TWI487000B - 電子裝置製程構件之非即時調節的方法與設備 - Google Patents

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Description

電子裝置製程構件之非即時調節的方法與設備
本發明一般係與用於電子裝置製造中的設備有關，且尤相關於用於調理電子裝置製造設備元件的方法與裝置。
電子裝置(包括例如半導體裝置、電子顯示器與太陽能電池等)的製造一般包括了許多處理，這些處理係於電子裝置製造系統上進行，包括、但不限於沉積、化學處理、蝕刻、拋光、離子佈植、磊晶成長、氧化、微影、擴散、金屬化以及清潔等。
電子裝置製造系統在購買、服務與維修上一般都屬昂貴之系統。典型的電子裝置製造設備(或晶圓廠)具有許多這種系統，其導致一種資本密集設備。這些系統雖為操作及生產電子裝置，然而這些系統及其設備係相當有利潤價質；當一電子裝置製造系統因維護而無法使用時(有時即稱之為“維護停工”)，該設備即損失了資本設備有利潤價質物件之輸出，直到該系統可以恢復生產使用，且該設備的操作成本會因其有利潤價質降低而增加，且該設備的操作成本會因其有利潤價質降低而增加。系統停工越久，設備的有利潤價質就越低；因此，晶圓廠作業員一般都希望系統盡快恢復使用。
因此，需要可減少電子裝置製造系統維護停工的時間、以及可提升電子裝置製造設施性能的方法與設備。
在一態樣中，提供了一種提升電子裝置製造設備性能的方法，其包括的步驟為：減少利用生產設備所執行之電子裝置製造元件調節步驟的數目，藉其減少電子裝置製造系統的停工時間。
在另一態樣中，提供了一種用於調節一電子裝置製造系統之一元件的方法，其包括的步驟為：在將該元件裝設至該電子裝置製造系統前，調節該元件。
在次一態樣中，提供了一種用於調節具有一孔洞之電子裝置製造系統元件的方法，其包括的步驟為：暴露該元件至一電漿；以及使該電漿通過該孔洞。
在又一態樣中，提供了一種用於調節一電子裝置製造系統之一元件的系統，包括：一調節腔室；一氣體供應源，其連接至該調節腔室；一固定裝置，其用於支撐該元件於該調節腔室內；一真空幫浦，其連接至該固定裝置；以及一上電極與一下電極，其用於在該調節腔室內部產生一電漿；其中該固定裝置係進一步用於吸引該電漿通過該元件之一孔洞。
各種其他態樣係根據本發明的這些態樣以及其他態樣而提供；從以下詳細說明與伴隨之申請專利範圍與圖式即可完全瞭解本發明的其他特徵結構與態樣。
如上所述，電子裝置的製造一般皆包括許多處理，這些處理係於電子裝置製造系統上執行；電子裝置製造系統 包括、但不限於處理腔室。建構這些電子裝置製造系統的許多元件會隨時間而損耗、變為不需要、或無法使用，且需要替換及/或更新。已知當新的或更新之元件被裝設在電子裝置製造系統中時，許多新的元件需要某些形式的調節或調整，否則利用這些含有新裝設元件之系統所製造的電子裝置將無法符合所需規格(舉例而言，這些電子裝置將含有太多缺陷)。
以下利用對電漿處理元件進行異地調節之特定實施例來詳細說明本發明的基本概念：對設備作業員提供更多關於設備製造系統之運作狀態的預期性，藉以提升電子裝置製造設備的性能及/或處理能力；此預期性係經由選擇調節及/或調整步驟從製造設備與生產機器重置到可位於製造設備外部的非生產機器而提供。因此，雖然以下說明係針對將電漿處理調節步驟自製造設備與設備的生產機器中移至非生產調節設備，但本發明的基本概念係可用於電子裝置製造設備中所發生的多種或所有不同處理，例如：化學機械拋光、化學沉積、離子佈植、磊晶成長、氧化、微影、擴散、金屬化以及清潔等。
在製程中有許多處理都會使用到電漿，這些處理在本文中都稱為電漿處理。電漿處理中所使用的設備會隨時間而退化，因而需要以新的或更新的元件來替換設備中的元件。在電漿處理設備中裝設新的或更新的元件所產生的問題是，在將新元件裝設至設備中之後，新的或更新的元件會在電漿處理期間放射出顆粒，一旦這些顆粒落在正處理 的晶圓上，該晶圓會受到損傷或不符規格，因而必須丟棄。晶圓是非常昂貴的物件，其各約2500美金上下，因此晶圓是不容損傷或丟棄的。
一種用於避免新元件帶來損傷的習知方法是，在“原位(in situ)”調節處理中調節、或調整所裝設的元件。原位調節一般都發生於生產處理設備中，該原位調節處理需要將新的或更新的元件暴露至電漿處理設備的電漿中達100RF小時(例如：暴露至以射頻能量所形成之電漿的時數)，持續該原位調節處理，直到測試確定(或依經驗而知)含有該新的或更新的元件之處理設備可以在規格中執行為止；這表示落在電漿處理設備中的測試晶圓上的顆粒量符合規格(測試晶圓係用於原位調節處理中以避免損傷生產用之晶圓)。雖然原位調節處理係用於降低或最小化晶圓的損傷與破壞，但原位調節處理確實具有缺點。舉例而言，原位調節處理被視為是“停工期(down time)”，因為在此時期中無法產生任何產品。停工期係定義為在一晶圓廠中的電子裝置製造系統無法生產產品的期間；由於停工期會減少設備的製造輸出並增加操作成本(COO)，故一般皆不希望產生停工期，因此需要用於減少電子裝置製造設備之停工期的方法。
在本發明之一實施例中，可藉由一種在將新或更新元件裝設到生產電漿處理設備前先調節(有時稱為預調節)此新或更新的元件之方法來減少電子裝置製造系統的停工期。在此實施例中，元件的調節係於非生產調節腔室中進 行。在非生產調節腔室中、或在晶圓廠中用於生產產品的處理腔室以外的任何地方調節腔室中進行元件調節即稱“異地(ex situ)”調節。
異地調節的好處之一是，其降低或消除了對元件進行原位調節之需求；降低或消除對元件進行原位調節之需求可增加設備的製造輸出，並相應地減少設備的運作成本。異地調節的另一好處是，其提供晶圓廠作業員可預期性，這種可預期性為經異地調節之元件可裝設置一電子裝置製造系統中之知識，此外，其無須再進行其他調節或減少之已知調節循環次數以使電子裝置製造系統回歸生產。在某些情況下，根據執行的異地調節，所需之原位調節的步驟變少了。在電漿處理中，調節循環係定義為開始將一測試晶圓插置到處理腔室中、將新裝設之元件與測試晶圓暴露至電漿、以及從處理腔室中移除測試晶圓。
異地調節的另一好處為生產處理設備受到的耗損與撕扯較少，這是因為生產處理設備並不用於原位調節元件。
異地調節還有另一個好處是，其提供了比經原位調節之元件更好的元件性能。
在本發明之另一實施例中，具有孔洞(holes or orifices)、及/或前側(在用於電子裝置製造系統中時面向電漿與晶圓)與背側(在處理時面向非電漿氣體源)之腔室元件係可利用一調節腔室與固定裝置而進行異地調節；該調節腔室與固定裝置係用於使元件的該等孔洞、及/或前側與背側兩者在調節處理期間暴露至一調節電漿。在這種 元件的原位調節期間，該等孔洞、及/或背側一般無法如元件前側般地被快速調節，且其係因生產晶圓循環比根據本發明而進行異地處理之元件更多次而持續放出顆粒。
第1圖係一流程圖，其說明了用於原位調節一電子裝置製造系統元件的習知方法100。
使用於電漿處理中的元件係因預定的預防維護排程、或因元件的性能已劣化而予以替換。性能劣化可見於產生的顆粒(顆粒也可稱為“adders”與“FM(外來物質Forign Material之簡稱)”)數量增加、處理均勻性差、以處理之基板上的金屬污染、或甚至是在電漿處理中產生電弧；性能劣化亦以其他方式發生。可接受之顆粒(adders)、均勻性或金屬污染係基於電子裝置製造商的辨識、生產之產品本質與生產之基板的大小而定；舉例而言，在顆粒(adders)的例子中，使用300mm基板的處理商之裝置製造者可能要求大小在0.15μm以上之顆粒數必須低於10個；而在另一實例中，就均勻性而言，裝置製造者會要求一特定處理須於整個機板上達95%的均勻性(或換言之，非均勻性須小於5%)；或者是，非均勻性之要求會嚴格至要求整體基板上非均勻性低於2%。
電漿設備係包括蝕刻設備，例如反應離子蝕刻器(RIE)或濺鍍蝕刻器。電漿設備也包括沉積設備，例如電漿增強化學氣相沉積(PECVD)、高密度電漿化學氣相沉積(HDP－CVD)，而各種物理化學氣相沉積(PVD)的實施例包括自離子化電漿物理氣相沉積(SiP－PVD)。也包 括了其他的電漿設備。電漿設備包括了為數眾多的元件，其中最常被替換的元件包括氣體導流板(showerheads)、座體(susceptors)以及各種外環/檔板，其係依設備類型而定。
習知方法100開始於步驟102。在步驟104中，未調節之元件係被裝設至一電子裝置製造系統中。在步驟106中，該元件係經原位調節。
如上所述，原位調節(將氣體導流板裝設至設備中之後再調節該氣體導流板)係花費超過100RF－小時；RF－小時表示當電漿產生且與元件接觸時，設備或元件暴露至所使用之射頻(RF)能量的時數。在執行原位調節時，基板(一般為測試基板)係載入一處理腔室中而開始一電漿調節處理(其適於該腔室之類型)。該處理係持續3至4分鐘，接著將基板移除，然後插置一第二基板於腔室中。重複對該第二基板進行電漿調節處理，此循環係持續多達3000次晶圓循環、或累積直到100RF－小時以上，整體花費時間一般皆高於此一RF－小時值，這是因為RF－小時並不包括基板之載入與卸載。
在步驟108中，確認該元件是否充分調節，若確認為該元件並非經充分調節，則繼續步驟106中之原位調節；如在步驟108中確認該元件已經充分調節，則原位調節方法100係結束於步驟110。步驟108係可省略，並取代為在進入步驟110前需執行之晶圓調節循環的預定次數。
調節會增加停工期，然在元件使用前仍需要進行調節 以減少或避免新裝設之元件(注意不管是新的元件或是更新的元件)放射出顆粒。
本發明係藉由異地調節或預調節之元件來處理電子裝置製造晶圓廠之停工期的顯著問題；藉由將新元件的調節從電子裝置製造系統移至製造設備的非生產調節系統，電子裝置製造者不必耗費停工期即可裝設經異地調整之元件並開始生產產品。
第2圖係一流程圖，其根據本發明之一實施例，說明一種用於異地調節一電子裝置製造系統之一元件的方法200。
該方法200開始於步驟202。在步驟204中，對電子裝置製造系統之一元件進行異地調節。如上所述，其表示該元件係於處理腔室以外的腔室中進行調節，該元件在稍後將被裝設至該處理腔室中以用於電子裝置生產。舉例而言，該元件係於該元件製造者或再製者之設備處的一非生產調節腔室中進行調節。異地調節元件基於數種理由而具有好處，包括調節處理可減少或消除需於晶圓廠中執行的任何原位調節處理，且無法用於原位調節的優勢調節方式係可用於異地調節；調節方式包括以一或多種序列、次序及/或組合一或多種時段，使元件暴露至具有特定化學組成之一或多電漿之指示。
步驟204係持續達依經驗而決定之一段預定時間，直到該元件被充分調節。或者是，在一未圖示之步驟中，對於選擇條件評估在步驟204中調節之元件，以確認其是否 已經充分調節以符依預定標準。這種選擇條件的實例包括、但不限於微表面型態/輪廓、表面粗糙度、表面顆粒及/或污染等級與基板移除率。預定標準是指該元件無須原位調節而加以使用，或是其以一已知、有限次數的原位調節而加以使用；舉例而言，該標準是指該元件在經過低於20、15或10次調節或晶圓循環即已準備好作為生產使用。方法200繼續於步驟206，其中經異地調節之元件係裝設至該電子裝置製造系統中。一旦該元件已經裝設至該電子裝置製造系統中，即於步驟208中進一步調節(例如：原位調節)。方法200結束於步驟210。
第2A圖係一流程圖，其根據本發明之另一實施例，說明一種用於異地調節一電子裝置製造系統之一元件的方法200A。方法200A與第2圖所示之方法200相似，除了在方法200A中，在將元件裝設至電子裝置製造系統後，該系統在無須任何元件調節下即回歸使用。
如上所述，本發明之方法的另一優勢在於其提供了晶圓廠作業員可預期性以及較佳性能。舉例而言，元件的原位調節係達高於3000個晶圓或調節循環，且達成的性能等級為每晶圓10個顆粒以下。本發明之實施例可用於減少調節循環的次數達低於20或低於10個晶圓或調節循環，並實現每晶圓1個顆粒以下的性能等級。對於電子裝置製造系統的製造而言，可提供設備使用者這種可預期性與增進之性能是非常有價值的。
異地調節的另一優點為，在生產用電漿處理腔室中所 無法實行的調節配置、方法與方式係可於一非生產異地調節腔室中執行。舉例而言，如上文所述，具有孔洞之元件以及具有前側與背側之元件在調節上具有其他技術挑戰。例如在氣體導流板的情形中，已發現到顆粒放射係與氣體導流板中的孔洞圖案相符；同樣的，其他含有孔洞(如螺旋、舉昇銷等)之元件也會在一圖案上顯示與孔洞圖案相映射的顆粒放射。在生產用之電漿處理腔室中，調節形成孔洞之內部表面將花費一段無法被接受地相當長的時間，同樣的，在生產用之電漿處理腔室中，元件背側的調節速度也是慢的令人無法接受。本發明提供的實施例係用於調節含有孔洞及/或前側與背側之元件。
第3圖係一固定裝置300之示意圖，其係本發明用於調節含有孔洞及/或前側與背側之元件的實施例。固定裝置300係用於托持如第4圖所示之一異地預調節系統。該固定裝置係由任何適當金屬所製例如鋁、不銹鋼、或任何其他可作為電極使用之電漿處理相容材料。固定裝置的形狀係與欲進行預調節之元件的形狀相似或互補；舉例而言，若該元件係一圓形、直徑約16英吋之SiC平板，則該固定裝置為圓柱形且其具有之直徑與SiC平板的直徑相同或略小。固定裝置具有一凸緣302，該元件係置於其上。凸緣302的寬度足以支撐該元件，並可於該元件與固定裝置內部空間304之間產生真空。然而，凸緣302並不涵蓋欲進行調節之元件的任何孔洞，以避免干擾調節處理。就大元件而言，該固定裝置係包含至少一支柱(未圖示)以供進 一步支撐之用。固定裝置的高度306可變化於低於1英吋至10英吋之間，該高度係經最佳化以在不危及孔洞及/或背側調節的情況下使體積最小化。該固定裝置包括至少一真空口連接處308。該圖式繪示了中心底部的真空連接處，然而，其僅供說明之用，而真空連接處的位置係可調整而使所有的孔洞都充分調節。此外，也可使用多種幫浦與真空口，例如在元件非常大(用於平板形顯示器製造)的例子中。
轉見第4圖，其描繪的系統400為本發明之異地調節系統之實施例。系統400可為電漿調節系統，其包括複數腔室壁402。第4圖所示之系統的形狀係方形或矩形盒狀；然而，可容納不同形狀之元件、使幫浦體積最小化、或將該系統與其他處理單元整合在一起的其他形狀亦為可行。該系統400亦可包括第一與第二電極，該第一電極404可由系統壁402所形成並接地，該第二電極406可由固定裝置408(其係參照第3圖而進一步說明)所形成，該第二電極406(例如：固定裝置408)係可由RF影響。也可使用其他電極配置。該固定裝置係由複數腳體410所支撐，該等腳體410可由陶瓷或任何適當的絕緣材料製成。真空幫浦線路412可使固定裝置連接至腔室壁402外部的一真空幫浦(未圖示)。該系統400可包括至少一個供氣線路414。該系統400可包括一或多個窗口416以視察電漿。該系統400亦可包括門418，或可供元件進出該系統之其它組件，例如蓋體或狹縫閥件。雖然未繪示，但仍可推知該系統也可包括舉昇銷或其他機制，以與元 件之自動操作裝置一起使用。
在運作時，元件420係朝上(例如前側向上)置於固定裝置408上。使一或多種氣體流經供氣線路414，並對固定裝置408施加電力，以觸發電漿。電漿係環繞該元件與固定裝置，然後被吸引通過元件中的孔洞而到與固定裝置408連接的真空幫浦線路412。從元件的前側將電漿吸引通過孔洞而達元件背側可使元件的孔洞與背側都經預調節。利用原位調節的方式無法對元件的孔洞與背側進行預調節，這是因為在這樣的配置中，電漿與幫浦係位於元件的同一側，因此，在原位調節期間，沒有電漿會被吸引通過孔洞而達元件背側。
以上所載僅為本發明的示範實施例，熟知本領域技術之人士將可輕易瞭解落入本發明範疇之上述設備與方法的修飾例。在部分實施例中，本發明之設備與方法係應用於半導體裝置處理及/或電子裝置製造；在其他實施例中，異地調節/調整可用於電漿處理以外的處理，例如：化學機械拋光、化學沉積、離子佈植、磊晶成長、氧化、微影、擴散、金屬化與清潔等。
據上所述，本發明係以其示範實施例而加以揭示，然應瞭解其他的實施例亦落入本發明如下申請專利範圍所限定之精神與範疇。
100‧‧‧習知方法
200、200A‧‧‧方法
102~110、202~210‧‧‧步驟
300‧‧‧固定裝置
302‧‧‧凸緣
304‧‧‧固定裝置內部
306‧‧‧固定裝置的高度
308‧‧‧真空口連接處
400‧‧‧系統
402‧‧‧腔室壁
404‧‧‧第一電極
406‧‧‧第二電極
408‧‧‧固定裝置
410‧‧‧腳件
412‧‧‧真空幫浦線路
414‧‧‧供氣線路
416‧‧‧窗口
418‧‧‧門
420‧‧‧元件
第1圖係一流程圖，其說明了用於原位調節一電子裝置製造系統元件的習知方法； 第2圖係一流程圖，其說明了在本發明中用於異地調節一電子裝置製造系統之一元件之一實施例；第2A圖係一流程圖，其說明了在本發明中用於異地調節一電子裝置製造系統之一元件之另一實施例；第3圖係本發明中用於異地調節一電子裝置製造系統元件之設備之一實施例的示意圖；以及第4圖係本發明之一異地調節系統的示意圖。
無(流程圖)

Claims (16)

  1. 一種用於調節一電子裝置製造系統之一元件的方法，包含下列步驟：在將該元件裝設至該電子裝置製造系統前，調節該元件。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，更包括下列步驟：在調節該元件後，將該元件裝設至該電子裝置製造系統中。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之方法，更包括下列步驟：在將該元件裝設至該電子裝置製造系統後，進一步調節該元件。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，更包括下列步驟：在將該元件裝設至該電子裝置製造系統前，先確定經異地調節之元件是否符合一預定品質標準。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該元件係一新元件。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之方法，更包括下列步驟：其中該元件係一再調整元件。
  7. 如申請專利範圍第4項所述之方法，其中該預定品質標準包括：經異地調節之元件在使用前需經歷之原位調節循環的最高次數。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該電子裝置製造系統係選自由化學機械拋光系統、化學沉積系統、離 子佈植系統、磊晶成長系統、電漿系統、氧化系統、微影系統、擴散系統、金屬化系統與清潔系統所組成之群組。
  9. 一種用於調節具有一孔洞之一電子裝置製造系統元件的方法，包括下列步驟：將該元件暴露於一電漿；以及迫使該電漿通過該孔洞。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中迫使該電漿通過該孔洞之步驟包括利用一幫浦吸引該電漿通過該孔洞。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之方法，更包括下列步驟：將該元件固定至一固定裝置，該固定裝置係用於與該元件形成密封。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之方法，更包括下列步驟：降低該固定裝置內的壓力，該電漿係藉此而被吸引通過該孔洞。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之方法，更包括下列步驟：連接一真空幫浦至該固定裝置。
  14. 一種用於調節一電子裝置製造系統之一元件的系統，包括：一調節腔室；一氣體供應源，其連接至該調節腔室；一固定裝置，其用於支撐該元件於該調節腔室內； 一真空幫浦，其連接至該固定裝置；以及一上電極與一下電極，其用於在該調節腔室內部產生一電漿；其中該固定裝置係進一步用於吸引該電漿通過該元件之一孔洞。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之系統，其中該上電極包括該調節腔室之一壁。
  16. 如申請專利範圍第14項所述之系統，其中該下電極包括該固定裝置。
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