用于控制基板涂布裝置的基座表面溫度的方法及裝置制造方法

用于控制基板涂布裝置的基座表面溫度的方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種處理反應器殼體的處理室(101)內的至少一個基板(105，106，107)的方法，其中，將所述一個或多個基板(105，106，107)放置于可使用加熱元件(109，110，111)加熱的基座(108)上，其中，使用加熱元件(109，110，111)來加熱基座(108)的空間配屬區域，所述加熱元件分別對應該基座(108)的朝向處理室(101)一側的表面區域(112，113，113'，114)，其中，在多個測量點上通過光學測量傳感器(1至35)對表面區域(112，113，113'，114)的溫度和/或配置于此處的至少一個基板(105，106，107)的溫度進行測量，將傳感器(1至35)所測得的測量值輸入用于控制加熱元件(109，110，110'，111)的熱功率的控制裝置(115，116，117，122)。為了對溫度控制進行優化，本發明提出，分別使用溫度測量值的組合來控制加熱元件(109，110，110'，111)的熱功率。
【專利說明】用于控制基板涂布裝置的基座表面溫度的方法及裝置

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種處理反應器殼體的處理室中的至少一個基板的方法，其中，將一 個或多個基板放置于可使用加熱元件自下而上加熱的基座上，其中，使用加熱元件來加熱 該基座的空間配屬區域（rSumhch zugeordnete Zonen)。所述加熱元件分別--對應于 該基座的朝向處理室一側的表面區域，其中，在多個測量點上通過光學測量傳感器對所述 表面區的溫度或者配置于此處的至少一個基板的溫度進行測量，將所述傳感器測得的測量 值輸入用于控制加熱元件的熱功率的控制裝置。
[0002] 本發明還涉及一種用于處理至少一個基板的裝置，該裝置包括反應器殼體和配置 于其中的處理室，該處理室具有用于承載至少一個基板的基座；該裝置還包括多個配置于 基座下方的加熱元件和多個溫度傳感器，所述溫度傳感器分別在測量點上提供基座表面的 溫度測量值或者配置于此處的基板的溫度測量值；該裝置另包含控制裝置，將測量值輸入 該控制裝置，并且該控制裝置利用在功能性分配給相應的加熱元件的測量點上測得的測量 值對加熱元件進行控制。

【背景技術】
[0003] DE 10 2004 007 984 A1描述了一種CVD反應器，其反應器殼體內配置有處理室。 處理室底部由基座構成，該基座支撐（tragen)待處理的特別是待涂布的基板。處理室頂部 由進氣機構（Gaseinlassorgan)構成，該進氣機構具有供處理氣體進入處理室的進氣口。 基座下方設有用于將基座加熱至處理溫度的加熱裝置。通過多個溫度測量傳感器來測量基 座表面溫度。
[0004] US 6, 492, 625 B1描述一種用于熱處理，特別是用于對放置于基座上的基板進行 涂布的裝置，其中，自下而上地加熱基座。基座下方設有多個可受到單獨控制的加熱元件。 每個加熱元件皆分配有控制器，其接收基座表面溫度的實際值。利用相應的光學測量傳感 器來測定實際值。每個加熱區皆功能性分配有多個測量傳感器。
[0005] 根據EP 1 481 117 B1，承載基板的基座的朝向處理室的表面上的溫度曲 線對沉積于基板上的層的品質具有重要意義。特別希望的是，對側向的溫度剖面 (Temperaturprofil)施加影響從而盡可能降低側向（lateral)的溫度梯度。應盡可能使基 座各處具有同一基座表面溫度值。
[0006] DE 10 2007 023 970 A1描述一種基座，其具有用于分別容置基板的多個六角形 排列的凹槽（Taschen)基板。通常情況下，基板表面或沉積于基板表面上的層所具有的光 學特性（如吸收率或輻射率）與包圍基板的基座表面有所不同。在涂布的過程中，不需要 為所有用于容置基板的容置凹槽裝配基板。此外亦需要注意，僅為選用的容置槽凹裝配待 處理的基板。
[0007] US 6, 706, 541 B1描述一種利用自動過程控制單元來實施CVD方法的裝置，該過 程控制單元能夠控制多個表面區溫度。使用其中所描述的裝置來涂布基板。提供在層生長 過程中對基板層厚進行觀察的感測元件。這些測量值為該控制單元的輸入數據。
[0008] US 2003/0038112 A1描述一種穩定等離子反應器的處理室中的等離子的方法。其 中設有控制系統，其使用的是光學傳感器所測定的多個測量值。
[0009] US 2006/0027169 A1描述一種對基板座的表面進行溫度剖面監測的方法。其中， 采用控制器來從用于測定加熱區溫度的溫度傳感器確定測量值。
[0010] 舊5,782,974描述一種示溫（?71'〇111的1^%11)測定基座背面溫度的溫度測量系 統。
[0011] US 5, 970, 214描述一種熱處理半導體基板的裝置，其包含多個測定基板表面溫度 的光敏傳感器。傳感器的測量值被輸入控制若干燈管的控制器。
[0012] US 6, 079, 874描述一種用于測量基板的不同地方的表面溫度的裝置。通過控制器 來控制加熱裝置。該控制器使用高溫計（Pyrometern)所提供的測量值來進行控制。
[0013] US 5, 871，805描述一種CVD裝置，其通過控制單元來控制承載基板的基座溫度。
[0014] US 6, 034, 357描述一種測定處理室中的基板表面溫度的裝置，其中，溫度傳感器 與應用校正因數的控制器進行共同作用從而對燈管加熱裝置（Lampenheizung)進行控制。
[0015] 除基座裝配基板的裝配度（Bestiickungsgrad)以外，基座的溫度剖面亦與其它過 程參數相關，例如，處理室內的總氣壓、為實施基板處理而輸入處理室的氣體的化學組成、 基座材料、基板類型以及基座（特別是其涂層）的老化狀態。
[0016] 就用于對處理室內的半導體基板進行處理的裝置與相應方法而言，加熱元件位于 基座的其中一面。其中，加熱元件位于被其直接加熱的表面區域的正下方。旋轉對稱式基 座上的表面區域及其對應加熱元件配置于相鄰的環形區上。溫度傳感器位于基座的與加熱 元件相對配置的一側。由加熱元件輸入基座的熱功率不僅對對應的表面區進行加熱。基座 內部存在熱傳輸機制，特別是任一加熱元件皆與基座的其他表面區域存在導熱及熱輻射， 因此，單獨的加熱元件的熱功率除了影響對應表面區域的溫度外，還對所有表面區域的溫 度產生影響。其中，緊鄰的表面區域受影響最大，距離最遠的表面區受影響最小。因此，各 測量傳感器提供的是彼此耦合的溫度測量值。


【發明內容】

[0017] 本發明的目的在于在溫度控制方面對同類型的方法與同類型的裝置進行進一步 優化。
[0018] 上述目的是通過本發明的權利要求的技術方案來達成的解。
[0019] 權利要求提出了同類型的方法和同類的型裝置的不同實施方案，其中，輸入加熱 元件的熱功率并非僅確定個別分配給該加熱元件的測量傳感器所提供的測量值，或者個別 分配給與該加熱元件對應的表面區域的測量傳感器所提供的測量值。確切而言，所使用的 是多個溫度測量傳感器的測量值的組合。
[0020] 根據第一實施方案，利用測量值的不同組合進行控制。現有技術中，每個控制裝置 皆與分配給它的溫度傳感器形式的實際值發送器（Ist-Wert gebern)作功能性固定連接，而 本發明的方案則對此種功能性連接采用可變設計。僅需選用，而非所有提供的測量值或溫 度測量傳感器來進行控制。此處的選用（Auswahl)是指與工作參數相關的測量值的組合。 影響組合的品質的工作參數包括：表面區域的設定溫度（Soll-Temperaturen)、處理室中 的總氣壓、處理室中的氣相的化學組成、基座的材料、待涂布的基板的類型、基座裝配基板 情況以及基座的老化狀態。用于實施該方法的裝置具有優選呈圓盤狀的基座，該基座可圍 繞其對稱軸被旋轉驅動。配置于該基座上方的進氣機構可呈蓮蓬頭狀。正如現有技術所揭 露的，該蓮蓬頭的開口可用作光學通道，通過配置于開口上方的溫度測量傳感器能獲得關 于基座表面的特別的光學（高溫）資訊。設有多個徑向配置的傳感器，其中，各溫度傳感器 之間可具有相同距離。每個溫度傳感器皆優選以光學/高溫（pyrometrisch)的方式測定其 下方的對應地點上的基座表面溫度。這些測量點在基座旋轉過程中沿該基座上的圓形軌道 移動并同時覆蓋基板表面。透過已知方式將氣體混合物送入進氣機構。該進氣機構可具多 個腔室，以便不同類型的氣體混合物以彼此隔開的方式進入該處理室。根據一種涂布方法 (如M0CVD方法），將第II或第III主族的金屬有機化合物送入該處理室。將第V或第VI 主族的組分以氫化物的形式送入該處理室。該處理氣體發生熱分解從而在基板上沉積相應 的層。所述層主要取決于氣體組成。但該層的組成也與基板表面溫度密切相關。基板表面 溫度不僅與配置于基座下方的加熱元件的熱功率相關，也與其它的特別是對基板表面的散 熱造成影響的生長參數相關。該參數是指前述的過程參數。若處理室采用可變高度，則基 座表面上的熱流及溫度分布亦與處理室高度相關。各個加熱區域與基座的局部表面區域相 對應，所述基座的表面溫度主要受下方加熱元件影響。然而，相鄰表面區域上的溫度同樣受 到很大影響。這樣的影響與工作參數相關。因此，當本發明的用于實施控制的溫度測量傳 感器根據相應的工作參數在不同地點上偵測基座的表面溫度時，是有利的。利用本發明的 方法能夠改變用于實施控制的測量點的位置而毋需對傳感器感測區域采取結構性措施。從 多個可供使用的分別僅測量測量點上的溫度的溫度中選用部分的溫度傳感器，視情況亦可 僅限于單個溫度傳感器。在最簡單的情況下，當工作參數變化時對用于實施控制的溫度傳 感器進行切換。但優選使用在質與量上彼此不同的溫度傳感器的組合。用于實施控制的測 量值的組合可在針對相應表面所使用的或未使用的測量點的數量方面以及在基于相應表 面區域的加權方面（Wichtung)存在差別。舉例而言，為了對一個或多個徑向表面區進行溫 度控制，可僅使用配置于該表面區域邊緣的測量傳感器，作為替代方案，亦可僅使用配置于 表面區域中央的溫度傳感器。此外根據本發明，為了對加熱區域的加熱元件進行控制，可同 時使用分配給鄰接的加熱區的溫度傳感器。根據優選的實施方案，加熱區域圍繞旋轉中心 旋轉對稱配置，其中，加熱區域沿徑向方向并排配置。因此，加熱區域彼此同心配置。此外， 單個溫度傳感器的測量值可被多個控制裝置使用。亦可在實施控制時將單個溫度傳感器的 貢獻值（Beitrag)加權。所述加權可介于0?1之間。根據預試驗（Vorversuchen)或電 腦輔助模擬計算的結果來確定在特定工作參數下使用哪些傳感器以及在實施控制時不考 慮哪些傳感器。重要之處在于，不同的工作參數分別對應用于實施控制的測量值的不同的 組合。
[0021] 作為輸入變量(Eingangsgrdik)而輸入選擇裝置的工作參數亦可直接作用于控 制裝置。舉例而言，可輸入用作附加輸入變量的控制特性值（Regelkennwerte)，例如，針對 比例-積分-微分控制器輸入比例分量、積分分量及/或微分分量。另一方面，亦可使該選 擇裝置根據過程參數來（例如從儲存在選擇裝置內的表格中）測定特征值。
[0022] 本發明的另一方面涉及以下課題：由測量值所提供的溫度測量值因為相應的加 熱兀件朝向基座的熱傳輸機制而彼此稱合。每個加熱兀件原則上皆對基座的每個表面區 域的表面溫度造成影響。根據本發明對對應于任一表面區域的特征溫度進行測定。每個 特征值皆可為多個溫度傳感器的溫度測量值的平均值，特別是加權平均值。本發明的裝置 的結構大致與前述裝置的結構相同。多個測量傳感器沿徑向方向依次配置于該旋轉驅動 的基座上方。溫度測量傳感器的數量可遠大于獨立受熱的表面區域的數量。但是要為每 個獨立受熱的表面區皆分配單獨的傳感器。根據本發明的優選的實施方案，在基座的旋轉 過程中獲得多個溫度測量值，從而在旋轉完畢后擁有完整的側向溫度剖面。該溫度剖面由 柵格狀欄位分布（gitternetzartigen Feldverteilung)所構成，其中，每一測量欄的溫度 皆為已知溫度。所述測量欄沿徑向及周向均勻分布于基座表面上。也就是說，測量欄既包 括位于基板表面上的欄位，又包括位于未被基板覆蓋的基座區域上的欄位。可透過以下方 式來獲取特征溫度：就特定的表面區而言，僅考慮位于基板上的測量欄或者僅對并不位于 基板上的測量欄。根據欄位大小或者欄位位置來加權單個欄位的貢獻值（Beitrag)，從而 測定平均值，即該特征溫度。透過這樣的方式測得的特征溫度被輸入控制裝置。所述特征 溫度的數量優選等于加熱元件的數量或者表面區域的數量。所述控制裝置包括去耦裝置 (Entkopplungseinrichtung)，該去稱裝置從一定程度上對彼此稱合的特征溫度測量值進 行去耦。因此，所述控制裝置提供在一定程度上被去耦的控制信號，從而為加熱元件提供熱 功率。該控制裝置具有輸入端，其為每個表面區域接收用作輸入數據的特征溫度測量值。該 控制裝置具有輸出端，其為每個分配給單個表面區域的加熱元件提供控制信號，該控制信 號確定將輸入加熱元件的熱功率。根據本發明，所述控制信號是從耦合值中轉化而來的，其 中，每個轉化后的值皆具有多個特征溫度的貢獻值（Beitrag)，或者每個轉化后的值皆包含 多個特征溫度的貢獻值。根據本發明的實施方案，每個特征溫度被作為輸入變量輸入單個 控制器中。控制器的數量優選等于受溫度控制的表面域的數量。所述控制器提供彼此耦合 的第一值。該值被去耦裝置轉化。舉例而言，所述去耦裝置使用基于第一值的去耦矩陣，從 而算出在一定程度上經去耦的第二值。所述第二值被放大器放大并作為熱功率控制值被分 配給表面區域的加熱元件。所述去耦裝置的作用在于將對應于單個特征溫度但受多個加熱 元件影響的第一值轉化為第二值。將每個第二值皆分配給單個加熱元件。所述加熱元件的 高度與其熱功率相應。使用去耦裝置使第二值與第一值相關聯，使得每個第二值皆包含多 個第一值的貢獻值。所述加熱元件向基座進行熱傳輸，故而第一值（特征溫度）具有多個 第二值（熱功率）的貢獻值，與此相同，第二值（熱功率）具有多個第一值（特征溫度）的 相應貢獻值。使用所述去耦裝置來對控制路徑所引起的耦合進行補償。因此，第二值（熱 功率值）是對第一值（特征溫度值）的耦合進行補償的結果。所述控制路徑由控制器、放 大器、加熱元件、受加熱的基座以及溫度傳感器所構成。本發明為所述控制路徑增設去耦構 件。該去耦構件連同控制器、放大器、加熱元件、基座及溫度傳感器皆為所述控制電路的元 件。從控制器的角度來看，所述去耦構件屬于控制路徑并且對加熱元件及基座內的耦合進 行補償。在去耦構件被完美設計的情況下，獨立控制器使用增設有去解耦構件的控制路徑 來進行工作，且控制路徑內的加熱區域的耦合對外部（即對該控制器）而言是不可見的。藉 此便能提高控制特性并簡化控制器的調諧操作。透過測定放大矩陣來測出所述去耦裝置中 所使用的去耦矩陣。為此，利用預試驗或模型計算來測定若干貢獻值，以便某個表面區的加 熱元件對所有表面區的特征溫度造成影響。在采用例如由四個表面區域構成的配置方案的 情況下，四個加熱元件中的任一個皆對所有四個表面區域的溫度造成影響，其中，直接對應 該加熱元件的表面區域受影響最大，而距離該加熱元件最遠的表面區域受影響最小。因此， 所述放大矩陣的對角線元素具有最大值，而距離對角線最遠的矩陣元素具有最小值。由于 四個表面區域中的每個皆提供四個矩陣元，故該實施例中的放大矩陣由4X4個矩陣元素 構成。透過將該放大矩陣反轉來產生去耦矩陣。透過將第一值與去耦矩陣進行矩陣相乘來 產生第二值。根據本發明的改良方案，可透過重復記錄熱像(Wiinnebildem)來測定特征溫 度。可用前述測量傳感器記錄熱像，其中，沿徑向線條配置的測量傳感器提供相應表面的三 維熱像。為此，基座在可被實施為光電二極管（Photodioden)的測量傳感器下方旋轉。亦可 用透鏡系統來對熱像進行光學記錄。透過以下處理步驟來實施利用熱像測定特征溫度的方 法：記錄熱像，分析該熱像，其中對特征溫度進行計算，將特征溫度作為溫度實際值傳輸給 相應的溫度控制器，在考慮工作參數的情況下計算熱功率，調節熱功率，記錄下一熱像。本 發明的改良方案提出，利用類神經網絡（neuronales Netzwerk)來選擇測量點或者用于實 施控制的測量傳感器。可采用雙極類神經網絡（zweistufige neuronale Netzwerke)。其中， 每個測量傳感器（即每個測量二極管）皆與該類神經網絡的掩蓋層（verdeckten Schicht) 的節點連接。該層的每個點皆與類神經網絡的所有用作針對下一控制的輸入電路的輸出節 點連接。此方案的優點在于，除選擇測量傳感器外亦可在各測量傳感器之間實施最佳加權。 可利用學習模式（Lernmodus)來傳授該系統。為此，將該系統設置為恒定溫度。將所設溫 度告知該類神經網絡。學習序列（Lernsequenz)可包含最多100個不同剖面。剖面可采用 某種設計方案，使得測量點僅位于基板上、僅位于基座的曝露（frei)表面區域上或者僅位 于這兩個區上。該類神經網絡可與一維（即線性）的測量傳感器矩陣共同作用。亦可與二 維的測量傳感器矩陣共同作用。因此，能將溫度影像作為輸入變量來進行處理。在此情況 下，掩蓋層中除了存在節點列（eine Reihe von Knoten)外還存在整面的節點。每個測量 點皆可與該類神經網絡的節點連接。加權因子可介于〇?1之間。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023] 圖1為M0CVD反應器的處理室的橫截面圖，共設三十五個溫度傳感器，其分別在基 座的測量點上測定表面溫度，其中，測量點與基座108的旋轉中心存在不同徑向距離，
[0024] 圖2為基座108的俯視圖，圖中示出同軸配置的加熱區109、110、111，
[0025] 圖3為加熱元件對沿圖2中的線條IV-IV的表面的影響，
[0026] 圖4為圖1的視圖，其中，溫度傳感器1-35采用第一組合進行溫度控制，
[0027] 圖5為圖4的視圖，其中，溫度傳感器1-35采用第二組合進行溫度控制，
[0028] 圖6為圖1的視圖，其中，溫度傳感器1-35采用第三組合進行溫度控制，
[0029] 圖7為與圖1相應的另一實施例的視圖，
[0030] 圖8為基座以及表面區域及其用于測定特征溫度的面區域的配置方案的俯視圖， 以及
[0031] 圖9為類似于圖3的用于測定放大矩陣K的視圖。

【具體實施方式】
[0032] 下面將依據附圖并對本發明的實施例進行說明。
[0033] 圖1為處理室的橫截面圖。處理室101的底部由基座108構成，該基座可圍繞旋轉 軸120被旋轉驅動。基座108下方設有三個同心配置的加熱區域109、110、111。加熱區域 109位于基座108的中心下方且被加熱區110環狀包圍。后者同樣被最外側的加熱器111 環狀包圍。加熱區域109、110、111由紅外加熱元件或RF加熱元件構成且能夠對三個表面 區112、113、114中的基板108的表面進行加熱。
[0034] 圖2表示圖1、4、5和6中為清楚起見而未予顯示的容置槽119,容置槽圍繞旋轉中 心環形配置且分別容置基板105、106、107。因此，基板105、106、107與旋轉軸120存在不同 徑向距離。
[0035] 處理室101的頂部與基座108的延伸方向平行，該頂部由蓮蓬頭狀進氣機構103 構成。該進氣機構僅作示意性圖示。該進氣機構具有多個篩狀配置的開口 104,以便將儲存 在蓮蓬頭103的配氣室中的處理氣體輸進處理室101。處理氣體可為第III或第II族元 素的金屬有機化合物以及第V或第VI主族的氫化物。此外亦可將載氣（如氫氣）或另一 惰性氣體輸入該處理室。該處理氣體在基板表面105、106、107上熱分解從而層被沉積于其 上。
[0036] 排氣口 104上方設有包含光學溫度傳感器1至35的感測機構102。光學溫度傳感 器1至35采用某種配置方案，使其例如以高溫方式測量分別與其對應的測量點上的溫度， 其中，測量點與旋轉軸120存在不同徑向距離。由于基座108圍繞旋轉軸120旋轉，該測量 點沿同心圓周在基座108的表面上或者在該基座所承載的基板105、106、107的表面上移 動。
[0037] 溫度傳感器1至35通過數據線121與選擇電子設備118連接。該選擇電子設備 118將感測機構102所提供的測量值與控制裝置115、116、117進行關聯。加熱元件109、 110、111中的每一個分別對應控制裝置115、116、117。相應的控制裝置115、116、117接收 用于控制表面區域112、113、114的溫度作為額定值。該控制裝置115、116、117接收溫度傳 感器1至35所測得的測量值作為實際值。但控制裝置115、116、117并不接收所有溫度測 量值，而是僅接收從溫度傳感器1至35中選用的溫度傳感器所測得的測量值。此處是指輸 入表示該控制裝置的矩形115、116、117的數字。
[0038] 選擇電子設備118接收輸入變量P。該輸入變量P包含關于該處理室內所實施的 方法的工作參數的資訊。所述工作參數包括表面區域112、113、114的額定溫度、處理室101 內的總壓、處理室101內的氣相的化學組成（即所用處理氣體的類型）、基座108的材料（如 石墨或涂層石墨）、基板的類型（即基板的晶體特性及晶體組成）、基座108的裝配基板情 況（即在并非所有容置槽119皆裝配基板的情況下，基板在容置槽119上的分布狀況）和 /或基座108的老化狀態，例如需要對基座所采取的生產步驟的數量。
[0039] 選擇電子設備118根據上述工作參數P確定用于實施控制的測量值的組合。在未 示出的最簡單的情況下，僅用單個配置于表面區域112上方的溫度傳感器（即例如溫度傳 感器1至12中的一個）來控制加熱元件109。同理，用單個配置于表面區域113上方的溫 度傳感器13至23來控制加熱元件110。且同樣用單個配置于表面區域114上方的溫度傳 感器23至35來控制加熱元件111。作為補充方案，亦可使用多個其他溫度傳感器，重要之 處在于,所用溫度測量傳感器的個性(Individualist)隨工作參數p的變化而變化。舉例而 言，若于溫度升高時實施涂布程序，則處理室內或基座108內的熱流發生相應變化，在此情 況下就必須測量另一表面上的控制相關的表面溫度。這可以通過切換相關溫度傳感器1至 35來實現。
[0040] 當使用控制裝置115控制表面區域112的溫度時，圖4所示實施例僅使用溫度傳 感器2至11，圖5所示實施例僅使用傳感器1至10,圖6所示實施例僅使用傳感器3至11。 當使用控制裝置116控制表面區溫度113時，圖4所示實施例僅選用所提供的的測量值，即 溫度傳感器14、15、16、17、18、19、21、22、24的測量值。圖5所示實施例使用的是溫度傳感 器12至21的測量值，圖6所示實施例使用的是溫度傳感器12以及15至24的測量值。在 圖4所示實施例中，分配給表面區域114的用于控制加熱元件111的控制裝置117僅使用 溫度測量傳感器25至33的測量值，該控制裝置在圖5所示實施例中僅使用溫度測量傳感 器25至34的測量值，在圖6所示實施例中僅使用溫度測量傳感器26至35的測量值。
[0041] 圖4至6所示組合僅起示例作用。例如亦可僅使用每一個第二或第三個測量傳 感器，或者僅使用測量傳感器1、11、12、13、22、23、24、34、35，也就是分配給相應表面區域 112、113、114的邊緣的測量傳感器。亦可僅使用傳感器6、7、18、19、28、29，也就是分配給每 個表面區域112、113、114的中央區域的溫度測量傳感器。
[0042] 圖3為在對角線上的各個加熱元件109、110、111對基座上的溫度分布的影響。曲 線A為中央加熱元件109的影響。該加熱元件109除影響基座中央區域內的溫度外還對周 邊區域內的溫度造成影響（盡管較為輕微）。這同樣適用于加熱元件110所造成的影響，這 樣的影響在圖3中用曲線B表示。加熱元件110除影響基座的徑向中間區域（即表面區域 113)內的溫度外，還對鄰接表面區域112U14內的溫度造成影響。曲線C表示徑向最外側 的加熱器111對表面溫度的影響。該加熱元件111同樣對鄰接表面區域113內的溫度造成 影響。
[0043] 曲線A、B、C的基本走向與前述過程參數相關。不同的測量值組合會在控制過程中 產生明顯差別。
[0044] 上述實施例中對各傳感器的測量值予以考慮或者不予考慮。亦可為控制不同的 加熱元件109、110、111而使用相應溫度測量傳感器的測量值，舉例而言，溫度傳感器12、13 或者23、24的測量值可分別被兩個控制裝置115、116、117使用。此外亦可（例如）用介于 0?1之間的加權因子對相應測量值進行加權，以便實施控制。
[0045] 圖7為如圖1、4、5及6所不的處理室橫截面圖。此處僅以符號表不各溫度傳感 器。該溫度傳感器提供特征溫度?\、T 2、T3至Tn。每個特征溫度?\至Tn分別分配給表面區 域112、113、113'、114。特征溫度1\至1；可用圖1、4、5及6所示的感測機構測定。特征溫 度?\至Τ η的測定將在下文中進一步說明。圖7所示裝置具有控制裝置122,其包含控制器 115、116、116'、117、去耦裝置123及放大器124。控制裝置122根據特征測量值?\至1；提 供用于分別控制加熱元件109、110、110'、111的控制數據Ρρ匕^至戸#
[0046] 加熱元件109、110、110'、111位于基座108下方，該基座可圍繞旋轉軸120旋轉。 加熱元件110、110'、111圍繞中央加熱元件109同心配置。加熱元件109至111與前述表 面區域112至114局部對應。因此，表面區域112至114以同心配置的方式位于加熱元件 109至111上方。同樣，表面區域112至114上方配置有若干溫度測量傳感器，其在本實施 例中被構造為配置于板條（Leiste)上的光學傳感器。在最簡單的情況下，為每個表面區域 112至114設置單個用于提供特征溫度?\至T n的溫度測量傳感器即可。
[0047] 對每個表面區域112至114而言，皆存在單個分配給它的控制器115、116、116'、 117。控制器115至117接收特征溫度?\至Τ η作為輸入值。
[0048] 加熱元件109至111除朝向分配給它的表面區域112至114進行熱輻射外，還朝 向鄰接表面區域進行熱輻射，并且例如由石墨、鑰或其他導熱材料構成的基座108內部存 在熱傳導，此外，處理室內部存在熱對流，因此，每個加熱元件109至111皆對每個表面區 域112至114的特征溫度?\至1；造成影響。因此，控制器115至117所提供的第一值U' ^ U' 2、U' 3至U' n彼此耦合。第一值U' 1至U' n被去耦裝置123轉化為去耦后的第二值Up U2、 U3至Un并被放大器124放大。透過去耦裝置123內的去耦操作，每個控制器115至117所 提供的第一值U' i至U' n對去耦裝置123所提供的第二值仏至Un中的每一個造成影響。放 大器124僅對第二值仏至U n起放大作用，以便產生用于相應加熱元件109至111的控制值 至 Pn°
[0049] 所述去耦裝置用于提高多變量系統的控制特性。利用去耦矩陣L來為第一值去 耦。使用通過模型計算算出的或者通過預試驗所測定的基座熱像來測定去耦矩陣L。圖8 為基座的俯視圖，該基座的中心承載基板106,以在基座中環狀包圍其中心的配置方案承載 六個其他基板107。圖8中的表面區域112、113、113'、114是被虛線所界定的環形區。表面 區域112至114的陰影區域A、B、C、D構成了用來測定特征溫度?\、T 2的區域。
[0050] 圖8亦不出一種柵格狀配置方案。該極座標柵格的每一欄皆對應于其中的溫度測 量傳感器1至35在基座108旋轉期間所獲取的溫度測量值。故而在基座108旋轉過程中， 測量傳感器1至35提供多個旋轉角相關測量數據，從而產生前述的熱像。
[0051] 對多個為加熱元件109至111提供不同熱功率的熱像予以記錄。
[0052] 圖9為由上述熱像所獲得的圖表，橫座標是相對于基座表面而目的以旋轉中心 120為原點的徑向線R。縱座標為放大系數F，其約等于溫度。橫座標上的線條分段分別表 示一溫度測量傳感器。區域A、B、C、D為徑向并排配置的表面區域112、113、113'及114的 表面區域。元件符號212、213、213'及214表示在相應范圍內所測定的溫度曲線。曲線212 表示加熱元件109對所有表面區域112至114的影響。曲線213表示加熱元件110對所有 表面區的影響。曲線213'表示加熱元件110'對所有表面區域的表面溫度的影響，曲線214 表示加熱元件111對所有表面區域的影響。用K(l，1)至K (4, 4)標識的條塊為放大矩陣K 的矩陣元素。放大矩陣Κ是從圖9所示傳輸因子圖中導出。在考慮加熱元件的幾何形狀及 熱像的情況下選擇表面區域A、B、C、D。放大矩陣Κ的各元素是所述曲線在區間A、B、C、D 內的平均值。
[0053] 從圖8可看出，表面區域112、113、113'的表面區域A、B、C僅位于基板106至107 所占據的表面上。而表面區域114的表面區域D則位于基座108的未被基板覆蓋的區域。 因此，計算矩陣元素 K(l，l)至K(4, 4)時需要考慮所述區間內的所有對應于測量欄的數量 的旋轉面的權重。以本實施例為例，藉由求平均值法可得出以下矩陣Κ。 9.94 4.55 1.49 0.61 Γ ? τ,_ 3.00 7.64 3.06 1.13
[_ Κ= 0.50 3.17 6.30 3.26 0.18 1.80 5.39 5.13
[0055] 將該矩陣Κ反轉
[0056] L = Γ1
[0057] 獲得解耦矩陣L
[0058] 0.124 -0.078 0.014 -0.007 -0.057 0.205 -0117 0.036 0.023 -0.134 0.428 -0.245 -0.009 0.071 -0.409 0.440
[0059] 采用該反轉矩陣L后便可利用矩陣乘法來從耦合的第一值U' i至U' n獲得解耦值 Ui 至 un:
[0060] U,= 0.124. υ\ -0.078. US +0.014. U'3 -0.007. U'4 U2= -0.057. U'i +0.205. U'2 -0.117. U'3 +0.036. U'4 U3= 0.023. U'i -0.134. U'2 +0.428. U2 -0.245. U'4 U4= -0.009. U'i +0.071. U'2 +0.409. U'3 +0.440. U'4
[0061] a至^為被輸入其中一個加熱元件109至111的熱功率。從中可看出，每個加熱 元件109至111的熱功率包含每個控制器115至117或者每個特征溫度?\至T n的相應貢 獻值。
[0062] 去耦裝置將調節信號U' i至U' η轉化為第二值仏至Un。其結果是對特征溫度測量 值的耦合進行的補償。
[0063] 本發明的裝置的有益特征在于配置于控制裝置的控制路徑中的去耦裝置123,該 去耦裝置根據第一耦合值u' i至U' n來產生第二值Ui至un，第二值分別對應于被分配給加 熱元件109、110、110'、111的熱功率，其中，第二值仏至隊包含第一耦合值U'i至^"的加 權貢獻值，透過加權來對耦合進行補償。
[0064] 因此，該加權是作為耦合補償的結果被提供給特征溫度測量值的加權。
[0065] 所述去耦裝置在一定程度上配置在控制裝置上游或下游的階段，其通過對特征溫 度測量值進行相應關聯來提供控制值，從而使得第一耦合值u' i至u' n的變化大致上僅使被 分配給第一耦合值的表面區域112、113、113'、114的表面溫度發生變化，亦即，使得被分配 給第一耦合值的特征溫度發生變化。
[0066] 特征溫度為復雜控制路徑的耦合控制變量，控制裝置利用控制變量的偏差從對應 的基準變量（額定溫度）中獲得調節變量，調節變量為加熱元件的熱功率。根據本發明，利 用去耦裝置來基本補償控制變量的耦合。
[0067] 所有已揭示特征（其本身即）為發明本質所在。故本申請所揭示得內容亦包含相 關/所附優先權檔案（在先申請副本）所揭示的全部內容，該檔案所述特征亦一并納入本 申請的權利要求。從屬權利要求采用可選并列措辭對本發明針對現有技術的改良方案的特 征予以說明，其目的主要在于在本申請權利要求的基礎上進行分案申請。
[0068] 符號說明
[0069] 1-35溫度測量傳感器
[0070] 101 處理室
[0071] 102 感測機構
[0072] 103 蓮蓬頭
[0073] 104 排氣口
[0074] 105 基板
[0075] 106 基板
[0076] 107 基板
[0077] 108 基座
[0078] 109 加熱元件
[0079] 110 加熱元件
[0080] 110'加熱元件
[0081] 111 加熱元件
[0082] 112 表面區
[0083] 113 表面區
[0084] 113' 表面區
[0085] 114 表面區
[0086] 115 控制器
[0087] 116 控制器
[0088] 116' 控制器
[0089] 117 控制器
[0090] 118 選擇電子設備
[0091] 119 容置槽
[0092] 120 旋轉軸
[0093] 121 數據線
[0094] 122 控制裝置
[0095] 123 去耦裝置
[0096] 124 放大器
[0097] 212 溫度曲線
[0098] 213 溫度曲線
[0099] 213'溫度曲線
[0100] 214 溫度曲線
[0101] F 放大系數
[0102] K 耦合矩陣
[0103] L 解耦矩陣
[0104] P 工作參數
[0105] R 徑向線
【權利要求】
1. 一種處理反應器殼體的處理室（101)中的至少一基板（105,106,107)的方法，其 中，將一個或多個基板（105,106,107)放置于可使用加熱元件（109,110,110'，111)加熱的 基座（108)上，其中，利用所述加熱元件（109,110,111)來加熱所述基座（108)的空間配 屬的區域，所述加熱元件分別分配有所述基座（108)的朝向所述處理室（101) -側的表面 區域（112,113,113'，114)，其中，在多個測量點上藉由測量傳感器（1至35)對所述表面區 域（112,113,113'，114)的溫度和/或布置在那里的的至少一基板（105,106,107)的溫度 進行測量，將所述傳感器（1至35)所測得的測量值輸入用于控制所述加熱元件（109,110， 110'，111)的熱功率的控制裝置（115,116,117,122)，其特征在于，分別使用溫度測量值的 組合來控制所述加熱元件（109,110,110'，111)的熱功率。
2. -種用于處理至少一基板（105,106,107)的裝置，所述裝置包含反應器殼體及配 置于所述反應器殼體內的處理室（101)，所述處理室具有用于承載至少一基板（105,106， 107)的基座（108)，所述裝置還包含多個用于加熱所述基座的配屬表面區域（112，113， 113'，114)的加熱元件（109,110,110'，111)以及多個溫度傳感器（1至35)，所述等溫度 傳感器分別在測量點上提供所述基座（108)的表面的溫度測量值或者布置在那里的基板 (105.106.107) 的溫度測量值，其中控制裝置（115,116,117,122)將受到控制的熱功率提 供給所述加熱元件（109,110,110'，111)，并且其中所述溫度測量值被輸入所述控制裝置 (115,116,117,122)，其特征在于，所述控制裝置（115,116,117,122)使用多個溫度傳感器 (1至35)的溫度測量值的組合來控制所述各個表面區域（112,113,113'，114)中的溫度。
3. 根據權利要求1或特別是在此之后所述的方法，其中，所述溫度測量值組合被分配 給一個或多個工作參數（P)，其中所述工作參數（P)選自：所述表面區域（112,113,113'， 114)的額定溫度、所述處理室（101)內的總氣壓、所述處理室（101)內的氣相的化學組 成、所述基座（108)的材料，所述基板（105,106,107)的類型、所述基座（108)的裝配基板 (105.106.107) 情況和/或所述基座（108)的老化狀態。
4. 根據權利要求2或特別是在此之后所述的裝置，其中，通過包含一個或多個以下工 作參數作為輸入變量（P)的選擇裝置（118)根據所述輸入變量（P)來確定用于實施控制的 溫度測量值的組合，所述工作參數選自：所述表面區域（112,113,113'，114)的額定溫度、 所述處理室（101)內的總氣壓、所述處理室（101)內的氣相的化學組成、所述基座（108)的 材料，所述基板（105,106,107)的類型、所述基座（108)的裝配基板（105,106,107)情況和 /或所述基座（108)的老化狀態。
5. 如根據一項或多項前述權利要求或特別是在此之后所述的方法或裝置，其中，所述 用于實施控制的測量值的組合在相應表面區域（112,113,113'，114)的所使用或未使用的 測量點的個性及數量方面和/或在相對于相應表面區域（112,113,113'，114)的加權方面 存在差別，其中，所述值的加權介于〇?1之間和/或既在基板（105,106,107)的表面上又 在基座（108)的未被其中的基板（105,106,107)覆蓋的表面區段上將測得的測量值用來實 施控制和/或利用成像法測定所述測量值。
6. 如根據一項或多項前述權利要求或特別是在此之后所述的方法或裝置，其中，每個 加熱元件（109,110,110'，111)分別配有單個控制器（115、116、117、122)，所述控制器以選 擇值的形式從所述選擇裝置（118)接收測量值的組合，其中分屬不同工作參數（P)的組合 互不相同，或者所述溫度測量值為個別分配給所述表面區域（112,113,113'，114)中任一 個表面區域的特征溫度（?\，T2, T3, Tn)，在實施控制的過程中根據所述特征溫度獲取個別分 配給所述表面區域（112,113,113'，114)中任一個表面區域的第一值⑴^至^^，所述第 一值被去耦裝置（123)轉化為第二值饑至隊)，所述第二值使得所述第一值饑至隊）的 耦合得到補償且所述第二值對應于所述加熱元件（109,110,110'，111)的熱功率。
7. 如根據一項或多項前述權利要求或特別是在此之后所述的方法或裝置，其中，為選 擇所述用于實施控制的溫度傳感器（1至35)而使用與工作參數（Ρ)相關的加熱元件（109， 110,110'，111)的熱功率的貢獻值，所述熱功率同樣影響并非分配給該加熱元件（109， 110,110'，111)的表面區域（112,113,113'，114)的溫度。
8. 根據一項或多項前述權利要求或特別是在此之后所述的方法或裝置，其中，利用預 試驗或電腦輔助的模型計算來測定所述組合，其中，選擇所規定的溫度曲線，特別是在所述 基座（108)的朝向所述處理室（101)的整個表面上的側向溫度梯度的最小化作為收斂準則 和/或應用類神經網絡來測定用于實施控制的控制參數。
9. 根據一項或多項前述權利要求或特別是在此之后所述的方法或裝置，其中，根據所 述溫度測量傳感器（1至35)來為每個表面區域（112,113,113'，114)獲取特征溫度（1\， Τ2, Τ3, Τη)，所述特征溫度分別輸入提供第一耦合值（^至^)的控制器（115、116、116'、 117)，所述第一耦合值被去耦裝置（123)特別利用去耦矩陣（L)轉化為第二值（仏至隊）以 對耦合進行補償，所述第二值分別對應于單獨輸入加熱元件（109,110,110'，111)的熱功 率。
10. -種處理反應器殼體的處理室（101)中的至少一基板（105,106,107)的方法，其 中，將一個或多個基板（105,106,107)放置于可使用加熱元件（109,110,110'，111)加熱的 基座（108)上，其中，利用所述加熱元件（109,110,111)來加熱所述基座（108)的空間配屬 區域，所述加熱元件分別分配有所述基座（108)的朝向所述處理室（101) -側的表面區域 (112，113，113'，114)，其中，為每個表面區域（112，113，113'，114)測定特征溫度（1\，Τ 2， Τ3, Τη)，將所述特征溫度輸入用于對所述加熱元件（109,110,110'，111)的熱功率進行控制 的控制裝置（115,116,116'，117)，其中，所述特征溫度（1\，T 2, T3, Tn)彼此耦合，其特征在 于，在實施控制的過程中使用第一耦合值（U' i至^ η)，所述第一耦合值被去耦裝置（123)特 別利用去耦矩陣（L)轉化為第二值（仏至隊）以達到對該耦合進行補償的目的。
11. 一種用于處理至少一基板（105,106,107)的裝置，該裝置包含反應器殼體及配 置于所述反應器殼體中的處理室（101)，所述處理室具有用于承載至少一基板（105,106， 107)的基座（108)，所述裝置還包含多個用于加熱所述基座的對應表面區域（112,113， 113'，114)的加熱元件（109，110，110'，111)，其中，設有可為每個表面區域（112，113， 113'，114)測定特征溫度（1\，Τ 2, Τ3, Τη)的構件，將所述特征溫度輸入控制裝置（115,116， 116'，117)以便對所述加熱元件（109,110,110'，111)的熱功率進行控制，其中，所述特征 溫度（Τρ?^?^?；)彼此耦合，其特征在于，設有去耦裝置（123)，其為補償耦合而特別利用 去耦矩陣（L)從所述第一耦合值（U' i至U' η)中產生第二值饑至Un)。
12. 根據權利要求10或11或特別是在此之后所述的方法和裝置，其中，將所述特征溫 度（Τρ?^?^?；)分別輸入提供所述第一耦合值（仏至隊）的控制器（115、116、116'、117)。
13. 根據一項或多項前述權利要求或特別是在此之后所述的方法或裝置，其中，為測定 所述去耦矩陣（L)而利用預試驗或模型計算來確定耦合矩陣（Κ)，其中，測定每個加熱元件 (109,110,110'，111)對每個表面區域（112,113,113'，114)的特征溫度（?\至Tn)的貢獻 值，其中，所述去耦矩陣（L)特別為經反轉的耦合矩陣（Κ)。
14. 根據一項或多項前述權利要求或特別是在此之后所述的方法或裝置，其中，所述特 征溫度0\至1；)為在表面區域（112,113,113'，114)的特別選擇的表面區段上所測得的多 個溫度測量值的平均值，其中，所述測量值以三維或二維方式分布于所述基座（108)的表 面上。
15. 根據一項或多項前述權利要求或特別是在此之后所述的方法或裝置，其中，所述表 面區段為所述對應表面區域（112,113,113'，114)的沿周向彼此間隔一定距離的區域。
16. 根據一項或多項前述權利要求或特別是在此之后所述的方法或裝置，其中，通過記 錄并分析所述受加熱的基座（108)的一或多個熱像來測定所述特征溫度〇\至1；)。
【文檔編號】H01L21/67GK104204291SQ201380012023
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2013年2月28日 優先權日:2012年3月1日
【發明者】R.萊爾斯, M.利南伯格, G.K.斯特勞克, B.沙因勒, K-H.比歇爾 申請人:艾克斯特朗歐洲公司