TWI623960B - 半導體製造設備及其處理方法 - Google Patents

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瓊 麥可卻斯尼
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蘭姆研究公司
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Abstract

提出用以控制半導體製造腔室中之介電窗的溫度之方法、系統、及電腦程式。一設備包括一空氣放大器、一充氣室、一加熱器、一溫度感測器、及一控制器。該空氣放大器連接至加壓氣體並於啟動時產生一空氣流。該空氣放大器亦連接至該充氣室及該加熱器。該充氣室接收該空氣流並將該空氣流分佈在電漿腔室的窗上面。當加熱器啟動時，該空氣流在處理期間被加熱，而當加熱器沒有啟動時，該空氣流使該窗冷卻。該溫度感測器位於電漿腔室的該窗附近，且該控制器係用以基於溫度感測器所測量到的溫度而啟動空氣放大器及加熱器。

Description

半導體製造設備及其處理方法
本發明係關於用以控制半導體製造裝置中的溫度之方法、系統、及電腦程式。
可利用電漿處理裝置將材料從基板蝕刻掉，該基板可由例如半導體或玻璃所形成。電漿處理裝置可含有一將電漿處理氣體封閉之真空腔室，該電漿處理氣體可被離子化並轉化為電漿。例如，一賦能來源(射頻(RF)、微波、或其他來源)可將能量施加至處理氣體以產生電漿。在一些電漿處理裝置中，可透過一介電窗傳輸該能量，該介電窗穿過該真空腔室。因此，該介電窗可能遭受由電磁能量所引發的熱。此外，由於處理條件所導致之電磁能量上的變化，該加熱作用可能局部化在特定的介電窗區域。介電窗可具有二加熱來源。首先，該窗的介電特性(tangent-δ)可導致射頻(RF)或微波功率的直接吸收。第二，該賦能來源所產生的電漿可間接將該窗加熱。此外，由於該來源的設計(天線結構等)及電漿狀態，該加熱作用可均勻地分佈在介電窗的各處或局部化在介電窗的特定區域。
熱能可被動地(換言之，沒有冷卻裝置)從介電窗被移除，或以冷卻裝置(例如，液體冷卻系統或風扇冷卻系統)加以移除。液體冷卻系統可能是有效率的，但比被動冷卻或風扇冷卻系統更加昂貴。此外，更難以在遭受電磁能 量的環境中實行液體冷卻系統。例如，液體冷卻可造成局部化的冷卻，而局部化的冷卻會導致熱梯度及熱裂縫。液體的介電特性不同於周圍的陶瓷導致了RF功率的非均勻傳輸。例如，該液體可能為傳導性的，而這會導致RF功率在液體中消散。該液體可能容易遭受成核作用且可能難以將其貯存在冷卻系統中。
例如藉由對流，可將風扇冷卻系統用於介電窗的冷卻。然而，風扇冷卻系統可能是沒有效率的，且難以應用在相對熱負載較高的局部區域，該熱負載係由賦能來源於介電窗中所引發。具體而言，適合用於電漿處理裝置之風扇冷卻系統對於遭受高背壓時之散熱是無效率的。
因此，有必要存在用以冷卻電漿處理裝置之介電窗的替代裝置。在此背景下產生了本發明。
提出用以管理半導體製造腔室中的介電窗之溫度的系統、方法、及電腦程式。吾人應了解本發明可以許多方式加以實行，例如方法、設備、系統、裝置、或在電腦可讀媒體上之電腦程式。以下描述幾個實施例。
在一實施例中，一設備包括一空氣放大器(air amplifier)、一充氣室、一加熱器、一溫度感測器、及一控制器。該空氣放大器連接至加壓氣體(例如，壓縮空氣)並於啟動時產生一空氣流。該空氣放大器亦連接至該充氣室及該加熱器。該充氣室接收該空氣流並將該空氣流分佈在電漿腔室的窗上面。當加熱器啟動時，該空氣流在處理期間被加熱。該溫度感測器位於電漿腔室的該窗附近，且該控制器係用以基於溫度感測器所測量到的溫度而啟動空氣放大器及/或加熱器。
在另一實施例中，提供一種處理半導體配備的方法。該方法包括下列操作：首次啟動一空氣放大器，其中該空氣放大器係用以產生一空氣流； 及首次啟動一連接至該空氣放大器的加熱器以加熱該空氣流。該空氣流係分佈於電漿腔室的窗上面。另外，該方法包括另一操作，用以於該窗的溫度達到第一預定值時停止該空氣放大器及加熱器。該方法包括另一操作，用以於該溫度達到第二預定值時第二次啟動該空氣放大器(沒有啟動該加熱器)以冷卻該窗。接著在該溫度低於第三預定值時啟動該空氣放大器。在一實施例中，藉由處理器執行該方法之操作。
在再另一實施例中，一製造半導體的設備包括複數空氣放大器、一充氣室、複數加熱器、一或更多溫度感測器、及一控制器。複數空氣放大器連接至加壓氣體，每一空氣放大器於啟動時產生一空氣流。該充氣室包括複數區段，每一區段連接至一各別的空氣放大器，其中每一區段從各別的空氣放大器接收空氣流且每一區段將空氣流分佈於電漿腔室的窗上面。每一加熱器連接至各別的空氣放大器，使得當每一加熱器於該電漿腔室中的處理期間啟動時該空氣流被加熱。該一或更多溫度感測器位於該電漿腔室的該窗附近，且該控制器係用以基於一或更多溫度感測器所測量到的一或更多溫度而啟動每一空氣放大器及啟動每一加熱器。
從以下配合隨附圖式所做出之詳細描述，將更清楚本發明的其他態樣。
10‧‧‧介電窗
14‧‧‧空氣暴露表面
20‧‧‧真空腔室
22‧‧‧壓力控制腔室
24‧‧‧基板
26‧‧‧加熱器
30‧‧‧能量來源
32‧‧‧內線圈
34‧‧‧外線圈
40‧‧‧充氣室
42‧‧‧入口
44‧‧‧出口
46‧‧‧環節
48‧‧‧分隔牆
50‧‧‧導管
60‧‧‧空氣放大器
62‧‧‧入口
64‧‧‧排氣部
66‧‧‧控制輸入端
68‧‧‧加壓空氣
70‧‧‧空氣
72‧‧‧輸入空氣
74‧‧‧加熱器元件
80‧‧‧加壓空氣
82‧‧‧調節器
84‧‧‧溫度感測器
86‧‧‧外充氣室
100‧‧‧電漿處理裝置
104‧‧‧系統控制器
106‧‧‧電漿配方設定
108‧‧‧RF產生器
110‧‧‧匹配網路
120‧‧‧匹配網路
122‧‧‧第二RF產生器
140‧‧‧充氣室環節
144‧‧‧出口
702‧‧‧冷卻及加熱結構
802‧‧‧操作
804‧‧‧操作
806‧‧‧操作
808‧‧‧操作
810‧‧‧操作
812‧‧‧操作
814‧‧‧操作
816‧‧‧操作
818‧‧‧操作
820‧‧‧操作
822‧‧‧操作
824‧‧‧游標控制器
828‧‧‧RAM
830‧‧‧網路介面
832‧‧‧網路
834‧‧‧可移除式媒體裝置
844‧‧‧CPU
848‧‧‧系統控制器程式
850‧‧‧匯流排
852‧‧‧ROM
854‧‧‧大量儲存裝置
858‧‧‧顯示器
860‧‧‧I/O介面
862‧‧‧鍵盤
902‧‧‧操作
904‧‧‧操作
906‧‧‧操作
908‧‧‧操作
910‧‧‧操作
952‧‧‧線
954‧‧‧線
956‧‧‧線
tn‧‧‧溫度
tl‧‧‧溫度
ts‧‧‧溫度
t0‧‧‧時間點
t1‧‧‧時間點
t2‧‧‧時間點
t3‧‧‧時間點
t4‧‧‧時間點
t5‧‧‧時間點
t6‧‧‧時間點
參考以下配合隨附圖式所做的詳細描述可以最好地理解本發明。
根據本文中顯示及描述的一或更多實施例，圖1示意性地描繪一電漿處理裝置。
根據本文中顯示及描述的一或更多實施例，圖2示意性地描繪一充氣室。
根據本文中顯示及描述的一或更多實施例，圖3示意性地描繪一充氣室環節。
根據一實施例，圖4A繪示一加熱器元件，該加熱器元件連接至空氣放大器以將空氣流加熱。
根據一實施例，圖4B繪示一加熱器元件，該加熱器元件係串接於空氣放大器與貼附至該充氣室的導管之間。
根據一實施例，圖5繪示在介電窗上的直接空氣流供應而無須充氣室。
根據一實施例，圖6繪示一具有複數充氣室之腔室。
圖7A-7D繪示幾個利用壓縮空氣來冷卻該腔室窗之不同配置實施例。
根據一實施例，圖8為一方法的流程圖，該方法係用以在處理期間內管理該窗的溫度。
根據一實施例，圖9為一方法之流程圖，該方法係用以管理該腔室窗之溫度。
根據一實施例，圖10A為一曲線圖，顯示以空氣冷卻該窗之不同測試的結果。
圖10B繪示一實施例，用以隨著時間而控制介電窗之溫度。
圖11為用以實行本文中所描述之實施例的電腦系統之簡化示意圖。
以下實施例描述一種方法及設備，用以控制半導體製造設備中之溫度，更具體而言，用以控制RF腔室中之介電窗之溫度。
顯而易見的，本發明可被實行而無須這些特定細節其中的一些或全部。在其他情況下，為了不對本發明造成不必要地混淆，眾所周知的處理操作則沒有被詳述。
根據本文中顯示及描述之一或更多實施例，圖1示意性地描繪一電漿處理裝置。該電漿處理裝置通常包含：一真空腔室；一介電窗，該介電窗密封該真空腔室中的一開口；一能量來源；至少一空氣放大器；及至少一加熱元件。本文中將更詳細地描述該電漿處理裝置及該電漿處理裝置之操作的各樣實施例。
電漿處理裝置100包含一真空腔室20，用以在基板24的處理期間封閉電漿處理氣體及電漿。真空腔室20可由可被設定為基準電位之金屬材料形成。基板24可位於真空腔室20中以進行處理。真空腔室20可封閉電漿處理氣體，處理氣體可包含鹵素或鹵素元素，舉例來說，例如氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)、碘(I)、及砈(At)。此外，具體的處理氣體可包括CClF3、C4F8、C4F6、CHF3、CH2F3、CF4、HBr、CH3F、C2F4、N2、O2、Ar、Xe、He、H2、NH3，SF6，BCl3、Cl2、及其他可以被離子化的氣體。
電漿處理裝置100包含一介電窗10，電磁能量可透過該介電窗而傳輸。介電窗10包含一電漿暴露表面及一空氣暴露表面14，其中該電漿暴露表面被配置為暴露於真空腔室20的內部。介電窗10係由可傳輸電磁能量(例如，具有100kHz至100MHz之頻率範圍的電磁能量)之介電材料製成。合適的介電材料包括石英、及包含例如鋁氮化物(AlN)、鋁氧化物(Al2O3)、或任何其它具有類似傳輸特性的耐火材料之陶瓷。
一能量來源30產生足以將電漿處理氣體離子化的電磁能量。該能量來源30可包括一內線圈32及一外線圈34。吾人應注意該能量來源30可包括被形成為任何適於產生電磁能量之形狀的線圈，舉例而言，例如相對於彼此以角 度的轉動而形成之多面同心部(faceted concentric segments)、螺線管狀的導體、環形的導體、或其組合。
能量來源30可有能力產生寬廣功率範圍之電磁能量，舉例而言，例如在一些實施例中約50W至約20kW、在一實施例中大於約2kW、在另一實施例中約3kW、或在再另一實施例中約4.5kW。在一些實施例中，內線圈32及外線圈34彼此電導耦合。在其他實施例中，可藉由多重RF產生器為多重線圈提供電源。吾人應注意，雖然能量來源30被描繪為多線圈RF來源，該能量來源可為任何有能力產生電磁能量以產生感應耦合電漿之裝置，該裝置例如為(但不限於)：射頻(RF)來源、電子迴旋共振器(ECR)、微波喇叭、槽式天線、或螺旋電漿來源(helicon source)，該螺旋電漿來源使用環繞著圓柱窗包覆之螺旋天線。電漿處理裝置100可以可選性地包含一充氣室40，該充氣室係用以引導在介電窗10上面的空氣流。
在電漿處理裝置100的一實施例中，真空腔室20可連接至介電窗10。例如，真空腔室20的一開口可至少一部份地被介電窗10封閉。具體而言，在電漿處理裝置100的操作期間內，介電窗10的電漿暴露表面可暴露於電漿及/或電漿處理氣體。吾人應注意，雖然介電窗10在圖1中被描繪為連接至真空腔室20的頂部，但介電窗10可封閉真空腔室20任何適於接收電磁能量的部分。
在一些實施例中，電漿處理裝置100可包括一加熱器26，該加熱器係用以加熱部分的介電窗10並減少介電窗10內的應力。其他實施例在電漿處理裝置100中可不包括加熱器26。另外，如以下將參照圖4-6更詳細地描述，其他實施例可包括一加熱器元件，該加熱器元件連接至空氣放大器以將介電窗10加熱。
可將能量來源30配置在真空腔室20的外面並與介電窗10相鄰。可將充氣室40設置為與能量來源30及介電窗10相鄰，俾使充氣室40與介電窗10的 空氣暴露表面14為流體連通。在一實施例中，將充氣室40設置在內線圈32與外線圈34之間。
在操作期間，能量來源30透過介電窗10將電磁能量傳輸進真空腔室20中以將至少一部份的電漿處理氣體轉化成電漿。一部分的電磁能量被轉化為可被介電窗10吸收之熱能。具體而言，根據介電窗10的介電特性，一些電磁能量可轉變為熱，而在腔室將電漿處理氣體離子化之後另外一部分的電磁能量可被介電窗10吸收(例如，電漿可經由電漿暴露表面將介電窗10加熱)。因此，電磁能量可增加介電窗10的溫度。在一些實施例中，電磁能量係異向性的，使得不同部分的介電窗10受到不同量的電磁能量。吾人相信在介電窗10中所引發的熱可能與透過介電窗10所傳輸的電磁能量的量相關聯。例如在本文所描述的實施例中，大於約40%的電磁能量可被介電窗10吸收為熱。介電窗可至少吸收約0.4kW的電磁能量作為熱，例如在一實施例中大於約1kW、在另一實施例中約1.5kW、或在再另一實施例中約2.25kW。因此，提高溫度的區域(熱點)可能形成在受到相對較大量的由電磁能量所引發的熱之介電窗10的部分(相對於介電窗10的其他部分)。
電漿處理裝置100包含至少一空氣放大器60，該空氣放大器係用以將空氣提供至充氣室40。一或更多導管50將空氣放大器60連接至充氣室40。吾人應注意，雖然圖1描繪四空氣放大器60及四導管50，但電漿處理裝置100可具有足以對介電窗10提供充足冷卻的任何數量之空氣放大器60及導管50。以下描述幾個實施例，這幾個實施例包括在介電窗10上方不同位置之不同數量的充氣室。另外，一些實施例可在介電窗10上提供空氣流而無須使用充氣室。
供應至充氣室40的空氣可被動地被清除。例如，可將充氣室40設置於一壓力控制腔室22內。可將該壓力控制腔室22維持在一較環境壓力更低的壓力，且充氣室40的出口44可將空氣直接清除進入壓力控制腔室22。可經由 一排氣系統(未於圖1中顯示)將清除的空氣從壓力控制腔室22移除。在另一實施例中，可將該壓力控制腔室22維持在一較環境壓力更高的壓力，且充氣室40的出口44可將空氣直接清除進入壓力控制腔室22中。可經由一通氣孔(未於圖1中顯示)將清除的空氣從壓力控制腔室22中移除。在另外的實施例中，充氣室可與排氣導管(未於圖1中顯示)為流體連通以被動地將空氣排除至電漿處理裝置100外。
額外地或替代性地，可主動地將空氣從充氣室40排除。例如，一或更多空氣放大器60可與充氣室40為流體連通並用以將空氣從充氣室40移除。因此，雖然圖1將導管50描繪為只能輸入的裝置，但導管50可用以提供空氣及/或將空氣從充氣室40移除。此外，雖然圖1將空氣放大器60描繪為將空氣提供至充氣室40，但空氣放大器60的入口62可與充氣室40的出口44為流體連通以將空氣從充氣室40移除。
以至少一空氣放大器60將空氣流注入可產生大量的背壓，而這可抑制朝向介電窗10的空氣流。根據一些實施例，充氣室40通常被加壓到至少約1英吋水柱的背壓，舉例而言，例如在一實施例中大於約2英吋水柱。此外，吾人應注意，空氣放大器60的操作不要求背壓。
根據本文中顯示及描述的一或更多實施例，圖2示意性地描繪一充氣室。充氣室40被形成為部分封閉體且包含一或更多入口42及一或更多出口44。因此，充氣室40的入口42可接收空氣並將其引入具有背壓之壓力區域，該壓力區域至少部分地被充氣室40包圍。可藉由分隔牆48將充氣室40劃分為複數的環節46(在本文中亦稱為區段)，俾使每一環節包含至少一入口42及至少一出口44。
吾人應注意，雖然充氣室40被描繪為大致環形的，但可將充氣室40形成為任何適於將空氣提供至介電窗10的區域之形狀。在一實施例中，充氣室40係由惰性材料所製成，舉例而言，例如聚四氟乙烯(PTFE或”鐵氟龍”)、聚 醚醚酮(PEEK)、聚醚醯亞胺(PEI或“ULTEM”)、陶瓷、或其他任何能傳導電磁能量的材料，但是其他材料亦為可能的。
根據本文中顯示及描述的一或更多實施例，圖3示意性地描繪一充氣室環節。可將充氣室40形成為一單件體或可互相結合之多重環節。具體而言，如圖3中所描繪，一充氣室環節140可包括形成在充氣室環節140中的複數出口144。充氣室環節140可為大致上楔形的，且可用以與額外的充氣室環節140結合以封閉一大致上圓柱形的區域或一大致上環形的區域。吾人應注意，本文中描述之充氣室可為任何適於與能量來源30協作並將加壓之冷卻流提供至介電窗10或想要的區域之形狀。
根據一實施例，圖4A繪示一加熱器元件，該加熱器元件連接至空氣放大器以加熱提供至介電窗的空氣流。如上面參照圖1所述，該電漿處理裝置100包含至少一空氣放大器60，用以將空氣提供至充氣室40或直接提供至腔室窗10。每一空氣放大器60包含：一入口，用以接收輸入空氣72；一排氣部64，用以輸出空氣70；及一控制輸入端66，用以接收加壓空氣68(換言之，潔淨乾燥空氣、壓縮空氣)。雖然不受限於任何特定理論，但根據白努利定律(Bernoulli's principle)和康達效應(Coanda effect)，吾人相信注射到控制輸入端66內的加壓空氣68提供了相對大量的空氣70(相較於加壓空氣68本身)。當加熱器74沒有啟動(例如，關閉)時將空氣70的流動做為冷卻空氣使用，而當加熱器74啟動(例如，開啟)時則做為加熱空氣以將冷卻的窗加熱。在一實施例中，充氣室40係環形的且位於內線圈32與外線圈34之間。吾人應注意，雖然圖4A中只顯示一空氣放大器60，但其他空氣放大器可連接至每一連接至充氣室40的導管50。
在一實施例中，在開始處理基板之前啟動(例如，開啟)加熱器元件74以將該窗提升到一預定的溫度。一旦該窗達到預定的溫度，停用(例如，關閉)加熱器元件74，並且在腔室中供應RF以開始電漿處理。在一實施例中，在基 板處理操作的期間內藉由溫度感測器監控該窗的溫度，並且在該溫度達到一第二預定溫度時，啟動空氣放大器60(但沒有啟動加熱器元件74)以將冷卻空氣70提供至TCP窗10。
在該窗冷卻至一第三預定溫度之後，停用空氣放大器60。如此一來，窗10的溫度被維持在一溫度範圍內，避免了窗10上可導致破裂或故障的熱應力。以提供至該窗的空氣流來控制溫度的能力給了設計工程師對於腔室處理的更好控制。例如，在一操作步驟期間的目標係將該窗維持在120℃以下。然而，藉由使用本發明，吾人具有更有效地冷卻該窗的能力，使得該腔室處理可在更低的溫度運作，例如60℃、80℃、50℃與100℃之間的範圍、等。
該加壓空氣68(例如，壓縮空氣)可以一相對較高的速度(相較於空氣放大器60外的空氣)進入空氣放大器60。可將該加壓空氣68引向空氣放大器60的排氣部64。根據康達效應，加壓空氣68可實質上沿著空氣放大器60的環形邊界行進。
該空氣放大器60可用至少約20cfm的速率提供合適的量之空氣70，舉例而言，例如在一實施例中約20cfm至約3000cfm，在另一實施例中約25cfm至約900cfm，在再另一實施例中約30cfm至約230cfm，或在另外一實施例中約125cfm至約230cfm。
在一實施例中，至少一空氣放大器60經由一或更多導管50與充氣室40為流體連通。該一或更多導管50可由惰性材料所形成，舉例而言，例如鐵氟龍、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚醯亞胺(ULTEM)、陶瓷、或其他任何能傳導電磁能量的材料。在一些實施例中利用非傳導性的材料。例如，若使用微波來源以產生電漿，則導管件可由金屬製成。
每一導管50可包括一放大器孔，該放大器孔與空氣放大器60的排氣部為流體連通，且一充氣室孔與充氣室40之入口為流體連通。因此，空氣放大器60可經由導管50及充氣室40將冷卻空氣或加熱空氣供應至介電窗10。
根據一實施例，圖4B繪示一加熱器元件，該加熱器元件係串接在空氣放大器與附接至充氣室的導管之間。該加熱器元件可串接在空氣放大器60之前或之後。圖4A繪示一實施例，其中該加熱器元件位於空氣放大器60的前面，換言之，輸入空氣72在進入空氣放大器60之前通過加熱器元件。
在圖4B的實施例中，加熱器元件74係串接在空氣放大器60與導管50之間。在此情況下，輸入空氣72進入空氣放大器，且從空氣放大器60出來的輸出空氣接著在通往導管50之前被加熱。
另外，如圖4A中所繪示，充氣室40可直接與窗10接觸。在其他實施例中，可能將充氣室40與窗10間隔開來，俾使充氣室底下的空氣流可以在窗10上傳播。充氣室40與窗10之間的偏移距離可為任何適於促進介電窗10之有效冷卻的距離，舉例而言，例如在一實施例中大於約0.25mm，或在另一實施例中約2mm。圖4B繪示將充氣室40與窗10間隔開來的實施例，但其他實施例可具有與窗10接觸之充氣室40。
根據一實施例，圖5繪示直接在介電窗上的空氣流供應而無須充氣室。在一實施例中，將空氣引導穿過導管並供應在介電窗10上而無須充氣室40。例如，該空氣流在導管50的底部朝著窗10離開導管50，導致離開導管的空氣與窗10接觸。
在一些實施例中，可以有直接從導管供應至該窗的空氣與經由充氣室供應至該窗的空氣之混合體。下面參照圖7D提供一範例。
吾人應注意，圖4A、4B、及5中所繪示之實施例為示例性的。其他實施例可利用不同的導管及充氣室、或將充氣室佈置於該窗上的其他位置、 等。因此圖4A、4B、及5中繪示的實施例不應被詮釋為排他性或限制性的，而是示例性或說明性的。
根據一實施例，圖6繪示一具有複數充氣室之腔室。在一實施例中，基板之直徑為300mm，但相同的原理適用於任何尺寸的晶圓，例如450mm。圖6繪示一腔室，該腔室具有二線圈(內線圈32及外線圈34)、及二充氣室(內充氣室40及外充氣室86)。吾人應注意，在圖6中導管50位於空氣放大器60後面，但為了不對腔室的細節造成混淆而將其省略。
腔室100包括一RF產生器108，該RF產生器連接至一匹配網路110，該匹配網路將RF功率提供至TCP腔室。另外，該腔室包括一第二RF產生器122，該第二RF產生器連接至一匹配網路120，該匹配網路將RF功率提供至腔室中的底部電極。
系統控制器104包括一電腦程式以管理腔室的操作。該電腦程式接收一電漿配方設定106(例如，在一電腦可讀媒體中)，該電漿配方設定決定了用以執行腔室中每一步驟的設定以處理基板。系統控制器104連接至腔室的不同元件且可以控制這些不同元件如何運作，例如開啟或關閉RF功率、啟動或停止空氣放大器或加熱器、將電漿氣體引入腔室中、等。圖6中顯示一些來自系統控制器104的連線，但是為了不對圖6中的細節造成混淆，其他來自系統控制器104的連線已被省略。
在一實施例中，調節器82設置在壓縮空氣來源與空氣放大器或加熱器之間。該系統控制器可操作以控制調節器82以控制供給至空氣放大器的加壓空氣的量。在一實施例中，調節器82具有二狀態：開啟及關閉。在開啟狀態中，調節器82讓加壓空氣80進入空氣放大器或加熱器，而沒有對空氣流提供任何阻力。在關閉狀態中，沒有空氣流被提供至空氣放大器或加熱器。在其他實施例中，調節器82可具有複數狀態，每一狀態將一不同量的加壓空氣82提供至 空氣放大器60。如此一來，藉由基於介電窗的溫度而提供不同量的空氣，系統控制器104可以更好地控制介電窗上的溫度。例如，當介電窗達到非常高的溫度時，系統控制器可啟動調節器82以提供盡可能多的空氣，而溫度較低時系統控制器可啟動調節器82以提供較少量的空氣。
一或更多溫度感測器84將熱的讀數提供至系統控制器以實行想要的溫度管理程式。在一實施例中，每一調節器可獨立於腔室中的其他調節器而啟動，因此對於該系統控制器在該窗的不同區域提供了更好的溫度調整。例如，若該窗的中央區域變得較想要的更熱，但同時該窗的外部區域正以想要的溫度運作，系統控制器104可啟動控制內充氣室40上方之空氣放大器的調節器，但不啟動連接至外充氣室86之空氣放大器。相似地，若只有該窗的中央區域的一區段變得較想要的更熱，系統控制器104可啟動連接至單一區段的空氣放大器，而不是啟動全部連接至充氣室之空氣放大器的調節器。
圖7A-7D繪示幾個利用壓縮空氣冷卻該腔室窗的不同配置之實施例。根據本發明的一實施例，圖7A為用於蝕刻操作之電漿處理系統的俯視圖。如上面所述，TCP線圈顯示為包括一內線圈(IC)32、及一外線圈(OC)34。根據本發明的一實施例，提供圖7A中的圖式以顯示與腔室102中所用之TCP線圈的內及外線圈其中每一者相關聯之環形繞組、及用以冷卻或加熱該介電窗之元件的相對位置。吾人應了解其他類型之線圈配置亦為可能的。
相對於用以冷卻或加熱該介電窗之元件(空氣放大器68、加熱器67、及充氣室40)而繪示線圈端部之間的連線。亦有可能使用一具有圓頂類型結構、及扁平線圈分佈以外的其他線圈類型結構之立體線圈。依據與TCP線圈的幾何形狀相關聯之配置，可調整充氣室及連接至充氣室之導管的位置與形狀。
在圖7A顯示之實施例中，具有四空氣放大器：二者位於腔室的一側，而另外二者位於腔室的對面一側。如此一來，四導管將空氣提供至充氣 室40的各別區段。在其他實施例中，空氣放大器的位置可能變化，例如在腔室的每一側具有一空氣放大器、在腔室的相同一側具有全部的空氣放大器、等。因此，在一實施例中，可調整每一導管與充氣室之間的連接點以容納該幾何形狀，使得所有導管可連接至位於腔室外面的空氣放大器。
根據一實施例，圖7B繪示一具有三線圈的450mm腔室。為了不對圖7B造成混淆，一些連線及元件已為了簡化描述而省略。在一實施例中，顯示之導管其中每一者連接至一空氣放大器，該空氣放大器可供應冷或暖空氣。冷卻及加熱結構702包括空氣放大器、空氣放大器調節器、加熱器、溫度控制、等。系統控制器104連接至腔室中的不同元件以啟動或停止該介電窗上之空氣流，其中該空氣流可為熱或冷。
圖7B中之腔室包括三線圈：內線圈、中線圈、及外線圈。此外，該腔室包括一內充氣室及一外充氣室。內充氣室位於內線圈與中線圈之間，而外充氣室位於中線圈與外線圈之間。藉由在不同區域具有二不同充氣室，系統控制器104可以在介電窗上提供更好的溫度控制。一或更多溫度感測器實質上圍繞著介電窗分佈以提供不同區域之溫度測量。在一實施例中，只使用一溫度感測器，而在其他實施例中，充氣室的每一區段或環節各別具有與其關聯之溫度感測器，但其他的溫度感測器配置亦為可能的。
在一實施例中，內充氣室包括四不同區段而外充氣室包括八不同區段，這使得到外充氣室的空氣流更好控制(考慮到外充氣室較大的直徑)。其他實施例的每一充氣室可利用不同數量的區段，例如一、二、三、六、等。
在圖7B顯示之實施例中，充氣室的每一區段具有一關聯的溫度感測器、空氣放大器、及加熱器。系統控制器104中的溫度控制程式監控從不同溫度感測器得到的測量結果，並啟動或停止空氣放大器及加熱器以將與各別區段關聯之每一區域維持在想要的溫度。然而，其他溫度控制方法亦為可能的， 例如同時開啟或關閉空氣放大器，或同時開啟或關閉與充氣室其中一者關聯的所有空氣放大器。
圖7C提出一腔室之俯視圖，該腔室具有三線圈及三充氣室。為了不對構造的細節造成混淆，一些通往冷卻及加熱結構702的連線已被省略。三充氣室及線圈為環形的且在該處理腔室上從中央向該窗的邊緣互相交替。
在一實施例中，內充氣室具有四區段，中充氣室具有六區段，且外充氣室具有八區段，然而每充氣室亦可能具有其他數量之區段。三不同充氣室的使用使得吾人可以微調該窗上的溫度控制。如上面所述，基於從實質上位於該介電窗周圍之溫度感測器所得到的溫度讀數，可一次全部啟動或分別啟動連接至不同區段的空氣放大器。
在另一未顯示於圖7C的實施例中，通到不同充氣室的導管可分享來自空氣放大器其中一或更多者之空氣。例如，在一實施例中，二導管分享一空氣放大器製造的流動，而在其他實施例中，可將多於二的導管連接至相同的空氣放大器。在兩區段分享一空氣放大器的情況下，可利用相同的導管將空氣放大器連接至二不同的區段，該導管具有二離開出口而不是一離開出口，每一區段一出口。
圖7D繪示一腔室，該腔室具有二線圈、二空氣放大器、及複數導管，其中該導管直接在該窗上提供空氣流而無須充氣室。在一些實施例中，至少一空氣放大器可無須充氣室而使用。圖7D中繪示之實施例包括三線圈及二充氣室，第一充氣室位在內線圈與中線圈之間，而第二充氣室位在外線圈外面。因此，複數導管將空氣流提供至該窗的中央(在中與外線圈之間)而無需使用充氣室。
在一實施例中，將空氣供給至該窗之導管的輸出端被定位為與介電窗10的空氣暴露表面14垂直。因此，可將至少一空氣放大器60的排氣部64相 對於介電窗10而定位，使得冷卻空氣70沿著本質上與介電窗10之空氣暴露表面14相垂直的路徑流動。在另一未顯示之實施例中，將至少一空氣放大器定位為與介電窗10之空氣暴露表面14成一傾斜角α。因此，可將該至少一空氣放大器60的排氣部64相對於介電窗10而定位，使得冷卻空氣70沿著與介電窗10之空氣暴露表面14對準成一傾斜角α的路徑流動。吾人應注意，該傾斜角α可為適於控制介電窗10之溫度的任何角度。
吾人應注意，圖7A-7D中所繪示之實施例為示例性的。其他實施例可利用不同數量的線圈、充氣室、導管、區段、等。因此圖7A-7D中所繪示之實施例不應被詮釋為排他性或限制性的，而是示例性或說明性的。
圖8為一方法的流程圖，該方法係用以在處理期間管理該窗的溫度。在操作802中，在操作804中開啟空氣放大器之前開啟加熱器。因此，從空氣放大器出去的空氣將會是加熱的空氣。從操作804，該方法移動至操作806，其中進行一檢查以判定介電窗之溫度t是否已經達到需要的加熱溫度ts。該方法在操作806中重複檢查該窗的溫度直到溫度t達到需要的加熱溫度ts，接著該方法繼續進行至操作808，其中該加熱器及空氣放大器被關閉。
從操作808，該方法移動至操作810，其中開始腔室中的基板處理(例如，開啟RF功率並於腔室中點燃電漿)。從操作810，該方法移動至操作812，其中進行一檢查以判定介電窗之溫度t是否高於高臨界值溫度th。若溫度t高於溫度th，則該方法移動至操作814，不然該方法則移動至操作816。
在操作814中，除非空氣放大器已經打開，否則將空氣放大器開啟。從操作814，該方法移動至操作816，其中進行一檢查以判定介電窗之溫度t是否低於一低臨界值溫度tl。若該溫度t低於溫度tl，則該方法移動至操作818，但是若該溫度t不低於溫度tl，則該方法移動至操作820。
在操作818中，除非空氣放大器已經被關掉，否則將空氣放大器關閉。該方法從操作818移動至操作820，其中進行一檢查以判定基板之處理是否完成。若處理已完成，該方法移動至操作822以終止該基板的處理，但是若該處理尚未完成，則該方法往回移動至操作812以重複上述之溫度檢查。
根據一實施例，圖9為一方法之流程圖，該方法係用以管理該腔室窗之溫度。在操作902中，啟動一空氣放大器，該空氣放大器可操作以在電漿製造腔室之介電窗上面產生空氣流。
從操作902，該方法移動至操作904，其中啟動一連接至空氣放大器之加熱器。一旦加熱器啟動(例如，開啟)，提供至該電漿腔室上的介電窗之空氣流將包括加熱的空氣。
從操作904，該方法移動至操作906，其中於該窗中的溫度達到一第一預定溫度值後停止該空氣放大器及加熱器。從操作906，該方法移動至操作908，其中開啟該空氣放大器而沒有開啟該加熱器，以在該窗中的溫度達到一第二預定值後冷卻該窗。
從操作908，該方法移動至操作910，其中於該窗中的溫度低於一第三預定值後停止該空氣放大器。
根據一實施例，圖10A為一曲線圖，顯示以空氣冷卻該窗的不同測試之結果。在沿著該窗半徑的不同點測量該窗上之溫度。然後，藉由以不同功率水平及不同的空氣放大器壓力操作該腔室而進行幾個實驗。在與圖1中所描述之腔室類似的一測試處理腔室中執行該等測試。
線952顯示使用4.5kW的RF功率及以30cfm運作之空氣放大器時的資料，線954顯示使用4.5kW及120cfm的資料，而線956顯示使用2kW及30cfm的空氣放大器之資料。結果顯示該窗上的溫度在距離中央五英吋附近係最高的，即兩RF線圈之間的區域(充氣室所在的地方)。
根據一實施例，該結果顯示當以較低功率(例如，2kW)運作時，30cfm足以冷卻該窗。然而，當以4.5kW運作時，30cfm無法將該窗上最熱的點之溫度降低至低於約200℃。120cfm的空氣放大器提供了足夠的冷卻以將該窗上的最大溫度降低至約180℃。
吾人應注意，圖10A中所繪示之實施例為示例性的。該結果係在一測試腔室上以用以測試該窗溫度的特定參數而得到。其他實施例可產生不同的結果，且不應將該結果視為與本發明的任何性能主張有關。因此圖10A中所繪示之實施例不應被詮釋為排他性或限制性的，而是示例性或說明性的。
圖10B繪示一實施例，用以隨著時間而控制介電窗之溫度。最初在t0，開啟空氣放大器(AA)及加熱器(此時RF功率為關閉)以使介電窗的溫度達到一想要的溫度ts。在一實施例中，由於不需要以全功率的空氣流來加熱該窗，所以將空氣放大器調節為以50%的負載運作。當然，在另一實施例中該空氣放大器可以全負載(100%)運作。
在t1，該溫度達到ts且空氣放大器及加熱器被關閉，同時開啟RF功率以為電漿腔室中的處理做準備。隨著將RF功率提供至腔室，溫度逐漸地增加直到其達到th。在t2，以全負載(例如，100%)開啟空氣放大器以開始冷卻該窗。
由於空氣流的冷卻效果，該窗上的溫度冷卻下來。在t3，溫度達到tl，其中tl為關閉該冷卻的低臨界值。因此，於t3關閉該空氣放大器。溫度開始再次上升。在一實施例中，該配方需要隨著不同程度的空氣放大器性能而調節該溫度。在t4，以小於全負載(例如，60%)開啟該空氣放大器以在該窗達到最大溫度th之前開始冷卻該窗。
由於冷卻的結果，該窗上的溫度在一段時間內大致上保持常數，直到溫度開始再度上升(例如，對於給定的RF功率，在空氣放大器的此性能水平之冷卻不足以使該溫度維持在常數)。在t5，將調節器改變為以80%運作以對該窗 提供更多冷卻，導致該窗上的溫度逐漸地降低。在t6，該溫度達到低溫tl且該空氣放大器被關閉。
吾人應注意，圖10B中所繪示之實施例為示例性的。其他實施例可利用不同的功率水平，或於不同的溫度啟動該空氣放大器。因此圖10B中所繪示之實施例不應被詮釋為排他性或限制性的，而是示例性或說明性的。
圖11為用以實行本文中所描述實施例之電腦系統的簡化示意圖。吾人應了解本文中描述的方法可以數位處理系統加以執行，例如習知的、通用的電腦系統。可在替代方案中使用被設計或程式化以執行唯一功能之特別用途電腦。該電腦系統包括一中央處理單元(CPU)844，該中央處理單元透過匯流排850連接至隨機存取記憶體(RAM)828、唯讀記憶體(ROM)852、及大量儲存裝置854。系統控制器程式848駐存於隨機存取記憶體(RAM)828中，但亦可駐存在大量儲存器854中。
大量儲存裝置854代表一持續資料儲存裝置，例如可為本機或遠端的軟碟機或固定式磁碟機。網路介面830經由網路832提供連線，使其可與其他裝置溝通。吾人應了解CPU 844可被體現在通用處理器、特別用途處理器、或特別程式化之邏輯裝置中。輸出/輸入(I/O)介面提供與各樣的周邊裝置之溝通且透過匯流排850連接至CPU 844、RAM 828、ROM 852、及大量儲存裝置854。範例周邊裝置包括顯示器858、鍵盤862、游標控制器824、可移除式媒體裝置834、等。
顯示器858係用以顯示本文中描述的使用者介面。鍵盤862、游標控制器824、可移除式媒體裝置834、及其他周邊裝置被連接至I/O介面860以將在命令選擇中的資訊傳遞至CPU 844。吾人應了解，發送到外部裝置及從外部裝置發送的資料可透過I/O介面860而傳遞。本發明亦可在分散式計算環境中實施，其中任務透過有線或無線網路連接之遠端處理裝置加以執行。
吾人應注意，雖然上述之實施例係參照電容耦合電漿(CCP)腔室而描述，但提出之原理亦可應用於其他類型之電漿腔室，例如一包括感應耦合電漿(ICP)反應器的電漿腔室、一包括電子迴旋共振(ECR)反應器的電漿腔室、等。
吾人應了解，可利用空氣放大器與各樣輸送空氣之充氣室設計來控制介電窗的溫度。此外，模型資料指出，即使遭受足以使風扇冷卻系統停轉的背壓，在充氣室的幫助下，空氣放大器仍有能力將相對較高速率之冷卻空氣提供至介電窗。因此，可利用本文中描述之實施例以有效地冷卻遭受超過約3kW之電磁能量的介電窗，舉例而言，例如用於矽穿孔蝕刻處理。此外，可利用本文中描述之實施例以有效地冷卻遭受其他類型之電磁能量的介電窗，例如用於蝕刻處理、化學氣相沉積、氧化物蝕刻、金屬蝕刻、及類似處理。
本發明之實施例可以各樣的電腦系統結構實行，包括手持裝置、微處理器系統、基於微處理器或可程式化之消費電子產品、微電腦、大型電腦、及類似物。本發明亦可在分散式計算環境中實施，其中任務透過網路連線之遠端處理裝置加以執行。
本發明的一或更多實施例亦可被製作為電腦可讀媒體上的電腦可讀碼。該電腦可讀媒體係可儲存資料的任何資料儲存裝置，其中該資料儲存裝置之後可被電腦系統讀取。電腦可讀媒體的範例包括硬碟、網路附接儲存器(NAS)、唯讀記憶體、隨機存取記憶體、CD-ROMs、CD-Rs、CD-RWs、磁帶、及其他光學與非光學資料儲存裝置。電腦可讀媒體可包括電腦可讀的有形媒體，其中該電腦可讀的有形媒體係散佈於連接網路的電腦系統，俾使電腦可讀碼以散佈的方式被儲存及執行。
雖然以特定順序描述方法操作，吾人應理解可在操作之間執行其他庶務操作，或可調整操作使得其在略為不同之時間發生，或可被分散在系統 中，其中該系統只要重疊的操作之處理被以想要的方式執行則允許處理操作發生在與處理有關的不同區間。
雖然已對前述的發明進行詳細地描述以利於清楚理解的目的，顯而易見的，仍可在隨附申請專利範圍的範圍內實行某些改變及修改。因此，本實施例應被認為是說明性的而非限制性的，且本發明不受限於本文中所提供的細節，而係可在隨附申請專利範圍的範圍及同等物內修改。

Claims (20)

  1. 一種製造半導體的設備，包含：一連接至加壓氣體的空氣放大器，當啟動時該空氣放大器產生一空氣流；一連接至該空氣放大器的充氣室，其中該充氣室接收該空氣流並將該空氣流分佈在一電漿腔室的一窗上面；一連接至該空氣放大器的加熱器，其中當該加熱器於該電漿腔室中的處理期間啟動時該空氣流被加熱；一溫度感測器，位於該電漿腔室的該窗附近；及一控制器，用以基於該溫度感測器所測量到的一溫度而啟動該空氣放大器及啟動該加熱器。
  2. 如申請專利範圍第1項之製造半導體的設備，其中該充氣室包括複數區段，其中一第一區段連接至該空氣放大器且其他區段連接至各別的空氣放大器及加熱器。
  3. 如申請專利範圍第1項之製造半導體的設備，其中該控制器係用以讀取一電腦可讀媒體中的一配方之複數指令，該等指令界定了用以啟動該空氣放大器及該加熱器的參數。
  4. 如申請專利範圍第1項之製造半導體的設備，更包括：一調節器，連接至該空氣放大器及該控制器，其中該控制器係用以將該調節器設定至一性能值以調節該空氣流的強度，其中該性能值係從複數的值中選出。
  5. 如申請專利範圍第1項之製造半導體的設備，更包括：一內線圈，位於該電漿腔室的該窗上方；及一外線圈，位於該電漿腔室的該窗上方。
  6. 如申請專利範圍第5項之製造半導體的設備，其中該充氣室為環形的且配置於該內線圈與該外線圈之間。
  7. 如申請專利範圍第1項之製造半導體的設備，更包括：一第一線圈；一第二線圈；一第三線圈；其中該第一線圈、該第二線圈、及該第三線圈係同心的，其中該充氣室係環形的且配置於該第一線圈與該第二線圈之間；及一外充氣室，配置於該二線圈與該第三線圈之間。
  8. 如申請專利範圍第1項之製造半導體的設備，更包括：一導管管道，位於該空氣放大器與該充氣室之間。
  9. 如申請專利範圍第1項之製造半導體的設備，更包括：一加熱器調節器，連接至該加熱器及該控制器。
  10. 一種處理半導體配備的方法，該方法包含下列步驟：首次啟動一空氣放大器，該空氣放大器係用以產生一空氣流；首次啟動一加熱器，該加熱器連接至該空氣放大器以加熱該空氣流，其中該空氣流分佈於一電漿腔室的一窗上面；當該窗的一溫度達到一第一預定值時停止該空氣放大器及該加熱器；當該溫度達到一第二預定值時第二次啟動該空氣放大器而不啟動該加熱器以冷卻該窗；及當該溫度低於一第三預定值時停止該空氣放大器，其中藉由處理器而執行該方法之操作。
  11. 如申請專利範圍第10項之處理半導體配備的方法，更包括下列步驟：接收一配方，該配方具有用以處理基板之複數指令，其中該配方包括該第一、第二、及第三預定值。
  12. 如申請專利範圍第10項之處理半導體配備的方法，其中首次啟動該空氣放大器更包含下列步驟：開動一調節器，該調節器使加壓空氣可以通過該空氣放大器，其中當該調節器停止時該空氣放大器停止。
  13. 如申請專利範圍第12項之處理半導體配備的方法，其中開動該調節器更包含下列步驟：為該調節器設定一性能值，其中該性能值決定了該空氣流的強度。
  14. 如申請專利範圍第10項之處理半導體配備的方法，其中該方法之操作係藉由一或更多處理器所執行的電腦程式加以實施，該電腦程式被嵌入在一非暫態的電腦可讀儲存媒體中。
  15. 一種製造半導體的設備，包含：複數空氣放大器，連接至加壓氣體，當啟動時每一空氣放大器產生一空氣流；一充氣室，包括複數區段，每一區段連接至一各別的空氣放大器，其中每一區段從各別的空氣放大器接收該空氣流且每一區段將該空氣流分佈於一電漿腔室的一窗上面；複數加熱器，每一加熱器連接至各別的空氣放大器，其中當每一加熱器於該電漿腔室中的處理期間啟動時該空氣流被加熱；一或更多溫度感測器，位於該電漿腔室的該窗附近；及一控制器，用以基於該一或更多溫度感測器所測量到的一或更多溫度而啟動每一空氣放大器及啟動每一加熱器。
  16. 如申請專利範圍第15項之製造半導體的設備，更包括：一內線圈，位於該電漿腔室的該窗上方；及一外線圈，位於該電漿腔室的該窗上方，其中該充氣室係環形的且配置於該內線圈與該外線圈之間。
  17. 如申請專利範圍第15項之製造半導體的設備，更包括：一第一線圈；一第二線圈；及一第三線圈，其中該第一線圈、該第二線圈、及該第三線圈係同心的，其中該充氣室係環形的且配置於該第一線圈與該第二線圈之間。
  18. 如申請專利範圍第17項之製造半導體的設備，更包括：一外充氣室，包括配置在該第二線圈與該第三線圈之間的複數外區段。
  19. 如申請專利範圍第18項之製造半導體的設備，更包括：一外部充氣室，配置在該第三線圈外面。
  20. 如申請專利範圍第15項之製造半導體的設備，更包括：複數導管通道，每一導管通道連接至一空氣放大器，每一空氣放大器具有一各別的充氣室區段。
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