本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種電子式HF升降溫系統(tǒng)。

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背景技術(shù)：
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半導(dǎo)體制造過程中，RCA清洗/蝕刻工序中必須使用恒溫恒濃度的化學品(如HF，AL-E等)，用來控制清洗/蝕刻的效果保持穩(wěn)定一致。隨著半導(dǎo)體制造工藝的進步，對允許的溫度范圍要求越來越嚴格，基本上從原來的23±3℃提升到23±1℃。目前大多數(shù)的清洗用高純度化學品都在化學槽中使用石英管/不銹鋼加熱器加熱、使用壓縮冰機/工廠冷卻水進行冷卻。通常來說，加熱過程和冷卻過程不能使用共通的管路和熱交換器，必須要分別進行防止高溫和低溫的保護，造成設(shè)備體積增大，運行、維護的成本和難度都有提高。當溫度降低時，加熱過程開始動作，溫度上升到目標值附近時，因為加熱器的本體溫度很高(幾百度到上千度)、熱容量大，即使加熱過程停止，溫度也會繼續(xù)上升，這就是熱過沖(Overshot)，使得溫度的范圍較大，無法精確控制。為防止熱過沖，在加熱過程停止的同時，可以開始冷卻過程，這樣就增加了控制的難度和復(fù)雜度。當溫度偏高，開始冷卻過程時，使用壓縮冰機同樣會有冷卻過度難以精確控制溫度。

同時，在半導(dǎo)體制造過程中，清洗晶圓使用最多的制程步驟之一。經(jīng)過多年的發(fā)展，1965年由美國無線電公司(RCA)的W.Ken和D.Puotinen發(fā)明的RCA清洗法成為了目前被應(yīng)用最為廣泛的清洗技術(shù)。其對應(yīng)的典型清洗設(shè)備濕法批量式清洗設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)化學槽被認為是清洗設(shè)備的核心部件。由于RCA清洗工序中的蝕刻/顯影等工藝需要使用恒濃度、恒溫的高品質(zhì)化學品來保證蝕刻/顯影的效果。隨著半導(dǎo)體制造工藝的進步，對允許的溫度范圍要求越來越嚴格，基本上從原來的23±3℃提升到23±1℃。盡管傳統(tǒng)式加熱/冷卻系統(tǒng)多年以來在不斷的改進來提高其加熱/冷卻性能，但在加熱效率、加熱效果、以及恒溫控制上難以達到一個比較理想的效果。

傳統(tǒng)式加熱器使用石英加熱器或不銹鋼加熱器。石英加熱器和不銹鋼加熱器在工作時，產(chǎn)生數(shù)百度到上千度的高溫，必須進行防高溫隔熱處理，加熱器熱容量大，±1℃的溫度精確控制困難。石英加熱器工作的同時還會發(fā)射出強光，必須進行防強光處理。傳統(tǒng)式冷卻器使用壓縮冰機來冷卻。溫度精確控制困難。冷卻管路需要進行防低溫處理。壓縮機的效率低、噪音大，體積龐大。維護運行都困難。傳統(tǒng)式加熱/冷卻控制，由單獨的加熱組件和冷卻組件構(gòu)成，通常都是由獨立的溫控器獨立控制完成，協(xié)同控制比較困難，在溫度精確控制上有難度。由于設(shè)備必須同時配置獨立的加熱系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)，設(shè)備故障發(fā)生得概率加大；設(shè)備的體積和占用面積也會增加，設(shè)計、運行、維護整個周期的工作負荷增加。

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技術(shù)實現(xiàn)要素：
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本發(fā)明的目的就是要解決上述的不足而提供一種電子式HF升降溫系統(tǒng)，摒棄了傳統(tǒng)的高溫石英/不銹鋼加熱器和壓縮冰機，不僅能實現(xiàn)加熱，同時也能實現(xiàn)冷卻，且安全性、維護性能提高，環(huán)保性能提高。

為實現(xiàn)上述目的設(shè)計一種電子式HF升降溫系統(tǒng)，包括安裝有化學品通道的熱交換箱體1，所述熱交換箱體1左右兩側(cè)分別設(shè)有半導(dǎo)體制冷片2，所述半導(dǎo)體制冷片2與熱交換箱體1之間設(shè)有導(dǎo)熱板3，所述半導(dǎo)體制冷片2另一側(cè)設(shè)有冷卻水箱4，所述熱交換箱體1側(cè)面上部開設(shè)有熱交換箱體化學液出口5，所述熱交換箱體1側(cè)面下部開設(shè)有熱交換箱體化學液進口6，所述冷卻水箱4側(cè)面開設(shè)有冷卻水箱循環(huán)口7，所述半導(dǎo)體制冷片2通過電流控制模塊連接開關(guān)電源，所述半導(dǎo)體制冷片2基于帕爾貼效應(yīng)通過改變電壓和電流方向?qū)崿F(xiàn)制冷或加熱。

所述熱交換箱體1側(cè)面中部設(shè)有PT100中間部位感溫口8，所述熱交換箱體1頂部設(shè)有PT100出口感溫口9，所述熱交換箱體1底部設(shè)有PT100進口感溫口10，所述PT100中間部位感溫口8處設(shè)有中間區(qū)域PT100溫度傳感器11，所述PT100出口感溫口9處設(shè)有出口PT100溫度傳感器12，所述PT100進口感溫口10處設(shè)有進口PT100溫度傳感器13。

所述熱交換箱體1采用聚四氟乙烯樹脂制成。

所述化學品通道為薄膜式帶狀通道，所述化學品通道分布在熱交換箱體1兩側(cè)。

所述半導(dǎo)體制冷片2分區(qū)域布置在熱交換箱體1的薄膜式帶狀通道上。

所述半導(dǎo)體制冷片2分三段式控制，分別為半導(dǎo)體制冷片控制區(qū)域一14、半導(dǎo)體制冷片控制區(qū)域二15、半導(dǎo)體制冷片控制區(qū)域三16，所述半導(dǎo)體制冷片控制區(qū)域一14、半導(dǎo)體制冷片控制區(qū)域二15、半導(dǎo)體制冷片控制區(qū)域三16的半導(dǎo)體制冷片2分別通過線路連接電流控制模塊一17、電流控制模塊二18、電流控制模塊三19，所述電流控制模塊一17、電流控制模塊二18、電流控制模塊三19均與控制器20相連，所述電流控制模塊一17、電流控制模塊二18、電流控制模塊三19分別通過線路連接開關(guān)電源一21、開關(guān)電源二22、開關(guān)電源三23，所述熱交換箱體1的出口PT100溫度傳感器12通過線路連接控制器20。

本發(fā)明同現(xiàn)有技術(shù)相比，采用半導(dǎo)體制冷片代替了傳統(tǒng)的加熱器和冷卻器，避免了高溫/低溫部件，從而安全性提高，精準控制溫度，實現(xiàn)了±1℃的恒溫，提高了能量的使用率，節(jié)能環(huán)保，縮小了設(shè)備體積，且在設(shè)備的設(shè)計、運行、維護各個階段降低了成本，提高了設(shè)備生產(chǎn)效率。同時，本發(fā)明接觸到化學品的接液部分采用獨自開發(fā)設(shè)計集成式熱交換器，由安裝有化學品通道的箱體、導(dǎo)熱片、致冷片、冷卻水箱、白金測溫體等部件組成，摒棄了傳統(tǒng)的高溫石英/不銹鋼加熱器和壓縮冰機，使用半導(dǎo)體制冷器單一元件，不僅能實現(xiàn)加熱，同時也能實現(xiàn)冷卻，通過數(shù)字式控制來準確控制溫度，確保恒溫效果。此外，本發(fā)明所述的系統(tǒng)沒有危險高溫部件、強光部件、低溫部件，沒有強噪音源，其安全性、維護性能提高，環(huán)保性能提高，值得推廣應(yīng)用。

[附圖說明]

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1的側(cè)視圖；

圖3是圖1的俯視圖；

圖4是圖1的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明中熱交換箱體的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是圖5的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是本發(fā)明中半導(dǎo)體制冷片的工作原理圖一；

圖8是本發(fā)明中半導(dǎo)體制冷片的工作原理圖二；

圖9是本發(fā)明的系統(tǒng)原理框圖；

圖中：1、熱交換箱體 2、半導(dǎo)體制冷片 3、導(dǎo)熱板 4、冷卻水箱 5、熱交換箱體化學液出口 6、熱交換箱體化學液進口 7、冷卻水箱循環(huán)口 8、PT100中間部位感溫口 9、PT100出口感溫口 10、PT100進口感溫口 11、中間區(qū)域PT100溫度傳感器 12、出口PT100溫度傳感器 13、進口PT100溫度傳感器 14、半導(dǎo)體制冷片控制區(qū)域一 15、半導(dǎo)體制冷片控制區(qū)域二 16、半導(dǎo)體制冷片控制區(qū)域三 17、電流控制模塊一 18、電流控制模塊二 19、電流控制模塊三 20、控制器 21、開關(guān)電源一 22、開關(guān)電源二 23、開關(guān)電源三。

[具體實施方式]

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作以下進一步說明：

如附圖所示，本發(fā)明包括安裝有化學品通道的熱交換箱體1，熱交換箱體1采用聚四氟乙烯樹脂制成，化學品通道為薄膜式帶狀通道，化學品通道分布在熱交換箱體1兩側(cè)，熱交換箱體1左右兩側(cè)分別設(shè)有半導(dǎo)體制冷片2，半導(dǎo)體制冷片2與熱交換箱體1之間設(shè)有導(dǎo)熱板3，半導(dǎo)體制冷片2另一側(cè)設(shè)有冷卻水箱4，熱交換箱體1側(cè)面上部開設(shè)有熱交換箱體化學液出口5，熱交換箱體1側(cè)面下部開設(shè)有熱交換箱體化學液進口6，冷卻水箱4側(cè)面開設(shè)有冷卻水箱循環(huán)口7，半導(dǎo)體制冷片2通過電流控制模塊連接開關(guān)電源，半導(dǎo)體制冷片2基于帕爾貼效應(yīng)通過改變電壓和電流方向?qū)崿F(xiàn)制冷或加熱，即，通過改變電源的正負極，實現(xiàn)加熱、制冷的切換。

其中，熱交換箱體1側(cè)面中部設(shè)有PT100中間部位感溫口8，熱交換箱體1頂部設(shè)有PT100出口感溫口9，熱交換箱體1底部設(shè)有PT100進口感溫口10，PT100中間部位感溫口8處設(shè)有中間區(qū)域PT100溫度傳感器11，PT100出口感溫口9處設(shè)有出口PT100溫度傳感器12，PT100進口感溫口10處設(shè)有進口PT100溫度傳感器13。

本發(fā)明中，半導(dǎo)體制冷片2分區(qū)域布置在熱交換箱體1的薄膜式帶狀通道上。如，半導(dǎo)體制冷片2分三段式控制，分別為半導(dǎo)體制冷片控制區(qū)域一14、半導(dǎo)體制冷片控制區(qū)域二15、半導(dǎo)體制冷片控制區(qū)域三16，半導(dǎo)體制冷片控制區(qū)域一14、半導(dǎo)體制冷片控制區(qū)域二15、半導(dǎo)體制冷片控制區(qū)域三16的半導(dǎo)體制冷片2分別通過線路連接電流控制模塊一17、電流控制模塊二18、電流控制模塊三19，電流控制模塊一17、電流控制模塊二18、電流控制模塊三19均與控制器20相連，電流控制模塊一17、電流控制模塊二18、電流控制模塊三19分別通過線路連接開關(guān)電源一21、開關(guān)電源二22、開關(guān)電源三23，熱交換箱體1的出口PT100溫度傳感器12通過線路連接控制器20。

本發(fā)明的原理為：由帕爾貼效應(yīng)可知，通過在半導(dǎo)體制冷片的兩端加載一個適當?shù)闹绷麟妷?，產(chǎn)生一個正向的電流，熱量就會從元件的一端流到另一端。此時，制冷片的一端溫度就會降低，而另一端的溫度就會同時上升。值得注意的是，只要改變電壓和電流方向，就可以改變熱流的方向，將熱量從另一端輸送到一端。所以，在一個制冷片上就可以同時實現(xiàn)制冷和加熱兩種功能。

本發(fā)明中，集成式熱交換器箱體主體采用聚四氟乙烯樹脂，可耐受常見的絕大部分化學藥品，在高溫和低溫區(qū)域也保持良好的機械和化學特性，可以直接接觸化學藥品，實現(xiàn)接觸式加熱/冷卻。集成式熱交換器箱體的化學品通道從傳統(tǒng)的管狀通道變更為薄膜式帶狀通道，分布在箱體兩側(cè)，通道的改變使得化學品接觸導(dǎo)熱片的面積增大，流速減慢，提高了熱交換的效率。

本發(fā)明加熱/冷卻的核心部件使用半導(dǎo)體制冷器，使用改變電壓/電流方向來實現(xiàn)加熱/冷卻控制，能量轉(zhuǎn)換效率高。制冷器分區(qū)域布置在集成式熱交換器箱體的帶狀通道上，加熱/冷卻速度提高，從而部分制冷器故障時仍然能繼續(xù)工作，提高安全性，系統(tǒng)容錯率提高。每個區(qū)域用獨立的開關(guān)電源和電流控制器，提高了安全性和效率。在液體入口區(qū)域使用PID自動控制設(shè)定為大電流控制大功率的加熱/冷卻模式，中間區(qū)域使用PID自動控制設(shè)定為溫度調(diào)節(jié)模式，出口區(qū)域使用PID自動控制設(shè)定為溫度精確微調(diào)模式，保證溫度控制的準確性。雖然單個區(qū)域只能是加熱或冷卻，但是如果前一區(qū)域加熱或冷卻發(fā)生過沖，后一區(qū)域可以自動改變成冷卻或加熱動作，自動補償，所有區(qū)域整體可以同時存在加熱過程和冷卻過程，精準控制溫度。

本發(fā)明獨自設(shè)計電流控制器，使用-10V至+10V控制電壓的大小和方向，通過電流控制器來改變流經(jīng)半導(dǎo)體制冷器的電流大小和方向，從而準確控制溫度。控制器輸出-10V給電流控制器時，電流控制器輸出-24V，最大功率加熱；控制器輸出0V給電流控制器時，電流控制器關(guān)閉，加熱/冷卻動作停止；控制器輸出10V給電流控制器時，電流控制器輸出24V，最大功率制冷。獨自設(shè)計高精度PT100溫度測量傳感器，在保留傳統(tǒng)PT100的高精度之外，獨自設(shè)計的PT100傳感器的熱容量小，溫度變化可以實時傳遞給控制器，控制器調(diào)整每個區(qū)域半導(dǎo)體制冷器的輸出功率，使其能夠精確的控制溫度。此外，增加了數(shù)字通信通道，外部設(shè)備可以通過RS232C、Modbus、TCP(可選)等協(xié)議，用數(shù)字通信方式無損地精確地取得或設(shè)定每個區(qū)域的溫度現(xiàn)在值、溫度設(shè)定值、PID控制參數(shù)等。

本發(fā)明并不受上述實施方式的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。