TW201709256A - 藉由冷卻劑流量控制及加熱器任務週期控制之組件溫度控制 - Google Patents

藉由冷卻劑流量控制及加熱器任務週期控制之組件溫度控制 Download PDF

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Abstract

茲描述在電漿處理腔室中控制溫度的方法和系統，以供大範圍設定溫度及減少能量消耗之用。冷卻液迴路與熱源間的溫度控制由控制演算法協調，該控制演算法由電漿處理模組控制器施行。該控制演算法可響應指示實際溫度低於設定溫度的反饋訊號，而完全停止冷卻液流入溫度控制之組件。該控制演算法更可於製程配方執行期間，至少部分依據前饋控制訊號，該前饋控制訊號係源自輸入該處理腔室的電漿功率或電漿功率變化。

Description

藉由冷卻劑流量控制及加熱器任務週期控制之組件溫度控制
本發明之實施例大體而言係關於電漿處理設備，且更特定言之，係關於在電漿處理腔室處理工件期間控制溫度的方法。
在電漿處理腔室中，諸如電漿蝕刻或電漿沉積腔室，腔室組件的溫度往往是製程控制的重要參數。例如，基板固持件（俗稱夾盤或基座）的溫度經控制以於進行製程配方期間，將工件加熱/冷卻至不同控制溫度（例如，用以控制蝕刻速度）。同樣地，進行製程配方時，亦可控制噴淋頭/上電極或其他組件的溫度而影響處理結果。習知地，散熱器及/或熱源耦接至處理腔室，以將腔室組件溫度控制在設定溫度。通常，第一控制器（諸如比例積分微分（PID）控制器）用來反饋控制溫度控制組件與散熱器間的熱傳，而第二控制器則用來反饋控制溫度控制組件與熱源間的熱傳。第一和第二控制器一般係各自彼此隔離操作，以提供兩個本質上相互制衡的控制迴路方式獨立執行自身封閉迴路控制演算法。通常，冷卻液基冷卻控制迴路係總是以額定冷卻液流量（例如，約1加侖/分鐘（GPM））操作，使冷卻迴路保持呈控制穩態。因而，不容冷卻劑管線中的冷卻液滯留在冷卻迴路內。
習知控制組態的效力在於各控制迴路的控制力（control effort）需大致相同，以快速中和外部擾動，諸如出自射頻（RF）產生器驅動電漿的廢熱輸入。隨著此外部擾動變大，中和擾動的控制力亦須相應增強。例如，散熱器控制迴路應在極低溫下操作及/或具有大熱質量等，以提供大型散熱器。然當外部擾動很小，例如電漿處理系統處於閒置狀態而無電漿功率輸入系統時，冷卻迴路仍保持額定冷卻劑流量，故大型散熱器的冷卻效力不能完全去除。反之，第二控制器甚至在閒置時經由施加大量熱能（例如，3000瓦（W）或以上）來主動抵消冷卻效力，以維持設定溫度。除效率低外，習知控制組態的另一缺失為組件溫度上限受限於大型散熱器作用。例如，若散熱器作用進一步減弱，則即使施加100%的加熱功率，大型散熱器效力仍將最高組件溫度限制在允許值以下。基於同樣原因，瞬變響應設定溫度上升亦很慢。習知組態終究為以有限處理溫度範圍和長瞬變響應時間操作的低效能系統。
茲描述當電漿處理設備進行電漿製程時控制製程或腔室組件溫度的方法和系統。在一些實施例中，方法和系統協調處理腔室與散熱器和熱源間的熱傳。在一特定實施例中，方法和系統協調冷卻液流量控制與加熱器任務週期控制，以減少無外部擾動下維持設定溫度所需的能量，同時仍達成快速控制響應中和外部擾動。
某些實施例包括以腔室管理階層、而非個別散熱器或熱源階層控制處理腔室溫度的方法。在其他實施例中，腔室管理階層控制係至少部分依據指示腔室組件溫度與設定溫度間之誤差的反饋訊號。組件溫度低於設定溫度時，可增加加熱功率輸入來加熱腔室組件，以及響應反饋訊號，可將處理腔室與處理腔室外之散熱器間的冷卻液流量減至零流率。
在一實施例中，當腔室處於執行電漿製程配方的作用狀態時，利用依據輸入處理腔室之電漿功率的前饋控制訊號，進一步決定控制組件溫度的一或更多冷卻液流量和加熱功率。在特定實施例中，輸入電漿功率訊號的轉移函數係為補償處理腔室組件遭功率源輸出的電漿功率加熱。在某些此類實施例中，冷卻液流量和加熱功率控制包括於電漿製程配方中執行步驟的第一部分期間，應用第一組增益值，第一組增益值係和電漿輸入功率與執行配方步驟的設定溫度有關。於執行配方步驟的第二部分期間，可進一步應用第二組增益值，第二組增益值係和執行步驟與先前或後續電漿製程配方步驟間的電漿輸入功率變化與設定溫度變化有關。
實施例包括儲存指令的電腦可讀取媒體，當處理系統執行指令時，促使處理系統協調處理腔室與散熱器和熱源間的熱傳。在此實施例中，電腦可讀取媒體儲存協調冷卻液流量控制與加熱器任務週期控制的指令，以減少無外部擾動下維持設定溫度所需的能量，同時仍達成快速控制響應中和外部擾動。在特定實施例中，電腦可讀取媒體包括電漿功率訊號與組件溫度間的轉移函數，且電腦可讀取媒體更包括用以補償處理腔室組件遭電漿功率輸出加熱的指令。
實施例包括電漿處理腔室，諸如電漿蝕刻或電漿沉積系統，該電漿處理腔室具有溫度控制組件，該溫度控制組件耦接至散熱器/熱源。溫度控制組件可由冷卻液迴路耦接至散熱器，該冷卻液迴路包括冷卻液控制閥，該冷卻液控制閥可完全停止冷卻液流入溫度控制組件。腔室更可包括溫度控制器，以藉由在包括零液體流量範圍內改變冷卻液流率而控制溫度控制組件與散熱器間的熱傳，該溫度控制器耦接至冷卻液控制閥。
電漿功率源耦接至處理腔室，以於處理置於處理腔室內的工件時激發電漿。溫度控制器可利用反饋控制訊號及/或前饋控制訊號來協調控制溫度控制組件與散熱器和熱源間的熱傳，該前饋控制訊號依據輸入腔室的電漿功率以補償溫度控制組件遭電漿加熱。在此實施例中，溫度控制組件包含製程氣體噴淋頭，噴淋頭經配置以於電漿處理期間輸送製程氣體。
以下詳細說明將闡述眾多特定細節，以對本發明實施例有更深入的了解。然熟諳此技藝者將理解其他實施例亦可不以該等特定細節實施。在其他實例中，不詳述熟知的方法、程序、組件和電路，以免讓本發明變得晦澀難懂。以下詳細描述的一些部分是以電腦記憶體內操作資料位元或二進數位訊號的演算法和符號表示呈現。該等演算法描述和表示可為熟諳資料處理技藝者用以將該等技藝者的工作內容傳達給其他技藝人士的技術。
演算法或方法在此大體係視為導向預期結果的自洽動作或操作序列，該等動作或操作包括物理量的實體操縱。通常（但未必）該等物理量為能經儲存、傳送、結合、比較及其他方式操縱的電或磁訊號形式。有時方便起見，主要是基於常見用法，將該等訊號稱為位元、量值、元件、符號、字元、術語、階層、數字等。然應理解該等和類似術語係與適當物理量有關，且僅為便於標示該等量而已。
從下述清楚可知，除非特別指明，否則應理解整份說明書所用諸如「處理」、「運算」、「計算」、「決定」等術語，係指電腦或運算系統或類似電子運算裝置的動作及/或處理，該電子運算裝置操縱及/或將運算系統的暫存器及/或記憶體內的物理量表示資料（諸如電子），轉換成同樣以運算系統的記憶體、暫存器或其他此類資訊儲存、傳輸或顯示裝置內的物理量表示的其他資料。
本發明的實施例可包括用於進行本文所述操作的設備。設備可特別建構成預定用途，或者設備可包含通用運算裝置，該通用運算裝置由裝置儲存程式選擇性啟動或重構。此類程式可儲存於儲存媒體，諸如包括軟碟、光碟、光碟唯讀記憶體（CD-ROMs）、磁光碟、唯讀記憶體（ROMs）、隨機存取記憶體（RAMs）、電子可程式唯讀記憶體（EPROMs）、電子可抹除可程式唯讀記憶體（EEPROMs）、磁或光卡等任何磁碟類型,或任何其他適合儲存電子指令且能耦接至運算裝置之系統匯流排的媒體類型，但不以此為限。
術語「耦接」與「連接」和其派生詞可在此用來描述組件間的結構關係。應理解該等術語非同義詞。實情為，在特定實施例中，「連接」可用以指示兩個或兩個以上元件彼此為直接物理或電氣接觸。「耦接」可用以指示兩個或兩個以上元件彼此為直接或間接（二者間有其他插入元件）物理或電氣接觸，及/或兩個或兩個以上元件為互相合作或相互作用（例如，呈因果關係）。
本文所述控制製程或腔室組件溫度的方法和系統實施例提供溫度控制力，該溫度控制力包括冷卻控制迴路和加熱控制迴路，其中冷卻液流量控制和加熱器控制經協調以減少無外部擾動下維持設定溫度所需的能量，同時仍達成快速控制響應中和外部擾動。通常，電漿處理腔室（模組）控制器提供高於習知獨立散熱器/熱源控制器的溫度控制階層。腔室階層控制器執行溫度控制演算法，並將諸如反饋及/或前饋增益值之控制參數傳遞到一或更多散熱器/熱源控制器，以對冷卻液流量和加熱器任務週期進行控制。
藉由將反饋及/或前饋轉移函數的控制運算移開自主溫度控制面（例如，散熱器或熱源的離散PID控制器），並移到電漿處理系統的積分控制軟體面（該積分控制軟體面可計算反饋與前饋控制力），則可更有效率地協調使用獨立加熱與冷卻迴路的離散溫度控制器。一或更多離散溫度控制器可僅作為控制致動器的驅動器（例如閥、電阻元件等）而手動操作，離散溫度控制器在積分電漿腔室控制軟體面的指示下操作，控制軟體面則執行實施第1圖所示溫度控制系統100的指令。然在替代實施例中，至少一個離散溫度控制器經配置以自動封閉迴路模式操作，且離散溫度控制器提供本文所述自積分控制軟體面卸載之控制運算相關的反饋及/或前饋控制。在一離散溫度控制器（例如，提供熱源）為自動模式的實施例中，積分溫度控制軟體面可向手動模式操作的第二離散溫度控制器（例如，提供散熱器）提供指示。在任一實施方式中，例如，因積分溫度控制軟體面提供較高的溫度控制階層，故可大幅減少無外部溫度擾動下（例如，閒置期間）的冷卻功率。此外，又如當設定溫度於作用配方執行或閒置時間改變時，可縮短瞬變響應時間。在某些實施例中，達成方式為完全停止冷卻液流入溫度控制組件，以大幅減少冷卻功率，及當反饋訊號指示組件溫度低於設定溫度時，容許以相對較少量加熱功率中和組件溫度誤差。利用能有條件停止冷卻液流入腔室組件的積分溫度控制軟體面，施予特定加熱功率亦可達到較高的組件設定溫度。
第1圖為根據本發明一實施例之溫度控制系統100的方塊圖，溫度控制系統100包括前饋與反饋控制元件，用以響應加熱和冷卻擾動而協調加熱和冷卻控制力111、112。如圖所示，系統100包括熱源控制迴路101和散熱器控制迴路102，控制迴路101和控制迴路102影響組件105之溫度。熱源控制迴路101包括加熱器390，且可依據反饋控制訊號108A控制熱源控制迴路101。由於市售溫度控制器缺乏用於擾動補償的前饋輸入（例如，僅提供包括測量控制溫度150和設定溫度106的輸入用於反饋控制），故在部分依據輸入到電漿處理腔室之電漿功率來運算控制力的示例實施例中，控制系統100更經由積分控制軟體面提供前饋控制訊號107。發送到加熱器驅動器390B的控制訊號109可為反饋控制訊號108A與前饋控制訊號107的函數（例如，總和），且誤差增益和功率增益分別應用於訊號108A、107。
同樣地，散熱器控制迴路102包括冷卻液流量115，且可依據反饋控制訊號108B控制散熱器控制迴路102。在部分依據輸入到電漿處理腔室之電漿功率來運算控制力的示例實施例中，控制系統100更經由積分控制軟體面提供前饋控制訊號117。因此，發送到冷卻液控制閥120的控制訊號119可為反饋控制訊號108B與前饋控制訊號117的函數（例如，總和），且誤差增益和功率增益分別應用於訊號108B、117。
溫度控制系統100包括至少一個前饋轉移函數FA (s) 及/或FB (s) ，溫度控制系統100把工件處理期間引入電漿處理腔室的電漿功率當作輸入。在此實施例中，電漿功率為多個處理腔室輸入功率的加權和。例如，在一實施例中，電漿功率加權和等於c1P1 + c2P2 + c3P3，其中P1、P2和P3為偏壓及/或源功率。權數c1、c2和c3可為任何實數且通常為正值，但在某些實施例中，組件加熱實際上隨源功率增加而減少，故源功率權數為負值。
輸入前饋線的電漿功率可依據諸如RF產生器、磁控管等電漿功率源輸出的任何功率，電漿功率在溫度控制系統組件上施予適當熱負載。前饋轉移函數FA (s) 及/或FB (s) 提供與擾動轉移函數D(s) 之正負號相反的控制力，且前饋轉移函數FA (s) 及/或FB (s) 補償電漿源功率熱負載擾動造成的控制溫度150升高。擾動轉移函數D(s) 使電漿功率的熱負載與電漿處理腔室組件的控制溫度150上升有關聯性，該電漿處理腔室組件具有特定熱時間常數τ。例如，在時間t時從0 W增加至1000 W的電漿功率階梯函數可由擾動轉移函數D(s) 映對成隨時間上升的組件溫度。前饋控制訊號107、117耦合到反饋轉移函數G1A (s) 及/或G1B (s) ，以提供反饋控制訊號108來修正對應控制溫度150與設定溫度106間差異的誤差訊號　。
前饋控制訊號107、117和設定溫度106輸入到致動器轉移函數G2A (s) 、G2B (s) 和熱質量轉移函數H(s) ，以補償擾動轉移函數D(s) 對輸出控制溫度150的影響。熱質量轉移函數H(s) 包括散熱器/熱源和溫度控制組件等的熱容函數。致動器轉移函數G2B (s) 包括控制溫度控制組件105與散熱器（例如，冷卻器）間之熱傳的致動器函數和冷卻劑流量函數。所述實施例更包括致動器函數G2A (s) ，該致動器函數控制溫度控制組件105與熱源（例如，加熱元件390和加熱器驅動器390B）間之熱傳。前饋轉移函數FA (s) （或FB (s) ）亦可使用和習知反饋控制系統一樣的致動器實施，該反饋控制系統已裝設至獨立封閉迴路控制系統，諸如冷卻液迴路。致動器可以此技藝常用的任何方式實施。在示例冷卻液迴路實施例中，致動器包括一或更多控制冷卻液流量115的閥120，閥120耦接至溫度控制組件105與散熱器（例如，冷卻器377）之間。在另一實施例中，另一致動器包括一或更多電阻加熱元件驅動電源開關（例如390B），該或該等電阻加熱元件驅動電源開關耦接至溫度控制組件105。
第2A圖為根據本發明一實施例之電漿蝕刻系統的示意圖，電漿蝕刻系統包括溫度控制器。電漿蝕刻系統300可為此技藝已知的任何高性能蝕刻腔室類型，諸如位於美國加州之應用材料（Applied Materials）公司製造的EnablerTM 、MxP® 、MxP+TM 、Super-ETM 、DPS II AdvantEdgeTM G3或E-MAX® 腔室，但不以此為限。亦可同樣控制其他市售蝕刻腔室。雖然示例實施例是以電漿蝕刻系統300為例說明，但更應注意本文所述溫度控制系統構造亦適用其他電漿處理系統（例如，電漿沉積系統等），該等電漿處理系統施加熱負載至溫度控制組件上。
電漿蝕刻系統300包括接地腔室305。基板310經由開口315裝載並夾到夾盤320。基板310可為電漿處理技藝常用的任何工件，且本發明不限於此。電漿蝕刻系統300包括溫度控制製程氣體噴淋頭335。在所示示例實施例中，製程氣體噴淋頭335包括複數個區域364（中心）、365（邊緣），每一區域可單獨控制達設定溫度106（第1圖）。對於具有大於一個區域的實施例，該等實施例具有n個加熱區域和m個冷卻區域，且n不必等於m。例如，在所示實施例中，單一冷卻迴路（m=1）通過兩個加熱區域（n=2）。製程氣體從氣源345經由質量流量控制器349、噴淋頭335供應到腔室305的內部空間。腔室305由連接至大容量真空泵組355的排氣閥351排空。
當電漿功率施加至腔室305時，電漿在基板310上方的處理區中形成。電漿偏壓功率325耦合到夾盤320（例如陰極），以激發電漿。電漿偏壓功率325通常具有介於約2兆赫（MHz）至60 MHz間之低頻，且在一特定實施例中為13.56 MHz頻帶。在示例實施例中，電漿蝕刻系統300包括在約2 MHz頻帶下操作的第二電漿偏壓功率326，電漿偏壓功率326連接至和電漿偏壓功率325一樣的RF匹配327。電漿源功率330經由匹配331耦合到電漿產生元件而提供高頻源功率，以感應或電容激發電漿。電漿源功率330的頻率通常比電漿偏壓功率325高，諸如介於100 MHz至180 MHz間，且在一特定實施例中為162 MHz頻帶。值得注意的是，由控制系統100控制溫度的系統組件不限於噴淋頭335或夾盤320，溫度控制組件亦不必直接將電漿功率耦合到處理腔室內。例如，可以本文所述方式控制腔室內襯溫度，且溫度控制噴淋頭可以或不可當作RF電極。
在示例實施例中，作為系統控制器370的積分溫度控制軟體面，溫度控制器375係用於執行本文所述至少一部分的溫度控制演算法。因此，溫度控制器375可為軟體或硬體、或軟體與硬體的組合物。溫度控制器375輸出控制訊號而影響噴淋頭335與熱源及/或散熱器間的熱傳速度，該熱源及/或散熱器位於電漿腔室305外。在示例實施例中，溫度控制器375直接或間接耦接至冷卻器377和加熱元件390。冷卻器377之溫度與設定溫度106間的差異可和電漿功率一起輸入到前饋控制線。
冷卻器377經由冷卻迴路376向噴淋頭335提供冷卻功率，該冷卻迴路376熱耦接噴淋頭335與冷卻器377。在示例實施例中，採用一冷卻迴路376，供冷液體（例如，設定溫度為-15℃的50%乙二醇）通過冷卻劑通道（例如，從第一區域附近進入並從其他區域附近離開），該冷卻劑通道埋設於噴淋頭335之內部區域364與外部區域365中。比起即使在低/無電漿功率條件下亦須維持最小冷卻劑流率（例如，0.8 GPM）以免流體滯留的習知系統，能有如此低的冷卻劑設定溫度為本文所述脈衝式冷卻控制系統的優勢。為確保在低/無電漿功率條件下抽出的熱不超過熱源提供的熱，最小冷卻劑設定溫度將受限於此非零最小流率。然利用脈衝式冷卻控制系統，則因冷卻劑的任務週期在閒置控制下可設成極低百分比、甚至0%，故冷卻槽能以較低設定值操作而有較大的積儲容積。
溫度控制器375耦接至冷卻液脈寬調變（PWM）驅動器380。冷卻液PWM驅動器380可為任何常用類型，且PWM驅動器380可配置成在一任務週期中，依據溫度控制器375送出的控制訊號操作數位閥實施例的閥120（亦即，具完全開啟或完全關閉的二元狀態）。例如，PWM訊號可由電腦（例如，控制器370）的數位輸出埠產生，且此訊號可用來驅動繼電器，以控制開閥/閉閥位置。或者，如第2B圖進一步所示，加熱器控制器391亦可提供冷卻液PWM驅動器380的至少部分功能性而不需兩個獨立PWM介面，該加熱器控制器391支援PWM功能性並提供外部指令任務週期驅動。在其他實施例中，可採用提供從0到最大流率間無級調整流率的類比閥，且開閥位置受控於溫度控制器375。
在第2A圖所示的示例實施例中，第1圖所示加熱元件390包括第一和第二電阻加熱元件378、379。可依據一或更多溫度感測器366、367（例如，內部、外部區域364、365各自的光學探針）獨立驅動加熱元件378、379。加熱器驅動器390B例如可為固態繼電器或半導體控制整流器（SCR）。加熱器控制器391提供類似或代替冷卻液PWM驅動器380的PWM功能性，以接合溫度控制器375和加熱元件378、379及/或冷卻迴路376。例如，可使用購自美國Watlow Electric Manufacturing公司或日本Azbil/Yamatake公司的套組作為加熱器控制器391及/或冷卻液PWM驅動器380。
參照第2B圖，在手動模式中，任務週期控制指令由溫度控制器375（例如，連續地）發送到加熱器控制器391。加熱器控制器391經由PWM驅動器393按指定任務週期輸出方波至加熱器驅動器390B。「手動模式」係指加熱器控制器391處於開放迴路，且溫度控制器375發送控制指令至加熱器控制器391，以自動控制加熱功率。就類比閥實施例而言，類比訊號可發送到加熱器驅動器390B而以適當交流（AC）相位（例如零交叉）開啟/關閉加熱元件。在具兩個加熱區域的示例實施例中，加熱器控制器391的兩個通道輸出到元件378、379的加熱器驅動器390B。在另一實施例中，加熱器控制器391尚提供冷卻液PWM驅動器380的功能性，加熱器控制器391的一或更多通道（例如，第三通道）則輸出以操作冷卻閥120（例如，利用電子操縱將閥120開關切換成氣動轉換器）。如此當需要冷卻時，可開啟閥120（例如，增加任務週期），且當需要加熱時，可關閉閥120（例如，減少任務週期）及驅動電阻加熱元件378及/或379。如本文所述，「手動模式」可用於作用配方步驟期間，以製程配方控制階層利用溫度控制器375來控制組件溫度。
在自動控制模式中，加熱器控制器391經由PID 392提供獨立/封閉迴路PID控制器的功能性，加熱器控制器391依據直接接收（例如利用溫度感測器366、367）的溫度資訊、設定溫度（例如出自配方檔）及進一步依據接收自溫度控制器375的增益值來操作加熱器。在一實施例中，如本文所述，於閒置模式時，以自動控制操作加熱器390。然就加熱器控制器391進一步接合溫度控制器375和冷卻迴路閥120的實施例而言，無論加熱器控制器391處於自動或手動控制模式，最好利用溫度控制器375、而非加熱器控制器391來決定冷卻劑任務週期。
值得注意的是，溫度控制器375不需內設在系統控制器370的積分處理腔室控制軟體面或由軟體面提供。具體而言，溫度控制器375的功能性反而可提供作為離散系統。例如，PID控制器（諸如可購自Watlow Electric Manufacturing公司或Yamatake公司的Azbil，但不以此為限）可設計成包括附加前饋輸入，諸如電漿功率。離散系統更可製造成包括處理器，該處理器能依據彼等前饋輸入來決定前饋控制力。故本文所述所有溫度控制實施例可由溫度控制器375提供當作積分處理腔室控制軟體面的小面（facet），或當作PWM驅動器380及/或加熱器控制器391的組件。
在一實施例中，為減少系統閒置時間（亦即，腔室305內無電漿處理）期間的冷卻功率，溫度控制器375在閒置狀態（例如，腔室未進行基板處理）和作用狀態（例如，進行基板處理）時保持控制冷卻迴路101。第3A圖為根據本發明一實施例的狀態圖300’，圖繪示電漿處理腔室於閒置狀態311和作用狀態321的控制迴路組態。如圖所示，雖然處於閒置狀態311，系統仍以事件驅動模式操作，期間一旦發生互鎖表定義事件，即可觸發互鎖340。在一實施例中，冷卻液流量係依據第4A圖所示互鎖表定義對應組件105（例如噴淋頭335）的溫度閾值決定。
第4A圖繪示於閒置狀態期間控制組件溫度的事件驅動控制演算法。如圖所示，流入溫度控制組件（例如噴淋頭335）的冷卻液流量設為第一任務週期（IDLE DCO），以響應指示腔室組件溫度低於設定溫度401（TSP ）的反饋訊號。在一特定實施例中，該第一任務週期（IDLE DCO）將冷卻液流率降至零，以於溫度低於閾值402（TSP +ΔT1）時，完全停止流入組件。一旦與閾值402、403、404相交，任務週期即視溫度上升或下降而定變成IDLE DC1、IDLE DC2、IDLE DC3等。因此，若閒置狀態311期間（例如準備另一製程）的設定溫度上升，則停止流入冷卻劑，如此加熱功率（例如以自動模式操作）將更快產生效力並達更高設定溫度。
在第3A圖所示特定實施例中，當系統從作用狀態321變成閒置狀態311時，加熱器390將進入自動封閉迴路模式314。在此實施例中，加熱器控制器（例如第2B圖的PID 392）試圖依需求驅動加熱元件，以達設定溫度106，同時溫度控制器375發送閥120的控制指令至PWM驅動器393，以利用反饋訊號來關閉散熱器控制迴路102。又如第3A圖所示，當系統從閒置狀態311變成作用狀態321時，加熱器390將進入手動模式316。在此實施例中，溫度控制器375決定加熱功率和閥120的任務週期，以利用反饋訊號及/或前饋訊號來關閉散熱器控制迴路102和熱源控制迴路101。然需注意無論是作用或閒置狀態，控制器375最好決定冷卻液的任務週期。
回溯第3A圖，處於系統作用狀態321時，系統以配方驅動模式操作，期間可依時間或處理器週期基準來執行配方控制演算法的冷卻劑和加熱器參數。第3B圖為繪示根據本發明一實施例之電漿製程配方的特定區段方塊圖，電漿製程配方係於閒置狀態311前後的作用狀態321A、321B期間執行。處於作用狀態321A時執行的電漿製程配方具有配方步驟N（301）和後續配方步驟N+1（302），步驟N（301）和步驟N+1（302）例如可為連續電漿製程配方的最後兩個電漿蝕刻配方步驟，期間電漿功率輸入到電漿腔室中。不像採用諸如第4A圖所示的反饋控制演算法的閒置狀態311，配方步驟N（301）執行時，冷卻劑和加熱器控制參數至少部分由控制演算法（諸如第4B圖利用前饋訊號者）決定。電漿處理系統隨後執行配方步驟N+1（302）時，同樣由前饋控制演算法（例如第4B圖）決定冷卻劑和加熱器控制參數。在所示示例實施例中，配方步驟N（301）包括第一部分301A和第二部分301B，第一部分301A和第二部分301B考量到單一配方步驟N（301）內複數個獨立溫度控制參數（例如，封閉迴路操作的控制增益組或開放迴路操作的任務週期值）。第二部分301B可視為「先行」部分，且第二部分301B考量到配方步驟N（301）結束並準備其後配方步驟N+1（302）前施行溫度控制參數的開放迴路組。故一旦進入配方步驟N（301），即可從資料庫、查表等決定第一部分301A的封閉迴路增益組和第二部分301B的開放迴路加熱器及/或冷卻劑流量任務週期值。此類查表可提供特定電漿功率輸入相關的任務週期值。
又如第3B圖所示，作用狀態321可包括配方後步驟303，其中不再輸入電漿功率至處理腔室後（亦即，完成電漿處理），繼續進行封閉或開放迴路控制。配方後步驟303繼續進行封閉迴路或開放迴路溫度控制達一段較長時間，配方後步驟303並考量自處理腔室卸載工件前的設定溫度變化。在配方後步驟303期間，基板傳送時仍維持最小冷卻液流量閾值，直到下一配方開始為止。同樣地，作用狀態321可包括第一配方步驟308進行前的配方前步驟307，其中製程配方第一次引用電漿功率。配方前步驟307容許封閉或開放迴路控制進行一段較長時間，配方前步驟307並考量處理腔室處理工件前的設定溫度變化。
在作用狀態321期間，可建立最小冷卻液流量閾值，以確保冷卻劑流量足以來實施後續配方步驟所需的快速溫度控制響應。使冷卻液流量維持多於最小冷卻液流量閾值，可避免若冷卻液滯留所造成的響應延遲。以設定90℃為例，最小任務週期可為15-20%。在一實施例中，最小冷卻液流量閾值為設定溫度106的函數，且設定溫度越高，閾值越大。
在進入閒置狀態溫度控制模式（例如第4A圖）前，作用狀態321與閒置狀態311間的過渡時期為延遲時間309。若該延遲時間309為0秒，則系統將緊接在完成配方後進入閒置控制模式。否則致動器指令（例如，冷卻劑流量及/或加熱功率任務週期）將保持和配方後步驟303所應用的一樣。在某些實施例中，處於閒置狀態311時，可完全關閉冷卻劑流量（亦即，任務週期為0%），以進一步減少加熱功率需求，且於封閉迴路組件溫度控制期間容許加熱器控制器391僅彌補周圍散熱。
又如第3C圖所示，一旦切斷加熱器390的電源，即可利用方法350離線自動控制溫度。例如，在操作356中，當腔室為離線以進行維修時，溫度控制器375自動將冷卻液流率設成預定「關閉」值，以確保控制斜降（ramp down）組件溫度。控制「斜坡率（ramp rate）」可依據組件（例如，具層壓結構的噴淋頭需有特定斜坡率，以免導致翹曲和應力誘發脫層）預先決定。在操作356中，冷卻液按關閉值流入，直到組件（例如，噴淋頭內部、外部區域）的溫度達閾值溫度、或冷卻液溫度與組件溫度間之閾值差異，隨後即停止冷卻液流率。例如，冷卻液溫度為20℃，冷卻液溫度與噴淋頭溫度間的閾值差異設成10℃且冷卻液關閉任務週期為15%時，冷卻劑將以15%的任務週期流過噴淋頭，直到噴淋頭（內部或外部）的溫度低於30℃（20+10）。一旦噴淋頭低於30℃，即停止流入冷卻液。
回溯第3A圖，在一實施例中，溫度控制器375至少依據當前配方步驟輸入到腔室305的電漿功率，決定包括至少一前饋控制訊號增益和一反饋控制訊號增益的一組增益值。在此實施例中，就執行配方步驟301的第一部分301A，決定和電漿輸入功率與設定溫度配對關鍵值相關的第一組增益值。第4C圖繪示根據本發明一實施例之增益組查表。如圖所示，設定溫度486為第一關鍵值，電漿功率輸入485為第二關鍵值。含用於系統100中各種控制訊號之增益值的增益組1、2、3等，可從溫度486、電漿功率輸入485或二者對應執行配方步驟條件的配對值決定。接著可應用增益組，此將參照第4B圖進一步說明於後。
為更快速地轉變成後續配方步驟N+1（302），一旦開始進行配方步驟N（301），即可就執行配方步驟的第二部分301B，決定冷卻劑控制閥120及/或加熱器390的任務週期值。如此在配方步驟N（301）的第二部分301B期間，熱源控制迴路101及/或散熱器控制迴路102可進入開放迴路控制模式。雖然第二部分301B的持續時間可為固定時間，但在另一實施例中，第二部分301B的持續時間取決於當前執行之配方步驟N（301）與後續執行之配方步驟N+1（302）間的設定溫度變化及/或電漿功率變化。
在執行配方之各步驟間改變組件105之溫度（例如，為協助控制聚合物沉積）的實施例中，可由溫度控制器375決定及傳遞特定瞬變控制參數。第4D圖繪示根據本發明一實施例，用於標識電漿製程配方中兩個步驟間之設定溫度變化的瞬變控制時期494。配方步驟N（301）和配方步驟N+1（302）繪示對應x軸的配方步驟492和y軸的設定溫度491。在所示實例中，配方步驟N（301）施加1000 W的電漿輸入功率，且設定溫度為30℃。配方步驟N+1（302）施加5000 W的電漿功率，且設定溫度為50℃。在瞬變控制時期494的持續時間取決於設定溫度變化及/或電漿功率變化的一實施例中，瞬變響應增益組（例如，定義大增益值）係於達設定溫度變化百分比所需的時間內應用。例如在第4D圖的實例中，瞬變控制時期494係在步驟N（301）與步驟N+1（302）間達溫度上升20℃的90%時、或直到溫度達閾值493（48℃）時出現。故當設定溫度變化較大時，該瞬變增益值組係應用達較長持續時間。可依據電漿功率變化量應用類似演算法，例如隨著各步驟間電漿功率變化益劇，延長瞬變控制時期494的持續時間。或者，僅於固定時間應用瞬變控制參數。
在一實施例中，瞬變響應增益組係與電漿輸入功率變化或設定溫度變化的至少一者有關，瞬變響應增益組可進一步和電漿輸入功率變化與設定溫度變化配對的關鍵值有關。例如，第4E圖繪示第4D圖控制瞬變控制時期494所用的瞬變增益組查表。如第4E圖所示，增益組係與電漿輸入功率496的變化和設定溫度495的變化有關。
在其他實施例中，亦可決定閒置狀態311的加熱增益組並加以利用。例如，處於閒置狀態311時，可如上述加熱器控制器391為自動模式的作用狀態321（例如第一配方步驟部分301A期間），從第4C圖所示查表決定增益組。把電漿功率（閒置狀態311將為零）與設定溫度配對，以決定特定閒置狀態311的增益組。
第4B圖為繪示根據本發明一實施例，於作用狀態期間利用第1圖所示控制系統控制組件溫度的方法操作流程圖。方法450始於操作451：決定增益組和任何「先行」細節（部分301B的持續時間、冷卻液流量閥120的任務週期值、內部及/或外部電阻加熱元件378、379的任務週期）。在操作455中，隨著取樣時間T計算 的推移，取得當前的控制溫度150（第1圖）、取得設定溫度106，及在操作460中，取得電漿輸入功率。亦可取得散熱器的設定溫度。在第2圖所示的示例實施例中，溫度控制器375接收來自內部與外部區域364、365之噴淋頭感測器的控制溫度輸入訊號。溫度控制器375從例如儲存於記憶體373的製程配方檔取得設定溫度，且如本文所述，溫度控制器375取得設定或測量電漿功率。
在一較佳實施例中，現時（例如，經過T計算 後）於處理腔室305中激發電漿的測量順向偏壓功率328，輸入到前饋控制線作為電漿熱負載（例如，瓦）。電漿功率設定值（例如，取自儲存於記憶體373的製程配方檔）亦可輸入到前饋控制線。此預定功率設定值能使前饋轉移函數FA (s) 及/或FB (s) 在施加電漿功率前或輸入系統的電漿功率改變前，求得功率設定值及產生預先控制力。然若溫度控制系統100反應夠快，則電漿功率輸入最好耦合到測量功率輸出訊號，以提高現時施加電漿功率的準確性。即便在此實施例中，未來時間（例如配方步驟N+1（302））的控制力決定仍以配方為基礎。
在一實施例中，電漿功率輸入包含輸入到腔室305的第一偏壓功率。例如，電漿功率輸入可設成等於電漿偏壓功率325（第2A圖）。就電漿處理系統施加複數個偏壓功率輸入至腔室的實施例而言，複數個偏壓功率的總和輸入到溫度控制系統100。例如，在第2A圖所示的示例實施例中為輸入電漿偏壓功率325、326的加權和。以第一及/或第二電漿偏壓功率等作為電漿功率輸入，前饋轉移函數FA (s) 及/或FB (s) 可使偏壓功率輸入（例如，RF匹配327輸出測量的順向偏壓功率328）與定義冷卻力的前饋控制訊號u有關聯性，以補償擾動轉移函數D(s) 。
雖然在此示例實施例中，電漿功率輸入p(s) 為偏壓功率的總和，但應注意前饋控制訊號u可排除一或更多電漿功率源而決定。例如，參照第2A圖，因施予噴淋頭335（或夾盤320）的熱負載相對較小，是以可將高頻電漿源功率330排除在外。然在替代實施例中，控制溫度與輸入到處理腔室的所有電漿功率有相當的相依性，故前饋轉移函數FA (s) 及/或FB (s) 輸出的前饋控制訊號u可進一步依據電漿源功率330。例如，可應用如本文所述功率加權函數，諸如c1P1 + c2P2 + c3P3。
回溯第4B圖，在操作465中，於每個時間T計算 ，計算前饋控制訊號u 、溫度誤差訊號ε （ T – TSP ） 、反饋控制訊號v 和先行任務週期（例如，利用中央處理單元（CPU）372作為溫度控制器375一例，CPU 372執行儲存於記憶體373的方法450）。在第2A圖所示具有內部與外部噴淋頭區域364、365的示例實施例中，分別計算各區域的前饋控制訊號u 、溫度誤差訊號ε 、反饋控制訊號v 和先行任務週期。
在拉普拉斯域中：
u(s) = F(s)p(s) ，
其中u 為前饋訊號，F 為前饋轉移函數，p 為電漿功率。就第2A圖所示實施例而言，前饋控制訊號u 可用於離散時域而變成：
u(t)= β 0 P(t)+ β 1 P(t – TPWM )+ β 2 P(t – 2TPWM ) + … α 1 u(t – TPWM ) + α 2 u(t – 2TPWM )+ α 3 u(t – 3TPWM ) + …
其中P(t) 為現時T計算 的電漿功率輸入，TPWM 為PWM驅動器380、393的時間增量。在一特定實施例中，前饋控制訊號u 係依據現時（例如，T計算 ）的電漿功率輸入運算簡化成β 0 P(t) 。
在另一實施例中，由於可決定未來時期所需的電漿功率（例如，從製程配方檔），故前饋表式更可包括該項[θ 1 P(t + TPWM ) + θ 2 P(t + 2TPWM ) ]，以補償冷卻劑流量對控制溫度的影響滯延。在又一實施例中，達到控制溫度150所需的熱傳取決於散熱器（例如，冷卻器377）設定溫度及/或熱源（例如，熱交換器378’）設定溫度，如此附加冷卻劑溫度附屬項[δ c (TSP – T 散熱器 ) + δ h (TSP – T 熱源 ) ]可加入前饋控制訊號u ，其中TSP 為控制溫度150。δ c 和δ h 分別可定義為設定值與散熱器/熱源間的溫度差異多項式函數。例如，在一實施例中，　δ c = a0 + a1 (TSP – T 散熱器 ) + a2 (TSP – T 散熱器 )2 + a3 (TSP – T 散熱器 )3 ，且δ h 具有相似格式。整個前饋方程式亦可具有溫度相依因子Ω 熱 和Ω 冷 ，如此淨前饋控制訊號u 將變成：
u(t)= Ω 熱 (TSP – T 熱源 ) Ω 冷 (TSP – T 散熱器 ) {β 0 P(t)+ β 1 P(t – TPWM )+ β 2 P(t – 2TPWM )+ … α 1 u(t – TPWM )+ α 2 u(t – 2TPWM )+ α 3 u(t – 3TPWM ) + … θ 1 P(t+TPWM )+ θ 2 P(t+2TPWM )+ δ c (TSP – T 散熱器 )+ δ h (TSP – T 熱源 ) }。
同樣地，反饋控制訊號v 在拉普拉斯域中為v(t) = G(s) ε (s) ，且反饋控制訊號v 可用於離散時域而變成：
v(t) = λ 0 e(t) + λ 1 e(t – TPWM ) + λ 2 e(t – 2TPWM ) + … η 1 v(t – TPWM ) + η 2 v(t – 2TPWM ) + η 3 v(t – 3TPWM ) + …
其中e(t) 為T計算 時的溫度誤差訊號（控制溫度150與設定溫度106間的差異）。在一特定實施例中，反饋控制訊號v係運算簡化成λ 0 e(t) 。儘管操作465係於每個時間T計算 進行，然控制運算係於對應時間t、t-TPWM 等使用輸入溫度和頻率略低的電漿功率值輸入。u 、v 參數、電漿功率(P) 、控制溫度150和設定溫度106的值可儲存於資料陣列，對應離散時間t、t-TPWM 的彼等儲存值接著可用於後續控制計算。
如本文所述，對採用第二部分301B以提供先行開放迴路控制的配方步驟而言，先行任務週期係從查表、資料庫等決定。在操作470中，決定加熱器390和冷卻液流量閥120各自的控制致動器輸出訊號ρ （例如，任務週期），然後在操作475中，將訊號ρ 輸出到致動器。
在一實施例中，恆定增益Kv （例如，組成第4C圖增益組的增益之一）應用到前饋控制訊號u ，恆定增益Ku 則應用到反饋控制訊號v ，如此控制致動器輸出訊號ρ 可表示成：ρ (t) = Kv v – Ku u 。含Kv 、 Ku 的增益組提供系統操作員簡易介面，以利用熱源控制迴路101和散熱器控制迴路102各自的兩個簡單因子來存取結合之前饋與反饋控制線。視控制致動器輸出訊號ρ 值而定，調節一或更多散熱器與熱源間的熱傳。在第2A圖的示例實施例中，若控制致動器輸出訊號ρ 具有第一正負號（例如ρ ＜0），則利用由溫度控制器375提供且可由PWM驅動器380或393執行的指令來增加閥120的任務週期及增進冷卻器377與噴淋頭335間的熱傳，同時使加熱器390減少電阻加熱元件378及/或379的任務週期，以降低控制溫度150。此為供應電漿功率或已降低設定溫度的配方步驟特有的情況。
若控制致動器輸出訊號ρ 具有第二正負號（例如ρ ＞0），則利用由溫度控制器375提供且可由PWM驅動器380或PWM驅動器393執行的指令來降低閥120的任務週期及減少冷卻器377與噴淋頭335間的熱傳，同時增加電阻加熱元件378及/或379的任務週期，以提高控制溫度150。例如，在配方步驟之電漿功率比先前量級低（例如關閉）、或設定溫度降低，但總電漿功率不變的情況下，ρ 從較負的數值變成較不負的數值，則可降低閥120的任務週期，以減少冷卻器377的冷卻劑流量。在特定實施例中，提高加熱功率輸入以加熱腔室組件時，可響應反饋訊號v ，將處理腔室與處理腔室外之散熱器間的冷卻液流量減至零流率。故在一些實施例中，無論處於閒置狀態311或作用狀態321，都將完全停止冷卻液流入溫度控制組件（例如，噴淋頭335），以響應組件溫度低於設定溫度。如此可提供作用狀態321期間有較快的瞬變響應時間和較高的可能操作溫度，並於閒置狀態311期間有較少的加熱功率浪費。如本文所述，在其他實施例中，僅在閒置狀態311時完全停止冷卻液流入溫度控制組件（例如，噴淋頭335），以響應組件溫度低於設定溫度，且以最小冷卻液流量閾值使冷卻液限制在非零值。
在第2A圖所示的示例實施例中，內部與外部區域364、365的存在因兩個區域具共同單一冷卻迴路376而變得複雜。在個別計算所有加熱區域而得控制致動器控制訊號ρ 的特定實施例中，控制致動器指令決定可包括邏輯，以處理第一區域（例如，內部區域364）計算決定的冷卻液任務週期不同於第二區域（例如，外部區域365）的情況。例如，可建立冷卻液流量與加熱功率的任務週期差異閾值及/或不同區域的條件，並合併成布林的或運算（Boolean OR），如此即使某一區域需要加熱，冷卻劑流量任務週期亦可預設為非零流量值。在第2A圖所示的示例實施例中，若ρ 內部 和ρ 外部 ＞0，則冷卻劑任務週期為非零值，加熱器任務週期=0。若ρ 內部 ＞0且ρ 外部 ＜0，則冷卻內部而加熱外部（在內部與外部區域364、365共用共同冷卻迴路的示例實施例中，冷卻劑將流過兩個區域）。若ρ 內部 ＜0且ρ 外部 ＞0，則加熱內部區域364而冷卻外部區域365（在內部與外部區域364、365共用共同冷卻迴路的示例實施例中，冷卻劑將流過兩個區域）。若ρ 內部 ＜0且ρ 外部 ＜0，則加熱內部與外部區域364、365（冷卻液流量任務週期=0）。
在個別計算所有加熱區域而得控制致動器控制訊號　的特定實施例中，通過所有加熱區域（例如，內部與外部區域364、365）的冷卻液任務週期為加熱區域間之最大任務週期、加熱區域間之最小任務週期、內部區域364之任務週期和外部區域365之任務週期的函數。例如，冷卻液任務週期可表示成：冷卻增益 絕對值 |( 任務週期內部 ρ 內部 + 任務週期外部 ρ 外部 + 任務週期最大 最大值 ( ρ 內部 ， ρ 外部 ) + 任務週期最小 最小值 ( ρ 內部 ， ρ 外部 )) |，其中冷卻增益為放大或減弱ρ 的因子，任務週期內 部、任務週期外部 、任務週期最大 和任務週期最小 為依據特定區域之加熱功率的冷卻劑任務週期相關因子。
故在某些情況下，加熱功率和冷卻液流量可為非零值（例如，區域364、365為不同擾動或有明顯不同的設定溫度106的情況）。例如，當內部區域364（第一區域）需加熱達較高設定值而外部區域365（第二區域）需冷卻至較低設定溫度時，冷卻劑流量可以需冷卻的外部區域365為基礎，對內部區域364額外加熱來克服冷卻劑流過第一區域的影響。如此內部與外部區域加熱器任務週期可表示成：
加熱器任務週期內部 = 加熱增益內部 絕對值 |ρ 內部 |；以及
加熱器任務週期外部 = 加熱增益外部 絕對值 |ρ 外部 | 校正係數 2 外部 ρ 內部 2 + 校正係數 1 外部 ρ 內部 + 校正係數 0 外部 ，其中加熱增益為就特定加熱區域放大或減弱ρ 的因子。
第5圖為電腦系統500之示例機器形式的方塊示意圖，電腦系統500可用於進行本文所述溫度控制操作。在一實施例中，電腦系統500可提供作為電漿蝕刻系統300的控制器370。在替代實施例中，機器可連接（例如，網路聯結）至區域網路（LAN）、企業內部網路、企業外部網路或網際網路的其他機器。機器可由主從網路環境中的伺服器或客戶機操作、或當作點對點（或分散式）網路環境中的同位機器。機器可為個人電腦（PC）、平板個人電腦、機頂盒（STB）、個人數位助理（PDA）、手機、網路設備、伺服器、網路路由器、交換機或橋接器、或任何能（循序或按其他方式）執行指令集的機器，指令集指定彼機器執行的動作。另外，雖然僅繪示單一機器，但術語「機器」亦應視為包括任何機器（例如，電腦）的集合，該等機器個別或共同執行一組（或多組）指令，以進行本文所述任一或多個方法。
示例電腦系統500包括處理器502、主記憶體504（例如，唯讀記憶體（ROM）、快閃記憶體、諸如同步DRAM（SDRAM）或Rambus DRAM（RDRAM）等動態隨機存取記憶體（DRAM））、靜態記憶體506（例如，快閃記憶體、靜態隨機存取記憶體（SRAM）等）、以及次記憶體518（例如，資料儲存裝置），處理器502、記憶體504、506、518經由匯流排530互相通信連接。
處理器502代表一或更多通用處理裝置，諸如微處理器、中央處理單元等。更特定言之，處理器502可為複雜指令集運算（CISC）微處理器、精簡指令集運算（RISC）微處理器、超長指令字集（VLIW）微處理器、實施其他指令集的處理器、或實施指令集組合的處理器。處理器502亦可為一或更多特殊用途處理裝置，諸如特定功能積體電路（ASIC）、場可程式閘陣列（FPGA）、數位訊號處理器（DSP）、網路處理器等。處理器502經配置以執行處理邏輯526，以進行本文所述溫度控制操作。
電腦系統500可更包括網路介面裝置508。電腦系統500還可包括視頻顯示單元510（例如，液晶顯示器（LCD）或陰極射線管（CRT））、文數輸入裝置512（例如，鍵盤）、游標控制裝置514（例如，滑鼠）、以及訊號產生裝置516（例如，揚聲器）。
次記憶體518可包括機器可存取儲存媒體531（或更具體而言為非暫時性電腦可讀取儲存媒體），機器可存取儲存媒體531儲存收錄本文所述任一或多個溫度控制演算法的一或更多組指令（例如，軟體522）。軟體522亦可完全或至少部分常駐在主記憶體504及/或處理器502內，電腦系統500執行軟體522時，主記憶體504和處理器502亦構成機器可讀取儲存媒體。軟體522可進一步經由網路介面裝置508在網路520上傳送或接收。
機器可存取儲存媒體531更可用於儲存指令集，處理系統執行指令集，促使系統進行本文所述任一或多個溫度控制演算法。本發明的實施例更可提供作為電腦程式產品或軟體，該電腦程式產品或軟體可包括儲存指令的機器可讀取媒體，指令可用於程式化電腦系統（或其他電子裝置），以根據本發明所述，控制電漿處理腔室溫度。機器可讀取媒體包括任何儲存或傳送機器（例如，電腦）可讀取格式資訊的機構。例如，機器可讀取（例如，電腦可讀取）媒體包括機器（例如，電腦）可讀取儲存媒體，例如唯讀記憶體（「ROM」）、隨機存取記憶體（「RAM」）、磁碟儲存媒體、光儲存媒體和快閃記憶裝置等。
應理解以上敘述僅為舉例說明、而無限定意圖。熟諳此技藝者在閱讀及了解本文後將能明白許多其他實施例。雖然本發明已以特定示例實施例揭露如上，然所述實施例並非用以限定本發明，在不脫離後附申請專利範圍的精神和範圍情況下，當可作各種更動與潤飾。故說明書和圖式應視為說明之用、而非限定之意。因此，本發明的保護範圍當視後附申請專利範圍所界定者為準，且涵蓋本發明的所有均等物。
100‧‧‧溫度控制系統
101、102‧‧‧控制迴路
105‧‧‧組件
106‧‧‧設定溫度
107、108、108A、108B、109、117、119‧‧‧控制訊號
111、112‧‧‧控制力
115‧‧‧冷卻液流量
120‧‧‧閥
150‧‧‧控制溫度
300‧‧‧電漿蝕刻系統
300’‧‧‧狀態圖
301、302、303、307、308‧‧‧步驟
301A、301B‧‧‧部分
305‧‧‧腔室
309‧‧‧延遲時間
310‧‧‧基板
311‧‧‧閒置狀態
314、316‧‧‧模式
315‧‧‧開口
320‧‧‧夾盤
321、321A-B‧‧‧作用狀態
325、326、328‧‧‧功率
327、331‧‧‧匹配
330‧‧‧源功率
335‧‧‧噴淋頭
340‧‧‧互鎖
345‧‧‧氣源
349‧‧‧質量流量控制器
350‧‧‧方法
351‧‧‧閥
355‧‧‧真空泵組
356‧‧‧操作
364、365‧‧‧區域
366、367‧‧‧感測器
370‧‧‧系統控制器
372‧‧‧CPU
373‧‧‧記憶體
375‧‧‧溫度控制器
376‧‧‧冷卻迴路
377‧‧‧冷卻器
378、379‧‧‧加熱元件
378’‧‧‧熱交換器
380、393‧‧‧PWM驅動器
390‧‧‧加熱器/加熱元件
390B‧‧‧驅動器
391‧‧‧控制器
392‧‧‧PID
401‧‧‧TSP
402、403、404‧‧‧閾值
450‧‧‧方法
451、455、460、465、470、475‧‧‧操作
485‧‧‧電漿功率輸入
486、491、495‧‧‧設定溫度
492‧‧‧步驟
493‧‧‧閾值
494‧‧‧瞬變控制時期
496‧‧‧電漿輸入功率
500‧‧‧電腦系統
502‧‧‧處理器
504、506、518‧‧‧記憶體
508‧‧‧網路介面裝置
510‧‧‧視頻顯示單元
512‧‧‧文數輸入裝置
514‧‧‧游標控制裝置
516‧‧‧訊號產生裝置
520‧‧‧網路
522‧‧‧軟體
526‧‧‧邏輯
530‧‧‧匯流排
531‧‧‧儲存媒體
D(s)‧‧‧擾動轉移函數
FA(s)、FB(s)‧‧‧前饋轉移函數
G1A(s)、G1B(s)‧‧‧反饋轉移函數
G2A(s)、G2B(s)‧‧‧致動器轉移函數
H(s)‧‧‧熱質量轉移函數
e‧‧‧誤差訊號
說明書的發明內容部分已特別指出及清楚主張本發明的實施例。然本發明實施例的組織與操作方法、以及本發明實施例的目的、特徵與優點在結合附圖閱讀參考上文的詳細說明後，將變得更明顯易懂，其中：
第1圖為根據本發明一實施例之溫度控制系統的方塊圖，溫度控制系統包括前饋與反饋控制元件，且溫度控制系統提供響應加熱及冷卻的協調控制力；
第2A圖繪示根據本發明一實施例之電漿蝕刻系統的示意圖，電漿蝕刻系統包括溫度控制器；
第2B圖繪示根據本發明一實施例之溫度控制鏈組件的方塊圖；
第3A圖為根據本發明一實施例之狀態圖，該圖繪示電漿處理腔室於閒置狀態和作用狀態的控制迴路組態；
第3B圖為繪示根據本發明一實施例之電漿製程配方的特定區段的方塊圖，電漿製程配方係於閒置狀態前後的作用狀態期間執行；
第3C圖為繪示根據本發明一實施例之第1圖所述控制系統離線時的方法操作流程圖；
第4A圖繪示根據本發明一實施例，於閒置狀態期間利用第1圖所述控制系統控制組件溫度的事件驅動控制演算法；
第4B圖為繪示根據本發明一實施例，於作用狀態期間利用第1圖所述控制系統控制組件溫度的方法操作流程圖；
第4C圖繪示根據本發明一實施例之增益組查表；
第4D圖繪示根據本發明一實施例，用於標識電漿製程配方中二步驟間之設定溫度變化的控制演算法；
第4E圖繪示根據本發明一實施例之第4D圖控制演算法所用的增益組查表；以及
第5圖為根據本發明一實施例，併入第2A圖所示電漿蝕刻系統之示例電腦系統的方塊圖。
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100‧‧‧溫度控制系統
101、102‧‧‧控制迴路
105‧‧‧組件
106‧‧‧設定溫度
107、108、108A、108B、109、117、119‧‧‧控制訊號
111、112‧‧‧控制力
115‧‧‧冷卻液流量
120‧‧‧閥
150‧‧‧控制溫度
390‧‧‧加熱元件
390B‧‧‧驅動器
D(s)‧‧‧擾動轉移函數
FA(s)、FB(s)‧‧‧前饋轉移函數
G1A(s)、G1B(s)‧‧‧反饋轉移函數
G2A(s)、G2B(s)‧‧‧致動器轉移函數
H(s)‧‧‧熱質量轉移函數
ε‧‧‧誤差訊號

Claims (11)

  1. 一種用於控制一電漿處理腔室組件溫度的方法，該方法包括以下步驟： 基於該腔室組件溫度與該腔室組件的一設定溫度(setpoint temperature)之間的一差異，決定一反饋控制訊號；當該腔室處於執行一電漿製程配方的一作用狀態時，決定輸入至該處理腔室的一電漿功率；基於該電漿輸入功率，決定一前饋控制訊號；及響應於該反饋控制訊號及該前饋控制訊號，控制一處理腔室與該處理腔室之外的一散熱器之間的一冷卻液流量。
  2. 如請求項1所述之方法，進一步包括以下步驟： 響應於該反饋控制訊號及該前饋控制訊號，控制輸入至一腔室組件的一加熱功率。
  3. 如請求項2所述之方法，其中控制該冷卻液流量及該加熱功率的輸入之步驟進一步包括以下步驟：在該電漿製程配方中的一執行步驟的一第一部分期間，施加第一組增益值，該第一組增益值與一關鍵值相關聯，該關鍵值將該電漿輸入功率及該設定溫度做配對以用於執行配方步驟，其中該增益值組包括至少一前饋控制訊號增益及一反饋控制訊號增益。
  4. 如請求項3所述之方法，其中控制該冷卻液流量及該加熱功率輸入的步驟進一步包括以下步驟：在該執行配方步驟的一第二部分期間，施加一組暫態增益值，該組暫態增益值與一關鍵值相關聯，該關鍵值將該執行步驟與一後續電漿製程配方步驟之間的該電漿輸入功率的一改變與該設定溫度的一改變做配對。
  5. 如請求項4所述之方法，其中該組暫態增益值所施加的持續時間是取決於該腔室組件溫度及該設定溫度的該改變。
  6. 如請求項3所述之方法，其中控制該冷卻液流量及該加熱功率輸入之步驟進一步包括以下步驟：在該執行配方步驟的一第二部分期間，從一查表(look up table)決定一冷卻液流量任務週期(duty cycle)或一加熱功率輸入。
  7. 如請求項1所述之方法，進一步包括以下步驟： 當該腔室處於一閒置狀態時，響應於該元件溫度跨越一閾值位準而基於一查表值設定該液體冷卻劑流率。
  8. 如請求項1所述之方法，進一步包括以下步驟：響應於輸入至該腔室組件的一加熱功率被減少到零，將該冷卻液流量設定至一非零值。
  9. 如請求項1所述之方法，其中該電漿功率包括輸入至一夾盤的一第一偏壓功率輸入，該夾盤經配置以支撐一工件，且其中該前饋控制訊號包括該偏壓功率輸入與該腔室組件溫度之間的一轉移函數。
  10. 如請求項1所述之方法，其中控制該冷卻液流量的步驟進一步包括以下步驟：調節一脈寬調變任務週期，以完全開啟及完全關閉供該冷卻液流過的一閥，且其中當該腔室處於一作用狀態時，控制該冷卻液流量係限制在一非零最小流率。
  11. 一種指令儲存於其上的電腦可讀取媒體，其中該等指令當被一處理系統執行時，使該系統執行請求項1之方法。
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