[发明专利]温度控制系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体工艺加热器温度控制技术领域，尤其涉及一种立式炉温度控制系统及方法。

背景技术

硅片是一种重要的半导体材料，它的加工工艺，特别是氧化工艺是一种对温度控制方法要求非常高的工艺。目前国内设计的硅片氧化炉大多是卧式结构。国际上已经普遍采用自动化程度更高的立式炉为硅片做工艺。为了提供稳定可靠的温度场控制系统，过去多采用市场上通用的温控仪表作为卧式炉或立式炉的温度控制器件。但是，此类温度控制器不是针对立式炉工艺专门设定，其适用功能范围狭窄，成本高且可扩展性差，不能随着工艺要求的更新而及时更新.

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：设计一种针对性强、控制精度高、适用范围更广的温度控制系统及方法，以克服现有技术的不足。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种温度控制系统，该系统包括：感温模块，用于感测测温点温度，并将感测到的温度信号发送至信号采集模块；信号采集模块，与所述感温模块相连，将来自所述感温模块的温度信号转换成温度数据后发送至可编程逻辑控制器；可编程逻辑控制器，将所述温度数据传送至与其相连的控制模块，并将所述控制模块生成的控制指令发送给控制信号输出模块；控制模块，接收所述可编程逻辑控制器传送的温度数据，对所述温度数据进行解析及运算、和/或显示，以获得测温点的实际温度值，并结合温度控制目标轨迹数据生成控制指令，将所述控制指令发送至所述可编程逻辑控制器，所述温度控制目标轨迹数据为随时间变化的目标温度值；控制信号输出模块，与所述可编程逻辑控制器相连，根据所述可编程逻辑控制器发送的控制指令驱动变压器；变压器，与所述控制信号输出模块相连，根据所述控制指令输出相应的加热功率。

其中，所述控制模块包括：驱动单元，定时将所述温度数据读取至I/O服务器，并将所述I/O服务器发送的控制指令发送给所述可编程逻辑控制器；I/O服务器，根据数据配置类型将所述温度数据传送至设备单元或操作单元，将功能单元生成的控制指令发送至所述驱动单元；设备单元，解析所述温度数据并将解析的数据发送至对应的功能单元；功能单元，对所述解析的数据进行运算处理，获得测量点实际温度值，并根据温度控制目标轨迹数据生成控制指令，同时将需要显示的数据送至操作单元；操作单元，将发送至该单元的数据显示在操作界面上。

其中，所述可编程逻辑控制器包括：转换单元，用于将所述控制指令转换为所述控制信号输出模块可接收的信号。

其中，所述感温模块为Spike和Profile热电偶组。

其中，所述控制信号输出模块为五个周波控制器和五个固态继电器。

本发明还提供了一种基于上述温度控制系统的温度控制方法，该方法包括步骤：

S1.感温模块感测测量点温度，并将感测到的温度信号发送至信号采集模块；

S2.信号采集模块将所述温度信号转换成温度数据后发送至可编程逻辑控制器；

S3.可编程逻辑控制器将所述温度数据传送至控制模块；

S4.所述控制模块接收所述温度数据，对所述温度数据进行解析及运算、和/或显示，获得测温点的实际温度值，结合温度控制目标轨迹数据生成控制指令，并将所述控制指令发送至所述可编程逻辑控制器；

S5.所述可编程逻辑控制器将所述控制指令发送至所述控制信号输出模块；

S6.所述控制信号输出模块根据所述控制指令驱动变压器输出相应频率的加热功率；

其中，使用两种不同的模式规划所述温度控制目标轨迹：升温速率优先模式及升温时间优先模式。

其中，使用所述升温速率优先模式规划所述温度控制目标温度轨迹的方法包括：线性方法、分段线性方法、及样条插值方法。

其中，所述步骤S4进一步包括：

S4.1所述控制模块接收所述温度数据，根据数据配置类型对其进行解析或显示；

S4.2对解析后的温度数据进行运算处理，利用标准的信号源对所有的采样通道在信号要求的测量范围内进行指定间隔的测量，生成校准用补偿数据表格，对各个采样通道的实际测量的温度数据进行插值校正，获得测量点实际温度值；

S4.3对Profile热电偶测量数据以及Spike热电偶的测量数据进行温度整定校准；

S4.4结合Profile热电偶和Spike热电偶的校准后数据，根据控制指令，生成控制温度；

S4.5根据设定的控制温度和规划模式，生成温度控制目标轨迹数据；