CN210776340U - 用于半导体生产用温控设备的温控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及半导体温控领域，提供用于半导体生产用温控设备的温控系统。温控系统包括循环液箱、加热器、电动三通阀、制冷蒸发器、循环液入口温度传感器、可编程控制器和PID模块；加热器设于循环液箱中并与PID模块连接，PID模块与可编程控制器连接；循环液箱设有循环液出口和循环液入口，循环液出口连接有出液管路，循环液入口连接有进液管路；还包括回液管路，回液管路连接至电动三通阀连接至制冷蒸发器，并连接至制冷蒸发器与循环液入口之间的进液管路上，循环液入口温度传感器设于靠近循环液入口处的进液管路上；循环液入口温度传感器与PID模块连接。本实用新型能够实时连续精确调节流量，实现精确控制温控设备的循环液出口温度。

Description

用于半导体生产用温控设备的温控系统

技术领域

本实用新型涉及半导体温控技术领域，尤其涉及用于半导体生产用温控设备的温控系统。

背景技术

半导体生产用温控设备作为生产半导体的辅助设备，温控设备主要应用于ETCH(刻蚀)、PVD(物理气相沉积)、CVD(化学气相沉积)等半导体加工工艺过程，为负载设备(例如，半导体加工反应腔)提供高精度、稳定的循环液入口温度，温控设备在工作时，需要加热系统平衡控制温度，在晶圆的制备工艺中要求保持恒定的温度输出。

然而，目前在晶圆的制备过程中，常出现温度波动而影响晶圆制备精度的情况。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型实施例提出一种用于半导体生产用温控设备的温控系统，能够实时连续精确调节流量，实现精确控制温控设备的循环液出口温度。

根据本实用新型实施例的用于半导体生产用温控设备的温控系统，包括：

循环液箱、加热器、电动三通阀、制冷蒸发器、循环液入口温度传感器、可编程控制器和PID模块；所述加热器设于所述循环液箱中并与所述PID模块连接，所述PID模块与所述可编程控制器连接；

所述循环液箱设有循环液出口和循环液入口，所述循环液出口连接有出液管路，所述循环液入口连接有进液管路；

还包括回液管路，所述回液管路连接至所述电动三通阀的进口，所述电动三通阀的第一出口连接至所述制冷蒸发器的入口，所述制冷蒸发器的出口连接至所述进液管路，所述电动三通阀的第二出口连接至所述制冷蒸发器与所述循环液入口之间的所述进液管路上，所述循环液入口温度传感器设于靠近所述循环液入口处的所述进液管路上，所述出液管路的一端和所述回液管路的一端分别用于连接在负载设备的进液端和出液端；

所述循环液入口温度传感器与所述PID模块连接；

所述循环液入口温度传感器用于检测所述循环液入口的温度，并反馈给所述PID模块，所述PID模块将所述循环液入口温度信号处理后反馈给所述可编程控制器，所述可编程控制器根据其内预设的目标温度控制所述电动三通阀的开度。

本实用新型实施例的一种用于半导体生产用温控设备的温控系统，通过PLC根据目标温度的变化控制PID模块以控制输出量，实时调节电动三通阀的开度来平衡进入循环液箱的循环液温度，循环液通过电动三通阀分流控制，实现精确控制温控设备的循环液出口温度，能够实时连续精确调节流量。

根据本实用新型的一个实施例，还包括出液温度传感器，所述出液温度传感器设于所述出液管路上，所述出液温度传感器与所述PID模块连接。

根据本实用新型的一个实施例，还包括回液温度传感器，所述回液温度传感器设于所述回液管路上，所述回液温度传感器与所述PID模块连接。

根据本实用新型的一个实施例，所述制冷蒸发器连接在制冷回路上。

根据本实用新型的一个实施例，所述出液管路上还设有驱动泵，所述出液温度传感器设于所述驱动泵的出液口处。

根据本实用新型的一个实施例，所述出液管路上还设有压力传感器。

根据本实用新型的一个实施例，所述进液管路上设有流量传感器。

根据本实用新型的一个实施例，所述可编程控制器设有显示人机界面的触摸屏。

根据本实用新型的一个实施例，所述加热器为电加热管，所述电加热管水平插设在所述循环液箱中且靠近所述循环液箱的底部，所述电加热管的电触头外露出所述循环液箱。

根据本实用新型的一个实施例，所述加热器内设有温度保护开关。

本实用新型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，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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是本实用新型实施例用于半导体生产用温控设备的温控系统的连接示意图；

图2是本实用新型实施例用于半导体生产用温控设备的温控系统对循环液入口温度传感器的控制原理框图。

附图标记：

1：循环液箱；2：加热器；3：出液管路；4：驱动泵；5：出液温度传感器；6：流量传感器；7：压力传感器；8：循环液入口温度传感器；9：负载设备；10：进液管路；11：开关阀；12：回液温度传感器；13：制冷蒸发器；14：回液管路；15：电动三通阀。

具体实施方式

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

在本实用新型实施例的描述中，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实用新型实施例和简化描述，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实用新型实施例的限制。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。

在本实用新型实施例的描述中，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实用新型实施例中的具体含义。

在本实用新型实施例中，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实用新型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。

需要说明的是，晶圆是指硅半导体集成电路制作所用的硅晶片，由于其形状为圆形，故称为晶圆。晶圆的原始材料是硅，而地壳表面有用之不竭的二氧化硅。二氧化硅矿石经由电弧炉提炼，盐酸氯化，并经蒸馏后，制成了高纯度的多晶硅。晶圆制造厂再把此多晶硅融解，再于融液里种入籽晶，然后将其慢慢拉出，以形成圆柱状的单晶硅晶棒，由于硅晶棒是由一颗晶面取向确定的籽晶在熔融态的硅原料中逐渐生成，此过程称为“长晶”。硅晶棒再经过切段，滚磨，切片，倒角，抛光，激光刻，包装后，即成为积体电路工厂的基本原料——硅晶圆片，这就是“晶圆”。

如图1和图2所示，本实用新型实施例提供的用于半导体生产用温控设备的温控系统，包括：

循环液箱1、加热器2、电动三通阀15、制冷蒸发器13、循环液入口温度传感器8、可编程控制器(PLC，Programmable Logic Controller)和PID模块(比例(proportion)、积分(integral)、微分(derivative))；所述加热器2设于所述循环液箱1中，用于加热循环液箱1中的液体，所述加热器2与所述PID模块连接，所述PID模块与所述可编程控制器连接，通过可编程控制器输出指令至PID模块，以操作PID模块，并通过PID模块控制加热器2开启的时间和频率。

需要说明的是，可编程控制器与PID模块均为现有技术现有的，本实施例并没有对可编程控制器与PID模块的程序进行改进。

所述循环液箱1设有循环液出口和循环液入口，循环液出口用于将加热后的液体输出，循环后的液体经过循环液入口再次进入循环液箱1，从而对液体的热量进行循环利用，所述循环液出口连接有出液管路3，所述循环液入口连接有进液管路10。

具体地，电动三通阀15包括一个进口和两个出口，分别为第一出口和第二出口。

还包括回液管路14，所述回液管路14连接至所述电动三通阀15的进口，所述电动三通阀15的第一出口连接至所述制冷蒸发器13的入口，所述制冷蒸发器13的出口连接至所述进液管路10，所述电动三通阀15的第二出口连接至所述制冷蒸发器13与所述循环液入口之间的所述进液管路10上，所述循环液入口温度传感器8设于靠近所述循环液入口处的所述进液管路10上。

所述出液管路3的一端和所述进液管路10的一端分别用于连接在负载设备9的进液端和出液端，从而为负载设备9提供加热的循环液体。

所述循环液入口温度传感器8与所述PID模块连接；

所述循环液入口温度传感器8用于检测所述循环液入口的温度，并反馈给所述PID模块，所述PID模块将所述循环液入口温度信号处理后反馈给所述可编程控制器，所述可编程控制器根据其内预设的目标温度控制所述电动三通阀15的开度。实现精确控制温控设备的循环液出口温度。

具体地，通过目标温度的变化，PID模块实时调节电动三通阀15，PID模块输入端接入循环液入口温度传感器8，测量循环液箱入口温度的温度值，通过PLC控制及PID模块运算，PID模块输出端控制电动三通阀15开度。电动三通阀15开度根据循环液箱1入口温度实时在变化。循环液分两路输出，一路通过制冷蒸发器13进入循环液箱，一路直接流入循环液箱，循环液通过电动三通阀15分流控制，实现温控设备出口温度的稳定。

本实施例通过PLC根据目标温度的变化控制PID模块以控制输出量，实时调节电动三通阀15的开度来平衡进入循环液箱1的循环液温度，循环液通过电动三通阀15分流控制，实现精确控制温控设备的循环液出口温度，能够实时连续精确调节流量。能够在晶圆的制程工艺中保持恒定的温度输出。

该温控系统中采用电动三通阀调节循环液流向，根据目标温度的变化调节阀的开度量，优点是结构简单，安装方便，可操作性强，输出模拟量信号，控制精度高，控制灵活，响应速度快，调节速度迅速，可根据温度变化通过PID输出实时连续精确调节流量。

本实施例中，出液管路3、回液管路14和进液管路10共同形成循环回路。

本实施例中，还包括出液温度传感器5，所述出液温度传感器5设于所述出液管路3上，用于检测出液管路3上液体的温度。

所述出液温度传感器5与所述PID模块连接，出液温度传感器5将检测到的出液温度信号传输给PID模块，由PID模块对该出液温度信号进行处理。

根据本实用新型的一个实施例，还包括回液温度传感器12，所述回液温度传感器12设于所述回液管路14上，用于检测回液管路14中液体的温度，所述回液温度传感器12与所述PID模块连接，回液温度传感器12将检测到的回液温度信号传输给PID模块，由PID模块对该回液温度信号进行处理。

此外，回液管路14上还设有开关阀11，用于控制回液管路14的通断。

根据本实用新型的一个实施例，所述蒸发器13连接在制冷回路上，制冷回路为蒸发器13提供冷量，制冷回路为现有技术现有的制冷回路，包括设于制冷剂管路上的压缩机、冷凝器、换向阀和毛细管等部件连接构成的回路，通过蒸发器13可以为循环回路提供冷量，用于在循环液体温度高出目标温度时对循环管路的液体进行降温。

根据本实用新型的一个实施例，所述出液管路3上还设有驱动泵4，用于为循环管路提供液压动力，所述出液温度传感器5设于所述驱动泵4的出液口处，当然，出液温度传感器5还可以设于出液管路3上的其他位置处，可以根据实际需要灵活设置。

根据本实用新型的一个实施例，所述出液管路3上还设有压力传感器7，压力传感器7用于实时监测出液管路3上的压力。

根据本实用新型的一个实施例，所述进液管路10上设有流量传感器6用于实时监测进液管路10上的流量。

为了便于各电控元件的设置，根据本实用新型的一个实施例，所述可编程控制器以及所述PID模块可以设于电控柜内，将各电控元件集成在电控箱中，方便维护。所述电控柜内还设有断路器和与所述断路器连接的接触器，断路器用于对整个电路起到过载保护的作用，通过接触器的启动或停止控制整个电路的启动或停止，便于在意外情况下例如PID模块失效时，通过接触器控制整个电路的启动或停止，使得整个电路的控制更加安全和保险。

为了便于实现人机交互，便于使用者操作，例如对目标温度等参数进行调节，根据本实用新型的一个实施例，所述可编程控制器设有显示人机界面的触摸屏。

根据本实用新型的一个实施例，所述加热器2可以为电加热管也可以为电加热棒等电加热结构，所述电加热管水平插设在所述循环液箱1中且靠近所述循环液箱1的底部，所述电加热管的电触头外露出所述循环液箱1，以便于与外部电路连接，用于控制电加热管的开启与关闭。

根据本实用新型的一个实施例，所述加热器2内设有温度保护开关，以便于对加热器2单独进行保护，可以在温度异常时及时断开加热器2，以延长加热器2的使用寿命，温度保护开关具体可以采用温度保护开关探针。

本实用新型通过PLC根据目标温度的变化控制PID模块以控制输出量，实时调节电动三通阀15的开度来平衡进入循环液箱的循环液温度，循环液通过电动三通阀15分流控制，实现精确控制温控设备的循环液出口温度，能够实时连续精确调节流量。能够在晶圆的制程工艺中保持恒定的温度输出。

该半导体生产用温控设备循环液流向控制，PID实时调节阀门开度量，电动三通阀可靠稳定，噪音小，控制灵活，响应速度快，使用使命长。此外能够实现加热保护，温度异常保护，流量保护，压力保护。

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

Claims (10)

1.一种用于半导体生产用温控设备的温控系统，其特征在于，包括：

循环液箱、加热器、电动三通阀、制冷蒸发器、循环液入口温度传感器、可编程控制器和PID模块；所述加热器设于所述循环液箱中并与所述PID模块连接，所述PID模块与所述可编程控制器连接；

所述循环液箱设有循环液出口和循环液入口，所述循环液出口连接有出液管路，所述循环液入口连接有进液管路；

还包括回液管路，所述回液管路连接至所述电动三通阀的进口，所述电动三通阀的第一出口连接至所述制冷蒸发器的入口，所述制冷蒸发器的出口连接至所述进液管路，所述电动三通阀的第二出口连接至所述制冷蒸发器与所述循环液入口之间的所述进液管路上，所述循环液入口温度传感器设于靠近所述循环液入口处的所述进液管路上，所述出液管路的一端和所述回液管路的一端分别用于连接在负载设备的进液端和出液端；

所述循环液入口温度传感器与所述PID模块连接；

所述循环液入口温度传感器用于检测所述循环液入口的温度，并反馈给所述PID模块，所述PID模块将所述循环液入口温度信号处理后反馈给所述可编程控制器，所述可编程控制器根据其内预设的目标温度控制所述电动三通阀的开度。

2.根据权利要求1所述的用于半导体生产用温控设备的温控系统，其特征在于，还包括出液温度传感器，所述出液温度传感器设于所述出液管路上，所述出液温度传感器与所述PID模块连接。

3.根据权利要求1所述的用于半导体生产用温控设备的温控系统，其特征在于，还包括回液温度传感器，所述回液温度传感器设于所述回液管路上，所述回液温度传感器与所述PID模块连接。

4.根据权利要求1所述的用于半导体生产用温控设备的温控系统，其特征在于，所述制冷蒸发器连接在制冷回路上。

5.根据权利要求2所述的用于半导体生产用温控设备的温控系统，其特征在于，所述出液管路上还设有驱动泵，所述出液温度传感器设于所述驱动泵的出液口处。

6.根据权利要求5所述的用于半导体生产用温控设备的温控系统，其特征在于，所述出液管路上还设有压力传感器。

7.根据权利要求1所述的用于半导体生产用温控设备的温控系统，其特征在于，所述进液管路上设有流量传感器。

8.根据权利要求1所述的用于半导体生产用温控设备的温控系统，其特征在于，所述可编程控制器设有显示人机界面的触摸屏。

9.根据权利要求1所述的用于半导体生产用温控设备的温控系统，其特征在于，所述加热器为电加热管，所述电加热管的水平插设在所述循环液箱中且靠近所述循环液箱的底部，所述电加热管的电触头外露出所述循环液箱。

10.根据权利要求1所述的用于半导体生产用温控设备的温控系统，其特征在于，所述加热器内设有温度保护开关。

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