JPH11219221A - Temperature controller of zone division heater - Google Patents
Temperature controller of zone division heaterInfo
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- JPH11219221A JPH11219221A JP2213198A JP2213198A JPH11219221A JP H11219221 A JPH11219221 A JP H11219221A JP 2213198 A JP2213198 A JP 2213198A JP 2213198 A JP2213198 A JP 2213198A JP H11219221 A JPH11219221 A JP H11219221A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、ウェハ等の被温
度制御体を熱伝達面が複数のゾーンに分割されたゾーン
分割ヒータによって加熱するゾーン分割ヒータの温度制
御装置に関し、特に被温度制御体の温度分布を均一にす
るべくゾーン分割ヒータの各ゾーン間の温度分布をなく
すとともに各ゾーンの経時温度特性を均一にするための
改良に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a temperature control device for a zone-divided heater which heats a temperature-controlled body such as a wafer by a zone-divided heater having a heat transfer surface divided into a plurality of zones. The present invention relates to an improvement for eliminating the temperature distribution between the zones of the zone-divided heater in order to make the temperature distribution uniform, and for making the temporal temperature characteristics of each zone uniform.
【０００２】[0002]
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】半導
体製造工程には、ウェハに塗布したレジスト膜に残存す
る溶剤を取り除くための加熱工程（プリベーキング）
や、エッチング前にレジストと基板との密着を容易にす
るための加熱工程（ポストベーキング）や、加熱したウ
ェハを室温レベルに冷却するクーリング工程などが含ま
れており、これらの工程の際にウェハをより効率よくか
つ高精度に温度制御することがスループットを上げる上
で重要である。すなわち、プリベーク工程の次工程は露
光であり、またポストベーク工程の次工程はエッチング
であるので、これらの工程にすぐに移行できるようにす
るためには、ウァハの温度分布にかなり厳しい条件が要
求される。2. Description of the Related Art In a semiconductor manufacturing process, a heating process (prebaking) for removing a solvent remaining in a resist film applied to a wafer is performed.
And a heating step (post-baking) to facilitate adhesion between the resist and the substrate before etching, and a cooling step to cool the heated wafer to the room temperature level. It is important to more efficiently and precisely control the temperature to increase the throughput. In other words, the next step of the pre-bake step is exposure, and the next step of the post-bake step is etching. Therefore, in order to be able to shift to these steps immediately, very severe conditions are required for the wafer temperature distribution. Is done.
【０００３】上記ベーキング工程で用いられるウェハの
温度制御の１つの従来技術としてヒータによる直接加熱
方式があり、この方式では、加熱面全面にパターン形成
された抵抗線を樹脂などによって封入した電気加熱式な
どのプレート状のヒータ（薄膜ヒータ）の上にウェハを
載置し、ヒータによってウェハを直接的または間接的に
加熱するようにしている。One conventional technique for controlling the temperature of a wafer used in the baking step is a direct heating method using a heater. In this method, an electric heating method in which a resistive wire having a pattern formed on the entire heating surface is sealed with resin or the like is used. The wafer is placed on a plate-like heater (thin film heater) such as the above, and the wafer is directly or indirectly heated by the heater.
【０００４】このようなプレート状のヒータとしては、
一括通電される加熱体（抵抗線が）がプレート全面に配
置されこれを１つの温度制御系で制御する通常のヒータ
プレートと、加熱面が複数の異なる隣接した加熱ゾーン
に分割され、各加熱ゾーン毎に独立に通電される加熱体
を有するゾーン分割ヒータとがあるが、ゾーン分割ヒー
タのほうが各ゾーン毎に独立に温度制御を行えることか
ら加熱面の温度分布をなくす上で有利である。[0004] As such a plate-shaped heater,
A heating element (resistive wire) which is energized collectively is arranged on the entire surface of the plate and is controlled by a single temperature control system, and a heating surface is divided into a plurality of different adjacent heating zones. There is a zone divided heater having a heating element that is independently energized for each zone. However, since the zone divided heater can perform temperature control independently for each zone, it is advantageous in eliminating the temperature distribution on the heating surface.
【０００５】しかし、このような高精度の温度制御が可
能なゾーン分割ヒータを用いるとはいっても、前述した
ように、ベーキング工程の際にはかなり厳しい温度条件
が要求されるので、これを安価で汎用的に富むＰＩＤ制
御だけで実現させるのは、非常に困難である。例えば、
上記ベーキング工程などの際には、各加熱ゾーン間の温
度差は、過渡状態で±１゜Ｃ以内、定常状態で±０．２
゜Ｃ以内が要求され、しかも３０秒程度の短時間でプレ
ート温度を整定することも要求される。[0005] However, even though such a zone-divided heater capable of controlling the temperature with high accuracy is used, as described above, a considerably severe temperature condition is required in the baking step, so that it is inexpensive. It is very difficult to realize only with PID control that is widely used in general. For example,
During the baking step, etc., the temperature difference between the heating zones is within ± 1 ° C. in the transient state and ± 0.2 ° C. in the steady state.
It is required that the temperature be within ゜ C and that the plate temperature be settled in a short time of about 30 seconds.
【０００６】すなわち、ＰＩＤ制御によって上記ゾーン
分割ヒータを制御する場合、各加熱ゾーン毎にＰＩＤ調
整器を設け、これら複数のＰＩＤ調整器の各ゲインをそ
れぞれ試行錯誤によって調整しなくてはならない。例え
ば、加熱ゾーンが３ゾーン存在する場合は、計９個のゲ
イン調整が必要になる。That is, when controlling the above-mentioned zone division heaters by PID control, a PID adjuster must be provided for each heating zone, and each gain of the plurality of PID adjusters must be adjusted by trial and error. For example, when there are three heating zones, a total of nine gain adjustments are required.
【０００７】しかし、上述のような厳しい条件を満足さ
せるためには、目標入力波形に対して制御対象には遅れ
があるため、上記試行錯誤によるＰＩＤゲインの調整が
非常に困難になる。また、前述のベーキング工程には、
各種条件の違いによって複数の目標値が設定されること
が多く、このような各種の目標値に対して、調整したＰ
ＩＤゲインが全て上記の条件を満足させることができる
とは限らない。However, in order to satisfy the above-mentioned strict conditions, there is a delay in the control target with respect to the target input waveform, so that it is very difficult to adjust the PID gain by the above trial and error. Also, in the above-mentioned baking step,
In many cases, a plurality of target values are set due to differences in various conditions.
Not all ID gains can satisfy the above conditions.
【０００８】また、プラントの不確かさ、動特性の変動
にもかかわらず所望の性能を確保することができるシス
テムを構築するための制御としてロバスト制御がある。Further, there is a robust control as a control for constructing a system capable of securing a desired performance in spite of uncertainty of a plant and fluctuation of dynamic characteristics.
【０００９】しかし、このロバスト制御によって上記ゾ
ーン分割ヒータを制御するようにした場合、動特性モデ
ルの次数が高くなり、これを簡単に低次元化したモデル
に近似することはできない。また、ロバスト制御では、
精度が悪いモデルでは、外乱推定誤差が大きくなって定
常偏差が生じるという問題もある。However, when the above-mentioned zone division heater is controlled by the robust control, the order of the dynamic characteristic model becomes high, and it cannot be easily approximated to a reduced model. In the robust control,
In a model with poor accuracy, there is also a problem that a disturbance estimation error increases and a steady-state error occurs.
【００１０】この発明はこのような実情に鑑みてなされ
たもので、ゾーン分割ヒータの各加熱ゾーンの温度が定
常状態および過渡状態の双方共に同じになるようにし
て、ヒータ全面に亘って温度分布が生じないようにした
ゾーン分割ヒータの温度制御装置を提供することを目的
とする。The present invention has been made in view of such circumstances, and the temperature distribution of the heating zones of the zone-divided heaters is the same in both the steady state and the transient state, so that the temperature distribution over the entire surface of the heater is achieved. It is an object of the present invention to provide a temperature control device for a zone-divided heater in which the generation of a temperature is prevented.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段及び作用効果】この発明で
は、平板状の被温度制御体と、平板状の加熱面が複数の
異なる隣接した加熱ゾーンに分割され、各加熱ゾーン毎
に独立に制御される加熱体を有し、その上面に前記被温
度制御体が載置されるゾーン分割ヒータと、これらゾー
ン分割ヒータを各加熱ゾーン毎に各別に制御する複数の
制御系と、 を有し、前記ゾーン分割ヒータによって前
記被温度制御体を加熱制御するゾーン分割ヒータの温度
制御装置において、各加熱ゾーン間の動特性の定常偏差
がなくなるようにゲインが予め調整され、目標温度にし
たがって当該加熱ゾーンをフィードバック加熱制御する
第１の制御手段と、前記第１の制御手段のゲイン調整後
の各加熱ゾーンの動特性を各加熱ゾーン間で共通化かつ
近似低次元化した動特性モデルを有し、目標温度に対応
する当該加熱ゾーンの出力と目標温度に対応する前記動
特性モデルの出力との偏差をとり、この偏差を目標温度
にフィードバックする第２の制御手段とを前記各加熱ゾ
ーンの制御系に各別に備えるようにしたことを特徴とす
る。According to the present invention, a plate-like temperature controlled body and a plate-like heating surface are divided into a plurality of different adjacent heating zones, and each heating zone is independently controlled. And a plurality of control systems that individually control these zone divided heaters for each heating zone, In a temperature control device for a zone-divided heater that controls heating of the temperature-controlled body by the zone-divided heater, a gain is adjusted in advance so that a steady-state deviation of dynamic characteristics between the heating zones is eliminated, and the heating zone is controlled in accordance with a target temperature. Control means for performing feedback heating control on the heating zone, and a dynamic characteristic in which the dynamic characteristics of each heating zone after gain adjustment of the first control means are shared between the heating zones and are approximately reduced in dimension A second control unit that has a characteristic model, takes a deviation between the output of the heating zone corresponding to the target temperature and the output of the dynamic characteristic model corresponding to the target temperature, and feeds back the deviation to the target temperature. The control system of each heating zone is provided separately.
【００１２】この発明によれば、まず第１の制御手段に
よる例えばＰＩ制御によって各加熱ゾーンの動特性の定
常偏差をなくしておく。したがってこの状態では、各加
熱ゾーン間で過渡状態における温度差は依然残ってい
る。つぎに、この定常偏差をなくした状態における各加
熱ゾーンの動特性を例えば、簡単な振動性二次要素にて
近似する（ステップ応答波形による）とともに、各加熱
ゾーン間で共通化した動特性モデルを作成する。すなわ
ち、動特性モデルは、各加熱ゾーン間で同一なモデルと
する。また、第２の制御手段は、外乱オブザーバとして
機能し、目標温度に対応する当該加熱ゾーンの出力と目
標温度に対応する前記動特性モデルの出力との偏差をと
り、この偏差を目標温度にフィードバックする。According to the present invention, the steady-state deviation of the dynamic characteristics of each heating zone is first eliminated by, for example, PI control by the first control means. Therefore, in this state, the temperature difference in the transient state between the heating zones still remains. Next, the dynamic characteristics of each heating zone in a state where the steady-state deviation is eliminated are approximated by, for example, a simple oscillating quadratic element (by a step response waveform), and the dynamic characteristic model common to each heating zone is used. Create That is, the dynamic characteristic model is the same model between the heating zones. Further, the second control means functions as a disturbance observer, calculates a deviation between the output of the heating zone corresponding to the target temperature and the output of the dynamic characteristic model corresponding to the target temperature, and feeds back the deviation to the target temperature. I do.
【００１３】したがって、このような第１の制御手段お
よび動特性モデルが同一である第２の制御手段を各加熱
ゾーンの制御系に各別に備えるようにすれば、過渡状態
における各加熱ゾーン間の温度差、構造上の動特性の違
い、モデル誤差、製作誤差などは全て第２の制御手段か
ら推定外乱として出力されることになり、この推定外乱
が目標温度にフィードバックされることになるので、各
加熱ゾーンの動特性は前記共通化されたモデルの動特性
に追従することになり、結果的に各加熱ゾーンの定常状
態および過渡状態における温度特性の差をなくすことが
できるようになる。Therefore, if the first control means and the second control means having the same dynamic characteristic model are separately provided in the control systems of the respective heating zones, the first control means and the second control means can be provided between the respective heating zones in the transient state. Temperature differences, differences in structural dynamic characteristics, model errors, manufacturing errors, and the like are all output as estimated disturbances from the second control means, and the estimated disturbances are fed back to the target temperature. The dynamic characteristic of each heating zone follows the dynamic characteristic of the common model, and as a result, the difference in the temperature characteristic between the steady state and the transient state of each heating zone can be eliminated.
【００１４】このようにこの発明によれば、ゾーン分割
ヒータの各加熱ゾーンの定常状態および過渡状態におけ
る温度特性の差をなくすようにしたので、各時点におい
てヒータ全面に亘って温度分布が生じなくなり、ウェハ
などの被温度制御体の全面を均一に加熱制御することが
可能になる。As described above, according to the present invention, the difference in temperature characteristics between the steady state and the transient state of each heating zone of the zone-divided heater is eliminated, so that the temperature distribution does not occur over the entire surface of the heater at each time point. In addition, it is possible to uniformly control the heating of the entire surface of the temperature-controlled body such as a wafer.
【００１５】[0015]
【発明の実施の形態】以下この発明の実施形態を添付図
面に従って詳細に説明する。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
【００１６】図２は、ウェハ１０が載置されるゾーン分
割ヒータ２０の概略構成を示すものである。ゾーン分割
ヒータ２０は円形平板状をしており、その加熱面が同心
円で区画された３つの加熱ゾーンＡ，Ｂ，Ｃに分割され
ている。ゾーン分割ヒータ２０の加熱面上には、複数の
ギャップ調整ピン２１が形成されており、これらのピン
２１によってヒータ２０とウェハ１０の間には極く僅か
（0.1mm程度）の隙間を形成するようにしている。FIG. 2 shows a schematic configuration of the zone division heater 20 on which the wafer 10 is mounted. The zone division heater 20 has a circular flat plate shape, and its heating surface is divided into three heating zones A, B, and C divided by concentric circles. A plurality of gap adjusting pins 21 are formed on the heating surface of the zone divided heater 20, and these pins 21 form a very small gap (about 0.1 mm) between the heater 20 and the wafer 10. Like that.
【００１７】ゾーン分割ヒータ２０は、各ゾーンＡ〜Ｃ
毎に各別に通電制御される抵抗線パターンを有し、これ
らの抵抗線パターンを樹脂などによって封入形成するよ
うにしている。Each of the zone division heaters 20 includes
Each of them has a resistance line pattern that is individually controlled to be energized, and these resistance line patterns are encapsulated with resin or the like.
【００１８】図１は、図２のゾーン分割ヒータを温度制
御する制御系の概略構成を示すブロック線図であり、加
熱ゾーンＡ〜Ｃ毎に各別の制御系３０Ａ、３０Ｂ、３０
Ｃを有している。FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a control system for controlling the temperature of the zone-divided heater of FIG. 2, and separate control systems 30A, 30B, 30 for each of heating zones A to C.
C.
【００１９】加熱ゾーンＡの制御系３０Ａは、ＰＩ調整
器３１Ａを含む第１のフィードバック制御系と、外乱オ
ブザーバ３２Ａを含む第２のフィードバック制御系を有
しており、第２のフィードバック制御系の加算点３４Ａ
では温度指令値Ｕと外乱オブザーバ３２から出力される
推定外乱ｄ＾の偏差をとり、第１のフィードバック制御
系の加算点３３ＡではＵ−ｄ＾と当該プラント（加熱ゾ
ーンＡ）の出力Ｙの偏差をとっている。なお、ｄは外乱
である。The control system 30A of the heating zone A has a first feedback control system including a PI adjuster 31A and a second feedback control system including a disturbance observer 32A. Addition point 34A
Takes the deviation between the temperature command value U and the estimated disturbance d ＾ output from the disturbance observer 32. At the addition point 33A of the first feedback control system, the deviation between U-d ＾ and the output Y of the plant (heating zone A) is obtained. Has taken. Note that d is a disturbance.
【００２０】外乱オブザーバ３２Ａは、ロバスト制御に
おける状態観測器に対応し、当該プラントの動特性と一
致する数学モデルを有している。この外乱オブザーバ３
２Ａに構築される動特性モデルに関しては、後で詳述す
る。外乱オブザーバ３２Ａでは、温度指令値Ｕに対応す
る当該プラント（加熱ゾーンＡ）の出力Ｙと温度指令値
Ｕ（正確にはＵ−ｄ＾）に対応する前記動特性モデルの
出力の偏差、即ち推定外乱ｄ＾を求め、この推定外乱ｄ
＾を温度指令値Ｕにフィードバックするようにしてい
る。したがって、この制御系によれば、推定外乱ｄ＾が
なくなるように、当該プラント（ゾーンＡ）の動特性は
外乱オブザーバ３２Ａの構築された動特性モデルの動特
性に追従していくことになる。The disturbance observer 32A corresponds to a state observer in the robust control, and has a mathematical model that matches the dynamic characteristics of the plant. This disturbance observer 3
The dynamic characteristic model constructed in 2A will be described later in detail. In the disturbance observer 32A, the deviation between the output Y of the plant (heating zone A) corresponding to the temperature command value U and the output of the dynamic characteristic model corresponding to the temperature command value U (accurately U-d ＾), that is, estimation The disturbance d ＾ is obtained, and the estimated disturbance d
＾ is fed back to the temperature command value U. Therefore, according to this control system, the dynamic characteristic of the plant (zone A) follows the dynamic characteristic of the constructed dynamic characteristic model of the disturbance observer 32A so that the estimated disturbance d ＾ disappears.
【００２１】加熱ゾーンＢの制御系３０Ｂは、前記同
様、ＰＩ調整器３１Ｂを含む第１のフィードバック制御
系と、外乱オブザーバ３２Ｂを含む第２のフィードバッ
ク制御系を有しており、また加熱ゾーンＣの制御系３０
Ｃも、ＰＩ調整器３１Ｃを含む第１のフィードバック制
御系と、外乱オブザーバ３２Ｃを含む第２のフィードバ
ック制御系を有している。As described above, the control system 30B for the heating zone B has a first feedback control system including a PI adjuster 31B and a second feedback control system including a disturbance observer 32B. Control system 30
C also has a first feedback control system including a PI adjuster 31C and a second feedback control system including a disturbance observer 32C.
【００２２】図３は、各制御系３０Ａ〜３０Ｃに共通入
力される温度指令値Ｕの一例を示すものである。なお、
この温度指令値Ｕの波形は任意であり、単なる階段状の
ステップ波形にしてもよい。FIG. 3 shows an example of a temperature command value U commonly input to each of the control systems 30A to 30C. In addition,
The waveform of the temperature command value U is arbitrary, and may be a simple step waveform.
【００２３】ここで、図１に示した本システムの制御系
においては、外乱オブザーバの３２Ａ〜３２Ｃ内のモデ
ルを構築するために次のような手法を実行する。Here, in the control system of the present system shown in FIG. 1, the following method is executed to construct a model in the disturbance observers 32A to 32C.
【００２４】すなわち、まず、各制御系３０Ａ〜３０Ｃ
のＰＩ調整器３１Ａ〜３１ＣのＰＩゲインを調整して、
図４に示すように、各加熱ゾーンの動特性間に、定常状
態において偏差が発生しないようにしておく。勿論、こ
のＰＩ調整器３１Ａ〜３１Ｃによる調整では、過渡状態
における温度差もなくすことは困難であり、図４にも示
すように、各加熱ゾーン間で過渡状態における温度差は
存在していることになる。That is, first, each of the control systems 30A to 30C
By adjusting the PI gains of the PI adjusters 31A to 31C,
As shown in FIG. 4, a deviation is not generated between dynamic characteristics of each heating zone in a steady state. Of course, in the adjustment by the PI adjusters 31A to 31C, it is difficult to eliminate the temperature difference in the transient state. As shown in FIG. 4, there is a temperature difference in the transient state between the heating zones. become.
【００２５】つぎに、このように定常偏差をなくした状
態における各加熱ゾーンの動特性（破線Ｊで囲まれた部
分の動特性）を、例えば、簡単な振動性二次要素にて近
似低次元化（ステップ応答波形による）した下式に示す
ような動特性モデルを作成する。Next, the dynamic characteristic of each heating zone (the dynamic characteristic of the portion surrounded by the broken line J) in a state where the steady-state deviation is eliminated is approximated by, for example, a simple vibrating secondary element. A dynamic characteristic model as shown in the following equation (based on the step response waveform) is created.
【００２６】 ただし、これら近似した各加熱ゾーンの動特性モデル
は、各加熱ゾーンで共通とする。すなわち、近似低次元
化した各加熱ゾーンの動特性モデルは同一とし、この同
一の動特性モデルを各加熱ゾーンの制御系の外乱オブザ
ーバ３２Ａ〜３２Ｃに記憶するようにする。[0026] However, the dynamic characteristic model of each of these approximated heating zones is common to each heating zone. In other words, the dynamic characteristic models of the heating zones whose dimensions have been reduced approximately are made the same, and the same dynamic characteristic models are stored in the disturbance observers 32A to 32C of the control system of each heating zone.
【００２７】前述したように、各制御系の外乱オブザー
バ３２Ａ〜３２Ｃでは、温度指令値Ｕに対応する当該加
熱ゾーンの出力Ｙと、温度指令値Ｕに対応する自オブザ
ーバ内の動特性モデルの出力の偏差、即ち推定外乱ｄ＾
を求め、この推定外乱ｄ＾を温度指令値Ｕにフィードバ
ックするようにしたので、各制御系では、推定外乱ｄ＾
がなくなるように、当該加熱ゾーンの動特性が自オブザ
ーバ内の動特性モデルの動特性に追従していくことにな
る。As described above, in the disturbance observers 32A to 32C of the respective control systems, the output Y of the heating zone corresponding to the temperature command value U and the output of the dynamic characteristic model in the own observer corresponding to the temperature command value U , That is, the estimated disturbance d ＾
And the estimated disturbance d ＾ is fed back to the temperature command value U. Therefore, in each control system, the estimated disturbance d ＾
So that the dynamic characteristic of the heating zone follows the dynamic characteristic of the dynamic characteristic model in the own observer.
【００２８】ここで、前述したように、各外乱オブザー
バ内の動特性モデルは共通化されているので、各加熱ゾ
ーンの制御系ではそれぞれの動特性が共通化されたモデ
ルの動特性に追従することになり、結果的に各加熱ゾー
ンの定常状態および過渡状態における温度特性の差をな
くすことができるようになる。Here, as described above, since the dynamic characteristic models in each disturbance observer are shared, the control system of each heating zone follows the dynamic characteristics of the shared model in the control system of each heating zone. As a result, it is possible to eliminate the difference in the temperature characteristics between the steady state and the transient state of each heating zone.
【００２９】すなわち、各加熱ゾーンの動特性は異なる
ので、これらの各加熱ゾーンの動特性モデルは本来別々
に最適のものを採用するべきであるが、本システムで
は、各加熱ゾーンの動特性を一致させることを主眼にお
いて、これら各加熱ゾーンの動特性モデルを共通化して
ロバスト制御を行うようにしているのである。すなわ
ち、本システムでは、各加熱ゾーン間で、過渡状態にお
ける温度差、構造上の動特性の違い、モデル誤差、製作
誤差などが存在したとしても、これらは全て外乱とみな
されて温度指令値Ｕにフィードバックされることにな
る。That is, since the dynamic characteristics of each heating zone are different, the optimal dynamic characteristic model of each heating zone should be originally adopted separately. However, in the present system, the dynamic characteristic of each heating zone is With a primary focus on matching, the robustness control is performed by sharing the dynamic characteristic models of these heating zones. That is, in the present system, even if there is a temperature difference in a transient state, a difference in structural dynamic characteristics, a model error, a manufacturing error, and the like between the heating zones, these are all regarded as disturbances and the temperature command value U Will be fed back.
【００３０】図５は、ゾーン分割ヒータ２０を２０゜Ｃ
から１０５゜Ｃに加熱する場合のシミュレーション結果
を示すもので、この図５では過渡状態において各ゾーン
間に温度差は生じていないように見えるが、実際には図
６および図７に示すような温度差が生じている。FIG. 5 shows that the zone division heater 20 is set at 20 ° C.
FIG. 5 shows a simulation result in the case of heating to 105 ° C. from FIG. 5. In FIG. 5, it seems that no temperature difference occurs between the zones in the transient state, but actually, as shown in FIG. 6 and FIG. A temperature difference has occurred.
【００３１】図６は、ＰＩ制御のみを行ってロバスト制
御を行わない場合の、各ゾーン間の最大温度差を経時的
にプロットしたもので、図７はＰＩ制御及びロバスト制
御を行った場合の最大温度差を経時的にプロットしたも
のである。なお、図６の縦軸の単位は０．５゜Ｃであ
り、図７の縦軸の単位は０．００２゜Ｃである。FIG. 6 is a graph plotting the maximum temperature difference between the zones over time when only the PI control is performed and the robust control is not performed, and FIG. 7 is a graph when the PI control and the robust control are performed. The maximum temperature difference is plotted over time. The unit on the vertical axis in FIG. 6 is 0.5 ° C., and the unit on the vertical axis in FIG. 7 is 0.002 ° C.
【００３２】これらの図からも判るように、ロバスト制
御を追加した図７のほうが、過渡状態における各加熱ゾ
ーン間の温度差が明らかに小さくなっている。As can be seen from these figures, the temperature difference between the heating zones in the transient state is clearly smaller in FIG. 7 with the added robust control.
【００３３】このようにこの実施例によれば、ＰＩ制御
およびモデルを共通化したロバスト制御によってゾーン
分割ヒータ２０の各加熱ゾーンＡ〜Ｃの定常状態および
過渡状態における温度特性の差をなくすようにしたの
で、各時点においてヒータ全面に亘って温度分布が生じ
なくなり、ウェハ１０の全面を均一に効率よく加熱制御
することが可能になる。As described above, according to this embodiment, the difference between the temperature characteristics in the steady state and the transient state of each of the heating zones A to C of the zone divided heater 20 is eliminated by the PI control and the robust control using a common model. Therefore, at each time point, the temperature distribution does not occur over the entire surface of the heater, and the entire surface of the wafer 10 can be uniformly and efficiently heated.
【００３４】なお、上記実施例において、ゾーン分割ヒ
ータ２０は、同心円状にゾーンが分割されるようにした
が、その分割ゾーンの配置態様、形状、分割数などは任
意である。In the above-described embodiment, the zone dividing heater 20 divides the zones concentrically, but the arrangement, shape, number of divisions, and the like of the divided zones are arbitrary.
【００３５】また、上記実施例においては、ゾーン分割
ヒータ２のみによってウェハ１０を加熱する構成を前提
としたが、ウェハ１０が載置されるゾーン分割ヒータ２
０の下に流体が通過する温度制御室を形成し、この温度
制御室に高温流体および低温流体を供給し、該供給した
高温または低温流体を温度制御室内に設けた複数の流体
噴出孔を介して温度制御室の上部内壁面に対して噴出す
るようなシステムに本発明を適用するようにしてもよ
い。この場合、ゾーン分割ヒータ２０は、ヒータ２０の
下方から供給された流体による熱をウェハに伝達する中
間熱媒体としても機能することになる。Further, in the above embodiment, the wafer 10 is heated only by the zone division heater 2, but the zone division heater 2 on which the wafer 10 is mounted is assumed.
0, a high-temperature fluid and a low-temperature fluid are supplied to the temperature control chamber, and the supplied high-temperature or low-temperature fluid is supplied to the temperature control chamber through a plurality of fluid ejection holes provided in the temperature control chamber. Alternatively, the present invention may be applied to a system that blows out to the upper inner wall surface of the temperature control chamber. In this case, the zone-divided heater 20 also functions as an intermediate heat medium that transfers heat of the fluid supplied from below the heater 20 to the wafer.
【００３６】また、上記実施例では、外乱オブザーバ３
２Ａ〜３２Ｃ内に構築されるモデルとして二次遅れ要素
を採用するようにしたが、ＰＩ制御を含めたシステムモ
デルを近似低次元化できるモデルであれば任意の数学モ
デルを採用するようにしてもよい。In the above embodiment, the disturbance observer 3
Although a second-order lag element is adopted as a model constructed in 2A to 32C, any mathematical model may be adopted as long as the model can approximate and reduce the system model including PI control. Good.
【００３７】また、上記実施例では、ＰＩ調整器を採用
するようにしたが、ＰＩＤ調整器の比例要素、微分要
素、積分要素の任意の要素を組み合せたり、あるいは単
独要素で調整器を構成するようにしてもよい。Further, in the above embodiment, the PI adjuster is employed. However, the PID adjuster may be formed by combining arbitrary elements of a proportional element, a differential element and an integral element, or may be constituted by a single element. You may do so.
【００３８】ゾーン分割プレート２０としては、平板状
の加熱面が複数の異なる隣接した加熱ゾーンに分割さ
れ、各加熱ゾーン毎に独立に制御される加熱体を有する
ものであれば、その加熱方式は電熱方式に限らず任意で
ある。As the zone dividing plate 20, if the flat heating surface is divided into a plurality of different adjacent heating zones and the heating member is controlled independently for each heating zone, the heating method is as follows. The method is not limited to the electric heating method, and is optional.
【図１】この発明の実施例を示すブロック線図。FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention.
【図２】ゾーン分割ヒータの概略構成を示す図。FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of a zone division heater.
【図３】温度指令値の一例を示す波形図。FIG. 3 is a waveform chart showing an example of a temperature command value.
【図４】定常偏差がなく過渡偏差が存在する温度特性波
形を示す図。FIG. 4 is a diagram showing a temperature characteristic waveform having a steady-state error and a transient error;
【図５】各加熱ゾーンの経時的温度変化の実験結果を示
す図。FIG. 5 is a view showing an experimental result of a temporal change in temperature of each heating zone.
【図６】ロバスト制御がない場合の各加熱ゾーン間の最
大温度差の経時的状態の実験結果を示す図。FIG. 6 is a diagram showing an experimental result of a time-dependent state of a maximum temperature difference between respective heating zones when there is no robust control.
【図７】ロバスト制御がある場合の各加熱ゾーン間の最
大温度差の経時的状態の実験結果を示す図。FIG. 7 is a diagram showing an experimental result of a time-dependent state of a maximum temperature difference between respective heating zones when there is robust control.
１０…ウェハ ２０…ゾーン分割ヒータ ３０…制御系 ３１…ＰＩ調整器 ３２…外乱オブザーバ DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Wafer 20 ... Zone division heater 30 ... Control system 31 ... PI adjuster 32 ... Disturbance observer
Claims (1)
割され、各加熱ゾーン毎に独立に制御される加熱体を有
し、その上面に前記被温度制御体が載置されるゾーン分
割ヒータと、 これらゾーン分割ヒータを各加熱ゾーン毎に各別に制御
する複数の制御系と、 を有し、前記ゾーン分割ヒータによって前記被温度制御
体を加熱制御するゾーン分割ヒータの温度制御装置にお
いて、 各加熱ゾーン間の動特性の定常偏差がなくなるようにゲ
インが予め調整され、目標温度にしたがって当該加熱ゾ
ーンをフィードバック加熱制御する第１の制御手段と、 前記第１の制御手段のゲイン調整後の各加熱ゾーンの動
特性を各加熱ゾーン間で共通化しかつ近似低次元化した
動特性モデルを有し、目標温度に対応する当該加熱ゾー
ンの出力と目標温度に対応する前記動特性モデルの出力
との偏差をとり、この偏差を目標温度にフィードバック
する第２の制御手段と、 を前記各加熱ゾーンの制御系に各別に備えるようにした
ことを特徴とするゾーン分割ヒータの温度制御装置。1. A flat temperature controlled body, and a flat heating surface is divided into a plurality of different adjacent heating zones, and a heating body independently controlled for each heating zone is provided. A zone-divided heater on which the temperature-controlled body is mounted; and a plurality of control systems for controlling these zone-divided heaters individually for each heating zone. The zone-divided heater controls the temperature-controlled body. In a temperature control device for a zone-divided heater that controls heating, a gain is adjusted in advance so that a steady-state deviation of dynamic characteristics between heating zones is eliminated, and a first control unit that performs feedback heating control on the heating zone according to a target temperature; A dynamic characteristic model in which the dynamic characteristic of each heating zone after gain adjustment of the first control means is shared among the heating zones and is approximated to a lower dimension, and corresponds to a target temperature. And a second control means for taking a deviation between the output of the heating zone and the output of the dynamic characteristic model corresponding to the target temperature, and feeding back the deviation to the target temperature. A temperature control device for a zone-divided heater, characterized in that:
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02213198A JP3755786B2 (en) | 1998-02-03 | 1998-02-03 | Zone division heater temperature control device |
| PCT/JP1999/000454 WO1999040497A1 (en) | 1998-02-03 | 1999-02-03 | Temperature controller for zone division heater |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02213198A JP3755786B2 (en) | 1998-02-03 | 1998-02-03 | Zone division heater temperature control device |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11219221A true JPH11219221A (en) | 1999-08-10 |
| JP3755786B2 JP3755786B2 (en) | 2006-03-15 |
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ID=12074346
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02213198A Expired - Fee Related JP3755786B2 (en) | 1998-02-03 | 1998-02-03 | Zone division heater temperature control device |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3755786B2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016012228A (en) * | 2014-06-27 | 2016-01-21 | 株式会社Kelk | Temperature control device of semiconductor wafer and temperature control method of semiconductor wafer |
| US10332764B2 (en) | 2016-08-17 | 2019-06-25 | Kelk Ltd. | Temperature controller of semiconductor wafer and temperature control method of semiconductor wafer |
-
1998
- 1998-02-03 JP JP02213198A patent/JP3755786B2/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016012228A (en) * | 2014-06-27 | 2016-01-21 | 株式会社Kelk | Temperature control device of semiconductor wafer and temperature control method of semiconductor wafer |
| US10332764B2 (en) | 2016-08-17 | 2019-06-25 | Kelk Ltd. | Temperature controller of semiconductor wafer and temperature control method of semiconductor wafer |
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| Publication number | Publication date |
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| JP3755786B2 (en) | 2006-03-15 |
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