TW202324634A - 半導體處理設備、調節四室模組設備之溫度的方法以及用於可流動間隙填充沉積之方法 - Google Patents

半導體處理設備、調節四室模組設備之溫度的方法以及用於可流動間隙填充沉積之方法 Download PDF

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Abstract

本文中描述反應器室組態，組態中基座設有一或多個配備有扇形分離式溫度控制功能的彼或加熱器。在一些實施例中，結合一主動冷卻機構的加熱器可經組態以補償由例如包括熱源及散熱器的相鄰結構所引起的溫度非均勻性。在一些實施例中，可藉由在各基座內之多區獨立加熱或冷卻元件來達成分開的溫度控制。

Description

用於在半導體處理系統中防止溫度相互作用的方法及設備
在半導體及液晶顯示器(LCD)製造工具中，基座加熱器可用於加熱基材。在熱處理期間，基座持定並加熱半導體晶圓，並嘗試在晶圓上生成實質上均勻的溫度曲線(temperature profile)。在典型反應室中，基座加熱器表面溫度可受周圍環境影響，包括操作於變化的溫度之反應器室壁及其他熱源（例如，熱燈或電極）。
習知基座加熱器無法在基材表面上生成實質上均勻的溫度曲線，尤其在多站反應室中。因此，需要用於在半導體處理系統中增加溫度均勻性的新式方法及設備。
習知基座加熱器無法在基材表面上生成實質上均勻的溫度曲線，尤其在多站反應室中。因此，需要用於在半導體處理系統中增加溫度均勻性的新式方法及設備。
為了本發明內容之目的，在本文中描述本發明之某些態樣、優點、及新式特徵。應理解，並非所有此類優點必然地可依據本發明之任何特定實施例來達成。因此，例如，所屬技術領域中具通常知識者將認知到，可用達成如本文中所教示之一個優點或一組優點而不必然達成本文中可教示或建議之其他優點的方式來體現或施行本發明。
本文中的一些實施例係關於一種半導體處理設備，其包含：一製程室，其包含兩個或更多個站；在一第一站內之一第一基座，第一基座包含：一獨立控制的扇形第一加熱或冷卻元件，第一加熱或冷卻元件經組態以提供獨立加熱或冷卻至第一基座之一表面的一第一加熱區；及一獨立控制的扇形第二加熱或冷卻元件，第二加熱或冷卻元件經組態以提供獨立加熱或冷卻至第一基座之表面的一第二加熱區；在一第二站內的一第二基座，第二基座包含一加熱器；及一控制器，其包含一處理器及記憶體，記憶體提供指令用以：使用第一加熱或冷卻元件來加熱或冷卻第一加熱區；使用第二加熱或冷卻元件來加熱或冷卻第二加熱區，其中提供至第一加熱區或從第一加熱區移除的一熱量不同於提供至第二加熱區或從第二加熱區移除的熱量，且其中第一基座之表面的第一加熱區及第二加熱區經加熱或冷卻至一實質上均勻的第一溫度；及使用加熱器將第二基座加熱至一第二溫度，其中第二溫度高於第一溫度。
在一些實施例中，第一基座進一步包含：一獨立控制的扇形第三加熱或冷卻元件，第三加熱或冷卻元件經組態以提供獨立加熱或冷卻至第一基座之表面的一第三加熱區；及一獨立控制的扇形第四加熱或冷卻元件，第四加熱或冷卻元件經組態以提供獨立加熱或冷卻至第一基座之表面的一第四加熱區。
在一些實施例中，控制器提供進一步指令至設備以控制設備用以：使用第三加熱或冷卻元件來加熱或冷卻第一基座的一第三加熱區；及使用第四加熱或冷卻元件來加熱第一基座之一第四加熱區。在一些實施例中，提供至第三加熱區或從第三加熱區移除的一熱量不同於提供至第一加熱區、第二加熱區、及第四加熱區或從第一加熱區、第二加熱區、及第四加熱區移除的熱量。在一些實施例中，第一加熱區、第二加熱區、第三加熱區、及第四加熱區經加熱或冷卻至實質上均勻的第一溫度。在一些實施例中，提供至第四加熱區或從第四加熱區移除的一熱量不同於提供至第一加熱區、第二加熱區、及第三加熱區或從第一加熱區、第二加熱區、及第三加熱區移除的熱量。在一些實施例中，第一溫度少於150 ℃。在一些實施例中，第二溫度大於150 ℃。
在一些實施例中，第一加熱或冷卻元件包含一冷卻元件，且其中加熱或冷卻第一加熱區包含使一冷卻劑流動通過冷卻元件。在一些實施例中，第一加熱或冷卻元件包含一加熱元件，其中加熱元件包含一電阻加熱器，且其中加熱或冷卻第一加熱區包含提供功率至電阻加熱器。在一些實施例中，第二加熱或冷卻元件包含一冷卻元件，且其中加熱或冷卻第二加熱區包含使一冷卻劑流動通過冷卻元件。
在一些實施例中，兩個或更多個站中之各站包含一上部室及一下部室，其中下部室包含介於其他一個或更多個站之間的一共用中間空間。
本文中的一些實施例關於一種調節一四室模組(QCM)設備之溫度的方法，方法包含：提供一基材至一製程室，製程室包含一第一站、一第二站、一第三站、及一第四站，其中各站包含一基座，基座經組態以持定基材，其中第一站之基座及第三站之基座各自包含：一獨立控制的扇形第一加熱或冷卻元件，第一加熱或冷卻元件經組態以提供獨立加熱或冷卻至基座之一表面的一第一加熱區；及一獨立控制的扇形第二加熱或冷卻元件，第二加熱或冷卻元件經組態以提供獨立加熱或冷卻至基座之表面的一第二加熱區，且其中第二站之基座及第四站之基座各自包含一加熱器；使用各基座之加熱器將第二站之基座及第四站之基座加熱至一第一溫度；使用第一加熱或冷卻元件來控制第一基座及第三基座之第一加熱區的一溫度；及使用第二加熱或冷卻元件來控制第一基座及第三基座之第二加熱區的一溫度，其中提供至第一基座及第三基座之第一加熱區或從第一基座及第三基座之第一加熱區所移除之一熱量不同於提供至第一基座及第三基座之第二加熱區或從第一基座及第三基座之第二加熱區所移除的熱量，且其中第一基座及第三基座之表面的第一加熱區之溫度及第二加熱區之溫度經控制以在表面上提供一實質上均勻的第二溫度。
在一些實施例中，第二溫度少於150 ℃。在一些實施例中，第一溫度大於150 ℃。在一些實施例中，第一加熱或冷卻元件包含一冷卻元件，且其中控制第一加熱區之一溫度包含使一冷卻劑流動通過冷卻元件。
在一些實施例中，方法進一步包含偵測第一溫度，其中控制第一加熱區之一溫度進一步包含相對於偵測到的第一溫度降低第一加熱區之溫度。
在一些實施例中，第一加熱或冷卻元件包含一加熱元件，其中加熱元件包含一電阻加熱器，且其中控制第一加熱區之一溫度包含提供功率至電阻加熱器。
在一些實施例中，各站包含一上部室及一下部室，其中下部室包含介於四個站之間的一共用中間空間。
本文中的一些實施例關於一種用於可流動間隙填充沉積之方法，方法包含：(a)將一基材放置於一第一站中之一第一基座上，第一基座包含：一獨立控制的扇形第一加熱或冷卻元件，第一加熱或冷卻元件經組態以提供獨立加熱或冷卻至第一基座之一表面的一第一加熱區；及一獨立控制的扇形第二加熱或冷卻元件，第二加熱或冷卻元件經組態以提供獨立加熱或冷卻至第一基座之表面的一第二加熱區；(b)藉由一氣相沉積製程將一可流動材料沉積於第一站中的基材上，其中在沉積製程期間，第一基座藉由以下而加熱或冷卻至一實質上均勻的第一溫度：使用第一加熱或冷卻元件來加熱或冷卻第一加熱區；及使用第二加熱或冷卻元件來加熱或冷卻第二加熱區，其中提供至第一加熱區或從第一加熱區移除的一熱量不同於提供至第二加熱區或從第二加熱區移除的熱量，且其中第一加熱區及第二加熱區經加熱或冷卻至實質上均勻的第一溫度；(c)在將可流動材料沉積於基材上之後，將基材放置在第二站中；(d)藉由在第二站中將基材的一表面加熱至一第二溫度來在基材上進行一熱處置，其中第二溫度高於實質上均勻的第一溫度；及以一循環重複(a)至(d)直到一所欲厚度之膜沉積於基材上為止。
在一些實施例中，實質上均勻的第一溫度少於約150 ℃。在一些實施例中，第二溫度介於約300 ℃與約1000 ℃之間。在一些實施例中，熱處置包含一快速熱退火(RTA)。在一些實施例中，RTA包含將基材的表面加熱至第二溫度持續少於10秒。在一些實施例中，第二溫度介於800 ℃與1000 ℃之間。
在一些實施例中，膜包含一SiNH或SiCNH膜。在一些實施例中，膜填充基材之表面上一間隙的至少90%。在一些實施例中，基材包含矽或鍺。
雖然下文揭示某些較佳實施例與實例，但是本發明之標的超出具體揭示的實施例，延伸到其他替代性實施例及/或用途及到其等之修改和等同物。因此，文後隨附的申請專利範圍的範疇並未受限於下文所描述特定實施例中之任何者。例如，在本文中所揭示的任何方法或製程中，方法或製程的多個動作或操作可依任何合適序列進行，且不必然受限於任何特定所揭示序列。各種操作可繼而以可有助於理解某些實施例的方式描述為多個不連續操作；然而，描述的順序不應詮釋為暗指此等操作有順序相依性。額外地，本文中描述的結構、系統、及/或裝置可體現為經整合組件或分開組件。出於比較各種實施例之目的，描述此等實施例的某些態樣和優點。任何特定實施例不必然均達成所有此類態樣或優點。因此，各種實施例可用達成或最佳化如本文中所教示的一個優點或一組優點的方式施行，而不必然達成在本文中可亦教示或建議之其他態樣或優點。
現將描述某些例示性實施例，以提供對本文中所揭示裝置及方法的結構、功能、製造、及使用的原理的整體理解。此等實施例中的一或多者繪示於附圖中。所屬技術領域中具通常知識者將理解，本文中所具體描述及附圖中所繪示的裝置及方法係非限制性例示性實施例，且本發明的範疇僅由申請專利範圍定義。連同一個例示性實施例所繪示或描述的特徵可與其他實施例的特徵組合。此類修改及變體皆意欲包括在本技術之範疇內。
本文實施例係關於用於在半導體處理系統中為基材提供增加的溫度均勻性的方法及設備。溫度相互作用係指半導體處理系統內兩個或更多熱源或散熱器之間的相互作用，其可在處理期間在基材之表面上造成不符合期望的非均勻溫度曲線。因此，本文中的方法及設備可藉由補償在反應室內或相鄰於反應室的高溫或低溫元件的熱相互作用，來改善溫度均勻性。此類方法及設備可尤其適用於多站製程室，包括多製程四室模組(Quadruple-Chamber-Module, QCM)設備，諸如在2020年10月21日提出申請且發明名稱為「用於可流動間隙填充的方法及設備(METHODS AND APARATUSES FOR FLOWABLE GAP-FILL)」的美國專利申請案第63/094,768號中所描述者，在此以引用方式將其全文併入。
圖1A繪示實例習知雙站反應室。習知雙站反應室可包含處理室102，其藉由室壁及閘閥106而與晶圓搬運室104分開。處理室可包含兩個基座108A、108B，各基座包含一加熱器且經組態以持定基材110A、110B。使用習知的基座加熱組態，將由於介於基座110A、110B與周圍室壁之間的溫度差異而在基材表面上形成溫度非均勻性。特定言之，在晶圓搬運室104之側上的室壁之溫度可低於處理室102內及基座108A、108B之加熱器的表面處的溫度。當晶圓搬運室104經冷卻以保護其中之晶圓轉移機構時，相鄰於晶圓搬運室104之室壁附近的基座加熱器溫度下降。此在基座加熱器之一部份中的下降溫度造成不符合期望的溫度非均勻性。圖1B繪示在習知雙站設備中之基座加熱器溫度之非均勻性的實例。如圖1B中所繪示，基座加熱器之溫度在與晶圓搬運室104相鄰之室壁附近較低。
圖2A繪示習知QCM設備的實例。在多製程QCM設備中，可利用一組態，其中各基座208A、208B、208C、208D具有獨立加熱器，使得使用不同加熱器溫度之製程可在處理室202內同時進行於基材210A、210B上。在一實例組態中，基座208C、208D之加熱器可在約400 ℃操作，而基座208A、208B之加熱器在約75 ℃操作。圖2B繪示依上述註明組態的在習知QCM設備中基座加熱器溫度之非均勻性實例。如所繪示，基座208A、208B之加熱器由於與高溫基座加熱器208C、208D之熱相互作用而顯示顯著之溫度變化。此傾斜類型的溫度非均勻性不能使用習知的同心多區加熱器來解決。
圖3A繪示具有同心多區加熱器之實例習知基座的俯視圖。如所繪示，基座308包含同心加熱器，其包括外側同心加熱器302及內側同心加熱器304。同心加熱器中之各者在基座之同心區中提供感應加熱至基座之頂表面。加熱器302、304經組態以向各別加熱區提供一致的加熱，但無法對各自的各別區之具體部份提供粒狀加熱。例如，加熱器302可能不相對於基座302之下部部份322而對基座302之上部部份320提供不同程度的加熱。因此，圖3A之加熱器組態無法補償由於處理室中或相鄰於處理室的其他結構或熱源的溫度相互作用而存在於基座表面上的某些溫度非均勻性。
圖3B繪示具有同心多區加熱器之實例習知基座的橫截面視圖。如上文關於圖3A所描述，同心加熱器302、304可提供在基座308之內或之上。加熱器304可經組態以提供熱至基座308之頂表面上之第一內側同心加熱區，而加熱器302可經組態以提供熱至基座308之頂表面上之第二外側同心加熱區。因此，可將不同程度的熱提供至內側同心加熱區及外側同心加熱區。然而，不能將不同加熱程度提供至基座308的不同部份，諸如相對基座302之下部部份322對基座302之上部部份320提供不同加熱程度。
根據本文中一些實施例，基座加熱器/冷卻器可包含多個扇形加熱及/或冷卻區。在一些實施例中，基座加熱器/冷卻器可包含一或多個加熱及/或冷卻區，各加熱及/或冷卻區包含一圓形之完整或部分扇區(sector)。例如，各加熱區及/或冷卻區可包含由一圓形的弧與其兩個半徑作成之圓形的一部分。在一些實施例中，半徑可指圓形基座之整個半徑或指小於圓形基座之圓形的半徑，如圖4A至圖4C中所示出。在一些實施例中，弧可包含兩個端點，其中端點涵括介於約0°與360°之間的範圍。例如，在一些實施例中，弧可包含涵括的範圍係約0°、約5°、約10°、、約15°、約20°、約25°、約30°、約35°、約40°、約45°、約50°、約55°、約60°、約65°、約70°、約75°、約80°、約85°、約90°、約95°、約100°、約105°、約110°、約115°、約120°、約125°、約130°、約135°、約140°、約145°、約150°、約155°、約160°、約165°、約170°、約175°、約180°、約185°、約190°、約195°、約200°、約205°、約210°、約215°、約220°、約225°、約230°、約235°、約240°、約245°、約250°、約255°、約260°、約265°、約270°、約275°、約280°、約285°、約290°、約295°、約300°、約305°、約310°、約315°、約320°、約325°、約330°、約335°、約340°、約345°、約350°、約355°、約360°，或前述值之間的任何值。圖4A至圖4C繪示具有獨立溫度控制功能之實例多區加熱/冷卻元件。在一些實施例中，如圖4A中所繪示，基座408可包含雙主動冷卻管線，其包含上部部份冷卻管線414A及下部部份冷卻管線414B。在一些實施例中，如圖4B中所繪示，基座408可包含雙區加熱器，其包含上部部份加熱器416A及下部部份加熱器416B，加熱器中之各者可獨立控制，以將不同程度的熱提供給各別第一或第二加熱區。在一些實施例中，本文中所描述之加熱器可包含電阻加熱器，其可藉由提供功率至電阻加熱器來加熱。在其他實施例中，加熱器可包含如半導體處理領域中具有通常知識者所知的其他類型的加熱器。在一些實施例中，由上部部份加熱器416A及下部部份加熱器416B所提供之熱可經控制，以補償由於處理室中或與處理室相鄰的其他結構或熱源之溫度相互作用之傾斜的溫度非均勻性。例如，在如圖1A至圖1B中所示出的雙基座處理室組態中，下部部份加熱器416B可經控制以向基座之下部部份提供比上部部份加熱器416A提供至基座之上部部份之加熱更大的加熱。此等不同加熱程度可補償基座與相鄰於晶圓搬運室104之處理室壁之間的溫度相互作用。
圖4C繪示四區基座加熱器組態之實例。在一些實施例中，較圖4B之二區組態，圖4C之四區加熱器組態可提供甚至更為粒狀的基座加熱控制。在一些實施例中，基座408可包含四個扇形加熱器418A、418B、418C、418D，各者在基座408之四個四分體中均具有一相關聯加熱區。在一些實施例中，加熱器/加熱區可包含半圓形狀、部分圓形、或圓形之扇區。在一些實施例中，各加熱器418A、418B、418C、418D可獨立控制以在各別第一、第二、第三、或第四加熱區內提供變化程度的熱。此等不同加熱程度可補償基座與相鄰於晶圓搬運室104之處理室壁之間的溫度相互作用。
在一些實施例中，可利用多區基座加熱器組態。例如，在一些實施例中，多區域加熱器組態可包含2個加熱器、3個加熱器、4個加熱器、5個加熱器、6個加熱器、7個加熱器、8個加熱器、9個加熱器、10個加熱器、11個加熱器、12個加熱器、13個加熱器、14個加熱器、15個加熱器、16個加熱器、17個加熱器、18個加熱器、19個加熱器、20個加熱器、25個加熱器、30個加熱器、35個加熱器、40個加熱器、45個加熱器、50個加熱器、55個加熱器、60個加熱器、65個加熱器、70個加熱器、75個加熱器、80個加熱器、85個加熱器、90個加熱器、95個加熱器、100個加熱器、200個加熱器、300個加熱器、400個加熱器、500個加熱器，或前述值之間的任何數目之加熱器。
圖5繪示根據本文中一些實施例之反應器室組態的實例。在一些實施例中，可實施一冷卻系統，其包含一急冷器(chiller)（例如，冷卻劑源），其可將冷卻劑流動至一或多個基座內之主動冷卻器。在一些實施例中，冷卻劑可各別經由冷卻劑管線502、504流動至QCM反應室的兩個基座208A、208B。冷卻劑可流動通過基座208A、208B中之各者內的內側及外側冷卻管線，且通過返回管線返回至急冷器。在一些實施例中，各返回管線可配備有流量計及針閥。在一些實施例中，流量計、針閥、及急冷器可與經組態以控制反應室之加熱及冷卻系統的控制器有電子通訊。在一些實施例中，控制器可包含一或多個電腦處理器及記憶體，其具有用於控制基座208A、208B、208C、208D之加熱及冷卻的電腦可讀指令。在一些實施例中，可利用與控制器有電子通訊的一或多個溫度感測器。
基座208A、208B、208C、208D中之一或多者可依圖4B或圖4C中所示出之組態包含加熱器。加熱器可經組態具有雙向主動冷卻功能，如圖5中所示出。在一些實施例中，一或多個基座208A、208B、208C、208D之基座加熱器可經控制以將各別基座之表面加熱至第一溫度，同時一或多個基座208A、208B、208C、208D之基座加熱器可經獨立控制以將一或多個其他基座208A、208B、208C、208D加熱至第二溫度，其中第一溫度不同於第二溫度。例如，如圖5中所示出，基座208A、208B可經加熱至第一溫度（例如，約75 ℃），同時基座208C、208D可經加熱至第二溫度（例如，約400 ℃）。在一些實施例中，可操作基座208A、208B之主動冷卻系統，以將基座帶到第一溫度。額外地，如上文關於圖4B及圖4C所描述，基座208A、208B之加熱器可經組態以提供不同程度的熱至基座208A、208B之不同加熱區，用以補償介於基座208A、208B與相鄰於晶圓搬運室之處理室壁之間的溫度相互作用。當使用諸如圖4B及圖4C中所示出者的加熱器組態，可在基座208A、208B之表面處維持溫度均勻性，其對於基材處理係符合期望的。
圖6A至圖6C繪示使用本文中所描述之基座加熱/冷卻組態而係可達成的實例基座表面溫度曲線。如圖6A及圖6B所示出，可藉由調諧基座408A、408B內冷卻管線的冷卻劑流動速率而以任何方式控制基座溫度曲線。在圖6A之組態中，控制冷卻劑流動以產生類似於習知QCM反應室中溫度曲線的溫度曲線，諸如圖2B中所示出者。在一些實施例中，冷卻劑流動可反應於各加熱區內的溫度讀值而動態改變。然而，如圖6B中所示出，可控制溫度曲線（亦即，溫度傾斜度）使得一反向趨勢可被達成，其中最靠近室壁且距相鄰的基座加熱器最遠的基座408A、408B之外側邊緣比內側邊緣更熱。較佳地，可最佳化冷卻劑流動速率之調諧，以提供實質上均勻的溫度曲線，諸如圖6C中所示出者。
因此，本文中描述反應器室組態，其中基座設有配備有扇形分離式溫度控制功能的一或多個彼或加熱器。在一些實施例中，結合一主動冷卻機構的加熱器可經組態以補償由例如包括熱源及散熱器的相鄰結構所引起的溫度非均勻性。在一些實施例中，可藉由各基座內之多區加熱或冷卻元件來達成分開的溫度控制。
在一些實施例中，本文中所描述之溫度控制結構及功能可與原位（亦即，室中或模組中的）基材旋轉單元組合以實施原位多站製程，其中各站經組態以操作於不同溫度下，如圖7中所示出。在一些實施例中，本文中所描述之溫度控制組態可在沉積製程（例如，沉積/蝕刻、沉積/膜固化）中利用，諸如描述於諸如在2020年10月21日提出申請且發明名稱為「用於可流動間隙填充的方法及設備(METHODS AND APARATUSES FOR FLOWABLE GAP-FILL)」的美國專利申請案第63/094,768號中所描述者，在此以引用方式將其全文併入。當在可流動間隙填充沉積製程中使用時，本文中所描述之溫度控制組態藉由最小化或消除不利的溫度相互作用而實現均勻的膜厚度。
例如，在一些實施例中，本文中所描述之溫度控制結構及功能可在用於可流動間隙填充沉積之方法中利用。在一些實施例中，方法可包含將基材放置於第一站中之第一基座上。在一些實施例中，第一基座可包含獨立控制的扇形第一加熱或冷卻元件，第一加熱或冷卻元件經組態以提供獨立加熱或冷卻至第一基座之表面的第一加熱區。在一些實施例中，第一基座可進一步包含獨立控制的扇形第二加熱或冷卻元件，第二加熱或冷卻元件經組態以提供獨立加熱或冷卻至第一基座之表面的第二加熱區。
在一些實施例中，方法可進一步包含藉由氣相沉積製程將可流動材料沉積在第一站中的基材上。在氣相沉積製程期間，可藉由使用第一加熱或冷卻元件來加熱或冷卻第一加熱區以及使用第二加熱或冷卻元件來加熱或冷卻第二加熱區，而將第一基座加熱或冷卻至實質上均勻的第一溫度。在一些實施例中，提供至第一加熱區或從第一加熱區移除的熱量不同於提供至第二加熱區或從第二加熱區移除的熱量。此外，在一些實施例中，第一加熱區及第二加熱區經加熱或冷至實質上均勻的第一溫度。
在一些實施例中，方法可進一步包含：在將可流動材料沉積於基材上之後將基材放置於第二站中，以及藉由在第二站中將基材之表面加熱至第二溫度而在基材上進行熱處置。在一些實施例中，第二溫度係高於實質上均勻的第一溫度。在一些實施例中，可用一循環重複以上步驟直到在基材上沉積所欲厚度之膜為止。
在一些實施例中，實質上均勻的第一溫度少於約150 ℃。例如，實質上均勻的第一溫度可維持在約50 ℃、約55 ℃、約60 ℃、約65 ℃、約70 ℃、約75 ℃、約80 ℃、約85 ℃、約90 ℃、約95 ℃、約100 ℃、約105 ℃、約110 ℃、約115 ℃、約120 ℃、約125 ℃、約130 ℃、約135 ℃、約140 ℃、約145 ℃、約150 ℃，或介於前述值之間的任何值。
在一些實施例中，第二溫度介於約300 ℃與約1000 ℃之間。例如，晶圓可加熱至的溫度介於約300 ℃、約310 ℃、約320 ℃、約330 ℃、約340 ℃、約350 ℃、約360 ℃、約370 ℃、約380 ℃、約390 ℃、約400 ℃、約410 ℃、約420 ℃、約430 ℃、約440 ℃、約450 ℃、約460 ℃、約470 ℃、約480 ℃、約490 ℃、約500 ℃、約510 ℃、約520 ℃、約530 ℃、約540 ℃、約550 ℃、約560 ℃、約570 ℃、約580 ℃、約590 ℃、約600 ℃、約610 ℃、約620 ℃、約630 ℃、約640 ℃、約650 ℃、約660 ℃、約670 ℃、約680 ℃、約690 ℃、約700 ℃、約710 ℃、約720 ℃、約730 ℃、約740 ℃、約750 ℃、約760 ℃、約770 ℃、約780 ℃、約790 ℃、約800 ℃、約810 ℃、約820 ℃、約830 ℃、約840 ℃、約850 ℃、約860 ℃、約870 ℃、約880 ℃、約890 ℃、約900 ℃、約910 ℃、約920 ℃、約930 ℃、約940 ℃、約950 ℃、約960 ℃、約970 ℃、約980 ℃、約990 ℃、約1000 ℃，或介於前述值之間的任何值。
在一些實施例中，熱處置包含快速熱退火(RTA)。在一些實施例中，RTA包含將基材的表面加熱至第二溫度持續少於10秒。在RTA期間，第二溫度介於800 ℃與1000 ℃之間。
在一些實施例中，使用上文描述之方法所形成之膜可包含SiNH或SiCNH膜。在一些實施例中，所形成之膜可包含a-CH、SiCN、SiN、SiON、SiCO、SiCOH、SiCNH、SiCH、SiNH、或SiCON。在一些實施例中，膜填充基材之表面上一間隙的至少90%。在一些實施例中，基材包含矽或鍺。
此外，在一些實施例中，本文中所描述之溫度控制結構及功能可在調節四室模組(QCM)設備的溫度之方法中利用。在一些實施例中，方法可包含提供基材至製程室，製程室包含第一站、第二站、第三站、及第四站，其中各站包含經組態以持定基材之基座。在一些實施例中，站可配置為方形組態，且各站在方形的一角落，如圖2A中所示出。在一些實施例中，第一站之基座及第三站之基座可相對於彼此位於對角方位，各自包含獨立控制的扇形第一加熱或冷卻元件，第一加熱或冷卻元件經組態以提供獨立加熱或冷卻至基座之表面的第一加熱區。在一些實施例中，第一站之基座及第三站之基座可亦包含獨立控制的扇形第二加熱或冷卻元件，第二加熱或冷卻元件經組態以提供獨立加熱或冷卻至基座之表面的第二加熱區。
在一些實施例中，第二站之基座及第四站之基座各自包含一加熱器。方法可進一步包含使用各基座之加熱器將第二站之基座及第四站之基座加熱至第一溫度。可使用第一加熱或冷卻元件來控制第一基座及第三基座之第一加熱區的溫度。可使用第二加熱或冷卻元件來控制第一基座及第三基座之第二加熱區的溫度。在一些實施例中，提供至第一基座及第三基座之第一加熱區或從第一基座及第三基座之第一加熱區所移除之熱量不同於提供至第一基座及第三基座之第二加熱區或從第一基座及第三基座之第二加熱區所移除的熱量。然而，在一些實施例中，第一基座及第三基座之表面的第一加熱區之溫度及第二加熱區之溫度經控制，以在表面上提供一實質上均勻的第二溫度。
在一些實施例中，第二溫度少於150 ℃。在一些實施例中，第一溫度大於150 ℃。在一些實施例中，第一加熱或冷卻元件包含一冷卻元件，且其中控制第一加熱區之一溫度包含使一冷卻劑流動通過冷卻元件。
在一些實施例中，方法可進一步包含偵測第一溫度，其中控制第一加熱區之溫度進一步包含相對於偵測到的第一溫度降低第一加熱區之溫度。在一些實施例中，第一加熱或冷卻元件包含一加熱元件，其中加熱元件包含電阻加熱器，且其中控制第一加熱區之溫度包含提供功率至電阻加熱器。在一些實施例中，各站包含一上部室及一下部室，其中下部室包含介於四個站之間的一共用中間空間。
在前述說明書中，本發明已參照其多個具體實施例描述。然而，很明顯在不悖離本發明的更廣泛精神與範疇的情況下，可對其進行各種修改與改變。據此，本說明書及圖示係欲視為闡釋性而非侷限意義。
實際上，雖然已在某些實施例與實例的上下文中揭示本發明，但所屬技術領域中具通常知識者將理解，本發明超出具體揭示的實施例而延伸至本發明的其他替代性實施例及/或用途，及其明顯的修改與等同物。此外，雖然已詳細示出並描述本發明的實施例的數個變體，但所屬技術領域中具通常知識者基於本揭露將輕易明白在本發明之範疇內的其他修改。亦設想到，可做出實施例的具體特徵及態樣的各種組合或子組合，且仍然落入本發明的範疇內。應理解，所揭示實施例的各種特徵與態樣可彼此組合或替換，以便形成所揭示本發明的實施例之變化模式。本文中所揭示的任何方法不需要按所列舉順序來進行。因此，所意欲者係本文中揭示的本發明之範疇應不受限於上文所描述的特定實施例。
將瞭解，本揭露的多個系統及方法各自具有數個創新態樣，其中沒有單一者單獨對本文中所揭示的符合期望的屬性負責或係必要。上文描述的各種特徵與製程可彼此獨立使用，或可採取各種方式組合。所有可行的組合與子組合均意欲落入本揭露的範疇內。
在本說明書中以多個分開實施例的上下文來描述的某些特徵亦可在單一實施例中組合實施。相反地，以單一實施例的上下文來描述的各種特徵亦可分開或以任何合適子組合而實施於多個實施例中。此外，雖然特徵可在上文中描述為在某些組合中作用或甚至初始地如此主張，但在一些情況下，來自所主張組合的一或多個特徵可自組合中去除，且所主張組合可指向一子組合或一子組合的變體。對各自及每一個實施例而言，沒有單一特徵或一組特徵係必需或不可或缺的。
除非另外具體陳述，或另外在如所使用的上下文內所理解，亦應瞭解本文中所使用的條件語言（諸如「可（can、could、might、或may）」、「例如(e.g.,)」、及類似者）大致上係意欲傳達某些實施例包括而其他實施例不包括某些特徵、元件、及/或步驟。因此，此類條件語言大致上並非意欲暗指特徵、元件、及/或步驟以任何方式對於一或多個實施例係必要的，或者一或多個實施例必然包括邏輯用於在有或者無作者輸入或提示的情況下決定此等特徵、元件、及/或步驟是否被包括或在任何特定實施例中被進行。用語「包含」、「包括」、「具有」、及類似者是同義字並以開放式方式來包括性使用，且並未排除額外元件、特徵、動作、操作、及諸如此類者。此外，用語「或」係以包括性意義（而非排除性意義）使用，使得當例如在用於連接一個列表的元件時，用語「或」意指列表中元件中之一者、一些或所有。此外，除非另有指定，否則本申請案與文後申請專利範圍中使用「一(a, an)」和「」應詮釋為意指「一或多個」或「至少一」。類似地，雖然操作可在圖示中按一特定順序描繪，但應認知，此類操作不需要按所示出的特定順序或按循序順序來進行，或不需要進行所有繪示的操作以達成符合期望的結果。進一步言，圖示可採流程圖形式來示意性地描繪一個更多個實例製程。然而，未描繪的其他操作可併入示意性繪示出的實例方法及製程中。例如，一或多個額外操作可在所繪示操作之任何者之前、之後、同時、或介於其之間進行。額外地，在其他實施例中，多個操作可重新配置或重新排序。在某些情境下，多工與平行處理可係有益處的。此外，上文描述的實施例中各種系統組件的分開不應理解為在所有實施例中都要求此類分開，而應理解，所描述的程序組件與系統可大致上整合在一起為單一軟體產品或套裝成多個軟體產品。額外地，其他實施例在下列申請專利範圍的範疇內。在一些情況下，在申請專利範圍中所列舉的動作可按不同順序來進行，並仍可達成符合期望的結果。
進一步言，雖然本文中所描述的方法與裝置可易於進行各種修改與替代性形式，其等之具體實例已在圖示中示出且在本文中詳細描述。然而，應理解，本發明並未受限於所揭示的特定形式或方法，反之，本發明欲涵括落於所描述各種實施方案與文後申請專利範圍的精神與範疇內的所有修改、等同物、及替代。進一步言，連同一實施方案或實施例的任何特定特徵、態樣、方法、性質、特性、品質、屬性、元件、或類似者在本文中的揭露可用於本文中提出的所有其他實施方案或實施例。本文中所揭示的任何方法不需要按所列舉順序來進行。本文中所揭示的方法可包括從業人員所採取的某些動作；然而，方法可亦包括彼等動作的任何第三方指令，無論是明示或暗示。本文中所揭示的範圍亦涵蓋任何與所有重疊子範圍及其組合。諸如「高至」、「至少」、「大於」、「少於」、「之間」、及類似者的語言包括所列舉的數字。由諸如「約」或「大約」的用語前繼的數字包括所列舉數字，並應基於情境解讀（例如，在多種情境下合理可行地準確，例如±5%、±10%、±15%等）。例如，「約3.5 mm」包括「3.5 mm」。由諸如「實質上」的用語前繼的短語包括所列舉短語，並應基於情境解讀（例如，在多種情境下合理可行的程度）。例如，「實質上恆定」包括「恆定」。除非另外陳述，所有測量都在標準條件下，包括溫度與壓力。
如本文中所使用，指稱一個列表之項目中「之至少一者」之短語意指彼等項目的任何組合，包括多個單一成員。 作為一實例，「以下中之至少一者：A、B或C」意欲涵括：A；B；C；A及B；A及C；B及C；和A、B、及C。 除非另外具體陳述，否則諸如短語「X、Y及Z中之至少一者」的連接語言在所使用之上下文的情況下以其他方式理解為大致上傳達一項目、用語等可係X、Y或Z中之至少一者。 因此，此類連接語言大致上不意欲暗指某些實施例要求至少一個X、至少一個Y、及至少一個Z要各自存在。本文中所提供的標題（若有）僅是為了方便，不必然影響本文中所揭示之裝置及方法的範疇或意義。
據此，申請專利範圍並不意欲受限於本文中所示出的實施例，而是符合與本揭露、原理、及本文中所揭示的新式特徵一致的最廣範疇。
102:處理室 104:晶圓搬運室 106:閘閥 108A,108B:基座 110A,110B:基材 202:處理室 208A,208B,208C,208D:基座 210A,210B:基材 308:基座 302:加熱器 304:加熱器 322:下部部份 320:上部部份 408:基座 414A:冷卻管線 414B:冷卻管線 416A:加熱器 416B:加熱器 418A,418B,418C,418D:扇形加熱器 502,504:冷卻劑管線
所提供的圖示用以繪示實例實施例，而並非意欲限制本揭露的範疇。參照下列結合附圖之描述將更理解本文中所描述之系統及方法，其中： 圖1A繪示實例習知雙站設備。 圖1B繪示在習知雙站設備中之基座加熱器溫度之非均勻性的實例。 圖2A繪示實例習知QCM設備。 圖2B繪示在習知QCM設備中之基座加熱器溫度之非均勻性的實例。 圖3A繪示具有同心多區加熱器之實例習知基座的俯視圖。 圖3B繪示具有同心多區加熱器之實例習知基座的橫截面視圖。 圖4A至圖4C繪示根據本文中一些實施例之具有獨立溫度控制功能之實例多區加熱/冷卻元件。 圖5繪示根據本文中一些實施例之反應器室組態的實例。 圖6A至圖6C繪示使用本文中所描述之基座加熱/冷卻組態而係可達成的實例基座表面溫度曲線。 圖7繪示根據本文中一些實施例之用以實施原位多站製程的基材旋轉單元。
208A,208B,208C,208D:基座
502,504:冷卻劑管線

Claims (28)

  1. 一種半導體處理設備，其包含： 一製程室，其包含兩個或更多個站； 在一第一站內之一第一基座，該第一基座包含： 獨立控制的扇形的一第一加熱或冷卻元件，該第一加熱或冷卻元件經組態以提供獨立加熱或冷卻至該第一基座之一表面的一第一加熱區；及 獨立控制的扇形的一第二加熱或冷卻元件，該第二加熱或冷卻元件經組態以提供獨立加熱或冷卻至該第一基座之該表面的一第二加熱區； 在一第二站內之一第二基座，該第二基座包含一加熱器；及 一控制器，其包含一處理器及記憶體，其提供指令用以： 使用該第一加熱或冷卻元件來加熱或冷卻該第一加熱區； 使用該第二加熱或冷卻元件來加熱或冷卻該第二加熱區，其中提供至該第一加熱區或從該第一加熱區移除的熱量不同於提供至該第二加熱區或從該第二加熱區移除的熱量，且其中該第一基座之該表面的該第一加熱區及該第二加熱區經加熱或冷卻至實質上均勻的一第一溫度；及 使用該加熱器將該第二基座加熱至一第二溫度，其中該第二溫度高於該第一溫度。
  2. 如請求項1之設備，其中該第一基座進一步包含： 獨立控制的扇形的一第三加熱或冷卻元件，該第三加熱或冷卻元件經組態以提供獨立加熱或冷卻至該第一基座之該表面的一第三加熱區；及 獨立控制的扇形的一第四加熱或冷卻元件，該第四加熱或冷卻元件經組態以提供獨立加熱或冷卻至該第一基座之該表面的一第四加熱區。
  3. 如請求項2之設備，其中該控制器提供進一步指令至該設備以控制該設備用以： 使用該第三加熱或冷卻元件加熱或冷卻該第一基座的該第三加熱區；及 使用該第四加熱或冷卻元件來加熱或冷卻該第一基座的該第四加熱區。
  4. 如請求項3之設備，其中提供至該第三加熱區或從該第三加熱區移除的熱量不同於提供至該第一加熱區、該第二加熱區、及該第四加熱區或從該第一加熱區、該第二加熱區、及該第四加熱區移除的熱量。
  5. 如請求項4之設備，其中該第一加熱區、該第二加熱區、該第三加熱區、及該第四加熱區經加熱或冷卻至實質上均勻的該第一溫度。
  6. 如請求項3之設備，其中提供至該第四加熱區或從該第四加熱區移除的熱量不同於提供至該第一加熱區、該第二加熱區、及該第三加熱區或從該第一加熱區、該第二加熱區、及該第三加熱區移除的熱量。
  7. 如請求項1之設備，其中該第一溫度少於150 ℃。
  8. 如請求項1之設備，其中該第二溫度大於150 ℃。
  9. 如請求項1之設備，其中該第一加熱或冷卻元件包含一冷卻元件，且其中加熱或冷卻該第一加熱區包含使一冷卻劑流動通過該冷卻元件。
  10. 如請求項1之設備，其中該第一加熱或冷卻元件包含一加熱元件，其中該加熱元件包含一電阻加熱器，且其中加熱或冷卻該第一加熱區包含提供功率至該電阻加熱器。
  11. 如請求項1之設備，其中該第二加熱或冷卻元件包含一冷卻元件，且其中加熱或冷卻該第二加熱區包含使一冷卻劑流動通過該冷卻元件。
  12. 如請求項1之設備，其中該兩個或更多個站中之各站包含一上部室及一下部室，其中該下部室包含介於該一個或更多個站之間的一共用中間空間。
  13. 一種調節一四室模組(QCM)設備之溫度的方法，該方法包含： 提供一基材至一製程室，該製程室包含一第一站、一第二站、一第三站、及一第四站，其中各站包含一基座，該基座經組態以持定該基材，其中該第一站之該基座及該第三站之該基座各自包含： 獨立控制的扇形的一第一加熱或冷卻元件，該第一加熱或冷卻元件經組態以提供獨立加熱或冷卻至該基座之一表面的一第一加熱區；及 獨立控制的扇形的一第二加熱或冷卻元件，該第二加熱或冷卻元件經組態以提供獨立加熱或冷卻至該基座之該表面的一第二加熱區，且 其中該第二站之該基座及該第四站之該基座各自包含一加熱器； 使用各基座之該加熱器將該第二站之該基座及該第四站之該基座加熱至一第一溫度； 使用該第一加熱或冷卻元件來控制該第一基座及該第三基座之該第一加熱區的一溫度；及 使用該第二加熱或冷卻元件來控制該第一基座及該第三基座之該第二加熱區的一溫度， 其中提供至該第一基座及該第三基座之該第一加熱區或從該第一基座及該第三基座之該第一加熱區所移除之熱量不同於提供至該第一基座及該第三基座之該第二加熱區或從該第一基座及該第三基座之該第二加熱區所移除的熱量，且 其中該第一基座及該第三基座之該表面的該第一加熱區之該溫度及該第二加熱區之該溫度經控制以在該表面上提供實質上均勻的一第二溫度。
  14. 如請求項13之方法，其中該第二溫度少於150 ℃。
  15. 如請求項13之方法，其中該第一溫度大於150 ℃。
  16. 如請求項13之方法，其中該第一加熱或冷卻元件包含一冷卻元件，且其中控制該第一加熱區之一溫度包含使一冷卻劑流動通過該冷卻元件。
  17. 如請求項16之方法，其進一步包含偵測該第一溫度，其中控制該第一加熱區之一溫度進一步包含相對於偵測到的該第一溫度降低該第一加熱區之該溫度。
  18. 如請求項13之方法，其中該第一加熱或冷卻元件包含一加熱元件，其中該加熱元件包含一電阻加熱器，且其中控制該第一加熱區的一溫度包含提供功率至該電阻加熱器。
  19. 如請求項13之方法，其中各站包含一上部室及一下部室，其中該下部室包含介於該四個站之間的一共用中間空間。
  20. 一種用於可流動間隙填充沉積之方法，該方法包含： (a)將一基材放置於一第一站中之一第一基座上，該第一基座包含： 獨立控制的扇形的一第一加熱或冷卻元件，該第一加熱或冷卻元件經組態以提供獨立加熱或冷卻至該第一基座之一表面的一第一加熱區；及 獨立控制的扇形的一第二加熱或冷卻元件，該第二加熱或冷卻元件經組態以提供獨立加熱或冷卻至該第一基座之該表面的一第二加熱區； (b)藉由一氣相沉積製程將一可流動材料沉積於該第一站中的該基材上，其中在沉積期間，該第一基座藉由以下步驟而加熱或冷卻至一實質上均勻的第一溫度： 使用該第一加熱或冷卻元件來加熱或冷卻該第一加熱區；及 使用該第二加熱或冷卻元件來加熱或冷卻該第二加熱區，其中提供至該第一加熱區或從該第一加熱區移除的熱量不同於提供至該第二加熱區或從該第二加熱區移除的熱量，且其中該第一加熱區及該第二加熱區經加熱或冷卻至該實質上均勻的第一溫度； (c)在將該可流動材料沉積於該基材上之後，將該基材放置在該第二站中； (d)藉由在該第二站中將該基材的一表面加熱至一第二溫度來在該基材上進行一熱處置，其中該第二溫度高於該實質上均勻的第一溫度；及 以一循環重複(a)至(d)直到一所欲厚度之膜沉積於該基材上為止。
  21. 如請求項20之方法，其中該實質上均勻的第一溫度少於約150 ℃。
  22. 如請求項20之方法，其中該第二溫度介於約300 ℃與約1000 ℃之間。
  23. 如請求項20之方法，其中該熱處置包含一快速熱退火。
  24. 如請求項23之方法，其中該快速熱退火包含將該基材的該表面加熱至該第二溫度持續少於10秒。
  25. 如請求項24之方法，其中該第二溫度介於800 ℃與1000 ℃之間。
  26. 如請求項20之方法，其中該膜包含一SiNH或SiCNH膜。
  27. 如請求項20之方法，其中該膜填充該基材之該表面上的一間隙的至少90%。
  28. 如請求項20之方法，其中該基材包含矽或鍺。
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