用于工件加热的混合控制系统技术方案

公开一种将工件加热到期望的温度的系统及方法。此系统及方法在创建更高效地对工件进行加热的混合方法时考虑了温度器件的物理限制，例如时滞、温度偏差及校准。首先，使用开环控制对工件进行加热，以将工件加热到阈值温度。在达到阈值温度之后，利用闭环维持模式。在某些实施例中，在开环加温模式与闭环维持模式之间采用开环维持模式。另外，还公开一种使用接触式热电偶校准高温计的方法。接触式热电偶校准高温计的方法。接触式热电偶校准高温计的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于工件加热的混合控制系统


[0001]本公开的实施例涉及用于对衬底进行加热(且更具体来说，用于将衬底高效地加热到期望的温度)的系统。

技术介绍

[0002]半导体器件的制作涉及多个分立且复杂的工艺。半导体衬底通常在制作过程期间经历许多工艺。这些工艺可在处理室中进行，所述处理室可维持在与环境不同的处理条件下。
[0003]在处理之前和/或在处理之后对衬底进行加热在许多半导体制作工艺中是常见的。在许多情形中，衬底被加热到高温。此种预热可有助于防止当冷的衬底接触热的台板(platen)时发生衬底翘曲、爆裂及移动。这些现象可导致颗粒的产生及处理不当，且可降低总的处理良率。
[0004]另外，在一些实施例中，可在使衬底经受冷工艺(cold process)之后对衬底进行加温，以消除当衬底离开处理室时发生冷凝的可能性。
[0005]将工件加热到特定温度的能力并不简单。通常，存在两种用于测量工件的温度的技术。
[0006]第一种技术是使用压靠工件的接触式热电偶。热电偶测量工件的温度。然而，存在与这种方法相关联的三个缺点。第一，热电偶可能不会记录工件的实际温度。举例来说，工件与热电偶之间可能不存在完美的热传导。因此，由热电偶测量的温度可能不精确。第二，热电偶可能具有时滞。举例来说，随着工件的温度改变，在热电偶测量温度的这种改变之前会存在延迟。第三，具有新涂层(coating)的每一新型工件都需要带有永久贴合的热电偶的校准工件，因为涂层会改变发射率(emissivity)。这是为了确保特定工件与涂层组合的精确温度读数(reading)。这是非常昂贵且耗时的工艺。
[0007]第二种技术是使用高温计或其他红外传感器来远程测量工件的温度。然而，使用红外线的温度测量可能不精确，因为硅的发射率随着温度的变化而改变。换句话说，如果高温计是在特定的温度下进行校准，那么在不接近校准温度的温度下的读数将是错误的。
[0008]因此，当试图将工件从第一温度(例如，室温)加热到第二较高温度时，这两种测量技术都是有问题的。接触式热电偶的温度偏差及时滞可能难以控制加热源以使工件达到期望的温度。硅的改变的发射率使得使用高温计在宽的温度范围内进行温度测量变得即使不是不可能，也是困难的。
[0009]因此，如果存在一种控制系统来精确地对工件进行加热而不利用带有永久贴合的热电偶的校准工件，那么将是有益的。此外，如果控制系统使用接触式热电偶和/或高温计进行操作，那么将是有利的。

技术实现思路

[0010]公开一种将工件加热到期望的温度的系统及方法。此系统及方法在创建更高效地
对工件进行加热的混合方法时考虑了温度器件的物理限制，例如时滞、温度偏差及校准。首先，使用开环控制对工件进行加热，以将工件加热到阈值温度。在达到阈值温度之后，利用闭环维持模式。在某些实施例中，在开环加温模式与闭环维持模式之间采用开环维持模式。另外，还公开一种使用接触式热电偶校准高温计的方法。
[0011]根据一个实施例，公开一种用于控制工件的温度的系统。所述系统包括：温度传感器；加热元件；以及控制器，与所述温度传感器及所述加热元件进行通信，其中所述控制器包括处理单元及存储器件，其中所述存储器件包含指令，所述指令在由所述处理单元执行时能够使所述控制器：以开环加温模式运行，其中所述控制器使用开环控制对所述工件进行加热，直到达到阈值温度；以及以闭环维持模式运行，其中所述控制器使用闭环控制将所述工件的温度维持在目标温度。在某些实施例中，所述温度传感器具有时滞，且所述存储器件还包含在由所述处理单元执行时能够使所述控制器进行以下操作的指令：在达到所述阈值温度之后以开环维持模式运行，其中所述控制器使用开环控制粗略地维持所述工件的所述温度；以及在一持续时间之后，从开环维持模式切换到所述闭环维持模式。在一些实施例中，所述持续时间至少与所述时滞一样长。在某些实施例中，所述阈值温度被选择成使得在所述开环加温模式期间所述工件的所述温度不超过所述目标温度。在某些实施例中，以所述闭环维持模式运行包括：对所述温度传感器的输出进行采样；对所述温度传感器的温度偏差
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如果有的话
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进行修正；对所述温度传感器的时滞
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如果有的话
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进行补偿；以及使用所述温度传感器的经修正及补偿的输出作为比例
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积分
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微分控制环路的输入来确定送至所述加热元件的输出。在一些实施例中，对所述时滞进行补偿包括利用逆低通滤波器，其中所述逆低通滤波器的时间常数等于所述温度传感器的所述时滞。在某些实施例中，所述温度传感器包括接触式热电偶。在某些实施例中，所述温度传感器包括高温计。
[0012]根据另一实施例，公开一种将工件加热到目标温度的方法。所述方法包括：以开环加温模式运行，其中控制器使用开环控制对加热元件进行控制，直到达到阈值温度；以及以闭环维持模式运行，其中所述控制器基于来自温度传感器的测量、使用闭环控制将所述工件的温度维持在目标温度。在某些实施例中，所述方法还包括：以开环维持模式运行，其中所述控制器在切换到所述闭环维持模式之前使用开环控制将所述工件的温度粗略地维持一持续时间。在某些实施例中，所述温度传感器具有时滞，且所述持续时间至少与所述时滞一样长。在某些实施例中，以所述闭环维持模式运行包括：对所述温度传感器的输出进行采样；对所述温度传感器的温度偏差
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如果有的话
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进行修正；对所述温度传感器的时滞
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如果有的话
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进行补偿；以及使用所述温度传感器的经修正及补偿的输出作为比例
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积分
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微分控制环路的输入来确定送至所述加热元件的输出。在某些实施例中，对所述时滞进行补偿包括利用逆低通滤波器，其中所述逆低通滤波器的时间常数等于所述温度传感器的所述时滞。在某些实施例中，所述温度传感器包括高温计，且所述方法还包括：在所述开环加温模式之前使用接触式热电偶通过以下方式校准所述高温计：将工件加热到由所述接触式热电偶确定的已知温度；停留在所述已知温度达一持续时间，所述持续时间大于所述接触式热电偶的时滞；以及将所述高温计的输出关联到由所述接触式热电偶确定的所述已知温度。
[0013]根据另一实施例，一种非暂时性计算机可读介质，包含指令，所述指令在由控制器执行时能够使所述控制器：以开环加温模式运行，其中所述控制器使用开环控制使用加热元件对工件进行加热，直到达到阈值温度，所述阈值温度由温度传感器进行测量；以及以闭
环维持模式运行，其中所述控制器基于由所述温度传感器进行的测量、使用闭环控制将所述工件的温度维持在目标温度。在某些实施例中，所述温度传感器具有时滞，且所述非暂时性计算机可读介质还包含在由所述控制器执行时能够使所述控制器进行以下操作的指令：在达到所述阈值温度之后以开环维持模式运行，其中所述控制器使用开环控制粗略地维持所述工件的所述温度；以及在一持续时间之后，从开环维持模式切换到本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于控制工件的温度的系统，包括：温度传感器；加热元件；以及控制器，与所述温度传感器及所述加热元件进行通信，其中所述控制器包括处理单元及存储器件，其中所述存储器件包含指令，所述指令在由所述处理单元执行时能够使所述控制器：以开环加温模式运行，其中所述控制器使用开环控制对所述工件进行加热，直到达到阈值温度；以及以闭环维持模式运行，其中所述控制器使用闭环控制将所述工件的温度维持在目标温度。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述温度传感器具有时滞，且所述存储器件还包含在由所述处理单元执行时能够使所述控制器进行以下操作的指令：在达到所述阈值温度之后以开环维持模式运行，其中所述控制器使用开环控制粗略地维持所述工件的温度；以及在一持续时间之后，从开环维持模式切换到所述闭环维持模式，其中所述持续时间至少与所述时滞一样长。3.根据权利要求1所述的系统，其中所述阈值温度被选择成使得在所述开环加温模式期间所述工件的温度不超过所述目标温度。4.根据权利要求1所述的系统，其中以所述闭环维持模式运行包括：对所述温度传感器的输出进行采样；对所述温度传感器的温度偏差
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如果有的话
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进行修正；对所述温度传感器的时滞
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进行补偿；以及使用所述温度传感器的经修正及补偿的输出作为比例
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微分控制环路的输入来确定送至所述加热元件的输出。5.根据权利要求4所述的系统，其中对所述时滞进行所述补偿包括利用逆低通滤波器，其中所述逆低通滤波器的时间常数等于所述温度传感器的所述时滞。6.一种将工件加热到目标温度的方法，包括：以开环加温模式运行，其中控制器使用开环控制对加热元件进行控制，直到达到阈值温度；以及以闭环维持模式运行，其中所述控制器基于来自温度传感器的测量、使用闭环控制将所述工件的温度维持在目标温度。7.根据权利要求6所述的方法，还包括：以开环维持模式运行，其中所述控制器在切换到所述闭环维持模式之前使用开环控制将所述工件的温度粗略地维持一持续时间，其中所述温度传感器具有时滞，且所述持续时间至少与所述时滞一样长。8.根据权利要求6所述的方法，其中以所述闭环维持模式运行包括：对所述温度传感器的输出进行采样；对所述温度传感器的温度偏差
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如果有的话
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进行修正；对所述温度传感器的时滞
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如果有的话
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【专利技术属性】
技术研发人员：詹姆斯，
申请(专利权)人：应用材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：