專利名稱：：控制溫度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種用于控制供應(yīng)給一種工藝的冷卻劑的溫度的方法。更具體地，本發(fā)明提供一種將冷卻劑冷卻到預(yù)定溫度、將冷卻劑控制在預(yù)定溫度處并將冷卻劑傳遞給半導(dǎo)體處理工藝的方法。
背景技術(shù)：
：很多行業(yè)都使用冷卻器控制工藝的流體和部件的溫度。例如，在半導(dǎo)體行業(yè)中，典型的晶片處理步驟包括一系列熱加栽和熱卸載部分處，冷卻器被用來控制靜電卡盤、石英窗和腔室壁的溫度。用于控制供應(yīng)給半導(dǎo)體工藝的冷卻劑的溫度的已知冷卻器有BOCEDWARDS公司的TCU40/80和TCU40/80+。TCU40/80冷卻器利用反饋控制將供應(yīng)給半導(dǎo)體處理裝置的冷卻劑溫度維持在預(yù)定設(shè)定點(diǎn)。TCU40/80冷卻器包括從處理裝置移走熱量的冷卻劑回路，從該冷卻劑回路移走熱量的制冷劑回路以及從該制冷劑回路移走熱量的冷卻水回路。TCU40/80冷卻器采用了標(biāo)準(zhǔn)反饋方法運(yùn)行，即測量供應(yīng)給處理裝置的冷卻劑的溫度，比較所測量的冷卻劑溫度和預(yù)定設(shè)定點(diǎn)之間的差異并發(fā)送信號(hào)給制冷劑回路中的膨脹閥以調(diào)整制冷劑的流速。雖然在穩(wěn)定狀態(tài)工況下TCU40/80和TCU40/80+冷卻器能夠控制冷卻劑溫度達(dá)到大約士1。C，在最大熱加載或卸載條件下則達(dá)到大約士l.5。C，但是這些冷卻器在工藝動(dòng)態(tài)熱加栽和熱卸載期間卻存在明顯的溫度超調(diào)量、溫度波動(dòng)、性能的逐漸劣化或者甚至造成控制損失等問題。因此，需要一種改進(jìn)的方法，用于控制供應(yīng)給工藝的冷卻劑的溫度并用于快速響應(yīng)工藝所產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)熱加載和熱卸載(熱量變化)。
發(fā)明內(nèi)容5一種用于控制工藝溫度的方法，包括以下步驟從蒸發(fā)器向所述工藝供應(yīng)冷卻劑；測量供應(yīng)給所述工藝的冷卻劑的溫度；確定冷卻劑供應(yīng)溫度和冷卻劑供應(yīng)溫度設(shè)定點(diǎn)之間的差；通過使制冷劑流過所述蒸發(fā)器移走冷卻劑的熱量；測量從所述工藝返回的冷卻劑的溫度；通過所測量的冷卻劑供應(yīng)溫度和所測量的冷卻劑返回溫度計(jì)算微分指數(shù)加權(quán)移動(dòng)平均數(shù)(DEWMA);通過將DEWMA和預(yù)定邏輯規(guī)則進(jìn)行比較確定熱量變化狀態(tài)；基于所述熱量變化狀態(tài)預(yù)測從所述工藝返回的冷卻劑的溫度；以及，基于所預(yù)測的溫度調(diào)整制冷劑的流速。圖1是根據(jù)本發(fā)明的裝置的示意圖。圖2是熱加載和熱卸載過程的示例。圖3是與測量源信號(hào)相比較的指數(shù)加權(quán)移動(dòng)平均數(shù)的示例。圖4是采用了線性內(nèi)插法并且作為可能性的函數(shù)的微分指數(shù)加權(quán)移動(dòng)平均數(shù)的示例。圖5是采用了非-線性內(nèi)插法并且作為可能性的函數(shù)的微分指數(shù)加權(quán)移動(dòng)平均數(shù)的示例。圖6是舉例說明本發(fā)明性能的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供了一種控制工藝溫度的方法。更具體地，本發(fā)明提供一種用于控制在工藝中工作的流體或部件的溫度的方法。該方法包括反饋和前饋控制算法，以在穩(wěn)定狀態(tài)工況下控制溫度達(dá)到大約士O.1。C以內(nèi)以及在最大熱加載和熱卸載工況下控制溫度達(dá)到大約±0.75。C以內(nèi)。雖然本發(fā)明實(shí)際上可用于任何類型的流體或部件的溫度控制應(yīng)用場合(例如半導(dǎo)體，藥品或食品應(yīng)用)，但這里將描述的發(fā)明是用于控制半導(dǎo)體制造過程中的半導(dǎo)體工藝部件的冷卻劑溫度。圖l是依照本發(fā)明的冷卻器IOO的一個(gè)實(shí)施方式的示意圖。冷卻器100的熱壓縮循環(huán)包括三個(gè)回路冷卻劑回路102,制冷劑回路104和水冷卻回路106，由控制系統(tǒng)控制該冷卻器100的運(yùn)行。冷卻劑回路102的目標(biāo)是按照特定的流速118和溫度116向工藝108供應(yīng)冷卻劑?？刂葡到y(tǒng)一般不直接控制冷卻劑流速118。控制冷卻劑供應(yīng)溫度116是該控制系統(tǒng)的目標(biāo)，同時(shí)是本發(fā)明的主要目的。冷卻劑回路102包括具有冷卻劑加熱器111的冷卻劑儲(chǔ)罐110、泵112、蒸發(fā)器120的熱側(cè)和多個(gè)分接點(diǎn)，這些分接點(diǎn)帶有分別用于測量冷卻劑返回溫度(Ter)，冷卻劑供應(yīng)溫度(Tes)和冷卻劑流速(Fc)的傳感器ll4、116和118。冷卻劑回路102向半導(dǎo)體工藝108供應(yīng)冷卻劑(例如非導(dǎo)電性全氟化碳)，該回路102經(jīng)過蒸發(fā)器120的熱側(cè)以除去從半導(dǎo)體工藝108處所獲得的熱量。冷卻劑回路102可用來控制工藝108中的部件或流體的溫度。例如，冷卻劑回路102可從半導(dǎo)體裝置中通過以維持或調(diào)整靜電卡盤、石英窗或腔室壁的溫度。冷卻劑回路102是封閉回路，冷卻劑從蒸發(fā)器120的熱側(cè)連續(xù)地流向工藝108，然后從工藝122返回，并流過儲(chǔ)罐110、加熱器111、循環(huán)泵112，再回到蒸發(fā)器120的熱側(cè)。制冷劑回路104運(yùn)行以移走冷卻劑的熱量并控制冷卻劑的除熱率。除了蒸發(fā)器120之外，制冷劑回路104還包括壓縮機(jī)124、冷凝器126、具有可調(diào)制冷劑閥130的主制冷劑管線128和具有熱氣旁通閥134的可調(diào)熱氣旁通管線132。制冷劑回路104還可包括分接點(diǎn)，這些分接點(diǎn)具有分別測量蒸發(fā)溫度(Tre)，蒸發(fā)壓力(Pre)和冷凝壓力(Prc)的傳感器136、138和140。傳感器136、138和140主要用于保證壓縮機(jī)124在適當(dāng)?shù)墓r下運(yùn)行。與冷卻劑回路102—樣，制冷劑回路也是封閉回路，制冷劑在其中連續(xù)地流過壓縮機(jī)124、冷凝器126的熱側(cè)、液體膨脹閥130和蒸發(fā)器120的冷側(cè)。制冷劑以蒸汽形式離開蒸發(fā)器120的冷側(cè)。該蒸汽隨后被壓縮，然后要么以壓縮熱氣的形式通過熱氣旁通管線132流到蒸發(fā)器120中，要么流過冷凝器126，在冷凝器126處水冷卻回路106移走壓縮熱氣中的熱量，該壓縮熱氣得到冷凝并返回到蒸發(fā)器120中。水冷卻回路106運(yùn)行以在制冷劑通過冷凝器126時(shí)移走制冷劑中的熱量。除了冷凝器126之外，水冷卻回路還包括可調(diào)冷卻水控制閥142、冷卻水供應(yīng)裝置148、冷卻水回收裝置150和分接點(diǎn)，這些分接點(diǎn)具有分別用于測量冷卻水供應(yīng)溫度(Tcws)和冷卻水返回溫度(Tcwr)的傳感器144和146。在工作期中，冷卻水循環(huán)通過冷卻水控制閥142和壓縮才幾126的冷側(cè)以移走制冷劑中的熱量。在普通的熱壓縮循環(huán)中，以第一較低蒸發(fā)壓力138和溫度136離開蒸發(fā)器120的制冷劑蒸汽流過壓縮機(jī)124并達(dá)到較高冷凝壓力140。熱蒸汽隨后在冷凝器126中被冷凝，冷凝熱量在該處被冷卻水回路106消耗掉。被冷凝的制冷劑離開冷凝器126的熱側(cè)并進(jìn)入蒸發(fā)器120的冷側(cè)，在該處被冷凝的制冷劑吸收了返回冷卻劑122中的熱量而在對(duì)應(yīng)蒸發(fā)壓力138的溫度下再次蒸發(fā)。液體膨脹閥130和熱氣旁通閥134依靠冷卻劑返回溫度114控制冷卻冷卻劑所需的制冷劑量。本發(fā)明的方法包括反饋和前饋控制方法，用于將冷卻劑供應(yīng)溫度116維持在使用者規(guī)定的設(shè)定點(diǎn)并用于在工藝108發(fā)生熱加載和熱卸載時(shí)提供調(diào)節(jié)溫度的快速響應(yīng)?？刂葡到y(tǒng)反饋方面的目標(biāo)是維持恒定的冷卻劑供應(yīng)溫度116。通過不斷調(diào)節(jié)液體膨脹閥130和熱氣旁通閥134來控制該冷卻劑供應(yīng)溫度116。當(dāng)液體膨脹閥130開口更大(即孔口尺寸增大)時(shí)，流過蒸發(fā)器120冷側(cè)的制冷劑就會(huì)增加，因此，會(huì)移走冷卻劑中的更多熱量。結(jié)果是冷卻劑供應(yīng)溫度116降低。相反地，當(dāng)熱氣旁通閥134開口更大時(shí)，流過蒸發(fā)器120冷側(cè)的熱氣就會(huì)增加，蒸發(fā)器120的冷卻容量因此而減小，使得從冷卻劑移走的熱量更少。結(jié)果是冷卻劑供應(yīng)溫度116升高。這樣，通過平衡液體膨脹閥130和熱氣旁通閥134的位置(即孔口尺寸)就控制了冷卻劑供應(yīng)溫度116。例如，如果冷卻劑供應(yīng)溫度116比使用者規(guī)定的設(shè)定點(diǎn)(Tsp)高，控制系統(tǒng)則命令液體膨脹閥130開大并命令熱氣旁通閥134開小。值得注意地是，使用者通過人機(jī)界面(HMI)或者通過其他一些電子輸入端隨時(shí)可以改變?cè)O(shè)定點(diǎn)。當(dāng)工藝包括涉及獲得或失去不定量熱量的一系列熱加載和熱卸載步驟時(shí)，除了前饋方法之外，控制系統(tǒng)還使用了前述的反饋控制方法。圖2圖示了典型的熱量變化(即熱加載和熱卸載)過程，在圖中冷卻劑返回溫度114作為時(shí)間的函數(shù)被用曲線表示出來。冷卻劑供應(yīng)溫度116則不是熱加栽和熱卸載的好指標(biāo)，因?yàn)樗豢刂圃谑褂谜咭?guī)定的設(shè)定點(diǎn)處。圖2中示出的熱量變化過程可以被描述為三個(gè)狀態(tài)狀態(tài)1，狀態(tài)2和狀態(tài)3。在狀態(tài)1中，由于冷卻劑經(jīng)歷了工藝108的熱加載，因此返回溫度114按照一定比率(即狀態(tài)1的線斜率)升高。這樣，狀態(tài)1代表了溫度114作為時(shí)間的函數(shù)而升高的工況。隨著熱加栽的繼續(xù)，冷卻劑返回溫度114最終將會(huì)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)值，其標(biāo)志著狀態(tài)2的開始。因此狀態(tài)2代表了冷卻劑返回溫度114的穩(wěn)定狀態(tài)工況。狀態(tài)3說明了卸載所施加的熱量和冷卻劑返回溫度114以一定比率(即狀態(tài)3的線斜率)降低的過程。狀態(tài)3代表溫度114作為時(shí)間的函數(shù)而降低的工況。當(dāng)熱卸載過程到達(dá)新的穩(wěn)定狀態(tài)溫度時(shí)，狀態(tài)3結(jié)束，狀態(tài)2則再次開始。圖2對(duì)熱加載和熱卸載過程提供了簡單的圖示說明。值得注意地是，根據(jù)工藝108或使用者的要求，熱加載和熱卸載順序可以變化。例如，工藝108可以在狀態(tài)2的結(jié)束處施加增加的熱加栽，使得狀態(tài)1再次開始。本發(fā)明進(jìn)一步包括用于熱負(fù)荷變化的早期檢測的新方法。依靠熱加載率，控制系統(tǒng)采用不同技術(shù)來處理控制變量以獲得連續(xù)的冷卻劑返回溫度114。現(xiàn)有技術(shù)的溫度控制系統(tǒng)通常使用消極的反饋控制，用這種反饋控制調(diào)節(jié)制冷劑流以響應(yīng)冷卻劑供應(yīng)溫度和冷卻劑溫度設(shè)定點(diǎn)之間的誤差。然而，因?yàn)樵跓峒虞d或卸載(發(fā)生在蒸發(fā)器的上游)所引起的冷卻劑溫度的實(shí)際上升和所測量的冷卻劑供應(yīng)溫度(從蒸發(fā)器的下游測量)之間存在延時(shí)(即滯后)，因此檢測到冷卻劑供應(yīng)溫度和溫度設(shè)定點(diǎn)之間的誤差時(shí)，系統(tǒng)已開始放松對(duì)冷卻劑供應(yīng)溫度的控制。因此，控制系統(tǒng)導(dǎo)致了對(duì)冷卻劑供應(yīng)溫度的過度調(diào)節(jié)或者調(diào)節(jié)不足。本發(fā)明解決了這個(gè)問題，方法是通過快速而精確地檢測熱加載和熱卸載狀態(tài)(即狀態(tài)1和狀態(tài)3)，并在控制損失發(fā)生之前通過調(diào)節(jié)制冷劑溫度和流速來響應(yīng)這些變化以滿足工藝108的需要。為了檢測熱加載和熱卸載狀態(tài)，本發(fā)明的控制系統(tǒng)連9續(xù)地監(jiān)控源溫度信號(hào)是否在上升、下降或是保持穩(wěn)定。源溫度信號(hào)可以是冷卻劑返回溫度U4、冷卻劑返回溫度114和冷卻劑供應(yīng)溫度116之間的差值、或是這些信號(hào)中任何一個(gè)的變化率。為了使該方法有效且精確，必須排除源信號(hào)中的測量誤差或者干擾。為了過濾出源信號(hào)中的測量誤差或干擾，本發(fā)明的方法采用了指數(shù)加權(quán)移動(dòng)平均數(shù)(EWMA)。對(duì)于信號(hào)S,通過應(yīng)用下列隨著時(shí)間遞歸的公式定義S在時(shí)間t處的EWMA。f=<+(1-w)乂公式1其中to是信號(hào)S先前被掃描的時(shí)間，w是位于0和1(包含)之間的加權(quán)因子或過濾器常數(shù)。EWMA主要取決于過濾器常數(shù)(即加權(quán)因子w)。圖3圖示了具有兩種過濾器常數(shù)的兩種EWMA，對(duì)應(yīng)較大過濾器常數(shù)的慢跟隨EWMA(SEWMA)和對(duì)應(yīng)較小過濾器常數(shù)的快跟隨EWMA(FEWMA)(為了說明的目的，線之間的間隙可能已經(jīng)被夸大)。FEWMA線比SEWMA線更接近原始信號(hào)。當(dāng)源信號(hào)增大時(shí)(例如由于熱加栽導(dǎo)致冷卻劑返回溫度114升高)，快EWMA線和慢EWMA線開始分離，并且快EWMA線在慢EWMA線的上方。相反地，當(dāng)源信號(hào)減小時(shí)(例如由于熱卸載導(dǎo)致冷卻劑返回溫度114降低)，快EWMA線和'匱EWMA線開始分離，但是FEWMA線在SEWMA線的下方。當(dāng)源信號(hào)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)值時(shí)，快移動(dòng)EWMA線和慢移動(dòng)EWMA線開始重合。請(qǐng)注意，當(dāng)用于快EWMA的過濾器常數(shù)w設(shè)定為0時(shí)，快EWMA就變成源信號(hào)本身。這樣通過只采用SEWMA和該信號(hào)本身就可以檢測熱加載或卸載。也可以通過確定單個(gè)EWMA之間的斜率(即變化率)來檢測熱量變化。例如，當(dāng)斜率為正時(shí)，正在加載熱量。EWMA的斜率還指示了信號(hào)變化的快慢。雖然EWMA是優(yōu)選的過濾源信號(hào)的方法，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識(shí)到還有其它方法可以過濾源信號(hào)和檢測移動(dòng)趨10勢(shì)。例如，可以使用簡單移動(dòng)平均數(shù)來過濾源信號(hào)，該簡單移動(dòng)平均數(shù)中的平均數(shù)是用固定數(shù)目的最近測量結(jié)果計(jì)算出來的；或者，也可使用加權(quán)移動(dòng)平均數(shù)來過濾源信號(hào)，在該加權(quán)移動(dòng)平均數(shù)中對(duì)最近測量結(jié)果根據(jù)它們的"年齡，，進(jìn)行線性加權(quán)。因此，通過對(duì)適當(dāng)?shù)脑葱盘?hào)應(yīng)用適當(dāng)?shù)倪^濾器，就能夠檢測熱加載或卸載中的有意義的改變。圖3在圖的下部還示出了微分EWMA(DEWMA)，該微分EWMA是通過從快EWMA中減去慢EWMA計(jì)算出來的。微分EWMA能指示源信號(hào)正在進(jìn)行變化的快慢，或者，當(dāng)用在本發(fā)明中時(shí)，能指示熱負(fù)荷的強(qiáng)度。微分EWMA可以與熱量變化狀態(tài)相關(guān)聯(lián)。當(dāng)DEWMA為正時(shí)，它指示狀態(tài)1。當(dāng)DEWMA為負(fù)時(shí)，它指示狀態(tài)3。狀態(tài)2則對(duì)應(yīng)于在零附近波動(dòng)的DEWMA。下列的例子示出了控制系統(tǒng)可以如何4吏用DEWMA。如果使用冷卻劑返回溫度114和冷卻劑供應(yīng)溫度116之間的變化率作為原始源信號(hào)并使用快移動(dòng)的EWMA和慢移動(dòng)的EWMA，則可以應(yīng)用一些正參數(shù)Xi和x2(0<x2<Xl)檢測熱量變化狀態(tài)。假定x^0.5且x2-0.2;表1列出了可以用來決定工藝處于哪種熱量變化狀態(tài)的一些規(guī)則。表1.用于確定熱量變化狀態(tài)的邏輯規(guī)則<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>已經(jīng)發(fā)現(xiàn)下列的公式(公式2)在確定上述三個(gè)狀態(tài)時(shí)非常有效<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>公式2其中，31到a4是常數(shù)，Tsp是溫度設(shè)定點(diǎn)。根據(jù)表1所列的示例和規(guī)則，如果DEWMA在0.2到0.5之間或在-O.5到-O.2之間，則確定不了熱量變化狀態(tài)。如果DEWMA=0.3，人的判斷將會(huì)認(rèn)為信號(hào)處在狀態(tài)2中的可能性超過處在狀態(tài)l中；如果DEWMA-0.4，人的判斷將會(huì)認(rèn)為信號(hào)處在狀態(tài)1中的可能性超過處在狀態(tài)2中，等等。因此，如果只能確定狀態(tài)有可能正確，則該方法是不行的，因?yàn)闊o法選擇使用哪個(gè)輸出函數(shù)。模糊邏輯可以用來解決這一個(gè)問題。模糊邏輯將兩個(gè)狀態(tài)之間的不確定性或可能性視為0到l之間的一個(gè)數(shù)，而不是筒單的"一種"狀態(tài)或"另一種"狀態(tài)。因此，如果DEWMA-O.35,簡單模糊規(guī)則將生成該"狀態(tài)"有50%可能性處于狀態(tài)1和50%可能性處于狀態(tài)2。將明確的DEWMA值轉(zhuǎn)換為"模糊"熱量變化狀態(tài)的這種過程就是模糊化法。圖4示出這種模糊化過程。在圖4中，實(shí)線下面的區(qū)域覆蓋狀態(tài)1，虛線下面的區(qū)域覆蓋狀態(tài)2，點(diǎn)劃線下面的區(qū)域則覆蓋狀態(tài)3。請(qǐng)注意，在DEWMA處于-O.5到-O.2和0.2到0,5之間的范圍時(shí)，狀態(tài)2分別與狀態(tài)1和3重疊。當(dāng)DEWMA落入這兩個(gè)重疊范圍時(shí)，不能明確確定該狀態(tài)，因此必須要應(yīng)用模糊化規(guī)則。圖4的虛線圖示了當(dāng)DEWMA=0.35時(shí)如何確定上述50%的可能性。通過上述的可能性值還能進(jìn)行控制輸出的計(jì)算。先可以對(duì)所涉及的每種狀態(tài)的控制輸出進(jìn)行計(jì)算(即在上迷示例中的狀態(tài)1和2)。然后，將最后的總控制輸出計(jì)算成50%的輸出來自狀態(tài)l和50%的輸出來自狀態(tài)2。上述的示例示出了采用簡單的線性內(nèi)插法的模糊化法。即，通過線性內(nèi)插法(沿著圖4中的直線)確定模糊或不確定狀態(tài)，最后的輸出通過線性合計(jì)獲得。在本發(fā)明另外的實(shí)施方式中，公式3所示的非線性轉(zhuǎn)換函數(shù)可用于內(nèi)插法。=tanh(,0++r2d2)x/*3+r4公式3其中小寫字母表示常數(shù)，而d表示DEWMA。圖5是該非線性轉(zhuǎn)換函數(shù)的圖形表示。除了平滑的角度以外，圖2與圖4相似。請(qǐng)注意，圖5中曲線的形狀可以通過應(yīng)用不同的常數(shù)來修正。因此，與圖4中示出的線性函數(shù)相比，該非線性轉(zhuǎn)換函數(shù)更加具有適應(yīng)性，并提供了平滑連續(xù)的控制輸出。值得注意地是，在圖4所給的示例中，熱負(fù)荷被特征化為三種狀態(tài)，檢測變量DEWMA則被分為五個(gè)區(qū)域，每種狀態(tài)被給予一個(gè)區(qū)域，而剩下的兩個(gè)區(qū)域通過模糊化法聯(lián)系到這些狀態(tài)。然而，在圖5中，三個(gè)狀態(tài)被給予點(diǎn)值，而不是DEWMA值的區(qū)域。狀態(tài)1、2和3被分別賦值為+w，0，和-oo。通過模糊化法并經(jīng)由公式3所示類型的連續(xù)函數(shù)，DEWMA的所有其他值被給予給三個(gè)狀態(tài)。圖6提供了進(jìn)行周期性的熱加載和卸載并被控制在0°C處的冷卻器的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，冷卻劑流速是固定的；熱氣旁通閥134、液體膨脹閥130和冷水閥142由三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)比例-積分-微分(PID)控制器分別控制。在熱量變化期間，控制溫度小于lGC，而到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)之后，控制溫度小于0.5GC?？傊?，本發(fā)明是針對(duì)溫度控制系統(tǒng)，其中以工藝變量值為基礎(chǔ)并依照一組邏輯規(guī)則將熱負(fù)荷特征化為一組狀態(tài)。對(duì)于每種狀態(tài)和每個(gè)被控制的變量，通過調(diào)整控制算法預(yù)測該狀態(tài)的變量的控制輸出。在運(yùn)行中，使用工藝變量檢測熱負(fù)荷的狀態(tài)并為一個(gè)或多個(gè)受控制的變量提供前饋控制輸出。工藝變量可以是被測量的變量，或者是被測量變量的變化率，或者是用一個(gè)或多個(gè)被測量的變量計(jì)算或轉(zhuǎn)換得到的導(dǎo)出變量。被測量的變量可以是冷卻劑返回溫度。導(dǎo)出變量可以是冷卻劑返回溫度和冷卻劑供應(yīng)溫度之間的差值或者該差值的變化率。導(dǎo)出變量還可以是冷卻劑返回溫度和溫度設(shè)定點(diǎn)之間的差值或者該差值的變化率。此外，導(dǎo)出變量可以是工藝變量的簡單移動(dòng)平均數(shù)或該工藝變量的加權(quán)移動(dòng)平均數(shù)。導(dǎo)出變量也可以是該工藝變量的指數(shù)加權(quán)移動(dòng)平均數(shù)或者是該工藝變量的具有兩個(gè)不同加權(quán)因子的兩個(gè)指數(shù)加權(quán)移動(dòng)平均數(shù)之間的差值。當(dāng)按照大約5到50的頻率計(jì)算平均數(shù)的值時(shí)，加權(quán)因子之一可以是在0.7和0.95之間，而另一個(gè)加權(quán)因子則具有更大的值。采用計(jì)算預(yù)測技術(shù)或者數(shù)字建模方法可以通過工藝變量預(yù)測導(dǎo)出變量。狀態(tài)組可以包括三種狀態(tài)增加熱負(fù)荷、減小熱負(fù)荷和維持熱負(fù)荷。工藝變量值的全部范圍被分為至少三個(gè)連續(xù)區(qū)域。每種狀態(tài)被給予一個(gè)區(qū)域，使得當(dāng)工藝變量的值落入該區(qū)域時(shí)，為了溫度控制的目的，可以高可信度地?cái)喽ㄔ撓到y(tǒng)是處于該狀態(tài)。未被給予的區(qū)域(如果有的話)則通過模糊化法聯(lián)系到三個(gè)狀態(tài)上。通過對(duì)被控制變量的輸出和涉及模糊化的所有狀態(tài)的輸出應(yīng)用逆模糊化規(guī)則，可以獲得該被控制變量的控制輸出。三個(gè)連續(xù)區(qū)域可以被分為五個(gè)連續(xù)區(qū)域。第一、第二和第三區(qū)域被分別確定，使得當(dāng)工藝變量的值落入第一個(gè)區(qū)域中時(shí)，可以高可信度地確定增大熱負(fù)荷、減小熱負(fù)荷或者維持熱負(fù)荷的狀態(tài)。第四和第五區(qū)域分別位于第一和第二區(qū)域之間以及第二和第三區(qū)域之間。如前述的以及圖示的本發(fā)明提供了一種精確且響應(yīng)快速的方法，用于控制工藝溫度或者用于控制該工藝中的控制部件或流體流的溫度。可以預(yù)期，在前面的描述以及示例的啟示下，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，本發(fā)明的其他實(shí)施方式和變型是很顯然的?，F(xiàn)意圖將這樣的實(shí)施方式和變化也包括在由后面的權(quán)利要求所闡明的本發(fā)明的范圍內(nèi)。權(quán)利要求1.一種用于控制工藝溫度的方法，包括以下步驟從蒸發(fā)器向所述工藝供應(yīng)冷卻劑；測量供應(yīng)給所述工藝的冷卻劑的溫度；確定冷卻劑供應(yīng)溫度和冷卻劑供應(yīng)溫度設(shè)定點(diǎn)之間的差；通過使制冷劑流過所述蒸發(fā)器來移走冷卻劑中的熱量；測量從所述工藝返回的冷卻劑的溫度；用所測量的冷卻劑供應(yīng)溫度和所測量的冷卻劑返回溫度計(jì)算微分指數(shù)加權(quán)移動(dòng)平均數(shù)；通過將微分指數(shù)加權(quán)移動(dòng)平均數(shù)和預(yù)定邏輯規(guī)則進(jìn)行比較來確定熱量變化狀態(tài)；基于所述熱量變化狀態(tài)預(yù)測從所述工藝返回的冷卻劑的溫度；以及基于所預(yù)測的溫度調(diào)整制冷劑流速。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述確定熱量變化狀態(tài)的步驟包括應(yīng)用模糊邏輯和模糊化規(guī)則。3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述調(diào)整制冷劑流速的步驟包括控制液體膨脹閥。4.如權(quán)利要求3所述的方法，包括通過使制冷劑流過冷凝器移走制冷劑中的熱量的步驟。5.如權(quán)利要求4所述的方法，包括使一部分制冷劑從所述冷凝器的上游通過熱氣旁通管線流入所述蒸發(fā)器的步驟。6.如權(quán)利要求5所述的方法，包括通過控制熱氣旁通閥調(diào)節(jié)所述熱氣旁通管線中的制冷劑流速的步驟。7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述確定熱量變化狀態(tài)的步驟包括將微分指數(shù)加權(quán)移動(dòng)平均數(shù)與包括以下條件的預(yù)定邏輯規(guī)則進(jìn)行比較狀態(tài)l,如果微分指數(shù)加權(quán)移動(dòng)平均數(shù)〉0.5;狀態(tài)2,如果-0.2<微分指數(shù)加權(quán)移動(dòng)平均數(shù)<0.2;以及狀態(tài)3，如果微分指數(shù)加權(quán)移動(dòng)平均數(shù)〈-0.5.8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述確定熱量變化狀態(tài)的步驟包括應(yīng)用模糊邏輯和模糊化規(guī)則。9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述工藝是半導(dǎo)體工藝。10.—種用于控制半導(dǎo)體處理裝置中的部件溫度的方法，包括以下步驟從蒸發(fā)器向所述部件供應(yīng)冷卻劑；測量供應(yīng)給所述部件的冷卻劑的溫度；確定冷卻劑供應(yīng)溫度和冷卻劑供應(yīng)溫度設(shè)定點(diǎn)之間的差；通過使制冷劑流過所述蒸發(fā)器來移走冷卻劑中的熱量；測量從所述部件返回的冷卻劑的溫度；過濾所測量的冷卻劑返回溫度數(shù)據(jù)以排除誤差和干擾；通過將已過濾的冷卻劑返回溫度數(shù)據(jù)和預(yù)定邏輯規(guī)則進(jìn)行比較來確定熱量變化狀態(tài)；基于所述熱量變化狀態(tài)預(yù)測從所述部件返回的冷卻劑的溫度；以及基于所預(yù)測的溫度調(diào)節(jié)制冷劑的流速。11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述確定熱量變化狀態(tài)的步驟包括應(yīng)用模糊邏輯和模糊化規(guī)則。12.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述調(diào)節(jié)制冷劑流速的步驟包括控制液體膨脹閥。13.如權(quán)利要求12所述的方法，包括通過使制冷劑流過冷凝器來移走制冷劑中的熱量的步驟。14.如權(quán)利要求13所述的方法，包括使一部分制冷劑從所述冷凝器的上游通過熱氣旁通管線流入所述蒸發(fā)器的步驟。15.如權(quán)利要求14所述的方法，包括通過控制熱氣旁通閥來調(diào)節(jié)所述熱氣旁通管線中的制冷劑流速的步驟。16.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述確定熱量變化狀態(tài)的步驟包括將微分指數(shù)加權(quán)移動(dòng)平均數(shù)與包括以下條件的預(yù)定邏輯規(guī)則進(jìn)行比較狀態(tài)l，如果微分指數(shù)加權(quán)移動(dòng)平均數(shù)〉0.5;狀態(tài)2,如果-O.2<微分指數(shù)加權(quán)移動(dòng)平均數(shù)<0.2;以及狀態(tài)3，如果微分指數(shù)加權(quán)移動(dòng)平均數(shù)〈-0.5.17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述確定熱量變化狀態(tài)的步驟包括應(yīng)用模糊邏輯和模糊化規(guī)則。18.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述部件選自包括以下內(nèi)容的組靜電卡盤、石英窗和腔室壁。19.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述過濾所測量的冷卻劑返回溫度數(shù)據(jù)以排除誤差和干擾的步驟包括計(jì)算慢移動(dòng)的指數(shù)加權(quán)移動(dòng)平均數(shù)和快移動(dòng)的指數(shù)加權(quán)移動(dòng)平均數(shù)之間的差以確定微分指數(shù)加權(quán)移動(dòng)平均數(shù)。20.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述過濾所測量的冷卻劑返回溫度數(shù)據(jù)以排除誤差和干擾的步驟包括計(jì)算簡單移動(dòng)平均數(shù)。21.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述過濾所測量的冷卻劑返回溫度數(shù)據(jù)以排除誤差和干擾的步驟包括計(jì)算加權(quán)移動(dòng)平均數(shù)。全文摘要一種用于控制供應(yīng)給工藝的冷卻劑的溫度的方法，例如半導(dǎo)體工藝。該方法用于將冷卻劑冷卻至預(yù)定溫度、將冷卻劑控制在預(yù)定溫度處以及向半導(dǎo)體工藝傳遞冷卻劑。該方法包括反饋和前饋控制算法以便在穩(wěn)定狀態(tài)工況下控制溫度達(dá)到大約±0.1℃以內(nèi)而在最大熱加載和熱卸載條件下控制溫度達(dá)到大約±0.75℃以內(nèi)。本發(fā)明可以應(yīng)用于任何流體或部件的溫度控制應(yīng)用場合(例如，半導(dǎo)體，藥品或食品應(yīng)用)。文檔編號(hào)F25B49/00GK101495822SQ200780026011公開日2009年7月29日申請(qǐng)日期2007年7月9日優(yōu)先權(quán)日2006年7月10日發(fā)明者Z·譚申請(qǐng)人:埃地沃茲真空系統(tǒng)有限公司