CN108624871A - 一种温度控制系统、薄膜沉积设备及温度控制方法 - Google Patents
一种温度控制系统、薄膜沉积设备及温度控制方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108624871A CN108624871A CN201810448102.8A CN201810448102A CN108624871A CN 108624871 A CN108624871 A CN 108624871A CN 201810448102 A CN201810448102 A CN 201810448102A CN 108624871 A CN108624871 A CN 108624871A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- units
- temperature
- heating
- power supply
- unit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 230000008021 deposition Effects 0.000 title claims abstract description 18
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 232
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 40
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 38
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 16
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 9
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 7
- 125000002524 organometallic group Chemical group 0.000 claims 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 claims 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 15
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 6
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 6
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241001274660 Modulus Species 0.000 description 1
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000001808 coupling effect Effects 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 150000004678 hydrides Chemical class 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 description 1
- 238000000927 vapour-phase epitaxy Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/52—Controlling or regulating the coating process
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/46—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for heating the substrate
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
- C30B25/10—Heating of the reaction chamber or the substrate
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
- C30B25/16—Controlling or regulating
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
Abstract
本发明公开了一种温度控制系统、薄膜沉积设备及温度控制方法。控制系统包括N个计算单元、N个电源供给单元、N个加热单元、N‑1个温度检测单元以及N‑1个温度设定单元；第m计算单元用于获取第m温度检测单元检测的第m加热区域的当前温度值和第m温度设定单元的6设定温度值，计算第m电源供给单元的输出电流值，并输出给第m加热单元；第N计算单元用于根据第N‑1电源供给单元的输出电流值计算第N电源供给单元的输出电流值，并输出给第N加热单元。本发明实施例解决了因最外围温度检测单元测温不准导致的反应腔内温度波动较大，或者不同加热区域对应的加热单元功率配比离谱的问题。
Description
技术领域
本发明实施例涉及半导体技术，尤其涉及一种温度控制系统、薄膜沉积设备及温度控制方法。
背景技术
金属有机化合物化学气相沉积(Metal-organic Chemical Vapor Deposition，MOCVD)，是在气相外延生长的基础上发展起来的一种新型气相外延生长技术。以Ⅲ族、Ⅱ族元素的有机化合物和V、Ⅵ族元素的氢化物等作为晶体生长源材料，以热分解反应方式在衬底上进行气相外延，生长各种Ⅲ-V族、Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体以及它们的多元固溶体的薄层单晶材料。
MOCVD反应室的温度是外延材料生长的重要因素，温度直接决定材料生长的质量，因此，控制反应室的温度至关重要。目前MOCVD加热器采用多个加热单元的结构，分别对各加热区域加热的方式。这种结构可有效地调整托盘径向上的温度均匀性。MOCVD的温控系统还包括多个温度探测仪，用于测量反应腔中各加热区域的温度值。然而，相邻加热单元之间的热耦合作用使得温度探测仪对应的加热区域会受到多个加热单元的影响。当温度探测仪的探温点不在基底上而在托盘上时，或者基底边缘翘曲量较大时，温度探测仪测得的温度就会受到影响，测得的温度并非基底上的实际温度，这种测量上的偏差进而会影响反应腔的温度控制，导致反应腔内温度波动较大以及不同加热区域对应的加热单元功率配比变得离谱。
发明内容
本发明提供一种温度控制系统、薄膜沉积设备及温度控制方法，以解决因最外圈加热区域的温度探测仪无法探测到基底的温度，或者基底边缘翘曲量过大导致测得的温度不准，进而引起控温异常以及不同加热区域对应的加热单元功率配比变得离谱的问题，改善了反应腔内温场曲线的平滑性，降低了设备出现事故(比如托盘破裂)的风险。
第一方面，本发明实施例提供了一种温度控制系统，包括：
N个计算单元、N个电源供给单元、N个加热单元、N-1个温度检测单元以及N-1个温度设定单元；
薄膜沉积设备包括同圆心且沿圆心指向圆周方向依次分布的N个加热区域；第i加热区域对应设置第i加热单元，第i加热单元用于对第i加热区域加热；第m加热区域对应设置第m温度检测单元；最外圈的加热区域为第N加热区域；与第N加热区域相邻的加热区域为第N-1加热区域；其中，N为大于等于2的正整数，i为大于等于1小于等于N的正整数；m为大于等于1小于等于N-1的正整数；
第m温度检测单元和第m温度设定单元与第m计算单元的输入端连接；第m计算单元的输出端与第m电源供给单元连接；第m计算单元用于获取第m温度检测单元检测的第m加热区域的当前温度值和第m温度设定单元的设定温度值，计算第m电源供给单元的输出电流值；第m电源供给单元的输出端与第m加热单元连接；
第N计算单元的输入端与第N-1计算单元的输出端连接；第N计算单元的输出端与第N电源供给单元连接；第N计算单元用于根据第N-1电源供给单元的输出电流值计算第N电源供给单元的输出电流值；第N电源供给单元的输出端与第N加热单元连接。
可选的，第N计算单元存储有预设绑定系数，第N计算单元用于根据第N-1电源供给单元的输出电流值和预设绑定系数计算所述第N电源供给单元的输出电流值。
可选的，第N计算单元包括乘法器，所述第m计算单元包括第m控制器和第m转换模块；
第m控制器用于接收对应的第m温度检测单元检测的第m加热区域的当前温度值和第m温度设定单元的设定温度值，计算对应的第m电源供给单元的输出功率值，并输出给第m转换模块；
第m转换模块用于接收第m控制器输出的第m电源供给单元的输出功率值，计算第m电源供给单元的输出电流值，并输出给第m电源供给单元；
乘法器用于接收与第N-1计算单元输出的第N-1电源供给单元的输出电流值，乘以预设绑定系数，得到第N电源供给单元的输出电流值。
可选的，不同的设定温度段可设置不同的预设绑定系数。
第二方面，本发明实施例还提供了一种薄膜沉积设备，其特征在于，包括本发明第一方面任意所述的温度控制系统。
可选的，该薄膜沉积设备还包括反应腔和托盘；
其中，托盘位于反应腔中，用于承载基底；N个加热单元位于托盘的正下方，用于对反应腔内各加热区域加热。
可选的，薄膜沉积设备为金属有机化学气相沉积MOCVD设备。
可选的，N＝3，第一加热单元、第二加热单元以及第三加热单元分别为内圈加热单元、中圈加热单元和外圈加热单元。
第三方面，本发明实施例还提供了一种温度控制方法，该方法由本发明第一方面任意所述的温度控制系统执行，包括：
N-1个温度设定单元分别设定对应的各加热区域的设定温度值；
N-1个温度检测单元分别获取对应的各加热区域的当前温度值；
第m计算单元获取第m温度检测单元检测的所述第m加热区域的当前温度值和设定温度值，计算所述第m电源供给单元的输出电流值；
第N计算单元获取第N-1电源供给单元的输出电流值并计算所述第N电源供给单元的输出电流值；
第m电源供给单元根据第m电源供给单元的输出电流值，向第m加热单元输出相应的电流；第N电源供给单元根据第N电源供给单元的输出电流值，向第N加热单元输出相应的电流。
可选的，第N计算单元存储有预设绑定系数；第N计算单元获取第N-1电源供给单元的输出电流值并计算第N电源供给单元的输出电流值包括：
第N计算单元获取第N-1电源供给单元的输出电流值并根据第N-1电源供给单元的输出电流值和预设绑定系数计算第N电源供给单元的输出电流值。
本发明实施例最外圈加热区域对应的电源供给单元的输出电流值通过与相邻加热区域对应的电源供给单元的输出电流值计算得出，而不受第三加热区域的探测温度影响，解决了因最外围加热区域的温度探测仪无法探测到基底的温度，或者基底边缘翘曲量过大导致测得的温度不准，进而引起控温异常以及不同加热区域对应的加热单元功率配比变得离谱的问题，改善了反应腔内温场曲线的平滑性，降低了设备出现事故(比如托盘破裂)的风险。
附图说明
图1是现有技术中一种温度控制系统的示意图；
图2是第三温度检测单元的探温点在托盘上的示意图；
图3是第三加热区域探测温度不准时各电源供给单元的输出功率曲线图；
图4是第三加热区域探测温度不准时各加热区域的控温效果图；
图5是第三加热区域探测温度不准时各加热单元的电流曲线图；
图6是本发明实施例一提供的一种温度控制系统的示意图；
图7是采用本发明实施例一提供的温度控制系统得到的控温稳态效果图；
图8为采用本发明实施例一提供的温度控制系统得到的电流稳态效果图；
图9是不同预设绑定系数下8寸硅衬底在设定温度为865℃的温场曲线；
图10是本发明实施例二提供的一种温度控制系统的示意图；
图11是本发明实施例四提供的一种温度控制方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
图1是现有技术中的一种温度控制系统的示意图，如图1所示，该温度控制系统包括3个计算单元、3个温度设定单元、3个温度检测单元、3个电源供给单元以及3个加热单元。每个加热单元对应一个加热区域，加热单元用于给对应的加热区域加热。温度检测单元用于检测对应加热区域的当前温度值。计算单元用于根据接收到的其对应的温度检测单元检测到的加热区域的当前温度值和温度设定单元设定的设定温度值，计算对应的电源供给单元的输出电流值。电源供给单元用于根据接收到的输出电流值，向加热单元输出相应的电流，调整加热单元的输出功率，进而调整对应加热区域的温度，实现不同加热区域温度独立控制。
考虑到不同加热区域的热耦合作用，在对某一加热单元的电流调整时，还需要适当调整相邻加热单元的电流。例如，当需要增大第二加热单元32的电流时，由于第二加热单元32电流增大，第二加热区域向第一加热区域和第三加热区域的热辐射增大，将会使第一加热区域和第三加热区域的温度升高，因此，在增大第二加热单元32的电流的同时，需要考虑耦合因素，适当减小第一加热单元31和第三加热单元33的电流。然而，如果某加热区域的探测温度不准时，将会出现控温异常。例如，如图2所示，三个加热单元位于托盘60正下方，当第三温度检测单元43的探温点不在基底70上而在托盘60上时，或者第三温度检测单元43的探温点在基底70上，但基底70边缘翘曲量较大时，第三温度检测单元43测得的温度就会受到影响，测得的最外圈加热区域(第三加热区域)的温度并非实际温度。如果第三加热区域的实际值比探测温度偏高，通过热辐射，第三加热区域向第二加热区域传递热量，使得第二加热区域温度升高，为了稳定第二加热区域的温度，就会出现第二加热单元32的电流变小，甚至到0，第三加热单元33的电流变大，甚至达到第三电源供给单元23的饱和输出电流，第三电源供给单元23达到饱和输出功率；相反的，如果第三加热区域的实际值比探测温度偏低，就会出现第二加热单元32的电流变大，甚至达到第二加热单元32的饱和输出电流，第二电源供给单元22达到饱和输出功率，第三加热单元33的电流变小，甚至到0。这种相邻区功率分配不均匀，对设备，特别是对加热单元及电源供给单元都有很大的损耗；同时也会造成加热区域温度波动较大，极端情况甚至会出现托盘因长时间温差不均匀而破裂，缩减其使用寿命的现象。
图3是第三加热区域探测温度不准时各电源供给单元的输出功率曲线图，其中，曲线A为第一电源供给单元21的输出功率曲线，曲线B为第二电源供给单元22的输出功率曲线，曲线C为第三电源供给单元23的输出功率曲线。
图4是第三加热区域探测温度不准时各加热区域的控温效果图，其中，曲线A为第一加热区域的探测温度曲线，曲线B为第二加热区域的探测温度曲线，曲线C为第三加热区域的探测温度曲线；图5是第三加热区域探测温度不准时各加热单元的电流曲线图，其中，曲线A为第一加热单元31的电流曲线，曲线B为第二加热单元32的电流曲线，曲线C为第三加热单元33的电流曲线。参考图3、图4和图5，在控温阶段，各电源供给单元的输出功率的匹配非常不均匀，第三电源供给单元23的输出功率非常大，而第一电源供给单元21和第二电源供给单元22的输出功率相对较小，且各电源供给单元的输出功率波动非常大；各加热区域的温度在设定温度1200℃附近波动范围为±5℃；各电源供给单元的输出电流的波动范围为50A。这种波动不能满足工艺生产和设备对温度控制的要求。
实施例一
本发明实施例一提供了一种温度控制系统，包括：N个计算单元、N个电源供给单元、N个加热单元、N-1个温度检测单元以及N-1个温度设定单元。
图6是本发明实施例一提供的一种温度控制系统的示意图，示例性的，如图6所示，取N＝3。
薄膜沉积设备包括同圆心且沿圆心指向圆周方向依次分布的3个加热区域，由圆心向外依次为第一加热区域、第二加热区域和第三加热区域，最外圈的加热区域为第三加热区域，第三加热区域可以位于基底表面，也可以位于托盘表面。
每个加热区域分别对应设置加热单元，位于托盘底部，分别为第一加热单元311、第二加热单元312和第三加热单元313，用于给对应的加热区域加热；第一加热区域和第二加热区域分别设置对应的温度检测单元，分别为第一温度检测单元411和第二温度检测单元412。
第一温度检测单元411和第一温度设定单元511与第一计算单元111的输入端连接；第一计算单元111的输出端与第一电源供给单元211连接；第二温度检测单元412和第二温度设定单元512与第二计算单元112的输入端连接；第二计算单元112的输出端和第二电源供给单元212连接；第一计算单元111用于获取第一温度检测单元411检测的第一加热区域的当前温度值和第一温度设定单元512的设定温度值，计算第一电源供给单元211的输出电流值；第二计算单元112用于获取第二温度检测单元412检测的第二加热区域的当前温度值和第二温度设定单元512的设定温度值，计算第二电源供给单元212的输出电流值；第一电源供给单元211的输出端和第二电源供给单元212的输出端分别与对应的第一加热单元311和第二加热单元312连接，用于分别向对应的加热单元输出电流。其中，每个温度探测单元可以包括至少一个温度探测仪，该温度探测仪可以是红外温度探测仪。设定温度值即为恒温控制温度，在恒温控制阶段，需要将该加热区域的温度稳定在该设定温度附近。
第三计算单元113的输入端与第二计算单元112的输出端连接；第三计算单元113的输出端与第三电源供给单元213连接；第三计算单元113用于根据第二电源供给单元212的输出电流值计算第三电源供给单元213的输出电流值；第三电源供给单元213的输出端与第三加热单元313连接，用于向第三加热单元313输出电流。由此，第三电源供给单元313的输出电流不再受探测到的第三加热区域的当前温度值的影响，进而解决了因最外圈加热区域的温度探测仪无法探测到基底的温度，或者基底边缘翘曲量过大导致测得的温度不准，进而由于相邻加热区域之间存在热耦合作用引起的控温异常以及不同加热区域对应的加热单元功率配比变得离谱的问题。
图7是采用本发明实施例一提供的温度控制系统得到的控温稳态效果图，其中，曲线A为第一加热区域的探测温度曲线，曲线B为第二加热区域的探测温度曲线；图8为采用本发明实施例一提供的温度控制系统得到的电流稳态效果图，其中，曲线A为第一加热单元311的电流曲线，曲线B为第二加热单元312的电流曲线，曲线C为第三加热单元313的电流曲线。如图7和图8所示，第三加热区域(最外圈加热区域)对应的第三电源供给单元213的输出电流值不受第三加热区域的探测温度值影响，而是通过第二加热区域对应的第二电源供给单元212的输出电流值计算得出的情况下，第一加热区域和第二加热区域的温度在设定温度1200℃附近波动范围为±2℃；每个电源供给单元的输出电流的波动范围为10A。采用本发明实施例提供的温度控制系统的控温效果好，电源供给单元的输出电流波动小。
本发明实施例一提供的温度控制系统，第N加热区域(最外圈加热区域)对应的第N电源供给单元的输出电流值通过与相邻加热区域(第N-1加热区域)对应的第N-1电源供给单元的输出电流值计算得出，而不受第N加热区域的探测温度值影响，解决了因最外圈加热区域的温度检测单元无法探测到基底的温度，或者基底边缘翘曲量过大导致测得的温度不准，进而由于相邻加热区域之间存在热耦合作用引起的控温异常以及不同加热区域对应的加热单元功率配比变得离谱的问题，改善了反应腔内温场曲线的平滑性，降低了设备出现事故(比如托盘破裂)的风险。
可选的，第N计算单元存储有预设绑定系数，第N计算单元用于根据第N-1电源供给单元的输出电流值和预设绑定系数计算所第N电源供给单元的输出电流值。可以根据温场反馈实验，得出该设定温度下的不同的预设绑定系数对温场的影响，该温场为该设定温度下自托盘中心沿径向向外的温场。具体的，反应腔顶部设有一径向凹槽，一温度探测仪通过凹槽伸入到反应腔内，该温度探测仪可沿凹槽移动，在温场反馈实验中每隔一定的距离(例如5mm)记录一个温度值，从而得到该设定温度下自托盘中心沿径向向外的温场曲线。图9是不同预设绑定系数下8寸硅衬底在设定温度为865℃的温场曲线，其中，曲线A的预设绑定系数为1.75，曲线B的预设绑定系数为1.80，曲线C的预设绑定系数为1.85。参考图9，在该实施例中，N＝3，反应室内有3个加热区域。取3个预设绑定系数1.75、1.80和1.85，分别进行温场反馈实验。可知，在控温阶段，当预设绑定系数为1.80时，3个加热区域的温度863℃到866℃之间波动，波动范围最小，因而，可以初步把该设定温度下的预设绑定系数设为1.80。需要说明的是，上述确定预设绑定系数的方法仅仅是一个说明性示例，为了该优化预设绑定系数，也可以取多于3个预设绑定系数进行温场反馈实验。此外，也可以根据需要设置相邻预设绑定系数间的差值。
在温场反馈实验中，也可以根据测量得到的温场数据对预设绑定系数进行微调，进一步降低各加热区域的温度波动幅度。
在获得大量实验数据后，可以根据数据拟合得到与设定温度相关的线性或非线性的预设绑定系数，进而无需通过温场反馈实验就能得到某一设定温度对应的预设绑定系数。
实施例二
本发明实施例二提供了一种温度控制系统，在本发明实施例一任意所述的温度控制系统的基础上，，第N计算单元包括乘法器，第m计算单元包括第m控制器和第m转换模块。图10是本发明实施例二提供的一种温度控制系统的示意图，示例性的，如图10所示，取N＝3。
第一控制器1111用于接收对应的第一温度检测单元检测411的第一加热区域的当前温度值和第一温度设定单元511的设定温度值，计算对应的第一电源供给单元211的输出功率值，并输出给第一转换模块1112；第二控制器1121用于接收对应的第二温度检测单元412检测的第二加热区域的当前温度值和第二温度设定单元512的设定温度值，计算对应的第二电源供给单元212的输出功率值，并输出给第二转换模块1122。
第一转换模块1112和第二转换模块1122用于分别接收第一控制器1111和第二控制器1121输出的第一电源供给单元211和第二电源供给单元212的输出功率值，计算第一电源供给单元211和第二电源供给单元212的输出电流值，并输出给第一电源供给单元211和第二电源供给单元212。
乘法器1131用于接收第二转换模块1122输出的第二电源供给单元212的输出电流值，乘以预设绑定系数，得到第三电源供给单元213的输出电流值。
本发明实施例二提供的温度控制系统，通过将最外圈加热区域对应的电源供给单元的输出电流值与相邻加热区域对应的电源供给单元的输出电流值绑定，解决了因最外圈加热区域的温度检测单元无法探测到基底的温度，或者基底边缘翘曲量过大导致测得的温度不准，进而由于相邻加热区域之间存在热耦合作用引起的控温异常以及不同加热区域对应的加热单元功率配比变得离谱的问题，改善了反应腔内温场曲线的平滑性，降低了设备出现事故(比如托盘破裂)的风险。
可选的，不同的设定温度段可设置不同的预设绑定系数。
由于不同温度下，最外圈加热区域的热量流失率不一样，故理论上，不同温度下，预设绑定系数也不相同。然而如果每一温度下都设置不同的预设绑定系数的话，那么温度反馈实验的工作量将会非常大，实际操作时并不现实。因而，可以根据设定温度所在的温度段具体设置不同的预设绑定系数。具体可以是，当设定温度在1100-1150℃之间时，设置一个预设绑定系数，当设定温度在1150-1200℃之间时，设置另一个预设绑定系数。
此外，工艺人员也可以根据工艺结果(如沉积得到的薄膜厚度均匀性、基底边缘的翘曲程度等)对预设绑定系数进行微调。
实施例三
本发明实施例还提供了一种薄膜沉积设备，其特征在于，包括本发明实施例一任意所述的温度控制系统。
可选的，该薄膜沉积设备还包括反应腔和托盘；
其中，托盘位于反应腔中，用于承载基底；N个加热单元位于托盘的正下方，用于对反应腔内各加热区域加热。其中，托盘可以是石墨托盘，加热单元可以是加热电阻丝。其中反应腔顶部沿径向设置两个对称的凹槽，各温度检测单元的探测端从其中一个凹槽中伸入到反应腔内，用于检测对应加热区域的当前温度值。在进行温场反馈实验过程中，一温度探测仪通过另一个凹槽伸入到反应腔内，该温度探测仪可沿凹槽移动，在温场反馈实验中每隔一定的距离记录一个温度值，从而得到该设定温度下自托盘中心沿径向向外的温场曲线。
可选的，薄膜沉积设备为金属有机化学气相沉积MOCVD设备。需要说明的是，本实施例中的薄膜沉积设备也可以是其他半导体设备，例如，等离子体增强化学气相沉积设备等，本发明实施例在此不做限定。
可选的，N＝3，第一加热单元、第二加热单元以及第三加热单元分别为内圈加热单元、中圈加热单元和外圈加热单元。
实施例四
本发明实施例四提供了一种温度控制方法，该方法由本发明实施例一任意所述的温度控制系统执行，图11是本发明实施例三提供的一种温度控制方法的流程图，参考图11，该温度控制方法包括：
S1：N-1个温度设定单元分别设定对应的各加热区域的设定温度值。
设定温度值即为恒温控制温度，在恒温控制阶段，需要将该加热区域的温度稳定在该设定温度附近。
S2：N-1个温度检测单元分别获取对应的各加热区域的当前温度值。
每个温度探测单元可以包括至少一个温度探测仪，该温度探测仪可以是红外温度探测仪，探测对应加热区域的当前温度值，并输出给对应的计算单元。
S3：第m计算单元获取第m温度检测单元检测的所述第m加热区域的当前温度值和设定温度值，计算第m电源供给单元的输出电流值。
第m计算单元根据第m加热区域的当前温度值和设定温度值的差值，计算第m电源供给单元的输出电流值。具体的，若当前温度值大于设定温度值，则减少第m电源供给单元的输出电流值。
S4：第N计算单元获取第N-1电源供给单元的输出电流值并计算第N电源供给单元的输出电流值。
具体的，第N计算单元获取第N-1电源供给单元的输出电流值并计算第N电源供给单元的输出电流值。第N加热区域(最外圈加热区域)对应的第N电源供给单元的输出电流值通过与相邻加热区域(第N-1加热区域)对应的第N-1电源供给单元的输出电流值计算得出，而不受第N加热区域的探测温度值影响，，进而解决了因最外圈加热区域的温度检测单元无法探测到基底的温度，或者基底边缘翘曲量过大导致测得的温度不准，引起控温异常以及不同加热区域对应的加热单元功率配比变得离谱的问题。
S5：第m电源供给单元根据第m电源供给单元的输出电流值，向第m加热单元输出相应的电流；第N电源供给单元根据第N电源供给单元的输出电流值，向第N加热单元输出相应的电流。
本发明实施例三提供的温度控制方法，第N加热区域(最外圈加热区域)对应的第N电源供给单元的输出电流值通过与相邻加热区域(第N-1加热区域)对应的第N-1电源供给单元的输出电流值计算得出，而不受第N加热区域的探测温度值影响，解决了因最外圈加热区域的温度检测单元无法探测到基底的温度，或者基底边缘翘曲量过大导致测得的温度不准，进而由于相邻加热区域之间存在热耦合作用引起的控温异常以及不同加热区域对应的加热单元功率配比变得离谱的问题，改善了反应腔内温场曲线的平滑性，降低了设备出现事故(比如托盘破裂)的风险。
可选的，第N计算单元存储有预设绑定系数；第N计算单元获取第N-1电源供给单元的输出电流值并计算第N电源供给单元的输出电流值包括：
第N计算单元获取第N-1电源供给单元的输出电流值并根据第N-1电源供给单元的输出电流值和预设绑定系数计算第N电源供给单元的输出电流值。
具体的，第N计算单元包括乘法器，第m计算单元包括第m控制器和第m转换模块。
第m控制器接收对应的第m温度检测单元检测的第m加热区域的当前温度值和第m温度设定单元的设定温度值，计算对应的第m电源供给单元的输出功率值，并输出给第m转换模块；第m转换模块接收第m控制器输出的第m电源供给单元的输出功率值，计算第m电源供给单元的输出电流值，并输出给第m电源供给单元。
乘法器接收第N-1转换模块输出的第N-1电源供给单元的输出电流值，乘以预设绑定系数，得到第N电源供给单元的输出电流值。其中，预设绑定系数可以根据温场反馈实验，得出设定温度下的的预设绑定系数。在获得大量实验数据后，可以根据数据拟合得到与设定温度相关的线性或非线性的预设绑定系数，进而无需通过温场反馈实验就能得到某一设定温度对应的预设绑定系数。
可选的，不同的温度段对应的预设绑定系数不同，可以根据设定温度所在的温度段，具体设置不同的预设绑定系数。
此外，工艺人员也可以根据工艺结果(如沉积得到的薄膜厚度均匀性、基底边缘翘曲程度等)对预设绑定系数进行微调。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种温度控制系统，其特征在于，包括：
N个计算单元、N个电源供给单元、N个加热单元、N-1个温度检测单元以及N-1个温度设定单元；
薄膜沉积设备包括同圆心且沿圆心指向圆周方向依次分布的N个加热区域；第i加热区域对应设置第i加热单元，所述第i加热单元用于对所述第i加热区域加热；第m加热区域对应设置第m温度检测单元；最外圈的所述加热区域为第N加热区域；与所述第N加热区域相邻的所述加热区域为第N-1加热区域；其中，N为大于等于2的正整数，i为大于等于1小于等于N的正整数；m为大于等于1小于等于N-1的正整数；
第m温度检测单元和第m温度设定单元与第m计算单元的输入端连接；第m计算单元的输出端与第m电源供给单元连接；第m计算单元用于获取第m温度检测单元检测的所述第m加热区域的当前温度值和第m温度设定单元的设定温度值，计算所述第m电源供给单元的输出电流值；第m电源供给单元的输出端与第m加热单元连接；
第N计算单元的输入端与第N-1计算单元的输出端连接；第N计算单元的输出端与第N电源供给单元连接；第N计算单元用于根据第N-1电源供给单元的输出电流值计算所述第N电源供给单元的输出电流值；所述第N电源供给单元的输出端与第N加热单元连接。
2.根据权利要求1所述的温度控制系统，其特征在于，所述第N计算单元存储有预设绑定系数，所述第N计算单元用于根据所述第N-1电源供给单元的输出电流值和预设绑定系数计算所述第N电源供给单元的输出电流值。
3.根据权利要求2所述的温度控制系统，其特征在于，所述第N计算单元包括乘法器，所述第m计算单元包括第m控制器和第m转换模块；
所述第m控制器用于接收对应的第m温度检测单元检测的第m加热区域的当前温度值和第m温度设定单元的设定温度值，计算对应的第m电源供给单元的输出功率值，并输出给第m转换模块；
所述第m转换模块用于接收第m控制器输出的第m电源供给单元的输出功率值，计算第m电源供给单元的输出电流值，并输出给第m电源供给单元；
所述乘法器用于接收与第N-1计算单元输出的第N-1电源供给单元的输出电流值，乘以预设绑定系数，得到第N电源供给单元的输出电流值。
4.根据权利要求2所述的温度控制系统，其特征在于，不同的设定温度段可设置不同的预设绑定系数。
5.一种薄膜沉积设备，其特征在于，包括权利要求1-4任一所述的温度控制系统。
6.根据权利要求5所述的薄膜沉积设备，其特征在于，还包括反应腔和托盘；
其中，所述托盘位于反应腔中，用于承载基底；所述N个加热单元位于所述托盘的正下方，用于对反应腔内各加热区域加热。
7.根据权利要求5所述的薄膜沉积设备，其特征在于，所述薄膜沉积设备为金属有机化学气相沉积MOCVD设备。
8.根据权利要求5所述的薄膜沉积设备，其特征在于，N＝3，第一加热单元、第二加热单元以及第三加热单元分别为内圈加热单元、中圈加热单元和外圈加热单元。
9.一种温度控制方法，其特征在于，由权利要求1-4中的任一项所述的温度控制系统执行，包括：
N-1个温度设定单元分别设定对应的各加热区域的设定温度值；
N-1个温度检测单元分别获取对应的各加热区域的当前温度值；
第m计算单元获取第m温度检测单元检测的所述第m加热区域的当前温度值和设定温度值，计算所述第m电源供给单元的输出电流值；
第N计算单元获取第N-1电源供给单元的输出电流值并计算所述第N电源供给单元的输出电流值；
第m电源供给单元根据第m电源供给单元的输出电流值，向第m加热单元输出相应的电流；第N电源供给单元根据第N电源供给单元的输出电流值，向第N加热单元输出相应的电流。
10.根据权利要求9所述的温度控制方法，其特征在于，所述第N计算单元存储有预设绑定系数；所述第N计算单元获取第N-1电源供给单元的输出电流值并计算所述第N电源供给单元的输出电流值包括：
所述第N计算单元获取第N-1电源供给单元的输出电流值并根据所述第N-1电源供给单元的输出电流值和预设绑定系数计算所述第N电源供给单元的输出电流值。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810448102.8A CN108624871B (zh) | 2018-05-11 | 2018-05-11 | 一种温度控制系统、薄膜沉积设备及温度控制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810448102.8A CN108624871B (zh) | 2018-05-11 | 2018-05-11 | 一种温度控制系统、薄膜沉积设备及温度控制方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108624871A true CN108624871A (zh) | 2018-10-09 |
| CN108624871B CN108624871B (zh) | 2024-07-23 |
Family
ID=63692874
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810448102.8A Active CN108624871B (zh) | 2018-05-11 | 2018-05-11 | 一种温度控制系统、薄膜沉积设备及温度控制方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108624871B (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112307703A (zh) * | 2020-10-27 | 2021-02-02 | 电子科技大学 | 一种边缘计算智能功率模块 |
| CN112540640A (zh) * | 2020-12-04 | 2021-03-23 | 北京北方华创微电子装备有限公司 | 加热部件功率控制方法、半导体工艺设备 |
| CN115852347A (zh) * | 2022-12-28 | 2023-03-28 | 楚赟精工科技(上海)有限公司 | 温度控制装置及方法、化学气相沉积设备 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20060188240A1 (en) * | 2003-07-28 | 2006-08-24 | Hitachi Kokusai Electric Inc. | Substrate processing apparatus and substrate processing method |
| US20070272680A1 (en) * | 2006-05-23 | 2007-11-29 | Tokyo Electron Limited | Temperature control method of heat processing plate, computer storage medium, and temperature control apparatus of heat processing plate |
| US20120221167A1 (en) * | 2009-11-02 | 2012-08-30 | Ligadp Co., Ltd. | Temperature control method of chemical vapor deposition device |
| CN103515177A (zh) * | 2012-06-20 | 2014-01-15 | 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 | 反应腔室、基片加工设备及其温度控制方法 |
| US20150132863A1 (en) * | 2012-01-13 | 2015-05-14 | Tokyo Electron Limited | Plasma processing apparatus and heater temperature control method |
| CN208151478U (zh) * | 2018-05-11 | 2018-11-27 | 中晟光电设备（上海）股份有限公司 | 一种温度控制系统及薄膜沉积设备 |
-
2018
- 2018-05-11 CN CN201810448102.8A patent/CN108624871B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20060188240A1 (en) * | 2003-07-28 | 2006-08-24 | Hitachi Kokusai Electric Inc. | Substrate processing apparatus and substrate processing method |
| US20070272680A1 (en) * | 2006-05-23 | 2007-11-29 | Tokyo Electron Limited | Temperature control method of heat processing plate, computer storage medium, and temperature control apparatus of heat processing plate |
| US20120221167A1 (en) * | 2009-11-02 | 2012-08-30 | Ligadp Co., Ltd. | Temperature control method of chemical vapor deposition device |
| US20150132863A1 (en) * | 2012-01-13 | 2015-05-14 | Tokyo Electron Limited | Plasma processing apparatus and heater temperature control method |
| CN103515177A (zh) * | 2012-06-20 | 2014-01-15 | 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 | 反应腔室、基片加工设备及其温度控制方法 |
| CN208151478U (zh) * | 2018-05-11 | 2018-11-27 | 中晟光电设备（上海）股份有限公司 | 一种温度控制系统及薄膜沉积设备 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112307703A (zh) * | 2020-10-27 | 2021-02-02 | 电子科技大学 | 一种边缘计算智能功率模块 |
| CN112307703B (zh) * | 2020-10-27 | 2022-08-26 | 电子科技大学 | 一种边缘计算智能功率模块 |
| CN112540640A (zh) * | 2020-12-04 | 2021-03-23 | 北京北方华创微电子装备有限公司 | 加热部件功率控制方法、半导体工艺设备 |
| CN115852347A (zh) * | 2022-12-28 | 2023-03-28 | 楚赟精工科技(上海)有限公司 | 温度控制装置及方法、化学气相沉积设备 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108624871B (zh) | 2024-07-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101906622B (zh) | 用于mocvd系统中控制外延片温度及均匀性的装置与方法 | |
| US9713200B2 (en) | System and method for monitoring temperatures of and controlling multiplexed heater array | |
| CN108624871A (zh) | 一种温度控制系统、薄膜沉积设备及温度控制方法 | |
| TWI504871B (zh) | 使用低溫測溫法進行低溫測量及控制之方法 | |
| TWI571528B (zh) | And a method and apparatus for controlling the surface temperature of the base body of the substrate coating apparatus | |
| KR20130050321A (ko) | 다중 구역 저항 가열 장치, 상기 다중 구역 저항 가열 장치와 결합되는 반응기, 화학 기상 증착 장치용 가열 시스템, 및 기판의 저항 가열 방법 | |
| US20090314762A1 (en) | Multi-Zone Resistive Heater | |
| CN103563065A (zh) | 用于控制在处理腔室中的多区域加热器的温度的方法及装置 | |
| US9273414B2 (en) | Epitaxial growth apparatus and epitaxial growth method | |
| WO2013025852A1 (en) | A system and method for monitoring temperatures of and controlling multiplexed heater array | |
| CN208151478U (zh) | 一种温度控制系统及薄膜沉积设备 | |
| CN103668128A (zh) | Mocvd设备、温度控制系统及控制方法 | |
| JP2006086177A (ja) | 気相エピタキシャル成長装置および半導体ウェーハの製造方法 | |
| TWI795692B (zh) | 晶圓溫度控制器、晶圓溫度控制系統、晶圓溫度控制方法、電腦可讀取記錄媒體和等離子體處理裝置 | |
| CN103526190A (zh) | 用于mocvd系统中控制外延片发光波长及均匀性的装置与方法 | |
| CN103426794A (zh) | 晶圆加工室灯模块的实时校准 | |
| JP7439056B2 (ja) | Ｃｖｄリアクタの設定又は稼動方法 | |
| TW201413046A (zh) | 一種調節基片表面溫度的控溫系統和控溫方法 | |
| US9234280B2 (en) | Epitaxial growth apparatus and epitaxial growth method | |
| US20060231016A1 (en) | Deposition apparatuses | |
| CN113846376B (zh) | 外延生长装置的调温方法以及外延生长装置 | |
| US20220136109A1 (en) | Device and method to provide planarity of a wafer during growth | |
| KR20160143631A (ko) | 성막장치 | |
| JP3901155B2 (ja) | 気相成長方法および気相成長装置 | |
| CN202904399U (zh) | 温度控制系统及金属有机化学气相沉淀设备及半导体薄膜沉积设备 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |