TW201346061A - 用於控制基板塗佈裝置之座體表面溫度的方法及裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明係有關於一種處理一反應器殼體之處理室(101)內的至少一基板(105，106，107)的方法，其中，將該一或多個基板(105，106，107)放置於一可被加熱元件(109，110，111)加熱的座體(108)上，其中，利用該等加熱元件(109，110，111)來加熱該座體(108)之空間配屬的區，該等加熱元件分別分配有該座體(108)之朝向該處理室(101)一側的表面區(112，113，113'，114)，其中，在多個量測點上藉由光學量測感測器(1至35)對該等表面區(112，113，113'，114)之溫度以及/或者該配置於此處之該至少一基板(105，106，107)的溫度進行量測，將該等感測器(1至35)所測得之量測值輸入一用於控制該等加熱元件(109，110，110'，111)之熱功率的控制裝置(115，116，117，122)。為對溫度控制進行優化，本發明提出，分別使用溫度量測值的一組合來控制該等加熱元件(109，110，110'，111)之熱功率。

Description

用於控制基板塗佈裝置之座體表面溫度的方法及裝置
本發明係有關於一種處理反應器殼體之處理室內的至少一基板的方法，其中，將該一或多個基板放置於一可被加熱元件自下而上加熱的座體上，其中，利用該等加熱元件來加熱該座體之空間配屬的區域。該等加熱元件分別一一對應於該座體之朝向該處理室一側的表面區，其中，在多個量測點上藉由光學量測感測器對該等表面區之溫度或者配置於此處之該至少一基板的溫度進行量測，將該等感測器所測得之量測值輸入一用於控制該等加熱元件之熱功率的控制裝置。
本發明亦有關於一種用於處理至少一基板的裝置，該裝置包含一反應器殼體及一配置於該反應器殼體內的處理室，該處理室具有一用於承載該至少一基板的座體；該裝置還包含多個配置於該座體下方之加熱元件及多個溫度感測器，該等溫度感測器分別在一量測點上提供該座體之表面的溫度量測值或者配置於此處之基板的溫度量測值；該裝置另包含一控制裝置，將該等量測值輸入該控制裝置，且該控制裝置利用在功能性分配給相應的加熱元件之量測點上所測得之量測值以對該等加熱元件進行控制。
DE 10 2004 007 984 A1描述一種CVD反應器，其反應器殼體內配置有一處理器。反應器底部由一座體構成，該座體對待處 理特別是待塗佈之基板進行承載。處理室頂部由一進氣機構構成，該進氣機構具有供處理氣體進入處理室之進氣口。座體下方設有用於將座體加熱至處理溫度的加熱裝置。藉由多個溫度量測感測器來量測座體表面溫度。
US 6,492,625 B1描述一種用於實施熱處理，特別是對放置於座體上的基板進行塗佈的裝置，其中，座體自下而上受到加熱。座體下方設有多個可受到個別控制之加熱元件。每個加熱元件皆分配有一控制器，其接收座體表面溫度之實際值。利用相應光學量測感測器來測定實際值。每個量測區皆功能性分配有多個量測感測器。
根據EP 1 481 117 B1，承載基板之座體之朝向處理室的表面上的溫度曲線對沉積於基板上的層的品質具有重要意義。特定言之，有利者係對側向之溫度剖面施加影響從而儘可能降低側向溫度梯度。需要使座體上的所有地點皆具有同一座體表面溫度值。
DE 10 2007 023 970 A1描述一種座體，其多個六角形配置的凹槽分別容置一基板。通常情況下，基板表面或沉積於基板表面上的層所具有的光學特性(如吸收率或輻射率)與包圍基板之座體表面有所不同。實施塗佈時，毋需為所有既有之容置基板用容置槽裝配基板。此外亦需要注意，僅為部分既有之容置槽裝配基板。
US 6,706,541 B1描述一種利用自動過程控制單元來實施CVD方法的裝置，該過程控制單元能夠控制多個表面區溫度。該案所描述之裝置係塗佈基板之用。設有在層生長過程中對基板層厚進行觀察的感測元件。此等量測值為該控制單元之輸入資料。
US 2003/0038112 A1描述一種穩定電漿反應器之處理室內的電漿的方法。設有一控制系統，其使用的是光學感測器所測定之 多個量測值。
US 2006/0027169 A1描述一種對基板座之表面進行溫度剖面監測的方法。其中，採用一控制器來從用於測定加熱區溫度之溫度感測器接收量測值。
US 5,782,974描述一種高溫測定座體背面溫度的溫度量測系統。
US 5,970,214描述一種熱處理半導體基板的裝置，其包含多個測定基板表面溫度的光敏感測器。感測器之量測值被輸入一控制若干燈管之控制器。
US 6,079,874描述一種用於量測不同地點之基板表面溫度的裝置。藉由一控制器來控制加熱裝置。該控制器使用高溫計所提供之量測值以進行控制。
US 5,871,805描述一種CVD裝置，其藉由一控制單元來控制承載基板之座體溫度。
US 6,034,357描述一種測定處理室內之基板表面溫度的裝置，其中，相應溫度感測器與應用一校正因數之控制器進行共同作用從而對一燈管加熱裝置進行控制。
除座體裝配基板之裝配度以外，座體之溫度剖面亦與其他過程參數相關，例如，處理室內的總氣壓、為實施基板處理而輸入處理室之氣體的化學組成、座體材料、基板類型以及座體(特別是其塗層)的老化狀態。
就用於對處理室內的半導體基板進行處理的裝置與相應方法而言，加熱元件位於座體的其中一面。其中，加熱元件位於被其直接加熱之表面區的正下方。旋轉對稱式座體上的表面區及其對應 加熱元件配置於相鄰的環形區上。溫度感測器位於座體之與加熱元件相對配置的一側。加熱元件所輸入座體的熱功率不僅對對應的表面區進行加熱。座體內部存在熱傳輸機制，特別是任一加熱元件皆與座體的其他表面區域存在導熱及熱輻射，因此，單獨一個加熱元件之熱功率除了影響對應表面區的溫度外，亦對所有表面區的溫度產生影響。其中，緊鄰之表面區受影響最大，距離最遠之表面區受影響最小。因此，各量測感測器提供的是彼此耦合之溫度量測值。
本發明之目的在於在溫度控制方面對同類型之方法與同類型之裝置進行進一步優化。
本發明用以達成上述目的之解決方案為申請專利範圍所提出的發明。
申請專利範圍提出該同類型方法與該同類型裝置的不同實施方案，其中，輸入一加熱元件的熱功率並非僅確定個別分配給該加熱元件之量測感測器所提供的量測值或者個別分配給一對應於該加熱元件之表面區的量測感測器所提供的量測值。確切而言，此處使用的是多個溫度量測感測器之量測值的組合。
根據第一實施方案，利用量測值的不同組合以進行控制。先前技術中，每個控制裝置皆與分配給它的實施為溫度感測器之實際值發送器功能性固定連接，而本發明之方案則對此種功能性連接採用可變設計。僅需使用部分，而非所有既有之量測值及溫度量測感測器進行控制。此處之部分係指與工作參數相關之量測值的組合。該等影響組合之品質的工作參數包括：表面區之額定溫度、處理室內的總氣壓、處理室內之氣相的化學組成、座體之材料、待塗佈基板的類 型、座體之裝配基板情況以及座體的老化狀態。用於實施該方法之裝置具有一較佳呈圓盤狀之座體，該座體可圍繞其對稱軸受到旋轉驅動。配置於該座體上方之進氣機構可呈蓮蓬頭狀。正如先前技術所揭露的，該蓮蓬頭的開口可用作光學通道，以便配置於該等開口上方的溫度量測感測器以獲得關於座體表面的光學(高溫)資訊。設有多個徑向配置的感測器，其中，該等溫度感測器之間可具有相同距離。每個溫度感測器皆較佳以光學/高溫的方式測定其下方之對應地點上的座體表面溫度。該等量測點在該座體旋轉期間沿該座體上的圓形軌道移動並同時覆蓋該等基板表面。透過習知方式將一氣體混合物送入該進氣機構。該進氣機構可具多個腔室，以便不同類型之氣體混合物以彼此隔開的方式進入該處理室。根據一種塗佈方法(如MOCVD方法)，將第II或第III主族的金屬有機化合物送入該處理室。將第V或第VI主族之成分作為氫化物送入該處理室。該等處理氣體發生熱分解從而在該等基板上沉積相應層。該等層主要取決於氣體組成。但該層之組成亦與基板表面溫度密切相關。基板表面溫度不僅與配置於座體下方之加熱元件的熱功率相關。亦與其他對基板表面之散熱造成影響的生長參數相關。該等參數係指前述之過程參數。若處理室採用可變高度，則座體表面上的熱流及溫度分佈亦與處理室高度相關。相應加熱區與該座體之表面溫度主要受下方加熱元件影響的局部表面區相對應。然而，相鄰表面區域上的溫度同樣受到很大影響。此種影響與該等工作參數相關。因此，有利者係使本發明之用於實施控制的溫度量測感測器根據相應的工作參數來在不同地點上偵測座體表面溫度。利用本發明之方法能夠改變用於實施控制之量測點的位置而毋需對感測器感測區域採取結構性措施。從多個分別僅量測一量測點上之溫度的既有溫 度感測器中使用一部分溫度感測器，視情況亦可僅限於單獨一個溫度感測器。在最簡單的情況下，當該等工作參數變化時對該用於實施控制的溫度感測器進行切換。但此處較佳使用在質與量上彼此不同之溫度感測器的組合。該等用於實施控制之量測值的組合間可在所使用或未使用之針對相應表面的量測點的數目方面以及在相對於相應表面區之加權方面存在差別。舉例而言，為對一或多個徑向表面區進行溫度控制，可僅使用配置於該表面區之邊緣的量測感測器，作為替代方案，亦可僅使用配置於表面區中央的溫度感測器。此外根據本發明，為對一加熱區的加熱元件進行控制，亦可同時使用分配給一鄰接加熱區的溫度感測器。根據一種較佳設計方案，該等加熱區圍繞該旋轉中心旋轉對稱配置，其中，該等加熱區沿徑向方向並排配置。因此，該等加熱區彼此同心配置。此外，相應溫度感測器的量測值可被多個控制裝置使用。亦可在實施控制時將單個溫度感測器的貢獻值加權。該加權可介於零與一之間。根據預試驗或電腦輔助模擬計算的結果來確定在特定工作參數下使用哪些感測器以及在實施控制時不考慮哪些感測器。重要之處在於，不同的工作參數分別具有該等用於實施控制之量測值之不同的組合。
作為輸入變量而輸入該選擇裝置的工作參數亦可對該等控制裝置發生直接作用。舉例而言，可輸入用作附加輸入變量之控制特性值，例如，為比例-積分-微分控制器輸入比例分量、積分分量及/或微分分量。另一方面，亦可使該選擇裝置根據該等過程參數來(例如)從一儲存於該選擇裝置內的表格中測定該等特徵值。
本發明的另一態樣係有關於以下課題：該等量測值所提供之溫度量測值因自相應加熱元件朝該座體之熱傳輸機制而彼此耦 合。每個加熱元件原則上皆對該座體之每個表面區的表面溫度造成影響。本發明係對分配給任一表面區的特徵溫度進行測定。每個特徵值皆可為多個溫度感測器之溫度量測值的平均值，特別是加權平均值。本發明之裝置的結構大致與前述裝置之結構相同。多個量測感測器沿徑向方向依次配置於該旋轉驅動之座體上方。該等溫度量測感測器之數目可遠大於該等獨立受熱之表面區的數目。但為每個該等獨立受熱之表面區皆分配單獨一個感測器即可。根據本發明的一種較佳實施方案，在該座體之旋轉過程中獲得多個溫度量測值，從而在旋轉完畢後擁有一完整的側向溫度剖面。該溫度剖面由一柵格狀欄位分佈所構成，其中，每一量測欄的溫度皆為已知溫度。該等量測欄沿徑向及周向均勻分佈於座體表面上。亦即，該等量測欄既包括位於基板表面上的欄位，又包括位於未被基板覆蓋之座體區域上的欄位。可透過以下方式獲取該等特徵溫度：就某一表面區而言僅對位於一基板上的量測欄或者僅對並不位於一基板上的量測欄予以考慮。根據欄位大小或者欄位位置來對單個欄位的貢獻值進行加權，以便測定該平均值，即該特徵溫度。透過此種方式測得之特徵溫度被輸入一控制裝置。該等特徵溫度之數目較佳等於該等加熱元件之數目或者該等表面區之數目。該控制裝置包含一解耦裝置，該解耦裝置從一定程度上將彼此耦合之特徵溫度量測值解耦。因此，該控制裝置提供的是用來為該等加熱元件提供熱功率的從一定程度上解耦之控制信號。該控制裝置具有輸入端，該輸入端為每個表面區接收一用作輸入資料之特徵溫度量測值。該控制裝置具有輸出端，該輸出端為每個分配給單獨一個表面區的加熱元件提供一控制信號，該控制信號確定將輸入該加熱元件的熱功率。根據本發明，該等控制信號係從耦合值中轉化，其中，每個轉化 後的值皆具有多個特徵溫度的貢獻值，或者每個轉化後的值皆包含多個特徵溫度的貢獻值。根據本發明的一種實施方案，每個特徵溫度作為輸入變量被輸入單獨一個控制器。該等控制器的數目較佳等於該等受溫度控制之表面區的數目。該等控制器提供彼此耦合之第一值。該等值被一解耦裝置轉化。舉例而言，該解耦裝置使用一基於該等第一值之解耦矩陣，從而算出從一定程度上解耦之第二值。該等第二值被一放大器放大並作為熱功率控制值並分配給該等表面區之加熱元件。該解耦裝置之作用在於將分配給單獨一個特徵溫度但受多個加熱元件影響的第一值轉化為第二值。每個第二值皆分配給單獨一個加熱元件。該加熱元件之高度與其熱功率相應。該解耦裝置將該等第二值與該等第一值進行關聯，使得每個第二值皆包含多個第一值的貢獻值。該等加熱元件朝該座體進行熱傳輸，故而該等第一值(特徵溫度)具有多個第二值(熱功率)的貢獻值，與此相同，該等第二值(熱功率)具有多個第一值(特徵溫度)的相應貢獻值。該解耦裝置用以對該控制路徑所引起之耦合進行補償。因此，該等第二值(熱功率值)係對該等第一值(特徵溫度值)之耦合進行補償的結果。該控制路徑由該控制器、一放大器、該等加熱元件、該受加熱之座體以及該等溫度感測器所構成。本發明為該控制路徑增設該解耦構件。該解耦構件連同該等控制器、該等放大器、該等加熱元件、該座體及該等溫度感測器皆為該控制電路之元件。自控制器之角度來看，該解耦構件屬於控制路徑且對加熱元件及座體內的耦合進行補償。在解耦構件完美設計的情況下，該等獨立控制器利用增設了該解耦構件的控制路徑工作，且該控制路徑內之加熱區的耦合對外部(即對該控制器)而言係不可見的。藉此便能提高控制特性並簡化控制器的調諧操作。透過測定一放大矩陣來測出該解耦裝置 中所使用的解耦矩陣。為此，利用預試驗或模型計算來測定若干貢獻值，以便某個表面區的加熱元件對所有表面區的特徵溫度造成影響。在採用例如由四個表面區構成的配置方案的情況下，該等四個加熱元件中的任一個皆對所有四個表面區的溫度造成影響，其中，直接分配給該加熱元件的表面區受影響最大，距離該加熱元件最遠的表面區受影響最小。因此，該放大矩陣之對角線元素具有最大值，而距離對角線最遠之矩陣元素具有最小值。該等四個放大矩陣中的每個皆提供四個矩陣元，故本示範性實施例中的放大矩陣由4×4個矩陣元素構成。透過將該放大矩陣反轉來產生解耦矩陣。透過將該等第一值與該解耦矩陣進行矩陣相乘來產生第二值。根據本發明之一種改良方案，可透過重複記錄熱像來測定特徵溫度。可用前述量測感測器記錄該等熱像，其中，該等沿徑向線條配置的量測感測器係提供相應表面之三維熱像。為此，該座體在該等可實施為光電二極體之量測感測器下方旋轉。亦可用一透鏡系統來對熱像進行光學記錄。透過以下處理步驟來實施該利用熱像測定特徵溫度的方法：記錄一熱像，分析該熱像且其中對特徵溫度進行計算，將該特徵溫度作為溫度實際值傳輸給相應溫度控制器，計算熱功率並將工作參數考慮在內，調節熱功率，記錄下一熱像。本發明的一種改良方案提出，利用一類神經網路來選擇該等量測點或者該等用於實施控制的量測感測器。可採用雙極類神經網路。其中，每個量測感測器(即每個量測二極體)皆與該類神經網路之隱藏層的一節點連接。該層的每個點皆與該類神經網路的所有用作針對下一控制之輸入電路的輸出節點連接。此方案之優點在於，除選擇一量測感測器外亦可在各量測感測器間實施最佳加權。可利用一學習模式來傳授該系統。為此，將該系統設置在一恆定溫度上。將所設溫度 告知該類神經網路。該學習順序可包含最多100個不同剖面。該等平面可採用某種設計方案，使得該等量測點僅位於基板上、僅位於座體之曝露表面區域上或者僅位於兩個區上。該類神經網路可與一一維(即線性)量測感測器矩陣進行共同作用。亦可與一二維量測感測器矩陣進行共同作用。因此，係將溫度影像作為輸入變量來進行處理。在此情況下，該隱藏層中除存在節點列外亦存在整面的節點。每個量測點皆可與該類神經網路的一節點連接。該等加權因子可介於零與一之間。
1-35‧‧‧溫度量測感測器
101‧‧‧處理室
102‧‧‧感測機構
103‧‧‧蓮蓬頭
104‧‧‧排氣口
105‧‧‧基板
106‧‧‧基板
107‧‧‧基板
108‧‧‧座體
109‧‧‧加熱元件
110‧‧‧加熱元件
110'‧‧‧加熱元件
111‧‧‧加熱元件
112‧‧‧表面區
113‧‧‧表面區
113'‧‧‧表面區
114‧‧‧表面區
115‧‧‧控制器
116‧‧‧控制器
116'‧‧‧控制器
117‧‧‧控制器
118‧‧‧選擇電子設備
119‧‧‧容置槽
120‧‧‧旋轉軸
121‧‧‧資料線
122‧‧‧控制裝置
123‧‧‧解耦裝置
124‧‧‧放大器
212‧‧‧溫度曲線
213‧‧‧溫度曲線
213'‧‧‧溫度曲線
214‧‧‧溫度曲線
F‧‧‧放大係數
K‧‧‧耦合矩陣
L‧‧‧解耦矩陣
P‧‧‧工作參數
R‧‧‧徑向線
圖1為MOCVD反應器之處理室的橫截面圖，共設三十五個溫度感測器，其分別在座體的一量測點上測定表面溫度，其中，該等量測點與座體108之旋轉中心存在不同徑向距離，圖2為座體108之俯視圖，圖中示出同軸配置之加熱區109、110、111，圖3為在圖2中的線條IV-IV上該等加熱元件對表面的影響，圖4為圖1之視圖，其中，溫度感測器1-35採用第一組合進行溫度控制，圖5為圖4之視圖，其中，溫度感測器1-35採用第二組合進行溫度控制，圖6為圖1之視圖，其中，溫度感測器1-35採用第三組合進行溫度控制，圖7為與圖1相應之另一實施例的視圖，圖8為一座體以及該表面區及其用於測定特徵溫度之面區域的配置方案的俯視圖，及 圖9為類似於圖3的視圖，用於測定放大矩陣K。
下面聯繫附圖並對本發明之實施例進行說明。
圖1為一處理室之橫截面圖。處理室101之底部由座體108構成，該座體可圍繞旋轉軸120而受到旋轉驅動。座體108下方設有三個同心配置的加熱區109、110、111。加熱區109位於座體108之中心下方且被加熱區110環狀包圍。後者同樣被最外側的加熱器111環狀包圍。加熱區109、110、111由紅外加熱元件或RF加熱元件構成且能夠對三個表面區112、113、114中的基板108之表面進行加熱。
圖2表示圖1、4、5及6中為清楚起見而未予顯示之容置槽119，該等容置槽圍繞該旋轉中心環形配置且分別容置一基板105、106、107。因此，基板105、106、107與旋轉軸120存在不同徑向距離。
處理室101之頂部與座體108之延伸方向平行，該頂部由蓮蓬頭狀進氣機構103構成。該進氣機構僅作示意性圖示。該進氣機構具有多個篩狀配置的開口104，以便輸入蓮蓬頭103之配氣室的處理氣體進入處理室101。該等處理氣體可為第III或第II族元素的金屬有機化合物以及第V或第VI主族之氫化物。此外亦可將一運載氣體(如氫氣)或另一惰性氣體輸入該處理室。該等處理氣體在基板表面105、106、107上熱分解從而沉積一層。
排氣口104上方設有包含光學溫度感測器1至35的感測機構102。該等光學溫度感測器1至35採用某種配置方案，使其例如以高溫方式量測分別與其對應之量測點上的溫度，其中，該等量測點與旋轉軸120存在不同徑向距離。由於座體108圍繞旋轉軸120進 行旋轉，該等量測點沿同心圓周在座體108之表面上或者在該座體所承載之基板105、106、107的表面上移動。
溫度感測器1至35透過資料線121連接選擇電子設備118。該選擇電子設備118將感測機構102所提供的量測值與控制裝置115、116、117進行關聯。該三加熱元件109、110、111中的每個分別對應一控制裝置115、116、117。相應控制裝置115、116、117接收用於控制表面區112、113、114的溫度並作為額定值。該等控制裝置115、116、117接收溫度感測器1至35所測之量測值並作為實際值。但控制裝置115、116、117並不接收所有溫度量測值，而是僅接收部分溫度感測器1至35所測之量測值。此處係指輸入表示該等控制裝置之矩形115、116、117的數字。
選擇電子設備118接收一輸入量P。該輸入量P包含關於該處理室內所實施之方法之工作參數的資訊。該等工作參數包括表面區112、113、114之額定溫度、處理室101內的總壓、處理室101內之氣相的化學組成(即所用處理氣體的類型)、座體108之材料(如石墨或塗層石墨)、基板之類型(即基板之晶體特性及晶體組成)、座體108之裝配基板情況(即在並非所有容置槽119皆裝配了基板的情況下基板在容置槽119上的分佈狀況)以及/或者座體108的老化狀態，例如需要對座體所採取之生產步驟的數目。
選擇電子設備118根據上述工作參數P確定用於實施控制之量測值的組合。在未繪示之最簡單的情況下，僅用單獨一個配置於表面區112上方的溫度感測器(即例如溫度感測器1至12中的一個)來控制加熱元件109。同理，用單獨一個配置於表面區113上方的溫度感測器13至23來控制加熱元件110。且同樣用單獨一個配置於表面區 114上方的溫度感測器23至35來控制加熱元件111。作為補充方案，亦可使用多個其他溫度感測器，重要之處在於，所用溫度量測感測器之個性隨工作參數P的變化而變化。舉例而言，若於溫度升高時實施塗佈程序，則處理室內或座體108內的熱流發生相應變化，在此情況下就必須量測另一表面地點上的控制相關表面溫度。透過切換相關溫度感測器1至35來實現此點。
用控制裝置115控制表面區112的溫度時，圖4所示實施例僅使用溫度感測器2至11，圖5所示實施例僅使用感測器1至10，圖6所示實施例僅使用感測器3至11。用控制裝置116控制表面區溫度113時，圖4所示實施例僅使用部分既有之量測值，即溫度感測器14、15、16、17、18、19、21、22、24之量測值。圖5所示實施例使用的是溫度感測器12至21之量測值，圖6所示實施例使用的是溫度感測器12以及15至24之量測值。在圖4所示實施例中，分配給表面區114之用於控制加熱元件111的控制裝置117僅使用溫度量測感測器25至33的量測值，該控制裝置在圖5所示實施例中僅使用溫度量測感測器25至34的量測值，在圖6所示實施例中僅使用溫度量測感測器26至35的量測值。
圖4至6所示組合僅起示例作用。例如亦可僅使用每第二或第三個量測感測器，或者僅使用量測感測器1、11、12、13、22、23、24、34、35，也就是分配給相應表面區112、113、114之邊緣的量測感測器。亦可僅使用感測器6、7、18、19、28、29，也就是分配給每個表面區112、113、114之中央區域的溫度量測感測器。
圖3為在一對角線上各加熱元件109、110、111對座體上之溫度曲線的影響。曲線A為中央加熱元件109的影響。該加熱元 件109除影響座體中央區域內的溫度外亦對周邊區域內的溫度造成影響(儘管較為輕微)。此點同樣適用於加熱元件110所造成的影響，此種影響在圖3中用曲線B表示。加熱元件110除影響座體之徑向中間區域(即表面區113)內的溫度外，亦對鄰接表面區112、114內的溫度造成影響。曲線C表示徑向最外側之加熱器111對表面溫度的影響。該加熱元件111同樣對鄰接表面區113內的溫度造成影響。
曲線A、B、C之基本走向與前述過程參數相關。不同的量測值組合會在控制過程中產生明顯差別。
上述實施例中對各感測器之量測值予以考慮或者不予考慮。亦可為對不同加熱元件109、110、111進行控制而使用相應溫度量測感測器之量測值，舉例而言，溫度感測器12、13或者23、24之量測值可分別被兩個控制裝置115、116、117使用。此外亦可(例如)用一介於零與一之間的加權因子對相應量測值進行加權，以便實施控制。
圖7為如圖1、4、5及6所示之處理室橫截面圖。此處僅對各溫度感測器予以符號表示。該等溫度感測器提供特徵溫度T1、T2、T3至Tn。每個特徵溫度T1至Tn分別分配給一表面區112、113、113'、114。特徵溫度T1至Tn可用圖1、4、5及6所示之感測機構測定。特徵溫度T1至Tn之測定將在下文中進一步說明。圖7所示裝置具有控制裝置122，其包含控制器115、116、116'、117、解耦裝置123及放大器124。控制裝置122根據特徵量測值T1至Tn提供用於分別控制一加熱元件109、110、110'、111的控制資料P1、P2、P3至Pn。
加熱元件109、110、110'、111位於座體108下方，該座體可圍繞旋轉軸120旋轉。加熱元件110、110'、111圍繞中央加熱 元件109同心配置。加熱元件109至111與前述表面區112至114局部對應。因此，表面區112至114以同心配置的方式位於加熱元件109至111上方。同樣，表面區112至114上方配置有若干溫度量測感測器，其在本實施例中被構造為配置於一板條上的光學感測器。在最簡單的情況下，為每個表面區112至114設置單獨一個用於提供特徵溫度T1至Tn之溫度量測感測器即可。
針對每個表面區112至114而言皆存在單獨一個分配給它的控制器115、116、116'、117。控制器115至117接收特徵溫度T1至Tn作為輸入值。
加熱元件109至111除朝分配給它的表面區112至114外亦朝鄰接表面區進行熱輻射，且例如由石墨、鉬或其他導熱材料構成的座體108內部存在熱傳導，此外，處理室內部存在熱對流，因此，每個加熱元件109至111皆對每個表面區112至114的特徵溫度T1至Tn造成影響。因此，控制器115至117所提供之第一值U'1、U'2、U'3至U'n彼此耦合。第一值U'1至U'n被解耦裝置123轉化為解耦後的第二值U1、U2、U3至Un並被放大器124放大。透過解耦裝置123內的解耦操作，每個控制器115至117所提供之第一值U'1至U'n對解耦裝置123所提供的每個第二值U1至Un造成影響。放大器124僅對第二值U1至Un起放大作用，以便產生用於相應加熱元件109至111的控制值P1至Pn。
該解耦裝置用於提高該多變量系統之控制特性。利用一解耦矩陣L來為該等第一值解耦。使用一透過模型計算算出的或者透過預試驗所測定的座體熱像來測定該解耦矩陣L。圖8為座體之俯視圖，該座體之中心承載一基板106，該座體之環狀包圍該中心的配置方 案承載六個其他基板107。圖8中的表面區112、113、113'、114係被虛線所界定之環形區。表面區112至114的陰影區域A、B、C、D構成了用來測定特徵溫度T1、T2的區域。
圖8亦示出一種柵格狀配置方案。該極座標柵格的每一欄皆對應於其中一溫度量測感測器1至35在座體108旋轉期間所獲取的一溫度量測值。故而在座體108旋轉過程中，量測感測器1至35提供多個旋轉角相關量測資料，從而產生前述之熱像。
對多個為加熱元件109至111提供不同熱功率的熱像予以記錄。
圖9為從上述熱像獲得的圖表，橫座標係相對於座體表面而言之以旋轉中心120為原點的徑向線R。縱座標為放大係數F，其約等於溫度。橫座標上的線條分段分別表示一溫度量測感測器。區域A、B、C、D為徑向並排配置之表面區112、113、113'及114之表面區域。元件符號212、213、213'及214表示在相應範圍內所測定之溫度曲線。曲線212表示加熱元件109對所有表面區112至114的影響。曲線213表示加熱元件110對所有表面區的影響。曲線213'表示加熱元件110'對所有表面區之表面溫度的影響，曲線214表示加熱元件111對所有表面區的影響。用K(1,1)至K(4,4)標識的條塊為放大矩陣K的矩陣元素。放大矩陣K係從圖9所示傳輸因子圖中導出。在對加熱元件之幾何形狀及熱像予以考慮的情況下選擇表面區域A、B、C、D。放大矩陣K的各元素係該等曲線在區間A、B、C、D內的平均值。
從圖8可看出，表面區112、113、113'之表面區域A、B、C僅位於基板106至107所佔據的表面上。而表面區114之表面區域D則位於座體108之未被基板覆蓋的區域。因此，計算矩陣元素K(1,1) 至K(4,4)時需要對該等區間內所有對應於量測欄之數目的旋轉面的權重予以考慮。以本實施例為例，藉由求平均值法可得出以下矩陣K
將該矩陣K反轉
L=K-1
獲得解耦矩陣L
採用該反轉矩陣L後便可利用矩陣乘法來從耦合之第一值U'1至U'n獲得解耦值U1至Un： U1=0.124．U'1 -0.078．U'2 +0.014．U'3 -0.007．U'4
U2=-0.057．U'1 +0.205．U'2 -0.117．U'3 +0.036．U'4
U3=0.023．U'1 -0.134．U'2 +0.428．U'3 -0.245．U'4
U4=-0.009．U'1 +0.071．U'2 +0.409．U'3 +0.440．U'4
U1至U4為輸入其中一加熱元件109至111之熱功率。從中可看出，每個加熱元件109至111的熱功率包含每個控制器115至117或者每個特徵溫度T1至Tn的相應貢獻值。
解耦裝置將調節信號U'1至U'n轉化為第二值U1至Un。其結果係對特徵溫度量測值之耦合進行補償。
本發明之裝置的有益特徵在於一配置於該控制裝置之控制路徑中的解耦裝置123，該解耦裝置根據該等第一耦合值U'1至 U'n來產生第二值U1至Un，該等第二值分別對應於一分配給一加熱元件109、110、110'、111的熱功率，其中，該等第二值U1至Un包含該等第一耦合值U'1至U'n的加權貢獻值，透過加權來對耦合進行補償。
因此，該加權係作為耦合補償的結果提供給特徵溫度量測值的加權。
該解耦裝置在一定程度上係配置於該控制裝置上游或下游之階段，其透過對該等特徵溫度量測值進行相應關聯來提供控制值，從而使得一第一耦合值U'1至U'n的變化大致上僅使分配給該第一耦合值的表面區112、113、113'、114的表面溫度發生變化，亦即，使得分配給該第一耦合值的特徵溫度發生變化。
該等特徵溫度為一複雜控制路徑之耦合控制變量，一控制裝置利用該等控制變量之偏差而從對應之基準變量(額定溫度)中獲得調節變量，該等調節變量實施為該等加熱元件之熱功率。根據本發明，利用解耦裝置來基本補償該等控制變量的耦合。
所有已揭示特徵(自身即)為發明本質所在。故本申請之揭示內容亦包含相關/所附優先權檔案(在先申請副本)所揭示之全部內容，該等檔案所述特徵亦一併納入本申請之申請專利範圍。附屬項採用可選並列措辭對本發明針對先前技術之改良方案的特徵予以說明，其目的主要在於在該等請求項基礎上進行分案申請。
101‧‧‧處理室
102‧‧‧感測機構
103‧‧‧蓮蓬頭
104‧‧‧排氣口
105‧‧‧基板
106‧‧‧基板
107‧‧‧基板
108‧‧‧座體
109‧‧‧加熱元件
110‧‧‧加熱元件
111‧‧‧加熱元件
112‧‧‧表面區
113‧‧‧表面區
114‧‧‧表面區
115‧‧‧控制器
116‧‧‧控制器
117‧‧‧控制器
118‧‧‧選擇電子設備
120‧‧‧旋轉軸
121‧‧‧資料線
P‧‧‧工作參數

Claims (26)

  1. 一種處理一反應器殼體之處理室(101)內的至少一基板(105，106，107)的方法，其中，將該一或多個基板(105，106，107)放置於一可被加熱元件(109，110，110'，111)加熱的座體(108)上，其中，利用該等加熱元件(109，110，111)來加熱該座體(108)之空間配屬的區，該等加熱元件分別分配有該座體(108)之朝向該處理室(101)一側的表面區(112，113，113'，114)，其中，在多個量測點上藉由量測感測器(1至35)對該等表面區(112，113，113'，114)之溫度以及/或者該配置於此處之該至少一基板(105，106，107)的溫度進行量測，將該等感測器(1至35)所測得之量測值輸入一用於控制該等加熱元件(109，110，110'，111)之熱功率的控制裝置(115，116，117，122)，其特徵在於，分別使用溫度量測值的一組合來控制該等加熱元件(109，110，110'，111)之熱功率。
  2. 一種用於處理至少一基板(105，106，107)的裝置，該裝置包含一反應器殼體及一配置於該反應器殼體內的處理室(101)，該處理室具有一用於承載該至少一基板(105，106，107)的座體(108)，該裝置還包含多個用於加熱該座體之配屬表面區(112，113，113'，114)的加熱元件(109，110，110'，111)以及多個溫度感測器(1至35)，該等溫度感測器分別在一量測點上提供該座體(108)之表面的溫度量測值或者配置於此處之基板(105，106，107)的溫度量測值，其中，一控制裝置(115，116，117，122)將受到控制的熱功率提供給該等加熱元件(109，110，110'，111)，其中，該等溫度量測值係被輸入該控制裝置(115，116，117，122)，其特徵在於， 該控制裝置(115，116，117，122)為分別對該等表面區(112，113，113'，114)中的一個之溫度進行控制而使用多個溫度感測器(1至35)之溫度量測值的一組合。
  3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，該溫度量測值組合被分配給一或多個工作參數(P)，其中。該等工作參數(P)選自：該等表面區(112，113，113'，114)之額定溫度、該處理室(101)內的總氣壓、該處理室(101)內之氣相的化學組成、該座體(108)之材料，該基板(105，106，107)之類型、該座體(108)之裝配基板(105，106，107)情況以及/或者該座體(108)的老化狀態。
  4. 如申請專利範圍第2項之裝置，其中，一選擇裝置(118)，其包含一或多個以下工作參數為輸入變量(P)：該等表面區(112，113，113'，114)之額定溫度、該處理室(101)內的總氣壓、該處理室(101)內之氣相的化學組成、該座體(108)之材料，該基板(105，106，107)之類型、該座體(108)之裝配基板(105，106，107)情況以及/或者該座體(108)的老化狀態，且根據該等輸入變量(P)確定用於實施控制之溫度量測值的組合。
  5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，該等用於實施控制之量測值的組合間在相應表面區(112，113，113'，114)之所使用或未使用之量測點的個性及數目方面以及/或者在相對於相應表面區(112，113，113'，114)之加權方面存在差別，其中，該等值之加權介於零與一之間以及/或者既在基板(105，106，107)的表面上又在該座體(108)之未被其中一基板(105，106，107)覆蓋之表面區段上將測得之量測值用來實施控制以及/ 或者利用一成像法測定該等量測值。
  6. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，每個加熱元件(109，110，110'，111)分別分配有單獨一個控制器(115、116、117、122)，該控制器以選擇值的形式從該選擇裝置(118)接收量測值的一組合，其中該等分屬不同工作參數(P)的組合互不相同，或者該等溫度量測值為個別分配給該等表面區(112，113，113'，114)中任一個表面區的特徵溫度(T1，T2，T3，Tn)，在實施控制過程中根據該等特徵溫度獲取個別分配給該等表面區(112，113，113'，114)中任一個表面區的第一值(U'1至U'n)，該等第一值被解耦裝置(123)轉化為第二值(U1至Un)，該等第二值使得該等第一值(U1至Un)的耦合得到補償且該等第二值對應於該等加熱元件(109，110，110'，111)的熱功率。
  7. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，選擇該或該等用於實施控制之溫度感測器(1至35)時，對一加熱元件(109，110，110'，111)之同樣影響並非分配給該加熱元件(109，110，110'，111)之表面區(112，113，113'，114)之溫度的熱功率之與該等工作參數(P)相關的貢獻值進行使用。
  8. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，利用預試驗或電腦輔助之模型計算來測定該等組合，其中，所選收斂準則為規定之溫度曲線，特別是使得該座體(108)之朝向該處理室(101)之表面的側向溫度梯度最小化，以及/或者應用類神經網路來測定用於實施控制之控制參數。
  9. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，根據該等溫度量測感測器(1至35)來為每個表面區(112，113， 113'，114)獲取一特徵溫度(T1，T2，T3，Tn)，該等特徵溫度分別輸入一提供第一耦合值(U'1至U'n)的控制器(115、116、116'、117)，解耦裝置(123)為對該耦合進行補償而特定言之利用一解耦矩陣(L)將該等第一耦合值轉化為第二值(U1至Un)，該等第二值分別對應於一個別輸入一加熱元件(109，110，110'，111)的熱功率。
  10. 一種處理一反應器殼體之處理室(101)內的至少一基板(105，106，107)的方法，其中，將該一或多個基板(105，106，107)放置於一可被加熱元件(109，110，110'，111)加熱的座體(108)上，其中，利用該等加熱元件(109，110，111)來加熱該座體(108)之空間配屬的區，該等加熱元件分別分配有該座體(108)之朝向該處理室(101)一側的表面區(112，113，113'，114)，其中，為每個表面區(112，113，113'，114)測定一特徵溫度(T1，T2，T3，Tn)，將該等特徵溫度輸入一用於對該等加熱元件(109，110，110'，111)之熱功率進行控制的控制裝置(115，116，116'，117)，其中，該等特徵溫度(T1，T2，T3，Tn)彼此耦合，其特徵在於，實施控制過程中使用某些第一耦合值(U'1至U'n)，該等第一耦合值為達到對該耦合進行補償的目的而被解耦裝置(123)特定言之利用一解耦矩陣(L)轉化為第二值(U1至Un)。
  11. 一種用於處理至少一基板(105，106，107)的裝置，該裝置包含一反應器殼體及一配置於該反應器殼體內的處理室(101)，該處理室具有一用於承載該至少一基板(105，106，107)的座體(108)，該裝置還包含多個用於加熱該座體之對應表面區(112，113，113'，114)的加熱元件(109，110，110'，111)，其中，設有可為每個表面區(112，113，113'，114)測定一特徵溫度(T1，T2，T3，Tn)的構件，該等特 徵溫度係被輸入一控制裝置(115，116，116'，117)以便對該等加熱元件(109，110，110'，111)之熱功率進行控制，其中，該等特徵溫度(T1，T2，T3，Tn)彼此耦合，其特徵在於，設有一解耦裝置(123)，其為對該耦合進行補償而特定言之利用一解耦矩陣(L)來從該等第一耦合值(U'1至U'n)中產生第二值(U1至Un)。
  12. 如申請專利範圍第10項之方法，其中，將該等特徵溫度(T1，T2，T3，Tn)分別輸入一提供該等第一耦合值(U1至Un)的控制器(115、116、116'、117)。
  13. 如申請專利範圍第10項之方法，其中，為測定該解耦矩陣(L)而利用預試驗或模型計算來確定一耦合矩陣(K)，其中，測定每個加熱元件(109，110，110'，111)對每個表面區(112，113，113'，114)之特徵溫度(T1至Tn)的貢獻值，其中，該解耦矩陣(L)特定言之為經反轉之該耦合矩陣(K)。
  14. 如申請專利範圍第10項之方法，其中，該特徵溫度(T1至Tn)為在一表面區(112，113，113'，114)之專選表面區段上所測得的多個溫度量測值的平均值，其中，該等量測值以三維或二維方式分佈於該座體(108)之表面上。
  15. 如申請專利範圍第10項之方法，其中，該等表面區段為該分配之表面區(112，113，113'，114)之沿周向彼此間隔一定距離的區域。
  16. 如申請專利範圍第10項之方法，其中，透過記錄並分析該受加熱之座體(108)的一或多個熱像來測定該等特徵溫度(T1至Tn)。
  17. 如申請專利範圍第2項之裝置，其中，該等用於實施控制之量測值的組合間在相應表面區(112，113，113'，114)之所使用或未使用之量測點的個性及數目方面以及/或者在相對於相應表面區(112，113，113'，114)之加權方面存在差別，其中，該等值之加權介於零與一之間以及/或者既在基板(105，106，107)的表面上又在該座體(108)之未被其中一基板(105，106，107)覆蓋之表面區段上將測得之量測值用來實施控制以及/或者利用一成像法測定該等量測值。
  18. 如申請專利範圍第2項之裝置，其中，每個加熱元件(109，110，110'，111)分別分配有單獨一個控制器(115、116、117、122)，該控制器以選擇值的形式從該選擇裝置(118)接收量測值的一組合，其中該等分屬不同工作參數(P)的組合互不相同，或者該等溫度量測值為個別分配給該等表面區(112，113，113'，114)中任一個表面區的特徵溫度(T1，T2，T3，Tn)，在實施控制過程中根據該等特徵溫度獲取個別分配給該等表面區(112，113，113'，114)中任一個表面區的第一值(U'1至U'n)，該等第一值被解耦裝置(123)轉化為第二值(U1至Un)，該等第二值使得該等第一值(U'1至U'n)的耦合得到補償且該等第二值對應於該等加熱元件(109，110，110'，111)的熱功率。
  19. 如申請專利範圍第2項之裝置，其中，選擇該或該等用於實施控制之溫度感測器(1至35)時，使用的是對一加熱元件(109，110，110'，111)之同樣影響並非分配給該加熱元件(109，110，110'，111)之表面區(112，113，113'，114)之溫度的熱功率之與該等工作參數(P)相關的貢獻值。
  20. 如申請專利範圍第2項之裝置，其中，該等組合係利用預試驗或電腦輔助之模型計算而測定，其中，所選收斂準則為規定之溫度曲線，特別是使得該座體(108)之朝向該處理室(101)之表面的側向溫度梯度最小化，以及/或者應用類神經網路來測定用於實施控制之控制參數。
  21. 如申請專利範圍第2項之裝置，其中，根據該等溫度量測感測器(1至35)為每個表面區(112，113，113'，114)獲取一特徵溫度(T1，T2，T3，Tn)，該等特徵溫度分別輸入一提供第一耦合值(U'1至U'n)的控制器(115、116、116'、117)，解耦裝置(123)為對該耦合進行補償而特定言之利用一解耦矩陣(L)將該等第一耦合值轉化為第二值(U1至Un)，該等第二值分別對應於一個別輸入一加熱元件(109，110，110'，111)的熱功率。
  22. 如申請專利範圍第11項之裝置，其中，該等特徵溫度(T1，T2，T3，Tn)分別輸入一提供該等第一耦合值(U1至Un)的控制器(115、116、116'、117)。
  23. 如申請專利範圍第11項之裝置，其中，為測定該解耦矩陣(L)而利用預試驗或模型計算確定一耦合矩陣(K)，其中，測定每個加熱元件(109，110，110'，111)對每個表面區(112，113，113'，114)之特徵溫度(T1至Tn)的貢獻值，其中，該解耦矩陣(L)特定言之為經反轉之該耦合矩陣(K)。
  24. 如申請專利範圍第11項之裝置，其中，該特徵溫度(T1至Tn)為在一表面區(112，113，113'，114)之專選表面區段上所測得的多個溫度量測值的平均值，其中，該等量測值以三維或二維方式分佈於該座體(108)之表面上。
  25. 如申請專利範圍第11項之裝置，其中，該等表面區段為該分配之表面區(112，113，113'，114)之沿周向彼此間隔一定距離的區域。
  26. 如申請專利範圍第11項之裝置，其中，該等特徵溫度(T1至Tn)係透過記錄並分析該受加熱之座體(108)的一或多個熱像而測定。
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