CN111142590B - 温度控制系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的温度控制系统和温度控制方法，包括可变电阻元件和控制模块，可变电阻元件与加热元件串联，控制模块用于根据加热元件的阻值变化调节可变电阻元件的阻值大小，以使加热元件的阻值与可变电阻元件的阻值之和维持在预定阻值。通过设置可变电阻元件，即便加热元件的阻值因温度的变化而变化，也能够通过调节可变电阻元件的阻值使得加热元件与可变电阻元件的阻值之和保持不变，进而，由于在控制系统中控制对象的温度是恒定的，减小温控过长中电阻值的波动，使得控制简单，减小温度调控的时长。

Description

温度控制系统及方法
技术领域
本发明属于半导体制造技术领域，具体涉及一种温度控制系统及方法。
背景技术
在半导体制造工艺过程中，晶片通常需要被加热，晶片的加热由承载晶片的基座实现。基座内部设置有加热元件和热电偶，加热元件用于对基座进行加热，热电偶用于检测基座的当前温度，热电偶将检测到的当前温度传输给温度控制单元，温度控制单元通过闭环自动控制技术计算需要的功率值，再通过可控调功器调整加到基座上的加热功率的大小，从而实现基座的温度控制。
在上述结构中，当温度变化时，基座内部的加热元件的电阻也会产生变化，目前使用的电阻在2.5Ω～9Ω之间变化，致使在整个温度控制过程中，被控对象(即加热元件)的电阻是变化的，进而导致在温控过程中出现温度异常波动，增加温度控制的时间，且不能对温度进行准确控制。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种温度控制系统及方法。
本发明提供了一种温度控制系统，包括加热元件，用于对基座进行加热；还包括：可变电阻元件和控制模块；其中，
可变电阻元件与加热元件串联；
控制模块用于根据加热元件的阻值变化调节可变电阻元件的阻值大小，以将加热元件与可变电阻元件的阻值之和维持在预定阻值。
其中，控制模块包括：电流互感器、控制单元和执行单元，其中，
电流互感器与加热元件连接，用于检测流经加热元件和可变电阻元件的实时电流；
控制单元用于根据实时电流和加热元件的当前加热功率计算当前加热元件和可变电阻元件的实时电阻之和，并根据实时电阻之和与预定阻值向执行单元发送控制信号；
执行单元用于在控制信号的控制下，调节可变电阻元件的阻值大小。
其中，可变电阻元件为滑动变阻器。
其中，执行单元包括电机和连杆，连杆分别与电机和可变电阻元件的滑片连接，电机通过驱动连杆以使滑片移动来控制可变电阻元件的阻值大小。
其中，还包括：温度检测单元、温度控制单元和功率调节单元；其中，
温度检测单元用于检测基座的实时温度，并将实时温度发送至温度控制单元；
温度控制单元用于根据实时温度和设定温度计算获得对应的目标加热功率，并发送至功率调节单元；
功率调节单元用于将加热元件的当前加热功率调整至目标加热功率。
本发明还提供了一种温度控制方法，其采用本发明提供的温度控制系统进行温度控制，其中，方法包括：
获取加热元件的当前加热功率以及实时电流；
根据当前加热功率与实时电流计算加热元件与可变电阻元件的实时电阻之和；
根据实时电阻之和与预定阻值调节可变电阻元件的阻值大小，以使加热元件的阻值与可变电阻元件的阻值之和维持在预定阻值。
其中，可变电阻元件为滑动变阻器，通过驱动滑动变阻器的划片移动，来控制可变电阻元件的阻值大小。
其中，将滑动变阻器的电阻最大位置设定为划片的原点。
其中，还包括：实时调节加热元件的加热功率。
其中，实时调节加热元件的加热功率，具体包括：
检测加热元件的实时温度；
根据加热元件的实时温度和设定温度计算获得目标加热功率；
将加热元件的当前功率调整至目标加热功率。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的温度控制系统，包括可变电阻元件和控制模块，可变电阻元件与加热元件串联，控制模块用于根据加热元件的阻值变化调节可变电阻元件的阻值大小，以使加热元件的阻值与可变电阻元件的阻值之和维持在预定阻值。通过设置可变电阻元件，即便加热元件的阻值因温度的变化而变化，也能够通过调节可变电阻元件的阻值使得加热元件与可变电阻元件的阻值之和保持不变，进而，由于在控制系统中控制对象的温度是恒定的，减小温控过长中电阻值的波动，使得控制简单，减小温度调控的时长。
本发明提供的温度控制方法，包括：获取当前加热元的加热功率以及实时电流；根据加热功率与实时电流计算当前加热元件与可变电阻元件的实时电阻之和；根据实时电阻之和与预定阻值调节可变电阻元件的阻值大小，以使加热元件的阻值与可变电阻元件的阻值之和维持在预定阻值。通过调节可变电阻元件的阻值，即便加热元件的阻值因温度的变化而变化，也能够通过调节可变电阻元件的阻值使得加热元件与可变电阻元件的阻值之和保持不变，进而，由于在控制系统中控制对象的温度是恒定的，减小温控过长中电阻值的波动，使得控制简单，减小温度调控的时长。
附图说明
图1为本发明实施例提供的温度控制系统的原理示意图；
图2为本发明实施例提供的温度控制方法的流程图。
其中，
101-加热元件；102-可变电阻元件；103-功率调节单元；104-电流互感器；105-控制单元；106-执行单元；107-温度检测单元；108-温度控制单元。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的温度控制系统及方法进行详细描述。
图1为本发明实施例提供的温度控制系统的原理示意图。如图1所示，本发明实施例提供了一种温度控制系统，包括加热元件101、可变电阻元件102和控制模块，其中，加热元件101用于对基座进行加热，可变电阻元件102与加热元件101串联，控制模块根据加热元件的阻值变化调节可变电阻元件的阻值大小，以将加热元件101的阻值与可变电阻元件102的阻值之和维持在预定阻值。
其中，预定阻值大于等于加热元件101在最大温度时的阻值。例如，基座所需的最大温度是500℃，在500℃下加热元件101的阻值10欧，此时，预设阻值应当大于等于10Ω。
进一步地，可变电阻元件102的最大电阻值应当大于等于预设阻值与加热元件101在室温下的阻值之差，例如，基座在室温时加热元件101的阻值为2Ω，那么，可变电阻元件102的最大阻值应当大于等于8Ω，优选地，可变电阻元件102的最大阻值为9Ω。
本发明实施例提供的温度控制系统，通过设置可变电阻元件和控制模块，即便加热元件的阻值因温度的变化而变化，也能够由控制模块通过调节可变电阻元件的阻值使得加热元件与可变电阻元件的阻值之和保持不变，进而，由于在控制系统中控制对象的温度是恒定的，减小温控过长中电阻值的波动，使得控制简单，减小温度调控的时长。
综上，相较现有技术而言，对于控制模块而言，由加热元件101和可变电阻元件102共同构成其控制对象，使控制对象在整个温度控制的过程中的阻值(即加热元件101的阻值与可变电阻元件102的阻值之和)不变，可认为控制对象是恒定的模型，对于控制对象恒定不变的模型，PID(比例proportion、积分integral、微分diferential)参数固定，控制简单，从而减小温控时间，并降低温控过程中的波动。
在本实施例中，控制模块具体包括电流互感器104、控制单元105和执行单元106。其中，电流互感器104与加热元件101连接，用于检测流经加热元件101和可变电阻元件102的实时电流，并将其发送至控制单元105；控制单元105用于根据流经加热元件101和可变电阻元件102的实时电流和当前功率计算获得加热元件101和可变电阻元件102的实时电阻之和，并根据实时电阻之和与预定阻值向执行单元106发送控制信号；执行单元106在控制信号的控制下，调节可变电阻元件102的阻值大小。
其中，电流互感器104还可以其它能够检测流经加热元件101的实时电流的电气元件，例如，罗氏线圈等。
其中，控制单元105接收加热元件101的实时电流和当前功率，根据公式R＝U/I，即可获得加热元件101的实时电阻。进一步地，根据实时电阻和预定阻值，计算获得可变电阻元件102的阻值大小。控制执行单元106调节可变电阻元件102的阻值大小。
因此，借助电流互感器104、控制单元105，能够获得加热元件101的实时电阻，并根据加热元件101的实时电阻和预设阻值进而获得可变电阻元件102的阻值大小。
在本实施例中，可变电阻元件102为滑动变阻器。
在本实施例中，执行单元106包括电机和连杆，连杆分别与电机和可变电阻元件102的滑片连接，执行单元106通过驱动滑片移动来控制可变电阻元件102的阻值大小。
在本实施例中，如图1所示，温度控制系统还包括温度检测单元107、温度控制单元108和功率调节单元105。其中，温度检测单元107用于检测基座的实时温度，并将其发送至温度控制单元108；温度控制单元108用于根据实时温度和设定温度计算获得目标加热功率，并目标加热功率发送至功率调节单元；功率调节单元103用于将加热元件101的当前功率调整至目标加热功率。
其中，温度检测单元107可以为热电偶，热电偶可以设置在基座内。
为解决本发明提出的技术问题，本发明实施例还提供了一种温度控制方法，该温度控制方法采用本发明实施例提供温度控制系统。图2为本发明实施例提供的温度控制方法的流程图。如图2所示，本发明实施例提供的温度控制方法包括如下步骤：
S1，获取加热元件101的当前加热功率以及实时电流；
S2，根据当前加热功率与实时电流，计算加热元件101与可变电阻元件102的实时电阻之和；
S3，根据实时电阻之和与预定阻值调节可变电阻元件102的阻值大小，以使加热元件101的阻值与可变电阻元件102的阻值之和维持在预定阻值。
本发明实施例提供的温度控制方法，通过调节可变电阻元件的阻值，即便加热元件的阻值因温度的变化而变化，也能够通过调节可变电阻元件的阻值使得加热元件与可变电阻元件的阻值之和保持不变，进而，由于在控制系统中控制对象的温度是恒定的，减小温控过长中电阻值的波动，使得控制简单，减小温度调控的时长。
其中，可变电阻元件102为滑动变阻器。通过驱动滑动变阻器的划片移动来控制述滑动变阻器的阻值大小。
其中，滑动变阻器的电阻最大位置为电机的原点。
在本实施例中，还包括：S4、实时调节加热元件101的加热功率。
需要说明的是，步骤S4用于调节加热元件101的加热功率，与步骤S1-步骤S3并无先后顺序关系。
在本实施例中，步骤S4具体包括：
S41、检测加热元件101的实时温度；
S42、根据加热元件101的实时温度和设定温度计算获得目标加热功率；
S43、将加热元件101的当前功率调整至目标加热功率。
下面结合具体实施例来对本发明实施例提供的温度控制方法进行描述。假设加热元件101在室温时电阻为2Ω，500℃时电阻为10Ω，那么，可变电阻元件102的最大电阻值为9Ω；升温过程中，某阶段温控单元108控制功率为50％，供电电压208V，即，加载在加热元件101上的电压为104V，此时，电流互感器104检测电流值为11A，加热元件101与可变电阻元件102的阻值之和为104V/11A＝9.45Ω，需要可变电阻增加的阻值为10-9.45＝0.55Ω；假设，可变电阻元件102的电阻变化区域长度为10mm，对应阻值为0-10Ω，即1mm对应1Ω，电机正传电阻增大，电机反转电阻减小，电机1000个脉冲对应电阻变化距离1mm，根据需要增大电阻0.55Ω，控制电机正传，脉冲数为550，可变电阻变化后，加热元件101与可变电阻元件102的阻值之和为10Ω。
由上可知，通过本发明提供的温度控制系统及方法，调节可变电阻元件的阻值，即便加热元件的阻值因温度的变化而变化，也能够通过调节可变电阻元件的阻值使得加热元件与可变电阻元件的阻值之和保持不变，进而，由于在控制系统中控制对象的温度是恒定的，减小温控过长中电阻值的波动，使得控制简单，减小温度调控的时长。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种温度控制系统，包括加热元件，用于对基座进行加热；其特征在于，还包括：可变电阻元件和控制模块；其中，
所述可变电阻元件与所述加热元件串联；
所述控制模块用于根据所述加热元件的阻值变化调节所述可变电阻元件的阻值大小，以将所述加热元件与所述可变电阻元件的阻值之和维持在预定阻值。
2.根据权利要求1所述的温度控制系统，其特征在于，所述控制模块包括：电流互感器、控制单元和执行单元，其中，
所述电流互感器与所述加热元件连接，用于检测流经所述加热元件和所述可变电阻元件的实时电流；
所述控制单元用于根据所述实时电流和加热元件的当前加热功率计算当前所述加热元件和所述可变电阻元件的实时电阻之和，并根据所述实时电阻之和与所述预定阻值向所述执行单元发送控制信号；
所述执行单元用于在所述控制信号的控制下，调节所述可变电阻元件的阻值大小。
3.根据权利要求1所述的温度控制系统，其特征在于，所述可变电阻元件为滑动变阻器。
4.根据权利要求2所述的温度控制系统，其特征在于，所述执行单元包括电机和连杆，所述连杆分别与所述电机和所述可变电阻元件的滑片连接，所述电机通过驱动所述连杆以使所述滑片移动来控制所述可变电阻元件的阻值大小。
5.根据权利要求2-4中任一所述的温度控制系统，其特征在于，还包括：温度检测单元、温度控制单元和功率调节单元；其中，
所述温度检测单元用于检测所述基座的实时温度，并将所述实时温度发送至所述温度控制单元；
所述温度控制单元用于根据所述实时温度和设定温度计算获得对应的目标加热功率，并发送至所述功率调节单元；
所述功率调节单元用于将所述加热元件的当前加热功率调整至所述目标加热功率。
6.一种采用权利要求1-5中任一所述的温度控制系统进行温度控制的温度控制方法，其特征在于，所述方法包括：
获取所述加热元件的当前加热功率以及实时电流；
根据所述当前加热功率与所述实时电流计算所述加热元件与所述可变电阻元件的实时电阻之和；
根据所述实时电阻之和与所述预定阻值调节所述可变电阻元件的阻值大小，以使所述加热元件的阻值与所述可变电阻元件的阻值之和维持在预定阻值。
7.根据权利要求6所述的温度控制方法，其特征在于，所述可变电阻元件为滑动变阻器，通过驱动所述滑动变阻器的滑片移动，来控制所述可变电阻元件的阻值大小。
8.根据权利要求7所述的温度控制方法，其特征在于，将所述滑动变阻器的电阻最大位置设定为所述滑片的原点。
9.根据权利要求6-8任一项所述的温度控制方法，其特征在于，还包括：实时调节所述加热元件的加热功率。
10.根据权利要求9所述的温度控制方法，其特征在于，所述实时调节所述加热元件的加热功率，具体包括：
检测所述加热元件的实时温度；
根据所述加热元件的实时温度和设定温度计算获得目标加热功率；
将所述加热元件的当前加热功率调整至所述目标加热功率。
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