[发明专利]智能热盘温度控制器及其温度控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种温度控制器及其温度控制方法，具体地说是一种用于半导体生产设备的匀胶和显影自动控制系统其他具有相似生产工艺设备中的智能热盘温度控制器及其温度控制方法。

背景技术

热盘温度控制器被广泛应用于半导体器件制造工艺中，晶片的生产工艺过程都是需要热盘才能完成。热盘温度控制器的作用就是满足生产过程对温度的要求，若热盘在某一时间段内的恒温值、在一定范围内各点温度的一致性、升降温温度梯度、重复开机温度的重复性等不能准确地跟踪工艺过程，就会导致成品率低而失去整条生产线的开工价值等一系列问题。

例如：作为增强光刻胶与衬底表面之间的黏附力的方法之一的脱水烘焙、蒸发光刻胶薄膜中的残留溶剂的前烘和坚膜、减少曝光过程中的驻波缺陷的曝光后烘焙、脱水烘焙后的晶片还要用六甲基二硅胺烷进行气相打底成膜处理以起到粘附促进作用。上述工艺过程都是在热盘中完成的，热盘温度控制精确与否直接影响产品质量。

热盘温度控制器是大惯量系统，目前用于本技术领域的热盘控制器控制精度不高，升到目标温度需要的时间长，响应速度不够快，尤其当温度超调后，由于是空气制冷，重新降到目标温度的时间很长，影响生产进度，降低了生产效率。而且采用PID温度控制算法需要占用的软件资源很多，调试麻烦，需要不断反复试验来确定符合要求的P(比例)、I(积分)、D(微分)三个参数，而由于三者互相关联，调试费时费力。

发明内容

为解决现有技术中热盘温度控制器控制精度不高、响应速度不够快的缺陷，本发明要解决的问题是提供一种能准确地控制热盘盘面的温度并且调试简单的智能热盘温度控制器及温度控制方法。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：

具有主控制电路，其输入端通过温度检测电路接有热盘温度传感器，输出端通过温度控制电路接至热盘加热装置，主控制电路还接有人机接口电路，所述主控制电路以单片机为控制核心，其内部存有热盘温度控制程序。

所述主控制电路还接有故障检测和保护电路，其中故障检测电路除采集上述温度检测电路的温度值外还采集热盘电流值，保护电路；还设有参数掉电保护电路，通过数据线及时钟线与主控制电路相连；所述主控制电路设有三种通讯接口，分别通过RS232接口与上位计算机通讯，通过CAN总线接口挂接在CAN总线网络上，通过RS485通讯接口挂接在RS485总线网络上。

本发明智能热盘温度控制方法包括以下步骤：

上电后系统初始化配置及参数；

读取存储器内容，其中包括热盘前一次运行时设定的目标温度及各种参数；

根据需要修改目标温度及各种参数；

主控制电路通过温度检测电路获取热盘的当前实际温度；

主控制电路将热盘当前实际温度与目标温度时行比较，得到温度误差ΔT，即ΔT＝目标温度-实际温度；

采用分段时间片控制方式对上述温度误差ΔT进行PID调节，使实际温度保持在目标温度。

所述分段时间片控制方式包括以下步骤：

1)当温度误差ΔT大于等于持续加热阀值时，热盘持续加热；

2)当温度误差ΔT小于等于停止加热阀值时，也就是实际温度已经大于或等于目标温度，热盘停止加热，处于空气制冷状态；

3)在持续加热阀值及停止加热阀值之间设置多个连续的温控区间，并设置每个温控区间加热时间与制冷时间的比率，热盘按每个温控区间的加热时间与制冷时间的比率进行间歇加热；上述各温控区间的加热时间随着温差的降低而减少；在温差最小的温控区间，随着实际温度的升高而增加。

本发明方法还具有故障检测及保护步骤，具体如下：

通过故障检测和保护电路实时采集热盘实际电流值，当此电流值大于额定电流设定倍数时，切断温度控制电路的输出；通过温度检测电路实时采集热盘实际温度，当实际温度超过温度控制范围时，切断温度控制电路的输出。

述修改目标温度及各种参数是通过人机接口电路中的按键根据工艺要求对温度及各种参数进行调整。

本发明具有以下有益效果及优点

1.温度控制精确、恒定、响应迅速。由于本发明装置以单片机做为主控制电路的控制核心，结合了参数掉电保护电路、温度检测电路、通讯接口以及由功率放大和固态继电器构成的温度控制输出电路，形成了闭环控制系统，并利用PID控制算法原理，将传统的PID控制算法转换为分段时间片控制方式，准确地将热盘盘面的温度控制在所需范围内，温度恒定、响应迅速无超调、抗扰动能力强。