專利名稱：用于溫度控制的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于控制襯底溫度的裝置和方法。更具體地，本發(fā)明涉及用于執(zhí)行襯底的溫度變化和溫度控制的裝置和方法。
背景技術(shù)：
對于提高半導(dǎo)體、顯示器和其他類型襯底制造的吞吐量的需求從來沒有停止過。例如，在半導(dǎo)體技術(shù)中，由于巨大的資金投入和操作費用，即使是在設(shè)備或使用設(shè)備的方法中的很小改進(jìn)也可以帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
半導(dǎo)體處理中的許多處理包括將襯底(如半導(dǎo)體晶片)放置在處理系統(tǒng)的襯底臺上并處理襯底。這些處理通常包括化學(xué)處理、等離子體感應(yīng)處理以及蝕刻和沉積處理，并且都依賴于襯底的溫度。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種用于控制襯底溫度的裝置，該襯底具有下表面和對其執(zhí)行襯底處理的上表面。在本發(fā)明的實施例中，該裝置包括具有支持襯底的下表面的熱表面的襯底臺和布置在襯底臺中并且與熱表面進(jìn)行熱交換的熱組件。熱組件包括承載傳熱流體的通道。該裝置還包括流體熱單元，流體熱單元包括被構(gòu)造和布置為將傳熱流體的溫度控制在第一溫度的第一流體單元、被構(gòu)造和布置為將傳熱流體的溫度控制在第二溫度的第二流體單元以及與熱組件的通道以及第一和第二流體單元流體連通的出口流控制單元。在該裝置中，出口流控制單元被構(gòu)造和布置為向通道提供受控傳熱流體，受控傳熱流體包括具有第一溫度的傳熱流體、具有第二溫度的傳熱流體或其組合中的至少一種。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于控制多個設(shè)備的溫度的分布式溫度控制系統(tǒng)，該多個設(shè)備中每一個具有承載傳熱流體的通道。在本發(fā)明的實施例中，該系統(tǒng)包括被構(gòu)造和布置為調(diào)整多個設(shè)備中每一個的傳熱流體的溫度的流體熱單元。在該系統(tǒng)中，熱單元包括被構(gòu)造和布置為將傳熱流體的溫度控制在第一溫度的第一流體單元、被構(gòu)造和布置為將傳熱流體的溫度控制在第二溫度的第二流體單元；以及與多個設(shè)備中每一個的通道以及第一和第二流體單元流體連通的出口流控制單元。熱組件的出口流控制單元被構(gòu)造和布置為向多個設(shè)備中每一個的通道提供受控傳熱流體，受控傳熱流體包括具有第一溫度的傳熱流體、具有第二溫度的傳熱流體或其組合中的至少一種。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種控制由襯底臺的熱表面支持的襯底的溫度的方法，該襯底臺包括與熱表面進(jìn)行熱交換的流體熱組件。在本發(fā)明的實施例中，該方法包括將第一傳熱流體源的傳熱流體調(diào)整為第一溫度并將第二傳熱流體源的傳熱流體調(diào)整為第二溫度。該方法還包括向流體熱組件提供受控傳熱流體，受控傳熱流體包括來自第一傳熱流體源的傳熱流體或來自第二傳熱流體源的傳熱流體或其組合。


本發(fā)明的上述特征和其他特征將結(jié)合附圖加以描述，在附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的裝置的橫截面圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的裝置的橫截面圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例的裝置的橫截面圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明實施例的裝置的橫截面圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明實施例的襯底處理系統(tǒng)的示意圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明實施例的嵌入在襯底臺中的通道的頂視圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明實施例的流體熱單元的示意圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明實施例的第一和第二流體單元的示意圖；圖9是根據(jù)本發(fā)明實施例的第一和第二流體單元的示意圖；
圖10是根據(jù)本發(fā)明實施例的流體熱單元的示意圖；圖11是根據(jù)本發(fā)明實施例的流體熱單元的示意圖；圖12是根據(jù)本發(fā)明實施例的出口流控制單元的示意圖；圖13是根據(jù)本發(fā)明實施例的流體熱單元的示意圖；圖14是根據(jù)本發(fā)明實施例的流體熱單元的示意圖；圖15是根據(jù)本發(fā)明實施例的流體熱單元的示意圖；以及圖16是根據(jù)本發(fā)明實施例的分布式溫度控制系統(tǒng)的示意圖。
具體實施例方式
為了便于對本發(fā)明有深入了解以及出于解釋(而非限制)的目的，在下面的描述中，給出了特定的細(xì)節(jié)，如襯底臺具體的幾何結(jié)構(gòu)和布置在襯底臺上的各種元件。但是，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明也可以在不同于這些特定細(xì)節(jié)的其它實施例中實現(xiàn)。
本發(fā)明提供了用于任何類型設(shè)備的溫度改變和溫度控制的裝置和方法，所述設(shè)備包括用于材料處理(如蝕刻或沉積)的設(shè)備。更具體地，在發(fā)明的實施例中，該裝置和方法可以用于對其上放置襯底的襯底臺上部或熱部件的溫度進(jìn)行改變和控制。
圖1是根據(jù)發(fā)明實施例的裝置的簡化圖。在本發(fā)明的該實施例中，裝置100包括塊101、熱組件102和流體熱單元103。塊101表示設(shè)備中需要被冷卻或加熱的任何部分，例如襯底支座。如圖1所示，熱組件102布置在塊101中，并且包括承載傳熱流體105的通道104。通道104通過導(dǎo)管106和107與流體熱單元103流體連通。在圖1表示的本發(fā)明實施例中，流體熱單元103被構(gòu)造和布置為向通道104提供具有期望溫度的受控傳熱流體。在圖1中，熱組件102與塊101的熱表面108進(jìn)行熱交換，并且位于塊101內(nèi)部以便可以執(zhí)行熱表面的溫度控制。在圖1示出的本發(fā)明實施例中，熱表面108的加熱或冷卻通過直接熱傳導(dǎo)進(jìn)行，該熱傳導(dǎo)經(jīng)由通道104和熱組件102從傳熱流體傳到熱表面108。
圖2表示根據(jù)本發(fā)明實施例的用于控制襯底溫度的裝置。在圖2中，裝置200包括襯底臺201，襯底209置于其上。裝置200還包括熱組件202，熱組件202被配置為控制襯底臺201的熱表面208的溫度。裝置200還包括電極210，電極210被配置為在襯底處理期間以靜電方式將襯底209夾緊在熱表面208上。在本發(fā)明的該實施例中，提供了背面流(如氦)以增強(qiáng)襯底臺201和襯底209之間的熱傳導(dǎo)性。在本發(fā)明的實施例中，襯底209和襯底臺201間的實際距離可以非常小，例如在微米范圍內(nèi)。
現(xiàn)在參考圖3，圖3示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的用于控制襯底溫度的裝置。在本發(fā)明的該實施例中，RF功率直接施加到襯底臺301的上部。從圖3可見，裝置300包括熱組件302和與熱表面308進(jìn)行熱交換的第二熱組件311。在圖3所示的本發(fā)明實施例中，第二熱組件包括多個熱電模塊315，例如Peltier設(shè)備，其被配置為快速改變熱表面308的溫度。熱組件302布置在襯底臺301中，并且包括承載傳熱流體的通道304。裝置300還包括電極310，電極310被配置為在襯底處理期間以靜電方式夾緊襯底309。類似地，提供氣體流以增強(qiáng)襯底臺301和襯底309間的熱傳導(dǎo)性。在本發(fā)明的該實施例中，熱組件311包括多個熱電模塊，例如Peltier模塊。
在圖3所示的本發(fā)明實施例中，RF功率經(jīng)由RF組件直接提供到襯底臺301的上部，所述RF組件包括RF纜線312、RF饋送器313和RF連接器314。盡管未在圖3中示出，但是RF纜線312可以連接到RF功率發(fā)生器和RF匹配電路。在圖3中，RF組件延伸經(jīng)過第一和第二熱組件302和311，以將RF功率傳遞到接近放置襯底309的熱表面308處。
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的包括RF功率組件的裝置。類似于圖3，裝置400包括襯底臺401，在襯底臺401中放置有第一熱組件402和第二熱組件411。裝置400還包括支持襯底409的熱表面408和向襯底409提供背面壓強(qiáng)的氣體管線組件416。在圖4中，氣體管線組件416的氣體管線放置在第二熱組件411的多個熱電模塊415和通道404之間。在本發(fā)明的該實施例中，襯底409利用夾緊組件417以機(jī)械方式夾緊到熱表面。裝置400還包括RF功率組件，該組件包括耦合到RF功率板418的RF連接器414。在圖4所示的本發(fā)明實施例中，RF板布置于第一熱組件402和第二熱組件411之間。在該配置中，構(gòu)成RF功率板418的材料被選擇為不形成對第二熱組件411的熱勢壘。在另一個實施例中，功率板418可以置于第二熱組件411之下。在圖4所示的本發(fā)明實施例中，襯底409的放置和移除是由布置在襯底臺401中并且穿過第一熱組件402和第二熱組件411的頂針419完成的。
現(xiàn)在參考圖5，說明能夠在襯底處理期間控制襯底溫度的襯底處理系統(tǒng)的示例性實施例。
襯底處理系統(tǒng)500包括其中布置有襯底臺501的真空室520。類似于圖4示出的實施例，襯底臺501包括第一熱組件502、第二熱組件511和其上放置有襯底509的熱表面508。襯底處理系統(tǒng)500還包括被配置為在處理室520內(nèi)垂直移動襯底臺501的移動組件521和被構(gòu)造和布置為維持室520內(nèi)的期望壓強(qiáng)的泵系統(tǒng)522。在圖5所示的實施例中，第二熱組件511可以與圖3中所示的熱組件311相同，并且可以包括多個熱電模塊，例如Peltier設(shè)備，其被配置為快速改變熱表面508的溫度。在圖5中，熱組件502包括承載傳熱流體并且與流體熱單元503流體連通的通道504。在本發(fā)明的該實施例中，通道504或/和導(dǎo)管506和507內(nèi)的傳熱流體的溫度由流體熱單元503控制。在本發(fā)明的另一個實施例中，第二熱組件511可以包括連接到可變功率源的電阻加熱器。在任何一個實施例中，加熱或冷卻都是通過直接熱傳導(dǎo)實現(xiàn)的，熱傳導(dǎo)經(jīng)由第一熱組件511從熱電模塊或電阻加熱器傳到熱表面508。
應(yīng)當(dāng)理解，承載傳熱流體的通道504可以具有不同形狀。在本發(fā)明的實施例中，通道504具有螺旋形，并且被設(shè)計為基本上在熱上覆蓋了熱表面508的全部區(qū)域。本發(fā)明的該實施例在圖6中示出，圖6表示嵌入在襯底臺501內(nèi)的通道504的示意性頂視圖。從該圖中可見，通道504包括入口523和出口524，它們通過導(dǎo)管506和507與流體熱單元503流體連通。在圖5和6中，通道504相對于熱表面508的位置使得可以實現(xiàn)到熱表面的高效傳熱和熱表面上的均勻溫度分配。在本發(fā)明的實施例中，通道504和熱表面508的距離在大約1到30mm的范圍內(nèi)。
還應(yīng)當(dāng)理解，圖5中所示的襯底處理系統(tǒng)500可以是等離子體處理系統(tǒng)、蝕刻系統(tǒng)、化學(xué)氣相沉積(CVD)系統(tǒng)、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)系統(tǒng)、物理氣相沉積(PVD)系統(tǒng)、電離物理氣相沉積(iPVD)系統(tǒng)或非等離子體處理系統(tǒng)，如跟蹤系統(tǒng)(track system)、化學(xué)氧化物移除(COR)系統(tǒng)，或更一般地，可以是任何類型的在襯底處理期間希望控制襯底溫度的系統(tǒng)。例如，在等離子體處理配置中，襯底處理系統(tǒng)500可以包括等離子體生成系統(tǒng)和氣體源，氣體源被配置為將氣體引入到室520中以產(chǎn)生處理等離子體。在操作中，襯底509可經(jīng)由靜電、吸力或機(jī)械設(shè)備夾緊到襯底臺501。通常，對于化學(xué)和/或等離子體處理，襯底臺501和襯底509被放置在室520中，室520經(jīng)由泵系統(tǒng)522獲得了減小的壓強(qiáng)。盡管未在圖5所示的實施例中示出，但是襯底處理系統(tǒng)500還可以包括進(jìn)入處理室520的額外處理氣體管線、射頻(RF)功率系統(tǒng)、第二電極(可用于電容耦合類型的系統(tǒng))或RF線圈(可用于感應(yīng)耦合類型的系統(tǒng))。
在襯底509的處理期間，熱表面溫度的調(diào)整和控制可經(jīng)由布置在室520內(nèi)的晶片溫度測量系統(tǒng)(或傳感器)525實現(xiàn)。在本發(fā)明的實施例中，襯底509的溫度測量結(jié)果被晶片溫度測量系統(tǒng)525取得，并且被輸入到晶片溫度控制系統(tǒng)526中。在溫度需要被調(diào)整的情況下，控制系統(tǒng)526命令流體熱單元503調(diào)整提供給通道504的傳熱流體的溫度、體積和流率。從圖5中可見，襯底509的溫度測量可以利用光學(xué)技術(shù)執(zhí)行，如可購自Advanced Energies，Inc.(1625 Sharp Point Drive，F(xiàn)ort Collins，CO，80525)的型號為OR2000F的光纖溫度計(其能夠測量50到2000C的溫度，精度達(dá)正負(fù)1.5C)或如在2002年7月2日提交的未決美國專利中請No.10/168544中描述的帶邊溫度測量系統(tǒng)(該申請的全部內(nèi)容通過引用結(jié)合于此)。在本發(fā)明的另一個實施例中，襯底溫度的測量可以利用嵌入在襯底臺501的各個部分中的熱電耦527進(jìn)行。在后一配置中，熱電耦可以直接連接到晶片溫度控制系統(tǒng)526。在本發(fā)明的另一個實施例中，襯底509的溫度控制可以通過經(jīng)由溫度探測器528監(jiān)視流體的溫度來進(jìn)行，溫度探測器528嵌入在通道504和/或?qū)Ч?06和507中，并耦合到溫度控制系統(tǒng)526。在后一情形中，溫度控制系統(tǒng)526可以經(jīng)由探測器528提供的溫度直接估計襯底509的溫度。應(yīng)當(dāng)理解，可以采樣這些傳感器的任意組合來控制熱表面的溫度。
從圖5中還可見，溫度控制系統(tǒng)526也可被配置為控制第二熱組件511。在第二熱組件包括電阻加熱器或多個熱電模塊的情況下，溫度控制系統(tǒng)526可以直接耦合到向第二熱組件511提供所需功率的功率源PS。
現(xiàn)在參考圖7，描述根據(jù)本發(fā)明實施例的流體熱單元的示意圖。
在本發(fā)明的該實施例中，流體熱單元703包括第一流體單元729(或第一傳熱流體源)和第二熱單元730(或第二傳熱流體源)，第一流體單元729被構(gòu)造和布置為控制/調(diào)整傳熱流體的溫度到第一溫度，第二熱單元730被構(gòu)造和布置為控制/調(diào)整傳熱流體的溫度到第二溫度。第二溫度可以等于第一溫度，也可以不同于第一溫度。流體熱單元703還包括出口流控制單元731，其通過導(dǎo)管707與熱組件的通道流體連通，并與第一流體單元729和第二流體單元730流體連通。在圖7所示的本發(fā)明實施例中，出口流控制單元731被構(gòu)造和布置為向熱組件的通道提供受控傳熱流體，該受控傳熱流體包括具有第一溫度的傳熱流體、具有第二溫度的傳熱流體或其組合中的至少一種。在本發(fā)明的實施例中，出口流控制單元731可以根據(jù)接收自溫度控制系統(tǒng)的指令控制提供給熱組件的受控傳熱流體的流率和體積。在圖7所示的本發(fā)明實施例中，流體熱單元703還包括入口分配單元732，其通過導(dǎo)管706與熱組件的通道流體連通，并與第一流體單元729和第二流體單元730流體連通。入口分配單元732被構(gòu)造和布置為控制流向第一流體單元729的受控傳熱流體的體積或流率和流向第二流體單元730的受控傳熱流體的體積或流率。
現(xiàn)在參考圖8，根據(jù)本發(fā)明實施例的第一流體單元729和第二流體單元730中的每一個包括存儲流體罐833a和833b、泵834a和834b、加熱器835a和835b以及冷卻器836a和836b。存儲流體罐833a和833b被配置為存儲流自入口分配單元的受控傳熱流體。在本發(fā)明的實施例中，單元729和730還可以包括被配置為檢測這些罐的每一個中的傳熱流體的體積的水平傳感器。加熱器和冷卻器被配置為將存儲在罐833a和833b中的傳熱流體的溫度分別調(diào)整至第一溫度和第二溫度。泵834a和834b向出口流控制單元提供具有第一溫度的傳熱流體和具有第二溫度的傳熱流體。在本發(fā)明的實施例中，存儲流體罐833a、833b、泵834a、泵834b、加熱器835a、加熱器835b以及冷卻器836a、冷卻器836b可以由溫度控制系統(tǒng)控制。
在本發(fā)明的實施例中，可能希望傳熱流體包括非導(dǎo)電性流體，例如FluorinertTM或GaldenTM。在這種情況下，在存在提供給襯底臺以生成等離子體的射頻功率時，傳熱流體不具有傳導(dǎo)性。
在本發(fā)明的實施例中，第一流體單元可以是熱流體單元929，而第二流體單元可以是冷流體單元930，或兩者相反。在這種配置中，可以排除第一流體單元中的冷卻器和第二流體單元中的加熱器(或相反)。本發(fā)明的該實施例在圖9中示出。
在圖7所示的本發(fā)明實施例中，出口流控制單元731和入口分配單元732可以彼此獨立地操作。在這種配置中，離開第一和第二流體單元的傳熱流體的體積可以不同于返回這些單元的受控傳熱流體的體積。在本發(fā)明的實施例中，返回第一單元的傳熱流體的體積可以比返回第二單元的傳熱流體的體積大得多。這樣，可以很容易獲得大量的具有第一溫度的流體以供后用。這種操作體制有利于得到大的溫度變化(在冷卻階段或加熱階段中)。在該操作模式中，可以在加熱階段期間提供更快的襯底加熱。相反地，可以在預(yù)期的冷卻階段中在第二單元內(nèi)存儲大量的傳熱流體。
然而，應(yīng)當(dāng)理解，出口流控制單元731和入口分配單元732也可以以協(xié)同方式進(jìn)行操作。這種并行操作模式在圖10中示出，圖10表示流體熱單元1003的示意性配置。在本發(fā)明的該實施例中，離開第一流體單元1029和第二流體單元1030的流體的量基本等于返回這些單元的流體的量。
在本發(fā)明的另一個實施例中，流體熱單元被配置使得在每個單元中的傳熱流體的量保持基本恒定。在該配置中，可以省略入口分配單元。流體熱單元的該操作模式在圖11中示出。
在本發(fā)明的不同實施例中表示的出口流控制單元可以包括混合器，混合器被配置為向通道提供包括具有第一溫度的傳熱流體、具有第二溫度的傳熱流體或其組合中的一種的受控傳熱流體。在本發(fā)明的該實施例中，混合器可以包括混合罐和被配置為混合具有第一溫度的傳熱流體和具有第二溫度的傳熱流體的混合設(shè)備。在本發(fā)明的另一個實施例中，混合器1231可以包括泵1237和具有混合流表面1239的混合流室1238。在本發(fā)明的該實施例中，具有第一溫度的傳熱流體和具有第二溫度的傳熱流體被引導(dǎo)到類似于圖12中所示的室。在該實施例中，兩種流體的混合是通過混合流室1238中的機(jī)械混合執(zhí)行的。
在本發(fā)明的另一個實施例中，出口流控制單元可以包括被配置為選擇性地輸送具有第一溫度的傳熱流體和具有第二溫度的傳熱流體的選擇器閥。本發(fā)明的該實施例在圖13中示出，圖13示出了包括第一流體單元1329和第二流體單元1330的流體熱單元1303。在圖13中，流體熱單元1303包括包含第一出口選擇器閥1340和第二出口選擇器閥1341的出口流控制單元1331。流體熱單元1303還包括包含第一入口選擇器閥1342和第二入口選擇器閥1343的入口分配單元1332。在本發(fā)明的該實施例中，第一和第二出口選擇器閥以及第一和第二入口選擇器閥控制傳熱流體在單元1329和1330的流入和流出。
在操作中，入口和出口閥可以彼此獨立地進(jìn)行操作，或者以協(xié)同方式操作。圖14所示的后一配置可以確保傳熱流體的量在流體熱單元1329和1330基本保持相同。在本發(fā)明的另一個實施例中，流體單元1329和1330可被設(shè)計為使得其只包含恒定量和指定量的傳熱流體。在這種情況下，可以省略入口分配單元。本發(fā)明的該實施例在圖15中示出。
下面說明根據(jù)本發(fā)明實施例的熱單元的操作。
在受控傳熱流體的溫度處于T3和T4之間的范圍內(nèi)的情況下(其中T3＞T4)，流體熱單元的第一流體單元隨后可以將第一溫度設(shè)置為T1≥T3，而第二流體單元可以將第二溫度設(shè)置為T2≤T4。在加熱階段的初始階段期間，出口流控制單元可被配置為向熱組件提供具有第一溫度T1的傳熱流體。這可以允許對襯底的更快加熱。然后，當(dāng)襯底溫度接近于目標(biāo)溫度T3時，出口流控制單元可被控制為緩慢釋放具有第二溫度T2的傳熱流體(或這兩種流體的混合物)。在這種操作模式中，可以快速改變熱表面的溫度，同時提供熱表面的實際溫度和目標(biāo)溫度之間的平滑過渡。
在冷卻階段中，熱單元可以類似方式操作。即，在冷卻過程的初始階段期間，出口流控制單元可被配置為向熱組件提供具有第二溫度T2的傳熱流體。利用該操作模式，可以快速達(dá)到目標(biāo)溫度T4。然后，當(dāng)襯底溫度接近于目標(biāo)溫度時，流體熱單元的出口流控制單元可以緩慢開始向熱組件提供具有第一溫度T1的傳熱流體(或這些流體的混合物)。這樣，可以快速改變熱表面的溫度，同時提供熱表面的實際溫度和目標(biāo)溫度之間的平滑過渡。
為了獲得更快的溫度變化，在本發(fā)明的實施例中，流體熱單元可被配置為對傳熱流體過加熱和/或過冷卻。在本發(fā)明的該實施例中，過加熱的流體溫度為T1＞T3，過冷卻的流體溫度為T2＜T4。T1和T3之間的差越大，加熱就越快。類似地，T2和T4之間的差越大，冷卻也就越快。
在本發(fā)明的實施例中，在預(yù)期的加熱階段，流體熱單元可被配置為在第一流體單元的存儲罐中存儲大量的傳熱流體。具有第一溫度(當(dāng)前情況下是熱的溫度)的傳熱流體的存儲可以以犧牲第二流體單元的存儲罐為代價完成。在本發(fā)明的該實施例中，特別是當(dāng)襯底臺的熱質(zhì)量很大時，更大量的熱傳熱流體(即，具有第一溫度的傳熱流體)可用于提供襯底的更快加熱。
在預(yù)期的冷卻階段可以使用類似的方法。在這種情況下，流體熱單元可被配置為在第二流體單元(其工作在冷卻模式)中存儲更大量的傳熱流體。
在本發(fā)明的另一個實施例中，流體熱單元可被配置為通過增大提供給通道的受控傳熱流體的流率來提供更快的加熱/冷卻。在該操作模式中，可以獲得更陡峭的加熱或冷卻前端。
應(yīng)當(dāng)理解，流體熱單元的不同元件可以由溫度控制系統(tǒng)控制。該溫度控制系統(tǒng)可以包括電子/計算機(jī)單元，電子/計算機(jī)單元基于溫度探測器收集的數(shù)據(jù)控制出口流控制單元、入口分配單元以及第一和第二流體單元的不同部分。在本發(fā)明的實施例中，溫度控制系統(tǒng)也可被配置為直接監(jiān)視第一和第二熱單元中傳熱流體的溫度。在本發(fā)明的另一個實施例中，溫度控制系統(tǒng)可被配置為讀取(溫度變化的)已編程過程場景的可執(zhí)行指令。
圖16示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的分布式溫度控制系統(tǒng)1600的示意圖。在本發(fā)明的該實施例中，分布式溫度控制系統(tǒng)被配置為控制多個設(shè)備(例如襯底臺)的溫度。
現(xiàn)在更詳細(xì)地參考圖16，分布式系統(tǒng)1600包括被構(gòu)造和布置為調(diào)整提供給設(shè)備1601a、1601b和1601c中每一個的傳熱流體的溫度的流體熱單元1603。這些設(shè)備中的每一個經(jīng)由導(dǎo)管1606a、1606b、1606c和1607a、1607b、1607c以及置于設(shè)備內(nèi)的通道1604a、1604b、1604c與熱單元1603流體連通。在本發(fā)明的該實施例中，這些設(shè)備中每一個的加熱是通過經(jīng)由通道1604a、1604b、1604c來自傳熱流體的熱傳導(dǎo)完成的。
從圖16中可見，流體熱單元1603包括被構(gòu)造和布置為將傳熱流體的溫度控制在第一溫度的第一流體單元1629和被構(gòu)造和布置為將傳熱流體的溫度控制在第二溫度的第二流體單元1630。流體熱單元1603還包括出口流控制單元1631，其與第一流體單元1629和第二流體單元1630以及設(shè)備1601a、1601b、1601c中每一個的通道1604a、1604b、1604c流體連通。在本發(fā)明的該實施例中，出口流控制單元1631被構(gòu)造和布置為向這些設(shè)備中每一個的通道提供包括具有第一溫度的傳熱流體、具有第二溫度的傳熱流體或其組合中的至少一種的受控傳熱流體。
在圖16所示的本發(fā)明實施例中，流體熱單元1603還包括入口分配單元1632，其與第一流體單元1629和第二流體單元1630以及通道1604a、1604b、1604c中的每一個流體連通。具體而言，入口分配單元1632被構(gòu)造和布置為控制流向第一流體單元的受控傳熱流體的體積和流向第二流體單元的受控傳熱流體的體積。
分布式溫度控制系統(tǒng)1600能夠高效控制這些設(shè)備中每一個的溫度。在操作中，流體熱單元1603可以耦合到類似于圖5所示的本發(fā)明實施例中表示的溫度控制系統(tǒng)。被溫度測量系統(tǒng)取得的溫度測量結(jié)果可以被輸入到溫度控制系統(tǒng)中，溫度控制系統(tǒng)又可以命令熱單元向每個通道提供具行合適溫度的受控傳熱流體。這樣，可以獨立控制這些設(shè)備中的每一個。
在本發(fā)明的實施例中，流體熱單元1603可以位于清潔間外部。在本發(fā)明的另一個實施例中，只有充當(dāng)冷藏單元的流體單元可以位于清潔間外部和/或與另一流體單元相分離。當(dāng)用來冷卻傳熱流體的冷藏室類型和清潔間的狀況不兼容時，可能希望具有這些配置。
盡管上面給出了本發(fā)明的當(dāng)前優(yōu)選實施例的詳細(xì)描述，但是對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，很清楚可以有各種替換、修改和等同物，而不脫離本發(fā)明的精神。因此，以上描述不應(yīng)當(dāng)用來限制本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的范圍僅由權(quán)利要求書限定。
權(quán)利要求
1.一種用于控制襯底溫度的裝置，所述襯底具有下表面和對其執(zhí)行襯底處理的上表面，所述裝置包括具有支持所述襯底的下表面的熱表面的襯底臺；布置在所述襯底臺中并且與所述熱表面進(jìn)行熱交換的熱組件，所述熱組件包括承載傳熱流體的通道；以及被構(gòu)造和布置為調(diào)整所述傳熱流體的溫度的流體熱單元，所述流體熱單元包括被構(gòu)造和布置為將所述傳熱流體的溫度控制在第一溫度的第一流體單元；被構(gòu)造和布置為將所述傳熱流體的溫度控制在第二溫度的第二流體單元；以及與所述熱組件的通道以及所述第一和第二流體單元流體連通的出口流控制單元，所述出口流控制單元被構(gòu)造和布置為向所述通道提供受控傳熱流體，所述受控傳熱流體包括具有第一溫度的傳熱流體、具有第二溫度的傳熱流體或其組合中的至少一種。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，還包括與所述熱組件的通道以及所述第一和第二流體單元流體連通的入口分配單元，所述入口分配單元被構(gòu)造和布置為控制流向所述第一流體單元的受控傳熱流體的體積、流率或其組合以及流向所述第二流體單元的受控傳熱流體的體積、流率或其組合。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述第一和第二流體單元中的每一個都包括存儲流體罐、泵、加熱器和冷卻器。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，還包括溫度控制系統(tǒng)，所述溫度控制系統(tǒng)被構(gòu)造和布置為基于所述襯底表面、所述熱表面和所述通道內(nèi)受控傳熱流體中之一的溫度，來控制所述受控傳熱流體的供應(yīng)。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，還包括溫度傳感器，所述溫度傳感器被構(gòu)造和布置為檢測所述熱表面、所述襯底表面和所述通道內(nèi)受控傳熱流體中之一的溫度。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述第一和第二流體單元中的每一個都包括檢測所述單元內(nèi)的傳熱流體的溫度的溫度傳感器。
7.如權(quán)利要求3所述的裝置，其中所述第一和第二流體單元中的每一個還包括被配置為檢測所述存儲流體罐中的傳熱流體的體積的水平傳感器。
8.如權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述出口流控制單元與所述入口分配單元是協(xié)同關(guān)系，從而位于所述第一和第二單元的每一個中的傳熱流體的體積基本恒定。
9.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述出口流控制單元包括第一閥和第二閥，所述第一閥被構(gòu)造和布置為允許具有第一溫度的傳熱流體從所述第一流體單元中流出，所述第二閥被構(gòu)造和布置為允許具有第二溫度的傳熱流體從所述第二流體單元中流出。
10.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述第一流體單元包括存儲流體罐和加熱器，所述第二流體單元包括存儲流體罐和冷卻器。
11.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述第一流體單元和所述第二流體單元之一遠(yuǎn)離所述襯底臺。
12.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述熱表面位于真空處理室內(nèi)。
13.如權(quán)利要求12所述的裝置，其中所述真空處理室是等離子體處理室。
14.如權(quán)利要求1所述的裝置，還包括布置在襯底臺中并且被配置為以靜電方式將所述襯底夾緊到所述襯底臺的熱表面的電極。
15.如權(quán)利要求1所述的裝置，還包括與所述熱表面進(jìn)行熱交換的第二熱組件。
16.如權(quán)利要求15所述的裝置，其中所述第二熱組件包括多個熱電模塊。
17.如權(quán)利要求1所述的裝置，還包括氣體導(dǎo)管，所述氣體導(dǎo)管穿過所述襯底臺并且具有對所述熱表面開放的第一端和與所述第一端相反的第二端，從而氣體可以流經(jīng)所述導(dǎo)管并且向所述襯底提供背面壓強(qiáng)。
18.如權(quán)利要求1所述的裝置，還包括布置在所述襯底臺中的RF功率板和將所述RF功率板連接到RF功率源的RF功率連接器。
19.如權(quán)利要求1所述的裝置，還包括被構(gòu)造和布置為放置和移除所述熱表面上的襯底的至少一個頂針，其中所述至少一個頂針穿過所述熱組件。
20.如權(quán)利要求1所述的裝置，還包括夾緊所述襯底的機(jī)械或吸力夾具。
21.如權(quán)利要求4所述的裝置，其中所述溫度控制系統(tǒng)還被配置為在所述熱表面的快速加熱或快速冷卻期間防止溫度過沖。
22.如權(quán)利要求21所述的裝置，其中在快速加熱期間，所述熱表面的溫度迅速增加，然后當(dāng)所述熱表面的溫度基本接近于期望溫度時緩慢增加。
23.如權(quán)利要求21所述的裝置，其中在快速冷卻期間，所述熱表面的溫度迅速減小，然后當(dāng)所述熱表面的溫度基本接近于期望溫度時緩慢減小。
24.一種用于控制多個設(shè)備的溫度的分布式溫度控制系統(tǒng)，所述多個設(shè)備中每一個具有承載傳熱流體的通道，所述系統(tǒng)包括被構(gòu)造和布置為調(diào)整所述多個設(shè)備中每一個的傳熱流體的溫度的流體熱單元，所述熱單元包括被構(gòu)造和布置為將所述傳熱流體的溫度控制在第一溫度的第一流體單元；被構(gòu)造和布置為將所述傳熱流體的溫度控制在第二溫度的第二流體單元；以及與所述多個設(shè)備中每一個的通道以及所述第一和第二流體單元流體連通的出口流控制單元，所述出口流控制單元被構(gòu)造和布置為向所述多個設(shè)備中每一個的通道提供受控傳熱流體，所述受控傳熱流體包括具有第一溫度的傳熱流體、具有第二溫度的傳熱流體或其組合中的至少一種。
25.一種控制由襯底臺的熱表面支持的襯底的溫度的方法，所述襯底臺包括與所述熱表面進(jìn)行熱交換的流體熱組件，所述方法包括將第一傳熱流體源的傳熱流體調(diào)整為第一溫度；將第二傳熱流體源的傳熱流體調(diào)整為第二溫度；以及向所述流體熱組件提供受控傳熱流體，所述受控傳熱流體包括來自所述第一傳熱流體源的傳熱流體或來自所述第二傳熱流體源的傳熱流體或其組合。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其中在加熱或冷卻階段的初始階段期間，所述提供操作包括只向所述流體熱組件提供來自所述第一傳熱流體源的傳熱流體或只向所述流體熱組件提供來自所述第二傳熱流體源的傳熱流體。
27.如權(quán)利要求26所述的方法，還包括對來自所述第一傳熱流體源的傳熱流體或來自所述第二傳熱流體源的傳熱流體過加熱或過冷卻。
28.如權(quán)利要求25所述的方法，其中在預(yù)期的加熱階段或冷卻階段中，所述方法還包括增加所述第一傳熱流體源或所述第二傳熱流體源中的傳熱流體的量。
29.如權(quán)利要求26所述的方法，其中所述方法還包括增大提供給所述流體熱組件的受控傳熱流體的流率。
30.如權(quán)利要求25所述的方法，還包括檢測所述受控傳熱流體、所述熱表面或所述襯底的溫度，并基于檢測到的溫度控制所述提供。
31.如權(quán)利要求25所述的方法，還包括基于已編程過程場景的可讀指令控制所述提供。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于控制襯底溫度的裝置，該裝置包括襯底臺和布置在襯底臺中并且與襯底臺的熱表面進(jìn)行熱交換的熱組件。熱組件包括承載傳熱流體的通道。該裝置還包括流體熱單元，流體熱單元包括被構(gòu)造和布置為將傳熱流體的溫度控制在第一溫度的第一流體單元、被構(gòu)造和布置為將傳熱流體的溫度控制在第二溫度的第二流體單元以及與熱組件的通道以及第一和第二流體單元流體連通的出口流控制單元。出口流控制單元被配置為向通道提供受控傳熱流體，受控傳熱流體包括具有第一溫度的傳熱流體、具有第二溫度的傳熱流體或其組合中的至少一種。
文檔編號C23C16/458GK1943008SQ200580011001
公開日2007年4月4日 申請日期2005年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月15日
發(fā)明者保羅·莫盧茲 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社