Mocvd設(shè)備、溫度控制系統(tǒng)及控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種溫度控制系統(tǒng)，其包含：功率值計算單元，用于接收各個測溫傳感器檢測的加熱區(qū)域的溫度值，根據(jù)該溫度值計算各個加熱區(qū)域?qū)?yīng)的加熱區(qū)域功率值；功率值轉(zhuǎn)換單元，用于接收功率值計算單元輸出的各個加熱區(qū)域?qū)?yīng)的加熱區(qū)域功率值，并將加熱區(qū)域功率值轉(zhuǎn)換為各個加熱單元對應(yīng)的加熱單元功率值后輸出；功率輸出單元，用于接收功率值轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換輸出的各個加熱單元對應(yīng)的加熱單元功率值，根據(jù)該加熱單元功率值向各個加熱單元輸出對應(yīng)功率。本發(fā)明用于控制對象多、耦合作用強的場合，能使控制通道相互獨立，實現(xiàn)解耦，提高系統(tǒng)控制精度。
【專利說明】MOCVD設(shè)備、溫度控制系統(tǒng)及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種金屬有機化學(xué)氣相沉淀(MOCVD)設(shè)備、應(yīng)用于該設(shè)備的溫度控制系統(tǒng)及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體設(shè)備中加熱系統(tǒng)通常具有慣性大、反應(yīng)慢、延時、升溫單向性等特點，同時還存在著復(fù)雜的熱傳導(dǎo)、熱輻射、熱對流等傳熱現(xiàn)象，實現(xiàn)精密溫度控制很困難。對于某些應(yīng)用場合，當(dāng)面積或體積較大時，由于不同區(qū)域熱損耗的不同，采用單個加熱器很難實現(xiàn)溫度的均勻性。因此，有必要將加熱器分解為若干單元，每個單元只加熱一小塊區(qū)域。同時還需要為每一塊區(qū)域配置測溫傳感器(即測溫單元)，以檢測不同加熱區(qū)域溫度的均勻性。這樣就產(chǎn)生了多個加熱單 元、多個測溫單元之間的控制問題。加熱單元和測溫單元在設(shè)計上考慮因素不同，會導(dǎo)致加熱單元和測溫單元在空間位置上的不對應(yīng)，同一測溫單元測量的區(qū)域會受多個加熱單元影響，其測得的溫度數(shù)據(jù)往往是多個加熱單元共同作用的結(jié)果，從而增加了溫度控制的復(fù)雜度。另外，實際的加熱系統(tǒng)總是存在著熱傳導(dǎo)、熱輻射、熱對流等多種形式的熱損失，如果這些熱損失僅由控制單元來進行補償，會增加控制單元調(diào)節(jié)時間，增大控制誤差。
[0003]金屬有機化學(xué)氣相沉淀(MOCVD)設(shè)備用于在外延片襯底上，例如藍(lán)寶石襯底或硅襯底上生長外延層薄膜，對溫度的精確性和均勻性要求非常高。MOCVD—般包含多個加熱單元、多個加熱區(qū)域、多個測溫單元，溫度控制存在著較強的耦合作用。
[0004]中國專利申請(申請?zhí)?201010263355.1)公開了一種用于MOCVD設(shè)備中控制外延片溫度及均勻性的裝置。該裝置用若干個非接觸光學(xué)溫度計來測量多個環(huán)狀區(qū)域的外延片溫度，同時由多個環(huán)狀排列、徑向覆蓋面積較小的加熱元件來加熱外延片，并采用溫度控制單元來實現(xiàn)外延片的溫度及均勻性的控制。該方案通過獨立控制各個加熱元件的功率，提高了外延片襯底的溫度均勻性，但是其缺點在于，由于該方案中調(diào)整某個加熱元件的功率以改變部分區(qū)域外延片溫度時，仍可能影響到其他區(qū)域外延片溫度，而該方案對如何降低這種影響考慮不足，各個通道之間溫度控制的耦合性較強，控制精度有待進一步的提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明實施例提供一種MOCVD設(shè)備、溫度控制系統(tǒng)及其控制方法，以提高溫度控制精度。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一個實施例提供一種溫度控制系統(tǒng)，該溫度控制系統(tǒng)輸入端連接有若干測溫傳感器，所述若干測溫傳感器用于檢測半導(dǎo)體薄膜沉積設(shè)備中各個加熱區(qū)域的溫度值，每個加熱區(qū)域?qū)?yīng)于一個或多個測溫傳感器；溫度控制系統(tǒng)輸出端連接有若干加熱單元，所述若干加熱單元用于根據(jù)溫度控制系統(tǒng)輸出的功率對各個加熱區(qū)域進行加熱；具體地，該溫度控制系統(tǒng)包含:
功率值計算單元，用于接收各個測溫傳感器檢測的加熱區(qū)域的溫度值，根據(jù)該溫度值計算各個加熱區(qū)域?qū)?yīng)的加熱區(qū)域功率值；
功率值轉(zhuǎn)換單元，用于接收功率值計算單元輸出的各個加熱區(qū)域?qū)?yīng)的加熱區(qū)域功率值，并將加熱區(qū)域功率值轉(zhuǎn)換為各個加熱單元對應(yīng)的加熱單元功率值后輸出；
功率輸出單元，用于接收功率值轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換輸出的各個加熱單元對應(yīng)的加熱單元功率值，根據(jù)該加熱單元功率值向各個加熱單元輸出對應(yīng)功率。
[0007]本發(fā)明一個實施例還提供一種半導(dǎo)體薄膜沉淀設(shè)備，包含上述的溫度控制系統(tǒng)。
[0008]本發(fā)明一個實施例還提供一種該MOCVD設(shè)備，該MOCVD設(shè)備包含外延反應(yīng)腔、托盤、加熱器、測溫傳感器以及溫度控制系統(tǒng)；
托盤位于外延反應(yīng)腔中，托盤上設(shè)有多個用于放置外延片的外延片區(qū)；
加熱器包含多個加熱單元，用于對托盤上的外延片區(qū)進行加熱；
測溫傳感器用于測量各個外延片區(qū)的溫度值；
溫度控制系統(tǒng)用于接收測溫傳感器測得的溫度，根據(jù)測溫傳感器測得的溫度計算各個外延片區(qū)的加熱區(qū)域功率值，并轉(zhuǎn)換為各個加熱單元對應(yīng)的加熱單元功率值，以及向各個加熱單元輸出對應(yīng)的功率；
各個加熱單元分別用于根據(jù)溫度控制系統(tǒng)輸出的功率對外延片區(qū)加熱。
[0009]本發(fā)明一個實施例還提供一種溫度控制方法，該方法包含以下步驟:
獲取半導(dǎo)體薄膜沉積設(shè)備中各個加熱區(qū)域?qū)?yīng)的加熱區(qū)域功率值；
將各個加熱區(qū)域?qū)?yīng)的加熱區(qū)域功率值轉(zhuǎn)換為半導(dǎo)體薄膜沉積設(shè)備中各個加熱單元對應(yīng)的加熱單元功率值；`
根據(jù)各個加熱單元對應(yīng)的加熱單元功率值，控制各個加熱單元輸出功率。
[0010]本發(fā)明實施例提供了一種溫度控制系統(tǒng)、溫度控制方法及半導(dǎo)體薄膜沉積設(shè)備例如MOCVD設(shè)備，可用于控制對象多、耦合作用強的場合，通過將加熱區(qū)域功率值轉(zhuǎn)換為加熱單元功率值，可以使多個控制通道相互獨立，實現(xiàn)解耦，提高了溫度控制精度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明一個實施例中溫度控制系統(tǒng)應(yīng)用于MOCVD設(shè)備上的結(jié)構(gòu)不意圖；
圖2為本發(fā)明一個實施例中溫度控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明另一個實施例中溫度控制系統(tǒng)的部分結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4為本發(fā)明又一個實施例中溫度控制系統(tǒng)的部分結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5為圖2中功率值計算單元52的一種結(jié)構(gòu)示意圖；
圖6為圖2中功率值計算單兀52的另一種結(jié)構(gòu)意圖；
圖7為圖2中功率輸出單元56的一種結(jié)構(gòu)示意圖；
圖8為本發(fā)明一個實施例中溫度控制方法流程示意圖；
圖9為本發(fā)明一個實施例中獲得加熱區(qū)域功率值的過程示意圖；
圖10為本發(fā)明一個實施例中進行功率值轉(zhuǎn)換的過程示意圖。
【具體實施方式】
[0012]以下結(jié)合附圖，進一步說明本發(fā)明的具體實施例。
[0013]如圖1所示，為本發(fā)明一個實施例中溫度控制系統(tǒng)用于金屬有機化學(xué)氣相沉淀(MOCVD)設(shè)備中總體結(jié)構(gòu)示意圖。金屬有機化學(xué)氣相沉淀(MOCVD)設(shè)備包含有托盤101 (例如石墨托盤101)，和旋轉(zhuǎn)軸102，石墨托盤101可繞旋轉(zhuǎn)軸102作旋轉(zhuǎn)運動。石墨托盤101上表面開設(shè)有若干凹陷的晶片槽103，該晶片槽103用于放置外延片，本實施例中對外延片的類型和大小不做限定。本實施例中，晶片槽103按照四個不同的半徑作同心圓排列，從石墨托盤101中心到其邊沿，圍繞石墨托盤101中心一共排列有四圈，每圈作為一個環(huán)狀外延片區(qū)，從內(nèi)到外依次為:第一外延片區(qū)104A、第二外延片區(qū)104B、第三外延片區(qū)104C、第四外延片區(qū)104D，形成四個環(huán)狀外延片區(qū)。第一外延片201a置于第一外延片區(qū)104A內(nèi)，第二外延片201b置于第二外延片區(qū)104B內(nèi)，第三外延片201c置于第三外延片區(qū)104C內(nèi)，第四外延片201d置于第四外延片區(qū)104D內(nèi)，上述的外延片分別放置于各環(huán)狀外延片區(qū)的晶片槽103內(nèi)。
[0014]石墨托盤101的正下方安裝有加熱器,加熱器用于加熱石墨托盤101,尤其是用于四個環(huán)狀外延片區(qū)的加熱，該四個環(huán)狀外延片區(qū)即為加熱區(qū)域。本實施例中每個環(huán)狀外延片區(qū)為一個加熱區(qū)域。需要指出的是，對某個加熱區(qū)域來說，可以不放置外延片，甚至不設(shè)置晶片槽。在一個可選實施例中，加熱器包含四個獨立的加熱單元:第一加熱單元401a、第二加熱單元401b、第三加熱單元401c和第四加熱單元401d。上述的第一加熱單元401a、第二加熱單元401b、第三加熱單元401c和第四加熱單元401d呈環(huán)狀，該四個加熱單元排列成同心圓形狀，從托盤旋轉(zhuǎn)軸102向外，依次為:第一加熱單元401a、第二加熱單元401b、第三加熱單元401c、第四加熱單元401d。該四個加熱單元的面積根據(jù)需要可以設(shè)置為不同的面積大小，加熱范圍主要是各自正上方的石墨托盤101區(qū)域。該第一加熱單元401a、第二加熱單元401b、第三加熱單元401c和第四加熱單元401d與上述石墨托盤101上的四個環(huán)狀外延片區(qū)不一定是一一對應(yīng)關(guān)系，例如，第一外延片區(qū)104A其熱量來源主要是第一加熱單元401a和第二加熱單元401b。本實施例中，在第三加熱單元401c位置下方安裝有一個熱電偶溫度計601，熱電偶溫度計601用來測量加熱器的溫度，作為加熱器工作狀態(tài)的監(jiān)測點及外延片溫度控制的參照點。在實際應(yīng)用中，熱電偶溫度計601可以是一個或者多個，例如為多個加熱單元設(shè)置一個熱 電偶溫度計，或者為每個加熱單元設(shè)置一個熱電偶溫度計。
[0015]測溫傳感器用于檢測各個加熱區(qū)域的加熱區(qū)域溫度值，本實施例中，溫度控制系統(tǒng)所連接的測溫傳感器分別安裝于上述四個環(huán)狀外延片區(qū)上方，在一種可選方式中，為每個外延片區(qū)分別設(shè)有一個測溫傳感器，該些測溫傳感器分別為設(shè)置于第一外延片區(qū)104A上方的第一測溫傳感器301a、設(shè)置于第二外延片區(qū)104B上方的第二測溫傳感器301b、設(shè)置于第三外延片區(qū)104C上方的第三測溫傳感器301c，以及設(shè)置于第四外延片區(qū)104D上方的第四測溫傳感器301d。優(yōu)選地，上述測溫傳感器通常選用非接觸式光學(xué)測溫傳感器(pyrometer),其用于測量石墨托盤101上用來放置外延片的晶片槽103 (pocket)的溫度，或者用于測量上述加熱單元的溫度，測得的溫度值即為加熱區(qū)域的溫度值(例如外延片區(qū)的溫度值)。
[0016]本實施例中，溫度控制系統(tǒng)500具體用于控制上述四個環(huán)狀外延片區(qū)溫度的精確性和均勻性。上述的第一測溫傳感器301a、第二測溫傳感器301b、第三測溫傳感器301c、第四測溫傳感器301d的輸出端分別連接溫度控制系統(tǒng)500的輸入端，該四個測溫傳感器分別測量到的四個溫度作為溫度控制系統(tǒng)500的輸入。上述的第一加熱單元401a、第二加熱單元401b、第三加熱單元401c和第四加熱單元401d的輸入端分別連接溫度控制系統(tǒng)500的輸出端，該四個加熱單兀的驅(qū)動信號(例如電流驅(qū)動信號)，作為溫度控制系統(tǒng)500的輸出。上述熱電偶溫度計601的輸出端連接溫度控制系統(tǒng)500的輸入端，其測量到的加熱器溫度，作為參考溫度傳送給溫度控制系統(tǒng)500。本實施例中，溫度控制系統(tǒng)500為多輸入多輸出控制系統(tǒng)。不難明白，實際應(yīng)用中，加熱單元和測溫傳感器的個數(shù)可以靈活設(shè)置，本實施例對其設(shè)置不做任何限定。
[0017]本實施例中，石墨托盤101上設(shè)有四個加熱區(qū)域(在MOCVD設(shè)備中即對應(yīng)具體為四個環(huán)狀外延片區(qū))，每個環(huán)狀外延片區(qū)上對應(yīng)設(shè)有一個測溫傳感器，即非接觸式光學(xué)測溫傳感器(pyrometer)。溫度控制系統(tǒng)500具有四個控制通道，分別控制第一外延片區(qū)104A、第二外延片區(qū)104B、第三外延片區(qū)104C、第四外延片區(qū)104D四個外延片區(qū)的溫度，本實施例中這四個控制通道相互獨立，實現(xiàn)了解稱，提高了溫度控制精度。需要指出的本實施例中僅以四個通道為例進行了說明，還可以適用于其他場景例如兩個通道或三個通道。
[0018]另外需要指出的是，本實施例提出的溫度控制系統(tǒng)除適用于MOCVD設(shè)備外，還適用于其他半導(dǎo)體設(shè)備，例如半導(dǎo)體薄膜沉積設(shè)備，具體包含等離子體增強化學(xué)氣相沉積(PECVD)設(shè)備等。
[0019]如圖2所示，本發(fā)明一個實施例中溫度控制系統(tǒng)500包含功率值計算單元52，功率值轉(zhuǎn)換單元54，功率輸出單元56。溫度控制系統(tǒng)的輸出端連接加熱器40，溫度控制系統(tǒng)的輸入端連接測溫傳感器。
[0020]功率值計算單元52，用于接收各個測溫傳感器檢測的加熱區(qū)域溫度，計算中各個加熱區(qū)域?qū)?yīng)的加熱區(qū)域功率值。
[0021]功率值轉(zhuǎn)換單元54，用于接收功率值計算單元52輸出的各個加熱區(qū)域?qū)?yīng)的加熱區(qū)域功率值，并將加熱區(qū)域功率值轉(zhuǎn)換為各個加熱單元401對應(yīng)的加熱單元功率值后輸出。`
[0022]功率輸出單元56，用于接收功率值轉(zhuǎn)換單元54轉(zhuǎn)換輸出的各個加熱單元401對應(yīng)的加熱單元功率值，根據(jù)該加熱單元功率值向各個加熱單元401輸出對應(yīng)功率。
[0023]加熱器40則分別根據(jù)對應(yīng)的加熱單元功率值對各個加熱區(qū)域進行加熱。
[0024]如圖3所示，在一種實現(xiàn)方式中，溫度控制系統(tǒng)500還可以包含:第一功率值補償單元53和第一相加單元57。
[0025]第一功率值補償單元53用于補償各個MOCVD設(shè)備中環(huán)形外延片區(qū)(加熱區(qū)域)的熱損失功率，包含熱對流和熱福射引起的熱量損失。
[0026]第一相加單元57用于將其對應(yīng)的第一功率值補償單元53計算出的各個對應(yīng)加熱區(qū)域的加熱區(qū)域熱損失功率值與功率值計算單元52中對應(yīng)功率值計算模塊521計算出的加熱區(qū)域?qū)?yīng)的加熱區(qū)域功率值對應(yīng)相加，得到補償后的加熱區(qū)域?qū)?yīng)的加熱區(qū)域補償后功率值，并傳輸至功率值轉(zhuǎn)換單元54。
[0027]在一種實現(xiàn)方式中，可以設(shè)置一個第一功率值補償單元53和一個第一相加單元57，來完成各個加熱區(qū)域功率補償。在另一種實現(xiàn)方式中，可以設(shè)置多個第一功率值補償單元53和多個第一相加單元57來完成各個加熱區(qū)域功率補償，例如各第一功率值補償單元53分別計算各個加熱區(qū)域?qū)?yīng)的加熱區(qū)域熱損失功率值并輸出，各個第一相加單元57分別將對應(yīng)加熱區(qū)域的加熱區(qū)域熱損失功率值和加熱區(qū)域功率值進行相加，得到加熱區(qū)域補償后功率值。通過對應(yīng)轉(zhuǎn)換后最終影響加熱器40中各加熱單元401的輸出功率，其中具體的轉(zhuǎn)換至少跟功率值轉(zhuǎn)換單元54相關(guān)，第一功率值補償單元53的設(shè)置可有效補償實際系統(tǒng)中石墨托盤101上方各個環(huán)形外延片區(qū)(加熱區(qū)域)的熱量損失，從而減小溫度波動，提高系統(tǒng)控制精度。該第一功率值補償單元53輸出加熱區(qū)域補償后功率值可以通過模型計算和試驗測試來獲得。
[0028]該實現(xiàn)方式中，功率值轉(zhuǎn)換單元54將補償后的各個加熱區(qū)域?qū)?yīng)的加熱區(qū)域補償后功率值轉(zhuǎn)換為各個加熱單元401對應(yīng)的加熱單元功率值并輸出。
[0029]如圖4所示，在另一種實現(xiàn)方式中，該溫度控制系統(tǒng)500還可以包含:第二功率值補償單元55和第二相加單元58。
[0030]第二功率值補償單元55用于計算各個加熱單元401對應(yīng)的加熱單元熱損失功率值，輸出加熱單元熱損失功率值對各個加熱單元401對應(yīng)的加熱單元功率值進行補償，以補償設(shè)置于MOCVD設(shè)備中托盤101下方的各個加熱單元401的熱損失功率，具體可以包含熱對流和熱輻射引起的熱量損失。各第二功率值補償單元55輸出的功率補償值會影響加熱單元401的輸出功率，從而減小溫度波動，提高系統(tǒng)控制精度。第二功率值補償單元55輸出的功率補償值可以通過模型計算和試驗測試來獲得。
[0031]第二相加單元58用于將對應(yīng)的第二功率值補償單元55計算出的各個加熱單元401的加熱單元熱損失功率值和功率值轉(zhuǎn)換單元54輸出的各個加熱單元401對應(yīng)的加熱單元功率值對應(yīng)相加，得到補償后的各個加熱單元401對應(yīng)的加熱單元補償后功率值并輸出至功率輸出單元56。功率輸出單元56即根據(jù)第二相加單元58輸出的補償后的各個加熱單元401對應(yīng)的加熱單元補償后功率值，向各個加熱單元401輸出對應(yīng)的功率。
[0032]在一種實現(xiàn)方式中，可以設(shè)置一個第二功率值補償單元55和一個第二相加單元58，來完成各個加熱區(qū)域功率補償。在另一種實現(xiàn)方式中，可以設(shè)置多個第二功率值補償單元55和多個第二相加單元58來完成各個加熱區(qū)域功率補償，例如第二功率值補償單元55和第二相加單元58的個數(shù)均等于加熱單元的個數(shù)。
`[0033]請再次參見圖2，本實施例中功率值轉(zhuǎn)換單元54負(fù)責(zé)功率值轉(zhuǎn)換，即用于將各個加熱區(qū)域(例如MOCVD設(shè)備中具體為各環(huán)形外延區(qū))對應(yīng)的功率值轉(zhuǎn)換為各個加熱單元401對應(yīng)的功率值。具體地，功率值轉(zhuǎn)換單元54通過矩陣計算完成該加熱區(qū)域功率至加熱單元功率的轉(zhuǎn)換。功率值轉(zhuǎn)換單元54將各個環(huán)形外延區(qū)對應(yīng)的功率值作為一個向量和預(yù)先設(shè)置的矩陣進行計算，得到另一個向量作為加熱單元功率值。
[0034]具體地，功率值轉(zhuǎn)換單元54可以包含輸入模塊，運算模塊及輸出模塊。
[0035]輸入模塊接收各功率值計算單元52輸出的各個加熱區(qū)域?qū)?yīng)的加熱區(qū)域功率值，將各加熱區(qū)域功率值作為一個輸入向量，例如列向量。
[0036]運算模塊預(yù)設(shè)有矩陣A，將預(yù)設(shè)的矩陣A與輸入向量做矩陣乘法運算，得到輸出向量，具體地輸出向量也是一個列向量。
[0037]輸出模塊將輸出向量作為各個加熱單元401對應(yīng)的加熱單元功率值，并輸出。
[0038]功率值轉(zhuǎn)換單元54中預(yù)先設(shè)置的矩陣A為mXn矩陣，不難明白，m和η均為正整數(shù)。在一個實施例中，假定m=n=4,如下所示:
【權(quán)利要求】
1.一種溫度控制系統(tǒng)，該溫度控制系統(tǒng)(500)輸入端連接有若干測溫傳感器，所述若干測溫傳感器用于檢測半導(dǎo)體薄膜沉積設(shè)備中各個加熱區(qū)域的溫度值，每個加熱區(qū)域?qū)?yīng)于一個或多個測溫傳感器；溫度控制系統(tǒng)(500)輸出端連接有若干加熱單元(401)，所述若干加熱單元用于根據(jù)溫度控制系統(tǒng)(500)輸出的功率對各個加熱區(qū)域進行加熱； 其特征在于，該溫度控制系統(tǒng)(500)包含: 功率值計算單元(52)，用于接收各個測溫傳感器檢測的加熱區(qū)域的溫度值，根據(jù)該溫度值計算各個加熱區(qū)域?qū)?yīng)的加熱區(qū)域功率值； 功率值轉(zhuǎn)換單元(54)，用于接收功率值計算單元(52)輸出的各個加熱區(qū)域?qū)?yīng)的加熱區(qū)域功率值，并將加熱區(qū)域功率值轉(zhuǎn)換為各個加熱單元(401)對應(yīng)的加熱單元功率值后輸出； 功率輸出單元(56 )，用于接收功率值轉(zhuǎn)換單元(54)轉(zhuǎn)換輸出的各個加熱單元(401)對應(yīng)的加熱單元功率值，根據(jù)該加熱單元功率值向各個加熱單元(401)輸出對應(yīng)功率。
2.如權(quán)利要求1所述的溫度控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的功率值轉(zhuǎn)換單元(54)包含: 輸入模塊，用于接收功率值計算單元(52)輸出的各個加熱區(qū)域?qū)?yīng)的加熱區(qū)域功率值，將各加熱區(qū)域功率值作為一個輸入向量； 運算模塊，用于將預(yù)設(shè)的矩陣與所述輸入向量做矩陣乘法運算，得到輸出向量； 輸出模塊，用于將所述輸 出向量作為各個加熱單元對應(yīng)的加熱單元功率值，并輸出。
3.如權(quán)利要求2所述的溫度控制系統(tǒng)，其特征在于，所述輸入向量為ηXI的列向量，所述預(yù)設(shè)的矩陣為mXn矩陣，所述輸出向量為mX I的列向量； m表示所述功率值轉(zhuǎn)換單元(54)輸出信號的個數(shù)，m為正整數(shù)且大于等于2 ； η表示所述功率值轉(zhuǎn)換單元(54)輸入信號的個數(shù)，η為正整數(shù)且大于等于2 ； m大于或等于η。
4.如權(quán)利要求1所述的溫度控制系統(tǒng)，其特征在于，該溫度控制系統(tǒng)(500)還包含: 第一功率值補償單元(53)，用于計算各個加熱區(qū)域?qū)?yīng)的加熱區(qū)域熱損失功率值； 第一相加單元(57)，用于將第一功率值補償單元(53)計算出的各個對應(yīng)加熱區(qū)域的加熱區(qū)域熱損失功率值與所述功率值計算單元(52)計算出的加熱區(qū)域功率值對應(yīng)相加，得到補償后的各個加熱區(qū)域?qū)?yīng)的加熱區(qū)域補償后功率值； 所述的功率值轉(zhuǎn)換單元(54)將補償后的各個加熱區(qū)域?qū)?yīng)的加熱區(qū)域補償后功率值轉(zhuǎn)換為各個加熱單元(401)對應(yīng)的加熱單元功率值并輸出。
5.如權(quán)利要求1或4所述的溫度控制系統(tǒng)，其特征在于，該溫度控制系統(tǒng)(500)還包含: 第二功率值補償單元(55)，用于計算各個加熱單元(401)對應(yīng)的加熱單元熱損失功率值； 第二相加單元(58)，用于將第二功率值補償單元(55)計算出的各個加熱單元(401)的加熱單元熱損失功率值和所述功率值轉(zhuǎn)換單元(54)輸出的各個加熱單元(401)對應(yīng)的加熱單元功率值對應(yīng)相加，得到補償后的各個加熱單元(401)對應(yīng)的加熱單元補償后功率值； 所述功率輸出單元(56)根據(jù)第二相加單元(58)輸出的補償后的各個加熱單元(401)對應(yīng)的加熱單元補償后功率值，向各個加熱單元(401)輸出對應(yīng)的功率。
6.如權(quán)利要求1所述的溫度控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的功率值計算單元(52)包含有至少兩個功率值計算模塊(521)，所述功率值計算模塊(521)與所述加熱區(qū)域一一對應(yīng)； 每個功率值計算模塊(521)包含: 溫度計算模塊(501)，用于根據(jù)預(yù)先設(shè)置的設(shè)定溫度值和調(diào)整時間，計算出對應(yīng)加熱區(qū)域從當(dāng)前溫度值到設(shè)定溫度值分步調(diào)整所需的若干個溫度設(shè)定值； 比較模塊(502)，用于根據(jù)每步調(diào)整中對應(yīng)測溫傳感器測量的加熱區(qū)域溫度值和所述溫度計算模塊(501)計算出的溫度設(shè)定值，計算得到溫度差值； 控制模塊(503)，用于將所述比較模塊(502)計算得到的溫度差值轉(zhuǎn)換為控制模塊輸出功率值，并作為對應(yīng)加熱區(qū)域的加熱區(qū)域功率值輸出。
7.如權(quán)利要求6所述的溫度控制系統(tǒng)，其特征在于，所述溫度計算模塊(501)還用于計算分步調(diào)整中每步調(diào)整的溫度斜率，所述的功率值計算模塊(521)還包含: 前饋模塊(504)，用于接收溫度計算模塊(501)計算出的分步調(diào)整所需的多個溫度值和每步調(diào)整的溫度斜率，計算出溫度每步調(diào)整所需的功率增量值，以及每步調(diào)整中與溫度相關(guān)的熱損失功率值，相加得到前饋模塊輸出功率值并輸出； 相加模塊(505)，用于將所述前饋模塊(504)輸出的前饋模塊輸出功率值和所述控制模塊(503)輸出的控制模塊輸出功率值進行相加，得出相加模塊輸出功率值，并作為對應(yīng)加熱區(qū)域的加熱區(qū)域功率值輸出。
8.如權(quán)利要求1所述的溫度控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的溫度控制系統(tǒng)(500)還連接有一個熱電偶溫度計(601)，用于測量任意一個加熱單元(401)的溫度，并將測得溫度作為所有加熱單元的加熱單元溫度； 或者所述溫度控制系統(tǒng)(500)還連接有多個熱電偶溫度計(601 )，熱電偶溫度計(601)和加熱單元(401)一一對應(yīng)，每個熱電偶溫度計(601)用于測量對應(yīng)加熱單元(401)的加熱單元溫度； 所述功率輸出單元(56)包含至少兩個功率輸出模塊(561)，所述功率輸出模塊(561)與所述加熱單元(401) —一對應(yīng)； 每個功率輸出模塊(561)包含: 信號轉(zhuǎn)換單元(509)，用于根據(jù)熱電偶溫度計(601)測量的對應(yīng)加熱單元溫度計算出對應(yīng)加熱單元的電阻，并根據(jù)對應(yīng)加熱單元的電阻和功率值轉(zhuǎn)換單元(54)輸出的各加熱單元(401)加熱單元功率值計算出對應(yīng)的加熱單元電流值； 加熱器電源(510)，用于接收信號轉(zhuǎn)換單元(509)輸出的加熱單元電流值，調(diào)整對應(yīng)加熱單元(401)的電流。
9.一種半導(dǎo)體薄膜沉淀設(shè)備，其特征在于，包含如權(quán)利要求1至8中任意一項所述的溫度控制系統(tǒng)(500)。
10.一種金屬有機化學(xué)氣相沉淀MOCVD設(shè)備，其特征在于，該MOCVD設(shè)備包含外延反應(yīng)腔、托盤(101)、加熱器、測溫傳感器(301a、301b、301c、301d)以及溫度控制系統(tǒng)(500)； 托盤(101)位于外延反應(yīng)腔中，托盤(101)上設(shè)有多個用于放置外延片的外延片區(qū)； 加熱器包含多個加熱單元(401a、401b、401c、401d)，用于對托盤上的外延片區(qū)進行加執(zhí).測溫傳感器(301a、301b、301c、301d)用于測量各個外延片區(qū)的溫度值； 溫度控制系統(tǒng)(500)用于接收測溫傳感器測得的溫度，根據(jù)測溫傳感器測得的溫度計算各個外延片區(qū)的加熱區(qū)域功率值，并轉(zhuǎn)換為各個加熱單元(401a、401b、401c、401d)對應(yīng)的加熱單元功率值，以及向各個加熱單元輸出對應(yīng)的功率； 各個加熱單元(401a、401b、401c、401d )分別用于根據(jù)溫度控制系統(tǒng)(500)輸出的功率對外延片區(qū)加熱。
11.如權(quán)利要求10所述的MOCVD設(shè)備，其特征在于，該溫度控制系統(tǒng)(500)包含: 功率值計算單元(52)，用于接收測溫傳感器檢測的加熱區(qū)域的溫度值，根據(jù)該溫度值計算各個加熱區(qū)域?qū)?yīng)的加熱區(qū)域功率值； 功率值轉(zhuǎn)換單元(54)，用于接收功率值計算單元(52)輸出的各個加熱區(qū)域?qū)?yīng)的加熱區(qū)域功率值，并將加熱區(qū)域功率值轉(zhuǎn)換為各個加熱單元(401)對應(yīng)的加熱單元功率值后輸出； 功率輸出單元(56 )，用于接收功率值轉(zhuǎn)換單元(54)轉(zhuǎn)換輸出的各個加熱單元(401)對應(yīng)的加熱單元功率值，根據(jù)該加熱單元功率值向各個加熱單元(401)輸出對應(yīng)功率。
12.如權(quán)利要求10所述的MOCVD設(shè)備，其特征在于，所述MOCVD設(shè)備還包括一個或多個熱電偶溫度計(601)，每個熱電偶溫度計(601)對應(yīng)于一個或多個加熱單元； 每個熱電偶溫度計(601)用于測量一個加熱單元的溫度，并將測得的溫度值作為該熱電偶溫度計(601)所對應(yīng)的加熱單元的溫度，以及將該測得溫度值發(fā)送給溫度控制系統(tǒng)(500) 溫度控制系統(tǒng)(500)進一步用于根據(jù)熱電偶溫度計(601)測得的溫度值來計算對應(yīng)加熱單元的電阻以及電流，并輸出相應(yīng)的電流。
13.一種溫度控制方法，其特征在于，該方法包含以下步驟: 獲取半導(dǎo)體薄膜沉積設(shè)備中各個加熱區(qū)域?qū)?yīng)的加熱區(qū)域功率值； 將各個加熱區(qū)域?qū)?yīng)的加熱區(qū)域功率值轉(zhuǎn)換為半導(dǎo)體薄膜沉積設(shè)備中各個加熱單元(401)對應(yīng)的加熱單元功率值； 根據(jù)各個加熱單元(401)對應(yīng)的加熱單元功率值，控制各個加熱單元(401)輸出功率。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述獲取步驟包含獲得任意一個加熱區(qū)域的加熱區(qū)域功率值的步驟，所述獲得步驟包含以下步驟: 測量該任意一個加熱區(qū)域的當(dāng)前溫度值； 根據(jù)預(yù)先設(shè)置的設(shè)定溫度值和調(diào)整時間，計算出該任意一個加熱區(qū)域從當(dāng)前溫度值到設(shè)定溫度值分步調(diào)整所需的若干個溫度設(shè)定值； 根據(jù)每步調(diào)整中測量的該任意一個加熱區(qū)域的加熱區(qū)域溫度值和計算出的溫度設(shè)定值，得到溫度差值； 基于該溫度差值計算出該任意一個加熱區(qū)域的加熱區(qū)域功率值。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，在所述轉(zhuǎn)換步驟之前還包含以下步驟: 計算各個加熱區(qū)域?qū)?yīng)的加熱區(qū)域熱損失功率值； 將各個加熱區(qū)域?qū)?yīng)的加熱區(qū)域熱損失功率值與各個加熱區(qū)域?qū)?yīng)的加熱區(qū)域功率值對應(yīng)相加，得到補償后的各個加熱區(qū)域?qū)?yīng)的加熱區(qū)域補償后功率值； 所述轉(zhuǎn)換步驟具體為:將各個加熱區(qū)域?qū)?yīng)的加熱區(qū)域補償后功率值轉(zhuǎn)換為半導(dǎo)體薄膜沉積設(shè)備中各個加熱單元(401)對應(yīng)的加熱單元功率值。
16.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，在所述轉(zhuǎn)換步驟之后還包含以下步驟: 計算各個加熱單元的加熱單元熱損失功率值； 將各個加熱單元的加熱單元熱損失功率值和對應(yīng)的加熱單元功率值對應(yīng)相加，得到補償后的各個加熱單元對應(yīng)的加熱單元補償后功率值； 所述控制步驟具體為: 根據(jù)補償后的各個加熱單元對應(yīng)的加熱單元補償后功率值，控制向各個加熱單元輸出的功率。
17.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述轉(zhuǎn)換步驟包含以下步驟: 將各個加熱區(qū)域?qū)?yīng)的加熱區(qū)域功率作為一個輸入向量； 利用預(yù)先設(shè)定的矩陣和該輸入向量做矩陣乘法，得到輸出向量； 將所述輸出向量作為各個加熱單`元對應(yīng)的加熱單元功率值。
【文檔編號】C23C16/44GK103668128SQ201210322271
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年9月4日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月4日
【發(fā)明者】趙輝, 陳愛華, 金小亮, 張偉 申請人:中晟光電設(shè)備（上海）有限公司