JP2530124B2 - Lamp annealing furnace temperature control device - Google Patents

Lamp annealing furnace temperature control device

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JP2530124B2
JP2530124B2 JP61106729A JP10672986A JP2530124B2 JP 2530124 B2 JP2530124 B2 JP 2530124B2 JP 61106729 A JP61106729 A JP 61106729A JP 10672986 A JP10672986 A JP 10672986A JP 2530124 B2 JP2530124 B2 JP 2530124B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体のウエーハプロセスにおけるイオン
注入層の活性化、リンシリケートガラスのリフロー、金
属のアニール、Siと金属のオーミツクコンタクトの形成
等に使用されるランプアニール炉(光加熱装置)の温度
制御装置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application] The present invention is directed to activation of an ion implantation layer in a semiconductor wafer process, reflow of phosphosilicate glass, annealing of metal, formation of ohmic contact between Si and metal, etc. The present invention relates to a temperature control device for a lamp annealing furnace (light heating device) used in.

〔従来の技術〕 従来のランプアニール炉は、第10図に示すように平板
状反射板1に面して、棒状のタングステン・ハロゲンラ
ンプ(以下ランプと略称する)2,2‥‥が平行に配置さ
れ(反射板1の表面は、反射効果を高めるため、各ラン
プに対して曲面状に加工してもよい。)、この反射板と
ランプ2の組が上下或いは左右に離間して設置され、そ
れらの間に石英ガラス製のプロセスチユーブが配置され
たものである。
[Prior Art] In a conventional lamp annealing furnace, rod-shaped tungsten halogen lamps (hereinafter abbreviated as lamps) 2, 2 ... The reflecting plate 1 and the lamp 2 are arranged apart from each other (the surface of the reflecting plate 1 may be processed into a curved surface for each lamp in order to enhance the reflection effect). , A quartz glass process tube is arranged between them.

イオン注入された半導体ウエーハ4は、プロセスチユ
ーブ3内に収容された石英製サセプタ5上に載置され、
この状態でランプ2を照射して加熱される。一方、プロ
セスチユーブ3とふた6とからなる処理用空間には処理
用ガスの導入排出が行われ、ウエーハ4が処理される。
The ion-implanted semiconductor wafer 4 is placed on the quartz susceptor 5 housed in the process tube 3,
In this state, the lamp 2 is irradiated and heated. On the other hand, a processing gas is introduced into and discharged from the processing space formed by the process tube 3 and the lid 6, and the wafer 4 is processed.

第11図はウエーハの加熱処理におけるウエーハ温度の
目標パターンの一例で、ウエーハの温度は温度上昇開始
後約8秒で約1000℃の定温域に達し、同じく約30秒後か
ら徐々に冷却する。このパターンはランプ出力を制御す
ることによつて得られる。
FIG. 11 shows an example of a target pattern of the wafer temperature in the heat treatment of the wafer. The temperature of the wafer reaches a constant temperature range of about 1000 ° C. about 8 seconds after the temperature starts to be increased, and the wafer is gradually cooled after about 30 seconds. This pattern is obtained by controlling the lamp output.

ところで、ランプ出力の制御方式には開ループ制御方
式と閉ループ制御方式とがあり、各々つぎのように実施
される。
By the way, there are an open-loop control method and a closed-loop control method as the lamp output control methods, each of which is implemented as follows.

1) 開ループ制御方式 実験的に求められたランプ出力パターンに従つて実施
される制御方式で、例えば第12図に示すように、ランプ
出力を最初は大きく、一定時間後はそれより小さくかつ
漸減するように制御する。
1) Open loop control method This is a control method that is implemented according to the experimentally obtained lamp output pattern. For example, as shown in Fig. 12, the lamp output is initially large, and after a certain time it is smaller and gradually decreases. Control to do.

2) 閉ループ制御方式 熱電対などの温度センサをウエーハに接触させ、ウエ
ーハの温度を測定しながらランプ出力を目標のパターン
に合致させるように制御する。
2) Closed loop control method A temperature sensor such as a thermocouple is brought into contact with the wafer, and the lamp output is controlled to match the target pattern while measuring the temperature of the wafer.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

従来のランプアニール炉の温度制御装置において、ラ
ンプ出力は上記の2方式のいずれかに従つて制御されて
いたが、それらの方式は下記のような問題を含んでい
た。
In the conventional temperature control device for the lamp annealing furnace, the lamp output was controlled according to either of the above two methods, but those methods had the following problems.

1) 開ループ制御方式における問題点 ウエーハ温度はランプより与えられるエネルギによつ
て決定されるが、 a) ウエーハ初期温度、吸収率が異なると同一のエネ
ルギを与えても温度上昇の状態が異なり、被加熱物が或
る温度に達する時間は様々に変化する。すなわち、制御
対象の状態は時々刻々変化するので、再現性のよいパタ
ーンを達成することはできない。
1) Problems in open-loop control system The wafer temperature is determined by the energy given by the lamp. A) If the wafer initial temperature and absorption rate are different, the temperature rise state will be different even if the same energy is given, The time when the object to be heated reaches a certain temperature varies variously. That is, since the state of the controlled object changes from moment to moment, a pattern with good reproducibility cannot be achieved.

b) プロセスチユーブや処理用ガスの初期温度が異な
ると同一のエネルギを与えても温度上昇の状態が異な
る。
b) If the initial temperature of the process tube or the processing gas is different, the temperature rise state is different even if the same energy is applied.

等の理由により、第11図に示すような目標パターンを得
ることができなかつた。
For the above reasons, the target pattern as shown in FIG. 11 could not be obtained.

2) 熱電対を用いた閉ループ制御方式における問題点 熱電対を用いて物体の温度を測定する場合、熱電対と
物体とが熱平衡に達していることが前提となるが、ラン
プアニール炉による加熱ではウエーハの温度上昇が短時
間で行われ、熱電対とウエーハは熱平衡に達せず、熱電
対は正確なウエーハ温度を示さない。
2) Problems in closed-loop control method using thermocouples When measuring the temperature of an object using a thermocouple, it is premised that the thermocouple and the object have reached thermal equilibrium. The temperature of the wafer rises in a short time, the thermocouple and the wafer do not reach thermal equilibrium, and the thermocouple does not show the accurate wafer temperature.

したがつて、熱電対の出力を基にランプの出力を制御
して目標パターンに合致した熱電対出力を得たとして
も、それは熱電対の温度を制御しただけのことで、実際
のウエーハ温度のパターンは目標パターンに合致しない
ことになる。
Therefore, even if the lamp output is controlled based on the thermocouple output to obtain a thermocouple output that matches the target pattern, it only controls the thermocouple temperature. The pattern will not match the target pattern.

そこで、開ループ制御方式および熱電対を用いた閉ル
ープ制御方式における上記の問題点を回避するため、熱
平衡のための時間を必要としない放射温度計を使用し、
ウエーハ温度を測定しながらランプ出力を目標パターン
に従つて制御しようとすると、下記のような問題点が起
こつてくる。
Therefore, in order to avoid the above problems in the open loop control system and the closed loop control system using a thermocouple, a radiation thermometer that does not require time for thermal equilibrium is used,
If the lamp output is controlled according to the target pattern while measuring the wafer temperature, the following problems will occur.

3) 放射温度計を用いた閉ループ制御方式における問
題点 放射温度計で物体の温度を測定する場合、被測定物が
その波長帯の温度で不透明で、測定物体の周りに熱放射
がない場合は問題がないが、ランプアニール炉の処理対
象の一つであるSiは赤外領域(500℃位まで)で、半透
明物体であり、またプロセースチユーブ自体も温度が上
昇するので、そこからの熱放射が測定物(Si)を通過し
て放射温度計に入射する。その結果放射温度は被測定物
の温度を正確に指示しない。
3) Problems in closed-loop control method using radiation thermometer When measuring the temperature of an object with a radiation thermometer, if the object to be measured is opaque at the temperature of its wavelength band and there is no heat radiation around the object to be measured. Although there is no problem, Si, which is one of the objects to be processed in the lamp annealing furnace, is a semi-transparent object in the infrared region (up to about 500 ° C), and the temperature of the process tube itself rises. Thermal radiation passes through the measurement object (Si) and enters the radiation thermometer. As a result, the radiation temperature does not accurately indicate the temperature of the object to be measured.

また一般的に放射温度計の測定範囲には限界があり、
被測定物の昇温過程の全域にわたつて測定することは困
難である。
Generally, there is a limit to the measurement range of the radiation thermometer,
It is difficult to perform measurement over the entire temperature rising process of the measured object.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明によれば、ランプアニール炉の温度制御装置
を、被加熱体を加熱するランプ群、ランプ出力を制御す
るサイリスタ制御装置などのランプ出力制御装置、被加
熱体の温度を測定する放射温度計、プロセスチユーブの
壁面温度を測定する熱電対、放射温度計及び熱電対の出
力を受けランプ出力制御装置に信号を送出する演算装置
から構成し、加熱開始時点に目標とする温度に関連しか
つプロセスチユーブの温度により補正された一定のラン
プ出力を行い、所定の閉ループ制御開始温度に達するま
では一定値を維持するか、あるいは予め定めたパターン
に従つてランプ出力を制御し(開ループ制御)、それ以
降は目標のパターンに一致させるようにランプ出力を制
御する(閉ループ制御)ことにより、開ループ制御の際
の誤差を少なくするとともに、放射温度計の出力が一定
値に達するまでの時間を一定にすることができる。
According to the present invention, a temperature control device for a lamp annealing furnace includes a lamp group for heating a heated object, a lamp output control device such as a thyristor control device for controlling a lamp output, and a radiation thermometer for measuring the temperature of the heated object. , A thermocouple for measuring the wall temperature of the process tube, a radiation thermometer, and an arithmetic unit for sending a signal to the lamp output control unit in response to the output of the thermocouple and relating to the target temperature at the start of heating and the process. Performs a constant lamp output corrected by the temperature of the tube and maintains a constant value until a predetermined closed loop control start temperature is reached, or controls the lamp output according to a predetermined pattern (open loop control), After that, by controlling the lamp output so that it matches the target pattern (closed loop control), the error during open loop control can be reduced. Moni, can be kept constant the time until the output of the radiation thermometer reaches a certain value.

〔実施例〕〔Example〕

第1図はランプアニール炉における放射温度計9およ
び熱電対10の設置状況を示す縦断側面図である。ランプ
アニール炉は第10図を参照して説明した従来の炉と同様
に、平板状反射面1とランプ2の組が上下または左右に
離間して設置され、それらの間にプロセスチユーブ3が
配置され、さらにその中にウエーハ4を載置したサセプ
タ5が収容されたものである。
FIG. 1 is a vertical cross-sectional side view showing an installation state of a radiation thermometer 9 and a thermocouple 10 in a lamp annealing furnace. Similar to the conventional furnace described with reference to FIG. 10, the lamp annealing furnace is provided with a pair of the flat reflecting surface 1 and the lamp 2 which are vertically or horizontally separated from each other, and the process tube 3 is arranged between them. In addition, the susceptor 5 on which the wafer 4 is placed is housed therein.

ウエーハの温度を測定するため、プロセスチユーブ3
の側面の開口には中空管が溶接され、その他端は取付具
8を介して放射温度計9に連結され、放射温度計9は、
プロセスチユーブ3の前記開口から中空管7を通して、
半導体ウエーハ4からの放射光を受光するようになつて
いる。
Process tube 3 to measure the temperature of the wafer
A hollow tube is welded to the opening on the side surface of the, and the other end is connected to a radiation thermometer 9 through a fixture 8, and the radiation thermometer 9 is
From the opening of the process tube 3 through the hollow tube 7,
The light emitted from the semiconductor wafer 4 is received.

第2図は下記に説明するような、目標パターンの一例
を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing an example of a target pattern as described below.

第3図は半導体ウエーハ4の温度を制御する温度制御
装置のブロツク図である。温度制御装置は、放射温度
計、プロセスチユーブ壁面温度を測定する熱電対、演算
装置、ランプ出力制御装置およびランプ群より構成さ
れ、各ブロックの機能はつぎのとおりである。
FIG. 3 is a block diagram of a temperature control device for controlling the temperature of the semiconductor wafer 4. The temperature controller comprises a radiation thermometer, a thermocouple for measuring the wall temperature of the process tube, an arithmetic unit, a lamp output controller and a lamp group, and the function of each block is as follows.

1) 放射温度計 半導体ウエーハ4の放射光を受光し、ウエーハ温度に
対応した信号を出力する。
1) Radiation thermometer The radiation light of the semiconductor wafer 4 is received and a signal corresponding to the wafer temperature is output.

2) 熱電対 プロセスチユーブ3の壁面に対応した信号を出力す
る。
2) Output a signal corresponding to the wall surface of the thermocouple process tube 3.

3) 演算装置 放射温度計9の出力が一定値に達するまでは、ランプ
群が一定の出力か或いは予め定めたパターンに従つた出
力を発生するようにランプ出力制御装置を制御する。加
熱開始時点のプロセスチユーブの壁面温度により、目標
とする温度に関連して定めた一定のランプ出力を補正
し、放射温度計9の出力が一定値に達するまでの時間が
一定となるようにランプ出力制御装置を制御する。
3) Arithmetic device Until the output of the radiation thermometer 9 reaches a constant value, the lamp output control device is controlled so that the lamp group generates a constant output or an output according to a predetermined pattern. The temperature of the wall surface of the process tube at the start of heating corrects the constant lamp output determined in relation to the target temperature, so that the time until the output of the radiation thermometer 9 reaches a constant value becomes constant. Control the output controller.

放射温度計の出力が一定値に達した以降は、目標のパ
ターンに一致させるようにランプ出力制御装置を制御す
る。
After the output of the radiation thermometer reaches a constant value, the lamp output control device is controlled so as to match the target pattern.

4) ランプ出力制御装置 演算装置の指示に従つてランプ群の出力を制御する
が、具体的にはサイリスタやトライアツクによつてラン
プの電流を制御する。
4) Lamp output control device The output of the lamp group is controlled according to the instruction of the arithmetic device, and specifically, the current of the lamp is controlled by a thyristor or a triac.

第4図は上述3)項の機能を実現するための演算装置
の回路図を示すもので、以下主な機能部の構成と動作を
説明する。
FIG. 4 shows a circuit diagram of an arithmetic unit for realizing the function of the above item 3), and the configuration and operation of main functional parts will be described below.

1) 処理選択スイツチ 第2図に示したような処理パターンがメモリ(ROM)
内に複数個準備されており、このスイツチにより処理パ
ターンの選択が行われる。第2図に示されたパターン
は、閉ループ開始温度T1から約t1秒後に定温域温度T2
達し、t2秒後から温度が漸減するパターンである。
1) Process selection switch The process pattern shown in Fig. 2 is a memory (ROM).
A plurality of processing patterns are prepared in the inside, and a processing pattern is selected by this switch. The pattern shown in FIG. 2 is a pattern in which the temperature reaches the constant temperature region temperature T 2 about t 1 seconds after the closed loop start temperature T 1 and the temperature gradually decreases after t 2 seconds.

2) メモリ(ROM) 処理パターンに関するデータが記憶されており、アド
レスバスの下位12Bitはカウンタより、上位4Bitはエン
コーダよりそれぞれアクセスされる。従つて16種類のパ
ターンが記憶可能である。
2) Memory (ROM) Stores data related to processing patterns. The lower 12 bits of the address bus are accessed by the counter and the upper 4 bits are accessed by the encoder. Therefore, 16 types of patterns can be stored.

3) エンコーダ 16個の処理選択スイツチのオン、オフ状態を4Bitデー
タに接続する。出力はメモリ(ROM)上位4Bitに接続さ
れる。
3) Connect the ON / OFF status of the 16 processing selection switches of the encoder to the 4-bit data. The output is connected to the upper 4 bits of the memory (ROM).

4) カウンタ クロツク発生器からゲートを介してクロツク信号を受
けカウントアツプする。12Bitのカウンタで出力はメモ
リ(ROM)のアドレスバス下位12Bitに接続される。なお
スタートスイツチが押されたときにタイミング制御回路
が発する信号により0クリアされる。
4) Counter Receives a clock signal from the clock generator through the gate and counts up. The output of the 12-bit counter is connected to the lower 12 bits of the address bus of the memory (ROM). When the start switch is pressed, it is cleared to 0 by the signal issued by the timing control circuit.

5) コンパレータ 放射温度計の出力信号がアンプを経て入力され、アナ
ログスイツチ1より送られてきた信号(基準信号と呼
ぶ)と比較される。
5) Comparator The output signal of the radiation thermometer is input through the amplifier and compared with the signal sent from the analog switch 1 (referred to as a reference signal).

放射温度計の信号が基準信号より小さい場合は論理レ
ベルLの信号を、大きい場合はHの信号をタイミング制
御回路に送る。
When the signal of the radiation thermometer is smaller than the reference signal, a signal of logic level L is sent to the timing control circuit, and when it is larger, it is sent to the timing control circuit.

6) アナログスイツチ1 入力に接続されたポテンシヨメータは、16種類の処理
パターンにそれぞれ対応して定められた閉ループ制御開
始温度に対応する電圧に設定されている。そして、エン
コーダの4Bitのデータに従つて16種類から1つを選び出
してその電圧をコンパレータに送る。
6) The potentiometer connected to the analog switch 1 input is set to the voltage corresponding to the closed-loop control start temperature defined for each of the 16 types of processing patterns. Then, one of 16 types is selected according to the 4-bit data of the encoder and the voltage is sent to the comparator.

7) アナログスイツチ2 入力に接続されたポテンシヨメータは、16種類の処理
パターンの選定処理温度に対応した電圧に設定されてい
る。そして、エンコーダの4Bitのデータに従つて16種類
から1つを選び出してその電圧をiP演算器に送る。
7) The potentiometer connected to the analog switch 2 input is set to the voltage corresponding to the selected processing temperature of 16 types of processing patterns. Then, one of 16 types is selected according to the 4-bit data of the encoder and the voltage is sent to the iP calculator.

8) PiD演算器 目標とする温度パターンに対応したD/Aコンバータの
出力電圧と放射温度計の出力電圧との差に対してPiD演
算を行い、ランプ出力制御装置にアナログスイツチ3を
経て出力する。
8) PiD calculator Performs PiD calculation for the difference between the output voltage of the D / A converter corresponding to the target temperature pattern and the output voltage of the radiation thermometer, and outputs it to the lamp output control device via the analog switch 3. .

9) iP演算器 加熱開始時に目標とする温度に関して定められた一定
のランプ出力に対応したD/Aコンバータの出力電圧とプ
ロセスチユーブの壁面温度に対応する熱電対の起電力に
より、加熱開始時に出力するランプ出力を決定する演算
を行い、ランプ出力制御装置にアナログスイツチ3を経
て出力する。
9) iP calculator Output at the start of heating by the output voltage of the D / A converter corresponding to the fixed lamp output that is set for the target temperature at the start of heating and the electromotive force of the thermocouple corresponding to the wall temperature of the process tube. The calculation for determining the lamp output to be performed is performed, and the output is output to the lamp output control device through the analog switch 3.

10) アナログスイツチ3 タイミング制御回路の指示に従つてiP演算器の出力、
PiD演算器の出力またはグランドレベル0Vを出力する。
10) Analog switch 3 Output of iP calculator according to the instruction of timing control circuit,
Outputs the PiD calculator output or ground level 0 V.

11) アンプ1 放射温度計の出力を増幅し、コンパレータおよび演算
器を経てPiD演算器に送る。
11) Amplifier 1 Amplifies the output of the radiation thermometer and sends it to the PiD calculator via the comparator and calculator.

12) アンプ2 熱電対の出力を増幅しiP演算器に送る。つぎに演算装
置を動作順序に従つて説明する。
12) Amplifier 2 Amplifies the thermocouple output and sends it to the iP calculator. Next, the arithmetic unit will be described in the order of operation.

1) スタートスイツチが押されると、タイミング制御
回路はカウンタを0にクリアするとともにアナログスイ
ツチ3に信号を送りiP演算組の出力を通過させる。
1) When the start switch is pressed, the timing control circuit clears the counter to 0 and sends a signal to the analog switch 3 to pass the output of the iP calculation group.

メモリの××××○○○○○○○○○○○B番地がア
クセスされ該番地データに対応する電圧、およびプロセ
スチユーブ壁面温度に対応する熱電対の起電力がアンプ
2を経て増幅された電圧、さらに、アナログスイツチ3
の××××番地に該当するポテンシヨメータにより調整
された電圧がiP演算器へ送られ初期出力が算出され、ア
ナログスイツチ3を経てランプ出力制御装置に出力され
る(初期出力と呼ぶ)。
The address of the memory ×××× ○○○○○○○○○○○ B is accessed, and the voltage corresponding to the address data and the electromotive force of the thermocouple corresponding to the wall temperature of the process tube are amplified through the amplifier 2. Voltage, and analog switch 3
The voltage adjusted by the potentiometer corresponding to the XXXXX address is sent to the iP computing unit to calculate the initial output, which is output to the lamp output control device via the analog switch 3 (referred to as the initial output).

2) 初期出力によりウエーハは加熱され徐々に温度が
上昇する。アナログスイツチ1は××××番地がアクセ
スされるので、該当するポテンシヨメータにより調整さ
れた電圧(VR)がコンパレータに加えられる。
2) The wafer is heated by the initial output and the temperature gradually rises. Since analog switch 1 is ×××× address is accessed, the corresponding voltage adjusted by potentiometer (V R) is applied to the comparator.

ウエーハの温度上昇に伴つて放射温度計の出力電圧
(VO)も増加するがコンパレータはこの電圧VOとVRとの
比較を行う。そして、VO<VRのとき論理レベルLの信号
を、またVOVRのときのレベルHの信号をタイミング制
御回路に送り出す。
The output voltage (V O ) of the radiation thermometer increases as the temperature of the wafer rises, but the comparator compares this voltage V O with V R. Then, a signal of logic level L when V O <V R , and a signal of level H when V O V R are sent to the timing control circuit.

3) タイミング制御回路は、コンパレータから論理レ
ベルHの信号を受けとると、ゲートに論理レベルの信号
をまたアナログスイツチ3にPiD演算器の出力を通過さ
せる信号を送る。
3) When the timing control circuit receives a signal of logic level H from the comparator, it sends a signal of logic level to the gate and a signal to the analog switch 3 to pass the output of the PiD calculator.

4) この結果、ゲートはクロツク発生器の信号を通過
させ、カウンタはカウントアツプされる。
4) As a result, the gate passes the signal of the clock generator and the counter counts up.

したがつて、メモリは××××○○○○○○○○○○
○1番地から順にアクセスされ目標パターンを発生させ
る。
Therefore, the memory is ×××× ○○○○○○○○○○
○ The target pattern is generated by sequentially accessing from the first address.

5) この目標パターン信号はD/A変換され、前述の信
号VOとの演算が行われる(偏差信号と呼ぶ)。この偏差
信号に対してPiD演算が施されアナログスイツチ3を経
てランプ出力制御装置に演算結果を与える。
5) This target pattern signal is D / A converted and operated with the above-mentioned signal V O (referred to as a deviation signal). The deviation signal is subjected to PiD calculation, and the calculation result is given to the lamp output control device through the analog switch 3.

6) 一方D/Aコンバータの出力電圧は、タイミング制
御回路に送られる。タイミング制御回路は0V信号は継続
して一定時間以上のとき、処理完了の判断を行い、アナ
ログスイツチ3に信号を送つて0Vの信号を通過させる。
6) On the other hand, the output voltage of the D / A converter is sent to the timing control circuit. When the 0V signal continues for a certain time or longer, the timing control circuit determines the completion of processing and sends a signal to the analog switch 3 to pass the 0V signal.

第5図は演算装置の第2実施例のブロツク図である。
この演算装置はアンプ、A/Dコンバータ、入力装置、マ
イクロコンピユータ、D/Aコンバータおよび表示装置よ
り構成され、その各ブロツクの機能はつぎのとおりであ
る。
FIG. 5 is a block diagram of the second embodiment of the arithmetic unit.
This arithmetic unit is composed of an amplifier, an A / D converter, an input unit, a microcomputer, a D / A converter and a display unit, and the function of each block is as follows.

1) マイクロコンピユータ 第4図の機能がプログラムにより入力され、そのROM
領域に蓄えられている。
1) Microcomputer The function shown in Fig. 4 is input by the program, and its ROM
It is stored in the area.

2) A/Dコンバータ 放射温度計の出力(アンプ1経由)、および熱電対の
起電力に対応する出力(アンプ2経由)をA/D変換し、
マイクロコンピユータに送出する。
2) A / D converter The output of the radiation thermometer (via amplifier 1) and the output corresponding to the electromotive force of the thermocouple (via amplifier 2) are A / D converted,
Send to the micro computer.

3) D/Aコンバータ マイクロコンピユータの出力をD/A変換し、ランプ出
力制御装置に送る。
3) D / A converter D / A converts the output of the micro computer and sends it to the lamp output controller.

4) 入力装置 目標パターンの設定や制御パラメータ等の設定を行う
ための装置である。
4) Input device This is a device for setting target patterns and setting control parameters.

5) 表示装置 入力装置からデータを入力する場合の表示や、マイク
ロコンピユータの内部状態の表示を行う。
5) Display device Displays the data input from the input device and the internal state of the microcomputer.

第6図aは第5図のマイクロコンピユータの作動を説
明するフローチヤートである。働きは以下のとおりであ
る。
FIG. 6a is a flow chart for explaining the operation of the microcomputer shown in FIG. The functions are as follows.

すなわち、最初入力装置からの目標パターンの設定や
制御パラメータ等の設定を行い、スタートスイツチを押
す。するとマイクロコンピュータは初期出力を発生する
よう指令し、放射温度計の出力が一定温度に達するまで
は初期出力を出力し開ループ制御が行われる。一定温度
に達すると、目標パターンに一致させるようにPiD演算
を行い、演算結果をD/Aコンバータに出力し、閉ループ
制御が行われる。このとき目標のパターンはマイクロコ
ンピユータのROMまたはRAMなどのメモリに記憶されてい
る。そして処理が完了すれば、スタート前の状態にな
る。
That is, first, the target pattern is set from the input device, the control parameters are set, and the start switch is pressed. Then, the microcomputer commands to generate the initial output, and outputs the initial output until the output of the radiation thermometer reaches a constant temperature, and the open loop control is performed. When the temperature reaches a certain temperature, PiD calculation is performed so as to match the target pattern, the calculation result is output to the D / A converter, and closed loop control is performed. At this time, the target pattern is stored in a memory such as the ROM or RAM of the microcomputer. When the processing is completed, the state before the start is obtained.

第6図bはPiD演算の方法を示す。ここでTrtは目標パ
ターン上の時刻tにおける温度データ、Titは時刻tに
おける放射温度計の出力である。et,t,t,Mtなどは
図中に示すとおりの計算式で定義される。
FIG. 6b shows a method of PiD calculation. Here, T rt is the temperature data at time t on the target pattern, and T it is the output of the radiation thermometer at time t. e t , t , t , M t, etc. are defined by the calculation formulas shown in the figure.

第7図は第6図の 内の変型実施例である。 FIG. 7 shows a modified embodiment of FIG.

a)は一定温度に達するまでの間、たとえば時刻ti1
で初期出力から出力Piに、時刻ti2で出力P2に‥‥のよ
うな、予め定められたパターンで出力を制御する方法、
b)は閉ループ制御の開始を、前述の一定温度でなく、
放射温度計が温度上昇を開始したことをもつて行う方
法、c)閉ループ制御の開始を、放射温度計の温度上昇
開始後一定温度幅以上上昇したとき、たとえば温度Tit
が上昇開始温度Titoから温度TCだけ上昇した温度Tito
TC以上になつたときをもつて行う方法をそれぞれ示す。
a) is until the constant temperature is reached, for example at time t i1
A method of controlling the output in a predetermined pattern, such as from the initial output to the output P i , at the time t i2 to the output P 2 ...
In b), the start of the closed loop control is not the constant temperature described above,
A method of performing with the radiation thermometer having started the temperature rise, c) When the closed loop control is started when the temperature rises by a certain temperature range or more after the temperature rise of the radiation thermometer, for example, the temperature T it
Temperature T ito but which rises by the temperature T C from a raised starting temperature T ito +
We will show how to do it when the time is over T C.

これらの方法のうち、b),c)の場合、目標パターン
の基本は第11図で与えられるが、閉ループ制御の開始温
度が例えばTXであり、このとき初期出力出力後tX′秒経
過しているとすると、tX′秒を改めてtX秒としTX以上の
温度範囲の温度パターンを目標パターンとして用いる。
In the case of b) and c) among these methods, the basic of the target pattern is given in FIG. 11, but the starting temperature of the closed loop control is, for example, T X, at which time t X ′ seconds have elapsed after the initial output output. If so, t x ′ seconds are set again as t x seconds and the temperature pattern in the temperature range of T x or higher is used as the target pattern.

第8図は第6図aにプロセスチユーブの壁面温度によ
り初期出力を算出補正(iP)演算する機能を加えたもの
であり、働きは第4図と同様である。
FIG. 8 is a diagram in which a function for calculating and correcting (iP) the initial output based on the wall temperature of the process tube is added to FIG. 6a, and the function is the same as in FIG.

第9図にiP演算の方法を示す。ここで、Tchはプロセ
スチユーブの壁面温度、TRは設定処理温度とT′は予め
定めた定数、iPOは予め定めた定数(チユーブの壁面温
度が常温)、iPは初期出力算出値(補正値)をそれぞれ
示し、iPは図中の計算式で算出される。
FIG. 9 shows a method of iP calculation. Here, T ch is the wall temperature of the process Ji Yubu, T R is set processing temperature and T 'is a predetermined constant, iP O is a predetermined constant (wall temperature of Chiyubu is normal temperature), iP initial output calculation value ( IP is calculated by the calculation formula in the figure.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明は、一定温度まで開ループ制御を行い、それ以
降目標パターンに従う閉ループ制御を行うことにより、 1) 放射温度計を被加熱部が不透明物体になるある温
度以上から制御に使用して閉ループ制御を行うため、所
期の正しい温度制御を行うことができる。
The present invention performs open-loop control up to a constant temperature and thereafter performs closed-loop control according to a target pattern. 1) A radiation thermometer is used for control from a certain temperature or higher at which a heated portion becomes an opaque object, and closed-loop control Therefore, the desired correct temperature control can be performed.

2) 初期状態の違いによる温度T1(第2図参照)まで
の上昇時間は無視されるので、初期状態の違いがこの時
間内に吸収され、温度T1以上の制御に悪影響を及ぼさな
い(熱処理として意味のある温度は一定温度T2から−10
0〜−200℃の範囲でそれ以下は影響がない)。
2) The rise time to the temperature T 1 (see Fig. 2) due to the difference in the initial state is ignored, so the difference in the initial state is absorbed within this time and does not adversely affect the control over the temperature T 1 ( The temperature meaningful for heat treatment is from the constant temperature T 2 to −10
In the range of 0 to -200 ° C, there is no effect below that).

3) つねに一定温度T1(第2図)以上の範囲に対して
PiDの係数が調整される。即ち、初期状態の影響の取り
除かれた範囲での調整により、調整段階と実際の処理段
階での再現性がよい。
3) Always for a range above a certain temperature T 1 (Fig. 2)
The coefficient of PiD is adjusted. That is, the reproducibility in the adjustment stage and the actual processing stage is good by adjusting in the range where the influence of the initial state is removed.

4) 開ループ制御時の初期出力について、プロセスチ
ユーブの壁面温度によつて補正を施すことにより、閉ル
ープ制御に移行する温度が一定となり、閉ループ移行後
の処理の再現性がよく、プロセスチユーブが熱平衡に達
し、また被加熱物の初期温度が一定かつ一定の間隔で処
理するのと同様の結果が得られる。
4) By correcting the initial output during open-loop control according to the wall temperature of the process tube, the temperature at which closed-loop control shifts becomes constant, the reproducibility of processing after closed-loop shift is good, and the process tube has thermal equilibrium. In addition, the same result as when the initial temperature of the object to be heated is constant and is treated at regular intervals is obtained.

つまり、プロセスチユーブの壁面温度、ウエーハ初期
温度等の処理初期条件の影響されずに、閉ループ開始温
度以降の再現性のよい温度制御を行うことができる。
That is, temperature control with good reproducibility after the closed loop start temperature can be performed without being affected by the initial processing conditions such as the wall temperature of the process tube and the initial temperature of the wafer.

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

第1図は本発明を実施するための、放射温度計および熱
電対の設置状況を示す線図。第2図は目標パターンの一
例を示す線図。第3図は温度制御装置のブロツク図。第
4図は演算装置の第1実施例を示すブロツク図。第5図
は演算装置の第2実施例(マイクロコンピユータ化した
もの)を示すブロツク図。第6図は前記マイクロコンピ
ユータにおける処理のフローチヤート。第7図はその変
型実施例を示すフローチヤート。第8図は初期出力の補
正を含む実施例のフローチヤート。第9図は初期出力の
補正方法を示すフローチヤート。第10図は従来のランプ
アニール炉を示す縦断側面図。第11図は目標パターンの
一例を示す線図。第12図は従来の開ループ出力信号の一
例を示す線図。 1……反射板、2……ハロゲンランプ、3……プロセス
チユーブ、4……ウエーハ、5……サセプタ、6……ふ
た、7……中空管、8……取付具、9……放射温度計、
10……熱電対。
FIG. 1 is a diagram showing an installation situation of a radiation thermometer and a thermocouple for carrying out the present invention. FIG. 2 is a diagram showing an example of a target pattern. FIG. 3 is a block diagram of the temperature control device. FIG. 4 is a block diagram showing the first embodiment of the arithmetic unit. FIG. 5 is a block diagram showing a second embodiment of the arithmetic unit (which is made into a micro computer). FIG. 6 is a flow chart of the processing in the microcomputer. FIG. 7 is a flow chart showing a modified embodiment thereof. FIG. 8 is a flow chart of an embodiment including correction of initial output. FIG. 9 is a flow chart showing a method of correcting the initial output. FIG. 10 is a vertical sectional side view showing a conventional lamp annealing furnace. FIG. 11 is a diagram showing an example of a target pattern. FIG. 12 is a diagram showing an example of a conventional open loop output signal. 1 ... Reflector, 2 ... Halogen lamp, 3 ... Process tube, 4 ... Wafer, 5 ... Susceptor, 6 ... Lid, 7 ... Hollow tube, 8 ... Fixture, 9 ... Radiant thermometer,
10 ... thermocouple.

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】被加熱体を加熱するランプ群、ランプ出力
を制御するサイリスタ制御装置等のランプ出力制御装
置、被加熱体の温度を測定する放射温度計、プロセスチ
ユーブの壁面温度を測定する熱電対、放射温度計及び熱
電対の出力を受けランプ出力制御装置に信号を送出する
演算装置から構成され、加熱開始時点に目標とする温度
に関連して定められかつプロセスチユーブの壁面温度に
より補正された一定のランプ出力を行い、所定の閉ルー
プ制御開始温度に達するまでは一定値を維持するか、あ
るいは予め定めたパターンに従つてランプ出力を制御し
(開ループ制御)、それ以降は目標のパターンに一致さ
せるようにランプ出力を制御する(閉ループ制御)ラン
プアニール炉の温度制御装置。
1. A lamp group for heating an object to be heated, a lamp output control device such as a thyristor controller for controlling a lamp output, a radiation thermometer for measuring the temperature of the object to be heated, and a thermoelectric device for measuring the wall temperature of the process tube. Pair, a radiation thermometer, and an arithmetic unit that receives the output of the thermocouple and sends a signal to the lamp output control unit, which is determined in relation to the target temperature at the start of heating and corrected by the wall temperature of the process tube. The lamp output is maintained at a constant value until the temperature reaches the specified closed loop control start temperature, or the lamp output is controlled according to a predetermined pattern (open loop control), and thereafter the target pattern is reached. The temperature control device of the lamp annealing furnace that controls the lamp output so as to match with (closed loop control).
【請求項2】閉ループ制御開始温度が放射温度計の出力
が上昇を開始する温度または上昇開始一定温度幅以上上
昇した温度である特許請求の範囲第1項記載の温度制御
装置。
2. The temperature control device according to claim 1, wherein the closed-loop control start temperature is a temperature at which the output of the radiation thermometer starts to rise, or a temperature at which the output has risen by a certain temperature range or more.
【請求項3】閉ループ制御の目標パターンは0℃から定
められたパターンのうち、閉ループ開始温度より高い温
度範囲のパターンを用いる、特許請求の範囲第1項記載
の温度制御装置。
3. The temperature control device according to claim 1, wherein a target pattern for the closed loop control is a pattern in a temperature range higher than the closed loop start temperature among patterns determined from 0 ° C.
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