專利名稱：用于晶片溫度控制的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般來說涉及用于控制在處理環(huán)境下的晶片的溫度的方法和系統(tǒng)，更加確切的說，涉及用于精確的和粗略的粒度溫度控制的系統(tǒng)化的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代制造業(yè)的處理有時要求在特殊的制造階段必須具有精確的化學計量比。在利用處理室的半導(dǎo)體生產(chǎn)過程中尤為顯著。由于對精確的化學計量比的需求，被加工的目標(有時指的是指晶片)的溫度就是關(guān)鍵，因為與處理室和晶片相關(guān)的活性化學物質(zhì)受到處理室和晶片本身的溫度的影響。
更為明確的是，晶片的溫度在沉積或蝕刻應(yīng)用過程中尤其重要。因此，在類似的制造業(yè)的過程中對晶片溫度的控制要求非常高。當附屬于晶片時，溫度控制在考慮到晶片的平均溫度時可能是重要的，然而，對于晶片的特定位置來說，晶片溫度的控制也是很重要的。例如，人們希望建議在特殊的處理過程中的晶片表面的溫度梯度。當前，晶片溫度的控制主要是通過使用兩種技術(shù)來完成的。第一種技術(shù)包括熱交換器(眾所周知的冷卻器)。這些冷卻器可能使用各種不同的方式冷卻晶片的卡盤，以致控制位于卡盤上的晶片的溫度。這些類型的技術(shù)可能是有問題的，然而，由于冷卻器的使用可能僅僅足以完成處理室中的晶片溫度的總體控制。
另外一種用于控制晶片溫度的方法是在晶片和晶片卡盤之間引入壓力受控(通常在入口)的氣體。在晶片卡盤上將設(shè)置端口，通過該端口氣體可以輸出到晶片的背面。通過控制輸出到晶片背面的氣體的壓力，晶片的溫度得以控制。這種技術(shù)也是有問題的?？刂戚敵龅骄趁娴膲毫赡軆H僅允許非常精確的溫度控制。因此，在某些制造處理過程中，晶片的溫度可能超過利用背面的冷卻氣體的溫度控制系統(tǒng)的冷卻能力。而且，在某些情況下，晶片可能很大，以致為了維持理想的晶片溫度可能需要創(chuàng)建晶片上的多個區(qū)域，以及控制所述每一區(qū)域中的氣體壓力，這極大增加了這些溫度控制系統(tǒng)的復(fù)雜性。
晶片的溫度控制系統(tǒng)的運行也是十分昂貴的，在大多數(shù)情況下，這些溫度控制系統(tǒng)是在每一處理室的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的。換句話說，對于每一個需要實現(xiàn)晶片溫度控制的處理室來說，都需要加入晶片溫度控制所需的物理部件。
上文所描述的溫度控制方法的某些限制源于缺少對這些系統(tǒng)可用的數(shù)據(jù)。典型的是，由于沒有確定晶片自身的真實溫度的方法，所述系統(tǒng)采用通常并不考慮晶片自身的溫度或其他的可能影響晶片溫度的處理變量的控制算法。另外，由于利用的處理變量數(shù)量有限，所述的控制算法可能會受到串擾問題的影響。
因此，人們可以看到，存在一種對于降低用于考慮到晶片的溫度或其他的處理變量的控制晶片溫度的系統(tǒng)和方法的成本的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本文公開的是用于控制晶片的溫度的系統(tǒng)和方法。所述系統(tǒng)和方法可以采用背面晶片壓力控制系統(tǒng)(BSWPC)，包括串連可操作的子系統(tǒng)和控制器，以控制在一個或更多的處理室中的晶片的溫度。子系統(tǒng)可以包括用于控制流動到晶片的背面的氣體流量的機械部件，而為了控制在處理室中的晶片溫度，控制器可以被用于控制所述機械部件。更進一步，這些系統(tǒng)和方法的各種實施方案也可以使用與控制器結(jié)合的冷卻器，以提供粗略的和精確的溫度控制。
在一個實施方案中，與處理室相關(guān)的處理變量組，包括可能被感應(yīng)的晶片溫度，和利用設(shè)定值和處理變量組計算的誤差。在所述誤差的基礎(chǔ)上，輸出到晶片上的氣體壓力可以作為調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)以減少誤差。
在其他的實施方案中，冷卻器也可能在誤差的基礎(chǔ)上被控制。
本發(fā)明的某些實施方案可能利用溫度傳感器來感應(yīng)與晶片溫度相關(guān)的傳感數(shù)據(jù)，子系統(tǒng)可操作地調(diào)整輸出到晶片上的氣體的壓力，以及控制系統(tǒng)可操作地利用設(shè)定值和處理變量組計算誤差，并在計算的誤差的基礎(chǔ)上控制子系統(tǒng)。
在某些實施方案中，控制系統(tǒng)可能采用第一順序加熱轉(zhuǎn)換方程式。
當控制晶片的溫度時，本發(fā)明的各種實施方案可能提供允許考慮晶片溫度的技術(shù)優(yōu)勢，或其替代物，和其他的處理變量。通過利用將要用于調(diào)節(jié)晶片背面的氣體壓力和本發(fā)明的某些實施方案的冷卻器和子系統(tǒng)也可能提供允許將結(jié)合利用的粗略的或精確的梯度溫度控制的技術(shù)優(yōu)勢。通過允許粗略的或精確的梯度溫度控制不僅可以更加有效地降低溫度設(shè)定值和真實的溫度之間的誤差，而且任何需要的溫度變化的斜面可以被更加容易地優(yōu)化。
更進一步，本發(fā)明的某些實施方案可以通過將用于調(diào)節(jié)流向處理室的氣體流量的子系統(tǒng)和用于控制所述子系統(tǒng)的控制器進行結(jié)合來實現(xiàn)系統(tǒng)化。這將允許系統(tǒng)化的晶片溫度控制系統(tǒng)，例如，與工具控制器分離的承受晶片溫度控制系統(tǒng)的成本和復(fù)雜性的系統(tǒng)化的晶片溫度控制系統(tǒng)，以及處理工具自身，將會被減少。
同樣地，本發(fā)明的各種實施方案可能允許將用于調(diào)整氣體流量分布在處理室中的子系統(tǒng)，而將用于控制子系統(tǒng)的控制系統(tǒng)被集中化并從工具控制器中分離。這允許該類型的實施方案顯示增加的響應(yīng)時間，而仍然允許成本和復(fù)雜性將被降低。
當結(jié)合以下的說明和對應(yīng)的附圖，本發(fā)明的所述和其他的方面將會得到更好理解。以下的描述在指明各種不同的本發(fā)明的實施方案和眾多特定的細節(jié)時，通過舉例說明的方式而不是限制。大部分的替換、修改、增加或重新排列可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)實施，而且本發(fā)明包括所有上述替換、修改、增加或重新排列。


包含的本說明書的對應(yīng)的附圖和組成說明書的部分描述了本發(fā)明的某一方面。關(guān)于本發(fā)明的，各組成部分和系統(tǒng)的操作部分的較清楚的印象通過參考實施例將變得更為明顯而沒有限制，附圖中解釋說明的實施方案，其中相同的參考數(shù)字指向相同的部件。請注意附圖中舉例說明的特征不是嚴格按照比例繪制的。
附圖1包括結(jié)合的背面晶片壓力控制系統(tǒng)的一個實施方案的方框圖。
附圖2包括具有分配裝置子系統(tǒng)的背面晶片壓力控制系統(tǒng)的一個實施方案的方框圖。
附圖3包括具有冷卻器的結(jié)合的背面晶片壓力控制系統(tǒng)的一個實施方案的方框圖。
附圖4A和4B包括與本發(fā)明的各種實施方案結(jié)合利用的結(jié)合的壓力控制設(shè)備的實施方案的示意圖。
附圖5包括現(xiàn)有技術(shù)中的壓力控制系統(tǒng)的流程圖。
附圖6包括晶片溫度控制系統(tǒng)的一個實施方案的流程圖。
具體實施例方式
通過參考非限制性的實施方案，本發(fā)明，其各種特征和優(yōu)勢獲得更加完整地解釋，非限制性的實施方案在對應(yīng)的附圖中舉例說明，并在以下的說明中詳細解釋。關(guān)于已知的初始材料，處理技術(shù)，部件和方程式被省略，不使本發(fā)明在細節(jié)上含義模糊。雖然，人們將會理解，指向本發(fā)明的優(yōu)選的實施方案詳細的描述和特定的實施例只是通過舉例說明的方式提供，而不受到這些方式的限制。在閱讀了本說明書之后，各種不脫離權(quán)利要求的范圍的不同的替換、修改、添加和重新排列對于本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員是容易預(yù)見的。
注意力將集中在用于晶片溫度控制的系統(tǒng)和方法。所述系統(tǒng)和方法可以采用背面晶片壓力控制系統(tǒng)(BSWPC)，包括串連可操作的機械子系統(tǒng)和控制器，以控制在一個或更多的處理室中的晶片的溫度。機械子系統(tǒng)可以包括用于控制流動到晶片的背面的氣體流量的機械部件，而為了控制在處理室中的晶片溫度，控制器可以被用于控制所述機械部件。更進一步，這些系統(tǒng)和方法的各種實施方案也可以使用與控制器結(jié)合的冷卻器，以提供粗略的和精確的溫度控制。
BSWPC的控制器可以采用閉環(huán)控制算法，該閉環(huán)控制算法用于控制在一個或更多的處理室中的晶片溫度?？刂扑惴梢允褂枚鄠€處理變量，包括晶片溫度或類似的替代，以控制晶片和/或冷卻器的背面的氣體壓力，依次控制(直接或間接)晶片溫度。
本領(lǐng)域內(nèi)的任何一名普通技術(shù)人員都會理解，存在多種控制背面晶片壓力的方法和多種實現(xiàn)冷卻器/卡盤溫度控制系統(tǒng)的方法，在一個實施方案中，本發(fā)明提供控制器，該控制器控制系統(tǒng)的一種或全部類型，以控制、監(jiān)測、調(diào)節(jié)或校正使用任何數(shù)量的輸入的處理變量的閉環(huán)系統(tǒng)中的晶片溫度。更加確切地說，如果晶片溫度在某一設(shè)定值的預(yù)警范圍之外，本發(fā)明可以使用反饋信息來校正和調(diào)節(jié)晶片溫度。通過將BSWPC系統(tǒng)化，處理工具的復(fù)雜性將會降低，并改進晶片生產(chǎn)處理過程， 而同時減少執(zhí)行所述處理的系統(tǒng)或步驟的成本。
回到附圖1，包括本發(fā)明的背面晶片壓力控制系統(tǒng)(BSWPC)的一個實施方案的處理工具100的方框圖被描述。處理工具100可以帶有處理室14，每一個處理室14包括晶片卡盤12。BSWPC系統(tǒng)10可操作地控制分配到位于晶片卡盤12(或冷卻器，沒有在該實施方案中顯示)上的晶片的背面的氣體壓力，從而控制晶片的溫度。
BSWPC系統(tǒng)10可能包括用于控制分配到任一處理室14中的氣體壓力的控制器，和包括帶有部件(機械的和其他的部件，例如閥門/傳感器，但是作為整體可以指向機械子系統(tǒng))的子系統(tǒng)，以提供適當?shù)牧髁縼慝@得在晶片卡盤12上的晶片的背面所需要的壓力。如圖所示，每一個晶片卡盤12(用于每一晶片(未顯示))通過線路16連接到BSWPC系統(tǒng)10上。因此，通過調(diào)整或控制流經(jīng)特定的線路16的氣體流量，BSWPC系統(tǒng)10可以控制在特定的卡盤12上的晶片的背面氣體壓力。
在一個實施方案中，處理工具100包括在每一個處理室14中的用于提供晶片溫度的溫度傳感器20，或其替代，當信號通過線路18輸入到BSWPC系統(tǒng)10。溫度傳感器20可以是光學溫度傳感器，或能夠在處理環(huán)境中向BSWPC系統(tǒng)10提供局部的晶片溫度信息或與局部的晶片溫度有關(guān)的數(shù)據(jù)的其他任何傳感器，包括可以提供晶片溫度或與晶片溫度有關(guān)的信息的溫度傳感器，例如，卡盤的溫度，氣體溫度，或可以用作氣體溫度的替代的等離子體能量等等。處理工具100也可能包括壓力傳感器42，用于提供可以在壓力瞬變的補償中使用的使用點式壓力(POU)。由于BSWPC系統(tǒng)10可以調(diào)整背面的晶片壓力為利用由單一的氣體線路提供的氣體的處理室14，BSWPC系統(tǒng)10也可以利用來自單一的上游壓力傳感器40的數(shù)據(jù)，以補償上游的壓力瞬變和減少相關(guān)的費用。
在操作期間，BSWPC系統(tǒng)10可以接收來自工具控制器30的與一個或更多的處理室14，或位于晶片卡盤12上的晶片相關(guān)的設(shè)定值(例如，壓力或溫度)。在所述設(shè)定值的基礎(chǔ)上，BSWPC系統(tǒng)100可以通過控制壓力控制設(shè)備來控制位于晶片卡盤12上的一個或更多的晶片背面的氣體壓力，所述壓力控制設(shè)備與利用處理變量的處理室14相關(guān)，所述處理變量包括由溫度傳感器20、壓力傳感器40，42或工具控制器30提供。借此，BSWPC系統(tǒng)10可以基于在BSWPC系統(tǒng)10上接收到的輸入(將在下文中更加詳細討論)實際控制和校正晶片溫度的誤差。需要著重注意的是，由溫度傳感器20或壓力傳感器40，42提供的數(shù)據(jù)可以直接提供給BSWPC系統(tǒng)10，減少工具控制器30所要求的計算機上的復(fù)雜性。
由于在所述實施方案中，BSWPC系統(tǒng)10包括控制器和子系統(tǒng)，這一實施方案考慮到工具控制器30(來自BSWPC系統(tǒng)10)的一個接口和單一的上游壓力傳感器40的使用，減少BSWPC系統(tǒng)10的空間要求，處理工具100的復(fù)雜性和對應(yīng)的處理工具100的費用。
雖然本發(fā)明的實施方案在參考附圖1進行描述時可能適用于顯著降低處理工具的費用的情況，在其他的情況下，可能需要獲得快速的響應(yīng)時間和溫度控制。為實現(xiàn)上述目標，在本發(fā)明的特定的各種實施方案中，BSWPC系統(tǒng)中的機械子系統(tǒng)可能會被分配。
附圖2描述的是本發(fā)明的可供選擇的實施方案的方框圖。處理工具100可以具有處理室14，處理室14中的每一個包括晶片卡盤12。BSWPC系統(tǒng)可以被操作以控制傳輸?shù)轿挥诰ūP12上的晶片的背面的氣體壓力，并從而提供晶片的溫度。
BSWPC系統(tǒng)可以包括單一的控制器22以控制BSWPC子系統(tǒng)24，其中控制器22為間隔的和遠程的BSWPC子系統(tǒng)24提供控制函數(shù)，控制函數(shù)中的每一個都與處理室14耦合。BSWPC子系統(tǒng)24提供設(shè)備(機械裝置的或其他的設(shè)備)來執(zhí)行流量調(diào)整，當被控制器22指令控制在它們各自的處理室14中的晶片卡盤12上的晶片的背面壓力。
在一個實施方案中，BSWPC子系統(tǒng)24包括壓力變換器，閥門和流量計/傳感器。在其他的實施方案中，BSWPC子系統(tǒng)24可以包括如附圖4A和4B(將在下文中詳細描述)所示的集成壓力控制設(shè)備的其中之一。
在操作期間，BSWPC控制器22可以接收來自控制器30的與一個或更多的處理室14，或者位于晶片卡盤12上的晶片相關(guān)的設(shè)定值(例如，壓力或溫度)。在所述設(shè)定值的基礎(chǔ)上，為了調(diào)節(jié)位于晶片卡盤12上的一個或更多的晶片的背面的氣體壓力，BSWPC控制器22可以利用處理變量(包括由溫度傳感器20，壓力傳感器40，42或工具控制器30提供的數(shù)據(jù))來控制一個或更多的BSWPC子系統(tǒng)24。在接收到的輸入的基礎(chǔ)上(將在下文中詳細討論)，BSWPC控制器22通過子系統(tǒng)24的控制可以實際控制和校正晶片溫度中的誤差。由于控制器22與子系統(tǒng)24分離，該實施方案也考慮了工具控制器30的單一接口。
正如所看到的，附圖2中所描述的本發(fā)明的實施方案考慮到小的BSWPC子系統(tǒng)24直接安裝在或靠近晶片卡盤12安裝，當通過控制器22的遠程電子和控制余量控制時。與附圖1所描述的本發(fā)明的實施方案相比，可以看出附圖2的實施方案減少了BSWPC子系統(tǒng)24和晶片卡盤12之間的氣體體積，并因此能夠?qū)崿F(xiàn)通過更快的響應(yīng)時間提供的壓力控制。
雖然通過結(jié)合附圖1和附圖2描述了本發(fā)明的各種實施方案在調(diào)整位于晶片卡盤上的晶片的溫度是有效的，但是借助引導(dǎo)到晶片背面的氣體的壓力的調(diào)整的溫度控制的使用可能對于在相對小的窗口中的晶片的溫度的調(diào)整是最有用的，而且可以提供精確的控制度。然而，很多制造過程可能要求不同階段之間的溫度的相對大的回旋。因此，理想的是，有一種可以在控制晶片溫度的能力中獲得粗略的粒度方法。
附圖3描述的是僅具有控制的本發(fā)明中的一個實施方案。處理工具100包括附圖1中的BSWPC系統(tǒng)10，但在此還包括與晶片卡盤12和BSWPC系統(tǒng)10耦合的冷卻器60。附圖3中的BSWPC系統(tǒng)10利用BSWPC控制器來控制背面的晶片溫度(以及其晶片溫度)，正如附圖1中所描述的。另外，在本實施方案中，BSWPC控制器控制冷卻器60調(diào)整晶片卡盤12的溫度(以及晶片溫度)。BSWPC控制器可以通過向冷卻器60發(fā)送設(shè)定值來調(diào)節(jié)冷卻器60，或者BSWPC控制器可以控制冷卻器60的組成部件(例如，可以控制壓縮機和冷卻器60中用于控制單獨的腔室內(nèi)溫度的單獨的熱交換器)。
在操作期間，BSWPC系統(tǒng)10可以接收來自工具控制器30的與一個或更多的處理室14，或者晶片卡盤12上的晶片相關(guān)的壓力或溫度設(shè)定值。在設(shè)定值的基礎(chǔ)上，BSWPC系統(tǒng)10可以控制在晶片卡盤12上的一個或更多的晶片的背面氣體壓力，和控制利用處理變量的冷卻器60，所述處理變量包括由溫度傳感器20，壓力傳感器40，42或工具控制器30提供的變量。在這種形式下，BSWPC控制器具有改進的溫度控制，粗略的和精確的調(diào)節(jié)能力以及利用溫度中任何變化的斜度的能力都被要求用于特定的處理。
對于本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員來說是明顯的是，盡管附圖3中描述的本發(fā)明的實施方案利用了附圖1中的單一結(jié)合的BSWPC，遠程的分布式的BSWPC控制器和附圖2中單一的BSWPC子系統(tǒng)可以替換單一結(jié)合的附圖3中的控制器/子系統(tǒng)，并具有相同的效率。
現(xiàn)在參考附圖4A，描述的是可以在BSWPC子系統(tǒng)24或BSWPC系統(tǒng)10的子系統(tǒng)中使用的壓力控制設(shè)備70的一個實施方案的函數(shù)曲線。附圖4A顯示的是，來自氣體線路26的氣體輸入進入氣控閥72，氣控閥72可以打開/關(guān)閉閥門以允許氣體流經(jīng)控制設(shè)備70。沒有氣控閥72，氣體在通過端口78(在其他的實施方案中，比例控制閥76可以放置在質(zhì)量流量計74的上游)進入到晶片卡盤12之前將流經(jīng)質(zhì)量流量計74(即，熱傳感器)和比例控制閥76?？刂圃O(shè)備70可以包括POU或使用的壓力傳感器52的端點，其是可操作的以感應(yīng)流經(jīng)端口78到達晶片卡盤12的壓力，還包括固定孔口和真空泵之間的連接。固定的孔口可以用于排放氣體，以致流經(jīng)端口78氣體的壓力是可以被調(diào)節(jié)的。
然而，在某些情況下，在考慮到控制設(shè)備70的傳送時間或者控制設(shè)備70的動態(tài)范圍時，由于固定孔口對于有限的參數(shù)來說可能只是被優(yōu)化的，控制設(shè)備70中的固定孔口的使用可能成為限制因素。如果不是全部，為了減少利用固定孔口的限制，可以在與控制設(shè)備70結(jié)合使用一種節(jié)流孔口，而不使用固定孔口。附圖4B描述的是可以在BSWPC子系統(tǒng)24或BSWPC系統(tǒng)10的子系統(tǒng)中使用的利用了節(jié)流孔口的控制設(shè)備70的一個實施方案的函數(shù)曲線。通過使用節(jié)流孔口而不是固定孔口來釋放氣體，以致流經(jīng)端口78的氣體的壓力可以被調(diào)節(jié)，控制設(shè)備70可以被操作并在較寬的動態(tài)范圍內(nèi)是有效的。
盡管當被用于控制晶片背面的壓力時，在附圖4A和4B中描述的結(jié)合的壓力控制設(shè)備70可能是部分有效的，其他類似的設(shè)備也可以結(jié)合本發(fā)明中的各種實施方案來控制背面的晶片壓力。另外，當控制背面的晶片壓力的能力是已知時以及可以在本發(fā)明的實施方案中通過已知的技術(shù)執(zhí)行，和成為改進的方法(包括在現(xiàn)有技術(shù)中提供的)，本發(fā)明的系統(tǒng)和方法的其他的各種實施方案可以采用新的和新穎的方法。
這在舉例說明結(jié)合附圖1-3中描述的本發(fā)明的各種系統(tǒng)和附圖4A中的壓力控制設(shè)備來控制背面的晶片壓力的現(xiàn)有技術(shù)中的其中一種方法時是非常有用的。附圖5描述的只是現(xiàn)有技術(shù)中用于控制晶片背面的氣體壓力的壓力控制子系統(tǒng)45。壓力設(shè)定值輸入46通過工具控制器30提供到比較器或加法器48中。比較器48也接收來自POU壓力傳感器52或POU壓力傳感器42的POU壓力信號。比較器48的結(jié)果(比較壓力設(shè)定值和感應(yīng)到的壓力)可以被發(fā)送到比例-積分-微分控制器54(PID)，以控制比例控制閥76。POU壓力傳感器52也可以將作為壓力輸出56的壓力信號發(fā)送到系統(tǒng)的其他端口，包括工具控制器30。同時，如同附圖5所示，質(zhì)量流量計74可以向系統(tǒng)的其他端口(例如，到工具控制器30)提供流量輸出信號58并可以利用在處理過程中已知的曲線擬合函數(shù)。
雖然結(jié)合附圖5描述的壓力控制方法對于控制氣體的壓力是有效的，但當為了影響晶片的溫度而控制氣體的壓力時，將可能是特別有用的，以利用結(jié)合控制算法的廣泛的各種不同的處理變量，包括晶片本身的溫度。
附圖6描述的是，在根據(jù)本發(fā)明進行的腔室內(nèi)的操作(例如，沉積作用或蝕刻等等)用于控制晶片溫度的閉環(huán)控制系統(tǒng)80的一個實施方案。閉環(huán)控制系統(tǒng)將結(jié)合附圖1-4描述的本發(fā)明的系統(tǒng)進行描述，特別考慮到調(diào)節(jié)位于處理室12之一中的晶片的溫度。
工具控制器30(或全面的系統(tǒng)控制器)可能提供設(shè)定值輸入82。來自工具控制器的設(shè)定值輸入82可以是壓力設(shè)定值，溫度設(shè)定值或流量設(shè)定值。設(shè)定值的特定類型可以通過索引值標識。舉例來說，每一設(shè)定值輸入的索引可以如下
設(shè)定類型索引壓力0流量1晶片溫度2在一個實施方案中，本發(fā)明可以包括選擇器(例如，處理器和軟件或其他的解釋圖表；可以是比較器/加法器/誤差累計設(shè)備84或來自比較器84的間隔的一部分)，可以接收信息，其將識別何種設(shè)定值信息的類型來自于工具控制器30。例如在實施例中，所述選擇器的信息的公式將是SP<x，y>，其中x表示索引數(shù)字(例如，0表示壓力是變量，1表示流量，2表示晶片溫度)和y表示適當?shù)淖兞恐行枰脑O(shè)定值(例如，SP<1，200>可以表示設(shè)定值變量是流量和需要的設(shè)定值是200sccm)。出于以下描述的目的，設(shè)定值輸入82將被描述為溫度設(shè)定值。
在接收到設(shè)定值之后，閉環(huán)控制系統(tǒng)80可能利用各種測量的或計算的壓力變量來完成處理室14中的晶片的溫度控制，這是通過調(diào)節(jié)背面的晶片壓力的一面或兩面(例如，通過流量控制)或卡盤溫度(例如，通過冷卻器的控制)來實現(xiàn)的。
在一個實施方案中，比較器84采用來自工具控制器30的輸入設(shè)定值82和壓力、流量和溫度的處理變量(例如，感應(yīng)到的信號或修改的感應(yīng)到的信號)如下，感應(yīng)到的POU壓力(背面的晶片壓力)85，質(zhì)量流量信號87，晶片溫度89和上游壓力91。
POU壓力85(背面的晶片壓力)可以從POU壓力傳感器52或POU壓力傳感器42中接收；質(zhì)量流量信號87可能是通過質(zhì)量傳感器88感應(yīng)到的質(zhì)量流量，并被一個或更多的校正因素或配合算法的曲線進行校正；晶片溫度89可以通過溫度傳感器20感應(yīng)，上游壓力91可以通過上游壓力傳感器40感應(yīng)。這些處理變量中的每一個都可能從對應(yīng)的傳感器或工具控制器30中被直接發(fā)送。
來自這些處理變量，比較器84可以計算對于設(shè)定值輸入82的誤差。在一個實施方案中，通過利用以下形式的第一順序加熱轉(zhuǎn)換方程式E(t)＝Setpoint-K1*POU_Pressure-K2*Mass_Flow-K3*Wafer_Temp-K4*Up_Pressure，誤差計算可以被完成。
在某些實施方案中，第一順序加熱轉(zhuǎn)換方程式可以具有以下形式E(t)＝Setpoint？K1*POU_Pressure？K2*Mass_Flow？K3*Wafer_Temp-K4*Up_Pressure，其中K1，K2，K3和K4的數(shù)值范圍的變化取決于系統(tǒng)容積，系統(tǒng)質(zhì)量，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，材料和需要的響應(yīng)特征，但是典型的是在實質(zhì)為0到實質(zhì)為10,000的范圍之內(nèi)。
請注意被比較器84采用的算法中使用的每一處理變量在計算誤差的過程中采用系數(shù)K。在誤差算法中的K術(shù)語的數(shù)值可以被度量以獲得需要的壓力控制。同時，也需要注意的是通過利用0的K和特定的處理變量，處理變量可以從誤差計算中去除。
因此，利用以上的方程式中的形式，比較器84可以確定利用輸入82，85，87，89和91(或其子集)來確定誤差值。該誤差值可以依次被提供給控制器94。然后，控制器94在誤差值的基礎(chǔ)上，提供適當?shù)妮敵龅綔囟瓤刂破?8(在接收來自控制器94的輸入的基礎(chǔ)上，溫度控制器98可操作輸出控制信號到冷卻器60或冷卻器60(例如，熱交換器)的子部件)的一個或兩者中，和/或提供適當?shù)妮敵龅娇刂崎y76以控制壓力控制設(shè)備70的壓力和/或流量。在這種方式下，晶片溫度控制系統(tǒng)80可以控制晶片溫度和精確的(背面晶片壓力)和粗略的(冷卻器)溫度控制。正如附圖6所示，結(jié)合的晶片溫度控制系統(tǒng)80也可以向工具控制器30(盡管沒有顯示，晶片溫度和上游壓力也可以被提供到工具控制器30)提供作為輸出的壓力94和質(zhì)量流量96信號。
請注意，附圖6中的閉環(huán)控制系統(tǒng)通過結(jié)合附圖1-3和4A進行了描述，閉環(huán)控制系統(tǒng)可以與其他的BSWPC系統(tǒng)結(jié)合使用，而且附圖1-3中的BSWPC系統(tǒng)可以結(jié)合其他的壓力控制設(shè)備使用，除了附圖4A和4B中描述的系統(tǒng)以外的壓力控制設(shè)備，也可以和其他的控制系統(tǒng)結(jié)合使用，除了附圖6中描述的控制系統(tǒng)。
在以上的描述中，本發(fā)明參考特定的實施方案被描述。然而，本領(lǐng)域內(nèi)的任何一名普通技術(shù)人員都能理解在不脫離于本發(fā)明的范圍和以下的權(quán)利要求書的范圍可以進行各種不同的修改和變化。另外，說明書和附圖被認為是用于解釋說明，而不是限制，所有這樣的修改都在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
解決問題的利益、其他的優(yōu)勢和技術(shù)方案已經(jīng)在上文中結(jié)合特定的實施方案進行了描述。然而，解決問題的利益，其他的優(yōu)勢和技術(shù)方案及其任一結(jié)合(可能導(dǎo)致任何利益、優(yōu)勢或技術(shù)方案的發(fā)生或變得更加明確的)都不被解釋為關(guān)鍵的、必需的或本質(zhì)特征或任一或全部權(quán)利要求的組成。
權(quán)利要求
1.一種控制處理室中的晶片溫度的方法，該方法包括感應(yīng)與處理室相關(guān)的處理變量組，包括晶片溫度；利用設(shè)定值和處理變量組計算誤差；以及在誤差的基礎(chǔ)上，控制輸出到晶片上的氣體壓力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，進一步包括在誤差的基礎(chǔ)上控制冷卻器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，進一步包括在誤差的基礎(chǔ)上為冷卻器計算控制信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中控制氣體壓力包括控制壓力控制設(shè)備。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中壓力控制設(shè)備包括固定孔口。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中壓力控制設(shè)備包括節(jié)流孔口。
7.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，進一步包括為壓力控制設(shè)備計算控制信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中處理變量包括使用點式(POU)壓力，質(zhì)量流量和上游壓力。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中質(zhì)量流量通過曲線擬合算法進行校正。
10.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中計算誤差包括修改帶有系數(shù)的處理變量中的每一個處理變量。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中通過使用第一順序加熱轉(zhuǎn)換方程式計算誤差。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中通過使用形式為E(t)＝Setpoint-K1*POU_Pressure-K2*Mass_Flow-K3*Wafer_Temp-K4*Up_Pressure的方程式計算誤差。
13.一種控制處理室中的晶片溫度的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括用于感應(yīng)與晶片溫度相關(guān)的數(shù)據(jù)的溫度傳感器；可操作調(diào)節(jié)輸出到晶片上的氣體壓力的子系統(tǒng)；以及可操作利用設(shè)定值和處理變量組計算誤差，包括與晶片溫度相關(guān)的數(shù)據(jù)，和在誤差的基礎(chǔ)上控制子系統(tǒng)的控制系統(tǒng)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的系統(tǒng)，進一步包括冷卻器，其中控制系統(tǒng)在誤差的基礎(chǔ)上進一步可操作控制冷卻器。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的系統(tǒng)，其中控制系統(tǒng)和子系統(tǒng)是結(jié)合在一起的。
16.根據(jù)權(quán)利要求14的系統(tǒng)，其中子系統(tǒng)是分配的。
17.根據(jù)權(quán)利要求14的系統(tǒng)，其中控制系統(tǒng)進一步在誤差的基礎(chǔ)上可操作的為冷卻器計算控制信號。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的系統(tǒng)，其中子系統(tǒng)包括壓力控制設(shè)備。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的系統(tǒng)，其中壓力控制設(shè)備包括固定孔口。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的系統(tǒng)，其中壓力控制設(shè)備包括節(jié)流孔口。
21.根據(jù)權(quán)利要求18的系統(tǒng)，其中冷卻器進一步可做操作的為壓力控制設(shè)備計算控制信號。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的系統(tǒng)，其中進一步包括使用點式(POU)壓力傳感器，質(zhì)量流量壓力傳感器和上游壓力傳感器。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的系統(tǒng)，其中壓力控制設(shè)備包括POU壓力傳感器。
24.根據(jù)權(quán)利要求18的系統(tǒng)，其中計算誤差包括修改帶有系數(shù)的處理變量中的每一個處理變量。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的系統(tǒng)，其中通過使用第一順序加熱轉(zhuǎn)換方程式計算誤差。
26.根據(jù)權(quán)利要求24的系統(tǒng)，其中通過使用形式為E(t)＝Setpoint-K1*POU_Pressure-K2*Mass_Flow-K3*Wafer_Temp-K4*Up_Pressure的方程式計算誤差。
27.一種用于控制處理室中的晶片的溫度的系統(tǒng)，具有溫度傳感器組，每一個溫度傳感器可操作用于感應(yīng)與處理室中的晶片的溫度相關(guān)的數(shù)據(jù)；冷卻器；以及結(jié)合的背面晶片壓力控制系統(tǒng)，包括子系統(tǒng)組，每一個子系統(tǒng)與處理室相關(guān)并包括壓力控制器設(shè)備，可操作調(diào)節(jié)輸出到處理室中的晶片上的氣體壓力，以及控制系統(tǒng)，可操作的計算對應(yīng)于一個或更多的處理室組的誤差，所述處理室組利用與一個或更多的處理室相關(guān)的設(shè)定值和處理變量組，包括與在一個或更多的子系統(tǒng)中的晶片溫度相關(guān)的數(shù)據(jù)，并進一步在計算誤差的基礎(chǔ)上可操作控制與一個或更多的處理室相關(guān)的子系統(tǒng)和冷卻器。
28.一種用于控制處理室中的晶片溫度的方法，包括感應(yīng)與處理室相關(guān)的處理變量組，包括與晶片溫度，晶片背面的氣體壓力和晶片卡盤上的氣體流量相關(guān)的數(shù)據(jù)；利用設(shè)定值和處理變量組計算誤差；以及在誤差的基礎(chǔ)上控制輸出到晶片上的氣體壓力。
29.根據(jù)權(quán)利要求28的方法，其中與晶片溫度相關(guān)的數(shù)據(jù)包括卡盤的溫度，氣體或等離子體能量的溫度。
全文摘要
本文公開的是用于控制晶片的溫度的系統(tǒng)和方法。所述系統(tǒng)和方法可以采用背面晶片壓力控制系統(tǒng)(BSWPC)，包括串連可操作的子系統(tǒng)和控制器，以控制在一個或更多的處理室中的晶片的溫度。子系統(tǒng)可以包括用于控制流動到晶片的背面的氣體流量的機械部件，而為了控制在處理室中的晶片溫度，控制器可以被用于控制所述機械部件。更進一步，這些系統(tǒng)和方法的各種實施方案也可以使用與控制器結(jié)合的冷卻器，以提供粗略的和精確的溫度控制。
文檔編號F25D23/12GK101065616SQ200580034213
公開日2007年10月31日 申請日期2005年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月14日
發(fā)明者肯尼思·E·汀斯利, 斯圖阿特·A·蒂森 申請人:迅捷公司