本發(fā)明涉及半導(dǎo)體加工，特別涉及半導(dǎo)體加熱裝置的控制方法和控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、氣相沉積工藝是將工藝氣體在一定溫度和壓力下通過物理或化學(xué)反應(yīng)的方式在基片上鍍膜的工藝方式?，F(xiàn)有技術(shù)氣相沉積設(shè)備通過加熱裝置對承載基片的基座進行加熱，通過基座向基片的傳熱實現(xiàn)對基片的加熱。

2、為確?；细魈帨囟染鶆蚧蛘叽_保不同基片的溫度均勻，通常對加熱裝置進行分區(qū)控制，即上位機驅(qū)動溫度控制單元分別對加熱裝置上的各加熱區(qū)進行加熱控制，測溫單元獲取并向上位機反饋對應(yīng)受熱區(qū)的溫度情況，使上位機驅(qū)動溫度控制單元對各加熱區(qū)的加熱功率進行實時調(diào)整。

3、在理想的情況下，希望上位機、溫度控制單元、加熱裝置和測溫單元之間進行響應(yīng)交互的時滯應(yīng)當(dāng)是非常短甚至沒有時滯，使得被控制量能夠得到及時的控制。然而實際的情況是，加熱裝置響應(yīng)溫度控制單元的驅(qū)動控制而啟動發(fā)熱與溫度控制單元向加熱裝置發(fā)出驅(qū)動指令之間存在的時滯，以及溫度控制單元響應(yīng)上位機的控制指令與上位機發(fā)出控制指令之間的時滯使得上位機進行的溫度控制超前于加熱裝置的實際溫度響應(yīng)，使得被控量不能得到及時的控制，上位機根據(jù)測溫單元反饋的被控量信息進行的溫度控制明顯具有滯后性，使得加熱裝置容易產(chǎn)生超調(diào)且系統(tǒng)穩(wěn)定時間長，穩(wěn)定性差，由此也會影響被加熱對象，例如基片沉積薄膜的質(zhì)量。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體加熱裝置的控制方法和控制系統(tǒng)，以減輕或避免溫度穩(wěn)定時間長且穩(wěn)定性差的情況。

2、本發(fā)明提供了包括半導(dǎo)體加熱裝置及被加熱裝置的半導(dǎo)體設(shè)備，所述半導(dǎo)體加熱裝置包括至少三個加熱區(qū)以用于發(fā)熱，其中第i個加熱區(qū)與其余的j個加熱區(qū)相鄰，j為大于等于2的正整數(shù)，第i個加熱區(qū)向所述被加熱裝置對應(yīng)的第i個受熱區(qū)傳熱，所述j個加熱區(qū)分別向所述被加熱裝置對應(yīng)的j個受熱區(qū)傳熱。

3、為實現(xiàn)上述目的，以所述第i個加熱區(qū)為例，對所述第i個加熱區(qū)進行的加熱控制方法包括以下步驟：

4、s0：獲取包括目標(biāo)溫度tset在內(nèi)的目標(biāo)溫度相關(guān)參數(shù)，控制所述半導(dǎo)體加熱裝置使所述第i個加熱區(qū)和所述j個加熱區(qū)升溫；

5、si：根據(jù)所述目標(biāo)溫度相關(guān)參數(shù)，以及獲取到的所述第i個受熱區(qū)和所述j個受熱區(qū)各自的當(dāng)前溫度相關(guān)參數(shù)對第m調(diào)溫過程進行第m預(yù)測計算，得到所述第i個加熱區(qū)和所述j個加熱區(qū)中每一個加熱區(qū)各自的第m最佳調(diào)溫功率，以及所述第i個受熱區(qū)和所述j個受熱區(qū)中每一個受熱區(qū)各自的第m預(yù)測溫度相關(guān)參數(shù)；

6、控制所述半導(dǎo)體加熱裝置使所述第i個加熱區(qū)和所述j個加熱區(qū)中的每一個加熱區(qū)分別以各自的第m最佳調(diào)溫功率進行所述第m調(diào)溫過程；

7、獲取并根據(jù)與所述第i個加熱區(qū)和所述j個加熱區(qū)中每一個加熱區(qū)各自的第m最佳調(diào)溫功率所對應(yīng)的功率控制指令的發(fā)出時間、以及所述第i個受熱區(qū)和所述j個受熱區(qū)中每一個受熱區(qū)各自的實時溫度與時間對應(yīng)關(guān)系進行修正計算，得到所述第i個加熱區(qū)和所述j個加熱區(qū)中每一個加熱區(qū)各自的系統(tǒng)延遲修正值；

8、s(m+n)：根據(jù)所述目標(biāo)溫度相關(guān)參數(shù)，所述步驟sm中的所述第i個受熱區(qū)和所述j個受熱區(qū)中每一個加熱區(qū)各自的第m預(yù)測溫度相關(guān)參數(shù)，以及所述第i個加熱區(qū)和所述j個加熱區(qū)中每一個加熱區(qū)各自的系統(tǒng)延遲修正值對第(m+n)調(diào)溫過程進行第(m+n)預(yù)測計算，得到所述第i個加熱區(qū)和所述j個加熱區(qū)中每一個加熱區(qū)各自的第(m+n)最佳調(diào)溫功率，以及所述第i個受熱區(qū)和所述j個受熱區(qū)中每一個加熱區(qū)各自的第(m+n)預(yù)測溫度相關(guān)參數(shù)，控制所述半導(dǎo)體加熱裝置使所述第i個加熱區(qū)和所述j個加熱區(qū)分別以各自的第(m+n)最佳調(diào)溫功率進行所述第(m+n)調(diào)溫過程；

9、重復(fù)執(zhí)行所述步驟(m+n)直至所述第i個受熱區(qū)和所述j個受熱區(qū)各自達到所述目標(biāo)溫度，n為大于等于1的正整數(shù)且順序取值。

10、可選地，所述步驟s0中，所述目標(biāo)溫度相關(guān)參數(shù)還包括：與所述目標(biāo)溫度tset對應(yīng)的目標(biāo)功率pset；

11、所述步驟sm中，所述第i個受熱區(qū)和所述j個受熱區(qū)中每一個受熱區(qū)各自的當(dāng)前溫度相關(guān)參數(shù)包括，所述第i個受熱區(qū)的當(dāng)前溫度ti0和對應(yīng)的當(dāng)前功率pi0，以及所述j個受熱區(qū)中每一個受熱區(qū)的當(dāng)前溫度tj0和對應(yīng)的當(dāng)前功率pj0。

12、可選地，所述步驟sm中，進行第m預(yù)測計算，得到所述第i個受熱區(qū)和所述j個受熱區(qū)中每一個受熱區(qū)各自的第m預(yù)測溫度相關(guān)參數(shù)的步驟包括：

13、根據(jù)所述第i個受熱區(qū)的當(dāng)前溫度ti0和對應(yīng)的當(dāng)前功率pi0，以及所述j個受熱區(qū)中每個受熱區(qū)的當(dāng)前溫度tj0進行計算，得到所述第i個受熱區(qū)的預(yù)測溫度tim和對應(yīng)的預(yù)測功率pim；

14、根據(jù)所述j個受熱區(qū)中每個受熱區(qū)的當(dāng)前溫度tj0和對應(yīng)的當(dāng)前功率pj0，以及所述第i個受熱區(qū)的當(dāng)前溫度ti0進行計算，得到所述j個受熱區(qū)中每一個受熱區(qū)的的預(yù)測溫度tjm和對應(yīng)的預(yù)測功率pjm。

15、可選地，

16、其中，α為調(diào)溫速率相關(guān)系數(shù)，kij是熱傳導(dǎo)系數(shù)，σ是stefan-boltzmann常數(shù)。

17、可選地，所述步驟sm中，進行所述第m預(yù)測計算得到所述第i個加熱區(qū)和所述j個加熱區(qū)中每一個加熱區(qū)各自的第m最佳調(diào)溫功率的步驟包括：

18、根據(jù)所述目標(biāo)溫度tset、所述目標(biāo)功率pset、所述第i個受熱區(qū)的當(dāng)前溫度ti0和對應(yīng)的當(dāng)前功率pi0進行計算，得到所述第i個加熱區(qū)所對應(yīng)的第m代價函數(shù)cim，然后對所述第m代價函數(shù)cam進行最小化得到所述第i個加熱區(qū)的第m最佳調(diào)溫功率popt-im；

19、根據(jù)所述目標(biāo)溫度tset、所述目標(biāo)功率pset、所述j個受熱區(qū)中每一個受熱區(qū)的當(dāng)前溫度tj0和對應(yīng)的當(dāng)前功率pj0進行計算，得到所述j個加熱區(qū)中每一個加熱區(qū)所對應(yīng)的第m代價函數(shù)cjm，然后對所述第m代價函數(shù)cjm進行最小化得到所述j個加熱區(qū)中每一個加熱區(qū)的第m最佳調(diào)溫功率popt-jm。

20、可選地，cim＝(ta0-tset)2+(pa0-pset)2，popt-im＝argmincim；

21、cjm＝(tb0-tset)2+(pb0-pset)2，popt-jm＝argmincjm。

22、可選地，所述步驟s(m+n)中，進行第(m+n)預(yù)測計算，得到所述第i個受熱區(qū)和所述j個受熱區(qū)中每一個受熱區(qū)各自的第(m+n)預(yù)測溫度相關(guān)參數(shù)的步驟包括：

23、根據(jù)所述第i個受熱區(qū)的預(yù)測溫度tim和對應(yīng)的預(yù)測功率pim，所述j個受熱區(qū)中每一個受熱區(qū)的預(yù)測溫度tjm以及所述第i個加熱區(qū)的系統(tǒng)延遲修正值dsi進行計算，得到所述第i個受熱區(qū)的預(yù)測溫度ti(m+n)和對應(yīng)的預(yù)測功率pi(m+n)；

24、根據(jù)所述第j個受熱區(qū)中每一個受熱區(qū)的預(yù)測溫度tjm和對應(yīng)的預(yù)測功率pjm，所述第i個受熱區(qū)的預(yù)測溫度tim以及所述j個加熱區(qū)中每一個受熱區(qū)的系統(tǒng)延遲修正值dsj進行計算，得到所述j個受熱區(qū)中每一個受熱區(qū)的預(yù)測溫度tj(m+n)和對應(yīng)的預(yù)測功率pj(m+n)。

25、可選地，

26、其中，α為調(diào)溫速率相關(guān)系數(shù)，kij是熱傳導(dǎo)系數(shù)，σ是stefan-boltzmann常數(shù)。

27、可選地，所述步驟s(m+n)中，進行第(m+n)預(yù)測計算，得到所述第i加熱區(qū)和所述j個加熱區(qū)中每一個加熱區(qū)各自的第(m+n)最佳調(diào)溫功率的步驟包括：

28、根據(jù)所述目標(biāo)溫度tset、所述目標(biāo)功率pset、所述第i個受熱區(qū)的預(yù)測溫度tim和對應(yīng)的預(yù)測功率pim進行計算，得到所述第i個加熱區(qū)所對應(yīng)的第(m+n)代價函數(shù)ci(m+n)，然后對第(m+n)代價函數(shù)ci(m+n)進行最小化得到所述第i個加熱區(qū)的第(m+n)最佳升溫功率popt-i(m+n)；

29、根據(jù)所述目標(biāo)溫度tset、所述目標(biāo)功率pset、所述j個受熱區(qū)的預(yù)測溫度tjm和對應(yīng)的預(yù)測功率pjm進行計算，得到所述j個加熱區(qū)所對應(yīng)的第(m+n)代價函數(shù)cj(m+n)，然后對第(m+n)代價函數(shù)cj(m+n)進行最小化得到所述j個加熱區(qū)中每一個加熱區(qū)的第(m+n)最佳升溫功率popt-j(m+n)。

30、可選地，ci(m+n)＝(tim-tset)2+(pim-pset)2，popt-i(m+n)＝argmin?ci(m+n)；

31、cj(m+n)＝(tjm-tset)2+(pjm-pset)2，popt-i(m+n)＝argmin?cj(m+n)。

32、可選地，與所述第i個加熱區(qū)的第m最佳調(diào)溫功率所對應(yīng)的控制指令為第一功率控制指令，與所述j個加熱區(qū)中的一個加熱區(qū)的第m最佳調(diào)溫功率所對應(yīng)的控制指令為第二功率控制指令，所述步驟sm中，進行修正計算，得到所述第i加熱區(qū)和所述j個加熱區(qū)中每一個加熱區(qū)各自的系統(tǒng)延遲修正值的步驟包括：

33、獲取并根據(jù)所述第一功率控制指令的發(fā)出時間tmj；所述第i個受熱區(qū)的實時溫度與時間對應(yīng)關(guān)系，得到所述第i個受熱區(qū)在所述發(fā)出時間tm所對應(yīng)的溫度tsi；

34、獲取并根據(jù)所述第二功率控制指令的發(fā)出時間tmj，與所述j個加熱區(qū)中的一個加熱區(qū)所對應(yīng)的受熱區(qū)的實時溫度與時間對應(yīng)關(guān)系，得到所述受熱區(qū)在所述發(fā)出時間tmj所對應(yīng)的溫度tsj；

35、根據(jù)tsi和tsj計算，得到所述第i個加熱區(qū)的系統(tǒng)延遲修正值dsi，以及得到所述j個加熱區(qū)中每一個加熱區(qū)各自的系統(tǒng)延遲修正值dsj。

36、可選地，

37、其中，kij是熱傳導(dǎo)系數(shù)，σ是stefan-boltzmann常數(shù)。

38、可選地，所述步驟s0中還包括，控制所述半導(dǎo)體加熱裝置進行初始調(diào)溫過程，使所述第i個加熱區(qū)和所述j個加熱區(qū)調(diào)溫，并獲取所述第i個受熱區(qū)和所述j個受熱區(qū)中的每一個受熱區(qū)各自的當(dāng)前溫度相關(guān)參數(shù)。

39、可選地，與所述第i加熱區(qū)的第m最佳調(diào)溫功率所對應(yīng)的控制指令為第一功率控制指令，與所述j個加熱區(qū)中的一個加熱區(qū)的第m最佳調(diào)溫功率所對應(yīng)的控制指令為第二功率控制指令；所述步驟sm中，進行修正計算，得到所述第i個加熱區(qū)和所述j個加熱區(qū)中每一個加熱區(qū)各自的系統(tǒng)延遲修正值的步驟包括：

40、獲取并根據(jù)所述第一功率控制指令的發(fā)出時間tpim，所述第i個受熱區(qū)的實時溫度與時間對應(yīng)關(guān)系，以及所述第i個受熱區(qū)的實時溫度與時間對應(yīng)關(guān)系中自所述初始調(diào)溫過程起，調(diào)溫速率首次發(fā)生趨勢突變的趨勢突變時間t′pmi，得到所述第i個加熱區(qū)的系統(tǒng)延遲修正值dsi；

41、獲取并根據(jù)所述第二功率控制指令的發(fā)出時間tpjm，所述j個受熱區(qū)中的一個加熱區(qū)的實時溫度與時間對應(yīng)關(guān)系，以及所述j個受熱區(qū)中的一個加熱區(qū)的實時溫度與時間對應(yīng)關(guān)系中調(diào)溫速率首次發(fā)生趨勢突變的趨勢突變時間t′pjm，得到所述j個加熱區(qū)中每一個加熱區(qū)各自的系統(tǒng)延遲修正值dsj。

42、可選地，

43、

44、其中，在所述第i個受熱區(qū)的實時溫度與時間對應(yīng)關(guān)系中，所述第m調(diào)溫過程在t′im時刻結(jié)束，自t′im時刻減去δtdely-im的時長后的時間節(jié)點所對應(yīng)的溫度值為tdim，δtdely-im＝(t′pim-tpim)；

45、在所述j個受熱區(qū)中的一個加熱區(qū)的實時溫度與時間對應(yīng)關(guān)系中，所述第m調(diào)溫過程在t′jm時刻結(jié)束，自t′jm時刻起經(jīng)δtdely-jm的時長后的時間節(jié)點所對應(yīng)的溫度值為tsjm，δtdely-jm＝t′pjm-tpjm。

46、本技術(shù)還提供一種半導(dǎo)體加熱裝置的控制系統(tǒng)，所述半導(dǎo)體加熱裝置包括至少三個加熱區(qū)以用于發(fā)熱，其中第i個加熱區(qū)與其余的j個加熱區(qū)相鄰，j為大于等于2的正整數(shù)，所述控制系統(tǒng)用于執(zhí)行所述的半導(dǎo)體加熱裝置的控制方法，以對所述第i個加熱區(qū)以及所述j個加熱區(qū)中的各加熱區(qū)分別進行控制。

47、如上所述，本發(fā)明的半導(dǎo)體加熱裝置的控制方法和控制系統(tǒng)均具有以下有益效果：

48、本發(fā)明的半導(dǎo)體加熱裝置的控制方法中，通過所述步驟sm得到所述第i個加熱區(qū)和所述j個加熱區(qū)各自的第m最佳升溫功率以進行所述第m升溫過程，并且步驟s(m+n)根據(jù)所述目標(biāo)溫度相關(guān)參數(shù)，所述步驟sm中的預(yù)測溫度相關(guān)參數(shù)，以及所述第i個加熱區(qū)和所述j個加熱區(qū)各自的系統(tǒng)延遲修正值進行預(yù)測計算，使得下一步驟對最佳升溫功率的預(yù)測均基于上一步驟所預(yù)測得到的預(yù)測溫度相關(guān)參數(shù)，相比于基于上一步驟的實時溫度相關(guān)參數(shù)對最佳升溫功率進行預(yù)測相比，顯著縮短了溫度控制的平衡時間，且步驟s(m+n)的預(yù)測計算引入了步驟sm得到的各加熱區(qū)的系統(tǒng)延遲修正值，避免了s(m+n)執(zhí)行過程中因系統(tǒng)響應(yīng)延遲造成的溫度穩(wěn)定時間長且不穩(wěn)定的問題。