[发明专利]等离子体处理装置中的快速响应热控制的方法和设备

说明书

技术领域

本发明的实施例主要涉及半导体制程并且涉及用于处理衬底的方法和设备。

背景技术

用于在衬底上制造半导体装置的一些制程利用等离子体处理腔室，其中喷淋头(例如)将可经点燃以形成等离子体的制程气体提供至处理腔室。然而，等离子体处理倾向于增加处理腔室内部的部件(诸如喷淋头)的温度。此外，对于高RF功率制程条件而言，等离子体加热及制程步骤持续时间的组合通常导致温度非期望地超越设定点。这种温度超越可能影响触发(strike)等离子体的能力、延迟起始半导体处理制作方法且使处理的质量劣化。

存在增加处理腔室部件的冷却能力以解决问题的一些方法，诸如设计新硬件以具有较好热导率，或改变空闲模式与处理模式之间的冷却剂温度。然而，此等设计归因于低效率和/或成本而是非期望的。举例而言，典型热交换器或冷却器的时间常数接近于典型制作方法时间。因此，除非提供大得多的加热器，否则在空闲模式期间仅仅降低冷却剂温度将不能够在恒定温度下加热工具。然而，由于大部分加热器嵌入工具主体中，所以此设计的实施将需要主要工具的重新设计。

因此，需要用于等离子体处理腔室的热控制的改良方法及设备。

发明内容

在本文中提供用于调节等离子体加强型处理腔室中的部件的温度的方法及设备。在一些实施例中，一种用于处理衬底的设备包括处理腔室以及提供RF能量以在处理腔室中形成等离子体的RF源。部件设置于处理腔室中以在形成等离子体时由等离子体加热。加热器被构造为加热该部件并且热交换器被构造为从该部件移除热量。冷却器经由具有设置于其中的打开/关闭流量控制阀的第一流动管道以及用来绕过流量控制阀的旁路回路而耦接到该热交换器，其中该旁路回路具有设置于其中的流量比阀。

在一些实施例中，一种在形成等离子体时由等离子体加热、由加热器加热及由流过热交换器的冷却剂流体冷却的处理腔室中的部件的温度的控制方法，包括在该部件需要第一冷却速率时，在第一流率下将冷却剂提供给热交换器；以及在该部件需要第二冷却速率时，在第二流率下将冷却剂提供给所述热交换器，其中第一流率和所述第二流率都是非零并且不相等的。经由具有设置于其中的打开/关闭流量控制阀的第一流动管道来提供第一冷却剂流量。提供第二冷却剂流体流量可以包括通过关闭流量控制阀并使冷却剂流过具有设置于其中的流量比阀的旁路回路而绕过第一流动管道以将第二流率设定为小于第一流率的速率。

附图说明

因此，可参照实施例详细理解本发明的上述特征结构的方式，即上文简要概述的本发明的更特定描述，一些实施例图示于附图中。然而，应注意，附图仅图示本发明的说明性实施例，且因此不被认为是其范畴的限制，因为本发明可以允许其它同等有效的实施例。

图1描绘根据本发明的一些实施例的制程腔室。

图2描绘根据本发明的一些实施例的说明性旁路套组。

图3至图4分别图示根据本发明的一些实施例的控制算法。

为了促进理解，在可能情况下已使用相同组件符号以指定为附图所共有的相同组件。附图未按比例绘制且为清楚起见可予以简化。预期一个实施例的组件及特征结构可有利地并入其它实施例中而无需进一步叙述。

具体实施方式

本发明的实施例提供一种用于处理衬底的具有改良系统的设备(例如，制程腔室)，该改良系统用于调节该设备中部件的温度，否则该温度可能通过制程腔室中的等离子体的间歇存在而超越期望的温度设定点。该改良温度调节系统促进制程装置的有效使用而在制作方法之间不产生延迟并且同时最小化由于温度效应而引起的制程变化。

可用根据本文中提供的教导的设备，诸如可购自加利福尼亚圣克拉拉的Applied Materials，Inc.的DPS、ENABLER、ADVANTEDGE^TM或其它制程腔室来改进现有制程腔室。其它适合腔室包括其中需要调节暴露于等离子体的制程腔室部件的温度任何等离子体处理腔室。

图1描绘根据本发明的一些实施例的说明性衬底制程设备100。衬底制程设备100可包含制程腔室102，其限定内部处理体积104且具有耦接至其以用于从内部处理体积104移除过量制程气体、处理副产物或其类似物的排气系统120。制程腔室102通常包括衬底支撑件108，其设置于处理体积104下方以用于在处理期间支撑其上的衬底110；以及一个或多个气体入口，诸如设置于所期望位置(诸如与衬底支撑件108的支撑表面相对的位置)处的喷淋头114和/或喷嘴。