本發(fā)明屬于溫度自動控制，具體涉及工藝爐溫度的智能控制方法及工藝爐的智能控溫系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、泛半導(dǎo)體工藝制造中氧化、鍍膜等環(huán)節(jié)常通過熱工裝備的電氣自控實現(xiàn)，溫度是其中關(guān)鍵參數(shù)之一。隨著新器件新工藝的發(fā)展，對產(chǎn)品圓片尺寸的增大以及對膜厚均勻性的要求越來越高，對控溫精度的要求越來越高。

2、實際應(yīng)用過程中，由于設(shè)備在工藝結(jié)束時需要打開反應(yīng)腔室取片，熱工裝備腔室內(nèi)的溫度必然下降，產(chǎn)品進出爐的過程中會對腔室內(nèi)的溫度造成一定的影響，尤其是爐口到爐尾各溫區(qū)溫度必然會發(fā)生改變，形成溫差梯度。由于加熱裝置采用串級控制，但傳感器為在腔室內(nèi)各溫段單點測溫的方式，無法測量整個熱場，因此在少數(shù)情況下會因為局部溫度不均而導(dǎo)致最終的工藝良率不達標。同時，導(dǎo)致下一次工藝時需要進行長時間的升溫及等待較長時間實現(xiàn)溫度均勻，嚴重影響生產(chǎn)效率，且各個溫區(qū)加熱過程中會相互影響，導(dǎo)致控溫精度差。當(dāng)工藝結(jié)束后，加熱裝置會存在長時間的空置，加熱停止，溫度持續(xù)降低。當(dāng)再次工藝時，因為加熱裝置的溫度控制具有非線性、時變性、滯后性等特點，所以會放緩升溫速率而追求溫度的穩(wěn)定性，在恒溫工程中用較長的時間，嚴重影響產(chǎn)能。

3、采用大功率快速升溫，有利于縮短工藝時間，但是腔室內(nèi)溫度響應(yīng)是一個慣性系統(tǒng)，傳統(tǒng)pid調(diào)節(jié)存在較大溫度超調(diào)，嚴重影響產(chǎn)品良率。采用緩慢升溫，有利于溫度精度的把控，但是工藝時間大大增加，嚴重影響生產(chǎn)效率。

4、隨著技術(shù)的發(fā)展對于以泛半導(dǎo)體工藝制造的管式、鏈式(板式)的摻雜和鍍膜良率提出了更高要求，要求在不損壞設(shè)備與負載的前提上，以調(diào)整熱場、縮短工藝過程控制時間為基礎(chǔ)為出發(fā)點，結(jié)合加熱爐的工藝過程工程需求，將所需要的一個產(chǎn)品進行控制輸出，不僅要求工藝時間短，還對控溫精度的要求越來越高。為了滿足需求，目前存在有以下兩種技術(shù)方案。

5、現(xiàn)有技術(shù)cn112284152a公開了一種用于工藝爐的集成溫控裝置及集成溫控方法，所述工藝爐內(nèi)設(shè)有多個溫區(qū)，所述集成溫控裝置包括主控裝置以及多個pid控制裝置，所有pid控制裝置均與主控裝置電連接，所述pid控制裝置與所述溫區(qū)數(shù)量相同且一一匹配，用于對各個溫區(qū)進行溫控；所述pid控制裝置包括：高精度溫度傳感器，設(shè)于所述溫區(qū)中，用于采集所述溫區(qū)的實際溫度；第一pid控制器，與所述高精度溫度傳感器電連接，用于根據(jù)所述溫區(qū)的實際溫度、所述溫區(qū)的設(shè)定溫度兩者來輸出所述溫區(qū)的溫控信號；以及加熱器控制裝置，與所述第一pid控制器電連接，用于根據(jù)所述溫控信號來控制所述溫區(qū)中的加熱器工作。通過上述設(shè)置，可解決目前工藝爐中溫控精度差、爐氣均勻性差等一系列爐溫溫控問題。該現(xiàn)有技術(shù)然能提高溫度的準確性，但是它需要高精度溫度傳感器，將工藝爐分為n個溫區(qū)，則需要n個高精度溫度傳感器，成本高。由于各個溫區(qū)之間相互影響爐內(nèi)溫度均衡慢，導(dǎo)致工藝時間過長，影響產(chǎn)能。

6、現(xiàn)有技術(shù)cn111158235a公開了一種基于改進型pid控制算法的溫度控制方法及裝置，首先設(shè)定被控對象目標溫度，并獲取被控對象實際溫度；根據(jù)所述被控對象實際溫度與被控對象目標溫度的誤差，采用pid控制算法得出溫度源輸出功率；然后設(shè)定溫度源溫度上限、溫度源溫度下限，并獲取溫度源溫度；根據(jù)所述溫度源溫度與設(shè)定的溫度源溫度上限、溫度源溫度下限的關(guān)系，對所述pid控制算法得出的溫度源輸出功率進行補償；最后根據(jù)補償后的溫度源輸出功率數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)溫度源的最終輸出功率。該現(xiàn)有技術(shù)存在溫度誤差范圍比較大的問題，該算法還存在超溫問題只要存在溫差它就會不停的加熱，一直加熱至設(shè)定溫度值才會停止加熱，但是工藝爐腔室內(nèi)溫度響應(yīng)是一個慣性系統(tǒng)，當(dāng)它停止加熱時，腔室內(nèi)溫度還是會繼續(xù)短暫上升，這導(dǎo)致爐內(nèi)溫度存在較大溫度超調(diào)，對于對溫度要求較高的產(chǎn)品，一旦溫度過高將會對產(chǎn)品造成不良影響。

7、綜上所述，現(xiàn)有的技術(shù)雖然一定程度上能提高工藝過程的性能、效率，但是存在成本增加、溫度超調(diào)等問題，隨著新器件新工藝的發(fā)展，對溫度精度的要求越來越高，目前的技術(shù)方案沒辦法應(yīng)對市場的剛需。

8、為此，本發(fā)明提出一種新的工藝爐溫度的智能控制方法及工藝爐的智能控溫系統(tǒng)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決技術(shù)問題：如何避免pid參數(shù)的頻繁調(diào)整，縮短再次工藝的回溫時間，提高生產(chǎn)效率。

2、本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種工藝爐溫度的智能控制方法，將工藝爐腔體內(nèi)部劃分為多個溫區(qū)，計算整定參數(shù)，結(jié)合腔體內(nèi)溫度升溫過程，將溫區(qū)分為全速加熱區(qū)、預(yù)測控溫區(qū)和pid控溫區(qū)；包括如下步驟：

4、步驟s1、初始時，冷爐時，工藝爐開始100％輸出功率全速加熱；

5、步驟s2、計算預(yù)測控溫區(qū)需要加熱的時長和加熱后所達到的溫度；

6、步驟s3、根據(jù)加熱后升溫速率是否達到設(shè)定的閾值，以及加熱時間及加熱后溫度是否與預(yù)期符合，進行溫度補償，繼續(xù)加熱；或在預(yù)加熱時間點關(guān)閉輸出功率，停止加熱；

7、步驟s4、重新100％輸出功率持續(xù)加熱；

8、步驟s5、重復(fù)步驟s3、步驟s4，使腔體內(nèi)溫度曲線按照預(yù)測進入pid控溫區(qū)范圍內(nèi)，最終接近所設(shè)目標溫度值；

9、步驟s6、采取預(yù)熱補償自控方法，進行升溫至所設(shè)目標溫度值。

10、進一步地，整定參數(shù)包括最大升溫速率vkm、最大降溫速率vkc、溫度回調(diào)值、遲滯時長和溫度保護值，通過這些整定參數(shù)來對預(yù)測控溫區(qū)的溫度曲線計算分析，當(dāng)實際溫度曲線與預(yù)測溫度曲線不一致時，通過整定參數(shù)來調(diào)整溫度曲線，使得溫度曲線能按預(yù)期達到理想點位。

11、進一步地，步驟s2中，在預(yù)測控溫區(qū)進行加熱后等待，等待時間與遲滯時長相關(guān)，等待時間內(nèi)用于觀察加熱后升溫速率是否達到設(shè)定的閾值，加熱時間及加熱后溫度是否與預(yù)期符合，如果未達到則對其溫度補償，繼續(xù)加熱；如果會超溫則同樣等待和遲滯時長相關(guān)的一段時間結(jié)合當(dāng)前速率再次是否加熱進行判斷，保證在預(yù)測控溫區(qū)腔體內(nèi)溫度曲線與預(yù)測溫度曲線走勢一致，通過預(yù)測，在其預(yù)加熱時間點關(guān)閉輸出功率。

12、進一步地，步驟s6為，根據(jù)不同的工況設(shè)定溫度上下限對應(yīng)的溫度閾值tmac與溫度谷值tlow，設(shè)備的信息系統(tǒng)在未做工藝的情況下持續(xù)在線讀取外熱偶的實時測量溫度，當(dāng)溫度測量值低于溫度谷值時工作升溫，當(dāng)溫度升至閾值時停止升溫，通過外環(huán)單回路控制實現(xiàn)。

13、進一步地，外環(huán)單回路控制的pid控制算法模型為

14、

15、pout表示輸出；k表示比例系數(shù)；δe表示溫度偏差，即當(dāng)前溫度tt與設(shè)定溫度ts的差值(ts-tt)；ti表示積分時間常數(shù)；td表示微分時間常數(shù)。

16、進一步地，步驟s6包括以下步驟：

17、步驟s61、啟動工藝爐配套的信息系統(tǒng)通信，通過信息系統(tǒng)寫入工藝爐的溫度閾值tmac、溫度谷值tlow、設(shè)定溫度ts；

18、步驟s62、設(shè)備的信息系統(tǒng)在未做工藝的情況下，持續(xù)在線讀取外熱偶的實時測量的初始溫度t0，在加熱裝置等待空閑、無工藝制造且工藝爐的初始溫度t0低于溫度谷值tlow的情況下開啟加熱；

19、步驟s63、做外偶單回路整定，系統(tǒng)模擬計算得到控制所需的pid值；

20、步驟s64、溫度從谷值tlow升到設(shè)定溫度ts，停止加熱，保溫；

21、步驟s65、當(dāng)溫度再次跌落低于谷值tlow時，重復(fù)步驟s64；當(dāng)接收到需要再次工藝的信號時，升溫至溫度閾值tmac；

22、步驟s66、達到溫度閾值tmac，打開腔室，等待進行工藝。

23、進一步地，步驟s63的整定采用繼電整定法進行整定，即通過開關(guān)功率實現(xiàn)溫區(qū)的溫度振蕩。

24、進一步地，繼電整定采用間隔整定的方式整定。

25、本發(fā)明還提供一種工藝爐的智能控溫系統(tǒng)，基于上述的智能控制方法，包括正常控制模塊和取代控制模塊，正?？刂颇K基于pid控制，正?？刂颇K用于在工藝爐溫度達到穩(wěn)態(tài)情況下工作；取代控制模塊基于預(yù)測控制，取代控制模塊用于工藝結(jié)束后重新把新的產(chǎn)品送進工藝爐內(nèi)加熱鍍膜時工作。

26、進一步地，還包括模式選擇模塊，模式選擇模塊包括加熱模式、預(yù)測模式、恒溫模式、進舟模式、出舟模式。

27、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

28、(1)本發(fā)明利用先進pid控制技術(shù)，將預(yù)測控制與pid超馳控制技術(shù)相結(jié)合，該技術(shù)結(jié)合腔體內(nèi)溫度升溫過程，將溫度劃分為全速區(qū)、預(yù)測控溫區(qū)和pid控制區(qū)。通過分析預(yù)測提前停止加熱，利用溫度慣性靠近目標溫度值，實現(xiàn)快速加熱，減少超調(diào)的一個效果；這種技術(shù)能夠有效的對溫度進行預(yù)測控制，使得pid控制可以工作在很窄的溫度范圍內(nèi)，這一特性大大強化了pid參數(shù)的溫度適用范圍，避免了pid參數(shù)的頻繁調(diào)整，縮短加熱時間，提高了生產(chǎn)效率。

29、(2)本發(fā)明在裝載好硅基之后，滿載的載片機構(gòu)可以直接進入腔室做工藝。由于腔室內(nèi)溫度長時間在設(shè)定溫度做保溫處理，熱場分布更均勻。當(dāng)進行工藝時，可以保障受熱均勻，提升良率，同時縮短工藝所需升溫和恒溫時間。

30、(3)本發(fā)明每次產(chǎn)品工藝結(jié)束后，工藝爐也可以根據(jù)進舟和恒溫不同模式需求，自動切換不同的控制方式，利用超馳技術(shù)實現(xiàn)選擇性控制，使得系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)和異常情況下均能可靠、安全工作。