CN112216585A - 一种等离子体处理器及基座温度控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种等离子体处理器及基座温度控制系统，包含：第一温度液体容器，输出第一液体；第二温度液体容器，输出第二液体；热交换器，包含热管和至少一个冷管，通过热管与冷管之间的导热管壁使得第一液体和第二液体进行热交换，热管出口端输出经过热交换的第一热交换液以及冷管出口端输出经过热交换且达到设定温度的第二热交换液；第二热交换液传输至基座用以控制基座的温度，并从基座的冷却管通道的出口端回流至第二温度液体容器，第一热交换液从热管的出口端回流至第一温度液体容器。本发明热管和冷管之间的高导热薄壁实现热交换，还可通过多个阀门的开关切换实现热交换管道长度的可变，实现快速调节基座温度；占地面积小、成本较低。

Description

一种等离子体处理器及基座温度控制方法

技术领域

本发明涉及半导体加工技术领域，特别涉及一种等离子体处理器及基座温度控制方法。

背景技术

等离子处理装置被广泛应用于半导体晶圆加工处理流程中，等离子处理装置包括可以抽真空的反应腔，反应腔包括侧壁以及底壁，整个反应腔都由金属制成且接地，实现对射频电磁场的屏蔽与气密。反应腔内底部包括基座，用于支撑待处理的晶圆，基座同时作为下电极连接到下方的至少一个射频电源。基座上方还包括一个静电夹盘，通过静电夹盘固定待处理晶圆。

在半导体蚀刻设备中，为了不同的工艺需求，需要对基座的温度进行调节，一般是在外面有一个温控设备，往基座里传送一定温度的冷却液对基座进行温度调节。早期的温控设备只有一个冷却液容器，可以用压缩机和加热器对冷却液容器里的冷却液进行调节，可以稳定控制在某一工作温度，也可以改变工作温度，一般温度控制范围在20℃至80℃。但是，温控设备从一个工作温度到另一个工作温度的时间比较长，如果从20℃到60℃，温度差40℃，时间大概需要10-15分钟，这个对于蚀刻处理设备来说是不能接受的。

为了能够在短时间内调节冷却液的温度，目前的方法中，用两个冷却液容器来提供两路不同的温度的冷却液按一定比例进行混合，可以利用每路的不同流量来控制最终混合冷却液的温度。但是冷却液回冷却液容器的时候，每路的冷却液必须按照各自的流量回到原来的冷却液容器里，这就需要第三个冷却液容器，用来储存从蚀刻设备处理后回来了的冷却液，然后补充给原来的两个冷却液容器。这种方法可以实现温度的快速变换，但是设计复杂，而且需要第三个冷却液容器，占地大，成本高。

基于上述，研发一种利用少数冷却液容器并能快速变温的基座温度控制系统及等离子体处理器实为必要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种等离子体处理器及基座温度控制方法，通过快速变温热交换器实现高温液液和低温液体快速进行热交换，使得输出的热交换液的温度达到设定温度，并输送到基板里面，快速使基座达到需要的温度，同时每路的热交换液按照各自的流量回到原来的容器里，不需要额外的容器，占地面积小，成本低。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种等离子体处理器，包括一反应腔，所述反应腔内包括一个用于支撑基片的基座，所述基座与一基座温度控制系统连接，用于控制基座温度，所述基座温度控制系统包含：

第一温度液体容器，其以第一流速输出其中的第一液体；第二温度液体容器，其以第二流速输出其中的第二液体；热交换器，包含用于输入所述第一液体的第一管道和至少一个用于输入所述第二液体的第二管道，所述第一管道与所述第二管道接触，通过所述第一管道与所述第二管道之间的导热管壁使得所述第一液体和所述第二液体进行热交换，所述第一管道的出口端输出经过热交换的第一热交换液以及所述第二管道的出口端输出经过热交换且达到一设定温度的第二热交换液；所述第二热交换液传输至所述基座的冷却管通道入口用以控制所述基座的温度；

其中，所述第二管道包括多个互相串联的子热交换管，不同子热交换管之间通过阀门组件互相连接，所述阀门组件选择性地开关使得所述第二液体选择性地流经第二管道中的一个或多个子热交换管进行热交换后输出所述第二热交换液进入所述基座的冷却管通道入口。

优选地，所述第二热交换液从所述基座的冷却管通道的出口端回流至所述第二温度液体容器中，所述第一热交换液从所述第一管道的出口端回流至所述第一温度液体容器中。

优选地，所述第一管道为热管，所述第一温度液体容器中的所述第一液体的温度大于所述第二温度液体容器中的所述第二液体的温度，所述第一液体的温度和所述第二液体温度与所述设定温度相适配。

优选地，所述第一温度液体容器中的所述第一液体的温度大于或等于80℃，所述第二温度液体容器中的所述第二液体的温度小于或等于20℃。

优选地，未经热交换的所述第一液体的温度固定以及未经热交换的所述第二液体的温度固定，所述第一液体的流入热管入口端的流入速度等于其流出速度且固定不变，所述第二液体流入子热交换管入口端的流入温度为等于其流出速度且可调。

优选地，所述热管上接触有N个子热交换管，从靠近热管入口端到出口端依次称为第一子热交换管到第N子热交换管；每个子热交换管的出口端均连接一输出支路管道，各输出支路管道上设置有用于控制经过热交换的所述第二热交换液是否沿所述输出支路管道直接输出的一输出支路管道阀门，所有的输出支路管道的输出端汇聚并与所述基座的冷却管通道入口连接，其中，所述输出支路管道阀门的个数为N个；每个子热交换管的出口端与相邻的下一子热交换管的入口端之间连接一中间支路管道，各中间支路管道上设置有用于控制通过前一子热交换管已进行热交换的第二液体是否从下一子热交换管入口端流入继续进行热交换的一中间支路管道阀门，其中，所述中间支路管道阀门的个数为N-1个。

优选地，从靠近热管入口端到出口端，N-1个中间支路管道阀门依次称为第一中间支路管道阀门到第N-1中间支路管道阀门，N个输出支路管道阀门依次称为第一输出支路管道阀门到第N输出支路管道阀门；所述热交换器的热交换管道的总长度

其中，L_i为第i个子热交换管与热管之间的热交换管道的长度，i≦m，m≦N，此时第m个子热交换管和第m+1个子热交换管之间的第m-1中间支路管道阀门关闭且第m输出支路管道阀门开启，以及第m-1中间支路管道阀门前方的各个中间支路管道阀门均开启以及第m输出支路管道阀门前方的各个输出支路管道阀门均关闭。

优选地，所述第一温度液体容器的输出端连接有第一泵，其将所述第一温度液体容器中的第一液体以一定压力输出，第一泵输出端的输出管道上设置有用于调节第一液体流量的第一三通阀门执行器，所述第一三通阀门执行器与第一控制器连接；所述第一三通阀门执行器的一输入端与所述第一泵的输出管道连接，所述第一三通阀门执行器的一输出端输出所述第一液体至所述热管，所述第一三通阀门执行器的一回流端与所述第一温度液体容器连接，用于将部分的第一液体回流至所述第一温度液体容器中；

和/或，所述第二温度液体容器的输出端连接有第二泵，其将所述第二温度液体容器中的第二热交换液以一定压力输出，第二泵输出端的输出管道上设置有用于调节第二液体流量的第二三通阀门执行器，所述第二三通阀门执行器与第二控制器连接；所述第二三通阀门执行器的一输入端与所述第二泵的输出管道连接，所述第二三通阀门执行器的一输出端输出所述第二液体至所述子热交换管，所述第二三通阀门执行器的一回流端与所述第二温度液体容器连接，用于将部分的第二液体回流至所述第二温度液体容器中。

优选地，所述子热交换管的出口设置有温度传感器，用于监测完成热交换后的所述第二热交换液的温度信号，并将该温度信号发送至与其相连的一主控制器；所述主控制器与一人机交互界面连接，用于显示所述主控制器提供的温度信号信息，所述人机交互界面根据该温度信号信息发送相应指令控制所述主控器，所述主控制器进一步发送对应的流量控制信号至相连的所述第一控制器和所述第二控制器，用以控制所述第一阀门执行器和所述第二阀门执行器分别调节所述第一液体和所述第二液体的流量大小，满足所述子热交换管出口输出的所述第二交换液的温度达到所述设定温度。

优选地，所述子热交换管绕制在所述热管的外表面上。

本发明提供了一种如上文所述的等离子体处理器内基座的温度控制方法，该方法包含以下过程：

第一温度液体容器以第一流速输出其中的第一液体，第二温度液体容器以第二流速输出其中的第二液体；

所述第一液体和所述第二液体分别流入热交换器的第一管道和第二管道中，通过所述第一管道与所述第二管道之间的导热管壁使得所述第一液体和所述第二液体进行热交换；

所述第一管道的出口端输出经过热交换的第一热交换液，并且所述第二管道的出口端输出经过热交换的第二热交换液；

控制所述阀门组件的开关状态，使得第二液体流经第一数量的子热交换管，第二管道输出具有第一设定温度的第二热交换液至所述基座的冷却管通道入口，控制基座温度；

控制所述阀门组件的开关状态，使得第二液体流经第二数量的子热交换管，第二管道输出具有第二设定温度的第二热交换液至基座冷却管道入口，控制基座温度。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：(1)本发明的热交换器通过热管和冷管之间的高导热薄壁实现冷、热液体之间的热交换，高导热薄壁7选为铝材或铜材等导热性能良好的材料，输出适当温度的热交换液至基座的冷却液通道，快速实现对基座温度的调节作用；(2)本发明可以通过多个阀门的开关切换实现热交换管道长度的可变，使得即使需要在输出温度较高时，还可选择更长的热交换管道输出热交换液的流速仍能保持高速，实现快速调节基座温度，在保持基座温度调节范围的同时还保证温度调节的相应速度和精度；(3)本发明的冷、热液体可返回至原来的存储容器内，不需要额外的第三个容器，占地面积小、成本较低。

附图说明

图1为本发明的快速变温的基座温度控制系统示意图；

图2为本发明的实施一的热交换器示意图；

图2a为本发明的实施例一的热交换的温度、热交换管道长度和流速之间的关系图；

图3为本发明的实施例二的热交换器示意图；

图3a为本发明的实施例二的热交换的温度、热交换管道长度和流速之间的关系图；

图4为本发明的实施例三的热交换器示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供一种快速变温的基座温度控制系统，其设置在等离子体处理器的反应腔中，基座上方还包括一个静电夹盘，通过静电夹盘固定待处理晶圆。基座温度控制系统包含高温液体容器1、低温液体容器2和热交换器8。高温液体容器1中的第一液体的温度大于低温液体容器2中的第二液体的温度。

高温液体容器1中的第一液体的温度控制在80℃或者80℃以上的温度，低温液体容器2的第二液体的温度控制在20℃或者20℃以下的温度。本发明的第一液体和第二液体的温度并不仅限于此，其可根据最终基座需要的温度进行调整。

高温液体容器1的输出端连接有第一泵41，其将高温液体容器1中的第一液体以一定压力输出，第一泵41用于输出第一液体的输出管道上还设置有电动调节的一个三通阀门执行器51，该三通阀门执行器51与第一控制器61连接。其中，三通阀门执行器51的输入端与第一泵41的输出管道连接，输出端用于输出第一液体至热交换器8，回流端与高温液体容器1连接，用于将部分的第一液体回流至高温液体容器1中。通过第一控制器61控制三通阀门执行器51的三路的开度，从而调节高温液体容器1中的第一液体的流量。

低温液体容器1的输出端连接有第二泵42，其将低温液体容器2中的第二液体以一定压力输出，第二泵42用于输出第二液体的输出管道上还设置有电动调节的另一个三通阀门执行器52，该三通阀门执行器52与第二控制器62连接。其中，三通阀门执行器52的输入端与第二泵42的输出管道连接，输出端用于输出第二液体至热交换器8，回流端与低温液体容器2连接，用于将部分的第二液体回流至低温液体容器2中。通过第二控制器62控制三通阀门执行器52的三路的开度，从而调节低温液体容器2中的第二液体的流量。

如图1所示，热交换器8同时输入阀门执行器51输出的第一液体以及三通阀门执行器52输出的第二液体。热交换器8中流入的第一液体的温度Th和第二液体Tin的温度固定。

实施例一：

如图2所示，本发明的热交换器8包含两条互相接触的相邻管道，分别为热管和冷管，该冷管绕制在热管的外表面，热管和冷管的入口分别用于输入第一液体和第二液体，这两种液体独立地在各自的管道里流动并进行热交换，并从热管出口端和冷管出口端分别输出经过热交换的第一液体和第二液体，分别记为第一热交换液和第二热交换液。其中，热管和冷管这两条管道之间的管壁为高导热薄壁7，高导热薄壁7的材料导热性能良好，例如可以选用铝材或铜材。

如图2和图2a结合所示，第一液体的流入温度记为Th(例如80℃)，其流入速度Vh选定后固定不变；第二液体的流入温度为Tin(例如20℃)，其流入速度Vin等于流出速度Vout且可调节，用以满足基座10所需要的温度。

当在热交换管道(即热管和冷管之间接触且进行热交换的管道部分)的长度L0(相当于绕制在热管外表面上的冷管沿热管方向的长度)固定情况下，第二液体经过热交换器8的所述热交换管道进行热交换后，冷管的出口端输出的第二热交换液的温度Tout与第二液体的流速Vin(也可称第二热交换液的流速)呈反比，即第二液体的流速Vin越小，第二液体和第一液体之间的热交换越充分，则冷管的出口端输出的第二热交换液的温度Tout越高；反之，第二液体的流速越大，第二液体和第一液体之间的热交换越少，则冷管的出口端输出的第二热交换液的温度Tout越低。

由图2a可知，无论是在第二液体的流速Vin小还是在第二液体的流速Vin大的情况下，只要第二液体的流速确定后，冷管的出口端输出的第二热交换液体实际流经热交换管道的总长度呈正比，即当第二液体的某一流速Vin时，经过热交换管道的长度越长，则最终输出的第二热交换液的温度越高，反之，输出的第二热交换液的温度越低。

如图1所示，热交换器8的冷管出口端设置有温度传感器，用于监测经过热交换后的第二热交换液的温度。温度传感器与一主控制器11连接，主控制器11与人机交互界面12连接，该主控制器11还分别与第一控制器61和第二控制器62连接。温度传感器将监测到的第二热交换液的温度信号发送至主控制器11，人机交互界面12显示主控制器11提供的温度信号信息且该人机交互界面12根据该温度信号信息发送相应指令操控主控制器11，例如，当冷管出口端的第二热交换液的温度信号的数值低于一设定温度时，利用人机交互界面12发送控制第二热交换液流量减小指令以及控制第一热交换液的流量基本恒定的指令给主控制器11；或者，当冷管出口端的温度信号数值高于该设定温度时，利用人机交互界面12发送控制第二热交换液流量增大以及控制第一热交换液的流量基本恒定的指令给主控制器11；进而，主控制器11根据接收到的相关指令，分别发送相应的控制信号给第一控制器61和第二控制器62，使其控制三通阀门执行器51和三通阀门执行器52的三路的开度，用以控调节第一热交换液和第二热交换液的流量大小，最终实现热交换器8的冷管出口输出的第二热交换液的温度Tout达到所述设定温度并输送到基板10的冷却液通道，从而对基座10的温度进行调节。其中，所述设定温度与基座的温度调节要求相适配。

如图1和图2结合所示，热交换器8的冷管出口端输出经过交换后的第二热交换液至等离子体处理器中的基座10的冷却液通道入口，对基座10的温度进行调节。该基座10的冷却液通道的出口端还联通一段管路，用于将基座出口端输出的热交换液按照原来流入速度Vin回流到原来的低温液体容器2中。另外，热交换器8的热管出口端也联通另一段管路，用于将经过热交换后的第一热交换液按照原来流入速度Vh回流到原来的高温液体容器1中。

由于热交换器8的冷管出口端到等离子体处理器的基座10中的冷却液通道入口需要流经很长的管道(例如几米到十几米)，在流动过程中液体温度会逐渐下降，所以基座10的温度无法快速精确地控制，特别对于需要基座温度频繁变化的工艺来说，快速使基座达到需要的温度很重要，所以此时就需要第二热交换液的流出速度(也就是第二液体的流入速度)变大，但是同时由于变化幅度很大的第二液体的流速(低温液体流速)，使得在热交换管道固定情况下时，不能充分实现第一液体和第二液体的热交换，因此很难控制基座温度。

为了解决上述问题，本发明的第二实施例中热交换器8采用一种通过多个阀门的开关切换实现热交换管道长度可变(例如L0：2L0)的快速变温热交换器。

实施例二：

如图3所示，热交换器8包含两条互相接触的相邻管道，分别为热管和冷管，还进一步包含阀门S1、S2、S3。冷管绕制在热管的外表面，热管和冷管入口分别用于输入高温液体容器1中的第一液体和低温液体容器2中的第二液体，使得这两种液体独立地在各自的管道里流动并进行热交换，并从热管出口端和冷管出口端分别输出经过热交换的第一液体和第二液体，分别记为第一热交换液和第二热交换液。其中，热管和冷管这两条管道之间的管壁为高导热薄壁7，高导热薄壁7的材料导热性能良好，例如可以选用铝材或铜材。

如图3所示，本实施例中，热管为一个管道，其外表面上绕制有两个冷管管道，两个冷管之间间隔一定距离，其中靠近热管入口一侧的冷管记为第一冷管，第一冷管的后方(热管入口一侧为前，热管出口一侧为后)的另一冷管记为第二冷管。热管入口端的第一液体的流入温度记为Th(例如80℃)，其流入速度Vh选定后固定不变；第一冷管入口端的第二液体的流入温度为Tin(例如20℃)，其流入速度Vin等于流出速度Vout且可调节，用以满足基座10所需要的温度。

优选地，第一冷管和第二冷管与热管之间的各热交换管道的长度均为L0，最终可实现热交换管道长度的可变(L0：2L0)。但是本发明的各热交换管道的长度也可以不相等，主要能使热交换器8出口输出的第二热交换液的温度达到设定温度对基座温度进行调节即可，对此本发明不做限制。

第一冷管的入口端分别连接有第一支路管道31和第二支路管道32，第一支路管道31输入端与第一冷管出口端连接，第一支路管道31的输出端即为热交换器8的输出端并与基座10的冷却液通道入口连接，在第一支路管道31上的输入端和输出端之间设置有第一阀门S1，用于控制第一支路管道31的液体流通情况。

第二支路管道32的输入端与第一冷管出口端连接，第二支路管道32的输出端与第二冷管出口端连接，第二支路管道32的输入端到第二冷管入口端之间设置有第二阀门S2，用于控制第二支路管道32的液体流通情况。

第二冷管出口端连接有第三支路管道33，该第三支路管道33的输入端与第二冷管出口端连接，第三支路管道33的输出端与第一支路管道31的输出端汇聚在一起，第三支路管道33的输入端和输出端之间设置有第三阀门S3，用于控制第三支路管道33的液体流通情况。

(1)当关闭第二阀门S2并开启第一阀门S1时(此时第三阀门S3的开关状态没有影响)，热管的入口端和第一冷管的入口端分别用于输入高温液体容器1的第一液体和低温液体容器2的第二液体，使得这两种液体独立地在各自的管道里流动并进行热交换，经过第一次热交换后的第二液体从第一支路管道31输入端流入并从第一支路管道31输出端输出所述第二热交换液并供给基座10，此时快速变温热交换器的热交换管道的长度为L0，其中，第二冷管因第二阀门S2关闭未输入液体。此时，无论各个冷管与热管之间的各热交换管道的长度不相等或相等时，则热交换器的热交换管道的长度总是等于第一冷管与热管之间的热交换管道的长度。

(2)当关闭第一阀门S1并同时开启第二阀门S2和第三阀门S3时，热管的入口端和第一冷管的入口端分别用于输入高温液体容器1的第一液体和低温液体容器2的第二液体，使得这两种液体独立地在各自的管道里流动并进行热交换，同时，第二冷管因第二阀门S2的开启，由第一冷管的出口端输出的经过第一次热交换后的第二液体流经第二支路管道32后，继续在第二冷管的管道里流动进行第二次热交换，再从第三支路管道33的输出端最终输出第二热交换液给基座10，此时快速变温热交换器的热交换管道的长度共计为L0+L0＝2L0。另，当各个冷管与热管之间的各热交换管道的长度不相等时，分别为L1、L2，则快速变温热交换器的热交换管道的长度共计为L1+L2。

由图3a可知，无论是在第二液体的流速Vin小还是在第二液体的流速Vin大的情况下，只要第二液体的流速确定后，冷管的出口端输出的第二热交换液体实际流经热交换管道的总长度呈正比，即当第二液体的某一流速Vin时，经过热交换管道的长度越长(例如2L0)，则最终输出的第二热交换液的温度越高，反之(例如L0)，输出的第二热交换液的温度越低。

本实施例中，在热交换器8的第二冷管出口端(或者第一冷管出口端，第二冷管和第二冷管出口端汇聚在一起)设置有温度传感器，用于监测经过热交换后的第二热交换液的温度。温度传感器与一主控制器11连接，主控制器11与人机交互界面12连接，该主控制器11还分别与第一控制器61和第二控制器62连接。温度传感器将监测到的第二热交换液的温度信号发送至主控制器11，人机交互界面12显示主控制器11提供的温度信号信息且该人机交互界面12根据该温度信号信息发送相应指令操控主控制器11，例如，当冷管出口端的第二热交换液的温度信号的数值低于一设定温度时，利用人机交互界面12发送控制第二热交换液流量减小指令以及控制第一热交换液的流量基本恒定的指令给主控制器11；或者，当冷管出口端的温度信号数值高于该设定温度时，利用人机交互界面12发送控制第二热交换液流量增大以及控制第一热交换液的流量基本恒定的指令给主控制器11；进而，主控制器11根据接收到的相关指令，分别发送相应的控制信号给第一控制器61和第二控制器62，使其控制三通阀门执行器51和三通阀门执行器52的三路的开度，用以控调节第一热交换液和第二热交换液的流量大小，最终实现热交换器8的冷管出口输出的第二热交换液的温度Tout达到所述设定温度并输送到基板10的冷却液通道，从而对基座10的温度进行调节。其中，所述设定温度与基座的温度调节要求相适配。

热交换器8的第一冷管出口端(也是第二冷管出口端)输出经过交换后的第二热交换液至等离子体处理器中的基座10的冷却液通道入口，对基座10的温度进行调节。该基座10的冷却液通道的出口端还联通一段管路，用于将基座出口端输出的热交换液按照原来流入速度Vin回流到原来的低温液体容器2中。另外，热交换器8的热管出口端也联通另一段管路，用于将经过热交换后的第一热交换液按照原来流入速度Vh回流到原来的高温液体容器1中。

实施例三：

如图4所示，本发明的快速变温热交换器不仅限于上述第二实施例，还可在第二冷管的后方的热管外表面上继续绕制第三冷管，且快速变温热交换器进一步增加第四支路管道34、第四阀门S4、第五支路管道35和第五阀门S5。其中。第四支路管道34的输入端与第二冷管的出口端连接，第四支路管道34的输出端与第三冷管入口端连接，第四支路管道34的输入端到第三冷管的入口端之间设置有第四阀门S4，用于控制第四支路管道34的液体流通情况。

第三冷管的出口端连接有第五支路管道35，该第五支路管道35的输入端与第三冷管的出口端连接，第五支路管道35的输出端与第一支路管道31的输出端以及第三阀门S3的输出端汇聚在一起，第五支路管道35的输入端和输出端之间设置有第五阀门S5，用于控制第五支路管道35的液体流通情况。

(1)当关闭第二阀门S2并开启第一阀门S1时(此时阀门S3、S4、S5的开关状态没有影响)，热管的入口端和第一冷管的入口端分别用于输入高温液体容器1的第一液体和低温液体容器2的第二液体，使得这两种液体独立地在各自的管道里流动并进行热交换，经过第一次热交换的第二液体从第一支路管道31输入端流入并从第一支路管道31输出端输出所述第二热交换液并供给基座10，此时快速变温热交换器的热交换管道的长度为L0，其中，第二冷管因第二阀门S2关闭未输入液。此时，无论各个冷管与热管之间的各热交换管道的长度不相等或相等时，则热交换器的热交换管道的长度总是等于第一冷管与热管之间的热交换管道的长度。

(2)当关闭第一阀门S1、开启第二阀门S2、开启第三阀门S3以及关闭第四阀门S4(此时第五阀门S5的开关状态没有影响)时，热管的入口端和第一冷管的入口端分别用于输入高温液体容器1的第一液体和低温液体容器2的第二液体，使得这两种液体独立地在各自的管道里流动并进行热交换，同时，因第二阀门S2的开启，由第一冷管出口端输出的经过第一次热交换后的第二液体流经第二支路管道32后，继续在第二冷管的管道里流动进行第二次热交换，再从第三支路管道33的输出端最终输出第二热交换液给基座10，此时快速变温热交换器的热交换管道的长度共计为2L0。另，当各个冷管与热管之间的各热交换管道的长度不相等时，分别为L1、L2、L3，则快速变温热交换器的热交换管道的长度共计为L1+L2。

(3)当关闭第一阀门S1、开启第二阀门S2、关闭第三阀门S3、开启第四阀门S4以及开启第五阀门S5时，热管入口端和第一冷管入口端分别用于输入高温液体容器1的第一液体和低温液体容器2的第二液体，使得这两种液体独立地在各自的管道里流动并进行热交换，同时，因第二阀门S2的开启，由第一冷管出口端输出的经过第一次热交换后的第儿热交换液会流经第二支路管道32，并继续在第二冷管的管道里流动进行第二次热交换，且因第四阀门S4的开启，由第二冷管出口端输出的经过第二次热交换后的第儿热液体会流经第四支路管道34，并继续在第三冷管的管道里流动进行第三次热交换，再从第五支路管道33的输出端最终输出所述第二热交换液给基座10，此时快速变温热交换器8的热交换管道的长度共计为3L0。另，当各个冷管与热管之间的各热交换管道的长度不相等时，分别为L1、L2、L3，则快速变温热交换器的热交换管道的长度共计为L1+L2+L3。

本发明的快速变温热交换器8不仅限于上述第二实施例和第三实施例，快速变温热交换器8还在上述第三冷管基础上继续绕制第四冷管、第五冷管……第N冷管，并在中间相邻的两冷管之间继续增加中间支路管道与对应的阀门以及在最后一冷管出口端和快速变温热交换器输出端之间设置阀门，通过多个阀门的开关切换，实现热交换管道的长度的可变，具体方法同上述实施例二和三，本发明对此不做赘述。

由上各个实施例可知，当热管上接触有N个冷管，从靠近热管入口端到出口端依次称为第一冷管到第N冷管；每个冷管的出口端均连接一输出支路管道，各输出支路管道上设置有用于控制经过热交换的第二热交换液是否沿输出支路管道直接输出的一输出支路管道阀门，所有的输出支路管道的输出端汇聚并与基座的冷却管通道入口连接，其中，输出支路管道阀门的个数为N个；每个冷管的出口端与相邻的下一冷管的入口端之间连接一中间支路管道，各中间支路管道上设置有用于控制通过前一冷管已进行热交换的第二液体是否从下一冷管入口端流入继续进行热交换的一中间支路管道阀门，其中，中间支路管道阀门的个数为N-1个。

从靠近热管入口端到出口端，N-1个中间支路管道阀门依次称为第一中间支路管道阀门到第N-1中间支路管道阀门，N个输出支路管道阀门依次称为第一输出支路管道阀门到第N输出支路管道阀门；

热交换器的热交换管道的总长度

其中，L_i为第i个冷管与热管之间的热交换管道的长度，i≦m，m≦N，此时第m个冷管和第m+1个冷管之间的第m-1中间支路管道阀门关闭且第m输出支路管道阀门开启，以及第m-1中间支路管道阀门前方的各个中间支路管道阀门均开启以及第m输出支路管道阀门前方的各个输出支路管道阀门均关闭。

本发明中的热交换器的冷管输出的热交换热的温度的控制精度为+/-1℃，控制时间可达到小于60秒，比现有技术中的10-15分钟相比具有显著的进步。本发明中的热交换器可以放置在基座10的外部，或者放置在基座10内部。本发明中的热管和冷管可以互换，也就是中心圆柱形管道流动的可以是低温冷却液，外围环绕的的螺线形管道中流的是高温的冷却液，所以上述冷管只是举例说明，并不代表一定流的是低温冷却液。只要是能够实现充分热交换的两个互相贴近的两个管道都可以是本发明中冷管和热管，所以本发明中只要其中一个热交换管道中包括一组多个互相串联的子热交换管道，每个子热交换管道出口通过一个阀门选择性的连接到同一个冷却液出口，均能实现本发明，不受实际管道内流动的液体温度影响。

综上所述，本发明的热交换器通过热管和冷管之间的高导热薄壁实现冷、热液体之间的热交换，高导热薄壁选为铝材或铜材等导热性能良好的材料，输出适当温度的热交换液至基座的冷却液通道，快速实现对基座温度的调节作用；本发明热管上设置有多个互相串联的冷管，不同冷管之间通过阀门组件互相连接，阀门组件选择性地开关使得第二热交换液选择性地流经一个或多个冷管后进入基座的冷却管通道入口，实现热交换管道长度的可变，使得即使需要在输出温度较高时，还可选择更长的热交换管道输出热交换液的流速仍能保持高速，实现快速调节基座温度，在保持基座温度调节范围的同时还保证温度调节的相应速度和精度；本发明的冷、热液体可返回至原来的存储容器内，不需要额外的第三个容器，占地面积小、成本较低。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (11)

1.一种等离子体处理器，包括一反应腔，所述反应腔内包括一个用于支撑基片的基座，所述基座与一基座温度控制系统连接，用于控制基座温度，其特征在于，所述基座温度控制系统包含：

第一温度液体容器，其以第一流速输出其中的第一液体；

第二温度液体容器，其以第二流速输出其中的第二液体；

热交换器，包含用于输入所述第一液体的第一管道和至少一个用于输入所述第二液体的第二管道，所述第一管道与所述第二管道接触，通过所述第一管道与所述第二管道之间的导热管壁使得所述第一液体和所述第二液体进行热交换，所述第一管道的出口端输出经过热交换的第一热交换液以及所述第二管道的出口端输出经过热交换且达到一设定温度的第二热交换液；所述第二热交换液传输至所述基座的冷却管通道入口用以控制所述基座的温度；

其中，所述第二管道包括多个互相串联的子热交换管，不同子热交换管之间通过阀门组件互相连接，所述阀门组件选择性地开关使得所述第二液体选择性地流经第二管道中的一个或多个子热交换管进行热交换后输出所述第二热交换液进入所述基座的冷却管通道入口。

2.如权利要求1所述的等离子体处理器，其特征在于，

所述第二热交换液从所述基座的冷却管通道的出口端回流至所述第二温度液体容器中，所述第一热交换液从所述第一管道的出口端回流至所述第一温度液体容器中。

3.如权利要求1或2所述的等离子体处理器，其特征在于，

所述第一管道为热管，所述第一温度液体容器中的所述第一液体的温度大于所述第二温度液体容器中的所述第二液体的温度，所述第一液体的温度和所述第二液体温度与所述设定温度相适配。

4.如权利要求3所述的等离子体处理器，其特征在于，

所述第一温度液体容器中的所述第一液体的温度大于或等于80℃，所述第二温度液体容器中的所述第二液体的温度小于或等于20℃。

5.如权利要求1所述的等离子体处理器，其特征在于，

未经热交换的所述第一液体的温度固定以及未经热交换的所述第二液体的温度固定，所述第一液体的流入热管入口端的流入速度等于其流出速度且固定不变，所述第二液体流入子热交换管入口端的流入温度为等于其流出速度且可调。

6.如权利要求3所述的等离子体处理器，其特征在于，

所述热管上接触有N个子热交换管，从靠近热管入口端到出口端依次称为第一子热交换管到第N子热交换管；

每个子热交换管的出口端均连接一输出支路管道，各输出支路管道上设置有用于控制经过热交换的所述第二热交换液是否沿所述输出支路管道直接输出的一输出支路管道阀门，所有的输出支路管道的输出端汇聚并与所述基座的冷却管通道入口连接，其中，所述输出支路管道阀门的个数为N个；

每个子热交换管的出口端与相邻的下一子热交换管的入口端之间连接一中间支路管道，各中间支路管道上设置有用于控制通过前一子热交换管已进行热交换的第二液体是否从下一子热交换管入口端流入继续进行热交换的一中间支路管道阀门，其中，所述中间支路管道阀门的个数为N-1个。

7.如权利要求6所述的等离子体处理器，其特征在于，

从靠近热管入口端到出口端，N-1个中间支路管道阀门依次称为第一中间支路管道阀门到第N-1中间支路管道阀门，N个输出支路管道阀门依次称为第一输出支路管道阀门到第N输出支路管道阀门；

所述热交换器的热交换管道的总长度

其中，L_i为第i个子热交换管与热管之间的热交换管道的长度，i≦m，m≦N，此时第m个子热交换管和第m+1个子热交换管之间的第m-1中间支路管道阀门关闭且第m输出支路管道阀门开启，以及第m-1中间支路管道阀门前方的各个中间支路管道阀门均开启以及第m输出支路管道阀门前方的各个输出支路管道阀门均关闭。

8.如权利要求3所述的等离子体处理器，其特征在于，

所述第一温度液体容器的输出端连接有第一泵，其将所述第一温度液体容器中的第一液体以一定压力输出，第一泵输出端的输出管道上设置有用于调节第一液体流量的第一三通阀门执行器，所述第一三通阀门执行器与第一控制器连接；所述第一三通阀门执行器的一输入端与所述第一泵的输出管道连接，所述第一三通阀门执行器的一输出端输出所述第一液体至所述热管，所述第一三通阀门执行器的一回流端与所述第一温度液体容器连接，用于将部分的第一液体回流至所述第一温度液体容器中；

和/或，所述第二温度液体容器的输出端连接有第二泵，其将所述第二温度液体容器中的第二热交换液以一定压力输出，第二泵输出端的输出管道上设置有用于调节第二液体流量的第二三通阀门执行器，所述第二三通阀门执行器与第二控制器连接；所述第二三通阀门执行器的一输入端与所述第二泵的输出管道连接，所述第二三通阀门执行器的一输出端输出所述第二液体至所述子热交换管，所述第二三通阀门执行器的一回流端与所述第二温度液体容器连接，用于将部分的第二液体回流至所述第二温度液体容器中。

9.如权利要求8所述的等离子体处理器，其特征在于，

所述子热交换管的出口设置有温度传感器，用于监测完成热交换后的所述第二热交换液的温度信号，并将该温度信号发送至与其相连的一主控制器；

所述主控制器与一人机交互界面连接，用于显示所述主控制器提供的温度信号信息，所述人机交互界面根据该温度信号信息发送相应指令控制所述主控器，所述主控制器进一步发送对应的流量控制信号至相连的所述第一控制器和所述第二控制器，用以控制所述第一阀门执行器和所述第二阀门执行器分别调节所述第一液体和所述第二液体的流量大小，满足所述子热交换管出口输出的所述第二交换液的温度达到所述设定温度。

10.如权利要求3所述的等离子体处理器，其特征在于，

所述子热交换管绕制在所述热管的外表面上。

11.一种如权利要求1-10任意一项所述的等离子体处理器内基座的温度控制方法，其特征在于，该方法包含以下过程：

第一温度液体容器以第一流速输出其中的第一液体，第二温度液体容器以第二流速输出其中的第二液体；

所述第一液体和所述第二液体分别流入热交换器的第一管道和第二管道中，通过所述第一管道与所述第二管道之间的导热管壁使得所述第一液体和所述第二液体进行热交换；

所述第一管道的出口端输出经过热交换的第一热交换液，并且所述第二管道的出口端输出经过热交换的第二热交换液；

控制所述阀门组件的开关状态，使得第二液体流经第一数量的子热交换管，第二管道输出具有第一设定温度的第二热交换液至所述基座的冷却管通道入口，控制基座温度；

控制所述阀门组件的开关状态，使得第二液体流经第二数量的子热交换管，第二管道输出具有第二设定温度的第二热交换液至基座冷却管道入口，控制基座温度。

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