一种用于CVD设备的石墨加热器的控制方法与流程

本申请涉及半导体设备领域，具体地涉及一种用于cvd设备的石墨加热器的控制方法。

背景技术：

1、石墨作为一种耐高温、导热率高、热膨胀系数小、性能稳定的材料，在工业界得到广泛应用，其中一个最大的用途是制作高温加热器，使用温度高达2000℃以上，可以经受反复快速的热冲击。在热工设备如：烧结炉、退火炉、热处理炉等和半导体工艺设备如高温cvd、碳化硅衬底炉、碳化硅外延设备等设备上，都大量使用石墨作为加热元件。

2、作为一种通用的加热产品，其加热控制方法有很多，硬件方面：总体上分交流加热和直流加热两种；

3、在控制方法方面：分为电压控制和电流控制，1、对于精度大于±5℃以上，且对升温曲线没有严格要求的设备的加热器大多采用单相或三相交流电源供电，采用固定电压的开关通断式、电压分档式等方法进行控制；2、对要求精度达到±2℃以上的则需要用移相触发、过零触发等方法进行控制；3、需要高精度控制(±1℃及以内)的使用场合如碳化硅外延设备等，就不能采用以上简单的控制方法，因为要求放衬底的托盘温度控制精度达和衬底片内温度均匀性都达到±1℃，对升温曲线的要求也比较严格，通常需要采用直流电源并基于软件辅助进行精确控制。用于碳化硅外延设备场合时，加热器大多使用在真空、氢气、或其他反应气体的腔体内，加上加热器本身温度较高，石墨会发生缓慢的损耗，如高温升华(或蒸发)、化学反应而变成气态、经常性热伸缩而剥落等，石墨加热器寿命都会受到影响，避免不了需要进行更换。由于不同供应商提供的石墨的电阻率有差异，其电阻率的范围很宽为：10e-6ωm-16e-6ωm之间，所以更换石墨加热器后电压、电流都会发生或多或少的差异，需要更大电流、电压范围的电源进行供电，还可能会对加热控制精度造成一定的影响。

4、另外，除了不同类型的石墨有电阻率差异外，石墨本身的电阻率在不同的温度下也会发生变化，如图1所示通常室温到800℃左右升温的过程中，电阻率会下降到室温时的60-70％左右，之后，随着温度的上升，电阻率又开始增加，1800℃时会增加到室温时的1.1-1.2倍。不同厂商提供的石墨的电阻率变化也都有细微的差异，无论是石墨加热器的高精度还是低精度控制，一旦石墨的电阻发生变化，必然造成加热器的电流电压发生变化。特别是采用固定电压或分档电压的交流供电控制方式，则要求石墨加热器的电阻波动范围尽可能小，所以采用不同厂家的加热器有一定风险，升温曲线会不一样且难以平滑控制，如果电阻差异太大还有可能达不到加热功率或者电流过大造成硬件损失；采用移相触发、过零触发或直流电源等方法进行控制时，为了适应大范围的石墨加热器，往往将电源的电压范围配置得比较宽，因而造成加热时的最大电流会很大，在升温过程中升温曲线也不稳定。另外，由于加热器本身在使用过程中会升华、反应、剥落，其截面积会不断变小，导致总电阻会不断变大，当阻值上升到一定的程度，有可能因为电源电压的限制加热器达不到要求的功率或者升温曲线，必须进行更换，影响使用寿命

技术实现思路

1、为克服上述缺点，本申请的目的在于：提供一种石墨加热器的控制方法。该方法针对高精度托盘加热场合，可以提高温度控制精度，得到平滑可控的升降温曲线，提高托盘的片内温度均匀性，提高产品质量，且该方法能适应大范围电阻率变化。

2、为了达到以上目的，本申请采用如下技术方案：

3、一种用于cvd设备的石墨加热器的控制方法，所述控制方法包括如下步骤：

4、plc控制模块的第二运算单元基于接收的第一运算单元传输的第一限制参数并结合上位机下发的第二限制参数及温控仪的温度参数进行运算以得到控制信号，并传输至直流电源，

5、直流电源接收并响应所述控制信号输出控制信号匹配的电压或电流至加热器。该方法针对托盘加热场合，可以提高温度控制精度，得到平滑可控的升降温曲线，提高片内温度均匀性，提高产品质量。

6、在一实施方式中，该plc控制模块的第一运算单元基于输入的直流电源控制信号最大值，直流电源额定电压值及加热器的电阻值r进行运算以得到第一限制参数，并传输至第二运算单元。

7、在一实施方式中，该第一限制参数为电压或电流的限定百分比。

8、在一实施方式中，该用于cvd设备的石墨加热器的控制方法中，不同的温度段温控仪给出匹配对应的升温电压的限制系数rctl，所述限制系数值介于0-100％。

9、在一实施方式中，该第二限制参数为最大输出电压的限制系数rmax。

10、在一实施方式中，该用于cvd设备的石墨加热器的控制方法中基于手动方式重新输入加热器的电阻值。

11、在一实施方式中，该第二运算单元将第一限制参数、第二限制参数及温控仪的温度参数基于连乘的方式运算并输出控制信号。

12、在一实施方式中，该控制信号为升温电压限制值，为数字信号或模拟信号。

13、在一实施方式中，该控制信号采用百分制，其范围介于0-100％。

14、在一实施方式中，该温控仪控制输出为电压信号。

15、有益效果

16、相较于目前的cvd设备在每次更换石墨加热器时都需要重新精心计算，再然后再修改直流电源的内部设置参数，以调整直流电源的最大输出参数。该调整参数的过程需要专业人员来操作，且过程非常的复杂，还容易出错。而采用本申请提出的石墨加热器的控制方法，更换加热器时仅需简单操作就可以完成参数的调整，该方法容易维持加热功率和升温曲线的一致性，对保证高精度温控提供了有力保障，可以大大延长加热器使用寿命。

技术特征：

1.一种用于cvd设备的石墨加热器的控制方法，其特征在于，

2.如权利要求1所述的用于cvd设备的石墨加热器的控制方法，其特征在于，

3.如权利要求2所述的用于cvd设备的石墨加热器的控制方法，其特征在于，

4.如权利要求2所述的用于cvd设备的石墨加热器的控制方法，其特征在于，

5.如权利要求2所述的用于cvd设备的石墨加热器的控制方法，其特征在于，

6.如权利要求2所述的用于cvd设备的石墨加热器的控制方法，其特征在于，

7.如权利要求1所述的用于cvd设备的石墨加热器的控制方法，其特征在于，

8.如权利要求1所述的用于cvd设备的石墨加热器的控制方法，其特征在于，

9.如权利要求8所述的用于cvd设备的石墨加热器的控制方法，其特征在于，

10.如权利要求1所述的用于cvd设备的石墨加热器的控制方法，其特征在于，

技术总结
本申请公开一种用于CVD设备的石墨加热器的控制方法。该控制方法包括如下步骤：PLC控制模块的第二运算单元基于接收的第一运算单元传输的第一限制参数并结合上位机下发的第二限制参数及温控仪的温度参数进行运算以得到控制信号，并传输至直流电源，直流电源接收并响应所述控制信号输出控制信号匹配的电压或电流至加热器。该方法针对CVD设备的反应腔中的托盘加热场合，可以提高温度控制精度，得到平滑可控的升降温曲线，提高片内温度均匀性，提高产品质量。

技术研发人员：蒲勇,向阳,张勇,贺常乐,施建新
受保护的技术使用者：芯三代半导体科技（苏州）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12