CN105446374B - 水箱控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水箱控制方法及系统，其中方法包括：预设上限温度和下限温度，以及高液位、标准液位、低液位，实时检测水箱中的液位和温度变化；当检测水箱中的液位位于高液位和标准液位之间，且水温高于上限温度时，控制水箱的注水阀门和排水阀门同时打开并持续第一预设时间，在保持水箱中的液位基本不变的同时进行循环换水；当检测到水箱中的液位位于低液位和标准液位之间时，控制注水阀门打开，在保持水箱中的水温处于上限温度和下限温度之间的同时进行循环注水，直到检测到水箱中的液位上升到高液位和标准液位之间且持续第二预设时间后，停止注水。其实现了在半导体工艺过程中维持水箱内部的液位高度和温度基本稳定。

Description

水箱控制方法及系统

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别是涉及一种用于对半导体反应腔室进行冷却的水箱控制方法及系统。

背景技术

化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，简称CVD)是半导体工业中应用最为广泛的技术，可用来沉积多种材料。其通过利用不同气体在高温下的相互反应，将含有构成薄膜元素的气态反应剂或液态反应剂的蒸气及反应所需其它气体引入反应腔，在衬底表面发生化学反应生成薄膜层。对CVD生产设备来说，如果反应腔周围环境温度过低，会导致反应腔室的室壁出现冷壁效应，颗粒附着在反应腔的内壁上，如果颗粒掉落在衬底表面则会影响工艺质量，对附着在反应腔内壁上的颗粒进行清洗也需要增加机台维护频率；相反，如果反应腔周围环境温度过高，则会影响设备周围机电部件的使用寿命，增加运营成本。

所以，在工艺过程中，需要控制反应腔周围温度基本保持稳定。一般均采用冷却水箱对反应腔周围的温度进行控制，使其保持在一个较高但又较为安全的温度范围。水箱通常配有一个入水口、一个出水口、一个注水管和一个排水管，入水口和出水口分别是机台内部水循环的入口和出口，注水管是外界注水进入水箱的管道，排水管是水箱中的水排出水箱的管道。

传统的水箱控制方法是在水箱中设置液位传感器，水箱液位到达低位并保持设定时间后，水箱发出报警，并立即注水至高位；而工艺过程中水箱总水量会由于蒸发而不断减少，温度也会逐渐升高，对腔体周围的冷却作用降低；而注水时，突然注入大量温度低于冷却水箱水温的厂务水，会迅速冷却水箱的水温，使得反应腔环境温度产生波动，对工艺结果产生影响。

所以，传统的水箱控制方法很难满足在半导体工艺过程中维持水箱内部的液位高度和温度基本稳定的需求，水箱内部温度的波动，无论是水量蒸发减少导致的水温升高，还是突然注水导致的水温降低，都会对半导体工艺的质量产生影响。

发明内容

基于上述问题，本发明提供了一种水箱控制方法及系统，在保证设备安全的基础上，实现水箱内部的水温以及液位保持基本稳定。

为实现本发明目的而提供的水箱控制方法，包括以下步骤：

预设上限温度和下限温度两个温度值，以及高液位、标准液位、低液位三个液位高度，实时检测所述水箱中的水温和液位变化；

当检测到所述水箱中的液位位于所述高液位和所述标准液位之间，且所述水箱中的水温高于所述上限温度时，控制所述水箱的注水阀门和排水阀门同时打开并持续第一预设时间，在保持所述水箱中的液位基本不变的同时进行循环换水，直至所述水箱中的水温位于所述上限温度和所述下限温度之间；

当检测到所述水箱中的液位位于所述低液位和所述标准液位之间时，控制所述水箱的注水阀门打开并持续所述第一预设时间，进行循环注水，直到检测到所述水箱中的液位上升到所述高液位和所述标准液位之间且持续第二预设时间后，控制所述水箱的注水阀门关闭，停止注水；在注水的同时，对所述水箱中的水温进行实时监测，若检测到所述水箱中的水温低于所述下限温度，则控制所述水箱的注水阀门关闭，暂停注水，直至所述水箱中的水温位于所述上限温度和所述下限温度之间，再控制所述水箱的注水阀门打开，进行循环注水。其中，本发明的水箱控制方法，还包括以下步骤：

当检测到所述水箱中的液位位于所述高液位处及以上时，控制所述水箱的排水阀门打开，进行排水；

当检测到所述水箱中的液位位于所述低液位处及以下时，控制所述水箱的注水阀门打开，进行注水。

其中，本发明的水箱控制方法，还包括以下步骤：

当检测到所述水箱中的液位低于所述低液位或高于所述高液位时，控制报警装置进行报警。

其中，所述第一预设时间为2至6秒。

其中，所述第二预设时间为5秒至10秒。

相应地，为实现本发明目的还提供一种水箱控制系统，包括检测模块、高液位控制模块以及低液位控制模块；

所述检测模块，用于预设上限温度和下限温度两个温度值，以及高液位、标准液位、低液位三个液位高度，并实时检测所述水箱中的水温和液位变化；

所述高液位控制模块，用于当所述检测模块检测到所述水箱中的液位位于所述高液位和所述标准液位之间，且所述水箱中的水温高于所述上限温度时，控制所述水箱的注水阀门和排水阀门同时打开并持续第一预设时间，在保持所述水箱中的液位基本不变的同时进行循环换水，直至所述水箱中的水温位于所述上限温度和所述下限温度之间；

所述低液位控制模块，用于当所述检测模块检测到所述水箱中的液位位于所述低液位和所述标准液位之间时，控制所述水箱的注水阀门打开并持续所述第一预设时间，进行循环注水，直到检测到所述水箱中的液位上升到所述高液位和所述标准液位之间且持续第二预设时间后，控制所述水箱的注水阀门关闭，停止注水；在注水的同时，若所述检测模块检测到所述水箱中的水温低于所述下限温度，则控制所述水箱的注水阀门关闭，暂停注水，直至所述水箱中的水温位于所述上限温度和所述下限温度之间，再控制所述水箱的注水阀门打开，进行循环注水。

其中，本发明的水箱控制系统，还包括液位上限控制模块和液位下限控制模块；

所述液位上限控制模块，用于当所述检测模块检测到所述水箱中的液位位于所述高液位处及以上时，控制所述水箱的排水阀门打开，进行排水；

所述液位下限控制模块，用于当所述检测模块检测到所述水箱中的液位位于所述低液位处及以下时，控制所述水箱的注水阀门打开，进行注水。

其中，本发明的水箱控制系统，还包括报警模块；

所述报警模块，用于在所述检测模块检测到所述水箱中的液位低于所述低液位或高于所述高液位时，控制报警装置进行报警。

其中，所述第一预设时间为2至6秒。

其中，所述第二预设时间为5秒至10秒。

本发明的有益效果为：本发明提供的水箱控制方法及系统，在半导体工艺过程中，通过检测液位和温度进行组合判断，来控制水箱的注水或排水，维持水箱内部的液位高度和温度基本稳定，操作简单、可靠，便于实现。

附图说明

为了使本发明的水箱控制方法及系统的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体附图及具体实施例，对本发明水箱控制方法及系统进行进一步详细说明。

图1为本发明的水箱控制方法的一个实施例的流程图；

图2为本发明的水箱控制方法的一个实现装置图；

图3为本发明的水箱控制方法的另一个实施例的流程图；

图4为本发明的水箱控制系统的一个实施例的结构图。

具体实施方式

下面结合说明书附图，对本发明实施例提供的水箱控制方法及系统进行具体说明。

参见图1，本发明实施例提供的水箱控制方法，包括以下步骤：

S100，预设上限温度和下限温度两个温度值，以及高液位、标准液位、低液位三个液位高度，实时检测水箱中的水温和液位变化。

其中，上限温度和下限温度之间为水箱中的水的正常温度范围，高液位和低液位为水箱中水位的两个极限，高液位之下和低液位之上为机台正常运转时水箱中的水的液位范围，标准液位为理想状态下水箱中的水的液位，作为液位偏高或偏低的一个判断标准。

S200，当检测到水箱中的液位位于高液位和标准液位之间，且水箱中的水温高于上限温度时，控制水箱的注水阀门和排水阀门同时打开并持续第一预设时间，在保持水箱中的液位基本不变的同时进行循环换水，直至水箱中的水温位于上限温度和下限温度之间。其中，第一预设时间可为2至6秒。

由于反应腔内部温度通常在1100摄氏度，水箱中的冷却水温度在40摄氏度到60摄氏度之间。因此在工艺过程中，冷却水会加速蒸发，水箱液位会不断变低。所以，只要在正常范围液位范围内，如果液位偏高，无需再对液位进行调整；如果液位偏低，蒸发会导致液位进一步降低，需要及时进行注水。若检测到水箱中的液位位于高液位和标准液位之间，则说明此时液位偏高，无需进行排水或注水。考虑到水温，需要进一步对水温进行检测，若检测到水箱中的水温高于上限温度，则需要降低水箱中冷却水的温度。本发明在保持水箱中的液位基本不变的同时进行循环换水，即控制水箱的注水阀门和排水阀门同时打开并持续第一预设时间，例如2秒，2秒后暂停换水，继续检测液位和温度，如果仍然满足换水条件，则继续持续2秒换水，依此循环。

S300，当检测到水箱中的液位位于低液位和标准液位之间时，控制水箱的注水阀门打开并持续第一预设时间，进行循环注水，直到检测到水箱中的液位上升到高液位和标准液位之间且持续第二预设时间后，控制水箱的注水阀门关闭，停止注水；在注水的同时，对水箱中的水温进行实时监测，若检测到水箱中的水温低于下限温度，则控制水箱的注水阀门关闭，暂停注水，直至水箱中的水温位于上限温度和下限温度之间，再控制水箱的注水阀门打开，进行循环注水。

如上所述，当检测到水箱中的液位位于低液位和标准液位之间时，说明液位偏低，需要及时进行注水。由于水箱通常体积较大，短时间内的注水或排水对液位的影响不是很明显，所以，本发明采用在设定时间内循环注水或排水，便于对液位的检测及控制。同理，由于水箱中的水随着工艺的进行在不断蒸发，所以，等到水箱中的液位上升到标准液位之上且持续第二预设时间后，控制水箱的注水阀门关闭，停止注水比较合理，防止机台回水的水流持续减小，对腔体周围的冷却作用降低。第二预设时间可设为5秒至10秒，第二预设时间的长短决定了注水前后的液位差，这样就使得注水前后的液位差变得可控。第二预设时间越短，注水前后的液位差越小。综合考虑水箱内的液位稳定性以及可检测性，第二预设时间设置为5秒为宜。此外，突然注入大量温度低于水箱中的水温的厂务水，会迅速冷却水箱的水温，使得反应腔环境温度产生波动，对工艺结果产生影响。所以在注水的同时，还需要对水箱中的水温进行实时监测，若检测到水箱中的水温低于下限温度，则控制水箱的注水阀门关闭，暂停注水。由于水箱中的水温会随着工艺的进行继续上升，水位也会进一步下降，所以，暂停注水后待检测到水箱中的水温合格后，再进一步根据当前的液位进行判断，是否需要继续注水。这样，可以避免突然注水导致的水温降低使反应腔环境温度发生太大改变，实现水箱内部的水温以及液位保持基本稳定，从而避免了对工艺结果产生影响。

本发明实施例提供的水箱控制方法，根据水箱的液位和温度变化联合控制调整注水阀门和排水阀门，采用循环注水或排水的方法维持水箱内部的液位高度和温度基本稳定，操作简单、可靠，便于实现。

作为一种可实施方式，本发明提供的水箱控制方法，还包括以下步骤：

S400，当检测到水箱中的液位位于高液位处及以上时，控制水箱的排水阀门打开，进行排水，防止水溢出水箱对设备硬件其他部分产生破坏。

S500，当检测到水箱中的液位位于低液位处及以下时，控制水箱的注水阀门打开，进行注水，防止机台由于冷却源的减少而使得腔体温度增加，导致机电元件的损坏，避免对机台和人员的损害。

进一步地，本发明提供的水箱控制方法，还包括以下步骤：

S600当检测到水箱中的液位低于低液位或高于高液位时，控制报警装置进行报警。传统的水箱控制方法中，认为液位正常状态是H和L液位之间，又同时认为H液位需要给出报警。这样，机台在补水的情况下，将自动补充至H液位，这样一次注水将导致发生一次报警，会对操作员的日常操作及判断产生干扰。而本发明中，只有在当检测到水箱中的液位低于低液位或高于高液位时，才进行报警，降低了对操作员的干扰。

参见图2，本发明提供的水箱控制方法的一个实施例：

水箱10上设置有出水口20、入水口30，注水阀门40以及排水阀门50。在水箱10中设置一个温度传感器60，三个液位传感器，分别为H、M、L液位传感器；其中，L液位传感器位于预设的低液位处，M液位传感器位于预设的标准液位处，H液位传感器位于预设的高液位处。注水阀门40、排水阀门50、温度传感器60以及三个液位传感器均与计算机连接。温度传感器60以及三个液位传感器检测温度或液位信息，反馈至计算机，计算机根据其接收到的信息与预设信息进行比较判断，控制注水阀门40、排水阀门50的开启或关闭。

控制方法如下，参见图3：

S10，实时读取水箱100中的液位信号和温度信号；

S20，判断H液位传感器是否检测到液位信号；

S21，若判断H液位传感器检测到液位信号，则控制注水阀门40关闭，排水阀门50打开，进行排水，同时进行报警；

S30，若判断H液位传感器没有检测到液位信号，则进一步判断M液位传感器是否检测到液位信号；

S31，若判断M液位传感器检测到液位信号，则进一步判断当前水温是否大于预设的温度上限；若当前水温没有超过预设的温度上限，返回步骤S10；

S311，若判断M液位传感器检测到液位信号，且当前水温大于预设的温度上限，则同时控制注水阀门40和排水阀门50打开，且持续2秒，进行换水，返回步骤S10；

S40，若判断M液位传感器没有检测到液位信号，则进一步判断L液位传感器是否检测到液位信号；

S41，若判断L液位传感器没有检测到液位信号，则控制注水阀门40打开，排水阀门50关闭，进行注水，同时进行报警；

S42，若判断L液位传感器检测到液位信号，则控制注水阀门40打开，排水阀门50关闭，且持续2秒，进行循环注水，返回步骤S10；

S43，若判断L液位传感器检测到液位信号，且进行注水后判断M液位传感器是否持续5秒检测到液位信号；

S44，若在进行注水后，M液位传感器持续5秒检测到液位信号，则停止注水,返回步骤S10；

S45，若判断L液位传感器检测到液位信号，在注水的同时判断当前水温是否小于预设的温度下限，若判断当前水温是大于或等于预设的温度下限，则执行步骤S42，继续循环注水；若判断当前水温是小于预设的温度下限，则返回步骤S44，控制注水阀门40和排水阀门50关闭。

实际生产中，为了保证更高的可靠性，可以在水箱10的最高和最低位各增加一个传感器作为限位信号用，用于防止传感器信号失效造成相应事故。

基于同一发明构思，相应的本发明实施例还提供一种水箱控制系统，由于此系统解决问题的原理与前述水箱控制方法的实现原理相似，此系统的实施可以通过前述方法的具体过程实现，因此重复之处不再赘述。

参见图4，本发明提供的一种水箱控制系统，包括检测模块100、高液位控制模块200以及低液位控制模块300；

检测模块100用于预设上限温度和下限温度两个温度值，以及高液位、标准液位、低液位三个液位高度，并实时检测水箱中的温度和液位变化；

高液位控制模块200用于当检测模块100检测到水箱中的液位位于高液位和标准液位之间，且水箱中的水温高于上限温度时，控制水箱的注水阀门和排水阀门同时打开并持续第一预设时间，在保持水箱中的液位基本不变的同时进行循环换水，直至水箱中的水温位于上限温度和下限温度之间；

低液位控制模块300用于当检测模块100检测到水箱中的液位位于低液位和标准液位之间时，控制水箱的注水阀门打开并持续第一预设时间，进行循环注水，直到检测到水箱中的液位上升到高液位和标准液位之间且持续第二预设时间后，控制水箱的注水阀门关闭，停止注水；在注水的同时，若检测模块100检测到水箱中的水温低于下限温度，则控制水箱的注水阀门关闭，暂停注水，直至水箱中的水温位于上限温度和下限温度之间，再控制水箱的注水阀门打开，进行循环注水。

其中，第一预设时间为2至6秒，第二预设时间为5秒至10秒9。

作为一种可实施方式，本发明的水箱控制系统还包括液位上限控制模块400和液位下限控制模块500；

液位上限控制模块400用于当检测模块检测到水箱中的液位位于高液位处及以上时，控制水箱的排水阀门打开，进行排水；

液位下限控制模块500用于当检测模块检测到水箱中的液位位于低液位处及以下时，控制水箱的注水阀门打开，进行注水。

作为一种可实施方式，本发明的水箱控制系统还包括报警模块600；

报警模块600用于在检测模块检测到水箱中的液位低于低液位或高于高液位时，控制报警装置进行报警。

本发明实施例提供的水箱控制方法及系统，根据水箱的液位和温度变化联合控制调整注水阀门和排水阀门，在保证机器和人员安全的前提下，维持水箱内部的液位高度和温度基本稳定，操作简单、可靠，便于实现。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种水箱控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

预设上限温度和下限温度两个温度值，以及高液位、标准液位、低液位三个液位高度，实时检测所述水箱中的水温和液位变化；

当检测到所述水箱中的液位位于所述高液位和所述标准液位之间，且所述水箱中的水温高于所述上限温度时，控制所述水箱的注水阀门和排水阀门同时打开并持续第一预设时间，在保持所述水箱中的液位基本不变的同时进行循环换水，直至所述水箱中的水温位于所述上限温度和所述下限温度之间；

当检测到所述水箱中的液位位于所述低液位和所述标准液位之间时，控制所述水箱的注水阀门打开并持续所述第一预设时间，进行循环注水，直到检测到所述水箱中的液位上升到所述高液位和所述标准液位之间且持续第二预设时间后，控制所述水箱的注水阀门关闭，停止注水；在注水的同时，对所述水箱中的水温进行实时监测，若检测到所述水箱中的水温低于所述下限温度，则控制所述水箱的注水阀门关闭，暂停注水，直至所述水箱中的水温位于所述上限温度和所述下限温度之间，再控制所述水箱的注水阀门打开，进行循环注水。

2.根据权利要求1所述的水箱控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：

当检测到所述水箱中的液位位于所述高液位处及以上时，控制所述水箱的排水阀门打开，进行排水；

当检测到所述水箱中的液位位于所述低液位处及以下时，控制所述水箱的注水阀门打开，进行注水。

3.根据权利要求1或2所述的水箱控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：

当检测到所述水箱中的液位低于所述低液位或高于所述高液位时，控制报警装置进行报警。

4.根据权利要求1或2所述的水箱控制方法，其特征在于，所述第一预设时间为2至6秒。

5.根据权利要求1或2所述的水箱控制方法，其特征在于，所述第二预设时间为5秒至10秒。

6.一种水箱控制系统，包括检测模块、高液位控制模块以及低液位控制模块，其特征在于：

所述检测模块，用于预设上限温度和下限温度两个温度值，以及高液位、标准液位、低液位三个液位高度，并实时检测所述水箱中的水温和液位变化；

所述高液位控制模块，用于当所述检测模块检测到所述水箱中的液位位于所述高液位和所述标准液位之间，且所述水箱中的水温高于所述上限温度时，控制所述水箱的注水阀门和排水阀门同时打开并持续第一预设时间，在保持所述水箱中的液位基本不变的同时进行循环换水，直至所述水箱中的水温位于所述上限温度和所述下限温度之间；

所述低液位控制模块，用于当所述检测模块检测到所述水箱中的液位位于所述低液位和所述标准液位之间时，控制所述水箱的注水阀门打开并持续所述第一预设时间，进行循环注水，直到检测到所述水箱中的液位上升到所述高液位和所述标准液位之间且持续第二预设时间后，控制所述水箱的注水阀门关闭，停止注水；在注水的同时，若所述检测模块检测到所述水箱中的水温低于所述下限温度，则控制所述水箱的注水阀门关闭，暂停注水，直至所述水箱中的水温位于所述上限温度和所述下限温度之间，再控制所述水箱的注水阀门打开，进行循环注水。

7.根据权利要求6所述的水箱控制系统，其特征在于，还包括液位上限控制模块和液位下限控制模块；

所述液位上限控制模块，用于当所述检测模块检测到所述水箱中的液位位于所述高液位处及以上时，控制所述水箱的排水阀门打开，进行排水；

所述液位下限控制模块，用于当所述检测模块检测到所述水箱中的液位位于所述低液位处及以下时，控制所述水箱的注水阀门打开，进行注水。

8.根据权利要求6或7所述的水箱控制系统，其特征在于，还包括报警模块；

所述报警模块，用于在所述检测模块检测到所述水箱中的液位低于所述低液位或高于所述高液位时，控制报警装置进行报警。

9.根据权利要求6或7所述的水箱控制系统，其特征在于，所述第一预设时间为2至6秒。

10.根据权利要求6或7所述的水箱控制系统，其特征在于，所述第二预设时间为5秒至10秒。