半导体热处理工艺温度前馈补偿方法技术

本发明专利技术公开了一种半导体热处理工艺温度前馈补偿方法，包括：若当前实际温度与目标温度之间的差值不小于第一设定值，则根据目标温度的升温速率调整补偿输出的给定温度，使给定温度大于目标温度，消除实际温度相对于目标温度的滞后；若当前实际温度与目标温度之间的差值小于第一设定值，且当前实际温度的升温速率不小于目标温度的升温速率，则根据当前实际温度与目标温度之间的差值调整补偿输出的给定温度，使当前实际温度跟踪目标温度的变化；若当前实际温度与最终温度之间的差值小于当前实际温度与目标温度之间的差值，则根据最终温度，调整补偿输出的给定温度以减小超调。本发明专利技术的方法能够有针对性地高精度地补偿，且适用性较广。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体工艺加热器温度控制
，尤其涉及一种。
技术介绍
随着半导体工艺和集成度的不断提高，对硅片表面的工艺处理精度提出了更高的要求，这些都依赖于工艺过程中的温度控制的精度，而温度的变化过程是一个惯性加滞后的过程，为了补偿这种滞后特性缩短工艺时间进而提高产能，在温度控制算法中加入了前馈补偿算法。特别是对于立式多温区热处理设备，因为热量向反应室上部聚集，并且反应室下部因结构原因热损失较大，这样如果给各温区相同的功率输入，它们的升(降)温曲线和滞后的时间都有差别，从而无法提供一个稳定性和一致性很好的温度场，而前馈算法能针对每个温区对应的滞后情况输出不同的补偿值，使各温区的升(降)温过程都能较好地跟踪目标温度曲线。图1和图2分别是带有前馈补偿和不带前馈补偿的温度控制系统原理图，在带有前馈补偿功能的温度控制系统中，有三组温度数据给定温度、当前温度和目标温度。给定温度为前馈补偿部分的输出值；当前温度为温度采集模块采集到的实际温度值；目标温度为上位机给出的目标温度值。在不带有前馈补偿功能的温度控制系统中，只有两组温度数据当前温度和目标温度，其中目标温度即为给定温度。一个典型的不具备前馈补偿升温过程曲线如图3所示实线为给定温度，即目标温度，虚线为在比例-积分-微分(PID)控制下实际的温度曲线，从图中可以看到，经过PID各参数的调整，曲线几乎没有超调，调整时间也很短， 但是该曲线存在一个最大的问题就是实际温度曲线整体滞后于给定温度曲线(即目标曲线)，这种滞后是加热系统本身的惯性和滞后特性所造成的。为了让实际温度曲线精确地跟踪目标曲线的变化，必须根据系统的滞后程度对应地改变给定温度曲线，而这通常依靠前馈补偿的方法来实现。目前的前馈补偿主要有两种实现方法或者这两种方法的结合第一种根据每段升温曲线的滞后时间的大小，让加热器按不同的时间提前加热，起到补偿滞后的作用。第二种方法是升温开始和结束阶段叠加阶跃函数或指数函数来补偿温度变化过程本身的惯性和滞后特性。但这两种方法都存在一定的缺陷前者需要通过大量的实验来确定滞后的时间， 根据不同升温过程滞后时间的大小确定提前加热的时间，并且适用性比较差；后者补偿效果较好，但同样存在适用性的问题。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术要解决的技术问题是如何提供一种能够有针对性地高精度地补偿，且适用性较广的。( 二)技术方案为解决上述问题，本专利技术提供了一种，该方法包括步骤若当前实际温度与目标温度之间的差值不小于第一设定值d，则根据所述目标温度的升温速率调整补偿输出的给定温度，使所述给定温度大于目标温度，消除实际温度相对于目标温度的滞后；若当前实际温度与目标温度之间的差值小于第一设定值山且当前实际温度的升温速率不小于所述目标温度的升温速率，则根据所述当前实际温度与目标温度之间的差值调整补偿输出的给定温度，使所述当前实际温度跟踪目标温度的变化； 若当前实际温度与最终温度之间的差值小于当前实际温度与目标温度之间的差值ε，则根据最终温度，调整补偿输出的给定温度以减小超调。其中，若当前实际温度与目标温度之间的差值不小于第一设定值d，则设置补偿输出的给定温度遵循第一前馈补偿函数，所述第一前馈补偿函数为f\(t) = aXramp_ rateX At+start_temp，其中，Δ t为所述目标温度在每个控制周期的增量，ramp_rate为所述目标温度的升温速率，start_temp为起始温度，a > 1。其中，若当前实际温度与目标温度之间的差值小于第一设定值d，且当前实际温度的升温速率不小于所述目标温度的升温速率，则设置补偿输出的给定温度遵循第二前馈补偿函数，所述第二前馈补偿函数:f2(t) = set_point+bXramp_rate+ ε，其中，set_point 为所述目标温度，d彡ε。其中，若当前实际温度与最终温度之间的差值小于当前实际温度与目标温度之间的差值ε，则设置补偿输出的给定温度遵循第三前馈补偿函数，所述第三前馈补偿函数为 .{，S:,其中，g(t) = bXramp_rate_cXramp_rateXt，target 为所述最终温度。其中，若当前实际温度与最终温度之间的差值小于当前实际温度与目标温度之间的差值ε，则设置补偿输出的给定温度遵循第三前馈补偿函数，所述第三前馈补偿函数为 f3(t) = target, target为所述最终温度。(三)有益效果本专利技术的方法采用三段式前馈补偿方式，每段采用对应地补偿函数，实现了有针对性地高精度地补偿；对不同特性的加热系统，每段中的补偿函数可根据系统特性灵活地做出变化。采用了以升温速率和温度差为变量的补偿函数，使本专利技术的方法能够在加热系统升温能力范围内适应不同的升温速率和升温区间的升温过程，尤其对于热学特性存在一定差异的多温区加热系统有很好的补偿效果。附图说明图1为带有前馈补偿的温度控制系统示意图；图2为不带有前馈补偿的温度控制系统示意图；图3为不带前馈补偿的PID升温曲线；图4为依照本专利技术一种实施方式的流程图；图5(a)_5(b)分别为依照本专利技术一种实施方式的中升温末段两种处理方法下的温度曲线；图6为经过本专利技术一种实施方式的补偿后的温度曲线；图7 图9为本方法在不同升温速率和多温区的补偿结果曲线图。 具体实施例方式本专利技术提出的，结合附图及实施例详细说明如下。在半导体热处理设备中，一个完整的工艺过程包括若干次不同的“升温-恒温-降温”过程，恒温阶段的温度场的稳定性主要由温控算法本身的控制精度决定，而在升温和降温阶段为了让实际温度曲线精确地跟踪目标曲线、消除滞后并且超调尽可能小，本专利技术采用了分段控制的思想，按照升(降)温过程不同阶段要解决的问题将整个升温过程分为三个部分，针对每部分对应的问题进行不同的处理，以达到精细控制的目的，引入了以升温速率和温度差值为变量的补偿函数，在一定范围内，对于不同升温速率和升温区间的升温过程都能起到比较满意的补偿效果，扩展了算法的适用性。如果这种前馈补偿方式移植到其它平台，只需要做几次大速率升温实验，根据实验数据即可确定每个补偿函数的参数值，提高了算法的可移植性。通过分析发现在升温开始阶段和结束阶段，曲线都会经历一个温度变化速率的调整过程，升温开始阶段的调整过程使曲线产生了滞后，升温结束阶段的调整过程使升温过程的调整时间变长。为了在升温开始阶段消除滞后，同时在升温结束阶段缩短调整时间，将本专利技术的前馈补偿方法分为三个阶段升温前段、升温中段和升温末段。如图1所示，依照本专利技术一种实施方式的半导体热处理设备温度前馈补偿方法包括步骤若设备当前实际温度与目标温度之间的差值不小于第一设定值d，则进入第一阶段，即升温前段，为了消除滞后，即使实际温度与目标温度之间的差值尽量小，设置补偿输出的给定温度遵循第一前馈补偿函数=^t) = aXramp_rateX At+start_temp，这样就会产生一个大于目标升温速率的给定温度输出，因为实际温度总是跟随给定温度变化而变化，所以实际温度会不断接近目标温度值，当其差值小于d时，认为实际温度的滞后已经减小到可以接受的范围，该阶段结束。其中，At为所述目标温度在每个控制周期的增量，ramp_rate为所述目标温度升温曲线的升温速率，StartJemp为起始本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种半导体热处理工艺温度前馈补偿方法，其特征在于，该方法包括步骤：若当前实际温度与目标温度之间的差值不小于第一设定值ｄ，则根据所述目标温度的升温速率调整补偿输出的给定温度，使所述给定温度大于目标温度，消除实际温度相对于目标温度的滞后；若当前实际温度与目标温度之间的差值小于第一设定值ｄ，且当前实际温度的升温速率不小于所述目标温度的升温速率，则根据所述当前实际温度与目标温度之间的差值调整补偿输出的给定温度，使所述当前实际温度跟踪目标温度的变化；若当前实际温度与最终温度之间的差值小于当前实际温度与目标温度之间的差值ε，则根据最终温度，调整补偿输出的给定温度以减小超调。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：田博，徐冬，王艾，
申请(专利权)人：北京七星华创电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：11