CN112965546A - 一种用于半导体温度控制的温控系统及温控方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于半导体温度控制的温控系统及温控方法，涉及半导体制造设备领域，温控系统包括制冷装置、循环装置和控制装置，循环装置包括加热器、水箱、水泵、第一温度传感器、第二温度传感器和控制阀，水泵的出口与制冷装置的入口连通，制冷装置的出口分别与控制阀的第一接口、加热器的入口连通，加热器的出口与负载设备的入口连通，负载设备的出口与水箱的出口共同连接水泵的入口，水箱的入口与控制阀的第二接口连通。通过在温控系统处于降温或升温状态关闭控制阀，降低换热液体的量，提高温控系统升温或降温的速度，缩短单个工艺周期，提高芯片制程效率；通过在空载或负载状态增加换热液体的量，提高温控系统的温控稳定性和温控精度。

Description

一种用于半导体温度控制的温控系统及温控方法

技术领域

本发明涉及半导体制造设备领域，尤其涉及一种用于半导体温度控制的温控系统及温控方法。

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通过升温或降温进行温度控制，但是现有的温控装置存在控温速度慢，延长了单个工艺的周期，严重影响芯片制程效率。

发明内容

本发明提供一种用于半导体温度控制的温控系统及温控方法，用以解决现有技术中的温控装置存在温控精度低，温控速度慢，单个工艺的周期长，以及芯片制程效率低的问题。

本发明提供一种用于半导体温度控制的温控系统，包括：

制冷装置；

循环装置，包括加热器、水箱、水泵、第一温度传感器、第二温度传感器和控制阀，所述水泵的出口与所述制冷装置的入口连通，所述制冷装置的出口分别与所述控制阀的第一接口、所述加热器的入口连通，所述加热器的出口与负载设备的入口连通，所述负载设备的出口与所述水箱的出口共同连接所述水泵的入口，所述水箱的入口与所述控制阀的第二接口连通，所述第一温度传感器设置于所述加热器的出口，所述第二温度传感器设置于所述负载设备的出口；

控制装置，分别与所述加热器、所述水泵、所述第一温度传感器、所述第二温度传感器、所述控制阀、所述制冷装置电连接。

根据本发明提供一种的用于半导体温度控制的温控系统，所述制冷装置包括压缩机、冷凝器、电子膨胀阀和换热装置，所述压缩机的出口与所述冷凝器的第一接口连通，所述冷凝器的第二接口和第三接口分别与循环水管路连通，所述冷凝器的第四接口与所述电子膨胀阀的第一接口连通，所述电子膨胀阀的第二接口与所述换热装置的第一接口连通，所述换热装置的第二接口与所述压缩机的入口连通，所述换热装置的第三接口与所述水泵的出口连通，所述换热装置的第四接口分别与所述控制阀的第一接口、所述加热器的入口连通，所述压缩机与所述控制装置电连接。

根据本发明提供一种的用于半导体温度控制的温控系统，所述换热装置为蒸发器。

根据本发明提供一种的用于半导体温度控制的温控系统，所述循环装置还包括流量传感器，所述流量传感器设置于所述加热器的出口，所述流量传感器与所述控制装置电连接。

根据本发明提供一种的用于半导体温度控制的温控系统，所述循环装置还包括第三温度传感器，所述第三温度传感器设置于所述换热装置的第四接口，所述第三温度传感器与所述控制装置电连接。

根据本发明提供一种的用于半导体温度控制的温控系统，所述控制阀为电动两通阀。

根据本发明提供一种的用于半导体温度控制的温控系统，所述循环装置还包括变频器和PID控制器，所述变频器分别与所述PID控制器、所述水泵电连接，所述PID控制器与所述控制装置电连接。

本发明还提供一种用于半导体温度控制的温控方法，所述温控方法包括以下步骤：

步骤a10，根据上一周期的目标温度值SV0与此时的目标温度值SV，以及加热器出口的液体温度值PV与目标温度值SV的特定关系判定温控系统的状态；

步骤a20，根据温控系统的状态对控制阀的开度进行调节；

步骤a30，对水泵的流量进行调节，以保持所述加热器出口的流量稳定。

根据本发明提供一种的用于半导体温度控制的温控方法，在执行所述步骤a10之前还执行以下步骤：

获取加热器出口的液体温度值和负载设备出口的液体温度值。

根据本发明提供一种的用于半导体温度控制的温控方法，所述根据上一周期的目标温度值SV0与此时的目标温度值SV，以及加热器出口的液体温度值PV与目标温度值SV的特定关系判定温控系统的状态包括：

比对上一周期的目标温度值SV0与目标温度值SV的大小，以及加热器出口的液体温度值PV与目标温度值SV的大小；

若目标温度值SV相对上一周期的目标温度值SV0发生改变，且加热器出口的液体温度值PV大于或小于目标温度值SV，则所述温控系统处于降温或升温状态；

若加热器出口的液体温度值PV等于目标温度值SV，则所述温控系统处于空载或负载状态。

本发明提供的用于半导体温度控制的温控系统通过在温控系统处于降温或升温状态时关闭控制阀，降低换热液体的量，提高温控系统升温或降温的速度，缩短单个工艺的周期，提高芯片制程效率；通过在空载或负载状态时增加换热液体的量，提高温控系统的温控稳定性和温控精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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是本发明提供的用于半导体温度控制的温控系统的结构示意图；

图2是本发明提供的用于半导体温度控制的温控方法的流程图。

附图标记：100、制冷装置；101、压缩机；102、冷凝器；103、电子膨胀阀；104、蒸发器；200、循环装置；201、加热器；202、水箱；203、水泵；204、第一温度传感器；205、第二温度传感器；206、第三温度传感器；207、流量传感器；208、电动两通阀；300、负载设备。

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。

下面结合图1-图2描述本发明的用于半导体温度控制的温控系统及温控方法。

图1示例了一种用于半导体温度控制的温控系统的结构示意图，如图1所示，用于半导体温度控制的温控系统包括制冷装置100、循环装置200和控制装置，制冷装置100用于降低循环装置200的管路中液体的温度。循环装置200包括加热器201、水箱202、水泵203、第一温度传感器204、第二温度传感器205和控制阀，水泵203的出口与制冷装置100的入口连通，制冷装置100的出口分别与控制阀的第一接口、加热器201的入口连通。加热器201的出口与负载设备300的入口连通，负载设备300的出口与水箱202的出口共同连接水泵203的入口，水箱202的入口与控制阀的第二接口连通。第一温度传感器204设置于加热器201的出口，第二温度传感器205设置于负载设备300的出口。控制装置分别与加热器201、水泵203、第一温度传感器204、第二温度传感器205、控制阀、制冷装置100电连接。

本发明提供的用于半导体温度控制的温控系统通过在温控系统处于降温或升温状态时关闭控制阀，降低换热液体的量，提高温控系统升温或降温的速度，缩短单个工艺的周期，提高芯片制程效率；通过在空载或负载状态时增加换热液体的量，提高温控系统的温控稳定性和温控精度。

根据本发明的实施例，制冷装置100包括压缩机101、冷凝器102、电子膨胀阀103和换热装置，压缩机101的出口与冷凝器102的第一接口连通。冷凝器102的第二接口和第三接口分别与循环水管路连通，冷凝器102的第四接口与电子膨胀阀103的第一接口连通，电子膨胀阀103的第二接口与换热装置的第一接口连通。换热装置的第二接口与压缩机101的入口连通，换热装置的第三接口为制冷装置100的入口，换热装置的第三接口与水泵203的出口连通。换热装置的第四接口为制冷装置100的出口，换热装置的第四接口分别与控制阀的第一接口、加热器201的入口连通，压缩机101与控制装置电连接。

根据本发明的实施例，换热装置为蒸发器104，蒸发器104用于使制冷装置100的管路中的制冷介质与循环装置200的管路中的液体进行热交换，进而降低循环装置200管路中的液体温度。

根据本发明的实施例，循环装置200还包括流量传感器207，流量传感器207设置于加热器201的出口，流量传感器207与控制装置电连接。由于控制阀的开度改变，加热器201的出口的液体流量也会发生改变，通过在加热器201的出口设置流量传感器207，可对加热器201的出口的液体流量进行监控，进一步提高温控精度。

根据本发明的实施例，循环装置200还包括第三温度传感器206，第三温度传感器206设置于换热装置的第四接口，第三温度传感器206与控制装置电连接。通过在换热装置的第四接口设置第三温度传感器206可对进入加热器201的液体的温度进行检测，以便于对加热器201的加热量进行控制，进一步提高温控精度。

在本发明的一个实施例，控制阀为电动两通阀208，通过改变电动两通阀208的开度可改变换热液体的量，改变温控系统升温或降温的速度。

根据本发明的实施例，循环装置200还包括变频器和PID控制器，变频器分别与PID控制器、水泵203电连接，PID控制器与控制装置电连接。

根据本发明的实施例，用于半导体温度控制的温控系统包括制冷装置100、循环装置200和控制装置，制冷装置100包括压缩机101、冷凝器102、电子膨胀阀103和蒸发器104，压缩机101的出口与冷凝器102的第一接口连通。冷凝器102的第二接口和第三接口分别与循环水管路连通，冷凝器102的第四接口与电子膨胀阀103的第一接口连通，电子膨胀阀103的第二接口与蒸发器104的第一接口连通。蒸发器104的第二接口与压缩机101的入口连通，蒸发器104的第三接口与水泵203的出口连通，蒸发器104的第四接口分别与电动两通阀208的第一接口、加热器201的入口连通，压缩机101与控制装置电连接。

循环装置200包括加热器201、水箱202、水泵203、第一温度传感器204、第二温度传感器205、第三温度传感器206、流量传感器207、电动两通阀208、变频器和PID控制器，加热器201的出口与负载设备300的入口连通，负载设备300的出口与水箱202的出口共同连接水泵203的入口，水箱202的入口与电动两通阀208的第二接口连通。第一温度传感器204设置于加热器201的出口，第二温度传感器205设置于负载设备300的出口。流量传感器207设置于加热器201的出口，第三温度传感器206设置于换热装置的第四接口，第三温度传感器206与控制装置电连接。变频器分别与PID控制器、水泵203电连接，控制装置分别与加热器201、第一温度传感器204、第二温度传感器205、第三温度传感器206、电动两通阀208、流量传感器207、压缩机101、PID控制器连接。

图2示例了一种用于半导体温度控制的温控方法的流程图，如图2所示，本发明还提供一种用于半导体温度控制的温控方法，温控方法包括以下步骤：

步骤a10，根据上一周期的目标温度值SV0与此时的目标温度值SV，以及加热器出口的液体温度值PV与目标温度值SV的特定关系判定温控系统的状态；

在本发明的一个实施例，根据上一周期的目标温度值SV0与此时的目标温度值SV，以及加热器出口的液体温度值PV与目标温度值SV的特定关系判定温控系统的状态包括：

步骤a11，比对上一周期的目标温度值SV0与目标温度值SV的大小，以及加热器出口的液体温度值PV与目标温度值SV的大小；

步骤a12，若目标温度值SV相对上一周期的目标温度值SV0发生改变，且加热器出口的液体温度值PV大于或小于目标温度值SV，则所述温控系统处于降温或升温状态；

若目标温度值SV发生改变，且加热器201出口的液体温度值大于目标温度值SV，此时温控系统处于降温状态；说明输出给负载设备300的液体温度过高，需要控制装置控制加热器201降低加热温度，同时增加压缩机101的频率，加速制冷剂与换热液体在蒸发器104中进行换热，以降低进入负载设备300中液体的温度。

若目标温度值SV发生改变，若加热器201出口的液体温度值小于目标温度值SV，此时温控系统处于升温状态；说明输出给负载设备300的液体温度过低，需要控制装置控制加热器201提高加热温度，同时降低压缩机101的频率，减小制冷剂与换热液体在蒸发器104中进行换热，提高进入负载设备300中液体的温度。

步骤a13，若加热器出口的液体温度值PV等于目标温度值SV，则温控系统处于空载或负载状态。

温控系统处于空载状态时，负载设备300出口的液体温度值接近负载设备300入口的液体温度值；温控系统处于负载状态时，负载设备300出口的液体温度值大于负载设备300入口的液体温度值。

步骤a20，根据温控系统的状态对控制阀的开度进行调节；

在本发明的一个实施例，根据温控系统的状态对控制阀的开度进行调节包括：

步骤a21，若温控系统处于降温或升温状态时，控制电动两通阀208由最大开度100％降低为0％；

电动两通阀208的开度为0％时，水箱202中的循环液体基本不参与到整个循环装置200中的换热，减少了需要进行换热的液体的量，提高温控系统升温或降温的速度，缩短单个工艺的周期，提高芯片制程效率。

步骤a22，若温控系统处于空载或负载状态时，控制电动两通阀208由最小开度0％增大为100％；

电动两通阀208的开度为100％时，整个循环系统的流量及换热液体的量增加，负载设备300出口温度升高时先与水箱202的液体混合，降低了对制冷装置100的温度冲击，进而提高空载和负载状态时的温控稳定性和温控精度。

步骤a30，对水泵203的流量进行调节，以保持加热器201出口的流量稳定。

在本发明的一个实施例，对水泵203的流量进行调节包括：

步骤a31，若温控系统处于降温或升温状态时，降低水泵203的频率，以保持加热器201出口的流量稳定；

电动两通阀208的开度降低为0％时，PID控制器检测到加热器201出口的流量增加，会自动减少变频器的输出，进而保持水泵203的流量稳定。

步骤a32，若温控系统处于空载或负载状态时，提高水泵203的频率，以保持加热器201出口的流量稳定；

电动两通阀208的开度增加为100％时，PID控制器检测到加热器201出口的流量减小，会自动增加变频器的输出，进而保持水泵203的流量稳定。

根据本发明的实施例，在执行步骤a10之前还执行以下步骤：

获取加热器201出口的液体温度值和负载设备300出口的液体温度值。

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)

1.一种用于半导体温度控制的温控系统，其特征在于，包括：

制冷装置；

循环装置，包括加热器、水箱、水泵、第一温度传感器、第二温度传感器和控制阀，所述水泵的出口与所述制冷装置的入口连通，所述制冷装置的出口分别与所述控制阀的第一接口、所述加热器的入口连通，所述加热器的出口与负载设备的入口连通，所述负载设备的出口与所述水箱的出口共同连接所述水泵的入口，所述水箱的入口与所述控制阀的第二接口连通，所述第一温度传感器设置于所述加热器的出口，所述第二温度传感器设置于所述负载设备的出口；

控制装置，分别与所述加热器、所述水泵、所述第一温度传感器、所述第二温度传感器、所述控制阀、所述制冷装置电连接。

2.根据权利要求1所述的用于半导体温度控制的温控系统，其特征在于，所述制冷装置包括压缩机、冷凝器、电子膨胀阀和换热装置，所述压缩机的出口与所述冷凝器的第一接口连通，所述冷凝器的第二接口和第三接口分别与循环水管路连通，所述冷凝器的第四接口与所述电子膨胀阀的第一接口连通，所述电子膨胀阀的第二接口与所述换热装置的第一接口连通，所述换热装置的第二接口与所述压缩机的入口连通，所述换热装置的第三接口与所述水泵的出口连通，所述换热装置的第四接口分别与所述控制阀的第一接口、所述加热器的入口连通，所述压缩机与所述控制装置电连接。

3.根据权利要求2所述的用于半导体温度控制的温控系统，其特征在于，所述换热装置为蒸发器。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的用于半导体温度控制的温控系统，其特征在于，所述循环装置还包括流量传感器，所述流量传感器设置于所述加热器的出口，所述流量传感器与所述控制装置电连接。

5.根据权利要求2或3所述的用于半导体温度控制的温控系统，其特征在于，所述循环装置还包括第三温度传感器，所述第三温度传感器设置于所述换热装置的第四接口，所述第三温度传感器与所述控制装置电连接。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的用于半导体温度控制的温控系统，其特征在于，所述控制阀为电动两通阀。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的用于半导体温度控制的温控系统，其特征在于，所述循环装置还包括变频器和PID控制器，所述变频器分别与所述PID控制器、所述水泵电连接，所述PID控制器与所述控制装置电连接。

8.一种用于半导体温度控制的温控方法，其特征在于，所述温控方法包括以下步骤：

步骤a10，根据上一周期的目标温度值SV0与此时的目标温度值SV，以及加热器出口的液体温度值PV与目标温度值SV的特定关系判定温控系统的状态；

步骤a20，根据温控系统的状态对控制阀的开度进行调节；

步骤a30，对水泵的流量进行调节，以保持所述加热器出口的流量稳定。

9.根据权利要求8所述的用于半导体温度控制的温控方法，其特征在于，在执行所述步骤a10之前还执行以下步骤：

获取加热器出口的液体温度值和负载设备出口的液体温度值。

10.根据权利要求8所述的用于半导体温度控制的温控方法，其特征在于，所述根据上一周期的目标温度值SV0与此时的目标温度值SV，以及加热器出口的液体温度值PV与目标温度值SV的特定关系判定温控系统的状态包括：

比对上一周期的目标温度值SV0与此时的目标温度值SV的大小，以及加热器出口的液体温度值PV与目标温度值SV的大小；

若目标温度值SV相对上一周期的目标温度值SV0发生改变，且

加热器出口的液体温度值PV大于或小于目标温度值SV，则所述温控系统处于降温或升温状态；

若加热器出口的液体温度值PV等于目标温度值SV，则所述温控系统处于空载或负载状态。

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