JPH10189464A - 半導体製造装置におけるカスケード制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体熱処理炉を加熱制御するカスケード制
御装置において、マスター調節部への設定値設定によっ
てスレーブ調節部への設定値も自動設定し、操作の簡素
化を図る。 【解決手段】 マスター調節部１１は、比較部１５でマ
スター設定値と目標測定値との偏差からＰＩＤ演算部１
７でカスケード制御量を演算出力する。プロファイル格
納部３１は、マスター設定値に応じたスレーブ設定値と
の関係を示すプロファイルデータを予め格納しており、
マスター調節部１１の制御の下でマスター設定値に応じ
たファイルスレーブ設定値を出力する。スレーブ調節部
１３は、そのカスケード制御量でプロファイルスレーブ
設定値を補正部２３にて補正し、比較部２５でその補正
量と加熱測定値との偏差から加熱操作量をＰＩＤ演算部
２７で演算して出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体製造装置にお
けるカスケード制御装置に係り、特に、不純物拡散炉や
ＣＶＤ炉等の半導体熱処理炉を加熱制御するカスケード
制御装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種のカスケード制御装置１は、マス
ター調節部をスレーブ調節部にカスケード接続して構成
されており、例えば図３に示すように、半導体熱処理炉
３を加熱制御するものである。

【０００３】すなわち、カスケード制御装置１は、半導
体熱処理炉３内に配列した複数の例えば熱電対５ａ、５
ｂ、５ｃからの目標測定値と、半導体熱処理炉３の外周
に配置した複数の加熱用ヒータ７ａ、７ｂ、７ｃ近傍に
おける例えば熱電対９ａ、９ｂ、９ｃからの加熱測定値
とを入力し、熱電対５ａ、５ｂ、５ｃ近傍の設定温度で
あるマスター設定値、およびヒータ７ａ、７ｂ、７ｃの
設定温度であるスレーブ設定値からＰＩＤ演算した操作
量をヒータ７ａ、７ｂ、７ｃへ加えてこれらを加熱制御
し、半導体熱処理炉３内がそのマスター設定値になるよ
う制御する構成となっている。

【０００４】図３中の符号Ａ、符号Ｍおよび符号Ｓは、
半導体熱処理炉３内に配置される半導体ウエーハ等の被
熱処理物、マスター設定値およびスレーブ設定値であ
る。そして、ヒータ９ｂを加熱制御するカスケード制御
装置１を例にすれば、その具体的構成は、例えば図４に
示すようにマスター調節部１１およびスレーブ調節部１
３をカスケード接続して構成されている。

【０００５】図４において、マスター調節部１１は、熱
電対５ｂからの目標測定値とこの熱電対５ｂ近傍のマス
ター設定値Ｍとを比較部１５で比較し、この比較部１５
で得た偏差ＥをＰＩＤ演算部１７でＰＩＤ演算して制御
量を接続切換部１９へ出力し、接続切換部１９を介した
制御量を変換部２１で温度信号としてのカスケード信号
に変換してスレーブ調節部１３へ出力するよう形成され
ている。

【０００６】他方、スレーブ調節部１３は、補正部２３
において、ヒータ７ｂについてのスレーブ設定値Ｓを変
換部２１からのカスケード信号で補正し、比較部２５に
てその補正値とヒータ７ｂについての熱電対９ｂからの
加熱測定値とを比較し、この比較部２５で得た偏差ｅか
らＰＩＤ演算部２７で、加熱操作量をＰＩＤ演算してヒ
ータ７ｂへ出力するように形成されている。

【０００７】このようなカスケード制御装置１では、半
導体熱処理炉３内において、最終的に温度制御したい測
定点すなわち熱電対５ｂ近傍の温度をマスター設定値Ｍ
としてマスター調節部１１へ設定するとともに、スレー
ブ調節部１３に対してヒータ７ａ、７ｂ、７ｃの設定温
度をスレーブ設定値Ｓとして設定すれば、最終的に温度
制御したい測定点をマスター設定値Ｍに一致させるよう
に制御できる。

【０００８】さらに、図３における熱電対５ａ、５ｃ、
ヒータ７ａ、７ｃおよび熱電対９ａ、９ｃについてのカ
スケード制御装置１も、図４のようなマスター調節部１
１およびスレーブ調節部１３から構成されており、実際
には図３の複数のカスケード制御装置１の機能を有する
１個の装置にして製品化される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た半導体製造装置におけるカスケード制御装置では、マ
スター調節部１１にはマスター設定値を設定し、スレー
ブ調節部１３にはスレーブ設定値を設定する必要があ
り、設定値の入力操作が煩雑となるうえ自動化も困難と
なる難点がある。

【００１０】他方、半導体熱処理炉３を温度制御する場
合、、マスター調節部１１からスレーブ調節部１３への
カスケード信号系統が切断する等してカスケード信号が
スレーブ調節部１３へ加えられない場合でも、ある程度
の誤差内でスレーブ調節部１３を動作させて加熱処理の
安全性を確保する必要がある。そのため、マスター調節
部１１およびスレーブ調節部１３に対する設定値の簡素
化や自動化を図る一方、スレーブ調節部に対してもマス
ター調節部と同様に温度設定可能に構成することが望ま
れている。

【００１１】本発明はそのような欠点を解決するために
なされたもので、マスター調節部に対して設定値を設定
するだけでスレーブ調節部における設定値も自動的に設
定可能であり、操作の簡素化を図ることが容易で、動作
の安全性も確保できるカスケード制御装置の提供を目的
とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】そのような課題を解決す
るために本発明は、半導体熱処理炉における目標測定点
の目標測定値と目標測定点に対するマスター設定値との
偏差からカスケード制御量を演算出力するマスター調節
部と、その半導体熱処理炉を加熱する加熱部に対するス
レーブ設定値をそのカスケード制御量で補正した補正量
とその加熱部における加熱測定値との偏差から加熱部を
加熱操作する操作量を演算出力するスレーブ調節部と、
そのマスター設定値に応じたスレーブ設定値との関係を
示すプロファイルデータを予め格納したプロファイル格
納部を具備して構成され、そのマスター調節部はマスタ
ー設定値の設定に応じて対応するプロファイルスレーブ
設定値をプロファイル格納部から出力制御し、そのスレ
ーブ調節部はそのプロファイルスレーブ設定値を入力し
て操作量を演算出力するよう形成されている。

【００１３】そして、本発明は、プロファイル格納部か
らのプロファイルスレーブ設定値とスレーブ設定値とを
選択的にスレーブ調節部へ加える選択部を上記スレーブ
調節部に設ける構成も可能である。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。なお、従来例と共通する部分には
同一の符号を付す。

【００１５】図１は本発明に係るカスケード制御装置の
実施の形態を示すブロック回路図である。図１におい
て、カスケード制御装置１は、マスター調節部１１には
スレーブ調節部１３がカスケード接続されて構成されて
おり、マスター調節部１１は比較部１５、ＰＩＤ演算部
１７、接続切換部１９および変換部２１を有して形成さ
れており、スレーブ調節部１３は補正部２３、比較部２
５およびＰＩＤ演算部２７に加えて選択部２９を有して
形成されている。

【００１６】マスター調節部１１の比較部１５は、上述
した図３の例えば熱電対５ｂからの目標測定値とこの熱
電対５ｂ近傍の目標設定温度であるマスター設定温度と
を比較して偏差Ｅを出力するものであり、ＰＩＤ演算部
１７に接続されている。ＰＩＤ演算部１７は、その偏差
ＥからＰＩＤ演算して制御量を出力するもので、接続切
換部１９に接続されている。

【００１７】接続切換部１９は、制御量のオン・オフを
介してマスター調節部１１をスレーブ調節部１３にカス
ケード接続するか否かを切換えるスイッチであり、変換
部２１に接続されている。変換部２１は、その制御量に
対して所定のカスケードゲイン（係数）によって温度信
号に変換したカスケード信号（カスケード制御量）を出
力するものであり、スレーブ調節部１３に接続されてい
る。なお、変換部２１は、上述したようにスレーブ調節
部１３の一部として形成される場合もある。

【００１８】スレーブ調節部１３の選択部２９は、上述
した図３の例えばヒータ７ｂについて外部から入力され
るスレーブ設定値と、後述するプロファイル格納部３１
からのプロファイルスレーブ設定値とを選択的に切換え
る切換えスイッチで、補正部２３に接続されている。補
正部２３は、選択された設定値を変換部２１からのカス
ケード信号でプラス側又はマイナス側に補正するもので
あり、比較部２５に接続されている。

【００１９】比較部２５は、ヒータ７ｂに対応する熱電
対９ｂからの加熱測定値と補正部２３からの補正信号を
比較して偏差ｅを出力するものであり、ＰＩＤ演算部２
７に接続されている。ＰＩＤ演算部２７は、その偏差ｅ
からＰＩＤ演算してヒータ７ｂを加熱操作する操作量を
出力するものである。

【００２０】プロファイル格納部３１は、マスター調節
部１１の管理制御の下で動作するもので、それらマスタ
ー設定値に応じたスレーブ設定値との関係を示すプロフ
ァイルデータを予め格納した読み書き可能な記憶手段を
有し、半導体熱処理炉３の加熱制御時にマスター設定値
が入力されたとき、これに応じてスレーブ設定値として
のプロファイルスレーブ設定値を演算して出力するもの
であり、スレーブ調節部１３の選択部２９に接続されて
いる。

【００２１】プロファイル格納部３１は、例えば図２に
示すように、所定の温度間隔のマスター設定値（温度）
が得られるようなプロファイルデータ（スレーブ設定
値）を、スレーブ設定値の実測点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ
４…を介して予め格納したものであり、それら実測点間
におけるマスター設定値に対応する任意のプロファイル
スレーブ設定値を直線近似方法等で演算出力する機能を
有している。

【００２２】次に、このようなカスケード制御装置１の
動作を簡単に説明する。まず、マスター調節部１１の接
続切換部１９がオンされてスレーブ調節部１３がカスケ
ード接続された状態では、マスター調節部１１におい
て、比較部１５でマスター設定値と熱電対５ｂからの目
標測定値との偏差Ｅが得られ、ＰＩＤ演算部１７でその
偏差Ｅからこれを抑える制御量が出力され、この制御量
が接続切換部１９および変換部２１を介して温度信号と
してのカスケード信号に変換されてスレーブ調節部１３
へ出力される。

【００２３】他方、スレーブ調節部１３において、選択
部２９がプロファイル格納部３１側を選択した状態で
は、選択されたプロファイルスレーブ設定値が補正部２
３にてカスケード信号で補正され、比較部２５にてこの
補正値とヒータ７ｂについての加熱測定値との偏差ｅが
ＰＩＤ演算部２７へ出力され、ＰＩＤ演算部２７にてそ
の偏差ｅを抑える加熱操作量が出力され、図３のヒータ
７ｂが加熱制御される。そのため、スレーブ調節部１３
の選択部２９がプロファイル格納部３１側を補正部２３
へ接続選択している状態では、マスター調節部１１に対
するマスター設定値（例えば６００．０℃）が設定され
ると、図２に示すように、その入力マスター設定値が得
られるようなスレーブ設定値に対応するデータであるプ
ロファイルスレーブ設定値（例えば５９９．７℃）が演
算されてスレーブ調節部１３へ設定される。

【００２４】他方、スレーブ調節部１３の選択部２９が
外部からのスレーブ設定値側を選択している状態では、
外部からの従来のスレーブ設定値がスレーブ調節部１３
に設定される。マスター調節部１１において、接続切換
部１９がオフされてカスケード接続されない状態では、
マスター調節部１１は単なるモニターとしての動作とな
る一方、スレーブ調節部１３側では選択部２９の選択動
作に応じてプロファイルスレーブ設定値又は外部からの
スレーブ設定値が設定される。なお、図３における熱電
対５ａ、５ｃ、ヒータ７ａ、７ｃおよび熱電対９ａ、９
ｃについてのカスケード制御装置１も同様であるのは、
図４の従来例と同様である。

【００２５】このような本発明のカスケード制御装置１
は、半導体熱処理炉３における最終的な目標測定点の目
標測定値とマスター設定値との偏差からカスケード制御
量を演算出力するマスター調節部１１と、その半導体熱
処理炉３を加熱するヒータ７ａ、７ｂ、７ｃに対するス
レーブ設定値をそのカスケード制御量で補正した補正量
と、そのヒータ７ａ、７ｂ、７ｃにおける加熱測定値と
の偏差からヒータ操作量を演算出力するスレーブ調節部
１３とに加えて、それらマスター設定値に応じたスレー
ブ設定値との関係を示すプロファイルデータを予め格納
したプロファイル格納部３１を設け、マスター設定値の
設定に応じてスレーブ設定値としての対応するプロファ
イルスレーブ設定値をプロファイル格納部３１から出力
制御するようそのマスター調節部１１を形成し、そのプ
ロファイルスレーブ設定値を入力して操作量を演算出力
するようそのスレーブ調節部１３を形成したから、マス
ター調節部１１に対してマスター設定値を設定するだけ
でスレーブ調節部１３における設定値も自動設定され、
外部からスレーブ設定値の設定が不要となって設定値の
設定操作が簡素化される。

【００２６】しかも、スレーブ調節部１３に設定される
プロファイルスレーブ設定値は、マスター設定値に対応
した設定値であるから、たとえマスター調節部１１とス
レーブ調節部１３間のカスケード信号系統が断線等して
スレーブ信号がスレーブ調節部１３に入力されなくと
も、ある程度例えば誤差範囲の設定値でスレーブ調節部
１３が動作し、半導体熱処理炉３の加熱制御の安全性が
確保される。また、スレーブ調節部１３は、外部からの
スレーブ設定値とプロファイル格納部３１からのプロフ
ァイルスレーブ設定値とを選択する選択部２９を有する
から、その外部からの大きなスレーブ設定値を設定して
大幅な設定変更が可能となり、半導体熱処理炉３におけ
る種々の状況に対応できる。

【００２７】もっとも、本発明では、スレーブ設定値と
プロファイルスレーブ設定値とを選択部２９で選択する
構成に限らず、プロファイル格納部３１を直接補正部２
３に接続する構成も可能である。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように本発明のカスケード
制御装置は、半導体熱処理炉における目標測定値とマス
ター設定値とからカスケード制御量を演算出力するマス
ター調節部と、その半導体熱処理炉の加熱ヒータに対す
るスレーブ設定値をそのカスケード制御量で補正すると
ともにその補正量と加熱測定値とからヒータを加熱操作
する操作量を演算出力するスレーブ調節部とをカスケー
ド接続し、それらマスター設定値に応じたスレーブ設定
値との関係を示すプロファイルデータを予め格納したプ
ロファイル格納部を設け、マスター設定値の設定によっ
てプロファイルデータを参照してプロファイルスレーブ
設定値を自動的に演算してスレーブ調節部へ設定可能に
構成したから、マスター調節部へマスター設定値を設定
するのみでスレーブ設定値相当の設定値がスレーブ調節
部へ自動的に設定され、設定操作を簡略化できるうえ、
動作の安全性も確保できる利点がある。さらに、スレー
ブ設定値とプロファイルスレーブ設定値とを選択する選
択部をスレーブ調節部に設ける構成では、プロファイル
格納部からのプロファイルスレーブ設定値とは無関係に
任意のスレーブ設定値でスレーブ調節部を制御できるか
ら、スレーブ調節部における大幅な設定変更も可能とな
り、半導体熱処理炉における種々の使用状況に対応でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るカスケード制御装置の実施の形態
を示すブロック回路図である

【図２】図１のプロファイル格納部におけるプロファイ
ルデータを説明する図である。

【図３】半導体熱処理炉をカスケード制御装置で制御す
る半導体製造装置を示す概略図である。

【図４】従来のカスケード制御装置を示すブロック回路
図である。

【符号の説明】

１ カスケード制御装置 ３ 半導体熱処理炉 ５ａ、５ｂ、５ｃ、９ａ、９ｂ、９ｃ 熱電対 ７ａ、７ｂ、７ｃ ヒータ（加熱部） １１ マスター調節部 １３ スレーブ調節部 １５、２５ 比較部 １７、２７ ＰＩＤ演算部 １９ 接続切換部 ２１ 変換部 ２３ 補正部 ２９ 選択部 ３１ プロファイル格納部 Ａ 被熱処理物

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体熱処理炉における目標測定点の目
   標測定値と前記目標測定点に対するマスター設定値との
   偏差からカスケード制御量を演算出力するマスター調節
   部と、 前記半導体熱処理炉を加熱する加熱部に対するスレーブ
   設定値を前記カスケード制御量で補正した補正量と、前
   記加熱部における加熱測定値との偏差から前記加熱部を
   加熱操作する操作量を演算出力するスレーブ調節部と、 を具備する半導体製造装置におけるカスケード制御装置
   において、 前記マスター設定値に応じた前記スレーブ設定値との関
   係を示すプロファイルデータを予め格納したプロファイ
   ル格納部を有し、 前記マスター調節部は前記マスター設定値の設定値に応
   じて対応するプロファイルスレーブ設定値を前記プロフ
   ァイル格納部から出力制御し、前記スレーブ調節部は前
   記プロファイルスレーブ設定値を入力して前記操作量を
   演算出力するものであることを特徴とする半導体製造装
   置におけるカスケード制御装置。
2. 【請求項２】 前記スレーブ調節部は、前記プロファイ
   ルスレーブ設定値と前記スレーブ設定値とを選択的に入
   力する選択部を有する請求項１記載の半導体製造装置に
   おけるカスケード制御装置。