TWI793475B - 具有加熱裝置的溫度控制噴淋元件 - Google Patents
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Abstract
一種加熱裝置，用於一電漿處理半導體製造裝置。該加熱裝置包含：至少一加熱導線，延伸於一射頻訊號的涵蓋範圍中；一電源供應器，提供一電力訊號至該至少一加熱導線；及一溫度控制器，至少基於一預設溫度控制該電源供應器。該至少一加熱導線由至少一遮罩元件包覆，用以遮罩該射頻訊號，避免該射頻訊號電耦合至該至少一加熱導線、該電源供應器和該溫度控制器中。
Description
本發明是關於一種加熱裝置，尤其是用於電漿處理的半導體製造裝置的加熱裝置，像是安裝在噴淋頭或基板支撐座中的加熱裝置。
在半導體製造技術中，已知提高反應物質或環境的溫度可得到較理想的沉積薄膜形貌，尤其當所述溫度提高至200℃對於物質的反應是有幫助的。已知的有使用於噴淋頭中的油溫加熱器，但受到油的特性限制，這種加熱器無法提高至200℃以上，無法滿足工藝的需求。
已有採用電加熱器來解決油溫加熱器的缺失，但針對特定的處理，電加熱器的表現仍有顧慮。在專用於電漿處理的半導體製造裝置中，產生的一射頻訊號會涵蓋配置在裝置中的電加熱器，例如安裝在噴淋頭或基板支撐的電加熱器，使射頻訊號電耦合至電加熱器的電氣回路中，從而使電氣回路失效或對其造成干擾。對此，已知的解決手段是在電加熱器的電氣回路中併入可抑制射頻訊號的濾波器，但這樣無疑會增加製造上的成本，並且需要額外的安裝和維護空間。
因此，有必要發展出針對電漿處理且不需使用濾波器的電加熱器，且適於應用在噴淋頭、基板支撐座(即加熱盤)或其他射頻訊號可能涵蓋的部分。
本發明目的在於提供一種溫度控制噴淋元件，具有一氣體入口部及一氣體分配部。所述溫度控制噴淋元件包含至少一加熱導線，其延伸於該氣體入口部和該氣體分配部中，且該至少一加熱導線與該氣體入口部和該氣體分配部之間提供有至少一遮罩元件，用以遮罩自該氣體入口部傳遞至該氣體分配部的一射頻訊號，避免該射頻訊號電耦合至該至少一加熱導線中。
在一具體實施例中，至少一通道延伸於該氣體入口部和該氣體分配部，該至少一加熱導線延伸於該至少一通道中，該至少一遮罩元件容置於該至少一通道中且包覆該至少一加熱導線。
在一具體實施例中，該至少一遮罩元件具有包覆該至少一加熱導線的一第一遮罩部，及包覆該第一遮罩部的一第二遮罩部。
在一具體實施例中，該第一遮罩部由一第一金屬層和一第一耐熱層組成，該第二遮罩部由一第二金屬層和一第二耐熱層組成。
在一具體實施例中，該至少一遮罩元件的至少一部分接地。
在一具體實施例中，該至少一遮罩元件的一週邊提供有一導熱層，將該至少一加熱導線產生的熱傳遞至該氣體入口部及/或該氣體分配部。
本發明還提供一種加熱裝置，用於一電漿處理半導體製造裝置。該加熱裝置包含：至少一加熱導線，延伸於一射頻訊號的涵蓋範圍中；一電源
供應器，提供一電力訊號至該至少一加熱導線；及一溫度控制器，至少基於一預設溫度控制該電源供應器。其中，該至少一加熱導線由至少一遮罩元件包覆，用以遮罩該射頻訊號，避免該射頻訊號電耦合至該至少一加熱導線、該電源供應器和該溫度控制器中。
在一具體實施例中，該至少一加熱導線延伸於一噴淋元件或一基板支撐座中。
在一具體實施例中，該至少一遮罩元件具有包覆該至少一加熱導線的一第一遮罩部，及包覆該第一遮罩部的一第二遮罩部。
在一具體實施例中，該第一遮罩部由一第一金屬層和一第一耐熱層組成，該第二遮罩部由一第二金屬層和一第二耐熱層組成。
100:噴淋元件
101:噴淋板
102:氣體入口部
103:氣體分配部
104:多孔層
105:匯流器
106:氣室
107:氣室
108:氣室
109:氣室
110:板
111:固定手段
112:通道
113:孔
114:接頭
115:熱電耦
200:連接部件
400:加熱導線
401:終端
402:終端
500:遮罩元件
501:第一金屬層
502:第一耐熱層
503:第二金屬層
504:第二耐熱層
506:接地
600:導熱層
700:接頭
參考下列實施方式描述及圖式，將會更清楚瞭解到本發明的前述和其他特色及優點。
第一圖顯示在本發明提供的一實施例中，噴淋元件及其連接部件的一剖面圖。
第二圖顯示第一圖噴淋元件的一頂部。
第三圖顯示第一圖噴淋元件及其連接部件的另一剖面圖。
第四圖顯示在本發明的一實施例，雙層遮罩加熱導線的一剖面示意圖。
第五圖顯示雙層遮罩加熱導線的另一剖面示意圖。
在以下多個示例具體實施例的詳細敘述中，對該等隨附圖式進行參考，該等圖式形成本發明之一部分。且系以範例說明的方式顯示，藉由該範例可實作該等所敘述之具體實施例。提供足夠的細節以使該領域技術人員能夠實作該等所述具體實施例，而要瞭解到在不背離其精神或範圍下，也可以使用其他具體實施例，並可以進行其他改變。此外，雖然可以如此，但對於「一具體實施例」的參照並不需要屬於該相同或單數的具體實施例。因此，以下詳細敘述並不具有限制的想法，而該等敘述具體實施例的範圍系僅由該等附加申請專利範圍所定義。
在整體申請書與申請專利範圍中，除非在上下文中另外明確說明，否則以下用詞系具有與此明確相關聯的意義。當在此使用時，除非另外明確說明，否則該用詞「或」系為一種包含的「或」用法，並與該用詞「及/或」等價。除非在上下文中另外明確說明，否則該用詞「根據」並非排他，並允許根據於並未敘述的多數其他因數。此外，在整體申請書中，「一」、「一個」與「該」的意義包含複數的參照。「在…中」的意義包含「在…中」與「在…上」。
以下簡短提供該等創新主題的簡要總結，以提供對某些態樣的一基本瞭解。並不預期此簡短敘述做為一完整的概述。不預期此簡短敘述用於辨識主要或關鍵元件，或用於描繪或是限縮該範圍。其目的只是以簡要形式呈現某些概念，以做為稍後呈現之該更詳細敘述的序曲。
本發明提出一種具備電加熱能力且在無需濾波器的情況下能容入射頻電場的一電加熱裝置，其可以位於半導體設備的噴淋元件中，也可以是位
於基板支撐座的加熱盤中。此加熱裝置具有整合的遮罩元件和加熱導線，鑄造(casting)在其內部。此設計可降低硬體設備的成本及縮減硬體設備的體積，且對於任何一種需要高溫反應且伴隨射頻導入的電加熱器均有應用價值。
第一圖顯示本發明一噴淋元件(100)及其連接部件(200)的一實施例。噴淋元件(100)配置於一反應腔(未顯示)的上方，且噴淋元件(100)的一底部作為反應區域的一頂部，噴淋元件(100)的一頂部則與各種連接部件(200)連接，使噴淋元件(100)耦接至外部的其他裝置(未顯示)，像是射頻訊號源、冷卻裝置和氣體供應源等。
射頻訊號源經由一纜線與噴淋元件(100)中的一電極，如噴淋板(101)電性耦接，使射頻訊號經由噴淋板(101)傳遞至反應腔中。冷卻裝置提供一冷卻機制於噴淋元件(100)中，以冷卻噴淋元件(100)。像是以冷卻水或冷卻劑流入預定的管道中。氣體供應源可提供一或多個氣體或者混合氣體至噴淋元件(100)中的多個氣室和導管，並由噴淋元件(100)加熱後排出。藉由閥門的控制，來自氣體供應源的氣體流速得以被調整。
噴淋元件(100)基本上包含一氣體入口部(102)及一氣體分配部(103)。氣體入口部(102)具有自頂部向下延伸的一氣體入口通道，用於接收來自氣體供應源的反應氣體。氣體分配部(103)位於氣體入口部(102)的下方並定義有多個氣室。如圖所示，氣體分配部(103)自噴淋板(101)的上方還具有一多孔層(104)及一匯流器(105)。噴淋板(101)與多孔層(104)定義一氣室(106)，多孔層(104)與匯流器(105)定義一氣室(107)，匯流器(105)與氣體分配部(103)的內壁定義兩個氣室(108、109)。匯流器(105)具有一氣體入口通道連通，其與氣體入口部(102)的氣體入口通道相連通。
在一實施例中，所述氣體入口通道接收一惰性氣體。匯流器(105)兩側的氣室(108、109)分別經由其他通道(此圖未顯示)接收一第一和一第二反應氣體，並經由匯流器(105)的孔與入口通道的惰性氣體混合，並依序進入氣室(107)和氣室(106)。氣體從氣體入口部(102)進入並流過在氣體分配部(103)的各氣室的過程中，可充分地被氣體入口部(102)及/或氣體分配部(103)加熱，最後被釋放至反應區域中。在其他實施例中，氣體分配部(103)可為不同的安排，不為前述例示所限制。
在本實施例中，氣體入口部(102)的側邊提供有一板(110)或凸緣，其可承靠在一反應腔體頂部的支撐結構(未顯示)。板(110)還提供有固定手段(111)，使噴淋元件(100)固定於腔體頂部。板(110)與其下方的氣體分配部(103)的橫向延伸之間具有一空間，該空間使噴淋元件(100)固定於所述腔體時減小與腔體的接觸，以減少熱量散失。噴淋元件(100)還具有用於容置至少一加熱導線(如第四圖所示)的至少一通道(112)，其延伸於氣體入口部(102)和氣體分配部(103)中。在本實施例中，通道(112)自氣體入口部(102)的一側且位於板(110)上方的一處向下延伸並於氣體分配部(103)轉變為橫向延伸且在最末端環繞著氣體分配部(103)，以靠近氣室(106)和氣室(107)的週邊。在另一實施例中，可實施成為更多的通道(112)。在某些實施例中，通道(112)可向下螺旋延伸。
第二圖顯示噴淋元件(100)的頂部，不含所述連接部件(200)。如圖所示，板(110)的週邊提供有前述固定手段(111)的多個孔。此外，板(110)還提供有用於安裝熱電偶(thermalcouple)的孔(113)，如第三圖所示。氣體入口部(102)頂部的一側提供有所述加熱導線的接頭(114)，其另一端連接至提
供電力訊號給加熱導線的一電源供應器(未顯示)。電源供應氣有與一溫度控制器(未顯示)電性連接。溫度控制器至少基於一預設溫度控制電源供應器。至少所述加熱導線、電源供應器及溫度控制器構成一電加熱裝置，其可突破油溫加熱器的溫度限制。
第三圖顯示噴淋元件(100)及連接部件(200)的另一剖面圖。兩個熱電耦(115)分別被固持在孔(113)中並向下延伸直到接觸氣體分配部(103)的一頂面。熱電耦(115)的另一端則電連接至所述溫度控制器，以將讀取的噴淋元件(100)的溫度資料登錄至所述溫度控制器。因此，溫度控制器可根據一預設溫度以及接收的溫度資料控制電源供應器提供電力訊號給加熱導線。在可能的實施例中，熱電耦(115)可由其他任何的溫度感測器取代，以測量噴淋元件(100)或其電極位置的溫度。溫度控制器亦可控制前述冷卻裝置令噴淋元件的溫度降低。在一實施例中，兩個熱電耦(115)的其中一個可配置成用於溫控，另一個可配置成用於高溫報警。
第四圖顯示本發明的一實施例的局部剖面圖，加熱裝置具有一加熱導線(400)及一遮罩元件(500)。第五圖顯示第四圖的一橫截面圖。在本實施例中，加熱導線(400)包覆於遮罩元件(500)中，且遮罩元件(500)至少部分被包覆於一導熱層(600)中。加熱導線(400)具有自所述電源供應器接收電力訊號的兩個終端(401、402)。一接頭(700)，如第二圖所示接頭(114)，包覆加熱導線(400)的終端(401、402)及遮罩元件(500)的末端。
沿著如第一圖所示的通道(112)，加熱導線(400)延伸於噴淋元件(100)的氣體入口部(102)和氣體分配部(103)中，且遮罩元件(500)位於加熱導線(400)與氣體入口部(102)和氣體分配部(103)之間，以將加
熱導線(400)與噴淋元件(100)結構隔開。圍繞著遮罩元件(500)的導熱層(600)配置成接收來自加熱導線(400)的熱，並經由與氣體入口部(102)和氣體分配部(103)的面接觸將熱傳遞至噴淋元件(100)的各部分，像是噴淋板(101)或電極。
在本實施例中，遮罩元件(500)為雙層結構，包含由一第一金屬層(501)和一第一耐熱層(502)組成的一第一遮罩部，以及由一第二金屬層(503)和一第二耐熱層(504)組成的一第二遮罩部。這樣的雙層結構是為了鑄造的便利性。欲將第一金屬層(501)澆鑄於導熱層(600)內並與導熱層(600)隔開，增加電絕緣的第二耐熱層(504)是必要的。但由於第二耐熱層(504)是無法澆鑄的材質，故再提供一第二金屬層(503)用於填充第二耐熱層(504)。
第一遮罩部包覆第二遮罩部。第一耐熱層(502)包覆加熱導線(400)，第一金屬層(501)包覆第一耐熱層(502)。第二耐熱層(504)包覆第一金屬層(501)，第二金屬層(503)包覆第二耐熱層(504)。導熱層(600)包覆第二金屬層(503)。原則上第一遮罩部足以達到遮罩的效果，故以第一金屬層(501)接地(506)。在某些可能的實施例中，第二金屬層(503)可接地，或者第二遮罩部可省略，並以一電絕緣層隔開導熱層(600)和第一金屬層(501)。
接頭(700)可填充與所述耐熱層(502、504)相同的材質。加熱導線(400)的材質可為鎳、鎳鉻合金或其相似物質，即可加熱至200℃或300℃以上的材質。所述金屬層(501、503)可為不銹鋼或其相似物質。所述耐熱層(502、504)可為氧化鎂、氧化鋁、氧化鋯、氮化鋁或其相似物質。可使用已知的鑄造方法及材質填充實現上述配置的部分。導熱層(600)的厚度足以滿足機械強度為原則。所述耐熱層(502、504)主要用於絕緣射頻熱(RF hot)，因此耐熱層
(502、504)的厚度取決於射頻功率。在一實施例中，所述金屬層(501、503)的厚度約為1mm，所述耐熱層(502、504)的厚度約為2mm。在其他可行實施例中，可包含更多或更少的遮罩部件或遮罩層，且這些遮罩部件的至少一部分可選擇為接地。
加熱導線(400)接收電力訊號產生的熱經由遮罩元件(500)傳遞至與噴淋元件(100)接觸的導熱層(600)。根據如第一圖所示的通道(112)路徑，噴淋元件(100)的氣體入口部(102)的一側可被加熱，氣體分配部(103)的一橫向延伸及外緣可被加熱，因此氣體主要是在氣體分配部(103)的氣室中被加熱。在其他實施例中，氣體可在氣體入口部(102)被第一階段加熱，在氣體分配部(103)被第二階段加熱。
一般而言，射頻訊號從噴淋元件(100)的上方傳遞至噴淋板(101)，射頻訊號的範圍涵蓋通道(112)中的加熱導線(400)。由於遮罩元件(500)包覆延伸於通道(112)中的加熱導線(400)，射頻訊號被雙層遮罩部所遮罩，而不會使射頻訊號耦合至加熱導線(400)中，避免干擾加熱裝置的回路。而且，由於射頻訊號不會進入加熱回路中，因此無需在回路中包含射頻濾波器。因此，本發明提供的噴淋元件及加熱裝置可省下配置射頻濾波器的成本以及省下配置射頻濾波器的佔領空間。
以上內容提供該等敘述具體實施例之組合的製造與使用的完整描述。因為在不背離此敘述精神與範圍下可以產生許多具體實施例，因此這些具體實施例將存在於以下所附加之該等申請專利範圍之中。
400:加熱導線
401:終端
402:終端
500:遮罩元件
501:第一金屬層
502:第一耐熱層
503:第二金屬層
504:第二耐熱層
506:接地
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700:接頭
Claims (11)
- 一種溫度控制噴淋元件，具有一氣體入口部及一氣體分配部，其特徵在於，所述溫度控制噴淋元件，包含：至少一加熱導線，延伸於該氣體入口部和該氣體分配部中，且該至少一加熱導線與該氣體入口部和該氣體分配部之間提供有至少一遮罩元件，用以遮罩自該氣體入口部傳遞至該氣體分配部的一射頻訊號，避免該射頻訊號電耦合至該至少一加熱導線中，其中，該氣體入口部和該氣體分配部延伸有至少一通道，該至少一通道自該氣體入口部向下延伸至該氣體分配部，並於氣體分配部中橫向延伸，該至少一加熱導線延伸於該至少一通道中，該至少一遮罩元件容置於該至少一通道中且套設於該至少一加熱導線的周圍。
- 如請求項1所述溫度控制噴淋元件，其中該至少一遮罩元件具有包覆該至少一加熱導線的一第一遮罩部，及包覆該第一遮罩部的一第二遮罩部。
- 如請求項2所述溫度控制噴淋元件，其中該第一遮罩部由一第一金屬層和一第一耐熱層組成，該第二遮罩部由一第二金屬層和一第二耐熱層組成。
- 如請求項1所述溫度控制噴淋元件，其中該至少一遮罩元件的至少一部分接地。
- 如請求項1所述溫度控制噴淋元件，其中該至少一遮罩元件的一週邊提供有一導熱層，將該至少一加熱導線產生的熱傳遞至該氣體入口部及/或該氣體分配部。
- 如請求項1所述溫度控制噴淋元件，其中該氣體入口部包含一板，該板提供有用於安裝一熱電耦的一孔，使該熱電耦固持於該孔中並向下延伸直到接觸該氣體分配部的一頂面。
- 一種加熱裝置，用於一電漿處理半導體製造裝置，該加熱裝置包含：至少一加熱導線，延伸於一射頻訊號的涵蓋範圍中；一電源供應器，提供一電力訊號至該至少一加熱導線；及一溫度控制器，至少基於一預設溫度控制該電源供應器，其特徵在於，至少一遮罩元件套設於該至少一加熱導線的周圍，用以遮罩該射頻訊號，避免該射頻訊號電耦合至該至少一加熱導線、該電源供應器和該溫度控制器中，該至少一加熱導線及該至少一遮罩元件埋設於一噴淋元件中，該至少一加熱導線及該至少一遮罩元件自該噴淋元件的一氣體入口部向下延伸至一氣體分配部，並於該氣體分配部中橫向延伸。
- 如請求項7所述加熱裝置，其中該至少一加熱導線延伸於一噴淋元件或一基板支撐座中。
- 如請求項7所述加熱裝置，其中該至少一遮罩元件具有包覆該至少一加熱導線的一第一遮罩部，及包覆該第一遮罩部的一第二遮罩部。
- 如請求項7所述加熱裝置，其中該第一遮罩部由一第一金屬層和一第一耐熱層組成，該第二遮罩部由一第二金屬層和一第二耐熱層組成。
- 如請求項7所述加熱裝置，其中該氣體入口部包含一板，該板提供有用於安裝一熱電耦的一孔，使該熱電耦固持於該孔中並向下延伸直到接觸該氣體分配部的一頂面。
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