JP2576036B2 - 拡散炉の内部温度制御装置 - Google Patents
拡散炉の内部温度制御装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、固体半導体等の被処理
品の中へ不純物等を拡散するための拡散炉の内部温度制
御装置に関する。とくに本発明による拡散炉の内部温度
制御装置は、マスタ調節計及びスレーブ調節計を有し、
目標値変化時にオーバーシュートなしに応答し、被処理
品の入出炉等のイベントその他に起因する温度変化発生
時にも炉内温度をオーバーシュートなしに目標値に収束
させ且つ目標値に維持する。
品の中へ不純物等を拡散するための拡散炉の内部温度制
御装置に関する。とくに本発明による拡散炉の内部温度
制御装置は、マスタ調節計及びスレーブ調節計を有し、
目標値変化時にオーバーシュートなしに応答し、被処理
品の入出炉等のイベントその他に起因する温度変化発生
時にも炉内温度をオーバーシュートなしに目標値に収束
させ且つ目標値に維持する。
【０００２】
【従来の技術】ヒータにより加熱される拡散炉の温度制
御には、ヒータ自体の温度を制御する外温制御方式と炉
内部を所要温度に制御する炉内温度制御方式とがある
が、炉内温度制御には次の利点がある。
御には、ヒータ自体の温度を制御する外温制御方式と炉
内部を所要温度に制御する炉内温度制御方式とがある
が、炉内温度制御には次の利点がある。
【０００３】(1) 半導体ウェーハ等の被処理品の近傍に
温度センサーを置いて制御することにより、被処理品の
温度を所要温度により近づけることができる。 (2) 被処理品を炉内へ挿入する際及び炉から取出す際、
又は被処理品取扱用治具等の入出炉の際にかなりの大き
さの外乱（温度低下）が生ずるが、その外乱を迅速に検
知し対応することができる。 (3) 炉内における水素・酸素燃焼（内部バーニング）等
の外乱（温度上昇）発生の際にも、その外乱を迅速に検
知し対応することができる。 (4) 処理の繰り返しによって生ずる炉壁の汚れ（蒸発・
拡散物質の付着等）による炉壁の熱伝導率の変化に影響
されずに、所要の炉内温度を確保できる。 (5) 拡散炉の反応管の交換に際して温度確認作業を省略
することも可能である。
温度センサーを置いて制御することにより、被処理品の
温度を所要温度により近づけることができる。 (2) 被処理品を炉内へ挿入する際及び炉から取出す際、
又は被処理品取扱用治具等の入出炉の際にかなりの大き
さの外乱（温度低下）が生ずるが、その外乱を迅速に検
知し対応することができる。 (3) 炉内における水素・酸素燃焼（内部バーニング）等
の外乱（温度上昇）発生の際にも、その外乱を迅速に検
知し対応することができる。 (4) 処理の繰り返しによって生ずる炉壁の汚れ（蒸発・
拡散物質の付着等）による炉壁の熱伝導率の変化に影響
されずに、所要の炉内温度を確保できる。 (5) 拡散炉の反応管の交換に際して温度確認作業を省略
することも可能である。
【０００４】図２(Ａ)は、単純フィードバックにより炉
内温度を制御する方法を示す。以下の説明においてとく
に定めない限り次の記号を用いる。 ＳＶ：炉内温度の目標値（炉内温度設定値又は設定値と
いう場合がある。） ＰＶ：炉内温度（炉内温度測定値又は測定値という場合
がある。） ＧC1(s) ：マスタ調節計の伝達関数、PID制御の場合は
下記(1)式で与えられる。 (1)式において、sはラプラス演算、KP1はマスタ調節計
の比例感度、TI1はマスタ調節計の積分時間、TD1はマス
タ調節計の微分時間、η1はマスタ調節計の微分ゲイン
である。 ＧC2(s) ：スレーブ調節計の伝達関数、PID制御の場合
は下記(2)式で与えられる。(2)式において、KP2はスレ
ーブ調節計の比例感度、TI2はスレーブ調節計の積分時
間、TD2はスレーブ調節計の微分時間、η2はスレーブ調
節計の微分ゲインである。 ＧP1(s) ：ヒータから炉内温度測定値への伝達関数（等
価的に「ムダ時間＋１次遅れ」で近似できるもの） ＧP2(s) ：ヒータの伝達関数（等価的に「ムダ時間＋１
次遅れ」で近似できるもの） Ｄ1(s) ：炉内で発生する外乱（ウェーハの入出炉、バ
ーニング等による温度変化） Ｄ2(s) ：ヒータ側で発生する外乱（電源変動等による
温度変化） α ：減衰器（減衰器の減衰率をいう場合があ
る。） ISUP ：積分抑制器 PID-sw ：ＰＩＤ切替器 α-sw ：減衰切替器
内温度を制御する方法を示す。以下の説明においてとく
に定めない限り次の記号を用いる。 ＳＶ：炉内温度の目標値（炉内温度設定値又は設定値と
いう場合がある。） ＰＶ：炉内温度（炉内温度測定値又は測定値という場合
がある。） ＧC1(s) ：マスタ調節計の伝達関数、PID制御の場合は
下記(1)式で与えられる。 (1)式において、sはラプラス演算、KP1はマスタ調節計
の比例感度、TI1はマスタ調節計の積分時間、TD1はマス
タ調節計の微分時間、η1はマスタ調節計の微分ゲイン
である。 ＧC2(s) ：スレーブ調節計の伝達関数、PID制御の場合
は下記(2)式で与えられる。(2)式において、KP2はスレ
ーブ調節計の比例感度、TI2はスレーブ調節計の積分時
間、TD2はスレーブ調節計の微分時間、η2はスレーブ調
節計の微分ゲインである。 ＧP1(s) ：ヒータから炉内温度測定値への伝達関数（等
価的に「ムダ時間＋１次遅れ」で近似できるもの） ＧP2(s) ：ヒータの伝達関数（等価的に「ムダ時間＋１
次遅れ」で近似できるもの） Ｄ1(s) ：炉内で発生する外乱（ウェーハの入出炉、バ
ーニング等による温度変化） Ｄ2(s) ：ヒータ側で発生する外乱（電源変動等による
温度変化） α ：減衰器（減衰器の減衰率をいう場合があ
る。） ISUP ：積分抑制器 PID-sw ：ＰＩＤ切替器 α-sw ：減衰切替器
【数１】 ＧC1(s)＝KP1[1＋(1/TI1s)＋{TD1s/(1＋TD1η1s)}] ・・・・・・(1) ＧC2(s)＝KP2[1＋(1/TI2s)＋{TD2s/(1＋TD2η2s)}] ・・・・・・(2)
【０００５】拡散炉１は、加熱用のヒータ２として前部
ヒータ２ｆ、中央部ヒータ２ｃ、及び後部ヒータ２ｒを
有し、拡散ガスが後部から供給される。拡散炉１の内部
の温度を炉内温度センサー４によって検出する。調節計
７が目標値ＳＶと炉内温度センサー４からの炉内温度測
定値ＰＶとの差に基づいて、この場合サイリスタである
電力制御素子８に対する操作信号ｕを発生し、ヒータ２
の電力を調節することによりヒータ温度を制御する。調
節計７の伝達関数は(3)式で与えられる。(3)式におい
て、KPは調節計７の比例感度、TIは調節計７の積分時
間、TDは調節計７の微分時間、ηは調節計７の微分ゲイ
ンである。
ヒータ２ｆ、中央部ヒータ２ｃ、及び後部ヒータ２ｒを
有し、拡散ガスが後部から供給される。拡散炉１の内部
の温度を炉内温度センサー４によって検出する。調節計
７が目標値ＳＶと炉内温度センサー４からの炉内温度測
定値ＰＶとの差に基づいて、この場合サイリスタである
電力制御素子８に対する操作信号ｕを発生し、ヒータ２
の電力を調節することによりヒータ温度を制御する。調
節計７の伝達関数は(3)式で与えられる。(3)式におい
て、KPは調節計７の比例感度、TIは調節計７の積分時
間、TDは調節計７の微分時間、ηは調節計７の微分ゲイ
ンである。
【数２】 ＧC(s)＝KP[1＋(1/TIs)＋{TDs/(1＋TDηs)}] ・・・・・・(3)
【０００６】また、ヒータ温度から炉内温度への伝達関
数ＧP1(s)及びヒータ入出力間の伝達関数ＧP2(s)はそれ
ぞれ(4)式及び(5)式のように表せる。(4)式において、K
1、L1、T1はヒータ温度から炉内温度への間におけるそ
れぞれプロセスゲイン、ムダ時間、等価的な時定数であ
る。また(5)式において、K2、L2、T2はそれぞれヒータ
入出力間のプロセスゲイン、ムダ時間、等価的な時定数
である。(4)式及び(5)式の伝達関数で表した温度制御装
置のブロック図を図２(Ｂ)に示す。
数ＧP1(s)及びヒータ入出力間の伝達関数ＧP2(s)はそれ
ぞれ(4)式及び(5)式のように表せる。(4)式において、K
1、L1、T1はヒータ温度から炉内温度への間におけるそ
れぞれプロセスゲイン、ムダ時間、等価的な時定数であ
る。また(5)式において、K2、L2、T2はそれぞれヒータ
入出力間のプロセスゲイン、ムダ時間、等価的な時定数
である。(4)式及び(5)式の伝達関数で表した温度制御装
置のブロック図を図２(Ｂ)に示す。
【数３】 ＧP1(s)＝K1ｅ-L1s/(1＋T1s) ・・・・・・(4) ＧP2(s)＝K2ｅ-L2s/(1＋T2s) ・・・・・・(5)
【０００７】図２(Ｃ)は、上記ヒータから炉内温度への
伝達関数ＧP1(s)とヒータの伝達関数ＧP2(s)を一つに纏
めて下記(6)式のＧP(s)とした制御装置のブロック図で
ある。(6)式において、ＧP(s)、K、L、Tはそれぞれ、ヒ
ータ入力から炉内温度への間における伝達関数、プロセ
スゲイン、ムダ時間、等価的な時定数である。
伝達関数ＧP1(s)とヒータの伝達関数ＧP2(s)を一つに纏
めて下記(6)式のＧP(s)とした制御装置のブロック図で
ある。(6)式において、ＧP(s)、K、L、Tはそれぞれ、ヒ
ータ入力から炉内温度への間における伝達関数、プロセ
スゲイン、ムダ時間、等価的な時定数である。
【数４】 ＧP(s)＝Kｅ-Ls/(1＋Ts) ・・・・・・(6)
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】図２(Ａ)の従来技術で
は、上記(6)式のムダ時間Ｌが、殆ど(4)式及び図２(Ｂ)
のＧP1(s)の部分によって定まり、ムダ時間Ｌの大きな
制御し難い系となる。このため、調節計７の感度を落と
さざるを得ず、目標値応答に際し立上がり時間が長くな
る問題点がある。従って、収束時間も長い。もし、立上
がり時間を早めようとすると、必ずオーバーシュートを
生ずる。また応答が遅いため、外乱Ｄ1(s)、Ｄ2(s)から
大きな影響を受ける問題点もある。ここにヒータ２の外
乱Ｄ2(s)に関しては、その検出がＧP1(s)及びＧP2(s)を
通してなされるため検知が遅れて大きな影響を受ける。
拡散炉の外乱Ｄ1(s)についても前記理由から応答が遅い
ため、大きな影響が生ずる。
は、上記(6)式のムダ時間Ｌが、殆ど(4)式及び図２(Ｂ)
のＧP1(s)の部分によって定まり、ムダ時間Ｌの大きな
制御し難い系となる。このため、調節計７の感度を落と
さざるを得ず、目標値応答に際し立上がり時間が長くな
る問題点がある。従って、収束時間も長い。もし、立上
がり時間を早めようとすると、必ずオーバーシュートを
生ずる。また応答が遅いため、外乱Ｄ1(s)、Ｄ2(s)から
大きな影響を受ける問題点もある。ここにヒータ２の外
乱Ｄ2(s)に関しては、その検出がＧP1(s)及びＧP2(s)を
通してなされるため検知が遅れて大きな影響を受ける。
拡散炉の外乱Ｄ1(s)についても前記理由から応答が遅い
ため、大きな影響が生ずる。
【０００９】これらの問題点を解決するため、図３(Ａ)
に示すように、炉内温度をマスタ調節計10で制御し、ヒ
ータ温度センサー５で検出されるヒータ温度をスレーブ
調節計11で制御するカスケード制御が提案されている。
図３(Ａ)の標準的なカスケード制御装置のブロック図を
図３(Ｂ)に示す。カスケード制御においても、伝達関数
ＧP2(s)で与えられるヒータ２の応答速度が、伝達関数
ＧP1(s)で与えられるヒータ温度と炉内温度との間の応
答速度より早いことが、マスタ回路の応答を速め、且つ
より精度の良いカスケード制御効果を得るための一般的
な成立条件であるが、拡散炉の場合にはＧP2(s)に比べ
ＧP1(s)の伝達関数の方が応答が速いので、不安定な系
になり易い。よって、安定を確保するため目標値変化対
応、外乱対応についても極めて緩やかな応答にせざるを
得ない。従って、目標値変化に対しては一次遅れ系回路
を付加したり、ランピング係数を緩やかにしたりする必
要が出てくる。そのため、目標値応答における立上がり
が遅く、収束に時間がかかる問題点が避けられない。ま
た、PID制御の制御定数によっては大幅な残留偏差を生
ずる場合もあるので、PID制御の制御定数の設定が難し
い問題点もある。また、外乱Ｄ1(s)に対する回復が遅
い。
に示すように、炉内温度をマスタ調節計10で制御し、ヒ
ータ温度センサー５で検出されるヒータ温度をスレーブ
調節計11で制御するカスケード制御が提案されている。
図３(Ａ)の標準的なカスケード制御装置のブロック図を
図３(Ｂ)に示す。カスケード制御においても、伝達関数
ＧP2(s)で与えられるヒータ２の応答速度が、伝達関数
ＧP1(s)で与えられるヒータ温度と炉内温度との間の応
答速度より早いことが、マスタ回路の応答を速め、且つ
より精度の良いカスケード制御効果を得るための一般的
な成立条件であるが、拡散炉の場合にはＧP2(s)に比べ
ＧP1(s)の伝達関数の方が応答が速いので、不安定な系
になり易い。よって、安定を確保するため目標値変化対
応、外乱対応についても極めて緩やかな応答にせざるを
得ない。従って、目標値変化に対しては一次遅れ系回路
を付加したり、ランピング係数を緩やかにしたりする必
要が出てくる。そのため、目標値応答における立上がり
が遅く、収束に時間がかかる問題点が避けられない。ま
た、PID制御の制御定数によっては大幅な残留偏差を生
ずる場合もあるので、PID制御の制御定数の設定が難し
い問題点もある。また、外乱Ｄ1(s)に対する回復が遅
い。
【００１０】標準的なカスケード制御装置における上記
問題点を解決するため、図３(Ｃ)に示すように、スレー
ブ調節計11の入力に、マスタ調節計10の目標値ＳＶと同
じ目標値を与える方式が提案されている。この場合に
は、マスタ調節計10のPID制御の制御定数の設定値の如
何に拘らず前記大幅な残留偏差の問題は解決される。こ
の場合のスレーブ調節計11におけるＳＶはバイアスに該
当する。しかし、系そのものを変化させたものではない
から、目標値変化応答における立上がりが遅い点、収束
に時間がかかる点、及び外乱Ｄ1(s)に対する回復が遅い
点は解決されない。
問題点を解決するため、図３(Ｃ)に示すように、スレー
ブ調節計11の入力に、マスタ調節計10の目標値ＳＶと同
じ目標値を与える方式が提案されている。この場合に
は、マスタ調節計10のPID制御の制御定数の設定値の如
何に拘らず前記大幅な残留偏差の問題は解決される。こ
の場合のスレーブ調節計11におけるＳＶはバイアスに該
当する。しかし、系そのものを変化させたものではない
から、目標値変化応答における立上がりが遅い点、収束
に時間がかかる点、及び外乱Ｄ1(s)に対する回復が遅い
点は解決されない。
【００１１】従って、本発明の目的は、目標値変化応答
及び外乱応答においてオーバーシュートが極めて少なく
且つ応答速度が早く、しかも短時間で収束する拡散炉の
内部温度制御装置を提供するにある。
及び外乱応答においてオーバーシュートが極めて少なく
且つ応答速度が早く、しかも短時間で収束する拡散炉の
内部温度制御装置を提供するにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】図１及び図４(Ａ)を参照
するに、本発明による拡散炉の内部温度制御装置は、ヒ
ータ２で加熱する拡散炉１の内部温度の測定値と炉内温
度設定値との差に基づいてマスタ調節計出力PN1を発生
するマスタ調節計10、及び前記ヒータ２の温度の測定値
と前記マスタ調節計出力PN1との差に基づいてヒータ操
作用スレーブ調節計出力PN2を発生するスレーブ調節計1
1を有する炉内温度制御装置において、前記マスタ調節
計の出力端と前記スレーブ調節計11の入力端との間に接
続した減衰器13を備えてなるものであり、マスタ調節計
出力PN1を前記減衰器13によって一様に減衰させた後前
記スレーブ調節計11に加える。
するに、本発明による拡散炉の内部温度制御装置は、ヒ
ータ２で加熱する拡散炉１の内部温度の測定値と炉内温
度設定値との差に基づいてマスタ調節計出力PN1を発生
するマスタ調節計10、及び前記ヒータ２の温度の測定値
と前記マスタ調節計出力PN1との差に基づいてヒータ操
作用スレーブ調節計出力PN2を発生するスレーブ調節計1
1を有する炉内温度制御装置において、前記マスタ調節
計の出力端と前記スレーブ調節計11の入力端との間に接
続した減衰器13を備えてなるものであり、マスタ調節計
出力PN1を前記減衰器13によって一様に減衰させた後前
記スレーブ調節計11に加える。
【００１３】図１及び図４(Ｂ)を参照するに、好ましく
はマスタ調節計10に比例要素、積分要素、及び微分要素
を含め、前記スレーブ調節計の出力端と前記マスタ調節
計10との間に積分抑制器14を接続し、前記スレーブ調節
計出力PN2が所定スパンの100%以上又は0%以下の時は前
記積分抑制器14により前記マスタ調節計10の入力信号の
積分要素の機能を阻止させる。
はマスタ調節計10に比例要素、積分要素、及び微分要素
を含め、前記スレーブ調節計の出力端と前記マスタ調節
計10との間に積分抑制器14を接続し、前記スレーブ調節
計出力PN2が所定スパンの100%以上又は0%以下の時は前
記積分抑制器14により前記マスタ調節計10の入力信号の
積分要素の機能を阻止させる。
【００１４】
【作用】本発明の拡散炉の内部温度制御装置は、上記の
ようにマスタ調節計出力PN1を減衰器13により一様に減
衰させた後にスレーブ調節計11に加えるので、スレーブ
調節計11への入力を入力スパン中の必要な立上がり速度
を得られる程度の量に限定し、且つ好ましくは応答性の
良いPID設定値を選択的に切替えることにより、オーバ
ーシュートを小さくし、且つ立上がり速度の良好な制御
をすることができる。
ようにマスタ調節計出力PN1を減衰器13により一様に減
衰させた後にスレーブ調節計11に加えるので、スレーブ
調節計11への入力を入力スパン中の必要な立上がり速度
を得られる程度の量に限定し、且つ好ましくは応答性の
良いPID設定値を選択的に切替えることにより、オーバ
ーシュートを小さくし、且つ立上がり速度の良好な制御
をすることができる。
【００１５】従って、本発明の目的である「目標値変化
応答及び外乱応答においてオーバーシュートが極めて少
なく且つ応答速度が早く、しかも短時間で収束する拡散
炉の内部温度制御装置」の提供が達成される。
応答及び外乱応答においてオーバーシュートが極めて少
なく且つ応答速度が早く、しかも短時間で収束する拡散
炉の内部温度制御装置」の提供が達成される。
【００１６】積分抑制器14を使用する場合には、スレー
ブ調節計出力PN2が所定スパンの100%以上又は0%以下の
時に、積分抑制器14によってマスタ調節計10の入力信号
の積分機能を阻止するので、過剰な積分を避け、その過
剰積分の出力を打消すに要する時間を省き、外乱、特に
被処理品の出入りに伴う温度降下等の外乱に対する回復
を早めることができる。
ブ調節計出力PN2が所定スパンの100%以上又は0%以下の
時に、積分抑制器14によってマスタ調節計10の入力信号
の積分機能を阻止するので、過剰な積分を避け、その過
剰積分の出力を打消すに要する時間を省き、外乱、特に
被処理品の出入りに伴う温度降下等の外乱に対する回復
を早めることができる。
【００１７】図５は、積分抑制器14による効果を示す。
図２(Ａ)の拡散炉１の前方ヒータ２fの温度を100゜C程急
激に下げる外乱が生じ、約５分後にその外乱が全て解除
された場合における炉内温度の変化を示す。図中、カー
ブ２は従来のPID制御の結果であり、カーブ１は積分抑
制器14を付加した場合の制御結果を示す。両カーブの比
較から明らかなように、本発明によれば外乱からの回復
時にオーバーシュートを抑え急速に目標温度に達するこ
とができる。
図２(Ａ)の拡散炉１の前方ヒータ２fの温度を100゜C程急
激に下げる外乱が生じ、約５分後にその外乱が全て解除
された場合における炉内温度の変化を示す。図中、カー
ブ２は従来のPID制御の結果であり、カーブ１は積分抑
制器14を付加した場合の制御結果を示す。両カーブの比
較から明らかなように、本発明によれば外乱からの回復
時にオーバーシュートを抑え急速に目標温度に達するこ
とができる。
【００１８】
【実施例】図６(Ａ）は、半導体ウェーハ搬送用ボート
の入出炉、バーニング、炉内温度のランピング等のイベ
ントに関する情報をイベント情報検出器16によって検出
し、イベント情報に基づいてマスタ調節計10におけるPI
D制御の制御定数を切替える実施例を示す。PID制御の制
御定数は、調節計の比例感度、積分時間、微分時間、及
び微分ゲイン等である。これらの制御定数を切替えるた
め、イベント情報検出器16とマスタ調節計10との間にPI
D切替器17を接続する。PID切替器17は、予想されるイベ
ント情報に対し適当な制御定数、例えば目標値変化応答
用制御定数や外乱応答用制御定数等を予め記憶してお
き、イベント情報検出器16からの信号に応じて制御定数
を選択的に切替える。
の入出炉、バーニング、炉内温度のランピング等のイベ
ントに関する情報をイベント情報検出器16によって検出
し、イベント情報に基づいてマスタ調節計10におけるPI
D制御の制御定数を切替える実施例を示す。PID制御の制
御定数は、調節計の比例感度、積分時間、微分時間、及
び微分ゲイン等である。これらの制御定数を切替えるた
め、イベント情報検出器16とマスタ調節計10との間にPI
D切替器17を接続する。PID切替器17は、予想されるイベ
ント情報に対し適当な制御定数、例えば目標値変化応答
用制御定数や外乱応答用制御定数等を予め記憶してお
き、イベント情報検出器16からの信号に応じて制御定数
を選択的に切替える。
【００１９】イベント情報に基づくPID制御の制御定数
切替を付加することにより、目標値の切替や外乱発生等
の時に適切なタイミングをもって目標値変化応答用制御
定数や外乱応答用制御定数等への切替を行うことが可能
になる。従って、目標値変化応答においてオーバーシュ
ートをなくし、立上がり時間を最小にすることができ
る。また、各種外乱に対し適切に炉内温度制御を行いそ
の影響を抑制することができる。
切替を付加することにより、目標値の切替や外乱発生等
の時に適切なタイミングをもって目標値変化応答用制御
定数や外乱応答用制御定数等への切替を行うことが可能
になる。従って、目標値変化応答においてオーバーシュ
ートをなくし、立上がり時間を最小にすることができ
る。また、各種外乱に対し適切に炉内温度制御を行いそ
の影響を抑制することができる。
【００２０】図７(Ａ)は、炉内温度目標値のランピング
・イベント情報に応じてマスタ調節計10をPID制御モー
ドからPD制御に近いモードに切替えた場合の制御結果を
示す。図中、カーブ１は通常のPID制御モードを維持し
た場合、カーブ２はイベント情報検出器16の動作に応じ
PID切替器17によってPD制御に近いモードに切替えた場
合を示す。両カーブの比較から明らかなように、上記切
替を用いた場合には、昇温及び降温のランピングの目標
温度到達時にオーバーシュートが殆ど除かれていること
がわかる。
・イベント情報に応じてマスタ調節計10をPID制御モー
ドからPD制御に近いモードに切替えた場合の制御結果を
示す。図中、カーブ１は通常のPID制御モードを維持し
た場合、カーブ２はイベント情報検出器16の動作に応じ
PID切替器17によってPD制御に近いモードに切替えた場
合を示す。両カーブの比較から明らかなように、上記切
替を用いた場合には、昇温及び降温のランピングの目標
温度到達時にオーバーシュートが殆ど除かれていること
がわかる。
【００２１】図７(Ｂ)は、半導体ウェーハ搬送用ボート
の入炉のイベント情報に応じてマスタ調節計10を通常の
PID制御モードからこの入炉外乱に適合したPID制御モー
ドに切替えた場合の制御結果を示す。カーブ３は通常の
PID制御モードを維持した場合、カーブ２はイベント情
報検出器16の動作に応じPID切替器17によって入炉外乱
適合のPID制御モードに切替えた場合、カーブ１はヒー
タ温度センサー５のみによる外温制御でカーブ２と同一
条件時の炉内温度追従の場合である。これらのカーブの
比較から明らかなように、上記外乱に伴う温度降下を通
常のPID制御モードで制御すると入炉完了時点後に大き
なオーバーシュートを生ずるが、この外乱に適合したPI
D制御モードに切替えだけでそのオーバーシュートを殆
ど除去し得ることがわかる。その結果、素速い目標温度
追従性が得られる。外温制御では被処理品入炉に伴う炉
内温度の大幅な降下を抑えることができない。
の入炉のイベント情報に応じてマスタ調節計10を通常の
PID制御モードからこの入炉外乱に適合したPID制御モー
ドに切替えた場合の制御結果を示す。カーブ３は通常の
PID制御モードを維持した場合、カーブ２はイベント情
報検出器16の動作に応じPID切替器17によって入炉外乱
適合のPID制御モードに切替えた場合、カーブ１はヒー
タ温度センサー５のみによる外温制御でカーブ２と同一
条件時の炉内温度追従の場合である。これらのカーブの
比較から明らかなように、上記外乱に伴う温度降下を通
常のPID制御モードで制御すると入炉完了時点後に大き
なオーバーシュートを生ずるが、この外乱に適合したPI
D制御モードに切替えだけでそのオーバーシュートを殆
ど除去し得ることがわかる。その結果、素速い目標温度
追従性が得られる。外温制御では被処理品入炉に伴う炉
内温度の大幅な降下を抑えることができない。
【００２２】図６(Ｂ）は、イベント情報検出器16から
の信号に応じて、減衰器13における減衰率αを切替える
実施例を示す。減衰率α切替のため、イベント情報検出
器16と減衰器13との間に減衰切替器19を接続する。予想
されるイベント情報に対し適当な減衰率αを減衰切替器
19に予め記憶しておき、イベント情報検出器16からの信
号に応じてこれを選択的に切替える。
の信号に応じて、減衰器13における減衰率αを切替える
実施例を示す。減衰率α切替のため、イベント情報検出
器16と減衰器13との間に減衰切替器19を接続する。予想
されるイベント情報に対し適当な減衰率αを減衰切替器
19に予め記憶しておき、イベント情報検出器16からの信
号に応じてこれを選択的に切替える。
【００２３】イベント情報に応ずる減衰器13の減衰率α
切替を付加することにより、目標値の切替毎に生ずるオ
ーバーシュートを除去し、立上がり時間を最小にするこ
とができる。また、外乱発生時におけるオーバーシュー
ト抑制力を改善することができる。
切替を付加することにより、目標値の切替毎に生ずるオ
ーバーシュートを除去し、立上がり時間を最小にするこ
とができる。また、外乱発生時におけるオーバーシュー
ト抑制力を改善することができる。
【００２４】図８は、図７(Ｂ)の場合と同様なボートの
入炉のイベント情報に応ずるマスタ調節計10の制御モー
ド切替に、減衰器13の減衰率のα切替を選択的に付加し
た場合の制御結果を示す。カーブ１は図７(Ｂ)のカーブ
３と一致するもので減衰率αを切替えない場合、カーブ
２はイベント情報検出器16の動作に応じ減衰器13の減衰
率αを切替えた場合を示す。両カーブの比較から明らか
なように、減衰器13による減衰率α切替えを付加する場
合には、上記外乱に伴う温度降下をPID制御モードの切
替えのみで制御する場合に残る極めて僅かなオーバーシ
ュートにブレーキをかけ、これを除去できることがわか
る。結果的に、オーバーシュートを実質上無視できる程
度に少なくすることができる。また、この減衰率αの切
替によっても素速い目標温度追従性を得ることができ
る。
入炉のイベント情報に応ずるマスタ調節計10の制御モー
ド切替に、減衰器13の減衰率のα切替を選択的に付加し
た場合の制御結果を示す。カーブ１は図７(Ｂ)のカーブ
３と一致するもので減衰率αを切替えない場合、カーブ
２はイベント情報検出器16の動作に応じ減衰器13の減衰
率αを切替えた場合を示す。両カーブの比較から明らか
なように、減衰器13による減衰率α切替えを付加する場
合には、上記外乱に伴う温度降下をPID制御モードの切
替えのみで制御する場合に残る極めて僅かなオーバーシ
ュートにブレーキをかけ、これを除去できることがわか
る。結果的に、オーバーシュートを実質上無視できる程
度に少なくすることができる。また、この減衰率αの切
替によっても素速い目標温度追従性を得ることができ
る。
【００２５】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
る拡散炉の内部温度制御装置は、マスタ調節計の出力を
一定条件下で減衰させ、さらにスレーブ調節計の出力又
はイベント情報に応じてマスタ調節計の制御モードやそ
の出力の減衰率を切替えるので次の顕著な効果を奏す
る。
る拡散炉の内部温度制御装置は、マスタ調節計の出力を
一定条件下で減衰させ、さらにスレーブ調節計の出力又
はイベント情報に応じてマスタ調節計の制御モードやそ
の出力の減衰率を切替えるので次の顕著な効果を奏す
る。
【００２６】（イ）拡散炉の炉内温度の検出値によって
制御するので、炉外ヒータ温度による制御に比し、低温
から高温まで連続的に安定した制御をすることができ
る。 （ロ）拡散炉に複数のヒータを設けた場合にも適用でき
るので、炉内温度を位置に関係なく一様に保ち、ウェー
ハ列等の被処理品群における処理のバラツキを防止し、
生産性を高めることができる。 （ハ）ウェーハ等の被処理品を入炉する時に適切な温度
を保持するので、ウェーハのソリ等の被処理品に対する
熱的障害を防止することができる。 （ニ）ヒータ負荷を抑制した制御であるので省エネルギ
ーを図ることができる。 （ホ）拡散炉内の温度センサーに異常がある場合であっ
ても、減衰器によりヒータに対する過剰負荷を避けるこ
とができる。 （ヘ）最適な炉内温度制御を、格別の熟練を要すること
なく調節計の一般的知識によって実現できる。 （ト）減衰器等の機能によりヒータに対する苛酷な設定
を避けるので、ヒータ及び拡散炉の寿命を延ばすことが
できる。
制御するので、炉外ヒータ温度による制御に比し、低温
から高温まで連続的に安定した制御をすることができ
る。 （ロ）拡散炉に複数のヒータを設けた場合にも適用でき
るので、炉内温度を位置に関係なく一様に保ち、ウェー
ハ列等の被処理品群における処理のバラツキを防止し、
生産性を高めることができる。 （ハ）ウェーハ等の被処理品を入炉する時に適切な温度
を保持するので、ウェーハのソリ等の被処理品に対する
熱的障害を防止することができる。 （ニ）ヒータ負荷を抑制した制御であるので省エネルギ
ーを図ることができる。 （ホ）拡散炉内の温度センサーに異常がある場合であっ
ても、減衰器によりヒータに対する過剰負荷を避けるこ
とができる。 （ヘ）最適な炉内温度制御を、格別の熟練を要すること
なく調節計の一般的知識によって実現できる。 （ト）減衰器等の機能によりヒータに対する苛酷な設定
を避けるので、ヒータ及び拡散炉の寿命を延ばすことが
できる。
【図１】は、本発明による拡散炉の内部温度制御装置の
ブロック図である。
ブロック図である。
【図２】は、従来の拡散炉の温度制御装置の説明図であ
る。
る。
【図３】は、従来のカスケード制御装置の説明図であ
る。
る。
【図４】は、本発明の実施例の説明図である。
【図５】は、上記実施例の動作の一例を示すグラフであ
る。
る。
【図６】は、本発明の他の実施例の説明図である。
【図７】は、上記他の実施例の動作の例を示すグラフで
ある。
ある。
【図８】は、上記他の実施例の動作の他の例を示すグラ
フである。
フである。
１ 拡散炉 ２ ヒータ
４ 炉内温度センサー ５ ヒータ温度センサー ７ 調節計
８ 電力制御素子 10 マスタ調節計 11 スレーブ調節計
13 減衰器 14 積分抑制器 16 イベント情報検出器 17 PID切替器 19 減衰切替器。
４ 炉内温度センサー ５ ヒータ温度センサー ７ 調節計
８ 電力制御素子 10 マスタ調節計 11 スレーブ調節計
13 減衰器 14 積分抑制器 16 イベント情報検出器 17 PID切替器 19 減衰切替器。
Claims (4)
- 【請求項１】 ヒータ（２）で加熱する拡散炉（１）の
内部温度の測定値と炉内温度設定値との差に基づきマス
タ調節計出力（PN1）を発生するマスタ調節計（10）及
び前記ヒータ（２）の温度の測定値と前記マスタ調節計
出力（PN1）との差に基づきヒータ操作用スレーブ調節
計出力（PN2）を発生するスレーブ調節計（11）を有す
る炉内温度制御装置において、前記マスタ調節計の出力
端と前記スレーブ調節計の入力端との間に接続した減衰
器（13）を備え、前記マスタ調節計出力（PN1）を前記
減衰器(13)により一様に減衰させた後前記スレーブ調節
計（11）に加えてなる拡散炉の内部温度制御装置。 - 【請求項２】 請求項１記載の内部温度制御装置におい
て、前記マスタ調節計（10）に比例要素、積分要素、及
び微分要素を含め、前記スレーブ調節計の出力端と前記
マスタ調節計（10）の積分要素との間に接続した積分抑
制器（14）を備え、前記スレーブ調節計出力（PN2）が
所定スパンの100%以上又は0%以下の時は前記積分抑制器
（14）により前記マスタ調節計（10）の積分要素の積分
機能を阻止してなる拡散炉の内部温度制御装置。 - 【請求項３】 請求項２記載の内部温度制御装置におい
て、イベント情報検出器（16）、及び前記イベント情報
検出器（16）と前記マスタ調節計（10）との間に接続し
たPID切替器（17）を備え、前記マスタ調節計（10）の
比例要素、積分要素、及び微分要素に選択可能な比例感
度、積分時間、及び微分時間を含め、検出されたイベン
ト情報に応じ前記PID切替器（17）により予め定められ
た前記比例感度、積分時間、及び微分時間を選択してな
る拡散炉の内部温度制御装置。 - 【請求項４】 請求項３記載の内部温度制御装置におい
て、前記イベント情報検出器（16）と前記減衰器（13）
との間に接続した減衰切替器（19）を備え、前記減衰器
（13）に選択可能な複数の減衰率を含め、検出されたイ
ベント情報に応じ前記減衰切替器（19）により予め定め
られた前記減衰率を選択してなる拡散炉の内部温度制御
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6010193A JP2576036B2 (ja) | 1994-02-01 | 1994-02-01 | 拡散炉の内部温度制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6010193A JP2576036B2 (ja) | 1994-02-01 | 1994-02-01 | 拡散炉の内部温度制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07219646A JPH07219646A (ja) | 1995-08-18 |
| JP2576036B2 true JP2576036B2 (ja) | 1997-01-29 |
Family
ID=11743460
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6010193A Expired - Lifetime JP2576036B2 (ja) | 1994-02-01 | 1994-02-01 | 拡散炉の内部温度制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2576036B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3437807B2 (ja) * | 1999-10-18 | 2003-08-18 | 株式会社山武 | 制御演算装置及び制御演算方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52107480A (en) * | 1976-03-05 | 1977-09-09 | Fuji Photo Film Co Ltd | Cascade automatic control system |
| JPH0588703A (ja) * | 1991-09-30 | 1993-04-09 | Toshiba Corp | 制御装置 |
| JPH05313702A (ja) * | 1992-05-12 | 1993-11-26 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 制御装置 |
-
1994
- 1994-02-01 JP JP6010193A patent/JP2576036B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07219646A (ja) | 1995-08-18 |
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