CN1855384A - 可降低排气污染的半导体工艺机器及方法 - Google Patents

Abstract

半导体工艺机器包括一反应室，一真空晶舟装载器，一闸门，一抽气装置以及一控制装置。该真空晶舟装载器上设有一排气孔；该闸门设于该真空晶舟装载器和该反应室之间；该抽气装置耦合于该排气孔，用来抽出晶片表面的反应残留物和该真空晶舟装载器内的气体反应后所产生的气体；该控制装置控制该闸门及该抽气装置的开启时间。

Description

可降低排气污染的半导体工艺机器及方法

技术领域

本发明涉及一种可降低排气污染的半导体工艺机器及方法，特别是涉及一种应用变压器耦合等离子体技术的蚀刻机器及相关降低排气污染的方法。

背景技术

在半导体工艺中，蚀刻工艺被用来将某种材料自晶片表面上移除，常用的方式有湿蚀刻(wet etch)和干蚀刻(dry etch)。干蚀刻又称为等离子体蚀刻(plasma etch)，以气体为主要的蚀刻媒介，并通过射频电源来提供等离子体能量，使蚀刻气体产生反应性物质，藉此选择性地移除晶片上的材料。干蚀刻是一种各向异性蚀刻(anisotropic etching)，垂直方向的蚀刻速率远大于侧向的蚀刻速率，因此可极为精确地转移由光致抗蚀剂所制定的图案，工艺控制较湿蚀刻工艺为佳。因此，干蚀刻则是目前半导体工艺中最常使用的蚀刻方式。

现今干蚀刻工艺多采用晶片隔离技术，又称为标准机械接口(StandardMechanical Interface，SMIF)，包括晶片传送盒、晶片传送臂、晶片加载机、惰性气体充填机和批货ID辨识读取模块等设备。晶片从生产制造到运送，都需在密闭无尘的条件下进行，传统以无尘室生产晶片的方式是将生产设备置于无尘室内，标准机械接口的概念则是将无尘室直接设置于生产设备中。一般采用标准机械接口的干蚀刻工艺是将晶片载入一真空晶舟装载器(vacuum cassette elevator，VCE)，将真空晶舟装载器和反应室内的气压分别粗抽至一定真空后，开启反应室和真空晶舟装载器之间的闸门，将晶片移送至反应室。此时依照不同半导体工艺的气压需求，将反应室再抽至工艺所需的气压。达到反应所需的压力后，导入反应气体，开启电源使其游离，开始对晶片进行反应。在工艺完成后，停止送气并关掉电源，将反应生成物抽出，开启反应室和真空晶舟装载器之间的闸门。在将晶片从反应室移送至真空晶舟装载器后，再将闸门关闭，最后送入气体(一般为氮气)至真空晶舟装载器内以破除真空，取出晶片。

先前技术中的干蚀刻工艺于反应结束时，在开启反应室和真空晶舟装载器之间的闸门时，晶片上残存的反应物质易和真空晶舟装载器内的空气再度产生化学反应，所产生的物质会污染标准机械接口面板和真空晶舟装载器。此种因晶片上残存的反应物质和真空晶舟装载器内的空气产生二度化学反应而产生的排气(outgassing)污染，不但降低标准机械接口面板和真空晶舟装载器的清洁度，更可能污染晶片表面，或是和晶片再度产生不必要的化学反应，进而影响工艺品质。

发明内容

因此，本发明的主要目的即在于提供一种可降低排气污染的半导体工艺机器及方法，以解决先前技术的问题。

本发明揭露一种可降低排气污染的半导体工艺机器，其包括一反应室，其上设有一第一气孔，用来将反应所需的气体通入该反应室，以及一第二气孔，用来排出该反应室内的气体；一真空晶舟装载器，耦合于该反应室，该真空晶舟装载器上设有一排气孔，用来排出该真空晶舟装载器内的气体；一闸门，设于该真空晶舟装载器和该反应室之间；一第一抽气装置，耦合于该真空晶舟装载器的排气孔，用来经由于该真空晶舟装载器的排气孔，抽出该反应室内的晶片表面上的反应残留物和该真空晶舟装载器内的气体反应后所产生的气体；以及一控制装置，用来控制该闸门及该第一抽气装置的开启时间。

本发明还揭露一种可降低排气污染的半导体工艺的方法，其包括于一反应室内的晶片反应前，将一真空晶舟装载器内气压抽至符合该反应室的压力的气压；将晶片反应所需的气体输入至该反应室；开启设于该反应室及一真空晶舟装载器之间的闸门；以及经由该真空晶舟装载器的排气孔，抽出该反应室内的晶片表面上的反应残留物和该真空晶舟装载器内的气体反应后所产生的气体。

附图说明

图1为本发明中一半导体工艺机器的示意图。

图2为图1中真空晶舟装载器的放大示意图。

图3为图2中真空晶舟装载器和第一抽气装置，第二抽气装置以及打气装置的示意图。

图4为本发明的半导体机器在操作时的流程图。

简单符号说明

10      导体工艺机器           11  反应室

32      控制装置               33  排气孔

36      打气装置

12，22  闸门

14，24  气孔

16，26  抽气装置

20，30  真空晶舟装载器

具体实施方式

请参考图1，图1为本发明中一半导体工艺机器10的示意图。半导体工艺机器10包括一反应室11，二真空晶舟装载器(vacuum cassette elevator，VCE)20及30，以及一控制装置32。反应室11上设有一第一气孔14及一第二气孔24，透过第一气孔14可将反应所需的气体通入反应室11内，而透过第二气孔24可排出反应室11内的气体。真空晶舟装载器20和30耦合于反应室11，晶片由真空晶舟装载器20和30加载反应室11以进行反应。由于大部分半导体工艺机器都包括两真空晶舟装载器，所以本实施例将针对真空晶舟装载器20来做说明，真空晶舟装载器30结构和真空晶舟装载器20一样，在此不另加赘述。

请参考图2，图2为真空晶舟装载器20的放大示意图。图2的真空晶舟装载器20包括一第一闸门12，一第二闸门22，以及一排气孔33。第一闸门12设于真空晶舟装载器20和反应室11之间，开启第一闸门12可将晶片由真空晶舟装载器20载入反应室11内。第二闸门22设于真空晶舟装载器20和外界环境之间，开启第二闸门22可将晶片由外界载入真空晶舟装载器20内。排气孔33设于真空晶舟装载器20上，耦合于一第一抽气装置16。第一抽气装置16和第一闸门12的开启由图1中的控制装置32来控制。

请参考图3，图3为真空晶舟装载器20和第一抽气装置16，一第二抽气装置26以及一打气装置36的示意图。第一抽气装置16耦合于图2中的排气孔33，由控制装置32来控制第一抽气装置16的开启，当第一抽气装置16开启时，可经由排气孔33抽出真空晶舟装载器20内的气体。第二抽气装置26和打气装置36耦合于真空晶舟装载器20，用来控制真空晶舟装载器20内的气压。在反应室11内的晶片反应前，第二抽气装置26将真空晶舟装载器20内气压抽至一定真空度，以符合反应室11在反应前的气压。在工艺结束后，透过打气装置36送入气体，使真空晶舟装载器20达到一预定压力以破除真空，取出晶片。第一抽气装置16可为一隔离阀(isolation valve)，第二抽气装置26可为一干式真空泵(dry pump)，打气装置36可将氮气输入至真空晶舟装载器20之内。

图1至图3中所示的本发明实施例为一应用变压器耦合等离子体(transformer coupled plasma，TCP)技术的蚀刻机器。应用变压器耦合等离子体技术的蚀刻机器为一高密度等离子体(high density plasma，HDP)蚀刻机器，在低操作电压的环境下提供高密度等离子体，可将反应气体解离地更完全，故较传统等离子体工艺的化学反应速度快且完整。但本发明并不限定于一应用变压器耦合等离子体技术的蚀刻机器，凡是在工艺反应完成后开启第一闸门12时，会因二度反应而污染标准机械接口面板和真空晶舟装载器的半导体机器，皆可成为本发明的实施例，其亦属本发明的范畴。

在此更进一步说明本发明中可降低排气污染的半导体工艺的方法：半导体工艺机器10在运作时，首先会开启第二闸门22将晶片加载真空晶舟装载器20内，关闭第二闸门22后开启第二抽气装置26，将真空晶舟装载器20内气压抽至一定真空度，以符合反应室11在反应前的气压。当真空晶舟装载器20内气压达到一定真空度后，开启第一闸门12并将晶片加载反应室11内。晶片加载完成后，关闭第一闸门12，视不同工艺的需求，再将反应室11的真空度提高。当反应室11达到反应所需的压力时，透过第一气孔14通入反应所需的气体，开启电源将反应气体游离，同时透过第二气孔24将反应后的气体抽出反应室11。反应完成后停止送气并关闭电源，通过控制装置32同时开启第一闸门12及第一抽气装置16。由于晶片表面在工艺结束后残存的反应物质，在第一闸门12开启后易和真空晶舟装载器20内的空气再度产生二度化学反应，所产生的物质会污染标准机械接口面板和真空晶舟装载器20。本发明在此时通过第一抽气装置16，透过排气孔33将二度化学反应所产生的物质抽离真空晶舟装载器20，以降低工艺污染。最后，透过打气装置36送入气体(一般为氮气)，使真空晶舟装载器20达到一预定压力(通常为大气压)以破除真空，取出晶片。

请参考图4，图4为本发明的半导体机器10在操作时的流程图。图4的流程图包括下列步骤：

步骤400：开启第二闸门22；

步骤410：将晶片载入真空晶舟装载器20内；

步骤420：关闭第二闸门22；

步骤430：开启第二抽气装置26；

步骤440：开启第一闸门12；

步骤450：将晶片载入反应室11内；

步骤460：透过第一气孔14将晶片反应所需的气体输入至反应室11，并开启电源以执行反应；

步骤470：开启第一闸门12以及第一抽气装置16，经由排气孔33抽出反应室11内的晶片表面上的反应残留物和真空晶舟装载器20内的气体反应后所产生的气体；

步骤480：关闭第一闸门12；

步骤490：透过打气装置36送入气体至真空晶舟装载器20内；以及

步骤500：取出晶片。

在图4所示流程图的步骤470中，第一闸门12和第一抽气装置16通过控制装置32来控制其开启时间。在本发明此实施例中，第一闸门12和第一抽气装置16同时开启，但本发明的方法并不限于同时开启第一闸门12和第一抽气装置16。在反应室11反应结束后，本发明亦可先开启第一抽气装置16，再开启第一闸门12；或是在开启第一闸门12后随即开启第一抽气装置16。凡在反应室11内的工艺反应结束后开启第一抽气装置16，以抽出反应室11内的晶片表面上的反应残留物和真空晶舟装载器20内的气体反应后所产生的气体的方法，其皆属本发明的范畴。

图4中所示本发明降低排气污染的方法，可应用于一采用溴化氢(hydrogen bromide，HBr)为反应气体的半导体蚀刻工艺。由于残留于晶片表面上的溴化氢极易和真空晶舟装载器20内的空气发生二度反应，产生污染标准机械接口面板和真空晶舟装载器20的物质，本发明可有效地解决此种排气污染的情形。但本发明并不限定于采用溴化氢为反应气体的半导体工艺，凡采用会与真空晶舟装载器20内的气体产生反应而形成污染物质的半导体工艺，皆可通过本发明降低排气污染，其亦属本发明的范畴。

先前技术中的半导体工艺于反应结束后，在开启反应室和真空晶舟装载器之间的闸门时，晶片上残存的反应物质易和真空晶舟装载器内的空气再度产生化学反应，所产生的物质会污染标准机械接口面板和真空晶舟装载器。此种因晶片上残存的反应物质和真空晶舟装载器内的空气产生二度化学反应而产生的排气污染，不但降低标准机械接口面板和真空晶舟装载器的清洁度，更可能污染晶片表面，或是和晶片再度产生不必要的化学反应，进而影响工艺品质。相较于先前技术，本发明使用控制装置32控制第一抽气装置16和第一闸门12的开启，透过真空晶舟装载器20中的排气孔33，可将二度化学反应所产生的污染排出真空晶舟装载器20之外，大幅提高半导体工艺的品质。

以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (15)

1、一种可降低排气污染的半导体工艺机器，其包括：

一反应室，其上设有一第一气孔，用来将反应所需的气体通入该反应室，以及一第二气孔，用来排出该反应室内的气体；

一真空晶舟装载器(vacuum cassette elevator，VCE)，耦合于该反应室，该真空晶舟装载器上设有一排气孔，用来排出该真空晶舟装载器内的气体；

一闸门，设于该真空晶舟装载器和该反应室之间；

一第一抽气装置，耦合于该真空晶舟装载器的排气孔，用来经由于该真空晶舟装载器的排气孔，抽出该反应室内的晶片表面上的反应残留物和该真空晶舟装载器内的气体反应后所产生的气体；以及

一控制装置，用来控制该闸门及该第一抽气装置的开启时间。

2、如权利要求1所述的机器，其中该第一抽气装置为一隔离阀(isolationvalve)。

3、如权利要求1所述的机器，其还包括一第二抽气装置，耦合于该真空晶舟装载器，用来于该反应室内的晶片反应前，将该真空晶舟装载器内气压抽至符合该反应室的压力的气压。

4、如权利要求3所述的机器，其中该第二抽气装置为一干式真空泵(drypump)。

5、如权利要求1所述的机器，其还包括一打气装置，耦合于该真空晶舟装载器，用来将气体送入该真空晶舟装载器之内，使该真空晶舟装载器达到一预定压力。

6、如权利要求5所述的机器，其中该打气装置将氮气送入该真空晶舟装载器之内。

7、如权利要求1所述的机器，其为应用变压器耦合等离子体(transformercoupled plasma，TCP)技术的蚀刻机器。

8、如权利要求1所述的机器，其中该反应室内存有溴化氢(hydrogenbromide，HBr)。

9、一种可降低排气污染的半导体工艺的方法，其包括下列步骤：

(a)于一反应室内的晶片反应前，将一真空晶舟装载器内气压抽至符合该反应室的压力的气压；

(b)将晶片反应所需的气体输入至该反应室；

(c)开启设于该反应室及一真空晶舟装载器之间的闸门；以及

(d)经由该真空晶舟装载器的排气孔，抽出该反应室内的晶片表面上的反应残留物和该真空晶舟装载器内的气体反应后所产生的气体。

10、如权利要求9所述的方法，其中步骤(c)及(d)同时开始执行。

11、如权利要求9所述的方法，其中步骤(c)及(d)于步骤(b)之后执行。

12、如权利要求9所述的方法，其还包括步骤(e)：于执行步骤(d)之后，将气体输入该真空晶舟装载器之内，使该真空晶舟装载器达到一预定压力。

13、如权利要求12所述的方法，其中步骤(e)为于执行步骤(d)之后，将氮气输入该真空晶舟装载器之内，使该真空晶舟装载器达到一预定压力。

14、如权利要求9所述的方法，其中步骤(b)为将溴化氢输入该反应室。

15、如权利要求9所述的方法，其用于半导体工艺中的蚀刻工艺。

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