CN118073223A - 基座控温装置、等离子体处理设备及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基座控温装置、等离子体处理设备及使用方法，基座用于承载基片，基座控温装置包括：冷却通道，设置于基座内；制冷机，位于基座外，用于循环冷却液；且冷却通道通过进液管和出液管与制冷机连通，形成冷却循环回路；进液管和出液管上通过设置压力流量控制器而分成位于压力流量控制器靠近基座侧的上部液体通路和位于压力流量控制器靠近制冷机侧的下部液体通路；连通下部液体通路中进液管和出液管的第一支管，第一支管内冷却液流量可调节，压力流量控制器可根据第一支管内冷却液压力的提高而增加上部液体通路中的冷却液流量。本发明通过调节第一支管内的冷却液流量及冷却液压力，可以提高对基座的冷却效率、加热效率并降低功耗。

Description

基座控温装置、等离子体处理设备及使用方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种基座控温装置、等离子体处理设备及使用方法。

背景技术

在半导体制备工艺中，通常采用基座固定晶圆，以避免晶圆在工艺过程中移动或错位。在基座内可以埋入加热电极和冷却管路来调整吸盘表面的温度，从而改变被吸附的晶圆的温度，进而实现对晶圆的刻蚀速率、均匀度、选择性和形貌等的调控。

然而，现有的基座内，冷却管路中的冷却液一直处于循环状态，使得基座的温度由加热电极和冷却液共同确定；例如，需要升高基座的温度时，加热电极的输出功率增大，其中加热电极产生的一部分热量通过基座传导至晶圆上，再由反应腔内气体交换带走，起到实际升温作用；另一部分热量则通过基座传导至冷却管路内，被冷却液交换导走，这一部分热量属于无效能耗，将会导致：1、基座控温范围窄，对需要高温的制程，高温区加热功率不够或加热电能功耗过大；2、冷却液温度不断上升，加重制冷机负担以及对需要低温的制程无法进行快速降温。因此，有必要对基座的温度调控装置进行调整。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基座控温装置、等离子体处理设备及使用方法，通过调节第一支管内的冷却液流量及冷却液压力，可以提高对基座的冷却效率、加热效率并降低功耗。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种基座控温装置，所述基座用于承载基片，包括：

冷却通道，设置于所述基座内；

制冷机，位于所述基座外，用于循环冷却液；且所述冷却通道通过进液管和出液管与所述制冷机连通，形成冷却循环回路；

所述进液管和所述出液管上通过设置压力流量控制器而分成位于所述压力流量控制器靠近所述基座侧的上部液体通路和位于所述压力流量控制器靠近所述制冷机侧的下部液体通路；

连通所述下部液体通路中进液管和出液管的第一支管，所述第一支管内冷却液流量可调节，所述压力流量控制器可根据所述第一支管内冷却液压力的提高而增加所述上部液体通路中的冷却液流量。

可选的，所述第一支管上设有流量阀，用于调节所述第一支管内冷却液的流量，以控制所述第一支管内冷却液的压力。

可选的，所述压力流量控制器包括设置于所述进液管上的第一单向阀，所述第一单向阀位于所述上部液体通路和所述下部液体通路之间，用于根据所述第一支管内冷却液压力的改变而调节所述上部液体通路中的冷却液流量。

可选的，所述压力流量控制器还包括设置于所述出液管上的第二单向阀，所述第二单向阀位于所述上部液体通路和所述下部液体通路之间，用于防止所述第一支管中的冷却液经过所述第二单向阀进入所述上部液体通路。

可选的，所述第一单向阀和所述第二单向阀皆具有一开启压力，且所述第一单向阀的开启压力小于所述第一支管可承受的最大液体压力，所述第二单向阀的开启压力小于所述冷却通道可承受的最大液体压力。

可选的，所述第一单向阀开启时使所述制冷机中的冷却液流动至所述冷却通道；所述第二单向阀开启时使所述冷却通道中的冷却液流动至所述制冷机。

可选的，所述基座控温装置，还包括：

第二支管，分别与所述上部液体通路的进液管和出液管连通，且所述第二支管、所述冷却通道、所述上部液体通路的进液管和出液管形成副循环回路；

回流泵，设置于所述第二支管上，用于促进冷却液在所述副循环回路内循环流动。

可选的，所述上部液体通路与所述第二支管可容纳的冷却液体积之和小于所述下部液体通路与所述第一支管可容纳的冷却液体积之和。

可选的，所述第二支管可承受的最大液体压力不小于所述冷却通道可承受的最大液体压力。

可选的，所述基座控温装置，还包括：温度检测装置，设置于所述上部液体通路中出液管上，用于检测所述上部液体通路中出液管内冷却液的温度。

可选的，所述基座控温装置，还包括：与所述上部液体通路中出液管或进液管连通的第三支管，所述第三支管上设有安全阀，用于在所述上部液体通路中冷却液压力超过预设压力时进行泄压。

另一方面，本发明还提供一种等离子体处理装置，包括：反应腔，设置于所述反应腔内的基座，以及如上述的基座控温装置。

另一方面，本发明还提供一种如上述的基座控温装置的使用方法，包括如下步骤：

减小所述第一支管中冷却液的流量，以提高所述第一支管中的冷却液压力；

所述压力流量控制器导通，使所述下部液体通路中的冷却液进入与所述上部液体通路连通的冷却通道，形成冷却循环回路对所述基座进行降温。

可选的，减小所述第一支管中冷却液的流量的步骤包括：

设置一预设值；

检测所述上部液体通路中出液管内冷却液的温度或所述基座的温度；

所述上部液体通路中出液管内冷却液温度或所述基座温度大于预设值时，减小设置于所述第一支管上的流量阀的开度，以减小所述第一支管中冷却液的流量。

可选的，所述基座控温装置的使用方法，还包括如下步骤：

所述上部液体通路中出液管内冷却液温度或所述基座温度小于所述预设值时，增加所述流量阀的开度，以提高所述第一支管中冷却液的流量，使所述第一支管中的冷却液压力降低；

所述压力流量控制器不导通，使所述下部液体通路中的冷却液全部经所述第一支管流回所述制冷机。

可选的，所述出液管内冷却液的温度或所述基座的温度与所述预设值的差为5℃～15℃。

可选的，所述基座控温装置的使用方法，还包括如下步骤：

通过第二支管将所述上部液体通路的进液管和出液管连通，以形成副循环回路；

所述压力流量控制器不导通时，开启设置于所述第二支管上的回流泵，以促进冷却液在所述副循环回路内循环流动。

本发明与现有技术相比至少具有以下优点之一：

本发明提供的一种基座控温装置、等离子体处理设备及使用方法，设置于基座内的冷却通道通过进液管和出液管与制冷机连通，形成冷却循环回路；进液管和出液管上通过连接压力流量控制器而分成位于压力流量控制器靠近基座侧的上部液体通路和位于压力流量控制器靠近制冷机侧的下部液体通路，且下部液体通路中进液管和出液管通过第一支管连通；第一支管内冷却液流量可调节，且压力流量控制器可根据所述第一支管内冷却液压力的提高而增加上部液体通路中的冷却液流量，使得冷却液在冷却循环回路流动，以对基座进行降温。

本发明中对基座具有快速降温需求时，可以将第一支管上流量阀的开度减小至0，以减少第一支管中冷却液的流量，使第一支管中的冷却液压力增加，从而使得压力流量控制器导通，进而使得制冷机输送的冷却液仅在冷却循环回路内流动，极大提高基座的冷却效率，并节省能耗。

本发明中对基座具有加热需求时，可以增加流量阀的开度至100％，以增加第一支管中冷却液的流量，使第一支管中的冷却液压力减少，从而使得压力流量控制器不导通，进而使得上部液体通路中的冷却液处于不流动状态，减少冷却液对热能的消耗，提高加热效率及加热范围。

本发明中对基座既无加热需求时，又无降温需求时，同样可以将流量阀的开度增加至100％，使得冷却液仅在由第一支管、制冷机和下部液体通路的进液管和出液管形成的低功耗循环回路内流动，从而降低制冷机的功耗。

本发明中压力流量控制器不导通时，通过回流泵可以促进冷却液在由第二支管、冷却通道、上部液体通路的进液管和出液管形成副循环回路流动，从而降低上部液体通路中的冷却液温度上升的速度，进而降低制冷机的功耗。

本发明中通过温度检测装置可以对上部液体通路中出液管内的冷却液温度进行实时检测，从而能够对上部液体通路中冷却液进行及时更换，进而避免因上部液体通路的进液管、出液管及冷却通道内冷却液温度过高而发生管道炸裂。

附图说明

图1是本发明一实施例提供的一种基座控温装置的结构示意图；

图2是本发明一实施例提供的一种基座控温装置中设有第二支管的结构示意图；

图3是本发明一实施例提供的一种等离子体处理设备的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明提出的基座控温装置、等离子体处理设备及使用方法作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

结合附图1～2所示，本实施例提供一种基座控温装置，所述基座100用于承载基片110，包括：冷却通道120，设置于所述基座100内；制冷机130，位于所述基座100外，用于循环冷却液，在一些实施例中，所述制冷机130同时能维持冷却液的低温状态，对升温后的冷却液进行热交换后将降温的冷却液输入到循环中；且所述冷却通道120通过进液管140和出液管150与所述制冷机130连通，形成冷却循环回路；所述进液管140和所述出液管150上通过设置压力流量控制器而分成位于所述压力流量控制器靠近所述基座100侧的上部液体通路161和位于所述压力流量控制器靠近所述制冷机130侧的下部液体通路162；连通所述下部液体通路162中进液管和出液管的第一支管170，所述第一支管170内冷却液流量可调节，所述压力流量控制器可根据所述第一支管170内冷却液压力的提高而增加所述上部液体通路161中的冷却液流量。所述第一支管170的设置增加了所述基座100和所述制冷机130之间冷却液的总体积，进而利用所述第一支管170中冷却液的流量调整，实现冷却液在所述上部液体通路161和所述第一支管170的重新分配，促进所述基座100的快速冷却。

请同时参考图1和图2，所述第一支管170上设有流量阀171，用于调节所述第一支管170内冷却液的流量，当在所述基座100和所述制冷机130之间循环的冷却液总量一定时，所述制冷机130为整个封闭循环提供的液体压力是一定的，此时，如果所述第一支管170中的流量改变，对应的所述第一支管170中的冷却液压力也会改变，起到控制所述第一支管170内冷却液的压力的效果，也即可以使所述上部液体通路161和所述第一支管170中的冷却液向压力低的区域流动。

具体的，在本实施例中，所述流量阀171可以将所述第一支管170分成位于所述流量阀171靠近所述进液管140侧的第一管段1701和位于所述流量阀171靠近所述出液管150侧的第二管段1702；通过调节所述流量阀171的开度可以控制所述第一管段1701和所述第二管段1702的连通程度，从而控制所述第一支管170内的冷却液流量及冷却液压力，进而控制所述压力流量控制器的导通情况，以调节所述上部液体通路161中的冷却液流量，满足对所述基座100的不同降温需求。优选地，所述流量阀171为电磁计量阀，但本发明不以此为限。

请同时参考图1和图2，所述压力流量控制器包括设置于所述进液管140上的第一单向阀141，所述第一单向阀141位于所述上部液体通路161和所述下部液体通路162之间，用于根据所述第一支管170内冷却液压力的改变而调节所述上部液体通路161中的冷却液流量。所述第一单向阀141允许冷却液从所述制冷机130一侧向所述基座100一侧流动，并且通过的冷却液流量与所述下部液体通路162中的进液管所承受的液体压力有关，当所述下部液体通路162中的进液管压力增加时，流过所述第一单向阀141的冷却液流量也会增加。

可以理解的是，所述压力流量控制器还包括设置于所述出液管150上的第二单向阀151，所述第二单向阀151位于所述上部液体通路161和所述下部液体通路162之间，用于防止所述第一支管170中的冷却液经过所述第二单向阀151进入所述上部液体通路161，即防止冷却液逆流。

具体的，在本实施例中，所述第一单向阀141将所述进液管140分成位于所述第一单向阀141靠近所述基座100侧的第一进液管段1401和位于所述第一单向阀141靠近所述制冷机130侧的第二进液管段1402，所述第二单向阀151将所述出液管150分成位于所述第二单向阀151靠近所述基座100侧的第一出液管段1501和位于所述第二单向阀151靠近所述制冷机130侧的第二出液管段1502；其中，所述第一进液管段1401和所述第一出液管段1501可以构成所述上部液体通路161，且所述第一进液管段1401为所述上部液体通路161中的进液管，所述第一出液管段1501为所述上部液体通路161中的出液管；所述第二进液管段1402和所述第二出液管段1502则可以构成所述下部液体通路162，且所述第二进液管段1402为所述下部液体通路162中的进液管，所述第二出液管段1502为所述下部液体通路162中的出液管。

更具体的，通过控制所述第一管段1701和所述第二进液管段1402中的冷却液压力可以调节所述第一单向阀141的开度，从而调节所述第二进液管段1402和所述第一进液管段1401的连通程度，进而调节流入所述上部液体通路161中的冷却液流量，以对所述基座100产生不同的降温效果。进一步的，通过控制所述上部液体通路161中的冷却液压力可以调节所述第二单向阀151的开度，从而调节所述第一出液管段1501和所述第二出液管段1502的连通程度，进而调节整个所述冷却循环回路内的冷却液流量，但本发明不以此为限。

请同时参考图1和图2，所述第一单向阀141和所述第二单向阀151皆具有一开启压力，且所述第一单向阀141的开启压力小于所述第一支管170可承受的最大液体压力，所述第二单向阀151的开启压力小于所述冷却通道120可承受的最大液体压力。

可以理解的是，所述第一单向阀141开启时使所述制冷机130中的冷却液流动至所述冷却通道120；所述第二单向阀151开启时使所述冷却通道120中的冷却液流动至所述制冷机130。

具体的，在本实施例中，可以将所述流量阀171开度为100％即完全打开且所述制冷机130输送的冷却液全部经所述第一支管170流回所述制冷机130时所述第一支管170中的冷却液压力定义为所述第一支管170的工作压力，且所述第一支管170的工作压力小于所述第一支管170可承受的最大液体压力；所述第一单向阀141的开启压力应大于所述第一支管170的工作压力，使得所述流量阀171完全打开时所述第一单向阀141不会开启，从而使得冷却液能够仅在由所述制冷机130、所述第二进液管段1402、所述第一支管170和所述第二出液管段1502形成的低功耗循环回路内流动；同时所述第一单向阀141的开启压力小于所述第一支管170可承受的最大液体压力，能够在所述第一支管170因压力过高发生炸裂之前使所述第一单向阀141开启，使得冷却液能够进入所述上部液体通路161并保证所述第一支管170的安全。同理，所述第二单向阀151的开启压力小于所述冷却通道120可承受的最大液体压力，可以在所述冷却通道120因压力过高发生炸裂之前使所述第二单向阀151开启，使得冷却液能够经所述第二出液管段1502流回所述制冷机130并保证所述冷却通道120的安全。优选地，所述制冷机130以预设流速向所述第二进液管段1402持续输送具有预设温度的冷却液；所述进液管140和所述出液管150可承受的最大液体压力皆大于所述第一支管170和所述冷却通道120可承受的最大液体压力，使得所述第一支管170和所述冷却通道120的使用性能不被所述进液管140和所述出液管150限制，即所述第一支管170和所述冷却通道120容纳冷却液的能力不受影响，但本发明不以此为限。

具体的，在本实施例中，所述第一单向阀141和所述第二单向阀151的导通情况可以由所述流量阀171的开度来控制，以能够将所述制冷机130输送的冷却液选择性地在所述冷却循环回路和/或所述低功耗循环回路内流动，从而产生相应的控温效果。更具体的，所述流量阀171的开度为100％时，所述流量阀171处于完全打开状态，所述第一管段1701和所述第二管段1702完全连通，此时所述制冷机130输送的冷却液全部依次流入所述第二进液管段1402、所述第一管段1701、所述第二管段1702和所述第二出液管段1502内并最终流回所述制冷机130；同时所述第二进液管段1402和所述第一管段1701中的冷却液压力保持稳定且低于所述第一单向阀141的开启压力，则所述第一单向阀141不导通，使得冷却液仅在所述低功耗循环回路内流动。由于所述第一支管170远离所述基座100，则在所述第一支管170内流动的冷却液一直处于较低的温度状态，因此冷却液在所述低功耗循环回路内流动时，所述制冷机130既可以保持工作状态，又具有较低的功耗，同时还具有较好的降温能力。相比于将所述制冷机130关闭降低功耗的方式，本发明的方案可以快速响应，高效率地将冷却液向基座运送。

所述流量阀171的开度大于0且小于100％时，所述流量阀171处于部分打开状态，所述第一管段1701和所述第二管段1702部分连通，这个瞬时状态使所述制冷机130输送的冷却液一部分继续在所述低功耗循环回路内流动，另一部分则积累于所述第二进液管段1402和所述第一管段1701内，导致所述第二进液管段1402和所述第一管段1701中的冷却液压力不断提高；当所述第二进液管段1402和所述第一管段1701中的冷却液压力大于所述第一单向阀141的开启压力时，所述第一单向阀141的开度大于0(即所述第一单向阀处于全部或部分打开状态)，使得另一部分冷却液可以经所述第二进液管段1402依次流入所述第一进液管段1401、所述冷却通道120并积累于所述第一出液管段1501内，从而能够对所述基座100进行降温；当积累于所述第一出液管段1501内的冷却液压力大于所述第二单向阀151的开启压力时，所述第二单向阀151的开度大于0(即所述第二单向阀处于全部或部分打开状态)，使得所述第一出液管段1501内的冷却液可以经所述第二出液管段1502流回至所述制冷机130内，从而实现冷却液在所述冷却循环回路内的流动。

所述流量阀171的开度为0时，所述流量阀171处于完全关闭状态，所述第一管段1701和所述第二管段1702不连通，此时所述制冷机130输送的冷却液会全部积累于所述第二进液管段1402和所述第一管段1701内，导致所述第二进液管段1402和所述第一管段1701中的冷却液压力快速提高；当所述第一单向阀141受压开启时，所述制冷机130输送的冷却液全部经所述第二进液管段1402依次流入所述第一进液管段1401、所述冷却通道120并积累于所述第一出液管段1501内；当所述第二单向阀151受压开启时，所述第一出液管段1501内的冷却液全部可以经所述第二出液管段1502流回至所述制冷机130内，使得冷却液仅在所述冷却循环回路内流动，从而实现对所述基座100的快速降温，进而提高所述基座100的冷却效率，但本发明不以此为限。

请同时参考图1和图2，所述基座控温装置，还包括：温度检测装置191，设置于所述上部液体通路161中出液管上，用于检测所述上部液体通路161中出液管内冷却液的温度。

具体的，在本实施例中，所述第一单向阀141开启且冷却液流入所述第一进液管段1401、所述冷却通道120和所述第一出液管段1501内之后，可以增加所述流量阀171的开度，减小所述第二进液管段1402和所述第一管段1701中的冷却液压力，使得所述第一单向阀141和所述第二单向阀151皆关闭，从而利用留置于所述第一进液管段1401、所述冷却通道120和所述第一出液管段1501内的冷却液对所述基座100进行缓慢降温。由于留置于所述第一进液管段1401、所述冷却通道120和所述第一出液管段1501内的冷却液无法流动，则受所述基座100高温的影响，所述上部液体通路161中冷却液的温度会不断升高；此时可以通过所述温度检测装置191对所述第一出液管段1501内的冷却液温度进行实时检测，从而能够对所述上部液体通路161中冷却液进行及时更换，进而避免因所述第一进液管段1401、所述冷却通道120和所述第一出液管段1501内冷却液温度过高而发生管道炸裂。

所述温度监测装置191也可以根据出液管的温度显示来决定所述流量阀171的开度，进而增减所述冷却通道120的冷却液流量，使降温效果满足工艺制成需要。更具体的，当所述第一出液管段1501内冷却液温度或所述基座100温度大于所述预设值时，可以减少所述流量阀171的开度，使得所述第一单向阀141和所述第二单向阀151皆开启，从而使得所述制冷机130输送的冷却液可以在所述冷却循环回路内流动，以能够将所述第一进液管段1401、所述冷却通道120和所述第一出液管段1501中温度较高的冷却液更换为温度较低的冷却液；当所述第一出液管段1501内冷却液温度或所述基座温度的差小于所述预设值时，可以再次增加所述流量阀171的开度，使得所述第一单向阀141和所述第二单向阀151皆关闭。所述上部液体通路161中出液管内冷却液的温度或所述基座的温度与所述预设值的差为5℃～15℃，优选地，差为10℃，但本发明不以此为限。

请继续参考图2，所述基座控温装置，还包括：第二支管180，分别与所述上部液体通路161的进液管和出液管连通，且所述第二支管180、所述冷却通道120、所述上部液体通路161的进液管和出液管形成副循环回路；回流泵181，设置于所述第二支管180上，用于促进冷却液在所述副循环回路内循环流动。

具体的，所述制冷机130通常置于距离所述基座100较远的位置，在所述基座100需要制冷增加被冷却液带走的热量时，可以在所述基座100较近端设置所述第二支管180促进所述冷却通道120的冷却液循环。在本实施例中，所述第一进液管段1401、所述冷却通道120和所述第一出液管段1501内留置有冷却液时，所述回流泵181可以带动留置的冷却液在所述副循环回路内循环流动，从而减缓留置于所述上部液体通路161内冷却液温度上升的速度，进而减少对留置于所述上部液体通路161内冷却液进行更换的频率，降低所述制冷机130的功耗，但本发明不以此为限。

具体的，在本实施例中，所述第二支管180可承受的最大液体压力不小于所述冷却通道120可承受的最大液体压力，使得所述第二支管180的设置不影响所述冷却通道120容纳冷却液的能力。所述上部液体通路161与所述第二支管180可容纳的冷却液体积之和小于所述下部液体通路162与所述第一支管170可容纳的冷却液体积之和，使得所述上部液体通路161中需要更换的冷却液体积较小，从而降低所述制冷机130的功耗。优选地，所述副循环回路中进液管、出液管和第二支管三者可容纳的冷却液体积之和小于所述低功耗循环回路中进液管、第一支管和出液管三者可容纳的冷却液体积之和，但本发明不以此为限。

请同时参考图1和图2，所述基座控温装置，还包括：与所述上部液体通路161中出液管或进液管连通的第三支管192，所述第三支管192上设有安全阀193，用于在所述上部液体通路161中冷却液压力超过预设压力时进行泄压。

具体的，在本实施例中，所述安全阀193的开启压力即为所述预设压力，且所述预设压力大于所述第二单向阀151的开启压力，使得所述第二单向阀151先于所述安全阀193导通；同时所述预设压力小于所述进液管140和所述出液管150可承受的最大液体压力，以在所述进液管140和/或所述出液管150因压力过高发生炸裂之前使所述安全阀193开启并泄压，从而保证管道安全，但本发明不以此为限。

另一方面，结合附图3所示，本实施例还提供一种等离子体处理设备，包括：反应腔200，设置于所述反应腔200内的基座100，以及如上述的基座控温装置。

具体的，在本实施例中，所述反应腔200的内部顶部设有与所述基座100相对的喷淋头210，所述喷淋头210与位于所述反应腔200外的气体供应装置220相连，用于将所述气体供应装置220内的工艺气体通入位于所述喷淋头210和所述基座100之间的反应区域内。同时，所述喷淋头210还可以作为所述反应腔200的上电极，所述基座100还可以作为所述反应腔200的下电极，且至少一射频电源通过匹配网络施加到所述上电极或所述下电极上，以在所述上电极和所述下电极之间产生射频电场，从而将所述反应区域内的工艺气体电离为等离子体，对所述基片110进行刻蚀工艺处理。所述基座100的上方设有承载所述基片110的静电吸盘，所述静电吸盘内部设置一静电电极230，用于产生静电吸力，以在工艺过程中对所述基片110进行支撑固定，但本发明不以此为限。

具体的，在本实施例中，所述基座100内还设置有加热装置240，用于在工艺过程中对所述基座100进行加热。更具体的，在对所述基片110进行刻蚀工艺处理时，既存在对所述基座100的加热需求，也存在降温需求，同时还存在不加热不降温的需求。当所述基座100具有快速降温需求时，可以将所述流量阀171的开度减小至0，使得所述制冷机130输送的冷却液仅在所述冷却循环回路内流动；由于所述冷却循环回路内冷却液温度与所述基座100温度的差较大，可以实现对所述基座100的快速降温，提高所述基座100的冷却效率，并节省能耗。

当所述基座100具有加热需求时，可以将所述流量阀171的开度增加至100％，使得所述第一进液管段1401、所述冷却通道120和所述第一出液管段1501中的冷却液处于不流动状态，从而减少冷却液对热能的消耗，提高加热效率及加热范围。此外，该情况下还需要保证所述第一出液管段1501中的冷却液温度或所述基座100温度不大于所述预设值。

当所述基座100既无加热需求时，又无降温需求时(即所述等离子体处理设备处于闲置状态或工艺运行状态)，同样可以将所述流量阀171的开度增加至100％，使得冷却液仅在所述低功耗循环回路内流动，从而降低所述制冷机130的能耗。该情况下同样需要保证所述第一出液管段1501中的冷却液温度或所述基座100温度不大于所述预设值。此外，所述等离子体处理设备处于工艺运行状态，还可以根据施加至所述基座100的射频功率的大小所产生的热量经过测量后，对应的调控所述流量阀171的开度来维持基片所需的工艺温度，但发明不以此为限。

另一方面，本实施例还提供一种如上述的基座控温装置的使用方法，包括如下步骤：步骤S1、减小所述第一支管170中冷却液的流量，以提高所述第一支管170中的冷却液压力；步骤S2、所述压力流量控制器导通，使所述下部液体通路162中的冷却液进入与所述上部液体通路161连通的冷却通道120，形成冷却循环回路对所述基座100进行降温。

可以理解的是，所述步骤S1包括：设置一预设值；检测所述上部液体通路161中出液管内冷却液的温度或所述基座100的温度；所述上部液体通路161中出液管内冷却液温度或所述基座100温度大于预设值时，减小设置于所述第一支管170上的流量阀的开度，以减小所述第一支管170中冷却液的流量。

在一些实施例中，所述基座控温装置的使用方法，还包括如下步骤：步骤S3、所述上部液体通路161中出液管内冷却液温度或所述基座100温度的小于所述预设值时，增加所述流量阀171的开度，以提高所述第一支管170中冷却液的流量，使所述第一支管中的冷却液压力降低；步骤S4、所述压力流量控制器不导通，使所述下部液体通路161中的冷却液全部经所述第一支管170流回所述制冷机130。

在一些实施例中，所述基座控温装置的使用方法，还包括如下步骤：步骤S4、通过第二支管将所述上部液体通路的进液管和出液管连通，以形成副循环回路；步骤S5、所述压力流量控制器不导通时，开启设置于所述第二支管上的回流泵，以促进冷却液在所述副循环回路内循环流动。

具体的，在本实施例中，所述步骤S1中，所述上部液体通路161中出液管即所述第一出液管段1501内冷却液的温度可以通过所述温度检测装置191实时获取，所述基座100的温度则可以通过设置于所述基座100上的温度探头实时获取。所述出液管内冷却液的温度或所述基座的温度与所述预设值的差为5℃～15℃，但本发明不以此为限。

具体的，在本实施例中，所述压力流量控制器导通为所述第一单向阀141和所述第二单向阀151皆开启；且通过减小所述流量阀171的开度使所述第二进液管段1402和所述第一管段1701中的冷却液压力大于所述第一单向阀141的开启压力时，所述第一单向阀141开启，使得所述第二进液管段1401中的冷却液持续进入所述冷却通道120和所述第一出液管段1501内；当所述第一出液管段1501内的冷却液压力大于所述第二单向阀151的开启压力时，所述第二单向阀151开启，使得所述第一出液管段1501内的冷却液流回所述制冷机130。所述压力流量控制器不导通为所述第一单向阀141和所述第二单向阀151皆闭合；且通过增加所述流量阀171的开度使所述第二进液管段1402和所述第一管段1701中的冷却液压力小于所述第一单向阀141的开启压力时，所述第一单向阀141闭合；所述第一出液管段1501由于不再有冷却液继续输入，则所述第二单向阀151后续也将闭合，但本发明不为限。

综上所述，本实施例提供一种基座控温装置、等离子体处理设备及使用方法，设置于基座内的冷却通道通过进液管和出液管与制冷机连通，形成冷却循环回路；进液管和出液管上通过连接压力流量控制器而分成位于压力流量控制器靠近基座侧的上部液体通路和位于压力流量控制器靠近制冷机侧的下部液体通路，且下部液体通路中进液管和出液管通过第一支管连通；第一支管内冷却液流量可调节，且压力流量控制器可根据所述第一支管内冷却液压力的提高而增加上部液体通路中的冷却液流量，使得冷却液在冷却循环回路流动，以对基座进行降温。本实施例中，对基座具有快速降温需求时，可以将流量阀的开度减小至0，以减少第一支管中冷却液的流量，使第一支管中的冷却液压力增加，从而使得压力流量控制器导通，进而使得制冷机输送的冷却液仅在冷却循环回路内流动，极大提高基座的冷却效率，并节省能耗；对基座具有加热需求时，可以增加流量阀的开度至100％，以增加第一支管中冷却液的流量，使第一支管中的冷却液压力减少，从而使得压力流量控制器不导通，进而使得上部液体通路中的冷却液处于不流动状态，减少冷却液对热能的消耗，提高加热效率及加热范围；对基座既无加热需求时，又无降温需求时，同样可以将流量阀的开度增加至100％，使得冷却液仅在由第一支管、制冷机和下部液体通路的进液管和出液管形成的低功耗循环回路内流动，从而降低制冷机的功耗。

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 (17)

1.一种基座控温装置，所述基座用于承载基片，其特征在于，包括：

冷却通道，设置于所述基座内；

制冷机，位于所述基座外，用于循环冷却液；且所述冷却通道通过进液管和出液管与所述制冷机连通，形成冷却循环回路；

所述进液管和所述出液管上通过设置压力流量控制器而分成位于所述压力流量控制器靠近所述基座侧的上部液体通路和位于所述压力流量控制器靠近所述制冷机侧的下部液体通路；

连通所述下部液体通路中进液管和出液管的第一支管，所述第一支管内冷却液流量可调节，所述压力流量控制器可根据所述第一支管内冷却液压力的提高而增加所述上部液体通路中的冷却液流量。

2.如权利要求1所述的基座控温装置，其特征在于，所述第一支管上设有流量阀，用于调节所述第一支管内冷却液的流量，以控制所述第一支管内冷却液的压力。

3.如权利要求1所述的基座控温装置，其特征在于，所述压力流量控制器包括设置于所述进液管上的第一单向阀，所述第一单向阀位于所述上部液体通路和所述下部液体通路之间，用于根据所述第一支管内冷却液压力的改变而调节所述上部液体通路中的冷却液流量。

4.如权利要求3所述的基座控温装置，其特征在于，所述压力流量控制器还包括设置于所述出液管上的第二单向阀，所述第二单向阀位于所述上部液体通路和所述下部液体通路之间，用于防止所述第一支管中的冷却液经过所述第二单向阀进入所述上部液体通路。

5.如权利要求4所述的基座控温装置，其特征在于，所述第一单向阀和所述第二单向阀皆具有一开启压力，且所述第一单向阀的开启压力小于所述第一支管可承受的最大液体压力，所述第二单向阀的开启压力小于所述冷却通道可承受的最大液体压力。

6.如权利要求5所述的基座控温装置，其特征在于，所述第一单向阀开启时使所述制冷机中的冷却液流动至所述冷却通道；所述第二单向阀开启时使所述冷却通道中的冷却液流动至所述制冷机。

7.如权利要求5所述的基座控温装置，其特征在于，还包括：

第二支管，分别与所述上部液体通路的进液管和出液管连通，且所述第二支管、所述冷却通道、所述上部液体通路的进液管和出液管形成副循环回路；

回流泵，设置于所述第二支管上，用于促进冷却液在所述副循环回路内循环流动。

8.如权利要求7所述的基座控温装置，其特征在于，所述上部液体通路与所述第二支管可容纳的冷却液体积之和小于所述下部液体通路与所述第一支管可容纳的冷却液体积之和。

9.如权利要求7所述的基座控温装置，其特征在于，所述第二支管可承受的最大液体压力不小于所述冷却通道可承受的最大液体压力。

10.如权利要求1所述的基座控温装置，其特征在于，还包括：温度检测装置，设置于所述上部液体通路中出液管上，用于检测所述上部液体通路中出液管内冷却液的温度。

11.如权利要求1所述的基座控温装置，其特征在于，还包括：与所述上部液体通路中出液管或进液管连通的第三支管，所述第三支管上设有安全阀，用于在所述上部液体通路中冷却液压力超过预设压力时进行泄压。

12.一种等离子体处理设备，其特征在于，包括：反应腔，设置于所述反应腔内的基座，以及如权利要求1～11中任意一项所述的基座控温装置。

13.一种如权利要求1～11中任意一项所述的基座控温装置的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

减小所述第一支管中冷却液的流量，以提高所述第一支管中的冷却液压力；

所述压力流量控制器导通，使所述下部液体通路中的冷却液进入与所述上部液体通路连通的冷却通道，形成冷却循环回路对所述基座进行降温。

14.如权利要求13所述的基座控温装置的使用方法，其特征在于，减小所述第一支管中冷却液的流量的步骤包括：

设置一预设值；

检测所述上部液体通路中出液管内冷却液的温度或所述基座的温度；

所述上部液体通路中出液管内冷却液温度或所述基座温度大于预设值时，减小设置于所述第一支管上的流量阀的开度，以减小所述第一支管中冷却液的流量。

15.如权利要求14所述的基座控温装置的使用方法，其特征在于，还包括如下步骤：

所述上部液体通路中出液管内冷却液温度或所述基座温度小于所述预设值时，增加所述流量阀的开度，以提高所述第一支管中冷却液的流量，使所述第一支管中的冷却液压力降低；

所述压力流量控制器不导通，使所述下部液体通路中的冷却液全部经所述第一支管流回所述制冷机。

16.如权利要求15所述的基座控温装置的使用方法，其特征在于，所述出液管内冷却液的温度或所述基座的温度与所述预设值的差为5℃～15℃。

17.如权利要求15所述的基座控温装置的使用方法，其特征在于，还包括如下步骤：

通过第二支管将所述上部液体通路的进液管和出液管连通，以形成副循环回路；

所述压力流量控制器不导通时，开启设置于所述第二支管上的回流泵，以促进冷却液在所述副循环回路内循环流动。