CN104131268A - 分区域加热方法、装置和半导体设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种分区域加热方法、装置和半导体设备，涉及半导体制造技术领域，在高效率加热的前提下减小了加热升温过程中各区域之间的温差，从而缩短了加热时间。该分区域加热方法，包括：对设定为不同目标温度的多个区域进行加热；每隔预设时间分别采集每个区域的当前温度；对温度高于最低温度的区域进行加热功率限制，其中，温度越高的区域加热功率限制的比例越大。该分区域加热装置，包括：多个加热器，用于对设定为不同目标温度的多个区域进行加热；分别设置于每个所述区域的多个温度传感器，用于每隔预设时间分别采集每个区域的当前温度；连接于所述多个加热器和温度传感器的控制器，用于对温度高于最低温度的区域进行加热功率限制。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种分区域加热方法、装置和半导体设备。
背景技术
在半导体制作工艺过程中，常常需要对基片进行加热，例如，等离子体增强化学气相沉积（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD）设备包括预加热腔和工艺腔，由于沉积工艺过程中需要高温，因此放置有基片的载板首先进入预加热腔进行预加热处理，当加热达到需要的温度后，载板进入工艺腔进行沉积工艺。由于各腔室外部有水冷系统进行冷却，因此载板外围区域的热量损失比中心区域要快的多，通常需要对载板进行分区域加热，使中心区域的温度略低于外围区域的温度，以使达到目标温度时整个载板的温度均匀。在加热过程中各区域独立控温，因此各区域之间单位面积的加热功率不同，并且各区域之间存在热干扰，因此各区域的升温速率不同，使得在加热升温的过程中，不同区域之间的温差过大，导致被加热物受热极度不均而被破坏。现有技术通过分阶段加热来减小加热升温过程中不同区域的温差，例如，如图1所示，对分为9个区域的载板进行加热，Z5区域的目标温度为400℃，Z2、Z4、Z6和Z8区域的目标温度为425℃，Z1、Z3、Z7和Z9的目标温度为450℃，在加热过程中：第一阶段设定所有区域的目标温度为50℃，保证所有区域都达到目标温度且稳定后进入第二阶段；第二阶段设定所有区域的目标温度为100℃，保证所有区域都达到目标温度别稳定后进入第三阶段；以此类推，以保证在加热过程中各区域之间的温差不超过50℃。
然而，现有分阶段加热的过程中，每个阶段都需要一段等待时间以保证各区域加热到分段目标温度，使得加热时间过长。
发明内容
本发明提供一种分区域加热方法、装置和半导体设备，在高效率加热的前提下减小了加热升温过程中各区域之间的温差，从而缩短了加热时间。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一方面，提供一种分区域加热方法，包括：
对设定为不同目标温度的多个区域进行加热；
每隔预设时间分别采集每个区域的当前温度；
对温度高于所述多个区域中最低温度的区域进行加热功率限制，其中，温度越高的区域加热功率限制的比例越大。
进一步地，所述对温度高于所述多个区域中最低温度的区域进行加热功率限制，其中，温度越高的区域加热功率限制的比例越大的过程包括：
分别计算每个区域的温度与所述多个区域中最低温度的差值Tx’，其中x用于标识不同区域；
分别计算每个区域的加热功率限制值nx，
所述加热功率限制值其中A为大于0℃的温度值，max为求最大值的计算符号；
将每个区域的实际加热功率设置为nx×预设加热功率，实际加热功率为0的区域为保温状态。
可选地，在所述加热功率限制值nx的计算公式中，A小于等于50℃。
可选地，在所述加热功率限制值nx的计算公式中，A为所述多个区域中最高温度与最低温度的差值。
另一方面，提供一种分区域加热装置，包括：
多个加热器，用于对设定为不同目标温度的多个区域进行加热；
分别设置于每个所述区域的多个温度传感器，用于每隔预设时间分别采集每个区域的当前温度；
连接于所述多个加热器和温度传感器的控制器，用于对温度高于所述多个区域中最低温度的区域进行加热功率限制，其中，温度越高的区域加热功率限制的比例越大。
进一步地，所述控制器包括：
差值计算单元，用于分别计算每个区域的温度与所述多个区域中最低温度的差值Tx’，其中x用于标识不同区域；
加热功率限制值计算单元，用于分别计算每个区域的加热功率限制值nx，
所述加热功率限制值其中A为大于0℃的温度值，max为求最大值的计算符号；
加热功率限制单元，用于将每个区域的实际加热功率设置为nx×预设加热功率，实际加热功率为0的区域为保温状态。
可选地，在所述加热功率限制值nx的计算公式中，A小于等于50℃。
可选地，在所述加热功率限制值nx的计算公式中，A为所述多个区域中最高温度与最低温度的差值。
另一方面，提供一种半导体设备，包括加热腔，所述加热腔包括上述的分区域加热装置。
可选地，所述半导体设备是PECVD设备。
本发明提供的分区域加热方法、装置和半导体设备，根据各区域的温度动态调整各区域的加热功率，使较低温度的区域加热功率较大，而较高温度的区域加热功率较小，在整个加热升温过程中，始终有区域在以预设加热功率加热，无需等待，实现了在高效率加热的前提下减小了加热升温过程中各区域之间的温差，从而防止了被加热物体被破坏，并且缩短了加热时间。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中分区域加热时的区域示意图；
图2为本发明实施例中一种分区域加热方法的流程图；
图3为本发明实施例中分区域加热时的区域示意图；
图4为本发明实施例中另一种分区域加热方法的流程图；
图5为本发明实施例中一种分区域加热装置的结构框图；
图6为本发明实施例中一种分区域加热装置的控制器的结构框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图2所示，本发明实施例提供了一种分区域加热方法，包括：
步骤101、对设定为不同目标温度的多个区域进行加热；
例如，如图3所示，对分为9个区域的载板进行加热，其中Y5区域的目标温度为400℃，Y2、Y4、Y6和Y8区域的目标温度为425℃，Y1、Y3、Y7和Y9的目标温度为450℃。
步骤102、每隔预设时间分别采集每个区域的当前温度；
具体地，例如，设置为每隔十秒进行温度采集。该预设时间可以根据实际需要进行设置，预设时间越短，则加热过程中各区域之间的温差越小。
步骤103、对温度高于所述多个区域中最低温度的区域进行加热功率限制，其中，温度越高的区域加热功率限制的比例越大。
例如，当前Y5区域的温度为9个区域中的最低温度，则Y5区域的加热功率为100%输出，不对Y5区域的加热功率进行限制，Y2区域的温度比Y5区域的温度高25℃，则限制Y2区域50%的加热功率，使Y2区域的实际加热功率为预设加热功率的50%，Y4区域的温度比Y5区域的温度高30℃，则限制Y4区域60%的加热功率，使Y4区域的实际加热功率为预设加热功率的40%，以此类推，温度越高的区域加热功率限制的比例越大。
需要说明的是，上述分为9个区域以及各区域的目标温度均为举例，实际可以根据需要划分区域以及设定各区域的目标温度，并不限于上述的数值。
本发明实施例中的分区域加热方法，根据各区域的温度动态调整各区域的加热功率，使较低温度的区域加热功率较大，而较高温度的区域加热功率较小，在整个加热升温过程中，始终有区域在以预设加热功率加热，无需等待，实现了在高效率加热的前提下减小了加热升温过程中各区域之间的温差，从而防止了被加热物体被破坏，并且缩短了加热时间。
进一步地，如图4所示，上述步骤103、所述对温度高于所述多个区域中最低温度的区域进行加热功率限制，其中，温度越高的区域加热功率限制的比例越大的过程具体包括：
步骤1031、分别计算每个区域的温度与所述多个区域中最低温度的差值Tx’，其中x用于标识不同区域；
例如，9个区域当前的温度分别为T1～T9，Tx’=Tx-min（Tx），x=1～9。
步骤1032、分别计算每个区域的加热功率限制值nx，
所述加热功率限制值其中A为大于0℃的温度值，max为求最大值的计算符号；
步骤1033、将每个区域的实际加热功率设置为nx×预设加热功率，实际加热功率为0的区域为保温状态。
具体地，在所述加热功率限制值nx的计算公式中，A小于等于50℃。例如，A=50℃，Y5为最低温度的区域，最低温度为T5，则T5’=0℃，Y5区域的加热功率限制值n5=100%，因此Y5区域的实际加热功率就是预设加热功率，即不对Y5区域的加热功率进行限制；与Y5区域的温度差达到50℃以上时，该区域的加热功率限制值n5=0%，此时该区域的加热器仍然开启，但是不加热，使该区域处于保温状态；Tx’在0℃～50℃之间的区域按照一定的比例进行加热功率限制，例如Y2区域的温度比Y5区域的温度高25℃，则Y2区域的加热功率限制值n2=50%，即设置Y2区域的实际加热功率为50%×预设加热功率。显然，上述公式中的A可疑根据工艺的事宜需要进行设置，在对温差要求更加严格的场合，可以适当减小A的值。
可选地，在所述加热功率限制值nx的计算公式中，除了上述将A设置为一定值的方式外，A也可以为所述多个区域中最高温度与最低温度的差值。这样能够保证所有温度大于0℃的区域都按照一定的比例进行加热功率限制，而不会将温度达到某一定值以上的区域都设置为保温状态，这种方式的加热效率更高，但是减小各区域之间温差的效果较差。
本发明实施例中的分区域加热方法，根据各区域的温度动态调整各区域的加热功率，使较低温度的区域加热功率较大，而较高温度的区域加热功率较小，在整个加热升温过程中，始终有区域在以预设加热功率加热，无需等待，实现了在高效率加热的前提下减小了加热升温过程中各区域之间的温差，从而防止了被加热物体被破坏，并且缩短了加热时间。
如图5所示，本发明实施例提供一种分区域加热装置，包括：
多个加热器11，用于对设定为不同目标温度的多个区域进行加热；
例如，加热器11可以是电阻丝。
分别设置于每个所述区域的多个温度传感器12，用于每隔预设时间分别采集每个区域的当前温度；
例如，温度传感器12可以是热电偶。
连接于所述多个加热器和温度传感器的控制器13，用于对温度高于所述多个区域中最低温度的区域进行加热功率限制，其中，温度越高的区域加热功率限制的比例越大。
具体的分区域加热方法与上述实施例相同，在此不再赘述。
本发明实施例中的分区域加热装置，根据各区域的温度动态调整各区域的加热功率，使较低温度的区域加热功率较大，而较高温度的区域加热功率较小，在整个加热升温过程中，始终有区域在以预设加热功率加热，无需等待，实现了在高效率加热的前提下减小了加热升温过程中各区域之间的温差，从而防止了被加热物体被破坏，并且缩短了加热时间。
具体地，如图6所示，上述控制器13包括：
差值计算单元131，用于分别计算每个区域的温度与所述多个区域中最低温度的差值Tx’，其中x用于标识不同区域；
加热功率限制值计算单元132，用于分别计算每个区域的加热功率限制值nx，
所述加热功率限制值其中A为大于0℃的温度值，max为求最大值的计算符号；
加热功率限制单元133，用于将每个区域的实际加热功率设置为nx×预设加热功率，实际加热功率为0的区域为保温状态。
其中，加热功率限制单元133可以是分别连接于每个加热器上的可控硅（Silicon Controlled Rectifier，简称SCR）调功器。
可选地，在所述加热功率限制值nx的计算公式中，A小于等于50℃。
可选地，在所述加热功率限制值nx的计算公式中，A为所述多个区域中最高温度与最低温度的差值。
具体的分区域加热方法与上述实施例相同，在此不再赘述。
本发明实施例中的分区域加热装置，根据各区域的温度动态调整各区域的加热功率，使较低温度的区域加热功率较大，而较高温度的区域加热功率较小，在整个加热升温过程中，始终有区域在以预设加热功率加热，无需等待，实现了在高效率加热的前提下减小了加热升温过程中各区域之间的温差，从而防止了被加热物体被破坏，并且缩短了加热时间。
本发明实施例提供一种半导体设备，包括加热腔，所述加热腔包括上述的分区域加热装置。
具体地，上述半导体设备可以用于太阳能电池的生产、芯片的制造或者显示面板的制作等等，该半导体设备具体可以为沉积设备、刻蚀设备等，只要在工艺过程中需要加热的步骤即可，例如，该半导体设备可以为等离子体增强化学气相沉积（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD）设备，上述加热步骤可以是工艺之前的预加热或者工艺过程中的加热等各种加热环境。
具体的分区域加热装置的结构和加热方法与上述实施例相同，在此不再赘述。
本发明实施例中的半导体设备，根据各区域的温度动态调整各区域的加热功率，使较低温度的区域加热功率较大，而较高温度的区域加热功率较小，在整个加热升温过程中，始终有区域在以预设加热功率加热，无需等待，实现了在高效率加热的前提下减小了加热升温过程中各区域之间的温差，从而防止了被加热物体被破坏，并且缩短了加热时间。
通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在可读取的存储介质中，如计算机的软盘，硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述的方法。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种分区域加热方法，其特征在于，包括：
对设定为不同目标温度的多个区域进行加热；
每隔预设时间分别采集每个区域的当前温度；
对温度高于所述多个区域中最低温度的区域进行加热功率限制，其中，温度越高的区域加热功率限制的比例越大。
2.根据权利要求1所述的分区域加热方法，其特征在于，所述对温度高于所述多个区域中最低温度的区域进行加热功率限制，其中，温度越高的区域加热功率限制的比例越大的过程包括：
分别计算每个区域的温度与所述多个区域中最低温度的差值Tx’，其中x用于标识不同区域；
分别计算每个区域的加热功率限制值nx，
所述加热功率限制值其中A为大于0℃的温度值，max为求最大值的计算符号；
将每个区域的实际加热功率设置为nx×预设加热功率，实际加热功率为0的区域为保温状态。
3.根据权利要求2所述的分区域加热方法，其特征在于，
在所述加热功率限制值nx的计算公式中，A小于等于50℃。
4.根据权利要求2所述的分区域加热方法，其特征在于，
在所述加热功率限制值nx的计算公式中，A为所述多个区域中最高温度与最低温度的差值。
5.一种分区域加热装置，其特征在于，包括：
多个加热器，用于对设定为不同目标温度的多个区域进行加热；
分别设置于每个所述区域的多个温度传感器，用于每隔预设时间分别采集每个区域的当前温度；
连接于所述多个加热器和温度传感器的控制器，用于对温度高于所述多个区域中最低温度的区域进行加热功率限制，其中，温度越高的区域加热功率限制的比例越大。
6.根据权利要求5所述的分区域加热装置，其特征在于，所述控制器包括：
差值计算单元，用于分别计算每个区域的温度与所述多个区域中最低温度的差值Tx’，其中x用于标识不同区域；
加热功率限制值计算单元，用于分别计算每个区域的加热功率限制值nx，
所述加热功率限制值其中A为大于0℃的温度值，max为求最大值的计算符号；
加热功率限制单元，用于将每个区域的实际加热功率设置为nx×预设加热功率，实际加热功率为0的区域为保温状态。
7.根据权利要求6所述的分区域加热装置，其特征在于，
在所述加热功率限制值nx的计算公式中，A小于等于50℃。
8.根据权利要求6所述的分区域加热装置，其特征在于，
在所述加热功率限制值nx的计算公式中，A为所述多个区域中最高温度与最低温度的差值。
9.一种半导体设备，包括加热腔，其特征在于，所述加热腔包括如权利要求5至8中任意一项所述的分区域加热装置。
10.根据权利要求9所述的半导体设备，其特征在于，
所述半导体设备是PECVD设备。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 100176 No. 8 Wenchang Avenue, Beijing economic and Technological Development Zone Patentee after: Beijing North China microelectronics equipment Co Ltd Address before: 100026 Jiuxianqiao East Road, Chaoyang District, building, No. 1, M5 Patentee before: Beifang Microelectronic Base Equipment Proces Research Center Co., Ltd., Beijing |
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| CP03 | Change of name, title or address |