一种用于半导体快速退火的加热装置及控制方法制造方法及图纸

一种用于半导体快速退火的加热装置及控制方法，包括电源模块、整流滤波模块、IGBT模块、PWM信号驱动模块、加热灯管组和计算机控制系统；所述电源模块与所述整流滤波模块连接；其中，IGBT模块包含输入端口、控制端口和输出端口，整流滤波模块连接IGBT模块的输入端口，PWM信号驱动模块连接IGBT控制端口，通过计算机控制系统控制PWM信号驱动模块，用于控制IGBT导通与关闭时间，从而调节加热灯管的加热功率；加热灯管组连接到IGBT输出端口，用于装置加热。本发明专利技术提供的一种用于半导体快速退火的加热装置及控制方法，可以有效地抑制了在快速升温过程中出现的过冲现象，实现稳定升温，同时避免频闪带来加热的不稳定性，实现延长灯管使用寿命的目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制造加工领域，尤其涉及用于半导体热处理工艺装置及加热控制方法。
技术介绍
目前，传统快速退火工艺的热处理设备通过调节可控硅导通角的方法，调节灯管辐射功率，达到快速升温的效果。然而，由于可控硅调节死区的限制，同时为避免加热过程中的升温速率过快，一般采用辐射灯管频闪的办法实现快速退火工艺中稳定的升温速率及恒定的退火温度，因此，带来的不便之处在于，快速退火工艺热处理过程中可控硅调节的加热灯管频闪周期较长，严重影响升温过程中温度的稳定性，同时加热灯管频繁的开关也影响到加热灯管的使用寿命。另外，在驱动可控硅调节灯管工作的控制方法中，通常采用PID算法(闭环控制算法)，实现可控硅调节灯管加热的目的，该种控制方法不可避免会引入温度过冲，同样影响退火工艺的温度稳定性。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种用于半导体快速退火的加热装置及控制方法，通过采用绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)直接驱动灯管工作的方法，结合脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)信号驱动IGBT工作，使得加热灯管处于近似连续的工作状态，达到抑制过冲，延长加热灯管使用寿命的有益效果。为了达到上述专利技术创造目的，本专利技术采用了如下的技术方案：一种用于半导体快速退火的加热装置，包括电源模块、整流滤波模块、IGBT模块、PWM信号驱动模块、计算机控制系统和若干个加热灯管组；所述电源模块连接所述整流滤波模块；所述IGBT模块包含输入端口、驱动信号控制端口和以及与IGBT输入端口对应的输出端口，所述整流滤波模块连接所述IGBT输入端口，所述整流滤波模块输出直流电为所述IGBT模块供电；所述计算机控制系统通过控制PWM信号驱动模块用于控制PWM信号占空比值；所述PWM信号驱动模块连接所述驱动信号控制端口，用于输出PWM信号控制所述IGBT模块
导通和关闭时间，进而调节所述加热灯管组辐射功率；所述加热灯管组与所述IGBT输入端口对应的输出端口连接，用于发热。进一步地，还包括一计算机系统与所述PWM信号驱动模块连接，用于控制和调节所述PWM信号的占空比；所述PWM信号的频率在1kHz至30kHz之间进一步地，所述IGBT输入端口对应的输出端口的数量为3个，所述加热灯管组的数量为3组，每一个所述输出端口分别与一个所述加热灯管组连接。进一步地，所述加热灯管组由若干个卤钨灯管组成。本专利技术还提供一种用于半导体快速退火加热装置的控制方法，包括以下步骤：步骤1：依次连接一电源模块、整流滤波模块、IGBT模块和若干个加热灯管组；所述电源模块通过所述整流滤波模块输出直流电为所述IGBT模块供电；一PWM信号驱动模块分别与一计算机控制系统以及所述IGBT模块连接；步骤2：在预设有升温曲线的计算机控制系统中输入升温速率x、所述加热装置的平衡温度z以及到达一切换点温度T时所需要的升温速率x0；所述计算机控制系统根据所述升温速度x控制所述PWM信号驱动模块向所述IGBT模块输出第一PWM信号占空比D1，通过所述IGBT模块使所述加热灯管组处于加热模式；其中，所述第一PWM信号占空比D1与所述升温速度x的关系由公式1获得： D 1 = ( x - 3.629 ) / 0.9 0 < x ≤ 300 ( x - 1.716 ) / 0.927 300 < x ≤ 350 ( x - 0.434 ) / 0.945 350 < x ≤ 400 ( x + 2.193 ) / 0.98 400 < x ≤ 450 ( x + 6.042 ) / 1.03 450 < x ≤ 500 ( x + 11.277 ) / 1.099 500 < x ≤ 550 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于半导体快速退火的加热装置，其特征在于，包括电源模块(10)、整流滤波模块(20)、IGBT模块(40)、PWM信号驱动模块(30)、计算机控制系统(60)和加热灯管组(50)；所述电源模块(10)连接所述整流滤波模块(20)；所述IGBT模块(40)包含输入端口(41)、驱动信号控制端口(42)和以及与IGBT输入端口对应的输出端口(43)，所述整流滤波模块(20)连接所述IGBT输入端口(41)，所述整流滤波模块(20)输出直流电为所述IGBT模块(40)供电；所述计算机控制系统(60)通过PWM信号驱动模块(30)控制PWM信号占空比值；所述PWM信号驱动模块(30)连接所述驱动信号控制端口(42)，用于输出PWM信号控制所述IGBT模块(40)导通和关闭时间，进而调节所述加热灯管组(50)辐射功率；所述加热灯管组(50)与所述IGBT输入端口对应的输出端口(43)连接，用于发热。

【技术特征摘要】
1.一种用于半导体快速退火的加热装置，其特征在于，包括电源模块(10)、整流滤波模块(20)、IGBT模块(40)、PWM信号驱动模块(30)、计算机控制系统(60)和加热灯管组(50)；所述电源模块(10)连接所述整流滤波模块(20)；所述IGBT模块(40)包含输入端口(41)、驱动信号控制端口(42)和以及与IGBT输入端口对应的输出端口(43)，所述整流滤波模块(20)连接所述IGBT输入端口(41)，所述整流滤波模块(20)输出直流电为所述IGBT模块(40)供电；所述计算机控制系统(60)通过PWM信号驱动模块(30)控制PWM信号占空比值；所述PWM信号驱动模块(30)连接所述驱动信号控制端口(42)，用于输出PWM信号控制所述IGBT模块(40)导通和关闭时间，进而调节所述加热灯管组(50)辐射功率；所述加热灯管组(50)与所述IGBT输入端口对应的输出端口(43)连接，用于发热。2.根据权利要求1所述的用于半导体快速退火的加热装置，其特征在于，所述PWM信号的频率在1kHz至30kHz之间。3.根据权利要求1所述的用于半导体快速退火的加热装置，其特征在于，所述IGBT输入端口对应的输出端口(43)的数量为3个，所述加热灯管组(50)的数量为3组，每一个所述输出端口(43)分别与一个所述加热灯管组(50)连接。4.根据权利要求3所述的用于半导体快速退火的加热装置，其特征在于，所述加热灯管组(50)由若干个卤钨灯管组成。5.一种用于半导体快速退火加热装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：依次连接一电源模块、整流滤波模块、IGBT模块和若干个加热灯管组；所述电源模块通过所述整流滤波模块输出直流电为所述IGBT模块供电；一PWM信号驱动模块分别与一计算机控制系统以及所述IGBT模块连接；步骤2：在计算机控制系统中输入升温速率x、平衡温度z得到升温曲线信息；所述计算机控制系统根据所述升温速度x控制所述PWM信号驱动模块向所述IGBT模块输出第一PWM信号占空比D1，通过所述IGBT模块使所述加热灯管组处于加热模式；其中，所述第一PWM信号占空比D1与所述升温速度x的关系由公式1获得： D 1 = ( x - 3.629 ) / 0.9 0 < x ≤ 300 ( x - 1.716 ) / 0.927 300 < x ≤ 350 ( x - 0.434 ) / 0.945 350 < x ≤ 400 ( x + 2.193 ) / 0.98 400 < x ≤ 450 ( x + 6.042 ) / 1.03 450 < x ≤ 500 ( x + 11.277 ) / 1.099 500 < x ≤ 550 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：董旭，崔志国，熊敏，李华，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32