半导体温控系统负载模拟的方法、装置和电子设备与流程

1.本技术涉及半导体温度控制设备领域，具体而言，涉及一种半导体温控系统负载模拟的方法、装置和电子设备。


背景技术：

2.半导体温控系统用来在集成电路制造工艺中提供稳定流量、稳定温度的循环液体，其在样机测试阶段需要尽量模拟现场负载曲线进行样机测试，以保证厂内测试与现场的一致性。目前负载曲线的控制通过人工识别及模拟，自动化程度较低，人工操作量大。


技术实现要素：

3.本技术提供一种半导体温控系统负载模拟的方法、装置和电子设备，通过识别负载曲线数据，根据温度变化率识别出单个周期中升降温及恒定负载各个阶段的节点时间及具体温度值，进一步在升降温阶段通过升降温最大速率修正对应输出的加热量，在恒定负载阶段通过热量计算得到对应输出的加热量，来实现输出温度曲线与已知负载曲线的吻合，进一步实现自动化的测试。
4.根据本技术的一方面，提供一种半导体温控系统负载模拟的方法，用于模拟主工艺设备的半导体工艺制程，包括：获取半导体温控系统的包含多个半导体工艺制程周期的温度曲线；基于所述半导体工艺制程周期的温度曲线判断单个所述半导体工艺制程周期的负载状态；根据单个所述半导体工艺制程周期的负载状态，计算模拟所述主工艺设备的工况时所需的加热量并输出。
5.根据一些实施例，单个所述半导体工艺制程周期的负载状态包括空载、升温、恒定负载、降温。
6.根据一些实施例，所述半导体工艺制程周期的温度曲线包括所述半导体温控系统的出口温度值和回口温度值。
7.根据一些实施例，基于所述半导体工艺制程周期的温度曲线判断单个所述半导体工艺制程周期的负载状态，包括：设定变化率阈值r
空
；根据所述半导体工艺制程周期的温度曲线记录的回口温度值获取单个所述半导体工艺制程周期的回口温度每秒变化率r；通过所述回口温度每秒变化率r与所述阈值r
空
的比较结果，记录所述回口温度每秒变化率r发生变化的时间节点；根据所述时间节点获取单个所述半导体工艺制程周期的负载状态。
8.根据一些实施例，所述回口温度每秒温度变化率r为当前回口温度值与上一秒的回口温度值之差。
9.根据一些实施例，所述回口温度每秒变化率r与所述阈值r
空
的比较结果，包括：r≥r
空
时，所述回口温度上升，对应的所述负载状态为升温；
‑
r
空
<r<r
空
时，所述回口温度不变，对应的所述负载状态为空载或恒定负载；r≤
‑
r
空
时，所述回口温度下降，对应的所述负载状态为降温。
10.根据一些实施例，所述负载状态为空载或恒定负载，包括：设定温度阈值t；获取所
述当前回口温度值与当前出口温度值的差值t’；当t’<t时，所述负载状态为空载，t>t’时，所述负载状态为恒定负载。
11.根据一些实施例，所述主工艺设备的工况包括升温工况、降温工况和恒定负载工况。
12.根据本技术的一方面，提供一种用于半导体温控系统的负载模拟装置，所述半导体温控系统包括循环系统、出口、回口以及出口温度传感器、回口温度传感器、出口流量传感器，所述负载模拟装置包括：加热器，与所述半导体温控系统的出口、回口相连，模拟半导体工艺制程，对所述半导体温控系统的循环液体进行加热；采集单元，与所述半导体温控系统的出口温度传感器、回口温度传感器以及出口流量传感器相连，获取出口温度、回口温度和出口流量；控制单元，根据所述采集单元获取的数据计算模拟半导体主工艺设备工况所需的加热量；输出单元，与所述加热器相连并依据所述控制单元的计算结果控制所述加热器进行加热。
13.根据一些实施例，所述控制单元根据所述采集单元获取的数据计算模拟半导体主工艺设备工况所需的加热量，包括：升温工况，控制加热量h
out
为100％输出，获取所述回口温度由半导体工艺制程周期的空载温度升温到所述半导体工艺制程周期的最高温度所需时间t0，相同液体量及相同状态下，升温加热量h
out升温
与升温时间t
升温
成反比，升温加热量h
out升温
＝100％*t0/t
升温
；降温工况，控制加热量h
out
为0％输出，获取所述回口温度由所述最高温度降温到所述空载温度所需时间t1，维持所述最高温度的加热量h
outmax
，相同液体量及相同状态下，降温加热量h
out降温
与降温时间t
降温
成正比，降温加热量h
out降温
＝h
outmax
*(1
‑
t1/t
降温
)；恒定负载工况，计算单个所述半导体工艺制程周期中恒定负载状态所述加热器输出的功率w
n
，设定所述加热器的最大功率为w，恒定负载加热量h
out恒定
＝100％*w
n
/w。
14.根据一些实施例，计算单个所述半导体工艺制程周期中恒定负载状态所述加热器输出的功率w
n
，包括：通过下列公式所述加热器输出的功率w
n
，w
n
＝ρ*c*f*δt*60/3.6*109，其中，n为单个所述半导体工艺制程周期的序号，ρ为所述半导体温控系统循环液体的密度，c为所述半导体温控系统循环液体的比热容，f为单位时间所述半导体温控系统循环液体的流量，δt为单个所述半导体工艺制程周期中所述回口温度与所述空载温度的温度差。
15.根据一些实施例，所述输出单元包括固态继电器。
16.根据一些实施例，所述输出单元通过输出占空比控制所述加热器进行加热。
17.根据本技术的一方面，提供一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序；当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得一个或多个处理器实现如前述的方法。
18.根据示例实施例，本技术的技术方案通过系统自动识别负载曲线，满足输出曲线同已知负载曲线吻合，实现自动化测试代替人工测试，不仅提高了测试的一致性和准确性，同时降低了人工参与程度，提高了测试效率。
19.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本技术。
附图说明
20.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使
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技术的一些实施例。
21.图1示出根据本技术示例实施例的一种半导体温控系统及负载模拟装置的框图。
22.图2示出根据本技术示例实施例的用于半导体温控系统的负载模拟装置的控制方法流程图。
23.图3示出根据本技术示例实施例的半导体工艺制程周期的温度曲线图。
24.图4示出根据本技术示例实施例的半导体工艺制程周期的回口温度变化率图。
25.图5示出根据本技术示例实施例的回口温度的模拟变化曲线图。
26.图6示出根据本技术示例实施例的电子设备的框图。
具体实施方式
27.现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本技术将全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。
28.所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有这些特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方式、组元、材料、装置或操作等。在这些情况下，将不详细示出或描述公知结构、方法、装置、实现、材料或者操作。
29.附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解，而有的操作/步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。
30.本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
31.半导体温控系统用来在集成电路制造工艺中提供稳定流量、稳定温度的循环液体。在样机测试阶段、量产调试、不同机型数据对比时，都需要进行大量调试及功能验证测试的工作，尽量模拟现场负载曲线进行样机测试，以保证厂内测试与现场的一致性。
32.半导体温控系统在制程工艺中由于吸收主工艺设备的热量，会造成回口温度升高。同时主工艺设备的工艺制程呈周期性变化，对应回口温度也随之呈周期性变化，形成负载曲线。目前负载曲线的控制通过人工识别及模拟，自动化程度较低，人工操作量大。
33.本技术提供一种用于半导体温控系统负载模拟的方法和装置，通过自动识别负载曲线，对应控制负载的输出大小，实现负载自动化测试，不仅提高了测试的一致性和准确性，同时降低了人工参与程度，提高了测试效率。
34.下面将参照附图，对根据本技术实施例的技术方案进行详细说明。
35.图1示出根据本技术示例实施例的一种半导体温控系统及负载模拟装置的框图。
36.如图1所示，半导体温控系统110包括循环系统1101、出口1102、回口1103、回口温
度传感器1104、出口温度传感器1105和出口流量传感器1106。
37.循环系统1101与出口1102、回口1103通过管道连接，通过所述出口将已通过所述循环系统冷却的循环液体输送至负载模拟装置120，并从所述回口接收通过所述负载模拟装置的所述循环液体。
38.根据本技术的示例实施例，所述管道为不锈钢波纹管。
39.一般地，所述循环液体包括纯水、乙二醇、电子氟化液等，可根据运行温度范围不同进行选择，在本技术的示例实施例中，所述循环液体为电子氟化液。
40.回口温度传感器1104与所述循环系统及负载模拟装置120电连接，用于采集所述半导体温控系统回口处所述循环液体的温度。
41.出口温度传感器1105与所述循环系统及负载模拟装置120电连接，用于采集所述半导体温控系统出口处所述循环液体的温度。
42.出口流量传感器1106与所述循环系统及负载模拟装置120电连接，用于采集所述半导体温控系统出口处所述循环液体的流量。
43.负载模拟装置120用于模拟半导体工艺制程，对所述半导体温控系统进行测试，包括加热器1201、采集单元1202、控制单元1203和输出单元1204。
44.加热器1201通过所述管道与所述半导体温控系统的出口1102、回口1103连接，并与输出单元1204电连接，通过所述输出单元控制所述加热器的功率，对所述管道中的所述半导体温控系统的循环液体进行加热。
45.根据一些实施例，所述加热器为电阻丝。
46.采集单元1202与所述半导体温控系统的回口温度传感器1104、出口温度传感器1105和出口流量传感器1106电连接，用于采集所述半导体温控系统中的循环液体的温度数据和流量数据。
47.控制单元1203通过所述采集单元获取的所述温度数据和所述流量数据，计算模拟半导体工艺制程所需热量，进而计算所述加热器输出功率的输出占空比。
48.输出单元1204根据所述控制单元计算得出的所述加热器输出功率的输出占空比，控制并调整所述加热器的功率，以使得所述半导体温控系统的回口温度变化曲线与所述半导体工艺制程的负载曲线吻合。
49.一般地，所述输出单元包括固态继电器和可控硅。
50.根据本技术的示例实施例，所述输出单元为固态继电器，通过占空比控制所述加热器的通断电，进而控制输出功率。
51.图2示出根据本技术示例实施例的用于半导体温控系统的负载模拟装置的控制方法流程图。
52.如图2所示，在s201，获取半导体温控系统的出口温度值、回口温度值，形成包含多个半导体工艺制程周期的温度曲线。
53.根据一些实施例，所述出口温度值和所述回口温度值可通过出口温度传感器、回口温度传感器获取。
54.根据一些实施例，所述半导体温控系统在制程工艺中由于吸收主工艺设备的热量，会造成所述半导体温控系统的回口温度升高。同时主工艺设备的工艺制程呈周期性变化，对应所述回口温度也随之呈周期性变化。
55.如图3所示，半导体工艺制程的温度曲线图的纵坐标代表温度值，横坐标代表获取所述温度值对应的时间。
56.图中蓝色曲线为在所述半导体工艺制程中，所述半导体温控系统的出口温度变化曲线，循环液体经循环系统冷却后，通过所述半导体温控系统的出口输送至所述半导体工艺制程的负载装置，用于吸收所述主工艺设备产生的热量。
57.一般地，由所述半导体温控系统的出口输送的所述循环液体温度为恒定值，在本技术的示例实施例中设定为
‑
20℃，即所述半导体温控系统的出口温度为
‑
20℃。
58.图中橙色曲线为在所述半导体工艺制程中，所述半导体温控系统的回口温度变化曲线，一般地，所述主工艺设备的工艺制程呈周期性变化，对应所述回口温度也随之呈周期性变化，即所述半导体温控系统的回口温度变化曲线包含多个所述半导体工艺制程周期。
59.进一步地，所述半导体温控系统的出口温度变化曲线和回口温度变化曲线组合，形成包含多个所述半导体工艺制程周期的温度曲线。
60.在s203，基于在s201步骤形成的温度曲线，判断单个所述半导体工艺制程周期的负载状态。
61.根据一些实施例，将所述半导体工艺制程周期的温度曲线按周期进行拆分，并每秒采集一次出口温度值和回口温度值，以用于获取单个所述半导体工艺制程周期的回口温度每秒变化率r。
62.一般地，所述回口温度每秒温度变化率r为当前所述回口温度值与上一秒所述回口温度值之差。
63.所述回口温度每秒变化率的曲线如图4所示。
64.根据所述回口温度每秒变化率的曲线中所述回口温度每秒温度变化率r的正负值，可判断所述回口温度的升温、降温方向，进而获取对应的所述半导体工艺制程周期的负载状态。
65.根据一些实施例，单个所述半导体工艺制程周期的负载状态包括空载、升温、恒定负载、降温。
66.根据一些实施例，设置阈值r
空
，所述阈值为经验参数，可根据负载模拟装置的情况进行调整。
67.例如，r≥r
空
时，所述回口温度上升，对应的所述负载状态为升温；r≤
‑
r
空
时，所述回口温度下降，对应的所述负载状态为降温。
68.当
‑
r
空
<r<r
空
时，所述回口温度不变，对应的所述负载状态为空载或恒定负载。
69.进一步地，预先设定温度阈值t并实时获取所述当前回口温度值与当前出口温度值的差值t’，当t’<t时，所述负载状态为空载，t>t’时，所述负载状态为恒定负载。
70.记录所述回口温度每秒变化率r发生变化的时间节点，与所述半导体工艺制程周期的温度曲线进行比较分析，对应地可获取单个所述半导体工艺制程周期的时间节点。
71.例如，所述回口温度每秒变化率r发生变化的时间节点：s1、s2、s3、s4、s5和s6，如图5所示，即为单个所述半导体工艺制程周期的时间节点，相应地，所述单个所述半导体工艺制程周期分为7个阶段。
72.具体地，单个所述半导体工艺制程周期的7个阶段包括：开始时间到s1为空载状态，s1到s2为升温状态，s2到s3为恒定负载状态，s3到s4为升温状态，s4到s5为恒定负载状
态，s5到s6为降温状态，s6到结束为空载状态。
73.在s205，根据单个所述半导体工艺制程周期的负载状态，计算所述负载模拟装置模拟半导体主工艺设备工况时所需的加热量并通过所述负载模拟装置的加热器输出。
74.根据一些实施例，所述半导体主工艺设备工况包括升温工况、降温工况和恒定负载工况。
75.在升温或降温工况下，通过升降温时输出功率与升降温速率的关系，修正并调整所述负载模拟装置的加热器的加热量，模拟所述半导体工艺制程周期中所述回口温度的变化。
76.例如，在升温工况下，控制所述加热器的加热量h
out
为100％输出，获取所述回口温度由所述半导体工艺制程周期的空载温度升温到所述半导体工艺制程周期的最高温度所需时间t0，相同液体量及相同状态下，升温加热量h
out升温
与升温时间t
升温
成反比，升温加热量h
out升温
＝100％*t0/t
升温
。
77.进一步地，如图5所示，可以得到s1到s2阶段所述加热器输出的加热量h
out12
与升温时间t
12
的计算公式：h
out12
＝100％*t0/t
12
，并计算出加热量h
out12
。同理可以得到s3到s4阶段所述加热器输出的加热量h
out34
＝100％*t0/t
34
。
78.再例如，在降温工况下，控制所述加热器的加热量h
out
为0％输出，获取所述回口温度由所述最高温度降温到所述空载温度所需时间t1，维持所述最高温度的加热量h
outmax
，相同液体量及相同状态下，降温加热量h
out降温
与降温时间t
降温
成正比，降温加热量h
out降温
＝h
outmax
*(1
‑
t1/t
降温
)。
79.进一步地，如图5所示，可以等到s5到s6阶段所述加热器输出的加热量h
out56
与升温时间t
56
的计算公式：h
out56
＝h
outmax
*(1
‑
t1/t
56
)，并计算出加热量h
out56
。
80.在恒定负载工况下，通过比热容公式q＝c*m*δt计算所述负载模拟装置的加热器输出的功率。
81.一般地，比热容公式q＝c*m*δt计算得到的数据的单位为焦耳j，所述加热器功率单位为kw，另外流量f单位为l/min，密度ρ单位为kg/m3，比热容c单位j/kgk，经换算，可推导出单个所述半导体工艺制程周期中恒定负载状态所述加热器输出的功率w
n
的计算公式：
82.w
n
＝ρ*c*f*δt*60/3.6*10983.其中，n为单个所述半导体工艺制程周期的序号，ρ为所述半导体温控系统循环液体的密度，c为所述半导体温控系统循环液体的比热容，f为单位时间所述半导体温控系统循环液体的流量，δt为单个所述半导体工艺制程周期中所述回口温度与所述空载温度的温度差。
84.根据一些实施例，设定所述加热器的最大功率为w，恒定负载状态下，所述加热器的加热量h
out恒定
＝100％*w
n
/w。
85.根据本技术示例实施例，基于上述方法计算得出的各阶段所述加热器的输出占空比，控制所述加热器按单个所述半导体工艺制程周期包含的时间节点输出相应功率。
86.图6示出本技术示例实施例的电子设备的框图。
87.如图6所示，电子设备600仅仅是一个示例，不应对本技术实施例的功能和使用范围带来任何限制。
88.如图6所示，电子设备600以通用计算设备的形式表现。电子设备600的组件可以包
括但不限于：至少一个处理单元610、至少一个存储单元620、连接不同系统组件(包括存储单元620和处理单元610)的总线630、显示单元640等。其中，存储单元存储有程序代码，程序代码可以被处理单元610执行，使得处理单元610执行本说明书描述的根据本技术各种示例性实施方式的方法。例如，处理单元610可以执行如图2中所示的方法。
89.存储单元620可以包括易失性存储单元形式的可读介质，例如随机存取存储单元(ram)6201和/或高速缓存存储单元6202，还可以进一步包括只读存储单元(rom)6203。
90.存储单元620还可以包括具有一组(至少一个)程序模块6205的程序/实用工具6204，这样的程序模块6205包括但不限于：操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。
91.总线630可以为表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储单元总线或者存储单元控制器、外围总线、图形加速端口、处理单元或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。
92.电子设备600也可以与一个或多个外部设备700(例如键盘、指向设备、蓝牙设备等)通信，还可与一个或者多个使得用户能与该电子设备600交互的设备通信，和/或与使得该电子设备600能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如路由器、调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(i/o)接口650进行。并且，电子设备600还可以通过网络适配器660与一个或者多个网络(例如局域网(lan)，广域网(wan)和/或公共网络，例如因特网)通信。网络适配器660可以通过总线630与电子设备600的其它模块通信。应当明白，尽管图中未示出，可以结合电子设备600使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、raid系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。
93.通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员易于理解，这里描述的示例实施例可以通过软件实现，也可以通过软件结合必要的硬件的方式来实现。根据本技术实施例的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是cd
‑
rom，u盘，移动硬盘等)中或网络上，包括若干指令以使得一台计算设备(可以是个人计算机、服务器、移动终端或者网络设备等)执行根据本技术实施例的方法。
94.软件产品可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以为但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(cd
‑
rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。
95.计算机可读存储介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了可读程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。可读存储介质还可以是可读存储介质以外的任何可读介质，该可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。可读存储介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、有线、光缆、rf等等，或者上述的任意合适的组合。
96.可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本技术操作的程序
代码，程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如java、c 等，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“c”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。在涉及远程计算设备的情形中，远程计算设备可以通过任意种类的网络，包括局域网(lan)或广域网(wan)，连接到用户计算设备，或者，可以连接到外部计算设备(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
97.上述计算机可读介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被一个该设备执行时，使得该计算机可读介质实现前述功能。
98.本领域技术人员可以理解上述各模块可以按照实施例的描述分布于装置中，也可以进行相应变化唯一不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
99.根据本技术的一些实施例，本技术的技术方案可在不同负载状态阶段通过不同方法控制负载模拟装置的加热器输出对应的加热量，进而满足负载模拟状态下的温度曲线同已知的半导体制程工艺的温度曲线的吻合，实现负载曲线的自动识别和自动化测试。
100.以上对本技术实施例进行了详细介绍，以上实施例的说明仅用于帮助理解本技术的方法及其核心思想。同时，本领域技术人员依据本技术的思想，基于本技术的具体实施方式及应用范围上做出的改变或变形之处，都属于本技术保护的范围。综上所述，本说明书内容不应理解为对本技术的限制。