本发明涉及加热盘控温,更具体地说,它涉及一种加热盘多分区控温系统。
背景技术:
1、加热盘在半导体晶圆退火、食品烘焙等诸多领域中应用广泛,这类场景对温度均匀性与稳定性要求极高,因此多采用分区控温技术,通过将加热盘划分为边缘与内环等分区,独立调节各分区功率以实现精准控温。
2、现有加热盘多分区控温方案中,通常仅对各分区进行简单功率调节,未充分考量边缘与内环间的热耦合效应,边缘分区功率变化会通过热传导影响内环温度,而内环温度波动又会反向干扰边缘控温,形成动态耦合干扰,导致两环温度偏差难以精准修正;同时,内环存在回热临界状态,当边缘设定温差超过特定阈值时,即内环回热阈点,会触发内环回热效应,引发温度骤升或骤降,严重干扰工艺稳定性;然而现有技术缺乏对该阈点的精准识别手段,仅依赖经验设定功率上限,无法适配不同工况下的阈点变化,易出现过限触发回热或限幅过严压缩调节空间的问题。
3、此外,加热盘的稳态增益、横向耦合系数等核心参数会随使用时间增长、环境温度波动等工况变化而漂移;现有方案多采用固定参数进行功率计算,未及时更新参数以匹配当前工况,导致温度与功率的换算偏差增大;且多数方案仅实现分区级控温,未细化至扇区层面,同分区内各扇区因温度差异获得相同功率分配,易出现局部过热或欠热,进一步降低控温精度。
4、综合上述技术问题导致现有控温系统难以兼顾精度、稳定性与工艺安全性,成为制约加热盘应用效果的关键瓶颈。
技术实现思路
1、本发明提供一种加热盘多分区控温系统,解决上述背景技术中的技术问题。
2、本发明提供了一种加热盘多分区控温系统,包括:
3、稳态增益计算模块,其用于对边缘分区集合和内环分区集合施加小功率阶跃,获得边缘分区稳态增益、内环分区稳态增益和横向耦合系数;
4、内环回热阈点估计模块,其用于微量扫描边缘设定温差,并根据内环分区平均温度确定内环回热阈点的估计值;
5、微量扫描设定的参数包括:边缘设定温差、扫描步长和扫描方向;
6、边缘设定温差计算模块,其用于根据温度测量标准差确定阈点安全余量,获得最大边缘设定温差,并计算接近阈点的比例;
7、功率增量计算模块,其用于根据接近阈点的比例和横向耦合系数确定边缘分配系数和内环分配系数,根据边缘分区稳态增益、内环分区稳态增益计算获得边缘功率增量和内环功率增量,并以最大边缘设定温差限幅边缘设定温差;
8、滚动更新模块,其用于按固定间隔滚动更新内环回热阈点的估计值、边缘分区稳态增益、内环分区稳态增益和横向耦合系数;
9、功率指令下发模块,其用于将边缘功率增量和内环功率增量按扇区温度误差比例分配并下发功率指令,同步更新边缘设定温度和内环设定温度,保持边缘设定温差不超过最大边缘设定温差。
10、进一步地,小功率阶跃的取值范围在边缘分区安全功率上限与边缘分区安全功率下限之间;
11、获取边缘分区平均温度在准稳态前后的差值,该差值为边缘分区平均温度的稳态变化量;
12、获取内环分区平均温度在该准稳态前后的差值,该差值为内环分区平均温度的稳态变化量;
13、将边缘分区平均温度的稳态变化量与施加于边缘分区集合的小功率阶跃进行比值运算,获得边缘分区稳态增益;
14、将内环分区平均温度的稳态变化量与施加于内环分区集合的小功率阶跃进行比值运算,获得内环分区稳态增益;
15、将施加于边缘分区集合的小功率阶跃所引起的内环分区平均温度的稳态变化量与边缘分区平均温度的稳态变化量进行比值运算,获得横向耦合系数;
16、判断温度变化速率的绝对值在连续预设采样周期内均低于测量噪声的上界,则判定加热盘达到准稳态。
17、进一步地,确定内环回热阈点的估计值,包括以下步骤:
18、步骤s201,设定边缘设定温差、扫描步长和扫描方向,完成微量扫描初始化;
19、边缘设定温差、扫描步长和扫描方向均为自定义参数;
20、步骤s202,每次将边缘设定温差改变一个扫描步长,保持其他设定不变,等待加热盘达到准稳态,同时记录内环分区平均温度和边缘设定温差;
21、步骤s203,将相邻两次记录的内环分区平均温度的差值与相邻两次调整后的边缘设定温差的差值进行比值运算,获得稳态灵敏度;
22、步骤s204,在稳态灵敏度出现符号翻转的两次扫描之间进行线性插值,获得内环回热阈点的估计值。
23、进一步地,统计在内环回热阈点估计时间窗口内的温度测量的标准差,乘以二分之三获得阈点安全余量,再计算内环回热阈点的估计值与阈点安全余量的差值,获得最大边缘设定温差;读取当前的边缘设定温差,将当前的边缘设定温差与最大边缘设定温差进行比值运算,对该比值进行区间截断,截断时设置下限为0上限为1,获得接近阈点的比例。
24、进一步地,将1与横向耦合系数相加获得分配指数;将接近阈点的比例进行分配指数次幂运算,再将1减去该次幂运算的结果获得边缘分配系数;将接近阈点的比例进行分配指数次幂运算获得内环分配系数。
25、进一步地,将目标温度减去边缘分区平均温度获得边缘温度误差;将目标温度减去内环分区平均温度获得内环温度误差;将边缘分配系数乘以边缘温度误差,获得第一乘积,将边缘分区稳态增益乘以闭环时间常数,获得第二乘积,再将第一乘积除以第二乘积获得边缘功率增量;将内环分配系数乘以边缘温度误差,获得第三乘积,将第三乘积与内环温度误差相加获得总和,将内环分区稳态增益乘以闭环时间常数获得第四乘积,再将总和除以第四乘积获得内环功率增量;对当前的边缘设定温差实施限幅,限幅规则为当前的边缘设定温差大于最大边缘设定温差时,则将当前的边缘设定温差调整为最大边缘设定温差,获得限幅后的边缘设定温差。
26、进一步地,当前时间达到采样周期的预设倍数时,则将当前边缘设定温差依次按照加上扫描步长、减去扫描步长和回到原值的操作,每次微扫后等待加热盘达到准稳态,分别更新内环回热阈点的估计值、边缘分区稳态增益、内环分区稳态增益和横向耦合系数,其中采样周期和采样周期的预设倍数均为自定义参数。
27、进一步地,对于边缘分区内的每个扇区,将目标温度减去该扇区的边缘扇区温度获得该扇区的温差值,将边缘分区内所有扇区的温差值相加,再将相加结果加上数值保护量获得分母,每个扇区的温差值分别作为分子,分子与分母的比值作为该扇区的边缘扇区权重;并按相同方法计算获得内环扇区权重,即对于内环分区内的每个扇区,将目标温度减去该扇区的内环扇区温度获得该扇区的温差值,将内环分区内所有扇区的温差值相加,再将相加结果加上数值保护量获得分母,每个扇区的温差值分别作为分子,分子与分母的比值即为该扇区的内环扇区权重。
28、进一步地,将上一采样时刻的边缘功率指令与当前扇区的边缘扇区权重乘以边缘功率增量的结果相加,再将相加获得的数值在边缘功率下限与边缘功率上限之间进行截断,获得当前扇区的边缘功率指令;并按相同方法计算内环功率指令,即将上一采样时刻的内环功率指令与当前扇区的内环扇区权重乘以内环功率增量的结果相加,再将相加获得的数值在内环功率下限与内环功率上限之间进行截断,获得当前扇区的内环功率指令。
29、进一步地,将目标温度减去内环分区平均温度获得内环温度误差;将当前内环设定温度与内环温度误差乘以采样周期再除以闭环时间常数的结果相加,获得下一时刻的内环设定温度;比较当前边缘设定温差与最大边缘设定温差,取两者中的较小值作为候选边缘设定温差;将下一时刻的内环设定温度与候选边缘设定温差相加,获得下一时刻的边缘设定温度。
30、本发明的有益效果在于:本发明通过对边缘与内环分区施加小功率阶跃,可精准获取两者的稳态增益及横向耦合系数,量化热耦合强度,为功率分配提供精准换算基准,避免耦合干扰导致的温度偏差;借助微量扫描边缘设定温差与线性插值,能精准定位内环回热阈点,结合温度测量标准差构建安全余量并设定温差上限,从根源上规避回热效应引发的温度骤变;按固定间隔滚动更新阈点估计值、稳态增益等核心参数,可实时适配材料老化、环境波动等工况变化,保证参数与真实设备特性始终匹配;将功率增量按扇区温度误差比例分配,实现扇区级精细化调节,让温度偏离区域获得精准功率补偿;整体流程确保温度快速收敛至目标值,避免局部过热或欠热,大幅提升半导体退火、食品烘焙等场景下的控温可靠性与工艺适配性。