温度控制装置、方法以及半导体处理设备与流程

本发明涉及半导体设备，特别涉及一种温度控制装置、方法以及半导体处理设备。

背景技术：

1、在半导体制造过程中，需要对半导体处理设备中的温度受控部件例如静电卡盘和/或边缘环，进行温度控制，以保证晶片质量和生产效率。例如，半导体处理设备为干法刻蚀设备，干法刻蚀设备利用等离子体来对晶圆进行刻蚀，在不同工艺步骤时，需要高低温快速切换。

2、在现有的半导体处理设备中，通过不同的温控源控制温度，然而，由于温控源的数量限制，以及温控源响应时间慢，难以满足两个以上温度受控部件的温度快速响应和高低温快速切换。

3、为满足半导体工艺处理要求，需要提供一种能同时满足两种温度受控部件，例如静电卡盘和和边缘环的温度高低温快速切换和/或温度调节需求的温度控制装置，提高半导体处理设备的生产效率和良品率。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种温度控制装置、方法以及半导体处理设备，实现基于三温控源满足对两个温度受控部件的高低温快速切换和/或温度调节的要求。

2、为了实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：

3、一种温度控制装置，用于对第一部件和第二部件进行温度控制，所述第一部件内具有第一控温流路，所述第二部件内具有第二控温流路，包括：

4、第一温控源，其为低温源，用于输出第一温度流体；

5、第二温控源，其为高温源，用于输出第二温度流体；

6、第三温控源，其为低温源，用于输出第三温度流体；

7、第一阀组件，其输入端连接到所述第一温控源的输出口，其第一输出端连接到所述第一控温流路的入口，其第二输出端连接到所述第一温控源的回流口；

8、第二阀组件，其输入端连接到所述第二温控源的输出口，其第一输出端连接到所述第一控温流路的入口，其第二输出端连接到所述第二温控源的回流口；

9、第三阀组件，其输入端连接到所述第一控温流路的出口，其第一输出端连接到所述第二控温流路的入口；

10、第四阀组件，其输入端连接到所述第三阀组件的第二输出端，其第一输出端连接到所述第一温控源的回流口，其第二输出端连接到所述第二温控源的回流口；

11、第五阀组件，其输入端连接到所述第三温控源的输出口，其第一输出端连接到所述第二控温流路的入口，其第二输出端连接到所述第三温控源的回流口；

12、第六阀组件，其输入端连接到所述第二控温流路的出口，其第一输出端连接到所述第四阀组件的输入端，其第二输出端连接到所述第三温控源的回流口。

13、可选地，所述第一～第六阀组件为三通阀；或者

14、所述第一～第六阀组件中的每一个包括两个通断开关，两个通断开关的第一端相连接作为所述输入端，两个通断开关的第二端分别作为第一输出端和第二输出端。

15、可选地，所述第一、第二、第四阀组件中的每一个包括两个单通阀，两个单通阀的第一端相连接作为输入端，两个单通阀的第二端分别作为第一输出端和第二输出端。

16、可选地，所述第一阀组件包括一个第一单通阀和一个三通阀，所述第一单通阀的第一端和所述三通阀的第一输入端相连接作为所述第一阀组件的输入端，所述第一单通阀的第二端作为所述第一阀组件的第二输出端，所述三通阀的输出端作为所述第一阀组件的第一输出端；

17、所述第二阀组件包括一个第二单通阀和所述三通阀，所述第二单通阀的第一端和所述三通阀的第二输入端相连接作为所述第二阀组件的输入端，所述第二单通阀的第二端作为所述第二阀组件的第二输出端，所述三通阀的输出端作为所述第二阀组件的第一输出端。

18、可选地，所述第四阀组件为一个三通阀。

19、可选地，所述第一阀组件的第一输出端和所述第二阀组件的第一输出端连接到一促进流体混合的混合装置的输入端，所述混合装置的输出端连接到所述第一控温流路的入口。

20、可选地，所述第三阀组件、所述第五阀组件、所述第六阀组件为三通阀；或者

21、所述第三阀组件、所述第五阀组件、所述第六阀组件中的每一个包括两个通断开关，两个通断开关的第一端相连接作为所述输入端，两个通断开关的第二端分别作为第一输出端和第二输出端。

22、可选地，所述第一控温流路的入口和出口、所述第二控温流路的入口和出口均设有温度检测器。

23、可选地，所述第一部件和第二部件分别为静电卡盘和边缘环、气体喷淋头和进气盖板、上接地环和移动环中的任意一种组合。

24、一种温度控制装置，用于对第一部件和第二部件进行温度控制，所述第一部件内具有第一控温流路，所述第二部件内具有第二控温流路，包括：

25、第一温控源，其为低温源，用于输出第一温度流体；

26、第二温控源，其为高温源，用于输出第二温度流体；

27、第三温控源，其为低温源，用于输出第三温度流体；

28、第一阀组件，其输入端连接到所述第一温控源的输出口，其第一输出端连接到所述第一控温流路的入口，其第二输出端连接到所述第一温控源的回流口；

29、第二阀组件，其输入端连接到所述第三温控源的输出口，其第一输出端连接到所述第二控温流路的入口，其第二输出端连接到所述第三温控源的回流口；

30、第三阀组件，其输入端连接到所述第二温控源的输出口，其第一输出端连接到所述第一控温流路的入口，其第二输出端连接到所述第二温控源的回流口；

31、第四阀组件，其输入端连接到所述第一控温流路的出口，其第一输出端连接到所述第一温控源的回流口，其第二输出端连接到所述第二控温流路的入口；

32、第五阀组件，其输入端连接到所述第二控温流路的出口，其第一输出端连接到所述第三温控源的回流口，其第二输出端连接到所述第二温控源的回流口。

33、可选地，所述第一～第五阀组件为三通阀；或者

34、所述第一～第五阀组件中的每一个包括两个通断开关，两个通断开关的第一端相连接作为所述输入端，两个通断开关的第二端分别作为第一输出端和第二输出端。

35、可选地，所述第一控温流路的入口和出口、所述第二控温流路的入口和出口均设有温度检测器。

36、可选地，所述第一部件和第二部件分别为静电卡盘和边缘环、气体喷淋头和进气盖板、上接地环和移动环中的任意一种组合。

37、一种温度控制装置，用于对第一部件和第二部件进行温度控制，所述第一部件内具有第一控温流路，所述第二部件内具有第二控温流路，包括：

38、第一温控源，其为低温源，用于输出第一温度流体；

39、第二温控源，其为高温源，用于输出第二温度流体；

40、第三温控源，其为低温源，用于输出第三温度流体；

41、输出阀，其第一输入端连接到所述第一温控源的输出口，其第二输入端连接到所述第三温控源的输出口，所述第一温控源的输出口还通过第一旁路阀连接到所述第一温控源的回流口，所述第三温控源的输出口还通过第二旁路阀连接到所述第三温控源的回流口；

42、第一阀组件，其输入端连接到所述输出阀的输出端，其第一输出端连接到所述第一控温流路的入口，所述第一控温流路的出口连接到所述第二控温流路的入口；

43、第二阀组件，其输入端连接到所述第二温控源的输出口，其第一输出端连接到所述第一控温流路的入口，其第二输出端连接到所述第二温控源的回流口；

44、第三阀组件，其输入端连接到所述第二控温流路的出口，其第二输出端连接到所述第二温控源的回流口；

45、回流阀，其输入端连接到所述第三阀组件的第一输出端以及所述第一阀组件的第二输出端，其第一输出端连接到所述第一温控源的回流口，其第二输出端连接到所述第三温控源的回流口。

46、可选地，所述输出阀的第一输入端、第二输入端、输出端中的一个或两个设有流量计，所述回流阀的输入端、第一输出端、第二输出端中的一个或两个设有流量计，所述流量计的总数为三个。

47、可选地，所述输出阀的第一输入端、第二输入端设有压力传感器。

48、可选地，所述第一温控源的输出口和/或所述第三温控源的输出口和/或所述输出阀的输出端设有缓冲腔体。

49、可选地，所述第一旁路阀和所述第二旁路阀为比例阀。

50、可选地，所述第一阀组件、第二阀组件、第三阀组件为三通阀；或者

51、所述第一阀组件、第二阀组件、第三阀组件中的每一个包括两个通断开关，两个通断开关的第一端相连接作为所述输入端，两个通断开关的第二端分别作为第一输出端和第二输出端。

52、可选地，所述输出阀的第一输入端、第二输入端和输出端均设有温度检测器，所述回流阀的输入端设有温度检测器。

53、可选地，所述第一部件和第二部件分别为静电卡盘和边缘环、气体喷淋头和进气盖板、上接地环和移动环中的任意一种组合。

54、一种半导体处理设备，包括：反应腔，和上文所述的温度控制装置；

55、所述温度控制装置设置在所述反应腔的外部，用于对位于所述反应腔内部的第一部件和第二部件进行温度控制。

56、一种温度控制方法，采用上文所述的温度控制装置实现，所述温度控制方法包括：

57、所述第一阀组件的第一输出端关闭、第二输出端开启，

58、所述第二阀组件的第一输出端开启、第二输出端关闭，

59、所述第三阀组件的第一输出端开启、第二输出端关闭，

60、所述第四阀组件的第一输出端关闭、第二输出端开启，

61、所述第五阀组件的第一输出端关闭、第二输出端开启，

62、所述第六阀组件的第一输出端开启、第二输出端关闭，

63、以使：所述第二温度流体首先输入至所述第一控温流路，再输入至所述第二控温流路，最后返回所述第二温控源，对所述第一部件和所述第二部件同时进行加热。

64、可选地，所述第一、第二、第四阀组件的第一输出端、第二输出端均开启，

65、所述第三阀组件的第一输出端开启、第二输出端关闭，

66、所述第五阀组件的第一输出端关闭、第二输出端开启，

67、所述第六阀组件的第一输出端开启、第二输出端关闭，

68、以使：所述第一温度流体与所述第二温度流体的混合流体首先输入至所述第一控温流路，再输入至所述第二控温流路，最后返回所述第一温控源和所述第二温控源，对所述第一部件和所述第二部件同时进行加热。

69、可选地，所述第一阀组件的第一输出端开启、第二输出端关闭，

70、所述第二阀组件的第一输出端关闭、第二输出端开启，

71、所述第三阀组件的第一输出端关闭、第二输出端开启，

72、所述第四阀组件的第一输出端开启、第二输出端关闭，

73、所述第五阀组件的第一输出端开启、第二输出端关闭，

74、所述第六阀组件的第一输出端关闭、第二输出端开启，

75、以使：所述第一温度流体输入至所述第一控温流路，再返回所述第一温控源，对所述第一部件进行冷却；所述第三温度流体输入至所述第二控温流路，再返回所述第三温控源，对所述第二部件进行冷却。

76、一种温度控制方法，采用如上文所述的温度控制装置实现，所述温度控制方法包括：

77、所述第一阀组件的第一输出端开启、第二输出端关闭，

78、所述第二阀组件的第一输出端开启、第二输出端关闭，

79、所述第三阀组件的第一输出端关闭、第二输出端开启，

80、所述第四阀组件的第一输出端开启、第二输出端关闭，

81、所述第五阀组件的第一输出端开启、第二输出端关闭，

82、以使：所述第一温度流体输入至所述第一控温流路，再返回所述第一温控源，对所述第一部件进行冷却；所述第三温度流体输入至所述第二控温流路，再返回所述第三温控源，对所述第二部件进行冷却；

83、所述第一阀组件的第一输出端关闭、第二输出端开启，

84、所述第二阀组件的第一输出端关闭、第二输出端开启，

85、所述第三阀组件的第一输出端开启、第二输出端关闭，

86、所述第四阀组件的第一输出端关闭、第二输出端开启，

87、所述第五阀组件的第一输出端关闭、第二输出端开启，

88、以使：所述第二温度流体先输入至所述第一控温流路，再输入至所述第二控温流路，最后返回所述第二温控源，对所述第一部件和所述第二部件同时进行加热。

89、一种温度控制方法，采用上文所述的温度控制装置实现，所述温度控制方法包括：

90、所述第一阀组件的第一输出端开启、第二输出端关闭，

91、所述第二阀组件的第一输出端关闭、第二输出端开启，

92、所述第三阀组件的第一输出端开启、第二输出端关闭，

93、所述输出阀开启，所述回流阀开启，

94、所述第一旁路阀关闭，

95、所述第二旁路阀关闭，

96、以使：所述第一温度流体与所述第三温度流体的混合流体首先输入至所述第一控温流路，再输入至所述第二控温流路，最后返回所述第一温控源和所述第三温控源，对所述第一部件和所述第二部件同时进行冷却；

97、所述第一阀组件的第一输出端关闭、第二输出端开启，

98、所述第二阀组件的第一输出端开启、第二输出端关闭，

99、所述第三阀组件的第一输出端关闭、第二输出端开启，

100、所述输出阀关闭，所述回流阀关闭，

101、所述第一旁路阀开启，

102、所述第二旁路阀开启，

103、以使：所述第二温度流体首先输入至所述第一控温流路，再输入至所述第二控温流路，最后返回所述第二温控源，对所述第一部件和所述第二部件同时进行加热。

104、与现有技术相比，本发明具有如下优点：

105、本发明提供的温度控制装置包括三个温控源以及若干个阀结构，通过若干个阀结构的组合设置，将第一部件和第二部件进行串联控温，实现基于三温控源满足对两个温度受控部件的高低温快速切换和/或温度调节的要求，提高半导体处理设备的生产效率和良品率。