TW202303675A - 上部電極組件 - Google Patents

Abstract

本發明之目的在於提供一種上部電極組件，其可確切地提高相對於厚度方向的傳熱效率。為了達成上述目的，本發明之上部電極組件，其在電漿處理裝置中使用，其特徵為包含：電極板；金屬板；以及傳熱片，其配置在該電極板與該金屬板之間，具有垂直定向部分，且該垂直定向部分具有沿著垂直方向定向的複數個垂直定向石墨烯構造。

Description

上部電極組件

本發明係關於一種上部電極組件。

於專利文獻1，揭示了一種電極單元，其配置於基板處理裝置，該基板處理裝置具備處理室，該處理室利用電漿對基板進行處理。專利文獻1所記載的電極單元，從處理室側開始依序具有電極層、加熱層以及冷卻層，該加熱層全面地覆蓋該電極層，同時該冷卻層隔著該加熱層全面地覆蓋該電極層，且在該加熱層與該冷卻層之間配置了傳熱片。 [先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2014―120440號公報

[發明所欲解決的問題]

本發明技術提供一種上部電極組件，其可確切地提高相對於厚度方向的傳熱效率。 [解決問題的手段]

本發明一實施態樣，係一種上部電極組件，其在電漿處理裝置中使用，其特徵為包含：電極板；金屬板；以及傳熱片，其配置在該電極板與該金屬板之間，具有垂直定向部分，且該垂直定向部分具有沿著垂直方向定向的複數個垂直定向石墨烯構造。 [發明的功效]

若根據本發明，便可提供一種上部電極組件，其可確切地提高相對於厚度方向的熱傳導效率。

在半導體裝置的製造步驟中，會激發供給到處理室中的處理氣體以生成電漿，藉此，對基板支持部所支持的半導體基板（以下簡稱為「基板」），實行蝕刻處理、成膜處理、擴散處理等各種電漿處理。該等電漿處理，例如係使用電容耦合型（CCP，Capacitively Coupled Plasma）的電漿處理裝置實行，該電漿處理裝置具備構成處理室頂部的一部分的上部電極組件。

在此，在近年來的半導體裝置的製造程序中，伴隨形成於基板表面的圖案的細微化需求，在電漿處理裝置中，會要求以高輸出高速切換 [ 例如導通（ON）／切斷（OFF）切換 ] RF（Radio Frequency，射頻）電源。然而，當像這樣以高輸出高速切換RF電源時，對與電漿處理空間鄰接配置的上部電極組件的電漿熱輸入會發生變動，因此上部電極組件的溫度會有變動之虞。

當像這樣上部電極組件的溫度變動時，對基板的電漿處理結果的分布也可能會參差不齊。因此，為了均一地控制對基板的電漿處理結果，追蹤電漿熱輸入的變動並控制上部電極組件的溫度，有其必要。

於上述專利文獻1，揭示了「利用配置在電極單元內部的加熱層或冷卻層，控制電極單元所具備的電極層的溫度」的技術內容。另外，若根據專利文獻1所記載的電極單元，則會在加熱層與冷卻層之間配置傳熱層（例如傳熱片），藉以有效地利用冷卻層冷卻電極層。

另外，在專利文獻1所記載的電極單元中，配置在加熱層與冷卻層之間的傳熱層，主要係促進往平面方向（水平方向）的熱傳導，藉此確切地控制電極層的全部區域的溫度。然而，當如上所述的實行RF電源的高輸出、高速切換時，盡可能提早處理來自電漿的瞬間熱輸入，相當重要。換言之，盡可能降低電極單元的垂直方向（厚度方向）的熱阻，相當重要。亦即，從該等觀點來看，以往的電極單元仍有改善的空間，尤其吾人要求開發一種提高垂直方向的熱傳導性的電極單元。

有鑑於上述問題，本發明技術提供一種上部電極組件，其可確切地提高相對於厚度方向的熱傳導效率。以下，針對具備本實施態樣之上部電極組件的電漿處理系統，一邊參照圖式，一邊進行說明。另外，在本說明書以及圖式中，實質上具有相同功能構造的要件，會附上相同的符號，並省略重複說明。

＜電漿處理裝置＞ 首先，針對本實施態樣之電漿處理系統進行說明。圖1係表示本實施態樣之電漿處理系統的概略構造的縱剖面圖。

電漿處理系統，包含電容耦合型的電漿處理裝置1以及控制部2。電漿處理裝置1，包含：電漿處理室10、氣體供給部20、電源30以及排氣系統40。另外，電漿處理裝置1，包含基板支持部11以及氣體導入部。基板支持部11，配置在電漿處理室10內。氣體導入部，以將至少1種處理氣體導入到電漿處理室10內的方式構成。氣體導入部，包含上部電極組件13。上部電極組件13，配置在基板支持部11的上方。在一實施態樣中，上部電極組件13，構成電漿處理室10的頂部（ceiling）的至少一部分。在電漿處理室10的內部，形成了由上部電極組件13、電漿處理室10的側壁10a以及基板支持部11所劃定的電漿處理空間10s。電漿處理室10，具有：至少1個氣體供給口，其用以將至少1種處理氣體供給到電漿處理空間10s；以及至少1個氣體排出口，其用以從電漿處理空間10s將氣體排出。側壁10a接地。上部電極組件13以及基板支持部11，與電漿處理室10電性絕緣。

基板支持部11，包含本體部111以及環狀組件112。本體部111的頂面，具有：用以支持基板（晶圓）W的中央區域111a（基板支持面），以及用以支持環狀組件112的環狀區域111b（環狀支持面）。環狀區域111b，在俯視下包圍中央區域111a。環狀組件112，包含1個或複數個環狀構件；1個或複數個環狀構件的其中至少1個為邊緣環。

在一實施態樣中，本體部111，包含基台113以及靜電夾頭114。基台113包含導電性構件。基台113的導電性構件發揮作為下部電極的功能。靜電夾頭114，配置於基台113的頂面。靜電夾頭114的頂面具有前述的中央區域111a以及環狀區域111b。

另外，圖式雖省略，惟基板支持部11，亦可包含調溫模組，其以將環狀組件112、靜電夾頭114以及基板W的其中至少1個調節至目標溫度的方式構成。調溫模組，亦可包含加熱器、傳熱媒體、流通管路或其組合。於流通管路，流通著鹽水或氣體等傳熱流體。另外，基板支持部11，亦可包含傳熱氣體供給部，其以將傳熱氣體（背側氣體）供給到基板W的背面與靜電夾頭114的頂面之間的方式構成。

如圖2所示的，在一實施態樣中，上部電極組件13，包含電極板120與金屬板130。電極板120與金屬板130，隔著傳熱片140，沿著垂直方向堆疊。換言之，上部電極組件13，以「從電漿處理空間10s側開始，電極板120、傳熱片140以及金屬板130依照該順序堆疊」的方式構成。

電極板120，例如包含鋁等導電性構件。電極板120的導電性構件，發揮作為上部電極的功能。於電極板120，形成了從厚度方向（垂直方向）貫通的複數個氣體導入口13a。氣體導入口13a，透過形成於後述的金屬板130的內部的氣體擴散空間13b以及氣體供給口13c與氣體供給部20連接，並以將來自氣體供給部20的至少1種處理氣體導入到電漿處理空間10s的方式構成。

金屬板130，堆疊、配置在電極板120之上，發揮作為該電極板120的支持體的功能。在金屬板130的內部形成了至少1個氣體擴散空間13b，以及至少1個氣體供給口13c。氣體擴散空間13b以及氣體供給口13c與氣體供給部20連接，如上所述的，以「將來自氣體供給部20的至少1種處理氣體，透過形成於電極板120的氣體導入口13a，導入到電漿處理空間10s」的方式構成。

另外，金屬板130，在內部具有至少1條冷媒流通管路131以及至少1個加熱模組132，其以將因為電漿熱輸入而導致溫度變動的電極板120調節至目標溫度的方式構成。於冷媒流通管路131，流通著鹽水或氣體等傳熱流體。加熱模組132，亦可包含加熱器、傳熱媒體、流通管路或其組合。另外，在一實施態樣中，冷媒流通管路131與加熱模組132，在金屬板130的內部，以在縱方向上（在俯視下）不重疊的方式配置，且以各自與電極板120之間傳傳熱量時不會互相干涉的方式構成。

如圖3以及圖4所示的，在一實施態樣中，傳熱片140，具有垂直定向部分R1。垂直定向部分R1，構成傳熱片140的全部或一部分。在一實施態樣中，垂直定向部分R1，以在水平方向上遍及傳熱片140的全部區域或一部分區域的方式形成。在一實施態樣中，垂直定向部分R1，以在垂直方向上遍及傳熱片140的全部區域或一部分區域的方式形成。在此，一部分區域，可為1個區域，亦可為複數個區域。垂直定向部分R1，係以具有熱傳導異向性的複數個石墨片141沿著平面方向（水平方向）堆疊的方式構成。另外，石墨片141，各自如圖5所示的，具有沿著該石墨片141的平面方向（亦即垂直方向）定向的複數個石墨烯構造141a。換言之，在一實施態樣中，傳熱片140，具有沿著電極板120與金屬板130的堆疊方向（亦即垂直方向、Z方向）定向的複數個石墨烯構造（複數個垂直定向石墨烯構造）141a。

在此，相對於石墨烯構造141a的定向方向（X方向以及Z方向）的熱傳導率，比相對於石墨烯構造141a的堆疊方向（Y方向）的熱傳導率更大。換言之，在一實施態樣中，傳熱片140，係以「相對於石墨烯構造141a的定向方向（亦即垂直方向、圖4的Z方向）以及平面一方向（圖4的X方向）的熱傳導率，比相對於石墨烯構造141a的堆疊方向（亦即與該平面一方向正交的平面另一方向、圖4的Y方向）的熱傳導率更大」的方式配置。

在上部電極組件13中，將堆疊具有高熱傳導率的石墨片所形成的傳熱片插入電極板120與金屬板130之間，僅此便可確切地實行「追蹤電漿熱輸入所導致的電極板120的溫度變動」的溫度控制。然而，在本實施態樣，如圖3以及圖4所示的，係以複數個石墨烯構造141a沿著垂直方向定向的方式，將複數個石墨片141沿著平面方向（水平方向）堆疊，以構成傳熱片140。藉此，相較於構成將複數個石墨片141沿著垂直方向堆疊的傳熱片140´（參照後述的圖7）的態樣，更可提高相對於垂直方向的熱傳導效率，亦即，可更確切地控制電極板120的溫度。

另外，在以下的說明中，有時會將如圖4所示的在傳熱片140中複數個石墨烯構造141a沿著垂直方向定向的部分，稱為「垂直定向部分R1」。亦即，在傳熱片140的垂直定向部分R1中，相對於垂直方向的熱傳導率比相對於平面方向的熱傳導率更大。

另外，在一例中，石墨片141中的沿著石墨烯構造141a的定向方向的熱傳導率為2000W／m・K，沿著石墨烯構造141a的堆疊方向的熱傳導率為10W／m・K。

另外，氣體導入部，除了上部電極組件13之外，亦可更包含1個或複數個側邊氣體注入部（SGI，Side Gas Injector），其安裝於1個或複數個開口部，該等開口部形成於側壁10a。

回到圖1的說明。氣體供給部20，亦可包含至少1個氣體源21以及至少1個流量控制器22。在一實施態樣中，氣體供給部20，係以「將至少1種處理氣體，從各自對應的氣體源21，透過各自對應的流量控制器22，供給到上部電極組件13」的方式構成。各流量控制器22，例如亦可包含質量流量控制器或壓力控制式的流量控制器。再者，氣體供給部20，亦可包含將至少1種處理氣體的流量調變或脈衝化的1個或其以上的流量調變裝置。

電源30，包含RF電源31，其透過至少1個阻抗匹配電路與電漿處理室10耦合。RF電源31，係以「將來源RF信號以及偏壓RF信號等至少1個RF信號（RF電力），供給到基板支持部11的導電性構件（下部電極）及／或上部電極組件13的導電性構件（上部電極）」的方式構成。藉此，從供給到電漿處理空間10s的至少1種處理氣體形成電漿。因此，RF電源31，可發揮作為電漿生成部的至少一部分的功能，其以「在電漿處理室10中，從1種或其以上的處理氣體生成電漿」的方式構成。另外，藉由將偏壓RF信號供給到下部電極，便可於基板W產生偏壓電位，而將所形成的電漿中的離子成分吸引到基板W。

在一實施態樣中，RF電源31，包含第1RF生成部31a以及第2RF生成部31b。第1RF生成部31a，以「透過至少1個阻抗匹配電路與下部電極及／或上部電極耦合，並生成電漿生成用的來源RF信號（來源RF電力）」方式構成。在一實施態樣中，來源RF信號，具有13MHz～160MHz的範圍內的頻率。在一實施態樣中，第1RF生成部31a，亦可以生成具有相異頻率的複數個來源RF信號的方式構成。所生成的1個或複數個來源RF信號，供給到下部電極及／或上部電極。第2RF生成部31b，以「透過至少1個阻抗匹配電路與下部電極耦合，並生成偏壓RF信號（偏壓RF電力）」的方式構成。在一實施態樣中，偏壓RF信號，具有比來源RF信號更低的頻率。在一實施態樣中，偏壓RF信號，具有400kHz～13.56MHz的範圍內的頻率。在一實施態樣中，第2RF生成部31b，亦可以生成具有相異頻率的複數個偏壓RF信號的方式構成。所生成的1個或複數個偏壓RF信號，供給到下部電極。另外，在各種實施態樣中，亦可來源RF信號以及偏壓RF信號的其中至少1個被脈衝化。

另外，電源30，亦可包含與電漿處理室10耦合的DC（direct current，直流電）電源32。DC電源32，包含第1DC生成部32a以及第2DC生成部32b。在一實施態樣中，第1DC生成部32a，以與下部電極連接並生成第1DC信號的方式構成。所生成的第1偏壓DC信號，施加於下部電極。在一實施態樣中，亦可第1DC信號施加於靜電夾頭114內的吸附用電極等其他電極。在一實施態樣中，第2DC生成部32b，以與上部電極連接並生成第2DC信號的方式構成。所生成的第2DC信號，施加於上部電極。在各種實施態樣中，亦可第1以及第2DC信號的其中至少1個被脈衝化。另外，第1以及第2DC生成部32a、32b，亦可增設於RF電源31，亦可設置成第1DC生成部32a取代第2RF生成部31b。

排氣系統40，例如可與設置於電漿處理室10的底部的氣體排出口10e連接。排氣系統40，亦可包含壓力調整閥以及真空泵。利用壓力調整閥調整電漿處理空間10s的內部壓力。真空泵，亦可包含渦輪分子泵、乾式泵或其組合。

控制部2，對電腦可實行命令進行處理，其令電漿處理裝置1實行在本發明中所述的各種步驟。控制部2，可以「控制電漿處理裝置1的各要件，以實行在此所述的各種步驟」的方式構成。在一實施態樣中，亦可控制部2的一部分或全部為電漿處理裝置1所包含。控制部2，例如亦可包含電腦2a。電腦2a，例如，亦可包含處理部（CPU，Central Processing Unit，中央處理單元）2a1、記憶部2a2，以及通信介面2a3。處理部2a1，可以「根據記憶部2a2所儲存的程式，實行各種控制動作」的方式構成。記憶部2a2，亦可包含：RAM（Random Access Memory，隨機存取記憶體）、ROM（Read Only Memory，唯讀記憶體）、HDD（Hard Disk Drive，硬式磁碟機）、SSD（Solid State Drive，固態硬碟），或其組合。通信介面2a3，亦可透過LAN（Local Area Network，區域網路）等通信線路而在其與電漿處理裝置1之間進行通信。

以上，係針對各種例示之實施態樣進行說明，惟不限於上述例示之實施態樣，亦可作出各種增設、省略、置換以及變更。另外，可將相異實施態樣的要件組合以形成其他實施態樣。

例如，以上的實施態樣，在上部電極組件13的傳熱片140中，係以「將複數個垂直定向石墨片141沿著平面（水平）方向堆疊，藉此，複數個垂直定向石墨烯構造141a沿著垂直方向定向」的方式，構成垂直定向部分R1。然而，傳熱片140的構造不限於此，亦可如圖6所示的，利用具有沿著厚度方向（垂直方向）延伸的複數個奈米碳管（CNT，Carbon Nano tube）142a的垂直定向奈米碳管片142，構成垂直定向部分R1。垂直定向奈米碳管142a，如圖6所示的，具有沿著該垂直定向奈米碳管142a的延伸方向定向的複數個垂直定向石墨烯構造141a。亦即，複數個垂直定向奈米碳管142a，各自具有複數個垂直定向石墨烯構造141a。換言之，在一實施態樣中，在傳熱片140的垂直定向部分R1中，相對於垂直定向奈米碳管142a的延伸方向（垂直定向石墨烯構造141a的定向方向，亦即垂直方向）的熱傳導率，比相對於平面（水平）方向的熱傳導率更大。

＜電漿處理裝置對基板的處理方法＞ 接著，針對以上述方式構成的電漿處理裝置1中的基板W的處理方法的一例，進行說明。另外，在電漿處理裝置1中，會對基板W實行蝕刻處理、成膜處理、擴散處理等各種電漿處理。

首先，將基板W搬入電漿處理室10的內部，並將基板W載置在基板支持部11的靜電夾頭114上。接著，對靜電夾頭114的吸附用電極施加電壓，藉此，利用靜電力將基板W吸附、保持於靜電夾頭114。

在基板W被吸附、保持於靜電夾頭114之後，接著，將電漿處理室10的內部減壓到既定的真空度。接著，從氣體供給部20透過上部電極組件13將處理氣體供給到電漿處理空間10s。另外，從第1RF生成部31a將電漿生成用的來源RF電力供給到下部電極，藉此，激發處理氣體以生成電漿。此時，亦可從第2RF生成部31b供給偏壓RF電力。然後，在電漿處理空間10s中，藉由所生成的電漿的作用，對基板W實施電漿處理。

在此，當對基板W實行電漿處理時，與電漿處理空間10s鄰接配置的上部電極組件13的電極板120，會因為電漿熱輸入而導致溫度變動。然後，當像這樣於電極板120發生溫度變動時，會有對基板W的電漿處理結果在面內不均一之虞。

於是，在本實施態樣中，追蹤該電極板120的溫度變動，並實行冷媒流通管路131以及加熱模組132對電極板120的溫度控制。具體而言，例如，當因為電漿熱輸入而電極板120的溫度上升時，令傳熱流體在冷媒流通管路131的內部流通，以令金屬板130的溫度降低，藉此，促進從電極板120到金屬板130的熱傳導，以令電極板120的溫度降低。

在此，在本實施態樣之上部電極組件13中，具有垂直定向部分R1的傳熱片140，係插入電極板120與金屬板130之間。如上所述的，在該垂直定向部分R1中，複數個垂直定向石墨烯構造141a係沿著垂直方向定向，故相較於平面（水平）方向的熱傳導率，相對於垂直方向的熱傳導率較高。因此，在本實施態樣中，可有效地促進往電極板120與金屬板130的堆疊方向（亦即垂直方向）的熱傳導，亦即有效地實行電極板120的溫度控制。另外，當在電極板120與金屬板130之間插入傳熱片140時，為了獲得吾人所期望的接觸壓力，亦可對傳熱片140施加負重。接觸壓力越高，接觸熱阻越小，可獲得更高的熱傳導性。

當電漿處理結束時，停止從第1RF生成部31a供給來源RF電力，並停止從氣體供給部20供給處理氣體。當在電漿處理中供給了偏壓RF電力時，亦停止供給該偏壓RF電力。

接著，停止靜電夾頭114對基板W的吸附、保持，並去除電漿處理後的基板W以及靜電夾頭114的靜電。之後，將基板W從靜電夾頭114卸下，並從電漿處理裝置1將基板W搬出。如是一連串的電漿處理便結束。

＜本發明之上部電極組件的作用、功效＞ 以上，若根據本實施態樣之上部電極組件，則會在「與電漿處理空間10s鄰接配置的電極板120」和「堆疊、配置在該電極板120之上且內部具有電極板120的溫度控制用的冷媒流通管路131以及加熱模組132的金屬板130」之間，插入具有垂直定向部分R1的傳熱片140。藉此，在該垂直定向部分R1中，促進相對於垂直定向石墨烯構造141a的定向方向（亦即垂直方向）的熱傳導。亦即，可令因為電漿熱輸入而導致溫度變動的電極板120與冷媒流通管路131以及加熱模組132之間的熱傳導特性提高，進而確切地控制電極板120的溫度。

具體而言，經過本發明人的徹底檢討，如圖7所示的，可確認出：相較於「在電極板120與金屬板130之間，插入以複數個石墨片141沿著垂直方向堆疊的方式構成的傳熱片140´」的態樣，可更有效地冷卻電極板120。然後，可知：該電極板120的冷卻功效，尤其在實行電漿處理時以高輸出施加RF電力的情況下，更加提高。換言之，藉由將具有垂直定向部分R1的傳熱片140插入電極板120與金屬板130之間，電極板120的冷卻效率會提高，其結果，在電漿處理裝置中，即使在以高輸出高速切換RF電源的情況下，仍可確切地冷卻電極板120。

另外，若根據本實施態樣，則如圖2所示的，冷媒流通管路131與加熱模組132，係以「在金屬板130的內部，在縱方向上不重疊」的方式配置。藉此，例如，當令傳熱流體在冷媒流通管路131中流通以冷卻電極板120時，可防止加熱模組132影響到電極板120與冷媒流通管路131之間的熱傳導。亦即，可更確切地冷卻電極板120。

另外，在以上的實施態樣中，例如，係將複數個垂直定向石墨片141沿著平面（水平）方向堆疊，以構成在上部電極組件13中插入電極板120與金屬板130之間的傳熱片140。藉此，傳熱片140，其相對於垂直方向（圖4的Z方向）以及平面一方向（圖4的X方向）的熱傳導率，會比相對於平面另一方向（圖4的Y方向）的熱傳導率更大。

在此，已知在使用電漿處理裝置1所實行的一般電漿處理中，電極板120的中心側（半徑方向內側）的電漿熱輸入，會比邊緣側（半徑方向外側）的電漿熱輸入更高。因此，因為電漿熱輸入所導致的電極板120的溫度變動，相較於邊緣側，在中心側更大，亦即會有中心側的溫度比邊緣側的溫度更高的傾向。因此，當將傳熱片140插入電極板120與金屬板130之間時，如圖8所示的，傳熱片140的從中心側對邊緣側的熱傳導量在平面一方向（X方向）與平面另一方向（Y方向）並不均一，其結果，會有尤其在周圍方向上無法均一地控制電極板120的冷卻之虞。

於是，在上部電極組件13中，亦可將如圖9A所示的由複數個垂直定向石墨片141配置成同心圓狀以形成垂直定向部分R1的傳熱片150，插入電極板120與金屬板130之間。另外，亦可於配置成同心圓狀的複數個垂直定向石墨片141的中心，配置具有至少1個垂直定向奈米碳管142a的垂直定向奈米碳管片142。

若根據圖9A所示的傳熱片150，則相對於垂直方向（Z方向）以及傳熱片150的周圍方向（θ方向）的熱傳導率，比相對於傳熱片150的半徑方向（X方向以及Y方向）的熱傳導率更大。藉此，傳熱片150的相對於周圍方向的熱傳導量比相對於半徑方向的熱傳導量更大，其結果，尤其在周圍方向上可均一地控制電極板120的溫度。

另外，在上部電極組件13中，亦可將如圖9B所示的由複數個垂直定向石墨片141沿著半徑方向配置（亦即配置成放射狀）以形成垂直定向部分R1的傳熱片160，插入電極板120與金屬板130之間。

若根據圖9B所示的傳熱片160，則相對於垂直方向（Z方向）以及傳熱片160的半徑方向（X方向以及Y方向）的熱傳導率，比相對於傳熱片160的周圍方向（θ方向）的熱傳導率更大。另外，若根據傳熱片160，則可在平面一方向（X方向）與平面另一方向（Y方向）上，均一地控制傳熱片160的從中心側對邊緣側的熱傳導量。其結果，便可在周圍方向上均一地控制電極板120的溫度，同時可將對傳熱片160的中心側的電漿熱輸入往邊緣側處理，亦即可均一地控制中心側的溫度與邊緣側的溫度。亦即，可在面內均一地控制電極板120的溫度。

另外，在以上的實施態樣中，係以將具有垂直定向部分R1的傳熱片140插入電極板120與金屬板130之間的態樣為例，進行說明，惟傳熱片的構造並非僅限於此。具體而言，亦可對應作為冷卻對象的電極板120的散熱設計，而將除了垂直定向部分R1之外更具有複數個石墨烯構造141a沿著平面（水平）方向定向的部分的傳熱片，插入電極板120與金屬板130之間。另外，有時會將複數個石墨烯構造141a沿著平面（水平）方向定向的部分，稱為「水平定向部分R2」（參照圖10）。另外，沿著平面（水平）方向定向的石墨烯構造141a，構成本發明技術的「水平定向石墨烯構造」。亦即，在水平定向部分R2中，相對於平面（水平）方向的熱傳導率比相對於垂直方向的熱傳導率更大。

圖10，係表示一實施態樣之分別具備垂直定向部分R1以及水平定向部分R2的傳熱片170的概略構造的說明圖。

如圖10A所示的，在一實施態樣中，傳熱片170，具備：配置在該傳熱片170的中心側且在俯視下大致形成圓形的垂直定向部分R1，以及配置在該傳熱片170的邊緣側且在俯視下大致形成環狀的水平定向部分R2。換言之，傳熱片170的垂直定向部分R1與水平定向部分R2，配置在電極板120與金屬板130之間，且配置成彼此在垂直方向的相同高度上並排 [ 沿著平面（水平）方向並排 ] 。

若根據圖10A所示的傳熱片170，則在中心側的垂直定向部分R1中，相對於垂直方向（Z方向）以及平面一方向（X方向）的熱傳導率，比相對於平面另一方向（Y方向）的熱傳導率更大。另一方面，在邊緣側的水平定向部分R2中，相對於平面方向（X方向以及Y方向）的熱傳導率，比相對於垂直方向（Z方向）的熱傳導率更大。

如上所述的，在使用電漿處理裝置1所實行的一般電漿處理中，會有電極板120的中心側的溫度比邊緣側的溫度更高的傾向。因此，在傳熱片170中，如圖10A所示的，在電極板120的溫度相對較高的中心側，配置相對於垂直方向的熱傳導率較大的垂直定向部分R1，並在溫度相對較低的邊緣側，配置相對於平面（水平）方向的熱傳導率較大的水平定向部分R2。藉此，便可在電極板120的中心側促進相對於垂直方向的熱傳導，以降低溫度，同時可在電極板120的邊緣側促進相對於平面（水平）方向的熱傳導，以提高溫度的均一性。

像這樣，在上部電極組件13中，對應因為電漿熱輸入所導致的電極板120的溫度變動量的面內分布，適當地配置垂直定向部分R1與水平定向部分R2，藉此，便可確切地控制電極板120的溫度。具體而言，係在電極板120的溫度相對較高的部分，對應地配置垂直定向部分R1，以促進冷卻，並在電極板120的溫度相對較低的部分，對應地配置水平定向部分R2，以提高溫度的面內均一性。此時，例如，藉由對應電極板120的溫度變動量令垂直定向部分R1的面積變動，便可控制從電極板120往垂直方向的熱傳導量，亦即電極板120的溫度。

另外，在圖10A所示之例中，係將複數個垂直定向石墨片141沿著水平方向堆疊以形成垂直定向部分R1，惟垂直定向部分R1，亦可如圖9所示的，以將複數個石墨片141配置成同心圓狀或放射狀的方式形成。另外，亦可如圖10B所示的，利用具有在垂直方向上延伸的複數個垂直定向奈米碳管142a的垂直定向奈米碳管片142，形成垂直定向部分R1。

另外，在圖10A以及圖10B所示之例中，係將複數個水平定向石墨片141沿著垂直方向堆疊以形成水平定向部分R2，惟水平定向部分R2，亦可由具有在平面（水平）方向上延伸的複數個水平定向奈米碳管142a的水平定向奈米碳管片142所形成（圖中未顯示）。

另外，從提高電極板120的面內溫度均一性此等觀點來看，亦可如圖11所示的傳熱片180，其在側視的情況下，垂直定向部分R1與水平定向部分R2係堆疊配置。換言之，傳熱片180，亦可除了垂直定向部分R1之外，更具有配置在電極板120與垂直定向部分R1之間、金屬板130與垂直定向部分R1之間，或垂直定向部分R1與垂直定向部分R1之間的水平定向部分R2。

若根據圖11所示的傳熱片180，則會在沿著垂直方向堆疊、配置的垂直定向部分R1中，促進相對於垂直方向的熱傳導，亦即促進電極板120的冷卻。另一方面，在沿著垂直方向堆疊、配置的水平定向部分R2中，會促進相對於平面（水平）方向的熱傳導，亦即提高電極板120的面內溫度均一性。換言之，藉由像這樣將垂直定向部分R1與水平定向部分R2多層地組合，便可提高相對於垂直方向與平面（水平）方向的熱傳導率，亦即，可有效且均一地冷卻電極板120。

另外，從有效地（亦即迅速地）冷卻電極板120此等觀點來看，宜將堆疊配置的水平定向部分R2的厚度，相較於垂直定向部分R1的厚度盡可能縮小。

＜第2實施態樣之上部電極組件＞ 在以上的實施態樣中，係以上部電極組件13具備沿著垂直方向堆疊、配置的電極板120、傳熱片以及金屬板130的態樣為例，進行說明，惟配置於電漿處理裝置1的上部電極組件的構造並非僅限於此。

圖12，係表示第2實施態樣之上部電極組件200的概略構造的縱剖面圖。

如圖12所示的，在一實施態樣中，上部電極組件200，包含：電極板120、金屬板210以及另一金屬板220。電極板120與金屬板210，隔著傳熱片140且沿著垂直方向堆疊。另外，金屬板210與另一金屬板220，隔著傳熱片140且沿著垂直方向堆疊。換言之，上部電極組件200，係以「從電漿處理空間10s側開始，電極板120、傳熱片140、金屬板210、傳熱片140以及另一金屬板220依照該順序堆疊」的方式構成。

另外，插入電極板120與金屬板210之間的傳熱片，不限於圖3以及圖4所示的傳熱片140，可適當使用從圖8～圖11所示的傳熱片150、160、170或180選出的至少1個傳熱片。另外，插入金屬板210與另一金屬板220之間的傳熱片亦不限於傳熱片140，可適當使用從傳熱片150、160、170或180選出的至少1個傳熱片。

另外，插入電極板120與金屬板210之間的傳熱片，以及插入金屬板210與另一金屬板220之間的傳熱片，可各自具有相同的構造，亦可具有相異的構造。

另外，在本實施態樣中，插入金屬板210與另一金屬板220之間的傳熱片，構成本發明技術的「另一傳熱片」。另外，該另一傳熱片所具有的垂直定向部分R1以及水平定向部分R2，構成本發明技術的「另一垂直定向部分」以及「另一水平定向部分」。同樣地，該等另一垂直定向部分以及另一水平定向部分各自所具有的石墨烯構造141a，構成本發明技術的「另一垂直定向石墨烯構造」以及「另一水平定向石墨烯構造」。再者，同樣地，當該另一傳熱片具有石墨片141或奈米碳管片142時，該等石墨片141或奈米碳管片142，構成本發明技術的「另一石墨片」以及「另一奈米碳管片」。

電極板120，具有與第1實施態樣的上部電極組件13所具備的電極板120同樣的構造。亦即，電極板120包含發揮作為上部電極的功能的導電性材料，並形成了從厚度方向貫通的複數個氣體導入口13a。

金屬板210，堆疊、配置在電極板120之上，發揮作為該電極板120的支持體的功能。在金屬板210的內部，形成了至少1個氣體擴散空間13b。另外，金屬板210，在內部具有至少1個加熱模組211，其以將因為電漿熱輸入而導致溫度變動的電極板120調節至目標溫度的方式構成。加熱模組211，亦可包含加熱器、傳熱媒體、流通管路或其組合。

另一金屬板220，堆疊、配置在金屬板210之上，與金屬板210形成一體，發揮作為電極板120的支持體的功能。於另一金屬板220，形成了至少1個氣體供給口13c。另外，另一金屬板220，在內部具有至少1個冷媒流通管路221，其以將因為電漿熱輸入而導致溫度變動的電極板120調節至目標溫度的方式構成。於冷媒流通管路221，流通著鹽水或氣體等傳熱流體。

另外，在一實施態樣中，形成在另一金屬板220的內部的冷媒流通管路221，與設置在金屬板210的內部的加熱模組211，以在縱方向上（在俯視下）不重疊的方式配置。

關於插入電極板120與金屬板210之間的傳熱片，或插入金屬板210與另一金屬板220之間的傳熱片，如上所述的，可因應電極板120的溫度控制的散熱設計，選擇任意的構造。亦即，分別插入電極板120、金屬板210以及另一金屬板220之間的傳熱片，可僅具有垂直定向部分R1，亦可更具有水平定向部分R2。另外，該等垂直定向部分R1與水平定向部分R2的配置，可任意選擇之。

第2實施態樣之上部電極組件200係以上述方式構成。像這樣，即使係於上部電極組件堆疊、設置複數個金屬板的態樣，藉由在各金屬板的界面配置本發明技術的傳熱片，便可確切地控制電極板120的溫度。

本案所揭示之實施態樣，其全部的特徵點應被認為係僅為例示，而並非限制要件。上述實施態樣，亦可在不超出所附請求範圍以及其發明精神的情況下，省略、置換、變更為各種態樣。

例如，在以上的實施態樣中，係以在構成上部電極組件的電極板與金屬板之間，插入具有沿著堆疊方向定向的複數個石墨烯構造的傳熱片的態樣為例，進行說明。然而，使用該傳熱片所構成的構件不限於上部電極組件，亦可於被要求有效的熱處理的任意構件，使用該傳熱片。具體而言，例如，在基板支持部11中，可使用該傳熱片插入基台113與靜電夾頭114之間。

1:電漿處理裝置 2:控制部 2a:電腦 2a1:處理部 2a2:記憶部 2a3:通信介面 10:電漿處理室 10a:側壁 10e:氣體排出口 10s:電漿處理空間 11:基板支持部 13:上部電極組件 13a:氣體導入口 13b:氣體擴散空間 13c:氣體供給口 20:氣體供給部 21:氣體源 22:流量控制器 30:電源 31:RF電源 31a:第1RF生成部 31b:第2RF生成部 32:DC電源 32a:第1DC生成部 32b:第2DC生成部 40:排氣系統 111:本體部 111a:中央區域 111b:環狀區域 112:環狀組件 113:基台 114:靜電夾頭 120:電極板 130:金屬板 131:冷媒流通管路 132:加熱模組 140,140´:傳熱片 141:石墨片 141a:石墨烯構造 142:奈米碳管片 142a:奈米碳管 150,160,170,180:傳熱片 200:上部電極組件 210:金屬板 211:加熱模組 220:另一金屬板 221:冷媒流通管路 R1:垂直定向部分 R2:水平定向部分 W:基板 X,Y,Z,θ:方向

[圖1] 係表示一實施態樣之電漿處理系統的構造的縱剖面圖。 [圖2] 係表示一實施態樣之上部電極組件的構造的縱剖面圖。 [圖3] 係表示一實施態樣之傳熱片的構造的剖面圖。 [圖4] 係表示一實施態樣之傳熱片的構造的立體圖。 [圖5] 係關於傳熱片的熱傳導特性的說明圖。 [圖6] 係表示傳熱片的另一構造例的說明圖。 [圖7] 係關於傳熱片的熱傳導特性的說明圖。 [圖8] 係關於發生於電極板的面內溫度不均一性的說明圖。 [圖9A] 係表示傳熱片的另一構造例的說明圖。 [圖9B] 係表示傳熱片的另一構造例的說明圖。 [圖10A] 係表示傳熱片的另一構造例的說明圖。 [圖10B] 係表示傳熱片的另一構造例的說明圖。 [圖11] 係表示傳熱片的另一構造例的說明圖。 [圖12] 係表示第2實施態樣之上部電極組件的構造的縱剖面圖。

120:電極板

130:金屬板

140:傳熱片

141:石墨片

X,Y,Z:方向

Claims (16)

1. 一種上部電極組件，使用於電漿處理裝置中，包含： 電極板； 金屬板；以及 傳熱片，配置在該電極板與該金屬板之間，具有垂直定向部分，且該垂直定向部分具有沿著垂直方向定向的複數個垂直定向石墨烯構造。
2. 如請求項1之上部電極組件，其中， 該垂直定向部分，具有沿著垂直方向定向的複數個垂直定向奈米碳管，且該複數個垂直定向奈米碳管，各自具有該複數個垂直定向石墨烯構造。
3. 如請求項1之上部電極組件，其中， 該垂直定向部分，具有沿著水平方向堆疊的複數個垂直定向石墨片，且該複數個垂直定向石墨片，各自具有該複數個垂直定向石墨烯構造。
4. 如請求項1至3中任一項之上部電極組件，其中， 該傳熱片，具有水平定向部分，該水平定向部分具有沿著水平方向定向的複數個水平定向石墨烯構造； 該垂直定向部分與該水平定向部分，沿著垂直方向堆疊。
5. 如請求項1至3中任一項之上部電極組件，其中， 該傳熱片包含水平定向部分，該水平定向部分具有沿著水平方向定向的複數個水平定向石墨烯構造； 該垂直定向部分與該水平定向部分，係沿著水平方向配置。
6. 如請求項4或5之上部電極組件，其中， 該水平定向部分，具有沿著水平方向定向的複數個水平定向奈米碳管，且該複數個水平定向奈米碳管，各自具有該複數個水平定向石墨烯構造。
7. 如請求項4或5之上部電極組件，其中， 該水平定向部分，具有沿著垂直方向堆疊的複數個水平定向石墨片，且該複數個水平定向石墨片，各自具有該複數個水平定向石墨烯構造。
8. 如請求項1至7中任一項之上部電極組件，其中， 該金屬板，於內部具有：至少1個冷媒流通管路、至少1個氣體擴散空間、以及至少1個加熱模組。
9. 如請求項8之上部電極組件，其中， 該至少1個加熱模組，係配置成與該至少1個冷媒流通管路在縱方向上不重疊。
10. 如請求項1至7中任一項之上部電極組件，其中， 更包含： 另一金屬板；以及 另一傳熱片，其配置在該金屬板與該另一金屬板之間，具有另一垂直定向部分，且該另一垂直定向部分，具有沿著垂直方向定向的複數個另一垂直定向石墨烯構造。
11. 如請求項10之上部電極組件，其中， 該金屬板，於內部具有至少1個氣體擴散空間； 該另一金屬板，於內部具有至少1個冷媒流通管路； 該金屬板或該另一金屬板的其中至少任一方，於內部具有至少1個加熱模組。
12. 如請求項11之上部電極組件，其中， 該至少1個加熱模組，係配置成與該至少1個冷媒流通管路在縱方向上不重疊。
13. 如請求項10至12中任一項之上部電極組件，其中， 該另一傳熱片，具有另一水平定向部分，該另一水平定向部分具有沿著水平方向定向的複數個另一水平定向石墨烯構造； 該另一垂直定向部分與該另一水平定向部分，係沿著垂直方向堆疊。
14. 如請求項10至12中任一項之上部電極組件，其中， 該另一傳熱片，具有另一水平定向部分，該另一水平定向部分具有沿著水平方向定向的複數個另一水平定向石墨烯構造； 該另一垂直定向部分與該另一水平定向部分，係沿著水平方向配置。
15. 如請求項13或14之上部電極組件，其中， 該另一水平定向部分，具有沿著水平方向定向的複數個另一水平定向奈米碳管，且該複數個另一水平定向奈米碳管，各自具有該複數個另一水平定向石墨烯構造。
16. 如請求項13或14之上部電極組件，其中， 該另一水平定向部分，具有沿著垂直方向堆疊的複數個另一水平定向石墨片，且該複數個另一水平定向石墨片，各自具有該複數個另一水平定向石墨烯構造。

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