一種擴(kuò)散爐智能溫控系統(tǒng)技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種擴(kuò)散爐智能溫控系統(tǒng)，它包括若干可控硅、觸發(fā)電路、溫控儀、PLC控制器、熱電偶、舟控制裝置、質(zhì)量流量計(jì)、冷端組件、氣體混合控制器和觸摸屏。本發(fā)明專利技術(shù)采用具有結(jié)構(gòu)緊湊、控溫精度高和性能穩(wěn)定特點(diǎn)的溫控儀，通過分別設(shè)置在擴(kuò)散爐爐體內(nèi)各個(gè)溫區(qū)內(nèi)和爐壁上的熱電偶采集擴(kuò)散爐各個(gè)溫區(qū)的溫度，能夠?qū)U(kuò)散爐的多溫區(qū)進(jìn)行同步測(cè)控；采用上述溫控儀后，本發(fā)明專利技術(shù)對(duì)擴(kuò)散爐的各個(gè)溫區(qū)實(shí)現(xiàn)了單回路和串級(jí)控制，不僅具有集成度高、精度高、穩(wěn)定性好、功能強(qiáng)大和功耗低等特點(diǎn)，而且降低了硬件成本，減少了編程人員的工作量。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及擴(kuò)散爐溫控裝置，具體地說是一種擴(kuò)散爐智能溫控系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
高溫氧化擴(kuò)散爐是半導(dǎo)體制造業(yè)中對(duì)硅片進(jìn)行熱生長(zhǎng)氧化的一種重要設(shè)備。在高溫氧化擴(kuò)散爐體內(nèi)硅片與外部供給的高純氧氣反應(yīng)，使硅片上生成一層氧化層。這層氧化層的質(zhì)量、穩(wěn)定性和介質(zhì)特性等性能對(duì)MOS工藝中的柵結(jié)構(gòu)至關(guān)重要。溫度是影響氧化層特性的關(guān)鍵工藝參數(shù)，影響氧化層生長(zhǎng)速度、均勻性等特性。氧化工藝要求硅片上各個(gè)區(qū)間與各個(gè)硅片都處于一致均勻、穩(wěn)定的溫度場(chǎng)中，對(duì)爐膛恒溫區(qū)間的溫度一致性、穩(wěn)定性要求極高；并且為了使各個(gè)硅片特性一致，在不同工藝溫度之間的變化過程中，要求所有硅片所處溫度盡量一致變化。針對(duì)高溫氧化擴(kuò)散設(shè)備，多數(shù)廠家采用美國(guó)Brooks、日本島電SHIMADEN和日本理化RKC等國(guó)際名牌的溫度調(diào)節(jié)儀表。此類儀表為通用型溫度儀表，多是單回路儀表，如果實(shí)現(xiàn)一個(gè)溫區(qū)的串級(jí)控制，則需要兩個(gè)儀表串聯(lián)。擴(kuò)散爐至少需要三個(gè)溫區(qū)，如要串級(jí)控制，則需要6個(gè)儀表。該類儀表價(jià)格昂貴，一臺(tái)就需要幾千，高的近萬元。這樣實(shí)現(xiàn)高精度的擴(kuò)散爐的控制僅需要的儀表成本就高達(dá)幾萬。常規(guī)的擴(kuò)散爐控制系統(tǒng)一般采用工業(yè)控制機(jī)+PLC+溫度調(diào)節(jié)儀表，在工藝要求溫度精度較高的場(chǎng)合，采用兩個(gè)儀表實(shí)現(xiàn)串級(jí)控制，圖中用虛線標(biāo)出的是串級(jí)副環(huán)控制圖。其中爐內(nèi)永久熱電偶做主控制回路，爐壁熱電偶做副控制回路。這樣如果有三段溫區(qū)，則需要6個(gè)溫度調(diào)節(jié)儀表，為保證精度該儀表原則上采用進(jìn)口調(diào)節(jié)儀表。這樣對(duì)于分離儀表控制方案，不僅價(jià)格昂貴，而且需要許多的補(bǔ)償導(dǎo)線，儀表之間連線也多。這種方案不僅硬件成本高，而且在控制功能上受到很多限制:主要體現(xiàn)在對(duì)各分離單元單獨(dú)進(jìn)行控制，整個(gè)系統(tǒng)無法實(shí)施綜合、協(xié)調(diào)控制，更無法對(duì)數(shù)字氣體質(zhì)量流量計(jì)的控制，難以實(shí)現(xiàn)最高精度。多只溫控表的使用，一方面使溫控系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障率增加，另一方面由于溫控表為單回路控溫方式，因此造成各加熱區(qū)溫度波動(dòng)較大，影響了電子產(chǎn)品氧化質(zhì)量。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本專利技術(shù)提供了一種擴(kuò)散爐智能溫控系統(tǒng)，其具有集成度高、功耗低和成本低等特點(diǎn)。本專利技術(shù)解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是:一種擴(kuò)散爐智能溫控系統(tǒng)，包括可控硅、觸發(fā)電路、溫控儀、PLC控制器、熱電偶、舟控制裝置和質(zhì)量流量計(jì)，其特征是，還包括冷端組件、氣體混合控制器和工控機(jī)或觸摸屏，所述可控硅包括分別與設(shè)置在擴(kuò)散爐爐體內(nèi)的若干個(gè)電阻絲連接的若干個(gè)可控硅，所述觸發(fā)電路分別與可控硅和溫控儀連接；所述熱電偶包括若干個(gè)爐內(nèi)熱電偶和若干個(gè)爐壁熱電偶，所述爐內(nèi)熱電偶分別設(shè)置在擴(kuò)散爐爐體內(nèi)各個(gè)溫區(qū)并分別通過冷端組件與溫控儀連接，所述爐壁熱電偶分別設(shè)置在各個(gè)溫區(qū)的擴(kuò)散爐爐壁上并分別通過冷端組件與溫控儀連接；所述PLC控制器分別與溫控儀和擴(kuò)散爐的舟控制裝置連接，所述氣體混合控制器分別與溫控儀和質(zhì)量流量計(jì)連接，所述質(zhì)量流量計(jì)設(shè)置在擴(kuò)散爐的氣體輸入管道中，所述質(zhì)量流量計(jì)和擴(kuò)散爐爐體之間的氣體輸入管道中還設(shè)置有氣動(dòng)閥，所述氣動(dòng)閥的控制端與PLC控制器連接；所述工控機(jī)或觸摸屏與PLC控制器連接。進(jìn)一步地，所述冷端組件內(nèi)設(shè)置有溫度傳感器，所述溫度傳感器與溫控儀連接。進(jìn)一步地，所述擴(kuò)散爐爐體內(nèi)設(shè)置5個(gè)溫區(qū)，所述每個(gè)溫區(qū)相應(yīng)設(shè)置一個(gè)電阻絲、一個(gè)爐內(nèi)熱電偶和一個(gè)爐壁熱電偶。進(jìn)一步地，所述溫控儀包括處理器、數(shù)據(jù)采集電路、輸出控制電路、RS485接口、網(wǎng)絡(luò)接口、存儲(chǔ)模塊和電源模塊；所述數(shù)據(jù)采集電路包括熱電偶數(shù)據(jù)采集電路和冷端組件溫度采集電路，所述熱電偶數(shù)據(jù)采集電路包括依次串聯(lián)接的低通濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換模塊和磁耦隔離電路，所述低通濾波電路與熱電偶連接，所述磁耦數(shù)字隔離電路與處理器連接，所述冷端組件溫度采集電路包括與溫度傳感器連接的A/D轉(zhuǎn)換模塊，所述與溫度傳感器連接的A/D轉(zhuǎn)換模塊通過磁耦隔離電路與溫控儀連接；所述輸出控制電路包括4-20mA電流輸出電路、PWM脈沖輸出電路、控制回路輸出電路和報(bào)警繼電器輸出電路，所述4-20mA電流輸出電路包括磁耦隔離電路、D/A轉(zhuǎn)換模塊和V/I轉(zhuǎn)換電路，所述D/A轉(zhuǎn)換模塊通過磁耦隔離電路與處理器連接，所述V/I轉(zhuǎn)換電路與D/A轉(zhuǎn)換模塊連接，所述PWM脈沖輸出電路、控制回路輸出電路和報(bào)警繼電器輸出電路分別通過光電隔離電路與處理器連接；所述RS485接口包括分別通過磁耦隔離電路與處理器連接的主、從RS485接口 ；所述網(wǎng)絡(luò)接口和存儲(chǔ)模塊分別與處理器連接；所述電源模塊為溫控器提供工作電源。進(jìn)一步地，所述存儲(chǔ)模塊包括鐵電存儲(chǔ)器和EEPROM存儲(chǔ)器，所述鐵電存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)記錄，所述EEPROM存儲(chǔ)器用以參數(shù)掉電保護(hù)。本專利技術(shù)的有益效果是，本專利技術(shù)采用的溫控儀具有結(jié)構(gòu)緊湊、控溫精度高和性能穩(wěn)定的特點(diǎn)，能夠?qū)U(kuò)散爐的多溫區(qū)進(jìn)行同步測(cè)控；采用上述溫控儀后，本專利技術(shù)不僅具有集成度高、精度高、穩(wěn)定性好、功能強(qiáng)大和功耗低等特點(diǎn)，而且降低了硬件成本，減少了技術(shù)人員對(duì)溫控儀進(jìn)行設(shè)置的工作量。附圖說明下面結(jié)合附圖對(duì)本專利技術(shù)進(jìn)一步說明:圖1是本專利技術(shù)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本專利技術(shù)所述溫控儀的原理框圖；圖中，I可控硅、2觸發(fā)電路、3溫控儀、4PLC控制器、51爐內(nèi)熱電偶、52爐壁熱電偶、6舟控制裝置、7質(zhì)量流量計(jì)、8冷端組件、9氣體混合控制器、10觸摸屏、11擴(kuò)散爐爐體、12電阻絲、13氣體輸入管道、14氣動(dòng)閥。具體實(shí)施例方式如圖1和圖2所示，本專利技術(shù)的一種擴(kuò)散爐智能溫控系統(tǒng)，包括可控硅1、觸發(fā)電路2、溫控儀3、PLC控制器4、熱電偶、舟控制裝置6、質(zhì)量流量計(jì)7、冷端組件8、氣體混合控制器9和觸摸屏10。所述擴(kuò)散爐爐體內(nèi)設(shè)置5個(gè)溫區(qū)，所述每個(gè)溫區(qū)相應(yīng)設(shè)置一個(gè)電阻絲12、一個(gè)爐內(nèi)熱電偶51和一個(gè)爐壁熱電偶52,所述可控娃I包括分別與設(shè)置在擴(kuò)散爐爐體11內(nèi)的，5個(gè)電阻絲12連接的5個(gè)可控硅，所述觸發(fā)電路2分別與可控硅I和溫控儀3連接；所述熱電偶包括5個(gè)爐內(nèi)熱電偶51和5個(gè)爐壁熱電偶52，所述爐內(nèi)熱電偶51分別設(shè)置在擴(kuò)散爐爐體I內(nèi)的5個(gè)溫區(qū)并分別通過冷端組件8與溫控儀3連接，所述爐壁熱電偶52分別設(shè)置在5個(gè)溫區(qū)的擴(kuò)散爐爐壁上并分別通過冷端組件8與溫控儀3連接；所述PLC控制器4分別與溫控儀3和擴(kuò)散爐的舟控制裝置6連接，所述氣體混合控制器9分別與溫控儀3和質(zhì)量流量計(jì)7連接，所述質(zhì)量流量計(jì)7設(shè)置在擴(kuò)散爐的氣體輸入管道13中，所述質(zhì)量流量計(jì)7和擴(kuò)散爐爐體11之間的氣體輸入管道中還設(shè)置有氣動(dòng)閥14，所述氣動(dòng)閥14的控制端與PLC控制器4連接；所述觸摸屏10與PLC控制器4連接。進(jìn)一步地，所述冷端組件內(nèi)設(shè)置有溫度傳感器，所述溫度傳感器可以采用PT100熱電阻，所述PTlOO熱電阻與溫控儀連接。圖2是本專利技術(shù)所述溫控儀的原理框圖。如圖2所示，本專利技術(shù)所述的溫控儀包括處理器、數(shù)據(jù)采集電路、輸出控制電路、RS485接口、網(wǎng)絡(luò)接口、存儲(chǔ)模塊和電源模塊；所述數(shù)據(jù)采集電路包括熱電偶數(shù)據(jù)采集電路和冷端組件溫度采集電路，所述熱電偶數(shù)據(jù)采集電路包括依次串聯(lián)接的低通濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換模塊和磁耦隔離電路，所述低通濾波電路分別與爐內(nèi)熱電偶和爐壁熱電偶連接，所述磁耦數(shù)字隔離電路與處理器連接，所述冷端組件溫度采集電路包括與溫度傳感器連接的A/D轉(zhuǎn)換模塊，所述與溫度傳感器連接的A/D轉(zhuǎn)換模塊通過磁耦隔離電路與溫控儀連接；所述輸出控制電路包括4-20mA電流本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種擴(kuò)散爐智能溫控系統(tǒng)，包括可控硅、觸發(fā)電路、溫控儀、PLC控制器、熱電偶、舟控制裝置和質(zhì)量流量計(jì)，其特征是，還包括冷端組件、氣體混合控制器和工控機(jī)或觸摸屏，所述可控硅包括分別與設(shè)置在擴(kuò)散爐爐體內(nèi)的若干個(gè)電阻絲連接的若干個(gè)可控硅，所述觸發(fā)電路分別與可控硅和溫控儀連接；所述熱電偶包括若干個(gè)爐內(nèi)熱電偶和若干個(gè)爐壁熱電偶，所述爐內(nèi)熱電偶分別設(shè)置在擴(kuò)散爐爐體內(nèi)各個(gè)溫區(qū)并分別通過冷端組件與溫控儀連接，所述爐壁熱電偶分別設(shè)置在各個(gè)溫區(qū)的擴(kuò)散爐爐壁上并分別通過冷端組件與溫控儀連接；所述PLC控制器分別與溫控儀和擴(kuò)散爐的舟控制裝置連接，所述氣體混合控制器分別與溫控儀和質(zhì)量流量計(jì)連接，所述質(zhì)量流量計(jì)設(shè)置在擴(kuò)散爐的氣體輸入管道中，所述質(zhì)量流量計(jì)和擴(kuò)散爐爐體之間的氣體輸入管道中還設(shè)置有氣動(dòng)閥，所述氣動(dòng)閥的控制端與PLC控制器連接；所述工控機(jī)或觸摸屏與PLC控制器連接。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種擴(kuò)散爐智能溫控系統(tǒng)，包括可控硅、觸發(fā)電路、溫控儀、PLC控制器、熱電偶、舟控制裝置和質(zhì)量流量計(jì)，其特征是，還包括冷端組件、氣體混合控制器和工控機(jī)或觸摸屏，所述可控硅包括分別與設(shè)置在擴(kuò)散爐爐體內(nèi)的若干個(gè)電阻絲連接的若干個(gè)可控硅，所述觸發(fā)電路分別與可控硅和溫控儀連接； 所述熱電偶包括若干個(gè)爐內(nèi)熱電偶和若干個(gè)爐壁熱電偶，所述爐內(nèi)熱電偶分別設(shè)置在擴(kuò)散爐爐體內(nèi)各個(gè)溫區(qū)并分別通過冷端組件與溫控儀連接，所述爐壁熱電偶分別設(shè)置在各個(gè)溫區(qū)的擴(kuò)散爐爐壁上并分別通過冷端組件與溫控儀連接； 所述PLC控制器分別與溫控儀和擴(kuò)散爐的舟控制裝置連接，所述氣體混合控制器分別與溫控儀和質(zhì)量流量計(jì)連接，所述質(zhì)量流量計(jì)設(shè)置在擴(kuò)散爐的氣體輸入管道中，所述質(zhì)量流量計(jì)和擴(kuò)散爐爐體之間的氣體輸入管道中還設(shè)置有氣動(dòng)閥，所述氣動(dòng)閥的控制端與PLC控制器連接；所述工控機(jī)或觸摸屏與PLC控制器連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種擴(kuò)散爐智能溫控系統(tǒng)，其特征是，所述冷端組件內(nèi)設(shè)置有溫度傳感器，所述溫度傳感器與溫控儀連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種擴(kuò)散爐智能溫控系統(tǒng)，其特征是，所述擴(kuò)散爐爐體內(nèi)設(shè)置5個(gè)溫區(qū)，所述每個(gè)溫區(qū)相應(yīng)設(shè)置一個(gè)電阻絲、一個(gè)爐內(nèi)熱電偶和一個(gè)爐壁熱電偶。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種擴(kuò)散爐智能溫控系統(tǒng)，其特征是，所述溫控儀包括處理...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李聰，周志群，張志偉，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：濟(jì)南大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：