[发明专利]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

说明书

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“COMPONENTTEMPERATURE CONTROL B Y COOLANT FLOW CONTROL ANDHEATER DUTY CYCLE CONTROL”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“COMPONENTTEMPERATURE CONTROL B Y COOLANT FLOW CONTROL ANDHEATER DUTY CYCLE CONTROL”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。

背景技术

1)技术领域

本发明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(control effort)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。

发明内容

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任务周期控制，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。