CN113899221A - 用于立式氧化炉恒温区的温度测量方法及温度测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于立式氧化炉恒温区的温度测量方法及装置,方法包括:将热偶从氧化炉底部的热偶穿孔伸入炉内,并竖向向上移动使热偶的顶部靠近炉顶;将氧化炉下方的升降机构上的热偶座上升至上端极限位置,再将热偶的底部安装在热偶座上;升降机构带着热偶座从上端极限位置匀速移动至下端极限位置,与此同时,控制器实时采集热偶的测量值,获得炉内竖向方向的温度曲线。装置,包括支架、升降机构、热偶座和热偶,热偶竖向设置且底部可拆卸的安装在热偶座上。本发明热偶可沿炉体竖直方向匀速移动,并实时检测反馈炉体内的温度,实现对氧化工艺中温度的精确测量和均匀性控制,提高了立式氧化炉恒温区的温度均匀性。
Description
技术领域
本发明涉及炉体温度控制设备,尤其涉及一种用于立式氧化炉恒温区的温度测量方法及温度测量装置。
背景技术
信息产业的蓬勃发展极大的带动了集成电路行业的发展,立式氧化扩散设备可用于集成电路制造过程中的氧化、扩散和退火等工艺,是集成电路生产线上最重要的工艺设备之一。其炉体内的恒温区长度决定有效生产区范围,而温度均匀性直接影响晶圆表面生成的膜厚均匀性好坏。通常立式氧化炉的温度控制的测量值来自石英管上布置的5个热偶,其位置固定,布置的间距大,温场控制的结果只能证明此5个热偶位置点温度达到了预设值,而不能代表整个区间温度达到预设值,从而无法验证炉膛的温度均匀性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足,提供一种热偶可沿炉体竖直方向匀速移动,并实时检测反馈炉体内的温度,实现对氧化工艺中温度的精确测量和均匀性控制,提高了立式氧化炉恒温区的温度均匀性的用于立式氧化炉恒温区的温度测量方法及温度测量装置。
为解决上述技术问题,本发明采用以下技术方案:
一种用于立式氧化炉恒温区的温度测量方法,在氧化炉的底部预留热偶穿孔,所述温度测量方法包括以下步骤:
S1、将热偶从氧化炉底部的热偶穿孔伸入炉内,并竖向向上移动使热偶的顶部靠近炉顶,且热偶的底部位于炉外;
S2、将氧化炉下方的升降机构上的热偶座上升至上端极限位置,再将热偶的底部安装在热偶座上;
S3、升降机构带着热偶座从上端极限位置匀速移动至下端极限位置,与此同时,控制器实时采集热偶的测量值,获得炉内竖向方向的温度曲线。
一种用于立式氧化炉恒温区的温度测量装置,包括支架、升降机构、热偶座和热偶,所述升降机构安装在支架上,所述热偶座设于升降机构上,所述热偶竖向设置且底部可拆卸的安装在热偶座上,所述氧化炉的底部设有可供热偶穿过的热偶穿孔。
作为上述技术方案的进一步改进,所述升降机构包括伺服电机、主链轮、从链轮、链条和滑块,所述伺服电机安装在支架底部,所述主链轮与伺服电机的输出轴连接,所述从链轮设于支架的上端,所述链条绕设在主链轮和从链轮上,所述滑块与链条连接,所述热偶座与滑块连接。
作为上述技术方案的进一步改进,所述热偶座通过热偶接引管与滑块连接,所述热偶接引管水平设置。
作为上述技术方案的进一步改进,所述支架上设有竖向导轨,所述滑块滑设于竖向导轨上。
作为上述技术方案的进一步改进,所述支架的上端设有上限位开关,下端设有下限位开关。
作为上述技术方案的进一步改进,所述支架上设有调平机构,所述调平机构包括调平座、吊杆和对中座,所述调平座和对中座均安装在支架上,且对中座设于调平座的下方,所述对中座的上端面设有对中孔,所述吊杆上端悬挂在调平座上且下端指向对中孔。
作为上述技术方案的进一步改进,所述支架上设有刻度,所述滑块上设有可指向刻度的指针。
作为上述技术方案的进一步改进,所述支架的底部设有多个调平支脚。
作为上述技术方案的进一步改进,所述支架包括主板和设于主板两侧的侧板,所述主链轮、从链轮、链条、滑块和竖向导轨设于主板与侧板围成的区域内。
与现有技术相比,本发明的优点在于:
(1)本发明的用于立式氧化炉恒温区的温度测量方法,针对立式氧化炉炉体上布置的5个固定热偶无法获取5个热偶以外部分的温度,从而无法验证炉膛的温度均匀性,也无法探知恒温区的长度及位置,故设计一个可连续测量整个炉膛各点温度的方法,热偶沿炉体竖直方向向下匀速移动,并实时检测反馈炉体内的温度,实现对氧化工艺中温度的精确测量和均匀性控制,提高了立式氧化炉恒温区的温度均匀性。
(2)本发明的用于立式氧化炉恒温区的温度测量装置,包括支架、升降机构、热偶座和热偶,采用上述测量方法,可令热偶在炉膛内竖直移动,并实时测量温度值以得到炉膛竖直方向的连续温度数据,提高炉膛整个区间的温度均匀性。
附图说明
图1是本发明的用于立式氧化炉恒温区的温度测量方法的操作过程示意图一。
图2是本发明的用于立式氧化炉恒温区的温度测量方法的操作过程示意图二。
图3是本发明的用于立式氧化炉恒温区的温度测量方法的操作过程示意图三。
图4是本发明的用于立式氧化炉恒温区的温度测量方法的操作过程示意图四。
图5是本发明的用于立式氧化炉恒温区的温度测量装置的结构示意图一。
图6是本发明的用于立式氧化炉恒温区的温度测量装置的结构示意图二。
图7是本发明的用于立式氧化炉恒温区的温度测量装置的局部放大图。
图中各标号表示:
1、氧化炉;2、热偶;3、升降机构;31、伺服电机;32、主链轮;33、从链轮;34、链条;35、滑块;36、竖向导轨;4、热偶座;41、热偶接引管;42、管卡;5、支架;51、主板;52、侧板;53、手柄;61、上限位开关;62、下限位开关;7、调平机构;71、调平座;72、吊杆;73、对中座;731、对中孔;74、螺栓;81、刻度;82、指针;9、调平支脚。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1至图4所示,本实施例的用于立式氧化炉恒温区的温度测量方法,在氧化炉1的底部预留热偶穿孔,温度测量方法包括以下步骤:
S1、将热偶2从氧化炉1底部的热偶穿孔伸入炉内,如图1所示,并竖向向上移动使热偶2的顶部靠近炉顶,且热偶2的底部位于炉外,如图2所示;
S2、将氧化炉1下方的升降机构3上的热偶座4上升至上端极限位置,再将热偶2的底部安装在热偶座4上,如图3所示;
S3、升降机构3带着热偶座4从上端极限位置匀速移动至下端极限位置,如图4所示,与此同时,控制器实时采集热偶2的测量值,获得炉内竖向方向的温度曲线。
其中,热偶2为具有一定长度的杆状,其长度与立式氧化炉的高度匹配。步骤S1中,通过手动的方式将热偶2,从氧化炉1底部的热偶穿孔伸入炉内。测量时,通过下方的升降机构3带着热偶2从上至下匀速运动。热偶2顶部的探头从炉顶壁下降到炉底壁的过程中,检测炉内的温度,并反馈给控制器。该方法针对立式氧化炉炉体上布置的多个固定热偶无法获取多个热偶以外部分的温度,从而无法验证炉膛的温度均匀性,也无法探知恒温区的长度及位置,故设计一个可连续测量整个炉膛各点温度的方法,热偶2沿炉体竖直方向向下匀速移动,并实时检测反馈炉体内的温度,实现对氧化工艺中温度的精确测量和均匀性控制,提高了立式氧化炉恒温区的温度均匀性。
上述方法的核心在于,升降机构先带着热偶座4上升至最高位置,然后再带着热偶2从高处下降至低处,这样获得的优点为:第一,可以根据热偶2到达炉顶部的位置之后来调节升降机构3的位置,从而确定升降机构3的位置,这样热偶2能在炉体内从顶部下降到底部,能准确测量炉内温度(如果是升降机构3带着热偶2往上升,那么升降机构3的位置是不确定的,可能低于设定的位置,导致热偶上升达不到炉顶,也可能高于设定的位置,导致与炉顶碰撞);第二,热偶2在炉内上升的阻力大于下降的阻力,使得升降机构3稳定,降低热偶2在炉内晃动导致测量精度不准的问题。
本实施例中,如图5至图7所示,上述方法所采用的用于立式氧化炉恒温区的温度测量装置,包括支架5、升降机构3、热偶座4和热偶2,升降机构3安装在支架5上,热偶座4设于升降机构3上,热偶2竖向设置且底部可拆卸的安装在热偶座4上,氧化炉1的底部设有可供热偶2穿过的热偶穿孔。其中,热偶2表面套有耐高温石英套。其中,在测温前,先从热偶座4上取下热偶2,然后安装按照上述操作方法进行。该用于立式氧化炉恒温区的温度测量装置,可令热偶2在炉膛内竖直移动,并实时测量温度值以得到炉膛竖直方向的连续温度数据,提高炉膛整个区间的温度均匀性。
本实施例中,优选的,升降机构3包括伺服电机31、主链轮32、从链轮33、链条34和滑块35,伺服电机31安装在支架5底部,主链轮32与伺服电机31的输出轴连接且二者之间设有减速器,从链轮33设于支架5的上端,链条34绕设在主链轮32和从链轮33上,滑块35与链条34连接,热偶座4与滑块35连接。链条34可以带着滑块35上下移动,进而带着热偶座4和热偶2上下移动。伺服电机31可以很精准的控制整体下降的速度,确保将热偶2匀速下降。说明的是,除本实施例外,可以采用丝杠替换链条34和链轮。
本实施例中,支架5上设有竖向导轨36,滑块35滑设于竖向导轨36上。竖向导轨36用来对热偶2的升降进行导向,提高热偶2升降的稳定性。
本实施例中,热偶座4通过热偶接引管41与滑块35连接,热偶接引管41水平设置。通过水平的热偶接引管41的设置,可以将支架5偏移至氧化炉1的一侧,不需要将支架5放在氧化炉1的正下方,导致与其他机构产生干涉。热偶接引管41也可以用来走线。热偶座4通过管卡42与热偶接引管41连接。热偶座4上设有套管,热偶2插在套管上,方便取下与安装。热偶接引管41上设有一端竖直管,竖直管通过管卡42与滑块35连接。
本实施例中,支架5的上端设有上限位开关61,下端设有下限位开关62。上限位开关61、下限位开关62用来限定滑块35的升降的上端极限位置和下端极限位置,上限位开关61和下限位开关62与控制器连接,控制器根据限位开关的信号来控制伺服电机31的启停。
本实施例中,支架5上设有调平机构7,调平机构7包括调平座71、吊杆72和对中座73,调平座71和对中座73均安装在支架5上,且对中座73设于调平座71的下方,对中座73的上端面设有对中孔731,吊杆72上端悬挂在调平座71上。调平座71为U形槽钢结构,其两个侧壁上设有螺栓74(或者销轴),吊杆72上端通过吊环挂在螺栓74上。对中孔731为圆形,吊杆72的下端靠近对中孔731并指向对中孔731。吊杆72底部为尖端,通过尖端指在圆形孔的圆心来判断水平,通过调节支架5的水平。相应的,支架5的底部设有多个调平支脚9。本实施例中,以设置3个调平支脚9为例。
本实施例中,支架5上设有刻度81,滑块35上设有可指向刻度81的指针82。滑块35在升降的过程中,会带着指针82沿刻度81移动,从而可以直观的判断热偶2的高度。
本实施例中,支架5包括主板51和设于主板51两侧的侧板52,主链轮32、从链轮33、链条34、滑块35和竖向导轨36设于主板51与侧板52围成的区域内。侧板52上设有手柄53。
温度测量装置具体操作过程如下:将立式氧化炉1的炉体升温700℃并保温,在设备未做工艺的情况下打开前门,将此测温装置放置靠近于前门,将热偶2从热偶座4上取下,并伸入炉体底部预留的热偶穿孔,将热偶座4上升至上限位开关61的位置,之后调整支架5的位置使热偶座4位于热偶2的正下方,然后调整各个调平支脚9高低,当吊杆72的尖端与对中座73表面上的圆形孔的圆心对准时表明测温装置已水平,将热偶2搭在热偶座4上,驱动伺服电机31带动链条34上下移动,热偶2沿竖向导轨36匀速向下移动,可通过观察刻度81上的指针82获取热偶2的位置高度,控制器实时采样热偶2的测量值,当滑块35下降接触到下限位开关62时停止移动与测量,最终得到炉体竖直方向的温度曲线。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上,然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围的情况下,都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰,或修改为等同变化的等效实施例。因此,凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰,均应落在本发明技术方案保护的范围内。
Claims (10)
1.一种用于立式氧化炉恒温区的温度测量方法,其特征在于,在氧化炉(1)的底部预留热偶穿孔,所述温度测量方法包括以下步骤:
S1、将热偶(2)从氧化炉(1)底部的热偶穿孔伸入炉内,并竖向向上移动使热偶(2)的顶部靠近炉顶,且热偶(2)的底部位于炉外;
S2、将氧化炉(1)下方的升降机构(3)上的热偶座(4)上升至上端极限位置,再将热偶(2)的底部安装在热偶座(4)上;
S3、升降机构(3)带着热偶座(4)从上端极限位置匀速移动至下端极限位置,与此同时,控制器实时采集热偶(2)的测量值,获得炉内竖向方向的温度曲线。
2.一种用于立式氧化炉恒温区的温度测量装置,其特征在于,包括支架(5)、升降机构(3)、热偶座(4)和热偶(2),所述升降机构(3)安装在支架(5)上,所述热偶座(4)设于升降机构(3)上,所述热偶(2)竖向设置且底部可拆卸的安装在热偶座(4)上,所述氧化炉(1)的底部设有可供热偶(2)穿过的热偶穿孔。
3.根据权利要求2所述的用于立式氧化炉恒温区的温度测量装置,其特征在于,所述升降机构(3)包括伺服电机(31)、主链轮(32)、从链轮(33)、链条(34)和滑块(35),所述伺服电机(31)安装在支架(5)底部,所述主链轮(32)与伺服电机(31)的输出轴连接,所述从链轮(33)设于支架(5)的上端,所述链条(34)绕设在主链轮(32)和从链轮(33)上,所述滑块(35)与链条(34)连接,所述热偶座(4)与滑块(35)连接。
4.根据权利要求3所述的用于立式氧化炉恒温区的温度测量装置,其特征在于,所述热偶座(4)通过热偶接引管(41)与滑块(35)连接,所述热偶接引管(41)水平设置。
5.根据权利要求3所述的用于立式氧化炉恒温区的温度测量装置,其特征在于,所述支架(5)上设有竖向导轨(36),所述滑块(35)滑设于竖向导轨(36)上。
6.根据权利要求2至5任意一项所述的用于立式氧化炉恒温区的温度测量装置,其特征在于,所述支架(5)的上端设有上限位开关(61),下端设有下限位开关(62)。
7.根据权利要求2至5任意一项所述的用于立式氧化炉恒温区的温度测量装置,其特征在于,所述支架(5)上设有调平机构(7),所述调平机构(7)包括调平座(71)、吊杆(72)和对中座(73),所述调平座(71)和对中座(73)均安装在支架(5)上,且对中座(73)设于调平座(71)的下方,所述对中座(73)的上端面设有对中孔(731),所述吊杆(72)上端悬挂在调平座(71)上且下端指向对中孔(731)。
8.根据权利要求3至5任意一项所述的用于立式氧化炉恒温区的温度测量装置,其特征在于,所述支架(5)上设有刻度(81),所述滑块(35)上设有可指向刻度(81)的指针(82)。
9.根据权利要求2至5任意一项所述的用于立式氧化炉恒温区的温度测量装置,其特征在于,所述支架(5)的底部设有多个调平支脚(9)。
10.根据权利要求5所述的用于立式氧化炉恒温区的温度测量装置,其特征在于,所述支架(5)包括主板(51)和设于主板(51)两侧的侧板(52),所述主链轮(32)、从链轮(33)、链条(34)、滑块(35)和竖向导轨(36)设于主板(51)与侧板(52)围成的区域内。
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