TW201330092A - 包含塗矽氣體供應管之系統及施加塗層用方法 - Google Patents

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Abstract

於一實施例中，一種電漿蝕刻系統可包含一處理氣體源、一電漿處理室及一氣體供應管。一電漿可由在電漿處理室中之一處理氣體配方所形成。氣體供應管可包含一抗腐蝕疊層結構，其形成一內部配方接觸表面及一外環境接觸表面。抗腐蝕疊層結構可包含一保護矽層、一鈍化耦合層及一不銹鋼層。內部配方接觸表面可藉由保護矽層而形成。鈍化耦合層可被配置於保護矽層與不銹鋼層之間。鈍化耦合層可包含氧化鉻及氧化鐵。在鈍化耦合層中之氧化鉻含量比氧化鐵更豐富。

Description

包含塗矽氣體供應管之系統及施加塗層用方法
本揭露書通常是有關於包含一保護矽層之氣體供應管，且特別是有關於包含氣體供應管(包含一保護矽層)之電漿蝕刻系統及用於施加一保護矽層至氣體供應管的方法。
電漿蝕刻系統通常藉由使處理氣體暴露至相當高頻的電場(例如大約13.56 MHz)來產生電漿。電漿通常被包含在一電漿處理室之內，電漿處理室包圍一個實質上維持於真空空間之容積，亦即，可能利用一真空抽氣系統而將空氣排出電漿處理室，以維持遠低於大氣壓力之壓力。一種半導體或玻璃基板(例如一含矽的晶圓)可被置於電漿處理室之內並暴露於電漿，以將基板轉換成為期望裝置。圖1顯示一種電漿蝕刻系統100，其包含一處理氣體源102，處理氣體源102經由一氣體供應管106而與一電漿處理室104流體連通。舉例而言，處理氣體源102可能提供一處理氣體至電漿處理室104。關於類似於圖1所示的電漿蝕刻系統100之構造之更進一步的教導可以從美國專利申請公開案號第US2011/0056626找到。
本揭露書大致是關於包含一保護矽層之氣體供應管，且特別是關於包含氣體供應管(包含一保護矽層)之電漿蝕刻系統、及施加一保護矽層至氣體供應管的方法。雖然本揭露書之上下文並未限制用於生產半導體裝置之特定型式之電漿系統，但是為了說明之目的，電漿蝕刻系統通常藉由 使處理氣體暴露至相當高頻(例如大約13.56 MHz)的電場來產生電漿。電漿通常被包含在一電漿處理室之內，電漿處理室包圍一個實質上維持於一真空空間之容積，亦即，可利用一真空抽氣系統而將空氣排出電漿處理室，以維持一個遠低於大氣壓力之壓力。一個半導體或玻璃基板(例如一含矽的晶圓)可被置於電漿處理室之內並暴露至電漿以將基板轉換成為期望裝置。
圖1顯示一種電漿蝕刻系統100，其包含一處理氣體源102，其經由一氣體供應管106而與一電漿處理室104流體連通。舉例而言，處理氣體源102可提供一處理氣體至電漿處理室104。關於類似於圖1所示之電漿蝕刻系統100之構造之更進一步的教導，可從美國專利申請公開案號第US2011/0056626找到，其恰當部分係於此併入作參考。
處理氣體可包含一鹵素氣體，並可能腐蝕氣體供應管106。在使用各種型式之電漿蝕刻系統中之各種型式之氣體供應管時，可發現實現說明於此之實施例可降低處理氣體之有害衝擊的有益效用。
於一實施例中，一電漿蝕刻系統可包含一處理氣體源、一電漿處理室及一氣體供應管。處理氣體源可與氣體供應管流體連通。氣體供應管可與電漿處理室流體連通。一處理氣體配方可經由氣體供應管被輸送，以使處理氣體配方從處理氣體源被輸送至電漿處理室。一種用以蝕刻裝置之電漿可由電漿處理室中之處理氣體配方所形成。氣體供應管可包含一抗腐蝕疊層結構，其形成一內部配方接觸表面及一外環境接觸表面。抗腐蝕疊層結構可包含一保護矽層，一鈍化耦合層及一不銹鋼層。內部配方接觸表面可藉由保護矽層而形成。鈍化耦合層可被配置於保護矽層與不銹鋼層之間。鈍化耦合層可包含氧化鉻及氧化鐵。在鈍化耦合層中之氧化鉻含量可比氧化鐵更豐富。
於另一實施例中，一種用於施加一塗層之方法可包含提供一種包含不銹鋼之氣體供應管。氣體供應管可被電解拋光以產生一電解拋光的氣體供應管。一鈍化溶液可施加至電解拋光的氣體供應管以產生一鈍化的氣體供應管。鈍化的氣體供應管可包含一鈍化耦合層。鈍化溶液可包含硝酸。一保護矽層可被施加至鈍化的氣體供應管之鈍化耦合層。鈍化耦合層可包含氧化鉻及氧化鐵。在鈍化耦合層中之氧化鉻含量可比氧化鐵的量更 充足。
由說明於此之實施例提供之這些及額外特徵，將參考下述詳細說明及相關聯之圖式而獲得更完全理解。
12‧‧‧內部配方接觸表面
14‧‧‧外環境接觸表面
20‧‧‧第二保護矽層
22‧‧‧第二鈍化耦合層
24‧‧‧不銹鋼層
100‧‧‧電漿蝕刻系統
102‧‧‧處理氣體源
104‧‧‧電漿處理室
106‧‧‧氣體供應管
108‧‧‧皺褶伸縮管
110‧‧‧注射器區塊
112‧‧‧管部
114‧‧‧微密接頭
116‧‧‧處理控制器
118‧‧‧容器腔體
120‧‧‧電漿產生組件
提出在附圖中之實施例在本質上具有說明及例示目的，且並未意欲限制由申請專利範圍所定義之主題。所說明之實施例之下述詳細說明可在配合下述圖式閱讀時獲得理解，其中類似的構造係以類似的參考數字表示，且其中：圖1概要地說明依據顯示及說明於此之一個或多個實施例之一種電漿蝕刻系統；圖2概要地說明依據顯示及說明於此之一個或多個實施例之一種氣體供應管；圖3概要地說明依據顯示及說明於此之一個或多個實施例之一氣體供應管之橫剖面圖；及圖4概要地說明依據顯示及說明於此之一個或多個實施例之一注射器區塊之切開視圖。
如上所注意到的，本揭露書關於包含一保護矽層之氣體供應管。氣體供應管可被用於一電漿蝕刻系統中以譬如在電漿蝕刻或沈積操作期間輸送處理氣體。本揭露書之概念不應受限於電漿蝕刻系統。因此，說明於此之氣體供應管可用於各種半導體製造系統或其他氣體輸送系統中以供類似於說明於此之處理氣體配方之氣體之輸送用。
參見圖1，一電漿蝕刻系統100包含一處理氣體源102、一電漿處理室104及一氣體供應管106。處理氣體源102係與氣體供應管106流體連通。氣體供應管106係與電漿處理室104流體連通。因此，一處理氣體配方可經由氣體供應管106被輸送，亦即，處理氣體配方可從處理氣體源102被輸送至電漿處理室104。關於本揭露書所界定及說明之目的，吾人可注意到如使用於此之片語"流體連通"，意指從一物件至另一物件(可 包含譬如可壓縮流體及不可壓縮流體)之流體交換。處理氣體源102提供處理氣體供電漿蝕刻系統100用。具體言之，處理氣體配方可能需要複數種處理氣體。處理氣體可包含鹵素或鹵素元素，例如氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)、碘(I)及砈(At)。此外，特定處理氣體可能包含CClF3、C4F8、C4F6、CHF3、CH2F3、CF4、HBr、CH3F、C2F4、N2、O2、Ar、Xe、He、H2、NH3、SF6、BCl3、Cl2及其他等效的電漿處理氣體。因此，處理氣體源102可包含儲存於壓力容器(例如壓縮氣缸)之複數種處理氣體。處理氣體源可更包含分配及控制元件，例如質流控制器、壓力傳感器、壓力調節器、加熱器、過濾器、淨化器、歧管及關閉閥。如上所注意到的，處理氣體可包含危險氣體。因此，處理氣體源102可完全或局部地封閉在電漿處理室104之內。此外/或者，處理氣體源102可能封閉在一容器腔體118之內，容器腔體118可能耦接至電漿處理室104之外部。
電漿處理室104係為一種環境控制的腔體，用於利用電漿來處理所需的基板。電漿處理室104可包含且可包圍一個與氣體供應管106流體連通之電漿產生組件120。電漿產生組件120可包含一RF源，用以產生一個與電漿隔開一介電窗之電磁場。電漿產生組件120可更包含一上電極及一下電極，用以將一種由電磁場與處理氣體配方產生之電漿導引向一基板材料。舉例而言，上電極可能設有複數個開孔，用以將處理氣體散佈遍及整個電漿處理室104。上電極與下電極可操作為一陽極及一陰極(分別地或反之亦然)，用以定位電場並導引電漿至基板。因此，電漿可能被用以依據處理氣體配方來蝕刻基板。
電漿蝕刻系統100可更包含一處理控制器116，其可通訊地耦接至處理氣體源102與電漿處理室104。處理控制器116包含一個可通訊地耦接至記憶體之電子處理器。處理控制器係被設計成用以執行儲存於記憶體上之機器可讀取的指令，以控制基板之電漿處理。因此，處理控制器116可控制例如處理氣體配方(氣體流量混合、氣體流動速率、壓力等)之參數及電漿處理室104之參數(電壓、溫度、壓力、氣體混合物等)。
一起參照圖1及2，其概要地描繪出用以將處理氣體從處理氣體源102輸送至電漿處理室104之氣體供應管106。氣體供應管106可包含皺褶伸縮管108、注射器區塊110、管部112及微密接頭114，其結合在 一起且被設計成用以提供一條供處理氣體用之流體路徑。舉例而言，氣體供應管106之一部分可能被塑形為遵循電漿處理室104之外尺寸。
皺褶伸縮管108具有凹溝(furow)及脊部(ridges)，以允許氣體供應管106彎曲(例如在處理、組裝、分解期間等)。皺褶伸縮管108係為一中空構件，其可至少局部包圍一內容積而與皺褶伸縮管108之外部隔開。皺褶伸縮管108可以是實質上圓柱狀的，以使內容積劃分為皺褶伸縮管108之凹溝及脊部。於某些實施例中，皺褶伸縮管108可能被限制皺褶伸縮管之撓性。皺褶伸縮管108之運動可能受限成使皺褶伸縮管108彎曲少於大約±10°，例如，大約±3°或大約±1.5°。
注射器區塊110係被設計成用以耦接氣體供應管106至電漿處理室104，以使處理氣體可從氣體供應管106流動進入電漿處理室104中。注射器區塊110可能實質上是箱狀的，且可能利用一扣件(例如螺栓)固定至電漿處理室。
管部112是實質上圓柱狀的中空構件，其被設計成用以在一封閉式空穴之內輸送處理氣體。管部112可能實質上筆直的或可能形成任何預期形狀之輪廓。微密接頭114是具有多重入口之中空配件，而設計成用以改變氣體供應管106之方向。舉例而言，微密接頭114可能是一種用以突然地轉折氣體供應管106大約90°之實質上L形本體，一種用以突然地轉折氣體供應管106大約45°之實質上V形本體，或一種實質上T形本體，其用以突然地轉折氣體供應管106大約90°並提供一個實質上與另一入口排列成一直線之入口。吾人可注意到，雖然圖2說明的微密接頭114為L形或T形，但是微密接頭114可具有任何數目之入口，其相對於彼此而被調整成任何角度，以使氣體供應管106能依據一處理氣體配方傳送處理氣體至電漿處理室104。
因此，氣體供應管106可藉由熔接任何數目之皺褶伸縮管108、注射器區塊110、管部112及微密接頭114而形成，以形成期望氣體流動路徑。舉例而言，處理氣體源102可完全或局部地配置在電漿處理室104之內。因此，氣體供應管106可從處理氣體源102行進到電漿處理室104之外部，而提供處理氣體至電漿處理室104之內部。舉例而言，氣體供應管106可包含一個與電漿處理室104之內部流體連通之注射器區塊110。
任何數目之皺褶伸縮管108、注射器區塊110、管部112及微密接頭114可被熔接至彼此，以使來自氣體供應管106之處理氣體之洩漏實質上最小化。適當的熔接方法包含焊接、銅焊或能實質上密封處理氣體在氣體供應管106之內的任何其他方法並提供足以在電漿蝕刻系統100之操作期間穩定的機械接合。舉例而言，當氣體供應管106包含類似的組成成份及熔點之材料時，氣體供應管106可能被熔接以合併氣體供應管106之成份。由於相當高的處理溫度，熔接可能在位於及鄰近焊接點之材料中產生一受熱影響的區域。適當的焊接處理包含弧焊、氧-燃料焊接、電阻焊接、雷射光束焊接、電子束焊接、鋁熱焊接或任何其他能實質上將處理氣體密封在氣體供應管106之內的焊接處理。
氣體供應管106之任何部分可包含一抗腐蝕疊層結構。請一起參見圖3與圖4，抗腐蝕疊層結構形成：一內部配方接觸表面12，用以包圍處理氣體；以及一外環境接觸表面14，用以與圍繞氣體供應管106(圖1及2)之環境交互作用。吾人應注意，所描繪出之管部112(圖3)與注射器區塊110(圖4)僅供清楚顯示且並未將說明於此之實施例限制至氣體供應管106(圖1及2)之任何特定部分。
抗腐蝕疊層結構包含一保護矽層20、一鈍化耦合層22及一不銹鋼層24。內部配方接觸表面12係藉由保護矽層20而形成，而鈍化耦合層22係配置於保護矽層20與不銹鋼層24之間。抗腐蝕疊層結構可選擇性地包含一第二保護矽層20及一第二鈍化耦合層22。具體言之，一不銹鋼層24可能配置於兩個鈍化耦合層22之間。一保護矽層20可能耦接至每個鈍化耦合層22，以使一保護矽層20形成內部配方接觸表面12，並使一保護矽層20形成外環境接觸表面14。保護矽層20可能少於大約1μm厚，例如少於大約0.85μm，或是從大約0.02μm至大約0.8μm，或從大約0.04μm至大約0.77μm。
不銹鋼層24係由適於耐受暴露於此說明之處理氣體之任何合金型式、等級或表面加工之不銹鋼(例如涵蓋在ASTM A-967之下之不銹鋼型號)所形成。適當的不銹鋼合金可包含鉬、鈦、沃斯田鐵(austenitic)鉻-鎳-錳合金、沃斯田鐵鉻-鎳合金、肥粒鐵(ferritic)鉻合金、麻田散鐵(martensitic)鉻合金、耐熱鉻合金、或麻田散鐵析出硬化合金。不銹鋼可 受到真空感應熔解(VIM)以提供相當緊密的成份限制及相當低的氣體含量以供後來的再熔使用。不銹鋼可受到真空電弧再熔(VAR)以產生一相當高品質的晶錠，其具有低等級之揮發性的雜質元素及減少之氣體水平。某些用於不銹鋼層24之較佳不銹鋼包含316不銹鋼、316L不銹鋼及316L VIM/VAR不銹鋼。
鈍化耦合層22係為一硬化的非反應性薄膜，其包含氧化鉻及氧化鐵，以使在鈍化耦合層22中的氧化鉻比氧化鐵更豐富。於某些實施例中，於鈍化耦合層22中的氧化鉻對氧化鐵的比率約大於2。出人意料的，鈍化耦合層22可改善保護矽層20對不銹鋼層24之附著性，特別是於受熱影響的區域與皺褶伸縮管108(圖2及3)。此外，吾人已發現鈍化耦合層22展現出針對處理氣體對於不銹鋼層24之有害效果的較佳耐受力，特別是在受熱影響的區域與皺褶伸縮管108(圖2及3)處。鈍化耦合層22可少於大約1μm厚，例如少於大約0.5μm、少於大約10奈米或少於大約5奈米。吾人可注意到，如使用於此之專門用語"層"意指一實質上連續的厚度的材料，其可包含配置在另一材料上之層缺陷。層缺陷可包含裂痕、孔洞、剝離，夾雜雜質或過多層材料、凹洞、損傷刻痕或其他製造、表面或材料缺陷。因此，雖然圖3與圖4說明理想化的層，但是說明於此之任何一個層在不悖離本揭露書之範疇之下，仍可包含多層缺陷或任何其他缺陷。此外，吾人可注意到，可能利用X-射線光電子譜(XPS)或用以測量層厚度之任何其他實質上等效手段來決定層厚度。
請一起參見圖2及3，在塗佈更多材料層至不銹鋼層24之前，先藉由電解拋光不銹鋼層24而形成說明於此之抗腐蝕疊層結構。舉例而言，氣體供應管106可能首先藉由焊接各種不銹鋼元件(例如皺褶伸縮管108、注射器區塊110、管部112及微密接頭114)而形成。藉由使氣體供應管106受到一電化學處理，可對氣體供應管106進行電解拋光以移除材料及形成相當平坦的表面加工。於某些實施例中，經電解拋光的氣體供應管可具有一少於大約20微吋(例如少於大約10微吋)之表面粗糙度Ra(算術平均)。
不銹鋼層24可在電解拋光以後被鈍化，或於某些實施例中，不銹鋼層可能在沒有先前的電解拋光的情況下被鈍化。具體言之，經電解拋 光的氣體供應管可暴露至一鈍化溶液，以產生一個包含一鈍化耦合層22之鈍化的氣體供應管。鈍化溶液包含硝酸。鈍化溶液可包含少於大約50容積百分比之硝酸，例如，從大約30容積百分比之硝酸至大約40容積百分比之硝酸。於某些實施例中，鈍化溶液可能被施加持續大約60分鐘以上，例如從大約117分鐘至大約123分鐘，或大約120分鐘。
保護矽層20可能被施加或沈積至鈍化耦合層22之上。用於施加保護矽層20之適當方法係說明於美國專利號6,444,326；6,511,760及7,070,833中，其恰當部分於此併入作參考，這些專利係讓渡給Silcotek Corporation of Bellefonte，PA，USA。
為了說明及界定本揭露書之目的，吾人可注意到於此利用專門用語"實質上"及"大約"以表示不確定性之固有程度，其可能歸因於任何量的比較、數值、測量或其他表現。於此亦利用專門用語"實質上"及"大約"來表示在不會導致所述標的之基本功能改變的情況下，可能從一所述參考值在數量表現上變異的程度。
吾人可注意到，專門用語"共同地"(當利用於此時)並非用於限制申請專利範圍之範疇，或暗示某些特徵部對於申請專利範圍之構造或功能是緊要、基本或甚至是重要的。反之，這些用語僅意圖確認本揭露書之一實施例之特定實施樣態，或強調可能或可能無法被用於本揭露書之特定實施例中之替代或額外特徵。類似地，雖然於此確定本揭露書之某些實施樣態為較佳或特別有利的，但是應考慮到本揭露書未必受限制於本揭露書之這些較佳實施樣態。
雖然已經詳細說明本發明及參考其特定實施例，但是吾人將明白到，在不悖離界定於以下的申請專利範圍之本發明之範疇之下，仍可作出修改及變化。
吾人可注意到，以下申請專利範圍利用專門用語"其中"當作一過渡片語。為了界定本發明之目的，吾人可注意到此種專門用語係被導入於申請專利範圍中當作一種開放的過渡片語，其係用於導入一連串特徵的構造之列舉，且應以類似於更常被使用之開放式前言專門用語"包含"之方式作解釋。
12‧‧‧內部配方接觸表面
14‧‧‧外環境接觸表面
20‧‧‧第二保護矽層
22‧‧‧第二鈍化耦合層
24‧‧‧不銹鋼層
110‧‧‧注射器區塊

Claims (20)

  1. 一種電漿蝕刻系統，包含一處理氣體源、一電漿處理室及一氣體供應管，其中：該處理氣體源係與該氣體供應管流體連通；該氣體供應管係與該電漿處理室流體連通；一處理氣體配方係經由該氣體供應管輸送，以使該處理氣體配方從該處理氣體源被輸送至該電漿處理室；一種用以蝕刻一裝置之電漿係由該電漿處理室中之該處理氣體配方所形成；該氣體供應管包含一抗腐蝕疊層結構，其形成一內部配方接觸表面及一外環境接觸表面；該抗腐蝕疊層結構包含一保護矽層、一鈍化耦合層及一不銹鋼層；該內部配方接觸表面係藉由該保護矽層而形成；該鈍化耦合層係配置於該保護矽層與該不銹鋼層之間；及該鈍化耦合層包含氧化鉻及氧化鐵，以使在該鈍化耦合層中之該氧化鉻含量比該氧化鐵更為豐富。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電漿蝕刻系統，其中該保護矽層少於大約1μm厚。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之電漿蝕刻系統，其中該保護矽層少於大約0.85μm。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之電漿蝕刻系統，其中於該鈍化耦合層中之該氧化鉻與該氧化鐵之一比率約大於2。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之電漿蝕刻系統，其中該鈍化耦合層少於大約1μm厚。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之電漿蝕刻系統，其中該不銹鋼層包含 316L不銹鋼。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之電漿蝕刻系統，其中該不銹鋼層包含316L VIM/VAR不銹鋼。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之電漿蝕刻系統，其中該氣體供應管包含皺褶伸縮管，而該皺褶伸縮管包含該抗腐蝕疊層結構。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之電漿蝕刻系統，其中該等皺褶伸縮管之彎曲被限制成少於大約±10°
  10. 如申請專利範圍第1項所述之電漿蝕刻系統，其中該氣體供應管包含一受熱影響的區域，而該受熱影響的區域包含該抗腐蝕疊層結構。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之電漿蝕刻系統，其中該氣體供應管包含一注射器區塊，而該注射器區塊包含該抗腐蝕疊層結構。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之電漿蝕刻系統，其中該氣體供應管包含一微密接頭(microfit)，且該微密接頭包含該抗腐蝕疊層結構。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之電漿蝕刻系統，其中：該抗腐蝕疊層結構包含一第二保護矽層及一第二鈍化耦合層及一不銹鋼層；該外環境接觸表面係藉由該第二保護矽層而形成；及該第二鈍化耦合層係配置於該第二保護矽層與該不銹鋼層之間。
  14. 一種用於施加一塗層之方法，該方法包含：提供一包含不銹鋼之氣體供應管；電解拋光該氣體供應管以產生一電解拋光的氣體供應管；施加一鈍化溶液至該電解拋光的氣體供應管，以產生一個包含一鈍化耦合 層之鈍化的氣體供應管，其中該鈍化溶液包含硝酸；及施加一保護矽層至該鈍化的氣體供應管之該鈍化耦合層，其中該鈍化耦合層包含氧化鉻及氧化鐵，以使在該鈍化耦合層中之該氧化鉻含量比該氧化鐵更豐富。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之用於施加一塗層之方法，更包含焊接該氣體供應管，其中該氣體供應管包含一微密接頭、皺褶伸縮管及一注射器區塊。
  16. 如申請專利範圍第14項所述之用於施加一塗層之方法，其中該氣體供應管包含316L不銹鋼、316L V1M/VAR不銹鋼、或316L不銹鋼與316L VIM/VAR不銹鋼兩者。
  17. 如申請專利範圍第14項所述之用於施加一塗層之方法，其中該電解拋光的氣體供應管具有一少於大約20微吋之表面粗糙度Ra。
  18. 如申請專利範圍第14項所述之用於施加一塗層之方法，其中該鈍化溶液包含少於大約50容積百分比之該硝酸。
  19. 如申請專利範圍第14項所述之用於施加一塗層之方法，其中該鈍化溶液施加的時間比大約60分鐘長。
  20. 如申請專利範圍第14項所述之用於施加一塗層之方法，其中於該鈍化耦合層中之該氧化鉻與該氧化鐵之一比率約大於2，而該保護矽層少於大約1μm厚。
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