CN112378113A - 半导体温控装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及半导体生产技术领域，提供了一种半导体温控装置及方法。该半导体温控装置，包括第一热交换器、第二热交换器、第三热交换器、第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、加热桶和缓冲箱。本发明结构简单、易于维修、成本低廉、大小负载均可使用且输出精度高，通过两个循环的换热可以很好的满足温控精度要求，降低了设备的使用能耗。

Description

半导体温控装置及方法

技术领域

本发明涉及半导体生产技术领域，特别是涉及一种半导体温控装置及方法。

背景技术

半导体温控装置作为生产半导体的辅助设备，在晶圆的制备工艺中，要求保持恒定的温度输出，同时对于降温和加载条件下的控温也有很高要求。现有制冷系统难以满足当下主机台的温控精度要求，无法保证生产的半导体产品高质量的要求。

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。为此，本发明提出一种半导体温控装置，以解决现有半导体温控精度低的问题。

本发明还提出一种半导体温控方法。

根据本发明第一方面实施例的一种半导体温控装置，包括第一热交换器、第二热交换器和第三热交换器，所述第一热交换器的第一放热管路的进液口与待冷却介质管路连接，所述待冷却介质管路上设有第一温度传感器，所述第一放热管路的出液口通过连接管路与所述第二热交换器的第二放热管路的进液口连接，所述连接管路上设有第二温度传感器，所述第二放热管路的出液口与输出管路连接，所述输出管路上设有第三温度传感器；

所述第一热交换器的第一吸热管路的进液口和所述第三热交换器的第三吸热管路的进液口均与冷却介质输送管路连接，所述第一吸热管路的出液口和所述第三吸热管路的出液口均与冷却介质回流管路连接，所述第一吸热管路上设有电磁阀；

所述第三热交换器的第三放热管路的进液口与加热桶的出液口连接，所述加热桶的进液口与所述第二热交换器的第二吸热管路的出液口连接，所述第二吸热管路的进液口与缓冲箱的出液口连接，所述缓冲箱的进液口与所述第三放热管路的出液口连接。

根据本发明实施例的半导体温控装置，通过第一温度传感器和第二温度传感器检测的温度，控制电磁阀的开度，实现第一热交换器对待冷却介质的第一次冷却，通过加热桶、第三热交换器和缓冲箱的作用，将稳流稳温的吸热介质输送至第二热交换器内，实现第二热交换器对待冷却介质的第二次冷却，并将待冷却介质冷却至所需温度，提高温控精确度和灵活度，结构简单、易于维修、成本低廉、大小负载均可使用且输出精度高，通过两个循环的换热可以很好的满足温控精度要求，降低了设备的使用能耗。

根据本发明的一个实施例，还包括控制器，所述控制器的输入端分别与所述第一温度传感器、所述第二温度传感器和所述第三温度传感器连接，所述控制器的输出端与所述电磁阀连接。

根据本发明的一个实施例，所述控制器内预设第一温度和第二温度，且所述控制器用于将所述第一温度传感器检测的温度与所述第一温度对比并输出对比结果，以及将所述第二温度传感器检测的温度与第二温度对比并输出对比结果。

根据本发明的一个实施例，还包括显示屏，所述显示屏的输入端与所述控制器的输出端连接。

根据本发明的一个实施例，所述缓冲箱设有液位计。

根据本发明的一个实施例，所述第二吸热管路的进液口通过泵送管路与所述缓冲箱的出液口连接，所述泵送管路上设有循环泵。

根据本发明的一个实施例，所述循环泵与所述第二吸热管路的进液口之间的所述泵送管路与回流管路的进液口连接，所述回流管路的出液口与所述缓冲箱连接。

根据本发明的一个实施例，所述回流管路上设有阀门。

根据本发明的一个实施例，所述冷却介质输送管路内的冷却介质为工业冷水。

根据本发明第二方面实施例的一种半导体温控方法，包括如下步骤：

分别采集所述第一温度传感器、所述第二温度传感器和所述第三温度传感器检测的温度，确定电磁阀的开度，控制进入所述第一热交换器内冷却介质的流量；

将经所述加热桶加热后的吸热介质与所述第三热交换器进行热交换形成恒定温度的吸热基质，并输送至所述缓冲箱内，稳流稳温后的吸热基质输送至所述第二热交换器内，将待冷却介质冷却至所需温度。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

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为本发明实施例半导体温控装置的结构示意图。

附图标记：

110、第一热交换器；120、第二热交换器；130、第三热交换器；140、第一温度传感器；150、第二温度传感器；160、第三温度传感器；170、电磁阀；180、加热桶；190、缓冲箱；200、循环泵；210、液位计；220、阀门。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“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实施例和简化描述，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实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

如图1所示，本发明实施例提供一种半导体温控装置，包括第一热交换器110、第二热交换器120和第三热交换器130，所述第一热交换器110的第一放热管路的进液口与待冷却介质管路连接，所述待冷却介质管路上设有第一温度传感器140，所述第一放热管路的出液口通过连接管路与所述第二热交换器120的第二放热管路的进液口连接，所述连接管路上设有第二温度传感器150，所述第二放热管路的出液口与输出管路连接，所述输出管路上设有第三温度传感器160；

所述第一热交换器110的第一吸热管路的进液口和所述第三热交换器130的第三吸热管路的进液口均与冷却介质输送管路连接，所述第一吸热管路的出液口和所述第三吸热管路的出液口均与冷却介质回流管路连接，所述第一吸热管路上设有电磁阀170；

所述第三热交换器130的第三放热管路的进液口与加热桶180的出液口连接，所述加热桶180的进液口与所述第二热交换器120的第二吸热管路的出液口连接，所述第二吸热管路的进液口与缓冲箱190的出液口连接，所述缓冲箱190的进液口与所述第三放热管路的出液口连接。

根据本发明实施例的半导体温控装置，通过第一温度传感器140和第二温度传感器150检测的温度，控制电磁阀170的开度，实现第一热交换器110对待冷却介质的第一次冷却，通过加热桶180、第三热交换器130和缓冲箱190的作用，将稳流稳温的吸热介质输送至第二热交换器120内，实现第二热交换器120对待冷却介质的第二次冷却，并将待冷却介质冷却至所需温度，提高温控精确度和灵活度，结构简单、易于维修、成本低廉、大小负载均可使用且输出精度高，通过两个循环的换热可以很好的满足温控精度要求，降低了设备的使用能耗。

根据本发明的一个实施例，还包括控制器，所述控制器的输入端分别与所述第一温度传感器140、所述第二温度传感器150和所述第三温度传感器160连接，所述控制器的输出端与所述电磁阀170连接。可以理解的是，控制器优选可编程逻辑控制器，用以接收第一温度传感器140检测的待冷却介质管路内输入的待冷却介质的温度、第二温度传感器150检测的经第一热交换器110冷却后的连接管路内待冷却介质的温度和第三温度传感器160检测的经第二热交换器120冷却后的输出管路内的待冷却介质的温度。控制器根据第一温度传感器140检测的温度，进而调整电磁阀170的开度，保证精准控制冷却效果温度。

根据本发明的一个实施例，所述控制器内预设第一温度和第二温度，且所述控制器用于将所述第一温度传感器140检测的温度与所述第一温度对比并输出对比结果，以及将所述第二温度传感器150检测的温度与第二温度对比并输出对比结果。可以理解的是，第一温度传感器140检测的温度与第一温度进行比较，判断电磁阀170是否开启。第二温度传感器150检测的温度与第二温度进行比较，判断电磁阀170的开度。

根据本发明的一个实施例，还包括显示屏，所述显示屏的输入端与所述控制器的输出端连接。可以理解的是，显示屏用以显示第一温度传感器140、第二温度传感器150和第三温度传感器160检测的温度值，方便工作人员查看运行情况。

根据本发明的一个实施例，所述缓冲箱190设有液位计210。可以理解的是，液位计210用以实时监测缓冲箱190内的液体量。

根据本发明的一个实施例，所述第二吸热管路的进液口通过泵送管路与所述缓冲箱190的出液口连接，所述泵送管路上设有循环泵200。可以理解的是，通过设置循环泵200，实现将缓冲箱190内的溶液由泵送管路泵送至第二热交换器120的第二吸热管路，进而对待冷却介质进行吸热冷却，实现精密温控。

值得说明的，控制器与加热桶180、循环泵200和液位计210连接，用以接收并通过显示屏显示加热桶180的加热温度、循环泵200的工作功率和液位计210测量的液位值。

根据本发明的一个实施例，所述循环泵200与所述第二吸热管路的进液口之间的所述泵送管路与回流管路的进液口连接，所述回流管路的出液口与所述缓冲箱190连接。可以理解的是，回流管路将泵送管路内的液体回流至缓冲箱190内，进而调整流入第二吸热管路内的吸热液体的流量及流速，达到精密温控。

根据本发明的一个实施例，所述回流管路上设有阀门220。可以理解的是，通过控制阀门220的开度，实现对回流管路内液体流量的控制。

根据本发明的一个实施例，所述冷却介质输送管路内的冷却介质为工业冷水。可以理解的是，冷却介质优选工业冷水(PCW)，降低成本和能耗。

本发明还提供一种半导体温控方法，包括如下步骤：

分别采集所述第一温度传感器140、所述第二温度传感器150和所述第三温度传感器160检测的温度，确定电磁阀170的开度，控制进入所述第一热交换器110内冷却介质的流量；

将经所述加热桶180加热后的吸热介质与所述第三热交换器130进行热交换形成恒定温度的吸热基质，并输送至所述缓冲箱190内，稳流稳温后的吸热基质输送至所述第二热交换器120内，将待冷却介质冷却至所需温度。

具体的，本发明实施例的半导体温控装置的运行方式如下：

若控制器接收到的第一温度传感器140检测的温度T₁小于控制器内预设的第一温度T₀，则控制器向电磁阀170发送关闭指令，待冷却介质由待冷却介质管路输送至第一放热管路，第一吸热管路内无冷却介质输送，待冷却介质由第一放热管路和连接管路输送至第二热交换器120的第二放热管路内，并在第二热交换器120内进行热交换，实现对待冷却介质的介质，第二温度传感器150检测的温度T₂与T₁相同；加热桶180、第三热交换器130、缓冲箱190和第二吸热管路形成循环冷却回路，也就是说，第二热交换器120提供闭合的恒温冷却环境，对第二放热管路内的待冷却介质进行稳定换热冷却，冷却后的待冷却介质由输出管路输送至主机台，第三温度传感器160检测待冷却介质的输出温度T₃，完成精密温控；

若控制器接收到的第一温度传感器140检测的温度T₁大于或等于控制器内预设的第一温度T₀，则控制器向电磁阀170发送开启指令，待冷却介质在第一热交换器110内与工业冷水进行热交换；控制器根据第二温度传感器150检测的温度T₂的大小，调整电磁阀170的开度，也就是说，若T₂小于控制器内预设的第二温度T₀′，则控制器将电磁阀170的开度减小，减小工业冷水的流量，降低冷却效果；若T₂等于第二温度T₀′，则控制器不调整电磁阀170的开度，维持现在的工业冷水流量，保持冷却效果；若T₂大于第二温度T₀′，则控制器将电磁阀170的开度增大，增加工业冷水的流量，提高冷却效果；经第一热交换器110冷却后的待冷却介质进入第二热交换器120，进行稳定的热交换冷却，进而到温控要求，输出精准温度的待冷却介质；

若第三温度传感器160检测的温度T₃小于所需冷却温度，则增加阀门220的开度降低循环泵200的运行功率，也就是增加回流管路内的流量，减少进入第二热交换器120内的吸热介质，降低冷却效果，升高T₃值至所需温度；

若第三温度传感器160检测的温度T₃等于所需冷却温度，则维持阀门220和循环泵200的现有运行状态；

若第三温度传感器160检测的温度T₃大于所需冷却温度，则降低阀门220的开度，提高循环泵200的运行功率，也就是减少回流管路内的流量，增加进入第二热交换器120内的吸热介质，提高冷却效果，减小T₃值至所需温度；

上述步骤中显示屏实时显示第一温度传感器140、第二温度传感器150和第三温度传感器160检测的温度以及液位计210的液位值、循环泵的运行功率和加热桶180的加热温度。

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。

以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (10)

1.一种半导体温控装置，其特征在于，包括第一热交换器、第二热交换器和第三热交换器，所述第一热交换器的第一放热管路的进液口与待冷却介质管路连接，所述待冷却介质管路上设有第一温度传感器，所述第一放热管路的出液口通过连接管路与所述第二热交换器的第二放热管路的进液口连接，所述连接管路上设有第二温度传感器，所述第二放热管路的出液口与输出管路连接，所述输出管路上设有第三温度传感器；

所述第一热交换器的第一吸热管路的进液口和所述第三热交换器的第三吸热管路的进液口均与冷却介质输送管路连接，所述第一吸热管路的出液口和所述第三吸热管路的出液口均与冷却介质回流管路连接，所述第一吸热管路上设有电磁阀；

所述第三热交换器的第三放热管路的进液口与加热桶的出液口连接，所述加热桶的进液口与所述第二热交换器的第二吸热管路的出液口连接，所述第二吸热管路的进液口与缓冲箱的出液口连接，所述缓冲箱的进液口与所述第三放热管路的出液口连接。

2.根据权利要求1所述的半导体温控装置，其特征在于，还包括控制器，所述控制器的输入端分别与所述第一温度传感器、所述第二温度传感器和所述第三温度传感器连接，所述控制器的输出端与所述电磁阀连接。

3.根据权利要求2所述的半导体温控装置，其特征在于，所述控制器内预设第一温度和第二温度，且所述控制器用于将所述第一温度传感器检测的温度与所述第一温度对比并输出对比结果，以及将所述第二温度传感器检测的温度与第二温度对比并输出对比结果。

4.根据权利要求2所述的半导体温控装置，其特征在于，还包括显示屏，所述显示屏的输入端与所述控制器的输出端连接。

5.根据权利要求1所述的半导体温控装置，其特征在于，所述缓冲箱设有液位计。

6.根据权利要求1所述的半导体温控装置，其特征在于，所述第二吸热管路的进液口通过泵送管路与所述缓冲箱的出液口连接，所述泵送管路上设有循环泵。

7.根据权利要求6所述的半导体温控装置，其特征在于，所述循环泵与所述第二吸热管路的进液口之间的所述泵送管路与回流管路的进液口连接，所述回流管路的出液口与所述缓冲箱连接。

8.根据权利要求7所述的半导体温控装置，其特征在于，所述回流管路上设有阀门。

9.根据权利要求1至8任一项所述的半导体温控装置，其特征在于，所述冷却介质输送管路内的冷却介质为工业冷水。

10.一种基于权利要求1至9任一项所述的半导体温控装置的半导体温控方法，其特征在于，包括如下步骤：

分别采集所述第一温度传感器、所述第二温度传感器和所述第三温度传感器检测的温度，确定电磁阀的开度，控制进入所述第一热交换器内冷却介质的流量；

将经所述加热桶加热后的吸热介质与所述第三热交换器进行热交换形成恒定温度的吸热基质，并输送至所述缓冲箱内，稳流稳温后的吸热基质输送至所述第二热交换器内，将待冷却介质冷却至所需温度。

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