TW202413710A

TW202413710A - 利用整合式熱電冷卻系統的基板溫度控制

Info

Publication number: TW202413710A
Application number: TW112120805A
Authority: TW
Inventors: 田思源
Original assignee: 美商蘭姆研究公司
Priority date: 2022-06-07
Filing date: 2023-06-05
Publication date: 2024-04-01

Abstract

一種用於處理腔室中的基板支撐件之溫度控制系統，該溫度控制系統包含一歧管組件，其配置以從一冷卻劑組件的第一通道將在第一溫度的一液體冷卻劑供應至該處理腔室、從該冷卻劑組件的第二通道將在第二溫度的該液體冷卻劑供應至該處理腔室、及從該處理腔室將回流冷卻劑供應至該冷卻劑組件。一熱電模組，其設置在該歧管組件和該冷卻劑組件之間的一流動路徑中，該熱電模組配置以從該歧管組件接收該回流冷卻劑、對該回流冷卻劑進行加熱或冷卻中之一者、及將加熱過的回流冷卻劑和冷卻過的回流冷卻劑供應至該冷卻劑組件。

Description

利用整合式熱電冷卻系統的基板溫度控制

本揭露關於基板處理系統中的基板支撐件的溫度控制。

此處所提供之先前技術說明係為了大體上介紹本揭露內容之背景。在此先前技術章節所敘述之範圍內之本案列名之發明人的成果、以及在申請時不適格作為先前技術之說明書的實施態樣，皆非有意地或暗示地被承認為對抗本揭露內容之先前技術。

基板處理系統可被使用於處理例如半導體晶圓的基板。可在基板上執行的例示處理包括但不限於化學氣相沉積(CVD)、原子層沉積(ALD)、導體蝕刻、介電蝕刻、和/或其他蝕刻、沉積或清潔處理。可將基板設置於在基板處理系統之處理腔室中的諸如台座、靜電卡盤(ESC)等的基板支撐件上。在蝕刻期間，可將包括一或更多氣體的蝕刻氣體混合物引入處理腔室中，並且可使用電漿來引發化學反應。

一種用於處理腔室中的基板支撐件之溫度控制系統，該溫度控制系統包含一歧管組件，其配置以從一冷卻劑組件的第一通道將在第一溫度的一液體冷卻劑供應至該處理腔室、從該冷卻劑組件的第二通道將在第二溫度的該液體冷卻劑供應至該處理腔室、及從該處理腔室將回流冷卻劑供應至該冷卻劑組件。一熱電模組，其設置在該歧管組件和該冷卻劑組件之間的一流動路徑中，該熱電模組配置以從該歧管組件接收該回流冷卻劑、對該回流冷卻劑進行加熱或冷卻中之一者、及將加熱過的回流冷卻劑和冷卻過的回流冷卻劑供應至該冷卻劑組件。該熱電模組可為單級或多級熱電冷卻器。

在其他特徵中，該熱電模組包含第一傳導板，其耦合至該熱電模組的第一側，該第一傳導板包括與該歧管組件和該冷卻劑組件流體連通的第一冷卻劑通道，以從該歧管組件將該回流冷卻劑供應至該冷卻劑組件；及第二傳導板，其耦合至該熱電模組的第二側，該第二傳導板包括與該歧管組件和該冷卻劑組件流體連通的第二冷卻劑通道，以從該歧管組件將該回流冷卻劑供應至該冷卻劑組件。該冷卻劑組件包含一冷冷卻劑儲存器和一熱冷卻劑儲存器。該歧管組件從該冷冷卻劑儲存器供應在該第一溫度的該液體冷卻劑，並從該熱冷卻劑儲存器供應在該第二溫度的該液體冷卻劑。

在其他特徵中，該第一冷卻劑通道從該歧管組件將該回流冷卻劑供應至該冷冷卻劑儲存器，且該第二冷卻劑通道從該歧管組件將該回流冷卻劑供應至該熱冷卻劑儲存器。該歧管組件包含第一閥組件，其配置以從該冷冷卻劑儲存器將該液體冷卻劑供應至該處理腔室、第二閥組件，其配置以從該熱冷卻劑儲存器將該液體冷卻劑供應至該處理腔室、及第三閥組件，其配置以從該處理腔室將該回流冷卻劑供應至該熱電模組。該第三閥組件係配置成選擇性地將該回流冷卻劑供應至該第一傳導板和該第二傳導板中之一者。該第一閥組件、該第二閥組件、和該第三閥組件中之至少一者包含三通閥。

在其他特徵中，該溫度控制系統更包含一溫度控制器，該溫度控制器配置以控制該歧管組件以選擇性地控制該回流冷卻劑供應至該熱電模組，並且控制供應至該熱電模組的電壓以冷卻或加熱供應至該冷卻劑組件的該回流冷卻劑。該熱電模組位於該歧管組件的下方。該熱電模組橫向鄰近該歧管組件。

在其他特徵中，一種基板處理系統包含溫度控制系統，且更包含該冷卻劑組件。該冷卻劑組件位於一製造室的一樓板下方，且該熱電模組設置在該樓板上方。

一種用於處理腔室的溫度控制系統，該溫度控制系統包含一熱電模組，其設置在位於該處理腔室和一冷卻劑組件之間的一流動路徑中，該熱電模組配置以從該處理腔室接收回流冷卻劑、對該回流冷卻劑進行加熱或冷卻中之一者、及將加熱過的回流冷卻劑和冷卻過的回流冷卻劑供應至該冷卻劑組件。一溫度控制器，其配置以選擇性地控制該回流冷卻劑供應至該熱電模組，並且控制供應至該熱電模組的電壓以冷卻或加熱供應至該冷卻劑組件的該回流冷卻劑。

在其他特徵中，該熱電模組包含第一傳導板，其耦合至該熱電模組的第一側，該第一傳導板包括第一冷卻劑通道以將該回流冷卻劑供應至該冷卻劑組件；及第二傳導板，其耦合至該熱電模組的第二側，該第二傳導板包括第二冷卻劑通道以將該回流冷卻劑供應至該冷卻劑組件。該熱電模組從該第一傳導板將該回流冷卻劑供應至該冷卻劑組件的一冷冷卻劑儲存器，並從該第二傳導板將該回流冷卻劑供應至該冷卻劑組件的一熱冷卻劑儲存器。

在其他特徵中，溫度控制系統更包含一回流閥組件，其配置以從該處理腔室供應該回流冷卻劑至該熱電模組的該第一傳導板和該第二傳導板中之一者。該回流閥組件包含三通閥。該溫度控制器配置為控制該回流閥組件以選擇性地將該回流冷卻劑供應至該熱電模組的該第一傳導板或該第二傳導板。該溫度控制器配置為控制電壓供應至該熱電模組以選擇性地分別冷卻和加熱該第一傳導板和該第二傳導板內的該回流冷卻劑。

透過實施方式、申請專利範圍及圖式，本揭露內容之其它應用領域將變得顯而易見。實施方式及特定範例僅用於說明之目的，其用意不在於限制揭示內容之範圍。

冷卻系統可被配置為用冷卻劑流體冷卻諸如靜電卡盤(ESC)的基板支撐件。例如，諸如高壓冷卻氣體或諸多液體冷卻劑之類的冷卻劑流體流過基板支撐件的底板中的冷卻劑通道。由於機械限制，冷卻能力和溫度範圍可能受到限制。

例如，雙溫度控制系統可包含用於混合從冷卻劑組件供應到基板支撐件的熱和冷的冷卻劑的多個閥(例如，三通供應閥)和用於控制冷卻劑流動返回冷卻劑組件的回流閥。冷卻劑組件從相應的儲存器(例如，熱冷卻劑儲存器和冷冷卻劑儲存器)供應熱冷卻劑和冷冷卻劑兩者。經由回流閥從基板支撐件流回的冷卻劑(回流冷卻劑)與熱或冷的冷卻劑混合，然後供應到相應的儲存器。換言之，由於相同的回流冷卻劑被供應到兩個儲存器，所以回流冷卻劑在被供應到熱冷卻劑儲存器之前被加熱並且在被供應到冷冷卻劑儲存器之前被冷卻。

通常，回流冷卻劑的溫度(在被加熱或冷卻之前)和相應儲存器中的冷卻劑的溫度之間存在大的溫差。因此，冷卻劑組件需要顯著的加熱和冷卻能力，以提供所需的基板支撐件之溫度控制範圍(例如-60°C到80°C)以及回流冷卻劑溫度的充分平衡。然而，諸如功率要求、成本、佔地面積、和冷卻技術之類的約束限制了冷卻劑組件的溫度控制範圍。

根據本揭露的雙溫度控制系統包括熱電模組，該熱電模組被配置為加熱和冷卻回流冷卻劑並將加熱/冷卻的回流冷卻劑供應到冷卻劑組件內的相應儲存器。例如，熱電模組是單級或多級熱電冷卻器(TEC)。由於熱電模組調節回流冷卻劑的溫度，因此回流冷卻劑在被供應到冷卻劑組件之前不需要與熱或冷冷卻劑混合。因此，冷卻劑組件上的負載減小。

現在參照圖1，顯示例示性基板處理系統100。僅作為範例，基板處理系統100可用於執行需要溫度控制的基板處理(例如，使用RF電漿的低溫蝕刻)。基板處理系統100包括處理腔室102，該處理腔室102包圍基板處理系統100的部件並包含RF電漿。基板處理腔室102包括上電極104和基板支撐件106，例如ESC。在操作期間，基板108設置在基板支撐件106上。雖然顯示具體的基板處理系統100和處理腔室102作為範例，但本揭露的原理可應用於其他類型的基板處理系統和處理腔室，例如原位產生電漿或實現遠端電漿生成和輸送(例如，使用電漿管、微波管)的基板處理系統。

僅作為範例，上電極104可包括引入和分配製程氣體的氣體分配裝置，例如噴淋頭110。噴淋頭110可包括桿部，該桿部包括連接到處理腔室102的頂表面的一端。基底部分通常是圓柱形的，並且在與處理腔室的頂表面間隔開的位置處從桿部的相反端徑向地向外延伸。噴淋頭110的基底部分的面向基板表面或面板包括製程氣體或沖淨氣體流過的多個孔。或者，上電極104可包括導電板並且可以另一種方式引入製程氣體。

基板支撐件106包括導電並充當下電極的底板112。底板112支撐陶瓷層114。黏合層(例如，黏合劑和/或熱黏合層)116可設置在陶瓷層114和底板112之間。底板112可包括用於使冷卻劑流過底板112的一或更多冷卻劑通道118。基板支撐件106可包括設置成圍繞基板108的外圓周的邊緣環120。

RF產生系統122將RF電壓產生並輸出至上電極104和下電極(例如，基板支撐件106的底板112)之一者。上電極104和底板112中的另一者可為直流(DC)接地、交流(AC)接地、或浮接。在本範例中RF電壓被供應至下電極。僅作為範例，RF產生系統122可包括產生RF電壓的RF電壓產生器124，該RF電壓由匹配與分配網路126饋送到上電極104或底板112。在其他範例中，可感應地或遠端地產生電漿。雖然，如出於舉例之目的所示，RF產生系統122對應於電容耦合電漿(CCP)系統，但本揭露的原理也可在其他適合的系統中實現，例如(僅舉例而言)變壓器耦合電漿(TCP)系統、CCP陰極系統、遠端微波電漿產生和輸送系統等。

氣體輸送系統130包括一或更多氣體源132-1、132-2…、及132-N(統稱為氣體源132)，其中N是大於零的整數。氣體源供應一或更多蝕刻氣體及其混合物。氣體源還可供應載氣和/或沖淨氣體。也可使用汽化的前驅物。氣體源132透過閥134-1、134-2…、及134-N(統稱為閥134)、和質量流量控制器136-1、136-2…、及136-N(統稱為質量流量控制器136)連接到歧管140。歧管140的輸出饋送到處理腔室102。僅作為範例，歧管140的輸出被饋送到噴淋頭110。

溫度控制器142可與冷卻劑組件146連通以控制流過通道118的冷卻劑。根據本揭露的冷卻劑組件146被配置為雙通道冷卻器(例如，包括冷卻劑幫浦和相應的儲存器)，其經由歧管和閥將冷卻劑供應到冷卻劑通道118，如下文更詳細地描述。溫度控制器142操作冷卻劑組件146以選擇性地使冷卻劑流過通道118以冷卻基板支撐件106。熱電模組(圖1中未示出)被配置為加熱和冷卻從基板支撐件106流到冷卻劑組件146的回流冷卻劑。

閥150和幫浦152可用於從處理腔室102排出反應物。系統控制器160可用於控制基板處理系統100的部件。機器人170可用於將基板輸送到基板支撐件106上以及從基板支撐件106上移除基板。例如，機器人170可在基板支撐件106和負載鎖172之間傳送基板。儘管顯示為單獨的控制器，但是溫度控制器142可在系統控制器160內實施。

現在參照圖2A-2C，溫度控制系統(例如，雙溫度控制系統)200包括設置在冷卻劑組件208和處理腔室212(例如，處理站或模組)之間的歧管組件204。溫度控制系統200和歧管組件204將液體冷卻劑供應至基板支撐件(例如，台座的底板、ESC等)220的冷卻劑通道216。例如，處理腔室212被配置為對設置在基板支撐件220上的基板執行製程。根據本揭露的溫度控制系統200包括如下文更詳細描述的熱電組件224。

如圖所示，熱電組件224設置在歧管組件204和冷卻劑組件208之間、在製造室樓板226上方。在其他範例中，熱電組件224可設置在歧管組件204內或設置在具有歧管組件204的外殼中、在樓板226下方、在冷卻劑組件208內等。如圖2B所示，熱電組件224設置在樓板226下方。如圖2C所示，熱電組件224設置成鄰近(即橫向鄰近)歧管組件204。

冷卻組件208、歧管組件204、和熱電組件224被配置為提供基板支撐件220的精確冷卻(例如，在-60°C或以下到80°C的範圍內)，同時最小化回流冷卻劑和冷卻劑組件208內的冷卻劑之間的溫差。例如，冷卻劑組件208被配置為雙通道冷卻劑，其包括幫浦228和儲存不同溫度的液體的一或更多冷卻劑儲存器232。冷卻劑儲存器232中的第一者(例如，冷冷卻劑儲存器)可儲存保持在第一溫度範圍(例如從-60°C或以下到20°C)內的液體冷卻劑，而冷卻劑儲存器232的第二者(例如，熱冷卻劑儲存器)可儲存保持在第二溫度範圍(例如從20°C到80°C)內的液體冷卻劑。因此，冷卻劑組件208經由冷側(例如，包括冷供應和返回管道的冷或冷側通道234)和熱側(例如，包括熱供應和返回管道的熱或熱側通道236)向歧管組件204提供冷卻劑。

歧管組件204包括與冷通道供應管242和冷卻劑通道216的入口244流體連通的冷供應閥或閥組件240(例如，如圖所示的三通閥或閥的組合)。相反，歧管組件204包括與熱通道供應管250和冷卻劑通道216的入口244流體連通的熱供應閥或閥組件248(例如，如圖所示的三通閥或閥的組合)。回流閥或閥組件254(例如，如圖所示的三通閥或閥的組合)設置在冷通道回流管256、熱通道回流管258、和冷卻劑通道216的出口260之間並與它們流體連通。冷供應閥240和熱供應閥248還分別與冷通道回流管256和熱通道回流管258流體連通。儘管顯示為三通閥，但閥240、248、和254中的任一者都可用其他閥設置代替。例如，每個三通閥可用多個閥代替，該多個閥設置為分別向基板支撐件220供應液體冷卻劑和從基板支撐件220供應液體冷卻劑。

以此種方式，冷卻劑組件208通過冷供應閥240提供冷液體冷卻劑，並且冷液體冷卻劑(即，冷回流冷卻劑)通過回流閥254和熱電組件224返回到冷卻劑組件208。熱電組件224配置為冷卻冷回流冷卻劑並將冷回流冷卻劑供應到冷卻劑組件208。此外，冷供應閥240配置為選擇性地允許液體冷卻劑從冷卻劑組件208流動到冷供應閥240中，並返回到冷卻劑組件208中，以在冷液體冷卻劑未被供應到冷卻劑通道216時保持溫度和壓力一致性。

同樣地，冷卻劑組件208通過熱供應閥248提供熱液體冷卻劑，並熱液體冷卻劑(即，熱回流冷卻劑)通過回流閥254和熱電組件224返回到冷卻劑組件208。熱電組件224配置為加熱熱回流冷卻劑並將熱回流冷卻劑供應到冷卻劑組件208。此外，熱供應閥248配置為在熱液體冷卻劑未被供應到冷卻劑通道216時選擇性地允許液體冷卻劑從冷卻劑組件208流動到熱供應閥248中，並返回到冷卻劑組件208中。

溫度控制器264控制冷卻劑組件208和歧管組件204以將液體冷卻劑供應到基板支撐件220，從而將基板支撐件220維持在期望的溫度。例如，溫度控制器264通過控制閥240透過控制閥240和248而選擇性地經由冷通道234和/或熱通道236供應液體冷卻劑、混合來自冷通道234和熱通道236的液體冷卻劑等，從而維持期望的溫度。溫度控制器264還控制回流閥254以將回流冷卻劑供應到冷卻劑組件208。溫度控制器264控制熱電阻件224以選擇性地加熱或冷卻供應至冷卻劑組件208的回流冷卻劑，如下文更詳細地描述。

在一些範例中，歧管組件204可在處理期間被主動沖淨(例如，用壓縮乾燥空氣、諸如分子氮的沖淨氣體)以防止和/或去除歧管組件204內的冷凝物。例如，與歧管組件204的內部流體連通的沖淨組件(例如，沖淨氣體源、沖淨閥等)268被配置為選擇性地使沖淨氣體流動以沖淨冷凝物。沖淨組件268可響應於溫度控制器264、系統控制器160等。沖淨氣體和冷凝物經由與大氣連通的沖淨通風口或出口272從歧管組件排出。

圖3更詳細地顯示熱電組件224的範例。熱電組件224包括熱電模組300(例如，熱電冷卻器或TEC)。例如，熱電模組300是配置以根據珀耳帖效應(Peltier effect)運作的固態平面TEC。儘管顯示為單級TEC，但是熱電模組300可以被實施為多級TEC。第一電壓V1和第二電壓V2(例如，正DC電壓和負DC電壓)被施加到相應的導電電極或焊盤304(例如，銅焊盤)。電流通過設置在基板312和316(例如陶瓷基板)之間的一系列熱電半導體元件308，從熱電模組300的一側流到另一側。半導體元件308可以由熱電材料組成，包括但不限於碲化鉍(Bi ₂Te ₃)、碲化鉛(PbTe)、矽鍺(SiGe)、和鉍銻(Bi-Sb)。

相鄰對的半導體元件308包括N型和P型半導體元件。當電流流過半導體元件時(即，在N型和P型半導體元件之間交替)，基板312和316之一者被加熱，而另一個被冷卻。更具體地，基於流過半導體元件308的電流的方向，熱量從冷側基板(例如，基板312)流到熱側基板(例如，基板316)，或者反之亦然。反轉電流的極性會反轉熱流的方向。

熱電模組300連接到相應的傳導(例如，鋁)板320和324(例如，冷側板320和熱側板324)。例如，使用諸如矽酮黏合劑的導熱低模量黏合劑將傳導板320和324分別耦合至基板312和316。板320和324包括各自的冷卻劑通道328和332。例如，冷卻劑通道328和332與回流閥254流體連通以接收來自出口 260的回流冷卻劑。冷側板320的冷卻劑通道328與冷通道回流管256流體連通並向其供應回流冷卻劑。相反，熱側板324的冷卻劑通道332與熱通道回流管258流體連通並向其供應回流冷卻劑。

以此種方式，熱電模組300在將冷卻劑供應到冷卻劑組件208(即，供應到冷冷卻劑儲存器)之前，冷卻從出口260流動並通過回流閥254的回流冷卻劑。例如，流過冷卻劑通道328的回流冷卻劑將熱量釋放到冷側板320中，從而將流過冷卻劑通道328並供應到冷通道回流管256的回流冷卻劑冷卻。相反，熱電模組300在將冷卻劑供應到冷卻劑組件208(即，供應到熱冷卻劑儲存器)之前，加熱從出口260流動並通過回流閥254的回流冷卻劑。流過冷卻劑通道332的回流冷卻劑從熱側板324吸收熱量，從而將流過冷卻劑通道332並供應到熱通道回流管258的回流冷卻劑加熱。

因此，減少了冷卻劑組件208使用的加熱和冷卻功率，並且增加了加熱/冷卻效率。此外，低操作溫度下的冷卻能力增加、性能係數增加、並且冷卻組件208的佔地面積可減小。

溫度控制器264控制熱電模組300以選擇性地加熱或冷卻供應至冷卻劑組件208的回流冷卻劑。例如，溫度控制器264實施PID或其他閉環控制以判定獲得基板支撐件220的期望(例如，設定點)溫度調節所需的熱傳遞量。溫度控制器264選擇性地調節(例如，使用DC或脈衝寬度調節)供應到熱電模組300的電壓，以增加或減少傳遞至回流冷卻劑和從回流冷卻劑傳遞的熱量。

例如，當供應熱液體冷卻劑以加熱基板支撐件220時，溫度控制器264控制回流閥254以將回流冷卻劑通過熱電模組300的熱側板324供應至冷卻劑組件208，並相應地控制電壓V1和V2。相反，當供應冷液體冷卻劑以冷卻基板支撐件220時，溫度控制器264控制回流閥254以將回流冷卻劑通過熱電模組300的冷側板320供應至冷卻劑組件208，同時控制電壓V1和V2。

圖4繪示根據本揭露的用於控制基板支撐件的溫度的例示方法400之步驟。在404，步驟開始。例如，在設置在基板支撐件上的基板上執行蝕刻、沉積、或另一處理步驟。在408，方法400(例如，溫度控制器264)判定基板支撐件的溫度是否在期望範圍內。例如，溫度控制器264可接收來自溫度感測器的信號或指示基板支撐件的溫度的其他信號，並判定溫度是否在期望的範圍內(例如，高於下閾值並且低於上閾值)。如果是肯定的，則方法400繼續到412。如果是否定的，則方法400繼續到416。在412，方法400判定處理步驟是否完成。如果是肯定的，則方法400結束。如果是否定的，則方法400繼續處理，同時在408監視溫度。

在416，方法400(例如，溫度控制器264)將基板支撐件的溫度升高或降低到期望的範圍。例如，溫度控制器264控制溫度控制系統200的部件以升高或降低基板支撐件的溫度，同時繼續監測溫度並將溫度與期望範圍進行比較。

例如，如果溫度高於期望範圍，則溫度控制器264控制供應閥240以將冷液體冷卻劑供應至基板支撐件220，同時控制回流閥254以透過熱電模組300的冷側板320將回流冷卻劑供應至冷卻劑組件。相反，如果溫度低於期望範圍，則溫度控制器264控制供應閥248以將熱液體冷卻劑供應至基板支撐件220，同時控制回流閥254以透過熱電模組300的熱側板324將回流冷卻劑供應至冷卻劑組件。

在420，方法400(例如，溫度控制器264)判定溫度是否在期望範圍內。如果是肯定的，則方法400繼續到404。如果是否定的，則方法400進行到416並繼續調節溫度控制系統200(例如，透過根據需要而增加或減少冷液體冷卻劑的流速)，直到溫度在期望的範圍內為止。

前述的實施方式在本質上僅為說明性的，且並非意旨對本揭露、其應用、或使用進行限制。本揭露內容的廣義教示得以各種形式而實施。因此，雖然本揭露內容包括特定範例，惟本揭露內容的真實範圍應當不因此而受限，原因在於在對圖式、說明書、及下列申請專利範圍進行研讀後，其他的修正將變得顯而易知。應理解，在不變更本揭露內容之原理的情況下，一方法中的一或更多的步驟得以不同順序(或同時地)執行。此外，雖然係將各實施例在上方描述成具有某些特徵，但可將對於本揭露內容之任何實施例所描述的任一或更多這些特徵實施在、及/或組合至任何其他實施例的特徵，即使該組合並未明確地描述。換言之，所描述的實施例並非為彼此互斥的，且一或更多實施例彼此的置換仍在本揭露內容的範圍內。

複數元件之間(例如，在模組、電路元件、半導體膜層之間…等)的空間與功能性關係使用諸多用語來描述，包括「連接」、「接合」、「耦合」、「相鄰」、「在…旁」、「在…的頂部」、「在…之上」、「在…之下」、以及「配置」。除非明確描述為「直接」，否則在上述揭露內容中描述第一與第二元件之間的關係時，該關係可為在第一和第二元件之間不存在其他中間元件的直接關係，亦可為一或更多中間元件存在(不論空間上或功能上)於第一和第二元件之間的非直接關係。如本文所用，片語「A、B及C其中至少一者」應解釋為表示使用非排他邏輯「或(OR)」之邏輯(「A或B或C」)，而不應解釋為表示「至少一A、至少一B、及至少一C」。

在有些實施例中，控制器為系統的一部分，該系統可為上述範例之一部分。此系統可包含半導體處理設備，包括一或更多處理工具、一或更多腔室、一或更多處理平台、和/或特定處理構件(晶圓基座、氣體流動系統等)。可將這些系統與電子元件進行整合以在處理半導體晶圓或基板之前、期間、及之後控制它們的操作。所述電子元件可被稱為「控制器」，其可控制一或更多系統的各種構件或子部件。取決於處理需求和/或系統類型，可將控制器進行編程以控制本文所揭露之任何處理，包括處理氣體的輸送、溫度設定(例如，加熱和/或冷卻)、壓力設定、真空設定、功率設定、射頻(RF)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、定位與操作設定、與特定系統連接或接合的一工具及其他運送工具及/或負載鎖室的晶圓運送進出。

廣義而言，可將控制器定義成具有各種積體電路、邏輯、記憶體、和/或軟體的電子元件，其接收指令、發送指令、控制操作、啟用清潔操作、啟用終點測量等。所述積體電路可包括以韌體形式儲存程序指令的晶片、數位訊號處理器(DSPs)、定義為特殊應用積體電路(ASICs)的晶片、和/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(或程式檔案)形式而與控制器通訊的指令，而定義出用於在半導體晶圓上、或針對半導體晶圓、或對系統執行特定處理的操作參數。在一些實施例中，操作參數可為製程工程師所定義的配方之一部分，以在將一或更多膜層、材料、金屬、氧化物、矽、二氧化矽、表面、電路、和/或晶圓的晶粒之製造期間完成一或更多的處理步驟。

在有些實施例中，控制器可為電腦的一部分或耦合至電腦，該電腦係與系統整合、耦合至所述系統、或以網路連接到系統、或是其組合。例如，控制器可位於「雲端」中、或晶圓廠主電腦系統的全部或一部分中，其可允許晶圓處理的遠端存取。電腦可對系統進行遠端存取，以監控製造操作的當前進展、檢視過去製造操作的歷史、由複數製造操作檢視趨勢或性能指標、改變當前處理的參數、設定處理步驟以依循當前處理、或開始新處理。在一些範例中，遠端電腦(例如，伺服器)可通過網路向系統提供處理配方，該網路可包括區域網路或網際網路。遠端電腦可包括使用者介面，而能夠對參數和/或設定進行輸入或編程，所述參數和/或設定則接著從遠端電腦通訊至系統。在一些範例中，控制器接收數據形式的指令，該指令係指明一或更多操作期間待執行的各處理步驟所用之參數。應理解，可將所述參數特定於待執行的處理之類型以及控制器所設置以與之接合或控制的工具之類型。因此，如上所述，控制器可例如藉由包括一或更多離散控制器而進行分佈，其中所述離散控制器係彼此以網路連接且朝向共同的目的而作業，例如此處所述的處理和控制。為此目的所分佈的控制器之示例係位於腔室上的一或更多積體電路，其與遠端設置（例如，位於平台層或作為遠端電腦的一部分）的一或更多積體電路通訊，且結合以控制腔室上之處理。

不具限制地，例示系統可包括電漿蝕刻腔室或模組、沉積腔室或模組、旋轉-沖洗腔室或模組、金屬電鍍腔室或模組、清潔腔室或模組、斜角邊緣蝕刻腔室或模組、物理氣相沉積 (PVD)腔室或模組、化學氣相沉積(CVD)腔室或模組、原子層沉積(ALD)腔室或模組、原子層蝕刻(ALE)腔室或模組、離子植入腔室或模組、軌道腔室或模組、以及可能有關於或使用於半導體晶圓之加工及/或製造中的任何其他半導體處理系統。

如前所述，取決於工具待執行的一或更多處理步驟，控制器可通訊至一或多其他工具電路或模組、其他工具構件、群集式工具、其他工具介面、相鄰工具、鄰近工具、遍布於工廠的工具、主電腦、另一控制器、或用於材料傳送中的工具，該等工具將晶圓的容器來回傳送於半導體生產工廠中的工具位置和/或裝載埠。

100:基板處理系統 102:處理腔室 104:上電極 106:基板支撐件 108:基板 110:噴淋頭 112:底板 114:陶瓷層 116:黏合層 118:冷卻劑通道 120:邊緣環 122:RF產生系統 124:RF電壓產生系統 126:匹配與分配網路 130:氣體輸送系統 132、132-1、132-2…、132-N:氣體源 134、134-1、134-2…、134-N:閥 136、136-1、136-2…、136-N:質量流量控制器 140:歧管 142:溫度控制器 144:熱控制元件 146:冷卻劑組件 148:氣體管線 150:閥 152:幫浦 160:系統控制器 170:機器人 172:負載鎖 200:溫度控制系統 204:歧管組件 208:冷卻劑組件 212:處理腔室 216:冷卻劑通道 220:基板支撐件 224:熱電組件 226:樓板 228:幫浦 232:冷卻劑儲存器 234:冷通道 236:熱通道 240:冷供應閥 242:冷通道供應管 244:入口 248:熱供應閥 250:熱通道供應管 254:回流閥 256:冷通道回流管 258:熱通道回流管 260:出口 264:溫度控制器 268:沖淨組件 272:出口 300:熱電模組 304:焊盤 308:熱電半導體元件 312:基板 316:基板 320:板/冷側板 324:板/熱側板 328:冷卻劑通道 332:冷卻劑通道 400:方法 404-420:步驟

由實施方式及隨附圖式，將能更完整地理解本揭露內容，其中：

圖1是根據本揭露的例示基板處理系統；

圖2A是根據本揭露的包括熱電組件的例示溫度控制系統；

圖2B是根據本揭露的包括熱電組件的另一例示溫度控制系統；

圖2C是根據本揭露的包括熱電組件的另一例示溫度控制系統；

圖3是根據本揭露的例示熱電組件；及

圖4繪示根據本揭露的用於控制基板支撐件的溫度的例示方法之步驟。

在圖式中，元件符號可能重複使用，以標示類似和/或相同的元件。

200:溫度控制系統

204:歧管組件

208:冷卻劑組件

212:處理腔室

216:冷卻劑通道

220:基板支撐件

224:熱電組件

226:樓板

228:幫浦

232:冷卻劑儲存器

234:冷通道

236:熱通道

240:冷供應閥

242:冷通道供應管

244:入口

248:熱供應閥

250:熱通道供應管

254:回流閥

256:冷通道回流管

258:熱通道回流管

260:出口

264:溫度控制器

268:沖淨組件

272:出口

Claims

一種用於處理腔室中的基板支撐件之溫度控制系統，該溫度控制系統包含：一歧管組件，其配置以(i)從一冷卻劑組件的第一通道將在第一溫度的一液體冷卻劑供應至該處理腔室，(ii) 從該冷卻劑組件的第二通道將在第二溫度的該液體冷卻劑供應至該處理腔室，及(iii)從該處理腔室將回流冷卻劑供應至該冷卻劑組件；及一熱電模組，其設置在該歧管組件和該冷卻劑組件之間的一流動路徑中，該熱電模組配置以(i)從該歧管組件接收該回流冷卻劑，(ii)對該回流冷卻劑進行加熱或冷卻中之一者，及(iii)將加熱過的回流冷卻劑和冷卻過的回流冷卻劑供應至該冷卻劑組件。
如請求項1的溫度控制系統，其中該熱電模組包含：第一傳導板，其耦合至該熱電模組的第一側，該第一傳導板包括與該歧管組件和該冷卻劑組件流體連通的第一冷卻劑通道，以從該歧管組件將該回流冷卻劑供應至該冷卻劑組件；及第二傳導板，其耦合至該熱電模組的第二側，該第二傳導板包括與該歧管組件和該冷卻劑組件流體連通的第二冷卻劑通道，以從該歧管組件將該回流冷卻劑供應至該冷卻劑組件。
如請求項2的溫度控制系統，其中該冷卻劑組件包含一冷冷卻劑儲存器和一熱冷卻劑儲存器，且其中：該歧管組件從該冷冷卻劑儲存器供應在該第一溫度的該液體冷卻劑，並從該熱冷卻劑儲存器供應在該第二溫度的該液體冷卻劑。
如請求項3的溫度控制系統，其中該第一冷卻劑通道從該歧管組件將該回流冷卻劑供應至該冷冷卻劑儲存器，且該第二冷卻劑通道從該歧管組件將該回流冷卻劑供應至該熱冷卻劑儲存器。
如請求項4的溫度控制系統，其中該歧管組件包含：第一閥組件，其配置以從該冷冷卻劑儲存器將該液體冷卻劑供應至該處理腔室；第二閥組件，其配置以從該熱冷卻劑儲存器將該液體冷卻劑供應至該處理腔室；及第三閥組件，其配置以從該處理腔室將該回流冷卻劑供應至該熱電模組。
如請求項5的溫度控制系統，其中該第三閥組件係配置成選擇性地將該回流冷卻劑供應至該第一傳導板和該第二傳導板中之一者。
如請求項6的溫度控制系統，其中該第一閥組件、該第二閥組件、和該第三閥組件中之至少一者包含三通閥。
如請求項1的溫度控制系統，更包含一溫度控制器，該溫度控制器配置以(i)控制該歧管組件以選擇性地控制該回流冷卻劑供應至該熱電模組，並且(ii)控制供應至該熱電模組的電壓以冷卻或加熱供應至該冷卻劑組件的該回流冷卻劑。
如請求項1的溫度控制系統，其中該熱電模組位於該歧管組件的下方。
如請求項1的溫度控制系統，其中該熱電模組橫向鄰近該歧管組件。
一種基板處理系統，其包含如請求項1的溫度控制系統，且更包含該冷卻劑組件。
如請求項11的基板處理系統，其中該冷卻劑組件位於一製造室的一樓板下方，且該熱電模組設置在該樓板上方。
如請求項11的基板處理系統，其中該冷卻劑組件和該熱電模組位於一製造室的一樓板下方。
一種用於處理腔室的溫度控制系統，該溫度控制系統包含：一熱電模組，其設置在該處理腔室和一冷卻劑組件之間的一流動路徑中，該熱電模組配置以(i)從該處理腔室接收回流冷卻劑，(ii)對該回流冷卻劑進行加熱或冷卻中之一者，及(iii)將加熱過的回流冷卻劑和冷卻過的回流冷卻劑供應至該冷卻劑組件；及一溫度控制器，其配置以(i)選擇性地控制該回流冷卻劑供應至該熱電模組，並且(ii)控制供應至該熱電模組的電壓以冷卻或加熱供應至該冷卻劑組件的該回流冷卻劑。
如請求項14的溫度控制系統，其中該熱電模組包含：第一傳導板，其耦合至該熱電模組的第一側，該第一傳導板包括第一冷卻劑通道以將該回流冷卻劑供應至該冷卻劑組件；及第二傳導板，其耦合至該熱電模組的第二側，該第二傳導板包括第二冷卻劑通道以將該回流冷卻劑供應至該冷卻劑組件。
如請求項15的溫度控制系統，其中該熱電模組從該第一傳導板將該回流冷卻劑供應至該冷卻劑組件的一冷冷卻劑儲存器，並從該第二傳導板將該回流冷卻劑供應至該冷卻劑組件的一熱冷卻劑儲存器。
如請求項15的溫度控制系統，更包含一回流閥組件，其配置以從該處理腔室供應該回流冷卻劑至該熱電模組的該第一傳導板和該第二傳導板中之一者。
如請求項17的溫度控制系統，其中該回流閥組件包含三通閥。
如請求項17的溫度控制系統，其中該溫度控制器配置為控制該回流閥組件以選擇性地將該回流冷卻劑供應至該熱電模組的該第一傳導板或該第二傳導板。
如請求項19的溫度控制系統，其中該溫度控制器配置為控制電壓供應至該熱電模組以選擇性地分別冷卻和加熱該第一傳導板和該第二傳導板內的該回流冷卻劑。