CN109196140A - 双回路基座温度控制系统 - Google Patents

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Abstract

本文描述的实施方式大体涉及一种用于设置在基板处理系统中的基板支撑组件的温度控制系统。在一个实施方式中，本文公开一种温度控制系统。所述温度控制系统包括远程流体源和主框架系统。所述远程流体源包括第一贮存器和第二贮存器。所述主框架系统包括第一流体回路和第二流体回路。所述第一流体回路耦接到所述第一贮存器，并且被配置为从所述第一贮存器接收第一流体。所述第二流体回路耦接到所述第二贮存器，并且被配置为从所述第二贮存器接收第二流体。第一比例阀具有与所述第一流体回路连通的第一入口和与所述第二流体回路连通的第二入口。所述第一比例阀具有被配置为使第三流体流动的出口。

Description

双回路基座温度控制系统
技术领域
本文描述的实施方式大体涉及一种用于基板处理系统的温度控制系统，并且更特定地涉及一种用于调节设置在基板处理系统中的基板支撑组件的温度的温度控制系统。
背景技术
平板显示器(FPD)通常用于有源矩阵显示器，诸如计算机和电视机显示屏、个人数字助理(PDA)和手机以及太阳能电池等。等离子体增强化学气相沉积(PECVD)可以用于平板显示器制造，以在支撑在真空处理腔室内的基板支撑组件上的基板上沉积薄膜。PECVD一般通过在真空处理腔室内将前驱物气体激励成等离子体并且由所激励的前驱物气体在基板上沉积膜来实现。
在沉积期间，真空处理腔室内的等离子体加热基板和基板支撑组件。等离子体可能导致基板和支撑组件的温度具有瞬时的温度增加或尖峰(例如从90℃温度增加20％-30％，或增加约30-50℃)。基板和支撑组件的这种大幅温度增加不期望地导致基板的工艺变化和/或过热。
因此，需要一种用于基板支撑组件的经改进的温度控制系统。
发明内容
本文描述的实施方式大体涉及一种用于设置在基板处理系统中的基板支撑组件的温度控制系统。在一个实施方式中，本文公开一种温度控制系统。所述温度控制系统包括远程流体源和主框架系统。所述远程流体源包括第一贮存器和第二贮存器。所述主框架系统与所述远程流体源耦接。所述主框架系统包括第一流体回路和第二流体回路。所述第一流体回路耦接到所述第一贮存器，并且被配置为从所述第一贮存器接收第一流体。所述第二流体回路耦接到所述第二贮存器，并且被配置为从所述第二贮存器接收第二流体。第一比例阀具有与所述第一流体回路连通的第一入口和与所述第二流体回路连通的第二入口。所述第一比例阀具有被配置为使第三流体流动的出口，所述第三流体由所述第一流体、所述第二流体或它们的选择性成比例的混合物组成。
在另一个实施方式中，本文公开一种处理基板的系统。所述系统包括传送腔室、多个处理腔室以及温度控制系统。所述多个处理腔室耦接到所述传送腔室。每个处理腔室具有基板支撑组件。所述温度控制系统包括远程流体源和主框架系统。所述远程流体源包括第一贮存器和第二贮存器。所述主框架系统与所述远程流体源耦接。所述主框架系统包括第一流体回路和第二流体回路。所述第一流体回路耦接到所述第一贮存器，并且被配置为从所述第一贮存器接收第一流体。所述第二流体回路耦接到所述第二贮存器，并且被配置为从所述第二贮存器接收第二流体。第一比例阀具有与所述第一流体回路连通的第一入口和与所述第二流体回路连通的第二入口。所述第一比例阀具有被配置为使第三流体流动的出口，所述第三流体由所述第一流体、所述第二流体或它们的选择性成比例的混合物组成。
在另一个实施方式中，本文公开一种用于控制基板支撑组件的温度的方法。使具有第一温度的第一流体在第一流体回路中循环。使具有第二温度的第二流体在第二流体回路中循环。比例阀将所述第一流体和所述第二流体混合。所述比例阀被配置为产生具有第三温度的第三流体。所述比例阀将所述第三流体提供到处理腔室中的所述基板支撑组件。所述第三流体被配置为控制所述基板支撑组件的所述温度。
附图说明
为了可详细地理解本公开内容的上述特征所用方式，可通过参考实施方式获得上文简要地概述的本公开内容的更特定的描述，实施方式中的一些示出在附图中。然而，应注意，附图仅示出了本公开内容的典型实施方式，并且因此不应视为限制本公开内容的范围，因为本公开内容可允许其它等效实施方式。
图1示出了根据一个实施方式的处理腔室的截面图。
图2示出了根据一个实施方式的图1的温度控制系统。
图3示出了根据另一个实施方式的图1的温度控制系统。
图4示出了根据一个实施方式的使用图2或3的温度控制系统的基板处理系统。
图5是根据一个实施方式的示出使用温度控制系统控制基板支撑组件的温度的方法的流程图。
为了清楚起见，已尽可能使用相同参考数字表示各图所共有的相同要素。另外，一个实施方式中的要素可有利地适于在本文描述的其它实施方式中使用。
具体实施方式
图1示出根据一个实施方式的具有温度控制系统150的处理腔室100的截面图。处理腔室100可包括腔室主体102，腔室主体102具有限定处理容积110的侧壁104、底部106和喷头108。通过穿过侧壁104形成的开口109进出处理容积110。
喷头108可耦接到背板112。例如，喷头108可通过在背板112的周边处的悬架114耦接到背板112。一个或多个耦接支撑件116可用于将喷头108耦接到背板112以帮助控制喷头108的下垂。
处理腔室100还包括设置在处理容积110中的基板支撑组件(或基座)118。基板支撑组件118包括支撑板120和耦接到支撑板120的杆122。支撑板120被配置为在处理期间支撑基板101。支撑板120包括温度控制元件124。温度控制元件124被配置为将基板支撑组件118保持在期望温度。温度控制元件124耦接到温度控制系统150。在一个实施方式中，温度控制系统150在处理腔室100外。
升降系统126可耦接到杆122以升高和降低支撑板120。升降杆128可移动地穿过支撑板120设置，以使基板101与支撑板120隔开来促进机器人传送基板101。基板支撑组件118还可包括RF返回条带130以在基板支撑组件118的周边提供RF返回路径。
气源132可耦接到背板112以通过背板112中的气体出口134提供处理气体。处理气体从气体出口134流过喷头108中的气体通道136。真空泵111可耦接到处理腔室100以控制处理容积110内的压力。RF功率源138可耦接到背板112和/或喷头108以将RF功率提供到喷头108。RF功率在喷头108与基板支撑组件118之间形成电场，使得可由喷头108与基板支撑组件118之间的气体产生等离子体。
远程等离子体源140(诸如电感耦合远程等离子体源)也可耦接在气源132与背板112之间。在处理基板之间，清洁气体可提供到远程等离子体源140，使得产生远程等离子体并且将远程等离子体提供到处理容积110中以清洁腔室部件。通过从RF功率源138施加到喷头108的功率，可在处理容积110中进一步激发清洁气体。合适的清洁气体包括但不限于NF3、F2和SF6。
如上论述，温度控制系统150用于在处理期间控制基板支撑组件118和支撑在基板支撑组件118上的基板101的温度。温度控制系统150一般通过杆122将传热流体提供到设置在基板支撑组件118中的温度控制元件124。提供到温度控制元件124的传热流体的温度和量可由温度控制系统150控制，使得基板支撑组件118和支撑在基板支撑组件118上的基板101可在处理期间保持在期望温度。
图2示出了根据一个实施方式的温度控制系统150。温度控制系统150包括远程流体源202和与远程流体源202耦接的主框架204。远程流体源202包括第一贮存器208和第二贮存器210。第一贮存器208和第二贮存器210可被配置为单个容器206。第一贮存器208被配置为提供60℃或低于60℃的温度的传热流体(以下被称为“第一流体”)。在一个实施方式中，第一贮存器208被配置为将传热流体保持在30℃。第二贮存器210被配置为提供大于60℃的温度的传热流体(以下被称为“第二流体”)。在一个实施方式中，第二贮存器210被配置为将热流体保持为比设置在第一贮存器208中的传热流体热至少20℃。例如，第二贮存器210可被配置为将热流体保持在约90℃。容器206可包括过渡元件212，过渡元件212将第一贮存器208流体地耦接到第二贮存器210。当贮存器208、210中的一个存在的传热流体的量被填充到过渡元件212的位置时，过量的传热流体将流动到过渡元件212以到达容纳较少的量的传热流体的贮存器208、210。
主框架204包括第一流体回路214和第二流体回路216。第一流体回路214被配置为使第一流体从第一贮存器208流动并流回到第一贮存器208。在一个实施方式中，第一流体回路214被配置为使冷(即小于或等于约60℃)传热流体从第一贮存器208流动。冷流体可通过第一泵218提供，第一泵218与第一贮存器208和第一流体回路214两者连通。冷流体可循环通过第一流体回路214并返回到第一贮存器208。通过持续地使冷流体从第一贮存器208流动通过第一流体回路214并返回到第一贮存器208，第一流体回路214内的流体保持在实质上恒定的温度。例如，第一流体回路214内的冷流体可保持在30℃的温度下。
第二流体回路216被配置为使第二流体从第二贮存器210流动并流回到第二贮存器210。在一个实施方式中，第二流体回路216被配置为使热(即大于约60℃)传热流体从第二贮存器210流动。热流体可通过第二泵220提供，第二泵220与第二贮存器210和第二流体回路216两者连通。热传热流体可循环通过第二流体回路216并返回到第二贮存器210。通过持续地使热流体流过第二流体回路216，第二流体回路216内的传热流体可保持在实质上恒定的温度。例如，热流体可保持在约90℃的温度下。
主框架204还包括比例阀222。比例阀222包括第一入口224、第二入口226以及出口228。第一入口224流体地耦接到第一流体回路214。例如，第一入口224可接收通过第一流体回路214的冷传热流体的一部分。第二入口226流体地耦接到第二流体回路216。例如，第二入口226可接收通过第二流体回路216的热传热流体的一部分。
比例阀222被配置为选择性控制从第一流体回路214进入第一入口224的第一流体与从第二流体回路216进入第二入口226的第二流体通过出口228离开比例阀222的比率。离开出口228的传热流体(以下被称为“第三流体”)的比率可控制在100％第一流体到100％第二流体的整个范围内。控制作为第三流体离开比例阀222的第一流体和第二流体的比率使得能够将第三流体的温度设定为预定温度。例如，比例阀222可以以控制离开比例阀222的第三流体的温度的方式将第一流体和第二流体混合在一起以控制与比例阀222耦接的某个元件的温度。第三流体的所需温度一般小于或等于热传热流体的温度且大于或等于冷传热流体的温度。第三流体从出口228提供到处理腔室100中的温度控制元件124，其中第三流体用于在处理腔室100中调节基板支撑组件118的温度。
在一个实施方式中，比例-积分-微分(PID)控制器240可耦接到比例阀222。PID控制器240被配置为连续地计算误差值作为基板或基板支撑组件118的期望设定点和测量的温度之间的差值以控制通过比例阀222提供到基板支撑组件118的第一流体的量和第二流体的量。
在一个实施方式中，主框架204还包括流体返回导管230。流体返回导管230被配置为在第三流体从温度控制元件124离开基板支撑组件118时接收第三流体。流体返回导管230被配置为使第三流体流动到流体源202。在图2中所示的实施方式中，第三流体通过流体返回导管230返回到第一贮存器208。
图3示出了根据另一实施方式的温度控制系统150。温度控制系统150还可以包括第二比例阀302。第二比例阀302实质上类似于比例阀222。第二比例阀302包括第一入口304、第二入口306和出口308。第一入口304流体地耦接到第一流体回路214。例如，第一入口304可接收穿过第一流体回路214的冷传热流体的一部分。第二入口306流体地耦接到第二流体回路216。例如，第二入口306可接收穿过第二流体回路216的热传热流体的一部分。
第二比例阀302被配置为选择性控制从第一流体回路214进入第一入口304的第一流体与从第二流体回路216进入第二入口306的第二流体通过出口308离开第二比例阀302的比率。离开出口308的传热流体的比率可控制在100％第一流体到100％第二流体的整个范围内。例如，第二比例阀302。例如，第二比例阀302可将第一流体和第二流体混合以将传热流体的温度改变为第四温度(以下被称为“第四流体”)。第四流体的所需温度一般小于或等于热传热流体的温度且大于或等于冷传热流体的温度。在一个实施方式中，第四流体具有等于第三流体的温度的温度。在另一个实施方式中，第四流体可具有与第三温度的温度不同的温度。第四流体从出口308提供到第二处理腔室300中的第二基板支撑组件318，其中第四流体用于在第二处理腔室300中调节基板支撑组件318的温度。
温度控制系统150还可包括回流阀310。回流阀310包括入口312、第一出口314以及第二出口316。入口312流体地耦接流体返回导管230。回流阀310被配置为改变状态，以便根据从流体返回导管230接收的流体的温度将从流体返回导管230返回的流体引导到第一贮存器208或第二贮存器210。例如，如果离开流体返回导管230的流体具有大于60℃的温度，那么回流阀310被设定为引导从流体返回导管230接收的流体通过第一出口314到达第二贮存器210的状态。然而，如果离开流体返回导管230的流体具有小于60℃的温度，那么回流阀310被设定为引导从流体返回导管230接收的流体通过第二出口316且进入第一贮存器208的状态。
总的来说，温度控制系统150可包括n个比例阀，n个比例阀被配置为向n个单独处理腔室提供n个不同流体。图4示出了具有温度控制系统150的处理系统400。
处理系统400包括传送腔室402和多个处理腔室404a-404d。每个处理腔室404a-404d耦接到传送腔室402。处理腔室404a-404d可被配备成执行多种基板操作，诸如蚀刻、预清洁、烘烤、薄膜沉积或其它基板处理。在一个实施方式中，处理腔室404a-404d都是PECVD腔室，诸如图1中所述的腔室。
处理系统400还包括温度控制系统150。温度控制系统150包括对应于处理腔室404a-404d的比例阀420a-420d。每个比例阀420a-420d被配置为将具有给定温度的流体提供到相应处理腔室404a-404d。
处理系统400还可包括一个或多个装载锁定腔室406、基板搬运器410和控制器412。装载锁定腔室406允许传送基板401进出处理系统400。装载锁定腔室406可针对引入处理系统400的基板抽气以保持真空密封。基板搬运器410包括终端受动器412。终端受动器412被配置为由基板搬运器410的其余部分支撑并相对于基板搬运器410的其余部分移动以传送基板401。终端受动器412包括腕部414和从腕部414水平地延伸的多个指状物416。指状物416适于将基板401支撑在其上。基板搬运器410可在装载锁定腔室406与处理腔室404a-404d之间传送基板。基板搬运器410还可在装载锁定腔室406与传送腔室402之间传送基板。
控制器412可被配置为操作处理系统400的所有方面，诸如以下结合图5公开的方法。例如，控制器412可被配置为通过在处理系统400中的处理腔室404a-404d之间传送基板来处理基板。在另一个示例中，控制器可被配置为控制从温度控制系统150提供到每个处理腔室404a-404d的流体的温度。
控制器412包括可编程中央处理单元(CPU)414，CPU可与存储器416以及耦接到处理系统的各种部件的大容量存储装置、输入控制单元和显示单元(未示出)(诸如电源、时钟、高速缓存、输入/输出(I/O)电路和嵌入件)一起操作以促进对基板处理的控制。控制器412还包括用于通过处理系统400中的传感器监控基板处理的硬件，所述传感器包括监控前驱物、工艺气体和净化气体流的传感器。测量系统参数(诸如基板温度、腔室气氛压力等)的其它传感器也可向控制器412提供信息。
为了促进对上文描述的处理系统400的控制，CPU 414可以是可在工业环境中使用以用于控制各种腔室和子处理器的任何形式的通用计算机处理器中的一种，诸如可编程逻辑控制器(PLC)。存储器416耦接到CPU 414，并且存储器416是非瞬态的，而且可以是易获得的存储器中的一种或多种，诸如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、软盘驱动器、硬盘或本地或远程的任何其它形式的数字存储装置。支持电路418耦接到CPU 414，以便以常规的方式支持处理器。带电物种生成、加热和其它工艺一般存储在存储器416中，典型地是作为软件例程。软件例程还可以由远离受CPU 414控制的硬件的第二CPU(未示出)存储和/或执行。
存储器416呈包含指令的计算机可读存储介质的形式，所述指令在由CPU414执行时，促进处理系统400的操作。存储器416中的指令呈程序产品的形式，诸如实现本公开内容的方法的程序。程序代码可符合于许多不同编程语言中的任一种。在一个示例中，本公开内容可被实现为存储在用于与计算机系统一起使用的计算机可读存储介质上的程序产品。程序产品的程序限定实施方式的功能(包括本文描述的方法)。说明性计算机可读存储介质包括但不限于：(i)在其上永久存储信息的不可写入存储介质(例如计算机内的只读存储器装置，诸如可由CD-ROM驱动器读出的CD-ROM盘、闪存存储器、ROM芯片或任何类型的固态非易失性半导体存储器)；以及(ii)在其上存储可更改的信息的可写入存储介质(例如磁盘驱动器或硬盘驱动器内的软盘或任何类型的固态随机存取半导体存储器)。在执行指示本文描述的方法的功能的计算机可读指令时，此类计算机可读存储介质是本公开内容的实施方式。
图5是示出使用温度控制系统控制基板支撑组件的温度的方法500的流程图。方法500在框502处开始。在框502处，使具有第一温度的第一流体在第一流体回路中循环。第一流体回路耦接到第一贮存器。例如，第一贮存器可被配置为将第一流体保持在小于60°的温度。第一贮存器被配置为将第一流体提供到第一流体回路。
在框504处，使具有第二温度的第二流体在第二流体回路中循环。第二流体回路耦接到第二贮存器。例如，第二贮存器可被配置为将第二流体保持在大于60°的温度。第二贮存器被配置为将第二流体提供到第二流体回路。第二流体的第二温度高于第一流体的第一温度。
在框506处，比例阀可以以从0:100至100:0的比率将第一流体和第二流体混合。比例阀被配置为基于获得第三流体的期望温度所需的比率而取得第一量的第一流体和第二量的第二流体来产生第三流体。
在框508处，比例阀将第三流体提供到处理腔室中的基板支撑组件。第三流体被配置为控制基板支撑组件的温度。例如，第三流体可流过基板支撑组件以保持给定温度。
尽管前述内容针对的是特定实施方式，但是也可在不脱离本发明的基本范围的情况下构想其它和进一步实施方式，并且本发明的范围由随附的权利要求书确定。

Claims (15)

1.一种温度控制系统，所述温度控制系统包括：
远程流体源，具有第一贮存器和第二贮存器；以及
主框架系统，与所述远程流体源耦接，所述主框架系统包括：
第一流体回路，耦接到所述第一贮存器并且被配置为从所述第一贮存器接收第一流体；
第二流体回路，耦接到所述第二贮存器并且被配置为从所述第二贮存器接收第二流体；以及
第一比例阀，具有与所述第一流体回路连通的第一入口和与所述第二流体回路连通的第二入口，所述第一比例阀具有被配置为使第三流体流动的出口，所述第三流体由所述第一流体、所述第二流体或它们的选择性成比例的混合物组成。
2.如权利要求1所述的温度控制系统，还包括：
流体返回导管，耦接到所述远程流体源。
3.如权利要求2所述的温度控制系统，还包括：
回流阀，具有与所述流体返回导管连通的入口、与所述第一贮存器连通的第一出口以及与所述第二贮存器连通的第二出口，所述回流阀经配置。
4.如权利要求1所述的温度控制系统，还包括：
PID控制器，耦接到所述第一比例阀。
5.如权利要求1所述的温度控制系统，还包括：
第一基板支撑组件，设置在第一处理腔室中，所述第一基板支撑组件耦接到所述第一比例阀的所述出口。
6.如权利要求5所述的温度控制系统，还包括：
第二基板支撑组件，设置在第二处理腔室中；以及
第二比例阀，具有与所述第一流体回路连通的第一入口、与所述第二流体回路连通的第二入口以及与所述第二基板支撑组件连通的出口。
7.如权利要求1所述的温度控制系统，还包括：
控制器，被配置为控制进入第一比例阀的所述第一入口和所述第二入口的流体的比率，以响应于与出口流体流热连接的某一元件的期望温度而控制从所述第一比例阀的所述出口流出的流体的温度。
8.一种用于处理基板的系统，所述系统包括：
传送腔室；
多个处理腔室，耦接到所述传送腔室，每个处理腔室具有基板支撑组件；以及
温度控制系统，被配置为控制第一处理腔室中的第一基板支撑组件的温度，所述温度控制系统包括：
远程流体源，具有第一贮存器和第二贮存器；以及
主框架系统，与所述远程流体源耦接，所述主框架系统包括：
第一流体回路，耦接到所述第一贮存器并且被配置为从所述第一贮存器接收第一流体；
第二流体回路，耦接到所述第二贮存器并且被配置为从所述第二贮存器接收第二流体；以及
第一比例阀，具有与所述第一流体回路连通的第一入口和与所述第二流体回路连通的第二入口，所述第一比例阀具有被配置为使第三流体流动的出口，所述第三流体由所述第一流体、所述第二流体或它们的选择性成比例的混合物组成。
9.如权利要求8所述的系统，还包括：
流体返回导管，耦接到所述远程流体源。
10.如权利要求9所述的系统，还包括：
回流阀，具有与所述流体返回导管连通的入口、与所述第一贮存器连通的第一出口以及与所述第二贮存器连通的第二出口，所述回流阀经配置。
11.如权利要求8所述的系统，还包括：
PID控制器，耦接到所述第一比例阀。
12.如权利要求8所述的系统，其中所述第一流体具有第一温度，所述第二流体具有第二温度，并且所述第三流体具有第三温度，所述第一温度低于所述第二温度，并且所述第三温度大于或等于所述第一温度且小于或等于所述第二温度。
13.如权利要求8所述的系统，还包括：
第二基板支撑组件，设置在第二处理腔室中；以及
第二比例阀，具有与所述第一流体回路连通的第一入口、与所述第二流体回路连通的第二入口以及与所述第二基板支撑组件连通的出口。
14.如权利要求8所述的系统，还包括：
控制器，被配置为控制进入第一比例阀的所述第一入口和所述第二入口的流体的比率，以响应于与出口流体流热连接的某一元件的期望温度而控制从所述第一比例阀的所述出口流出的流体的温度。
15.一种控制基板支撑组件的温度的方法，所述方法包括：
使具有第一温度的第一流体在第一流体回路中循环；
使具有第二温度的第二流体在第二流体回路中循环；
将所述第一流体和所述第二流体在比例阀中混合，所述比例阀被配置为产生具有第三温度的第三流体；以及
将所述第三流体提供到处理腔室中的基板支撑组件，其中所述第三流体被配置为控制所述基板支撑组件的温度。
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