一种基于实时系统的热处理设备温度控制装置及方法制造方法及图纸

一种基于实时系统的热处理设备温度控制装置和方法，该装置包括加热器、给加热器供电的电力供应单元、测量反应腔室温度的温度测量单元、信号处理单元、包含在电力供应单元中的功率控制单元、专用温度控制器和工艺模块控制器；当进行工艺前，所述模块控制器将工艺文件和系统文件中配置参数和控制参数导入温度控制器；当专用温度控制器启动时，接收工艺模块控制器发出控制指令的信号量，根据控制专用温度控制器配置参数和控制参数，以及工艺模块控制器与所述专用温度控制器间周期相同的心跳交互线程，实时执行对反应腔室供热的加热器的温度控制操作。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及集成电路制造应用
，尤其涉及一种基于实时系统的热处理设备温度控制方法。
技术介绍
热处理工艺一般是将半导体晶片置于热处理设备中，通过热处理设备中的加热装置对晶片进行加热，以执行氧化、沉积、扩散、热退火等工艺。目前，在热处理工艺中，普遍采用自动化程度较高、工艺性能更优异的立式炉为热处理设备。然而，随着工艺特征尺寸的减小，热处理工艺质量及效率越发依赖温度控制系统性能和安全性的提升。请参阅图1，图1为热处理设备中加热器的结构示意图。如图所示，数字1.1表示加热丝、数字1.2表示反应腔室、数字1.3表示Inner热电偶以及数字1.4表示Outer热电偶。温度控制器(图未示)根据Inner热电偶1.3以及Outer热电偶1.4所采集的温度，对反应腔室1.2中的加热丝1.1进行加热控制。在热处理工艺中，有的工艺步骤中需要单一的工艺温度并持续一定的时间即可，有的工艺需要至少两个不同的工艺温度，并各自持续的时间不同，而有的热处理工艺需要按照一定梯度变化的温度。由于不同工艺步骤中对热处理温度、持续时间以及变化率等的要求各不相同，使得在半导体集成电路的制造中，热处理工艺控制复杂化，对相应的热处理设备和温度控制系统也提出了高要求。在半导体制造工艺中，热处理设备的工艺质量提升通常要求精确控制的温度为硅片表面温度，而现有商业化的温度控制器通常采用传统的单点比例-积分-微分控制器(PID)的控制方法，不能够根据控制对性及加热器的特性调整具体的PID控制器的结构方式和PID参数。即通用温度控制器不是针对热处理工艺专门设定，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。
技术实现思路
为了实现上述情况，本专利提供了一种提高生产效率和可靠性的热处理设备工艺控制方法，为了实现热处理工艺质量要求的温控性能，解决目标工艺曲线的跟随性能、超调量、多加热区一致性等，需要针对加热器特性专门构建温度控制器，同时对原有已经应用的控制系统在短时间和低成本的情况下进行温控模块的升级改进。为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种基于实时系统的热处理设备温度控制装置；包括：用于给反应腔室供热的加热器、给所述加热器供电的电力供应单元、测量所述反应腔室温度的温度测量单元、信号处理单元、包含在电力供应单元中的功率控制单元、专用温度控制器和工艺模块控制器；所述信号处理单元接收所述温度测量单元发送所述反应腔室的实时温度测量结果和温度测量单元状态信息，其中，所述工艺模块控制器与信号处理单元、专用温度控制器和电力供应单元相连；当进行工艺前，所述工艺模块控制器将工艺文件和系统文件中配置参数和控制参数导入温度控制器；当所述专用温度控制器启动时，接收所述工艺模块控制器发出控制指令的信号量，根据控制所述专用温度控制器配置参数和控制参数，以及所述工艺模块控制器与所述专用温度控制器间周期相同的心跳交互线程，实时执行对所述反应腔室供热的加热器的温度控制操作。优选地，所述工艺模块控制器还包括复核模块，用于对基于实时系统的所述专用温度控制器所回送收到的配置参数和控制参数的执行复核功能；即将所述专用温度控制器接收的配置参数和控制参数，发送回到所述工艺模块控制器，同初始化的配置参数和控制参数进行比较核对。优选地，所述专用温度控制器的温度控制操作包括温度控制启停操作、系统配置参数和控制参数交互操作、Autoprofiling功能操作、心跳信号功能操作、清除回送数据功能操作、温度控制器重置功能操作。优选地，所述专用温度控制器在完成操作时，回写各所述温度控制操作状态的完成标志位。为实现上述目的，本专利技术还提供一种技术方案如下：一种基于实时系统的热处理设备温度控制方法，其采用上述的温度控制装置；包括如下步骤：步骤S1：所述的热处理设备温度控制装置启动前，所述工艺模块控制器将工艺文件和系统文件中配置参数和控制参数导入所述专用温度控制器；步骤S2：当需所述专用温度控制器启动时，所述工艺模块控制器发送的信号量给所述专用温度控制器；步骤S3：根据控制所述专用温度控制器配置参数和控制参数，以及所述工艺模块控制器与所述专用温度控制器间的心跳交互线程，实时执行对所述反应腔室供热的加热器的温度控制的操作流程。优选地，所述专用温度控制器的温度控制操作流程包括温度控制启停操作流程、系统配置参数和控制参数交互操作流程、Autoprofiling功能操作流程、心跳信号功能操作流程、清除回送数据功能操作流程、温度控制器重置功能操作流程。优选地，所述温度控制启动操作流程包括如下步骤：步骤A：当所述专用温度控制器启动时，根据接收到的配置参数和控制参数，初始化主函数变量、清除交互区数据、初始化控制器变量、启动与所述工艺模块控制器周期相同的心跳交互线程、启动信号量处理主循环和等待所述工艺模块控制器发出控制指令的信号量；步骤B：所述工艺模块控制器发出控制指令的信号量，查询指令编码数组、识别指令编号和利用枚举类型进行分选。优选地，所述步骤S3后还包括：步骤S4：所述专用温度控制器在完成操作时，回写各所述操作状态的完成标志位。优选地，所述基于实时系统的专用温度控制器心跳状态工作流程包括如下步骤：步骤a：所述专用温度控制器启动心跳线程函数；步骤b：按所述工艺模块控制器发送的心跳信号量，启动与所述工艺模块控制器心跳周期相同的定周期循环；步骤c：向所述工艺模块控制器写入操作状态完成标志位；步骤d：状态反转处理、定周期循环计数器累加；步骤e：如果计数器累加大于一个预定值，两个计数器清零；否者，状态异常。优选地，所述步骤S1还包括：将所述专用温度控制器接收的配置参数和控制参数，发送回到所述工艺模块控制器，同初始化的配置参数和控制参数进行比较核对。从上述技术方案可以看出，本专利提供了一种基于实时系统的温度控制系统构建方法，考虑了多输入多输出加热器的特点，针对工艺要求，为实现不同的目标温度曲线，如响应速度、超调量、多温区一致性的温度指标及工艺之间的重复性问题，设计基于模型的问题控制器或各种模式的PID控制器，解决传统商用单点PID温度控制器不能满足工艺要求的问题。此外，利用本专利技术中的方法能够解决已有设备的温度控制性能升级问题，通过配置专用温度控制模块取代原有的单点PID温度控制器，提升温度控制性能，满足更高水平工艺需求，降低整套控制系统更新导致的工期延误及成本费用问题。附图说明图1为热处理设备中加热器的结构示意图图2为依照本专利技术一种实施方式的半导体热处理设备工艺模块控制器(ProcessModuleController，简称PMC)示意图图3为依照本专利技术实施例的基于实时系统的专用温度控制器的半导体热处理设备控制装置的示意图图4为本专利技术实施例中工艺控制系统增加对基于实时系统温度控制器返回参数的复核功能流程图图5为本专利技术实施例中基于实时系统的专用温度控制器启动流程图图6为本专利技术实施例中基于实时系统的专用温度控制器心跳状态工作流程图图7为本专利技术实施例中基于实时系统的专用温度控制器控制指令执行功能图之温度控制启停操作流程示意图图8为本专利技术实施例中为本专利技术实施例中基于实时系统的专用温度控制器控制指令执行功能图之系统配置参数和控制参数交互操作流程示意图图9为本专利技术实施例中为本专利技术实施例中基于实时系统的专用温度控本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于实时系统的热处理设备温度控制装置；其特征在于，包括：用于给反应腔室供热的加热器、给所述加热器供电的电力供应单元、测量所述反应腔室温度的温度测量单元、信号处理单元、包含在电力供应单元中的功率控制单元、专用温度控制器和工艺模块控制器；所述信号处理单元接收所述温度测量单元发送所述反应腔室的实时温度测量结果和温度测量单元状态信息，其中，所述工艺模块控制器与信号处理单元、专用温度控制器和电力供应单元相连；当进行工艺前，所述工艺模块控制器将工艺文件和系统文件中配置参数和控制参数导入温度控制器；当所述专用温度控制器启动时，接收所述工艺模块控制器发出控制指令的信号量，根据控制所述专用温度控制器配置参数和控制参数，以及所述工艺模块控制器与所述专用温度控制器间周期相同的心跳交互线程，实时执行对所述反应腔室供热的加热器的温度控制操作。

【技术特征摘要】
1.一种基于实时系统的热处理设备温度控制装置；其特征在于，包括：用于给反应腔室供热的加热器、给所述加热器供电的电力供应单元、测量所述反应腔室温度的温度测量单元、信号处理单元、包含在电力供应单元中的功率控制单元、专用温度控制器和工艺模块控制器；所述信号处理单元接收所述温度测量单元发送所述反应腔室的实时温度测量结果和温度测量单元状态信息，其中，所述工艺模块控制器与信号处理单元、专用温度控制器和电力供应单元相连；当进行工艺前，所述工艺模块控制器将工艺文件和系统文件中配置参数和控制参数导入温度控制器；当所述专用温度控制器启动时，接收所述工艺模块控制器发出控制指令的信号量，根据控制所述专用温度控制器配置参数和控制参数，以及所述工艺模块控制器与所述专用温度控制器间周期相同的心跳交互线程，实时执行对所述反应腔室供热的加热器的温度控制操作。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述工艺模块控制器还包括复核模块，用于对基于实时系统的所述专用温度控制器所回送收到的配置参数和控制参数的执行复核功能；即将所述专用温度控制器接收的配置参数和控制参数，发送回到所述工艺模块控制器，同初始化的配置参数和控制参数进行比较核对。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述专用温度控制器的温度控制操作包括温度控制启停操作、系统配置参数和控制参数交互操作、Autoprofiling功能操作、心跳信号功能操作、清除回送数据功能操作、温度控制器重置功能操作。4.权利要求1所述的装置，其特征在于，所述专用温度控制器在完成操作时，回写各所述温度控制操作状态的完成标志位。5.一种基于实时系统的热处理设备温度控制方法，其采用权利要求1所述的温度控制装置；其特征在于，包括如下步骤：步骤S1：所述的热处理设备温度控制装置启动前，所述工艺模块控制器将工艺文件和系统文件中配置参数和控制参数导入所述专用温度控制器；步骤S2：当需所述专用温度控制器启动时...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐冬，刘晨曦，
申请(专利权)人：北京七星华创电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11