TWI726715B - 半導體晶圓的製造方法及半導體製造設備 - Google Patents

半導體晶圓的製造方法及半導體製造設備 Download PDF

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羅諺展
曾銀彬
劉定一
許凱翔
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台灣積體電路製造股份有限公司
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本揭露的實施例提供一種半導體晶圓的製造方法,包括經由一排出口供應載體氣體進入位於一上腔體與一下腔體之間的一封閉環境,使載體氣體與儲存在下腔體內的一物料進行反應而生成一加工氣體;改變下腔體相對排出口的旋轉角度;以及經由一下游管道組件自封閉環境將加工氣體供應至放置有一半導體晶圓的一加工腔。

Description

半導體晶圓的製造方法及半導體製造設備
本揭露是關於一種半導體晶圓的製造方法及半導體製造設備,特別是關於一種利用加工氣體對半導體晶圓加工的方法及半導體製造設備。
半導體裝置被用於多種電子應用,例如個人電腦、行動電話、數位相機以及其他電子設備。半導體裝置的製造通常是藉由在半導體基板上依序沉積絕緣或介電層材料、導電層材料以及半導體層材料,接著使用微影製程圖案化所形成的各種材料層,以形成電路組件和零件於此半導體基板之上。在積體電路之材料及其設計上的技術進步已發展出多個世代的積體電路。相較於前一個世代,每一世代具有更小更複雜的電路。然而,這些發展提昇了加工及製造積體電路的複雜度。為了使這些發展得以實現,在積體電路的製造以及生產上相似的發展也是必須的。
在半導體裝置的製造中,多種製造工具是依序被使用,以製造積體電路在半導體晶圓之上。舉例而言,半導體裝置透過多種沉積製程(例如:化學氣相沉積或物理氣相沉積)而形成在半導體晶圓之上。雖然已有多個對於沉積製程的改進被提出,但並非在所有層面上都令人滿意。因此,提供沉積製程的改進方案以減輕或避免由於沉積不均勻等因素而導致晶圓報廢的狀況即具有需求。
本揭露的一實施例提供一種半導體晶圓的製造方法,包括經由一排出口供應一載體氣體進入位於一上腔體與一下腔體之間的一封閉環境,使該載體氣體與儲存在該下腔體內的一物料進行反應而生成一加工氣體;改變該下腔體相對該排出口的一旋轉角度;以及經由一下游管道組件自該封閉環境將該加工氣體供應至放置有一半導體晶圓的一加工腔。
本揭露的另一實施例提供一種半導體製造設備,其包括一承載件;一驅動單元,連結該承載件並配置用於驅動該承載件的運動;一下腔體,固定於該承載件並配置用於儲存一物料;一上腔體,可活動的連結於該下腔體並與該下腔體形成一封閉環境;一上游管道組件,連結該上腔體並與該封閉環境連通,其中該上游管道組件通過一排出口供應一載體氣體進入該封閉環境;以及一下游管道組件,連結該上腔體並與該封閉環境連通,其中該承載件的運動改變該下腔體相對該排出口的位置。
以下揭示內容提供許多不同實施例或實例,以便實現各個實施例的不同特徵。下文描述部件及排列的特定實例以簡化本揭示內容。當然,此等實例僅為實例且不意欲為限制性。舉例而言,在隨後描述中在第二特徵上方或在第二特徵上第一特徵的形成可包括第一及第二特徵形成為直接接觸的實施例,以及亦可包括額外特徵可形成在第一及第二特徵之間,使得第一及第二特徵可不直接接觸的實施例。另外,本揭示案在各實例中可重複元件符號及/或字母。此重複為出於簡單清楚的目的,且本身不指示所論述各實施例及/或配置之間的關係。
此外,其與空間相關用詞,例如“在…下方”、“下方”、“較低的”、“上方”、“較高的”及類似的用詞,是為了便於描述圖示中一個元件或特徵與另一個(些)元件或特徵之間的關是。除了在圖式中繪示的方位外,這些空間相關用詞意欲包含使用中或操作中的裝置之不同方位。裝置可能被轉向不同方位(旋轉90度或其他方位),則在此使用的空間相關詞也可依此相同解釋。再者,此用詞“由…製成”可指“包括”或“由…組成”。在本揭露中,除非另外表示,否則用詞“A、B、C其中之一”是指“A、B以及/或者C”(A;B;C;A及B;A及C;B及C;或者,A、B及C),而非A的一個成分、B的一個成分與C的一個成分。
第1圖顯示根據本揭露部分實施例的半導體製造設備1之示意圖。在部分實施例中,半導體製造設備1包括一支撐組件10、一氣體製備槽20、一上游管道組件30、一下游管道組件40、一加工設備50、一載體氣體來源60、一控制器70及一清潔氣體供應組件80。半導體製造設備1元件可增加或減少,並不僅以此實施例為限。
支撐組件10是配置用於支撐氣體製備槽20。在部分實施例中,支撐組件10包括一承載件11及一驅動單元12。承載件11可為一平台,驅動單元12連結於承載件11並配置用於驅動承載件11的運動。舉例而言,驅動單元12是配置用於驅動承載件11繞一轉軸R1的轉動。以及/或者,驅動單元12是配置用於驅動承載件11沿垂直方向的移動。驅動單元12可根據來自控制器70(後方將進一步描述)的控制訊號驅動承載件11的運動。
第2圖顯示根據本揭露部分實施例的承載件11與氣體製備槽20之透視圖。氣體製備槽20是配置用於提供一加工氣體的製備環境。在一實施例中,氣體製備槽20包括一下腔體21、一上腔體22及一或多個密封圈(例如,密封圈23及密封圈24)。上腔體22以可活動的方式套設於下腔體21之上,並透過密封圈23及密封圈24進行密封以形成可用於製備加工氣體的封閉環境200於其中。
具體而言,下腔體21具有一底壁211及一下側壁212。底壁211藉由諸如螺絲、卡扣(圖未示)或其他元件以可分離的方式固定於承載件11之上。在一實施例中,底壁211的實質中心是對齊承載件11的轉軸R1。下側壁212完全圍繞底壁211的邊緣,並朝遠離承載件11的方向延伸,以形成可用於儲存物料5(例如: 五氯化鎢(WCl5))的一空間。在一實施例中,儲存於下腔體21內部的物料5為固態。或者,儲存於下腔體21內部的物料5為黏性(viscosity)混合液。
在一實施例中,如第1圖所示,下側壁212具有一或多個溝槽(例如,溝槽213及溝槽214)形成於下側壁212外表面2120,用於分別容置密封圈23及密封圈24於其中。在一實施例中,溝槽213及溝槽214在垂直方向Z上間隔設置,以達到更好的密封效果並有利於下腔體21與上腔體22之間的轉動。溝槽213及溝槽214之間的間隔距離D1可介於2mm至70mm的範圍內。應當理解的是,本揭露並不僅此為限,在其餘實施例中,溝槽的數量可僅為1個,或者溝槽數量可大於2個。
繼續參照第1圖並搭配參考第2圖,在一實施例中,上腔體22包括一頂壁221及一上側壁222。頂壁221位於下腔體21上方並直接面向下腔體21的底壁211。上側壁222完全圍繞頂壁221的邊緣,並朝承載件11的方向延伸。在一實施例中,頂壁221的實質中心與底壁211的實質中心皆對齊轉軸R1設置,且頂壁221具有對應於底壁211的形狀(例如,圓形),故當上腔體22連結下腔體21之後,上側壁222將完全圍繞於下側壁212的外側(亦即下側壁212遠離轉軸R1的一側)並直接面向下側壁212的外表面2120。
在一實施例中,上側壁222的內側寬度(或內徑)實質相同或稍大於下側壁212的外側寬度(或外徑),故當上腔體22連結下腔體21之後,上側壁222的內表面2221與下側壁212的外表面2120間隔相當小的間距。如此一來,當上腔體22連結下腔體21之後,設置於溝槽213及溝槽214內部的密封圈23及密封圈24將受到上側壁222的內表面2221壓迫而變形,進而在上腔體22與下腔體21之間形成一密閉環境200。
在一實施例中,密封圈23及密封圈24為可壓縮材質所製成(例如:橡膠)。另外,為滿足上腔體22可相對於下腔體21運動的特性,密封圈23及密封圈24可為動態密封圈(dynamic sealing)。一般而言,動態密封圈是較靜態密封圈以較硬的材質(例如:鐵氟龍,Teflon)製成,以避免快速磨耗並達成真空動態密封。另外,密封圈23及密封圈24周圍可塗佈有潤滑材料,以避免密封圈23及密封圈24阻止上腔體22相對於下腔體21的運動。
可以理解的是,用於容納密封圈23及密封圈24的溝槽亦可形成於上側壁222的內表面2221之上。或者,密封圈23及密封圈24其中之一者是設置在形成於下側壁212的外表面2120的溝槽內,而密封圈23及密封圈24之另一者是設置在形成於上側壁222的內表面2221的溝槽內。
繼續參照第1圖,上游管道組件30是配置用於供應一載體氣體進入氣體製備槽20的封閉環境200當中。根據本揭露的一實施例,上游管道組件30包括複數個管件(例如,管件31、33、35)、一加熱單元32及一閥件34。
管件31、33、35為上游管道組件30用於導引氣體的通道的不同段部。管件31、33、35可以分別獨立製成。或者,管件31、33、35可彼此相連並以一體成形方式製成。在一實施例中,管件31的一端連結載體氣體來源60,且管件31的另一端連連結加熱單元32。管件33的一端連結加熱單元32,且管件的另一端連結閥件34。管件35的一端連結閥件34並通過上腔體22的頂壁221。管件35沿垂直方向(Z軸方向)在封閉環境200中延伸並終結於排出口351。
如此配置,來自載體氣體來源60的載體氣體(例如:氬氣、氮氣、氦氣等)依序通過管件31、加熱單元32、管件33、閥件34及管件35後由管件35的排出口351排放進入封閉環境200。在一實施例中,當載體氣體通過加熱單元32時,加熱單元32對載體氣體進行加熱至可與封閉腔體200內部的物料5進行化學反應的溫度。在一實施例中,閥件34根據來自控制器70的控制訊號開啟或關閉,以控制載體氣體對氣體製備槽20的供應。
在一實施例中,如第1圖所示管件35的排出口351距離物料5之間相隔距離H1。由於載體氣體的濃度隨著載體氣體離開排出口351的距離增加而減少,若物料5與較低濃度的載體氣體進行反應,將無法產生足夠的加工氣體,進而導致後端半導體晶圓的加工的瑕疵(例如:薄膜厚度不均勻)。因此,維持適當的距離H1可增加半導體晶圓的生產良率。
下游管道組件40是配置用於導引在氣體製備槽20產生的加工氣體進入至加工設備50,以對設置於加工設備50中的半導體晶圓W進行加工。根據本揭露的一實施例,下游管道組件40包括一或多個管件(例如,管件41、43、45、47)、一閥件42、一流體濃度偵測器件44及一流量控制單元46。
管件41、43、45、47為下游管道組件40用於導引氣體的通道的不同段部。管件41、43、45、47可以分別獨立製成。或者,管件41、43、45、47可彼此相連並以一體成形方式製成。在一實施例中,管件41的一端連結閥件42並通過上腔體22的頂壁221。管件41沿垂直方向(Z軸方向)在封閉環境200中延伸並終結於吸入口411。在部分實施例中,管件35與管件41是直接固定與上腔體22的頂壁221之上,因此上腔體22不會相對於管件35與管件41進行移動。
吸入口411與物料5的表面的距離可以根據需求進行變更。舉例而言,在如第1圖所示的實施例中,管件41的吸入口411與物料5的表面的距離H2實質相等於排出口351與物料5的表面的距離H1。在其他實施例中,管件41的吸入口411與物料5的表面的距離H2大於排出口351與物料5的表面的距離H1。在其他實施例中,管件41的吸入口411可位於形成在上腔體22的頂壁221的通孔(未標示)之內而未延伸於封閉環境200中。
管件43的一端連結閥件42,且管件43的另一端連結流體濃度偵測器件44。管件45的一端連結流體濃度偵測器件44,且管件45的另一端連結流量控制單元46。管件47的一端連結流量控制單元46,且管件47的另一端連結流量控制單元加工設備50。如此配置,在氣體製備槽20產生的加工氣體可依序通過管件41、閥件42、管件43、流體濃度偵測器件44、管件45、流量控制單元46及管件47後進入加工設備50。在一實施例中,閥件42根據來自控制器70的控制訊號開啟或關閉,以控制加工氣體對加工設備50的供應。在一實施例中,當加工氣體通過流體濃度偵測器件44時,流體濃度偵測器件44對加工氣體的特定物質的濃度進行監測,並將監測訊號傳送至控制控制器70。在一實施例中,流量控制單元46為可程式控制器(Programmable Logical Controller,PLC)配置用於控制加工氣體進入加工設備50的製程參數(例如:流量及壓力)。
在一些實施例中,一管件48連結於管件33與管件43之間,管件48連結有閥件49用於控制管件48的開關。來載體氣體來源60或來自其他連結管件31的氣體儲存槽所供應的氣體可經由管件48直接供應至加工設備50而無須通過氣體製備槽20。
加工設備50配置用於對一或多個半導體晶圓W進行加工。加工設備50可用於執行任何需要使用氣體進行加工的半導體製程。舉例而言,但本揭露並不僅此為限,加工設備50可執行的半導體製程包括化學氣相沉積製程(chemical vapor deposition,CVD)、物理氣相沉積製程(physical vapor deposition,PVD)、蝕刻製程、濺鍍沉積製程(sputtering deposition process)或者熱退火製程。
在一實施例中,加工設備50包括一晶圓座52。晶圓座52係配置用於固定半導體晶圓W於加工腔51內部。晶圓座52可為靜電式晶圓座(e-chuck)。或者,晶圓座52係連結至一真空源,並藉由真空源所產生的真空固定半導體晶圓W於晶圓座52上方。在部分實施例中,晶圓座52可繞一通過其中心的旋轉軸旋轉。並且,晶圓座52在進行左右及上下的移動。在一實施例中,加工設備50更包括一灑頭53。灑頭53設置於晶圓座52上方並連結於管件47,用以均勻供應來自管件47的加工氣體於半導體晶圓W上方。
根據部分實施例,半導體晶圓W由矽、鍺或其他半導體材料所製成。根據部分實施例,半導體晶圓W由複合半導體所製成,如碳化矽(SiC)、砷化鎵(GaAs)、砷化銦(InAs)或磷化銦(InP)。根據部分實施例,半導體晶圓W由合金半導體所製成,如矽鍺(SiGe)、矽鍺碳(SiGeC)、磷砷化鎵(GaAsP)或磷化銦鎵(GaInP)。根據部分實施例,半導體晶圓W包括一晶膜層。舉例來說,半導體晶圓W具有一晶膜層覆蓋於大型半導體(bulk semiconductor)上。根據部分實施例,半導體晶圓W可為矽絕緣體(silicon-on-insulator;SOI)或鍺絕緣體(germanium-on-insulator;GOI)基板。
半導體晶圓W上可包括有多個裝置元件。舉例而言,形成於半導體晶圓W上的裝置元件可包括一電晶體,例如:金氧半導體場效電晶體(metal oxide semiconductor field effect transistors (MOSFET))、互補式金氧半導體電晶體(complementary metal oxide semiconductor (CMOS) transistors)、雙載子接面電晶體(bipolar junction transistors (BJT))、高電壓電晶體、高頻電晶體、P型場效電晶體(p-channel and/or n-channel field-effect transistors (PFET))或者P型場效電晶體(n-channel field-effect transistors (NFET)等,以及或者其他元件。半導體晶圓W上的多個裝置元件已經經過多個加工製程,例如沈積、蝕刻、離子植入、光刻、退火、以及或者其他製程。
清潔氣體供應組件80配置用於供應清潔氣體進入加工設備50。在一實施例中,清潔氣體供應組件80包括清潔氣體儲存槽81、一或多個管件(例如,管件82、84)及一閥件83。清潔氣體儲存槽81是配置用於儲存清潔氣體(例如:氮氣)。管件82的一端連結於清潔氣體儲存槽81,且管件82的另一端連結於閥件83。管件84的一端連結於閥件83,且管件84的另一端連結於管件45。如此配置,來自清潔氣體儲存槽81的清潔氣體可依序通過管件82、閥件83、管件84、管件45、流量控制單元46及管件47後進入加工設備50。在一實施例中,閥件83根據來自控制器70的控制訊號開啟或關閉,以控制清潔氣體對加工設備50的供應。
第3圖顯示根據本揭露部分實施例製造半導體晶圓的方法S100的流程圖。為了舉例,該流程以第4-8圖的示意圖來說明。在不同的實施例中,部分階段可以替換或是消去。以下說明僅為示例性的且並非希望限制後方申請專利範圍中所記載的內容。可以理解的是,在由第3圖圖示的步驟之前、期間及之後提供附加步驟,並且所述方法的附加實施例可以替換或減少如下所述的一些操作,並且如下所述的操作的順序可為互換的。
製造半導體晶圓的方法S100包括操作S101,經由上游管道組件30供應載體氣體G1進入位於上腔體22與下腔體21之間的封閉環境200,使載體氣體G1與儲存在下腔體21內的物料5進行反應而生成加工氣體G2。在一實施例中,如第4圖所示,在一實施例中,閥件34根據來自控制器70的控制訊號開啟或關閉,以控制載體氣體對氣體製備槽20的供應。在一實施例中,來自載體氣體來源60的載體氣體(例如:氬氣、氮氣、氦氣等)依序通過管件31、加熱單元32、管件33、閥件34及管件35後由管件35的排出口351排放進入封閉環境200。在一實施例中,當載體氣體通過加熱單元32時,加熱單元32對載體氣體進行加熱至可與載封閉腔體200內部的物料5進行化學反應的溫度。
在一實施例中,當載體氣體G1自管件35的排出口351排出後,由於管件35的排出口351是直接面向物料5的上表面,故載體氣體G1將與物料5最上層的部分進行化學反應。在一實施例中,載體氣體G1與物料5的反應物為加工氣體G2(例如: 五氯化鎢(WCl5)),加工氣體G2可充滿整個封閉腔體200內部。
在一實施例中,在載體氣體G1與物料5進行反應後,造成物料5直接面對管件35的排出口351的部分及周遭區域的消耗。由於物料5為固態或黏性混合液,故上述消耗將造成物料5與管件35的排出口351的距離H1增加。
為改善此問題,製造半導體晶圓的方法S100繼續至操作S102。在操作S102中,改變下腔體21相對於管件35的排出口351的旋轉角度,使另一區域的物料5與經由管件35的排出口351排出的載體氣體G1進行反應。在一實施例中,驅動單元12根據來自控制器70的控制訊號輸出動力,以帶動下腔體21相對上腔體22進行旋轉,藉此改變下腔體21相對於管件35的排出口351的旋轉角度。在下腔體21旋轉過後,由於管件35的排出口351可以與另一區域的物料5繼續相隔距離H1,載體氣體G1與物料5的反應效率不會下降,進而維持加工氣體G2的濃度於一期望範圍。
在一實施例中,下腔體21相對管件35的排出口351的旋轉可以在操作S101的執行期間持續且不間斷的執行。然而,應當理解的是,許多變動和修改可以在本揭露的實施例中進行。在其他實施例中,下腔體21相對上腔體22的旋轉是在操作S101的執行期間週期性的進行。舉例而言,驅動單元12在每一時間周期的開始旋轉下腔體21相對上腔體22旋轉特定角度,並維持下腔體21相對上腔體22的旋轉角度一特定時間後,再執行下一時間周期中下腔體21的轉動。在其他實施例中,在操作S101執行的初期,驅動單元12以較高的轉速轉動下腔體21,並隨著操作S101執行時間的增加,逐漸降低對下腔體21的轉速。
或者,在操作S101執行的初期,驅動單元12以較短的時間週期轉動下腔體21,並隨著操作S101執行時間的增加,逐漸增加轉動下腔體21的時間週期。由於在操作S101初期,載體氣體G1與物料5的反應可能較快速,以較快的轉速或較短的時間週期轉動下腔體21,可使載體氣體G1與間隔相同距離H1的物料5進行反應。
製造半導體晶圓的方法S100還包括操作S103,經由下游管道組件40自封閉環境200將加工氣體G2供應至放置有半導體晶圓W的加工腔51。在一實施例中,閥件42根據來自控制器70的控制訊號開啟,以允許加工氣體G2供應至加工設備50。閥件42可以在操作S101執行一段時間後,待封閉環境200內加工氣體G2的濃度達到一特定數值時,才進行開啟。
如第4圖所示,在閥件42開啟後,氣體製備槽20內所產生的加工氣體G2可依序通過管件41、閥件42、管件43、流體濃度偵測器件44、管件45、流量控制單元46及管件47後進入加工設備50。在一實施例中,當加工氣體G2通過流體濃度偵測器件44時,流體濃度偵測器件44對加工氣體G2的濃度進行監測,並將監測訊號傳送至控制控制器70。在一實施例中,流量控制單元46控制加工氣體G2進入加工設備50的製程參數(例如:流量及壓力)。在一實施例中,加工氣體G2經由加工設備50的灑頭53供應進入加工腔51,以在半導體晶圓W上進行既定製程(例如:形成薄膜)。在一實施例中,操作S101、操作S102、操作S103同時持續進行,直至上述既定製程結束。
製造半導體晶圓的方法S100還包括操作S104,偵測加工氣體在下游管道組件的濃度。在一實施例中,流體濃度偵測器件44持續監測下游管道組件40中的加工氣體G2的濃度並將監測訊號傳送至控制器70。在一實施例中,流體濃度偵測器件44以一既定時間間隔監測下游管道組件40中的加工氣體G2的濃度並將監測訊號傳送至控制器70。
製造半導體晶圓的方法S100還包括操作S105,判斷加工氣體G2的濃度是否低於一閥值。在一實施例中,如第5圖所示,隨著操作S101執行時間的增加,物料5將持續消耗。因此,物料5與管件35的排出口351的距離H1’將隨之增加。增加後的距離H1’將導致加工氣體G2’的濃度下降。當流體濃度偵測器件44對於加工氣體G2’的濃度的偵測訊號低於一閥值時,控制器70將發出一警示,方法S100繼續至操作S106。相反的,若流體濃度偵測器件44對於加工氣體G2的濃度的偵測訊號並未低於上述閥值時,持續執行操作S104。
在操作S106中,判斷加工氣體G2供應至加工腔51的時間是否大於一既定時間。在一實施例中,控制器70計算加工氣體G2供應至加工腔51的時間,當加工氣體G2供應至加工腔51的時間超過一既定時間時,方法S100執行操作S107,改變下腔體21相對管件35的排出口351的位置。在一實施例中,如第6圖所示,驅動單元12根據來自控制器70的控制訊號輸出動力,以帶動下腔體21朝上腔體22移動,使物料5與管件35的排出口351之間再次相隔距離H1。在下腔體21抬升過後,由於管件35的排出口351可以與另一區域的物料5繼續保持相隔距離H1,載體氣體G1與物料5的反應效率不會下降,進而維持加工氣體G2的濃度於一期望範圍。
根據本揭露的一實施例,在操作S107中,下腔體21的移動量是根據流體濃度偵測器件44所發出的偵測訊號而決定。具體而言,控制器70中可儲存一查找表,所述查找表中紀錄有每一偵測訊號對應至物料5與管件35的排出口351之間的距離H1的數值。控制器70根據查找表,決定下腔體21相對上腔體22的移動量。
在一實施例中,在完成操作S107後,加工氣體G2的濃度將再度增加,且方法S100持續操作S104,持續偵測加工氣體G2在下游管道組件40的濃度。由於加工氣體G2的濃度持續性的維持在特定範圍內,故半導體晶圓W可依照符合製程需求的加工氣體G2進行生產,半導體晶圓W生產良率因此增加。
另一方面,在操作S106中,若控制器70所計算加工氣體G2供應至加工腔51的時間超過上述既定時間,方法S100執行操作S108,更換下腔體21。在一實施例中,在加工氣體G2供應至加工腔51的時間超過上述既定時間時,代表下腔體21內的物料5已大幅消耗,故執行下腔體21的替換操作。
在下腔體21的替換操作中,如第7圖所示,驅動單元12根據來自控制器70的控制訊號輸出動力,以帶動下腔體21朝遠離上腔體22的方向移動,使下腔體21與上腔體22分離。接著,如第8圖所示,將另一個儲存有充分的物料5的下腔體21’固定於承載件11。接著,驅動單元12根據來自控制器70的控制訊號輸出動力,以帶動下腔體21’朝上腔體22移動,使下腔體21’與上腔體22結合而再次形成封閉環境。在完成操作S108後,方法S100可再次執行操作S101。
在一實施例中,操作S108執行的同時,可同時執行一清潔操作。具體而言,如第7圖所示,在清潔操作中,來自清潔氣體儲存槽81的清潔氣體(例如:氮氣)可依序通過管件82、閥件83、管件84、管件45、流量控制單元46及管件47後進入加工設備50,以清潔加工腔51。或者,上述清潔操作可以在每一片(或每一批次)的半導體晶圓W加工完成後執行。在清潔操作執行時,停止操作S101-S104。
第9圖顯示根據部分實施例的一半導體製造設備1a的示意圖。在第9圖的實施例中,半導體製造設備1a與第1圖的半導體製造設備1相同或相似的元件將施予相同的標號,且其特徵將不再說明。在部分實施例中,半導體製造設備1a與半導體製造設備1之間的差異包括半導體製造設備1的氣體製備槽20由氣體製備槽20a所取代,並且半導體製造設備1的上游管道組件30由上游管道組件30a所取代。
在部分實施例中,上游管道組件30a是配置用於供應一載體氣體進入氣體製備槽20a的封閉環境200a當中。根據本揭露的一實施例,上游管道組件30a包括複數個管件(例如,管件31、33a)、一加熱單元32、一導引盤36、一致動器37及複數個供應單元DU。
管件31、33a為上游管道組件30用於導引氣體的通道的不同段部。管件31、33a可以分別獨立製成。或者,管件31、33a可彼此相連並以一體成形方式製成。在一實施例中,管件31的一端連結載體氣體來源60,且管件31的另一端連連結加熱單元32。管件33a的一端連結加熱單元32,且管件的另一端通過上腔體22a的頂壁221a進入至封閉環境200a中並連結導引盤36。
每一供應單元DU包括有一管件39及一閥件38。管件39的一端連結至導引盤36的底面,且管件39在平行轉軸R2的方向上朝下腔體21延伸並終止於排出口391。閥件38連結於管件39,並配置用於控制載體氣體通過管件39的供應。如此配置,來自載體氣體來源60的載體氣體(例如:氬氣、氮氣、氦氣等)依序通過管件31、加熱單元32、管件33a、導引盤36及管件39後由管件39的排出口391排放進入封閉環境200,其中導引盤36分配來自管件33a的氣體至每一管件39中。在一實施例中,控制器70電性連結於每一閥件38,並獨立控制每一閥件38之開關,或者獨立控制每一閥件38之開啟程度,以決定每一管件39的流量。
在一實施例中,管件33a係以可活動的方式套接於導引盤36。並且,致動器37耦接導引盤36並配置用於控制導引盤36繞轉軸R2的轉動以及控制導引盤36在平行轉軸R2的方向上的升降。在一實施例中,致動器37可包括馬達(圖未示),並根據控制器70的控制訊號控制導引盤36的轉動或升降。轉軸R2可通過上腔體22a的頂壁221a的實質中心,並與轉軸R1重疊。
根據本揭露的一實施例,方法S100亦可應用於半導體製造設備1a中。具體而言,在操作S102中,致動器37根據來自控制器70的控制訊號輸出動力,以帶動導引盤36相對下腔體21進行旋轉,藉此改變下腔體21相對於管件39的排出口391的旋轉角度。在導引盤36旋轉過後,由於管件39的排出口391可以與另一區域的物料5繼續維持適當距離,載體氣體與物料5的反應效率不會下降,進而維持加工氣體的濃度於一期望範圍。
另一方面,在操作S107中,致動器37根據來自控制器70的控制訊號輸出動力,以帶動導引盤36朝下腔體21移動,使物料5與管件35的排出口351之間維持適當距離。在導引盤36下降過後,由於管件39的排出口391可以與另一區域的物料5繼續保持適當距離,載體氣體與物料5的反應效率不會下降,進而維持加工氣體的濃度於一期望範圍。在部分實施例中,在操作S102與操作S107中,除了致動器37根據控制訊號驅動導引盤36的移動以外,驅動單元12同樣也可根據控制訊號驅動下腔體21的移動。
根據本揭露的部分實施例,採用半導體製造設備1a執行方法S100的其餘操作皆相似於上方採用半導體製造設備1執行方法S100的內容,為簡化內容將不再重覆說明。
本揭露的半導體製造設備藉由供應載體氣體與設置在封閉環境中的物料反應而產生用於半導體製程的加工氣體。由於排放載體氣體的排出口與物料的相隔距離可在加工過程中即時進行動態調整,故載體氣體與物料的反應效率不會隨半導體製造設備使用時間增加而降低。於是,加工氣體可以穩定進行供應,半導體晶圓的生產良率得以提升。
上文概述若干實施例之特徵或實例,使得熟習此項技術者可更好地理解本揭示案的態樣。熟習此項技術者應瞭解,可輕易使用本揭示案作為設計或修改其他製程及結構的基礎,以便實施本文所介紹之實施例或實例的相同目的及/或實現相同優勢。熟習此項技術者亦應認識到,此類等效結構並未脫離本揭示案之精神及範疇,且可在不脫離本揭示案之精神及範疇的情況下產生本文的各種變化、替代及更改。
1:半導體製造設備 5:物料 10:支撐組件 11:承載件 12:驅動單元 20:氣體製備槽 200:密閉環境 21:下腔體 211:底壁 212:下側壁 2120:外表面 213:溝槽 214:溝槽 22:上腔體 22a:上腔體 221:頂壁 221a:頂壁 222:上側壁 2221:內表面 23:密封圈 24:密封圈 30:上游管道組件 30a:上游管道組件 31:管件 32:加熱單元 33:管件 33a:管件 34:閥件 35:管件 351:排出口 36:導引盤 37:致動器 38:閥件 39:管件 391:排出口 40:下游管道組件 41:管件 411:吸入口 42:閥件 43:管件 44:流體濃度偵測器件 45:管件 46:流量控制單元 47:管件 48:管件 49:閥件 50:加工設備 51:加工腔 52:晶圓座 53:灑頭 60:載體氣體來源 70:控制器 80:清潔氣體供應組件 81:清潔氣體儲存槽 82:管件 83:閥件 84:管件 D1:距離 DU:供應單元 G1:載體氣體 G2:加工氣體 G2’:加工氣體 H1:距離 H1’:距離 H2:距離 R1:轉軸 R2:轉軸 S100:方法 S101:操作 S102:操作 S103:操作 S104:操作 S105:操作 S106:操作 S107:操作 S108:操作
當結合附圖閱讀時,根據以下詳細描述可更好地理解本揭示案的態樣。應注意,根據工業標準實踐,各種特徵未按比例繪製。事實上,為論述清楚,各特徵的尺寸可任意地增加或縮小。 第1圖顯示根據本揭露部分實施例的半導體製造設備的示意圖。 第2圖顯示根據本揭露部分實施例的半導體製造設備的部分元件的示意圖。 第3圖顯示根據本揭露部分實施例的加工半導體晶圓的方法的流程圖。 第4圖顯示根據本揭露部分實施例的加工半導體晶圓的方法的部分操作的示意圖,其中載體氣體經由上游管道組件排放至氣體製備槽,且加工氣體經由下游管道組件留至加工設備。 第5圖顯示根據本揭露部分實施例的加工半導體晶圓的方法的部分操作的示意圖,其中上游管道組件與物料的距離增加導致加工氣體濃度減少。 第6圖顯示根據本揭露部分實施例的加工半導體晶圓的方法的部分操作的示意圖,其中下腔體朝上腔體移動使上游管道組件的排出口靠近物料。 第7圖顯示根據本揭露部分實施例的加工半導體晶圓的方法的部分操作的示意圖,其中下腔體與上腔體分離以進行替換操作。 第8圖顯示根據本揭露部分實施例的加工半導體晶圓的方法的部分操作的示意圖,其中另一儲存有物料的下腔體設置於承載件上。 第9圖顯示根據本揭露部分實施例的半導體製造設備的示意圖。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
S100:方法
S101:操作
S102:操作
S103:操作
S104:操作
S105:操作
S106:操作
S107:操作
S108:操作

Claims (10)

  1. 一種半導體晶圓的製造方法,包括:經由一排出口供應一載體氣體進入位於一上腔體與一下腔體之間的一封閉環境,使該載體氣體與儲存在該下腔體內的一物料進行反應而生成一加工氣體;改變該下腔體相對該排出口的旋轉角度;以及經由一下游管道組件自該封閉環境將該加工氣體供應至放置有一半導體晶圓的一加工腔。
  2. 如請求項1所述的半導體晶圓的製造方法,其中改變該下腔體相對該排出口的旋轉角度的操作是在該載體氣體的供應期間執行。
  3. 如請求項1所述的半導體晶圓的製造方法,更包括:偵測該加工氣體在該下游管道組件的濃度;以及當該加工氣體的偵測濃度低於一閥值時,改變該下腔體相對該排出口的距離。
  4. 如請求項3所述的半導體晶圓的製造方法,其中該排出口與該物料的距離保持在一既定範圍內。
  5. 一種半導體製造設備,包括:一承載件; 一驅動單元,連結該承載件並配置用於驅動該承載件的運動;一下腔體,固定於該承載件並配置用於儲存一物料;一上腔體,可活動的連結於該下腔體並與該下腔體形成一封閉環境;一上游管道組件,連結該上腔體並與該封閉環境連通,其中該上游管道組件通過一排出口供應一載體氣體進入該封閉環境;以及一下游管道組件,連結該上腔體並與該封閉環境連通,其中該承載件的運動改變該下腔體相對該排出口的位置。
  6. 如請求項5所述的半導體製造設備,其中該驅動單元配置用於驅動該承載件在一轉軸上的轉動,以改變該下腔體相對該排出口的一旋轉角度。
  7. 如請求項5所述的半導體製造設備,更包括一致動器配置用於驅動該上游管道組件在一轉軸上的轉動,以改變該下腔體相對該排出口的一旋轉角度。
  8. 申請求項5所述的半導體製造設備,更包括一控制器,電性連結該上游管道組件,且該上游管道組件包括:複數個管件,各自包括該排出口,以供應一載體氣體進入該封閉環境;以及 複數個閥件,各自連結該等管件之一,其中該控制器獨立控制該等閥件之開關。
  9. 如請求項5所述的半導體製造設備,其中該驅動單元配置用於驅動該承載件在一垂直方向上的移動,以改變該下腔體與該排出口的之間的距離。
  10. 如請求項5所述的半導體製造設備,更包括:一流體濃度偵測器,連結該下游管道組件並配置用於監測自該封閉環境流入該下游管道組件的一加工氣體的濃度;以及一控制器,電性連結該流體濃度偵測器與該驅動單元,其中該控制器根據該流體濃度偵測器的偵測訊號發出控制訊號至該驅動單元以驅動該承載件的運動。
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