CN107665006B - 一种温度控制***及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种温度控制***及控制方法，该***包括制冷单元、气浴温控单元、水浴温控单元和控制单元，所述水浴温控单元的输出端和所述气浴温控单元的输入端之间设有第一补偿单元，所述水浴温控单元的输出端和水浴温控单元的输入端之间设有第二补偿单元，所述第一补偿单元和第二补偿单元分别连接所述控制单元。本发明通过设置第一补偿单元和第二补偿单元，并通过控制单元控制第一补偿单元和第二补偿单元分别对气浴温控单元和水浴温控单元进行水温度补偿，利用了***内部自身的热量去补偿温控精度的需要，大大降低了水浴加热器功率和电能消耗，且无需使用气浴加热器，进一步降低了能耗和使用成本。

Description

一种温度控制***及控制方法

技术领域

本发明涉及光刻机温控领域，具体涉及一种温度控制***及控制方法。

背景技术

现有光刻设备中的环境温控***多采用风冷和水冷相结合的方式，由于光刻设备对温控精度有严格的要求，为了提高温控精度，温控***通常采用制冷加热相结合的方式。

如图1所示为现有的温度控制***的控制原理图，包括一制冷组件和两个相互独立的水冷和风冷温控***。该温控***的控制原理为：测量板卡2’通过腔体温度传感器8’和水冷对象温度传感器9’分别测得当前的气浴温度和水冷对象的温度，并将测得的数据传送给下位机PPC3’，通过下位机PPC3’分别计算气浴加热器6’所需的出水温度和水浴加热器7’所需的出水温度，并将计算得到的值通过PID控制器4’传送给PLC控制器5’，通过PLC控制器5’计算得到制冷组件1’所需的出水温度，并分别控制气浴加热器6’、水浴加热器7’和制冷组件1’，使该三者出水温度达到所需的值。其中制冷组件1’所需的出水温度TwSV_ref＝min(TwSV_air,TwSV_po)-Tref_offset，其中TwSV_air为气冷加热器6’所需的出水温度，TwSV_po为水浴加热器7’所需的出水温度，Tref_offset为制冷组件1’所需出水温度的偏差值。通常情况下气浴加热器6’所需的出水温度和水浴加热器7’所需的出水温度之间的温差较大，如图2所示，为该温度控制***中的温度曲线图，其中物镜温控水温代表水浴加热器7’所需的出水温度，在21.5℃左右，气浴温控水温代表气浴加热器6’所需的出水温度，在16.5℃左右，制冷温控水温代表制冷组件1’所需的出水温度，为15.5℃左右，由此可知，制冷组件1’需将管道101’中的水冷却至15.5℃，然后分别通过管道102’和管道103’分流至气浴加热器6’和水浴加热器7’，以加热至所需的温度，在该过程中，水浴加热器7’需将管道103’中的水加热6℃以达到所需的温度，因此需要较大的功率，电能消耗大，成本高。

发明内容

本发明提供了一种温度控制***及控制方法，以解决现有技术中存在的电能消耗大和成本高的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种温度控制***，包括制冷单元、气浴温控单元、水浴温控单元和控制单元，所述制冷单元的输出端分别连接所述气浴温控单元和水浴温控单元的输入端，所述气浴温控单元和水浴温控单元的输出端连接至所述制冷单元的输入端，所述控制单元分别与所述制冷单元、气浴温控单元、水浴温控单元连接，所述水浴温控单元的输出端和所述气浴温控单元的输入端之间设有第一补偿单元，所述水浴温控单元的输出端和水浴温控单元的输入端之间设有第二补偿单元，所述第一补偿单元和第二补偿单元分别连接所述控制单元。

进一步的，所述制冷单元包括依次通过连接的水箱、水泵、制冷组件、第一分流器和第一温度传感器，所述第一分流器的输出端分别连接至所述气浴温控单元和水浴温控单元的输入端，所述水箱的输入端分别连接所述气浴温控单元和水浴温控单元的输出端，所述控制单元分别与所述制冷组件和第一温度传感器连接。

进一步的，所述气浴温控单元包括依次连接的风机、换热器、汇流箱、以及分别与所述汇流箱的输出端和换热器的气路输出端连接的第二温度传感器和第三温度传感器，所述汇流箱的输入端连接所述第一分流器和第一补偿单元的输出端，所述换热器的水路输出端连接至所述水箱的输入端，所述换热器的气路输出端连接至气浴对象，所述控制单元分别与所述第二温度传感器和第三温度传感器连接。

进一步的，所述水浴温控单元包括依次连接的水浴加热器、第二分流器、水浴对象、集流器，以及分别与所述第二分流器、水浴对象和集流器连接的第四温度传感器、第五温度传感器和第六温度传感器，所述水浴加热器的输入端连接所述第一分流器的输出端和第二补偿单元的输入端，所述集流器的输出端连接至所述第一补偿单元、第二补偿单元以及水箱的输入端，所述控制单元分别与所述水浴加热器、第四温度传感器、第五温度传感器和第六温度传感器连接。

进一步的，所述水浴对象包括物镜、工件台电机、掩模台电机和CCD相机。

进一步的，所述控制单元包括依次连接的测量板卡、下位机、PID控制器和PLC控制器，所述测量板卡分别与所述第三温度传感器、第五温度传感器和第六温度传感器连接，所述PLC控制器分别与所述制冷组件、水浴加热器、第一温度传感器、第二温度传感器和第四温度传感器连接。

进一步的，所述第一补偿单元包括设于所述集流器和汇流箱之间且依次连接的第一补偿管道和电磁阀，所述电磁阀与所述控制单元连接。

进一步的，所述第二补偿单元包括设于所述集流器和水浴加热器之间且依次连接的第二补偿管道和单向止回阀，所述单向止回阀与所述控制单元连接。

本发明还提供一种温度控制***的控制方法，所述控制单元通过测量板卡实时获取气浴温控单元的气路输出端的温度以及水浴温控单元中水浴对象的温度，通过下位机计算得到汇流箱、水浴加热器所需的出水温度，并通过PLC控制器对制冷组件、水浴加热器、第一补偿单元和第二补偿单元进行控制，使气浴温控单元的气浴温度和水浴温控单元中水浴对象的温度一直处于设定的目标温度。

进一步的，所述PLC控制器对第一补偿单元和第二补偿单元进行控制具体为，通过PLC控制器分别控制电磁阀和单向止回阀的开闭状态和流量。

本发明提供了一种温度控制***及控制方法，通过在所述水浴温控单元的输出端和所述气浴温控单元的输入端之间设置第一补偿单元，同时在所述水浴温控单元的输出端和水浴温控单元的输入端之间设置第二补偿单元，并通过控制单元控制第一补偿单元和第二补偿单元分别对气浴温控单元和水浴温控单元进行水温度补偿，利用了***内部自身的热量去补偿温控精度的需要，大大降低了水浴加热器功率和电能消耗，且无需使用气浴加热器，进一步降低了能耗和使用成本。

附图说明

图1是现有的温度控制***的控制原理图；

图2是现有的温度控制***中的温度曲线图；

图3是本发明的温度控制***的控制原理图；

图4是本发明的温度控制***中的温度曲线图。

图1-2中所示：1’、制冷组件；101’～103’、管道；2’、测量板卡；3’、下位机PPC；4’、PID控制器；5’、PLC控制器；6’、气浴加热器；7’、水浴加热器；8’、腔体温度传感器；9’、水冷对象温度传感器。

图3-4中所示：1、制冷单元；11、水箱；12、水泵；13、制冷组件；14、第一分流器；15、第一温度传感器；2、气浴温控单元；21、风机；22、换热器；23、汇流箱；24、第二温度传感器；25、第三温度传感器；26、气浴对象；3、水浴温控单元；31、水浴加热器；32、第二分流器；331、物镜；332、工件台电机；333、掩模台电机；334、CCD相机；34、集流器；35、第四温度传感器；36、第五温度传感器；37、第六温度传感器；4、控制单元；41、测量板卡；42、下位机；43、PID控制器；44、PLC控制器；51、第一补偿管道；52、电磁阀；61、第二补偿管道；62、单向止回阀。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细描述：

如图3所示，本发明提供了一种温度控制***，包括制冷单元1、气浴温控单元2、水浴温控单元3和控制单元4，所述制冷单元1的输出端分别连接所述气浴温控单元2和水浴温控单元3的输入端，所述气浴温控单元2和水浴温控单元3的输出端连接至所述制冷单元1的输入端，所述控制单元4分别与所述制冷单元1、气浴温控单元2、水浴温控单元3连接，所述水浴温控单元3的输出端和所述气浴温控单元2的输入端之间设有第一补偿单元，所述水浴温控单元3的输出端和水浴温控单元3的输入端之间设有第二补偿单元，所述第一补偿单元和第二补偿单元分别连接所述控制单元。通过设置第一补偿单元和第二补偿单元，并分别对气浴温控单元2和水浴温控单元3进行水温度补偿，利用了***内部自身的热量去补偿温控精度的需要，大大降低了电能消耗。

请继续参照图3，所述制冷单元1包括依次通过连接的水箱11、水泵12、制冷组件13、第一分流器14和第一温度传感器15，所述第一分流器14的输出端分别连接至所述气浴温控单元2和水浴温控单元3的输入端，所述水箱11的输入端分别连接所述气浴温控单元2和水浴温控单元3的输出端，所述控制单元4分别与所述制冷组件13和第一温度传感器15连接。具体的，水箱11、水泵12、制冷组件13、第一分流器14之间依次通过水管连接，水箱11中的水通过水泵12抽出并通过制冷组件13进行加制冷，制冷后的冷水通过第一分流器14分流至气浴温控单元2和水浴温控单元3，第一温度传感器15实时检测第一分流器14的出水温度，并将检测到的温度反馈至控制单元4，通过控制单元4实现反馈控制。

所述气浴温控单元2包括依次连接的风机21、换热器22、汇流箱23、以及分别与所述汇流箱23的输出端和换热器22的气路输出端连接的第二温度传感器24和第三温度传感器25，所述汇流箱23的输入端连接所述第一分流器14和第一补偿单元的输出端，所述换热器22的水路输出端连接至所述水箱11的输入端，所述换热器22的气路输出端连接至气浴对象26，所述控制单元4分别与所述第二温度传感器24和第三温度传感器连接25。具体的，换热器22的输出端包括水路输出端和气路输出端，其中水路输出端连接至水箱11的输入端进行水循环，气路输出端与气浴对象26连通，对其进行气浴，第三温度传感器25检测换热器22的气路输出端的气浴温度，并将检测到的数据发送至控制单元4，通过控制单元4根据设定的目标气浴温度计算汇流箱23所需的出水温度，并通过控制单元4对制冷组件13和第一补偿单元进行控制，使汇流箱23的出水温度与所需温度一致，该出水温度由第二温度传感器24进行实时监测，并实时反馈至控制单元4以实现反馈控制。

所述水浴温控单元3包括依次连接的水浴加热器31、第二分流器32、水浴对象、集流器34，以及分别与所述第二分流器32、水浴对象和集流器34连接的第四温度传感器35、第五温度传感器36和第六温度传感器37，所述水浴加热器31的输入端连接所述第一分流器14的输出端和第二补偿单元的输入端，所述集流器34的输出端连接至所述第一补偿单元、第二补偿单元以及水箱11的输入端，所述控制单元4分别与所述水浴加热器31、第四温度传感器35、第五温度传感器36和第六温度传感器37连接。具体的，水浴对象设有若干个，在本实施例中，优选采用四个，且针对光刻机进行温控时，所述水浴对象包括物镜331、工件台电机332、掩模台电机333和CCD相机334。第五温度传感器36实时检测水浴对象的温度，并将检测到的数据发送至控制单元4，通过控制单元4根据设定的目标水浴温度计算水浴加热器31所需的出水温度，同时控制单元4根据该所需的出水温度和第六温度传感器37检测到的集流器34的出水温度对制冷组件13、水浴加热器31和第二补偿单元进行控制，使水浴加热器31的出水温度与所需温度一致，该出水温度由第四温度传感器35对第二分流器32的输出端进行实时监测，并实时反馈至控制单元4以实现反馈控制。

所述控制单元4包括依次连接的测量板卡41、下位机42、PID控制器43和PLC控制器44，所述测量板卡41分别与所述第三温度传感器25、第五温度传感器36和第六温度传感器37连接，所述PLC控制器44分别与所述制冷组件13、水浴加热器31、第一温度传感器15、第二温度传感器24和第四温度传感器35连接。具体的，测量板卡41实时获取第三温度传感器25、第五温度传感器36和第六温度传感器37分别检测到的换热器22的气浴温度、水浴对象的温度和集流器34的出水温度，通过下位机42根据设定的目标温度分别计算汇流箱23和水浴加热器31所需的出水温度，并通过PLC控制器44对制冷组件13、水浴加热器31、第一补偿单元和第二补偿单元进行控制，使换热器22的气浴温度和水浴对象的温度分别达到设定的目标气浴温度和水浴温度，与此同时，第一温度传感器15、第二温度传感器24和第四温度传感器35分别对第一分流器14、汇流箱23和水浴加热器31的出水温度，并将检测到的数据发送至PLC控制器44进行反馈控制，确保***的稳定性和可靠性。需要说明的是，其中制冷组件13所需的出水温度TwSV_ref＝min(TwSV_air,TwSV_po)-Tref_offset，其中TwSV_air为汇流箱23所需的出水温度，TwSV_po为水浴加热器31所需的出水温度，Tref_offset为制冷组件13所需出水温度的偏差值。

所述第一补偿单元包括设于所述集流器34和汇流箱23之间且依次连接的第一补偿管道51和电磁阀52，所述电磁阀52与所述控制单元4连接。具体的，控制单元4根据第六温度传感器37检测到的集流器34的出水温度和汇流箱23所需的出水温度，通过控制电磁阀52的开闭状态和流量，使换热器22的气浴温度达到设定的目标气浴温度，无需使用气浴加热器进行加热，进一步降低了电能消耗。

所述第二补偿单元包括设于所述集流器34和水浴加热器31之间且依次连接的第二补偿管道61和单向止回阀62，所述单向止回阀62与所述控制单元4连接。具体的，控制单元4根据第六温度传感器37检测到的集流器34的出水温度和水浴加热器31的出水温度，通过控制单向止回阀62的开闭状态和流量，对水浴加热器31的输入端进行水温度补偿，如图4所示，采用第一补偿单元和第二补偿单元进行水温度补偿之后，水浴加热器31的输入端的水温和输出端的水温差距较低，无需使用大功率水浴加热器31进行加热，大大降低了电能消耗。

本发明还提供了一种温度控制***的控制方法，所述控制单元4通过测量板卡41实时获取气浴温控单元2的气路输出端的温度以及水浴温控单元3中水浴对象的温度，通过下位机42计算得到汇流箱23、水浴加热器31所需的出水温度，并通过PLC控制器44对制冷组件13、水浴加热器31、第一补偿单元和第二补偿单元进行控制，使气浴温控单元2的气浴温度(即气路输出端的温度)和水浴温控单元3中水浴对象的温度一直处于设定的目标温度。所述PLC控制器44对第一补偿单元和第二补偿单元进行控制具体为，通过PLC控制器44分别控制电磁阀52和单向止回阀62的开闭状态和流量。具体的，测量板卡41实时获取第三温度传感器25、第五温度传感器36和第六温度传感器37分别检测到的换热器22的气浴温度、水浴对象的温度和集流器34的出水温度，通过下位机42根据设定的目标温度分别计算汇流箱23和水浴加热器31所需的出水温度，并通过PLC控制器44对制冷组件13、水浴加热器31、第一补偿单元中电磁阀52的开闭状态和流量以及第二补偿单元中单向止回阀62的开闭状态和流量进行控制，使换热器22的气浴温度和水浴对象的温度分别达到设定的目标气浴温度和水浴温度，与此同时，第一温度传感器15、第二温度传感器24和第四温度传感器35分别对第一分流器14、汇流箱23和水浴加热器31的出水温度，并将检测到的数据发送至PLC控制器44进行反馈控制，确保***的稳定性和可靠性。在针对光刻机进行温控时，水浴对象分别为物镜331、工件台电机332、掩模台电机333和CCD相机334。如图4所示，物镜温控水温代表水浴加热器31的出水温度，气浴控制水温代表汇流箱23的出水温度，制冷温控水温代表水浴加热器31的进水温度，可以看出，经过第二补偿单元6对气浴温控单元2和水浴温控单元3进行补偿之后，水浴加热器31只需将19.5度的水加热至21.8度左右即可，大大降低了电能消耗。

综上所述，本发明提供了一种温度控制***及控制方法，通过在所述水浴温控单元3的输出端和所述气浴温控单元2的输入端之间设置第一补偿单元，同时在所述水浴温控单元3的输出端和水浴温控单元3的输入端之间设置第二补偿单元，并通过控制单元4控制第一补偿单元和第二补偿单元分别对气浴温控单元2和水浴温控单元3进行水温度补偿，利用了***内部自身的热量去补偿温控精度的需要，大大降低了水浴加热器31功率和电能消耗，且无需使用气浴加热器，进一步降低了能耗和使用成本。

虽然说明书中对本发明的实施方式进行了说明，但这些实施方式只是作为提示，不应限定本发明的保护范围。在不脱离本发明宗旨的范围内进行各种省略、置换和变更均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种温度控制***，包括制冷单元、气浴温控单元、水浴温控单元和控制单元，所述制冷单元的输出端分别连接所述气浴温控单元和水浴温控单元的输入端，所述气浴温控单元和水浴温控单元的输出端连接至所述制冷单元的输入端，所述控制单元分别与所述制冷单元、气浴温控单元、水浴温控单元连接，其特征在于，所述水浴温控单元的输出端和所述气浴温控单元的输入端之间设有第一补偿单元，所述水浴温控单元的输出端和水浴温控单元的输入端之间设有第二补偿单元，所述第一补偿单元和第二补偿单元分别连接所述控制单元。

2.根据权利要求1所述的温度控制***，其特征在于，所述制冷单元包括依次通过连接的水箱、水泵、制冷组件、第一分流器和第一温度传感器，所述第一分流器的输出端分别连接至所述气浴温控单元和水浴温控单元的输入端，所述水箱的输入端分别连接所述气浴温控单元和水浴温控单元的输出端，所述控制单元分别与所述制冷组件和第一温度传感器连接。

3.根据权利要求2所述的温度控制***，其特征在于，所述气浴温控单元包括依次连接的风机、换热器、汇流箱、以及分别与所述汇流箱的输出端和换热器的气路输出端连接的第二温度传感器和第三温度传感器，所述汇流箱的输入端连接所述第一分流器和第一补偿单元的输出端，所述换热器的水路输出端连接至所述水箱的输入端，所述换热器的气路输出端连接至气浴对象，所述控制单元分别与所述第二温度传感器和第三温度传感器连接。

4.根据权利要求3所述的温度控制***，其特征在于，所述水浴温控单元包括依次连接的水浴加热器、第二分流器、水浴对象、集流器，以及分别与所述第二分流器、水浴对象和集流器连接的第四温度传感器、第五温度传感器和第六温度传感器，所述水浴加热器的输入端连接所述第一分流器的输出端和第二补偿单元的输入端，所述集流器的输出端连接至所述第一补偿单元、第二补偿单元以及水箱的输入端，所述控制单元分别与所述水浴加热器、第四温度传感器、第五温度传感器和第六温度传感器连接。

5.根据权利要求4所述的温度控制***，其特征在于，所述水浴对象包括物镜、工件台电机、掩模台电机和CCD相机。

6.根据权利要求4所述的温度控制***，其特征在于，所述控制单元包括依次连接的测量板卡、下位机、PID控制器和PLC控制器，所述测量板卡分别与所述第三温度传感器、第五温度传感器和第六温度传感器连接，所述PLC控制器分别与所述制冷组件、水浴加热器、第一温度传感器、第二温度传感器和第四温度传感器连接。

7.根据权利要求4所述的温度控制***，其特征在于，所述第一补偿单元包括设于所述集流器和汇流箱之间且依次连接的第一补偿管道和电磁阀，所述电磁阀与所述控制单元连接。

8.根据权利要求4所述的温度控制***，其特征在于，所述第二补偿单元包括设于所述集流器和水浴加热器之间且依次连接的第二补偿管道和单向止回阀，所述单向止回阀与所述控制单元连接。

9.一种温度控制***的控制方法，应用于如权利要求4-8任意一项所述的温度控制***中，其特征在于，所述控制单元通过测量板卡实时获取气浴温控单元的气路输出端的温度以及水浴温控单元中水浴对象的温度，通过下位机计算得到汇流箱、水浴加热器所需的出水温度，并通过PLC控制器对制冷组件、水浴加热器、第一补偿单元和第二补偿单元进行控制，使气浴温控单元的气浴温度和水浴温控单元中水浴对象的温度一直处于设定的目标温度。

10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，所述PLC控制器对第一补偿单元和第二补偿单元进行控制具体为，通过PLC控制器分别控制电磁阀和单向止回阀的开闭状态和流量。

Images