半導體乾式蝕刻製程

高精度模組化溫控器 - 實現乾式蝕刻製程精準控溫

蝕刻製程的目的是在晶圓表面製作特定圖樣,透過移除晶圓表面特定區域來完成,主要有「濕式」蝕刻和「乾式」蝕刻兩種方法。濕式蝕刻 (Wet Etching) 利用化學溶液,將晶圓表面的薄膜材料移除,以達成蝕刻目的;乾式蝕刻 (Reactive-Ion Etching, RIE) 主要透過電漿技術形成圖樣,利用氣體分子或其產生的離子和自由基,對晶圓材質進行物理性濺蝕轟擊與化學反應,進而移除蝕刻部分。

半導體先進製程不斷演進,製程線寬逐漸微小化,對臨界尺寸 (Critical Dimension, CD) 的誤差與一致性要求日趨嚴格。在乾式蝕刻製程中,為了實現穩定且均勻的蝕刻速率,除了精準的氣體和電漿控制以外,溫度控制更扮演著重要的變因,不僅需針對不同製程配方調整溫控 PID,更需要應對導入氣體與電漿時引發的溫度干擾,採取相對應的溫度控制。

解決方案介紹

乾式蝕刻設備常見溫控痛點

複雜的製程配方與溫度控制

氣體、電漿導入的溫度干擾

晶圓加熱延遲
乾式蝕刻製程中,溫度控制是相當重要的因素。透過靜電吸盤 (E-Chuck, ESC) 加熱器將晶圓升溫到一定溫度,使其有效率地進行均勻的蝕刻反應。

乾式蝕刻製程中會分階段導入不同的氣體,使電漿與晶圓薄膜進行均勻的蝕刻反應。然而,複雜的製程配方與導入會影響晶圓溫控的穩定性,進而影響半導體元件的良率品質。

乾式蝕刻的形狀和線寬受到蝕刻反應生成物的側壁沉積所支配,而反應生成物的附著性則強烈被溫度所影響著。隨著氣體導入與電漿蝕刻的進行,晶圓溫度也會同步被氣體降溫並被電漿加熱,為了提高蝕刻與側壁沉積的精度,除了精準控制靜電吸盤對晶圓的加熱,還需要考量氣體和電漿所造成的額外失溫和升溫。

此外,在加熱的過程中,因為晶圓厚度與溫升延遲的特性,加熱器會朝目標溫度 (SV) 持續輸出加熱,容易造成晶圓加熱過度而影響元件品質。
 
台達溫控器 DTDM 解決方案
 
痛點:複雜的製程配方與溫度控制
SV 目標溫度切換、PID 群組

溫控器 DTDM 支援 SV 目標溫度切換和 PID 群組功能,可針對導入不同製程配方時,以不同 SV 門限值範圍,切換至四組 PID 群組之一適合的 PID 參數,讓靜電吸盤針對各加熱區段為晶圓進行更精準的加熱,確保晶圓蝕刻的品質。





 
痛點:氣體、電漿導入的溫度干擾
前饋控制

為了降低氣體和電漿導入所帶來的溫度擾動, 溫控器 DTDM 的前饋控制功能可以針對已知的製程工藝所造成的溫度擾動,預先進行模擬、預測以及溫度補償的設定,在偵測到工藝行為的當下,立即提前進行溫度補償,以維持溫度的穩定性。




 
痛點:晶圓加熱延遲
串級控制

溫控器 DTDM 支援串級控制,透過多個溫度感測器監測晶圓和加熱器的溫度,運用外迴路與內迴路高速計算出目標溫度 (SV) 和當前溫度 (PV),並即時輸出控制命令。利用內迴路快速響應與低延遲的特性,快速消除系統內的干擾,達到穩定控溫的效果。