用于控制基板涂布装置的基座表面温度的方法及装置制造方法

用于控制基板涂布装置的基座表面温度的方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种处理反应器壳体的处理室(101)内的至少一个基板(105，106，107)的方法，其中，将所述一个或多个基板(105，106，107)放置于可使用加热元件(109，110，111)加热的基座(108)上，其中，使用加热元件(109，110，111)来加热基座(108)的空间配属区域，所述加热元件分别对应该基座(108)的朝向处理室(101)一侧的表面区域(112，113，113'，114)，其中，在多个测量点上通过光学测量传感器(1至35)对表面区域(112，113，113'，114)的温度和/或配置于此处的至少一个基板(105，106，107)的温度进行测量，将传感器(1至35)所测得的测量值输入用于控制加热元件(109，110，110'，111)的热功率的控制装置(115，116，117，122)。为了对温度控制进行优化，本发明提出，分别使用温度测量值的组合来控制加热元件(109，110，110'，111)的热功率。
【专利说明】用于控制基板涂布装置的基座表面温度的方法及装置

【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种处理反应器壳体的处理室中的至少一个基板的方法，其中，将一 个或多个基板放置于可使用加热元件自下而上加热的基座上，其中，使用加热元件来加热 该基座的空间配属区域（rSumhch zugeordnete Zonen)。所述加热元件分别--对应于 该基座的朝向处理室一侧的表面区域，其中，在多个测量点上通过光学测量传感器对所述 表面区的温度或者配置于此处的至少一个基板的温度进行测量，将所述传感器测得的测量 值输入用于控制加热元件的热功率的控制装置。
[0002] 本发明还涉及一种用于处理至少一个基板的装置，该装置包括反应器壳体和配置 于其中的处理室，该处理室具有用于承载至少一个基板的基座；该装置还包括多个配置于 基座下方的加热元件和多个温度传感器，所述温度传感器分别在测量点上提供基座表面的 温度测量值或者配置于此处的基板的温度测量值；该装置另包含控制装置，将测量值输入 该控制装置，并且该控制装置利用在功能性分配给相应的加热元件的测量点上测得的测量 值对加热元件进行控制。

【背景技术】
[0003] DE 10 2004 007 984 A1描述了一种CVD反应器，其反应器壳体内配置有处理室。 处理室底部由基座构成，该基座支撑（tragen)待处理的特别是待涂布的基板。处理室顶部 由进气机构（Gaseinlassorgan)构成，该进气机构具有供处理气体进入处理室的进气口。 基座下方设有用于将基座加热至处理温度的加热装置。通过多个温度测量传感器来测量基 座表面温度。
[0004] US 6, 492, 625 B1描述一种用于热处理，特别是用于对放置于基座上的基板进行 涂布的装置，其中，自下而上地加热基座。基座下方设有多个可受到单独控制的加热元件。 每个加热元件皆分配有控制器，其接收基座表面温度的实际值。利用相应的光学测量传感 器来测定实际值。每个加热区皆功能性分配有多个测量传感器。
[0005] 根据EP 1 481 117 B1，承载基板的基座的朝向处理室的表面上的温度曲 线对沉积于基板上的层的品质具有重要意义。特别希望的是，对侧向的温度剖面 (Temperaturprofil)施加影响从而尽可能降低侧向（lateral)的温度梯度。应尽可能使基 座各处具有同一基座表面温度值。
[0006] DE 10 2007 023 970 A1描述一种基座，其具有用于分别容置基板的多个六角形 排列的凹槽（Taschen)基板。通常情况下，基板表面或沉积于基板表面上的层所具有的光 学特性（如吸收率或辐射率）与包围基板的基座表面有所不同。在涂布的过程中，不需要 为所有用于容置基板的容置凹槽装配基板。此外亦需要注意，仅为选用的容置槽凹装配待 处理的基板。
[0007] US 6, 706, 541 B1描述一种利用自动过程控制单元来实施CVD方法的装置，该过 程控制单元能够控制多个表面区温度。使用其中所描述的装置来涂布基板。提供在层生长 过程中对基板层厚进行观察的感测元件。这些测量值为该控制单元的输入数据。
[0008] US 2003/0038112 A1描述一种稳定等离子反应器的处理室中的等离子的方法。其 中设有控制系统，其使用的是光学传感器所测定的多个测量值。
[0009] US 2006/0027169 A1描述一种对基板座的表面进行温度剖面监测的方法。其中， 采用控制器来从用于测定加热区温度的温度传感器确定测量值。
[0010] 旧5,782,974描述一种示温（?71'〇111的1^%11)测定基座背面温度的温度测量系 统。
[0011] US 5, 970, 214描述一种热处理半导体基板的装置，其包含多个测定基板表面温度 的光敏传感器。传感器的测量值被输入控制若干灯管的控制器。
[0012] US 6, 079, 874描述一种用于测量基板的不同地方的表面温度的装置。通过控制器 来控制加热装置。该控制器使用高温计（Pyrometern)所提供的测量值来进行控制。
[0013] US 5, 871，805描述一种CVD装置，其通过控制单元来控制承载基板的基座温度。
[0014] US 6, 034, 357描述一种测定处理室中的基板表面温度的装置，其中，温度传感器 与应用校正因数的控制器进行共同作用从而对灯管加热装置（Lampenheizung)进行控制。
[0015] 除基座装配基板的装配度（Bestiickungsgrad)以外，基座的温度剖面亦与其它过 程参数相关，例如，处理室内的总气压、为实施基板处理而输入处理室的气体的化学组成、 基座材料、基板类型以及基座（特别是其涂层）的老化状态。
[0016] 就用于对处理室内的半导体基板进行处理的装置与相应方法而言，加热元件位于 基座的其中一面。其中，加热元件位于被其直接加热的表面区域的正下方。旋转对称式基 座上的表面区域及其对应加热元件配置于相邻的环形区上。温度传感器位于基座的与加热 元件相对配置的一侧。由加热元件输入基座的热功率不仅对对应的表面区进行加热。基座 内部存在热传输机制，特别是任一加热元件皆与基座的其他表面区域存在导热及热辐射， 因此，单独的加热元件的热功率除了影响对应表面区域的温度外，还对所有表面区域的温 度产生影响。其中，紧邻的表面区域受影响最大，距离最远的表面区受影响最小。因此，各 测量传感器提供的是彼此耦合的温度测量值。


【发明内容】

[0017] 本发明的目的在于在温度控制方面对同类型的方法与同类型的装置进行进一步 优化。
[0018] 上述目的是通过本发明的权利要求的技术方案来达成的解。
[0019] 权利要求提出了同类型的方法和同类的型装置的不同实施方案，其中，输入加热 元件的热功率并非仅确定个别分配给该加热元件的测量传感器所提供的测量值，或者个别 分配给与该加热元件对应的表面区域的测量传感器所提供的测量值。确切而言，所使用的 是多个温度测量传感器的测量值的组合。
[0020] 根据第一实施方案，利用测量值的不同组合进行控制。现有技术中，每个控制装置 皆与分配给它的温度传感器形式的实际值发送器（Ist-Wert gebern)作功能性固定连接，而 本发明的方案则对此种功能性连接采用可变设计。仅需选用，而非所有提供的测量值或温 度测量传感器来进行控制。此处的选用（Auswahl)是指与工作参数相关的测量值的组合。 影响组合的品质的工作参数包括：表面区域的设定温度（Soll-Temperaturen)、处理室中 的总气压、处理室中的气相的化学组成、基座的材料、待涂布的基板的类型、基座装配基板 情况以及基座的老化状态。用于实施该方法的装置具有优选呈圆盘状的基座，该基座可围 绕其对称轴被旋转驱动。配置于该基座上方的进气机构可呈莲蓬头状。正如现有技术所揭 露的，该莲蓬头的开口可用作光学通道，通过配置于开口上方的温度测量传感器能获得关 于基座表面的特别的光学（高温）资讯。设有多个径向配置的传感器，其中，各温度传感器 之间可具有相同距离。每个温度传感器皆优选以光学/高温（pyrometrisch)的方式测定其 下方的对应地点上的基座表面温度。这些测量点在基座旋转过程中沿该基座上的圆形轨道 移动并同时覆盖基板表面。透过已知方式将气体混合物送入进气机构。该进气机构可具多 个腔室，以便不同类型的气体混合物以彼此隔开的方式进入该处理室。根据一种涂布方法 (如M0CVD方法），将第II或第III主族的金属有机化合物送入该处理室。将第V或第VI 主族的组分以氢化物的形式送入该处理室。该处理气体发生热分解从而在基板上沉积相应 的层。所述层主要取决于气体组成。但该层的组成也与基板表面温度密切相关。基板表面 温度不仅与配置于基座下方的加热元件的热功率相关，也与其它的特别是对基板表面的散 热造成影响的生长参数相关。该参数是指前述的过程参数。若处理室采用可变高度，则基 座表面上的热流及温度分布亦与处理室高度相关。各个加热区域与基座的局部表面区域相 对应，所述基座的表面温度主要受下方加热元件影响。然而，相邻表面区域上的温度同样受 到很大影响。这样的影响与工作参数相关。因此，当本发明的用于实施控制的温度测量传 感器根据相应的工作参数在不同地点上侦测基座的表面温度时，是有利的。利用本发明的 方法能够改变用于实施控制的测量点的位置而毋需对传感器感测区域采取结构性措施。从 多个可供使用的分别仅测量测量点上的温度的温度中选用部分的温度传感器，视情况亦可 仅限于单个温度传感器。在最简单的情况下，当工作参数变化时对用于实施控制的温度传 感器进行切换。但优选使用在质与量上彼此不同的温度传感器的组合。用于实施控制的测 量值的组合可在针对相应表面所使用的或未使用的测量点的数量方面以及在基于相应表 面区域的加权方面（Wichtung)存在差别。举例而言，为了对一个或多个径向表面区进行温 度控制，可仅使用配置于该表面区域边缘的测量传感器，作为替代方案，亦可仅使用配置于 表面区域中央的温度传感器。此外根据本发明，为了对加热区域的加热元件进行控制，可同 时使用分配给邻接的加热区的温度传感器。根据优选的实施方案，加热区域围绕旋转中心 旋转对称配置，其中，加热区域沿径向方向并排配置。因此，加热区域彼此同心配置。此外， 单个温度传感器的测量值可被多个控制装置使用。亦可在实施控制时将单个温度传感器的 贡献值（Beitrag)加权。所述加权可介于0?1之间。根据预试验（Vorversuchen)或电 脑辅助模拟计算的结果来确定在特定工作参数下使用哪些传感器以及在实施控制时不考 虑哪些传感器。重要之处在于，不同的工作参数分别对应用于实施控制的测量值的不同的 组合。
[0021] 作为输入变量(Eingangsgrdik)而输入选择装置的工作参数亦可直接作用于控 制装置。举例而言，可输入用作附加输入变量的控制特性值（Regelkennwerte)，例如，针对 比例-积分-微分控制器输入比例分量、积分分量及/或微分分量。另一方面，亦可使该选 择装置根据过程参数来（例如从储存在选择装置内的表格中）测定特征值。
[0022] 本发明的另一方面涉及以下课题：由测量值所提供的温度测量值因为相应的加 热兀件朝向基座的热传输机制而彼此稱合。每个加热兀件原则上皆对基座的每个表面区 域的表面温度造成影响。根据本发明对对应于任一表面区域的特征温度进行测定。每个 特征值皆可为多个温度传感器的温度测量值的平均值，特别是加权平均值。本发明的装置 的结构大致与前述装置的结构相同。多个测量传感器沿径向方向依次配置于该旋转驱动 的基座上方。温度测量传感器的数量可远大于独立受热的表面区域的数量。但是要为每 个独立受热的表面区皆分配单独的传感器。根据本发明的优选的实施方案，在基座的旋转 过程中获得多个温度测量值，从而在旋转完毕后拥有完整的侧向温度剖面。该温度剖面由 栅格状栏位分布（gitternetzartigen Feldverteilung)所构成，其中，每一测量栏的温度 皆为已知温度。所述测量栏沿径向及周向均匀分布于基座表面上。也就是说，测量栏既包 括位于基板表面上的栏位，又包括位于未被基板覆盖的基座区域上的栏位。可透过以下方 式来获取特征温度：就特定的表面区而言，仅考虑位于基板上的测量栏或者仅对并不位于 基板上的测量栏。根据栏位大小或者栏位位置来加权单个栏位的贡献值（Beitrag)，从而 测定平均值，即该特征温度。透过这样的方式测得的特征温度被输入控制装置。所述特征 温度的数量优选等于加热元件的数量或者表面区域的数量。所述控制装置包括去耦装置 (Entkopplungseinrichtung)，该去稱装置从一定程度上对彼此稱合的特征温度测量值进 行去耦。因此，所述控制装置提供在一定程度上被去耦的控制信号，从而为加热元件提供热 功率。该控制装置具有输入端，其为每个表面区域接收用作输入数据的特征温度测量值。该 控制装置具有输出端，其为每个分配给单个表面区域的加热元件提供控制信号，该控制信 号确定将输入加热元件的热功率。根据本发明，所述控制信号是从耦合值中转化而来的，其 中，每个转化后的值皆具有多个特征温度的贡献值（Beitrag)，或者每个转化后的值皆包含 多个特征温度的贡献值。根据本发明的实施方案，每个特征温度被作为输入变量输入单个 控制器中。控制器的数量优选等于受温度控制的表面域的数量。所述控制器提供彼此耦合 的第一值。该值被去耦装置转化。举例而言，所述去耦装置使用基于第一值的去耦矩阵，从 而算出在一定程度上经去耦的第二值。所述第二值被放大器放大并作为热功率控制值被分 配给表面区域的加热元件。所述去耦装置的作用在于将对应于单个特征温度但受多个加热 元件影响的第一值转化为第二值。将每个第二值皆分配给单个加热元件。所述加热元件的 高度与其热功率相应。使用去耦装置使第二值与第一值相关联，使得每个第二值皆包含多 个第一值的贡献值。所述加热元件向基座进行热传输，故而第一值（特征温度）具有多个 第二值（热功率）的贡献值，与此相同，第二值（热功率）具有多个第一值（特征温度）的 相应贡献值。使用所述去耦装置来对控制路径所引起的耦合进行补偿。因此，第二值（热 功率值）是对第一值（特征温度值）的耦合进行补偿的结果。所述控制路径由控制器、放 大器、加热元件、受加热的基座以及温度传感器所构成。本发明为所述控制路径增设去耦构 件。该去耦构件连同控制器、放大器、加热元件、基座及温度传感器皆为所述控制电路的元 件。从控制器的角度来看，所述去耦构件属于控制路径并且对加热元件及基座内的耦合进 行补偿。在去耦构件被完美设计的情况下，独立控制器使用增设有去解耦构件的控制路径 来进行工作，且控制路径内的加热区域的耦合对外部（即对该控制器）而言是不可见的。藉 此便能提高控制特性并简化控制器的调谐操作。透过测定放大矩阵来测出所述去耦装置中 所使用的去耦矩阵。为此，利用预试验或模型计算来测定若干贡献值，以便某个表面区的加 热元件对所有表面区的特征温度造成影响。在采用例如由四个表面区域构成的配置方案的 情况下，四个加热元件中的任一个皆对所有四个表面区域的温度造成影响，其中，直接对应 该加热元件的表面区域受影响最大，而距离该加热元件最远的表面区域受影响最小。因此， 所述放大矩阵的对角线元素具有最大值，而距离对角线最远的矩阵元素具有最小值。由于 四个表面区域中的每个皆提供四个矩阵元，故该实施例中的放大矩阵由4X4个矩阵元素 构成。透过将该放大矩阵反转来产生去耦矩阵。透过将第一值与去耦矩阵进行矩阵相乘来 产生第二值。根据本发明的改良方案，可透过重复记录热像(Wiinnebildem)来测定特征温 度。可用前述测量传感器记录热像，其中，沿径向线条配置的测量传感器提供相应表面的三 维热像。为此，基座在可被实施为光电二极管（Photodioden)的测量传感器下方旋转。亦可 用透镜系统来对热像进行光学记录。透过以下处理步骤来实施利用热像测定特征温度的方 法：记录热像，分析该热像，其中对特征温度进行计算，将特征温度作为温度实际值传输给 相应的温度控制器，在考虑工作参数的情况下计算热功率，调节热功率，记录下一热像。本 发明的改良方案提出，利用类神经网络（neuronales Netzwerk)来选择测量点或者用于实 施控制的测量传感器。可采用双极类神经网络（zweistufige neuronale Netzwerke)。其中， 每个测量传感器（即每个测量二极管）皆与该类神经网络的掩盖层（verdeckten Schicht) 的节点连接。该层的每个点皆与类神经网络的所有用作针对下一控制的输入电路的输出节 点连接。此方案的优点在于，除选择测量传感器外亦可在各测量传感器之间实施最佳加权。 可利用学习模式（Lernmodus)来传授该系统。为此，将该系统设置为恒定温度。将所设温 度告知该类神经网络。学习序列（Lernsequenz)可包含最多100个不同剖面。剖面可采用 某种设计方案，使得测量点仅位于基板上、仅位于基座的曝露（frei)表面区域上或者仅位 于这两个区上。该类神经网络可与一维（即线性）的测量传感器矩阵共同作用。亦可与二 维的测量传感器矩阵共同作用。因此，能将温度影像作为输入变量来进行处理。在此情况 下，掩盖层中除了存在节点列（eine Reihe von Knoten)外还存在整面的节点。每个测量 点皆可与该类神经网络的节点连接。加权因子可介于〇?1之间。

【专利附图】

【附图说明】
[0023] 图1为M0CVD反应器的处理室的横截面图，共设三十五个温度传感器，其分别在基 座的测量点上测定表面温度，其中，测量点与基座108的旋转中心存在不同径向距离，
[0024] 图2为基座108的俯视图，图中示出同轴配置的加热区109、110、111，
[0025] 图3为加热元件对沿图2中的线条IV-IV的表面的影响，
[0026] 图4为图1的视图，其中，温度传感器1-35采用第一组合进行温度控制，
[0027] 图5为图4的视图，其中，温度传感器1-35采用第二组合进行温度控制，
[0028] 图6为图1的视图，其中，温度传感器1-35采用第三组合进行温度控制，
[0029] 图7为与图1相应的另一实施例的视图，
[0030] 图8为基座以及表面区域及其用于测定特征温度的面区域的配置方案的俯视图， 以及
[0031] 图9为类似于图3的用于测定放大矩阵K的视图。

【具体实施方式】
[0032] 下面将依据附图并对本发明的实施例进行说明。
[0033] 图1为处理室的横截面图。处理室101的底部由基座108构成，该基座可围绕旋转 轴120被旋转驱动。基座108下方设有三个同心配置的加热区域109、110、111。加热区域 109位于基座108的中心下方且被加热区110环状包围。后者同样被最外侧的加热器111 环状包围。加热区域109、110、111由红外加热元件或RF加热元件构成且能够对三个表面 区112、113、114中的基板108的表面进行加热。
[0034] 图2表示图1、4、5和6中为清楚起见而未予显示的容置槽119,容置槽围绕旋转中 心环形配置且分别容置基板105、106、107。因此，基板105、106、107与旋转轴120存在不同 径向距离。
[0035] 处理室101的顶部与基座108的延伸方向平行，该顶部由莲蓬头状进气机构103 构成。该进气机构仅作示意性图示。该进气机构具有多个筛状配置的开口 104,以便将储存 在莲蓬头103的配气室中的处理气体输进处理室101。处理气体可为第III或第II族元 素的金属有机化合物以及第V或第VI主族的氢化物。此外亦可将载气（如氢气）或另一 惰性气体输入该处理室。该处理气体在基板表面105、106、107上热分解从而层被沉积于其 上。
[0036] 排气口 104上方设有包含光学温度传感器1至35的感测机构102。光学温度传感 器1至35采用某种配置方案，使其例如以高温方式测量分别与其对应的测量点上的温度， 其中，测量点与旋转轴120存在不同径向距离。由于基座108围绕旋转轴120旋转，该测量 点沿同心圆周在基座108的表面上或者在该基座所承载的基板105、106、107的表面上移 动。
[0037] 温度传感器1至35通过数据线121与选择电子设备118连接。该选择电子设备 118将感测机构102所提供的测量值与控制装置115、116、117进行关联。加热元件109、 110、111中的每一个分别对应控制装置115、116、117。相应的控制装置115、116、117接收 用于控制表面区域112、113、114的温度作为额定值。该控制装置115、116、117接收温度传 感器1至35所测得的测量值作为实际值。但控制装置115、116、117并不接收所有温度测 量值，而是仅接收从温度传感器1至35中选用的温度传感器所测得的测量值。此处是指输 入表示该控制装置的矩形115、116、117的数字。
[0038] 选择电子设备118接收输入变量P。该输入变量P包含关于该处理室内所实施的 方法的工作参数的资讯。所述工作参数包括表面区域112、113、114的额定温度、处理室101 内的总压、处理室101内的气相的化学组成（即所用处理气体的类型）、基座108的材料（如 石墨或涂层石墨）、基板的类型（即基板的晶体特性及晶体组成）、基座108的装配基板情 况（即在并非所有容置槽119皆装配基板的情况下，基板在容置槽119上的分布状况）和 /或基座108的老化状态，例如需要对基座所采取的生产步骤的数量。
[0039] 选择电子设备118根据上述工作参数P确定用于实施控制的测量值的组合。在未 示出的最简单的情况下，仅用单个配置于表面区域112上方的温度传感器（即例如温度传 感器1至12中的一个）来控制加热元件109。同理，用单个配置于表面区域113上方的温 度传感器13至23来控制加热元件110。且同样用单个配置于表面区域114上方的温度传 感器23至35来控制加热元件111。作为补充方案，亦可使用多个其他温度传感器，重要之 处在于,所用温度测量传感器的个性(Individualist)随工作参数p的变化而变化。举例而 言，若于温度升高时实施涂布程序，则处理室内或基座108内的热流发生相应变化，在此情 况下就必须测量另一表面上的控制相关的表面温度。这可以通过切换相关温度传感器1至 35来实现。
[0040] 当使用控制装置115控制表面区域112的温度时，图4所示实施例仅使用温度传 感器2至11，图5所示实施例仅使用传感器1至10,图6所示实施例仅使用传感器3至11。 当使用控制装置116控制表面区温度113时，图4所示实施例仅选用所提供的的测量值，即 温度传感器14、15、16、17、18、19、21、22、24的测量值。图5所示实施例使用的是温度传感 器12至21的测量值，图6所示实施例使用的是温度传感器12以及15至24的测量值。在 图4所示实施例中，分配给表面区域114的用于控制加热元件111的控制装置117仅使用 温度测量传感器25至33的测量值，该控制装置在图5所示实施例中仅使用温度测量传感 器25至34的测量值，在图6所示实施例中仅使用温度测量传感器26至35的测量值。
[0041] 图4至6所示组合仅起示例作用。例如亦可仅使用每一个第二或第三个测量传 感器，或者仅使用测量传感器1、11、12、13、22、23、24、34、35，也就是分配给相应表面区域 112、113、114的边缘的测量传感器。亦可仅使用传感器6、7、18、19、28、29，也就是分配给每 个表面区域112、113、114的中央区域的温度测量传感器。
[0042] 图3为在对角线上的各个加热元件109、110、111对基座上的温度分布的影响。曲 线A为中央加热元件109的影响。该加热元件109除影响基座中央区域内的温度外还对周 边区域内的温度造成影响（尽管较为轻微）。这同样适用于加热元件110所造成的影响，这 样的影响在图3中用曲线B表示。加热元件110除影响基座的径向中间区域（即表面区域 113)内的温度外，还对邻接表面区域112U14内的温度造成影响。曲线C表示径向最外侧 的加热器111对表面温度的影响。该加热元件111同样对邻接表面区域113内的温度造成 影响。
[0043] 曲线A、B、C的基本走向与前述过程参数相关。不同的测量值组合会在控制过程中 产生明显差别。
[0044] 上述实施例中对各传感器的测量值予以考虑或者不予考虑。亦可为控制不同的 加热元件109、110、111而使用相应温度测量传感器的测量值，举例而言，温度传感器12、13 或者23、24的测量值可分别被两个控制装置115、116、117使用。此外亦可（例如）用介于 0?1之间的加权因子对相应测量值进行加权，以便实施控制。
[0045] 图7为如图1、4、5及6所不的处理室横截面图。此处仅以符号表不各温度传感 器。该温度传感器提供特征温度?\、T 2、T3至Tn。每个特征温度?\至Tn分别分配给表面区 域112、113、113'、114。特征温度1\至1；可用图1、4、5及6所示的感测机构测定。特征温 度?\至Τ η的测定将在下文中进一步说明。图7所示装置具有控制装置122,其包含控制器 115、116、116'、117、去耦装置123及放大器124。控制装置122根据特征测量值?\至1；提 供用于分别控制加热元件109、110、110'、111的控制数据Ρρ匕^至戸#
[0046] 加热元件109、110、110'、111位于基座108下方，该基座可围绕旋转轴120旋转。 加热元件110、110'、111围绕中央加热元件109同心配置。加热元件109至111与前述表 面区域112至114局部对应。因此，表面区域112至114以同心配置的方式位于加热元件 109至111上方。同样，表面区域112至114上方配置有若干温度测量传感器，其在本实施 例中被构造为配置于板条（Leiste)上的光学传感器。在最简单的情况下，为每个表面区域 112至114设置单个用于提供特征温度?\至T n的温度测量传感器即可。
[0047] 对每个表面区域112至114而言，皆存在单个分配给它的控制器115、116、116'、 117。控制器115至117接收特征温度?\至Τ η作为输入值。
[0048] 加热元件109至111除朝向分配给它的表面区域112至114进行热辐射外，还朝 向邻接表面区域进行热辐射，并且例如由石墨、钥或其他导热材料构成的基座108内部存 在热传导，此外，处理室内部存在热对流，因此，每个加热元件109至111皆对每个表面区 域112至114的特征温度?\至1；造成影响。因此，控制器115至117所提供的第一值U' ^ U' 2、U' 3至U' n彼此耦合。第一值U' 1至U' n被去耦装置123转化为去耦后的第二值Up U2、 U3至Un并被放大器124放大。透过去耦装置123内的去耦操作，每个控制器115至117所 提供的第一值U' i至U' n对去耦装置123所提供的第二值仏至Un中的每一个造成影响。放 大器124仅对第二值仏至U n起放大作用，以便产生用于相应加热元件109至111的控制值 至 Pn°
[0049] 所述去耦装置用于提高多变量系统的控制特性。利用去耦矩阵L来为第一值去 耦。使用通过模型计算算出的或者通过预试验所测定的基座热像来测定去耦矩阵L。图8 为基座的俯视图，该基座的中心承载基板106,以在基座中环状包围其中心的配置方案承载 六个其他基板107。图8中的表面区域112、113、113'、114是被虚线所界定的环形区。表面 区域112至114的阴影区域A、B、C、D构成了用来测定特征温度?\、T 2的区域。
[0050] 图8亦不出一种栅格状配置方案。该极座标栅格的每一栏皆对应于其中的温度测 量传感器1至35在基座108旋转期间所获取的温度测量值。故而在基座108旋转过程中， 测量传感器1至35提供多个旋转角相关测量数据，从而产生前述的热像。
[0051] 对多个为加热元件109至111提供不同热功率的热像予以记录。
[0052] 图9为由上述热像所获得的图表，横座标是相对于基座表面而目的以旋转中心 120为原点的径向线R。纵座标为放大系数F，其约等于温度。横座标上的线条分段分别表 示一温度测量传感器。区域A、B、C、D为径向并排配置的表面区域112、113、113'及114的 表面区域。元件符号212、213、213'及214表示在相应范围内所测定的温度曲线。曲线212 表示加热元件109对所有表面区域112至114的影响。曲线213表示加热元件110对所有 表面区的影响。曲线213'表示加热元件110'对所有表面区域的表面温度的影响，曲线214 表示加热元件111对所有表面区域的影响。用K(l，1)至K (4, 4)标识的条块为放大矩阵K 的矩阵元素。放大矩阵Κ是从图9所示传输因子图中导出。在考虑加热元件的几何形状及 热像的情况下选择表面区域A、B、C、D。放大矩阵Κ的各元素是所述曲线在区间A、B、C、D 内的平均值。
[0053] 从图8可看出，表面区域112、113、113'的表面区域A、B、C仅位于基板106至107 所占据的表面上。而表面区域114的表面区域D则位于基座108的未被基板覆盖的区域。 因此，计算矩阵元素 K(l，l)至K(4, 4)时需要考虑所述区间内的所有对应于测量栏的数量 的旋转面的权重。以本实施例为例，藉由求平均值法可得出以下矩阵Κ。 9.94 4.55 1.49 0.61 Γ ? τ,_ 3.00 7.64 3.06 1.13
[_ Κ= 0.50 3.17 6.30 3.26 0.18 1.80 5.39 5.13
[0055] 将该矩阵Κ反转
[0056] L = Γ1
[0057] 获得解耦矩阵L
[0058] 0.124 -0.078 0.014 -0.007 -0.057 0.205 -0117 0.036 0.023 -0.134 0.428 -0.245 -0.009 0.071 -0.409 0.440
[0059] 采用该反转矩阵L后便可利用矩阵乘法来从耦合的第一值U' i至U' n获得解耦值 Ui 至 un:
[0060] U,= 0.124. υ\ -0.078. US +0.014. U'3 -0.007. U'4 U2= -0.057. U'i +0.205. U'2 -0.117. U'3 +0.036. U'4 U3= 0.023. U'i -0.134. U'2 +0.428. U2 -0.245. U'4 U4= -0.009. U'i +0.071. U'2 +0.409. U'3 +0.440. U'4
[0061] a至^为被输入其中一个加热元件109至111的热功率。从中可看出，每个加热 元件109至111的热功率包含每个控制器115至117或者每个特征温度?\至T n的相应贡 献值。
[0062] 去耦装置将调节信号U' i至U' η转化为第二值仏至Un。其结果是对特征温度测量 值的耦合进行的补偿。
[0063] 本发明的装置的有益特征在于配置于控制装置的控制路径中的去耦装置123,该 去耦装置根据第一耦合值u' i至U' n来产生第二值Ui至un，第二值分别对应于被分配给加 热元件109、110、110'、111的热功率，其中，第二值仏至队包含第一耦合值U'i至^"的加 权贡献值，透过加权来对耦合进行补偿。
[0064] 因此，该加权是作为耦合补偿的结果被提供给特征温度测量值的加权。
[0065] 所述去耦装置在一定程度上配置在控制装置上游或下游的阶段，其通过对特征温 度测量值进行相应关联来提供控制值，从而使得第一耦合值u' i至u' n的变化大致上仅使被 分配给第一耦合值的表面区域112、113、113'、114的表面温度发生变化，亦即，使得被分配 给第一耦合值的特征温度发生变化。
[0066] 特征温度为复杂控制路径的耦合控制变量，控制装置利用控制变量的偏差从对应 的基准变量（额定温度）中获得调节变量，调节变量为加热元件的热功率。根据本发明，利 用去耦装置来基本补偿控制变量的耦合。
[0067] 所有已揭示特征（其本身即）为发明本质所在。故本申请所揭示得内容亦包含相 关/所附优先权档案（在先申请副本）所揭示的全部内容，该档案所述特征亦一并纳入本 申请的权利要求。从属权利要求采用可选并列措辞对本发明针对现有技术的改良方案的特 征予以说明，其目的主要在于在本申请权利要求的基础上进行分案申请。
[0068] 符号说明
[0069] 1-35温度测量传感器
[0070] 101 处理室
[0071] 102 感测机构
[0072] 103 莲蓬头
[0073] 104 排气口
[0074] 105 基板
[0075] 106 基板
[0076] 107 基板
[0077] 108 基座
[0078] 109 加热元件
[0079] 110 加热元件
[0080] 110'加热元件
[0081] 111 加热元件
[0082] 112 表面区
[0083] 113 表面区
[0084] 113' 表面区
[0085] 114 表面区
[0086] 115 控制器
[0087] 116 控制器
[0088] 116' 控制器
[0089] 117 控制器
[0090] 118 选择电子设备
[0091] 119 容置槽
[0092] 120 旋转轴
[0093] 121 数据线
[0094] 122 控制装置
[0095] 123 去耦装置
[0096] 124 放大器
[0097] 212 温度曲线
[0098] 213 温度曲线
[0099] 213'温度曲线
[0100] 214 温度曲线
[0101] F 放大系数
[0102] K 耦合矩阵
[0103] L 解耦矩阵
[0104] P 工作参数
[0105] R 径向线
【权利要求】
1. 一种处理反应器壳体的处理室（101)中的至少一基板（105,106,107)的方法，其 中，将一个或多个基板（105,106,107)放置于可使用加热元件（109,110,110'，111)加热的 基座（108)上，其中，利用所述加热元件（109,110,111)来加热所述基座（108)的空间配 属的区域，所述加热元件分别分配有所述基座（108)的朝向所述处理室（101) -侧的表面 区域（112,113,113'，114)，其中，在多个测量点上藉由测量传感器（1至35)对所述表面区 域（112,113,113'，114)的温度和/或布置在那里的的至少一基板（105,106,107)的温度 进行测量，将所述传感器（1至35)所测得的测量值输入用于控制所述加热元件（109,110， 110'，111)的热功率的控制装置（115,116,117,122)，其特征在于，分别使用温度测量值的 组合来控制所述加热元件（109,110,110'，111)的热功率。
2. -种用于处理至少一基板（105,106,107)的装置，所述装置包含反应器壳体及配 置于所述反应器壳体内的处理室（101)，所述处理室具有用于承载至少一基板（105,106， 107)的基座（108)，所述装置还包含多个用于加热所述基座的配属表面区域（112，113， 113'，114)的加热元件（109,110,110'，111)以及多个温度传感器（1至35)，所述等温度 传感器分别在测量点上提供所述基座（108)的表面的温度测量值或者布置在那里的基板 (105.106.107) 的温度测量值，其中控制装置（115,116,117,122)将受到控制的热功率提 供给所述加热元件（109,110,110'，111)，并且其中所述温度测量值被输入所述控制装置 (115,116,117,122)，其特征在于，所述控制装置（115,116,117,122)使用多个温度传感器 (1至35)的温度测量值的组合来控制所述各个表面区域（112,113,113'，114)中的温度。
3. 根据权利要求1或特别是在此之后所述的方法，其中，所述温度测量值组合被分配 给一个或多个工作参数（P)，其中所述工作参数（P)选自：所述表面区域（112,113,113'， 114)的额定温度、所述处理室（101)内的总气压、所述处理室（101)内的气相的化学组 成、所述基座（108)的材料，所述基板（105,106,107)的类型、所述基座（108)的装配基板 (105.106.107) 情况和/或所述基座（108)的老化状态。
4. 根据权利要求2或特别是在此之后所述的装置，其中，通过包含一个或多个以下工 作参数作为输入变量（P)的选择装置（118)根据所述输入变量（P)来确定用于实施控制的 温度测量值的组合，所述工作参数选自：所述表面区域（112,113,113'，114)的额定温度、 所述处理室（101)内的总气压、所述处理室（101)内的气相的化学组成、所述基座（108)的 材料，所述基板（105,106,107)的类型、所述基座（108)的装配基板（105,106,107)情况和 /或所述基座（108)的老化状态。
5. 如根据一项或多项前述权利要求或特别是在此之后所述的方法或装置，其中，所述 用于实施控制的测量值的组合在相应表面区域（112,113,113'，114)的所使用或未使用的 测量点的个性及数量方面和/或在相对于相应表面区域（112,113,113'，114)的加权方面 存在差别，其中，所述值的加权介于〇?1之间和/或既在基板（105,106,107)的表面上又 在基座（108)的未被其中的基板（105,106,107)覆盖的表面区段上将测得的测量值用来实 施控制和/或利用成像法测定所述测量值。
6. 如根据一项或多项前述权利要求或特别是在此之后所述的方法或装置，其中，每个 加热元件（109,110,110'，111)分别配有单个控制器（115、116、117、122)，所述控制器以选 择值的形式从所述选择装置（118)接收测量值的组合，其中分属不同工作参数（P)的组合 互不相同，或者所述温度测量值为个别分配给所述表面区域（112,113,113'，114)中任一 个表面区域的特征温度（?\，T2, T3, Tn)，在实施控制的过程中根据所述特征温度获取个别分 配给所述表面区域（112,113,113'，114)中任一个表面区域的第一值⑴^至^^，所述第 一值被去耦装置（123)转化为第二值饥至队)，所述第二值使得所述第一值饥至队）的 耦合得到补偿且所述第二值对应于所述加热元件（109,110,110'，111)的热功率。
7. 如根据一项或多项前述权利要求或特别是在此之后所述的方法或装置，其中，为选 择所述用于实施控制的温度传感器（1至35)而使用与工作参数（Ρ)相关的加热元件（109， 110,110'，111)的热功率的贡献值，所述热功率同样影响并非分配给该加热元件（109， 110,110'，111)的表面区域（112,113,113'，114)的温度。
8. 根据一项或多项前述权利要求或特别是在此之后所述的方法或装置，其中，利用预 试验或电脑辅助的模型计算来测定所述组合，其中，选择所规定的温度曲线，特别是在所述 基座（108)的朝向所述处理室（101)的整个表面上的侧向温度梯度的最小化作为收敛准则 和/或应用类神经网络来测定用于实施控制的控制参数。
9. 根据一项或多项前述权利要求或特别是在此之后所述的方法或装置，其中，根据所 述温度测量传感器（1至35)来为每个表面区域（112,113,113'，114)获取特征温度（1\， Τ2, Τ3, Τη)，所述特征温度分别输入提供第一耦合值（^至^)的控制器（115、116、116'、 117)，所述第一耦合值被去耦装置（123)特别利用去耦矩阵（L)转化为第二值（仏至队）以 对耦合进行补偿，所述第二值分别对应于单独输入加热元件（109,110,110'，111)的热功 率。
10. -种处理反应器壳体的处理室（101)中的至少一基板（105,106,107)的方法，其 中，将一个或多个基板（105,106,107)放置于可使用加热元件（109,110,110'，111)加热的 基座（108)上，其中，利用所述加热元件（109,110,111)来加热所述基座（108)的空间配属 区域，所述加热元件分别分配有所述基座（108)的朝向所述处理室（101) -侧的表面区域 (112，113，113'，114)，其中，为每个表面区域（112，113，113'，114)测定特征温度（1\，Τ 2， Τ3, Τη)，将所述特征温度输入用于对所述加热元件（109,110,110'，111)的热功率进行控制 的控制装置（115,116,116'，117)，其中，所述特征温度（1\，T 2, T3, Tn)彼此耦合，其特征在 于，在实施控制的过程中使用第一耦合值（U' i至^ η)，所述第一耦合值被去耦装置（123)特 别利用去耦矩阵（L)转化为第二值（仏至队）以达到对该耦合进行补偿的目的。
11. 一种用于处理至少一基板（105,106,107)的装置，该装置包含反应器壳体及配 置于所述反应器壳体中的处理室（101)，所述处理室具有用于承载至少一基板（105,106， 107)的基座（108)，所述装置还包含多个用于加热所述基座的对应表面区域（112,113， 113'，114)的加热元件（109，110，110'，111)，其中，设有可为每个表面区域（112，113， 113'，114)测定特征温度（1\，Τ 2, Τ3, Τη)的构件，将所述特征温度输入控制装置（115,116， 116'，117)以便对所述加热元件（109,110,110'，111)的热功率进行控制，其中，所述特征 温度（Τρ?^?^?；)彼此耦合，其特征在于，设有去耦装置（123)，其为补偿耦合而特别利用 去耦矩阵（L)从所述第一耦合值（U' i至U' η)中产生第二值饥至Un)。
12. 根据权利要求10或11或特别是在此之后所述的方法和装置，其中，将所述特征温 度（Τρ?^?^?；)分别输入提供所述第一耦合值（仏至队）的控制器（115、116、116'、117)。
13. 根据一项或多项前述权利要求或特别是在此之后所述的方法或装置，其中，为测定 所述去耦矩阵（L)而利用预试验或模型计算来确定耦合矩阵（Κ)，其中，测定每个加热元件 (109,110,110'，111)对每个表面区域（112,113,113'，114)的特征温度（?\至Tn)的贡献 值，其中，所述去耦矩阵（L)特别为经反转的耦合矩阵（Κ)。
14. 根据一项或多项前述权利要求或特别是在此之后所述的方法或装置，其中，所述特 征温度0\至1；)为在表面区域（112,113,113'，114)的特别选择的表面区段上所测得的多 个温度测量值的平均值，其中，所述测量值以三维或二维方式分布于所述基座（108)的表 面上。
15. 根据一项或多项前述权利要求或特别是在此之后所述的方法或装置，其中，所述表 面区段为所述对应表面区域（112,113,113'，114)的沿周向彼此间隔一定距离的区域。
16. 根据一项或多项前述权利要求或特别是在此之后所述的方法或装置，其中，通过记 录并分析所述受加热的基座（108)的一或多个热像来测定所述特征温度〇\至1；)。
【文档编号】H01L21/67GK104204291SQ201380012023
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2013年2月28日 优先权日:2012年3月1日
【发明者】R.莱尔斯, M.利南伯格, G.K.斯特劳克, B.沙因勒, K-H.比歇尔 申请人:艾克斯特朗欧洲公司