[发明专利]使用脉冲传热流体流动的等离子体处理设备中的温度控制

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2010年1月29日提交的名称为“FEEDFORWARD TEMPERATURE CONTROL FOR PLASMA PROCES SING APPARATUS”的美国临时专利申请61/299,818；2010年6月8日提交的名称为“PULSED-COOLING CHILLER FOR PLASMA PROCESSING APPARATUS”的美国临时专利申请61/352,779；和2010年7月7日提交的名称为“TEMPERATURE CONTROL IN PLASMA PROCESSING APPARATUS USING PULSED HEAT TRANSFER FLUID FLOW”的美国临时专利申请61/362,232；以及2010年5月19日提交的名称为“TEMPERATURE CONTROL IN PLASMA PROCES SING APPARATUS USING PULSED HEAT TRANSFER FLUID FLOW”的美国专利申请13/111,334的优先权，这些专利申请的全部内容通过引用结合于本说明书中。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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

说明书的发明内容部分已特别指出及清楚主张本发明的实施例。但是，本发明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1为根据本发明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图示根据本发明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为根据本发明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图示根据本发明的实施例的用于图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；