TW201128732A - Apparatus for controlling temperature of electrostatic chuck comprising two-stage refrigerant fluid channel - Google Patents

Description

201128732 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】

本發明涉及一種靜電夾頭的控溫裝置。本發明尤其 涉及設有一個設有雙層冷卻劑流管的靜電夾頭控溫穿 置’它在整個靜電夾頭的内部形成一個平面螺旋形的第 一靜電夾頭流管，並在靜電夾頭内部的外表面區形成一 個螺旋形的第二靜電夾電流管，由於這兩個流管成上/ 下兩層’因此它可以分別控制晶片中心部分和邊緣部分 的溫度。 【先前技術】 在製備晶片表面上的一個導電層和一個絕緣層時， 控制一個電子電路設備通常可以獲得一個半導體設備， 其中一個靜電夾頭的靜電力將晶片固定。靜電夾頭除了 固定晶片，還用作一個等離子體發生電極。當一個内腔 中產生的離子及類似物在—個半導體底板上加速並射出 時，由於離子及其類似物的動能轉化為熱能，因此半導 體底板的溫度會升高。這樣晶片的熱能改變會降低曰片 臨界尺寸（⑻的離差。因此，靜電夾·常會設f 個溫度控制系統。這個溫度控制系統可以是—個冷 器，也可以是-個冷卻器與—個加熱器的組合。7 使用-個冷卻器和—個加熱器的組合來控制溫度可 以有利地獨立控制晶片中心、部分和邊緣部分，由於^ 2熱器’靜電失頭的設計和製造方法變得複雜，、如果 在-個氧化物糊過程中使用高偏置電源麼 料者疋-個無線電頻率（RF)干擾會使控 3 201128732 制變得複雜和困難。 無法實現均^使用—種冷卻11，那麼會有—個問題是 度。尤其是如，並且不能迅逮地控制晶片的整個溫 方法會變；福2一個CD小於3〇nm，-個半導體的製造 控制。因此，此外一個過程的控制要求非常精確地 制的。如果做用—個冷卻器是無法實現精確控 雙圖形技術（Dg是；^隔圖形技術（SPT)或一個 者多晶發薄腺，Γ 個無定形碳層（ACL)或 / 、，那麼現有的SPT方法就可以在4(TC以 溫下實現。如果有—個氧化物薄膜，那麼現有的 spt方法就可以在靴町的低溫下實現。因此，如果 烟每個層時，由於所有過轉是在相同的溫度下 元成的’所以就無法獲得需要的㈣特性。因此，為了 j實現-個原位方法同時不會讓晶片脫出内腔，需要根 一蝕刻過程中薄膜的種類和品質，在短時間内迅速改變 靜電失頭的溫度， 此外如果僅使用一個冷卻器來控制靜電夹頭的溫 度，那麼就無法分別控制晶片中心部分和邊緣部分的溫 度。即需要在CD小於或等於4Gnm _，將CD分佈控制 在小於或等於2nm，但是在CD小於或等於3〇nm時，⑶ 分佈會降低到小於或等於lnjn。 【發明内容】 本發明的一個優選實施方面是解決至少一個上述問 題和/或缺點，提供至少一種下述優點。因此，本發明 的-個優選實施方面是提供—種靜電夾頭的控溫裝置， 201128732 其包括一個雙層冷卻劑流管，因此它可以分別控制晶片 中心和邊緣部分的溫度。 本發明的另一個優選實施方面是提供一種靜電夾頭 的控溫裝置，其包括一個雙層冷卻劑流管，它可以在過 程發展中迅速改變靜電夾頭的溫度。 因此本發明一方面提供了靜電夾頭的控溫裝置。所 述的裝置可以包括一個靜電夾頭，一個或多個冷卻器。 所述的靜電夾頭包括一個第一流管和一個第二流管，它 們在冷卻迴圈中形成一個流管部分。所述的第一流管是 設置在靜電夾頭内部的外表面區域内。所述的第二流管 是設置在靜電夾頭的整個内部區域内。所述的冷卻器能 通過第一流管或第二流管實現不同溫度的冷卻控制。 第一流管和第二流管可以設置在靜電夾頭的上/下 兩層，其形狀可以是平面螺旋形結構。 所述的裝置在冷卻器和流管部分之間還可以包括一 個開/關閥門，它可以控制冷卻器和流管部分之間的冷 卻劑流動，還可以包括一個迴圈閥門，它可以使那些從 冷卻器中流出的冷卻劑再流回，並僅在内部迴圈所述的 冷卻劑。 本發明所述的迴圈閥門可以安裝在所述的冷卻器和 所述的開/關閥門。 如上文所述，本發明可以在，它在整個靜電夾頭的 内部形成一個平面螺旋形的第一靜電夾頭流管，並在靜 電夾頭内部的外表面區形成一個螺旋形的第二靜電夾電 流管，由於這兩個流管成上/下兩層，因此它可以分別 控制晶片中心部分和邊緣部分的溫度。 201128732 此外，本發明在若干個冷卻器中充入不同溫度的冷 卻劑，因此可以在進程發展中迅速地改變靜電夾電的溫 度。 【實施方式】 下面將結合附圖具體說明本發明的優選實施例。為 了使下述說明更簡潔，將會在說明中省略其中公知的結 構和構造。 圖1是本發明第一優選實施例中溫控裝置的結構示 意圖，其中包括一個冷卻劑流管和兩個與冷卻劑流管相 連的冷卻器。圖2是圖1所述的溫控方法的流程示意 圖。 如圖1所示，本發明第一優選實施例所述的溫控裝 置100包括一個靜電夾頭101，一個設置在靜電夾頭 101内的冷卻劑流管102和從若干個冷卻器中流出的迴 圈冷卻劑，兩個設為不同溫度的冷卻器110和120，和 若干個控制冷卻器110和120間冷卻劑流動的閥門 110a、110b、110c、120a、120b 和 120c。雖然 圖1沒有圖示，但是可以設置一個獨立的微電腦，它根 據若干個閥門 110a、 110b、 110c、120a、120b 和120c的開/關控制來設置冷卻器110和120的溫 度。 如圖1所示，所述的冷卻劑流管102穿過了整個靜 電夾頭101的内部區。一種冷卻劑從靜電夾頭101底部 設置的入口 102a處流入，並通過冷卻劑流管102在整 個靜電夾頭101的内部區域流動，然後從靜電夾頭101 201128732 底部設置的出口 102b處流出。 所述的冷卻器110和120可以根據一個設定溫度來 控制冷卻劑的溫度。第一冷卻器11〇設定溫度（T1)， 第二冷卻器120設定溫度（T2)。 若干個閥門 ll〇a、ll〇b、ii〇c、120a、120b 和120c控制靜電夾頭ιοί中冷卻器110和12〇與冷卻 劑流管102之間的冷卻劑流動。由於閥門ii〇a、ll〇b 和110c和第一冷卻器11 〇相連，因此閥門（V1)丨丨〇a 是用於防止從第一冷卻器中流出的冷卻劑又流回到 第一冷卻器110中。由於閥門ll〇a、ll〇b和ll〇c與 第一冷卻器110相連，因此閥門（V2) ii〇b和閥門 (V3) ll〇c是用於控制第一冷卻器u〇和冷卻劑流管 102之間的冷卻劑流動。相似地，由於閥門12〇a、 120b和120c與第二冷卻器12〇相連，因此閥門（V4) 120a是用於防止從第二冷卻器12〇中流出的流體又流 回到第二冷卻器120中。由於閥門i2〇a、 120b和 120c與第二冷卻器120相連，因此閥門（V5) 120b和 閥門（V6) 120c是用於控制第二冷卻器120和冷卻劑 流官102之間的冷卻劑流動。這種結構能根據蝕刻過程 中薄膜的類型和品質在短時間内有效地改變靜電夾頭 101的/JDL度，甚至是在晶片還沒有出内腔時。 圖2詳細說明了具有上述結構的溫控裝置的一個溫 控方法。 如圖1和2所示’在步驟2〇〇中，所述的裝置將第 一冷卻器110的溫度設置為溫度（T1)，然後打開閥門 (VI) 110a，同時關閉閥門u〇b和閥門（V3) 201128732 110c^因此’將一種冷卻劑控制為溫度（T1)，並使之在 第一冷卻器110中迴圈。 相似地，在步驟201中，所述的裝置將第二冷卻器 120的溫度設置為溫度（Τ2)，然後打開閥門（V4) 120a’同時關閉閥門（V5) 120b和閥門（V6) 120c。因 此’將一種冷卻劑控制為溫度（Τ2)，並使之在第二冷卻 器120中迴圈。 在步驟202中，所述的裝置判斷是否迴圈第一冷卻 器110中已經根據進程詨置為設定溫度（T1)的冷卻劑。 如果迴圈第一冷卻器11〇中為溫度（Τ1)的冷卻劑，那麼 裝置進入到步驟203，否則進入到205並迴圈第二冷卻 120中為溫度（Τ2)的冷卻劑。 在步驟203中’所述的裝置關閉閥門（vi) i10a， 同時打開閥門（V2) ll〇b和閥門（V3) ll〇c。所以，所 述的溫度控制為（T1)的冷卻劑通過冷卻劑流管102在靜 電夾頭101中迴圈。 然後在步驟204中，所述的裝置在一個環境溫度 (T1)中完成一個對應的進程。 在步驟205中，所述的裝置關閉閥門（V4) 120a， 同時打開閥門（V5) 120b和閥門（V6) 120c。所以，所 述的溫度控制為（T2)的冷卻劑通過冷卻劑流管1〇2在靜 電夾頭101中迴圈。 然後在步驟206中’所述的裝置在一個環境溫度 (T2)中完成一個對應的進程。 最後，在步驟207中，如果需要在一個不同的環境 溫度下完成一個進程，那麼該裝置進入到步驟208，並 201128732 設置溫度（T1)和（Τ2)，重複步驟200至207。如果不需 要完成所述的其他進程，那麼該方法結束。 立圖3是本發明第二優選實施例中溫控裝置的結構示 意圖’其中包括兩個冷卻劑流管和兩個與所述兩個冷卻 劑流=相連的冷卻ϋ。圖4是圖2所述的溫控方法的流 程不意圖。圖3所示的溫控裝置3〇〇具有與圖丨所示溫 ，裂置相同的結構’圖3與圖1不同之處是其冷卻劑流 管302和303是成上/下兩層地設置一個靜電夾頭3〇1 中。 下面將詳細說明設置在靜電夾頭3〇1冷卻劑流管 302和303。所述的冷卻劑流管302和303是由一個設 置在靜電夾頭301頂部的第一冷卻劑流管3〇2和一個設 置在靜電夾頭301底部的第二冷卻劑流管303組成。所 述的第一冷卻劑流管302是設置在靜電夾頭301内部的 外表面區域。所述的第二冷卻劑流管303是設置為穿過 整個靜電夾頭301的内部區域。如上文的現有技術中的 詳細說明所述，這種結構可以分別控制晶片的中心部分 和邊緣部分的溫度。另一方面，圖3圖示了第一冷卻劑 流管302是設置在第二冷卻劑流管303之上的，但是這 僅是舉例說明。也可以根據需要將第一冷卻劑流管302 設置在第二冷卻劑流管303的下面。 如圖3及下麵的圖4所示，在步驟400中，所述的 裝置將第一冷卻器310的溫度設置為溫度（Τ1) ’然後打 開閥門（VI) 31〇a，同時關閉閥門（V2) 310b和閥門 (V3) 310c。因此，將一種冷卻劑控制為溫度（T1) ’並 使之在第一冷卻器310中迴圈。 201128732 相似地，在步驟4〇1中，將第二冷卻器32〇的溫度 设置為溫度（T2)，然後打開閥門（V4) 32〇a，同時關閉 閥門（V5) 320b和閥門（V6) 320c。因此，將一種冷卻 劑控制為溫度（T2)，並使之在第二冷卻器32〇中迴圈。 在步驟402中，所述的裝置判斷是否迴圈第二冷卻 器320中已經根據進程設置為設定溫度（T2)的冷卻劑。 如果迴圈第二冷卻器320中為溫度（Τ2)的冷卻劑，那麼 裝置進入到步驟403，否則跳到407並判斷是否完成下 一個進程。 在步驟403中，所述的裝置關閉閥門（V4) 31〇a， 同時打開閥門（V5) 320b和閥門（V6) 320c。所以，所 述的溫度控制為（T2)的冷卻劑通過冷卻劑流管3〇3在靜 電夾頭301中迴圈。 然後在步驟404中’所述的裝置判斷是否需要將— 個晶片的邊緣部分設置為不同溫度。這個判斷完全可以 由圖3中未示的一個獨立的微電腦完成。根據判斷的結 果，若需要將邊緣部分設定為不同的溫度，那麼所述的 装置會進入到步驟405，否則會跳到步驟406並完成一 個對應的進程。 在步驟405中，為了控制邊緣部分的溫度，所述的 裝置關閉閥門（VI) 310a，同時打開閥門（V2) 310b和 閥門（V3) 310c。所以，被控制為溫度（Τ2)的冷卻劑通 過頂部的冷卻劑流管302在靜電夾頭3〇1中迴圈。 然後在步驟406中，所述的裝置完成一個對應的進 程。 完成對應的進程之後，在步驟407中，所述的裝置 201128732 判斷是否需要在一個不同的環境溫度下完成所述的進 程。如果需要在407中需要在一個不同的環境溫度下完 成所述的進程，那麼所述的裴置進入到步驟4〇8並設定 溫度（T1)和（T2)，重複步驟4〇〇至4〇6。如果不需要完 成其他的不同溫度進程’那麼該方法結束。 圖5是本發明第三優選實施例中溫控裝置的結構示 意圖，其中包括兩個冷卻劑流管和三個與所述兩個冷卻 劑流:相連的冷卻ϋ。圖6是圖5所述的溫控方法的流 程不意圖；圖5所示的溫控震置5⑽是圖i所示溫控裝 置和圖3所示溫控裝置的組合。 如圖5和6所示，在步驟6〇〇中，所述的裝置將第 一冷部器510的溫度設置為溫度（T1)，然後打開閥門 (VI) 510a，同時關閉閥門（V2) 51〇b和閥門（V5) 510c。因此，將一種冷卻劑控制為溫度（Τι)，並使之在 第一冷卻器510中迴圈。 相似地，在步驟601中，將第二冷卻器52〇的溫度 設置為溫度（Τ2) ’然後打開閥門（V4) 52〇a，同時關閉 閥門（V5) 520b和閥門（V6) 520c。因此，將一種冷卻 劑控制為溫度（T2)，並使之在第二冷卻器520中迴圈。 相似地，在步驟602中，將第三冷卻器530的溫度 設置為溫度（T3)，然後打開閥門（V7) 53〇a，同時關閉 閥門（V8) 530b和閥門（V9) 530c。因此，將一種冷卻 劑控制為溫度（T3)，並使之在第二冷卻器53〇中迴圈。 在步驟603中，所述的裝置判斷是否迴圈第二冷卻 器520中已經根據進程設置為設定溫度（T2)的冷卻劑。 如果迴圈第二冷卻器520中為溫度（T2)的冷卻劑，那麼 11 201128732 裝置進入到步驟親，否則跳到606並判斷是否完成下 一個進程。 在步驟604中，所述的裝置關閉閥門（V4) 520a， 同時打開閥門（V5) 52Gb和閥門（V6) 52(k。所以，所 述的溫度控制為⑽的冷卻劑通過冷卻劑流管503在靜 電夾頭501中迴圈。 另方面，在步驟606中，所述的裝置關閉閥門 (V7) 53〇a，同時打開閥門（V8)530b和閥門（V9) 530c。所以’所述的溫度控制為⑽的冷卻劑通過冷卻 劑流管503在靜電夾頭501中迴圈。 然後在步驟404巾，所述的裝置判斷是否需要將一 ，晶片的邊緣部分設置為不同溫度q目似地，這個判斷 &王可以由圖3中未示的—個獨立的微電腦完成。根據 判斷的結果，若需要將邊緣部分設定為不同的溫度，那 麼所述的裝置會進入到步驟6Q7，否則會跳到步驟6〇8 並完成一個對應的進程。 在步驟607巾，為了控制邊緣部分的溫度，所述的 裝置關閉閥門（VI) 51 Ga，同時打開閥門（V2) 510b 和 閥門所以’被控制為溫度（T2)的冷卻劑通 過頂部的冷卻劑流管5〇2在靜電夾頭5G1中迴圈。 然後在步驟608 + ’所述的裝置完成一個對應的進 程。 完成對應的進程之後，在步驟6〇9中，所述的裝置 判斷是否需要在-個不同的環境溫度下完成所述的進 & °如果需要在607中需要在_個不同的環境溫度下完 成所述的進程，那麼所述的裴置進入到步驟61〇並設定 201128732 溫度（ΤΙ)、（T2)和（Τ3)，重複步驟600至608。如果 不需要完成其他的不同溫度進程，那麼該方法、緒束。 圖7是本發明一個優選實施例所述的冷卻劑流管的 俯視圖。 如圖7所示，所述的冷卻劑流管由一個第冷卻劑 流管702和一個第二冷卻劑流管703組成。所述的第一 冷卻劑流管702是設置在靜電夾頭701内部的外圓周區 域的上層。所述的第二冷卻劑流管703穿過了靜電夾頭 7 01内部的下層。一種冷卻劑從第一冷卻劑流管7 〇 2的 • 一個冷卻劑入口 702a處流入，並沿靜電夾頭701内部 的外圓周區域流動，然後從一個冷卻劑出口 702b處流 出。另一方面，一種冷卻劑從第二冷卻劑流管7 0 3的一 個冷卻劑入口 703a處流入，並沿整個靜電夾頭701的 内部區域流動，然後從一個冷卻劑出口 703b處流出。 如圖7所示，所述的冷卻劑流管701是一個平面螺旋形 結構，但是這僅是舉例說明，也可以根據本領域技術人 員的需要將冷卻劑流管701設置成各種形狀。此外，本 # 發明圖示的第一和第二冷卻劑流管分別在靜電夾頭701 中的上層和下層工作，但是根據一個優選的實施例，所 述的第一 702和第二703冷卻劑流管可以設置在同一 層。此外，所述的第一冷卻劑流管702的半徑可以大於 第二冷卻劑流管703，而第二冷卻劑流管703的半徑也 可以大於第一冷卻劑流管7 0 2。 雖然本發明已經公開描述了某些優選的實施例，但 應理解為只要不違背和超出權利要求所規定的本發明的 原理和範圍，本領域的技術人員就可以對其進行各種變 13 201128732 化。 【圖式簡單說明】 下面將結合附圖進一步詳細說明本發明的上述以及 其他目的、特徵和優點’其中： 圖1是本發明第一優選實施例中溫控裝置的結構示 意圖； 圖2是圖1所述的溫控方法的流程示意圖； 圖3是本發明第二優選實施例中溫控裝置的結構示 意圖； 圖4是圖3所述的溫控方法的流程示意圖； 圖5是本發明第三優選實施例中溫控裝置的結構示 意圖； 圖6是圖5所述的溫控方法的流程示意圖； 圖7是本發明/個優選實施例所述的冷卻劑流管的 俯視圖； 在這些附圖中，同樣的附圖標記代表同樣的元素、 特徵和結構。 【主要元件符號說明】 510a 閥門(VI) 310a 閥門(VI) 100 溫控裝置 101 靜電夾頭 102 冷卻劑流管 102b 出口 102a 入口 110 冷卻器 110c 閥門 110b 閥門 110a 閥門 120 冷卻器 120c 閥門 120b 閥門 201128732 120a閥門 310b 閥門（V2) 300溫控裝置 302第一冷卻劑流管 310第一冷卻器 320a 閥門（V4) 320c 閥門(V6) 520b 閥門（V5) • 500溫控裝置 503冷卻劑流管 520第二冷卻器 530第三冷卻器 530b 閥門(V8) 701靜電夾頭 702b冷卻劑出口 703第二冷卻劑流管 703a冷卻劑入口 510b 閥門（V2) 310c 閥門（V3) 301靜電夾頭 303第二冷卻劑流管 320第二冷卻器 320b 閥門（V5) 520a 閥門（V4) 510c 閥門(V5) 502冷卻劑流管 510第一冷卻器 520c 閥門(V6) 530a 閥門(V7) 530c 閥門(V9) 702第一冷卻劑流管 702a冷卻劑入口 703b冷卻劑出口 15

Claims (1)

1. 201128732 七、申請專利範圍：

   其特徵在於所述的裝置 L 一種靜電央頭的控溫裝 包括： 個第二流管， ’所述的第一 而第二流管是 一個靜電_，其包括1第-流管和一 這兩個流管是作為冷卻__—個流管部分 流管是設置在靜電夾頭内部的外圓周區域中， 設置在整個靜電夾頭的内部區域；和 二流管中的冷卻劑控制為不 一個或多個將第一流管或第 同溫度的冷卻器。 2. 如權利要求1所述的裝置，其特徵在於所述的第一 流管和第二流管是分別設置在靜電夾頭的上下兩層上。 3. 如權利要求1所述的裴置，其特徵在於所述的第一 流管和第二流管是平面螺旋狀結構。 4. 如權利要求1所述的裝置，其特徵在於還包括：在 冷卻器和流管部分之間設置的， 一個開關閥門’它用於控制冷卻器和流管部分之間的冷 卻劑流動；和 一個迴圈闕鬥，它使那些從冷卻器中流出的冷卻劑流 回，並僅在内部迴圈冷卻劑。 5·如權利要求4所述的裝置，其特徵在於所述的迴圈 閥門是安裝在冷卻器和開關閥門之間。