CN220895451U - 温度控制系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种温度控制系统，用于对蚀刻设备的上电极的温度进行控制，包括：加热装置，用于对输入的气体进行加热，并向所述上电极输送加热后的气体；温度监测器，用于监测所述上电极的温度；温控器，与所述温度监测器连接，用于根据所述上电极的温度对所述加热装置的加热功率进行控制。本申请提供的温度控制系统能够提高上电极的温度稳定性。

Description

温度控制系统

技术领域

本申请涉及半导体制造设备领域，特别涉及一种温度控制系统。

背景技术

随着半导体技术的不断发展以及集成电路制造尺寸的逐渐缩小，工艺制程对蚀刻工艺设备各参数的要求也越来越高。

在蚀刻设备的工艺过程中，反应腔上电极的温度稳定性直接决定着晶圆产品的工艺良率以及各晶圆之间工艺的可重复性。因此，如何保持反应腔上电极的温度稳定性成为决定晶圆工艺好坏的关键参数。

实用新型内容

本申请要解决的技术问题是提供一种温度控制系统，对蚀刻设备上电极的温度进行控制，提高上电极的温度稳定性。

为了解决上述技术问题，本申请提供了一种温度控制系统，用于对蚀刻设备的上电极的温度进行控制，包括：加热装置，用于对输入的气体进行加热，并向所述上电极输送加热后的气体；温度监测器，用于监测所述上电极的温度；温控器，与所述温度监测器连接，用于根据所述上电极的温度对所述加热装置的加热功率进行控制。

在本申请的一些实施例中，所述温度控制系统还包括：第一保温罩，设于所述上电极上，且所述第一保温罩的顶面开设有进气口和第一出气口。

在本申请的一些实施例中，所述第一保温罩呈环状结构，所述第一保温罩的内环壁设置多个第一挡板，外环壁设置多个第二挡板，所述第一挡板和所述第二挡板相互交错设置，且多个所述第一挡板和多个所述第二挡板形成连通的气体流道。

在本申请的一些实施例中，所述第一保温罩包括：两个呈半环状结构且连接但不连通的子保温罩；两个所述子保温罩的顶面均开设有所述进气口和所述第一出气口；所述子保温罩的内环壁设置多个所述第一挡板，外环壁设置多个所述第二挡板，所述第一挡板和所述第二挡板相互交错设置，且多个所述第一挡板和多个所述第二挡板形成连通的气体流道。

在本申请的一些实施例中，所述进气口和所述第一出气口均为至少两个；所述温度监测器的温度监测点为至少四个。

在本申请的一些实施例中，所述第一挡板和所述第二挡板的长度均小于所述第一保温罩的环宽。

在本申请的一些实施例中，所述第一保温罩的顶面还设有安装孔；所述温度监测器的一端设于所述上电极中，另一端设于所述安装孔中。

在本申请的一些实施例中，所述温度控制系统还包括：第二保温罩，设于所述第一保温罩的顶面，且所述第二保温罩还设有第二出气口。

在本申请的一些实施例中，所述温度控制系统还包括：气体输送管道，设于所述第二保温罩中，且一端与所述加热装置的出口端连通，另一端与所述进气口连通。

在本申请的一些实施例中，所述加热装置包括：电连接的加热元件和功率调整器。

在本申请的一些实施例中，所述温度控制系统还包括：气体供应装置，用于向所述加热装置输送气体。

本申请技术方案的温度控制系统通过温度监测器对上电极的温度进行实时监测，并通过温控器基于监测获得的上电极的温度对加热装置的加热功率进行控制，进而可以实现对所述上电极的温度进行控制，以使上电极的温度保持在设定温度或者在设定温度上下小幅度波动。

进一步地，通过在上电极上设置带有气体流道的第一保温罩，不仅能够有效的延长高温气体在第一保温罩内的实际停留时间，提高上电极的升温效果，而且能较好地防止上电极的热量流失，起到保温效果。

进一步地，在第一保温罩上设置第二保温罩，可将第一保温罩与外界环境隔离，间接起到对上电极进行保温的作用。

附图说明

以下附图详细描述了本申请中披露的示例性实施例。其中相同的附图标记在附图的若干视图中表示类似的结构。本领域的一般技术人员将理解这些实施例是非限制性的、示例性的实施例，附图仅用于说明和描述的目的，并不旨在限制本申请的范围，其他方式的实施例也可能同样的完成本申请中的发明意图。应当理解，附图未按比例绘制。

其中：

图1是本申请实施例的一种温度控制系统的结构示意图；

图2是本申请实施例的另一种温度控制系统的结构示意图；

图3和图4是本申请实施例的第一挡板、第二挡板及温度监测点在上电极上的分布示意图。

具体实施方式

以下描述提供了本申请的特定应用场景和要求，目的是使本领域技术人员能够制造和使用本申请中的内容。对于本领域技术人员来说，对所公开的实施例的各种局部修改是显而易见的，并且在不脱离本申请的精神和范围的情况下，可以将这里定义的一般原理应用于其他实施例和应用。因此，本申请不限于所示的实施例，而是与权利要求一致的最宽范围。

对蚀刻设备的上电极温度进行控制时，可以采用晶圆工艺前的预热工艺来提升上电极的温度，而在晶圆工艺过程中采用单纯抽气的方式来降低上电极的温度，以此来实现对上电极的温度控制。这种粗放式的温度控制方式存在较大的痛点，即温度控制的范围很宽泛，且人为因素也起着很大的影响，若在晶圆工艺尺寸较大时可以满足工艺条件的需求，因为此时上电极温度对晶圆工艺良率影响不大。但是，随着先进制程的不断发展，上电极的温度逐渐成为晶圆良率的关键参数，先进制程对上电极温度的控制也越来越苛刻。绝大多数先进制程都需要上电极能够在工艺近理想状态下，保持在设定温度或者在设定温度上下小幅度波动，这对上电极的温度控制提出了更高的要求。

基于此，本申请技术方案提供了一种温度控制系统，该温度控制系统能够对蚀刻设备的上电极的温度进行控制，所述温度控制系统包括：加热装置，用于对输入的气体进行加热，并向所述上电极输送加热后的气体；温度监测器，用于监测所述上电极的温度；温控器，与所述温度监测器连接，用于根据监测获得的所述上电极的温度对所述加热装置的加热功率进行控制。本申请技术方案的温度控制系统通过所述加热装置可以对所述上电极进行升温，通过温度监测器对所述上电极的温度进行实时监测，并通过温控器基于监测获得的上电极的温度对所述加热装置的加热功率进行控制，进而实现对所述上电极的温度进行控制，以使所述上电极的温度保持在设定温度或者在设定温度范围。

下面结合附图对本申请实施例提供的温度控制系统进行详细说明。

参考图1，本申请实施例提供一种温度控制系统，用于对蚀刻设备的上电极100的温度进行控制，所述温度控制系统包括加热装置200、温度监测器300和温控器(未示出)，所述加热装置200用于对输入的气体进行加热，并向所述上电极100输送加热后的气体，以对所述上电极100进行升温。所述温度监测器300用于监测所述上电极100的温度，以实时获得的所述上电极100的实际温度。所述温控器与所述温度监测器300连接，用于根据监测获得的所述上电极100的温度对所述加热装置200的加热功率进行控制，以实现对所述上电极100的温度控制。

作为示例性说明，所述加热装置200将输入的气体进行加热，并将加热后的气体输向所述上电极100，以对所述上电极100进行升温，所述温度监测器300可以实时监测所述上电极100的温度，所述温控器根据监测获得的所述上电极100的温度，对所述加热装置200的加热功率进行控制，进而对所述上电极100的温度进行调节。

所述加热装置200的具体结构不作限制，能起到加热气体的效果即可。作为示例，所述加热装置400包括：电连接的加热元件和功率调整器，其中所述加热元件用于对输入的气体进行加热，例如为加热棒。所述功率调整器可以是现有的元器件，其能够起到调整加热功率的作用即可。作为示例性说明，当所述功率调整器减小加热功率时，会使加热元件的加热温度降低，进而降低气体加热后的温度，从而降低所述上电极100的温度；反之，当所述功率调整器增大加热功率时，加热元件的加热温度升高，进而使气体加热后的温度升高，从而提高所述上电极100的温度，由此实现所述上电极100的温度控制或调节。

在一些实施例，经所述加热装置200加热后的气体可以通过气体输送管道400输向所述上电极100，所述气体输送管道400的一端连接所述加热装置200的出口端，另一端靠近所述上电极100。在一些实施例中，可以设置至少两个所述加热装置200，且每个加热装置200还相应设置气体输送管道400，不同的所述气体输送管道400可以靠近所述上电极100的不同位置，以提高所述上电极100不同位置的温度均匀性。在一些实施例中，可以设置一个所述加热装置200，而使所述气体输送管道400具有至少两个管道分支，以使加热后的气体可以通向所述上电极100的不同位置，从而提高所述上电极100的温度均匀性。

所述温度监测器300例如可以是常见的热电偶。所述温控器和所述温度监测器300间可以是电连接或是信号连接，所述温控器可以根据监测得到的所述上电极100的实际温度对所述加热装置200的加热功率进行控制。本申请实施例的温控器的结构可以是现有的任意一种温控器结构。作为示例性说明，所述温度监测器300以实时监测的方式对所述上电极100的温度进行监测，并将所述上电极100的实际温度值发送至所述温控器，所述温控器将所述上电极100的实际温度值与温度预设值(或温度预设范围)进行对比，当所述上电极100的实际温度值低于所述温度预设值时，所述温控器控制所述加热装置200增大加热功率，进而提供更多热量至所述上电极100；当所述上电极100的实际温度值高于所述温度预设值时，所述温控器控制所述加热装置200降低加热功率，对所述上电极100进行降温。

参考图3和图4，所述温度监测器300的温度监测点301为至少四个，所述温度监测点301在所述上电极100上的分布方式可以根据实际情况设计。

在一些实施例中，所述温度控制系统还包括：第一保温罩500，设于所述上电极100上，且所述第一保温罩500的顶面开设有进气口510和第一出气口520，所述进气口510可以和所述气体输送管道400连通，用于通入加热后的气体，也即高温气体。所述第一出气口520用于输出次高温气体。作为示例性说明，当高温气体通过所述气体输送管道400输送至所述进气口510，并进入至所述第一保温罩500中后，对所述上电极100进行升温，随后高温气体的温度会降低，变为次高温气体，通过所述第一出气口520输出至所述第一保温罩500外。

结合图2和图3，在一些实施例中，所述上电极100的中心位置上还安装有其他设备600，占据了所述第一保温罩500的部分位置，因此所述第一保温罩500呈环状结构，且环绕所述设备600设置。所述第一保温罩500的内环壁设置多个第一挡板530，外环壁设置多个第二挡板540，所述第一挡板530和所述第二挡板540相互交错设置，且多个所述第一挡板530和多个所述第二挡板540形成连通的气体流道。

参考图4，在一些实施例中，所述第一保温罩500包括呈半环状结构的第一子保温罩和第二子保温罩，且二者连接但不连通，连接处见图中的A-A1和B-B1。其中所述第一子保温罩和第二子保温罩环绕所述设备600设置，且二者的顶面均开设有所述进气口510和所述第一出气口520，内环壁均设置多个所述第一挡板530，外环壁均设置多个所述第二挡板540，所述第一挡板530和所述第二挡板540相互交错设置，且多个所述第一挡板530和多个所述第二挡板540形成连通的气体流道。由于所述第一挡板530和所述第二挡板540要形成连通的气体流道，因此所述第一挡板530和所述第二挡板540的长度均小于所述第一保温罩500的环宽。

作为示例性说明，气体经所述加热装置200后成为高温气体进入所述第一保温罩500，所述气体流道能够有效的延长高温气体在所述第一保温罩500内的实际停留时间。所述高温气体流经所述气体流道的过程中，将热量传导至所述上电极100，对所述上电极100进行升温作业，在该过程中所述第一保温罩500能较好地防止所述上电极100的热量流失，起到保温效果。

在一些实施例中，所述进气口510和所述第一出气口520均为至少两个，且所述进气口510和所述第一出气口520的间距尽可能的远，防止从所述进气口510进入的高温气体还未充分发挥对所述上电极100的升温作用，便经所述第一出气口520排出所述第一保温罩500外。图3和图4仅示意出了其中一种分布方式，具体的分布方式可以根据实际情况进行设计。

在一些实施例中，所述第一保温罩500的顶面还设有安装孔，所述温度监测器300的一端设于所述上电极100中，另一端设于所述安装孔中。

结合图1和图2，在一些实施例中，所述温度控制系统还包括第二保温罩700，所述第二保温罩700设于所述第一保温罩500的顶面，且所述第二保温罩700还设有第二出气口701。所述第二出气口701可以设置在所述第二保温罩700的顶面。作为示例性说明，高温气体进入所述第一保温罩500后降温为次高温气体，所述次高温气体经过所述第一出气口520进入所述第二保温罩700，所述第二保温罩700可将所述第一保温罩500与外界环境隔离，间接起到对所述上电极100进行保温的作用。所述次高温气体流经所述第二出气口701后会降温为带有余热的废气，排至中央废气处理系统。所述第二保温罩700能够将所述第一保温罩500和外界空气隔绝，起到间接保温的作用。

在一些实施例中，所述气体输送管道400设于所述第二保温罩700中，以减小热损耗，起到保温作用。

在一些实施例中，所述温度控制系统还包括：气体供应装置800，用于向所述加热装置200输送气体。

上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述详细披露仅仅作为示例，而并不构成对本说明书的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本申请进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本说明书中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本申请示范实施例的精神和范围。

需要说明的是，在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是转动连接，也可以是滑动连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以结合具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

另外，当本申请说明书中使用了“第一”、“第二”、“第三”等术语描述各种特征时，这些术语仅用于对这些特征进行区分，而不能理解为指示或暗示特征之间的关联性、相对重要性或者隐含指明所指示的特征数量。

除此之外，本申请说明书通过参考理想化的示例性截面图和/或平面图和/或立体图来描述示例性实施例。因此，由于例如制造技术和/或容差导致的与图示的形状的不同是可预见的。因此，不应当将示例性实施例解释为限于在此所示出的区域的形状，而是应当包括由例如制造所导致的形状中的偏差。因此，在图中示出的区域实质上是示意性的，其形状不是为了示出器件的区域的实际形状也不是为了限制示例性实施例的范围。

同时，本申请使用了特定词语来描述本说明书的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本申请中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一个替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

同理，应当注意的是，为了简化本申请披露的表述，从而帮助对一个或多个发明实施例的理解，前文对本申请实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本申请对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。

最后，应当理解的是，本申请中所述实施例仅用以说明本申请实施例的原则。其他的变形也可能属于本申请的范围。因此，作为示例而非限制，本申请实施例的替代配置可视为与本申请的教导一致。相应地，本申请的实施例不仅限于本申请明确介绍和描述的实施例。

Claims (11)

1.一种温度控制系统，用于对蚀刻设备的上电极的温度进行控制，其特征在于，包括：

加热装置，用于对输入的气体进行加热，并向所述上电极输送加热后的气体；

温度监测器，用于监测所述上电极的温度；

温控器，与所述温度监测器连接，用于根据所述上电极的温度对所述加热装置的加热功率进行控制。

2.根据权利要求1所述的温度控制系统，其特征在于，还包括：第一保温罩，设于所述上电极上，且所述第一保温罩的顶面开设有进气口和第一出气口。

3.根据权利要求2所述的温度控制系统，其特征在于，所述第一保温罩呈环状结构，所述第一保温罩的内环壁设置多个第一挡板，外环壁设置多个第二挡板，所述第一挡板和所述第二挡板相互交错设置，且多个所述第一挡板和多个所述第二挡板形成连通的气体流道。

4.根据权利要求3所述的温度控制系统，其特征在于，所述第一保温罩包括：

两个呈半环状结构且连接但不连通的子保温罩；

两个所述子保温罩的顶面均开设有所述进气口和所述第一出气口；

所述子保温罩的内环壁设置多个所述第一挡板，外环壁设置多个所述第二挡板，所述第一挡板和所述第二挡板相互交错设置，且多个所述第一挡板和多个所述第二挡板形成连通的气体流道。

5.根据权利要求3或4所述的温度控制系统，其特征在于，所述进气口和所述第一出气口均为至少两个；所述温度监测器的温度监测点为至少四个。

6.根据权利要求3或4所述的温度控制系统，其特征在于，所述第一挡板和所述第二挡板的长度均小于所述第一保温罩的环宽。

7.根据权利要求2所述的温度控制系统，其特征在于，所述第一保温罩的顶面还设有安装孔；所述温度监测器的一端设于所述上电极中，另一端设于所述安装孔中。

8.根据权利要求3或4所述的温度控制系统，其特征在于，还包括：第二保温罩，设于所述第一保温罩的顶面，且所述第二保温罩还设有第二出气口。

9.根据权利要求8所述的温度控制系统，其特征在于，所述温度控制系统还包括：气体输送管道，设于所述第二保温罩中，且一端与所述加热装置的出口端连通，另一端与所述进气口连通。

10.根据权利要求1所述的温度控制系统，其特征在于，所述加热装置包括：电连接的加热元件和功率调整器。

11.根据权利要求1所述的温度控制系统，其特征在于，还包括：气体供应装置，用于向所述加热装置输送气体。