TW201638688A - 控制半導體製造中的加工溫度的方法、加工半導體晶圓的方法、及加工半導體晶圓的加工裝置 - Google Patents

控制半導體製造中的加工溫度的方法、加工半導體晶圓的方法、及加工半導體晶圓的加工裝置 Download PDF

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Abstract

本揭露提供了用於控制半導體製造中的處理溫度的方法。該方法包括檢測配置為處理半導體晶圓的第一腔體中的溫度。該方法還包括在第二腔體中產生熱交換介質的流體以冷卻第一腔體，第二腔體連接至第一腔體。該方法也包括根據第一腔體中的檢測的溫度，藉由改變第一通風單元的覆蓋面積來控制熱交換介質的流體，第一通風單元允許熱交換介質進入第二腔體。

Description

控制半導體製造中的加工溫度的方法、加工半導體晶圓的方法、及加工半導體晶圓的加工裝置
本揭露係關於一種控制半導體製造中的加工溫度的方法、加工半導體晶圓的方法、及加工半導體晶圓的加工裝置。
半導體裝置被用於多種電子應用，例如個人電腦、行動電話、數位相機以及其他電子設備。半導體裝置的製造通常是藉由在半導體基板上依序沉積絕緣或介電層材料、導電層材料以及半導體層材料，接著使用微影製程圖案化所形成的各種材料層，以形成電路組件和零件於此半導體基板之上。在積體電路之材料及其設計上的技術進步已發展出多個世代的積體電路。相較於前一個世代，每一世代具有更小更複雜的電路。然而，這些發展提昇了加工及製造積體電路的複雜度。為了使這些發展得以實現，在積體電路的製造以及生產上相似 的發展也是必須的。
在半導體裝置的製造中，多個製程步驟是被使用以製造積體電路在半導體晶圓之上。在持續演進至更小體積以及更高電路密度的發展中，多個困難變因之一為連續性地在既定的誤差範圍中形成具有更小關鍵尺寸的電路。舉例而言，半導體特徵的體積通常與在微影圖案化與蝕刻後的光學或電學顯微檢視技術有關，以確保關鍵尺寸是在可接受範圍內。
雖然現有的方法及裝置已經可足以應付其需求，然而仍未全面滿足。因此，仍需要一種在半導體製程中用於程序控制的解決方案。
本揭露之部分實施例提供一種用於控制半導體製造中的加工溫度的方法，該方法包括檢測配置為加工一半導體晶圓的一第一腔體中的溫度。該方法還包括在一第二腔體中產生一熱交換介質的流體以冷卻該第一腔體，該第二腔體連接至該第一腔體。該方法也包括根據該第一腔體中的檢測的溫度，藉由改變一第一通風單元的覆蓋面積來控制該熱交換介質的流體，其中該第一通風單元允許該熱交換介質進入該第二腔體。
在上述實施例中，控制該熱交換介質的流體包括若該第一腔體中的一檢測的溫度高於一加工溫度，則減小該第一通風單元的覆蓋面積；若該第一腔體中的一檢測的溫度低於一加工溫度，則增大該第一通風單元的覆蓋面積。
在上述實施例中，在該第二腔體中產生該熱交換 介質的流體包括：產生一真空壓力以驅動該熱交換介質的流體流出該第二腔體。並且，該方法還包括根據該第一腔體中的一檢測的溫度，藉由改變該真空壓力來控制該熱交換介質的流體。
在上述實施例中，在該第二腔體中產生該熱交換 介質的流體包括使用風扇元件以將該熱交換介質導入該第二腔體內。
在上述實施例中，該方法更包括藉由改變一第二 通風單元的覆蓋面積控制流入該第二腔體的該熱交換介質的流體，該第二通風單元允許該熱交換介質進入該第二腔體，其中，該第一通風單元的覆蓋面積不同於該第二通風單元的覆蓋面積。
在上述實施例中，改變該第一通風單元的覆蓋面積包括使用一覆蓋模組以覆蓋該第一通風單元的部分。
本揭露之另一些實施例提供一種改變該第一通風單元的覆蓋面積包括使用一覆蓋模組以覆蓋該第一通風單元的部分，該方法包括檢測配置為加工該半導體晶圓的一加工裝置的一第一腔體中的溫度。該方法更包括確定該第一腔體中的檢測的溫度是否已經達到一加工溫度。該方法還包括如果該第一腔體中的檢測的溫度未達到該加工溫度，則藉由改變一第一通風單元的覆蓋面積控制該第一腔體中的溫度增加的速率，該第一通風單元允許熱交換介質的流體進入該加工裝置以用於冷卻該第一腔體；如果該第一腔體中的檢測的溫度已經達到該加工溫度，則將該半導體晶圓發送至該第一腔體內以進行加 工。
在上述實施例中，改變該第一通風單元的覆蓋面 積包括若該第一腔體中的檢測的溫度高於該加工溫度，則減小該第一通風單元的覆蓋面積；若該第一腔體中的檢測的溫度低於該加工溫度，則增大該第一通風單元的覆蓋面積。
在上述實施例中，控制該第一腔體中的溫度增加 的速率包括產生一真空壓力以驅動該熱交換介質的流體流出該加工裝置，以及根據該第一腔體中的檢測的溫度改變該真空壓力。
在上述實施例中，控制該第一腔體中的溫度增加 的速率包括改變一第二通風單元的覆蓋面積，該第二通風單元允許該熱交換介質的流體進入該加工裝置以用於冷卻該第一腔體。該第一通風單元的覆蓋面積不同於該第二通風單元的覆蓋面積。
在上述實施例中，改變該第一通風單元的覆蓋面積包括使用一覆蓋模組以覆蓋該第一通風單元的部分。
在上述實施例中，該方法更包括將該半導體晶圓保持在該第一腔體外部等待一段時間，直到該第一腔體中的檢測的溫度已經達到該加工溫度。
在上述實施例中，該方法更包括在移除已加工的該半導體晶圓之後，不間斷地將另一半導體晶圓發送至該第一腔體內以進行加工。
在上述實施例中，該第一腔體配置為對該半導體晶圓實施一離子體蝕刻工藝。
本揭露之另一些實施例提供一種用於加工至少一 個半導體晶圓的加工裝置，該加工裝置包括一第一腔體，該第一腔體配置為加工該半導體晶圓。該加工裝置更包括一第二腔體，該第二腔體連接至該第一腔體並且包括一通風單元和一排氣埠。通風單元配置為允許一熱交換介質進入該第二腔體。排氣埠配置為從該第二腔體去除該熱交換介質。另外，該加工裝置包括一風扇元件，該風扇元件配置為將該熱交換介質的流體驅動至該第二腔體內。並且，該加工裝置包括一覆蓋模組，該覆蓋模組配置為改變該通風單元的覆蓋面積。
在上述實施例中，該加工裝置更包括複數個覆蓋 模組，其中，該第二腔體包括複數個通風單元，並且該等該通風單元的覆蓋面積由相應的該等覆蓋模組獨立地控制。
在上述實施例中，該加工裝置更包括一熱電偶探 針，配置為檢測該第一腔體中的溫度，並且根據該第一腔體中的檢測的溫度藉由該覆蓋模組改變該通風單元的覆蓋面積。
1‧‧‧加工裝置
11‧‧‧第一腔體
110‧‧‧內部
111‧‧‧側板
112‧‧‧TCP視窗
113‧‧‧底板
115‧‧‧穿孔
118‧‧‧等離子體
12‧‧‧晶圓保持工作臺
13‧‧‧感應線圈
14‧‧‧熱電偶探針
15‧‧‧第二腔體
150‧‧‧內部
151‧‧‧側壁
152‧‧‧側壁
153‧‧‧頂壁
154‧‧‧通風單元(第一通風單元)
155‧‧‧通風單元(第二通風單元)
156‧‧‧排氣埠
157‧‧‧控制構件
16‧‧‧風扇元件
161‧‧‧葉輪
17‧‧‧覆蓋模組
171‧‧‧覆蓋構件
172‧‧‧驅動工具
173‧‧‧導軌
18‧‧‧控制器
20‧‧‧方法
21、22、23、24‧‧‧操作
3‧‧‧氣體處理裝置
31‧‧‧流體
32‧‧‧流體
33‧‧‧流體
5‧‧‧半導體晶圓
根據以下的詳細說明並配合所附圖式做完整揭露。應注意的是，根據本產業的一般作業，圖示並未必按照比例繪製。事實上，可能任意的放大或縮小元件的尺寸，以做清楚的說明。
第1圖是根據一些實施例所示半導體製造中的一加工裝置的示意圖。
第2圖是根據一些實施例所示一加工裝置的一覆蓋模組的示意圖。
第3圖是根據一些實施例所示用於加工一半導體晶圓的方法的流程圖。
第4圖是根據一些實施例所示具有全開進氣單元的一加工裝置的一第二腔體中的一熱交換介質的流場的示意圖。
第5圖是根據一些實施例所示具有全閉進氣單元的一加工裝置的一第二腔體中的一熱交換介質的流場的示意圖。
第6圖是根據一些實施例所示一通風單元的覆蓋面積相對於溫度增加的速率的圖。
第7圖是根據一些實施例所示一用於控制溫度的加工裝置的效率的圖表，其中，繪製了不同控制方法y1至y6中的TCP視窗的溫度相對於已經加工的半導體晶圓的數量的圖。
以下的揭露內容提供許多不同的實施例或範例以實施本案的不同特徵。以下的揭露內容敘述各個構件及其排列方式的特定範例，以簡化說明。當然，這些特定的範例並非用以限定。例如，若是本揭露書敘述了一第一特徵形成於一第二特徵之上或上方，即表示其可能包含上述第一特徵與上述第二特徵是直接接觸的實施例，亦可能包含了有附加特徵形成於上述第一特徵與上述第二特徵之間，而使上述第一特徵與第二特徵可能未直接接觸的實施例。另外，以下揭露書不同範例可能重複使用相同的參考符號及/或標記。這些重複係為了簡化與清晰的目的，並非用以限定所討論的不同實施例及/或結構之間有特定的關係。
而且，為便於描述，在此可以使用例如“在...之 下”、“在...下方”、“下部”、“在...之上”、“上部”等的空間相對術語，以描述如圖所示的一個元件或部件與另一個(或另一些)元件或部件的關係。除了圖中所示的方位外，空間相對術語旨在包括器件在使用或操作中的不同方位。裝置可以以其他方式定向(旋轉90度或在其他方位上)，而本文使用的空間相對描述符可以同樣地作相應的解釋。應該理解，可以在方法之前、期間和之後提供額外的操作，並且對於方法的其他實施例，可以替換或消除一些描述的操作。
第1圖是根據一些實施例用於在半導體製造中加 工半導體晶圓5的加工裝置1的示意圖。在一些實施例中，加工裝置1包括第一腔體11、晶圓保持工作臺12、感應線圈13、熱電偶探針14、第二腔體15、風扇元件16、一個或多個覆蓋模組17和控制器18。加工裝置1的元件可以添加或省略，並且本揭露不應受到實施例的限制。
在一些實施例中，第一腔體11是配置為實施等離 子體蝕刻製程的等離子體蝕刻室。在第一腔體11中，等離子體源是變壓器耦合等離子體(TCP)源，其生成從半導體晶圓5去耦的高密度、低壓等離子體118。
在一些實施例中，第一腔體11包括側板111、介電 板(或變壓器耦合等離子體(TCP)窗口)112和底板113。側板111連接至底板113並且遠離底板113延伸。TCP視窗112定位在第一腔體11的頂部上並且連接至側板111。第一腔體11的內部110由側板111、底板113和TCP窗口限定。TCP視窗112包括石英材料或其他合適的材料。
在一些實施例中，在TCP視窗112的中心處形成穿 孔115。熱電偶探針14定位在穿孔115中以檢測TCP視窗112的溫度或第一腔體11的溫度。然而，應該理解，可以對本揭露的實施例作出許多變化和更改。熱電偶探針14可以定位在第一腔體11中的任何合適的位置中。在一些其他實施例中，省略熱電偶探針14。
在一些實施例中，感應線圈13定位在TCP窗口112 上方。感應線圈13可以包括平面螺旋線圈。如第1圖所示，在一些實施例中，感應線圈13藉由TCP視窗112與等離子體118分隔開。感應線圈13連接至RF電源(未示出)。或者，匹配網路(未示出)可以連接在感應線圈13和RF電源之間以用於匹配阻抗和增大效率。
在一些實施例中，晶圓保持工作臺12設置在第一 腔體11中生成的等離子體118下方。當半導體晶圓5定位在晶圓保持工作臺12上時，晶圓保持工作臺12用於在等離子體蝕刻製程期間保持半導體晶圓5。
在一些實施例中，晶圓保持工作臺12包括用於固 定半導體晶圓5的靜電卡盤(ESC)。晶圓保持工作臺12可以連接至射頻(RF)電源(未示出)以用於偏置半導體晶圓5，這在加工期間幫助將帶電等離子體基或離子導向晶圓。或者，匹配網路(未示出)可以可選擇地連接在晶圓保持工作臺12和RF電源之間。
在一些實施例中，加工裝置1也包括用於在第一腔 體11中提供氣體的氣體供應(未示出)和用於在第一腔體11中 保持操作壓力的真空系統(未示出)。在一些實施例中，加工裝置1還包括定位在側板111處並且圍繞內部110的多個多極磁體。
第二腔體15連接至第一腔體11並且配置為使來自 第一腔體11的熱量消散。在一些實施例中，第二腔體15包括多個側壁，例如側壁151和152以及頂壁153。側壁151和152將第一腔體11連接至頂壁153。在一些實施例中，第二腔體15構建為完全封閉第一腔體11的TCP視窗112。
如第1圖所示，內部150由側壁151和152、頂壁153 以及TCP視窗112限定。內部150藉由TCP視窗112與第一腔體11的內部110隔離。然而，應該理解，可以對本揭露的實施例作出許多變化和更改。在一些實施例中，第一腔體11的側板111的至少部分由第二腔體15圍繞。側板111協同限定第二腔體15的內部150。
在一些實施例中，第二腔體15還包括多個通風單 元，例如第一、二通風單元154和155。第一、二通風單元154和155中的每個均包括多個孔以允許氣體或空氣藉由自然對流效應進入第二腔體15的內部150。在一些實施例中，第一、二通風單元154和155定位在頂壁153處。然而，應該理解，可以對本揭露的實施例作出許多變化和更改。可以根據熱交換設計改變通風單元的數量和通風單元的位置。在一些實施例中，第二腔體15僅包括第一通風單元154。
在一些實施例中，第二腔體15也包括排氣埠156。 排氣埠156配置為從第二腔體15的內部150去除空氣或氣體。在 一些實施例中，排氣埠156定位在側壁152處並且流體連接至氣體處理裝置3。氣體處理裝置3產生真空壓力，從而使得來自第二腔體15的內部150的氣體或空氣被驅向氣體處理裝置3。在一些實施例中，控制構件157安裝在排出埠156中。控制構件157可以包括節流閥。藉由由例如電機的適當的工具調整節流閥上的閥構件的角度，調節從第二腔體15的內部150流出的排氣的量。
風扇元件16配置為產生熱交換介質至第二腔體15 的內部150的流體。在一些實施例中，風扇元件16定位在側壁151處。風扇元件16可以包括葉輪161和電機(圖中未示出)以致動葉輪161的旋轉。
應該理解，雖然在第1圖中所示的實施例中，排氣 埠156和風扇元件16分別位於第二腔體15的兩個相對的側壁151和152處，但是本揭露不限於此。在一些實施例中，排氣埠156和風扇元件16分別位於第二腔體15的兩個相鄰的側壁處。 在一些實施例中，省略風扇元件16。
對應於第一、二通風單元154和155安裝覆蓋模組17。如第2圖所示，在一些實施例中，每個覆蓋模組17包括覆蓋構件171和例如電機的驅動元件172以致動覆蓋構件171。覆蓋構件171可以由選自包括PTFE、玻璃和膜的組的材料製成。在一些實施例中，每個覆蓋模組17還包括兩個導軌173以引導覆蓋構件171的移動。在一些實施例中，覆蓋構件171能夠完全封閉相應的第一、二通風單元154和155。當第一、二通風單元154和155由覆蓋構件171完全覆蓋時，不允許氣體或空氣或者 允許最小量的氣體或空氣進入第二腔體15的內部150。
參照第1圖，控制器18配置為控制例如氣體流量、 壓力、室溫度、功率和射頻的各種參數以生成等離子體。這些參數可以根據特定應用所需的蝕刻工藝的類型而改變。在一些實施例中，提供控制器18以用於從熱電偶探針14讀取溫度以及控制覆蓋模組17。
半導體晶圓5可以由矽或其他半導體材料製成。可 選地或額外地，半導體晶圓5可以包括例如鍺(Ge)的其他元素半導體材料。在一些實施例中，半導體晶圓5由例如碳化矽(SiC)、砷化鎵(GaAs)、砷化銦(InAs)或磷化銦(InP)的化合物半導體製成。在一些實施例中，半導體晶圓5由例如矽鍺(SiGe)、碳化矽鍺(SiGeC)、磷砷化鎵(GaAsP)或磷化鎵銦(GaInP)的合金半導體製成。在一些實施例中，半導體晶圓5包括外延層。例如，半導體晶圓5具有位於塊狀半導體上面的外延層。在一些其他實施例中，半導體晶圓5可以是絕緣體上矽(SOI)或絕緣體上鍺(GOI)襯底。
半導體晶圓5可以具有各種器件元件。在半導體晶 圓5中形成的器件元件的實例包括電晶體(例如，金屬氧化物半導體場效應電晶體(MOSFET)、互補金屬氧化物半導體(CMOS)電晶體、雙極結晶體管(BJT)、高壓電晶體、高頻電晶體、p溝道和/或n溝道場效應電晶體(PFET/NFET)等)、二極體和/或其他適用的元件。實施各種工藝以形成器件元件，例如沉積、蝕刻、注入、光刻、退火和/或其他合適的工藝。
第3圖是根據一些實施例顯示用於在可控加工溫 度下加工至少一個半導體晶圓5的方法20的流程圖。為了說明，該流程圖將與第1圖、第2圖和第4圖中所示的示意圖一起描述。對於不同的實施例，可以替換或消除描述的一些階段。 可以將額外的部件添加到半導體器件結構。對於不同的實施例，可以替換或消除描述的一些部件。
在一些實施例中，在加工半導體晶圓5期間產生熱 量，並且熱量使得加工裝置1的溫度升高。增大的溫度可以不利地影響半導體晶圓5的加工的結果。根據實驗結果，在對TEOS層進行的等離子體蝕刻製程中，每1℃溫度的增加導致約0.7A的每分鐘的蝕刻速率的增加。此外，在對多晶矽層進行的等離子體蝕刻製程中，每1℃溫度的增加導致約1.96A的每分鐘的蝕刻速率的增加。結果，對等離子體蝕刻器中的加工溫度的精確控制的缺乏導致嚴重的加工困難並且產生晶圓的低良率。
為了克服上述問題，提供了控制半導體製造中的 加工溫度的方法20。在一些實施例中，方法20開始於操作21，其中，在加工半導體晶圓5之前檢測加工腔體(例如加工裝置1的第一腔體11)的溫度。
藉由熱電偶探針14檢測第一腔體11的溫度。在一 些實施例中，檢測第一腔體11的TCP視窗112的溫度。由於TCP視窗112處的溫度反映第一腔體11中的有效溫度，所以監測TCP視窗112的溫度協助瞭解半導體晶圓5在製程中如何進行加工。因此，可以節約許多半導體晶圓5以降低成本。然而，應該理解，可以對本揭露的實施例作出許多變化和更改。在其他 實施例中，檢測側板111或底板113的溫度。在一些實施例中，熱電偶探針14使用穿過TCP視窗112安裝的紅外感測照相機以用於檢測晶圓保持工作臺12的頂面的溫度。
可以在任何時間監測第一腔體11的溫度，包括在 半導體晶圓5的加工期間、在半導體晶圓5的加工之前或在半導體晶圓5的加工之後。在一些實施例中，在將半導體晶圓5發送至第一腔體11之前檢測第一腔體11的溫度，並且當將半導體晶圓5發送至第一腔體11時溫度檢測停止。
方法20繼續至操作22，其中，執行分析以確定在 第一腔體11中檢測的溫度是否等於加工溫度。在一些實施例中，將來自熱電偶探針14的檢測的信號傳輸至控制器18，並且控制器18比較檢測的信號與預存儲的值以確定在第一腔體11中檢測的溫度是否達到加工溫度。
在一些實施例中，加工溫度是特定溫度值。可選 地，加工溫度為一個溫度範圍。如果檢測的溫度在溫度範圍內，則控制器18確定檢測的溫度達到加工溫度。如果檢測的溫度超出溫度範圍，則控制器18確定檢測的溫度未達到加工溫度。在一些實施例中，在第一腔體11中檢測的溫度可以高於或低於預設溫度值約2℃至約4℃。選擇溫度範圍，從而使得可以在不顯著影響加工結果的溫度範圍內加工半導體晶圓5。
方法20繼續進行操作23，其中，控制第一腔體11 中的溫度增加的速率。在一些實施例中，藉由調節第二腔體15中的熱交換介質的流體來控制溫度增加的速率，以使第一腔體11中產生的熱量消散。
參照第4圖，為了控制第一腔體11的溫度，在第二 腔體15中生成熱交換介質的流體。在一些實施例中，熱交換介質的流體31的部分藉由風扇元件16流動至內部150內。此外，熱交換介質的流體32和33的另一部分藉由第一、二通風單元154和155流動至內部150內。來自第一、二通風單元154和155的熱交換介質的流體32和33可以藉由由氣體處理裝置3產生的真空壓力被動引導至內部150內。熱交換介質可以是第二腔體15外部的空氣或例如氦冷卻氣體的冷卻氣體。當熱交換介質通過第二腔體15時，熱量被帶離第一腔體11，並且將第一腔體11冷卻至較低的溫度。
下面描述了根據一些實施例的用於調節第二腔體15中的熱交換介質的流體的細節。
在一些實施例中，藉由覆蓋模組17的使用，以改變第一、二通風單元154和155的覆蓋面積來調節熱交換介質的流體。
例如，當在第一腔體11中檢測的溫度低於加工溫度時，期望第一腔體11中的較高的溫度增加的速率。如第4圖所示，為了增大溫度增加的速率，控制至少一個覆蓋模組17以完全打開相應的第一、二通風單元154和155以允許儘量多的氣體或空氣流動至內部150。由於來自風扇元件16的流體31立即與來自第一、二通風單元154和155的流體32和33會合並且通過排氣埠156去除，所以僅從TCP窗口112帶走最少量的熱量。因此在等離子體蝕刻製程之後，第一腔體11的溫度增加。
相反地，當在第一腔體11中檢測的溫度高於加工 溫度時，期望第一腔體11中的較低的溫度增加的速率。如第5圖所示，為了減小溫度增加的速率，控制至少一個覆蓋模組17以完全關閉相應的第一、二通風單元154和155以不允許氣體或空氣或者允許最小量的氣體或空氣流動至內部150。由於來自風扇元件16的流體31在內部150均勻地傳播並且在被排氣埠156去除之前在內部150停留較長的時間，所以從TCP視窗112帶走更多的熱量。因此第一腔體11的溫度降低。
應該注意，可以獨立地控制覆蓋模組17，從而使 得第一、二通風單元154和155的覆蓋面積可以不同。例如，第一通風單元154的50%的面積由相應的覆蓋模組17覆蓋，並且第二通風單元155的25%的面積由另一相應的覆蓋模組17覆蓋。
第6圖是根據一些實施例所示通風單元的覆蓋面 積相對於溫度增加的速率的圖。如圖所示，隨著第一、二通風單元154和155的覆蓋面積的增大，第一腔體11的溫度增加的速率逐漸下降。
在一些實施例中，隨著利用加工裝置1加工的半導 體晶圓5的數量增加，第一腔體11的溫度增加的速率逐漸升高。為了控制第一腔體11的溫度，從而使得該溫度不超過溫度範圍，第一、二通風單元154和155的覆蓋面積根據檢測的溫度動態地改變。
例如，在先前的半導體晶圓5的加工期間的第一、 二通風單元154和155中的每個的覆蓋面積大於在當前的半導體晶圓5的加工期間的第一、二通風單元154和155中的覆蓋面積。如此一來，限制了第一腔體11的溫度增加的速率，並且第 一腔體11的溫度受到控制，從而使得第一腔體11的溫度保持在溫度範圍內。
在一些實施例中，藉由改變排氣的量來調節熱交 換介質的流體。在一些實施例中，藉由改變由氣體處理裝置3產生的真空壓力調整排氣流。在較高的真空壓力下，構建了第一腔體11中較高的溫度增加的速率，反之亦然。或者，可以藉由改變安裝在排氣埠156中的控制構件157的定位角度來調整排氣的量。在控制構件157的較大開啟比率下，可以從內部150去除更多的氣體或空氣，並且因此增大第一腔體11的溫度增加的速率，反之亦然。
在一些實施例中，藉由調整風扇元件16的功率來 調節熱交換介質的流體。當以較高的功率致動風扇元件16時，驅動更多的流體以使來自內部150的熱量消散，並且因此第一腔體11的溫度增加的速率減小。
在一些實施例中，根據檢測的溫度，藉由來自控 制器18的即時信號控制操作23。在一些實施例中，控制器18從光學感測器熱電偶探針14接收信號，並且比較該信號與預存儲的值，以及然後將信號發送至覆蓋模組17、控制構件157、氣體處理裝置3或風扇元件16以增加或減少熱交換介質的流體。
應該理解，用於調節上述熱交換介質的流體的方 法可以一起使用以設置第一腔體11的TCP視窗112的期望加工溫度或第一腔體11的平均溫度。
例如，如第7圖所示，線y5表示藉由兩種不同的方 法冷卻的TCP視窗112的溫度。其中一種方法包括動態地調整第 一、二通風單元154和155的覆蓋面積。另一種方法包括動態地調整從內部150去除的排氣，其中，排氣量調整至原始排氣的量的X倍的進行排氣。在藉由第一腔體11加工多個半導體晶圓5之後，TCP視窗112的溫度保持在基本上一致的溫度。如此一來，在沒有額外的昂貴的設備來加熱或冷卻第一腔體11的情況下實現了恆溫的第一腔體11。
方法20繼續進行操作24，其中，當檢測的溫度已 經達到加工溫度時，將半導體晶圓5發送至第一腔體11內並且藉由第一腔體11加工。在一些實施例中，將半導體晶圓5即時裝載到第一腔體11內，並且在正確的加工溫度下立即加工半導體晶圓5。因此，增加半導體晶圓5的生產量。
在一些實施例中，在去除先前加工的半導體晶圓5 之後，將半導體晶圓5不間斷地發送至第一腔體11內以進行加工。同時，第一腔體11的溫度增加的速率保持一致。在該情況下，雖然同一批半導體晶圓5會以不同溫度進行蝕刻，但加工結果皆在可接受的範圍內。
在一些實施例中，第一腔體11中的溫度增加的速 率最大化(例如，完全關閉第一通風單元和最大化排氣真空壓力)。然而，第一腔體11的溫度仍高於期望的溫度。在該情況下，在從第一腔體11去除半導體晶圓5和裝載下一個半導體晶圓5期間設置轉移閒置時間。在轉移閒置時間期間，半導體晶圓在第一腔體11外部停留等待，直到第一腔體中檢測的溫度已經達到期望的溫度。
如第7圖所示，線y6表示同時藉由三種不同的方法 冷卻的TCP視窗112的溫度。除了用於線y5用於同一批半導體晶圓5的兩種方法之外，在將每個半導體晶圓5裝載至第一腔體11內之前，對半導體晶圓5設置轉移閒置時間。如圖所示，在藉由第一腔體11加工多個半導體晶圓5之後，TCP視窗112的溫度稍微降低。結果，可以防止由於高溫引起的半導體晶圓5中的元件的故障。
在一些實施例中，在第一腔體11中對半導體晶圓5 實施等離子體蝕刻製程。在等離子體蝕刻製程期間，將半導體晶圓5固定在晶圓保持工作臺12上。半導體晶圓5通常包括準備好用於例如高密度等離子體蝕刻製程的等離子體製程的圖案化的光刻膠層。
在一些實施例中，藉由RF電源使感應線圈13帶 電，並且感應線圈生成電場(未示出)。電場使得氣體電離成離子、自由基和電子。帶電電子由電場加速並且撞擊氣體分子，這使得氣體分子離子化(例如，自由電子)。該製程繼續並且離子在第一腔體11內始終維持。
在一些實施例中，藉由連接至RF電源的晶圓保持 工作臺12使半導體晶圓5電壓偏置。因此，等離子體中包含的離子以基本上直角導向半導體晶圓5，從而使得可以在半導體晶圓5的未保護部分上實現高度各向異性蝕刻。
應該理解，第一腔體11可以由實施其他製程而不 是等離子體蝕刻的其他加工腔體替換。利用熱交換介質的流體來控制加工腔體的溫度的任何裝置在實施例的精神和範圍內。
上述用於控制半導體製造中的加工裝置的加工溫 度的機制的實施例允許熱交換介質進入以用於冷卻的通風單元的覆蓋面積是可調整的。如此一來，可以動態地和主動地控制加工腔體中的溫度增加的速率。半導體晶圓被適當地加工，並且具有更好的均勻性。此外，藉由控制裝置中的熱交換介質的流體，可以在沒有配備具有恆溫部件的加工裝置的情況下實現恆溫的加工腔體。因此降低了製造的成本。
以上雖然詳細描述了實施例及它們的優勢，但應該理解，在不背離所附申請專利範圍限定的本揭露的精神和範圍的情況下，對本揭露可作出各種變化、替代和修改。此外，本申請的範圍不旨在限制於說明書中該的製程、機器、製造、物質組成、工具、方法和步驟的特定實施例。作為本領域的普通技術人員將容易地從本揭露中理解，根據本揭露，可以利用現有的或今後將被開發的、執行與在本揭露該的對應實施例基本相同的功能或實現基本相同的結果的製程、機器、製造、物質組成、工具、方法或步驟。因此，所附申請專利範圍旨在將這些製程、機器、製造、物質組成、工具、方法或步驟包括它們的範圍內。此外，每一個申請專利範圍構成一個單獨的實施例，且不同申請專利範圍和實施例的組合都在本揭露的範圍內。
20‧‧‧方法
21、22、23、24‧‧‧操作

Claims (10)

  1. 一種用於控制半導體製造中的加工溫度的方法，包括：檢測配置為加工一半導體晶圓的一第一腔體中的溫度；在一第二腔體中產生一熱交換介質的流體以冷卻該第一腔體，該第二腔體連接至該第一腔體；以及根據該第一腔體中的檢測的溫度，藉由改變一第一通風單元的覆蓋面積來控制該熱交換介質的流體，其中該第一通風單元允許該熱交換介質進入該第二腔體。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，控制該熱交換介質的流體包括若該第一腔體中的一檢測的溫度高於一加工溫度，則減小該第一通風單元的覆蓋面積；若該第一腔體中的一檢測的溫度低於一加工溫度，則增大該第一通風單元的覆蓋面積。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，在該第二腔體中產生該熱交換介質的流體包括：產生一真空壓力以驅動該熱交換介質的流體流出該第二腔體，並且該方法還包括：根據該第一腔體中的一檢測的溫度，藉由改變該真空壓力來控制該熱交換介質的流體。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，在該第二腔體中產生該熱交換介質的流體包括使用風扇元件以將該熱交換介質導入該第二腔體內。
  5. 一種用於加工至少一個半導體晶圓的方法，包括：檢測配置為加工該半導體晶圓的一加工裝置的一第一腔體中的溫度； 確定該第一腔體中的檢測的溫度是否已經達到一加工溫度；如果該第一腔體中的檢測的溫度未達到該加工溫度，則藉由改變一第一通風單元的覆蓋面積控制該第一腔體中的溫度增加的速率，該第一通風單元允許一熱交換介質的流體進入該加工裝置以用於冷卻該第一腔體；如果該第一腔體中的檢測的溫度已經達到該加工溫度，則將該半導體晶圓發送至該第一腔體內以進行加工。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之方法，其中，改變該第一通風單元的覆蓋面積包括若該第一腔體中的檢測的溫度高於該加工溫度，則減小該第一通風單元的覆蓋面積；若該第一腔體中的檢測的溫度低於該加工溫度，則增大該第一通風單元的覆蓋面積。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之方法，其中，控制該第一腔體中的溫度增加的速率包括產生一真空壓力以驅動該熱交換介質的流體流出該加工裝置，以及根據該第一腔體中的檢測的溫度改變該真空壓力。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之方法，更包括在移除已加工的該半導體晶圓之後，不間斷地將另一半導體晶圓發送至該第一腔體內以進行加工。
  9. 一種用於加工至少一個半導體晶圓的加工裝置，包括：一第一腔體，配置為加工該半導體晶圓；一第二腔體，連接至該第一腔體並且包括：一通風單元，配置為允許一熱交換介質進入該第二腔體； 和一排氣埠，配置為從該第二腔體去除該熱交換介質；一風扇元件，配置為將該熱交換介質的流體驅動至該第二腔體內；以及一覆蓋模組，配置為改變該通風單元的覆蓋面積。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之加工裝置，更包括複數個覆蓋模組，其中，該第二腔體包括複數個通風單元，並且該等該通風單元的覆蓋面積由相對應的該等覆蓋模組獨立地控制。
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