[发明专利]分区域加热方法、装置和半导体设备

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种分区域加热方法、装置和半导体设备。

背景技术

在半导体制作工艺过程中，常常需要对基片进行加热，例如，等离子体增强化学气相沉积（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD）设备包括预加热腔和工艺腔，由于沉积工艺过程中需要高温，因此放置有基片的载板首先进入预加热腔进行预加热处理，当加热达到需要的温度后，载板进入工艺腔进行沉积工艺。由于各腔室外部有水冷系统进行冷却，因此载板外围区域的热量损失比中心区域要快的多，通常需要对载板进行分区域加热，使中心区域的温度略低于外围区域的温度，以使达到目标温度时整个载板的温度均匀。在加热过程中各区域独立控温，因此各区域之间单位面积的加热功率不同，并且各区域之间存在热干扰，因此各区域的升温速率不同，使得在加热升温的过程中，不同区域之间的温差过大，导致被加热物受热极度不均而被破坏。现有技术通过分阶段加热来减小加热升温过程中不同区域的温差，例如，如图1所示，对分为9个区域的载板进行加热，Z5区域的目标温度为400℃，Z2、Z4、Z6和Z8区域的目标温度为425℃，Z1、Z3、Z7和Z9的目标温度为450℃，在加热过程中：第一阶段设定所有区域的目标温度为50℃，保证所有区域都达到目标温度且稳定后进入第二阶段；第二阶段设定所有区域的目标温度为100℃，保证所有区域都达到目标温度别稳定后进入第三阶段；以此类推，以保证在加热过程中各区域之间的温差不超过50℃。

然而，现有分阶段加热的过程中，每个阶段都需要一段等待时间以保证各区域加热到分段目标温度，使得加热时间过长。

发明内容

本发明提供一种分区域加热方法、装置和半导体设备，在高效率加热的前提下减小了加热升温过程中各区域之间的温差，从而缩短了加热时间。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一方面，提供一种分区域加热方法，包括：

对设定为不同目标温度的多个区域进行加热；

每隔预设时间分别采集每个区域的当前温度；

对温度高于所述多个区域中最低温度的区域进行加热功率限制，其中，温度越高的区域加热功率限制的比例越大。

进一步地，所述对温度高于所述多个区域中最低温度的区域进行加热功率限制，其中，温度越高的区域加热功率限制的比例越大的过程包括：

分别计算每个区域的温度与所述多个区域中最低温度的差值Tx’，其中x用于标识不同区域；

分别计算每个区域的加热功率限制值n_x，

所述加热功率限制值其中A为大于0℃的温度值，max为求最大值的计算符号；

将每个区域的实际加热功率设置为n_x×预设加热功率，实际加热功率为0的区域为保温状态。

可选地，在所述加热功率限制值n_x的计算公式中，A小于等于50℃。

可选地，在所述加热功率限制值n_x的计算公式中，A为所述多个区域中最高温度与最低温度的差值。

另一方面，提供一种分区域加热装置，包括：

多个加热器，用于对设定为不同目标温度的多个区域进行加热；

分别设置于每个所述区域的多个温度传感器，用于每隔预设时间分别采集每个区域的当前温度；

连接于所述多个加热器和温度传感器的控制器，用于对温度高于所述多个区域中最低温度的区域进行加热功率限制，其中，温度越高的区域加热功率限制的比例越大。

进一步地，所述控制器包括：

差值计算单元，用于分别计算每个区域的温度与所述多个区域中最低温度的差值Tx’，其中x用于标识不同区域；

加热功率限制值计算单元，用于分别计算每个区域的加热功率限制值n_x，

所述加热功率限制值其中A为大于0℃的温度值，max为求最大值的计算符号；

加热功率限制单元，用于将每个区域的实际加热功率设置为n_x×预设加热功率，实际加热功率为0的区域为保温状态。

可选地，在所述加热功率限制值n_x的计算公式中，A小于等于50℃。

可选地，在所述加热功率限制值n_x的计算公式中，A为所述多个区域中最高温度与最低温度的差值。

另一方面，提供一种半导体设备，包括加热腔，所述加热腔包括上述的分区域加热装置。

可选地，所述半导体设备是PECVD设备。