CN111001503A - 加热装置及温度控制喷淋组件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种加热装置，用于一电浆处理半导体制造装置。该加热装置包含：至少一加热导线，延伸于一射频讯号的涵盖范围中；一电源供应器，提供一电力讯号至该至少一加热导线；及一温度控制器，至少基于一默认温度控制该电源供应器。该至少一加热导线由至少一屏蔽组件包覆，用以屏蔽该射频讯号，避免该射频讯号电耦合至该至少一加热导线、该电源供应器和该温度控制器中。

Description

加热装置及温度控制喷淋组件
技术领域
本发明是关于一种加热装置，尤其是用于电浆处理的半导体制造装置的加热装置，像是安装在喷淋头或基板支撑座中的加热装置。
背景技术
在半导体制造技术中，已知提高反应物质或环境的温度可得到较理想的沉积薄膜形貌，尤其当所述温度提高至200℃对于物质的反应是有帮助的。已知的有使用于喷淋头中的油温加热器，但受到油的特性限制，这种加热器无法提高至200℃以上，无法满足工艺的需求。
已有采用电加热器来解决油温加热器的缺失，但针对特定的处理，电加热器的表现仍有顾虑。在专用于电浆处理的半导体制造装置中，产生的一射频讯号会涵盖配置在装置中的电加热器，例如安装在喷淋头或基板支撑的电加热器，使射频讯号电耦合至电加热器的电气回路中，从而使电气回路失效或对其造成干扰。对此，已知的解决手段是在电加热器的电气回路中并入可抑制射频讯号的滤波器，但这样无疑会增加制造上的成本，并且需要额外的安装和维护空间。
因此，有必要发展出针对电浆处理且不需使用滤波器的电加热器，且适于应用在喷淋头、基板支撑座(即加热盘)或其他射频讯号可能涵盖的部分。
发明内容
本发明目的在于提供一种温度控制喷淋组件，具有一气体入口部及一气体分配部。所述温度控制喷淋组件包含至少一加热导线，其延伸于该气体入口部和该气体分配部中，且该至少一加热导线与该气体入口部和该气体分配部之间提供有至少一屏蔽组件，用以屏蔽自该气体入口部传递至该气体分配部的一射频讯号，避免该射频讯号电耦合至该至少一加热导线中。
在一具体实施例中，至少一通道延伸于该气体入口部和该气体分配部，该至少一加热导线延伸于该至少一通道中，该至少一屏壁组件容置于该至少一通道中且包覆该至少一加热导线。
在一具体实施例中，该至少一屏蔽组件具有包覆该至少一加热导线的一第一屏壁部，及包覆该第一屏壁部的一第二屏壁部。
在一具体实施例中，该第一屏蔽部由一第一金属层和一第一耐热层组成，该第二屏蔽部由一第二金属层和一第二耐热层组成。
在一具体实施例中，该至少一屏蔽组件的至少一部分接地。
在一具体实施例中，该至少一屏蔽组件的一外围提供有一导热层，将该至少一加热导线产生的热传递至该气体入口部及/或该气体分配部。
本发明还提供一种加热装置，用于一电浆处理半导体制造装置。该加热装置包含：至少一加热导线，延伸于一射频讯号的涵盖范围中；一电源供应器，提供一电力讯号至该至少一加热导线；及一温度控制器，至少基于一默认温度控制该电源供应器。其中，该至少一加热导线由至少一屏蔽组件包覆，用以屏蔽该射频讯号，避免该射频讯号电耦合至该至少一加热导线、该电源供应器和该温度控制器中。
在一具体实施例中，该至少一加热导线延伸于一喷淋组件或一基板支撑座中。
在一具体实施例中，该至少一屏蔽组件具有包覆该至少一加热导线的一第一屏壁部，及包覆该第一屏壁部的一第二屏壁部。
在一具体实施例中，该第一屏蔽部由一第一金属层和一第一耐热层组成，该第二屏蔽部由一第二金属层和一第二耐热层组成。
附图说明
参考下列实施方式描述及附图，将会更清楚了解到本发明的前述和其他特色及优点。
图1显示在本发明提供的一实施例中，喷淋组件及其连接部件的一剖面图。
图2显示图1喷淋组件的一顶部。
图3显示图1喷淋组件及其连接部件的另一剖面图。
图4显示在本发明的一实施例，双层屏蔽加热导线的一剖面示意图。
图5显示双层屏蔽加热导线的另一剖面示意图。
具体实施方式
在以下多个示例具体实施例的详细叙述中，对该等随附图式进行参考，该等图式形成本发明之一部分。且系以范例说明的方式显示，藉由该范例可实作该等所叙述之具体实施例。提供足够的细节以使该领域技术人员能够实作该等所述具体实施例，而要了解到在不背离其精神或范围下，也可以使用其他具体实施例，并可以进行其他改变。此外，虽然可以如此，但对于「一具体实施例」的参照并不需要属于该相同或单数的具体实施例。因此，以下详细叙述并不具有限制的想法，而该等叙述具体实施例的范围系仅由该等附加申请专利范围所定义。
在整体说明书与权利要求范围中，除非在上下文中另外明确说明，否则以下用词系具有与此明确相关联的意义。当在此使用时，除非另外明确说明，否则该用词「或」系为一种包含的「或」用法，并与该用词「及/或」等价。除非在上下文中另外明确说明，否则该用词「根据」并非排他，并允许根据于并未叙述的多数其他因子。此外，在整体申请书中，「一」、「一个」与「该」的意义包含复数的参照。「在…中」的意义包含「在…中」与「在…上」。
以下简短提供该等创新主题的简要总结，以提供对某些态样的一基本了解。并不预期此简短叙述做为一完整的概述。不预期此简短叙述用于辨识主要或关键组件，或用于描绘或是限缩该范围。其目的只是以简要形式呈现某些概念，以做为稍后呈现之该更详细叙述的序曲。
本发明提出一种具备电加热能力且在无需滤波器的情况下能容入射频电场的一电加热装置，其可以位于半导体设备的喷淋组件中，也可以是位于基板支撑座的加热盘中。此加热装置具有整合的屏蔽组件和加热导线，铸造(casting)在其内部。此设计可降低硬设备的成本及缩减硬设备的体积，且对于任何一种需要高温反应且伴随射频导入的电加热器均有应用价值。
图1显示本发明一喷淋组件100及其连接部件200的一实施例。喷淋组件100配置于一反应腔(未显示)的上方，且喷淋组件100的一底部作为反应区域的一顶部，喷淋组件100的一顶部则与各种连接部件200连接，使喷淋组件100耦接至外部的其他装置(未显示)，像是射频讯号源、冷却装置和气体供应源等。
射频讯号源经由一缆线与喷淋组件100中的一电极，如喷淋板101电性耦接，使射频讯号经由喷淋板101传递至反应腔中。冷却装置提供一冷却机制于喷淋组件100中，以冷却喷淋组件100。像是以冷却水或冷却剂流入预定的管道中。气体供应源可提供一或多个气体或者混合气体至喷淋组件100中的多个气室和导管，并由喷淋组件100加热后排出。藉由阀门的控制，来自气体供应源的气体流速得以被调整。
喷淋组件100基本上包含一气体入口部102及一气体分配部103。气体入口部102具有自顶部向下延伸的一气体入口通道，用于接收来自气体供应源的反应气体。气体分配部103位于气体入口部102的下方并定义有多个气室。如图所示，气体分配部103自喷淋板101的上方还具有一多孔层104及一汇流器105。喷淋板101与多孔层104定义一气室106，多孔层104与汇流器105定义一气室107，汇流器105与气体分配部103的内壁定义两个气室108、109。汇流器105具有一气体入口通道连通，其与气体入口部102的气体入口通道相连通。
在一实施例中，所述气体入口通道接收一惰性气体。汇流器105两侧的气室108、109分别经由其他信道(此图未显示)接收一第一和一第二反应气体，并经由汇流器105的孔与入口通道的惰性气体混合，并依序进入气室107和气室106。气体从气体入口部102进入并流过在气体分配部103的各气室的过程中，可充分地被气体入口部102及/或气体分配部103加热，最后被释放至反应区域中。在其他实施例中，气体分配部103可为不同的安排，不为前述例示所限制。
在本实施例中，气体入口部102的侧边提供有一板110或凸缘，其可承靠在一反应腔体顶部的支撑结构(未显示)。板110还提供有固定手段111，使喷淋组件100固定于腔体顶部。板110与其下方的气体分配部103的横向延伸之间具有一空间，该空间使喷淋组件100固定于所述腔体时减小与腔体的接触，以减少热量散失。喷淋组件100还具有用于容置至少一加热导线(如图4所示)的至少一通道112，其延伸于气体入口部102和气体分配部103中。在本实施例中，通道112自气体入口部102的一侧且位于板110上方的一处向下延伸并于气体分配部103转变为横向延伸且在最末端环绕着气体分配部103，以靠近气室106和气室107的外围。在另一实施例中，可实施成为更多的通道112。在某些实施例中，通道112可向下螺旋延伸。
图2显示喷淋组件100的顶部，不含所述连接部件200。如图所示，板110的外围提供有前述固定手段111的多个孔。此外，板110还提供有用于安装热电偶(thermalcouple)的孔113，如图3所示。气体入口部102顶部的一侧提供有所述加热导线的接头114，其另一端连接至提供电力讯号给加热导线的一电源供应器(未显示)。电源供应气有与一温度控制器(未显示)电性连接。温度控制器至少基于一默认温度控制电源供应器。至少所述加热导线、电源供应器及温度控制器构成一电加热装置，其可突破油温加热器的温度限制。
图3显示喷淋组件100及连接部件200的另一剖面图。两个热电耦115分别被固持在孔113中并向下延伸直到接触气体分配部103的一顶面。热电耦115的另一端则电连接至所述温度控制器，以将读取的喷淋组件100的温度数据输入至所述温度控制器。因此，温度控制器可根据一默认温度以及接收的温度数据控制电源供应器提供电力讯号给加热导线。在可能的实施例中，热电耦115可由其他任何的温度传感器取代，以测量喷淋组件100或其电极位置的温度。温度控制器亦可控制前述冷却装置令喷淋组件的温度降低。在一实施例中，两个热电耦115的其中一个可配置成用于温控，另一个可配置成用于高温报警。
图4显示本发明的一实施例的局部剖面图，加热装置具有一加热导线400及一屏蔽组件500。图5显示图4的一横截面图。在本实施例中，加热导线400包覆于屏蔽组件500中，且屏蔽组件500至少部分被包覆于一导热层600中。加热导线400具有自所述电源供应器接收电力讯号的两个终端401、402。一接头700，如图2所示接头114，包覆加热导线400的终端401、402及屏蔽组件500的末端。
沿着如图1所示的通道112，加热导线400延伸于喷淋组件100的气体入口部102和气体分配部103中，且屏蔽组件500位于加热导线400与气体入口部102和气体分配部103之间，以将加热导线400与喷淋组件100结构隔开。围绕着屏蔽组件500的导热层600配置成接收来自加热导线400的热，并经由与气体入口部102和气体分配部103的面接触将热传递至喷淋组件100的各部分，像是喷淋板101或电极。
在本实施例中，屏蔽组件500为双层结构，包含由一第一金属层501和一第一耐热层502组成的一第一屏蔽部，以及由一第二金属层503和一第二耐热层504组成的一第二屏蔽部。这样的双层结构是为了铸造的便利性。欲将第一金属层501浇铸于导热层600内并与导热层600隔开，增加电绝缘的第二耐热层504是必要的。但由于第二耐热层504是无法浇铸的材质，故再提供一第二金属层503用于填充第二耐热层504。
第一屏蔽部包覆第二屏蔽部。第一耐热层502包覆加热导线400，第一金属层501包覆第一耐热层502。第二耐热层504包覆第一金属层501，第二金属层503包覆第二耐热层504。导热层600包覆第二金属层503。原则上第一屏蔽部足以达到屏蔽的效果，故以第一金属层501接地506。在某些可能的实施例中，第二金属层503可接地，或者第二屏蔽部可省略，并以一电绝缘层隔开导热层600和第一金属层501。
接头700可填充与所述耐热层502、504相同的材质。加热导线400的材质可为镍、镍铬合金或其相似物质，即可加热至200℃或300℃以上的材质。所述金属层501、503可为不锈钢或其相似物质。所述耐热层502、504可为氧化镁、氧化铝、氧化锆、氮化铝或其相似物质。可使用已知的铸造方法及材质填充实现上述配置的部分。导热层600的厚度足以满足机械强度为原则。所述耐热层502、504主要用于绝缘射频热(RF hot)，因此耐热层502、504的厚度取决于射频功率。在一实施例中，所述金属层501、503的厚度约为1mm，所述耐热层502、504的厚度约为2mm。在其他可行实施例中，可包含更多或更少的屏蔽部件或屏蔽层，且这些屏蔽部件的至少一部分可选择为接地。
加热导线400接收电力讯号产生的热经由屏蔽组件500传递至与喷淋组件100接触的导热层600。根据图1所示的信道112路径，喷淋组件100的气体入口部102的一侧可被加热，气体分配部103的一横向延伸及外缘可被加热，因此气体主要是在气体分配部103的气室中被加热。在其他实施例中，气体可在气体入口部102被第一阶段加热，在气体分配部103被第二阶段加热。
一般而言，射频讯号从喷淋组件100的上方传递至喷淋板101，射频讯号的范围涵盖信道112中的加热导线400。由于屏蔽组件500包覆延伸于通道112中的加热导线400，射频讯号被双层屏蔽部所屏蔽，而不会使射频讯号耦合至加热导线400中，避免干扰加热装置的回路。而且，由于射频讯号不会进入加热回路中，因此无需在回路中包含射频滤波器。因此，本发明提供的喷淋组件及加热装置可省下配置射频滤波器的成本以及省下配置射频滤波器的占领空间。
以上内容提供该等叙述具体实施例之组合的制造与使用的完整描述。因为在不背离此叙述精神与范围下可以产生许多具体实施例，因此这些具体实施例将存在于以下所附加之该等申请专利范围之中。

Claims (10)

1.温度控制喷淋组件，具有一气体入口部及一气体分配部，其特征在于，所述温度控制喷淋组件，包含：
至少一加热导线，延伸于该气体入口部和该气体分配部中，且该至少一加热导线与该气体入口部和该气体分配部之间提供有至少一屏蔽组件，用以屏蔽自该气体入口部传递至该气体分配部的一射频讯号，避免该射频讯号电耦合至该至少一加热导线中。
2.如权利要求1所述温度控制喷淋组件，其特征在于：至少一信道延伸于该气体入口部和该气体分配部，该至少一加热导线延伸于该至少一通道中，该至少一屏壁组件容置于该至少一通道中且包覆该至少一加热导线。
3.如权利要求1所述温度控制喷淋组件，其特征在于：该至少一屏蔽组件具有包覆该至少一加热导线的一第一屏壁部，及包覆该第一屏壁部的一第二屏壁部。
4.如权利要求3所述温度控制喷淋组件，其特征在于：该第一屏蔽部由一第一金属层和一第一耐热层组成，该第二屏蔽部由一第二金属层和一第二耐热层组成。
5.如权利要求1所述温度控制喷淋组件，其特征在于：该至少一屏蔽组件的至少一部分接地。
6.如权利要求1所述温度控制喷淋组件，其特征在于：该至少一屏蔽组件的一外围提供有一导热层，将该至少一加热导线产生的热传递至该气体入口部及/或该气体分配部。
7.一种加热装置，用于一电浆处理半导体制造装置，该加热装置包含：
至少一加热导线，延伸于一射频讯号的涵盖范围中；
一电源供应器，提供一电力讯号至该至少一加热导线；及
一温度控制器，至少基于一默认温度控制该电源供应器，
其特征在于，该至少一加热导线由至少一屏蔽组件包覆，用以屏蔽该射频讯号，避免该射频讯号电耦合至该至少一加热导线、该电源供应器和该温度控制器中。
8.如权利要求7所述加热装置，其特征在于：该至少一加热导线延伸于一喷淋组件或一基板支撑座中。
9.如权利要求7所述加热装置，其特征在于：该至少一屏蔽组件具有包覆该至少一加热导线的一第一屏壁部，及包覆该第一屏壁部的一第二屏壁部。
10.如权利要求7所述加热装置，其特征在于：该第一屏蔽部由一第一金属层和一第一耐热层组成，该第二屏蔽部由一第二金属层和一第二耐热层组成。
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