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TWI508129B - 利用氣體壓力來控制液體冷卻劑與構件體間之熱傳導的溫度控制模組 - Google Patents

利用氣體壓力來控制液體冷卻劑與構件體間之熱傳導的溫度控制模組 Download PDF

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TWI508129B
TWI508129B TW097142009A TW97142009A TWI508129B TW I508129 B TWI508129 B TW I508129B TW 097142009 A TW097142009 A TW 097142009A TW 97142009 A TW97142009 A TW 97142009A TW I508129 B TWI508129 B TW I508129B
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TW097142009A
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TW200924017A (en
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Rajinder Dhindsa
Henry Povolny
Jerry K Antolik
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Lam Res Corp
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Publication date
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Description

利用氣體壓力來控制液體冷卻劑與構件體間之熱傳導的溫度控制模組 【相關申請案交互參照】
本專利申請案基於35 U.S.C 119主張於2007年10月31日提出申請的美國臨時申請案第61/001,112號之優先權，名稱為『利用氣體壓力來控制液體冷卻劑與構件體間之熱傳導的溫度控制模組』，且此基礎申請案之整體內容併入參考。
本發明係關於一種溫度控制模組，尤有關於用於半導體處理室之溫度控制模組。
電漿處理設備以包含蝕刻、物理氣相沉積、化學氣象沉積、離子植入以及光阻移除的技術來處理基材。用於電漿處理的電漿處理設備其中一種，包含具有頂部與底部電極的一反應室。在兩電極間建立電場以將處理氣體激發至電漿狀態，俾處理反應室中的基材建立於反應室內兩電極間的一電場，藉由激發處理氣體進入電漿狀態以處理基材。由於縮小特徵尺寸與實施新材料，用來控制電漿處理狀況之電漿處理設備的改善為所需求的。
用於半導體處理室的溫度控制模組包含一熱傳導構件體、一個以上的管道，位在該構件體中、以及一個以上的管子，每一管子同心於各自之管道。介於每一管子外表面和每一管道內表面間之空間，係適合包含一加壓氣體之體積。一液體源頭連接至該管子並且可操作使液體流經管子。一氣體源頭和一真空泵係連接至該空間，該氣體源頭回應一控制器，而可操作增加每一空間中的靜氣壓，並且該真空泵回應該控制器，而可操作抽空每一空間。一溫度感測器適合測量電漿處理構件的溫度，以及供應資訊給該控制器，電漿處理構件係與熱傳導構件體熱交流。
在處理半導體基材中，控制電漿的參數，例如電漿化學性質、離子能量、密度以及分布、電子溫度等等，係希望改變電漿處理結果。除了這些電漿參數控制外，侷限電漿之電漿室的表面溫度也可用來控制電漿化學性質，因而控制半導體基材例如晶圓的處理結果。
圖1說明一蓮蓬頭式電極組件10的一示範實施例，用於處理半導體基材例如矽晶圓的一電漿處理設備。該蓮蓬頭式電極組件10包含一包含頂部電極12的蓮蓬頭電極、固定於頂部電極12的一支持部分14以及一熱控制薄板16。
熱控制薄板16能用一穿過孔隙22的合適緊固物20(例如：帶螺紋螺栓、螺絲釘及其類似物)安裝於上板18，孔隙22延伸通過上板18而進入熱控制薄板16。該熱控制薄板16較佳由金屬的材料製成，例如鋁、鋁合金及其類似物。熱控制薄板16能包含徑向延伸的氣體分布管道24和軸向延伸通道26，以散佈處理氣體至介於支持部分14和熱控制薄板16之間的充氣部28。
包含底部電極和非必須靜電力夾緊電極的一基材支柱30，在電漿處理設備的真空處理室中，被放置於頂部電極12之下。施以電漿處理的基材32係機械地或靜電力地夾緊於基材支柱30的上支撐面34上。頂部電極12和基材支柱30的溫度控制係藉由在其中加上一溫度控制模組而作用。
使用於電漿蝕刻程序之蓮蓬頭式電極組件10的溫度，從電漿處理的起點至終點，能從約50℃及約400℃大大地變化。當在單一晶圓電漿蝕刻室蝕刻一系列晶圓時，已觀察到無線電頻率(RF)動力頂部電極，其不同部分之溫度隨時間變化；以及由於無線電頻率動力頂部電極產生的熱，頂部電極的中心部分變得比邊緣部份熱。舉例說來，頂部電極的中心與邊緣之間的溫度差距能達到約100℃。當該電極執行於更高功率階層時(例如：3,000至6,000瓦特)，這個溫度變化更為明顯而導致電漿蝕刻的不均勻。因此， 降低無線電頻率動力頂部電極的溫度變化，可以提供在生產運轉中，更均一的晶圓電漿蝕刻。
同樣地，在基材32蝕刻期間，電漿氣體的反應離子與半導體晶圓一面上的部分材料產生化學反應，導致基材中心和邊緣之間的溫度差距達至50℃。由於局部晶圓溫度和晶圓上每一點的化學反應速率係相互關連，因此如果橫越晶圓面上的溫度改變得太多，便會造成晶圓面上之材料的非均一蝕刻結果。如此一來，則需要存在一有能力維持均一基材溫度之基材支柱30。
考量整個電漿處理構件(例如：蓮蓬頭式電極組件10或基材支柱30)因使用期間所產生的熱而造成的溫度變化，在此描述的溫度控制模組，能夠藉由維持該構件的中心和邊緣部份在一所需溫度範圍裡，提供變得更好的處理結果。更佳地，該構件從中心至邊緣的溫度變化係小於100℃(例如：<75℃、<50℃、<25℃、<10℃或<5℃)。為了使橫過蓮蓬頭式電極組件10或基材支柱30的溫度變化最小化，該溫度控制模組包含獨立可控制的加熱/冷卻區域為佳。
圖2A至圖2B說明一溫度控制模組100之實施例，其具有可加熱或可冷卻之加熱/冷卻區域102A、102B、102C，用以為電漿暴露構件(如晶圓支柱30或蓮蓬頭式電極組件10)提供均一溫度。圖2A說明溫度控制模組100的三維透視中斷視圖。圖2B說明溫度控制模組100的橫剖面圖。圖2C說明溫度控制模組100的俯視圖。圖2D至圖2F說明溫度控制模組100之附加實施例的橫剖面圖。
如圖2A至圖2B所說明的，溫度控制模組100包含多數管道104A、104B、104C，每一個都具有座落或嵌進在熱傳導構件108內的圓形內表面106A、106B、106C(圖示於圖2B)。在一實施例中，熱傳導構件108是以鋁或鋁合金組成的一圓盤。具有圓形外表面112A、112B、112C的管子110A、110B、110C係設置在每一個該管道104A、104B、104C的內部。環狀空間114A、114B、114C(圖示於圖2B)係座落於管道104A、104B、104C的內表面106A、106B、106C與管子110A、110B、110C的外表面112A、112B、112C之間。此結構提供一同心管狀的安排，使得管子110A、110B、110C在管道104A、104B、104C內適合流動熱傳液體。在管子110A、110B、110C周圍係適合包含熱傳氣體的環狀空間114A、114B、114C，該氣體能加壓以增加介於熱傳導構件108和熱傳液體之間的熱傳導。
管道104A、104B、104C能夠相對於熱傳導構件108的中心同心地佈置，以提供同心的加熱/冷卻區域102A、102B、102C。為了進行冷卻，一熱傳液體流動於管子110A、110B、110C內。在一實施例中，管道104A、104B、104C可以是三個個別的同心管道。如圖2C所說明，熱傳液體分別經由個別的入口116A、116B、116C進入管子110A、110B、110C，並且以所希望的形態流動於熱傳導構件108內。該熱傳液體分別經由個別出口118A、118B、118C離開管子110A、110B、110C。就此實施例而言，傳遞到流動於管子110A、110B、110C中之熱傳液體的熱量，能經由控制溫度和/或液體流動速率的控制器分別控制。
對於使用在管子110A、110B、110C的熱傳液體可以為任何具有合適熱傳性質之液體。舉例來說，該熱傳液體可以為水(例如：去離子水)、乙烯乙二醇、矽油、水/乙烯乙二醇的混合物及其類似物。該熱傳液體的冷卻效果可以藉由使用不同液體和/或不同液體之混合物、改變液體流動速率、和/或改變液體初始溫度來加以控制。為了進行加熱，該熱傳液體可被加熱。然而，就一較快的加熱和冷卻反應時間而言，一冷凍的熱傳液體可循環於管子110A、110B、110C內，並且加熱器元件120A、120B、120C可以使用來提高每一加熱/冷卻區域102A、102B、102C的溫度。
如圖2A和圖2B所圖示，環狀空間114A、114B、114C係介於管道104A、104B、104C的內表面106A、106B、106C以及管子110A、110B、110C的外表面112A、112B、112C之間所形成。環狀空間114A、114B、114C可容納一加壓熱傳氣體，例如：氦氣、氖氣、氬氣或氮氣。在一實施例中，環狀空間114A、114B、114C的寬度(亦即徑向尺寸)係介於約5密爾(mil)至約100密爾(約0.005至0.10英吋)之間，較佳為約50密爾(約0.05英吋)。
支撐結構122被設置介於管子110A、110B、110C的外表面112A、112B、112C以及管道104A、104B、104C的內表面106A、106B、106C之間(如圖2B的放大區域C所圖示)。支撐結構122可包含突出物或帶有突出部的環形物。舉例來說，支撐結構122可以為整合於管子110A、110B、110C之外表面112A、112B、112C的突出物或整合於管道104A、104B、104C之內表面106A、106B、106C的突出物。支撐結構122預防管子110A、110B、110C接觸到管道104A、104B、104C之內表面106A、106B、106C。較佳地，支撐結構122本質上維持介於管子110A、110B、110C之外表面112A、112B、112C和管道104A、104B、104C之內表面106A、106B、106C之間的均一空間114A、114B、114C。為使介於熱傳導構件108和熱傳液體間的熱傳導最小化，則介於支撐結構122和內表面106A、106B、106C之間的表面接觸被最小化。支撐結構122能以像是氮化矽或氧化鋁的熱絕緣材料構成。
溫度控制模組100較佳地包含與熱傳導構件108熱接觸的獨立控制加熱器元件120A、120B、120C。加熱器元件120A、120B、120C可以係嵌進於熱傳導構件108或接觸其外表面，以至少一加熱元件120A、120B、120C座落於各自的加熱/冷卻區域。在一實施例中，加熱器元件120A、120B、120C為電阻加熱元件。如果希望加熱，管子110A、110B、110C藉由降低空間114A、114B、114C中的氣壓而為熱絕緣。該加熱器元件藉由啟動一個或多個加熱器元件120A、120B、120C而給予精確的溫度控制。
在另一實施例中，管道104A、104B、104C可以為單一連續管道的部分，且管子110A、110B、110C可為連續單一管子的部分。流動通道可為具有一個或多個進出口的螺旋狀、之字形或其他形態。對此實施例而言，加熱器元件120A、120B、120C控制每一加熱/冷卻區域102A、102B、102C的溫度。
在電漿處理期間，包含溫度控制模組100之構件的外表面溫度，可以在不同的表面區域上升不同的量。藉由流動於管子110A、110B、110C的熱傳液體，在每一區域移除的熱量，可以藉由個別調節空間114A、114B、114C中的熱傳氣體之靜氣壓來加以控制。藉由改變空間114A、114B、114C中的靜氣壓，熱傳導係數可於約60瓦特/平方公尺-絕對溫度(W/m2 -K)至600瓦特/平方公尺-絕對溫度的廣大範圍中變化。舉例來說，如果空間114A、114B、114C的徑向尺寸大約為10密爾(約0.010英吋)，則氣壓1托耳(Torr)的氦氣之熱傳導係數大約為60瓦特/平方公尺-絕對溫度。然而，藉由增加氦氣的壓力至約100托耳，熱傳導係數則增加至約為600瓦特/平方公尺-絕對溫度。如此一來，如果需要選擇性的加熱，藉由快速且選擇性地降低空間114A、114B、114C中的氣壓，對於流動於管道104A、104B、104C中的熱傳液體而言，能夠迅速達到其從熱傳導構件108移除熱的能力，並維持所需局部之溫度。
如圖2B所圖示，控制器130係可操作用以藉由選擇性的改變環狀空間114A、114B、114C中來自氣體源頭140之熱傳氣體的靜氣壓，選擇性控制加熱/冷卻區域102A、102B、102C中的冷卻作用;或者選擇性以真空泵150抽空環狀空間114A、114B、114C至一真空壓(例如：小於50毫托耳(mTorr))，以使熱傳液體與每一加熱/冷卻區域102A、102B、102C之間熱絕緣。同樣地，藉由改變電源160到加熱元件120A、120B、120C的電力，控制器130可操作來控制每一加熱/冷卻區域102A、102B、102C中的加熱作用。舉例來說，電源160可為交流(AC)或直流(DC)電源。如此一來，藉由從液體源頭170供應至管子110A、110B、110C的熱傳液體(例如：冷凍的去離子水)、控制空間114A、114B、114C的氣體壓力以及調節所需加熱作用，在每一加熱/冷卻區域102A、102B、102C的局部溫度可被精確地控制。
在一實施例中，溫度控制模組100的熱傳導構件108可藉由鑄鋁或鋁合金且佈置管子110A、110B、110C和加熱元件120A、120B、120C於鑄造物內形成。或者，鋁薄板可以機械化鑄一半，如此管道104A、104B、104C以一半的形式延伸於各薄板中。管子110A、110B、110C能座落於其中一薄板，而另一薄板可以適當的密封配置而黏合或機械地安裝於該薄板以形成溫度控制模組100。底部薄板可被製造而包含凹處，用於接收在管道104A、104B、104C之下的加熱器元件120A、120B、120C。另一個實施例中，熱傳導構件108可由像是燒結氮化鋁(AlN)、碳化矽(SiC)或其他熱傳導材料的陶瓷製成。
在另一個實施例中，圖2D所圖示，溫度控制模組100包含固定於熱傳導構件108之表面上的獨立控制加熱器元件124A、124B、124C。舉例來說，加熱器元件124A、124B、124C能藉由銅焊或黏合來固定。合成橡膠黏合材料，如同前述的，能容納熱應力並傳送熱，可用以固定加熱器元件124A、124B、124C於熱傳導構件108上。表面固定之加熱器元件124A、124B、124C提供將熱傳導構件108鑄為較薄的構件之能力，如此一來降低它的整體熱質量。
圖2E至圖2F說明溫度控制模組100之附加實施例，其中該熱傳導構件108可被分割為包含超過一個管道104和/或超過一個加熱元件120或表面固定加熱元件124的至少一加熱/冷卻區域。在圖2E實施例中，每一加熱/冷卻區域102A、102B包含多數加熱元件120和多數具有被環狀空間114圍繞之同心管110的管道104。在圖2F實施例中，每一加熱/冷卻區域102A、102B包含多數具有被環狀空間114圍繞之同心管110的管道104，以及固定於熱傳導構件108表面上的表面固定加熱器元件124。
如圖3A至圖3B所圖示，該熱傳導構件208分割為多個加熱/冷卻區域202A、202B、202C，每一區域包含個別的管道204A、204B、204C和加熱元件220A、220B、220C。在另外的實施例裡(圖3未展示)，熱傳導構件108能分割成超過三個同心區域，每一區域包含超過一個管道204和/或超過一個加熱元件220。
圖3A說明安裝於電漿處理構件280之溫度控制模組200的三維透視圖。圖3B說明安裝於電漿處理構件280之溫度控制模組200的橫剖面中斷視圖。舉例來說，電漿處理構件280可為熱控制薄板16或在電漿處理期間支撐晶圓32的基材支柱30。
跨越電漿處理構件280之溫度控制區域能夠被定義為同心區域282A、282B、282C。在電漿處理期間，每一區域282A、282B、282C能經歷不同溫度，負面影響電漿蝕刻均勻性。如同圖3A和圖3B圖示，溫度控制模組200的每一加熱/冷卻區域202A、202B、202C，係與個別區域282A、282B、282C熱接觸。此結構提供獨立控制區域282A、282B、282C溫度之能力。
在缺少任何機制以控制溫度的情況下，在電漿處理期間，介於電漿處理構件280的區域282C(靠近中心)和區域282A(靠近邊緣)之間的溫度差距可達100℃。為了監視溫度，溫度感應器284A、284B、284C可座落於區域202A、202B、202C(圖3B)。例如，嵌入構件280內之溫度感應器284A、284B、284C可以係熱電偶、光纖溫度感應器以及其類似物。為了達到跨越電漿處理構件280更均一的溫度分布，區域282C可以藉由加熱/冷卻區域202C選擇性的冷卻和/或區域282A可以藉由加熱/冷卻區域202A選擇性的加熱，如下面所描述的。
一開始，熱傳液體(例如：冷凍的去離子水)流動經過管子210A、210B、210C。例如，像是大約20℃以下之冷凍去離子水的熱傳液體能以約每分鐘1加侖至約每分鐘3加侖之間的流動速率流動經過管子210A、210B、210C。就個別控制而言，管道204A、204B、204C可為三個個別的同心管道。該熱傳液體可以如同圖2C實施例所圖示，能經由個別入口與出口，以所需要形態而流動進出管子210A、210B、210C。該熱傳液體的冷卻效果可藉由使用不同液體和/或不同液體混合物、改變液體流動速率、和/或改變引進管子210A、210B、210C的液體溫度來加以控制。
為了使管子210A、210B、210C熱絕緣，在空間214A、214B、214C中的熱傳氣體壓力係維持於真空壓(例如：小於50毫托耳)，如此一來，跨越空間214A、214B、214C的熱傳導係數係小於約50瓦特/平方公尺-絕對溫度。例如，空間214A、214B、214C可藉由真空泵250維持於真空壓力。
控制器230從溫度感應器284A、284B、284C接收輸入訊號。如果區域282A、282B、282C任何一個的溫度在目標溫度之上，控制器230則可操作以啟動氣體源頭240而選擇性地增加在相對應空間214A、214B、214C中之熱傳氣體的靜氣壓。這個靜氣壓的增大也增加對於流動於管子210A、210B、210C中之熱傳液體的熱傳導。當區域282A、282B、282C的溫度掉至目標溫度之下，控制器230則使真空泵250選擇性地抽空相對應空間214A、214B、214C至真空壓力(例如：小於50毫托耳)，以限制對於流動於管道204A、204B、204C中的冷卻液體的熱傳導。
舉例來說，如果溫度感應器284A檢測到電漿處理構件280的區域282A溫度大於目標溫度，則溫度控制器230啟動加熱/冷卻區域202A的冷卻機制。溫度控制器230使氣體源頭240增加相對應的空間214A中的壓力，從真空壓力(例如：小於50毫托耳)增加到一提高壓力(例如：約100托耳至約200托耳)。在一實施例中，空間214A的氣體壓力藉由壓力感應器(例如：通用壓力控制器)測量。較佳地，提高的氣體壓力使跨越相對應空間214A的熱傳導係數增加至介於約500瓦特/平方公尺-絕對溫度和600瓦特/平方公尺-絕對溫度之間。例如，在具有徑向尺寸約10密爾(約0.010英吋)的空間，熱傳氣體可以為壓力100托耳的氦氣。藉由增加跨越空間214A的熱傳導係數，流經過管子210A的熱傳液體從區域282A輸送熱量離開，如此一來則降低該溫度。當區域282A的溫度掉至目標溫度之下，控制器230則使真空泵250抽空空間214A至真空壓力(例如：小於50毫托耳)，而加熱器220A則被啟動以供應熱量至區域282A。因此，可達成迅速且精確的溫度控制。
如果區域282A、282B、282C的任何一個溫度落在目標溫度之下，控制器230則可操作以啟動電源260而選擇性地提供一個或多個加熱器元件220A、220B、220C動力。在加熱期間，控制器230使真空泵250選擇性地抽空相對應空間214A、214B、214C至真空壓力(例如：小於50毫托耳)，以限制對於流動於管道204A、204B、204C中的熱傳液體之熱傳導。
舉例來說，如果溫度感應器284A檢測到電漿處理構件280的區域282A溫度落於目標溫度之下，則控制器230啟動加熱/冷卻區域202A的加熱機制。溫度控制器230使電源260提供電力予加熱元件220A以加熱區域202A。為了使從加熱元件220A產生而傳送到流動於管子210A之熱傳液體(而非加熱區域202A)的熱量最小化，控制器230也於約60秒以下，使真空泵250抽空空間214A至真空壓力(例如：小於50毫托耳)。一旦區域202A的溫度被加熱至目標溫度，控制器230則終止加熱元件220A的電力。
圖4說明包含如上述整合溫度控制模組之蓮蓬頭式電極組件410和基材支柱430的橫剖面圖。蓮蓬頭式電極組件410包含一頂部電極412、固定於頂部電極412的一支持部分414以及一熱控制薄板416。熱控制薄板416包含多數加熱元件320和具有同心管310的管道304，該同心管310用於冷凍熱傳液體的流動。空間314圍繞著管子310並且適合包含熱傳氣體，該熱傳氣體可加壓以增加介於熱控制薄板416和流經管子之液體間的熱傳導。熱控制薄板416包含個別的加熱/冷卻區域302A、302B、302C。
圖4也說明出，基材支柱430包含加熱元件320、和具有同心管子310的管道304，該同心管子310用於冷凍熱傳液體的流動、以及適合包含一加壓熱傳氣體的空間314。基材支柱430也包含個別的加熱/冷卻區域302D、302E、302F。
例子
執行測試以決定熱控制薄板416的加熱速率和冷卻速率，熱控制薄板416包含加熱元件320和具有同心管子310的管道304，而其加熱速率和冷卻速率係為空間314中靜氣壓的函數。熱控制薄板416係藉由鑄鋁合金與安排不鏽鋼管子310和電阻加熱元件320在該鑄造物中所形成。不鏽鋼管310為具有佈置於鑄造物中之螺旋結構的單一連續管子。管子310具有單一熱傳液體進口與單一出口。管子310具有約0.38英吋的外徑。管道304之直徑約為0.5英吋且空間314之徑向尺寸約為0.06英吋。
熱控制薄板416係安裝於EXELANFLEXTM 介電電漿蝕刻系統，該系統由位於Fremont,California的Lam Research Corporation公司所製造。測試期間，使用水作為熱傳液體。初始溫度介於約15℃至20℃的冷卻水，以介於約每分鐘一加侖和約每分鐘兩加侖之間的體積流動速率流入管子310。為了決定加熱速率，熱控制薄板416藉由對加熱元件320施加約6900瓦特，從約40℃加熱至約200℃，而氦氣之靜氣壓係介於約50毫托耳至約200托耳之間改變。加熱測試的結果總結於圖5A。為了決定冷卻速率，熱控制薄板416初始加熱至160℃，之後冷卻至60℃，而氦氣之靜氣壓係在介於約50毫托耳至約200托耳之間改變，同時管子310內的循環水為15℃至20℃。冷卻測試的結果總結於圖5B。
圖5A說明出，約50毫托耳之氦氣靜氣壓，該熱控制薄板416能夠在八分鐘內，從40℃加熱至約200℃(亦即，約20℃/分鐘的加熱速率)。當氦氣靜氣壓增加至超過50托耳，由於加熱元件320產生的熱經由空間314中之氦氣傳導的緣故，則加熱至170℃需要超過10分鐘。圖5B說明出，在約100托耳至200托耳的氦氣靜氣壓下，熱控制薄板416能夠在約11分鐘時，從約160℃冷卻至約50℃(亦即，約10℃/分鐘)。
雖然本發明已參照具體實施例詳細地說明，顯而易見的，熟悉本技藝者在不離開本發明附加專利範圍內，可做各式各樣的修改與變化、以及意義相等的使用。
10．．．蓮蓬頭式電極組件
12．．．頂部電極
14．．．支持部分
16．．．熱控制薄板
18．．．上板
20．．．緊固物
22．．．孔隙
24．．．徑向延伸的氣體分布管道
26．．．軸向延伸通道
28．．．充氣部
30．．．基材支柱
32．．．基材
34．．．上支撐面
100．．．溫度控制模組
108．．．熱傳導構件
102A、102B、102C．．．加熱/冷卻區域
104A、104B、104C．．．管道
110A、110B、110C．．．管子
112A、112B、112C．．．圓形外表面
114A、114B、114C．．．環狀空間
120A、120B、120C．．．加熱器元件
106A、106B、106C．．．圓形內表面
122．．．支撐結構
C．．．放大區域
130．．．控制器
140．．．氣體源頭
150．．．真空泵
160．．．電源
170．．．液體源頭
116A、116B、116C．．．入口
118A、118B、118C．．．出口
124A、124B、124C．．．加熱器元件
200．．．溫度控制模組
208．．．熱傳導構件
280．．．電漿處理構件
202A、202B、202C．．．加熱/冷卻區域
204A、204B、204C．．．管道
210A、210B、210C．．．管子
220A、220B、220C．．．加熱元件
282A、282B、282C．．．區域
284A、284B、284C．．．溫度感應器
214A、214B、214C．．．空間
230．．．控制器
240．．．氣體源頭
250．．．真空泵
260．．．電源
270．．．液體源頭
410．．．蓮蓬頭式電極組件
412．．．頂部電極
414．．．支持部分
416．．．熱控制薄板
430．．．基材支柱
302A、302B、302C．．．加熱/冷卻區域
302D、302E、302F．．．加熱/冷卻區域
304．．．管道
310．．．管子
314．．．空間
320．．．加熱元件
圖1為電漿處理設備之示範實施例的橫剖面圖；
圖2A至圖2F說明熱控制模組的多樣實施例；
圖3A至圖3B說明安裝於一電漿處理構件的熱控制模組實施例；
圖4為包含熱控制模組之電漿處理設備之示範實施例的橫剖面圖；
圖5A與圖5B為熱控制模組的實驗加熱與冷卻速率實驗曲線圖。
100．．．溫度控制模組
108．．．熱傳導構件
102A、102B、102C．．．加熱/冷卻區域
104A、104B、104C．．．管道
110A、110B、110C．．．管子
112A、112B、112C．．．圓形外表面
114A、114B、114C．．．環狀空間
120A、120B、120C．．．加熱器元件

Claims (20)

  1. 一種溫度控制模組，用於一半導體處理室，包含：一熱傳導構件體；一管道，於該構件體內，該管道具有一內表面；一管子，於該管道內，該管子具有一外表面；一空間，介於該管子的外表面與該管道的內表面之間，該空間適於包含一加壓熱傳氣體的體積；一液體源頭，連接於該管子，並且可操作用以使熱傳液體流動經過該管子；一控制器；以及一氣體源頭和一真空泵，連結於該空間，該氣體源頭可操作用以回應該控制器而增加在該空間中的靜氣壓，並且該真空泵可操作用以回應該控制器而抽空該空間。
  2. 如申請專利範圍第1項之溫度控制模組，更包含：一電漿處理構件，安裝於該溫度控制模組，和一溫度感應器，適合測量該電漿處理構件的溫度並供應輸入訊號至該控制器。
  3. 如申請專利範圍第1項之溫度控制模組，其具有多重加熱/冷卻區域，包含：多數管道，於該構件體中；一管子，同心地座落於每一管道中；多數加熱元件，與該構件體熱接觸，其中每一加熱/冷卻區域包含一個以上的管道與一個以上的加熱元件；以及一電源，適合對該控制器反應而選擇性地供應電力於該加熱元件。
  4. 如申請專利範圍第3項之溫度控制模組，其中該多數加熱元件係包含於該熱傳導構件體中。
  5. 如申請專利範圍第3項之溫度控制模組，其中該多數加熱元件係黏合或銅焊於該熱傳導構件體之表面上。
  6. 如申請專利範圍第3項之溫度控制模組，其中該熱傳導構件體為一圓盤，由鋁、鋁合金、氮化鋁或碳化矽組成。
  7. 如申請專利範圍第6項之溫度控制模組，其中該管道和加熱元件相對於該圓盤中心係位於不相同的徑向距離。
  8. 如申請專利範圍第3項之溫度控制模組，更包含介於該管道的內表面與該管子的外表面之間的支撐結構，該支撐結構適於在該管子的外表面與該管道的相對內表面之間維持實質上均勻大小的環狀空間。
  9. 如申請專利範圍第8項之溫度控制模組，其中該支撐結構包含管子或內表面上的突出物、或帶有突出部的環狀物。
  10. 如申請專利範圍第6項之溫度控制模組，其中該加熱區域係相對於該圓盤中心同心地排列。
  11. 如申請專利範圍第3項之溫度控制模組，其中該空間具有一介於約5密爾至100密爾間的徑向尺寸。
  12. 如申請專利範圍第3項之溫度控制模組，其中該熱傳導構件體係安裝於一頂部電極，並且包含一個以上用於使一處理氣體流動至該半導體處理室之氣體通道。
  13. 如申請專利範圍第3項之溫度控制模組，其中該熱傳導構件體係安裝於一基材支柱上。
  14. 一種電漿處理構件的溫度控制方法，該電漿處理構件具有多重區域，包含：支撐於一電漿處理室中的一半導體基材，其電漿處理室包含如申請專利範圍第3項之溫度控制模組，其中該電漿處理構件的多重區域係與該溫度控制模組之加熱/冷卻區域熱接觸；使液體流經該溫度控制模組之管子；測量該電漿處理構件之多重區域中一個以上的溫度；當該一個以上區域之溫度係於目標溫度之上時，將至少一該空間中的一熱傳氣體之壓力增加至一提高氣壓，並且當該一個以上區域之溫度係於目標溫度之下時，減少該熱傳氣體之壓力；以及當該一個以上區域之溫度係於目標溫度之下時，在一個以上該空間中，維持或減少該熱傳氣體之壓力至一降低氣壓，並且施 加電力於一個以上該加熱元件，而當該一個以上區域之溫度提升於目標溫度之上時，終止施於一個以上該加熱元件之電力；其中橫越該多重區域之溫度差距小於50℃。
  15. 如申請專利範圍第14項之電漿處理構件的溫度控制方法，其中增加該熱傳氣體壓力將導致跨越該空間的熱傳導係數介於約500瓦特/平方公尺-絕對溫度至約600瓦特/平方公尺-絕對溫度之間；減少該熱傳氣體壓力將導致跨越該圓柱形空間的熱傳導係數小於約60瓦特/平方公尺-絕對溫度；而該熱傳氣體為氦氣、氖氣、氬氣或氮氣。
  16. 如申請專利範圍第14項之電漿處理構件的溫度控制方法，其中該熱傳氣體為氦氣，該降低氣壓約為1托耳以下，而該提高氣壓為介於約100托耳與200托耳之間。
  17. 如申請專利範圍第14項之電漿處理構件的溫度控制方法，其中該溫度差距係小於25℃或小於10℃。
  18. 如申請專利範圍第14項之電漿處理構件的溫度控制方法，其中該溫度差距係小於5℃。
  19. 如申請專利範圍第14項之電漿處理構件的溫度控制方法，更包含：將一處理氣體引入該電漿處理室中，該電漿處理室具有一安裝於該溫度控制模組之蓮蓬頭式電極組件；在該電漿處理室介於該蓮蓬頭式電極組件和該基材之間的區域中，從該處理氣體產生一電漿；以及以該電漿處理該基材。
  20. 如申請專利範圍第19項之電漿處理構件的溫度控制方法，更包含：在裝配於溫度控制模組之一基材支柱上，支撐該基材，其中該處理包含電漿蝕刻。
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