TW503440B - Apparatus for controlling temperature in a semiconductor processing system - Google Patents

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503440 A7 -』_ —_ 五、發明說明（） 璧1^領成： 本發明係關於半導體處理系統中的熱轉移，尤其是關 於一種用於加熱及冷卻半導體處理系統内之各種零件、結 構或表面的熱電元件。 曼明背景： 基板處理系統一般包括複數個處理室以用於形成超 大型積體电路（VLSI)元件於一基板，如碎晶圓之上。該處 理室具有用於加熱及/或冷卻適當元件或結構之不同要 求。即，於一處理室或附接於處理室之單獨元件或結構係 達到於不同條件下之不理想溫度，導致基板上之不適當處 理。一般，由於基板之溫度影響基板上之處理結果，保持 基板之溫度於適當處理之理想範圍内係非重要。尤其，於 離子金屬電漿（IMP)處理室内，其中處理氣如：氬及離子 化金屬通量係衝擊該基板且於基板上生成熱，該基板之溫 度增加必須得到控制’因為該基板具有一定不能被超過之 熱預耳。如果基板熱預算被超過，那麼不當之處理就會發 生在基板上，而元件處理失敗的情形也會發生。 具有冷卻及加熱兩個要求之處理室之元件之樣本係用 於在處理過程中支援基板之靜電卡盤（E-chuck)。通常， 該靜電卡盤係物理接觸該基板且基板之溫度藉由靜電卡盤 之溫度而被影響。因而，出於上述之原因，控制靜電卡盤 之溫度係相當重要。例如，銅、鋁、鈦等材料之物理氣相 沉積（P V D )計行處理時的溫度通常為2 0 0 °C以上，以實現 第2頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

J5J --諫· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1、發明說明（ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 最佳之薄片品質及覆蓋。半導體工業現正轉向於沉積薄片 〈銅材的使用。同樣，更低之工作基板溫度(# 5 0。。之數 量級）對於生成可接受品質之銅薄片而言係必須的。 k制靜电卡盤之溫度，一種流體（如水或低溫冷卻液） 係流過靜電卡盤中或之下的小腔或通道。該流體係加熱或 冷卻於設置於處理室之外或遠地之遠端熱交換器單元。該 同一流體可加熱或冷卻靜電卡盤，其取決於由熱交換器單 元所釋放出.之流體溫度。但，該溫度管理技術緩慢回應於 靜電卡盤之溫度改變’因為流體之溫度係測量於熱交換 器’其校正動作發生於遠離靜電卡盤之熱交換器。此外， 使用低溫冷卻液以代替普通水係帶有環境考量。 其它控制處理系統元件之溫度的方法係採用遠端熱電 熱父換益。一熱電（thermoelectric ; TE)元件根據帕爾 帖效應（Peltier effect)轉移熱。當一電流通過兩不同導 體之結合處，珀耳帖效應發生與經過該結合處之電流成比 例之溫度改變。導體之一端變冷，而導體之另一端變熱。 該眾所周知的原理能產生上至1 〇 〇 F之溫度差異及冷卻該 導體之冷端甚至低於水之冰點。一種熱電元件之例子為 DuraTEC，其可購自 Marlow Industries Inc·，Dallas， Texas 。而熱電元件可使用一流體以將熱流入或流出一遠 端目標’如此該熱電元件能遠端加熱或冷卻該目標’如於 熱交換器中。該等使用之示例描述於以下美國專利之中。 美國專利第5,613, 364號中描述一種用於加熱或冷卻 一處理模組内部之部分或全部的溫度控制模組。該溫度控 第3頁 本紙張尺度適用+國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 碟 訂- ▲ · 503440 A7 B7 五、發明說明（） 制模組係設置於處理模組之外部且具有熱電熱交換組件， 其运離該處理模組之内部空間，採用流入流出處理模組之 絕緣液體以冷卻或加熱處理模組之内側。該溫度控制模組 亦具有一溫度感測器當該液體流入溫度控制模組時以感測 為絕緣液體之溫度’藉以指示處理模組之溫度。 美國專利第5，1 5 4，6 6 1號描述一種用於冷卻晶圓卡盤 或顯影液冷卻槽之熱電冷卻系統。該熱電冷卻系統係遠離 晶圓卡盤或顯影液冷卻槽設置。該熱電冷卻系統包备冷卻 儲器以冷卻循環入晶圓卡盤或顯影液冷卻槽之冷卻流體。 一溫度感測器係設置於冷卻儲器上以提供有關冷卻流體溫 度之反饋，如此一控制器能調整熱電冷卻器單元之排列以 保持冷卻流體於一特定之溫度。 美國專利第5，0 2 9，4 4 5號描述一種熱電冷卻系統，用 於保持濕處理站之液體槽中之預先設定之液體溫度，藉以 處理半導體晶圓。該熱電冷卻系統係遠離液體槽及濕處理 站設置。該熱電冷卻系統具有一入口及一出口用於循環冷 卻液體於進入濕處理站。該熱電冷卻系統亦具有一加熱 器，以於其被熱電冷卻器所冷卻後加熱該液體，以提升該 液體溫度至一理想值，其中加熱器之溫度能藉由一電熱調 節器而感測，感測所得之溫度值則反饋於至一控制器。 美國專利第5,450,726號描述一種熱電空氣冷卻設 備，其用於半導體及其它工業之氣候或環境控制系統。就 如之前描述的冷卻系統，該熱電空氣冷卻設備設置於遠離 冷卻之結構或空間處。一入口及一出口允許空氣循環出入 第4·頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ' (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ·% 訂· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 503440 A7 B7__ 五、發明說明（） 該熱電全氣冷卻設備。一加熱器可加熱空氣，如此該加熱 器及冷卻設備之聯合性能能保持該空氣溫度於一理想值。 一熱電偶偵測來自熱電空氣冷卻設備之於出口之空氣溫 度，以將偵測得之溫度值反饋至一控制器。 然而，以上描述之熱電元件應用在半導體處理系統内之 加熱或冷卻結構時卻是沒有效率的，因為其與被加熱及/或 冷卻之部分相離甚遠。相當多之熱損失或增益可發生於熱 交換器及該結構之間，這使得熱電元件之熱移轉能力不能 達到最佳化。此外，因熱電元件與遠離該結構設置之故， 熱電元件會存在一個對於該處理系統元件之溫度改變之回 應時間的内置延遲。且，從遠端熱交換器流入處理系統之 冷卻液及該結構周圍或臨近以與該結構交換熱之冷卻液顯 示沿其流動路徑之溫度變化或梯度，因此該結構並不能被 均勻冷卻或加熱。 因此，一種能對於該處理系統之特定元件溫度變化以更 精確控制及更快回應之處理系統有其提出的必要，而一般 希望該_處理系統的受熱零件具有較佳的熱移轉能力，並能 允許對溫度改變進行迅速修正。 發明目的及概述： 本發明藉由控制半導體處理系統内溫度之設備克服習 知缺點。該設備包括一基底；一基板支架，設置於基底上， 藉以限定一密閉空間；一冷卻板，設置於該密閉空間内； 及複數個帕爾帖效應之熱電元件，排列於該冷卻板上，並 第5頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210>< 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) - 丨諫· 503440 A7 _B7 五、發明說明（） 接觸該基板支架。該基板支架可為一單極、雙極或帶狀結 構之靜電卡盤，並具有於由熱電元件所限定之板體上之一 或多個加熱電極及射頻可加偏壓之電極。 圖式簡單說明： 本發明之教示能藉由考慮以下結合所附圖示之詳細描 述而被輕易理解，其中： 第1圖係顯示實施本發明之半導體處理室之局部示意、局 部剖示圖。 第2圖係顯示包含本發明之基板支架之詳細剖視圖。 第3圖係顯示實施本發明之半導體處理系統之示意圖。 第4圖係顯示本發明之較佳實施例之詳細示意圖。 第5圖係顯示本發明之溫度控制元件之另一實施例。 為便於理解，文中及圖式中相同之參考標號使用其 中，其係指示該等圖式所有之相同元件。 圖號對照說明： (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 10 0 處理室 10 2 晶圓 10 3 支架表面 10 4 底座組件 10 5 卡盤 10 6 基底 10 7 下表面 10 8 廢料環 10 9 支援環 110 豎端 112 平臺 114 垂直轉軸 116 乾極 118 箱體 第6頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 503440 A7 _B7 五、發明說明（） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 12 0 保持環 12 2 遠端能量源 12 4 射頻電壓源 12 6 轉軸 14 0 下室區域 1 42 氣體管道 14 8 處理洞 13 0, 13 4 氣源 13 2, 13 6 閥門 13 8 覆蓋環 14 4 流量控制器 14 8 處理洞 15 0 in. slA wl m 15 2 密閉空間 1 60 加熱.電極 16 2 爽卡電極 2 0 2 溫度控制元件 2 0 4 熱電元件 2 0 6 冷卻板 2 10 入口 2 12 出Π 2 18 入口管道 2 14 彈性負荷部 2 16 彈簧 2 2 0 熱轉移流體源 2 2 2 出口管道 2 2 4 溫度感測益 3 0 0 真空處理系統 3 0 2 轉移室 3 0 3 緩衝室 3 0 4 轉移室 3 0 8 負載室 3 12 切平面 3 14 選擇小型環境 3 16 容器裝載器 3 2 0 轉送器 3 2 2 基板 3 2 6 門 3 2 8 預清潔腔 3 3 0 冷卻腔 3 3 2 擴展腔 3 3 4 選擇冷卻腔 3 3 6 額外腔 3 3 8 前側 5 0 2 上支援板 5 0 4 下支援板 第7頁 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .. -•豫- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 503440 A7 B7 五、發明說明（） 發明詳纟田說明： 第1圖係顯示一用於處理工件i 0 2 (如用於一工件處理 系統之經歷金屬沉積的半導體晶圓）之物理氣相沉積（p V D ) 處理A 1 Ο 0之剖視圖。為詳細理解物理氣相沉積處理室 100及其於處理晶圓之工作，可參考包括於此結合引用參 考之公告於1993年7月20日之共同讓渡的美國專利第 5, 228, 501號之圖示及詳細說明。該案揭露了用於由 Applied Materials, Inc.? 〇f Santa Clara, C a 1 i f 〇 r n i a所製造之物理氣相沉積室之晶圓支架組件。 曰曰圓1 0 2设置於设備1 〇 4上，用於保持該晶圓靠住一 工件支架、提供偏移該晶圓之射頻偏移並控制晶圓溫度。 尤其，該底座組件1〇4具有由基底ι〇6所支援之卡盤 1〇5(如基板支架）及轉軸126。該轉軸126提供佈線通 路’以傳導直流及射頻能量從遠端能量源1 2 2至底座組件 1 0 4。該轉軸1 2 6被放置於箱體1 1 8内，以保持處理室 1〇〇内之真空條件與箱體118及轉軸126内之普通空氣之 間的環_境完整性。卡盤105目前描述成一種基板支架，而 在一較佳實施例中其為一種靜電卡盤。另一種方式，該卡 盤可係一用於化學氣相沉積（C V D )處理系統之加熱器（如 沒有靜電炎卡能力者），或於需要該工件射頻偏移之系統中 之其它任意類型一般目的工件支架。此外，轉軸1 2 6被提 供一氣體管道142，以穿過底座組件丨04輸送氣體至直接 設置於該底座組件之上或晶圓1 〇 2後側的處理洞1 4 8 °該 氣體管道1 4 2與一個或多個氣源1 3 〇、1 3 4藉由分別閥門 第8頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂. --線- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

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A7 -— 五、發明說明（) --s--- 架1〇5.、支援環109及其念 r 土展1 0 6限定一密閉空間丨 乾圍。可用於該設備之陶& ^ 】1 5 2的

^ , Qn 惫靜電卡盤之示例如揭露^A 於1 9 9 7年8月2 2日之義 路於公告 ^ 句人讓渡於Burkhart之μ 弟5,656,0 9 3號，在此將之^ ^國專利 岈 < 併入以供引用參考。更牿佘％ 來，孩參考係揭露具有 争疋說 分隔蓋罩之陶资靜電卡盤積於卡盤表面之金屬材料的晶圓 於靜電卡盤105之髁知士 仏内有各種不同的導電零件，立田 於工件的辅助處理。例如，— 其用 十般1πς、 —加熱電極160可掩埋於靜電 卡盤105之層内。該加飫 、静包 、咨廷極160生成轉移至靜雨 1〇5之頂部的工件之熱 静书卡盤 用以保持孩工件於適當之虛®、田 度。此外，該靜電卡盤1 〇 5 π 1扣 處里》皿 5 了被k供於一或多個夾卡# h 1 6 2。該夾卡電極i 6 2 尺卞电極 疋由一導電性材料製成（如 不必要採用盥製造加鈦哭哈， 々）’但 L、Ik加為詻電極16〇之同一材料。哕上 極162連接第一遠端能量 ，卡电 供應器⑴。以此方式，…同電壓直流電源 以此万式’孩夾卡電極162提供必 子 力於工件！ 02之背側’以保持該工件於卡盤上。例二 夫卡電極162可為-單極結構、雙極結構、束帶爽卡= 結構。此外’夾卡電極162用之能量源亦可㈣ 4加熱益電極1 6 0之能量源。 該爽卡電極162亦連接於第二遠端能量源，即 !源124。同樣，射頻能量係能夠直接組接於該：： 162(兩倍於該直流能量)’藉以於處理而進行之合適方： 孩晶圓加以偏壓。具有必需連接射頻及直流能量應用二一 套電極之合適靜電卡盤可參見描述於公告於199^ ; 一 千3月 第10頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐 {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 勺 •線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 503440 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 ____五、發明說明（） 23日之·Ηαιΐ3ΐη&ηη美國專利第5,886,866號之内容，在 此將該案併入，以供引用參考。 設置於基底1 0 6内者係一溫度控制元件2 0 2。溫度控 制元件2 0 2係利用帕爾帖效應（p e 11 i e r e f f e c t)結合液體 冷卻劑之益處以實現靜電卡盤1 0 5及被支援於其上之晶圓 1 0 2之理想溫度控制。第2圖描述底座組件1 0 4之局部、 立體剖視圖，以致更清晰觀看本發明。更特定說來，該溫 度控制元件.2 0 2包括複數個熱電T E設備及冷卻板。該熱 電元件能夠形成合適熱梯度，以影響於靜電卡盤之溫度改 變。該熱電元件可從該技術領域之製造而自市面購得，且 於較佳之情況下係為鉍/碲之化合物，不過其它類型材料亦 可使用。於本發明之一實施例中，該熱電元件2 0 4係以環 形方式排列於冷卻板206上，其於第4圖中有更完整的顯 示。於另一實施例中，其更多特點可參閱第2圖，該熱電 元件2 0 4係同心設置於該冷卻板2 0 6者。此一同心設置係 有利於帶狀溫度控制（即複數個内熱電元件係限定一内溫 度控制_區域，而複數個外熱電元件係限定一外溫度控制區 域）。於本發明之一較佳實施例中，於以兩同心圈設置之冷 卻板2 0 6上有4 0個熱電元件。為因應理想熱傳導特性而 以任意方式或結構而設置該熱電元件2 〇 4於冷卻板2 0 6上 的做法都涵蓋於本發明之精神及範圍内。 該熱電元件2 0 4於直立係大致1 c m，並藉由各種不同 被半導體處理室製造業界之一般技藝人士所熟知之方式而 附接於靜電卡盤1 0 5之底面。例如，在低溫（2 〇 〇 C以下） 第貫 本紙張尺i 適时®ii^(eNS)A4 ' (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) · •線· ·! 503440 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（） 應用上該熱電元件2 0 4可藉由一合適黏合劑而被附接於 靜電卡盤。對於高溫應用（ 3 5 0 C以上），該熱電元件2〇4 能藉由硬焊而附接於該靜電卡盤丨05。第三種裝置特別顯 示於第2圖中’其中該熱電元件2()4係硬焊至冷卻板2〇6 處，而該冷卻板2 0 6接著設置於彈性負荷部2丨4上。更特 定說來’該彈性負荷部214為一環體，被設置於基底1〇6 内，而該環體具有一或多個向上偏移該環體之彈菁2丨6。 因此，該冷.卻板2 0 6 (附帶有）熱電元件2〇4亦被向上偏 移、並緊密接觸靜電卡盤1 0 5之下表面！ 〇 7。於此外之另 一實施例（未圖示）’該熱電元件204於該卡盤製造過程之 某個時間點時可與靜電卡盤丨05所製造之材料（即鋁氮化 合物）結合在一塊。同樣地，這種結合過程的細節係熟悉該 領域之一般技藝人士所知。 第5圖係顯示溫度控制元件2 0 2之另一實施例。更特 定說來，該溫度控制元件2 0 2包括複數個設置於支援材料 之兩個板5 0 2及5 0 4之間的熱電元件2 〇 4。該熱電元件係 黏結於一上支援板5 0 2及一下支援板5 0 4而形成一永久|士 構。與該熱電元件204相比，該支援板502及504於尺 寸上更薄，且係選自由鋁氮化合物、金屬物質及合成物（即 鋁矽鎂，鋁矽矽碳化物及類似物質）所構成之組群中所選出 之材料。該結合藉由將熱電元件硬焊於支援板5 〇 2及5 〇 4 上而實現。該硬焊材料係由包括鋁合金、金/錫及金銦之組 群内挑選。當該硬焊材料為導電材料（如鋁合金）時，電線 5 0 6就會形成而便於熱電元件對於能量源之連接。於本於 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .-¾ · 丨線. 第12頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 x 297公楚 503440 Α7 Β7 五、發明說明（） 明之較佳實施例，上下支援板5 〇 2、5 〇 4為鋁，且上支援 板5 0 2硬焊於靜電卡盤處（即藉由鋁鎂合金而硬焊）。於另 一實施例（未圖示）中，該上支援板5 0 2被除去，且該熱電 70件被直接結合於基板支架1 0 5之底部。為完成該溫度控 制元件2 0 2的安裝（不管為哪一特定實施例），其係結合於 冷卻板2 0 6 ’即下支援板5 0 4係結合於冷卻板2 0 6。此一 結合係藉由如用鉬/ K 〇 V A R ®而硬焊以實現。其它類型結 合或硬焊物質為熟知該項技藝人士所所知。另外，第5圖 之溫度控制元件2 0 2被壓置於該密閉空間，以與基板支架 1 0 5及冷卻板2 0 6緊密接觸。 一熱轉移流體（如水、氮或丙晞乙二醇）從熱轉移流體源 220經過入口管遒218進入冷卻板206之入口 210。然後 流經一或多個冷卻液通道2 0 8並經過出口 2 1 2及出口管道 2 2 2而流出冷卻板2 0 6。熱轉移流體源2 2 0亦可包括一熱 交換器（未圖示）。其中熱轉移流體係於循環進入冷卻板 2 0 6之前而冷卻或加熱。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 熱電元件陣列設置於冷卻板2 0 6上，用以增強從靜電 卡盤1 0 5至熱轉移流體之熱傳導’反之亦然。當以熱電元 件冷卻靜電卡盤1 0 5時，一電流被提供至熱電元件2 〇 4， 以生成朝向靜電卡盤1 0 5之冷側及朝向冷卻板2 〇 6之熱 側。一冷卻熱轉移流體從熱轉移流體源2 2 0流進冷卻板 2 0 6，以冷卻熱電元件2 0 4之熱側。當熱電元件2 〇 4之熱 側藉由熱轉移流體而被冷卻’該熱電元件之冷側則以比例 冷卻該靜電卡盤1 〇 5。以此方式，該熱電元件2 〇 4可增強 第13頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 503440 A7 五、發明說明（ 從靜電卡盤105之熱傳導’藉以增加冷卻系統之效率。 當熱電元件被用於加熱靜電卡盤1〇5時，—電流係提 供至該熱電元件1 0 5，以生成朝向靜電卡盤丨〇 5之熱側及 朝向冷卻板206之冷側。一加熱熱轉移流體從熱轉移流體 源流入冷卻板2 0 6，以加熱熱電元件2 〇 4之冷側。當熱電 元件2 0 4之冷側藉由熱轉移流體而被加熱，該熱電元件之 熱側以成比例之方式加熱該靜電卡盤1 〇 5。因而，該熱電 元件2 0 4係藉於所需方向上主動抽熱，以增強對於靜電卡 盤1 0 5之溫度改變的處理室之回應性。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 熱電元件2 0 4及如上所述之處理（即夾卡及射頻分佈） 電極之結構可以在整體上提升晶片製造處理效果。以上所 述對於熱電設備於處理系統中之應用係提供於熱源或於對 於熱需要之位置之一增加的熱轉移率、一熱轉移效率及對 於溫度改變之改進回應時間及穿過冷卻/加熱目標的長度 之均勻熱轉移。更特定說來，因射頻分佈電極1 6 2與晶圓 1 0 2之接近性，射頻能量之應用及傳送係極有效。將射頻 能量進入晶圓1 0 2以外材料之必需電容性結合被保持於一 絕對最小值。該條件產生更多被結合於晶圓1 〇 2之此能量 及穿過晶圓表面相對於以靜電卡盤1 0 5周圍之熱或發散射 頻路徑之形式之更多均勾分佈。該改進效率係指示比目前 可能要小之能量能被施加於射頻晶圓偏壓，如射頻能量源 1 2 4能提供比目前需要相當少之能量（於5 〇 〇 w之數量級） 係被提出。因而，每一單元之節省係藉由減少能量消耗而 實現。此外，該射頻能量，當其（及其限定之平面）低於藉 第14頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 503440 A7

五、發明說明（） ί請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) 由處理電極1 6 2所限定之射頻“傳導面，，時並不穿過熱電 元件2 0 4而傳導。因一般皆知（此處亦有描述）熱傳導之總 量被提供於熱電元件2 0 4之電流總量所控制，因此任何於 電流預計總量中之千擾係都會對熱傳導條件造成不利的影 響，即穿過如具有熱電元件於其上之冷卻板結合之射頻能 量能於熱電元件上具有一不良影響，且可能使其損壞或無 用，藉由設置該熱電元件於射頻傳導面以下的做法，射頻 能量轉移及熱轉移的完整性因此得以保持。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 於較佳之情況，一或多個溫度感測器2 2 4 (如熱電偶） 係設於臨近該熱電元件2 0 4處，以感測熱轉移流體、該基 底1 0 6及/或靜電卡盤1 〇 5之溫度，藉以提供於熱轉移源 之溫度之即時指示。一或多個熱電偶可另外（或與前述之熱 電偶同時存在）設於或臨近該靜電卡盤1 0 5之上，以提供基 板1 〇 2溫度之即時指示。當一批溫度感測器係設置於對應 於一批熱電元件之排列時，各單個熱電元件能被調整，以 回應藉由臨近該特定熱電元件之單個溫度感測器而感測之 溫度變化值。因此，該熱電元件係提供於靜電卡盤1 0 5之 不同區域上之單個控制，以針對及減少穿過靜電卡盤1 〇 5 之溫度梯度。溫度感測器2 2 4及熱電元件2 0 4均設置於熱 轉移源上，該冷卻系統係能夠很快回應於靜電卡盤1 〇 5之 溫度的改變，並能立即對於熱轉移之量或方向作出改變。 因此，該基底組件之溫度能緊緊控制於一個窄溫度範圍之 内。 第3圖顯示者為一真空處理系統3 0 〇之實施例的上示 第15頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) " 503440 A7 B7 五、發明說明（） 圖。該系統 300 可為 Applied Materials.，Inc，stanta C 1 a r a，C a 1 i f o r n i a所產之E n d u r a ™系統。儘管本發明 可實踐於該系統3 0 0，但應被理解的是其它形式之真空處 •理系統亦可用於本發明中，且本發明係不限於任意特定形 式之真空處理系統。遠真空處理系統3 0 0包括典型設置於 形成有一系統整塊之平臺（未圖示）上之轉移室3 〇 2及緩衝 室3 0 3。該系統整塊具有設置於切平面3 1 2上之雨個負載 室3 0 8。<選擇使用之小型環境3 1 4可附接於該負載.室 3 0 8 ’用以引導基板進入該系統3 0 0。該轉移室3 〇 4係於 真空處理系統3 0 0内之基板上實施初步基板處理。處理室 3 0 4可為任意形式之處理室，如快熱處理室、物理氣相沉 積（P V D )室、化學氣相沉積（C V D )室及蝕刻腔等。 處理室304可藉由轉移室302而被支援，或可為其自 身平臺所支援，此取決於單一處理室3 0 4之結構。切平面 3 0 6之切縫閥門（未圖示）在轉移室3 0 2與處理室3 0 4之間 提供通路及隔離。相應地，處理室304於對正於其表面具 有開孔（未圖示）。 , 一預清潔腔3 2 8及一冷卻腔3 3 0設置於轉移室3 0 2及 緩衝室3 0 3之間。另外，兩腔3 2 8，3 3 0對於轉移基板於 轉移室3 0 2及緩衝室3 0 3之間之任一方向均係雙方向性， 且如必要，一或多個擴展腔3 3 2可當作一預清潔腔。該預 清潔腔3 2 8於其進入該轉移室3 0 2之前可清潔該基板，且 該冷卻腔3 3 0於其已於處理室3 0 4内進行處理之後冷卻 該基板。該預清潔腔3 2 8及冷卻腔3 3 0亦可轉移該基板至 第16頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

JT 丨線. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 503440 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（） 轉移室3 0 2及緩衝室3 〇 3之真空度之間。該緩衝室3 〇 3 具有兩擴展腔332,用於在該基板上實施額外之處理上。 該緩衝室3 0 3可進一步包含一選擇性使用之冷卻腔3 3 4， 其在有必要時可用於進一步冷卻基板。對於一額外腔3 3 6 之位置（如基板對準腔或一額外預處理（即釋放氣體）或後 處理室）被提供於緩衝室303内。 該負載室308提供在周圍環境壓力與腔真空壓力間之 基板的可控制轉移。切平面3 12上之開口（未圖示）用以提 供通道，而閥門在負載室3 0 8及緩衝室間之間提功隔離。 相應地，負載室308具有對準切平面上之開口之其平面上 之開口。該負載室3 0 8及選擇小型環境3丨4具有對應之開 口（未圖示）以提供通道於其間，而對於開口之門（未圖示） 則提供以隔離。 當半導體處理工業之300-mm基板引進之前，基材之 晶舟典型上由作業人直接裝載進入負載室3〇8。因而，一 小型環境3 1 4不存在於該系統3 〇 〇中。然而就目前說來， 半導體-製造設施已經包括一小型環境，以使該基材進入該 處理系統3 0 0，其使用藉由工廠自動處理系統轉移至附接 於小型環境3 1 4之容器裝載器之基材晶舟。本發明之範圍* 包含結合I亥兩種系統3 0 0的設計。 該小型環境3 1 4具有四個附接於其前側3 3 8之容器裝 載器3 1 6，用於從工廠自動控制中接收基板晶舟。具有對 應門326之開口（未圖示）提供通道及隔離於小型環境314 及容器裝載器3 1 6之間。該容器裝載器3 1 6係設置於小型 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ;% -線. 503440 A7

五、發明說明（） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 環境3 1·4之一側，且係對於支援用於轉移進出真空處理系 統300之基材晶盒或容器（未圖示）之架子。 轉送器320(或基材轉送器）被設置於轉移室3〇2内， 用以轉移基板3 2 2於預清潔腔3 2 8及冷卻腔3 3 〇及處理 室3 0 4之間。一類似轉送器3 2 1被設置於該緩衝室内，用 以轉移基材3 2 3於負載室3 0 8、擴展腔3 3 2、冷卻腔3 3 4、 額外腔3 3 6、預清潔腔3 2 8及冷卻腔3 3 0之間。同樣地， 轉送器324設置於小型環境之内，用以轉移基板於容器裝 載器及負載室3 0 8之間。該小型環境轉送器3 2 4典型上係 設置於路徑上，如此轉送器3 2 4就能來回移動於小型環境 3 1 4中’而轉移及緩衝轉送器3 2 0、3 2 1的設置僅用作旋 轉用。 處理室3 0 4包括具有本發明提出之熱電元件及寒冷陷 入氣體排泄之靜電卡盤。儘管本發明已關於該等實施例作 了以上描述，應被理解的是本發明的應用範圍並不受到限 制’其可用於一處理系統中任意數目的不同應用上，即可 用於各種設備、結構或表面需要被冷卻及/或加熱以調節的 應用上。 總之，上述係針對本發明之較佳實施例，本發明之其它 及進一步之實施例可於不偏離其基本範圍之情況下而被修 改，這些都屬於本發明之範圍，本發明之範圍當由以下之 申請專利範圍所決定。 第18頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公愛） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -丨線·

Claims (1)

1. 503440 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1 . 一種控制一處理系統之一零件溫度之設備，該設備至少 包括： (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 一基底； 一基板支架，設置於該基底上，藉以限定一密閉空 間； 一冷卻板，設置於該密閉空間内；及 複數個貝爾特效應（Peltier effect)熱電元件，佈 置於該冷卻板上且與該靜電卡盤相接觸之。 2 ·如申請專利範圍第1項所述之設備，其中該基板支架係 一單極靜電卡盤。 3 ·如申請專利範圍第1項所述之設備，其中該基板支架係 一雙極靜電卡盤。 4 ·如申請專利範圍第1項所述之設備，其中基板支架係包 括*有束狀卡盤結構之靜電卡盤。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 5 .如申請專利範圍第1項所述之設備，其中該基板卡盤更 包括一或多個加熱電極。 6 .如申請專利範圍第1項所述之設備，其中帕爾帖效應 (Peltier effect)熱電元件位於該冷卻板上，並為一圓 環形樣式。 第19頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 503440

   六、申請專利範圍 7 ·如申♦請專利範圍第1項所述I設備’其中帕爾帖效應 (P e 11 i e r e f f e c t)熱電元件以一或多個同心圈的方式置 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 於該冷卻板上。 8 ·如申請專利範圍第7項所述之設備’其中帕爾帖效應 (P e 11 i e Γ e f f e c t)熱電元件以兩個同心圈的樣式置於該 冷卻板上。 9 .如申請專利範圍第8項所述之設備，其中一第一同心圈 係限定一内溫度控制區域，而第二同心圈係限定—外溫 度控制區域。 费 1 0 .如申請專利範圍第1項所述之設備，其中該帕爾帖效應 (P e 11 i e r e f f e c t)熱電元件係藉由複數個接觸設備而與 基板支架相接觸，其中該接觸設備係選自由黏合劑、硬 焊結合部、由彈簧負荷部之偏移及基板支架之製造過程 中之結合所組成的群組中。 1 1 .如申請專利範圍第1 〇項所述之設備，其中由彈簧負荷 部之偏移之接觸設備進一步包括設置於該密閉空間内之 環，而該環具有一個或多個提供於其内之彈簧。 1 2 ·如申請專利範圍第1 1項所述之設備，其中冷卻板係設 置於該環上。 __________第 20^_ - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公愛^ " """"" f請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 罈 1S· --線· 503440 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 3 ·如申請專利範圍第1 〇項所述之設備，其中由彈簧負荷 部之偏移之接觸設備進一步包括藉由將帕爾帖效應 (Peltier effect)熱電元件壓入以與該基板支架緊密接 觸而設置冷卻板於彈簧負荷部上。

   包^設置於基板 1 4 .如申請專利範圍第1項環 支架之射頻可加偏壓電極 1 5 .如申請專利範圍第1 4項所述之設備，其中帕爾帖效應 (P e 11 i e r e f f e c t)熱電元件係設置於該射頻可加偏壓電 極以下。 1 6 . —種用於控制一處理系統之一零件溫度的設備，該設備 至少包括： 一基底； ^ 一彈性偏移環，設置於該基底上之； 一冷卻板，設置於該彈性偏移環上； 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 複數個帕爾帖效應（Peltier effect)熱電元件，設 置於該冷卻板上； --^盤，設置於該基底且與帕爾帖效應熱電元件相接 觸之。 1 7 .如申請專利範圍第1 6項所述之設備，其中帕爾帖效應 (Peltier effect)熱電元件係於一環形結構而設置於該 第21頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） 503440 A8 B8 C8 D8 申清專利範圍 冷卻板上。 1 8 ·如申請專利範圍第1 6項所述之設備，其中帕爾帖效應 (P e 11 i er e ffec t)熱電元件係佈置於該冷卻板上之一或 多個同心圈。 1 9 ·如申請專利範圍第16項所述之設備，其中該卡盤係一 靜電卡盤。 2 〇 ·如申請專利範圍第1 9項所述之設備，其中靜電卡盤被 加以射頻偏壓。 2 1 · —種用於控制一處理系統之一零件溫度的設備，該設備 至少包括： 一基底； 一冷卻板，設置於該基底上； 了下支援板，設置於該冷卻板上； 複數個帕爾帖效應（P e 11 i e r e f f e c t)熱電元件，設 置於該下支援板之上方； 一上支援板，設置於該複數個帕爾帖效應（p e丨t i e r effect)熱電元件上； 一卡盤，設置於該上支援板上。 2 2 ·如申請專利範圍第2 1項所述之設備，其中上下支援板 第22頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) λ LaJ· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 503440 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 係屬鋁材 2 3 ·如申請專利範圍第2 2項所述之設備，其中該上支援板 被硬焊於該卡盤上。 2 4 .如申請專利範圍第2 2項所述之設備，其中該下支援板 係硬焊於該冷卻板上。 請 先 閲 讀 背 面 之 注 意 事 項 再 填 頁 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第23頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）