具有流體介質(zhì)的高清晰度加熱器系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種設(shè)備，諸如，加熱器，其包括具有至少一個流體通道的基底構(gòu)件。兩相流體被配置在流體通道內(nèi)，所述兩相流體的壓力受到控制，使得兩相流體向基底構(gòu)件提供加熱和冷卻中的至少一者。調(diào)諧層被固定到所述基底構(gòu)件上，且所述調(diào)諧層包括多個區(qū)域。此外，部件，舉例而言諸如，夾盤，被固定在調(diào)諧層上。
【專利說明】具有流體介質(zhì)的高清晰度加熱器系統(tǒng)
相關(guān)申請的交叉引用
[0001]本申請要求2011年8月30日提交的序列號為61/528，939和2012年4月19日提交的序列號為61/635，310的臨時申請的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容以引用方式并入本文。本申請還涉及與本申請同時提交并共同轉(zhuǎn)讓的名為“控制熱陣列的系統(tǒng)和方法(Systemand Method for Controlling a Thermal Array) ”的共同待決申請和名為“熱陣列系統(tǒng)(Thermal Array System) ”的申請,其全部內(nèi)容以引用方式并入本文。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及加熱器系統(tǒng)，且具體而言，涉及在操作過程中可向加熱目標(biāo)提供精確的溫度曲線以補償熱損失和/或其他變化的加熱器系統(tǒng)，在諸如卡盤或承受器之類的應(yīng)用中用于半導(dǎo)體加工。
【背景技術(shù)】
[0003]本段中的陳述僅提供涉及本發(fā)明的背景信息并且可能不構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。
[0004]在半導(dǎo)體加工技術(shù)中，例如，在加工過程中使用卡盤或承受器是為了固定襯底(或晶片)，并向襯底提供均勻的溫度曲線。參照圖1，繪示出靜電卡盤的支承組件10，其包括具有嵌入式電極14的靜電卡盤12，和通過粘合層18接合到靜電卡盤12上的加熱器板16，粘合層18通常是有機硅粘合劑。加熱器20被固定在加熱器板16上，舉例而言，其可以是蝕刻箔加熱器。此加熱器組件同樣通過粘合層24接合到冷卻板22上，粘合層24通常是有機硅粘合劑。襯底26被配置在靜電卡盤12上，而電極14被連接到電壓源(圖未示)，使得靜電力產(chǎn)生，將襯底26固定到位。射頻(RF)或微波電源(圖未示)可耦合到位于圍繞支承組件10的等離子體反應(yīng)室內(nèi)的靜電卡盤12。加熱器20從而在各種室內(nèi)等離子體半導(dǎo)體加工步驟，包括等離子體增強的薄膜沉積或蝕刻過程中提供必需的熱量以維持襯底26的溫度。
[0005]在對襯底26進(jìn)行加工的所有階段中，重要的是，對靜電卡盤12的溫度曲線進(jìn)行嚴(yán)格控制，以減小所蝕刻襯底26內(nèi)產(chǎn)生的加工變化，同時縮短總加工時間。在半導(dǎo)體加工領(lǐng)域以及其他應(yīng)用中，用于改善襯底的溫度均勻性的改良裝置和方法始終被需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]在本發(fā)明公開的一種形式中，提供了一種設(shè)備，其包含具有至少一個流體通道的基底構(gòu)件。兩相流體被配置在流體通道內(nèi)，并且兩相流體的壓力受到控制，使得兩相流體向基底構(gòu)件提供加熱和冷卻中的至少一者。調(diào)諧層被固定到所述基底構(gòu)件上，并且具有多個區(qū)域。此外，部件被固定在調(diào)諧層上。
[0007]在另一種形式中，提供一種加熱器，其包含具有至少一個流體通道的基底構(gòu)件。兩相流體被配置在流體通道內(nèi)，并且兩相流體的壓力受到控制，使得兩相流體向基底構(gòu)件提供加熱和冷卻中的至少一者。調(diào)諧加熱器被固定到基底構(gòu)件上，且包含多個區(qū)域。此外，卡盤被固定到調(diào)諧加熱器上，與基底構(gòu)件相對。
[0008]在又一種形式中，提供一種加熱器系統(tǒng)，其包含具有至少一個流體通道的基底構(gòu)件。兩相流體被配置在流體通道內(nèi)，其中，所述兩相流體的壓力受到控制，使得兩相流體向基底構(gòu)件提供加熱和冷卻中的至少一者。調(diào)諧層被固定到基底構(gòu)件上，且包含多個區(qū)域。還提供了一種控制系統(tǒng)，其包括與所述調(diào)諧層通信的多組電力線和與所述電力線并與調(diào)諧層電通信的多個可尋址控制元件，所述控制元件提供對調(diào)諧層區(qū)域的選擇性控制。
[0009]從本文所提供的描述可以得知其它可應(yīng)用領(lǐng)域。應(yīng)當(dāng)理解的是，描述和具體實例僅旨在說明，而非限制本發(fā)明公開的范圍。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]為了使本發(fā)明可以被很好地理解，現(xiàn)在將參照附圖以舉例方式描述其各種形式，其中:
[0011]圖1是現(xiàn)有技術(shù)靜電卡盤的放大側(cè)視圖；
[0012]圖2是根據(jù)本發(fā)明的一種形式的原理構(gòu)建的具有調(diào)諧層的加熱器的局部側(cè)視圖；
[0013]圖3是根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)建的具有調(diào)諧層或調(diào)諧加熱器的圖1的另一種形式的加熱器的分解側(cè)視圖；
[0014]圖4是圖3的加熱器的透視分解圖，繪示出根據(jù)本發(fā)明公開的原理的基底加熱器的示例性的四個(4)區(qū)域和調(diào)諧加熱器的十八個(18)區(qū)域；
[0015]圖5是根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)建的具有補充調(diào)諧層的另一種形式的高清晰度加熱器系統(tǒng)的側(cè)視圖；
[0016]圖6是根據(jù)本發(fā)明的另一種形式，彼此偏移的可選的調(diào)諧層的分解透視圖；
[0017]圖7是根據(jù)本發(fā)明的一種形式，嵌入加熱器卡盤組件的層中的控制裝置的透視圖；
[0018]圖8是具有根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)建的獨立可控加熱器元件的加熱器系統(tǒng)的透視圖；
[0019]圖9是沿圖8的線9-9截取的截面圖，繪示出根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)建的加熱器系統(tǒng)的導(dǎo)通孔；
[0020]圖10是沿圖8的線10-10截取的局部截面圖，繪示出根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)建的加熱器系統(tǒng)的上基底；
[0021]圖11是沿圖8的線11-11截取的局部截面圖，繪示出根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)建的加熱器系統(tǒng)的下基底；
[0022]圖12是圖11的俯視圖，繪示出根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)建的下基底的錐形腔室內(nèi)的元件；
[0023]圖13是具有基底構(gòu)件的另一種形式的高清晰度加熱器系統(tǒng)的截面圖，所述基底構(gòu)件是根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)構(gòu)建的，具有用于兩相流體的流體通道；
[0024]圖14是透視圖，繪示出根據(jù)本發(fā)明的另一種形式構(gòu)建的多個支承元件；
[0025]圖15是截面圖，繪示出根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)的支承元件；
[0026]圖16是根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)的支承元件的放大平面圖；以及
[0027]圖17是透視圖，繪示出根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)構(gòu)建的散熱器。[0028]本文所述的附圖僅用于說明，且并不以任一種方式限制本發(fā)明的范圍。
【具體實施方式】
[0029]以下描述在本質(zhì)上僅僅是示例性的，且并非旨在限制本發(fā)明、應(yīng)用或用途。例如，本發(fā)明的下列形式涉及用于半導(dǎo)體加工的卡盤，并且在某些情況下，為靜電卡盤。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，本文所提供的加熱器和系統(tǒng)可以用于各種應(yīng)用，并不限于半導(dǎo)體加工應(yīng)用。
[0030]參照圖2，本發(fā)明的一種形式是加熱器50，其包括具有嵌入其中的至少一個加熱器電路54的基底加熱器層52。基底加熱器層52具有穿過其中形成的至少一個孔56 (或?qū)?，所述孔用于將加熱器電路54連接到電源(圖未示)?；准訜崞鲗?2提供初級加熱，而調(diào)諧加熱器層60配置成鄰近加熱器層52，如圖所示，用于微調(diào)加熱器50所提供的熱分布。調(diào)諧層60包括嵌入其中的多個獨立控制的單獨的加熱元件62。至少一個孔64穿過調(diào)諧層60而形成，用于將所述多個單獨的加熱元件62連接到電源和控制器(圖未示)。如進(jìn)一步所示，路由層66配置在基底加熱器層52和調(diào)諧層60之間，并限定內(nèi)腔68。第一組電引線70將加熱器電路54連接到電源，其延伸穿過加熱器層孔56。第二組電引線72將多個加熱元件62連接到電源，且除了基底加熱器層52中的孔55之外，還延伸穿過路由層66的內(nèi)腔68。應(yīng)該理解的是，路由層66是可選的，且可在沒有路由層66而只有基底加熱器層52和調(diào)諧加熱器層60的情況下使用加熱器50。
[0031]在另一種形式中，可以可選地使用調(diào)諧層60來測量卡盤12中的溫度，而不是提供熱分布的微調(diào)。這種形式用于隨溫度而變的電阻電路的多個特定區(qū)域位置或離散的位置。這些溫度傳感器中的每一個可經(jīng)由多路切換裝置單獨讀取，其示例性形式在下文中更詳細(xì)地說明，允許使用相對于測量每一個單獨的傳感器所需的信號線數(shù)目更多的傳感器。溫度傳感反饋可為控制決策提供必要的信息，例如，以控制背面冷卻氣壓的特定區(qū)域以調(diào)節(jié)從襯底26到卡盤12的熱通量。也可使用相同的反饋來取代或增加安裝在基底加熱器50附近的溫度傳感器，以經(jīng)由輔助冷卻液熱交換器來控制基底加熱區(qū)域54的溫度或平衡板冷卻流體溫度(圖未示)。
[0032]在一種形式中，基底加熱器層50和調(diào)諧加熱器層60由封閉加熱器電路54和調(diào)諧層加熱元件62以聚酰亞胺材料形成，聚酰亞胺材料用于中溫應(yīng)用，一般在250°C以下。而且，聚酰亞胺材料可與材料摻雜，以增加熱導(dǎo)率。
[0033]在其他形式中，基底加熱器層50和/或調(diào)諧加熱器層60由成層工藝形成，其中所述層通過使用與厚膜、薄膜、熱噴涂或溶膠凝膠等相關(guān)聯(lián)的方法在襯底上或另一層上涂敷或積聚材料而形成。
[0034]在一種形式中，基底加熱電路54由因科鎳合金(Inconel,? )形成,且調(diào)諧層加熱元件62是鎳材料。在又一種形式中，調(diào)諧層加熱元件62由具有足夠的電阻溫度系數(shù)的材料形成，使得所述元件同時起加熱器和溫度傳感器的作用，通常稱作“雙線控制”。這樣的加熱器及其材料在第7，196，295號美國專利和序列號為11/475，534的共同待決美國專利申請中公開，其與本申請共同轉(zhuǎn)讓，且其全部公開內(nèi)容以引用方式并入本文。
[0035]在雙線控制下，本發(fā)明的各種形式包括通過了解或測量施加給熱阻抗調(diào)諧層60中的單獨的元件中的每一個，通過乘法和除法轉(zhuǎn)換成電功率和電阻，在第一種情況下相等地對應(yīng)于這些元件中的每一個的熱通量輸出，且在第二種情況下相等地對應(yīng)于與元件溫度的已知關(guān)系的電壓和/或電流，基于溫度、功率，和/或熱阻抗來控制層加熱元件62?？墒褂眠@些一起來計算并監(jiān)測每一個元件上的熱阻抗負(fù)載，以允許操作員或控制系統(tǒng)檢測并補償特定區(qū)域的熱變化，所述熱變化可能是因使用或維護(hù)、處理誤差，和設(shè)備降級導(dǎo)致室中或卡盤中發(fā)生物理變化而起，但并不限于此?？蛇x地，在半導(dǎo)體加工過程中可為熱阻抗調(diào)諧層60中的單獨受控的加熱元件中的每一個分配對應(yīng)于相同或不同特定溫度的設(shè)定點電阻，然后修改或閘控源自襯底上的對應(yīng)區(qū)域直到基底加熱器層52的熱通量，以控制襯底溫度。
[0036]在一種形式中，基底加熱器50接合到卡盤51上，例如，通過使用有機硅粘合劑或甚至壓敏粘合劑。因此，加熱器層52提供初級加熱，而調(diào)諧層60微調(diào)或調(diào)整加熱曲線，使得均勻的或所需的溫度曲線被提供給卡盤51，且因此，提供給襯底(圖未示)。
[0037]在本發(fā)明的另一種形式中，調(diào)諧層加熱元件62的熱膨脹系數(shù)(CTE)與調(diào)諧加熱層襯底60的CTE匹配，以改良調(diào)諧層加熱元件62在承受應(yīng)力負(fù)載時的熱敏性。許多適用于雙線控制的材料展現(xiàn)出與電阻溫度裝置(RTD)相似的特性，包括對溫度和應(yīng)變的電阻敏感性。將調(diào)諧層加熱元件62的CTE與調(diào)諧加熱器層襯底60匹配減少了實際加熱元件上的應(yīng)力。并且，隨著操作溫度升高，應(yīng)力水平往往也增加，且因此，CTE匹配變成十分重要的因素。在一種形式中，調(diào)諧層加熱元件62是CTE約為15ppm/°C的高純度鎳鐵合金，而包圍它的聚酰亞胺材料的CTE約為16ppm/°C。在此形式中，將調(diào)諧加熱器層60接合到其他層上的材料展現(xiàn)出彈性特性，其在物理上將調(diào)諧加熱器層60與卡盤12的其他構(gòu)件解耦。應(yīng)理解的是，依然處在本發(fā)明的范圍內(nèi)的情況下也可使用具有類似CTE的其他材料。
[0038]現(xiàn)在參照圖3-5，繪示出一種示例形式的加熱器，其具有基底加熱器層和調(diào)諧層(在上文的圖2中概述)，且總體由附圖標(biāo)記80來指示。加熱器80包括基板82，(也稱作冷卻板)，其一種形式是厚度約為16mm的鋁板。基底加熱器84被固定到基板82上，一種形式是使用彈性接合層86，如圖所示。彈性接合可能是第6，073，577號美國專利中所公開的彈性接合，其全部內(nèi)容以引用方式并入本文。根據(jù)本發(fā)明的一種形式，襯底88配置在基底加熱器84的頂部，且是厚度約為Imm的鋁材。襯底88被設(shè)計成具有熱導(dǎo)率，以消耗所需量的基底加熱器84的功率。因為基底加熱器84具有相對較高的功率，在沒有必需量的熱導(dǎo)率的情況下，此基底加熱器84將離開相鄰部件上的“示位”標(biāo)(來自電阻電路的跡線)，從而降低整個加熱器系統(tǒng)的性能。
[0039]調(diào)諧加熱器90被配置在襯底88的頂部，并使用彈性接合層94固定在卡盤92上，如上所述。在一種形式中，卡盤92是厚度約為2.5mm的氧化鋁材料。應(yīng)當(dāng)理解的是，本文所述的材料和尺寸僅僅是示例性的，且因此本發(fā)明并不限定于本文所述的特定形式。此外，與基底加熱器84相比，調(diào)諧加熱器90具有較低的功率，且如上所述，襯底88起消耗基底加熱器84的功率的作用，使得“示位”標(biāo)不會在調(diào)諧加熱器90上形成。
[0040]圖4更詳細(xì)地顯示基底加熱器84和調(diào)諧加熱器90，其中，顯示了基底加熱器84的示例性的四個(4)區(qū)域，和調(diào)諧加熱器90的十八個(18)區(qū)域。在一種形式中，加熱器80適于與450mm的卡盤尺寸一起使用，但是，加熱器80可以使用更大或更小尺寸的卡盤，因為其能高度定制熱分布。此外，高清晰度加熱器80可以圍繞卡盤(跨越水平面)的外周(由區(qū)域P示出)，或者沿垂直位置，圖3，調(diào)諧層90’，或在跨越或沿著卡盤的離散的預(yù)定位置處，或圍繞其他部件或部件組合的外周使用，而不是以本文所示的堆疊/平面結(jié)構(gòu)使用。更進(jìn)一步地，高清晰度加熱器80可以在處理套件、室壁、蓋、氣體管線和噴頭以及半導(dǎo)體加工設(shè)備內(nèi)的其他部件中使用。還應(yīng)當(dāng)理解的是，本文中所示和所述的加熱器和控制系統(tǒng)可以用于多種應(yīng)用，并且因此，示例性半導(dǎo)體加熱器卡盤應(yīng)用不應(yīng)當(dāng)被解讀為限制本發(fā)明的范圍。
[0041]本發(fā)明還考慮到，基底加熱器84和調(diào)諧加熱器90并不限于加熱功能。應(yīng)當(dāng)理解的是，在依然處于本發(fā)明的范圍內(nèi)的情況下，這些構(gòu)件中的一個或多個，分別被稱為“基底功能層”和“調(diào)諧層”，可以可選地是溫度傳感器層或其它功能構(gòu)件。其它功能可包括，舉例而言，可采集傳感器輸入，尤其諸如，各種電氣特性的冷卻層或診斷層。
[0042]如圖5中所示，可提供雙調(diào)諧能力，在卡盤12的頂面上納入次級調(diào)諧層加熱器120。在依然處于本發(fā)明的范圍之內(nèi)的情況下，次級調(diào)諧層可以可選地用作溫度感測層，而不是加熱層。因此，可使用任何數(shù)目的調(diào)諧層加熱器，且不應(yīng)該限于本文所示和所述的那些。
[0043]在另一種形式中，基底功能層可包括多個熱電元件，而不是如上所述構(gòu)建的基底加熱器84。這些熱電元件也可以按區(qū)域配置，且通常配置在基板或冷卻板82的頂部，或附近。
[0044]]在又一形式中，多個調(diào)諧層可以用在“堆疊”結(jié)構(gòu)中，或垂直配置，使得各個電阻跡線與相對層上相鄰的電阻跡線產(chǎn)生偏移，以補償跡線之間存在的間隙。例如，如圖6中所示，第一調(diào)諧層130與第二調(diào)諧層140偏移，使得調(diào)諧層140的跡線142對準(zhǔn)與第一調(diào)諧層130的跡線134之間的間隙132相鄰，且反之亦然。在另一種形式中，可以使用“棋盤”設(shè)計，以補償相鄰層之間的間隙或熱點。
[0045]參照圖7，閾值電壓開關(guān)電路，其一種形式包含離散固態(tài)裝置，當(dāng)電路兩端的電壓閾值被超過時，在一個方向上電傳導(dǎo)，且嵌入或附接在加熱器卡盤的主體上，可能是封裝形式或通常嵌入作為裸片部件。在另一種形式中，控制元件嵌入接合層86中，如上所示。應(yīng)當(dāng)理解的是，在依然處于本發(fā)明的范圍內(nèi)的情況下，控制元件可嵌入其部件或組件中的任一個內(nèi)?？蛇x地，在單個封裝硅控制裝置(ASIC)上的閾值電壓開關(guān)電路可以本發(fā)明的一種形式嵌入到或附接到卡盤上。如果任一部件在運行過程中發(fā)生故障，也可使用額外的控制裝置以提供冗余。
[0046]圖8-12繪示出一種示例性形式的嵌入控制器。如圖所示，繪示出此替代形式的加熱器系統(tǒng)，且總體由附圖標(biāo)記200來指示。加熱器系統(tǒng)200包含多個獨立可控的加熱器元件202，其操作在下文中更加詳細(xì)地闡述，以向加熱目標(biāo)提供高度定制的溫度曲線，諸如，如上所述，在半導(dǎo)體加工中，向襯底提供均勻的溫度曲線。上基底204配置成鄰近加熱器元件202，且在一種形式中，加熱器元件202配置在上基底204上，諸如，蝕刻箔接合到或?qū)訝罴訜崞鞒练e到上基底204上。上基底204限定多個錐形腔室206，其與所述加熱器元件中的每一個對準(zhǔn)。在此形式中，錐形腔室206包括上壁208和錐形側(cè)壁210，如圖所示。上基底204進(jìn)一步包含多個電力導(dǎo)通孔212，以便為電源線和控制線提供通道，如下文所述。
[0047]下基底220與上基底204相鄰，且限定與上基底204的錐形腔室206對準(zhǔn)的多個反向錐形腔室222。反向錐形腔室222類似地限定下壁224和錐形側(cè)壁226。下基底220進(jìn)一步包含與上基底204的電力導(dǎo)通孔212通信的多個電力導(dǎo)通孔228，其還充當(dāng)電力和控制線的通道。
[0048]如圖14中最佳所示，腔室206、222的形狀被配置成提供用于將熱量從加熱器元件202有效地傳遞到冷卻板(圖1中被示為元件22)，并且還用于減少對加熱器元件202所提供的腔室及其部件的性能和溫度曲線的熱沖擊。因此，所述腔室的“占用區(qū)”在加熱器元件202附近較小，并且所述腔室的尺寸逐漸增大以引導(dǎo)圍繞腔室206的熱通量，然后逐漸減小尺寸以引導(dǎo)圍繞腔室222的熱通量朝向冷卻板22。應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明可提供其它幾何形狀的腔室206和222，且因此，錐形配置不應(yīng)當(dāng)被解讀為限制本發(fā)明的范圍。
[0049]進(jìn)一步所示，多對開關(guān)元件230和控制元件232配置在下基底220的反向錐形腔室222中且與所述多個加熱器元件202通信。通常，開關(guān)元件230和控制元件232控制加熱器元件202的操作，以便提供必需的溫度曲線，且在一個應(yīng)用中，提供均勻的溫度曲線給半導(dǎo)體加工設(shè)備中的襯底，如上所述。更具體而言，且在一種形式中，控制元件是微處理器。在另一種形式中，如上所述，控制元件是根據(jù)光柵輔助加熱器(raster boost heater)的電路。在一種形式中，控制元件232通過數(shù)字總線234通信來對加熱器元件202進(jìn)行溫度控制。
[0050]加熱器系統(tǒng)200還包含與控制元件232中的每一個通信的多路復(fù)用器240，其發(fā)送適當(dāng)?shù)目刂菩盘柦o加熱器元件202中的每一個，得到所需的溫度曲線。在一種形式中，多路復(fù)用器240通過光學(xué)總線242與電源(圖未示)進(jìn)行通信。
[0051]另外，加熱器系統(tǒng)200還可包括配置成鄰近所述多個加熱器元件202的多個離散的溫度傳感器250。在另一種替代形式中，加熱器元件202包含具有足夠的電阻特性溫度系數(shù)的電阻材料，使得該電阻材料同時起加熱器和溫度傳感器的作用，如在本文中本發(fā)明的其他形式所闡述的。
[0052]在靜電卡盤應(yīng)用中，加熱器系統(tǒng)200還包含RF濾波器260，其一種形式是與數(shù)字總線262通信。
[0053]本文所闡述的任一系統(tǒng)的溫度校正可以通過首先使用標(biāo)準(zhǔn)的電阻計來測量所述調(diào)諧層加熱器的各個電阻來進(jìn)行。在另一種方法中，單獨或除了上述方法，調(diào)諧層加熱器元件62可以保持在恒定溫度下并產(chǎn)生脈沖，如正常操作一樣，但是僅用于短期，然后計算電阻，并對控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置。在相同或多個溫度點，這種迭代技術(shù)可校準(zhǔn)系統(tǒng)以進(jìn)行控制。
[0054]現(xiàn)在參照圖13，繪示出加熱器系統(tǒng)的另一種形式，且總體由設(shè)備300來指示。設(shè)備300，在本發(fā)明的一種形式中是加熱器，包括具有至少一個流體通道320的基底構(gòu)件310。多個流體通道320以這種形式繪示，且通道320可以本發(fā)明的另一種形式進(jìn)一步限定區(qū)域(諸如，如上所述的加熱器區(qū)域)。兩相流體325被配置在流體通道320內(nèi)，且兩相流體325的壓力受到控制，使得兩相流體325向基底構(gòu)件310供熱。此系統(tǒng)被更詳細(xì)地描述，例如，在第7，178，353號和第7，415，835號美國專利中，并還在第20100076611號美國申請中公開，其全部內(nèi)容以引用方式并入本文。通常，在這些系統(tǒng)中，提供加壓制冷劑作為冷凝液，并且處于氣體狀態(tài)。冷凝液膨脹成氣態(tài)混合物，且加入氣態(tài)制冷劑以達(dá)到由其壓力確定的目標(biāo)溫度。因此，可以通過調(diào)整氣體壓力快速實現(xiàn)溫度校正。這樣的系統(tǒng)由Advanced ThermalSciences Corporation提供,且可以與本發(fā)明的教導(dǎo)一起使用。
[0055]如進(jìn)一步所示，調(diào)諧層330被固定到基底構(gòu)件310上，例如，用粘合層332，其中調(diào)諧層330包含多個區(qū)域335。此調(diào)諧層330類似于上述調(diào)諧層和加熱器，且正因如此，為了清楚起見，將不再次詳細(xì)描述。類似于上文所述的形式，與基底構(gòu)件310相比，調(diào)諧層335具有較低的功率。且如進(jìn)一步所示，部件340，舉例而言諸如，卡盤、臺座、晶片工作臺、襯底支承物或噴頭，被固定在調(diào)諧層330上。如本文所用，“部件”應(yīng)理解為用于加工直接或間接地支承晶片的任何構(gòu)件或組件。
[0056]在一種形式中，調(diào)諧層330是加熱器，且在另一種形式中，調(diào)諧層330是溫度傳感器，如上文詳細(xì)所述。此調(diào)諧層330，并且還有基底構(gòu)件310，可用具有足夠的TCR特性的材料設(shè)計，使得它們同時起加熱器和溫度傳感器的作用。此外，次級調(diào)諧層(在圖5中示出)被固定到部件340的頂面上，并且還應(yīng)該理解的是，在依然處于本發(fā)明的范圍內(nèi)的情況下，可以使用任何數(shù)目的調(diào)諧層，其起加熱器和/或溫度傳感器作用。在次級調(diào)諧層固定在部件340的頂面上的情況下，晶片將會被間接地支承，而當(dāng)晶片在部件340的頂面上時，被直接支承。
[0057]設(shè)備300還可以采用圖2中所示的路由層66，以容納多條電力線。在依然處于本發(fā)明的范圍內(nèi)的情況下，也可以使用本文的整個附圖中所述的附加特征，本發(fā)明的這種形式具有帶有流體通道320的基底構(gòu)件310。
[0058]現(xiàn)在參照圖14-16，本發(fā)明的另一種形式包括多個支承元件600，其設(shè)置在調(diào)諧加熱器層和升壓加熱器層之間，以在制造過程中提供必要的平坦度，在這種形式中是沖壓工藝。更具體而言，在本發(fā)明的這種形式中，支承元件600被蝕刻成具有加熱器電路的銅層602。如圖14中所示，銅層602中的跡線之間存在相對較大的空間，多少有些空隙，導(dǎo)致非平面層壓件或具有不理想平坦度的層壓件。通過提供支承元件600，提供了附加結(jié)構(gòu)，以提高平坦度。且如圖16中所示，支承元件600是“分離”結(jié)構(gòu)，或者由兩個部分602和604組成，其間有開口 610。因此，允許粘合劑620 (示于圖15中)在每一個支承元件600之間更均勻地流動。
[0059]如圖17中所示，繪示出調(diào)諧加熱器700的另一種形式，其中相應(yīng)的多個散熱片710被配置在每一個元件720上，以為各個元件720提供溫度均勻性。散熱器可以是各種材料，包括但不限于，鋁、銅和熱解石墨，包括PGS (熱解石墨片)。在一種形式中，散熱器710是單片且厚度恒定的結(jié)構(gòu)，如圖所示。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，在依然處于本發(fā)明的范圍內(nèi)的情況下，也可以提供包括一體式凹槽或熱引導(dǎo)件的其他結(jié)構(gòu)730。
[0060]本文所述的每一個調(diào)諧層/加熱器由控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，其各種形式在名為“控制熱陣列的系統(tǒng)和方法(System and Method for Controlling a Thermal Array) ”的共同待決申請和名為“熱陣列系統(tǒng)(Thermal Array System) ”的申請中更詳細(xì)地闡述,其與本申請同時提交并共同轉(zhuǎn)讓。通常，控制系統(tǒng)具有與調(diào)諧層通信的多組電力線和與電力線并與調(diào)諧層電通信的多個可尋址控制元件，所述控制元件提供對調(diào)諧層區(qū)域的選擇性控制。控制元件可以是，舉例而言，閾值電壓開關(guān)電路，其可以是半導(dǎo)體開關(guān)。閾值電壓開關(guān)電路可以封裝，例如，封裝在ASIC(專用集成電路)中。此外，控制元件可以嵌入部件內(nèi)，諸如，卡盤，如上所述。這些控制系統(tǒng)及其相關(guān)算法在上述共同待決申請中更詳細(xì)地描述和繪示，且因此為了清楚起見，不包括在本文中。
[0061]應(yīng)當(dāng)指出的是，本發(fā)明并不限于作為例子描述和示出的實施例。已描述了種類繁多的修改，且更是本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的一部分。在不脫離本發(fā)明和本專利的保護(hù)范圍的情況下，這些和進(jìn)一步的修改，以及技術(shù)等效物的任何替代可添加到本說明書和附圖中。
【權(quán)利要求】
1.一種設(shè)備，其包含: 包含至少一個流體通道的基底構(gòu)件； 配置在所述流體通道中的兩相流體，所述兩相流體的壓力受到控制，使得所述兩相流體向所述基底構(gòu)件提供加熱和冷卻中的至少一者； 被固定到所述基底構(gòu)件上的調(diào)諧層，所述調(diào)諧層包含多個區(qū)域；以及 被固定在調(diào)諧層上的部件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述基底構(gòu)件包含含有所述兩相流體的多個流體通道，多個通道限定區(qū)域，其中所述基底構(gòu)件的區(qū)域數(shù)目少于所述調(diào)諧層的區(qū)域數(shù)目。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述調(diào)諧層是加熱器和溫度傳感器之一。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述部件選自包含卡盤、臺座、晶片工作臺、襯底支承物和噴頭的組。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述調(diào)諧層包含具有足夠的TCR特性的電阻材料，使得所述調(diào)諧層同時起加熱器和溫度傳感器的作用。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包含固定在所述部件的頂面上的次級調(diào)諧層。
7.根據(jù)權(quán)利要求 1所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包含多個調(diào)諧層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包含路由層，所述路由層配置在所述基底構(gòu)件和所述調(diào)諧層之間且限定用于路由電力線的內(nèi)腔。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中流體通道和調(diào)諧層中的至少一者配置在所述部件的外圍。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包含: 配置成鄰近所述調(diào)諧層的上構(gòu)件，所述上構(gòu)件限定與所述區(qū)域中的每一個對準(zhǔn)的多個錐形腔室，所述上構(gòu)件進(jìn)一步包含多個電力導(dǎo)通孔； 與所述上構(gòu)件相鄰并限定與所述上構(gòu)件的錐形腔室對準(zhǔn)的多個反向錐形腔室的下構(gòu)件，所述下構(gòu)件進(jìn)一步包含與所述上構(gòu)件的電力導(dǎo)通孔通信的多個電力導(dǎo)通孔， 其中控制元件配置在所述下構(gòu)件的反向錐形腔室內(nèi)，且與所述調(diào)諧層和所述基底構(gòu)件內(nèi)的兩相流體的控制器中的至少一者通信。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中所述控制元件通過數(shù)字總線通信。
12.—種熱系統(tǒng),其包含: 包含至少一個流體通道的基底構(gòu)件； 配置在所述流體通道中的兩相流體，所述兩相流體的壓力受到控制，使得所述兩相流體向所述基底構(gòu)件提供加熱和冷卻中的至少一者； 被固定到所述基底構(gòu)件上的調(diào)諧加熱器，所述調(diào)諧加熱器包含多個區(qū)域；以及 被固定在所述調(diào)諧加熱器上、與所述基底構(gòu)件相對的卡盤。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的熱系統(tǒng)，其中所述調(diào)諧加熱器包含具有足夠的TCR特性的電阻材料，使得所述調(diào)諧加熱器同時起加熱器和溫度傳感器的作用。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的熱系統(tǒng)，其中所述調(diào)諧加熱器限定層式構(gòu)造。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的熱系統(tǒng)，其中所述調(diào)諧加熱器限定聚酰亞胺加熱器。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的熱系統(tǒng)，其進(jìn)一步包含多個調(diào)諧加熱器，所述多個調(diào)諧加熱器限定與相鄰調(diào)諧加熱器的電阻電路偏移的電阻電路。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的熱系統(tǒng)，其進(jìn)一步包含固定在所述卡盤的頂面上的次級調(diào)諧層。
18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的熱系統(tǒng)，其進(jìn)一步包含多個調(diào)諧層。
19.根據(jù)權(quán)利要求12所述的熱系統(tǒng)，其中至少一個所述流體通道和所述調(diào)諧加熱器配置在所述卡盤的外圍。
20.根據(jù)權(quán)利要求12所述的熱系統(tǒng)，其進(jìn)一步包含配置成鄰近每一個所述調(diào)諧加熱器的區(qū)域中的多個散熱器。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的熱系統(tǒng)，其中所述散熱器是選自包含鋁、銅、熱解石墨和氮化鋁的組的材料。
22.—種熱系統(tǒng),其包含: 包含至少一個流體通道的基底構(gòu)件； 配置在所述流體通道中的兩相流體，所述兩相流體的壓力受到控制，使得所述兩相流體向所述基底構(gòu)件提供加熱和冷卻中的至少一者； 被固定到所述基底構(gòu)件上的調(diào)諧層，所述調(diào)諧層包含多個區(qū)域；以及 控制系統(tǒng)，其具有: 與所述調(diào)諧層通信的多組電力線；和 與所述電力線并與所述調(diào)諧層電通信的多個可尋址控制元件，所述控制元件提供對調(diào)諧層區(qū)域的選擇性控制。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的熱系統(tǒng)，其中所述控制元件是閾值電壓開關(guān)電路。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的熱系統(tǒng)，其中所述閾值電壓開關(guān)電路包含半導(dǎo)體開關(guān)。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的熱系統(tǒng)，其中所述閾值電壓開關(guān)電路被封裝。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的熱系統(tǒng)，其中所述封裝是專用集成電路ASIC。
27.根據(jù)權(quán)利要求22所述的熱系統(tǒng)，其中所述控制元件嵌入所述部件中。
28.根據(jù)權(quán)利要求22所述的熱系統(tǒng)，其中所述調(diào)諧層是加熱器。
29.根據(jù)權(quán)利要求22所述的熱系統(tǒng)，其中所述調(diào)諧層是溫度傳感器。
30.根據(jù)權(quán)利要求22所述的熱系統(tǒng)，其中所述調(diào)諧層包含具有足夠的TCR特性的電阻材料，使得所述調(diào)諧層同時起加熱器和溫度傳感器的作用。
【文檔編號】H05B1/02GK103907395SQ201280052730
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2012年8月30日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月30日
【發(fā)明者】凱文·羅伯特·史密斯, 凱文·帕塔斯恩斯基, 蕾·艾倫·德萊, 卡爾·托馬斯·斯汪森, 菲利普·史蒂文·施密特, 穆罕默德·諾斯拉蒂, 雅各布·羅伯特·林德利, 艾倫·諾曼·博爾特, 張三宏, 路易斯·P·辛德豪爾, 丹尼斯·斯坦利·格里馬爾 申請人:沃特洛電氣制造公司