本发明专利技术涉及通过冷却剂流量控制及加热器占空比控制的组件温度控制。公开了在等离子体处理腔室中控制温度的方法和系统，用于大范围设定温度及减少能量消耗。冷却液回路与热源之间的温度控制由控制算法协调，该控制算法由等离子体处理模块控制器实施。该控制算法可响应于指示实际温度低于设定温度的反馈信号，而完全停止冷却液流入温度受控组件。该控制算法还可在工艺配方执行期间至少部分基于前馈控制信号，该前馈控制信号源自输入到该处理腔室中的等离子体功率或等离子体功率变化。
【技术实现步骤摘要】
一种温度控制器本申请是申请日为2011年5月20日、申请号为201180025294.8、题为“通过冷却剂流量控制及加热器占空比控制的组件温度控制”的分案申请。相关申请的交叉引用本申请要求公元2010年5月27日提交的、名称为“COMPONENTTEMPERATURECONTROLBYCOOLANTFLOWCONTROLANDHEATERDUTYCYCLECONTROL”的美国临时专利申请第61/349,073号，以及2011年3月3日提交的、名称为“COMPONENTTEMPERATURECONTROLBYCOOLANTFLOWCONTROLANDHEATERDUTYCYCLECONTROL”的美国临时专利申请第13/040,149号的权益；这些申请通用地以引用的范式全部并入本文。1)
本专利技术的实施例通常涉及等离子体处理设备，并且更具体地涉及在具有等离子体处理腔室的情况下、在处理工件期间控制温度的方法。2)相关技术在诸如等离子体蚀刻或等离子体沉积腔室等的等离子体处理腔室中，腔室组件的温度往往是工艺控制的重要参数。例如，基板支撑器(俗称夹盘或基座)的温度可以被控制为在工艺配方期间将工件加热/冷却至不同控制温度(例如，用以控制蚀刻速度)。同样地，在工艺配方期间，也可控制喷淋头/上电极或其他组件的温度而影响处理。传统地，散热器和/或热源耦合至处理腔室，以将腔室组件的温度控制在设定温度。通常，第一控制器(诸如比例积分微分(PID)控制器等)用来反馈控制温度受控组件与散热器之间的热传递，而第二控制器则用来反馈控制温度受控组件与热源之间的热传递。第一和第二控制器一般彼此隔离地操作，独立地执行它们自身的封闭回路控制算法，本质上提供了相互制衡的两个控制回路。通常，基于液体冷却液的冷却控制回路总是以额定冷却液流量(例如，约1加仑/分钟(GPM))操作，使冷却回路保持在受控稳态。因而，不允许冷却剂管线中的冷却液滞留在冷却回路内。该传统控制配置的效力是各控制回路的控制力(controleffort)需大致相同，以快速中和外部扰动，诸如来自驱动等离子体的射频(RF)产生器的废热输入等。随着该外部扰动变大，中和扰动的控制力也必须相应地增强。例如，散热器控制回路必须通过在极低温下操作和/或具有大热质量等来提供大型散热器。然而，在外部扰动很小期间，例如当等离子体处理系统处于闲置状态并且没有等离子体功率输入到系统时，冷却回路仍保持额定冷却剂流量，而大型散热器的冷却效力不能完全去除。相反，第二控制器甚至在闲置时经由施加大量热能(例如，3000瓦(W)或以上)来主动抵消冷却效力，以维持设定温度。除效率低外，传统控制配置的另一个效果是组件温度的上限受到大型散热器作用的限制。例如即使施加100％的加热功率，大型散热器仍把最大组件温度限制到小于若散热器作用进一步减小而可能的值。基于类似的原因，对于设定温度上升的瞬变响应也很慢。传统配置的最终结果是以受限处理温度范围和增加的瞬变响应时间操作的低效能系统。描述了当等离子体处理设备进行等离子体处理时控制工艺或腔室组件温度的方法和系统。在一些实施例中，方法和系统协调处理腔室与散热器和热源之间的热传递。在特定实施例中，方法和系统协调冷却液流量控制与加热器占空比控制，以减少无外部扰动下维持设定温度所需的能量，同时仍达成快速控制响应中和外部扰动。某些实施例包括以腔室管理水平、而非个别散热器或热源水平来控制处理腔室温度的方法。在其他实施例中，腔室管理水平控制至少部分基于指示腔室组件温度与设定温度之间的误差的反馈信号。组件温度低于设定温度时，响应于反馈信号，增加加热功率输入来加热腔室组件，并且可将处理腔室与处理腔室之外的散热器之间的冷却液流量减至零流率。在实施例中，当腔室处于执行等离子体工艺配方的作用状态时，利用基于输入处理腔室的等离子体功率的前馈控制信号，进一步决定控制组件温度的冷却液流量和加热器功率中的一个或多个。在特定实施例中，输入等离子体功率信号的传递函数补偿功率源的等离子体功率输出对处理腔室组件的加热。在某些此类实施例中，冷却液流量和加热功率控制包括在等离子体工艺配方中的执行步骤的第一部分期间，应用第一增益值组，第一增益值组和等离子体输入功率与针对执行配方步骤的设定温度相关联。在执行配方步骤的第二部分期间，还可应用第二增益值组，第二增益值组与执行步骤和先前或后续等离子体工艺配方步骤之间的等离子体输入功率变化以及设定温度变化有关。实施例包括存储指令的计算机可读取介质，当处理系统执行指令时，促使处理系统协调处理腔室与散热器和热源两者之间的热传递。在此实施例中，计算机可读取介质存储指令，该指令协调冷却液流量控制与加热器占空比控制，以减少无外部扰动下维持设定温度所需的能量，同时仍达成快速控制响应中和外部扰动。在特定实施例中，计算机可读取介质包括等离子体功率信号与组件温度之间的传递函数，且计算机可读取介质还包括用以补偿等离子体功率输出对处理腔室组件的加热的指令。实施例包括等离子体处理腔室，诸如等离子体蚀刻或等离子体沉积系统等，这些等离子体处理腔室具有温度受控组件，该温度受控组件耦合至散热器/热源。温度受控组件可由冷却液回路耦合至散热器，该冷却液回路包括冷却液控制阀，该冷却液控制阀可完全停止到温度受控组件的冷却液流量。腔室还可包括温度控制器，以通过在包括零液体流量范围内改变冷却液流率而控制温度受控组件与散热器之间的热传递，该温度控制器耦合至冷却液控制阀。等离子体功率源被耦合至处理腔室，以在布置在处理腔室中的工件的处理期间激发等离子体。温度控制器可利用反馈控制信号和/或前馈控制信号来协调温度受控组件与散热器和热源两者之间的热传递的控制，该前馈控制信号基于等离子体功率，该等离子体功率被输入腔室以补偿温度受控组件的等离子体加热。在此实施例中，温度受控组件包含工艺气体喷淋头，该喷淋头被配置为在等离子体处理期间输送工艺气体。说明书的
技术实现思路
部分已特别指出及清楚主张本专利技术的实施例。然而，本专利技术实施例的组织与操作方法、以及本专利技术实施例的目的、特征与优点在结合附图阅读参考上文的详细说明后，将变得更明显易懂，其中：图1为根据本专利技术的实施例的温度控制系统的框图，温度控制系统包括前馈与反馈控制组件，且温度控制系统提供响应于加热及冷却的协调控制力；图2A图示了根据本专利技术的实施例的等离子体蚀刻系统的示意图，等离子体蚀刻系统包括温度控制器；图2B图示了根据本专利技术的实施例的温度控制链组件的框图；图3A为根据本专利技术的实施例、等离子体处理腔室在闲置状态和作用状态的控制回路配置的状态图；图3B为图示了根据本专利技术的实施例、在闲置状态之前和之后的作用状态期间执行的等离子体工艺配方中的特定区段的框图；图3C为图示了根据本专利技术的实施例、图1所述控制系统脱机时的方法操作流程图；图4A图示了根据本专利技术的实施例、在闲置状态期间利用图1所述控制系统控制组件温度的事件驱动控制算法；图4B为图示了根据本专利技术的实施例、在作用状态期间利用图1所述控制系统控制组件温度的方法操作流程图；图4C图示了根据本专利技术的实施例的增益组查表；图4D图示了根据本专利技术的实施例、用于标识等离子体工艺配方中的两个步骤之间的设定温度变化的控制算法；图4E图示了根据本专利技术的实本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种温度控制器，包括：前馈输入，用于在执行工艺配方期间接收要输入到等离子体处理腔室的等离子体功率的指示；反馈输入，用于接收部件的实际温度的指示，该部件被所述温度控制器控制达设定温度；以及处理器，用于执行具有反馈部分的温度控制算法，所述反馈部分基于所述实际温度反馈输入与所述设定温度之间的差异来生成控制尝试；以及致动器输出，用于提供由所述处理器根据所述温度控制算法生成的致动器信号，所述致动器信号用于在所述温度低于所述设定温度时完全地停止至所述温度受控的部件的冷却液流量。
【技术特征摘要】
2010.05.27 US 61/349,073;2011.03.03 US 13/040,1491.一种温度控制器，包括：前馈输入，用于在执行工艺配方期间接收要输入到等离子体处理腔室的等离子体功率的指示；反馈输入，用于接收部件的实际温度的指示，该部件被所述温度控制器控制达设定温度；以及处理器，用于执行具有反馈部分的温度控制算法，所述反馈部分基于所述实际温度反馈输入与所述设定温度之间的差异来生成控制尝试；以及致动器输出，用于提供由所述处理器根据所述温度控制算法生成的致动器信号，所述致动器信号用于在所述温度低于所述设定温度时完全地停止至所述温度受控的部件的冷却液流量。2.如权利要求1所述的温度控制器，其特征在于，所述控制算法进一步包括前馈部分，所述前馈部分基于所述等离子体功率前馈输入生成控制尝试，以降低所述等离子体功率对所述部件的温度的影响。3.如权利要求2所述的温度控制器，其特征在于，所述处理器进一步基于与所述执行步骤同在前或随后的等离子体工艺配方步骤之间的所述等离子体输入功率中的变化和所述设定温度中的变化的关键值配对相关联的第一增益值组来生成所述前馈控制尝试。4.如权利要求3所述的温度控制器，其特征在于，所述处理器进一步基于与所述执行步骤同在前或随后的等离子体工艺配方步骤之间的所述等离子体输入功率中的变化和设定温度中的变化的关键值配对相关联的瞬态增益值组来生成所述前馈控制尝试。5.如权利要求4所述的温度控制器，其特征在于，所述瞬态增益值组被应用一持续时间，所述持续时间取决于要被控制的部件的温度和所述设定温度中的变化。6.如权利要求3所述的温度控制器，其特征在于，所述致动器信号用于调制脉宽调制占空比以完全地打开以及完全地关闭冷却液流经的阀，所述脉宽调制至少部分地基于所述第一增益值组。7.如权利要求2所述的温度控制器，其特征在于，所述处理器用于进一步在所述腔室处于空闲状态时，响应于越过阈值的所述部件的温度，基于查找表值来修改所述冷却液流速。8.如权利要求2所述的温度控制器，其特征在于，所述等离子体功率包括至夹盘的第一偏置功率输入，所述夹盘配置为支撑工件，并且其中所述等离子体功率前馈输入包...
【专利技术属性】
技术研发人员：科坦·马哈德斯瓦拉萨瓦米，卡尔蒂克·拉马斯瓦米，布赖恩·廖，塞吉奥·秀吉，达·D·源，汉密第·诺巴卡施，大卫·帕拉加斯维勒，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：美国,US
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