TW201211441A - Process gas conduits having increased usage lifetime and related methods - Google Patents

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201211441 六、發明說明： 相關申請案之交互參照 本申請案依據35 U.S.C. §119(e)主張2010年8月6日 申請之題為「具有增加使用壽命之程序氣體管道及相關方 法（Process Gas Conduits Having lncreased Usage Ufetime and Related Methods)」之美國臨時專利申請案第61/371，45i 號之權利，該案之全部揭示内容以引用的方式併入本文中。 【發明所屬之技術領域】 此處描述之本發明係關於一種用於涉及侵蝕性氣體或 氣體電漿之半導體蝕刻程序或其他程序中之氣體喷射器， 且更特定而言係關於一種具有延長使用壽命且在使用時展 現較少姓刻及粒子產生的氣體喷射器及氣體管道。 【先前技術】 在用於触刻半導體晶圓之大多數半導體製造程序中， 經由在該等程序之蝕刻步驟中所形成的光阻層中之孔，選 擇性地移除晶圓之最上部分。該蝕刻程序在密封腔室中執 行，諸* CF4、CHF3、〇2、NF3、He及氯氣之氣體或氣體 電漿被喷射至該密封腔室中。通常，需要氣體供應器件及 氣體喷射器來將氣體提供至反應腔室且—旦該程序完成即 自該腔室排放氣體。除了曝露至氣體之外，此等組件亦可 曝露至電漿蝕刻程序。習知氣體供應組件係由石英製成。 然而，在重複使用（程序氣體至腔室之重複喷射/傳遞）之 後，氣體所傳遞通過之組件部分（諸如，氣體喷射器管） 可變得被蝕刻，藉此減少該等組件部分之結構完整性，且 201211441 更顯著地，產生可影響晶圓㈣程序之完整性之顆粒。任 一後果均可引起晶”之高代價缺陷及/或程序之無效率。 為避免此等及其他問題，典型地頻繁 八玉地頻繁更換習知石英氣體喷 射益s (或典型地具有約500射頻（「RF 、 巧j )只、w」）小時之pM壽 命）0 【發明内容】 本發明涵蓋一種用於程序氣體至反應腔 排出之管道，該管道包括：⑴内部管芯，該内部管隸有 内表面及外表面，&(b)外部套管，該外部套管具有内表 面及外表面，*中該内部管站外表面接合至該外部套管内 表面。另夕卜’該管道可充當光或資料管道，亦即，例如， 其可為包括將資料、光或其他可㈣資訊自反應腔室傳送 至入口之目視口或感測器的總成。參見（例如）圖2、圖3、 圖4及圖5。 该内部管芯係由選自藍寶石之材料製成。該外部套管 包括選自三氧化二鋁（Al2〇3 )、石英、藍寶石' 氮化鋁、氧 化紀、氧化铭、氧化錯、氧化紀穩定氧化錯、A1qn、以ai〇n 及其組合之材料。 亦包括用於半導體蝕刻程序中之混合氣體喷射器。該 荨噴射器包括至少一氣體管線，其中該至少一氣體管線包 含具有内表面及外表面之内部管芯及具有内表面及外表面 之外部套管。該内部管芯外表面接合至該外部套管内表 面忒内部官芯係由藍寶石製成，且該外部套管包含選自 二氧化二鋁（八丨2〇3 )、石英、藍寶石、氮化鋁氧化釔、氧 201211441 、 化鋁、氧化锆、氧化釔穩定氧化锆、ΑΙΟΝ、Si A10N及其 組合之材料。 亦包括增加用於程序氣體至反應腔室之進入及/或排出 之官道之PM哥命的方法。此等方法包括製造由以下各者製 成之該管道：（a)内部管芯，該内部管芯具有内表面及外表 面，及（b)外部套管，該外部套管具有内表面及外表面， 其中該内部管芯外表面接合至該外部套管内表面。該内部 管芯係由藍寶石製成，且該外部套管包含選自三氧化二鋁 (Al2〇3 )、石英、藍寶石、氮化鋁、氧化釔、氧化鋁、氧化 锆、氧化釔穩定氧化錘、A10N、siA10N及其組合之材料。 該管道之該PM壽命大於經受相同程序條件之習知石英管 道之PM壽命。 、 包括製造用於程序氣體至反應腔室之進入及/或排出之 管道之方 >去，該方法包含接合I有内纟面及外表面之内部 管芯與⑴具有内表面及外表面之外部套管，其中該内部 管芯外表面接合至該外部套管内表面；且該内部管芯係由 藍寶石製成，且該外部套管包含選自三氧化K A1办）、 石英、藍寶石、氮化紹、氧化記、氧化紹、氧化鍅、氧化 釔穩定氧化鍅、A10N、Si A10N及其組合之材料。 當結合隨附圖式進行閱讀時，可更好地理解本發明之 前述概述以及以下詳細描述。然而，本發明不限於所展示 之精確配置及手段。 【實施方式】 本發明係關於作為處理系統之部分的用於程序氣體、 201211441 耘序氣體電漿或諸如載氣之其他氣態物質（下文中共同被 稱作「程序氣體」）至反應腔室之進入及/或排出之管道；含 有该等管道之處理系統（諸如’氣體喷射器）；及各種相關 方法。此等處理系統可用於製備（触刻）半導體晶圓，但 本文中描述之管道及方法可關於使用程序氣體之任何處理 系統’例如，化學氣相沈積(「CVD」)(包括電激增強cvd)' 触刻（包括淺溝槽隔離（「STIj)钮刻及硬式光罩钮刻）及 尚溫薄膜沈積。 程序氣體可包括用於上述程序（或用以清潔設備）之 任何其他及其組合。實例可包括CF4、CHF3、〇2、恥、He、 氬氣及任何載氣。.在半導體處理之狀況下，典型地藉由將 晶圓定位於腔室t且使晶圓之表面經受各種處理氣體及/或 由載氣載運之化學物皙夾虛i¥aig1 干视負米處理晶圓。經選定之氣體或混合 物之化學性質取決於所佶用考 叮便用之處理之類型以及形成於半導 體晶圓之表面上之5|株沾，地@ 午的（·生質。该專程序氣體經由氣體喷

射器系統供應至反鹿妒：玄，A 厲腚至故些年來，已設計氣體喷射器 系統之許多模型及組態。 /、里地I體噴射器系統可包括與氣體源連通之充氣 4及用於將氣體自充氣部喷射至反應腔室巾之—或多個喷 嘴。為經由喷嘴將程序氣體自氣體源轉移至充氣部且最終 促進至反應腔至之進入，提供處理氣體流過之各種管道或 封閉通道（有時通常被稱作「氣辭線」）。⑽地，當自 反應腔室排放程序氣赠B本，@ M m i 花體時楗供用於程序氣體自反應腔室 及至用於棄置或再循環之合適位置令之排出的管道之各種 201211441 組態。包括可由本發明之管道更換之管道的例示性氣體喷 射器系統及/或組件包括此項技術中已知或待開發之任何 者，且包括（例如）在美國專利第5,851，294號；第5,453，124 號；第 5,783,023 號；第 5,422，139號；第 6,296,71〇號；及 第切2，G63號中展示之彼等者，該等專财之每―者之内 容以引用之方式併入本文中。 本^月包括-種用於程序氣體至反應腔室之進入及/或 排出之管道。㈣氣體之進人或排心為直接的（亦即， 該f道位於系統内以將程序㈣直接遞送至 間接的（亦即，該營道力兮έ M 士 S道在該系統中位於反應腔室之上游或 2 ’但程序氣體在其至或自反應腔室之路徑上傳遞通過 β道）’或兩者之任何組合。 :管道可具有任何組態，較佳地橫截面為實質上環形 :的（細錢視地檢視時其„狀結構），或料道可且有 =為非實心多邊形之組態’例如，橫截面為正方：、 八邊形、矩形組態。 ^展示呈長剖面之例示性管道之示意圖。該管道包 5(二至:卜部套管9之内部管芯3。内部管芯3具有内表面 5 (面朝氣體輸鬆通道15)及外表7 ^ 9具有内表面η及外㈣13地，外部套管 内部管芯3經設相位於外部套f 9内且 體運輸通道15屏蔽外部套管内表面j ' 部管芯3與外部管芯内表面 。为。因此，内 而，應認識到，在一些情形中，4:Γ 的；然 ，、了不為必要的。因為内 201211441 P f t 3置放於外部套管9内，所以内部管芯3之橫截面 圓周（或周長，若該管道為多邊形）將小於外部套管9之 圓周。亥大小差異將取決於若干因素而變化，包括内部管 心3接合至外部套管9之機制。 在些具體貫例中，吾人可能可拆卸或可反轉地使外 套s接合至内部管芯。此可允許内部管芯或外部管芯獨 立地進行清潔、修復及/或更換之更大靈活性。 在該管道中，内部管芯3係由三氧化二鋁（Al2〇3 )、石 英、藍寶石、氮化鋁、氧化釔、氧化鋁、氧化鍅、氧化釔 穩定氧化鍅、A10N、Si A10N及/或其組合製成。在一些具 體實例中，藍寶石可為較佳的。可使用適用於半導體應用 及/或具有耐化學性 '耐熱性及/或耐電漿性之任何藍寶石材 料。 該外部套管可由選自三氧化二鋁（A12〇3 )、石英、藍寶 石、氮化鋁、氧化釔、氧化鋁、氧化鍅、氧化釔穩定氧化 鍅、氮化物基陶瓷（諸如，A1〇N或si Al〇N)及其組合之 材料製成。 然而，外部套管與内部管芯由不同材料製成可為較佳 的。 較佳地，該内部管芯及該外部套管令之每一者形成單 式體。然而，在一些例子中，可能需要（例如）以兩個或 兩個以上區段來形成該内部管芯且將該等區段組裝在一 起。或者，例如，吾人可將内部管芯形成為單式體，且圍 繞該内部管芯組裝若干件，藉此形成外部套管。 201211441 ^該内部管芯與該外部套管可分別在該内部管芯及該外 部套管之外表面及内表面處接合。可藉由此項技術中已知 之任何手段實現接合.機械手段、化學手段及其組合可為 合適的。例示性接合手段包括硬焊（其亦包括待接合之表 面之金屬化）、變形結合、擴散結合及/或瞬間液相結合。 在一些情形（例如，硬焊）中，可能需要使用結合助 劑來接合内部管芯與外部套管。實例可包括陶究膏、聚合 物、金屬及/或有機結合助劑。 亦可單獨地或與上文所述之彼等手段相組合使用機械 接合手段°舉例而言’可藉由將内部管芯壓入配合至外部 套管中或藉由層麼（若外部套f及内部f芯不為單式件） 來接合該等表面。或者，吾人可使用機械扣件或連鎖機構 來接合外部套管與内部Μ。例示性扣件可包括訂書針、 ，螺母欺螺栓總成、捆紮帶、繩索、夹具、直螺紋⑺⑽化⑽d) 或連鎖瑜匙、銷釘、螺釘及扣環。 圖2及圖3分別展示以透視圖及以長剖面視圖展示之 具有目視口之例示性同軸管總成2卜目視口總成Μ包括内 部管芯25及外部套管23 ’内部管芯25及外部套管u中之 每-者由上文描述之材料且以上文描述之方式製成。内部 管芯25延伸補微超出外部套管23之長度且突出至程序真 空腔室27中。内部管芯25比外部套管23曝露至更苛刻之 條件中。總成之末端終止於感測器或目視口 η中其 准許經由假想視線33監視程序真空腔室27之内部。感測 器或目視口 31可包括真空麥μ脔丨， 具工在閉匈（例如，29)，其叙接或 201211441 以其他方式牢固地緊固至外部套管23。在一些具體實例 中’该窗可能可拆卸地緊固’因此其可被移除及/或更換。 圖4及圖5為以透視圖及以長剖面展示之具有目視口 5 9之例示性氣體喷射器總成3 7。内部管芯4 7及外部套管 45由上文論述之材料且以上文論述之方式製成。程序氣體 經傳送通過口 43 a及43 b，完全通過氣體管線61a及61b且 進入反應腔室71。内部管芯47延伸超出外部套管45之長 度且突出至程序真空腔室71中。内部管芯47比外部套管 4 5曝露至更苛刻之條件中。 纟、《成3 7延伸至反應腔室7 1中，既促進程序氣體之遞 送又准β午至反應腔室之目視或感測器接取。該總成之末端 終止於感測器或目視口 59中，其准許經由假想視線49監 矛序真工腔至71之内部。感測器或目視口 5 $可包括真 狁閉由（例如，3 9 )，其耦接或以其他方式牢固地緊固至 外部套管45。 #根據本發明製備之管道具有比由習知材料（諸如，石 央）製備之管道大之使用壽命。舉例而言，本發明之管道 可具有大於約500 RF小時之ΡΜ壽命。或者，本發明之管 道可具有大於或等於約600、約700、約750、約8〇〇、約 j00、約 1〇〇〇、約 110〇、約 1200、約 1300、約 1400、約 ι5〇〇、 約 1600、約 1700、約 1800、約 1900、約 2000、約 21〇〇、 約 2200、幼 ομλ 、·、〕2300、約 24〇〇、約 25〇〇、約 26〇〇、約 27〇〇、 、勺2800、約2900，或約3000之PM壽命。 本發明亦包括特定地用作氣體噴射器總成中之氣體管

S 12 201211441 線之管道。包括可由本發明之f道更換之管道的例示性氣 體喷射器系統及/或組件包括此項技術t已知或待開發之任 何者，且包括（例如）在美國專利第5,851，294號；第 5,453，124 號；第 5,783,023 號；第 5,422，139 號;第 6,296,710 號，及第4,232,063號中展示之彼等者，該等專利中之每一 者之内容以引用之方式併入本文中。 在本發明之範疇内亦涵蓋製備該等管道之方法。此等 方法包括使用上文描述之接合方法將内部管芯接合至外部 套管。 本心明包括藉由製造如上文描述之管道增加用於程序 氣體至反應腔室之進入及/或排出之管道之使用壽命的方 法。 熟習此項技術者將瞭解，可進行對上文所描述之具體 貫例之,,文變而不脫離其廣泛發明概念。因此，應理解，本 發明不限於所揭不之特定具體實例，而是意欲涵蓋在如藉 由Ik附申明專利範圍界定的本發明之精神及範圍内的修 改。 【圖式簡單說明】 圖1為管道之長剖面之示意圖； 圖2為以透視圖展示之具有目視口之例示性同軸管總 成； 圖3為以縱剖面展示之圖2的具有目視口之例示性同 轴管總成， 圖為以透視圖展示之例示性氣體喷射器結構；及 13 201211441 圖5為以縱向剖視圖展示之圖4之例示性氣體喷射器 結構。 【主要元件符號說明】 3 :内部管芯 5 :内表面 7 :外表面 9 :外部套管 11 :内表面 13 :外表面 15 :氣體輸送通道 2 1 :同軸管總成或目視口總成 23 :外部套管 25 :内部管芯 27 :程序真空腔室 29 :真空密閉窗 3 1 :感測器或目視口 3 3 :假想視線. 37 :氣體喷射器總成 39 :真空密閉窗 4 1 a、4 1 b :接合點 43a ' 43b ： 口 45 :外部套管 47 :内部管芯 49 :假想視線

S 14 201211441 51 : 59 :感測器或目視口 6 1 a、6 1 b :氣體管線 71 反 應 腔 室或程序真空腔室 79 81 腔 室 壁 83 真 空 密 封件 85 腔 室 壁 87 真 空 密 封件 15

Claims (1)

1. 201211441 七、申請專利範圍： 1·-種用於程序氣體至反應腔室之進人及 道，其包含： 娜出之管 (a) 内部管芯，其具有内表面及外表面，及 (b) 外部套管’其具有内表面及外表面，纟中 管芯外表面接合至該外部套管内表面；且 ^部. 該内部管芯係由選自三氧化二紹“丨2〇3)、石 =、氮仙、氧化紀、氧仙、氧化錯、氧化紀穩定氧I :、Α1〇Ν' Sl Α刪及其組合之材料製成，且料 ^自三氧化二紹⑺办)、石英、藍寶石、氮化紐、； 化紀、氧化紹、氧化錯、氧化紀穩定氧化錯、A丨〇ν、〜_ 及其組合之材料，其中該内部管芯與外部管芯包括 材料。 2.如申請專利範圍第丄項之管道，其中該 藍寶石製成》 节由 3 ·如申請專利範圍第】項之管道，其中該内部管芯外表 面及該外部套管内表面經金屬化且該等表面藉由硬焊接 合0 4. 如申請專利範圍第1項之管道，該内部管芯外表面係 藉由選自變形結合、瞬間液相接合及擴散結合之程序結合 至外部層外表面。 5. 如申咕專利範圍第1項之管道，其中該内部管芯係藉 由結合助劑結合至該外部管芯。 6. 如申請專利範圍第5項之管道，其中該結合助劑係選 S 16 201211441 自金屬、陶瓷膏、有機結合助劑及聚合物。 7广申請專利範固第丨項之管道，該内部管芯外表面係 措由機械接合程序結合至該外部層外表面。 、 8.如申請專利範圍第1之管道，其中該内部管芯鱼哕 外部套管係藉由壓入配合而接合。 …x /·如申請專利範圍第！項之管道，該内部管芯與該 套管係藉由機械扣件而接合。 10.如申請專利範” 9項之管道，其中該機械扣件係 選自訂書針、螺母與螺栓總成、拥紫帶、繩索、夹具、直 螺紋或連鎖鑰匙、銷釘、螺釘及扣環。 Η·-種用於半導體触刻程序中之混合氣體嗔射器，該 混合氣體噴射器包含至少一氣體管線，其中該至少一氣體 管線包含具有内表面及外表面之内部管芯及具有内表面及 外表由之外部套管’其中該内部管芯外表面接合至該外部 套管内表面；且 該内部管芯係由選自三氧化二鋁（幻2〇3 )、石英、藍寶 石、氮化is、氧化紀、氧化銘、氧化錯、氧化紀穩定氧化 锆、A10N、Si A10N及其組合之材料製成，且該外部套管 包含選!三氧化二銘（Al2〇3)、石英、藍寶石、氮化紹、氧 化紀、氧化紹、氧化結、氧化纪穩定氧化錯、Aic)N、si ai〇n 及其組合之材料。 12.如申請專利範圍第u項之混合氣體喷射器，其中該 内部管芯係由藍寶石製成。 1 3 .如申明專利範圍第1 1項之混合氣體喷射器，其中該

   17 201211441 内部管芯外表.面及該外部套 藉由硬焊接合》 管内表面經金屬化且該等表面 ”管4 : Γ專利範圍第11項之混合氣體噴射器，其中該 :::心外表面係藉由選自變形結合、瞬間液相接合及擴 放結合之程序接合至外部層外表面。 其中該 15.如申請專利範圍第11項之混合氣體噴射器 内部管W系II由結合助劑接合至外部管芯。 16. 如申請專利範㈣u項之混合氣體噴射器，其中該 結合助劑係選自金屬、陶究膏、有機結合助劑及聚合物。 17. 如申請專利範圍第U項之混合氣體噴射器，該内部 管芯外表面係藉由機械接合程序結合至料部層外表面。 18·如申請專利範圍第u項之混合氣體喷射器，立中該 内部管芯與該外部套管係藉由壓入配合而接合。 19.如申請專利範圍第U項之混合氣體嘴射器，該内部 管芯與該外部套管係藉由機械扣件而接合。 2〇·如申請專利範圍第u項之混合氣體噴射器，其中該 機械扣件係選自訂書針、螺母與螺栓總成、捆紮帶、繩索、 失具、直螺紋或連鎖鑰匙、銷釘、螺釘及扣環。 21_一種增加用於程序氣體至反應腔室之進入及/或排 出之s道之PM壽命的方法，該方法包含由以下各者製成該 管道： (a) 内部管芯，其具有内表面及外表面，及 (b) 外邛套管，其具有内表面及外表面，#中該内部 管芯外表面接合至該外部套管内表面；且 S 18 201211441 該内部管芯係由選自三氧化二鋁（Al2〇3)、石英、藍寶 石、氮化鋁、氧化釔、氧化鋁、氧化鍅、氧化釔穩定氧化 锆、A10N、Si A10N及其組合之材料製成；且該外部套管 包含選自二氧化二鋁（八丨2〇3 )、石英、藍寶石、氮化鋁、氡 化釔、氧化鋁、氧化锆、氧化釔穩定氧化鍅、Ai〇N、si A10N 及其組合之材料， 其中s亥管道之pm壽命大於經受相同條件之習知石英 管道之PM壽命。 ' 22. 如申請專利範圍第21項之方法，其中該管道之pM 哥命大於約5 〇〇 RF小時。 23. 如申請專利範圍第21項之方法，其中該管道之pM 壽命大於或等於約750 RF小時。 24. 如申請專利範圍第21項之方法，其中該管道之pM 壽命大丨於或等於約1 〇〇〇 RF小時。 25. 如申請專利範圍第21項之方法，其中該管道之pM 壽命大於或等於約2000 RF小時。 26. 如申請專利範圍第21項之方法，其中該管道之pM 壽命大於或等於約3〇〇〇 RF小時。 27. 如申請專利範圍第21項之方法，其中該内部管芯係 由藍寶石製成。 ^ μ 28. 如申請專利範圍第21項之方法，其中該内部管芯外 表面及該外部套管内表面經金屬化且該等表面藉由硬焊接 合。 29. 如申請專利範圍第21項之方法，其中該内部管芯外 19 201211441 表面係藉由選自變形結合、瞬間液相接合及擴散結合之程 序結合至外部層外表面。 3 0·如申請專利範圍第21項之方法，其中該内部管芯係 藉由結合助劑結合至外部管芯。 31. 如申請專利範圍第21.項之方法，其中該結合助劑係 選自金屬、陶瓷膏、有機結合助劑及聚合物。 32. 如申請專利範圍第21項之方法該内部管芯外表面 係藉由機械接合程序結合至該外部層外表面。 33. 如申請專利範圍第21項之方法其中該内部管芯與 該外部套管係藉由壓入配合而接合。 34. 如申請專利範圍第21項之方法，其中該内部管芯與 該外部套管係藉由機械扣件而接合。 35. 如申請專利範圍第21項之方法，其中該機械扣件係 選自訂書針、螺母與螺栓總成、捆紮帶、繩索、失具、直 螺紋或連鎖鑰匙、銷釘、螺釘及扣環。 36. 種製造用於程序氣體至反應腔室之進入及/或排 出之s道之方法，該方法包含接合具有内表面及外表面之 内。P B心與（b )具有内表面及外表面之外部套管，其中該 内部管料表面接合至該外部套管内表面；且 一該内部管芯係由藍寶石製成，且該外部套管包含選自 —氧化一鋁（八丨2〇3 )、石英、藍寶石、氮化鋁、氧化釔、氧 化紹、氧化錯、氧化紀穩定氧化錯' A10N、Si A10N及其 矣且合之材料。 八 S 20