CN110021541A - 动态冷却剂混合歧管 - Google Patents

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CN110021541A CN201910022167.0A CN201910022167A CN110021541A CN 110021541 A CN110021541 A CN 110021541A CN 201910022167 A CN201910022167 A CN 201910022167A CN 110021541 A CN110021541 A CN 110021541A
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Abstract

本发明涉及动态冷却剂混合歧管。一种用于控制布置在衬底支撑组件上的衬底的温度的系统包括分别以固定流速供应在第一温度和第二温度下的流体的第一源和第二源。第一三通比例阀和第二三通比例阀接收来自第一源和第二源的流体，混合所接收的流体的第一部分以将具有预定温度的流体以预定流速供应到衬底支撑组件，并使所接收的流体的第二部分返回到第一源和第二源。第三三通比例阀从衬底支撑组件接收预定流速的流体，并将接收的流体返回到第一源和第二源。控制器控制第一和第二阀以将流体供应到衬底支撑组件，并控制第三阀以在第一源和第二源之间分配流体。

Description

动态冷却剂混合歧管
技术领域
本公开总体上涉及半导体制造设备，更具体地涉及控制处理室中的衬底的温度。
背景技术
这里提供的背景描述是为了总体呈现本公开的背景的目的。在此背景技术部分以及在提交申请时不能以其他方式确定为现有技术的描述的各方面中描述的范围内的当前指定的发明人的工作既不明确也不暗示地承认是针对本公开的现有技术。
处理室中的衬底(例如，半导体晶片)的温度可以以多种方式控制。例如，一个或多个加热器可以布置在衬底支撑组件中，并且可以控制提供给加热器的功率以控制衬底的温度。举另一示例而言，一种或多种流体可以使用阀循环通过布置在衬底支撑组件中的一个或多个流动通道，并且流体的温度可以用于控制衬底的温度。
发明内容
一种用于控制布置在衬底支撑组件上的衬底的温度的系统包括：第一源和第二源，其分别供应在第一温度和第二温度下的流体。所述系统还包括：第一三通比例阀，其具有连接到所述第一源的输入端口、连接到供应管线以将所述流体从所述第一源供应到所述衬底支撑组件的第一输出端口、以及连接到所述第一源的第二输出端口。所述系统还包括：第二三通比例阀，其具有连接到所述第二源的输入端口、连接到所述供应管线以将所述流体从所述第二源供应到所述衬底支撑组件的第一输出端口、以及连接到所述第二源的第二输出端口。所述系统还包括：第三三通比例阀，其具有连接到返回管线以从所述衬底支撑组件接收所述流体的输入端口，分别连接到所述第一源和所述第二源以将从所述衬底支撑组件接收的所述流体返回到所述第一源和所述第二源的第一输出端口和第二输出端口。所述系统还包括控制器，该控制器用于控制所述第一三通比例阀和第二三通比例阀以：将经由相应的所述输入端口从所述第一源和所述第二源接收的流体的第一部分输出，以经由所述供应管线以预定温度和预定流速将所述流体供应到所述衬底支撑组件，以及使通过相应的所述输入端口从所述第一源和所述第二源接收的所述流体的第二部分分别经由所述第一三通比例阀和第二三通比例阀的所述第二输出端口返回到所述第一源和所述第二源；以及用于控制所述第三三通比例阀，以将经由所述返回管线从所述衬底支撑组件接收的所述流体在所述第一源和所述第二源之间分配。
在其他特征中，所述控制器基于经由所述供应管线以所述预定温度和所述预定流速供应到所述衬底支撑组件的所述流体来控制所述衬底的温度。
在其他特征中，所述第一源和所述第二源以固定流速将所述流体供应到所述第一三通比例阀和第二三通比例阀。
在其他特征中，所述系统还包括：与所述供应管线相关联的温度传感器；和与所述返回管线相关联的流量计。所述控制器基于从所述温度传感器和所述流量计接收的数据控制所述第一三通比例阀和第二三通比例阀。
在其他特征中，所述控制器基于所述第一源和所述第二源中的每一个中的所述流体的重量的指示来控制所述第三三通比例阀。
在其他特征中，所述第三三通比例阀将从所述衬底支撑组件接收的所述流体在所述第一源和所述第二源之间分配，以将所述第一源和所述第二源的流体水平保持在第一阈值和第二阈值之间。
在其他特征中，所述系统还包括将所述第一三通比例阀、所述第二三通比例阀和所述第三三通比例阀，以及将所述第一源和所述第二源连接到所述第一三通比例阀、所述第二三通比例阀和所述第三三通比例阀的流体管线包围的外壳。所述外壳包括入口和出口，并且其中氮气经由所述入口和所述出口穿过所述外壳，以从所述外壳中排出潮湿空气。
在还有的其他特征中，一种用于控制布置在衬底支撑组件上的衬底的温度的系统包括：第一源和第二源，其分别以所述固定流速供应在第一温度和第二温度下的流体。该系统还包括：第一三通比例阀和第二三通比例阀，其用于从所述第一源和所述第二源接收固定流速的在所述第一温度和第二温度下的流体，以混合所接收的所述流体的第一部分以将具有预定温度的所述流体以预定流速供应到所述衬底支撑组件，并使所接收的所述流体的第二部分返回到所述第一源和所述第二源。该系统还包括：第三三通比例阀，其用于从衬底支撑组件接收所述预定流速的所述流体，并将从所述衬底支撑组件接收的所述流体返回到所述第一源和所述第二源。该系统还包括：控制器，其用于控制所述第一三通比例阀和所述第二三通比例阀以便以所述预定流速将具有所述预定温度的流体供应到所述衬底支撑组件，以及用于控制所述第三三通比例阀以将从所述衬底支撑组件接收的所述流体在所述第一源和所述第二源之间分配。
在其他特征中，所述控制器基于以所述预定温度和所述预定流速供应到所述衬底支撑组件的所述流体来控制所述衬底的温度。
在其他特征中，所述系统还包括：温度传感器，其与供应管线相关联，该供应管线将来自所述第一三通比例阀和所述第二三通比例阀的所述流体供应到所述衬底支撑组件。所述系统还包括：流量计，其与返回管线相关联，该返回管线使所述流体从所述衬底支撑组件返回到所述第三三通比例阀。所述控制器基于从所述温度传感器和所述流量计接收的数据控制所述第一三通比例阀和第二三通比例阀。
在其他特征中，所述控制器基于所述第一源和所述第二源中的每一个中的所述流体的重量的指示来控制所述第三三通比例阀。
在其他特征中，所述第三三通比例阀将从所述衬底支撑组件接收的所述流体在所述第一源和所述第二源之间分配，以将所述第一源和所述第二源的流体水平保持在第一阈值和第二阈值之间。
在其他特征中，所述系统还包括将所述第一三通比例阀、所述第二三通比例阀和所述第三三通比例阀，以及将所述第一源和所述第二源连接到所述第一三通比例阀、所述第二三通比例阀和所述第三三通比例阀的流体管线包围的外壳。所述外壳包括入口和出口，并且氮气经由所述入口和所述出口穿过所述外壳，以从所述外壳中排出潮湿空气。
在还有的其他特征中，一种用于控制布置在衬底支撑组件上的衬底的温度的方法包括：分别在第一三通比例阀和第二三通比例阀处接收具有第一温度和第二温度的来自第一源和第二源的在固定流速下的流体。所述方法还包括：使用所述第一三通比例阀和所述第二三通比例阀混合从所述第一源和所述第二源接收的所述流体的部分，所述流体的所混合的所述部分具有预定温度。所述方法还包括：使用所述第一三通比例阀和所述第二三通比例阀，使从所述第一源和所述第二源接收的所述流体的未使用部分分别返回到所述第一源和所述第二源。所述方法还包括：将具有所述预定温度的所述流体的所混合的所述部分以预定流速供应到所述衬底支撑组件。所述方法还包括：在第三三通比例阀处从所述衬底支撑组件接收所述流体的所混合的所述部分。所述方法还包括：使用所述第三三通比例阀，使从所述衬底支撑组件接收的所述流体的所混合的所述部分返回到所述第一源和所述第二源。所述方法还包括：控制所述第一三通比例阀和所述第二三通比例阀，以便以所述预定流速将具有所述预定温度的所述流体的所混合的所述部分供应到所述衬底支撑组件。所述方法还包括：控制所述第三三通比例阀以将从所述衬底支撑组件接收的所述流体的所混合的所述部分在所述第一源和所述第二源之间分配。
在其他特征中，所述方法还包括基于以所述预定温度和所述预定流速供应到所述衬底支撑组件的所述流体来控制所述衬底的温度。
在其他特征中，所述方法还包括：感测从所述第一三通比例阀和所述第二三通比例阀供应到所述衬底支撑组件的所述流体的所混合的所述部分的温度。所述方法还包括：测量从所述衬底支撑组件流到所述第三三通比例阀的所述流体的所混合的所述部分的流速。所述方法还包括：基于所述温度和所述流速控制所述第一三通比例阀和所述第二三通比例阀。
在其他特征中，所述方法还包括：基于所述第一源和所述第二源中的每一个中的所述流体的重量的指示来控制所述第三三通比例阀。
在其他特征中，所述方法还包括：将从所述衬底支撑组件接收的所述流体的所混合的所述部分在所述第一源和所述第二源之间分配，以将所述第一源和所述第二源的流体水平保持在第一阈值和第二阈值之间。
在其他特征中，所述方法还包括：将所述第一三通比例阀、所述第二三通比例阀和所述第三三通比例阀，以及将所述第一源和所述第二源连接到所述第一三通比例阀、所述第二三通比例阀和所述第三三通比例阀的流体管线包围在外壳中。所述方法还包括：使氮气穿过所述外壳，以从所述外壳中排出潮湿空气。
具体而言，本发明的一些方面可以阐述如下：
1.一种用于控制布置在衬底支撑组件上的衬底的温度的系统，该系统包括：
第一源和第二源，其分别供应在第一温度和第二温度下的流体；
第一三通比例阀，其具有连接到所述第一源的输入端口、连接到供应管线以将所述流体从所述第一源供应到所述衬底支撑组件的第一输出端口、以及连接到所述第一源的第二输出端口；
第二三通比例阀，其具有连接到所述第二源的输入端口、连接到所述供应管线以将所述流体从所述第二源供应到所述衬底支撑组件的第一输出端口、以及连接到所述第二源的第二输出端口；
第三三通比例阀，其具有连接到返回管线以从所述衬底支撑组件接收所述流体的输入端口，分别连接到所述第一源和所述第二源以将从所述衬底支撑组件接收的所述流体返回到所述第一源和所述第二源的第一输出端口和第二输出端口；和
控制器，其用以：
控制所述第一三通比例阀和第二三通比例阀以：
将经由相应的所述输入端口从所述第一源和所述第二源接收的流体的第一部分输出，以经由所述供应管线以预定温度和预定流速将所述流体供应到所述衬底支撑组件；以及
将通过相应的所述输入端口从所述第一源和所述第二源接收的所述流体的第二部分分别经由所述第一三通比例阀和第二三通比例阀的所述第二输出端口返回到所述第一源和所述第二源；以及
控制所述第三三通比例阀，以将经由所述返回管线从所述衬底支撑组件接收的所述流体在所述第一源和所述第二源之间分配。
2.根据条款1所述的系统，其中，所述控制器基于经由所述供应管线以所述预定温度和所述预定流速供应到所述衬底支撑组件的所述流体来控制所述衬底的温度。
3.根据条款1所述的系统，其中所述第一源和所述第二源以固定流速将所述流体供应到所述第一三通比例阀和第二三通比例阀。
4.根据条款1所述的系统，其还包括：
与所述供应管线相关联的温度传感器；和
与所述返回管线相关联的流量计，
其中所述控制器基于从所述温度传感器和所述流量计接收的数据控制所述第一三通比例阀和第二三通比例阀。
5.根据条款1所述的系统，其中，所述控制器基于所述第一源和所述第二源中的每一个中的所述流体的重量的指示来控制所述第三三通比例阀。
6.根据条款1所述的系统，其中所述第三三通比例阀将从所述衬底支撑组件接收的所述流体在所述第一源和所述第二源之间分配，以将所述第一源和所述第二源的流体水平保持在第一阈值和第二阈值之间。
7.根据条款1所述的系统，其还包括将所述第一三通比例阀、所述第二三通比例阀和所述第三三通比例阀，以及将所述第一源和所述第二源连接到所述第一三通比例阀、所述第二三通比例阀和所述第三三通比例阀的流体管线包围的外壳，其中所述外壳包括入口和出口，并且其中氮气经由所述入口和所述出口穿过所述外壳，以从所述外壳中排出潮湿空气。
8.一种用于控制布置在衬底支撑组件上的衬底的温度的系统，该系统包括：
第一源和第二源，其分别以所述固定流速供应在第一温度和第二温度下的流体；
第一三通比例阀和第二三通比例阀，其用于从所述第一源和所述第二源接收固定流速的在所述第一温度和第二温度下的流体，以混合所接收的所述流体的第一部分以将具有预定温度的所述流体以预定流速供应到所述衬底支撑组件，并使所接收的所述流体的第二部分返回到所述第一源和所述第二源；
第三三通比例阀，其用于从衬底支撑组件接收所述预定流速的所述流体，并将从所述衬底支撑组件接收的所述流体返回到所述第一源和所述第二源；和
控制器，其用于控制所述第一三通比例阀和所述第二三通比例阀以便以所述预定流速将具有所述预定温度的流体供应到所述衬底支撑组件，以及用于控制所述第三三通比例阀以将从所述衬底支撑组件接收的所述流体在所述第一源和所述第二源之间分配。
9.根据条款8所述的系统，其中，所述控制器基于以所述预定温度和所述预定流速供应到所述衬底支撑组件的所述流体来控制所述衬底的温度。
10.根据条款8所述的系统，其还包括：
温度传感器，其与供应管线相关联，该供应管线将来自所述第一三通比例阀和所述第二三通比例阀的所述流体供应到所述衬底支撑组件；和
流量计，其与返回管线相关联，该返回管线使所述流体从所述衬底支撑组件返回到所述第三三通比例阀，
其中所述控制器基于从所述温度传感器和所述流量计接收的数据控制所述第一三通比例阀和第二三通比例阀。
11.根据条款8所述的系统，其中，所述控制器基于所述第一源和所述第二源中的每一个中的所述流体的重量的指示来控制所述第三三通比例阀。
12.根据条款8所述的系统，其中，所述第三三通比例阀将从所述衬底支撑组件接收的所述流体在所述第一源和所述第二源之间分配，以将所述第一源和所述第二源的流体水平保持在第一阈值和第二阈值之间。
13.根据条款8所述的系统，其还包括将所述第一三通比例阀、所述第二三通比例阀和所述第三三通比例阀，以及将所述第一源和所述第二源连接到所述第一三通比例阀、所述第二三通比例阀和所述第三三通比例阀的流体管线包围的外壳，其中所述外壳包括入口和出口，并且其中氮气经由所述入口和所述出口穿过所述外壳，以从所述外壳中排出潮湿空气。
14.一种用于控制布置在衬底支撑组件上的衬底的温度的方法，所述方法包括：
分别在第一三通比例阀和第二三通比例阀处接收具有第一温度和第二温度的来自第一源和第二源的在固定流速下的流体；
使用所述第一三通比例阀和所述第二三通比例阀混合从所述第一源和所述第二源接收的所述流体的部分，所述流体的所混合的所述部分具有预定温度；
使用所述第一三通比例阀和所述第二三通比例阀，使从所述第一源和所述第二源接收的所述流体的未使用部分分别返回到所述第一源和所述第二源；
将具有所述预定温度的所述流体的所混合的所述部分以预定流速供应到所述衬底支撑组件；
在第三三通比例阀处从所述衬底支撑组件接收所述流体的所混合的所述部分；
使用所述第三三通比例阀，使从所述衬底支撑组件接收的所述流体的所混合的所述部分返回到所述第一源和所述第二源；
控制所述第一三通比例阀和所述第二三通比例阀，以便以所述预定流速将具有所述预定温度的所述流体的所混合的所述部分供应到所述衬底支撑组件；以及
控制所述第三三通比例阀以将从所述衬底支撑组件接收的所述流体的所混合的所述部分在所述第一源和所述第二源之间分配。
15.根据条款14所述的方法，其还包括基于以所述预定温度和所述预定流速供应到所述衬底支撑组件的所述流体来控制所述衬底的温度。
16.根据条款14所述的方法，其还包括：
感测从所述第一三通比例阀和所述第二三通比例阀供应到所述衬底支撑组件的所述流体的所混合的所述部分的温度；
测量从所述衬底支撑组件流到所述第三三通比例阀的所述流体的所混合的所述部分的流速；以及
基于所述温度和所述流速控制所述第一三通比例阀和所述第二三通比例阀。
17.根据条款14所述的方法，其还包括：基于所述第一源和所述第二源中的每一个中的所述流体的重量的指示来控制所述第三三通比例阀。
18.根据条款14所述的方法，其还包括：将从所述衬底支撑组件接收的所述流体的所混合的所述部分在所述第一源和所述第二源之间分配，以将所述第一源和所述第二源的流体水平保持在第一阈值和第二阈值之间。
19.根据条款14所述的方法，其还包括：
将所述第一三通比例阀、所述第二三通比例阀和所述第三三通比例阀，以及将所述第一源和所述第二源连接到所述第一三通比例阀、所述第二三通比例阀和所述第三三通比例阀的流体管线包围在外壳中，并且
使氮气穿过所述外壳，以从所述外壳中排出潮湿空气。
根据详细描述、权利要求和附图，本公开的其他应用领域将变得显而易见。详细描述和具体示例仅用于说明的目的，并不意在限制本公开的范围。
附图说明
根据详细描述和附图将更充分地理解本公开，其中：
图1示出了包括三个三通比例阀和双冷却器的系统的示意图，以控制处理室中的衬底的温度。以及
图2示出了使用三个三通比例阀和双冷却器来控制处理室中的衬底温度的方法的流程图。
在附图中，可以重复使用附图标记来标识相似和/或相同的元件。
具体实施方式
本公开提出了用于控制布置在处理室中的衬底支撑组件上的衬底的温度的系统和方法。具体而言，所述系统和方法通过使用三个三通比例阀消除了现有技术中使用的多种双通阀。三个三通比例阀使得能够控制冷热冷却剂的混合，使得冷却剂源能以恒定的流速供应冷热冷却剂，并将从衬底支撑组件返回到每个冷却剂源的冷却剂流进行分配。该系统和方法可以以期望的温度和所需的流速将冷却剂供应到衬底支撑组件，这与现有技术相比，简化了衬底的温度控制。
此外，根据本公开的系统和方法提供优于现有技术的许多优点。由于冷却剂源以恒定的流速将冷热冷却剂供应到阀门，因此简化了冷却剂源的设计(例如，泵控制和温度控制)。此外，由于从衬底支撑组件返回的冷却剂的流在冷却剂源之间分配，因此在冷却剂源中不会出现欠填充和过填充状态。另外，氮气穿过将阀以及将阀连接到冷却剂源的流体管线包围的外壳以从外壳中排出潮湿空气。与使用绝缘组件的现有技术中的外壳相比，这增大了控制衬底温度可以使用的温度范围。因此，与现有技术中的系统和方法相比，本公开的系统和方法更容易实现并且更有效。
更具体地，根据本公开的动态冷却剂混合歧管使用两个三通阀来混合冷热冷却剂以便以期望的冷却剂温度和期望的冷却剂流速输出冷却剂。该两个三通阀使用旁路将任何不需要/未使用的冷却剂返回冷却剂源(称为温度控制单元(TCU))，以便TCU可以以恒定的流速运行。第三三通阀将从衬底支撑组件接收的返回流在两个TCU之间分配，使得TCU都没有欠填充或过填充。
与从两个混合三通阀向衬底支撑组件供应混合冷却剂的供应管线相关联(即，耦合)的温度传感器(例如，热电偶(TC))感测被供应给衬底支撑组件冷却剂的温度。与通过第三三通阀将冷却剂从衬底支撑组件返回到冷却剂源的返回管线相关联(即，耦合)的流量计测量流过衬底支撑组件的冷却剂的流速。两个混合阀利用热电偶(TC)和流量计以及比例积分微分(PID)控制器来调节它们的位置。第三回流阀使用来自TCU和PID控制器上的重量传感器的反馈来调节其位置。
所提出的系统仅利用两个三通比例阀将热流体和冷流体混合到期望的温度，同时保持期望的流速并将未使用的流体返回到相应的TCU。一替代方案需要至少四个二通比例阀来实现相同的效果。此外，第三三通比例阀将从衬底支撑组件返回的流体进行分配，使得TCU既没有用尽冷却剂，也没有用冷却剂过填充。一替代方案需要至少两个二通比例阀来实现相同的效果。因此，所提出的系统使用更少的阀并且易于实施。
此外，所提出的系统利用阀和定制焊件的紧凑布置以配合到小空间内。与通常可以替代地使用绝缘组件实现的10℃至90℃的温度范围相比，所提出的系统还可以通过使用氮气吹扫/排气系统在更大的温度范围(-20℃至120℃)内控制衬底温度。
与现有技术相比，所提出的系统的优点包括快速的温度响应时间和低的流量波动。此外，TCU可以在恒定的流速和输出温度下运行，并且TCU罐不需要重新平衡。与现有技术不同，通过使用所提出的系统，冷却剂温度可以以模拟方式(即，以连续方式)而不是以数字方式(即，以离散步骤)设定。此外，通过使用所提出的系统，可以选择在热供应温度和冷供应温度之间的任何温度，而不是选择热温度，也不是选择冷温度。所提出的系统以连续方式选择冷却剂温度的这种能力增强了控制衬底温度可以使用的均匀性。
图1示出了用于控制布置在衬底支撑组件上的衬底的温度的系统100。系统100包括双冷却器102、第一三通比例阀(下文称第一阀)104、第二三通比例阀(下文称第二阀)106、第三三通比例阀(下文称第三阀)108、衬底支撑组件110和控制器112。将双冷却器102、第一阀104、第二阀106和第三阀108包围在外壳114中。衬底111可以布置在衬底支撑组件110上，以在处理室(未示出)中进行处理。系统100如下所述控制衬底111的温度。
双冷却器102包括第一冷却剂源116和第二冷却剂源118。第一冷却剂源116以第一温度供应冷却剂。第二冷却剂源118以第二温度供应冷却剂。第一冷却剂源116和第二冷却剂源118以固定流速供应冷却剂。
在一些实施方案中，第一冷却剂源116和第二冷却剂源118可供应不同的冷却剂。在一些实现方式中，可能需要针第一冷却剂源116和第二冷却剂源118中的每一个固定流速。在一些实施方式中，第一冷却剂源116和第二冷却剂源118可以是不同的，但流速可以固定。例如，第一冷却剂源116可以具有第一固定流速，而第二冷却剂源118可以具有第二固定流速。在这些实现方式中的任何一种中，在操作期间不必改变并且不改变第一冷却剂源116和第二冷却剂源118的一种或者多种固定流速来调节由第一冷却剂源116和第二冷却剂源118中的每一个供应的冷却剂的量。
第一阀104具有输入端口120、第一输出端口122和第二输出端口(或旁路)124。第二阀106具有输入端口126、第一输出端口128和第二输出端口(或旁路)130。第三阀108具有输入端口132、第一输出端口134和第二输出端口136。
第一阀104的输入端口120经由第一流体管线138从第一冷却剂源116接收在第一温度下的固定流速的冷却剂。第二阀106的输入端口126经由第二流体管线140从第二冷却剂源118接收在第二温度下的固定流速的冷却剂。
第一阀104的第一输出端口122将从第一冷却剂源116接收的第一部分冷却剂输出到供应管线142。第二阀106的第一输出端口128将从第二冷却剂源118接收的第一部分冷却剂输出到供应管线142。从第一阀104和第二阀106的相应第一输出端口122和第一输出端口128输出的第一部分冷却剂在供应管线142中混合。
将供应管线142中的混合冷却剂供应到衬底支撑组件110。可将混合冷却剂供应到布置在衬底支撑组件110中的一个或多个流动通道(未示出)，以控制布置在衬底支撑组件110上的衬底111的温度。
控制器112控制第一阀104和第二阀106并确定从第一阀104和第二阀106的相应的第一输出端口122和第一输出端口128输出的冷却剂的第一部分的量。控制器112控制第一阀104和第二阀106，并基于期望的温度(例如，预定温度)确定在该温度下冷却剂将经由供应管线142供应到衬底支撑组件110以控制衬底温度的量。从第一阀104和第二阀106的相应第一输出端口122和第一输出端口128输出的第一部分冷却剂在供应管线142中混合，并且通过供应管线142以期望的流速(例如，预定流速)将具有所需温度的所得混合的冷却剂供应到衬底支撑组件110。
由第一阀104从第一冷却剂源116接收的第二部分冷却剂可以不需要与由第二阀106从第二冷却剂源118接收的第一部分冷却剂混合来以所需温度和所需流速向衬底支撑组件110供应冷却剂。由第一阀104从第一冷却剂源116接收的没有从第一阀104的第一输出端口122输出到供应管线142的第二部分冷却剂通过第一阀104的第二输出端口(或旁路)124并经由流体管线144返回到第一冷却剂源116。
由第二阀106从第二冷却剂源118接收的第二部分冷却剂可以不需要与由第一阀104从第一冷却剂源116接收的第一部分冷却剂混合来以所需温度和所需流速向衬底支撑组件110供应冷却剂。由第二阀106从第二冷却剂源118接收的没有从第二阀106的第一输出端口128输出到供应管线142的第二部分冷却剂通过第二阀106的第二输出端口(或旁路)130并经由流体管线146返回到第二冷却剂源118。
由于由第一阀104和第二阀106接收的冷却剂的未使用部分(即第二部分)返回到第一冷却剂源116和第二冷却剂源118，所以第一冷却剂源116和第二冷却剂源118可以以固定流速供应冷却剂进入第一阀104和第二阀106。这简化了双冷却器102的设计。例如，用于将冷却剂从第一冷却剂源116和第二冷却剂源118泵送到第一阀104和第二阀106的泵(未示出)可以以单一速度运行。此外，可以容易地保持第一冷却剂源116和第二冷却剂源118中的冷却剂的第一温度和第二温度。
从衬底支撑组件110返回的冷却剂由第三阀108经由返回管线148接收。第三阀108的输入端口132经由返回管线148从衬底支撑组件110接收冷却剂。第三阀108将返回的冷却剂在第一源116和第二源118之间分配。由第三阀108从衬底支撑组件110接收的第一部分冷却剂经由第三阀108的第一输出端口134通过流体管线150和流体管线144返回到第一冷却剂源116。由第三阀108从衬底支撑组件110接收的第二部分冷却剂经由第三阀108的第二输出端口136通过流体管线152和流体管线146返回到第二冷却剂源118。
控制器112控制第三阀108并确定从第三阀108的第一输出端口134和第二输出端口136分别输出到第一冷却剂源116和第二冷却剂源118的第一部分冷却剂和第二部分冷却剂的适当或期望的量。例如，控制器112基于从第一冷却剂源116和第二冷却剂源118中的重量传感器(未示出)接收的数据监测第一冷却剂源116和第二冷却剂源118中的冷却剂的重量。因此，控制器112确定第一冷却剂源116和第二冷却剂源118中的每一个中的冷却剂的水平并确定返回到第一冷却剂源116和第二冷却剂源118的第一部分冷却剂和第二部分冷却剂的量。
期望在第一冷却剂源116和第二冷却剂源118中的每一个中具有足够的冷却剂。例如，可能希望第一冷却剂源116和第二冷却剂源118中的每一个中的冷却剂的量不小于也不等于第一阈值并且不大于也不等于第二阈值。第一阈值可以是可允许的最低水平的冷却剂，以防止第一冷却剂源116和第二冷却剂源118中的每一个中的填充不足状态。第二阈值可以是可允许的最高水平的冷却剂，以防止第一冷却剂源116和第二冷却剂源118中的每一个中的过度填充状态。
因此，控制器112控制第三阀108的第一输出端口134和第二输出端口136，使得从第一输出端口134和第二输出端口136输出到第一冷却剂源116和第二冷却剂源118中的冷却剂的第一部分冷却剂和第二部分冷却剂将第一冷却剂源116和第二冷却剂源118中的每一个中的冷却剂水平相应地保持在第一阈值和第二阈值之间。例如，控制器112控制第三阀108的第一输出端口134和第二输出端口136，并基于来自重量传感器的关于第一冷却剂源116和第二冷却剂源118中的每一个中的冷却剂的重量的反馈，确定从第一输出端口134和第二输出端口136输出到第一冷却剂源116和第二冷却剂源118的第一部分冷却剂和第二部分冷却剂，以便将第一冷却剂源116和第二冷却剂源118中的每一个中的冷却剂水平保持在第一阈值和第二阈值之间。因此，控制器112基于从第一冷却剂源116和第二冷却剂源118中的重量传感器接收的数据来控制第三阀108(即，调节第三阀108的位置)，以便防止在第一冷却剂源116和第二冷却剂源118中的每一个中发生欠填充状态和过填充状态。
系统100还包括温度传感器(例如，热电偶)154和流量计156。温度传感器154与供应管线142相关联(即，耦合)。流量计156与返回管线148相关联(即，耦合)。温度传感器154感测通过供应管线142供应到衬底支撑组件110的冷却剂的温度。流量计156测量从衬底支撑组件110通过返回管线148返回的冷却剂的流速。
控制器112包括比例积分微分(PID)控制器。控制器112基于将被供应到衬底支撑组件110的冷却剂所处的期望温度和由温度传感器154感测到的冷却剂的温度来控制由第一阀104和第二阀106供应的冷却剂的量。因此，控制器112基于将被供应到衬底支撑组件110的冷却剂所处的期望温度和由温度传感器154感测到的冷却剂的温度来控制由第一阀104和第二阀106的相应的第一输出端口122和第一输出端口128。
另外，控制器112基于将供应到衬底支撑组件110的冷却剂所用的期望流速和由流量计156测得的冷却剂的流速来控制由第一阀104和第二阀106供应的冷却剂的量。因此，控制器112基于将供应到衬底支撑组件110的冷却剂所用的期望流速和由流量计156测得的冷却剂的流速来控制第一阀104和第二阀106的相应的第一输出端口122和第一输出端口128。因此，控制器112基于从温度传感器154和流量计156接收的数据来控制第一阀104和第二阀106(即，调节第一阀104和第二阀106的位置)。
外壳114具有入口158和出口160。氮气通过入口158进入外壳114，并通过出口160流出外壳114。氮气将外壳114中可能存在的任何潮湿空气排出。使用氮气改善了双冷却器102的温度控制并且增大了温度范围，可以在该温度范围(例如，从-20℃至120℃)内使用系统100控制衬底111的温度。
图2示出了用于控制布置在衬底支撑组件上的衬底的温度的方法200。例如，方法200由图1中所示的控制器112执行。在202处，分别在第一温度和第二温度下从第一流体源和第二流体源(例如，图1中所示的第一冷却剂源116和第二冷却剂源118)以固定流速供应流体(例如，冷却剂)。在204处，分别在第一阀和第二阀(例如，图1中所示的第一阀104和第二阀106)处接收由第一流体源和第二流体源在第一温度和第二温度下供应的流体。
在206处，使用第一阀和第二阀混合所接收的流体的部分。在208处，通过基于将流体供应到衬底支撑组件所用的期望温度和流速控制第一阀和第二阀来确定从第一和第二流体源接收的流体的被混合的量，以控制衬底的温度。
在210处，将期望温度的混合流体以期望的流速供应到衬底支撑组件(例如，图1中所示的衬底支撑组件110)，以控制衬底(例如，图1中所示的衬底111)的温度。在212处，从第一源和第二源接收的未使用的流体部分分别使用第一阀和第二阀返回到第一流体源和第二流体源。
在214处，在第三阀(例如，图1中所示的第三阀108)处接收从衬底支撑组件返回的流体。在214处，将从衬底支撑组件接收的流体在第一流体源和第二流体源之间分配。在216处，从衬底支撑组件接收的返回到第一流体源和第二流体源的流体的量通过基于分别来自重量传感器的关于第一流体源和第二流体源中存在的流体的重量的反馈来控制第三阀来确定。从衬底支撑组件接收的流体量通过控制第三阀进行分配并返回到第一流体源和第二流体源，使得第一流体源和第二流体源中的每一个中的流体水平保持在低水平阈值和高水平阈值之间。这在第一流体源和第二流体源中的每一个中发生欠填充状态和过填充状态。
前面的描述本质上仅仅是说明性的，并且绝不旨在限制本公开、其应用或用途。本公开的广泛教导可以以各种形式实现。因此，虽然本公开包括特定示例，但是本公开的真实范围不应当被如此限制，因为在研究附图、说明书和所附权利要求时，其他修改将变得显而易见。应当理解，在不改变本公开的原理的情况下，方法中的一个或多个步骤可以以不同的顺序(或同时地)执行。此外，虽然每个实施方式在上面被描述为具有某些特征，但是相对于本公开的任何实施方式描述的那些特征中的任何一个或多个，可以在任何其它实施方式的特征中实现和/或与任何其它实施方式的特征组合，即使该组合没有明确描述。换句话说，所描述的实施方式不是相互排斥的，并且一个或多个实施方式彼此的置换保持在本公开的范围内。
使用各种术语来描述元件之间(例如，模块之间、电路元件之间、半导体层之间等)的空间和功能关系，各种术语包括“连接”、“接合”、“耦合”、“相邻”、“紧挨”、“在...顶部”、“在...上面”、“在...下面”和“设置”。除非将第一和第二元件之间的关系明确地描述为“直接”，否则在上述公开中描述这种关系时，该关系可以是直接关系，其中在第一和第二元件之间不存在其它中间元件，但是也可以是间接关系，其中在第一和第二元件之间(在空间上或功能上)存在一个或多个中间元件。如本文所使用的，短语“A、B和C中的至少一个”应当被解释为意味着使用非排他性逻辑或(OR)的逻辑(A或B或C)，并且不应被解释为表示“A中的至少一个、B中的至少一个和C中的至少一个”。
在一些实现方式中，控制器是系统的一部分，该系统可以是上述示例的一部分。这样的系统可以包括半导体处理设备，半导体处理设备包括一个或多个处理工具、一个或多个室、用于处理的一个或多个平台、和/或特定处理部件(衬底基座、气体流系统等)。这些系统可以与用于在半导体衬底或衬底的处理之前、期间和之后控制它们的操作的电子器件集成。电子器件可以被称为“控制器”，其可以控制一个或多个系统的各种部件或子部件。根据处理要求和/或系统类型，控制器可以被编程以控制本文公开的任何工艺，包括处理气体的输送、温度设置(例如加热和/或冷却)、压力设置、真空设置、功率设置、射频(RF)产生器设置、RF匹配电路设置、频率设置、流率设置、流体输送设置、位置和操作设置、进出工具和其他输送工具和/或连接到特定系统或与特定系统接口的装载锁的衬底输送。
概括地说，控制器可以定义为电子器件，电子器件具有接收指令、发出指令、控制操作、启用清洁操作、启用终点测量等的各种集成电路、逻辑、存储器和/或软件。集成电路可以包括存储程序指令的固件形式的芯片、数字信号处理器(DSP)、定义为专用集成电路(ASIC)的芯片、和/或一个或多个微处理器、或执行程序指令(例如，软件)的微控制器。程序指令可以是以各种单独设置(或程序文件)的形式输送到控制器的指令，单独设置(或程序文件)定义用于在半导体衬底上或针对半导体衬底或系统执行特定工艺的操作参数。在一些实施方式中，操作参数可以是由工艺工程师定义的配方的一部分，以在一或多个(种)层、材料、金属、氧化物、硅、二氧化硅、表面、电路和/或衬底的管芯的制造期间完成一个或多个处理步骤。
在一些实现方式中，控制器可以是与系统集成、耦合到系统、以其它方式联网到系统或其组合的计算机的一部分或耦合到该计算机。例如，控制器可以在“云”中或在晶片厂(fab)主机系统的全部或一部分中，其可以允许对衬底处理的远程访问。计算机可以实现对系统的远程访问以监视制造操作的当前进展、检查过去制造操作的历史、从多个制造操作研究趋势或性能度量，以改变当前处理的参数、设置要跟随当前处理的处理步骤、或者开始新的处理。在一些示例中，远程计算机(例如服务器)可以通过网络(其可以包括本地网络或因特网)向系统提供工艺配方。远程计算机可以包括使得能够输入或编程参数和/或设置的用户接口，然后将该参数和/或设置从远程计算机输送到系统。在一些示例中，控制器接收数据形式的指令，其指定在一个或多个操作期间要执行的每个处理步骤的参数。应当理解，参数可以特定于要执行的工艺的类型和工具的类型，控制器被配置为与该工具接口或控制该工具。因此，如上所述，控制器可以是例如通过包括联网在一起并朝着共同目的(例如本文所述的工艺和控制)工作的一个或多个离散控制器而呈分布式。用于这种目的的分布式控制器的示例是在与远程(例如在平台级或作为远程计算机的一部分)定位的一个或多个集成电路通信的室上的一个或多个集成电路，其组合以控制在室上的工艺。
示例系统可以包括但不限于等离子体蚀刻室或模块、沉积室或模块、旋转漂洗室或模块、金属电镀室或模块、清洁室或模块、倒角边缘蚀刻室或模块、物理气相沉积(PVD)室或模块、化学气相沉积(CVD)室或模块、原子层沉积(ALD)室或模块、原子层蚀刻(ALE)室或模块、离子注入室或模块、轨道室或模块、以及可以与半导体衬底的制造和/或制备相关联或用于半导体衬底的制造和/或制备的任何其它半导体处理系统。
如上所述，根据将由工具执行的一个或多个处理步骤，控制器可以与一个或多个其他工具电路或模块、其它工具部件、群集工具、其他工具接口、相邻工具、邻近工具、位于整个工厂中的工具、主计算机、另一控制器、或在将衬底容器往返半导体制造工厂中的工具位置和/或装载口运输的材料运输中使用的工具通信。

Claims (10)

1.一种用于控制布置在衬底支撑组件上的衬底的温度的系统，该系统包括：
第一源和第二源，其分别供应在第一温度和第二温度下的流体；
第一三通比例阀，其具有连接到所述第一源的输入端口、连接到供应管线以将所述流体从所述第一源供应到所述衬底支撑组件的第一输出端口、以及连接到所述第一源的第二输出端口；
第二三通比例阀，其具有连接到所述第二源的输入端口、连接到所述供应管线以将所述流体从所述第二源供应到所述衬底支撑组件的第一输出端口、以及连接到所述第二源的第二输出端口；
第三三通比例阀，其具有连接到返回管线以从所述衬底支撑组件接收所述流体的输入端口，分别连接到所述第一源和所述第二源以将从所述衬底支撑组件接收的所述流体返回到所述第一源和所述第二源的第一输出端口和第二输出端口；和
控制器，其用以：
控制所述第一三通比例阀和第二三通比例阀以：
将经由相应的所述输入端口从所述第一源和所述第二源接收的流体的第一部分输出，以经由所述供应管线以预定温度和预定流速将所述流体供应到所述衬底支撑组件；以及
将通过相应的所述输入端口从所述第一源和所述第二源接收的所述流体的第二部分分别经由所述第一三通比例阀和第二三通比例阀的所述第二输出端口返回到所述第一源和所述第二源；以及
控制所述第三三通比例阀，以将经由所述返回管线从所述衬底支撑组件接收的所述流体在所述第一源和所述第二源之间分配。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器基于经由所述供应管线以所述预定温度和所述预定流速供应到所述衬底支撑组件的所述流体来控制所述衬底的温度。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一源和所述第二源以固定流速将所述流体供应到所述第一三通比例阀和第二三通比例阀。
4.根据权利要求1所述的系统，其还包括：
与所述供应管线相关联的温度传感器；和
与所述返回管线相关联的流量计，
其中所述控制器基于从所述温度传感器和所述流量计接收的数据控制所述第一三通比例阀和第二三通比例阀。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器基于所述第一源和所述第二源中的每一个中的所述流体的重量的指示来控制所述第三三通比例阀。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述第三三通比例阀将从所述衬底支撑组件接收的所述流体在所述第一源和所述第二源之间分配，以将所述第一源和所述第二源的流体水平保持在第一阈值和第二阈值之间。
7.根据权利要求1所述的系统，其还包括将所述第一三通比例阀、所述第二三通比例阀和所述第三三通比例阀，以及将所述第一源和所述第二源连接到所述第一三通比例阀、所述第二三通比例阀和所述第三三通比例阀的流体管线包围的外壳，其中所述外壳包括入口和出口，并且其中氮气经由所述入口和所述出口穿过所述外壳，以从所述外壳中排出潮湿空气。
8.一种用于控制布置在衬底支撑组件上的衬底的温度的系统，该系统包括：
第一源和第二源，其分别以所述固定流速供应在第一温度和第二温度下的流体；
第一三通比例阀和第二三通比例阀，其用于从所述第一源和所述第二源接收固定流速的在所述第一温度和第二温度下的流体，以混合所接收的所述流体的第一部分以将具有预定温度的所述流体以预定流速供应到所述衬底支撑组件，并使所接收的所述流体的第二部分返回到所述第一源和所述第二源；
第三三通比例阀，其用于从衬底支撑组件接收所述预定流速的所述流体，并将从所述衬底支撑组件接收的所述流体返回到所述第一源和所述第二源；和
控制器，其用于控制所述第一三通比例阀和所述第二三通比例阀以便以所述预定流速将具有所述预定温度的流体供应到所述衬底支撑组件，以及用于控制所述第三三通比例阀以将从所述衬底支撑组件接收的所述流体在所述第一源和所述第二源之间分配。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述控制器基于以所述预定温度和所述预定流速供应到所述衬底支撑组件的所述流体来控制所述衬底的温度。
10.一种用于控制布置在衬底支撑组件上的衬底的温度的方法，所述方法包括：
分别在第一三通比例阀和第二三通比例阀处接收具有第一温度和第二温度的来自第一源和第二源的在固定流速下的流体；
使用所述第一三通比例阀和所述第二三通比例阀混合从所述第一源和所述第二源接收的所述流体的部分，所述流体的所混合的所述部分具有预定温度；
使用所述第一三通比例阀和所述第二三通比例阀，使从所述第一源和所述第二源接收的所述流体的未使用部分分别返回到所述第一源和所述第二源；
将具有所述预定温度的所述流体的所混合的所述部分以预定流速供应到所述衬底支撑组件；
在第三三通比例阀处从所述衬底支撑组件接收所述流体的所混合的所述部分；
使用所述第三三通比例阀，使从所述衬底支撑组件接收的所述流体的所混合的所述部分返回到所述第一源和所述第二源；
控制所述第一三通比例阀和所述第二三通比例阀，以便以所述预定流速将具有所述预定温度的所述流体的所混合的所述部分供应到所述衬底支撑组件；以及
控制所述第三三通比例阀以将从所述衬底支撑组件接收的所述流体的所混合的所述部分在所述第一源和所述第二源之间分配。
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