CN113531936A - 一种多通道低温型半导体温控装置及半导体生产设备 - Google Patents

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靳李富
刘紫阳
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Abstract

本发明提供一种多通道低温型半导体温控装置及半导体生产设备，涉及半导体技术领域，多通道低温型半导体温控装置包括制冷系统和至少两个循环系统，多通道低温型半导体温控装置的第一压缩机和第二压缩机可以同时工作，也可单独使用，单独使用第一压缩机时，可通过第四换热器使得循环介质的温度达到‑40℃。第一压缩机和第二压缩机同时工作时，可通过第三换热器使得循环介质温度达到‑80℃，增大温控范围，实现超低温要求。升温过程利用压缩机排出的高温气体进入第二换热器和第四换热器进行热量交换，使得循环介质迅速升温，降低能源消耗。由于多个循环系统与一个制冷系统进行热量交换，减小了温控装置的体积，每个循环系统都可单独控制温度。

Description

一种多通道低温型半导体温控装置及半导体生产设备
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种多通道低温型半导体温控装置及半导体生产设备。
背景技术
半导体温控装置作为生产半导体的辅助设备，在晶圆的制作过程中起着至关重要的作用，随着产线数量的增加，附属设备的占地和能耗问题也是眼下的大难题，此外，负载在晶圆的制程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，现有的温控设备温度区域间较小，无法满足低温需求。
发明内容
本发明提供一种多通道低温型半导体温控装置及半导体生产设备，用以解决现有的温控设备存在能耗高、占用空间大、温控范围小以及温控精度低的问题。
本发明提供一种多通道低温型半导体温控装置，包括：
制冷系统，包括第一换热器、第二换热器、第三换热器、至少一个第四换热器、第一压缩机和第二压缩机，所述第一换热器的第一入口和第一出口分别与冷却水循环管路连通，所述第一换热器的第二出口分别与所述第二换热器的第一入口、所述第四换热器的第一入口连通；所述第一压缩机的入口分别与所述第二换热器的第一出口、所述第四换热器的第一出口连通，所述第一压缩机的出口分别与所述第一换热器的第二入口、所述第二换热器的第一入口、所述第四换热器的第一入口连通；所述第二压缩机的入口与所述第三换热器的第一出口连通，所述第二压缩机的出口分别与所述第二换热器的第二入口、所述第三换热器的第一入口连通；所述第二换热器的第二出口与所述第三换热器的第一入口连通；
至少两个循环系统，其中一个所述循环系统的入口与所述第三换热器的第二出口连通，其中一个所述循环系统的出口与所述第三换热器的第二入口连通；其余所述循环系统的入口与对应的所述第四换热器的第二出口连通，其余所述循环系统的出口与对应的所述第四换热器的第二入口连通。
根据本发明提供的一种多通道低温型半导体温控装置，所述制冷系统还包括：
第一控制阀，所述第一控制阀的第一接口与所述第一换热器的第二出口连通，所述第一控制阀的第二接口与所述第二换热器的第一入口连通；
第二控制阀，所述第二控制阀的第一接口与所述第一压缩机的出口连通，所述第二控制阀的第二接口与所述第二换热器的第一入口连通。
根据本发明提供的一种多通道低温型半导体温控装置，所述制冷系统还包括：
第三控制阀，所述第二压缩机的出口分别与所述第三控制阀的第一接口、所述第二换热器的第二入口连通，所述第三控制阀的第二接口与所述第三换热器的第一入口连通；
第四控制阀，所述第四控制阀的第一接口与所述第二换热器的第二出口连通，所述第四控制阀的第二接口与所述第三换热器的第一入口连通。
根据本发明提供的一种多通道低温型半导体温控装置，所述制冷系统还包括：
至少一个控制阀组，所述控制阀组包括第五控制阀和第六控制阀，所述第五控制阀的第一接口与所述第一换热器的第二出口连通，所述第五控制阀的第二接口与对应的所述第四换热器的第一入口连通；所述第六控制阀的第一接口与所述第一压缩机的出口连通，所述第六控制阀的第二接口与对应的所述第四换热器的第一入口连通。
根据本发明提供的一种多通道低温型半导体温控装置，所述控制阀组还包括：
第七控制阀，所述第七控制阀的第一接口与所述第一压缩机的入口连通，所述第七控制阀的第二接口与对应的所述第四换热器的第一出口连通。
根据本发明提供的一种多通道低温型半导体温控装置，所述循环系统包括：缓冲箱、循环泵、加热装置和第一温度传感器，所述缓冲箱的出口与所述循环泵的入口连通，所述循环泵的出口与对应的负载的入口连通；所述加热装置用于加热进入所述缓冲箱内的介质，所述第一温度传感器用于检测进入所述负载中介质的温度；当所述循环系统与所述第三换热器连通时，所述负载的出口与所述第三换热器的第二入口连通，所述缓冲箱的入口与所述第三换热器的第二出口连通；当所述循环系统与对应的所述第四换热器连通时，所述负载的出口与对应的所述第四换热器的第二入口连通，所述缓冲箱的入口与对应的所述第四换热器的第二出口连通。
根据本发明提供的一种多通道低温型半导体温控装置，所述加热装置为加热桶，所述加热桶设置于所述缓冲箱内。
根据本发明提供的一种多通道低温型半导体温控装置，所述循环系统还包括：
第二温度传感器，所述第二温度传感器设置于所述缓冲箱的入口。
根据本发明提供的一种多通道低温型半导体温控装置，所述负载为刻蚀工艺设备。
本发明还提供一种半导体生产设备，所述半导体生产设备包括上述任意一项所述的多通道低温型半导体温控装置。
本发明提供的多通道低温型半导体温控装置的第一压缩机和第二压缩机可以同时工作，也可单独使用，单独使用第一压缩机时，可通过第四换热器使得循环介质的温度达到-40℃。第一压缩机和第二压缩机同时工作时，可通过第三换热器使得循环介质温度达到-80℃，增大温控范围，实现超低温要求。升温过程利用压缩机排出的高温气体进入第二换热器和第四换热器进行热量交换，使得循环介质迅速升温，降低能源消耗。由于多个循环系统与一个制冷系统进行热量交换，减小了温控装置的体积，每个循环系统都可单独控制温度。
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是本发明提供的多通道低温型半导体温控装置的结构示意图。
附图标记：
100、第一换热器；101、第二换热器；102、第三换热器；103、第四换热器；104、第一压缩机；105、第二压缩机；106、第一控制阀；107、第二控制阀；108、第三控制阀；109、第四控制阀；110、第五控制阀；111、第六控制阀；112、第七控制阀；200、缓冲箱；201、循环泵；202、加热装置；203、第一温度传感器；204、第二温度传感器；PCW、冷却水循环管路。
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描述本发明的多通道低温型半导体温控装置及半导体生产设备。
图1示例了一种多通道低温型半导体温控装置的结构示意图，如图1所示，多通道低温型半导体温控装置包括制冷系统和至少两个循环系统，制冷系统包括第一换热器100、第二换热器101、第三换热器102、至少一个第四换热器103、第一压缩机104和第二压缩机105，第一换热器100的第一入口和第一出口分别与冷却水循环管路PCW连通，第一换热器100的第二出口分别与第二换热器101的第一入口、第四换热器103的第一入口连通。第一压缩机104的入口分别与第二换热器101的第一出口、第四换热器103的第一出口连通，第一压缩机104的出口分别与第一换热器100的第二入口、第二换热器101的第一入口、第四换热器103的第一入口连通。第二压缩机105的入口与第三换热器102的第一出口连通，第二压缩机105的出口分别与第二换热器101的第二入口、第三换热器102的第一入口连通；第二换热器101的第二出口与第三换热器102的第一入口连通。至少两个循环系统，其中一个循环系统的入口与第三换热器102的第二出口连通，其中一个循环系统的出口与第三换热器102的第二入口连通。其余循环系统的入口与对应的第四换热器103的第二出口连通，其余循环系统的出口与对应的第四换热器103的第二入口连通。
本发明提供的多通道低温型半导体温控装置的第一压缩机104和第二压缩机105可以同时工作，也可单独使用，单独使用第一压缩机104时，可通过第四换热器103使得循环介质的温度达到-40℃；第一压缩机104和第二压缩机105同时工作时，可通过第三换热器102使得循环介质温度达到-80℃，增大温控范围，实现超低温要求。升温过程利用压缩机排出的高温气体进入第二换热器101和第四换热器103进行热量交换，使得循环介质迅速升温，降低能源消耗。由于多个循环系统与一个制冷系统进行热量交换，减小了温控装置的体积，每个循环系统都可单独控制温度。
根据本发明的实施例，制冷系统还包括第一控制阀106和第二控制阀107，第一控制阀106的第一接口与第一换热器100的第二出口连通，第一控制阀106的第二接口与第二换热器101的第一入口连通。第二控制阀107的第一接口与第一压缩机104的出口连通，第二控制阀107的第二接口与第二换热器101的第一入口连通。通过控制第一控制阀106和第二控制阀107的开度，可调节进入第三换热器102中介质的温度，实现对第三换热器102所对应的循环系统中的循环介质温度进行初步控制，提高温控精度。
根据本发明的实施例，制冷系统还包括第三控制阀108和第四控制阀109，第二压缩机105的出口分别与第三控制阀108的第一接口、第二换热器101的第二入口连通，第三控制阀108的第二接口与第三换热器102的第一入口连通。第四控制阀109的第一接口与第二换热器101的第二出口连通，第四控制阀109的第二接口与第三换热器102的第一入口连通。通过控制第三控制阀108和第四控制阀109的开度，可进一步调节进入第三换热器102中介质的温度，实现对第三换热器102所对应的循环系统中的循环介质温度进行进一步控制，进一步提高温控精度。
根据本发明的实施例，制冷系统还包括至少一个控制阀组，控制阀组的数量与第四换热器103的数量相同，且一一对应。控制阀组包括第五控制阀110和第六控制阀111，第五控制阀110的第一接口与第一换热器100的第二出口连通，第五控制阀110的第二接口与对应的第四换热器103的第一入口连通。第六控制阀111的第一接口与第一压缩机104的出口连通，第六控制阀111的第二接口与对应的第四换热器103的第一入口连通。通过控制第五控制阀110和第六控制阀111的开度，可调节进入第四换热器103中介质的温度，实现对第四换热器103所对应的循环系统中循环介的质温度进行初步控制，提高温控精度。
根据本发明的实施例，控制阀组还包括第七控制阀112，第七控制阀112的第一接口与第一压缩机104的入口连通，第七控制阀112的第二接口与对应的第四换热器103的第一出口连通。通过控制第七控制阀112的开度，可对第四换热器103所对应的循环系统中循环介质的温度进行进一步控制，进一步提高温控精度。
根据本发明的实施例，循环系统包括缓冲箱200、循环泵201、加热装置202和第一温度传感器203，缓冲箱200的出口与循环泵201的入口连通，循环泵201的出口与对应的负载的入口连通。加热装置202用于加热进入缓冲箱200内的介质，第一温度传感器203用于检测进入负载中介质的温度。当循环系统与第三换热器102连通时，负载的出口与第三换热器102的第二入口连通，缓冲箱200的入口与第三换热器102的第二出口连通；当循环系统与对应的第四换热器103连通时，负载的出口与对应的第四换热器103的第二入口连通，缓冲箱200的入口与对应的第四换热器103的第二出口连通。
这里需要说明的是，第一温度传感器203设置于负载的入口，通过第一温度传感器203对进入负载中介质的温度进行检查，PID温控设备可根据第一温度传感器203检测的温度值调整加热装置202的温度，进而使得进入负载的介质温度保持在预定范围内，从而进一步提高温控精度。
根据本发明的实施例，加热装置202为加热桶，加热桶设置于缓冲箱200；当然加热桶的设置位置并不限定于此，也可将加热桶串接于缓冲箱200的出口与循环泵201的入口之间。设置加热桶可对循环系统中的循环介质的温度进行二次调节，从而进一步提高温控精度。
根据本发明的实施例，循环系统还包括第二温度传感器204，第二温度传感器204设置于缓冲箱200的入口，第二温度传感器204用于检测进入缓冲箱200中的介质的温度。设置第二温度传感器204可对进入缓冲箱200的介质的温度进行检测，PID温控设备可根据第二温度传感器204检测的温度值调整制冷系统的温度，从而进一步提高温控精度。
根据本发明的实施例，负载为刻蚀工艺设备。
根据本发明的实施例，如图1所示，多通道低温型半导体温控装置包括制冷系统和三个循环系统，制冷系统包括第一换热器100、第二换热器101、第三换热器102、两个第四换热器103、第一压缩机104、第二压缩机105、第一控制阀106、第二控制阀107、第三控制阀108、第四控制阀109和两个控制阀组。
第一换热器100的第一入口和第一出口分别与冷却水循环管路PCW连通，第一换热器100的第二出口与第一控制阀106的第一接口连通。第一压缩机104的入口与第二换热器101的第一出口连通，第一压缩机104的出口分别与第一换热器100的第二入口、第二控制阀107的第一接口连通。第一控制阀106的第二接口与第二换热器101的第一入口连通，第二控制阀107的第二接口与第二换热器101的第一入口连通。第二压缩机105的出口分别与第三控制阀108的第一接口、第二换热器101的第二入口连通，第三控制阀108的第二接口与第三换热器102的第一入口连通。第四控制阀109的第一接口与第二换热器101的第二出口连通，第四控制阀109的第二接口与第三换热器102的第一入口连通。
控制阀组包括第五控制阀110、第六控制阀111和第七控制阀112，第五控制阀110的第一接口与第一换热器100的第二出口连通，第五控制阀110的第二接口与对应的第四换热器103的第一入口连通。第六控制阀111的第一接口与第一压缩机104的出口连通，第六控制阀111的第二接口与对应的第四换热器103的第一入口连通。第七控制阀112的第一接口与第一压缩机104的入口连通，第七控制阀112的第二接口与对应的第四换热器103的第一出口连通。
三个循环系统中一个循环系统与第三换热器102连通，另外两个循环系统分别对应的第四换热器103连通。循环系统包括缓冲箱200、循环泵201、加热桶、第一温度传感器203和第二温度传感器204，缓冲箱200的出口与循环泵201的入口连通，循环泵201的出口与对应的负载的入口连通。加热桶设置于缓冲箱200内，第一温度传感器203设置于负载的入口，第二温度传感器204设置于缓冲箱200的入口。当循环系统与第三换热器102连通时，负载的出口与第三换热器102的第二入口连通，缓冲箱200的入口与第三换热器102的第二出口连通；当循环系统与对应的第四换热器103连通时，负载的出口与对应的第四换热器103的第二入口连通，缓冲箱200的入口与对应的第四换热器103的第二出口连通。
本发明还提供一种半导体生产设备，半导体生产设备包括上述任意一项所述的多通道低温型半导体温控装置。
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)

1.一种多通道低温型半导体温控装置，其特征在于，包括：
制冷系统，包括第一换热器、第二换热器、第三换热器、至少一个第四换热器、第一压缩机和第二压缩机，所述第一换热器的第一入口和第一出口分别与冷却水循环管路连通，所述第一换热器的第二出口分别与所述第二换热器的第一入口、所述第四换热器的第一入口连通；所述第一压缩机的入口分别与所述第二换热器的第一出口、所述第四换热器的第一出口连通，所述第一压缩机的出口分别与所述第一换热器的第二入口、所述第二换热器的第一入口、所述第四换热器的第一入口连通；所述第二压缩机的入口与所述第三换热器的第一出口连通，所述第二压缩机的出口分别与所述第二换热器的第二入口、所述第三换热器的第一入口连通；所述第二换热器的第二出口与所述第三换热器的第一入口连通；
至少两个循环系统，其中一个所述循环系统的入口与所述第三换热器的第二出口连通，其中一个所述循环系统的出口与所述第三换热器的第二入口连通；其余所述循环系统的入口与对应的所述第四换热器的第二出口连通，其余所述循环系统的出口与对应的所述第四换热器的第二入口连通。
2.根据权利要求1所述的多通道低温型半导体温控装置，其特征在于，所述制冷系统还包括：
第一控制阀，所述第一控制阀的第一接口与所述第一换热器的第二出口连通，所述第一控制阀的第二接口与所述第二换热器的第一入口连通；
第二控制阀，所述第二控制阀的第一接口与所述第一压缩机的出口连通，所述第二控制阀的第二接口与所述第二换热器的第一入口连通。
3.根据权利要求1所述的多通道低温型半导体温控装置，其特征在于，所述制冷系统还包括：
第三控制阀，所述第二压缩机的出口分别与所述第三控制阀的第一接口、所述第二换热器的第二入口连通，所述第三控制阀的第二接口与所述第三换热器的第一入口连通；
第四控制阀，所述第四控制阀的第一接口与所述第二换热器的第二出口连通，所述第四控制阀的第二接口与所述第三换热器的第一入口连通。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的多通道低温型半导体温控装置，其特征在于，所述制冷系统还包括：
至少一个控制阀组，所述控制阀组包括第五控制阀和第六控制阀，所述第五控制阀的第一接口与所述第一换热器的第二出口连通，所述第五控制阀的第二接口与对应的所述第四换热器的第一入口连通；所述第六控制阀的第一接口与所述第一压缩机的出口连通，所述第六控制阀的第二接口与对应的所述第四换热器的第一入口连通。
5.根据权利要求4所述的多通道低温型半导体温控装置，其特征在于，所述控制阀组还包括：
第七控制阀，所述第七控制阀的第一接口与所述第一压缩机的入口连通，所述第七控制阀的第二接口与对应的所述第四换热器的第一出口连通。
6.根据权利要求1至3中任意一项所述的多通道低温型半导体温控装置，其特征在于，所述循环系统包括：缓冲箱、循环泵、加热装置和第一温度传感器，所述缓冲箱的出口与所述循环泵的入口连通，所述循环泵的出口与对应的负载的入口连通；所述加热装置用于加热进入所述缓冲箱内的介质，所述第一温度传感器用于检测进入所述负载中介质的温度；当所述循环系统与所述第三换热器连通时，所述负载的出口与所述第三换热器的第二入口连通，所述缓冲箱的入口与所述第三换热器的第二出口连通；当所述循环系统与对应的所述第四换热器连通时，所述负载的出口与对应的所述第四换热器的第二入口连通，所述缓冲箱的入口与对应的所述第四换热器的第二出口连通。
7.根据权利要求6所述的多通道低温型半导体温控装置，其特征在于，所述加热装置为加热桶，所述加热桶设置于所述缓冲箱内。
8.根据权利要求6所述的多通道低温型半导体温控装置，其特征在于，所述循环系统还包括：
第二温度传感器，所述第二温度传感器设置于所述缓冲箱的入口。
9.根据权利要求6所述的多通道低温型半导体温控装置，其特征在于，所述负载为刻蚀工艺设备。
10.一种半导体生产设备，其特征在于，所述半导体生产设备包括权利要求1至9中任意一项所述的多通道低温型半导体温控装置。
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