[发明专利]用于等离子体处理设备的前馈温度控制

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2010年1月29日递交的美国临时专利申请61/299,818以及2010年10月15日递交的美国实用新型专利申请12/905,624的优先权，通过引用将这些专利申请全部结合在本文中。

技术领域

本发明的实施例涉及等离子体处理设备，并且更具体地涉及在利用等离子体处理室处理工件期间控制温度的方法。

背景技术

在等离子体处理室(诸如等离子体蚀刻或等离子体沉积室)中，室组件的温度通常是重要的参数以在处理期间进行控制。例如，衬底保持件(通常被称作卡盘或底座)的温度可以被控制来在处理方案(例如，控制蚀刻速率)期间将工件加热/冷却到各种受控温度。类似地，喷洒头/上电极或其他组件的温度也可以在处理方案期间被控制以影响处理。传统地，散热器和/或热源被耦合到处理室以将室组件的温度控制到设定点温度。诸如PID(比例积分微分)控制器的控制器被用于受到温度控制的组件与散热器/热源之间的热传递的反馈控制。利用简单的反馈控制产生稳定状态误差，除非使用足够大的积分环节。在简单的比例控制中，在存在外部干扰的状态下总是存在稳定状态误差(除非比例增益是无限的)。然而，使用大的积分控制导致具有大超调的不良瞬时状态并且需要长的调节时间。与具有短响应时间从而仅需要数秒来收敛到设定点的质量流量控制器(MFC)不同，在等离子体处理期间，由于卡盘等的大的热质量，室组件温度(诸如静电卡盘或喷洒头温度)在受扰动时可能需要30秒以上来稳定。因此，为了最迅速地补偿扰动，可以在反馈控制器中采用大的积分环节值，该反馈控制器具有使得温度控制更不稳定的不期望的副作用。

此外，为了提供越来越复杂的膜堆叠部，许多等离子体工艺在相同处理室内将工件暴露到若干连续等离子体条件下。这种(在单个制造设备内而非在分别调整的系统中执行的)原位方案中的操作可能需要跨越宽范围的温度设定点，这将非线性引入到系统中使得发生微扰(perturbation)或扰动，同时温度在系统极限附近，产生无法忍受的响应时间。

因此期望这样一种用于等离子体处理室的温度控制方案，其改善了稳定性并且提供了改善的瞬时响应和小的稳定状态误差。

发明内容

这里描述了由等离子体处理设备执行的用于控制处理或室组件温度的方法和系统。在特定实施例中，方法和系统结合了前馈控制算法，以有利地减小稳定状态误差并改善响应时间。

具体实施例包括一种方法，通过该方法，至少部分地利用前馈控制信号来控制处理室中的温度，该前馈控制信号基于耦合到处理室中的等离子体功率源的等离子体功率热负荷。在具体实施例中，输入等离子体功率信号的传递函数被用来补偿由功率源输出的等离子体功率对处理时进行的加热。在一个这种实施例中，基于等离子体功率信号来控制处理室与在处理室外部的散热器/热源之间的热传递，以补偿由向处理室的等离子体功率输入导致的温度的扰动。在另外的实施例中，温度控制方法还包括反馈控制信号，以消除所测量的温度与期望的温度之间的误差。

在一个实施例中，等离子体功率输出控制信号包括输入到卡盘的第一偏压功率，并且前馈控制信号利用将偏压功率输入与卡盘温度相关联的预先限定的传递函数来补偿由所施加的等离子体功率对卡盘进行的加热，该卡盘被构造为支撑工件。在另外的实施例中，等离子体功率输出包括输入到卡盘的第二偏压功率，并且前馈控制信号利用第一和第二偏压功率的总和与卡盘温度之间的传递函数来补偿由所施加的等离子体功率对卡盘进行的加热。

实施例包括计算机可读介质，该计算机可读介质存储了指令，该指令在由处理系统执行时使得系统至少部分地利用前馈控制信号来控制处理室中的温度，该前馈控制信号基于从耦合到处理室中的功率源输出的功率。在具体实施例中，计算机可读介质包括等离子体功率信号与温度之间的传递函数，并且还包括用来补偿由等离子体功率输出进行的处理室的加热。在一个这种实施例中，计算机可读介质包括用于控制处理室与在处理室外部的散热器之间的热传递的指令。在另外的实施例中，计算机可读介质包括利用反馈控制信号进行温度控制的指令，以消除所测量的温度与期望的温度之间的误差。