TW202039927A - 用於基板處理系統之包含蒸氣腔室的台座 - Google Patents

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Abstract

一種用於基板處理系統之基板支架包含一台座，該台座包含一上表面及一下表面。一蒸氣腔室係配置於該台座及一基部板之間，其界定一蒸氣腔室凹穴並包含佈置於該蒸氣腔室凹穴內之表面上的複數毛細結構。

Description

用於基板處理系統之包含蒸氣腔室的台座
[相關申請案] 本申請案係主張於2018年11月28日申請之美國臨時專利申請案第62/772,364號的優先權。上述申請案之完整內容係併於此以作為參考。
本揭露內容係關於基板處理系統，更具體而言，本揭露內容係關於用於基板處理系統之台座溫度控制系統。
此處所提供之背景描述係為了總體上呈現本揭露內容的目的。在此先前技術部分中所描述的範圍內，目前列名的發明人之工作成果以及在提出申請時可能無法以其他方式視為先前技術的描述方面，均未明確或隱含不利於本發明的先前技術。
基板處理系統典型上包含具有台座的處理室。例如半導體晶圓的基板可以佈置在台座上。例如在化學氣相沉積（CVD）製程中 ，可引入氣體混合物到處理室中，以在基板上沉積膜或蝕刻基板。在某些情況下，可以使用電漿。吾人期望可以在處理期間控制台座及基板的溫度，以改善蝕刻或沉積的均勻性。
為了提高溫度均勻性，有些系統使用了多個加熱器嵌入在台座的不同加熱區域中。例如，加熱器可佈置在台座的不同半徑處。熱電偶可以用來監測加熱區的溫度。控制系統係控制供應至每個加熱區的功率，以基於在不同區域之台座所測得之溫度而產生溫度均勻性。如果未能即時執行感測，不同類型的製程便可能需要進行不同的加熱器校準。用於加熱器的控制系統可能是昂貴的，並且可能將故障點引入基板處理系統。
儘管使用了不同的加熱區，仍可能會出現局部溫差。為了進一步提高溫度均勻性，有些系統已經增加到多達30個加熱器，以達成高水平的溫度均勻性，如此卻增加了成本和複雜性。這些系統可能仍無法達到所需程度的溫度均勻性。
一種用於基板處理系統的基板支架，其包含具有上表面和下表面的台座。蒸氣腔室係佈置在台座與基部板之間，且其界定了蒸氣腔室凹穴，並包含佈置在蒸氣腔室凹穴內部之表面上的複數毛細結構。
在其他特徵中，該基部板包含與蒸氣腔室之下表面熱連通的流體通道。該流體通道係以螺旋圖案佈置。在鄰接於蒸氣腔室之下表面的流體通道上方佈置一蓋。一作用流體位於蒸氣腔室中，複數毛細結構係佈置在蒸氣腔室的下表面上，且進一步包含一流體供應部，該流體供應部係用以供應具有比作用流體溫度更高的一流體至流體通道，以引起複數毛細結構上之作用流體蒸發並凝結在蒸氣腔室凹穴中之較冷表面上。
在其他特徵中，作用流體位於蒸氣腔室中，複數毛細結構佈置在蒸氣腔室的上表面上，並且來自台座的熱能使複數毛細結構上的作用流體蒸發，並凝結在蒸氣腔室凹穴中較冷的表面上。流體供應部係用以供應具有比作用流體溫度低的流體至流體通道。複數毛細結構係佈置在蒸氣腔室凹穴的下表面、上表面及側壁中的至少一個上。
在其他特徵中，蒸氣腔室進行加熱，且複數毛細結構係佈置在蒸氣腔室凹穴的下表面上。
在其他特徵中，蒸氣腔室進行冷卻，且複數個毛細結構係佈置在蒸氣腔室凹穴的上表面上。複數毛細結構係藉由毛細作用而移動蒸氣腔室中的作用流體。複數毛細結構包含芯吸材料，該芯吸材料係藉由毛細作用而移動蒸氣腔室中的作用流體。複數毛細結構包含織物，該織物係藉由毛細作用而移動蒸氣腔室中的作用流體。複數毛細結構包含燒結粉末材料，該燒結粉末材料係藉由毛細作用而移動蒸氣腔室中的作用流體。複數個毛細結構包含溝槽式材料，該溝槽式材料係藉由毛細作用而移動蒸氣腔室中的作用流體。
一種用於基板處理系統之基板支架的蒸氣腔室，其包含一主體，該主體包含界定蒸氣腔室凹穴之上表面、下表面以及側壁。複數毛細結構係佈置在蒸氣腔室凹穴內部之上表面、下表面及側壁中的至少一個上。蒸氣腔室係配置用以佈置在台座與基板支架之基部板之間。
在其他特徵中，作用流體係位於蒸氣腔室內。蒸氣腔室提供熱能至該台座。複數毛細結構係佈置在蒸氣腔室的下表面上，以使作用流體蒸發並使作用流體凝結在蒸氣腔室凹穴中之較冷表面上。
在其他特徵中，作用流體係位於蒸氣腔室內。蒸氣腔室執行對台座的冷卻，複數毛細結構係佈置在蒸氣腔室的上表面上，以使作用流體蒸發並使作用流體凝結在蒸氣腔室凹穴中之較冷表面上。
在其他特徵中，該複數毛細結構包含芯吸材料，該芯吸材料係藉由毛細作用而移動蒸氣腔室中的作用流體。該複數毛細結構包含織物，該織物係藉由毛細作用而移動蒸氣腔室中的作用流體。該複數毛細結構包含燒結粉末材料，該燒結粉末材料係藉由毛細作用而移動蒸氣腔室中的作用流體。該複數個毛細結構包含溝槽式材料，該溝槽式材料係藉由毛細作用而移動蒸氣腔室中的作用流體。
一種用於基板處理系統之基板支架的製造方法，其步驟包含在一蒸氣腔室主體內界定一蒸氣腔室凹穴; 在該蒸氣腔室凹穴內之表面上配置有複數個毛細結構; 且將該蒸氣腔室主體佈置在台座及基部板之間。
在其他特徵中，該方法包含在該基部板中界定流體通道，其中該流體通道係與蒸氣腔室主體之下表面熱連通。該方法包含以螺旋圖案佈置流體通道。該方法包含在與蒸氣腔室之下表面相鄰的流體通道上方佈置一蓋。
在其他特徵中，該方法包含在蒸氣腔室之下表面上佈置複數個毛細結構；並在蒸氣腔室主體中供應作用流體。該方法包含將複數個毛細結構佈置在蒸氣腔室之上表面上；以及在蒸氣腔室主體中供應作用流體。
在其他特徵中，該複數毛細結構包含芯吸材料，該芯吸材料係藉由毛細作用而移動蒸氣腔室中的作用流體。該複數毛細結構包含織物，該織物係藉由毛細作用而移動蒸氣腔室中的作用流體。該複數毛細結構包含燒結粉末材料，該燒結粉末材料係藉由毛細作用而移動蒸氣腔室中的作用流體。該複數個毛細結構包含溝槽式材料，該溝槽式材料係藉由毛細作用而移動蒸氣腔室中的作用流體。
根據詳細描述、申請專利範圍以及附圖，本揭露內容之進一步應用領域將變得顯而易見。詳細描述和特定範例僅旨在說明的目的，並不意欲限制本揭露內容的範圍。
根據本揭露內容，係使用佈置在台座下方的蒸氣腔室來控制台座的溫度。
現在參考圖1、2及3 ，台座溫度控制系統10包含台座12以及佈置用以控制台座12溫度的蒸氣腔室14 。在一些範例中，台座12包含具有電鍍外表面的陶瓷基礎材料。在一些範例中，該陶瓷材料包含鋁氮化物（AlN），雖然也可以使用其他材料。 在一些範例中，台座可以是靜電卡盤，其於基板處理期間使用靜電電荷將基板保持在適當的位置，雖然也可以使用機械式或其他類型的卡盤。
在一些範例中，蒸氣腔室14界定了蒸氣腔室凹穴15 ，蒸氣腔室凹穴15 為盤狀或扁平柱狀腔室的形式。蒸氣腔室14 的蒸氣腔室凹穴15係由上表面20、下表面22以及圍繞在扁平柱狀開口的外周佈置的側壁24所界定。  位於蒸氣腔室14 中的作用流體係視需要而在蒸氣腔室14內提供加熱或冷卻，以增加溫度均勻性。
下表面22之面向內的一側包含複數個毛細結構26。僅作為範例，毛細結構26可包含芯吸材料、織物、例如金屬或非金屬粉末的粉末材料、溝槽式或其它能夠藉由毛細作用而移動流體的結構。在一些實例中，金屬粉末被燒結至蒸氣腔室14之下表面22的內側。如可以理解的，毛細結構26可以形成在上表面20的內側上及/或側壁24的內側上。
基部32可以佈置在蒸氣腔室14 下方。在一些範例中，基部32可以由鋁製成。基部32可界定流體通道40-1、40-2 ...及40-P，其中P為整數（統稱為流體通道40）。僅作為範例，流體通道40可以以螺旋圖案或任何其他合適的圖案佈置。水或另一種類型的流體可在流體通道40中流動以提供加熱或冷卻。流體通道40的頂部可以由蓋44包住。在一些範例中，蓋44係被焊接在適當位置以密封流體通道40。
可以使用控制器、一或多個閥、一或多個泵以及熱電偶來控制加熱及/或冷卻的流體源。例如在圖1中，可以使用溫控流體供應部62、泵64和閥68將高於或低於作用流體溫度之預定溫度的流體供應到流體通道40。
可以設置一或多個線圈50 以向基部32 供應熱能。連接器52可以從基部32的徑向內部連接到與台座之外周緣相鄰之一或多個線圈50。氣體（「背側氣體」）可以經由通道60被供應到擱置在台座12 上的基板。升降銷組件（未示出）可以用於從台座12提升基板。
在操作中，蒸氣腔室14係包圍著作用流體。例如，可以藉由該加熱的流體源供應另一個比蒸氣腔室14之下表面22熱的流體至流體通道40。流體通道40中的流體便供應熱能至蒸氣腔室14之下表面22。蒸氣便會在蒸氣腔室14內均勻散出，並在較低溫度之較冷表面上凝結。此作用會增加這些較冷表面的溫度。同時，毛細結構26上的作用流體會取代蒸發的作用流體。在該範例中，該作用流體的加熱作用將傾向於使蒸氣腔室14中的所有表面具有更均勻的溫度。
吾人可以理解，蒸氣腔室14也可以執行冷卻。在此應用中，毛細結構係佈置在蒸氣腔室的頂表面上而不是底表面上。例如，可以藉由冷卻的流體源供應另一個比蒸氣腔室14之下表面22冷的流體至流體通道40。流體通道40中的流體便使蒸氣腔室14之下表面22冷卻。位於蒸氣腔室14之下表面22上的作用流體便凝結而成為液體。此液體係透過毛細作用而移動到蒸氣腔室14中之較熱表面上，並在處於較高溫度的較熱表面上蒸發。此作用會降低這些較熱表面的溫度。同時，毛細結構26上的作用流體會取代蒸發的作用流體。在該範例中，該作用流體的冷卻作用將傾向於使蒸氣腔室14中的所有表面具有更均勻的溫度。
根據本揭露內容，其係透過在以高速率傳導熱的台座12 的表面下方創建一個非常高之導熱率的密封蒸氣腔室來實現台座表面上的溫度均勻性。僅舉例來說，熱可在8,000-20,000瓦 每公尺開爾文（W / mK）的速率下傳導。請注意，鋁的傳導率為〜200 W / mK 。
在使用上，攜帶熱能的蒸氣會自動沉積在蒸氣腔室內的較低溫度的表面上，或者甚至是表面的一部分上，從而形成被動且連續地尋求熱均勻性的系統。作用流體（例如水、酒精或其他流體）可以變化，以使其適合於台座及/或用於製造蒸氣腔室的材料所需的溫度範圍。因此減少或消除了對許多加熱區的需求。
以上描述本質上僅是說明性的，絕不旨在限制本揭露內容、其應用或用途。本揭露內容的廣泛教示可以以多種形式實現。因此，儘管本揭露內容包含特定範例，但是本揭露內容的真實範圍不應受到如此限制，因為在研究附圖、說明書和所附申請專利範圍之後，其他修改將變得顯而易見。如本文所使用的，用語A、B和C中的至少一個應使用非排他性的邏輯「或（OR）」來解釋為表示邏輯（A或B或C）。吾人應當理解，在不改變本揭露內容的原理的情況下，可以以不同的順序（或同時）執行方法內之一或多個步驟。
10:台座溫度控制系統 12:台座 14:蒸氣腔室 15:蒸氣腔室凹穴 20:上表面 22:下表面 24:側壁 26:毛細結構 32:基部 40,40-1,40-2,40-P:流體通道 44:蓋 50:線圈 52:連接器 60:通道 62:溫控流體供應部 64:泵 68:閥
透過詳細描述以及附圖，將更加全面地理解本揭露內容，其中：
圖1 係根據本揭露內容之包含蒸氣腔室之台座的部分透視圖;
圖2 係根據本揭露內容之包含蒸氣腔室之台座的橫剖視圖；以及
圖3 係根據本揭露內容之包含蒸氣腔室之台座的部分橫剖面圖。
在附圖中，附圖標記可以重複使用以識別相似和/或相同的元件。
10:台座溫度控制系統
12:台座
14:蒸氣腔室
15:蒸氣腔室凹穴
20:上表面
22:下表面
24:側壁
26:毛細結構
32:基部
40,40-1,40-2,40-P:流體通道
44:蓋
50:線圈
52:連接器
60:通道
62:溫控流體供應部
64:泵
68:閥

Claims (32)

  1. 一種用於基板處理系統之基板支架，其包含： 一台座，包含一上表面及一下表面； 一基部板; 以及 配置於該台座及該基部板之間的一蒸氣腔室，其界定一蒸氣腔室凹穴並包含配置於該蒸氣腔室凹穴內之表面上的複數毛細結構。
  2. 如請求項1之用於基板處理系統之基板支架，其中該基部板包含流體通道而與該蒸氣腔室之下表面熱連通。
  3. 如請求項2之用於基板處理系統之基板支架，其中該流體通道係佈置成螺旋圖案。
  4. 如請求項3之用於基板處理系統之基板支架，其中更包含佈置在鄰接於該蒸氣腔室之該下表面的該流體通道上方的一蓋。
  5. 如請求項2之用於基板處理系統之基板支架，其中一作用流體係位於該蒸氣腔室中，該複數毛細結構係佈置於該蒸氣腔室之該下表面上，且進一步包含一流體供應部，其用以供應具有比該作用流體溫度更高的一流體至該流體通道，以使該複數毛細結構上之該作用流體蒸發並凝結於該蒸氣腔室凹穴之較冷表面上。
  6. 如請求項2之用於基板處理系統之基板支架，其中一作用流體係位於該蒸氣腔室中，該複數毛細結構係佈置於該蒸氣腔室之一上表面上，且來自該台座的熱能會使得該複數毛細結構上之該作用流體蒸發並凝結於該蒸氣腔室凹穴之較冷表面上。
  7. 如請求項6之用於基板處理系統之基板支架，其中更包含一流體供應部，用以供應具有比該作用流體溫度較低的一流體至該流體通道。
  8. 如請求項1之用於基板處理系統之基板支架，其中該複數毛細結構係佈置於該蒸氣腔室凹穴之下表面、上表面及側壁至少其中之一上。
  9. 如請求項1之用於基板處理系統之基板支架，其中該蒸氣腔室執行加熱，且該複數毛細結構係佈置於該蒸氣腔室之下表面上。
  10. 如請求項1之用於基板處理系統之基板支架，其中該蒸氣腔室執行冷卻，且該複數毛細結構係佈置於該蒸氣腔室之上表面上。
  11. 如請求項1之用於基板處理系統之基板支架，其中該複數毛細結構利用毛細作用移動該蒸氣腔室凹穴中之作用流體。
  12. 如請求項1之用於基板處理系統之基板支架，其中該複數毛細結構包含芯吸材料而利用毛細作用移動該蒸氣腔室凹穴中之作用流體。
  13. 如請求項1之用於基板處理系統之基板支架，其中該複數毛細結構包含織物而利用毛細作用移動該蒸氣腔室凹穴中之作用流體。
  14. 如請求項1之用於基板處理系統之基板支架，其中該複數毛細結構包含燒結粉末材料而利用毛細作用移動該蒸氣腔室凹穴中之作用流體。
  15. 如請求項1之用於基板處理系統之基板支架，其中該複數毛細結構包含溝槽式材料而利用毛細作用移動該蒸氣腔室凹穴中之作用流體。
  16. 一種用於基板處理系統之基板支架的蒸氣腔室，其包含： 一主體，包含界定一蒸氣腔室凹穴的上表面、下表面及側壁；以及 複數毛細結構，佈置於該蒸氣腔室凹穴內之上表面、下表面及側壁至少其中之一上， 其中該蒸氣腔室係用以配置於一台座與該基板支架之一基部板之間。
  17. 如請求項16之用於基板處理系統之基板支架的蒸氣腔室，其中： 一作用流體係位於該蒸氣腔室中， 該蒸氣腔室供應熱能至該台座，以及 該複數毛細結構係佈置於該蒸氣腔室之下表面上，以蒸發該作用流體並使該作用流體凝結於該蒸氣腔室凹穴內之較冷表面上。
  18. 如請求項16之用於基板處理系統之基板支架的蒸氣腔室，其中： 一作用流體係位於該蒸氣腔室中， 該蒸氣腔室執行對該台座之冷卻，以及 該複數毛細結構係佈置於該蒸氣腔室之上表面上，以使該作用流體蒸發並使該作用流體凝結於該蒸氣腔室凹穴內之較冷表面上。
  19. 如請求項16之用於基板處理系統之基板支架的蒸氣腔室，其中該複數毛細結構包含芯吸材料而利用毛細作用移動該蒸氣腔室凹穴中之作用流體。
  20. 如請求項16之用於基板處理系統之基板支架的蒸氣腔室，其中該複數毛細結構包含織物而利用毛細作用移動該蒸氣腔室凹穴中之作用流體
  21. 如請求項16之用於基板處理系統之基板支架的蒸氣腔室，其中該複數毛細結構包含燒結粉末材料而利用毛細作用移動該蒸氣腔室凹穴中之作用流體。
  22. 如請求項16之用於基板處理系統之基板支架的蒸氣腔室，其中該複數毛細結構包含溝槽式材料而利用毛細作用移動該蒸氣腔室凹穴中之作用流體。
  23. 一種用於基板處理系統之基板支架的製造方法，其步驟包含： 界定位於一蒸氣腔室主體內的蒸氣腔室凹穴； 將複數毛細結構佈置於該蒸氣腔室凹穴內之表面上；以及 將該蒸氣腔室主體佈置於一台座與一基部板之間。
  24. 如請求項23之用於基板處理系統之基板支架的製造方法，其步驟更包含界定位於該基部板中之流體通道，其中該流體通道係與該蒸氣腔室主體之下表面熱連通。
  25. 如請求項24之用於基板處理系統之基板支架的製造方法，其步驟更包含將該流體通道佈置成一螺旋圖案。
  26. 如請求項25之用於基板處理系統之基板支架的製造方法，其步驟更包含在鄰接於該蒸氣腔室之該下表面的該流體通道上方佈置一蓋。
  27. 如請求項24之用於基板處理系統之基板支架的製造方法，其步驟更包含： 將該複數毛細結構佈置於該蒸氣腔室之下表面上；以及 在該蒸氣腔室主體內供應作用流體。
  28. 如請求項24之用於基板處理系統之基板支架的製造方法，其步驟更包含： 將該複數毛細結構佈置於該蒸氣腔室之上表面上；以及 在該蒸氣腔室主體內供應作用流體。
  29. 如請求項23之用於基板處理系統之基板支架的製造方法，其中該複數毛細結構包含芯吸材料而利用毛細作用移動該蒸氣腔室凹穴中之作用流體。
  30. 如請求項23之用於基板處理系統之基板支架的製造方法，其中該複數毛細結構包含織物而利用毛細作用移動該蒸氣腔室凹穴中之作用流體。
  31. 如請求項23之用於基板處理系統之基板支架的製造方法，其中該複數毛細結構包含燒結粉末材料而利用毛細作用移動該蒸氣腔室凹穴中之作用流體。
  32. 如請求項23之用於基板處理系統之基板支架的製造方法，其中該複數毛細結構包含溝槽式材料而利用毛細作用移動該蒸氣腔室凹穴中之作用流體。
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