本发明专利技术描述通过脉冲式施加加热功率和脉冲式施加冷却功率来控制等离子体处理腔室中的温度的方法和系统。在实施例中，温度控制至少部分地基于前馈控制信号，前馈控制信号源自输入到处理腔室中的等离子体功率。在另一实施例中，部分地通过耦接两个储器的被动平衡管，来维持热储器与冷储器各自的液位，两个储器耦接至温度受控部件。在另一实施例中，随着取决于加热/冷却工作循环值和比例循环的脉冲宽度，打开数字式传热流体流量控制阀，比例循环具有提供良好温度控制性能的持续时间。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术实施例一般地涉及等离子体处理设备，且更具体地涉及在利用等离子体处·理腔室处理工件期间控制温度的方法。
技术介绍
在等离子体处理腔室中(例如等离子体蚀刻或等离子体沉积腔室)，腔室部件的温度往往是处理期间进行控制的重要参数。例如，基板固持件(通常称作夹盘或基座)的温度经控制以在处理配方期间将工件加热/冷却到各种受控温度(例如，用以控制蚀刻速度)。同样地，在处理配方期间还可控制喷淋头/上电极或其它部件的温度而影响处理结果。通常，散热器和/或热源耦接至处理腔室，以将腔室部件温度控制在所要温度。控制器(如PID(比例积分微分)控制器)用来反馈控制温度受控部件与散热器/热源间的传热。除非使用够大的积分器，否则简易反馈控制会产生稳态误差。在简易比例控制中，因外部扰动所致，总是会有稳态误差(除非比例增益为无限大)。但是使用大积分控制将造成大量过冲的不良瞬态现象且需要很长的稳定时间。不像质量流量控制器(MFC)响应时间短而只需数秒即能收敛到设定点，当等离子体处理期间由于夹盘的大量热质量等而受到扰乱时，腔室部件温度(如静电夹盘或喷淋头温度)需30秒或更长才能稳定。如此，为更快速补偿扰动，反馈控制器可采用大积分值，而这会产生温度控制更不稳定的不利副作用。另外，为适应日益复杂的膜叠层(film stack)结构，许多等离子体处理会在同一处理腔室内使工件暴露在一些连续等离子体条件下。此种原位配方操作(在单一制造设备内进行、而非在单独调整的系统中进行)需大范围温度设定点。因此，期望有一种等离子体处理腔室的温度控制构造，此构造能改善稳定性及提供改进的瞬态响应，且受到扰乱时有较小的稳态误差。
技术实现思路
本专利技术描述通过脉冲式施加加热功率和脉冲式施加冷却功率来控制等离子体处理腔室中的温度的方法和系统。在实施例中，温度控制至少部分地基于前馈控制信号，前馈控制信号源自输入到处理腔室中的等离子体功率。在另一实施例中，部分地通过耦接两个储器的被动平衡管，来维持热储器与冷储器各自的液位，两个储器耦接至温度受控部件。在另一实施例中，随着取决于加热/冷却工作循环值和比例循环的脉冲宽度，打开数字式传热流体流量控制阀，比例循环具有提供良好温度控制性能的持续时间。在其它实施例中，温度受控夹盘中的陶瓷定位盘的厚度缩减成小于10毫米(mm)，以提供良好匹配比例循环持续时间的热时间常数，进而提供快速的温度控制响应时间。附图说明说明书的
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。但是，本专利技术的实施例的组织与操作方法、和其目的、特征与优点在配合参考详细说明与附图后，将变得更明显易懂，其中图I为根据本专利技术的实施例的温度控制系统的方块图，温度控制系统包括前馈与反馈控制组件； 图2图示根据本专利技术的实施例在处理配方的多个步骤中的夹盘温度，其中输入处理系统的等离子体功率和温度设定点改变；图3A为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耦接至工件支撑夹盘的基于传热流体的热源和基于传热流体的散热器；图3B图示根据本专利技术的实施例的用于图3A的等离子体蚀刻系统中的基于传热流体的热源/散热器的阀与管道示意图；图3C图示根据本专利技术的实施例的在图3B所示的基于传热流体的热源/散热器的热与冷传热流体储器之间延伸的被动均衡线路；图3D图示根据本专利技术的实施例的脉冲宽度调制中的时间比例，用以控制图3B中所示的管道示意的阀385、386的工作循环；图3E图示根据本专利技术的实施例的脉冲宽度调制中的时间比例，用以控制图3B中所示的管道示意的阀385、386 ；图3F图示根据本专利技术的实施例的夹盘组件，夹盘组件包括用于图3A所示的蚀刻系统的薄定位盘(puck)；图3G图示根据本专利技术的实施例的夹盘组件，夹盘组件包括用于图3A所示的蚀刻系统的厚定位盘；以及图4为根据本专利技术的一个实施例的结合于图3所示的等离子体蚀刻系统中的示例计算机系统的框图。具体实施例方式以下将详述众多特定细节，以对本专利技术实施例有更深入的了解。但是，本领域技术人员将理解其它实施例也可不以这些特定细节实施。在其它例子中，不详述已知的方法、程序、部件和电路，以免让本专利技术变得晦涩难懂。以下一些详述部分是以在计算机存储器内对数据位或二进数字信号进行操作的算法和符号的形式来呈现的。算法描述和表示是数据处理领域的技术人员将其工作内容传达给本领域其他技术人员所使用的技术。算法或方法在此一般地视为导向预期结果的自洽(self-consistent)动作或操作序列。这些包括物理量的物理处理。通常但非必要地，这些物理量采取能被储存、传送、组合、比较及以其它方式处理的电或磁信号形式。有时方便起见，主要是基于常见用法，将这些信号称作位(bit)、量值、组件、符号、字符、用语、等级、数字等。但是，应理解这些和类似用语与适当物理量有关，且只是用于这些物理量的方便标示。从下述清楚可知，除非特别指明，否则应理解整篇说明书所用如“处理”、“运算”、“计算”、“确定”等用语指计算机或运算系统或类似电子运算装置的动作和/或处理，这些计算机或运算系统或类似电子运算装置对在运算系统的寄存器和/或存储器内的被表示为物理(电子)量的数据进行处理和/或转换成在运算系统的存储器、寄存器或其它信息储存、传输或显示装置内的类似地表示为物理量的其它数据。本专利技术的实施例可包括用于进行所述操作的设备。设备可特别构造成用于期望目的，或者设备可包含由装置中储存的程序选择性启动或重构的通用运算装置。程序可储存在非暂时性储存介质，例如但不限于，包括软盘、光盘、光盘只读存储器(CD-ROM)、磁光盘、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、电子可编程只读存储器(EPROM)、电子可抹除可编程只读存储器(EEPROM)、磁或光卡等任何磁盘类型，或任何其它适于以非暂时性方式储 存电子指令且能耦接至运算装置的系统总线的介质类型。“耦接”与”连接”和其派生用语在此用来描述部件间的结构关系。应理解这些用语非同义词。相反，在特定实施例中，“连接”指两个或更多个组件彼此直接物理或电气接触。“耦接”指两个或更多个组件彼此直接或间接(二者间插入其它组件)物理或电气接触，和/或两个或更多个组件互相合作或相互作用(如呈因果关系)。本文所述的控制处理或腔室部件温度的方法和系统的实施例通过前馈控制线来提供温度控制作用(control effort)，前馈控制线产生前馈控制信号，前馈控制信号补偿扰动传递函数。更特别地，前馈控制传递函数优选为和扰动传递函数的大小相等且方向相反，以抵消对受控制温度的扰动。在进一步的实施例中，前馈控制信号增加到反馈控制作用，使反馈回路被要求提供较小控制作用而容许比无前馈控制信号时更小的反馈增益用于温度误差修正。相较于常规等离子体处理系统，使用较小的反馈增益可提升温度稳定性及改善瞬态响应(如减少过冲、缩短上升时间等)。图I为示出根据本专利技术的实施例的拉普拉斯域(Laplace domain)内温度控制系统100的框图，温度控制系统100包括前馈(如F(S) 115)与反馈(如G(S) 120)控制组件。由于市售温度控制器缺乏用于扰动补偿的前馈输入(例如，只提供包括测量的受控温度150和温度设定点106的输入用于反馈控制)，故特定实施例将反馈传递函数G(S) 1本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.06.08 US 61/352,779;2010.07.07 US 61/362,232;1.一种等离子体处理装置，其包括 处理腔室，其包括夹盘，所述夹盘构造成在处理期间支撑工件； 处于第一温度的第一传热流体储器； 处于第二温度的第二传热流体储器； 第一供应管线和第一回流管线，所述第一供应管线和所述第一回流管线将所述第一传热流体储器和所述第二传热流体储器耦接至所述夹盘，以将处于所述第一温度或所述第二温度的传热流体传送到所述夹盘； 使所述第一传热流体储器与所述第一供应管线耦接的第一阀，以及使所述第二传热流体储器与所述第一供应管线耦接的第二阀；和 被动平衡管，其将所述第一传热流体储器耦接至所述第二传热流体储器，以通过重力来平衡传热流体液位。·2.根据权利要求I所述的装置，其中，所述被动平衡管耦接至所述第一传热流体储器和所述第二传热流体储器中每一者的排放点。3.根据权利要求I所述的装置，其中，第三阀将所述第一回流管线耦接至所述第一传热流体储器，所述被动平衡管将负责经由所述第一阀供应至所述夹盘的传热流体的量与从所述夹盘经由所述第三阀返回的传热流体的量之间的不平等。4.根据权利要求I所述的装置，其中，所述第一阀和所述第二阀为数字式，并且其中，所述装置还包括用以调节脉冲宽度调制工作循环的控制器，所述控制器在全开状态和全关状态之间驱动所述第一阀和所述第二阀中的至少一者，并且其中，当所述第一阀和所述第二阀中的一者处于打开状态时，所述第一阀和所述第二阀中的另一者将处于关闭状态。5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述控制器将所述脉冲宽度调制工作循环调节为时间比例循环的一百分比，所述时间比例循环比改变阀的状态所需要的时间长不止一个数量级。6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述时间比例循环的持续时间小于所述夹盘的热时间常数的一半。7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述时间比例循环的持续时间在4至6秒之间。8.根据权利要求5所述的装置，其中，所述第一供应管线的内部容积小于在所述时间比例循环期间输送的传热流体的体积。9.根据权利要求I所述的装置，还包括流动旁管，所述流动旁管在所述第一传热流体储器和所述第一阀之间，其中，传热流体按照在I : O. 8和I : O. 2之间的第一阀与旁管比率、经由所述流动旁管返回到所述第一传热流体储器。10.根据权利要求I所述的装置，还包括用以调节脉冲宽度调制工作循环的控制器，所述控制器至少基于施加到等离子体的总功率在全开状态和全关状态之间驱动所述第一阀和所述第二阀中的至少一者，所述总...
【专利技术属性】
技术研发人员：哈密迪·塔瓦索里，逍平·周，沙恩·C·尼维尔，道格拉斯·A·布池贝尔格尔，费纳多·M·斯李维亚，巴德·L·梅斯，蒂娜·琼，科坦·马哈德斯瓦拉萨瓦米，亚莎斯维尼·B·帕特，达·D·源，沃特·R·梅丽，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：
国别省市：
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