TW508630B - Chilling system having a reactor capable of replacing inner wall - Google Patents

Description

508630 五、發明說明（1) 5 - 1發明領域： 本發明係有關於具有可替換内壁反應器的冷卻系統 特別是有關於直接使用氣體冷卻内壁的冷卻系統。 > - 2發明背景： 由於在反應器（chamber)内會有許多的半導體製造程 序進行，而且半導體製造程序的進行會影響到整個反應器 内之空間。因此，僅管半導體製造程序係處理位於反應器 之基板上方的晶圓，並且通常係由與基板相對之頂板控制 半導體製造程序中發生在晶圓的反應，但反應器的側壁（ wa 1 1)仍會發生污染、損傷等缺失，特別是當反應器所進 行的是蝕刻程序時。而其直接的影嚮便是反應器（至少側 壁）必須常常清洗，甚至反應器（或說側壁）的使用期限會 因損傷而縮短。 針對此問題，如第一 A圖所示之橫截面示意圖，一個 常見的作法是在反應器之側壁1 3面對晶圓1 2的一面放置可 拆卸之内壁1 4 ( 1 i ner )，使得半導體製造程序僅影響到基 板1 0、頂板11與内壁1 4而不會造成側璧1 3的污染與損傷。 由於内壁1 4可拆卸，因此只要清洗或更換内壁1 4即可，基 本上不會受到半導體製造程序影響之側壁1 3的使用期限與

第4頁 508630 五、發明說明（2) 〜 ^ " ' =質都可以得到保障。-般而言，由於内壁14通常只是用 2護側壁丨3,控制反應器之溫度與電場等參數的裝置還 :放在側壁13内’藉以簡化可作為消耗品之内壁“的構造 =低成本。&外，内壁“通常是以吊掛或鎖扣等方式固 疋在側壁U上。若内壁14與側壁13完全密合，如第一八圖 所不之情幵），二者間的熱傳播管道便只有接觸傳播；而當 内壁14與側壁13未完全密合’如第—B圖所示之情形，二 者間的熱傳播管道便有接觸傳播與輕射傳播二種可能。 顯然地，由於内壁 半導體製造程序相互影 須能有效地控制，特別 應器時，内壁1 4與側壁 反應器内溫度不可或缺 圖與第一D圖之俯視圖 1 3内且環繞晶圓1 2之冷 別是控制直接受到半導 而且一般都是使用液體 無論如何，下列的 於側壁1 3與内壁1 4間的 播，而輻射傳播在反應 不佳，並且接觸傳播受 用的材料與形狀，因此 1 4及側壁1 3會與反應器内所進行之 ，’因此内壁丨4及側壁1 3的溫度必 疋當可以線圈或微波等方式加熱反 1 3的^度控制（如冷卻）便成為控制 的=環。如第一 C圖之橫截面示意 所=，習知技術大多係以位於側壁 凍器15 ( caller)來控制溫度，特 f製造程序影響之内壁14的溫度， 作為冷凍器15運作所需的冷媒。 缺失幾乎是無法避免的。首先，由 熱傳播管道〇右接_ $ & t H /、 觸傳播與韓射傳 益抽真二時（特別是高直 限於内壁14與側壁13間之;: 側壁13與内壁“間的熱傳播ίΓί

第5頁 五、發明說明

未直接接觸到 壁1 3的溫度來 壁1 4的溫度。 較長的時間， 因此無法即時 不高。其次， 於側壁1 3内， 溫度，因此無 15所使用液體 溫度的變化作 的溫度。 由於冷凍器15並 夂' 項透過改變側 法精確地調整内 的溫度變化需要 出即時的反應， 内壁1 4而是位 改變内壁1 4的 再者，冷束器 無法對内壁1 4 地調整内壁1 ^ 綜上所述，由於内壁的 延長反應器内壁的使用期限 制内壁的溫度，因此發展新 内壁應用的重要課題。 使用確實可以降低維修成本與 ’但習知技術並無法有效地控 的控制内壁溫度的方式便成為

5 - 3發明目的及概述： 本發明之一主要目的為提出可以直接調整内壁溫度之 冷卻系統。 本發明的另一主要目的為提出具有氣體冷卻功能之反 應器’藉以克服習知技術中使用液體冷媒之冷卻器所無法傷 避免的問題。 本發明的又一主要目的為提出可以有效率地且彈性地 控制反應器内壁之溫度的技 508630 五、發明說明（4) 本發 壁之反應 體供應總 於内壁與 度總成相 至於氣 體供應總 本發 反應器’ 以及止洩 於晶圓相 内壁則位 可以拆卸 内壁與側 至封閉空 閉空間的 置所封閉 明之一較佳實施例為一種適用於 器的冷卻系統，至少包括氣體調 成與氣體控制總成。在此氣體調 反應器之侧壁間。而氣體供應總 j接’並供應氣體調節溫度總成 .控制$成與氣體供應總成相連 、進入氣體調節溫度總成之氣體 明之另 至少包 裝置。 對的兩 於側壁 替換的 壁之間 間’而 邊緣， ’而僅 一較佳實 括：基板 在此基板 側。側壁 與晶圓之 ，内壁與 。氣體管 止洩裝置 糟以使得 與氣體管 施例為一種具有 、頂板、側壁、 可用以承載晶圓 連接底板與基板 間，並且内壁與 側壁並未密合而 道連接至封閉空 則位於内壁與側 封閉空間為内壁 道導通。 具有可替換之内 節溫度總成、氣 節溫度總成係位 成與氣體調節溫 運作所需之氣體 接，並控制自氣 的流量與流速。 氣體冷卻 内壁、氣 ;頂板與 並圍繞晶 側壁相接 存在封閉 間並可供 壁之間並 、側壁與 功能之 體管道 基板位 圓，而 觸並係 空間於 應氣體 位於封 止洩裝 5 - 4發明詳細說明 本發明之發明人 曰出貨知技術各個缺點主要是肇因雖 <1 508630 五、發明說明（5) 然内壁被加到反應器中，藉以保護側壁免於污染與損傷， 但反應器之冷卻系統並沒有隨之改變，仍然使用位於側壁 内的冷卻器，因此無法直接有效地調整内壁的溫度。而另 -個主要原因便是仍使用液體作為冷卻器的冷媒，雖然液 體冷卻可以帶走較多的熱量，但使用液體為冷媒之冷卻器 的構造較複雜，而且液體溫度調整需要較長的時間，使用 彈性較低。 針對 至消除前 接冷卻内 等，直接 之氣體係 技術之接 度之變化 溫度。最 器的構造 浦抽離反 直接以氣 之液體冷 這二個 述缺失 壁，因 且精確 以對流 觸傳播 較快， 後，由 不會變 應器， 體冷卻 卻來加 原因， 的作法 此可以 地調整 傳播的 與輻射 所以可 於使用 得多複 不會釀 内壁， 強整個 本發明 =直接 藉由調 内壁的 方式將 傳播更 以作出 氣體冷 雜，而 成多大 但本發 反應器 之發明 以氣體 整氣體 溫度。 熱能帶 有效率 即時的 卻之系 且即便 的污染 明也還 的冷卻 人提出一 冷卻内壁 的流量、 同時與内 離内壁， 。此外， 反應以以 統的構造 氣體外洩 。當然， 可以再使 功能。 種可改善甚 。由於是直 流速與溫度 壁直接接觸 顯然較習知 由於氣體溫 調整内壁的 簡單，反應 也可以被幫 雖然本發明 用習知技術 〇 本發明之一較佳實施例為一種適用於具有可替換之内 壁之反應器的冷卻系統，如第二A圖與第二B圖所示，本實 施例至少包括氣體調節溫度總成2卜氣體供應總成2 2與氣

第8頁 508630 五、發明說明（6) 體控制總成2 3。 氣體調節溫度總成2 1係位於反應器之内壁2 4與反應器 之側壁2 5中間，藉以直接調節内壁2 4的溫度。一般而言， 氣體調節溫度總成2 1係讓氣體直接接觸内璧2 4，但以0形 環（未顯示於第二A圖與第二B圖以強調氣體調節溫度總成 2 1的位置）等將氣體與反應器其它部份分隔開，藉以避免 晶圓2 6與反應器中正在進行之半導體製造程序受到氣體的 干擾。當然，氣體調節溫度總成2 1也可以讓氣體直接接觸 侧壁2 5，使得氣體調節溫度總程也可以直接調節側壁2 5的 溫度。 氣 應氣體 燥空氣 本發明 位於内 24之構 壁25内 體供應 需之氣 2 1相連接，並供 如高壓空氣、乾 2 2的位置並不是 於側壁2 5也可以 簡化可替換内壁 應總程2 2位於側 應源。當然，氣 成21即可供應所 晶圓2 6。 體供應總成 調節溫度總 、氮氣或惰 的重點，氣 壁2 4，但通 造並降低成 之情形，並 總成22僅需 體，氣體供 2 2與氣體調 成2 1運作所 性氣體。氣 體供應總成 常係位於側 本。在此係 且未特別圖 連接到氣體 應總成2 2並 節溫度總成 需之氣體， 體供應總成 2 2係可以位 壁2 5内，以 顯示氣體供 示出氣體供 調節溫度總 不需要圍繞 氣體控制總成2 3與氣體供應總成2 2相連接，並控制自 氣體供應總成2 2進入氣體調節溫度總成2 1之氣體的流量與

第9頁 508630 五、發明說明（7) ML速。通常，氣體控制總成2 3是由閥與電腦所組合而成的 並可位於任何位置，在此圖示為氣體控制總成2 3位於側壁 2 5外緣的情況。當然，氣體控制總成2 3也不需要圍繞晶圓 26〇

當然，本實施例還可以進一步包含習知技術之使用液 體為冷媒的冷卻器。換言之，如第二C圖與第二D圖所示， 本實施例尚可進一步包含位於側壁2 5的液體調節溫度總成 2 7 1與液體供應總成2 7 2。在此液體調節溫度總成2 7 1係與 液體供應總成2 7 2連接，並由液體供應總成2 7 2取得運作所 需之液體以及將已吸收熱量之液體排放到液體供總成2 7 2 。除此之外，本實施例尚可包含與液體供應總成2 7 2相連 接並控制自液體供應總成2 7 2進入液體調節溫度總成2 7 1液 體之流量與流速的液體控制總成273。 本發明之另一較佳實施例為一種具有氣體冷卻功能之 反應器，如第三A圖、第三b圖與第三C圖所示，至少包括 ••基板3 1、頂板3 2、側壁3 3、内壁3 4、氣體管道3 5以及止 洩裝置3 6。 在此’基板3 1可用以承載晶圓3 7，頂板3 2與基板3 1位 於晶圓3 7相對的兩側，而側壁3 3連接頂板3 2與基板3 1並圍 繞晶圓37。顯然地，基板31、頂板32與側壁33三者形成了 反應裔的基本輪廓。當然，基板3 1、頂板3 2與側壁3 3的構

第10頁 508630 五、發明說明（8) 造有許多變化，但並不是本實施例的重點，本實施例也不 受限於此。並且由於提供反應物之管道，提供能量之微波 管，提供電磁場之導線等等細節隨不同反應器之内容而改 變，在此省略這些細節而未晝出。 内壁34係位於晶圓37與反應器之側壁33之間，並且内 壁3 4與側壁3 3相接觸且係可以拆卸替換的。但在本實施例 中’内壁3 4與側壁3 3並未密合，而存在封閉空間3 8於内壁 34與側壁33之間，並且封閉空間38通常圍繞晶圓37，藉以 提供反應器内均勻的溫度控制。封閉空間3 8可以是由内壁 3 4在面對側壁3 3之一面的至少一溝槽，如第三a圖所示， 也可以是側壁3 3面對内壁3之一面的至少一溝槽，如第三b 圖所示，或是由彎曲的内壁3 4與筆直的側壁3 3所形成的， 如第三C圖所示。在此，内壁34與側壁33的連接方式並不 是本實施例的重點’内壁3 4是否覆盡整個側壁3 3也不是本 實施例的重點，這些都是本實例可以任意改變的細節。 氣體管道35連接至封閉空間38並可供應氣體至封閉空 間3 8。當然，氣體管道3 8係連接至提供氣體的氣體供應源 與將氣體抽離封閉空間的幫浦，但氣體供應源與幫浦並不 需要是本實施例所提出之反應器的一部份，所以也未顯示 於圖示。除此之外，由於内壁3 4是可以拆卸的，因此氣體 管道3 5通常係位於側壁3 3，但也可以位於内壁3 4。通常， 氣體管道35可分為輸入管道與輸出管道，氣體自氣體供應

508630 五、發明說明（9) 源經流入管道進入封閉空間，而且氣體經流出管道離開封 閉空間。而且輸入管道與輸出管道可在側壁3 3與内壁3 4中 視需要任意分佈。 止洩裝置3 6係位於内壁3 4與側壁3 3之間，並位於封閉 空間3 8的邊緣，藉以使得封閉空間3 8為内壁3 4、側壁3 3與 止洩裝置3 6所封閉，而僅與氣體管道3 5導通。顯然地，止 洩裝置3 6的良窳是本實施例能否不干擾到晶圓3 7與半導體 製造程序正常進行的關鍵。一般是以0形環夾在内壁3 4與 側壁3 3之間，並圍繞整個封閉空間3 8。 __ 此外，本實施例尚可再包含用以控制氣體的流量與流 速的氣體控制裝置3 9，而氣體控制裝置3 9通常係由閥與微 電腦所組合而成的，並可位於反應器的邊緣，如第三D圖 所示，或其它地方。當然，氣體控制裝置3 9與封閉空間3 8 二者並沒有必然的關連。 當然，本實施例還可包含習知技術之液體冷卻，以加 強整個反應器的溫度控制性能。換句話說，如第三E圖所 示，本實施例還可以位側壁3 3並有液體於其内流動的液體 Ο 管道4 1，以及控制液體流量與流速的液體控置裝置4 2。液 體管道4 1通常圍晶圓3 7，藉以堤供均勻的溫度控制能力， 而液體控制裝置4 2通常係由閥與微電腦所組合而成的，並 可位於反應器的邊緣或其它地方。 508630 五、發明說明（ίο) 以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限 定本發明之申請專利範圍；凡其它未脫離本發明所揭示之 精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請 專利範圍中。

508630 圖式簡單說明 第一 A圖至第一 D圖依序為三張橫截面示意圖與一張俯 視圖，分別為習知技術未使用内壁之反應器的橫截面示意 圖、習知技術使用内壁之反應器的橫截面示意圖、使用冷 卻系統之具有内壁反應器的橫截面示意圖以及俯視圖； 第二A圖至第二D圖為本發明之一較佳實施例的兩種可 能構造的橫截面示意圖以及俯視圖；以及

讀I 第三A圖至第三E圖為本發明之另一較佳實施例之幾種 可能的橫截面示意圖。 主要部分之代表符號：

10 底板 11 頂板 12 晶圓 13 側壁 14 内壁 15 冷卻系統 21 氣體調節溫度總成 22 氣體供應總成 23 氣體控制總成 24 内壁 25 側壁 26 晶圓 第14頁 508630 圖式簡單說明 271 液 體 調 即 溫 度總成 272 液 體 供 應 總 成 273 液 體 控 制 總 成 31 基 板 32 頂 板 33 側 壁 34 内 壁 35 氣 體 管 道 36 止 洩 裝 置 37 晶 圓 38 封 閉 空 間 39 氣 體 控 制 裝 置 41 液 體 管 道 42 液 體 控 置 裝 置

第15頁

Claims (1)

1. 508630 六、申請專利範圍 器的冷名17金半‘體製私中於具有可替換之一内壁之一反應 γ Ρ糸統，至少包括： 内壁蛊^ °周蟥溫度總成，該氣體調節溫度總戒係位於該 二y反應器之一側壁之間： 總成相1 =彳’、’總成，該氣體供應總成與該氣體調節溫度 體；以及，並供應該氣體調節溫度總成運作所需之一氣 -氣體控制總成，言亥氣體控制總成與該氣體供應總成 相連接，並控制自該氣體供庫她 ,.^ >曰 應、，心成進入该氣體調節溫度總 成之該氣體的流ϊ與流速。 節 同 體 液1 ο 含壁 包側 更該 ，於 統位 系係 卻成 冷總 之度 項溫 1—i 狀即 第調 圍體 範液 利該 專， 請成 申總 如度 2溫 !·如申請專利範圍第2項之冷部 總成，該液體供應總成與該液體，二更包含一液體供應 供應該液體調節溫度總成運作心调節溫度總成相連接，並 ，所需之一液體。 4·如申請專利範圍第3項之冷# 總成，該液體控制組成與該液體^統’更包含之液體控制 自該液體供應總成進入該液體調3應總成相連接，並控制 量與流速。 π即溫度總成之該液體的流 •如申請專利範圍第1項之冷名/ |糸 統，該氣體調節溫度總

   508630 六、申請專利範圍 成係讓該氣體直接接觸該内璧。 6. 如申請專利範圍第2項之冷卻系統，該氣體調節溫度總 成係讓該氣體直接接觸該側壁。 7. 如申請專利範圍第1項之冷卻系統，該氣體供應總成係 位於該側壁。 8. 如申請專利範圍第1項之冷卻系統，該氣體供應總成係 位於該内壁。 9. 一種半導體製程中具有氣體冷卻功能之反應器，至少包 括： 一基板，該基板可用以承載至少一晶圓； 一頂板，該頂板與該基板位於該晶圓相對的兩側； 一侧壁，該側壁連接該底板與該基板並圍繞該晶圓； 一内壁，該内壁位於該側壁與該晶圓之間，該内壁與 該側壁相接觸並係可以拆卸替換的，該内壁與該側壁並未 密合而存在一封閉空間於該内壁與該側壁之間； 一氣體管道，該氣體管道連接至該封閉空間並可供應 一氣體至該封閉空間；以及 一止洩裝置，該止洩裝置係位於該内壁與該側壁之間 ，並位於該封閉空間的邊緣，藉以使得該封閉空間為該内 壁、該側壁與該止洩裝置所封閉，而僅與該氣體管道導通

   第17頁 508630 六、申請專利範圍 利 專 請 申 如 與 道 管 入 輸 4β1 含流 包該 少經 至源 道應 管供 體體 氣氣 該一 ， 自 器體 應氣 反該 之， 項道 9 管 第 出 圍 £輸 I · 封 該 mw 道 管 出 流 該 經 體 氣 該 而 間 空 封 該 入 進。 道間 管空 入閉 1 1.如申請專利範圍第9項之反應器，該氣體管道係位於該 内壁。 1 2 .如申請專利範圍第9項之反應器，該氣體管道係位於該 側壁0 1 3 .如申請專利範圍第9項之反應器，更包含一氣體控制裝 置，該氣體控制裝置控制該氣體的流量與流速。 1 4.如申請專利範圍第9項之反應器，更包含一液體管道， 該液體管道係位該側壁並有一液體於其内流動。 1 5 .如申請專利範圍第1 4項之反應器，更包含一液體控制 裝置，該液體控制裝置控制該液體的流量與流速。 1 6.如申請專利範圍第9項之反應器，該内壁在面對該側壁 之一面存在至少一溝槽，該些溝槽形成至少部份該封閉空

   第18頁 508630 六、申請專利範圍 間。 1 7 .如申請專利範圍第9項之反應器，該側壁在面對該内壁 之一面存在至少一溝槽，該些溝槽形成至少部份該封閉空 間。 1 8 .如申請專利範圍第9項之反應器，該止洩裝置係為多數 個0型環。 1 9 .如申請專利範圍第9項之反應器，該封閉空間圍繞該晶 圓。 2 0 .如申請專利範圍第1 3項之反應器，該液體管道圍繞該 晶圓。

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