TW201946184A - 用於選擇性預清潔的快速反應台座組件 - Google Patents

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Abstract

本揭露案的實施例大致關於一種改良的基板支撐台座組件。在一個實施例中，基板支撐台座組件包括軸桿。基板支撐台座組件進一步包括基板支撐台座，機械耦合至軸桿。基板支撐台座包含基板支撐板，以陶瓷材料塗佈於頂部表面。

Description

用於選擇性預清潔的快速反應台座組件
本揭露案的實施例大致關於在預清潔腔室中使用的台座。
積體電路形成於矽及其他半導體基板中及上。在單晶矽的情況中，基板藉由從熔融矽的池成長出塊，且接著切鋸固化的塊成多個基板而作成。磊晶矽層可接著形成於單晶矽基板上，以形成可為摻雜或未摻雜的不含缺陷的矽層。例如電晶體的半導體裝置可從磊晶矽層製造。所形成的磊晶矽層的電氣特性通常比單晶矽基板的特性更佳。
當暴露至通常基板製作設備周遭條件時，單晶矽及磊晶矽層的表面易受污染影響。舉例而言，歸因於在基板處理設備中基板的處置及/或暴露至周遭環境，在沉積磊晶層之前可能在單晶矽表面上形成原生氧化層。此外，在周遭環境中諸如碳及氧一類的外來污染物可沉積在單晶表面上。在單晶矽表面上存在的原生氧化層或污染物不利地影響後續形成於單晶表面上的磊晶層的品質。因此，意圖對基板預清潔，以便在基板上成長磊晶層之前移除表面氧化物及其他污染物。
傳統預清潔處理通常在具有基板支撐台座的獨立真空處理腔室中執行。在其上支撐基板的台座的頂板以陶瓷製成，以避免由基板與金屬表面接觸所造成的金屬污染。因為陶瓷板為熱的不良導體，所以與基板接觸的台座的頂部表面的溫度控制是困難的，且穩定基板溫度所需的時間可極其長，此舉非所欲地增加基板處理時間，並增加處理基板的費用。此外，某些處理將在二或更多溫度之間循環基板溫度，且此穩定時間的影響可重複多次。
因此，本領域中需要用於在預清潔腔室中使用的改良的基板支撐台座。
此處說明一種基板支撐台座組件。在一個實施例中，基板支撐台座組件包括軸桿及耦合至軸桿的基板支撐台座。基板支撐台座包括鋁基板支撐板，具有以陶瓷材料塗佈的頂部表面。基板支撐台座組件亦可包括背側氣體通道，此等背側氣體通道可用以進一步改善基板支撐台座的頂部表面及基板之間的耦合。
此處說明一種適以從基板的表面移除污染物的處理腔室。在一個實施例中，處理腔室包括腔室主體、佈置於腔室主體上的蓋組件、及至少部分地佈置於腔室主體之中的基板支撐台座組件。基板支撐台座組件包括軸桿，及耦合至軸桿的基板支撐台座。基板支撐台座包括鋁基板支撐板，具有以陶瓷材料塗佈的頂部表面。基板支撐台座組件亦可包括背側氣體通道，此等背側氣體通道可用以進一步改善基板支撐台座的頂部表面及基板之間的耦合。
此處說明一種基板支撐台座組件。在一個實施例中，基板支撐台座組件包括鋁基板支撐板，具有以陶瓷材料塗佈的頂部表面，及底部表面。基板支撐板包括具有第一直徑的第一子板，及焊接至第一子板的底部表面的第二子板。第二子板具有大於第一直徑的第二直徑，以便在第二子板的周圍四周形成唇部。基板支撐板包括複數個真空管道，此複數個真空管道延伸通過基板支撐板，且從基板支撐板的頂部表面及底部表面上離開。
基板支撐板進一步包括氣體分配板，焊接至基板支撐板的底部表面，氣體分配板包括與真空夾持管道對齊的複數個管道，此等真空夾持管道從底部表面通過基板支撐板至基板支撐板的頂部表面。氣體分配板進一步包括與基板支撐板的真空管道對齊的複數個氣體管道。
基板支撐板進一步包括底板，焊接至氣體分配板的底部表面。底板包括具有第一直徑的第一子板，及焊接至第一子板的底部表面的第二子板。第二子板具有大於第一直徑的一第二直徑，以便在第二子板的周圍四周形成唇部。底板具有形成於其中的複數個冷卻通道，用於接收通過軸桿而路由的冷卻流體。
基板支撐板進一步包括帽蓋板，耦合至底板，且密封形成於底板中的冷卻通道。
在半導體基板處理中，使用預清潔處理從半導體基板的表面移除氧化物。清潔處理可包括在預清潔腔室之中實行的電漿處理。預清潔腔室包括腔室主體、蓋組件及支撐組件。支撐組件包括其上放置基板的基板支撐台座。基板支撐台座及基板可藉由致動器在腔室主體之中垂直地移動，致動器抬升基板支撐台座的軸桿。可抬升基板支撐台座以更靠近地定位蓋組件，而抬升經處理的基板的溫度。基板接著從抬升的位置下降離開，以提升對基板的冷卻。此加熱及冷卻可重複數個循環。
為了促進迅速加熱及冷卻基板，基板支撐台座本質上全部以金屬板製成，以強化熱傳效率。基板支撐台座包括基板支撐板，在頂部表面以例如陶瓷的非金屬材料塗佈，而避免基板的金屬污染。與全部以陶瓷作成的相關領域的基板支撐板相比較，在基板支撐板上的薄的塗佈顯著降低加熱及冷卻基板所需的時間。基板支撐台座進一步包括數個下層金屬板，此等下層金屬板焊接在一起而具有各種功能，以進一步強化且提升通過台座的良好熱傳導。
第1圖為預清潔處理腔室100的剖面視圖，適以從基板的表面移除例如氧化物的污染物。可適以實行還原處理的範例處理腔室包括SiconiTM處理腔室，由美國加州聖克拉拉市的應用材料公司可取得。來自其他製造商的腔室亦可適以從此處所揭露的發明獲益。
處理腔室100可特別實用於實行熱或基於電漿的清潔處理，及/或電漿輔助乾式蝕刻處理。處理腔室100包括腔室主體112、蓋組件114及台座組件116。蓋組件114佈置於腔室主體112的上端，且台座組件116至少部分佈置於腔室主體112之中。真空系統可用以從處理腔室100移除氣體。真空系統包括真空幫浦118，此真空幫浦118耦合至佈置於腔室主體112中的真空通口121。處理腔室100亦包括控制器102，用於控制處理腔室100之中的處理。
蓋組件114包括複數個堆疊的部件，配置成提供前驅物氣體及/或電漿至處理腔室100之中的處理區域122。第一板120耦合至第二板140。第三板144耦合至第二板140。蓋組件114可連接至遠端電漿源124，以生成電漿副產物，而接著通過蓋組件114的其餘部分。遠端電漿源124耦合至氣源152（或在缺乏移除電漿源124時氣源152直接耦合至蓋組件114）。氣源152可包括氦氣、氬氣或激發成電漿而提供至蓋組件114的其他鈍氣。在替代實施例中，氣源152可包括待活化用於與處理腔室100中的基板反應的處理氣體。
台座組件116包括在處理期間將基板110支撐於其上的基板支撐台座132。基板支撐台座132藉由軸桿136耦合至致動器134，軸桿136延伸通過形成於腔室主體112底部的中央定位的開口。致動器134可藉由風箱（未顯示）彈性密封至腔室主體112，而避免在軸桿136四周的真空洩漏。致動器134允許基板支撐台座132在腔室主體112之中於一或更多處理位置之間、及釋放或傳送位置之間垂直移動。傳送位置些微在形成於腔室主體112的側壁中的狹縫閥的開口下方，以允許基板110機器式地傳送進入及離開處理腔室100。
在某些處理操作中，基板110可藉由舉升銷與頂部表面隔開，以實行額外的熱處理操作，例如實行退火步驟。基板110可降低以將基板放置為與基板支撐台座132直接接觸，而提升基板110的冷卻。
第2圖為基板支撐台座132的詳細剖面視圖。基板支撐台座132包括基板支撐板200、氣體分配板206、底板208及帽蓋板214。儘管以下說明基板支撐板200、氣體分配板206、底板208及帽蓋板214為分開的個別板，應考量板200、206、208、214之任一或更多者可以單一一體部件製成，例如藉由消失模型铸造法或3D列印。
基板支撐板200包括頂部表面202，用於在處理期間將基板110支撐於其上、側表面203及底部表面205。基板支撐板200具有介於0.1英吋至0.75英吋之間的厚度。基板支撐板200通常以具有良好熱傳導性的材料製成，舉例而言金屬，例如鋁。
基板支撐板200可包括具有第一直徑的第一子板220a及具有大於第一直徑的第二直徑的第二子板220b，以便在第二子板220b的周圍四周形成唇部221。子板220a、220b可焊接在一起以確保良好的熱傳送。或者，基板支撐板200可具有一體的構造。第一直徑比基板110的直徑實質上相同或些微小。第二直徑大於第一直徑，且可選地足夠支撐環繞基板110的處理環（未顯示）。
基板支撐板200的頂部表面202界定台座132的基板支撐表面。頂部表面202以陶瓷塗佈204覆蓋，以避免基板110的金屬污染。適合的陶瓷塗佈包括氧化鋁、氮化鋁、二氧化矽、矽、氧化釔、YAG或其他非金屬塗佈材料。塗佈204具有在50微米至1000微米的範圍中的厚度。基板110配置成在處理期間真空夾持佈置於頂部表面202上的塗佈204。陶瓷塗佈204並未存在於側表面203及唇部221上。
基板支撐板200包括複數個真空管道250。真空管道250延伸通過基板支撐板200，在頂部及底部表面202、205上離開。透過真空管道250施加真空，以將基板110固定至頂部表面202。應考量真空管道250可以不同的路由通過基板支撐板200，且提供相同的功能。真空通道亦可連接至諸如Ar、He或N2 的氣源，以在基板110背後提供背側清洗，將處理氣體保持遠離基板110的背部，或提供背側氣體，以增加台座132及基板110之間的熱傳導。
氣體分配板206佈置於基板支撐板200下方。氣體分配板206具有頂部表面207、側表面209及底部表面211。氣體分配板206的頂部表面207機械耦合至基板支撐板200的底部表面205。氣體分配板206以熱傳導材料作成，例如金屬，例如鋁。
為了進一步提升接合的板200、206之間的熱傳送，氣體分配板206的頂部表面207焊接至基板支撐板200的底部表面205。陶瓷塗佈204並未存在於側表面209上，以提升台座132進一步的熱回應。氣體分配板206具有在0.1英吋至0.75英吋之範圍中的厚度。氣體分配板206進一步包括與基板支撐板200的真空管道250對齊的複數個氣體管道213，使得施加至管道213的真空有效地提供至頂部表面202。真空管道250耦合至通過軸桿136而路由的真空線（未顯示）。
底板208佈置於氣體分配板206下方，且相對於支撐板200夾住氣體分配板206。底板208具有頂部表面215、側表面217及底部表面219。底板208的頂部表面215機械耦合至氣體分配板206的底部表面211。底板208具有在0.1英吋至0.75英吋之範圍中的厚度。底板208以熱傳導材料製成，例如金屬，例如鋁。為了進一步提升接合的板206、208之間的熱傳送，底板208的頂部表面215焊接至氣體分配板206的底部表面211。
底板208可包括具有第一直徑的第一子板226a，及具有大於第一直徑的第二直徑的第二子板226b，以便在第二子板226b的周圍四周形成唇部227。陶瓷塗佈204並未存在於側表面217或唇部227上，以提升台座與圍繞環境的良好熱傳送。
氣體分配板206的直徑可等於第二子板220a的直徑，以將氣體分配板206的外部圓周與基板支撐板200對齊。氣體分配板206的直徑可等於第一子板226a的直徑，以將氣體分配板206的外部圓周與底板208對齊。底板208具有複數個冷卻通道210形成於其中，用於接收冷卻流體而透過冷卻通道210冷卻基板110。冷卻流體可流動通過通道210而與底板208的材料直接接觸，或通過佈置於通道210中的導管。
基板支撐台座132進一步包括帽蓋板214，帽蓋板214機械耦合至底板208且在底板208下面，用於將通道210密封在底板208之中。帽蓋板214具有頂部表面222及側表面223。帽蓋板214具有在0.1英吋至0.75英吋之範圍中的厚度。帽蓋板214可以熱傳導材料製成，例如金屬，例如鋁。帽蓋板214的直徑可等於第二子板226a的直徑，以將底板208的外部圓周與帽蓋板214對齊。為了進一步提升接合的板208、214之間的熱傳送，帽蓋板214的頂部表面222焊接至底板208的底部表面219。陶瓷塗佈204並未存在於側表面223上，以提升台座與圍繞環境的良好熱傳送。
流體供應導管216及流體返回導管218通過軸桿136而佈置。流體供應導管216耦合至形成於熱底板208中的通道210的入口通口（未顯示），同時流體返回導管218耦合至形成於熱底板208中的通道210的出口通口（未顯示）。提供通過導管216、218的流體通過底板208的冷卻通道212循環，以提供對台座132的有效溫度控制。
基板支撐台座132亦可含有類似於氣體分配板206的額外氣體分配板（未顯示）。此等額外氣體分配板可連接至諸如Ar、He或N2 的氣源，以提供清洗流至台座132上的其他位置。舉例而言，可併入額外氣體分配板以於基板110的邊緣處提供清洗流。氣體分配板206或額外氣體分配板可劃分成多重區，以對基板支撐台座132的不同區域提供不同的清洗流或真空設定點。
第3圖為第2圖的基板支撐台座132的立體圖。基板支撐台座132的頂部表面202通常包括複數個接觸點310，在處理期間基板放置於此等接觸點310上。舉例而言，接觸點310可與基板支撐板200整合形成，且以陶瓷塗佈204共形地塗佈。接觸點310亦可由塗佈材料在平坦金屬表面上形成。在一個實施例中，接觸點310在台座132的頂部表面202的中央點312（即，台座132的中線或中軸）四周安排成同心圓。此外或替代地，接觸點310可安排成方位對稱的圖案，以確保基板的均勻處理。接觸點310可為平台（mesa）、突起（protrusion）或凸塊（bump）的形式。接觸點310提供小的接觸表面面積，以避免基板直接接觸全部的頂部表面202。在一個實施例中，接觸點310為佈置於台座132的頂部表面202上的藍寶石球。
台座132的頂部表面202可進一步具有複數個同心氣體分配通道330，而與徑向分配通道332互連，用於從氣體分配板206通過氣體分配板206中的管道250接收清洗氣體（如第2圖中所顯示）。
第4圖為利用傳統冷卻台座的基板110佈置於處理腔室中的時間對溫度的圖形402，相對於利用第2及3圖的基板支撐台座132而用於處理腔室的基板110的溫度的圖形406。如第4圖中所顯示，圖形402在約攝氏58度的尖峰及約攝氏42度的凹谷具有相對一致的溫度。再者，圖形406所觀察到的溫度相對於圖形402具有明顯的向上漂移。圖形406具有於約攝氏60度開始的尖峰（顯著比圖形402的尖峰更熱），且在數個循環上向上漂移至約攝氏63度，說明了基板支撐台座132相對於傳統台座具有非常穩健且可重複的溫度控制。因此，基板支撐台座132比傳統台座更可信賴地加熱及冷卻。
儘管以上針對本揭露案的實施例，可衍生本揭露案的其他及進一步實施例而不會悖離其基本範疇。
100‧‧‧預清潔處理腔室
102‧‧‧控制器
110‧‧‧基板
112‧‧‧腔室主體
114‧‧‧蓋組件
116‧‧‧台座組件
118‧‧‧真空幫浦
120‧‧‧第一板
121‧‧‧真空通口
122‧‧‧處理區域
124‧‧‧遠端電漿源
132‧‧‧基板支撐台座
134‧‧‧致動器
136‧‧‧軸桿
140‧‧‧第二板
144‧‧‧第三板
152‧‧‧氣源
200‧‧‧基板支撐板
202‧‧‧頂部表面
203‧‧‧側表面
204‧‧‧陶瓷塗佈
205‧‧‧底部表面
206‧‧‧氣體分配板
207‧‧‧頂部表面
208‧‧‧底板
209‧‧‧側表面
210‧‧‧冷卻通道
211‧‧‧底部表面
212‧‧‧冷卻通道
213‧‧‧氣體管道
214‧‧‧帽蓋板
215‧‧‧頂部表面
216‧‧‧流體供應導管
217‧‧‧側表面
218‧‧‧流體返回導管
219‧‧‧底部表面
220a‧‧‧第一子板
220b‧‧‧第二子板
221‧‧‧唇部
222‧‧‧頂部表面
223‧‧‧側表面
226a‧‧‧第一子板
226b‧‧‧第二子板
227‧‧‧唇部
250‧‧‧真空管道
310‧‧‧接觸點
312‧‧‧中央點
330‧‧‧同心氣體分配通道
332‧‧‧徑向分配通道
402‧‧‧圖形
406‧‧‧圖形
如以上簡要概述且以下更詳細討論的本揭露案的實施例，可藉由參考隨附圖式中描繪的本揭露案的圖示實施例來理解。然而，應理解隨附圖式僅圖示本揭露案的通常實施例，且因此不應考慮為對其範疇之限制，因為本揭露案認可其他均等效果的實施例。
第1圖根據本揭露案的一個實施例，為預清潔腔室的剖面視圖。
第2圖根據一個實施例，為基板支撐台座的剖面視圖。
第3圖為第2圖的基板支撐台座的立體圖。
第4圖為利用傳統基板支撐台座的基板在腔室中受到溫度循環的時間對溫度的圖形，以及利用第2及3圖的基板支撐台座的基板在腔室中受到溫度循環的溫度圖形。
為了幫助理解，已盡可能地使用相同的元件符號代表共通圖式中相同的元件。圖式並非按照尺寸繪製，且為了清楚而可簡化。應考量一個實施例的元件及特徵可有利地併入其他實施例中而無須進一步說明。
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無
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無

Claims (20)

  1. 一種基板支撐台座組件，包含： 一軸桿；及一基板支撐台座，耦合至該軸桿，該基板支撐台座包含一鋁基板支撐板，該鋁基板支撐板具有以一陶瓷材料塗佈的一頂部表面。
  2. 如請求項1所述之基板支撐台座組件，其中該陶瓷材料為氧化鋁。
  3. 如請求項1所述之基板支撐台座組件，其中該基板支撐板的側邊並未以該陶瓷材料塗佈。
  4. 如請求項1所述之基板支撐台座組件，其中該基板支撐台座進一步包含： 一氣體分配板，焊接至該基板支撐板的一底部表面，該氣體分配板包括與真空夾持管道對齊的複數個管道，該等真空夾持管道從該底部表面通過該基板支撐板至該頂部表面。
  5. 如請求項4所述之基板支撐台座組件，其中該基板支撐台座進一步包含： 一底板，焊接至該氣體分配板的一底部，該底板具有形成於其中的複數個冷卻通道，用於接收通過該軸桿而路由的一冷卻流體。
  6. 如請求項5所述之基板支撐台座組件，其中該基板支撐台座進一步包含： 一帽蓋板，耦合至該底板，且密封形成於該底板中的該等冷卻通道。
  7. 如請求項5所述之基板支撐台座組件，其中該氣體分配板及該底板由鋁製成。
  8. 如請求項4所述之基板支撐台座組件，其中在該基板支撐組件中存在一額外氣體分配板，以提供一清洗流至該基板支撐台座的一邊緣。
  9. 一種適以從一基板的一表面移除污染物之處理腔室，包含： 一腔室主體；一蓋組件，佈置於該腔室主體上；及一基板支撐台座組件，至少部分地佈置於該腔室主體之中，該基板支撐台座組件包含：一軸桿；及一基板支撐台座，耦合至該軸桿，該基板支撐台座包含一鋁基板支撐板，該鋁基板支撐板具有以一陶瓷材料塗佈的一頂部表面。
  10. 如請求項9所述之處理腔室，其中該陶瓷材料為氧化鋁。
  11. 如請求項9所述之處理腔室，其中該基板支撐板的側邊並未以該陶瓷材料塗佈。
  12. 如請求項9所述之處理腔室，其中該基板支撐台座進一步包含： 一氣體分配板，焊接至該基板支撐板的一底部表面，該氣體分配板包括與真空夾持管道對齊的複數個管道，該等真空夾持管道從該底部表面通過該基板支撐板至該頂部表面。
  13. 如請求項12所述之處理腔室，其中該基板支撐台座進一步包含： 一底板，焊接至該氣體分配板的一底部，該底板具有形成於其中的複數個冷卻通道，用於接收通過該軸桿而路由的一冷卻流體。
  14. 如請求項13所述之處理腔室，其中該基板支撐台座進一步包含： 一帽蓋板，耦合至該底板，且密封形成於該底板中的該等冷卻通道。
  15. 如請求項13所述之處理腔室，其中該氣體分配板及該底板由鋁製成。
  16. 如請求項12所述之處理腔室，其中在該基板支撐組件中存在一額外氣體分配板，以提供一清洗流至該基板支撐台座的一邊緣。
  17. 一種基板支撐台座組件，包含： 一軸桿；及一基板支撐台座，耦合至該軸桿，該基板支撐台座包含：一鋁基板支撐板，具有以一陶瓷材料塗佈的一頂部表面，及一底部表面，該基板支撐板包含具有一第一直徑的一第一子板，及焊接至該第一子板的一底部表面的一第二子板，該第二子板具有大於該第一直徑的一第二直徑，以便在該第二子板的一周圍四周形成一唇部，該基板支撐板包括複數個真空管道，該複數個真空管道延伸通過該基板支撐板，且從該基板支撐板的該頂部表面及該底部表面上離開；一氣體分配板，焊接至該基板支撐板的該底部表面，該氣體分配板包括與真空夾持管道對齊的複數個管道，該等真空夾持管道從該底部表面通過該基板支撐板至該基板支撐板的該頂部表面，該氣體分配板進一步包括與該基板支撐板的該等真空管道對齊的複數個氣體管道；一底板，焊接至該氣體分配板的一底部表面，該底板包括具有一第一直徑的一第一子板，及焊接至該第一子板的一底部表面的一第二子板，該第二子板具有大於該第一直徑的一第二直徑，以便在該第二子板的一周圍四周形成一唇部，該底板具有形成於其中的複數個冷卻通道，用於接收通過該軸桿而路由的一冷卻流體；及一帽蓋板，耦合至該底板，且密封形成於該底板中的該等冷卻通道。
  18. 如請求項17所述之基板支撐台座組件，其中一流體供應導管及一流體返回導管通過該軸桿而佈置。
  19. 如請求項18所述之基板支撐台座組件，其中該流體供應導管耦合至該等冷卻通道的一入口通口，且其中該流體返回導管耦合至該等通道的一出口通口。
  20. 如請求項17所述之基板支撐台座組件，其中該氣體分配板及該底板由鋁製成。
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