CN111288247A - 圆顶应力隔离层 - Google Patents

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Abstract

本文所述的实施方式涉及用于工艺腔室中的机械隔离和热绝缘的装置和技术。在一个实施方式中，绝缘层被设置在圆顶组件和气体环之间。绝缘层被配置以维持圆顶组件的温度并且防止从圆顶组件到气体环的热能传递。绝缘层提供圆顶组件与气体环的机械隔离。绝缘层还在圆顶组件和气体环之间提供热绝缘。绝缘层可由含聚酰亚胺的材料制成，所述材料大幅地降低绝缘层变形的发生。

Description

圆顶应力隔离层
技术领域
本公开内容的实施方式大体上涉及半导体处理，且更具体地涉及用于降低工艺腔室的热传递和机械应力的装置和技术。
背景技术
使用各种工艺在基板上沉积膜。膜沉积通常通过将工艺气体引入包含基板的工艺腔室中来完成。工艺气体例如通过热量在工艺腔室内被激活。当激活工艺气体时，工艺腔室的部件通过热传导和热对流被加热。工艺腔室的某些部件通过冷却流体来主动冷却。未被主动冷却但相邻于主动冷却的部分的部件也可被冷却。
聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene；PTFE)间隔件用于在工艺腔室的相邻部件之间产生物理间隔，以降低在相邻部件之间的热传递。然而，由于PTFE间隔件经受重复的加热和冷却，PTFE间隔件变形并且不再适合于使用。因此，常规的间隔件不能随时间防止或降低腔室部件之间的热传递，从而造成增加的维护成本。
因此，需要改进的工艺腔室设计。
发明内容
在一个实施方式中，提供一种装置，所述装置包括一个或多个腔室壁和圆顶组件。一个或多个腔室壁和圆顶组件在其中界定工艺容积。支撑基座设置在工艺容积中。环形气体环设置在一个或多个腔室壁与圆顶组件之间。绝缘层设置在环形气体环的表面上与圆顶组件相邻。绝缘层设置在环形气体环和圆顶组件之间。
在另一个实施方式中，提供一种装置，所述装置包括腔室壁和圆顶组件。腔室壁和圆顶组件在其中界定工艺容积。支撑基座设置在工艺容积中。环形气体环设置在腔室壁与圆顶组件之间。聚酰亚胺层设置在环形气体环和圆顶组件之间。
在另一个实施方式中，提供一种装置，所述装置包括腔室壁和圆顶组件。腔室壁和圆顶组件在其中界定工艺容积。支撑基座设置在工艺容积中。环形气体环设置在腔室壁与圆顶组件之间。聚酰亚胺层设置在环形气体环和圆顶组件之间。聚酰亚胺层设置在圆顶组件的表面上。
附图说明
以可以详细理解本公开内容的上述特征的方式，简要概述于上文的本公开内容的更具体描述可参照实施方式获得，所述实施方式中的一些实施方式在附图中示出。然而，应注意，附图仅示出示例性实施方式，且因此不被视为限制本公开内容的范围，因为本公开内容可允许其他同等有效的实施方式。
图1是根据一个实施方式的工艺腔室的横截面图。
图2是根据一个实施方式的放大表面的示意图。
为了促进理解，在可能的情况下，已经使用相同的附图标记以指示附图共有的相同元件。可以预期的是，一个实施方式的元件和特征可有益地并入其他实施方式中而无需进一步叙述。
具体实施方式
本文所述的实施方式涉及用于工艺腔室中的机械隔离和热绝缘的装置和技术。绝缘层被设置在圆顶组件和气体环之间。绝缘层在圆顶组件和气体环之间提供热绝缘。即，绝缘层被配置以减少从圆顶组件到气体环的热能传递。绝缘层也提供圆顶组件与气体环的机械隔离。绝缘层是由含聚酰亚胺的材料制成，所述材料大幅地降低了绝缘层的变形的发生。
图1是根据一个实施方式的工艺腔室100的示意性横截面图。工艺腔室100是由耐工艺材料(process resistant material)制成，所述材料诸如铝、不锈钢、上述材料的合金或上述材料的组合。工艺腔室100包括底部148、从底部148侧向延伸并且垂直于底部148的一个或多个腔室壁146、与底部148相对并且耦接至一个或多个腔室壁146的气体环108、和圆顶组件120。工艺容积104在工艺腔室100中由至少一个底部148、一个或多个腔室壁146以及圆顶组件120的内表面140界定。支撑基座106设置在工艺容积104中。支撑基座106与工艺腔室100的主轴同轴。支撑基座106的支撑表面150在处理期间支撑基板(未示出)。
杆132从支撑基座106延伸并且与圆顶组件120相对。杆132基本平行于一个或多个腔室壁146。在一个实施方式中，支撑基座106由陶瓷材料制成。在另一个实施方式中，支撑基座106由涂布有含硅材料的石墨材料制成，诸如碳化硅材料。
圆顶组件120包括冷却板128、加热板124、绝缘体122和圆顶102。加热板124相邻于冷却板128设置。绝缘体122相邻于加热板124且与冷却板128相对设置。在一个示例中，加热板124设置在冷却板128与绝缘体122之间。加热板124可被设置为与冷却板128和绝缘体122两者接触。圆顶102与绝缘体122相邻与加热板124相对。在一个实施方式中，绝缘体122设置在加热板124与圆顶102之间。绝缘体122可被设置为与加热板124和圆顶102两者接触。一个或多个冷却通道134形成在冷却板128中。诸如电阻加热器等的加热元件126被设置在加热板124中。在可与上文所述的一个或多个实施方式相组合的一个实施方式中，圆顶102是由陶瓷材料制成。例如，圆顶102可由含氧化铝材料制成。
注射器主体116穿过圆顶组件120设置并且部分延伸到与支撑基座106相对的工艺容积104中。冷却环118相邻于注射器主体116并且与工艺容积104相对设置。冷却环118与注射器主体116同轴。一个或多个喷嘴112在注射器主体116中形成，并且与工艺容积104流体连通。导管114通过冷却环118和注射器主体116形成。导管114耦接至喷嘴112。
流体源130耦接至导管114并且与喷嘴112相对。流体源130通过喷嘴112与工艺腔室104流体连通。在处理期间，流体源130向工艺容积104提供工艺流体。
气体环108设置在腔室壁146与圆顶组件120之间。气体环108相邻于圆顶102且与绝缘体122相对设置。气体环108是环形，并且气体环108的至少一部分围绕支撑基座106。气体环108的一部分从圆顶102径向向外延伸。气体环108的另一部分设置在圆顶102之下。气体环108的内表面142从圆顶组件120的内表面140径向向内延伸。
在可与上文所述的一个或多个实施方式相组合的一个实施方式中，气体环108由金属材料(例如，含铝材料)制成。在可与本文所述的一个或多个实施方式组合的一个实施方式中，气体环108由用于从气体环108传递热量的冷却流体来冷却。例如，冷却流体可流经在气体环108中形成的一个或多个冷却通道(未示出)。
如上所述，圆顶102和气体环108由不同材料制成。因此，圆顶102的热膨胀系数低于气体环108的热膨胀系数。热膨胀系数的差异包括圆顶102中的机械应力。
为了控制工艺容积104中的温度，圆顶102的温度被保持为基本上恒定。为了基本上降低圆顶102至气体环108的热传递，在圆顶102与气体环108之间设置绝缘层110。绝缘层110设置在圆顶102的表面136与气体环108的表面138之间。气体环108的表面138与支撑基座106的支撑表面150共面。在可与上文所述的实施方式中的一个或多个相组合的一个实施方式中，绝缘层110由含聚酰亚胺材料制成。绝缘层110具有在约0.08W/(m·K)与约0.3W/(m·K)之间(例如，约0.17W/(m·K))的热传导率。绝缘层110具有在约2cm2 K/W与约4cm2 K/W之间(例如，约3.21cm2 K/W)的热接触电阻。绝缘层110提供气体环108与圆顶102的机械分离。绝缘层110也提供圆顶102与气体环108的热隔离。另外，绝缘层110提供物理阻挡物以防止气体环108的颗粒接触或嵌入圆顶102中。含聚酰亚胺材料的高耐磨损性和耐摩擦性使得绝缘层110能以较少的用于修复或替换的中断来提供气体环108与圆顶102的机械分离。绝缘层110的操作温度为约300摄氏度至约400摄氏度，例如约350摄氏度。
如图1中所示，绝缘层100被设置在圆顶102的表面136与气体环108的表面138之间，以使得表面136、138间隔开与绝缘层110的厚度相等的距离。同样如图1中所示，气体环108还与绝缘层110的表面160接触，所述表面160与工艺容积104相对且垂直于表面136、138。此外，与垂直于表面136、138的绝缘层110的表面160接触的气体环108的表面162还与圆顶102接触，更具体地，表面162与和工艺容积104相对且垂直于表面136、138的圆顶102的表面144接触。
在可与上文所述的实施方式中的一个或多个相组合的一个实施方式中，绝缘层110在约50摄氏度至约60摄氏度的温度下使用沉积工艺(诸如化学气相沉积或物理气相沉积)沉积在气体环108上。在沉积绝缘层110之前，气体环108的表面138可被粗糙化以增加绝缘层110对气体环108的表面138的粘附。沉积的绝缘层110在约350摄氏度与约400摄氏度之间的温度下固化。沉积的绝缘层110的厚度在约0.0025英寸与约0.0035英寸之间。或者，绝缘层110是位于气体环108和圆顶102之间的薄膜片。薄膜片的厚度在约0.010英寸与约0.020英寸之间。
图2是根据可与上文所述的实施方式中的一个或多个相组合的一个实施方式的放大的表面的示意图。如相对于图1所描述，绝缘层110位于圆顶102的表面136与气体环108的表面138之间。由于一个或多个瑕疵206和208，圆顶102的表面136和气体环108的表面138具有约10微米与约100微米之间(例如，约25微米与约75微米之间)的RMS表面粗糙度。瑕疵206、208包括凸起和凹陷中的一个或多个。
随着在处理期间的圆顶102的温度增加，来自接触绝缘层110的表面的瑕疵206的机械应力增加。随着时间的推移，机械应力导致裂缝在圆顶102中发展，从而对工艺容积104中的工艺产生负面影响或导致圆顶102的失效和坍塌。瑕疵206、208嵌入绝缘层110中。因此，绝缘层110降低圆顶102和气体环108中的应力。在一个实施方式中，绝缘层110将在圆顶102和气体环108之间的给定接触点处的压力降低超过约150％，例如在约160％和约300％之间，诸如在约180％和约200％之间。
有利地，绝缘层110在圆顶102和气体环108之间提供热绝缘和机械隔离。绝缘层110基本上降低在和绝缘体122相邻的圆顶102的上部152与和气体绝缘层110相邻的圆顶102的下部154之间的温度差。例如，绝缘层110将在圆顶102的上部152与圆顶102的下部154之间的温差降低约15％至约30％之间，例如约20％。
虽然前述内容针对本公开内容的实施方式，但是可在不背离本公开内容的基本范围的情况下设计本公开内容的其他和进一步实施方式，且本公开内容的范围由所附权利要求书所确定。

Claims (20)

1.一种装置，包括：
一个或多个腔室壁和圆顶组件，所述一个或多个腔室壁和所述圆顶组件在所述一个或多个腔室壁和所述圆顶组件中界定工艺容积；
支撑基座，所述支撑基座设置在所述工艺容积中；
环形气体环，所述环形气体环设置在所述一个或多个腔室壁与所述圆顶组件之间；和
绝缘层，所述绝缘层设置在所述环形气体环的表面上与所述圆顶组件相邻，所述绝缘层设置在所述环形气体环与所述圆顶组件之间。
2.如权利要求1所述的装置，其中所述绝缘层包括聚酰亚胺。
3.如权利要求1所述的装置，其中所述圆顶组件包括：
冷却板，所述冷却板具有形成在所述冷却板中的冷却通道；
加热板，所述加热板具有设置在所述加热板中的加热部件，所述加热板相邻于所述冷却板设置；
绝缘体，所述绝缘体与所述加热板相邻与所述冷却板相对设置；和
圆顶，所述圆顶与所述绝缘体相邻并且与所述加热板相对设置。
4.如权利要求3所述的装置，其中所述绝缘层的厚度在约0.0025英寸与约0.0035英寸之间。
5.如权利要求3所述的装置，其中所述绝缘层的厚度在约0.010英寸与约0.020英寸之间。
6.如权利要求3所述的装置，其中所述环形气体环的表面被粗糙化以增加所述绝缘层对所述环形气体环的所述表面的粘附。
7.如权利要求3所述的装置，其中在所述环形气体环的所述表面上的缺陷以及在所述圆顶的表面上的缺陷嵌入到所述绝缘层中。
8.一种装置，包括：
腔室壁和圆顶组件，所述腔室壁和所述圆顶组件在所述腔室壁和所述圆顶组件中界定工艺容积；
支撑基座，所述支撑基座设置在所述工艺容积中；
环形气体环，所述环形气体环设置在所述腔室壁与所述圆顶组件之间；和
聚酰亚胺层，所述聚酰亚胺层设置在所述环形气体环与所述圆顶组件之间。
9.如权利要求8所述的装置，其中所述环形气体环的表面被粗糙化以增加所述聚酰亚胺层对所述环形气体环的所述表面的粘附。
10.如权利要求8所述的装置，其中所述聚酰亚胺层的厚度在约0.0025英寸与约0.0035英寸之间。
11.如权利要求8所述的装置，其中所述聚酰亚胺层的厚度在约0.010英寸与约0.020英寸之间。
12.如权利要求9所述的装置，其中所述环形气体环的所述表面具有在约10微米与约100微米之间的RMS表面粗糙度。
13.如权利要求8所述的装置，其中所述圆顶组件包括：
冷却板，所述冷却板具有形成在所述冷却板中的冷却通道；
加热板，所述加热板具有设置在所述加热板中的加热部件，所述加热板相邻于所述冷却板设置；
绝缘体，所述绝缘体与所述加热板相邻与所述冷却板相对设置；和
圆顶，所述圆顶与所述绝缘体相邻且与所述加热板相对设置。
14.如权利要求13所述的装置，其中在所述环形气体环的表面上的和在所述圆顶的表面上的缺陷嵌入到所述聚酰亚胺层中。
15.如权利要求13所述的设备，进一步包括：
注射器，所述注射器与所述工艺容积流体连通，所述注射器与所述支撑基座相对设置；和
杆，所述杆从所述支撑基座延伸与所述圆顶组件相对。
16.如权利要求13所述的装置，其中所述圆顶包括陶瓷材料。
17.如权利要求16所述的装置，其中所述陶瓷材料包括氧化铝。
18.一种装置，包括：
环形气体环；和
聚酰亚胺层，所述聚酰亚胺层具有沉积在所述环形气体环的表面上的约0.0025英寸至约0.0035英寸的厚度。
19.如权利要求18所述的装置，其中所述聚酰亚胺层具有在约0.08W/(m·K)与约0.3W/(m·K)之间的热传导率。
20.如权利要求18所述的装置，其中所述聚酰亚胺层具有在约2cm2 K/W与约4cm2K/W之间的热接触电阻，例如约3.21cm2 K/W的热接触电阻。
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