温度控制装置和温度控制方法与流程

本公开涉及一种能够控制加热器或冷却器的温度的温度控制装置和方法，并且更具体地，涉及一种用于控制半导体制造设备中包括的加热器或冷却器的温度以遵循设定温度分布的温度控制装置和方法。

背景技术：

1、随着近年来信息媒介的迅速传播，半导体器件在信息社会中的作用变得越来越重要。此外，半导体器件广泛应用于各种工业领域。一种用于制造半导体器件的方法包括加热基板的工艺和冷却基板的工艺。

2、根据相关技术，已经使用相位角控制方法和脉宽调制(pulse width modulation,pwm)控制方法作为温度控制方法。

3、相位角控制方法是通过以适合设定温度所需输出的相位角打开控制信号并在此后在0点处关闭控制信号来控制输出功率的方法。虽然由于输出功率值可以连续改变并且在设定输出功率值方面没有限制，因此相位角控制方法在控制温度方面具有优良的精度，但是会产生无线电频率和噪声，并且可以将负载施加在半导体制造装置上。因此，制造装置的耐用性可能降低，并且可能产生导致功率损失的无功功率。

4、pwm方法是一种通过在一定周期内切换到所需输出功率来控制输出功率的方法，并且根据所需输出，作为一个周期内接通的比率的占空比变化。由于根据pwm方法，控制信号在0点改变，因此不会出现无线电频率和噪声，并且电压和电流具有相同的相位，这将无功功率最小化。pwm方法可分为固定周期控制型和可变周期控制型。在固定周期控制的情况下，控制周期长，并且因此，响应速度降低并且控制温度的精度降低。在可变周期控制的情况下，与固定周期控制相比，可以精确地控制功率和温度，但可变周期的数量受到限制，并且因此，与相位角控制方法相比，控制精度降低。

5、因此，需要开发一种能够在保证温度控制精度的情况下，降低无线电频率和噪声并降低无功功率的温度控制装置和方法。

技术实现思路

1、提供了一种温度控制装置和方法，能够减少由无线电频率输出造成的噪声和对该装置的耐用性的损害。

2、提供了能够降低加热器或冷却器的无功功率并最大化功率效率的温度控制装置和方法。

3、提供了能够高精度地控制加热器或冷却器的温度的温度控制装置和方法。

4、本领域的普通技术人员将理解，通过本公开可以实现的目标和效果不限于上面特别描述的内容，并且通过下面的详细描述将更清楚地理解本公开的其他目的。

5、附加方面将部分地在下面的描述中阐述，并且部分地将从描述中显而易见，或者可以通过实践本公开所呈现的实施方案来学习。

6、根据本公开的方面，温度控制装置包括加热器，该加热器的温度响应于接收功率而升高；电源，该电源配置为向加热器供应交流(ac)电；温度传感器，该温度传感器配置为感测加热器的温度并输出测量的温度值；以及控制器，该控制器配置为控制供应至加热器的功率供应，使得加热器遵循设定温度分布，其中控制器还配置为在由多次控制周期构成的可变周期中的第一控制周期(工作，on duty)向加热器供应功率，并且在剩余控制周期(非工作)期间停止对加热器的功率供应，直到可变周期结束。

7、控制器还可以配置为计算所需输出和可变周期值，所需输出是加热器的温度达到设定温度所需的输出相对于功率的最大输出的比率，可变周期值是控制周期可以在可变周期期间内重复的总次数，并且可以被计算为通过四舍五入所需输出的倒数而获得的整数。

8、控制器可以包括配置为执行计算的处理器和存储数据的存储器，并且处理器还可以配置为计算作为控制输出的可变周期值的倒数，计算通过从所需输出中减去控制输出而获得的值作为不足输出(insufficient output)，并且存储器可以存储不足输出，并且在完成可变周期之后重复的下一个可变周期中，可以基于存储在存储器中的不足输出来计算新的所需输出。

9、处理器还可以配置为基于设定温度和测量温度之间的差来计算比例-积分-微分控制(proportional-integral-differential control,pid)控制值，并且通过基于pid控制值对存储的不足输出进行积分来计算新的所需输出。

10、控制器可以包括零交叉检测器(过零检测器，zero-cross detector zcd)和执行计算的处理器，零交叉检测器(zcd)在当来自电源的ac电压的强度为0时输出零交叉信号，控制周期可以被确定为从接收到零交叉信号的时刻到接收下一个零交叉信号的时刻的时间段，以及处理器可以配置为在接受到来自zcd的零交叉信号时确定关于加热器的功率供应状态是否改变。

11、温度控制装置还可以包括加热器功率开关，该加热器功率开关通过从控制器接收的控制信号来向加热器供应功率或阻断向加热器供应功率，其中加热器功率开关是固态继电器(solid-state relay,ssr)。

12、处理器可以配置为预先计算与多个所需输出相对应的控制输出、可变周期值和不足输出，并将计算值存储在存储器中，并且根据可变周期的重复从存储器加载并使用与所需输出相对应的控制输出、可变周期值和不足输出。

13、控制周期可以是来自电源的ac电压的周期的0.5倍。

14、根据本公开的方面，一种温度控制装置包括：冷却器，该冷却器的温度响应于接收功率而降低；电源，该电源配置为向冷却器供应交流(ac)电；温度传感器，该温度传感器配置为感测冷却器的温度并输出测量的温度值；以及控制器，该控制器配置为控制供应至冷却器的功率供应，使得冷却器遵循设定温度分布，其中控制器还配置为在由多次控制周期构成的可变周期中的第一控制周期(工作)向冷却器供应功率，并且在剩余控制周期(非工作)期间停止对冷却器的功率供应，并且计算所需输出，所需输出是冷却器的温度达到设定温度所需的输出相对于功率的最大输出的比率，其中包括在可变周期中的控制周期的次数被计算为通过四舍五入所需输出的倒数而获得的整数。

15、根据本发明的方面，一种温度控制装置中的温度控制方法，该温度控制方法控制在多次控制周期构成的可变周期期间向加热器供应功率，使得加热器遵循设定温度，该温度控制方法包括：周期计数步骤，其中，周期计数值是控制周期重复的次数，可变周期值是控制周期在可变周期内重复的总次数；周期更新步骤，其中，当周期计数值大于或等于周期计数步骤中的可变周期值时，周期计数值被更新为0，以及接通步骤，其中，在周期更新步骤中的周期计数值设定为0之后，将用于向加热器供应功率的接通信号传送到加热器功率开关。

16、温度控制方法还可以包括结束周期，其中，通过在打开开关之后将周期计数值加1而获得的值存储为新的周期计数值。

17、温度控制方法还可以包括初始周期确定步骤，其中，当周期计数步骤中周期计数值小于可变周期值时，确定周期计数值是否为1；以及断开步骤，其中，当初始周期确定步骤中的周期计数值为1时，将用于切断向加热器供应功率的断开信号传送到加热器功率开关。

18、温度控制方法还可以包括结束周期，其中，通过在关闭开关之后将周期计数值加1而获得的值存储为新的周期计数值。

19、温度控制方法还可以包括：初始周期确定步骤，其中，当在周期计数步骤中周期计数值小于可变周期值时，确定周期计数值是否为1；以及周期结束步骤，其中，当在初始周期确定步骤中周期计数值不为1时，将通过将周期计数值加1而获得的值存储为新的周期计数值。

20、温度控制方法还可以包括比例-积分-微分控制(pid)步骤，其中，在周期更新步骤中将周期计数值更新为0之后，基于由测量加热器温度的温度传感器测量到的测量温度与设定温度之间的差来计算pid控制值；以及所需输出计算步骤，其中，所需输出是加热器的温度达到设定温度所需的输出相对于电源的最大输出的比率，所需输出是基于在pid步骤中计算的pid控制值来计算。

21、温度控制方法还可以包括可变周期/控制输出计算步骤，其中，基于在所需输出计算步骤中计算的所需输出，将通过四舍五入所需输出值的倒数而获得的值设定为控制输出，并且将通过四舍五入所需输出的倒数而获得的值设定为可变周期值。

22、温度控制装置还可以包括用于存储数据的存储器，并且在接通步骤中，通过从所需输出中减去控制输出而获得的值可以作为不足输出存储在存储器中。

23、温度控制方法还可以包括零交叉信号感测步骤，其中，零交叉信号表明感测到电源电压为0，其中，当在零交叉信号感测步骤中感测到零交叉信号时，执行周期计数步骤。

24、当在周期更新步骤中将周期计数值更新为0并且开始新的可变周期时，在所需输出计算步骤中，在先前可变周期中在存储器中存储有不足输出值的条件下，则基于不足输出值和pid控制值来计算新的所需输出值。

25、根据本公开的方面，一种由温度控制装置使用的温度控制方法，用于在由多次控制周期构成的可变周期期间控制对冷却器的功率供应并冷却冷却器，使得冷却器遵循设定温度，该温度控制方法包括：周期计数步骤，其中，周期计数值是控制周期重复的次数，可变周期值是在可变周期内控制周期重复的总次数；周期更新步骤，其中，当周期计数值大于或等于周期计数步骤中的可变周期值时，周期计数值被更新为0；接通步骤，其中，在将周期更新中将周期计数值设定为0之后，将用于向冷却器供应功率的接通信号传送到冷却器功率开关；初始周期确定步骤，其中，当在周期计数步骤中周期计数值小于可变周期值时，确定周期计数值是否为1；以及断开步骤，其中，当初始周期确定步骤中的周期计数值为1时，将用于切断向冷却器供应功率的断开信号传送到冷却器功率开关。