专利名称：具有温度补偿特征的温度控制方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有温度补偿特征的温度控制方法和装置。特别是涉及一种根据互为镜射(Mirror Reflected)的补偿温度特性曲线与主温度特性曲线，来操作之温度控制的方法和装置。
背景技术：
温度控制在工业生产上一直是个相当重要的课题，尤其是半导体设备的冷却，攸关着工业生产的设备成本，以及产品的合格率，故更是须要特别关注。而冷却机(Chiller)为常常被使用的有效冷却方式。使用冷却机的温度控制装置是使用储存在冷却机的单一冷却液槽的冷却液(其温度控制在低于受控体的温度)，通过管道流经受控体来降低受控体的温度。
请参照
图1，图1示出现有技术的温度控制装置的示意图。其中，此现有的温度控制装置至少包括具有主冷却液槽22的冷却装置20，和连接主冷却液槽22与受控体10的管道122和管道124，其中，主冷却液槽22中储存有温度控制在主冷却液标准温度设定值T22的主冷却液，而冷却装置20可为用于等离子反应室(Plasma Chamber)的冷却机，受控体10可为例如等离子反应室中的晶圆(Wafer)静电吸附器(Electrostatic Chuck；ESC)。当操作温度控制装置时，主冷却液通过管道122进入受控体10，冷却受控体10的温度后，温度高于主冷却液标准温度设定值T22的主冷却液再通过管道124流回主冷却液槽22，接着，冷却装置20再将主冷却液的温度降回主冷却液标准温度设定值T22。
然而，受到冷却装置20的控制系统的限制，受控体10的温度与标准受控温度值Ts(即受控体10欲被控制的温度)常有数度的误差。请参照图2，图2示出现有的温度控制装置的主温度特性曲线示意图(即当等离子反应室的RF电源开动时的温度曲线)，其中此温度控制装置如图1所示，且主冷却液的温度控制在主冷却液标准温度设定值。当热源(Heat Source)例如等离子在热源激活时间t1进入受控体时，受控体虽在冷却装置的冷却之下，其温度仍自标准受控温度值Ts开始上升，直到热源在热源关闭时间t2关闭，受控体的温度才又开始冷却至标准受控温度值Ts，如主温度特性曲线322所示。由此可知，现有的温度控制装置的效果不佳。例如在多晶硅的制造过程中，在t1为15秒和t2为45秒(即30秒内)时，等离子反应室中的晶圆静电吸附器的主温度特性曲线322与欲控制得之理想温度控制线320间的最大温度增加值DT22可多达3℃至4℃，而且时间愈长，最大温度增加值DT22还会更大。一般而言，当温度增加1℃时，多晶硅制造过程(如多晶硅蚀刻)便会产生约1.5纳米的误差(Error)，而依制程规格(Specification)的要求，当误差达3纳米时，晶圆便会被宣布报废。故现有的温度控制装置的效能无法满足半导体制造的要求。
因此，非常迫切需要发展一种具有温度补偿特征的温度控制方法和装置。通过有效地冷却受控体的温度，使温度控制的偏差(Deviation)缩小，由此满足半导体制造的要求，进而改善晶圆的合格率(Yield)。
发明内容
鉴于上述在现有的温度控制装置的偏差过大，无法满足半导体制造的要求，因而极易造成晶圆的报废。
因此，本发明的主要目的为提供一种具有温度补偿特征的温度控制方法和装置，通过将现有的温度控制装置加以改良，无须使用昂贵且复杂的温度控制设备，便可大幅缩小温度控制的偏差，来充分满足生产上的温度要求。
根据以上所述的目的，本发明提供了一种具有温度补偿特征的温度控制方法，是使用主温度控制装置和补偿温度控制装置，来控制受控体在标准受控温度值，此温度控制方法至少包括操作主温度控制装置，来提供主温度特性曲线；提供补偿温度特性曲线，其中补偿温度特性曲线是以标准受控温度值为基准，而与主温度特性曲线互为镜射；以及根据主温度特性曲线来操作主温度控制装置，并根据补偿温度特性曲线来同时操作补偿温度控制装置。
另外，本发明的具有温度补偿特征的温度控制装置，用以控制受控体在受控体设定温度，此温度控制的装置至少包括主温度控制装置，是根据主温度特性曲线来操作，此主温度控制装置至少包括主冷却液槽，连接于冷却装置，其中主冷却液槽中装有受温度控制的主冷却液；以及补偿温度控制装置，是根据补偿温度特性曲线来操作。
附图的简单说明本发明的较佳实施例已于前述的说明文字中辅以下列图形做更详细的阐述，其中图1示出现有的温度控制装置的示意图；图2示出现有的温度控制装置的主温度特性曲线示意图，其中此温度控制装置如图1所示，且主冷却液的温度控制在主冷却液标准温度设定值；图3示出本发明的一较佳实施例的温度控制装置的示意图；图4示出本发明的一较佳实施例的温度控制装置的补偿温度特性曲线示意图；图5示出应用本发明的一较佳实施例后所得的温度特性曲线示意图，其中主温度特性曲线如图2所示，而补偿温度特性曲线如图4所示；图6示出应用本发明的又一较佳实施例的温度控制装置的示意图；图7示出常开式微调流量控制阀的阀位置(流量)与所施加的电压的关系示意图；图8示出常关式微调流量控制阀之阀位置(流量)与所施加之电压的关系示意图；图9示出PN接口温度控制装置的温度差与所施加的电压的关系示意图；图10示出应用本发明的再一较佳实施例的温度控制装置的示意图；以及图11示出应用本发明的使用封闭回路的自动控制方式的示意图。
具体实施例方式
本发明揭露一种具有温度补偿特征的温度控制方法和装置，本发明的特征在于根据主温度特性曲线来操作主温度控制装置，并根据补偿温度特性曲线来同时操作补偿温度控制装置，藉以大幅增加受控体之温度控制的精准度，缩小温度控制的偏差。
本发明的主温度控制装置和补偿温度控制装置可使用同样的冷却装置(如冷却机)的控制器，来提供适当的温度补偿效果，由此抵销(Offset)单独使用主温度控制装置时所产生的温度偏差。
请同时参照图2、图4和图5，图4示出本发明的一较佳实施例的温度控制装置的补偿温度特性曲线示意图，图5示出应用本发明的一较佳实施例后所得的温度特性曲线示意图。本发明的温度控制方法至少包括操作主温度控制装置(如图1所示)，来提供主温度特性曲线322(如图2所示)；提供补偿温度特性曲线324(如图4所示)，其中补偿温度特性曲线324是以标准受控温度值Ts为基准，来与主温度特性曲线322互为镜射；以及根据主温度特性曲线322来操作主温度控制装置，并根据补偿温度特性曲线324来同时操作补偿温度控制装置，藉以获得如图5所示的结果，使温度控制的偏差缩小。因此，当受控体的机台欲动作一特定程序时，则该补偿温度控制装置同时将以该特定程序的温度特性来补偿之，故温度能完全维持在设定温度。
请参照图3，图3示出本发明一较佳实施例的温度控制装置的示意图。图3所示的主温度控制装置和补偿温度控制装置仅是用来举例说明本发明，本发明亦可应用于其它的温度控制系统，如PN接口(Junction)温度控制装置等，故本发明并不在此限。
本较佳实施例是在如图1所示的冷却装置20的主冷却液槽22(主温度控制装置)外，另外安装补偿温度控制装置，补偿温度控制装置至少包括温度补偿冷却液槽24；管道222和具有常关式(Normal Close)微调流量控制阀32的管道226；具有常开式(Normal Open)微调流量控制阀34的管道224以及管道228。其中，管道228可安装有常关式微调流量控制阀36。温度补偿冷却液槽24中装有温度控制在补偿温度设定值T24的补偿主冷却液，通常补偿温度设定值T24低于主冷却液标准温度设定值T22，如T22为60℃时，T24为50℃。管道222的一端是连接于温度补偿冷却液槽24，藉以使补偿冷却液由温度补偿冷却液槽24流出；管道226的一端是连接在管道222的另一端，而管道226的另一端连接于管道122进入受控体10之前，藉以使补偿冷却液与主冷却液会合后流入受控体10，管道226上的常关式微调流量控制阀32是用来控制补偿冷却液的流量。如欲单独使用主冷却液槽22来控制受控体10的温度(即如图1所示的现有装置)，则需关闭常关式微调流量控制阀32和常关式微调流量控制阀36(如图3和图6所示)。另外，可安装具有常开式微调流量控制阀34的管道224，藉以在打开常开式微调流量控制阀34后，可维持温度补偿冷却液槽24中的补偿冷却液于动态平衡。其中，管道224的一端是连接于管道226与管道222连接后的一位置，此位置位于管道226的常关式微调流量控制阀32与温度补偿冷却液槽24之间，而管道224的另一端则连接于温度补偿冷却液槽24，藉以使补偿冷却液流回温度补偿冷却液槽24，管道224的常开式微调流量控制阀34是用来控制补偿冷却液的流量。
又，如欲同时使用主冷却液槽22和温度补偿冷却液槽24来控制受控体10的温度，则需微开常关式微调流量控制阀32与36并微关常开式微调流量控制阀34，藉以控制适当的补偿冷却液经管道222和管道226，在管道122与主冷却液会合成混合液后，进入控制受控体10。降低受控体10的温度后，部分的混合液经管道124流回主冷却液槽22，另一部分的混合液经管道228和224流回温度补偿冷却液槽24，管道228的一端连接于管道124，而管道228的另一端连接于管道224上的常开式微调流量控制阀34与温度补偿冷却液槽24之间。请参照图6，图6示出应用本发明的又一较佳实施例的温度控制装置的示意图。如图6所示，管道228的一端亦可安装于受控体10，而其另一端可连接于管道224上的一位置，其中此位置是位于常开式微调流量控制阀34与温度补偿冷却液槽24之间。常关式微调流量控制阀36与常关式微调流量控制阀32为同步控制。而具有常关式微调流量控制阀32管道226可直接连接至受控体10，因而使主冷却液槽22和温度补偿冷却液槽24有各自的回路，其中的冷却液不混合，而两回路在受控体10内相当接近。
另外，温度补偿冷却液槽24的大小无一定的限制，通常可小于主冷却液槽22，视需补偿的温度大小而定。
值得一提的是，请参照图7和图8，图7示出常开式微调流量控制阀的阀位置与所施加的电压的关系示意图，图8示出常关式微调流量控制阀的阀位置与所施加的电压的关系示意图。常开式微调流量控制阀34与常关式微调流量控制阀32(或36)具有互补的功能，即常开式微调流量控制阀34全开时，常关式微调流量控制阀32和36必然是全关。常关式微调流量控制阀32和36应为同步微开微关的等同流量控制阀，常开式微调流量控制阀34则为另一流量控制阀。而常开式微调流量控制阀34的阀位置(Valve Position)是与所施加的电压成反比(如图7所示)，常关式微调控制阀32和36的阀位置是与所施加的电压成正比(如图8所示)。因此，可透过调整这些阀的位置，以获得较佳的受控体的温度特性曲线。
请同时参照图2、图3和图4。提供补偿温度特性曲线324的步骤可藉由单独使用具有主冷却液槽22的主温度控制装置来获得。亦即关闭常关式微调流量控制阀32和36，以及打开常开式微调流量控制阀34，来达到逐步调低受控体的温度，直至获得补偿温度特性曲线324为止，而此时所得的主冷却液的温度即为温度补偿冷却液槽24所应使用的补偿温度设定值T24。其中，此补偿温度特性曲线324是以标准受控温度值Ts(理想温度控制线320)为基准，而与如图2所示主温度特性曲线322大体上互为镜射。补偿温度特性曲线324是在时间t1和时间t2之间，由标准受控温度值Ts线性降低至最大温度减少值DT24后，再回升至标准受控温度值Ts。此最大温度减少值DT24约等于最大温度增加值DT22。
请同时参照图3和图5。当操作本发明的温度控制装置时，即微开常关式微调流量控制阀32和36，以及微关常开式微调流量控制阀34，并控制主冷却液的温度在主冷却液标准温度没定值T22、补偿冷却液的温度在补偿温度设定值T24，受控体的温度特性曲线大体上可趋近于理想温度控制线320。理论上，主温度特性曲线322与补偿温度特性曲线324的和为理想温度控制线320，实际实施本发明的温度控制方法与装置时，受控体的温度特性曲线与理想温度控制线320间的偏差可大幅改善至少一个级(Order)，如原本的最大温度增加值DT22多达3℃至4℃，应用本发明后，最大温度增加值DT22则可减少到0.3℃至0.4℃。
此外，如前所述，本发明亦可应用于其它的温度控制系统，即可使用其它的温度控制装置为本发明的主温度控制装置和补偿温度控制装置。请参照图9和图10，图9示出PN接口温度控制装置的温度差与所施加的电压的关系示意图，图10示出应用本发明的再一较佳实施例的温度控制装置的示意图。如图9所示，施加正电压可使温度增加(即正温度差)，施加负电压则可使温度减少(即负温度差)，故本发明可利用PN接口温度控制装置44来获得如上所述的补偿温度特性曲线，藉以补偿主温度控制装置所产生的偏差。请参照图11，图11示出应用本发明的使用封闭回路的自动控制方式的示意图。本发明的温度控制装置亦可使用封闭回路的自动控制方式，亦即在主温度控制装置16(可为如冷却机或PN接口温度控制装置等)工作之后，传送一回馈温度Tf(如受控体的温度)至比较器46，与标准受控温度值Ts比较后，据以对补偿温度控制装置18进行微调步骤400(即微调图3所示的常关式微调流量控制阀32或图10所示的PN接口温度控制装置44)，藉以更精确地提供温度补偿。
另外，本发明所使用的温度控制的技术乃为本领域技术人员人员所习知，故不在此赘述。
综合以上所述，本发明的优点为提供一种具有温度补偿特征的温度控制方法和装置，可将现有的温度控制装置加以改良，而无须使用昂贵且复杂的温度控制设备，便可大幅缩小温度控制的偏差，充分满足生产上的温度要求。
如本领域技术人员所了解的，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用以限定本发明的权利要求范围；凡其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在下述的权利要求范围内。
权利要求
1.一种具有温度补偿特征的温度控制方法，是使用一主温度控制装置和一补偿温度控制装置，来控制一受控体在一标准受控温度值，该温度控制方法至少包括操作该主温度控制装置，来提供一主温度特性曲线；提供一补偿温度特性曲线，其中该补偿温度特性曲线是以该标准受控温度值为基准，而与该主温度特性曲线互为镜射；以及根据该主温度特性曲线来操作该主温度控制装置，并根据该补偿温度特性曲线来同时操作该补偿温度控制装置。
2.如权利要求1所述的具有温度补偿特征的温度控制方法，其中该主温度控制装置具有一主冷却液槽的一冷却机，该主冷却液槽装有受温度控制的一主冷却液，而该提供该主温度特性曲线的步骤是只操作该主冷却液槽，且设定该主冷却液的温度至一主冷却液标准温度设定值。
3.如权利要求2所述的具有温度补偿特征的温度控制方法，其中该补偿温度控制装置至少包括连接于该冷却机的一温度补偿冷却液槽，该温度补偿冷却液槽中装有受温度控制的一补偿冷却液。
4.如权利要求1所述的具有温度补偿特征的温度控制方法，其中该补偿温度控制装置为一PN接口温度控制装置。
5.如权利要求1所述的具有温度补偿特征的温度控制方法，其中该主温度控制装置为一PN接口温度控制装置。
6.一种具有温度补偿特征的温度控制装置，用以控制一受控体于一标准受控温度值，该温度控制的装置至少包括一主温度控制装置，是根据一主温度特性曲线来操作；以及一补偿温度控制装置，是根据一补偿温度特性曲线来操作，其中该补偿温度特性曲线是以该标准受控温度值为基准，而与该主温度特性曲线互为镜射。
7.如权利要求6所述的具有温度补偿特征的温度控制装置，该主温度控制装置至少包括一主冷却液槽，连接于一冷却装置，其中该主冷却液槽中装有受温度控制的一主冷却液，而该补偿温度控制装置更至少包括一温度补偿冷却液槽，连接于该冷却装置，其中该温度补偿冷却液槽中装有受温度控制的一补偿冷却液；一第一管道，连接于该主冷却液槽和该受控体之间，藉以使该主冷却液由该主冷却液槽流入该受控体；一第二管道，连接于该主冷却液槽和该受控体之间，藉以使该主冷却液由该受控体流回该主冷却液槽；一第三管道，其中该第三管道的一端连接于该温度补偿冷却液槽，藉以使该补偿冷却液由该温度补偿冷却液槽流出；一第四管道，其中该第四管道的一端连接于该第三管道的另一端，而该第四管道的另一端连接于该第一管道进入该受控体之前，藉以使该补偿冷却液与该主冷却液会合后流入该受控体，该第四管道并安装有一第一阀，以控制该补偿冷却液的流量；以及一第五管道，其中该第五管道的一端连接于该第三管道与该第四管道连接后的一位置，该位置是位于该第四管道的该第一阀与该温度补偿冷却液槽之间，而该第五管道的另一端连接于该温度补偿冷却液槽，藉以使该补偿冷却液流回该温度补偿冷却液槽，该第五管道并安装有一第二阀，以控制该补偿冷却液的流量。
8.如权利要求7所述的具有温度补偿特征的温度控制装置，其中该补偿温度控制装置更至少包括一第六管道，其中该第六管道的一端连接于该第一管道，而该第六管道的另一端连接于该第五管道上的该第二阀与该温度补偿冷却液槽之间。
9.如权利要求6所述的具有温度补偿特征的温度控制装置，其中该补偿温度控制装置为一PN接口温度控制装置。
10.如权利要求6所述的具有温度补偿特征的温度控制装置，其中该主温度控制装置为一PN接口温度控制装置。
全文摘要
一种具有温度补偿特征的温度控制方法和装置。此温度控制方法至少包括操作主温度控制装置，来提供主温度特性曲线；提供补偿温度特性曲线，其中补偿温度特性曲线与主温度特性曲线互为镜射(Mirror Reflected)；以及根据主温度特性曲线来操作主温度控制装置，同时并根据补偿温度特性曲线来操作补偿温度控制装置。因此，当受控体的机台欲动作一特定程序时，则该补偿温度控制装置同时将以该特定程序的温度特性来补偿之，故温度能完全维持在设定温度。此主温度控制装置可为具有主冷却液(Coolant)槽的冷却机(Chiller)，或PN接口(Junction)温度控制装置等，而此补偿温度控制装置可为具有温度补偿冷却液槽的冷却机，或PN接口温度控制装置等，其中此补偿温度控制装置可为开放回路或封闭回路的自动控制方式。
文档编号G05D23/00GK1492295SQ02146940
公开日2004年4月28日 申请日期2002年10月24日 优先权日2002年10月24日
发明者萧义理, 周梅生, 彭进兴, 黄见翎, 陈择毅, 李俊仪, 吴学昌 申请人:台湾积体电路制造股份有限公司