晶片温度控制方法及温度控制系统、半导体处理设备与流程

本发明涉及半导体设备技术领域，具体涉及一种晶片温度控制方法、一种晶片温度控制系统、一种包括该晶片温度控制系统的半导体处理设备。

背景技术：

一般地，在晶片的生产工艺中，对于温度控制的精度都有一定要求，温度波动量应控制在一定的范围内。例如，在物理气相沉积设备中，晶片的去气工艺，其用以去除晶片上的水蒸气及其它易挥发有机物，较小的温度波动能够保证这一过程的稳定进行，有利于杂质气体的快速挥发。再例如，晶片的金属沉积工艺，其是利用等离子体轰击靶材表面使金属原子沉积到晶片的过程，温度波动对于成膜质量的影响很大。

为了对晶片工艺过程中的温度进行控制，传统的方法是采用闭环控制的方法。

具体地，如图1所示，上位机200向闭环控制模块130发送预设温度值，闭环控制模块130接收该预设温度值并将其作为闭环控制目标，加热器140的实际温度值通过热电偶170的检测，反馈至闭环控制模块130的温度输入端口，经过放大器180处理后作为闭环控制的实际温度值。闭环控制模块130通过对预设温度值和实际温度值进行比较获得温度偏差量，利用闭环控制算法进行运算并获得输出值。输出值为高、低电平信号，用来驱动继电器160的断开和闭合，实现加热器140间歇式通电。

但是，上述闭环控制方法中，温度是具有较大滞后性的变量，其主要体现在：

一、从温度变化到热电偶的感应需要经过一定的传导时间。

二、从闭环控制模块的输出应用于加热器，到加热器的温度变化也需要一定的响应时间。

这样，当晶片落到加热器上以后，从加热器温度下降触发调节过程开始，直到温度重新回到最初的预设温度值往往需要比较长的调整时间，在这期间温度会出现很大的波动量。在晶片离开加热器后，由于温度调节的惯性，也会导致温度升高幅度较大。

因此，单独采用闭环控制，无法避免温度滞后性带来的调节滞后和温度波动，对晶片的工艺过程产生不利影响，导致晶片生产良率降低。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种晶片温度控制方法、一种晶片温度控制系统、一种包括该晶片温度控制系统的半导体处理设备。

为了实现上述目的，本发明的第一方面，提供了一种晶片温度控制方法，包括：

s110、接收晶片的当前位置；

s130、根据所述当前位置，判断所述当前位置与目标位置之间的位置关系；并且，

当判定所述当前位置在所述目标位置之前或在所述目标位置之后，执行步骤s140；

当判定所述当前位置与所述目标位置重合，执行步骤s150；

s140、控制加热器以预定开环加热功率进行开环加热，并重复执行步骤s110至步骤s130；

s150、控制加热器闭环加热，以使得晶片的实际温度值与预设温度值一致。

可选地，所述步骤s110包括：

接收各传感器的反馈信号，其中，所述各传感器的反馈信号包括隔离阀开关传感器的开关信号、径向运动传感器的到位信号、提升机构到位传感器的到位信号以及充气阀开关传感器的开关信号；

根据所述各传感器的反馈信号确定所述晶片的当前位置。

可选地，所述步骤s140包括：

获取各传感器作出反馈信号的反馈时刻t1～tn；以及，

获取与各反馈时刻所对应的预定开环加热功率w1～wn；以及，

获取与各反馈时刻所对应的预定加热时间t1～tn；

在反馈时刻ti处，控制加热器按照预定开环加热功率wi，持续加热预定加热时间ti；

其中，n为大于或等于1的正整数，1≤i≤n。

可选地，所述步骤s140还包括：

若ti+ti＜ti+1，则，

在ti+ti时间内，控制加热器以预定开环加热功率wi持续加热；

在ti+ti～ti+1时间内，控制加热器闭环加热。

可选地，所述步骤s150包括：

反馈晶片的实际温度值；

将所述实际温度值与预设温度值进行比较，获得温度偏差量；

根据所述温度偏差量，调整所述加热器的加热功率，以对所述实际温度值进行调整，以使得调整后的实际温度值与所述预设温度值一致。

可选地，还包括在步骤s110和步骤s130之间的步骤s120；

所述步骤s120包括：

接收模式设定请求；其中，所述模式设定请求包括开环模式请求和闭环模式请求中的一者；并且，

当所述模式设定请求为所述开环模式请求时，执行步骤s130；

当所述模式设定请求为所述闭环模式请求时，执行步骤s150。

本发明的第二方面，提供了一种晶片温度控制系统，包括前级控制模块、开环控制模块、闭环控制模块和加热器，所述前级控制模块包括接收子模块和控制子模块；

所述接收子模块，用于根据晶片位置指令接收晶片的当前位置；

所述控制子模块，用于根据所述当前位置，判断所述当前位置与目标位置之间的位置关系；并且，

当判定所述当前位置在所述目标位置之前或在所述目标位置之后时，向所述开环控制模块发送开环加热信号以及向所述接收子模块发送所述晶片位置指令；

当判定所述当前位置与所述目标位置重合时，向所述闭环控制模块发送闭环加热信号；

所述开环控制模块，用于接收所述开环加热信号，以控制所述加热器以预定开环加热功率进行开环加热；

所述闭环控制模块，用于接收所述闭环加热信号，以控制所述加热器闭环加热，以使得晶片的实际温度值与预设温度值一致。

可选地，所述接收子模块用于，接收各传感器的反馈信号并根据所述反馈信号确定所述晶片的当前位置；其中，

所述各传感器的反馈信号包括隔离阀开关传感器的开关信号、径向运动传感器的到位信号、提升机构到位传感器的到位信号以及充气阀开关传感器的开关信号。

可选地，所述接收子模块，用于获取各传感器作出反馈信号的反馈时刻t1～tn；以及，

用于获取与各反馈时刻所对应的预定开环加热功率w1～wn；以及，

用于获取与各反馈时刻所对应的预定加热时间t1～tn；

所述控制子模块，用于在反馈时刻ti处，向所述开环控制模块发送所述开环加热信号；

所述开环控制模块，用于控制加热器按照预定开环加热功率wi，持续加热预定加热时间ti；

其中，n为大于或等于1的正整数，1≤i≤n。

可选地，所述控制子模块用于，若ti+ti＜ti+1，则，

在ti+ti时间内，向所述开环控制模块发送所述开环加热信号；

在ti+ti～ti+1时间内，向所述闭环控制模块发送所述闭环加热信号。

可选地，所述闭环控制模块包括反馈子模块和调整子模块；

所述反馈子模块，用于反馈晶片的实际温度值；

所述调整子模块，用于将所述实际温度值与预设温度值进行比较，获得温度偏差量；以及，

还用于根据所述温度偏差量，调整所述加热器的加热功率，以对所述实际温度值进行调整，以使得调整后的实际温度值与所述预设温度值一致。

可选地，还包括模式选择模块；

所述模式选择模块，用于接收并向所述前级控制模块、所述闭环控制模块发送模式设定请求；其中，所述模式设定请求包括开环模式请求和闭环模式请求中的一者。

本发明的第三方面，提供了一种半导体处理设备，包括前文记载的所述的温度控制系统。

本发明的晶片温度控制方法及温度控制系统、半导体处理设备。基于晶片的当前位置与目标位置之间的关系，对加热器的加热方式进行控制。也即，在晶片初始位置至目标位置之前，控制加热器采用开环加热的方式，使得加热器能够提前进行预热，这样，当晶片落在加热器的表面时，能够减小温降，从而能够减小加热器的温度波动，提高晶片的加工良率。在晶片落在目标位置时，控制加热器采用闭环加热的方式，可以不断调整加热器的实际温度值，使得加热器的实际温度值与预设温度值相一致，亦能够减小加热器的温度波动，提高晶片的加工良率。在晶片脱离目标位置以后，控制加热器采用开环加热的方式，能够迅速切断闭环加热时的加热功率，有效防止加热器按照闭环加热时的加热功率继续升温，从而可以缩短下一片晶片的工艺温度的准备时间。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为现有技术中晶片温度控制系统的结构示意图；

图2为本发明第一实施例中晶片温度控制方法的流程图；

图3为本发明第二实施例中晶片温度控制系统的结构示意图。

附图标记说明

100：晶片温度控制系统；

110：前级控制模块；

111：接收子模块；

112：控制子模块；

120：开环控制模块；

130：闭环控制模块；

131：反馈子模块；

132：调整子模块；

140：加热器；

150：模式选择模块；

160：继电器；

170：热电偶；

180：放大器；

200：上位机。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

正如背景技术所记载，传统的加热器的温度控制方法采用闭环控制，在闭环控制方式中，温度是具有较大滞后性的变量。

这样，当晶片落到加热器上以后，从加热器温度下降触发调节过程开始，直到温度重新回到最初的设定值往往需要比较长的调整时间，在这期间温度会出现很大的波动量。在晶圆离开加热器后，由于温度调节的惯性，也会导致温度升高幅度较大。

因此，单独采用闭环控制，无法避免温度滞后性带来的调节滞后和温度波动，对晶片的工艺过程产生不利影响，导致晶片生产良率降低。

基于此，本发明的发明人发明了下述的晶片温度控制方法。

如图2所示，本发明的第一方面，涉及一种晶片温度控制方法s100，包括：

s110、接收晶片的当前位置。

在本步骤中，可以利用在半导体处理设备中所配置的各传感器所反馈的反馈信号来确定晶片的当前位置。

常规地，半导体处理设备(例如，物理气相沉积设备)往往配置有隔离阀开关传感器、径向运动传感器、提升机构到位传感器和充气阀开关传感器等。这样，可以通过接收各传感器所反馈的反馈信号来确定晶片所处的当前位置，例如，隔离阀开关传感器的开关信号、径向运动传感器的到位信号、提升机构到位传感器的到位信号和充气阀开关传感器的开关信号等。

具体地，当隔离阀开关传感器反馈开启信号时，表征晶片准备从工艺腔室外进入工艺腔室内；当隔离阀开关传感器由开启信号转变为关闭信息时，表征晶片从工艺腔室中离开。其他传感器所反馈的反馈信号可以作类似解释，将在下文中予以说明，在此先不作详细说明。

s120、接收模式设定请求；其中，模式设定请求包括开环模式请求和闭环模式请求中的一者；并且，

当模式设定请求为开环模式请求时，执行下述步骤s130；

当模式设定请求为闭环模式请求时，执行下述步骤s150。

具体地，在本步骤中，可以利用上位机接收用户所输入的模式设定请求，并将接收到的模式设定请求发送至下文中的前级控制模块和闭环控制模块等，或者上位机按照程序设定自动发送模式设定请求至前级控制模块和闭环控制模块等。

需要说明的是，步骤s120是可以省略掉的一个步骤，也就是说，可以直接根据晶片的当前位置，确定加热器的控制方式是开环加热还是闭环加热。

s130、根据当前位置，判断当前位置与目标位置之间的位置关系；并且，当判定当前位置在目标位置之前或在目标位置之后，执行步骤s140；当判定当前位置与目标位置重合，执行步骤s150。

在本步骤中，目标位置可以是晶片落在加热器表面的工序位置，也可以根据实际需要，选定目标位置为晶片在落在加热器表面之前的其余工序位置。

s140、控制加热器以预定开环加热功率进行开环加热，并重复执行步骤s110至步骤s130。

在本步骤中，所谓的开环加热是指：加热器直接以预定的开环加热功率持续进行加热，而不需要反馈加热器的实时温度值。

s150、控制加热器闭环加热，以使得晶片的实际温度值与预设温度值一致。

在本步骤中，所谓的闭环加热是指：

反馈晶片的实际温度值。

将实际温度值与预设温度值进行比较，获得温度偏差量。

根据温度偏差量，调整加热器的加热功率，以对实际温度值进行调整，以使得调整后的实际温度值与预设温度值一致。

本实施例的晶片温度控制方法，其基于晶片的当前位置与目标位置之间的关系，对加热器的加热方式进行控制。也即，在晶片初始位置至目标位置之前，控制加热器采用开环加热的方式，使得加热器能够提前进行预热，这样，当晶片落在加热器的表面时，能够减小温降，从而能够减小加热器的温度波动，提高晶片的加工良率。在晶片落在目标位置时，控制加热器采用闭环加热的方式，可以不断调整加热器的实际温度值，使得加热器的实际温度值与预设温度值相一致，亦能够减小加热器的温度波动，提高晶片的加工良率。在晶片脱离目标位置以后，控制加热器采用开环加热的方式，能够迅速切断闭环加热时的加热功率，有效防止加热器按照闭环加热时的加热功率继续升温，从而可以缩短下一片晶片的工艺温度的准备时间。

可选地，上述步骤s140包括：

获取各传感器作出反馈信号的反馈时刻t1～tn。

获取与各反馈时刻所对应的预定开环加热功率w1～wn。

获取与各反馈时刻所对应的预定加热时间t1～tn。

在反馈时刻ti处，控制加热器按照预定开环加热功率wi，持续加热预定加热时间ti；

其中，n为大于或等于1的正整数，1≤i≤n。

具体地，以半导体处理设备配置如前文记载的隔离阀开关传感器、径向运动传感器、提升机构到位传感器和充气阀开关传感器四个传感器进行说明，如下表1所示：

在表1中，sv_opn表示隔离阀开关传感器所反馈的开启信号，sv_clsd表示隔离阀开关传感器所反馈的关闭信号，r_mtb-1表示径向运动传感器所反馈的晶片第一次到位信号，r_mtb-2表示径向运动传感器所反馈的晶片第二次到位信号，pindn表示提升机构到位传感器所反馈的晶片到达下限位置的到位信号，pinup表示提升机构到位传感器所反馈的晶片到达上限位置的到位信号，ventvlv_opn表示充气阀开关传感器所反馈的开启信号，ventvlv_clsd表示充气阀开关传感器所反馈的关闭信号。

表1

这样，可以根据表1，控制加热器按照各传感器所反馈的反馈信号，控制加热器按照预定开环加热功率，加热预定的加热时间。

例如，当提升机构到位传感器所反馈的晶片到达下限位置的到位信号(如表1中的pindn信号)时，反馈时刻对应的为t3，预定开环加热功率为p3，预定加热时间为t3。

本实施例的晶片温度控制方法中，在对加热器进行开环控制的过程中，可以分为如表1中所示的多个阶段，可以在不同的阶段采用不同的预定开环加热功率以及不同的预定加热时间，并且上述表1中的各个数值可以在实验过程中通过一定量的数据进行学习和总结，选择其中温度波动量小、波动时间短的数值组合作为最优值，从而能够缩短加热器的温度波动量，提高晶片的加工良率。

可选地，上述步骤s140还包括：

若ti+ti＜ti+1，则，

在ti+ti时间内，控制加热器以预定开环加热功率wi持续加热；

在ti+ti～ti+1时间内，控制加热器闭环加热。

具体地，如表1所示，假设t3+t3＜t4，则在t3+t3时间内，控制加热器以预定开环加热功率w3持续加热，在t3+t3～t4时间内，控制加热器闭环加热。例如，t3为8:00，t3为1min，t4为8:02，则在8:00至8:01之间，控制加热器以预定开环加热功率w3持续加热，在8:01至8:02之间，控制加热器闭环加热。这样，能够有效避免开环加热时间过长，导致加热器的温度持续升高，有效保护晶片，提高晶片的加工良率。

本发明的第二方面，如图3所示，提供了一种晶片温度控制系统100，其包括前级控制模块110、开环控制模块120、闭环控制模块130和加热器140。前级控制模块110包括接收子模块111和控制子模块112。

其中，接收子模块111用于根据晶片位置指令接收晶片的当前位置。

控制子模块112用于根据当前位置，判断当前位置与目标位置之间的位置关系；并且，当判定当前位置在目标位置之前或在目标位置之后时，向开环控制模块120发送开环加热信号以及向接收子模块111发送晶片位置指令；当判定当前位置与目标位置重合时，向闭环控制模块130发送闭环加热信号。

开环控制模块120用于接收开环加热信号，以控制加热器140以预定开环加热功率进行开环加热。

闭环控制模块130用于接收闭环加热信号，以控制加热器140闭环加热，以使得晶片的实际温度值与预设温度值一致。

至于具体地如何接收晶片的当前位置、控制加热器开环加热和闭环加热可以参考前文相关记载，在此不作赘述。

本实施例的晶片温度控制系统100，利用接收子模块111接收晶片的当前位置，控制子模块112基于晶片的当前位置与目标位置之间的关系，向开环控制模块120和闭环控制模块130发送相应的控制信号。也即，在晶片位于初始位置至目标位置之前，向开环控制模块120发送开环加热信号，开环控制模块120控制加热器140开环加热，使得其能够提前进行预热，这样，当晶片落在加热器的表面时，能够减小温降，从而能够减小加热器的温度波动，提高晶片的加工良率。在晶片落在目标位置时，向闭环控制模块130发送闭环加热信号，闭环控制模块130控制加热器140闭环加热，可以不断调整加热器140的实际温度值，使得加热器140的实际温度值与预设温度值相一致，亦能够减小加热器140的温度波动，提高晶片的加工良率。在晶片脱离目标位置以后，重新向开环控制模块120发送开环加热信号，开环控制模块120控制加热器140开环加热，能够迅速切断闭环加热时的加热功率，有效防止加热器140按照闭环加热时的加热功率继续升温，从而可以缩短下一片晶片的工艺温度的准备时间。

可选地，接收子模块111用于，接收各传感器的反馈信号并根据反馈信号确定晶片的当前位置；其中，

各传感器的反馈信号包括隔离阀开关传感器的开关信号、径向运动传感器的到位信号、提升机构到位传感器的到位信号以及充气阀开关传感器的开关信号。

可选地，接收子模块111，用于获取各传感器作出反馈信号的反馈时刻t1～tn；以及，

用于获取与各反馈时刻所对应的预定开环加热功率w1～wn；以及，

用于获取与各反馈时刻所对应的预定加热时间t1～tn；

控制子模块112，用于在反馈时刻ti处，向开环控制模块120发送开环加热信号；

开环控制模块120，用于控制加热器140按照预定开环加热功率wi，持续加热预定加热时间ti；

其中，n为大于或等于1的正整数，1≤i≤n。

反馈信号、反馈时刻、预定开环加热功率和预定加热时间的关系可以参考前文的表1以及相关说明，在此不作赘述。

本实施例的晶片温度控制系统100，在对加热器140进行开环控制的过程中，可以分为如上表1中所示的多个阶段，可以在不同的阶段采用不同的预定加热功率以及不同的预定加热时间，并且上述表1中的各个数值可以在实验过程中通过一定量的数据进行学习和总结，选择其中温度波动量小、波动时间短的数值组合作为最优值，从而能够缩短加热器的温度波动量，提高晶片的加工良率。

可选地，控制子模块112用于，若ti+ti＜ti+1，则，

在ti+ti时间内，向开环控制模块120发送开环加热信号；

在ti+ti～ti+1时间内，向闭环控制模块130发送闭环加热信号。

具体地解释可以参考前文相关记载，在此不作赘述。

本实施例的晶片温度控制系统100，能够有效避免开环加热时间过长，导致加热器140的温度持续升高，有效保护晶片，提高晶片的加工良率。

可选地，如图3所示，作为闭环控制模块130的一种具体结构，上述闭环控制模块130包括反馈子模块131和调整子模块132。

反馈子模块131用于反馈晶片的实际温度值。

调整子模块132用于将实际温度值与预设温度值进行比较，获得温度偏差量；以及，

还用于根据温度偏差量，调整加热器140的加热功率，以对实际温度值进行调整，以使得调整后的实际温度值与预设温度值一致。

可选地，上述晶片温度控制系统100还包括模式选择模块150。其用于接收上位机200所发送的模式设定请求，并将模式设定请求发送至前级控制模块110和闭环控制模块130。其中，模式设定请求包括开环模式请求和闭环模式请求中的一者。

当然，晶片温度控制系统100除了包括上述所列举的结构以外，如图3所示，其还可以包括继电器160、热电偶170和放大器180。该些结构的作用可以参考背景技术部分的相关记载，在此不作赘述。

本发明的第三方面，提供了一种半导体处理设备(图中并未示出)，包括前文记载的晶片温度控制系统100。

本实施例的半导体处理设备，具有前文记载的晶片温度控制系统100，其可以基于晶片的当前位置，对加热器140采用开环加热和闭环加热相结合的方式，能够减小温降，减小加热器140的温度波动，提高晶片的加工良率，并且在晶片离开目标位置后，能够迅速切断闭环加热时的加热功率，有效防止加热器140按照闭环加热时的加热功率继续升温，从而可以缩短下一片晶片的工艺温度的准备时间。

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。