CN115831816A - 一种分布式在线加热系统及在线加热方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分布式在线加热系统及在线加热方法，所述在线加热系统包括供液泵、工艺槽体及连接在所述工艺泵和工艺槽体之间的至少两个加热单元，所述加热单元包括：加热管、连接管路及设置在连接管路上的第一控制阀、第二控制阀/第三控制阀及第四控制阀，所述第一控制阀连接供液泵的输出端与所述加热管的输入端；所述第二控制阀连接加热管的输出端与下一加热单元中加热管的输入端；所述第三控制阀连接加热管的输入端与下一加热单元中加热管的输入端；所述第四控制阀连接加热管的输出端与工艺槽体的输入端，且所述第四控制阀与第二控制阀并联设置。本发明可以实现多种加热工艺在同一加热系统供应，极大提高了在线加热系统的工艺覆盖能力。

Description

一种分布式在线加热系统及在线加热方法

技术领域

本发明属于半导体加热设备技术领域，具体涉及一种分布式在线加热系统及在线加热方法。

背景技术

目前半导体湿法设备经常会用到在线加热器，相较于离线加热器，在线加热器具有体积小、持续供液无需切换保证生产过程连续稳定的优点，尤其是连续生产无需切换的优势对工艺过程的连续稳定有着极大的提升作用。但是体积小、连续供给也使得在线加热系统普遍存在加热能力差、供给参数较为固定、灵活性差、一旦故障对生产机台影响大等问题，这些问题使得在线加热的应用范围一直比较局限，无法大范围应用。

针对在线加热器的上述缺陷，目前普遍采取以下措施进行改善：(1)增大加热器体积与功率以满足大流量需求；(2)对不同工艺参数的同一种药剂配置不同的加热器一起使用，分别供液；(3)设置备用加热器，当加热故障时切换为备用设备避免停机。上述措施的特点是针对设备的主要痛点、工艺特性专门定制加热系统参数、形式，设备工艺出现较大变更时加热系统无法满足新要求往往需要重新设计替换。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种分布式在线加热系统，用以解决现有技术中在线加热系统供给能力差、灵活性差的问题。此外，本发明还要提供一种在线加热方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的第一方面，提供一种分布式在线加热系统，包括供液泵、工艺槽体及连接在所述工艺泵和工艺槽体之间的至少两个加热单元，所述加热单元采用分布式连接方式；

所述加热单元包括：加热管、连接管路及设置在所述连接管路上的第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀及第四控制阀，其中，

所述第一控制阀连接所述供液泵的输出端与所述加热管的输入端；

所述第二控制阀连接所述加热管的输出端与下一加热单元中所述加热管的输入端；

所述第三控制阀连接所述加热管的输入端与下一加热单元中所述加热管的输入端；

所述第四控制阀连接所述加热管的输出端与所述工艺槽体的输入端，且所述第四控制阀与所述第二控制阀并联设置。

进一步地，所述连接方式包括：每个所述加热单元相互并联设置。

进一步地，所述连接方式包括：至少两个所述加热单元串联，串联后的两个所述加热单元整体与剩余每个加热单元再并联。

进一步地，所述连接方式包括：每个所述加热单元串联设置。

更进一步地，所述加热单元并联形成并联组，所述并联组中每个加热单元中第一控制阀及第四控制阀开通，每个加热单元中第二控制阀及第三控制阀关闭。

更进一步地，所述加热单元串联形成串联组，所述串联组中，除首端加热单元的第一控制阀开通外其余加热单元的第一控制阀关闭，除末端加热单元的第四控制阀开通外其余加热单元的第四控制阀关闭，中间端加热单元的第二控制阀开通、第三控制阀关闭。

进一步地，所述连接方式还包括：所述加热单元串联设置或并联设置中并入可自动切除的冗余加热单元，形成加热单元的备选设置。

更进一步地，在备选设置中，所述冗余加热单元关闭第一控制阀、第三控制阀及第四控制阀，开通第二控制阀以工作状态接入串联设置中间；所述冗余加热单元关闭第一控制阀、第二控制阀及第四控制阀，开通第三控制阀以备选状态接入串联设置中间。

更进一步地，在备选设置中，所述冗余加热单元关闭第二控制阀及第三控制阀，开通第一控制阀及第四控制阀以工作状态接入并联设置中间；所述冗余加热单元关闭第一控制阀、第二控制阀及第四控制阀，开通第三控制阀以备选状态接入并联设置中间。

进一步地，所述加热单元还包括传感器，所述传感器连接所述加热管。

进一步地，所述传感器包括温度传感器、流量传感器、压力传感器、电流传感器中的一种或多种。

进一步地，所述分布式在线加热系统还包括控制器，所述控制器电性连接每个加热单元，通过接收所述传感器的输出的信息，调整所述加热单元的连接方式。

进一步地，所述第一控制阀、所述第二控制阀、所述第三控制阀、所述第四控制阀均采用远程控制。

进一步地，所述第一控制阀、所述第二控制阀、所述第三控制阀、所述第四控制阀均包括气动阀、电动阀、所述液控阀中的一种或多种。

本发明的第二方面，提供一种在线加热方法，采用上述的分布式在线加热系统，包括：

加热单元中的传感器获取加热信息；

在线加热系统中的控制器接收所述加热信息，控制加热单元的数量及加热单元的连接方式。

与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：

(1)本发明适用性广且切换便捷，易于安装检修，设备稳定性及可靠性高，机台体积占地小，使得在线加热系统可以在湿法生产设备中大范围使用，有效提升了产品质量的稳定性，降低生产运维成本。

(2)本发明通过各个加热单元的串并结合排布，可以实现多种加热工艺在同一加热系统甚至同一时间供应，极大提高了在线加热系统的工艺覆盖能力。

(3)本发明的加热系统可以使用各种类型的在线加热器、管路、阀件，不受材质、加热形式的影响，因此适用所有的流体介质加热需求。

(4)本发明中加热器单体及其周边元件组合即成加热单元，通过加热单元的复制累加形成加热系统，因此在系统配置时仅需要将成组的加热单元互相连接，安装简便快捷。

(5)本发明设置有冗余加热单元，当传感器检测到某一加热器故障后可以立刻将其切除并替换，保证生产连续温度，同时这种替换方式在切换时仅等于系统总流量一小部分产生瞬时拨动，系统拨动打发降低，稳定性好。

(6)本发明采用模块化分布安装的形式，每个加热单元可以随意安装在机台的空余空间，通过管路连通，因此可以合理、充分的利用机台现有空间，避免了另外占用专用空间，大大减小了设备体积。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中在线加热系统的结构示意图。

图2为本发明分布式在线加热系统的结构示意图。

图3为本发明分布式在线加热系统中加热单元的结构示意图。

图4为本发明加热单元并联连接时的液体流向图。

图5为本发明加热单元串联连接后再并联连接时的液体流向图。

图6为本发明加热单元串联连接的液体流向图之一。

图7为本发明加热单元串联连接的液体流向图之二。

其中，附图标记具体说明如下：加热单元1、供液泵2、控制器3、工艺槽体4、连接管路1-1、第一控制阀1-2、第二控制阀1-3、第三控制阀1-4、第四控制阀1-5、加热管1-6、传感器1-7。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

图1为一种在线加热系统结构配置，如图1所示，包括主加热器1＇、备用加热器2＇，两个加热器的参数配置一致，均按照机台供液工艺需求定制。主加热器1＇承担正常工作时的供液工作，当其出现故障时，通过阀3＇立刻切换为备用加热器2＇。该在线加热系统简单的解决了加热器故障时保障生产稳定的要求，但是对于其他问题没有改善，例如：1、设备需求流量大、温度高时往往采用大型在线加热器且功率极大，虽然相对于离线加热器体积有所减小，但是并不能体现出在线加热器体积小，安装空间灵活的优势，同时极大的单体加热功率使得加热器寿命存在明显缺陷。2、设备同一种介质在不同的工艺节拍中多次使用且需求不一致时需要针对每一种工艺需求分别配置加热系统单独供液，导致加热系统冗余庞大。3、设备的预设工艺发生加大变化时，现有的在线加热系统往往无法兼容，需要重新配加热系统替换，导致生产工艺的灵活性大大降低。

因此，目前并没有一种在线加热系统可以良好的解决上述问题，从而导致在线加热系统的应用范围较为局限，优势难以体现。

如图2及图3所示，本实施例提供一种功率流量可调的分布式在线加热系统，包括供液泵2、工艺槽体4及连接在所述工艺泵和工艺槽体4之间的至少两个加热单元1，所述加热单元1采用分布式连接方式；

所述加热单元1包括：加热管1-6、连接管路1-1及设置在所述连接管路1-1上的第一控制阀1-2、第二控制阀1-3、第三控制阀1-4及第四控制阀1-5，其中，

所述第一控制阀1-2连接所述供液泵2的输出端与所述加热管1-6的输入端；

所述第二控制阀1-3连接所述加热管1-6的输出端与下一加热单元1中所述加热管1-6的输入端；

所述第三控制阀1-4连接所述加热管1-6的输入端与下一加热单元1中所述加热管1-6的输入端；

所述第四控制阀1-5连接所述加热管1-6的输出端与所述工艺槽体4的输入端，且所述第四控制阀1-5与所述第二控制阀1-3并联设置。

进一步的，所述分布式连接方式包括：每个所述加热单元1相互并联设置。具体的，所述加热单元1并联形成并联组，所述并联组中每个加热单元1中第一控制阀1-2及第四控制阀1-5开通，每个加热单元1中第二控制阀1-3及第三控制阀1-4关闭。

进一步的，所述分布式连接方式还包括：每个所述加热单元1串联设置。所述加热单元1串联形成串联组，所述串联组中，除首端加热单元1的第一控制阀1-2开通外其余加热单元1的第一控制阀1-2关闭，除末端加热单元1的第四控制阀1-5开通外其余加热单元1的第四控制阀1-5关闭，中间端加热单元1的第二控制阀1-3开通、第三控制阀1-4关闭。

进一步的，所述分布式连接方式还包括：至少两个所述加热单元1串联，串联后的两个所述加热单元1整体与剩余每个加热单元1再并联。

进一步的，所述连接方式还包括：所述加热单元1串联设置或并联设置中并入可自动切除的冗余加热单元，形成加热单元1的备选设置。可选的，所述冗余加热单元的结构和所述加热单元相同。

具体的，在备选设置中，所述冗余加热单元关闭第一控制阀1-2、第三控制阀1-4及第四控制阀1-5，开通第二控制阀1-3以工作状态接入串联设置中间；所述冗余加热单元1关闭第一控制阀1-2、第二控制阀1-3及第四控制阀1-5，开通第三控制阀1-4以备选状态接入串联设置中间。

在备选设置中，所述冗余加热单元1关闭第二控制阀1-3及第三控制阀1-4，开通第一控制阀1-2及第四控制阀1-5以工作状态接入并联设置中间；所述冗余加热单元1关闭第一控制阀1-2、第二控制阀1-3及第四控制阀1-5，开通第三控制阀1-4以备选状态接入并联设置中间。

需要说明的是，所述备选设置中冗余加热单元1通常设置在串联或并联设置中间，在特殊情况下，冗余加热单元设置在串联或并联设置的首段和末端，可以相应调整冗余加热单元中控制阀的开通和关闭。

本实例提供的分布式在线加热系统，通过各个加热单元1的串并结合排布，可以实现多种加热工艺在同一加热系统甚至同一时间供应，极大提高了在线加热系统的工艺覆盖能力，且通过设置冗余加热单元，当检测到某一加热器故障后可以立刻将其切除并替换，保证生产连续温度，同时这种替换方式在切换时仅等于系统总流量一小部分产生瞬时拨动，系统拨动打发降低，稳定性好。

进一步的，本实例提供的分布式在线加热系统中，所述加热单元1还包括传感器1-7，所述传感器1-7连接所述加热管1-6。所述传感器1-7不局限于一个或一类传感器，也不限定安装位置，在加热系统的任意位置安装的由温度、流量、压力、电流等各项参数传感器中的某些或全部组成的传感器集成均为传感器的应用例。示例的，所述传感器1-7包括温度传感器、流量传感器、压力传感器、电流传感器中的一种或多种。

进一步的，本实例提供的分布式在线加热系统还包括控制器3，所述控制器3电性连接每个加热单元1，通过接收所述传感器1-7的输出的信息，调整所述加热单元1的连接方式。

本实施例中，连接管路1-1作为各加热单元1间的传输通道，控制阀作为各管路支线的开闭控制元件，控制阀作为连接管路1-1中各管路支线的开闭控制元件，采用远程自动控制，在控制方式上可以有多种，如气动阀、电动阀、液控阀等。控制器3作为整个系统的切换、调整控制枢纽，接收机台操作端的工艺参数为目标值，通过传感器1-7给出的系统状态信息，自动给出加热系统配置方案或由操作人员手动控制调增方案，远程调控控制阀的通断，实现不同的配置方式。供液泵2为变频控制，可根据需求实施改变供液量，且本实施例中使用各种类型的在线加热器、管路、阀件，不受材质、加热形式的影响，适用所有的流体介质加热需求。

本实例提供的分布式在线加热系统，通过多个小型单体在线加热器，配合传感器1-7实施检测、连接管路1-1上控制阀及控制器3的协同调控，实现一种分布式安装的流量、功率可调的在线加热系统，该系统可自由改变加热系统中的额定流量、加热功率、运行单元实现供液参数的灵活变化，与单个加热器故障时的快速切换，可以较好解决目前在线加热系统共给能力差、灵活性差等问题。

进一步的，本实例提供的分布式在线加热系统，每个单体加热器体积小，相互之间通过管路连接，因此每个加热器可以随意分散的安装在机台的任意空间，实现机台内部空余空间的充分利用，大大提升了在线加热空间占用率低的优势。

下面以四个加热单元11组成的加热系统为例进行说明，但本发明不局限于四个加热单元11，在本发明其他实施例中可以根据使用要求调整加热单元1的数量。

具体的，如图4所示，系统中每个加热单元1相互并联设置，加热单元1并联形成并联组，并联组中每个加热单元1中第一控制阀1-2、第四控制阀1-5开通，每个加热单元1中第二控制阀1-3、第三控制阀1-4关闭。采用此种连接方式，实现了最大供液流量输出。

如图5所示，系统中前两个加热单元1串联形成第一串联组，后两个加热单元1串联形成第二串联组，第一串联组与第二串联组并联。每个串联组中第一个加热单元1的第一控制阀1-2、第二控制阀1-3开启，第三控制阀1-4、第四控制阀1-5关闭，每个串联组中第二个加热单元1的第四控制阀1-5开启，第一控制阀1-2、第二控制阀1-3、第三控制阀1-4关闭。采用此种连接方式，实现了流量与温度的均等分配。

如图6所示，系统中前三个加热单元1串联连接，第四个加热单元1为冗余加热单元1且处于备选状态。具体为，第一个加热单元1的第一控制阀1-2、第二控制阀1-3开通，第三控制阀1-4、第四控制阀1-5关闭；第二个加热单元1的第二控制阀1-3开通，其余控制阀关闭；第三个加热单元1的第四控制阀1-5开通；第四个加热单元1第一控制阀1-2、第二控制阀1-3、第三控制阀1-4、第四控制阀1-5均关闭，第四个加热单元1以备选状态接入串联设置。

如图7所示，当系统中第三个加热单元1出现故障时，切换第四个加热单元1为工作状态，此时，系统中第一个加热单元1、第二个加热单元1、第四个加热单元1串联连接，第三个加热单元1处于非工作状态。具体为，第一个加热单元1的第一控制阀1-2、第二控制阀1-3开通，第三控制阀1-4、第四控制阀1-5关闭；第二个加热单元1的第二控制阀1-3开通，其余控制阀关闭；第三个加热单元1的第三控制阀1-4开通，其余控制阀关闭；第四个加热单元1的第四控制阀1-5开通，其余控制阀均关闭，第四个加热单元1以工作状态接入串联设置。

相应的，本发明还提供一种在线加热方法，采用如上分布式在线加热系统进行在线加热，包括：加热单元1中的传感器1-7获取加热信息；在线加热系统中的控制器3接收所述加热信息，控制加热单元1的数量及加热单元1的连接方式。

尽管上述实施例已对本发明作出具体描述，但是对于本领域的普通技术人员来说，应该理解为可以在不脱离本发明的精神以及范围之内基于本发明公开的内容进行修改或改进，这些修改和改进都在本发明的精神以及范围之内。

Claims (15)

1.一种分布式在线加热系统，其特征在于，包括供液泵、工艺槽体及连接在所述工艺泵和工艺槽体之间的至少两个加热单元，所述加热单元采用分布式连接方式；

所述加热单元包括：加热管、连接管路及设置在所述连接管路上的第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀及第四控制阀，其中，

所述第一控制阀连接所述供液泵的输出端与所述加热管的输入端；

所述第二控制阀连接所述加热管的输出端与下一加热单元中所述加热管的输入端；

所述第三控制阀连接所述加热管的输入端与下一加热单元中所述加热管的输入端；

所述第四控制阀连接所述加热管的输出端与所述工艺槽体的输入端，且所述第四控制阀与所述第二控制阀并联设置。

2.如权利要求1所述的分布式在线加热系统，其特征在于，所述连接方式包括：每个所述加热单元相互并联设置。

3.如权利要求1所述的分布式在线加热系统，其特征在于，所述连接方式包括：至少两个所述加热单元串联，串联后的两个所述加热单元整体与剩余每个加热单元再并联。

4.如权利要求1所述的分布式在线加热系统，其特征在于，所述连接方式包括：每个所述加热单元串联设置。

5.如权利要求2所述的分布式在线加热系统，其特征在于，所述加热单元并联形成并联组，所述并联组中每个加热单元中第一控制阀及第四控制阀开通，每个加热单元中第二控制阀及第三控制阀关闭。

6.如权利要求4所述的分布式在线加热系统，其特征在于，所述加热单元串联形成串联组，所述串联组中，除首端加热单元的第一控制阀开通外其余加热单元的第一控制阀关闭，除末端加热单元的第四控制阀开通外其余加热单元的第四控制阀关闭，中间端加热单元的第二控制阀开通、第三控制阀关闭。

7.如权利要求1所述的分布式在线加热系统，其特征在于，所述连接方式还包括：所述加热单元串联设置或并联设置中并入可自动切除的冗余加热单元，形成加热单元的备选设置。

8.如权利要求7所述的分布式在线加热系统，其特征在于，在备选设置中，所述冗余加热单元关闭第一控制阀、第三控制阀及第四控制阀，开通第二控制阀以工作状态接入串联设置中间；所述冗余加热单元关闭第一控制阀、第二控制阀及第四控制阀，开通第三控制阀以备选状态接入串联设置中间。

9.如权利要求7所述的分布式在线加热系统，其特征在于，在备选设置中，所述冗余加热单元关闭第二控制阀及第三控制阀，开通第一控制阀及第四控制阀以工作状态接入并联设置中间；所述冗余加热单元关闭第一控制阀、第二控制阀及第四控制阀，开通第三控制阀以备选状态接入并联设置中间。

10.如权利要求1至9中任一项所述的分布式在线加热系统，其特征在于，所述加热单元还包括传感器，所述传感器连接所述加热管。

11.如权利要求10所述的分布式在线加热系统，其特征在于，所述传感器包括温度传感器、流量传感器、压力传感器、电流传感器中的一种或多种。

12.如权利要求10所述的分布式在线加热系统，其特征在于，所述分布式在线加热系统还包括控制器，所述控制器电性连接每个加热单元，通过接收所述传感器的输出的信息，调整所述加热单元的连接方式。

13.如权利要求1至9中任一项所述的分布式在线加热系统，其特征在于，所述第一控制阀、所述第二控制阀、所述第三控制阀、所述第四控制阀均采用远程控制。

14.如权利要求13所述的分布式在线加热系统，其特征在于，所述第一控制阀、所述第二控制阀、所述第三控制阀、所述第四控制阀均包括气动阀、电动阀、所述液控阀中的一种或多种。

15.一种在线加热方法，其特征在于，采用权利要求1-14任一项所述的分布式在线加热系统，包括：

加热单元中的传感器获取加热信息；

在线加热系统中的控制器接收所述加热信息，控制加热单元的数量及加热单元的连接方式。

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