控制温度的方法技术

一种用于控制供应给工艺的冷却剂的温度的方法，例如半导体工艺。该方法用于将冷却剂冷却至预定温度、将冷却剂控制在预定温度处以及向半导体工艺传递冷却剂。该方法包括反馈和前馈控制算法以便在稳定状态工况下控制温度达到大约±０．１℃以内而在最大热加载和热卸载条件下控制温度达到大约±０．７５℃以内。本发明专利技术可以应用于任何流体或部件的温度控制应用场合（例如，半导体，药品或食品应用）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于控制供应给一种工艺的冷却剂的温度的方法。更具体地，本专利技术提供一种将冷却剂冷却到预定温度、将冷却剂控制在预定温度处并将冷却剂传递给半导体处理工艺的方法。
技术介绍
很多行业都使用冷却器控制工艺的流体和部件的温度。例如，在半导体行业中，典型的晶片处理步骤包括一系列热加栽和热卸载部分处，冷却器被用来控制静电卡盘、石英窗和腔室壁的温度。用于控制供应给半导体工艺的冷却剂的温度的已知冷却器有BOC EDWARDS公司的TCU4 0/8 0和TCU4 0/8 0+。 TCU4 0/8 0冷却器利用反馈控制将供应给半导体处理装置的冷却剂温度维持在预定设定点。TCU40/80冷却器包括从处理装置移走热量的冷却剂回路，从该冷却剂回路移走热量的制冷剂回路以及从该制冷剂回路移走热量的冷却水回路。TCU40/80冷却器采用了标准反馈方法运行，即测量供应给处理装置的冷却剂的温度，比较所测量的冷却剂温度和预定设定点之间的差异并发送信号给制冷剂回路中的膨胀阀以调整制冷剂的流速。虽然在稳定状态工况下TCU40/80和TCU40/80+冷却器能够控制冷却剂温度达到大约士1。C，在最大热加载或卸载条件下则达到大约士l. 5。C，但是这些冷却器在工艺动态热加栽和热卸载期间却存在明显的温度超调量、温度波动、性能的逐渐劣化或者甚至造成控制损失等问题。因此，需要一种改进的方法，用于控制供应给工艺的冷却剂的温度并用于快速响应工艺所产生的动态热加载和热卸载(热量变化)。
技术实现思路
5一种用于控制工艺温度的方法，包括以下步骤从蒸发器向 所述工艺供应冷却剂；测量供应给所述工艺的冷却剂的温度；确 定冷却剂供应温度和冷却剂供应温度设定点之间的差；通过使制 冷剂流过所述蒸发器移走冷却剂的热量；测量从所述工艺返回的 冷却剂的温度；通过所测量的冷却剂供应温度和所测量的冷却剂 返回温度计算微分指数加权移动平均数(DEWMA);通过将DEWMA 和预定逻辑规则进行比较确定热量变化状态；基于所述热量变化 状态预测从所述工艺返回的冷却剂的温度；以及，基于所预测的 温度调整制冷剂的流速。附图说明图1是根据本专利技术的装置的示意图。 图2是热加载和热卸载过程的示例。图3是与测量源信号相比较的指数加权移动平均数的示例。图4是采用了线性内插法并且作为可能性的函数的微分指数 加权移动平均数的示例。图5是采用了非-线性内插法并且作为可能性的函数的微分 指数加权移动平均数的示例。图6是举例说明本专利技术性能的实验数据。具体实施例方式本专利技术提供了一种控制工艺温度的方法。更具体地， 本专利技术提供一种用于控制在工艺中工作的流体或部件的温度的 方法。该方法包括反馈和前馈控制算法，以在稳定状态工况下控 制温度达到大约士O. 1。C以内以及在最大热加载和热卸载工况下 控制温度达到大约±0. 75。C以内。虽然本专利技术实际上可用于任何 类型的流体或部件的温度控制应用场合(例如半导体，药品或食 品应用)，但这里将描述的专利技术是用于控制半导体制造过程中的 半导体工艺部件的冷却剂温度。图l是依照本专利技术的冷却器IOO的一个实施方式的示 意图。冷却器100的热压缩循环包括三个回路冷却剂回路102, 制冷剂回路104和水冷却回路106，由控制系统控制该冷却器100的运行。冷却剂回路102的目标是按照特定的流速118和温度 116向工艺108供应冷却剂。控制系统一般不直接控制冷却剂流 速118。控制冷却剂供应温度116是该控制系统的目标，同时是 本专利技术的主要目的。冷却剂回路102包括具有冷却剂加热器111的冷却剂 储罐110、泵112、蒸发器120的热侧和多个分接点，这些分接 点带有分别用于测量冷却剂返回温度(Ter)，冷却剂供应温度(Tes)和冷却剂流速(Fc)的传感器ll4、 116和118。冷却 剂回路102向半导体工艺108供应冷却剂(例如非导电性全氟化 碳)，该回路102经过蒸发器120的热侧以除去从半导体工艺 108处所获得的热量。冷却剂回路102可用来控制工艺108中的 部件或流体的温度。例如，冷却剂回路102可从半导体装置中通 过以维持或调整静电卡盘、石英窗或腔室壁的温度。冷却剂回路 102是封闭回路，冷却剂从蒸发器120的热侧连续地流向工艺 108，然后从工艺122返回，并流过储罐110、加热器111、循环 泵112，再回到蒸发器120的热侧。制冷剂回路104运行以移走冷却剂的热量并控制冷 却剂的除热率。除了蒸发器120之外，制冷剂回路104还包括压 缩机124、冷凝器126、具有可调制冷剂阀130的主制冷剂管线 128和具有热气旁通阀134的可调热气旁通管线132。制冷剂回 路104还可包括分接点，这些分接点具有分别测量蒸发温度(Tre)，蒸发压力(Pre)和冷凝压力(Prc)的传感器136、 138和14 0。传感器136、 138和140主要用于保证压缩机124在 适当的工况下运行。与冷却剂回路102—样，制冷剂回路也是封 闭回路，制冷剂在其中连续地流过压缩机124、冷凝器126的热 侧、液体膨胀阀130和蒸发器120的冷側。制冷剂以蒸汽形式离 开蒸发器120的冷侧。该蒸汽随后被压缩，然后要么以压缩热气 的形式通过热气旁通管线132流到蒸发器120中，要么流过冷凝 器126，在冷凝器126处水冷却回路106移走压缩热气中的热量， 该压缩热气得到冷凝并返回到蒸发器120中。水冷却回路106运行以在制冷剂通过冷凝器126时移 走制冷剂中的热量。除了冷凝器126之外，水冷却回路还包括可调冷却水控制阀142、冷却水供应装置148、冷却水回收装置150 和分接点，这些分接点具有分别用于测量冷却水供应温度(Tcws) 和冷却水返回温度(Tcwr)的传感器144和146。在工作期中， 冷却水循环通过冷却水控制阀142和压缩才几126的冷侧以移走制 冷剂中的热量。在普通的热压缩循环中，以第一较低蒸发压力138和 温度136离开蒸发器120的制冷剂蒸汽流过压缩机124并达到较 高冷凝压力140。热蒸汽随后在冷凝器126中被冷凝，冷凝热量 在该处被冷却水回路106消耗掉。被冷凝的制冷剂离开冷凝器 126的热侧并进入蒸发器120的冷側，在该处被冷凝的制冷剂吸 收了返回冷却剂122中的热量而在对应蒸发压力138的温度下再 次蒸发。液体膨胀阀130和热气旁通阀134依靠冷却剂返回温度 114控制冷却冷却剂所需的制冷剂量。本专利技术的方法包括反馈和前馈控制方法，用于将冷却 剂供应温度116维持在使用者规定的设定点并用于在工艺108发 生热加载和热卸载时提供调节温度的快速响应。控制系统反馈方 面的目标是维持恒定的冷却剂供应温度116。通过不断调节液体 膨胀阀130和热气旁通阀134来控制该冷却剂供应温度116。当 液体膨胀阀130开口更大(即孔口尺寸增大)时，流过蒸发器 120冷侧的制冷剂就会增加，因此，会移走冷却剂中的更多热量。 结果是冷却剂供应温度116降低。相反地，当热气旁通阀134开 口更大时，流过蒸发器120冷侧的热气就会增加，蒸发器120的 冷却容量因此而减小，使得从冷却剂移走的热量更少。结果是冷 却剂供应温度116升高。这样，通过平衡液体膨胀阀130和热气 旁通阀134的位置(即孔口尺寸)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于控制工艺温度的方法，包括以下步骤：　从蒸发器向所述工艺供应冷却剂；　测量供应给所述工艺的冷却剂的温度；　确定冷却剂供应温度和冷却剂供应温度设定点之间的差；　通过使制冷剂流过所述蒸发器来移走冷却剂中的热量；测量从所述工艺返回的冷却剂的温度；　用所测量的冷却剂供应温度和所测量的冷却剂返回温度计算微分指数加权移动平均数；　通过将微分指数加权移动平均数和预定逻辑规则进行比较来确定热量变化状态；　基于所述热量变化状态预测从所述工艺返回的冷却剂的温度；以及　基于所预测的温度调整制冷剂流速。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：Z谭，
申请(专利权)人：埃地沃兹真空系统有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]