本发明专利技术公开了一种基于PCM隔绝内部温度波动的温控装置和控制方法。温控装置底部与被控物体接触，由PCM相变介质进行吸热控温，在被PCM相变介质四面包裹的微流道中通入冷却介质，通过协同控制算法使PCM维持在相变温度，利用相变潜热等温吸热的特性抑制脉冲热波动和隔绝低温冷却介质对环境的干扰，并在外层微流道中通入与外界环境温度相同的高精度温控水用以维持装置上表面的温度以及协同维持PCM的相变状态。本发明专利技术实现高效控温的同时抑制了发热物体的脉冲热波动以及冷却介质对环境的热干扰，有利于光刻设备内部环境温度的均一性和稳定性。稳定性。稳定性。
【技术实现步骤摘要】
基于PCM隔绝内部温度波动的温控装置和控制方法
[0001]本专利技术涉及可以用于光刻设备
的一种冷却和恒定温度的温控装置，尤其是涉及基于PCM隔绝内部温度波动的温控装置。
技术介绍
[0002]在半导体生产领域，光刻设备内部的精密运动部件、精密测量部件以及光刻工艺对环境温度的变化非常敏感，因此其主要部件需要在对温度、湿度以及洁净度等指标有高要求的微环境环境下运行。光刻设备中所进行的硅片曝光是利用特定波长的射线将掩模版上所设计的电路图形经过光学系统后投影到光刻胶上，实现图形转移，是集成电路制造中光刻工艺的重要工序之一。曝光过程中，光刻设备需保证其内部空间温度的均一性和稳定性，以提供一个稳定的曝光空间，防止半导体套刻精度的降低。其中在温度方面主要的技术指标是将环境温度控制在22℃，温度波动幅度小于0.05℃，并且主要曝光区域的温度精度需求更高，长期温度波动不超过0.01℃。
[0003]光刻设备内部环境温度敏感区域的温度控制通常采用气浴方式，即用主动式恒温冷却或者以区域内部恒温空气循环实现核心区域环境高精度温度稳定，隔绝外部环境温度波动或者相邻设备部件温度波动影响，实现局部区域的温度稳定性和区域内温度良好的均一性。例如公开号为CN102540750A的中国专利技术专利公开了一种光刻设备环境控制系统，其为光刻设备环境提供温度稳定的洁净空气，但其无法对光刻设备内部的发热部件进行控温；直接温控法，通过超精密温控水和光刻设备内需要控温对象的热交换来实现稳定的温度控制。例如公开号为CN114047673A的中国专利技术专利公开了一种隔离内部波动的温控装置及其解耦控制方法，通过中间夹层流道是否通流冷却水的方式以及外层恒温流道的设置实现隔绝内部温度的波动以及冷却介质的对环境的影响，但该方法对瞬时脉冲热波动所导致的热量溢出无法立即处理，需等第二层的冷却液流入才能吸收该脉冲热波动导致的热干扰，这中间有时间延迟，势必会导致一定的热量溢出造成周围环境的温度变化。再例如公开号为CN208922064U的中国技术专利公开了一种冷却结构、主基板冷却装置及光刻机，其通过循环冷却液直接对主机板进行冷却散热，但其只考虑了对发热器件的散热，未考虑温控装置中低温冷却液流动对周围环境温度的影响，可能造成装置周边局部温度的波动，从而影响光刻机内部整体的温度均一性和稳定性。
技术实现思路
[0004]为了克服现有技术的不足，针对现有光刻机内部温控装置中无法满足抑制脉冲热波动的需求，以及冷却介质对环境引起的二次热干扰问题，本专利技术提供一种基于PCM隔绝内部温度波动的温控装置，主要用于在对光刻设备内部发热物体进行温控时，解决由于发热物体因周期性工作或启停瞬间产生的脉冲热波动所导致的瞬时热溢出问题，和温控的冷却介质与外界环境产生热交换所导致的二次热干扰现象；以及提供一种该装置的协同控制算法，通过装置内置温度传感器的方式精确测量装置盒体下表面的实时温度，实时调节冷却
介质的流量，使PCM介质维持在相变温度。
[0005]本专利技术所采用的技术方案是：
[0006]一、一种基于PCM隔绝内部温度波动的温控装置：
[0007]包括装置盒体、外层微流道、PCM包裹层、内层微流道和多个温度传感器；装置盒体内部开设外层微流道、PCM包裹层和内层微流道，装置盒体内部的上部设置有外层微流道，外层微流道之下的PCM包裹层和内层微流道，同时PCM包裹层包围在内层微流道之外；装置盒体、外层微流道、PCM包裹层和内层微流道均布置有温度传感器，装置盒体底面接触连接于被控物体表面。
[0008]所述的外层微流道、PCM包裹层和内层微流道均贯通于装置盒体的两端设置；内层微流道两端分别作为冷却介质入口、冷却介质出口，PCM包裹层两端分别作为PCM介质注入口、PCM介质排出口，外层微流道两端分别作为温控水入口、温控水出口，且冷却介质入口、PCM介质注入口和温控水入口分别位于同一侧，冷却介质出口、PCM介质排出口和温控水出口位于同一侧。
[0009]所述的装置盒体底面中间和顶面中央、温控水出口、冷却介质出口、PCM介质排出口处均布置有温度传感器。
[0010]所述内层微流道是由一层由众多微流道沟槽平行布置后在两端汇合布置所构成，两端分别与冷却介质入口和冷却介质出口连通。
[0011]所述的冷却介质入口处连接设有用于电协同控制冷却介质流量的电磁流量阀。
[0012]所述PCM包裹层为回字形中空流道，两端分别与PCM介质注入口和PCM介质排出口连通，所述的PCM介质注入口处和PCM介质排出口处设有用于控制注入或排出PCM介质的开关阀。
[0013]所述外层微流道是由一层由众多微流道沟槽平行布置后在两端汇合布置所构成。
[0014]所述PCM包裹层中填充泡沫铜。
[0015]所述装置盒体采用铜制作而成。
[0016]所述装置盒体底面涂抹吸热涂层。
[0017]所述的被控物体为发热物体。
[0018]二、一种温控及其协同控制方法：
[0019]向内层微流道通入冷却介质，通过电磁流量阀对冷却介质的流量可调，向外层微流道通入与外界环境温度相同的温控水，向PCM包裹层通入PCM介质，使包裹层充满PCM介质，并关闭PCM介质注入口和PCM介质排出口处的开关阀，将装置盒体底面和被控物体表面接触，然后：
[0020]由被控物体表面的热量和装置盒体底面进行热交换，传递到PCM包裹层，通过PCM包裹层中的PCM介质首先进行热交换实现对被控物体进行吸热，其次通过内层微流道的冷却介质对PCM包裹层中的PCM介质进行温度调控，使PCM介质处于相变温度，通过外层微流道中通流与外界温度相同的温控水吸收PCM包裹层在对被控物体进行调控时所超过相变潜热散发的过热量或过冷量，使得装置盒体表面的温度保持和外界温度一致。
[0021]所述的温控水为受外界恒温驱动流动的水介质。
[0022]本专利技术的温控装置用于按照非常严格的温度环境中，例如光刻机，被控物体散发的热量所导致的环境温升相对于外界温度的温度波动幅度小于0.05℃，不然将温度环境的
稳定性和均一性遭到破化，导致温度环境的无法工作，因此设计了上述装置结构，进行严格温控处理。通过本专利技术温控装置能够保证环境温度不变，然后在对发热物体控温的时候，通过该装置来隔绝发热物体因周期性运行或启停瞬间产生的脉冲热波动所导致的瞬时热溢出和冷却介质对环境的影响。
[0023]所述PCM介质的相变温度低于温控水的温度。
[0024]PCM介质的相变温度是物理属性，是固定不变的，但可通过改变PCM介质中成分的比例来决定该配方PCM的相变温度。温控水的温度也是固定不变的。具体实施中，低于或者高于都可以，只要在温控水
±
0.01℃的范围内都可以，目的是尽量减少温差，降低PCM对温控水的影响，以保证温控水与外界温度的一致性。
[0025]在方法处理过程中，通过在装置盒体底面布置的温度传感器实时监控被控物体表面的温度t1，结合冷却介质入口处本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于PCM隔绝内部温度波动的温控装置，其特征在于：包括装置盒体(1)、外层微流道(2)、PCM包裹层(3)、内层微流道(4)和多个温度传感器(11、12、13、14、15)；装置盒体(1)内部开设外层微流道(2)、PCM包裹层(3)和内层微流道(4)，装置盒体(1)内部的上部设置有外层微流道(2)，外层微流道(2)之下的PCM包裹层(3)和内层微流道(4)，同时PCM包裹层(3)包围在内层微流道(4)之外；装置盒体(1)、外层微流道(2)、PCM包裹层(3)和内层微流道(4)均布置有温度传感器(11
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15)，装置盒体(1)底面接触连接于被控物体表面。2.根据权利要求一种基于PCM隔绝内部温度波动的温控装置，其特征在于：所述的外层微流道(2)、PCM包裹层(3)和内层微流道(4)均贯通于装置盒体(1)的两端设置；内层微流道(4)两端分别作为冷却介质入口(7)、冷却介质出口(10)，PCM包裹层(3)两端分别作为PCM介质注入口(6)、PCM介质排出口(9)，外层微流道(2)两端分别作为温控水入口(5)、温控水出口(8)，且冷却介质入口(7)、PCM介质注入口(6)和温控水入口(5)分别位于同一侧，冷却介质出口(10)、PCM介质排出口(9)和温控水出口(8)位于同一侧。3.根据权利要求2所述的一种基于PCM隔绝内部温度波动的温控装置，其特征在于：所述的装置盒体(1)底面中间和顶面中央、温控水出口(8)、冷却介质出口(10)、PCM介质排出口(9)处均布置有温度传感器(11
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15)。4.根据权利要求2所述的一种基于PCM隔绝内部温度波动的温控装置，其特征在于：所述内层微流道(4)是由一层由众多微流道沟槽平行布置后在两端汇合布置所构成，两端分别与冷却介质入口(7)和冷却介质出口(10)连通。5.根据权利要求2所述的一种基于PCM隔绝内部温度波动的温控装置，其特征在于：所述的冷却介质入口(7)处连接设有用于电协同控制冷却介质流量的电磁流量阀。6.根据权利要求2所述的一种基于PCM隔绝内部温度波动的温控装置，其特征在于：所述PCM包裹层(3)为回字形中空流道，两端分别与PCM介质注入口(6)和PCM介质排出口(9)连通，所述的PCM介质注入口(6)处和PCM介质排出口(9)处设有用于控制注入或排出PCM介质的开关阀。7.根据权利要求2所述的一种基于PCM隔绝内部温度波动的温控装置，其特征在于：所述外层微流道(2)是由一层由众多微流道沟槽平行布置后在两端汇合布置所构成。8.应用于权利要求1
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7任一所述温控装置的温控及其协同控制方法，其特征在于：向内层微流道(4)通入冷却介质，通过电磁流量阀对冷却介质的流量可调，向外层微流道(2)通入与外界环境温度相同的温控水，向PCM包裹层(3)通入PCM介质，使包裹层充满PCM介质，并关闭PCM...
【专利技术属性】
技术研发人员：付新，彭杰峰，胡亮，刘伟庭，苏芮，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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