TW201836442A - 利用耦合至法拉第屏蔽之溫度控制元件的溫度控制 - Google Patents

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Abstract

本案揭示電漿處理設備及方法。於一示範實例中，一 電漿處理設備可包含一處理室。該設備可包含位在該處理室內的一基座，其被配置成於處理期間支撐一工件。該設備可包含一介電窗，其形成該處理室的至少一部分。該設備可包含鄰近該介電窗安置的一電感耦合元件。該電感耦合元件可被配置成在以RF能量供電時於該處理室內產生一電漿。該設備可包含安置在該電感耦合元件及該處理室之間的一法拉第屏蔽。該設備可包含熱連通至該法拉第屏蔽的至少一溫度控制元件。

Description

利用耦合至法拉第屏蔽之溫度控制元件的溫度控制
本申請案請求2017年二月二十日提申之美國專利臨時申請案第62/460,925號的優先權，其發明名稱為「Temperature Control Using Heating Element Coupled to Faraday Shield」，該案合併於本文以供多方參考。
本案一般相關於電漿處理，尤其是使用一電漿源來處理一工件的設備及方法。
電漿處理工具能夠用來製造諸如積體電路、微機械裝置、平板顯示器及其他裝置之類的裝置。使用於現代電漿蝕刻應用的電漿處理工具，係被要求提供一高度電漿均勻性及複數電漿控制，其包含獨立電漿分佈、電漿密度、及離子能源控制。在某些情況下，電漿處理工具可能被要求在許多處理氣體中及在許多不同條件下(如氣流、氣壓等)，維持一穩定電漿。
本發明的態樣及優點，將部分地描述於下文、或可從該描述而自明、或可經由本發明之實行而習得。
本案一示範態樣係關於一電漿處理設備。該電漿處理設備可包含一處理室。該設備可包含一位在該處理室內的基座，其係被配置而於處理期間支撐一工件。該設備可包含一介電窗，其形成該處理室的至少一部分。該電感耦合元件可加以配置成以RF能量供電時於該處理室內產生一電漿。該設備可包含安置在該電感耦合元件及該處理室之間的一法拉第屏蔽。該設備可包含熱連通至該法拉第屏蔽之至少一溫度控制元件。
對於本案的示範實施例，係能做出變異型及修飾型。
本發明的這些及其他特色、態樣及優點，在參照下文描述及後附權利請求項之下，將更能受到瞭解。合併至本說明書而構成其一部分的附圖，係圖解說明本發明的實施例，及其連同本說明書係用於解釋本發明原理。
100‧‧‧Plasma processing apparatus 電漿處理室
102‧‧‧Interior space 內部空間
104‧‧‧Substrate holder 基板支架
106‧‧‧Workpiece 工件
110‧‧‧Dielectric window 介電窗
112‧‧‧central portion 中央部
114‧‧‧peripheral portion 周圍部
120‧‧‧Showerhead 淋盤
130‧‧‧Primary inductive coupling element 初級電感耦合元件
140‧‧‧Secondary inductive coupling element 二級電感耦合元件
142‧‧‧Planar coil 平面線圈
144‧‧‧Magnetic flux concentrtor 磁通集中器
150‧‧‧Unitary body 單體
150‧‧‧Main shield 主屏蔽
152‧‧‧Metal shield portion 金屬屏蔽部
154‧‧‧First Faraday shield 第一法拉第屏蔽
160‧‧‧First RF generator 第一RF產生器
162‧‧‧Matching network 匹配網路
170‧‧‧Second RF generator 第二RF產生器
172‧‧‧Matching network 匹配網路
200‧‧‧Second faraday shield 第二法拉第屏蔽
210‧‧‧First portion 第一部
220‧‧‧Leaf element 葉片元件
230‧‧‧Radial spike element 徑向尖峰元件
240‧‧‧Second portion 第二部
300‧‧‧Faraday shield assembly 法拉第屏蔽組合
310‧‧‧Heating element 加熱元件
312‧‧‧Central heating zone 中央加熱區
314‧‧‧Peripheral heating zone 周圍加熱區
320‧‧‧First set of conductors 第一組導體
325‧‧‧Conductor 導體
330‧‧‧Second set of conductors 第二組導體
335‧‧‧Conductor 導體
340‧‧‧Tube element 管元件
345‧‧‧Tube element 管元件
350‧‧‧Tube element 管元件
410‧‧‧Power source 電源
420‧‧‧Control device 控制裝置
本說明書接下來將提出更加具體的揭示內容，對於本項技藝具一般知識者而言係完整而可實施，其包含參照隨附的圖示，其中：第一圖係一依照本案示範實施例之示範電漿處理設備的示意圖；第二圖係一示範法拉第屏蔽的平面圖，其能配合依照本案示範實施例的一電漿處理設備使用； 第三圖係一示範法拉第屏蔽的示意圖，其相關於依照本案示範實施例的電漿處理設備放置；第四圖係一示範法拉第屏蔽的分解視圖，其具有一依照本案示範實施例的溫度控制元件；第五圖係一示範法拉第屏蔽的示意圖，其具有一依照本案示範實施例的溫度控制元件；第六圖係一示範系統的示意圖，其用於控制一耦合至依照本案示範實施例之法拉第屏蔽的溫度控制元件；第七圖係一示範系統的示意圖，其用於控制一耦合至依照本案示範實施例之法拉第屏蔽的溫度控制元件；第八圖係一示範系統的示意圖，其用於控制一耦合至依照本案示範實施例之法拉第屏蔽的溫度控制元件。
現在將詳細參照具體實施例，其一或多個示範例已在圖式中加以圖解。所提出各示範例是要解釋該等具體實施例，並非要做為本案的限制。事實上，對本項技藝具一般能力者應能輕易看出，該等具體實施例可有各種修改及變異而不會偏離本案的範疇及精神。舉例來說，繪出或描述為一具體實施例之某部分的特色，可配合另一具體實施使用，以產出又更進一步的具體實施例。因此，本發明企圖涵蓋此等修改及變異，視為涵蓋在後附權利請求項以及其等價者的範圍之內。
本案的示範態樣係關於一電漿處理設備及相關方 法。該電漿處理設備能包含一或更多的電感耦合元件(如線圈)，可供在一處理室內感應一電感電漿，用於處理一工件(如執行蝕刻處理)。該電漿處理設備能包含一法拉第屏蔽，其被安排在該電漿處理設備之內，以便降低該電感耦合元件及該處理室內所感應電漿之間的電容耦合。依照本案的示範態樣，一或更多的溫度控制元件(如加熱元件)，能與該法拉第屏蔽通熱耦合。
例如在某些實施例中，該一或更多溫度控制元件能包含一或更多的加熱元件，如被安置在該法拉第屏蔽上的薄膜加熱器。該一或更多的加熱元件能加以操作，以便控制該電漿處理設備的一或更多的部分(如室頂板)，進而(例如)降低電漿處理期間由電漿蝕刻副產物所造成的微粒產出，及/或預熱該電漿處理設備的室頂板，進而在工件的電漿處理期間，降低冷啟動效應。
本案的態樣係在參照一或更多溫度控制元件之下予以討論，其包含被利用於加熱一法拉第屏蔽的加熱元件。於本案示範實施例的變異型中，該一或更多溫度控制元件能夠包含冷卻元件(如流體冷卻通道)。
在某些實施例中，一薄膜加熱元件(如聚醯亞胺薄膜加熱器、矽橡膠薄片加熱器等等)，能夠被提供於一法拉第屏蔽之至少一部分的表面上，用來降低一電漿處理室內的電容耦合。在某些實施例中，該薄膜加熱元件能夠直接接觸該法拉 第屏蔽放置。例如，該薄膜加熱元件能被積層到該法拉第屏蔽，黏合到該法拉第屏蔽，或被安置而接觸該法拉第屏蔽。
在某些實施例中，該加熱元件也能接觸至及/或鄰近一介電窗(如陶瓷容器)，其係作為該電漿處理設備的處理室的頂板。例如，一彈簧圈及/或負載有彈簧的阻塊，能用於保持該加熱元件接觸至該介電窗。在某些實施例中，該加熱元件(當未被通電或加熱時)係能如一散熱器來作動，以便提供一介於該介電窗及該法拉第屏蔽之間的熱傳導路徑。依此方式，該加熱元件能改良該介電窗的熱調節。在某些實施例中，能在該加熱元件及該介窗之間提供一間隙。
在某些實施例中，一或更多組的導體能被用來輸送電力及/或其他訊號，來回於該加熱元件。例如，一第一組導體係能用於提供電力至該加熱元件。一第二組導體係能被提供至附著至或鄰近該加熱元件的一熱電耦或其他溫度感測元件。在某些實施例中，多重的第二組導體，係能被提供至排列在該加熱元件上不同區域內的多個溫度感測元件。在某些實施例中，該組導體能穿過被固定在或被耦合在該法拉第屏蔽上的中空管，以便降低該組導體上的應變。
一控制系統能夠控制該加熱元件，以便維持該加熱元件於一所想要的溫度範圍。例如，一或更多控制裝置，能夠基於一或更多來自該溫度感測器(如一或更多組感應導體)的加熱元件溫度回饋訊號指示，以控制電力輸出(經由一組電 力導體)至該加熱元件。在某些實施例中，該法拉第屏蔽能被利用作為一散熱器，用於冷卻該加熱元件。例如，電力能被提供至該加熱元件，一直到該加熱元件抵達一所想要的溫度時為止(如由回饋訊號所判定者)。一旦達到所想要的溫度，則傳到該加熱元件電力能被切斷，允許該加熱元件透過該作為散熱器使用的法拉第屏蔽來進行冷卻。一旦溫度係下降到一臨界值，則電力能被供應到該加熱元件，允許加熱元件來增加溫度至所想要的溫度及/或至所想要的溫度範圍內。
在不偏離本案範圍之下，係能使用許多不同的控制方案。例如在某些實施例中，該加熱元件的溫度能夠控制在一恆定溫度範圍內(如介於約100℃及約180℃之間，如介於約120℃及約150℃)。
在某些實施例中，用於該加熱元件的一溫度控制系統，能包含一對感應元件(如一對熱電偶)。一第一熱電偶能被用來提供回饋訊號至一或更多控制裝置，其能使用該回饋訊號來控制該加熱元件於一組溫度範圍之內的一溫度。一第二熱電偶係能用於過熱斷電控制。例如，如果該加熱元件的溫度超過一臨界溫度，則輸送到該加熱元件的電力能夠立即被切斷，以致於避免過熱。
在某些實施例中，該加熱元件的多重不同的區域係能彼此獨立地加以控制。例如，該加熱元件能包含一中央區及一周圍區。該周圍區，在某些實施例中，係能加以控制在相 對於該中央區係較高的溫度，反之亦然。
本案一示範態樣係關於一電漿處理設備。該設備包含一處理室。該設備包含一基座，其係位在該處理室之內，被配置在處理期間來支撐一工件。該設備包含一介電窗，其形成至少一部分的該處理室。該設備包含一電感耦合元件，被安置鄰近該介電窗。該電感耦合元件係加以配置，以便在受到射頻(RF)能量的激發時，於該處理室內產生一電漿。該設備能包含一法拉第屏蔽，其位在該電感耦合元件及該處理室之間。該設備能包含至少一溫度控制元件，其熱連通至該法拉第屏蔽。
本案之本示範實施例係能做成變異型及修飾型。例如在某些實施例中，該法拉第屏蔽能被安置在該電感耦合元件及該介電窗之間。在某些實施例中，該至少一溫度控制元件提供一熱傳導路徑，介於該介電窗及該法拉第屏蔽之間。
在某些實施例中，該至少一溫度控制元件能包含一加熱元件。該加熱元件能夠是一薄膜加熱元件。例如，該加熱元件能夠是一聚醯亞胺薄膜加熱元件或一矽橡膠薄膜加熱元件。
在某些實施例中，該加熱元件能具有一形狀，其係至少部分地符合該法拉第屏蔽的形狀。例如，該法拉第屏蔽能包含一或更多的固體金屬部，及多數的葉片元件。每一該多數的葉片元件，係能夠經由至少一徑向尖峰元件(radial spike element)，而被耦合至該一或更多固體金屬部的至少一者。該 薄膜加熱元件能包含多數的葉片元件。每一葉片元件係能經由至少一徑向尖峰元件而被耦合到一環部。
在某些實施例中，該設備能包含一第一組導體，其係加以配置來提供電力至該至少一溫度控制元件。該設備能包含一第二組導體。該第二組導體能夠相關於一溫度感測器，其被配置來產生一或更多的有關該至少一溫度控制元件的溫度訊號指示。該第一組導體或第二組導體至少其中之一係能穿過一管元件而耦合至該法拉第屏蔽。
在某些實施例中，該設備能包含一或更多的控制裝置。該一或更多的控制裝置能被配置，以便部分地基於一或更多該法拉第屏蔽的溫度訊號指示，來控制電力輸出至該至少一溫度控制元件。
在某些實施例中，該至少一溫度控制元件，包含一第一溫度控制元件，其被安置在該法拉第屏蔽之第一部上，及一第二溫度控制元件，其被安置在該法拉第屏蔽之第二部上。該第一部能夠是一中央部，及該第二部能夠是一周圍部。在某些實施例中，該第一溫度控制元件相對於該第二溫度控制元件，可獨立受控制。
本案的另一示範實施例，係指向一電漿處理設備。該設備包含一處理室。該設備包含一基座，其係位在該處理室之內，被配置以在處理期間來支撐一工件。該設備包含一介電窗，其形成至少一部分的該處理室。該設備包含一電感耦 合元件，其被安置鄰近該介電窗。該電感耦合元件係加以配置，以便在受到射頻(RF)能量的激發時，於該處理室內產生一電漿。該設備能包含一法拉第屏蔽，其位在該電感耦合元件及該處理室之間。該設備能包含至少一溫度控制元件，其熱連通至該法拉第屏蔽。
本示範實施例可有多個變異型及修飾型。例如在某些實施例中，該至少一加熱元件包含一第一加熱元件，其被安置在該法拉第屏蔽之第一部上，並包含一第二加熱元件，其被安置在該法拉第屏蔽之第二部上。該第一加熱元件及該第二加熱元件能夠係可獨立受控制。該第一部能夠是該法拉第屏蔽的周圍部，及該第二部能夠係該法拉第屏蔽的中央部。在某些實施例中，該設備包含一電源，其係加以配置而獨立地提供電力至該第一加熱元件及該第二加熱元件。
在某些實施例中，該設備包含一或更多控制裝置。該一或更多控制裝置係能被配置，以接收相關於一第一加熱區之一或更多的溫度訊號指示，及相關於一第二加熱區之一或更多的溫度訊號指示。該一或更多控制裝置能被配置，以便至少部分地基於該一或更多相關於該第一加熱區的溫度訊號指示、及一或更多的相關於該第二加熱區的溫度訊號指示，來控制傳送到該第一加熱元件及該第二加熱元件上的電力。
本案的另一示範實施例係關於一電漿處理設備。該設備包含一處理室。該設備包含一基座，其係位在該處理室 之內，被配置在處理期間來支撐一工件。該設備包含一介電窗，其形成至少一部分的該處理室。該設備包含一電感耦合元件，其被安置鄰近該介電窗。該電感耦合元件係加以配置，以便在受到射頻(RF)能量的激發時，於該處理室內產生一電漿。該設備能包含一法拉第屏蔽，其位在該電感耦合元件及該介電窗之間。該設備能包含至少一加熱元件，其熱連通至該法拉第屏蔽。該設備能包含一或更多控制裝置，其係加以配置，以便至少部分地基於來自一溫度感測器的訊號，來控制電力輸出至該至少一加熱元件。
基於說明及討論的目的，本案的態樣係參照一「工件」、「基板」、或「晶圓」來討論。本技藝具通常知識者，在利用本文所提供的揭示內容之下，將會瞭解的是，本案的示範態樣，係能夠連同任何半導體基板或其他合適基板或工件來使用。「基座」係指任何能夠用來支撐一工件的結構。此外，結合數值來使用的語詞「約」，意欲指稱該被陳述數值的10%之內。
第一圖係一依照本案示範實施例之電漿處理設備100的示意圖。基於說明及討論的目的，本案係參照該第一圖所示的電漿處理設備100來討論。具有本項技藝通常知識者，在使用本文所提供的揭示內容下，將會瞭解的是，本案的示範態樣，在不偏離本案範圍之下，係能夠連同其他電漿處理工具及/或設備一同使用。
該電漿處理設備100包含一處理室，其界定一內部空間102。一基座或基板支架104，係用於支撐一工件106(如一半導體晶圓)於該內部空間102之內。一介電窗110係位在該基座104之上，並且作為該處理室的頂板。該介電窗110包含相對較平的中央部112，及一傾斜的周圍部114。該介電窗110包含一空間於該中央部112內，可供一淋盤120使用，以便饋入處理氣體至該內部空間102。
該設備100進一步包括多數的電感耦合元件，例如初級電感耦合元件130，及二級電感耦合元件140，用於產生一感應電漿於該內部空間102。該電感耦合元件130、140，能包含一線圈或天線元件，其在被供應RF能量時，在電漿處理設備100的內部空間102之內的處理氣體中，感應出一電漿。例如，一第一RF產生器160能加以配置，以便經由一匹配網路162提供一RF能量至該初級電感耦合元件130。一第二RF產生器170，係能加以配置，以便經由一匹配網路172，提供RF能量至該第二電感耦合元件140。
雖然本案係參照一初級電感耦合元件及一二級電感耦合元件，但是在本項技藝具有通常知識者應該贊同的是，初級及二級等語詞僅係為了方便而加以使用。該二級電感耦合元件能夠獨立於該初級電感耦合元件而操作。該初級電感耦合元件係能獨立於該二級電感耦合元件而操作。
依照本案示範態樣，該設備100能包含一金屬屏蔽 部152，其安置在該二級電感耦合元件140的四周。如下文中更加詳細所討論者，金屬屏蔽部152將該初級電感耦合元件130及該二級電感耦合元件140加以隔離，以便降低該電感耦合元件130、140之間的串擾(cross-talk)。設備100能進一步包含一第一法拉第屏蔽154，其係位在該初級感應元件130及該介電窗110之間。該第一法拉第屏蔽154能夠是一種開槽金屬屏蔽，其降低介於該初級電感耦合元件154及該處理室之間的電容耦合。如所示者，該第一法拉第屏蔽154能貼合到該介電窗110的傾斜部位。
在某些實施例中，為了簡化製程或其他目的，金屬屏蔽152及該第一法拉第屏蔽154能形成一單體150。該初級電感耦合元件130的多匝線圈能置於該單體金屬屏蔽/法拉第屏蔽150的法拉第屏蔽部154附近。該二級電感耦合元件140能置於金屬屏蔽/法拉第屏蔽單體150的金屬屏蔽部152附近，例如介於該金屬屏蔽部152及該介電窗110之間。
該初級電感耦合元件130及該二級電感耦合元件140在該金屬屏蔽152相對側邊上的排列，允許該初級電感耦合元件130及該二級電感耦合元件140，具有可區分的結構配置並執行不同的功能。例如，該初級電感耦合元件130能包含一位置鄰近該處理室周圍部的多匝線圈。該初級電感耦合元件130能夠用於基礎電漿的生產，以及在本質瞬態點火階段(inherently transient ignition stage)的可信賴啟動。該初級電感 耦合元件130能耦合至一強力RF產生器及自動調協的匹配網路，及能在RF頻率增加之下加以操作，例如在約13.56MHz。
該二級電感耦合元件140係能用於校正性及支援性的功能，及在穩定狀態操作期間用於改良電漿的穩定度。由於該二級電感耦合元件140主要能用於校正性及支援性的功能及改良電漿在穩定狀態操作期間的穩定度，該二級電感耦合元件140，並未如同該初級電感耦合元件130一般強力地耦合至一RF產生器，並能夠不同且有成本效率的經過設計。如下文詳細討論者，該二級電感耦合元件140也能在較低頻率之下加以操作，如約2MHz，允許該二級電感耦合元件140成為非常的小型以裝入該介電窗頂部的有限空間內。
該初級電感耦合元件130及該二級電感耦合元件140，能在不同RF頻率下加以操作。該RF頻率可有足夠差異，以便降低該初級電感耦合元件130及該二級電感耦合元件140之間的串擾。例如，施加在該初級電感耦合元件130上的頻率能夠比施加在該二級電感耦合元件140上的頻率大約1.5倍。在某些實施例中，施加在該初級電感耦合元件130上的頻率可約為13.56MHz，及施加在該二級電感耦合元件140上的頻率可在約1.75~2.15MHz的範圍內。也能使用其他合適的頻率，例如約400kHz、約4MHz及約27MHz。
雖然本案係參照該初級電感耦合元件130以相對於該二級電感耦合元件140的較高頻率來討論，但本項技藝中 具有通常知識者在使用本文所提供的揭示內容之下，應能瞭解的是，該二級電感耦合元件140係能夠在較高頻率之下加以操作而不偏離本案的範圍。
該二級電感耦合元件140能包含一平面線圈142及一磁通集中器144。該磁通集中器144能由一鐵氧材料加以製成。磁通集中器144與平面線圈142配合使用，能夠給予該二級電感耦合元件的高度電漿耦合及優良能源傳輸效率，並能明顯地降低其與金屬屏蔽150的耦合。在該二級電感耦合元件140上使用較低的頻率，如約2MHz，能增加表層(skin layer)，其也改良了電漿加熱效率。
依照本案示範態樣，該不同的電感耦合元件130及140，能夠實行不同的功能。具體地，該初級電感耦合元件130係能在點火期間用來實行電漿生產的基本功能，及提供足夠的起動引火(priming)至該二級電感耦合元件140。該初級電感耦合元件130能耦合至電漿及該接地屏蔽，以便穩定電漿電位。相關於該第一電感耦合元件130的第一法拉第屏蔽154，能降低視窗濺射，並能被耦合至接地。
在該初級電感耦合元件130所提供之優良電漿引火存在的情況下，額外的線圈也能加以操作，如此，其較佳地係具有優良的電漿耦合及對於電漿有優良的能量傳輸效率。一包含一磁通集中器144的二級電感耦合元件140，提供一優良磁通傳輸給予電漿體(plasma volume)，同時，該二級電感耦合元 件140良好地與該周圍金屬屏蔽150脫離。使用磁通集中器144及對稱性二級電感耦合元件140的驅動，進一步降低線圈末端及周圍接地元件之間的電壓振幅。這樣能降低圓頂濺射，但同時提供某些小的電容耦合給予電漿，其能用於輔助點火。
在某些實施例中，一第二法拉第屏蔽200係能配合該二級電感耦合元件140使用，以便降低該二級感應元件140的電容耦合。第二圖圖示一示範性第二法拉第屏蔽200，其能用於一依照本案示範實施例之電漿處理設備。該法拉第屏蔽200能從一薄的(0.25~0.5mm)薄片金屬衝壓而成。該法拉第屏蔽200能包含(如)一或更多的固體金屬部，例如一固體金屬的第一部210及/或固體金屬的第二部240。該法拉第屏蔽200能包含多數葉片元件220，其能被安置來覆蓋該平面線圈142。徑向尖峰元件230連接該葉片元件220至法拉第屏蔽200的部210及240。
由於葉片元件220係平行於該平面線圈142且並未覆蓋該磁通集中器144，葉片型元件220並未干擾磁場，及來自該磁通集中器144的磁通係自由地進入電漿。另一方面，連接全部葉片型元件220至周圍部210及240的該尖峰230，真正地橫跨來自該磁通集中器144的磁通，但它們有非常小的磁場干擾總面積。如果想讓法拉第屏蔽200接地，一薄RF接地螺旋係能被安放在該屏蔽的第一部210及/或第二部240，以便將其連接到主屏蔽150。法拉第屏蔽200的一個可能的安置，係顯示在第 三圖，其指出在該組合中的元件210、220及240的位置。
依照本案示範實施例，一溫度控制元件，例如一加熱元件，能被耦合至該法拉第屏蔽200。例如，第四圖係一法拉第屏蔽組合300的分解視圖，其包含一耦合至該法拉第屏蔽200的加熱元件310。第五圖係法拉第屏蔽組合300的立體視圖，其包含被耦合至該法拉第屏蔽200的加熱元件310。如第四及第五圖所示，該加熱元件310能有一形狀，其符合該法拉第屏蔽200至少一部分的形狀。例如，該加熱元件能有葉片元件、徑向尖峰部、及環部，其符合該葉片型元件、徑向尖峰元件、及法拉第屏蔽200的金屬部。在某些實施例中，該加熱元件310能積層至該法拉第屏蔽200，黏合至該法拉第屏蔽200，或以其他方式被安置成接觸該法拉第屏蔽。
該加熱元件310能夠是(例如)一薄膜加熱元件。在某些實施例中，該加熱元件310能係一聚醯亞胺薄膜加熱元件。在某些實施例中，該薄膜加熱元件能係一矽橡膠薄片加熱元件。該加熱元件310可組態成在電力提供至該加熱元件時升溫。例如，流經該加熱元件310的電流能造成加熱元件310的加熱。當電流未流經該加熱元件310時，該法拉第屏蔽200能夠充當一散熱器來使用，造成該加熱元件310的冷卻。
當被安裝在該電漿處理室100內時，該加熱元件310能接觸及/或鄰近該形成部分室頂板的介電窗110。例如，一彈簧圈及/或彈簧負載的阻塊能用於保持該加熱元件接觸至 該介電窗110。在某些實施例中，能夠在該加熱元件310及該介電窗110之間提供一間隙。
在某些實施例中，該加熱元件310在未被加熱時，能提供一介於該介電窗110及該法拉第屏蔽200之間的熱傳導路徑。例如，當加熱元件310並未供電發熱時，該加熱元件310能提供一條冷卻路徑，以便從該介電窗110將熱傳輸到該法拉第屏蔽200。依此方式，在某些情況下，該加熱元件310係能充當一散熱器，以便幫助冷卻該介電窗110。
依此方式，基於許多原因，該加熱元件310能夠用來控制該室頂板的溫度，例如，降低一電漿蝕刻期間電漿蝕刻副產物所造成的微粒產生。在某些實施例中，該加熱元件310能用來預熱該電漿處理設備的室頂板，以便降低電漿處理期間的冷啟動效應。
參照第四及第五圖，該法拉第屏蔽組合300能包含多組的導體，其係耦合至該加熱元件310。例如，一第一組導體320能耦合至該加熱元件310。該第一組導體320能傳送電力至該加熱元件310。一第二組導體330能被耦合至該加熱元件310或靠近該加熱元件310。該第二組導體330能相關連於一溫度感測裝置(如熱電偶)。該加熱元件310的溫度訊號指示，能透過該第二組導體330，而被傳訊至一遠方裝置(如一或更多的控制裝置)。
該第一組導體320能經由一耦合至該法拉第屏蔽 200的管元件340而加以提供。該第二組導體330能經由一耦合至該法拉第屏蔽200的管元件350而加以提供。該管元件340及該管元件350分別能夠降低在該第一組導體320及該第二組導體330上的應變。
在某些實施例中，該第一組導體320能透過一合適的連接器，如一插件連接器，而被耦合到一電源(如一AC電源)。在某些實施例中，該第二組導體330能經由一合適的連接器，如插件連接器，被耦合至一或更多控制裝置(如一控制器)。
第六圖係一示範系統的方塊圖，其用於控制被耦合至該依照本案示範實施例之法拉第屏蔽的加熱元件310。如所示者，該加熱元件310能接收來自一電源410(如AC電源或DC電源)的電力。該電源410能夠係一專屬電源，或能夠係該電漿處理設備電力系統之一部分(如位在電漿處理設備之電力系統內的AC匯流排)。該電源410能經由導體320來傳輸電力至該加熱元件310。該導體320能穿過一耦合至該法拉第屏蔽200的管元件340。
該系統能包含一控制裝置420(如一控制器、微控制器、微處理器、邏輯裝置、專用積體電路等等)。在某些實施例中，該控制裝置420能包含一或更多的處理器及一或更多的記憶體裝置。該一或更多的處理器能執行儲存在該一或更多記憶體裝置內的電腦可讀指令，以便完成操作。在某些實施例中，該控制裝置420能夠係一專屬控制器，其相關於該加熱元 件310，或能夠是相關於該電漿處理設備的整體系統控制器/控制系統或其之一部分。
在某些實施例中，該控制裝置420能控制電源410，以便依照許多控制方案來操作該加熱元件310。該控制裝置420係能經由(例如)導體330來接收該加熱元件310之溫度訊號指示。導體330能穿過一耦合至該法拉第屏蔽的管元件350，以便降低應變。控制裝置420能控制一電源410，進而至少部分地基於該加熱元件310的溫度訊號指示，來控制電力傳輸至該加熱元件310，以便提供一封閉迴路控制方案。
例如，在一示範實施例中，該控制裝置420能控制該加熱元件於一組溫度範圍之內。在某些實施例中，該溫度範圍能介於約100℃及180℃之間，如介於約120℃及150℃之間。該控制裝置420能控制該電源410，以便在溫度係低於一第一溫度設定點時，提供電力(如接通一開關元件、接觸器、繼電器、電晶體等等)至該加熱元件310。一旦溫度抵達該第一溫度設定點時，該控制裝置420能控制該電源410，關閉電力(如切斷一開關元件、接觸器、繼電器、電晶體等)，以致於該加熱元件310係透過該作為散熱器使用的法拉第屏蔽來冷卻。如果該溫度下降到第二臨界點(其係低於或相同於該第一臨界點)以下，則該控制裝置420能控制該電源410，以提供電力至該加熱元件310。
該控制裝置420能針對各種目的控制該加熱元件 的溫度。例如，該控制裝置420能控制該加熱元件的溫度，以加熱該位於該加熱元件附近之介電窗，進而降低電漿處理期間由電漿蝕刻副產物所造成之微粒產出，及/或預熱該電漿處理設備之室頂板，以降低電漿處理期間的冷啟動效應。
本案考慮其他控制方案。例如，該控制裝置420能被配置，使用一開放迴路控制方案來操作該電源410，而不偏離本案範圍。
第七圖係一示範系統的示意圖，其用於控制被安置在依照本案示範實施例之法拉第屏蔽上的多重加熱區。更具體地，一加熱元件310能包含多重加熱區，其包含一中央加熱區312、及一周圍加熱區314。在某些實施例中，每一加熱區312及314能包含一分離式加熱元件，其相對於其他區域，係可獨立受控制。兩個加熱區係圖解於第七圖中。然而，可使用更多的加熱區/獨立控制的加熱元件，而不偏離本案範圍。該等區域係能依任何合適的樣式來加以分割，例如徑向分割及/或方位角分割。
電源410(如AC電源)係能加以配置，以便獨立地提供電力至該加熱區312及周圍區314內的加熱元件，以致於該加熱區312及周圍區314的溫度，相對於其他區域，係可獨立受控制。例如，導體320能提供電力至一加熱區314內的加熱元件。該導體320能穿過該耦合至法拉第屏蔽的管元件340。導體325能提供電力至一加熱區312內的加熱元件。該導體325能穿 過一耦合至該法拉第屏蔽的管元件345。
該控制裝置420接收每一區的溫度訊號指示。例如，該加熱區314的溫度訊號指示，能經由導體330，從溫度感測裝置(如熱電偶)被提供到該控制裝置420。導體330能穿過一被耦合至該法拉第屏蔽之管元件350。加熱區312的溫度訊號指示，能經由導體335，從一溫度感測裝置(如一熱耦合)被提供到該控制裝置420。導體335能穿過一耦合至該法拉第屏蔽的管元件355。
區312及314的溫度訊號指示，能由該控制裝置420來使用，以便獨立地控制該區312及314的溫度，進而達成該加熱元件所需的溫度分佈。例如，該控制裝置420能控制該中央區312的溫度，而較高於該周圍區314的溫度，反之亦然。
第八圖係一示範系統的方塊圖，用於控制一耦合至依照本案示範實施例之法拉第屏蔽200之加熱元件310。一電源410係能加以配置，以經由導體320來提供電力至該加熱元件310。該導體320能穿過一耦合至該法拉第屏蔽的管元件340。
一控制裝置420能接收來自多數不同溫度感測元件的訊號。例如，導體330能提供來自一第一溫度感測裝置(如熱電偶)之加熱元件的溫度訊號指示，至該控制裝置420。導體330能穿過一耦合至法拉第屏蔽之管元件350。導體335能提供來自一第二溫度感測裝置(如熱電偶)的該加熱元件的溫度訊號指示，至該控制裝置420。
該控制裝置420能加以配置，以使用來自該第一溫度感測裝置的訊號，作為回饋訊號，用於該加熱元件的溫度封閉迴路控制。來自該第二溫度感測裝置的訊號，能被利用成為一故障安全(failsafe)。例如，如果該來自該第二溫度感測裝置的訊號係指出溫度大於一臨界值，則該控制裝置420能控制該電源410，以便立即停止提供電力至該加熱元件410。
該溫度感測裝置(如熱電偶)，在本文係參照該加熱元件的溫度量測來討論。該溫度感測裝置能測量該電漿處理設備在其他態樣(如介電窗、法拉第屏蔽)之溫度，及該控制裝置係能加以配置，以便基於這類溫度測值來控制加熱元件，而不偏離本案範圍。
這些及其他本發明修飾型及變異型，係可由具有本技藝通常知識者來加以實行而不離開具體地陳述在後附權利請求項中的本發明精神及範圍。再者，應該瞭解的是，許多實施例的態樣可以全部地或部分地互相交換。再進一步地，具本項技藝一般知識者將贊同的是，前文描述僅係作為示範，而不打算限制如後附權利請求項所述的本發明。

Claims (20)

  1. 一種電漿處理設備，包括：一處理室；一基座，安置在該處理室內，被配置成在處理期間支撐一工件；一介電窗，形成該處理室的至少一部分；一電感耦合元件，鄰近該介電窗安置，該電感耦合元件係配置成以射頻(RF)能量供電時於該處理室內產生一電漿；一法拉第屏蔽，位在該電感耦合元件及該處理室之間；及至少一溫度控制元件，熱連通至該法拉第屏蔽。
  2. 如申請專利範圍第1項的電漿處理設備，其中該法拉第屏蔽係位在該電感耦合元件及該介電窗之間。
  3. 如申請專利範圍第1項的電漿處理設備，其中該至少一溫度控制元件提供在該介電窗及該法拉第屏蔽之間的一熱傳導路徑。
  4. 如申請專利範圍第1項的電漿處理設備，其中該至少一溫度控制元件包括一加熱元件。
  5. 如申請專利範圍第4項的電漿處理設備，其中該加熱元件係一薄膜加熱元件。
  6. 如申請專利範圍第5項的電漿處理設備，其中該薄膜加熱元件係一聚醯亞胺薄膜加熱元件，或一矽橡膠薄片加熱元件。
  7. 如申請專利範圍第4項的電漿處理設備，其中該加熱元件具 有一形狀，其係至少部分地符合該法拉第屏蔽的形狀。
  8. 如申請專利範圍第7項的電漿處理設備，其中該法拉第屏蔽包括一或更多的固體金屬部及多數葉片元件，該多數葉片元件的各者，透過至少一徑向尖峰元件，係耦合至該一或更多固體金屬部之至少一者，該薄膜加熱元件包含複數個葉片元件，各葉片元件透過至少一徑向尖峰元件耦合至一環狀部分。
  9. 如申請專利範圍第1項的電漿處理設備，其中該設備包括一第一組導體，係被配置來提供電力至該至少一溫度控制元件；及一第二組導體，該第二組導體與一溫度感測器相關聯，該溫度感測器被配置以產生與該至少一溫度控制元件相關聯之一或更多的溫度訊號指示。
  10. 如申請專利範圍第9項的電漿處理設備，其中該第一組導體或第二組導體之至少一者穿過耦合至該法拉第屏蔽的一管元件。
  11. 如申請專利範圍第1項的電漿處理設備，其中該設備包括一或更多控制裝置，其係被配置而至少部分地基於指示該法拉第屏蔽的溫度之一或更多訊號控制至該至少一溫度控制元件的該電力輸出。
  12. 如申請專利範圍第1項的電漿處理設備，其中該至少一溫度控制元件包括被安置在該法拉第屏蔽的第一部上的一第一溫度控制元件，及被安置在該法拉第屏蔽的第二部上的一第二溫度控制元件。
  13. 如申請專利範圍第12項的電漿處理設備，其中該第一部係一中央部及該第二部係一周圍部。
  14. 如申請專利範圍第12項的電漿處理設備，其中相對於該第二溫度控制元件可獨立地控制該第一溫度控制元件。
  15. 一種電漿處理設備，包括：一處理室；一基座，安置在該處理室內，被配置成於處理期間支撐一工件；一介電窗，形成該處理室的至少一部分；一電感耦合元件，係鄰近該介電窗安置，該電感耦合元件係配置成以射頻(RF)能量供電時於該處理室內產生一電漿；一法拉第屏蔽，位在該電感耦合元件及該介電窗之間；及至少一加熱元件，熱連通至該法拉第屏蔽。
  16. 如申請專利範圍第15項的電漿處理設備，其中該至少一加熱元件包括被安置在該法拉第屏蔽的第一部上的一第一加熱元件，及被安置在該法拉第屏蔽的第二部上的一第二加熱元件，該第一加熱元件及該第二加熱元件係可獨立受控制。
  17. 如申請專利範圍第16項的電漿處理設備，其中該第一部包括該法拉第屏蔽的周圍部，及該第二部包括該法拉屏蔽的中央部。
  18. 如申請專利範圍第16項的電漿處理設備，其中該設備包括一電源，其係被配置而獨立地提供電力至該第一加熱元件及該 第二加熱元件。
  19. 如申請專利範圍第16項的電漿處理設備，其中該設備包括一或更多控制裝置，該一或更多控制裝置係被配置以接收指示與一第一加熱區相關聯的溫度之一或更多訊號，及指示與一第二加熱區相關聯的溫度之一或更多的訊號，其中該一或更多控制裝置係配置成至少部分地基於指示與該第一加熱區相關聯的溫度之該一或更多的訊號及於指示與該第二加熱區相關聯的溫度之該一或更多的訊號，來控制到該第一加熱元件及該第二加熱元件之電力。
  20. 一種電漿處理設備，包括：一處理室；一基座，安置在該處理室內，被配置於處理期間來支撐一工件；一介電窗，形成該處理室的至少一部分；一電感耦合元件，鄰近於該介電窗安置，該電感耦合元件係配置成以射頻(RF)能量供電時於該處理室內產生一電漿；一法拉第屏蔽，位在該電感耦合元件及該介電窗之間；至少一加熱元件，熱連通至該法拉第屏蔽；及一或更多的控制裝置，係配置而至少部分地基於來自一溫度感測器的一或更多訊號，來控制輸出到該至少一加熱元件的電力。
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