JP2002353158A - Heat treatment device for substrate - Google Patents

Heat treatment device for substrate

Info

Publication number
JP2002353158A
JP2002353158A JP2001160981A JP2001160981A JP2002353158A JP 2002353158 A JP2002353158 A JP 2002353158A JP 2001160981 A JP2001160981 A JP 2001160981A JP 2001160981 A JP2001160981 A JP 2001160981A JP 2002353158 A JP2002353158 A JP 2002353158A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
temperature
substrate
heat treatment
wafer
controller
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001160981A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akihiro Hosokawa
章宏 細川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd filed Critical Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority to JP2001160981A priority Critical patent/JP2002353158A/en
Publication of JP2002353158A publication Critical patent/JP2002353158A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Waste-Gas Treatment And Other Accessory Devices For Furnaces (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a device which can obtain necessary temperature increase speed, without producing an offset when raising the temperature at a fixed rate by heating a substrate, and can control so as to equalize the temperatures in each heating zone divided into a plurality of parts. SOLUTION: A temperature control means controls a heating means based on deviations between the temperatures of a substrate to be measured by a temperature-measuring means and the temperatures of the preset temperature increase/decrease changes, with the temperature control means has a control part structured, so that a pole of an open-loop transfer function has 0, 0; and specifically, the temperature control means has the control part, in which double integration circuits are connected in parallel to a PID controller.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、熱処理炉内へ半
導体ウエハ、液体表示装置用ガラス基板、フォトマスク
用ガラス基板、光ディスク用基板等の基板を1枚ずつ搬
入し光照射等により基板を加熱して熱処理する基板の熱
処理装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of carrying a substrate such as a semiconductor wafer, a glass substrate for a liquid display device, a glass substrate for a photomask, and a substrate for an optical disk one by one into a heat treatment furnace and heating the substrate by light irradiation or the like. The present invention relates to an apparatus for heat-treating a substrate to be heat-treated.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体デバイスの製造工程においては、
ランプアニール装置やCVDなどのように、熱処理炉内
へ基板、例えば半導体ウエハを1枚ずつ搬入し基板に光
を照射するなどしてウエハを加熱することにより、ウエ
ハ表面に熱酸化膜を形成したり、不純物原子を熱的に拡
散させてpn接合を形成したり、各種のアニール処理を
行ったりする枚葉式の熱処理装置が、各種の工程で広く
使用されている。図5に、熱処理装置の1つであるラン
プアニール装置の構成の1例を示す。
2. Description of the Related Art In a semiconductor device manufacturing process,
A thermal oxide film is formed on the wafer surface by heating the wafer, such as by loading a substrate, for example, a semiconductor wafer one by one, into a heat treatment furnace and irradiating the substrate with light, as in a lamp annealing apparatus or CVD. A single-wafer heat treatment apparatus that forms a pn junction by thermally diffusing impurity atoms or performs various annealing treatments is widely used in various processes. FIG. 5 shows an example of the configuration of a lamp annealing apparatus which is one of the heat treatment apparatuses.

【0003】図5に概略側断面図を示したランプアニー
ル装置は、半導体ウエハWの搬入および搬出を行なうた
めの開口12を有する熱処理炉10を備えている。熱処
理炉10の上部炉壁は、赤外線透過性を有する材料、例
えば石英ガラスによって形成され、光入射窓14となっ
ている。熱処理炉10の開口12は、ゲートバルブ16
によって開閉自在に閉塞される。また、図示していない
が、熱処理炉10の開口12と対向する面側には、支持
アームによりウエハWを水平姿勢で支持して熱処理前の
ウエハWを熱処理炉10内へ搬入し熱処理後のウエハW
を熱処理炉10内から搬出するウエハ搬出入装置が配設
されている。
[0005] The lamp annealing apparatus whose schematic side sectional view is shown in FIG. 5 includes a heat treatment furnace 10 having an opening 12 for loading and unloading a semiconductor wafer W. The upper furnace wall of the heat treatment furnace 10 is formed of a material having infrared transmittance, for example, quartz glass, and serves as a light incident window 14. The opening 12 of the heat treatment furnace 10 is
To open and close. Although not shown, on the surface of the heat treatment furnace 10 facing the opening 12, the support arm supports the wafer W in a horizontal posture, and the wafer W before the heat treatment is carried into the heat treatment furnace 10 and is subjected to the heat treatment. Wafer W
A wafer loading / unloading device for unloading the wafer from the heat treatment furnace 10 is provided.

【0004】熱処理炉10の内部には、SiCなどによ
って形成されたウエハ支持リング18が配設され、ウエ
ハ支持リング18は、ウエハ保持・回転機構20によ
り、水平姿勢で回動可能に保持されている。ウエハW
は、ウエハ支持リング18上に水平姿勢で支持される。
また、ウエハWの下面に当接してウエハWを支持する複
数本、例えば3本の支持ピン22を有し上下方向へ往復
移動するウエハ移載機構24が設けられている。
A wafer support ring 18 made of SiC or the like is disposed inside the heat treatment furnace 10, and the wafer support ring 18 is rotatably held in a horizontal posture by a wafer holding and rotating mechanism 20. I have. Wafer W
Are supported on the wafer support ring 18 in a horizontal posture.
Further, there is provided a wafer transfer mechanism 24 having a plurality of, for example, three support pins 22 for supporting the wafer W in contact with the lower surface of the wafer W and reciprocating vertically.

【0005】熱処理炉10の上方には、光入射窓14に
対向してランプハウス26が設けられている。ランプハ
ウス26には、同一平面内にハロゲンランプ、アークラ
ンプ等の複数のランプ28が列設されるとともに、各ラ
ンプ28ごとにリフレクタ30がそれぞれ配設されてい
る。そして、各ランプ28から放射された赤外光は、そ
れぞれリフレクタ30によって効率良く集光され、光照
射窓14を透過して熱処理炉10内へ照射される。
A lamp house 26 is provided above the heat treatment furnace 10 so as to face the light incident window 14. In the lamp house 26, a plurality of lamps 28 such as a halogen lamp and an arc lamp are arranged in the same plane, and a reflector 30 is provided for each lamp 28. Then, the infrared light emitted from each lamp 28 is efficiently condensed by the reflector 30 and transmitted through the light irradiation window 14 and irradiated into the heat treatment furnace 10.

【0006】また、熱処理炉10の内部には、ウエハ支
持リング18上に支持されたウエハWの上面に対向し
て、赤外線透過性を有する材料、例えば石英ガラスによ
って形成され複数個のガス吹出し孔34が穿設されたガ
ス流分配板32が配設されている。このガス流分配板3
2と光入射窓14との間は、窒素等の処理ガスが導入さ
れるガス導入室36となっており、ガス導入室36は、
図示しないガス導入路を通して処理ガス供給源に流路接
続されている。一方、ウエハ保持・回転機構20と熱処
理炉10の内周壁面との間に環状のガス排気路38が形
成されており、ガス排気路38は、図示しない排気口に
連通接続されている。また、熱処理炉10の内部の気密
性を高く保つために、ゲートバルブ16との当接部およ
び光入射窓14との接合部にO−リング40がそれぞれ
取り付けられている。
In the inside of the heat treatment furnace 10, a plurality of gas blowout holes made of a material having infrared transmittance, for example, quartz glass, are opposed to the upper surface of the wafer W supported on the wafer support ring 18. A gas flow distribution plate 32 having a hole 34 is provided. This gas flow distribution plate 3
Between the light entrance window 2 and the light entrance window 14, a gas introduction chamber 36 into which a processing gas such as nitrogen is introduced is provided.
The flow path is connected to a processing gas supply source through a gas introduction path (not shown). On the other hand, an annular gas exhaust path 38 is formed between the wafer holding and rotating mechanism 20 and the inner peripheral wall surface of the heat treatment furnace 10, and the gas exhaust path 38 is connected to an exhaust port (not shown). Further, in order to keep the airtightness of the inside of the heat treatment furnace 10 high, O-rings 40 are respectively attached to a contact portion with the gate valve 16 and a joint portion with the light incident window 14.

【0007】熱処理炉10の底部には、ウエハ支持リン
グ18上に支持されたウエハWの下面およびウエハ支持
リング18の下面側に対向して、複数個の温度検出器、
例えば放射温度計42a、42b、42c、42dが設
置されている。これらの放射温度計42a、42b、4
2c、42dにより、熱処理中におけるウエハWの複数
位置の温度およびウエハ支持リング18の温度がそれぞ
れ非接触で計測される。
A plurality of temperature detectors are provided at the bottom of the heat treatment furnace 10 so as to face the lower surface of the wafer W supported on the wafer support ring 18 and the lower surface of the wafer support ring 18.
For example, radiation thermometers 42a, 42b, 42c, and 42d are provided. These radiation thermometers 42a, 42b, 4
By 2c and 42d, the temperatures of a plurality of positions of the wafer W and the temperature of the wafer support ring 18 during the heat treatment are measured in a non-contact manner.

【0008】ランプハウス26は、複数の加熱ゾーンに
分かれており、加熱ゾーンごとにランプ28への供給電
力を調節することができるようになっている。また、そ
れぞれの加熱ゾーンに対応して、放射温度計42a、4
2b、42c、42dおよび制御器(図5には図示せ
ず)が設置されている。そして、図6に温度制御系のブ
ロック線図を示すように、温度制御が加熱ゾーンごとに
個別に行われるような構成となっている。
The lamp house 26 is divided into a plurality of heating zones, and the power supplied to the lamp 28 can be adjusted for each heating zone. In addition, the radiation thermometers 42a, 4a,
2b, 42c, 42d and a controller (not shown in FIG. 5) are provided. And as shown in the block diagram of the temperature control system in FIG. 6, the temperature control is performed individually for each heating zone.

【0009】また、ランプアニール装置では、図7にブ
ロック線図を示すように、放射温度計42a、42b、
42c、42dによって計測されたウエハWの温度Y
(s)と目標温度R(s)との偏差E(s)を計算し、算出され
た偏差E(s)に基づいて制御器44で制御動作を行い、
ランプ28へ供給する電力U(s)を算出する、といった
フィードバック制御が行われる(図7において、C(s)
およびG(s)は、制御器および装置(ランプおよびウエ
ハ)のそれぞれの伝達関数を示す)。制御器44として
は、図8に示すように、各時点の温度偏差e(t)に対し
て比例、積分および微分のそれぞれ演算を行い(図8に
おいて、Kp、Ki、Kdは調整のためのパラメータであ
る)、それらの演算結果を合計してランプへの供給電力
u(t)を算出するPID制御器が、従来は使用されてい
る。
In the lamp annealing apparatus, as shown in a block diagram of FIG. 7, radiation thermometers 42a, 42b,
The temperature Y of the wafer W measured by 42c and 42d
(s) and a deviation E (s) between the target temperature R (s) are calculated, and the controller 44 performs a control operation based on the calculated deviation E (s).
Feedback control such as calculating the power U (s) to be supplied to the lamp 28 is performed (C (s) in FIG. 7).
And G (s) denote the respective transfer functions of the controller and equipment (lamp and wafer). As shown in FIG. 8, the controller 44 performs proportional, integral, and derivative calculations on the temperature deviation e (t) at each time point (in FIG. 8, Kp, Ki, and Kd are used for adjustment). Conventionally, a PID controller that calculates the power u (t) supplied to the lamp by summing the results of these calculations is used.

【0010】このランプアニール装置の用途の1つとし
て、熱拡散によるpn接合の形成がある。すなわち、半
導体デバイスの高集積化を図るためには、デバイスの微
細化と共に高速動作化が重要な因子となる。例えばダイ
オードの高速動作化には、pn接合の深さを浅くする必
要があるので、ウエハに注入されたB、As、P等のイ
オンを、それが拡散しない状態で電気的に活性化させる
必要がある。そのためには、ウエハをイオンの活性化温
度まで高速で昇温させ、昇温後に、イオンが拡散しない
温度までウエハを急速に冷却させる装置が必要になる
が、この目的でランプアニール装置が使用される。特
に、ランプアニール装置を使用したスパイクアニールと
呼ばれる処理では、シーケンスが昇温と降温のみで構成
され、一定の昇温速度を維持しつつウエハを加熱し、ウ
エハが所定温度に到達すると直ちに降温を開始する。そ
して、昇温速度を一定に保つために目標温度をランプ
(Ramp;傾斜)関数で与え、PID制御による温度
管理を行っている。
One application of the lamp annealing apparatus is to form a pn junction by thermal diffusion. That is, in order to achieve high integration of a semiconductor device, high-speed operation as well as miniaturization of the device are important factors. For example, in order to increase the operation speed of a diode, it is necessary to reduce the depth of a pn junction. Therefore, it is necessary to electrically activate ions of B, As, P, etc. implanted in a wafer without diffusion. There is. For this purpose, a device is required to quickly raise the temperature of the wafer to the activation temperature of the ions and, after the temperature is raised, rapidly cool the wafer to a temperature at which the ions do not diffuse. A lamp annealing device is used for this purpose. You. In particular, in a process called spike annealing using a lamp annealing device, the sequence consists of only a temperature increase and a temperature decrease.The wafer is heated while maintaining a constant temperature increase rate, and the temperature is decreased immediately after the wafer reaches a predetermined temperature. Start. Then, in order to keep the heating rate constant, the target temperature is given by a ramp (Ramp; slope) function, and the temperature is controlled by PID control.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】一般的なPID制御器
を使用して温度制御する場合、図9の(a)に示すよう
に、目標温度がステップ(Step;段)関数で与えら
れたときは、定常偏差が0になる。ところが、図9の
(b)に示すように、目標温度がランプ関数で与えられ
たときは、定常偏差が必ず発生することになる。上記し
たスパイクアニール処理では、一定の昇温レート(℃/
sec)でウエハの加熱が行われ、従って目標温度関数
はランプ関数となる。このため、従来のようにPID制
御を行うと、必ず定常偏差が発生してしまう。
When temperature control is performed using a general PID controller, as shown in FIG. 9A, when the target temperature is given by a step function, Has a steady-state deviation of zero. However, as shown in FIG. 9B, when the target temperature is given by a ramp function, a steady-state deviation always occurs. In the above-described spike anneal processing, a constant heating rate (° C. /
In sec), the wafer is heated, so that the target temperature function becomes a ramp function. Therefore, if the PID control is performed as in the related art, a steady-state deviation always occurs.

【0012】ウエハの加熱中に定常偏差が発生すると、
昇温過程におけるウエハの温度を正確に管理することが
困難となり、次のような問題が発生する。すなわち、ウ
エハの昇温速度が目標の昇温速度と一致せず、必要な昇
温速度が得られない。この結果、熱処理品質に影響が出
る。また、加熱ゾーンごとに温度偏差が変わり、各加熱
ゾーンの温度が等しくなるように制御することが困難と
なって、加熱ゾーン間で温度のばらつきを生じる。この
結果、ウエハ面内での処理の不均一を生じ、また、スリ
ップ欠陥が発生する、といった問題点がある。
When a steady deviation occurs during the heating of the wafer,
It becomes difficult to accurately control the temperature of the wafer during the temperature raising process, and the following problem occurs. That is, the wafer heating rate does not match the target heating rate, and the required heating rate cannot be obtained. As a result, the heat treatment quality is affected. In addition, the temperature deviation changes for each heating zone, making it difficult to control the temperature of each heating zone to be equal, and causing a temperature variation between the heating zones. As a result, there is a problem that processing is uneven in a wafer surface and a slip defect occurs.

【0013】この発明は、以上のような事情に鑑みてな
されたものであり、基板を加熱して一定速度で昇温させ
るときに、定常偏差が発生せず、必要とする昇温速度が
得られるとともに、複数に分かれた各加熱ゾーンの温度
が等しくなるように制御することが可能になる基板の熱
処置装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances. When a substrate is heated and heated at a constant speed, a steady-state deviation does not occur, and a required heating speed can be obtained. It is another object of the present invention to provide a heat treatment apparatus for a substrate which can be controlled so that the temperatures of a plurality of divided heating zones are equal.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】請求項1に係る発明は、
内部に基板が搬入されて保持される熱処理炉と、この熱
処理炉内に保持された基板を加熱する加熱手段と、前記
熱処理炉内の基板の温度を計測する温度計測手段と、こ
の温度計測手段によって計測される各時点の基板の温度
と予め設定された温度昇降変化における前記時点の基板
の温度との偏差に基づいて前記加熱手段を制御する温度
制御手段と、を備えた基板の熱処理装置において、前記
温度制御手段が、開ループ伝達関数の極が0,0を持つ
ように構成された制御部を有することを特徴とする。
The invention according to claim 1 is
A heat treatment furnace in which a substrate is loaded and held therein, heating means for heating the substrate held in the heat treatment furnace, temperature measurement means for measuring the temperature of the substrate in the heat treatment furnace, and this temperature measurement means A temperature control means for controlling the heating means based on a deviation between the temperature of the substrate at each time point measured by the temperature and the temperature of the substrate at the time point in a preset temperature rise / fall change. , Wherein the temperature control means has a control unit configured such that the pole of the open loop transfer function has 0,0.

【0015】請求項2に係る発明は、請求項1記載の熱
処理装置において、前記制御部が、比例+積分+微分+
二重積分の制御動作の信号を発生するものであることを
特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the heat treatment apparatus according to the first aspect, the control unit comprises: a proportional + integral + differential +
It is characterized by generating a signal for a double integration control operation.

【0016】請求項3に係る発明は、請求項2記載の熱
処理装置において、前記制御部が、PID制御器に二重
積分器を並列に接続したものであることを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, in the heat treatment apparatus of the second aspect, the control unit is configured by connecting a double integrator to a PID controller in parallel.

【0017】請求項4に係る発明は、請求項1記載の熱
処理装置において、前記制御部が、比例+積分+二重積
分またはこれと等価の制御動作の信号を発生するもので
あることを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in the heat treatment apparatus according to the first aspect, the control section generates a signal of a proportional + integral + double integral or a control operation equivalent thereto. And

【0018】請求項5に係る発明は、請求項4記載の熱
処理装置において、前記制御部が、PI制御器に二重積
分器を並列に接続したものまたはPID制御器に積分器
を直列に接続したものであることを特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, in the heat treatment apparatus of the fourth aspect, the control unit connects a double integrator to a PI controller in parallel or connects an integrator to a PID controller in series. It is characterized by having been done.

【0019】請求項6に係る発明は、請求項1ないし請
求項5のいずれかに記載の熱処理装置において、前記熱
処理炉内の基板を一定の昇温速度で加熱するときに前記
制御部を使用するように切り替える切替え手段を備えた
ことを特徴とする。
According to a sixth aspect of the present invention, in the heat treatment apparatus according to any one of the first to fifth aspects, the control unit is used when the substrate in the heat treatment furnace is heated at a constant heating rate. Switching means for switching to perform the switching.

【0020】ここで、基板を加熱して温度を上昇させる
過程で定常偏差が発生する原因について説明する。定常
偏差が発生しない条件として、「内部モデル原理」が一
般に知られているが、内部モデル原理によると、「定常
偏差が0となるためには、開ループ伝達関数の極は、目
標入力関数の極を含まなければならない。」とされてい
る。
Here, the cause of the occurrence of the steady-state deviation in the process of heating the substrate to increase the temperature will be described. The “internal model principle” is generally known as a condition under which the steady-state error does not occur. According to the internal model principle, “in order for the steady-state error to be zero, the pole of the open-loop transfer function is Must include the poles. "

【0021】まず、開ループ伝達関数の極を求める。図
7に示したようなフィードバック制御系において、開ル
ープ伝達関数はC(s)G(s)となる。装置を一次遅れ系で
近似すると、装置の伝達関数G(s)は、 G(s)=K/(Ts+1) …(1) の式で表すことができる。(1)式中、Kはゲイン定
数、Tは時定数、sはラプラス演算子である。
First, the poles of the open loop transfer function are determined. In the feedback control system as shown in FIG. 7, the open loop transfer function is C (s) G (s). When the device is approximated by a first-order lag system, the transfer function G (s) of the device can be expressed by the following equation: G (s) = K / (Ts + 1) (1) In the equation (1), K is a gain constant, T is a time constant, and s is a Laplace operator.

【0022】また、制御器の伝達関数C(s)は、従来の
ようなPID制御器では、 C(s)=Kp+Ki×(1/s)+Kd×s =(Kp×s+Ki+Kd×s)/s …(2) となる。(1)式と(2)式から、開ループ伝達関数C
(s)G(s)は、 C(s)G(s)=〔(Kp×s+Ki+Kd×s)K〕/〔s(Ts+1)〕 …(3) となる。開ループ伝達関数の極を求めるために、(3)
式の右側計算式の分母=0と置いてsについて解くと、
s=0、s=−1/Tの2つの極を持っていることが分
かる。
Further, the controller of the transfer function C (s), in the conventional Such PID controller, C (s) = Kp + Ki × (1 / s) + Kd × s = (Kp × s + Ki + Kd × s 2) / s (2) From equations (1) and (2), the open-loop transfer function C
(s) G (s) is a C (s) G (s) = [(Kp × s + Ki + Kd × s 2) K ] / [s (Ts + 1)] ... (3). To find the pole of the open loop transfer function, (3)
Solving for s with the denominator = 0 in the right-hand side of the equation,
It can be seen that there are two poles, s = 0 and s = -1 / T.

【0023】次に、目標温度関数R(s)の極を求める。 (1)目標温度関数がステップ関数である場合は、R
(s)=1/sであるので、極はs=0である。 (2)目標温度関数がランプ関数である場合は、R(s)
=1/sであるので、極はs=0,0である。
Next, the pole of the target temperature function R (s) is obtained. (1) When the target temperature function is a step function, R
Since (s) = 1 / s, the pole is s = 0. (2) If the target temperature function is a ramp function, R (s)
Since = 1 / s 2 , the pole is s = 0,0.

【0024】目標温度関数がステップ関数である場合、
極は0であり、これは開ループ伝達関数の極0,−1/
Tに含まれている。従って、図9の(a)に示したよう
に、定常偏差は発生しない。一方、目標温度関数がラン
プ関数である場合、極は0,0であり、これらは開ルー
プ伝達関数の極0,−1/Tに含まれない。従って、P
ID制御器を使用する場合には、図9の(b)に示した
ように、定常偏差が必ず発生することになる。
When the target temperature function is a step function,
The pole is 0, which is the pole of the open loop transfer function 0, -1 /
T. Therefore, no steady-state deviation occurs as shown in FIG. On the other hand, if the target temperature function is a ramp function, the poles are 0,0, which are not included in poles 0, -1 / T of the open loop transfer function. Therefore, P
When an ID controller is used, a steady-state deviation always occurs, as shown in FIG.

【0025】以上の考察から、目標温度関数がランプ関
数である場合に、定常偏差が発生しないようにするため
には、開ループ伝達関数の極が0,0を持つことが必要
であり、そのために、制御器の伝達関数C(s)の分母の
次数を上げる必要があることが分かる。
From the above considerations, when the target temperature function is a ramp function, the poles of the open loop transfer function need to have 0,0 in order to prevent the occurrence of the steady-state deviation. It can be seen that it is necessary to increase the order of the denominator of the transfer function C (s) of the controller.

【0026】請求項1に係る発明の基板の熱処理装置に
おいては、開ループ伝達関数の極が0,0を持つように
構成された制御部を有する温度制御手段により、基板の
温度が予め設定された昇降変化となるように加熱手段が
制御される。従って、開ループ伝達関数の極が、ランプ
関数である目標温度関数の極を全て含み、「内部モデル
原理」の条件を満たすので、基板を加熱して一定速度で
昇温させる過程で、定常偏差が発生することがない。
In the substrate heat treatment apparatus according to the first aspect of the present invention, the temperature of the substrate is set in advance by temperature control means having a control unit configured so that the pole of the open loop transfer function has 0,0. The heating means is controlled so as to cause the vertical change. Therefore, the poles of the open-loop transfer function include all the poles of the target temperature function, which is a ramp function, and satisfy the conditions of the “internal model principle”. Does not occur.

【0027】請求項2ないし請求項5に係る各発明の熱
処理装置では、開ループ伝達関数の極が0,0を持つよ
うに制御部が構成されている。
In the heat treatment apparatus according to each of the second to fifth aspects of the present invention, the control unit is configured so that the pole of the open loop transfer function has 0,0.

【0028】請求項6に係る発明の熱処理装置では、熱
処理炉内の基板を一定の昇温速度で加熱するとき、すな
わち、目標温度がランプ関数で与えられるときに、切替
え手段により、開ループ伝達関数の極が0,0を持つよ
うに構成された制御部が用いられるように切り替えられ
るので、そのときには定常偏差が発生しない。それ以外
のときは、PID制御等により基板の温度管理を行うよ
うにすればよい。
In the heat treatment apparatus according to the present invention, when the substrate in the heat treatment furnace is heated at a constant heating rate, that is, when the target temperature is given by a ramp function, the open-loop transmission is performed by the switching means. Since the switching is performed so that the control unit configured so that the pole of the function has 0,0 is used, no steady-state error occurs at that time. In other cases, the temperature of the substrate may be controlled by PID control or the like.

【0029】[0029]

【発明の実施の形態】以下、この発明の好適な実施形態
について図面を参照しながら説明する。
Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0030】この発明は、例えば図5ないし図7に示し
たようなランプアニール装置に適用される。ランプアニ
ール装置の構成については、上述したので、ここでは説
明を省略する。
The present invention is applied to a lamp annealing apparatus as shown in FIGS. 5 to 7, for example. Since the configuration of the lamp annealing apparatus has been described above, the description is omitted here.

【0031】この発明に係るランプアニール装置では、
図7に示したようなフィードバック制御系において開ル
ープ伝達関数が0,0を持つように構成された制御器4
4が使用される。具体的には、図1に示すように、既存
のPID制御器に二重積分器を並列に接続して制御器4
4が構成されている。二重積分器は、2つの積分器を直
列に接続したものである。このような制御器の伝達関数
は、 C(s)=Kp+Ki×(1/s)+Ki2×(1/S)+Kd×s =(Kp×s+Ki×s+Ki2+Kd×s)/s …(4) となる。上記した(1)式と(4)式から、開ループ伝
達関数C(s)G(s)は、 C(s)G(s)=〔(Kp×s+Ki×s+Ki2+Kd×s)K〕 /〔s(Ts+1)〕 …(5) となる。(5)式中、Ki2は、二重積分器の調整のため
のパラメータである。
In the lamp annealing apparatus according to the present invention,
A controller 4 configured such that the open-loop transfer function has 0,0 in a feedback control system as shown in FIG.
4 is used. Specifically, as shown in FIG. 1, a double integrator is connected in parallel to an existing PID controller, and the controller 4
4 are configured. The double integrator is obtained by connecting two integrators in series. The transfer function of such a controller, C (s) = Kp + Ki × (1 / s) + Ki2 × (1 / S 2) + Kd × s = (Kp × s 2 + Ki × s + Ki2 + Kd × s 3) / s 2 ... (4) Above (1) and equation (4), the open loop transfer function C (s) G (s) is, C (s) G (s) = [(Kp × s 2 + Ki × s + Ki2 + Kd × s 3) K ] / [S 2 (Ts + 1)] (5) In the equation (5), Ki2 is a parameter for adjusting the double integrator.

【0032】(5)式の右側計算式の分母=0と置いて
開ループ伝達関数の極を求めると、s=0,0,−1/
Tとなる。これらはランプ関数の極0,0の全てを含む
ので、一定の昇温速度でウエハを加熱する過程において
定常偏差は発生しない。このように温度偏差が無くなる
ことにより、目標温度とウエハ温度とは一致し、また、
複数の加熱ゾーン間での温度差も無くなる。従って、目
標昇温レートが一定に保たれ、また、ウエハ処理におい
て高い面内均一性が得られる。
When the pole of the open loop transfer function is obtained by setting the denominator of the right side of the equation (5) to 0, s = 0, 0, -1 /
It becomes T. Since these include all of the poles 0 and 0 of the ramp function, no steady-state deviation occurs in the process of heating the wafer at a constant heating rate. By eliminating the temperature deviation in this way, the target temperature matches the wafer temperature, and
The temperature difference between a plurality of heating zones is also eliminated. Therefore, the target heating rate is kept constant, and high in-plane uniformity is obtained in wafer processing.

【0033】図2の(a)に目標温度の直線変化を示
し、(b)に、従来装置のPID制御器に対するシミュ
レーション結果を、(c)に、本発明に係る装置の制御
器に対するシミュレーション結果をそれぞれ示す。シミ
ュレーションの条件としては、500℃の温度から制御
を開始し、100℃/secの昇温レートを保ちながら
1100℃の温度までウエハを加熱した。図2の(b)
に示すように、従来装置のPID制御器では、定常状態
において目標温度とウエハ温度との間に5℃近い偏差が
発生しているのに対し、本発明に係る装置の制御器で
は、定常偏差は発生していない。
FIG. 2A shows a linear change in the target temperature, FIG. 2B shows a simulation result for the PID controller of the conventional apparatus, and FIG. 2C shows a simulation result for the controller of the apparatus according to the present invention. Are respectively shown. As the simulation conditions, the control was started at a temperature of 500 ° C., and the wafer was heated to a temperature of 1100 ° C. while maintaining a rate of temperature increase of 100 ° C./sec. FIG. 2 (b)
As shown in the figure, in the PID controller of the conventional apparatus, a deviation close to 5 ° C. occurs between the target temperature and the wafer temperature in the steady state, whereas in the controller of the apparatus according to the present invention, the stationary deviation Has not occurred.

【0034】また、開ループ伝達関数が0,0を持つよ
うに構成された制御器として、図3に示すように、PI
D制御器に積分器を直列に接続したものや、図4に示す
ように、PI制御器に二重積分器を並列に接続したもの
(これは図3に示したものと等価である)を使用するこ
とができる。
As a controller configured so that the open-loop transfer function has 0,0, as shown in FIG.
One in which an integrator is connected in series to a D controller, or one in which a double integrator is connected in parallel to a PI controller as shown in FIG. 4 (this is equivalent to the one shown in FIG. 3) Can be used.

【0035】なお、上記した実施形態では、PID制御
器や二重積分器等を使用してフィードバック制御系を構
成しているが、同様の制御動作を行わせるようにプログ
ラミングしたマイコンを使用して制御部を構成するよう
にしてもよい。
In the above-described embodiment, the feedback control system is constituted by using the PID controller, the double integrator, and the like. However, the microcomputer is programmed to perform the same control operation. You may make it comprise a control part.

【0036】[0036]

【発明の効果】請求項1に係る発明の基板の熱処理装置
を使用すると、基板を加熱して一定速度で昇温させると
きに、定常偏差が発生しないので、昇温過程における基
板の温度を正確に管理することができる。このため、必
要とする昇温速度が得られることになり、熱処理品質を
向上させることができる。また、複数に分かれた各加熱
ゾーンの温度が等しくなるように制御することが可能に
なり、基板面内での処理の均一性を向上させることがで
き、また、スリップ欠陥の発生を防止することができ
る。
When the substrate heat treatment apparatus according to the first aspect of the present invention is used, no steady-state deviation occurs when the substrate is heated and heated at a constant speed, so that the temperature of the substrate during the temperature rising process can be accurately determined. Can be managed. For this reason, a required temperature rising rate can be obtained, and the quality of the heat treatment can be improved. Further, it is possible to control the temperature of each of the plurality of divided heating zones to be equal, to improve the uniformity of the processing on the substrate surface, and to prevent the occurrence of slip defects. Can be.

【0037】請求項2ないし請求項5に係る各発明の熱
処理装置では、請求項1に係る発明の上記効果が確実に
得られる。
In the heat treatment apparatuses according to the second to fifth aspects of the present invention, the above effects of the first aspect of the invention can be reliably obtained.

【0038】請求項6に係る発明の熱処理装置では、基
板を一定の昇温速度で加熱するときに、定常偏差が発生
しないように温度管理することができ、それ以外のとき
は、PID制御等によりそれぞれ必要とする温度管理を
行うことができる。
In the heat treatment apparatus according to the sixth aspect of the invention, when the substrate is heated at a constant heating rate, the temperature can be controlled so as not to cause a steady-state deviation. Thus, the required temperature management can be performed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明の実施形態の1例を示し、ランプアニ
ール装置に使用される制御器の構成例を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing an example of an embodiment of the present invention and showing a configuration example of a controller used in a lamp annealing apparatus.

【図2】従来装置のPID制御器による温度制御の動作
と本発明に係る装置の制御器による温度制御の動作との
違いを説明するための図であって、(a)は、目標温度
の直線変化を示し、(b)は、従来装置のPID制御器
に対するシミュレーション結果を示し、(c)は、本発
明に係る装置の制御器に対するシミュレーション結果を
示す。
FIG. 2 is a diagram for explaining a difference between an operation of temperature control by a PID controller of a conventional device and an operation of temperature control by a controller of the device according to the present invention. (B) shows a simulation result for the PID controller of the conventional device, and (c) shows a simulation result for the controller of the device according to the present invention.

【図3】この発明の別の実施形態を示す制御器の構成図
である。
FIG. 3 is a configuration diagram of a controller showing another embodiment of the present invention.

【図4】この発明のさらに別の実施形態を示す制御器の
構成図である。
FIG. 4 is a configuration diagram of a controller showing still another embodiment of the present invention.

【図5】熱処理装置の1つであるランプアニール装置の
構成の1例を示す概略側断面図である。
FIG. 5 is a schematic side sectional view showing an example of a configuration of a lamp annealing apparatus which is one of the heat treatment apparatuses.

【図6】図5に示したランプアニール装置の温度制御系
の1例を示すブロック線図である。
FIG. 6 is a block diagram showing an example of a temperature control system of the lamp annealing apparatus shown in FIG.

【図7】ランプアニール装置におけるフィードバック制
御系を示すブロック線図である。
FIG. 7 is a block diagram showing a feedback control system in the lamp annealing apparatus.

【図8】従来のランプアニール装置に使用されるPID
制御器の構成図である
FIG. 8 shows a PID used in a conventional lamp annealing apparatus.
It is a block diagram of a controller.

【図9】PID制御器を使用して温度制御する場合に発
生する定常偏差について説明するための図であって、
(a)は、目標温度がステップ関数で与えられたときに
は定常偏差が0になることを示し、(b)は、目標温度
がランプ関数で与えられたときには定常偏差が必ず発生
することを示す。
FIG. 9 is a diagram for explaining a steady-state deviation that occurs when temperature control is performed using a PID controller,
(A) shows that the steady-state error becomes 0 when the target temperature is given by the step function, and (b) shows that the steady-state error always occurs when the target temperature is given by the ramp function.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 熱処理炉 14 光入射窓 18 ウエハ支持リング 28 ランプ 42a、42b、42c 放射温度計 44 制御器 W ウエハ Reference Signs List 10 heat treatment furnace 14 light entrance window 18 wafer support ring 28 lamp 42a, 42b, 42c radiation thermometer 44 controller W wafer

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 内部に基板が搬入されて保持される熱処
理炉と、 この熱処理炉内に保持された基板を加熱する加熱手段
と、 前記熱処理炉内の基板の温度を計測する温度計測手段
と、 この温度計測手段によって計測される各時点の基板の温
度と予め設定された温度昇降変化における前記時点の基
板の温度との偏差に基づいて前記加熱手段を制御する温
度制御手段と、を備えた基板の熱処理装置において、 前記温度制御手段が、開ループ伝達関数の極が0,0を
持つように構成された制御部を有することを特徴とする
基板の熱処理装置。
1. A heat treatment furnace in which a substrate is loaded and held therein, a heating means for heating the substrate held in the heat treatment furnace, and a temperature measurement means for measuring the temperature of the substrate in the heat treatment furnace Temperature control means for controlling the heating means based on a difference between the substrate temperature at each time point measured by the temperature measurement means and the substrate temperature at the time point in a preset temperature rise / fall change. An apparatus for heat treating a substrate, wherein the temperature control means has a controller configured so that a pole of an open loop transfer function has 0,0.
【請求項2】 前記制御部が、比例+積分+微分+二重
積分の制御動作の信号を発生するものである請求項1記
載の基板の熱処理装置。
2. The heat treatment apparatus for a substrate according to claim 1, wherein the control unit generates a signal for a control operation of proportional + integral + differential + double integral.
【請求項3】 前記制御部が、PID制御器に二重積分
器を並列に接続したものである請求項2記載の基板の熱
処理装置。
3. The substrate heat treatment apparatus according to claim 2, wherein the control unit is configured by connecting a double integrator to a PID controller in parallel.
【請求項4】 前記制御部が、比例+積分+二重積分ま
たはこれと等価の制御動作の信号を発生するものである
請求項1記載の基板の熱処理装置。
4. The substrate heat treatment apparatus according to claim 1, wherein the control unit generates a signal of a proportional + integral + double integral or control operation equivalent thereto.
【請求項5】 前記制御部が、PI制御器に二重積分器
を並列に接続したものまたはPID制御器に積分器を直
列に接続したものである請求項4記載の基板の熱処理装
置。
5. The heat treatment apparatus for a substrate according to claim 4, wherein the control unit is configured by connecting a double integrator to a PI controller in parallel or by connecting an integrator to a PID controller in series.
【請求項6】 前記熱処理炉内の基板を一定の昇温速度
で加熱するときに前記制御部を使用するように切り替え
る切替え手段を備えた請求項1ないし請求項5のいずれ
かに記載の基板の熱処理装置。
6. The substrate according to claim 1, further comprising a switching unit configured to switch the control unit to be used when the substrate in the heat treatment furnace is heated at a constant heating rate. Heat treatment equipment.
JP2001160981A 2001-05-29 2001-05-29 Heat treatment device for substrate Pending JP2002353158A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001160981A JP2002353158A (en) 2001-05-29 2001-05-29 Heat treatment device for substrate

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001160981A JP2002353158A (en) 2001-05-29 2001-05-29 Heat treatment device for substrate

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2002353158A true JP2002353158A (en) 2002-12-06

Family

ID=19004324

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001160981A Pending JP2002353158A (en) 2001-05-29 2001-05-29 Heat treatment device for substrate

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2002353158A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005079336A (en) * 2003-08-29 2005-03-24 Toshiba Corp Heat treatment apparatus, heat treatment method and method for manufacturing semiconductor device
JP2008182228A (en) * 2007-01-15 2008-08-07 Applied Materials Inc Temperature measurement and control of wafer support in thermal processing chamber
CN111383960A (en) * 2018-12-28 2020-07-07 细美事有限公司 Apparatus and method for processing substrate

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005079336A (en) * 2003-08-29 2005-03-24 Toshiba Corp Heat treatment apparatus, heat treatment method and method for manufacturing semiconductor device
JP2008182228A (en) * 2007-01-15 2008-08-07 Applied Materials Inc Temperature measurement and control of wafer support in thermal processing chamber
CN111383960A (en) * 2018-12-28 2020-07-07 细美事有限公司 Apparatus and method for processing substrate

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101624984B1 (en) Temperature measurement and control of wafer support in thermal processing chamber
KR100424056B1 (en) Furnace sidewall temperature control system
JP6239559B2 (en) Apparatus and method for improving cool down of a radiantly heated substrate
US7977258B2 (en) Method and system for thermally processing a plurality of wafer-shaped objects
US20060228818A1 (en) Edge temperature compensation in thermal processing particularly useful for SOI wafers
JP5054275B2 (en) Temperature control of single-wafer semiconductor substrate processing reactor
JP2000286267A (en) Heat treatment method
JPH10107018A (en) Semiconductor wafer heat treatment apparatus
US11289344B2 (en) Heat treatment method and heat treatment apparatus for managing dummy wafer
TWI793283B (en) Support plate for localized heating in thermal processing systems
JP3795788B2 (en) Substrate heat treatment method
US11276575B2 (en) Light irradiation type heat treatment method and heat treatment apparatus
JP2002353158A (en) Heat treatment device for substrate
US20200196389A1 (en) Light irradiation type heat treatment method and heat treatment apparatus
US20220195601A1 (en) Workpiece Processing Apparatus with Gas Showerhead Assembly
JP4079582B2 (en) Heat treatment apparatus and heat treatment method
US20220187021A1 (en) Workpiece Processing Apparatus with Thermal Processing Systems
US11164761B2 (en) Heat treatment method and heat treatment apparatus of light irradiation type
JPH1097999A (en) Heating device, processing device, heating method and processing method
JPS60137027A (en) Optical irradiation heating method
JP3671142B2 (en) Light irradiation type heat treatment equipment for substrates
JP2003124134A (en) System and method for heat treatment
JP2002134491A (en) Heat treatment apparatus
JP4391734B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
JP2002198320A (en) Heat treatment apparatus and its method, and method for manufacturing semiconductor device