TWI555112B - 半導體製程設備以及預防破片的方法 - Google Patents

Description

半導體製程設備以及預防破片的方法

本發明是有關於一種製程設備以及製程方法，且特別是有關於一種半導體製程設備以及預防破片的方法。

半導體製程設備常使用靜電吸盤作為基板的承接盤。此靜電吸盤是利用靜電吸附原理來固定基板。在半導體製程結束後，通常會先排出基板與靜電吸盤之間的氣體，再除去靜電吸盤的靜電，以利基板移出腔體。在除去靜電時，基板與靜電吸盤之間不再有靜電吸附力。此時，若基板的背壓(back pressure)大於基板上方的氣體壓力(即腔體內的氣體壓力)會形成一股向上的衝擊力。此衝擊力容易導致基板破片，而不得不報廢基板。除了報廢基板之外，基板破片還會汙染腔體以及損害到腔體內的零組件，導致機台無法正常運作，而需停機清理以及更換零組件。上述種種都將導致重大的成本支出。是以，如何改善因氣體壓力不平衡所導致的破片問題，實為此領域技術人員亟欲解決的問題之一。

本發明提供一種半導體製程設備，其具有平衡壓力機制。

本發明提供一種預防破片的方法，其可改善習知因氣體壓力不平衡所導致的破片問題。

本發明的一種半導體製程設備，其適於處理基板。半導體製程設備包括腔體、靜電吸盤、氣體交換管路、進氣排氣單元、壓力調節管路以及壓力調節閥門。靜電吸盤配置於腔體內且適於吸附基板。靜電吸盤包括圖案化溝槽。圖案化溝槽與基板之間形成圖案化氣體通道。氣體交換管路連接圖案化氣體通道。進氣排氣單元連接氣體交換管路。壓力調節管路連接於氣體交換管路與腔體之間。壓力調節閥門配置於壓力調節管路中。

在本發明的一實施例中，上述的進氣排氣單元包括鈍氣供應源、導入閥以及排氣閥單元。導入閥連接鈍氣供應源。氣體交換管路連接於導入閥與圖案化氣體通道之間以及圖案化氣體通道與排氣閥單元之間。

在本發明的一實施例中，上述的鈍氣供應源為氦氣供應源。

在本發明的一實施例中，上述的排氣閥單元包括第一排氣閥、第二排氣閥以及限流單元。第一排氣閥位於第一管路中。第二排氣閥以及限流單元位於第二管路中。半導體製程設備更包括第一泵浦。第一管路與第二管路分別連接於氣體交換管路與第一泵浦之間。

在本發明的一實施例中，上述的壓力調節閥門由第一線路控制。第一排氣閥由第二線路控制。第一線路與第二線路彼此並聯。半導體製程設備更包括延遲開關。延遲開關與第一線路串聯，且驅動壓力調節閥門的控制訊號先通過延遲開關再通過第一線路。

在本發明的一實施例中，上述的半導體製程設備更包括連接腔體的製程氣體供應源、連接腔體的第二泵浦以及連接於腔體與第二泵浦之間的製程壓力控制閥。

在本發明的一實施例中，上述的半導體製程設備為蝕刻設備。

本發明的一種預防破片的方法，其適於應用在半導體製程之後。預防破片的方法包括：在利用半導體製程處理基板之後，將承載基板的靜電吸盤與基板之間的圖案化氣體通道中的氣體排出；平衡圖案化氣體通道與基板所在的腔體的氣體壓力；以及在平衡圖案化氣體通道與腔體的氣體壓力一段期間之後，去除靜電吸盤的靜電。

在本發明的一實施例中，上述的平衡圖案化氣體通道與腔體的氣體壓力的方法包括將連通腔體與圖案化氣體通道的壓力調節管路中的壓力調節閥門開啟。

在本發明的一實施例中，上述在圖案化氣體通道中的氣體排出一段期間之後，再平衡圖案化氣體通道與腔體的氣體壓力。

在本發明的一實施例中，上述在去除靜電吸盤的靜電的 同時，繼續將圖案化氣體通道中的氣體排出且繼續平衡圖案化氣體通道與腔體的氣體壓力。

在本發明的一實施例中，上述在排出圖案化氣體通道中的氣體之前，停止供應圖案化氣體通道中的氣體。

在本發明的一實施例中，上述的預防破片的方法更包括在去除靜電吸盤的靜電之後，將基板升起。

在本發明的一實施例中，上述的半導體製程為蝕刻製程。

基於上述，本發明上述實施例的半導體製程設備在氣體交換管路與腔體之間設置壓力調節管路以及控制此壓力調節管路開與關的壓力調節閥門。藉由開啟壓力調節閥門，可連通圖案化氣體通道與腔體，從而有助於平衡圖案化氣體通道與腔體的氣體壓力。此外，本發明上述實施例的預防破片的方法在半導體製程結束之後且在去除靜電吸盤的靜電之前，平衡圖案化氣體通道與腔體的氣體壓力，因而能夠預防習知因氣體壓力不平衡所導致的破片問題。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

100‧‧‧半導體製程設備

110‧‧‧腔體

120‧‧‧靜電吸盤

130‧‧‧氣體交換管路

140‧‧‧進氣排氣單元

142‧‧‧鈍氣供應源

144‧‧‧導入閥

146‧‧‧排氣閥單元

146A‧‧‧第一排氣閥

146B‧‧‧第二排氣閥

146C‧‧‧限流單元

150‧‧‧壓力調節管路

160‧‧‧壓力調節閥門

170‧‧‧製程氣體供應源

180‧‧‧製程壓力控制閥

190‧‧‧製程壓力計

A、AA‧‧‧氣體

AS‧‧‧氣體源

C‧‧‧延遲開關

CH‧‧‧圖案化氣體通道

CHA‧‧‧環狀氣體通道

EMV‧‧‧電磁閥

LP‧‧‧頂針

P1‧‧‧第一泵浦

P2‧‧‧第二泵浦

PL1‧‧‧第一管路

PL2‧‧‧第二管路

PL3‧‧‧第三管路

PL4‧‧‧第四管路

S1、S2、S3、S4‧‧‧步驟

SC1‧‧‧第一線路

SC2‧‧‧第二線路

SIG‧‧‧訊號源

SUB‧‧‧基板

T‧‧‧圖案化溝槽

TT‧‧‧環狀溝槽

T1、T2‧‧‧期間

圖1A是依照本發明的一實施例的一種半導體製程設備的示意圖。

圖1B是圖1A中靜電吸盤的上視示意圖。

圖1C是圖1A中靜電吸盤的局部剖面示意圖。

圖1D是圖1A中第一排氣閥與壓力調節閥門的方塊圖。

圖1E是圖1A中壓力調節閥門的一種實施型態。

圖2是依照本發明的一實施例的一種預防破片的方法的流程圖。

圖3是圖1A中半導體製程設備應用所述預防破片的方法的時序圖。

圖1A是依照本發明的一實施例的一種半導體製程設備的示意圖。圖1B是圖1A中靜電吸盤的上視示意圖。圖1C是圖1A中靜電吸盤的局部剖面示意圖。圖1D是圖1A中第一排氣閥與壓力調節閥門的方塊圖。圖1E是圖1A中壓力調節閥門的一種實施型態。圖2是依照本發明的一實施例的一種預防破片的方法的流程圖。圖3是圖1A中半導體製程設備應用所述預防破片的方法的時序圖。請先參照圖1A至圖1C，本實施例的半導體製程設備100適於處理基板SUB。所述處理基板SUB可以是對基板SUB進行蝕刻製程，亦即，半導體製程設備100可以是蝕刻設備，但不限於此。

半導體製程設備100包括腔體110、靜電吸盤120、氣體交換管路130、進氣排氣單元140、壓力調節管路150以及壓力調 節閥門160。靜電吸盤120配置於腔體110內且適於吸附基板SUB。如圖1B所示，靜電吸盤120包括圖案化溝槽T。圖案化溝槽T例如包括多個環狀溝槽TT。各環狀溝槽TT的形狀可以是一封閉的圓形，且這些環狀溝槽TT可具有相同的圓心。此外，這些環狀溝槽TT可分別藉由未繪示的管路而彼此連通於靜電吸盤120的內部，亦即，這些環狀溝槽TT中的氣體藉由未繪示的管路而彼此流通。如圖1C所示，當靜電吸盤120吸附基板SUB時，圖案化溝槽T與基板SUB之間形成圖案化氣體通道CH。具體地，各環狀溝槽TT與基板SUB之間形成一環狀氣體通道CHA，且這些環狀氣體通道CHA共同組成圖案化氣體通道CH。

如圖1A及圖1C所示，氣體交換管路130連接於圖案化氣體通道CH與進氣排氣單元140之間，以作為兩者傳遞氣體的媒介。具體地，來自進氣排氣單元140的氣體A經由氣體交換管路130而進入圖案化氣體通道CH，而圖案化氣體通道CH中的氣體A亦藉由氣體交換管路130而再次回到進氣排氣單元140。

進氣排氣單元140例如包括鈍氣供應源142、導入閥144以及排氣閥單元146。鈍氣供應源142用以提供圖案化氣體通道CH中的氣體A。舉例而言，鈍氣供應源142為氦氣供應源，而氣體A為氦氣，但不限於此。

導入閥144連接鈍氣供應源142，用以控制鈍氣供應源142的氣體流量。氣體交換管路130連接於導入閥144與圖案化氣體通道CH之間以及圖案化氣體通道CH與排氣閥單元146之間。 因此，通過導入閥144的氣體A可經由氣體交換管路130而進入圖案化氣體通道CH，而圖案化氣體通道CH中的氣體A可藉由氣體交換管路130以及排氣閥單元146而排出。

在本實施例中，排氣閥單元146包括第一排氣閥146A、第二排氣閥146B以及限流單元146C。第一排氣閥146A位於第一管路PL1中。第二排氣閥146B以及限流單元146C位於第二管路PL2中，且第二管路PL2中的氣體A先通過第二排氣閥146B再通過限流單元146C，以藉由限流單元146C控制第二排氣閥146B的氣體流量。舉例而言，限流單元146C可以是一孔口流量計(orifice)，但不限於此。半導體製程設備100可進一步包括第一泵浦P1，且第一管路PL1與第二管路PL2分別連接於氣體交換管路130與第一泵浦P1之間，以藉由第一泵浦P1抽出氣體A。第一泵浦P1例如為乾式泵(dry pump)，但不限於此。

壓力調節管路150連接於氣體交換管路130與腔體110之間，且壓力調節管路150藉由氣體交換管路130而連通腔體110與圖案化氣體通道CH。壓力調節閥門160配置於壓力調節管路150中，以控制腔體110與圖案化氣體通道CH是否連通。

在本實施例中，半導體製程設備100可進一步包括製程氣體供應源170、第二泵浦P2以及連接於腔體110與第二泵浦P2之間的製程壓力控制閥180。製程氣體供應源170連接腔體110，用以提供製程所需之氣體。舉例而言，製程氣體供應源170可包括未繪示的多個氣體供應源、多個氣動閥、多個流量控制器以及 一入氣總閥，但不限於此。第二泵浦P2連接腔體110，用以大量排出腔體110中的氣體。舉例而言，第二泵浦P2為渦輪泵(turbo pump)，但不限於此。第二泵浦P2與第一泵浦P1可藉由第三管路PL3而彼此連接。此外，第一管路PL1以及第二管路PL2的末端例如彼此連接且經由與第三管路PL3連接的第四管路PL4而與第一泵浦P1連接，但不限於此。

再者，依據不同的需求，半導體製程設備100還可進一步包括其他構件，例如進一步包括製程壓力計190，以隨時監控腔體110中的氣體壓力。

在半導體製程時，如蝕刻製程時，腔體110中的氣體依序經由製程壓力控制閥180、第二泵浦P2、第三管路PL3以及第一泵浦P1排出。此外，製程所需之氣體由製程氣體供應源170供應。此時，靜電吸盤120開啟，以固定基板SUB。此外，鈍氣供應源142以及導入閥144亦開啟，以供應氣體A至圖案化氣體通道CH中。並且，第二排氣閥146B亦開啟，且第二排氣閥146B藉由限流單元146C控制氣體A的排出量。另一方面，壓力調節閥門160在半導體製程時是全程關閉的。

如圖1A、圖2及圖3所示，在利用半導體製程處理基板SUB之後(步驟S1)，製程氣體供應源170隨即關閉。此時，由於腔體110內處於低壓狀態，因此需先排空圖案化氣體通道CH中的氣體A(步驟S2)，以藉由降低基板SUB的背壓來降低基板SUB上、下方的壓差。排空圖案化氣體通道CH中的氣體A的方法包 括關閉鈍氣供應源142(例如可藉由關閉導入閥144來停止氣體A的供應)以及開啟第一排氣閥146A，以大量抽出圖案化氣體通道CH中的氣體A。此時，第二排氣閥146B呈關閉狀態。

理論上，在抽背壓之後，背壓(即圖案化氣體通道CH中的氣體壓力)會趨近0。然而，在不正常狀態下，背壓會隨時間而逐漸上升。若除去靜電吸盤120的靜電時，背壓超過門檻值，則基板SUB會因其上、下方之壓差過大而破片。有鑒於此，本實施例的半導體製程設備100在氣體交換管路130與腔體110之間設置壓力調節管路150以及控制此壓力調節管路150開與關的壓力調節閥門160。在半導體製程結束之後且在去除靜電吸盤120的靜電之前，藉由開啟壓力調節閥門160，以連通圖案化氣體通道CH與腔體110，從而能夠平衡圖案化氣體通道CH與腔體110的氣體壓力(步驟S3)，而有助於預防習知因氣體壓力不平衡所導致的破片問題。

在本實施例中，壓力調節閥門160是在圖案化氣體通道CH中的氣體A排出一段期間T1之後才開啟，亦即，壓力調節閥門160是在第一排氣閥146A開啟一段期間T1之後才開啟。在開啟壓力調節閥門160之前，藉由先開啟第一排氣閥146A以排出圖案化氣體通道CH中的至少部分氣體A，可降低腔體110與圖案化氣體通道CH之間的壓差。如此一來，壓力調節閥門160開啟時，可降低圖案化氣體通道CH中的氣體A經由壓力調節管路150進入腔體110中的機率。也就是說，延遲壓力調節閥門160開啟的 時間有助於維持腔體110的真空度。

延遲壓力調節閥門160開啟的時間的方法例如是透過圖1D中延遲開關C的設置。如圖1D所示，圖1A中的壓力調節閥門160例如由第一線路SC1控制，且圖1A中的第一排氣閥146A例如由第二線路SC2控制。第一線路SC1與第二線路SC2彼此並聯且連接至同一個訊號源SIG。訊號源SIG輸出控制訊號以開啟壓力調節閥門160以及第一排氣閥146A。亦即，第一線路SC1與第二線路SC2經由相同的控制訊號作動。在本實施例中，第一線路SC1與延遲開關C串聯，且延遲開關C設置在訊號源SIG與第一線路SC1之間。如此，驅動壓力調節閥門160的控制訊號會先通過延遲開關C且經延遲開關C的作用(延遲)之後再通過第一線路SC1，所以壓力調節閥門160接收到控制訊號的時間會晚於第一排氣閥146A接收到控制訊號的時間。因而，壓力調節閥門160在圖案化氣體通道CH中的氣體A排出一段期間T1之後才開啟。所述期間T1例如是3秒，但不限於此。在另一實施例中，期間T1也可為0，亦即，壓力調節閥門160與第一排氣閥146A可同時開啟。

另外，如圖1E所示，圖1D中的第一線路SC1例如包括電磁閥EMV，且延遲開關C與電磁閥EMV耦接。壓力調節閥門160例如是氣動式閥門，其可包括一氣體源AS。當壓力調節閥門160接收到控制訊號時，電磁閥EMV開啟，使氣體源AS的氣體AA通過電磁閥EMV而傳遞至壓力調節閥門160。傳遞至壓力調 節閥門160的氣體AA開啟壓力調節閥門160，而讓腔體110與圖案化氣體通道CH連通。然而，壓力調節閥門160的種類不限於圖1E所繪示者。舉例而言，壓力調節閥門160也可以是電磁式閥門，但不限於此。

請再參照圖1A、圖2及圖3，在平衡圖案化氣體通道CH與腔體110的氣體壓力一段期間之後，去除靜電吸盤120的靜電(步驟S4)。所述一段期間可以是幾秒，但此期間的長短應視實際製程情況而定，而不應以此為限。

去除靜電吸盤120的靜電的方法可參照圖3。若靜電吸盤120原本藉由提供正電去吸附基板SUB，則去除靜電的方法例如包括關閉靜電吸盤120，再開啟靜電吸盤120並提供負電，亦即，利用正負電中和來去除靜電。在本實施例中，改變電性的期間T2例如為0.6秒，但不限於此。

在去除靜電之後，則可關閉靜電吸盤120、壓力調節閥門160以及第一排氣閥146A。圖3雖繪示靜電吸盤120、壓力調節閥門160以及第一排氣閥146A同時關閉，但本發明不限於此，實際的關閉情況可視不同的電路設計而改變。此外，去除靜電之後，還可藉由圖1B中的頂針LP將基板SUB升起，以利將基板SUB移出腔體110。

綜上所述，本發明上述實施例的半導體製程設備在氣體交換管路與腔體之間設置壓力調節管路以及控制此壓力調節管路開與關的壓力調節閥門。藉由開啟壓力調節閥門，可連通圖案化 氣體通道與腔體，從而有助於平衡圖案化氣體通道與腔體的氣體壓力。此外，本發明上述實施例的預防破片的方法在半導體製程結束之後且在去除靜電吸盤的靜電之前，平衡圖案化氣體通道與腔體的氣體壓力，因而能夠預防習知因氣體壓力不平衡所導致的破片問題。雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧半導體製程設備

110‧‧‧腔體

120‧‧‧靜電吸盤

130‧‧‧氣體交換管路

140‧‧‧進氣排氣單元

142‧‧‧鈍氣供應源

144‧‧‧導入閥

146‧‧‧排氣閥單元

146A‧‧‧第一排氣閥

146B‧‧‧第二排氣閥

146C‧‧‧限流單元

150‧‧‧壓力調節管路

160‧‧‧壓力調節閥門

170‧‧‧製程氣體供應源

180‧‧‧製程壓力控制閥

190‧‧‧製程壓力計

CH‧‧‧圖案化氣體通道

P1‧‧‧第一泵浦

P2‧‧‧第二泵浦

PL1‧‧‧第一管路

PL2‧‧‧第二管路

PL3‧‧‧第三管路

PL4‧‧‧第四管路

SUB‧‧‧基板

Claims (14)

1. 一種半導體製程設備，適於處理一基板，該半導體製程設備包括：一腔體；一靜電吸盤，配置於該腔體內且適於吸附該基板，該靜電吸盤包括一圖案化溝槽，該圖案化溝槽與該基板之間形成一圖案化氣體通道；一氣體交換管路，連接該圖案化氣體通道；一進氣排氣單元，連接該氣體交換管路；一壓力調節管路，連接於該氣體交換管路與該腔體之間；以及一壓力調節閥門，配置於該壓力調節管路中。
2. 如申請專利範圍第1項所述的半導體製程設備，其中該進氣排氣單元包括一鈍氣供應源、一導入閥以及一排氣閥單元，該導入閥連接該鈍氣供應源，該氣體交換管路連接於該導入閥與該圖案化氣體通道之間以及該圖案化氣體通道與該排氣閥單元之間。
3. 如申請專利範圍第2項所述的半導體製程設備，其中該鈍氣供應源為一氦氣供應源。
4. 如申請專利範圍第2項所述的半導體製程設備，其中該排氣閥單元包括一第一排氣閥、一第二排氣閥以及一限流單元，該第一排氣閥位於一第一管路中，該第二排氣閥以及該限流單元位 於一第二管路中，該半導體製程設備更包括一第一泵浦，該第一管路與該第二管路分別連接於該氣體交換管路與該第一泵浦之間。
5. 如申請專利範圍第4項所述的半導體製程設備，其中該壓力調節閥門由一第一線路控制，該第一排氣閥由一第二線路控制，該第一線路與該第二線路彼此並聯，該半導體製程設備更包括：一延遲開關，與該第一線路串聯，且驅動該壓力調節閥門的控制訊號先通過該延遲開關再通過該第一線路。
6. 如申請專利範圍第1項所述的半導體製程設備，更包括：一製程氣體供應源，連接該腔體；一第二泵浦，連接該腔體；以及一製程壓力控制閥，連接於該腔體與該第二泵浦之間。
7. 如申請專利範圍第1項所述的半導體製程設備，其中該半導體製程設備為一蝕刻設備。
8. 一種預防破片的方法，適於應用在一半導體製程之後，該預防破片的方法包括：在利用該半導體製程處理一基板之後，將承載該基板的一靜電吸盤與該基板之間的一圖案化氣體通道中的氣體排出；平衡該圖案化氣體通道與該基板所在的一腔體的氣體壓力；以及在平衡該圖案化氣體通道與該腔體的氣體壓力一段期間之 後，去除該靜電吸盤的靜電。
9. 如申請專利範圍第8項所述的預防破片的方法，其中平衡該圖案化氣體通道與該腔體的氣體壓力的方法包括將連通該腔體與該圖案化氣體通道的一壓力調節管路中的一壓力調節閥門開啟。
10. 如申請專利範圍第8項所述的預防破片的方法，其中在該圖案化氣體通道中的氣體排出一段期間之後，再平衡該圖案化氣體通道與該腔體的氣體壓力。
11. 如申請專利範圍第8項所述的預防破片的方法，其中在去除該靜電吸盤的靜電的同時，繼續將該圖案化氣體通道中的氣體排出且繼續平衡該圖案化氣體通道與該腔體的氣體壓力。
12. 如申請專利範圍第8項所述的預防破片的方法，在排出該圖案化氣體通道中的氣體之前，停止供應該圖案化氣體通道中的氣體。
13. 如申請專利範圍第8項所述的預防破片的方法，更包括：在去除該靜電吸盤的靜電之後，將該基板升起。
14. 如申請專利範圍第8項所述的預防破片的方法，其中該半導體製程為蝕刻製程。