CN103805966A - 用于加热静电卡盘上晶片的方法、系统及cvd设备 - Google Patents

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CN103805966A CN201210441099.XA CN201210441099A CN103805966A CN 103805966 A CN103805966 A CN 103805966A CN 201210441099 A CN201210441099 A CN 201210441099A CN 103805966 A CN103805966 A CN 103805966A
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张敏
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Abstract

本发明提出一种用于加热静电卡盘上晶片的方法，静电卡盘包括第一加热区对应第一加热器，和第二加热区对应第二加热器，该方法包括：获得第一加热区的第一目标温度和第二加热区的第二目标温度；检测第一加热区的第一检测温度和第二加热区的第二检测温度；根据第一目标温度和第一检测温度计算第一误差信号，并根据第二目标温度和第二检测温度计算第二误差信号；根据第一误差信号和第二误差信号分别计算第一校正信号和第二校正信号；分别根据第一校正信号和第二校正信号获得第一加热器和第二加热器的控制信号。该方法能够有效调节加热器不同加热区温度的变化速度，有效抑制温度扰动。本发明还提出了一种用于加热静电卡盘上晶片的系统和CVD设备。

Description

用于加热静电卡盘上晶片的方法、系统及CVD设备
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种用于加热静电卡盘上晶片的方法和系统以及一种具有该用于加热静电卡盘上晶片的系统的CVD（Chemical-Vapor-Deposition，化学气相沉积）设备。
背景技术
在刻蚀工艺中，晶片温度不均匀会造成刻蚀结果的不均匀，使得晶片刻蚀后有些区域具有很高的RA（Roughness Average，表面平整度），而另一些区域的RA很差。由于在低温下聚合物的沉积系数更高，所以比预定工艺参数低的温度会在晶片上造成过多的聚合物沉积，在晶片温度较低区域形成较差的RA，从而使得刻蚀结果的图形具有锥形的侧壁，而这些聚合物沉积很难从晶片上清除，因此应当尽量消除这种刻蚀效应。刻蚀工艺中，传统静电卡盘系统中产生与传导的热量的不均匀性会在晶片的表面形成温度梯度，影响刻蚀效果。
为了消除工艺进行中射频及等离子体能量不均等原因造成的晶片上的温度梯度，可以对静电卡盘上的不同区域提供不同的温度来对原有温度梯度效应进行中和。例如，由于以上所述原因，晶片的边缘部分温度偏高，则可以让静电卡盘支撑晶片边缘的温度低于支撑晶片中心的部分，从而使晶片温度均匀，利用这种办法，也可以根据具体工艺要求控制晶片表面不同区域上呈现一定规律的温度分布。传统静电卡盘系统中热量产生与传导的不均匀性会在晶片的工艺加工表面形成温度梯度。而且同一工艺流程中不同工艺步之间对卡盘不同分区的温度要求可能不同，这就要求在不同工艺步骤之间对卡盘的不同分区能够进行快速切换温度控制（升温或降温）。如图1所示，为一种可分区控温的静电卡盘系统，此静电卡盘系统包括静电卡盘03、加热器02以及晶片01。加热器02的热量通过其上的均热层传送给晶片01，加热器02产生的热量很大程度上决定了晶片01表面的温度。如图2所示，为了满足工艺要求，加热器02分为内区05和外区04，通过对两个区域的温度分别进行独立控制。加热器02的控制原理是，由两个单回路PID（Proportion Integration Differentiation，比例-积分-微分）控制器分别调解各组加热器的供电电压或交流电源的通断，从而控制各部分的温度。如图3所示，e（e1、e2）为温度设定值与由传感器反馈回的温度实际值比较产生的误差信号，d（d1、d2）为各种原因造成的温度扰动信号，u（u1、u2）为由通过PID控制器调节并和温度扰动信号d产生的控制信号。正常状态下，一组热电偶输入的温度设定值与传感器反馈回的加热输出的实际值比较产生的误差信号e输入PID控制器，通过PID控制器调节输出脉冲信号，并与温度扰动信号d合并产生控制信号u输入加热器，用以控制加热器交流电源的通断情况即加热器的电源在一个周期中的导通情况，来控制加热器加热时间的长短，从而达到控制加热器温度的作用。如图1所示的可分区控温的静电卡盘系统，由两个单回路PID控制器分别对外区05和内区04的两个加热器进行调节控制，从而达到分区控温的效果。
综上所述，现有技术存在的缺点是，加热器各部分不是隔离的，而是相互关联的，并且加热器上面铺有一层均热介质，导热性很好，所以加热器各部分的温度是一种耦合关系，温度扰动性强，温度的时间常数和时间滞后较大。因此，采用单回路独立温度PID控制器很难达到理想的调节控制效果。尤其是当各区设定温度不一致时，PID控制器的参数整定比较困难。
发明内容
本发明的目的旨在至少解决上述的技术缺陷之一。
为此，本发明的第一个目的在于提出一种用于加热静电卡盘上晶片的方法，该方法能够使加热器在升温、降温的过程中，有效调节不同区域温度变化速度，并且在稳态过程中能有效抑制外部干扰造成的温度扰动。本发明的第二个目的在于提出一种用于加热静电卡盘上晶片的系统。本发明的第三个目的在于提出一种具有该用于加热静电卡盘上晶片的系统的CVD设备。
为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种用于加热静电卡盘上晶片的方法，其中所述静电卡盘包括第一加热区和第二加热区，且第一加热区对应第一加热器，第二加热区对应第二加热器，所述方法包括以下步骤：分别设定所述第一加热区的第一目标温度和第二加热区的第二目标温度；分别检测所述第一加热区的第一检测温度和第二加热区的第二检测温度；根据所述第一目标温度和第一检测温度计算第一误差信号，并根据所述第二目标温度和第二检测温度计算第二误差信号；根据所述第一误差信号和第二误差信号分别计算第一校正信号和第二校正信号；以及分别根据所述第一校正信号和第二校正信号获得所述第一加热器和第二加热器的控制信号。
根据本发明实施例提出的用于加热静电卡盘上晶片的方法，通过分别控制各区温度并同时考虑不同区域温度之间的耦合关系，在升温、降温的过程中能够使加热器有效地调节不同区域温度变化速度，保证适当的温度梯度。并且，在稳态过程中，使加热器能有效地抑制外部干扰造成的温度扰动，保证加热器温度的稳定。
在本发明的一个实施例中，所述第一校正信号和第二校正信号分别根据以下公式计算获得：
f 1 ( e 1 , e 2 ) = 0 , e 1 = 0 e 1 + K 1 ( e 1 - e 2 ) , K 1 > 0 ;
f 2 ( e 2 , e 1 ) = 0 , e 2 = 0 e 2 + K 2 ( e 2 - e 1 ) , K 2 > 0 ;
其中，f1(e1,e2)为所述第一校正信号，f2(e2,e1)为所述第二校正信号，e1为所述第一误差信号，e2为所述第二误差信号，K1和K2分别为第一比例因子和第二比例因子。
作为另一个实施例，所述第一校正信号和第二校正信号还可以分别根据以下公式计算获得：
f 1 ( e 1 , e 2 ) = 0 , e 1 = 0 e 1 2 + K 1 ( e 1 - e 2 ) 2 , K 1 > 0 ;
f 2 ( e 2 , e 1 ) = 0 , e 2 = 0 e 2 2 + K 2 ( e 2 - e 1 ) 2 , K 2 > 0 ;
其中，f1(e1,e2)为所述第一校正信号，f2(e2,e1)为所述第二校正信号，e1为所述第一误差信号，e2为所述第二误差信号，K1和K2分别为第一比例因子和第二比例因子。通过把第一误差信号e1和第二误差信号e2相互耦合得到第一校正信号f1(e1,e2)和第二校正信号f2(e2,e1)，能够使加热器有效地调节不同区域温度变化速度，保证适当的温度梯度。
在本发明的一个实施例中，所述第二加热区环绕所述第一加热区。
并且，当所述第一加热区和第二加热区均处于升温状态时，所述第一误差信号大于所述第一校正信号，所述第二误差信号小于所述第二校正信号；当所述第一加热区和第二加热区均处于降温状态时，所述第一误差信号小于所述第一校正信号，所述第二误差信号大于所述第二校正信号。
在本发明的实施例中，当所述第一加热区处于升温状态，且所述第二加热区处于降温状态时，所述第一误差信号小于所述第一校正信号，所述第二误差信号大于所述第二校正信号；当所述第一加热区处于降温状态，且所述第二加热区处于升温状态时，所述第一误差信号大于所述第一校正信号，所述第二误差信号小于所述第二校正信号。
上述表明，可以通过误差信号的自动改变，获得相应的校正信号，达到对加热器第一加热区和第二加热区温度的有效控制。
在本发明的另一个实施例中，所述静电卡盘还包括第三加热区，所述第一加热区环绕所述第三加热区，所述第三加热区对应第三加热器。
其中，所述第三加热区的第三目标温度和所述第一加热区的第一目标温度相同。
在本发明的另一个实施例中，对所述第三加热区的加热温度控制方法包括：检测所述第三加热区的第三检测温度；根据所述第三目标温度和第三检测温度计算第三误差信号；根据所述第一误差信号和第三误差信号计算第三校正信号；以及根据所述第三校正信号获得第三加热器的控制信号。
其中，所述第三校正信号根据以下公式计算获得：
f 3 ( e 1 , e 3 ) = 0 , e 3 = 0 e 3 + K 3 ( e 3 - e 1 ) , K 3 > 0 ;
其中，f3(e1,e3)为所述第三校正信号，e1为所述第一误差信号，e3为所述第三误差信号，K3为第一比例因子。
上述表明，对于三区加热器温度控制，可以将第一加热区和第二加热区进行交叉控制，而第三加热区和第一加热区进行单交叉控制，起到协调加热器不同区域温度变化的作用。
为达到上述目的，本发明第二方面的实施例提出了一种用于加热静电卡盘上晶片的系统，包括：静电卡盘，所述静电卡盘包括第一加热区和第二加热区；第一加热器和第二加热器，用于分别对所述第一加热区和第二加热区进行加热；第一检测器和第二检测器，用于分别检测所述第一加热区和第二加热区的第一检测温度和第二检测温度；控制器，所述控制器分别与所述第一加热器、第二加热器、第一检测器和第二检测器相连，用于分别设定所述第一加热区的第一目标温度和第二加热区的第二目标温度，并根据所述第一目标温度和第一检测温度计算第一误差信号，根据所述第二目标温度和第二检测温度计算第二误差信号，以及根据所述第一误差信号和第二误差信号分别计算第一校正信号和第二校正信号，和分别根据所述第一校正信号和第二校正信号获得控制所述第一加热器和第二加热器的控制信号。
根据本发明实施例提出的用于加热静电卡盘上晶片的系统，通过两个不同加热区的误差信号来分别计算各区的校正信号，并根据各区的校正信号获得控制各区的加热器的控制信号，从而分别控制各区温度并同时考虑不同区域温度之间的耦合关系，在升温、降温的过程中能够使加热器有效地调节不同区域温度变化速度，保证适当的温度梯度。并且，在稳态过程中，使加热器能有效地抑制外部干扰造成的温度扰动，保证加热器温度的稳定。
在本发明的一个实施例中，所述第一校正信号和第二校正信号分别根据以下公式计算获得：
f 1 ( e 1 , e 2 ) = 0 , e 1 = 0 e 1 + K 1 ( e 1 - e 2 ) , K 1 > 0 ;
f 2 ( e 2 , e 1 ) = 0 , e 2 = 0 e 2 + K 2 ( e 2 - e 1 ) , K 2 > 0 ;
其中，f1(e1,e2)为所述第一校正信号，f2(e2,e1)为所述第二校正信号，e1为所述第一误差信号，e2为所述第二误差信号，K1和K2分别为第一比例因子和第二比例因子。
作为另一个实施例，所述第一校正信号和第二校正信号还可以分别根据以下公式计算获得：
f 1 ( e 1 , e 2 ) = 0 , e 1 = 0 e 1 2 + K 1 ( e 1 - e 2 ) 2 , K 1 > 0 ;
f 2 ( e 2 , e 1 ) = 0 , e 2 = 0 e 2 2 + K 2 ( e 2 - e 1 ) 2 , K 2 > 0 ;
其中，f1(e1,e2)为所述第一校正信号，f2(e2,e1)为所述第二校正信号，e1为所述第一误差信号，e2为所述第二误差信号，K1和K2分别为第一比例因子和第二比例因子。
控制器通过根据第一误差信号e1和第二误差信号e2相互耦合得到的第一校正信号f1(e1,e2)和第二校正信号f2(e2,e1)来进行调节，能够有效地控制加热器调节不同区域温度变化速度，保证适当的温度梯度。
在本发明的一个实施例中，所述第二加热区环绕所述第一加热区。
其中，当所述第一加热区和第二加热区均处于升温状态时，所述第一误差信号大于所述第一校正信号，所述第二误差信号小于所述第二校正信号；当所述第一加热区和第二加热区均处于降温状态时，所述第一误差信号小于所述第一校正信号，所述第二误差信号大于所述第二校正信号。
此外，当所述第一加热区处于升温状态，且所述第二加热区处于降温状态时，所述第一误差信号小于所述第一校正信号，所述第二误差信号大于所述第二校正信号；当所述第一加热区处于降温状态，且所述第二加热区处于升温状态时，所述第一误差信号大于所述第一校正信号，所述第二误差信号小于所述第二校正信号。
上述表明，控制器可以根据误差信号的自动改变，获得相应的校正信号，达到对加热器第一加热区和第二加热区温度的有效控制。
在本发明的另一个实施例中，所述用于加热静电卡盘上晶片的系统还包括第三加热器和第三检测器，且所述静电卡盘还包括第三加热区，所述第一加热区环绕所述第三加热区，所述第三加热器用于对所述第三加热区进行加热，所述第三检测器用于检测所述第三加热区的第三检测温度。
其中，所述第三加热区的第三目标温度和所述第一加热区的第一目标温度相同。
在本实施例中，所述控制器还用于根据所述第三目标温度和第三检测温度计算第三误差信号，并根据所述第一误差信号和第三误差信号计算第三校正信号，以及根据所述第三校正信号获得所述第三加热器的控制信号。
其中，所述第三校正信号根据以下公式计算获得：
f 3 ( e 1 , e 3 ) = 0 , e 3 = 0 e 3 + K 3 ( e 3 - e 1 ) , K 3 > 0 ;
其中，f3(e1,e3)为所述第三校正信号，e1为所述第一误差信号，e3为所述第三误差信号，K3为第一比例因子。
上述表明，对于三区加热器温度控制，控制器通过将第一加热区和第二加热区的误差信号进行交叉控制，而将第三加热区和第一加热区的误差信号进行单交叉控制，起到协调加热器不同区域温度变化的作用。
本发明第三方面实施例提出了一种CVD设备，包括上述的用于加热静电卡盘上晶片的系统。
根据本发明实施例提出的CVD设备，能有效调节晶片各部分的温度，使晶片受热均匀，工艺效果良好。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为一种现有的可分区控温的静电卡盘系统的结构示意图；
图2为静电卡盘加热区域的示意图；
图3为一种现有的加热器的控制原理图；
图4为根据本发明实施例的用于加热静电卡盘上晶片的方法的流程图；
图5为根据本发明一个实施例的具有两个加热区的加热器控制原理图；
图6为根据本发明另一个实施例的具有三个加热区的加热器控制原理图；
图7为根据本发明另一个实施例的具有三个加热区的静电卡盘加热区域示意图；
图8为根据本发明另一个实施例对第三加热区的控制流程图；
图9为根据本发明实施例的用于加热静电卡盘上晶片的系统的结构示意图；以及
图10为根据本发明另一个实施例的用于加热静电卡盘上晶片的系统的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
参照图4至图8描述根据本发明第一方面实施例提出的用于加热静电卡盘上晶片的方法。
其中，静电卡盘包括第一加热区和第二加热区，且第一加热区对应第一加热器，第二加热区对应第二加热器，第二加热区环绕第一加热区。图4为该方法的流程图，如图4所示，该方法包括以下步骤：
步骤401，获得第一加热区的第一目标温度和第二加热区的第二目标温度。
在本发明的一个实施例中，如图5所示，第一加热区的第一目标温度C1即为第一加热区温度的设定值，同样，第二加热区的第二目标温度C2即为第二加热区温度的设定值。
步骤402，分别检测第一加热区的第一检测温度和第二加热区的第二检测温度。
在本发明的实施例中，如图5所示，第一加热区的第一检测温度T1即为第一加热器502输出的实际温度值，是通过第一检测器503检测反馈获得的，第二加热区的第二检测温度T2即为第二加热器505输出的实际温度值，是通过第二检测器506检测反馈获得的。
步骤403，根据第一目标温度和第一检测温度计算第一误差信号，并根据第二目标温度和第二检测温度计算第二误差信号。
将步骤401获得的第一目标温度C1与步骤402获得第一检测温度T1相比较计算，获得第一误差信号e1，同时将步骤401获得的第二目标温度C2与步骤402获得第二检测温度T2相比较计算，获得第二误差信号e2。作为一种可实施方式，本发明中所述误差信号等于目标温度减去检测温度，即e1=C1-T1，e2=C2-T2。
步骤404，根据第一误差信号和第二误差信号分别计算第一校正信号和第二校正信号。
对于实际输入控制器的校正信号，根据不同的温度调节控制需求有不同的计算方式，在本发明的一个实施例中，第一校正信号和第二校正信号分别根据以下公式计算获得：
f 1 ( e 1 , e 2 ) = 0 , e 1 = 0 e 1 + K 1 ( e 1 - e 2 ) , K 1 > 0 - - - ( 1 )
f 2 ( e 2 , e 1 ) = 0 , e 2 = 0 e 2 + K 2 ( e 2 - e 1 ) , K 2 > 0 - - - ( 2 )
作为另一个实施例，所述第一校正信号和第二校正信号还可以分别根据以下公式计算获得：
f 1 ( e 1 , e 2 ) = 0 , e 1 = 0 e 1 2 + K 1 ( e 1 - e 2 ) 2 , K 1 > 0 ;
f 2 ( e 2 , e 1 ) = 0 , e 2 = 0 e 2 2 + K 2 ( e 2 - e 1 ) 2 , K 2 > 0 ;
其中，f1(e1,e2)为第一校正信号，f2(e2,e1)为第二校正信号，e1为第一误差信号，e2为第二误差信号，K1和K2分别为表示第一误差信号e1和第二误差信号e2之间关联的第一比例因子和第二比例因子。
将步骤403中所获得的误差信号e1和e2通过上述公式（1）和（2）来计算得出第一校正信号f1(e2)，第二校正信号f2(e2,e1)。
步骤405，分别根据第一校正信号和第二校正信号获得第一加热器和第二加热器的控制信号,控制第一加热器和第二加热器的温度变化。。
如图5所示，第一校正信号f1(e2)和第二校正f2(e2,e1)分别输入第一PID控制器501和第二PID控制器504，通过第一PID控制器501和第二PID控制器504的调节，分别输出第一加热器502和第二加热器505的控制信号u1和u2以对加热器的加热过程进行调节控制。
在控制加热器温度时，整个加热器加热的工作状态分为两个过程：首先是迅速达到设定温度即目标温度，然后是保持目标温度，达到稳定状态。在达到稳定状态前的变温过程可以分为以下几种情况：
情况1：当第一加热区和第二加热区均处于升温状态时（即目标温度大于检测温度），则第一误差信号e1>0，第二误差信号e2>0，若第一加热区升温速度快，而第二加热区升温速度慢，则e1<e2。
由上述公式（1）（2）得f1(e1,e2)<e1，f2(e2,e1)＞e2，即言，第一误差信号e1大于第一校正信号f1(e1,e2)，第二误差信号e2小于第二校正信号f2(e2,e1)。可见能够在适当降低第一加热区的升温速度的同时加快第二加热区的升温速度，平衡两区温度，使两区同时达到目标温度。同理，第一加热区升温慢而第二加热区升温快时，控制过程相同。
情况2：当第一加热区和第二加热区均处于降温状态时（即目标温度小于检测温度），则e1<0，e2<0，若第一加热区降温速度快，而第二加热区降温速度慢，则e1>e2，|e1|<|e2|。
由上述公式（1）（2）得f1(e1,e2)>e1,f2(e2,e1)<e2，而|f1(e1,e2)|<e1，|f2(e2,e1)|>e2，即言，第一误差信号e1小于第一校正信号f1(e1,e2)，第二误差信号e2大于第二校正信号f2(e2,e1)。可见能够在适当降低第一加热区的降温速度的同时加快第二加热区的降温速度，平衡两区温度，使两区同时达到目标温度。同理，第一加热区降温慢而第二加热区降温快时，控制过程相同。
情况3：当第一加热区处于升温状态而第二加热区处于降温状态时，则e1>0，e2<0。
由上述公式（1）（2）得f1(e1,e2)>e1,f2(e2,e1)<e2而|f1(e1,e2)|>e1,|f2(e2,e1)|>e2，即言，当第一加热区处于升温状态，且第二加热区处于降温状态时，第一误差信号e1小于第一校正信号f1(e1,e2)，第二误差信号e2大于第二校正信号f2(e2,e1)。可见能够同时加快两区的变温速度。同理，当第一加热区降温而第二加热区升温时，e1<0，e2>0，由上述公式（1）（2）得f1(e1,e2)<e1，f2(e2,e1)>e2，而|f1(e1,e2)|>e1,|f2(e2,e1)|>e2，即当第一加热区处于降温状态，且第二加热区处于升温状态时，第一误差信号e1大于第一校正信号f1(e1,e2)，第二误差信号e2小于第二校正信号f2(e2,e1)。
在稳定过程中，假设第一加热区温度有变化，而第二加热区温度稳定，则f1(e1,e2)=（1+K1）e1>e1，可以有效的放大误差信号，使其尽快恢复到稳定状态。
综上所述，将两个控制回路进行有效的双向交叉后，根据实际情况，系统通过误差信号的自动改变，来达到对加热器第一、二加热区温度的有效控制。
在对多区加热器进行控制时，一般来说，晶片的表面温度一般至多保持在两个温度范围，其中，可以理解的是，多区是指三个或三个以上的加热区域。在本发明的另一实施例中，如图6所示，为三区加热器的控制原理图。第一加热区和第二加热区进行双向交叉控制，与上述相同，第三加热区和第一加热区进行单向交叉。
在本实施例中，如图7所示，该静电卡盘包括第一加热区701、第二加热区702和第三加热区703。其中，第二加热区702在最外侧，第一加热区701环绕第三加热区703，并且第三加热区703对应第三加热器。
在本发明的另一个实施例中，如图8所示，对第三加热区703的控制方法包括如下步骤：
步骤801，检测第三加热区的第三检测温度。
在本发明的实施例中，如图6所示，第三加热区703的第三检测温度T3即第三加热器602输出的实际温度值，是通过第三检测器603检测获得的。
步骤802，根据第三目标温度和第三检测温度计算第三误差信号。
在本发明的一个实施例中，第三加热区703的第三目标温度C3和第一加热区701的第一目标温度C 1相同，将第三目标温度C3即第一目标温度C1与步骤801获得的第三检测温度T3相比较计算，获得第三误差信号e3。
步骤803，根据第一误差信号和第三误差信号计算第三校正信号。
在本实施例中，第三校正信号的计算形式可以为：
f 3 ( e 3 , e 1 ) = 0 , e 3 = 0 e 3 + K 3 ( e 3 - e 1 ) , K 3 > 0 其中，f3(e3,e1)为第三校正信号，e1为第一误差信号，e3为第三误差信号，K3为第三比例因子。
将步骤802中获得的误差信号e3和e1通过上述公式来计算出第三校正信号f3(e3,e1)。
步骤804，根据第三校正信号获得第三加热器的控制信号。
将步骤803获得的第三校正信号f3(e3,e1)输入第三PID控制器601，通过第三PID控制器601的调节，输出为第三加热器602的控制信号u3，如图6所示。
也就是说，在本实施例中，第三加热区703的第三目标温度C3和第一加热区701的第一目标温度C1相同，而第二加热区702的温度会根据实际要求和其他两区一致，或者也可以自行设定温度，此时第三加热区703和第一加热区701之间影响并不是很大，为了减少控制参数的设定，加快控制周期，将第一加热区701和第二加热区702进行双向交叉控制，而第三加热区703的控制回路只和第一加热区701进行单向交叉，起到协调两区温度的作用。
根据本发明实施例的用于加热静电卡盘上晶片的方法，通过对各个加热区域进行交叉控制，根据误差信号的自动改变，获得相应的校正信号，达到对加热器不同加热区之间温度的有效控制，使加热器在升温、降温的过程中，有效调节不同区域温度变化速度，并且，将各个加热区域的误差信号的耦合关系考虑进来，使加热温度在稳态过程中，能有效抑制外部干扰造成的温度扰动，保证加热器温度的稳定。
下面参照图9和图10描述根据本发明第二方面实施例提出的用于加热静电卡盘上晶片的系统。
如图9所示，本实施例提出的用于加热静电卡盘上晶片的系统包括静电卡盘901、第一加热器903、第二加热器905、第一检测器904、第二检测器906和控制器902。其中，静电卡盘901包括第一加热区701和第二加热区702，第二加热区702环绕第一加热区701。第一加热器903和第二加热器905用于分别对第一加热区701和第二加热区702进行加热。第一检测器904和第二检测器906用于分别检测第一加热区701和第二加热区702的第一检测温度T1和第二检测温度T2。控制器902分别与第一加热器903、第二加热器905、第一检测器904和第二检测器906相连，用于分别获得第一加热区701的第一目标温度C1和第二加热区702的第二目标温度C2，并根据第一目标温度C1和第一检测温度T1计算第一误差信号e1，根据第二目标温度C2和第二检测温度T2计算第二误差信号e2，以及根据第一误差信号e1和第二误差信号e2分别计算第一校正信号f1(e1,e2)和第二校正信号f2(e2,e1)，和分别根据第一校正信号f1(e1，e2)和第二校正信号f2(e2,e1)获得控制第一加热器903和第二加热器905的控制信号u1和u2。
也就是说，第一加热器903和第二加热器905分别对静电卡盘901的第一加热区701和第二加热区702加热，第一检测器904和第二检测器906分别检测获得第一加热区701和第二加热区702的检测温度，通过控制器902输出的控制信号来对加热器的加热过程进行控制。
其中，控制器902计算获得的校正信号，根据不同的温度调节控制需求有不同的计算形式。本发明一个实施例中，第一校正信号和第二校正信号分别根据以下公式计算获得：
f 1 ( e 1 , e 2 ) = 0 , e 1 = 0 e 1 + K 1 ( e 1 - e 2 ) , K 1 > 0
f 2 ( e 2 , e 1 ) = 0 , e 2 = 0 e 2 + K 2 ( e 2 - e 1 ) , K 2 > 0
其中，f1(e1,e2)为第一校正信号，f2(e2,e1)为第二校正信号，e1为第一误差信号，e2为第二误差信号，K1和K2分别为第一比例因子和第二比例因子。
在本发明的实施例中，控制器902通过上述公式获得第一校正信号f1(e1,e2)和第二校正信号f2(e2,e1)，并根据校正信号获得控制信号，控制器902在通过控制信号控制加热器温度时，整个加热器加热的工作状态分为两个过程：首先是迅速达到设定温度即目标温度，然后是保持目标温度，达到稳定状态。而在达到稳定状态前的变温过程可以分为以下几种情况：
情况1：当第一加热区701和第二加热区702都处于升温状态时，则e1>0，e2>0,若第一加热区701升温速度快，而第二加热区702升温速度慢，则e1<e2。
由上述公式（1）（2）得f1(e1,e2)<e1,f2(e2,e1)＞e2，即当第一加热区701和第二加热区702均处于升温状态时，第一误差信号e1大于第一校正信号f1(e1,e2)，第二误差信号e2小于第二校正信号f2(e2,e1)。可见能够在适当降低第一加热区701的升温速度的同时加快第二加热区702的升温速度，平衡两区温度，使两区同时达到目标温度。同理，第一加热区701升温慢而第二加热区702升温快时，控制过程相同。
情况2：当第一加热区701和第二加热区702都处于降温状态时，则e1<0，e2<0,若第一加热区701降温速度快，而第二加热区702降温度慢，则e1>e2，|e1|<|e2|。由上述公式（1）（2）得f1(e1,e2)＞e1,f2(e2,e1)<e2，而|f1(e1,e2)|<e1,|f2(e2,e1)|>e2，即当第一加热区701和第二加热区702均处于降温状态时，第一误差信号e1小于第一校正信号f1(e1,e2)，第二误差信号e2大于第二校正信号f2(e2,e1)。可见能够在适当降低第一加热区701的降温速度的同时加快第二加热区702的降温速度，平衡两区温度，使两区同时达到目标温度。同理，第一加热区701降温慢而第二加热区702降温快时，控制过程相同。
情况3：当第一加热区701处在升温状态而第二加热区702处于降温状态时，则e1>0，e2<0。
由上述公式（1）（2）得f1(e1,e2)>e1,f2(e2,e1)<e2，而|f1(e1,e2)|>e1,|f2(e2,e1)|>e2，即当第一加热区701处于升温状态，且第二加热区702处于降温状态时，第一误差信号e1小于第一校正信号f1(e1,e2)，第二误差信号e2大于第二校正信号f2(e2,e1)。可见能够同时加快两区的变温速度。同理，当第一加热区701降温而第二加热区702升温时，e1<0，e2>0，由上述公式得f1(e1,e2)<e1，f2(e2,e1)>e2，而|f1(e1,e2)|>e1,|f2(e2,e1)|>e2，即当第一加热区701处于降温状态，且第二加热区702处于升温状态时，第一误差信号e1大于第一校正信号f1(e1,e2)，第二误差信号e2小于第二校正信号f2(e2,e1)。
在稳定过程中，假设第一加热区701温度有变化，而第二加热区702温度稳定，则f1(e1,e2)=（1+K1）e1>e1，可以有效的放大误差信号，使其尽快恢复到稳定状态。
综上所述，控制器902随误差信号的改变而自动校正，通过校正信号得到加热器的控制信号，来达到对加热器第一、二加热区温度的有效控制。
在本发明的另一个实施例中，如图10所示，静电卡盘901还包括第三加热区703，第一加热区701环绕第三加热区703。上述用于加热静电卡盘上晶片的系统还包括第三加热器102和第三检测器103，第三加热器102用于对第三加热区703进行加热，第三检测器103用于检测第三加热区703的第三检测温度T3。其中，第三加热区703的第三目标温度C3和第一加热区701的第一目标温度C 1相同。
在本实施例中，控制器902还用于根据第三目标温度C3和第三检测温度T3计算第三误差信号e3，并根据第一误差信号e1和第三误差信号e3计算第三校正信号f3(e3,e1)，以及根据第三校正信号f3(e3,e1)获得第三加热器102的控制信号u3。其中，第三校正信号f3(e3,e1)的计算形式可以为：
f 3 ( e 3 , e 1 ) = 0 , e 3 = 0 e 3 + K 3 ( e 3 - e 1 ) , K 3 > 0 其中，f3(e3,e1)为第三校正信号，e1为第一误差信号，e3为第三误差信号，K3为第三比例因子。也就是说，控制器902根据第三校正信号f3(e3,e1)获得第三加热器102的控制信号，来控制第三加热器102的温度加热情况。
在本实施例中，第三加热区703的第三目标温度C3和第一加热区701的第一目标温度C 1相同，而第二加热区702的温度会根据实际要求和其他两区一致，或者也可以自行设定温度，此时第三加热区703和第一加热区701之间影响并不是很大，为了减少控制参数的设定，加快控制周期，将第一加热区701和第二加热区702进行交叉控制，而第三加热区703的控制回路仍和第一加热区701进行单交叉，起到协调两区温度的作用。
根据本发明实施例提出的用于加热静电卡盘上晶片的系统，通过两个不同加热区的误差信号来分别计算各区的校正信号，并根据各区的校正信号获得控制各区的加热器的控制信号，从而分别控制各区温度并同时考虑不同区域温度之间的耦合关系，在升温、降温的过程中能够使加热器有效地调节不同区域温度变化速度，保证适当的温度梯度。并且，在稳态过程中，使加热器能有效地抑制外部干扰造成的温度扰动，保证加热器温度的稳定。
本发明第三方面的实施例还提出了一种CVD设备，该CVD设备包括上述的用于加热静电卡盘上晶片的系统。该CVD设备通过加热静电卡盘上晶片的系统能有效调节晶片各部分的温度，使晶片受热均匀，工艺效果良好。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备（如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统）使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例（非穷尽性列表）包括以下：具有一个或多个布线的电连接部（电子装置），便携式计算机盘盒（磁装置），随机存取存储器（RAM），只读存储器（ROM），可擦除可编辑只读存储器（EPROM或闪速存储器），光纤装置，以及便携式光盘只读存储器（CDROM）。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列（PGA），现场可编程门阵列（FPGA）等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (17)

1.一种用于加热静电卡盘上晶片的方法，其特征在于，所述静电卡盘包括第一加热区和第二加热区，且所述第一加热区对应第一加热器，所述第二加热区对应第二加热器，所述方法包括以下步骤：
分别设定所述第一加热区的第一目标温度和第二加热区的第二目标温度；
分别检测所述第一加热区的第一检测温度和第二加热区的第二检测温度；
根据所述第一目标温度和第一检测温度计算第一误差信号，并根据所述第二目标温度和第二检测温度计算第二误差信号；
根据所述第一误差信号和第二误差信号分别计算第一校正信号和第二校正信号；以及
分别根据所述第一校正信号和第二校正信号获得所述第一加热器和第二加热器的控制信号，控制第一加热器和第二加热器的温度变化。
2.如权利要求1所述的用于加热静电卡盘上晶片的方法，其特征在于，所述第一校正信号和第二校正信号分别根据以下公式计算获得：
f 1 ( e 1 , e 2 ) = 0 , e 1 = 0 e 1 + K 1 ( e 1 - e 2 ) , K 1 > 0 ;
f 2 ( e 2 , e 1 ) = 0 , e 2 = 0 e 2 + K 2 ( e 2 - e 1 ) , K 2 > 0 ;
其中，f1(e1,e2)为所述第一校正信号，f2(e2,e1)为所述第二校正信号，e1为所述第一误差信号，e2为所述第二误差信号，K1和K2分别为第一比例因子和第二比例因子。
3.如权利要求1或2所述的用于加热静电卡盘上晶片的方法，其特征在于，所述第二加热区环绕所述第一加热区。
4.如权利要求3所述的用于加热静电卡盘上晶片的方法，其特征在于，其中，
当所述第一加热区和第二加热区均处于升温状态时，所述第一误差信号大于所述第一校正信号，所述第二误差信号小于所述第二校正信号；
当所述第一加热区和第二加热区均处于降温状态时，所述第一误差信号小于所述第一校正信号，所述第二误差信号大于所述第二校正信号。
5.如权利要求3所述的用于加热静电卡盘上晶片的方法，其特征在于，其中，
当所述第一加热区处于升温状态，且所述第二加热区处于降温状态时，所述第一误差信号小于所述第一校正信号，所述第二误差信号大于所述第二校正信号；
当所述第一加热区处于降温状态，且所述第二加热区处于升温状态时，所述第一误差信号大于所述第一校正信号，所述第二误差信号小于所述第二校正信号。
6.如权利要求3所述的用于加热静电卡盘上晶片的方法，其特征在于，所述静电卡盘还包括第三加热区，所述第一加热区环绕所述第三加热区，所述第三加热区对应第三加热器，且所述第三加热区的第三目标温度和所述第一加热区的第一目标温度相同，所述方法，还包括：
检测所述第三加热区的第三检测温度；
根据所述第三目标温度和第三检测温度计算第三误差信号；
根据所述第一误差信号和第三误差信号计算第三校正信号；以及
根据所述第三校正信号获得所述第三加热器的控制信号。
7.如权利要求1所述的用于加热静电卡盘上晶片的方法，其特征在于，所述第一校正信号和第二校正信号分别根据以下公式计算获得：
f 1 ( e 1 , e 2 ) = 0 , e 1 = 0 e 1 2 + K 1 ( e 1 - e 2 ) 2 , K 1 > 0 ;
f 2 ( e 2 , e 1 ) = 0 , e 2 = 0 e 2 2 + K 2 ( e 2 - e 1 ) 2 , K 2 > 0 ;
其中，f1(e1,e2)为所述第一校正信号，f2(e2,e1)为所述第二校正信号，e1为所述第一误差信号，e2为所述第二误差信号，K1和K2分别为第一比例因子和第二比例因子。
8.如权利要求6所述的用于加热静电卡盘上晶片的方法，其特征在于，所述第三校正信号根据以下公式计算获得：
f 3 ( e 1 , e 3 ) = 0 , e 3 = 0 e 3 + K 3 ( e 3 - e 1 ) , K 3 > 0 ;
其中，f3(e1,e3)为所述第三校正信号，e1为所述第一误差信号，e3为所述第三误差信号，K3为第一比例因子。
9.一种用于加热静电卡盘上晶片的系统，其特征在于，包括：
静电卡盘，所述静电卡盘包括第一加热区和第二加热区；
第一加热器和第二加热器，用于分别对所述第一加热区和第二加热区进行加热；
第一检测器和第二检测器，用于分别检测所述第一加热区和第二加热区的第一检测温度和第二检测温度；
控制器，所述控制器分别与所述第一加热器、第二加热器、第一检测器和第二检测器相连，用于分别设定所述第一加热区的第一目标温度和第二加热区的第二目标温度，并根据所述第一目标温度和第一检测温度计算第一误差信号，根据所述第二目标温度和第二检测温度计算第二误差信号，以及根据所述第一误差信号和第二误差信号分别计算第一校正信号和第二校正信号，和分别根据所述第一校正信号和第二校正信号获得控制所述第一加热器和第二加热器的控制信号。
10.如权利要求9所述的用于加热静电卡盘上晶片的系统，其特征在于，所述第一校正信号和第二校正信号分别根据以下公式计算获得：
f 1 ( e 1 , e 2 ) = 0 , e 1 = 0 e 1 + K 1 ( e 1 - e 2 ) , K 1 > 0 ;
f 2 ( e 2 , e 1 ) = 0 , e 2 = 0 e 2 + K 2 ( e 2 - e 1 ) , K 2 > 0 ;
其中，f1(e1,e2)为所述第一校正信号，f2(e2,e1)为所述第二校正信号，e1为所述第一误差信号，e2为所述第二误差信号，K1和K2分别为第一比例因子和第二比例因子。
11.如权利要求9或10所述的用于加热静电卡盘上晶片的系统，其特征在于，所述第二加热区环绕所述第一加热区。
12.如权利要求11所述的用于加热静电卡盘上晶片的系统，其特征在于，其中，
当所述第一加热区和第二加热区均处于升温状态时，所述第一误差信号大于所述第一校正信号，所述第二误差信号小于所述第二校正信号；
当所述第一加热区和第二加热区均处于降温状态时，所述第一误差信号小于所述第一校正信号，所述第二误差信号大于所述第二校正信号。
13.如权利要求11所述的用于加热静电卡盘上晶片的系统，其特征在于，其中，
当所述第一加热区处于升温状态，且所述第二加热区处于降温状态时，所述第一误差信号小于所述第一校正信号，所述第二误差信号大于所述第二校正信号；
当所述第一加热区处于降温状态，且所述第二加热区处于升温状态时，所述第一误差信号大于所述第一校正信号，所述第二误差信号小于所述第二校正信号。
14.如权利要求11所述的用于加热静电卡盘上晶片的系统，其特征在于，还包括第三加热器和第三检测器，且所述静电卡盘还包括第三加热区，所述第一加热区环绕所述第三加热区，所述第三加热器用于对所述第三加热区进行加热，所述第三检测器用于检测所述第三加热区的第三检测温度，且所述第三加热区的第三目标温度和所述第一加热区的第一目标温度相同；
所述控制器还用于根据所述第三目标温度和第三检测温度计算第三误差信号，并根据所述第一误差信号和第三误差信号计算第三校正信号，以及根据所述第三校正信号获得所述第三加热器的控制信号。
15.如权利要求9所述的用于加热静电卡盘上晶片的系统，其特征在于，所述第一校正信号和第二校正信号分别根据以下公式计算获得：
f 1 ( e 1 , e 2 ) = 0 , e 1 = 0 e 1 2 + K 1 ( e 1 - e 2 ) 2 , K 1 > 0 ;
f 2 ( e 2 , e 1 ) = 0 , e 2 = 0 e 2 2 + K 2 ( e 2 - e 1 ) 2 , K 2 > 0 ;
其中，f1(e1,e2)为所述第一校正信号，f2(e2,e1)为所述第二校正信号，e1为所述第一误差信号，e2为所述第二误差信号，K1和K2分别为第一比例因子和第二比例因子。
16.如权利要求14所述的用于加热静电卡盘上晶片的系统，其特征在于，所述第三校正信号根据以下公式计算获得：
f 3 ( e 1 , e 3 ) = 0 , e 3 = 0 e 3 + K 3 ( e 3 - e 1 ) , K 3 > 0 ;
其中，f3(e1,e3)为所述第三校正信号，e1为所述第一误差信号，e3为所述第三误差信号，K3为第一比例因子。
17.一种CVD设备，其特征在于，具有如权利要求9-16任一项所述的用于加热静电卡盘上晶片的系统。
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