CN110301030A - 利用耦接到法拉第屏蔽体的温度控制元件的温度控制 - Google Patents

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Abstract

公开了等离子体处理设备和方法。在一个示例实施方式中，等离子体处理设备可包括处理室。该设备可包括位于处理室中的基座，该基座配置为在处理期间支撑工件。该设备可包括形成处理室的至少一部分的介质窗。该设备可包括位于介质窗附近的感应耦合元件。感应耦合元件可以配置为在被RF能量激励时在处理室中产生等离子体。该设备可包括位于感应耦合元件和处理室之间的法拉第屏蔽体。该设备可包括与法拉第屏蔽体热连通的至少一个温度控制元件。

Description

利用耦接到法拉第屏蔽体的温度控制元件的温度控制
优先权要求
本申请要求2017年2月20日提交的序列号为62/460,925、题目为“利用耦接到法拉第屏蔽体的加热元件的温度控制(Temperature Control Using Heating ElementCoupled to Faraday Shield)”的美国临时申请的优先权益，其通过引用并入本文用于各种目的。
技术领域
本公开一般涉及等离子体处理，并且更特别地，涉及用于使用等离子体源处理工件的设备和方法。
背景技术
等离子体处理工具可以用于制造诸如集成电路、微机械器件、平板显示器以及其他器件之类的器件。在现代等离子体蚀刻应用中所使用的等离子体处理工具需要提供高度的等离子体均匀性和多种等离子体控制(包括独立的等离子体分布、等离子体密度和离子能量控制)。在某些情况下，等离子体处理工具可能需要在各种工艺气体和各种不同条件(例如气流、气压等)下维持稳定的等离子体。
发明内容
本发明的各个方面和优点将在后续的描述中部分地进行阐述，或者可以从描述中显而易见，或者可以通过实践本发明而获知。
本公开的一个示例方面涉及等离子体处理设备。等离子体处理设备可包括处理室。该设备可包括处理室中的基座，该基座配置为在处理期间支撑工件。该设备可包括形成处理室的至少一部分的介质窗。该设备可包括位于介质窗附近的感应耦合元件。感应耦合元件可以配置为在被RF能量激励时在处理室中产生等离子体。该设备可包括位于感应耦合元件和处理室之间的法拉第屏蔽体。该设备可包括与法拉第屏蔽体热连通的至少一个温度控制元件。
可以对本公开的示例实施例进行变化和修改。
根据以下描述和所附权利要求，将更好地理解本发明的这些和其他特征、方面和优点。包含在本说明书中并构成其一部分的附图示出了本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
附图说明
在本说明书的其余部分中更特别地阐述了对本领域普通技术人员之一而言充分且可行的公开，包括参考附图，其中：
图1描绘了根据本公开的示例实施例的示例性等离子体处理设备；
图2描绘了可以与根据本公开的示例实施例的等离子体处理设备结合使用的示例性法拉第屏蔽体的平面图；
图3描绘了相对于根据本公开的示例实施例的等离子体处理设备设置的示例性法拉第屏蔽体；
图4描绘了根据本公开的示例实施例的具有温度控制元件的示例性法拉第屏蔽体的分解图；
图5描绘了根据本公开的示例实施例的具有温度控制元件的示例性法拉第屏蔽体；
图6描绘了根据本公开的示例实施例的用于控制耦接到法拉第屏蔽体的温度控制元件的示例系统；
图7描绘了根据本公开的示例实施例的用于控制耦接到法拉第屏蔽体的温度控制元件的示例系统；以及
图8描绘了根据本公开的示例实施例的用于控制耦接到法拉第屏蔽体的温度控制元件的示例系统。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的实施例，其一个或多个示例在附图中示出。通过解释本发明的方式提供每个示例，而不是限制本发明。事实上，对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可以在本发明中进行各种修改和变化。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可以与另一个实施例一起使用，以产生又一个实施例。因此，本发明旨在覆盖落入所附权利要求及其等同物的范围内的这样的修改和变化。
本公开的示例方面涉及等离子体处理设备及相关联的方法。等离子体处理设备可包括一个或多个感应耦合元件(例如线圈)，感应耦合元件用于在处理室内感应出感应等离子体以处理工件(例如执行蚀刻处理)。等离子体处理设备可包括布置在等离子体处理设备中的法拉第屏蔽体，以减小感应耦合元件与处理室中感应出的等离子体之间的电容耦合。根据本公开的示例方面，一个或多个温度控制元件(例如加热元件)可以与法拉第屏蔽体以热连通的方式耦接。
例如，在一些实施例中，一个或多个温度控制元件可包括一个或多个加热元件，例如设置在法拉第屏蔽体上的薄膜加热器。可以操作一个或多个加热元件以控制等离子体处理设备的一个或多个部分(例如室顶板)的温度，例如，以减少在等离子体处理期间由等离子体蚀刻副产物所造成的微粒产生，和/或预热等离子体处理设备的室顶板以减少工件在等离子体处理期间的冷启动效应。
参考一个或多个温度控制元件对本公开的各方面进行讨论，所述温度控制元件包括用于加热法拉第屏蔽体的加热元件。在本公开的示例实施例的变型中，一个或多个温度控制元件可包括冷却元件(例如流体冷却通道)。
在一些实施例中，可以在法拉第屏蔽体的表面的至少一部分上设置薄膜加热元件(例如聚酰亚胺薄膜加热器、硅橡胶板加热器等)，法拉第屏蔽体用于减少等离子体处理设备中的电容耦合。在一些实施例中，可以将薄膜加热元件放置成与法拉第屏蔽体直接接触。例如，可以将薄膜加热元件层压到法拉第屏蔽体、粘合到法拉第屏蔽体、或者以其他方式放置成与法拉第屏蔽体接触。
在一些实施例中，加热元件还可以与介质窗(例如陶瓷容器)接触和/或相邻，介质窗用作等离子体处理设备的处理室的顶板。例如，弹簧环和/或弹簧支承块可用于使加热元件与介质窗保持接触。在一些实施例中，加热元件(未通电或加热时)可以用作热沉，以在介质窗和法拉第屏蔽体之间提供导热路径。以这种方式，加热元件可以改善介质窗的热调节。在一些实施例中，可以在加热元件和介质窗之间设置间隙。
在一些实施例中，一组或多组导体可用于向加热元件和/或从加热元件输送电力和/或其他信号。例如，第一组导体可用于向加热元件提供电力。可以将第二组导体提供给附接到加热元件或接近加热元件的热电偶或其他温度感测元件。在一些实施例中，可以将多个第二组导体提供给布置在加热元件上的不同区域中的多个温度感测元件。在一些实施例中，导体组可以穿过固定到或以其他方式耦接到法拉第屏蔽体的中空管，以减小导体组上的应变。
控制系统可以控制加热元件以将加热元件保持在期望的温度范围内。例如，一个或多个控制器件可以基于来自温度传感器(例如一组或多组感测导体)的一个或多个反馈信号来控制到加热元件的电力输送(例如通过一组电力导体)，所述反馈信号指示加热元件的温度。在一些实施例中，法拉第屏蔽体可用作热沉以冷却加热元件。例如，可以向加热元件提供电力，直到加热元件达到期望的温度(例如从反馈信号确定)。一旦达到期望的温度，就可以关断到加热元件的电力，使加热元件通过用作热沉的法拉第屏蔽体来冷却。一旦温度下降到阈值以下，就可以向加热元件供电，允许加热元件将温度升高到期望的温度和/或在期望的温度范围内。
在不脱离本公开的范围的情况下，可以使用各种不同的控制方案。例如，在一些实施例中，可以将加热元件的温度控制在恒定的温度范围内(例如，介于约100℃和约180℃之间，比如介于约120℃和约150℃之间)。
在一些实施例中，用于加热元件的温度控制系统可包括一对感测元件(例如一对热电偶)。第一热电偶可用于向一个或多个控制器件提供反馈信号，该控制器件可使用反馈信号将加热元件控制在设定温度范围内的温度。第二热电偶可用于过温切断控制。例如，如果加热元件的温度超过阈值温度，则可以立即关断到加热元件的电力，从而防止过热。
在一些实施例中，加热元件的多个不同区域可彼此独立地被控制。例如，加热元件可包括中心区域和外围区域。在一些实施例中，外围区域可以被控制在比中心区域更高的温度，反之亦然。
本公开的一个示例方面涉及等离子体处理设备。该设备包括处理室。该设备包括位于处理室中的基座，该基座配置为在处理期间支撑工件。该设备包括形成处理室的至少一部分的介质窗。该设备包括位于介质窗附近的感应耦合元件。感应耦合元件配置为在被射频(RF)能量激励时在处理室中产生等离子体。该设备可包括位于感应耦合元件和处理室之间的法拉第屏蔽体。该设备可包括与法拉第屏蔽体热连通的至少一个温度控制元件。
可以对本公开的该示例实施例进行变化和修改。例如，在一些实施例中，法拉第屏蔽体可以位于感应耦合元件和介质窗之间。在一些实施例中，所述至少一个温度控制元件在介质窗和法拉第屏蔽体之间提供导热路径。
在一些实施例中，所述至少一个温度控制元件可包括加热元件。加热元件可以是薄膜加热元件。例如，加热元件可以是聚酰亚胺薄膜加热元件或硅橡胶薄膜加热元件。
在一些实施例中，加热元件可以具有至少部分地与法拉第屏蔽体的形状相符的形状。例如，法拉第屏蔽体可包括一个或多个实心金属部分和多个叶片元件。多个叶片元件中的每一个可以通过至少一个径向钉状物元件耦接到所述一个或多个实心金属部分中的至少一个。薄膜加热元件可包括多个叶片元件。每个叶片元件可以通过至少一个径向钉状物元件耦接到环形部分。
在一些实施例中，该设备可包括第一组导体，第一组导体配置为向至少一个温度控制元件提供电力。该设备可包括第二组导体。第二组导体可以与温度传感器相关联，该温度传感器配置为产生一个或多个信号，所述信号指示与至少一个温度控制元件相关联的温度。第一组导体或第二组导体中的至少一个可以穿过耦接到法拉第屏蔽体的管元件。
在一些实施例中，该设备可包括一个或多个控制器件。一个或多个控制器件可以配置为至少部分地基于指示法拉第屏蔽体的温度的一个或多个信号来控制到至少一个温度控制元件的电力输送。
在一些实施例中，所述至少一个温度控制元件包括设置在法拉第屏蔽体的第一部分上的第一温度控制元件和设置在法拉第屏蔽体的第二部分上的第二温度控制元件。第一部分可以是中心部分，第二部分可以是外围部分。在一些实施例中，第一温度控制元件相对于第二温度控制元件可以是独立可控的。
本公开的另一示例实施例涉及等离子体处理设备。该设备包括处理室。该设备包括位于处理室中的基座，该基座配置为在处理期间支撑工件。该设备包括形成处理室的至少一部分的介质窗。该设备包括位于介质窗附近的感应耦合元件。感应耦合元件配置为在被射频(RF)能量激励时在处理室中产生等离子体。该设备可包括位于感应耦合元件和介质窗之间的法拉第屏蔽体。该设备可包括与法拉第屏蔽体热连通的至少一个加热元件。
可以对该示例实施例进行变化和修改。例如，在一些实施例中，所述至少一个加热元件包括设置在法拉第屏蔽体的第一部分上的第一加热元件和设置在法拉第屏蔽体的第二部分上的第二加热元件。第一加热元件和第二加热元件可以是独立可控的。第一部分可以是法拉第屏蔽体的外围部分，第二部分可以是法拉第屏蔽体的中心部分。在一些实施例中，该设备包括电源，该电源配置为向第一加热元件和第二加热元件独立地提供电力。
在一些实施例中，该设备包括一个或多个控制器件。一个或多个控制器件可以配置为接收指示与第一加热区域相关联的温度的一个或多个信号以及指示与第二加热区域相关联的温度的一个或多个信号。一个或多个控制器件可以配置为至少部分地基于指示与第一加热区域相关联的温度的一个或多个信号以及指示与第二加热区域相关联的温度的一个或多个信号来控制到第一加热元件和第二加热元件的电力。
本公开的另一示例实施例涉及等离子体处理设备。该设备包括处理室。该设备包括位于处理室中的基座，该基座配置为在处理期间支撑工件。该设备包括形成处理室的至少一部分的介质窗。该设备包括位于介质窗附近的感应耦合元件。感应耦合元件配置为在被射频(RF)能量激励时在处理室中产生等离子体。该设备可包括位于感应耦合元件和介质窗之间的法拉第屏蔽体。该设备可包括与法拉第屏蔽体热连通的至少一个加热元件。该设备可包括一个或多个控制器件，该控制器件配置为至少部分地基于来自温度传感器的一个或多个信号来控制到至少一个加热元件的电力输送。
出于说明和讨论的目的，就“工件”、“衬底”或“晶圆”对本公开的各个方面进行讨论。使用本文提供的公开内容，本领域普通技术人员将理解的是，本公开的示例方面可以结合任何半导体衬底或其他合适的衬底或工件使用。“基座”是可用于支撑工件的任何结构。另外，术语“约”与数值的结合使用旨在表示所述数值的10％以内。
图1描绘了根据本公开的示例实施例的等离子体处理设备100。出于说明和讨论的目的，就图1中描绘的等离子体处理设备100对本公开进行讨论。使用本文提供的公开内容，本领域普通技术人员将理解的是，本公开的示例方面可以与其他等离子体处理工具和/或设备一起使用而不偏离本公开的范围。
等离子体处理设备100包括限定内部空间102的处理室。基座或衬底保持器104用于在内部空间102内支撑工件106，例如半导体晶圆(wafer)。介质窗(dielectric window)110位于基座104上方并且用作处理室的顶板。介质窗110包括相对平坦的中心部分112和成角度的外围部分114。介质窗110包括位于中心部分112中的空间，用于喷头120将工艺气体供给到内部空间102中。
设备100还包括多个感应耦合元件，例如初级感应耦合元件130和次级感应耦合元件140，用于在内部空间102中产生感应等离子体。感应耦合元件130、140可包括线圈或天线元件，当其被供以RF能量时，在等离子体处理设备100的内部空间102中的工艺气体中感应出等离子体。例如，第一RF发生器160可配置为通过匹配网络162向初级感应耦合元件130提供RF能量。第二RF发生器170可以配置为通过匹配网络172向次级感应耦合元件140提供RF能量。
虽然本公开参考初级感应耦合元件和次级感应耦合元件，但是本领域普通技术人员应该理解，术语“初级”和“次级”仅用于方便目的。次级感应耦合元件可以独立于初级感应耦合元件操作。初级感应耦合元件可以独立于次级感应耦合元件操作。
根据本公开的示例方面，设备100可以包括围绕次级感应耦合元件140设置的金属屏蔽部分152。如下面更详细地讨论的，金属屏蔽部分152使初级感应耦合元件130和次级感应耦合元件140分离以减少感应耦合元件130、140之间的串扰。设备100还可包括设置在初级感应元件130和介质窗110之间的第一法拉第屏蔽体154。第一法拉第屏蔽体154可以是开槽的金属屏蔽体，其减少初级感应耦合元件154和处理室之间的电容耦合。如图所示，第一法拉第屏蔽体154可以装配在介质窗110的成角度的部分之上。
在一些实施例中，金属屏蔽体152和第一法拉第屏蔽体154可以形成单一主体150，以便于制造和其他目的。初级感应耦合元件130的多匝线圈可以位于单一主体金属屏蔽体/法拉第屏蔽体150的法拉第屏蔽部分154附近。次级感应耦合元件140可以位于金属屏蔽/法拉第屏蔽单一主体150的金属屏蔽部分152附近，例如介于金属屏蔽部分152和介质窗110之间。
将初级感应耦合元件130和次级感应耦合元件140布置在金属屏蔽体152的相反两侧允许初级感应耦合元件130和次级感应耦合元件140具有不同的结构配置并执行不同的功能。例如，初级感应耦合元件130可包括位于处理室的外围部分附近的多匝线圈。初级感应耦合元件130可用于基本的等离子体产生和在固有瞬态点火阶段期间的可靠启动。初级感应耦合元件130可以耦接到强大的RF发生器以及自动调谐匹配网络，并且可以在增加的RF频率(例如在大约13.56MHz)下操作。
次级感应耦合元件140可用于校正和支持功能，并用于在稳态操作期间改善等离子体的稳定性。由于次级感应耦合元件140可主要用于校正和支持功能并且在稳态操作期间提高等离子体的稳定性，因此次级感应耦合元件140不必耦接到如第一感应耦合元件130一样强大的RF发生器，而是可以进行不同的且成本有效的设计。如下面详细讨论的，次级感应耦合元件140也可以在较低频率(例如在约2MHz)下操作，允许次级感应耦合元件140非常紧凑并且安装在介质窗顶部的有限空间中。
初级感应耦合元件130和次级感应耦合元件140可以在不同的RF频率下操作。RF频率可以充分不同以减少初级感应耦合元件130和次级感应耦合元件140之间的串扰。例如，施加到初级感应耦合元件130的频率可以比施加到次级感应耦合元件140的频率大至少约1.5倍。在一些实施例中，施加到初级感应耦合元件130的频率可以是约13.56MHz，并且施加到次级感应耦合元件140的频率可以在约1.75MHz到约2.15MHz的范围内。也可以使用其他合适的频率，例如约400kHz、约4MHz和约27MHz。
尽管就初级感应耦合元件130相对于次级感应耦合元件140在更高的频率下操作来讨论本公开，但是本领域普通技术人员利用本文提供的公开内容，应当理解在不偏离本公开的范围的情况下，次级感应耦合元件140可以在更高的频率下操作。
次级感应耦合元件140可包括平面线圈142和磁通集中器144。磁通集中器144可由铁氧体材料制成。通过平面线圈142使用磁通集中器144可以提供次级感应耦合元件140的高度的等离子体耦合和良好的能量传递效率，并且可以显著减少次级感应耦合元件140与金属屏蔽体150的耦合。在次级感应耦合元件140上使用较低频率(例如约2MHz)可以增加表层，这也提高了等离子体加热效率。
根据本公开的示例方面，不同的感应耦合元件130和140可以执行不同的功能。具体地，初级感应耦合元件130可用于执行以下基本功能：点火期间的等离子体产生，以及为次级感应元件140提供足够的启动。初级感应耦合元件130可以耦合到等离子体和接地的屏蔽体以稳定等离子体电位。与第一感应耦合元件130相关联的第一法拉第屏蔽体154可以减少窗口溅射并且可以接地。
附加线圈可以在由初级感应耦合元件130提供的良好的等离子体启动的情况下操作，并且因此优选地具有良好的等离子体耦合和对等离子体的良好能量传递效率。包括磁通集中器144的次级感应耦合元件140提供磁通量到等离子体容量的良好传递，同时提供次级感应元件140与周围的金属屏蔽体150的良好去耦。磁通集中器144的使用和次级感应元件140的对称驱动进一步减小了线圈端部和周围接地元件之间电压的幅度。这可以减少穹顶的溅射，但同时给等离子体提供一些小的电容耦合，这可以用于辅助点火。
在一些实施例中，第二法拉第屏蔽体200可以与该次级感应耦合元件140结合使用，以减小次级感应元件140的电容耦合。图2描绘了可以在根据本公开的示例实施例的等离子体处理设备中使用的示例性第二法拉第屏蔽体200。法拉第屏蔽体200可以由薄(0.25mm至0.5mm)金属板冲压而成。法拉第屏蔽体200可包括例如一个或多个实心金属部分，例如实心金属的第一部分210和/或实心金属的第二部分240。法拉第屏蔽体200可包括多个叶片元件220，叶片元件220可定位成覆盖平面线圈142。径向钉状物元件230将叶片元件220与法拉第屏蔽体200的部分210和240连接。
由于叶片元件220平行于平面线圈142并且不覆盖磁通集中器144，叶片型元件220不会干扰磁场，并且来自磁通集中器144的磁通量自由地进入等离子体。另一方面，将所有叶片型元件220与周围部分210和240连接的钉状物230确实穿过从磁通集中器144出来的磁通，但是钉状物具有干扰磁场的非常小的总面积。如果优选法拉第屏蔽体200接地，则可以在该屏蔽体的第一部分210和/或第二部分240上放置薄的RF接地螺旋，以将该屏蔽体连接到主屏蔽体150。法拉第屏蔽体200的一种可能的放置显示于图3中，指示组件中的元件210、220和240的位置。
根据本公开的示例实施例，温度控制元件(例如加热元件)可以耦接到法拉第屏蔽体200。例如，图4描绘了法拉第屏蔽体组件300的分解图，其包括耦接到法拉第屏蔽体200的加热元件310。图5描绘了法拉第屏蔽体组件300的透视图，其包括耦接到法拉第屏蔽体200的加热元件310。如图4和5所示，加热元件310可以具有与法拉第屏蔽体200的表面的至少一部分的形状相符的形状。例如，加热元件310可以具有与法拉第屏蔽体200的叶片型元件、径向钉状物元件以及金属部分相符的叶片元件、径向钉状物部分和环形部分。在一些实施例中，加热元件310可以层压到法拉第屏蔽体200、粘合到法拉第屏蔽体200、或者以其他方式放置成与法拉第屏蔽体200接触。
加热元件310可以是例如薄膜加热元件。在一些实施例中，加热元件310可以是聚酰亚胺薄膜加热元件。在一些实施例中，薄膜加热元件可以是硅橡胶片加热元件。加热元件310可以配置为在向加热元件提供电力时进行加热。例如，通过加热元件310的电流可以引起加热元件310的加热。当电流没有通过加热元件310时，法拉第屏蔽体200可以用作热沉，使加热元件310冷却。
加热元件310当安装在等离子体处理设备100中时，可以与形成室顶板的一部分的介质窗110接触和/或相邻。例如，弹簧环和/或弹簧支承块可用于使加热元件与介质窗110保持接触。在一些实施例中，可在加热元件310和介质窗110之间设置间隙。
在一些实施例中，加热元件310在未被加热时，可在介质窗110和法拉第屏蔽体200之间提供导热路径。例如，当加热元件310未供以电能以加热时，加热元件310可以提供冷却路径以将热量从介质窗110传递到法拉第屏蔽体200。这样，在一些情况下，加热元件310可以用作热沉以便于冷却介质窗110。
以这种方式，加热元件310可用于控制室顶板的温度以用于各种目的，例如减少在等离子体蚀刻过程中由等离子体蚀刻副产物造成的微粒产生。在一些实施例中，加热元件310可用于预热等离子体处理设备的室顶板，以减少等离子体处理期间的冷启动效应。
参见图4和图5，法拉第屏蔽体组件300可以包括耦接到加热元件310的多组导体。例如，第一组导体320可以耦接到加热元件310。第一组导体320可以向加热元件310输送电力。第二组导体330可以耦接到加热元件310或者耦接在加热元件310附近。第二组导体330可以与温度感测器件(例如热电偶)相关联。指示加热元件310的温度的信号可以通过第二组导体330传送到远程器件(例如一个或多个控制器件)。
第一组导体320可以设置为穿过耦接到法拉第屏蔽体200的管元件340。第二组导体330可以设置为穿过耦接到法拉第屏蔽体200的管元件350。管元件340和管元件350可以分别减小第一组导体320和第二组导体330上的应变(strain)。
在一些实施例中，第一组导体320可以通过合适的连接器(例如插入式连接器)耦接到电源(例如AC电源)。在一些实施例中，第二组导体330可以通过合适的连接器(例如插入式连接器)耦接到一个或多个控制器件(例如控制器)。
图6描绘了根据本公开的示例实施例的用于控制耦接到法拉第屏蔽体200的加热元件310的示例系统的框图。如图所示，加热元件310可以接收来自电源410(例如AC电源或DC电源)的电力。电源410可以是独立电源，或者可以是等离子体处理设备的电力系统的一部分(例如位于等离子体处理设备的电力系统中的AC总线)。电源410可以通过导体320向加热元件310输送电力。导体320可以穿过耦接到法拉第屏蔽体200的管元件340。
该系统可以包括控制器件420(例如控制器、微控制器、微处理器、逻辑器件、专用集成电路等)。在一些实施例中，控制器件420可以包括一个或多个处理器和一个或多个存储器器件。一个或多个处理器可以执行存储在一个或多个存储器器件中的计算机可读指令以执行操作。操作可以包括例如本文所讨论的任何控制操作。在一些实施例中，控制器件420可以是与加热元件310相关联的独立控制器，或者可以是或者是与等离子体处理设备相关联的整个系统控制器/控制系统的一部分。
在一些实施例中，控制器件420可根据各种控制方案控制电源410以操作加热元件310。控制器件420可以通过例如导体330接收指示加热元件310的温度的信号。导体330可以穿过耦接到法拉第屏蔽体的管元件350以减小应变。控制器件420可以至少部分地基于指示加热元件310的温度的信号来控制电源410以控制到加热元件310的电力输送，以提供闭环控制方案。
例如，在一个示例性实施例中，控制器件420可以将加热元件控制在设定温度范围内。在一些实施例中，温度范围可以介于约100℃和约180℃之间，例如介于约120℃和约150℃之间。当温度低于第一温度设定点时，控制器件420可以控制电源410以向加热元件310提供电力(例如使开关元件、接触器、继电器、晶体管等闭合)。一旦温度达到第一温度设定点，控制器件420就可以控制电源410关断电力(例如使开关元件、接触器、继电器、晶体管等断开)，使得加热元件310通过作为热沉的法拉第屏蔽体而冷却。如果温度下降到低于或等于第一阈值的第二阈值以下，则控制器件420可以控制电源410以向加热元件310提供电力。
控制器件420可以控制加热元件的温度用于各种目的。例如，控制器件420可以控制加热元件的温度以加热位于加热元件附近的介电窗，以减少在等离子体处理期间由等离子体蚀刻副产物造成的微粒产生和/或预热等离子体处理设备的室顶板，以减少等离子体处理期间的冷启动效应。
本公开涵盖其他控制方案。例如，控制器件420可以配置为使用开环控制方案来操作电源410，而不偏离本公开的范围。
图7描绘了根据本公开的示例实施例的用于控制设置在法拉第屏蔽体上的多个加热区域的示例系统。更具体地，加热元件310可包括多个加热区域(包括中心加热区域312和外围加热区域314)。在一些实施例中，每个加热区域312和314可包括相对于其他区域独立可控的单独的加热元件。图7中示出了两个加热区域。然而，在不脱离本公开的范围的情况下，可以使用更多的加热区域/独立控制的加热元件。这些区域可以以任何合适的方式(例如径向和/或按方位角)分开。
电源410(例如AC电源)可以配置为独立地向加热区域312和外围区域314中的加热元件提供电力，使得加热区域312和外围区域314的温度相对于其他区域独立可控。例如，导体320可以向加热区域314中的加热元件提供电力。导体320可以穿过耦接到法拉第屏蔽体的管元件340。导体325可以向加热区域312中的加热元件提供电力。导体325可以穿过耦接到法拉第屏蔽体的管元件345。
控制器件420可以接收指示每个区域的温度的信号。例如，可以从温度感测器件(例如热电偶)经由导体330向控制器件420提供指示加热区域314的温度的信号。导体330可以穿过耦接到法拉第屏蔽体的管元件350。可以从温度感测器件(例如热电偶)经由导体335向控制器件420提供指示加热区域312的温度的信号。导体335可以穿过耦接到法拉第屏蔽体的管元件355。
控制器件420可以利用指示区域312和314的温度的信号来独立地控制区域312和314的温度，以实现加热元件的期望的温度分布。作为示例，控制器件420可以将中心区域312的温度控制为高于外围区域314，反之亦然。
图8描绘了根据本公开的示例实施例的用于控制耦接到法拉第屏蔽体200的加热元件310的示例系统的框图。电源410可以配置为经由导体320向加热元件310提供电力。导体320可以穿过耦接到法拉第屏蔽体的管元件340。
控制器件420可以接收来自多个不同的温度感测元件的信号。例如，导体330可以从第一温度感测器件(例如热电偶)将指示加热元件的温度的信号提供给控制器件420。导体330可以穿过耦接到法拉第屏蔽体的管元件350。导体335可以从第二温度感测器件(例如热电偶)将指示加热元件的温度的信号提供给控制器件420。
控制器件420可以配置为利用来自第一温度感测器件的信号作为反馈信号对加热元件的温度进行闭环控制。来自第二温度感测器件的信号可用作故障保险。例如，如果来自第二温度感测器件的信号指示温度大于阈值，则控制器件420可以控制电源410立即停止向加热元件410提供电力。
本文就测量加热元件的温度对温度感测器件(例如热电偶)进行了讨论。温度感测器件可以测量等离子体处理设备的其他方面(例如介质窗、法拉第屏蔽体)的温度，并且控制器件可以配置为基于这样的温度测量来控制加热元件，而不偏离本公开的范围。
在不脱离本发明的更特别是在所附权利要求中阐述的精神和范围的情况下，本领域普通技术人员可以实施对本发明的这些和其他修改和变化。另外，应该理解的是，各种实施例的各方面可以全部或部分地互换。此外，本领域普通技术人员将理解的是，前面的描述仅是示例性的，并不意图限制在所附权利要求中进一步描述的本发明。

Claims (20)

1.一种等离子体处理设备，包括：
处理室；
基座，其位于所述处理室中，并且配置为在处理期间支撑工件；
介质窗，其形成所述处理室的至少一部分；
感应耦合元件，其位于所述介质窗附近，所述感应耦合元件配置为在被射频(RF)能量激励时在所述处理室中产生等离子体；
法拉第屏蔽体，其位于所述感应耦合元件和所述处理室之间；以及
至少一个温度控制元件，其与所述法拉第屏蔽体热连通。
2.如权利要求1所述的等离子体处理设备，其中所述法拉第屏蔽体位于所述感应耦合元件和所述介质窗之间。
3.如权利要求1所述的等离子体处理设备，其中所述至少一个温度控制元件在所述介质窗和所述法拉第屏蔽体之间提供导热路径。
4.如权利要求1所述的等离子体处理设备，其中所述至少一个温度控制元件包括加热元件。
5.如权利要求4所述的等离子体处理设备，其中所述加热元件是薄膜加热元件。
6.如权利要求5所述的等离子体处理设备，其中所述薄膜加热元件是聚酰亚胺薄膜加热元件，或者是硅橡胶片加热元件。
7.如权利要求4所述的等离子体处理设备，其中所述加热元件具有至少部分地与所述法拉第屏蔽体的形状相符的形状。
8.如权利要求7所述的等离子体处理设备，其中所述法拉第屏蔽体包括一个或多个实心金属部分和多个叶片元件，所述多个叶片元件中的每一个经由至少一个径向钉状物元件耦接到所述一个或多个实心金属部分中的至少一个，所述薄膜加热元件包括多个叶片元件，每个叶片元件经由至少一个径向钉状物元件耦接到环形部分。
9.如权利要求1所述的等离子体处理设备，其中所述设备包括：
第一组导体，其配置为向所述至少一个温度控制元件提供电力；以及
第二组导体，其与温度传感器相关联，所述温度传感器配置为产生一个或多个信号，所述一个或多个信号指示与所述至少一个温度控制元件相关联的温度。
10.如权利要求9所述的等离子体处理设备，其中所述第一组导体或所述第二组导体中的至少一个穿过耦接到所述法拉第屏蔽体的管元件。
11.如权利要求1所述的等离子体处理设备，其中所述设备包括一个或多个控制器件，所述控制器件配置为至少部分地基于指示所述法拉第屏蔽体的温度的一个或多个信号来控制到所述至少一个温度控制元件的电力输送。
12.如权利要求1所述的等离子体处理设备，其中所述至少一个温度控制元件包括设置在所述法拉第屏蔽体的第一部分上的第一温度控制元件和设置在所述法拉第屏蔽体的第二部分上的第二温度控制元件。
13.如权利要求12所述的等离子体处理设备，其中所述第一部分是中心部分，所述第二部分是外围部分。
14.如权利要求12所述的等离子体处理设备，其中所述第一温度控制元件相对于所述第二温度控制元件能够被独立控制。
15.一种等离子体处理设备，包括：
处理室；
基座，其位于所述处理室中，并且配置为在处理期间支撑工件；
介质窗，其形成所述处理室的至少一部分；
感应耦合元件，其位于所述介质窗附近，所述感应耦合元件配置为在被射频(RF)能量激励时在所述处理室中产生等离子体；
法拉第屏蔽体，其位于所述感应耦合元件和所述介质窗之间；以及
至少一个加热元件，其与所述法拉第屏蔽体热连通。
16.如权利要求15所述的等离子体处理设备，其中所述至少一个加热元件包括设置在所述法拉第屏蔽体的第一部分上的第一加热元件和设置在所述法拉第屏蔽体的第二部分上的第二加热元件，所述第一加热元件和所述第二加热元件能够被独立控制。
17.如权利要求16所述的等离子体处理设备，其中所述第一部分包括所述法拉第屏蔽体的外围部分，所述第二部分包括所述法拉第屏蔽体的中心部分。
18.如权利要求16所述的等离子体处理设备，其中所述设备包括电源，所述电源配置为向所述第一加热元件和所述第二加热元件独立地提供电力。
19.如权利要求16所述的等离子体处理设备，其中所述设备包括一个或多个控制器件，所述一个或多个控制器件配置为接收指示与第一加热区域相关联的温度的一个或多个信号以及指示与第二加热区域相关联的温度的一个或多个信号，其中所述一个或多个控制器件配置为至少部分地基于指示与所述第一加热区域相关联的温度的所述一个或多个信号以及指示与所述第二加热区域相关联的温度的所述一个或多个信号来控制到所述第一加热元件和所述第二加热元件的电力。
20.一种等离子体处理设备，包括：
处理室；
基座，其位于所述处理室中，并且配置为在处理期间支撑工件；
介质窗，其形成所述处理室的至少一部分；
感应耦合元件，其位于所述介质窗附近，所述感应耦合元件配置为在被射频(RF)能量激励时在所述处理室中产生等离子体；
法拉第屏蔽体，其位于所述感应耦合元件和所述介质窗之间；
至少一个加热元件，其与所述法拉第屏蔽体热连通；以及
一个或多个控制器件，其配置为至少部分地基于来自温度传感器的一个或多个信号来控制到所述至少一个加热元件的电力输送。
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