[发明专利]恒温装置以及恒温方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体加工设备的温度控制，由其涉及刻蚀机、CVD等半导体加工设备的高精度恒温控制。

背景技术

现有的恒温装置利用热交换原理，保证半导体加工设备在特殊工作区域的温度恒定。以刻蚀机为例，随刻蚀工艺的变化，在上片和预处理阶段，半导体加工设备所产生的负荷差别很大，负荷的波动经常在500～4000W。刻蚀机要求在负荷波动及切换工况下，恒温装置也要能够做到快速响应并达到稳定。目前刻蚀机对温度控制精度要求达到±1℃。现有恒温装置的恒温方式为热交换方式，即载冷剂在恒温装置与刻蚀机之间形成了一个闭环连接，恒温装置的恒温直接对象是闭环管路中的载冷剂，经过精确恒温后，在刻蚀机腔体内进行热交换，从而保证刻蚀机腔体内部温度的恒定。

名称为“恒温液循环装置及该装置的温度控制方法”的第200610141440.0号中国专利公开了一种在恒温液循环装置中减小外部装置热负荷变动引起的循环液温度变化幅度，使外部装置的性能稳定化。利用水泵来输送恒温循环液，在外部装置的连接循环液配管中设置流量传感器、用于检测从该管路来的循环液的送出温度和循环液的返回温度，按照根据这些输出而求出的外部装置的热负荷，利用控制器来控制循环液的流量和温度。该控制在送出和返回温度的差小于设置值的情况下，利用循环液温度控制来适应该热负荷；在该温度差大于设定值的情况下，除了上述温度控制外，还对外部装置的配管增加循环液流量，使其适应上述热负荷。

但是利用进出口的温差和出口流量来计算外部热负荷只能建立在理论基础上，进出口的2个温度传感器本身就存在相对误差，所以无法在大负荷变化的刻蚀工艺中保证精确恒温，由于刻蚀工艺在上片和预处理阶段的频繁切换，半导体加工设备所产生的负荷差别很大，在设计之初就考虑到温度控制装置的平衡最大负荷能力为4000W at 20℃，相应的制冷功率指标也提升为4500W。如果要满足精确恒温条件，满足冷热平衡的条件，需要将温度控制装置中的热平衡加热器功率定为4000W。日本SMC公司所研制的HRZ系列就按照此理念进行设计，定频压缩机的恒定制冷量的输出，将来自刻蚀机的回水温度冷却，由于恒定制冷量输出，将经过蒸发器的载冷剂温度降低3～4℃，再通过水箱加热器进行精确恒温，该设计下的加热功率和制冷功率消耗的较大，提升了温度控制装置的整机功耗，故此项专利技术已不能完全适应目前刻蚀工艺的新需求。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种高精度恒温装置以及方法，其在变负荷工况下能够对上述载冷剂温度变化有良好的相应性，提高温度的稳定性。

为实现上述目的，本发明提供了一种恒温装置，其具有用泵来输送载冷剂的管路，形成所述载冷剂的循环流路，在所述循环流路中，所述载冷剂先经制冷装置进行制冷然后经加热装置进行加热以到达所需的预定温度。所述恒温装置还包括设在所述加热装置之前的加热器温度传感器，其用于测得进入所述加热装置之前的载冷剂的温度；设在所述制冷装置与所述加热装置之间的混合装置，其混合未经所述制冷装置的载冷剂与经过所述制冷装置的载冷剂，并将经混合的载冷剂输送至所述加热装置；控制器，根据所述进入加热装置之前的载冷剂的温度与所述加热装置的入口温度设定值的差，由所述混合装置控制流经所述制冷装置的载冷剂的流量。

较佳地，所述混合装置为三通阀，当所述进入加热装置的载冷剂的温度大于所述加热装置入口温度设定值时，所述控制器使得所述三通阀的开度增大，由此流经所述制冷装置的载冷剂的流量增大，当所述进入加热装置的载冷剂的温度小于所述加热装置入口温度设定值时，所述控制器使得所述三通阀的开度减小，由此流经所述制冷装置的载冷剂的流量减少。

较佳地，所述制冷装置包括蒸发器和压缩机，所述压缩机送出的制冷剂与流经所述蒸发器的载冷剂进行热交换，对所述经过制冷装置的载冷剂进行制冷。

较佳地，所述压缩机为数码涡旋式压缩机。

较佳地，所述循环流路的入口包括入口温度传感器，以将测得的未经所述恒温装置处理的载冷剂的温度反馈给所述控制器，并且当所述未经恒温装置处理的载冷剂的温度大于所述预定温度时，所述控制器将所述压缩机的制冷输出量控制为最小。

较佳地，所述蒸发器的出口还包括蒸发器出口温度传感器以测得所述蒸发器的出口温度，其中根据所述预定温度设置所述压缩机的吸气温度预定值，并且所述控制器根据所述吸气温度预定值与所述蒸发器出口温度的差来控制所述压缩机的制冷输出量。