CN115852347A - 温度控制装置及方法、化学气相沉积设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种温度控制装置及方法、化学气相沉积设备，一种温度控制装置，包括测温单元，用于测量加热区的实际温度；执行单元，与位于所述加热区的加热单元电连接，用于调整所述加热单元的电力输入；温控单元，与所述执行单元电连接，用于输出温度控制参数至所述执行单元，所述温控单元包括可编程模块和N个温控器；选择单元，与所述温控单元电连接，用于对所述温控器进行选择；控制单元，用于根据所述实际温度与设定温度的温度差值，控制所述选择单元选择相应输出范围的所述温控器，并调整当前所述可编程模块的输出参数。本发明可有效提高加热过程的温度控制精度，减少温度波动。

Description

温度控制装置及方法、化学气相沉积设备

技术领域

本发明涉及温度控制技术领域，尤其涉及一种温度控制装置及方法、化学气相沉积设备。

背景技术

化学气相沉积设备的温度是外延材料生长的重要因素，温度直接决定材料生长的质量，因此，反应腔的温度控制至关重要。对于化学气相沉积设备的真空高温反应腔而言，需要对反应腔的温度进行高精度控制，现有技术是使用比例-积分-微分(ProportionIntegrationDifferentiation，PID)控制器调整执行器件(例如直流可编程电源、调控器)的功率、电流或电压输出，从而达到控制温度的目的。但对于高温反应炉而言，由于温度高，执行器件的输出范围跨度大(例如0～1500A)，采用单一温控很难达到高精度控制温度的目的。另外，由于温度场分布受到反应腔腔体结构、气流、冷却系统设计等多种因素的影响，现有的化学气相沉积设备较易发生温度场波动现象，需要工程技术人员频繁进行干预，使得产量和质量受到很大制约。

发明内容

本发明的目的在于提供一种温度控制装置及方法、化学气相沉积设备，有效提高加热过程的温度控制精度，减少温度波动。

为实现上述目的，本发明的所述一种温度控制装置，包括：

测温单元，用于测量加热区的实际温度；

执行单元，与位于所述加热区的加热单元电连接，用于调整所述加热单元的电力输入；

温控单元，与所述执行单元电连接，用于输出温度控制参数至所述执行单元，所述温控单元包括可编程模块和N个温控器，其中N≥2且为整数，所述N个温控器具有不同输出范围；

选择单元，与所述温控单元电连接，用于对所述温控器进行选择；

控制单元，分别与所述选择单元、所述温控单元和所述测温单元电连接，用于根据所述实际温度与设定温度的温度差值，控制所述选择单元选择相应输出范围的所述温控器，并根据选择前的所述温控单元的温度控制参数或者预先存储在所述控制单元中的与所述实际温度对应的预设参数来调整当前所述可编程模块的输出参数；

其中，选择后的所述温控单元的温度控制参数为当前被选择的所述温控器的输出参数和当前所述可编程模块的输出参数的集合。

可选的，N个所述温控器对应设定的N个温度差值范围，N个所述温控器的输出范围依次减小，其中第一个所述温控器具有最大的最大输出值，第N个所述温控器具有最小的最大输出值；第i个所述温控器的最大输出值小于第i-1个所述温控器的最大输出值；第i个所述温控器对应的第i个温度差值范围的最大值小于第i-1个所述温控器对应的第i-1个温度差值范围的最小值，其中2≤i≤N，i为整数，所述选择单元根据所述温度差值所在温度差值范围选择相应的所述温控器。

可选的，第N个所述温控器的最大输出值小于等于第一个所述温控器的最大输出值的10％。

可选的，所述选择单元每次仅选择一个相应的所述温控器。

可选的，所述可编程模块与第一个所述温控器之间并联设置，N个所述温控器之间串联设置；所述选择单元包括N个选择开关，第一个所述选择开关分别与第一个所述温控器和所述可编程模块电连接，以选择第一个所述温控器和所述可编程模块中的任意一个，其余的所述选择开关与剩余的所述温控器一一对应连接，所述选择开关包括多触点继电器。

可选的，所述温控器均为PID温控器，所述可编程模块为PLC。

可选的，所述温度控制参数小于等于所述执行单元的最大可编程值，所述5执行单元包括直流可编程电源。

可选的，所述控制单元还根据预先存储在所述控制单元中的影响所述加热区温度的预设参数，对所述选择单元进行控制以选择相应输出范围的所述温控器。

本发明公开了一种化学气相沉积设备，包括上述的温度控制系统，所述化0学气相沉积设备包括反应室和基片托盘，所述基片托盘下方区域通过加热单元进行加热以形成加热区，所述温度控制系统用于在所述加热单元对所述基片托盘下方的加热区加热时进行温度控制。

可选的，所述控制单元根据所述实际温度与设定温度的温度差值和/或在所述控制单元中预先存储的影响所述加热区温度的预设参数，对所述选择单元进5行控制以选择相应输出范围的所述温控器，并调整所述温控单元输出的温度控制参数，其中，影响所述加热区温度的预设参数包括气体的流量、气体的流速、反应室内的压力以及基片托盘的转速中的任意一种或多种发生变化所对应的温度变化。

本发明还提供了一种温度控制方法，包括：0S1：获取加热区设定温度和实际温度之间的温度差值；

S2：根据所述温度差值在温控单元包含的N个温控器中选择相应输出范围的温控器，其中N≥2且为整数，所述N个温控器具有不同输出范围；

S3：根据选择前的所述温控单元的温度控制参数或者预先存储的与所述实

际温度对应的预设参数来调整当前可编程模块的输出参数；

S4：将选择后的所述温控单元的温度控制参数传输至与所述温控单元相连的执行单元以调整位于所述加热区的加热单元的电力输入，所述选择后的温度控制参数为当前被选择的所述温控器的输出参数和所述可编程模块的输出参数的集合；

S5：重复上述步骤S1-S4，直至所述温度差值达到最小使得所述实际温度与所述设定温度相一致。

可选的，N个所述温控器对应设定的N个温度差值范围，N个所述温控器的输出范围依次减小，其中第一个所述温控器具有最大的最大输出值，第N个所述温控器具有最小的最大输出值；第i个所述温控器的最大输出值小于第i-1个所述温控器的最大输出值；第i个所述温控器对应的第i个温度差值范围的最大值小于第i-1个所述温控器对应的第i-1个温度差值范围的最小值，其中2≤i≤N，i为整数，所述根据所述温度差值在温控单元包含的N个温控器中选择相应输出范围的温控器，包括：

确定所述温度差值所在的所述温度差值范围，在N个所述温控器中选择所述温度差值所在的所述温度差值范围对应的一个所述温控器。

可选的，将所述可编程模块与所述第一温控器之间并联设置，将所述N个温控器之间串联设置；所述选择单元包括N个选择开关，第一选择开关分别与第一个所述温控器和所述可编程输出模块连接，以选择第一个所述温控器和所述可编程输出模块中的任意一个，其余的所述选择开关与剩余的所述温控器一一对应连接，所述选择开关包括多触点继电器。

可选的，第N个所述温控器的最大输出值小于等于第一个所述温控器的最大输出值的10％。

可选的，在步骤S2中，当影响所述加热区温度的因素发生变化时，还根据预先存储的影响所述加热区温度的预设参数，选择相应输出范围的所述温控器。

与现有技术中使用量程大、精度低的单一温控器相比，在本发明所述温度控制装置中，配置可编程模块和多个具有不同输出范围的温控器的温控单元，通过选择单元根据目标温度与实际温度的差异自动选择合适输出范围的温控器来提供不同精度的分级控制，通过可编程模块在切换不同温控器时进行基础输出，由当前被选择的温控器的输出参数和可编程模块的输出参数的集合来调整加热单元的电力输入，从而提高了温度控制的精度，减少了温度控制过程中的波动。进一步地，本发明所述温度控制装置还可根据预先存储的影响加热区温度的预设参数来选择相应输出范围的温控器，即当影响加热区温度的因素发生变化时，根据所述预设参数重新选择相应输出范围的温控器，减少了温度影响因素带来的温度扰动。

附图说明

图1为本发明所述加热温度控制装置的结构框图。

图2为本发明所述加热温度控制装置中温控单元的结构框图。

图3为本发明所述加热温度控制装置中选择单元和温控单元的连接结构示意图。

图4为本发明所述加热温度控制方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。除非另外定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本文中使用的“包括”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。

针对现有技术存在的问题，本发明的实施例提供了一种温度控制装置，参考图1，包括：

测温单元10，用于测量加热区的实际温度；

执行单元20，与位于所述加热区的加热单元电连接，用于调整所述加热单元的电力输入；

温控单元30，与所述执行单元20电连接，用于输出温度控制参数至所述执行单元20，所述温控单元30包括可编程模块301和N个温控器，其中N≥2且为整数，所述N个温控器具有不同输出范围；

选择单元40，与所述温控单元30电连接，用于对所述温控器进行选择；

控制单元50，分别与所述选择单元40、所述温控单元30和所述测温单元10电连接，用于根据所述实际温度与设定温度的温度差值，控制所述选择单元40选择相应输出范围的所述温控器，并根据选择前的所述温控单元30的温度控制参数或者预先存储在所述控制单元中的与所述实际温度对应的预设参数来调整当前所述可编程模块301的输出参数；

其中，选择后的所述温控单元30的温度控制参数为当前被选择的所述温控器的输出参数和当前所述可编程模块301的输出参数的集合。

在本实施例中，所述控制单元50通过实际温度与设定温度的温度差值，控制选择单元40的开关，以便于通过选择单元40来选择相应输出范围的温控器来提供更高精度的输出参数，并通过可编程模块301在切换不同温控器时提供基础的输出参数，被选择的温控器的输出参数及可编程模块301的输出参数的集合即为当前温控单元30的温度控制参数(例如输出电压)，从而调节执行单元20对加热单元的电力输入，使加热区的实际温度与设定温度趋于一致，从而对加热区的加热温度进行精确控制，减少了温度控制过程中的波动。

在一些实施例中，所述温控器均为PID温控器，所述可编程模块为PLC(可编程逻辑控制器，ProgrammableLogicController)。

在一些实施例中，温控单元30包含的N个温控器对应设定的N个温度差值范围，N个温控器的输出范围依次减小，其中第一个温控器具有最大的最大输出值，第N个温控器具有最小的最大输出值；第i个温控器的最大输出值小于第i-1个温控器的最大输出值；第i个温控器对应的第i温度差值范围的最大值小于第i-1个温控器对应的第i-1温度差值范围的最小值，其中2≤i≤N，i为整数，所述选择单元40根据所述温度差值所在温度差值范围选择相应的温控器。如此，通过提供不同输出范围的温控器，以提供对温度的不同控制精度。温控器的输出范围越小，精度越高。温度差值越小，所需控制精度越高，否则容易造成温度波动，通过在温度差值减小之后选择具有更小的输出范围的温控器，以提高温度控制精度。

在一些实施例中，第N个所述温控器的最大输出值小于等于第一个所述温控器的最大输出值的10％，以使温度波动维持在较小范围内。

示例性地，以N＝3为例，参考图2，所述温控器的数量为三个，分别为第一温控器302、第二温控器303和第三温控器304，所述第一温控器302、所述第二温控器303和所述第三温控器304的输出范围依次减小，例如，以输出电压为例，第一温控器302的电压输出范围为0至10VDC，其对应第一温度差值范围∣ΔT1∣>20℃；第二温控器303的电压输出范围为0至2VDC，其对应第二温度差值范围2℃≤∣ΔT2∣≤20℃；第三温控器304的电压输出范围为0至1VDC，其对应第三温度差值范围∣ΔT3∣＜2℃。所述控制单元50通过实际温度与设定温度的温度差值控制所述选择单元40对温控器进行选择，例如，当实际温度与设定温度的差值由25℃降至15℃时，选择单元40接收到控制单元50的指令，由原来的第一温控器302改为选择第二温控器303进行工作，此时第二温控器303的电压输出范围比第一温控器302的电压输出范围小，因此能提供相对高的精度，但提供的电力输入会不足，所以控制单元50给所述可编程模块301发出调整指令，可编程模块301输出调整后的输出参数，则此时，温控单元30的温度控制参数为当前被选择的第二温控器303的输出参数和当前所述可编程模块301的输出参数的集合，由此，可编程模块301提供基础输出，第二温控器303提供高精度输出，既能保证加热单元足够的电力输入，也能保证高精度控制。其中，可将选择前的所述温控单元30的温度控制参数(即第一温控器302的输出参数和改变选择前可编程模块301的输出参数的集合)来作为可编程模块301的输出参数，也可以将预先存储在控制单元50中的与当前实际温度对应的经验参数来作为可编程模块301的输出参数。

在一些实施例中，所述选择单元40在选择温控器的时候，每次仅选择一个相应的温控器，以保证温度控制精度。如果同时选择多个温控器会导致多个温控器之间相互影响，反而导致温控失败，控制精度没法保证。

在又一些实施例中，参考图3，可编程模块301与第一温控器302之间并联设置，N个温控器之间串联设置；选择单元40包括N个选择开关，第一选择开关分别与第一温控器和可编程模块301连接，以选择第一个温控器和可编程模块301中的任意一个，其余的选择开关与剩余的温控器一一对应连接，选择开关包括多触点继电器。以便于控制单元50通过控制选择开关的关断以实现对不同温控器的选择。

示例性的，仍以N＝3为例，参考图3，所述选择单元40包括3个选择开关，分别为第一选择开关41、第二选择开关42和第三选择开关43,，其中第一选择开关41与第一温控器302和可编程模块301连接，第二选择开关42与第二温控器303连接，第三选择开关43与第三温控器304连接，第一温控器302和可编程模块301并联设置，然后再与第二温控器303、第三温控器304之间串联设置，第一选择开关41包括4个触点，分别为第一触点411、第二触点412、第三触点413和第四触点414，其中第一触点411和第二触点412为常闭触点，第三触点413和第四触点414为常开触点，第二选择开关42包括4个触点，分别为第五触点421、第六触点422、第七触点423和第八触点424，其中第五触点421和第六触点422为常闭触点，第七触点423和第八触点424为常开触点，第三选择开关43包括4个触点，分别为第九触点431、第十触点432、第十一触点433和第十二触点434，其中第九触点431和第十触点432为常闭触点，第十一触点433和第十二触点434为常开触点。

当控制单元50给选择单元40发出指令选择第一温控器302时，第一选择开关41中的第三触点413和第四触点414闭合，第二选择开关42中的第五触点421和第六触点422闭合，第三选择开关43中的第九触点431和第十触点432闭合，其余触点保持断开状态，此时，仅第一温控器302向执行单元20输出温度控制参数，以控制加热单元的电力输入。

当控制单元50给选择单元40发出指令选择第二温控器303时，第一选择开关41中的第一触点411和第二触点412闭合，第二选择开关42中的第七触点423和第八触点424闭合，第三选择开关43中的第九触点431和第十触点432闭合，其余触点保持断开状态，此时，第二温控器303及可编程模块301一起向执行单元20输出温度控制参数，以控制加热单元的电力输入。

当控制单元50给选择单元40发出指令选择第三温控器304时，第一选择开关41中的第一触点411和第二触点412闭合，第二选择开关42中的第五触点421和第六触点422闭合，第三选择开关43中的第十一触点433和第十二触点434闭合，其余触点断开，此时，第三温控器304及可编程模块301一起向执行单元20输出温度控制参数，以控制加热单元的电力输入。

在一些实施例中，温控单元30与执行单元20电连接，用于将温度控制参数输出至执行单元20，然后执行单元20向所述加热单元提供电力输入。其中所述执行单元20包括直流可编程电源，所述温度控制参数小于等于所述执行单元20的最大可编程值，避免超过执行单元20的最大限度而报错。例如，执行单元20的最大编程电压为10VDC，则温控单元30向执行单元20输出0～10VDC的模拟量，然后执行单元20向加热单元提供0～1500A的电流。

在一些实施例中，控制单元50还根据预先存储在控制单元50中的影响加热区温度的预设参数，对选择单元40进行控制以选择相应输出范围的温控器。示例性地，当温度达到稳态后，此时温度差值几乎为0，但由于加热区内气流等因素干扰影响，会导致加热区温度波动等情况，但此时温度差值还未发生变化，如果仅根据温度差值进行控温，易引起温度波动，因此可以量化干扰因素，根据经验将气流变化量与其引起的温度变化量对应起来，形成预设参数并存储在控制单元50中。如此，控制单元50可根据影响加热区温度的预设参数来控制选择单元40选择相应输出范围的温控器，减少干扰因素带来的温度扰动。或者，在升温过程中，由于加热区内气流等因素干扰影响，会导致加热区温度波动等情况，此时的温度波动由两方面造成，一是温度差值，二是干扰因素带来的温度变化量，如此，控制单元50可根据温度差值和影响加热区温度的预设参数的综合影响来控制选择单元40选择相应输出范围的温控器。

其中，所述预设参数为经验值，根据不同的情况选择设置，此处不再赘述。

与现有技术中使用量程大、精度低的单一温控器相比，在本发明所述温度控制装置中，配置包括可编程模块和多个具有不同输出范围的温控器的温控单元，通过选择单元根据目标温度与实际温度的差异自动选择合适输出范围的温控器来提供不同精度的分级控制，通过可编程模块进行基础输出，从而提高了温度控制的精度，减少了温度控制过程中的波动。进一步地，还可根据预先存储的影响加热区温度的经验参数来选择相应输出范围的温控器，减少了温度影响因素带来的温度扰动。

本发明还提供了一种化学气相沉积设备，所述化学气相沉积设备包含反应室，所述反应室内设有基片托盘，所述基片托盘上承载若干晶片，基片托盘安装在支撑底座上，通过驱动基片托盘在支撑底座上旋转带动放置在基片托盘上的晶片同步旋转。加热单元位于反应腔外壁，或者位于基片托盘的下方，可以直接对基片托盘上的晶片进行加热，在所述基片托盘的下方表面区域形成加热区。所述化学气相沉积设备还包含有本发明上述的温度控制装置，在加热单元对基片托盘下方的加热区进行加热时，通过上述的温度控制装置对基片托盘的加热过程进行温度控制，以提高加热温度控制精度。

需要说明的是，由于所述化学气相沉积设备为现有技术的内容，本方案不涉及对其本身的改进，主要是采用上述的温度控制装置在加热时对基片托盘进行温度控制，此处不再赘述。

在一些实施例中，所述化学气相沉积设备可根据实际温度与设定温度的温度差值和/或预先存储的影响所述加热区温度的预设参数来选择相应输出范围的温控器，并调整所述温控单元输出的温度控制参数，其中，影响所述加热区温度的预设参数包括气体的流量、气体的流速、反应室内的压力以及基片托盘的转速中的任意一种或多种发生变化所对应的温度变化。

具体地，事先将温度影响因素的变化量与温度变化量进行对应，形成影响加热区温度的预设参数，并存储在控制单元50中。在加热过程中，实际温度不断变化，当影响加热区温度的因素未发生变化时，控制单元50根据温度差值来控制选择单元选择相应输出范围的温控器，并调整温控单元输出的温度控制参数；在加热过程中，实际温度不断变化，当影响加热区温度的因素发生变化时，控制单元50根据温度差值及影响加热区温度的经验参数来控制选择单元选择相应输出范围的温控器，并调整温控单元输出的温度控制参数；当实际温度与设定温度趋于一致后，也即达到稳态，当影响加热区温度的因素发生变化时，控制单元50根据影响加热区温度的经验参数来控制选择单元选择相应输出范围的温控器，并调整温控单元输出的温度控制参数，直至温度再次达到稳态。

通过配置上述温度控制装置，所述化学气相沉积设备可以减少工艺过程中的温度波动，提高控温的精度，减少温度影响因素带来的温度扰动，从而提高沉积质量。

本发明还提供了一种温度控制方法，参考图4，所述温度控制方法包括如下步骤：

S1：获取加热区设定温度和实际温度之间的温度差值；

S2：根据所述温度差值在温控单元包含的N个温控器中选择相应输出范围的温控器，其中N≥2且为整数，所述N个温控器具有不同输出范围；

S3：根据选择前的所述温控单元的温度控制参数或者预先存储的与所述实际温度对应的预设参数来调整当前可编程模块的输出参数；

S4：将选择后的所述温控单元的温度控制参数传输至与所述温控单元相连的执行单元以调整位于所述加热区的加热单元的电力输入，所述选择后的温度控制参数为当前被选择的所述温控器的输出参数和所述可编程模块的输出参数的集合；

S5：重复上述步骤S1-S4，直至所述温度差值达到最小使得所述实际温度与所述设定温度相一致。

在一些实施例中，在步骤S2中，N个所述温控器对应设定的N个温度差值范围，N个所述温控器的输出范围依次减小，其中第一个所述温控器具有最大的最大输出值，第N个所述温控器具有最小的最大输出值；第i个所述温控器的最大输出值小于第i-1个所述温控器的最大输出值；第i个所述温控器对应的第i温度差值范围的最大值小于第i-1个所述温控器对应的第i-1温度差值范围的最小值，其中2≤i≤N，i为整数，所述根据所述温度差值在温控单元包含的N个温控器中选择相应输出范围的温控器，包括：

确定所述温度差值所在的所述温度差值范围，在N个所述温控器中选择所述温度差值所在的所述温度差值范围对应的一个所述温控器。

在一些实施例中，将可编程模块与第一温控器之间并联设置，将N个温控器之间串联设置；选择单元包括N个选择开关，第一选择开关分别与第一个温控器和可编程输出模块连接，以选择第一个温控器和可编程输出模块中的任意一个，其余的选择开关与剩余的温控器一一对应连接，选择开关包括多触点继电器。

在一些实施例中，第N温控器的最大输出值小于等于所述第一温控器的最大输出值的10％。

在一些实施例中，在步骤S2中，当影响所述加热区温度的因素发生变化时，还根据预先存储的影响所述加热区温度的经验参数，选择相应输出范围的所述温控器。

以下结合具体实施例，对上述温度控制方法进行具体说明。

采用如图1至图3所示的温度控制系统，温控单元30包括3个温控器，第一温控器302的电压输出范围为0至10VDC，其对应第一温度差值范围∣ΔT1∣>20℃；第二温控器303的电压输出范围为0至2VDC，其对应第二温度差值范围2℃≤∣ΔT2∣≤20℃；第三温控器304的电压输出范围为0至1VDC，其对应第三温度差值范围∣ΔT3∣＜2℃。选择单元40包括三个选择开关，可编程模块301与第一温控器302之间并联设置，三个温控器之间串联设置；第一选择开关41分别与第一温控器302和可编程模块301连接，以选择第一温控器302和可编程模块301中的任意一个，其余的选择开关与剩余的温控器一一对应连接，选择开关包括多触点继电器。测温单元10测量加热区的实际温度并将所述实际温度传输至控制单元50，控制单元50将存储在控制单元50中的设定温度与实际温度进行比较获得温度差值ΔT，控制单元50根据所述温度差值ΔT判断其位于哪一个设定的温度差值范围内，然后确定对应的温控器，控制单元50将选择指令发送给选择单元40，选择单元根据选择指令进行开关的闭合，使被选择的温控器进行温度控制，其余温控器不参与控制。为保证为加热单元提供足够的电力输入，控制单元50根据选择前的温控单元30的温度控制参数或者预先存储在控制单元50中的与所述实际温度对应的经验参数给可编程模块301发出调整指令，可编程模块301输出调整后的输出参数，当前温控单元的温度控制参数为当前被选择的温控器的输出参数和当前可编程模块的输出参数的集合。然后温控单元30将当前温度控制参数传输至执行单元20，执行单元20由此调整对加热单元的电力输入。

实施例1：将加热区的温度由500℃升至1000℃

第一步，一开始，设定温度与实际温度之间的温度差值位于第一温度差值范围∣ΔT1∣内，因此选择第一温控器302进行温度控制，即粗调控温，当前可编程模块不参与控制，此时温控单元30的温度控制参数为当前被选择的第一温控器302的输出参数U1，将该温度控制参数传输至与温控单元30相连的执行单元以调整位于加热区的加热单元的电力输入，温度升高。

第二步，随着温度升高，设定温度与实际温度之间的温度差值逐渐减小，位于第二温度差值范围∣ΔT2∣内，因此由原来的第一温控器302改为选择第二温控器303进行温度控制，即细调控温，第二温控器303的最大输出小于上一步骤中的温度控制参数，因此需要可编程模块301调整输出以提供足够的电力，当前可编程模块301的输出参数U_PLC可根据上一选择的温控单元30的温度控制参数(U1)来调整，则当前温控单元30的温度控制参数为当前被选择的第二温控器303的输出参数U2和当前可编程模块的输出参数U_PLC的集合(U2+U_PLC)。将当前温度控制参数传输至与温控单元30相连的执行单元以调整位于加热区的加热单元的电力输入，温度进一步升高。

第三步，随着温度进一步升高，设定温度与实际温度之间的温度差值进一步减小，位于第三温度差值范围∣ΔT3∣内，因此由原来的第二温控器303改为选择第三温控器304进行温度控制，即进一步细调控温，第三温控器304的最大输出小于上一步骤中的温度控制参数，因此需要可编程模块调整输出以提供足够的电力，当前可编程模块301的输出参数U_PLC’可根据上一选择的温控单元30的温度控制参数来调整，即为上一步骤中第二温控器303的输出参数U2和上一步骤中可编程模块的输出参数U_PLC的集合(U2+U_PLC)。则当前温控单元30的温度控制参数为第三温控器304的输出参数U3和当前可编程模块U_PLC’的输出参数的集合(U3+U_PLC’)。将当前温度控制参数输至与温控单元30相连的执行单元以调整位于加热区的加热单元的电力输入，温度进一步升高，最终使得实际温度与设定温度相一致，达到稳态。

实施例2：

实施例2与实施例1的差别在于，可编程模块301的输出参数根据预先存储的与当前实际温度对应的经验参数来调整。

具体地，如在上述第二步中，由原来的第一温控器302改为选择第二温控器303进行温度控制，此时实际温度为T，控制单元50根据预先存储在控制单元50中的与当前实际温度T对应的预设参数，给可编程模块301发出调整指令，可编程模块301按照与当前实际温度T对应的经验参数来调整其输出参数。

实施例3：加热区的温度达到稳态后，影响加热区温度的因素发生变化

加热区的实际温度达到设定目标1000℃，达到了稳态，此时温控单元30的温度控制参数为第三温控器304的输出参数U3和当前可编程模块U_PLC’的输出参数的集合(U3+U_PLC’)。

但在某一时刻，影响加热区温度的因素发生变化，例如通入大量气流，或者气体流速变化，或者压力突然变化，或者转速突然变化等，此时温度差值尚未来得及发生变化，如果温度控制不做调整，那么也会带来温度波动。

在本实施例中，将温度影响因素的变化量与温度变化量进行对应，形成影响加热区温度的预设参数，并存储在控制单元50中，当影响加热区温度的因素发生变化时，控制单元50根据预先存储的影响所述加热区温度的经验参数，获得温度变化量，也即又产生温度差值，控制单元50控制选择单元再一次选择相应输出范围的温控器，然后按照实施例1中的步骤逐步分级调整所述温控单元30输出的温度控制参数，直至温度再次达到稳态。

例如，气体流速变化导致温度即将降低5℃(此时需要再次升温，以弥补该变化引起的温度降低)，则位于第二温度差值范围∣ΔT2∣内，因此由原来的第三温控器304改为选择第二温控器303进行温度控制，第二温控器303的最大输出小于上一步骤中的温度控制参数，因此需要可编程模块调整输出以提供足够的电力，当前可编程模块301的输出参数U_PLC”可根据上一选择的温控单元30的温度控制参数来调整，即为上一步骤中的第三温控器304的输出参数U3和上一步骤中可编程模块的输出参数U_PLC’的集合(U3+U_PLC’)。则当前温控单元30的温度控制参数为第二温控器303的输出参数U2’和当前可编程模块U_PLC”的输出参数的集合(U2’+U_PLC”)。将当前温度控制参数输至与温控单元30相连的执行单元以调整位于加热区的加热单元的电力输入，温度升高。当温度差值再次位于第三温度差值范围∣ΔT3∣内，因此由原来的第二温控器303改为选择第三温控器304进行温度控制，第三温控器304的最大输出小于上一步骤中的温度控制参数，因此需要可编程模块调整输出以提供足够的电力，当前可编程模块301的输出参数U_PLC”’可根据上一选择的温控单元30的温度控制参数来调整，即为上一步骤中的第二温控器303的输出参数U2’和上一步骤中可编程模块的输出参数U_PLC”的集合(U2’+U_PLC”)。则当前温控单元30的温度控制参数为第三温控器304的输出参数U3’和当前可编程模块U_PLC”’的输出参数的集合(U3’+U_PLC”’)。将当前温度控制参数输至与温控单元30相连的执行单元以调整位于加热区的加热单元的电力输入，直至温度再次达到稳态。

实施例4：将加热区的温度由500℃升至1000℃，升温过程中，影响加热区温度的因素发生变化。

实施例4与实施例1的差别在于，控制单元50根据温度差值及影响加热区温度的预设参数来控制选择单元选择相应输出范围的温控器，并调整温控单元输出的温度控制参数。即将温度差值、温度影响因素的变化量引起的温度变化量结合起来一起作为选择依据。具体步骤与实施例1相同，在此不再赘述。

虽然在上文中详细说明了本发明的实施方式，但是对于本领域的技术人员来说显而易见的是，能够对这些实施方式进行各种修改和变化。但是，应理解，这种修改和变化都属于权利要求书中所述的本发明的范围和精神之内。而且，在此说明的本发明可有其它的实施方式，并且可通过多种方式实施或实现。

Claims (15)

1.一种温度控制装置，其特征在于，包括：

测温单元，用于测量加热区的实际温度；

执行单元，与位于所述加热区的加热单元电连接，用于调整所述加热单元的电力输入；

温控单元，与所述执行单元电连接，用于输出温度控制参数至所述执行单元，所述温控单元包括可编程模块和N个温控器，其中N≥2且为整数，所述N个温控器具有不同输出范围；

选择单元，与所述温控单元电连接，用于对所述温控器进行选择；

控制单元，分别与所述选择单元、所述温控单元和所述测温单元电连接，用于根据所述实际温度与设定温度的温度差值，控制所述选择单元选择相应输出范围的所述温控器，并根据选择前的所述温控单元的温度控制参数或者预先存储在所述控制单元中的与所述实际温度对应的预设参数来调整当前所述可编程模块的输出参数；

其中，选择后的所述温控单元的温度控制参数为当前被选择的所述温控器的输出参数和当前所述可编程模块的输出参数的集合。

2.根据权利要求1所述的温度控制装置，其特征在于，N个所述温控器对应设定的N个温度差值范围，N个所述温控器的输出范围依次减小，其中第一个所述温控器具有最大的最大输出值，第N个所述温控器具有最小的最大输出值；第i个所述温控器的最大输出值小于第i-1个所述温控器的最大输出值；第i个所述温控器对应的第i温度差值范围的最大值小于第i-1个所述温控器对应的第i-1温度差值范围的最小值，其中2≤i≤N，i为整数，所述选择单元根据所述温度差值所在温度差值范围选择相应的所述温控器。

3.根据权利要求2所述的温度控制装置，其特征在于，第N个所述温控器的最大输出值小于等于第一个所述温控器的最大输出值的10％。

4.根据权利要求2所述的温度控制装置，其特征在于，所述选择单元每次仅选择一个相应的所述温控器。

5.根据权利要求4所述的温度控制装置，其特征在于，所述可编程模块与第一个所述温控器之间并联设置，N个所述温控器之间串联设置；所述选择单元包括N个选择开关，第一个所述选择开关分别与第一个所述温控器和所述可编程模块电连接，以选择第一个所述温控器和所述可编程模块中的任意一个，其余的所述选择开关与剩余的所述温控器一一对应连接，所述选择开关包括多触点继电器。

6.根据权利要求1所述的温度控制装置，其特征在于，所述温控器均为PID温控器，所述可编程模块为PLC。

7.根据权利要求1所述的温度控制装置，其特征在于，所述温度控制参数小于等于所述执行单元的最大可编程值，所述执行单元包括直流可编程电源。

8.根据权利要求1所述的温度控制装置，其特征在于，所述控制单元还根据预先存储在所述控制单元中的影响所述加热区温度的预设参数，对所述选择单元进行控制以选择相应输出范围的所述温控器。

9.一种化学气相沉积设备，其特征在于，包括权利要求1-8中任一项所述的温度控制系统，所述化学气相沉积设备包括反应室和基片托盘，所述基片托盘下方区域通过加热单元进行加热以形成加热区，所述温度控制系统用于在所述加热单元对所述基片托盘下方的加热区加热时进行温度控制。

10.根据权利要求9所述的化学气相沉积设备，其特征在于，所述控制单元根据所述实际温度与设定温度的温度差值和/或在所述控制单元中预先存储的影响所述加热区温度的预设参数，对所述选择单元进行控制以选择相应输出范围的所述温控器，并调整所述温控单元输出的温度控制参数，其中，影响所述加热区温度的预设参数包括气体的流量、气体的流速、反应室内的压力以及基片托盘的转速中的任意一种或多种发生变化所对应的温度变化。

11.一种温度控制方法，其特征在于，包括：

S1：获取加热区设定温度和实际温度之间的温度差值；

S2：根据所述温度差值在温控单元包含的N个温控器中选择相应输出范围的温控器，其中N≥2且为整数，所述N个温控器具有不同输出范围；

S3：根据选择前的所述温控单元的温度控制参数或者预先存储的与所述实际温度对应的预设参数来调整当前可编程模块的输出参数；

S4：将选择后的所述温控单元的温度控制参数传输至与所述温控单元相连的执行单元以调整位于所述加热区的加热单元的电力输入，所述选择后的温度控制参数为当前被选择的所述温控器的输出参数和所述可编程模块的输出参数的集合；

S5：重复上述步骤S1-S4，直至所述温度差值达到最小使得所述实际温度与所述设定温度相一致。

12.根据权利要求11所述的温度控制方法，其特征在于，N个所述温控器对应设定的N个温度差值范围，N个所述温控器的输出范围依次减小，其中第一个所述温控器具有最大的最大输出值，第N个所述温控器具有最小的最大输出值；第i个所述温控器的最大输出值小于第i-1个所述温控器的最大输出值；第i个所述温控器对应的第i温度差值范围的最大值小于第i-1个所述温控器对应的第i-1温度差值范围的最小值，其中2≤i≤N，i为整数，所述根据所述温度差值在温控单元包含的N个温控器中选择相应输出范围的温控器，包括：

确定所述温度差值所在的所述温度差值范围，在N个所述温控器中选择所述温度差值所在的所述温度差值范围对应的一个所述温控器。

13.根据权利要求12所述的温度控制方法，其特征在于，将所述可编程模块与第一个所述温控器之间并联设置，将N个所述温控器之间串联设置；所述选择单元包括N个选择开关，第一选择开关分别与所述第一温控器和所述可编程输出模块连接，以选择所述第一温控器和所述可编程输出模块中的任意一个，其余的所述选择开关与剩余的所述温控器一一对应连接，所述选择开关包括多触点继电器。

14.根据权利要求12所述的温度控制方法，其特征在于，第N个所述温控器的最大输出值小于等于第一个所述温控器的最大输出值的10％。

15.根据权利要求11所述的温度控制方法，其特征在于，在步骤S2中，当影响所述加热区温度的因素发生变化时，还根据预先存储的影响所述加热区温度的预设参数，选择相应输出范围的所述温控器。

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