CN103677009B - 半导体热处理设备的温控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种半导体热处理设备的温控方法，半导体热处理设备包括炉体和设于炉体中的工艺管，晶圆在工艺管中进行半导体工艺，炉体包括多个温区，每一温区中设有至少一超温热偶和多个控温热偶，超温热偶用于感测温区中的温度，控温热偶用于调节温区中的温度，方法包括如下步骤：a)、对超温热偶与控温热偶的报警信号进行加权评分；b)、若评分不低于第一阈值，则停止向半导体热处理设备输出电功率。该方法增加了实施停止加热措施时的可信度，还可通过对主、辅控温热偶的调整，有针对性地采用不同的控温模式，更好地保证设备的可靠稳定运行。
Description
技术领域
本发明涉及半导体加工制造领域，更具体地说，涉及一种半导体热处理设备的温控方法。
背景技术
半导体制造的工艺过程通常由若干次不同的“升温—恒温—降温”过程组成，为保证半导体热处理设备长时间安全、稳定地连续运行，对设备上各种信号的采集、故障判断及其解决方法必须具有较高的要求。
目前半导体热处理设备采用的超温报警处理方法是在热处理设备的每个温区中放置一个超温热偶，若设备在运行阶段，该超温热偶检测到的温度超过系统为其设定的温度报警上限，则停止对热处理设备进行加热。这种超温报警处理方法存在缺陷，即如果超温热偶或是采样通道出现故障，可能会直接导致停止加热，甚至因此终止工艺，从而带来不必要的损失。
因此，提供一种准确而可靠的用于半导体热处理设备温控系统中的超温报警方法，是本发明需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于半导体处理设备温控系统中的超温报警方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种半导体热处理设备的温控方法，半导体热处理设备包括炉体和设于炉体中的工艺管，晶圆在工艺管中进行半导体工艺，炉体包括多个温区，每一温区中设有至少一超温热偶和第一～第三控温热偶，第三控温热偶设于工艺管内部，第一、第二控温热偶设于工艺管与炉体之间，超温热偶用于感测温区中的温度，控温热偶用于调节温区中的温度，方法包括如下步骤：a)、对超温热偶与控温热偶的报警信号进行加权评分，加权评分采用的计算公式为：C＝W*BOT+X*BOuterA+Y*BOuterB+Z*BInner；其中，C为评分，BOT为超温热偶的报警信号，BOuterA、BOuterB、BInner分别为第一、第二和第三控温热偶的报警信号，报警信号以布尔值表示，其为1时表示热偶的温度超出其温度设定上限值，其为0时表示热偶的温度低于其温度设定上限值，W、X、Y和Z分别为大于0、小于1的浮点数，W+X+Y+Z＝1，且W大于X、Y和Z中的最大值；b)、若评分不低于第一阈值，则停止向半导体热处理设备输出电功率；若所述评分低于所述第一阈值，而不低于第二阈值，则执行：c)、若所述超温热偶的报警信号为1，则发出报警信息；若所述第一、第二和第三控温热偶报警信号分别为0、1和1，则确定以所述第一控温热偶为主控温热偶，并发出报警信息；若所述第一、第二和第三控温热偶报警信号分别为1、0和1，则确定以所述第二控温热偶为主控温热偶，并发出报警信息；若所述第一、第二和第三控温热偶报警信号分别为1、1和0，则确定以所述第三控温热偶为主控温热偶，并发出报警信息；若所述评分低于所述第二阈值，而不低于第三阈值，则执行：d)、若所述第一、第二和第三控温热偶报警信号分别为0、0和1，则确定以所述第一或第二控温热偶为主控温热偶，并发出报警信息；若所述第一、第二和第三控温热偶报警信号分别为0、1和0，则确定以所述第一控温热偶为辅控温热偶，并发出报警信息；若所述第一、第二和第三控温热偶报警信号分别为1、0和0，则确定以所述第二控温热偶为辅控温热偶，并发出报警信息。
本发明还提供一种半导体热处理设备的温控系统，半导体热处理设备包括炉体和设于炉体中的工艺管，炉体中包括多个温区，每一温区包括：感温单元，设于半导体热处理设备炉体的，包括至少一超温热偶和多个控温热偶，超温热偶用于感测温区中的温度，控温热偶用于调节温区中的温度；逻辑处理器，用于对超温热偶与控温热偶的报警信号进行加权评分；温度控制单元，根据评分生成温度控制参数；功率控制单元，根据温度控制参数向半导体热处理设备输出电功率。
本发明提供的半导体热处理设备的温控方法以及温控系统，采用加权投票判断机制对控温热偶及超温热偶的超温报警信号进行分析处理，综合考虑了多种因素，增加了实施停止加热措施时的可信度，还可通过对主、辅控温热偶的调整，有针对性地采用不同的控温模式，更好地保证设备的可靠稳定运行。此外，半导体热处理设备中各温区之间相互独立，在运行过程中不会因为其中某个温区的某一控温或超温热偶出现故障而中止工艺，当某一热偶出现故障时，能够通过切换其他控温热偶为主控温热偶及其对应的控温模式，来保证工艺的继续进行。上述温控方法以及温控系统实现成本低、可靠性好、可信度高，利于在半导体行业内推广应用。
附图说明
图1示出本发明第二实施例的半导体热处理设备的温控方法流程示意图；
图2示出本发明第三实施例的半导体热处理设备的温控系统结构示意图；
图3示出本发明实施例中半导体热处理设备中超温热偶与控温热偶的分布示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
需要说明的是，并请结合图3，半导体热处理设备包括一炉体10与一设于炉体中的工艺管20，晶圆30在工艺管20中进行半导体工艺，炉体10包括多个温区，例如可划分为五个温区101、102、103、104和105，每一温区中设有至少一超温热偶和多个控温热偶；其中，超温热偶用于感测该温区中的温度，控温热偶用于调节该温区中的温度。
例如，第一温区101中设有一超温热偶OT1，以及三个控温热偶OuterA1、OuterB1、Inner1；类似地，第二温区102中设有一超温热偶OT2，以及三个控温热偶OuterA2、OuterB2、Inner2，第三温区103中设有一超温热偶OT3，以及三个控温热偶OuterA3、OuterB3、Inner3，第四温区104中设有一超温热偶OT4，以及三个控温热偶OuterA4、OuterB4、Inner4，第五温区105中设有一超温热偶OT5，以及三个控温热偶OuterA5、OuterB5、Inner5。
本发明第一实施例提供的半导体热处理设备的温控方法，用于控制任一温区内的温度，其包括如下步骤：
步骤S01、对该温区中的超温热偶与控温热偶的报警信号进行加权评分。
具体地，加权评分采用的计算公式为：
C＝W*BOT+X*BOuterA+Y*BOuterB+Z*BInner；其中，C为评分，BOT为超温热偶的报警信号，BOuterA、BOuterB、BInner分别为第一、第二和第三控温热偶的报警信号，报警信号以布尔值表示，其为1时表示热偶的温度超出系统为其设定的温度设定上限值，其为0时表示热偶的温度低于系统为其设定的温度设定上限值，W、X、Y和Z分别为大于0、小于1的浮点数，W+X+Y+Z＝1，且W大于X、Y和Z中的最大值。其中，第三控温热偶Inner设于工艺管20内部，第一、第二控温热偶OuterA、OuterB设于工艺管20与炉体10之间。
步骤S02、若评分不低于第一阈值，则发出报警信息并停止向半导体热处理设备输出电功率。
具体地，若步骤S01中计算得到的评分大于等于第一阈值，例如0.6，即发出报警信息，同时，停止向半导体热处理设备输出电功率以停止加热。
相比于现有技术中，仅以超温热偶的超温报警信号(以布尔值表示，为1时表示其检测到的温度超过报警上限)来判断是否停止向半导体热处理设备输出电功率，即，使半导体热处理设备停止加热，上述第一实施例中提供的加权评分机制综合考虑了多种因素，从而增加了实施停止加热措施时的可信度。
如图1所示，本发明第二实施例提供的半导体热处理设备的温控方法，用于控制任一温区内的温度，其包括如下步骤：
步骤S10、对超温热偶OT与控温热偶OuterA，OuterB，Inner的报警信号进行加权评分。
具体地，加权评分采用的计算公式为：
C＝0.4*BOT+0.2*BOuterA+0.2*BOuterB+0.2*BInner。其中，BOuterA、BOuterB、BInner分别为第一、第二和第三控温热偶OuterA，OuterB，Inner的报警信号，报警信号以布尔值表示，其为1时表示热偶的温度超出系统为其设定的温度设定上限值，其为0时表示热偶的温度低于系统为其设定的温度设定上限值。
步骤S11、若评分不低于第一阈值，则执行步骤S110；否则，执行步骤S12。
步骤S110包括：停止向热处理设备输出电功率，并发出报警信息。其中，第一阈值例如为0.6。
步骤S12、若评分不低于第二阈值，则执行步骤S120；否则，执行步骤S13。
具体地，步骤S120包括：若超温热偶的报警信号为1，则发出报警信息；若第一、第二和第三控温热偶报警信号分别为0、1和1，则确定以第一控温热偶为主控温热偶，并发出报警信息；若第一、第二和第三控温热偶报警信号分别为1、0和1，则确定以第二控温热偶为主控温热偶，并发出报警信息；若第一、第二和第三控温热偶报警信号分别为1、1和0，则确定以第三控温热偶为主控温热偶，并发出报警信息。
其中，第二阈值例如为0.4。
步骤S13、若评分不低于第三阈值，则执行步骤S130；否则，方法结束。
具体地，步骤S130包括：若第一、第二和第三控温热偶报警信号分别为0、0和1，则确定以第一或第二控温热偶为主控温热偶，并发出报警信息；若第一、第二和第三控温热偶报警信号分别为0、1和0，则确定以第一控温热偶为辅控温热偶，并发出报警信息；若第一、第二和第三控温热偶报警信号分别为1、0和0，则确定以第二控温热偶为辅控温热偶，并发出报警信息。
其中，第三阈值例如为0.2。
该第二实施例中，半导体热处理设备10每一温区分别可采用两种控温模式，即Inner控温模式(以Inner控温热偶为主控温热偶，负责调节该温区中的温度，OuterA热偶或OuterB热偶为辅控温热偶以加快系统的响应速度)以及Outer控温模式(以OuterA热偶或OuterB热偶为主控温热偶，负责调节该温区中的温度)。在大多数的工艺过程中都会采取Inner控温模式，但在进行某些特定的工艺(例如Poly工艺)时Inner控温热偶的读数准确性会受到影响，这时可进行控温模式的切换，除此之外，Outer控温模式可以在Inner控温模式不能取得较佳控制效果时或在升舟阶段采用。
依据本发明上述第二实施例，可得到一种较佳情况下加权评分后的后续处理机制，其中“0”表示此热偶无超温报警信号输出，“1”表示此热偶有超温报警信号输出。
从上表可见，逻辑处理器接收到的超温报警信号共有16种情况，当某一温区对应的超温报警信号加权评分不低于第一阈值(例如0.6)时则停止对该温区进行加热。其中包括共8种情况，需对温区停止加热：
⑴Inner与OT同时超温报警；
⑵OuterB与OT同时超温报警；
⑶OuterB,Inner,OT同时超温报警；
⑷OuterA与OT同时超温报警；
⑸OuterA，Inner,OT同时超温报警；
⑹OuterA，OuterB，OT同时超温报警；
⑺OuterA，OuterB，Inner同时超温报警；
⑻OuterA，OuterB，Inner，OT同时超温报警。
当某一温区对应的超温报警信号加权评分小于第一阈值时，则分别进行下述的后续处理措施：
⑼OuterA，OuterB，Inner，OT均无超温报警信号输出时，无特殊动作；
⑽仅OT超温报警信号输出，向上位机输出报警信号；
⑾仅Inner超温报警信号输出，若此时控温模式为Inner控温则切换至Outer控温，并向上位机上传报警信号；若为其他控温模式，则仅向上位机上传报警信号；
⑿仅OuterB超温报警信号输出，若此时OuterB热偶参与控温则切换至OuterA热偶参与控温，并向上位机上传报警信号；若OuterB热偶不参与控温，则仅向上位机上传报警信号；
⒀OuterB与Inner同时超温报警，若此时控温模式为Inner控温则切换至Outer控温，并确认热偶OuterA为控温热偶，同时向上位机上传报警信号；若此时控温模式为Outer控温，控温热偶为OuterB，则将控温热偶切换至OuterA，并向上位机上传报警信号；若此时控温模式为Outer控温，控温热偶为OuterA，则仅向上位机上传报警信号；
⒁仅OuterA超温报警信号输出，若此时OuterA热偶参与控温则切换至OuterB热偶参与控温，并向上位机上传报警信号；若OuterA热偶不参与控温，则仅向上位机上传报警信号；
⒂OuterA与Inner同时超温报警，若此时控温模式为Inner控温则切换至Outer控温，并确认热偶OuterB为控温热偶，同时向上位机上传报警信号；若此时控温模式是Outer控温，控温热偶为OuterA，则将控温热偶切换至OuterB，并向上位机上传报警信号；若此时控温模式是Outer控温，控温热偶为OuterB，则仅向上位机上传报警信号；
⒃OuterA与OuterB同时超温报警，若此时控温模式为Outer控温，则切换至Inner控温，并向上位机上传报警信号；若此时控温模式为Inner控温，则仅向上位机上传报警信号。
可见，通过对主、辅控温热偶的调整，本发明上述第二实施例有针对性地采用不同的控温模式，可更好地保证设备的可靠稳定运行。此外，半导体热处理设备中各温区之间相互独立，在运行过程中不会因为其中某个温区的某一控温或超温热偶出现故障而中止工艺，当某一热偶出现故障时，能够通过切换其他控温热偶为主控温热偶及其对应的控温模式，来保证工艺的继续进行。
如图2所示，本发明第三实施例提供一种半导体热处理设备的温控系统，其中，感温单元20设于半导体热处理设备10一温区内部，其包括超温热偶OT与三个控温热偶OuterA、OuterB、Inner，各热偶分别将超温报警信号传递给一逻辑处理器21，逻辑处理器21根据超温报警信号进行加权评分，例如，设置超温热偶的报警信号占总报警信号权重的0.4，其余三个控温热偶OuterA、OuterB、Inner的报警信号则分别占总报警信号权重的0.2，0.2，0.2。逻辑处理器21将判断处理后的结果(包括但不限于评分)传递给温度控制单元22，温度控制单元22依据逻辑处理器21的输出结果生成一组温度控制参数，功率控制单元23根据该温度控制参数向半导体热处理设备10提供电功率，例如，控制输出一定量的功率至半导体热处理设备、或停止加热。
在本发明其他实施例中，当逻辑处理器21评分超出一确定的阈值(由温控系统设定)时，逻辑处理器21还可向上位机发出停止加热的警告指令。
进一步地，第三控温热偶Inner设于工艺管20内部，第一、第二控温热偶OuterA、OuterB设于工艺管20与炉体10之间。
可以理解，逻辑处理器21对各热偶超温报警信号进行加权评分，可以采用多种公式、或多种评分方法，只要综合考虑了超温热偶OT、第一、第二、第三控温热偶OuterA、OuterB、Inner各自的超温报警信号，并根据实际情况分别赋予它们不同的权重，均有利于增加实施停止加热措施时的可信度。
根据该实施例，既能避免因某一控温或超温热偶出现故障而中止工艺，还可有针对性地采用不同的控温模式。该温控系统实现成本低、可靠性好、可信度高，利于在半导体行业内推广应用。
以上所述的仅为本发明的优选实施例，所述实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种半导体热处理设备的温控方法，所述半导体热处理设备包括炉体和设于所述炉体中的工艺管，晶圆在所述工艺管中进行半导体工艺，所述炉体包括多个温区，每一所述温区中设有至少一超温热偶和第一～第三控温热偶，所述第三控温热偶设于所述工艺管内部，所述第一、第二控温热偶设于所述工艺管与所述炉体之间，所述超温热偶用于感测所述温区中的温度，所述控温热偶用于调节所述温区中的温度，所述方法包括如下步骤：
a)、对所述超温热偶与所述控温热偶的报警信号进行加权评分，所述加权评分采用的计算公式为：C＝W*BOT+X*BOuterA+Y*BOuterB+Z*BInner；其中，C为所述评分，BOT为所述超温热偶的报警信号，BOuterA、BOuterB、BInner分别为所述第一、第二和第三控温热偶的报警信号，所述报警信号以布尔值表示，其为1时表示所述热偶的温度超出其温度设定上限值，其为0时表示所述热偶的温度低于其温度设定上限值，W、X、Y和Z分别为大于0、小于1的浮点数，W+X+Y+Z＝1，且W大于X、Y和Z中的最大值；
b)、若所述评分不低于第一阈值，则停止向所述半导体热处理设备输出电功率；若所述评分低于所述第一阈值，而不低于第二阈值，则执行：
c)、若所述超温热偶的报警信号为1，则发出报警信息；若所述第一、第二和第三控温热偶报警信号分别为0、1和1，则确定以所述第一控温热偶为主控温热偶，并发出报警信息；若所述第一、第二和第三控温热偶报警信号分别为1、0和1，则确定以所述第二控温热偶为主控温热偶，并发出报警信息；若所述第一、第二和第三控温热偶报警信号分别为1、1和0，则确定以所述第三控温热偶为主控温热偶，并发出报警信息；若所述评分低于所述第二阈值，而不低于第三阈值，则执行：
d)、若所述第一、第二和第三控温热偶报警信号分别为0、0和1，则确定以所述第一或第二控温热偶为主控温热偶，并发出报警信息；若所述第一、第二和第三控温热偶报警信号分别为0、1和0，则确定以所述第一控温热偶为辅控温热偶，并发出报警信息；若所述第一、第二和第三控温热偶报警信号分别为1、0和0，则确定以所述第二控温热偶为辅控温热偶，并发出报警信息。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述W、X、Y和Z分别为0.4、0.2、0.2、和0.2，所述第一阈值为0.6。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二阈值为0.4。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第三阈值为0.2。
5.一种半导体热处理设备的温控系统，所述半导体热处理设备包括炉体和设于所述炉体中的工艺管，所述炉体中包括多个温区，每一所述温区包括：
感温单元，设于所述半导体热处理设备炉体的，包括至少一超温热偶和多个控温热偶，所述超温热偶用于感测所述温区中的温度，所述控温热偶用于调节所述温区中的温度；
逻辑处理器，用于对所述超温热偶与所述控温热偶的报警信号进行加权评分；
温度控制单元，根据所述评分生成温度控制参数；
功率控制单元，根据所述温度控制参数向所述半导体热处理设备输出电功率。
6.如权利要求5所述的温控系统，其特征在于，所述逻辑处理器加权评分采用的计算公式为：
C＝W*BOT+X*BOuterA+Y*BOuterB+Z*BInner；其中，C为所述评分，BOT为所述超温热偶的报警信号，BOuterA、BOuterB、BInner分别为第一、第二和第三控温热偶的报警信号，所述报警信号以布尔值表示，其为1时表示所述热偶的温度超出其温度设定上限值，其为0时表示所述热偶的温度低于其温度设定上限值，W、X、Y和Z分别为大于0、小于1的浮点数，W+X+Y+Z＝1，且W大于X、Y和Z中的最大值。
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