溫度控制系統(tǒng)、半導體制造裝置及溫度控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種溫度控制系統(tǒng)(1)，其中，該溫度控制系統(tǒng)(1)包括：第1調(diào)溫單元，其用于貯藏第1溫度的液體；第2調(diào)溫單元，其用于貯藏比第1溫度高的第2溫度的液體；低溫流路(76)，其供來自第1調(diào)溫單元的流體流動；高溫流路(77)，其供來自第2調(diào)溫單元的流體流動；旁路流路(73)，其用于使流體循環(huán)；結合流路(71)，其供在合流部(PA)處使來自低溫流路、高溫流路以及旁路流路這三個流路的流體合流后的流體流動；調(diào)溫部(70)，其供來自結合流路的流體流動，對在半導體制造裝置(100)中使用的構件進行冷卻或加熱；以及控制裝置(90)，其用于控制在合流部的上游側安裝于上述三個流路的可變閥門(79)的閥開度，而調(diào)整上述三個流路的流量分配比例。
【專利說明】溫度控制系統(tǒng)、半導體制造裝置及溫度控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及溫度控制系統(tǒng)、半導體制造裝置及溫度控制方法。
【背景技術】
[0002]一般使用靜電卡盤內(nèi)的加熱器和冷卻器單元對載置于靜電卡盤的被處理體的溫度進行控制。在該結構中，使預定溫度的冷媒在冷卻器的冷媒管內(nèi)循環(huán)而進行冷卻，并且對加熱器施加交流電流而進行加熱。這樣通過加熱器的加熱和冷卻器單元的冷卻，將靜電卡盤上的晶圓溫度調(diào)整為期望的溫度。
[0003]在上述結構的情況下，在冷卻器單元中總是持續(xù)流動有恒定流量的低溫冷媒(液體)。在該狀態(tài)下，為了提高溫度而需要對埋設在載置臺內(nèi)的加熱器進行加熱，但存在以下問題:由于冷卻器單元的冷卻作用，升溫要花費很多時間，溫度控制的響應較差。
[0004]作為上述問題的對策，存在減少冷卻器單元的低溫流體的流量這樣的方法。但是，這樣的話，冷卻器單元的冷卻能力下降，降溫速度降低且溫度控制性變差。作為另一對策，也存在增加加熱器的容量這樣的方法。但是，這樣的話，高頻電力的泄漏電流變大。原因是，在半導體制造裝置中，若在施加有高頻電力的載置臺上的靜電卡盤內(nèi)埋入有加熱器，則高頻電力通過加熱器線泄漏到外部，加熱器的容量越大，泄漏電流也越大。
[0005]當將高頻電力施加于腔室內(nèi)時，必須極力避免高頻電力泄漏到腔室外。因此，為了抑制高頻電力向腔室外的泄漏，在加熱器線上設置加熱器電源濾波器。可是，若增大加熱器的容量，則需要也增大加熱器電源濾波器的尺寸。而且，由于加熱器電源濾波器需要以緊鄰著埋入有加熱器的構件的方式設置，因此若加熱器電源濾波器的尺寸變大，則會在濾波器設置方面浪費空間，對其他機器的安裝空間產(chǎn)生限制。
[0006]因此，也考慮有不使用加熱器來控制溫度的方法。例如，專利文獻I的溫度控制裝置公開了一種這樣的溫度控制裝置:該溫度控制裝置具有對流體進行加熱并使加熱后的流體在調(diào)溫部循環(huán)的加熱循環(huán)和對流體進行冷卻并使冷卻后的流體在調(diào)溫部循環(huán)的冷卻循環(huán)，通過控制加熱循環(huán)、冷卻循環(huán)以及循環(huán)路徑的流量分配比例來控制靜電卡盤的溫度。在專利文獻I的溫度控制裝置中，加熱循環(huán)與冷卻循環(huán)是在彼此完全封閉的獨立系統(tǒng)的配管內(nèi)循環(huán)。而且，通過與在加熱循環(huán)中循環(huán)的高溫流體之間的換熱和與在冷卻循環(huán)中循環(huán)的低溫流體之間的換熱，使被二次加熱的高溫流體與被二次冷卻的低溫流體混合并在靜電卡盤內(nèi)的管內(nèi)流動。這種系統(tǒng)的溫度控制能力依賴于能夠在各個蓄熱罐內(nèi)總是貯藏何種程度的流體這樣的能力。即，為了維持上述溫度控制系統(tǒng)的溫度控制能力，需要使向各個蓄熱罐貯藏的流體的量超過能夠確保溫度的穩(wěn)定性的預定的閾值。
[0007]專利文獻1:日本特開2010 - 117812號公報
[0008]但是，在專利文獻I中，各個循環(huán)的貯藏流體的罐無法始終保持總是在罐內(nèi)貯藏有某一程度的量的流體的狀態(tài)，產(chǎn)生了貯藏的流體無法被控制為設定溫度的狀態(tài)，溫度控制性變差。
[0009]針對上述問題，在本發(fā)明的一實施方式中，提供這樣的溫度控制系統(tǒng)、半導體制造裝置以及溫度控制方法:通過并列設置包括多個蓄熱罐和循環(huán)泵的調(diào)溫單元并形成使調(diào)溫單元的蓄熱罐內(nèi)的液體進行循環(huán)的循環(huán)路徑，從而能夠確保必要的蓄熱量，并能夠進行更穩(wěn)定的溫度控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]為了解決上述問題，根據(jù)本發(fā)明的一技術方案，提供一種溫度控制系統(tǒng)，其用于控制在半導體制造裝置中使用的構件的溫度，其特征在于，該溫度控制系統(tǒng)包括:第I調(diào)溫單元，其用于貯藏被調(diào)節(jié)為第I溫度的液體；第2調(diào)溫單元，其用于貯藏被調(diào)節(jié)為比上述第I溫度高的第2溫度的液體；低溫流路，其供從上述第I調(diào)溫單元供給過來的流體流動；高溫流路，其供從上述第2調(diào)溫單元供給過來的流體流動；旁路流路，其用于使流體循環(huán)；結合流路，其在合流部處與上述低溫流路、上述高溫流路以及上述旁路流路合流，并供來自上述低溫流路、上述高溫流路以及上述旁路流路的流體合流后的流體流動；調(diào)溫部，其設置于上述構件或上述構件的附近，并供來自上述結合流路的流體流動，而對上述構件進行冷卻或加熱；可變閥門，其安裝于上述低溫流路的靠上述合流部的上游側的位置、上述高溫流路的靠上述合流部的上游側的位置以及上述旁路流路的靠上述合流部的上游側的位置；以及控制裝置，其用于控制上述可變閥門的閥開度，而調(diào)整上述低溫流路、上述高溫流路以及上述旁路流路的流量分配比例。
[0011]另外，為了解決上述問題，根據(jù)本發(fā)明的另一技術方案，提供一種半導體制造裝置，其使用溫度控制系統(tǒng)對半導體制造裝置的內(nèi)部的構件的溫度進行控制，其特征在于，上述該溫度控制系統(tǒng)包括:第I調(diào)溫單元，其用于貯藏被調(diào)節(jié)為第I溫度的液體；第2調(diào)溫單元，其用于貯藏被調(diào)節(jié)為比上述第I溫度高的第2溫度的液體；低溫流路，其供從上述第I調(diào)溫單元供給過來的流體流動；高溫流路，其供從上述第2調(diào)溫單元供給過來的流體流動；旁路流路，其用于使流體循環(huán)；結合流路，其在合流部與上述低溫流路、上述高溫流路以及上述旁路流路合流，并供在上述低溫流路、上述高溫流路以及上述旁路流動的流體流動；調(diào)溫部，其設置于上述構件或上述構件的附近，并供來自上述結合流路流的流體流動，而對上述構件進行冷卻或加熱；可變閥門，其安裝于上述低溫流路的靠上述合流部的上游側的位置、上述高溫流路的靠上述合流部的上游側的位置以及上述旁路流路的靠上述合流部的上游側的位置；以及控制裝置，其用于控制上述可變閥門的閥開度，而調(diào)整上述低溫流路、上述高溫流路以及上述旁路流路的流量分配比例。
[0012]另外，為了解決上述問題，根據(jù)本發(fā)明的另一技術方案，提供一種溫度控制方法，其用于控制在半導體制造裝置中使用的構件的溫度，其特征在于，該溫度控制方法包括以下工序:將被調(diào)節(jié)為第I溫度的液體貯藏于第I調(diào)溫單元，將被調(diào)節(jié)為比上述第I溫度高的第2溫度的液體貯藏于第2調(diào)溫單元，使從上述第I調(diào)溫單元供給過來的流體流入低溫流路，使從上述第2調(diào)溫單元供給過來的流體流入高溫流路，使流體經(jīng)由旁路流路循環(huán)，結合流路在合流部處與上述低溫流路、上述高溫流路以及上述旁路流路合流，并使在上述低溫流路、上述高溫流路以及上述旁路流路內(nèi)流動的流體流入結合流路，使流體從上述結合流路流入被設置于上述構件或上述構件的附近的調(diào)溫部，而對上述構件進行冷卻或加熱，控制被安裝于上述低溫流路的靠上述合流部的上游側的位置、上述高溫流路的靠上述合流部的上游側的位置以及上述旁路流路的靠上述合流部的上游側的位置的可變閥門的閥開度，而調(diào)整上述低溫流路、上述高溫流路以及上述旁路流路的流量分配比例。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的一技術方案，能夠提供這樣的溫度控制系統(tǒng)、半導體制造裝置以及溫度控制方法:通過并列設置包括多個蓄熱罐和循環(huán)泵的調(diào)溫單元并形成使調(diào)溫單元的蓄熱罐內(nèi)的液體進行循環(huán)的循環(huán)路徑，從而能夠確保必要的蓄熱量，并能夠進行更穩(wěn)定的溫度控制。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是一實施方式的溫度控制系統(tǒng)的整體結構圖。
[0015]圖2是一實施方式的溫度的反饋控制的流程圖。
[0016]圖3是一實施方式的可變閥門的開閉的時序圖。
[0017]圖4是一實施方式與比較例的溫度控制系統(tǒng)的示意結構圖。
[0018]圖5是用于說明一實施方式與比較例的冷卻能力的圖表。
[0019]圖6是用于說明一實施方式與比較例的加熱能力的圖表。
[0020]圖7是一實施方式的變形例I的溫度控制系統(tǒng)的整體結構圖。
[0021]圖8是一實施方式的變形例2的溫度控制系統(tǒng)的整體結構圖。
【具體實施方式】
[0022]以下，一邊參照添加附圖一邊說明本發(fā)明的實施方式。另外，在本說明書和附圖中，對實質上具有相同的功能結構的構成要素，通過標注相同的附圖標記來省略重復說明。
[0023][半導體處理裝置和溫度控制系統(tǒng)的整體結構]
[0024](半導體處理裝置)
[0025]首先，參照圖1說明本發(fā)明的一實施方式的溫度控制系統(tǒng)的整體結構。在本實施方式中，利用溫度控制系統(tǒng)I來執(zhí)行半導體處理裝置100的溫度控制。
[0026]圖1所示的半導體制造裝置100構成為RIE型的等離子處理裝置，具有例如鋁或不銹鋼等金屬制的圓筒型的處理容器10(腔室)。處理容器10接地。在處理容器10內(nèi)設有用于載置半導體晶圓W(以下，稱作晶圓W)的載置臺11。載置臺11例如由鋁構成，載置臺11借助絕緣性的筒狀保持部(未圖示)而支承于自處理容器10的底部向鉛垂上方延伸的筒狀支承部16。在載置臺11上的上表面上設有用于利用靜電吸附力來保持晶圓W的靜電卡盤12。靜電卡盤12通過被施加直流電壓而利用庫侖力將晶圓W吸附保持在卡盤上。在靜電卡盤12上載置有晶圓W。在本實施方式中，列舉靜電卡盤12作為溫度控制對象的器材的一例來進行說明。在本實施方式中，通過靜電卡盤12的溫度控制將晶圓W控制為預定的溫度。
[0027]在處理容器10的側壁與筒狀支承部16之間形成有排氣通路20。排氣通路20連接于未圖示的排氣裝置，并使用真空泵將處理容器10內(nèi)的處理空間減壓至預定的真空度。在處理容器10的側壁上安裝有用于對晶圓W的輸入輸出口進行開閉的搬送用的閘閥30。
[0028]在載置臺11上，借助匹配器34連接有等離子生成用的高頻電源32。高頻電源32將例如60MHz的高頻電力施加于載置臺11。這樣，載置臺11也作為下部電極發(fā)揮作用。另夕卜，在處理容器10的頂部設有后述的噴頭38來作為接地電位的上部電極。由此，來自高頻電源32的高頻電壓以一定的功率向載置臺11與噴頭38之間施加。[0029]頂部的噴頭38包括電極板36和以拆卸自如的方式支承電極板36的電極支承體37，該電極板36具有許多氣體通氣孔36a。在電極支承體37的內(nèi)部設有緩沖室35，在緩沖室35的氣體導入口 35a借助氣體供給配管42連接有氣體供給源40。由此，從氣體供給源40向處理容器10內(nèi)供給期望的氣體。
[0030]在處理容器10的周圍配置有呈環(huán)狀或同心狀延伸的磁體45。在處理容器10內(nèi)，在噴頭38與載置臺11之間的等離子生成空間內(nèi)，利用高頻電源32形成有鉛垂方向的RF電場。通過高頻放電，在靜電卡盤12的表面附近生成高密度的等離子。在生成的等離子的作用下，在處理容器10內(nèi)，對被控制為預定的溫度的晶圓W實施蝕刻處理。
[0031](溫度控制系統(tǒng))
[0032]在本實施方式的溫度控制系統(tǒng)I中，設有由低溫調(diào)溫單元74和高溫調(diào)溫單元75形成的兩個進行蓄熱的循環(huán)回路。這兩個循環(huán)回路擁有能夠貯藏流體的大型的罐和循環(huán)泵，向各個罐貯藏的流體的量能夠滿足能夠總是確保溫度的穩(wěn)定性的預定量。因此，維持溫度控制系統(tǒng)I的溫度控制能力，能夠進行穩(wěn)定的溫度控制。低溫調(diào)溫單元74是用于貯藏被調(diào)節(jié)為第I溫度的液體的第I調(diào)溫單元的一例。高溫調(diào)溫單元75是用于貯藏被調(diào)節(jié)為比第I溫度高的第2溫度的液體的第2調(diào)溫單元的一例。
[0033]低溫調(diào)溫單元74將被設置于低溫調(diào)溫單元74的換熱部調(diào)節(jié)為第I溫度的液體貯藏在低溫罐內(nèi)。高溫調(diào)溫單元75將被設置于高溫調(diào)溫單元75的換熱部調(diào)節(jié)為比第I溫度高的第2溫度的液體貯藏在高溫罐內(nèi)。第I溫度和第2溫度由后述的控制裝置90控制。低溫調(diào)溫單元74和高溫調(diào)溫單元75較大型，考慮到需要在半導體制造裝置100的周圍設置的排氣裝置等的配置空間，而將低溫調(diào)溫單元74和高溫調(diào)溫單元75配置于離處理容器10的較遠處。貯藏于低溫調(diào)溫單元74的低溫冷媒(液體)經(jīng)由低溫流路76到達合流部PA，而與使流體循環(huán)的旁路流路73合流。貯藏于高溫調(diào)溫單元75的高溫冷媒(液體)也同樣地經(jīng)由高溫流路77到達合流部PA，而與使流體循環(huán)的旁路流路73合流。在合流部PA中設有用于使分別在低溫流路76、高溫流路77以及旁路流路73中流動的流體混合的臨時罐78，使在這些流路中流動的流體暫時混合。結合流路71在合流部PA處與低溫流路76、高溫流路77以及旁路流路73合流，并供利用臨時罐78混合后的流體流動。這樣，通過將在結合流路71中流動的流體設為預先混合為某一程度的流體，能夠使在調(diào)溫部70內(nèi)流動的流體的溫度穩(wěn)定，并提高溫度控制性。
[0034]在載置臺11的內(nèi)部設有作為供流體流動的配管的調(diào)溫部70，從結合流路71流入液體，由此對靜電卡盤12進行冷卻或加熱。在調(diào)溫部70的流體的入口側連結有結合流路71，在調(diào)溫部70的流體的出口側連結有結合流路72。調(diào)溫部70是設置于溫度控制對象的構件或其附近、并從結合流路71流入流體而對上述構件進行冷卻或加熱的調(diào)溫部的一例。
[0035]結合流路71、72向調(diào)溫部70流入流體之后，在分支部PB處分支為低溫流路80、高溫流路81以及旁路流路73，從而形成使流體循環(huán)的循環(huán)路徑。通過將在該循環(huán)路徑內(nèi)循環(huán)的流體的溫度設為設定溫度，從而控制在調(diào)溫部70內(nèi)流動的流體的溫度，晶圓W上被調(diào)節(jié)為預定的處理溫度。
[0036]這樣，在本實施方式的溫度控制系統(tǒng)I中，在高溫流路77與低溫流路76內(nèi)流動的流體在合流部PA處直接流入、流出循環(huán)線路。
[0037]閥門單元79設置于合流部PA的上游側，包括可變閥門79a、79b、79c?？勺冮y門79a、79b、79c分別安裝于低溫流路76、旁路流路73、高溫流路77，通過改變可變閥門79a、79b,79c的閥芯的開度Va、Vb、Vc，從而調(diào)整自各個流路向結合流路內(nèi)流動的合流流量。閥門單元79配置在作為溫度控制對象的靜電卡盤12的附近，由此優(yōu)化溫度控制的響應性。
[0038]在自分支部PB分支的低溫流路80、高溫流路81以及旁路流路73上分別設有止回閥82、83、84，在分支部PB處分支而向三個方向流動的流體不會朝向分支部PB逆流。這樣，在低溫流路80內(nèi)流動的流體返回到低溫調(diào)溫單元74，在低溫調(diào)溫單元74內(nèi)再次被調(diào)節(jié)為第I溫度。閥門85設置于與低溫流路80相連結的配管88，并調(diào)整自低溫流路80經(jīng)由配管88返回到低溫調(diào)溫單元74的流體的返回量。
[0039]同樣地在高溫流路81 (按照紙面上的箭頭A自紙面的右側連接至左側)內(nèi)流動的流體返回到高溫調(diào)溫單元75，在高溫調(diào)溫單元75內(nèi)再次被調(diào)節(jié)為第2溫度。閥門86設置于與高溫流路81相連結的配管81，并調(diào)整自高溫流路81經(jīng)由配管89返回到高溫調(diào)溫單元75的流體的返回量。
[0040]控制裝置90調(diào)整被安裝于結合流路72的泵87的變頻器的頻率，控制向調(diào)溫部70流入的流體的流量。另外，如上所述，控制裝置90控制閥門單元79。由此，調(diào)整供給流體側的配管76、73、77這三個配管內(nèi)的壓力。由此，含有上述調(diào)溫部70的循環(huán)路徑內(nèi)的流量保持恒定，在分支部PB處分支的流體經(jīng)由旁路流路73循環(huán)或者返回到低溫調(diào)溫單元74、高溫調(diào)溫單元75。這樣，能夠使低溫調(diào)溫單元74與高溫調(diào)溫單元75的貯藏量相同。另外，在上述流量調(diào)整和壓力調(diào)整中使用被安裝在分支部PB附近的配管上的流量計F、壓力計P4以及安裝在閥門單元79附近的各個配管上的壓力計P1、P2、P3。
[0041]雖然在低溫流路80、高溫流路81、旁路流路73上分別設有止回閥82、83、84，但是由于上述壓力控制的些許誤差、例如在從低溫調(diào)溫單元74供給流體那樣的時刻流體向高溫流路內(nèi)流動等理由，有時高溫調(diào)溫單元75、低溫調(diào)溫單元74的液面產(chǎn)生高度差。
[0042]在這種情況下，在設置于低溫調(diào)溫單元74和高溫調(diào)溫單元75的附近的、連通各個單元內(nèi)罐之間的液面調(diào)整罐98的作用下，高溫調(diào)溫單元75、低溫調(diào)溫單元74的兩液面也不會產(chǎn)生高度差。即，三個罐的液面全部自然地成為相同的高度。
[0043]在升溫時，從高溫調(diào)溫單元75流出的流體的量多于從低溫調(diào)溫單元74流出的流體的量，高溫調(diào)溫單元75的液面低于低溫調(diào)溫單元74的液面。在降溫時相反地低溫調(diào)溫單元74的液面低于高溫調(diào)溫單元75的液面。在這些情況下，貯藏于液面調(diào)整罐98內(nèi)的流體自然地流動到兩個罐中的液面下降的罐，而自然地成為同一液面。另外，液面調(diào)整罐98具有未圖示的液位計，通過檢測液面調(diào)整罐98的液面來檢測異常。
[0044]如以上所說明，在本實施方式的溫度控制系統(tǒng)I中，不使用加熱器而實現(xiàn)溫度控制。因此，在本實施方式的溫度控制系統(tǒng)I中，設置雙系統(tǒng)的溫度流體，以使靜電卡盤12的溫度成為設定溫度的方式管理低溫流體的溫度與高溫流體的溫度并以預定的流量比使低溫流體與高溫流體混合而流入靜電卡盤12。低溫流路與高溫流路不是獨立的封閉系統(tǒng)，而是在合流部PA處合流的開放的系統(tǒng)。在由使低溫流路與高溫流路以封閉的系統(tǒng)構成的系統(tǒng)中，在溫度控制中被加熱的流體的供給量或者被冷卻的流體的供給量不足，溫度控制性變差。特別是由于在被加熱后供給的流體的量存在某一程度的上限，因此在最初的數(shù)秒內(nèi)被加熱到高溫的流體的供給量枯竭且加熱能力降低。例如，在后述的圖6(加熱能力比較)的右圖表中，從加熱裝置的溫度Th可以看出，在最初的3秒內(nèi)被加熱到高溫的流體的供給量枯竭且加熱能力降低。
[0045]但是，根據(jù)本實施方式的溫度控制系統(tǒng)1，為了冷卻用和加熱用而設置低溫調(diào)溫單元74內(nèi)的罐和高溫調(diào)溫單元75的罐，由此能夠供給大量的流體，因此罐內(nèi)的流體不會枯竭就能夠連續(xù)地進行供給。由此，能夠進行高速的溫度調(diào)整和穩(wěn)定的溫度控制。
[0046]另外，溫度控制系統(tǒng)I設有單元吹掃功能，例如使用于從紙面上的箭頭B向配管內(nèi)填充空氣而使流體返回各個罐的情況。
[0047][溫度控制方法]
[0048](控制裝置的功能結構)
[0049]本實施方式的溫度控制系統(tǒng)I由控制裝置90控制。控制裝置90包括溫度控制部92、裝置控制部94以及存儲部96。
[0050]溫度控制部92控制靜電卡盤12的溫度。具體地說，溫度控制部92進行如下控制:調(diào)整泵87的變頻器的頻率，使得在旁路流路73、結合流路71、72、調(diào)溫部70內(nèi)循環(huán)的流體的流量恒定。另外，溫度控制部92分別調(diào)整可變閥門79a、79b、79c的閥開度Va、Vb、Vc以使得從低溫流路76、高溫流路77、旁路流路73等各個流路向結合流路中流動的合流流量均勻。
[0051]裝置控制部94根據(jù)存儲于存儲部96的制程來控制半導體制造裝置100。例如，裝置控制部94控制閘閥30的開閉、來自氣體供給源40的氣體供給、來自高頻電源32的高頻施加的時機，由此生成等離子并對晶圓W實施細微加工。
[0052](控制裝置的硬件結構)
[0053]控制裝置90具有未圖示的CPU (Central Processing Unit:中央處理器)、ROM (Read Only Memory:只讀存儲器)、RAM (Random Access Memory:隨機存取存儲器)，CPU根據(jù)例如儲存于存儲部96的各種制程來執(zhí)行工藝。由此，利用CPU控制蝕刻工藝、清潔工藝。存儲部96能夠使用例如半導體存儲器、磁盤或光盤等來實現(xiàn)RAM、R0M。制程儲存于存儲介質而被提供，既可以借助未圖示的驅動器而讀入存儲部85，而且，也可以自未圖示的網(wǎng)絡上下載并儲存于存儲部85。另外，為了實現(xiàn)上述各部分的功能，也可以取代CPU而使用DSP(Digital Signal Processor:數(shù)字信號處理器)。另外,控制裝置90的功能既可以通過使用軟件進行動作來實現(xiàn)，也可以通過使用硬件進行動作來實現(xiàn)。
[0054][反饋控制]
[0055]溫度控制部92 —邊監(jiān)視溫度傳感器Tl、溫度傳感器T2以及壓力傳感器P1、P2、P3，一邊對可變閥門79a、79b、79c的開閉進行反饋控制?？刂蒲b置90對可變閥門79a、79b、79c進行反饋控制以使得由溫度傳感器T2檢測到的溫度接近于由溫度傳感器Tl檢測到的溫度(目標值)。
[0056]溫度傳感器Tl相當于檢測在半導體制造裝置100中使用的構件的溫度的第I溫度傳感器。在此，溫度傳感器Tl檢測靜電卡盤12的溫度。另外，溫度傳感器T2相當于檢測合流部PA的下游側的結合流路71的溫度的第2溫度傳感器。
[0057]通常，在設定溫度未較大地發(fā)生變化的情況下，控制裝置90使流體在循環(huán)路徑(旁路流路73 —結合流路71 —調(diào)溫部70 —結合流路72 —旁路流路73)中流動，并減少相對于各個罐74、75出入的流體的流量，能量效率較好地使流體循環(huán)。另一方面，在想要加熱時，控制裝置90提高高溫流路77的可變閥門79c的閥芯的開度Vc而使高溫流體流入，提高向結合流路71流入的流體的溫度。在想要冷卻時，控制裝置90提高低溫流路76的可變閥門79a的閥芯的開度Va而使低溫流體流入，降低向結合流路71流入的流體的溫度。
[0058]在升溫時，控制裝置90控制可變閥門79a、79b、79c的閥芯的開度Va、Vb、Vc，以使得從高溫流路77流入到結合流路71的液體多于從低溫流路76和旁路流路73流入到結合流路71的液體。另外，在降溫時，控制裝置90控制可變閥門79a、79b、79c的閥芯的開度Va、Vb、V,以使得從低溫流路76流入到結合流路71的液體少于從高溫流路77和旁路流路73流入到結合流路71的液體。
[0059]參照圖2和圖3詳細說明控制裝置90對溫度的反饋控制。圖2是表示由控制裝置90執(zhí)行的反饋控制的處理順序的流程圖。圖3表示在圖2的處理中被控制的可變閥門79a.79b.79c的各個操作量(閥開度Va、Vb、Vc)的一例。利用控制裝置90的溫度控制部92以例如預定周期重復執(zhí)行圖2的處理。
[0060]當開始進行處理時，溫度控制部92首先在步驟SlO中獲取溫度傳感器Tl的檢測值作為靜電卡盤12的溫度的目標值Tt。另外，溫度控制部92獲取溫度傳感器T2的檢測值Td作為在合流部PA處合流后的流體的溫度。
[0061]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，根據(jù)檢測值Td對可變閥門79a、79b、79c的閥開度Va、Vb、Vc進行反饋控制。為此，溫度控制部92計算出用于反饋控制的基本操作量MB。
[0062]基本操作量MB是根據(jù)檢測值Td相對于目標值Tt的偏離程度計算出的量。詳細地說，在本實施方式中，通過檢測值Td與目標值Tt之差Λ的PID(比例積分微分)運算計算出基本操作量MB。
[0063]接著，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門79a、旁路流路的可變閥門79b以及高溫側的可變閥門79c的各操作量、即各個可變閥門79a、79b、79c的閥開度Va、Vb、Vc。在此，使用圖3所示的可變閥門的閥開度Va、Vb、Vc的關系。
[0064]在此，在基本操作量MB小于零的情況下，可變閥門79a的閥開度Va伴隨著基本操作量MB的增加而單調(diào)減少，在基本操作量MB為零以上的情況下，可變閥門79a的閥開度Va為“O”。這是為了檢測值Td比目標值Tt越高越增加低溫流路76的流量、并且在檢測值Td為目標值Tt以下的情況下不使用低溫流路76的設定。另外，在基本操作量MB大于零的情況下，可變閥門79c的閥開度Vc伴隨著基本操作量MB的增加而單調(diào)增加，在基本操作量MB為零以下的情況下，可變閥門79c的閥開度Vc為“O”。這是為了檢測值Td比目標值Tt越低越增加高溫流路77的流量、并且在檢測值Td為目標值Tt以上的情況下不使用高溫流路77的設定。而且，可變閥門79b的閥開度伴隨著基本操作量MB自零離開而單調(diào)減少。另夕卜，在圖3中，期望的是以自三個通路流出的合計流量不會因基本操作量MB的值而發(fā)生變化的方式設定各個閥開度Va、Vb、Ne。
[0065]根據(jù)這種設定，能夠根據(jù)通過檢測值Td與目標值Tt之差Λ的單一的PID運算來計算出的基本操作量ΜΒ，設定可變閥門79a、79b、79c這三個閥門的操作量。
[0066]若剛才的圖2的步驟S14的處理完成，則溫度控制部92在步驟S16中操作可變閥門79a、79b、79c的閥芯的開度Va、Vb、Vc。在步驟S18的處理完成的情況下，暫時結束這一系列的處理。[0067]根據(jù)這種反饋控制，能夠使檢測值Td高精度地追隨于目標值Tt。
[0068][溫度控制系統(tǒng)的冷卻能力]
[0069]接著，參照圖4和圖5說明本實施方式的溫度控制系統(tǒng)的冷卻能力。圖4的右側是本實施方式的溫度控制系統(tǒng)I的概略結構圖，表示圖1的溫度控制系統(tǒng)I的概略結構。圖4的左側是比較例的概略結構圖。圖5的右側是表示本實施方式的溫度控制系統(tǒng)I的冷卻效果的圖表。圖5的左側是表示比較例的冷卻效果的圖表。
[0070]在本實施方式的溫度控制系統(tǒng)I中，在4個溫度測量部位安裝有溫度傳感器。具體地說，是安裝于低溫調(diào)溫單元74并檢測溫度TC的溫度傳感器、安裝于高溫調(diào)溫單元75并檢測溫度Th的溫度傳感器、安裝于載置臺的流路入口并檢測溫度TI的溫度傳感器以及安裝于靜電卡盤12的表面并檢測溫度TS的溫度傳感器。
[0071]比較例的溫度控制系統(tǒng)包括體積吸收罐274、泵275、加熱裝置277以及冷卻裝置279。流路282形成循環(huán)流路，在流路282上設有泵275。流路282在泵275的上游側分為三支，分別形成了加熱流路283、旁路流路284、冷卻流路285。在加熱流路283的中途，作為加熱部件設有具有蓄熱罐的加熱裝置277，加熱裝置277對在加熱流路283內(nèi)流動的流體進行加熱。同樣地，在冷卻流路285的中途，作為冷卻部件設有具有蓄熱罐的冷卻裝置279，冷卻裝置279對在冷卻流路285內(nèi)流動的流體進行冷卻。閥門283a、284a、285a是為了操作分別在加熱流路283、旁路流路284、冷卻流路285內(nèi)流動的流體的流量而使用的。
[0072]流體在作為溫度控制對象的靜電卡盤280附近流動，由此，控制靜電卡盤280的溫度。在靜電卡盤280附近流動的流體自排出通路281返回循環(huán)流路。
[0073]在比較例的溫度控制系統(tǒng)中，也在4個溫度測量部位安裝有溫度傳感器。具體地說，是安裝于冷卻裝置279并檢測溫度TC的溫度傳感器、安裝于加熱裝置277并檢測溫度Th的溫度傳感器、安裝于載置臺的流路入口并檢測溫度TI的溫度傳感器以及安裝于靜電卡盤的表面并檢測溫度TS的溫度傳感器。
[0074]使用該結構的溫度控制系統(tǒng)來比較冷卻能力。將其結果表示在圖5中。由安裝于基座表面的靜電卡盤的溫度傳感器檢測出的溫度為目標溫度TS。當在開始冷卻之后將基座表面(靜電卡盤的溫度:目標溫度TS)的設定溫度自60°C變更為30°C時，對靜電卡盤的溫度以何種程度追隨于設定溫度進行測量，測量直到目標溫度TS下降為30°C的時間。
[0075]其結果，在圖5左側的圖表的比較例中，目標溫度TS從60°C到30°C下降At =30°C時花費了 32秒，而在圖5右側的圖表的本實施方式中，直到目標溫度TS下降At =30°C只花費了 21秒。根據(jù)該結果可知，本實施方式的溫度控制系統(tǒng)I的冷卻能力是比較例的溫度控制系統(tǒng)的冷卻能力的約1.5倍。特別是若比較安裝于比較例的冷卻裝置279和安裝于本實施方式的低溫調(diào)溫單元74的溫度傳感器的檢測值TC的溫度的推移，則在比較例中，10°C附近的低溫狀態(tài)只保持了大約6秒的情況，而在本實施方式中，能夠將10°C附近的低溫狀態(tài)保持大約35秒。根據(jù)以上可知，本實施方式的溫度控制系統(tǒng)I的冷卻能力是比較例的溫度控制系統(tǒng)的冷卻能力的1.5倍，也如圖5下側的圖表所示，本實施方式的溫度控制系統(tǒng)I的溫度響應性高于比較例的溫度控制系統(tǒng)的溫度響應性。
[0076][溫度控制系統(tǒng)的加熱能力]
[0077]關于加熱能力，也能夠如圖6所示獲得相同的效果。圖6的右側是表示本實施方式的溫度控制系統(tǒng)I的加熱效果的圖表。圖6的左側是表示比較例的加熱效果的圖表。[0078]在圖6中，取代安裝于低溫調(diào)溫單元74或安裝于冷卻裝置279的溫度傳感器TC而使用安裝于高溫調(diào)溫單元75或安裝于加熱裝置277的溫度傳感器Th?；牧髀啡肟诘臏囟葌鞲衅鱐1、基座12的表面的溫度傳感器TS繼續(xù)使用。
[0079]其結果，在圖6左側的圖表的比較例中，維持了 3秒的期望的高溫狀態(tài)。與此相對，在圖6右側的圖表的本實施方式中，維持了 17秒的高溫狀態(tài)。根據(jù)以上可知，本實施方式的溫度控制系統(tǒng)I的加熱能力是比較例的溫度控制系統(tǒng)的加熱能力的5倍以上，本實施方式的溫度控制系統(tǒng)I的溫度響應性也高于比較例的溫度控制系統(tǒng)的溫度響應性。
[0080][變形例]
[0081]最后，一邊參照圖7和圖8 一邊說明本實施方式的變形例的溫度控制系統(tǒng)I。根據(jù)圖7所示的變形例，在將靜電卡盤12分割為靜電卡盤12的中心部70a、周邊部70b而進行溫度控制的情況下，在本變形例中，以稱為中心部70a用的第I溫度控制系統(tǒng)與周邊部70b用的第2溫度控制系統(tǒng)的方式設置相同結構的兩個溫度控制系統(tǒng)。在該情況下，低溫調(diào)溫單元74a、74b這兩個低溫調(diào)溫單元與高溫調(diào)溫單元75a、75b這兩個高溫調(diào)溫單元分別配置于每個溫度控制系統(tǒng)。
[0082]另一方面，像圖8所示的變形例那樣，即使在將靜電卡盤12分割成靜電卡盤12的中心部70a、周邊部70b而進行溫度控制的情況下，通過增加低溫調(diào)溫單元74的容量和高溫調(diào)溫單元75的容量，也能夠將低溫調(diào)溫單元74和高溫調(diào)溫單元75共同使用于兩個溫度控制系統(tǒng)。在圖8中，在第I溫度控制系統(tǒng)的低溫流路內(nèi)和第2溫度控制系統(tǒng)的低溫流路內(nèi)流動的流體自附圖標記G、E返回到同一低溫調(diào)溫單元74。在第I溫度控制系統(tǒng)的高溫流路內(nèi)和第2溫度控制系統(tǒng)的高溫流路內(nèi)流動的流體自附圖標記D、A返回到同一低溫調(diào)溫單元74。由此，能夠利用使低溫調(diào)溫單元74和高溫調(diào)溫單元75共用而成的一個系統(tǒng)來進行溫度控制。
[0083]根據(jù)以上說明的變形例，能夠進行靜電卡盤的周邊部與中心部這兩個區(qū)域的溫度控制。由此，能夠使晶圓W上的溫度均勻。通過將例如易于被加熱的聚焦環(huán)附近的周邊部的溫度控制設為與中央部的溫度控制不同的控制，能夠提高溫度控制的精度。
[0084]如以上所說明，根據(jù)本實施方式和變形例，通過并列設置包括多個蓄熱罐和循環(huán)泵的調(diào)溫單元并形成使流體在上述構件中循環(huán)的循環(huán)路徑，能夠構建能夠確保必要的蓄熱量、能夠進行更穩(wěn)定的溫度控制的溫度控制系統(tǒng)I。由此，能夠使作為溫度控制對象的構件的溫度急劇升高或降低。因此，能夠縮短在制程步驟之間切換設定溫度時的溫度穩(wěn)定時間，能夠提高生產(chǎn)率。
[0085]另外，能夠迅速抑制構件的由工藝中的等離子能量引起的溫度的上升，能夠總是穩(wěn)定地控制成為目標的構件的溫度，由此能夠提高成品率。
[0086]< 結束 >
[0087]以上，一邊參照添加附圖一邊詳細說明了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但是本發(fā)明并不限定于該例子。只要是具有本發(fā)明所屬的【技術領域】的普通知識的人來說，在權利要求書所記載的技術思想的范疇內(nèi)就能夠想到各種變更例或修改例是顯而易見的，關于這一點，也當然理解為屬于本發(fā)明的保護范圍。另外，在存在多個上述實施方式和變形例的情況下，能夠在不產(chǎn)生矛盾的范圍內(nèi)進行組合。
[0088]例如，本發(fā)明的溫度控制方法不僅能夠使用于半導體制造裝置內(nèi)的靜電卡盤的溫度控制，還能夠使用于上部電極、沉積屏蔽件(日文— > K )(未圖示)或處理容器的溫度控制。
[0089]另外，能夠進行本發(fā)明的溫度控制的等離子工藝并不限于蝕刻工藝，也可以是成膜、灰化、濺射等任意工藝。
[0090]另外，本發(fā)明的溫度控制方法不僅能夠利用于平行平板型的蝕刻處理裝置，也能夠利用于圓筒狀的RLSA(Radial Line Slot Antenna:徑向線縫隙天線)半導體制造裝置、ICP(Inductively Coupled Plasma:感應稱合等離子體)半導體制造裝置、微波半導體制造裝置等任意半導體制造裝置。
[0091]本國際申請要求基于2011年11月15日提出申請的日本國特許出愿2011 —249360號的優(yōu)先權，并將其全部內(nèi)容引用于本國際申請中。
[0092]附圖標記說明
[0093]1、溫度控制系統(tǒng)；10、處理容器；12、載置臺(下部電極)；32、高頻電源；38、噴頭(上部電極)；40、氣體供給源；70、調(diào)溫部；71、結合流路；73、旁路流路；74、低溫調(diào)溫單元；75、高溫調(diào)溫單元；79a、79b、79c、可變閥門；76、低溫流路；77、高溫流路；78、臨時罐；90、控制裝置；92、溫度控制部；98、液面調(diào)整罐；100、半導體制造裝置；PA、合流部；PB、分支部。
【權利要求】
1.一種溫度控制系統(tǒng)，其用于控制在半導體制造裝置中使用的構件的溫度，其特征在于， 該溫度控制系統(tǒng)包括: 第I調(diào)溫單元，其用于貯藏被調(diào)節(jié)為第I溫度的液體； 第2調(diào)溫單元，其用于貯藏被調(diào)節(jié)為比上述第I溫度高的第2溫度的液體； 低溫流路，其供從上述第I調(diào)溫單元供給過來的流體流動； 高溫流路，其供從上述第2調(diào)溫單元供給過來的流體流動； 旁路流路，其用于使流體循環(huán)； 結合流路，其在合流部處與上述低溫流路、上述高溫流路以及上述旁路流路合流，并供來自上述低溫流路、上述高溫流路以及上述旁路流路的流體合流后的流體流動； 調(diào)溫部，其設置于上述構件或上述構件的附近，并供來自上述結合流路的流體流動，而對上述構件進行冷卻或加熱； 可變閥門，其安裝于上述低溫流路的靠上述合流部的上游側的位置、上述高溫流路的靠上述合流部的上游側的位置以及上述旁路流路的靠上述合流部的上游側的位置；以及控制裝置，其用于控制上述可變閥門的閥開度，而調(diào)整上述低溫流路、上述高溫流路以及上述旁路流路的流量分配比例。
2.根據(jù)權利要求1所述的溫度控制系統(tǒng)，其特征在于， 上述控制裝置進行控制以調(diào)整被安裝于上述低溫流路、上述高溫流路以及上述旁路流路的上述可變閥門的閥開度，而使在上述結合流路中流動的合流流量均勻。
3.根據(jù)權利要求1所述的溫度控制系統(tǒng)，其特征在于， 該溫度控制系統(tǒng)還包括: 第I溫度傳感器，其用于檢測上述構件的溫度；以及 第2溫度傳感器，其用于檢測上述合流部的下游側的上述結合流路的溫度； 上述控制裝置根據(jù)由上述第I溫度傳感器和上述第2溫度傳感器檢測到的溫度來對上述可變閥門的閥開度進行反饋控制。
4.根據(jù)權利要求1所述的溫度控制系統(tǒng)，其特征在于， 該溫度控制系統(tǒng)在上述第I調(diào)溫單元和上述第2調(diào)溫單元內(nèi)的罐的附近還具有將各個罐之間連通的液面調(diào)整罐，從而保持在控制時產(chǎn)生的液面平衡。
5.根據(jù)權利要求1所述的溫度控制系統(tǒng)，其特征在于， 上述結合流路向上述調(diào)溫部流入流體之后，在分支部處分支到上述低溫流路、上述高溫流路以及上述旁路流路，從而形成使流體循環(huán)的循環(huán)路徑， 上述控制裝置將在上述調(diào)溫部內(nèi)循環(huán)的液體的流量控制為恒定。
6.根據(jù)權利要求1所述的溫度控制系統(tǒng)，其特征在于， 上述合流部具有用于使分別在上述低溫流路、上述高溫流路以及上述旁路流路內(nèi)流動的流體混合的臨時罐。
7.根據(jù)權利要求1所述的溫度控制系統(tǒng)，其特征在于， 上述控制裝置控制上述可變閥門的閥開度，以使得在升溫時從上述高溫流路流入到上述結合流路的液體多于從上述低溫流路和上述旁路流路流入到上述結合流路的液體， 上述控制裝置控制上述可變閥門的閥開度，以使得在降溫時從上述低溫流路流入到上述結合流路的液體多于從上述高溫流路和上述旁路流路流入到上述結合流路的液體。
8.根據(jù)權利要求1所述的溫度控制系統(tǒng)，其特征在于， 上述構件是用于載置被處理體的靜電卡盤， 上述調(diào)溫部被分離為配置于上述靜電卡盤的中心部的流路和配置于上述靜電卡盤的周邊部的流路， 上述溫度控制系統(tǒng)包括向上述調(diào)溫部的配置于上述靜電卡盤的中心部的流路流入流體的第I溫度控制系統(tǒng)和向上述調(diào)溫部的配置于上述靜電卡盤的周邊部的流路流入流體的第2溫度控制系統(tǒng)。
9.根據(jù)權利要求8所述的溫度控制系統(tǒng)，其特征在于， 在上述第I溫度控制系統(tǒng)和第2溫度控制系統(tǒng)中分別獨立地設有包括貯藏罐和循環(huán)泵的上述第I調(diào)溫單元和上述第2調(diào)溫單元。
10.根據(jù)權利要求8所述的溫度控制系統(tǒng)，其特征在于， 在上述第I溫度控制系統(tǒng)和第2溫度控制系統(tǒng)中共享地設有包括貯藏罐和循環(huán)泵的上述第I調(diào)溫單元和上述第 2調(diào)溫單元。
11.一種半導體制造裝 置，其使用溫度控制系統(tǒng)對半導體制造裝置的內(nèi)部的構件的溫度進行控制，其特征在于， 上述該溫度控制系統(tǒng)包括: 第I調(diào)溫單元，其用于貯藏被調(diào)節(jié)為第I溫度的液體； 第2調(diào)溫單元，其用于貯藏被調(diào)節(jié)為比上述第I溫度高的第2溫度的液體； 低溫流路，其供從上述第I調(diào)溫單元供給過來的流體流動； 高溫流路，其供從上述第2調(diào)溫單元供給過來的流體流動； 旁路流路，其用于使流體循環(huán)； 結合流路，其在合流部處與上述低溫流路、上述高溫流路以及上述旁路流路合流，并供在上述低溫流路、上述高溫流路以及上述旁路流路內(nèi)流動的流體流動； 調(diào)溫部，其設置于上述構件或上述構件的附近，并供來自上述結合流路的流體流動，對上述構件進行冷卻或加熱； 可變閥門，其安裝于上述低溫流路的靠上述合流部的上游側的位置、上述高溫流路的靠上述合流部的上游側的位置以及上述旁路流路的靠上述合流部的上游側的位置；以及控制裝置，其用于控制上述可變閥門的閥開度，而調(diào)整上述低溫流路、上述高溫流路以及上述旁路流路的流量分配比例。
12.根據(jù)權利要求11所述的半導體制造裝置，其特征在于， 上述半導體制造裝置的內(nèi)部的構件是靜電卡盤、上部電極、沉積屏蔽件和處理容器中的至少任一者。
13.一種溫度控制方法，其用于控制在半導體制造裝置中使用的構件的溫度，其特征在于， 該溫度控制方法包括以下工序: 將被調(diào)節(jié)為第I溫度的液體貯藏于第I調(diào)溫單元， 將被調(diào)節(jié)為比上述第I溫度高的第2溫度的液體貯藏于第2調(diào)溫單元， 使從上述第I調(diào)溫單元供給過來的流體流入低溫流路，使從上述第2調(diào)溫單元供給過來的流體流入高溫流路， 使流體經(jīng)由旁路流路循環(huán)， 結合流路在合流部處與上述低溫流路、上述高溫流路以及上述旁路流路合流，并使在上述低溫流路、上述高溫流路以及上述旁路流路內(nèi)流動的流體流入結合流路， 使流體從上述結合流路流入被設置于上述構件或上述構件的附近的調(diào)溫部，而對上述構件進行冷卻或加熱， 控制被安裝于上述低溫流路的靠上述合流部的上游側的位置、上述高溫流路的靠上述合流部的上游側的位置以及上述旁路流路的靠上述合流部的上游側的位置的可變閥門的閥開度，而調(diào)整上述低溫流路、上述高溫流路以及上述旁路流路的流量分配比例。
【文檔編號】G05D23/19GK103930843SQ201280056275
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2012年11月13日 優(yōu)先權日:2011年11月15日
【發(fā)明者】小林敦, 田淵敦彥, 若井秀樹, 伊藤一壽, 廣瀨泰久, 西川桂一, 南谷隆弘 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社, Ckd株式會社