[发明专利]热处理设备的温度补偿方法、温度控制方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及半导体热处理工艺温度控制技术领域，特别涉及应用于热处理设备的温度补偿方法、温度控制方法及温度控制系统。

背景技术

硅片是一种重要的半导体材料，目前普遍采用自动化程度更高、工艺性能更优异的立式热处理设备，对硅片进行批处理工艺，如淀积、氧化和扩散等加工工艺。随着工艺特征尺寸的减小，对硅片表面的工艺处理精度提出了更高的要求，这些都依赖于工艺过程中的温度控制的精度，尤其是硅片表面温度的控制精度。

然而，在实际工艺过程中却无法直接测量硅片温度，这是因为若在硅片上安装了金属热电偶测温，将会对硅片造成不可预估的金属污染。因此，只能采用间接测量的方法。如图1所示，现有技术中是通过在热处理设备的处理容器内设有Inner热偶1，以该Inner热偶所测得的温度近似为硅片W的温度。然而，虽然Inner热偶较为接近硅片本身的温度，但与硅片温度之间仍然存在着实际的温度差异。且实际进行工艺过程中半导体热处理设备将横跨多个温度区间，而不同的温度区间硅片温度与Inner热偶温度的差异值是不同的，因此采用Inner热偶测量的温度值不能正确反映硅片温度，若直接以Inner热偶测量的温度值作为控温对象，将严重影响工艺质量，例如目标膜厚的调节，片间均匀性的调整等。

为解决上述问题，需要对Inner热偶测量的温度值加以补偿以近似硅片温度，实际控温对象为CtrlTemp＝Inner热偶的采样值+温度补偿值，从而实现等效控制。但若采用不合适的补偿方法，在工艺过程的升温(RampUp)初始阶段，计算出的温度补偿值发生偏差会造成实际控温温度CtrlTemp突变，从而导致电力瞬间抖动。特别是CVD工艺，会因该电力瞬间抖动，导致颗粒问题。此外氧化工艺也会因电力抖动，延长温度的收敛时间，乃至工艺时间，降低设备产能。此外若计算的补偿值不准确，则在恒温阶段，无法消除或最大程度减弱工艺要求的硅片温度与实际控温温度之间的差异(静差)，即不能正确反映硅片温度，将严重影响工艺质量，例如目标膜厚的调节，片间均匀性的调整等。因此，需要提供一种合适的温度补偿方法。

发明内容

本发明的主要目的旨在提供一种能够真实反映硅片温度并在工艺升温阶段抑制瞬间电力抖动的温度补偿方法及温度控制方法。

为达成上述目的，本发明提供一种用于半导体热处理设备的温度补偿方法，所述半导体热处理设备包括处理容器，对所述处理容器加热的加热器以及设于所述处理容器中将该处理容器的内部划分为多个区域的多个第一温度传感器。所述温度补偿方法包括以下步骤：

S1，在硅片保持件上安装多个第二温度传感器；

S2，将所述硅片保持件搬入所述处理容器内，各所述第二温度传感器与各所述第一温度传感器的位置一一对应；

S3，控制所述加热器以所述第二温度传感器为控温对象调整所述处理容器内的温度，使每一所述第二传感器所采集的温度逐步上升至多个离散温度点，其中当所述第二温度传感器所采集的温度收敛于所述离散温度点时控制其在该离散温度点恒温一定时间段；

S4，在每一个所述离散温度点的恒温时间段内周期性地记录每一所述区域的第一温度传感器和第二温度传感器所采集的温度，并计算出每一个所述离散温度点所对应的各所述区域的第二温度传感器和第一温度传感器所采集温度的温度差异值；以及

S5，在实际热处理工艺中，根据各所述离散温度点及各所述离散温度点对应的各所述区域的所述温度差异值，通过线性插值法在线计算出所述热处理工艺的设定温度对应于所述区域的温度差异值作为该区域的所述第一温度传感器所采集温度的温度补偿值。

优选地，步骤S4中每一个所述离散温度点所对应的各所述区域的第二温度传感器和第一温度传感器所采集温度的温度差异值通过以下方法计算得到：在该离散温度点的恒温时间段内所记录的同一所述区域的第一温度传感器和第二温度传感器所采集温度中选取多组数据；以及计算出所述多组数据中第二温度传感器所采集温度的平均值与第一温度传感器所采集温度的平均值的差值以其作为该离散温度点对应的该区域的第二温度传感器和第一温度传感器所采集温度的温度差异值。

优选地，步骤S5包括：建立各所述离散温度点及其对应的温度差异值的差异表；以及查询所述差异表，根据所述设定温度所处的离散温度点范围，以该范围的离散温度点所对应的温度差异值为基值，通过线性插值法在线计算该设定温度所对应的温度差异值。

优选地，所述恒温时间段为2～4小时。