TWI815264B

TWI815264B - 半導體製程設備中的溫度控制裝置及方法

Info

Publication number: TWI815264B
Application number: TW110149212A
Authority: TW
Inventors: 徐晶晶
Original assignee: 大陸商北京北方華創微電子裝備有限公司
Priority date: 2021-03-31
Filing date: 2021-12-28
Publication date: 2023-09-11
Also published as: WO2022206063A1; CN113013071B; TW202240765A; CN113013071A

Abstract

本申請提供一種半導體製程設備中的溫度控制裝置及方法，該溫度控制裝置包括第一溫控源、第二溫控源、第一輸出管道、第二輸出管道、第一回流管道、第二回流管道、第一短路管道、第二短路管道及控制器，其中；兩個溫控源的輸出口分別藉由兩個輸出管道與卡盤的進口連通，兩個溫控源的回流口分別藉由兩個回流管道與卡盤的出口連通；兩個溫控源的輸出口還藉由兩個短路管道分別與各自的回流口連通；各管道上均設置有通斷開關；控制器用於按時間先後順序依次連通或斷開多個通斷開關，將卡盤與兩個溫控源的連通進行切換，兩個溫控源中的溫控介質的溫度不同。應用本申請可以提高溫度控制範圍、縮短控溫時間，並有效解決兩個溫控源中的流體串混的問題。

Description

半導體製程設備中的溫度控制裝置及方法

本發明涉及半導體技術領域，具體地，涉及一種半導體製程設備中的溫度控制裝置及方法。

蝕刻機中的ESC（靜電吸附卡盤）主要用於晶圓（wafer）的吸附固定和提供製程時所需的精確溫度。ESC的內部通常設有熱交換通道，藉由溫度控制裝置向該熱交換通道中通入冷卻/加熱液體或氣體，以對ESC的溫度進行精確調節，從而實現對晶圓的溫度控制。

但是，隨著半導體行業和蝕刻製程的不斷發展，晶圓在蝕刻過程中，不同的製程步驟可能需要使用不同的溫度，且溫差較大，現有的單通道ESC溫度調節方式很難保證溫度切換的均勻性與及時性。而現有的雙通道ESC溫度調節方式又容易出現串液問題。

本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一，提出了一種半導體製程設備中的溫度控制裝置及方法，可提高溫度控制範圍、縮短控溫時間，並有效解決兩個溫控源中的流體串混的問題。

為實現本發明的目的，第一方面提供一種半導體製程設備中的溫度控制裝置，用於控制該半導體製程設備中卡盤的溫度，其包括第一溫控源、第二溫控源、第一輸出管道、第二輸出管道、第一回流管道、第二回流管道、第一短路管道、第二短路管道及控制器，其中；該第一溫控源的輸出口藉由該第一輸出管道與該卡盤的進口連通，該第一溫控源的回流口藉由該第一回流管道與該卡盤的出口連通；該第二溫控源的輸出口藉由該第二輸出管道與該卡盤的進口連通，該第二溫控源的回流口藉由該第二回流管道與該卡盤的出口連通；該第一溫控源的輸出口藉由該第一短路管道與該第一溫控源的回流口連通，該第二溫控源的輸出口藉由該第二短路管道與該第二溫控源的回流口連通；該第一輸出管道、該第二輸出管道、該第一回流管道、該第二回流管道、該第一短路管道、該第二短路管道上均設置有通斷開關；該控制器用於按時間先後順序依次連通或斷開多個該通斷開關，將該卡盤由與該第一溫控源連通切換至與該第二溫控源連通，或者將該卡盤由與該第二溫控源連通切換至與該第一溫控源連通，該第一溫控源中溫控介質的溫度與該第二溫控源中溫控介質的溫度不同。

可選地，溫度控制裝置還包括卡盤進口端管路和卡盤出口端管路，該第一輸出管道和該第二輸出管道均藉由該卡盤進口端管路與該卡盤的進口連通，該卡盤進口端管路上設置有流量計，該第一回流管道和該第二回流管道均藉由該卡盤出口端管路與該卡盤的出口連通。

可選地，該第一輸出管道上設置有第一通斷開關，該第一回流管道上設置有第二通斷開關，該第二輸出管道上設置有第三通斷開關，該第二回流管道上設置有第四通斷開關，該第一短路管道上設置有第五通斷開關，該第二短路管道上設置有第六通斷開關；該第一通斷開關、該第二通斷開關及該第六通斷開關連通，且該第三通斷開關、該第四通斷開關及該第五通斷開關斷開時，該卡盤與該第一溫控源連通；該第一通斷開關、該第二通斷開關及該第六通斷開關斷開，且該第三通斷開關、該第四通斷開關及該第五通斷開關連通時，該卡盤與該第二溫控源連通。

可選地，該第一通斷開關、該第二通斷開關及該第六通斷開關為常開開關，該第三通斷開關、該第四通斷開關及該第五通斷開關為常閉開關。

可選地，該控制器用於在將該卡盤由與該第一溫控源連通切換至與該第二溫控源連通時，按時間先後順序依次將該第五通斷開關連通，將該第一通斷開關斷開，將該第三通斷關開關連通，將該第六通斷開關斷開，將該第四通斷開關連通，將該第二通斷開關斷開。

可選地，該控制器用於在將該卡盤由與該第二溫控源連通切換至與該第一溫控源連通時，按時間先後順序依次將該第六通斷開關連通，將該第三通斷開關斷開，將該第一通斷關開關連通，將該第五通斷開關斷開，將該第二通斷開關連通，將該第四通斷開關斷開。

為實現本發明的目的，另一方面提供一種半導體製程設備中的溫度控制方法，應用於第一方面的溫度控制裝置，該方法包括：在將該卡盤由與該第一溫控源連通切換至與該第二溫控源連通，或者將該卡盤由與該第二溫控源連通切換至與該第一溫控源連通時，按時間先後順序依次連通或斷開多個該通斷開關。

可選地，該第一輸出管道上設置有第一通斷開關，該第一回流管道上設置有第二通斷開關，該第二輸出管道上設置有第三通斷開關，該第二回流管道上設置有第四通斷開關，該第一短路管道上設置有第五通斷開關，該第二短路管道上設置有第六通斷開關；該將該卡盤由與該第一溫控源連通切換至與該第二溫控源連通，包括：按時間先後順序依次將該第五通斷開關連通，將該第一通斷開關斷開，將該第三通斷關開關連通，將該第六通斷開關斷開，將該第四通斷開關連通，將該第二通斷開關斷開。

可選地，該第一輸出管道上設置有第一通斷開關，該第一回流管道上設置有第二通斷開關，該第二輸出管道上設置有第三通斷開關，該第二回流管道上設置有第四通斷開關，該第一短路管道上設置有第五通斷開關，該第二短路管道上設置有第六通斷開關；該將該卡盤由與該第二溫控源連通切換至與該第一溫控源連通，包括：按時間先後順序依次將該第六通斷開關連通，將該第三通斷開關斷開，將該第一通斷關開關連通，將該第五通斷開關斷開，將該第二通斷開關連通，將該第四通斷開關斷開。

可選地，依次連通或斷開多個該通斷開關時，相鄰兩個連通或斷開操作之間的時間間隔為0~2秒。本發明具有以下有益效果：

本發明提供的半導體製程設備中的溫度控制裝置及方法的技術方案中，溫度控制裝置包括第一溫控源和第二溫控源，藉由使兩個溫控源的溫控介質的溫度不同，可以實現不同的溫控功能（一個加熱一個冷卻，或者加熱或冷卻的程度不一樣等），從而可以縮短控溫時間，擴大控溫範圍，而且該溫度控制裝置的控制器可以控制多個通斷開關按時間先後順序依次連通或斷開，以實現卡盤由與第一溫控源連通切換至與第二溫控源連通，或者將卡盤由與第二溫控源連通切換至與第一溫控源連通，即，實現切換兩個溫控源，從而可以實現不同製程或步驟的不同晶圓溫度控制需求，同時由於多個通斷開關是按時間先後順序依次進行連通或斷開的操作，這與多個通斷開關同時操作相比，不僅可以避免不同溫度的溫控介質的串混，影響溫控介質的溫度，從而保證了控溫精度，而且還可以避免因溫控介質串混而導致的管道中液位異常，進而造成停工現象，從而保證了溫度控制裝置的正常穩定運行。

下面詳細描述本申請，本申請的實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的部件或具有相同或類似功能的部件。此外，如果已知技術的詳細描述對於示出的本申請的特徵是不必要的，則將其省略。下面藉由參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用於解釋本申請，而不能解釋為對本申請的限制。

本技術領域技術人員可以理解，除非另外定義，這裏使用的所有術語（包括技術術語和科學術語），具有與本申請所屬領域中的普通技術人員的一般理解相同的意義。還應該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術語，應該被理解為具有與現有技術的上下文中的意義一致的意義，並且除非像這裏一樣被特定定義，否則不會用理想化或過於正式的含義來解釋。

本技術領域技術人員可以理解，除非特意聲明，這裏使用的單數形式“一”、“一個” 和“該”也可包括複數形式。應該理解，當我們稱元件被“連接”或“耦接”到另一元件時，它可以直接連接或耦接到其他元件，或者也可以存在中間元件。此外，這裏使用的“連接”或“耦接”可以包括無線連接或無線耦接。這裏使用的措辭“和/或”包括一個或更多個相關聯的列出項的全部或任一單元和全部組合。

下面結合附圖以具體的實施例對本申請的技術方案以及本申請的技術方案如何解決上述技術問題進行詳細說明。

請參照圖1，本實施例提供一種半導體製程設備中的溫度控制裝置，用於控制半導體製程設備中卡盤40的溫度，從而間接控制由卡盤40承載的晶圓溫度，該卡盤40例如為靜電卡盤。該溫度控制裝置包括第一溫控源11、第二溫控源12、第一輸出管道21、第二輸出管道23、第一回流管道22、第二回流管道24、第一短路管道25、第二短路管道26及控制器（圖中未示出）。

其中，第一溫控源11的輸出口藉由第一輸出管道21與卡盤40的進口連通，第一溫控源11的回流口藉由第一回流管道22與卡盤40的出口連通。第一溫控源11的輸出口還藉由第一短路管道25與第一溫控源11的回流口連通。

第二溫控源12的輸出口藉由第二輸出管道23與卡盤40的進口連通，第二溫控源12的回流口藉由第二回流管道24與卡盤40的出口連通。第二溫控源12的輸出口還藉由第二短路管道26與第二溫控源12的回流口連通。

第一輸出管道21、第二輸出管道23、第一回流管道22、第二回流管道24、第一短路管道25、第二短路管道26上均設置有通斷開關。

控制器用於按時間先後順序依次連通或斷開多個通斷開關，將卡盤40由與第一溫控源11連通切換至與第二溫控源12連通，或者將卡盤40由與第二溫控源12連通切換至與第一溫控源11連通，第一溫控源11中溫控介質的溫度與第二溫控源12中溫控介質的溫度不同。

所謂按時間先後順序依次連通或斷開多個通斷開關，是指多個通斷開關的連通或斷開的操作是按時間順序先後進行的，並不是同時進行的。

上述卡盤40中設置有熱交換通道（圖中未示出），該熱交換通道的兩端即為卡盤40的進口和出口。

其中，第一溫控源11和第二溫控源12可以同為加熱源，也可以同為冷卻源，在這種情況下，二者分別對晶圓加熱或冷卻，使晶圓達到的溫度範圍是不同的，以能夠滿足不同製程或步驟的不同晶圓溫度控制需求。或者，也可以使第一溫控源11和第二溫控源12中的一者為加熱源，另一者為冷卻源。第一溫控源11和第二溫控源12可以是液相溫控源也可以是氣相溫控源，即，溫控介質可以是液體也可以是氣體，本實施例對此均不作具體限定。

藉由使兩個溫控源的溫控介質的溫度不同，可以不同的溫控功能（一個加熱一個冷卻，或者加熱或冷卻的程度不一樣等），從而可以縮短控溫時間，擴大控溫範圍，而且該溫度控制裝置的控制器可以控制多個通斷開關按時間先後順序依次連通或斷開，以實現卡盤由與第一溫控源11連通切換至與第二溫控源12連通，或者將卡盤40由與第二溫控源12連通切換至與第一溫控源11連通，即，實現切換兩個溫控源，從而可以實現不同製程或步驟的不同晶圓溫度控制需求，同時由於多個通斷開關是按時間先後順序依次進行連通或斷開的操作，這與多個通斷開關同時操作相比，不僅可以避免不同溫度的溫控介質的串混，影響溫控介質的溫度，從而保證了控溫精度，而且還可以避免因溫控介質串混而導致的管道中液位異常，進而造成停工現象，從而保證了溫度控制裝置的正常穩定運行。

其中，第一溫控源11、第一輸出管道21和第一回流管道22及卡盤40可形成第一回路，該第一回路可以使第一溫控源11的溫控介質在第一溫控源11與卡盤40之間循環流動；第二溫控源12、第二輸出管道23和第二回流管道24及卡盤40可形成第二回路，該第二回路可以使第二溫控源12的溫控介質在第二溫控源12與卡盤40之間循環流動，並且，第一回路與第二回路並聯設置。第一短路管道25與第一溫控源11形成第三回路，該第三回路可以使第一溫控源11的溫控介質不經過卡盤40直接回流至第一溫控源11，第三回路與第一回路並聯設置；第二短路管道26與第二溫控源12形成第四回路，該第四回路可以使第二溫控源12的溫控介質不經過卡盤40直接回流至第二溫控源12，第四回路與第二回路並聯設置。控制器藉由按時間先後順序依次連通或斷開多個通斷開關，可以選擇性地接通或斷開上述四個回路，實現切換兩個溫控源，從而可以實現不同製程或步驟的不同晶圓溫度控制需求，進而可以增大對卡盤40的溫度調節範圍及提高溫度調節精度。

在一些可選的實施例中，該溫度控制裝置還可以包括卡盤進口端管路27和卡盤出口端管路28，第一輸出管道21和第二輸出管道23均藉由卡盤進口端管路27與卡盤40的進口連通，卡盤進口端管路27上設置有流量計50，第一回流管道22和第二回流管道24均藉由卡盤出口端管路28與卡盤40的出口連通。由於上述第一輸出管道21和第二輸出管道23中的控溫介質均需要藉由卡盤進口端管路27進入卡盤40，這使得卡盤進口端管路27中的溫控介質的流量情況可以反映出溫控介質的流動狀態是否異常，因此，藉由在卡盤進口端管路27上設置流量計50，可用於檢測卡盤進口端管路27中溫控介質的流量狀態，以能夠及時地獲知溫控介質的流動狀態是否異常，防止卡盤40因內部長時間無液體流過而燒壞、卡盤進口端管路27和卡盤出口端管路28中的溫控介質流量過大，造成安全隱患等。

於本實施例一具體實施方式中，第一輸出管道21上設置有第一通斷開關31，第一回流管道22上設置有第二通斷開關32，第二輸出管道23上設置有第三通斷開關33，第二回流管道24上設置有第四通斷開關34，第一短路管道25上設置有第五通斷開關35，第二短路管道26上設置有第六通斷開關36。如此，可以藉由控制上述通斷開關的通斷來控制各管道的連通和斷開，以提高該溫度控制裝置的安全穩定性及自動化程度。其中，各通斷開關可以但不限於均為電磁閥（只要能藉由控制器控制即可），以便於採用控制器對通斷開關進行精確控制。

控制器可分別藉由第一控制訊號、第二控制訊號、第三控制訊號、第四控制訊號、第五控制訊號及第六控制訊號分別控制第一通斷開關31、第二通斷開關32、第三通斷開關33、第四通斷開關34、第五通斷開關35及第六通斷開關36的連通和斷開。上述第一控制訊號、第二控制訊號、第三控制訊號、第四控制訊號、第五控制訊號及第六控制訊號均可以為數字訊號，如0、1，當控制訊號為0時，與該控制訊號對應的通斷開關斷開；當控制訊號為1時，與該控制訊號對應的通斷開關連通，由此，上述第一控制訊號、第二控制訊號、第三控制訊號、第四控制訊號、第五控制訊號及第六控制訊號中的任意一個控制訊號均可以藉由在0與1之間切換來實現對應的通斷開關在斷開與接通之間切換。

此外，上述六個通斷開關中有的可以是常開開關（即初始狀態為斷開狀態），有的可以是常閉開關（即初始狀態為接通狀態），例如，第一通斷開關31、第二通斷開關32及第六通斷開關36為常開開關，第三通斷開關33、第四通斷開關34、第五通斷開關35為常閉開關。在這種情況下，對於常閉開關，可以藉由使控制訊號為0來控制常閉開關切換至斷開狀態；對於常開開關，可以藉由使控制訊號為1來控制常開開關切換至接通狀態。

於本實施例一具體實施方式中，在需要採用第一溫控源11對卡盤40進行溫度控制時，即，需要接通上述第一回路和第四回路，且斷開第二回路和第三回路，在這種情況下，控制器藉由相應的控制訊號分別控制第一通斷開關31、第二通斷開關32及第六通斷開關36連通，第三通斷開關33、第四通斷開關34及第五通斷開關35斷開，以使第一溫控源11與卡盤40連通。在需要採用第二溫控源12對卡盤40進行溫度控制時，即，需要接通上述第二回路和第三回路，且斷開第一回路和第四回路，在這種情況下，控制器藉由相應的控制訊號分別控制第一通斷開關31、第二通斷開關32及第六通斷開關36斷開，第三通斷開關33、第四通斷開關34及第五通斷開關35連通，以使第二溫控源12與卡盤40連通。

自採用第一溫控源11對卡盤40進行溫度控制切換至採用第二溫控源12對卡盤40進行溫度控制時，控制器可以按時間先後順序依次控制第五通斷開關35連通、控制第一通斷開關31斷開、控制第三通斷開關33連通、控制第六通斷開關36斷開、控制第四通斷開關34連通及控制第二通斷開關32斷開。

自採用第二溫控源12對卡盤40進行冷卻切換至採用第一溫控源11對卡盤40進行冷卻時，按時間先後順序依次控制第六通斷開關36連通、控制第三通斷開關33斷開、控制第一通斷開關31連通、控制第五通斷開關35斷開、控制第二通斷開關32連通及控制第四通斷開關34斷開。

進一步地，控制器基於上述時間先後順序控制第一通斷開關31、第二通斷開關32、第三通斷開關33、第四通斷開關34、第五通斷開關35以及第六通斷開關36連通或斷開時，在時間先後順序上任意相鄰的兩個通斷開關連通或斷開的操作之間具有延時間隔，該延時間隔為0~2秒。不同的相鄰兩個通斷開關連通或斷開的操作之間的延時間隔可以不同，也可以相同。藉由設置上述延時間隔，一方面可以保證在兩個溫控源切換時卡盤40中的溫控介質不斷流，從而保護卡盤40不被燒壞。另一方面可以保證目前正在管路中循環的溫控介質殘留可以徹底回流，避免該溫控介質殘留與新流入的溫控介質混合，造成不同溫度的溫控介質串混；同時，還可以避免因通斷開關同時接通而導致兩種不同溫度的溫控介質同時向卡盤40通入的流量均較大，從而有效避免不同溫度的溫控介質串混。

在進行半導體製程的過程中，在採用其他熱源對卡盤進行加熱時，卡盤可能存在局部受熱較大（或者局部受熱的溫度需要控制在較低溫度）的情況，針對該情況，可以應用本實施例提供的半導體製程設備中的溫度控制裝置對卡盤進行溫度控制，例如第一溫控源11可以為低溫冷卻源，第二溫控源12可以為高溫冷卻源，且低溫冷卻源提供的冷卻介質的溫度低於高溫冷卻源提供的冷卻介質的溫度，以對卡盤局部受熱較大的部位進行降溫，從而可以使卡盤的整體受熱更加均勻。

在本實施例中，第一通斷開關31、第二通斷開關32及第六通斷開關36均為常開開關（如，常開二位二通閥），第三通斷開關33、第四通斷開關34及第五通斷開關35均為常閉開關（如，常閉二位二通閥）。第一通斷開關31、第二通斷開關32及第六通斷開關36分別對應的第一控制訊號、第二控制訊號及第六控制訊號被配置為：均為0時，第一通斷開關31、第二通斷開關32及第六通斷開關36均連通，第三通斷開關33、第四通斷開關34及第五通斷開關35均斷開；均為1時，第一通斷開關31、第二通斷開關32及第六通斷開關36均斷開，第三通斷開關33、第四通斷開關34及第五通斷開關35均連通。

基於上述半導體製程設備中的溫度控制裝置相同的構思，本實施例還提供一種半導體製程設備中的溫度控制方法，應用於上述任意實施方式的溫度控制裝置，該方法包括：在將卡盤40由與第一溫控源11連通切換至與第二溫控源12連通，或者將卡盤40由與第二溫控源12連通切換至與第一溫控源11連通時，按時間先後順序依次連通或斷開多個通斷開關。

於本實施例的具體實施方式中，第一輸出管道21上設置有第一通斷開關31，第一回流管道22上設置有第二通斷開關32，第二輸出管道23上設置有第三通斷開關33，第二回流管道24上設置有第四通斷開關34，第一短路管道25上設置有第五通斷開關35，第二短路管道26上設置有第六通斷開關36。

將卡盤40由與第一溫控源11連通切換至與第二溫控源12連通，包括：依次將第五通斷開關35連通，將第一通斷開關31斷開，將第三通斷關開關33連通，將第六通斷開關36斷開，將第四通斷開關34連通，將第二通斷開關32斷開。

將卡盤40由與第二溫控源12連通切換至與第一溫控源11連通，包括：按時間先後順序依次將第六通斷開關36連通，將第三通斷開關33斷開，將第一通斷關開關31連通，將第五通斷開關35斷開，將第二通斷開關32連通，將第四通斷開關34斷開。

於本實施例另一具體實施方式中，在上述時間先後順序上任意相鄰的兩個通斷開關連通或斷開的操作之間具有延時間隔，該延時間隔為0~2秒。

下面藉由一個具體實施例對該具體控制流程及原理進行說明。 1、常用狀態（採用低溫冷卻源（即，第一溫控源11）對卡盤40進行冷卻）：

此時所有的通斷開關的控制訊號均為0，第一通斷開關31、第二通斷開關32及第六通斷開關36均連通，第一回路和第四回路處於通路，第三通斷開關33、第四通斷開關34及第五通斷開關35斷開，第二回路和第三回路處於斷路，低溫冷卻介質經過第一通斷開關31，沿相應的管道依次流經流量計50和卡盤40，之後藉由第二通斷開關32回流到低溫冷卻源。即，此時低溫冷卻介質在卡盤與低溫冷卻源之間循環冷卻，同時高溫冷卻介質藉由第六通斷開關36形成自循環（不對卡盤進行冷卻）。 2、低溫冷卻源向高溫冷卻源切換的過程（在上述常用狀態的基礎上），如圖2所示：

第一步S1，置第五控制訊號為1，保持其他控制訊號均為0，此時第五通斷開關35連通，第三回路被接通。即，第一通斷開關31、第二通斷開關32、第五通斷開關35及第六通斷開關36均連通，第一回路、第三回路及第四回路均處於通路；第三通斷開關33和第四通斷開關34斷開，第二回路處於斷路，在這種情況下，一部分低溫冷卻介質藉由第五通斷開關35所在的第一短路管道25形成自循環，另一部分低溫冷卻介質依次經過第一通斷開關31所在的第一輸出管道21、流量計50所在的卡盤進口端管路27進入卡盤40，之後依次藉由卡盤出口端管路28和第二通斷開關32所在的第一回流管道22回流到低溫冷卻源（即，第一溫控源11），低溫冷卻介質在卡盤40與低溫冷卻源之間循環冷卻，此時高溫冷卻介質經第六通斷開關36所在的第二短路管道26形成自循環，高、低溫冷卻介質不會混合。較佳地，可設置第一步之後延時0.5S再進行下述第二步，即，在置第五控制訊號為1之後，延時0.5S再置下一個控制訊號。

第二步S2，置第一控制訊號為1，保持第五控制訊號為1，保持其他控制訊號為0，此時第一通斷開關31斷開，低溫冷卻介質無法藉由第一輸出管道21通向卡盤40，並且第五通斷開關35、第二通斷開關32、第六通斷開關36均連通，第三通斷開關33、第四通斷開關34均斷開，在這種情況下，大部分低溫冷卻介質藉由第五通斷開關35所在的第一短路管道25形成自循環，在第二步之前已經流過第一通斷開關31的小部分低溫冷卻介質在第一步S1的基礎上繼續流動，即，在經過流量計50所在的卡盤進口端管路27進入卡盤40之後，依次藉由卡盤出口端管路28和第二通斷開關32所在的第一回流管道22回流到低溫冷卻源（即，第一溫控源11），這部分低溫冷卻介質繼續流動在卡盤與低溫冷卻源之間的循環冷卻回路中，此時高溫冷卻介質仍然藉由第六通斷開關36所在的第二短路管道26形成自循環，高、低溫冷卻介質不會混合。較佳地，可設置第二步之後延時0.4S再進行下述第三步，即，在置第一控制訊號為1之後，延時0.4S再置下一個控制訊號。

第三步S3，置第三控制訊號為1，保持第五控制訊號、第一控制訊號均為1，保持其他控制訊號均為0，此時第三通斷開關33接通，高溫冷卻介質可以藉由第二輸出管道23通向卡盤40，並且第五通斷開關35、第二通斷開關32及第六通斷開關36均連通，第一通斷開關31和第四通斷開關34斷開，在這種情況下，大部分低溫冷卻介質藉由第五通斷開關35所在的第一短路管道25形成自循環，在第二步之前已經流過第一通斷開關31的小部分低溫冷卻介質在第二步S2的基礎上繼續流動，此時大部分高溫冷卻介質藉由第六通斷開關36所在的第二短路管道26形成自循環，小部分高溫冷卻介質依次經過第三通斷開關33所在的第二輸出管道23、流量計50所在的卡盤進口端管路27進入卡盤40，由於這部分的管道較長，且在第二步之前已經流過第一通斷開關31的小部分低溫冷卻介質已流出卡盤40，並藉由第二通斷開關32所在的第一回流管道22回流，所以高、低溫冷卻介質不會混合。較佳地，可設置第三步之後延時0.4S再進行下述第四步，即，在置第三控制訊號為1之後，延時0.4S再置下一個控制訊號，以保證在第二步之前已經流過第一通斷開關31的小部分低溫冷卻介質已全部流出卡盤40，使高、低溫冷卻介質不會混合。

第四步S4，置第六控制訊號為1，保持第五控制訊號、第一控制訊號、第三控制訊號為1，保持其他控制訊號為0，此時第六通斷開關36斷開，並且第五通斷開關35、第三通斷開關33、第二通斷開關32均連通，第一通斷開關31、第四通斷開關34均斷開，在這種情況下，大部分低溫冷卻介質藉由第五通斷開關35所在的第一短路管道25形成自循環，在第二步之前已經流過第一通斷開關31的小部分低溫冷卻介質在第二步S3的基礎上繼續流動，此時第六通斷開關36所在的第二短路管道26被切斷，高溫冷卻介質經過第三通斷開關33所在的第二輸出管道23、流量計50所在的卡盤進口端管路27進入卡盤40的流量變大，但同第三步S3相類似的，由於這部分的管道較長，且在第二步之前已經流過第一通斷開關31的小部分低溫冷卻介質已流出卡盤40，並藉由第二通斷開關32所在的第一回流管道22回流，所以高、低溫冷卻介質依舊不會混合。較佳地，可設置第四步之後延時1.5S再進行下述第五步。上述第四步與第五步之間的延時間隔的設置，需儘量保證殘留在管道內的少量低溫冷卻介質已進入第二通斷開關32所在的第一回流管道22，而高溫冷卻介質還未進入卡盤出口端管路28，以保證高、低溫冷卻介質不會混合。

第五步S5，置第四控制訊號為1，保持第五控制訊號、第一控制訊號、第三控制訊號、第六控制訊號為1，保持第二控制訊號為0，此時第四通斷開關34連通，並且第五通斷開關35、第三通斷開關33、第二通斷開關32均連通，第一通斷開關31和第六通斷開關36均斷開，在這種情況下，大部分低溫冷卻介質藉由第五通斷開關35所在的第一短路管道25形成自循環，殘留在第二通斷開關32所在的第一回流管道22的小部分低溫冷卻介質經第二通斷開關32回流至低溫冷卻源，此時高溫冷卻介質依次經過第三通斷開關33所在的第二輸出管道23、流量計50所在的卡盤進口端管路27進入卡盤40，大部分高溫冷卻介質藉由第四通斷開關34所在的第二回流管道24回流至高溫冷卻源（即，第二控溫源12），小部分高溫冷卻介質進入第二通斷開關32所在的第一回流管道22，但暫時未與低溫冷卻介質混合，高溫冷卻介質為在卡盤與高溫冷卻源之間循環冷卻。較佳地，可設置第五步之後延時0.9S再進行下述第六步。上述第五步與第六步之間的延時間隔的設置，需儘量保證殘留的低溫冷卻介質已全部回流至低溫冷卻源，且高溫冷卻介質未回流經過第二通斷開關32。

第六步S6，置第二控制訊號為1，保持第五控制訊號、第一控制訊號、第三控制訊號、第六控制訊號及第四控制訊號為1，此時第二通斷開關32斷開，並且第五通斷開關35、第三通斷開關33及第四通斷開關34均連通，第一通斷開關31和第六通斷開關36均斷開，在這種情況下，高溫冷卻介質依次經過第三通斷開關33所在的第二輸出管道23、流量計50所在的卡盤進口端管路27進入卡盤40，之後藉由第四通斷開關34所在的第二回流管道24回流至高溫冷卻源，高溫冷卻介質在卡盤與高溫冷卻源之間循環冷卻。此時，低溫冷卻介質經第五通斷開關35所在的第一短路管道25形成自循環。由此，完成低溫冷卻介質向高溫冷卻介質的切換。 3、高溫冷卻源向低溫冷卻源的切換過程（在完成上述第六步的基礎上），如圖3所示：

第七步S7，置第六控制訊號為0，此時第六通斷開關36連通，保持其他控制訊號為1，即第一通斷開關31和第二通斷開關32均斷開，第五通斷開關35、第四通斷開關34及第三通斷開關33均連通，在這種情況下，一部分高溫冷卻介質藉由第六通斷開關36所在的第二短路管道26形成自循環，另一部分高溫冷卻介質依次經過第三通斷開關33所在的第二輸出管道23、流量計50所在的卡盤進口端管路27進入卡盤40，之後藉由第四通斷開關34所在的第二回流管道24回流至高溫冷卻源，高溫冷卻介質在卡盤與高溫冷卻源之間循環冷卻，此時低溫冷卻介質藉由第五通斷開關35所在的第一短路管道25形成自循環，高、低溫冷卻介質不會混合。較佳地，可設置第七步之後延時0.5S再進行下述第八步，即，在置第六控制訊號為0之後，延時0.5S再置下一個控制訊號。

第八步S8，置第三控制訊號為0，保持第六控制訊號為0，保持其他控制訊號為1，此時第三通斷開關33斷開，並且第五通斷開關35、第四通斷開關34、第六通斷開關36均連通，第一通斷開關31、第二通斷開關32均斷開，大部分高溫冷卻介質藉由第六通斷開關36所在的第二短路管道26形成自循環，在第七步S7之前已經流過第三通斷開關33的小部分高溫冷卻介質在第七步S7的基礎上繼續流動，即，依次經過第三通斷開關33所在的第二輸出管道23、流量計50所在的卡盤進口端管路27進入卡盤40，之後藉由第四通斷開關34所在的第二回流管道24回流至高溫冷卻源，高溫冷卻介質在卡盤與高溫冷卻源之間循環冷卻，此時低溫冷卻介質經第五通斷開關35所在的第一短路管道25形成自循環，高、低溫冷卻介質不會混合。較佳地，可設置第八步之後延時0.4S再進行下述第九步，即，在置第三控制訊號為0之後，延時0.5S再置下一個控制訊號。

第九步S9，置第一控制訊號為0，保持第六控制訊號、第三控制訊號為0，保持其他控制訊號為1，此時第一通斷開關31連通，並且第五通斷開關35、第四通斷開關34、第六通斷開關36均連通，第三通斷開關33、第二通斷開關32均斷開，在這種情況下，大部分高溫冷卻介質藉由第六通斷開關36所在的第二短路管道26形成自循環，在第七步S7之前已經流過第三通斷開關33的小部分高溫冷卻介質在第八步S8的基礎上繼續流動，高溫冷卻介質在卡盤與高溫冷卻源之間循環冷卻，此時大部分低溫冷卻介質經第五通斷開關35所在的第一短路管道25形成自循環，小部分低溫冷卻介質經過第一通斷開關31所在的第一輸出管道21、流量計50所在的卡盤進口端管路27進入卡盤40，由於這部分的管道較長，且在第七步S7之前已經流過第三通斷開關33的小部分高溫冷卻介質已流出卡盤40，並一直在藉由第四通斷開關34所在的第二回流管道24回流至高溫冷卻源，所以高、低溫冷卻介質不會混合。較佳地，可設置第九步之後延時0.4S再進行下述第十步，即，在置第一控制訊號為0之後，延時0.4S再置下一個控制訊號。

第十步S10，置第五控制訊號為0，保持第一控制訊號、第三控制訊號及第六控制訊號為0，保持其他控制訊號為1，此時第五通斷開關35斷開，並且第四通斷開關34、第一通斷開關31、第六通斷開關36均連通，第三通斷開關33、第二通斷開關32均斷開，在這種情況下，大部分高溫冷卻介質藉由第六通斷開關36所在的第二短路管道26形成自循環，在第七步S7之前已經流過第三通斷開關33的小部分高溫冷卻介質在第九步S9的基礎上繼續流動，此時第五通斷開關35所在的第一短路管道25被切斷，低溫冷卻介質經過第一通斷開關31所在的第一輸出管道21、流量計50所在的卡盤進口端管路27進入卡盤40的流量變大，但同第九步S9相類似的，由於這部分的管道較長，且在第七步S7之前已經流過第三通斷開關33的小部分高溫冷卻介質已流出卡盤40，並一直在藉由第四通斷開關34所在的第二回流管道24回流至高溫冷卻源，高、低溫冷卻介質依舊不會混合。較佳地，可設置第十步之後延時1.5S再進行下述第十一步。上述第十步S10與第十一步S11之間的延時間隔的設置，需儘量保證殘留在管道內的少量高溫冷卻介質已進入卡盤出口端管路28，而低溫冷卻介質未進入卡盤出口端管路28。

第十一步S11，置第二控制訊號為0，保持第五控制訊號、第一控制訊號、第三控制訊號及第六控制訊號為0，保持其他控制訊號為1，此時第二通斷開關32連通，並且第四通斷開關34、第一通斷開關31、第六通斷開關36均連通，第五通斷開關35、第三通斷開關33均斷開，大部分高溫冷卻介質藉由第六通斷開關36所在的第二短路管道26形成自循環，殘留在第二回流管道24的小部分高溫冷卻介質經第四通斷開關34回流至高溫冷卻源。此時低溫冷卻介質經過第一通斷開關31所在的第一輸出管道21、流量計50所在的卡盤進口端管路27進入卡盤40，大部分低溫冷卻介質藉由第二通斷開關32所在的第一回流管道22回流至低溫冷卻源，小部分低溫冷卻介質進入卡盤出口端管路28中，但暫時未流至第四通斷開關34所在的第二回流管道24，所以低溫冷卻介質與高溫冷卻介質未混合，低溫冷卻介質在卡盤與低溫冷卻源之間循環冷卻。較佳地，可設置第十一步之後延時0.9S再進行下述第十二步，上述第十一步S11與第十二步S12之間的延時間隔的設置，需儘量保證殘留的高溫冷卻介質已全部回流至高溫冷卻源，且低溫冷卻介質未流經第四通斷開關34。

第十二步S12，置第四控制訊號為0，保持第五控制訊號、第一控制訊號、第二控制訊號、第三控制訊號及第六控制訊號為0，此時和第四通斷開關34斷開，並且第一通斷開關31、第二通斷開關32、第三通斷開關33及第六通斷開關36均連通，第五通斷開關35斷開，在這種情況下，低溫冷卻介質經過第一通斷開關31所在的第一輸出管道21、流量計50所在的卡盤進口端管路27進入卡盤40，之後藉由第二通斷開關32所在的第一回流管道22回流至低溫冷卻源，低溫冷卻介質在卡盤與低溫冷卻源之間循環冷卻。此時，高溫冷卻介質經第六通斷開關36所在的第二短路管道26形成自循環。由此，完成高溫冷卻介質向低溫冷卻介質的切換。

需要說明的是，上述相鄰兩步之間的延時間隔可以根據實際測試結果隨時調整，以使控制流程在滿足控制需求的情況下用時最短，從而進一步縮短控溫時間。

綜上所述，本發明提供的半導體製程設備中的溫度控制裝置及方法的技術方案中，溫度控制裝置包括第一溫控源和第二溫控源，藉由使兩個溫控源的溫控介質的溫度不同，可以不同的溫控功能（一個加熱一個冷卻，或者加熱或冷卻的程度不一樣等），從而可以縮短控溫時間，擴大控溫範圍，而且該溫度控制裝置的控制器可以控制多個通斷開關按時間先後順序依次連通或斷開，以實現卡盤由與第一溫控源連通切換至與第二溫控源連通，或者將卡盤由與第二溫控源連通切換至與第一溫控源連通，即，實現切換兩個溫控源，從而可以實現不同製程或步驟的不同晶圓溫度控制需求，同時由於多個通斷開關是按時間先後順序依次進行連通或斷開的操作，這與多個通斷開關同時操作相比，不僅可以避免不同溫度的溫控介質的串混，影響溫控介質的溫度，從而保證了控溫精度，而且還可以避免因溫控介質串混而導致的管道中液位異常，進而造成停工現象，從而保證了溫度控制裝置的正常穩定運行。

可以理解的是，以上實施方式僅僅是為了說明本申請的原理而採用的示例性實施方式，然而本申請並不局限於此。對於本領域內的普通技術人員而言，在不脫離本申請的精神和實質的情況下，可以做出各種變型和改進，這些變型和改進也視為本申請的保護範圍。

在本申請的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“上”、“下”、“前”、“後”、“左”、“右”、“垂直”、“水準”、“頂”、“底”、“內”、“外”等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本申請和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本申請的限制。

術語“第一”、“第二”僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特徵的數量。由此，限定有“第一”、“第二”的特徵可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特徵。在本申請的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。

在本申請的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是直接相連，也可以藉由中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對於本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本申請中的具體含義。

在本說明書的描述中，具體特徵、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。

以上僅是本申請的部分實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本申請原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本申請的保護範圍。

11:第一溫控源 12:第二溫控源 21:第一輸出管道 22:第一回流管道 23:第二輸出管道 24:第二回流管道 25:第一短路管道 26:第二短路管道 27:卡盤進口端管路 28:卡盤出口端管路 31:第一通斷開關 32:第二通斷開關 33:第三通斷開關 34:第四通斷開關 35:第五通斷開關 36:第六通斷開關 40:卡盤 50:流量計 S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10、S11、S12:步驟

圖1為本實施例提供的半導體製程設備中的溫度控制裝置的結構示意圖；圖2為本實施例提供的半導體製程設備中的溫度控制方法採用的低溫冷卻源向高溫冷卻源切換的流程框圖；圖3為本實施例提供的半導體製程設備中的溫度控制方法採用的高溫冷卻源向低溫冷卻源切換的流程框圖。

11:第一溫控源

12:第二溫控源

21:第一輸出管道

22:第一回流管道

23:第二輸出管道

24:第二回流管道

25:第一短路管道

26:第二短路管道

27:卡盤進口端管路

28:卡盤出口端管路

31:第一通斷開關

32:第二通斷開關

33:第三通斷開關

34:第四通斷開關

35:第五通斷開關

36:第六通斷開關

40:卡盤

50:流量計

Claims

一種半導體製程設備中的溫度控制裝置，用於控制該半導體製程設備中卡盤的溫度，其中，包括一第一溫控源、一第二溫控源、一第一輸出管道、一第二輸出管道、一第一回流管道、一第二回流管道、一第一短路管道、一第二短路管道及一控制器，其中；該第一溫控源的輸出口藉由該第一輸出管道與該卡盤的進口連通，該第一溫控源的回流口藉由該第一回流管道與該卡盤的出口連通；該第二溫控源的輸出口藉由該第二輸出管道與該卡盤的進口連通，該第二溫控源的回流口藉由該第二回流管道與該卡盤的出口連通；該第一溫控源的輸出口藉由該第一短路管道與該第一溫控源的回流口連通，該第二溫控源的輸出口藉由該第二短路管道與該第二溫控源的回流口連通；該第一輸出管道、該第二輸出管道、該第一回流管道、該第二回流管道、該第一短路管道、該第二短路管道上均設置有一通斷開關；該控制器用於按一延時間隔在時間先後順序上依次連通或斷開多個該通斷開關，將該卡盤由與該第一溫控源連通切換至與該第二溫控源連通，或者將該卡盤由與該第二溫控源連通切換至與該第一溫控源連通，該第一溫控源中溫控介質的溫度與該第二溫控源中溫控介質的溫度不同。
如請求項1所述的溫度控制裝置，其中，還包括一卡盤進口端管路和一卡盤出口端管路，該第一輸出管道和該第二輸出管道均藉由該卡盤進口端管路與該卡盤的進口連通，該卡盤進口端管路上設置有一流量計，該第一回流管道和該第二回流管道均藉由該卡盤出口端管路與該卡盤的出口連通。
如請求項1所述的溫度控制裝置，其中，該第一輸出管道上設置有一第一通斷開關，該第一回流管道上設置有一第二通斷開關，該第二輸出管道上設置有一第三通斷開關，該第二回流管道上設置有一第四通斷開關，該第一短路管道上設置有一第五通斷開關，該第二短路管道上設置有一第六通斷開關；該第一通斷開關、該第二通斷開關及該第六通斷開關連通，且該第三通斷開關、該第四通斷開關及該第五通斷開關斷開時，該卡盤與該第一溫控源連通；該第一通斷開關、該第二通斷開關及該第六通斷開關斷開，且該第三通斷開關、該第四通斷開關及該第五通斷開關連通時，該卡盤與該第二溫控源連通。
如請求項3所述的溫度控制裝置，其中，該第一通斷開關、該第二通斷開關及該第六通斷開關為一常開開關，該第三通斷開關、該第四通斷開關及該第五通斷開關為一常閉開關。
如請求項3所述的溫度控制裝置，其中，該控制器用於在將該卡盤由與該第一溫控源連通切換至與該第二溫控源連通時，按時間先後順序依次將該第五通斷開關連通，將該第一通斷開關斷開，將該第三通斷關開關連通，將該第六通斷開關斷開，將該第四通斷開關連通，將該第二通斷開關斷開。
如請求項3所述的溫度控制裝置，其中，該控制器用於在將該卡盤由與該第二溫控源連通切換至與該第一溫控源連通時，按時間先後順序依次將該第六通斷開關連通，將該第三通斷開關斷開，將該第一通斷關開關連通，將該第五通斷開關斷開，將該第二通斷開關連通，將該第四通斷開關斷開。
一種半導體製程設備中的溫度控制方法，其中，應用於請求項1至請求項6中任意一項所述的溫度控制裝置，該方法包括：在將該卡盤由與該第一溫控源連通切換至與該第二溫控源連通，或者將該卡盤由與該第二溫控源連通切換至與該第一溫控源連通時，按一延時間隔在時間先後順序上依次連通或斷開多個該通斷開關。
如請求項7所述的溫度控制方法，其中，該第一輸出管道上設置有一第一通斷開關，該第一回流管道上設置有一第二通斷開關，該第二輸出管道上設置有一第三通斷開關，該第二回流管道上設置有一第四通斷開關，該第一短路管道上設置有一第五通斷開關，該第二短路管道上設置有一第六通斷開關；該將該卡盤由與該第一溫控源連通切換至與該第二溫控源連通，包括：按時間先後順序依次將該第五通斷開關連通，將該第一通斷開關斷開，將該第三通斷關開關連通，將該第六通斷開關斷開，將該第四通斷開關連通，將該第二通斷開關斷開。
如請求項7所述的溫度控制方法，其中，該第一輸出管道上設置有一第一通斷開關，該第一回流管道上設置有一第二通斷開關，該第二輸出管道上設置有一第三通斷開關，該第二回流管道上設置有一第四通斷開關，該第一短路管道上設置有一第五通斷開關，該第二短路管道上設置有一第六通斷開關；該將該卡盤由與該第二溫控源連通切換至與該第一溫控源連通，包括：按時間先後順序依次將該第六通斷開關連通，將該第三通斷開關斷開，將該第一通斷關開關連通，將該第五通斷開關斷開，將該第二通斷開關連通，將該第四通斷開關斷開。
如請求項8或請求項9所述的溫度控制方法，其中，該延時間隔為0~2秒。