用于等离子体处理设备的前馈温度控制 |
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| 申请号 | CN201080062730.4 | 申请日 | 2010-12-29 | 公开(公告)号 | CN102742365B | 公开(公告)日 | 2016-08-03 |
| 申请人 | 应用材料公司; | 发明人 | 科坦·马哈德斯瓦拉萨瓦米; 沃特·R·梅丽; 瑟乔伊·弗库达·秀吉; 张春雷; 亚莎斯维尼·帕特; 达·D·源; 蒂娜·琼; 沙恩·C·尼维尔; 道格拉斯·A·小布什伯格; 费纳多·M·斯李维亚; 巴德·L·梅斯; 卡尔蒂克·拉马斯瓦米; 汉密第·诺巴卡施; | ||||
| 摘要 | 用于利用减小的 控制器 响应时间和增加的 稳定性 来控制 等离子体 处理室 中的 温度 的方法和设备。 温度控制 至少部分地基于从进入等离子体处理室的等离子体功率输入得到的前馈控制 信号 。对于归因于等离子体功率的温度干扰进行补偿的前馈 控制信号 可以与消除所测量的温度与期望温度之间的误差的反馈控制信号结合。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于在工件的等离子处理期间控制处理温度的方法，包括： |
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| 说明书全文 | 用于等离子体处理设备的前馈温度控制[0001] 相关申请的交叉引用 [0002] 本申请要求2010年1月29日递交的美国临时专利申请61/299,818以及2010年10月15日递交的美国实用新型专利申请12/905,624的优先权，通过引用将这些专利申请全部结合在本文中。 技术领域背景技术[0004] 在等离子体处理室(诸如等离子体蚀刻或等离子体沉积室)中，室组件的温度通常是重要的参数以在处理期间进行控制。例如，衬底保持件(通常被称作卡盘或底座)的温度可以被控制来在处理方案(例如，控制蚀刻速率)期间将工件加热/冷却到各种受控温度。类似地，喷洒头/上电极或其他组件的温度也可以在处理方案期间被控制以影响处理。传统地，散热器和/或热源被耦合到处理室以将室组件的温度控制到设定点温度。诸如PID(比例积分微分)控制器的控制器被用于受到温度控制的组件与散热器/热源之间的热传递的反馈控制。利用简单的反馈控制产生稳定状态误差，除非使用足够大的积分环节。在简单的比例控制中，在存在外部干扰的状态下总是存在稳定状态误差(除非比例增益是无限的)。然而，使用大的积分控制导致具有大超调的不良瞬时状态并且需要长的调节时间。与具有短响应时间从而仅需要数秒来收敛到设定点的质量流量控制器(MFC)不同，在等离子体处理期间，由于卡盘等的大的热质量，室组件温度(诸如静电卡盘或喷洒头温度)在受扰动时可能需要30秒以上来稳定。因此，为了最迅速地补偿扰动，可以在反馈控制器中采用大的积分环节值，该反馈控制器具有使得温度控制更不稳定的不期望的副作用。 [0005] 此外，为了提供越来越复杂的膜堆叠部，许多等离子体工艺在相同处理室内将工件暴露到若干连续等离子体条件下。这种(在单个制造设备内而非在分别调整的系统中执行的)原位方案中的操作可能需要跨越宽范围的温度设定点，这将非线性引入到系统中使得发生微扰(perturbation)或扰动，同时温度在系统极限附近，产生无法忍受的响应时间。 [0006] 因此期望这样一种用于等离子体处理室的温度控制方案，其改善了稳定性并且提供了改善的瞬时响应和小的稳定状态误差。 发明内容[0008] 具体实施例包括一种方法，通过该方法，至少部分地利用前馈控制信号来控制处理室中的温度，该前馈控制信号基于耦合到处理室中的等离子体功率源的等离子体功率热负荷。在具体实施例中，输入等离子体功率信号的传递函数被用来补偿由功率源输出的等离子体功率对处理时进行的加热。在一个这种实施例中，基于等离子体功率信号来控制处理室与在处理室外部的散热器/热源之间的热传递，以补偿由向处理室的等离子体功率输入导致的温度的扰动。在另外的实施例中，温度控制方法还包括反馈控制信号，以消除所测量的温度与期望的温度之间的误差。 [0009] 在一个实施例中，等离子体功率输出控制信号包括输入到卡盘的第一偏压功率，并且前馈控制信号利用将偏压功率输入与卡盘温度相关联的预先限定的传递函数来补偿由所施加的等离子体功率对卡盘进行的加热，该卡盘被构造为支撑工件。在另外的实施例中，等离子体功率输出包括输入到卡盘的第二偏压功率，并且前馈控制信号利用第一和第二偏压功率的总和与卡盘温度之间的传递函数来补偿由所施加的等离子体功率对卡盘进 行的加热。 [0010] 实施例包括计算机可读介质，该计算机可读介质存储了指令，该指令在由处理系统执行时使得系统至少部分地利用前馈控制信号来控制处理室中的温度，该前馈控制信号基于从耦合到处理室中的功率源输出的功率。在具体实施例中，计算机可读介质包括等离子体功率信号与温度之间的传递函数，并且还包括用来补偿由等离子体功率输出进行的处理室的加热。在一个这种实施例中，计算机可读介质包括用于控制处理室与在处理室外部的散热器之间的热传递的指令。在另外的实施例中，计算机可读介质包括利用反馈控制信号进行温度控制的指令，以消除所测量的温度与期望的温度之间的误差。 [0011] 实施例包括等离子体处理室(诸如等离子体蚀刻或等离子体沉积系统)，等离子体处理室具有与散热器/热源耦合的受到温度控制的组件。等离子体功率源被耦合到处理室，以在对布置于处理室中的工件进行处理的期间给等离子体供应能量。温度控制器借助于前馈控制信号来管理受到温度控制的组件与散热器/热源之间的热传递。反馈信号也可以结合前馈信号来使用。在一个具体实施例中，受到温度控制的组件包括被构造为在处理期间支撑工件的卡盘。在另外的实施例中，温度控制器可通信地耦合到等离子体功率源，使得前馈控制信号可以基于由等离子体功率源输出的等离子体功率，以补偿受到温度控制的组件的等离子体加热。温度控制器还可以与散热器/热源(或者其散热器)可通信地耦合，使得前馈控制信号可以进一步基于受到温度控制的组件与散热器/热源之间的温度差。附图说明 [0013] 图1是根据本发明的实施例的，示出了包括前馈和反馈控制元件的温度控制系统的框图； [0014] 图2示出了根据本发明的实施例的，在利用图1中描述的控制系统来控制等离子体处理室的温度的方法中的具体操作的流程图； [0015] 图3A示出了根据本发明的实施例的，包括执行在图2中示出的方法的温度控制器的等离子体蚀刻系统的示意图； [0017] 图3C示出了根据本发明的实施例的增益组查找表； [0018] 图3D示出了根据本发明的实施例的，用于解决在等离子体处理方案中的两个步骤之间的设定点的改变的控制算法； [0019] 图3E示出了根据本发明的实施例的，由图3D的控制算法使用的增益组的查找表；以及 具体实施方式[0021] 在以下的具体描述中，提供了大量的具体细节，以提供本发明的实施例的透彻理解。然而，本领域技术人员将会理解可以在不具有其他细节的状态下实施其他实施例。在其他情况中，已知的方法、过程、组件和电路没有具体描述，以避免妨碍本发明。之后的具体描述的一些部分是关于操作在计算机存储器内的数据位(bit)或二字节数字信号的算法和符号表示来提供的。这些算法描述和表示可以是由数据处理领域的技术人员用来将他们工作的实质内容传授给本领域的其他技术人员。 [0022] 算法或方法在这里一般被认为是导致期望结果的动作或操作的前后一致的序列。它们包括物理量的物理运算。通常，但是非必要地，这些量具有能够被存储、传送、结合、比较以及以其他方式运算的电或磁信号的形式。已经证明，原理上由于一般用途的原因，有时方便地将这些信号作为位、值、元素、符号、字母、项、等级或数字等。然而应当理解这些或类似的术语与合适的物理量相关并且仅是应用于这些物理量的方便的标记。 [0023] 如下文中明显地，除非具体说明，可以理解在说明书全文中使用诸如“处理”、“运算”、“计算”、“确定”等的术语指的是计算机或计算系统(或者类似的电子计算装置)的运算和/或处理，这些计算处理装置操作在计算机系统的寄存器和/或存储器内的被表示为物理(诸如电子学)量的数据，并且/或者将这些数据转换为在计算系统的存储器、寄存器或者诸如信息存储、传输或显示装置的其他装置内被类似地表示为物理量的其他数据。 [0024] 本发明的实施例包括用于在其中执行操作的设备。该设备可以被特殊地构造为用于期望的目的，或者该设备可以包括被选择性地激活或由存储在装置中的程序构造的通用计算装置。这种程序可以被存储在存储介质上，例如但不局限于任何类型的盘，包括软盘、光盘、紧凑型只读盘(CD-ROM)、磁光盘、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、电可编程只读存储器(EPROM)、电可擦写和可编程只读存储器(EEPROM)、磁卡或光卡或者适合于存储电子指令并且能够被连接到用于计算装置的系统总线的介质的其他类型。 [0025] 术语“耦合”和“连接”与它们的变体一同可以被用在这里描述组件之间的结构关系。应当理解这些术语不是为了彼此同义。相反，在具体实施例中，“连接”可以被用来表示两个或更多个元件彼此直接物理或电气接触。“耦合”可以被用来表示两个或更多个元件彼此直接或间接地(在这些元件之间具有其他居间元件)物理或电气接触，并且/或者两个或更多个元件彼此合作或相互作用(例如，如在因果关系(effect relationship)的情况中)。 [0026] 这里描述的用于控制处理或室组件温度的方法和系统的实施例经由前馈控制线提供了温度控制效果，该前馈控制线产生对干扰传递函数进行补偿的前馈控制信号。更具体地，前馈控制传递函数优选地与干扰传递函数相等并反向，以抵消对被控温度的干扰。在其他实施例中，前馈控制信号被增加到前馈控制效果，使得前馈环路被产生以提供更小的控制努力，并且因此相比于在不存在前馈控制信号的状态中所需的前馈增益，允许用于温度误差校正的更小的前馈增益。利用更小的前馈增益，实现了相对于传统等离子体处理系统改善的温度稳定性和改善的瞬时响应(例如，减小的超调，减小的上升时间等)。 [0027] 图1是根据本发明的实施例的、包括前馈(例如，F(s)115)和反馈(例如，G(s)120)控制元件的温度控制系统100在拉普拉斯域中的框图。因为可买到的温度控制器缺乏用于干扰补偿的前馈输入(例如，仅提供了具有包括测量受控温度150和设定点温度160的输入的反馈控制)，所以具体的实施例通过将用于反馈控制函数G(s)120的控制计算移动离开自动温度控制平面(例如，散热器或热源的离散PID控制器)并且移动到计算反馈和前馈控制效果二者的等离子体处理系统的集成控制软件平面125上来提供前馈控制。如这里进一步讨论的，离散温度控制器之后可以仅以手动模式工作，因为控制致动器(例如，阀、电阻元件等)的驱动器在集成等离子室控制软件平面125的指导下工作。然而，在可选的实施例中，离散温度控制器被构造为提供在这里与从集成控制软件平面125的控制计算卸载相关联地描述的前馈控制。 [0028] 如图1所示，温度控制系统100包括前馈传递函数F(s)115，前馈传递函数F(s)115在工件处理期间将引入到等离子体处理室中的等离子体功率105作为输入。输入到前馈线的等离子体功率105可以基于由等离子体功率源(诸如RF发生器、磁控管等)输出的任何功率，该等离子体功率源将可感觉到的热负荷置于受到温度控制的系统组件上。在一个这种实施例中，等离子体功率105被建模为输入到处理室的多个功率的加权总和。例如，等离子功率的加权总和等于c1*P1+c2*P2+c3*P3，其中P1、P2和P3都是偏压或源功率。权重c1、c2和c3可以是任何实数，并且通常是正值，但是在某些实施例中，源功率的权重是负值，其中组件加热实际上随着源功率增加而减小。 [0029] 前馈传递函数F(s)115是为了模拟干扰传递函数D(s)110并且输出前馈控制信号u，来提供在符号上与干扰传递函数D(s)110相反的控制效果并且补偿由于由等离子体源功率热负荷所引起的干扰导致的受控温度150的增加。干扰传递函数D(s)110将等离子体功率 105的热负荷与具有具体热时间常数τ的等离子体处理系统的受控温度150的上升相关联。 例如，在时刻t处等离子功率从0W到1000W的阶梯函数增加可以由干扰传递函数D(s)110映射到随时间的系统温度上升。 [0030] 在图示实施例中，前馈控制信号u被与前馈控制回路耦合，在前馈控制回路中反馈控制函数G(s)120提供反馈控制信号v。温度控制系统100保持反馈控制信号v，用于校正与受控温度150和设定点温度106之间的差相对应的误差信号e。 [0031] 在图1中示出的实施例中，前馈控制信号u与设定点温度106一同被输入到致动器传递函数G2(s)130和热质量传递函数H(s)135，以补偿干扰传递函数D(s)110在输出受控温度150上的效果。致动器传递函数G2(s)130包括用于对受到温度控制的组件与散热器之间的热传递进行控制的致动器的函数，并且还可以包括用于对受到温度控制的组件与热源之间的热传递进行控制的致动器的函数。如图1所示，反馈控制器的致动器也被用于前馈控制，使得可以利用与传统反馈控制系统(其可以被安装到等离子体处理室)相同的致动器来实施前馈传递函数F(s)115的加法。致动器可以以本领域中通常使用的任何方式实施。例如，在一个实施例中，致动器包括一个或多个阀，这些阀控制连接到受到温度控制的组件与散热器/热源之间的一个或多个流体冷却剂流速。在另外的实施例中，致动器包括连接到受到温度控制的组件的一个或多个电阻加热元件。热质量传递函数H(s)135包括散热器/热源和受到温度控制的组件等的热容量的函数。 [0032] 因此，对于图1中描绘的示例性实施例，前馈传递函数F(s)115具有以下形式： [0033] 其中 [0034] 并且 [0035] [0036] 图2示出了根据本发明的实施例的流程图，其示出了在利用图1中描绘的控制系统100控制温度的方法200中的具体操作。图3A示出了等离子体蚀刻系统300的截面示意图，等离子体蚀刻系统300包括温度由本发明的其他实施例中的方法200控制的组件。等离子体蚀刻系统300可以是本领域中已知的任何类型的高性能蚀刻室，例如但不局限于由美国加利福尼亚州(CA)的Applied Materials，Inc.制造的：EnablerTM、 MxP+TM、Super-ETM、DPS II AdvantEdgeTM G3、或 室。其他可以买到的蚀刻室可以被类似地控制。虽然在等离 子体蚀刻系统300的背景中描述了示例性实施例，但是还应当注意到这里描述的温度控制系统构造也适合于其他等离子体处理系统(例如，等离子体沉积系统等)，其他等离子体处理系统在受到温度控制的组件上施加热负荷。 [0037] 等离子体蚀刻系统300包括接地的室305。衬底310通过开口315装载并被夹持到受到温度控制的静电卡盘320。衬底310可以是通常用在等离子体处理领域中的任何工件并且本发明不局限于此。在具体实施例中，受到温度控制的卡盘320包括多个区域，每个区域可以被独立地控制到设定点温度106(图1)。在示例性实施例中，第一热区域322接近衬底310的中央并且第二热区域321接近衬底310的外围/边缘。处理气体被从气体源345经过质量流控制器349供应到室305的内部。室305经由与高性能真空泵叠堆355连接的抽气阀351抽真空。 [0038] 在等离子功率被提供给室305时，等离子形成在衬底310上方的处理区域中。等离子体偏压功率325被耦合到卡盘320(例如，阴极)以给等离子体供应能量。等离子体偏压功率325通常具有在约2MHz到60MHz之间的低频率，并且在具体实施例中，在13.56MHz波段中。在示例性实施例中，等离子体蚀刻系统300包括在约2MHz波段处工作的第二等离子体偏压功率326，第二等离子体偏压功率326与等离子体偏压功率325连接到相同的RF匹配器327。 等离子体源功率330通过匹配器(未示出)耦合到等离子体产生元件335，以提供高频源功率来电感地或电容地给等离子体供应能量。等离子体蚀刻系统300通常(但是非必要地)具有比等离子体偏压功率325更高的频率，诸如在100与180MHz之间，并且在具体实施例中，在 162MHz波段中。偏压功率更直接地影响衬底310上的偏置电压，从而控制衬底310的离子轰击，同时与衬底310上的偏压相对独立地，源功率更直接地影响等离子体密度。注意，将由温度控制系统100温度控制的系统组件不局限于卡盘，或者受到温度控制的组件也不需要将等离子体功率直接耦合到处理室中。在可选的实施例中，例如，喷洒头由温度控制系统100控制，处理气体穿过该喷洒头被输入到等离子体处理室中。对于这种喷洒头实施例，喷洒头可以具有或者不具有RF电极的功能。 [0039] 温度控制器375(其作为系统控制器370的集成温度控制软件平面)执行温度控制方法200并且可以由软件或硬件或者软件和硬件二者的组合构成。温度控制器375将输出影响卡盘320与在等离子体室305外部的热源和/或散热器之间的热传递速率的控制信号。参照图2，方法200在操作201处以等待状态开始。在经过采样时间Tcalc之后，在操作205处获得当前受控温度150(图1)、获得设定点温度106并且获得等离子体功率105。也可以获得用于散热器的温度设定点。在图3中描绘的示例性实施示例中，温度控制器375从卡盘温度传感器376接收受控温度输入信号。温度控制器375从例如存储在存储器373中的处理方案文件获得卡盘设定点温度，并且温度控制器375获得如本文中别处描述的所测量的等离子体功率。 [0040] 在示例性实施例中，温度控制器375被直接地或间接地(经由集成控制软件平面125)耦合到冷却器377(散热器)和/或热交换器(HTX)378(热源)，使得温度控制器375可以获得冷却器377或热交换器(HTX)378的温度设定点。在这种实施例中，冷却器377的温度与设定点温度106之间的差(或者热交换器(HTX)378的温度与设定点温度106之间的差，或者这两个差)被与等离子体功率一同输入到前馈控制线。冷却器377经由将卡盘320与冷却器 377热耦合的冷却剂回路向卡盘320提供冷却功率。因此，在示例性实施例中，采用两个冷却剂回路。一个冷却剂回路具有冷的流体(例如，在-15℃的温度设定点)而另一个回路容纳更高温度(例如，在60℃的温度设定点)的流体。因此，在ρ为负时，需要冷却并且阀385被打开。 类似地，当ρ为正时，那么打开用于对回路进行加热的阀386。然而，在可选实施例中，电阻加热器可以被嵌入到卡盘320中来代替加热冷却剂回路。 [0041] 在图3A中描绘的示例性实施例中，温度控制器375还被耦合到脉冲宽度调制(PWM)控制器380。对于阀385和386是数字化的并且进一步被操作以使得在任何给定时刻仅打开一个阀的实施例，卡盘320的加热和冷却被称作为“脉冲的”。如本文中别处所描述的，在阀385被控制到打开状态持续由占空比限定的时间段时，提供冷却功率的脉冲。类似地，在阀 386被控制到打开状态持续由占空比限定的时间段时，提供加热功率的脉冲。PWM控制器380可以是通常能够获得的任何类型并且可以被构造为对于这样的实施例操作阀385和386：在该实施例中，根据由温度控制器375发送的控制信号，这些阀是具有数字化的占空比(即，具有两个状态，完全打开或完全关闭)。或者，支持PWM功能并且提供占空比的外部控制的PID控制器(例如但不局限于可以从日本的Yamatake Corp.的Azbil买到的那些中的一种)可以被用来实施这里描述的前馈控制算法。或者，PWM信号可以由计算机(例如，控制器370)的数字输出端口产生并且该信号可以被用来驱动将阀控制到打开/关闭位置的继电器。对于温度控制器375经由方法200实施温度控制系统100的实施例中，PWM控制器380被专有地用作为数字阀385的驱动器。 [0042] 应当注意，这里描述的全部控制方法都可以被应用到比例阀(可以在0与完全流动之间无穷地改变)，作为这里描述的示例性数字阀实施方式的模拟实施方式。对于模拟阀实施例，模拟电压/电流表示完全流动的比例(0至1之间，包括0和1)作为用于数字阀实施例的占空比的相似物。 [0043] 温度控制器375不需要被容纳在集成控制软件平面125中或由集成控制软件平面125提供(见图1)。具体地，温度控制器375的功能可以改为被提供为离散的系统。例如，PID控制器(例如但不局限于可以从Yamatake Corp.的Azbil买到的那些)可以在将来被设计为包括附加的前馈输入，诸如等离子体功率和冷却器温度。离散系统还可以被制造为包括处理器，该处理器具有基于这些前馈输入来确定前馈控制效果的能力。因此，这里对于温度控制描述的全部实施例可以由温度控制器375提供为集成控制软件平面125的一方面或者PWM控制器380的一方面。 [0044] 图3B示出了根据本发明的实施例的用于用在图3A的等离子体蚀刻系统中的流体热源和散热器的阀和管道的示意图。如进一步描绘的，一对热传递流体供应管线381和382经由阀385(分别经由EV 4和EV 3)连接到冷却器377和嵌入到卡盘320中的热传递流体通道(在卡盘的加工表面下方，在处理期间衬底310被放置在该加工表面上)。管线381被连接到嵌入卡盘加工表面的第一(外侧)区域下方的热传递流体通道，而管线382被连接到嵌入卡盘加工表面的第二(内侧)区域下方的热传递流体通道，以促进双区域冷却。类似地，管线 381和382也将卡盘320经由阀386(分别经由EV2和EV1)连接到HTX 378，以促进双区域加热。 返回管线383和384经由返回阀387和388完成将外侧和内侧区域热传递流体通道中的每一 者连接到冷却器377/HTX 378。在优选实施例中，所测量的前向RF偏压功率328被输入到前馈控制线来作为等离子体热负荷(例如，瓦特)，该前向RF偏压功率328在当前时刻(例如，在经过Tcalc之后)对处理室305中的等离子体供应能量。等离子体功率设定点值(例如，来自存储于存储器373中的处理方案文件)也可以被用作为向前馈控制线的输入。这种预先设定的功率设定点值可以使得能够在向系统中施加等离子体功率之前或者在向系统中的等离子 体功率施加被改变之前对前馈传递函数F(s)115针对功率设定点进行评价并且产生可以预料的控制效果。然而，假设温度控制系统100可以足够迅速地反应，等离子体功率105被优选地耦合到所测量的功率输出信号，使得在当前时刻施加的等离子体功率更精确。即使对于这种实施例，对于将来时刻的控制效果确定仍然是基于方案的。 [0045] 在实施例中，等离子体功率105包括输入到卡盘的第一偏压功率，该卡盘被构造为在等离子体处理期间支撑工件。例如，等离子体功率105可以被设置为等离子体偏压功率325(图3)。对于等离子体处理系统向卡盘施加多个偏压功率输入的实施例，多个偏压功率的(加权)总和被输入到温度控制系统100作为等离子体功率105。例如，在图3中描绘的示例性实施例中，等离子体偏压功率325和326的总和被作为等离子体功率105输入。在第一和/或第二等离子体偏压功率作为等离子体功率105输入的状态下，前馈传递函数F(s)115将偏压功率输入(例如，作为从RF匹配器327输出的前馈偏压功率328而测量的偏压功率输入)与限定了冷却效果的前馈控制信号u相关联，以补偿干扰传递函数D(s)110。 [0046] 虽然在示例性实施例中偏压功率的总和被作为等离子体功率105输入，但是应当注意对于输入到处理室中的总等离子体功率做出贡献的一个或多个功率输入可以作为权 重的函数或者甚至负加权而被从等离子体功率105排除。例如，参照图3，在温度控制系统 100(图1)控制静电卡盘320的温度的情况下，等离子体源功率330被从等离子体功率105排除。对于这种实施例，等离子体功率105不需要包括等离子体源功率330，或者包括具有相对小加权因子的等离子体源功率330，因为由等离子体源功率330施加在卡盘320上的热负荷相对较小。然而，在可选实施例中，在受到控制的温度对于输入到处理室的全部等离子体功率具有可评估的相关性的情况下，从前馈传递函数F(s)115输出的前馈控制信号u可以对于等离子体源功率330采用更大的加权因子。 [0047] 返回到图2，在操作210处，在每个Tcalc处计算(例如，通过执行方法200的CPU 372，方法200作为存储在存储器373中的温度控制器375(图3)的实例)温度误差信号e、前馈控制信号u和反馈控制信号v。在拉普拉斯域中， [0048] u(s)＝F(s)p(s) [0049] 其中，u是前馈信号，F是前馈传递函数，并且p是等离子体功率。对于图3中描绘的实施例，前馈控制信号u可以在离散时域中实施为： [0050] u(t)＝β0P(t)+β1P(t-TPWM+β2P(t-2TPWM)＋…α1u(t-TPWM)+α2u(t-2TPWM)+α3u(t-3TPWM)+… [0051] 其中，P(t)是在当前Tcalc输入的等离子体功率105，而TPWM是脉冲宽度调制控制器380的时间增量。在具体实施例中，前馈控制信号u被基于在当前时刻(例如，Tcalc)的等离子体功率输入简单地计算为β0P(t)。 [0052] 在另外的实施例中，因为在将来时间段中要求的等离子体功率是可以确定的(例如，通过处理方案文件)，前馈表达式进一步包括项θ1P(t+TPWM)+θ2P(t+2TPWM)以补偿冷却剂流动对于受控温度的影响的延迟。在另外的实施例中，实现受控温度150所需的热传递取决于散热器(例如，冷却器377)设定点温度和/或热源(例如，热交换器378)设定点温度，使得附加冷却剂温度附属项δc(TSP-T散热器)+δh(TSP-T热源)被增加到前馈控制信号u，其中TSP是受控温度150。δc和δh的每一者都可以被限定为设定点与散热器/热源之间的温度差的多项式函数。例如，在一个实施例中，δc-a0+a1(TSP-T散热器)+a2(TSP-T散热器)2+a3(TSP-T散热器)3，而δh具有类似形式。整个前馈表达式也可以具有用于温度依赖性的因子Ω热和Ω冷，使得净前馈控制信号u变为： [0053] u(t)＝Ω热(TSP-T热源)Ω冷(TSP-T散热器){β0P(t)＋β1P(t-TPWM)+β2P(t-2TPWM)+…α1u(t-TPWM)＋α2u(t-2TPWM)+α3u(t-3TPWM)+…θ1P(t+TPWM)+θ2P(t+2TPWM)＋δc(TSP-T散热器)＋δh(TSP-T热源)}. [0054] 类似地，前馈控制信号v在拉普拉斯域中为v(t)＝G(s)ε(s)并且可以在离散时域中实施为： [0055] v(t)＝λ0e(t)+λ1e(t-TPWM)+λ2P(t-2TPWM)＋…η1v(t-TPWM)+η2v(t-2TPWM)+η3v(t-3TPWM)+… [0056] 其中，e(t)是在Tcalc处的温度误差信号(受控温度150和设定点温度106之间的差)。在具体实施例中，前馈控制信号v被简单地计算为λ0e(t)。在每个Tcalc执行操作210的同时，控制计算使用在与时刻t、t-TPWM等相对应的一些更低频率处输入的输入温度和等离子体功率值。用于参数u、v、等离子体功率150(P)、受控温度150和设定点温度106的值可以被存储在数据阵列中，并且这些与离散时刻t、t-TPWM相对应的存储的值之后可以被用在随后的控制计算中。 [0057] 在操作215处，控制致动器输出信号ρ由前馈信号u和反馈信号v的组合来确定，并且之后在操作220处输出到致动器。在一个实施例中，恒定增益Kv被施加到反馈控制信号v并且恒定增益Ku被施加到前馈控制信号u，使得控制致动器输出信号ρ被计算为ρ(t)＝Kvv-Kuu。增益Kv、Ku为系统操作者提供简单的接口来访问两个简单的因子中的结合的前馈和反馈控制线，并且增益Kv、Ku可以被设置为基于一个或多个变量(键(key))由温度控制器375确定的增益值的组的一部分。在一个这种实施例中，对于当前方案步骤，至少基于输入到室305中的等离子体功率输入来从数据库或查找表获得增益组。在另一个实施例中，如图3C所示，对于第一执行方案步骤确定与等离子输入功率和设定点温度的键值对相关的第一组增益值。如图3C所示，设定点温度486是第一键值并且等离子体功率输入485是第二键值。包括用于系统100中的各种控制信号的增益值(例如，Kv、Ku)的增益组1、2、3等可以从温度486、等离子体功率输入485或与执行方案步骤的条件相对应的两者的对来确定。如在本文中的别处进一步参照图2描述的，之后可以施加在具体增益组中限定的增益。 [0058] 在受控温度在执行方案的步骤之间改变(例如，以帮助控制聚合物沉积等)的实施例中，可以由温度控制器375确定和传送瞬时具体控制参数。图3D示出了根据本发明的实施例的、用于解决在等离子体处理方案中执行的两个连续步骤之间设定点温度的改变的瞬时控制时间段494。方案步骤N(301)和方案步骤N+1(302)由沿着x轴的方案步骤492和沿着y轴的设定点温度491示出。在图示示例中，在方案步骤N(301)期间施加1000W的等离子体输出功率，同时设定点温度为30℃。对于方案步骤N+1(302)，在50℃的设定点温度的状态下施加5000W的等离子体功率。在瞬时控制时间段494的持续时间由设定点温度的改变和/或等离子体功率的改变来确定的一个实施例中，对于实现设定点温度改变某百分比所需的时间量施加瞬时响应增益组(例如，限定高增益值)。作为示例，在图3D中，瞬时控制时间段494发生在步骤N(301)与步骤N+1(302)之间的20℃的温度上升的90％内，或者，直到温度到达阈值 493(48℃)为止。如此，对于在存在设定点温度的更大改变时更长的持续时间施加该瞬时的增益组。可以基于等离子体功率的改变的大小来应用类似的算法，例如随着步骤之间的等离子体功率的更大改变而增加瞬时控制时间段494的持续时间。或者，可以简单地对于固定的时间施加瞬时控制参数。 [0059] 在实施例中，瞬时响应增益组(例如，Kv、Ku)与等离子体输出功率的改变或设定点温度的改变中的至少一者相关联，并且还可以与将等离子体输入功率的改变与设定点温度的改变配对的键值相关联。图3E例如示出了用于由图3D中的瞬时控制时间段494采用的瞬时增益组的查找表。如图3E所示，瞬时增益组与等离子体输入功率496的改变和设定点温度495的改变相关联。因此，在具体实施例中，增益组和瞬时增益组基于由处理系统为了增强组件温度控制而执行的方案文件中的设置来确定。 [0060] 根据控制致动器输出信号ρ的值，对一个或多个散热器或热源之间的热传递进行调节。因此，在图3A中，在控制致动器输出信号ρ具有第一符号(例如，ρ＜0)的状态下，可以以能够由PWM控制器380执行的形式提供命令，以在增加冷却器377与卡盘320之间的热传递的占空比下驱动阀385并由此降低受控温度150。在控制致动器输出信号ρ具有第二符号信号(例如，ρ＞0)的状态下，可以以能够由PWM控制器380执行的形式提供命令，以在第二占空比下驱动阀386，以引起热交换器378与卡盘320之间的热传递并由此提高受控温度150。例如，在对于等离子体功率从之前的水平(例如，关闭)减小的方案步骤之后ρ从更加负的数字改变到不那么负的数字的情况中，来自冷却器377的冷却剂流动由于数字阀385的占空比的减小而增加。在设定点温度增加同时总等离子体功率恒定的情况中，ρ再次从更加负的数字改变到不那么负的数字并且来自冷却器377的冷却剂流动响应于数字阀385的占空比的减小而减小。如果ρ改变到正的数字，那么阀386的占空比从0改变到正的数字，这转而使得热的冷却剂从热交换器378流动到卡盘320。 [0061] 图4示出了具有可以被用来执行这里描述的温度控制操作的计算机系统500的示例性形式的机器的示意图。在一个实施例中，计算机系统500可以被设置为等离子体蚀刻系统300中的系统控制器370。在可选实施例中，该机器可以被连接(网络连接)到局域网 (LAN)、内部网络、外部网络或因特网中的其他机器。该机器可以在客户端-服务器网络环境中的服务器或客户端机器的能力内工作，或者作为点对点(或者分布的)网络环境中的点机器。该机器可以是个人计算机(PC)、服务器、网络路由器、交换机或网桥，或者能够执行规定由该机器进行的具体动作的一组指令(连续的或以其他方式)的任何机器。此外，虽然仅示出了单个机器，术语“机器”应当也被认为包括机器(例如，计算机)的任何集合，该集合独立地或联合地执行指令组(或多个组)来进行这里讨论的任意一个或多个方法。 [0062] 示例性计算机系统500包括处理器502、主存储器504(例如，只读存储器(ROM))、闪存存储器、诸如同步DRAM(SDRAM)或Rambus DRAM(RDRAM)的动态随机存取存储器(DRAM)、静态存储器506(例如，闪存存储器、静态随机存取存储器(SRAM)等)以及副存储器518(例如，数据存储装置)，它们经由总线530彼此通信。 [0063] 处理器502表示一个或多个通用处理装置，诸如微处理器、中央处理单元等。处理器502可以是一个或多个通用或专用处理装置，诸如专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)、网络处理器等。处理器502被构造为执行用于进行如这里讨论的温度控制操作的处理逻辑526。 [0064] 计算机系统500还可以包括网络接口装置508。计算机系统500也可以包括视频显示单元510(例如液晶显示器(LCD)或阴极射线管(CRT))、文字数字输入装置512(例如键 盘)、光标控制装置514(例如，鼠标)和信号产生装置516(例如扬声器)。 [0065] 副存储器518可以包括机器可存取存储介质(或者更具体地，计算机可读存储介质)531，在机器可存取存储介质上存储了表达这里描述的任意一个或多个温度控制算法的一组或多组指令(例如，软件522)。软件522在由计算机系统500、主存储器504和处理器502(它们也构成机器可读存储介质)执行期间也可以完全地或者至少部分地位于主存储器504内以及/或者位于处理器502内。软件522还可以通过网络520经由网络接口装置508发送或接收。 [0066] 机器可存取存储介质531还可以被用来存储由处理系统执行的指令组，以使得系统执行这里描述的任意一个或多个温度控制算法。根据在这里别处描述的本发明，本发明的实施例还可以被设置为计算机程序产品或软件，计算机程序产品或软件可以包括存储有指令的计算机可读介质，该指令可以被用来对计算机系统(或者其他电子装置)编程来根据本文其他地方描述的本发明控制等离子体处理室温度。机器可读介质包括以由能够由机器(例如计算机)读取的形式存储或发送信息的任何机器。例如，机器可读(例如，计算机可读)介质包括机器(例如，计算机)可读存储介质，例如，只读存储器(“ROM”)、随机存取存储器(“RAM”)、磁盘存储介质、光学存储介质和闪存存储器装置等。 |
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