温度控制方法、装置及半导体加工设备与流程

本发明属于微电子技术领域，涉及一种温度控制方法、装置及半导体加工设备。

背景技术：

在利用磁控溅射法制备薄膜时，衬底温度是影响薄膜质量的重要因素。例如，在制备氮化铝(aln)薄膜时，当衬底温度过低时，aln薄膜的结晶速度较慢，结晶率不高，影响氮化铝薄膜的质量；当衬底温度过高时，吸附原子在薄膜表面的停留时间较短，沉积速率下降，同时氮化铝薄膜内热缺陷数量增多，导致氮化铝薄膜的质量下降。总之，衬底温度过高或过低均会导致氮化铝薄膜的厚度和xrd均匀性变差。

图1为一种比较典型的磁控溅射设备。该磁控溅射设备是利用加热器以间接方式对衬底进行加热。具体地，如图1所示，加热单元6集成于基座3，且位于托盘7的下方，当承载衬底的托盘7被传入真空腔室1后，顶针5将其顶起，加热单元6以辐射方式加热托盘7，托盘7以热传导方式加热衬底，因此，衬底的温度取决于托盘7的温度，控制托盘7的温度即控制了衬底的温度。热电偶4用于检测托盘7的温度，并将检测到的实时温度值传输至温度控制器8，温度控制器8根据实时温度值和设定温度值获得控制量，调功器9根据控制量调节加热单元6的加热功率，最终达到控制衬底的温度的目的。

目前使用的温度控制器8是通过pid控制算法获得控制量，然而温度是一个大惯性的被控对象，具有滞后性，利用pid控制算法控制温度时，不仅对p、i、d三个参数的要求较高，而且升温速度慢，温度的稳定性差。

另外，热电偶本身存在个体差异，以及随着使用时间的延长测量精度会下降，因此，在更换热电偶后，需要重新调整或校准p、i、d参数，可重复性差。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供一种温度控制方法、装置及半导体加工设备，用以提高加热精度和速度，而且可重复性好。

解决上述技术问题的所采用的技术方案是提供一种温度控制方法，包括以下步骤：

设置偏差的变化范围和偏差变化率的变化范围，以及设置偏差的量化等级和偏差变化率的量化等级；

根据所述偏差的变化范围和所述偏差的量化等级获得偏差量化因子，以及根据所述偏差变化率的变化范围和所述偏差变化率的量化等级获得偏差变化率量化因子；

获取当前时刻的实时温度值；

根据所述实时温度值和预设的设定温度值计算偏差，以及根据当前时刻的偏差、前一时刻的偏差以及采样时间计算偏差变化率，所述采样时间为连续两次获取实时温度值的时间间隔；

根据所述偏差和所述偏差量化因子对偏差进行量化获得偏差的量化值，以及根据所述偏差变化率和所述偏差变化率量化因子对偏差变化率进行量化获得偏差变化率的量化值；

将所述偏差的量化值模糊化获得偏差的模糊值，以及将所述偏差变化率的量化值模糊化获得偏差变化率的模糊值；

根据所述偏差的模糊值和所述偏差变化率的模糊值获得控制量的模糊值；

将所述控制量的模糊值清晰化获得控制量的实际值。

其中，所述偏差量化因子k1等于n1/a，其中，n1为所述偏差的量化等级中表示最大量化等级或最小量化等级的数值的绝对值，a为所述偏差的变化范围的边界值的绝对值；

所述偏差变化率量化因子k2等于n2/b，其中，n2为所述偏差变化率的量化等级中表示最大量化等级或最小量化等级的数值的绝对值，b为所述偏差变化率的变化范围的边界值的绝对值。

其中，所述实时温度值为多个有效测量值的平均值。

其中，所述偏差的量化值为所述偏差量化因子与所述偏差的乘积，当乘积为非整数时用四舍五入法取整；

所述偏差变化率的量化值为所述偏差变化率量化因子与所述偏差变化率的乘积，当乘积为非整数时用四舍五入法取整。

其中，通过偏差的隶属度函数获得偏差的模糊值，所述偏差的隶属度函数是表示所述偏差的量化值与所述偏差的模糊值所对应的隶属度大小的三角形函数；

以及，通过偏差变化率的隶属度函数获得偏差变化率的模糊值，所述偏差变化率的隶属度函数是表示所述偏差变化率的量化值与所述偏差变化率的模糊值所对应的隶属度大小的三角形函数。

其中，根据所述偏差的模糊值和所述偏差变化率的模糊值以查找模糊控制规则表的方式获得所述控制量的模糊值；

所述模糊控制规则表是所述偏差的模糊值、所述偏差变化率的模糊值和所述控制量的模糊值对应关系的规则表。

其中，所述将所述控制量的模糊值清晰化获得控制量的实际值的步骤包括：

设置控制量的变化范围和控制量的量化等级；

根据所述控制量的变化范围和所述控制量的量化等级获得所述控制量的比例因子，所述控制量的比例因子k3等于c/n3，其中，n3为所述控制量的量化等级中表示最大量化等级的数值，c为所述控制量的变化范围的最大值；

获得表示控制量的量化值与控制量的模糊值所对应的隶属度大小的控制量的隶属度函数；

根据所述控制量的隶属度函数将所述控制量的模糊值清晰化，所述控制量的实际值：

其中，i表示所述控制量的量化值，μu(i)表示i对应的隶属度。

另外，本发明还提供一种温度控制装置，用于根据测温单元获得的当前时刻的实时温度值控制加热单元的功率，其包括：

设置单元，其用于设置偏差的变化范围和偏差变化率的变化范围，以及设置偏差的量化等级和偏差变化率的量化等级；

量化因子获取单元，其用于根据所述偏差的变化范围和所述偏差的量化等级获得偏差量化因子，以及根据所述偏差变化率的变化范围和所述偏差变化率的量化等级获得偏差变化率量化因子；

计算单元，其通过所述实时温度值和预设的设定温度值的差值获得偏差，以及通过当前时刻的偏差和前一时刻的偏差的差值与采样时间的比值获得偏差变化率，所述采样时间为连续两次获取实时温度值的时间间隔；

量化单元，其用于根据所述偏差和所述偏差量化因子对偏差进行量化获得偏差的量化值，以及根据所述偏差变化率和所述偏差变化率量化因子对偏差变化率进行量化获得偏差变化率的量化值；

模糊化单元，其用于将所述偏差的量化值模糊化获得偏差的模糊值，以及将所述偏差变化率的量化值模糊化获得偏差变化率的模糊值；

模糊值获取单元，其用于根据所述偏差的模糊值和所述偏差变化率的模糊值获得控制量的模糊值；

清晰化单元，其用于将所述控制量的模糊值清晰化获得控制量的实际值。

其中，所述量化因子获取单元获得的所述偏差量化因子k1等于n1/a，其中，n1为所述偏差的量化等级中表示最大量化等级或最小量化等级的数值的绝对值，a为所述偏差的变化范围的边界值的绝对值；

所述量化因子获取单元获得的所述偏差变化率量化因子k2等于n2/b，其中，n2为所述偏差变化率的量化等级中表示最大量化等级或最小量化等级的数值的绝对值，b为所述偏差变化率的变化范围的边界值的绝对值。

其中，所述测温单元包括多个热电偶，所述实时温度值为所述多个热电偶的有效测量值的平均值。

其中，所述量化单元是通过所述偏差量化因子与所述偏差的乘积获得所述偏差的量化值，而且，当乘积为非整数时用四舍五入法取整；

通过所述偏差变化率量化因子与所述偏差变化率的乘积获得所述偏差变化率的量化值，而且，当乘积为非整数时用四舍五入法取整。

其中，所述模糊化单元用于根据偏差的隶属函数和偏差变化率的隶属函数对所述偏差的量化值和所述偏差变化率的量化值分别进行模糊化；

其中，所述偏差的隶属函数是表示所述偏差的量化值与所述偏差的模糊值所对应的隶属度大小的三角形函数；

所述偏差变化率的隶属函数是表示所述偏差变化率的量化值与所述偏差变化率的模糊值所对应的隶属度大小的三角形函数。

其中，所述模糊值获取单元是通过所述偏差的模糊值和所述偏差变化率的模糊值以查找模糊控制规则表的方式获得所述控制量的模糊值；

所述模糊控制规则表是表示所述偏差的模糊值、所述偏差变化率的模糊值和所述控制量的模糊值对应关系的规则表。

其中，所述清晰化单元包括：

控制量设置单元，其用于设置控制量的变化范围和控制量的量化等级；

比例因子获取单元，其用于根据所述控制量的变化范围和所述控制量的量化等级获得所述控制量的比例因子，所述控制量的比例因子k3等于c/n3，其中，n3为所述控制量的量化等级中表示最大量化等级的数值，所述c为所述控制量的变化范围的最大值；

量化值获得单元，其用于根据控制量的隶属度函数将所述控制量的模糊值清晰化，所述控制量的实际值

其中，i表示所述控制量的量化值，μu(i)表示i对应的隶属度；而且，所述控制量的隶属度函数是表示控制量的量化值与控制量的模糊值所对应的隶属度大小的三角形函数。

此外，本发明还提供一种半导体加工设备，包括加热单元、测温单元、温控器和调功器；其中，所述加热单元用于加热被加工工件，所述测温单元用于监测所述被加工工件的实时温度值，所述温控器的输入端与所述测温单元的输出端电连接，所述温控器的输出端与所述调功器的控制端电连接，所述温控器用于根据所述实时温度值获得控制量，所述调功器根据所述控制量控制所述加热单元的功率，所述温控器采用本发明提供的温度控制装置。

其中，所述半导体加工设备为物理气相沉积设备、化学气相沉积设备和刻蚀机。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的温度控制方法首先根据偏差和偏差量化因子获得偏差的量化值，以及根据偏差变化率和偏差变化率量化因子获得偏差变化率的量化值，然后将偏差的量化值、偏差变化率的量化值模糊化，再根据偏差的模糊值和偏差变化率的模糊值获得控制量的模糊值，最后将控制量的模糊值清晰化获得控制量的实际值，通过这种双输入-单输出的模糊控制算法控制温度，不仅可以提高加热精度和升温速度，实线快速准确控温，而且温控的稳定性好、重复性高。

本发明提供的温度控制装置由量化单元对偏差和偏差变化率进行量化获得偏差的量化值和偏差变化率的量化值；由模糊化单元将偏差的量化值和偏差变化率的量化值进行模糊化以获得偏差的模糊值和偏差变化率的模糊值；模糊值获取单元根据偏差的模糊值和偏差变化率的模糊值获得控制量的模糊值，清晰化单元将控制量的模糊值清晰化获得控制量的实际值，温度控制装置根据控制量的实际值调节加热单元的功率。该温度控制装置不仅可以提高加热精度和升温速度，实现快速准确控温，而且温控的稳定性好、重复性高。

本发明提供的半导体加工设备采用本发明提供的温度控制方法和装置，可以快速、准确地将被加工工件加热到所需的工艺温度，而且重复性高，有利于提高半导体加工设备的加工效率。此外该半导体加工设备还可提高温控的稳定性，有利于提高加工质量。

附图说明

图1为一种比较典型的磁控溅射设备的结构示意图；

图2为本发明提供的实施例中温度控制方法的流程图；

图3为本发明提供的实施例中偏差的隶属度函数图和偏差变化率的隶属度函数图；

图4为发明提供的实施例中温度控制方法中控制量的隶属度函数图；

图5为本发明提供的实施例中温度控制装置的原理框图；

图6为本发明提供的实施例中半导体加工设备的结构示意图；

图7为本发明提供实施例中热电偶的设置方式示意图；

图8为本发明提供的实施例中基于plc的温控器的原理框图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的温度控制方法、装置及半导体加工设备进行详细描述。

本实施例提供的温度控制方法是一种双输入-单输出的模糊控制方式，如图2所示，温度控制方法包括以下步骤：

步骤s1，设置偏差的变化范围和偏差变化率的变化范围，以及设置偏差的量化等级和偏差变化率的量化等级。

本实施例是以偏差e(k)和偏差变化率ec(k)作为输入变量。在温控时，首先要确定输入变量的变化范围，即设置偏差和偏差变化率的变化范围，例如将偏差的变化范围设置为[-a1，a1]，将偏差变化率的变化范围设置为[-b1，b1]；同时还需要设置偏差的量化等级和偏差变化率的量化等级，例如将偏差和偏差变化率的量化等级设定为7级。

在步骤s1中，如果设定温度值有变化，还需设置所要达到的设定温度值，即，根据实际需要设置设定温度值。由于实时温度可能在预设的设定温度值tset之上，也可能在预设的设定温度值tset之下，因此，偏差有正负之分。同理，偏差变化率与上一时刻的偏差变化率相比可大可小，即偏差变化率有正负之分。基于此，本实施例将偏差和偏差变化率的7个量化等级均定义为{nl,ns,zo,ps,pl}，分别对应{-3,-2,-1,0,1,2,3}。不难理解，这个量化等级是一种模糊值，更具体地讲是一种模糊语言值。

对于设定温度值tset，使用者(操作者)可以根据工艺要求任意设置。

步骤s2，根据偏差的变化范围和偏差的量化等级获得偏差量化因子，以及根据偏差变化率的变化范围和偏差变化率的量化等级获得偏差变化率量化因子。

在步骤s2中，将偏差量化因子k1等于偏差的量化等级中表示最大量化等级或最小量化等级数值的绝对值与偏差的变化范围的边界值的绝对值的比值，直观地表示为k1＝n1/a，其中，n1为偏差的量化等级中表示最大量化等级或最小量化等级数值的绝对值，a为偏差的变化范围的边界值的绝对值。具体地到本实施例，偏差量化因子k1＝3/a1。

以及，偏差变化率量化因子k2等于偏差变化率的量化等级中表示最大量化等级或最小量化等级数值的绝对值与偏差变化率的变化范围的边界值的绝对值的比值，直观地表示为k2＝n2/b，其中，n2为偏差变化率的量化等级中表示最大量化等级或最小量化等级数值的绝对值，b为偏差变化率的变化范围的边界值的绝对值。具体地到本实施例，偏差变化率量化因子k2＝3/b1。

步骤s3，获取当前时刻的实时温度值。

在步骤s3中，优选通过多个测温点，实时温度值为多个测温点获得的测量值的平均值。为了避免某个测温点的测量值异常，如某个测量值明显过大或过小，需要将异常的测量值剔除，保留有效测量值，实时温度值为有效测量值的平均值。

下面以三个测量值t1、t2、t3为例，介绍本实施例获得有效测量值的方式如下：

步骤s31，获得三个测量值。

步骤s32，从三个测量值中选出最大值tmax，最小值tmin和中间值tmid，即最大值tmax＝max(t1,t2,t3),最小值tmin＝min(t1,t2,t3),中间值tmid＝mid(t1,t2,t3)。

步骤s33，判断三个测量值是否有异常，如果有异常则将其排除，以其它两个测量值的平均值作为实时温度值(此处不考虑两个热电偶同时发生故障的可能性)。

若三个测量值中的最大值tmax与中间值tmid的差大于预设的最大差值t时，即tmax-tmid>t，则认为最大值tmax有异常，中间值tmid和最小值tmin是有效测量值，实时温度值tc＝(tmid+tmin)/2；若三个测量值中的中间值tmid与最小值tmin的差大于预设的最大差值t时，即tmid-tmin>t，则认为最小值tmin有异常，最大值tmax和中间值tmid是有效测量值，实时温度值tc＝(tmax+tmid)/2；若三个测量值中的最大值tmax与中间值tmid的差以及中间值tmid与最小值tmin的差均小于预设的最大差值t时，则认为最大值tmax、中间值tmid和最小值tmin均是有效测量值，实时温度值tc＝(tmax+tmid+tmin)/3。通过判断将异常测量值剔除，可提高温度控制方法的精度。

步骤s4，根据实时温度值和设定温度值计算偏差，以及根据当前时刻的偏差、前一时刻的偏差以及采样时间间隔计算当前时刻的偏差变化率，采样时间间隔为连续两次获取实时温度值的时间间隔。

当前时刻的偏差e(k)为实时温度值t(k)与设定温度值tset的差，即偏差e(k)＝tset-t(k)，其中，tset表示设定温度值，t(k)表示实时温度值，k表示时间。

偏差变化率ec(k)为当前时刻的偏差e(k)和前一时刻的偏差e(k-1)的差值与采样时间间隔t的比值，即，

偏差变化率ec(k)＝[e(k)-e(k-1)]/t，其中，e(k)表示当前时刻的偏差，e(k-1)表示前一时刻的偏差，t为采样时间间隔，k表示时间。

步骤s5，根据偏差和偏差量化因子对偏差进行量化获得偏差的量化值，以及根据偏差变化率和偏差变化率量化因子对偏差变化率进行量化获得偏差变化率的量化值。

偏差的量化值na为偏差量化因子与偏差的乘积，即，na＝k1e(k)，当乘积为非整数时用四舍五入法取整，具体见公式(1)：

式中，na表示偏差的量化值，k1表示偏差量化因子，e(k)表示偏差，若k1e(k)为非整数，则需四舍五入取整，即j为整数。

偏差变化率的量化值nb为偏差变化率量化因子与偏差变化率的乘积，即，nb＝k2ec(k),当乘积为非整数时用四舍五入法取整,具体见公式(2)：

式中，nb表示偏差变化率的量化值，k2表示偏差变化率量化因子，ec(k)表示偏差变化率，若k1ec(k)为非整数，则需四舍五入取整，即j为整数。

步骤s6，将偏差的量化值模糊化获得偏差的模糊值，以及将偏差变化率的量化值模糊化获得偏差变化率的模糊值。

本实施例是按照偏差的隶属度函数和偏差变化率的隶属度函数来分别模糊化偏差的量化值和偏差变化率的量化值。偏差的隶属度函数和偏差变化率的隶属度函数均为三角形函数，其中，偏差的隶属度函数是表示偏差的量化值和偏差的模糊值所对应的隶属度大小的三角形函数，偏差变化率的隶属度函数是表示偏差变化率的量化值和偏差变化率的模糊值所对应的隶属度大小的三角形函数，如图3所示。表一是将图3所示的隶属度函数用图表形式呈现的隶属度函数表。

表一：偏差(偏差变化率)的隶属度函数表

本实施例采用“最大隶属度”原则对偏差的量化值和偏差变化率的量化值进行模糊化。例如，若步骤s5中获得的偏差的量化值为-2，比较表一中“-2”所在列各数值，发现隶属度的最大值为0.55，与其对应的偏差的模糊值为nl，由此可知，偏差的量化值“-2”被模糊化后的偏差的模糊值为nl。再如，若步骤s5中获得的偏差变化率的量化值为1，比较表一中“1”所在列各数值，发现隶属度的最大值为1，与其对应的偏差变化率的模糊值为ps，由此可知，偏差变化率的量化值“1”被模糊化后的偏差变化率的模糊值为ps。

步骤s7，根据偏差的模糊值和偏差变化率的模糊值获得控制量的模糊值。

本实施例是通过查找模糊控制规则表方式判定控制量的模糊值，模糊控制规则表的制定根据温度控制的实际情况，由于温度具有滞后特性，当实际温度接近设定温度时，需施加较小的控制量，甚至为0。模糊规则表是根据经验预先获得的规则表，具体的模糊控制规则表请见表二。

表二：模糊控制规则表

在表二中，e为偏差的模糊值，ec为偏差变化率的模糊值，u为控制量的模糊值。

下面以表二中第6行第6列的数据为例说明模糊控制规则表的制定。偏差的模糊值为ps，这说明当前温度的实际值小于设定值，但比较接近设定值，对于只存在加热单元而缺少冷却单元的装置而言，若此时盲目加热，容易造成温度的超调，因此需要结合考虑偏差变化率。偏差变化率的模糊值为ps，这说明当前时刻的偏差较上一时刻的偏差变大，说明温度有远离设定值的趋势，因此需要作用一个正的、较小的控制量，即控制量的模糊值为ps。

步骤s8，将控制量的模糊值清晰化以获得控制量的实际值。

将控制量的模糊值清晰化的具体步骤包括：

步骤s81，设置控制量的变化范围和控制量的量化等级。

对于只存在加热单元而缺少冷却单元的装置而言，控制量只有正值，没有负值，即控制量是一个大于或等于零的数值。对于既有加热单元又有冷却单元的装置而言，控制量有正有负。本实施例以前者为例进行说明。例如，将控制量的变化范围设定为[0，c1]，将控制量的量化等级设定为7级，用{0,1,2,3,4,5,6}表示。

步骤s82，根据控制量的变化范围和控制量的量化等级获得控制量的比例因子。

在步骤s82中，控制量的比例因子k3等于控制量的变化范围的最大值与控制量的量化等级中表示最大量化等级的数值的比值，即k3＝c/n3，其中，n3为控制量的量化等级中表示最大量化等级的数值，c为控制量的变化范围的最大值。

步骤s83，获得控制量的隶属度函数，控制量的隶属度函数是表示控制量的量化值和控制量的模糊值所对应的隶属度大小的三角形函数。

图4示出控制量的隶属度函数曲线。表三为将图4所示控制量的隶属度函数用图表形式呈现的控制量的隶属度函数表。

表三：控制量的隶属度函数表

在表三中，控制量的模糊值{zo,ps,pm,pl}分别对应{零，正小，正中，正大}。

步骤s84，根据控制量的隶属度函数将控制量的模糊值清晰化。

本实施例是利用重心法进行清晰化处理，处理后获得的实际值作用于被控对象。控制量的实际值u按照公式(3)获得：

其中，i表示控制量的量化值，μu(i)表示i所对应的隶属度。

步骤s9，输出控制量的实际值。

本实施例控制量的实际值作用于调功器，调功器根据控制量的实际值控制加热单元的功率，从而达到控制温度的作用。

需要说明的是，在本实施例中，步骤s81至步骤s83可以与步骤s1和步骤s2同时进行，也可先于步骤s1和步骤s2进行。另外，步骤s1和步骤s2也可以与步骤s3同时进行。此外，虽然本实施例将偏差、偏差变化率和控制量均定义为7个量化等级，但本发明并不局限于此。

下面以实际案例简单介绍温度控制方法。假设偏差的变化范围为[-9,9]，偏差变化率的变化范围是[-3,3]，控制量的变化范围为[0,70]，当前时刻的偏差e(k)＝-10，当前时刻的偏差变化率ec(k)＝6。偏差、偏差变化率和控制量均为7个量化等级。

1、计算偏差量化因子、偏差变化率量化因子和控制量的比例因子

由偏差的变化范围和偏差的量化等级计算偏差量化因子为：

由偏差变化率的变化范围和偏差变化率的量化等级计算偏差变化率量化因子为：

由控制量的变化范围和控制量的量化等级计算控制量的比例因子为：

2、获得偏差和偏差变化率的量化值

由于

所以，当前时刻的偏差e(k)量化后获得的偏差的量化值为-3。

以及，由于

k2ec(k)＝6＞3

所以，当前时刻的偏差变化率ec(k)量化后获得的偏差变化率的量化值为3。

3、将量化值模糊化

查表一可知，与偏差的量化值-3对应的偏差的模糊值为nl，与偏差变化率的量化值3对应的偏差变化率的模糊值为pl。

4、获得控制量的模糊值

根据偏差的模糊值nl和偏差变化率的模糊值pl，从表二可知控制量的模糊值为ps。

5、将控制量的模糊值清晰化

根据公式(3)和表二计算控制量的实际值为：

调功器根据控制量的实际值调节加热单元的功率，以达到控制温度的目的。

本实施例提供的温度控制方法首先根据偏差和偏差量化因子获得偏差的量化值，以及根据偏差变化率和偏差变化率量化因子获得偏差变化率的量化值，然后将偏差的量化值、偏差变化率的量化值模糊化获得偏差的模糊值和偏差变化率的模糊值，再根据偏差的模糊值和偏差变化率的模糊值获得控制量的模糊值，最后将控制量的模糊值清晰化获得控制量的实际值，通过这种双输入-单输出的模糊控制算法控制温度，不仅可以提高加热精度和升温速度，实线快速准确控温，而且温控的稳定性好、重复性高。

如图5所示，本发明还提供一种温度控制装置，包括设置单元51、量化因子获取单元52、计算单元53、量化单元54、模糊化单元55、控制量的模糊值获取单元56和清晰化单元57，其中，

设置单元51用于设置偏差的变化范围和偏差变化率的变化范围，以及设置偏差的量化等级和偏差变化率的量化等级，以及设置所要达到的设定温度值。

设置单元51包括变化范围设置模块、量化等级设置模块和温度设置模块，其中，变化范围设置模块用于设置偏差的变化范围和偏差变化率的变化范围；量化等级设置模块用于设置偏差的量化等级和偏差变化率的量化等级；温度设置模块用于设置工艺所需的温度值。

设置单元51还可进一步细化，变化范围设置模块包括偏差变化范围设置子模块和偏差变化率变化范围设置子模块，分别用于设置偏差的变化范围和偏差变化率的变化范围。量化等级设置模块包括偏差量化等级设置子模块和偏差变化率量化等级设置子模块，分别用于设置偏差的量化等级和偏差变化率的量化等级。

量化因子获取单元52用于根据偏差的变化范围和偏差的量化等级获得偏差量化因子，以及根据偏差变化率的变化范围和偏差变化率的量化等级获得偏差变化率量化因子。

量化因子获取单元52包括偏差量化因子获取模块和偏差变化率量化因子获取模块，其中，偏差量化因子获取模块用于偏差的变化范围和偏差的量化等级获得偏差量化因子。偏差量化因子获取模块521获得的偏差量化因子k1等于n1/a，其中，n1为偏差的量化等级中表示最大量化等级或最小量化等级的数值的绝对值，a为偏差的变化范围的边界值的绝对值。例如，若将偏差的变化范围设置为[-a1，a1]，那么，a＝a1。

偏差变化率量化因子获取模块用于根据偏差变化率的变化范围和偏差变化率的量化等级获得偏差变化率量化因子。偏差变化率量化因子获取模块获得的偏差变化率量化因子k2等于n2/b，其中，n2为偏差变化率的量化等级中表示最大量化等级或最小量化等级的数值的绝对值，b为偏差变化率的变化范围的边界值的绝对值。例如，若将偏差变化率的变化范围设置为[-b1，b1]，则b＝b1。

计算单元53，其通过实时温度值和设定温度值的差值获得偏差，以及通过偏差和前一时刻的偏差的差值与采样时间的比值获得偏差变化率，采样时间为连续两次获取实时温度值的时间间隔。

计算单元53包括偏差计算模块和偏差变化率计算模块，其中，偏差计算模块用于根据实时温度值t(k)和设定温度值tset计算获得偏差，即，

偏差e(k)＝tset-t(k)，其中，tset表示设定温度值，t(k)表示实时温度值，k表示时间。

偏差变化率计算模块用于根据当前时刻的偏差e(k)和前一时刻的偏差e(k-1)的差值与采样时间间隔t的比值，即，

偏差变化率ec(k)＝e(k)-e(k-1)/t，其中，e(k)表示当前时刻的偏差，e(k-1)表示前一时刻的偏差，t为采样时间间隔，k表示时间。

在本实施例中，实时温度值t(k)由热电偶和红外测温仪等测温单元4获得。为提高偏差和偏差变化率的准确度，优选采用多个测温单元4，并以多个测量值的平均值为实时温度。而且，将多个测温单元4均匀地布置于测温位置。

进一步优选地，温度控制装置还包括判断单元，用于判断温度测量仪获得的测量值是否有异常，若有，将异常测量值剔除，若无，则认为测量值均为有效测量值。借助判断单元可提高温度控制装置的精度。

下面以三个测量值为例，说明判断单元的判断方式。

若三个测量值中的最大值tmax与中间值tmid的差大于预设的最大差值t时，即tmax-tmid>t，则认为最大值tmax有异常，中间值tmid和最小值tmin是有效测量值，实时温度值tc＝(tmid+tmin)/2；若三个测量值中的中间值tmid与最小值tmin的差大于预设的最大差值t时，即tmid-tmin>t，则认为最小值tmin有异常，最大值tmax和中间值tmid是有效测量值，实时温度值tc＝(tmax+tmid)/2；若三个测量值中的最大值tmax与中间值tmid的差以及中间值tmid与最小值tmin的差均小于预设的最大差值t时，则认为最大值tmax、中间值tmid和最小值tmin均是有效测量值，实时温度值tc＝(tmax+tmid+tmin)/3。

量化单元54用于根据偏差和偏差量化因子对偏差进行量化获得偏差的量化值，以及根据偏差变化率和偏差变化率量化因子对偏差变化率进行量化获得偏差变化率的量化值。

量化单元54包括偏差量化模块和偏差变化率量化模块，其中，偏差量化模块是通过偏差量化因子与偏差的乘积来获得偏差的量化值，若乘积为非整数，则用四舍五入法取整，详见上文公式(1)，在此不再赘述。

偏差变化率量化模块是通过偏差变化率量化因子与偏差变化率的乘积来获得偏差变化率的量化值，若乘积为非整数，则用四舍五入法取整，详见上文公式(2)，在此不再赘述。

模糊化单元55用于将偏差的量化值模糊化获得偏差的模糊值，以及将偏差变化率的量化值模糊化获得偏差变化率的模糊值。

模糊化单元55包括偏差模糊化模块和偏差变化率模糊化模块，其中，偏差模糊化模块是根据偏差的隶属度函数来模糊化偏差的量化值，偏差的隶属度函数是表示偏差的量化值和偏差的模糊值所对应的隶属度大小的三角形函数，如图3所示。表一为将图3所示偏差的隶属度函数用图表形式呈现的隶属度函数表。图3和表一的表示方式已在前文详述，在此不再赘述。

偏差变化率模糊化模块是根据偏差变化率的隶属度函数来模糊化偏差变化率的量化值，偏差变化率的隶属度函数是表示偏差变化率的量化值和偏差变化率的模糊值所对应的隶属度大小的三角形函数，如图3所示。表一为将图3所示偏差变化率的隶属度函数用图表形式呈现的隶属度函数表。图3和表一的表示方式已在前文详述，在此不再赘述。

模糊值获取单元56用于根据偏差的模糊值和偏差变化率的模糊值获得控制量的模糊值。

模糊值获取单元56是以查找模糊控制规则表方式获得控制量的模糊值。模糊控制规则表是与偏差的模糊值、偏差变化率的模糊值和控制量的模糊值存在对应关系的规则表，如表二所示。

清晰化单元57用于将控制量的模糊值清晰化获得控制量的实际值。

清晰化单元57包括控制量设置单元、比例因子获取单元和量化值获得单元，其中，控制量设置单元用于设置控制量的变化范围和控制量的量化等级。比例因子获取单元用于根据控制量的变化范围和控制量的量化等级获得控制量的比例因子，控制量的比例因子k3等于c/n3，其中，n3为控制量的量化等级中表示最大量化等级数值的最大值，c为控制量的变化范围的最大值。实际值获得单元用于根据控制量的隶属度函数将控制量的模糊值清晰化，控制量的实际值按照公式(3)获得。这里所指的控制量的隶属度函数是表示控制量的量化值和控制量的模糊值所对应的隶属度大小的三角形函数，在前文已经详细描述，在此不再赘述。

本实施例提供的温度控制装置由量化单元对偏差和偏差变化率进行量化获得偏差的量化值和偏差变化率的量化值；由模糊化单元将偏差的量化值和偏差变化率的量化值进行模糊化以获得偏差的模糊值和偏差变化率的模糊值；模糊值获取单元根据偏差的模糊值和偏差变化率的模糊值获得控制量的模糊值，清晰化单元将控制量的模糊值清晰化获得控制量的实际值，温度控制装置根据控制量的实际值调节加热单元的功率。该温度控制装置不仅可以提高加热精度和升温速度，实现快速准确控温，而且温控的稳定性好、重复性高。

本发明还提供一种半导体加工设备。如图6所示，半导体加工设备包括真空腔室1，在真空腔室1内设有基座3、测温单元4、顶针5和加热单元6，用于承载被加工工件的托盘7置于基座3的承载面。加热单元6用于加热被加工工件，当被加工工件被加热时，顶针5将托盘7顶起。测温单元4用于测量托盘7的温度，以间接获得被加工工件的温度。测温单元4的输出端与温度控制装置8的输入端电连接，温度控制装置8用于根据实时温度值获得控制量。温度控制装置8的输出端与调功器9的控制端电连接。调功器9的输出端与加热单元6电连接，调功器9根据控制量控制加热单元6的功率。

在本实施例中，测温单元4采用热电偶或红外测温仪等温度测量装置。当半导体加工设备包括多个测温单元4时，例如包括三个测温单元4时，三个测温单元4沿托盘7的周向均匀设置，如图7所示。

在本实施例中，温度控制装置8采用基于plc的温控器。如图8所示，温控器中的模拟量输入处理单元81将测温单元4采集到的信号转换为plc能够处理的数据格式；模拟量输出处理单元82将plc的数据格式转换为调功器9能够处理的数据格式。而且，该温控器还包括判断单元83，用于判断多个测温值是否有效以及根据有效的测温值获得平均测温值。模糊控制单元84按照模糊控制方式进行温度控制。

另外，若温控器不能将测温单元4采集到的信号转换为自身能处理的数据格式，那么在测温单元4和温控器之间还需设置变送器，经变送器进行数据转化，再传输至温控器。或者，将温控器设置于上位机或下位机，由上位机或下位机按照上述实施例提供的温度控制方法获得控制量的实际值，然后将该量化值传输至调功器9，再由调功器9调节加热单元6的功率。

本实施例提供的半导体加工设备采用本发明提供的温度控制方法和装置，可以快速、准确地将被加工工件加热到所需的工艺温度，而且重复性高，有利于提高半导体加工设备的加工效率。此外该半导体加工设备还可提高温控的稳定性，有利于提高加工质量。

本实施例提供的半导体加工设备可用于物理气相沉积设备、化学气相沉积设备和刻蚀机。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。