TW201539642A

TW201539642A - 溫度調整裝置

Info

Publication number: TW201539642A
Application number: TW104107361A
Authority: TW
Inventors: Akihiro Kuribayashi
Original assignee: Shinko Electric Ind Co
Priority date: 2014-03-20
Filing date: 2015-03-09
Publication date: 2015-10-16
Also published as: US10090176B2; US20150270149A1; JP6215104B2; KR102335646B1; TWI645500B; JP2015185552A; KR20150110335A

Abstract

一種溫度調整裝置，包括保持盤、基盤、黏著層、調整桿。保持盤包括放置表面，放置表面上放置有經過處理之基板，保持盤並包括加熱元件，加熱元件可加熱放置於放置表面上之經過處理之基板；基盤支撐保持盤，其中基盤包括多個第一貫孔，多個第一貫孔於厚度方向上延伸貫穿該基盤；黏著層黏著基盤與保持盤，其中黏著層包括第二貫孔，第二貫孔分別與多個第一貫孔相通；調整桿分別插入多個第一貫孔，其中每個調整桿包括遠端，遠端位於多個第二貫孔中與其對應的一個。

Description

溫度調整裝置

本申請與一種溫度調整裝置有關。

半導體製造裝置諸如薄膜形成裝置(如：CVD裝置或PVD裝置)或是電漿蝕刻裝置，係用於形成半導體裝置。此類的製造裝置包括溫度調整裝置，其可調整於減壓艙中的基板(如：矽晶圓)的溫度。例如，靜電吸盤(ESC)係用以作為溫度調整裝置。該靜電吸盤具有結合於基盤上的靜電吸盤片。日本專利公開公報第11-8290號以及2008-166509號描述了靜電吸盤片的範例。例如，靜電吸盤片包括可吸引基板之電極，以及控制工作物(即基板)溫度的加熱元件。吸附於靜電吸盤片上的基板之溫度係由冷卻劑以及包含在靜電吸盤片中的加熱元件來調整，該冷卻劑流通於形成在基盤中的管道。

靜電吸盤片中所含的加熱元件之熱密度為可變化。熱密度的這種變化引起基板溫度之變化。而此亦可能變更例如電漿裝置的蝕刻率且進而降低半導體裝置之產量。

本揭露的一個面向為一種溫度調整裝置。該溫度調整裝置包括保持盤。該保持盤包括放置表面，該放置表面上放置有經過處理之基板。該保持盤並包括加熱元件，該加熱元件可加熱放置於該放置表面上之該經過處理之基板。該溫度調整裝置進一步包括支撐該保持盤之基盤。該基盤包括多個第一貫孔，該多個第一貫孔於厚度方向上延伸穿過該基盤。該溫度調整裝置進一步包括黏著層，其黏著該基盤與該保持盤。該黏著層包括多個第二貫孔，該多個第二貫孔分別地與該多個第一貫孔相通。該溫度調整裝置進一步包括多個調整桿，其分別插入該多個第一貫孔。每個該調整桿包括遠端，該遠端配置於多個該第二貫孔中與其對應的一個。

根據本揭露，能夠抑止溫度調整裝置之放置表面上所放置的基板，其溫度之變化。

本發明之其他的面向將由以下的敘述，配合所附錄之解釋本發明原理示範方式的圖式，得以顯而易見。

現配合附錄之圖式說明一實施方式。圖式中的元件以簡潔清楚方式繪製，不需要依照特定尺寸。於橫斷面圖中，部分元件的一些數字與線條予以省略。

如圖1A所示，作為溫度調整裝置之靜電吸盤(ESC)，其包含：作為保持盤之靜電吸盤片10、黏著層20、以及基盤30。基盤30支撐靜電吸盤片10。

靜電吸盤片10包括片體部11、多個靜電電極12、以及多個熱阻元件13。靜電電極12以及熱阻元件13包含在片體部11之中。圖1A顯示了其中的一個靜電電極12。片體部11具有基板放置表面11a(圖1A中的上表面)，以及配置於基板放置表面11a之相反側的黏著表面11b(圖1A中的下表面)。基板放置表面11a以及黏著表面11b為互相平行。靜電吸盤片10形成為具有類似碟盤形狀。靜電吸盤片10之尺寸(直徑)可為例如300mm，而厚度可為例如5mm。基板W放置於基板放置表面11a上。於下列的敘述中，為增進理解，片體部11亦可指為靜電吸盤片10。

片體部11由絕緣材料製成。例如，片體部11的材料可為，如氧化鋁、氮化鋁等陶瓷；或是氮化矽；或如聚矽氧樹脂或聚醯亞胺等有機材料。於本實施例中，出於對可得性、對機器的易用性、對電漿的相對高阻抗性，以及其他類似之條件的考量，使用如氧化鋁、氮化鋁等陶瓷。特別是氮化鋁具有150-250W(m．k)的相對較高熱傳導，因而對於降低被靜電吸盤片10吸引之工作物(在此實施例中為基板W)的平面內溫度變化來說較為理想。

靜電電極12為薄膜電極。靜電電極12係內含於靠近基板放置表面11a的片體部11中。靜電電極12電連接於吸引電源供應器(未示出)。靜電電極12使用由吸引電源供應器所傳送之電壓，以產生將基板W固定至基板放置表面11a的靜電力。靜電電極12的材料可使用例如：鎢(W)、鉬(Mo)。雖然圖1A顯示了作為單一電極之靜電電極12，然而靜電電極12亦可包含配置於同一表面之多個電極。

熱阻元件13係內含於介於靜電電極12與黏著表面11b之間的片體部11當中。熱阻元件13配置為沿著與基板放置表面11a平行的平面。熱阻元件13電絕緣於靜電電極12。

熱阻元件13為電連接至熱電源供應器(未示出)。熱阻元件13基於熱電源供應器所產生之電壓而產生熱能。熱阻元件13配置於溫度調整區域，其由片體部11所限定出，並且於各個區域中獨立地被控制。熱阻元件13的材料可使用例如鎢(W)、鉬(Mo)等。舉例說明，靜電吸盤片10藉由將多個印有鎢於其上的綠色片層鍛壓，然後再烘烤該些綠色片而製成。

如同圖2所示，例如，於靜電吸盤片10當中以同心方式限定區域Z1、Z2、Z3、Z4。圖1A所示熱阻元件13由Z1至Z4之各個區域所控制，以統一整個基板W的溫度。

靜電吸盤片10藉由黏著層20被貼附於基盤30之上表面30a。黏著層20具有熱傳導性，以將靜電吸盤片10的熱能傳送至基盤30。黏著層20的材料使用例如具有高導熱性之材料為佳。例如，聚矽氧樹脂可用作為黏著層20之材料。黏著層20所具厚度可為例如1.0mm至1.5mm。

基盤30包括管道31，其使冷卻劑循環。冷卻劑可為水或Galden熱傳導液等。舉例說明，管道31形成為沿著與基盤30的上表面30a平行的平面。

圖3顯示出管道31的一個例子。管道31形成為用於冷卻基盤30整體，而管道31有冷卻劑31流通其中。管道31具有：引入部31a，其位於管道31的一端部，以接收冷卻劑；以及供給部31b，其位於管道31的另一端部，以供給冷卻劑。管道31為冷卻機制的一個例子。

作為基盤30的材料，可使用如鋁或是燒結碳化物等之金屬材料、如金屬材料以及陶瓷材料之複合材料、或是其他類似者。於本實施例當中，出於對可得性、對機器的易用性、高熱傳導性、以及其他類似之條件的考量，使用鋁或是鋁合金；基盤30之上表面30a經過耐酸鋁(alumite)處理以形成絕緣薄膜於其上。基盤30所具厚度可為例如35mm至40mm。

如圖1A所示，基盤30包括多個貫孔32，多個貫孔32係由上表面30a延伸貫穿基盤30至下表面30b。例如，如圖3所示，貫孔32以均一的密度配置在上表面30a，或與基盤30之上表面30a平行之平面中。

如圖1A所示，黏著層20包括多個貫孔21，多個貫孔21由上表面20a穿過黏著層20至下表面20b，以與基盤30之貫孔32相通。調整桿40係插入基盤30之貫孔32中。調整桿40由基盤30所支撐。各個調整桿40具有遠端40a，遠端40a插入至黏著層20之貫孔21中與其對應的一個。如圖3所示，管道31延伸穿過位於調整桿40彼此之間的溝道，且配置為為當從厚度方向看基盤30時呈大致同心形狀。

以下詳述基盤30的貫孔32以及調整桿40。以下將敘述一個貫孔32與一個調整桿40。其他的貫孔32與其他調整桿40以類似方式形成。

圖1B所示，貫孔32具有：支撐孔33，其由上表面30a向下延伸；以及調整孔34，其開口於下表面30b並且具有較支撐孔33大的直徑。螺紋溝(螺母)34a形成於調整孔34的內表面上。貫孔21具有的直徑(內徑)，與支撐孔33相同之直徑(內徑)相等。

調整桿40包括插入部41，其具有遠端40a以及支撐部42。插入部41係插入支撐孔33以及貫孔21。支撐部42插入調整孔34。形成於支撐部42的外表面的螺紋脊(公螺絲)42a，其能與調整孔34之螺紋溝34a嚙合。調整桿40(插入部41)所具直徑可為例如1mm至5mm。

支撐部42的長度以及調整孔34的深度，係依據調整桿40的移動範圍來設定。於本實施例當中，支持部42的長度以及調整孔34的深度設定為：當調整桿40的位置調整於移動範圍之間時，調整桿40之遠端40a配置於貫孔21中。因此，調整桿40的移動範圍為依據黏著層20的厚度來設定。

治具插入部42c係形成於支撐部42的端面42b。未示出的治具(例如六角桿扳手、精密螺絲起子、或其他類似者)，可插入至治具部42c中。支撐部42，也就是調整桿40，係藉由使用該治具來作轉動，以調整調整桿40之遠端40a的位置。

調整桿40係由具有比黏著層20還要高的導熱性的材料製成。作為調整桿40的材料，可使用如鋁或燒結碳化物等金屬材料、金屬材料及陶瓷材料的複合材料、或是類似物。在此實施例當中，出於對可得性、對機器易用性、導熱性、以及其他類似條件的考量，使用鋁或是鋁合金。

靜電吸盤的操作可如下述。

靜電吸盤片10的熱阻元件13藉由供給能量至熱阻元件13產生熱能，以加熱放置於基板放置表面11a的基板W。基盤30係由冷卻劑所冷卻。於是，靜電吸盤片10的熱能透過黏著層20，被傳送至基盤30。熱阻元件13的熱能產生以及基盤30的冷卻，控制著靜電吸盤片10的上表面(基盤放置表面11a)的溫度。

熱阻元件13具有使置於基板放置表面11a之基板W的溫度均一的形狀。然而，熱阻元件13的形狀，例如配線圖案的寬度以及厚度於製造過程中可能發生變化。此種形狀上的變化引起阻抗值部分地變化，即熱阻元件13中部分的產生熱能值的變化。因此，熱阻元件13形狀上的變化，導致基板放置表面11a的溫度不均。例如，當配線圖案寬度的製造尺寸值部分地大於其設計尺寸值時，對應此部分的阻抗值會因應此製造尺寸值及設計尺寸值之間的差而減少。此降低了熱阻元件13中阻抗值減小部分的產熱溫度。類似地，基盤30的導線31之形狀於製造工程中可能有變化。此管道31的形狀變化，導致基板放置表面11a的溫度部不均。

各個調整桿40以能夠在貫孔21以及貫孔32移動的方式由基盤30所支撐。進一步地，各個調整桿40的遠端40a配置於其對應的貫孔21。因此，靜電吸盤片10的熱能經由調整桿40以及黏著層20傳送至基盤30。在此，調整桿40具有較黏著層20還高的導熱性。因此，靠近黏著層20中貫孔21的靜電吸盤片10的溫度，因應調整桿40及黏著層20之間的熱傳導性而變化。例如，當調整桿40與黏著層20之間的熱傳導性差距增加時，靠近貫孔21的溫度降低。因此，調整桿40在一範圍內依據調整桿40的直徑(即貫孔21的內徑)變更靜電吸盤片10的溫度。

進一步地，靠近黏著層20中貫孔21的靜電吸盤片10的溫度，因應自靜電吸盤片10的黏著表面11b，至貫孔21當中各個調整桿40的遠端40a的距離而作改變。當各個調整桿的遠端40a以及靜電吸盤片10的黏著層11b之間的距離減少時，熱能將能夠更有效率地從靜電吸盤10被傳送至調整桿40。最後，靠近貫孔21的溫度減少。

舉例說明，貫孔21中各個調整桿40的遠端40a的位置，係基於靜電吸盤片10中基盤放置表面11a之溫度的測量結果而調整。於溫度測量當中，可使用接觸式溫度計(例如使用熱電偶之溫度計)或是非接觸式溫度計(例如紅外線溫度計)。藉由調整各個調整桿40的遠端40a的位置，靜電吸盤片10的基板放置表面11a的熱密度以及熱密度分布得以調整。於此方式中，被吸引且保持於靜電吸盤片10中基板放置表面11a上的基板W，其溫度可被均勻地控制。

調整桿40係插入基盤30的貫孔32中。例如，當測量基板放置表面11a的溫度時，可藉由使用位於基盤30下表面30b端的治具，來調整各個調整桿40的遠端40a的位置。於此方式中，靜電吸盤片10的基板放置表面11a之溫度，於各個調整桿40附近可容易地調整。

本發明之實施例具有下列優點。 (1) 基板W配置於靜電吸盤片10的基板放置表面11a上。靜電吸盤片10包括用於加熱基板W的熱阻元件13。靜電吸盤片10藉由黏著層20貼附於基盤30之上表面30a。貫孔32由上表面30a延伸穿過基盤30至下表面30b。貫孔21延伸貫穿黏著層20，以與基盤30的貫孔32相通。調整桿40插入貫孔32並且由基盤30所支撐。調整桿40的遠端40a配置於黏著層20的貫孔21中。

靠近黏著層20中貫孔21的靜電吸盤片10之溫度，因應由貫孔21中各個調整桿40的遠端40a至靜電吸盤片10的黏著表面11b間的距離而作變化。當各個調整桿40的遠端40a，與靜電吸盤片10的黏著表面11b之間的距離減小時，熱量會更有效率地由靜電吸盤片10被傳送至調整桿40。此降低靠近貫孔21的溫度。因此，藉由測量靜電吸盤片10中基板放置表面11a的溫度，並基於溫度測量結果改變各個調整桿40的遠端的位置，來調整基板放置表面11a的熱密度以及熱密度分布。因此，被吸引並保持於靜電吸盤片10之基板放置表面11a的基板W之溫度，可被均勻地控制。

(2) 調整桿40係螺入基盤30之貫孔32。因此，當測量基板放置表面11a的溫度時，調整桿40中遠端40a的位置可被調整至基盤30的下表面30b端。因此，可以容易地控制靜電吸盤片10的基板放置表面11a的溫度。

對於熟習本領域技藝者為顯而易見的是，本發明在不脫離本發明範疇之內，可以以許多其他特定的形式呈現。特別是應該理解本發明可以下列形式來實施。

於前述的實施例當中，只要可調整靜電吸盤片10中的基板放置表面11a上的熱密度，調整桿40的材料可適當地變更。於是，調整桿40的材料並不限定與基盤30相同。例如，調整桿40可由導熱性低於基盤30的材料製成。進一步地，調整桿40可使用與黏著層20相等或是較小導熱性之材料。

於前述實施例中，配置有調整桿40於其中的貫孔21與貫孔32，其位置可適當地調整。例如，當位於基板放置表面11a中溫度變化較大的位置，調整桿40彼此間的配置間隔會比較窄。以此方式，調整桿配置密度40的配置方式會因應靜電吸盤片10中基板放置表面11a的溫度分度來變化。

本範例以及實施方式僅視為說明用途，而非限制，本發明並不限定於此處提供之細節，惟可於附錄之申請專利範圍之範圍以及均等條件內做修改。

10‧‧‧靜電吸盤片
11‧‧‧片體部
11a‧‧‧基板放置表面
11b‧‧‧黏著表面
12‧‧‧靜電電擊
13‧‧‧熱阻元件
20‧‧‧黏著層
20a‧‧‧上表面
20b‧‧‧下表面
21‧‧‧貫孔
30‧‧‧基盤
30a‧‧‧上表面
30b‧‧‧下表面
31‧‧‧管道
31a‧‧‧管道
31b‧‧‧供給部
32‧‧‧貫孔
33‧‧‧支撐孔
34‧‧‧調整孔
34a‧‧‧螺紋溝(螺母)
40‧‧‧調整桿
40a‧‧‧遠端
30‧‧‧基盤
31‧‧‧管道
32‧‧‧貫孔
40‧‧‧調整桿
40a‧‧‧遠端
41‧‧‧插入部
42‧‧‧支撐部
42a‧‧‧螺紋脊(公螺絲)
42b‧‧‧端面
42c‧‧‧治具插入部
W‧‧‧基板
Z1-Z4‧‧‧區域

本發明內容以及其目的與優點，可藉由參考以下示出的較佳實施方式之敘述，並且配合附錄圖式來得以充分理解。其中：圖1A為作為溫度調整裝置用之靜電吸盤之示意斷面圖；圖1B為圖1A之靜電吸盤的部分放大橫斷面圖；圖2為顯示圖1A所限定之靜電吸盤區域(溫度調整區域)之範例示意平面圖；以及圖3為顯示基盤中的調整桿(貫孔)以及管道之配置的示意平面圖。

10‧‧‧靜電吸盤片

11‧‧‧片體部

11a‧‧‧基板放置表面

11b‧‧‧黏著表面

12‧‧‧靜電電擊

13‧‧‧熱阻元件

20‧‧‧黏著層

20a‧‧‧上表面

20b‧‧‧下表面

21‧‧‧貫孔

30‧‧‧基盤

30a‧‧‧上表面

30b‧‧‧下表面

31‧‧‧管道

31a‧‧‧管道

31b‧‧‧供給部

32‧‧‧貫孔

33‧‧‧支撐孔

34‧‧‧調整孔

34a‧‧‧螺紋溝(螺母)

40‧‧‧調整桿

40a‧‧‧遠端

30‧‧‧基盤

31‧‧‧管道

32‧‧‧貫孔

40‧‧‧調整桿

40a‧‧‧遠端

W‧‧‧基板

Claims

一種溫度調整裝置，包含：保持盤，其包括放置表面，該放置表面上放置有經過處理之基板，其中該保持盤包括加熱元件，該加熱元件可加熱放置於該放置表面上之該經過處理之基板；基盤，其支撐該保持盤，其中該基盤包括多個第一貫孔，該第一貫孔於厚度方向上延伸貫穿該基盤；黏著層，其黏著該基盤與該保持盤，其中該黏著層包括多個第二貫孔，多個該第二貫孔分別與多個該第一貫孔相通；以及多個調整桿，其分別插入多個該第一貫孔，其中每個該調整桿包括遠端，該遠端配置於多個該第二貫孔中與其對應的一個。
如申請專利範圍第1項所記載之溫度調整裝置，其中每個該調整桿所具熱傳導性不同於該黏著層。
如申請專利範圍第1項所記載之溫度調整裝置，其中每個該調整桿所具熱傳導性比該黏著層高。
如申請專利範圍第1-3項中任一項所記載之溫度調整裝置，其中從厚度方向來看該基盤時，該第一貫孔平均地配置於該基盤。
如申請專利範圍第1-3項中任一項所記載之溫度調整裝置，其中該保持盤進一步包括靜電電極，該靜電電極配置於該放置表面以及該加熱元件之間，且能夠吸引該經過處理之基板。
如申請專利範圍第1-3項中任一項所記載之溫度調整裝置，其中該基盤進一步包括有冷卻劑流通的管道。
如申請專利範圍第1-3項中任一項所記載之溫度調整裝置，其中該調整桿以可於對應的該第一貫孔以及該第二貫孔中移動的方式，被該調整桿所支撐。
如申請專利範圍第1-3項中任一項所記載之溫度調整裝置，其中該調整桿彼此之間可獨立地移動。
如申請專利範圍第1-3項中任一項所記載之溫度調整裝置，其中：該基盤進一步包括冷卻劑流動的管道；以及該管道延伸貫穿多個該調整桿之間的溝槽，並且配置為當從厚度方向看該基盤時呈大致同心形狀。