温度が下がりにくいため、温度制御性が悪化する。そこで、炉本体内に空気等の冷媒を供給して処理容器を強制的に冷却するブロアが用いられる（例えば、特許文献１参照）。ブロアを用いることで、炉内温度を下げる時間を短縮でき、温度制御性が向上する。

特許第５８９３２８０号公報

しかしながら、ヒータ及びブロアを用いて炉内温度を制御する方法では、ブロアを停止させたときに温度が一時的に変動する場合がある。これは、ブロアの停止前後で風量が大きく変化するためである。特に、サイズの大きなブロアを用いる場合、ブロアを低回転で駆動させると高負荷になり停止する虞があるため、低風量の状態を実現することが困難である。このため、ブロアの停止前後での風量の変化がより大きくなり、ブロアを停止させたときの温度変動がより大きくなる。

このように温度変動が生じると、炉内温度を、熱処理の目標温度等の所定温度に収束させるのに要する時間が長くなる。

そこで、上記課題に鑑み、短時間で所定温度に収束させることが可能な熱処理装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る熱処理装置は、基板に熱処理を施す熱処理装置であって、基板を収容する処理容器と、前記処理容器に収容される前記基板を加熱するヒータを有し、前記処理容器の周囲に設けられた炉本体と、前記処理容器と前記炉本体との間の空間に冷媒を供給するブロアと、前記炉本体内の温度を検出する温度センサと、前記ブロアに連続的に通電する連続運転モードと、前記ブロアに通電と通電停止とを繰り返す間欠運転モードとを有し、第１の指示電圧及び第２の指示電圧に基づいて前記ブロアの駆動を制御する制御部と、を備え、前記第１の指示電圧は、前記熱処理の目標温度と前記温度センサからの検出信号とに基づいて算出される値であり、該第１の指示電圧を小さくすると前記ブロアの回転数が低くなり、該第１の指示電圧を大きくすると前記ブロアの回転数が高くなる値であり、前記第２の指示電圧は、該第２の指示電圧を小さくすると前記ブロアの回転数が低くなり、該第２の指示電圧を大きくすると前記ブロアの回転数が高くなる値であり、前記制御部は、前記第１の指示電圧が０Ｖよりも大きく、所定の閾値電圧よりも小さい場合、前記第１の指示電圧に基づいて、前記ブロアへ出力する前記第２の指示電圧を算出し、該第２の指示電圧を前記ブロアへ出力することにより、前記ブロアを前記間欠運転モードで駆動させ、前記第１の指示電圧が前記所定の閾値電圧以上である場合、前記第１の指示電圧を前記第２の指示電圧として前記ブロアへ出力することにより、前記ブロアを前記連続運転モードで駆動させる。

開示の熱処理装置によれば、短時間で所定温度に収束させることができる。

本発明の実施形態に係る熱処理装置の概略図連続運転モード及び間欠運転モードを説明するための図第２の指示電圧の波形パターンの一例を示す図第２の指示電圧の波形パターンの別の例を示す図通電時間／（通電時間＋通電停止時間）と風量との関係を示す図ブロアを停止させたときの温度変動を示す図

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。

（熱処理装置）
まず、本発明の実施形態に係る熱処理装置の一例について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る熱処理装置の概略図である。

図１に示されるように、熱処理装置１は、基板、例えば半導体ウエハ（以下単に「ウエハＷ」という。）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１０を備える。熱処理炉１０は、処理容器１２と、炉本体１４とを備える。

処理容器１２は、炉本体１４内に配置され、炉本体１４との間に空間Ｐを形成する。処理容器１２は、ウエハＷを収容して熱処理するための容器である。処理容器１２は、例えば石英により形成されている。

炉本体１４は、断熱材１６と、ヒータ１８とを有する。断熱材１６は、処理容器１２の周囲に設けられており、円筒状に形成されている。断熱材１６は、省エネルギー化の観点から、高い断熱性能を有する材料により形成されていることが好ましく、例えばシリカ、アルミナ又は珪酸アルミナを含む無機質繊維により形成されている。ヒータ１８は、断熱材１６の内周面に沿って螺旋状に配置された発熱抵抗体により形成されている。ヒータ１８は、処理容器１２内のウエハＷを加熱する。ヒータ１８には、例えばサイリスタ２０が接続されている。

炉本体１４には、排熱系２２と、強制冷却手段２４とが設けられている。

排熱系２２は、処理容器１２と炉本体１４との間の空間Ｐ内の雰囲気を外部に排出する。排熱系２２は、例えば炉本体１４の上部に設けられた排気口２６を有する。排気口２６には、空間Ｐ内の空気等の冷媒を排気する冷媒排気ライン４０が接続されている。

強制冷却手段２４は、処理容器１２の高さ方向の複数の位置から空間Ｐ内に空気等の冷媒を供給してウエハＷを強制的に冷却する。強制冷却手段２４は、処理容器１２の高さ方向に沿って設けられた複数の冷媒吹出孔２８を有する。冷媒吹出孔２８は、断熱材１６の中心斜め方向へ冷媒を吹き出して空間Ｐの周方向に旋回流を生じさせる。冷媒吹出孔２８は、断熱材１６における上下に隣接するヒータ１８の間に、断熱材１６を径方向の内外に貫通するように設けられている。これにより、ヒータ１８に邪魔されることなく冷媒を空間Ｐに噴出することができる。冷媒吹出孔２８は、冷媒供給ダクト３０を介して冷媒供給ライン５０に接続されている。

冷媒排気ライン４０と冷媒供給ライン５０とは互いに連結され、連結部には冷媒供給用及び冷媒排気用のブロア７０が設けられている。ブロア７０は、インバータ駆動部７２を有しており、後述する温度コントローラ１００からの第２の指示電圧に応じた回転数で駆動する。ブロア７０の回転数が変化することにより、冷媒供給ライン５０を介して空間Ｐに噴出される冷媒の風量が変化する。具体的には、第２の指示電圧を小さくすると、ブロア７０の回転数が低くなり、冷媒供給ライン５０を介して空間Ｐに噴出される冷媒の風量が低くなる。一方、第２の指示電圧を大きくすると、ブロア７０の回転数が高くなり、冷媒供給ライン５０を介して空間Ｐに噴出される冷媒の風量が高くなる。

冷媒排気ライン４０には、熱交換器４２、第１のバタフライ弁４４及び第１の穴バルブ４６が設けられている。熱交換器４２は、空間Ｐから排気された温度が上昇した冷媒を冷却する。第１のバタフライ弁４４及び第１の穴バルブ４６は、いずれも開閉調整自在となっている。

冷媒供給ライン５０には、第２のバタフライ弁５２及び第２の穴バルブ５４が設けられている。第２のバタフライ弁５２及び第２の穴バルブ５４は、いずれも開閉調整自在となっている。

このように構成された排熱系２２、冷媒排気ライン４０、熱交換器４２、ブロア７０及び冷媒供給ライン５０及び強制冷却手段２４により、処理容器１２と炉本体１４との間の空間Ｐに冷媒を供給してウエハＷを強制的に冷却することができる。これにより、例えばウエハＷに所定の熱処理を施した後、処理容器１２内からウエハＷを搬出可能な炉内温度に降温する際、炉内温度を迅速に下げることができる。また、例えばウエハＷに所定の熱処理を施した後、炉内温度を降温させて温度の異なる熱処理を施す際、炉内温度を迅速に下げることができる。その結果、処理の迅速化やスループットの向上を図ることができる。なお、図示の例では、冷媒排気ライン４０と冷媒供給ライン５０とが互いに連結されてクローズ系冷媒供給／排気ラインを形成しているが、これに限定されない。例えば、冷媒排気ライン４０と冷媒供給ライン５０とが各々独立してオープン系冷媒供給／排気ラインを形成していてもよい。

処理容器１２内には、温度センサ９０が設けられている。温度センサ９０は、処理容器１２内の温度を検出する。温度センサ９０は、例えば熱電対である。図示の例では、処理容器１２の高さ方向に所定間隔を有して３つの温度センサ９０が設けられている。これにより、処理容器１２の高さ方向における温度分布を検出することができる。温度センサ９０で検出された検出信号は、信号ライン９２を介して後述する温度コントローラ１００に送られる。

また、熱処理装置１には、ヒータ１８及びブロア７０を制御することにより、炉内温度を調整する温度コントローラ１００が設けられている。

（温度コントローラ）
次に、温度コントローラ１００によるブロア７０の制御（温度制御方法）の一例について説明する。

温度コントローラ１００は、温度センサ９０からの検出信号に基づいて、ヒータ１８及びブロア７０を制御する。

具体的には、温度コントローラ１００は、熱処理の目標温度等の所定温度と、温度センサ９０からの検出信号とに基づいて、サイリスタ２０に所定の信号を出力することにより、ヒータ１８を制御する。また、温度コントローラ１００は、第１の指示電圧に基づいて算出される第２の指示電圧を、第１の時間（例えば１秒）ごとにインバータ駆動部７２に出力することにより、ブロア７０を制御する。第１の指示電圧は、例えば熱処理の目標温度等の所定温度と、温度センサ９０からの検出信号とに基づいて算出される。

温度コントローラ１００は、ブロア７０に連続的に通電する連続運転モードと、ブロア７０に通電と通電停止とを繰り返す間欠運転モードとを有する。温度コントローラ１００は、第１の指示電圧が０Ｖより大きく、所定の閾値電圧よりも小さい場合、ブロア７０を間欠運転モードで駆動させる。所定の閾値電圧は、ブロア７０の最低指示電圧に基づいて定められる電圧であり、例えばブロア７０の最低指示電圧であることが好ましい。これにより、ブロア７０を最低指示電圧で動作させたときの風量よりも小さい風量で空間Ｐに冷媒を供給できる。また、所定の閾値電圧は、ブロア７０の最低指示電圧にマージンを持たせた定められる電圧であってもよい。なお、ブロア７０の最低指示電圧は、ブロア７０の種類に応じて定められる値であり、例えばブロア７０の仕様書等を参照することにより取得することができる。

図２は、連続運転モード及び間欠運転モードを説明するための図である。

図２（ａ）は、第１の指示電圧と温度との関係を示している。図２（ａ）中、横軸は時間［分］を示し、左側の縦軸は温度［℃］を示し、右側の縦軸は第１の指示電圧［Ｖ］を示している。また、図２（ａ）中、特性線α１は第１の指示電圧［Ｖ］を示し、特性線α３は炉内設定温度［℃］を示し、特性線α４は炉内温度を示している。

図２（ｂ）は、第２の指示電圧と温度との関係を示している。図２（ｂ）中、横軸は時間［分］を示し、左側の縦軸は温度［℃］を示し、右側の縦軸は第２の指示電圧［Ｖ］を示している。また、図２（ｂ）中、特性線α２は第２の指示電圧［Ｖ］を示し、特性線α３は炉内設定温度［℃］を示し、特性線α４は炉内温度を示している。

なお、図２（ａ）及び図２（ｂ）においては、所定の閾値電圧がブロア７０の最低指示電圧と等しい０．５Ｖである場合を例に挙げて説明する。

温度コントローラ１００は、例えば炉内温度を３００℃から４００℃に昇温させる場合、ヒータ１８及びブロア７０を制御する。具体的には、図２（ａ）に示されるように、昇温を開始した後、第１の指示電圧が０Ｖより大きく、所定の閾値電圧である０．５Ｖよりも小さくなると（図示の例では約１３分）、温度コントローラ１００は、ブロア７０を間欠運転モードで駆動させる。このとき、温度コントローラ１００は、第１の指示電圧に基づいて、ブロア７０へ出力する第２の指示電圧を算出し、算出された第２の指示電圧をブロア７０へ出力することにより、ブロア７０を間欠運転モードで駆動させる。なお、第２の指示電圧の算出方法については後述する。

続いて、第１の指示電圧が所定の閾値電圧である０．５Ｖ以上になると（図示の例では約１４分）、温度コントローラ１００は、ブロア７０を連続運転モードで駆動させる。このとき、温度コントローラ１００は、第１の指示電圧を第２の指示電圧としてブロア７０へ出力することにより、ブロア７０を連続運転モードで駆動させる。

続いて、第１の指示電圧が所定の閾値電圧である０．５Ｖより小さくなると（図示の例では約２６分）、温度コントローラ１００は、ブロア７０を間欠運転モードで駆動させる。このとき、温度コントローラ１００は、第１の指示電圧に基づいて、ブロア７０へ出力する第２の指示電圧を算出し、第２の指示電圧をブロア７０へ出力することにより、ブロア７０を間欠運転モードで駆動させる。なお、第２の指示電圧の算出方法については後述する。

続いて、第１の指示電圧が０Ｖになると（図示の例では約３０分）、温度コントローラ１００は、ブロア７０を停止させる。

次に、間欠運転モードにおける第２の指示電圧の算出方法の一例について説明する。

間欠運転モードでは、温度コントローラ１００は、第１の時間（例えば１秒）よりも長い第２の時間（例えば４秒）を１単位として、ブロア７０の制御を行う。

図３は、第２の指示電圧の波形パターンの一例を示す図である。図３（ａ）、図３（ｂ）、図３（ｃ）、図３（ｄ）及び図３（ｅ）は、それぞれ第１の指示電圧が０．５００Ｖ、０．３７５Ｖ、０．２５０Ｖ、０．１２５Ｖ及び０．０００Ｖの場合におけるインバータ駆動部７２に出力する第２の指示電圧の波形を示している。図３（ａ）から図３（ｅ）における横軸は時間を示し、縦軸は電圧［Ｖ］を示している。また、図３（ａ）から図３（ｅ）における時刻ｔ０、ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４は、例えばそれぞれ０秒、１秒、２秒、３秒、４秒である。

温度コントローラ１００は、第１の指示電圧が０．５００Ｖである場合、例えば図３（ａ）に示されるように、時刻ｔ０、ｔ１、ｔ２、ｔ３においてインバータ駆動部７２に対し０．５Ｖを出力する。

また、温度コントローラ１００は、第１の指示電圧が０．３７５Ｖである場合、例えば図３（ｂ）に示されるように、時刻ｔ０、ｔ１、ｔ２においてインバータ駆動部７２に対し０．５Ｖを出力し、時刻ｔ３においてインバータ駆動部７２に対し０Ｖを出力する。なお、４つの時刻のうち、いずれか３つの時刻においてインバータ駆動部７２に対し０．５Ｖを出力し、残りの１つの時刻においてインバータ駆動部７２に対し０Ｖを出力すればよく、そのタイミングは図３（ｂ）の例に限定されない。

また、温度コントローラ１００は、第１の指示電圧が０．２５０Ｖである場合、例えば図３（ｃ）に示されるように、時刻ｔ０、ｔ２においてインバータ駆動部７２に対し０．５Ｖを出力し、時刻ｔ１、ｔ３においてインバータ駆動部７２に対し０Ｖを出力する。なお、４つの時刻のうち、いずれか２つの時刻においてインバータ駆動部７２に対し０．５Ｖを出力し、残りの２つの時刻においてインバータ駆動部７２に対し０Ｖを出力すればよく、そのタイミングは図３（ｃ）の例に限定されない。

また、温度コントローラ１００は、第１の指示電圧が０．１２５Ｖである場合、例えば図３（ｄ）に示されるように、時刻ｔ０においてインバータ駆動部７２に対し０．５Ｖを出力し、時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３においてインバータ駆動部７２に対し０Ｖを出力する。なお、４つの時刻のうち、いずれか１つの時刻においてインバータ駆動部７２に対し０．５Ｖを出力し、残りの３つの時刻においてインバータ駆動部７２に対し０Ｖを出力すればよく、そのタイミングは図３（ｄ）の例に限定されない。

また、温度コントローラ１００は、第１の指示電圧が０．０００Ｖである場合、例えば図３（ｅ）に示されるように、時刻ｔ０、ｔ１、ｔ２、ｔ３においてインバータ駆動部７２に対し０Ｖを出力する。

次に、間欠運転モードにおける第２の指示電圧の算出方法の別の例について説明する。

温度コントローラ１００は、以下の方法を用いてインバータ駆動部７２に第２の指示電圧を出力する。以下、第１の時間をＴ１、第２の時間をＴ２、所定の閾値電圧をＸとし、時刻ｔ０における第１の指示電圧をＸ１、時刻ｔ１から第２の時間Ｔ２が経過した時刻ｔ４における第１の指示電圧をＸ２とする。

まず、所定の閾値電圧Ｘを、第２の時間Ｔ２と第１の時間Ｔ１との比（Ｔ２／Ｔ１）で除算することにより、分解能Ｘｒを算出する。

続いて、時刻ｔ０における第１の指示電圧Ｘ１を、分解能Ｘｒで除算し、除算したときの余りＹ１を算出する。

続いて、インバータ駆動部７２に出力する電圧波形が、第１の指示電圧Ｘ１から余りＹ１を減算したときの値（Ｘ１−Ｙ１）に対応する波形となるような第２の指示電圧を出力する。

続いて、時刻ｔ４における第１の指示電圧Ｘ２に余りＹ１を加算した値（Ｘ２＋Ｙ１）を、分解能Ｘｒで除算し、除算したときの余りＹ２を算出する。

続いて、インバータ駆動部７２に出力する電圧波形が、第１の指示電圧Ｘ２に余りＹ１を加算した値から余りＹ２を減算したときの値（Ｘ２＋Ｙ１−Ｙ２）に対応する波形となるような第２の指示電圧を出力する。

以降、時刻ｔ０から第２の時間Ｔ２がｎ回（ｎは２以上の整数）経過した時刻においても、同様の方法により、インバータ駆動部７２に第２の指示電圧を出力する。

次に、第１の時間Ｔ１が１秒、第２の時間Ｔ２が４秒、閾値電圧Ｘが０．５００Ｖである場合を例に挙げて具体的に説明する。図４は、第２の指示電圧の波形パターンの別の例を示す図である。図４（ａ）及び図４（ｂ）は、それぞれ第１の指示電圧が０．４３８Ｖ及び０．３１３Ｖの場合におけるインバータ駆動部７２に出力する第２の指示電圧の波形パターンを示している。図４（ａ）及び図４（ｂ）における横軸は時間を示し、縦軸は電圧（Ｖ）を示している。また、図４（ａ）及び図４（ｂ）における時刻ｔ０、ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５、ｔ６、ｔ７、ｔ８は、例えばそれぞれ０秒、１秒、２秒、３秒、４秒、５秒、６秒、７秒、８秒である。

最初に、時刻ｔ０における第１の指示電圧Ｘ１が０．４３８Ｖ、時刻ｔ４における第１の指示電圧Ｘ２が０．４３８Ｖである場合について説明する。

まず、閾値電圧Ｘ（０．５００Ｖ）を、第２の時間Ｔ２（４秒）と第１の時間Ｔ１（１秒）との比（４秒／１秒）で除算することにより、分解能Ｘｒを算出する。このとき、分解能Ｘｒは、０．１２５Ｖと算出される。

続いて、時刻ｔ０における第１の指示電圧Ｘ１（０．４３８Ｖ）を、分解能Ｘｒ（０．１２５Ｖ）で除算し、除算したときの余りＹ１を算出する。このとき、余りＹ１は、０．０６３Ｖと算出される。

続いて、図４（ａ）の左側に示されるように、インバータ駆動部７２に出力する電圧波形が、第１の指示電圧Ｘ１（０．４３８Ｖ）から余りＹ１（０．０６３Ｖ）を減算したときの値（０．３７５Ｖ）に対応する波形となるような第２の指示電圧を出力する。具体的には、時刻ｔ０、ｔ１、ｔ２においてインバータ駆動部７２に対し０．５Ｖを出力し、時刻ｔ３においてインバータ駆動部７２に対し０Ｖを出力する。

続いて、時刻ｔ４における第１の指示電圧Ｘ２（０．４３８Ｖ）に余りＹ１（０．０６３Ｖ）を加算した値（０．５０１Ｖ）を、分解能Ｘｒ（０．１２５Ｖ）で除算し、除算したときの余りＹ２を算出する。このとき、余りＹ２は、０．００１Ｖと算出される。

続いて、図４（ａ）の右側に示されるように、インバータ駆動部７２に出力する電圧波形が、第１の指示電圧Ｘ２に余りＹ１を加算した値（０．５０１Ｖ）から余りＹ２（０．００１Ｖ）を減算したときの値（０．５００Ｖ）に対応する波形となるような第２の指示電圧を出力する。具体的には、時刻ｔ４、ｔ５、ｔ６、ｔ７においてインバータ駆動部７２に対し０．５Ｖを出力する。

次に、時刻ｔ０における第１の指示電圧Ｘ１が０．３１３Ｖ、時刻ｔ４における第１の指示電圧Ｘ２が０．３１３Ｖである場合について説明する。

続いて、時刻ｔ０における第１の指示電圧Ｘ１（０．３１３Ｖ）を、分解能Ｘｒ（０．１２５Ｖ）で除算し、除算したときの余りＹ１を算出する。このとき、余りＹ１は、０．０６３Ｖと算出される。

続いて、図４（ｂ）の左側に示されるように、インバータ駆動部７２に出力する電圧波形が、第１の指示電圧Ｘ１（０．３１３Ｖ）から余りＹ１（０．０６３Ｖ）を減算したときの値（０．２５０Ｖ）に対応する波形となるような第２の指示電圧を出力する。具体的には、時刻ｔ０、ｔ２においてインバータ駆動部７２に対し０．５Ｖを出力し、時刻ｔ１、ｔ３においてインバータ駆動部７２に対し０Ｖを出力する。

続いて、時刻ｔ４における第１の指示電圧Ｘ２（０．３１３Ｖ）に余りＹ１（０．０６３Ｖ）を加算した値（０．３７６Ｖ）を、分解能Ｘｒ（０．１２５Ｖ）で除算し、除算したときの余りＹ２を算出する。このとき、余りＹ２は、０．００１Ｖと算出される。

続いて、図４（ｂ）の右側に示されるように、インバータ駆動部７２に出力する電圧波形が、第１の指示電圧Ｘ２に余りＹ１を加算した値（０．３７６Ｖ）から余りＹ２（０．００１Ｖ）を減算したときの値（０．３７５Ｖ）に対応する波形となるような第２の指示電圧を出力する。時刻ｔ４、ｔ５、ｔ６においてインバータ駆動部７２に対し０．５Ｖを出力し、時刻ｔ７においてインバータ駆動部７２に対し０Ｖを出力する。

次に、前述の温度制御方法を用いてブロア７０を制御したときの間欠運転モードの通電時間／（通電時間＋通電停止時間）とブロア７０の風量との関係について説明する。図５は、通電時間／（通電時間＋通電停止時間）と風量との関係を示す図である。図５中、横軸は間欠運転モードにおける通電時間と通電停止時間との和に対する通電時間の割合を示し、縦軸は風量［ｍ^３／分］を示している。また、図５中、通電時間における第２の指示電圧はいずれも０．７Ｖである。

図５に示されるように、通電時間／（通電時間＋通電停止時間）が１の場合、即ち、連続運転モードの場合、風量は０．２［ｍ^３／分］程度である。

これに対し、通電時間／（通電時間＋通電停止時間）が３／４である場合、例えば通電時間が３秒、通電停止時間が１秒である場合、風量は０．１４［ｍ^３／分］程度である。

また、通電時間／（通電時間＋通電停止時間）が１／２である場合、例えば通電時間が２秒、通電停止時間が２秒である場合、風量は０．１［ｍ^３／分］程度である。

また、通電時間／（通電時間＋通電停止時間）が１／４である場合、例えば通電時間が１秒、通電停止時間が３秒である場合、風量は０．０８［ｍ^３／分］程度である。

このように、通電時間／（通電時間＋通電停止時間）を変化させることで、連続運転モードでブロア７０を動作させたときのブロア７０の風量よりも低い風量でブロア７０を動作させることができることが分かる。

実施例では、温度コントローラ１００によりヒータ１８及びブロア７０を制御することで、炉内温度を熱処理の目標温度（８００℃）まで昇温させ、その後、ブロア７０を停止させたときの炉内温度の変動を確認した。

図６は、ブロアを停止させたときの温度変動を示す図である。図６中、横軸は時間［分］を示し、縦軸は温度［℃］を示している。また、図６中、特性線β１は、ブロア７０を間欠運転モード（通電時間／通電停止時間＝１秒／３秒）で所定時間駆動させた後、ブロア７０を停止させたときの温度変動を示している。特性線β２は、ブロア７０を間欠運転モード（通電時間／通電停止時間＝１秒／１秒）で所定時間駆動させた後、ブロア７０を停止させたときの温度変動を示している。特性線β３は、ブロア７０を間欠運転モード（通電時間／通電停止時間＝３秒／１秒）で所定時間駆動させた後、ブロア７０を停止させたときの温度変動を示している。特性線β４は、ブロア７０を間欠運転させることなく停止させたときの温度変動を示している。なお、図６においては、ブロア７０を停止させた時刻をｔｓとして示している。

図６に示されるように、ブロア７０を間欠運転モード（通電時間／通電停止時間＝１秒／３秒）で所定時間駆動させた後、停止させたときの温度変動は、０．１℃以下であった（特性線β１参照）。また、目標温度に収束する時間は、１０分程度であった。

また、ブロア７０を間欠運転モード（通電時間／通電停止時間＝１秒／１秒）で所定時間駆動させた後、停止させたときの温度変動は、０．４℃以下であった（特性線β２参照）。また、目標温度に収束する時間は、２０分程度であった。

また、ブロア７０を間欠運転モード（通電時間／通電停止時間＝３秒／１秒）で所定時間駆動させた後、停止させたときの温度変動は、０．７℃以下であった（特性線β３参照）。また、目標温度に収束する時間は、２３分程度であった。

これに対し、ブロア７０を間欠運転モードに切り替えることなく停止させたときの温度変動は、１．０℃以上であった（特性線β４参照）。また、目標温度に収束する時間は、２８分程度であった。

以上の結果から、ブロア７０を間欠運転モードで所定時間駆動させた後、停止させることで、ブロア７０を間欠運転モードに切り替えることなく停止させるよりも温度変動を小さくできる。

また、ブロア７０を間欠運転モードで所定時間駆動させた後、停止させることで、ブロア７０を間欠運転モードに切り替えることなく停止させるよりも目標温度に収束する時間を短縮できる。

また、間欠運転モードにおける通電時間／通電停止時間を小さくするほど、ブロア７０を停止させたときの温度変動を小さくできる。また、通電時間が通電停止時間よりも短い場合には、ブロア７０を停止させたときの温度変動がほとんど見られない。このことから、間欠運転モードにおける通電時間は、通電停止時間よりも短いことが特に好ましい。

なお、上記の実施形態において、温度コントローラ１００は制御部の一例である。

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、上記内容は、発明の内容を限定するものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。

上記の実施形態では、基板として半導体ウエハを例に挙げて説明したが、これに限定されず、ガラス基板、ＬＣＤ基板、セラミック基板等にも本発明を適用することができる。

上記の実施形態では、複数枚のウエハに一括して熱処理を行うバッチ式の熱処理装置を例に挙げて説明したが、これに限定されず、１枚ずつ熱処理を行う枚葉式の熱処理装置にも本発明を適用することができる。

１熱処理装置
１２処理容器
１４炉本体
１８ヒータ
７０ブロア
１００温度コントローラ
Ｗウエハ

Claims

基板に熱処理を施す熱処理装置であって、
基板を収容する処理容器と、
前記処理容器に収容される前記基板を加熱するヒータを有し、前記処理容器の周囲に設けられた炉本体と、
前記処理容器と前記炉本体との間の空間に冷媒を供給するブロアと、
前記炉本体内の温度を検出する温度センサと、
前記ブロアに連続的に通電する連続運転モードと、前記ブロアに通電と通電停止とを繰り返す間欠運転モードとを有し、第１の指示電圧及び第２の指示電圧に基づいて前記ブロアの駆動を制御する制御部と、
を備え、
前記第１の指示電圧は、前記熱処理の目標温度と前記温度センサからの検出信号とに基づいて算出される値であり、該第１の指示電圧を小さくすると前記ブロアの回転数が低くなり、該第１の指示電圧を大きくすると前記ブロアの回転数が高くなる値であり、
前記第２の指示電圧は、該第２の指示電圧を小さくすると前記ブロアの回転数が低くなり、該第２の指示電圧を大きくすると前記ブロアの回転数が高くなる値であり、
前記制御部は、
前記第１の指示電圧が０Ｖよりも大きく、所定の閾値電圧よりも小さい場合、前記第１の指示電圧に基づいて、前記ブロアへ出力する前記第２の指示電圧を算出し、該第２の指示電圧を前記ブロアへ出力することにより、前記ブロアを前記間欠運転モードで駆動させ、
前記第１の指示電圧が前記所定の閾値電圧以上である場合、前記第１の指示電圧を前記第２の指示電圧として前記ブロアへ出力することにより、前記ブロアを前記連続運転モードで駆動させる、
熱処理装置。
前記制御部は、前記ブロアが前記連続運転モードで駆動している時に、前記第１の指示電圧が前記閾値電圧よりも小さくなった場合、前記間欠運転モードに切り替える、
請求項１に記載の熱処理装置。
前記閾値電圧は、前記ブロアの最低指示電圧に基づいて定められる、
請求項１又は２に記載の熱処理装置。
前記閾値電圧は、前記ブロアの最低指示電圧である、
請求項３に記載の熱処理装置。
前記間欠運転モードにおける通電時間は、通電停止時間よりも短い、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の熱処理装置。
前記処理容器の高さ方向の複数の位置から前記空間に前記冷媒を供給する複数の吹出孔を備える、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の熱処理装置。
前記制御部は、前記ブロアを停止させる前に前記閾値電圧よりも小さい前記第１の指示電圧を出力して前記ブロアを間欠運転モードで駆動させる、
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の熱処理装置。
基板を収容する処理容器と、前記処理容器に収容される前記基板を加熱するヒータを有し、前記処理容器の周囲に設けられた炉本体と、前記処理容器と前記炉本体との間の空間に冷媒を供給するブロアと、前記炉本体内の温度を検出する温度センサと、を備える熱処理装置を用いて前記基板に熱処理を施す際に、前記炉本体内の温度を制御する温度制御方法であって、
第１の指示電圧及び第２の指示電圧に基づいて前記ブロアを制御し、
前記第１の指示電圧は、前記熱処理の目標温度と前記温度センサからの検出信号とに基づいて算出される値であり、該第１の指示電圧を小さくすると前記ブロアの回転数が低くなり、該第１の指示電圧を大きくすると前記ブロアの回転数が高くなる値であり
前記第２の指示電圧は、該第２の指示電圧を小さくすると前記ブロアの回転数が低くなり、該第２の指示電圧を大きくすると前記ブロアの回転数が高くなる値であり、
前記第１の指示電圧が０Ｖよりも大きく、所定の閾値電圧よりも小さい場合、前記第１の指示電圧に基づいて、前記ブロアへ出力する前記第２の指示電圧を算出し、該第２の指示電圧を前記ブロアへ出力することにより、前記ブロアに通電と通電停止とを繰り返す間欠運転モードで前記ブロアを駆動させ、
前記第１の指示電圧が前記所定の閾値電圧以上である場合、前記第１の指示電圧を前記第２の指示電圧として前記ブロアへ出力することにより、前記ブロアに連続的に通電する連続運転モードで前記ブロアを駆動させる、
温度制御方法。
前記ブロアを停止させる前に前記閾値電圧よりも小さい前記第１の指示電圧を出力して前記ブロアを間欠運転モードで駆動させる、
請求項８に記載の温度制御方法。