TW202324572A - 控制噴淋頭冷卻之熱傳導性調制 - Google Patents

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約翰 Ｂ 阿列西
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Abstract

用於基板處理系統中之噴淋頭的冷卻板包含界定通過該冷卻板之一第一路徑的一第一部分。該第一部分包含一第一入口與一第一出口，該第一入口設置成接收一第一流體的流，該第一出口係與該第一入口流體連通。該第一路徑係與該第一入口及該第一出口流體連通。該冷卻板包含界定通過該冷卻板之一第二路徑的一第二部分。該第二部分包含一第二入口與一第二出口，該第二入口設置成接收一第二流體的流，該第二出口係與該第二入口流體連通，該第二路徑係與該第二入口及該第二出口流體連通，且該第二路徑不與該第一路徑、該第一入口、以及該第一出口流體連通。

Description

控制噴淋頭冷卻之熱傳導性調制
本揭露內容係關於冷卻基板處理系統中之噴淋頭。
在此提供的先前技術說明係為了大致呈現本揭露內容背景之目的。在該先前技術段落中所述之目前列名發明人之工作、以及不可以其他方式認定為申請時之先前技術的實施態樣敘述皆不被明示或暗示地承認為針對本揭露內容之先前技術。
基板處理系統一般包含複數處理腔室(亦稱為處理模組)，以執行基板(例如半導體晶圓)的沉積、蝕刻、以及其他處理。可在基板上所執行之製程的範例包含但不限於電漿增強化學氣相沉積(PECVD，plasma enhanced chemical vapor deposition)、化學增強電漿氣相沉積(CEPVD，chemically enhanced plasma vapor deposition)、濺射物理氣相沉積(PVD，physical vapor deposition)、原子層沉積(ALD，atomic layer deposition)、以及電漿增強ALD(PEALD，plasma enhanced ALD)。可在基板上所執行之製程的額外範例包含但不限於蝕刻(例如化學蝕刻、電漿蝕刻、反應性離子蝕刻等等)、以及清理製程。
在處理期間，將基板安置在位於基板處理系統之處理腔室中的基板支架(例如底座、靜電夾頭(ESC，electrostatic chuck)等等)上。在沉積期間，將包含一或更多前驅物的氣體混合物導入到處理腔室中並且觸發電漿以啟動化學反應。在蝕刻期間，將包含蝕刻氣體的氣體混合物導入到處理腔室中，並且觸發電漿以啟動化學反應。藉由將清理氣體供應到處理腔室中並且觸發電漿，以定期清理處理腔室。在沉積、蝕刻、以及清理期間，使用例如噴淋頭的氣體分配裝置，將氣體混合物以及清理氣體供應到處理腔室。
一種用於基板處理系統中之噴淋頭的冷卻板包含界定通過該冷卻板之一第一路徑的一第一部分。該第一部分包含一第一入口與一第一出口，該第一入口設置成接收一第一流體的流，該第一出口係與該第一入口流體連通。該第一路徑係與該第一入口及該第一出口流體連通。該冷卻板包含界定通過該冷卻板之一第二路徑的一第二部分。該第二部分包含一第二入口與一第二出口，該第二入口設置成接收一第二流體的流，該第二出口係與該第二入口流體連通，該第二路徑係與該第二入口及該第二出口流體連通，且該第二路徑不與該第一路徑、該第一入口、以及該第一出口流體連通。
在其他特徵中，該第二部分包含一第一表面與一第二表面，且該第二路徑係界定在該第一表面與該第二表面之間。該第二路徑係蜿蜒的。該冷卻板更包含第一組鰭片與第二組鰭片，該第一組鰭片係從該第一表面朝向該第二表面延伸，該第二組鰭片係從該第二表面朝向該第一表面延伸，其中該第一組鰭片與該第二組鰭片界定一蜿蜒路徑。該第一組鰭片不接觸該第二表面，且該第二組鰭片不接觸該第一表面。該第一組鰭片係與該第二組鰭片交錯排列。該第一組鰭片與該第二組鰭片不使該第一表面連接至該第二表面。該蜿蜒路徑係設置成使該第二流體輪流在從該第一表面朝向該第二表面的一第一方向上以及在從該第二表面朝向該第一表面的一第二方向上流動。
在其他特徵中，一種冷卻組件包含該冷卻板以及該噴淋頭。該冷卻板的該第二部分係與該噴淋頭直接接觸。
一種用於基板處理系統的冷卻組件包含一冷卻板。該冷卻板包含界定通過該冷卻板之一第一路徑的一第一部分，該第一部分包含一第一入口與一第一出口，該第一入口設置成接收一第一流體的流，該第一出口係與該第一入口流體連通，該第一路徑係與該第一入口及該第一出口流體連通，且該冷卻板包含一第二部分。該冷卻組件包含一噴淋頭，該第二部分係位在該冷卻板的該第一部分與該噴淋頭之間，且該第二部分設置成在該冷卻板的該第一部分與該噴淋頭之間提供熱傳遞。一充氣部係界定在下列至少一處：在該第二部分中、在與該第二部分接觸之該噴淋頭的一部分中、以及在該第二部分與該噴淋頭之間。該充氣部界定通過該冷卻板以及該噴淋頭之其中至少一者的一第二路徑，該充氣部係與一第二入口及一第二出口流體連通，該第二入口設置成接收一第二流體的流，且其中該充氣部不與該第一路徑、該第一入口、以及該第一出口流體連通。
在其他特徵中，該充氣部係界定在該第二部分中。該充氣部係界定在該噴淋頭中。該充氣部係界定在該第二部分與該噴淋頭之間。該充氣部係界定在位於該第二部分與該噴淋頭之間的一熱傳遞板中。
一種用以冷卻基板處理系統之噴淋頭的系統包含：一冷卻板；一第一入口及一第一出口，與一冷媒組件流體連通；一第一路徑，經界定通過該冷卻板，與該第一入口及該第一出口流體連通，並且設置成接收來自該冷媒組件之一液態冷媒的流；一第二入口及一第二出口，與一熱傳遞氣體組件流體連通；以及一第二路徑，經界定通過該冷卻板，並且與該熱傳遞氣體組件流體連通。該第二路徑設置成接收來自該熱傳遞氣體組件之一熱傳遞氣體的流。該第二路徑不與該第一路徑流體連通。
在其他特徵中，該系統更包含該噴淋頭。該冷卻板包含一第一部分與一第二部分。該第二部分係位在該第一部分與該噴淋頭之間並且與該噴淋頭接觸。該第一路徑係界定在該第一部分中，且該第二路徑係界定在該第二部分中。該第二路徑界定通過該第二部分的一蜿蜒路徑。
由詳細說明、請求項以及圖式，本揭露內容之其他領域的可應用性將變得顯而易見。詳細說明與具體範例僅係為了例示之目的而提出，並非意指限制本揭露內容的範圍。
例如噴淋頭的氣體分配裝置可包含加熱及/或冷卻裝置，以在處理期間控制噴淋頭的溫度。舉例而言，在例如PECVD的某製程期間，將RF功率供應到位在噴淋頭內的電極以產生電漿。RF功率、由該RF功率所產生的電漿、以及來自基板支架(例如底座、靜電夾頭等等)的熱會加熱噴淋頭。因此，冷卻裝置(例如一或更多冷卻板)可耦接至噴淋頭以冷卻噴淋頭。在某些範例中，使冷卻流體(例如水)流過冷卻板以冷卻噴淋頭。
相反地，其他類型的製程可能不會加熱噴淋頭。例如，相較於沉積或蝕刻製程，清理製程可與明顯較低的熱負載相關。然而，冷卻裝置(例如含有水或另一冷卻流體的冷卻板)仍可在清理製程期間耦接至噴淋頭。因此，在清理製程期間，可使用加熱器來加熱噴淋頭，以補償由冷卻裝置所提供的冷卻。對噴淋頭進行加熱以抵消由冷卻板所提供的冷卻負載會消耗功率並且增加操作與製造複雜性。
依照本揭露內容的噴淋頭冷卻系統與方法實施具有多個(例如，二或更多)獨立流體路徑或空腔的冷卻板組件，該等獨立流體路徑或空腔係設置成使不同熱傳遞流體流過冷卻板。例如，第一路徑係界定在冷卻組件內，以在第一製程或第一組製程(例如沉積及/或蝕刻)期間，使第一流體(例如水)流過冷卻板，進而冷卻噴淋頭。第二路徑，其獨立於第一路徑(即，不與第一路徑流體連通)，係界定在冷卻組件內，以在第一製程或第一組製程期間而非在第二製程(例如清理製程)期間，將第二流體(例如具有高熱傳導性的熱傳遞氣體，如氦)提供至冷卻板。相反地，在第二製程期間，將第二流體從第二路徑吹除及/或將具有比第二流體更低之熱傳導性的第三流體供應至第二路徑。
因此，在需要噴淋頭冷卻的製程期間，在冷卻板與噴淋頭之間實現較高的熱傳導性。相反地，在不需要噴淋頭冷卻的製程期間，在冷卻板與噴淋頭之間實現較低的熱傳導性。
參考圖1來說明基板處理系統100的一範例，於其中，處理腔室包含噴淋頭。可將依照本揭露內容的冷卻組件使用在於其中處理腔室包含噴淋頭的此種以及任何其他基板處理系統中。本揭露內容之教示並不限於冷卻噴淋頭，而是可使用冷卻組件來冷卻任何結構或裝置。又，本揭露內容之教示並非僅限於提供冷卻，而是可使用該等教示以藉由使加熱流體替代冷卻流體流過冷卻組件來提供加熱而替代冷卻。
現在參考圖1，包含處理腔室102之基板處理系統100的一範例係設置成產生電容耦合式電漿。處理腔室102包圍基板處理系統100的其他構件並且容納RF電漿(若有使用的話)。處理腔室102包含上電極104以及靜電夾頭(ESC)106或其他類型的基板支架。在操作期間，將基板108安置在ESC 106上。
舉例而言，上電極104可包含氣體分配裝置，例如噴淋頭110，其引進並且分配處理氣體。噴淋頭110可包含桿部，該桿部具有連接至處理腔室102之頂表面的一端。噴淋頭110的底部大致為圓柱形，並且在與處理腔室102之頂表面隔開的一位置處從桿部的一相反端朝外徑向延伸。噴淋頭110之底部的面向基板表面或面板包含複數孔洞，經蒸發之前驅物、處理氣體、清理氣體、或吹掃氣體流過該複數孔洞。
ESC 106包含作為下電極的底板112。底板112支撐加熱板114，該加熱板可對應於陶瓷多區加熱板。抗熱層116可安置在加熱板114與底板112之間。底板112可包含用以使冷媒流過底板112的一或更多通道118。
若使用電漿的話，RF產生系統(或RF源)120產生RF電壓並且將其輸出至上電極104與下電極(例如ESC 106的底板112)之其中一者。上電極104與底板112之其中另一者可為DC接地、AC接地、或浮動。例如，RF產生系統120可包含產生RF功率的RF產生器122，該RF功率係由匹配與分配網路124饋送至上電極104或底板112。在其他範例中，雖然未顯示，但電漿可被感應地或遠端地產生，然後被供應至處理腔室102。
氣體輸送系統130包含一或更多氣體源132-1、132-2、…、以及132-N(統稱為氣體源132)，其中，N為大於零的整數。氣體源132係藉由閥134-1、134-2、…、以及134-N(統稱為閥134)與質量流量控制器136-1、136-2、…、以及136-N(統稱為質量流量控制器136)而連接至歧管140。蒸氣輸送系統142將經蒸發之前驅物供應至與處理腔室102連接的歧管140或另一歧管(未顯示)。將歧管140的輸出物饋送至處理腔室102。氣體源132可供應處理氣體、清理氣體、及/或吹掃氣體。
溫度控制器150可連接至安置在加熱板114中的複數熱控制元件(TCE，thermal control element)152。溫度控制器150可用以控制複數TCE 152，進而控制ESC 106與基板108的溫度。溫度控制器150可與冷媒組件154進行通信，以控制通過通道118的冷媒流動。例如，冷媒組件154可包含冷媒幫浦、貯槽、以及一或更多溫度感測器(未顯示)。溫度控制器150操作冷媒組件154，以選擇性地使冷媒流過通道118而到達ESC 106。閥156與幫浦158可用以將反應物從處理腔室102排出。系統控制器160控制基板處理系統100的構件。
依照本揭露內容的冷卻組件200(以下對其進行更詳細的說明)係附接於噴淋頭110。冷媒組件154(或單獨的冷媒組件)將第一流體(例如冷媒，如水)供應至界定在冷卻組件200內的第一路徑。第一流體可為供應至底板112之通道118的相同冷媒或者可為不同冷媒。例如，冷媒組件154可相當於設置成將相同或不同流體提供至個別位置的多個幫浦、貯槽、歧管等等。同樣地，冷媒組件154(或單獨的組件)將一或更多第二流體(例如熱傳遞氣體)供應至界定在冷卻組件200內的第二路徑。
現在參考圖2A，更詳細地顯示依照本揭露內容之用於噴淋頭204之冷卻組件200的一範例。冷卻組件200包含單一的冷卻板208，該冷卻板具有配置在噴淋頭204之桿220上方並且與其熱接觸的第一(例如，上)部分212以及第二(例如，下)部分216。舉例而言，冷卻板208係由具有高熱傳導性的材料所構成，例如鋁、銅等等。第一部分212與第二部分216可由相同或不同材料所構成。第一部分212可具有比第二部分216更大的直徑。
雖然顯示為包含單一的冷卻板208，但在其他範例中，冷卻組件200可包含多個冷卻板。在某些範例中，噴淋頭204(例如，桿220)可包含設置成加熱噴淋頭204的一或更多加熱器222。第一部分212與第二部分216可一體形成或個別形成(即，由單一塊體加工而成，或者個別地形成並且硬焊(brazed)在一起)。在某些範例中，第一部分212與第二部分216係被分開地附接，以使第一部分212或第二部分216可被個別地移除，以進行替換、維修、清理等等。
冷卻組件200係設置成在冷卻板208與噴淋頭204之間提供多個層級或級段的熱傳導性(即，可調整的熱傳導性)。舉例而言，第一部分212界定用於流過冷卻板208之冷媒(例如水)的第一通道或路徑224(或第一組通道或路徑)。在一範例中，冷媒組件228將冷媒供應至第一部分212的第一入口232。冷的冷媒流入第一入口232中，吸取來自第一部分212的熱，並且以熱的冷媒之狀態從第一出口236離開第一部分212。熱的冷媒返回到冷媒組件228而被重新冷卻。以此方式，第一路徑224設置成使冷媒流過第一部分212，以冷卻噴淋頭204。
可在需要冷卻的製程(例如沉積以及蝕刻)以及不需要冷卻的製程(例如清理)期間，使冷媒流過第一部分212。例如，選擇性地中斷通過第一部分212之冷媒的流可能係不可行的，或者冷媒組件228與相關之控制可能不被設置成中斷通過第一部分212之冷媒的流。換言之，當冷卻並非必要或並非期望時，冷媒可能會持續吸取來自第一部分212的熱，並且將冷卻負載施加至噴淋頭204。
第二部分216界定用於流過冷卻板208之熱傳遞流體的第二通道或路徑240(或第二組通道或路徑)。第二路徑240係獨立於第一路徑224。換言之，第二路徑240不與第一路徑224流體連通。因此，從冷媒組件228供應至第一路徑224的冷媒不被供應至第二路徑240。相反地，供應至第二路徑240的熱傳遞流體不被供應至第一路徑224。
熱傳遞流體可包含熱傳遞氣體(例如氦、氬等等)或熱傳遞液體(例如氟化熱傳遞液體、液態鉀等等)。作為一範例，熱傳遞氣體組件244選擇性地將熱傳遞氣體供應至第二部分216的第二入口248。熱傳遞氣體流入第二入口248，並且從第二出口252離開第二部分216而返回到熱傳遞氣體組件244。
熱傳遞氣體可僅被選擇性地供應至第二部分216。換言之，熱傳遞氣體可在需要冷卻噴淋頭204的某些製程(例如沉積、蝕刻等等)期間被供應，並且不在不期望冷卻的製程(例如清理)期間被供應。熱傳遞氣體可在所選擇的製程期間持續流過第二路徑240，或者被供應至第二路徑240而以熱傳遞氣體來充填第二部分216。在某些範例中，可改變供應至第二路徑240之熱傳遞氣體的壓力，以提供期望的熱傳遞值(heat transfer value)。
在不期望冷卻噴淋頭204的製程中，抽出及/或替換第二路徑240中的熱傳遞氣體。例如，熱傳遞氣體組件244設置成吹掃第二路徑240以移除熱傳遞氣體。在某些範例中，熱傳遞氣體組件244將第二路徑240抽至真空。在其他範例中，熱傳遞氣體組件244以具有比熱傳遞氣體更低之熱傳導性的另一氣體(例如空氣)來替換熱傳遞氣體。以此方式，可控制(即，改變)第二部分216的熱傳導性。換言之，當期望冷卻噴淋頭204並且以熱傳遞氣體來充填第二部分216及/或使熱傳遞氣體流動時，第二部分216具有第一熱傳導性。相反地，當不將熱傳遞氣體供應至第二部分216時，第二部分216具有低於第一熱傳導性的第二熱傳導性。
如圖2A所示並且如圖2B與2C中之平面(俯視)圖所示，第二路徑240係設置成使表面積增至最大，並且同時使第二部分216內的容積降至最小。例如，第二路徑240界定通過第二部分216的蜿蜒(serpentine)或曲折(tortuous)路徑。在一範例中，第一組鰭片256(或一連續鰭片或凸緣)從第二部分216的第一(例如，上)表面260朝下延伸。第二組鰭片264(或一連續鰭片或凸緣)從第二部分216的第二(例如，下)表面268朝上延伸。第一鰭片256與第二鰭片264係呈交錯排列(interleaved)或指叉排列(interdigitized)，以形成第二路徑240。第一鰭片256與第二鰭片264可被加工到第二部分216中、使用積層製造(additive manufacturing)加以形成、硬焊到第二部分216中等等。
如圖2B所示，第一鰭片256與第二鰭片264係以大致上筆直的配置延伸橫越第二部分216，但可使用其他合適的形狀與配置。在此配置中，如圖2A中之箭頭所指示，第一鰭片256與第二鰭片264引導熱傳遞氣體沿著第二路徑240向上與向下。舉例而言，如圖2C所示，第一鰭片256與第二鰭片264具有互補的螺旋形狀。在這些範例中，第一表面260(例如冷側)與第二表面268(例如熱側)彼此並未直接實體接觸。換言之，第一鰭片256並未與第二表面268直接實體熱接觸。同樣地，第二鰭片264並未與第一表面260直接實體熱接觸。因此，當熱傳遞氣體不存在於第二部分216內時，使第一表面260與第二表面268之間的熱傳導性降至最小。
圖3A顯示冷卻組件200的另一範例。在此範例中，空隙或充氣部300係界定在第二部分216內。舉例而言，如圖所示，將充氣部300加工到第二部分216的第二表面268中。充氣部300可界定在第二部分216的第二表面268與桿220之間。雖然顯示為單一充氣部，但第二部分216可包含二或更多充氣部300。例如，第二部分216可包含呈垂直配置的二個充氣部300(即，一充氣部位於另一充氣部的上方)。在另一範例中，第二部分216可包含呈徑向配置的二或更多充氣部300。例如，該等充氣部可界定成在第二表面268中的二或更多同心環。
熱傳遞氣體組件244以如圖2A所描繪之類似方式選擇性地將熱傳遞氣體或液體供應至充氣部300。以此方式，可針對個別製程，控制並且改變冷卻板208與噴淋頭204之間的熱傳導性。
在圖3B所示之另一範例中，空隙或充氣部300係界定在噴淋頭204中。舉例而言，如圖所示，充氣部300係界定在桿220的上部分中。熱傳遞氣體組件244以如圖2A與3A所描繪之類似方式選擇性地將熱傳遞氣體或液體供應至充氣部300。以此方式，可針對個別製程，控制並且改變冷卻板208與噴淋頭204之間的熱傳導性。
在圖3C所示之另一範例中，空隙或充氣部300係界定在冷卻板208及噴淋頭204中並且位於兩者之間。舉例而言，如圖所示，充氣部300係界定在第二部分216的第二表面268中並且在桿220的上部分中。熱傳遞氣體組件244以如圖2A、3A、以及3B所描繪之類似方式選擇性地將熱傳遞氣體或液體供應至充氣部300。
在圖3D所示之另一範例中，充氣部300係界定在單獨的熱傳遞板304中，該熱傳遞板係配置在冷卻板208與噴淋頭204之間。舉例而言，熱傳遞板304包含例如銅、鋁等等的導熱材料，並且與冷卻板208的第二部分216及噴淋頭204的桿220直接實體接觸。熱傳遞氣體組件244以如圖2A、3A、3B、以及3C所描繪之類似方式選擇性地將熱傳遞氣體或液體供應至充氣部300。
在圖3E所示以及在圖3F中之平面(俯視)圖所示的另一範例中，一或更多充氣部300係界定在桿220的側壁308中。充氣部300可彼此流體連通，以便在將熱傳遞氣體供應至第二入口248時，以熱傳遞氣體填充每一充氣部300，進而增加噴淋頭204的熱傳導性。因此，熱傳遞氣體組件244以如圖2A、3A、3B、3C、以及3D所描繪之類似方式選擇性地將熱傳遞氣體或液體供應至充氣部300。
雖然如圖3B-3F所描繪，充氣部300係顯示配置在不同位置上，但在這些範例之任一者中，充氣部300可設置有圖2A中所描繪之第二路徑240。換言之，替代界定空隙，任一充氣部300可經設置以界定通過第二部分216、噴淋頭204之桿220、熱傳遞板304、以及其組合的曲折或蜿蜒路徑。
現在參考圖4，依照本揭露內容，系統400包含溫度控制器404(例如對應於圖1之溫度控制器150)，其設置成選擇性地將熱傳遞流體(例如氣體)供應至冷卻組件408。舉例而言，冷卻組件408包含冷卻板410，其具有第一部分412與第二部分416(例如對應於上述第一部分212與第二部分216)。如在下文中更詳細所述，溫度控制器404控制冷媒組件420以及熱傳遞氣體組件424，以將冷媒供應至第一部分412並且選擇性地將熱傳遞氣體供應至第二部分416，進而冷卻噴淋頭428。
現在參考圖5並且繼續參考圖4，顯示依照本揭露內容之用以控制冷卻組件408之熱傳導性的方法500。在該方法於504開始之前，可執行一或更多步驟。例如，可將基板安置於基板支架上、可在將基板安置於基板支架上之前及/或之後執行各種製程(在相同或不同處理腔室中)等等。
在508，方法500(例如溫度控制器404)控制冷媒組件420，以使冷媒(例如液態冷媒，如水)流過冷卻板410的第一部分412。在512，方法500(例如溫度控制器404)判斷是否將熱傳遞氣體充填及/或流動至冷卻板410的第二部分416。例如，溫度控制器404可判斷正在基板上執行哪種製程，並且基於所判斷之製程來判斷是否將熱傳遞氣體流動至第二部分416。若成立(if true)，則方法500繼續往516。若不成立(if false)，則方法500繼續往520。在不需要冷卻噴淋頭428的範例中，在522，方法500可以可選地將熱傳遞氣體從第二部分416吹除。
在516，方法500(例如溫度控制器404)控制往第二部分416之熱傳遞氣體的流。例如，溫度控制器404基於冷卻板410的期望熱傳導性來控制熱傳遞氣體組件424，進而控制熱傳遞氣體的流。可藉由控制供應至第二部分416之熱傳遞氣體的流率、壓力、類型等等，以調制冷卻板410的熱傳導性。換言之，不同的製程可具有不同的冷卻需求，並因此具有不同的期望熱傳導性。
在520，在基板上執行一製程(例如沉積、蝕刻、清理等等)。在某些範例中，冷卻板410的熱傳導性可在該製程期間加以調制(即，調節)。例如，溫度控制器404設置成調整供應至第二部分416之熱傳遞氣體的壓力及/或流量，以增加及/或減少冷卻板410的熱傳導性。舉例而言，溫度控制器404可響應噴淋頭428之經預估或經感測(例如，使用一或更多感測器)的溫度。在其他範例中，溫度控制器404可設置成控制一或更多加熱器，以加熱噴淋頭428。
在524，方法500判斷該製程是否完成。若成立，則方法500繼續往528。若不成立，則方法500繼續往520。在528，方法500判斷是否在基板上執行另一製程。若成立，則方法500繼續往512。若不成立，則方法500在532結束。
上述說明內容在本質上僅為例示性，並非意欲限制本揭露內容、其應用、或用途。本揭露內容的廣泛教示可以各種形式實施。因此，雖然本揭露內容包括特定的範例，但由於當研究圖式、說明書、與下列請求項時，其他修改將變得顯而易見，故本揭露內容之真實範圍不應如此受限。
應理解，在不改變本揭露內容之原理的情況下，方法中的一或更多步驟可以不同順序(或同時)執行。又，雖然實施例之每一者係於以上描述為具有某些特徵，但關於本揭露內容之任何實施例所述之該等特徵之任何一者或多者可在任何其他實施例中實施、及/或與其特徵組合(即使並未明確描述該組合)。換言之，所述實施例並非相互排斥，且一或更多實施例彼此的置換係在本揭露內容的範圍內。
在元件之間(例如，在模組、電路元件、半導體層等等之間)的空間與功能上的關係乃使用包括「連接」、「接合」、「耦接」、「鄰近」、「在…旁」、「在…之上」、「上方」、「下方」、以及「配置」之各種用語加以描述。除非明確地描述為「直接」，否則當在上述揭露內容中描述第一與第二元件之間的關係時，該關係可為在第一與第二元件之間不存在其他中介元件的直接關係，但亦可為在第一與第二元件之間存在一或更多中介元件(空間上或功能上)的間接關係。如在此所使用，詞組「A、B、以及C之至少一者」應解釋成意指使用非排除性邏輯OR之邏輯(A OR B OR C)，且不應解釋成意指「A之至少一者、B之至少一者、以及C之至少一者」。
在某些實施例中，控制器為系統的部分，該系統可為上述範例的部分。此種系統可包含半導體處理設備，其包含處理工具、腔室、處理用平台、及/或特定處理構件(晶圓底座、氣體流動系統等等)。這些系統可與電子元件整合在一起，該電子元件用以在處理半導體晶圓或基板之前、期間、以及之後，控制這些系統的操作。該電子元件可被稱為『控制器』，其可控制該系統的各種構件或子部件。
可根據處理需求及/或系統類型，將控制器程式化，以控制在此所揭露之任何製程，其包括處理氣體的輸送、溫度設定(例如，加熱及/或冷卻)、壓力設定、真空設定、功率設定、射頻(RF，radio frequency)產生器設定、RF匹配電路設定、頻率設定、流率設定、流體輸送設定、位置與操作設定、進入及離開與一特定系統連接或介接之一工具及其他搬運工具及/或負載室的晶圓搬運。
大致來說，控制器可被定義為具有各種積體電路、邏輯、記憶體、及/或軟體的電子元件，其接收指令、發出指令、控制操作、進行清理操作、進行終點測量等等。該積體電路可包含具有韌體形式而儲存有程式指令的晶片、數位信號處理器(DSP，digital signal processor)、被定義為特定用途積體電路(ASIC，application specific integrated circuits)的晶片、及/或執行程式指令(例如軟體)的一或更多微處理器、或微控制器。
程式指令可為以各種獨立設定值(或程式檔案)形式傳送至控制器的指令，以定義用以在半導體晶圓上或對一系統實現特定製程的操作參數。在某些實施例中，該等操作參數可為製程工程師所定義之配方的部分，以在晶圓之一或更多層、材料、金屬、氧化物、矽、二氧化矽、表面、電路、及/或晶粒的製造期間實現一或更多處理步驟。
在某些實施例中，控制器可為電腦的一部分或耦接至該電腦，該電腦係與該系統整合在一起、耦接至該系統、或網路連接至該系統、或為其組合。例如，控制器可位在「雲端(cloud)」中或為晶圓廠主電腦系統的全部或一部分，此可允許晶圓處理的遠端存取。該電腦可對該系統進行遠端存取，以監視製造操作的當前進度、檢查過去製造操作的歷史、從複數製造操作來檢查趨勢或性能指標、改變當前處理的參數、依當前處理來設定處理步驟、或開始新的製程。
在某些範例中，遠端電腦(例如伺服器)可透過網路將處理配方提供給系統，該網路可包含區域網路或網際網路。該遠端電腦可包含使用者介面，其可進行參數及/或設定值的輸入或程式化，這些參數及/或設定值之後從該遠端電腦傳送至該系統。在某些範例中，該控制器接收具有資料形式的指令，該指令規定待於一或更多操作期間執行之每一處理步驟的參數。應理解，該等參數可特定於待執行之製程的類型以及該控制器所介接或控制之工具的類型。
因此，如上所述，可以下列方式來分配該控制器：例如藉由包含以網路連接在一起並且為一共同目的(例如在此所述的製程與控制)而運作的一或更多分離控制器。為此種目的而分配的控制器之一範例可為在腔室上之一或更多積體電路，該積體電路係與遠端設置(例如平台等級或作為遠端電腦之部分)的一或更多積體電路通信，以聯合控制在腔室上的製程。
示範的系統可包含但不限於電漿蝕刻腔室或模組、沉積腔室或模組、旋轉清洗腔室或模組、金屬電鍍腔室或模組、清理腔室或模組、斜邊蝕刻腔室或模組、物理氣相沉積(PVD)腔室或模組、化學氣相沉積(CVD，chemical vapor deposition)腔室或模組、原子層沉積(ALD)腔室或模組、原子層蝕刻(ALE，atomic layer etch)腔室或模組、離子植入腔室或模組、塗佈顯影(track)腔室或模組、以及可聯合或用於半導體晶圓之加工及/或製造的任何其他半導體處理系統。
如上所述，根據待由該工具所執行的處理步驟，該控制器可與下列一或多者進行通信：其他工具電路或模組、其他工具構件、群集(cluster)工具、其他工具介面、相鄰工具、鄰近工具、設置遍佈於工廠的工具、主電腦、另一控制器、或用於原料運送而將晶圓容器運至與運離半導體製造廠中之工具位置及/或裝載通道的工具。
100:基板處理系統 102:處理腔室 104:上電極 106:靜電夾頭(ESC) 108:基板 110:噴淋頭 112:底板 114:加熱板 116:抗熱層 118:通道 120:RF產生系統 122:RF產生器 124:匹配與分配網路 130:氣體輸送系統 132-1、132-2、132-N:氣體源 134-1、134-2、134-N:閥 136-1、136-2、136-N:質量流量控制器 140:歧管 142:蒸氣輸送系統 150:溫度控制器 152:熱控制元件(TCE) 154:冷媒組件 156:閥 158:幫浦 160:系統控制器 200:冷卻組件 204:噴淋頭 208:冷卻板 212:第一部分 216:第二部分 220:桿 222:加熱器 224:第一路徑 228:冷媒組件 232:第一入口 236:第一出口 240:第二路徑 244:熱傳遞氣體組件 248:第二入口 252:第二出口 256:第一鰭片 260:第一表面 264:第二鰭片 268:第二表面 300:充氣部 304:熱傳遞板 308:側壁 400:系統 404:溫度控制器 408:冷卻組件 410:冷卻板 412:第一部分 416:第二部分 420:冷媒組件 424:熱傳遞氣體組件 428:噴淋頭 500:方法 504:開始 508:使冷媒流過冷卻板的第一部分 512:流動熱傳遞氣體 516:使熱傳遞氣體流過冷卻板的第二部分 520:在基板上執行製程 522:可選地吹除熱傳遞氣體 524:製程完成 528:執行另一製程 532:結束
本揭露內容將由詳細說明與附圖而變得更受到完整瞭解，其中：
圖1為依照本揭露內容之基板處理系統的一範例；
圖2A為依照本揭露內容之用於噴淋頭的示範冷卻組件；
圖2B為圖2A之冷卻組件之示範冷卻板的平面圖；
圖2C為圖2A之冷卻組件之另一示範冷卻板的平面圖；
圖3A-3E為依照本揭露內容之示範冷卻組件；
圖3F為圖3E之冷卻組件之噴淋頭之桿的平面圖；
圖4為依照本揭露內容之包含示範冷卻組件的系統；以及
圖5例示依照本揭露內容之用以控制用於噴淋頭之冷卻組件之熱傳導性之示範方法的步驟。
在圖式中，參考符號可重複使用以指示相似及/或相同的元件。
200:冷卻組件
204:噴淋頭
208:冷卻板
212:第一部分
216:第二部分
220:桿
222:加熱器
224:第一路徑
228:冷媒組件
232:第一入口
236:第一出口
240:第二路徑
244:熱傳遞氣體組件
248:第二入口
252:第二出口
256:第一鰭片
260:第一表面
264:第二鰭片
268:第二表面

Claims (20)

  1. 一種用於基板處理系統中之噴淋頭的冷卻板，該冷卻板包含： 一第一部分，界定通過該冷卻板的一第一路徑，其中該第一部分包含一第一入口與一第一出口，該第一入口設置成接收一第一流體的流，該第一出口係與該第一入口流體連通，且其中該第一路徑係與該第一入口及該第一出口流體連通；以及 一第二部分，界定通過該冷卻板的一第二路徑，其中該第二部分包含一第二入口與一第二出口，該第二入口設置成接收一第二流體的流，該第二出口係與該第二入口流體連通，其中該第二路徑係與該第二入口及該第二出口流體連通，且其中該第二路徑不與該第一路徑、該第一入口、以及該第一出口流體連通。
  2. 如請求項1所述之用於基板處理系統中之噴淋頭的冷卻板，其中該第二部分包含一第一表面與一第二表面，且該第二路徑係界定在該第一表面與該第二表面之間。
  3. 如請求項2所述之用於基板處理系統中之噴淋頭的冷卻板，其中該第二路徑係蜿蜒的。
  4. 如請求項3所述之用於基板處理系統中之噴淋頭的冷卻板，更包含第一組鰭片與第二組鰭片，該第一組鰭片係從該第一表面朝向該第二表面延伸，該第二組鰭片係從該第二表面朝向該第一表面延伸，其中該第一組鰭片與該第二組鰭片界定一蜿蜒路徑。
  5. 如請求項4所述之用於基板處理系統中之噴淋頭的冷卻板，其中該第一組鰭片不接觸該第二表面，且該第二組鰭片不接觸該第一表面。
  6. 如請求項4所述之用於基板處理系統中之噴淋頭的冷卻板，其中該第一組鰭片係與該第二組鰭片交錯排列。
  7. 如請求項4所述之用於基板處理系統中之噴淋頭的冷卻板，其中該第一組鰭片與該第二組鰭片不使該第一表面連接至該第二表面。
  8. 如請求項4所述之用於基板處理系統中之噴淋頭的冷卻板，其中該蜿蜒路徑係設置成使該第二流體輪流在從該第一表面朝向該第二表面的一第一方向上以及在從該第二表面朝向該第一表面的一第二方向上流動。
  9. 一種冷卻組件，其包含請求項1之該冷卻板以及該噴淋頭。
  10. 如請求項9所述之冷卻組件，其中該冷卻板的該第二部分係與該噴淋頭直接接觸。
  11. 一種用於基板處理系統的冷卻組件，該冷卻組件包含： 一冷卻板，包含 一第一部分，界定通過該冷卻板的一第一路徑，其中該第一部分包含一第一入口與一第一出口，該第一入口設置成接收一第一流體的流，該第一出口係與該第一入口流體連通，且其中該第一路徑係與該第一入口及該第一出口流體連通，以及 一第二部分； 一噴淋頭，其中該第二部分係位在該冷卻板的該第一部分與該噴淋頭之間，且其中該第二部分設置成在該冷卻板的該第一部分與該噴淋頭之間提供熱傳遞；以及 一充氣部，界定在下列至少一處：(i) 在該第二部分中、(ii) 在與該第二部分接觸之該噴淋頭的一部分中、以及(iii) 在該第二部分與該噴淋頭之間，其中該充氣部界定通過該冷卻板以及該噴淋頭之其中至少一者的一第二路徑，其中該充氣部係與一第二入口及一第二出口流體連通，該第二入口設置成接收一第二流體的流，且其中該充氣部不與該第一路徑、該第一入口、以及該第一出口流體連通。
  12. 如請求項11所述之用於基板處理系統的冷卻組件，其中該充氣部係界定在該第二部分中。
  13. 如請求項11所述之用於基板處理系統的冷卻組件，其中該充氣部係界定在該噴淋頭中。
  14. 如請求項11所述之用於基板處理系統的冷卻組件，其中該充氣部係界定在該第二部分與該噴淋頭之間。
  15. 如請求項14所述之用於基板處理系統的冷卻組件，其中該充氣部係界定在位於該第二部分與該噴淋頭之間的一熱傳遞板中。
  16. 一種用以冷卻基板處理系統之噴淋頭的系統，該系統包含： 一冷卻板； 一第一入口及一第一出口，與一冷媒組件流體連通； 一第一路徑，經界定通過該冷卻板，並且與該第一入口及該第一出口流體連通，其中該第一路徑設置成接收來自該冷媒組件之一液態冷媒的流； 一第二入口及一第二出口，與一熱傳遞氣體組件流體連通；以及 一第二路徑，經界定通過該冷卻板，並且與該熱傳遞氣體組件流體連通，其中該第二路徑設置成接收來自該熱傳遞氣體組件之一熱傳遞氣體的流，且其中該第二路徑不與該第一路徑流體連通。
  17. 如請求項16所述之用以冷卻基板處理系統之噴淋頭的系統，更包含該噴淋頭。
  18. 如請求項17所述之用以冷卻基板處理系統之噴淋頭的系統，其中該冷卻板包含一第一部分與一第二部分，且其中該第二部分係位在該第一部分與該噴淋頭之間並且與該噴淋頭接觸。
  19. 如請求項18所述之用以冷卻基板處理系統之噴淋頭的系統，其中該第一路徑係界定在該第一部分中，且該第二路徑係界定在該第二部分中。
  20. 如請求項19所述之用以冷卻基板處理系統之噴淋頭的系統，其中該第二路徑界定通過該第二部分的一蜿蜒路徑。
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