CN112750726B - 半导体制程系统以及处理半导体晶圆的方法 - Google Patents

Abstract

一种半导体制程系统以及处理半导体晶圆的方法，半导体制程系统在制程腔室中处理半导体晶圆。制程腔室包括用于在腔室内执行半导体制程的半导体处理设备。制程腔室包括与制程腔室的一或多个部件整合在一起的热管。热管有效地将来自腔室内的热转移至腔室外部。

Description

半导体制程系统以及处理半导体晶圆的方法

技术领域

本揭示内容是关于半导体制程系统以及处理半导体晶圆的方法。

背景技术

半导体晶圆是在半导体处理设备中处理。半导体晶圆经历大量制程，包括薄膜沉积、光阻剂图案化、蚀刻制程、掺杂剂布植制程、退火制程及其他类型的制程。许多此些制程执行在半导体制程腔室中。为了在各种半导体制程中实现均匀的结果，将半导体制程腔室中的温度维持在选定范围内是有益的。

然而，半导体制程腔室内的温度可能是难以控制的。半导体制程时常利用加热器来升高半导体制程腔室内的温度。然而，可能难以自半导体制程腔室消散足够的热，以确保半导体制程腔室的温度不会升高至高于选定水平或在选定范围之外。若无法在半导体制程环境内良好地控制温度，则有可能半导体晶圆将具有不佳的均匀性、不如预期的效能特性，或可能需要完全报废。

发明内容

本揭示内容的实施方式中的一态样提供一种半导体制程系统，包括：加热器、定义内部体积的壁、定位在内部体积中，并且配置以固持一或多个半导体晶圆的晶圆支撑件，以及定位在内部体积中的沉积护罩。沉积护罩包括第一表面、第二表面，及定位在第一表面与第二表面之间的热管蒸汽腔室。

本揭示内容的实施方式中的另一态样为一种半导体制程系统，包括：半导体制程腔室、晶圆支撑件、加热器、以及热管。半导体制程腔室定义内部体积。晶圆支撑件定位在半导体制程腔室内，并且配置以在半导体制程期间固持半导体晶圆。加热器经定位以加热内部体积。热管经定位以接收来自内部体积的热。

本揭示内容的实施方式中的又一态样为一种处理半导体晶圆的方法，包括：在半导体制程腔室中支撑半导体晶圆；通过加热器将热输出至半导体制程腔室中；对定位在半导体制程腔室内的半导体晶圆执行半导体制程；以及通过热管转移来自半导体制程腔室内的热。

附图说明

当结合随附诸图阅读时，得以自以下详细描述最佳地理解本揭示案的态样。应注意，根据行业上的标准实务，各种特征未按比例绘制。事实上，为了论述清楚，可任意地增大或减小各种特征的尺寸。

图1为根据一些实施方式的半导体制程系统的方块图；

图2A为根据一些实施方式的包括形成为热管的沉积护罩的半导体制程系统的侧视剖面图；

图2B为根据一个实施方式的图2A的沉积护罩的俯视图；

图2C为根据一个实施方式的图2A的沉积护罩的侧视图；

图2D为根据一实施方式的加热器衬垫的示意图；

图3A及图3B为根据一些实施方式的蒸汽腔室式热管的示意图；

图4A及图4B为根据一些实施方式的热管的示意图；

图5为根据一些实施方式的用于处理半导体晶圆的方法的流程图。

【符号说明】

100:半导体制程系统

102:半导体制程腔室

103:内部体积

104:处理设备

106:晶圆

108:加热器

109a:电线

109b:电线

110:温度感测器

111a:加热器衬垫

111b:加热器衬垫

112:热管

114:控制系统

116:壁

120:沉积护罩

121:插槽

124:盖

126:晶圆支撑件

127:底部电极

128:顶部电极

130:气体源

134:通气孔

140:第一表面

142:第二表面

143:排气栅格

144:内表面

145:台阶式表面

146:外表面

147:顶表面

149:开口

151:加热元件

152:毛细材料

154:柱

156:蒸汽通道

160:热

162:热

166:箭头

168:箭头

170:热表面

171:第一末端

172:冷却表面

173:第二末端

500:方法

502:步骤

504:步骤

506:步骤

508:步骤

D1:直径

D2:直径

W1:宽度

W2:宽度

W3:宽度

W4:宽度

H1:高度

H2:高度

H3:高度

T1:厚度

T2:厚度

T3:厚度

L:长度

具体实施方式

以下揭示内容提供用于实施所提供标的的不同特征的许多不同实施方式或实施例。以下描述部件及布置的特定实施例以简化本揭示案。当然，此些仅为实施例，并且并不意欲为限制性的。举例而言，在如下描述中第一特征在第二特征之上或在第二特征上形成可包括其中第一特征与第二特征形成为直接接触的实施方式，并且亦可包括其中额外特征可在第一特征与第二特征之间形成而使得第一特征与第二特征可不直接接触的实施方式。另外，本揭示案可在各种实施例中重复元件符号及/或字母。此重复是出于简化及清楚目的，并且其自身并不表示所论述的各种实施方式及/或配置之间的关系。

另外，为了描述简单，可在本文中使用诸如“在……下面”、“在……下方”、“下部”、“在……上方”、“上部”及其类似术语的空间相对术语，以描述如诸图中所绘示的一个元件或特征与另一(另外)元件或特征的关系。除了诸图中所描绘的定向以外，此些空间相对术语意欲涵盖元件在使用中或操作中的不同定向。装置可以其他方式定向(旋转90度或以其他定向)，并且可同样相应地解释本文中所使用的空间相对描述词。

图1为根据一个实施方式的半导体制程系统100的方块图。半导体制程系统100包括半导体制程腔室102及控制系统114。半导体制程腔室102具有内部体积103。处理设备104至少部分地定位在半导体制程腔室102内。晶圆106及温度感测器110定位在内部体积103内。加热器108定位在半导体制程腔室102之外。处理设备104包括热管112。半导体制程腔室102包括至少部分地定义内部体积103的壁116。

在一实施方式中，半导体制程腔室102配置以对晶圆106执行一或多个半导体制程。晶圆106为半导体晶圆。通常，半导体晶圆在制造期间经历大量制程。此些制程可包括薄膜沉积、光阻剂图案化、蚀刻制程、掺杂剂布植制程、退火制程及其他类型的制程。在所有处理步骤皆完成之后，晶圆106将被切割成多个个别的集成电路。

在一实施方式中，半导体制程腔室102为薄膜沉积腔室。薄膜沉积腔室可包括化学气相沉积腔室、溅射腔室、物理气相沉积腔室、原子层沉积腔室、电浆增强气相沉积腔室、磊晶生长腔室，或其他类型的薄膜沉积腔室。熟悉此项技术者将认识到，根据本揭示的一些实施方式，在不脱离本揭示范畴的情况下，半导体制程腔室102可包括不同于上述的薄膜沉积腔室。

在一实施方式中，半导体制程腔室102为蚀刻腔室。蚀刻腔室配置以蚀刻沉积在晶圆106上的薄膜。蚀刻腔室可包括用于湿式蚀刻、干式蚀刻、电浆蚀刻或其他类型的蚀刻制程的腔室。在不脱离本揭示范畴的情况下，可利用不同于上述的蚀刻腔室。

在一实施方式中，半导体制程腔室102为掺杂剂布植腔室。掺杂剂布植腔室可包括通过掺杂剂离子轰击晶圆106的离子布植腔室。根据用于离子布植制程的选定参数在晶圆106内布植掺杂剂离子。在不脱离本揭示的范畴的情况下，掺杂剂布植腔室可包括不同于上述类型的掺杂剂布植。

半导体制程腔室102包括处理设备104。处理设备104辅助执行半导体制程。处理设备104可包括辅助薄膜沉积制程、蚀刻制程、离子布植制程、退火制程、光微影制程及其他类型的制程的设备。部分处理设备104可完全定位在半导体制程腔室102内。部分处理设备104可部分地定位在半导体制程腔室102内，并且部分地在半导体制程腔室102外。部分处理设备104可完全定位在半导体制程腔室102外。

处理设备104可包括用于产生电场、电压、磁场、电子信号或其他类型的电效应的电部件。因此，处理设备104可包括可在半导体制程中利用的电极、电线、射频电源、发射器、接收器或其他类型的电设备。

处理设备104可包括用于管理半导体制程腔室102内的气体或流体的设备。处理设备可包括如下的部件：用于将气体或流体引入半导体制程腔室102中，用于自半导体制程腔室移除气体或流体，用于监控并控制半导体制程腔室102内气体的流动、存在或成分。

处理设备104可包括用于在半导体制程期间遮蔽内部体积103的一部分的保护设备。举例而言，处理设备104可包括沉积护罩或多类型的保护设备。

在一些半导体制程中，需要将半导体制程腔室102内的温度维持在选定范围内。在一些情形下，可采用加热器108以将半导体制程腔室102或晶圆106加热至选定温度。然而，在一些情形下，半导体制程可产生过量的热，导致温度高于选定范围。在此些情况下，可能难以使用传统技术来维持选定温度范围。

在一些实施方式中，为了辅助控制半导体制程腔室102内的温度，处理设备104包括热管112。热管112促进将来自半导体制程腔室102的内部体积的热传导至半导体制程腔室102外部。因此，热管112提升将来自半导体制程腔室102内的热转移至半导体制程腔室102外部的能力。继而能够更严格地控制半导体制程腔室102内的温度。温度感测器110感测半导体制程腔室102内的温度并将温度信号传递至控制系统114。控制系统114回应来自温度感测器110的温度信号，控制加热器108的操作。特定而言，加热器108可操作于风险降低下，加热器108将产生多于自半导体制程腔室102内消散的热。因此，若半导体制程腔室102内的温度超过选定温度范围或温度阈值，则加热器108的输出可能减小，并且热管112可迅速地传送来自半导体制程腔室102的热，以使得温度迅速回到选定温度范围。以此方式，可在半导体制程期间将半导体制程腔室102内的温度维持在选定温度范围内。

半导体制程腔室内的半导体处理设备时常包括各种金属部件。选择金属部件使其足够坚固来承受半导体制程腔室内的条件。可选择金属部件以承受高温、真空条件、强电场、强磁场及粒子轰击。

在一实施方式中，一或多个热管112耦接至半导体制程腔室102内的金属部件中的一或多者。热管112与半导体制程腔室102内的金属部件中的一或多者实体接触。热管112接收来自一或多个金属部件的热并将热自一或多个金属部件转移。

在一实施方式中，一或多个热管112在一或多个金属部件与半导体制程腔室102外部之间延伸。通过将在以下更详细解释的制程，热管112将来自半导体制程腔室102内的一或多个金属部件的热转移至半导体制程腔室102外部。一或多个热管112可连接至散热器或在半导体制程腔室102外的另一类型的实体物件。一或多个热管将来自半导体制程腔室102内的一或多个金属部件的热转移至在半导体制程腔室102外的一或多个实体物件。

在一实施方式中，一或多个热管112将来自半导体制程腔室102内的一或多个金属部件的热转移至半导体制程腔室102内的另一区域。换言之，热管112可将来自半导体制程腔室102的一个区域的热转移至半导体制程腔室102的另一区域。在此些情况下，可能存在半导体制程腔室102的特定区域或部件，热需要自此些特定区域或部件被转移。热接收区域可为吸收较多热或连接至其他冷却系统的区域，此些其他冷却系统可将热转移至半导体制程腔室102外部。

在一实施方式中，半导体制程腔室102的一或多个传统金属部件包括热管112。因此，可用热管112来替换半导体制程腔室102的传统金属部件的一部分。此外，或替代地，可用热管112来替换整个金属部件。热管112可具有执行热管112所替换的传统金属部件的功能的形状及结构。热管112亦足够坚固，以便承受半导体制程腔室102内可能存在的高温、真空条件、强电场、强磁场、离子轰击及其他条件。热管112可提供促进自半导体制程腔室102的内部至半导体制程腔室102外部的热转移的额外益处。

在一实施方式中，热管112为半导体制程腔室102的壁116的部分。壁116可至少部分地定义半导体制程腔室102的内部体积103。壁116可包括一或多个热管112。一或多个热管112将来自半导体制程腔室102内部的热传导至半导体制程腔室102外部。

在一实施方式中，壁116为热管112，或热管112的群组。壁116的内表面对应于一或多个热管的热接收区域。壁116的外表面对应于一或多个热管112的散热区域。因此，热管112将在壁116的内表面处接收到的热转移至壁116的外表面。以此方式，热管112将来自半导体制程腔室102的内部的热消散至半导体制程腔室102外部。

在一实施方式中，热管112为热转移元件，其组合了热传导及相变的原理以有效地在两个界面间转移热。热管112包括容纳工作流体的内部体积。热管112操作，是通过在热接收区域处将热转移至工作流体，并且在散热区域处消散来自工作流体的热。工作流体将来自热接收区域的热转移至散热区域。因此，热管112包括热界面及冷却界面。热界面对应于热接收区域或待冷却的区域。冷却界面对应于散热区域或将热自热界面经由工作流体所转移到的区域。

在一实施方式中，热管112操作，是通过将热转移至工作流体，而使工作流体在热界面由液体转换为气体或蒸汽。热管112操作，进一步通过在冷却界面转移来自工作流体的热，而使工作流体由气体或蒸汽转换为液体。更特定而言，当工作流体经过内部通道循环时，工作流体呈液态进入热接收区域或接近热界面。热接着在热接收区域或热界面被转移至工作流体，并且工作流体沸腾或汽化。气态工作流体接着流经朝向散热区域或冷却界面的通道。在散热区域或冷却界面，气态工作流体散热，直至工作流体凝结为液体形式为止。液体工作流体接着经由毛细作用，被热管内的毛细材料吸收。液体工作流体流经背向热界面或热接收区域的毛细材料。液体工作流体接着经过朝向接收区域的通道，继续再次循环。以此方式，热管112将来自接收区域的热转移至散热区域。热管112的此操作可有效地将来自半导体制程腔室102的内部体积的热转移至半导体制程腔室102外部。此外或取代地，热管可有效地将来自半导体制程腔室102内部的一个区域的热转移至半导体制程腔室102内部的另一区域。

图2A为根据一实施方式的半导体制程系统100的图示。半导体制程系统100包括半导体制程腔室102。半导体制程腔室102包括内部体积103。半导体制程腔室102进一步包括配置以固持晶圆106的晶圆支撑件126。

在图2A的实施例中，半导体制程系统100为电浆增强化学气相沉积(plasmaenhanced chemical vapor deposition；PECVD)系统。可利用电浆增强化学气相沉积系统在晶圆106上沉积介电层。介电层可包括氧化硅、氮化硅，或其他类型的介电层。在不脱离本揭示范畴的情况下，可利用半导体制程系统100来沉积其他类型的层或执行不同于上述的其他类型的半导体制程。

在一实施方式中，半导体制程系统100包括底部电极127、顶部电极128及气体源130。在图2A的实施例中，顶部电极128为喷头型电极，包括多个通气孔134，使得气体能够自气体源130流至内部体积103中。底部电极127及顶部电极128耦接至射频电源。射频电源可耦接至控制系统114或可为控制系统114的一部分。

在PECVD制程期间，沉积气体自气体源130经由顶部电极128的通气孔134传递至内部体积103中。射频电源通过在底部电极127与顶部电极128之间施加电压，而由内部体积103内的沉积气体产生电浆。电浆增强薄膜在晶圆106上的沉积。在一个实施方式中，半导体制程腔室102为沉积护罩120。沉积护罩120是放置在内部体积103内，环绕晶圆支撑件126及晶圆106。沉积护罩120靠在腔室壁116上。当盖124升高或被移除时，沉积护罩120可下降至内部体积103中。如以下进一步详细描述，可根据图2B及图2C进一步理解沉积护罩120的形状。沉积护罩120可包括排气栅格143。排气栅格143可包括孔隙或孔洞，其使得来自沉积制程的排放气体能够自沉积腔室的内部体积103中经过。排气栅格143可为沉积护罩120的一体式部分，或可为连接至沉积护罩120的单独部分。

在一实施方式中，沉积护罩120防止材料积累在半导体制程腔室102的壁116上。举例而言，在蚀刻或沉积制程期间，蚀刻材料或供应至内部体积103中的材料有可能会积累在壁116的内表面上。为了防止积累，半导体制程腔室102包括沉积护罩120。可在每一半导体制程之后容易地移除并替换、或移除并清洁沉积护罩120。

在一些情形下，需要在沉积制程期间将晶圆106的温度维持在选定温度范围内。可操作加热器108以将热提供至内部体积103。特定而言，加热器衬垫111a、加热器衬垫111b可耦接至沉积护罩120。加热器衬垫111a、加热器衬垫111b可包括电阻性元件。电流可经由电线109a、109b传递至加热器衬垫111a、加热器衬垫111b。当电流经过加热器衬垫111a及加热器衬垫111b的电阻性元件时，电阻性元件产热，热经由沉积护罩120传递至内部体积103。因此，可将加热器衬垫111a及加热器衬垫111b视为加热器108的一部分。在不脱离本揭示的范畴的情况下，可利用许多其他类型的加热器。

在用于在晶圆106上沉积氧化硅层的低温PECVD制程的实施例中，可能需要将内部体积103的温度维持在50℃与70℃之间。因此，控制系统114可间歇地或连续地操作加热器108以加热晶圆106。然而，在一些情形下，PECVD制程可导致产生过量的热，将内部体积加热至超过期望温度范围的温度。导致氧化硅层的错误沉积。

为了促进来自内部体积103的热的迅速消散，沉积护罩120包括热管结构。热管结构将来自被沉积护罩120环绕的内部体积的热转移至沉积护罩120外部。因此，沉积护罩120为热管112。沉积护罩120包括第一表面140及第二表面142。可将第一表面140视为内表面。可将第二表面142视为外表面。

在一个实施方式中，沉积护罩为平板热管。平板热管包括在第一表面140与第二表面142之间的蒸汽腔室。如后续关于图3A及图3B更详细的描述，蒸汽腔室将来自第一表面140的热转移至第二表面142。

沉积护罩120可包括顶表面147及台阶式表面145。沉积护罩120具有使得沉积护罩120能够下降至制程腔室102中并由腔室壁116稳定支撑的形状。可自半导体制程腔室102移除，并在沉积制程之间或在某些特定沉积制程之后清洁沉积护罩120。在不脱离本揭示范畴的情况下，沉积护罩120可具有不同于上述的形状及部件。

盖124靠在沉积护罩120的顶表面147上。在图2A中，将盖124示为单个部件。然而，实务上，盖124可包括耦接在一起、耦接至沉积护罩120及耦接至顶部电极128的各种部件。

在一实施方式中，壁116包括内表面144及外表面146。壁116可为圆柱形的。圆柱形腔室壁可环绕沉积护罩120，并且可部分地定义内部体积103。

在一实施方式中，壁116包括热管结构。热管结构将来自被壁116环绕的内部体积103的热转移至壁116外部。因此，壁116可为热管112。热管112可包括在内表面144与外表面146之间的蒸汽腔室。蒸汽腔室将来自内壁144的热转移至外表面146。

尽管未在图2A中示出，但半导体制程腔室102可包括不同于上述的其他类型的热管112。如以下将更详细地描述，其他类型的热管112可包括不同于平板蒸汽腔管类型的热管。

图2B为根据一实施方式的图2A的沉积护罩120的俯视图。图2B的俯视图绘示出大体环形的沉积护罩120。在沉积护罩120的底部处的排气栅格143定义开口149。当沉积护罩120下降至沉积腔室中时，开口149环绕晶圆支撑件126。

沉积护罩120具有外径(直径D1)。外径(直径D1)对应于沉积护罩120的顶表面147的直径。直径D1可具有介于340mm与400mm之间的范围。在不脱离本揭示范畴的情况下，沉积护罩120的直径D1可具有其他数值。一些实施方式中，沉积护罩120在顶表面147处具有小于400mm或小于340mm的内径。在不脱离本揭示范畴的情况下，沉积护罩120在顶表面147的内径可具有其他数值。沉积护罩120在台阶式表面的外径，小于外径D1(直径D1)，并且大于沉积护罩120在顶表面147的内径。沉积护罩120在台阶式表面(亦即，内表面(第一表面140)处具有内径，小于沉积护罩120在顶表面147处的内径，并且小于沉积护罩120在第二表面142的外径。在一些实施方式中，沉积护罩120在内表面(第一表面140)的内径小于330mm或小于310mm。在不脱离本揭示范畴的情况下，沉积护罩120在内表面(第一表面140)的内径可具有其他数值。

开口149具有直径D2。直径D2是由排气栅格143的内部边缘定义。直径D2可具有介于310mm与330mm之间的范围。在不脱离本揭示范畴的情况下，直径D2可具有其他数值。排气栅格143可具有宽度W1。宽度W1可具有介于20mm与50mm之间的数值。在不脱离本揭示范畴的情况下，宽度W1可具有其他数值。

图2C为根据一个实施方式的图2A的沉积护罩120的侧视图。图2C的侧视图绘示沉积护罩120中的插槽121。当沉积护罩120定位在沉积腔室中时，可通过使晶圆106通过插槽121而将晶圆106放置在晶圆支撑件126上。沉积腔室的壁116亦可包括开口或端口，晶圆可通过开口或端口自沉积腔室外部通过插槽121。在不脱离本揭示范畴的情况下，沉积护罩120可具有其他形状及配置。

沉积护罩120具有总高度H1。高度H1对应于顶表面147与排气栅格143的底部之间的距离。在一些实施方式中，高度H1可具有介于200mm与300mm之间的值。在不脱离本揭示案的范畴的情况下，高度H1可具有其他数值。

图2D为根据一实施方式的加热器衬垫111a及加热器衬垫111b的示意图。为清楚表述，在图2D中，未将加热器衬垫111a及加热器衬垫111b示为耦接至沉积护罩120。当使用时，如图2A所示，加热器衬垫111a及加热器衬垫111b耦接至沉积护罩120的外表面(第二表面142)的相对侧。在其他实施方式中，两个以上加热器衬垫耦接至沉积护罩120。

每一加热器衬垫111a及加热器衬垫111b具有高度H2及宽度W2。在一些实施方式中，高度H2可介于80mm与150mm之间，并且宽度W2可介于80mm与150mm之间。在不脱离本揭示范畴的情况下，高度H2及宽度W2可使用其他值。

每一加热器衬垫111a、加热器衬垫111b具有加热元件151。在一实施例中，加热元件151为电阻性线圈。当电流经过电阻性线圈时，电阻性线圈产热。电阻性线圈耦接至相应的电线109a及109b。在一实施例中，每一加热器衬垫111a、加热器衬垫111b在产热时消耗400W与600W之间的功率。在不脱离本揭示范畴的情况下，加热器衬垫111a及111b可利用其他类型的加热元件以及其他数值的功率消耗。图3A为根据一实施方式的图2A至图2C的沉积护罩120的一部分的横截面图。特定而言，图3A绘示沉积护罩120的内表面(第一表面140)与外表面(第二表面142)之间的内部结构放大横截面图。特定而言，在一个实施方式中，沉积护罩120在内表面(第一表面140)与外表面(第二表面142)之间的内部结构为热管结构。根据一实施方式，沉积护罩120可形成为蒸汽腔室式的热管112。此外或替代地，图3A的热管112可对应于包括在半导体制程腔室102中的其他类型的处理设备104。

在一实施方式中，沉积护罩120包括定位在第一表面140与第二表面142之间的毛细材料152。特定而言，毛细材料152是沿第一表面140定位。毛细材料配置以经由毛细作用吸入液体。以下将更详细地描述，一旦进入毛细材料152，液体便可穿过毛细材料152。毛细材料152亦可沿第二表面142定位。

在一实施方式中，毛细材料152的柱154延伸于第一表面140与第二表面142之间。毛细材料152的柱154亦可耦接至延伸于第一表面140与第二表面142之间的支撑杆或支柱。毛细材料152的柱154可环绕支撑杆或支柱。因此，支撑柱或支柱是定位在毛细材料152的柱154内，并且未见于图3A的视野中。支撑柱或支柱可帮助防止在第一表面140与第二表面142之间的蒸汽腔室塌陷。

在一实施方式中，蒸汽通道156定位在毛细材料152的柱154之间。以下将更详细地描述，蒸汽通道156支持第一表面140与第二表面142之间的蒸汽流。在一实施方式中，蒸汽通道156形成环绕毛细材料152的柱154的单个连续的蒸汽通道。

在一实施方式中，毛细材料152为烧结材料。烧结材料可为烧结金属。烧结金属可包括钛、铝、铁、铜或其他类型的金属。烧结金属包括孔洞，可经由毛细作用吸入液体。液体可经由孔洞的网络沿烧结金属行进。可通过产生金属的粉末，并在低于金属熔点的温度下，金属粉末压在一起，生产烧结金属。所得的多孔金属，可经由毛细作用吸入液体。在不脱离本揭示范畴的情况下，可将其他材料及制程用于烧结材料。

在一实施方式中，毛细材料152为沟槽材料。举例而言，柱154可包括在第二表面142与第一表面140之间的方向上延着柱的长度延伸的沟槽。沟槽可通过毛细作用吸入液体。液体可接着沿沟槽的长度在第二表面142与第一表面140之间行进。沟槽材料可包括金属，诸如，钛、铝、铜、铁或其他类型的金属。在不脱离本揭示范畴的情况下，沟槽材料可包括其他类型的金属或不同于金属的材料。沟槽材料亦可为烧结材料。

在一实施方式中，毛细材料152包括被包裹的筛网。在此情形下，毛细材料152包括具有大量孔洞的筛网。筛网接着被包裹起来。筛网可经由毛细作用吸入液体。一旦进入毛细材料152，液体可穿过介于第二表面142与第一表面140之间的柱154中的孔洞或孔隙的网络。在不脱离本揭示案的范畴的情况下，毛细材料152可包括不同于筛网、烧结材料或沟槽材料的其他类型的毛细材料。

在一实施方式中，热管112的厚度介于2mm与50mm之间。因此，沉积护罩120，配置以包裹在圆柱中的平板蒸汽腔式管，可具有与传统沉积护罩类似的厚度。另外，在不脱离本揭示范畴的情况下，平板蒸汽腔式热管可用于半导体制程腔室102的其他部件。

在一实施方式中，热管112包括在第一表面140与第二表面142之间的蒸汽腔室中的工作流体。在热管112的操作期间，工作流体在气态与液态之间反复转变，而同时经过第一表面140与第二表面142之间的蒸汽腔室循环。可基于放置热管112的环境中的预期温度范围，来选择工作流体。在一实施方式中，为取得温度范围介在-70℃与200℃之间，工作流体可包括水、氟利昂、NH₃、CH₃COCH₃、CH₃OH、C₂H₅OH及C₇H₁₆。在一实施方式中，为取得温度范围介在200℃与500℃之间，工作流体可包括萘、道氏热载体(Downtherm)、Thermex、硫及汞。在一实施方式中，为取得温度范围介于500℃与1000℃之间，工作流体可包括铯、铷、钾及钠。在不脱离本揭示范畴的情况下，可针对各种温度范围利用不同于上述的其他工作流体。

沉积护罩120具有厚度T1。厚度T1对应于沉积护罩120的外表面(第二表面142)与内表面(第一表面140)之间的距离。厚度T1可具有在5mm与15mm之间的值。在不脱离本揭示范畴的情况下，其他厚度是可能的。

柱154具有厚度T2。厚度T2可具有在2mm与10mm之间的值，尽管在不脱离本揭示范畴的情况下，其他数值是可能的。

与沉积护罩120的内表面(第一表面140)相邻的毛细材料152可在相邻柱154之间的位置具有宽度W3。宽度W3可具有介于2mm与5mm之间的数值，尽管在不脱离本揭示范畴的情况下，可利用其他数值。

蒸汽通道156具有高度H3。高度H3对应于相邻柱154之间的距离。高度H3可具有介于5mm与10mm之间的数值，尽管在不脱离本揭示范畴的情况下，可利用高度H3的其他数值。

图3B为根据一实施方式的图3A的沉积护罩120的注解图，绘示热管的操作。在图3B中，第一表面140为热表面或热管112的热接收侧。第二表面142为冷却表面或热管112的散热侧。

在一实施方式中，将热管112所接收到的热160绘示为入射热管112的第一表面140上的波形线。热管112吸收热160。将由热管112消散的热162绘示为离开第二表面142的波形线。尽管未在图3B中示出，但热管112可与表面(第一表面140、第二表面142)中的一者或两者上的固体材料实体接触。

在一实施方式中，通过箭头166及箭头168绘示热管112内工作流体的流动及热转移机制。指向第二表面142的箭头166绘示呈蒸汽或气态的工作流体，在蒸汽通道156中朝向第二表面142行进。指向第一表面140的箭头168绘示呈液态的工作流体，在毛细材料152的柱154内朝向第一表面140行进。

当热160在第一表面140被接收时，工作流体吸收热160，并且自液态转变为蒸汽或气态。根据物理相变原理，材料自液态至气态的转变需要相对大量的热。因此，工作流体在对应于第一表面140的接收区域或热表面处，当液态与气态之间转变时，吸收大量的热。

在一实施方式中，在工作流体已转变为气态后，工作流体流经蒸气通道156朝向第二表面142流动。气态工作流体的流动方向为蒸气腔室内压力差的结果。压力在接收区域较高。压力在散热区域较低。以下将更详细地描述，部分地基于工作流体在散热区域变成液体的事实。

在一实施方式中，当气体工作流体接近蒸汽通道156内的第二表面142时，气体工作流体开始将热转移至第二表面142。当工作流体已转移足量的热之后，工作流体自蒸汽或气态转变为液态。自气态转变为液态需要大量散热。因此，工作流体转变为液态时转移了大量的热能。热162是自第二表面142消散的热。

在一实施方式中，当工作流体在第二表面142处转变为液态时，工作流体被柱154中的毛细材料152吸收。液态工作流体经由毛细作用被毛细材料152吸收。液态工作流体接着流经柱154的毛细材料，朝向第一表面140流动。当液态工作流体到达第一表面140时，液体工作材料吸收热160，并转变为蒸汽或气态，并且重复吸热散热的循环。以此方式，平板蒸汽腔式热管(热管112)可将热自热管112的一侧转移至另一侧。

如上所述，在一实施方式中，壁116可包括如图3A及图3B所示的热管112。特定而言，壁116可包括平板蒸汽腔式热管(热管112)，可将大量的热自半导体制程腔室102的内部体积103转移至半导体制程腔室102外部。在不脱离本揭示范畴的情况下，可利用不同于上述的其他类型的热管。另外，在不脱离本揭示范畴的情况下，半导体制程腔室的其他部件可包括热管。

图4A为根据一实施方式的离散式热管(热管112)的横截面图。根据一实施方式，热管112形成为单管式热管112。图4A的热管112可包括作为半导体制程腔室102的处理设备104的一部分。热管112可定位至与半导体制程腔室102的处理设备104相邻，并且可自半导体制程腔室102的处理设备104转移热。在一实施方式中，热管112在实体支撑半导体制程腔室102内的处理设备104的定位。熟悉此项技术者将认识到，在不脱离本揭示范畴的情况下，根据本揭示案，可以许多方式并结合半导体制程腔室102内的许多部件来利用热管112。可将热管112放置在如下环境中：热管在热接收区域或热表面170接收热，并且热管112在散热区域或冷却表面172散热。

在一实施方式中，热管112可定位在沉积护罩120与壁116之间。在此实施例中，热接收区域或热表面170为沉积护罩120的第二表面142。散热区域或冷却表面172为壁116的内表面。在此实施例中，热管112可定位在沉积护罩120与壁116之间的加热器衬垫111a下方。热管112接收来自沉积护罩120的第二表面142的热，并向壁116散热。以此方式，热管112可促进自处理腔室的内部至处理腔室外部的散热。在一实施方式中，可将多个离散式热管(热管112)放置在沉积护罩120与壁116之间。可将热管112放置在其他位置处，以促进自处理腔室的内部至处理腔室外部的散热。

在一实施方式中，热管112分隔内部的蒸汽通道156，并且包括沿热管112的内表面定位的毛细材料152。毛细材料152配置以经由毛细作用吸入液体。以下将更详细地描述，一旦液体进入毛细材料152，便可穿过毛细材料152。

在一实施方式中，毛细材料152为烧结材料。烧结材料可为烧结金属。烧结金属可包括钛、铝、铁、铜或其他类型的金属。烧结金属包括孔洞，可经由毛细作用吸入液体。液体可经由孔洞的网络沿烧结金属行进。可通过产生金属的粉末，并在低于金属熔点的温度下，将金属粉末压在一起，生产烧结金属。所得的多孔金属，其可经由毛细作用吸入液体。在不脱离本揭示范畴的情况下，可将其他材料及制程用于烧结材料。

在一实施方式中，毛细材料152为沟槽材料。沟槽可通过毛细作用吸入液体。液体可接着沿沟槽的长度行进。沟槽材料可包括金属，诸如，钛、铝、铜、铁或其他类型的金属。在不脱离本揭示范畴的情况下，沟槽材料可包括其他类型的金属或不同于金属的材料。沟槽材料亦可为烧结材料。

在一实施方式中，毛细材料152包括被包裹的筛网。在此情形下，毛细材料包括具有大量孔洞的筛网。筛网接着被包裹起来。筛网可经由毛细作用吸入液体。一旦液体进入毛细材料152，液体可穿过孔洞或孔隙的网络。在不脱离本揭示案的范畴的情况下，毛细材料152可包括不同于筛网、烧结材料或沟槽材料的其他类型的毛细材料。

在一实施方式中，热管112包括在第一表面140与第二表面142之间的蒸汽腔室中的工作流体。在热管112的操作期间，工作流体在气态与液态之间重复转换，而同时经过热接收区域(热表面170)与散热区域(冷却表面172)之间的内部循环。可基于放置热管112的环境中的预期温度范围，来选择工作流体。在一实施方式中，为取得温度范围介在-70℃与200℃之间，工作流体可包括水、氟利昂、NH₃、CH₃COCH₃、CH₃OH、C₂H₅OH及C₇H₁₆。在一实施方式中，为取得温度范围介在200℃与500℃之间，工作流体可包括萘、道氏热载体(Downtherm)、Thermex、硫及汞。在一实施方式中，为取得温度范围介于在500℃与1000℃之间，工作流体可包括铯、铷、钾及钠。在不脱离本揭示案的范畴的情况下，可针对各种温度范围利用不同于上述的其他工作流体。

在一实施方式中，热管112具有长度L。长度L对应于第一末端171与第二末端173之间的距离。第一末端171定位在热接收区域或热表面170。第二末端173定位在散热区域或冷却表面172处。长度L可介于10mm与30mm之间，尽管在不脱离本揭示范畴的情况下，其他长度是可能的。毛细材料可具有厚度T3。厚度T3可具有介于1mm与5mm之间的数值，尽管在不脱离本揭示范畴的情况下，其他厚度是可能的。内部的蒸汽通道156可具有宽度W4。宽度W4可具有在3mm与10mm之间的数值，尽管在不脱离本揭示范畴的情况下，可利用其他数值。

图4B为根据一实施方式的图4A的热管112的注解图，绘示热管的操作。在一实施方式中，将热管112所接收到的热160绘示为入射热管112的第一表面140上的波形线。热管112吸收热160。将由热管112消散的热162绘示为离开第二表面142的波形线。

在一实施方式中，通过箭头166及箭头168绘示热管112内工作流体的流动及热转移机制。指向散热区域(冷却表面172)的箭头166绘示呈蒸汽或气态的工作流体，在蒸汽通道156中朝向散热区域(冷却表面172)行进的工作流体。指向热接收区域(热表面170)的箭头168绘示呈液态的工作流体，在毛细材料152内朝向热接收区域(热表面170)行进。

当热160在热接收区域处被接收时，工作流体吸收热160，并且自液态转变为蒸汽或气态。根据物理相变原理，材料自液态至气态的转变需要相对大量的热。因此，工作流体在热表面170的接收区域处，当液态与气态之间转变时，吸收大量的热。

在一实施方式中，在工作流体已转变为气态之后，工作流体流经蒸汽通道156朝向散热区域(冷却表面172)流动。气态工作流体的流动方向为蒸气腔室内压力差的结果。压力在热接收区域(热表面170)处较高。压力在散热区域(冷却表面172)较低。以下将更详细地描述，部分地基于工作流体在散热区域变成液体的事实。

在一实施方式中，当气体工作流体接近蒸汽通道156内的散热区域(冷却表面172)时，气体工作流体开始将热转移至第二表面172。当工作流体已转移足量的热之后，工作流体自蒸汽或气态转变为液态。自气态转变为液态需要大量散热。因此，工作流体转变为液态时转移了大量的热能。热162是在散热区域(冷却表面172)处消散掉的热。

在一实施方式中，当工作流体在散热区域(冷却表面172)处转变为液态时，工作流体被毛细材料152吸收。液态工作流体经由毛细作用被毛细材料152吸收。液态工作流体接着经过毛细材料152朝向热接收区域流动。当液态工作流体到达热接收区域时，液态工作材料吸收热160，并转变为蒸汽或气态，并且重复吸热散热的循环。以此方式，平板蒸汽腔式热管(热管112)可将热自热管112的一侧转移至另一侧。

图5为根据一实施方式的方法500的流程图。在步骤502处，方法500包括在半导体制程腔室中支撑半导体晶圆。半导体制程腔室的一实施例为图1的半导体制程腔室102。在步骤504处，方法500包括通过加热器将热输出至半导体制程腔室中。加热器的一实施例为图1的加热器108。在步骤506处，方法500包括对定位在半导体制程腔室内的半导体晶圆执行半导体制程。在步骤508处，方法500包括通过热管转移来自半导体制程腔室内的热。热管的一实施例为图3A的热管112。

在一实施方式中，一种半导体制程腔室包括加热器、定义内部体积的壁、定位在内部体积中，并且配置以固持一或多个半导体晶圆的晶圆支撑件，以及定位在内部体积中的沉积护罩。沉积护罩包括第一表面、第二表面，及定位在第一表面与第二表面之间的热管蒸汽腔室。

在一实施例中，热管蒸汽腔室包括毛细材料、一或多个通道，以及工作流体。在一实施例中，热管蒸汽腔室包括在第一表面与第二表面之间延伸的一或多个支柱。在一实施例中，毛细材料耦接至一或多个支柱。在一实施例中，毛细材料为烧结毛细材料。在一实施例中，毛细材料为沟槽毛细材料。在一实施例中，毛细材料包括一或多个筛网。在一实施例中，毛细材料为金属。在一实施例中，沉积护罩环绕晶圆支撑件，其中沉积护罩的第一表面比沉积护罩的第二表面更接近晶圆支撑件。

在一实施方式中，一种半导体制程系统包括定义内部体积的半导体制程腔室，以及晶圆支撑件，晶圆支撑件定位在半导体制程腔室内，并且配置以在半导体制程期间固持半导体晶圆。此系统包括经定位以加热内部体积的加热器，以及经定位以接收来自内部体积的热的热管。

在一实施例中，半导体制程系统进一步包括温度感测器以及控制系统。温度感测器配置以感测内部体积内的温度。控制系统耦接至温度感测器及加热器，并且配置以回应于温度感测器来控制加热器。在一实施例中，热管定位在内部体积内。在一实施例中，半导体制程系统进一步包括处理设备，定位在内部体积内，并且耦接至热管。在一实施例中，半导体制程腔室包括至少部分地定义内部体积的壁，其中热管与壁整合。在一实施例中，热管为平板蒸汽腔式热管。在一实施例中，半导体制程腔室包括薄膜沉积腔室、薄膜蚀刻腔室以及离子布植腔室中的的一或多者。在一实施例中，热管包括密封的内部腔室、定位在内部腔室中的毛细材料、以及定位在内部腔室中的工作流体。

在一实施方式中，一种方法包括在半导体制程腔室中支撑半导体晶圆，以及通过加热器将热输出至半导体制程腔室中。此方法包括对定位在半导体制程腔室内的半导体晶圆执行半导体制程，以及通过热管转移来自半导体制程腔室内的热。

在一实施例中，热管与定位在半导体制程腔室内的沉积护罩整合。在一实施例中，热管包括内部体积、定位在内部体积中的毛细材料、以及工作流体。

本揭示的一些实施方式的原理提供对半导体处理环境加强的温度控制。对半导体处理环境温度的可靠控制，造就符合设计规范特性的半导体晶圆。另外，可靠的温度控制造就半导体晶圆切割出的集成电路的均匀特性。因此，集成电路具有可靠效能，并且很少晶圆及集成电路因不良的温度控制而报废。如本文中所描述，实施在半导体处理环境中的热管，能够加强消散来自半导体处理环境的热。较佳地控制半导体处理环境内的温度。

前文概述了若干实施方式的特征，使得熟悉此项技术者可较佳地理解本揭示案的态样。熟悉此项技术者应了解，他们可容易地使用本揭示案作为设计或修改用于实现相同目的及/或达成本文中所介绍的实施方式的相同优势的其他制程及结构的基础。熟悉此项技术者亦应认识到，此些等效构造不脱离本揭示案的精神及范畴，并且他们可在不脱离本揭示案的精神及范畴的情况下在本文作出各种改变、代替及替换。

Claims (20)

1.一种半导体制程系统，其特征在于，包括：

一加热器；

一壁，定义一内部体积；

一晶圆支撑件，定位在该内部体积中，并且配置以固持一或多个半导体晶圆；以及

一沉积护罩，定位在该内部体积中，并且包括：

一第一表面；

一第二表面；以及

一热管蒸汽腔室，定位在该第一表面与该第二表面之间，该热管蒸汽腔室包括：

一毛细材料，其中该毛细材料的多个柱延伸于该第一表面与该第二表面之间；

连续的蒸汽通道，定位在该毛细材料的该些柱之间，并环绕该毛细材料的该些柱；以及

一工作流体。

2.根据权利要求1所述的半导体制程系统，其特征在于，该连续的蒸汽通道为单个连续的蒸汽通道。

3.根据权利要求1所述的半导体制程系统，其特征在于，该热管蒸汽腔室包括在该第一表面与该第二表面之间延伸的一或多个支柱。

4.根据权利要求3所述的半导体制程系统，其特征在于，该毛细材料耦接至该一或多个支柱。

5.根据权利要求1所述的半导体制程系统，其特征在于，该毛细材料为一烧结毛细材料。

6.根据权利要求1所述的半导体制程系统，其特征在于，该毛细材料为一沟槽毛细材料。

7.根据权利要求1所述的半导体制程系统，其特征在于，该毛细材料包括一或多个筛网。

8.根据权利要求1所述的半导体制程系统，其特征在于，该毛细材料为金属。

9.根据权利要求1所述的半导体制程系统，其特征在于，该沉积护罩环绕该晶圆支撑件，其中该沉积护罩的该第一表面比该沉积护罩的该第二表面更接近该晶圆支撑件。

10.一种半导体制程系统，其特征在于，包括：

一半导体制程腔室，定义一内部体积；

一晶圆支撑件，定位在该半导体制程腔室内，并且配置以在一半导体制程期间固持一半导体晶圆；

一加热器，经定位以加热该内部体积；以及

一热管，经定位以接收来自该内部体积的热，该热管包括：

一毛细材料，其中该毛细材料的多个柱延伸于第一表面与第二表面之间；

连续的蒸汽通道，定位在该毛细材料的该些柱之间，并环绕该毛细材料的该些柱；以及

一工作流体。

11.根据权利要求10所述的半导体制程系统，其特征在于，进一步包括：

一温度感测器，配置以感测该内部体积内的一温度；以及

一控制系统，耦接至该温度感测器及该加热器，并且配置以回应于该温度感测器来控制该加热器。

12.根据权利要求10所述的半导体制程系统，其特征在于，该热管是定位在该内部体积内。

13.根据权利要求10所述的半导体制程系统，其特征在于，进一步包括一处理设备，定位在该内部体积内，并且耦接至该热管。

14.根据权利要求10所述的半导体制程系统，其特征在于，该半导体制程腔室包括至少部分地定义该内部体积的一壁，其中该热管与该壁整合。

15.根据权利要求14所述的半导体制程系统，其特征在于，该热管为一平板蒸汽腔式热管。

16.根据权利要求10所述的半导体制程系统，其特征在于，该半导体制程腔室包括以下的一或多者：

一薄膜沉积腔室；

一薄膜蚀刻腔室；以及

一离子布植腔室。

17.根据权利要求10所述的半导体制程系统，其特征在于，该连续的蒸汽通道的高度对应于相邻的该些柱之间的距离。

18.一种处理半导体晶圆的方法，其特征在于，包括：

在一半导体制程腔室中支撑一半导体晶圆；

通过一加热器将热输出至该半导体制程腔室中；

对定位在该半导体制程腔室内的该半导体晶圆执行一半导体制程；以及

通过一热管转移来自该半导体制程腔室内的热，该热管包括：

一毛细材料，其中该毛细材料的多个柱延伸于第一表面与第二表面之间；

连续的蒸汽通道，定位在该毛细材料的该些柱之间，并环绕该毛细材料的该些柱；以及

一工作流体。

19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，该热管与定位在该半导体制程腔室内的一沉积护罩整合。

20.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，该连续的蒸汽通道的高度对应于相邻的该些柱之间的距离。