快速热处理(RTP,Rapid Thermal Processing)是一种先进的单片式热处理工艺,相对于传统的批量式热处理工艺,RTP更适用于集成电路特征尺寸的小型化。它最早是由于材料学研究的需要而出现,现在已广泛应用在集成电路和MEMS等的半导体生产工艺中,其典型应用包括快速热退火RTA,快速热氧化RTO,快速热化学气相沉积RTCVD等。快速热处理设备是进行热处理工艺基础,从二十世纪七十年代出现商用的RTP设备开始,RTP设备就不断的更新换代,在这个过程中,温度场的均匀性控制以及温度测量等问题一直是研究的热点。快速热处理设备反应腔内的温度场直接决定着工艺的质量,所以温度场应具有良好的均匀性和升温速度。本文针对实验室自行开发的快速热处理设备,进行温度场控制技术方面的研究。首先,对其进行了传热学分析,对其内部的辐射传热和热传导进行了分析,在得到卤钨灯环面的辐射功率分布规律后,对晶圆进行了分区；接下来推导出了晶圆各区域之间的热传导的计算公式,最后根据能量守恒定律得到了被加热晶圆的温度和热源功率之间的微分方程,经过线性化处理得到了晶圆温度场的仿真控制模型。在对控制模型进行分析后,根据其特点设计了基于Fuzzy-PID的温度控制器,其Fuzzy控制器和PID控制器为并行结构,分别在升温阶段和温度保持阶段进行温度控制,最后,通过Matlab仿真证明了该算法的有效性。设计了一个基于FPGA的温度控制器硬件,可以实现三通道的温度实时采样,USB2.0数据通信,PWM信号驱动等功能,并基于Verilog HDL和QuartusⅡ对Fuzzy-PID控制器以及其他接口逻辑进行了设计建模。最后,实验证明该方案可以实现设定的功能。