專利名稱：慣性溫度控制系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種溫度控制系統(tǒng)和方法，它用于從一個設(shè)置點溫度改變到另一個設(shè)置點溫度。更具體地，本發(fā)明涉及慣性溫度(inertial temperature)控制系統(tǒng)和方法，它用在生產(chǎn)過程中，如半導(dǎo)體生產(chǎn)過程和設(shè)備中，但不限于此。
背景技術(shù)：
溫度控制系統(tǒng)和方法在很多生產(chǎn)過程中扮演重要角色。在生產(chǎn)過程中控制溫度的方法的現(xiàn)有技術(shù)中，采用如比例-積分-求導(dǎo)算法(PID)或模糊邏輯的溫度算法。PID算法在控制理論中是眾所周知的，該方法使用當(dāng)前測量溫度與所需溫度之間的差(誤差值)來確定應(yīng)用于加熱電路中的功率的大小。正如它的名稱所提示的，在PID計算中有三項。比例項提供與誤差值成比例的功率的基值，積分項提供與誤差值的時間積分(和)成比例的功率的基值，微分項提供與誤差值的差分(改變的速率)成比例的功率的基值。
當(dāng)改變所需的溫度時，PID算法通過增加功率(如果上升到更高的設(shè)置點)或減小功率(如果下降到更低的設(shè)置點)來響應(yīng)設(shè)置點(所需溫度)的改變。典型地，當(dāng)上升到更高的溫度時，測量的溫度將滯后于設(shè)置點，然后過調(diào)節(jié)所需溫度，并且在穩(wěn)定而與之匹配前振蕩。這在圖1中描述。
重要的還有限制斜率(ramp rate)，以保護(hù)對象防止負(fù)的熱效應(yīng)，或者防止由于對象內(nèi)過度的內(nèi)部溫度梯度而使對象加熱。這在半導(dǎo)體晶片處理系統(tǒng)中是特別要考慮的。晶片邊緣相對于它的中心的過度加熱，可以導(dǎo)致物理和/或化學(xué)損壞，這會使晶片不可用，或者導(dǎo)致由這塊晶片生產(chǎn)的半導(dǎo)體芯片過早出現(xiàn)故障。
當(dāng)在一個半導(dǎo)體晶片處理系統(tǒng)內(nèi)，如在加熱爐中，從一個溫度到另一個溫度加熱或冷卻時，重要的是以最短的時間穩(wěn)定在所需的設(shè)置點溫度上。經(jīng)典地，加熱爐使用受控的線性斜率從一個溫度設(shè)置點到另一個溫度設(shè)置點。盡管這提供了連續(xù)的溫度設(shè)置點值，但產(chǎn)生的斜率也不是連續(xù)的，如圖1所示。相反地，斜率從0上升到某個值(斜率)，然而當(dāng)?shù)竭_(dá)最終設(shè)置點時返回到零。設(shè)置點的二次導(dǎo)數(shù)是溫度加速度，它必須是無窮大的，從而可立即從0斜率跳到非零值并再次返回。真實對象不能在以這種理想化方式加熱或冷卻所需的溫度斜率中瞬時和無窮大地“加速”。結(jié)果是加熱開始后對象實際溫度斜率到達(dá)所需斜率前產(chǎn)生時間延乙當(dāng)對象的溫度到達(dá)最終設(shè)置點時，發(fā)生“加熱慣性”的相似效果。當(dāng)加熱爐關(guān)閉后，溫度斜率“減速度”必須是負(fù)無窮大的以使斜率從非零值返回到零值。結(jié)果，對象的溫度相對于設(shè)置點過調(diào)節(jié)(over shoot)，然后在最終穩(wěn)定在一個不變的溫度前相對該設(shè)置點上下振蕩，如圖1所述。
在斜率開始時的時間延遲或滯后，所需設(shè)置點的過調(diào)節(jié)和相對于設(shè)置點的溫度振蕩，這些在圖1中顯示的與現(xiàn)有技術(shù)控制方法相關(guān)的特性，在需要穩(wěn)定和精確地控制溫度的很多應(yīng)用中都是不想要的。由此需要改進(jìn)的溫度控制系統(tǒng)和方法。

發(fā)明內(nèi)容
由此，本發(fā)明的目的是提供一種改進(jìn)的溫度控制系統(tǒng)和方法。更特別地，本發(fā)明提供生產(chǎn)過程中的改進(jìn)的溫度控制系統(tǒng)和方法，例如用在半導(dǎo)體處理過程和設(shè)備中，但不限于此。特別是，本發(fā)明提供使用慣性溫度控制和溫度控制算法，如在可購買到的PID控制器或基于模糊邏輯的其它設(shè)備中所使用的那些算法的控制溫度的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明控制溫度斜率設(shè)置點的加速和減速，使坯體的溫度改變以有限的和物理可得到的速率發(fā)生。這種方法可應(yīng)用于需要精確控制可變溫度設(shè)置點的各種系統(tǒng)，例如半導(dǎo)體處理爐中。在所說明的一個實施例中，本發(fā)明的系統(tǒng)和方法在多區(qū)域加熱爐中執(zhí)行，這種多區(qū)域加熱爐用在半導(dǎo)體處理中。
在本發(fā)明的一個實施例中，提供了一種使用溫度控制算法使坯體的溫度從開始溫度變化到結(jié)束溫度的方法，其中坯體裝在溫度控制爐的加熱腔中。一個或多個可控加熱元件和一個或多個溫度傳感設(shè)備安裝在加熱爐的加熱腔中。為溫度控制算法提供一個可變的溫度設(shè)置點。這個設(shè)置點溫度從開始溫度到結(jié)束溫度以有限的速率加速，直到溫度斜率到達(dá)確定的最大溫度斜率為止。該最大溫度斜率基本保持不變，直到設(shè)置點溫度接近結(jié)束溫度為止。然后，設(shè)置點溫度從最大斜率以有限的速率減速，最后到達(dá)結(jié)束溫度。溫度控制算法基本上保持坯體的溫度與所提供的設(shè)置點溫度一致。
本發(fā)明另外一個實施例提供一種使用溫度控制算法使坯體的溫度從開始溫度變化到結(jié)束溫度的方法，其中坯體裝在溫度控制爐的加熱腔中，該溫度控制算法包括下列步驟放置在加熱腔中的一個或多個溫度傳感設(shè)備的溫度數(shù)據(jù)和溫度設(shè)置點作為輸入提供給溫度控制算法，該溫度控制算法控制傳遞給爐中的一個或多個可控加熱元件的功率。溫度設(shè)置點從開始設(shè)置點溫度以有限的編程加速度加速，直到達(dá)到所規(guī)定的最大溫度斜率。然后，該設(shè)置點溫度保持在最大的溫度斜率上，直到接近結(jié)束溫度。最后，溫度設(shè)置點從該最大溫度斜率以有限的編程減速度減速，直到到達(dá)結(jié)束設(shè)置點溫度。這種減速以這樣的方式執(zhí)行，即使得坯體溫度平滑地到達(dá)結(jié)束設(shè)置點溫度，基本上不發(fā)生過調(diào)節(jié)或圍繞結(jié)束設(shè)置點溫度振蕩。
本發(fā)明的又一個實施例提供用于改變坯體的溫度的溫度控制加熱爐。該加熱爐包括加熱腔，該加熱腔設(shè)置有一個或多個可控加熱元件，和一個或多個溫度傳感設(shè)備。傳遞給加熱元件的功率由溫度控制器控制，其中溫度控制器構(gòu)造成接收設(shè)置點溫度的包絡(luò)(profile)和代表設(shè)置在加熱腔中的溫度傳感器設(shè)備的溫度數(shù)據(jù)輸入。溫度控制器提供加熱功率命令，使坯體的溫度通過溫度加速階段、恒定斜率階段和溫度減速階段，而以圍繞所需溫度的最小振蕩基本上平滑地達(dá)到所需的溫度。


在閱讀了本發(fā)明的下列具體描述和所附權(quán)利要求書，并且參照附圖，本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點將變得明顯，其中圖1是說明現(xiàn)有技術(shù)的溫度控制方法的溫度控制響應(yīng)的曲線圖；圖2是本發(fā)明的方法和系統(tǒng)的溫度控制響應(yīng)的曲線圖；圖3描述了用在半導(dǎo)體生產(chǎn)中的加熱爐，它可以采用本發(fā)明的方法和系統(tǒng)。該加熱爐包括熱電偶以測量溫度，并且包括電加熱元件以提供功率。在該舉例的實施例中，有5個控制區(qū)，每個區(qū)中具有兩個熱電偶用于測量；
圖4是加熱爐的示意圖，只顯示了本發(fā)明方法所采用的控制元件和系統(tǒng)；圖5是流程圖，示出了根據(jù)本發(fā)明系統(tǒng)和方法的一個實施例的溫度控制軟件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；圖6是流程圖，說明了本發(fā)明方法的一個實施例；圖7是用于現(xiàn)有技術(shù)的溫度控制方法中的隨時間變化的溫度和所應(yīng)用功率數(shù)據(jù)的曲線圖；圖8是由本發(fā)明的慣性溫度控制方法和系統(tǒng)提供的隨時間變化的溫度和所應(yīng)用功率數(shù)據(jù)的曲線圖。
具體實施例方式本發(fā)明的慣性溫度控制中包含的思想與如何管理溫度設(shè)置點有關(guān)。在應(yīng)用于半導(dǎo)體工業(yè)的現(xiàn)有技術(shù)的溫度控制方法中，對象或坯體如半導(dǎo)體晶片，典型地具有線性方式的溫度斜率。坯體的實際溫度不能與該線性溫度斜率匹配，因此它在開始時滯后，而在結(jié)束時過調(diào)節(jié)。相反，本發(fā)明提供的溫度設(shè)置點與時間的曲線與真實對象能夠遵循的曲線更加接近地匹配。這樣，本發(fā)明計算出溫度改變的“慣性”特性，并且控制設(shè)置點以允許坯體的實際溫度更緊密地跟隨該設(shè)置點溫度，由此減小過調(diào)節(jié)，同時比現(xiàn)有技術(shù)的直線斜率方法更快速地實現(xiàn)溫度穩(wěn)定性。
施加于坯體的熱量并不立即傳輸?shù)皆撆黧w上，存在與熱量傳輸?shù)膫鲗?dǎo)、對流和輻射相關(guān)的延遲。上述現(xiàn)有技術(shù)的溫度控制方法的問題不在于控制算法本身，而更在于溫度改變可以瞬時開始或結(jié)束的假設(shè)。溫度改變不能以瞬時方式加速到給定的斜率，或者當(dāng)溫度到達(dá)所需的最終溫度時瞬時停止，如圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)方法中以圖示所說明的那樣。這個問題還可以通過牛頓物理的推理來說明。靜止的物體不能瞬時加速到非零的速度。相反，必須發(fā)生到達(dá)最大速度的逐漸的加速。當(dāng)物體返回到靜止?fàn)顟B(tài)時，通過逐漸的減速相反地發(fā)生這一過程。在本發(fā)明討論的問題中，溫度與位置類似，斜率(溫度的一階時間導(dǎo)數(shù))與速度類似，而斜率增加的速率(溫度的二階時間導(dǎo)數(shù))為加速度或減速度。
設(shè)置點從一個溫度線性變化到另一個溫度需要坯體無窮大的加速度或無窮大的減速度。由于坯體不能與這個命令輸入匹配，結(jié)果是坯體內(nèi)的溫度相對于理想假設(shè)的早期滯后，緊接著是斜率結(jié)束時坯體溫度超過編程設(shè)置點而發(fā)生的過調(diào)節(jié)，然后是最終穩(wěn)定在編程溫度之前圍繞設(shè)置點發(fā)生振蕩。為了更好地控制溫度，本發(fā)明提供了控制輸入(設(shè)置點)，它以坯體物理上可實現(xiàn)的方式變化。溫度加速到給定的斜率，并保持在這個斜率上直到接近設(shè)置點溫度，然后當(dāng)坯體達(dá)到想要的穩(wěn)定狀態(tài)的設(shè)置點溫度時減速到零斜率。如圖2中所說明的，提供修正的控制輸入，以使溫度控制算法所命令的加速為有限的，且可由被加熱的坯體物理地獲得。通過提供被加熱坯體可遵循的設(shè)置點，本發(fā)明使現(xiàn)有技術(shù)方法的過調(diào)節(jié)和振蕩問題最小化，或者理想地，消除了這個問題。
進(jìn)一步在圖3、4和5中說明本發(fā)明。在本發(fā)明的一個實施例中，本方法可以用于半導(dǎo)體加熱爐中，如圖3所示的立式快速加熱爐，但不限于此。在本實施例中，加熱爐包括可控加熱器元件器12，它可以分成獨立可控制區(qū)域14。該可控加熱器元件12可以是電阻加熱線圈，輻射加熱燈或其它一些可控的將熱量傳輸?shù)脚黧w或從坯體傳出的結(jié)構(gòu)或系統(tǒng)。圖4中說明的一個控制系統(tǒng)的簡化的例子包括五個這樣的區(qū)域14。功率命令或信號16在每個區(qū)域14中單獨受控。加熱器元件12的目的是將坯體20——在這個例子中是硅晶片——加熱到所需的溫度24，其中坯體20設(shè)置在加熱爐10的加熱腔22內(nèi)。當(dāng)顯示具有五個區(qū)域14的特定半導(dǎo)體加熱爐時，本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，本發(fā)明的系統(tǒng)和方法可以應(yīng)用于其它類型的半導(dǎo)體加熱爐中，并且還可以在其它類型的半導(dǎo)體設(shè)備中執(zhí)行，同樣也可以用于需要精確溫度控制的其它應(yīng)用中。本發(fā)明不限于示出的特定例子。例如，本發(fā)明可以用于具有不同數(shù)量的區(qū)域的加熱爐中，或者具有一個或多個區(qū)域的單晶片工具中。除了這里描述的那些應(yīng)用以外，本發(fā)明還可以用于其它的加熱應(yīng)用中。除了加熱環(huán)路，慣性溫度還適于控制冷卻環(huán)路。
再次參考圖3和4中例舉的控制系統(tǒng)實施例，它通常包括具有過程控制軟件的過程控制器34，它可操作地耦接到具有溫度控制軟件的溫度控制器32上。本控制系統(tǒng)還提供了一個或多個溫度傳感設(shè)備。在說明的實施例中，這些溫度傳感設(shè)備最好是兩組熱電偶，其包括一個或多個尖峰熱電偶26和一個或多個包絡(luò)熱電偶30，它們提供用于在加熱腔22內(nèi)進(jìn)行溫度測量。尖峰熱電偶26放置在加熱元件12附近，這樣就可更快地對響應(yīng)溫度控制輸入的加熱腔22內(nèi)的溫度變化作出反應(yīng)。包絡(luò)熱電偶30更靠近坯體20——在這個說明的例子中是硅晶片——這樣能更好地代表坯體的溫度。以可購買到的溫度控制軟件編程的溫度控制器32從過程控制器34接收所需的溫度24設(shè)置點，并從相應(yīng)的熱電偶26和30讀取測量的尖峰溫度36和包絡(luò)溫度38。作為時間的函數(shù)的溫度設(shè)置點最好可以作為設(shè)置點溫度包絡(luò)在過程控制軟件中被編程。基于控制算法(在下面描述)，溫度控制器軟件32確定施加到加熱爐加熱元件12的每個區(qū)域14上的功率的量。
圖5是流程圖，示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的溫度控制器32的內(nèi)部控制軟件。在確定控制溫度函數(shù)40中，基于相應(yīng)熱電偶26和30的尖峰和包絡(luò)溫度36和38計算單一的控制溫度41。在本發(fā)明的這個舉例的實施例中，這些值以特定的比例結(jié)合，并且還可以包含偏移量，以更好地反映晶片的實際溫度。該比例可以用于響應(yīng)不同的溫度范圍。尖峰熱電偶26迅速響應(yīng)功率輸入，因為它們位于與加熱元件12非常靠近的位置。包絡(luò)熱電偶30更靠近坯體20，這樣響應(yīng)更慢。如果加熱爐控制只基于包絡(luò)熱電偶30，那么坯體20的慢速響應(yīng)可以導(dǎo)致振蕩。通過規(guī)定比例可優(yōu)化響應(yīng)和精度。對于加熱爐、區(qū)域和溫度條件的給定范圍，最佳比例由經(jīng)驗確定，本技術(shù)領(lǐng)域的普通人員能容易地做到，但在較高溫度。從線圈到熱電偶26和30的熱量傳輸更快，所以通常更強烈地依賴于包絡(luò)溫度38。本發(fā)明的一個說明性的實施例在具有5個區(qū)域和電子線圈的大氣壓為300mm的快速立式處理器(RVP)加熱爐中執(zhí)行，用于計算控制溫度的包絡(luò)溫度與尖峰溫度的比例從400℃時的50％包絡(luò)+50％尖峰，到600℃時的60％包絡(luò)+40％尖峰，到700℃時的90％包絡(luò)+10％尖峰，到800℃以上時的100％包絡(luò)發(fā)生變化。根據(jù)被加熱的坯體成分和使用的加熱爐的參數(shù)，可以采用其它比例。
計算設(shè)置點函數(shù)42用以計算中間溫度設(shè)置點。該函數(shù)將所需的設(shè)置點溫度24作為它的輸入。它還保持它當(dāng)前的設(shè)置點44。當(dāng)該當(dāng)前的設(shè)置點44等于所需的設(shè)置點溫度24時，不進(jìn)行處理，并且將當(dāng)前的設(shè)置點傳遞給溫度控制算法46。設(shè)置點44是可變的，并且在此涉及到多方式，如當(dāng)前的設(shè)置點溫度或中間設(shè)置點溫度。當(dāng)計算設(shè)置點溫度函數(shù)42接收與當(dāng)前的控制溫度41不同的所需設(shè)置點溫度時，它將當(dāng)前設(shè)置點44以預(yù)定的加速度向所需設(shè)置點溫度24加速。計算設(shè)置點函數(shù)42還保持預(yù)定的溫度加速度。當(dāng)溫度斜率到達(dá)最大斜率時，它將斜率保持在最大的斜率上，直到溫度接近結(jié)束設(shè)置點。當(dāng)中間溫度設(shè)置點44靠近結(jié)束設(shè)置點足夠近從而以一定減速度減速將使該中間設(shè)置點到達(dá)該結(jié)束設(shè)置點時，則斜率減小以使這一過程發(fā)生。最大斜率最好在大約2℃min-1到30℃min-1的范圍內(nèi)。選擇的確定值依賴于幾個因素，包括加熱爐的操作溫度和發(fā)生加熱還是冷卻。對于加熱過程，溫度斜率最好在2℃min-1到10℃min-1的范圍內(nèi)。在高溫時采用較低的最大斜率以將對加熱坯體的熱膨脹損壞的危險降至最低。對于冷卻過程，最大溫度斜率通常由加熱爐功率以外的物理因素限制。由于這個原因，用于冷卻的最大斜率典型地小于大約3℃min-1。
加速度、減速度和最大斜率是對于給定的加熱爐建立的預(yù)定值。預(yù)定值基于實驗測量的元件性能。不同類型的元件顯示了不同的性能。加速度和減速度基于熱電偶可以多快地響應(yīng)功率輸入，該功率輸入然后與元件可以提供的熱能量相關(guān)。具有較高功率密度的元件將適于較高的設(shè)置點加速度。該加速度最好在2℃min-2到40℃min-2的范圍內(nèi)。加速度在4℃min-2到15℃min-2的范圍內(nèi)更佳。在上述RVP爐中，最好使用大約8℃min-2的加速度。類似地，具有較小絕熱性可以迅速冷卻的元件，適于較高的設(shè)置點減速度。最好使用在大約1℃min-2到6℃min-2范圍內(nèi)的溫度減速度，使用大約2℃min-2的減速度則最佳。
在一個實施例中，使用傳感陣列(sensarray)晶片建立偏移量。這些晶片是其上附著有熱電偶的檢測晶片。特別地，晶片保持在給定的爐溫下一段時間，并且測量包絡(luò)與晶片溫度之間的差異。一旦這個靜態(tài)偏移量已知，傳感陣列晶片就從爐腔22中取出。然后通過將包絡(luò)溫度設(shè)置為所需的晶片溫度減去偏移量來處理沒有傳感器的晶片，這樣就準(zhǔn)確并精確地控制了估計的晶片溫度。PID算法函數(shù)46將根據(jù)控制溫度41和設(shè)置點44確定命令功率16。
圖6示出了本發(fā)明一個實施例的流程圖。它是對包含在用于計算中間設(shè)置點44的計算設(shè)置點函數(shù)42中的邏輯的具體描述。這個流程圖描述了用于將設(shè)置點44從一個溫度平滑改變到另一個溫度的邏輯。這通過首先檢查坯體20當(dāng)前是否被加熱或冷卻(50)來進(jìn)行。如果不是，則不需要具有斜率，所以程序保持當(dāng)前的設(shè)置點(52)并退出(54)。如果溫度斜率正在上升，那么程序檢查是否到了開始減速的時間(56)。如果要保證減速，那么計算減速度(60)，以將中間設(shè)置點平滑地轉(zhuǎn)變到結(jié)束設(shè)置點。如果程序當(dāng)前使斜率減速(62)，則根據(jù)當(dāng)前的減速度計算(64)修改的溫度設(shè)置點44。如果斜率既不減速也不需要加速，則程序確定斜率當(dāng)前是否低于最大溫度斜率(66)。對于在這些條件下低于最大值的斜率，程序?qū)⒅付ㄒ粋€向最大斜率的加速度(70)。如果斜率當(dāng)前為最大值，那么程序保持該最大斜率(72)，直到它到達(dá)需要減速的點，從而平滑地到達(dá)最終設(shè)置點。實驗進(jìn)行了幾個實驗來比較本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)的溫度控制方法，在這些實驗中，傳感陣列半導(dǎo)體晶片在模擬的氧化過程中在立式快速加熱爐中加熱。下面陳述的例子只為了說明的目的，并且在任何方面都并非意在限制本發(fā)明。
為了建立本發(fā)明的方法與現(xiàn)有技術(shù)方法之間相比的基線而進(jìn)行了實驗，其中晶片被具有五個加熱器元件區(qū)域且由PID算法控制的但不具有本發(fā)明的慣性溫度控制系統(tǒng)的加熱爐加熱到850℃。圖7示出了五個加熱爐加熱器元件區(qū)域的溫度對時間(頂部)和所施加的加熱器功率對時間的響應(yīng)關(guān)系。如圖7所示，通過傳統(tǒng)的PID控制，以大約3到4℃的結(jié)束溫度過調(diào)節(jié)發(fā)生溫度上升后的溫度恢復(fù)，且恢復(fù)時間大約為10分鐘，其間加熱爐內(nèi)各個區(qū)域的溫度圍繞所需溫度振蕩，并且所施加的功率重復(fù)地出現(xiàn)尖峰和關(guān)閉。
使用相同的加熱爐和PID溫度控制算法進(jìn)行相似的檢測，其中PID溫度控制算法增加了本發(fā)明的慣性溫度控制方法。在只有PID算法的實驗中的所有原始的步驟次數(shù)、溫度和氣體流量被保持。僅有的改變只是使用了如本發(fā)明所提供的慣性溫度控制。如圖8所示，慣性溫度控制減小了熱過調(diào)節(jié)和穩(wěn)定時間。對于所有的區(qū)域，熱過調(diào)節(jié)被限制在小于0.5℃，并且溫度恢復(fù)在5分鐘之內(nèi)發(fā)生。此外，當(dāng)比較兩個數(shù)據(jù)曲線圖時，可以看見功率調(diào)節(jié)的上述改進(jìn)。使用本發(fā)明的方法，功率波動在振幅和頻率上都得到緩沖，并且對于相同的熱循環(huán)從整體上顯著減小。這對加熱爐的操作具有一些積極的影響。由于減小的功率循環(huán)，可以期望元件壽命有所提高，此外，對于加熱爐線圈附近的機械組件產(chǎn)生較小的應(yīng)力，并且這會提高整個加熱爐的可靠性。
前面出于說明和描述的目的已經(jīng)給出了本發(fā)明的特定實施方式和例子的具體描述，并且盡管本發(fā)明已通過前面適當(dāng)?shù)睦诱f明，但不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。這些例子并非意在將本發(fā)明窮舉或限制在已經(jīng)揭示的精確形式上，在上述說明的教導(dǎo)下，本發(fā)明顯然可能有很多改進(jìn)、實施例和改變。本發(fā)明的范圍意在包括這里揭示的以及通過附后的權(quán)利要求書及其等同物所確定的一般領(lǐng)域。
權(quán)利要求
1.一種使用溫度控制算法將坯體溫度從開始設(shè)置點溫度變化到結(jié)束設(shè)置點溫度的方法，其中該坯體裝在溫度控制加熱爐的加熱腔中，其特征在于所述加熱腔包含一個或多個可控加熱元件，和一個或多個溫度傳感設(shè)備；設(shè)置點溫度從所述開始溫度向所述結(jié)束溫度以有限的速率加速，直到到達(dá)規(guī)定的最大斜率為止；所述設(shè)置點溫度基本上保持在所述最大斜率上，直到接近所述結(jié)束溫度為止；所述設(shè)置點溫度從所述最大斜率以有限的速率減速到所述結(jié)束溫度；所述溫度控制算法基本上保持所述坯體的溫度與所述設(shè)置點溫度一致。
2.一種使用溫度控制算法將坯體溫度從開始溫度變化到結(jié)束溫度的方法，其中該坯體裝在溫度控制加熱爐的加熱腔中，該方法包括下列步驟將所述加熱腔中的一個或多個溫度傳感設(shè)備所提供的溫度數(shù)據(jù)和一個溫度設(shè)置點作為輸入提供給所述溫度控制算法，該溫度控制算法控制傳遞給所述加熱爐中一個或多個可控加熱元件的功率；將所述溫度設(shè)置點從所述開始設(shè)置點溫度以有限的編程加速度加速，直到到達(dá)規(guī)定的最大溫度斜率；將所述設(shè)置點溫度保持在所述最大溫度斜率上，直到接近所述結(jié)束溫度；并且將所述溫度設(shè)置點從所述最大斜率以有限的編程減速度減速，直到到達(dá)所述結(jié)束設(shè)置點溫度，從而使所述坯體的溫度平滑地到達(dá)所述結(jié)束設(shè)置點溫度，而基本上不發(fā)生過調(diào)節(jié)或圍繞所述結(jié)束設(shè)置點溫度振蕩。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中所述可控加熱元件是電加熱線圈。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中所述可控加熱元件是輻射加熱燈。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中所述溫度傳感設(shè)備是一個或多個熱電偶，其為所述一個或多個可控加熱元件的每一個提供一個或多個溫度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中控制溫度是所述溫度控制算法的輸入，該控制溫度是所述一個或多個熱電偶溫度的數(shù)學(xué)組合。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中所述控制溫度進(jìn)一步定義為具有從所述熱電偶溫度的已知的偏移量。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其特征還在于所述溫度偏移量是靜態(tài)偏移量，它相對于所述坯體溫度與所述熱電偶溫度之間的差糾正所述控制溫度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征還在于所述坯體是半導(dǎo)體晶片。
10.一種用于改變坯體溫度的溫度控制加熱爐，該加熱爐包括加熱腔，安裝有一個或多個可控加熱元件，和一個或多個溫度傳感設(shè)備；和溫度控制器，其被配置成用來執(zhí)行如權(quán)利要求1或2的方法。
11.一種用于改變坯體溫度的溫度控制加熱爐，該加熱爐包括加熱腔，安裝有一個或多個可控加熱元件，和一個或多個溫度傳感設(shè)備；和溫度控制器，其被配置成接收設(shè)置點溫度包絡(luò)和代表安裝在所述加熱腔中的所述溫度傳感設(shè)備的溫度數(shù)據(jù)輸入，且該溫度控制器被配置成改變傳遞給所述一個或多個可控加熱元件的功率，從而使所述坯體的溫度通過溫度加速階段、恒定斜率階段和溫度減速階段，以便以圍繞所述所需溫度的最小振蕩基本上平滑地到達(dá)所需溫度。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的加熱爐，其中所述可控加熱元件是電加熱線圈或輻射加熱燈。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的加熱爐，其中所述溫度傳感設(shè)備是一個或多個熱電偶，該熱電偶為所述一個或多個可控加熱元件的每一個提供一個或多個溫度。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種慣性溫度控制系統(tǒng)和方法,用于使坯體溫度在兩個溫度之間變化,從而平滑地到達(dá)結(jié)束溫度,而基本上沒有溫度過調(diào)節(jié)或振蕩。將設(shè)置點溫度輸入給溫度控制算法,該設(shè)置點溫度以物理上可達(dá)到的速率加速或減速。
文檔編號H05B1/02GK1372175SQ0210808
公開日2002年10月2日 申請日期2002年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月6日
發(fā)明者艾倫·L.·斯塔納 申請人:Asml美國公司