控制熱陣列的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種系統(tǒng)和方法。所述系統(tǒng)和方法計(jì)算每個(gè)熱元件的目標(biāo)設(shè)定點(diǎn)并通過(guò)每個(gè)熱元件來(lái)索引，以向熱元件提供電力、感測(cè)熱元件的電氣特性，并且基于感測(cè)到的電氣特性來(lái)確定熱元件是否超過(guò)熱元件的目標(biāo)設(shè)定點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】控制熱陣列的系統(tǒng)和方法
相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0001]本申請(qǐng)要求2011年8月30日提交的序列號(hào)為61/528，939和2012年4月19日提交的序列號(hào)為61/635，310的臨時(shí)申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，其全部?jī)?nèi)容以引用方式并入本文。本申請(qǐng)還涉及與本申請(qǐng)同時(shí)提交且共同轉(zhuǎn)讓的名稱為“高清晰度加熱器和操作方法(HighDefinition Heater and Method of Operation) ”、“加熱器的高清晰度并行控制系統(tǒng)(HighDefinition Parallel Control Systems for Heaters)，，、“熱陣列系統(tǒng)(Thermal ArraySystem) ”、“熱陣列系統(tǒng)(Thermal Array System) ”、“熱陣列系統(tǒng)(Thermal Array System) ”和“控制熱陣列的系統(tǒng)和方法(System and Method for Controlling A Thermal Array) ” 的共同待決申請(qǐng)，其全部?jī)?nèi)容以引用方式并入本文。
【背景技術(shù)】
[0002]本申請(qǐng)大體涉及控制熱陣列的系統(tǒng)和方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服相關(guān)技術(shù)的缺點(diǎn)和其他限制，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N系統(tǒng)和方法，其計(jì)算每個(gè)熱元件的目標(biāo)設(shè)定點(diǎn)并通過(guò)每個(gè)熱元件來(lái)索引，以向熱元件提供電力，感測(cè)熱元件的電氣特性，并且基于感測(cè)到的電氣特性來(lái)確定熱元件是否超過(guò)熱元件的目標(biāo)設(shè)定點(diǎn)。
[0004]在參照附屬于本說(shuō)明書并且構(gòu)成其一部分的附圖和權(quán)利要求閱讀以下說(shuō)明后，對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，本申請(qǐng)的其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0005]圖1a是根據(jù)本發(fā)明的一種形式的原理構(gòu)造出的具有調(diào)諧層的加熱器的局部側(cè)視圖；
[0006]圖1b是根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的具有調(diào)諧層或調(diào)諧器的另一種形式的加熱器的分解側(cè)視圖；
[0007]圖1c是一種加熱器的透視分解圖，根據(jù)本發(fā)明的原理，繪示了基底加熱器的示例性四個(gè)(4)區(qū)域和調(diào)諧加熱器的十八個(gè)(18)區(qū)域；
[0008]圖1d是根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的具有補(bǔ)充調(diào)諧層的另一種形式的高清晰度加熱器系統(tǒng)的側(cè)視圖；
[0009]圖2是雙向熱陣列的示意圖；
[0010]圖3a是多并聯(lián)的熱陣列的示意圖；
[0011]圖3b是多并聯(lián)且雙向熱陣列的示意圖；
[0012]圖4是多并聯(lián)且雙向熱陣列的另一個(gè)示意圖；
[0013]圖5是具有可尋址開關(guān)的熱陣列的示意圖；
[0014]圖6A是繪示一種控制熱陣列的方法的流程圖；
[0015]圖6B是繪示6A的控制方法的時(shí)序圖；[0016]圖7A是繪示熱陣列的另一種控制方法的流程圖；
[0017]圖7B是所述方法的一個(gè)例子所用的四節(jié)點(diǎn)拓?fù)洌?br> [0018]圖8是繪示一種用于測(cè)量熱陣列的節(jié)點(diǎn)的電氣特性的方法的流程圖；
[0019]圖9a是繪示一種用于校準(zhǔn)熱陣列的方法的流程圖；
[0020]圖9b是繪示一種用于計(jì)算熱陣列的目標(biāo)設(shè)定點(diǎn)的方法的流程圖；
[0021]圖10是一種控制器系統(tǒng)的一種實(shí)施方案的不意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]以下說(shuō)明本質(zhì)上僅僅是示例性的，并非用于限制本
【發(fā)明內(nèi)容】
、應(yīng)用或用途。例如，本發(fā)明的下列形式涉及半導(dǎo)體加工中使用的卡盤，并且在某些情況下，是靜電卡盤。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，本文所提供的加熱器和系統(tǒng)可用于各種應(yīng)用，并且不限于半導(dǎo)體加工應(yīng)用。
[0023]參照?qǐng)Dla，本發(fā)明的一種形式是加熱器50，其包括其中嵌入了至少一個(gè)加熱器電路54的基底加熱器層52?；准訜崞鲗?2中形成至少一個(gè)孔56 (或?qū)?，用于將加熱器電路54連接到電源(圖未示)?；准訜崞鲗?2提供初級(jí)加熱，而調(diào)諧加熱器層60被配置成鄰近加熱器層52，如圖所示，用于微調(diào)加熱器50所提供的熱分布。調(diào)諧層60包括嵌入其中的多個(gè)單獨(dú)的加熱元件62，其是獨(dú)立控制的。至少一個(gè)孔64穿過(guò)調(diào)諧層60而形成，用于將所述多個(gè)單獨(dú)的加熱元件62連接到電源和控制器(圖未示)。如進(jìn)一步所示，路由層66配置在基底加熱器層52和調(diào)諧層60之間，并限定內(nèi)腔68。第一組電引線70將加熱器電路54連接到電源，其延伸穿過(guò)加熱器層孔56。第二組電引線72將多個(gè)加熱元件62連接到電源，且除了基底加熱器層52中的孔55之外，還延伸穿過(guò)路由層66的內(nèi)腔68。應(yīng)該理解的是，路由層66是可選的，且可在沒有路由層66而只有基底加熱器層52和調(diào)諧加熱器層60的情況下使用加熱器50。
[0024]在另一種形式中，可以可選地使用調(diào)諧層60來(lái)測(cè)量卡盤12中的溫度，而不是提供熱分布的微調(diào)。這種形式用于溫度依賴性電阻電路的多個(gè)特定區(qū)域位置或離散的位置。這些溫度傳感器中的每一種可經(jīng)由多路切換裝置單獨(dú)讀取，其示例性形式在下文中更詳細(xì)地說(shuō)明，允許使用相對(duì)于測(cè)量每一個(gè)單獨(dú)的傳感器所需的信號(hào)線數(shù)目更多的傳感器。溫度傳感反饋可為控制決策提供必要的信息，例如，以控制背面冷卻氣壓的特定區(qū)域以調(diào)節(jié)從襯底26到卡盤12的熱通量。也可使用相同的反饋來(lái)取代或增加安裝在基底加熱器50附近的溫度傳感器，以經(jīng)由輔助冷卻液熱交換器來(lái)控制基底加熱區(qū)域54的溫度或平衡板冷卻流體溫度(圖未示)。
[0025]在一種形式中，基底加熱器層50和調(diào)諧加熱器層60由封閉加熱器電路54和調(diào)諧層加熱元件62以聚酰亞胺材料形成，聚酰亞胺材料用于中溫應(yīng)用，一般在250°C以下。而且，聚酰亞胺材料可與材料摻雜，以增加熱導(dǎo)率。
[0026]在其他形式中，基底加熱器層50和/或調(diào)諧加熱器層60由分層工藝形成，其中所述層通過(guò)使用與厚膜、薄膜、熱噴涂或溶膠凝膠等相關(guān)聯(lián)的方法在襯底上或另一層上涂敷或積聚材料而形成。
[0027]在一種形式中，基底加熱電路54由因科鎳合金(Inconel? )形成,且調(diào)諧層加熱兀件62是鎳材料。在又一種形式中，調(diào)諧層加熱元件62由具有足夠的電阻溫度系數(shù)的材料形成，使得所述元件同時(shí)起加熱器和溫度傳感器的作用，通常稱作“雙線控制”。這樣的加熱器及其材料在第7，196，295號(hào)美國(guó)專利和序列號(hào)為11/475，534的共同待決美國(guó)專利申請(qǐng)中公開，其與本申請(qǐng)共同轉(zhuǎn)讓，且其全部公開內(nèi)容以引用方式并入本文。
[0028]在雙線控制下，本發(fā)明的各種形式包括通過(guò)了解或測(cè)量施加給熱阻抗調(diào)諧層60中的單獨(dú)元件中的每一個(gè)，通過(guò)乘法和除法轉(zhuǎn)換成電功率和電阻，在第一種情況下相等地對(duì)應(yīng)于這些元件中的每一個(gè)的熱通量輸出，且在第二種情況下相等地對(duì)應(yīng)于與元件溫度的已知關(guān)系的電壓和/或電流，基于溫度、功率和/或熱阻抗控制層加熱元件62。可使用這些一起來(lái)計(jì)算并監(jiān)測(cè)每一個(gè)元件上的熱阻抗負(fù)載，以允許操作員或控制系統(tǒng)檢測(cè)并補(bǔ)償特定區(qū)域的熱變化，所述熱變化可能是因使用或維護(hù)、處理誤差和設(shè)備降級(jí)導(dǎo)致室中或卡盤中發(fā)生物理變化而起，但并不限于此?？蛇x地，在半導(dǎo)體加工過(guò)程中可為熱阻抗調(diào)諧層60中的單獨(dú)受控的加熱元件中的每一個(gè)分配對(duì)應(yīng)于相同或不同特定溫度的設(shè)定點(diǎn)電阻，然后修改或閘控源自襯底上的對(duì)應(yīng)區(qū)域直到基底加熱器層52的熱通量，以控制襯底溫度。
[0029]在一種形式中，基底加熱器50接合到卡盤51上，例如，通過(guò)使用有機(jī)硅粘合劑或甚至壓敏粘合劑。因此，加熱器層52提供初級(jí)加熱，而調(diào)諧層60微調(diào)或調(diào)整加熱分布曲線，使得均勻的或所需的溫度曲線被提供給卡盤51，且因此提供給襯底(圖未示)。
[0030]在本發(fā)明的另一種形式中，調(diào)諧層加熱元件62的熱膨脹系數(shù)(CTE)與調(diào)諧加熱層襯底60的CTE匹配，以改良調(diào)諧層加熱元件62在承受應(yīng)力負(fù)載時(shí)的熱敏性。許多適用于雙線控制的材料展現(xiàn)出與電阻溫度裝置(RTD)相似的特性，包括對(duì)溫度和應(yīng)變的電阻敏感性。將調(diào)諧層加熱元件62的CTE與調(diào)諧加熱器層襯底60匹配減少了實(shí)際加熱元件上的應(yīng)力。并且，隨著操作溫度升高，應(yīng)力水平往往也增加，且因此，CTE匹配變成十分重要的因素。在一種形式中，調(diào)諧層加熱元件62是CTE約為15ppm/°C的高純度鎳鐵合金，而包圍它的聚酰亞胺材料的CTE約為16ppm/°C。在此形式中，將調(diào)諧加熱器層60接合到其他層上的材料展現(xiàn)出彈性特性，其在物理上將調(diào)諧加熱器層60與卡盤12的其他構(gòu)件解耦。應(yīng)理解的是，在依然處在本發(fā)明的范圍內(nèi)的情況下也可使用具有類似CTE的其他材料。
[0031]現(xiàn)在參照?qǐng)Dlb-d，繪示出一種示例形式的加熱器，其具有基底加熱器層和調(diào)諧層(在上文的圖1a中概述)，且總體由參考數(shù)字80來(lái)指示。加熱器80包括基板82，(也稱作冷卻板)，其一種形式是厚度約為16mm的鋁板?；准訜崞?4被固定到基板82上，一種形式是使用彈性接合層86，如圖所示。彈性接合可能是第6，073，577號(hào)美國(guó)專利中所公開的彈性接合，其全部?jī)?nèi)容以引用方式并入本文。根據(jù)本發(fā)明的一種形式，襯底88配置在基底加熱器84的頂部，且是厚度約為Imm的鋁材。襯底88被設(shè)計(jì)成具有熱導(dǎo)率，以消耗所需量的基底加熱器84的功率。因?yàn)榛准訜崞?4具有相對(duì)較高的功率，在無(wú)必需量的熱導(dǎo)率的情況下，此基底加熱器84將離開相鄰部件上的“示位”標(biāo)(由電阻電路的跡線)，從而降低整個(gè)加熱器系統(tǒng)的性能。
[0032]調(diào)諧加熱器90被配置在襯底88的頂部，并使用彈性接合層94固定在卡盤92上，如上所述。在一種形式中，卡盤92是厚度約為2.5mm的氧化鋁材料。應(yīng)當(dāng)理解的是，本文所述的材料和尺寸僅僅是示例性的，且因此本發(fā)明并不限定于本文所述的特定形式。此外，與基底加熱器84相比，調(diào)諧加熱器90具有較低的功率，且如上所述，襯底88起消耗基底加熱器84的功率的作用，使得“示位”標(biāo)不會(huì)在調(diào)諧加熱器90上形成。
[0033]圖1c更詳細(xì)地顯示基底加熱器84和調(diào)諧加熱器90，其中，顯示了基底加熱器84的示例性的四個(gè)(4)區(qū)域和調(diào)諧加熱器90的十八個(gè)(18)區(qū)域。在一種形式中，加熱器80適于與450mm的卡盤尺寸配合使用，但是，加熱器80可以使用更大或更小尺寸的卡盤，因?yàn)槠淠芨叨榷ㄖ茻岱植肌４送?，高清晰度加熱?0可以圍繞卡盤的外圍，或在跨越卡盤的預(yù)定位置，而不是以圖示的堆疊/平面結(jié)構(gòu)使用。更進(jìn)一步地，高清晰度加熱器80可以在處理套件、室壁、蓋、氣體管線和噴頭以及半導(dǎo)體加工設(shè)備內(nèi)的其他部件中使用。還應(yīng)當(dāng)理解的是，本文中所示和所述的加熱器和控制系統(tǒng)可以用于任何數(shù)目的應(yīng)用，并且因此，示例性半導(dǎo)體加熱器卡盤應(yīng)用不應(yīng)當(dāng)被解讀為限制本發(fā)明的范圍。
[0034]本發(fā)明還考慮到，基底加熱器84和調(diào)諧加熱器90并不限于加熱功能。應(yīng)當(dāng)理解的是，在依然處于本發(fā)明的范圍內(nèi)的情況下，這些構(gòu)件中的一個(gè)或多個(gè)，分別被稱為“基底功能層”和“調(diào)諧層”，在本發(fā)明目前披露的范圍內(nèi)可以可選地是溫度傳感器層或其它功能構(gòu)件。
[0035]如圖1d中所示，可提供雙調(diào)諧能力，在卡盤12的上表面上納入次級(jí)調(diào)諧層加熱器99。在依然處于本發(fā)明的范圍之內(nèi)的情況下，次級(jí)調(diào)諧層可以可選地用作溫度感測(cè)層，而不是加熱層。因此，可使用任何數(shù)目的調(diào)諧層加熱器，且不應(yīng)該限于本文所示和所述的內(nèi)容。
[0036]現(xiàn)在參照?qǐng)D2，提供一種熱陣列系統(tǒng)100。系統(tǒng)100包括控制器110?？刂破?10可以是控制電路或基于控制器的微處理器?？刂破?10可被配置成接收傳感器測(cè)量值并基于測(cè)量值來(lái)實(shí)施控制算法。在一些例子中，控制器可測(cè)量一或多個(gè)熱陣列元件的電氣特性。而且，控制器110可包括和/或控制多個(gè)開關(guān)，以基于測(cè)量值來(lái)確定有多少電力提供給陣列中的每一個(gè)熱元件。
[0037]在一個(gè)例子中，電力通過(guò)由參考數(shù)字112、114、116表不的三相電力輸入提供給陣列。輸入電源可連接到整流器電路118，以提供正的直流(DC)電力線120和負(fù)DC電力線122。電力可通過(guò)六個(gè)電力節(jié)點(diǎn)分配給熱陣列?？刂破?10可被配置成控制多個(gè)開關(guān)，使得正電力線120可被路由至六個(gè)電力節(jié)點(diǎn)中的任一個(gè)，且負(fù)電力線122也可被路由至所述多個(gè)電力節(jié)點(diǎn)中的任一個(gè)。
[0038]在所示實(shí)施方案中，電力節(jié)點(diǎn)被配置成兩組節(jié)點(diǎn)。第一組節(jié)點(diǎn)包括電力節(jié)點(diǎn)136a、電力節(jié)點(diǎn)136b和電力節(jié)點(diǎn)136c。第二組包括電力節(jié)點(diǎn)138a、電力節(jié)點(diǎn)138b和電力節(jié)點(diǎn)138c。在所示實(shí)施方案中，熱元件被配置成具有三組熱元件的矩陣裝置，且每一組含有六個(gè)熱元件。然而，就本文所述的每一個(gè)實(shí)施方案而言，可使用更多或更少的節(jié)點(diǎn)，而且，熱元件的數(shù)目可隨著節(jié)點(diǎn)的數(shù)目對(duì)應(yīng)地增加或減少。
[0039]第一組熱元件160都連接到節(jié)點(diǎn)138a。同樣，第二組熱元件170都連接到電力節(jié)點(diǎn)138b，而第三組熱元件180都連接到電力節(jié)點(diǎn)138c。熱元件可以是加熱元件。加熱元件可由具有，例如，溫度依賴性電阻的導(dǎo)電材料形成。更具體而言，熱元件可以是具有電氣特性(諸如，與溫度相關(guān)的電阻、電容或電感)的加熱元件，。但是熱元件通常也可被歸類為耗散元件，諸如，電阻元件。因此，本文所述的每一個(gè)實(shí)施方案的熱元件可能具有上述特性中的任一個(gè)。
[0040]在每一組中，六個(gè)熱元件被配置成成對(duì)的熱元件。例如，在第一組160中，第一對(duì)熱元件146a包括第一熱元件164和第二熱元件168。第一熱元件164被配置成與第二熱元件168電并聯(lián)連接。而且，第一熱元件164與單向電路162電串聯(lián)連接。單向電路162可被配置成允許電流在一個(gè)方向上而不是在相反方向上流過(guò)熱元件164。因此，單向電路162以最簡(jiǎn)單的形式被顯示二極管。[0041]第一單向電路162被示為具有連接到節(jié)點(diǎn)136a的陰極和通過(guò)熱元件164連接到節(jié)點(diǎn)138a的陽(yáng)極的二極管。以類似的方式，第二單向電路166被示為具有連接到節(jié)點(diǎn)136a的陽(yáng)極和通過(guò)第二熱元件168連接到節(jié)點(diǎn)138a的陰極的二極管，從而說(shuō)明了與第二單向電路166相對(duì)的第一單向電路162的單向性。值得注意的是，二極管作為單向電路的實(shí)施方案可以只支持一伏電源，但是，可以設(shè)計(jì)各種其他的電路，包括，例如，使用硅控整流器(SCR)的電路，其支持更高的電源電壓。下文將更詳細(xì)地描述單向電路的這樣的實(shí)施方案，但也可以與本文所述實(shí)施方案中的任一個(gè)結(jié)合使用。
[0042]以類似的方式，第二熱元件168與第二單向電路166電串聯(lián)連接，同樣以最簡(jiǎn)單的形式示為二極管。第一熱元件164和第一單向電路162與電力節(jié)點(diǎn)138a和電力節(jié)點(diǎn)136a之間的第二熱元件168和第二單向電路166并聯(lián)。因此，如果控制器110施加正電壓到節(jié)點(diǎn)136a和負(fù)電壓至節(jié)點(diǎn)138a，則電力將施加在第一對(duì)146a的第一熱元件164和第二熱元件168兩端。如上所述，第一單向電路162被定向成在與第二單向電路166相反的方向上。因此，當(dāng)正電壓被施加到節(jié)點(diǎn)138a且負(fù)電壓被施加到節(jié)點(diǎn)136a時(shí)，第一單向電路162允許電流流過(guò)第一熱元件164,但是當(dāng)正電壓被提供給節(jié)點(diǎn)136a且負(fù)電壓被提供給節(jié)點(diǎn)138a,阻止電流流過(guò)。相反，當(dāng)正電壓被施加到節(jié)點(diǎn)136a且負(fù)電壓被施加到138a時(shí)，允許電流流過(guò)第二熱元件168，然而，當(dāng)極性切換時(shí)，通過(guò)第二單向電路166阻止電流流過(guò)第二熱元件168。
[0043]此外，組內(nèi)的每對(duì)熱元件連接到第一組電力節(jié)點(diǎn)136a，136b，136c中的不同電力節(jié)點(diǎn)。因此，第一組160的第一對(duì)熱元件146a連接在節(jié)點(diǎn)136a和節(jié)點(diǎn)138a之間。第二對(duì)熱元件146b連接在電力節(jié)點(diǎn)136b和電力節(jié)點(diǎn)138a之間，而組160的第三對(duì)熱元件146c連接在電力節(jié)點(diǎn)136c和電力節(jié)點(diǎn)138a之間。因此，控制器110可被配置成通過(guò)連接電力節(jié)點(diǎn)138a來(lái)選擇元件組來(lái)供電或返回，然后該對(duì)熱元件(146a，146b，146c)可通過(guò)分別連接節(jié)點(diǎn)136a，136b或136c之一來(lái)選擇，以供電或返回。而且，控制器110可以基于節(jié)點(diǎn)138a和節(jié)點(diǎn)136a，136b和/或136c之間提供的電壓的極性來(lái)選擇向每對(duì)的第一元件或每對(duì)的第二元件供電。
[0044]以同一種方式，第二組熱元件170連接在第二組節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)138b，和節(jié)點(diǎn)136a，136b和136c之間。因此，組170的第一對(duì)熱元件146d可使用電力節(jié)點(diǎn)136a來(lái)選擇，而組170的第二對(duì)146e和第三對(duì)熱元件146f可以通過(guò)節(jié)點(diǎn)136b和136c來(lái)分別選擇。
[0045]同樣，第二組熱元件180連接在第二組節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)138c和節(jié)點(diǎn)136a，136b和136c之間。組180的第一對(duì)熱元件146g可以使用電力節(jié)點(diǎn)136a來(lái)選擇，而組170的第二對(duì)熱元件146h和第三對(duì)熱元件146i可以分別通過(guò)節(jié)點(diǎn)136b和136c來(lái)選擇。
[0046]對(duì)于所示實(shí)施方案，控制器110操縱多個(gè)開關(guān)以將正電力線120連接到第一組電力節(jié)點(diǎn)之一并將負(fù)電力線122連接到第二組電力節(jié)點(diǎn)，或者，可選擇地，將正電力線120連接到第二組電力節(jié)點(diǎn)和將負(fù)電力線122連接到第一組電力節(jié)點(diǎn)。因此，控制器110提供控制信號(hào)124給第一極性控制開關(guān)140和第二極性控制開關(guān)142。第一極性控制開關(guān)140將第一組電力節(jié)點(diǎn)連接到正電源線120或負(fù)電源線122，而第二極性開關(guān)142將第二組電力節(jié)點(diǎn)連接到正電源線120或負(fù)電源線122。
[0047]此外，控制器110提供控制信號(hào)126給第一組電力開關(guān)130，132，和134。開關(guān)130，132和134將開關(guān)140的輸出(正電源線120或負(fù)電源線122)分別連接到第一節(jié)點(diǎn)136a，第二節(jié)點(diǎn)136b和第三節(jié)點(diǎn)136c。此外，控制器110提供控制信號(hào)128給第二組電力開關(guān)150，152和154。開關(guān)150，152和154將開關(guān)142的輸出(正電源線120或負(fù)電源線122)分別連接到第一節(jié)點(diǎn)138a，第二節(jié)點(diǎn)138b和第三節(jié)點(diǎn)138c。
[0048]現(xiàn)在參照?qǐng)D3a，提供多并聯(lián)熱陣列系統(tǒng)200。系統(tǒng)200包括控制系統(tǒng)210。所述控制系統(tǒng)可包括微處理器、開關(guān)和類似于在整個(gè)申請(qǐng)中描述的用于實(shí)施本文所述邏輯的那些其它分立部件。熱元件以多并聯(lián)的方式被配置在電力節(jié)點(diǎn)對(duì)兩端。對(duì)于所示實(shí)施方案，提供六個(gè)電力節(jié)點(diǎn)(212，214，216，218，220，222)。而且，每一個(gè)熱元件連接在一對(duì)電力節(jié)點(diǎn)之間。更具體而言，每一個(gè)熱元件連接在一對(duì)不同的電力節(jié)點(diǎn)之間。因此，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)有一個(gè)熱元件連接在每一個(gè)節(jié)點(diǎn)本身和每一個(gè)其他電力節(jié)點(diǎn)之間。
[0049]因此，熱元件230連接在節(jié)點(diǎn)212和節(jié)點(diǎn)222之間，熱元件232連接在節(jié)點(diǎn)212和節(jié)點(diǎn)220之間，熱元件234連接在節(jié)點(diǎn)212和節(jié)點(diǎn)218之間，熱元件236連接在節(jié)點(diǎn)212和節(jié)點(diǎn)216之間，且熱元件238連接在節(jié)點(diǎn)212和節(jié)點(diǎn)214之間。因此，節(jié)點(diǎn)212通過(guò)熱元件(230，232，234，236，或 238)連接到其他節(jié)點(diǎn) 214，216，218，220 和 222 中的每一個(gè)。
[0050]同樣，熱元件240連接在節(jié)點(diǎn)214和節(jié)點(diǎn)222之間，熱元件242連接在節(jié)點(diǎn)214和節(jié)點(diǎn)220之間，熱元件244連接在節(jié)點(diǎn)214和節(jié)點(diǎn)218之間，且熱元件246連接在節(jié)點(diǎn)214和節(jié)點(diǎn)216之間。值得注意的是，連接在節(jié)點(diǎn)214和節(jié)點(diǎn)212之間的熱元件已經(jīng)被識(shí)別為熱元件238。此外，每一個(gè)其他對(duì)元件之間的連接由連接在節(jié)點(diǎn)216和節(jié)點(diǎn)222之間的熱元件250，連接在節(jié)點(diǎn)216和節(jié)點(diǎn)220之間的熱元件252，連接在節(jié)點(diǎn)216和節(jié)點(diǎn)218之間的熱元件254，連接在節(jié)點(diǎn)218和節(jié)點(diǎn)222之間的熱元件260，連接在節(jié)點(diǎn)218和節(jié)點(diǎn)220之間的熱元件262，和連接在節(jié)點(diǎn)220和節(jié)點(diǎn)222之間的熱元件270提供。
[0051 ] 控制器210被配置成將電源連接、回路連接或開路提供給每一個(gè)節(jié)點(diǎn)。此外，應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，多并聯(lián)拓?fù)滹@著不同于圖2中所提供的矩陣拓?fù)?。多并?lián)拓?fù)涮峁嵩W(wǎng)絡(luò)相對(duì)于加熱用電分布以及理解用于熱感測(cè)的所有元件的相互作用整體考慮。例如，如果電源被提供給節(jié)點(diǎn)212且回路連接提供給節(jié)點(diǎn)222，則主電源路徑將會(huì)通過(guò)熱元件230。然而，次級(jí)路徑將經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的其他元件中的每一個(gè)回到節(jié)點(diǎn)222而存在。因此，當(dāng)控制器210提供電力，并返回到節(jié)點(diǎn)的任一配置時(shí)，必須考慮電力被提供給主路徑的熱元件，以及，電力通過(guò)次級(jí)路徑被提供給所有其它元件。根據(jù)具有不同特性(無(wú)論是設(shè)計(jì)、環(huán)境影響，或制造公差)的每一個(gè)熱元件，這個(gè)任務(wù)可能更加復(fù)雜。
[0052]對(duì)于此拓?fù)洌刂品桨缚衫昧鶙l(6)電線和十五個(gè)元件(15)，而不使用具有SCR、二極管和上文所述的其他元件的開關(guān)電路。對(duì)此控制方案而言，與電線有關(guān)的元件的最大數(shù)目為E= 1/2 (Nx (N-D)0雖然可對(duì)每一根電線連續(xù)供電，對(duì)任一節(jié)點(diǎn)組合施加獨(dú)立電壓，但是此系統(tǒng)可能難以控制。根據(jù)本發(fā)明的這種形式，電線被選擇性地連接到電源、回路或開路，在指定時(shí)間段上使用這些組合的序列，以產(chǎn)生所需的平均熱分布。例如，一個(gè)組合可能是將A和B連接到電源，將C和D連接到回路，以及使E和F是開路；另一個(gè)組合可能是將A和C連接到電源，將D連接到回路，以及使B、E和F是開路。然后，這些組合或模式，在不同的時(shí)間段依序應(yīng)用于調(diào)諧層加熱元件，例如，在第一時(shí)刻A應(yīng)用第一模式，在第二時(shí)刻t2應(yīng)用第二模式，以此類推，使得所產(chǎn)生的時(shí)序序列在調(diào)諧層加熱器中產(chǎn)生所需的平均熱分布。在一種形式中，使用遠(yuǎn)短于加熱器的熱時(shí)間常數(shù)的時(shí)序序列時(shí)間間隔，使得加熱器中的溫度紋波保持在足夠低的水平。在給定的六條電線例子中，N條電線有301個(gè)可能的非冗余模式，其中非冗余模式使至少一個(gè)元件中產(chǎn)生電力，但并不會(huì)使系統(tǒng)中相同的元件產(chǎn)生與另一模式相同的電力。若與開路相關(guān)聯(lián)的模式被刪除，則對(duì)N條電線而言，非冗余模式(mode)的數(shù)目為Modes = 2N_Ll。因此，對(duì)于相同的六條電線，十五元件系統(tǒng)，有31個(gè)非冗余非零(空)模式。對(duì)于六節(jié)點(diǎn)，十五元件系統(tǒng)而言，所產(chǎn)生的模式矩陣[PxM]為(15x301)或(15乘31)，且需要矩陣等式[PE] = [PxM].[Modes]的解，其中Pe是元件的電力(熱通量)輸出的向量。在開路下，多并聯(lián)模式的數(shù)目=(3Ν-2Ν+1-1)/2(非冗余)。若使用的是全開路包容性矩陣，則[PxM]矩陣是不確定的，且可能是病態(tài)的，并產(chǎn)生模式向量，其由于必須在給定的時(shí)間窗中產(chǎn)生的模式的數(shù)目而高度容易出錯(cuò)且難以實(shí)施。而且，一個(gè)解并不是對(duì)所有所需電力向量都是可行的。通過(guò)選擇基于矩陣條件選定的模式子集，可以降低復(fù)雜性和誤差。一種用于評(píng)估選擇的模式子集的矩陣條件的方法是對(duì)[PxM]矩陣的子集執(zhí)行奇異值分解，將子集彼此比較，并選擇具有最大與最小非零奇異值的最小比率的集合。只有非負(fù)模式可以使用，因?yàn)殡娏H可添加到系統(tǒng)中，所以，此矩陣子集[PxMk]可用于求解非負(fù)最
小平方問題
【權(quán)利要求】
1.一種熱系統(tǒng)，其包含: 多個(gè)熱元件； 具有多個(gè)電力節(jié)點(diǎn)的控制系統(tǒng)，其中每個(gè)熱元件連接在所述多個(gè)電力節(jié)點(diǎn)之間，所述控制系統(tǒng)被配置成計(jì)算每個(gè)熱元件的目標(biāo)設(shè)定點(diǎn)并通過(guò)每個(gè)熱元件來(lái)索引，以(a)向熱元件提供電力，(b)感測(cè)熱元件的電氣特性，以及(C)基于感測(cè)到的電氣特性來(lái)確定熱元件是否超過(guò)熱元件的目標(biāo)設(shè)定點(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述控制系統(tǒng)被配置成確定用于為所述多個(gè)熱元件中的每個(gè)熱元件供電的時(shí)間窗口。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述控制系統(tǒng)被配置成當(dāng)超過(guò)目標(biāo)設(shè)定點(diǎn)時(shí)，在所述時(shí)間窗口的剩余部分上停止向熱元件提供電力。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述控制系統(tǒng)被配置成當(dāng)超過(guò)目標(biāo)設(shè)定點(diǎn)時(shí)，停止向熱元件提供電力并在預(yù)定時(shí)間延遲后移動(dòng)到下一個(gè)時(shí)間窗口。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中計(jì)算目標(biāo)設(shè)定點(diǎn)包括測(cè)量熱元件的基線電阻。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中計(jì)算目標(biāo)設(shè)定點(diǎn)包括計(jì)算每個(gè)熱元件的基于基線電阻的目標(biāo)電阻、溫度變化，以及電阻溫度系數(shù)TCR。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述熱元件是耗散元件。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述熱元件是電阻元件。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述熱元件由具有溫度依賴性電阻的導(dǎo)電材料組成。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中控制系統(tǒng)被配置成測(cè)量電阻元件的電阻以計(jì)算電阻元件的溫度。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述多個(gè)熱元件的第一熱元件和第二熱元件連接在第一節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)之間，第一熱元件被第一節(jié)點(diǎn)相對(duì)于第二節(jié)點(diǎn)的第一極性激活，而第二熱元件被第一節(jié)點(diǎn)相對(duì)于第二節(jié)點(diǎn)的第一極性停用，第一熱元件被第一節(jié)點(diǎn)相對(duì)于第二節(jié)點(diǎn)的第二極性停用，而第二熱元件被第一節(jié)點(diǎn)相對(duì)于第二節(jié)點(diǎn)的第二極性激活。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述多個(gè)熱元件中的一個(gè)熱元件連接在每對(duì)電力節(jié)點(diǎn)之間。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述控制系統(tǒng)被配置成選擇性地將激活電壓、回復(fù)電壓，和開路條件施加給所述電力節(jié)點(diǎn)中的每一個(gè)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述多個(gè)熱元件被組織成多個(gè)組，所述多個(gè)組包括至少第一組和第二組，所述多個(gè)熱元件包括至少第一、第二、第三和第四熱元件，第一組包括第一和第二熱元件，第二組包括第三和第四熱元件，第一組中的每一個(gè)熱元件被連接到第一節(jié)點(diǎn)，第二組中的每一個(gè)熱元件被連接到第二節(jié)點(diǎn)，第一熱元件和第三熱元件被連接到第三節(jié)點(diǎn)，第二熱元件和第四熱元件被連接到第四節(jié)點(diǎn)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中控制系統(tǒng)被配置成將第一節(jié)點(diǎn)連接到電源，且將第三節(jié)點(diǎn)連接到電源回路，以使第一熱元件通電。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中控制系統(tǒng)被配置成將第一節(jié)點(diǎn)連接到電源，且將第四節(jié)點(diǎn)連接到電源回路，以使第二熱元件通電。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中控制系統(tǒng)被配置成將第二節(jié)點(diǎn)連接到電源，且將第三節(jié)點(diǎn)連接到電源回路，以使第三熱元件通電，且控制系統(tǒng)被配置成將第二節(jié)點(diǎn)連接到電源，且將第四節(jié)點(diǎn)連接到電源回路，以使第四熱元件通電。
18.—種熱系統(tǒng),其包含: 多個(gè)熱元件； 具有多個(gè)電力節(jié)點(diǎn)的控制系統(tǒng)，其中每個(gè)熱元件連接在所述多個(gè)電力節(jié)點(diǎn)之間，所述控制系統(tǒng)定義用于激活所述多個(gè)熱元件的多個(gè)電力模式，所述控制系統(tǒng)被配置成計(jì)算每個(gè)熱元件的目標(biāo)設(shè)定點(diǎn)并通過(guò)每個(gè)模式來(lái)索引，以(a)根據(jù)模式向熱元件提供電力，(b)感測(cè)模式的電氣特性，以及(C)基于感測(cè)到的電氣特性來(lái)確定每個(gè)熱元件是否超過(guò)熱元件的目標(biāo)設(shè)定點(diǎn)。
19.一種加熱器，其包含: 基板； 基底加熱器，其固定到所述基板上； 襯底，其固定到所述基底加熱器上； 調(diào)諧加熱器，其固定到所述襯底上，所述調(diào)諧加熱器包含多個(gè)加熱器元件； 卡盤，其固定到所述調(diào)諧加熱器上；以及 具有多個(gè)電力節(jié)點(diǎn)的控制系統(tǒng)，其中每個(gè)加熱器元件連接在所述多個(gè)電力節(jié)點(diǎn)之間，所述控制系統(tǒng)被配置成計(jì)算每個(gè)加熱器元件的目標(biāo)設(shè)定點(diǎn)并通過(guò)每個(gè)加熱器元件來(lái)索引，以(a)向加熱器元件提供電力，(b)感測(cè)加熱器元件的電氣特性，以及(C)基于感測(cè)到的電氣特性來(lái)確定加熱器元件是否超過(guò)加熱器元件的目標(biāo)設(shè)定點(diǎn)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中所述控制系統(tǒng)被配置成確定用于為所述多個(gè)熱元件中的每個(gè)熱元件供電的時(shí)間窗口。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中所述控制系統(tǒng)被配置成當(dāng)超過(guò)目標(biāo)設(shè)定點(diǎn)時(shí)，在所述時(shí)間窗口的剩余部分上停止向熱元件提供電力。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中所述控制系統(tǒng)被配置成當(dāng)超過(guò)目標(biāo)設(shè)定點(diǎn)時(shí)，停止向熱元件提供電力并在預(yù)定時(shí)間延遲后移動(dòng)到下一個(gè)時(shí)間窗口。
23.—種控制熱陣列的方法，所述方法包含以下步驟: 計(jì)算多個(gè)熱元件中的每個(gè)熱元件的目標(biāo)設(shè)定點(diǎn)； 通過(guò)每個(gè)熱元件來(lái)索引，以: 向熱元件提供電力， 感測(cè)熱元件的電氣特性，以及 基于感測(cè)到的電氣特性來(lái)確定熱元件是否超過(guò)熱元件的目標(biāo)設(shè)定點(diǎn)。
【文檔編號(hào)】H01L21/67GK104025702SQ201280052496
【公開日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2012年8月30日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月30日
【發(fā)明者】卡爾·T·斯汪森, 菲利普·S·施密特, 約翰·F·萊姆克 申請(qǐng)人:沃特洛電氣制造公司