CN1400337A - 具有可替换内壁的反应器的冷却系统 - Google Patents

Abstract

一种适用于具有可替换的内壁的反应器的冷却系统，它包括气体调节温度总成、气体供应总成与气体控制总成。气体调节温度总成位于内壁与反应器侧壁之间，而气体供应总成与气体调节温度总成相连接，并供应气体调节温度总成运作所需的气体，而气体控制总与气体供应总成相连接，并控制自气体供应总成进入气体调节温度总成的气体的流量与流速，而得到实时温调整温度。

Description

具有可替换内壁的反应器的冷却系统

技术领域

本发明有关一种具有可替换内壁的反应器的冷却系统，特别是有关一种直接使用气体冷却内壁的冷却系统。

背景技术

由于在反应器(chamber)内会有许多的半导体制造程序进行，而且半导体制造程序的进行会影响到整个反应器内的空间。因此，仅管半导体制造程序是处理位于反应器的基板上方的晶片，并且通常是由与基板相对的顶板控制半导体制造程序中的晶片反应，但反应器的侧壁(wall)仍会发生污染、损伤等，特别是当反应器所进行的是蚀刻程序时。而其直接的影向便是反应器(至少侧壁)必须常常清洗，甚至反应器(或说侧壁)的使用期限会因损伤而缩短。

针对此问题，如图1A的横截面示意图所示，一种常见的作法是在反应器的侧壁13面对晶片12的一面放置可拆卸的内壁14(liner)，使得半导体制造程序仅影响到基板10、顶板11与内壁14而不会造成侧璧13的污染与损伤。由于内壁14可拆卸，因此只要清洗或更换内壁14即可，基本上不会受到半导体制造程序影响的侧壁13的使用期限与品质都可以得到保障。一般而言，由于内壁14通常只是用来保护侧壁13，控制反应器的温度与电场等参数的装置还是放在侧壁13内，借以简化可作为消耗品的内壁14的构造并降低成本。此外，内壁14通常是以吊挂或锁扣等方式固定在侧壁13上。若内壁14与侧壁13完全密合，如图1A所示的情形，二者间的热传播管道便只有接触传播；而当内壁14与侧壁13未完全密合，如图1B所示的情形，二者间的热传播管道便有接触传播与辐射传播二种可能。

显然，由于内壁14及侧壁13会与反应器内所进行的半导体制造程序相互影响，因此内壁14及侧壁13的温度必须能有效地控制，特别是当可以线圈或微波等方式加热反应器时，内壁14与侧壁13的温度控制(如冷却)便成为控制反应器内温度不可缺少的一环。如图1C的横截面示意图与图1D的俯视图所示，现有技术大多是以位于侧壁13内且环绕晶片12的冷冻器15(chiller)来控制温度，特别是控制直接受到半导体制造程序影响的内壁14的温度，而且一般都是使用液体作为冷冻器15运作所需的冷媒。

无论如何，下列的缺点几乎是无法避免的。首先，由于侧壁13与内壁14间的热传播管道只有接触传播与辐射传播，而辐射传播在反应器抽真空(特别是高真空)时的效率不佳，并且接触传播受限于内壁14与侧壁13间的连接所使用的材料与形状，因此侧壁13与内壁14间的热传播效率并不高。其次，由于冷冻器15并未直接接触到内壁14而是位于侧壁13内，必须通过改变侧壁13的温度来改变内壁14的温度，因此无法精确地调整内壁14的温度。再者，冷冻器15所使用液体的温度变化需要较长的时间，无法对内壁14温度的变化作出实时的反应，因此无法实时地调整内壁14的温度。

综上所述，由于内壁的使用确实可以降低维修成本与延长反应器内壁的使用期限，但现有技术并无法有效地控制内壁的温度，因此发展新的控制内壁温度的方式便成为内壁应用的重要课题。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种可以直接调整内壁温度的冷却系统。

本发明的另一目的在于提供一种具有气体冷却功能的反应器，借以克服现有技术中使用液体冷媒的冷却器所无法避免的问题。

本发明的又一目的在于提供一种可以有效地且弹性地控制反应器内壁温度的冷却系统。

根据本发明一方面所提出的一种适用于具有可替换的内壁的反应器的冷却系统，至少包括气体调节温度总成、气体供应总成与气体控制总成，气体调节温度总成是位于内壁与反应器的侧壁间，气体供应总成与气体调节温度总成相连接，并供应气体调节温度总成运作所需的气体，气体控制总成与气体供应总成相连接，并控制自气体供应总成进入气体调节温度总成的气体的流量与流速。

根据本发明另一方面所提出的一种具有气体冷却功能的反应器，至少包括：基板、顶板、侧壁、内壁、气体管道以及止泄装置，基板可用以承载晶片；顶板与基板位于晶片相对的两侧，侧壁连接底板与基板并围绕晶片，而内壁则位于侧壁与晶片之间，并且内壁与侧壁相接触并可以拆卸替换，内壁与侧壁并未密合而存在封闭空间于内壁与侧壁之间，气体管道连接至封闭空间并可供应气体至封闭空间，而止泄装置则位于内壁与侧壁之间并位于封闭空间的边缘，借以使得封闭空间为内壁、侧壁与止泄装置所封闭，而仅与气体管道导通。

为更清楚理解本发明的目的、特点和优点，下面将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明。

附图说明

图1A至图1D依序为三个横截面示意图与一俯视图，分别为现有技术未使用内壁的反应器的横截面示意图、现有技术使用内壁的反应器的横截面示意图、使用冷却系统的具有内壁反应器的横截面示意图以及俯视图；

图2A至图2D为本发明的一较佳实施例的两种可能构造的横截面示意图以及俯视图；以及

图3A至图3E为本发明的另一较佳实施例的几种可能的横截面示意图。

具体实施方式

虽然内壁被加到反应器中，借以保护侧壁免于污染与损伤，但反应器的冷却系统并没有随之改变，仍然使用位于侧壁内的冷却器，因此无法直接有效地调整内壁的温度。另外，使用液体作为冷却器的冷媒，虽然液体冷却可以带走较多的热量，但使用液体为冷媒的冷却器的构造较复杂，而且液体温度调整需要较长的时间，使用弹性较低。

针对上述二个问题，本发明的发明人提出一种可改善甚至消除前述缺点的作法：直接以气体冷却内壁。由于是直接冷却内壁，因此可以通过调整气体的流量、流速与温度等，直接且精确地调整内壁的温度。同时与内壁直接接触的气体是以对流传播的方式将热能带离内壁，显然较现有技术的接触传播与辐射传播具有更高的效率。此外，由于气体温度的变化较快，所以可以作出实时的反应以调整内壁的温度。最后，由于使用气体冷却的系统的构造简单，反应器的构造不会变得多复杂，而且即便气体外泄也可以被泵抽离反应器，不会酿成多大的污染。当然，虽然本发明直接以气体冷却内壁，但本发明也还可以再使用现有技术的液体冷却来加强整个反应器的冷却功能。

本发明的一较佳实施例为一种适用于具有可替换的内壁的反应器的冷却系统，如图2A与图2B所示，本实施例至少包括气体调节温度总成21、气体供应总成22与气体控制总成23。

气体调节温度总成21是位于反应器的内壁24与反应器的侧壁25中间，借以直接调节内壁24的温度。一般而言，气体调节温度总成21是让气体直接接触内壁24，但以O形环(未显示于图2A与图2B以强调气体调节温度总成21的位置)等将气体与反应器其它部份分隔开，借以避免晶片26与反应器中正在进行的半导体制造程序受到气体的干扰。当然，气体调节温度总成21也可以使气体直接接触侧壁25，使得气体调节温度总程也可以直接调节侧壁25的温度。

气体供应总成22与气体调节温度总成21相连接，并供应气体调节温度总成21运作所需的气体，如高压空气、干燥空气、氮气或惰性气体。气体供应总成22的位置并不是本发明的重点，气体供应总成22可以位于侧壁25也可以位于内壁24，但通常是位于侧壁25内，以简化可替换内壁24的构造并降低成本。在此是显示气体供应总程22位于侧壁25内的情形，并且未特别图示出气体供应源。当然，气体供应总成22仅需连接到气体调节温度总成21即可供应所需的气体，气体供应总成22并不需要围绕晶片26。

气体控制总成23与气体供应总成22相连接，并控制自气体供应总成22进入气体调节温度总成21的气体的流量与流速。通常，气体控制总成23是由阀与计算机所组合而成的并可位于任何位置，在此图示为气体控制总成23位于侧壁25外缘的情况。当然，气体控制总成23也不需要围绕晶片26。

当然，本实施例还可以进一步包含现有技术的使用液体为冷媒的冷却器。换言之，如图2C与图2D所示，本实施例尚可进一步包含位于侧壁25的液体调节温度总成271与液体供应总成272。在此液体调节温度总成271是与液体供应总成272连接，并由液体供应总成272取得运作所需的液体以及将已吸收热量的液体排放到液体供总成272。除此之外，本实施例尚可包含与液体供应总成272相连接并控制自液体供应总成272进入液体调节温度总成271液体的流量与流速的液体控制总成273。

本发明的另一较佳实施例为一种具有气体冷却功能的反应器，如图3A、图3B与图3C所示，至少包括：基板31、顶板32、侧壁33、内壁34、气体管道35以及止泄装置36。

在此，基板31可用以承载晶片37，顶板32与基板31位于晶片37相对的两侧，而侧壁33连接顶板32与基板31并围绕晶片37。显然地，基板31、顶板32与侧壁33三者形成了反应器的基本轮廓。当然，基板31、顶板32与侧壁33的构造有许多变化，但并不是本实施例的重点，本实施例也不受限于此。并且由于提供反应物的管道，提供能量的微波管，提供电磁场的导线等等细节随不同反应器的内容而改变，在此省略这些细节而未画出。

内壁34是位于晶片37与反应器的侧壁33之间，并且内壁34与侧壁33相接触且是可以拆卸替换的。但在本实施例中，内壁34与侧壁33并未密合，而存在封闭空间38于内壁34与侧壁33之间，并且封闭空间38通常围绕晶片37，借以提供反应器内均匀的温度控制。封闭空间38可以是由内壁34在面对侧壁33的一面的至少一沟槽，如图3A所示，也可以是侧壁33面对内壁3的一面的至少一沟槽，如图3B所示，或是由弯曲的内壁34与笔直的侧壁33所形成的，如图3C所示。在此，内壁34与侧壁33的连接方式并不是本实施例的重点，内壁34是否覆盖整个侧壁33也不是本实施例的重点，这些都是本实例可以任意改变的细节。

气体管道35连接至封闭空间38并可供应气体至封闭空间38。当然，气体管道38是连接至提供气体的气体供应源与将气体抽离封闭空间的泵，但气体供应源与泵并不需要是本实施例所提出的反应器的一部份，所以也未显示于附图中。除此之外，由于内壁34是可以拆卸的，因此气体管道35通常是位于侧壁33，但也可以位于内壁34。通常，气体管道35可分为输入管道与输出管道，气体自气体供应源经流入管道进入封闭空间，而且气体经流出管道离开封闭空间。而且输入管道与输出管道可在侧壁33与内壁34中视需要任意分布。

止泄装置36是位于内壁34与侧壁33之间，并位于封闭空间38的边缘，借以使得封闭空间38为内壁34、侧壁33与止泄装置36所封闭，而仅与气体管道35导通。显然地，止泄装置36的好坏是本实施例能否不干扰到晶片37与半导体制造程序正常进行的关键。一般是以O形环夹在内壁34与侧壁33之间，并围绕整个封闭空间38。

此外，本实施例尚可再包含用以控制气体的流量与流速的气体控制装置39，而气体控制装置39通常是由阀与微电脑所组合而成的，并可位于反应器的边缘，如图3D所示，或其它地方。当然，气体控制装置39与封闭空间38二者并没有必然的关连。

当然，本实施例还可包含现有技术的液体冷却，以加强整个反应器的温度控制性能。换句话说，如图3E所示，本实施例还可以位于侧壁33并有液体于其内流动的液体管道41，以及控制液体流量与流速的液体控置装置42。液体管道41通常围绕晶片37，借以提供均匀的温度控制能力，而液体控制装置42通常是由阀与微电脑所组合而成的，并可位于反应器的边缘或其它地方。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用以限定本发明的申请专利范围；凡其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在本发明申请的专利保护范围中。

Claims (10)

1.一种适用半导体制程的具有可替换内壁的反应器的冷却系统，其特征在于，至少包括：

一气体调节温度总成，它位于所述内壁与所述反应器的一侧壁之间：

一气体供应总成，它与所述气体调节温度总成相连接，并供应所述气体调节温度总成运作所需的气体；以及

一气体控制总成，它与所述气体供应总成相连接，并控制自所述气体供应总成进入所述气体调节温度总成的所述气体的流量与流速。

2.如权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述气体调节温度总成使所述气体直接接触所述内壁。

3.如权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述气体调节温度总成使所述气体直接接触所述侧壁。

4.如权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述气体供应总成是位于所述侧壁上。

5.如权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述气体供应总成是位于所述内壁上。

6.一种半导体制程中具有气体冷却功能的反应器，其特征在于，至少包括：

一基板，所述基板可用以承载至少一晶片；

一顶板，它与所述基板位于所述晶片相对的两侧；

一侧壁，它连接所述底板与所述基板并围绕所述晶片；

一内壁，它位于所述侧壁与所述晶片之间，所述内壁与所述侧壁相接触并可以拆卸替换，所述内壁与所述侧壁并未密合而于所述内壁与所述侧壁之间存在一封闭空间；

一气体管道，它连接至所述封闭空间并可供应气体至所述封闭空间；以及

一止泄装置，它位于所述内壁与所述侧壁之间，并位于所述封闭空间的边缘，借以使得所述封闭空间为所述内壁、所述侧壁与所述止泄装置所封闭，而仅与所述气体管道导通。

7.如权利要求6所述的反应器，其特征在于，所述气体管道是位于所述内壁上。

8.如权利要求6所述的反应器，其特征在于，所述气体管道是位于所述侧壁上。

9.如权利要求6所述的反应器，其特征在于，所述内壁在面对所述侧壁的一面存在至少一沟槽，所述些沟槽形成至少部份所述封闭空间。

10.如权利要求6所述的反应器，其特征在于，所述侧壁在面对所述内壁的一面存在至少一沟槽，所述些沟槽形成至少部份所述封闭空间。

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