TW201205671A - Capacitively coupled plasma reactor having a cooled/heated wafer support with uniform temperature distribution - Google Patents

Description

201205671 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種用於處理工作物件的電漿反應器 【先前技術】 在電谷式輕合電漿反應器中，解離控制已在很高的RF 來源功率與很大的室壓範圍下提供寬廣的阻抗匹配空間 而達成。如此寬的操作範圍部分歸因於上電極獨特的特 徵，其中上電極藉由下列特點以固定之阻抗匹配短線匹 配至RF電源。首先，電極電容以電漿_電極共振頻率匹 配至電漿電抗。短線（stub)*振頻率、電漿電極共振頻 率和來源頻率幾乎相配於超高頻率（VHF)。利用一些特 徵結構可得到均勾蝕刻整體晶圓的蝕刻率。除其他特徵 外，此等特徵結構包括調整靜電吸座±之偏_功率進點 阻抗的裝置，其提供均勻放射的RF阻抗於整個吸座上， 以做為RF偏壓功率施加器及用於上電極之vhf電源的 RF回復器。調整裝置包括圍繞特定介電係數與長度=偏 壓供應線的介電套f。另__特徵結構為用於陰極周圍的 介電環處理套件，以對.抗邊緣效應。其他進—步改盖製 程或㈣率分布均句度的特徵結構包括雙氣體輸入：、 2 = ^曲部、及電漿操縱磁場。具有這些特徵結構 =聚反應器所提供之㈣率分布的均勻度將優於先前 201205671 隨著電路特徵尺寸快速縮小，所需蝕刻率分布的均勻 度亦隨之緊縮’以致晶圓上的溫度變化必須減至最低或 消除；因而為滿足此迫切需求所構思的複雜製程條件將 需要靈敏且精密的即時晶圓溫度曲線及/或RFm熱負載 曲線。這些曲線變化必受到晶圓之最大溫度均勻度的影 響如何達成全部要求，又不會降低反應室所給予的高 均勻度蝕刻率分布為目前所面臨的難題之一。再者，如 此精確與靈敏的溫度控制需要正確地感測晶圓溫度。然 而，晶圓附近的溫度探針會形成寄生RF場，導致進點 阻抗介電套管和介電環處理套件的細微效力扭曲，因而 喪失原本功能。缺乏控制所引起的不均勻晶圓溫度分 布，若到了影響蝕刻劑的程度，最終可能會破壞其他的 均勻環境。 習知用來調節晶圓支撐座或靜電吸座溫度的降溫系統 是採用一冷卻系統，其透過個別的液態熱傳媒介使冷卻 劑與靜電吸座間進行熱循環及熱傳，進而冷卻冷卻劑或 冷卻媒介。冷卻劑可為去離子水與其他物質（例如乙二醇 及/或全氣聚謎類）的混合物。此系統的問題之一在於， 在兩RF功率的情況下（高rf偏壓功率及/或高RF來源 功率）’冷卻系統在提供RF功率之初至穩定前會引發晶 圓㈣·度漂移（提咼）。此溫度漂移（drift)有兩個階段。在 短暫的初始階段中’初次施加RF功率時，靜電吸座為 處於周遭溫度，因此當RF加熱負載緩緩加熱吸座時， 引入的第一片晶圓的溫度將快速上升以達平衡。如此晶 201205671 圓在製程中將失控升溫。即使靜電吸座（esc)已被rf加 熱負載加熱，晶圓溫度仍持續緩慢上升直到達到平衡溫 度。溫度會漂移表示晶圓溫度缺乏控制，且會惡化製程。 此溫度漂移現象乃因傳統冷卻製程效力不足所致。 另一問題則是難以在二種不同溫度間快速轉變，原因 有一第一，提供ESC與冷卻劑之熱傳的熱傳流體具有 熱傳時間’《會造成在冷卻循環開始形成溫度變化至晶 圓實際感受到溫度變化之間有所延遲。第二，熱傳時間 的延遲亦發生在ESC基底的冷卻部與腹上的晶圓之 間’延遲的時間長短取決於咖材質的質量(mass)與熱 容（heat capacity) ° 最困難的問題之一在於，當高RF加熱負載施加於需 透過冷卻之ESC快速傳遞熱量的晶圓上，而熱傳流體流 經ESC的流道時，流體溫度會顯著改變’以致esc的溫 度分布不均勻（進而使晶圓的溫度分布不均勻）。對舊的 設計規則而言（較大的半導體電路特徵尺寸），晶圓钱刻 率的均勻度並不是那麼關鍵。然❿，現今特徵尺寸已要 求極均勻@ ESC電場，其可上述特徵結構達成（如 RF偏壓進點阻抗調整裝置、邊緣介電環處理套件）。近 來電㈣刻製程條件所需的高RF加熱負載會引起整個 晶圓溫度分布不均勻（因ESC中的熱傳流體會提供熱卜 因而破壞晶圓钱刻率分布的均勾度m制施加至晶 圓上的RF功率將無法避免此問題。但隨著蝕刻率分布 均勻度的要求日益嚴苛’若為了滿足㈣率均勻度需求 201205671 而減少RF功率，將使製程效果大打折扣，此為最不樂 見的結果。因此，需要一種在高RF加熱負載條件下移 除晶圓熱量的方法，並且不會導致ESC或晶圓的溫度分 布不均。 【發明内容】 用於處理工作物件的電漿反應器包括一反應室、—靜 電吸座，位於反應室中，用以支撐工作物件、_ RF電 漿偏壓功率產生器，用以施加RF功率至靜電吸座、以 及一相變化熱傳（PCHT)迴路，包括一熱交換器，位於靜 電吸座内且具有入口與出口。PCHT迴路可在二種模式 下操作··冷卻模式（在此熱交換器當作蒸發器）、和加熱 模式（在此熱交換器當作冷凝器）。PCHT迴路更包括—壓 縮機（用以透過迴路抽吸相變化熱傳媒介），不直接耗接 至熱交換器的出口、一冷凝器（冷卻模式）’耦接壓縮機 的出口、以及一擴張閥，耦接於冷凝器的出口與熱交換 器的入口之間。較佳地，熱交換器包括—大截面積之長 通道’散佈在靜電吸座頂面下的平面。或者，積聚器可 麵接於蒸發器的出口與壓縮機的入口之間，用以保留所 有來自蒸發器出口的液態冷卻劑、並容許其在進入壓縮 機前先轉化成蒸氣。較佳地’熱交換器内的PCHT媒介 為氣相與液相的混合物。因此’靜電吸座與熱交換器内 之PCHT媒介間的熱傳進行為一恆溫的過程。此特徵可 201205671 改善整個靜電吸座之溫度分布的均勻度。若PCht迴路 以冷卻模式操作，例如流經熱交換器之PCHT媒介在熱 交換器出口的液氣比（vap〇r_t〇-liquid ratio)或質量級數 大於入口’則從靜電吸座至PCHT迴路的熱傳主要是透 過PCHT媒介的蒸發潛熱。熱交換器入口處與出口處的 液氣比或質量級數差異基本上為靜電吸座之熱量（以及 熱父換器之對應壓降）帶給PCHT媒介之蒸發潛熱的函 數。 【實施方式】 參照第1圖，電漿反應器包括一反應室1 〇〇，具有晶 圓支樓件（支樓陰極105)於反應室底部，用以支樓半導體 晶圓110。半導體環115圍住晶圓110。半導體環115利 用介電（石英）環120而支撐在接地之室體127上。反應 室1〇〇上端被盤形上電極125包圍，其中上電極125藉 由介電（石英）密封塾130而相距接地室體上之晶圓 110上方一預定間隙距離。RF產生器15〇提供RF電漿 來源功率至電極1 25。產生器1 50的RF功率經由產生器 150的共軸電纜162而耦接至電極丨25的共轴短線135。 短線135具有與其長度相依的阻抗 '共振頻率，且提供 電極125與50歐姆（〇hm)之共軸電纜162或RF產生器 150之50歐姆輸出端間的阻抗匹配。室體連接產生器15〇 的RF回復器（RF地線）。從上電極125至RF地線的Rp 201205671 路徑受到半導體環115、介電環12〇和介電密封墊"Ο 之電容的影響。晶圓支撐陰極1〇5、晶圓ιι〇和半導體 環115提供了施加於電極125^RF功率主要的灯回復 路徑。 當來源功率頻率、電漿-電極共振頻率和短線共振頻率 幾乎相配時，可形成大的阻抗匹配空間。較佳地，三種 頻率彼此為稍微偏移，其中來源功率頻率為i62MHz(最 適合用於_毫米之晶圓）、電電極共振頻率略低於 162 MHz、短線共振頻率則略高於162 MHz，以達到去 諸（de-tumng)效果，進而降低系统Q值。降低系統〇值 可使反應H性能較不受反應室内部條件的影響，且整個 製程會變得較穩定、製程操作範圍較寬。 電極電容匹配至電聚負電容強《，而產生之電漿-電極 共振頻率與來源功率頻率至少為幾乎相配。以典型的金 屬與介電蝕刻製程條件為例（即電漿密度為ι〇9_ι〇ΐ2離 子數/cc、間隙為2英吋、電極直徑約為丨2英吋），若來 源功率頻率為超高頻率（VHF)，則可進行此匹配。 依此選擇電極125電容並匹配產生之電漿_電極共振 頻率與來源功率頻率的好處之-為，接近來源功率頻率 的電極與電漿共振造成了較寬的阻抗匹配及操作範圍， 因而製程條件較不易變動且性能較敎。匹配短線共振 頻率與電漿_電極共振頻率可減少短線-電極介面的反 射整個製程系統不會對操作條件的變化（如電浆阻抗的 偏移）太過敏感，因此具有較高的可靠度及較大的操作範 201205671 圍。 根據另一實施態樣，藉著稍微偏移短線共振頻率、電

漿-電極共振頻率和電漿來源功率頻率可降低系統Q 值，而加大製程操作範圍。使用較高的VHF來源功率頻 率亦可降低Q值。降低系統Q值可增加系統的阻抗匹配 空間，故其性能不再容易受到電漿條件改變或製造容限 偏差的影響。 調整偏壓電路以得均勻放射的電槳分布 繼續參照第1圖，工作物件支撐陰極i 〇5包括一支撐 下絕緣層1 0的金屬底層5、一位於下絕緣層丨〇上的導 電網層15、以及一覆蓋導電網層15的薄、上絕緣層2〇。 半導體工作物件或晶圓11〇置於上絕緣層2〇之上。rf 偏壓功率耦接導電網層15,用以控制晶圓11〇表面的離 子轟擊能量。導電㈣15還可用來靜電吸住（ehucking) 及放開（de-chucking)晶圓110,此時導電網層ls以熟知 方式連接至吸壓源《導電網層15因此不需接地，且可依 據傳統的吸住及放開操作而形成淨動電位或固定直流 (DC)電位。金屬底層5 一般為接地（但非必須），並構成 上電極125發射之VHF功率的部份回復路徑。 RF偏壓產生器40產生高頻⑽)帶(例如η % μ叫 之功率》其RF偏壓阻抗匹配元件45透過延長的導體 25(在此稱為RF導體）耦接至導電網層15，導體h延伸 穿過工作物件支撐陰極1〇5。RF導體25絕緣於接地導 201205671 體’例如鋁底層5。RF導體25具有一頂端或偏壓功率 供應點25a，其電氣接觸導電網層15。 第2圖為第1圖電路的示意圖，包括vhF上電極125、 施加於工作物件支撐陰極105的RF偏壓、及陰極1〇5 的元件。第3圖為對應第1圖之晶圓110平面的上視圖， 具有虛線表示之RF導體25的供應點25a。工作物件支 樓陰極105提供的RF回復路徑是由晶圓11〇平面的二 個部分所組成’即放射狀核心部分3〇，置於供應點25a 中央並向外延伸、和放射狀外環部分3 5。此二部分3 〇、 35k供不同的RF回復路徑，故二部分3〇、35對應上電 極125發射之VHF功率有不同的阻抗。此差異會造成晶 圓表面上對應VHF功率之阻抗的放射狀分布不均，因而 導致工作物件表面附近的電漿離子密度的放射狀分布不 均。 為解決上述問題，一圓柱形介電套管5〇(如第2圖所 不）圍住RF導體25。套管50材料的軸長與介電常數決 定了 RF導體25相應VHF功率的供應點阻抗。在一實 施例中，套管5 〇的長度與介電常數乃選擇使vHF來源 功率頻率（如162 MHz)下的供應點阻抗近乎為零。圍繞 供應點25a之外環部份35相應162 MHz的阻抗幾乎為 短路（主要是因為導電網層15的存在）。因此，套管5〇 可使相應來源功率頻率的供應點阻抗更接近圍繞區域的 阻抗。在此，圍繞供應點之區域的阻抗大小主要取決於 導電網層15。藉此可得更均勻的放射狀阻抗分布，進而 11 201205671 得到更均勻的VHF來源功率之電容耦合作用。 套管50可包括額外的特徵結構，以助於改善前述νΗρ 功率寄存（deposition)、並同時解決另一問題，即改善例 如在13.56 MHz下RF導體25施加於晶圓11〇的RF偏 壓功率所形成之電場的均勻度。其困難點在於如何調整 VHF功率放射狀分布，以耦合電漿離子密度的最大均勻 度，且同時調整晶圓表面上的HF偏壓功率電場分布， 以獲得最大均勻度。 第4圖為放大對應的第^圖，其繪示套管5〇可分成 三個部份：頂端區段52、中間區段54和底部區段56。 套管頂端區段52的長度與介電常數可專門用來最佳化 HF偏壓功率寄存，套管其他區段54、56則可藉由上電 極來最佳化VHF來源功率寄存，而保留最佳化的偏 壓功率寄存。 用於加強電漿均勻度的耦合環 中央較高的不均勻電漿分布可藉著選擇性增強上電極 125電容耦合至工作物件邊緣附近的電漿來改善。第5 圖為放大對應的第1圖，其中一環形RF耦合環放置在 晶圓支擇陰極105上方並電氣接觸支撐陰極1〇5的外 緣。如第5圖所示，上絕緣層2〇被可移動之環狀物8〇 包圍，其頂面80a共平面於晶圓11〇頂面。可移動之環 狀物80可由製程相容之材料構成，例如矽。或者，可移 動之金屬接地環85圍住可移動之環狀物80,其頂面85a 12 201205671 共平面於可移動之環狀物80頂面。越過接地環85邊緣 包圍之晶圓支撐陰極105上方大體上為一平面，其面對 上電極125底面。如此，上電極125與晶圓支撐陰極 所包圍之整個製程區域的電容耦合作用大體上是均勻 的。為了克服反應器本質上中央即較高的不均勻電漿分 布’可放置RF麵合ί裒90至可移動之環狀物8〇和接地 % 85上方，以增強上電極125電容耦合至工作物件（晶 圓11〇)外緣附近。RF耦合環9〇可為導體、半導體或= 電質。若RF耦合環90為介電質，則利用介電材料來增 強電容耗合至晶圓周@附近的電聚。若RF耗合環9〇^ 導體，則其實際上會限縮電極至反電極（e_tereiectr〇de) 的間距因而增強晶圓i 〇〇周圍附近的電容。因此，電 極至反電極的間距在製程區域中皆為hi，除了 RF耦合 環90佔據的外圍外，其間距為M減去耦合環9〇的高度 h2°增強來源功㈣電容箱合可提高邊緣的離子密度。 離子密度從RF輕合環9G向内增加，並且延伸越過晶圓 110的周圍部分。是以晶圓11〇上的電漿離子密度中間 分布不會那麼高’反而變得比較均句，甚至是邊緣區域 分布稍高。藉由適當選擇RF竊合環90的高度（厚度）h2 可最佳化分布情形。 其中第二RF耦 第6圖繪示第5圖反應器的變化例

合頂壤95附加到上電極125底面周圍，且位於第一 RF 耦。% 9〇之上。若環90、95的厚度(高度)各為h3，則 電極至反電極靠近晶圓周圍的距離為減去2xh3，而此區 13 201205671 域的電容將如同第5圖的反應器為呈比例增加。 使用RF耦合環90與介電套管5〇可改善電漿離子密 度刀布的均勻度。其他不均勻的部分可由電漿引導磁場 校正，電漿引導磁場受控於電漿分布控制器57(第1 圖），其控制驅動上頭線圈60、6S的直流電源58、59。 另一用來加強晶圓110上之電漿製程均勻度的方法為 將平坦的電極表面125a改為弧形的電極表面125b。其 曲度可用來補償平坦電極表面125a上可能發生的不均 勻之電漿離子密度放射狀分布。 高效率控溫裝置： 第7圖為第1圖晶圓支撐座（支撐陰極1〇5)的放大圖， 其繪示陰極105的内部結構。陰極1〇5包含如第2及7 圖所示之靜電吸座（ESC)，其中鋁底層5具有含入口 2〇1 與出口 202之流道200供相變化熱傳（pcht)媒介之用。 内部流道200構成PCHT迴路的熱交換器，熱交換器2〇〇 内設於ESC底層5。PCHT迴路可在二種模式下操作： 冷卻模式（在此熱交換器200當作蒸發器）、和加熱模式 (在此熱交換器200當作冷凝器）。pcHT迴路中的其他元 件設於ESC陰極105外部，且沿PCHT媒介流動方向依 序包括（從出口 202算起）積聚器204、壓縮機2〇6(用以 透過迴路抽吸PCHT媒介）、冷凝器208(用於冷卻模式）、 以及具可變孔洞尺寸的擴張閥210,其皆為此領域所熟 知的類型。將熱交換器200置於ESC底層5内的好處之 14 £ 201205671 一為先則技術中熱傳流體固有的延遲與損失性質可被排 除。PCHT迴路（即熱交換器200、積聚器204、壓縮機 206、冷凝器208、擴張閥21〇、和連接彼此的導管）包含 傳統型式的PCHT媒介，以在冷卻模式時做為冷卻劑， 並且具有低導電度以避免干擾反應器的特性◊積聚 器204因儲存液體，而可防止任一液態pcHT媒介進入 壓縮機206。藉由適當操作分流間214可將液體轉化成 蒸氣。 為了解/夬製程的熱漂移問題，可操作迴路（熱交 換器200、積聚器2〇4、壓縮機2〇6、冷凝器'擴張 閥21〇)來提高1〇倍以上的？(：117迴路效率，使熱交換 器内的PCHT媒介分成液相與氣相。人口 處的液氣 比為夠高’已足可降低其在出口 2G2處的液氣比。如此 ESC底層5與熱交換器2〇〇(蒸發器）之pcHT媒介（冷卻 齊J )間的所有熱傳（或幾乎全部）是透過pCHT媒介的蒸發 曰因此，PCHT迴路的熱流超過單相冷卻循環的熱 流10倍之多。其達成方法可包括降低入口 2〇1至出口 的PCHT媒介之液氣比，至少使很少量的液體留在 出口 202上或前端。在冷卻模式下，pcHT迴路的冷卻 容量不能超過晶圓的RF加熱負載。此確保方法之一為， 提供之PCHT迴路的最大冷卻容量約為最大預定加熱負 載的兩倍。根« i至7圖之反應器，pcHTit路的最 大冷卻率約為最大預定加熱負載…肖。晶圓的加熱 負載約為施加於晶圓之RF功率的3〇%。入口 2〇ι處的 15 201205671 液氣比約A 40%至6G%，而出口 2Q2處的液氣比約為 10%。 雖然PCHT迴路的操作已以冷卻模式為例描述如上， 但在預期提高ESC溫度的情況下（例如比單獨使用電漿 加熱還要快速升溫），其還可採用加熱模式。以加熱模式 操作PCHT迴路時’分流閥212為打開讓部分pCHT媒 "繞過壓縮機206和擴張閥210，使過熱的pcHT媒介 流至熱交換器200。在此實施例中，熱交換器2〇〇乃當 作冷凝器，而非蒸發器。在加熱模式下，可額外提供從 冷凝器208之出口至壓縮機2〇6之入口的分流管（未繪 示），以避免過度加熱壓縮機206。在加熱模式下，熱交 換器200中的液氣比為〇。 第8圖為熱交換器200内PCHT媒介之焓隨溫度變化 的相圖。三相（液相、固相、氣相）之間的溫度-焓邊界 (temperature-enthalpy boundary)為一液相-氣相圓頂 216，其下表示PCHT媒介為液相與氣相共存。在圓頂 216之焓值較低的一側，pcHT媒介為次冷卻（100%)液 體，而在圓頂216之焓值較高的一側，pcHT媒介為過 熱（100%)蒸氣。圓頂的頂點為三相點，在此三相PCHT 媒介同時存在。熟知此技藝者可選擇第7圖之PCHT迴 路的控制參數（即壓縮機206設定的PCHT媒介流量、擴 張閥210的孔洞大小、及分流閥212的開口尺寸，其將 說明於下），使熱交換器200内PCHT媒介的溫度與焓保 持在第8圖相圖中的液相-氣相圓頂216内或下。熱交換 16 201205671 器200内的壓力為維 疋以如供固定的ESC底層溫 度，如此當冷卻劑以完全水平的定壓線2183、21此（第8 圖）流過熱交換器咖時，溫度理論上不會改變。實施操 作時，ESC的入口 201與出口 202間會有代以下的溫 差，但此是可以忽略的。若蒸發器(熱交換器2〇〇)内的 媒介吸收了 ESC底層5的熱，則將增加其内能υ， 並提高其焓(其中焓等於U”V，P、v分別代表蒸發器 的壓力與體積）。為滿足上述全然（或近乎完全）透過蒸發 潛熱來進行兩階段熱傳，PCHT媒介的焓與溫度座標必 須落在第8圖的液相-氣相圓頂216内。故在定壓狀態 下，PCHT媒介㈣與溫度座標會順著定壓線（如線識） 從低焓(第8圖標示的’，入口，，)進入熱交換器2〇〇,並從高 焓(第8圖標示的”出口’，)離開，且進、出的焓值均落在 液相-氣相圓了貝216内或邊界上。第8圖顯示在較低的冷 卻溫度下可增加較多的焓（吸收熱）。 解決ESC與晶圓溫度分布不均的方法 維持第7圖蒸發器（熱交換器2〇〇)内的pcHT媒介（在 此稱為，，冷卻劑”）落在第8圖的液相_氣相圓頂内，以確 保熱傳幾乎是透過蒸發潛熱，可解決在高RF加熱負載 下晶圓溫度分布不均的問題。此乃因透過蒸發潛熱進行 熱傳為一恆溫過程。PCHT迴路為冷卻模式時，蒸發器 内的冷卻劑吸收熱之後，溫度並不會改變；反而是發生 相變化（從液相變成氣相）。因此不論RF加熱負載至晶圓 17 201205671 上的強度為何’所有在熱交換器2GG(ESC底層5中的流 道)内的冷卻劑具有均—的溫度。如此，晶圓的溫度分布 會像ESC的電場分布一樣均勻，因而即使在最大的rf 加熱負載狀況下，仍可保持蝕刻率的均勻度，此均勻度 是由前述最佳條件所達成（例如使用多個介電套管與邊 緣介電環處理套件來調整RF偏壓進點阻抗）；此為迄今 仍無法做到的特點。依此’第1至7圖之反應器適用二 世代之設計規則 目前設計規則（小的特徵尺寸）及未來 此為顯著的優點之 (更微縮的特徵尺寸）的電漿製程； 一。加上前述透過蒸發潛熱可冷卻大量的熱，是以其熱 流率約高於傳統透過冷卻劑質量進行（靈敏）熱傳之熱流 率的1 0倍以上。 操作第7圖之反應器以透過蒸發潛熱進行熱傳的方法 緣示於第9圖。此方法的第i步驟為維持蒸發器（熱交換 器200)内的冷卻劑溫度與焓，使熱傳主要是透過冷卻劑 的蒸發潛熱（或從蒸發潛熱扣除），以增強或最佳化esc 溫度放射狀分布的均自度。此步驟繪示於第9圖的圖塊 170。圖塊170的執行步驟包括限定擴張閥21〇的孔洞或 開口為一定大小，以限制蒸發器内的冷卻劑溫度與焓落 在第8圖之溫度-焓關係圖的液相_氣相圓頂216内（第$ 圖的圖塊171)。就特定的冷卻劑與冷卻劑流量而言，很 容易決定出用來限制冷卻劑落在第8圖之液相_氣相圓 頂216内的擴張閥尺寸，且可預先撰寫程式至控制整個 系統的微處理器中。圖塊17〇的執行步驟還可包括在一 18 201205671 定範圍内調節壓縮機與蒸發器間的分流閥212，使蒸發 器（熱交換器200)内的冷卻劑保持在第8圖之液相-氣相 圓頂216内（第9圖的圖塊172)。可同時調整分流閥 212(第9圖的圖塊172)及擴張閥21〇(第9圖的圖塊 171) ’以達到預期結果。 το成圖塊170的步驟以透過蒸發器（熱交換器2〇〇)内 的潛熱進行熱傳後，接下來為控制ESC的溫度（第9圖 的圖塊173)。其執行步驟包括調節擴張閥21〇，使之範 圍如圖塊HO所建立的範圍’直到達成職的霞溫度 (第9圖的圖塊174)。或者，ESC的溫度控制可藉由調節 壓縮機與蒸發器間的分流閥212，使之範圍如圖塊m 所建立的範圍。後者對應於第9 ®的圖塊175。另外， 亦可同時進行圖塊m、175的步驟來控制溫度。 操作實施例 雖然擴張閥210的可變孔洞大小主要是用來控制冷卻 速度與晶圓溫度，但也可根據需求利用壓縮機與蒸發器 間的分流閥212來進行其他溫度控制或加熱晶圓。使用 壓縮機與積聚器間的分流閥214可確保積聚器2〇4中的 液相冷卻劑完全轉化成氣相。 藉由選擇適合的冷卻劑、壓缩嫩 堙縮機的流量及擴張閥的孔 洞大小’可很快達成前述條件的需 町冩求，以下提出可進行 兩階段冷卻步驟的實施例：

ESC 入口 溫度.-l〇°C 至+ 5〇°C 19 201205671 ESC入口壓力：16〇_2〇〇磅/平方英寸（psi) ESC入口液氣比：40%-60%的液體 ESC入口 /出口最大溫差：5°c ESC入口 /出口最大壓差：i〇psi ESC出口液氣比：1〇0/〇的液體 積聚器出口溫度：60°C至80°C 積聚器出口壓力：25-35 PSI 積聚器出口液氣比：1 〇〇〇/〇的蒸氣 壓縮機流量：4加侖/分鐘 壓縮機出口壓力：26〇_27〇 PSI 壓縮機出口溫度：80°C至100°C 壓縮機出口液氣比：100〇/〇的蒸氣 冷凝器出口溫度：2〇°c至4(TC 冷凝器出口壓力：250 PSI 冷凝器液氣比：100%的蒸氣 擴張閥出口液氣比：80% 部分蒸發會發生在擴張閥出口與ESC冷卻劑入口 201 之間’因此擴張閥210至ESC入口 201的液氣比將由80% 降為6〇%°雖然熱循環最好是在上述第8圖的液相-氣相 圓頂216内進行，但本發明亦可超出此範圍實施。特別 疋冷卻劑的液氣比在蒸發器出口 202可近乎為0、或 在蒸發器出口 202正前端可近乎為〇,如此會產生少量 可察覺的加熱現象。在此實施例中，熱傳主要仍是透過 蒸發潛熱進行，只有一小部分是透過察覺的加熱現象， ε； St»' 20 201205671 故本發明之優勢仍在。 大範圍之溫度回饋控制迴路： 再次參照第i及7圖，在施加特定的RF加熱負載於 晶圓110時，使用溫度回饋控制迴路可控制或維持晶圓 溫度在預定範圍内，其中迴路控制擴張閥21〇及/或分流 閥212 ’而最簡單的實施方式為僅控制擴張閥21〇。溫度 探針感測實際溫度，其可為ESC絕緣層1〇中的溫度探 針220、ESC底層5中的溫度探針22卜Esc蒸發器入口 2〇1處的溫度探針222或ESC蒸發器出口 2〇2處的溫度 探針223或其組合物。為達成此目的，回饋控制迴路 處理器224控制擴張閥21〇的開口大小，以回應一或多 個溫度探針的輸人值。4理器224設有使用纟選定的預 定溫度值，其儲存在記憶體或使用者介面225。簡言之， 在每一回處理過程中，處理器224會比較探針（如EM 絕緣層中的溫度探針220)測得的目前溫度與預定溫度 值處理器224接著算出誤差值做為預定溫度值與測量 溫度的差值，並依據誤差值決定出分流閥212或擴張閱 10開口尺寸的修正量，以降低誤差。然後，處理器224 根據此修正量來改變開口大小。在處理晶圓的整個過程 中，重複上述流程以控制晶圓溫度。 靈敏的晶圓溫度回馈控制迴路： 傳統反應器是藉由冷卻靜電吸座或晶圓支樓座來冷部 t 21 201205671 晶圓，以避免晶圓因吸收RF功率而過熱。藉由注入導 熱氣體（如氦氣）至晶圓11 0背面與ESC 105頂面之間， 可提高晶圓110與冷卻之ESC 105彼此的導熱性；此乃 此領域所熟知的技術。為達目的，氣體流道226形成在 ESC絕緣層20頂面，而壓縮氦氣供應器228經由背面的 氣體壓力閥229耦接至内部ESC氣體流道226。晶圓ι10 利用箝位（clamp)電壓源128施加直流箝位電壓至電極網 層15而靜電夾在（clamped down)絕緣層20的頂面上。 晶圓110與ESC絕緣層20間的導熱性取決於箝位電壓 及晶圓背面上的導熱氣體（氦氣）壓力。本發明高靈敏度 的（快速的）晶圓溫度控制是藉由改變背面氣體壓力（控 制壓力閥229)來調節晶圓溫度至預定範圍。當背面氣體 壓力改變時’晶圓11 〇與ESC絕緣層20間的導熱性會 隨之改變’因而改變了（a)晶圓吸收施加至電極網層j 5 或耦接於電漿的RF功率後所產生的熱、和（b)晶圓傳至 冷卻之ESC的熱，二者之間的平衡。要改變此平衡需改 變晶圓溫度。因此，可採用控制背面氣體壓力的回饋控 制迴路，以快速應答控制晶圓溫度。由晶圓溫度反應出 背面氣體壓力變化的時間非常短（溫度改變至達到平衡 為小於1秒）。經由比較，在一時片刻内（視Esc 1〇5的 熱質量而定），改變ESC底層或晶圆支撐座（陰極1〇5)的 溫度並不會導致晶圓達到新的平衡或穩態（提高或降低 的晶圓溫度）。故使用背面氣體壓力的溫度調節系統具有 靈敏的溫度控制’且可快速調整晶圆溫度。 22 201205671 第7圖繪示靈敏的溫度回饋控制系統，其中回饋控制 迴路處理器230控制背面的氣體壓力閥229。一或多個 ESC的溫度探針220、22卜222或223可連接處理器23〇 的輸入端。使用者介面或記憶體231提供使用者定義的 溫度或預定溫度給處理器230。在每一回處理過程中， 處理器230算出誤差訊號做為目前溫度（由其中一個溫 度探針220、221、222所測得）與預定溫度的差值。處理 器230依據此差值決定出背面氣體壓力閥的設定修正量 以降低溫度誤差，並根據修正量來改變閥的開口大小。 例如’當晶圓溫度高於預定溫度時，需提高背面氣體壓 力’以增加冷卻之ESC的導熱性，進而降低晶圓溫度。 反之亦然。故實際上晶圓溫度是可以控制且立即設定為 新的溫度範圍，其下限兔Ρ ς r α、λ " 卜限為ESC的冷卻溫度，上限則取決 於晶圓上的RF加熱負載。例如， 一 ^ J ^ 热RFM熱負載的情況 不會it南晶圓溫度，而s圓、、田危 圓沒*日日圓/皿度不會被冷卻低於ESC的 溫度：若溫度範圍夠廣’則任-習知技術均可用來維持 達預疋的冷部溫度，以協助控制背面氣體壓力的 靈敏之溫度回饋控制迴路。 溫度回饋控制雙迴路： 控::：氣體屢力閥229的靈敏之溫度回饋控制迴 冷卻擴張閥21〇的大範固之溫度回饋控制迴 232的控制…起被操作，其中主處 同時控制回饋控制迴路處理器224、230。 23 201205671 201205671 大範圍之溫度回饋控制迴路（含由蒸發器2〇〇、壓縮機 2〇6、冷凝器2〇8和擴張閥21〇組成的pcHT迴路）藉由 改變靜電吸座（支撐陰極1〇5)的溫度而控制工作物件的 溫度。溫度範圍只受限於PCHT迴路的熱容量，因此可 將工作物件溫度設定在非常大的範圍内（即至+丨別 °c)。然工作物件溫度的改變速度受限於靜電吸座ι〇5的 熱質量。以支樓300毫米之工作物件或石夕晶圓的靜電吸 座為例，此改變速度很慢，以致冷卻單元開始改變冷卻 劑的熱條件以符合新的溫度狀態、至卫作物件溫度完全 達到新溫度狀態’需耗時i分鐘以上，工作物件溫度才 會改變1 0 °c。 反之’為適當改變或修正工作物件溫度，靈敏之溫度 回饋控制迴路將不改變靜電吸座的溫度(至少不直接改 變），而只改變工作物件與靜電吸座間的導熱性。由於工 作物件皿度僅党限於背面氣體壓力變化的速度和工作物 件的熱質量，故其回應上述變化的速度非常快。在典型 的系統中’背面氣體壓力回應壓力閥229動作的時間等 級”對典型的300毫米矽晶圓而言，因熱質量很低， 。 （作物件）溫度回應背面氣體壓力變化需時數秒 或1私以下。相對於大範圍溫度回饋控制迴路影響工作 物件溫度變化的眛P爿 、4 ’靈敏之回饋控制迴路為即時應答 工作物件的溫度。然而靈敏之回饋迴路可改變工作物件 溫度的範圍非當古UP . 有限·工作物件的最高溫受限於晶圓上 的RF加熱負載量，而最低溫不能低於靜電吸座105當 24 201205671 月1j的溫度。結合靈敏之回饋控制迴路及大範圍之溫度回 饋控制迴路可彌補彼此的不足，而可提供大範圍的工作 物件溫度與快速的回應速度。 主處理器232可加以程式化，藉以使用大範圍溫度回 饋控制迴路（處理器224)來產生大範圍的溫度變化，及使 用靈敏之回饋控制迴路（處理器230)來產生快速且微小 的溫度變化。第10圖繪示一實施例之晶圓溫度對應時間 的曲線。實線表示長期的溫度變化，此時主處理器232 利用具處理器224的大範圍溫度回饋控制迴路而產生緩 慢但大規模的晶圓溫度變化。虚線表示溫度快速擾動， 此時主處理器232利用具處理器230的靈敏之回饋控制 迴路來產生快速且微小的溫度變化。 採用主處理器23 2的雙迴路控制幾乎可在ESC溫度緩 緩達到新的預定溫度前，立即改變晶圓溫度至預定範 圍，並且保持此溫度。參照第丨丨A及丨丨B圖。第11A圖 的實線表示晶圓溫度隨時間的變化情形，其中晶圓溫度 在時間ti時梯降至一低溫，且維持在此低溫；同時， 迴路開始冷卻ESC，直料間t2才制此低溫（虛線）。 =敏之控制迴路處理器230可於時間ti時快速改變晶圓 溫度並保持其溫度。靈敏之控制迴路處理器23〇接收新 的預定晶圓溫度（時間tl的低溫），且立刻回應、提高背 面氣體壓力(第11B圖)’以於時間u時梯降晶圓溫度至 新的’皿度。同時’ Esc開始降溫以達時間【 (或略低於此溫度），處理器224則提高獄的二= 25 201205671 使ESC降溫。如此靈敏之控制迴路處理器23〇將被迫於 時間tl後降低背面氣體壓力，以維持住預定的晶圓溫 度’直到時間t2時ESC達到溫度，而背面氣體壓力在 時間t2後為保持不變。 第12A及12B圖繪示當PCHT迴路緩慢調節新溫度 時，ESC溫度如何延遲改變（使約5〇它的ESC表面滯緩 時間大於5秒第12A圖為溫度與時間的關係圖，而 第12B圖為對應之背面氣體壓力與時間的關係圖。如第 12A及12B圖所示，採用主處理器232的雙迴路控制可 暫時保持晶圓溫度為初始溫度狀態（實線）；時間u時， PCHT迴路開始緩慢但大規模改變ESC的溫度（第12八圖 的虛線）。隨後’晶圓溫度梯降（step d〇wn)成ESC的新 溫度。達成方法包括冷卻ESC、且於時間u後持續降低 背面氣體壓力。達到預定的ESC溫度後（時間t2)，靈敏 之溫度控制迴路一次提高背面氣體壓力，藉以梯降晶圓 溫度至ESC溫度。 多個溫度區： 大範圍溫度控制迴路： ESC(支撐陰極）1〇5可分成複數個放射狀區域，且不同 的獨立回饋控制迴路可分別控制各區域的溫度。此特徵 結構的好處之—為’在處理晶圓11G時’不同的放射狀 區域可維持呈不同的溫度，如此可降低製程或蝕刻率分 布的不均勻度。參照第13圖之實施例，ESC 105分成兩

S 26 201205671 個控溫區，即放射狀内區234和放射狀外區236，且一 獨立的控溫設備應用到各區234、236。在具有多個放射 狀區域的實施例中’電極或ESC導電網層1 5較佳為分 成複數個放射狀區域（例如同心的内區與外區15a、15b)。 銘底層5的放射狀内區234具有含冷卻劑入口 201a 與冷卻劑出口 202a的内區冷卻劑流道2〇〇a。内區冷卻 劑流道200a構成内區PCHT迴路的内區蒸發器，蒸發器 200a内設於ESC底層5的内區234。内區PCHT迴路的 其他元件設於ESC陰極1 〇5外部’且沿冷卻劑流動方向 依序包括（從冷卻劑出口 202a算起）積聚器204a、壓縮機 206a、冷凝器208a、以及具可變孔洞尺寸的擴張閥 210a其皆為此領域所熟知的類型。鋁底層5的放射狀 外區236具有含冷卻劑入口 2〇lb與冷卻劑出口 2〇孔的 外區冷卻劑流道200b。外區冷卻劑流道別叶構成外區 PCHT k路的外區蒸發器，蒸發器2嶋内設於Η%底層 5的卜區236。外區PCHT迴路的其他元件設於陰 極105外部，且沿冷卻劑流動方向依序包括（從冷卻劑出 口襲算起）積聚器難、壓縮機祕、冷凝器鳩、 以及具可變孔洞尺寸的 的擴張閥2 1 〇 b，其皆為此領域所熟 知的類型。内區. 的&度由一或多個内區溫度探針感 測.E S C絕緣層】〇 之内區234中的溫度探針22〇3、£% 底層5之内區234中 甲的恤度探針221a、ESC内區蒸發5| 入口 2〇U處的瓜洚捭μ 15 202a . . 恤又探針222a、或esc内區蒸發器出口 202a處的溫度探針223a。 27 201205671 内區回饋控制迴路處理器224a控制内區擴張間h〇a 的開口大小’以回應—或多個内區溫度探針的輸入值。 内區處理器224a設有使用者選定的預定内區溫度值，其 儲存在記憶體或使用者介面225a。在每一回處理過程 中’内區處理器224a會比較至少一探針（如Esc絕緣層 中的内區溫度探針22Ga)所測得的目前溫度與預定溫度 值，藉以調節内區擴張閥21〇a的孔洞大小。外區回饋控 制迴路處理器224b控制外區擴張閥21〇b的開口大小^ 以回應一或多個外區溫度探針的輸入值。外區處理器 224b設有使用者選定的預定外區溫度值，其儲存在記憶 體或使用者介面225b。在每一回處理過程中，外區處理 器224b會比較至少一探針（如ESC絕緣層中的外區溫度 探針220b)所測得的目前溫度與預定溫度值藉以調節 外區擴張閥2 1 Ob的孔洞大小。 靈敏的溫度回饋控制迴路： 在溫度區234、236中，藉由注入導熱氣體（如氦氣） 至晶圓110背面與ESC 105頂面之間，可提高晶圓ιι〇 與冷卻之ESC 105間的導熱性；此乃此領域所熟知的技 術。在内溫度區234中，内區氣體流道226a形成在ESC 絕緣層20頂面的内區234,而壓縮氦氣供應器。“經 由背面的内區氣體壓力閥229a耦接至内區氣體流道 226a。晶圓110利用箝位電壓源128a施加直流箝位電壓 至電極網層15(即區i5a、15b)而靜電夾在絕緣層2〇的 28 201205671 頂面上。晶圓Π〇與ESC絕緣層20間的導熱性取決於 箝位電壓及晶圓背面上的導熱氣體（氦氣）壓力。高靈敏 度的（快速的）晶圓溫度控制是藉由控制内溫度區2 3 4中 的内區壓力閥229a以調節晶圓溫度至預定範圍。靈敏的 内區回饋控制迴路處理器230a控制背面的内區氣體壓 力閥229a。ESC内區234的一或多個内區溫度探針 22〇a、22 la、222a或223a可連接靈敏之内區處理器23〇a 的輸入端。内區使用者介面或記憶體231a提供使用者定 義的溫度或預定溫度給内區處理器23 0a。在每一回處理 過程中’處理器230a感測誤差值做為目前溫度（溫度探 針220a、221a、222a之一所測得）與預定溫度的差值， 並依此改變内區氣體壓力閥229a的開口大小。 在外溫度區236中，外區氣體流道226b形成在ESC 絕緣層20頂面的外區236，而壓縮氦氣供應器2281?經 由背面的外區氣體壓力閥229b耦接至外區氣體流道 226b。高靈敏度的（快速的）晶圓溫度控制是藉由控制外 溫度區236中的外區壓力閥229b來調節晶圓溫度至預定 範圍。靈敏的外區回饋控制迴路處理器23〇b控制背面的 外區氣體壓力閥229b。ESC外區236的一或多個外區溫 度探針220b、221b、222b或223b可連接靈敏之外區處 理器230b的輸入端。外區使用者介面或記憶體231b提 供使用者定義的溫度或預定溫度給外區處理器23〇b<5在 每一回處理過程中，處理器230b感測一誤差值做為目前 溫度（由外區溫度探針22〇b、22ib、222b之一所測得） 29 201205671 與預定溫度的差值，並依此改變外區氣體壓力閥229b 的開口大小。 結合上述第13圖之靈敏與大範圍的内、外區回饋控制 迴路’可大範圍控制晶圓溫度的放射分布並快速回應之。 具有最小RF寄生或沒有rf寄生的溫度探針： 第14圖繪示裝設在第1圖反應器的溫度探針23 8之較 佳實施例。溫度探針2 3 8由兩個部份組成，即上探針 239 ’裝設於ESC 105、和下探針240，裝設於反應室下 方用以支撐ESC 105的部分（即反應室主基底241)。上 探針239放大顯示於第15圖，其處於高RF電位區（即 圓盤或ESC絕緣層1 〇、20内部）。上探針239固定插入 ESC 105的長轴孔中，軸孔幾乎吻合上探針239大小， 且上探針239尖端非常靠近絕緣層2〇頂面（3毫米至3 5 毫米以内）。探針2 3 9若夠接近晶圓11 〇，則可減少或消 除溫度測量的誤差。在製程進行時，Esc區域具有很高 的電位，是以上探針239的電性將完全影響電漿處理晶 圓的情形。上探針239因而包括RF兼容特性 (compatibility feature)，用以減少或消除探針239對電 場或RF阻抗分布的影響。rf兼容特性可確保探針239 不會扭曲或擾亂已由第2至4圖之進點阻抗調整裝置及/ 或第5至6圖之介電環處理套件調整好的ESC電場或 RF阻抗分布。上探針239的RF兼容特性包括探針239 内完全沒有導電材料、探針為軸向定位以降低其對放射 30 201205671 狀電場或RF阻抗分布的影響 '以及其直徑符合反應室 之電漿的Debeye長度等級。達成這些特性的方法包括 採用非導電光學溫度換能器242(如磷光材料），其黑體輻 射光譜已知為溫度的函數。光學溫度換能器242耦接細 轴上探針239内的細長光纖243。上探針239更包括不 透明的圓柱形介電套管244,其圍住光纖243且較佳由 摻雜玻璃的塑膠所構成。光學溫度換能器242被介電蓋 罩245覆蓋’其材質較佳為與ESC絕緣層1〇、2〇的材 料相同；在一較佳實施例中，材質為氮化鋁。如此可確 保接觸光學溫度換能器242的材料溫度（如蓋罩245)同 於待測材料的溫度（如直接接觸晶圆i 1〇的Esc絕緣層 20)。 上探針239更包括架設板246，可移動固定至μ。底 層5的底面。架設板246支揮具螺旋彈簧…的彈酱蓋 以7’彈簧2M壓在彈簧蓋247的肩部245與固定於彈簧 蓋247内部份探針套管244上的圓環249之間。當上探 針239為插入Esc 1〇5中， Ύ 且壓在ESC的孔洞頂端時， 壓縮螺旋彈簧248，传您 使探針239尖端自我對準至孔洞頂 端0 &針240放大顯示於第μ圇，甘勿丄

第6圖其包括由不透明下B 柱形套管251圍繞的光織 先纖由於下探針240位於招 地之ESC導電底層5下方虛 gj. 處在尚 電場區域之外， U此其不需由非導雷好伞l y/ 户导1：材枓所組成。事實 # 2^51 ,, 产只丄，下圓柱形套 251的材料例如可為 卜探針240的頂端252緊密 31 201205671 放在上探針239之架設板246的孔洞253内。下探針240 更包括架設板254，可移動固定至反應室主基底241的 底面》架設板254支撐具螺旋彈簧256的彈簧蓋255 , 彈簧256壓在彈簧蓋255的肩部257與固定於彈簧蓋255 内部份下探針套管251上的圓環258之間。當下探針24〇 為插入上探針架設板246的孔洞253中，且壓在孔洞253 的頂端時，壓縮螺旋彈簧256，使下探針24〇尖端自我 對準至孔洞253的頂端。完成自我對準的下探針24〇和 上探針239繪示於第17圖，其中上探針光纖243與下探 針光纖250的對端幾乎為完全對準。訊號調節電路將下 探針光纖250底端所接收的光線轉換成數位訊號供回饋 控制迴路處理器使用。雖然第14圖繪示單一個溫度探 針’其尖端靠近ESC105頂面’然而其他相同的^也 可放置在ESC的下部，且與第一探針有相同的軸向位 置。其他相同的探針還可放置在Esc不@方向的位置 上，但與其餘的探針有相同的高度（軸向位置）。第13圖 中不同溫度區234、236的溫度探針22〇&、22叽可為上 述第13至16圖中的任一類型’且以共轴高度放置在不 同的方位。 儘管本發明特定實施例是使用不同的回饋控制迴路處 理器’然其亦可採用單一個共用處理器來執行個別回饋 控制迴路處理器的功能。同樣地，其 兵他與不同控制迴路 相關的資源（例如雙氦氣供應器228a、22叫也可採用單 一個供應H或具個別控制介面的f源（例如使用單一個 32 201205671 氦氣供應器和雙控制壓力閥229a、229b)。再者，若電 極導電網層15為如前述分成内、外電極區i^a、Bb， 則一共用的RF偏壓電源可用來供應不同大小的rf偏壓 功率給内、外電極區15 a、15 b。或者，個別的rf偏壓 功率產生器可分別提供不同大小的R]p偏壓功率。 利用背面氣體壓力來升高工作物件的溫度 如上所述，大範圍溫度控制迴路是藉由調節靜電吸座 1〇5的溫度來控制工作物件的溫度。其緩慢的回應速度 可歸因於靜電吸座的熱質量。傳統靜電吸座冷卻系統的 另一問題為，其在晶圓達到預定溫度後避免溫度漂移的 月b力有限，以致開始處理工作物件時的溫度會漂移丨此 現象在反應器間置一段時間後開始處理，，第一片’，晶圓時 尤其明顯。此問題繪示於第18圖的曲線260，第18圖 為電漿電源於時間to開啟後，晶圓溫度與時間的典型關 係圖。晶圓溫度與ESC溫度在開始時皆低於預定溫度， 而冷部之靜電吸座1 〇5的熱質量會延緩晶圓溫度與晶圓 上的RF加熱負載反應。如此晶圓溫度直到時間讣時才 會達到預定溫度。延遲時間一般為數十秒至一分鐘、甚 至更久。讀’因傳統靜電吸座冷卻設備有限的熱傳能 力，而無法補償RF加熱負載所累積的熱量，導致在時 間tb後，晶圓溫度仍持續升高或漂移超過預定溫度。此 種失控的溫度變化會降低電漿製程的品質。 時間tb後溫度仍會漂移之問題（對應第18圖的曲線 33 201205671 260)的解決方法為利用第7圖之具較佳效率的兩階段冷 卻迴圈。如上所述，兩階段冷卻迴圈將蒸發器2〇〇設於 靜電吸座1 05内以得到較快的回應速度。其主要更透過 蒸發潛熱來進行蒸發器2〇〇的熱傳，因而可提高1〇倍以 上的效率。增強效率的冷卻迴圈可防止晶圓溫度在達到 預定溫度後仍繼續升高。改善過的晶圓溫度行為繪示於 第18圖的曲線262，其中晶圓溫度於時間q達到預定 溫度後即趨於平緩，隨後溫度僅些微或沒有漂移。然此 解決方式仍造成晶圓溫度延遲達到預定值（時間⑺ 間 t2)。 晶圓溫度與預定溫度間之延遲現象（時間t〇至時間 的解決方法為採用靈敏的回饋控制迴路處理器23〇。當 開啟RF電源，且晶圓溫度為低於預定溫度時（時間t〇)， 伺服控制壓力閥229來減少（或關閉）背面氣體壓力，以 降低晶圓-吸座的傳導性，進而降低靜電吸座1〇5之熱質 量對晶圓110的冷卻作用。藉此，晶圓11〇被rf加熱 負載快速加熱，而冷卻之吸座105僅有些微、甚至沒有 作用；是以在時間t0時，溫度會如第丄8圖的曲線264 般急速上升。如第18圖的曲線264所示，晶圓溫度在時 1 達到預疋溫度，而時間t0與時間ta的差距非常小， 僅為數秒或一秒以下。 晶圓達到預定溫度後，靈敏的控制迴路處理器23〇必 須提向背面氣體壓力（藉由控制壓力閥229)，以增強靜電 吸座105的冷卻作用，使晶圓在時間t〇快速加熱時，溫 34 201205671 度不會衝破預定溫度。為避免溫度漂移，可持續增加背 面氣體壓力來維持預定溫度。背面氣體壓力的調整步驟 必須正確且適時地進行。為達此目的，本發明一較佳實 施例包括靜電吸座1〇5的熱模式，用以模擬靜電吸座各 層在特定條件下的熱傳行為。如此可根據主要條件來預 估維持預定晶圓溫度所需的最佳背面氣體壓力大小。第 19圖為使用熱模式的控制程序。熱模式的一實施例將描 述於下。主處理g 232可加以程式化來反覆執行第19 圖的步驟，以完成控制程序。 參照第19圖，此程序首先為輸入目前製程條件至熱模 式中（圖塊270)。條件可包括晶圓上的RF加熱負載量（其 可表示成整體施加RF功率的一部份）、蒸發器2〇〇上或 附近的靜電吸座溫度、靜電吸座晶圓直流箝位電壓、和 背面氣體壓力。接著從熱模式預估在目前製程條件下所 形成的晶圓最後溫度或穩態溫度Tf(即第18圖中時間讣 時的溫度）（圖塊271)。為達此目的，熱模式例如可^出 一用來定義靜電吸座1G5溫度了沿軸向z之分布隨時間 t變化的函數T(Z，t)。或者，假& Tf不是預定溫度，則 可修正初始條件’並重覆上述步驟，直到熱模式產生符 合要求的預估值Tf。其次，熱模式找出背面氣體壓力(即 壓力閥229的設定值)’以立即將晶圆溫度提升到預定的 穩態溫度Tf(第19圖的圖塊272)。達成方法可包括改變 輸入至模式的背面氣體壓、力、及監測預定之晶圓穩態溫 度的變化曲線，直到預估出預定溫度(此亦代表已判斷出 35 201205671 最佳的背面氣體壓力值）^然後將背面氣體壓力設為最佳 值（圖塊273)。若達成穩態（圖塊274)，則終止此程序。 否則，增加時間指標（圖塊275)，並返回進行圖塊272 的步驟。 第20圖繪示晶圓丨！ 〇溫度對應時間的曲線276、靜電 吸座105之頂面或絕緣層2〇對應時間的曲線277、及靜 電吸座105之底面或底層5對應時間的曲線278。此外， 曲線279表示達成曲線276之晶圆溫度變化所需的背面 氣體壓力隨時間變化的情形。為便於比較，曲線28〇為 背面氣體壓力未改變時的晶圓溫度變化情形，其中晶圓 溫度需一段時間才達到預定的製程溫度。第2〇圖的曲線 279顯示背面氣體壓力於點燃電漿時為急遽下降，同時 晶圓溫度為急遽上升，且之後背面氣體壓力為緩慢增 加，藉以補償曲線277中上升的靜電吸座1〇5溫度。為 得到第20圖的資料，可採用下列製程條件：施加1〇〇 瓦的電漿RF來源功率（VHF)至上電極、施加4〇〇〇瓦的 電漿RF偏壓功率（HF)至ESC、反應室壓力為15托耳、 ESC晶圓直流箝位電壓為彻伏特' 咖蒸發器溫度為 40°C、冷卻劑在最初5〇〇秒的流量為每分鐘3·75加侖。 第21圖繪示藉由提高背面氣體壓力（利用靈敏之控制 迴路處理器230)來控制整個製程之晶圓溫度的方法。如 此可保持晶圓溫度為固定的預定值，或符合使用者設定 之製程條件所需的快速變化情形。第21圖的流程首先為 定義出晶圓溫度在預定時間内的預定變化曲線（第圖 36 201205671 的圖塊、282)。從變化曲線決定出目前預定溫度（圖塊 )並輸入至熱模式（圖塊283b)。目前製程條件亦輸 入至熱模式（圖塊284)，條件例如包括晶圓背面氣體虔 力、目前晶圓溫度、晶圓上的RF加熱負載、esc底層 狐度和靜電晶圓箝位電壓。熱模式接著取得晶圓背面 氣體壓力的修正量，以將目前晶圓溫度改為使用者定義 之變化情形的目冑預定溫度（圖力285a)。此修正量隨後 應用到晶圓背面氣體壓力（圖塊285b)。將下一次取樣時 間或處理週期加到目前時間值，且返回進行圖塊283a 的步驟（圖塊287)。 以第21圖的方法使用背面氣體壓力與熱模式來控制 晶圓溫度時’其溫度範圍介於不低於ESC蒸發器溫度的 低溫與受限於晶圓上RF加熱負载的高溫之間。因此若 使用者定義的溫度變化曲線超出此範圍，則搭配使用大 I巳圍（冷卻）溫度控制迴路及靈敏之控制迴路處理器 23 0。為此可同時執行圖塊285a、285b的步驟：利用熱 模式取得ESC蒸發器（或底層）溫度的修正量，以將目前 晶圓溫度改為使用者定義之變化情形的目前預定溫度 (圖塊286a)。此修正量隨後例如藉由調節擴張閥21〇而 應用到冷卻迴路（圖塊286b)。 使用熱模式的溫度控制雙迴路： 同時進行第21圖之圖塊285 a、285b及圖塊286a、286b 的步驟，可依溫度變化情形自動選擇最大效益的二控制 37 201205671 迴路（處理器224控制的大範圍控制迴路、和處理器23 〇 控制的靈敏之控制迴路）。若預定溫度變化超出了靈敏之 控制k路的此力範圍，則可由大範圍溫度控制迴路主 控β同樣地，若預定溫度的變化速度快到大範圍溫度控 制迴路無法控制，則靈敏之溫度控制迴路（壓力閥229、 處理器23 0)可執行所需的溫度變化。 此概念繪示於第22Α及22Β圖。第22Α圖為製程條件 之實施例所需之溫度與時間的關係圖。其包括緩慢但 大規模的溫度變化（T1至丁2)，且於丁&至Tb間有多次急 遽的梯級變化。在頂端時（T3)，溫度變化是先沿著具負 變速率的弧形’再順著另一具正變速率的弧形（在^附 近）。由於第21圖之圖塊285a、28兄中控制背面氣體壓 力的靈敏控制處理器23〇無法實行第22A圖中丁丨至丁2 的變化情形，因而由圖塊286a、雇的大範圍控制處理 器224來實行這大範圍的變化。但大範圍控制處理器 不能實行第22A圖中丁a至Tb間的急遽梯級變化。故快 速且微小的溫度變化丨由圖塊285a、285b中靈敏的控制 處理器23G實行’此微小變化乃疊印（supedmp。叫在大 範圍控制處理器224所實行的長期升溫上（丁丨至τ2)。同 樣地’緩慢變化的大範圍溫度控制迴路無法達丨丁3與 Τ4附近急遽變化的弧形路徑。靈敏之溫度控制迴路處理 器230提供各弧形路徑所需的細微回應（第圖的圖塊 285a、285b)。如此對應於單—製程週期，^溫度變化是 如同第22B圖在很短的時間内發生梯級變化，則靈敏之 38 201205671 ㈣度控制處理器230可沿著第22 A圖中預定溫度變化曲 線的弧形路徑來產生梯級變化。一般而言，靈敏之控制 處理器230實行第21圖之圖塊285a、28sb所產生的微 小變化是疊印在大範圍溫度控制處理器224實行第η 圖之圖塊286a、286b所產生的長期溫度變化上。 第23A圖為第7圖設備的變化例，其可執行第21圖 的程序。在帛23 A圖中，上述類型的熱模< 288可用於 第7圖的⑤備’且尤其可由下列任—處理器所存取：主 控制處理器23 2、大範圍回饋控制迴路處理器224、及靈 敏之回饋控制迴路處理器23G。若靈敏之回镇控制迴路 處理器230和大範圍回饋控制迴路處理器224皆要存取 熱模式288,則處理器23〇、224較佳為透過主處理器a% 存取熱模式288，使主處理器232可依需求任意進行存 取。熱模式輸人289接收對應目前製程條件的輸入值。 根據輸入值，熱模< 288將產生時間_空間-溫度分布的 函數T(z，t)，用以預估穩態溫度或搜尋可達到預定溫度 的控制設定。 '凰又 當處理器230進行第19圖的程序時，其向模式288 ，出模式輸入261的需求，以從T⑽得到電i點燃一 &時間後的穩態晶圓溫度’此穩態溫度定為預定溫度。 另—方面，當處理器23〇進行第21圖的程序時，根據使 =者定義之變化曲線而設定的目前預定溫度（如第22圖） 勒應用到模式輸入261。在任一情況下’處理器從 …、模式288之輸出263取得背面氣體Μ力的修正量，以 39 201205671 將晶圓溫度改變成預定溫度。處理器230的輸出265送 出調整壓力閥229的指令。 第24圖為熱模式288之一實施例的略圖。此模式可分 成對應晶圓no至蒸發器之熱路徑的各層。層29〇代表 晶圓上的熱負載，其定義為熱流率。熱流率與施加至反 應器的RF功率有關，熟知此技藝者可輕易判別之。後 續各層被視為熱阻和熱容。熱阻為各層尺寸與其導熱性 的函數。熱容為各層比熱、密度及尺寸的函數。層291 被視為熱阻291a和熱容291b。層292表示晶圓ιι〇與 ESC絕緣層20間的介面，且被視為可變熱阻292a(隨背 面氣體壓力改變）和熱容292be層293表示Esc絕緣層 ’且被視為圓盤熱阻293a和熱容2931)。層294表示 絕緣層U)與ESC底層5間的聯結或介面，且被視為熱 阻294a和熱容294b。層295表示ESC底層5，且被視 為基底熱阻295a和基底熱容295b ^或者，模式288可 將内部蒸發器200的冷卻動作視為散熱器296，其由熱 流率所界定。根據熟知此技藝者依測量數據事先建立的 查表，可從擴張閥2 1 0的設定判定出此熱流率。 熱模式288必須設有主要的初始條件才能模擬ES(： 105的熱傳情形。為此，模式288的輸入289將接收下 歹J例如由控制處理器23〇提供的輸入值··背面氣體壓力 (壓力間229的設定）、ESC底層5的初始溫度、晶圓】〇 或圓盤絕緣層20的初始溫度、當作晶圓RF加熱負載的 熱源功率、及/或散熱器296的冷卻速度（功率）。 40 201205671 ;’、、、模式288接著可用來例如由處理器23〇詢問特殊資 如曰b圓11 0之溫度隨時間的變化情形，以判斷或預 燃電漿後的穩態溫度。此相應於第丨9圖的圖塊 或者，熱模式288可用來搜尋最佳的背面氣體壓力 (或壓力@ 229設定)，以提高晶圈溫度至預定值。此相 應於第19圖的圖塊272及/或第21圖的圖塊⑽。 或者，在完整版的熱模式288中，模式288在選定的 時間内，可於每一段不連續的取樣時㈤t產出溫度沿z 軸方向（即層291至層295的堆疊方向）的空間分布 T (z)。此空間性溫度分布的收集對應為時間相關的空間 性溫度分布T(z，t)。其時間變化定性繪示於第25圖，其 顯不電漿點燃時晶圓之高溫區隨時間變化的過程，且隨 著時間穩定朝向ESC底層5傳遞。熱模式對應不同的背 面氣體壓力假設值可產生不同的溫度分布T(z，t)。使用 如此完整的資訊，無論是熱模式288、或是控制處理器 230均可從不同之背面氣體壓力設定所得之溫度分布 T(z，t)來找出理想的背面氣體壓力設定，用以提供晶圓或 其他特定位置的穩態溫度。 第24圖的模式已參考採用熱傳公式的總電熱技術 (lumped element technique)加以說明，其中各層的熱特 性是從各層的尺寸與熱性質推斷而得。但熱回應則從一 連串的查表推演而得，查表乃憑經驗從先前測量數據建 立而成，用以定義出各層的回應（如各層的溫差）與時間 和熱流率的關係。查表代表第26圖描繪的三維表面，其 41 201205671 存在於三個垂直軸所定義的空間中，而垂直軸分別對應 熱流率、時間和各層溫差。因此，一或多個查表或第％ 圖之表面型態可描繪出各層特性。然而，熱回應隨使用 者控制之外部參數改變的層（例如熱阻可由背面氣體壓 力控制的晶圓-ESC介面層292)比較複雜。特別是，每一 組可能的外部參數設定會產生不同的查表或第％圖之 表面型態。如第27圖所示，兩個表面或查表代表兩組壓 力閥229控制之背面氣體壓力可能的設定。許多查表則 代表系列背面氣體壓力的熱行為。熟知此技藝者可輕 易從測量數據得知特定反應器設計的查表。 參照第23圖，第24圖的熱模式288可搭配第13圖之 具多個溫度區的反應器使用；如上述，背面氣體壓力為 各自控制與維持，而各區的冷卻劑蒸發器分別設有溫度 感測器。若第24圖的熱模式288結合第13圖的多區2 應器，則模式288可包括複數個熱模式288_卜288_2等， 用以模擬靜電吸座1G5各溫度區的熱行為。各溫度區的 靈敏之回饋溫度控制處理器與大範圍之回饋溫度控制處 理器各自以上述第7圖之單一溫度區反應器的方式來使 用各模式。故第19及21圖的處理器為個別且獨立應用 至第13圖的每一個溫度區，各區的製程分別採用對應的 熱模式288-1、288-2等。 前送（feed forward)溫度控制來補償預定的厌卩加埶負 载變化： …、 42 201205671 某些電漿製程條件可能需要改變晶圓上的RF加熱負 載來達到各步驟的不同效果，並且不改變晶圓溫度。然 靜電吸座的熱質量會延遲冷卻系統之溫度變化或冷卻速 又對日日圓/皿度的景> 響（例如1 _2分鐘）。由於大範圍溫度 控制迴路（使用蒸發器200)的回應很慢，導致其無法在晶 圓皿度達到穩疋别使晶圓溫度有效漂移來補償RF加熱 負載劇烈的變化。另一方面，視初始RF加熱負載和ESC 底層溫度而定，利用背面氣體壓力閥229來快速控制溫 的方法（如靈敏之溫度控制迴路）可能不能補償變化很 大的RF加熱負載。特別是’當ESC底層溫度太高或初 始RF加熱負載太大時，僅控制背面氣體壓力閥〗29(“靈 敏的度控制”）不足以補償急遽增加的RF加熱負載。反 之，當ESC底層溫度太低或初始RF加熱負載太小時， 靈敏的溫度控制不足以補償急遽減少的RF加熱負載。 根據本發明之一態樣，解決上述問題的方法包括（在熱 模式288中）分析下―次RF加熱負載預定改變的時間與 強度。熱模式288產出ESc底層溫度的修正量，用以補 加熱負載的變化，並保持一定的晶圓溫度。熱模 式288預估溫度修正量從ESC 1〇5傳導至晶圓所需 的時間。溫度控制處理器23〇根據預估的傳導時間事先 改變ESC底層溫度，使哪底層溫度在rf功率細加 熱負載發生變化時即達晶圓溫度。 月J送流程綠不於第28A圖，其大部份乃由大範圍之控 制迴路及控制處理器230執行。首先，熱模式288設有 43 201205671 esc底届例如RF功率(RF加熱負載)、晶圓溫度' 者a溫度、背面氣體麼力等（第28A圖的圖塊3〇〇)。 田月1J電毁製程條件務後需改變灯功率時’ RF功率變 ==與強度為輸人至熱模式(第⑽圖的圖塊 …模式288接著模擬預定之RF功率變化對晶圓 溫度的影響。然後搜尋熱模式288、找出可精確補償預 疋之灯功率變化的ESC底層溫度變化。達成 =:式⑽輸入底層溫度，且監視此改 、熱模式288所模擬之晶圓溫度的影響。選擇最適合 補償灯加熱負載變化的Esc底層溫度變化（第28八圖的 圖塊3G2)。另外’熱模式288可算出ESC底層5之溫度 變=傳遞至晶圓110所需的時間（第28A圖的圖塊3〇3)二 其次，在職之RF功率變化前先補償ESC底層溫度變 化，提早的時間為補償之獄底層溫度變化從底層傳導 至晶圓所需的時間（第28A圖的圖塊3G4)。提早時間的 步驟也可在圖塊3G2的模擬步驟進行1控制在補償之 ESC底層溫度變化從ESC底層5傳遞至晶圓η。時的晶 圓溫度漂移現象’靈敏之溫度控制迴路(壓力閥229二 理器23G)75維持-定的晶圓溫度（第28A圖的圖塊 右補償之底層溫度變化造成esc底層溫度在預定 之灯功率變化前先行降低，則大範圍之溫度控制處理 器224將自動降低背面氣體壓力，以減少晶圓的熱傳， 並維持晶圓溫度不變。 由於在預定之RF功率變化前，已提早底層傳遞至晶 201205671

圓所需的時間來㈣Esc纟層溫度的修正量(圖塊 3〇4)’因此靈敏之溫度控制處理器23〇可監控溫度漂移 的情形’並仔細修正ESC底層溫度的變化。藉由反覆執 行第28B圖的修正程序可改善效能。修正程序可包括同 時監控多個沿z軸等距排列於Escl〇5内的溫度感測器 (如第7圖的溫度感測器22〇、221)，然此步驟亦可採用 沿二軸向等距排列的感測器。從這些即時的測量數據可 推論出即時的溫度分布情形τ(ζ)(第圖的圓塊 3〇6)。即時的溫度分布情形為輸入至熱模式Μ%第MR 圖的圖塊307)。將圖塊斯的即時溫度分布情形當作最 新的”初始，，條件，使熱模式288產生最新的時間相關之 溫度分布情形Τ(Ζ小藉此，熱模式288可預估晶圓溫 度在預定之RF功率變化時（tc)的行為（第28β圖的圖塊 3〇9)。根據這些結果來比較預估時間化時之晶圓溫度（或 平均值）和初始之晶圓溫度（第28B圖的圖塊31〇)，以判 斷先前的修正動作是否過度修正時間tc時之晶圓溫度 或不足。若修正不足（圖塊311)，則大範圍溫度控制 會減少_ ESC底層5的溫度變化；若修正過度（圖塊 312)，則增加補償溫度變化。隨後，將時間值增加—處 理週期（圖塊313)。到達時間tc時（11?功率預定變化的 時間）（圖塊3i4的”是”分支），則終止前送程序，且返回 正常的溫度控制步驟（圖塊315)。否則進行圖塊314的,; 否”分支’使流程回到圖塊306的步驟。 第29圖為溫度分布與時間的關係圖，其中第μ a及

S 45 201205671 28B圖的前送程序藉由降低時間忉時的esc底層溫度而 回應時間U時狀梯級上升的RF功率。在後續的時段 中（tl t2、t3等）’溫度沿著z軸朝晶圓面梯降傳導。時 間tc時晶圓面達到最大的降溫，故此較佳實施例的修正 不會過度或不足1 30A至取圆的時序圖同時表示修 正過度或不足的影響。帛3〇A㈣示施加的rf功率為 時間的函數，且在時間。時，功率為梯級上升。第遍 圖綠示晶圓溫度隨時間變化的情形，…底層溫度太 晚梯降或溫度變化不足。在上述任一實施例中，晶圓溫 度在時間tc時開始上升超過預定溫度，且在明顯的漂移 後才又回到預定溫度。第3〇c圖繪示晶圓溫度隨時間變 化的情形’且ESC底層溫度太早梯降或溫度變化過大。 在此實施例中，晶圓溫度在時間tc時開始下降，且在明 顯的漂移後才又回到歡溫度。在—較佳實施例中，在 力率於時間tc梯級上升時、之前或之後，晶圓溫度 均保持不變。 控制溫度變化曲線的前送程序： 某些電漿製程條件可能需要改變電衆製程進行時的晶 圓溫度來達到各步驟的不同效果。晶圓溫度改變時製 条件可此會（或不會）維持晶圓上的加熱負載。然靜電 吸座的熱質量會延遲冷卻系統之溫度變化或冷卻速度對 晶圓溫度的影響(例如Μ分鐘因大範圍溫度控制迴 (使用蒸發器200)的回應很慢，故其無法快速改變晶圓 46 201205671 /皿度來符合製程條件需求。另一方面，視初肖rf加熱 . 、載和ESC底層溫度而定，靈敏之溫度控制迴路（麼力 - =229、處理器230)可能不能大範圍改變晶圓溫度來符 α製程條件需求。特別是，當ESC底層溫度太高或初始 RF加熱負載太大時，靈敏之溫度控制迴路（壓力閥229、 處理器230)將無法大幅降低製程條件所需的晶圓溫度。 反之田ESC底層溫度太低或初始RF加熱負載太小時， 靈敏之恤度控制迴路（壓力閥229、處理器23〇)將無法大 幅提高製程條件所需的晶圓溫度6 根據本發明之一態樣，解決上述問題的方法包括（在熱 、式2 8 8中）分析製程條件所需之下一次晶圓溫度變化 的時間與強度。若溫度變化超出了靈敏之溫度控制迴路 (壓力閥229、處理器230)(背面氣體壓力控制）的能力範 圍，則可由大範圍控制迴路（處理器23〇、擴張閥21〇)(冷 卻控制）來達成預定的溫度變化。在此實施例中，熱模式 288產出ESC底層溫度的修正量，用以形成預定的溫度 變化。熱模式288預估溫度修正量從ESC 1〇5傳導至晶 圓所需的時間《溫度控制處理器224根據預估的傳 導時間事先改變ESC底層溫度，使ESC底層溫度在晶圓 溫度預定發生變化時即達晶圓面。恰在此之前，靈敏之 • 咖度控制迴路（壓力閥229、處理器23〇)(使用背面氣體 ‘ 壓力）維持住晶圓溫度，直到晶圓溫度預定改變。 若靈敏之溫度控制迴路（壓力閥229、處理器23〇)(使 用背面氣體壓力）本身即可造成預定的晶圓溫度變化，則 47 201205671 靈敏之控制迴路（壓力閥229、處理器230)用來在預定時 間内產生預定的變化；在此，大範圍控制迴路（處理器 23〇、擴張闊210)可維持或改變ESC溫度’以預備改變 晶圓溫度。 前送程序繪示於第31A、、31B及31C圖的流程圖（以 下合稱為第31圖），其可由第7圖使用第24-26圖之熱 模式的處理器23 0執行。首先，時間t0設為製程起始時 間（第31圖的圖塊320)。開始電漿處理晶圓、且將初始 製程條件參數（反應室壓力、來源與偏壓功率、晶圓溫度 等）設於反應室後’檢視製程條件以找出下一次預定的晶 圓溫度變化及預定改變的時間U (第31圖的圖塊322)。 判斷靈敏之控制迴路（壓力闊229、處理器230)是否能形 成預定的晶圓溫度變化（圖塊324)。判斷方法包括判定當 /m·度知尚時’晶圓上的rf加熱負載是否夠大（圖塊 324a)、或判定當溫度下降時，ESC溫度是否夠低（圖塊 324b)。右預定溫度變化超出了靈敏之溫度控制迴路（壓 力閥229、處理器23〇)的能力範圍（圖塊32乜、的，， 否”分支）’則可使用大範圍控制迴路（處理器224、擴張 閥210)。首先，從熱模式288產出ESC底層溫度的修正 量’用以形成預定的晶圓溫度變化（圖塊326)。此修正量 始於足以產生預定溫度變化之時（藉由伺服控制擴張閥 210) ’以在預定時間tl内從ESC 105傳遞到晶圓（圖塊 328)。同時在時間tl前，靈敏之溫度控制迴路（壓力閥 229、處理器23 0)保持晶圓溫度為初始溫度（圖塊330)。 48 201205671 為達此目的，靈敏之溫度控制處理器230伺服控制背面 氣體壓力閥229來改變晶圓至ESC介面的導熱性，進而 補償ESC溫度變化。時間u時，靈敏之控制迴路處理 器230使aa圓皿度隨ESC溫度變化，因而產生預定的晶 圓溫度變化（圖塊332)。增加目前時間值使之大於(圖 塊3 34)，並返回進行圖塊322的步驟。 再次參照圖塊324,若靈敏之溫度控制迴路（壓力閥 229、處理器23〇)能產生預定的晶圓溫度變化(圖塊 32乜、324b的’’是”分支），則進行@塊330的步驟，其中 靈敏之1度控制處理器23〇 _直到時間u時才藉由伺服 控制擴張閥210來產生預定的晶圓溫度變化。而在時間 tl之則為進行一先行（i〇〇k_ahead)步驟（圖塊338)，其主 要目的為適時預備晶圓溫度大幅改變時的咖溫度，使 ESC 105延遲導熱。此步驟可減少（或消除）esc溫度變 化未及時滿足預定之大範圍晶圓溫度變化的可能性，以 延遲ESC蒸發器200傳熱至晶圓ιι〇。在第3ib圖之圖 塊338的先行步驟中’掃猫時間"以外的製程條件，以 找出下一次的晶圓溫度變化及預定改變的時間α。判斷 $敏之_迴路（壓力目229、處理器23G)是否能形成下 -次的溫度變化。判斷方法包括判定#溫度提高時，晶 圓上的RF加熱負載是否夠大（圖塊338a)、或判定當溫 度下降時，ESC溫度是否夠低（圖塊3幾）。若靈敏之溫 度控制迴路(塵力閱229、處理器23〇)能產生預定的晶圓 溫度變化（圖塊咖、纖的，，是，，分支），則藉*词服控 49 201205671 制背面氣體壓力闊229來產生預定的晶圓溫度變化（圖 塊339)。增加目前時間值使之大於tl (圖塊340)，並返 回進行圖塊322的步驟。若靈敏之溫度控制迴路（壓力閥 229、處理器230)不能產生預定的晶圓溫度變化（圖塊338 的”否”分支）’則須由大範圍控制迴路（供應器228、擴張 閥21〇、熱交換器200等）來改變BSC溫度，以形成預定 的溫度變化。為達此目的，熱模式288決定出將產生預 定晶圓溫度變化之ESC底層溫度的修正量（圖塊342)， 此修正量是在目前時間或稍後足以延遲ESC 1〇5導熱之 時藉由伺服控制擴張閥210而得（圖塊344),以在預定時 間t2内達成預定變化。期間，靈敏之溫度控制處理器 230為用來調節晶圓溫度（第31C圆的圖塊346)，調節方 法如下。目前時間至時間tl時，依需求改變背面氣體壓 力，以於ESC溫度改變時，晶圆溫度仍維持不變（圖塊 346a)。時間tl時，梯級改變背面氣體壓力，使晶圓溫 度依時間ti之製程條件預定的方式變化（圖塊。時 門至時間t2時，改變背面氣體壓力來補償esc溫度 並保持日日圓，皿度恆為新的溫度（圖塊346c)。時間 夺靈敏之/m度控制處理器230停止其作用，且維持 -定的晶圓溫度，以依時間t2預定之變化來利用新的 ESC溫度改變晶圓溫度(藉由增加背面氣體壓力來提高 導熱性)(圖塊346d)。接著’增加自前時間值使之大於 (圖塊348)，並返回進行圖塊322的步驟。反覆進行上 述流程直到完成製程條件。 50 201205671 在第31圖的程序中，依據製程條件相繼設定的溫度變 化’圖塊324將判斷靈敏之控制迴路（壓力閥229、處理 器230)(使用背面氣體壓力）是否能如上述獨自形成預定 的晶圓溫度變化。若答案一直為”是，，（至少多次連續的溫 度變化為”是”），則ESC底層溫度可視為固定，只有背 面氣體壓力閥229為連續改變。此相應於反覆執行第31 圖的”是”分支圖塊324a或324b。其結果繪示於第32A 及32B圖，其中如第32A圖的虛線所示，Esc底層溫度 乃維持不變（例如固定設定第7圖之擴張閥21〇)，而背面 氣體壓力為伺服控制（第32B圖）’以順應製程條件相繼 設定的溫度變化。對應之晶圓溫度變化（第32A圖的實 線）與背面氣體壓力變化（第32B圖）相反；一般而言，esc 當作RF加熱負載的散熱器。但假使晶圓溫度太高或RF 加熱負載太小，則ESC 105當作熱源。第32八及32b圖 相當於本發明之簡單實施例，M ESC底層溫度為固定 不變’晶圓背面氣體壓力則依製程條件需求改變。此實 施例可應用到任-麵接聊1()5的冷卻裝置，例如本發 明第7圖之怪溫冷卻迴路、或習知冷卻設備。 第33A及33B圖繪示底層與晶圓溫度、及背面氣體壓 力隨時間變化的情形，其中圖塊324判定靈敏之控制迴 路(壓力閥229、處理器23〇)不能產生預定的晶圓溫度變 化。在此實施例中，大範圍控制迴路（供應器228、擴張 閥2H)、熱交換器200等）在㈣328預定產生變化前， 先改變ESC底層溫度。藉以如第33A圖之虛線般來改變 51 201205671

Esc底層溫度（即晶圓溫度預定改變前先降低底層溫 度）。同時，在圖塊330的步驟中，靈敏之控制迴路（壓 力閥229、處理器230)在預定改變的時間前為維持一定 的晶圓溫度（第33A圖的實線）。如第33B圖所示，此可 藉由改變（降低）背面氣體壓力而補償ESC底層溫度變 化°改變的同時，背面氣體壓力為梯級上升，使晶圓順 應最新的ESC溫度變化。 第34A及MB圖繪示第η圖中圖塊338_346之先行 迴路的操作情形。時間t0時，圖塊338判定，即使靈敏 之控制迴路可形成時間tl時的預定晶圓溫度變化，其仍 無法產生時間t2時的預定溫度變化。因此，第7圖之大 範圍控制迴路（供應器228、擴張閥21〇、熱交換器2〇〇 等）是用來產生預定的晶圓溫度變化。再者，在此實施例 中，預疋的ESC底層溫度變化必須立即發生，以於時間 t2刖完全傳遞到晶圓。故時間t〇時會改變擴張閥 的位置，使ESC溫度開始產生 圖的虛線所示。第34A圖顯示靠近晶圓的

變化（例如降溫），如第34A 時間t2前達到預定溫度 第31圖的圖塊346a，時 ESC溫度恰在 力（第34B圖）會下降以保持 的圖塊346b，時間t〇時， ，此溫度並視為新的溫度。根據 間to至時間tl時，背面氣體壓 晶圓溫度不變。根據第3 1 背面氣體壓力為梯級改變 圖 以 形成時間11時的預定晶圓、、w译 日圓，皿度變化》根據第31圖的圖 塊346c，時間tl至時間 A、、 時’藉由改變背面氣體壓力 來補償E S C溫度#介料a面ϋ , 變化對曰曰圓的作用，以維持晶圓溫度為 52 201205671 新的溫度。最後，在時間t2時，背面氣體壓力為恢復成 同導熱效果，使新的ESC溫度能產生時間t2時的預定 晶圓溫度變化。 同時使用靈敏之溫度控制迴路與大範圍之溫度控制迴 路來控制前送溫度，以補償預定的RF加熱負載變化： 雖，、、、:上述第3 1圖疋用來產生預定的晶圓溫度變化，但 其亦可應用於抵消預定的晶圓上RF加熱負載變化。此 程序將參照第35圖說㈣下。首先，@塊·為將時間 t〇設為製程起始時間。接著圖塊422從製程條件的溫度 曲線中找出下一_人預疋的晶圓上加熱負載變化及預 定改變的時間t卜在圖塊424中，判斷靈敏之控制迴路 (壓力閥229、處理器230)是否能抵消灯加熱負載變化， 以維持一定的晶圓溫度。判斷方法包括判定當rf加熱 負載增加時，ESC底層溫度是否夠低（圖塊424a)、以及 判定田RF加熱負載減少時，目前RF加熱負載是否夠高 或RF加熱負載變化是否夠大（圖塊424b)。 若靈敏之溫度控制迴路被判定不能滿足RF加熱負载 變化（圖塊424a或424b的”否”分支），則必須採用控制 ESC溫度的大範圍控制迴路（處理器224、擴張閥 熱交換器200等）。因此下一步驟為從熱模式288產出 ESC底層溫度的修正量，用以抵消rf加熱負裁變化， 並保持晶圓溫度不變（圖塊426)β藉由控制冷卻迴路擴張 閥210可修正ESC底層溫度，使溫度變化在預定改變的 53 201205671 時間ti内適時傳遞到晶圓（圖塊428)。同時在時間U前， 靈敏之溫度控制迴路（壓力閥229、處理器230)在Esc 溫度改變時仍保持晶圓溫度為初始溫度（圖塊430)。 時間tl時（RF加熱負載預定發生變化），靈敏之控制迴 路處理器230改變ESC溫度，而抵消RF加熱負載變化 (圖塊432)。增加目前時間值使之大於u(圖塊434)，並 返回進行圖塊422的步驟。 若圖塊424判斷靈敏之控制迴路（壓力閥229、處理器 230)能滿足RF加熱負載變化（圖塊438丑或43此的”是” 分支）’則於時間U時，靈敏之溫度控制迴路（壓力閥 229、處理器230)藉由改變背面氣體壓力來產生rf加熱 負載變化（圖塊436)。同時在時間tl前，此程序考慮了 製程條件中RF功率隨時間變化的情形，而得到下一次 預定的RF加熱負載變化及預定改變的時間t2，並且判 斷靈敏之控制迴路（壓力閥229、處理器23〇)是否能抵消 下一次的RF加熱負載變化。判斷方法與圖塊424的方 法相同。若判定結果為是（圖塊438的，，是，，分支），則不 需進行任何步驟；增加目前時間值使之大於^(圖塊 440) ’並返回進行圖塊422的步驟。 反之，若若靈敏之控制迴路被判定不能滿足預定時間 t2時的RF加熱負載變化（圖塊438的，，否，，分支”則必須 採用控制ESC溫度的大範圍之溫度控制迴路。因此下一' 步驟為從熱模式288產出ESC底層溫度的修正量，用以 抵消下一次的RF加熱負載變化（即預定在時間U時的變 54 201205671 化），並保持晶圓溫度不變（圖塊442)。大範圍控制迴路 (處理器224、擴張閥21〇、熱交換器2〇〇等）修正ESC 底層溫度，使溫度變化在下一次晶圓溫度預定改變的時 間内（t2)適時傳遞到晶圓（圖塊444)。期間，靈敏之溫度 控制迴路（壓力閥229、處理器230)調節晶圓溫度以回應 ESC溫度變化（圖塊446)。其調節方法如下：時間ti之 前，維持一定的晶圓溫度（即改變背面氣體壓力來補償 ESC溫度變化）（圖塊446a);時間u時，補償rf加熱負 載預定在時間tl時的變化（即梯級改變背面氣體壓 力）（圖塊446b);時間tl至時間t2時，維持一定的晶圓 溫度（即改變背面氣體壓力來補償ESC溫度變化）（圖塊 446c);時間t2時，利用ESC溫度變化來抵消rf加熱 負載預疋在時間t2時的變化（即藉由增加背面氣體壓力 來提高晶圓與ESC間的導熱性）（圖塊446d)。然後，增 力目前時間值使之大於t2(圖塊448)，並返回進行圖塊 422的步驟。 同時控制預定的RF加熱負載變化及晶圓溫度變化： 某些應用同時需要特定的晶圓溫度隨時間的變化情形 (例如第32A圖中的實線）及複雜的RF功率（或晶圓加熱 負載）隨時間的變化情形（其改變方式可能完全不同於溫 度改變的方式）。換言之，當調節預定的RF加熱負載變 化時需採用複雜的晶圓溫度時序回。達成方法包括使 用主處理器來調停或疊印（superimpose)二前送迴路發送 55 201205671 到大範圍控制迴路處理器224(控制第7圖的擴張閥21〇) 及靈敏之控制迴路處理器23〇(控制第7圖的背面氣體壓 力閥229)中不同的控制指令，以同時操作第28A_28B圖 的RF加熱負載前送迴路和第圖的溫度變化前送迴 路。其結合方式將參照第3 6圖說明於下。 第36圖為根據主處理器232發送之反應器溫度測量資 料來同時使用第28及31圖的前送處理器。在第36圖 中，RF加熱負載前送處理器350(對應第28圖）設有製程 條件所需之RF功率或加熱負載變化的時程35卜溫度變 化前送處理器352(對應第31圖）設有製程條件所需之晶 圓溫度變化的時程353。如此可同時產生調節冷卻迴路 擴張閥210的指令及調節背面氣體壓力閥229的指令。 主處理器232結合這些指令，並經由大範圍控制迴路處 理器224及靈敏之控制迴路處理器23〇而分別發送到擴 張閥210及背面氣體壓力閥229。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以 限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精 神和範圍内，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之 保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 第1圖繪示本發明實施例之電容式耦合電漿反應器。 第2圖為第i圖反應器之灯偏屋功率供應電路的示 56 201205671 意圖。 第3圖為對應第2圖的上視圖。 第4圖為第2圖電路之共轴供應部分的詳細示圖。 第5圖繪示第！圖反應器中的第一介電環處理套件。 第6圖繪示第！圖反應器中的第二介電環處理套件。 第7圖繪示本發明實施例之具有第i圖反應器的系統。 第8圖為第7圖蒸發器内冷卻劑之給與溫度的關係 圖，其進一步繪示圓頂形液相_氣相邊界。 第9圖繪示本發明實施例之兩階段恆溫冷卻製程的流 程圖。 第10圖繪示根據本發明實施例之晶圓溫度對應時間 的曲線。 第11A及11B圖分別為晶圓溫度及晶圓背面氣體壓力 的時序圖，其在對應的ESC溫度變化之前先梯降晶圓溫 度。 第12A及12B圖分別為晶圓溫度及晶圓背面氣體壓力 的時序圖，其在對應的ESC溫度變化完之後梯降晶圓溫 度。 第13圖繪示的系統類似第7圖，但其尚包括多個控溫 迴路，分別用來控制多個溫度區。 第14圖繪示裝設於第7圖或第13圖之Esc中的光學 溫度感測器。 第15圖繪示第14圖之溫度感測器的上探針。 第1 ό圖繪示第14圖之溫度感測器的下探針。 57 201205671 第17圖為第14圖的局部放大示意圖，其顯示上探針 與下探針一起結合在ESC内。 第1 8圖為三種不同製程於點燃電漿後，晶圓溫度對應 時間的曲線。 第19圖為根據本發明實施例在點燃電漿後，即刻控制 晶圓溫度的流程圖。 第20圖為晶圓與ESC溫度對應時間的曲線、及相應 之背面氣體壓力對應時間的曲線。 第2 1圖為根據本發明之升溫控制程序的流程圖。 第22 A及22B圖為根據第21圖之程序在不同模式 下，晶圓溫度隨時間變化的情形。 第23 A及23B圖為用於執行第21圖程序之晶圓升溫 控制系統的示意圖。 第24圖為用於本發明特定實施例之ES(：熱模式的簡 化示圖。 第25圖繪示第24圖熱模式模擬之esc的溫度變化情 形。 第26圖為對應一查表的3D表面，此查表描繪第Μ 圖熱模式中的一層。 第27圖為多個對應查表& 3〇表面丨中查表描 24圖熱模式中不同背面氣體壓力下的晶圓-圓盤介面。 第28A及28B圖為本發明之前送程序的流程圖，用以 提供預定的RF加熱負載變化。 第29圖繪示在第28圖程序中esc的溫度變化情形。 58 201205671 第30A、3〇B及3〇C圖分別繪示晶圓溫度回應esc溫 度變化的情形，用以延後、即時及提早補償RF加熱負 載變化。 第31A、31B及31C圖構成本發明之前送程序的流程 圖’用以達成預定的溫度變化。 第32A及32B圖為在前送程序的第一模式下，晶圓溫 度、ESC溫度（第32八圖）及背面氣體壓力（第“Η圖）的 時序圖。 第33A及33B圖為在前送程序的第二模式下，晶圓溫 度、ESC溫度（第：33A圖）及背面氣體壓力（第MB圖）的 時序圖。 第3 4A及3 4B圖為在操作第31 A-31C圖前送程序之先 行迴路的過程中，晶圓溫度、ESC溫度（第34A圖）及背 面氣體壓力（第34B圖）的時序圖。 第3 5A、35B及35C圖構成對應第31A-31C圖之前送 程序的流程圖，用以補償晶圓上預定的RF加熱負載變 化。 第3 6圖為控制系統的示意圖，其能同時操作第3丨A_ 31C圖的前送程序和第35A_35(：圖的前送程序。 【主要元件符號說明】 5底層 10、20絕緣層 15導電網層 15a、15b區 25導體 25a供應點 59 201205671 30、35 部分 45 匹配元件 52、54、56 區段 58、59 電源 80環狀物 85接地環 100反應室 110晶圓 120介電環 125a、125b 表面 128、128a電壓源 135短線 40、150產生器 50套管 57控制器 60、65上頭線圈 80a ' 85a 頂面 90、95 環 105陰極 115半導體環 125 電極 127室體 130 密封墊 162 電纜 170、17卜 172、173、174、175 圖塊 200流道/熱交換器 200a、200b流道/蒸發器 201、201a、201b 入口 202、202a、202b 出口 204、204a、204b 積聚器 206、206a、206b 壓縮機 208、208a、208b 冷凝器 210、210a、210b 擴張閥 212、214分流閥 216圓頂 218a、218b 線 220、220a、220b、221、221a、221b、222、222a、222b、223、223a、 223b、238、239、240 探針 224、 224a、224b、230、230a、230b、232 處理器 225、 225a、225b使用者介面 226、 226a、226b 流道 228、228a、228b 供應器 229、229a、229b 壓力閥 231、231a、231b 記憶體 234、236 區 241基底 242換能器 60 201205671 243、250 光纖 245蓋罩/肩部 247、255 蓋 249、258 圓環 244、251 套管 246、254架設板 248、256 彈簧 252頂端 253孔洞 257肩部 260、262、264、276、277、278、279、280 曲線 261、289 輸入 263、265 輸出 270、271、272、273、274、275、282、283a、283b、284、285a、285b、 286a、286b、287 圖塊 288模式 290、29 卜 292、293、294、295 層 291a、292a'、293a、294a、295a 熱阻 291b、292b、293b、294b、295b 熱容 296散熱器 300、301、302、303、304、305、306、307、308、309、310、311、 312、313、314、315、320、322、324、324a、324b、326、328、330、 332、334、336、338、340、342、344、346、346a、346b、346c、346d、 348圖塊 350、352處理器 351、353 時程 420、422、424、424a、424b、426、428、430、432、434、436、438、 440、442、444、446、446a、446b、446c、446d、448 圖塊 61

Claims (1)

1. 201205671 七、申請專利範圍： • L —種用於處理卫作物件的電t反應器，該反應器 至少包含： 一反應室； 一靜電吸座，位於該反應室中，用以支撐一工作 物件； RF電漿偏壓功率產生器，用以施加一 RF功率至 該靜電吸座；以及 一相變化熱傳（PCHT)迴路，包含： —熱交換器’位於該靜電吸座内且具有一入口與 一出口； -壓縮機’至少不直接耦接至該熱交換器的該出 口 ’用以透過該pCHT迴路抽吸一相變化熱傳（pcht)媒 介； —冷凝器’耦接該壓縮機的一出口；以及 —擴張閥，耦接於該冷凝器的一出口與該熱交換 器的該入口之間。 2.如申請專利範圍第1項所述之反應器，其中上述 之熱交換器包含一高表面積通道，散佈在該靜電吸座之 . 一頂面下的一平面。 62 201205671 3·如申請專利範圍第1項所述之反應器，更包含一 積聚器’輕接於該熱交換器的該出口與該壓縮機的一入 口之間’用以保留來自該熱交換器的該液態PCHT媒介。 4，如申請專利範圍第3項所述之反應器，更包含一 分流閥’輕接該壓縮機的一出口至該積聚器的一入口， 用以提供一熱量來將該積聚器所保留的一液體轉化成一 蒸氣。 5·如申請專利範圍第1項所述之反應器，其中上述 之PCHT迴路包含一氣相與液相混合的PCHT媒介。 6.如申請專利範圍第5項所述之反應器，其中上述 之靜電吸座與該PCHT媒介間的一熱傳過程為一恆溫過 程，藉以最佳化該靜電吸座直徑方向上之溫度分布的均 勻度。 7·如申請專利範圍第5項所述之反應器，其中流經 該熱交換器之該PCHT媒介在該出口的一液氣比 (liquid-to-vapor ratio)大於該入口，使從該靜電吸座至該 PCHT迴路的一熱傳行為主要是透過該pCHT媒介一 發潛熱。 63 201205671 8 j»u由上 • 睛專利範圍第7項所述之反應器，其中上述 之熱父換的与r λ 7落入口與該出口的一液氣比之差為該靜電 吸座之一執普姓 .、 带"。該PCHT媒介之該蒸發潛熱的一函數。 9. 如申請專利範圍第1項所述之反應器，更包含： /皿度探針，位於該靜電吸座中； 一溫度控制閥；以及 回饋迴路控制處理器，用以接收（a)該溫度探針 的輸出、和（b) —預定溫度，該回饋迴路控制處理器係 絚程式化來改變該溫度控制闊的一開口大小，用以減低 該溫度探針的該輸出與該預定溫度間的一差異。 10. 如申請專利範圍第9項所述之反應器，其中上述 之溫度控制閥包含（4該PCHt迴路的該擴張閥、或該 擴張閥附近的一分流閥與一分流道。 11·如申請專利範圍第9項所述之反應器，其中上述 之溫度探針包含一上探針，該上探針至少包含： 一細長、不透明的圓柱形上探針絕緣套管，軸向 延伸至一探針孔洞内，該探針孔洞始於該上探針絕緣套 管的一底端而止於該上探針絕緣套管的一頂端，該頂端 64 201205671 方之該探針孔洞的—頂《，該纟端位於該 探針孔洞的一底部開口； 一光學響應溫度換能器，位於該頂端之該上探針 絕緣套管内；以及 一光纖’具有一上端，耦接該光學響應溫度換能器 且轴向延伸穿過該上探針絕緣套管。 12. 如申請專利範圍第11項所述之反應器，其中上 述之溫度探針更包含一下探針，該下探針至少包含： 一細長圓柱形下探針套管，從一頂端面轴向延伸並 接觸該上探針絕緣套管的該底端；以及 一光纖’具有一上端，耦接該上探針絕緣套管之該 光纖的一下端且轴向延伸穿過該下探針套管。 13. 如申請專利範圍第丨丨項所述之反應器，其中上 述之上探針絕緣套管的一直徑小於該反應器之一電漿的 Debeye 長度。 14. 如申請專利範圍第12項所述之反應器，其中上 述之溫度探針更包含： 一上螺旋彈簧’壓縮該上探針絕緣套管使該上探 針絕緣套管朝向該探針孔洞的該頂端；以及 65 £； 201205671 一下螺旋彈簧，壓縮該下探針套管使該下探針套 管朝向該上探針絕緣套管的該底端，其中該上螺旋彈簧 比該下螺旋彈簧堅硬。 15. 如申請專利範圍第丨項所述之反應器，其中上述 之靜電吸座包含用來支撐一工作物件的一上表面、以及 構成-密閉之氣體流道的一凹槽，當該上表面上的一工 作物件覆蓋該靜電吸座時，該靜電吸座更包含： 一壓縮氣體供應器，用以提供一導熱氣體； 一可控制之氣閥，耦接該壓縮氣體供應器至該凹 槽； 一靈敏之工作物件溫度控制迴路，包含： (a) —溫度探針，位於該靜電吸座中；以及 (b) 一背面氣體壓力控制器，耦接至該溫度探 針的-輸出且回應一預定溫度，該控制器根據該溫度探 針的該輸出與該預定溫度間的—差異來控制該氣間。 16. 如申請專利範圍第15項所述之反應器，更包含 一大範圍溫度_迴路，該大範圍溫度控制迴路至少包 含： /皿度感測設備，位於該靜電吸座中； 大範圍回饋迴路控制處理器，用以控制該擴張 S 66 201205671 閥並經結合以接收（a)該溫度感測設備的一輪出、和（b) — 預定溫度’該大範圍回饋迴路控制處理器係經程式化來 改變該擴張閥的一開口大小，用以減低該溫度感測設備 的該輸出與該預定溫度間的一差異。 17. 如申請專利範圍第16項所述之反應器，其中上 述之溫度感測設備包含該溫度探針。 18. 如申請專利範圍第16項所述之反應器，更包含： 一熱模式，依據該溫度感測設備測得之一測量數 據來模擬該熱交換器與該上表面間的一熱傳行為， 其中該靈敏控制處理器耦接至該熱模式，且係經 程式化來控制該背面氣體壓力源，以回應該熱模式所預 測的一預定壓力變化，使該溫度感測設備測得的一溫度 更接近一預定溫度。 19. 如申請專利範圍第18項所述之反應器，其中上 述之大範圍控制處理器耦接至該熱模式，且係經程式化 來控㈣㈣閥’以回應該熱模式所預測的該熱交換器 内或附近的-熱條件變化，使該溫度感測㈣測得的一 溫度更接近一預定溫度。 67 201205671 2〇·如申請專利範圍第18項所述之反應器’其中上 述之熱模式包含： 複數個串聯模擬元件，用以表示該靜電吸座之— 對應層的熱性質。 21.如申請專利範圍第20項所述之反應器，其中上 述熱模式t串聯帛冑元件包含-代表該靜電吸座之該 對應層的一熱容值與一熱阻值。 22·如申請專利範圍第20項所述之反應器，其中上 述之串聯模擬元件各包含一實驗而得的查表，其相關於 一熱流率、一時間、及一該對應層上的溫差。 23，如申請專利範圍第22項所述之反應器，其中上 述之熱模式更包含一根據輸入至該熱模式的一初始條件 來合併該串聯模擬元件與一熱流計算的裝置。 24.如申請專利範圍第22項所述之反應器，其中上 述對應於該工作物件與該靜電吸座之該表面間之一介面 的該串聯模擬元件包含一查表，其相關於一背面氣體壓 力、一熱流率、一時間、及一該對應層上的溫差。 25·如申请專利範圍第19項所述之反應器，更包含 68 201205671 一記憶體，用以儲存一 RF功率變化的一時程， 其中該靈敏控制迴路處理器同時耦接至該熱模式 和該記憶體，用以控制該背面氣體壓力源，來回應誃= 模式所預測的一預定壓力變化’而補償該記憶體所定義 的下一次預定之RF功率變化。 2 6.如申請專利範圍第25項所述之反應器，其中上 述之大範圍回饋迴路控制處理器同時耦接至該熱模式和 該記憶體，用以控制該擴張閥，來回應該熱模式所預測 的該熱交換器内或附近的一熱條件變化，而補償該記憶 體所定義的下一次預定之RF功率變化。 2 7. —種電漿反應器，該反應器至少包含： 一反應室和一靜電吸座，該靜電吸座具有—表 面，用以支撐該反應室内的一工作物件； 内區背面氣體壓力源和一外區背面氣體壓力 源’輕接至該靜電吸座，當一工作物件放置在該表面時， 用乂在各個壓力下分別提供―導熱氣體至該卫作物件與 該表面間之—介面的一内區與一外區； 一内區蒸發器和一外區蒸發器，分別位於該靜電 吸座的一内.. _ 與一外區，且一冷卻迴路具有一内區擴張 、卜區擴張閥’用以分別控制流經該内區蒸發器和 69 201205671 該外區蒸發器的冷卻劑； 一内區溫度感測器和一外區溫度感測器，位於該 靜電吸座的該内區與該外區； 一熱模式’分別依據該内區溫度感洌器和該外區 溫度感測器測得之一測量數據來模擬該蒸發器與該表面 間經由該内區與該外區的一熱傳行為；以及 一内區靈敏之控制處理器和一外區靈敏之控制處 理器’耗接至該熱模式且分別控制該内區背面氣體壓力 源和該外區背面氣體壓力源，以回應該熱模式所預測的 壓力變化，使該内區溫度感測器和該外區溫度感測器 測得的一溫度更接近一預定溫度。 28.如申請專利範圍第27項所述之反應器，更包含： 一内區大範圍控制處理器和一外區大範圍控制處理 器 ’輕接至該熱模式且分別控制該内區擴張閥和該外區 擴張閱’以回應該熱模式所預測的該内區蒸發器和該外 區泰發器内或附近的一熱條件變化，使該内區溫度感測 器和該外區溫度感測器測得的一溫度更接近一預定溫 度0 29·如申請專利範圍第28項所述之反應器，更包含： δ己憶體，用以儲存一 RF功率變化的一時程， 70 201205671 其中該内區靈敏之控制處理器和該外區靈敏之控 制處理器係經程式化來分別控制該内區背面氣體壓力源 和該外區背面氣體壓力源，以回應該熱模式所預測的一 壓力變化，而補償該内區與該外區中該記憶體所定義的 下一次預定之RF功率變化。 30.如申請專利範圍第29項所述之反應器，其中上 述之内區大範圍控制處理器和該外區大範圍控制處理器 係經程式化來分別控制該内區擴張閥和該外區擴張閥， 以回應該熱模式所預測的該内區蒸發器和該外區蒸發器 内或附近的一熱條件變化，而補償該内區與該外區的下 一次預定之RF功率變化。 71