專利名稱：一種應(yīng)用于光電半導(dǎo)體快速升降溫制程的溫度控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種溫度控制方法，尤其涉及一種應(yīng)用于光電半導(dǎo)體快速升降溫制程
的溫度控制方法，使用閉回路控制溫控點，并將溫度場加以分區(qū)、獨(dú)立控制，可即時調(diào)變各 區(qū)域電熱調(diào)整器輸出電流，以期符合目標(biāo)制程溫度。
背景技術(shù)：
中國臺灣省公開編號第200741882號，申請案號第96108458號(用以快速熱處理 基材的適度控制法)，其為一種在一時距(time interval)期間控制位于一處理室中的一 基材的溫度的方法，其中所述基材包括至少一區(qū)域，所述方法至少包含
在時距前，測量所述基材的各區(qū)域的溫度； 依據(jù)各區(qū)域在至少一先前時距時的一熱行為來計算各區(qū)域于所述時距時的一即 時加熱速率； 依據(jù)所述即時加熱速率來決定各區(qū)域的一輸入功率，使各區(qū)域于所述時距終了時 達(dá)到一預(yù)定溫度； 以及施加各區(qū)域的所述輸入功率至各對應(yīng)的區(qū)域。 參閱圖l所示，現(xiàn)有技術(shù)的適度控制法流程圖，其步驟為一、測量高溫區(qū)溫度 121 ;二、決定即時加熱速率122 ;三、計算升溫速率123 ;四、計算高溫區(qū)功率124 ;五、計算 照燈群組功率125 ;六、加熱基材126。 上述前案，其是依據(jù)基材在熱處理期間的光學(xué)特性，選用即時適度控制演算法或 各種基材類型的固定控制演算法，以控制熱處理制程。 本發(fā)明是使用閉回路控制溫控點，并將溫度場加以分區(qū)、獨(dú)立控制，可即時調(diào)變各 區(qū)域電熱調(diào)整器輸出電流，以期符合目標(biāo)制程溫度。 是以，針對上述現(xiàn)有結(jié)構(gòu)所存在的問題點，如何開發(fā)一種更具理想實用性的創(chuàng)新 結(jié)構(gòu)，實消費(fèi)者所殷切企盼，也相關(guān)業(yè)者需努力研發(fā)突破的目標(biāo)及方向。
有鑒于此，發(fā)明人本于多年從事相關(guān)產(chǎn)品的制造開發(fā)與設(shè)計經(jīng)驗，針對上述的目 標(biāo)，詳加設(shè)計與審慎評估后，終得一確具實用性的本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明欲解決的技術(shù)問題點現(xiàn)有前案，其是依據(jù)基材于熱處理期間的光學(xué)特性， 選用即時適度控制演算法或各種基材類型的固定控制演算法，以控制熱處理制程，但是其 仍有不盡完美之處。 解決問題的技術(shù)特點本發(fā)明提供一種應(yīng)用于光電半導(dǎo)體快速升降溫制程的溫度 控制方法，運(yùn)用比例、微分、積分控制器及熱偶計回饋的壓電信號與設(shè)定的目標(biāo)溫度(T.C_ E)誤差，進(jìn)行閉回路控制，形成溫控點(T.C_C)。為維持均勻的晶圓制程溫度，將溫度場分 割為多區(qū)控制系統(tǒng)，將每一區(qū)域的電熱調(diào)整器所需的輸入電流信號予以參數(shù)化(K Value), 以達(dá)到各區(qū)域溫度可獨(dú)立控制的目的。另外設(shè)立安全監(jiān)控點，以及總輸出功率曲線做為分析目標(biāo)，限制各區(qū)域溫度的上、下限與輸出功率值，避免因溫控點或獨(dú)立控制區(qū)域輸出功率 不足或超載，而降低晶圓反應(yīng)的良率或?qū)е孪到y(tǒng)毀損。 對照現(xiàn)有技術(shù)的功效本發(fā)明較佳的功效為，將溫度場分割為多區(qū)控制系統(tǒng)，將每 一區(qū)域的電熱調(diào)整器所需的輸入電流信號予以參數(shù)化(K Value)，可以達(dá)到各區(qū)域溫度可 獨(dú)立控制的目的；并且另設(shè)立安全監(jiān)控點，以及總輸出功率曲線做為分析目標(biāo)，限制各區(qū)域 溫度的上、下限與輸出功率值，可避免因溫控點或獨(dú)立控制區(qū)域輸出功率不足或超載，而降 低晶圓反應(yīng)的良率或?qū)е孪到y(tǒng)毀損。 有關(guān)本發(fā)明所采用的技術(shù)、手段及其功效，舉一較佳實施例并配合附圖詳細(xì)說明 于后，相信本發(fā)明上述的目的、構(gòu)造及特征，當(dāng)可由的得一深入而具體的了解。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)演算法的流程圖；圖2是本發(fā)明的即時制程反應(yīng)圖；圖3是本發(fā)明電熱設(shè)備溫度控制系統(tǒng)示意圖；圖4是本發(fā)明的溫控點實施方式示意圖；圖5是本發(fā)明的分區(qū)溫度控制方式示意圖；圖6是本發(fā)明的K數(shù)值(K value)演算法示意圖；圖7是本發(fā)明的分區(qū)控制方式示意圖；圖8是本發(fā)明的比例、微分、積分控制(PID)參數(shù)表圖；圖9是本發(fā)明的手動測試介面示意圖；圖10是本發(fā)明的安全監(jiān)控參數(shù)介面圖；圖11是本發(fā)明的每一區(qū)域的電熱調(diào)整器所需的輸入電流信號予以參數(shù)化(K
Value、熱補(bǔ)償比例(Ratio)、補(bǔ)償時間(Ratio time))的設(shè)定介面圖。 附圖標(biāo)記說明1-制程目標(biāo)溫度曲線；2-目前制程溫度曲線；3_電熱設(shè)備總輸出 功率曲線；4-制程中反應(yīng)用氣體流量曲線；5-溫控點感測器讀值；6_安全監(jiān)控點感測器讀 值；10-電熱設(shè)備溫度控制系統(tǒng)；ll-控制系統(tǒng)；12-加熱/致冷系統(tǒng)；13_目標(biāo)溫度比對； 14-制程時間；20-目標(biāo)溫度；30-冷卻；T-目標(biāo)溫度；41_現(xiàn)在溫度與目標(biāo)溫度的誤差值
(O ;42-現(xiàn)在溫度值(T.C_E) ;43-比例、微分、積分控制(PID) ;44-功率調(diào)整器(SCR); 45-高溫計/光測高溫計(Sensor) ;51-現(xiàn)在溫度與目標(biāo)溫度的誤差值(e ) ;52-溫控點 (T. C_C) ;43-K數(shù)值(K value) ;54-功率調(diào)整器(SCR) ;55-高溫計/光測高溫計(Sensor); 56-獨(dú)立區(qū)域控制的加熱源(Lamp group) ;61-整流器；62-數(shù)字、模擬信號轉(zhuǎn)換(A/D); 63-線性化；64-參數(shù)化PID controller ;65-數(shù)字、模擬信號轉(zhuǎn)換(D/A) ;66-功率控制器； 67-獨(dú)立區(qū)域chamber ;70- 79-控制區(qū)域；81-制程種類選擇；82-升溫時間設(shè)定；83-目 標(biāo)溫度設(shè)定；84-制程氣體流量設(shè)定；85-各制程段比例、微分、積分參數(shù)設(shè)定；91-手動制 程氣體流量選擇及控制；92-手動加熱區(qū)域(加熱源群組Lamp group)選擇；93-加熱區(qū)域 電流值、加熱源累積壽命時數(shù)監(jiān)控；101-監(jiān)控系統(tǒng)安全溫度上、下限設(shè)定；102-警示判定時 間設(shè)定；lll-參數(shù)線性化演算系統(tǒng)；112-K Value、Ratio (比例)參數(shù)設(shè)定頁面；113-Ratio Time整體功率補(bǔ)償時間設(shè)定；121-測量高溫區(qū)溫度；122-決定即時加熱速率；123-計算升
溫速率；124-計算高溫區(qū)功率；125-計算照燈群組功率；126-加熱基材。
具體實施例方式
本發(fā)明提供一種應(yīng)用于光電半導(dǎo)體快速升降溫制程的溫度控制方法。
所述應(yīng)用于光電半導(dǎo)體快速升降溫制程的溫度控制方法，運(yùn)用比例、微分、積分控 制器及熱偶計回饋的壓電信號與設(shè)定的目標(biāo)溫度(T.C_E)誤差，進(jìn)行閉回路控制，形成溫 控點(T.C_C)。為維持均勻的晶圓制程溫度，將溫度場分割為多區(qū)控制系統(tǒng)，將每一區(qū)域的 電熱調(diào)整器所需的輸入電流信號予以參數(shù)化(KValue)，以達(dá)到各區(qū)域溫度可獨(dú)立控制的目 的。另外設(shè)立安全監(jiān)控點，以及總輸出功率曲線做為分析目標(biāo)，限制各區(qū)域溫度的上、下限 與輸出功率值，避免因溫控點或獨(dú)立控制區(qū)域輸出功率不足或超載，而降低晶圓反應(yīng)的良 率或?qū)е孪到y(tǒng)毀損。 參閱圖2所示為本發(fā)明的即時制程反應(yīng)示意圖，其包含有一制程目標(biāo)溫度曲線1 、 一目前制程溫度曲線2、一電熱設(shè)備總輸出功率曲線3、一制程中反應(yīng)用氣體流量曲線4、一 溫控點感測器讀值5和一各安全監(jiān)控點感測器讀值6，所述目前制程溫度曲線2包含溫控點 與各獨(dú)立監(jiān)控點所述電熱設(shè)備總輸出功率曲線3用以判定系統(tǒng)輸出是否異常，避免系統(tǒng)因 輸出功率過高，導(dǎo)致系統(tǒng)毀損，所述溫控點感測器讀值是系統(tǒng)功率控制的主要參考目標(biāo)，所 述各安全監(jiān)控點感測器讀值6包括參考溫控點的值，并可通過K value進(jìn)行獨(dú)立調(diào)整。
參閱圖3所示，是電熱設(shè)備溫度控制系統(tǒng)示意圖，一電熱設(shè)備溫度控制系統(tǒng)IO，所 述電熱設(shè)備溫度控制系統(tǒng)10包含有一控制系統(tǒng)11、一加熱/致冷系統(tǒng)12、一目標(biāo)溫度比對 13和一制程時間14，其中首先為一設(shè)定目標(biāo)溫度20，所述設(shè)定目標(biāo)溫度20及制程參數(shù)給所 述控制系統(tǒng)ll，所述控制系統(tǒng)11進(jìn)行所述目標(biāo)溫度比對13，即由回饋信號得知目前溫度與 目標(biāo)溫度的誤差值，以所述加熱/致冷系統(tǒng)12進(jìn)行加熱(輸出功率至調(diào)整器)或冷卻(水 冷/制程氣體/關(guān)閉加熱源)，使目前溫度貼近于目標(biāo)值，經(jīng)所述制程時間14確認(rèn)，關(guān)閉加 熱模塊，進(jìn)行冷卻30至安全溫度后開啟腔體。
溫控點(參閱圖4所示) 所述溫控點包含有一 目標(biāo)溫度T，所述目標(biāo)溫度T經(jīng)過一現(xiàn)在溫度與目標(biāo)溫度的 誤差值(e )41、一現(xiàn)在溫度值(T. C—E)42、一比例、微分、積分控制(PID)43與一功率調(diào)整器 (SCR)44，所述功率調(diào)整器(SCR)44可由K value調(diào)整輸出功率的比例， 一高溫計/光測高 溫計(Sensor) 45，所述高溫計/光測高溫計(Sensor) 45連結(jié)于所述功率調(diào)整器(SCR) 44后 方至所述現(xiàn)在溫度與目標(biāo)溫度的誤差值(e )41處，使所述現(xiàn)在溫度與目標(biāo)溫度的誤差值 (e )41可以接收現(xiàn)在溫度作相關(guān)計算。 [OO34] 分區(qū)溫度控制(參閱圖5所示) 所述溫控點包含有一 目標(biāo)溫度T，所述目標(biāo)溫度T經(jīng)過一現(xiàn)在溫度與目標(biāo)溫度的 誤差值(O 51及一溫控點(T. C_C) 52及一 K數(shù)值(K value) 53，與一功率調(diào)整器(SCR) 54， 所述功率調(diào)整器(SCR) 54可由K數(shù)值(K value) 53調(diào)整輸出功率的比例， 一高溫計/光測 高溫計(Sensor) 55，所述高溫計/光測高溫計(Sensor) 55連結(jié)于所述功率調(diào)整器(SCR) 54 后方至所述現(xiàn)在溫度與目標(biāo)溫度的誤差值(051處，使所述現(xiàn)在溫度與目標(biāo)溫度的誤差 值(051可以接收現(xiàn)在溫度作相關(guān)計算。 其提供了至少一獨(dú)立區(qū)域控制的加熱源(Lamp group) 56、獨(dú)立區(qū)域控制的功率調(diào) 整器(SCR)54及K數(shù)值(K value) 53、熱補(bǔ)償比例(Ratio)。
參閱圖6所示，K數(shù)值(K value)演算法，其經(jīng)由整流器61、數(shù)字、模擬信號 轉(zhuǎn)換(A/D) (D/A)62、65后，用程序?qū)⒏邷赜嫷奶匦詤^(qū)線加以線性化63及參數(shù)化PID controller64，并成為功率控制器66的輸入電流信號，調(diào)變K數(shù)值(K value)即可改變所 述獨(dú)立區(qū)域chamber67輸出功率的目的。 參閱圖7所示，是控制區(qū)域及加熱源分布示意圖，其為本發(fā)明一種分區(qū)施作方法， 其每一控制區(qū)域70 79，均可獨(dú)立控制不同數(shù)量的加熱鹵素?zé)粼?，圖式為十個獨(dú)立控制區(qū) 域。 參閱圖8所示，是比例、微分、積分控制(PID)參數(shù)表，其中包含有制程種類選擇 81 (升溫、降溫、持溫、閑置、制程結(jié)束溫度、開關(guān)門溫度...)、升溫時間設(shè)定82、目標(biāo)溫度設(shè) 定83(串連后即為制程目標(biāo)曲線)、制程氣體流量設(shè)定84(min/L)、各制程段比例、微分、積 分參數(shù)設(shè)定85。 參閱圖9所示，是手動測試介面，其包含有手動制程氣體流量選擇及控制91、手動 加熱區(qū)域(加熱源群組Lamp group)選擇92、加熱區(qū)域電流值、加熱源累積壽命時數(shù)監(jiān)控 93。 參閱圖10所示，是安全監(jiān)控參數(shù)介面，其包含有監(jiān)控系統(tǒng)安全溫度上、下限設(shè)定 101 (超過上下限即顯示制程異?；蛳到y(tǒng)自動關(guān)閉)、警示判定時間設(shè)定102 (累積異常時間 設(shè)定)。 參閱圖ll所示，是每一區(qū)域的電熱調(diào)整器所需的輸入電流信號予以參數(shù)化(K Value)的設(shè)定介面，其中包含參數(shù)線性化演算系統(tǒng)111、K Value、熱補(bǔ)償比例(Ratio)參數(shù) 設(shè)定頁面112、Ratio Time整體功率補(bǔ)償時間設(shè)定113(避免制程溫度因腔體循環(huán)冷卻而隨 時間降低)。 —種應(yīng)用于光電半導(dǎo)體的快速升降溫制程的溫度控制方法，包含有 至少一電熱調(diào)整器、一溫度控制器、一溫度感測器、至少兩加熱源及一閉回路控制
系統(tǒng)彼此電信連結(jié)，所述閉回路控制系統(tǒng)進(jìn)行比例、微分、積分閉回路控制及溫控點控制，
并回饋溫度信號至一微電腦介面進(jìn)行運(yùn)算/分析及儲存相關(guān)制程參數(shù)，進(jìn)而監(jiān)控并即時增
/減各獨(dú)立區(qū)域的所述加熱源輸出功率，以確保制程維持目標(biāo)溫度，其制程情形可即時以圖
控方式顯示于面板，包括目標(biāo)溫度、實際制程溫度、電熱設(shè)備控制輸出功率、制程氣體流量、
溫度控制信號轉(zhuǎn)換值及其它比對用溫度感測器的讀值。 上述所述閉回路控制系統(tǒng)監(jiān)控方式，通過至少一熱偶計或一高溫計，將回饋信號 與目標(biāo)溫度差值進(jìn)行即時運(yùn)算及補(bǔ)償，形成系統(tǒng)的主要溫控點，并可依制程需求將溫度場 分割為至少兩個獨(dú)立控制區(qū)域。 上述所述至少兩個獨(dú)立區(qū)域分別設(shè)有至少兩電熱調(diào)整器及至少兩加熱鹵素?zé)粼矗?所述電熱調(diào)整器所需的控制輸入電流，除參考溫控點外，也予以個別參數(shù)化(K Value)，通 過調(diào)整K value達(dá)到改變溫度場的目的。 上述所述K value因一制程腔體自然對流冷卻效應(yīng)導(dǎo)致各獨(dú)立控制區(qū)域溫度隨著
制程時間緩降時，也可設(shè)定補(bǔ)償時間(Ratio Time)及熱補(bǔ)償比例參數(shù)Ratio)。 上述所述微電腦介面包括一輸出功率曲線的趨勢與百分比幅度分析，所述微電腦
介面可通過所述輸出功率曲線的趨勢與百分比幅度分析進(jìn)行系統(tǒng)異常判斷與保護(hù)，判斷數(shù)
據(jù)將所述次制程功率與以往制程的一數(shù)據(jù)庫記錄進(jìn)行比對分析。
上述所述補(bǔ)償時間及所述補(bǔ)償參數(shù)的補(bǔ)償設(shè)定，將K Value除以所設(shè)定的補(bǔ)償時 間，等于單位時間補(bǔ)償?shù)睦奂又?，用來消除因系統(tǒng)周圍邊緣效應(yīng)造成的熱散失率，改善以往 晶圓邊緣反應(yīng)溫度不足的情形。 上述所述微電腦介面，除了控制制程溫度外，也可由限制所述制程腔體一安全開 門的溫度，避免操作人員燒/燙傷的可能。 前文針對本發(fā)明的較佳實施例為本發(fā)明的技術(shù)特征進(jìn)行具體的說明；但是，熟悉 此項技術(shù)的人士當(dāng)可在不脫離本發(fā)明的精神與原下對本發(fā)明進(jìn)行變更與修改，而所述等變 更與修改，皆應(yīng)涵蓋于如下申請專利范圍所界定的范疇中。
權(quán)利要求
一種應(yīng)用于光電半導(dǎo)體快速升降溫制程的溫度控制方法，其特征在于，其包含至少一電熱調(diào)整器、一溫度控制器、一溫度感測器、至少兩加熱源及一閉回路控制系統(tǒng)彼此電連接；所述閉回路控制系統(tǒng)進(jìn)行比例、微分、積分閉回路控制及溫控點控制，并回饋溫度信號至一微電腦介面進(jìn)行運(yùn)算/分析及儲存相關(guān)制程參數(shù)，進(jìn)而監(jiān)控并即時增/減各獨(dú)立區(qū)域的所述加熱源輸出功率，以確保制程維持目標(biāo)溫度，其制程情形即時以圖控方式顯示于面板，所述制程情形包括目標(biāo)溫度、實際制程溫度、電熱設(shè)備控制輸出功率、制程氣體流量、溫度控制信號轉(zhuǎn)換值及其它比對用溫度感測器的讀值。
2. 如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于光電半導(dǎo)體快速升降溫制程的溫度控制方法，其特征在 于，所述閉回路控制系統(tǒng)監(jiān)控方式，通過至少一熱偶計或一高溫計，將回饋信號與目標(biāo)溫度 差值進(jìn)行即時運(yùn)算及補(bǔ)償，形成所述閉回路控制系統(tǒng)的主要溫控點，并依制程需求將溫度 場分割為至少兩個獨(dú)立控制區(qū)域。
3. 如權(quán)利要求2所述的應(yīng)用于光電半導(dǎo)體快速升降溫制程的溫度控制方法，其特征在 于，所述至少兩個獨(dú)立區(qū)域分別設(shè)有至少兩個電熱調(diào)整器及至少兩個加熱鹵素?zé)粼?，所?電熱調(diào)整器所需的控制輸入電流，除參考溫控點外，也予以個別參數(shù)化，通過調(diào)整K數(shù)值達(dá) 到改變溫度場的目的。
4. 如權(quán)利要求3所述的應(yīng)用于光電半導(dǎo)體快速升降溫制程的溫度控制方法，其特征在 于，所述K數(shù)值因一制程腔體自然對流冷卻效應(yīng)導(dǎo)致各獨(dú)立控制區(qū)域溫度隨著制程時間緩 降時，也設(shè)定補(bǔ)償時間及熱補(bǔ)償比例參數(shù)。
5. 如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于光電半導(dǎo)體快速升降溫制程的溫度控制方法，其特征在 于，所述微電腦介面包括一輸出功率曲線的趨勢與百分比幅度分析，所述微電腦介面通過 所述輸出功率曲線的趨勢與百分比幅度分析進(jìn)行系統(tǒng)異常判斷與保護(hù)，判斷數(shù)據(jù)將所述次 制程功率與以往制程的一數(shù)據(jù)庫記錄進(jìn)行比對分析。
6. 如權(quán)利要求4所述的應(yīng)用于光電半導(dǎo)體快速升降溫制程的溫度控制方法，其特征在 于，所述補(bǔ)償時間及所述補(bǔ)償比例參數(shù)的補(bǔ)償設(shè)定，將K數(shù)值除以所設(shè)定的補(bǔ)償時間，等于 單位時間補(bǔ)償?shù)睦奂又?，用來消除因系統(tǒng)周圍邊緣效應(yīng)造成的熱散失率，改善以往晶圓邊 緣反應(yīng)溫度不足的情形。
7. 如權(quán)利要求4所述的應(yīng)用于光電半導(dǎo)體快速升降溫制程的溫度控制方法，其特征在 于，所述微電腦介面，除了控制制程溫度外，也限制所述制程腔體一安全開門的溫度。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種應(yīng)用于光電半導(dǎo)體快速升降溫制程的溫度控制方法，運(yùn)用比例、微分、積分控制器及熱偶計回饋的壓電信號與設(shè)定的目標(biāo)溫度(T.C_E)誤差，進(jìn)行閉回路控制，形成溫控點(T.C_C)。為維持均勻的晶圓制程溫度，將溫度場分割為多區(qū)控制系統(tǒng)，將每一區(qū)域的電熱調(diào)整器所需的輸入電流信號予以參數(shù)化(K Value)，以達(dá)到各區(qū)域溫度可獨(dú)立控制的目的。另外設(shè)立安全監(jiān)控點，以及總輸出功率曲線做為分析目標(biāo)，限制各區(qū)域溫度的上、下限與輸出功率值，避免因溫控點或獨(dú)立控制區(qū)域輸出功率不足或超載，而降低晶圓反應(yīng)的良率或?qū)е孪到y(tǒng)毀損。
文檔編號G05D23/20GK101739044SQ20081017756
公開日2010年6月16日 申請日期2008年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月21日
發(fā)明者呂學(xué)禮, 周明源, 林武郎, 洪水斌, 石玉光, 鄭煌玉 申請人:技鼎股份有限公司