[實用新型]溫度控制系統及金屬有機化學氣相沉淀設備及半導體薄膜沉積設備

有效

• 申請號: 201220446134.2
• 申請日: 2012-09-04
• 公開（公告）號: CN202904399U
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發明（設計）人: 趙輝;陳愛華;金小亮;張偉
• 申請（專利權）人: 中晟光電設備（上海）有限公司
• 主分類號: G05D23/22
• 分類號: G05D23/22;C23C16/52;C30B25/16
• 代理公司: 上海信好專利代理事務所(普通合伙) 31249
• 代理人: 張靜潔;徐雯瓊

技術領域

本實用新型涉及半導體技術領域，具體涉及一種金屬有機化學氣相沉淀（MOCVD）設備和半導體薄膜沉積設備，及應用于該MOCVD設備和半導體薄膜沉積設備的溫度控制系統。?

背景技術

半導體設備中加熱系統通常具有慣性大、反應慢、延時、升溫單向性等特點，同時還存在著復雜的熱傳導、熱輻射、熱對流等傳熱現象，實現精密溫度控制很困難。對于某些應用場合，當加熱面積或體積較大時，由于不同區域熱損耗的不同，采用單個加熱器很難實現溫度的均勻性。因此，有必要將加熱器分解為若干單元，每個單元只加熱一小塊區域。同時還需要為每一塊區域配置測溫傳感器（即測溫單元），以檢測不同加熱區域溫度的均勻性。這樣就產生了多個加熱單元、多個測溫單元之間的控制問題。加熱單元和測溫單元在設計上考慮因素不同，會導致加熱單元和測溫單元在空間位置上的不對應，同一測溫單元測量的區域會受多個加熱單元影響，其測得的溫度數據往往是多個加熱單元共同作用的結果，從而增加了溫度控制的復雜度。另外，實際的加熱系統總是存在著熱傳導、熱輻射、熱對流等多種形式的熱損失，如果這些熱損失僅由控制模塊來進行補償，會增加控制模塊調節時間，增大控制誤差。?

金屬有機化學氣相沉淀（MOCVD）設備用于在外延片襯底上，例如藍寶石襯底或硅襯底上生長外延層薄膜，對溫度的精確性和均勻性要求非常高。中國專利申請（申請號：201010263355.1）公開了一種用于MOCVD設備中控制外延片溫度及均勻性的裝置。該裝置用若干個非接觸光學溫度計來測量多個環狀區域的外延片溫度，同時由多個環狀排列、徑向覆蓋面積較小的加熱元件來加熱外延片，并采用溫度控制模塊來實現外延片的溫度及均勻性的控制。該方案通過獨立控制各個加熱元件的功率，提高了外延片襯底的溫度均勻性，但是其缺點在于，沒有考慮到實際加熱過程中的熱量損失，從而影響了溫度控制的精度。?

實用新型內容

本實用新型的目的在于提供一種溫度控制系統、MOCVD設備，以及半導體薄膜沉積設備，以提高溫度控制精度。?

為實現上述目的，本實用新型的一個實施例提供一種溫度控制系統，該溫度控制系統包含：功率值計算單元、功率值補償單元、與功率值計算單元和功率值補償單元分別相連接的功率值相加單元、以及和功率值相加單元相連接的功率輸出單元；?

其中功率值計算單元和若干測溫傳感器相連，所述若干測溫傳感器用于測量半導體薄膜沉積設備中各個加熱區域的溫度值；功率輸出單元和加熱器相連，加熱器包含多個加熱單元；

功率值計算單元，用于根據所述若干測溫傳感器測得的溫度值，計算加熱器中各加熱單元的加熱單元功率值，該加熱單元功率值以加熱過程中熱量損失為零的情況下獲得；

功率值補償單元，用于計算各加熱單元的補償功率值，該補償功率值用于調整各加熱單元的加熱單元功率值以補償加熱過程中的熱量損失；

功率值相加單元，分別連接功率值計算單元和功率值補償單元，用于將功率值計算單元輸出的加熱單元功率值和各個功率值補償單元輸出的補償功率值對應相加，得到各加熱單元的實際功率值；

功率輸出單元，用于根據實際功率值向各加熱單元輸出對應功率。

可選地，上述的功率值補償單元可以是多個，每個功率值補償單元包含：第一功率值補償單元和第二功率值補償單元中的至少一個；?

其中，第一功率值補償單元和功率值相加單元相連接，用于計算對應加熱區域的加熱區域熱損失功率值，作為對應加熱單元?的補償功率值輸出至功率值相加單元；

第二功率值補償單元和功率值相加單元相連接，用于計算對應加熱單元的加熱單元熱損失功率值，作為對應加熱單元的補償功率值輸出至功率值相加單元。

可選地，上述的功率值計算單元包含有至少兩個功率值計算模塊，每個功率值計算模塊對應于一個不同的加熱區域及用于測量該加熱區域溫度值的測溫傳感器，且每個功率值計算模塊對應于一個不同的加熱單元；每個功率值計算模塊包含：溫度計算模塊，和溫度計算模塊及測溫傳感器分別相連接的比較模塊，以及和比較模塊相連接的控制模塊；?

溫度計算模塊，用于根據設定溫度值和調整時間，計算出中對應加熱區域從當前溫度值到設定溫度值分步調整所需的若干個溫度設定值；

比較模塊，用于根據每步調整中測溫傳感器測量的加熱區域溫度值和溫度計算模塊計算出的溫度設定值，得到溫度差值；

控制模塊，用于將比較模塊輸出的溫度差值轉換為控制模塊輸出功率值并輸出。