CN115910847A - 用于处理基板的装置和加热元件的温度控制方法 - Google Patents

用于处理基板的装置和加热元件的温度控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于处理基板的装置和加热元件的温度控制方法。本发明构思提供了一种基板处理装置。基板处理装置包括：腔室，该腔室具有处理空间；以及支承单元，该支承单元被配置成在处理空间中支承并加热基板；并且其中，该支承单元包括：至少一个加热元件，该至少一个加热元件用于调节该基板的温度；电源，该电源用于产生施加到该至少一个加热元件的功率；功率供应线，该功率供应线用于将由该电源产生的功率传输到该至少一个加热元件；功率返回线，该功率返回线用于将该至少一个加热元件接地；以及电流测量电阻器，该电流测量电阻器设置在功率供应线或功率返回线上，并且用于估计该至少一个加热元件的温度。

Description

用于处理基板的装置和加热元件的温度控制方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2021年8月27日提交韩国知识产权局的、申请号为10-2021-0113966的韩国专利申请的优先权和权益，其全部内容通过引用结合在本申请中。
技术领域
在本文中所描述的本发明构思的实施方案涉及一种基板处理装置和温度控制方法。
背景技术
为了制造半导体元件，在诸如晶圆等基板上执行各种处理工艺，诸如光刻工艺、蚀刻工艺、离子注入工艺、清洁工艺和抛光工艺等。等离子体可以用于蚀刻在基板上形成的膜或将离子注入到基板上的膜中。用于使用等离子体处理基板的基板处理装置需要准确地执行基板处理的精度、用于即使在处理多个基板时也维持基板之间的处理程度的重复再现性、以及在单个基板的整个区域中的均匀处理程度的处理均匀性。为了提高这样的精度、重复再现性和处理均匀性，已经使用了能够支承和加热基板的静电卡盘。
静电卡盘可以包括多个加热器，并且这些加热器中的每个加热器可以被布置为加热不同基板的区域。并且，加热器是独立控制的，因此可以针对每个区域不同地调节基板温度。近年来，为了更准确地控制基板温度，设置在静电卡盘中的加热器的数量正在增加。
同时，为了精确地控制基板温度，需要感测每个加热器的温度，并基于感测到的温度反馈控制加热器的温度。然而，如上文描述的，当设置在静电卡盘中的加热器的数量增加时，安装在基板处理装置处的用于感测加热器的温度的温度传感器的数量也增加。随着温度传感器的数量的增加，不仅卡盘的布线结构变得复杂，而且难以在卡盘中安装温度传感器。
发明内容
本发明构思的实施方案提供了一种用于有效地处理基板的基板处理装置和加热元件的温度控制方法。
本发明构思的实施方案提供了一种用于在没有温度传感器的情况下估计加热元件的温度的基板处理装置和加热元件的温度控制方法。
本发明构思的实施方案提供了一种用于基于在没有温度传感器的情况下估计的加热元件的估计温度来反馈控制加热元件的温度的基板处理装置和温度控制方法。
本发明构思的技术目的不限于上述技术目的，并且其他未提及的技术目的对本领域技术人员而言将从以下描述中变得显而易见。
本发明构思提供了一种基板处理装置。该基板处理装置包括腔室，该腔室具有处理空间；以及支承单元，该支承单元被配置成在该处理空间中支承并加热基板，并且其中，该支承单元包括：至少一个加热元件，该至少一个加热元件用于调节该基板的温度；电源，该电源用于产生施加到该至少一个加热元件的功率；功率供应线，该功率供应线用于将由该电源产生的功率传输到该至少一个加热元件；功率返回线，该功率返回线用于将该至少一个加热元件接地；以及电流测量电阻器，该电流测量电阻器设置在该功率供应线或该功率返回线上，并且用于估计该至少一个加热元件的温度。
在一实施方案中，该电流测量电阻器的电阻大小小于该至少一个加热元件的电阻大小。
在一实施方案中，该支承单元还包括在该功率供应线上的至少一个开关和/或该功率供应线，并且如果接通该至少一个开关，该电流测量电阻器与该至少一个加热元件串联连接。
在一实施方案中，该基板处理装置还包括控制单元，该控制单元被配置成控制该支承单元，并且其中，该控制单元包括：电阻测量单元，该电阻测量单元被配置成测量流过该电流测量电阻器的电流，并基于测量的电流来测量该至少一个加热元件的电阻大小；以及温度估计单元，该温度估计单元被配置成基于由该电阻测量单元测量的该至少一个加热元件的电阻大小来估计该至少一个加热元件的温度。
在一实施方案中，该电阻测量单元确定该至少一个加热元件的电阻大小随着流过该电流测量电阻器的电流大小变得更大而变得更小。
在一实施方案中，该温度估计单元参考表示该至少一个加热元件的电阻大小与温度之间的一一对应关系的参考数据、基于由该电阻测量单元测量的该至少一个加热元件的电阻大小来估计该加热元件的温度。
在一实施方案中，该控制单元包括控制部，该控制部被配置成基于由该温度估计单元估计的该至少一个加热元件的温度来控制该电源和/或该开关。
在一实施方案中，如果由该温度估计单元估计的该至少一个加热元件的温度低于预设温度，则该控制部产生用于增加该电源的输出的控制信号。
在一实施方案中，如果由该温度估计单元估计的该至少一个加热元件的温度低于预设温度，则该控制部产生用于增加接通该开关的时间段的控制信号。
在一实施方案中，该至少一个加热元件、该功率供应线和该功率返回线分别设置成多个，并且每个加热元件被连接到多个功率供应线中的任一个功率供应线和多个功率返回线中的任一个功率返回线，但不共享该多个功率供应线中的同一功率供应线和该多个功率返回线中的同一功率返回线。
在一实施方案中，整流器在该功率供应线和/或该功率返回线上，该整流器防止朝向该电源的反向电流。
在一实施方案中，当从上方观察时，多个该加热元件被布置成M×N矩阵阵列。
在一实施方案中，多个该加热元件被布置在该支承单元的中心上，并沿着该支承单元的径向方向和圆周方向以加热该基板的对应部分。
本发明构思提供了一种基板处理装置。该基板处理装置包括腔室，该腔室具有处理空间；支承单元，该支承单元被配置成在该处理空间中支承并加热基板；以及等离子体源，该等离子体源产生用于处理该基板的等离子体，并且其中，该支承单元包括：至少一个加热元件，该至少一个加热元件用于调节该基板的温度；电源，该电源用于产生施加到该至少一个加热元件的功率；功率供应线，该功率供应线用于将该功率传输到该至少一个加热元件；功率返回线，该功率返回线将该至少一个加热元件接地；以及电流测量电阻器，该电流测量电阻器设置在该功率供应线或该功率返回线上，并且用于估计该至少一个加热元件的温度。
在一实施方案中，该电流测量电阻器的电阻大小与该至少一个加热元件的电阻大小的比率约为1:1000～1:15000。
在一实施方案中，该支承单元包括第一板和设置在该第一板下方的第二板，并且其中，该第一板包括：绝缘层，该至少一个加热元件埋设在该绝缘层内；以及介电层，用于静电夹持该基板的静电电极埋设在该介电层内，并且其中，该第二板具有冷却流体流动所通过的流体通道。
在一实施方案中，该电流测量电阻器定位在该绝缘层的外侧。
在一实施方案中，该基板处理装置还包括控制单元，该控制单元被配置成控制该支承单元，并且其中，该控制单元包括：电阻测量单元，该电阻测量单元被配置成测量流过该电流测量电阻器的电流，并基于测量的电流来测量该至少一个加热元件的电阻大小；以及温度估计单元，该温度估计单元被配置成基于由该电阻测量单元测量的该加热元件的电阻大小来估计该至少一个加热元件的温度。
在一实施方案中，该控制单元包括控制部，该控制部被配置成基于由该温度估计单元估计的该至少一个加热元件的估计温度来反馈控制该至少一个加热元件的温度。
本发明构思提供了一种用于控制支承单元的加热元件的温度的方法，该支承单元包括该加热元件，该加热元件用于调节基板的温度；电源，该电源用于产生施加到该加热元件的功率；功率供应线，该功率供应线用于将该功率传输到该加热元件；功率返回线，该功率返回线用于将该加热元件接地；以及电流测量电阻器，该电流测量电阻器设置在该功率供应线或该功率返回线上并用于估计该加热元件的温度，该方法包括：测量流过该电流测量电阻器的电流并基于测量的电流测量该加热元件的电阻大小；基于测量的该加热元件的电阻的测量大小来估计该加热元件的温度；以及基于该加热元件的估计温度反馈控制该加热元件的温度。
根据本发明构思的实施方案，可以有效地处理基板。
根据本发明构思的实施方案，可以在没有温度传感器的情况下估计加热元件的温度。
根据本发明构思的实施方案，可以在没有温度传感器的情况下基于加热元件的估计温度来反馈控制加热元件的温度。
本发明构思的效果不限于上述效果，并且其他未提及的效果对于本领域技术人员而言从以下描述将变得显而易见。
附图说明
参考以下附图，上述和其他目的和特征从以下描述将变得显而易见，其中除非另有说明，否则贯穿各个附图，相同的附图标记指代相同的部件，在附图中：
图1示意性地展示了根据本发明构思的实施方案的基板处理装置。
图2为展示了图1的支承单元的一部分的截面视图。
图3展示了图2的加热元件的阵列结构。
图4展示了根据本发明构思的实施方案的加热元件的温度控制结构。
图5展示了在估计图4的加热元件的任一加热元件的温度时的加热元件的温度控制结构。
图6为展示了根据本发明构思的实施方案的加热元件的温度控制方法的流程图。
图7和图8为展示了基于在图5的反馈控制步骤估计的加热元件的温度来反馈控制加热元件的温度的示例的图形。
图9展示了根据本发明构思的另一实施方案的加热元件的阵列结构。
具体实施方式
本发明构思可以进行各种修改并且可以具有各种形式，且将在附图中展示并详细描述其具体实施方案。然而，根据本发明构思的实施方案并不旨在限制具体公开的形式，并且应当理解，本发明构思包括包含在本发明构思的精神和技术范围内的所有变换、等同物和替换。在本发明构思的说明书中，当相关的已知技术可能使得本发明构思的本质不清楚时，可以省略对这些相关的已知技术的详细描述。
本文中使用的术语仅是为了描述特定实施方案的目的，且不旨在限制本发明构思。如本文中使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另有明确指示。还应当理解，术语“包括”和/或“包含”当在本说明书中使用时指定所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组的存在或添加。如本文所使用的，术语“和/或”包括相关联的所列项目中的一个或多个的任意组合和所有组合。并且，术语“示例性”旨在指代示例或图示。
应该理解，尽管本文中可以使用术语“第一”、“第二”、“第三”等来描述各种元件、组件、区域、层和/或区段，除非另有说明，否则这些元件、组件、区域、层和/或区段不应被这些术语限制。这些术语仅用将一个元件、组件、区域、层和/或区段与另一区域、层和/或区段区分开来。因此，下面讨论的第一元件、第一组件、第一区域、第一层或第一区段在不背离本发明构思的教导的情况下可以被称为第二元件、第二组件、第二区域、第二层或第二区段。
在本发明构思的实施方案中，展示了用于使用等离子体蚀刻基板的基板处理装置。然而，本发明构思不限于此，并且可以应用于执行将等离子体供应到腔室中的工艺的各种各样的装置。
在下文中，将参考图1到图9详细地描述本发明构思的实施方案。
图1示意性地展示了根据本发明构思的实施方案的基板处理装置。
参考图1，基板处理装置10使用等离子体处理基板W。基板处理装置10可以包括腔室100、支承单元200、喷头单元300、气体供应单元400、等离子体源、衬里单元500、挡板单元600和控制单元800。
腔室100设置有处理空间，在该处理空间中执行基板处理工艺。腔室100具有内部处理空间。腔室100以密封形式设置。腔室100由金属材料制成。在一实施方案中，腔室100可以由铝材料制成。腔室100可以被接地。排放孔102形成在腔室100的底部上。排放孔102被连接到排放管线151。排放管线151被连接到泵(未示出)。在工艺期间产生的反应副产物和保留在腔室100的内部空间中的气体可以通过排放管线151被排出到外侧。腔室100的内部通过排放工艺被减压到预设压力。
加热器(未示出)设置在壁中，例如设置在腔室100的侧壁中。加热器加热腔室100的侧壁。加热器被电连接到加热电源(未示出)。加热器可以被配置成在通过加热电源向其施加电流时经历焦耳加热(也被称为欧姆/电阻加热)。例如，加热器可以被配置成当电流通过加热器时产生热量。由加热器产生的热量被传递到内部空间。处理空间通过由加热器提供的热量而被维持在预设温度。加热器设置为线圈状的加热丝。一个或多个加热器可以设置在腔室100的侧壁上/中。
支承单元200可以在腔室100的处理空间中支承基板W。支承单元200可以为以静电方式吸附基板W(诸如晶圆)的静电卡盘ESC。选择性地，支承单元200可以以各种方式(诸如机械夹持或通过真空吸附的夹持)来夹持基板W。
并且，支承单元200可以控制被支承的基板W的温度。例如，支承单元200可以通过增加基板W的温度来增加基板W的处理效率。
支承单元200可以包括支承板210(示例性第一板)、电极板220(示例性第二板)、加热元件230、底部支承件240、绝缘板250、环形构件270、功率线模块280和电源290。
基板W可以放置在支承板210上。当从上方观察时，支承板210可以具有盘形式。
在一些实施方案中，支承板210的顶部表面可以具有与基板W相同的半径。在一些实施方案中，支承板210的顶部表面的半径可以大于基板W的半径。当将基板W放置在支承板210上时，基板W的边缘区域可以不突出到支承板210的外侧。此外，支承板210的边缘区域可以是阶梯状的。绝缘体214可以设置在阶梯状的支承板210的边缘区域处。当从上方观察时，绝缘体214可以具有环形式。
图2为展示了图1的支承单元的一部分的放大视图。
参考图2，支承板210可以包括介电层210a、第一绝缘层210b、第二绝缘层210c和隔热层210d。
静电电极211可以设置在介电层210a中。例如，静电电极211可以被埋设在介电层210a中。静电电极211可以设置为单极型或双极型。静电电极211可以电连接到静电电源213。静电电源213包括直流(DC，Direct-Current)电源。钳位开关(clamping switch)212可以安装在静电电极211与静电电源213之间。静电电极211可以通过接通/断开(on/off)钳位开关212来电连接到静电电源213。当接通钳位开关212时，可以将DC电流施加到静电电极211。通过施加到静电电极211的电流可以在静电电极211与基板W之间产生静电力。可以通过静电力将基板W夹持到支承板210。介电层210a可以由包含电介质的材料形成。例如，介电层210a可以由包含陶瓷的材料制成或包括该包含陶瓷的材料。
第一绝缘层210b和第二绝缘层210c可以彼此结合以形成空腔。可以存在由第一绝缘层210b和第二绝缘层210c形成的多个空腔。第一绝缘层210b可以设置在介电层210a的下方。第二绝缘层210c可以设置在第一绝缘层210b的下方。在第一绝缘层210b中形成向上凹陷(即朝向介电层210a凹陷)的凹部，并且第二绝缘层210c设置在第一绝缘层210b的下方以在两者之间形成空腔。加热元件230可以设置在由第一绝缘层210b和第二绝缘层210c形成的空腔的每个空腔中。虽然图2展示了凹部形成在第一绝缘层210b处，但是第二绝缘层210c可以具有凹部和/或第一绝缘层210b和第二绝缘层210c这两者都可以具有凹部。第一绝缘层210b和第二绝缘层210c可以是聚合物材料、无机材料、陶瓷，例如氧化硅、氧化铝、钇、氮化铝、其他合适的材料和/或它们的组合。
隔热层210d可以设置在第二绝缘层210c的下方。隔热层210d可以用作热屏障。例如，可以最小化由加热元件230产生的热量到支承单元200的底部部分的传输。此外，可以最小化在作为冷却流体通道的顶部流体通道221中流动的冷却流体的冷量向设置有加热元件230的绝缘层210b和210c的传输。
加热元件230可以控制基板W的温度。加热元件230可以加热基板W。加热元件230可以通过功率线模块280接收由稍后要描述的电源290产生的功率来产生热量。加热元件230可以设置在由第一绝缘层210b和第二绝缘层210c形成的空腔中。可以设置多个加热单元230。例如，加热元件230可以各自分别加热基板W的不同区域。例如，加热元件230的第一部分可以加热基板W的第一区域。此外，加热元件230的第二部分可以加热基板W的第二区域。
加热元件230可以布置成矩阵阵列以控制基板W的区域的每个区域的温度，如图3中所展示的。虽然图3展示了以2×2阵列设置的四个加热元件230，但本发明构思不限于此。例如，加热元件230可以以M×N(其中，M、N≥2)阵列设置。加热元件230的总数量可以根据需要进行各种改变。
此外，加热元件230可以具有板形状。例如，加热元件230可以被称为加热板。每个加热元件230可以具有各种形状，诸如如图3中所展示的矩形形状、五边形形状等。此外，加热元件230可以是电阻加热器，例如聚酰亚胺加热器、硅橡胶加热器、云母加热器、金属加热器、陶瓷加热器、半导体加热器或碳加热器。
此外，加热元件230的面积可以大于或对应于在基板W上制造的裸片(die)的面积。例如，每个加热元件230的尺寸可以被设置成使得其顶部表面完全覆盖将在基板W上制造的对应的裸片的顶部表面。例如，每个加热元件230的顶部表面积可以是2cm2到3cm2。此外，每个加热元件230的厚度范围可以从2微米到1毫米，并且更特别地，从5微米到80微米。此外，当从上方观察时，加热元件230所占据的总面积可以为支承单元200的顶部表面(例如，支承板210的顶部表面)的面积的50％到90％。例如，当从上方观察时，加热元件230所占据的总面积可以是支承板210的顶部表面的90％。
可以进一步展示加热元件230的温度控制结构和加热元件230的温度控制方法。
返回参考图1，电极板220可以设置在支承板210下方。电极板220的顶部表面可以与支承板210的底部表面接触。电极板220可以具有盘形状。电极板220由导电材料制成。在一实施方案中，电极板220可以由铝材料制成。可以在电极板220内形成顶部流体通道221，该顶部流体通道是冷却流体流动所通过的通道。顶部流体通道221主要冷却支承板210。可以将冷却流体供应到顶部流体通道221。在一实施方案中，冷却流体可以是冷却水或冷却气体。此外，电极板220可以是冷却板的实施方案。
电极板220可以设置为金属板。电极板220可以电连接到底部电源227。底部电源227可以设置为用于产生高频功率的高频电源。高频电源可以设置为RF电源。RF电源可以设置为高偏置功率RF电源。电极板220可以通过切换底部开关225来选择性地接收来自底部电源227的高频功率。选择性地，电极板220可以被接地。
绝缘板250可以设置在电极板220的下方。绝缘板250可以设置成圆板形式。绝缘板250可以设置有与电极板220面积相对应的面积。绝缘板250可以设置为绝缘板。在一实施方案中，绝缘板250可以设置为电介质。
底部支承件240设置在电极板220的下方。底部支承件240设置在底部板260的下方。底部支承件240设置成环形状。
底部板260设置在绝缘板250的下方。底部板260可以由铝材料制成。从上方观察时，底部板260可以设置成圆形形式。底部板260可以具有内部空间。将基板W从外部的传输构件移动到支承板210的升降销模块(未示出)等可以定位在底部板260的内部空间中。
环形构件270设置在支承单元200的边缘区域处。环形构件270具有环形形式。环形构件270设置成围绕支承板210的顶部部分。环形构件270可以设置在绝缘体214上，该绝缘体设置在支承板210的边缘区域中。环形构件270可以设置为聚焦环。
喷头单元300设置在腔室100内部的支承单元200的上方。喷头单元300定位成面向支承单元200。喷头单元300包括喷头310、气体喷射板320、盖板330、顶部板340和绝缘环350。
喷头310被定位成与腔室100的顶部表面向下间隔开预设距离。喷头310设置在支承单元200的上方。在喷头310与腔室100的顶部表面之间形成了预设空间。喷头310可以以具有恒定厚度的板形式设置。喷头310的底部表面可以被阳极氧化以防止由于等离子体而产生电弧。喷头310的截面可以设置为具有与支承单元200相同的形式和截面面积。喷头310包括多个喷射孔311。喷射孔311沿上下方向贯穿喷头310的顶部表面和底部表面。
喷头310可以由与等离子体(该等离子体由气体供应单元400供应的气体产生)反应以产生化合物的材料制成。例如，喷头310可以设置为与等离子体中包含的离子中具有最高电负性的离子反应以产生化合物的材料。例如，喷头310可以由包含硅的材料制成。另外，由喷头310与等离子体间的反应生成的化合物可以是四氟化硅。
喷头310可以被电连接到顶部电源370。顶部电源370可以设置为高频电源。选择性地，喷头310可以被电接地。
气体喷射板320被定位在喷头310的顶部表面上。气体喷射板320可以被定位成从腔室100的顶部表面间隔开预设距离。气体喷射板320可以以具有恒定厚度的板形式设置。加热器323设置在气体喷射板320的边缘区域中。加热器323加热气体喷射板320。
气体喷射板320设置有扩散区322和喷射孔321。扩散区322将从上方供应的气体均匀地散布到喷射孔321。扩散区322连接到设置在下方的喷射孔321。相邻的扩散区322彼此连接。相邻的喷射孔321连接到扩散区322并且在上下方向上贯穿底部表面。
喷射孔321被定位成面对喷头310的喷射孔311。气体喷射板320可以包含金属材料。
盖板330被定位在气体喷射板320的上方。盖板330可以以具有恒定厚度的板形式设置。盖板330设置有扩散区332和喷射孔331。扩散区332将从上方供应的气体均匀地散布到喷射孔331。扩散区332连接到设置在下方的喷射孔331。相邻的扩散区332彼此连接。喷射孔331与扩散区332连接，并且在上下方向贯穿底部表面。
顶部板340设置在盖板330的上方。顶部板340可以以具有恒定厚度的板形式设置。顶部板340可以具有与盖板330相同的尺寸。供应孔341形成在顶部板340的中心中。供应孔341是气体通过的孔。通过供应孔341的气体被供应到盖板330的扩散区332。冷却流体通道343形成在顶部板340内。冷却流体可以被供应到冷却流体通道343。在一实施方案中，冷却流体可以设置为冷却水。
并且，喷头310、气体喷射板320、盖板330和顶部板340可以由杆支承。例如，喷头310、气体喷射板320、盖板330和顶部板340可以彼此联接并由被固定到顶部板340的顶部表面的杆支承。此外，杆可以联接到腔室100的内部。
绝缘环350设置成围绕喷头310、气体喷射板320、盖板330和顶部板340的周边。绝缘环350可以设置成圆形环形式。绝缘环350可以由非金属材料制成。当从上方观察时，绝缘环350被定位成与环形构件270重叠。当从上方观察时，绝缘环350和喷头310接触的表面被定位成与环形构件270的顶部区域重叠。
气体供应单元400将气体供应到腔室100内部。由气体供应单元400供应的气体可以被等离子体源激发成等离子体状态。另外，由气体供应单元400供应的气体也可以是含氟的气体。例如，由气体供应单元400供应的气体可以是四氟化碳。
气体供应单元400包括气体供应喷嘴410、气体供应管线420和气体储存单元430。气体供应喷嘴410安装在腔室100的顶部表面的中心处。在气体供应喷嘴410的底部表面上形成有喷射孔。喷射端口将工艺气体供应到腔室100中。气体供应管线420将气体供应喷嘴410连接到气体储存单元430。气体供应管线420将储存在气体储存单元430处的工艺气体供应到气体供应喷嘴410。在气体供应管线420处安装有阀421。阀421开启和关闭气体供应管线420，并调节通过气体供应管线420供应的工艺气体的流速。
等离子体源将腔室100中的工艺气体激发成等离子体状态。在本发明构思的实施方案中，电容耦合等离子体(CCP，capacitively coupled plasma)源被用作等离子体源。电容耦合等离子体源可以包括腔室100内部的顶部电极和底部电极。顶部电极和底部电极可以在腔室100中彼此竖直平行地设置。两个电极中的一个电极可以施加高频功率，而另一个电极可以被接地。可以在两个电极之间的空间中产生电磁场，供应到该空间的工艺气体可以被激发成等离子体状态。使用该等离子体执行基板W处理工艺。根据一实施方案，CCP源的顶部电极可以设置为喷头单元300，CCP源的底部电极可以设置为上述的电极板。可以将高频功率施加到底部电极，且顶部电极可以被接地。可替代地，可以将高频功率施加到顶部电极和底部电极这两者。相应地，在顶部电极与底部电极之间产生电磁场。产生的电磁场将设置在腔室100中的工艺气体激发成等离子体状态。
衬里单元500防止腔室100的内壁和支承单元200在工艺期间被损坏。衬里单元500防止在工艺期间产生的杂质沉积在内壁和支承单元200上。衬里单元500包括内衬里510和外衬里530。
外衬里530设置在腔室100的内壁上。外衬里530具有顶部表面和底部表面敞开的空间。外衬里530可以设置为圆柱形式。外衬里530可以具有与腔室100的内表面相对应的半径。外衬里530沿腔室100的内表面设置。
外衬里530可以由铝材料制成。外衬里530保护本体110的内表面。在激发工艺气体的过程中，可以在腔室100中产生电弧放电。电弧放电损坏腔室100。外衬里530保护本体110的内表面以防止由于电弧放电而损坏本体110的内表面。
内衬里510设置为围绕支承单元200。内衬里510设置成环形式。提供内衬里510以围绕所有以下项：支承板210、电极板220和底部支承件240。内衬里510可以由铝材料制成。内衬里510保护支承单元200的外表面。
挡板单元600被定位在腔室100的内壁与支承单元200之间。挡板设置成圆环形式。多个通孔形成在挡板处。设置在腔室100中的气体穿过挡板的通孔并通过排放孔102被排放。可以根据挡板的形式和通孔的形式来控制气体的流动。
控制单元800可以控制基板处理装置10。控制单元800可以控制基板处理装置10，使得基板处理装置10在基板W上执行等离子体处理工艺。并且，控制单元800可以包括：工艺控制器，该工艺控制器包括执行基板处理装置10的控制的微处理器(计算机)；用户接口(诸如，键盘)，操作员通过该用户接口输入命令以管理基板处理装置10；显示器，该显示器显示基板处理装置10的操作情况；以及存储器单元，该存储器单元储存处理方案，即，通过控制工艺控制器来执行基板处理装置的处理工艺的控制程序、或者根据数据和处理条件来执行基板处理装置的组件的程序。此外，用户接口和存储器单元可以连接到工艺控制器。处理方案可以被储存在储存单元的储存介质中，并且储存介质可以是硬盘、便携式盘(诸如，CD-ROM或DVD)、或半导体存储器(诸如，闪存)。
在下文中，将详细地展示根据本发明构思的实施方案的加热元件230的温度控制结构。
图4是展示了根据本发明构思的实施方案的加热元件的温度控制结构的视图。参考图4，如上文所述，加热元件230可以设置在支承板210中。加热元件230可以从电源290接收功率以产生热量。由电源290供应的功率可以通过功率线模块280传输到加热元件230。
如上文所述，可以设置多个加热元件230，并且可以将加热元件230布置成矩阵阵列以调节基板W的区域中的每个区域的温度。例如，加热元件230可以被布置成沿如上文所述的M×N阵列。在下文中，设置在M×N阵列(M，N)上的加热元件230可以被称为M-N加热元件230MN。例如，设置在M×N阵列1和1处的加热元件230可以称为1-1加热元件23011。设置在M×N阵列1和2处的加热元件230可以称为1-2加热元件23012。在图4中，为了便于解释，以加热元件230沿2×2阵列进行布置为例。
功率线模块280可以将由电源290产生的功率传输到加热元件230。功率线模块280可以包括功率供应线281和功率返回线282。
功率供应线281可以是用于将电源290产生的功率供应给加热元件230的线。功率供应线281可以指基于电流流动的路径设置在加热元件230的前端处的线。并且，功率供应线281可以被电连接到多个加热元件230，例如，加热元件的输入侧。例如，功率供应线281可以被电连接到设置在同一行中的加热元件230。
可以设置多个功率供应线281。例如，功率供应线281可以设置有M个，其为加热元件的M×N阵列的行数。例如，被电连接到设置在M×N阵列的第一行中的成组加热元件230的功率供应线281可以被称为第一功率供应线2811。此外，被电连接到设置在M×N阵列的第二行中的成组加热元件230的功率供应线可以被称为第二功率供应线2812。
功率返回线282可以将加热元件230接地。功率返回线282可以指的是相对于电流流动的路径设置在加热元件230的后端处的线。此外，功率返回线282可以被电连接到多个加热元件230，例如，加热元件的输出侧。例如，功率返回线282可以被电连接到设置在同一列中的加热元件230。
可以设置多个功率返回线282。例如，可以设置N个功率返回线282，其是加热元件的M×N阵列的列数。例如，被电连接到设置在M×N阵列的第一列中的成组加热元件230的功率返回线282可以被称为第一功率返回线2821。此外，被电连接到设置在M×N阵列的第二列中的成组加热元件230的功率返回线282可以被称为第二功率返回线2822。
此外，两个加热元件230没有连接到同一个功率供应线281和同一个功率返回线282。例如，对于1-1加热元件23011，它可以被电连接到第一功率供应线2811且被电连接到第一功率返回线2821。对于1-2加热元件23012，它可以被电连接到第一功率供应线2811且被电连接到第二功率返回线2822。将1-1加热元件23011和1-2加热元件23012相互比较，第一功率供应线2811是共用的，但功率返回线282是不共用的。这是为了独立控制每个加热元件230的发热，同时防止功率供应线281与功率返回线282之间的连接变得复杂。如果功率供应线281与功率返回线282之间的连接变得复杂，则可能会频繁发生诸如短路等问题，并且可能难以维护。然而，根据本发明构思的实施方案，这些加热元件中的每个加热元件230连接到功率供应线281的任何一个功率供应线和功率返回线282的任何一个功率供应线，并且由于加热元件230不共享多个功率供应线的同一功率供应线和多个功率返回线的同一功率返回线，所以可以实现加热元件230的独立控制和简化连接。
此外，整流器D可以安装在功率供应线281处。整流器D可以安装在功率供应线281处，并且可以安装在加热元件230的前端处。整流器D可以设置成对应于每个加热元件230。例如，可以设置多个整流器D以对应于这些加热元件230中的每个加热元件。对应于1-1加热元件23011的整流器D可以被称为1-1整流器D11。对应于1-2加热元件23012的整流器D可以被称为1-2整流器D12。对应于M-N加热元件230MN的整流器D可以被称为M-N整流器DMN。
由电源290产生的功率可以通过开关S的控制而被选择性地传输到加热元件230。例如，开关S可以包括安装在第一功率供应线2811处的1-1开关S11、安装在第二功率供应线2812处的1-2开关S12、安装在第一功率返回线2821处的2-1开关S21、以及安装在第二功率返回线2822处的2-2开关S22。功率可以根据开关S的接通/断开控制而被选择性地施加到加热元件230。
例如，为了给1-1加热元件23011施加功率，可以接通1-1开关S11和2-1开关S21，而可以断开剩余开关S。此外，为了给1-1加热元件23011和1-2加热元件23012施加功率，可以接通1-1开关S11、2-1开关S21和2-2开关S22，而可以断开剩余开关S。稍后要描述的控制单元800可以通过组合这些开关S的接通/断开来选择性地形成闭合回路而独立地控制加热元件230。
此外，电流测量电阻器RS可以安装在功率供应线281或功率返回线282处。例如，电流测量电阻器RS可以安装在功率返回线282处。例如，电流测量电阻器RS可以包括安装在2-1开关S21的后端处的第一电流测量电阻器RS1和安装在2-2开关S22的后端处的第二电流测量电阻器RS2。此外，电流测量电阻器RS可以设置在上述的介电层210a以及绝缘层210b和210c的外侧。
电流测量电阻器RS可以是用于测量在闭合回路流动的电流(更具体地，电流的大小)的分流电阻器。当形成闭合回路以将功率施加到多个加热元件230中的一些加热元件时，电流测量电阻器RS可以与加热元件230串联连接。例如，当功率被施加到2-1加热元件23021时(如图5所示)，可以接通1-2开关S12和2-1开关S21。当接通1-2开关S12和2-1开关S21时，2-1加热元件23021和第一电流测量电阻器RS1可以相互串联连接。在这种情况下，相同的电流可以流过2-1加热元件23021和第一电流测量电阻器RS1。
此外，电流测量电阻器RS可以具有非常小的电阻值。当电流测量电阻器RS和加热元件230被包含在同一闭合回路中时(即，当电流测量电阻器RS与加热元件230串联连接时)，电压在串联连接的加热元件230和电流测量电阻器RS之间以与它们的电阻值成正比的方式进行分压。电流测量电阻器RS的电阻值的大小越大，分压到其上的电压越大，因此可能难以适当地控制加热元件230的温度。
相应地，根据本发明实施方案的电流测量电阻器RS的电阻大小可以小于加热元件230的电阻大小。例如，电流测量电阻器RS的电阻大小与加热元件230的电阻大小相比可以小到可忽略不计。例如，电流测量电阻器RS的电阻与加热元件230的电阻的比率可以约为1:1000～1:15000。例如，如果加热元件230的电阻是10[Ω]，则电流测量电阻器RS的电阻可以是1m[Ω]到100m[Ω]。
控制单元800可以包括电阻测量单元810、温度估计单元820和控制部830。电阻测量单元810可以测量在电流测量电阻器RS中流动的电流，并且可以基于测量的电流来测量加热元件230的电阻大小。电阻测量单元810可以执行稍后要描述的电阻测量步骤S10。温度估计单元820可以基于由电阻测量单元810测量的加热元件230的电阻大小来估计加热元件230的温度。温度估计单元820可以执行稍后要描述的温度估计步骤S20。控制部830可以基于由温度估计单元820估计的加热元件230的估计温度来反馈控制加热元件230的温度。例如，控制部830可以产生用于反馈控制电源290或开关S中的至少一者的控制信号。
在下文中，将详细描述根据本发明构思的实施方案的加热元件230的温度控制方法。
图6为展示了根据本发明构思的实施方案的加热元件的温度控制方法的流程图。参考图6，本发明构思的加热元件230的温度控制方法可以包括温度系数计算步骤S00、电阻测量步骤S10、温度估计步骤S20和反馈控制步骤S30。
可以在执行基板W的处理之前预先执行温度系数计算步骤S00。可以在处理基板W之前执行温度系数计算步骤S00，并且可以针对每个加热元件230执行温度系数计算步骤。针对加热元件230的每个加热元件的温度电阻系数α可以预先被储存在控制单元800处。
温度系数计算步骤S00可以计算将要在稍后要描述的温度估计步骤S20中使用的温度电阻系数α。温度电阻系数α可以是指示电阻值根据加热元件230的温度变化的变化率的系数。可以基于包括通过改变加热元件230的温度进行测量的加热元件230的电阻大小的变化的信息来计算温度电阻系数α。
加热元件230的温度变化可以通过改变被供应到电极板220的冷却流体通道221的冷却流体的温度而发生。此外，可以使用测量仪器直接测量加热元件230的电阻，或者可以使用欧姆定律测量施加到电流测量电阻器RS两端的电压来测量加热元件230的电阻。在这种情况下，为了增加冷却流体的影响，由电源290产生的电压的大小可以尽可能小。
可以通过以下公式计算温度电阻系数α。
Figure BDA0003821285460000161
[α：温度电阻系数，R1：加热元件230的设计电阻，R2：加热元件230的测量电阻，T1：设计温度，T2：测量温度]
设计电阻R1可以是指加热元件230的设计电阻。设计电阻R1可以是指加热元件230在设计温度T1下的电阻。例如，加热元件230可以被设计成在25℃下具有10Ω。可以获得关于设计电阻R1和设计温度T1的信息。测量电阻R2可以是指当加热元件230的温度为测量温度T2时测量的电阻大小。
在电阻测量步骤S10中，可以测量加热元件230的电阻R。可以使用欧姆定律计算加热元件230的电阻。例如，如图5中所示，当加热元件230与电流测量电阻器RS串联连接并且构成闭合回路时，加热元件230的电阻R、电流测量电阻器RS的电阻RS、以及在闭合回路中流动的电流I和电压V可以具有以下关系。
Figure BDA0003821285460000162
[R：加热元件230的电阻，RS：电流测量电阻器RS的电阻，V：功率，I：电流]
电阻测量单元810可以确定随着流过电流测量电阻器RS的电流的大小增加，加热元件230的电阻大小会减小。此外，由于电流测量电阻器RS的电阻大小与加热元件230的电阻R值相比小到可忽略不计，因此可以通过电压与电流的比值相对准确地得出加热元件230的电阻R大小。
在温度估计步骤S20中，可以估计加热元件230的温度。在温度估计步骤S20中，可以通过预先储存在控制单元800中的参考数据和在电阻测量步骤S10中经测量的加热元件230的电阻R的大小来估计加热元件230的温度。例如，在温度估计步骤S20中估计的加热元件230的估计温度T和在电阻测量步骤S10中测量的加热元件230的电阻的测量大小可以具有以下关系。
Figure BDA0003821285460000163
[T：加热元件230的估计温度，T0：加热元件230的初始温度，R：加热元件230的电阻的测量大小，R0：加热元件230的初始电阻，α：温度电阻系数，c：校准常数]
在预先储存在控制单元800中的参考数据中，可以预先储存关于加热元件230在特定温度(初始温度，T0)下的电阻(初始电阻，R0)的大小的信息。温度估计单元820可以基于先前储存的关于加热元件230的参考数据和由电阻测量单元810测量的加热元件230的电阻R的测量大小来估计加热元件230的温度。
控制部830可以基于由温度估计单元820估计的加热元件230的估计温度来反馈控制加热元件230的温度。例如，控制部830可以基于由温度估计单元820估计的加热元件230的估计温度来控制电源290的输出。例如，当加热元件230的估计温度低于预设温度时，则如图7中所展示，控制部830可以产生将电源290的输出从第一电压V1增加到第二电压V2的控制信号。
此外，当加热元件230的估计温度低于预设温度时，则如图8中所展示，控制部830可以产生用于增加接通开关S的时间段以使得电源290可以在延长的时间内向加热元件230供应功率的控制信号。
在上述的示例中，加热元件230被布置成矩阵阵列，但本发明构思不限于此。例如，如图9中所示，加热元件可以设置在支承单元(即，支承板210)的中心，沿着支承板210的径向方向和沿着支承板210的圆周方向。例如，当从上方观察时，加热元件230中的一些加热元件可以设置在支承板210的中心区域中，并且加热元件230中的一些加热元件可以设置在支承板210的边缘区域中。例如，加热元件230中的一些加热元件可以设置在围绕中心区域的第一边缘区域处，并且加热元件230中的一些加热元件可以设置在围绕第一边缘区域的第二边缘区域处。此外，设置在支承板210的边缘区域中的加热元件230可以被布置成沿着支承板210的圆周方向彼此间隔开。
通常，作为用于控制加热器(诸如加热元件230)的温度的方法，使用通过向加热元件230施加预设电压来补偿加热元件230的下降温度的偏移补偿方法。例如，在偏移补偿方法中，将预设大小的电压施加到加热元件230持续预设时间。该方法是一种当加热元件230周围的环境变化非常有限时可以简单进行应用的温度补偿方法。
然而，加热元件230可能发生老化，并且根据支承单元200周围的温度变化而在加热元件230周围可能发生环境变化。相应地，可优选使用温度传感器来反馈控制加热元件230。
然而，如上所述，随着加热元件230的数量增加，安装多个温度传感器会导致各种机械限制并且在成本方面是不利的。然而，根据本发明构思的实施方案，电流测量电阻器RS安装在现有的功率供应线281或功率返回线282上，测量在电流测量电阻器RS中流动的电流，并且基于此，可以估计加热元件230的电阻大小和温度。也就是说，可以在不安装温度传感器的情况下估计加热元件230的温度。相应地，可以解决安装多个温度传感器的机械限制以及由安装多个温度传感器所引起的问题。此外，即使在难以或不可能安装温度传感器时，本发明构思也能够根据加热元件230的估计温度对加热元件230进行反馈控制，从而提高加热元件230根据外部环境的稳健性。
本发明构思的效果不限于上述效果，并且本发明构思所属技术领域的技术人员能够从说明书和附图清楚地理解未提及的效果。
尽管到此已经展示和描述了本发明构思的优选的实施方案，但是本发明构思不限于上述具体实施方案，并且应当注意，本发明构思所属技术领域的普通技术人员可以在不脱离权利要求中要求保护的发明构思的本质的情况下以各种方式执行本发明构思，并且不应将修改与本发明构思的技术精神或前景分开进行解释。

Claims (20)

1.一种基板处理装置，所述基板处理装置包括：
腔室，所述腔室具有处理空间；以及
支承单元，所述支承单元被配置成在所述处理空间中支承并加热基板，并且
其中，所述支承单元包括：
至少一个加热元件，所述至少一个加热元件用于调节所述基板的温度；
电源，所述电源用于产生施加到所述至少一个加热元件的功率；
功率供应线，所述功率供应线用于将由所述电源产生的功率传输到所述至少一个加热元件；
功率返回线，所述功率返回线用于将所述至少一个加热元件接地；以及
电流测量电阻器，所述电流测量电阻器设置在所述功率供应线或所述功率返回线上，并且用于估计所述至少一个加热元件的温度。
2.根据权利要求1所述的基板处理装置，其中，所述电流测量电阻器的电阻大小小于所述至少一个加热元件的电阻大小。
3.根据权利要求2所述的基板处理装置，其中，所述支承单元还包括在所述功率供应线上的至少一个开关和/或所述功率供应线，并且
如果接通所述至少一个开关，则所述电流测量电阻器与所述至少一个加热元件串联连接。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的基板处理装置，所述基板处理装置还包括控制单元，所述控制单元被配置成控制所述支承单元，并且
其中，所述控制单元包括：
电阻测量单元，所述电阻测量单元被配置成测量流过所述电流测量电阻器的电流，并基于测量的电流来测量所述至少一个加热元件的电阻大小；以及
温度估计单元，所述温度估计单元被配置成基于由所述电阻测量单元测量的所述至少一个加热元件的电阻大小来估计所述至少一个加热元件的温度。
5.根据权利要求4所述的基板处理装置，其中，所述电阻测量单元确定所述至少一个加热元件的电阻大小随着流过所述电流测量电阻器的电流大小变得更大而变得更小。
6.根据权利要求4所述的基板处理装置，其中，所述温度估计单元参考表示所述至少一个加热元件的电阻大小与温度之间的一一对应关系的参考数据、基于由所述电阻测量单元测量的所述至少一个加热元件的电阻大小来估计所述加热元件的温度。
7.根据权利要求4所述的基板处理装置，其中，所述控制单元包括控制部，所述控制部被配置成基于由所述温度估计单元估计的所述至少一个加热元件的温度来控制所述电源和/或所述开关。
8.根据权利要求7所述的基板处理装置，其中，如果由所述温度估计单元估计的所述至少一个加热元件的温度低于预设温度，则所述控制部产生用于增加所述电源的输出的控制信号。
9.根据权利要求7所述的基板处理装置，其中，如果由所述温度估计单元估计的所述至少一个加热元件的温度低于预设温度，则所述控制部产生用于增加接通所述开关的时间段的控制信号。
10.根据权利要求4所述的基板处理装置，其中，所述至少一个加热元件、所述功率供应线和所述功率返回线分别设置成多个，并且
每个加热元件被连接到所述多个功率供应线中的任一个功率供应线和所述多个功率返回线中的任一个功率返回线，但不共享所述多个功率供应线中的同一功率供应线和所述多个功率返回线中的同一功率返回线。
11.根据权利要求10所述的基板处理装置，其中，整流器在所述功率供应线和/或所述功率返回线上，所述整流器防止朝向所述电源的反向电流。
12.根据权利要求10所述的基板处理装置，其中，当从上方观察时，多个所述加热元件被布置成M×N矩阵阵列。
13.根据权利要求10所述的基板处理装置，其中，多个所述加热元件被布置在所述支承单元的中心上，并沿着所述支承单元的径向方向和圆周方向以加热所述基板的对应部分。
14.一种基板处理装置，所述基板处理装置包括：
腔室，所述腔室具有处理空间；
支承单元，所述支承单元被配置成在所述处理空间中支承并加热基板；以及
等离子体源，所述等离子体源用于产生用于处理所述基板的等离子体，并且
其中，所述支承单元包括：
至少一个加热元件，所述至少一个加热元件用于调节所述基板的温度；
电源，所述电源用于产生施加到所述至少一个加热元件的功率；
功率供应线，所述功率供应线用于将所述功率传输到所述至少一个加热元件；
功率返回线，所述功率返回线用于将所述至少一个加热元件接地；以及
电流测量电阻器，所述电流测量电阻器设置在所述功率供应线或所述功率返回线上，并且用于估计所述至少一个加热元件的温度。
15.根据权利要求14所述的基板处理装置，其中，所述电流测量电阻器的电阻大小与所述至少一个加热元件的电阻大小的比率约为1:1000～1:15000。
16.根据权利要求14或15所述的基板处理装置，其中，所述支承单元包括第一板和设置在所述第一板下方的第二板，并且
其中，所述第一板包括：
绝缘层，所述至少一个加热元件埋设在所述绝缘层内；以及
介电层，用于静电夹持所述基板的静电电极埋设在所述介电层内，并且
其中，所述第二板具有冷却流体流动所通过的流体通道。
17.根据权利要求16所述的基板处理装置，其中，所述电流测量电阻器定位在所述绝缘层的外侧。
18.根据权利要求16所述的基板处理装置，所述基板处理装置还包括控制单元，所述控制单元被配置成控制所述支承单元，并且
其中，所述控制单元包括：
电阻测量单元，所述电阻测量单元被配置成测量流过所述电流测量电阻器的电流，并基于测量的电流来测量所述至少一个加热元件的电阻大小；以及
温度估计单元，所述温度估计单元被配置成基于由所述电阻测量单元测量的所述加热元件的电阻大小来估计所述至少一个加热元件的温度。
19.根据权利要求18所述的基板处理装置，其中，所述控制单元包括控制部，所述控制部被配置成基于由所述温度估计单元估计的所述至少一个加热元件的估计温度来反馈控制所述至少一个加热元件的温度。
20.一种用于控制支承单元的加热元件的温度的方法，
所述支承单元包括所述加热元件，所述加热元件用于调节基板的温度；电源，所述电源用于产生施加到所述加热元件的功率；功率供应线，所述功率供应线用于将所述功率传输到所述加热元件；功率返回线，所述功率返回线用于将所述加热元件接地；以及电流测量电阻器，所述电流测量电阻器设置在所述功率供应线或所述功率返回线上并用于估计所述加热元件的温度，
所述方法包括：
测量流过所述电流测量电阻器的电流并基于测量的电流测量所述加热元件的电阻大小；
基于测量的所述加热元件的电阻的测量大小来估计所述加热元件的温度；以及
基于所述加热元件的估计温度反馈控制所述加热元件的温度。
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