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TW526672B - Heater for heating a substrate in a processing gas within a processing reactor, multi-zone heater for heating a substrate in a processing gas within a processing reactor, and method of measuring clamping of a substrate to an electrostatic chuck - Google Patents

Heater for heating a substrate in a processing gas within a processing reactor, multi-zone heater for heating a substrate in a processing gas within a processing reactor, and method of measuring clamping of a substrate to an electrostatic chuck Download PDF

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Publication number
TW526672B
TW526672B TW089120085A TW89120085A TW526672B TW 526672 B TW526672 B TW 526672B TW 089120085 A TW089120085 A TW 089120085A TW 89120085 A TW89120085 A TW 89120085A TW 526672 B TW526672 B TW 526672B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
heater
quartz
gas
quartz plate
plate
Prior art date
Application number
TW089120085A
Other languages
English (en)
Inventor
Wayne L Johnson
Eric J Strang
Original Assignee
Tokyo Electron Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokyo Electron Ltd filed Critical Tokyo Electron Ltd
Application granted granted Critical
Publication of TW526672B publication Critical patent/TW526672B/zh

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Description

526672 A7 B7 五、發明說明（ 相關申請案之交叉朱 本申請案聲明優先權，且係相關於1999年9月29日提出之 60/ι56,595號申請案，其内文在此可供做參考。 發明背景 發明領域 本發明大致上係關於一種多用途之晶圓固定座，用於一 電漿系統中之處理期間固持一晶圓（或其他基板），較特別 的是，固定座包括至少一堆疊層，以提供箝制、傳導、加 及/或冷卻。疊層之例子包括一靜電夹頭、一多重區域氦氣 輸送系統、一多重區域電阻加熱器、及一多重區域冷卻系 統。 背景説明 在半導體製造領域内使用電阻加熱器，以在一處理氣體 内加熱一半導體晶圓已屬習知，加熱會改變發生於半導體 晶圓上之反應製程特徵，例如此電阻加熱器曾使用於反應 器之類熱壁面或溫壁面内，電阻加熱器在此處係做爲矽晶 圓之支承件，且同時加熱晶圓以實施一預定之處理步驟。 通常，一預定純度及/或壓力之處理氣體係循環於加瓿之矽 晶圓上方，以調整碎晶圓之表面特徵。化學氣體沉積即爲 其中-種環境，a電阻加熱器可在其中處理半導體晶圓。 此電卩且加熱器通常使用以下加熱元件：（1)鎳鉻合金 (mchrome)或（2)鋁鐵合金，其係呈電阻性及在一電^二加 於元件時可產生熱。一般用於製造烤箱内電阻加熱元件之 市面可得材料爲康瑟（Kanthal)、尼克洛瑟（Nikr〇thai)及阿 -4 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297石釐)---------- (請先閱讀背面之注意事 1再填寫本頁) 裝 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 526672
經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 克洛瑟（Alkrothal)，此係康乃狄克州貝瑟市康瑟公司製造 之金屬合金商標名稱，康瑟族系包括肥粒鐵合金（FeCrAi) 及尼克洛瑟族系包括奥斯田鐵合金（NiCr，NiCiTe)。 惟，以往電阻加熱器元件並不曾曝露於在反應器内循環 於碎晶圓上之處理氣體，此外，當於習知電漿系統中加熱 時’具’大熱i量之大加熱器元件冩提供一障蔽材料於晶 圓與加熱器元件之間。習知電阻性材料例如某些康瑟合金 係需要一含氧環境，以延長元件壽命，氧氣之存在使一氧 化鋁形成於一康瑟合金加熱器元件之表面上，以阻止加熱 器元件蒸發。氧氣之可接受度爲760托（t〇rr)之5%，且無其 他氣體反應於合金表面。另者，低氧氣環境可使氧化物層 呈現多孔狀’及容許氧化鐵沿著顆粒邊界移動，導致系統 污染。 傳統上’晶圓處理系統之加熱器元件亦具有熱質量，且 其明顯大於已處理之晶圓或基板。在習知系統中，重達數 十镑之加熱器元件係用於加熱僅重二盎司之晶圓，由於大 熱質量，加熱器具有一顯著之橫向構形，其加熱一晶圓之 中央區遠多於邊緣區。爲了補償熱構形，具有3 0個組件之 複雜裝置係用於習知系統中，以調整所施加之熱。大熱質 量亦導致一高熱慣性…即晶圓已達到其要求溫度後加熱器 元件仍持續加熱於晶圓之效應。再者，在習知系統中，徑 向或橫向之熱傳導係鬲於欲處理之基板内者，致使其難以 在晶圓中隔離溫度變化。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） Γ 睛先閱讀背面之注意亊 填· •寫本頁} -裝 訂： A7 發明說明 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 , 發明概述_ '、彖疋，本發明之一目的在提供一基板固定座，其係製成 一 > 一兀件之堆疊，各元件執行至少一項晶圓處理功能。 兩一 力—目的在提供一改良之晶圓夾頭，係使用靜 」a k供—比非靜電箝制晶圓更爲均勻之晶圓熱傳導 〇 本發明 < 又_目的在測量有效箝制一晶圓至靜電失頭， 其係藉由測量以下電容：（1)晶圓及（2)提供箝制之夾頭内之 —相鄰電極。 本發明 < 再一目的在提供一氦氣輸送系統（習知之氦氣 滿側），以增加傳導至一晶圓。 本發明之又再一目的在提供一多重區域氦氣輸送系統， '、藉由政1、不同壓力於不同區域，以在一晶圓區域增加比 另一晶圓區域多之傳導。 本發明之另一目的在提供一電阻加熱器，以在一晶圓處 理反應器内加熱一半導體晶圓，其中循環於晶圓周側之處 理氣體係隔離於電阻加熱器元件。 本發明之另一目的在提供一電阻加熱器，其使用之材料 係例如康瑟合金、哈斯合金（Hastal〇y)、鉑、及鉬。 本發明之另一目的在提供一含氧環境，以用於會在低氧 環境中老化之高電阻加熱器元件。 本發明之另一目的在提供一電阻加熱器，其具有多重加 熱區域’以做較佳之溫度均勻控制。 本發明之另一目的在提供一電阻加熱器，其中加熱器元 -6- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21G X 297公复了 (請先閱讀背面之注意事？？^填寫本頁) -裝 526672
五、發明說明（4 ) 件周側之氣體環境不同於且完全隔離於半導體晶圓反應哭 内之氣體環境。 h w 本發明之另一目的在測量一欲加熱基板之熱傳導特徵， 及提供一電阻加熱器，係設計以額外加熱於具有較高熱損 之區域。 本發明之另一目的在提供一電阻加熱器，其係建構以提 供均勻加熱於一欲加熱之非圓形元件。 本發明之另一目的在提供一電阻加熱器，其具有—熱質 量且接近於欲加熱晶圓之熱質量。 本發明之另一目的在提供一冷卻系統，以在一電漿製程 之前、期間、或之後，降低一基板溫度。 訂 本發明之另一目的在提供一多重區域冷卻系統，以在一 電漿處理步驟之前、期間、或之後，根據晶圓之_熱捐失 形狀而冷卻一晶圓。 本發明之另一目的在提供一至少一上述元件之組合堆疊 (即至少一多重區域靜電夹頭、一多重區域氦氣輸送系統、 一多重區域電阻加熱器、及一多重區域冷卻系統）。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 簡而言之，依據一第一實施例，本發明係關於_元件堆 疊.，可在一系列電漿或熱處理步驟期間供一基板（例如一晶 圓或一液晶顯示面板）放置於其上。堆疊中之元件類型包括 但是不隈定的有：一靜電箝制件（單一或多重區域）、一氦 氣輸送系統（單一或多重區域）、一電阻加熱器（單—或多重 區域）、及/或一冷卻系統（單一或多重區域）。至少其中一元 件係依據欲執行之處理步驟而選定，各元件係彼此密封及 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -!v 、發明說明（5) 密封於處理環境，栌+ , ^ π 、 據此’本發明I一實施例可爲以下至少 〈一者：-具備靜電箝制之靜電夹頭、—電阻加教哭、及 —冷卻系統。 …w 依據本發明之_每、A M ^ Lra 貝她例，其才疋供一靜電夹頭以箝制一基 板及箝制基板做測量， J里在此貝抛例中，第一及第二電極係 罩覆於靜電夹頭内及箝制基板至夹頭，第_及第二電極間 〈電容係在基板施加至夹頭後測量之，以決定基板 效 箝制。 依據本發明I另—實施例’複數封閉板係—併用於在一 ，漿處理容室内之基板背側上提供壓力控制於一氦氣輸送 系統。氦氣輸送系統提供氦氣於—基板背側上之壓力係明 顯大於容室壓力（即大⑽·观），以利改善基板與夫頭之 間、煞傳導，電氣性箝制基板至夹頭可使用一明顯大於容 室壓力之背側氣體壓力，基板與夹頭之區域係、相當平滑， 而可提供-良好之氣密。在一實施例中，氦氣輸送系統係 三區域性’以提供不同之氦氣量於基板之不同部分，以利 匹配於基板之一傳導構形。氦氣輸送系統可組合使用於上 述靜電夹頭’在-組合之實施例t ’ #電夾頭包括氣體孔 ，且乱氣輸送系統設於靜電夹頭下方，氦氣隨後通過靜電 夹頭中之孔穴以提供料於晶83，氣料導係 壓 力改變（例如高達15托）。 依據本發明之另一實施例，一電阻加熱器用於在一晶圓 f理反應器内加熱-半導體晶圓’加熱器包括一電阻加熱 器元件設於-或多石英板内之-加熱器通道中 阻加熱 526672 A7 B7__ 五、發明說明（6 ) 器之一實施例包括電阻加熱器，其具有供給端頭腔室以配 合加熱與冷卻期間電阻加熱器之膨脹與收縮。 構成電阻加熱器殼體之石英板係在複數鄰接表面熔合， 且較佳爲在所有鄰接表面，電阻加熱器元件固定於其間以 形成一氣密容室。相當多之熔合點係提供以防止電阻加熱 器之内壓在電漿處理容室之降壓環境中跳至熔合點，聯結 於電阻加熱器元件之電力端子係提供以傳導電流。在至少 一實施例中，一氣體導管係連接於石英板之間之氣密容室 ，以容許預定組合物與壓力之氣體進入，而無關於循環於 晶圓固定座外表面之處理氣體之組合物與壓力。 電阻加熱器元件較佳爲康瑟合金或鉑製成，因爲這些材 料可在空氣中加熱而不受損，片狀材料可熔化、抽拉、化 學性蝕刻、濺擊、雷射切割、水刀切割、或其他方式成型 ，以形成一匹配於欲加熱元件熱傳導特徵之電阻加熱器元 件。另者，一或多上述材料之一或多條線可做爲加熱器元 件，石英板係建構以具有匹配於加熱器元件之特性。熔合 時，諸特性可提供一密封以將處理環境分隔於導體上方之 氣體，密封需穩定地配合於加熱器之超高溫。 欲提供一電阻加熱器元件以一對應於欲加熱元件熱損失 之形狀，熱傳導特徵係利用三項前述技藝之一者檢查。在 一第一項技藝中，當一液晶顯示裝置紙施加於一放置在靜 電夾頭上之先前均勻加熱基板時，即可檢查出液晶顯示裝 .置紙之變化，紙中變化之攝影可指出加熱基板之熱損失形 狀。在一第二項技藝中，一遠紅外線掃描器或偵測器係在 -9- 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) I# -裝 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 526672 A7
五、發明說明（7 ) 加熱冷卻於夾頭上時，測出先前加熱基板表面上之熱放射 變化，在無電漿下監視空間性與暫時性放射溫度之此一偵 s备爲 般$又有熱電偶I晶圓.例如SensArray公司之 1530A型產品）。在一第三項技藝中，一夾頭上之一基板之 熱傳導特徵係以一電腦模擬，其根據欲加熱基板之形狀及 熱特徵以及供基板加熱於其上之夾頭之熱傳導特徵。 本發明另提供一組冷卻板，以用於以下之一或多項目的 :(1)在處理前冷卻一基板，（2)在處理期間保持基板之冷溫 ’及（3)在處理完成後冷卻基板。冷卻系統之一實施例係一 多重區域冷卻系統，可根據基板之熱損失特徵以冷卻一基 板。藉由快速施加冷卻劑於冷卻緩慢之區域中，基板即可 較均勻地冷卻，同樣地，’藉由處理後快速降低基板溫度， 任何溫度性質之反應皆可在一製程終點有效地中止。 圖式簡單説明 本發明之較詳盡認知與其多項優點可由習於此技者在參 閲以下詳細説明，特別是配合相關圖式後得知，其中： 圖1A係一完整晶圓固定座之截面圖，其設有一多重區域 靜電夾頭、一多重區域氛氣輸送系統、一多重區域電阻加 熱器、及一多重區域冷卻系統； 圖1B係一第一電力/流體導管之側視圖，其用於傳送電力 連接、氣體、及冷卻劑至圖1A所示之不同層； 圖1C係一第二電力/ Ά體導官t側視圖，其用於傳送哈力 連接、氣體、及冷卻劑至圖1A所示之不同層； 圖1D係一第三電力/流體導管之側視圖，其用於傳送電力
本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X (請先閱讀背面之注意事it再填寫本頁) 裝 >aj- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -10- 526672 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、 A7 B7 ' --—------發明說明（8 ) 連接、氣體、及冷卻劑至圖1A所示之不同層； 圖1E係一第四電力/流體導管之側視圖，其用於傳送電力 連接、氣體、及冷卻劑至圖1A所示之不同廣； 圖1 F係晶圓固定座諸層頂部上之一聚焦圈環頂視圖； 圖1G係組合於圖1F諸層之一聚焦圈環頂視圖； 圖1Η係一截面圖，揭示諸段如何分隔地設有獨立之蓋板 與底板以用於各段； 圖Π係使用圖1Η各段之晶圓固定座頂部上之一聚焦圈環 頂視圖； 圖2係一冷卻靜電夾頭之截面圖，其包括一氦氣分配系統 於一多電極式靜電夾頭下方； 圖3 Α係根據第一實施例之一靜電夹頭頂板之頂視圖； 圖3 B係根據第一實施例之靜電夾頭中間板之頂視圖； 圖3 C係根據第一實施例之靜電夾頭中間板之截面圖； 圖3 D係根據第一實施例之靜電夾頭底板之頂視圖； 圖3Ε係根據第二實施例之靜電夾頭截斷頂視圖； 圖4 Α係根據第一實施例之一氦氣輸送系統頂板之頂視 圖； 圖4 B係根據第一實施例之氦氣輸送系統中間板之頂視圖 圖4C係根據第一實施例之氦氣輸送系統中間板之截面圖 圖4D係根據第一實施例之氦氣輸送系統底板之頂視圖； 圖4 E係根據第一實施例之圖4 D底板之截面圖； -11 - 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^填寫本頁) 裝 -lSJ. 526672 A7 B7 五、發明說明（9 圖4F係根據第二實施例之一氦氣輸送系統截斷頂視圖； 圖4G係根據第二實施例之氦氣輸送系統之一板件頂視 圖 圖4H係根據第三實施例之一氦氣輸送系統截斷頂視圖； 圖5 A係一電阻加熱器頂板之頂視圖； 圖5B係一電阻加熱器中間板之頂視圖，其根據第一實施 方式而具有一内區域及一外區域； 圖5 C係一電阻加熱器底板之頂視圖； 圖6A係一電阻加熱器頂板之頂視圖； 圖6B係一電阻加熱器中間板之頂視圖，其根據第二實施 方式而具有一内區域及一外區域； 圖6C係一電阻加熱器底板之頂視圖； 圖6D係根據第二實施方式之一部分中間板放大頂視圖； 圖6E係根據第二實施方式之一部分中間板内區域截面圖 圖7A係根據第三實施方式之一五件式加熱器簡示圖； 圖7B係根據第四實施方式之一四件式加熱器簡示圖； 圖7C係根據第五實施方式之一八件式加熱器簡示圖； 圖7D係根據第六實施方式之一五件式加熱器簡示圖； 圖7E係根據第七實施方式之一五件式加熱器簡示圖； 圖8 A係一概呈方形通道内之一電線加熱元件簡示圖； 圖8B係一概呈長方形通道内之一長條加熱元件簡示圖； 圖8C係一概呈方形通道内之一電線加熱元件簡示圖，且 具有一規律形狀之石英/通道/石英/通道； 請 先 閱 讀 背 面 之 注- 意 再’ 寫裝 本 · 頁I 一 I r I 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -12-
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526672 五、發明說明（10 ) 圖8 D k —概呈圓形通道内之一電線加熱元件簡示圖. 圖8E係一通道内之支承件上之一電線加熱元件簡示圖； 圖8F(1)係一概呈方形通道内之翼片上之一長條加熱元 件簡示圖； 圖8 F (2)係當長條在一概王方形通道内時供_長條加熱 元件放置於上之翼片前視截面圖； 圖8F(3)係當長條在一概呈方形通道内時供一長條加熱 元件放置於上之翼片側視圖； 圖8 G係一方形通道内之一電線加熱元件簡示圖，且具有 一規律形狀之石英/通道/石英/通道； 圖8H係一彎曲且可變寬度之電線加熱元件簡示圖； 圖81係一段加熱器元件之放大圖； 圖8 J係一通道内一電線接於一電線加熱元件之放大圖； 圖9 A係根據第一實施方式之一冷卻系統頂板頂視圖； 圖9B係根據第一實施方式之冷卻系統第二板頂視圖； 圖9C係圖9B所示冷卻系統第二板截面圖； 圖9D係根據第一實施方式之冷卻系統第三板頂視圖； 圖9E係圖9D所示冷卻系統第三板截面圖； 圖9F係根據第一實施方式之冷卻系統第四板頂視圖； 圖9G係圖9F所示冷卻系統第四板截面圖； 圖9H係根據第一實施方式之冷卻系統第五板頂視圖.； 圖91係圖9H所示冷卻系統第五板截面圖； 圖10A係根據第二實施方式之一冷·卻系統頂板頂視圖； 圖10B係根據第二實施方式之冷卻系統第二板頂視圖； -13 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------— 裝 (請先閱讀背面之注意:填 寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 526672 A7 B7 五、發明說明（11 ) 圖i〇c係圖ι〇Β所示冷卻系統第二板截面圖： 圖10D係根據第二實施方式之冷卻系統第三板頂視圖； --------I I —^^1 I ^ - I I (請先閱讀背面之注意事^:填寫本頁) 圖10E係圖10D所示冷卻系、、统第三板截面圖，其包括一反 射材料及一熱隔離件聯結於第三板之底部； 圖1 1A係一多重區域冷卻段内之冷卻劑條頂視圖； 圖11B係圖11A之一冷卻條截面圖； 圖12係藉由各別板件或分離段以製成基板固定座之一烤 箱簡視圖； 圖1 3係在一電漿處理環境中之聚焦圈環與基板固定座側 視圖； 圖14係一基板固定座包括一圓形内區域由圈環圍繞之簡 視圖’其中冷部劑係進给至沿徑向螺旋向外之分隔通道·， 圖i 5係一加熱板簡視圖，其可昇離冷卻板；及 圖16A 土 16D說明製造本發明諸層之方法。 輕佳實施例詳細説明 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -L. 請即參閲諸圖式，其中若干圖内之相同參考編號係指相 同或對應之組件，圖1A說明一堆疊元件之較佳實施例，依 本發明所示，堆疊元件操作如同一組合之靜電夾頭丨〇2、氦 分配系統1 22、電阻加熱器丨3 2、及冷卻總成1 5 2。在圖示之 堆疊結構中，自頂至底依序爲第一組之三件板（100，105， H0)包含靜電夾頭102，次二件板（120，125)包含氦分配系 統122，再次三件板（130，135，140)包含電阻加熱器132， 及最後五件板（145，150，155，160，165)包含冷卻總成152 。在一變換實施例中，複數板片係組合以構成一或多”板” -14- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2i〇 x 297公釐） A7 B7 五、發明說明（12 ) 其功能相同於所替代之板者，例 气々、^ W如，當一虱氣分配系統122 配合使用一靜電夾頭時，靜雷+ 曰、 ^ 包爽頭102心取展板110可組合 於虱氣分配系統之頂板120,同樣地，氦氣分配系統12)之 底板125可組合於電阻加熱器132之頂板13〇。所有十三件板 係同中。地上r堆瑩，且放置於一接附於電力/流體導管 180之基板170上。 θ 如圖1B所示，在電力/流體導管18〇之一實施方式中，十 個不同區域係同中心地配置，各區域傳送_電力訊號、i 氣、及冷卻劑之至少一者至不同層。在電力/流體導管 1801 —實施例中，區域係由外至内依序配置如下：冷卻劑 出口-外區域200、冷卻劑出口·内區域2〇5、冷卻劑入口-外 區域210、冷卻劑入口 _内區域215、加熱板-外區域22〇、加 熱板-内區域225、氦氣外區域23〇、氦氣内區域235、靜電 夾頭電線外區域240及靜電夾頭電線内區域245。惟，所示 之實施例僅爲舉例説明，内、外區域之順序及入、出口之 順序可改變而不脱離本發明之精神。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 圖1C揭示電力/流體導管18〇之第二實施方式，其係配合 使用圖10E所示之其他入、出口。在此實施例中，用於靜電 夬頭102之内區域245、外區域240之電力導管係組合於加熱 板132之内區域225、外區域220，以構成一電力導管181。 導管180之其餘部分則包括一内圈環n5及一外圈環173，含 有Μ槽1 7 ό、1 7 8之内圈環係構成二導管，以用於氦氣外區 域230及氦氣内區域235，含有刻槽172、174之外圈環173 亦構成導管，以用於冷卻劑出口 -内區域2〇5及冷卻劑入口 - 15- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 526672 A7 B7 五、發明說明（13 ) 内區域215。利用此實施方式，在相較於環形區下，吁取得 額外之結構堅固性，因爲各内導管接附一外導管。藉由將 一圈環分割成二部分，各部分可用於不同用途，且圈環之 數量亦比圖1B之實施例者少。内肋件亦有助於同中心導管 之正確對準，以利熔接相鄰之導管，及改善導引冷卻劑與 氣體流動。雖然揭示圖1C中對準之所有刻槽（1 7 2，1 7 4 ’ 1 7 6 ，178)，但是圈環173、175可旋轉以令刻槽彼此呈不同角 度。同樣地，各圈環可分割成較少量之密封段，以配合各 層之不同區域數，例如，若三個氦氣供給區域使用於氦氣 分配系統122内，則内圈環ι75可含有三段而非圖示之二段 〇 在圖1D褐tf之又一實施例中，導管18〇係實施爲一聚攏 I管束，在此結構中，管件可爲（1)沿著導管18〇而呈固定 尺寸，或（2)當管件在石英板堆疊中不再需要呈較高時則其 可增大體積且重新對準。例如，儘管六支管件揭示於圖⑴ t外圈環中，但是至少一管件可不再需要位於次一較高板 ，因爲至少一官件已輸送其内容物（例如冷卻劑）至適切之 板，因此，外圈環中之五支管件可延續導管18〇。在導管之 再-實施例中，較小之導管可容置於較大之導管内，在此 -實，例中…相似於圖10所示之結構本身可圍封於 形導官内’以產生圖1E之結構。 圖1A所示之各板係由導熱但是絕緣之層（例如石英 ’且利用"玻璃料”做爲結合劑以結合於圖1b_ie中之 管結構。結合前，線路行經導管，隨後破璃料放置於^ 請 先 閱 讀 背 面 之 注- 意 事邊 再 填· 聚裝 頁 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 16-
526672 A7 五、發明說明（14 ) 〜板上及在板之間之各相鄰邊緣處。欲製造玻璃料時， =摻雜劑放入研磨後之石英内，以降低其熔化溫度。欲結 占〜邛位在一乾燥爐内以機械性壓力組合，並且在空氣中 知火燃燒至一足以熔化摻雜石英之溫度。當掺雜石英之周 緣部熔化時，其即逐漸熔合及形成一氣密式封合，石英熔 合過程應爲熟悉石英處理技術者所知。如圖12所詳述，若 結合係在一套筒内進行，則同中心對準更易於保持，此對 準套筒之特性可以一列對準銷補足或替換。儘管此設計係 闡述爲由石英與擴散結合製成，但是其亦可由其他材料如 礬土與玻璃料結合製成，習於此技者可知的是其他絕緣與 結合材料皆可採用，而不悖離本發明之精神。 藉由組合所有板，即可產生一多用途之基板固定座，圖 1A之基板係以一聚合型式揭示於圖^中。除了板，一产焦 圈3哀900係揭示一體地對準夹頭之晶圓且影響晶圓上方 之邊緣電漿。組合時，聚焦圈環900與圖1F之基板固定座= 成如圖1G所示之一完成結構。 在一變換實施例中，構成一段之一或多列板係獨立地構 成，且包括一蓋板、一主板及一底板，如圖1H所示。依扩 此變換實施例，主板係設有一列通道或槽道，以配合 於通道或槽道内之元件（例如加熱元件及電容性 L仵）或載 體（例如氣體或冷卻劑），蓋板及底板則用於保持通道：搞 道内之元件或載體。在此實施例中，各段可利用言 3旧 板及底板以做爲一分離式’’獨立”組件，亦即任— 一 奴可接附 於電力/流體導管，且若處理環境僅需要一種功化 刀％時（例如 -17- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） Γ清先閱讀背面之注意事^再填寫本頁} -裝 Α^τ· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 526672 A7 B7 五、發明說明（15 (1)加；f’、而不冷卻及夾持’或（2)夾持而不加熱或冷卻）則其 可組合於聚焦圈環。 大體上，半導體處理中之基板形狀呈圓形，因此文内所 述之夾頭形狀將呈圓筒形，且具有圖π所示之基本尺寸。 惟，夾頭之形狀並不限於圓筒形，夾頭可以其半徑R及其高 度Η描述之，夾頭之高度爲其設計内所包合組件與其各別 厚度之函數，圖Π説明這些厚度以及各段之較佳配置順序 。夹頭之半徑R大於晶圓之半徑rw，以提供空間於一聚焦圈 環’而容許晶圓（或基板）可重覆地放置於夾頭上。圖1G揭 示彼此之間之尺寸關係，夹頭之半徑可依欲處理基板之尺 寸而成比例（例如8及12吋直徑），最後，區域之形狀具有一 半徑且大致相等於基板半徑。 夾頭之底部有如夹頭組件之底座，其亦可做爲一歧管， 供所有電線、冷卻劑及氣體配送至其各別組件之目的地。 圖2所示之一變換實施例中，晶圓固定座包括圖1A所示 之唯一子組板，在此實施例中，晶圓固定座僅使用底板頂 部上之一靜電夹頭及一氦氣分配系統，據此，電力/流體導 管僅包含圖1B -1D中之子組導管。其他組合亦爲可行，例 如一具有氦氣分配系統12 2之加熱器1 3 2 ’在此結構中，板 100成爲氦氣分配系統122之組件且在板120上方封合。再者 ，组裝順序係依欲達成之最重要功能決定’例如，若冷卻 比加熱重要，則加熱總成13 2之順序即隨著冷卻總成15 2改 變，以確使冷卻功能最接近於基板° -18- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) Ι·: --裝 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公爱） 526672 A7 __B7 五、發明說明（16 ) 靜電夾頭段 請注意各別層，一靜電夾頭102包括板100、105、1 10， 分別做爲第一、第二及第三板，且揭示於圖3 A-3D中。第 一板100包括（1)揚昇銷貫穿孔300，可將晶圓昇離夾頭，及 (2)氣體分配貫穿孔305，可將氣體聯通至一晶圓ι9〇背後。 對準時，第一板1〇〇上之這些貫穿孔係相似於第二及第三板 (105、liO)上之貫穿孔300、305。儘管圖中未示，板1〇〇可 在晶圓側上設有槽道，以利進一步分配氦氣。 如圖3B所示，第二板105内亦設有二同中心之通道31〇、 3 1 5，供放置第一及第二靜電抓持元件（或”電極”）於其内， 當一晶圓存在於晶圓固定座上時，第一及第二靜電抓持元 件可提供靜電聯結於一晶圓190。當晶圓190放在晶圓固定 座上時，固定一靜電夾頭於晶圓上之力量可藉由測量第一 及第二靜電抓持元件間之電容而間接地決定。若晶圓i90 未由靜電夾頭102正確地固定，則一警報即發出訊號至操作 者，以利重新放置晶圓190。另者，若使用一自動晶圓操作 系統，晶圓1 9 0可自動地重新放置。在任一例子中，訊號可 用於防止啓始一將晶圓緊緊固定之程序。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 圖3C揭示第二板1〇5之截面圖’及說明通道並未延伸於板 105之整個深度，此可在其通過導營180時供頂部之靜電抓 持元件呈電氣性隔離於下方之電線，電線係以圖3D所示之 電力槽道320通過板105下方’電線利用區域240、245以自 導管向上通過。可以瞭解的是’通遒310、315亦可設於頂 板100内’而第二板設有一命坦之項邵。 -19- 張尺度_ ” _票準（CNS)A4規格⑽^ 五、發明說明（17 ) 圖3 E係依第二實施例之一 域八剑ώ 士 ΠΠ加 私文頑截斷頂視圖，五個區 4刀割成由四個區域圍繞一個區域。以額外， 内區域同樣可分割成四個子，、^ σ ^ 耩以形战同中心之四分 抓持元件係隔離且可保持其各別之電壓 ^負區成化可呈單極性或雙極性（即㈣抓持元件之間之 %位X替符號），在二個 如丄 3 ^ 甲靜％力係用於箝制基板（ 口 —阳0)至夹頭。靜電抓持元件係建構用於一平行線元 件’使得元件之尖端在分隔加熱元件之石英上方對準，如 圖7D、7Ε所示。易言之，若俯視複合材料，則加叙元件可 看出在靜電板下方’因此加熱元件可直接"看見"晶圓，並 ^供輪射式㈣導。再者，靜電抓持元件可加熱及輻射至 晶圓’以利有效增加㈣面積，$，此效果相信應很微小 各靜電抓持元件之電線係揭示於圖3E，其係與用於氦氣 :配系統叉氦氣進給孔相符，舉例之揚昇銷貫穿孔亦揭 不於圖中。最後，主板之厚度Η可變薄，大約爲1毫米或4〇 密爾。 此外，儘管圖3 Ε中揭示五個區域，但是習於此技者可知 其他區域亦可設於一變換實施例中，諸區域可呈同中心、 四分圓、同中心之四分圓、或其任意組合型式。圖3£中揭 示一較佳實施例，同樣地，若欲聯結之基板呈非圓形，則 堵區域可爲一組提供均勻聯結所需之任意選定圖型條。 靜電抓持元件係坐置於石英通道内，一極厚之石英板可 用於罩覆石英内之元件，再者，在加熱元件通道之例子中 ’靜電抓持元件通道内之間隙需配合抓持元件與石英之間 -20· 526672 A7 B7 五、發明說明（18 ) 之不同熱膨脹係數（當加熱器動作時，抓持元件與周側石英 易加熱至大致南於周圍溫度之溫度）。 氣體分配段 在圖4A-4E中，其揭示一氣體分配系統122之實施例，在 此一氣體分配系統之實施例中係分配氦氣，而在變換實施 例中則可分配其他氣體，較佳爲貴氣體。圖4A揭示當靜電 夾頭102不使用時’靜電夾頭1〇2之頂板向下移動至氣體分 配系統12 2 ’而當靜電夬頭1 〇 2使用時，諸板中之貫穿孔3 〇 〇 、3 05即同中心地對準於靜電夹頭1 02中之貫穿孔。同樣地 ，板中央之孔235(例如一反向孔）用於供氣體通過板，及供 電線導電芏較向板中之靜電抓持元件，如圖所示，頂板1 Q 〇 中設有六十四枚孔（305A、305B)在八條線中呈徑向延伸。 在圖4B-4E中，其揭示氣體分配系統122分隔成二區域， 氣體通過氣體-内區域235及散佈至由圈環331圍起之整個 氣體分配-内區域330。如圖4C所示，内區域330之深度大約 爲板120者之一半，區域330内之氣體係經過由圈環331圍起 之圓圈上方之内三十二枚貫穿孔305A而流出。 第二區域係由一氣體-外區域230供給，其填充入圖4D所 示之氣體分配外區域335。如同圖4C所示之内區域330者， 圖4E中之外區域3 3 5之深度大約爲板125者之一半。做爲氣 體-外區域230之導管180部分係終止於第五板120下方，且 僅有氣體-内區域235繼續在其上方，自此層傳送至較高層 之氣體係經過外三十二枚貫穿孔305B °因此，各區域之流 動率（及氣體類型）可經修正以調整二徑向區域内之晶圓與 21 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 1 背 面 之 注- I»! 填 · I裝 頁 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 526672 A7 B7 五、發明說明（19) 晶圓固定座之間之壓力場（及傳導），依此，熱傳導係數之 徑向分配可做改變，以改變傳導-對流熱流量之徑向分配。 如上之多重區域靜電夾頭所述，多重區域氦氣分配系統（ 及本發明之所有其他元件）可在二個區域以上之變換實施 例中實施，其形狀或結構適可配合晶圓或基板所需之傳導 方式。圖4F係第二實施例之一氦氣分配系統截斷頂視圖， 圖4G説明用於氦氣分配組件之主板，氦氣分配板之厚度H2 可爲較小，即小於1毫米或40密爾。 圖4F、4H説明二種不同之氦氣噴淋頭設計，此板可做爲 聚焦圈環下方之夹頭之蓋板，僅供氣體通向晶圓之背側。 圖4F之實施例使用一徑向設計，及圖4H之實施例說明一較 佳之平行線設計，使用圖4H之實施例時，氣體孔之平行線 係叉織於靜電抓持元件之間。大體上，若使用靜電組件及 氦氣分配組件（若使用氦氣，則一靜電組件或其他機械性抓 持元件需用於抵抗晶圓背側上之氣體壓力），配置方式即如 圖1F所示，此意指圖4H所示之孔分配係重合於圖3e所示對 應靜電板中之孔分配（儘管圖3E中未示諸孔）。（圖3e中之） 主板因而設計以具有這些孔，因此，孔將延伸平行於相鄰 靜電尖端之間。蓋板之厚度Η/可爲較小，即小於〇 5毫米或 20密爾。氦氣分配板設置於靜電板下方，使得靜電板與晶 圓之間之距離呈最小，即加大靜電之聯結。 相對於圖4A-4E之實施例，區域之分割亦可在外部由晶圓 固定座本身達成，在此實施例中，通過孔3〇5A、305B之氣 體係由分隔之入口 480、490進給，分隔之入口係自晶圓固 -22- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐）' ' 一 - (請先閲讀背面之注意事:填寫本頁) -裝 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 526672 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（20) 定座頂部延伸至底部（即通過整個晶圓固定座向下至一歧 管）。聯結於入口 480、490底部之氣體管線隨後提供氣體至 各別孔或孔組，這些入口 480、490亦可做爲靜電抓持元件 之電力導管。 此方法提供傳導之最細粒子控制，因爲各別孔或孔組可 做各別控制，惟，此方法需要極爲謹愼，使孔305A、305B 不致干:步到加熱元件或冷卻元件之路徑，容後詳述。 電阻加熱段 圖5A-5C所示之電阻加熱器大體上係以132標示，且包括 一大致中央之電阻加熱器元件通道340及一周邊之電阻加 熱器元件通道3 4 5，如圖5 B所示，中央之電阻加熱器元件通 道3 40具有一周邊且大致對應於一周邊環形列或元件之内 周邊。用於通道340、345之電阻加熱器元件係連接於通過 電力/流體導管180之電線。 通道係切入（或形成於）第八石英板135之一頂表面内，另 者’通道可形成於第七板1 3 0之表面下。石英板之厚度係經 %足以供充分之機械強度’以抵抗電阻加熱器元件與低 壓處理區之間之壓力差，惟，厚度係由以下平衡之：（丨）提 供最大熱傳導通過板130、135之需求，及（2)具有一減小熱 質量與慣性之要求。此熱主要係由輻射及傳導傳送，其取 決於表面之溫度及材科性質。在這些結構中，藉由使用高 電阻材料，其可取得一 5-25 kW加熱器（此取決於夹頭直徑 或晶圓直徑’即5至12吋之晶圓直徑）。藉由使用一具有低 熱質量之加熱器，其對於基板之快速加熱及冷即可比熱質 -23- [紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4祕（21G X 297公釐) '一---- (請先閱讀背面 之注意 裝—— 填寫本頁) 訂· 526672 A7 -------------B7 五、發明說明（21 ) —-- " 量大幅大於基板者之加熱器可行。使用靜電夾頭中之靜電 抓持元件時，—槽道355係供給於第九板140内，可供電線 置入^聯結於通道340、345内之電阻加熱器元件。 參考多重區域靜電夾頭及多重區域氣體分配系統所述， 本發明亦包含—多重區域加熱器，圖7C至7E即説明相較於 圖5B中之變換區域。 大體上以圖7E爲較佳，因爲其提供在徑向及方位二者中 (性質調整及控制，在較佳例子中，其係由五個區域組成 ，惟，其亦可爲更多，以提供較大徑向或方位解析度。例 如’其通常窝在晶圓邊緣處具有較大之徑向解析度，以利 補償邊緣處之損失。相較之下，圖5β説明一設計，其增加 對於調整及/或控制呈軸線對稱時（即無方位調整）之額外限 制，因此，區域由數個圈環組成圖中揭示二同中心之圈 環’同樣地’其數量可增加，以在徑向提供較大之解析度 。當然’本發明並不限於前述設計之區域型式，事實上， 其型式可爲某些較複雜之表面積組合，以利補償處理基板 中之總體不均勻度，其中一實例即說明於圖7C内。 在一變換實施例中，如圖6B所示，圖5B中之通道340、 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 345係以通道340’、345’替代，其覆蓋晶圓固定座之大約8〇〇/〇 表面積，這些通道之放大圖揭示於圖6D中。另一變換型式 係使用二板以構成槽道，其中一板做爲槽道底部而第二板 完全切穿以成爲元件之間之間隔件，將二板結合即可提供 如圖6E所示之截面形狀，這些通道明顯大於圖5B者。元件 表面積之設計係藉由加大加熱元件對於相鄰石英板與矽晶 -24 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 526672 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 -----------------B7_________玉、發明說明（22 ) 圓之輪射性熱傳導而決定，在此實施例中，通道深度對通 适間距之關係需予以調整。如圖6E所示，在本發明之一實 施例中’各石英指形件361之寬度至少與一通道製成於内部 後之剩餘石英厚度一樣大，此提供良妤之張力強度以承受 因石英膨脹所致之内部負荷。在二種加熱器實施例中，用 於加熱晶圓之熱輸送機構包括：（1)通過加熱元件與晶圓之 間整個總成之傳導，（2)加熱元件與晶圓之間之輻射交換， 及（3)相鄰加熱元件與石英之間之傳導，接著爲石英與晶圓 之間t輕射交換。雖然其他熱輸送機構亦可存在，但是上 述三種方式應最爲重要，此外，區域數及其空間性分配皆 可改變而未悖離本發明之精神。 在一較佳實施例中，電阻加熱器元件係呈蛇形，惟，在 一變換實施例中則可使用非蛇形之形狀，例如V形及U形 ，且方形邊緣相對立於圓形邊緣。如圖6B所示，通道34〇, 、J45大致延伸平行於其相鄰之尾與首段，例如段340A係 大致延伸平行於相鄰之段34〇B。 大體上’本發明之加熱段如同基板固定座之任意其他段 ，其可實施成圖7A所示之五區域式結構，或圖7B所示之同 宁心區域組。圖7A之内區域可進一步分割成四分圓或具有 一内區域之四分圓，亦即圖7A之五個區域（A1_A5)可結合成 一較大之内區域A1，因此，形狀可重新定義成一最小之内 把域，其係由四分圓完全控制或控制，而不需要一分離之 内區域，徑向中之四分圓之各寬度不需要爲相等尺寸。 對於圖7B之同中心區域而言，各區域不需要爲相等尺寸 -25-
C請先閱讀背面之注意再填寫本頁)
I 丨裝 paj. ' 526672 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ^ ^ .......... 五、發明說明（23 ) 。當半徑Γ增大時，徑向中之各區域寬度亦可改變，即相較 於接近中央處而可在邊緣處具有較大或較小之區域。當圖 7Α實施爲具有相等圈環數且各分裂成四等分時，此結構具 有比圖7Α之對應設計爲少之控制。 另外二種没计褐π於圖7C_7E中，在各實施例中，加熱元 件係連接於相對應四分圓之一邊緣，藉由對準加熱元件之 位置不受到上逑靜電抓持元件阻擋，輻射熱係較有效地聯 結於欲處理I基板。加熱段之配置包括不僅徑向之配置與 材料考量，亦包括加熱段之平面。圖8Α-8ϋ説明加熱元件 及其對應通迢I型式亦影響合成之熱傳導，加熱元件可爲 .(1)在一概玉方形通迢内之一電線（如圖8A所示），（2)在一 概呈圓形通道内之一電線(如圖8D所示），（3)在一概呈長方 形通道内之一長方形條（如圖8B所示），（4)在一半圓形通道 内之一長方形條，或（5)在—具有圓形角隅與較大西率半徑 I概呈長方形通迢内之一長方形條。在一變換實施例中， 長條係概主方形且放置於相對應尺寸之概呈方形通道内。 圖8C説㈣對通if尺寸之一保守性設計料，通道係加 工成王板，以罩覆加熱元件，圖示之通道具有一深度與寬 度d，其間隙足以用於—具有大約d直徑之加熱元件。再者 ，元件間之間隔、蓋板之厚度 '及主板之其餘厚度應該爲 一距離d(王板具有一厚度2(1)，藉由使用圖8D所示之圓形底 部方式，發生於一方形通道角隅處之應力集中即可減至最 小。包含王板在内之材料之應力係在快速加熱期間增大， 其中應力係由不同材料（即石英與康瑟合金（Kanthai》之不 ___ _26_ 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（21〇 x 297公爱）-------- —Γί ^-------"層 —--- (請先閱讀背面之注意再填寫本頁) 526672 、發明說明（24 ) 同熱膨脹率及相關於單一材料 A ^丄# $ 、 円度俤度之不同膨脹率產 土，例如右頂部比底部溫暖， 、，、，、 避過石奂王板厚度之一溫 度梯度將使頂表面產生較底砉而士 > 权坻表面大又膨脹，因此（在合成之 内應力與壓縮下）造成板彎拱。 圖8E、8F分別提出-電線與長條式加熱元件，並沿著長 度而具有間隔之”翼片”，”翼彳”可減小加熱元件與罩覆加 熱兀件（石英間之接觸面積。由於加熱元件之熱膨脹係數 大於石英者（大約爲一因數20)，因此加熱元件容易游移， 而翼片有助於其定位’纟中如圖8崎示之罩覆通道内之彎 曲可容許加熱元件之熱生長。圖8H表示加熱元件内之180 度％、曲，若通迢爲標稱1毫米厚度，則彎曲内之厚度可爲i 5 至2¾米，以容許元件生長，例如加熱至室溫以上度之 一 1米長加熱元件係預期生長大約,厘米（此距離均等分佈 於所有彎西之間）。 另可將加熱元件之通道製成極大，使得元件可在加熱時 游移，並且減少加熱元件内部因爲接觸於石英外罩所致之 任意應力，此外，欲加工之體積越大則所需之加工越不複 雜。惟，其亦有一些缺點，若通道係製成較大於上述者， 則加熱元件之前表面積可做犧牲，其次，若使用一中空之 體積，則元件之移動會使元件短路。 圖8 G説明用於一加熱組件之蓋板與主板之實際尺寸例 子，所有主要尺寸大約1毫米（或40密爾），因此，在一多組 件夾頭"f使用此加熱元件將造成如圖11所示之2亳米（或8 〇 密爾）厚度Hr圖81説明三個區域之相交（特別是中央區域與 -27- ‘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再填寫本頁) :裝 參— 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 526672
五、發明說明（25) 二外區域）及提供用於分隔區域中元件間隔之一些尺寸，應 ’/王意的是，這些是屬保守性尺寸，其需減小以改善板之熱 反應及保持結構之一體性。 圖8J表示含有主板與蓋板之加熱組件之局部截面圖，特 別是其揭示一線接於加熱元件處之放大圖，該線係自加熱 組仵（王板）通過至下方結構。在電.阻加熱組件周圍之間隙 中 南屬^ ^'氣（氧氣）可爲迫流式或非迫流式，高壓即指大 氣壓力（相對於眞空壓力而呈較高）。空氣（或氧氣）通過加熱 兀件周圍環節係有二項目的，第一，鄰近於康瑟表面之氧 氣可使得會擴散至一康瑟合金表面之铭發生氧化，康瑟人 金包含鐵、鋁、鉻、碳及鈷，生成之氧化鋁層可保護加熱 兀件，並且延長其壽命，此外，氧化鋁層在IR光譜中具有 良好之放射性。第二，若空氣迫流通過環節，則其可做爲 元件斷電時快速冷卻加熱元件之另一裝置，使用對流可去 除加熱元件内之殘餘熱量，因而改善冷卻系統之整體反應 。各區域之加熱元件通道係其本身之電氣性與流體機械性 二方面之分隔式封閉迴路，因此，電力及/或空氣流動率可 在區域之間變化。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 成型之篆阻加熱元件可由多種不同方法製成，雷射及 水刀切割爲切割出所需加熱器元件形狀之較佳方法，一片 電阻材料較佳爲成型至蛇形且蝕刻（例如化學性或利用一 雷射或水），以提供一具有所需蛇形之生成結構。較佳之材 料係取決於所需之操作溫度範圍、元件之操作條件、及欲 加熱之薄片尺寸與基板厚度，鉑可用於非氧化環境中而線 —____ -28- I。’氏張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格C四7公爱) '— ---- — 526672 A7 B7 五、發明說明（26 鉻可用於氧化環境中，鎳有助於低溫環境，而在不限定成 本時則電鍍之i目亦有效益。雖然有多種康瑟合金可用，但 是較佳I康瑟合金爲由鋁、絡、話、及鐵組成，若氧化鋁 保謾層保持於其表面上，則此材料可在高溫下抵抗老化。 爲了增進此保護性氧化物層之製造及保存，一氣體導管可 用於谷终乳氣進入第七、八板130、135之間形成之容室， 而無關於晶圓固定座周側之壓力與氣體成分。 若不同氣體在第一、二通道（340’、345，）内之加熱器元件 周側，或若二元件需要二不同流動率，則需提供二氣體導 管以容許此項功能，氣體隨後根據對應區域之特徵而分別 施加。二區域係由熔化圈環343分隔於第七板13〇之底側， 且供 氣體導管於各圈5募中’依本發明之又一實施例（ 圖中不不）’第七板130係分裂成一圓圈及一同中心之圈環 ，圓圈之外緣熔於圈環343之内緣，且同中心之圈環係（1) 在一内緣溶於圈環343之外側及（2)在一外緣熔於板丨35之 内側。同此，圓圈及同中心之圈環係在橫向結合，而非在 垂直方向。 冷卻段 除了加熱一晶圓，本發明亦提供利用一冷卻系統丨5 2以快 速冷卻一晶圓。板145、150、155、160、165組合成一冷卻 系統’可分別通過冷卻劑入口 2 1 5、2 1 0以分配冷卻劑至一 内區域及一外區域，内區域之冷卻劑係自入口 215移經冷卻 劑通道j 6 0至一相對應出口 2 〇 5，同樣地，外區域之冷卻劑 係目入口 210移經冷卻劑通道37〇至_相對應出口 2〇〇。在此 并#«Λί 装 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -29-
526672 A7 "^______^_____ 一 五、發明說明（27) 實施例中，入口及出口冷卻劑導管係同中心地設於晶圓固 足座中央0 在一變換實施例中，板150、155、160、165可由圖10Β 、10C所示之二板162、167替代。如圖10Β所示，來自内入 口 215之冷卻劑通過内區域冷卻通道360且進入内區域出口 圈環380，冷卻劑隨後向下迫流通過孔214且在出口區域205 排出（如圖10Ε所示）。如圖8D、8Ε所示，利用非導管180 — 部分之一外區域入口 430及一外區域出口 420，則外區域之 冷卻劑可通過入口 4 3 0 (如圖10 Ε所示）而到達，且向上通過 孔2 1 i (如圖10D所示）。冷卻劑隨後通過通道2 1 3且向下迫 流回到孔2 12，冷卻劑積聚於下方之圈環440内（如圖10E所 示），且經過出口 4 2 0流出。利用此結構，内及外冷卻區域 係設置於相同平面，以供較均勻之冷卻效率。板400、4 1 0 係隔熱材料，其具有一反射性材料以用於元件之輻射光譜 ，這些材料有助於防止熱傳導至導管180内。如圖10E所示 ，外區域之冷卻劑入口 430及出口 420係直接聯結於冷卻總 成152下方之冷卻歧管，而非通過導管180。 各區域中之冷卻可各別藉由改變冷卻劑類型與冷卻劑流 動率而調整之，冷卻劑流動率係直接相關於熱傳導係數， 惟，在改變冷卻劑流動率時會改變通過冷卻管線之壓力降 ，因此，欲增強冷卻則可增大流動率，但是可能產生較大 之壓力降。在一管狀之内部流動中，熱傳導係數係取決於 導熱率 '密度、比熱（在定壓下）、速度、黏度、及（較微弱 之）流動管液壓直徑，對於一既有之冷卻劑而言，則僅有速 -30- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝 訂： 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 526672 A7 B7 五、發明說明（28 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 度及液壓直徑（其中速度賦與最大之效益，因爲其幾乎爲一 對一之_線性關係）。第二，通過管線之壓力降係取決於密度 、摩擦因數（雷諾數値之函數）、管件長度、液壓直徑、及 速度（事實上其比例於速度之平方），現有系統已設計出具 有一良好之冷卻率（h〜3600 W/m2-K)，且具有一合理之壓 力降（Δρ〜20 Psi)，此外，此設計具有短的管件長度，以降 低沿著管線長度而相關於加熱之値AT (即Q = mcpAT)。 冷卻段之一第二實施例係揭示於圖11A、1 1B中，圖11A 提出用於一多重區域冷卻組件之主板，以外區域而言，冷 卻劑流體自入口孔沿徑向快速流出至出口孔，同樣地，冷 卻劑流體係自一中央之環形管進給至内區域之徑向心軸。 冷卻劑入口及出口係連接於夾頭基座内之適當分配與接收 通道，用於一特定區域之流動路徑係一封閉迴路，其外接 一冷卻劑貯槽、熱交換器及用於將冷卻劑循環通過冷卻管 之泵浦，依此，冷卻劑溫度、冷卻劑類型及流動率皆可在 區域之間變化，以產生所需之空間性冷卻特徵。圖丨1A亦 揭示供電線接至加熱組件之進給孔、通向氦氣分配板與靜 電板之氣體/電力導管、及揚昇銷孔3〇〇。 圖11B提出圖UA中之A字所示之一外區域徑向心軸截面 圖’圖中亦揭TF各別之冷卻劑入口及出口，甘 斗肀在入口處 之通道深度可爲h，及出口處之通道深度可⑤， 义j馬h。由於徑向 心軸之寬度係隨著沿徑向向外移而增大（如η η A Y 一 _ i i A所示），通 道深度可自h減小至h’，以利保持相同之通道 、戰面積。由於 質量不變，固定面積可保持一固定之流速，π ^ ^ — 、 而右深度保持 -31 - 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* 装—— 再填寫本頁) HST· ΐ · 526672 A7 B7 五、發明說明（29) 不變，則面積增加即造成流速下降，因而導致熱傳導係數 減小。惟，藉由減小深度以保持一固定之流速，則僅在出 口處之通道潤濕周長有些微之減小，此係相反於相關於流 速降低之熱流量大幅減小。此現象可藉由觀查一徑向段ΔΓ .之熱傳導率關係而看出，即Q = h.AAT (其中h爲熱傳導係數 ’ A爲潤濕之表面積，及Δ T爲>jfL體與材料表面之間之溫度 差），潤濕之表面積A即潤濕之周長乘以Ar。現在，吾人比 較一固定截面積於以因數2增加之截面積例子，在後一例子 中，流速係以因數2降低，而潤濕周長則大約增加20%。結 果，以一既有之Δγ及ΔΤ而言，熱流量以因數2減小，而_ 徑向段之熱傳導率以接近因數2減少。冷卻劑流動通道較佳 爲全程保持一大致固定之截面積，例如入口截面積之和、 冷卻通道截面積之和、及出口截面積之和係大致相等，此 即可有一全程固定且接近均勻之流動。 此例子中之一第二效應爲具有半徑之液壓直徑中之些微 減小，其亦增加熱傳導係數（僅爲輕微），此二效應爲協助 取得一具有半徑之固定熱流量所需（熱傳導係數增大係可 平衡冷卻劑溫度之上昇）。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 一變換實施例包括具有增大半徑之通道之減小截面積， 此在沿徑向向外移時可增加熱流量，熱傳導係數則因流速 上昇而增大’例如以因數2減小之面積（即以因數2至 減小深度h)可在出口處之熱傳導係數中產生二折式之增大 ，惟，其出現一隨著阻力增大而增加之壓力降。冷卻通道 可設計以產生多種冷卻效應（特別是在徑向之變化）。 -32,
526672 A7 B7 五、發明說明（30 ) 最後，冷卻组件之主板厚度H4大致大於其他組件者，冷 卻通道可大到4毫米厚及1厘米寬，此造成1厘米主板之一保 守性厚度H4。 熱傳導分析 雖然特定形狀與結構之電阻加熱器元件與冷卻段已揭述 於前，但是加熱器段及冷卻段之實際形狀仍可決定以匹配 於欲加熱或冷卻之基板之熱特徵。依據本發明之第一較佳 實施例所示。欲處理形狀及厚度之基板係在一烤箱中均勻 加熱至基板即將在夾頭上加熱之操作溫度，加熱之晶圓隨 後放置於夹頭上，且一片液晶顯示器（L C D)紙施加於加熱之 晶圓上，因爲LCD紙之顏色係隨著溫度改變。LCD紙冷卻 時即拍攝之，因而LCD紙之顏色可做觀查/記錄，以觀查/ 記錄溫度變化。冷卻過程之拍攝顯示出基板如何需要加熱 之反向過程，亦即在快速熱損失區中需施加額外之熱，以 相較於其餘基板而保持此基板在一均勻之溫度。據此，加 熱器元件係成型以利其他線圈可設置於基板之快速冷卻區 下方。 在熱分析法之第二實施例中，相同之熱分析可使用一遠 紅外線偵測器而執行之，以利於基板冷卻時可偵測出其溫 度變化，取樣之熱値可顯示於一電腦上，顯示出當基板冷 卻時如何散熱。此方法之優點在於所測量之基板具有較準 確之熱傳導與輻射，因爲其係眞實之基板，此外，此基板 與測量方法可比實際處理中預期爲高之溫度操作。第三， 此方法可在製程之實際氣體環境中操作。 -33- 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 之 注 意 事, 再’ 填 1 寫裝 本衣 頁 Γ 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1/ 526672 Α7 Β7 五、發明說明（31 ) 在熱分析法之 基板在其上加熱 徵，電腦模擬可 之預期周圍溫度 紅外線測量値， 預測爲止。 皇之考量 第三實施例中，一電腦係根據基板與欲供 之夹頭之一電腦化模組，以模擬熱傳導特 取一基板之厚度、石英之厚度、及處理室 做爲因素。最佳方法爲比較電腦模擬與遠 及改善電腦模擬中之誤差，直到其可確實 製造一夬頭組 部分可稱之爲： 合）相鄰之板件。 當然，若此夹頭 件（及最終之夾頭）有二個主要步驟，此二 (1)機械加工各別之板件，及（ii)黏接（或熔 較佳貝施例揭不使用石英以建構一夹頭（ 欲用於特定之蝕刻環境内，則需用不同材 料）’其中一種可使用一石英夹頭之環境爲在一灰式或長條 式容室内，而其製程可使得光致抗蝕劑自基板去除（或剝離 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 機械加工步骤可由數項子步驟組成，其可包括切削槽道 或通道、鑽孔、或僅切削出板之大致外型。在切削出板之 外型時，機械加工製孔、槽道或通道可由以下數項之任一 者或組合而執行之：（i)水刀或雷射切削，（ϋ)使用金剛石研 磨件，及（iii)化學性蝕刻。熔合板之步驟可執行如圖1 2所 示’圖1 2呈現一烤箱且其中施加一熱輸入Q，欲溶合之板 係放置於一烤箱支承件上，烤箱支承件包栝一筒形對準圈 玉衣以對準相鄰之板件。在製造一加熱板之例子中’主板先 放妥，加熱元件插入，玻璃料施加於欲熔合之表面，及蓋 板（或相鄰之板）放置於上方，圖1 2中指出之二板件隨後施 -34- 本紙張尺ϋ财關家標靴ϋ4規格 X 297 ) " 一 " ‘〇〇/2 五、發明說明（32 ) 以-均勻（力且分佈於頂表面。當然，一次可溶合多數板 件，用於黏接相鄭板件之坡璃料主要由一黏接劑（以利施加 )内此合I細石英粉組成，烤箱係加熱及維持於i〇5〇t達到 尺为1小時，k後冷郃I，而在熔合相鄰板件時，其可去除 及測試防漏之堅固性，製造方法揭示於圖16八至160。 做爲靜電夾頭或加熱器元件之電極可利用成型沉積、或 氈狀沉積及成型回蝕，再者，石英片可利用光致抗蝕劑成 型 積於石英上之摻雜石英氈狀沉積（CvD)上與蝕刻之， 或摻雜石英成型沉積於石英上與成型回蝕之而製成，利用 其中一製私即可製成加熱器元件通道或氣體進給貫穿孔等 。使用餘刻及沉積技術以製成此組件之優點在於其產生微 凡件（即通道）、元件及極細組件（即一加熱器板件）之能力， 依此，吾人可製成一加熱器板件且其熱慣性相近於晶圓者 。圖16B、16C、16D提供此一製造技術之示意圖，圖16β 呈現二變換方式以製成加熱器元件於一薄石英板頂部，圖 1 6C呈現製成板件之一方法，其係在結合表面處相對於石英 與摻雜石英中之通道，最後，圖i 6D呈現熔合二件之最後 步驟，元件另可改爲具有由材料独刻及沉積而成之圓潤表 面。總而言之，使用此技術可製成次毫米（或更小）之元件 〇 熱傳導 圖13説明一電漿處理裝置製程環境内之主要熱傳導路徑 ，在此例子中，装置係一用於自一基板或晶圓剝離光致抗 蝕劑之感應耦合式電漿容室，有氣體流入電漿室及流出， -35- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 請 先 閲 讀 背 面 之 注- 意 事赢 再’ 填 寫裝 本衣 頁 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 526672 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（33) 容室係由一螺旋形線圈與一靜電遮蔽物包圍，一電漿即藉 由感應搞合RF黾力主谷室而產生。夹頭係以誇大之比例表 示，以揭示一聚焦圈環、加熱組件、冷卻組件及夾頭基座 ，圖中之晶圓坐置於夾頭頂部，夹頭基座自底部起可供應 加熱及冷卻組件以電線、冷卻劑迴路、及迫流式空氣迴路（ 用於加熱元件）。 冷卻組件丄置毛夹 >員基座頂部’冷卻劑流入、通過及流 出冷卻組件’冷卻劑冷卻冷卻板且由此以在冷卻劑流動時 可冷卻上方之結構’冷卻劑與冷卻板之間之熱傳導係經由 強迫對流而發生（一傳導-對流式熱傳導），自夾頭經由冷卻 劑而對流之熱係與熱交換器中之冷水做交換。冷卻組件與 夾頭基座之間設有一絕緣件（其導熱率明顯低於其餘夾頭 結構者，即熱流動於二夾頭組件之間之一絕緣材料或一封 閉式低壓氣體環境係拘限於一外圈環，其係一低導熱率之 材料）及一冗餘之IR反射材料，絕緣件可減少熱自夾頭基座 以傳導方式流入冷卻組件（此在系統爲冷卻模式時尤爲重 要），第二，IR反射材料可將任意之熱輻射反射至夾頭基座 〇 加熱組件坐置於冷卻組件頂部上，一絕緣件及一 IR反射 材料再次設於組件之間，絕緣件用於二項目的：（1 )其產生 一大ΔΤ値於加熱組件與冷卻组件之間之介面（以提供有效 冷卻而無冷卻劑沸騰於通道表面），及（2)其改善加熱組件之 熱反應，即加熱板之熱慣性減小，因爲其並未損失太多熱 於冷卻板，冷卻板即使在冷卻劑不流動時仍爲此例子中之 36- 良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 再填寫本頁) 裝 i-ό丨 526672 A7 _ _ B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（34 ) 一大型散熱件。因此，對於此層可有一理想之設計。再者 ，在冷卻期間加熱元件上方之迫流式空氣將改善冷卻反應 ，熱係利用傳導以在加熱組件與冷卻組件之間交換。加熱 組件以二種熱傳導模式加熱晶圓，即傳導式熱傳導與輻射 式熱傳導，在低加熱元件溫度下（例如3 00X：)係以傳導式熱 傳導爲主，在此溫度以上則輻射式熱傳導將扮演重要角色 。特別是，快速加熱康瑟元件至1 〇〇〇°c可利用熱輻射以快 速加熱晶圓。 如上所述，晶圓坐置於夹頭頂部上，夾頭與晶圓之間之 傳導係受限於二表面間之接觸，間隙之間之熱傳導則藉由 使用靜電抓持元件及施加氣體至晶圓背側而改善之。晶圓 亦由電漿加熱，能量係在離子撞擊於表面期間輸送至晶圓 表面，再者，晶圓可在其本身與容室壁面之間做輻射式交 換。 修改型式 如上所述，一絕緣層可設於加熱板與冷卻板之間，以影 響一加熱/冷卻系統之熱反應。此結構之一變換型式在於使 用一系統，其在加熱板與冷卻板之間具有一可變之熱傳導 ，大體上對於一類一維式傳導熱流而言，組件之間之傳導 式熱傳導係一熱傳導係數之函數，即Q=hAAT，其中熱傳導 係數h取決於二表面間之接觸性質，事實上在較高壓力時熱 傳導係數直接相關於氣體傳導率且逆向相關於氣體層之厚 度，惟，在低壓時則較複雜。應注意的是，吾人可藉由僅 分隔二表面，使得一低壓氣體層存在於其間（即二表面之間•37- (請先閱讀背面 之注意再 -裝--- 填寫本頁) •ιδι. 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 526672 A7 _B7______ 五、發明說明（35 ) 之任意點皆無接觸），以減低二表面間之熱傳導率。因此， 一實施例採用一可變間距，以利理想地控制二組件之二相 對立表面間之熱傳導，即藉由減小間距（甚至爲接觸點）以 增加傳導式熱傳導，或藉由增大間距以減小傳導式熱傳導 • 0 圖1 5係一設計之簡示圖，其中一加熱板係昇高至一冷卻 板上方若干（可變）距離，晶圓位於加熱板頂部，加熱板可 熔接於多數（例如三支）石英样，且石英桿延伸入冷卻板， 其中一揚昇機構可致動其向上與向下之移動，揚昇桿（或石 英样）亦可做爲電力及/或流體導管。眞空密封係使用於必 要處，以利保持容室之眞空完整性。此外，冷卻板較大， 使其可罩覆揚昇機構，惟，加熱器仍呈完全隔離。冷卻板 事實上可由用於高導熱率之鋁及具有可配合特定製程之材 料如石英之鍍層製成，冷卻劑可持續流過冷卻板，以利保 持於一預定溫度。加熱過程期間，加熱器（及晶圓）可針對 晶圓之高溫反應加熱而向上揚昇，而以一冷卻過程而言， 加熱器元件之電力可切斷，在此期間加熱器與晶圓可藉由 與外界環境之輻射式交換而快速冷卻。在達到300至500°C 遙度時，加熱器可降低趨近於冷卻板，當加熱器趨近時， 對於冷卻板之傳導式熱傳導即可增加，因而進一步冷卻加 熱器板，此可稱爲近接冷卻。最後，加熱器可設置於冷卻 板頂部上，以利加大對於冷卻板之傳導式熱傳導。昇降加 熱器之過程（以及施加電力於加熱元件）係設計以增大加熱/ 冷卻系統之熱反應，同時保持加熱及冷卻板之安全使用， -38- 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^ 再， 填 · I裝 頁 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 526672 A7 _B7_____ 五、發明說明（36 ) 以利其不致於熱震擊任意組件（其可能導致故障）。一層之 此昇降動作亦可藉由注入及去除欲移動層下方之至少一氣 體而執行之。 如上所述，電阻加熱器元件較佳爲由一含有链、凝Γ、络 及鐵之康瑟合金片製成，其他康瑟合金亦可採用，包括甴 鉬合金製成者。康瑟合金以外之材料亦可用於製成電阻加 熱器元件，包括鎢合金、鉑、及碳化矽，使用鉬時則以化 學性蝕刻爲佳。 習於此技者現在將可以瞭解到前述之一改良式多重區域 電阻加熱器適用於半導體晶圓反應器，上述電阻加熱器係 用於將電阻加熱器元件隔離於處理環境，藉以容許選擇理 想之電阻加熱器材料，而無關於其在昇溫時之老化或處理 氣體之性質及/或壓力。電阻加熱器亦提供一熱質量，其僅 爲欲加熱之基板熱質量之一小乘積，使得基板可快速加熱 及冷卻。雖然所揭示者爲一分離於反應器壁面之結構，但 是此電阻加熱器可選擇性結合於反應器壁面。 當使用特定材料（例如康瑟）做爲加熱器元件時，其亦可 強迫空氣通過通道，空氣通過加熱元件周圍通道之另一特 性在於加熱元件之強迫對流式冷卻，例如當晶圓欲冷卻時 ，加熱元件之電力即切斷，隨後加熱元件以輻射式及傳導 式冷卻周圍結構。空氣通過通道可增進加熱元件之冷卻， 且減少去除加熱器板内殘餘熱量之時間。 石英板並不需要製成包封式體積而完全隔離於處理眞空 環境，雖然當加熱器元件由康瑟製成時其較佳爲處於大氣 -39- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 閱 讀 背 面 填 寫 本 頁 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 526672 A7 __B7_____ 五、發明說明（37 ) 狀態，但是本發明並不限於此。當熔接石英時若一良好之 封閉未能達成，則可使用其他材料做爲加熱器元件，例如 鉬。因此，元件周圍之環境可曝露於一惰性氣體環境，或 甚至曝露於一分隔地泵送加熱器元件周圍體積而成之眞空 。圍封康瑟時，通達該體積係相似於強迫空氣通過通道。 依據製程，其較佳爲可具有一礬土夾頭以相對於一石英 夹頭，礬土板可用相似於石英板藉由研磨及/或蝕刻等之製 造方法，板可使用馨土玻璃料溶接，相似於溶接石英之方 式，礬土具有相似之傳輸性質。 在又一實施例中，導管（圖示爲上昇通過晶圓固定座中央 )係由任意堆疊部分中之層間之導管替代，導管可製成於晶 圓固定座之一外緣上，使得導管到達各層之一側緣。再者 ，一具有緣部連接與中央連接之混合式設計可用於實體地 分隔内與外區域之連接。 本發明雖然已參考其較佳實施例揭露於前，但是其僅爲 了闡釋而非侷限本發明之範疇，在不脱離申請專利範圍定 義之本發明精神範疇下，其可由習於此技者做成其他多種 修改與變化。 請 先 閱 讀 背 面 之 注· 意 事赢 再， 填 I裝 頁 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -40- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）
裴
Jl 7
前利申請案 I書修正頁（91年5月） A7 B7 五、發明説明（仍 元件參考符號說明* 100 板 205 冷卻劑出口-内區域 102 靜電夾頭 210 冷卻劑入口-外區域 105 板 211 孔 110 板 214 孔 120 板 215 冷卻劑入口-内區域 122 氦氣分配系統 220 加熱板-外區域 125 板 225 加熱板-内區域 130 板 230 氦氣外區域 132 電阻加熱器 235 氦氣内區域 135 板 240 靜電夹頭電線外區域 140 板 245 靜電夾頭電線内區域 145 板 300 揚昇銷貫穿孔 150 板 305 氣體分配貫穿孔 152 冷卻總成 310 通道 155 板 315 通道 160 板 335 氣體分配外區域 162 板 340丨 通道 165 板 345 電阻加熱器元件通道 167 板 345f 通道 170 基板 355 槽道 173 外圈環 361 石英指形件 175 内圈環 400 板 176 刻槽 410 板 178 刻槽 420 冷卻劑出口 180 電力/流體導管 430 冷卻劑入口 181 電力導管 440 圈環 190 晶圓 480 入口 200 冷卻劑出口-外區域 490 入口 -40a - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐）

Claims (1)

  1. A8 B8 C8 $號專利申請案 利範圍修正本（91年5月）g 申請專利範圍 1. 一種用於加熱一處理反應器内一處理氣體中之基板之 加熱器，該加熱器包含： 一第一石英板，具有一外正面及一内正面相對立於 該外正面， 一第二石英板，具有一内正面，該第二石英板係鄰 近於及大致平行於該第一石英板，且第一石英板之内 正面大致相鄰於該第二石英板之内正面， 一第一加熱器元件， 一第一通道，係設於該第一及第二石英板之其中至 少一内正面中，其結構係相對應於該第一加熱元件者 ，以供接收該第一加熱器元件於其内； 一第一封閉件，係封合該第一及第二石英板且該第 一加熱器元件固接於其間，以利構成一氣密式容室於 (a)該第一及第二石英板之間及（b)第一通道周侧；及 一第一保護氣體導管，供容許一預定組合物與壓力 之氣體進入第一通道，而無關於存在於加熱器外之處 理氣體之組合物與壓力。 2. 如申請專利範圍第1項之加熱器，其中容許於第一及第 二石英板之間之氣體係氧氣。 3. 如申請專利範圍第1項之加熱器，其中： 第一石英板進一步包含一第一揚昇销孔， 第二石英板進一步包含一第二揚昇銷孔，且其位置 係對應於第一石英板内之第一揚昇銷孔之位置， 加熱器進一步包含： 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐)
    申請專利範圍 一揚昇銷，供埂過第一及第二揚昇銷孔， 一第二封閉件，係相互封合該第一及第二揚昇銷 孔’使得容許於第一及第二石英板之間之氣體不致 逸出第一及第二揚昇銷孔。 4.如申請專利範圍第1項之加熱器，其中該第一加熱器元 件包含一康瑟合金。 5·如申請專利範圍第4項之加熱器，其中該康瑟合金包含 鋁、鈷、鉻、及鐵等元素。 6.如申請專利範圍第丨項之加熱器，其中該第一加熱器元 件包含一鎢合金。 7·如申請專利範圍第丨項之加熱器，其中該第一加熱器元 件包含一材料且係選自以鉬、鉑、及碳化矽組成之族 群中。 8·如申請專利範圍第i項之加熱器，進一步包含一冷卻氣 體注入第一通道内，以避免第一加熱器元件過熱。 9.如申碕專利範圍第1項之加熱器，其中該第一加熱器元 件包含一材料且係選自以化學性蝕刻之康瑟合金與化 學性蝕刻之鉬組成之族群中。 10·如申請專利範圍第1項之加熱器，進一步包含電導體延 伸通過該第一保護氣體導管，以將該第一加熱器元件 耦合於一電力源。 如申請專利範圍第1項之加熱器.，其中該第一及第二石 英板其中一者之内正面包括一懸附之突緣延伸自其周 邊’及其中該第一及第二石英板其中另一者之内正面 -2 - 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 六、申請專利範圍 具有一凹穴沿著其周邊而設，該凹穴結合該懸附之突 緣，以協助一氣密封閉形成於其間。 12. 如申請專利範圍第1項之加熱器，進一步包含： 一第三石英板； 一第二封閉件，係將第三石英板封合於加熱器；及 至少二電極，設於第三石英板與加熱器之間，供箝 制一晶圓至加熱器。 13. 如申請專利範圍第1項之加熱器，進一步包含： 一第一傳導氣體導管，供以一第一壓力攜載一第一 傳導氣體； 一第三石英板，包括一第一傳導氣體導管孔，以接 收來自第一傳導氣體導管之第一傳導氣體，及一第一 組傳導氣體孔設於一第一區域内，供第一傳導氣體通 過以增加傳導於一放置在加熱器上之基板；及 一第二封閉件，係將第三石英板封合於加熱器，使 得第一傳導氣體不致通過第一保護氣體導管。 14. 如申請專利範圍第13項之加熱器，進一步包含： 一第二傳導氣體導管，供以一第二壓力傳導一第二 傳導氣體； 一第四石英板，包括一第二傳導氣體導管孔，以接 收來自第二傳導氣體導管之第二傳導氣體，及一第二 組傳導氣體孔設於一第二區域内，供第二傳導氣體通 過至基板， 一第三封閉件，係將第三及第四石英板同中心地封 -3- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 526672 A B c D 々、申請專利範圍 合，使得第一及第二傳導氣體之第一及第二壓力仍各 自獨立；及 其中第一及第二區域大致上係非重疊。 15. 如申請專利範圍第1項之加熱器，其中 第一石英板進一步包含一第一組傳導氣體孔設於一 第一區域内， 第二石英板進一步包含一第二組傳導氣體孔設於第 一區域内’及 加熱器進一步包含一第二封閉件，供封閉第一組傳 導氣體孔之孔於第二組傳導氣體孔之對應孔，以形成 一第一組傳導氣體通道，使得一第一傳導氣體可通過 第一組傳導氣體孔。 16. 如申請專利範圍第15項之加熱器，其中 第一石英板進一步包含一第三組傳導氣體孔設於一 第二區域内’ 第二石英板進一步包含一第四組傳導氣體孔設於第 二區域内，及 加熱器進一步包含一第三封閉件，供封閉第三組傳 導氣體孔之孔於第四組傳導氣體孔之對應孔，以形成 一第二組傳導氣體通道，使得一第二_傳導氣體可通過 第二組傳導氣體通道，而不使第二傳導氣體通過第一 保護氣體導管及第一組傳導氣體通道，其中第一及第 二區域大致上係非重疊。 17. 如申請專利範圍第13項之加熱器，進一步包含： -4- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 526672 A B c D 六、申請專利範圍 一第二傳導氣體導管，供以一第二壓力攜載一第二 傳導氣體，及 其中第三石英板進一步包含一第二傳導氣體導管孔 ，以接收來自第二傳導氣體孔之第二傳導氣體，及一 第二組傳導氣體孔設於一第二區域内，供第二傳導氣 體通過以增加傳導至基板，其中第一及第二區域大致 上係非重疊。 18.如申請專利範圍第1項之加熱器，進一步包含： 一第一冷卻劑進入導管，供以一第一壓力攜載一第 一冷卻之冷卻劑； 一第一冷卻劑排出導管，供於第一冷卻劑已吸收加 熱器内熱量後攜載第一冷卻劑； 一第三石英板，包括一第一進入孔連接於第一冷卻 劑進入導管，及一第一排出孔連接於第一冷卻劑排出 導管；及 一第二封閉件，係將第三石英板封合於加熱器，使 得第一冷卻劑不致通過第一保護氣體導管。 19如申請專利範圍第18項之加熱器，進一步包含： 一第二冷卻劑進入導管，供以一第二壓力攜載一第 二冷卻之冷卻劑； - 一第二冷卻劑排出導管，供於第二冷卻劑已吸收加 熱器内熱量後攜載第二冷卻劑； 一第四石英板’包括一第二進入孔連接於第二冷卻 劑進入導管，及一第二排出孔連接於第二冷卻劑排出 -5- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 526672 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 導管；及 一第三封閉件，係將第四石英板封合於加熱器，使 得第二冷卻劑不致通過第一保護氣體導管。 20. —種用於加熱一處理反應器内一處理氣體中之基板之 多重區域加熱器，該多重區域加熱器包含： 一第一石英板，具有一外正面曝露於處理氣體，該 第一石英板亦具有一内正面相對立於該外正面； 一第二石英板，具有一内正面，該第二石英板係鄰 近於及大致平行於該第一石英板，且該第一石英板之 内正面大致相鄰於該第二石英板之内正面； 一第一加熱器元件，設於一第一區域内； 一第一通道，係設於該第一及第二石英板之其中至 少一内正面中，其結構係相對應於該第一加熱元件者 ，以供接收該第一加熱器元件於其内； 一第一封閉件，係封合該第一及第二石英板且該第 一加熱器元件固接於其間，以利構成一氣密式容室於 該第一及第二石英板之間； 一第一保護氣體導管，供容許一第一預定組合物與 壓力之氣體進入第一通道，而無關於存在於加熱器外 之處理氣體之組合物與壓力； - 一第二加熱器元件，設於一第二區域内； 一第二通道，係設於該第一及第二石英板之其中至 少一内正面中且其内部具有一通道，其結構係相對應 於該第二加熱元件者，以供接收該第二加熱器元件於 -6- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)
    其内； —第二封閉件，係封合該第一及第二石英板 固接於其間〈第二加熱器元件分隔於第一加熱 ’且提供一氣密式封閉於第二通道周侧；及 —第二保護氣體導管，供容許一第二預定组 壓力之氣體進入第二通道，而無關於存在於加 之處理氣體之組合物與壓力。 21·如申請專利範圍第2〇項之多重區域加熱器 於第二導管内之氣體係氧氣。 22. 如申请專利範圍第2〇項之多重區域加熱器 二加熱器元件包含一康瑟合金。 23. 如申請專利範圍第22項之多重區域加熱器 瑟合金包含銘、鈷、鉻、及鐵等元素。 24·如申請專利範圍第2〇項之多重區域加熱器 二加熱器元件包含一材料且係選自以鉑、碳化 一鐫合金組成之族群中。 ，以將 器元件 合物與 熱器外 其中容許 其中該第 其中該康 其 中該第 秒、及 25·如申請專利範圍第1項之加熱器，其中第一及第二石英 板<其中至少一正面係増加平坦度之拋光板。 抓如申請專利範圍第！項之加熱器，其中第一及第二石英 板之其中至少一者係使用沉積及蝕刻製成。 27·如申請專利範圍第2〇項之多重區域加熱器，其中該第 二加熱器元件包含一化學性蝕刻之康瑟合金。 28·如申請專利範圍第2〇項之多重區域加熱器，進一步包 含電導體延伸通過該第二保護氣體導管，以將該第二 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(21〇χ297公釐) 526672 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 加熱器元件耦合於一電力源。 29. 如申請專利範圍第20項之多重區域加熱器，進一步包 含： 一第三石英板； 一第三封閉件，係將第三石英板封合於加熱器；及 至少二電極，設於第三石英板與加熱器之間，以箝 制一基板至加熱器。 30. 如申請專利範圍第12項之加熱器，進一步包含： 一電容測量裝置，用於測量至少二電極之二電極間 之一電容。 31. 如申請專利範圍第29項之多重區域加熱器，進一步包 含： 一電容測量裝置，用於測量至少二電極之二電極間 之一電容。 32. 如申請專利範圍第12項之加熱器，進一步包含： 一電容測量裝置，用於測量至少二電極之相鄰二電 極間之一電容。 33. 如申請專利範圍第29項之多重區域加熱器，進一步包 含： 一電容測量裝置，用於測量至少二電極之相鄰二電 極間之一電容。 34. —種測量基板箝制於靜電夾頭之方法，該方法包含以 下步騾： 提供一靜電夾頭且其具有第一及第二電氣性隔離之 -8- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) A BCD 526672 六、申請專利範圍 電極罩覆於其内；. 放置一基板於靜電夾頭上； 在基板放置於靜電夾頭上之後，測量基板與第一及 第二電極間之一電容；及 根據在測量步騾中測得之電容，以決定箝制基板至 靜電夾頭之程度。 35. 如申請專利範圍第34項之方法，其中決定步騾包含根 據測得電容之一逆函數以決定箝制程度。 36. —種用於加熱一處理反應器内一處理氣體中之基板之 加熱器，該加熱器包含： 一第一礬土板，具有一外正面及一内正面相對立於 該外正面， 一第二礬土板，具有一内正面，該第二礬土板係鄰 近於及大致平行於該第一礬土板，且第一礬土板之内 正面大致相鄰於該第二馨土板之内正面， 一第一加熱器元件， 一第一通道，係設於該第一及第二礬土板之其中至 少一内正面中，其結構係相對應於該第一加熱元件者 ，以供接收該第一加熱器元件於其内； 一第一封閉件，係封合該第一及第·二礬土板且該第 一加熱器元件固接於其間，以利構成一氣密式容室於 (a)該第一及第二礬土板之間及（b)第一通道周侧；及 一第一保護氣體導管，供容許一預定組合物與壓力 之氣體進入第一通道，而無關於存在於加熱器外之處 -9- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐） 526672 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 理氣體之組合物與壓力。 37. —種用於加熱一處理反應器内一處理氣體中之基板之 加熱器，該加熱器包含： 一第一石英板，具有一外正面及一内正面相對立於 該外正面， 一特徵化之石英間隔件，具有一頂正面及一底正面 ，該間隔件係鄰近於及大致平行於該第一石多板之内 正面，其中該間隔件包含開孔以在熔接於第一石英板 時可形成一通道； 一第二石英板，具有一頂正面及一底正面，該第二 石英板係鄰近於及大致平行於該間隔件之底正面； 一第一加熱器元件，係在形狀上對應於該通道者； 及 一第一封閉件，係封合該第一石英板、該間隔件、 及該第二石英板，且該第一加熱器元件固接於其間， 以利構成一氣密式容室於第一通道周側。 38. 如申請專利範圍第37項之加熱器，其中間隔件之開孔 係以雷射切削製成。 39. 如申請專利範圍第37項之加熱器，其中間隔件之開孔 係以水刀切削製成。 _ 40. 如申請專利範圍第37項之加熱器，其中間隔件之開孔 係以研磨製成。 41. 一種用於加熱一處理反應器内一處理氣體中之基板之 加熱器，該加熱器包含： -10- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐） 526672 … A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 一第一石英板，具有一外正面及一内正面相對立於 該外正面， 一第二石英板，具有一内正面，該第二石英板係鄰 近於及大致平行於該第一石英板，且第一石英板之内 正面大致相鄰於該第二石英板之内正面， 一第一加熱器元件； 一第一通道，係設於該第一及第二石英板之其中至 少一内正面中，以供接收該第一加熱器元件於其内， 其中第一通道之形狀係相似但是大致大於第一加熱器 元件者； 一第一封閉件，係封合該第一及第二石英板且該第 一加熱器元件固接於其間，以利構成一氣密式容室於 (a)該第一及第二石英板之間及（b)第一通道周側。 42. —種製造一基板固定座之方法，其包含以下步騾： I虫刻一石英板以製成一入口及一出口； 蚀刻一石英板以製成一通道將入口連接於出口； 沉積一金屬於通道、入口、及出口内；及 封合一板於通道頂部，以包圍金屬。 43. —種製造一基板固定座之方法，其包含以下步驟： 蚀刻一石英板以製成一入口及一出口； 蚀刻一石英板以製成一通道將入口連接於出口； 沉積一金屬於通道、入口、及出口内；及 沉積石英於通道上方，以包圍金屬。 44. 一種多層式基板固定座，包含·· -11 - 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 72 6 6 2 5 ABCD 、申請專利範圍 一第一處理層，供於一欲處理基板上進行一第一操 作； 一第二處理層，供於一欲處理基板上進行一第二操 作；及 一揚昇裝置，供於第一及第二操作之至少一者期間 分離第一及第二處理層。 45. 如申請專利範圍第44項之多層式基板固定座，其中第 一處理層包含一加熱元件及第二處理層包含一冷卻元 件。 46. 如申請專利範圍第44項之多層式基板固定座，其中揚 昇裝置係一機械式揚昇裝置。 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)
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