專利名稱：帶自動(dòng)拉溫區(qū)功能的溫度串級(jí)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種帶自動(dòng)拉溫區(qū)的溫度串級(jí)系統(tǒng)，具體地說，涉及一種擴(kuò)散爐的帶自動(dòng)拉溫區(qū)功能的溫度串級(jí)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
首先，在半導(dǎo)體、太陽能等行業(yè)的現(xiàn)有技術(shù)中，高溫爐體的溫度控制主要由兩種方式熱電偶和單片機(jī)或熱電偶和溫控儀表。對(duì)于前一種溫度控制方式其缺點(diǎn)在于單片機(jī)容易損壞，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)較復(fù)雜使得高溫設(shè)備的溫控系統(tǒng)一旦出現(xiàn)故障，故障原因查找和排除非常繁瑣，且一般這種控溫方式的控制系統(tǒng)硬件(單片機(jī)和板卡)都由設(shè)備生產(chǎn)廠家訂制，這樣就很難保證設(shè)備能夠得到及時(shí)的維修且不容易控制用戶成本。因此，后一種控溫方式越來越得到用戶的認(rèn)可。其次，在已有的熱電偶加溫控儀表的控溫方式中，由于行業(yè)特殊性對(duì)于溫度精度的要求較高，就需要對(duì)熱電偶的顯示溫度與使用實(shí)際溫度之間的誤差進(jìn)行校準(zhǔn)，現(xiàn)多使用的是人工使用Profile熱偶進(jìn)行溫區(qū)校準(zhǔn)?，F(xiàn)行的拉溫區(qū)方式的弊端在于1、無法進(jìn)行真正的閉管靜態(tài)拉溫區(qū)，因?yàn)橐斯?duì)I^rofile熱偶測(cè)溫的物理位置進(jìn)行調(diào)整。2、無法對(duì)同一溫區(qū)內(nèi)的各控溫點(diǎn)進(jìn)行同時(shí)校正。3、需要人為調(diào)整溫控儀表的參數(shù)來進(jìn)行校準(zhǔn)，不能避免人為因素的干擾，也很難提高溫區(qū)的可重復(fù)性。4、花費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)于一個(gè)溫度的溫區(qū)校準(zhǔn)幾乎就要耗費(fèi)一個(gè)熟練工人一天的工作時(shí)間。5、很難達(dá)到通用性，不同的設(shè)備進(jìn)行溫區(qū)校準(zhǔn)，需要工人對(duì)不同設(shè)備溫區(qū)的校準(zhǔn)經(jīng)驗(yàn)。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型克服上述缺陷，提供了一種同時(shí)利用profile熱偶和spike熱偶進(jìn)行升溫和降溫以及恒溫階段分階段溫度控制的帶自動(dòng)拉溫區(qū)的溫度串級(jí)系統(tǒng)。本實(shí)用新型的帶自動(dòng)拉溫區(qū)的溫度串級(jí)系統(tǒng)的技術(shù)方案是這樣的其包括 profile熱偶，其還包括spike熱偶，profile熱偶和spike熱偶雙通道溫控儀表連接，雙通道溫控儀表和工控機(jī)連接。雙通道溫控儀表和工控機(jī)之間設(shè)置PLC，由PLC進(jìn)行集中程序控制。spike熱偶控制回路內(nèi)連接功率控制模塊。spike熱偶進(jìn)行升溫和降溫溫度控制，profile熱偶設(shè)置為恒溫控制電偶；也可根據(jù)工藝使用采用profile熱偶為主控制回路的高精度串級(jí)溫度控制系統(tǒng)，應(yīng)用靈活。本實(shí)用新型的帶自動(dòng)拉溫區(qū)的溫度串級(jí)系統(tǒng)包括spike熱偶，profile熱偶和 spike熱偶雙通道溫控儀表連接，雙通道溫控儀表和工控機(jī)連接，雙通道溫控儀表和工控機(jī)之間設(shè)置PLC，由PLC進(jìn)行集中程序控制。spike熱偶控制回路內(nèi)連接功率控制模塊。 spike熱偶進(jìn)行升溫和降溫溫度控制，profile熱偶設(shè)置為恒溫控制電偶；也可根據(jù)工藝使用采用profile熱偶為主控制回路的高精度串級(jí)溫度控制系統(tǒng)，應(yīng)用靈活。本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下本實(shí)用新型溫控系統(tǒng)是由功率控制模塊、溫控?zé)崤?、雙通道溫控儀表、可編程序控制器(PLC)、工控機(jī)共同組成。主要結(jié)構(gòu)為以PLC為核心的控制系統(tǒng)通過溫控?zé)崤?(Spike和Profile)共同采樣高溫爐體內(nèi)的溫度數(shù)值并返回給溫控儀表，溫控儀表將數(shù)據(jù)反饋給PLC，PLC按照工控機(jī)所編制的程序內(nèi)容進(jìn)行溫控參數(shù)的計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果發(fā)送給溫控儀表，溫控儀表再依此進(jìn)行功率輸出控制最終達(dá)到調(diào)整溫度的目的。此控制回路為閉環(huán)控制。本實(shí)用新 型的串級(jí)控制主要使用于Profile熱偶控溫階段。當(dāng)爐體恒溫時(shí)，根據(jù)半導(dǎo)體制造工藝要求，我們會(huì)切換到Profile控溫，因?yàn)镻rofile熱偶測(cè)得的溫度才是我們需要的工藝標(biāo)準(zhǔn)溫度。此時(shí)，Spike和Profile兩組熱偶都在進(jìn)行溫度檢測(cè)，此時(shí)Spike 應(yīng)該已經(jīng)達(dá)到設(shè)定溫度，但Profile與設(shè)定溫度還有差值。通過PLC讀取檢測(cè)溫度后用 Profile溫度通過一個(gè)可調(diào)整算法計(jì)算出Spike控溫?zé)崤嫉脑O(shè)定值并寫入溫控儀表，并且依據(jù)測(cè)量值高低、測(cè)量值與設(shè)定值溫差等參數(shù)不同，PLC同時(shí)對(duì)溫控儀表的參數(shù)進(jìn)行修改以限制Spike的輸出功率方式。此時(shí)Spike熱偶通過輸出功率改變來調(diào)整爐體的實(shí)際溫度最終使Profile熱偶的測(cè)量值與設(shè)定值達(dá)到相等。其中，溫控儀表參數(shù)調(diào)整方式和可調(diào)整算法由本公司獨(dú)立開發(fā)測(cè)試，完全達(dá)到半導(dǎo)體行業(yè)的溫控要求，且已經(jīng)經(jīng)過生產(chǎn)線實(shí)際生產(chǎn)使用，結(jié)論是完全可替代同類進(jìn)口設(shè)備，打破了半導(dǎo)體制造領(lǐng)域高精度溫度控制系統(tǒng)完全進(jìn)口的局面。本實(shí)用新型的溫控儀表為雙回路溫控儀表，它可以對(duì)spike熱偶和Profile熱偶同時(shí)讀取數(shù)據(jù)并設(shè)定設(shè)定值。這樣就可以實(shí)現(xiàn)Spike和Profile的控溫切換功能。此功能主要用于升溫、恒溫轉(zhuǎn)換階段。由于Spike對(duì)于溫度變化的敏感度高，我們使用spike熱偶進(jìn)行升溫和降溫，這樣可以有效地減少升降溫時(shí)的溫度過沖和溫度欠調(diào)。而在恒溫階段我們使用Profile熱偶進(jìn)行控溫，這樣可以更加精確地控制產(chǎn)品的溫度。也可根據(jù)工藝情況采用profile熱偶為主控制回路的高精度串級(jí)溫度控制系統(tǒng)，應(yīng)用靈活。本實(shí)用新型中使用軟件功能實(shí)現(xiàn)了溫區(qū)校準(zhǔn)(拉溫區(qū))的無人值守自動(dòng)完成。在半導(dǎo)體行業(yè)中，對(duì)于溫區(qū)要求較高，一般認(rèn)為Profile熱偶監(jiān)測(cè)到的溫度數(shù)值才為爐體內(nèi)產(chǎn)品的實(shí)際溫度。拉溫區(qū)就是指要將Spike熱偶的監(jiān)測(cè)溫度與Profile熱偶的監(jiān)測(cè)溫度校準(zhǔn)到相同或相近，這樣才能保證產(chǎn)品品質(zhì)。本實(shí)用新型溫控系統(tǒng)在進(jìn)行拉溫區(qū)工作時(shí)只需用戶在工控機(jī)軟件上編寫相應(yīng)程序，并填寫相應(yīng)的溫區(qū)表格，然后運(yùn)行用戶所編寫的程序即可。在用戶所編寫的程序運(yùn)行結(jié)束時(shí)，溫區(qū)自動(dòng)校準(zhǔn)完畢。在本控制系統(tǒng)中，溫區(qū)校準(zhǔn)每溫度點(diǎn)約用時(shí)1小時(shí)，以5個(gè)工作溫度點(diǎn)為例，本系統(tǒng)僅需用時(shí)5-6小時(shí)即可完成溫區(qū)校準(zhǔn)工作，且校準(zhǔn)重復(fù)性大大高于人工拉溫區(qū)。如果具體工藝工況需要，也可以采用profile熱偶為主控制回路的高精度串級(jí)溫度控制系統(tǒng)，無需拉溫區(qū)，使用更方便，大大節(jié)省了設(shè)備調(diào)試時(shí)間，簡(jiǎn)化設(shè)備應(yīng)用，各種工藝功能搭配應(yīng)用靈活。溫區(qū)數(shù)量、溫度點(diǎn)、溫區(qū)精度等參數(shù)用戶都可自行在溫區(qū)表格中輸入，極大的方便了半導(dǎo)體設(shè)備的日常維護(hù)(PM)時(shí)間。并且本系統(tǒng)控制的溫區(qū)可以在低溫(380-800攝氏度)段將溫區(qū)精度控制在正負(fù)0.5攝氏度以內(nèi)，這在國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體設(shè)備中可以算是一個(gè)新的突破。

圖1是本實(shí)用新型的的結(jié)構(gòu)方框圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)施例為太陽能電池芯片生產(chǎn)的“沉積減反射膜”工序，其帶自動(dòng)拉溫區(qū)的溫度串級(jí)系統(tǒng)括profile熱偶，其還包括spike熱偶，profile熱偶和spike熱偶雙通道溫控儀表連接，雙通道溫控儀表和工控機(jī)連接。雙通道溫控儀表和工控機(jī)之間設(shè)置PLC，由PLC進(jìn)行集中程序控制。spike熱偶控制回路內(nèi)連接功率控制模塊。spike熱偶進(jìn)行升溫和降溫溫度控制，profile熱偶設(shè)置為恒溫控制電偶，也可根據(jù)工藝使用采用profile熱偶為主控制回路的高精度串級(jí)溫度控制系統(tǒng)，應(yīng)用靈活。該設(shè)備用于太陽能電池芯片生產(chǎn)的“沉積減反射膜”工序，它的原理如下在密閉的真空爐體內(nèi)，填充了工藝氣體(硅烷和氨氣)，它們被射頻電離成了等離子體，這些等離子體的化學(xué)性能很強(qiáng)，很容易發(fā)生反應(yīng)，在硅片上沉積出所希望的薄膜。裝在石墨舟內(nèi)的硅片在爐體內(nèi)均勻的分布，氣體可以在硅片表面均勻地沉積。爐體的容積和石墨舟的槽數(shù)決定了 PECVD的產(chǎn)能，通過增加爐體容積和石墨舟槽的數(shù)量可以達(dá)到提高產(chǎn)能的效果。本實(shí)用新型控制系統(tǒng)要達(dá)到的目的就是要提供一種通用的溫度控制方式，基本能夠應(yīng)用于大多數(shù)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的溫度控制設(shè)備，并且實(shí)現(xiàn)無人值守的多溫度點(diǎn)溫區(qū)校準(zhǔn)。 對(duì)于溫區(qū)數(shù)量、溫區(qū)精度等重要指標(biāo)給予用戶最大的可調(diào)整空間，硬件維護(hù)方便、快捷，無需依賴設(shè)備生產(chǎn)廠家。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)和積極效果1，本實(shí)用新型溫控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)Spike和ftOfile熱偶的切換使用。其原理為， 使用Spike熱偶的讀數(shù)值控制輸出功率，Profile熱偶參與控溫。如生產(chǎn)需使用Spike熱偶控制溫度，則將Profile熱偶與Spike熱偶之間關(guān)聯(lián)切斷；如需使用Profile熱偶參與控溫，則將I^rofile熱偶的輸出值進(jìn)行軟件計(jì)算，計(jì)算出來的值作為Spike熱偶的設(shè)定值。這樣做的優(yōu)勢(shì)在于在升降溫階段，Spike熱偶的反映比較靈敏，有助于快速升溫、降溫，且容易控制升降溫速率，以避免對(duì)產(chǎn)品和爐體的傷害。在恒溫階段，Profile熱偶的測(cè)溫準(zhǔn)確度高，有助于控制爐體內(nèi)產(chǎn)品的精確溫度。并且，在溫控儀表內(nèi)使Spike和Profile經(jīng)過計(jì)算建立的參數(shù)鏈接可以有效地避免模擬量傳輸中產(chǎn)生的誤差，還避免了使用機(jī)械熱偶切換時(shí)控制電路電磁特性對(duì)于采樣數(shù)值的影響。另，相比于兩套控溫系統(tǒng)來說，節(jié)省了控制系統(tǒng)造價(jià)和功率輸出模塊造價(jià)。2，本實(shí)用新型溫控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了控溫精度的提升。在現(xiàn)有國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體設(shè)備中，基本采用的是高溫段(800攝氏度以上)控溫精度正負(fù)0. 5攝氏度，低溫段(380-800攝氏度)控溫精度在正負(fù)1攝氏度。而本實(shí)用新型可以實(shí)現(xiàn)高溫段(800攝氏度以上)控溫精度正負(fù) 0. 3攝氏度，低溫段(380-800攝氏度)控溫精度正負(fù)0. 5攝氏度。這在國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體設(shè)備領(lǐng)域可以算是一個(gè)突破性進(jìn)展。根據(jù)設(shè)備不同，本公司設(shè)備最佳控溫效果可以達(dá)到高溫段正負(fù)0. 2攝氏度，低溫段正負(fù)0. 3攝氏度。3，本實(shí)用新型溫控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了溫區(qū)校準(zhǔn)的無人值守自動(dòng)化。本系統(tǒng)中，拉溫區(qū)過程完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)進(jìn)行，無需人工干預(yù)。用戶只需按照所需要的溫區(qū)溫度點(diǎn)和溫度精度將溫區(qū)表填寫并上傳，再將編寫好的拉溫區(qū)工藝程序上傳后即可開始拉溫區(qū)工作。拉溫區(qū)工作結(jié)束后，系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警，提示用戶工藝已經(jīng)結(jié)束。拉溫區(qū)工藝的編寫和運(yùn)行方式與生產(chǎn)工藝運(yùn)行方式完全一致，便于用戶掌握和使用。如果具體工藝工況需要，也可以采用profile熱偶為主控制回路的高精度串級(jí)溫度控制系統(tǒng)，無需拉溫區(qū)，使用更方便，大大節(jié)省了設(shè)備調(diào)試時(shí)間，簡(jiǎn)化設(shè)備應(yīng)用，各種工藝功能搭配應(yīng)用靈活。4，本實(shí)用新型溫控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了溫區(qū)校準(zhǔn)與實(shí)際生產(chǎn)的無縫連接。在人工溫區(qū)校準(zhǔn)時(shí)，為了將Profile熱偶在各溫區(qū)點(diǎn)之間移動(dòng)，需要在爐門上開孔，通入的氣體也與實(shí)際工藝不同(某些有害性氣 體或危險(xiǎn)性氣體無法通入)，并且爐膛內(nèi)無法裝料。這些都造成了實(shí)際生產(chǎn)溫區(qū)與溫區(qū)校準(zhǔn)時(shí)的條件不同，也就造成了溫區(qū)精度不準(zhǔn)、溫區(qū)重復(fù)性差等問題。在本系統(tǒng)的溫區(qū)校準(zhǔn)工藝中，用戶可以按照實(shí)際生產(chǎn)工藝進(jìn)行裝料、通氣等操作，實(shí)現(xiàn)了溫區(qū)校準(zhǔn)工藝與生產(chǎn)工藝的同步，大大降低了拉溫區(qū)與實(shí)際生產(chǎn)工藝的條件差別，使正常生產(chǎn)過程中溫區(qū)精度得到了更加強(qiáng)有力的保證。5，本實(shí)用新型溫控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了多個(gè)溫度點(diǎn)，多個(gè)溫區(qū)點(diǎn)一次性校準(zhǔn)的功能。在以往的人工拉溫區(qū)工作中需要按照溫度點(diǎn)和溫區(qū)點(diǎn)進(jìn)行校準(zhǔn)，每個(gè)溫區(qū)點(diǎn)要順序依次校準(zhǔn)。 所存在的問題是溫區(qū)點(diǎn)共處一個(gè)爐體內(nèi)，對(duì)某一個(gè)溫區(qū)點(diǎn)進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)都會(huì)對(duì)其他溫區(qū)點(diǎn)產(chǎn)生影響，這就造成了拉溫區(qū)的工作對(duì)于沒有經(jīng)驗(yàn)的操作者來說幾乎是不可能完成的任務(wù)。 即使對(duì)于有經(jīng)驗(yàn)的操作者，不同種類設(shè)備與爐體之間，溫區(qū)的特點(diǎn)也是不同的，因此這種人工拉溫區(qū)的方式會(huì)使溫區(qū)的可重復(fù)性不高。由于半導(dǎo)體設(shè)備需要經(jīng)常檢修與清洗，那么這種重復(fù)性不高的溫區(qū)校準(zhǔn)結(jié)果是不能忍受的。但是，在本控制系統(tǒng)中，有于實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)自動(dòng)校準(zhǔn)的閉環(huán)控制和多點(diǎn)同時(shí)拉溫區(qū)，不僅大大加快了溫區(qū)校準(zhǔn)的速度，也大大提高了溫區(qū)校準(zhǔn)的可重復(fù)性?；九懦藸t體規(guī)格、工藝器件和氣體流量對(duì)于溫區(qū)精度的影響。6，本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了多溫度點(diǎn)溫區(qū)一次性校準(zhǔn)。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，同一爐體可能會(huì)用于多種工藝，那么它們所需要的溫度點(diǎn)也是不同的，如用人工拉溫區(qū)的方法，每次更換工藝就要拉一次溫區(qū)，或者就是需要很長(zhǎng)的時(shí)間將每個(gè)可能使用的溫度點(diǎn)都校準(zhǔn)一遍，但這樣對(duì)于那些很少使用的溫度點(diǎn)來說，花費(fèi)的人力和時(shí)間有是得不償失的。在本系統(tǒng)中，用戶可以將全部可能使用的溫度點(diǎn)編輯到溫區(qū)表和拉溫區(qū)工藝中，運(yùn)行一次工藝過程即可將全部溫區(qū)點(diǎn)校正完畢。雖然溫區(qū)校準(zhǔn)時(shí)間相應(yīng)的會(huì)加長(zhǎng)，但相比人工拉溫區(qū)來說，時(shí)間已經(jīng)大大減少，并且無序操作工值守。7，對(duì)于拉溫區(qū)的時(shí)間，在本系統(tǒng)中已經(jīng)得到了優(yōu)化。不僅比人工校準(zhǔn)要省時(shí)，而且使用本系統(tǒng)校準(zhǔn)一次溫區(qū)后我們會(huì)記錄校準(zhǔn)參數(shù)，在同一爐體再次校準(zhǔn)溫區(qū)時(shí)用戶可直接將以往校準(zhǔn)參數(shù)上傳，這樣以最保守的估計(jì)(為保證溫區(qū)精度準(zhǔn)確性)，校準(zhǔn)溫區(qū)的時(shí)間還可以減少一半。
權(quán)利要求1.一種帶自動(dòng)拉溫區(qū)功能的溫度串級(jí)系統(tǒng)，其包括profile熱偶，其特征在于，其還包括spike熱偶，profile熱偶和spike熱偶和雙通道溫控儀表連接，雙通道溫控儀表和工控機(jī)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶自動(dòng)拉溫區(qū)功能的溫度串級(jí)系統(tǒng)，其特征在于，雙通道溫控儀表和工控機(jī)之間設(shè)置PLC，由PLC進(jìn)行集中程序控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶自動(dòng)拉溫區(qū)功能的溫度串級(jí)系統(tǒng)，其特征在于，spike熱偶上連接功率控制模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶自動(dòng)拉溫區(qū)功能的溫度串級(jí)系統(tǒng)，其特征在于，spike熱偶進(jìn)行升溫和降溫溫度控制，profile熱偶設(shè)置為恒溫控制電偶。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種帶自動(dòng)拉溫區(qū)的溫度串級(jí)系統(tǒng)，具體地說，涉及一種擴(kuò)散爐的帶自動(dòng)拉溫區(qū)功能的溫度串級(jí)系統(tǒng)，本實(shí)用新型提供了一種同時(shí)利用profile熱偶和spike熱偶進(jìn)行升溫和降溫以及恒溫階段分階段溫度控制的帶自動(dòng)拉溫區(qū)的溫度串級(jí)系統(tǒng)，其包括profile熱偶，其還包括spike熱偶，profile熱偶和spike熱偶雙通道溫控儀表連接，雙通道溫控儀表和工控機(jī)連接，本實(shí)用新型，基本能夠應(yīng)用于大多數(shù)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的溫度控制設(shè)備，并且實(shí)現(xiàn)無人值守的多溫度點(diǎn)溫區(qū)校準(zhǔn)。對(duì)于溫區(qū)數(shù)量、溫區(qū)精度等重要指標(biāo)給予用戶最大的可調(diào)整空間，硬件維護(hù)方便、快捷，無需依賴設(shè)備生產(chǎn)廠家。
文檔編號(hào)F27D19/00GK202133293SQ201120223720
公開日2012年2月1日 申請(qǐng)日期2011年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月29日
發(fā)明者陳加朋 申請(qǐng)人:青島賽瑞達(dá)電子科技有限公司