专利名称：带自动拉温区功能的温度串级系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种带自动拉温区的温度串级系统，具体地说，涉及一种扩散炉的带自动拉温区功能的温度串级系统。
背景技术：
首先，在半导体、太阳能等行业的现有技术中，高温炉体的温度控制主要由两种方式热电偶和单片机或热电偶和温控仪表。对于前一种温度控制方式其缺点在于单片机容易损坏，其内部结构较复杂使得高温设备的温控系统一旦出现故障，故障原因查找和排除非常繁琐，且一般这种控温方式的控制系统硬件(单片机和板卡)都由设备生产厂家订制，这样就很难保证设备能够得到及时的维修且不容易控制用户成本。因此，后一种控温方式越来越得到用户的认可。其次，在已有的热电偶加温控仪表的控温方式中，由于行业特殊性对于温度精度的要求较高，就需要对热电偶的显示温度与使用实际温度之间的误差进行校准，现多使用的是人工使用Profile热偶进行温区校准。现行的拉温区方式的弊端在于1、无法进行真正的闭管静态拉温区，因为要人工对I^rofile热偶测温的物理位置进行调整。2、无法对同一温区内的各控温点进行同时校正。3、需要人为调整温控仪表的参数来进行校准，不能避免人为因素的干扰，也很难提高温区的可重复性。4、花费时间长，对于一个温度的温区校准几乎就要耗费一个熟练工人一天的工作时间。5、很难达到通用性，不同的设备进行温区校准，需要工人对不同设备温区的校准经验。
发明内容本实用新型克服上述缺陷，提供了一种同时利用profile热偶和spike热偶进行升温和降温以及恒温阶段分阶段温度控制的带自动拉温区的温度串级系统。本实用新型的带自动拉温区的温度串级系统的技术方案是这样的其包括 profile热偶，其还包括spike热偶，profile热偶和spike热偶双通道温控仪表连接，双通道温控仪表和工控机连接。双通道温控仪表和工控机之间设置PLC，由PLC进行集中程序控制。spike热偶控制回路内连接功率控制模块。spike热偶进行升温和降温温度控制，profile热偶设置为恒温控制电偶；也可根据工艺使用采用profile热偶为主控制回路的高精度串级温度控制系统，应用灵活。本实用新型的带自动拉温区的温度串级系统包括spike热偶，profile热偶和 spike热偶双通道温控仪表连接，双通道温控仪表和工控机连接，双通道温控仪表和工控机之间设置PLC，由PLC进行集中程序控制。spike热偶控制回路内连接功率控制模块。 spike热偶进行升温和降温温度控制，profile热偶设置为恒温控制电偶；也可根据工艺使用采用profile热偶为主控制回路的高精度串级温度控制系统，应用灵活。本实用新型的技术方案如下本实用新型温控系统是由功率控制模块、温控热偶、双通道温控仪表、可编程序控制器(PLC)、工控机共同组成。主要结构为以PLC为核心的控制系统通过温控热偶 (Spike和Profile)共同采样高温炉体内的温度数值并返回给温控仪表，温控仪表将数据反馈给PLC，PLC按照工控机所编制的程序内容进行温控参数的计算，并将计算结果发送给温控仪表，温控仪表再依此进行功率输出控制最终达到调整温度的目的。此控制回路为闭环控制。本实用新 型的串级控制主要使用于Profile热偶控温阶段。当炉体恒温时，根据半导体制造工艺要求，我们会切换到Profile控温，因为Profile热偶测得的温度才是我们需要的工艺标准温度。此时，Spike和Profile两组热偶都在进行温度检测，此时Spike 应该已经达到设定温度，但Profile与设定温度还有差值。通过PLC读取检测温度后用 Profile温度通过一个可调整算法计算出Spike控温热偶的设定值并写入温控仪表，并且依据测量值高低、测量值与设定值温差等参数不同，PLC同时对温控仪表的参数进行修改以限制Spike的输出功率方式。此时Spike热偶通过输出功率改变来调整炉体的实际温度最终使Profile热偶的测量值与设定值达到相等。其中，温控仪表参数调整方式和可调整算法由本公司独立开发测试，完全达到半导体行业的温控要求，且已经经过生产线实际生产使用，结论是完全可替代同类进口设备，打破了半导体制造领域高精度温度控制系统完全进口的局面。本实用新型的温控仪表为双回路温控仪表，它可以对spike热偶和Profile热偶同时读取数据并设定设定值。这样就可以实现Spike和Profile的控温切换功能。此功能主要用于升温、恒温转换阶段。由于Spike对于温度变化的敏感度高，我们使用spike热偶进行升温和降温，这样可以有效地减少升降温时的温度过冲和温度欠调。而在恒温阶段我们使用Profile热偶进行控温，这样可以更加精确地控制产品的温度。也可根据工艺情况采用profile热偶为主控制回路的高精度串级温度控制系统，应用灵活。本实用新型中使用软件功能实现了温区校准(拉温区)的无人值守自动完成。在半导体行业中，对于温区要求较高，一般认为Profile热偶监测到的温度数值才为炉体内产品的实际温度。拉温区就是指要将Spike热偶的监测温度与Profile热偶的监测温度校准到相同或相近，这样才能保证产品品质。本实用新型温控系统在进行拉温区工作时只需用户在工控机软件上编写相应程序，并填写相应的温区表格，然后运行用户所编写的程序即可。在用户所编写的程序运行结束时，温区自动校准完毕。在本控制系统中，温区校准每温度点约用时1小时，以5个工作温度点为例，本系统仅需用时5-6小时即可完成温区校准工作，且校准重复性大大高于人工拉温区。如果具体工艺工况需要，也可以采用profile热偶为主控制回路的高精度串级温度控制系统，无需拉温区，使用更方便，大大节省了设备调试时间，简化设备应用，各种工艺功能搭配应用灵活。温区数量、温度点、温区精度等参数用户都可自行在温区表格中输入，极大的方便了半导体设备的日常维护(PM)时间。并且本系统控制的温区可以在低温(380-800摄氏度)段将温区精度控制在正负0.5摄氏度以内，这在国产半导体设备中可以算是一个新的突破。
图1是本实用新型的的结构方框图。
具体实施方式
本实施例为太阳能电池芯片生产的“沉积减反射膜”工序，其带自动拉温区的温度串级系统括profile热偶，其还包括spike热偶，profile热偶和spike热偶双通道温控仪表连接，双通道温控仪表和工控机连接。双通道温控仪表和工控机之间设置PLC，由PLC进行集中程序控制。spike热偶控制回路内连接功率控制模块。spike热偶进行升温和降温温度控制，profile热偶设置为恒温控制电偶，也可根据工艺使用采用profile热偶为主控制回路的高精度串级温度控制系统，应用灵活。该设备用于太阳能电池芯片生产的“沉积减反射膜”工序，它的原理如下在密闭的真空炉体内，填充了工艺气体(硅烷和氨气)，它们被射频电离成了等离子体，这些等离子体的化学性能很强，很容易发生反应，在硅片上沉积出所希望的薄膜。装在石墨舟内的硅片在炉体内均勻的分布，气体可以在硅片表面均勻地沉积。炉体的容积和石墨舟的槽数决定了 PECVD的产能，通过增加炉体容积和石墨舟槽的数量可以达到提高产能的效果。本实用新型控制系统要达到的目的就是要提供一种通用的温度控制方式，基本能够应用于大多数半导体产业的温度控制设备，并且实现无人值守的多温度点温区校准。 对于温区数量、温区精度等重要指标给予用户最大的可调整空间，硬件维护方便、快捷，无需依赖设备生产厂家。本实用新型与现有技术相比具有下列优点和积极效果1，本实用新型温控系统可以实现Spike和ftOfile热偶的切换使用。其原理为， 使用Spike热偶的读数值控制输出功率，Profile热偶参与控温。如生产需使用Spike热偶控制温度，则将Profile热偶与Spike热偶之间关联切断；如需使用Profile热偶参与控温，则将I^rofile热偶的输出值进行软件计算，计算出来的值作为Spike热偶的设定值。这样做的优势在于在升降温阶段，Spike热偶的反映比较灵敏，有助于快速升温、降温，且容易控制升降温速率，以避免对产品和炉体的伤害。在恒温阶段，Profile热偶的测温准确度高，有助于控制炉体内产品的精确温度。并且，在温控仪表内使Spike和Profile经过计算建立的参数链接可以有效地避免模拟量传输中产生的误差，还避免了使用机械热偶切换时控制电路电磁特性对于采样数值的影响。另，相比于两套控温系统来说，节省了控制系统造价和功率输出模块造价。2，本实用新型温控系统实现了控温精度的提升。在现有国产半导体设备中，基本采用的是高温段(800摄氏度以上)控温精度正负0. 5摄氏度，低温段(380-800摄氏度)控温精度在正负1摄氏度。而本实用新型可以实现高温段(800摄氏度以上)控温精度正负 0. 3摄氏度，低温段(380-800摄氏度)控温精度正负0. 5摄氏度。这在国内半导体设备领域可以算是一个突破性进展。根据设备不同，本公司设备最佳控温效果可以达到高温段正负0. 2摄氏度，低温段正负0. 3摄氏度。3，本实用新型温控系统实现了温区校准的无人值守自动化。本系统中，拉温区过程完全实现自动进行，无需人工干预。用户只需按照所需要的温区温度点和温度精度将温区表填写并上传，再将编写好的拉温区工艺程序上传后即可开始拉温区工作。拉温区工作结束后，系统自动报警，提示用户工艺已经结束。拉温区工艺的编写和运行方式与生产工艺运行方式完全一致，便于用户掌握和使用。如果具体工艺工况需要，也可以采用profile热偶为主控制回路的高精度串级温度控制系统，无需拉温区，使用更方便，大大节省了设备调试时间，简化设备应用，各种工艺功能搭配应用灵活。4，本实用新型温控系统实现了温区校准与实际生产的无缝连接。在人工温区校准时，为了将Profile热偶在各温区点之间移动，需要在炉门上开孔，通入的气体也与实际工艺不同(某些有害性气 体或危险性气体无法通入)，并且炉膛内无法装料。这些都造成了实际生产温区与温区校准时的条件不同，也就造成了温区精度不准、温区重复性差等问题。在本系统的温区校准工艺中，用户可以按照实际生产工艺进行装料、通气等操作，实现了温区校准工艺与生产工艺的同步，大大降低了拉温区与实际生产工艺的条件差别，使正常生产过程中温区精度得到了更加强有力的保证。5，本实用新型温控系统实现了多个温度点，多个温区点一次性校准的功能。在以往的人工拉温区工作中需要按照温度点和温区点进行校准，每个温区点要顺序依次校准。 所存在的问题是温区点共处一个炉体内，对某一个温区点进行校准时都会对其他温区点产生影响，这就造成了拉温区的工作对于没有经验的操作者来说几乎是不可能完成的任务。 即使对于有经验的操作者，不同种类设备与炉体之间，温区的特点也是不同的，因此这种人工拉温区的方式会使温区的可重复性不高。由于半导体设备需要经常检修与清洗，那么这种重复性不高的温区校准结果是不能忍受的。但是，在本控制系统中，有于实现了系统自动校准的闭环控制和多点同时拉温区，不仅大大加快了温区校准的速度，也大大提高了温区校准的可重复性。基本排除了炉体规格、工艺器件和气体流量对于温区精度的影响。6，本系统实现了多温度点温区一次性校准。在实际生产过程中，同一炉体可能会用于多种工艺，那么它们所需要的温度点也是不同的，如用人工拉温区的方法，每次更换工艺就要拉一次温区，或者就是需要很长的时间将每个可能使用的温度点都校准一遍，但这样对于那些很少使用的温度点来说，花费的人力和时间有是得不偿失的。在本系统中，用户可以将全部可能使用的温度点编辑到温区表和拉温区工艺中，运行一次工艺过程即可将全部温区点校正完毕。虽然温区校准时间相应的会加长，但相比人工拉温区来说，时间已经大大减少，并且无序操作工值守。7，对于拉温区的时间，在本系统中已经得到了优化。不仅比人工校准要省时，而且使用本系统校准一次温区后我们会记录校准参数，在同一炉体再次校准温区时用户可直接将以往校准参数上传，这样以最保守的估计(为保证温区精度准确性)，校准温区的时间还可以减少一半。
权利要求1.一种带自动拉温区功能的温度串级系统，其包括profile热偶，其特征在于，其还包括spike热偶，profile热偶和spike热偶和双通道温控仪表连接，双通道温控仪表和工控机连接。
2.根据权利要求1所述的带自动拉温区功能的温度串级系统，其特征在于，双通道温控仪表和工控机之间设置PLC，由PLC进行集中程序控制。
3.根据权利要求1所述的带自动拉温区功能的温度串级系统，其特征在于，spike热偶上连接功率控制模块。
4.根据权利要求1所述的带自动拉温区功能的温度串级系统，其特征在于，spike热偶进行升温和降温温度控制，profile热偶设置为恒温控制电偶。
专利摘要本实用新型涉及一种带自动拉温区的温度串级系统，具体地说，涉及一种扩散炉的带自动拉温区功能的温度串级系统，本实用新型提供了一种同时利用profile热偶和spike热偶进行升温和降温以及恒温阶段分阶段温度控制的带自动拉温区的温度串级系统，其包括profile热偶，其还包括spike热偶，profile热偶和spike热偶双通道温控仪表连接，双通道温控仪表和工控机连接，本实用新型，基本能够应用于大多数半导体产业的温度控制设备，并且实现无人值守的多温度点温区校准。对于温区数量、温区精度等重要指标给予用户最大的可调整空间，硬件维护方便、快捷，无需依赖设备生产厂家。
文档编号F27D19/00GK202133293SQ201120223720
公开日2012年2月1日 申请日期2011年6月29日 优先权日2011年6月29日
发明者陈加朋 申请人:青岛赛瑞达电子科技有限公司