TW202043530A - 圓頂應力隔離層 - Google Patents

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Abstract

本文所述的實施方式涉及用於製程腔室中的機械隔離和熱絕緣的裝置和技術。在一個實施方式中，絕緣層設置在圓頂組件和氣體環之間。絕緣層經配置以維持圓頂組件的溫度並且防止從圓頂組件到氣體環的熱能傳遞。絕緣層提供圓頂組件與氣體環的機械隔離。絕緣層還在圓頂組件和氣體環之間提供熱絕緣。絕緣層可由含聚醯亞胺的材料製成，該材料大幅地降低絕緣層變形的發生。

Description

圓頂應力隔離層
本揭露內容的實施方式大體上係關於半導體處理，且更特定言之係關於用於降低製程腔室的熱傳遞和機械應力的裝置和技術。
使用各種製程在基板上沉積膜。膜沉積大體藉由將製程氣體引入包含基板的製程腔室中來完成。製程氣體例如藉由熱量在製程腔室內被啟動。當啟動製程氣體時，製程腔室的部件藉由熱傳導和熱對流被加熱。製程腔室的某些部件藉由冷卻流體來主動冷卻。也可冷卻未被主動冷卻但相鄰於主動冷卻的部分的部件。
聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene; PTFE)間隔件用於在製程腔室的相鄰部件之間產生物理間隔，以降低在相鄰部件之間的熱傳遞。然而，由於PTFE間隔件經受重複的加熱和冷卻，PTFE間隔件變形並且不再適合於使用。因此，習知間隔件不能隨時間防止或降低腔室部件之間的熱傳遞，從而造成維護成本增加。
因此，需要一種改進的製程腔室設計。
在一個實施方式中，提供一種裝置，該裝置包括一個或多個腔室壁和圓頂組件。一個或多個腔室壁和圓頂組件在其中界定製程容積。支撐基座設置在製程容積中。環形氣體環設置在一個或多個腔室壁與圓頂組件之間。絕緣層設置在環形氣體環的表面上與圓頂組件相鄰。絕緣層設置在環形氣體環和圓頂組件之間。
在另一個實施方式中，提供一種裝置，該裝置包括腔室壁和圓頂組件。腔室壁和圓頂組件在其中界定製程容積。支撐基座設置在製程容積中。環形氣體環設置在腔室壁與圓頂組件之間。聚醯亞胺層設置在環形氣體環和圓頂組件之間。
在另一個實施方式中，提供一種裝置，該裝置包括腔室壁和圓頂組件。腔室壁和圓頂組件在其中界定製程容積。支撐基座設置在製程容積中。環形氣體環設置在腔室壁與圓頂組件之間。聚醯亞胺層設置在環形氣體環和圓頂組件之間。聚醯亞胺層設置在圓頂組件的表面上。
本文所述的實施方式涉及用於製程腔室中的機械隔離和熱絕緣的裝置和技術。絕緣層被設置在圓頂組件和氣體環之間。絕緣層在圓頂組件和氣體環之間提供熱絕緣。即，絕緣層經配置以減少從圓頂組件到氣體環的熱能傳遞。絕緣層也提供圓頂組件與氣體環的機械隔離。絕緣層是由含聚醯亞胺的材料製成，該材料大幅地降低了絕緣層的變形的發生。
第1圖是根據一個實施方式的製程腔室100的示意性橫截面圖。製程腔室100是由耐製程材料(process resistant material)製成，該材料諸如鋁、不銹鋼、上述材料的合金或上述材料的組合。製程腔室100包括底部148、從底部148側向延伸並且垂直於底部148的一個或多個腔室壁146、與底部148相對並且耦接至一個或多個腔室壁146的氣體環108、和圓頂組件120。製程容積104在製程腔室100中由至少一個底部148、一個或多個腔室壁146以及圓頂組件120的內表面140界定。支撐基座106設置在製程容積104中。支撐基座106與製程腔室100的主軸同軸。支撐基座106的支撐表面150在處理期間支撐基板（未示出）。
桿132從支撐基座106延伸並且與圓頂組件120相對。桿132基本平行於一個或多個腔室壁146。在一個實施方式中，支撐基座106由陶瓷材料製成。在另一個實施方式中，支撐基座106由塗佈有含矽材料的石墨材料製成，諸如碳化矽材料。
圓頂組件120包括冷卻板128、加熱板124、絕緣體122和圓頂102。加熱板124相鄰於冷卻板128設置。絕緣體122相鄰於加熱板124且與冷卻板128相對設置。在一個示例中，加熱板124設置在冷卻板128與絕緣體122之間。加熱板124可被設置為與冷卻板128和絕緣體122兩者接觸。圓頂102與絕緣體122相鄰與加熱板124相對。在一個實施方式中，絕緣體122設置在加熱板124與圓頂102之間。絕緣體122可被設置為與加熱板124和圓頂102兩者接觸。一個或多個冷卻通道134形成在冷卻板128中。諸如電阻加熱器等的加熱元件126被設置在加熱板124中。在可與上文所述的一個或多個實施方式相組合的一個實施方式中，圓頂102是由陶瓷材料製成。例如，圓頂102可由含氧化鋁材料製成。
注射器主體116穿過圓頂組件120設置並且部分延伸到與支撐基座106相對的製程容積104中。冷卻環118相鄰於注射器主體116並且與製程容積104相對設置。冷卻環118與注射器主體116同軸。一個或多個噴嘴112在注射器主體116中形成，並且與製程容積104流體連通。導管114藉由冷卻環118和注射器主體116形成。導管114耦接至噴嘴112。
流體源130耦接至導管114並且與噴嘴112相對。流體源130藉由噴嘴112與製程腔室104流體連通。在處理期間，流體源130向製程容積104提供製程流體。
氣體環108設置在腔室壁146與圓頂組件120之間。氣體環108相鄰於圓頂102且與絕緣體122相對設置。氣體環108是環形，並且氣體環108的至少一部分圍繞支撐基座106。氣體環108的一部分從圓頂102徑向向外延伸。氣體環108的另一部分設置在圓頂102之下。氣體環108的內表面142從圓頂組件120的內表面140徑向向內延伸。
在可與上文所述的一個或多個實施方式相組合的一個實施方式中，氣體環108由金屬材料（例如，含鋁材料）製成。在可與本文所述的一個或多個實施方式組合的一個實施方式中，氣體環108由用於從氣體環108傳遞熱量的冷卻流體來冷卻。例如，冷卻流體可流經在氣體環108中形成的一個或多個冷卻通道（未示出）。
如上所述，圓頂102和氣體環108由不同材料製成。因此，圓頂102的熱膨脹係數低於氣體環108的熱膨脹係數。熱膨脹係數的差異誘發圓頂102中的機械應力。
為了控制製程容積104中的溫度，圓頂102的溫度被保持為基本上恆定。為了基本上降低圓頂102至氣體環108的熱傳遞，在圓頂102與氣體環108之間設置絕緣層110。絕緣層110設置在圓頂102的表面136與氣體環108的表面138之間。氣體環108的表面138與支撐基座106的支撐表面150共面。在可與上文所述的實施方式中的一個或多個相組合的一個實施方式中，絕緣層110由含聚醯亞胺材料製成。絕緣層110具有在約0.08 W/(m•K)與約0.3 W/(m•K)之間（例如，約0.17 W/(m•K)）的熱傳導率。絕緣層110具有在約2 cm2 K/W與約4 cm2 K/W之間（例如，約3.21 cm2 K/W）的熱接觸電阻。絕緣層110提供氣體環108與圓頂102的機械分離。絕緣層110也提供圓頂102與氣體環108的熱隔離。另外，絕緣層110提供物理阻擋物以防止氣體環108的顆粒接觸或嵌入圓頂102中。含聚醯亞胺材料的高耐磨損性和耐摩擦性使得絕緣層110能以較少的修復或替換的中斷來提供氣體環108與圓頂102的機械分離。絕緣層110的操作溫度為約攝氏300度至約攝氏400度，例如約攝氏350度。
如第1圖中所示，絕緣層100設置在圓頂102的表面136與氣體環108的表面138之間，以使得表面136、138間隔開與絕緣層110的厚度相等的距離。同樣如第1圖中所示，氣體環108還與絕緣層110的表面160接觸，該表面160與製程容積104相對且垂直於表面136、138。此外，與垂直於表面136、138的絕緣層110的表面160接觸的氣體環108的表面162還與圓頂102接觸，更具體地，表面162與和製程容積104相對且垂直於表面136、138的圓頂102的表面144接觸。
在可與上文所述的實施方式中的一個或多個相組合的一個實施方式中，絕緣層110在約攝氏50度至約攝氏60度的溫度下使用沉積製程（諸如化學氣相沉積或物理氣相沉積）沉積在氣體環108上。在沉積絕緣層110之前，氣體環108的表面138可被粗糙化以增加絕緣層110對氣體環108的表面138的黏附。沉積的絕緣層110在約攝氏350度與約攝氏400度之間的溫度下固化。沉積的絕緣層110的厚度在約0.0025英寸與約0.0035英寸之間。或者，絕緣層110是位於氣體環108和圓頂102之間的薄膜片。薄膜片的厚度在約0.010英寸與約0.020英寸之間。
第2圖是根據可與上文該的實施方式中的一個或多個相組合的一個實施方式的放大的表面的示意圖。如相對於第1圖所描述，絕緣層110位於圓頂102的表面136與氣體環108的表面138之間。由於一個或多個瑕疵206和208，圓頂102的表面136和氣體環108的表面138具有約10微米與約100微米之間（例如，約25微米與約75微米之間）的RMS表面粗糙度。瑕疵206、208包括凸起和凹陷中的一個或多個。
隨著在處理期間的圓頂102的溫度增加，來自接觸絕緣層110的表面的瑕疵206的機械應力增加。隨著時間的推移，機械應力導致裂縫在圓頂102中發展，從而對製程容積104中的製程產生負面影響或導致圓頂102的失效和坍塌。瑕疵206、208嵌入絕緣層110中。因此，絕緣層110降低圓頂102和氣體環108中的應力。在一個實施方式中，絕緣層110將在圓頂102和氣體環108之間的給定接觸點處的壓力降低超過約150%，例如在約160%和約300%之間，諸如在約180%和約200%之間。
有利地，絕緣層110在圓頂102和氣體環108之間提供熱絕緣和機械隔離。絕緣層110基本上降低在和絕緣體122相鄰的圓頂102的上部152與和氣體絕緣層110相鄰的圓頂102的下部154之間的溫度差。例如，絕緣層110將在圓頂102的上部152與圓頂102的下部154之間的溫差降低約15%至約30%之間，例如約20%。
雖然前述內容針對本揭露內容的實施方式，但是可在不背離本揭露內容的基本範圍的情況下設計本揭露內容的其他和進一步實施方式，且本揭露內容的範圍由所附申請專利範圍所確定。
100:製程腔室 102:圓頂 104:製程容積 106:支撐基座 108:氣體環 110:絕緣層 112:噴嘴 114:導管 116:注射器主體 118:冷卻環 120:圓頂組件 122:絕緣體 124:加熱板 126:加熱元件 128:冷卻板 130:流體源 132:桿 134:冷卻通道 136:表面 138:表面 140:內表面 142:內表面 144:表面 146:腔室壁 148:底部 150:支撐表面 152:上部 154:下部 160:表面 162:表面 206:瑕疵 208:瑕疵
以可以詳細理解本揭露內容的上述特徵的方式，簡要概述於上文的本揭露內容的更具體描述可參照實施方式獲得，該實施方式中的一些實施方式在附圖中示出。然而，應注意，附圖僅示出示例性實施方式，且因此不被視為限制本揭露內容的範圍，因為本揭露內容可允許其他同等有效的實施方式。
第1圖是根據一個實施方式的製程腔室的示意橫截面圖。
第2圖是根據一個實施方式的放大表面的示意圖。
為了促進理解，在可能的情況下，已經使用相同的附圖標記以指示附圖共有的相同元件。可以預期的是，一個實施方式的元件和特徵可有益地併入其他實施方式中而無需進一步敘述。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
100:製程腔室
102:圓頂
104:製程容積
106:支撐基座
108:氣體環
110:絕緣層
112:噴嘴
114:導管
116:注射器主體
118:冷卻環
120:圓頂組件
122:絕緣體
124:加熱板
126:加熱元件
128:冷卻板
130:流體源
132:桿
134:冷卻通道
136:表面
138:表面
140:內表面
142:內表面
144:表面
146:腔室壁
148:底部
150:支撐表面
152:上部
154:下部
160:表面
162:表面

Claims (20)

  1. 一種裝置，包括： 一個或多個腔室壁和圓頂組件，該一個或多個腔室壁和該圓頂組件在該一個或多個腔室壁和該圓頂組件中界定一製程容積； 一支撐基座，該支撐基座設置在該製程容積中； 一環形氣體環，該環形氣體環設置在該一個或多個腔室壁與該圓頂組件之間；和 一絕緣層，該絕緣層設置在該環形氣體環的一表面上與該圓頂組件相鄰，該絕緣層設置在該環形氣體環與該圓頂組件之間。
  2. 如權利要求1所述的裝置，其中該絕緣層包括聚醯亞胺。
  3. 如權利要求1所述的裝置，其中該圓頂組件包括： 一冷卻板，該冷卻板具有形成在該冷卻板中的冷卻通道； 一加熱板，該加熱板具有設置在該加熱板中的一加熱部件，該加熱板相鄰於該冷卻板設置； 一絕緣體，該絕緣體與該加熱板相鄰與該冷卻板相對設置；和 一圓頂，該圓頂與該絕緣體相鄰並且與該加熱板相對設置。
  4. 如權利要求3所述的裝置，其中該絕緣層的一厚度在約0.0025英寸與約0.0035英寸之間。
  5. 如權利要求3所述的裝置，其中該絕緣層的一厚度在約0.010英寸與約0.020英寸之間。
  6. 如權利要求3所述的裝置，其中該環形氣體環的一表面被粗糙化以增加該絕緣層對該環形氣體環的該表面的黏附。
  7. 如權利要求3所述的裝置，其中在該環形氣體環的該表面上的缺陷以及在該圓頂的一表面上的缺陷嵌入到該絕緣層中。
  8. 一種裝置，包括： 腔室壁和一圓頂組件，該腔室壁和該圓頂組件在該腔室壁和該圓頂組件中界定一製程容積； 一支撐基座，該支撐基座設置在該製程容積中； 一環形氣體環，該環形氣體環設置在該腔室壁與該圓頂組件之間；和 一聚醯亞胺層，該聚醯亞胺層設置在該環形氣體環與該圓頂組件之間。
  9. 如權利要求8所述的裝置，其中該環形氣體環的一表面被粗糙化以增加該聚醯亞胺層對該環形氣體環的該表面的黏附。
  10. 如權利要求8所述的裝置，其中該聚醯亞胺層的一厚度在約0.0025英寸與約0.0035英寸之間。
  11. 如權利要求8所述的裝置，其中該聚醯亞胺層的一厚度在約0.010英寸與約0.020英寸之間。
  12. 如權利要求9所述的裝置，其中該環形氣體環的該表面具有在約10微米與約100微米之間的一RMS表面粗糙度。
  13. 如權利要求8所述的裝置，其中該圓頂組件包括： 一冷卻板，該冷卻板具有形成在該冷卻板中的冷卻通道； 一加熱板，該加熱板具有設置在該加熱板中的一加熱部件，該加熱板相鄰於該冷卻板設置； 一絕緣體，該絕緣體與該加熱板相鄰與該冷卻板相對設置；和 一圓頂，該圓頂與該絕緣體相鄰且與該加熱板相對設置。
  14. 如權利要求13所述的裝置，其中在該環形氣體環的一表面上的和在該圓頂的一表面上的缺陷嵌入到該聚醯亞胺層中。
  15. 如權利要求13所述的設備，進一步包括： 一注射器，該注射器與該製程容積流體連通，該注射器與該支撐基座相對設置；和 一桿，該桿從該支撐基座延伸與該圓頂組件相對。
  16. 如權利要求13所述的裝置，其中該圓頂包括一陶瓷材料。
  17. 如權利要求16所述的裝置，其中該陶瓷材料包括氧化鋁。
  18. 一種裝置，包括： 一環形氣體環；和 一聚醯亞胺層，該聚醯亞胺層具有沉積在該環形氣體環的一表面上的約0.0025英寸至約0.0035英寸的一厚度。
  19. 如權利要求18所述的裝置，其中該聚醯亞胺層具有在約0.08 W/(m•K)與約0.3 W/(m•K)之間的一熱傳導率。
  20. 如權利要求18所述的裝置，其中該聚醯亞胺層具有在約2 cm2 K/W與約4 cm2 K/W之間的一熱接觸電阻，例如約3.21 cm2 K/W的該熱接觸電阻。
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