CN105373158A - 一种气体温度控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种气体温度控制系统，该气体在管路内循环并被控温，使目标温控点的温度达到预设值，该气体温度控制系统包括：第一级闭环控制回路和第二级闭环控制回路。使用二级温控方式，通过第一级温控减小外部环境波动对内部影响，同时增加整体温控响应速度。一级温控采用使用水气换热方式，使温度迅速接近目标值，对控制精度无太高精度要求。二级温控使用控制气体温度方式对支路气浴温度微控，提高精度及稳定性。通过手动可调蝶阀调节，可以根据各个温控点的需求调节气浴流量大小，解决气流串扰；对多个关键点进行温度控制，解决光刻机内部热源分散问题，提高整个内部环境温度均匀性和稳定性。

Description

一种气体温度控制系统

技术领域

本发明涉及一种集成电路制造领域，尤其涉及一种气体温度控制系统。

背景技术

在传统的光刻机中，一般采用单点温度控制方式对使光刻机内某一关键点进行温度控制，通过关键点的温度反馈来控制冷却水的温度，利用风机吹风的方式，把冷却水的温度通过热交换器带入光刻机内部世界使关键点的温度控制在指标范围内，并保证精度，同时内部世界的温度也随着关键点的温度变化在指标范围内变化。但是，随着光刻机系列及产品的衍生，机台的体积随之逐渐扩大，光刻机内部世界的发热元件也随之增加，发热源也逐渐分散，而单一点温度的控制已经不能保证整个光刻机内部世界的整体的温度稳定，而内部世界的温度不稳定会导致整个光刻机的重要指标下降。

该技术存在以下问题：第一、只能对单一点进行温度控制，其余点的温度只具有跟随性，不具有可控性。第二、光刻机体积增大或内部热源分散时，非控制点温度不具有良好跟随性。

第三、受外部环境波动影响较大，当外部环境有跳变或变化梯度过大时，温控点温度有明显影响，且光刻机内部世界整体环境有明显波动。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种保证各关键区域温度的稳定性和均匀性的气体温度控制方法。

为了实现上述发明目的,本发明公开一种气体温度控制系统，该气体在管路内循环并被控温，使目标温控点的温度达到预设值，该气体温度控制系统包括：第一级闭环控制回路，包括水-气热交换器和总气源温度传感器；第二级闭环控制回路，包括若干气体支路，每个气体支路包括空气加热器和支路温度传感器；其中，该第一级闭环控制回路使气体进入该水-气热交换器进行水气热交换后，进入气浴回路总气管、再进入各气体支路，总气源温度传感器对气浴回路总气管的总气源温度进行采集和反馈，从而控制流入该水-气热交换器的循环水温度，使流入各气体支路前的总气源温度与位于各气体支路的该目标温控点的温度接近；该第二级闭环控制回路使进入各气体支路的气体进入空气加热器进行温控，各支路温度传感器采集受温控后的气体温度，从而控制空气加热器使目标温控点的温度达到预设值。

更进一步地,该第一级闭环控制回路包括一风机，用于将气体吹入水-气热交换器以实现水气热交换。

更进一步地,通过液体循环回路对经过该水-气热交换器的循环水进行温控，该液体循环回路包括水泵、制冷器和液体加热器，通过水泵使经过温控的循环水从水-气热交换器的进口流入，与气体在此经过水气热交换后从水-气热交换器的出口流出，循环水带出热量并再次进入液体循环回路，该第一级闭环控制回路在采集该总气源温度后通过该制冷器和液体加热器对循环水进行温控。

更进一步地,该液体循环回路还包括一流量传感器，该流量传感器安装于该水泵的出水口处，用于监测循环水流量，当循环水流量小于设定阈值时关闭液体加热器、水泵和制冷器。

更进一步地,该液体循环回路还包括一温度报警器，该温度报警器安装于该液体加热器内，用于监测液体加热器的温度，当液体加热器温度超过设定阈值时关闭液体加热器。

更进一步地,该支路温度传感器位于各气体支路的目标温控点附近，通过各支路温度传感器采集受空气加热器温控后的气体温度，从而对空气加热器进行占空比控制，使各气体支路的目标温控点的温度达到预设值。

更进一步地,该各气体支路的出口包括一过滤网片，用于提升气体温度的均匀性。

更进一步地,该各气体支路包括一调节蝶阀，用于调整气流大小。

更进一步地,该各气体支路包括一风速传感器，用于采集气体支路的风速，当风速小于等于设定阈值时关闭空气加热器。

更进一步地,该各气体支路还包括一温度报警器，用于采集空气加热器附近温度，当温度大于等于设定阈值时关闭空气加热器。

更进一步地,该第二级闭环控制回路包括一风机，用于将气体流入各气体支路。

更进一步地,对空气加热器的温度设定值及液体加热器的温度设定值进行采集并比较，确保两者保持一定的温差，从而使得该总气源温度小于目标温控点温度的预设值。

与现有技术相比较，本发明使用二级温控方式，通过第一级温控减小外部环境波动对内部影响，同时增加整体温控响应速度。一级温控采用使用水气换热方式，使温度迅速接近目标值，对控制精度无太高精度要求。二级温控使用控制气体温度方式对支路气浴温度微控，提高精度及稳定性。通过手动可调蝶阀调节，可以根据各个温控点的需求调节气浴流量大小，解决气流串扰；对多个关键点进行温度控制，解决光刻机内部热源分散问题，提高整个内部环境温度均匀性和稳定性。适用于任何型号产品，具有良好的适应性和通用性。

附图说明

关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。

图1是光刻机内部世界多点温度控制系统的结构示意图;

图2是本发明所示出的多点高精度气体温度控制流程图;

图3是本发明所示出的多点高精度气体温度控制方法的第一级闭环控制示意图；

图4是本发明所示出的多点高精度气体温度控制方法的第二级闭环控制示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。

本发明的目的在于解决光刻机体积增大或内部世界热源分散时，保证关键部位温度稳定，且光刻机整个内部世界温度满足指标。

为了解决上述技术问题，本发明用于光刻机内部世界多个点温度控制，通过对气体的温度控制保证进入内部世界的温度与期望值相同，同时采用多级反馈控制方式，减小外部环境温度对内部世界温度影响。

本发明保护一种气体温度控制系统，所述气体在管路内循环并被控温，使目标温控点的温度达到预设值，所述气体温度控制系统包括：第一级闭环控制回路，包括水-气热交换器和总气源温度传感器；第二级闭环控制回路，包括若干气体支路，每个气体支路包括空气加热器和支路温度传感器；其中，所述第一级闭环控制回路使气体进入所述水-气热交换器进行水气热交换后，进入气浴回路总气管、再进入各气体支路，总气源温度传感器对气浴回路总气管的总气源温度进行采集和反馈，从而控制流入所述水-气热交换器的循环水温度，使流入各气体支路前的总气源温度与位于各气体支路的目标温控点的温度接近；所述第二级闭环控制回路使进入各气体支路的气体进入空气加热器进行温控，各支路温度传感器采集受温控后的气体温度，从而控制空气加热器使各气体支路的目标温控点的温度达到预设值。

进一步地，通过液体循环回路对经过所述水-气热交换器的循环水进行温控，所述液体循环回路包括水泵、制冷器和液体加热器，通过水泵使经过温控的循环水从水-气热交换器的进口流入，与气体在此经过水气热交换后从水-气热交换器的出口流出，循环水带出热量并再次进入液体循环回路，所述第一级闭环控制回路在采集所述总气源温度后通过所述制冷器和液体加热器对循环水进行温控。

进一步地，所述支路温度传感器位于各气体支路的目标温控点附近，通过各支路温度传感器采集受空气加热器温控后的气体温度，从而对空气加热器进行占空比控制，使各气体支路的目标温控点的温度达到预设值。

具体地，图1是光刻机内部世界多个点温度控制的示意图。如图1中所示，本发明所提供的多点温度控制系统包括：制冷器1、空气加热器2、手动可调蝶阀3、水泵4、风机5、高效过滤器6、温度传感器7、PID控制器8、热交换器9、加热器10及若干水管气管组成。该多点温度控制系统用来保证光刻机内部世界100的温度稳定。室外空气通过新风进口进入空气混合室通过风机5、水-空气热交换器9、空气加热器2、手动可调蝶阀3、高效过滤器6，并由温度传感器7进行实时温度探测后循环。

本发明利用二级闭环串级控制方式，对不同敏感点进行多点气体温度控制。

利用第一级闭环控制，先对将要进入光刻机内部的空气进行温度控制，使气源的温度稳定。

从净化间内吸收新风进入气体气管，在风机5的作用下在气体管路内循环。从风机出来的气体进过风管进入热交换器9，与制冷器和加热器出来的受控循环水进行热交换，实现总气源温度控制，为一级闭环控制。

第二级闭环控制主要对温控过的气体根据不同目标点温度的需要再进行不同要求温控。

二级闭环控制的方案为冷却的气体经过手动可调蝶阀3和空气加热器2，得到受控的气体，再经过高效过滤器7进入光刻机内部世界100，实现对内部世界温度控制。

通过在热交换器9上增加多路风管与加热器2、手动可调蝶阀3、高效过滤器6、温度传感器7共同组成多点气体温度控制回路。

因为水的热传导率及比热要高于空气，利用这一特点，在第一级温控采用先控制水温，再水气换热的方式，使待进入光刻机内部世界的气体快速接近目标点的需求值。然后再利用空气热传导率低的特点，在各支路利用空气加热器加热空气，使目标的温度达到需求值，使目标点的温度具有高精度和高稳定性。

如图2所示，图2是本发明所示出的多点高精度气体温度控制流程图。首先进行温度设定20，然后制冷器21、加热器22按设定温度工作，探测获得总气浴温度后经PID控制器26输出至温度设定20。将经过加热器的气体分为两路，一路经过温度设定26a，另一路经过温度设定26b。两路气路分别经过空气加热器24后，将目标点温度27a、27b通过PLC控制器25输出。PLC控制器25输出结果分为三路，一路作为PID控制器26的输入，另外两路分别作为温度设定26a、26b的输入。比较器23连接温度设定20、温度设定26a、26b，其输入结果连同目标点温度27a、27b作为PLC控制器25的输入。

图3是第一级闭环控制示意图。一级闭环控制回路中，由制冷器31、水泵32、控制器34、加热器36实现循环水的温控，通过水泵使受温度控制的循环水从水-气热交换器35进口A流入，而风机33从净化间吸入新风，吹入水-气热交换器，通过水气热交换的作用，使气体温度达到预设值，然后进入气浴回路总气管。经过水气交换后的循环水在水泵的作用下，从热交换器出口B流出，带出热量，再次进入液体循环回路进行温度控制。

一级闭环控制回路中，在气浴回路总进气口处安装温度传感器37作为闭环反馈控制点，对流入光刻机各气浴支路的总气源温度进行控制。控制器34采集反馈点温度后进行温控算法，对加热器36及制冷器31的进行控制，实现总气源的温度控制，保证后续支路的气体温度的均匀性及稳定性，使流入光刻机内部气体不会因外部环境温度跳变而有明显波动。

一级闭环控制回路中，在水泵32出水口处安装流量传感器39，监测循环水流量，当循环水流量小于设定阈值时，判定水循环装置工作异常，关闭加热器36、水泵34和制冷器31，避免设备损坏。

一级闭环控制回路中，在加热器36内安装温度报警器38，当加热器内温度超过温度报警器设置阈值时，关闭加热器，避免加热器干烧损坏设备。

图4是第一级闭环控制示意图。在之前的一级闭环控制下，已经得到一定精度要求的可控气源，且该气源的温度经过控制后与目标点温度接近，在二级闭环控制中，该可控气源在风机42的作用下，根据气管路径规划，流入各气浴支路气管。

在各气浴支路气管内距离出口一定距离的位置，安装空气加热器41，在目标温控点和气管出口附近安装温度传感器43，通过采集温度传感器43的反馈温度，经过控制器47算法处理，对空气加热器41进行占空比控制，使目标温控点的温度达到要求的温度指标和精度指标。

为避免不同气浴支路的气体产生气流串扰，在各支路气管的出口附近安装手动调节蝶阀44，通过调节阀门调整流入光刻机内部的气流大小，使各支路的气流达到平衡状态，避免气流串扰对光刻机内部世界的环境状况造成影响，影响整个光刻性能指标。

另外，在手动调节蝶阀44出口处安装风速传感器46、实时采集当前回路风速，当风速小于等于阈值时，认为该回路风速异常，关闭空气加热器，避免空气加热器干烧而使设备损坏。

同时，在空气加热器41旁安装温度报警器45，当空气加热器附近温度大于等于温度报警器设置阈值时，认为设备故障，关闭空气加热器，避免设备出现损坏。

在气浴支路气管出口处，安装过滤网片，在风机42的作用下，经过二级温控的气体从气管流出进入过滤网片49后，提升气体温度的均匀性，保证进入光刻机内部世界的气体温度稳定且均匀性良好。

在本发明中，气体的温度在二级反馈控制中温度逐级叠加，为了保证各目标点的气体温度可控，经过一级闭环控制后得到的气体温度必须小于各目标点温度需求值，所以，利用PLC控制器，对二级闭环控制中各空气加热器的温度设定值及一级闭环控制中液体加热器的温度设定值采集并比较，确保一级闭环控制中，液体加热器的温度设定值与空气加热器的设定值保持一定的温差△。

本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。

Claims (12)

1.一种气体温度控制系统，所述气体在管路内循环并被控温，使目标温控点的温度达到预设值，其特征在于，所述气体温度控制系统包括：

第一级闭环控制回路，包括水-气热交换器和总气源温度传感器；

第二级闭环控制回路，包括若干气体支路，每个气体支路包括空气加热器和支路温度传感器；

其中，所述第一级闭环控制回路使气体进入所述水-气热交换器进行水气热交换后，进入气浴回路总气管、再进入各气体支路，总气源温度传感器对气浴回路总气管的总气源温度进行采集和反馈，从而控制流入所述水-气热交换器的循环水温度，使流入各气体支路前的总气源温度与位于各气体支路的所述目标温控点的温度接近；所述第二级闭环控制回路使进入各气体支路的气体进入空气加热器进行温控，各支路温度传感器采集受温控后的气体温度，从而控制空气加热器使目标温控点的温度达到预设值。

2.如权利要求1所述的气体温度控制系统，其特征在于，所述第一级闭环控制回路包括一风机，用于将气体吹入水-气热交换器以实现水气热交换。

3.如权利要求1所述的气体温度控制系统，其特征在于，通过液体循环回路对经过所述水-气热交换器的循环水进行温控，所述液体循环回路包括水泵、制冷器和液体加热器，通过水泵使经过温控的循环水从水-气热交换器的进口流入，与气体在此经过水气热交换后从水-气热交换器的出口流出，循环水带出热量并再次进入液体循环回路，所述第一级闭环控制回路在采集所述总气源温度后通过所述制冷器和液体加热器对循环水进行温控。

4.如权利要求3所述的气体温度控制系统，其特征在于，所述液体循环回路还包括一流量传感器，所述流量传感器安装于所述水泵的出水口处，用于监测循环水流量，当循环水流量小于设定阈值时关闭液体加热器、水泵和制冷器。

5.如权利要求3所述的气体温度控制系统，其特征在于，所述液体循环回路还包括一温度报警器，所述温度报警器安装于所述液体加热器内，用于监测液体加热器的温度，当液体加热器温度超过设定阈值时关闭液体加热器。

6.如权利要求1所述的气体温度控制系统，其特征在于，所述支路温度传感器位于各气体支路的目标温控点附近，通过各支路温度传感器采集受空气加热器温控后的气体温度，从而对空气加热器进行占空比控制，使各气体支路的目标温控点的温度达到预设值。

7.如权利要求1所述的气体温度控制系统，其特征在于，所述各气体支路的出口包括一过滤网片，用于提升气体温度的均匀性。

8.如权利要求1所述的气体温度控制系统，其特征在于，所述各气体支路包括一调节蝶阀，用于调整气流大小。

9.如权利要求1所述的气体温度控制系统，其特征在于，所述各气体支路包括一风速传感器，用于采集气体支路的风速，当风速小于等于设定阈值时关闭空气加热器。

10.如权利要求1所述的气体温度控制系统，其特征在于，所述各气体支路还包括一温度报警器，用于采集空气加热器附近温度，当温度大于等于设定阈值时关闭空气加热器。

11.如权利要求1所述的气体温度控制系统，其特征在于，所述第二级闭环控制回路包括一风机，用于将气体流入各气体支路。

12.如权利要求3所述的气体温度控制系统，其特征在于，对空气加热器的温度设定值及液体加热器的温度设定值进行采集并比较，确保两者保持一定的温差，从而使得所述总气源温度小于目标温控点温度的预设值。