一种用于半导体热处理设备的热电偶故障诊断方法及系统的制作方法

文档序号:8338328
一种用于半导体热处理设备的热电偶故障诊断方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及集成电路制造技术领域,更具体地说,涉及一种用于半导体热处理设 备的热电偶故障诊断方法及系统。
【背景技术】
[0002] 目前,半导体器件的设计向高密度、高集成度的方向迅速发展,对半导体集成电路 新工艺、新技术、新设备提出了越来越高的要求。作为集成电路生产线前工序的工艺设备之 一的半导体热处理设备,在扩散、退火、合金、氧化、薄膜生长等硅片生产制造工艺中扮演着 重要的角色,其要求精确控制的温度为硅片表面温度。
[0003] 在半导体制造工艺中,用户希望热处理设备能够长时间连续运行多组工艺而不出 现故障,这对设备的稳定性提出了很高的要求。热电偶作为温度控制系统的测量工具,具有 测量精度高,测量范围大,体积小,热响应快,寿命长等特点,现已广泛应用于半导体热处理 设备中。
[0004] 本领域技术人员清楚,热电偶在工作过程中可能会出现开路和短路等故障。请参 阅图1,图1为热电偶工作的三种状态,正常状态、短路故障状态及开路故障状态示意图。由 于感温模块通常自带开路报警功能,在热电偶处于开路状态时其会向逻辑控制器发出开路 报警信号,开路故障状态比较容易判别,而当热电偶处于短路状态时,由于短路故障点位置 的不同,热电偶采集的温度数据也不尽相同,短路故障的现象随热电偶所处实际环境的差 异,故障现象较复杂,所以热电偶的短路故障较难判别。

【发明内容】

[0005] 本发明的目的在于提供一种半导体热处理设备的热电偶故障诊断与处理方法,利 用本方法能够正确诊断出热电偶是否处于短路故障状态,给温度控制器以提示信息,温度 控制器根据工艺需求及时做出正确处理,降低设备和产品的损失。
[0006] 为实现上述目的,本发明的技术方案如下:
[0007] 一种半导体热处理设备的热电偶故障诊断与处理方法,所述半导体热处理设备中 包括多个控温区,每个控温区分别包括热电偶和加热单元,所述方法具体包括:
[0008] 步骤Sl :根据各温区对应热电偶采样值变化情况进行热电偶故障诊断,如果诊断 结果正常,则执行步骤S2,否则,执行步骤S5 ;
[0009] 步骤S2 :根据相邻温区对应热电偶采样值变化情况进行热电偶故障诊断,如果诊 断结果正常,则执行步骤S3,否则,执行步骤S5 ;
[0010] 步骤S3 :根据各温区对应热电偶采样值变化情况和控制量变化情况进行热电偶 故障诊断,如果诊断结果正常,则执行步骤S4,否则,执行步骤S5 ;
[0011] 步骤S4 :根据各温区对应热电偶采样值和相邻温区热电偶采样变化值以及相关 控制量变化情况进行热电偶故障诊断,如果诊断结果正常,在相应的工艺过程中,继续循环 进行步骤S1、步骤S2、步骤S3、和步骤S4 ;否则,执行步骤S5 ;
[0012] 步骤S5 :发出热电偶短路故障信号,并进行相应的补偿处理。
[0013] 优选地,所述的步骤Sl具体包括如下步骤:
[0014] 步骤Sll :每个热电偶对其相应控温区的温度进行数据采样;并根据在每个温区 采样值计算所述热电偶采样值在一个采样周期中变化趋势值;
[0015] 步骤S12 :在进行工艺正常升温过程中,判断所述变化趋势值是否大于等于第一 阈值,和/或,在进行工艺正常降温过程中,判断所述变化趋势值是否小于等于第二阈值; 其中,所述第一阈值为一个采样周期内的最大升温值,所述第二阈值为一个采样周期内的 最大降温变化值;
[0016] 步骤S13 :如果是,短路异常状态计数器的值加1 ;
[0017] 步骤S14 :重复步骤S12和步骤S13,如果短路异常状态计数器的值大于某一预定 值,发出热电偶故障信号。
[0018] 优选地,所述的步骤S2具体包括如下步骤:
[0019] 步骤S21 :每个热电偶对其相应控温区的温度进行数据采样;并根据所述相邻温 区采样值计算所述热电偶采样值在一个采样周期中变化趋势值;
[0020] 步骤S22 :在进行工艺正常升温过程中,判断所述变化趋势值是否大于等于第三 阈值,和/或,在进行工艺正常降温过程中,判断所述变化趋势值是否小于等于第四阈值; 其中,所述第三阈值为一个采样周期内相邻温区热电偶的最大升温变化值,所述第四阈值 为一个采样周期内相邻温区热电偶的最大降温变化值;
[0021] 步骤S23 :如果是,短路异常状态计数器的值加1 ;
[0022] 步骤S24 :重复步骤S22和步骤S23,如果短路异常状态计数器的值大于某一预定 值,发出热电偶故障信号。
[0023] 优选地,所述的步骤S3具体包括如下步骤:
[0024] 步骤S31 :根据每个温区控制量记录计算出控制量差值;
[0025] 步骤S32 :根据每个温区对应的最大升温控制量变化值和最大降温控制量变化 值,利用线性插值方法可以计算出每一个控制周期所对应的控温变化量,在系统热电偶采 样时滞周期数内,累加计算控温变化量所产生的累计值;同时计算采样时滞周期数内控温 变化量的平均值,然后,根据稳态下典型工艺温度点温度与输出控制量对照表,利用线性插 值方法计算出该温度区间内,得到控温变化量的平均值在滞周期内使某温区温度正常的变 化量,并判断该控温变化量所产生的绝对累计值大于控温变化量所产生的绝对累计值的α 倍,其中α为系统常数,系统热电偶采样时滞周期数,是根据热电偶类型、加热系统时滞常 数和采样系统系统时滞常数设定。
[0026] 步骤S33 :如果是,短路异常状态计数器的值加 1 ;
[0027] 步骤S34 :重复步骤S32、步骤S33,如果短路异常状态计数器的值大于某一预定 值,发出热电偶故障信号。
[0028] 优选地,所述α的取值范围为1~2之间的一个值。
[0029] 优选地,所述的步骤S4具体包括如下步骤:
[0030] 步骤S41 :计算相邻温区的控制量输出差值;
[0031] 步骤S42 :根据每个温区对应的最大升温控制量变化值和最大降温控制量变化 值,利用线性插值方法可以计算出每一个控制周期所对应的控温变化量,在系统热电偶采 样时滞周期数内,累加计算控温变化量所产生的累计值;同时计算采样时滞周期数内相邻 三个控温区中控温变化量的平均值,然后,根据稳态下典型工艺温度点温度与输出控制量 对照表,利用线性插值方法计算出该温度区间内,控温变化量平均值在滞周期内使某一温 区温度的正常变化量以及相邻两个温区温度正常的变化量,并判断该控温区中的每一个控 温变化量所产生的绝对累计值,是否大于该控温区控温变化量与相邻两个控温区温度正常 的变化量所产生的绝对累计值的β倍;其中,β为系统常数,系统热电偶采样时滞周期数, 是根据热电偶类型、加热系统时滞常数和采样系统系统时滞常数设定;
[0032] 步骤S43 :如果是,短路异常状态计数器的值加1 ;
[0033] 步骤S44 :重复步骤S42步骤S43,如果短路异常状态计数器的值大于某一预定值, 发出热电偶故障信号。
[0034] 优选地,系统常数β的设定范围为0至1之间的一个值。
[0035] 优选地,所述热电偶包括Inner热电偶、OuterA热电偶、OuterB热电偶和OverTemp 热电偶,所述步骤S5具体包括:依次切换Inner热电偶到OuterA热电偶的控温方式,或 OuterA热电偶到OuterB热电偶的控温方式,或OuterB热电偶到OverTemp热电偶控温方 法,继续工艺进程。
[0036] 为实现上述目的,本发明还具有采用上述技术方案的系统如下:
[0037] 一种半导体热处理设备的热电偶故障诊断与处理方法所述半导体热处理设备中 的每个控温区分别包括热电偶和加热单元;所述系统包括滤波器、感温模块、逻辑处理器、 温度控制器和电力控制单元,以形成闭环控制;热电偶采集热处理设备温度数据经过滤波 器,再经过感温模块后进入逻辑处理器,逻辑处理器根据各温区对应热电偶采样值变化情 况、相邻温区热电偶采样值变化、各温区对应热电偶采样值变化情况和控制量变化情况以 及各温区对应热电偶采样值和相邻温区热电偶采样变化值以及相关控制量变化情况,判断 当前热电偶的工作状态,提供给相应温度控制器和电力控制单元进行补偿处理。
[0038] 优选地,所述热电偶包括Inner热电偶、OuterA热电偶、OuterB热电偶和OverTemp 热电偶,所述补偿处理包括:依次切换Inner热电偶到OuterA热电偶的控温方式,或 OuterA热电偶到OuterB热电偶的控温方式,或OuterB热电偶到OverTemp热电偶控温方 法,继续工艺进程。
[0039] 从上述技术方案可以看出,本发明一种半导体热处理设备的热电偶故障诊断与处 理方法及系统,通过实时监测系统在工作状态下各温区热电偶采样值变化情况、相邻温区 热电偶采样值变化情况、各温区对应热电偶采样值变化情况和控制量变化情况、各温区对 应热电偶采样值和相邻温区热电偶采样变化值以及相关控制量变化情况来达到诊断热电 偶短路故障的目的。利用本方法能够正确诊断出热电偶是否处于故障状态,给温度控制器 以提示信息,温度控制器根据工艺需求及时做出正确处理,降低设备和产品的损失。
【附图说明】
[0040] 图1为半导体热处理设备热电偶的三种状态,即正常状态、短路状态及开路状态 示意图
[0041] 图2为本发明包括五路加热单元相对应五个温度控制区的结构示意图
[0042] 图3为采用本发明半导体热处理设备的热电偶故障诊断与处理方法的电力控制 系统框图
[0043] 图4为本发明半导体热处理设备的热电偶故障诊断与处理方法一较佳实施例的 流程示意图
[0044] 图5为本发明实施例中温控区Zone」与Zone_i+l最大温度差情况示例
[0045] 图6为本发明实施例中温控区Zone_n与Zone_n_l最大温度差情况示例
[0046] 图7为本发明实施例中温控区Zone_i+j与Zone_i+j+l最大温度差情况 (i+j+l〈n)示例
[0047] 图8为本发明一较佳实施例中根据各温区对应热电偶采样值变化情况进行热电 偶故障诊断的步骤示意图
[0048]
再多了解一些
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