專利名稱：冷卻裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種半導(dǎo)體晶圓的溫度控制系統(tǒng)，特別是有關(guān)于一種適用于集成電路的制程中半導(dǎo)體晶圓的溫度控制系統(tǒng)，其中前述半導(dǎo)體晶圓是固定于一靜電承載座上。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有半導(dǎo)體組件的制造過程中，靜電承載座是經(jīng)常被用來固定一對(duì)象，例如可將靜電承載座可設(shè)置于一制程反應(yīng)腔室內(nèi)，借以固定一半導(dǎo)體晶圓。一般而言，前述靜電承載座可在高精度的半導(dǎo)體制程中使用，例如現(xiàn)有的物理氣相沉積(PVD)、化學(xué)氣相沉積(CVD)、濺鍍相關(guān)制程或者蝕刻制程等等，其中靜電承載座的主要作用在于可透過靜電力穩(wěn)固地吸附半導(dǎo)體晶圓，進(jìn)而達(dá)到精密定位的目的，同時(shí)借此可利于在半導(dǎo)體晶圓上形成薄膜以及其它特定結(jié)構(gòu)。
由于溫度的變化往往是影響半導(dǎo)體制程良率的重要因素，為了達(dá)到特定的線寬(Critical Dimension)要求，靜電承載座一般是必須在一溫度穩(wěn)定的制程環(huán)境中使用。為了避免制程溫度的劇烈變化影響產(chǎn)品的品質(zhì)與良率，對(duì)于半導(dǎo)體晶圓的溫度控制便顯得相當(dāng)重要，尤其在一需要加熱或高溫的制程中，更需要隨時(shí)地保持晶圓溫度的穩(wěn)定。
現(xiàn)有美國(guó)專利U.S.4,645,218(Mayer et al.)揭露了一種可防止高溫?fù)p害晶圓的靜電承載座結(jié)構(gòu)，如圖1所示，其靜電承載座結(jié)構(gòu)主要包括一支撐體B以及一蓋板D，上述蓋板D位設(shè)置于支撐體B上方，其中一晶圓A則位于蓋板D中央的一圓孔D1內(nèi)。于圖1中，前述支撐體B的中央位置具有一圓盤狀的突出部B1，一靜電吸附體E則設(shè)置于前述突出部B1上，此外一金屬電極E 1設(shè)置于靜電吸附體E內(nèi)部，并連接一外部電源(未圖示)。特別地是，在支撐體B內(nèi)部設(shè)有多個(gè)通道B2，通過使一工作流體于通道B2內(nèi)流動(dòng)，可以用來冷卻上方的晶圓A。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種冷卻裝置，通過使一工作流體流經(jīng)冷卻系統(tǒng)內(nèi)部，借以控制一半導(dǎo)體晶圓的溫度，其中半導(dǎo)體晶圓是固定于一靜電承載座。上述冷卻裝置包括一多孔隙流動(dòng)層、一多孔隙接觸層、一多孔隙熱交換層、一入口端、一出口端以及循環(huán)裝置。前述多孔隙接觸層連接靜電承載座。前述多孔隙熱交換層設(shè)置于多孔隙流動(dòng)層與多孔隙接觸層之間。前述入口端連接多孔隙流動(dòng)層，出口端則連接多孔隙接觸層，其中工作流體自入口端依序流經(jīng)多孔隙流動(dòng)層、多孔隙熱交換層以及多孔隙接觸層，并經(jīng)由出口端流出多孔隙接觸層，借以與半導(dǎo)體晶圓進(jìn)行熱交換。前述循環(huán)裝置連接入口端以及出口端，用以驅(qū)動(dòng)工作流體循環(huán)地于冷卻系統(tǒng)內(nèi)流動(dòng)，并使得工作流體于冷卻系統(tǒng)內(nèi)形成一回路。
本發(fā)明所述的冷卻裝置，前述多孔隙流動(dòng)層具有多個(gè)開孔，分別連接入口端，工作流體是由入口端經(jīng)過前述開孔流入多孔隙流動(dòng)層。
本發(fā)明所述的冷卻裝置，前述開孔是設(shè)置于冷卻裝置的底部。
本發(fā)明所述的冷卻裝置，前述多孔隙接觸層具有一環(huán)狀空間，環(huán)繞于多孔隙接觸層外圍并連接前述出口端。
本發(fā)明所述的冷卻裝置，前述多孔隙接觸層的密度小于多孔隙熱交換層的密度。
本發(fā)明所述的冷卻裝置，前述多孔隙流動(dòng)層具有多個(gè)管狀結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明所述的冷卻裝置，前述多孔隙流動(dòng)層具有多個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明所述的冷卻裝置，前述多孔隙流動(dòng)層具有一網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明所述的冷卻裝置，前述多孔隙熱交換層具有多個(gè)管狀結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明所述的冷卻裝置，前述多孔隙熱交換層具有多個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明所述的冷卻裝置，前述多孔隙熱交換層具有一網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明所述的冷卻裝置，前述多孔隙熱交換層具有銀。
本發(fā)明所述的冷卻裝置，前述多孔隙熱交換層具有銅。
本發(fā)明所述的冷卻裝置，前述多孔隙接觸層具有多個(gè)管狀結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明所述的冷卻裝置，前述多孔隙接觸層具有多個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明所述的冷卻裝置，前述多孔隙接觸層具有一網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明所述的冷卻裝置，前述循環(huán)裝置具有一泵，驅(qū)動(dòng)工作流體循環(huán)地于冷卻系統(tǒng)內(nèi)流動(dòng)。
本發(fā)明所述的冷卻裝置，不僅構(gòu)造簡(jiǎn)單且成本低廉，可節(jié)省人力以及硬設(shè)備的支出，此外亦可改善制程的穩(wěn)定性進(jìn)而提升產(chǎn)品的良率。


圖1是表示現(xiàn)有靜電承載座的示意圖；圖2是表示本發(fā)明的冷卻系統(tǒng)示意圖；圖3a是表示圖2中多孔隙流動(dòng)層的俯視圖；圖3b是表示圖2中多孔隙熱交換層的俯視圖；
圖3c是表示圖2中多孔隙接觸層的俯視圖；圖3d是表示圖3c中P區(qū)域的放大圖。
具體實(shí)施例方式
為使本發(fā)明的上述及其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉具體的較佳實(shí)施例，并配合所附圖式做詳細(xì)說明。
首先請(qǐng)參照?qǐng)D2，本發(fā)明的冷卻系統(tǒng)10主要是用以冷卻一半導(dǎo)體晶圓A，其中上述半導(dǎo)體晶圓A是固定于一靜電承載座C上。于本實(shí)施例中，冷卻系統(tǒng)10主要包括一冷卻裝置C’以及一循環(huán)裝置(未圖標(biāo))，其中冷卻裝置C’連接于靜電承載座C下方。
如圖2所示，前述冷卻裝置C’具有一本體M，在本體M底部以及側(cè)邊則分別設(shè)有一入口端1以及多個(gè)出口端2。特別地是，前述本體M是由三個(gè)多孔隙層所構(gòu)成，其中冷卻裝置C’可連接一循環(huán)裝置(未圖標(biāo))，并透過循環(huán)裝置驅(qū)動(dòng)一工作流體于上述冷卻裝置C’內(nèi)循環(huán)地流動(dòng)。舉例而言，上述循環(huán)裝置可為一泵，分別連接于前述入口端1以及出口端2，借此可驅(qū)動(dòng)工作流體形成一回路，其中前述工作流體可以采用水、乙二醇，或者水和乙二醇的混合物。
于圖2中，本體M包括一多孔隙流動(dòng)層3、一多孔隙熱交換層4以及一多孔隙接觸層5，其中多孔隙熱交換層4設(shè)置于多孔隙流動(dòng)層3以及多孔隙接觸層5之間。特別地是，在多孔隙流動(dòng)層3底部設(shè)有多個(gè)開孔6，上述開孔6是與入口端1相連接，工作流體可由入口端1經(jīng)過開孔6而流入本體M。此外，前述出口端2則是連接于多孔隙接觸層5外圍，如此一來，前述工作流體可以經(jīng)由入口端1以及出口端2流入/流出本體M(如圖2中箭頭所示)，并形成一循環(huán)回路。
接著請(qǐng)參閱圖3a，該圖是表示本發(fā)明中多孔隙流動(dòng)層3的俯視圖。于一較佳實(shí)施例中，多孔隙流動(dòng)層3可為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，然而亦可采用具有多個(gè)管狀或柱狀結(jié)構(gòu)所組成的多孔隙材質(zhì)，如此一來當(dāng)工作流體由開孔6進(jìn)入本體M后可迅速地在多孔隙流動(dòng)層3內(nèi)部流動(dòng)，同時(shí)可均勻地?cái)U(kuò)散至多孔隙流動(dòng)層3與多孔隙熱交換層4間的鄰接面。上述多孔隙流動(dòng)層3不僅可用以支撐上方多孔隙熱交換層4，同時(shí)通過使工作流體在多孔隙流動(dòng)層3中迅速地流動(dòng)，可提升整體溫度分布的均勻性。
再請(qǐng)參閱圖3b，該圖是表示多孔隙熱交換層4的俯視圖。如同前述多孔隙流動(dòng)層3，多孔隙熱交換層4可為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，然而亦可采用具有多個(gè)管狀或柱狀結(jié)構(gòu)所組成的多孔隙材質(zhì)。特別地是，在多孔隙熱交換層4中更具有高導(dǎo)熱性材質(zhì)，例如銀、銅或其它合金材質(zhì)。如圖3b所示，前述多孔隙熱交換層4內(nèi)部具有均勻分布的多個(gè)微小孔隙7，借此可以使來自多孔隙流動(dòng)層3的工作流體均勻地分散于多孔隙熱交換層4內(nèi)部。于本發(fā)明中，通過多孔隙熱交換層4可有效地使工作流體在二維方向(如圖3b所示的平面)上的均勻地?cái)U(kuò)散，因此主要來自半導(dǎo)體晶圓A背面所產(chǎn)生的熱可以充分地在多孔隙熱交換層4內(nèi)部與工作流體進(jìn)行熱交換，進(jìn)而可有效地改善半導(dǎo)體晶圓A整體溫度均勻性。
于圖2以及圖3c中，前述多孔隙接觸層5是位于本體M中三個(gè)多孔隙層中的最上層，并且和用以固定半導(dǎo)體晶圓A的靜電承載座C相連接。于本實(shí)施例中，半導(dǎo)體晶圓A可視為一熱源，透過上述機(jī)構(gòu)可使得半導(dǎo)體晶圓A所產(chǎn)生的熱經(jīng)由靜電承載座C傳遞至多孔隙接觸層5，同時(shí)可與多孔隙接觸層5內(nèi)的工作流體進(jìn)行熱交換。于一較佳實(shí)施例中，前述多孔隙接觸層5可包含高導(dǎo)熱性材質(zhì)，例如銀、銅或其它合金材質(zhì)。
如圖3c所示，前述出口端2是與多孔隙接觸層5外圍的一環(huán)形空間11相通，工作流體可由多孔隙接觸層5中央向外流至環(huán)形空間11后，再經(jīng)由出口端2流出本體M。接著請(qǐng)一并參閱圖3c以及圖3d，多個(gè)柱狀體9是分布于多孔隙接觸層5內(nèi)部，借以形成一多孔隙結(jié)構(gòu)，其中工作流體可于各柱狀體9間所形成的空隙8迅速地向外移動(dòng)。特別地是，前述工作流體可以朝各個(gè)不同方向流向多孔隙接觸層5外圍的環(huán)形空間11，如此可有利于工作流體迅速地由各出口端2排出本體M。
于一較佳實(shí)施例中，前述多孔隙接觸層5可為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，然而亦可采用具有多個(gè)管狀或柱狀結(jié)構(gòu)所組成的多孔隙材質(zhì)。如此一來，半導(dǎo)體晶圓A所產(chǎn)生的熱可經(jīng)由其背面?zhèn)鬟f至多孔隙接觸層5，并與多孔隙接觸層5內(nèi)的工作流體進(jìn)行熱交換。于一較佳實(shí)施例中，前述多孔隙接觸層5的密度是小于多孔隙熱交換層4，借此可加速工作流體在多孔隙接觸層5內(nèi)的流動(dòng)速度，并迅速地將熱量由出口端2排出。
針對(duì)不同的集成電路制程，尤其是對(duì)于淺溝槽分離(ShallowTrench Isolation，STI)以及采用等離子或非等離子形式的多晶硅(polysilicon)制程而言，例如物理氣相沉積(PVD)、化學(xué)氣相沉積(CVD)等等，通過本發(fā)明的冷卻系統(tǒng)可以提升在二維平面上的溫度均勻性，同時(shí)可有效地抑制半導(dǎo)體晶圓在制程當(dāng)中所產(chǎn)生的溫度變化。
綜上所述，本發(fā)明不僅構(gòu)造簡(jiǎn)單且成本低廉，可節(jié)省人力以及硬設(shè)備的支出，此外亦可改善制程的穩(wěn)定性進(jìn)而提升產(chǎn)品的良率。
以上所述僅為本發(fā)明較佳實(shí)施例，然其并非用以限定本發(fā)明的范圍，任何熟悉本項(xiàng)技術(shù)的人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可在此基礎(chǔ)上做進(jìn)一步的改進(jìn)和變化，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)以本申請(qǐng)的權(quán)利要求書所界定的范圍為準(zhǔn)。
附圖中符號(hào)的簡(jiǎn)單說明如下
1入口端2出口端3多孔隙流動(dòng)層4多孔隙熱交換層5多孔隙接觸層6開孔7孔隙8空隙9柱狀體10冷卻系統(tǒng)A晶圓B支撐體B1突出部B2通道C靜電承載座C′冷卻裝置D蓋板E靜電吸附體E1金屬電極M本體
權(quán)利要求
1.一種冷卻裝置，一工作流體流經(jīng)該冷卻裝置內(nèi)部，用以控制一半導(dǎo)體晶圓的溫度，其中該半導(dǎo)體晶圓是固定于一靜電承載座，該冷卻裝置包括一多孔隙流動(dòng)層；一多孔隙接觸層，連接該靜電承載座；一多孔隙熱交換層，設(shè)置于該多孔隙流動(dòng)層與該多孔隙接觸層之間；一入口端，連接該多孔隙流動(dòng)層；以及一出口端，連接該多孔隙接觸層，其中該工作流體自該入口端依序流經(jīng)該多孔隙流動(dòng)層、該多孔隙熱交換層以及該多孔隙接觸層，并經(jīng)由該出口端流出該多孔隙接觸層，借以與該半導(dǎo)體晶圓進(jìn)行熱交換。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻裝置，其特征在于該多孔隙流動(dòng)層具有多個(gè)開孔，分別連接該入口端，該工作流體是由該入口端經(jīng)過該開孔流入該多孔隙流動(dòng)層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的冷卻裝置，其特征在于該開孔設(shè)置于該冷卻裝置的底部。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻裝置，其特征在于該多孔隙接觸層具有一環(huán)狀空間，環(huán)繞該多孔隙接觸層外圍并連接該出口端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻裝置，其特征在于該多孔隙接觸層的密度小于該多孔隙熱交換層的密度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻裝置，其特征在于該多孔隙流動(dòng)層具有多個(gè)管狀結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻裝置，其特征在于該多孔隙流動(dòng)層具有多個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻裝置，其特征在于該多孔隙流動(dòng)層具有一網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻裝置，其特征在于該多孔隙熱交換層具有多個(gè)管狀結(jié)構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻裝置，其特征在于該多孔隙熱交換層具有多個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻裝置，其特征在于該多孔隙熱交換層具有一網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻裝置，其特征在于該多孔隙熱交換層具有銀或銅。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻裝置，其特征在于該多孔隙接觸層具有多個(gè)管狀結(jié)構(gòu)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻裝置，其特征在于該多孔隙接觸層具有多個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻裝置，其特征在于該多孔隙接觸層具有一網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種冷卻裝置，用以控制一靜電承載座上的一半導(dǎo)體晶圓的溫度。上述冷卻裝置包括一多孔隙流動(dòng)層、一多孔隙接觸層、一多孔隙熱交換層、一入口端、一出口端以及循環(huán)裝置。前述多孔隙熱交換層設(shè)置于多孔隙流動(dòng)層與多孔隙接觸層之間。前述多孔隙接觸層連接靜電承載座與出口端，多孔隙流動(dòng)層則連接入口端。工作流體自入口端依序流經(jīng)多孔隙流動(dòng)層、多孔隙熱交換層以及多孔隙接觸層，并經(jīng)由出口端流出多孔隙接觸層，借以與半導(dǎo)體晶圓進(jìn)行熱交換。前述循環(huán)裝置連接入口端以及出口端，用以驅(qū)動(dòng)工作流體循環(huán)地于冷卻系統(tǒng)內(nèi)流動(dòng)。本發(fā)明不僅構(gòu)造簡(jiǎn)單且成本低廉，可節(jié)省人力以及硬設(shè)備的支出，此外亦可改善制程的穩(wěn)定性進(jìn)而提升產(chǎn)品的良率。
文檔編號(hào)H01L21/68GK1734738SQ20051008873
公開日2006年2月15日 申請(qǐng)日期2005年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月30日
發(fā)明者蕭義理, 陳擇毅, 黃見翎, 彭進(jìn)興, 汪青蓉, 余振華 申請(qǐng)人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司