TW202209544A - 晶圓支撐件、半導體處理系統及其方法 - Google Patents
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Abstract
一種半導體處理系統包括晶圓支撐件和控制系統。晶圓支撐件包括複數個加熱元件和複數個溫度感測器。這些加熱元件加熱由支撐系統支撐的半導體晶圓。這些溫度感測器生成指示溫度的感測器信號。控制系統回應於這些感測器信號而選擇性地控制這些加熱元件。
Description
無
計算能力的持續需求一直在增加，包括智能電話、平板電腦、台式電腦、膝上型電腦和許多其他類型的電子設備在內的電子設備。積體電路為這些電子設備提供計算能力。一種增加積體電路中計算能力的方式，是增加半導體基板的給定面積，其可包括的電晶體和其他積體電路特徵的數量。
為了繼續減小積體電路中特徵的大小，實施了各種薄膜沉積技術。這些技術可形成非常薄的膜。然而，薄膜沉積技術在確保正確形成薄膜態樣亦面臨嚴重的困難。
無
在以下描述中，針對積體電路晶粒內的各種層和結構描述了許多厚度和材料。對於各種實施方式，以舉例方式給出了特定的尺寸和材料。根據本揭露內容，本領域的技術人員將認識到，在許多情況下，在不背離本揭露的範疇的情況下可以使用其他尺寸和材料。
以下揭示內容提供了用於實施所描述的標的的不同特徵的許多不同的實施方式或實例。下面描述了部件和佈置的特定實例以簡化本描述。當然，該等實例僅為實例，並且並非意欲進行限制。例如，在下面的描述中在第二特徵上方或之上形成第一特徵可包括其中第一特徵及第二特徵被形成為直接接觸的實施方式，並且亦可包括在第一特徵與第二特徵之間形成額外特徵，使得第一特徵和第二特徵可不直接接觸的實施方式。此外，本揭露可以在各個實例中重複參考數字和/或字母。該重複是出於簡單和清楚的目的，並且其本身並不指示所論述的各種實施方式和/或配置之間的關係。
此外，在本文中可以使用空間相對術語，諸如「在……下方」、「在……下面」、「下部」、「上方」、「上部」等來簡化描述，以描述如圖中所示的一個元件或特徵與另外一個或多個元件或特徵的關係。除了在圖中描述的取向之外，空間相對術語亦意欲涵蓋設備在使用或操作中的不同取向。裝置可以以其他方式定向（旋轉90度或處於其他取向），並且本文所使用的空間相對描述語可同樣被相應地解釋。
在以下描述中，闡述了某些特定細節以便提供對本揭露的各種實施方式的透徹理解。然而，本領域技藝人士應理解，可以在沒有該等特定細節的情況下實踐本揭露。在其他情況下，未詳細描述與電子部件和製造技術相關聯的眾所周知的結構，以避免不必要地模糊本揭露的實施方式的描述。
除非上下文另外要求，否則在以下整個說明書和申請專利範圍中，詞語「包括」及其變體（諸如「包含」和「含有」）應以開放的、包容性的意義來解釋，即解釋為「包括但不限於」。
諸如第一、第二和第三的序數的使用不一定暗示排名的次序意義，而是僅可在動作或結構的多個實例之間進行區分。
在整個說明書中，對「一個實施方式」或「一實施方式」的提及意味著結合該實施方式描述的特定特徵、結構或特性包括在至少一實施方式中。因此，在整個說明書中各處出現的短語「在一實施方式中」或「在一實施方式中」不一定都指同一實施方式。此外，在一個或多個實施方式中，特定特徵、結構或特性可以以任何合適的方式組合。
如在本說明書和所附申請專利範圍中所使用的，除非內容另外明確指出，否則單數形式的「一」和「該」包括複數個指示物。亦應注意，除非內容清楚地另外指出，否則術語「或」通常以包括「和/或」的意義採用。
本揭露的實施方式提供了優於傳統半導體處理系統的許多益處。本揭露的實施方式提供了一種具有可選擇性操作的加熱元件的陣列的晶圓支撐件。可操作這些加熱元件，以在由晶圓支撐件支撐的晶圓的表面上提供均勻的溫度分佈。均勻的溫度分佈可對應於該表面的具有實質上相同的溫度的所有區域。或者，加熱元件可經操作以比其他區域更多地加熱晶圓的選定區域。如此做的結果是可以更可靠地執行半導體處理並獲得更好的結果。薄膜可具有均勻的厚度。另外，可以將晶圓的焊盤部位選擇性地脫氣，以防止損壞晶圓。可選擇性操作的加熱元件亦可產生許多其他益處。
第1圖是根據一個實施方式的半導體處理系統100的方塊圖。半導體處理系統100包括用於在晶圓104上執行一個或多個半導體處理的半導體處理腔室102。半導體處理系統100包括半導體處理設備106、晶圓支撐件108和控制系統110。半導體處理系統100的部件協作以在晶圓104上執行半導體處理並確保半導體處理成功。
在一實施方式中，晶圓104是半導體晶圓。通常，半導體晶圓在製造期間經歷大量的處理。這些處理可包括薄膜沉積、光阻劑圖案化、蝕刻製程、摻雜劑注入製程、退火製程以及其他類型的製程。在所有處理步驟完成之後，將晶圓104切成複數個單獨的積體電路。
另外，在許多半導體處理期間加熱晶圓104是有益的。例如，許多薄膜沉積製程受益於在薄膜沉積期間升高晶圓的溫度。晶圓的升高的溫度可促進沉積。對於許多薄膜沉積製程而言，當晶圓104處於較高溫度而不是較低溫度時，沉積速率更快。換言之，在沉積期間，當晶圓104被加熱到較高溫度時，薄膜更快地積聚。在一些情況下，如此做是因為沉積材料更容易與晶圓104的暴露的沉積表面結合或反應。另外，已經沉積在晶圓104上的材料可以更容易地與額外的沉積材料反應或結合。
晶圓支撐件108被配置用於支撐晶圓104。例如，晶圓支撐件108可包括平坦且圓形的頂表面，使得圓形晶圓104可被定位並支撐在該頂表面上。如將在下面更詳細闡述的，晶圓支撐件108亦可包括用於將晶圓104牢固地保持在適當位置的一個或多個機構。
晶圓支撐件108包括複數個加熱元件112。加熱元件112產生熱量。由加熱元件112產生的熱量可加熱晶圓支撐件108的頂表面。定位在晶圓支撐件108上的晶圓104從晶圓支撐件108接收熱量。因此，在半導體處理期間，加熱元件112將熱量施加至晶圓104。例如，加熱元件112可在薄膜沉積製程期間加熱晶圓104。或者，加熱元件112可在其他半導體處理期間加熱晶圓104。
在一實施方式中，加熱元件112的陣列被分佈以促進晶圓104的均勻加熱。加熱元件112被分佈為使得當晶圓104定位在晶圓支撐件108上時，晶圓104的底表面的每個區域直接定位在加熱元件112中的一個加熱元件上方。整個晶圓支撐件108中大量加熱元件112的分佈，可幫助確保晶圓104的所有區域被均勻地加熱。此可以幫助確保在半導體處理期間晶圓104的溫度在晶圓104的所有區域中都是均勻的。若晶圓104的溫度在晶圓104的頂表面上實質上是均勻的，則在許多情況下，將更可能適當地完成半導體處理。
在半導體處理期間加熱晶圓的一種可能方式，是使晶圓支撐件具有纏繞在晶圓支撐件的頂表面下方的單個大加熱器線圈。然而，該方法的一個問題是，它通常導致晶圓的整個表面上的不均勻溫度。此是因為晶圓支撐件的中心部分通常被加熱到比晶圓支撐件的外圍部分更高的溫度。此繼而導致晶圓的頂表面的中心區域具有比晶圓的外圍區域更高的溫度。晶圓表面上不均勻的溫度分佈導致了半導體處理的失敗。例如，若在薄膜沉積製程期間晶圓的頂表面的中心部分比晶圓的外圍部分更熱，則薄膜可能在中心區域處比在外圍區域處更厚。此可導致具有不匹配的特徵和效能的積體電路，或者甚至積體電路根本不起作用。
半導體處理系統100藉由提供加熱元件112的陣列克服了此點。因為晶圓支撐件108包括均勻地分佈在晶圓支撐件108的頂表面下方的大量加熱元件112，所以加熱元件112可均勻地加熱晶圓104。因此，晶圓104的頂表面可在中心區域和外圍區域處具有實質上均勻的溫度。在薄膜沉積製程的實例中，此導致薄膜具有均勻的厚度和其他物理特性。
在一實施方式中，加熱元件112藉由一個或多個電連接116連接至控制系統110。控制系統110控制加熱元件112的功能。具體地，控制系統110可啟用或停用加熱元件112。啟用加熱元件112將使加熱元件112產生熱量。停用加熱元件112將使加熱元件停止產生熱量。此外，控制系統110可控制加熱元件112產生多少熱量。因此，控制系統110可藉由使加熱元件112增加或減少熱量輸出來升高或降低晶圓104的溫度。
儘管未在第1圖中圖示，但是在一實施方式中，控制系統110可包括一個或多個電源。電源可以向加熱元件112供應電力，以使加熱元件112能夠產生熱量。或者，控制系統110連接至電源，該電源連接至加熱元件112。在此種情況下，控制系統110藉由控制電源至加熱元件112的輸出來控制加熱元件112。
在一實施方式中，加熱元件112是電加熱元件。電加熱元件112可包括電導體或電阻器。加熱元件112藉由使電流流過電導體或電阻器來產生熱量。加熱元件112可各自包括相應的導電線圈。加熱元件藉由使電流流過導電線圈來產生熱量。在不脫離本揭露的範疇的情況下，可利用其他類型的加熱元件112。
在一實施方式中，控制系統110被配置為選擇性地控制每個加熱元件112。在此種情況下，控制系統110可選擇性地啟用每個單獨的加熱元件112。因此，控制系統110能夠啟用一些加熱元件112而不啟用其他加熱元件112。在一些情況下，有益的是比其他區域更多地加熱晶圓104的一些區域。晶圓支撐件108和控制系統110使得晶圓104的不同區域能夠選擇性加熱。
在一實施方式中，控制系統110被配置為選擇性地控制每個加熱元件112產生多少熱量。控制系統110選擇性地使一些加熱元件112產生比其他加熱元件112更多的熱量。在一實施例中，晶圓104的外圍區域可趨向於比晶圓104的中心區域耗散更多的熱量。因此，為了確保晶圓104的均勻溫度，控制系統110可控制外圍加熱元件112產生比中央加熱元件112更多的熱量，以解決晶圓104的外圍區域處的較大散熱量。電連接器116可包括能夠選擇性加熱各個加熱元件112的大量電連接器。
在一實施方式中，溫度感測器114被配置為感測加熱元件112的溫度。溫度感測器114可設置為與加熱元件112熱接觸。熱接觸使得溫度感測器114能夠感測加熱元件112的溫度。或者，溫度感測器114可被設置於鄰近加熱元件112，但不與這些加熱元件熱接觸。
在一實施方式中，溫度感測器114藉由複數個電連接器118電連接至控制系統110。溫度感測器114可生成指示加熱元件112、晶圓支撐件108及/或晶圓104的溫度的感測器信號。溫度感測器114可將感測器信號傳遞到控制系統110。每個溫度感測器114可將單獨的感測器信號提供給控制系統110。來自單獨的溫度感測器114的感測器信號指示該溫度感測器114的位置處或附近的溫度。
在一實施方式中，控制系統110可回應來自溫度感測器114的感測器信號來控制加熱元件112。控制系統110可回應來自溫度感測器114的感測器信號而選擇性地啟用或停用各個加熱元件112。控制系統110可回應來自溫度感測器114的感測器信號，以調節各個加熱元件112的熱量輸出。
在一實施方式中，晶圓支撐件108包括用於每個加熱元件112的相應溫度感測器114。因此，對於每個加熱元件112，相應的溫度感測器114生成指示該加熱元件112的溫度或與該加熱元件112相鄰的區域中的溫度的感測器信號。在此種情況下，控制系統110接收針對每個單獨加熱元件112的感測器信號。隨後，控制系統110可回應相應的感測器信號來調節各個加熱元件112的熱量輸出，以便產生或維持晶圓104的選定熱特性。
在一實施方式中，每個加熱元件112的相應溫度感測器114在加熱元件112上方的區域處感測晶圓104的溫度。因此，對於每個加熱元件112，相應的溫度感測器114生成指示在加熱元件112上方的區域處的晶圓104的溫度的感測器信號。控制系統110接收每個單獨加熱元件112的感測器信號。隨後，控制系統110可回應相應的感測器信號來調節各個加熱元件112的熱量輸出，以便產生或維持晶圓104的選定熱特性。
在一實施方式中，晶圓支撐件112包括針的每個加熱元件112的兩個相應的溫度感測器114。這些相應溫度感測器114中的第一溫度感測器感測加熱元件112的溫度。這些相應溫度感測器114中的第二溫度感測器感測在加熱元件112上方的區域處的晶圓104的溫度。
半導體處理系統100包括半導體處理設備106。半導體處理設備106輔助執行半導體處理。半導體處理設備106可包括輔助薄膜沉積製程、蝕刻製程、離子注入製程、退火製程、光刻製程和其他類型的製程的設備。半導體處理設備106可包括用於在半導體處理腔室102內產生電漿的部件。半導體處理設備106中的一些半導體處理設備可完全位於半導體處理腔室102內。半導體處理設備106中的一些半導體處理設備可部分地位於半導體處理腔室102內，並且部分地位於半導體處理腔室102的外部。半導體處理設備106中的一些半導體處理設備可完全位於半導體處理腔室102的外部。
半導體處理設備106可包括用於管理半導體處理腔室102內的氣體或流量的設備。處理設備可包括用於將氣體或流體引入半導體處理腔室102、用於從半導體處理腔室去除氣體或流體，以及用於監測和控制半導體處理腔室102內的氣體的流量、存在或組成的部件。半導體處理設備106可包括用於保持半導體處理腔室102內的選定壓力的設備。
半導體處理設備106可包括用於產生電場、電壓、磁場、電信號或其他類型的電效應的電氣部件。因此，半導體處理設備106可包括電極、導線、射頻電源、發射器、接收器，或可在半導體處理中利用的其他類型的電氣設備。
在一實施方式中，控制系統110藉由一個或多個電連接器120通訊地耦合至半導體處理設備106。控制系統110可藉由控制半導體處理設備106來控制半導體處理。控制系統110可回應於來自溫度感測器114的感測器信號來調節半導體處理設備106的操作。例如，在一些情況下，可為有益的是基於晶圓104的溫度來調節進入沉積腔室的沉積材料或其他流體的流量。在其他情況下，可為有益的是，基於晶圓104中的溫度來調節半導體處理腔室102內的電漿產生的參數。控制系統110可回應於來自溫度感測器114的感測器信號進行這些調節。
在一實施方式中，控制系統110可回應由溫度感測器114提供的感測器信號，使半導體處理設備106完全停止半導體處理。為了避免對半導體晶圓104的嚴重損壞，在一些情況下，控制系統110可確定最佳的動作方案是完全停止半導體處理，直到可進行其他調節或修理為止。
在一實施方式中，控制系統110可包括在半導體處理腔室102外部的部分、在半導體處理腔室102內部的部分，和/或在雲端內執行的部分。因此，控制系統110可在多個位置中分佈有各種處理、記憶和資料傳輸資源。控制系統110亦可在雲端中包括虛擬記憶、處理和資料傳輸資源。
在一實施方式中，控制系統110可包括基於機器學習的分析模型。可訓練該基於機器學習的分析模型，以回應來自溫度感測器114的感測器信號選擇性地操作各個加熱元件112。可訓練該基於機器學習的分析模型，以基於感測器信號控製或調節半導體處理參數。
第2A圖是根據一個實施方式的晶圓支撐件108的剖視圖。晶圓支撐件108包括頂表面122。在半導體處理期間，晶圓104（在第2A圖中未圖示）位於晶圓支撐件108的頂表面122上。晶圓支撐件108包括加熱元件112的陣列。每個加熱元件112產生熱量。加熱元件112可以實質上如第1圖所描述的態樣產生熱量。如第1圖所描述的，加熱元件112可藉由電連接器116（在第2A圖中未圖示）連接至控制系統110。
在半導體處理期間，加熱元件112產生熱量。加熱元件112產生的熱量經由晶圓支撐件108的頂表面122加熱晶圓104。加熱元件112可經操作以在晶圓104的整個沉積表面上建立或維持均勻的溫度。加熱元件112可經操作以在晶圓104的整個表面上建立選定的溫度分佈。
在一實施方式中，每個加熱元件112包括頂部溫度感測器114a和底部溫度感測器114b。每個加熱元件112中的頂部溫度感測器114a感測晶圓104的溫度。每個加熱元件112中的底部溫度感測器114b感測加熱元件112的溫度。
在一實施方式中，頂部溫度感測器114a位於晶圓支撐件108的頂表面122處。在此種情況下，頂部溫度感測器114a感測晶圓104的底表面的溫度。當晶圓104被放置在晶圓支撐件108上時，晶圓104的底表面與晶圓支撐件108的頂表面122接觸。頂部溫度感測器114a的該部分可以與晶圓104的底表面直接接觸。
在一實施方式中，頂部溫度感測器114a在頂部溫度感測器114a正上方的晶圓104的底表面，產生指示溫度的感測器信號。晶圓的頂表面的溫度可以從晶圓的底表面的溫度推測。在實踐中，在晶圓104的底表面與晶圓104的頂表面之間將存在溫度梯度。因為晶圓104的底表面更靠近加熱元件112，所以底表面可具有比晶圓的頂表面稍高的溫度。控制系統110可基於晶圓104的底表面的溫度來估計晶圓104的頂表面的溫度。
在一實施方式中，每個加熱元件112的頂部溫度感測器114a定位為略低於晶圓支撐件108的頂表面112。在此種情況下，晶圓支撐件108可包括在加熱元件112的頂部上的材料層。該材料層可包含導熱材料，以將熱量從加熱元件112分配到晶圓104。
在一實施方式中，加熱元件112具有厚度T。在一個實例中，厚度T介於3 cm與8 cm之間。在不脫離本揭露的範疇的情況下，加熱元件112可具有其他厚度T。
第2B圖是根據一個實施方式的第2A圖的晶圓支撐件108的俯視圖。第2B圖的視圖圖示了在頂表面122處暴露的頂部溫度感測器114a。然而，在一些實施方式中，頂部溫度感測器114a未在頂表面122處暴露。相反，頂部溫度感測器114a可設置於略低於晶圓支撐件108的頂表面122。在此種情況下，頂部溫度感測器114a將為在晶圓支撐件108的頂表面122處不可見的。
在一實施方式中，晶圓支撐件108的頂表面122是圓形的。晶圓支撐件108的頂表面122為直徑D。直徑D經選擇以支撐具有選定大小的圓形晶圓104。在一實施方式中，直徑D經選擇為與將由晶圓支撐件108支撐的晶圓104相同的直徑。在一個實例中，晶圓支撐件108被配置為支撐直徑為300 mm的晶圓。在此種情況下，晶圓支撐件108具有為300 mm的直徑。或者，直徑D可以略大於預期被支撐在晶圓支撐件108上的最大晶圓104的直徑。
第2B圖圖示了具有圓形頂表面的加熱元件112的分佈。結合第2A圖的視圖，加熱元件112具有圓柱形狀。然而，在替代實施方式中，在不脫離本揭露的範疇的情況下，加熱元件112可具有除了圓形以外的頂表面和除圓柱形以外的整體形狀。此外，晶圓支撐件108包含設置在加熱元件112之間的材料，使得晶圓支撐件108是基本上實心的並且沒有氣隙。然而，在其他實施方式中，晶圓支撐件108可包括間隙或空隙。
第2C圖是根據一個實施方式的晶圓支撐件108的剖視圖，其中晶圓104定位在該晶圓支撐件上。晶圓104包括頂表面124和底表面125。晶圓104的底表面與晶圓支撐件108的頂表面122直接接觸。晶圓104的頂表面124亦可稱為沉積表面。此是因為薄膜沉積製程將在晶圓104的頂表面124上沉積薄膜。儘管頂表面124在第2C圖中圖示為基本上平坦的，但是在實踐中，頂表面124可包括根據晶圓104的薄膜的圖案的表面特徵，諸如突起和凹陷。
第3A圖是根據一個實施方式的加熱元件112的剖視圖。第3A圖的加熱元件112是可以在第1圖至第2C圖的晶圓支撐件108中利用的加熱元件類型的一個實例。加熱元件112產生熱量，以便在半導體處理期間加熱晶圓104。
在一實施方式中，加熱元件112包括加熱線圈130。當電流穿過加熱線圈130時，加熱元件112產生熱量。加熱線圈130可包含例如銅、鎢的導電材料，或者當電流穿過加熱線圈130時能產熱的其他導電材料。加熱線圈130亦可包括電阻器。加熱線圈130可包覆有絕緣材料。根據本揭露，本領域技藝人士將認識到，在不脫離本揭露的範疇的情況下，可以將許多配置和材料用於加熱線圈130。
在一實施方式中，加熱線圈130連接至兩個電連接器116。兩個電連接器116可耦合到控制系統110（參見第1圖）或耦合至由控制系統110控制的電源。控制系統110可經由兩個電連接器116將電流選擇性地傳遞到加熱線圈130。特別地，可以在電連接器116之間施加電壓，以將電流傳遞至加熱線圈130。
在一實施方式中，每個加熱線圈130可以由控制系統110選擇性地控制，如先前關於第1圖所述。因此，每個加熱元件112可包括耦合至控制系統110的兩個或更多個電連接器116。隨後，控制系統110可以經由電連接器116選擇性地啟用、停用或調節穿過加熱線圈130的電流。
在一實施方式中，加熱元件112包括頂部熱電偶127a和底部熱電偶127b。頂部熱電偶127a和底部熱電偶127b是第1圖的加熱元件114或第1圖至第2C圖的頂部加熱元件114a和底部加熱元件114b的實例。因此，頂部熱電偶127a和底部熱電偶127b是溫度感測器。
在一實施方式中，頂部熱電偶127a被配置為在加熱元件112正上方的區域中產生指示晶圓104的溫度的感測器信號。頂部熱電偶127a可藉由在兩條引線之間產生電壓而以標準熱電偶方式起作用。根據眾所周知的關係，該電壓表示兩條引線附近的溫度。頂部熱電偶127a的兩條引線可定位在加熱元件112的頂表面129處。根據各種實施方式中的晶圓支撐件108的特定結構，加熱元件112的頂表面129可以對應於或可以不對應於晶圓支撐件108的頂表面122。或者，頂部熱電偶127a的兩條引線可設置於略低於加熱元件112的頂表面129。
在一實施方式中，底部熱電偶127b經定位以感測加熱線圈130附近的溫度。底部熱電偶127b以與頂部熱電偶127a相同的方式作用。底部熱電偶127b在兩條引線之間產生電壓。電壓表示兩條引線附近的溫度。底部熱電偶127b的兩條引線可設置在加熱線圈130內，但不與加熱線圈130接觸。底部熱電偶127b生成指示加熱線圈130的溫度的感測器信號。
在一實施方式中，頂部和底部熱電偶127b藉由電連接器118連接至控制系統110。儘管僅圖示了單個電連接器118連接頂部熱電偶127a和底部熱電偶127b中的每一者，但是在實踐中，對於頂部熱電偶127a和底部熱電偶127b中的每一者可以有兩個電連接器118。控制系統110可回應於來自頂部熱電偶127a和底部熱電偶127b的感測器信號來調節加熱線圈130的功能。
在一實施方式中，加熱元件112包括覆蓋加熱線圈130、頂部熱電偶127a和底部熱電偶127b的陶瓷材料131。陶瓷材料131經選擇以將熱量從加熱器線圈130傳導至晶圓104。陶瓷材料131可構成加熱元件112的體積的大部分。陶瓷材料131可經定位以防止加熱器線圈130的不同區域之間的電短路。陶瓷材料131亦可被定位為防止熱電偶127a、127b與加熱器線圈131之間的電短路。
第3B圖是根據一個實施方式的第3A圖的加熱元件112的俯視圖。在第3B圖的實施方式中，加熱元件112具有基本上圓形的頂表面129。因此，第3A圖、第3B圖的加熱元件112可具有基本上圓柱形的形狀。然而，在不脫離本揭露的範疇的情況下，可以將其他形狀用於第3A圖、第3B圖的加熱元件112。
在第3B圖的視圖中，頂部熱電偶127a是在加熱元件112的頂表面129處可見的。然而，在實踐中，頂部熱電偶127a可為不可見的，因為其可定位為低於頂表面129。在第3B圖的視圖中，加熱線圈130和電連接器116被以虛線圖示，指示它們定位為低於加熱元件112的頂表面129。底部熱電偶127b是不可見的，因為在第3A圖、第3B圖的實例中，其定位在頂部熱電偶127a的正下方。在不脫離本揭露的範疇的情況下，可以利用加熱元件112的其他形狀和配置。
第4A圖是根據一個實施方式的晶圓104的俯視圖。晶圓104具有複數個焊盤部位134。焊盤部位134可對應於將從晶圓104切下的積體電路的連接焊盤。當封裝積體電路時，引線接合部可耦合在焊盤與引線框架上的引線之間。在引線接合過程期間，焊盤部位可能由於焊接或其他接合過程而被加熱。若晶圓104的這些層中的任何在焊盤部位134處的層中存在水分，則水分可能蒸發。蒸汽可能會從該層中噴出並損壞焊盤部位或引線接合部。
第4B圖是根據一個實施方式的晶圓104的焊盤部位134的剖視圖。焊盤部位134包括銅焊盤133和鈍化層139。鉭或氮化鉭阻擋層137定位在銅焊盤133上及鈍化層139上。鋁層135定位在阻擋層137上。鈍化層139已經在銅焊盤133上方被蝕刻，從而形成溝槽或孔141。如上所述，若在焊盤部位134處的引線接合過程期間存在水分，則水分可能變成蒸氣並在稱為脫氣的過程中噴出。蒸氣的噴出可在層135中產生擠出物143。擠出物143是非期望的，並且可導致引線接合過程失敗。關於第4B圖所示的材料和結構以非限制性實例的方式給出。在不脫離本揭露的範疇的情況下，可以將其他材料用於焊盤部位134。
第4C圖是根據一個實施方式的晶圓支撐件108的俯視圖。晶圓支撐件108能夠減少或防止脫氣問題，並且避免如關於第4A圖、第4B圖所描述的一般產生擠出物143。特別地，在形成焊盤部位134期間，加熱元件112的群組136可選擇性地在比其他加熱元件112更高的溫度下操作。加熱元件112的群組136對應於定位在第4A圖所示的焊盤部位134正下方的加熱元件112。特別地，控制電路110可以選擇性地控制在選定位置處的加熱元件112的群組136，以加熱到相對較高的溫度。升高的溫度導致存在的任何水分在沉積過程期間蒸發，從而在沉積過程之後沒有水分保留。此有效地使焊盤部位134脫氣。當在切割後的下一階段執行引線接合時，焊盤部位134已經被脫氣。結果是氣體不會噴出而例如藉由形成擠出物143損壞焊盤部位。
第5A圖是根據一個實施方式的在第一薄膜沉積製程之後的晶圓104的剖視圖。第一薄膜140已經沉積在晶圓104上。由於薄膜140的沉積過程中的錯誤，或者由於設計，薄膜140會具有不均勻的厚度。特別地，薄膜在晶圓104的中心區域附近較厚，而在外圍區域附近較薄。
第5B圖是根據一個實施方式的晶圓支撐件108的俯視圖，該晶圓支撐件包括複數個可選擇性操作的加熱元件112。控制系統110（參見第1圖）接收指示薄膜140的不均勻厚度的資料。隨後，控制系統110在第二薄膜的沉積過程期間選擇性地控制加熱元件112的各個群組。特別地，在沉積第二薄膜期間，控制系統110選擇性地控制加熱元件112的第一群組142、加熱元件112的第二群組144和加熱元件112的第三群組146。
在一實施方式中，控制系統112控制加熱元件112的第一群組142加熱到第一溫度。控制系統112控制加熱元件112的第二群組144加熱到大於第一溫度的第二溫度。控制系統112控制加熱元件112的第三群組146加熱到大於第二溫度的第三溫度。換言之，控制系統110在第二薄膜112的沉積過程期間控制加熱元件，以在第一薄膜140最厚的彼等區域處產生較少的熱量，並且在第一薄膜142最薄的彼等區域處產生較多的熱量。第二薄膜在晶圓104最熱的彼等區域處更快地沉積。結果是儘管第一薄膜的表面不平坦，但是第二薄膜具有實質上平坦的頂表面。
第5C圖是在第一薄膜140上沉積第二薄膜148之後，第5A圖的晶圓104的剖視圖。儘管第一薄膜140的厚度不均勻，但是第二薄膜148具有實質上平坦的頂表面149。此可以藉由在第二沉積過程期間選擇性地控製加熱元件112的群組或單獨加熱元件112的熱量輸出，而在不進行單獨的平坦化製程的情況下實現。
第6A圖圖示了根據一個實施方式的支撐晶圓104的晶圓支撐件108。儘管在第6A圖中未圖示，但是晶圓支撐件108可包括如關於第1圖至第5C圖所示和描述的複數個加熱元件112。晶圓支撐件108被配置為藉由靜電吸引來保持晶圓104。特別地，將在晶圓支撐件108的頂表面122與晶圓104的底表面125之間施加電壓。在第6A圖的實例中，正電荷積聚在晶圓支架108的頂表面122處。負電荷積聚在晶圓104的底表面125處。結果是晶圓104的底表面125被吸引至晶圓支撐件108的頂表面122。靜電吸引力將晶圓104牢固地保持在晶圓支撐件108的頂表面122上的適當位置。在替代實施方式中，負電荷可積聚在晶圓支撐件108的頂表面122處，而正電荷可積聚在晶圓104的底表面125處。
儘管在第6A圖中未繪示，但是晶圓支撐件108可在晶圓支撐件108的頂部處或附近包含導電材料層。一個或多個電連接器可耦合至導電材料層，使得可將電壓施加至該導電材料層，以便在晶圓支撐件108的頂表面122上產生靜電荷。晶圓支撐件108亦可在導電材料層的頂部上包括介電材料薄層。
保持晶圓104的靜電力亦可抑製或防止半導體處理期間晶圓104的翹曲。在一些情況下，可能的是晶圓104的邊緣傾向於向上翹曲。然而，靜電力防止晶圓104的邊緣翹曲或以其他方式變形。
第6B圖圖示了根據一個實施方式的支撐晶圓104的晶圓支撐件108。晶圓支撐件108包括夾具150，這些夾具可被選擇性地操作以在半導體處理期間將晶圓104夾持至晶圓支撐件108。夾具150可以被選擇性地放置在適當位置以保持晶圓104，並且可被選擇性地移除以釋放晶圓104。如上所述，在半導體處理期間對晶圓104的夾持可幫助抑製或防止晶圓104的翹曲。儘管在第6B圖中未繪示，但是晶圓支撐件108可包括如第1圖至第5B圖所示和所描述的複數個可選擇性操作的加熱元件112。
本揭露的實施方式提供了優於傳統半導體處理系統的許多益處。本揭露的實施方式提供了一種具有可選擇性操作的加熱元件的陣列的晶圓支撐件。這些加熱元件可經被操作以在由晶圓支撐件支撐的晶圓的表面上提供均勻的溫度分佈。加熱元件可經操作以比其他區域更多地加熱晶圓的選定區域。如此做的結果是可以更可靠地執行半導體處理並獲得更好的結局。薄膜可具有均勻的厚度。可以選擇性地對焊盤部位進行脫氣，以防止損壞晶圓。可選擇性操作的加熱元件亦可產生許多其他益處。
第7圖是用於執行半導體處理的方法700的流程圖。在702處，方法700包括用定位在半導體處理腔室內的晶圓支撐件支撐半導體晶圓。半導體晶圓的一個實例是第1圖的半導體晶圓104。晶圓支撐件的一個實例是第1圖的晶圓支撐件108。半導體處理腔室的一個實例是第1圖的半導體處理腔室102。在704處，方法700包括在半導體處理腔室內對半導體晶圓執行半導體處理。在706處，該方法包括在半導體處理期間用定位在晶圓支撐件內的複數個加熱元件加熱半導體晶圓。加熱元件的一個實例是第1圖的加熱元件112。在708處，方法700包括使用定位在晶圓支撐件內的相應第一溫度感測器生成每個加熱元件的第一感測器信號。溫度感測器的一個實例是第1圖的溫度感測器114。在710處，方法700包括回應於第一感測器信號利用控制系統選擇性地控制各個加熱元件。控制系統的一個實例是第1圖的控制系統110。
在一實施方式中，晶圓支撐件包括頂表面，該頂表面被配置為支撐半導體晶圓；以及加熱元件陣列，該加熱元件陣列定位在該頂表面下方並且被配置為輸出熱量。晶圓支撐件包括溫度感測器陣列，該溫度感測器陣列包括針對每個加熱元件的相應第一溫度感測器，該相應第一溫度感測器被配置為生成第一感測器信號。晶圓支撐件包括複數個第一電連接器，該複數個第一電連接器耦合至加熱元件並且被配置為使得能夠選擇性地控制各個加熱元件。晶圓支撐件包括複數個第二電連接器，該複數個第二電連接器耦合到第一溫度感測器。
在一實施方式中，半導體處理系統包括半導體處理腔室和晶圓支撐件，該晶圓支撐件定位在該半導體處理腔室中並且被配置為支撐半導體晶圓。晶圓支撐件包括加熱元件陣列，這些加熱元件各自被配置為當半導體晶圓定位在晶圓支撐件上時加熱該半導體晶圓。晶圓支撐件包括溫度感測器陣列，該溫度感測器陣列包括針對每個加熱元件的相應第一溫度感測器，該相應第一溫度感測器被配置為生成第一感測器信號。半導體處理系統包括控制系統，該控制系統通訊地耦合至加熱元件和第一溫度感測器，並且被配置為至少部分地回應於這些第一感測器信號而選擇性地操作各個加熱元件。
在一實施方式中，一種方法包括利用定位在半導體處理腔室內的晶圓支撐件來支撐半導體晶圓；在該半導體處理腔室內對該半導體晶圓執行半導體處理；以及在半導體處理期間用定位在該晶圓支撐件內的複數個加熱元件加熱該半導體晶圓。該方法包括：利用定位在該晶圓支撐件內的相應第一溫度感測器生成每個加熱元件的第一感測器信號；以及回應於這些第一感測器信號，利用控制系統選擇性地控制各個加熱元件。
本揭露的實施方式提供了優於傳統半導體處理系統的許多益處。本揭露的實施方式提供了一種具有可選擇性操作的加熱元件的陣列的晶圓支撐件。這些加熱元件可經被操作以在由晶圓支撐件支撐的晶圓的表面上提供均勻的溫度分佈。加熱元件可經操作以比其他區域更多地加熱晶圓的選定區域。如此做的結果是可以更可靠地執行半導體處理並獲得更好的結局。薄膜可具有均勻的厚度。可以將晶圓的焊盤部位選擇性地脫氣，以防止損壞晶圓。可選擇性操作的加熱元件亦可產生許多其他益處。
可以將上述各種實施方式組合以提供其他實施方式。若需要，則可以修改實施方式的各態樣以採用各種專利、申請和出版物的概念來提供其他實施方式。
可以根據以上詳細描述對實施方式進行這些和其他改變。通常，在以下申請專利範圍中，所使用的術語不應解釋為將申請專利範圍限制為說明書和申請專利範圍中揭示的特定實施方式，而應解釋為包括所有可能的實施方式以及此類請求項所賦予的等同物的全部範疇。因此，申請專利範圍不受本揭露內容的限制。
100:半導體處理系統
102:半導體處理腔室
104:晶圓
106:半導體處理設備
108:晶圓支撐件
110:控制系統
112:加熱元件
114:溫度感測器
114a:頂部溫度感測器
114b:底部溫度感測器
116:電連接
118:電連接器
120:電連接器
122:頂表面
124:頂表面
125:底表面
127a:頂部熱電偶
127b:底部熱電偶
129:頂表面
130:加熱線圈
131:陶瓷材料
133:銅焊盤
134:焊盤部位
135:鋁層
136:群組
137:阻擋層
139:鈍化層
140:第一薄膜
141:溝槽/孔
142:第一群組
143:擠出物
144:第二群組
146:第三群組
148:第二薄膜
149:頂表面
150:夾具
700:方法
702:步骤
704:步骤
706:步骤
708:步骤
710:步骤
當結合附圖閱讀時，根據以下詳細描述可以最好地理解本揭露的各方面。應理解，根據行業中的慣例，各種特徵未按比例繪製。實際上，為了清楚起見，各種特徵的尺寸可以任意地增加或減小。
第1圖是根據一個實施方式的半導體處理系統的圖示。
第2A圖是根據一個實施方式的晶圓支撐件的剖視圖。
第2B圖是根據一個實施方式的晶圓支撐件的俯視圖。
第2C圖是根據一個實施方式的晶圓支撐件的剖視圖。
第3A圖是根據一個實施方式的加熱元件的剖視圖。
第3B圖是根據一個實施方式的加熱元件的俯視圖。
第4A圖是根據一個實施方式的晶圓的俯視圖。
第4B圖是根據一個實施方式的晶圓的剖視圖。
第4C圖是根據一個實施方式的晶圓支撐件的俯視圖。
第5A圖是根據一個實施方式的在第一薄膜沉積製程之後的晶圓的剖視圖。
第5B圖是根據一個實施方式的晶圓支撐件的剖視圖，圖示了在第二沉積製程期間選擇性地激活加熱元件。
第5C圖是根據一個實施方式的在第二薄膜沉積製程之後的晶圓的剖視圖。
第6A圖是根據一個實施方式的晶圓支撐件的剖視圖。
第6B圖是根據一個實施方式的晶圓支撐件的剖視圖。
第7圖是用於執行半導體處理的方法700的流程圖。
100:半導體處理系統
102:半導體處理腔室
104:晶圓
106:半導體處理設備
108:晶圓支撐件
110:控制系統
112:加熱元件
114:溫度感測器
116:電連接
118:電連接器
120:電連接器
Claims (20)
- 一種晶圓支撐件，包括： 一頂表面，被配置為支撐一半導體晶圓； 複數個加熱元件之一陣列，定位在該頂表面下方並且被配置為輸出熱量； 複數個溫度感測器之一陣列，包括相對於各該加熱元件的一相應第一溫度感測器，該相應第一溫度感測器被配置為生成複數個第一感測器信號； 複數個第一電連接器，耦合至該些加熱元件並且被配置為能夠選擇性地控制各該加熱元件；以及 複數個第二電連接器，耦合至該相應第一溫度感測器。
- 如請求項1所述之晶圓支撐件，其中各該加熱元件包括一相應加熱線圈。
- 如請求項2所述之晶圓支撐件，其中該些溫度感測器之該陣列包括相對於各該加熱元件的一相應第二溫度感測器，該相應第二溫度感測器被配置為生成複數個第二感測器信號。
- 如請求項3所述之晶圓支撐件，其中對於各該加熱元件，該相應第一溫度感測器被定位在該相應第二溫度感測器下方。
- 如請求項4所述之晶圓支撐件，其中對於各該加熱元件，該些第一感測器信號指示該加熱線圈的一溫度。
- 如請求項5所述之晶圓支撐件，其中對於各該加熱元件，該些第二感測器信號指示該加熱元件上方的該半導體晶圓的一區域的一溫度。
- 如請求項6所述之晶圓支撐件，其中各該加熱元件包含一陶瓷材料，該陶瓷材料包覆該加熱線圈。
- 如請求項7所述之晶圓支撐件，其中該陶瓷材料包覆該相應第一溫度感測器和該相應第二溫度感測器。
- 如請求項1所述之晶圓支撐件，進一步包含一導電材料，該導電材料被配置為經由靜電力將該半導體晶圓保持在適當位置。
- 如請求項1所述之晶圓支撐件，進一步包括一夾具，該夾具被配置為將該半導體晶圓保持在適當位置。
- 如請求項1所述之晶圓支撐件，其中該相應第一溫度感測器包括熱電偶。
- 一種半導體處理系統，包括： 一半導體處理腔室； 一晶圓支撐件，定位在該半導體處理腔室中並且被配置為支撐一半導體晶圓，該晶圓支撐件包括： 複數個加熱元件之一陣列，各該加熱元件被配置為當該半導體晶圓定位在該晶圓支撐件上時加熱該半導體晶圓；以及 複數個溫度感測器之一陣列，包括相對於各該加熱元件的一相應第一溫度感測器，該相應第一溫度感測器被配置為生成複數個第一感測器信號；以及 一控制系統，該控制系統通訊地耦合至該些加熱元件和該相應第一溫度感測器，並且被配置為至少部分地回應該些第一感測器信號而選擇性地操作各該加熱元件。
- 如請求項12所述之半導體處理系統，其中該控制系統被配置為操作該些加熱元件以生成該半導體晶圓的一表面上的一均勻溫度分佈。
- 如請求項12所述之半導體處理系統，其中該控制系統被配置為操作該些加熱元件以選擇性地加熱該半導體晶圓的一些區域多於其他區域。
- 如請求項12所述之半導體處理系統，進一步包括一半導體處理設備，該半導體處理設備通訊地耦合至該控制系統並且被配置為在該半導體處理腔室內對該半導體晶圓執行一半導體處理，其中該控制系統被配置為回應該些第一感測器信號以調節該半導體處理設備。
- 如請求項12所述之半導體處理系統，其中該些溫度感測器之該陣列包括相對於各該加熱元件的一相應第二溫度感測器，該相應第二溫度感測器被配置為生成複數個第二感測器信號。
- 如請求項16所述之半導體處理系統，其中對於各該加熱元件，該些第一感測器信號指示該些加熱元件的一溫度，其中該些第二感測器信號指示該些加熱元件上方的該半導體晶圓的一區域的一溫度。
- 一種方法，包括以下步驟： 用定位在一半導體處理腔室內的一晶圓支撐件支撐一半導體晶圓； 在該半導體處理腔室內對該晶圓執行一半導體處理； 在該半導體處理期間用定位在該晶圓支撐件內的複數個加熱元件加熱該半導體晶圓； 使用定位在該晶圓支撐件內的一相應第一溫度感測器生成各該加熱元件的複數個第一感測器信號；以及 回應該些第一感測器信號，利用一控制系統選擇性地控制該些加熱元件。
- 如請求項18所述之方法，進一步包括以下步驟： 使用定位在該晶圓支撐件內的一相應第二溫度感測器生成各該加熱元件的複數個第二感測器信號；以及 回應該些第二感測器信號，利用該控制系統選擇性地控制各該加熱元件。
- 如請求項18所述之方法，進一步包括回應該些第一感測器信號，使用該控制系統調節該半導體處理。
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