[发明专利]半导体工艺热处理设备的温度控制系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体加工制造技术领域，更具体地说，涉及一种用于半导体工艺热处理设备的温度控制系统及温度控制方法。

背景技术

随着半导体制造工艺和集成度的不断提高，对硅片表面的工艺处理精度及整个工艺时间提出了更高的要求，这些都依赖于工艺过程中温度控制的精度及系统响应时间。

半导体制造的工艺过程通常由若干次不同的“升温—恒温—降温”过程组成，如果能够较好的控制这些温变过程就能缩短工艺时间、降低能耗、提高产能，使整个工艺得到最佳程度的优化。

现有技术中，半导体热处理设备在升温及恒温阶段的电力供给均采用同一温度控制单元来控制电力的输出，其在工艺质量要求不高或产能要求不大的情况下并无问题，但是，在工艺要求高、工艺复杂或产能较大的场合，这样的温度控制策略很难保证热处理设备同时具有升温阶段的快速升温能力以及恒温阶段的高精度的温度控制能力，并且这种矛盾在低温控制时表现的尤为明显。

因此，提供一种既具有快速升温性能又具有高精度恒温控制性能的温度控制系统，是本发明需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种半导体工艺热处理设备的温度控制系统。

为实现上述目的，本发明提供一技术方案如下：

一种半导体工艺热处理设备温度控制系统，用于在热处理设备升温或恒温阶段中控制其温度，系统包括：感温单元，设于热处理设备中，用于测量热处理设备的实时温度并输出；温度信号处理单元，根据相应工艺配方中的工艺参数和感温单元输出的实时温度，生成温度控制参数；其中，工艺参数包括热处理设备的目标温度值及升温速率，温度控制参数包括热处理设备升温阶段和恒温阶段的切换指令；功率输出单元，包括第一功率模块和第二功率模块，第一、第二功率模块分别用于向热处理设备输出第一范围值电功率和第二范围值电功率，第一范围值大于第二范围值；功率控制单元，用于根据温度信号处理单元输出的温度控制参数生成功率控制参数，以选择在热处理设备升温阶段向第一功率模块输出功率控制参数，或在热处理设备恒温阶段向第二功率模块输出功率控制参数。

优选地，功率输出单元还包括第一选择单元，第一选择单元根据功率控制参数选择启动第一功率模块或第二功率模块，以分别输出第一范围值电功率或第二范围值电功率。

优选地，第一和/或第二功率模块还包括提供给功率控制单元的回馈端，用于将实际输出功率值反馈给功率控制单元以对功率控制参数形成闭环控制。

优选地，第一功率模块至少包括第一变压器，第一变压器与交流电网连接，以供给第一范围值电功率；第二功率模块至少包括第二变压器，第二变压器与交流电网连接，以供给第二范围值电功率；其中，第一变压器的变比系数小于第二变压器的变比系数。

优选地，第一功率模块包括第二选择单元、第三功率模块和第四功率模块，第二选择单元根据功率控制参数选择启动第三功率模块或第四功率模块，以分别输出第三范围值电功率或第四范围值电功率；其中，第一范围值包括第三范围值和第四范围值，第三范围值大于第四范围值。

本发明的另一目的在于提供一种用于半导体热处理设备的温度控制方法。

为实现上述目的，本发明提供又一技术方案如下：

一种半导体工艺热处理设备的温度控制方法，包括如下步骤：a)、获取工艺配方中的工艺参数，工艺参数包括热处理设备的目标温度值及升温速率；b)、测量热处理设备的实时温度；c)、根据实时温度与工艺参数生成一组温度控制参数；其中，温度控制参数包括热处理设备升温阶段和恒温阶段的切换指令；d)、根据温度控制参数生成一组功率控制参数；e)、根据功率控制参数分别向热处理设备供给第一范围值电功率或第二范围值电功率，以分别使热处理设备工作于升温阶段或恒温阶段；其中，第一范围值大于第二范围值。

本发明提供的用于半导体热处理设备的温度控制系统，根据半导体热处理设备的特性，将对热处理设备的温度控制过程分为不同的阶段分别进行，在升温阶段中对热处理热备输出大功率电力以获得快速升温性能，在恒温阶段对其输出小功率电力，以获得良好恒温控制性能。在工艺要求高、工艺复杂或产能较大的场合，本发明可缩短工艺时间、降低能耗、提高产能，使整个工艺得到最佳程度的优化，从而利于在半导体行业领域内推广。

附图说明

图1示出本发明第一实施例的温度控制系统结构示意图；

图2示出本发明第一实施例的温度控制系统中第一功率模块结构示意图；

图3示出本发明第二实施例的温度控制系统结构示意图；