半導体熱処理成膜装置のヒーター・クーラー統合による高速高精度温度制御法の提案

カテゴリ: 研究会(論文単位)

論文No: MEC22013

グループ名: 【D】産業応用部門 メカトロニクス制御研究会

発行日: 2022/09/23

タイトル(英語): Proposal of a fast and precise temperature control for a semiconductor vertical furnace by heater-cooler integration

著者名: 大西 亘(東京大学),平田 輝(東京エレクトロン テクノロジーソリューションズ),柴辻 亮介(東京エレクトロン テクノロジーソリューションズ),山口 達也(東京エレクトロン テクノロジーソリューションズ)

著者名(英語): Wataru Ohnishi(The University of Tokyo),Akira Hirata(Tokyo Electron Technology Solutions),Ryosuke Shibatsuji(Tokyo Electron Technology Solutions),Tatsuya Yamaguchi(Tokyo Electron Technology Solutions)

キーワード: 半導体熱処理成膜装置|温度制御|フィードフォワード制御|フィードバック制御|システム同定|Semiconductor vertical furnaces|Temperature control|Feedforward control|Feedback control|System Identification

要約(日本語): 半導体熱処理成膜装置は，配線幅の微細化が進む集積回路(IC)の生産のため，より高速で高精度な温度制御が求められている。一方で，半導体熱処理成膜装置は消費電力低減のために断熱性能が向上しており，その結果として，温度低下動作に時間がかかるようになった。この課題に対し，生産性の向上，精密な温度制御，低消費電力を両立させるため，ヒーターに加えクーラーを搭載した半導体熱処理成膜装置が提案された。しかし，ヒーターとクーラーのどちらか一方に正負の制御入力を発生させることができないため，直感的な制御器設計が課題となっている。本論文の目的は，これらの課題を解決するために，ヒーターとクーラーを仮想的に統合し，周波数領域で直感的にコントローラを設計する方法を提案することである。このコントローラを実際の半導体縦型炉に実装し，高速・高精度な温度制御と低消費電力を両立させることを明らかにした。

要約(英語): Semiconductor vertical furnaces are required to have even faster and more precise temperature control due to the demand for ever decreasing integrated circuit (IC) dimensions. In addition, the insulation performance of the vertical furnaces has been improved to reduce power consumption, and as a side effect, it takes longer for the temperature reduction operation. Therefore, vertical furnaces equipped with coolers in addition to heaters have emerged to achieve both higher productivity, precise temperature control, and lower power consumption. However, the inability to generate positive and negative control inputs for one of the heater or cooler poses a challenge for intuitive controller parameter design. The aim of this paper is to address these issues by proposing an intuitive method for designing controller in the frequency domain by virtually integrating heaters and coolers. The controller was implemented in a full-scale actual semiconductor vertical furnace, and it was shown that the controller achieves both high-speed, high-precision temperature control and low power consumption.

本誌: 2022年9月26日メカトロニクス制御研究会

本誌掲載ページ: 73-78 p

原稿種別: 日本語

PDFファイルサイズ: 822 Kバイト