CN117043387A - 高温腔室及腔室部件清洁和维护方法及设备 - Google Patents
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Abstract
本文公开的示例关于清洁及修复其中设置有加热器的基板支撑件的方法及设备。一种方法包括：(a)清洁具有块体层的基板支撑件的表面，基板支撑件设置在被配置为处理基板的处理环境中。清洁处理包括在高温下从具有含氟气体及氧的清洁气体混合物形成等离子体。该方法包括：(b)利用由处理气体混合物形成的处理等离子体从处理环境移除氧自由基。该处理气体混合物包括含氟气体。此方法进一步包括：(c)利用后处理等离子体修复基板支撑件与块体层的界面。该后处理等离子体由包括含氮气体的后处理气体混合物所形成。该高温大于或等于约500℃。
Description
技术领域
本公开内容的示例大体上涉及清洁及维护处理腔室或设置在腔室之中的部件(诸如设置在基板支撑件内的加热器)的设备及方法。
背景技术
高器件良率与持续的清洁之间平均晶片(mean wafer between clean,MWBC)增益及拥有成本(cost of ownership,CoO)缩减对于先进半导体大批量制造(high volumemanufacturing,HVM)是关键需求。因此，半导体处理工具需要对颗粒缺陷与处理稳定性或偏移，及腔室硬件的寿命进行严格的控制。在化学气相沉积(CVD)处理期间，反应气体会产生沉积至腔室的内表面之上的组成物。随着这些沉积物的累积，残留物会剥落并污染未来的处理步骤。此残留沉积物也会负面地影响其他处理提交，诸如沉积均匀性、沉积速率、膜应力、颗粒性能、及类似者。
因此，处理腔室被周期地清洁以移除残留材料。此清洁处理涉及等离子体增强干式清洁技术。通常是卤素或含氧气体(诸如含氟气体或氧气)的蚀刻剂可与腔室部件(诸如基板支撑件)的表面反应，以形成氟化物或氧化物。在一些应用中，基板支撑件维持在高温下，诸如大于500℃。然而，在高温下，氟化物升华并凝结在相较于基板支撑件处于较低温度的腔室部件(例如喷淋头)上。该凝结会致使在CVD处理期间的基板的污染，并会导致CVD处理条件的改变，诸如沉积速率及均匀性偏移。
由于来自RPS或RF等离子体的氟(F)自由基攻击传统的AlN或Al2O3加热器表面，常规清洁处理具有温度限制，对于碳基膜为低于约500℃，及对于Si基膜为低于约570℃，。F自由基会与基板支撑件(诸如加热器表面)反应，其会在高于约500℃下升华，然后凝结或再沉积在较冷的表面上，诸如面板、腔室壁等等。这造成处理偏移、颗粒问题，并因此显著降低MWBC及增加CoO等等。基板支撑件可涂布有薄陶瓷涂层，其提供对于清洁气体的某些抵抗力。然而，随着基板被放置在基板支撑件上并从基板支撑件移除，该涂层会被磨损。再者，该涂层会容易因等离子体解离清洁气体时所形成的自由基而被氧化或劣化。此外，基板支撑件的尺寸与复杂度及可附接于基板支撑件的边缘环增加了在腔室部件上维护陶瓷涂层的时间并且成本更高。
因此，需要用于执行腔室及其部件的高温清洁及用于保护腔室部件上的涂层的改善方法及设备。
发明内容
本文公开的是用于清洁腔室及其部件(诸如基板支撑件)的方法及设备。在一个示例中，一种方法包括：(a)清洁基板支撑件的表面，基板支撑件具有设置在其上的块体层(bulk layer)。基板支撑件设置在被配置为处理基板的处理环境中。清洁处理包括在高温下由清洁气体混合物形成等离子体，该高温可与膜沉积温度相同。清洁气体混合物包括含氟气体及氧。该方法包括(b)利用由处理气体混合物形成的处理等离子体在该高温下从处理环境移除氧自由基。处理气体混合物包含该含氟气体。该方法进一步包括(c)利用后处理或后处理等离子体在该高温下维护、修复、或恢复基板支撑件与块体层的界面。后处理或后处理等离子体由包括含氮气体的含氮气体混合物所形成。该高温大于或等于约500℃。
在另一示例中，一种用于清洁基板支撑件的方法包括：(a)清洁基板支撑件的表面，基板支撑件具有设置在其上的块体层。基板支撑件设置在被配置为处理半导体基板的处理环境中。清洁处理包括在高温下由清洁气体混合物形成等离子体。清洁气体混合物包括NF3及O2。该方法进一步包括(b)利用由处理气体混合物形成的处理等离子体在该高温下从处理环境移除氧自由基。处理气体混合物包括NF3。该方法继续(c)利用后处理或后处理等离子体在该高温下维护、修复、或恢复基板支撑件与块体层的界面。后处理或后处理等离子体有包括N2的含氮气体混合物所形成。该高温大于或等于约500℃。
在又一示例中，半导体处理系统具有半导体处理腔室。半导体处理系统包括储存指令的非暂时性计算机可读取介质。当由处理器执行指令时，致使在半导体处理腔室中执行清洁方法。该方法包括：(a)清洁腔室及其部件的表面，诸如基板支撑件的表面，基板支撑件具有设置在其上的块体层。基板支撑件设置在被配置为处理半导体基板的处理环境中。清洁处理包括在高温下由清洁气体混合物形成等离子体。清洁气体混合物包括含氟气体或含氧气体，或在其中混合的任何含氟及含氧气体。该方法也包括(b)利用由处理气体混合物形成的处理等离子体在该高温下从处理环境移除氧自由基。处理气体混合物包括含氟气体。该方法进一步包括(c)利用后处理或后处理等离子体在该高温下维护、修复、或恢复基板支撑件与块体层的界面。后处理或后处理等离子体由包括含氮气体的后处理气体混合物所形成。该高温大于或等于约500℃。
附图说明
以便可以详细地理解本公开内容的上述特征的方式，可通过参照示例来获得上文简要概述的本公开内容的更具体的描述，这些示例中的一些绘示在附图中。然而，应注意附图仅绘示示例性示例且因此不应被当作限制本公开内容的范围，并且本公开内容可允许其他等效示例。
图1是处理腔室的示意剖面侧视图。
图2A–图2B是其上设置有块体层的基板支撑件的示意侧视图。
图3A–图3E是在清洁方法的不同阶段期间的基板支撑件的基底与块体层的侧视图。
图4是绘示关于图3A–图3E所示的阶段的用于清洁的方法的流程图。
为了易于理解，尽可能已使用相同的附图标记指代图中共通的相同元件。料想到一个示例的元件与特征可有利地并入其他示例中而不需进一步说明。
具体实施方式
本发明的示例大体上关于清洁腔室及其部件(诸如基板支撑件)的方法及设备。基板支撑件可具有设置在其中的加热器。基板支撑件设置在被配置为处理半导体基板的处理腔室内。在一个示例中，基板支撑件包括利用包含氟化物的块体层涂布的加热器。有利地，块体层不与清洁物种反应。因此，块体层保护基板支撑件不与清洁物种反应，从容减少形成在腔室部件上的的凝结。因此，块体层减少了在后续处理中的基板的污染并防止处理条件的改变或偏移。
在传统清洁方法及设备中，微孔隙与微裂缝通常发展成损害基板支撑件的表面的裂痕，并会传播至加热器。在多个清洁循环的过程中，裂痕在加热器内持续成长，直到裂痕连接，因此弱化了裂痕附近的块体层与加热器之间的粘附力。在传统清洁方法中的粘附力的局部化损失造成块体层从加热器分层。有利地，本公开内容的方法降低造成裂痕的微裂缝与孔隙的形成，因此延长加热器或利用块体层涂布的其他腔室部件的寿命。可适于从本公开内容获益的其他腔室部件包括覆盖晶片或具有处理套件的环(诸如边缘环)等等。
在使用氧基或氟基蚀刻剂的传统清洁处理中，氟及氧自由基会损害设置在基板支撑件中的铝基加热器。氟及氧自由基会致使加热器中的铝被转换成AlF，其升华到处理环境中，并重新沉积在腔室部件上。传统地，为了清洁碳基残留物，处理环境的温度小于500℃，并且对于硅基膜，温度小于570℃。传统的清洁处理及气体不使用高温，因为传统处理会蚀刻掉加热器及其他腔室部件如果不加以处理，对加热器的损害会改变基板支撑件的阻抗或电容，从而造成处理偏移，或导致在整个基板支撑件上的等离子体分布的非期望变动，或会产生造成良率损失的颗粒。
在本公开内容的一个示例中，高温方法及设备适于清洁其上具有碳基膜或残留物的基板支撑件。包括氟的清洁气体可用于硅基残留物，并且包括氧的清洁气体可用于清洁碳基残留物。有利地，本文的方法及设备能够使得高于500℃的操作温度能够用于碳基膜，并使得大于约570℃的温度能够用于硅基膜，诸如约600℃与约1000℃之间，及甚至高于1000℃。
产生在RF或RPS等离子体中或通过热或激光能量产生的氟或氧自由基可扩散穿过设置在加热器上的块体层。块体层包括MgFx化合物，诸如MgF2层。氟自由基与加热器中的含铝材料(诸如AlN)反应。加热器中的铝在与氟反应时形成扩散穿过块体层并升华进入处理腔室的处理环境的AlFx。本文公开的方法降低或消除覆盖加热器的块体层上的氟自由基的反应。氧自由基可引起MgFx层的氧化，从而形成MgO。氟自由基会攻击MgFx与AlN界面以形成AlFx与氧化氮(NOx)。随着AlFx与NOx扩散出基板支撑件104，微孔隙或裂缝会出现在MgFx与AlN的界面处。有利地，此方法降低在块体层与加热器的界面处的AlN的“消蚀(eat off)”，从而减少在界面处的微孔隙及微裂缝的形成。本文公开的方法也可降低形成在块体层中的裂痕。块体层中的裂痕可由氧自由基与块体层中的含氟材料交互作用引起。例如，氧自由基会与MgFx反应。因此，由三氟化氮(NF3)气体混合物所形成等离子体在上述的清洁处理之后对块体层进行处理。处理工艺及预处理工艺或后处理工艺可涉及蚀刻、沉积、钝化或这些技术的组合，以维护、修复或恢复虚弱部位或劣化的或损害的部位。
图1是根据本文所述的一个示例之处理腔室100的示意剖面视图。处理腔室100可以是等离子体增强CVD(PECVD)腔室或其他等离子体增强处理腔室。可受益于本文所述的示例的示例性处理腔室为支持PECVD的系列腔室，其可从加州圣克拉拉的应用材料公司取得。设想来自其他制造者的其他类似装备的处理腔室也可收益于本文所述的示例。处理腔室100包括腔室主体102、设置在腔室主体102内的基板支撑件104、及耦接至腔室主体102且封闭处理环境120中的基板支撑件104的盖组件106。盖组件106包括气体分配器，诸如喷淋头112。基板154穿过形成在腔室主体102中的开口126被提供至处理环境120。虽然本文的公开内容针对基板支撑件104进行讨论，但理解到该方法及设备可应用于具有块体层的任何腔室部件，如下文详细地公开。
可以是诸如陶瓷或金属氧化物(例如，氧化铝和/或氮化铝)的介电材料的隔离器110将喷淋头112从腔室主体102分开。喷淋头112包括开口118，用于允许处理气体或清洁气体进入处理环境120。气体可经由导管114供应至处理腔室100，并且气体在流动穿过开口118之前可进入气体混合区116。排气装置152形成在腔室主体102中低于基板支撑件104的位置。排气装置152可连接至真空泵(未示出)以从处理腔室100移除未反应物种及副产物。
喷淋头112可耦接至电气电源141，诸如RF产生器或DC电源。DC电源可供应连续和/或脉冲DC功率至喷淋头112。RF产生器可供应连续和/或脉冲RF功率至喷淋头112。远程等离子体源174也可耦接至处理腔室100的顶部、底部、或侧部，如图所示。电气电源141在操作期间被开启以供应电气功率至喷淋头112，以促进处理环境120中的等离子体160的形成。当暴露于等离子体160时，当处理气体通过RF产生器或DC电源的应用而被解离时，产生来自处理气体的成分，包括离子、中子、质子、及自由基。
基板支撑件104包括用于支撑基板154的表面142及侧表面144。在一个示例中，侧表面144实质上垂直于表面142。基板154具有尺寸D1(例如，直径)，及基板支撑件104具有大于尺寸D1的尺寸D2(例如，直径)。基板支撑件104可由陶瓷材料形成，例如金属氧化物或氮化物或氧化物/氮化物混合物，诸如铝、氧化铝、氮化铝、或铝氧化物/氮化物混合物。基板支撑件104由轴143支撑。基板支撑件104可被接地。加热元件128嵌入在基板支撑件104中。加热元件128可以是板、多孔板、网格、丝网、或任何其他分布式布置。加热元件128经由连接件130耦接至电源132。加热元件128可将基板支撑件加热至高温，诸如大于500℃。在应用本文所公开的方法及设备期间，基板154不放置在处理环境120之内。
显示在图1中的基板支撑件104处于较低位置，并且基板154通过延伸穿过基板支撑件104的多个升降销140而被支撑。基板154可放置在升降销140上或通过机器人(未示出)通过开口126从升降销140移除。在操作期间，基板支撑件104提升至较高位置，并且基板154设置在表面142上。
在清洁处理期间，清洁气体(例如含氟气体或含氧气体)可与基板支撑件104反应以在基板支撑件104上形成氟化物或氧化物。基板支撑件104维持在高于500℃的温度。在此高温下，氟化物或氧化物升华并凝结在较冷的腔室部件(诸如喷淋头112)上。氧化物升华温度很高，例如，氧化铝(Al2O3)在约1150℃与约1200℃之间升华。AlFx可在大于约500℃下升华。材料在喷淋头112上的凝结会致使在后续处理期间的基板的污染。因此，在应用所公开的方法及设备期间利用块体层200。
净化气体源170通过一个或多个净化气体线路172耦接至腔室。如图所示，净化气体线路172可穿过腔室主体102并供应净化气体至基板支撑件104的表面142。净化气体线路172也可穿过轴143与基板支撑件104。因此，净化气体线路172可通过基板支撑件104的中心和/或靠近侧覆盖161的基板支撑件104的边缘向表面142供应净化气体。
至少一个控制器162耦接至处理腔室100。控制器162包括彼此耦接的处理器164、存储器166、及支持电路168。处理器164可以是任何形式的通用微处理器或通用中央处理器(CPU)的一者，其各自可被使用在工业设定中，诸如可编程逻辑控制器(PLC)、监控及数据采集(SCADA)系统、或其他合适工业控制器。存储器166是非暂时性的且可以是一种或多种易于取得的存储器，诸如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、或其他形式的数字储存装置，本地或远程的。存储器166含有指令，当通过处理器164执行指令时，促使方法400的执行(在下文描述)。存储器166中的指令是程序产品的形式，诸如实施本公开内容的方法的程序。程序产品的程序代码可符合若干不同程序语言中的任一者。说明性计算机可读取储存介质包括但不限于：(i)信息永久储存于其上的不可写储存介质(例如，计算机内的只读存储器装置，诸如可通过CD-ROM驱动器读取的CD-ROM盘片、闪存存储器、ROM芯片、或任何类型的非易失性半导体存储器)；及(ii)其上储存可变信息的可写储存介质(例如，软盘驱动器内的软盘或硬盘驱动器或任何类型的固态随机存取半导体存储器)。当携带指示本文所述的方法的功能的计算机可读取指令时，此计算机可读取储存介质是本公开内容的示例。
图2A–图2B是其上设置有块体层200的基板支撑件104的示意侧视图。块体层200设置在基板支撑件104的基底202上。块体层200是基板支撑件104上的涂层。如图2A所示，块体层200具有尺寸D3，例如直径，其与基板支撑件104的尺寸D2相同。因此，块体层200覆盖基板支撑件104的整个表面142。在一些示例中，块体层200所具有的尺寸(诸如直径)小于基板支撑件104的尺寸D2。例如，尺寸D2可与基板154的尺寸D1相同。在一些示例中，基板支撑件104的表面142的一部分在清洁处理期间可被暴露。
基底202包括接触块体层200的第一表面206、与第一表面206相反的第二表面208、及连接第一表面206与第二表面208的第三表面210。第二表面208在清洁处理期间接触基板支撑件104的表面142。基底202的第一表面206可以是平滑的。块体层200覆盖基底202的第一表面206、第二表面208、及第三表面210。注意到，在一个示例中，基底202是嵌入在基板支撑件104内的加热元件128。
图2B绘示具有盖板212及设置于其上的块体层200的基板支撑件104的替代示例。在一些示例中，基板支撑件104包括盖板212及侧盖161。在一个示例中，盖板212的所有侧部被块体层200所覆盖。在另一示例中，盖板212由与块体层200相同的材料制成，使得盖板212可由一个或多个堆叠的块体层200组成。盖板212覆盖表面142的中央部分并且侧盖161覆盖表面142的边缘部分与侧表面144。此外，侧盖161的各表面可被块体层200覆盖。侧盖161在清洁期间可保留在处理腔室100中，如下文详细说明的。盖板212和/或侧盖161的各者可由与块体层200的相同材料制成，或替代地由与基板支撑件104相同的材料制成。
块体层200可包括诸如氟化镁(MgF2)的氟化物材料、或稀土氟化物，例如氟化钇(YF3)或氟化镧(LaF3)。在一个示例中，包括有加热器、盖板212、及侧盖161的块体基板支撑件可整个地由氟化物材料制成，氟化物材料具有约500微米与约1500微米之间的厚度。块体层200的氟化物材料暴露于处理环境120。在一些示例中，氟化物被掺杂剂(诸如硼和/或碳)掺杂，。掺杂剂水平范围从约0％至约50％，诸如从约10％至约30％。在一个示例中，氟化物是掺杂了硼与碳的LaF3(LaF3(B,C))。氟化物与清洁气体基本上不发生反应。此外，块体层200的氟化物不诸如大于500℃或大于1000℃的在高温下升华，在高温清洁期间，元素形式的氟不显著地离开块体层200并进入周围环境。在一个示例中，可利用约500℃至约750℃之间(诸如约500℃与约650℃之间)的清洁温度，同时不致使显著数量的元素形式的氟离开块体层200。在一个示例中，块体层200是MgF2或稀土氟化物，诸如YF3、LaF3、或LaF3(B,C)，具有范围从约100微米至约3000微米(诸如从约500微米至约1500微米)的厚度。
基底202可由硅(Si)、二氧化硅(SiO2)、氮化铝(AlN)、氧化铝(AlO)、石英、或其他合适材料制成。基底202可通过任何合适方法制造，诸如烧结。基底202具有范围从约100微米至约3000微米(诸如从约500微米至约1500微米)的厚度。可使用任何合适方法(诸如CVD、晶体成长、或烧结)来制造块体层200。块体层200可由PVD、PECVD、ALD、离子辅助沉积(IAD)、等离子体喷涂、湿式涂布、注入、或基于等离子体或激光的表面氟化、硼化、和/或碳化来制造。块体层200具有范围从约1000埃至约10微米(诸如从约5000埃至约1微米)的厚度。块体层200暴露于处理环境120(显示在图1中)。
图3A显示设置在处理环境120中的基板支撑件104。基板支撑件104暴露至清洁等离子体，诸如等离子体160，其由清洁气体混合物301产生。注意到，等离子体160可通过RF源(例如，电气电源141)或RPS源174产生。在一个示例中，块体层200包括氟化物材料，诸如氟化镁(MgF2)。清洁气体混合物301包括含氟气体304。在一个示例中，清洁气体混合物301的含氟气体304是NF3，其含有氮原子306与氟原子308，氟原子308扩散至块体层200并穿过一些微裂缝313进入加热器302。在所示的示例中，加热器302由含铝材料制成，诸如氮化铝(AlN)。AlN中的铝原子312会与扩散穿过MgF2块体层200的微裂缝313的氟原子308反应以形成氟化铝(AlFx)310、或AlFx气相314。AlFx气相314扩散出基板支撑件104的加热器302与块体层200。AlFx气相314可被泵出处理环境120，或其中一些可凝结在处理环境120的较冷表面上。
在一个示例中，当碳基膜或残留物存在于基板支撑件104上时，清洁气体混合物301可以是氧(O2)与NF3的组合。在存在碳时，清洁气体混合物301也可以是NF3与N2O、或N2。当利用清洁气体混合物301清洁碳基膜或残留物时，氧自由基被控制在不损害腔室部件上的氧化或攻击腔室部件的水平。在另一示例中，当硅基膜或残留物沉积在基板支撑件104上时，清洁气体混合物301可包括NF3。清洁气体混合物301也可包括N2、N2O、NH3、或Ar。含氟气体304可包括NF3、F2、SF6、及类似者。或者，清洁气体混合物301可包括含氧气体320，诸如氧、N2O、CO2。在硅基膜或残留物存在于基板支撑件104上并且加热器302由AlN制成的示例中，清洁气体混合物301可包括NF3、N2、或NH3。在其中加热器302由AlO制成的又一示例中，清洁气体混合物301可包括NF3、N2O、或O2。
包括氧(O2)320的第二清洁气体混合物303被导入处理环境120，如图3B所示。基板支撑件104暴露至清洁等离子体，诸如等离子体160，其由第二清洁气体混合物303形成。氧原子322从第二清洁气体混合物303扩散进入块体层200，形成氧化镁(MgO)层316。块体层200中的一些氟化镁(MgF2)转换成氧化镁(MgO)。如图所示，块体层200包括氧化的氧化镁(MgOx)层316及清洁保护层318。
或者，第二清洁气体混合物303中的氧可包括含氮气体328。例如，在存在碳基膜或残留物的情况下，氧可被N2O或CO2取代。在施加第二清洁气体混合物303的期间，处理环境120内的残留O2自由基被减少。对于O2清洁处理，加热器302中的AlN转换成AlO。由于AlO增加且AlN减少，加热器302的导热率降低。AlO与AlN转换成AlF与AlFx气相314，可被泵出处理环境120。NF3的导入可有利地从等离子体移除氧自由基，并且因此通过降低MgFx至MOx的转换来降低对氟-镁层(MgFx)321的损害。因此，NF3助于在氟-镁层(MgFx)321中重建MgF2。在另一示例中，当第二清洁气体混合物303施加至处理环境120以从基板支撑件104清洁硅基膜或残留物时，从处理环境120移除氟自由基。在加热器302由AlO制成的示例中，N2或NH3可被供应在第二清洁气体混合物303中。
图3C，基板支撑件104暴露至由后处理气体混合物305形成的后处理等离子体(即，等离子体160)，后处理气体混合物305包括含氟气体304。在一个示例中，含氟气体304是NF3。氮原子306与氟原子308扩散至基板支撑件104。氮原子306与氟原子308穿过氧化镁(MgO)层316(显示在图3B中)及清洁保护层318。氧化镁(MgO)被转换成氟-镁层(MgFx)321，其中x是1与6之间的整数。加热器302中的氧化铝(AlO)336与氮化铝(AlN)324被转换成一氟化铝(AlF)310。AlFx气相314扩散出加热器302，从而离开基板支撑件104。在一些示例中，此气相可包括氧化氮(NOx)，例如，当使用含氧气体清洁碳基膜时。多孔晶粒311形成在加热器302与块体层200的界面处，诸如加热器302与氟-镁层(MgFx)321的界面处。在一个示例中，多孔氟-镁(MgFx)晶粒是形成在加热器302与氟-镁层(MgFx)321的界面处的多孔晶粒311。在图3C中，块体层200包括清洁保护层318与氟-镁层(MgFx)321。
图3D绘示对图3B中所示的处理操作的修改。在图3D中，增强处理气体混合物307被提供至处理环境120。基板支撑件104暴露至当等离子体160暴露至增强处理气体混合物307时所形成的增强处理等离子体。基板支撑件104暴露至由增强处理气体混合物307所形成的处理等离子体。增强处理气体混合物307可包括含氧气体320、含一氧化二氮气体326、或含氮气体328、或前述气体的任何组合。例如，增强处理气体混合物307可仅含有含氧气体320、一氧化二氮气体326、或含氮气体328中的一者。或者，增强处理气体混合物307可含有含氧气体320及含氮气体328。在另一示例中，增强处理气体混合物307可含有一氧化二氮。在又另一示例中，增强处理气体混合物307可以是含氮气体328。含氮气体328可主动地抑制由RF或RP源形成的自由基的影响。示例性等离子体自由基包括当氧(O2)320或含氟气体304(例如NF3)在等离子体中被解离时所形成的自由基。含氮气体328屏蔽基板支撑件104及被块体层200所涂布的任何其他部件。在一些示例中，增强处理气体混合物307与第二清洁气体混合物303组合。
注意到，含一氧化二氮气体326可用于替代图3B中示出的含氧气体320。在一个示例中，含一氧化二氮气体326是N2O，其降低基板支撑件104的氧化。或者，氮(N2)328与含氧气体320可被添加至处理环境120以降低基板支撑件104的表面氧化。有利地，含氮气体(即，氮(N2)328或含一氧化二氮气体326)的任一者的存在增加基板支撑件104及由块体层200所覆盖的任何表面的蚀刻清洁速率。此外，N2或NH3移除残留氟自由基、修复铝悬空键(aluminumdangling bonds)、并降低AlFx至AlN的转换，因此保护加热器302与块体层200的界面。
图3E绘示对于图3C中所示的后处理操作的修改。增强后处理气体混合物309被提供至处理环境120，从而形成作为增强后处理等离子体的等离子体160。基板支撑件104暴露至由增强后处理气体混合物309所形成的处理等离子体。增强后处理气体混合物309可包括含氟气体304、含氮气体328、含氩气体330、含氢气体332、或前述气体中的两者或更多者的任何组合。
例如，增强后处理气体混合物309可包括含氮气体328与含氩气体330。含氮气体328可形成阻挡层334，其抑制加热器302的氧化。阻挡层334也包括形成在内部微裂痕表面上的钝化阻挡层和局部多孔晶粒311。在图3B或图3D所示的处理制程期间，含氩气体330可修复及基本上消除加热器302内的弱晶界。在另一示例中，增强后处理气体混合物309包括含氮气体、或含氢气体、或Ar气体，以在形成阻挡层334或钝化阻挡层之前消除弱部位(即，晶界)。例如，NH3或H2等离子体处理可通过氧化还原反应移除氧化层。氩和增强后处理气体混合物309中的额外气体可处理阻挡层334，因此增加对于氧及氟自由基的抵抗力。
在又一示例中，增强后处理气体混合物309包括含氮气体328、含氩气体330、及含氢气体332。在一个示例中，含氢气体332是氨(NH3)。增强后处理气体混合物309可增强块体层200与加热器302之间的粘附力。加热器302(即，基底)设置在具有块体层200的基板支撑件104之内，块体层200设置在加热器302的顶部上且接触加热器302。保护层200包括清洁保护层318、氟-镁层(MgFx)321、及阻挡层334。或者，当含氮气体328添加至增强后处理气体混合物309时，清洁保护层318、氟-镁层(MgFx)321、及阻挡层334可形成块体层200。
图4是显示用于清洁腔室部件的方法400的流程图。腔室部件可具有设置在其上的块体层200。方法400开始于操作402，在处理腔室中执行清洁处理。清洁处理可包括使清洁气体(诸如含氟气体或含氧气体)流动进入处理腔室。在一些示例中，清洁气体首先流动进入设置在处理腔室上方的远程等离子体源(RPS)，并且清洁物种(诸如自由基)形成在远程等离子体源中。清洁物种接着流动进入处理腔室以执行清洁处理。腔室部件可维持在高温下，例如约500℃与约1000℃之间。或者，腔室部件可维持在约550℃与约850℃之间(诸如约650℃与约700℃之间)的高温下。任选地，可执行使用氩或含氮气体(诸如N2或NH3)的净化处理。
清洁气体或清洁物种移除累积在腔室部件(诸如基板支撑件、喷淋头、边缘环或阴影环(未示出)、和/或腔室主体)上的任何残留材料。例如，清洁物种可从基板支撑件104与侧盖161移除残留材料，如图1所示。清洁气体或清洁物种基本上不与块体层反应，并且基板支撑件通过块体层保护而免受清洁气体或清洁物种的影响。在一个示例中，如图3A所绘示，清洁气体是含氟气体304。清洁气体也可包括氮(N2)328或含一氧化二氮气体326，显示在图3D中。在一个示例中，氮或氩可导入处理环境，以作为来自净化气体源170的净化气体。氮的导入降低了氧自由基对基板支撑件的表面氧化。氮(N2)净化可主动地抑制在等离子体内形成的氟自由基或氧自由基的影响。N2净化可抑制氟或氧自由基的负面影响，尤其是当硅基与碳基膜或残留物存在于基板支撑件104上时。N2净化可在加热器302的边缘附近、在加热器302的中央、或穿过加热器302被实施，其中氟-镁层(MgFx)321可被额外地弱化。当碳基膜或残留物沉积在基板支撑件104上时，Ar净化降低处理环境120中的氟自由基的存在。当硅基膜或残留物存在于腔室部件(诸如基板支撑件104)上时，Ar净化从处理环境120移除氮、氧、或氟自由基。在又一示例中，Ar净化从处理环境120移除氧化氮(NOx)自由基。
方法400包括数个可选的操作。在操作404，可执行可选的预处理工艺，以便基本上移除或消除弱部位并形成钝化阻挡层。在操作406，额外的高温等离子体清洁处理可被可选地执行。例如，操作402可被重复。该方法可进行至操作408，其中第二预处理工艺可被可选地执行，以便移除虚弱部位并形成钝化阻挡层。
在操作410，方法400继续进行，以执行处理工艺，以便从处理环境移除氧自由基。该处理工艺可在高温下执行，诸如上述的温度。如图3C与图3D所示，基板支撑件104暴露至由后处理气体混合物305或增强处理气体混合物307所形成的等离子体。在操作410期间，通过从后处理气体混合物305或增强处理气体混合物307扩散进入加热器302的处理气体，基板支撑件104的氧化得以降低。远程等离子体源(RPS)可单独地或组合地提供NF3或O2至处理环境，诸如处理环境120。RPS的位置可在任何位置耦接至处理腔室，诸如处理腔室100的顶部、底部、或中央位置。
在操作412，执行可选的后处理工艺。执行该后处理工艺以恢复或修复一个或多个被清洁腔室部件的受损表面或多个表面。腔室部件会被来自等离子体中的自由基的表面氧化所损害。该后处理工艺在高温下执行，诸如上述的温度。通过解离后处理气体混合物305或增强后处理气体混合物309而在处理环境120中形成等离子体从。注意到，当后处理气体混合物305被提供至处理环境120时，清洁保护层318与氟-镁层(MgFx)321形成块体层200。或者，当提供增强后处理气体混合物309时，阻挡层334可形成在氟-镁层(MgFx)321的顶部上并接触氟-镁层(MgFx)321。因此，块体层200包括阻挡层334、氟-镁层(MgFx)321、及清洁保护层318。增强后处理气体混合物309应降低或消除局部多孔晶粒311的形成。在一个示例中，氟-镁层(MgFx)形成在块体层200中。在操作410，可重复方法400，直到在加热器302中达到期望的去氧化(de-oxygenation)程度，或及多孔晶粒311会被最小化或消除。
本文公开的是用于清洁及可选地修复或恢复处理腔室部件(诸如其中设置有加热器的基板支撑件)的方法及设备。有利地，利用由氟化物材料所制造的块体层200以在清洁处理期间保护基板支撑件。氟化物基块体层200与清洁气体或清洁物种基本上不发生反应，并且当基板支撑件维持在高温下时，不会形成可升华的产物。该高温可在约500℃与约1000℃之间。尽管前述内容涉及本公开内容的示例，但在不背离本公开内容的基本范围下可设想本公开内容的其他与进一步示例。
Claims (20)
1.一种方法，包含以下步骤：
(a)清洁基板支撑件的表面，所述基板支撑件具有设置在所述基板支撑件上的块体层，所述基板支撑件设置在被配置为处理多个基板的处理环境中，其中清洁包括在高温下由清洁气体混合物形成等离子体，所述清洁气体混合物包含含氟气体及氧；
(b)利用由处理气体混合物形成的处理等离子体在所述高温下从所述处理环境移除多个氧自由基，所述处理气体混合物包含所述含氟气体；及
(c)利用后处理等离子体在所述高温下修复所述基板支撑件与所述块体层的界面，所述后处理等离子体由包括含氮气体的后处理气体混合物所形成，其中所述高温大于或等于约500℃。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述块体层包含氟化镁或稀土氟化物。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述块体层包含氟化钇或氟化镧。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述含氟气体是NF3，并且其中所述含氮气体是N2。
5.根据权利要求1所述的方法，进一步包含以下步骤：
(d)利用所述含氮气体或氩净化所述处理环境，以降低由所述氧自由基造成的表面氧化，其中所述含氮气体是N2或NH3。
6.根据权利要求1所述的方法，进一步包含以下步骤：
(d)将NF3、Ar、NF2、或NH3和所述后处理气体混合物一起导入所述处理环境，以增强所述块体层与设置有所述基板支撑件的基底之间的粘附力。
7.根据权利要求6所述的方法，进一步包含以下步骤：
(e)将含氩气体和所述后处理气体混合物一起导入所述处理环境。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述基板支撑件进一步包含：
基底，并且所述基底包含硅、二氧化硅、氮化铝、氧化铝、或石英、及氟化物材料。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述氟化物材料包含氟化镁或稀土氟化物。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述稀土氟化物包含氟化钇或氟化镧，并且其中所述氟化镧掺杂有硼和/或碳，并且所述基底是加热器。
11.一种方法，包含以下步骤：
(a)清洁基板支撑件的表面，所述基板支撑件具有设置在所述基板支撑件上的块体层，所述基板支撑件设置在被配置为处理多个半导体基板的处理环境中，其中清洁包括在高温下由清洁气体混合物形成等离子体，所述清洁气体混合物包含NF3及O2；
(b)利用由处理气体混合物形成的处理等离子体在所述高温下从所述处理环境移除多个氧自由基，所述处理气体混合物包含NF3；及
(c)利用后处理等离子体在所述高温下修复所述基板支撑件与所述块体层的界面，所述后处理等离子体由包括N2的后处理气体混合物所形成，其中所述高温大于或等于约500℃。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述块体层包含氟化镁或稀土氟化物。
13.根据权利要求11所述的方法，其中所述块体层包含氟化钇或氟化镧。
14.根据权利要求11所述的方法，进一步包含：
加热器，所述加热器包含铝，其中所述加热器在所述基板支撑件与所述块体层的所述界面处接触所述块体层。
15.根据权利要求11所述的方法，进一步包含以下步骤：
(d)利用氩或含氮气体净化所述处理环境，以降低由所述氧自由基造成的表面氧化，其中所述含氮气体是N2或NO2、NH3。
16.根据权利要求15所述的方法，进一步包含以下步骤：
(d)将NF3、Ar、NF2、或NH3和所述后处理气体混合物一起导入所述处理环境，以增强所述块体层与设置有所述基板支撑件的基底之间的粘附力。
17.根据权利要求16所述的方法，进一步包含以下步骤：
(e)将含氩气体和所述后处理气体混合物一起导入所述处理环境。
18.一种半导体处理系统，包含：
半导体处理腔室；及
储存有多个指令的非暂时性计算机可读取介质，当由处理器执行所述指令时，致使在所述半导体处理腔室中执行循环蚀刻方法，所述方法包含以下步骤：
(a)清洁基板支撑件的表面，所述基板支撑件具有设置在所述基板支撑件上的块体层，所述基板支撑件设置在被配置为处理多个半导体基板的处理环境中，其中清洁包括在高温下由清洁气体混合物形成等离子体，所述清洁气体混合物包含含氟气体及氧；
(b)利用由处理气体混合物形成的处理等离子体在所述高温下从所述处理环境移除多个氧自由基，所述处理气体混合物包含所述含氟气体；及
(c)利用后处理等离子体在所述高温下修复所述基板支撑件与所述块体层的界面，所述后处理等离子体由包括含氮气体的后处理气体混合物所形成，其中所述高温大于或等于约500℃。
19.根据权利要求18所述的半导体处理系统，进一步包含：
(d)利用所述含氮气体净化所述处理环境，以降低由所述氧自由基造成的表面氧化，其中所述含氮气体是N2或NH3。
20.根据权利要求18所述的半导体处理系统，进一步包含：
(d)将NF3、Ar、NF2、或NH3和所述后处理气体混合物一起导入所述处理环境，以增强所述块体层与设置有所述基板支撑件的基底之间的粘附力；及
(e)将含氩气体和所述后处理气体混合物一起导入所述处理环境。
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