CN112083742A - 一种温度控制装置、集成电路制造设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种温度控制装置、集成电路制造设备及方法，涉及温控设备领域，温度控制方法包括以下步骤：采集被检测设备的当前温度值PV；将所述当前温度值PV与预设温度值SP进行比较，得到温差值；对所述温差值分别进行制冷PID计算和加热PID计算，分别得到制冷控制输出值Cout1和加热控制输出值Hout1；对所述加热控制输出值Hout1进行分析，并根据分析结果控制加热系统和制冷系统对所述被检测设备的温度进行控制，以达到所述预设温度值SP。通过加热PID控制及制冷PID控制同时作用，温度控制能力增强，设备的温控精度极大的提高，满足空载状态温控精度在±0.1℃以内，加载状态温控精度在±0.5℃以内。

Description

一种温度控制装置、集成电路制造设备及方法

技术领域

本发明涉及温度控制设备系统领域，尤其涉及一种温度控制装置、集成电路制造设备及方法。

背景技术

半导体温控装置作为半导体集成电路IC制造过程中的重要设备，在集成电路IC制造的刻蚀工艺中要求保持恒定的温度输出用于控制刻蚀设备工艺腔，温度控制精度要求高。半导体温控装置在实际使用中通过制冷、加热环节对温度进行精确控制。目前的半导体温控装置采用传统PID控制算法实现控制目标温度和给定温度一致，在刻蚀工艺设备负载剧烈波动时半导体温控装置的温控精度难以保证。

发明内容

本发明实施例提供一种温度控制装置及温度控制方法，用以解决现有的温控装置存在温控精度低的问题。

本发明实施例提供一种温度控制装置，所述温度控制装置包括：

制冷系统，所述制冷系统包括压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器和气液分离器，所述压缩机的出液口与所述冷凝器的进液口连通，所述冷凝器的出液口与所述膨胀阀的进液口连通，所述膨胀阀的出液口与所述蒸发器的第一进液口连通，所述蒸发器的第一出液口与所述压缩机的进液口连通；

加热系统，所述加热系统包括加热器、循环泵和温度传感器，所述循环泵的进液口与所述蒸发器的第二出液口连通，所述循环泵的出液口与被检测设备的进液口连通，所述被检测设备的出液口与所述加热器的进液口连通，所述加热器的出液口与所述蒸发器的第二进液口连通；所述温度传感器设置于所述被检测设备的出液口与所述加热器的进液口之间的管线上，用于检测所述被检测设备出液口的液体温度。

根据本发明一个实施例的温度控制装置，所述制冷系统还包括气液分离器，所述气液分离器设置于连接所述蒸发器的第一出液口与所述压缩机的进液口的管线上。

根据本发明一个实施例的温度控制装置，所述加热系统包括还包括出口手动阀和回口手动阀，所述出口手动阀设置于所述被检测设备的出液口，所述回口手动阀设置于所述被检测设备的进液口。

本发明实施例还提供一种集成电路制造设备，所述集成电路制造设备包括温度控制装置，所述温度控制装置为权利要求1至3任一项权利要求所述的温度控制装置。

本发明实施例还提供一种温度控制方法，包括以下步骤：

采集被检测设备的当前温度值PV；

将所述当前温度值PV与预设温度值SP进行比较，得到温差值；

对所述温差值分别进行制冷PID计算和加热PID计算，分别得到制冷控制输出值Cout1和加热控制输出值Hout1；

对所述加热控制输出值Hout1进行分析，并根据分析结果控制加热系统和制冷系统对所述被检测设备的温度进行控制，以达到所述预设温度值SP。

根据本发明一个实施例的温度控制方法，对所述加热控制输出值Hout1进行分析，并根据分析结果控制加热系统和制冷系统对所述被检测设备的温度进行控制包括：

当0<Hout1≤p％时，根据所述预设温度值SP对制冷控制量Cout的系数k进行调节，其中，1≤p<100，Cout＝(p％-Hout1)/k，Hout＝Hout1；

当p％<Hout1≤100％时，增大加热控制量Hout的加热修正系数kh，其中，Cout＝0，Hout＝Hout1*kh；

当Hout1＝0时，增大制冷控制量Cout的制冷修正系数kc，其中Cout＝Cout1*kc，Hout＝0。

根据本发明一个实施例的温度控制方法，1≤k≤3，1≤kh<2，1≤kc<2。

根据本发明一个实施例的温度控制方法，所述根据所述预设温度值SP对制冷控制量Cout的系数k进行调节包括：

当-20℃≤SP≤10℃时，减小制冷控制量Cout的系数k；

当50℃≤SP≤80℃时，增大制冷控制量Cout的系数k。

根据本发明一个实施例的温度控制方法，所述被检测设备为刻蚀工艺设备负载端。

根据本发明一个实施例的温度控制方法，所述制冷控制量Cout用于控制压缩机及膨胀阀；所述加热控制量Hout用于控制加热器。

本发明实施例提供的温度控制装置及温度控制方法通过加热PID控制及制冷PID控制同时作用，温度控制能力增强，设备的温控精度极大的提高，满足空载状态温控精度在±0.1℃以内，加载状态温控精度在±0.5℃以内。

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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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是本发明实施例提供的一种温度控制装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种温度控制方法的流程示意图；

图3是本发明实施例提供的一种温度控制方法的逻辑示意图。

附图标记：

1：压缩机；2：冷凝器；3：膨胀阀；4：蒸发器；5：气液分离器；6：加热器；7：温度传感器；8：出口手动阀；9：刻蚀工艺设备负载端；10：回口手动阀；11：循环泵。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合图1-图3描述本发明实施例的温度控制装置及温度控制方法。

图1示例了一种温度控制装置的结构示意图，如图1所示，温度控制装置包括制冷系统和加热系统，制冷系统包括压缩机1、冷凝器2、膨胀阀3、蒸发器4和气液分离器5，压缩机1的出液口与冷凝器2的进液口连通，冷凝器2的出液口与膨胀阀3的进液口连通，膨胀阀3的出液口与蒸发器4的第一进液口连通，蒸发器4的第一出液口与压缩机1的进液口连通。制冷系统主要是通过蒸发器4与加热系统进行热量交换，进而控制被检测设备的温度，本实施例中被检测设备为刻蚀工艺设备负载端9，膨胀阀3为EEV电子膨胀阀3。

加热系统包括加热器6、循环泵11和温度传感器7，循环泵11的进液口与蒸发器4的第二出液口连通，循环泵11的出液口与被检测设备的进液口连通，被检测设备的出液口与加热器6的进液口连通，加热器6的出液口与蒸发器4的第二进液口连通；温度传感器7设置于被检测设备的出液口与加热器6的进液口之间的管线上，用于检测被检测设备出液口的液体温度。

由制冷系统和加热系统构成的循环系统与刻蚀工艺设备负载端9的管腔连通，通过管道将热量带出刻蚀工艺设备负载端9的出液口，造成出液口温度升高，由循环泵11将液体送至蒸发器4进行热量交互，实现降温的过程，加热器6控制出液口的温度稳定在给定的目标温度，保证出液口温度的控温精度。

进一步地，制冷系统还包括气液分离器5，气液分离器5设置于连接蒸发器4的第一出液口与压缩机1的进液口的管线上。加热系统包括还包括出口手动阀8和回口手动阀10，出口手动阀8设置于被检测设备的出液口，回口手动阀10设置于被检测设备的进液口。

本发明还提供一种集成电路制造设备，集成电路制造设备包括温度控制装置，温度控制装置为如上所述的温度控制装置。

图2示例了一种温度控制方法的流程示意图，如图2所示，本发明还提供一种温度控制方法，包括以下步骤：

步骤100：采集被检测设备的当前温度值PV；

当前温度值PV为被检测设备出液口的液体温度，本实施例中被检测设备为刻蚀工艺设备负载端9，当前温度值PV由温度传感器7进行采集，温度传感器7将采集的温度值转化成电信号发送至制冷PID控制器和加热PID控制器。

步骤200：将当前温度值PV与预设温度值SP进行比较，得到温差值；

温差值e＝SP-PV，需要说明是温差值e是由制冷PID控制器和加热PID控制器分别计算得到。

步骤300：对温差值分别进行制冷PID计算和加热PID计算，分别得到制冷控制输出值Cout1和加热控制输出值Hout1；

步骤400：对加热控制输出值Hout1进行分析，并根据分析结果控制加热系统和制冷系统对被检测设备的温度进行控制，以达到预设温度值SP。

本发明实施例提供的温度控制方法通过加热PID控制及制冷PID控制同时作用，温度控制能力增强，设备的温控精度极大的提高，满足空载状态温控精度在±0.1℃以内，加载状态温控精度在±0.5℃以内。

图3示例了一种温度控制方法的逻辑示意图，如图3所示，在一些实施例中，对加热控制输出值Hout1进行分析，并根据分析结果控制加热系统和制冷系统对被检测设备的温度进行控制包括：

当0<Hout1≤p％时，根据预设温度值SP对制冷控制量Cout的系数k进行调节，其中，1≤p<100，Cout＝(p％-Hout1)/k，Hout＝Hout1；

本实施例中1≤k≤3，p取30～60左右，对于负载量小的刻蚀工艺设备，可以通过设置较小的p值，使加热、制冷量维持一个较小的数值，空载和加载时都保证了加热量输出在较低的范围，实现设备能耗降低。对于负载量大的刻蚀工艺设备，可以通过设置较大的p值，使加热、制冷量维持一个较大的数值，使得半导体温控装置具有较大的带载能力，可以动态的实现设备带载能力的增强。

当0<Hout1≤p％时，加热、制冷控制同时并存，Cout制冷控制量的范围为0≤Cout≤100％，制冷控制量Cout用于控制压缩机1及膨胀阀3，Hout加热控制量的范围为0≤Hout≤100％，加热控制量Hout用于控制加热器6。根据不同的预设温度值SP，k系数设置不同数值，根据预设温度值SP对制冷控制量Cout的系数k进行调节包括：

当-20℃≤SP≤10℃时，减小制冷控制量Cout的系数k；

在低温段，由于制冷系统对温度控制的作用弱一些，此时k数值需设置小一些使得Cout的控制作用量强一些，因此需要减小制冷控制量Cout的系数k。

当50℃≤SP≤80℃时，增大制冷控制量Cout的系数k。

在高温段，由于制冷系统对温度控制的作用强，此时k数值需设置大一些使得Cout的控制作用量弱一些，因此需要增大制冷控制量Cout的系数k。

在加热制冷同时存在的状态下：当刻蚀主工艺设备加载时，检测到当前温度值PV增大，此时加热控制量Hout减小、制冷控制量Cout增大，加热控制量Hout控制加热器6、制冷控制量Cout控制压缩机1及膨胀阀3，加热及制冷对检测刻蚀主工艺设备的出液口的温度叠加控制可以快速的使当前温度值PV往减小的方向运行，达到温度的精确控制；当刻蚀主工艺设备卸载时，检测到当前温度值PV减小，此时加热控制量Hout增大、制冷控制量Cout减小，加热控制量Hout控制加热器6、制冷控制量Cout控制压缩机1及电气膨胀阀3，加热及制冷对出口温度的叠加控制可以快速的使当前温度值PV往增大的方向运行，达到温度的精确控制。通过加热PID控制及制冷PID控制的叠加控制相较目前使用的单一加热PID控制在控制精度上有质的提升。

当p％<Hout1≤100％时，增大加热控制量Hout的加热修正系数kh，其中，Cout＝0，Hout＝Hout1*kh；

本实施例中1≤kh<2，当p％<Hout1≤100％时，此时需要较大的加热量，需要对加热器6进行加热控制，系统处于单一加热PID控制中，通过增大加热控制量Hout的加热修正系数kh，可以使系统进行快速加热控制，达到温度的快速精确控制。

当Hout1＝0时，增大制冷控制量Cout的制冷修正系数kc，其中Cout＝Cout1*kc，Hout＝0。

本实施例中1≤kc<2，当Hout1＝0时，此时需要较大的制冷量，需要对制冷系统进行制冷控制，系统处于单一制冷PID控制中，通过增大制冷控制量Cout的制冷修正系数kc，可以使系统进行快速制冷控制，达到温度的快速精确控制。

通过设置不同的修正系数p、k、kh、kc，可以使半导体温控装置的带负载能力不同，可以使同一台半导体温控装置适应不同的刻蚀主工艺设备及不同刻蚀工艺制程。通过对加热PID及制冷PID的运算量及各自作用条件的判断，实现对出液口的温度的精确控制。本发明实施例的温度控制装置及温度控制方法可兼容不同的刻蚀工艺设备及不同的刻蚀工艺制程。通过系数修正最终的加热量及制冷量，装备适用范围广、控制能力强。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种温度控制装置，其特征在于，所述温度控制装置包括：

制冷系统，所述制冷系统包括压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器和气液分离器，所述压缩机的出液口与所述冷凝器的进液口连通，所述冷凝器的出液口与所述膨胀阀的进液口连通，所述膨胀阀的出液口与所述蒸发器的第一进液口连通，所述蒸发器的第一出液口与所述压缩机的进液口连通；

加热系统，所述加热系统包括加热器、循环泵和温度传感器，所述循环泵的进液口与所述蒸发器的第二出液口连通，所述循环泵的出液口与被检测设备的进液口连通，所述被检测设备的出液口与所述加热器的进液口连通，所述加热器的出液口与所述蒸发器的第二进液口连通；所述温度传感器设置于所述被检测设备的出液口与所述加热器的进液口之间的管线上，用于检测所述被检测设备出液口的液体温度。

2.根据权利要求1所述的温度控制装置，其特征在于，所述制冷系统还包括气液分离器，所述气液分离器设置于连接所述蒸发器的第一出液口与所述压缩机的进液口的管线上。

3.根据权利要求1所述的温度控制装置，其特征在于，所述加热系统包括还包括出口手动阀和回口手动阀，所述出口手动阀设置于所述被检测设备的出液口，所述回口手动阀设置于所述被检测设备的进液口。

4.一种集成电路制造设备，其特征在于，所述集成电路制造设备包括温度控制装置，所述温度控制装置为权利要求1至3任一项权利要求所述的温度控制装置。

5.一种温度控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

采集被检测设备的当前温度值PV；

将所述当前温度值PV与预设温度值SP进行比较，得到温差值；

对所述温差值分别进行制冷PID计算和加热PID计算，分别得到制冷控制输出值Cout1和加热控制输出值Hout1；

对所述加热控制输出值Hout1进行分析，并根据分析结果控制加热系统和制冷系统对所述被检测设备的温度进行控制，以达到所述预设温度值SP。

6.根据权利要求5所述的温度控制方法，其特征在于，对所述加热控制输出值Hout1进行分析，并根据分析结果控制加热系统和制冷系统对所述被检测设备的温度进行控制包括：

当0<Hout1≤p％时，根据所述预设温度值SP对制冷控制量Cout的系数k进行调节，其中，1≤p<100，Cout＝(p％-Hout1)/k，Hout＝Hout1；

当p％<Hout1≤100％时，增大加热控制量Hout的加热修正系数kh，其中，Cout＝0，Hout＝Hout1*kh；

当Hout1＝0时，增大制冷控制量Cout的制冷修正系数kc，其中Cout＝Cout1*kc，Hout＝0。

7.根据权利要求6所述的温度控制方法，其特征在于，1≤k≤3，1≤kh<2，1≤kc<2。

8.根据权利要求7所述的温度控制方法，其特征在于，所述根据所述预设温度值SP对制冷控制量Cout的系数k进行调节包括：

当-20℃≤SP≤10℃时，减小制冷控制量Cout的系数k；

当50℃≤SP≤80℃时，增大制冷控制量Cout的系数k。

9.根据权利要求5、6、7或8所述的温度控制方法，其特征在于，所述被检测设备为刻蚀工艺设备负载端。

10.根据权利要求8所述的温度控制方法，其特征在于，所述制冷控制量Cout用于控制压缩机及膨胀阀；所述加热控制量Hout用于控制加热器。

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