等离子体处理装置及其温度控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体加工设备，特别涉及一种等离子体处理装置及应用于等离子体处理装置的温度控制方法。
【背景技术】
[0002]随着半导体制造工艺的发展，对元件的集成度和性能要求越来越高，等离子体技术得到了极为广泛的应用，其通过在等离子体处理装置的反应腔体内通入反应气体并引入电子流，利用射频电场使电子加速，与反应气体发生碰撞使反应气体发生电离而等离子体，产生的等离子体可被用于各种半导体制造工艺，例如沉积工艺(如化学气相沉积)、刻蚀工艺(如干法刻蚀)等。
[0003]在上述应用等离子体技术的工艺中，很多工艺效果受温度影响，因此温度控制是半导体制造工艺中非常重要的环节。特别地，在进行硅通孔(TSV)刻蚀工艺时需要交替反复进行刻蚀一沉积步骤，而沉积和刻蚀过程的温度要求具有显著差异，因此更需要精确的温度控制系统来实现这一苛刻要求。图1和图2所示为现有技术的电感耦合等离子体处理装置的结构示意图和温度控制示意图。如图1所示，电感耦合等离子体处理装置通常包括反应腔体1，反应腔体1内的底部设置静电卡盘5，待处理基片W被放置在静电卡盘5上。反应腔体1顶板的外侧上方配置有电感耦合线圈2，射频源4通过匹配器(图中未示)与该线圈2连接，射频源4所提供的射频电流流入线圈2，并围绕该线圈2产生磁场，进而在反应腔体1内感生出电场，以此对由气体源3注入到腔体内的工艺气体进行电离并产生等离子体，以对基片进行刻蚀沉积等处理。
[0004]为了控制待加工基片的温度，通常在静电夹盘5中设置冷却通路，利用向冷却通路中循环供给冷却剂与静电夹盘上的待加工基片进行热交换。如图所示，等离子体处理装置还包括设置于反应腔体外部的冷却器6，通过两条传输管线与静电夹盘中的冷却通路连接。其中，冷却器6的输出端6b通过其中一条传输管线与静电夹盘的冷却通路的入口端7a连接以供应冷却剂，冷却剂在静电夹盘中完成热交换后从冷却通路的出口端7b通过另一条传输管线回到冷却器的输入端6a而被回收。在冷却器6的输入端6a和输出端6b处分别设置有温度传感器8a和8b，以分别感测输入端6a和输出端6b的冷却剂温度。冷却器6还包括温度控制模块和执行模块(图中未示)，该温度控制模块以温度传感器8b检测的温度为控制对象，控制执行模块进行冷却剂的升温或降温动作，直至温度传感器8b的检测温度达到设定的静电夹盘的目标温度。
[0005]然而，由于连接冷却器和静电夹盘之间的传输管线(如金属管线)的长度至少为数米，冷却剂在经过传输管线过程中容易发生温度变化，如热量的损失，这就造成了冷却器侧的温度传感器8a的检测温度与冷却通路的进口端的实际温度、温度传感器8b所检测的温度与冷却通路出口端的实际温度之间都会存在差异。冷却器侧的温度传感器的测温值也就无法正确反映静电夹盘侧的实际温度，若以该测温值作为温控对象，将会严重影响工艺质量。此外，通过冷却器侧的温度传感器进行温度测量也存在一定时间的延迟，使得冷却器无法快速响应基片温度的变化，也进一步降低了基片温度控制的及时性和准确度。
[0006]因此，如何能够快速精确地对基片表面进行温度控制是本领域技术人员目前急需解决的技术问题。
【发明内容】
[0007]本发明的主要目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种精确控制基片温度并对基片温度变化及时响应的等离子体处理装置。
[0008]为达成上述目的，本发明提供一种等离子体处理装置，其包括反应腔体，其包括用于夹持待处理基片的静电夹盘，所述静电夹盘中设有冷却通路，所述冷却通路具有进口端和出口端；冷却器，其输出端和输入端分别通过传输管线与所述冷却通路的进口端和出口端相连，用以向所述冷却通路提供冷却剂以及从所述冷却通路回收经热交换的所述冷却剂；第一温度传感器，邻设于所述冷却通路的进口端，用于测量所述进口端的冷却剂温度；第二温度传感器，邻设于所述冷却通路的出口端，用于测量所述出口端的冷却剂温度。其中，所述冷却器包括温度控制单元和执行单元。所述执行单元用于调节经热交换的所述冷却剂的温度；所述温度控制单元与所述第一温度传感器和第二温度传感器相连，其根据所述进口端和所述出口端的冷却剂温度的差值以及所述出口端的冷却剂温度与所述静电夹盘的目标温度的差值调节所述执行单元的功率以使所述出口端的冷却剂温度达到所述目标温度。
[0009]优选的，所述执行单元包括用于加热所述冷却剂的加热器模块和用于冷却所述冷却剂的压缩机模块，当所述出口端的冷却剂温度低于所述目标温度时，所述控制单元禁能所述压缩机模块并调节所述加热器模块的加热功率以加热所述冷却剂；当所述出口端的冷却剂温度高于所述目标温度时，所述控制单元禁能所述加热器模块并调节所述压缩机模块的冷却功率以冷却所述冷却剂。
[0010]优选的，所述冷却器还包括报警单元，当所述进口端和所述出口端的冷却剂温度的差值大于第一阈值但小于第二阈值时，所述温度控制单元发出第一触发信号，所述报警单元根据该第一触发信号发出提示信号；当所述进口端和所述出口端的冷却剂温度的差值大于等于所述第二阈值时，所述温度控制单元发出第二触发信号，所述报警单元根据该第二触发信号发出报警信号。
[0011]优选的，所述冷却通路环绕为至少一圈且其出口端设置于所述静电夹盘的中心区域。
[0012]优选的，所述第一温度传感器为测温端子浸没于所述冷却剂中的第一热电偶；所述第二温度传感器为测温端子浸没于所述冷却剂中的第二热电偶。
[0013]本发明还提供了一种应用于上述等离子体处理装置的温度控制方法，其包括以下步骤:
[0014]S1:通过所述第一温度传感器测量所述进口端的冷却剂温度；
[0015]S2:通过所述第二温度传感器测量所述出口端的冷却剂温度；
[0016]S3:由所述温度控制单元根据所述进口端和所述出口端的冷却剂温度的差值以及所述出口端的冷却剂温度与所述静电夹盘的目标温度的差值调节所述执行单元的功率以使所述出口端的冷却剂温度达到所述目标温度。
[0017]优选的，所述执行单元包括用于加热所述冷却剂的加热器模块和用于冷却所述冷却剂的压缩机模块，步骤S3进一步包括:当所述出口端的冷却剂温度低于所述目标温度时，由所述温度控制单元禁能所述压缩机模块并控制所述加热器模块的加热功率以加热所述冷却剂；当所述出口端的冷却剂温度高于所述目标温度时，由所述温度控制单元禁能所述加热器模块并控制所述压缩机模块的冷却功率以冷却所述冷却剂。
[0018]优选的，所述温度控制方法还包括判断所述进口端和所述出口端的冷却剂温度的差值，当所述差值大于第一阈值但小于第二阈值时，发出提示信号；当所述差值大于等于所述第二阈值时发出报警信号。
[0019]优选的，所述冷却通路环绕为至少一圈且其出口端设置于所述静电夹盘的中心区域。
[0020]优选的，所述第一温度传感器和第二传感器为测温热电偶，通过将所述第一温度传感器和第二温度传感器的测温端子浸没于所述冷却剂中以测量所述进口端和所述出口端的冷却剂温度。
[0021]相较于现有技术，本发明的等离子体处理装置通过将两个温度传感器分别邻设于静电夹盘中冷却通路的进口端和出口端处以测量进口端和出口端的冷却剂温度，并以出口端的冷却剂测温值为温控对象控制冷却器的功率来进行冷却剂温度调节，能够对待处理基片的温度变化做出及时响应，同时也避免了冷却剂传输过程造成的温度测量的误差，进一步提高了基片温度控制的准确性。
【附图说明】
[0022]图1为现有技术中等离子体处理装置的结构示意图；
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