CN111380364A - 半导体热处理设备的炉体降温方法及半导体热处理设备 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种半导体热处理设备的炉体降温方法及半导体热处理设备，所述方法包括：预设检测周期及每个所述预设检测周期的目标降温温度，在当前检测周期结束时，检测所述半导体热处理设备的炉体的实际温度，确定所述实际温度与所述当前检测周期的目标降温温度的采样偏差值；根据所述采样偏差值，基于预设控制算法，确定所述半导体热处理设备的降温风机的工作频率变化量；基于所述当前检测周期内所述降温风机的工作频率和所述工作频率变化量确定下一检测周期内所述降温风机的工作频率，在所述下一检测周期内控制所述降温风机以该工作频率对所述炉体进行降温，这样，可以提高对半导体热处理设备的炉体的降温控制效率和降温控制准确性。

Description

半导体热处理设备的炉体降温方法及半导体热处理设备

技术领域

本发明涉及半导体设备技术领域，尤其涉及一种半导体热处理设备的炉体降温方法及半导体热处理设备。

背景技术

随着芯片制造工艺的不断发展，芯片制作要求也在不断提高，而芯片制作过程中的温度控制问题，成为影响芯片制作工艺发展的关键问题。

目前先进的工艺制程中，对温度精度要求越来越严格。对于低温炉体，由于自然降温慢，不能满足新工艺需求，目前设备装配有快速冷却装置，利用风机加快炉体周围风循环，从而达到快速降温的目的。为了达到固定的降温速率，需要改变风机的转动频率，目前设备现状是风机频率只能人为输入固定的值，不能自动控制。为了达到某一指定的降温速率，需要进行风机频率的测试，找到合适的风机频率，然后输入到控制程序中；当需要改变降温速率时，需要再次找到对应的风机频率。

为了实现风机频率的自动控制，可以通过改变风机速率的大量实验测试降温速率，来建立数据模型，通过数据模型来实现风机频率的自动控制。当输入某固定降温速率时，系统自动调用某一风机速率。为了适用于所有机台，需要机台与机台间差异很小。由于各个芯片制造净化间的厂务排气能力不一致，也会导致数据模型的普适性降低。因此，此方法具有一定的局限性，在匹配度较差的情况下，会严重影响温度控制的准确性。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种半导体热处理设备的炉体降温方法及半导体热处理设备，以解决现有技术中存在的在对快速冷却设备进行控制时，控制方式普适性低、控制准确性低的问题。

为解决上述技术问题，本发明实施例是这样实现的：

第一方面，本发明实施例提供的一种半导体热处理设备的炉体降温方法，包括：

预设检测周期及每个所述预设检测周期的目标降温温度，在当前检测周期结束时，检测所述半导体热处理设备的炉体的实际温度，确定所述实际温度与所述当前检测周期的目标降温温度的采样偏差值；

根据所述采样偏差值，基于预设控制算法，确定所述半导体热处理设备的降温风机的工作频率变化量；

基于所述当前检测周期内所述降温风机的工作频率和所述工作频率变化量确定下一检测周期内所述降温风机的工作频率，在所述下一检测周期内控制所述降温风机以该工作频率对所述炉体进行降温。

可选地，所述检测所述半导体热处理设备的炉体的实际温度，获取所述实际温度与所述当前检测周期的目标降温温度的采样偏差值，包括：

检测所述炉体的炉丝内侧温度和炉丝间温度，根据所述炉丝内侧温度、所述炉丝间温度及所述当前检测周期的目标降温温度，基于预设偏差值算法，确定所述采样偏差值。

可选地，所述预设偏差值算法的公式为：

e(t)＝K_f[Set(t)-Inner(t)]+Set(t)-Outer(t)，

其中，t为所述当前检测周期的次数，e(t)为所述采样偏差值，K_f为预设反馈系数，Set(t)为所述当前检测周期的目标降温温度，Outer(t)为所述炉丝间温度，Inner(t)为所述炉丝内侧温度。

可选地，所述预设控制算法的公式为：

其中，Δf(t)为所述工作频率变化量，K_p为预设比例系数，e(t)为所述采样偏差值，e(t-1)为所述当前检测周期前一个检测周期的采样偏差值，e(t-2)为所述当前检测周期前二个检测周期的采样偏差值，K_i为预设积分系数，K_d为预设微分系数，T为所述预设检测周期的时长，y[e(t)]为预设边界函数；

其中，所述预设边界函数y[e(t)]的公式为：

其中，Target为所述炉体的最终目标降温温度。

可选地，所述基于所述当前检测周期内所述降温风机的工作频率和所述工作频率变化量确定下一检测周期内所述降温风机的工作频率，包括：

在所述当前检测周期内所述降温风机的工作频率与所述工作频率变化量的和大于零且小于所述降温风机的最大工作频率时，将所述当前检测周期内所述降温风机的工作频率与所述工作频率变化量的和确定为下一检测周期内所述降温风机的工作频率；

在所述当前检测周期内所述降温风机的工作频率与所述工作频率变化量的和不小于所述降温风机的最大工作频率时，将下一检测周期内所述降温风机的工作频率确定为所述降温风机的最大工作频率；

在所述当前检测周期内所述降温风机的工作频率与所述工作频率变化量的和不大于零时，将下一检测周期内所述降温风机的工作频率确定为零。

第二方面，本发明实施例提供了一种半导体热处理设备的炉体降温装置，所述装置包括：

数据获取模块，用于预设检测周期及每个所述预设检测周期的目标降温温度，在当前检测周期结束时，检测所述半导体热处理设备的炉体的实际温度，确定所述实际温度与所述当前检测周期的目标降温温度的采样偏差值；

频率确定模块，用于根据所述采样偏差值，基于预设控制算法，确定所述半导体热处理设备的降温风机的工作频率变化量；

控制模块，用于基于所述当前检测周期内所述降温风机的工作频率和所述工作频率变化量确定下一检测周期内所述降温风机的工作频率，在所述下一检测周期内控制所述降温风机以该工作频率对所述炉体进行降温。

可选地，所述数据获取模块，用于：

检测所述炉体的炉丝内侧温度和炉丝间温度，根据所述炉丝内侧温度、所述炉丝间温度及所述当前检测周期的目标降温温度，基于预设偏差值算法，确定所述采样偏差值。

可选地，所述预设偏差值算法的公式为：

e(t)＝K_f[Set(t)-Inner(t)]+Set(t)-Outer(t)，

其中，t为所述当前检测周期的次数，e(t)为所述采样偏差值，K_f为预设反馈系数，Set(t)为所述当前检测周期的目标降温温度，Outer(t)为所述炉丝间温度，Inner(t)为所述炉丝内侧温度。

可选地，所述预设控制算法的公式为：

其中，Δf(t)为所述工作频率变化量，K_p为预设比例系数，e(t)为所述采样偏差值，e(t-1)为所述当前检测周期前一个检测周期的采样偏差值，e(t-2)为所述当前检测周期前二个检测周期的采样偏差值，K_i为预设积分系数，K_d为预设微分系数，T为所述预设检测周期的时长，y[e(t)]为预设边界函数；

其中，所述预设边界函数y[e(t)]的公式为：

其中，Target为所述炉体的最终目标降温温度。

可选地，所述控制模块，用于：

在所述当前检测周期内所述降温风机的工作频率与所述工作频率变化量的和大于零且小于所述降温风机的最大工作频率时，将所述当前检测周期内所述降温风机的工作频率与所述工作频率变化量的和确定为下一检测周期内所述降温风机的工作频率；

在所述当前检测周期内所述降温风机的工作频率与所述工作频率变化量的和不小于所述降温风机的最大工作频率时，将下一检测周期内所述降温风机的工作频率确定为所述降温风机的最大工作频率；

在所述当前检测周期内所述降温风机的工作频率与所述工作频率变化量的和不大于零时，将下一检测周期内所述降温风机的工作频率确定为零。

第三方面，本发明实施例提供一种半导体热处理设备，包括：炉体、降温风机、温度检测器、控制器，其中，

所述炉体用于进行半导体热处理工艺；

所述降温风机用于对所述炉体进行降温；

所述温度检测器用于检测所述炉体的温度；

所述控制器用于根据预设的检测周期及每个所述预设检测周期的目标降温温度，在当前检测周期结束时，检测所述半导体热处理设备的炉体的实际温度，确定所述实际温度与所述当前检测周期的目标降温温度的采样偏差值；根据所述采样偏差值，基于预设控制算法，确定所述半导体热处理设备的降温风机的工作频率变化量；基于所述当前检测周期内所述降温风机的工作频率和所述工作频率变化量确定下一检测周期内所述降温风机的工作频率，在所述下一检测周期内控制所述降温风机以该工作频率对所述炉体进行降温。

可选地，所述温度检测器包括炉丝内侧温度检测器和炉丝间温度检测器，分别用于检测所述炉体的炉丝内侧温度和炉丝间温度；

所述控制器还用于控制所述炉丝内侧温度检测器和所述炉丝间温度检测器检测所述炉体的炉丝内侧温度和炉丝间温度，根据所述炉丝内侧温度、所述炉丝间温度及所述当前检测周期的目标降温温度，基于预设偏差值算法，确定所述采样偏差值。

可选地，所述预设偏差值算法的公式为：

e(t)＝K_f[Set(t)-Inner(t)]+Set(t)-Outer(t)，

其中，t为所述当前检测周期的次数，e(t)为所述采样偏差值，K_f为预设反馈系数，Set(t)为所述当前检测周期的目标降温温度，Outer(t)为所述炉丝间温度，Inner(t)为所述炉丝内侧温度。

可选地，所述预设控制算法的公式为：

其中，Δf(t)为所述工作频率变化量，K_p为预设比例系数，e(t)为所述第一采样偏差值，e(t-1)为所述当前检测周期前一个检测周期的采样偏差值，e(t-2)为所述当前检测周期前二个检测周期的采样偏差值，K_i为预设积分系数，K_d为预设微分系数，T为所述预设检测周期的时长，y[e(t)]为预设边界函数，所述预设比例系数、所述预设积分系数和所述预设微分系数为所述预设控制参数；

其中，所述预设边界函数y[e(t)]的公式为：

其中，Target为所述炉体的最终目标降温温度。

可选地，所述控制器还用于：

在所述当前检测周期内所述降温风机的工作频率与所述工作频率变化量的和大于零且小于所述降温风机的最大工作时，将所述当前检测周期内所述降温风机的工作频率与所述工作频率变化量的和确定为下一检测周期内所述降温风机的工作频率；

在所述当前检测周期内所述降温风机的工作频率与所述工作频率变化量的和不小于所述降温风机的最大工作频率时，将下一检测周期内所述降温风机的工作频率确定为所述降温风机的最大工作频率；

在所述当前检测周期内所述降温风机的工作频率与所述工作频率变化量的和不大于零时，将下一检测周期内所述降温风机的工作频率确定为零。

由以上本发明实施例提供的技术方案可见，本发明实施例通过预设检测周期及每个预设检测周期的目标降温温度，在当前检测周期结束时，检测半导体热处理设备的炉体的实际温度，确定实际温度与当前检测周期的目标降温温度的采样偏差值，根据采样偏差值，基于预设控制算法，确定半导体热处理设备的降温风机的工作频率变化量，基于当前检测周期内降温风机的工作频率和工作频率变化量确定下一检测周期内降温风机的工作频率，在下一检测周期内控制降温风机以该工作频率对炉体进行降温。这样，对于不同的半导体热处理设备，可以根据每个半导体热处理设备的炉体在检测周期内的实际温度和目标降温温度，确定对应的采样偏差值，并基于预设控制算法，确定每个半导体热处理设备的降温风机在下一检测周期内的工作频率，在实现自动控制的同时，可以提高温度控制的准确性和效率，同时，由于不需要建立数据模型，可以根据不同的半导体热处理设备的炉体的实际温度，确定针对每个半导体热处理设备的降温风机的工作频率，以进行温度控制，可以适用于不同型号的半导体热处理设备，具有较高的普适性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种半导体热处理设备的炉体降温方法的流程示意图；

图2为本发明一种半导体热处理设备的构造的示意图；

图3为本发明一种降温风机为半导体热处理设备降温过程的示意图；

图4为本发明另一种半导体热处理设备的炉体降温方法的流程示意图；

图5为本发明一种工作频率的运算关系的示意图；

图6为本发明一种半导体热处理设备的炉体降温装置的结构示意图、。

具体实施方式

本发明实施例提供一种半导体热处理设备的炉体降温方法及半导体热处理设备。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

实施例一

如图1所示，本发明实施例提供一种半导体热处理设备的炉体降温方法，该方法的执行主体可以为半导体热处理设备的控制器，也可以是半导体热处理设备的服务器，该服务器可以是独立的服务器，也可以是由多个服务器组成的服务器集群。该方法具体可以包括以下步骤：

在S102中，预设检测周期及每个预设检测周期的目标降温温度，在当前检测周期结束时，检测半导体热处理设备的炉体的实际温度，确定实际温度与当前检测周期的目标降温温度的采样偏差值。

其中，半导体热处理设备可以是用于进行半导体热处理工艺的设备，例如，半导体热处理设备可以为芯片制作设备。检测周期可以为任意时长的周期，例如，检测周期包括的时长可以为5秒钟或10秒钟等，或者也可以根据实际情况来设定检测周期的开始时间、结束时间、相邻检测周期之间的时间间隔等，例如，可以预设半导体热处理设备在运行过程中共有n(n为大于或等于3的正整数)个检测周期，半导体热处理设备从1点钟开始启动，每10秒钟就可以为一个检测周期，如果当前时间为1点后的第30秒，则当前检测周期可以为预设的第3个检测周期。目标降温温度可以是根据半导体热处理设备的温度需求预先设定的温度，不同的半导体热处理设备在生产过程中对温度的控制需求可以不同，即不同的半导体热处理设备对应的目标降温温度可以不同，另外，不同的检测周期内可以设定相同或不同的目标降温温度，本发明实施例对目标降温温度不作具体限定。

以半导体热处理设备为芯片制作设备为例，半导体热处理设备的结构可以如图2所示，在半导体热处理设备中可以配置有炉丝、绝缘及保温材料、炉体外壁以及温度检测器等，其中，在炉丝和炉体外壁之间设置有绝缘及保温材料，在炉丝的内侧可以设置有温度检测器2，在炉丝的中间(即某根炉丝与炉丝之间)可以设置有温度检测器1，上述温度检测器1和温度检测器2可以是由温度检测器件构成，如测温热偶等。半导体热处理设备的控制器可以通过温度检测器(包括温度检测器1和温度检测器2)，在预设检测周期结束时及时获取到半导体热处理设备的实际温度。

在当前检测周期结束时，可以获取半导体热处理设备的实际温度，以及当前检测周期的目标降温温度，并根据实际温度和目标降温温度，确定采样偏差值。例如，预设的当前检测周期的目标降温温度可以为290度，假设半导体热处理设备在运行过程中共有10个检测周期，当前检测周期可以为第3个检测周期，如果半导体热处理设备在当前检测周期内的实际温度为300度，则可以根据实际温度和目标降温温度，确定采样偏差值。

在计算实际温度与当前检测周期的目标降温温度的采样偏差值中，可以根据预设反馈系数，对实际温度和目标降温温度进行处理，得到对应的采样偏差值，例如，可以将实际温度与目标降温温度的差值与预设反馈系数的乘积，作为对应的采样偏差值。此外，还可以有多种采样偏差值的计算方法，可以根据实际应用场景的不同而有所不同，本发明实施例对此不作具体限定。

另外，由于半导体热处理设备中可以设置有多个温度检测器，不同的温度检测器可以分布在半导体热处理设备中的不同位置，即服务器可以获取到多个温度，在获取到多个温度后，可以根据预设的温度选择规则，从这多个温度中选择一个温度作为半导体热处理设备在当前检测周期的实际温度。例如，为保证检测的准确性，可以将位于半导体热处理设备的预设位置的温度检测器获取到的温度作为实际温度(如可以将图2中温度检测器2获取到的温度作为半导体热处理设备的实际温度)，或者，还可以将半导体热处理设备的多个温度中的温度最大值或平均值作为实际温度等。不同的实际应用场景可以有不同的实际温度的确定方法，可以根据实际应用场景的不同而有所不同，本发明实施例对此不作具体限定。

在S104中，根据采样偏差值，基于预设控制算法，确定半导体热处理设备的降温风机的工作频率变化量。

其中，预设控制算法可以由预设控制参数和目标降温温度构成，用于根据半导体热处理设备的实际温度和目标降温温度，确定降温风机的工作频率的算法，其中，降温风机可以为半导体热处理设备进行降温，通过控制降温风机的工作频率，可以实现对半导体热处理设备的温度控制。

优选地，以预设控制算法为PID算法(ProportionIntegralDifferential)为例，可以根据半导体热处理设备的温度控制需求，确定预设控制算法中的预设控制参数，并由预设控制参数和目标降温温度，确定对应的PID算法。

其中，在基于预设控制算法，确定降温风机的目标工作频率时，由于半导体热处理设备的温度是不断变化的，为提高对降温风机的目标工作频率的确定准确性和确定效率，可以根据预设温度衰减系数，确定不同的检测周期对应的半导体热处理设备的目标降温温度。例如，假设预设温度衰减系数为5度/周期，即随着检测周期的增大，目标降温温度逐步减小，假设目初始值为300度，如果半导体热处理设备在运行过程中共有10个检测周期，当前检测周期如果为第3个检测周期，则半导体热处理设备在当前检测周期内的目标降温温度可以为300-5*3＝285度。

在S106中，基于当前检测周期内降温风机的工作频率和工作频率变化量确定下一检测周期内降温风机的工作频率，在下一检测周期内控制降温风机以该工作频率对炉体进行降温。

以半导体热处理设备为芯片制作设备为例，如图3所示，在半导体热处理设备的预设位置，可以设置有进风口和出风口，可以从进风口为半导体热处理设备输入常温气体，常温气体从进风口进入到炉丝与炉体外壁之间的风道后，可以从上往下、从外到内的流向流入炉丝的内侧，最后降温风机可以基于工作频率，在从出风口抽出炉丝内侧的气体，这样，通过常温气体在半导体热处理设备内的循环流动，可以带走半导体热处理设备内的大量热量，从而达到快速降温的目的。

在确定了工作频率变化量之后，可以根据当前检测周期内降温风机的工作频率，确定下一检测周期内降温风机的工作频率。例如，假设半导体热处理设备在运行过程中共有10个检测周期，当前检测周期如果为第3个检测周期，降温风机在第3个检测周期的工作频率假设为A，如果确定的工作频率变化量为1，则下一检测周期内降温风机的工作频率可以为A+1，或者，下一检测周期内降温风机的工作频率可以为B(A+1)，其中，B可以为预设比例调节系数。

上述降温风机在不同检测周期内的工作频率的确定方式是一种可选地、可实现的确定方法，在实际应用场景中，还可以有多种不同的确定方法，本发明实施例对此不作具体限定。

本发明实施例提供一种半导体热处理设备的炉体降温方法，通过预设检测周期及每个预设检测周期的目标降温温度，在当前检测周期结束时，检测半导体热处理设备的炉体的实际温度，确定实际温度与当前检测周期的目标降温温度的采样偏差值，根据采样偏差值，基于预设控制算法，确定半导体热处理设备的降温风机的工作频率变化量，基于当前检测周期内降温风机的工作频率和工作频率变化量确定下一检测周期内降温风机的工作频率，在下一检测周期内控制降温风机以该工作频率对炉体进行降温。这样，对于不同的半导体热处理设备，可以根据每个半导体热处理设备的炉体在检测周期内的实际温度和目标降温温度，确定对应的采样偏差值，并基于预设控制算法，确定每个半导体热处理设备的降温风机在下一检测周期内的工作频率，在实现自动控制的同时，可以提高温度控制的准确性和效率，同时，由于不需要建立数据模型，可以根据不同的半导体热处理设备的炉体的实际温度，确定针对每个半导体热处理设备的降温风机的工作频率，以进行温度控制，可以适用于不同型号的半导体热处理设备，具有较高的普适性。

实施例二

如图4所示，本发明实施例提供一种半导体热处理设备的炉体降温方法，该方法具体可以包括以下步骤：

在S402中，预设检测周期及每个预设检测周期的目标降温温度，在当前检测周期结束时，检测炉体的炉丝内侧温度和炉丝间温度，根据炉丝内侧温度、炉丝间温度及当前检测周期的目标降温温度，基于预设偏差值算法，确定采样偏差值。

如图2所示，在半导体热处理设备的炉体中，有温度检测器1和温度检测器2，其中，温度检测器1位于炉体的炉丝中间，即温度检测器1检测到的温度为炉丝间温度，温度检测器2位于炉丝内，即温度检测器2检测到的温度为炉丝内侧温度。

优选地，可以基于预设降温斜率以及半导体热处理设备的初始温度，确定半导体热处理设备在当前检测周期内的目标降温温度。例如，假设而半导体热处理设备的初始温度为500度，预设降温斜率为10度/min，每个检测周期的时长为3秒，预设当前检测周期如果为第t个检测周期，则当前检测周期的目标降温温度即为500-3*t*10/60。

在确定了半导体热处理设备在当前检测周期内的目标降温温度后，可以根据目标降温温度、炉丝间温度以及炉丝内温度，基于预设偏差值算法，确定对应的采样偏差值，其中，预设偏差值算法的公式可以为：

e(t)＝K_f[Set(t)-Inner(t)]+Set(t)-Outer(t)，

其中，t为当前检测周期的次数，e(t)为采样偏差值，K_f为预设反馈系数，Set(t)为当前检测周期的目标降温温度，Outer(t)为炉丝间温度，Inner(t)为炉丝内侧温度。

在S404中，根据采样偏差值，基于预设控制算法，确定半导体热处理设备的降温风机的工作频率变化量。

优选地，可以根据采样偏差值以及当前检测周期的目标降温，基于预设的边界函数，确定当前检测周期的采样偏差值。

其中，预设边界函数y[e(t)]的公式可以为：

其中，Target为炉体的最终目标降温温度，Outer(t)为炉丝间温度。

在得到了当前检测周期的预设边界函数后，可以基于预设控制算法，确定半导体热处理设备的降温风机的工作频率变化量，其中，预设控制算法的公式可以为：

其中，Δf(t)为工作频率变化量，K_p为预设比例系数，e(t)为采样偏差值，e(t-1)为当前检测周期前一个检测周期的采样偏差值，e(t-2)为当前检测周期前二个检测周期(前一个检测周期之前的一个检测周期)的采样偏差值，K_i为预设积分系数，K_d为预设微分系数，T为预设检测周期的时长，y[e(t)]为预设边界函数。

S406，基于当前检测周期内降温风机的工作频率和工作频率变化量确定下一检测周期内降温风机的工作频率，在下一检测周期内控制降温风机以该工作频率对炉体进行降温。

优选地，在得到降温风机的工作频率变化量后，由于降温风机的工作频率可以有上限值，且工作频率不能为负值，所以可以根据当前检测周期内降温风机的工作频率与工作频率变化量的和的大小与降温风机的最大工作频率的关系，确定在下一检测周期内降温风机的工作频率。

例如，在当前检测周期内降温风机的工作频率与工作频率变化量的和大于零且小于降温风机的最大工作频率时，将当前检测周期内降温风机的工作频率与工作频率变化量的和确定为下一检测周期内降温风机的工作频率。

或者，在当前检测周期内降温风机的工作频率与工作频率变化量的和不小于降温风机的最大工作频率时，将下一检测周期内降温风机的工作频率确定为降温风机的最大工作频率。

又或者，在当前检测周期内降温风机的工作频率与工作频率变化量的和不大于零时，将下一检测周期内降温风机的工作频率确定为零。

优选地，可以将半导体热处理设备中的炉丝的功率降为零，然后开启风机以及风循环阀门，以使降温风机可以为半导体热处理设备进行降温。在当前检测周期结束时，服务器可以根据半导体热处理设备的实际温度，确定降温风机的工作频率变化量，然后服务器可以根据工作频率变化量确定降温风机在下一检测周期内的工作频率，并以此控制降温风机为半导体热处理设备降温。如果在下一检测周期内，检测到半导体热处理设备的实际温度不大于预设的最终目标降温温度，则可以关闭降温风机，降温结束；如果在当前检测周期结束时，检测到半导体热处理设备的实际温度大于预设的最终目标降温温度，则可以继续根据半导体热处理设备的实际温度和预设控制算法，确定降温风机在下一检测周期内的工作频率，并为半导体热处理设备进行降温，直到半导体热处理设备的温度不大于预设的最终目标降温温度。

基于上述S402～S404的处理过程，可以得到如图5所示的运算关系，其中，运算关系1表示c＝a-b，运算关系2表示c＝a+b，运算关系3表示d＝-a-b-c，运算关系4表示c＝a*b，运算关系5表示c＝a/b，运算关系6表示b＝e(t-1)。

基于图5中的运算关系，可以得到降温风机在不同检测周期内的工作频率，例如，假设半导体热处理设备的初始温度为500度，目标降温温度的初始值为100度，预设降温速率为10度/min，每个检测周期的时长为3秒，初始炉丝内侧温度为500.1度，初始炉丝间温度为499度，预设比例系数为2、预设积分系数为0.1，预设微分系数为3，预设反馈系数为2。那么，基于图5中的运算关系，以及第0个检测周期的初始炉丝内侧温度、初始炉丝间温度，半导体热处理设备的初始温度，可以得到第0个周期的采样偏差值，即e(0)＝K_f[Set(0)-Inner(0)]+Set(0)-Outer(0)＝0.8，由于此时为第0个检测周期，所以降温风机的工作频率没有变化，即第0个检测周期的工作频率变化量为0，直到第3个检测周期后，降温风机的工作频率才开始有所变化。同时，由于降温风机的工作频率在前2个检测周期的变化较小，所以温度检测器检测到的半导体热处理设备的温度变化较小，可以忽略不计，也就是Inner(1)和Inner(2)都为500.1度，Outer(1)和Outer(2)都为499度。检测周期对应的目标降温温度，可以是根据预设降温斜率确定的，例如，第1个检测周期内的目标降温温度

度，然后在根据目标降温温度，可以计算出半导体热处理设备在第1个检测周期的采样偏差值e(1)为-0.7，并继续根据图5中的运算关系进行计算，可以得到降温风机在第1个检测周期的工作频率变化量，以及降温风机在第2个检测周期的工作频率。

基于上述确定预设检测周期的工作频率变化量的方法，以及图5中的运算关系，可以得到不同检测周期内的工作频率变化量，部分结果可以如下表1所示。

表1

如上表1所示，在前三个检测周期内，由于当前炉丝内侧温度和当前炉丝间温度没有变化(即温度变化幅度小于降温速率)，所以降温风机的工作频率是逐渐增大的。当降温风机的工作频率增大，半导体热处理设备的实际温度开始降低并逐渐加快，当温度变化幅度大于降温速率时，基于预设控制算法可以使降温风机的工作频率增加量转化为负值，即让降温风机的工作频率变小，最终通过预设控制算法，使半导体热处理设备的温度降至最终目标降温温度。

本发明实施例提供一种半导体热处理设备的炉体降温方法，通过预设检测周期及每个预设检测周期的目标降温温度，在当前检测周期结束时，检测半导体热处理设备的炉体的实际温度，确定实际温度与当前检测周期的目标降温温度的采样偏差值，根据采样偏差值，基于预设控制算法，确定半导体热处理设备的降温风机的工作频率变化量，基于当前检测周期内降温风机的工作频率和工作频率变化量确定下一检测周期内降温风机的工作频率，在下一检测周期内控制降温风机以该工作频率对炉体进行降温。这样，对于不同的半导体热处理设备，可以根据每个半导体热处理设备的炉体在检测周期内的实际温度和目标降温温度，确定对应的采样偏差值，并基于预设控制算法，确定每个半导体热处理设备的降温风机在下一检测周期内的工作频率，在实现自动控制的同时，可以提高温度控制的准确性和效率，同时，由于不需要建立数据模型，可以根据不同的半导体热处理设备的炉体的实际温度，确定针对每个半导体热处理设备的降温风机的工作频率，以进行温度控制，可以适用于不同型号的半导体热处理设备，具有较高的普适性。

实施例三

以上为本发明实施例提供的半导体热处理设备的炉体降温方法，基于同样的思路，本发明实施例还提供一种半导体热处理设备的炉体降温装置，如图6所示。

该半导体热处理设备的炉体降温装置包括：数据获取模块601、频率确定模块602和控制模块603，其中：

数据获取模块601，用于预设检测周期及每个所述预设检测周期的目标降温温度，在当前检测周期结束时，检测所述半导体热处理设备的炉体的实际温度，确定所述实际温度与所述当前检测周期的目标降温温度的采样偏差值；

频率确定模块602，用于根据所述采样偏差值，基于预设控制算法，确定所述半导体热处理设备的降温风机的工作频率变化量；

控制模块603，用于基于所述当前检测周期内所述降温风机的工作频率和所述工作频率变化量确定下一检测周期内所述降温风机的工作频率，在所述下一检测周期内控制所述降温风机以该工作频率对所述炉体进行降温。

在本发明实施例中，所述数据获取模块601，用于：

检测所述炉体的炉丝内侧温度和炉丝间温度，根据所述炉丝内侧温度、所述炉丝间温度及所述当前检测周期的目标降温温度，基于预设偏差值算法，确定所述采样偏差值。

在本发明实施例中，所述预设偏差值算法的公式为：

e(t)＝K_f[Set(t)-Inner(t)]+Set(t)-Outer(t)，

其中，t为所述当前检测周期的次数，e(t)为所述采样偏差值，K_f为预设反馈系数，Set(t)为所述当前检测周期的目标降温温度，Outer(t)为所述炉丝间温度，Inner(t)为所述炉丝内侧温度。

在本发明实施例中，所述预设控制算法的公式为：

其中，Δf(t)为所述工作频率变化量，K_p为预设比例系数，e(t)为所述采样偏差值，e(t-1)为所述当前检测周期前一个检测周期的采样偏差值，e(t-2)为所述当前检测周期前二个检测周期的采样偏差值，K_i为预设积分系数，K_d为预设微分系数，T为所述预设检测周期的时长，y[e(t)]为预设边界函数；

其中，所述预设边界函数y[e(t)]的公式为：

其中，Target为所述炉体的最终目标降温温度

在本发明实施例中，所述控制模块，用于：

在所述当前检测周期内所述降温风机的工作频率与所述工作频率变化量的和大于零且小于所述降温风机的最大工作频率时，将所述当前检测周期内所述降温风机的工作频率与所述工作频率变化量的和确定为下一检测周期内所述降温风机的工作频率；

在所述当前检测周期内所述降温风机的工作频率与所述工作频率变化量的和不小于所述降温风机的最大工作频率时，将下一检测周期内所述降温风机的工作频率确定为所述降温风机的最大工作频率；

在所述当前检测周期内所述降温风机的工作频率与所述工作频率变化量的和不大于零时，将下一检测周期内所述降温风机的工作频率确定为零。

本发明实施例提供一种半导体热处理设备的炉体降温装置，通过预设检测周期及每个预设检测周期的目标降温温度，在当前检测周期结束时，检测半导体热处理设备的炉体的实际温度，确定实际温度与当前检测周期的目标降温温度的采样偏差值，根据采样偏差值，基于预设控制算法，确定半导体热处理设备的降温风机的工作频率变化量，基于当前检测周期内降温风机的工作频率和工作频率变化量确定下一检测周期内降温风机的工作频率，在下一检测周期内控制降温风机以该工作频率对炉体进行降温。这样，对于不同的半导体热处理设备，可以根据每个半导体热处理设备的炉体在检测周期内的实际温度和目标降温温度，确定对应的采样偏差值，并基于预设控制算法，确定每个半导体热处理设备的降温风机在下一检测周期内的工作频率，在实现自动控制的同时，可以提高温度控制的准确性和效率，同时，由于不需要建立数据模型，可以根据不同的半导体热处理设备的炉体的实际温度，确定针对每个半导体热处理设备的降温风机的工作频率，以进行温度控制，可以适用于不同型号的半导体热处理设备，具有较高的普适性。

实施例四

本实施例提供一种半导体热处理设备，该半导体热处理设备包括炉体、降温风机、温度检测器、控制器，其中：

炉体可以用于进行半导体热处理工艺。

降温风机可以用于对炉体进行降温。如图3所示，在半导体热处理设备的预设位置，可以设置有进风口和出风口，可以从进风口为半导体热处理设备输入常温气体，常温气体从进风口进入到炉丝与炉体外壁之间的风道后，可以从上往下、从外到内的流向流入炉丝的内侧，最后降温风机可以基于工作频率，在从出风口抽出炉丝内侧的气体，这样，通过常温气体在半导体热处理设备内的循环流动，可以带走半导体热处理设备内的大量热量，从而达到对炉体的快速降温的目的。

温度检测器可以用于检测炉体的温度。

控制器可以用于根据预设的检测周期及每个预设检测周期的目标降温温度，在当前检测周期结束时，检测半导体热处理设备的炉体的实际温度，确定实际温度与当前检测周期的目标降温温度的采样偏差值，根据采样偏差值，基于预设控制算法，确定半导体热处理设备的降温风机的工作频率变化量，基于当前检测周期内降温风机的工作频率和工作频率变化量确定下一检测周期内降温风机的工作频率，在下一检测周期内控制降温风机以该工作频率对炉体进行降温。

本发明实施例提供一种半导体热处理设备，通过预设检测周期及每个预设检测周期的目标降温温度，在当前检测周期结束时，检测半导体热处理设备的炉体的实际温度，确定实际温度与当前检测周期的目标降温温度的采样偏差值，根据采样偏差值，基于预设控制算法，确定半导体热处理设备的降温风机的工作频率变化量，基于当前检测周期内降温风机的工作频率和工作频率变化量确定下一检测周期内降温风机的工作频率，在下一检测周期内控制降温风机以该工作频率对炉体进行降温。这样，对于不同的半导体热处理设备，可以根据每个半导体热处理设备的炉体在检测周期内的实际温度和目标降温温度，确定对应的采样偏差值，并基于预设控制算法，确定每个半导体热处理设备的降温风机在下一检测周期内的工作频率，在实现自动控制的同时，可以提高温度控制的准确性和效率，同时，由于不需要建立数据模型，可以根据不同的半导体热处理设备的炉体的实际温度，确定针对每个半导体热处理设备的降温风机的工作频率，以进行温度控制，可以适用于不同型号的半导体热处理设备，具有较高的普适性。

实施例五

本发明实施例提供又一种半导体热处理设备。该半导体热处理设备包含了上述实施例四的半导体热处理设备的全部功能单元，并在其基础上，对其进行了改进，改进内容如下：

温度检测器可以包括炉丝内侧温度检测器和炉丝间温度检测器，可以分别用于检测炉体的炉丝内侧温度和炉丝间温度。如图2所示，在半导体热处理设备的炉体中，可以有温度检测器1和温度检测器2，其中，温度检测器1位于炉体的炉丝中间，即温度检测器1检测到的温度为炉丝间温度，温度检测器2位于炉丝内，即温度检测器2检测到的温度为炉丝内侧温度。

控制器还可以用于控制炉丝内侧温度检测器和炉丝间温度检测器检测炉体的炉丝内侧温度和炉丝间温度，根据炉丝内侧温度、炉丝间温度及当前检测周期的目标降温温度，基于预设偏差值算法，确定采样偏差值。

其中，预设偏差值算法的公式可以为：

e(t)＝K_f[Set(t)-Inner(t)]+Set(t)-Outer(t)，

其中，t为当前检测周期的次数，e(t)为采样偏差值，K_f为预设反馈系数，Set(t)为当前检测周期的目标降温温度，Outer(t)为炉丝间温度，Inner(t)为炉丝内侧温度。

预设控制算法的公式可以为：

其中，Δf(t)为工作频率变化量，K_p为预设比例系数，e(t)为第一采样偏差值，e(t-1)为当前检测周期前一个检测周期的采样偏差值，e(t-2)为当前检测周期前二个检测周期的采样偏差值，K_i为预设积分系数，K_d为预设微分系数，T为预设检测周期的时长，y[e(t)]为预设边界函数，预设比例系数、预设积分系数和预设微分系数为预设控制参数。

预设边界函数y[e(t)]的公式可以为：

其中，Target为炉体的最终目标降温温度。

另外，控制器还可以用于：

在当前检测周期内降温风机的工作频率与工作频率变化量的和大于零且小于降温风机的最大工作时，可以将当前检测周期内降温风机的工作频率与工作频率变化量的和确定为下一检测周期内降温风机的工作频率。

或者，在当前检测周期内降温风机的工作频率与工作频率变化量的和不小于降温风机的最大工作频率时，可以将下一检测周期内降温风机的工作频率确定为降温风机的最大工作频率。

在当前检测周期内降温风机的工作频率与工作频率变化量的和不大于零时，将下一检测周期内降温风机的工作频率确定为零。

本发明实施例提供一种半导体热处理设备，通过预设检测周期及每个预设检测周期的目标降温温度，在当前检测周期结束时，检测半导体热处理设备的炉体的实际温度，确定实际温度与当前检测周期的目标降温温度的采样偏差值，根据采样偏差值，基于预设控制算法，确定半导体热处理设备的降温风机的工作频率变化量，基于当前检测周期内降温风机的工作频率和工作频率变化量确定下一检测周期内降温风机的工作频率，在下一检测周期内控制降温风机以该工作频率对炉体进行降温。这样，对于不同的半导体热处理设备，可以根据每个半导体热处理设备的炉体在检测周期内的实际温度和目标降温温度，确定对应的采样偏差值，并基于预设控制算法，确定每个半导体热处理设备的降温风机在下一检测周期内的工作频率，在实现自动控制的同时，可以提高温度控制的准确性和效率，同时，由于不需要建立数据模型，可以根据不同的半导体热处理设备的炉体的实际温度，确定针对每个半导体热处理设备的降温风机的工作频率，以进行温度控制，可以适用于不同型号的半导体热处理设备，具有较高的普适性。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flashRAM)。内存是计算机可读介质的示例。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

本领域技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种半导体热处理设备的炉体降温方法，包括：

预设检测周期及每个所述预设检测周期的目标降温温度，在当前检测周期结束时，检测所述半导体热处理设备的炉体的实际温度，确定所述实际温度与所述当前检测周期的目标降温温度的采样偏差值；

根据所述采样偏差值，基于预设控制算法，确定所述半导体热处理设备的降温风机的工作频率变化量；

基于所述当前检测周期内所述降温风机的工作频率和所述工作频率变化量确定下一检测周期内所述降温风机的工作频率，在所述下一检测周期内控制所述降温风机以该工作频率对所述炉体进行降温。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述检测所述半导体热处理设备的炉体的实际温度，获取所述实际温度与所述当前检测周期的目标降温温度的采样偏差值，包括：

检测所述炉体的炉丝内侧温度和炉丝间温度，根据所述炉丝内侧温度、所述炉丝间温度及所述当前检测周期的目标降温温度，基于预设偏差值算法，确定所述采样偏差值。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述预设偏差值算法的公式为：

e(t)＝K_f[Set(t)-Inner(t)]+Set(t)-Outer(t)，

其中，t为所述当前检测周期的次数，e(t)为所述采样偏差值，K_f为预设反馈系数，Set(t)为所述当前检测周期的目标降温温度，Outer(t)为所述炉丝间温度，Inner(t)为所述炉丝内侧温度。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述预设控制算法的公式为：

其中，Δf(t)为所述工作频率变化量，K_p为预设比例系数，e(t)为所述采样偏差值，e(t-1)为所述当前检测周期前一个检测周期的采样偏差值，e(t-2)为所述当前检测周期前二个检测周期的采样偏差值，K_i为预设积分系数，K_d为预设微分系数，T为所述预设检测周期的时长，y[e(t)]为预设边界函数；

其中，所述预设边界函数y[e(t)]的公式为：

其中，Target为所述炉体的最终目标降温温度。

5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述基于所述当前检测周期内所述降温风机的工作频率和所述工作频率变化量确定下一检测周期内所述降温风机的工作频率，包括：

在所述当前检测周期内所述降温风机的工作频率与所述工作频率变化量的和大于零且小于所述降温风机的最大工作频率时，将所述当前检测周期内所述降温风机的工作频率与所述工作频率变化量的和确定为下一检测周期内所述降温风机的工作频率；

在所述当前检测周期内所述降温风机的工作频率与所述工作频率变化量的和不小于所述降温风机的最大工作频率时，将下一检测周期内所述降温风机的工作频率确定为所述降温风机的最大工作频率；

在所述当前检测周期内所述降温风机的工作频率与所述工作频率变化量的和不大于零时，将下一检测周期内所述降温风机的工作频率确定为零。

6.一种半导体热处理设备，包括：炉体、降温风机、温度检测器、控制器，其中，

所述炉体用于进行半导体热处理工艺；

所述降温风机用于对所述炉体进行降温；

所述温度检测器用于检测所述炉体的温度；

所述控制器用于根据预设的检测周期及每个所述预设检测周期的目标降温温度，在当前检测周期结束时，检测所述半导体热处理设备的炉体的实际温度，确定所述实际温度与所述当前检测周期的目标降温温度的采样偏差值；根据所述采样偏差值，基于预设控制算法，确定所述半导体热处理设备的降温风机的工作频率变化量；基于所述当前检测周期内所述降温风机的工作频率和所述工作频率变化量确定下一检测周期内所述降温风机的工作频率，在所述下一检测周期内控制所述降温风机以该工作频率对所述炉体进行降温。

7.根据权利要求6所述的半导体热处理设备，其特征在于，

所述温度检测器包括炉丝内侧温度检测器和炉丝间温度检测器，分别用于检测所述炉体的炉丝内侧温度和炉丝间温度；

所述控制器还用于控制所述炉丝内侧温度检测器和所述炉丝间温度检测器检测所述炉体的炉丝内侧温度和炉丝间温度，根据所述炉丝内侧温度、所述炉丝间温度及所述当前检测周期的目标降温温度，基于预设偏差值算法，确定所述采样偏差值。

8.根据权利要求7所述的半导体热处理设备，其特征在于，所述预设偏差值算法的公式为：

e(t)＝K_f[Set(t)-Inner(t)]+Set(t)-Outer(t)，

其中，t为所述当前检测周期的次数，e(t)为所述采样偏差值，K_f为预设反馈系数，Set(t)为所述当前检测周期的目标降温温度，Outer(t)为所述炉丝间温度，Inner(t)为所述炉丝内侧温度。

9.根据权利要求8所述的半导体热处理设备，其特征在于，所述预设控制算法的公式为：

其中，Δf(t)为所述工作频率变化量，K_p为预设比例系数，e(t)为所述第一采样偏差值，e(t-1)为所述当前检测周期前一个检测周期的采样偏差值，e(t-2)为所述当前检测周期前二个检测周期的采样偏差值，K_i为预设积分系数，K_d为预设微分系数，T为所述预设检测周期的时长，y[e(t)]为预设边界函数，所述预设比例系数、所述预设积分系数和所述预设微分系数为所述预设控制参数；

其中，所述预设边界函数y[e(t)]的公式为：

其中，Target为所述炉体的最终目标降温温度。

10.根据权利要求6-9任一项所述的半导体热处理设备，其特征在于，所述控制器还用于：

在所述当前检测周期内所述降温风机的工作频率与所述工作频率变化量的和大于零且小于所述降温风机的最大工作时，将所述当前检测周期内所述降温风机的工作频率与所述工作频率变化量的和确定为下一检测周期内所述降温风机的工作频率；

在所述当前检测周期内所述降温风机的工作频率与所述工作频率变化量的和不小于所述降温风机的最大工作频率时，将下一检测周期内所述降温风机的工作频率确定为所述降温风机的最大工作频率；

在所述当前检测周期内所述降温风机的工作频率与所述工作频率变化量的和不大于零时，将下一检测周期内所述降温风机的工作频率确定为零。

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