[发明专利]一种控制半导体设备反应室温度的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体设备反应室温度控制技术，特别是涉及一种控制半导体设备反应室温度的装置和方法。

背景技术

在半导体加工工艺中，为了保证加工工艺结果的稳定性和一致性，需要严格控制半导体设备反应室的大量参数。其中，温度就是半导体设备反应室的关键参数之一。

图1是一个典型的半导体设备反应室示意图。如图1所示，该反应室可以分为上反应室1、下反应室2和抽气腔3三个部分，每一部分包括四个加热器和一个温度传感器。其中，小圆圈表示分布在反应室的加热器，小三角形表示各部分的温度传感器。反应室的每一部分都可以利用温度传感器检测各自的温度，再分别利用外界的温度控制算法产生控制信号，由产生的控制信号对各自的加热器进行控制，从而实现对反应室温度的控制。

为了更好地说明现有技术对反应室温度进行控制的方法，下面以控制反应室一个部分的温度为例进行详细描述。

图2是对反应室一个部分的温度进行控制的装置示意图。如图2所示，该装置可以包括温度检测模块201、温度控制算法模块202和温度控制模块203。

其中，温度检测模块201可以包括温度感应器2011、放大器2012、模/数转换模块2013。其中，温度感应器2011放置在反应室中，用于检测反应室的温度，将检测出的温度以模拟信号的形式输出给放大器2012。放大器2012和模/数转换模块2013放置在反应室的外面，放大器2012将温度感应器2011输入的模拟信号进行放大后再输出给模/数转换模块2013；模/数转换模块2013将模拟信号转换为数字信号后输出给温度控制算法模块202。

温度控制算法模块202根据输入的温度设定值和温度检测模块201检测出的温度，并利用温度控制算法获得控制量，将携带有控制量的信号输出给温度控制模块203。这里所述的温度控制算法是针对单输入单输出的温度控制算法，比如：模糊算法、比例-积分-微分(PID)控制算法等。

温度控制模块203根据控制量对反应室的温度进行控制。具体地，如果温度控制算法模块202输出携带有控制量的信号为脉冲信号，那么，如图3a所示，温度控制模块203可以包括脉冲宽度调制器2031a、固态继电器2032a和加热器2033。其中，脉冲宽度调制器2031a将输入的脉冲信号放大后输出给固态继电器2032a；固态继电器2032a根据输入的脉冲信号对加热器2033的功率输出进行控制；所述加热器2033放置在反应室中，可以有一个或多个，用于在固态继电器2032a的控制下提供功率，以控制反应室的温度。

如果温度控制模块203输出携带有控制量的信号为数字信号，那么，如图3b所示，温度控制模块203可以包括数/模转换模块2031b、电压调节器2032b和加热器2033。其中，数/模转换模块2031b将携带有控制量的数字信号转换为模拟信号，并输出给电压调节器2032b；电压调节器2032b根据携带有控制量的模拟信号进行相应的电压调节，对加热器2033的功率输出进行控制；所述加热器2033在电压调节器2032b的控制下提供功率，以控制反应室的温度。不管温度控制模块203是上述哪种结构，如何利用脉冲信号和数字信号控制反应室温度的方法都属于现有技术，此处不再赘述。

从图2可知，温度检测模块201、温度控制算法模块202和温度控制模块203可以构成一个控制回路，利用温度控制算法将反应室对应部分的温度维持到预先设定的温度值。

上述仅仅描述了对反应室一个部分的温度进行控制的装置结构。如果反应室如图1所示分为多个部分，则需要利用如图2所示的多套装置分别对各个部分的温度进行控制，其情况如图4所示。也就是说，各个温度控制算法模块202仅仅利用自身对应的温度检测模块201检测到的温度以及预先设定的温度值进行计算，独立地对反应室各个部分的温度进行控制。

实际应用中，不管反应室分为几个部分，各个部分其实并没有隔离，其温度属于一种耦合关系，扰动性比较强。从图2和图4可知，现有技术仅仅采用独立的控制回路分别对反应室各部分的温度进行控制，没有考虑各部分温度扰动的耦合关系，对反应室温度的控制难以达到好的效果。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种控制半导体设备反应室温度的装置，可以克服单控制回路独立地对半导体设备反应室各部分温度进行控制的缺陷，更好地对反应室温度进行控制。

为了达到上述目的，本发明提出的技术方案为：