JPH01282619A - 半導体処理装置用温度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、半導体処理装置、例えば半導体拡散装置等
用の温度制御２＋１装置に関する。

（従来の技術） 半導体拡散装置等の半導体処理装置は、半導体装置の生
産性を上げる目的から、迅速な温度の上昇及び加工の能
力を億えていて短時間で所要の温度に設定できるものが
求められている。

従来のこのような半導体処理装置用温度制御１１装置を
、半導体拡散装置用のものを例にとり、第１図ないし第
１１図を用いて説明する。まず、半導体拡散装置（以下
、半導体拡散炉ともいう）の炉体構造から説明すると、
第７図中、１は断熱材であり、その内側には、加熱手段
としてのトップゾーンヒータ２、センターゾーンヒータ
３及びボトムゾーンヒータ４と、例えば３ゾーンに分れ
た各ヒータが巻かれている。これらのヒータの内側には
、処理部としての石英管（反応管）５が配置され、その
下方の開口部は石英キャップ６で塞がれている。

１０は、炉内温度を所要の温度に加熱設定するためのＰ
ＩＤ温度調節器、１１は目標温度発生器としてのＲＡＭ
Ｐ関数発生器であり、各ゾーンのヒータ２．３．４には
、それぞれ温度検出器７．８．９が取付けられていて、
その温度検出器の信号線がそれぞれ温度調節器１０に接
続されている。

そシテＦｍ度調節器１０　ハ、ＲＡＭＰｆＩＩｒｌ１発
生器１１から目標温度がりえられるとともに、各温度検
出器７．８．９からの温度検出値をフィードバック信号
として各ゾーンのヒータ出力を制御し、炉内温度を所要
の温度に加熱設定するようになっている。

また、断熱材１の、上部が開口されてブロワ用配管１４
が接続され、このブロワ用配管１４に、炉内温度を降下
させるための強制冷却手段としてのブロワ１５及び排気
弁１６が取付けられている。

１７はラジエタである。

そして、強制空冷時には、ＲＡＭＰ関数発生器１１によ
り排気弁１６及びブロワ１５が駆動されて、排気弁１６
が間となり、ブロワ１５が運転されることにより、炉体
下部から引込まれた空気が石英管５と各ヒータ２．３．
４の間を通り、炉体上部に流れることにより、炉内温度
が所要の温度まで降下される。

（発明が解決しようとする課題） いま、炉内温度が例えば１０００℃に加熱設定されてい
る状態から、８００℃に降温設定する場合を第８図ない
し第１１図を用いて説明する。

まず、ＲＡＭＰ関散発生器１１により、温度調節器１０
に第９図中、特性線ｑで示されるように変化するＲΔＭ
Ｐ関数形の温度設定が行なわれる。

このとき、時間ａで設定温度が下り始めると同時に、Ｒ
ＡＭＰ関数発生器１１の制御により、排気弁１６が開と
されるとともに、ブロワ１５が駆動される。第１１図は
、このときのブロワ１５の風聞出力特性を示すもので、
時間ａの駆動開始時から一定の出力値とされている。そ
して、このようなブロワ１５の駆動により、石英管５が
強制空冷されて炉内温度が第８図の特性線で示すように
降温し、８００℃で安定づ゛ると、時間すでブロワ１５
の駆動が停止され、温度調節器１０の設定温度がステッ
プ状に変化されて目標温度８００℃に設定される（第９
図）。

しかながら、従来の温度制御装置は、ブロワ１５の」吊
出力が駆動当初から停止時まで一定の出力値とされてい
たため、ブロワ１５の駆動開始時（時間ａ）に、急激に
ヒータ２．３．４を冷却する空気が炉体下部から引込ま
れて、温度検出器７．８．９がその空気により煽られ、
温度検出値が第９図中、特性線りで示すように瞬時、急
激に低下してしまう。この結果、温度調節器１０からの
ヒータ２．３．４への出力値が、第１０図の特性線で示
すように増大し、強制空冷の開始直後には、炉内が逆に
加温されてしまうことになる。第８図の特性線は、この
時間ａの直後の炉内温度の昇温される様子を示している
。

一方、ブ［１ワ１５の停止時（時間ｂ）には、ヒータ２
．３．４を冷却していた空気の流れが急に止まってしま
うので、温度検出器の検出値が、第９図の特性線りで示
すように瞬時、上昇してしまう。この結果、温度調節器
１０からのヒータ２．３．４への出力値が、第１０図の
特性線で示すように、時間すの直後に瞬時低下し、炉内
温度が第８図の特性線で示すように一瞬、低くなって乱
れてしまう。

上述のように、従来の温度制御装置は、強制冷却手段の
出力値が、駆動当初から停止時まで一定の値に固定され
ていたため、その０Ｎ１０ＦＦ時に系の状態が急激に変
ってしまい、温度調節器による温度制御の結果、炉内温
度が乱れて処理される半導体装置の性能に悪影響を与え
てしまうおそれがあるという問題があった。

この発明は上記事情に基づいてなされたもので、強制冷
却運転によって処理部内の温度を乱れさせることなく所
要の温度に降温設定することのできる半導体処理装置用
温度制御装置を提供することを目的とする。

［発明の構成１ （課題を解決するための手段） この発明は上記課題を解決するために、処理部を加熱す
る加熱手段及び強制冷却する強制冷却手段が備えられた
半導体処理装置における当該処理部の温度を制ｔｏ１″
！Ｊる温度制御２１１装置であって、目標温度が与えら
れるとともに前記処理部の温度検ｉｆｔ　ｊ（１をフィ
ードバック信号として前記加熱手段を制御する温度調節
器と、該温度調節器に前記目標温度を与えるとともに前
記処理部を所要の温度に降温設定する際は当該目標温度
を所要の変化率で低下させる目標温度発生器と、該目標
温度発生器からの前記目標温度及び前記処理部の温度検
出値に基づいて当該口４！２温度及び温度検出値間の偏
差が所要値となるように前記強制冷却手段を制御する強
制冷却制御手段とを有することを要旨とする。

（作用） 上記構成において、強制冷却手段の冷却能力が、目標温
度発生器からの目標温度及び処理部の温度検出値に基づ
いて強制冷却制御手段により可変制御される。そして処
理部を所要の温度に降温設定する際に、目Ｉａ温度が所
要の変化率で低下されるときは、温度検出値がその目標
温度よりも高い所要の偏差となるように上記冷却能力が
制御されて、温度調節器からの加熱手段への加熱出力が
瞬時的に増大変動することが防止される。また、処理部
が所要の温度まで降温されて強制冷却手段の冷ｆＪＩを
停止させる際は、温度検出値及び目標温Ｉｆｆ間の偏差
が、はぼゼロとなるように冷却能力が徐々に減らされて
、温度調節器からの加熱手段への加熱出力が瞬時的に低
下変動等をすることが防止される。而して、強制冷ｆ！
Ｉ運転の際に処理部は、温度の乱れが生じることなくス
ムーズに所要の温度に降温設定される。

（実ｍ例） 以下、この発明の実施例を第１図ないし第６図に基づい
て説明する。この実施例は、半導体拡散装置用の温度制
御装置に適用されている。

なお、第１図において、前記第７図における機器及び部
材等と同一ないし均等のものは、前記と同一符号を以っ
て示し、重複した説明を省略する。

まず、半導体拡散袋δ用温度制御装置２０の構成を説明
すると、この実施例では、ＲＡＭＰ関数発生器１１と、
ブロワ１５及び排気弁１６からなる強制冷却手段との間
に、強制空冷制御装置１２及びインバータ１３からなる
強制冷部制御手段が接続されている。

強制空冷制御装置１２は、温度検出器７．８．９からの
温度検出値及びＲＡＭＰ関数発生器１１からの目標温度
に基づいて強制空冷を開始するタイミングを決め、ブロ
ワ１５及び排気弁１６を制御するものであり、さらに、
このブロワ１５の制御はインバータ１３を介して行なわ
れるようになっている。

強制空冷制御装置１２は、後述するように、ＲΔＭＰ関
数発生器１１からの目標温度の時間変化を求め、ある一
定の変化率以上になったら、ブロワ１５及び排気弁１６
の制御を開始するようになっている。そして、変化率が
ゼロになり、ヒータ温度（温度検出値）が安定したのを
確認してから、強制空冷を停止させるようになっている
。

次に、上述のように構成された半導体拡散装置用温度制
ａｌｌ装置の作用を、第２図ないし第６図を用いて説明
する。

この実施例の温度制御Ｓ！を置の制御動作は、基本的に
は、次の３段階に分けて考えることができる。

即ち、 第１段階：強制空冷を開始してから炉内温度が安定する
までの間。

第２段階：炉内温度が到達目標温度において安定してい
る間。

第３段Ｗ４＝強制空冷を中止して炉内温度が安定するま
での間である。

まず、第１段階では、ブロワ１５を駆動するのに先立っ
て温度調節器１０に対する目標温度を所要の変化率で下
げ始める。目標温度と温度検出器の検出温度（ヒータ温
度）との差がα℃となった所で１排気弁１６を開としブ
ロワ１５を駆動し始める。ブロワ１５はインバータ１３
によって制御し、その出力を、目標温度と検出温度との
差がα℃となるように制ｍ＋″ｔＪる。つまり、目標温
度よりも検出温度の方が常にα℃だけ高くなるようにす
る。このようにしておけば各ヒータ２．３．４の温度を
調節する温度調節器１０においては、目標温度よりも検
出温度の方が常に高いので、ヒータ出力値が急に上昇す
るようなことは起らなくなる。

次に、第２段階では、目標温度と検出温度を一致させる
必要があるので上記α℃の偏差をゼロ、即ち取除いて制
御を行なう。

最後に、第３段階では、目標温度をステップ状に変化さ
せるのではなくて、ブロワ１５を停止した時に炉内が安
定となる目標温度まで一定のレートで変化させる。この
とき、ブロワ１５の出力も丁度、目標温度が変化し終る
と同時にゼロとなるように一定のレートで出力を下げる
ようにする。

このようにすることによって系の状態をゆるやかに変化
させるようにする。

上記のようにすればブロワ１５の出力値は急変すること
がなくなるので、炉内温度が乱れてしまうということは
無くなる。

次いで、ブロワ１５及び排気弁の制御を行なう強制空冷
制御装置１２における処理内容を説明することにより、
上述の基本的な３段階の制御動作を、さらに詳述する。

第２図は強制空冷制６１１装置ｉ！？１２における処理
を機能ブロックとして示したものである。また、第３図
、第４図、第５図及び第６図は、それぞれ炉内温度、ヒ
ータ温度、ヒータ出力値及びブロワ風冷の挙動を示した
ものである。これらの図中、ＡｌＢはそれぞれ同じ時刻
を示している。

第２図において、２１は第１図のＲＡＭＰ関数発生器１
１からの温度設定値（目標温度）を示し、２２は温度検
出器からの温度検出値を示している。

温度設定値２１は変化レート判別器２３を通り検出温度
２２と加算されて制御ｆｉ差となる。変化レート判別器
２３は温度設定値２１の変化率がある一定の値以上とな
ると、偏差設定信号２４をｌ」レベルとしてスイッチ２
５をＯＮとさせる。このことにより、制御偏差に偏差設
定値発生器２６からα℃がオフセットとして加算される
。しかる後に、ブロワ制御開始信号２７がＨレベルとな
りスイッチ２８をＯＮとする。

以上の動作により、制御偏差がＰＴＤ演算器２９に入り
、その出力がスイッチ２８を介してブロワ制御信号３１
として第１図のインバータ１３に与えられる。このとき
、変化レート判別器２３から排気弁駆動信号３２が第１
図の排気弁１６に送られる。

ここまでの制御動作が、前述の第１段階の制御動作に相
当する。

次に、変化レート判別ＷＩ２３は温度設定値２１の変化
率がゼロになると同時に偏差設定信号２４をＬレベルと
し、スイッチ２５をＯＦＦとする。

これにより、α℃のオフセットは解除される。そして今
度は、温度設定値２１と検出温度２２が一致するように
ブロワ制御信号３１がコントロールされるようになる。

上記の制御動作が、前述の第２段階の制御動作に相当す
る。

次いで、温度設定値２１の変化率がゼロになってから一
定時間経過した後に、再び変化率がゼロでなくなるが、
このとぎ変化レート判別器２３はその変化率を求め、こ
れを減少レート設定信号３３として減少関数発生器３４
に与える。それと同時にブロワ制御Ｉｒｆ！ＸＪ始信号
２７をＬレベルとしてスイッチ２８をＯＦＦとし、かつ
出力減少信号３５をＨレベルとし、スイッチ３６をＯＮ
とする。

このときｐｔｏｘ譚器２９は制御ループから切離される
。

減少関数発生器３４は変化レート判別器２３から減少レ
ート設定信号３３をもらうと同時にその直館のプロワ制
御信号３７の値から指定されたレートに従って出力値を
減少させて行く。この値はスイッチ３６を介してブロワ
制御信号３１として第１図のインバータ１３に与えられ
る。再び変化レート判別器２３が温度設定値２１の変化
率がゼロとなったと判断すると、出力減少信号３５をＬ
レベルとしスイッチ３６をＯＦＦとする。また、これと
同時に排気弁駆動信号３２をＯＦＦとする。

これによりブロワ１５の駆動は完全に停止される。

上記の制御動作が、前述の第３段階の制６１１動作に相
当する。

なお、上述の説明において、検出温度は１つで示したが
、これは、設定によって温度検出器７．８．９の何れか
の検出温度と一致しているものとする。

この実施例の温度制御装置は、上述のような手順に従っ
てａ、＋Ｉ　ａｌｌ　動作を行なうので、ブロワｆｆ１
ｆｆｉは、第６図の特性線で示すように、駆動開始時（
時間Ａ）及び停止時（時間Ｂ）に急激に変化するという
ことがなくなる。その結果、温度検出器の検出温度（ヒ
ータ温度）は、第４図中、特性線ｆで示すように、強制
空冷開始時〈時間Ａ）の急落がなくなり、また、強制空
冷停止時（時間Ｂ）のオーバーシュートも消失する。そ
して、目標１度ｅに対して常にα℃だけ高い状態で一定
の変化率に従って降下する。したがって、温度調ｆｌｉ
５！１０からのヒータ出力値は、第５図の特性線で示す
ように、時間への直後における急激な増大及び時間Ｂの
直後における瞬時の低下は発生せず、所望の出力特性で
スムーズに変化する。この結果、炉内温度は第３図の特
性線で示すように滑らかに降下して所要の降下設定温度
で安定する。

以上のようにこの実施例によれば、炉内の温度制御の乱
れを生じることなく、炉温を強制空冷することが可能と
なる。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明によれば、強制冷却手段
を、目標温度発生器からの目標温度及び処理部の温度検
出値に基づいてその目標温度及び温度検出値間の偏差が
所要値となるように、強制冷却制御手段により制御する
ようにしたので、処理部を所要の温度に降温設定する際
に、目標温度が所要の変化率で低下されるときは、温度
検出値がその目標温度よりも高い所要の偏差となるよう
に強制冷却手段を制御することができて、温度調節器か
らの加熱手段への加熱出力が瞬時的に増大変動すること
を防止することができる。また、処理部が所要の温度ま
で降温されて強制冷却手段を停止させる際は、温度検出
値及び目ｖ！Ａ温度間の偏差が例えば、はぼゼロとなる
ように強制冷却手段を制御することができて、温度調節
器からの加熱手段への加熱出力が瞬時的に低下変動等を
することを防止することができる。したがって、強制冷
却制御の際に、処理部を温度の乱れを生じさせることな
く所要の温度に降温設定することができ、処理される半
導体装置の性能に悪影響を与えるおそれがないという利
点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第６図はこの発明に係る半導体処理装置用
温度制御装置の実施例を示すもので、第１図は全体の構
成図、第２図は強制空冷υ制御装置部分の動作を機能ブ
ロックで示すブロック図、第３図は炉内温度特性を示す
特性図、第４図はヒータ温度特性等を示づ一特性図、第
５図は２Ｓ１度調節器からのヒータ出力特性を示す特性
図、第６図はブロワｆｆ１ｆｆｌ特性を示す特性図、第
７図ないし第１１図は従来の半導体拡散装置用温度制御
装置を示すもので、第７図は構成図、第８図は炉内温度
特性を示す特性図、第９図はヒータ温度特性等を示す特
性図、第１０図は温度調節器からのヒータ出力特性を示
す特性図、第１１図はブロワ風量特性を示す特性図であ
る。 ２．３．４：ヒータ（加熱手段）、 ５：石英管（処理部）、 ７．８．９：温度検出器、　１０：温ｒ！１調ｍ器、１
１　：ＲＡＭＰ閏数発生器（目標温度発生器）、１２：
インバータとともに強１．ｌＪ冷却制御手段を構成する
強制空冷制御装置、 １３：インバータ、 １５：排気弁とともに強制冷却手段を構成するブロワ、 １６：排気弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　処理部を加熱する加熱手段及び強制冷却する強制冷却
   手段が備えられた半導体処理装置における当該処理部の
   温度を制御する温度制御装置であって、目標温度が与え
   られるとともに前記処理部の温度検出値をフィードバッ
   ク信号として前記加熱手段を制御する温度調節器と、該
   温度調節器に前記目標温度を与えるとともに前記処理部
   を所要の温度に降温設定する際は当該目標温度を所要の
   変化率で低下させる目標温度発生器と、該目標温度発生
   器からの前記目標温度及び前記処理部の温度検出値に基
   づいて当該目標温度及び温度検出値間の偏差が所要値と
   なるように前記強制冷却手段を制御する強制冷却制御手
   段とを有することを特徴とする半導体処理装置用温度制
   御装置。