TWI574138B - 溫度控制系統、半導體製造裝置及溫度控制方法 - Google Patents

溫度控制系統、半導體製造裝置及溫度控制方法 Download PDF

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TWI574138B
TWI574138B TW101142475A TW101142475A TWI574138B TW I574138 B TWI574138 B TW I574138B TW 101142475 A TW101142475 A TW 101142475A TW 101142475 A TW101142475 A TW 101142475A TW I574138 B TWI574138 B TW I574138B
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Description

溫度控制系統、半導體製造裝置及溫度控制方法
本發明有關一種溫度控制系統,半導體製造裝置及溫度控制方法。
一般是使用靜電吸盤內的加熱器與急冷器單元來對載置於靜電吸盤上的被處理體進行溫度控制。在此構成中,使既定溫度的冷媒循環於急冷器的冷媒管中來進行冷卻,並且對加熱器施加交流電流來進行加熱。如此藉由加熱器的加熱與急冷器單元的冷却,來將靜電吸盤上的晶圓溫度調整至所求的溫度。
在上述構成的情形,於急冷器單元中,始終有低溫冷媒(液體)以一定流量持續流動。在此狀態下,欲提升溫度必須將埋設於載置台內的加熱器予以加熱,卻因急冷器單元的冷却作用而在升溫上耗費了許多時間,溫度控制的效應不良,以上為其問題點。
作為上述問題的對策,有減少急冷器單元的低溫流體的流量之方法。可是,如此一來急冷器單元的冷却能力降低,降溫速度變慢而溫度控制性變差。作為另一對策,有增加加熱器的電容之方法。可是,如此一來高頻電力的漏電流增大。為何如此,其原因在於:在半導體製造裝置中,若將加熱器埋入施加高頻電力的載置台上的靜電吸盤中,則高頻電力通過加熱 器線往外部漏出,加熱器的電容越大,漏電流也隨之增大。
對腔室內施加高頻電力時,必須盡量避免高頻電力往腔室外漏出。因此,為了抑制高頻電力往腔室外的漏出,便在加熱器線中設置加熱器電力濾波器。不過,若增大加熱器的電容,亦必須增大加熱器電力濾波器的尺寸。又,加熱器電力濾波器,必須設置於埋入有加熱器的構件之附近,因此若加熱器電力濾波器的尺寸增大,則在濾波器設置上會浪費空間,對其他設備的安裝空間產生制約。
因此,亦有人想到了不使用加熱器來進行溫度控制之方法。例如,專利文獻1的溫度控制裝置,揭示了一種溫度控制裝置,具有將流體加熱使其循環於調溫部之加熱循環,及將流體冷却使其循環於調溫部之冷却循環,並藉著控制加熱循環、冷却循環及循環路的流量分配比率來控制靜電吸盤的溫度。專利文獻1的溫度控制裝置中,循環於加熱循環與冷却循環係完全封閉的不同系統之配管。而藉由與循環於加熱循環的高溫流體之熱交換,及與循環於冷却循環的低溫流體之熱交換,使2次加熱的高溫流體與2次冷却的低溫流體相混合而流至靜電吸盤內的管內。此種系統的溫度控制能力,取決於各蓄熱槽中能經常儲存多少流體之能力。亦即,儲存在各蓄熱槽的流體的量超過可確保溫度穩定性之既定臨界值,這是為了維持上述溫度控制系統的溫度控制能力所必須的。
【習知技術文献】 【專利文獻】
【專利文獻1】日本特開2010-117812號公報
可是,在專利文獻1中,儲存流體之各循環的槽,無法始終保持經常有一定程度的量的流體儲存於槽內之狀態,而產生所儲存的流體不被控制 在設定溫度之狀態,溫度控制性變差。
相對於上述問題,本發明的一實施形態中,提供一種溫度控制系統、半導體製造裝置及溫度控制方法,其藉由複數的具有蓄熱槽及循環泵之調溫單元的並設,及使調溫單元的蓄熱槽內的液體循環之循環路的形成,可確保必要的蓄熱量,可進行更穩定的溫度控制。
為了解決上述問題,根據本發明的一觀點,提供一種溫度控制系統,其控制半導體裝置中所使用的構件之溫度,而該溫度控制系統之特徵在於,包含:第1調溫單元,儲存調溫至第1溫度的液體;第2調溫單元,儲存調溫至高於該第1溫度的第2溫度的液體;低溫流路,讓由該第1調溫單元所供給的流體流通;高溫流路,讓由該第2調溫單元所供給的流體流通;旁通流路,使流體循環;結合流路,讓在合流部中與該低溫流路、該高溫流路及該旁通流路合流且從各流路所合流的流體流通;調溫部,設於該構件或其附近,並使流體自該結合流路流入,以將該構件冷却或加熱;可變閥,在該合流部的上游側安裝於該低溫流路、該高溫流路及該旁通流路;及控制裝置,控制該可變閥的閥開度,以調整該低溫流路、該高溫流路及該旁通流路之流量分配比率。
又,為了解決上述問題,根據本發明的另一觀點,提供一種半導體製造裝置,其使用一溫度控制系統來控制內部的構件之溫度,而使用該溫度控制系統之該半導體製造裝置,其特徵在於該溫度控制系統包含:第1調溫單元,儲存調溫至第1溫度的液體;第2調溫單元,儲存調溫至高於該第1溫度的第2溫度的液體;低溫流路,讓由該第1調溫單元所供給的流體流通;高溫流路,讓由該第2調溫單元所供給的流體流通;旁通流路,使流體循環;結合流路,讓在合流部中與該低溫流路、該高溫流路及該旁通流路合流且流經各流路的流體流通;調溫部,設於該構件或其附近,並使流體自該結合流路流入,以將該構件冷却或加熱;可變閥,在該合流部的上游側安裝於該低溫流路、該高溫流路及該旁通流路;及控制裝置,控 制該可變閥的閥開度,以調整該低溫流路、該高溫流路及該旁通流路之流量分配比率。
又,為了解決上述問題,根據本發明的另一觀點,提供一種溫度控制系統方法,其控制半導體製造裝置中所使用的構件之溫度,而該溫度控制方法之特徵在於,包含以下步驟:將調溫至第1溫度的液體儲存於第1調溫單元;將調溫至高於該第1溫度的第2溫度的液體儲存於第2調溫單元;讓由該第1調溫單元所供給的流體流至低溫流路;讓由該第2調溫單元所供給的流體流至高溫流路;使流體循環於旁通流路;讓在合流部中與該低溫流路、該高溫流路及該旁通流路合流且流經各流路的流體流至結合流路;使流體自該結合流路流入設於該構件或其附近之調溫部,以將該構件冷却或加熱;控制在該合流部的上游側安裝於該低溫流路、該高溫流路及該旁通流路之該可變閥的閥開度,以調整該低溫流路、該高溫流路及該旁通流路之流量分配比率。
根據本發明的一實施形態,提供一種溫度控制系統、半導體製造裝置及溫度控制方法,其藉由複數的具有蓄熱槽及循環泵之調溫單元的並設,及使調溫單元的蓄熱槽內的液體循環之循環路的形成,可確保必要的蓄熱量,可進行更穩定的溫度控制。
1‧‧‧溫度控制系統
10‧‧‧處理容器
11‧‧‧載置台(下部電極)
12‧‧‧靜電吸盤
16‧‧‧筒狀支持部
20‧‧‧排氣路
30‧‧‧門閥
32‧‧‧高頻電源
34‧‧‧匹配器
35‧‧‧緩衝室
35a‧‧‧氣體導入口
36‧‧‧電極板
36a‧‧‧氣體通氣孔
37‧‧‧電極支持體
38‧‧‧噴淋頭(上部電極)
40‧‧‧氣體供給源
42‧‧‧氣體供給配管
45‧‧‧磁石
70‧‧‧調溫部
70a‧‧‧中心部
70b‧‧‧周邊部
71、72‧‧‧結合流路
73‧‧‧旁通流路
74、74a、74b‧‧‧低溫調溫單元
75、75a、75b‧‧‧高溫調溫單元
76‧‧‧低溫流路
77‧‧‧高溫流路
78‧‧‧暫時槽
79‧‧‧閥單元
79a、79b、79c‧‧‧可變閥
80‧‧‧低溫流路
81‧‧‧高溫流路
82(a、b)、83(a、b)、84(a、b)‧‧‧逆止閥
85(a、b)、86(a、b)‧‧‧閥
87(a、b)‧‧‧泵
88、89‧‧‧配管
90‧‧‧控制裝置
92‧‧‧溫度控制部
94‧‧‧裝置控制部
96‧‧‧記憶部
98(a、b)‧‧‧液面調整槽
100‧‧‧半導體製造裝置
274‧‧‧體積吸収槽
275‧‧‧泵
277‧‧‧加熱裝置
279‧‧‧冷却裝置
280‧‧‧靜電吸盤
281‧‧‧排出通路
282‧‧‧流路
283‧‧‧加熱流路
284‧‧‧旁通流路
285‧‧‧冷却流路
283a、284a、285a‧‧‧閥
F‧‧‧流量表(流量感測器)
MB‧‧‧基本操作量
P1、P2、P3、P4‧‧‧壓力計(壓力感測器)
PA‧‧‧合流部
PB‧‧‧分岐部
S10、S12、S14、S16‧‧‧步驟
T1、T2‧‧‧溫度感測器
TC、Th、TI、TS‧‧‧溫度
Td‧‧‧檢測值
Tt‧‧‧目標值
Va、Vb、Vc‧‧‧閥開度
W‧‧‧半導體晶圓
圖1係一實施形態的溫度控制系統的全體構成圖。
圖2係一實施形態的溫度回饋控制的流程圖。
圖3係一實施形態的可變閥的開閉的時序圖。
圖4係一實施形態與比較例的溫度控制系統的概念構成圖。
圖5係用以說明一實施形態與比較例的冷却能力的圖表。
圖6係用以說明一實施形態與比較例的加熱能力的圖表。
圖7係一實施形態的變形例1的溫度控制系統的全體構成圖。
圖8係一實施形態的變形例2的溫度控制系統的全體構成圖。
以下參照附加圖式,說明本發明的實施形態。另,在本說明書及圖式中,對具有實質上相同功能構成之構成要素附上同一符號,藉此省略重複說明。
〔半導體處理裝置及溫度控制系統的全體構成〕
(半導體處理裝置)
首先,參照圖1,說明本發明的一實施形態的溫度控制系統的全體構成。在本實施形態中,由溫度控制系統1實行半導體處理裝置100的溫度控制。
圖1所示的半導體製造裝置100,由RIE(Reactive Ion Etching,反應性離子蝕刻)型的電漿處理裝置所構成,並具有例如鋁或不鏽鋼等金屬製的圓筒型的處理容器10(腔室)。處理容器10接地。處理容器10內,設有載置半導體晶圓W(以下,稱為晶圓W)之載置台11。載置台11,由例如鋁所構成,透過絕緣性的筒狀保持部(未圖示),由從處理容器10的底部往垂直上方延伸的筒狀支持部16所支持。於載置台11上的頂面,設有用於以靜電吸附力保持晶圓W的靜電吸盤12。靜電吸盤12,藉著施加直流電壓而以庫侖力將晶圓W吸附保持在吸盤上。晶圓W載置於靜電吸盤12上。在本實施形態中,舉出靜電吸盤12來作為溫度控制對象的器材的一例而加以說明。在本實施形態中,藉由靜電吸盤12的溫度控制來將晶圓W控制在既定的溫度。
處理容器10的側壁與筒狀支持部16之間形成有排氣路20。排氣路20,與未圖示的排氣裝置連接,利用真空泵將處理容器10內的處理空間減壓至既定的真空度。於處理容器10的側壁,安裝有使晶圓W的輸入輸出口進行開閉之輸送用的門閥30。
載置台11,透過匹配器34與電漿產生用的高頻電源32連接。高頻電源32,對載置台11施加例如60MHz的高頻電力。如此載置台11亦作為下部電極而發揮功能。另,於處理容器10的頂棚部,設有後述的噴淋頭38 以作為接地電位的上部電極。藉此,將來自高頻電源32的高頻電壓電容性地施加於載置台11與噴淋頭38之間。
頂棚部的噴淋頭38包含:具有多數的氣體通氣孔36a之電極板36;及將電極板36以可裝卸方式支持之電極支持體37。電極支持體37的內部設有緩衝室35,緩衝室35的氣體導入口35a透過氣體供給配管42與氣體供給源40連結。藉此,從氣體供給源40對處理容器10內供給所求的氣體。
於處理容器10的周圍,配置有呈環狀或同心狀延伸之磁石45。在處理容器10內,在噴淋頭38與載置台11之間的電漿產生空間中,藉由高頻電源32形成鉛直方向的RF電場。藉由高頻的放電,使靜電吸盤12的表面附近產生高密度的電漿。藉由所產生的電漿的作用,在處理容器10內,對控制在既定溫度的晶圓W施以蝕刻處理。
(溫度控制系統)
在本實施形態的溫度控制系統1中,設有由低溫調溫單元74及高溫調 溫單元75所形成之2個蓄熱的循環回路。此等2個循環回路,保有可儲存 流體的大型槽與循環泵,可使儲存在各槽的流體的量滿足可始終確保溫度 穩定性之既定量。因此,可維持溫度控制系統1的溫度控制能力,可進行 穩定的溫度控制。低溫調溫單元74,係儲存調溫至第1溫度的液體之第1 調溫單元的一例。高溫調溫單元75,係儲存調溫至高於第1溫度的第2溫 度的液體之第2調溫單元的一例。
低溫調溫單元74,將由設於低溫調溫單元74的熱交換部調溫至第1溫 度之液體儲存於低溫槽。高溫調溫單元75,將由設於高溫調溫單元75的熱 交換部調溫至高於第1溫度的第2溫度之液體儲存於高溫槽。第1溫度及 第2溫度,由後述的控制裝置90所控制。低溫調溫單元74及高溫調溫單 元75為大型的,考慮到配置於半導體製造裝置100周圍之必要排氣裝置等 的配置空間,而配置於處理容器10的遠方。低溫調溫單元74中所儲存的 低溫冷媒(液體),透過低溫流路76抵達合流部PA,與使流體循環的旁通流 路73合流。高溫調溫單元75中所儲存的高溫冷媒(液體),亦同樣透過高溫 流路77抵達合流部PA,與使流體循環的旁通流路73合流。在合流部PA 中,設有使分別流經低溫流路76、高溫流路77及旁通流路73的流體相混 合之暫時槽78,使流經該等流路的流體暫時混合。結合流路71,在合流部 PA中與低溫流路76、高溫流路77及旁通流路73合流,讓在暫時槽78中 混合的流體流通。如此,令流至結合流路71的流體為預先有一定程度混合之流體,藉此可使流經調溫部70的流體的溫度穩定,可提高溫度控制性。
載置台11的內部設有讓流體流通之配管即調溫部70,而使液體自結合流路71流入其中,藉此將靜電吸盤12冷却或加熱。調溫部70,於流體的入口側及出口側與結合流路71、72連結。調溫部70,係設置於溫度控制對象的構件或其附近,並使流體自結合流路71流入,以將前述構件冷却或加熱之調溫部的一例。
結合流路71、72,在流體流入調溫部70之後,在分歧部PB分歧成低溫流路80、高溫流路81及旁通流路73,而形成使流體循環之循環路。令循環於該循環路中的流體的溫度為設定溫度,藉此控制流經調溫部70的流體的溫度,使晶圓W上調溫至既定的處理溫度。
如此,在本實施形態的溫度控制系統1中,在合流部PA流經高溫流路77與低溫流路76之流體係直接流入、流出循環管線。
閥單元79,設於合流部PA的上游側,包含可變閥79a、79b、79c。可變閥79a、79b、79c,安裝於低溫流路76、旁通流路73、高溫流路77,藉著改變可變閥79a、79b、79c的閥體開度Va、Vb、Vc,可調整自各流路流經結合流路的合流流量。閥單元79配置於溫度控制對象即靜電吸盤12的附近,藉此來改善溫度控制的反應性。
自分歧部PB所分歧的低溫流路80、高溫流路81及旁通流路73,分別設有逆止閥82、83、84,以使在分歧部PB分歧而往3方向流動的流體不會朝向分歧部PB逆流。如此,流經低溫流路80的流體回到低溫調溫單元74,在低溫調溫單元74內再次調溫至第1溫度。閥85,設於與低溫流路80連結的配管88,來調整自低溫流路80經過配管88回到低溫調溫單元74的流體的返回量。
同樣地,流經高溫流路81(紙面上的箭頭A,從紙面的右側與左側連接)之流體回到高溫調溫單元75,在高溫調溫單元75再次調溫至第2溫度。閥86,設於與高溫流路81連結之配管89,來調整自高溫流路81經過配管89回到高溫調溫單元75的流體的返回量。
控制裝置90,調整結合流路72中所安裝之泵87的變流器的轉速,來控制流入調溫部70的流體的流量。又,如同前述,控制裝置90控制閥單元79。藉此,對供給流體之一側的3根流路76、73、77內的壓力進行調壓。因此,包含上述調溫部70的循環路內的流量保持固定,在分歧部PB所分歧的流體循環於旁通流路73或回到低溫調溫單元74、高溫調溫單元75。如此,可令低溫調溫單元74與高溫調溫單元75的儲存量為相同。另,上述流量調整及壓力調整,係使用了安裝於分歧部PB附近的配管中的流量表F、壓力計P4、及安裝於閥單元79附近的各配管中的壓力計P1、P2、P3。
低溫流路80、高溫流路81、旁通流路73中雖分別設有逆止閥82、83、84,但有時因為上述壓力控制的些許誤差,或例如流體在自低溫調溫單元74供給流體之時序流入高溫流路一方等原因,使得高溫調溫單元75、低溫調溫單元74的液面有所差異。
即使在此情形下,藉由設於低溫調溫單元74及高溫調溫單元75附近並使各單元內槽間相連通之液面調整槽98的作用,使兩液面不會產生差異。亦即,3個槽的液面自然地成為相等高度。
升溫時,自高溫調溫單元75流出的流體的量,多於自低溫調溫單元74流出的流體的量,高溫調溫單元75的液面低於低溫調溫單元74的液面。降溫時則相反地,低溫調溫單元74的液面低於高溫調溫單元75的液面。在此等情形,液面調整槽98中所儲存的流體自然地流至2個槽之間液面下降的一方,自然地成為同一液面。另,液面調整槽98含有未圖示的液面計,藉著檢測液面調整槽98的液面來檢測異常。
如以上所說明,在本實施形態的溫度控制系統1中,不使用加熱器來實現溫度控制。因此,在本實施形態的溫度控制系統1中,設置2系統的溫度流體,並管理低溫流體與高溫流體的溫度,且以既定的流量比使其混合而流至靜電吸盤12,使得靜電吸盤12的溫度為設定溫度,且。低溫流路與高溫流路並非分別封閉的體系,而是在合流部PA合流之開放的體系。由封閉體系構成低溫流路與高溫流路之系統中,在溫度控制中所加熱的流體的供給量,或所冷却的流體的供給量不足,溫度控制性變差。特別是,加熱後所供給的流體的量有一定程度上限,因此在最初的幾秒加熱至高溫的流體的供給量枯竭,加熱能力降低。例如,後述圖6(加熱能力比較)的右圖表中,加熱裝置的溫度Th,在最初的3秒加熱至高溫的流體的供給量枯 竭,加熱能力降低。
可是,根據本實施形態的溫度控制系統1,對於冷却用及加熱用則設置低溫調溫單元74內的槽及高溫調溫單元75的槽,可自其中供給大量的流體,因此槽內的流體不會枯竭可連續進行供給。因此,可進行高速的溫度調整及穩定的溫度控制。
另,溫度控制系統1中,設有單元吹淨功能,例如用於使空氣從紙面上的箭頭B進入配管內以使流體回到各槽之情形。
〔溫度控制方法〕
(控制裝置的功能構成)
本實施形態的溫度控制系統1由控制裝置90所控制。控制裝置90包含溫度控制部92、裝置控制部94及記憶部96。
溫度控制部92控制靜電吸盤12的溫度。具體而言,溫度控制部92,以調整泵87的變流器的轉速而使得循環於旁通流路73、結合流路71、72、調溫部70內之流體的流量為固定之方式,進行控制。又,溫度控制部92分別調整可變閥79a、79b、79c的閥開度Va、Vb、Vc,使得流經來自低溫流路76、高溫流路77、旁通流路73的各流路的結合流路之合流流量為均勻。
裝置控制部94,依據記憶部96中所記憶的配方來控制半導體製造裝置100。例如,裝置控制部94,控制門閥30的開閉、來自氣體供給源40的氣體供給、來自高頻電源32的高頻施加的時序,藉此產生電漿而對晶圓W施以微細加工。
(控制裝置的硬體構成)
控制裝置90包含未圖示的CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory),CPU依照例如記憶部96中所儲存的各種配方來實行製程。藉此,由CPU來控制蝕刻製程或清潔製程。記憶部96,可使用例如半導體記憶體、磁碟、或光碟等來作為RAM、ROM所實現。配方,可儲存於記憶媒體來進行供應,透過未圖示的驅動而讀入記憶部96中,或是亦可從未圖示的網路下載而儲存於記憶部96。又,為了實現上述各部的功能,亦可使用DSP(Digital Signal Processor,數 位信號處理器)來取代CPU。另,控制裝置90的功能,可藉著使用軟體進行動作來加以實現,亦可藉著使用硬體進行動作來加以實現。
〔回饋控制〕
溫度控制部92,監視著溫度感測器T1、溫度感測器T2及壓力感測器P1、P2、P3,同時對可變閥79a、79b、79c的開閉進行回饋控制。控制裝置90,對可變閥79a、79b、79c進行回饋控制,使得由溫度感測器T2所檢測出的溫度接近由溫度感測器T1所檢測出的溫度(目標值)。
溫度感測器T1相當於檢測半導體製造裝置100中所使用構件的溫度之第1溫度感測器。在此,溫度感測器T1檢測靜電吸盤12的溫度。又,溫度感測器T2相當於檢測合流部PA下流側的結合流路71的溫度之第2溫度感測器。
通常,設定溫度無大幅變動時,控制裝置90,使流體流至循環路(旁通流路73→結合流路71→調溫部70→結合流路72→旁通流路73),讓從各調溫單元74、75進出的流體的流量減少,使流體高效能地循環。另一方面,欲進行加熱時,控制裝置90,使高溫流路77的可變閥79c的閥體開度Vc開啟而讓高溫流體流入,以提升流至結合流路71的流體的溫度。欲進行冷却時,控制裝置90,使低溫流路76的可變閥79a的閥體開度Va開啟而讓低溫流體流入,以降低流至結合流路71的流體的溫度。
在升溫時,控制裝置90控制可變閥79a、79b、79c的閥體開度Va、Vb、Vc,使得自高溫流路77流入結合流路71的液體多於自低溫流路76及旁通流路73流入結合流路71的液體。又,在降溫時,控制裝置90控制可變閥79a、79b、79c的閥體開度Va、Vb、Vc,使得自低溫流路76流入結合流路71的液體多於自高溫流路77及旁通流路73流入結合流路71的液體。
參照圖2及圖3,詳述控制裝置90所進行之溫度的回饋控制。圖2係顯示由控制裝置90所實行的回饋控制的處理順序之流程圖。圖3顯示在圖2的處理中所控制之可變閥79a、79b、79c的各操作量(閥開度Va、Vb、Vc)的一例。圖2的處理,係由控制裝置90的溫度控制部92,以例如既定周期重複實行。
當處理開始時,溫度控制部92,首先在步驟S10中,取得溫度感測器 T1的檢測值以作為靜電吸盤12的溫度的目標值Tt。又,溫度控制部92,取得溫度感測器T2的檢測值Td以作為在合流部PA合流後的流體的溫度。
溫度控制部92,在接下來的步驟S12中,為了使檢測值Td接近目標值Tt,便依據檢測值Td對可變閥79a、79b、79c的閥開度Va、Vb、Vc進行回饋控制。因此,溫度控制部92算出用於進行回饋控制的基本操作量MB。
基本操作量MB,係依據檢測值Td相對於目標值Tt的偏離程度所算出的量。詳細而言,在本實施形態中,由檢測值Td與目標值Tt的差△的PID(比例積分微分)演算來算出基本操作量MB。
其次,溫度控制部92,在接下來的步驟S14中,將基本操作量MB轉換為低溫側的可變閥79a、旁通流路的可變閥79b、及高溫側的可變閥79c的各操作量,亦即各可變閥79a、79b、79c的閥開度Va、Vb、Vc。在此,使用圖3所示之可變閥的閥開度Va、Vb、Vc的關係。
在此,可變閥79a的閥開度Va,當基本操作量MB未達零時,隨著基本操作量MB的增加而單調減少;當基本操作量MB為零以上時,則為「0」。這種設定係用於:檢測值Td越高於目標值Tt越使低溫流路76的流量增加,且檢測值Td為目標值Tt以下時,不使用低溫流路76。又,可變閥79c的閥開度Vc,當基本操作量MB大於零時,隨著基本操作量MB的增加而單調增加;當基本操作量MB為零以下時,則為「0」。這種設定係用於:檢測值Td越低於目標值Tt越使高溫流路77的流量增加,且檢測值Td為目標值Tt以上時,不使用高溫流路77。再者,可變閥79b的閥開度,隨著基本操作量MB遠離零而單調減少。另,宜設定各閥開度Va、Vb、Vc,以避免圖3中,從3個通路流出之合計流量因基本操作量MB的值而產生變化。
根據這種設定,可由檢測值Td與目標值Tt的差△之單一的PID演算所算出之基本操作量MB,來設定可變閥79a、79b、79c的3個閥的操作量。
若先前的圖2的步驟S14的處理完成,則溫度控制部92,在步驟S16中,操作可變閥79a、79b、79c的閥體開度Va、Vb、Vc。當步驟S16的處理完成時,先暫時結束這一連串的處理。
藉由如此的回饋控制,可使檢測值Td高精度地追隨目標值Tt。
〔溫度控制系統的冷却能力〕
其次,參照圖4及圖5,說明本實施形態的溫度控制系統的冷却能力。圖4的右側係本實施形態的溫度控制系統1的概略構成圖,顯示圖1的溫度控制系統1的概略。圖4的左側係比較例的概略構成圖。圖5的右側係顯示本實施形態的溫度控制系統1的冷却効果之圖表。圖5的左側係顯示比較例的冷却効果之圖表。
本實施形態的溫度控制系統1中,於4個溫度測定處安裝有溫度感測器。具體而言係安裝於低溫調溫單元74以檢測溫度TC之溫度感測器;安裝於高溫調溫單元75以檢測溫度Th之溫度感測器;安裝於載置台的流路入口以檢測溫度TI之溫度感測器;及安裝於靜電吸盤12的表面以檢測溫度TS之溫度感測器。
比較例的溫度控制系統包含:體積吸収槽274、泵275、加熱裝置277、冷却裝置279。流路282形成循環流路,於流路282上設有泵275。流路282,在泵275的上游側往三方分歧,分別形成加熱流路283、旁通流路284、冷却流路285。在加熱流路283的途中,設有具備蓄熱槽的加熱裝置277以作為加熱機構,加熱裝置277將流經加熱流路283的流體予以加熱。同樣地,在冷却流路285的途中,設有具備蓄熱槽的冷却裝置279以作為冷卻機構,冷却裝置279將流經冷却流路285的流體予以冷却。閥283a、284a、285a,用於操作分別流經加熱流路283、旁通流路284、冷却流路285的流體的流量。
流體流經溫度控制對象即靜電吸盤280附近,藉此來控制靜電吸盤280的溫度。流過靜電吸盤280附近的流體,自排出通路281回到循環流路。
比較例的溫度控制系統中,亦於4個溫度測定處安裝有溫度感測器。具體而言係安裝於冷却裝置279以檢測溫度TC之溫度感測器;安裝於加熱裝置277以檢測溫度Th之溫度感測器;安裝於載置台的流路入口以檢測溫度TI之溫度感測器;及安裝於靜電吸盤的表面以檢測溫度TS之溫度感測器。
使用此種構成的溫度控制系統針對冷却能力加以比較。其結果示於圖5。由安裝於基座表面的靜電吸盤上之溫度感測器所檢測之溫度係目標溫度TS。冷却開始之後將基座表面(靜電吸盤的溫度:目標溫度TS)的設定溫 度從60℃變更為30℃時,測量靜電吸盤的溫度追隨設定溫度到何種程度,測量目標溫度TS下降30℃為止的時間。
其結果,圖5左方圖表的比較例中,目標溫度TS從60℃至30℃、下降△T=30℃為止花了32秒;相對於此,圖5右方圖表的本實施形態中,目標溫度TS下降△T=30℃為止只花了21秒。由此結果可知,本實施形態的溫度控制系統1的冷却能力,係比較例的約1.5倍。特別是,對比較例的冷却裝置279及本實施形態的低溫調溫單元74中所安裝的溫度感測器的檢測值TC之溫度推移加以比較,則比較例中,10℃附近的低溫狀態只保持約6秒;相對於此,本實施形態中,10℃附近的低溫狀態可保持約35秒。由以上可知,本實施形態的溫度控制系統1的冷却能力為比較例的1.5倍,亦如圖5下方圖表所示,本實施形態的溫度控制系統1的溫度反應性,高於比較例。
〔溫度控制系統的加熱能力〕
至於加熱能力,亦如圖6所示得到同樣的効果。圖6的右側係顯示本實施形態的溫度控制系統1的加熱効果之圖表。圖6的左側係顯示比較例的加熱効果之圖表。
圖6中,使用安裝在高溫調溫單元75或加熱裝置277的檢測溫度Th之溫度感測器,來代替安裝在低溫調溫單元74或冷却裝置279的檢測溫度TC之溫度感測器。基座的流路入口的檢測溫度TI之溫度感測器、基座的表面的檢測溫度TS之溫度感測器則照樣沿用。
其結果,圖6左方圖表的比較例中,所求的高溫狀態維持了3秒。相對於此,圖6右方圖表的本實施形態中,高溫狀態維持了17秒。由以上可知,本實施形態的溫度控制系統1的加熱能力為比較例的5倍以上,在加熱能力上,本實施形態的溫度控制系統1的溫度反應性,亦高於比較例。
〔變形例〕
最後,參照圖7及圖8,說明本實施形態的變形例的溫度控制系統1。根據圖7所示之變形例,將區域分割為靜電吸盤12的中心部70a、周邊部70b來進行溫度控制時,在本變形例中,如同中心部70a用的第1溫度控制系統與周邊部70b用的第2溫度控制系統,設置相同構成的2個溫度控制系統。在此情形,2個低溫調溫單元74a、74b與2個高溫調溫單元75a、75b,分別配置於每個溫度控制系統。
另一方面,如圖8所示的變形例,將區域分割為靜電吸盤12的中心部70a、周邊部70b來進行溫度控制時,亦使低溫調溫單元74及高溫調溫單元75的電容增加,藉此可將低溫調溫單元74及高溫調溫單元75在2個溫度控制系統中共通使用。在圖8中,流經第1及第2溫度控制系統的低溫流路之流體,從符號G、E回到同一的低溫調溫單元74。流經第1及第2溫度控制系統的高溫流路之流體,從符號D、A回到同一的高溫調溫單元75。因此,能以低溫調溫單元74及高溫調溫單元75共通化的1個系統來進行溫度控制。
根據以上所說明的變形例,可進行靜電吸盤的周邊部與中心部2區塊的溫度控制。因此,可令晶圓W上的溫度為均勻。例如令容易受加熱的對焦環附近的周邊部之溫度控制,為不同於中央部的溫度控制之控制,藉此可提升溫度控制的精度。
如以上所說明,根據本實施形態及變形例,可建構一種溫度控制系統1,其藉由複數的具有蓄熱槽及循環泵之調溫單元的並設,及使其等循環之循環路的形成,可確保必要的蓄熱量,可進行更穩定的溫度控制。藉此,可使溫度控制對象即構件的溫度急速升溫或降溫。因此,可將在配方步驟間切換設定溫度時的溫度穩定時間縮短,可提高生產力。
又,可迅速抑制製程中的電漿能量所造成之構件的溫度上升,可始終穩定地控制作為靶材的構件之溫度,因此可提高良率。
<結語>
以上,雖參照附加圖式詳細說明了本發明的較佳實施形態,但本發明並不限於該等例。應了解到:只要是本發明所屬技術領域中具通常知識者,自能在記載於申請專利範圍的技術性思想範圍內,思及各種變形例或修正例,該等變形例或修正例,當然亦屬於本發明的技術性範圍。又,有複數的上述實施形態及變形例存在時,可在不互相矛盾之範圍內加以組合。
例如,本發明的溫度控制方法,並不只用於半導體製造裝置內的靜電吸盤,可用於上部電極、沉積物屏蔽(未圖示)或處理容器的溫度控制。
又,可進行本發明的溫度控制之電漿製程並不限於蝕刻製程,亦可為成膜、灰化、濺鍍等任何製程。
又,本發明的溫度控制方法,並不只用於平行平板型的蝕刻處理裝置,亦可用於圓筒狀的RLSA(Radial Line Slot Antenna,輻射線槽孔天線)半導體製造裝置、ICP(Inductively Coupled Plasma,電感式耦合電漿)半導體製造裝置、微波半導體製造裝置等任何半導體製造裝置。
本國際申請案,係主張基於2011年11月15日所申請的日本特許出願2011-249360號之優先権,其所有內容援用於本國際申請案。
1‧‧‧溫度控制系統
10‧‧‧處理容器
11‧‧‧載置台(下部電極)
12‧‧‧靜電吸盤
16‧‧‧筒狀支持部
20‧‧‧排氣路
30‧‧‧門閥
32‧‧‧高頻電源
34‧‧‧匹配器
35‧‧‧緩衝室
35a‧‧‧氣體導入口
36‧‧‧電極板
36a‧‧‧氣體通氣孔
37‧‧‧電極支持體
38‧‧‧噴淋頭(上部電極)
40‧‧‧氣體供給源
42‧‧‧氣體供給配管
45‧‧‧磁石
70‧‧‧調溫部
71、72‧‧‧結合流路
73‧‧‧旁通流路
74‧‧‧低溫調溫單元
75‧‧‧高溫調溫單元
76‧‧‧低溫流路
77‧‧‧高溫流路
78‧‧‧暫時槽
79‧‧‧閥單元
79a、79b、79c‧‧‧可變閥
80‧‧‧低溫流路
81‧‧‧高溫流路
82、83、84‧‧‧逆止閥
85、86‧‧‧閥
87‧‧‧泵
88、89‧‧‧配管
90‧‧‧控制裝置
92‧‧‧溫度控制部
94‧‧‧裝置控制部
96‧‧‧記憶部
98‧‧‧液面調整槽
100‧‧‧半導體製造裝置
F‧‧‧流量表(流量感測器)
P1、P2、P3、P4‧‧‧壓力計(壓力感測器)
PA‧‧‧合流部
PB‧‧‧分岐部
T1、T2‧‧‧溫度感測器
Td‧‧‧檢測值
Tt‧‧‧目標值
Va、Vb、Vc‧‧‧閥開度
W‧‧‧半導體晶圓

Claims (13)

  1. 一種溫度控制系統,控制半導體裝置中所使用的構件之溫度,其特徵在於,包含:第1調溫單元,儲存調溫至第1溫度的液體;第2調溫單元,儲存調溫至高於該第1溫度的第2溫度的液體;低溫流路,讓由該第1調溫單元所供給的流體流通;高溫流路,讓由該第2調溫單元所供給的流體流通;旁通流路,使流體循環;結合流路,在合流部中與該低溫流路、該高溫流路及該旁通流路合流,讓各流路所合流的流體流過;調溫部,設於該構件或其附近,使流體自該結合流路流入,以將該構件冷却或加熱;可變閥,在該合流部的上游側,安裝於該低溫流路、該高溫流路與該旁通流路;及控制裝置,控制該可變閥的閥開度,以調整該低溫流路、該高溫流路及該旁通流路之流量分配比率。
  2. 如申請專利範圍第1項之溫度控制系統,其中:該控制裝置進行控制,以調整安裝在該低溫流路、該高溫流路及該旁通流路的該可變閥的閥開度,而使得流經該結合流路之合流流量均一。
  3. 如申請專利範圍第1項之溫度控制系統,更包含:第1溫度感測器,檢測該構件的溫度;及第2溫度感測器,檢測該合流部的下流側之該結合流路的溫度;且該控制裝置,依據由該第1溫度感測器及該第2溫度感測器所檢測出的溫度,對該可變閥的閥開度進行回饋控制。
  4. 如申請專利範圍第1項之溫度控制系統,其中:在該第1低溫調溫單元及該第2高溫調溫單元內的槽的附近,更具有使各槽之間相連通之液面調整槽,藉此保持控制時所產生的液面平衡。
  5. 如申請專利範圍第1項之溫度控制系統,其中:該結合流路,在使流體流入該調溫部之後,在分歧部分歧成該低溫流路、該高溫流路及該旁通流路,而形成使流體循環之循環路;且 該控制裝置,令循環於該調溫部的液體的流量為固定。
  6. 如申請專利範圍第1項之溫度控制系統,其中:該合流部,設有使分別流經該低溫流路、該高溫流路及該旁通流路的流體相混合之暫時槽。
  7. 如申請專利範圍第1項之溫度控制系統,其中:該控制裝置,在升溫時,控制該可變閥的閥開度,使得自該高溫流路流入該結合流路的液體多於自該低溫流路及該旁通流路流入該結合流路的液體;且在降溫時,控制該可變閥的閥開度,使得自該低溫流路流入該結合流路的液體多於自該高溫流路及該旁通流路流入該結合流路的液體。
  8. 如申請專利範圍第1項之溫度控制系統,其中:該構件係載置被處理體之靜電吸盤;該調溫部分離成:配置於該靜電吸盤的中心部之流路,及配置於該靜電吸盤的周邊部之流路;且該溫度控制系統包含:第1溫度控制系統,使流體流至配置於該靜電吸盤的中心部之該調溫部的流路;及第2溫度控制系統,使流體流至配置於該靜電吸盤的周邊部之該調溫部的流路。
  9. 如申請專利範圍第8項之溫度控制系統,其中:該第1溫度控制系統及該第2溫度控制系統中分別各自設有:具有儲存槽及循環泵之該第1調溫單元及該第2調溫單元。
  10. 如申請專利範圍第8項之溫度控制系統,其中:該第1溫度控制系統及該第2溫度控制系統中共有設置著:具有儲存槽及循環泵之該第1調溫單元及該第2調溫單元。
  11. 一種半導體製造裝置,使用一溫度控制系統來控制內部的構件之溫度,使用該溫度控制系統之該半導體製造裝置,其特徵在於該溫度控制系統包含:第1調溫單元,儲存調溫至第1溫度的液體;第2調溫單元,儲存調溫至高於該第1溫度的第2溫度的液體;低溫流路,讓由該第1調溫單元所供給的流體流通;高溫流路,讓由該第2調溫單元所供給的流體流通; 旁通流路,使流體循環;結合流路,讓在合流部中與該低溫流路、該高溫流路及該旁通流路合流且流經各流路的流體流通;調溫部,設於該構件或其附近,並使流體自該結合流路流入,以將該構件冷却或加熱;可變閥,在該合流部的上游側安裝於該低溫流路、該高溫流路及該旁通流路;及控制裝置,控制該可變閥的閥開度,以調整該低溫流路、該高溫流路及該旁通流路之流量分配比率。
  12. 如申請專利範圍第11項之半導體製造裝置,其中:該半導體製造裝置內部的構件,係靜電吸盤、上部電極、沉積物屏蔽或處理容器之至少任一者。
  13. 一種溫度控制方法,控制半導體製造裝置中所使用的構件之溫度,該溫度控制方法之特徵在於,包含以下步驟:將調溫至第1溫度的液體儲存於第1調溫單元;將調溫至高於該第1溫度的第2溫度的液體儲存於第2調溫單元;讓由該第1調溫單元所供給的流體流至低溫流路;讓由該第2調溫單元所供給的流體流至高溫流路;使流體循環於旁通流路;讓在合流部中與該低溫流路、該高溫流路及該旁通流路合流且流經各流路的流體流至結合流路;使流體自該結合流路流入設於該構件或其附近之調溫部,以將該構件冷却或加熱;控制在該合流部的上游側安裝於該低溫流路、該高溫流路及該旁通流路之該可變閥的閥開度,以調整該低溫流路、該高溫流路及該旁通流路之流量分配比率。
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