TWI821769B - 多區加熱裝置、下電極組件及電漿處理裝置 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種多區加熱裝置、下電極組件及電漿處理裝置，其中，多區加熱裝置包含：複數個加熱片；複數個開關，各開關連接一加熱片並形成一加熱單元；複數個加熱單元的兩端分別連接接地總線和供電總線；複數個控制訊號線，各控制訊號線與一開關相連，用於輸送開關的工作週期的控制訊號，開關分別根據控制訊號獨立控制與之連接的加熱片的工作時間。多區加熱裝置能夠整合到電漿處理裝置中的靜電夾盤與基座之間，且能夠減少外接導電線以減少濾波器的需求。

Description

多區加熱裝置、下電極組件及電漿處理裝置

本發明涉及溫度加熱處理技術領域，更為具體地說，涉及一種多區加熱技術領域。

多區溫度控制技術廣泛應用於各個技術領域，例如化工、生物、製藥及積體電路等領域，尤其在積體電路製造領域，隨著半導體工件，例如基片加工的關鍵尺寸不斷降低，以及基片的尺寸不斷變大，基片加工過程中的溫度控制精度及區域化控制需求越來越高。

用於積體電路製造的半導體處理製程中包含有：化學氣相沉積製程、電漿處理製程等。其中主要是利用電漿處理製程實現對半導體基片的蝕刻進行處理，電漿處理製程的原理包含：使用射頻功率源驅動電漿處理裝置產生較強的高頻交變電磁場，使得低壓的處理氣體被電離產生電漿。電漿中含有大量的電子、離子、激發態的原子、分子和自由基等活性粒子，活性粒子可以和基片的表面發生多種物理和化學反應，使得基片表面的形貌發生改變，即完成電漿處理製程。其中，影響基片處理效果的一個重要因素是溫度，現有技術中通常設置圓環形的複數個加熱區進行獨立控溫以滿足溫度均一性需求。隨著處理製程的演進，關鍵尺寸(Critical Dimension)越來越低，對溫度均一性的要求也越來越高，現有技術由於獨立可控加熱區面積過大，所以對於基片上很小區域內局部溫度不均的現象無法有效解決，這就導致基片上複數個溫度異常點出 現，相應的溫度異常點上的基片處理效果無法保證合格，最終導致基片處理效率降低。

因此當前在電漿處理裝置內需要開發一種新的多區控溫加熱器，能夠整合在反應腔內的射頻環境中，特別是整合到靜電夾盤與基座之間，最佳的能夠減少外接導電線以減少濾波器的需求。

有鑑於此，本發明提供了一種多區加熱裝置、下電極組件、電漿處理裝置及調溫方法，以解決現有技術存在的技術問題，提高了半導體處理裝置的性能。

為實現上述目的，本發明提供的技術方案如下：本發明提供一種多區加熱裝置，包含：複數個加熱片；複數個開關，各開關連接一加熱片並形成一加熱單元；複數個加熱單元的兩端分別連接接地總線和供電總線；複數個控制訊號線，各控制訊號線與一開關相連，用於輸送開關的工作週期的控制訊號，開關分別根據控制訊號獨立控制與之連接的加熱片的工作時間。

較佳地，多區加熱裝置進一步包含至少一個驅動器，驅動器透過驅動訊號線輸送驅動訊號至開關。

較佳地，多區加熱裝置進一步包含控制總線，控制總線輸出控制訊號至至少一個驅動器，控制訊號包含需要進行溫度調整的加熱單元坐標訊息及調整幅度訊息。

較佳地，驅動器用於識別控制總線的控制訊號並將需要進行調整的驅動訊號輸送到對應的開關中；驅動器包含鎖存器、小型CPU、儲存器或比較器中的至少一種。

較佳地，驅動器的數量小於等於開關的數量。

較佳地，流過開關的電流小於等於100毫安。

較佳地，複數個加熱片形成加熱層，加熱層中的複數個加熱片成陣列排布，至少兩個加熱片位於同一水平面內。

較佳地，複數個開關形成開關層，開關層位於加熱層的上方或下方或與加熱層位於同一平面內。

相應地，本發明進一步提供一種下電極組件，包含：基座和靜電夾盤，基座和靜電夾盤之間設置上述的多區加熱裝置。

較佳地，基座內設置冷卻通道，驅動訊號線繞過冷卻通道貫穿基座設置。

相應地，本發明進一步提供一種電漿處理裝置，包含：反應腔，反應腔內設置上述下電極組件，下電極組件的多區加熱裝置用於對靜電夾盤承載的基片進行多區溫度調節。

較佳地，接地總線和供電總線分別透過一個濾波器與非射頻環境相連。

較佳地，多區加熱裝置的加熱單元數量大於等於100個。

較佳地，多區加熱裝置包含加熱器驅動控制裝置，加熱器驅動控制裝置包含複數個開關和至少一個驅動器，驅動器用於識別並儲存控制總線傳輸的控制訊號，並根據控制訊號的指示判斷對其控制的開關的工作週期進行調整與否。

較佳地，驅動器位於基座下方，基座內設置複數個冷卻通道，驅動訊號線繞開冷卻通道並貫穿基座設置。

較佳地，基座下方進一步設置設備板，驅動器位於基座和設備板之間。

較佳地，多區加熱裝置進一步包含跨接層，跨接層位於基座的上方，用於排布控制訊號線至複數個開關。

較佳地，驅動器位於基座上方，基座與複數個加熱片之間設置黏接層，驅動控制裝置設置於黏接層內或者基座的上表面的凹陷部中。

較佳地，接地總線連接複數個接地總線分支，供電總線連接複數個供電總線分支，加熱單元的一端透過接地總線分支與接地總線相連，另一端透過供電總線分支與供電總線相連。

較佳地，接地總線分支和供電總線分支位於相同或不同的水平面內。

較佳地，接地總線分支和供電總線分支形成互聯層，複數個加熱片形成加熱層，複數個開關形成開關層，互聯層位於加熱層和開關層之間或位於開關層的下方或位於加熱層的上方。

較佳地，互聯層包含總線互聯導體網，總線互聯導體網包含向上延伸或向下延伸的複數個導線，導線分別與開關或加熱片相連接。

較佳地，加熱片和基座之間進一步包含跨接層，跨接層中包含複數個驅動訊號線的至少一部分，跨接層的上表面包含複數個驅動訊號線的複數個輸出端，複數個輸出端位置與上方的開關對應。

較佳地，電漿處理裝置包含控制器，控制器位於非射頻環境，控制器輸出的控制訊號透過控制總線傳輸到驅動器。

較佳地，控制器透過光纖傳輸光學控制訊號到反應腔中的光電轉換裝置，光電轉換裝置輸出電控制訊號到控制總線。

較佳地，控制總線透過濾波器與控制器相連。

較佳地，驅動訊號為脈衝訊號，脈衝式的驅動訊號使得各開關在導通和關斷狀態間循環，並透過各脈衝週期內高低電平的時長實現對加熱片加熱功率大小的調節。

較佳地，驅動器與開關之間設置有調變電路，用於將驅動訊號的一個導通脈衝分隔為互相分離的複數個導電脈衝。

較佳地，基座與靜電夾盤之間進一步包含主加熱器，主加熱器位於加熱層的下方。

相應地，本發明進一步提供一種多區溫度調節方法，包含：控制總線根據製程溫度要求輸送預設的控制訊號至驅動器，驅動器根據接收到的控制訊號輸送控制訊號至與其連接的開關，並控制開關的工作週期，開關控制加熱片在工作週期的工作時間內進行加熱；控制總線需要對某一加熱片的加熱功率進行調節時，輸出帶有加熱單元座標訊號和調整後的加熱功率值的控制訊號至驅動器，驅動器對控制訊號進行接收和識別，判斷是否需要進行輸出功率調整；判斷為需要進行輸出功率調整的驅動器改變輸出到對應開關的控制訊號，對應的開關根據控制訊號對自身工作時長進行調整，以實現對其對應的加熱片的加熱功率的調整。

較佳地，驅動訊號為脈衝訊號，脈衝訊號使得各開關在導通和關斷狀態間循環，其中不同開關具有不完全相同的工作週期。

較佳地，驅動器輸出到不同開關的驅動訊號相位不完全相同。

較佳地，判斷為不需要進行輸出功率調整的驅動器維持當前輸出的驅動訊號。

較佳地，控制器根據輸入的參數設定複數個加熱單元為一個溫度控制單元，各溫度控制單元內的複數個加熱單元接收到驅動訊號後進行同步的輸出功率改變。

與現有技術相比，本發明實施例的技術方案具有以下有益效果：本發明提供的多區加熱裝置中，一個開關與一個加熱片形成一個加熱單元，各加熱單元中的開關與一控制訊號線相連，控制訊號線用於控制開關工作週期以實現對加熱片加熱功率的控制。本發明採用的開關的額定電流較小，相應的體積可以做的很小，因此，能夠整合到電漿處理裝置中的靜電夾盤與基座之間。並且，加熱單元的兩端分別與接地總線和供電總線連接，因此，多區加熱器驅動控制電路只需要三根外接電線，即供電總線、接地總線、與控制訊號線連接的控制總線，因此只需要三個濾波器就能實現加熱器電路與外部電路的射頻訊號隔離。進一步地，控制總線可以替換為光纖，這樣無論是多少個獨立加熱區的加熱器，都只需要兩根外接電線和兩個濾波器就能實現對多區加熱器的驅動控制。綜上所述，多區加熱裝置能夠整合到電漿處理裝置中的靜電夾盤與基座之間，且能夠減少外接導電線以減少濾波器的需求。

100:反應腔體

8:冷卻液管道

10:基座

11:黏接層

12:加熱器

120:加熱片

13:靜電夾盤

131:電極

14:邊緣環

20:進氣裝置

21:設備板

22:加熱層

30:加熱電源

31:濾波器

31A:供電開關組

31B:接地開關組

33,330:供電總線

33a,33b,33n:供電總線分支

330:供電交點

35:接地總線

35a,35b,35n:接地總線分支

350:接地交點

331,351:導線

40:控制器

41:控制總線

50:加熱器驅動控制裝置

51:開關層

52:鎖存器層

53:互聯層

54:跨接層

541:輸入端

542:輸出端

ts1,ts2:脈衝寬度

Si1,Si2,Si3,Si4:供電開關

Sr1,Sr2,Sr3,Sr4:接地開關

R11,R12,R13,R14,R21,R22,R23,R24,R31,R32,R33,R34,R41,R42,R43,R44:加熱片

S11,S12,S13,S14,S21,S22,S23,S24,S44:開關

L11,L12,L13,L14,L21,L22,L23,L24,L44,L1A,L1B:鎖存器

D11,D12,D13,D14:驅動訊號

C:控制訊號

為了更清楚地說明本發明技術方案，下面將對本發明實施例說明中所需要使用的附圖作簡單地介紹，下面說明中的附圖僅僅是本發明的部分實施例，對於本領域具有通常知識者而言，在不付出創造性勞動的前提下，可以進一步根據本發明提供的附圖獲得其他的附圖。

圖1為一種電漿處理裝置的結構示意圖；圖2為一種時分複用加熱器結構示意圖； 圖3為一種時分複用加熱器加熱電流時間分佈示意圖；圖4為本發明實施例提供的一種多區控溫加熱器電路結構示意圖；圖5為本發明實施例提供的加熱器電流時間分佈示意圖；圖6a為本發明實施例提供的一種多區控溫加熱器空間排布結構示意圖；圖6b為本發明實施例提供的另一種多區控溫加熱器空間排布結構示意圖；圖7為本發明電漿處理裝置另一實施例示意圖；圖8為本發明跨接層內結構與基座位置示意圖；圖9a為本發明加熱器中互聯層層疊結構示意圖；圖9b為本發明互聯層內的互聯導體結構示意圖；圖10a及圖10b為本發明多區加熱器兩種區域劃分示意圖。

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地說明，顯而易見的是，所說明的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域具有通常知識者在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

本發明揭露了一種多區加熱裝置，此多區加熱裝置可應用於需要對溫度進行多區精確控溫的環境，包含但不限於生物、醫藥、化工及積體電路等。

如圖1所示為一個電漿處理裝置示意圖，電漿處理裝置包含反應腔體100，反應腔體100內頂部包含一個進氣裝置20，反應腔體100內底部包含一個導電基座10，導電基座10透過電纜連接到至少一個射頻電源以點燃上方的電 漿。導電基座10中包含冷卻液循環管道連通到外部冷卻器以控制基座10在穩定的溫度下運作。導電基座10上方依次設置有黏接層11、平板狀的加熱器12、靜電夾盤13及邊緣環14。其中靜電夾盤13中具有一個電極131透過導線連接到外部的高壓直流電源用於吸附放置在靜電夾盤13上的基片。加熱器12中設置了複數個加熱片120，各加熱片120用於加熱其上方的區域。加熱片120經過至少一個濾波器31與非射頻環境的加熱電源30連接。

圖2示出一種多區加熱裝置的示意圖，加熱器12例示性地示出複數個矩陣式加熱片R11~R44，構成4×4的矩陣，供電開關組31A中的複數個供電開關Si2~Si4分別與各行加熱片120(見圖1)相連，接地開關組31B中的複數個接地開關Sr1~Sr4分別與各列加熱片120(見圖1)相連。4×4矩陣只是為了說明其運作方法作的簡化，根據實際需求可以擴展為6×6或者更多的加熱片。圖2所示的加熱片矩陣中4行中第一行的加熱片120透過一根共用導線連接一個供電開關Si1然後選擇性的連接到加熱電源30，同樣的第2行至第4行透過各自的導線連接到供電開關Si2~Si4後選擇性連接到加熱電源30。另一方面，各列的加熱片120透過各自的共用接地線連接到接地開關Sr1~Sr4，然後透過接地開關Sr1~Sr4連接到接地端，最終形成回路。在運作過程中控制器透過選擇性的使一個供電開關和一個接地開關導通，使得相應位置的一個加熱片120被加熱，經過逐點掃描，最終實現對整個加熱器12的溫度控制。在本實施例中，設定各加熱片120的加熱時間是ts，由於同一時間只有其中一個加熱片120被加熱，所以整體完成一次掃描的時間T0=16×ts。如圖3所示為加熱片R11、R12、R13的加熱電流，其中加熱片R11、R12都是間隔了T0長的週期後才會有相同脈衝寬度ts1的加熱電流再次流入以維持當前溫度，加熱片R13由於需要升高溫度，所以加熱的脈衝寬度ts2較長。

透過這種矩陣式的加熱片排布，進行時分複用的脈衝式加熱方法能夠大幅減少外接的供電和接地線的數量，10×10的矩陣可以進行100個區的獨 立加熱，但是只需要10+10共20個濾波器和開關實現驅動。但是這種結構的加熱器存在一定的缺陷：對於加熱片數量巨大的矩陣來說，實際上各加熱片的有效加熱時間(ts)很短，經過長時間的等待(T0)後溫度已經下降了，所以無法達到較大的溫升需求。即使為了維持當前溫度也需要在加熱時間段ts內具有很大電流才能在短時間內產生足夠熱量，否則在一個加熱循環週期T0內的平均加熱量過低無法維持當前溫度，這就要求各供電開關和接地開關具有短時間內輸送大電流的能力，對開關的尺寸、材料提出了很高的要求，無法整合到只有數個毫米厚的加熱層中，只能設置在反應腔外部。

圖4示出了本發明一種多區控溫加熱器電路結構示意圖，本實施例的多區控溫加熱器12包含矩陣式排列的加熱片R11~R24，圖中的2×4矩陣僅用於說明本發明多區加熱器12的電路結構，矩陣中加熱片的數量可以遠大於8個，例如大於150個，甚至大於200個，或者超過400個，空間排布也可以根據實際需要自由選擇。本實施例中各加熱片R11~R24分別連接一開關S11~S24並形成一加熱單元；複數個加熱單元的兩端分別透過接地總線分支和供電總線分支連接接地總線35和供電總線33。具體來說，在圖4所示的實施例中，第一行的四個加熱片R11~R14的一端透過接地總線分支連接接地總線35實現一端接地，同時四個加熱片R11~R14的另一端分別連接一個開關S11~S14的一端，上述4個開關S11~S14的另一端分別透過供電總線分支連接到供電總線33，供電總線33連接到加熱電源30。同樣的，第二行的四個加熱片R21~R24的一端透過接地總線35的另一個分支連接到上述接地端，同時四個加熱片R21~R24的另一端透過各加熱片R21~R24對應的開關S21~S24連接到供電總線33的另一個分支。其中，供電總線33和接地總線35可以具有更多分支，各分支在電學上具有相同的電壓。所以無論最終有多少個加熱單元，這些加熱單元的第一端均連接到一個共同的接地總線35，各加熱單元的第二端連接到供電總線33。

本發明在上述加熱器12中進一步設置了與各開關S11~S24對應的鎖存器L11~L24，這些鎖存器L11~L24連接到一個共用的控制總線41，透過控制總線41連接到控制器40，並接受來自控制器40的控制訊號。控制訊號包含需要進行輸出功率修正的加熱單元的座標訊息，以及此座標下加熱單元的目標加熱功率值。同時，各鎖存器L11~L24輸出驅動訊號至與其連接的開關S11~S24，驅動訊號用於控制開關S11~S24在各週期的工作時長，即工作週期，以實現對加熱片R11~R24加熱功率的控制。各鎖存器L11~L24按照預設的加熱功率訊號透過控制與之連接的開關S11~S24的工作週期進而控制加熱片R11~R24的加熱功率，同時根據接收到控制訊號判斷是否需要改變當前輸出的驅動訊號，如座標為11的鎖存器L11接收到的控制訊號中沒有指定加熱片R11需要修改加熱功率，則鎖存器L11保持原有驅動訊號至開關S11，如果鎖存器L11接收到的控制訊號中要求對加熱片R11進行功率調整，則鎖存器L11根據控制訊號相應調整輸出的驅動訊號，驅動訊號控制開關S11的工作週期以實現對輸入加熱片R11的加熱功率的調整。

圖5例示性的說明了開關S11、S12、S13的驅動訊號D11、D12、D13的變化波形。其中，從開始到t1時刻三個驅動訊號D11、D12、D13均具有初始的占空比50%，在t1時刻鎖存器L13接收到控制訊號中要求減小加熱片R13加熱功率的訊息，隨後鎖存器L13修正驅動訊號D13，使得開關S13的工作週期變為25%。同時，鎖存器L11、L12對接收到的控制訊號進行識別，沒有發現需要對加熱片R11、R12進行輸出功率修正的訊息，因此鎖存器L11、L12仍維持原有驅動訊號不變。經過一段時間的運行後，溫度檢測系統發現新的溫度異常點，因此在t2時刻再次透過控制總線41向全部鎖存器L11、L12、L13廣播新的控制訊號，鎖存器L12識別出需要增大加熱片R12的加熱功率的訊息，進行處理後輸出 改變後的驅動訊號D12到開關S12，改變後的驅動訊號D12控制開關S12實現70%的工作週期，以滿足該局部區域溫度的調整。

各開關根據接收到的驅動訊號進行導通和關斷狀態的切換，在開關導通時加熱片連通到加熱電源，對加熱片進行加熱，關斷時停止加熱。各加熱片的加熱電流與輸出到相應開關的驅動訊號具有相同的波形。驅動訊號中開關工作週期越高則相應加熱片的加熱時間越長，加熱功率越大，開關工作週期越低則相應加熱片的加熱功率越低。

驅動訊號可以經過一個調變電路進一步調變後輸出到上述開關，其中調變電路較佳地，可以將上述驅動訊號一個導通脈衝分隔為互相分離的複數個導電脈衝，例如50%工作週期的脈衝訊號被分隔為兩個25%週期長度的短脈衝或者五個10%週期長度的短脈衝，或者是兩個20%的脈衝和一個10%的脈衝。這種調變後的多段短脈衝導通加熱方式帶來的技術效果是，上方的加熱片不會在前半個週期的較長導通時間內因持續加熱而溫度上升的過快，然後在後半個週期降溫過快，保證加熱單元對應的上方基片各個區域溫度平穩。調變後由於加熱時段被分割成多段，加熱片的溫度波動被大幅減小。因此各鎖存器刷新功率輸出狀態的脈衝頻率可以選擇更低，例如可以小於10Hz。調變電路較佳地，可以將不同鎖存器輸出的驅動訊號的相位錯開，使得大量開關不會同時導通造成供電總線上瞬時輸出電流過大，在較長的時間段內均勻分配加熱電流。

透過上述由控制器、鎖存器、開關構成的驅動控制系統運行過程的說明可以基本瞭解本發明的運行過程，其中各開關的導通時間只受驅動訊號的工作週期控制，以50%為例，開關在各週期內50%時間內均有加熱電流流過，對於同樣需要輸出幾瓦的加熱功率來說，其流過的最大電流可以只有幾毫安或者幾十毫安，例如小於100毫安。在圖2和圖3所示的實施例中各加熱片在一個循環週期(T0)中只有一個脈衝時間段輸入電流，大部分時間都是在等待其它開關切 換，所以要達到相同的加熱功率，必須在極短時間內輸入很高的電流(例如，大於1安培)，因此開關必須選擇能夠流過大電流，能耐受高壓的器件，這種大功率的器件體積過大成本也高，無法整合至薄片型的電加熱器中。本發明由於開關的額定電流顯著降低，相應的體積也能最小化，因此能夠集入加熱器中。

本發明中所有加熱單元的一端連接到一個接地總線，另一端連接到供電總線，所有開關串聯在加熱片與接地總線或者加熱器與供電總線之間。各開關均透過鎖存器輸出的驅動訊號驅動控制，所有鎖存器均接收一個控制總線的控制訊號進行控制。採用本發明的多區加熱器驅動控制電路只需要三根外接電線，即供電總線、接地總線、控制總線，因此只需要三個濾波器就能實現加熱器電路與外部電路的射頻訊號隔離。甚至控制總線可以替換為光纖，由設置在加熱器或者基座中的光電轉換裝置轉換為電訊號進行後續的控制驅動，這樣無論是多少個獨立加熱區的加熱器，都只需要兩個濾波器就能實現對多區加熱器的驅動控制。現有技術中需要幾十根外接的導電線也就需要幾十個濾波器才能實現本發明只用兩個濾波器就能實現的功能。本發明可以靈活實現加熱單元數量的增減，與其他技術中的電路結構會隨著獨立控制加熱片數量的增加相應的增加引線數相比，本實施例不需要對基座和靜電夾盤進行較大的硬體改造。由於基座結構相對固定，無法實現頻繁的硬體修改以適應變動的引出線，採用本發明思路製作的加熱器適應性強，可以透過簡單的修改適應各種製程的需求。

除了最初建立初步溫度分佈時需要矩陣中全部或者大部分加熱片大幅升溫外，後續可以根據檢查到的溫度異常點(相對其它區域的溫度低點或高點)，只對溫度異常點對應位置的加熱單元進行升溫或降溫操作以補償溫度不均勻性。補償溫度差時，控制器可以只發送溫度異常點對應區域的加熱片的座 標及此加熱片的目標功率到所在的鎖存器，由鎖存器解讀控制訊號後進行相應驅動訊號的輸出。

如圖6a所示，各鎖存器可以用來驅動一個開關；也可以如圖6b所示，一個鎖存器用來驅動複數個開關。圖6a中供電總線透過開關S11~S14連接到加熱器12中各個獨立的加熱片，控制總線連接到鎖存器L11~L14，並向各個鎖存器L11~L14輸出控制訊號C，鎖存器L11~L14分別輸出驅動訊號D11~D14到開關S11~S14。其中，開關陣列和鎖存器陣列構成了一個加熱器驅動控制裝置50，加熱器驅動控制裝置50可以埋設在加熱器12中，也可以設置在黏接層11或者基座10中。較佳地，加熱器驅動控制裝置50位於加熱器12下方，靠近由冷卻液控溫的基座10使得其溫度維持在穩定的低溫，保證加熱器驅動控制裝置50中大量半導體開關和邏輯電路不會因過熱而導致性能衰減甚至發生故障。本發明圖6a和圖6b中的分層位置關係只是例示性的說明，根據實際需要也可以使得鎖存器陣列位於開關陣列上方，或者位於同一材料層中。圖6b是本發明實施例提供的另一種多區控溫加熱器空間排布結構示意圖，主要結構與圖6a類似，其中鎖存器L1A連接到控制總線後輸出兩個驅動訊號D11、D12到不同的開關S11、S12，鎖存器L1B連接到控制總線後輸出兩個驅動訊號D13、D14到不同的開關S13、S14。同理，一個鎖存器同時驅動三個或三個以上的開關也是本發明的變形實施例。

本發明的加熱器驅動控制裝置50可以如圖6a所示分隔為兩層，其中開關層51位於上方，鎖存器層52位於下方。開關層51中包含上述大量開關S11~S14，由於開關S11~S14是用來導通大電流加熱的，所以這些分立器件的開關S11~S14能夠耐受更高的電壓和溫度波動，鎖存器層52中包含大量鎖存器L11~L14，由於鎖存器L11~L14中包含大量微電子器件，所以耐受高溫能力較弱，也容易被反應腔中產生的電弧放電(arcing discharge)導致的瞬時大電流破壞，所以需要鎖存器層52儘量遠離上方電漿的熱源，同時遠離上方的電荷積累 區域。為了進一步保證鎖存器層52的穩定運作，本發明可以如圖7所示的將鎖存器層52設置在基座10的下方和設備板21上方之間的間隙空間內。鎖存器層52中的大量鎖存器的一端連接到控制總線用於接收控制訊號，另一端透過多根驅動訊號線穿過基座10中開設的小通孔到達上方的開關層51。由於基座10中存在冷卻液管道8，上述小通孔需要繞開這些冷卻液管道8，穿過冷卻液管道8之間區域內的導體材料構成通道。由於這些驅動訊號線的位置與冷卻液管道8形狀相關，穿過基座10到達基座10上表面後，可以設置一個跨接層54，使得這些驅動訊號線在水平方向延伸到達各自對應的開關位置。圖8示出了跨接層54的基本結構，跨接層54設置在基座10的上方，基座10中與冷卻液管道8對應的區域為A區域，位於冷卻液管道8之間的區域為B區域，本發明中的驅動訊號線能夠穿過B區域到達基座10上表面。跨接層54的底面包含複數個輸入端541位於基座10的B區域，但是上方加熱片是在整個平面均勻的分佈的矩陣，所以需要將集中在B區域的輸入端541跨接到與上方的加熱片或開關對應的位置。所以跨接層54中底面為位於冷卻液管道8之間區域的複數個輸入端541，跨接層54頂面為與開關位置一一對應的複數個輸出端542，兩個端點之間進一步包含水平或垂直或傾斜延伸的導線，以實現輸入端541與輸出端542的互聯。例如，座標為44的鎖存器L44對應的驅動訊號線到達基座10後水平延伸一定距離到達開關S44，最後開關S44驅動上方的加熱片R44，實現對加熱片R44的加熱功率控制。

除了跨接層54，本發明可以進一步設置一個互聯層53，用於上述供電總線33和接地總線35的水平延展，實現大量加熱片與供電總線33和接地總線35的連接。如圖9a所示，互聯層53設置在開關層51和複數個加熱片形成的加熱層22之間，一個接地總線35接入互聯層並大致在水平方向延伸，接地總線35向上延伸的複數個接地總線分支連接到複數個加熱片的第一端，以實現複數個加熱片的接地。同時，供電總線33連接到開關層51中，且電連接到複數個開關， 複數個開關輸出的加熱功率透過功率輸出線穿過互聯層53連接到加熱片的第二端，實現對各加熱片功率的控制。如圖9b所示是本發明互聯層的另一實施例，供電總線33也被整合進入互聯層53。其中，接地總線35包含複數個接地總線分支35a~35n，複數個接地總線分支在接地交點350匯合後與接地總線35相連，供電總線33包含複數個供電總線分支33a~33n，複數個供電總線分支在供電交點330匯合後與供電總線33相連，複數個接地總線分支35a~35n和複數個供電總線分支33a~33n大致均勻地分佈在基座10上方的圓形平面上。其中，接地總線分支35a~35n包含向上延伸的複數個導線351，其用於向上穿入加熱層22實現與各加熱片的連接。供電總線分支33a~33n包含向下延伸的複數個導線331，其連接到下方開關層51中的各個開關。開關透過選擇性開通或關斷對供電總線33的電源進行脈波寬度調變(PWM)後輸出，經過功率輸出線向上穿過互聯層53到達加熱層22中的各個加熱片的第二端。在另外的實施例中，供電總線33可以直接或透過供電總線分支33a~33n與加熱片的一端相連，接地總線35直接或透過接地總線分支35a~35n與開關相連。上述互聯層53中的總線及總線分支形成一總線互聯導體網。上述開關層51與互聯層也可以整合為一體並設置在加熱層22與基座10之間，其同樣能實現本發明目的。互聯層53可以位於加熱層22和開關層51之間或位於開關層51的下方又或位於加熱層22的上方。

鎖存器層52較佳地設置在設備板21的上方，基座10的下方，由於鎖存器層52靠近基座10設置，能夠得到冷卻器的充分冷卻，保證鎖存器在穩定的溫度空間中運作，而且即使鎖存器層52中任意一個鎖存器發生了故障，可以將設備板21與基座10之間的固定裝置拆開，將鎖存器層52中發生故障的鎖存器取出維修或者更換後就能恢復運作。在另外的實施例中，也可以將鎖存器層52設置在基座10上方或整合在基座10內部，需要拆卸時可以從基座10上方對鎖存器進行更換。

本發明中的鎖存器能夠實現對控制訊號內容的識別，並判斷是否需要修改輸出的驅動訊號，如果需要則修改驅動訊號，任何能實現上述功能的驅動器都可以用在本發明思想的設計中，除了鎖存器或鎖存器電路之外，也可以是其它訊號處理電路，比如CPU、儲存器、比較器或者其它電子元器件的組合等。

根據同樣的原理，本發明進一步提供另一實施例，開關層51可以設置在基座10與設備板21之間，這樣鎖存器層52中大量的鎖存器的驅動訊號線就近連接到對應的開關的驅動端，然後開關的第二端連接到供電總線33或接地總線35，開關的功率輸出線穿過基座10中沒有冷卻液管道8的區域向上穿到上方的跨接層54實現功率輸出線與對應加熱片的連接和驅動。

本發明的前述實施例中的開關均是連接在加熱片第二端與供電總線之間的，透過開關的狀態切換實現對加熱片加熱功率的調節，根據本發明原理，開關也可以連接在加熱片第一端與接地總線之間，加熱片的第二端連接到供電總線。其中，部分加熱片的第一端連接到開關和供電總線，另一部分的加熱片第二端連接到開關和供電總線的實施例也屬於本發明一種變形實施例。

本發明可以同時控制驅動數量極大(例如，大於200個)的加熱片，並實現各加熱片的溫度獨立控制，但是部分製程可能並不需要如此多的獨立控溫加熱片，例如只需要10至20個獨立溫度控制單元即可，此時可以對複數個獨立控溫的加熱片進行同步控制。如圖10a所示，實際存在的11~88共64個加熱片可以進行分區合併控制，將C1~C4四個區中各16個加熱片透過四個控制訊號統一控制。控制器輸出的控制訊號使得C1區內的所有鎖存器實現同步變換訊號，也就實現了加熱器分辨率的自適應調整，不需要單獨設計一整套獨立控溫區較少的加熱器硬體，因此大量減少了研發設計的時間和成本。

此外，對於溫度控制至關重要的溫度探測器也是多區控溫的關鍵，在靜電夾盤或者加熱器中埋入與加熱片同等數量的探測器也很難實現，如何減少溫度探測器數量的同時實現對靜電夾盤上方待處理基片的有效測溫也是一大技術難點。本發明驅動控制結構有利於這一技術問題的解決，在產品出廠之前進行足夠測試可以獲得不同的硬體設置下的溫度分佈圖，在溫度變化平緩的平緩溫控區域可以只設置少數3至5個溫度探測器就能計算出整個區域的溫度，對於溫度變化較大的劇變區域可以高密度設置較多溫度探測器，這樣就能監控整個靜電夾盤的溫度分佈變化，本發明的加熱器劃分的區域可以方便地透過軟體設定以實現與上述平緩溫控區和劇變溫控區位置對應，例如圖10b中C61、C62對應的區域與溫度變化較大的溫控區域對應，只包含少數幾個獨立加熱片，分別只有2和4片，其它的C5、C7的形狀與平緩溫控區域形狀對應，大量位於C5、C7區域中的獨立加熱片同步具有相同的驅動訊號，以實現統一控制。這樣就能實現在利用較少溫度探測器的情況下，利用統一控制的複數個溫控加熱區的方式實現快速調溫。本發明透過軟體就能設置上述不同形狀的溫度統一控制區以適應不同硬體結構，例如不同的冷卻液管道排布和形狀，或者不同的靜電夾盤結構等，其均能透過軟體設置實現最佳匹配，大幅提高對不同硬體結構的適應性。

本發明中所揭露的加熱層、互聯層、開關層、跨接層、鎖存器層等各種圓盤形裝置可以獨立形成一個功能器件，也可以互相整合為一體成型的部件，或者為一個空間定義而不包含實體部件。例如，開關層與跨接層可以整合為一體、加熱層和互聯層可以整合為一體、或者互聯層和開關層整合為一體等，只要製造製程能夠實現上述各種功能器件均可以選擇性的整合，或者部分整合為一體，其它部分獨立組裝到電漿處理裝置中。例如，鎖存器層可以獨立組裝進基座下方，而其它的諸如開關層、跨接層互聯層的功能器件可以選擇整 合為一體與基座互相固定。多塊功能板整合後雖然變為一個部件，但是仍能實現上述多種功能，只是空間上更節約了。另一方面，上述各個板的上下位置關係也可以有複數個選擇，例如鎖存器層與開關層均設置與基座下方時可以將鎖存器層設置在開關層上方，以及開關層可以位於加熱器板和互聯層的上方等。所以本發明中上述各種功能板的各種整合組合、上下位置排列組合均能實現本發明目的，也屬於本發明的保護範圍。

對於所揭露的實施例的上述說明，使本領域具有通常知識者能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域具有通常知識者而言將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會受限於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所揭露的原理和新穎特點相一致的最寬的範圍。

30:加熱電源

33:供電總線

35:接地總線

40:控制器

41:控制總線

R11,R12,R13,R14,R21,R22,R23,R24:加熱片

S11,S12,S13,S14,S21,S22,S23,S24:開關

L11,L12,L13,L14,L21,L22,L23,L24:鎖存器

Claims (24)

1. 一種用於電漿處理裝置的下電極組件，其包含：一基座和一靜電夾盤，該基座和該靜電夾盤之間設置有一多區加熱裝置，該多區加熱裝置包含：複數個開關，各該開關連接一加熱片並形成一加熱單元；該複數個加熱單元的兩端分別連接一接地總線和一供電總線；複數個驅動訊號線，各該驅動訊號線與該開關相連，用於輸送該開關的工作週期的一驅動訊號，該開關分別根據該驅動訊號獨立控制與之連接的該加熱片的工作時間，該下電極組件進一步包含至少一驅動器，該驅動器透過該驅動訊號線輸送該驅動訊號至該開關。
2. 如請求項1所述之下電極組件，其中該基座內設置一冷卻通道，該驅動器位於該基座下方，該驅動器上連接的該複數個驅動訊號線繞過該冷卻通道貫穿該基座，並連接到位於該基座上方的該複數個開關。
3. 如請求項1所述之下電極組件，其中該下電極組件進一步包含一控制總線，該控制總線輸出一控制訊號至該至少一驅動器，該控制訊號包含需要進行溫度調整的一加熱單元坐標訊息及一調整幅度訊息。
4. 如請求項1所述之下電極組件，其中該驅動器用於識別一控制總線的一控制訊號並將該驅動訊號輸送到對應的該開關中；該驅動器包含鎖存器、小型CPU、儲存器或比較器中的至少一種。
5. 如請求項1所述之下電極組件，其中流過該開關的電流小於等於100毫安。
6. 如請求項1所述之下電極組件，其中複數個該加熱片形成一加熱層，該加熱層中的複數個該加熱片成陣列排布，至少兩個該加熱片位於同一水平面內，該複數個開關形成一開關層，該開關層位於該加熱層的上方或下方或與該加熱層位於同一平面內。
7. 一種電漿處理裝置，其包含：一反應腔，該反應腔內設置如請求項1所述之一下電極組件，該下電極組件的該多區加熱裝置用於對該靜電夾盤承載的一基片進行多區溫度調節。
8. 如請求項7所述之電漿處理裝置，其中該接地總線和該供電總線分別透過一濾波器與該反應腔外的非射頻環境相連。
9. 如請求項7所述之電漿處理裝置，其中該多區加熱裝置的該加熱單元的數量大於等於100個。
10. 如請求項7所述之電漿處理裝置，其中該驅動器用於識別並儲存一控制總線傳輸的一控制訊號，並根據該控制訊號判斷是否調整該驅動器輸出的該驅動訊號，複數個該加熱單元根據該驅動訊號獨立進行加熱功率調節。
11. 如請求項10所述之電漿處理裝置，其中該電漿處理裝置包含複數個該驅動器，各該驅動器連接一個或複數個該加熱單元。
12. 如請求項7所述之電漿處理裝置，其中該基座下方進一步設置一設備板，該驅動器位於該基座和該設備板之間。
13. 如請求項7所述之電漿處理裝置，其中該多區加熱裝置進一 步包含一跨接層，該跨接層位於該基座的上方，用於排布該複數個驅動訊號線至該複數個開關。
14. 如請求項7所述之電漿處理裝置，其中該驅動器位於該基座上方，該基座與複數個該加熱片之間設置一黏接層，該驅動器設置於該黏接層內或者該基座的上表面的一凹陷部中。
15. 如請求項7所述之電漿處理裝置，其中該接地總線連接複數個接地總線分支，該供電總線連接複數個供電總線分支，各該加熱單元的一端透過該接地總線分支與該接地總線相連，另一端透過該供電總線分支與該供電總線相連。
16. 如請求項7所述之電漿處理裝置，其中一接地總線分支和一供電總線分支形成一互聯層，複數個該加熱片形成一加熱層，該複數個開關形成一開關層，該互聯層位於該加熱層和該開關層之間或位於該開關層的下方或位於該加熱層的上方。
17. 如請求項7所述之電漿處理裝置，其中一互聯層包含一總線互聯導體網，該總線互聯導體網包含向上延伸或向下延伸的複數個導線，各該導線分別與該開關或該加熱片相連接。
18. 如請求項13所述之電漿處理裝置，其中該跨接層的上表面包含該複數個驅動訊號線的複數個輸出端，該複數個輸出端位置與上方的該複數個開關對應。
19. 如請求項7所述之電漿處理裝置，其中該電漿處理裝置包含一控制器，該控制器位於該反應腔外的非射頻環境，該控制器輸出的一控制訊號透過一控制總線傳輸到該驅動器。
20. 如請求項19所述之電漿處理裝置，其中該控制器透過一光纖傳輸一光學控制訊號到該反應腔中的一光電轉換裝置，該光 電轉換裝置輸出一電控制訊號到一控制總線。
21. 如請求項19所述之電漿處理裝置，其中一控制總線透過一控制總線濾波器與該控制器相連。
22. 如請求項7所述之電漿處理裝置，其中該驅動訊號為脈衝訊號，脈衝式的該驅動訊號使得各該開關在導通和關斷狀態間循環，使得該加熱片的輸出加熱功率與脈衝式的該驅動訊號的工作週期相關。
23. 如請求項7所述之電漿處理裝置，其中該驅動器與該開關之間設置一調變電路，用於將該驅動訊號的一個導通脈衝分隔為互相分離的複數個導電脈衝。
24. 如請求項7所述之電漿處理裝置，其中該基座與該靜電夾盤之間進一步包含一主加熱器，該主加熱器位於一加熱層的下方。