JPH0630027B2 - Method and device for controlling temperature in heat treatment apparatus for semiconductor substrate - Google Patents

Method and device for controlling temperature in heat treatment apparatus for semiconductor substrate

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JPH0630027B2
JPH0630027B2 JP61002549A JP254986A JPH0630027B2 JP H0630027 B2 JPH0630027 B2 JP H0630027B2 JP 61002549 A JP61002549 A JP 61002549A JP 254986 A JP254986 A JP 254986A JP H0630027 B2 JPH0630027 B2 JP H0630027B2
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秀行 寺岡
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は半導体基板(以下、「ウエハ」と言う。)を
加熱する熱処理装置においてウエハの温度を所定の目標
温度とするための温度制御方法および温度制御装置に関
する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a temperature control method for setting a temperature of a wafer to a predetermined target temperature in a heat treatment apparatus for heating a semiconductor substrate (hereinafter referred to as “wafer”). And a temperature control device.

(従来の技術とその問題点) 半導体装置の製造工程においては、イオン注入層の組成
の均一化やシリコン膜の安定化、それにオーミックコン
タクトの形成などの種々の目的でウエハの熱処理が行な
われる。そして、このような熱処理では、あらかじめ設
定された目標温度変化曲線に沿って急速かつ均一にウエ
ハを加熱し、ウエハの温度が目標とする熱処理温度に達
した後には、その温度を精度良く保つ必要がある。
(Prior Art and Problems Thereof) In a semiconductor device manufacturing process, heat treatment of a wafer is performed for various purposes such as uniform composition of an ion implantation layer, stabilization of a silicon film, and formation of ohmic contact. In such a heat treatment, it is necessary to rapidly and uniformly heat the wafer along a preset target temperature change curve and maintain the temperature accurately after the wafer temperature reaches the target heat treatment temperature. There is.

このため、ウエハなどの熱処理においては、強力なハロ
ゲンランプなどの放射熱源を備える加熱炉を用いるとと
もに、加熱炉内の温度を検出してこの検出温度と目標温
度値との偏差を求め、この偏差に応じて、上記放射熱源
への電力供給量を修正するフィードバック制御が行なわ
れている。
Therefore, in the heat treatment of wafers and the like, a heating furnace equipped with a radiant heat source such as a powerful halogen lamp is used, and the temperature inside the heating furnace is detected to obtain the deviation between this detected temperature and the target temperature value. Accordingly, feedback control is performed to correct the amount of power supplied to the radiant heat source.

第7図はこのような従来の温度制御方法を採用した熱処
理装置を例示するブロック図である。同図において、熱
処理の対象となるウエハ1は、複数の放射熱源2を両面
に配列した加熱炉3内に搬入されて、ウエハ支持機構4
によって支持されている。
FIG. 7 is a block diagram illustrating a heat treatment apparatus adopting such a conventional temperature control method. In the figure, a wafer 1 to be heat-treated is loaded into a heating furnace 3 having a plurality of radiant heat sources 2 arranged on both sides, and a wafer supporting mechanism 4 is provided.
Supported by.

一方、目標温度設定器10には、第8図に示すような台
形の目標温度変化曲線F(T)が、時間tの関数と
して設定してある。ただし、この第8図において、温度
は絶対温度[K]であり、Tは定常処理温度である。
そして、第7図の目標温度設定器10から上記目標温度
変化曲線F(T)に応じて出力される目標温度信号
は、加熱炉3内の温度検出器5(たとえば熱電対)
によって検出された加熱炉3内の実測温度信号Tとと
もに、減算器11に与えられる。
On the other hand, in the target temperature setting device 10, a trapezoidal target temperature change curve F 1 (T O ) as shown in FIG. 8 is set as a function of time t. However, in FIG. 8, the temperature is an absolute temperature [K] and T P is a steady processing temperature.
The target temperature signal T O output from the target temperature setter 10 in FIG. 7 according to the target temperature change curve F 1 (T O ) is the temperature detector 5 (for example, thermocouple) in the heating furnace 3.
It is given to the subtractor 11 together with the actually measured temperature signal Tr in the heating furnace 3 detected by.

この減算器11では、上記TとTとの偏差: △T=T−T …(1) を求め、この偏差信号△TをPID制御系12内の乗算
器13〜15に出力する。このうち、乗算器13では偏
差△Tに定数Kを乗算して偏差比例信号Sを与え
る。また、乗算器14では偏差ΔTに定数Kを乗算
し、次段の積分器16でこれを時間積分することによっ
て、偏差積分信号Sを与える。さらに、乗算器15で
は偏差△Tに定数Kを乗算し、次段の微分器17でこ
れを時間微分して偏差微分信号Sを与える。そして、
これらの信号S,S,Sが加算器18によって加
算されて温度制御信号Sとなる。
The subtracter 11 obtains the deviation between the above-mentioned T O and Tr : ΔT = T O −T r (1) and outputs this deviation signal ΔT to the multipliers 13 to 15 in the PID control system 12. To do. Of these, the multiplier 13 multiplies the deviation ΔT by a constant K 1 to give a deviation proportional signal S P. Further, the multiplier 14 multiplies the deviation ΔT by a constant K 2, and the integrator 16 at the next stage performs time integration to give a deviation integration signal S I. Furthermore, the multiplier 15 multiplies the deviation ΔT by a constant K 3, and the differentiator 17 at the next stage differentiates this with respect to time to give a deviation differentiation signal S D. And
These signals S P , S I and S D are added by the adder 18 and become the temperature control signal S T.

この温度制御信号Sは、放射熱源2に電力Pを供給す
るための電力供給ユニット19に与えられる。この電力
供給ユニット19では、電力制御器21が上記温度制御
信号Sを入力して、電源20から放射熱源2に与える
電力Pを、この温度制御信号Sに比例させるように制
御する。したがって、このような従来装置では、温度制
御信号Sそれ自身が電力制御信号として機能する。
The temperature control signal S T is supplied to the power supply unit 19 for supplying the power P to the radiant heat source 2. In the power supply unit 19, the power controller 21 to input the temperature control signal S T, the power P supplied from the power source 20 to the radiant heat source 2 is controlled to be proportional to the temperature control signal S T. Therefore, in such a conventional device, the temperature control signal S T itself functions as a power control signal.

このようにして、放射熱源2からの放射エネルギーは偏
差△Tに応じて増減し、ウエハ1は目標温度変化曲線F
(T)に沿った温度制御を受けることになる。
In this way, the radiant energy from the radiant heat source 2 increases or decreases in accordance with the deviation ΔT, and the wafer 1 has the target temperature change curve F
1 (T 2 O ) will be subjected to temperature control.

ところが、このような従来の温度制御においては、目標
温度の急速な立上りに対して、加熱炉内の温度が十分に
追随できないという問題がある。この問題をより具体的
に見るために第9図を参照する。この第9図は第8図の
前半部分を拡大し、加熱炉3内の実測温度Tと供給電
力Pとのそれぞれの時間変化曲線F(T),F
(P)を重ねて描いた図である。この図からわかるよ
うに、目標温度が急速に立上っているとき(たとえば数
秒間で200℃〜300℃から1000℃以上にまで加
熱炉3内を急速に昇温させる場合)には、加熱炉3内の
実際の温度Tが定常処理温度Tと等しくなり安定す
る迄にかなりの時間を要するため、所望の熱処理を精度
良く実現することは困難となっている。
However, in such a conventional temperature control, there is a problem that the temperature in the heating furnace cannot sufficiently follow the rapid rise of the target temperature. To see this problem more specifically, refer to FIG. This FIG. 9 is an enlarged view of the first half of FIG. 8, showing time-varying curves F 2 (T r ) and F of the measured temperature T r and the supplied power P in the heating furnace 3.
It is the figure which drew 3 (P) on it. As can be seen from this figure, when the target temperature rises rapidly (for example, when the temperature inside the heating furnace 3 is rapidly raised from 200 ° C. to 300 ° C. to 1000 ° C. or more in a few seconds), heating is performed. since the actual temperature T r of the furnace 3 requires considerable time until the same becomes stable and steady process temperature T P, it has become difficult to accurately achieve the desired heat treatment.

一方、これを改善する目的でフィードバックのゲインに
相当する諸定数(K,K,K)を大きくすると、
昇温過程から定常の処理温度維持過程へと移行する時点
付近において、オーバーシュートやハンチングが生
じてしまうため、このような方法では上記問題の十分な
解決にはならないことになる。
On the other hand, if the constants (K 1 , K 2 , K 3 ) corresponding to the feedback gain are increased for the purpose of improving this,
Overshooting or hunting occurs near the time point t 1 when the process goes from the heating process to the steady process temperature maintaining process, and thus such a method cannot sufficiently solve the above problem.

(発明の目的) この発明は従来技術における上述の問題点の克服を意図
しており、半導体基板を加熱する熱処理装置において半
導体基板の温度を、目標温度値の変化に高精度かつ高速
で応答させることのできる温度制御方法および温度制御
装置を提供することを目的とする。
(Object of the Invention) The present invention is intended to overcome the above-mentioned problems in the prior art, and makes the temperature of the semiconductor substrate respond to the change of the target temperature value with high accuracy and high speed in the heat treatment apparatus for heating the semiconductor substrate. An object of the present invention is to provide a temperature control method and a temperature control device capable of performing the above.

(目的を達成するための手段) 上述の目標を達成するため、この発明は、電力供給手段
から与えられる電力によって放射エネルギーを発生し、
前記放射エネルギーによって半導体基板を加熱する熱処
理装置において前記半導体基板の温度を所定の目標温度
とするための温度制御方法において、 前記放射加熱手段の放射エネルギーと前記半導体基板の
温度との関係に基いて、前記放射加熱手段への供給電力
と前記半導体基板の温度との対応関係に応じた変換規則
をあらかじめ求めておき、 前記目標温度に基づくフィードフォワード制御系を設け
るとともに、前記フィードフォワード制御系によって得
られる温度制御信号を、前記変換規則によって電力制御
信号に変換し、前記電力制御信号に応じて、前記電力供
給手段から前記放射加熱手段への電力供給量を制御す
る。
(Means for Achieving the Purpose) In order to achieve the above-mentioned goal, the present invention generates radiant energy by the electric power supplied from the electric power supply means,
A temperature control method for setting the temperature of the semiconductor substrate to a predetermined target temperature in a heat treatment apparatus for heating a semiconductor substrate with the radiant energy, based on a relationship between the radiant energy of the radiant heating means and the temperature of the semiconductor substrate. , A conversion rule corresponding to the correspondence relationship between the power supplied to the radiant heating means and the temperature of the semiconductor substrate is obtained in advance, and a feedforward control system based on the target temperature is provided and obtained by the feedforward control system. The temperature control signal is converted into a power control signal according to the conversion rule, and the power supply amount from the power supply means to the radiant heating means is controlled according to the power control signal.

すなわち、従来では、半導体基板の温度θと供給電力P
との間の関係を詳細に検討することなく、温度偏差△T
にPID処理を施して得られる温度制御信号をそのまま
電力制御信号として電力供給手段に入力させており、電
力供給手段では、この入力に比例した電力を放射熱源
(放射加熱手段)に与えていた。ところが、半導体基板
の熱的平衡状態温度と供給電力とは一般に比例しないた
めに、従来では半導体基板(ウエハ)温度が温度制御信
号に比例せず、上述のような問題が生じていたことに着
目する。
That is, conventionally, the temperature θ of the semiconductor substrate and the supplied power P
The temperature deviation ΔT without examining the relationship between
The temperature control signal obtained by applying the PID process to the power supply means is directly input to the power supply means as the power control signal, and the power supply means supplies the power proportional to this input to the radiant heat source (radiant heating means). However, since the thermal equilibrium temperature of the semiconductor substrate is generally not proportional to the supplied power, the conventional problem is that the semiconductor substrate (wafer) temperature is not proportional to the temperature control signal, and the above-mentioned problem occurs. To do.

そして、この発明では、放射熱源の放射エネルギーIと
半導体基板の熱的平衡状態あるいは熱的非平衡状態での
温度θとの関係に基いて、供給電力Pと半導体基板の温
度θとの関係: P=f(θ) …(2) を関数式または数値データとしてあらかじめ求めてお
き、この関数に基いて温度制御信号を電力制御信号に変
換して温度制御を行なうわけである。ただし、半導体基
板の温度θは、それ自体を直接に知ることは必須ではな
く、密閉された加熱炉などを用いる場合には炉内温度な
どから間接的または近似的に求めてもよい。
In the present invention, the relationship between the supplied power P and the temperature of the semiconductor substrate θ is based on the relationship between the radiant energy I of the radiant heat source and the temperature θ of the semiconductor substrate in the thermal equilibrium state or the thermal non-equilibrium state: P = f (θ) (2) is obtained in advance as a functional expression or numerical data, and the temperature control signal is converted into a power control signal based on this function to perform temperature control. However, it is not essential to know the temperature θ of the semiconductor substrate directly, and in the case of using a closed heating furnace or the like, the temperature θ may be indirectly or approximately obtained from the temperature inside the furnace.

また、この発明ではフィードフォワード制御を用いて上
記温度制御を実現する。それは(2)式の関係をあらかじ
め知っておくことによって、制御対象の応答特性が比較
的良く理解できているため、伝達遅れによる誤差の少な
いフィードフォワード制御が適しているからである。も
っとも、フィードバック制御をあわせて行なうことによ
り、さらに制御特性は改善される。そのような例は、後
述する実施例中で説明する。
Further, in the present invention, the temperature control is realized by using feedforward control. This is because the response characteristics of the controlled object can be understood relatively well by knowing the relationship of Eq. (2) in advance, so feedforward control with less error due to transmission delay is suitable. However, the control characteristics are further improved by performing the feedback control together. Such an example will be described in the examples below.

(実施例) A.実施例の原理 この発明の実施例の具体的構成と動作とを説明する前
に、その制御原理を、上述したウエハの熱処理を例にと
って説明する。そのためには(2)式を具体的な形で知る
必要があるため、まず、この式を求めておく。
(Example) A. Principle of Embodiment Before describing the specific configuration and operation of the embodiment of the present invention, the control principle thereof will be described by taking the above-described wafer heat treatment as an example. To do this, it is necessary to know Eq. (2) in a concrete form, so first find this formula.

第2図(A)は第7図において説明した加熱炉3の内部
模式図である。この第2図(A)において、放射熱源2
からウエハ1への単位面積あたりの照射強度を表裏あわ
せてIとし、ウエハ1の温度をθ[K]とする。また、
ウエハ1についての諸量を第2図(B)に示すように、
次のように定義する。
FIG. 2 (A) is an internal schematic diagram of the heating furnace 3 described in FIG. 7. In FIG. 2 (A), the radiant heat source 2
The irradiation intensity per unit area of the wafer 1 to the wafer 1 is set to I, and the temperature of the wafer 1 is set to θ [K]. Also,
As shown in FIG. 2 (B), various quantities of the wafer 1 are
It is defined as follows.

S…片面の表面積 d…厚さ c…比熱 ρ…密度 ε…放射率 また、ウエハ1に照射された放射エネルギーはすべてウ
エハ1に吸収されるものとする。すると、微小時間△t
内に放射熱源2からウエハ1に与えられる熱量は表裏両
面で(εSI△t)であり、一方、この間に、ウエハ1
から放射によって失われて行く熱量は、Uを温度θ
[K]の黒体の単位面積あたりの放射エネルギーとし
て、(2εSU△t)となる。
S ... Surface area of one surface d ... Thickness c ... Specific heat ρ ... Density ε ... Emissivity Further, it is assumed that the radiant energy applied to the wafer 1 is all absorbed by the wafer 1. Then, the minute time Δt
The amount of heat given to the wafer 1 from the radiant heat source 2 is (εSIΔt) on both front and back sides, while the wafer 1
The amount of heat lost by radiation from the
The radiant energy per unit area of the black body of [K] is (2εSUΔt).

したがって、差引き: △Q=εS(I−2U)△t …(3) だけの熱量がウエハ1に蓄えられる。Therefore, the amount of heat corresponding to the subtraction: ΔQ = εS (I−2U) Δt (3) is stored in the wafer 1.

この熱量△Qによって、ウエハ1の温度が△θだけ上昇
したとすれば、このウエハ1の熱容量が(ρcdS)で
あることから (ρcdS)△θ=εS(I−2U)△t …(4) が成立する。
If the temperature of the wafer 1 is increased by Δθ due to the heat quantity ΔQ, the heat capacity of the wafer 1 is (ρcdS). ) Holds.

したがって、△t→0の極限では、微分式として、 が成立する。Therefore, in the limit of Δt → 0, Is established.

ところが、黒体の放射エネルギーUは、周知のステファ
ン・ボルツマンの法則によって、その温度θの4乗に比
例する。
However, the radiant energy U of the black body is proportional to the fourth power of the temperature θ according to the well-known Stefan-Boltzmann law.

U=σθ …(6) ただし、σは定数であって、ボルツマン定数K、高速
およびプランク定数hを用いて、 σ=2π /及び15c …(7) で与えられる。また、放射熱源2における放射エネルギ
ー強度Iと供給電力Pとの比、すなわち放射効率をγと
すれば、 I=γP …(8) が成立する。
U = σθ 4 (6) However, σ is a constant, and using Boltzmann's constant K B , high-speed c l and Planck's constant h, σ = 2π 5 K B 4 / and 15 c l 2 h 3 (7) ) Is given. Further, if the ratio of the radiant energy intensity I and the supplied power P in the radiant heat source 2, that is, the radiation efficiency is γ, then I = γP (8) holds.

したがって、(5),(6),(8)式によって、 が成立する。この(9)式が、この実施例において(2)式を
具体化した式である。
Therefore, according to equations (5), (6), and (8), Is established. The expression (9) is an expression embodying the expression (2) in this embodiment.

この(9)式によれば、ウエハ1の温度θを目標温度T
に一致させるためには、(9)式の右辺でθ=Tとして
得られるだけの電力Pを放射熱源2に与えねばならない
ことになる。したがって、制御回路もまた、(9)式に従
って構成する。
According to this equation (9), the temperature θ of the wafer 1 is set to the target temperature T O
In order to match with, the electric power P that is obtained as θ = T O on the right side of the equation (9) must be given to the radiant heat source 2. Therefore, the control circuit is also constructed according to the equation (9).

なお、(9)式はいくつかの近似の下に得られた式であっ
て、実際には、たとえば、 のような付加的な項gが存在することもある。このよう
な項gは、たとえば放射熱源のフィラメント(抵抗体)
自体の熱容量や加熱炉外への熱の散逸によって生ずる
が、これらの取扱いについては、後述する。
Equation (9) is an equation obtained under some approximations, and in practice, for example, There may be an additional term g such as Such a term g is, for example, a radiant heat source filament (resistor).
It occurs due to the heat capacity of itself and the dissipation of heat to the outside of the heating furnace, but the handling of these will be described later.

B.第1の実施例 第1A図は、この発明の第1の実施例である温度制御装
置を用いたウエハの熱処理装置のブロック図である。そ
して、この実施例は、フィードフォワード制御系FF
と、フィードバック制御系FBとを組合せた制御装置
として構成されている。第1A図において、目標温度設
定器10には、第7図の従来装置と同様に、第8図に示
す目標温度変化曲線があらかじめ設定してある。この目
標温度設定器10からの目標温度信号Tは、加熱炉3
内のウエハ1の表面に設けられた温度検出器5からの実
測温度信号Tとともに減算器31に入力し、ここでフ
ィードバック制御のための偏差信号△T: △T=T−T …(11) となる。この部分は従来装置と同様である。
B. First Embodiment FIG. 1A is a block diagram of a wafer heat treatment apparatus using a temperature control apparatus according to a first embodiment of the present invention. Then, in this embodiment, the feedforward control system FF 1
And a feedback control system FB 1 in combination. In FIG. 1A, the target temperature changer 10 is preset with the target temperature change curve shown in FIG. 8 as in the conventional device of FIG. The target temperature signal T O from the target temperature setter 10 is used for the heating furnace 3
Together with the measured temperature signal T r from the temperature detector 5 provided on the surface of the wafer 1 in the inner input to the subtracter 31, the deviation signal for where the feedback control △ T: △ T = T O -T r ... It becomes (11). This part is similar to the conventional device.

このようにして得られた偏差信号△Tは、乗算器32〜
34に入力されて、それぞれK,K,K倍され
る。これらのうち、乗算器32での乗算出力は、PID
制御における比例制御部分に相当する。また、乗算器3
3での乗算出力は積分器35で積分されて積分制御出力
となる。そして、これらは、加算器36において加算さ
れる。
The deviation signal ΔT obtained in this way is output from the multiplier 32 ...
It is input to 34 and multiplied by K P , K I and K d , respectively. Of these, the multiplication output of the multiplier 32 is the PID
It corresponds to the proportional control part in control. Also, the multiplier 3
The multiplication output at 3 is integrated by the integrator 35 and becomes an integration control output. Then, these are added in the adder 36.

一方、乗算器34でのKの乗算は、従来の微分制御出
力を得る前段階としてのゲインの乗算に相当するが、こ
の乗算器34の出力は、従来装置のように加算器36で
加算されることなく、フィードフォワード制御系FF
側に与えられている。それは、(9)式からわかるよう
に、温度の時間微分(dθ/dt)が供給電力Pを表現
する式の中に、θの項とは別の項として入っているた
めに、これに対応する(dT/dt)のみを分離して
取扱うことが望ましいからである。
On the other hand, the multiplication of K d in the multiplier 34 corresponds to the multiplication of the gain as the previous step of obtaining the differential control output in the related art, but the output of the multiplier 34 is added in the adder 36 as in the conventional device. Feed-forward control system FF 1
Is given to the side. As can be seen from the equation (9), this is because the time derivative of temperature (dθ / dt) is included in the equation expressing the supply power P as a term different from the term of θ 4. This is because it is desirable to handle to separate only the corresponding (dT O / dt).

また、目標温度設定器10からの目標温度信号Tは、
フィードフォワード制御系FF内の2つの乗算器3
7,38にも与えられる。このうち、乗算器38では、
この目標温度信号TにゲインJが乗算される。この
ようにして得られた信号は加算器39に与えられ、この
加算器39において、フィードバック制御系FBから
のフィードバック出力Sが加算される。したがって、
この加算器39の出力Sは、フィードフォワード制御
の基礎となる目標温度信号Tを、温度偏差△Tに応じ
たフィードバック信号Sによって補正した信号となっ
ている。
Further, the target temperature signal T O from the target temperature setting device 10 is
Two multipliers 3 in the feedforward control system FF 1
Also given to 7,38. Of these, in the multiplier 38,
The target temperature signal T O is multiplied by the gain J P. The signal thus obtained is given to the adder 39, and the adder 39 adds the feedback output S F from the feedback control system FB 1 . Therefore,
The output S 1 of the adder 39 is a signal obtained by correcting the target temperature signal T O, which is the basis of the feedforward control, with the feedback signal S F according to the temperature deviation ΔT.

この信号Sは、定数設定器41から与えられる所定の
定数αが加算された後、4乗回路40で4乗演算され
る。そして、他の定数設定器42からの定数βが差引か
れて信号Sとなり、加算器44に入る。なお、これら
の定数α,βの意味は後述する。
This signal S 1 is added with a predetermined constant α given from the constant setter 41, and then is squared by the quadratic circuit 40. Then, the constant β from the other constant setter 42 is subtracted to form the signal S 2 , and the signal S 2 is input to the adder 44. The meanings of these constants α and β will be described later.

一方、乗算器37では、目標温度信号TにJが乗算
される。そして、フィードバック制御系FB内の乗算
器34からの信号(K△T)が加えられた後、微分器
43で微分される。そして、この微分信号Sは、上記
4乗器40からの出力Sと加算器44で加算されて信
号Sとなり、後述する回路を介して、電力供給ユニッ
ト60へと与えられる。
On the other hand, in the multiplier 37, the target temperature signal T O is multiplied by J d . Then, after the signal (K d ΔT) from the multiplier 34 in the feedback control system FB 1 is added, the signal is differentiated by the differentiator 43. Then, the differential signal S 3 is added to the output S 2 from the quadratic multiplier 40 by the adder 44 to become a signal S 4 , which is given to the power supply unit 60 via a circuit described later.

ところで、上記4乗演算の段階が、この発明の主たる特
徴に対応しており、これによって、目標温度の値T
基づいて得られる「温度制御信号」の一部としての信号
をそのまま「電力制御信号」とすることなく、放射
熱源への供給電力と半導体基板(ウエハ)温度との対応
関係を考慮して、より適切な「電力制御信号」Sへと
変換しているのである。
By the way, the step of the fourth power calculation corresponds to the main feature of the present invention, whereby the signal S 1 as a part of the "temperature control signal" obtained based on the target temperature value T O is directly used. Instead of using the “power control signal”, it is converted into a more appropriate “power control signal” S 2 in consideration of the correspondence relationship between the power supplied to the radiant heat source and the semiconductor substrate (wafer) temperature. .

このように、目標温度Tを偏差△Tに応じて補正した
値を4乗して得られる信号Sと、目標温度Tに同様
の補正を施した後に時間微分した信号Sとを加算して
信号Sとし、それを電力供給ユニット60側へ与える
ことによって、(9)式で示される電力Pを供給する回路
が実現される。このように、一度、適切な電力制御信号
に変換しておくことによって、半導体基板(ウエハ)温
度は目標温度信号Tに比例するようになる。
Thus, the signal S 2 obtained by the fourth power of the corrected value according to the target temperature T O the deviation △ T, the signal S 3 obtained by differentiating the time after applying the same correction to the target temperature T O A circuit for supplying the electric power P represented by the equation (9) is realized by adding the signal S 4 and giving it to the electric power supply unit 60 side. Thus, once by that it converted to an appropriate power control signal, the semiconductor substrate (wafer) temperature will be proportional to the target temperature signal T O.

ここで、上述した定数α,βの意味を説明しておく。上
記温度設定器10から出力される目標温度Tは絶対温
度として与えられており、T≧0[K]の範囲内の任
意の温度を設定可能である。また、4乗器40における
4乗処理は、上述のようにステファン・ボルツマンの法
則を基礎として行なっているものであって、この法則も
やはり0[K]から成立している。このため、上記4乗
処理は、加熱炉3内が当初0[K]となっている状態か
ら加熱して行く場合に適合したものである。したがっ
て、目標温度Tに対して4乗処理を行ない、その信号
を電力供給ユニット60側にそのまま与えた場合には、
加熱炉3内が当初0[K]となっているものと想定され
た状況下で電力が放射加熱源2に与えられる。
Here, the meanings of the above-mentioned constants α and β will be described. The target temperature T O output from the temperature setter 10 is given as an absolute temperature, and an arbitrary temperature within the range of T O ≧ 0 [K] can be set. Further, the quadratic process in the quadrupler 40 is based on the Stefan-Boltzmann law as described above, and this law is also valid from 0 [K]. Therefore, the above-mentioned fourth power processing is suitable for the case where the heating furnace 3 is initially heated from 0 [K]. Therefore, when the fourth power process is performed on the target temperature T O and the signal is directly given to the power supply unit 60 side,
Electric power is supplied to the radiant heating source 2 under a situation where the inside of the heating furnace 3 is initially assumed to be 0 [K].

ところが、ウエハの通常の熱処理では、炉内温度は当初
から100℃〜400℃(以下、Tと書く。)程度に
維持されている。このため、0〜T[K]の間の温度
上昇を行なわせるための加熱は本来不要であって、実質
的にはT以上の温度へと昇温させるための電力を与え
ることが必要である。
However, in a normal heat treatment of a wafer, the temperature inside the furnace is maintained at about 100 ° C. to 400 ° C. (hereinafter, referred to as T n ) from the beginning. Therefore, the heating for increasing the temperature between 0 and T n [K] is essentially unnecessary, and it is substantially necessary to supply the electric power for raising the temperature to T n or higher. Is.

そこで、この実施例では、4乗処理によって、目標温度
値Tと供給電力Pとの関係をステファン・ボルツマン
の法則に応じて修正するだけでなく、4乗器40におけ
る4乗処理の原点を移動させることによって、上記の状
況に対応する。すなわち、上述したように、加算器39
の出力に、定数設定器41からの出力である定数αを加
えた後に4乗処理を行ない、その後、他の定数設定器4
2からの出力である定数βを差引いて出力する。
Therefore, in this embodiment, not only is the quadratic processing corrected the relationship between the target temperature value T O and the supplied power P in accordance with Stefan-Boltzmann's law, but the origin of the quadratic processing in the quadrupler 40 is determined. By moving it, the above situation is addressed. That is, as described above, the adder 39
Is added to the output of the constant setter 41 to perform a quadratic process, and then the other constant setters 4
The constant β which is the output from 2 is subtracted and output.

すると、これらの定数α,βの加算器がない場合には、
これらの回路部分の入出力S,Sの間には S=(S …(12) の関係があるが、上記α,βの加減算を行なうと、 S=(S+α)−β …(13) となる。
Then, if there is no adder for these constants α and β,
There is a relation of S 2 = (S 1 ) 4 (12) between the inputs and outputs S 1 and S 2 of these circuit parts. However, when the addition and subtraction of α and β are performed, S 2 = (S 1 + Α) 4 −β (13)

したがって、上記加減算によって、4乗処理の原点が
(α,β)へと移動したことになり、これらの定数α,
βを適当に定めることによって、熱処理の出発点の温度
が0[K]でないことに対する補正が可能となる。
Therefore, the origin of the quadratic processing is moved to (α, β) by the addition and subtraction, and these constants α,
By appropriately setting β, it is possible to correct that the temperature at the starting point of the heat treatment is not 0 [K].

具体的には、たとえば上記αとして室温[K]の値を用
い、βとしては、そのαを与えるために必要な電力制御
信号Sの値を使用する。このようにして、実際の温度
制御範囲に適合した制御回路が実現できる。
Specifically, for example, the value of room temperature [K] is used as α, and the value of the power control signal S 2 required to give that α is used as β. In this way, a control circuit adapted to the actual temperature control range can be realized.

このようにして得られた電力制御信号Sは、データメ
モリ46に記憶されるとともに、スイッチ45を介して
放射熱源補正回路50に与えられる。この放射熱源補正
回路50は、目標温度Tが変化する際に、放射熱源2
内部の放射体(抵抗体)それ自身を加熱するために要す
る電力を考慮して、放射熱源2に与える電力Pを補正す
るための回路であり、この詳細は第1B図に示されてい
る。そして、この放射熱源補正回路50の内部回路およ
び以降の回路は、放射熱源2を構成する複数の単位放射
熱源2a,…,2nのそれぞれに対応して複数組設けら
れている。それは、加熱炉3の内部において、実際にウ
エハ1に対向している単位放射熱源と他の単位放射熱源
とでは、ウエハ1への熱的影響が異なることを考慮した
ためである。
The power control signal S 4 thus obtained is stored in the data memory 46 and is also supplied to the radiant heat source correction circuit 50 via the switch 45. This radiant heat source correction circuit 50 is used for the radiant heat source 2 when the target temperature T O changes.
This is a circuit for correcting the electric power P given to the radiant heat source 2 in consideration of the electric power required to heat the internal radiator (resistor) itself, the details of which are shown in FIG. 1B. A plurality of internal circuits of the radiant heat source correction circuit 50 and the subsequent circuits are provided corresponding to each of the plurality of unit radiant heat sources 2a, ..., 2n constituting the radiant heat source 2. This is because it is considered that the unit radiant heat source that actually faces the wafer 1 and another unit radiant heat source inside the heating furnace 3 have different thermal effects on the wafer 1.

そこで、放射熱源補正回路50に含まれるn個の単位補
正回路50a,…のうち、K番目の単位補正回路50K
について説明する。この単位補正回路50Kに対応する
単位放射熱源2Kの抵抗体の熱容量をCとし、その温
度をθとすると、この抵抗体に温度変化を与えるために
要する電力は、 と書ける。
Therefore, of the n unit correction circuits 50a, ... Included in the radiant heat source correction circuit 50, the Kth unit correction circuit 50K is included.
Will be described. Assuming that the heat capacity of the resistor of the unit radiant heat source 2K corresponding to this unit correction circuit 50K is C d and its temperature is θ, the electric power required to give a temperature change to this resistor is Can be written.

したがって、上記補正量を考慮すれば、(9)式の電力P
のうち単位放射熱源2Kに割当てられる電力Pに上記
(14)式を付加して、 で表わされる電力P′を、この単位放射熱源2Kに供
給すれば、応答性の向上が一層図られることになる。こ
れは(10)式中にgで示した付加項の一例に相当する。但
し定数Lは単位放射熱源ごとに異なる値をとり、その
理由は、上述のようにウエハ1との対向関係や、加熱炉
3内の幾何学的形状などに起因する。
Therefore, considering the above correction amount, the power P
Of the power P K allocated to the unit radiant heat source 2K
Adding equation (14), If the electric power P ′ K represented by the above is supplied to the unit radiant heat source 2K, the responsiveness can be further improved. This corresponds to an example of the additional term indicated by g in the equation (10). However, the constant L K takes a different value for each unit radiant heat source, and the reason thereof is due to the facing relationship with the wafer 1 and the geometrical shape in the heating furnace 3 as described above.

ところで、既に述べたように、温度θの物体が放射する
エネルギーは、ステファン・ボルツマンの法則((6)
式)によって与えられる。このため、放射エネルギーが
電力Pに比例するものとすれば、この(6)式に相当する
式をθについて解くことによって、(15)式の右辺第2項
は、 に比例することになる。このため、実験的に最適値とな
るように決定された係数をZ,Qとすれば、単位補
正回路50Kでは、その入力: S=S(Z/〈Z〉) …(17) に対して、 を演算すればよい。ただし、これらの式において、係数
は電力分配係数(%)である。また、〈Z〉はZ
〜Zの平均値であって、規格化の目的で入れてある定
数である。
By the way, as already mentioned, the energy radiated by an object at temperature θ is calculated by Stefan-Boltzmann's law ((6)
Expression). Therefore, if the radiant energy is proportional to the electric power P, the second term on the right side of the equation (15) can be obtained by solving the equation corresponding to the equation (6) for θ. Will be proportional to. Thus, if the coefficients determined so as to be experimentally optimum value Z K, and Q d, the unit correction circuit 50K, the input: S K = S 4 (Z K / <Z>) ... ( 17) Should be calculated. However, in these equations, the coefficient Z K is the power distribution coefficient (%). Also, <Z> is Z a
Is an average value of Z n and is a constant included for the purpose of normalization.

第1B図の単位補正回路50Kはこのような原理に従っ
て構成されており、入力Sは、乗算器51KでZ
された後、1/〈Z〉が乗算器52Kで乗算される。そ
して、その出力Sは4乗根回路53Kに与えられて4
乗根 とされ、微分器54Kで微分された後に、乗算器55K
で係数Qが乗じられる。そして、この値は乗算器52
Kの出力と加算されて、第1A図の電力供給ユニット6
0内の電力制御器61Kに、電力制御信号Aとして与
えられる。第1B図の他の単位補正回路50a,…,5
0nについても同様である。
The unit correction circuit 50K of FIG. 1B is constructed according to such a principle. The input S 4 is multiplied by Z K by the multiplier 51K, and then 1 / <Z> is multiplied by the multiplier 52K. Then, the output S K is given to the fourth root circuit 53K to obtain 4
Root And is differentiated by the differentiator 54K, and then the multiplier 55K
Is multiplied by the coefficient Q d . This value is then multiplied by the multiplier 52
The power supply unit 6 of FIG. 1A is added with the output of K.
The power controller 61K in 0, is given as a power control signal A K. Other unit correction circuits 50a, ..., 5 of FIG. 1B
The same applies to 0n.

このようにして、第1A図の電力制御器61a〜61n
では、入力される電力制御信号A,…,Anに応じ
て、電源62からの電力P,…,Pn(ただし、P
+…+P=P)を、放射熱源2a,…,2nにそれぞ
れ与えて、ウエハ1を加熱する。
In this way, the power controllers 61a-61n of FIG.
In the power control signal A a is inputted, ..., in accordance with the An, the power P a from the power source 62, ..., Pn (although, P a
+ ... + P n = P) is applied to the radiant heat sources 2a, ..., 2n to heat the wafer 1.

ところで、この実施例では、ウエハ1上に接触式の温度
検出器5を設けるようにしているため、上記の制御ルー
プを動作させつつ、製品用のウエハの熱処理を行なうこ
とはできない。そこで、この実施例では、ウエハ1とし
てはダミーウエハを使用して、上述のような温度検出器
5を設け、所望の熱処理を試験的に行なう。それによっ
て、種々の定数として最適値を決定するとともに、その
ときの電力制御信号値を上記データメモリ46に記憶さ
せておく。
By the way, in this embodiment, since the contact type temperature detector 5 is provided on the wafer 1, it is not possible to perform the heat treatment of the product wafer while operating the control loop. Therefore, in this embodiment, a dummy wafer is used as the wafer 1, the temperature detector 5 as described above is provided, and desired heat treatment is performed on a trial basis. Thereby, optimum values are determined as various constants, and the power control signal value at that time is stored in the data memory 46.

その後、温度検出器5を設けていない製品用のウエハの
熱処理を行なう際には、スイッチ45を切換えてデータ
メモリ46から電力制御信号値のデータを読出し、この
データを電力制御器61a〜61n側へ与えることによ
って温度制御を行なっている。
After that, when heat-treating a product wafer not provided with the temperature detector 5, the switch 45 is switched to read the data of the power control signal value from the data memory 46, and this data is read by the power controllers 61a to 61n. To control the temperature.

ただし、非接触式の温度検出器を用いるときには上記の
ような問題はなく、製品用のウエハの熱処理を行なう際
にも、制御ループを動作させることができる。
However, when the non-contact temperature detector is used, the above problem does not occur, and the control loop can be operated even when the heat treatment of the product wafer is performed.

C.第2の実施例 第3図はこの発明の第2の実施例を示すブロック図であ
る。この実施例が第1の実施例と異なる点は、第1に、
フィードフォワード制御系FF内の乗算器38におい
て定数Jの乗算を受けた目標温度Jを4乗器4
0で4乗し、その後に、フィードバック制御系FB
らのPIDフィードバック信号Sと加え合わせている
ことである。つまり、フィードフォワード制御信号を一
般にxとし、フィードバック信号をyとしたとき、第1
の実施例では、(x+y)の形の演算が行なわれるの
に対し、この第2の実施例では(x+y)の形の演算
が行なわれる。もちろん双方は異なる制御信号を与える
が、この発明によれば、制御系の応答性が高まるため
に、yよりはxの方が主要なファクタとなっており、
(x+y)と(x+y)との差は比較的小さいもの
となる。このため、この第2の実施例でも所望の効果は
得られる。
C. Second Embodiment FIG. 3 is a block diagram showing a second embodiment of the present invention. The first difference between this embodiment and the first embodiment is that
The target temperature J p T O, which has been multiplied by the constant J P in the multiplier 38 in the feedforward control system FF 2 , is used as the fourth power 4
That is, it is added to the PID feedback signal S E from the feedback control system FB 2 after the fourth power of 0. That is, when the feedforward control signal is generally x and the feedback signal is y, the first
In the second embodiment, the operation of the form (x + y) 4 is carried out, whereas in the second embodiment, the operation of the form (x 4 + y) is carried out. Of course, both give different control signals, but according to the present invention, x is a major factor rather than y because the response of the control system is enhanced.
The difference between (x + y) 4 and (x 4 + y) is relatively small. Therefore, the desired effect can be obtained also in the second embodiment.

また、PID制御系のうちの微分制御部分(乗算器3
4)の出力は、第1の実施例のようにフィードフォワー
ド制御系FF側へは与えずに、微分器71で微分した
後にフィードバック制御系FB内の加算器72におい
て、比例/積分制御出力と加算している。そして、フィ
ードフォワード制御系FF内では、乗算器37の出力
をそのまま微分器43で微分している。しかしながら、
これらはいずれも最終的に加算されるものであり、第1
A図と比較することによってわかるように、加算と微分
の順序が入換っているだけであるため、本質的な相違は
ない。
Also, the differential control part (multiplier 3 of the PID control system
The output of 4) is not given to the feedforward control system FF 2 side as in the first embodiment, but is differentiated by the differentiator 71 and then proportional / integral control is performed in the adder 72 in the feedback control system FB 2 . It is adding to the output. Then, in the feedforward control system FF 2 , the output of the multiplier 37 is directly differentiated by the differentiator 43. However,
All of these are finally added together.
As can be seen by comparing with FIG. A, there is no essential difference because only the order of addition and differentiation is exchanged.

D.第3の実施例 第4図は第3の実施例である。この実施例では、PID
制御系の微分制御部分(乗算器34および微分器71)
の出力が、フィードバック制御系FBの加算器72に
おいて、比例/積分制御出力と加算されているなどの点
で第2の実施例と同様の構成となっている。ただし、4
乗器40における4乗処理をフィードフォワード制御系
FF内の乗算器38の出力と、フィードバック制御系
FBの制御出力Sとの和に対して行なっている点で
は、第1の実施例との共通の構成となっている。
D. Third Embodiment FIG. 4 shows a third embodiment. In this example, the PID
Differential control part of control system (multiplier 34 and differentiator 71)
The output of is added to the proportional / integral control output in the adder 72 of the feedback control system FB 3 and the like, and the configuration is similar to that of the second embodiment. However, 4
The first embodiment in that the fourth power processing in the multiplier 40 is performed on the sum of the output of the multiplier 38 in the feedforward control system FF 3 and the control output S E of the feedback control system FB 3. It has a common configuration with.

このため、この第3の実施例は、上記第1と第2の実施
例の折衷的構成となっていることになる。第2と第3の
実施例の利点は、従来のPID制御ユニットをそのまま
利用できる点にある。
Therefore, the third embodiment has an eclectic configuration of the first and second embodiments. The advantage of the second and third embodiments is that the conventional PID control unit can be used as it is.

E.データ例 第5A図および第5B図は、それぞれ第1および第2の
実施例について、従来装置についての第9図と同様の温
度と電力との実測値を示すグラフである。これらの図と
第9図とを比較するとわかるように、上記各実施例で
は、半導体基板温度曲線F(T)が、目標温度変化
曲線F(T)に対して、精度良くかつ高速の応答性
を持って追随していることがわかる。特に第5A図(第
1の実施例)では、目標温度の変化に対してほとんど誤
差なく追随が行なわれている。定常処理温度Tに至る
時期tでのハンチングや、t以後の温度の動揺もほ
とんどない。
E. Data Example FIGS. 5A and 5B are graphs showing measured values of temperature and electric power for the first and second examples, respectively, similar to FIG. 9 for the conventional device. As can be seen by comparing these figures with FIG. 9, in each of the above-described examples, the semiconductor substrate temperature curve F 2 (T r ) is more accurate than the target temperature change curve F 1 (T O ). It can be seen that it follows with a high-speed response. In particular, in FIG. 5A (first embodiment), the change in the target temperature is followed with almost no error. There is almost no hunting at the time t 1 when the steady processing temperature T p is reached or fluctuation of the temperature after t 1 .

第6A図および第6B図はそれぞれ、目標温度変化曲線
(T)を2段に変化する曲線としたときの、第1
と第2の実施例についての同様の実測グラフである。こ
れらの図からも、この発明における制御の的確性が理解
できる。
FIGS. 6A and 6B respectively show the first temperature when the target temperature change curve F 1 (T O ) is a two-step curve.
3 is a similar actual measurement graph for the second example. The accuracy of control in the present invention can be understood from these figures as well.

F.変形例 以上、この発明の実施例ついて説明したが、この発明は
上記各実施例に限定されるものではなく、たとえば次の
ような変形も可能である。
F. Modifications The embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the above embodiments, and the following modifications are possible.

上記実施例ではステファン・ボルツマンの法則をその
まま利用して、供給電力と半導体基板温度との関係を求
めているが、この関係は状況によって種々変形すること
もできる。そのひとつは、このステファン・ボルツマン
の法則が温度と全放射エネルギーとの関係を表現した法
則であることに起因する。つまり、半導体基板の吸収ス
ペクトル分布によっては、特定の波長帯のみの吸収や放
射が問題となる場合があるため、このようなときには、
特定の波長のみに着目したときの放射エネルギーを求め
るプランクの放射法則なども考慮して変換規則を変形す
れば、より高い制御性能が得られることになる。
Although the Stefan-Boltzmann law is used as it is in the above embodiment to find the relationship between the supplied power and the semiconductor substrate temperature, this relationship can be variously modified depending on the situation. One of the reasons is that this Stefan-Boltzmann law is a law expressing the relation between temperature and total radiant energy. In other words, depending on the absorption spectrum distribution of the semiconductor substrate, absorption or radiation only in a specific wavelength band may be a problem.
If the conversion rule is modified in consideration of Planck's radiation law for obtaining radiant energy when focusing only on a specific wavelength, higher control performance can be obtained.

他の変形要因としては、たとえば加熱炉内の雰囲気の影
響や炉の外部への熱の散逸などがある。この発明は密閉
された加熱炉内での半導体基板の温度制御のみならず、
外部に開放された場所に置かれた半導体基板を加熱する
場合などにも適用できるが、この場合には、これらのフ
ァクタを考慮した変形も可能である。
Other deformation factors include, for example, the influence of the atmosphere in the heating furnace and the dissipation of heat to the outside of the furnace. This invention not only controls the temperature of the semiconductor substrate in a closed heating furnace,
The present invention can also be applied to the case of heating a semiconductor substrate placed in a place open to the outside, but in this case, modification considering these factors is also possible.

上記実施例では、電力制御器61a〜61nの入力値
〜Aと出力電力P〜Pとは、それぞれ比例関
係(線形特性)にあるものとしている。しかしながら、
電力供給ユニットの構成としては、電力制御値Aと供給
電力Pとの関係は、電力Pが電力制御値AのM乗(Mは
整数)となるような特性とすることもできる。したがっ
て、この場合には、4乗器のかわりにN乗器を使用す
る。ただし、Nは、N×M=4を満足する整数である。
In the above embodiment, the input values A a to A n of the power controllers 61 a to 61 n and the output powers P a to P n are in a proportional relationship (linear characteristic). However,
As the configuration of the power supply unit, the relationship between the power control value A and the supplied power P may be such that the power P is the power control value A to the Mth power (M is an integer). Therefore, in this case, the Nth power is used instead of the fourth power. However, N is an integer that satisfies N × M = 4.

また、4乗処理を行なうにあたっては、4乗器(演算
器)ではなく、変換データをあらかじめ与えておいたル
ックアップテーブル方式のメモリを使用してもよい。さ
らに、制御すべき対象によっては、4乗以外の累乗処理
や、多項式変換処理などを用いるという変形も可能であ
る。
Further, when performing the fourth power processing, a look-up table type memory in which conversion data is given in advance may be used instead of the fourth power (arithmetic unit). Further, depending on the object to be controlled, it is possible to make modifications such as using a power process other than the fourth power or a polynomial conversion process.

上記実施例では、ウエハのような固体物質を単に加熱
するだけであるが、固体を加熱して融解させるような処
理の場合には融解熱などの存在も考慮して、融解点での
供給電力を大きくするなどの変形も可能である。
In the above embodiment, a solid substance such as a wafer is simply heated. However, in the case of a process of heating and melting a solid, the presence of heat of fusion and the like are taken into consideration, and the power supplied at the melting point is considered. It is also possible to make modifications such as increasing.

この発明は、上記ハロゲンランプのような光領域の電
磁波の放射熱源のみならず、たとえば半導体基板をマイ
クロ波で加熱するような場合においても適用できる。こ
の場合には、マイクロ波発振器への供給電力と半導体基
板の温度との関係を求めておき、これに基いて制御系を
構成する。
The present invention can be applied not only to the radiant heat source of electromagnetic waves in the light region such as the halogen lamp, but also to the case where a semiconductor substrate is heated by microwaves, for example. In this case, the relationship between the power supplied to the microwave oscillator and the temperature of the semiconductor substrate is obtained in advance, and the control system is configured based on this.

上記実施例では、フィードバック制御をあわせて行な
って精度を向上させているが、この発明において必須な
のはフィードフォワード制御であって、フィードバック
制御を必ずしも用いる必要はない。また上記実施例に於
いてフィードフォワードの比例係数J以外の係数即ち
,K,K,K,の値は、その必要に応じて零
とすることも可能である。
In the above embodiment, the feedback control is also performed to improve the accuracy, but the feedforward control is essential in the present invention, and the feedback control does not necessarily have to be used. Further, in the above embodiment, the values of the coefficients other than the feedforward proportional coefficient J P , that is, the values of J d , K P , K I , and K d can be set to zero if necessary.

この発明は、半導体基板の熱処理のみだけでなく、他
の処理(たとえば化学処理)のために使用される半導体
基板の温度維持(たとえば恒温容器内温度制御)などに
も利用可能である。
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used not only for heat treatment of a semiconductor substrate, but also for maintaining the temperature of a semiconductor substrate used for another treatment (for example, chemical treatment) (for example, temperature control in a constant temperature container).

実施例回路を高速計算機で実現してもよいのは言うま
でもない。
It goes without saying that the circuit of the embodiment may be realized by a high speed computer.

(発明の効果) 以上説明したように、この発明によれば、放射加熱手段
の放射エネルギーと半導体基板の温度との関係に基い
て、放射加熱手段への供給電力と前記半導体基板の温度
との対応関係をあらかじめ求めておき、フィードフォワ
ード制御系によって得られる温度制御信号を、上記対応
関係に応じた変換規則によって電力制御信号に変換して
上記放射加熱手段への電力供給量を制御しているため
の、半導体基板の温度を、目標温度の変化に高精度かつ
高速で応答させることのできる温度制御方法および装置
を得ることができる。
(Effects of the Invention) As described above, according to the present invention, based on the relationship between the radiant energy of the radiant heating means and the temperature of the semiconductor substrate, the power supplied to the radiant heating means and the temperature of the semiconductor substrate are The correspondence relationship is obtained in advance, and the temperature control signal obtained by the feedforward control system is converted into a power control signal according to the conversion rule according to the correspondence relationship to control the power supply amount to the radiant heating means. Therefore, it is possible to obtain a temperature control method and apparatus capable of making the temperature of the semiconductor substrate respond to the change of the target temperature with high accuracy and high speed.

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

第1A図および第1B図はこの発明の第1の実施例を用
いたウエハの熱処理装置ブロック図、 第2図はこの発明の原理を説明するための加熱炉内模式
図、 第3図および第4図はそれぞれこの発明の第2および第
3の実施例を用いたウエハの熱処理装置ブロック図、 第5A図,第5B図,第6A図および第6B図はこの発
明の実施例における実測データを示す図、 第7図は従来のウエハの熱処理装置の例を示すブロック
図 第8図は目標温度変化曲線の例を示す図、 第9図は第7図の装置の特性を示すグラフである。 1…ウエハ(半導体基板)、2…放射熱源、 3…加熱炉、5…温度検出器、 10…目標温度設定器、40…4乗器、 60…電力供給ユニット、 T…目標温度、T…半導体基板温度、 P…供給電力
1A and 1B are block diagrams of a heat treatment apparatus for wafers using the first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a schematic diagram of a heating furnace for explaining the principle of the present invention, FIG. 3 and FIG. FIG. 4 is a block diagram of a heat treatment apparatus for wafers using the second and third embodiments of the present invention, and FIGS. 5A, 5B, 6A and 6B show measured data in the embodiment of the present invention. FIG. 7, FIG. 7 is a block diagram showing an example of a conventional wafer heat treatment apparatus, FIG. 8 is a view showing an example of a target temperature change curve, and FIG. 9 is a graph showing characteristics of the apparatus of FIG. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Wafer (semiconductor substrate), 2 ... Radiant heat source, 3 ... Heating furnace, 5 ... Temperature detector, 10 ... Target temperature setter, 40 ... Quadrupler, 60 ... Power supply unit, T O ... Target temperature, T r ... Semiconductor substrate temperature, P ... Supply power

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】電力供給手段から与えられる電力によって
放射エネルギーを発生し、前記放射エネルギーによって
半導体基板を加熱する熱処理装置において前記半導体基
板の温度を所定の目標温度とするための温度制御方法で
あって、 前記放射加熱手段の放射エネルギーと前記半導体基板の
温度との関係に基いて、前記放射加熱手段への供給電力
と前記半導体基板の温度との対応関係に応じた変換規則
をあらかじめ求めておき、 前記目標温度に基づくフィードフォワード制御系を設け
るとともに、前記フィードフォワード制御系によって得
られる温度制御信号を、前記変換規則によって電力制御
信号に変換し、前記電力制御信号に応じて、前記電力供
給手段から前記放射加熱手段への電力供給量を制御する
ことを特徴とする半導体基板の熱処理装置における温度
制御方法。
1. A temperature control method for setting a temperature of a semiconductor substrate to a predetermined target temperature in a heat treatment apparatus for generating radiant energy by electric power supplied from a power supply means and heating the semiconductor substrate by the radiant energy. Then, based on the relationship between the radiant energy of the radiant heating means and the temperature of the semiconductor substrate, a conversion rule according to the correspondence relationship between the power supplied to the radiant heating means and the temperature of the semiconductor substrate is obtained in advance. A feedforward control system based on the target temperature is provided, and a temperature control signal obtained by the feedforward control system is converted into a power control signal according to the conversion rule, and the power supply means is provided according to the power control signal. Of heat from a semiconductor substrate by controlling the amount of power supplied to the radiant heating means from Temperature control method in the apparatus.
【請求項2】変換規則は温度と放射エネルギーとの関係
についてのステファン・ボルツマンの法則に基いて決定
された、特許請求の範囲第1項記載の半導体基板の熱処
理装置における温度制御方法。
2. The temperature control method in a heat treatment apparatus for a semiconductor substrate according to claim 1, wherein the conversion rule is determined based on Stefan-Boltzmann's law regarding the relationship between temperature and radiant energy.
【請求項3】電力供給手段は、電力制御信号に比例した
電力供給量を放射加熱手段に与える線形特性を有してお
り、変換規則は温度制御信号を4乗変換する規則であ
る、特許請求の範囲第2項記載の半導体基板の熱処理装
置における温度制御方法。
3. The power supply means has a linear characteristic that gives a power supply amount proportional to the power control signal to the radiant heating means, and the conversion rule is a rule for converting the temperature control signal to the fourth power. 5. A temperature control method in a semiconductor substrate heat treatment apparatus according to claim 2.
【請求項4】4乗変換は、温度制御信号に第1の定数を
加算した後に行ない、前記4乗変換後の信号から第2の
定数を減算して電力制御信号とする、特許請求の範囲第
3項記載の半導体基板の熱処理装置における温度制御方
法。
4. The power conversion signal according to claim 4, wherein the fourth power conversion is performed after adding a first constant to the temperature control signal, and the second power constant is subtracted from the signal after the fourth power conversion. A method for controlling temperature in a semiconductor substrate heat treatment apparatus as set forth in claim 3.
【請求項5】目標温度に応じた信号の時間微分を求め、
4乗変換後の信号と加算して電力制御信号を作成する、
特許請求の範囲第3項または第4項記載の半導体基板の
熱処理装置における温度制御方法。
5. A time derivative of a signal according to a target temperature is calculated,
Create a power control signal by adding the signal after the fourth power conversion,
A temperature control method for a heat treatment apparatus for a semiconductor substrate according to claim 3 or 4.
【請求項6】半導体基板の温度に関するフィードバック
制御系がフィードフォワード制御系とともに設けられ、
変換規則に基く変換は、前記フィードバック制御系と前
記フィードフォワード制御系の制御との出力の和に対し
て行なわれる、特許請求の範囲第1項記載の半導体基板
の熱処理装置における温度制御方法。
6. A feedback control system relating to the temperature of the semiconductor substrate is provided together with a feedforward control system,
The temperature control method in a heat treatment apparatus for a semiconductor substrate according to claim 1, wherein the conversion based on the conversion rule is performed on the sum of the outputs of the control of the feedback control system and the control of the feedforward control system.
【請求項7】電力供給手段から与えられる電力によって
放射エネルギーを発生し、前記放射エネルギーによって
半導体基板を加熱する熱処理装置において前記半導体基
板の温度を所定の目標温度とするための温度制御装置で
あって、 前記目標温度に基づくフィードフォワード制御系を設け
るとともに、前記フィードフォワード制御系によって得
られる温度制御信号を、前記放射加熱手段への供給電力
と前記半導体基板の温度との対応関係に応じた変換規則
によって電力制御信号に変換する変換手段を設け、前記
電力制御信号に応じて、前記電力供給手段から前記放射
加熱手段への電力供給量を制御することを特徴とする半
導体基板の熱処理装置における温度制御装置。
7. A temperature control device for setting a temperature of a semiconductor substrate to a predetermined target temperature in a heat treatment device for generating radiant energy by electric power supplied from a power supply means and heating the semiconductor substrate by the radiant energy. A feedforward control system based on the target temperature is provided, and a temperature control signal obtained by the feedforward control system is converted according to the correspondence relationship between the power supplied to the radiant heating means and the temperature of the semiconductor substrate. A temperature in a heat treatment apparatus for a semiconductor substrate, characterized in that conversion means for converting into a power control signal is provided according to a rule, and the power supply amount from the power supply means to the radiant heating means is controlled according to the power control signal. Control device.
【請求項8】変換手段は、温度と放射エネルギーとの関
係についてのステファン・ボルツマンの法則に基いて決
定された変換規則によって変換を行なう手段である、特
許請求の範囲第7項記載の半導体基板の熱処理装置にお
ける温度制御装置。
8. The semiconductor substrate according to claim 7, wherein the conversion means is a means for performing conversion according to a conversion rule determined based on Stefan-Boltzmann's law regarding the relationship between temperature and radiant energy. Control device in the heat treatment equipment of.
【請求項9】電力供給手段は、電力制御信号に比例した
電力供給量を放射加熱手段に与える線形特性を有する手
段であり、変換手段は、温度制御信号を4乗変換する4
乗変換手段である、特許請求の範囲第8項記載の半導体
基板の熱処理装置における温度制御装置。
9. The power supply means is a means having a linear characteristic that gives a power supply amount proportional to the power control signal to the radiant heating means, and the conversion means converts the temperature control signal to the fourth power.
The temperature control device in the heat treatment device for a semiconductor substrate according to claim 8, which is a power conversion means.
【請求項10】半導体基板の温度に関するフィードバッ
ク制御系がフィードフォーワード制御系とともに設けら
れ、変換手段における変換は、前記フィードバック制御
系と前記フィードフォワード制御系とのそれぞれの出力
の和に対して行なわれる、特許請求の範囲第7項記載の
半導体基板の熱処理装置における温度制御装置。
10. A feedback control system relating to the temperature of the semiconductor substrate is provided together with a feedforward control system, and the conversion in the conversion means is performed on the sum of the respective outputs of the feedback control system and the feedforward control system. A temperature control device in a semiconductor substrate heat treatment apparatus according to claim 7.
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