多区衬底温度控制系统及操作方法技术方案

本发明专利技术描述了用于衬底温度的多区控制的方法和系统。该温度控制系统包括热交换器，该热交换器耦合到被构造来支撑衬底的衬底夹持器中的两个或更多个流体通道。热交换器被构造来调节流经所述两个或更多个流体通道的传热流体的温度。温度控制系统还包括传热单元，其具有构造来接收来自热交换器的处于本体流体温度的传热流体的入口。此外，传热单元包括：第一出口，其构造来将处于低于本体流体温度的第一温度的传热流体的一部分耦合到两个或更多个流体通道中的第一流体通道；以及第二出口，其构造来将处于高于本体流体温度的第二温度的传热流体的其余部分耦合到两个或更多个流体通道中的第二流体通道。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于衬底的温度控制的方法和系统，更具体地说，涉及用 于衬底温度控制的衬底夹持器。
技术介绍
已知在半导体制造和处理中，各种处理(包括例如刻蚀处理和沉积处 理)严重依赖衬底的温度。衬底温度受多种处理诸如等离子处理(包括离 子轰击)、热处理(包括辐射、对流和传导)以及化学处理(包括在衬底 表面处发生的化学反应)影响。向衬底夹持器的上表面提供合适的温度可 以被用于控制衬底的温度。
技术实现思路
根据一个实施例，温度控制系统包括第一流体通道，其耦合到处理系 统中的处理元件的第一热区，并构造来接收处于第一流体温度的传热流体 的第一流。第二流体通道被耦合到所述处理系统中的所述处理元件的第二 热区，并被构造来接收处于第二流体温度的传热流体的第二流。热交换器 单元被构造来提供处于本体流体温度的传热流体的本体流，其中所述传热 流体的所述本体流供给所述传热流体的所述第一流和所述传热流体的所述 第二流。传热单元被耦合到所述热交换器，并被构造来接收所述传热流体 的所述本体流，其中所述传热单元被构造来通过在所述所述传热流体的所 述第一流经过的第一传热区和所述传热流体的所述第二流经过的第二传热 区之间传热，提供处于所述第一流体温度的所述传热流体的所述第一流和 提供处于所述第二流体温度的所述传热流体的所述第二流。根据另一个实施例， 一种方法和计算可读介质的程序指令利用温度控 制系统控制被保持在衬底夹持器上的衬底的温度。第一传热流体被提供到 所述第一流体通道。第二传热流体被提供到所述第二流体通道。利用所述 传热单元，相对于所述第二传热流体的第二流体温度控制所述第一传热流 体的第一流体温度。根据还有一个实施例，温度控制系统包括处理系统中的处理元件的第 一热区，其被构造来接收处于第一流体温度的传热流体的第一流。所述处 理系统中的所述处理元件的第二热区被构造来接收处于第二流体温度的传 热流体的第二流。传热单元在所述传热流体的所述第一流和所述传热流体 的所述第二流之间传热，使得所述第一流体温度不同于所述第二流体温 度。附图说明在附图中图1描绘了根据本专利技术一个实施例的具有衬底夹持器的处理系统的简 化框图；图2是根据本专利技术一个实施例的Peltier模块的示意图； 图3A描绘了根据本专利技术一个实施例的传热单元的顶视图；视图； 图3C描绘了图3A所示的传热单元的端视图； 图3D描绘了图3A和3C所示的传热单元的反面端视图；图4描绘了根据本专利技术另一个实施例的传热单元的局部剖视图；图5描绘了根据本专利技术另一个实施例的具有衬底夹持器的处理系统的 简化框图；图6描绘了根据本专利技术另一个实施例的具有衬底夹持器的处理系统的 简化框图；图7描绘了根据本专利技术另一个实施例的具有衬底夹持器的处理系统的 简化框图；图8描绘了根据本专利技术另一个实施例的具有衬底夹持器的处理系统的 简化框图；图9描绘了用于包括第一和第二热区的第一和第二流体通道的示例性 几何形状；以及图IO示出了根据本专利技术一个实施例的操作温度控制系统的方法。具体实施方式在下面的说明中，为了便于对本专利技术有完整的理解以及为了说明而非 限制的目的，阐述了一些具体细节，例如处理元件的具体几何形状以及处 理元件中的温度控制元件的不同形状。但是应当明白，本专利技术可以采用不 同于这些具体细节的其他实施方式来实施。然而，应该理解，尽管说明了一般概念的专利技术本质，说明书中包含的 特征也具有专利技术本质。根据本专利技术的一个实施例，图1图示了一种材料处理系统100，该系 统包括处理工具110，处理工具110具有衬底夹持器120和支撑于其上的 衬底135。衬底夹持器120构造为提供布置在衬底夹持器120中的至少两 个热区，以便在材料处理系统100中提供温度分布控制和/或衬底温度的迅 速调整。例如，热区可以各自包含流体通道和/或若干个热电器件等，其中 所述流体通道用于在有或没有附加温度控制元件(例如电阻加热元件或冷却元件)的情况下，以预定流率和温度循环传热流体。为了使说明清楚，用各个衬底夹持器中的流体通道代表热区并在图1、图2、图3、图4和图 5中作为实例。在图l所示的实施例中，材料处理系统100可以适用于制造集成电路 (IC)的半导体处理系统。例如，材料处理系统100可以包括干法(等离 子体或非等离子体)刻蚀系统。或者，材料处理系统100包括光刻胶涂 敷室，例如可以用于涂敷后烘烤(PAB)或曝光后烘烤(PEB)的光刻胶 旋涂系统中的加热/冷却模块；光刻胶图案化处理室，例如紫外(UV)光 刻系统；介质涂敷室，例如旋涂玻璃(SOG)系统、旋涂介质(SOD)系 统；沉积室，例如化学气相沉积(CVD)系统、物理气相沉积(PVD)系 统、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)系统、原子层沉积(ALD)系 统、等离子体增强ALD (PEALD)系统；或快速热处理(RTP)室，例如 用于热退火的RTP系统。根据图l所示的实施例，材料处理系统100包括处理工具110、气体 注入系统118和真空泵系统130，其中处理工具110具有处理体积115并 具有衬底夹持器120，待处理的衬底135固定在衬底夹持器120上。衬底 135可以是半导体晶片或液晶显示器(LCD)。衬底夹持器120被构造来支撑衬底135并控制其温度。衬底夹持器 120的温度控制系统包括热交换器和传热单元，其耦合到衬底夹持器120 中的两个或更多个流体通道，并被构造来通过将热从通过一个流体通道的 流体流传到通过另一个流体通道的流体流，相对于流动通过一个流体通道 的传热流体的温度调节流动通过另一个流体通道的传热流体的温度。如图1所示，衬底夹持器120包含第一流体通道140和第二流体通道 145，第一流体通道140基本为环形并位于衬底夹持器120的中央热区， 第二流体通道145被与第一流体通道140同心地布置在衬底夹持器120的 外周(或边缘)热区。第一流体通道140被构造来循环在相应的入口 141 处供给衬底夹持器120并在相应的出口 142处从衬底夹持器120返回的传 热流体。第二流体通道145被构造来循环在相应的入口 146处供给衬底夹 持器120并在相应的出口 147处从衬底夹持器120返回的传热流体。热交换器150被构造来在热交换器150的出口 157处以主体流体温度 和主体流率供给传热流体的本体流。此外，热交换器150可以被构造来通 过入口 156接收来自第一流体通道140的出口 142和第二流体通道145的 出口 147的传热流体。来自出口 142和147的传热流体可以被排放到热交 换器150，或者它们可以被排放到独立的收集容器。例如，热交换器150 可以分别包括可从Daikin Industries Limited商购的UBRPD5A-1T4型冷却 器。热交换器150可以被构造来采用诸如水或电介质流体(dielectric fluid)(例如Fluorinert， Galden HT-135或Galden HT-200)的传热流体进 行工作。本领域普通技术人员可以理解，传热流体可以是任何被设置来向 或从衬底夹持器120传热的流体。来自热交换器150的传热流体流的一部分进入传热单元155的第一入 口 158，以形成通过传热单元155的第一传热区域的传热流体第一流，而 来自热本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种温度控制系统，包括：　第一流体通道，其耦合到处理系统中的处理元件的第一热区，并构造来接收处于第一流体温度的传热流体的第一流；　第二流体通道，其耦合到所述处理系统中的所述处理元件的第二热区，并被构造来接收处于第二流体温度的传热 流体的第二流；　热交换器单元，其被构造来提供处于本体流体温度的传热流体的本体流，其中所述传热流体的所述本体流供给所述传热流体的所述第一流和所述传热流体的所述第二流；以及　传热单元，其耦合到所述热交换器，并被构造来接收所述传热流体 的所述本体流，其中所述传热单元被构造来通过在所述传热流体的所述第一流经过的所述第一传热区和所述传热流体的所述第二流经过的所述第二传热区之间传热，提供处于所述第一流体温度的所述传热流体的所述第一流和提供处于所述第二流体温度的所述传热流体的所述第二流。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：饭室俊一，
申请(专利权)人：东京毅力科创株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]