[发明专利]一种温控系统及其控制方法

说明书

本发明涉及温控技术领域，公开了一种温控系统及其控制方法，其中温控系统包括：制冷系统和载冷剂系统；加热组件用于根据实时目标温度与预设目标温度的偏差实时调整加热量；制冷系统用于根据实时出口温度与预设出口温度的偏差实时调整制冷量，制冷系统同时用于根据出口温度传感器检测的实时出口温度、实时进口温度、压力传感器检测的实时蒸发压力、吸气温度传感器检测的实时吸气温度以及排气温度传感器检测的实时排气温度进行实时调整。本发明提供的一种温控系统及其控制方法，可实现精准的温度控制，还有利于降低温控装置的功耗，且该温控系统在调控时还对多个部位的工况进行监测，有利于维持工况稳定，提高温度调节的精度。

技术领域

本发明涉及温控技术领域，尤其涉及一种温控系统及其控制方法。

背景技术

在半导体晶圆制造工艺中，反应腔室内需要保持恒定的环境温度。目前在光刻，刻蚀，离子注入等主要制程工艺中，使用专用的温控装置进行加工腔室的高精度恒温控制。同时，对于不同的工艺制程，加工腔室内温控控制在存在较大差异，对于目前最普遍应用的8英寸和12英寸制造工艺中，温控装置的控温范围可达到-20℃到90℃。另外对于刻蚀工艺，其由于其热负载装置为射频装置，根据不同的制程，射频装置会快速的切换不同功率运行，对于温控装置，需要对连续快速变化的热负载做出及时反馈，以达到实时的高精度恒温控制。

参考图1，当前主流的半导体生产用温控装置使用“制冷系统+电加热”的系统结构，以高绝缘性的电子氟化液作为载冷剂，为晶圆加工腔控温。现有温控装置控制为在恒温控制过程中，控制制冷系统制冷量输出恒定，调节加热器输出，使外部负载部件热负荷L与加热器输出量H之和保持与制冷系统制冷量Q相等。系统控制流程图如附图2所示，对于载冷剂循环系统，根据温控装置出口温度设定值SV0及实际测量值PV0，计算实时误差值，利用PID算法控制加热器输出比，以实现出口温度的恒定温控；对于制冷系统，将循环液的允许运行温度范围划分为N个区间，在每个温度区间内给定固定的主路电子膨胀阀开度以及压缩机变频器输出值。在以上器件输出参数固定的情况下，制冷系统制冷量Q为恒定值。对于温控装置，其恒温控制过程中，冷热能量平衡公式有：Q = H + L，其中Q为制冷系统制冷量，H为加热器输出热功率，L为外部负载部件输出热功率。

现有温度控制方案主要有以下缺点：首先是温控装置平均功耗高，制冷系统需要持续维持高制冷量输出，即压缩机电功率高，同时为保持空载状态下温控稳定，加热器需要维持高输出以平衡制冷量。其次温控装置在温控过程中，仅依靠改变加热器调节温控装置的输出制冷量，导致温控装置的制冷量变化速率慢，无法适应快速变化的外部负载速率，使控温精度下降。

发明内容

本发明提供一种温控系统及其控制方法，用以解决现有温控系统主要通过调节加热器进行温控，存在功耗较高且调节速度较慢、温控精度较低的问题。

本发明提供一种温控系统，包括：制冷系统和载冷剂系统，所述制冷系统包括依次串联形成回路的蒸发器的第一侧、压缩机、冷凝器和主路电子膨胀阀，所述载冷剂系统包括依次串联形成回路的蒸发器的第二侧、加热组件和循环泵，其中所述循环泵的出口和所述蒸发器的第二侧之间的管路用于流经负载部件；所述循环泵的出口处设有目标温度传感器，所述蒸发器的第二侧的入口处设有进口温度传感器，所述蒸发器的第二侧的出口处设有出口温度传感器，所述蒸发器的第一侧的出口处设有压力传感器和吸气温度传感器，所述压缩机的出口处设有排气温度传感器；所述加热组件用于根据目标温度传感器检测的实时目标温度与预设目标温度的偏差实时调整加热量；所述制冷系统用于根据出口温度传感器检测的实时出口温度与预设出口温度的偏差实时调整制冷量，所述制冷系统同时用于根据出口温度传感器检测的实时出口温度、进口温度传感器检测的实时进口温度、压力传感器检测的实时蒸发压力、吸气温度传感器检测的实时吸气温度以及排气温度传感器检测的实时排气温度进行实时调整。

根据本发明提供的一种温控系统，所述压缩机的出口管路和所述蒸发器的第一侧的入口管路之间连通有热旁通管路，所述热旁通管路上设有热旁通电子膨胀阀；所述主路电子膨胀阀的入口管路和所述压缩机的入口管路之间连通有冷旁通管路，所述冷旁通管路上设有冷旁通电子膨胀阀。