[發(fā)明專利]一種恒溫裝置溫度控制系統(tǒng)和方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011165083.1
• 申請日: 2020-10-27
• 公開（公告）號: CN112327605B
• 公開（公告）日: 2023-02-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李小平;梅早陽;熊飛;任振
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢微環(huán)控技術(shù)有限公司
• 主分類號: G05B11/42
• 分類號: G05B11/42;G05B13/04;G05D23/19;G05D23/22;G05D23/24
• 代理公司: 武漢華之喻知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42267
• 代理人: 王世芳;曹葆青

本發(fā)明提供一種恒溫裝置溫度控制系統(tǒng)和方法，屬于超穩(wěn)定恒溫裝置控制領(lǐng)域，包括一級、二級溫度控制單元，一級溫度控制單元設(shè)置在溫控柜的一端，一級溫度控制單元包括制冷系統(tǒng)和一級加熱器，用于初始階段快速調(diào)節(jié)，二級溫度控制單元設(shè)置在溫控腔的一端，包括二級加熱器，用于最終階段的溫度精調(diào)節(jié)，同時(shí)能夠降低溫控柜和遠(yuǎn)傳氣路對溫控腔溫度控制的影響，提高溫度控制精度，工作時(shí)，制冷系統(tǒng)和一級加熱器共同作用將送至溫控腔入口的氣體溫度調(diào)節(jié)為最佳溫度T1，然后通過二級加熱器將溫控腔內(nèi)目標(biāo)點(diǎn)的溫度控制在目標(biāo)溫度T0。采用以上裝置進(jìn)行溫度控制的方法分為五個(gè)階段。采用本發(fā)明裝置和方法控制精度高，相應(yīng)控制時(shí)間短。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于超穩(wěn)定恒溫裝置控制領(lǐng)域，更具體地，涉及一種恒溫裝置溫度控制系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)

在半導(dǎo)體行業(yè)中，一些關(guān)鍵設(shè)備(如光刻機(jī)、干涉儀等設(shè)備)或設(shè)備局部區(qū)域在工作時(shí)對環(huán)境溫度的要求很高，0.01℃甚至更低的溫度偏差就會導(dǎo)致產(chǎn)品缺陷。如何控制好這些設(shè)備的環(huán)境溫度并保持其穩(wěn)定性是設(shè)備能正常工作的至關(guān)重要的因素。

公開號為CN 101551595A中國專利申請公開了一種光刻機(jī)投影物鏡溫度控制方法，如圖1所示，其通過非線性PI控制器輸出溫度控制單元的設(shè)定值，通過溫度控制單元控制循環(huán)水的溫度，使投影物鏡處的溫度達(dá)到目標(biāo)值，并且在控制過程中根據(jù)投影物鏡出水溫度的不斷尋優(yōu)，溫度控制單元輸出最優(yōu)溫度設(shè)定值。該專利申請?zhí)峁┑乃惴▽⒄麄€(gè)控制過程分為6個(gè)階段，根據(jù)每個(gè)階段的控制要求，采用了多種控制方法組合，使得控制精度達(dá)到0.006℃。但該發(fā)明針對的是以水為介質(zhì)的溫度控制系統(tǒng)，對于無法使用水為介質(zhì)的復(fù)雜場合，以空氣作為溫度控制介質(zhì)又是必須的選擇。因此，需要提供一種基于空氣為介質(zhì)的溫度控制方法。

華中科技大學(xué)碩士論文《基于變論域模糊PI控制的氣體溫度控制算法研究》提出的氣體溫度控制系統(tǒng)，方案示意如圖2所示，其核心溫度控制策略是先讓制冷器將氣體溫度降到一定溫度以下，然后經(jīng)過加熱器的補(bǔ)償，升高氣體溫度，最后通過風(fēng)閥調(diào)節(jié)進(jìn)入工件臺區(qū)域和掩模臺區(qū)域的氣體流量，通過變論域模糊PI控制算法使得這兩個(gè)區(qū)域都達(dá)到溫度控制指標(biāo)，溫度精度達(dá)到±0.1℃。但是，由于加熱器設(shè)置在溫控柜，加熱后的氣體經(jīng)過很長的氣管才能到達(dá)溫控腔體，容易受到管路沿途干擾，并且系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間會很長。

因此，需要開發(fā)一種以空氣為介質(zhì)的超穩(wěn)定恒溫裝置溫度控制系統(tǒng)和方法。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種恒溫裝置溫度控制系統(tǒng)和方法，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中，以空氣為介質(zhì)的穩(wěn)定恒溫裝置溫度控制方法相應(yīng)時(shí)間長、穩(wěn)定控制精度有待提高的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種恒溫裝置溫度控制系統(tǒng)，其包括兩個(gè)相對獨(dú)立的控制單元，分別為一級溫度控制單元和二級溫度控制單元，其中，

一級溫度控制單元設(shè)置在溫控柜的一端，一級溫度控制單元包括制冷系統(tǒng)和一級加熱器，用于恒溫裝置溫度控制初始階段快速調(diào)節(jié)，

二級溫度控制單元設(shè)置在溫控腔的一端，二級溫度控制單元包括二級加熱器，用于為恒溫裝置溫度控制最終階段的溫度精調(diào)節(jié)，同時(shí)能夠降低溫控柜和遠(yuǎn)傳氣路對溫控腔溫度控制的影響，提高溫度控制精度，

工作時(shí)，制冷系統(tǒng)和一級加熱器共同作用將送至溫控腔入口的氣體溫度調(diào)節(jié)為最佳溫度T1，然后通過二級加熱器將溫控腔內(nèi)目標(biāo)點(diǎn)的溫度控制在目標(biāo)溫度T0。

進(jìn)一步的，一級溫度控制單元包括由總控制器P1、一級溫控單元主控制器P2和一級溫控單元副控制器P3組成的串級控制結(jié)構(gòu)，總控制器采用雙輸入非線性PI控制器，一級主控制器采用經(jīng)典PI控制器，為了協(xié)調(diào)制冷與加熱的控制效果，一級副控制器采用單輸入非線性PI控制器，總控制器、一級溫控單元主控制器以及一級溫控單元副控制器共同根據(jù)e1、e2，輸出4mA～20mA電流分別控制壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速和一級加熱器加熱量，實(shí)現(xiàn)一級溫控單元的溫度控制，