TWI529845B - 大範圍晶圓溫度控制的多功能加熱器／冷卻器基座 - Google Patents

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Description

大範圍晶圓溫度控制的多功能加熱器/冷卻器基座
本發明實施例大致係關於半導體處理腔室，且更明確地，係關於半導體處理腔室之加熱支撐基座。
半導體處理包括多個不同的化學與物理處理，藉此在基板上產生精密的積體電路。藉由包括化學氣相沉積、物理氣相沉積、磊晶生長等之處理產生構成積體電路之材料層。利用光阻遮罩與濕或乾燥蝕刻技術來圖案化某些材料層。用以形成積體電路之基板可為矽、砷化鎵、磷化銦、玻璃或其他適當材料。
積體電路製造中，電漿處理通常用來沉積或蝕刻不同的材料層。電漿處理比熱處理提供多個優點。舉例而言，相對於類似熱處理，電漿增強化學氣相沉積(PECVD)可達成在較低溫度與較高沉積速率下執行沉積處理。因此，PECVD係有利於具有緊迫熱預算之積體電路製造，諸如超大型或極大型積體電路(VLSI或ULSI)元件製造。
用於這些處理之處理腔室通常包括基板支撐件或基座，配置於其中以在處理過程中支撐基板。某些處理中，基座可包括嵌入式加熱器，適以控制基板之溫度與/或提供可用於處理中之高溫。基板處理過程中基板的適當溫度控制與均勻加熱係相當重要的，特別係當積體電路尺寸減小時。嵌入式加熱器的傳統支撐件往往具有多個熱點與冷點，這會影響沉積於基板上之膜的品質。
積體電路製造中，基板表面的平坦性亦相當重要。因此，固持基板之基座表面必須盡可能平坦。加熱時，由於基座中心加熱且基座周邊損失熱，傳統的基板支撐基座非常容易向上彎曲。彎曲的支撐基座可造成固持於其上之基板彎曲，藉此大幅地降低晶圓表面之平坦性。
因此，需要可在完整處理循環中所有時間提供主動溫度控制之基座。
本發明實施例大致係關於半導體處理腔室，且更明確地，係關於半導體處理腔室之加熱支撐基座。一實施例中，提供半導體處理腔室之基座。基座包括基板支撐件，基板支撐件包括導電材料並具有接收基板之支撐表面；電阻式加熱器，封裝於基板支撐件中；中空軸，在第一端耦接至基板支撐件並在相反端耦接至相配接合部，中空軸包括具有中空核心之軸主體；及冷卻通道組件，環繞中空核心並配置於軸主體中以透過內部冷卻路徑自基座移除熱量，其中基板支撐件具有配置於加熱元件與環形冷卻通道之間的熱控制間隙。
另一實施例中，提供半導體處理腔室之基座。基座包括基板支撐件，基板支撐件包括導電材料並具有接收基板之支撐表面；中空軸，與基板支撐件耦接且包括具有中空核心之軸主體；及主動冷卻系統，提供配置於支撐表面上之基板之溫度的主動控制，主動冷卻系統包括封裝於基板支撐件中之加熱元件以及環繞中空核心且配置於軸主體中以透過內部冷卻路徑自基座移除熱量之冷卻通道組件，其中熱控制間隙係配置於加熱元件與環形冷卻通道之間。
又另一實施例中，提供電漿處理系統。電漿處理系統包括處理腔室主體，具有界定一對處理區之側壁、底壁與內部側壁；射頻源，與處理腔室主體耦接；及基座，配置於該對處理區之至少一者中。基座包括基板支撐件，基板支撐件包括導電材料並具有接收基板之支撐表面；中空軸，與基板支撐件耦接且包括具有中空核心之軸主體；及主動冷卻系統，提供配置於支撐表面上之基板之溫度的主動控制，主動冷卻系統包括封裝於基板支撐件中之加熱元件以及環繞中空核心且配置於軸主體中以透過內部冷卻路徑自基座移除熱量之冷卻通道組件，其中熱控制間隙係配置於加熱元件與環形冷卻通道之間，且射頻源係與處理腔室主體耦接。
本發明實施例大致係關於半導體處理腔室，且更明確地，係關於半導體處理腔室之加熱支撐基座。參照電漿腔室於下方示意性地描述本發明之實施例。一實施例中，電漿腔室係用於電漿增強化學氣相沉積(PECVD)系統中。可適以自本文所述實施例受惠之PECVD系統實例包 SE CVD系統、 GTTM CVD系統或 CVD系統，上述所有均可商業上自Applied Materials,Inc.(Santa Clara,California)取得。 SE CVD系統(諸如，200 mm或300 mm)具有兩個隔離處理區，其可用來在基板上沉積薄膜，諸如導電膜、矽烷、碳-摻雜氧化矽與其他材料，其並描述於美國專利5,855,681與6,495,233，兩者作為參考資料併入。 CVD腔室係揭露於美國專利6,364,954，其亦以參考資料併入。雖然示範性實施例包括兩個處理區，但可預期本文所述實施例可有利地用於具有單一處理區或超過兩個處理區之系統中。亦可預期本文所述實施例可有利地用於其他電漿腔室，包括蝕刻腔室、離子佈植腔室、電漿處理腔室、與剝除腔室等。進一步可預期本文所述實施例可有利地用於自其他製造商取得的電漿處理腔室。
本文所述之基座實施例可解決在完整處理循環過程中的所有處理時間主動控制基板溫度之需求。本文所述某些實施例利用具有極微溫度坡度(<10 ℃)與獨特元件圖案之嵌入式加熱元件提供溫度高於400 ℃之較高溫度控制。本文所述某些實施例可藉由流動活性冷卻劑通過基座之主體自外部源(如，RF耦接器)或內部源(例如，嵌入式加熱元件)任一者移除較大的熱負載(例如，高於2,000瓦特)。本文所述某些實施例透過主動控制加熱元件以及通過基座之主體之冷卻劑的流率提供較低的所欲溫度梯度。
本文所述某些實施例在基板接受多種處理與腔室條件(諸如，加熱器面板、擊發於腔室中耦連RF、處理氣體、化學作用等)時，提供大範圍主動控制基板之溫度的能力。可透過兩個主動溫度通量達成主動溫度控制；第一，透過焊接/嵌入式加熱元件提供熱量至基座，而第二，透過內部冷卻劑路徑自基座移除熱量。因此，可藉由控制這些兩個通量之水平來控制基座表面(基板坐落於其上)之溫度至所欲之溫度設定點。可藉由輸送更多功率至加熱元件並降低冷卻劑之流率(或降低冷卻劑進入溫度)來產生更多的熱量，或者可反過來進行以達成較冷的基座溫度。可透過控制熱源(內部的加熱元件或外部的腔室或處理條件)與熱沉(內部活性冷卻劑)之間的互動來達成較大範圍的溫度控制。一實施例中，可藉由將支撐件主體中之加熱元件配置更靠近支撐件表面(基板坐落於其中)來最大化可達成之最高溫度，並藉由將軸之較低主體中之冷卻通道置於可排除所欲熱量之高度來達成大範圍的溫度控制。
本文所述某些實施例更提供在所控制之溫度範圍的10 ℃內控制溫度均勻性之能力。一實施例中，這可藉由將加熱元件如上述般相對於冷卻通道配置而達成，並亦可利用配置於加熱元件與冷卻通道間之氣隙來進一步控制熱流之路徑。一實施例中，冷卻通道、氣隙與加熱元件之配置產生不超過0.005英吋之支撐表面最大平面偏斜，這可降低處理過程中基板滑動的可能性。
一實施例中，基座包括鋁合金。一實施例中，鋁合金係包含鎂與矽之鋁合金，例如鋁6061。鋁合金提供三個重要特徵：1)高熱傳導性，其促進熱源至冷卻劑之熱流的交互作用，2)由多種加工技術處理的能力(諸如，銅焊軸組件以在中間高度處併入冷卻通道，噴珠處理支撐表面以提高輻射熱損，鎳鍍塗層通道而能夠流動硬水)，及3)較低的製造成本。
第1圖係具有根據本文所述實施例之基座128之示範性電漿系統100的部分橫剖面圖。如本文所述，基座128包括主動冷卻系統，其可在基板接受多種處理與腔室條件時，在大的溫度範圍下主動控制配置於基座上之基板之溫度。電漿系統100通常包括與控制器110耦接之處理腔室主體102。處理腔室主體102具有界定一對處理區120A與120B之側壁112、底壁116與內部側壁101。各個處理區120A-B係相似地架設，且為了簡短之故，將僅描述處理區120B中之部件。
透過系統100中之底壁116中形成之通道122將基座128配置於處理區120B中。基座128係適以支撐基板(未顯示)於其之上表面。基座128可包括加熱元件(例如，電阻式元件)以加熱並控制基板溫度處於所欲處理溫度下。或者，可藉由遠端加熱元件(例如，燈組件)加熱基座128。
基座128係藉由軸126耦接至功率出口或功率盒103，其可包括控制處理區120B中之基座128之水平與移動的驅動系統。軸126亦包含電功率介面以提供電功率至基座128。功率盒103亦包含電功率與溫度指示器之介面，例如熱電偶介面。軸126亦包括適以可分開地耦接至功率盒103之基部組件129。顯示出環繞環135係位於功率盒103上。一實施例中，環繞環135係適以作為機械擋部或岸部之肩部，設以提供基部組件129與功率盒103之上表面之間的機械介面。
桿130係經配置通過形成於底壁116中之通道124，並用以活化配置通過基座128之基板舉升銷161。基板舉升銷161選擇性將基板與基座分隔以促進用機器人(未顯示)之基板交換，機器人用於通過基板傳送埠160傳送基板進出處理區120B。
腔室蓋104係耦接至腔室主體102之頂部。蓋104搭配一或多個耦接至其之氣體分配系統108。氣體分配系統108包括氣體進入通道140，其通過噴頭組件142輸送反應物與清潔氣體進入處理區120B。噴頭組件142包括環狀基部板148，與面板146之間配置有阻隔板144。射頻(RF)源165係耦接至噴頭組件142。RF源165供能給噴頭組件142以促進在噴頭組件142之面板146與加熱之基座128之間產生電漿。一實施例中，RF源165可為高頻率射頻(HFRF)功率源，例如13.56MHz RF產生器。另一實施例中，RF源165可包括HFRF功率源與低頻率射頻(LFRF)功率源，例如300 kHz RF產生器。或者，RF源可耦接至處理腔室主體102之其他部分(例如，基座128)以促進電漿產生。介電絕緣體158係配置於蓋104與噴頭組件142之間以避免傳導RF功率至蓋104。遮蔽環106可配置於基座128之周邊，其在基座128之所欲高度下嚙合基板。
選擇性地，冷卻通道147係形成於氣體分配系統108之環狀基部板148中以在操作過程中冷卻環狀基部板148。熱傳送流體(諸如，水、乙二醇、氣體等)可循環通過冷卻通道147，以致將基部板148維持在預定溫度下。
腔室襯裡組件127係配置於處理區120B中且非常接近腔室主體102之側壁101、112，以避免將側壁101、112暴露於處理區120B中之處理環境。襯裡組件127包括耦接至泵送系統164之周圍泵送腔125，泵送系統164設以自處理區120B排出氣體與副產物並控制處理區120B中之壓力。複數個排出埠131可形成於腔室襯裡組件127上。排出埠131係設以用促進系統100中之處理的方式讓氣體自處理區120B流至周圍泵送腔125。
控制器110可包括中央處理單元(CPU)、記憶體與支援電路，用以控制包括本文所述之主動冷卻系統之處理次序。CPU可為任何形式可用於工業設定的通用電腦處理器。軟體程序可儲存於記憶體中，諸如隨機存取記憶體、唯讀記憶體、軟碟或硬碟或其他形式的數位儲存器。支援電路傳統地耦接至CPU並可包括快取、時脈電路、輸入/輸出系統、電源等。透過多個信號纜線(通稱為信號匯流排)來處理控制單元110與電漿系統100之不同部件之間的雙向連通，某些信號纜線係描述於第1圖中。
第2A圖係用於電漿系統100之基座128之一實施例的等角俯視圖。基座128包括軸126以及與圓形基板支撐件205相反之基部組件129。一實施例中，軸126係設置成管狀件或中空軸。一實施例中，基部組件129係作為可分開式相配接合部，其之電連接配置於功率出口或功率盒103中或上。基板支撐件205包括實質平坦的基板接收表面或支撐表面210。支撐表面210可適以支撐200 mm基板、300 mm基板或450 mm基板。一實施例中，支撐表面210包括複數個構造215，其可為延伸於支撐表面210之平面上的凸塊或突出物。複數個構造215各自之高度係實質相同，以提供稍微提高或與支撐表面210間隔之實質平坦的基板接收面或表面。一實施例中，各個構造215係由與支撐表面210之材料相異的材料所形成或塗覆。基板支撐件205亦包括複數個穿過其形成且適以接收銷161(第1圖)之開口220。
一實施例中，基板支撐件205之主體與軸126係由導電金屬材料所製成，而基部組件129係由導電金屬材料與絕緣材料之組合所製成。相對於陶質製成之基板支撐件而言，自導電金屬材料製造基板支撐件205可降低擁有成本。此外，導電金屬材料用以保護嵌入式加熱器(此圖中未顯示)免於RF功率。這提高基板支撐件205之效率與壽命，而降低擁有成本。
一實施例中，基板支撐件205之主體與軸126係僅由鋁材料(例如，鋁合金)所製成。特定實施例中，基板支撐件205與軸兩者係由6061鋁所製成。一實施例中，基部組件129包括鋁部分與配置於其中之絕緣部分(例如，聚醚醚酮(PEEK)樹脂)，以電絕緣基部組件129之部分與基板支撐件205之導電部分與軸126。一實施例中，基板支撐件205之主體係由鋁材料所製成，而各個配置於支撐表面210上之構造215係由陶質材料(例如，氧化鋁)所製成或塗覆。
一實施例中，基座128之支撐表面210具有紋理。可利用領域中習知技術讓支撐表面210具有紋理，諸如噴珠處理、回蝕處理或其之組合。一實施例中，基座128之紋理支撐表面210之均方根值(「RMS」)粗糙度可約0.75微米至約6微米，例如約1.5微米與約5微米之間，例如約2微米。
第2B圖係基座128之一實施例的等角仰視圖。軸126包括耦接至基板支撐件205之第一端212以及耦接至與基板支撐件205相反之基部組件129之第二端214。此實施例中，基部組件129包括溝槽導電部分225，其係耦接至與/或包含介電插頭230。一實施例中，溝槽導電部分225可設置成插頭或者適以與功率盒103(第1圖)相配之公接合部。第2B圖所示實施例中，導電部分225的橫剖面可為圓形，並具有至少部分穿過外表面或壁形成之狹縫。介電插頭230可設置成插口或母接合部，或者包括一或多個設置成插口或母接合部的部分，其適以接收或與率盒103中之電連接相配。一實施例中，溝槽導電部分225可為軸126之整體延伸並係由鋁材料所製成，而介電插頭230係由PEEK樹脂所製成。
基部組件129亦包括與第1圖所示之功率盒103接合且適以接收o-形環240之環繞環135。此實施例中，溝槽導電部分225包括適以接收介電插頭230與介電插頭230固定件至溝槽導電部分225之開口。介電插頭230亦包括形成於其中之開口或插口，以接收來自功率盒103之電線。
第3A圖係基座128之一實施例之仰視示意圖。介電插頭230具有冷卻通道入口302，以輸送冷卻劑至冷卻通道；冷卻通道出口304，以自冷卻通道移除冷卻劑；及導電插頭320。
第3B圖係沿著第3A圖之線3B-3B之具有主動冷卻系統之基座128之一實施例的橫剖面側視圖。第3C圖係第3B圖之基座之一實施例的放大橫剖面圖。一實施例中，主動冷卻系統包括電阻式加熱器組件305、冷卻通道組件306與熱控制間隙308。電阻式加熱器305係配置或封裝於基板支撐件205之導電主體300中。一實施例中，導電主體300係由導電金屬(例如，鋁)所組成之材料所製成。
冷卻通道組件306具有冷卻通道307、冷卻通道入口302、冷卻通道出口304與流體循環器309，用以供應熱傳送流體或「冷卻劑」至冷卻通道組件。一實施例中，冷卻通道307係配置於軸126之主體中且環繞軸126之中空部分的環形通道。參照第3E圖，冷卻通道307係由上壁350、相對下壁352、內周圍壁354與外周圍壁356所界定。一實施例中，冷卻通道307係連續環，其環繞軸126之中空部分的直徑。某些實施例中，冷卻通道307係僅環繞一部分的軸126之中空部分的部分環。
一實施例中，冷卻通道入口302係延伸通過基座組件128之軸126的縱向通道。冷卻通道入口302之第一端係耦接於流體循環器309，而冷卻通道入口302之第二端係流體耦接於冷卻通道307。一實施例中，冷卻通道出口304係延伸通過基座組件128之軸126的縱向通道。冷卻通道出口304之第一端係耦接於冷卻通道307，而冷卻通道出口304之第二端係耦接於流體循環器309。
操作中，可藉由流體循環器309將熱傳送流體重新應用並泵送通過冷卻通道組件306。某些實施例中，可在進入冷卻通道入口302之前，藉由流體循環器309將熱傳送流體加熱或冷卻至預設溫度。舉例而言，流體循環器309可包括泵(未顯示)，用以泵送熱傳送流體通過冷卻通道組件306；冷卻器或加熱器(亦未顯示)，用以冷卻或加熱熱傳送流體；及節溫器(亦未顯示)，用以監控熱傳送流體之溫度並控制冷卻器或加熱器以維持溫度在所欲水平下。流體循環器309亦可包括用以監控流體壓力之壓力錶；用以控制流動之計、閥；與其他用以控制熱傳送流體之流動的部件，為簡明之故並無描述。操作中，將熱傳送流體供應至冷卻通道組件306之冷卻通道入口302。將熱傳送流體泵入冷卻通道入口302、流過冷卻通道306以加熱或冷卻(取決於熱傳送流體與基板支撐件205之相對溫度)基板支撐件205之導電主體300、並由冷卻通道出口304所移除或排出。
某些實施例中，第一溫度感測器362(例如，熱電偶)可配置於基板支撐件205中且鄰近冷卻通道入口302，以在熱傳送流體進入冷卻通道入口302時監控熱傳送流體之溫度。某些實施例中，第二溫度感測器364(例如，熱電偶)可配置於基板支撐件205中且鄰近冷卻通道出口304，以在熱傳送流體離開冷卻通道出口304時監控熱傳送流體之溫度。雖然配置於冷卻通道入口302與冷卻通道出口304中，但可將第一溫度感測器362與第二溫度感測器364配置於能夠監測熱傳送流體之溫度的基板支撐件205內部任何位置或外部。再者，雖然顯示兩個溫度感測器，但可利用任何數目的溫度感測器來監控熱傳送流體之溫度。測量之溫度可由控制器110用來控制供應至熱交換器(未顯示)之功率，以維持熱傳送流體與基板支撐件205在所欲溫度下。熱交換器可為流體循環器309之部分或其可為分離的部件。因應熱傳送流體之測量溫度，控制器110亦可提高或減少來自流體循環器309之熱傳送流體的流動。
一實施例中，熱傳送流體可包括水、乙二醇、氣體等。一實施例中，熱傳送流體包括水與乙二醇之混合物，例如50%水與50%乙二醇之混合物。某些實施例中，分離的儲存容器可耦接於冷卻通道出口304以儲存用過之冷卻劑。如第3D圖所示，冷卻通道入口302與冷卻通道出口304係由軸126之主體隔離於電線315a、315b。
一實施例中，熱控制間隙308係配置於基座128之導電主體300中且環繞軸126之中空部分以進一步控制熱流之路徑。熱傳送流體通過基座128之軸126的流動在支撐表面210之中心處產生局部冷卻點，熱控制間隙308提高基座之支撐表面210之中心周圍的熱阻抗，藉此作為冷擴散器。參照第3C圖，熱控制間隙308係由上壁312、相對下壁313與圍繞熱控制間隙308之周圍壁314所形成。一實施例中，周圍壁314係圓形，因此造成熱控制間隙308圓形形狀。熱控制間隙308亦可具有任何提供所欲熱控制量給主動冷卻系統之其他形狀。舉例而言，熱控制間隙308的形狀可選自諸如橢圓形、正方形、矩形與非均一形狀的其他形狀。一實施例中，熱控制間隙308的直徑在約2英吋(5.1 cm)與約六英吋(15.2 cm)之間。一實施例中，熱控制間隙308的直徑在約3英吋(7.6 cm)與約4英吋(10.2 cm)之間。熱控制間隙308之直徑可有所變化以提供所欲之熱控制量。熱控制間隙308之上壁與下壁間之距離(例如，高度)亦可有所變化以提供所欲之熱控制量。一實施例中，熱控制間隙308之高度係在約0.1英吋(0.3 cm)與約1英吋(2.5 cm)之間。另一實施例中，熱控制間隙308之高度係在約0.4英吋(1 cm)與約0.5英吋(1.3 cm)之間。
一實施例中，電阻式加熱器305之頂表面的位置與基板支撐件205之支撐表面210相隔在約0.10英吋(0.3 cm)與約0.80英吋(2 cm)之間。另一實施例中，電阻式加熱器305之頂表面的位置與基板支撐件205之支撐表面210相隔在約0.15英吋(0.4 cm)與約0.20英吋(0.5 cm)之間。一實施例中，熱控制間隙308之上壁312的位置與基板支撐件205之支撐表面210相隔在約0.5英吋(1.3 cm)與約1.5英吋(3.8 cm)之間。另一實施例中，熱控制間隙308之上壁312的位置與基板支撐件205之支撐表面210相隔在約0.9英吋(2.3 cm)與約1.2英吋(3.0 cm)之間。一實施例中，冷卻通道307之上壁350的位置與基板支撐件205之支撐表面210相隔在約3英吋(7.6 cm)與約5英吋(12.7 cm)之間。另一實施例中，冷卻通道307之上壁350的位置與基板支撐件205之支撐表面210相隔在約4英吋(10.2 cm)與約4.5英吋(11.4 cm)之間。
一實施例中，冷卻通道307的位置與電阻式加熱元件305相隔的距離為「X」。一實施例中，熱控制間隙308之上壁312的位置與電阻式加熱器305之底面相隔的距離為「Y」。一實施例中，熱控制間隙308之下壁313的位置與冷卻通道307相隔的距離為「Z」。一實施例中，距離「X」、「Y」與「Z」係經選擇以自基座128排出所欲之熱量。
第3D圖係沿著第3A圖之線3D-3D之具有本文所述之主動冷卻系統之基座128之一實施例的橫剖面側視圖。如第3B圖所示，軸126係耦接至第1圖所示之功率出口或功率盒103。電阻式加熱器305係藉由配置於軸126中之電線315a、315b耦接至配置於功率盒103中之功率源310。軸126亦包括適以接收熱電偶(未顯示)之縱向通道或孔350。此實施例中，介電插頭230包括一或多個配置於其中之導電插頭320，以耦接電線315於一或多個配置於功率盒103中之各個插口326a、326b。一實施例中，導電插頭320係多觸點插頭。在操作過程中，電線315與導電插頭320可被電偏壓，但藉由介電插頭230之周圍壁325而電絕緣於溝槽導電部分225、軸126與基板支撐件205。
一實施例中，軸126與基板支撐件205係由鋁所製成並電接地。鋁材料封裝加熱元件並作為電阻式加熱器305之有效RF擋板。透過鋁材質之RF遮擋可排出帶通濾波器(濾除耦接至電阻式加熱器305之RF)的需求，不同材料(例如，陶質)製成之加熱基座中可能需要帶通濾波器。利用導電插頭320作為電阻式加熱器305之功率接頭的電接合設計，可與傳統設計電連接器相反來應用來自功率盒103之標準規線與連接器。導電插頭320係裝設於包括PEEK樹脂之獨一基部設計上。導電插頭320包括功率接頭組件，其係由介電插頭230機械地支撐，介電插頭230固定於基部組件129之導電部分225上。PEEK樹脂電絕緣通電之功率接頭(導電插頭320)與接地加熱器主體(基板支撐件205與軸126)。因此，基座128藉由排除帶通濾波器並利用較便宜的鋁材料(其可明顯降低擁有成本)來最小化成本。再者，可重新翻修本文所述之基座128來取代現有腔室中之原本基座，而無須大規模地重新設計與/或停工。
第4A圖係電阻式加熱器305之一實施例之示意俯視圖。第4B圖係電阻式加熱器305之一實施例之示意側視圖。一實施例中，電阻式加熱器305包括加熱元件410。如第4A圖所示，加熱元件410係經圖案化以在電阻式加熱器305之中心部中提供中心密集圖案，以提供匹配並補償基板熱損失之輻射熱分佈。舉例而言，參照第3D圖，相對於導電支撐件主體300之邊緣，加熱元件410朝向導電支撐件主體300之中心的間隔較近。流過軸126之冷卻劑相對於支撐表面210之邊緣在支撐表面210之中心處產生冷點。雖然顯示為中心密集，但應當理解加熱元件410可適以包含基板熱損失分佈中的任何變化。舉例而言，加熱元件410可適以藉由改變其之尺寸、間距、電阻係數、輸入功率等來提供變量的熱輸出，以更匹配基板損失分佈。
表1概述利用本文所述之主動冷卻系統之基座的熱與結構模型模擬。入口溫度[℃]代表熱傳送流體進入冷卻通道組件時之進入溫度。出口溫度[℃]代表熱傳送流體離開主動冷卻組件時之出口溫度。體積流率[GPM]代表每分鐘流過冷卻通道組件之冷卻劑(加侖)。溫度設定點[℃]代表電阻式加熱器之設定溫度。溫度梯度[℃]代表利用本文所述之主動冷卻系統之基座之支撐表面上高溫與低溫之間的溫度差異。最大變形[密爾]代表基座之最大平面偏斜。偏斜具有兩種模式，第一，基座之支撐表面與導電主體可能彎曲，第二，基座之軸可因為內部流體與外部流體之間的溫度差異而傾斜。最大變形結果指出本文所示實施例可產生不超過0.005英吋(5密爾)的支撐表面最大平面偏斜。
表1：基座之熱與結構模型的結果。
雖然上述係針對本發明之實施例，但可在不悖離本發明之基本範圍下設計出本發明之其他與更多實施例，而本發明之範圍係由下列之申請專利範圍所界定。
100．．．電漿系統
101．．．內部側壁
102．．．腔室主體
103．．．功率盒
104．．．腔室蓋
106．．．遮蔽環
108．．．氣體分配系統
110．．．控制器
112．．．側壁
116．．．底壁
120A、120B．．．處理區
122、124．．．通道
125．．．周圍泵送腔
126．．．軸
127．．．腔室襯裡組件
128．．．基座
129．．．基部組件
130．．．桿
131．．．排出埠
135．．．環繞環
140．．．氣體進入通道
142．．．噴頭組件
144．．．阻隔板
146．．．面板
147、307．．．冷卻通道
148．．．環狀基部板
158．．．介電絕緣體
160．．．基板傳送埠
161．．．舉升銷
164．．．泵送系統
165．．．RF源
205．．．基板支撐件
210．．．支撐表面
212．．．第一端
214．．．第二端
215．．．構造
220．．．開口
225．．．導電部分
230．．．介電插頭
240．．．o-形環
300．．．導電主體
302．．．冷卻通道入口
304．．．冷卻通道出口
305．．．電阻式加熱器組件
306．．．冷卻通道組件
308．．．熱控制間隙
309．．．流體循環器
310．．．功率源
312、350．．．上壁
313、352．．．下壁
314、325．．．周圍壁
315、315a、315b．．．電線
320．．．導電插頭
326a、326b．．．插口
354．．．內周圍壁
356．．．外周圍壁
360．．．孔
362．．．第一溫度感測器
364．．．第二溫度感測器
410．．．加熱元件
為了更詳細地了解本發明之上述特徵，可參照實施例(某些描繪於附圖中)來理解本發明簡短概述於上之特定描述。然而，需注意附圖僅描繪本發明之典型實施例而因此不被視為其之範圍的限制因素，因為本發明可允許其他等效實施例。
第1圖係電漿系統之一實施例的部分橫剖面圖；
第2A圖係第1圖所示之基座之一實施例的等角側視圖；
第2B圖係第1圖所示之基座之一實施例的等角仰視圖；
第3A圖係第1圖所示之基座之一實施例的示意仰視圖；
第3B圖係沿著第3A圖之線3B-3B之基座之一實施例的橫剖面側視圖；
第3C圖係第3B圖之基座之一實施例之部分放大橫剖面圖；
第3D圖係沿著第3A圖之線3D-3D之橫剖面側視圖；
第3E圖係第3D圖之基座之一實施例之部分放大橫剖面圖；
第4A圖係電阻式加熱器之一實施例的示意俯視圖；及
第4B圖係電阻式加熱器之一實施例的示意側視圖。
為了促進理解，可盡可能應用相同的元件符號來標示圖式中相同的元件。預期一實施例之元件與特徵可有利地併入其他實施例而不需特別詳述。
110．．．控制器
128．．．基座
210．．．支撐表面
300．．．導電主體
302．．．冷卻通道入口
304．．．冷卻通道出口
305．．．電阻式加熱器組件
306．．．冷卻通道組件
307．．．冷卻通道
308．．．熱控制間隙
309．．．流體循環器
315b．．．電線
362．．．第一溫度感測器
364．．．第二溫度感測器

Claims (20)

  1. 一種一半導體處理腔室之基座，包括：一基板支撐件，包括一導電材料並具有一接收一基板之支撐表面；一電阻式加熱器，封裝於該基板支撐件中；及一中空軸，在一第一端耦接至該基板支撐件並在一第二端耦接至一相配接合部，該中空軸包括：一軸主體，具有一中空核心；及一冷卻通道組件，環繞該中空核心並配置於該軸主體中以透過一內部冷卻路徑自該基座移除熱，其中該基板支撐件具有一配置於該電阻式加熱器與一環形冷卻通道之間的熱控制間隙。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之基座，其中該電阻式加熱器包括一具有一中心密集圖案之加熱元件，以提供一匹配且補償基板熱損失之輻射加熱分佈。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之基座，其中該冷卻通道組件具有：該環形冷卻通道；一冷卻通道入口，用以傳送一熱傳送流體至該環形冷卻通道；及 一冷卻通道出口，用以自該環形冷卻通道移除該熱傳送流體。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之基座，其中該冷卻通道組件更包括一流體循環器，耦接於該冷卻通道入口與該冷卻通道出口，以供應該熱傳送流體至該環形冷卻通道。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之基座，其中該冷卻通道入口縱向延伸通過該軸主體。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之基座，其中該熱控制間隙係由下列所形成：一上壁，該上壁由該基板支撐件所界定；一相對下壁，該相對下壁由該基板支撐件所界定；及一周圍壁，該周圍壁由該基板支撐件所界定，且該周圍壁圍繞該熱控制間隙，其中該周圍壁係圓形，因而造成該熱控制間隙一圓形形狀。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之基座，其中該熱控制間隙的直徑在約7.6cm與約10.2cm之間，而該熱控制間隙的高度在約1cm與約1.3cm之間。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之基座，其中該電阻式加熱器之一頂部的位置與該基板支撐件之支撐表面相隔約 0.3cm與約2cm之間，而該熱控制間隙之上壁的位置與該支撐表面相隔約1.3cm與約3.8cm之間。
  9. 如申請專利範圍第3項所述之基座，其中該相配接合部包括：一介電插頭，包括：至少一暴露的電連接器，適以耦接一配置於該處理腔室上之一功率出口並電絕緣於該中空軸，其中該冷卻通道入口與該冷卻通道出口橫跨該介電插頭並電絕緣於該至少一暴露的電連接器。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之基座，其中該冷卻通道之一頂部的位置與該電阻式加熱器相隔一距離，以產生一不大於0.005英吋之該支撐表面的最大平面偏斜。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之基座，更包括一對電線，耦接該相配接合部與該封裝之電阻式加熱器，其中該些電線係配置於該中空核心中。
  12. 一種一半導體處理腔室之基座，包括：一基板支撐件，包括一導電材料並具有一接收一基板之支撐表面；一中空軸，耦接於該基板支撐件，該中空軸包括：一軸主體，具有一中空核心；及 一主動冷卻系統，提供一配置於該支撐表面上之基板之溫度的主動控制，該主動冷卻系統包括：一加熱元件，封裝於該基板支撐件中；及一冷卻通道組件，環繞該中空核心並配置於該軸主體中以透過一內部冷卻路徑自該基座移除熱，其中一熱控制間隙係配置於該加熱元件與一環形冷卻通道之間。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之基座，其中該冷卻通道之一頂部的位置與該加熱元件相隔一距離，以產生一不大於0.005英吋之該支撐表面的最大平面偏斜。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之基座，其中該加熱元件具有一中心密集圖案，以提供一匹配且補償基板熱損失之輻射加熱分佈。
  15. 如申請專利範圍第12項所述之基座，其中該冷卻通道組件包括：該環形冷卻通道；一冷卻通道入口，用以傳送一熱傳送流體至該環形冷卻通道；及一冷卻通道出口，用以自該環形冷卻通道移除該熱傳送流體。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之基座，其中該冷卻通道組件更包括一流體循環器，耦接於該冷卻通道入口與該冷卻通道出口，以供應該熱傳送流體至該環形冷卻通道。
  17. 如申請專利範圍第15項所述之基座，其中該冷卻通道入口縱向延伸通過該軸主體。
  18. 一種電漿處理系統，包括：一處理腔室主體，具有：數個側壁；一底壁；及一內部側壁，界定一對處理區；及一基座，配置於該對處理區之至少一者中；該基座包括：一基板支撐件，包括一導電材料並具有一接收一基板之支撐表面；一中空軸，耦接於該基板支撐件，該中空軸包括：一軸主體，具有一中空核心；及一主動冷卻系統，提供一配置於該支撐表面上之基板之溫度的主動控制，該主動冷卻系統包括：一加熱元件，封裝於該基板支撐件中；及一冷卻通道組件，環繞該中空核心並配置於該軸主體中以透過一內部冷卻路徑自該基座移除 熱，其中一熱控制間隙係配置於該加熱元件與一環形冷卻通道之間；及一射頻源，耦接於該處理腔室主體。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之系統，其中該冷卻通道組件包括：該環形冷卻通道；一冷卻通道入口，用以傳送一熱傳送流體至該環形冷卻通道；及一冷卻通道出口，用以自該環形冷卻通道移除該熱傳送流體。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之系統，其中該熱控制間隙係由下列所形成：一上壁，該上壁由該基板支撐件所界定；一相對下壁，該相對下壁由該基板支撐件所界定；及一周圍壁，該周圍壁由該基板支撐件所界定，且該周圍壁圍繞該熱控制間隙，其中該周圍壁係圓形，因而造成該熱控制間隙一圓形形狀。
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