技术领域
[0001] 本
发明实施例涉及温控技术领域，尤其涉及一种温度控制系统、光刻装置和温度控制方法。
背景技术
[0002]
涡流管制冷已经在现代工业中广泛应用。例如，在
半导体制造生产线中，
光刻机具有长时间处于运行状态的特点，而掩膜台的冷却也需要快速进行冷量输出，并持续稳定，同时需要具备体积小，重量轻的制冷系统，采用涡
流管制冷的方式只需消耗厂务空气
压缩机提供的压缩空气，即可快速实现对光刻机掩膜台的冷却，而且避开了
蒸汽压缩式制冷等传统制冷系统充注制冷剂和制冷剂的消耗及污染问题，降低了成本，节约了能耗。
[0003] 但目前涡流管的制冷方式单涡流管制冷，压缩空气使用量大，冷却效果不好，冷却速度及温度控制范围仍有待提高；只利用冷端产生的冷气流进行冷却，控制
精度不高，同时涡流管热端产生的热气流未充分加以利用，造成了
能源浪费。
发明内容
[0004] 有鉴于此，本发明的目的是提出一种温度控制系统、光刻装置和温度控制方法，以增大冷量或热量的输出，扩大涡流管的温度控制范围，提高温度控制精度，实现热量和冷量的快速输出，改善能源浪费的问题。
[0005] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0006] 第一方面，本发明实施例提供了一种温度控制系统，包括：
[0007] 温控介质供给模
块，用于为冷热量输出模块提供温控气流；
[0008] 冷热量输出模块，包括多级
串联的涡流管，用于向温控对象输出冷量和/或热量；
[0009] 温控检测模块，用于检测温控参数，温控参数至少包括输出的冷量对应的冷气流量及冷量温度和/或输出的热量对应的热气流量及热量温度，以及温控对象的温度；
[0010] 控
制模块，用于根据温控参数，调节冷气流量及冷量温度和/或热气流量及热量温度，以使温控对象的温度达到目标温度。
[0011] 第二方面，本发明实施例提供了一种光刻装置，包括掩膜台和如上述第一方面所述的温度控制系统，温度控制系统用于对掩膜台进行冷却。
[0012] 第三方面，本发明实施例提供了一种温度控制方法，包括：
[0013] 检测温控参数，温控参数至少包括输出的冷量对应的冷气流量及冷量温度和/或输出的热量对应的热气流量及热量温度，以及温控对象的温度；
[0014] 根据温控参数，通过调节冷气流量及冷量温度，调节多级串联的涡流管向温控对象输出的冷量，和/或通过调节热气流量及热量温度，调节多级串联的涡流管向温控对象输出的热量，以使温控对象的温度达到目标温度。
[0015] 本发明的有益效果是：本发明提供的温度控制系统，通过将多个(多级)涡流管串联，合理利用多级涡流管的冷端和/或热端，不仅可以向温控对象单独输出冷量或热量，实现对温控对象的冷却或加热，还可以向温控对象同时输出冷量和热量，在对温控对象进行冷却或加热的同时，对温控对象进行温度补偿，提高了温度控制精度，且充分利用了冷量和热量，避免能源浪费；同时，多级涡流管串联，可实现复叠式制冷或制热，后一级涡流管将前一级涡流管输出的冷量进一步降温，或后一级涡流管将前一级涡流管输出的热量进一步升温，增大了冷量或热量的输出，实现热量和冷量的快速输出，且扩大了涡流管的温度控制范围。
附图说明
[0016] 下面将通过参照附图详细描述本发明的示例性实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本发明的上述及其他特征和优点，附图中：
[0017] 图1是本发明实施例提供的温度控制系统的结构
框图；
[0018] 图2是本发明实施例提供的多级串联的涡流管的结构示意图；
[0019] 图3是本发明实施例提供的温度控制系统的结构示意图；
[0020] 图4是本发明实施例提供的另一种温度控制系统的结构框图；
[0021] 图5是本发明实施例提供的温度控制方法的
流程图。
具体实施方式
[0022] 下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
[0023] 图1是本发明实施例提供的温度控制系统的结构框图。该温度控制系统适用于对需要在期望温度下工作的任何设备(温控对象)进行温度控制的情况。如图1所示，本发明实施例提供的温度控制系统包括温控介质供给模块10、冷热量输出模块20、温控检测模块30和
控制模块40。
[0024] 其中，温控介质供给模块10用于为冷热量输出模块20提供温控气流；
[0025] 冷热量输出模块20包括多级串联的涡流管，用于向温控对象100输出冷量和/或热量；
[0026] 温控检测模块30用于检测温控参数，温控参数至少包括输出的冷量对应的冷气流量及冷量温度和/或输出的热量对应的热气流量及热量温度，以及温控对象100的温度；
[0027] 控制模块40用于根据温控参数，调节冷气流量及冷量温度和/或热气流量及热量温度，以使温控对象100的温度达到目标温度。其中，目标温度可以为温控对象正常工作时的
环境温度，也可以为加热或冷却到的所需温度，可以为固定值，也可以为变量。
[0028] 本实施例中，温控气流进入涡流管经过
能量分离被分为两路气流，一路为热气流，另一路为冷气流，从而输出热量和冷量。在多级串联的涡流管中，前一级涡流管输出的冷气流或热气流进入后一级涡流管后，再次经过能量分离，进一步降低冷气流的温度或进一步提升热气流的温度，从而增大冷量或热量的输出，由此可更快速地对温控对象100进行冷却或加热，使温控对象100迅速达到目标温度。考虑到温控对象100的温控面积较大时，采用
对流换热的方式对温控对象100进行冷却或加热，若仅输出冷量或热量，则可能出现温控对象100温度分布不均匀的情况。因此，本方案中，冷热量输出模块20在对温控对象100进行冷却或加热时，还可对温控对象100进行温度补偿。例如，多级串联的涡流管将温控气流经多次制冷，最终输出冷量对温控对象100进行冷却时，还可通过部分涡流管输出的热量对温控对象100进行热量补偿，对温控对象100进行迅速冷却的同时，还可提高温度控制精度，进而提高温控对象100温度分布的均匀性。
[0029] 另外，本发明可以通过手动控制对冷气流量及冷量温度和/或热气流量及热量温度进行调节，即手动调节冷热量输出模块20向温控对象100输出冷量和/或热量；也可以通过控制模块40实现自动控制。考虑到手动控制涡流管时，易受温控气流压
力波动的影响，造成气流温度不稳定，气流温度过高或过低都会温控对象100的工作产生影响，因此，本发明的优选方案为通过控制模块40
自动调节冷气流量及冷量温度和/或热气流量及热量温度，以实现对输出冷量和/或热量的精准控制。
[0030] 本实施例提供的温度控制系统，通过将多个(多级)涡流管串联，合理利用多级涡流管的冷端和/或热端，不仅可以向温控对象单独输出冷量或热量，实现对温控对象的冷却或加热，还可以向温控对象同时输出冷量和热量，在对温控对象进行冷却或加热的同时，对温控对象进行温度补偿，提高了温度控制精度，且充分利用了冷量和热量，避免能源浪费；同时，多级涡流管串联，可实现复叠式制冷或制热，后一级涡流管将前一级涡流管输出的冷量进一步降温，或后一级涡流管将前一级涡流管输出的热量进一步升温，增大了冷量或热量的输出，实现热量和冷量的快速输出，且扩大了涡流管的温度控制范围。
[0031] 上述方案中，涡流管包括进气端、用于输出热量的热端和用于输出冷量的冷端，前一级涡流管的冷端与后一级涡流管的进气端相连。多级串联的涡流管包括至少两个涡流管。示例性的，如图2所示，多级串联的涡流管包括初级涡流管21和次级涡流管22，初级涡流管21作为前一级涡流管，次级涡流管22作为后一级涡流管，即初级涡流管的冷端212与次级涡流管的进气端221相连；此时，可结合图3，在本发明实施例提供的温度控制系统中，初级涡流管的进气端211通过进气管路1与温控介质供给模块10相连，初级涡流管的热端213用于通
过热量输出管路3向温控对象100输出热量，次级涡流管的冷端222用于通
过冷量输出管路2向温控对象100输出冷量。本实施例中，从初级涡流管的热端213输出热量对温控对象100进行加热或温度补偿，可通过调节从初级涡流管的热端213输出的热气流的热气流量，控制输出的热量；从次级涡流管的冷端222输出冷量对温控对象100进行冷却，次级涡流管的热端223空置，但可通过调节次级涡流管的热端223输出的热气流的热气流量，来调节从次级涡流管的冷端222输出的冷气流的冷气流量及冷量温度，从而控制输出的冷量。可选的，参考图3，初级涡流管21自带第一热端
角阀214，次级涡流管22自带第二热端角阀224，可通过手动调节第一热端角阀214和第二热端角阀224的开度，来控制从初级涡流管的热端
213输出的热气流的热气流量和从次级涡流管的热端223输出的热气流的热气流量。
[0032] 可选的，参考图3，温控检测模块包括设置于热量输出管路3上的第二温度
传感器31和第二流量传感器32，设置于冷量输出管路2上的第三温度传感器33和第三流量传感器
34，以及设置于温控对象100处的第四温度传感器35；其中，第四温度传感器35可包括多个，以精确检测温控对象100上各控制点的温度；第二温度传感器31用于检测从初级涡流管的热端213输出的热气流的热量温度，第二流量传感器32用于检测从初级涡流管的热端213输出的热气流的热气流量，第三温度传感器33用于检测从次级涡流管的冷端222输出的冷气流的冷量温度，第三流量传感器34用于检测从次级涡流管的冷端222输出的冷气流的冷气流量，第四温度传感器35用于检测温控对象的温度。
[0033] 可选的，如图4所示，上述控制模块40可包括主控单元41和辅控单元42；温度控制系统还包括
数据采集模块50，数据采集模块50用于采集温控参数，并将温控参数反馈至主控单元41；主控单元41用于根据温控参数向辅控单元42发送控制
信号，辅控单元42用于根据
控制信号调节冷气流量及冷量温度和/或热气流量及热量温度，以实现对冷热量输出模块的自动控制。本实施例中，数据采集模块50可以包括数据采集板卡，用于采集第二温度传感器、第二流量传感器、第三温度传感器、第三流量传感器以及第四温度传感器检测到的数据，并将采集到的数据通过有线或无线的方式发送给主控单元41，该主控单元41可以包括控制板卡，对采集的数据进行处理，并根据采集的数据调节冷热量输出模块20输出的冷量和/或热量。
[0034] 可选的，为实现全自动控制，辅助单元可以为自控电气元件。示例性的，继续参考图3，辅控单元包括设置于热量输出管路3上的第一自控流量调节阀421，以及设置于次级涡流管的热端的第二自控流量调节阀422；第一自控流量调节阀421用于根据控制信号，通过调节第一自控流量调节阀421的开度调节从初级涡流管的热端输出的热气流的热气流量及热量温度；第二自控流量调节阀422用于根据控制信号，通过调节第二自控流量调节阀422的开度调节从次级涡流管的热端输出的热气流的热气流量及热量温度，进而调节从次级涡流管的冷端输出的冷气流的冷气流量及冷量温度。
[0035] 可选的，继续参考图3，辅控单元还包括设置于进气管路1上的
电磁阀423和比例减压阀424；其中，电磁阀423用于控制温控气流的通断，比例减压阀424用于调节进入初级涡流管21的温控气流的气流量，为冷热量输出模块20提供所需的总气流量，同时控制次级涡流管22输出的冷量。本实施例中，电磁阀423和比例减压阀424可由主控单元41实现自动控制。
[0036] 相应的，温控检测模块还包括设置于进气管路1上的第一流量传感器36、第一温度传感器37和第一
压力传感器38；其中，第一流量传感器36用于检测温控气流的气流量，第一温度传感器37用于检测温控气流的温度，第一压力传感器38用于检测温控气流的压力。同时，数据采集模块50可用于采集第一流量传感器36、第一温度传感器37和第一压力传感器38的数据，并将采集的数据发送给主控单元41，主控单元41根据采集的数据调节比例减压阀424的开度，以进一步控制次级涡流管22输出的冷量。
[0037] 可选的，基于上述方案，本发明实施例的温度控制系统还可包括设置于进气管路1上的粒子
过滤器60，粒子过滤器用于
净化温控气流。该粒子过滤器60设置在电磁阀423和比例减压阀424的后端，可以过滤掉粒径大于0.003μm的颗粒，防止对光刻装置内部造成颗粒污染。
[0038] 可选的，本发明实施例的温度控制系统还可包括设置于热量输出管路3的输出端的热量导流器70，以及设置于冷量输出管路2的输出端的冷量导流器80；其中，热量导流器70用于调节输出的热量的均匀性，冷量导流器80用于调节输出的冷量的均匀性，以进一步提高温控对象各控制点温度的均匀性。
[0039] 可选的，上述各实施例中，温控介质供给模块可包括空气压缩机，温控气流为压缩空气。只需消耗空气压缩机提供的压缩空气，即可对温控对象进行温度控制，解决了
蒸汽压缩式制冷等传统制冷系统充注制冷剂和制冷剂的消耗及污染的问题，降低了成本。另外，通入压缩空气可即时输出冷量和热量，达到了即时响应和快速降温的效果。
[0040] 基于上述方案并参考图3，本发明提供的温度控制系统的具体工作过程为：温控介质供给模块10(空气压缩机)提供压缩空气，主控单元41控制电磁阀423开启，并在初始阶段控制比例减压阀424的开度调至100％，压缩空气流经比例减压阀424后，经粒子过滤器60进行过滤，得到需求洁净度的压缩空气；此时，设置在进气管路1上的第一流量传感器36、第一温度传感器37和第一压力传感器38分别检测进入初级涡流管21前的压缩空气的流量、温度和压力；压缩空气进入初级涡流管21，经过能量分离，被分为两路气流，一路为热气流，另一路为冷气流；热气流可由初级涡流管21的热端通过热量输出管路3，再经热量导流器70输出至温控对象100，以对温控对象100进行加热或热量补偿，设置在热量输出管路3上的第二温度传感器31和第二流量传感器32分别检测从初级涡流管21的热端输出的热气流的热量温度和热气流量；由初级涡流管21的冷端输出的冷气流进入次级涡流管22，该冷气流在次级涡流管22中再次经过能量分离，被分为两路气流，同样一路为热气流，另一路为冷气流，达到了进一步制冷的效果，增大了输出的冷量；冷气流可由次级涡流管22的冷端通过冷量输出管路2，再经冷量导流器80输出至温控对象100，以对温控对象100进行冷却，设置在冷量输出管路2上的第三温度传感器33和第三流量传感器34分别检测从次级涡流管22的冷端输出的冷气流的冷量温度和冷气流量，第四温度传感器35检测温控对象100的温度，具体可检测温控对象100表面的温度；同时，数据采集模块50实时采集第一流量传感器36、第一温度传感器37、第一压力传感器38、第二温度传感器31、第二流量传感器32、第三温度传感器33、第三流量传感器34和第四温度传感器35检测到的数据，并将采集到的数据反馈至主控单元41；主控单元根据反馈的数据，分别向比例减压阀424、设置于热量输出管路3上的第一自控流量调节阀421和设置于次级涡流管22的热端的第二自控流量调节阀422输出控制信号，以通过调节比例减压阀424的开度为多级串联的涡流管输入所需的总气流量，通过调节第一自控流量调节阀421的开度控制对温控对象100输出的热量，通过调节第二自控流量调节阀
422的开度控制对温控对象100输出的冷量，进而控制温控对象100的温度到达目标温度。若输出的冷量温度还需继续下降，也可进一步通过调节第二自控流量调节阀422的开度来调节次级涡流管22的冷流率，使制冷效应达到峰值，其中，第二自控流量调节阀422的开度越小，冷流率越高。
[0041] 上述方案中，由于第一热端角阀214和第二热端角阀224为涡流管的热端自带的角阀，无法自动调节开度，因此可将第一热端角阀214和第二热端角阀224的开度均设置成100％，以使第一自控流量调节阀421和第二自控流量调节阀422对气流量的调节范围达到最大。
[0042] 另外，在本发明的一具体实施例中，当温控对象的温度高于环境温度时，需对温控对象进行冷却。此时，数据采集模块读出温控对象的温度以及次级涡流管的冷端输出的冷气流的冷量温度和冷气流量，反馈至主控单元，主控单元输出控制信号至比例减压阀和第二自控流量调节阀，调节比例减压阀的开度以调节压缩空气的气流量至所需总气流量，并减小第二自控流量调节阀的开度，以增大次级涡流管的冷端输出的冷量，进而对温控对象进行冷却。
[0043] 在本发明的另一具体实施例中，当温控对象的温度高于环境温度时，需对温控对象进行冷却。此时，数据采集模块读出温控对象的温度、次级涡流管的冷端输出的冷气流的冷量温度和冷气流量以及初级涡流管的热端输出的热气流的热量温度和热气流量，反馈至主控单元，主控单元输出控制信号至比例减压阀、第一自控流量调节阀和第二自控流量调节阀，调节比例减压阀的开度以调节压缩空气的气流量至所需总气流量，并减小第二自控流量调节阀的开度，以增大次级涡流管的冷端输出的冷量，进而对温控对象进行冷却，同时调节第一自控流量调节阀的开度，向温控对象输出热气流，对温控对象进行热量补偿，提高了温度控制的精度，且提高了温控对象温度的均匀性。
[0044] 在本发明的另一具体实施例中，当温控对象的温度低于环境温度时，需对温控对象进行加热。此时，数据采集模块读出温控对象的温度以及初级涡流管的热端输出的热气流的热量温度和热气流量，反馈至主控单元，主控单元输出控制信号至比例减压阀和第一自控流量调节阀，调节比例减压阀的开度以调节压缩空气的气流量至所需总气流量，并增大第一自控流量调节阀的开度，以增大初级涡流管的热端输出的热量，进而对温控对象进行加热。
[0045] 本发明实施例还提供了一种光刻装置，该光刻装置包括掩膜台和本发明任一实施例中的温度控制系统，其中，温度控制系统用于对掩膜台进行冷却。
[0046] 可选的，考虑到冷气流与掩膜台上的掩膜板是通过对流换热的方式对掩膜板进行降温，可能出现掩膜板温度分布不均匀的情况，因此，温度控制系统可通过向掩膜台同时输出冷量和热量对掩膜板进行降温，即温度控制系统输出的冷量对掩膜板进行降温，温度控制系统输出的热量对掩膜板进行热量补偿，以提高掩膜板温度分布的均匀性。温度控制系统对掩膜板的具体冷却方法可参考上述温度控制系统的实施例，此处不再赘述。
[0047] 本实施例所提供的光刻装置，包括本发明实施例所提供的温度控制系统，具备相应的功能和有益效果。
[0048] 另外，本发明实施例还提供了一种温度控制方法，图5是本发明实施例提供的温度控制方法的流程图。如图5所示，该温度控制方法包括：
[0049] 步骤110、检测温控参数。
[0050] 其中，温控参数至少包括输出的冷量对应的冷气流量及冷量温度和/或输出的热量对应的热气流量及热量温度，以及温控对象的温度。而输出的冷量为上述实施例中多级串联的涡流管向温控对象输出的冷量，输出的热量为上述实施例中多级串联的涡流管向温控对象输出的热量，冷气流量及冷量温度可分别通过设置于多级串联的涡流管输出冷量的输出端的流量传感器及温度传感器进行检测，热气流量及热量温度可分别通过设置于多级串联的涡流管输出热量的输出端的流量传感器及温度传感器进行检测，温控对象的温度可通过设置于温控对象处的至少一个温度传感器进行检测。
[0051] 步骤120、根据温控参数，通过调节冷气流量及冷量温度，调节多级串联的涡流管向温控对象输出的冷量，和/或通过调节热气流量及热量温度，调节多级串联的涡流管向温控对象输出的热量。
[0052] 本步骤中，可对温控对象仅进行冷量输出，以对温控对象进行冷却，也可对温控对象仅进行热量输出，以对温控对象进行加热，还可对温控对象同时进行冷量和热量输出，以对温控对象进行冷却的同时，对温控对象进行热量补偿，最终使温控对象的温度达到目标温度。上述不同情况的具体操作可参考前述实施例，此处不再赘述。
[0053] 可选的，涡流管包括进气端、用于输出热量的热端和用于输出冷量的冷端；多级串联的涡流管包括初级涡流管和次级涡流管，初级涡流管的冷端与次级涡流管的进气端相连；初级涡流管的热端与热量输出管路相连，次级涡流管的热端设置有第一自控流量调节阀，次级涡流管的冷端与冷量输出管路相连，冷量输出管路上设置有第二自控流量调节阀；
[0054] 相应的，通过调节冷气流量及冷量温度，调节多级串联的涡流管向温控对象输出的冷量包括：
[0055] 通过调节第二自控流量调节阀的开度，调节次级涡流管的冷端输出的冷量；
[0056] 相应的，通过调节热气流量及热量温度，调节多级串联的涡流管向温控对象输出的热量包括：
[0057] 通过调节第一自控流量调节阀的开度，调节初级涡流管的热端输出的热量。
[0058] 本实施例提供的温度控制方法，与本发明任意实施例所提供的温度控制系统属于同一发明构思，具备相应的功能和有益效果。未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明任意实施例提供的温度控制系统。
[0059] 注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的
权利要求范围决定。
