半导体清洗设备化学药液快速加热系统的制作方法

1.本实用新型涉及一种加热系统，具体是一种半导体清洗设备化学药液快速加热系统，属于化学药液加热技术领域。


背景技术：

2.硅片表面清洗是晶圆生产过程中的很重要的步骤，几乎所有的硅片经过其他工艺处理后都需要进行表面的清洗，来保持表面的洁净。现有的清洗方法主要是湿法化学工艺，经常用到酸碱性药液，把药液加热到某种温度，然后再把硅片放到药液槽内进行清洗。
3.目前常用的加热药液的方式是管线加热方法，在药液的循环管路中加入加热器，靠加热器加热循环管路中的化学药液，加热速度慢，一般一个化学药液池中的药液有60l-90l左右，对工艺要求温度高的化学药液，加热到要求的温度需要几个小时，严重影响了生产效率。由于化学药液加热速度慢，故在生产间歇期也不能停止对化学药液的加热，这就导致了一些蒸发量大的化学药液消耗量较大，从而导致了生产成本的增加。
4.另外，硅片对化学药液的温度要求很高，需要化学药液的温度持续恒定，温度的微小变化都容易导致硅片清洗不干净。因此，如何提高化学药液的加热速度并保持温度的恒定是本领域亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

5.针对上述现有技术存在的问题，本实用新型提供一种半导体清洗设备化学药液快速加热系统，能够快速加热化学药液并保持其温度恒定。
6.为实现上述目的，本实用新型一种半导体清洗设备化学药液快速加热系统，包括化学药液池、循环管路和电压取样比较电路，循环管路与化学药液池连通，化学药液池内安装有第一加热器和第一温度采集装置，循环管路上连接有第二加热器、第二温度采集装置和循环泵，所述第一加热器、第二加热器和循环泵均通过电源开关与主电源电连接；
7.还包括温度控制系统，其内部预先设定有温度值t，用于接收温度采集装置采集的温度信号，并根据接收到的信号控制电源开关断开或闭合。第一加热器和第二加热器同时加热，实现了化学药液快速升温的目的，同时通过温度采集装置实时采集化学药液池和循环管路内的化学药液的温度，并将实时温度传送至温度控制系统，温度控制系统根据接收到的温度信息控制电源开关的断开或闭合，从而控制两个加热器和循环泵的工作状态(工作或不工作)，从而保持化学药液温度的恒定。
8.优选地，第一加热器、第二加热器和循环泵分别通过电源开关s1、s2、s3与主电源电连接，温度控制系统分别控制电源开关s1、s2、s3断开或闭合，实现了分别控制第一加热器、第二加热器和循环泵工作或不工作，从而实现了对化学药液的局部加热或不加热，进一步保证了化学药液池和循环管路中化学药液温度的稳定性。
9.进一步，还包括报警器和电压取样比较电路；所述报警器与温度控制系统电连接；所述电压取样比较电路包括取样电阻r
ref
，电阻r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7、r8、r9和r10，运算
放大器u1、u2、u3，比较器u4，电容c1，以及稳压二极管d1；
10.其中，取样电阻r
ref
连接在第一加热管和主电源之间的电路上，其一端通过电阻r1接运算放大器u1正输入端，其另一端通过电阻r2接运算放大器u2正输入端，运算放大器u1负输入端接其输出端，运算放大器u2负输入端接其输出端；运算放大器u3负输入端通过电阻r3接运算放大器u1输出端、通过电阻r5接其输出端，其正输入端通过电阻r4接运算放大器u2负输入端、通过电阻r6接地，其输出端接比较器u4正输入端；比较器u4正输入端通过电阻r10接其输出端，其输出端接温度控制系统输入端，其负输入端通过电阻r9接地，电阻r9通过电阻r8接15v电压；电容c1一端接在运算放大器u3和运算放大器u4之间的电路上，另一端接地，电阻r7与电容c1并联；二极管d1正极接运算放大器u4输出端，其负极接3.3v电压。
11.当取样电阻r
ref
的取样电压v
ref
大于参考电压v0时，比较器u4触发，给温度控制系统一个高电平3.3v，温度控制系统接收到该信号后，判断第一加热器损坏，控制电源开关断开，加热器和循环泵失电，停止工作；同时控制报警器发出报警信号，以便工作人员及时将u型加热管从化学药液池内取出，防止了破损的第一加热器继续停留在化学药液池，避免了其对化学药液池造成损坏。
12.进一步，化学药液池内底部铺设有s型弯曲冷却管，冷却管进口端通过开关阀s4连接冷却装置出口端，冷却管出口端连接冷却装置进口端，冷却装置与主电源相连，开关阀s4与温度控制系统电连接。当温度采集装置采集到的实时温度大于温度控制系统内部设定的温度值t时，温度控制系统就会控制开关阀s4打开，冷却装置向冷却管中输入pcw冷却水，对化学药液进行降温；否则，控制开关阀s4关闭，冷却装置停止向冷却管中输入pcw冷却水，进一步保证了化学药液的温度始终保持在要求的温度。
13.优选地，第一温度采集装置为第一温度传感器，所述第二温度采集装置为第二温度传感器。
14.进一步，循环管路上还连接有过滤器。过滤器对化学药液起到了净化的作用，使得硅片清洗的更加干净。
15.优选地，第一加热器为u型加热管，所述第二加热器为s弯曲型管线加热器，增大了化学药液与加热器的接触面积，进一步提高了加热器对化学药液的加热速度。
16.与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
17.1)本实用新型设有两个加热器同时对化学药液池和循环管路中的化学药液进行加热，提高了化学药液的加热速度，使化学药液在更短的时间内的达到设定温度(要求的温度)，两个加热器也可在不同时间分别对化学药液池和循环管路中的化学药液进行加热，实现了对化学药液的局部加热。
18.2)本实用新型安装了两个温度采集装置，分别采集化学药液池和循环管路中化学药液的温度，并根据采集的温度分别控制化学药液池和循环管路中的加热器工作或不工作，使得化学药液池和循环管路中的化学药液的温度能够始终保持一致并恒定在设定温度。
19.3)本实用新型还包括电压取样比较电路和报警器，一旦取样电阻r
ref
的电压大于参考电压，温度控制系统就会判断第一加热器损坏，从而控制所有电源开关断开，加热器和循环泵失电停止工作，同时控制报警器发出报警信号，以便工作人员及时取出损坏的第一加热器，有效地保护了化学药液池和清洗设备。
附图说明
20.图1是本实用新型加热系统一实施例结构示意图；
21.图2是本实用新型加热系统另一实施例结构示意图。
22.图3本实用新型加热系统取样比较电路原理图。
23.图4是本实用新型控制方法流程示意图。
24.图5是本实用新型加热系统冷却管结构示意图。
25.图中：1-化学药液池，2-循环管路，3-冷却管，t1-第一温度传感器，t2-第二温度传感器。
具体实施方式
26.下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
27.如图1所示，本实用新型一种半导体清洗设备化学药液快速加热系统，包括
28.化学药液池1，用于盛放化学药液；
29.循环管路2，其进口端连接化学药液池1出口端，其出口端连接化学药液池1进口端；
30.第一加热器，安装在化学药液池1内，用于加热化学药液池1内的化学药液；
31.第二加热器，连接在循环管路2上，用于加热循环管路2中的化学药液；
32.循环泵，采用隔膜泵，连接在循环管路2上，用于循环化学药液池1和循环管路2中的化学药液，同时均匀了化学药液池1和循环管路2中化学药液的温度；
33.第一温度采集装置，与温度控制系统相连，用于采集化学药液池1内化学药液的温度t1；
34.第二温度采集装置，与温度控制系统相连，用于采集循环管路2中化学药液的温度t2；
35.主电源，通过电源开关与第一加热器、第二加热器和循环泵相连，用于给加热器和循环泵供电。
36.温度控制系统，其内部预先设定有温度值t，用于接收温度采集装置采集的温度信号，并根据接收到的信号控制电源开关断开或闭合，从而控制第一加热器、第二加热器和循环泵是否工作。所述温度控制系统采用stm32系列单片机，占用空间小，且运算速度快。温度控制系统由另外一个独立的小功率电源供电，不通过主电源供电。
37.在一些实施例中，如图2所示，为了分别对第一加热器、第二加热器和循环泵的工作状态进行控制，本实用新型第一加热器、第二加热器和循环泵分别通过电源开关s1、s2、s3与主电源电连接，电源开关s1、s2、s3可采用继电器。温度控制系统分别控制开关s1、s2、s3断开或闭合，从而实现了分别控制第一加热器、第二加热器或循环泵工作或不工作，进而实现了分别对化学药液池1和循环管路2中的化学药液进行加热(实现了化学药液的局部加热)，进一步提高了化学药液温度恒定的稳定性。
38.如图4所示，基于上述设备的控制方法如下：
39.温度控制系统控制电源开关s1、s2、s3闭合，第一加热器、第二加热器和循环泵工作，对化学药液池1和循环管路2中化学药液进行循环；同时第一温度采集装置实时采集化学药槽1内的化学药液的温度信号t1，并传送至温度控制系统；第二温度采集装置实时采集
循环管路2内化学药液的温度信号t2，并传送至温度控制系统；
40.温度控制系统根据接收到的温度信号t1、t2控制电源开关s1、s2断开或闭合，从而控制两个加热器工作或不工作，具体控制方法如下：
41.当t1＜t，t2＜t，此时，化学药液池1和循环管路2中化学药液的温度均低于设定温度值t，控制电源开关s1、s2闭合，第一加热器和第二加热器同时工作，化学药液池1和循环管路2中的化学药液同时被加热，加热速度快，缩短了加热时间，使得化学药液在短时间内加热到设定温度值t；
42.当t1＝t，t2＝t，此时，化学药液池1和循环管路2中的化学药液的温度均达到设定温度值t(清洗硅片要求的温度)，控制电源开关s1、s2断开，第一加热器和第二加热器同时停止工作，不再对化学药液进行加热；
43.当t1＜t，t2＝t，此时，化学药液池1内的化学药液温度低于设定温度值t，而循环管路2中的化学药液的温度达到设定温度值t，控制电源开关s1闭合，电源开关s2断开，第一加热器工作，对化学药液池1内的化学药液加热，第二加热器停止工作，停止对循环管路2中的化学药液加热。
44.当t1＝t，t2＜t，此时，化学药液池1内的化学药液温度达到设定温度值t，而循环管路2中的化学药液的温度低于设定温度值t，控制电源开关s1断开，电源开关s2闭合，第一加热器停止工作，停止对化学药液池1内的化学药液加热，第二加热器工作，对循环管路2中的化学药液加热。
45.在整个清洗过程中循环泵都处于工作状态，直到清洗结束后，温度控制系统才会断开循环泵的电源开关s3，循环泵停止工作。
46.本实施例通过温度采集装置实时对化学药液池1和循环管路2内的化学药液的温度进行监控，保证了循环管路2和化学药液池1内的化学药液温度保持一致，同时温度控制系统根据接收到的温度信号分别对两个加热器进行控制，保证了循环管路2和化学药液池1内的化学药液的温度的恒定性，始终恒定在要求的温度，从而稳定了化学药液的温度。
47.在另一些实施例中，如图2和图3所示，本实用新型还包括报警器和电压取样比较电路；所述报警器与温度控制系统电连接，所述电压取样比较电路包括取样电阻r
ref
，电阻r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7、r8、r9和r10，运算放大器u1、u2、u3，比较器u4，电容c1，以及稳压二极管d1；其中，取样电阻r
ref
为10ω，电阻r2、r3、r4、r6为10kω，电阻r5为100ω，电阻r7为10kω，电阻r8、r9为10kω，电阻r10为20kω，运算放大器u1、u2、u3型号为lm7171，比较器u4型号为lm324。
48.所述取样电阻r
ref
连接在第一加热管和主电源之间的电路上，其一端通过电阻r1接运算放大器u1正输入端，其另一端通过电阻r2接运算放大器u2正输入端，运算放大器u1负输入端接其输出端，运算放大器u2负输入端接其输出端；运算放大器u3负输入端通过电阻r3接运算放大器u1输出端、通过电阻r5接其输出端，其正输入端通过电阻r4接运算放大器u2负输入端、通过电阻r6接地，其输出端接比较器u4正输入端；比较器u4正输入端通过电阻r10接其输出端，其输出端接温度控制系统输入端，其负输入端通过电阻r9接地，电阻r9通过电阻r8接15v电压；电容c1一端接在运算放大器u3和运算放大器u4之间的电路上，另一端接地，电阻r7与电容c1并联；二极管d1正极接运算放大器u4输出端，其负极接3.3v电压。
49.在本实施例中，运算放大器u1、u2、u3用于获取取样电阻r
ref
上的电压作为取样电
压v
ref
，电容c1为稳压电容，电阻r7为稳压电阻，都用于稳定获取的取样电压v
ref
；电阻r8和r9用于设定参考电压值v0，比较器u4用于比较获取的取样电压v
ref
和参考电压v0，当获取的取样电压v
ref
大于参考电压v0时，比较器u4触发，给温度控制系统一个3.3v的高电平，温度控制系统接收到信号后，判断第一加热器损坏，控制电源开关s1、s2、s3断开，第一加热器、第二加热器和循环泵失电，停止工作。同时温度控制系统控制报警器发出报警信号，如图4所示。报警信号可为报警声或报警声和报警灯的组合，以便工作人员听到或看到报警信号后，及时将第一加热器从化学药液池1内取出，实现了监测化学药液池1内第一加热器的工作状况，有效地防止了第一加热器在损坏的情况下仍然滞留于化学药液池1内，避免了损坏的第一加热器对化学药液池1造成损坏。
50.在一些实施例中，如图2和图5所示，本实用新型化学药液池1内底部铺设有s型弯曲冷却管3，冷却管3进口端通过开关阀s4连接冷却装置出口端，冷却管3出口端连接冷却装置进口端，冷却装置与主电源相连，用于供应pcw冷却水，所述开关阀s4与温度控制系统电连接，受温度控制系统控制，开关阀s4可采用电磁阀。当第一温度传感器t1和第二温度传感器t2采集到的实时温度大于温度控制系统内部设定的温度值t时，即当t1＞t，t2＞t，温度控制系统控制开关阀s4打开，冷却装置向冷却管3中输入pcw冷却水，对化学药液进行降温；当t1＝t，t2＝t，温度控制系统控制开关阀s4关闭，冷却装置停止向冷却管3中输入pcw冷却水。进一步保证了化学药液的温度始终保持在要求的温度。冷却装置可以采用冷却柜，由主电源为其供电，当温度控制系统接收到3.3v的高电平，判断第一加热器损坏，若此时开关阀s4处于打开状态，则控制开关阀s4关闭，冷却装置不再向冷却管3供应pcw冷却水，如图4所示。
51.在一些具体实施例中，本实用新型所述第一温度采集装置为第一温度传感器t1，所述第二温度采集装置为第二温度传感器t2。
52.进一步，在一些实施例中，如图2所示，为了净化化学药液，更好的清洗硅片，本实用新型循环管路2上还可以连接有过滤器。经过滤器过滤后的化学药液使硅片清洗地更干净。
53.在一些实施例中，为了进一步加快化学药液的加热速度，如图2所示，本实用新型第一加热器为u型加热管，所述第二加热器为s弯曲型管线加热器。使化学药液和加热管接触面更广，加快了化学药液的升温速度，缩短了加热时间。
54.在另一些具体的实施例中，为了延长u型加热管的使用寿命，本实用新型u型加热管表面涂覆一层聚四氟乙烯材料，具有耐酸碱腐蚀药液和高温的功能，有效地延长了u型加热管的使用寿命，当然也可以选用其他耐酸碱腐蚀药液的材料涂覆在u型加热管表面，如pfa材料。
55.为了进一步延长u型加热管的使用寿命，本实用新型u型加热管由石英制作而成，具有耐高温的性能，能够延长u型加热管的使用寿命，当然也可以选用其他耐高温的材料。
56.本实用新型设有两个加热器同时对化学药液池1和循环管路2中的化学药液进行加热，提高了化学药液的加热速度，使化学药液在更短的时间内的达到设定温度(要求的温度)，两个加热器也可在不同时间分别对化学药液池1和循环管路2中的化学药液进行加热，实现了对化学药液的局部加热。同时本实用新型安装了两个温度采集装置，分别采集化学药液池1和循环管路2中化学药液的温度，并根据采集的温度分别控制化学药液池1和循环管路2中的加热器工作或不工作，使得化学药液池1和循环管路2中的化学药液的温度能够
始终保持一致并恒定在设定温度。
57.另外，本实用新型还具有报警功能，当取样电阻rref的电压大于参考电压时，温度控制系统就会判断第一加热器损坏，从而控制所有电源开关s1、s2、s3断开，加热器和循环泵失电停止工作，同时控制报警器发出报警信号，以便工作人员及时取出损坏的第一加热器，有效地保护了化学药液池和清洗设备。若取样电阻rref的电压大于参考电压时，开关阀s4处于打开状态，则温度控制系统控制开关阀s4关闭，停止向化学药液池1内供应pcw冷却水。