温控系统的制作方法

1.本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种温控系统。


背景技术：

2.在集成电路制造过程中产生的废气，国内外通常采用废气处理设备对废气进行处理，采用燃烧水洗、电加热、等离子体分解等处理方式对废气进行无害化处理，废气经过燃烧、电加热、等离子体分解等方式处理后具有很高的能量，在传统的废气处理设备中，经过处理后的废气直接通过喷淋系统进行降温，然后排出，能量极大的浪费。由于废气处理设备的废气能量巨大，废气的热量可以相当于20kw的加热器产生的热量，传统的半导体专用温控设备采用的加热器通常小于5kw，废气的热量远大于传统温控设备中加热器产生的热量，
3.刻蚀工艺的温控设备的制冷量是按刻蚀工艺过程中的最大负载量进行设计的，在集成电路制造的刻蚀工艺制程中，刻蚀的负载是按工艺步骤进行加载，在这个过程中有大量的时间并不是按最大工艺负载进行加载，同时还有部分时间是处于空载转态，在空载及未满负载的条件下，温控设备的制冷系统中的制冷量并未100％利用起来，因而也是一种能量的浪费。


技术实现要素：

4.本发明提供一种温控系统，用以解决现有技术中半导体制造过程中，温控设备的制冷系统中的制冷量并未100％利用起来，造成能量极大的浪费的缺陷，实现制冷装置的多余的制冷量充分利用起来，用于废气处理设备的废气的降温，有效的将温控系统的多余的制冷量总和利用起来的效果。
5.本发明提供一种温控系统，包括制冷装置、循环装置和废气处理设备，所述制冷装置包括压缩机、冷凝器的放热通路、第一蒸发器的吸热通路依次连通形成的第一制冷回路，以及所述压缩机、所述冷凝器的放热通路、第二蒸发器的吸热通路依次连通形成的第二制冷回路，所述循环装置包括所述第一蒸发器的放热通路、水箱、第一泵体和负载依次连通形成的循环液回路，所述废气处理设备包括喷淋组件和水池，所述水池、所述第二蒸发器的放热通路、第二泵体和所述喷淋组件依次连通。
6.根据本发明提供的一种温控系统，所述废气处理设备包括燃烧腔和喷淋塔，所述喷淋组件设置于所述喷淋塔内所述燃烧腔的出气口通过所述水池与所述喷淋塔的进口连通。
7.根据本发明提供的一种温控系统，所述冷凝器的放热通路的出口与所述第二蒸发器的吸热通路的进口连通的管路上设有第一阀体。
8.根据本发明提供的一种温控系统，所述第二泵体与所述喷淋组件连通的管路上设有第二阀体。
9.根据本发明提供的一种温控系统，所述第二泵体与所述喷淋组件连通的管路上设有第一温度检测件，所述第二阀体与所述第一温度检测件沿液体流向依次设置。
10.根据本发明提供的一种温控系统，所述冷凝器的放热通路的出口与所述第一蒸发器的吸热通路的进口连通的管路上设有第三阀体。
11.根据本发明提供的一种温控系统，所述第一泵体与所述负载连通的管路上设有第二温度检测件。
12.根据本发明提供的一种温控系统，所述负载与所述第一蒸发器的放热通道连通的管路上设有第三温度检测件。
13.本发明提供的温控系统，实现了温控系统的功能及废气处理设备的功能的基础上，将废气处理设备的废气的热量用于温控设备中对循环液加热，将制冷装置中的多余制冷量用于废气处理设备中对废气的降温喷淋，进一步实现能源的综合利用。将制冷装置的多余的制冷量充分利用起来，用于废气处理设备的废气的降温，有效的将温控系统的多余的制冷量总和利用起来，避免了在温控系统中多余的制冷量在制冷装置中反复循环蒸发、压缩，未能有效的利用的问题。
14.除了上面所描述的本发明解决的技术问题、构成的技术方案的技术特征以及有这些技术方案的技术特征所带来的优点之外，本发明的其他技术特征及这些技术特征带来的优点，将结合附图作出进一步说明，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
15.为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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。
16.图1是本发明提供的温控系统的结构示意图之一；
17.图2是本发明提供的温控系统的结构示意图之二；
18.图3是本发明提供的温控系统的结构示意图之三；
19.图4是本发明提供的温控系统的结构示意图之四；
20.附图标记：
21.100、制冷装置；110、压缩机；120、冷凝器；130、第一蒸发器；140、第三阀体；150、第二蒸发器；160、第二泵体；170、第一阀体；180、第二阀体；190、第一温度检测件；
22.200、循环装置；210、水箱；220、第一泵体；230、负载；240、三通阀；250、第二温度检测件；260、第三温度检测件；
23.300、加热装置；310、管板换热器；320、废气处理设备；330、第四阀体；340、风机；350、翅片换热器；360、多通道板式换热器；321、燃烧腔；322、喷淋塔；323、水池；324、喷淋组件。
具体实施方式
24.下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
25.在本发明实施例的描述中，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发明实施例和简化描述，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发明实施例的限制。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。
26.在本发明实施例的描述中，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发明实施例中的具体含义。
27.在本发明实施例中，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。
28.此外，在本发明实施例的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上，“若干个”、“若干根”、“若干组”的含义是一个或一个以上。
29.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发明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。
30.如图1所示，本发明实施例提供的温控系统，包括制冷装置100、循环装置200和废气处理设备320，制冷装置100包括压缩机110、冷凝器120的放热通路、第一蒸发器130的吸热通路依次连通形成的第一制冷回路，以及压缩机110、冷凝器120的放热通路、第二蒸发器150的吸热通路依次连通形成的第二制冷回路，循环装置200包括第一蒸发器130的放热通路、水箱210、第一泵体220和负载230依次连通形成的循环液回路，废气处理设备320包括喷淋组件324和水池323，水池323、第二蒸发器150的放热通路、第二泵体160和喷淋组件324依次连通。
31.本发明实施例的温控系统，作为半导体集成电路制造刻蚀工艺制程中的重要设备，负载230为刻蚀工艺设备。刻蚀工艺设备的废气在废气处理设备320中燃烧反应后，通过喷淋组件324对其进行喷淋降温和净化，喷淋组件324喷出的喷淋液最终落入水池323内。制冷装置100中压缩机110输送高温高压的冷却液经过冷凝器120降温冷却后分为两路，一路经过第一蒸发器130的吸热通路与循环液进行换热，换热后回到压缩机110构成第一制冷回路；另一路经过第二蒸发器150的吸热通路，水池323中的喷淋液进入第二蒸发器150的放热通路，与冷却液进行热交换，经过热交换的冷却液回到压缩机110构成第二制冷回路。喷淋液冷却降温后通过第二泵体160泵入喷淋组件324内，对进入废气处理设备320的废气进行喷淋降温净化。
32.冷却液在制冷装置100的第一制冷回路中循环流动，压缩机110输出的高温高压冷却液经过冷凝器120的放热通路放热，冷却降温后经过第一蒸发器130的吸热通路，与第一蒸发器130的放热通路中的循环液进行热交换，使循环液温度降低，而后冷却液回到压缩机110，循环液冷却后进入水箱210，通过第一泵体220泵出输送至刻蚀工艺设备中，对刻蚀工艺设备的反应腔进行降温，由刻蚀工艺设备中流出高温循环液再次流入第一蒸发器130的放热通路，循环液在循环液回路中循环流动，实现对刻蚀工艺设备的反应腔的降温控制。本发明通过第二蒸发器150的设置在制冷装置100中形成第二制冷回路，将制冷装置100多余的制冷量充分利用起来，用于对废气处理设备320中水池323的喷淋液进行降温处理，处理后的喷淋液再对废气进行喷淋降温，以此将温控系统的多余制冷量进行综合利用。
33.本发明在实现了温控系统的功能及废气处理设备320的功能的基础上，将废气处理设备320的废气的热量用于温控设备中对循环液加热，将制冷装置100中的多余制冷量用于废气处理设备320中对废气的降温喷淋，进一步实现能源的综合利用。将制冷装置100的多余的制冷量充分利用起来，用于废气处理设备320的废气的降温，有效的将温控系统的多余的制冷量总和利用起来，避免了在温控系统中多余的制冷量在制冷装置100中反复循环蒸发、压缩，未能有效的利用的问题。
34.根据本发明提供的一个实施例，废气处理设备320包括燃烧腔321和喷淋塔322，喷淋组件324设置于喷淋塔322内燃烧腔321的出气口通过水池323与喷淋塔322的进口连通。本实施例中，燃烧腔321的出气口与喷淋塔322的进气口下方设置水池323。刻蚀工艺设备的废气进入燃烧腔321燃烧反应后，通过水池323进入喷淋塔322，喷淋塔322内设置的喷淋组件324对废气进行喷淋，喷淋液体落入水池323中储存沉淀，废气得到降温和净化后由喷淋塔322排出。
35.根据本发明提供的一个实施例，冷凝器120的放热通路的出口与第二蒸发器150的吸热通路的进口连通的管路上设有第一阀体170。本实施例中，制冷系统中冷却液经过冷凝器120后，一路进入第一蒸发器130中进行蒸发，对循环装置200中的循环液进行降温；另一路经过第一阀体170进入第二蒸发器150中进行蒸发，对来自废气处理设备320中的水池323里的喷淋液进行降温。通过第一阀体170可控制进入第二蒸发器150的冷却液的流量，从而调节第二蒸发器150中冷却液与喷淋液的换热量。
36.本实施例中，第一阀体170可采用电子膨胀阀。
37.根据本发明提供的一个实施例，第二泵体160与喷淋组件324连通的管路上设有第二阀体180。本实施例中，水池323中的高温喷淋液进入第二蒸发器150的放热通路，与第二蒸发器150的吸热通路中的冷却液进行热交换，喷淋液降温后通过第二泵体160泵出，流经第二阀体180后，流入喷淋塔322中的喷淋组件324对废气进行喷淋降温，第二阀体180可控制喷淋液的流量以及防止喷淋液回流至第二蒸发器150。
38.本实施例中，第二阀体180可采用电动阀。
39.根据本发明提供的一个实施例，第二泵体160与喷淋组件324连通的管路上设有第一温度检测件190，第二阀体180与第一温度检测件190沿液体流向依次设置。本实施例中，水池323中的高温喷淋液进入第二蒸发器150的放热通路，与第二蒸发器150的吸热通路中的冷却液进行热交换，喷淋液降温后通过第二泵体160泵出，流经第二阀体180和第一温度检测件190后，流入喷淋塔322中的喷淋组件324对废气进行喷淋降温。第一温度检测件190
用于检测向由第二泵体160泵出的喷淋液的温度，即进入喷淋组件324前的喷淋液温度，从而控制第一阀体170的开度，实现对第二蒸发器150处换热量的调节，进而对喷淋液温度进行控制。
40.本实施例中，第一温度检测件190可采用温度传感器。
41.根据本发明提供的一个实施例，冷凝器120的放热通路的出口与第一蒸发器130的吸热通路的进口连通的管路上设有第三阀体140。本实施例中，由压缩机110中输送出的冷却液在冷凝器120的放热通路中与冷凝器120的吸热通路中的冷媒进行热交换后，冷却液温度降低，通过第三阀体140降压并控制冷却液进入第一蒸发器130的吸热通路的流量大小，进而控制第一蒸发器130内冷却液与循环液的换热量。第一阀体170的开度为100％-第三阀体140的开度，既实现了温控系统的精确温度控制过程所需的制冷量，又充分的将温控系统的多余制冷量充分利用起来，做到能源的充分利用。
42.本实施例中，第三阀体140可采用电子膨胀阀。
43.根据本发明提供的一个实施例，第一泵体220与负载230连通的管路上设有第二温度检测件250。本实施例中，第二温度检测件250用于检测循环液由第一泵体220泵出后进入刻蚀工艺设备前的温度，即第二温度检测件250检测循环装置200的出口温度，通过第二温度检测件250检测温度可对第三阀体140进行开度调节，进而控制进入刻蚀工艺设备的循环液温度。
44.本实施例中，第二温度检测件250可采用温度传感器。
45.根据本发明提供的一个实施例，负载230与第一蒸发器130的放热通道连通的管路上设有第三温度检测件260。本实施例中，刻蚀工艺设备与第一蒸发器130的放热通路连通的管路上还设有第三温度检测件260，用于检测流出刻蚀工艺设备的循环液温度，即循环装置200的回口温度。通过第三温度检测件260控制，可相应控制第三阀体140的开度，调整第一制冷回路中冷却液进入第一蒸发器130的流量，从而调整冷却液与循环液的换热量，进而调整循环回路中循环液的温度。
46.本实施例中，第三温度检测件260可采用温度传感器。
47.本发明实施例提供的温控系统，利用废气处理设备320还可为刻蚀工艺设备提供温度控制中升温控制所需热量。
48.如图2所示，在一个实施例中，当加热装置300包括管板换热器310和废气处理设备320时，循环装置200包括第一蒸发器130的放热通路、水箱210、第一泵体220、负载230、三通阀240的进口和第一出口依次连通形成的循环液回路，三通阀240的第二出口与管板换热器310的吸热通路的进口连通，管板换热器310的吸热通路的出口与水箱210的进口连通，燃烧腔321的出气口与管板换热器310的放热通路的进口连通，管板换热器310的放热通路的出口与喷淋塔322的进口连通。
49.本发明实施例的温控系统，在集成电路制造中对刻蚀工艺设备的废气进行无害化处理，同时精确的控制刻蚀工艺设备反应腔中的温度，确保反应腔的温度精确控制。
50.负载230为刻蚀工艺设备，冷却液在制冷装置100的第一制冷回路中循环流动，压缩机110输出的高温高压冷却液经过冷凝器120的放热通路放热，冷却降温后经过第一蒸发器130的吸热通路，与第一蒸发器130的放热通路中的循环液进行热交换，使循环液温度降低，而后冷却液回到压缩机110，循环液冷却后进入水箱210，通过第一泵体220泵出输送至
刻蚀工艺设备中，对刻蚀工艺设备的反应腔进行降温，由刻蚀工艺设备中流出高温循环液再次流入第一蒸发器130的放热通路，循环液在循环液回路中循环流动，实现对刻蚀工艺设备的反应腔的降温控制。
51.由刻蚀工艺设备中流出的循环液通过三通阀240的控制可进入管板换热器310的吸热通路，废气处理设备320的废气进入管板换热器310的放热通路，与吸热通路中的循环液进行热交换，使循环液的温度升高，而后废气回到废气处理设备320，循环液升温后进入水箱210，通过第一泵体220泵出输送至刻蚀工艺设备中，对刻蚀工艺设备的反应腔进行升温，循环液在循环液回路中循环流动，实现对刻蚀工艺设备的反应腔的升温控制。
52.三通阀240将由刻蚀工艺设备中流出的循环液分为两路，一路为第一出口连通的第一蒸发器130的放热通路，通过第一制冷回路对循环液进行降温处理，另一路为第二出口连通的管板换热器310的吸热通路，通过废气处理设备320对循环液进行升温处理，两路中的循环液可共同汇入水箱210中。当刻蚀工艺设备的反应腔需要快速升温控制时，三通阀240的第一出口关闭，第二出口打开，即使由刻蚀工艺设备流出的循环液全部流向管板换热器310，在管板换热器310中进行加热控制，实现快速的升温作用。当刻蚀工艺设备的反应腔需要快速降温控制时，三通阀240的第一出口打开，第二出口关闭，即使由刻蚀工艺设备流出的循环液全部流向第一蒸发器130，在第一蒸发器130中进行冷却控制，实现快速的降温作用。
53.本发明在实现刻蚀工艺设备废气处理的同时将废气处理设备320中废气的能量进行充分利用，将具有高能量的废气用于对温控系统的循环液的加热。传统的半导体专用温控系统采用的加热器通常小于5kw，而废气处理设备320的废气能量巨大，废气的热量可以相当于20kw的加热器产生的热量，远大于传统温控系统中加热器产生的热量，在利用废气能量的过程中，可以实现温控系统的快速升温的效果，而且全部循环液流入管板换热器310中实现快速升温的控制时，快速升温的速度可以提高3倍以上，比传统温控系统的快速升温速度更快，实现温控设备的温度精确控制及快速升温控制。本发明在实现了温控系统的功能及废气处理设备320的功能的基础上，将废气处理设备320的能量用于温控系统中进行循环液的加热，有效的实现能源的综合利用和节能控制。
54.喷淋塔322的进口与管板换热器310的放热通路连通的管路上设有第四阀体330。本实施例中，通过控制第四阀体330的开度，实现对进入管板换热器310的废气量的精确控制，从而对循环液在管板换热器310内与废气进行的热交换量的控制，以达到对刻蚀工艺设备的反应腔温度的精确控制。
55.本实施例中，第四阀体330可采用电动阀。
56.喷淋塔322的进口与管板换热器310的放热通路连通的管路上还设有风机340，第四阀体330与风机340沿管路内气体流向依次设置。本实施例中，风机340为废气由管板换热器310的放热通路到喷淋塔322的流动提供动力，即为废气在废气处理设备320与管板换热器310之间的流通提供动力。
57.本实施例中，燃烧腔321的出气口与喷淋塔322的进气口下方设置水池323，喷淋塔322对废气进行喷淋，喷淋液体落入水池323中储存沉淀。燃烧腔321的出气口侧壁另外开设出口连接出气管路的一端，出气管路的另一端连接管板换热器310的放热通路的进口，管板换热器310的放热通路的出口连接进气管路的一端，进气管路的另一端穿过水池323到达喷
淋塔322的进气口，风机340与第四阀体330均设置于该进气管路位于水池323外的管段上。
58.本实施例中，通过第二温度检测件250检测温度还可对三通阀240进行开度调节，进而控制进入刻蚀工艺设备的循环液温度。
59.本发明实施例还提供一种温控方法，应用上述实施例的温控系统，包括：
60.s1，获取循环装置200的出口的实际温度；
61.s2，根据循环装置200的出口的实际温度与目标温度，获得出口温度的目标值差值；
62.s3，根据出口温度的目标值差值控制循环装置200的三通阀240的第一出口和第二出口的开度。
63.本发明的温控方法，设定循环装置200的出口的循环液目标温度sv，通过第二温度检测件250检测循环装置200的出口的循环液实际温度pv，实际温度pv与目标温度sv求差值，获得循环装置200的出口的循环液温度的目标值差值e＝sv-pv。基于循环装置200的出口的循环液温度的目标值差值调用pid算法计算控制输出aout的数值，aout用于调节三通阀240的第一出口和第二出口的开度，从而控制分配循环液进行不同的制冷、升温的环节，实现进入刻蚀工艺设备的循环液温度的精确控制。通过修正系数的改变，可以实现温控系统的不同带载能力，可以实现温度的快速稳定控制。
64.使用时，不限定上述阀体是截止阀、电动阀、电磁阀或其他形式可通断的阀类。
65.如图3所示，在一个实施例中，本发明的温控系统基本与上述实施例的温控系统相同，不同之处在于，加热装置300包括翅片换热器350和废气处理设备320，三通阀240的第二出口与翅片换热器350的进口连通，翅片换热器350的出口与水箱210的进口连通，翅片换热器350位于水池323内部。
66.如图4所示，在一个实施例中，本发明的温控系统基本与上述实施例的温控系统相同，不同之处在于，第一蒸发器130为多通道板式换热器360，压缩机110、冷凝器120的放热通路、多通道板式换热器360的吸热通路依次连通形成第一制冷回路，多通道板式换热器360的换热通路、水箱210、第一泵体220和负载230依次连通形成循环液回路，加热装置300仅包括废气处理设备320，废气处理设备320与多通道板式换热器360的放热通路连通，多通道板式换热器360的放热通路的出口与喷淋塔322的进口连通的管路上沿气体流向依次设置第四阀体330和风机340。
67.根据上述实施例还提供一种温控方法，应用上述的温控系统，包括：
68.s1，获取循环装置200的出口的实际温度；
69.s2，根据循环装置200的出口的实际温度与目标温度，获得出口温度的目标值差值；
70.s3，根据出口温度的目标值差值控制加热装置300的第四阀体330和制冷装置100的第三阀体140的开度。
71.本实施例中，本发明的温控方法，设定循环装置200的出口的循环液目标温度sv，通过第二温度检测件250检测循环装置200的出口的循环液实际温度pv，实际温度pv与目标温度sv求差值，获得循环装置200的出口的循环液温度的目标值差值e＝sv-pv。基于循环装置200的出口的循环液温度的目标值差值调用pid算法计算控制输出aout的数值，将aout进行调节分别计算eout和mout，其中eout用于调节第三阀体140的开度，mout用于调节第四阀
体330的开度，其中eout加大时mout减小，反之eout减小时mout加大，从而控制循环液进行不同的制冷、升温的环节，实现进入刻蚀工艺设备的循环液温度的精确控制。通过修正系数的改变，可以实现耦合温控系统的不同带载能力，可以实现温度的快速稳定控制。
72.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。