控制溫度的方法技術

一種用于控制供應給工藝的冷卻劑的溫度的方法，例如半導體工藝。該方法用于將冷卻劑冷卻至預定溫度、將冷卻劑控制在預定溫度處以及向半導體工藝傳遞冷卻劑。該方法包括反饋和前饋控制算法以便在穩定狀態工況下控制溫度達到大約±０．１℃以內而在最大熱加載和熱卸載條件下控制溫度達到大約±０．７５℃以內。本發明專利技術可以應用于任何流體或部件的溫度控制應用場合（例如，半導體，藥品或食品應用）。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及一種用于控制供應給一種工藝的冷卻劑的溫度的方法。更具體地，本專利技術提供一種將冷卻劑冷卻到預定溫度、將冷卻劑控制在預定溫度處并將冷卻劑傳遞給半導體處理工藝的方法。
技術介紹
很多行業都使用冷卻器控制工藝的流體和部件的溫度。例如，在半導體行業中，典型的晶片處理步驟包括一系列熱加栽和熱卸載部分處，冷卻器被用來控制靜電卡盤、石英窗和腔室壁的溫度。用于控制供應給半導體工藝的冷卻劑的溫度的已知冷卻器有BOC EDWARDS公司的TCU4 0/8 0和TCU4 0/8 0+。 TCU4 0/8 0冷卻器利用反饋控制將供應給半導體處理裝置的冷卻劑溫度維持在預定設定點。TCU40/80冷卻器包括從處理裝置移走熱量的冷卻劑回路，從該冷卻劑回路移走熱量的制冷劑回路以及從該制冷劑回路移走熱量的冷卻水回路。TCU40/80冷卻器采用了標準反饋方法運行，即測量供應給處理裝置的冷卻劑的溫度，比較所測量的冷卻劑溫度和預定設定點之間的差異并發送信號給制冷劑回路中的膨脹閥以調整制冷劑的流速。雖然在穩定狀態工況下TCU40/80和TCU40/80+冷卻器能夠控制冷卻劑溫度達到大約士1。C，在最大熱加載或卸載條件下則達到大約士l. 5。C，但是這些冷卻器在工藝動態熱加栽和熱卸載期間卻存在明顯的溫度超調量、溫度波動、性能的逐漸劣化或者甚至造成控制損失等問題。因此，需要一種改進的方法，用于控制供應給工藝的冷卻劑的溫度并用于快速響應工藝所產生的動態熱加載和熱卸載(熱量變化)。
技術實現思路
5一種用于控制工藝溫度的方法，包括以下步驟從蒸發器向 所述工藝供應冷卻劑；測量供應給所述工藝的冷卻劑的溫度；確 定冷卻劑供應溫度和冷卻劑供應溫度設定點之間的差；通過使制 冷劑流過所述蒸發器移走冷卻劑的熱量；測量從所述工藝返回的 冷卻劑的溫度；通過所測量的冷卻劑供應溫度和所測量的冷卻劑 返回溫度計算微分指數加權移動平均數(DEWMA);通過將DEWMA 和預定邏輯規則進行比較確定熱量變化狀態；基于所述熱量變化 狀態預測從所述工藝返回的冷卻劑的溫度；以及，基于所預測的 溫度調整制冷劑的流速。附圖說明圖1是根據本專利技術的裝置的示意圖。 圖2是熱加載和熱卸載過程的示例。圖3是與測量源信號相比較的指數加權移動平均數的示例。圖4是采用了線性內插法并且作為可能性的函數的微分指數 加權移動平均數的示例。圖5是采用了非-線性內插法并且作為可能性的函數的微分 指數加權移動平均數的示例。圖6是舉例說明本專利技術性能的實驗數據。具體實施例方式本專利技術提供了一種控制工藝溫度的方法。更具體地， 本專利技術提供一種用于控制在工藝中工作的流體或部件的溫度的 方法。該方法包括反饋和前饋控制算法，以在穩定狀態工況下控 制溫度達到大約士O. 1。C以內以及在最大熱加載和熱卸載工況下 控制溫度達到大約±0. 75。C以內。雖然本專利技術實際上可用于任何 類型的流體或部件的溫度控制應用場合(例如半導體，藥品或食 品應用)，但這里將描述的專利技術是用于控制半導體制造過程中的 半導體工藝部件的冷卻劑溫度。圖l是依照本專利技術的冷卻器IOO的一個實施方式的示 意圖。冷卻器100的熱壓縮循環包括三個回路冷卻劑回路102, 制冷劑回路104和水冷卻回路106，由控制系統控制該冷卻器100的運行。冷卻劑回路102的目標是按照特定的流速118和溫度 116向工藝108供應冷卻劑?？刂葡到y一般不直接控制冷卻劑流 速118。控制冷卻劑供應溫度116是該控制系統的目標，同時是 本專利技術的主要目的。冷卻劑回路102包括具有冷卻劑加熱器111的冷卻劑 儲罐110、泵112、蒸發器120的熱側和多個分接點，這些分接 點帶有分別用于測量冷卻劑返回溫度(Ter)，冷卻劑供應溫度(Tes)和冷卻劑流速(Fc)的傳感器ll4、 116和118。冷卻 劑回路102向半導體工藝108供應冷卻劑(例如非導電性全氟化 碳)，該回路102經過蒸發器120的熱側以除去從半導體工藝 108處所獲得的熱量。冷卻劑回路102可用來控制工藝108中的 部件或流體的溫度。例如，冷卻劑回路102可從半導體裝置中通 過以維持或調整靜電卡盤、石英窗或腔室壁的溫度。冷卻劑回路 102是封閉回路，冷卻劑從蒸發器120的熱側連續地流向工藝 108，然后從工藝122返回，并流過儲罐110、加熱器111、循環 泵112，再回到蒸發器120的熱側。制冷劑回路104運行以移走冷卻劑的熱量并控制冷 卻劑的除熱率。除了蒸發器120之外，制冷劑回路104還包括壓 縮機124、冷凝器126、具有可調制冷劑閥130的主制冷劑管線 128和具有熱氣旁通閥134的可調熱氣旁通管線132。制冷劑回 路104還可包括分接點，這些分接點具有分別測量蒸發溫度(Tre)，蒸發壓力(Pre)和冷凝壓力(Prc)的傳感器136、 138和14 0。傳感器136、 138和140主要用于保證壓縮機124在 適當的工況下運行。與冷卻劑回路102—樣，制冷劑回路也是封 閉回路，制冷劑在其中連續地流過壓縮機124、冷凝器126的熱 側、液體膨脹閥130和蒸發器120的冷側。制冷劑以蒸汽形式離 開蒸發器120的冷側。該蒸汽隨后被壓縮，然后要么以壓縮熱氣 的形式通過熱氣旁通管線132流到蒸發器120中，要么流過冷凝 器126，在冷凝器126處水冷卻回路106移走壓縮熱氣中的熱量， 該壓縮熱氣得到冷凝并返回到蒸發器120中。水冷卻回路106運行以在制冷劑通過冷凝器126時移 走制冷劑中的熱量。除了冷凝器126之外，水冷卻回路還包括可調冷卻水控制閥142、冷卻水供應裝置148、冷卻水回收裝置150 和分接點，這些分接點具有分別用于測量冷卻水供應溫度(Tcws) 和冷卻水返回溫度(Tcwr)的傳感器144和146。在工作期中， 冷卻水循環通過冷卻水控制閥142和壓縮才幾126的冷側以移走制 冷劑中的熱量。在普通的熱壓縮循環中，以第一較低蒸發壓力138和 溫度136離開蒸發器120的制冷劑蒸汽流過壓縮機124并達到較 高冷凝壓力140。熱蒸汽隨后在冷凝器126中被冷凝，冷凝熱量 在該處被冷卻水回路106消耗掉。被冷凝的制冷劑離開冷凝器 126的熱側并進入蒸發器120的冷側，在該處被冷凝的制冷劑吸 收了返回冷卻劑122中的熱量而在對應蒸發壓力138的溫度下再 次蒸發。液體膨脹閥130和熱氣旁通閥134依靠冷卻劑返回溫度 114控制冷卻冷卻劑所需的制冷劑量。本專利技術的方法包括反饋和前饋控制方法，用于將冷卻 劑供應溫度116維持在使用者規定的設定點并用于在工藝108發 生熱加載和熱卸載時提供調節溫度的快速響應。控制系統反饋方 面的目標是維持恒定的冷卻劑供應溫度116。通過不斷調節液體 膨脹閥130和熱氣旁通閥134來控制該冷卻劑供應溫度116。當 液體膨脹閥130開口更大(即孔口尺寸增大)時，流過蒸發器 120冷側的制冷劑就會增加，因此，會移走冷卻劑中的更多熱量。 結果是冷卻劑供應溫度116降低。相反地，當熱氣旁通閥134開 口更大時，流過蒸發器120冷側的熱氣就會增加，蒸發器120的 冷卻容量因此而減小，使得從冷卻劑移走的熱量更少。結果是冷 卻劑供應溫度116升高。這樣，通過平衡液體膨脹閥130和熱氣 旁通閥134的位置(即孔口尺寸)本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于控制工藝溫度的方法，包括以下步驟：　從蒸發器向所述工藝供應冷卻劑；　測量供應給所述工藝的冷卻劑的溫度；　確定冷卻劑供應溫度和冷卻劑供應溫度設定點之間的差；　通過使制冷劑流過所述蒸發器來移走冷卻劑中的熱量；測量從所述工藝返回的冷卻劑的溫度；　用所測量的冷卻劑供應溫度和所測量的冷卻劑返回溫度計算微分指數加權移動平均數；　通過將微分指數加權移動平均數和預定邏輯規則進行比較來確定熱量變化狀態；　基于所述熱量變化狀態預測從所述工藝返回的冷卻劑的溫度；以及　基于所預測的溫度調整制冷劑流速。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：Z譚，
申請(專利權)人：埃地沃茲真空系統有限公司，
類型：發明
國別省市：US[美國]