TW202117036A - 用於減少腔室顆粒的塗層 - Google Patents

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陳益凱
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Abstract

本揭露案的實施例大致關於在電漿處理腔室中使用以供半導體或顯示器處理的腔室部件。在一個實施例中，腔室部件包括紋路化表面，紋路化表面具有從約150微英吋至約450微英吋之範圍的表面粗糙度，及佈置於紋路化表面上的塗層。塗層可為矽層，矽層具有從約90重量百分比至約99重量百分比之範圍的純度，從約50微米至約500微米之範圍的厚度，及從約1E-3 ohm*m至約1E3 ohm*m之範圍的電阻率。塗層對沉積於電漿處理腔室中的材料提供強的黏著度，而減少材料從腔室部件剝落。塗層亦能夠進行氧電漿清潔，用於進一步減少沉積於腔室部件上的材料，且提供定位於其下方的紋路化表面的保護。

Description

用於減少腔室顆粒的塗層
本揭露案的實施例大致關於在電漿處理腔室中使用以供半導體或顯示器處理的腔室部件。
電漿處理腔室可用以處理在激發處理氣體（例如電漿）中的基板，以製造電子電路，例如積體電路晶片及顯示器。通常，處理腔室包括包覆其中引入處理氣體的處理區的包體壁，用以激發處理氣體的氣體激發器，及用以排出且控制在腔室中處理氣體的壓力的排氣系統。舉例而言，處理腔室可用以在基板上沉積材料。舉例而言，腔室可為物理氣相沉積（PVD）腔室，用以將材料沉積至基板上，例如金屬，舉例而言，鋁、銅、鎢或鉭；或碳化合物，例如類鑽碳（DLC）。
材料可沉積在暴露於腔室中的腔室部件上，例如腔室側壁、頂壁、襯墊或沉積環的表面。當諸如碳、DLC或鎢的高應力材料時，沉積在腔室部件上的材料可從腔室部件剝落而在腔室中形成粒子，而可污染形成於基板上的材料。
因此，需要強化的腔室部件。
本揭露案的實施例大致關於在電漿處理腔室中使用以供半導體或顯示器處理的腔室部件。在一個實施例中，一種在電漿處理腔室中使用的腔室部件，包括主體，主體具有紋路化表面，且紋路化表面具有從約150微英吋至約450微英吋之範圍的表面粗糙度。腔室部件進一步包括塗層，塗層佈置於紋路化表面上，塗層包含矽層，矽層具有從約90重量百分比至約99重量百分比之範圍的純度，從約50微米至約500微米之範圍的厚度，及從約1E-3 ohm*m至約1E3 ohm*m之範圍的電阻率。
在另一實施例中，一種在電漿處理腔室中使用的腔室部件，包括主體，主體具有第一紋路化表面，且第一紋路化表面具有第一複數個突起，第一複數個突起之各個突起具有從約0.005英吋至約0.02英吋之範圍的高度，及從約0.016英吋至約0.15英吋之範圍的寬度。第一複數個突起之各個突起包括第二紋路化表面，第二紋路化表面具有從約150微英吋至約450微英吋之範圍的表面粗糙度。腔室部件進一步包括佈置於第一紋路化表面上的塗層，塗層包含矽層。
在另一實施例中，一種物理氣相沉積腔室，包括腔室主體；及腔室部件，佈置於腔室主體中。腔室部件包括主體，主體具有紋路化表面，且紋路化表面具有從約150微英吋至約450微英吋之範圍的表面粗糙度。腔室部件進一步包括佈置於紋路化表面上的塗層，塗層包含矽層，矽層具有從約90重量百分比至約99重量百分比之範圍的純度，從約50微米至約500微米之範圍的厚度，及從約1E-3 ohm*m至約1E3 ohm*m之範圍的電阻率。
本揭露案的實施例大致關於在電漿處理腔室中使用以供半導體或顯示器處理的腔室部件。在一個實施例中，腔室部件包括紋路化表面，紋路化表面具有從約150微英吋至約450微英吋之範圍的表面粗糙度，及佈置於紋路化表面上的塗層。塗層可為矽層，矽層具有從約90重量百分比至約99重量百分比之範圍的純度，從約50微米至約500微米之範圍的厚度，及從約1E-3 ohm*m至約1E3 ohm*m之範圍的電阻率。塗層對沉積於電漿處理腔室中的材料提供強的黏著度，而減少材料從腔室部件剝落。塗層亦能夠進行氧電漿清潔，用於進一步減少沉積於腔室部件上的材料，且提供定位於其下方的紋路化表面的保護。
第1圖為PVD腔室10的概要剖面側視圖。腔室10包括透過陶瓷絕緣體14密封至濺射標靶16的真空腔室主體12。標靶16具有至少面向基板18的第一表面15，及相對於第一表面15的第二表面17。標靶16的第一表面15以待濺鍍沉積至基板18的表面上的材料組成，例如金屬或碳，基板18佈置於在腔室主體12中佈置的基板支撐件20上。基板18可藉由基板夾具22緊固。或者替代基板夾具22，覆蓋環或靜電夾盤可併入基板支撐件20中用於緊固基板18。在一個實施例中，標靶材料可為鋁、銅、鈦、鉭、鈷、鎢、鎳、鉬、含有合金元素的原子百分比（at%）高達百分之45的此等材料之合金，或對DC濺鍍合適的其他金屬及金屬合金。另一方面，RF濺鍍可用以從介電標靶濺鍍材料。在另一實施例中，標靶材料為碳。
接地護罩24佈置於腔室主體12之中，用於保護腔室主體12避免濺鍍材料。護罩24亦提供接地陽極。RF電源供應器28可透過AC電容耦合電路30耦合至安裝在基板支撐件20中的電極（未顯示），以允許基板支撐件20在電漿的存在下發展DC自我偏壓。負的DC自我偏壓在高密度電漿中吸引建立帶正電的濺鍍離子深入成為先進積體電路的高深寬比孔洞特性。
第一氣源34供應濺鍍工作氣體（例如氬）通過質量流量控制器36至腔室主體12。在一些實施例中，可利用第二氣源38以供應第二氣體（例如氮氣）至腔室主體12。氣體可從各種位置引入腔室主體12之中。舉例而言，定位於腔室主體12的底部附近的一或更多入口管路在護罩24的背部處供應氣體。氣體在護罩24的底部處貫穿通過孔洞，或通過形成於基板夾具22及護罩24之間的間隙42。真空幫浦系統44透過寬的幫浦通口連接至腔室主體12，將腔室主體12的內部維持在低壓下。基於電腦的控制器48控制腔室10的部件，此些部件包括RF電源供應器28及質量流量控制器36、40。
為了提供有效率的濺鍍，磁控管50佈置於標靶16上方。磁控管50可佈置於藉由定位於標靶16上方的冷卻腔室66界定的磁控管腔體64中。磁控管50包括複數個磁鐵52、54，以在腔室主體12之中產生磁場。複數個磁鐵52、54可藉由背板56耦合。各個磁鐵52可經安排使得一極面向標靶16，且各個磁鐵54可經安排使得另一極面向標靶16。舉例而言，如第1圖中所顯示，各個磁鐵52經安排使得南極面向標靶16，且各個磁鐵54經安排使得北極面向標靶16。如第1圖中所顯示，磁鐵52及磁鐵54可沿著磁控管50的縱軸（在X軸方向中）交替安排。在一些實施例中，成對鄰接磁鐵52、54可以單一U型磁鐵替換，且磁控管50包括複數個U型磁鐵。磁控管50耦合至藉由馬達65驅動的桿62。馬達65亦能夠沿著Z軸移動磁控管50，且圍繞桿62旋轉。
為了抵銷傳輸至標靶16的大量功率，標靶16的背部可密封至冷卻腔室66，而包覆磁控管腔體64。冷卻腔室66可包括冷卻劑68，例如冷凝的去離子水，以冷卻標靶16及/或磁控管50。磁控管50沉浸在冷卻劑68中，且桿62透過旋轉密封70通過冷卻腔室66。
第2A及2B圖為具有塗層210的腔室部件200的概要剖面側視圖。腔室部件200可為在電漿處理腔室中的任何腔室部件。在一個實施例中，腔室部件200為在PVD腔室中的腔室部件，配置成在PVD腔室中佈置的基板上沉積高應力材料，例如碳、DLC、鎢、或砷摻雜的材料。腔室部件200可為在電漿處理腔室（例如化學氣相沉積（CVD）腔室或電漿輔助的CVD（PECVD）腔室）中的腔室部件，配置成在電漿處理腔室中的基板上沉積高應力材料。在一個實施例中，腔室部件200為在第1圖中所顯示的PVD腔室10中的腔室部件。舉例而言，腔室部件200可為夾具22、護罩24或基板支撐件20。
如第2A圖中所顯示，腔室部件200包括主體202，主體202具有紋路化表面204及佈置於紋路化表面204上的塗層210。主體202可以金屬製成，例如不銹鋼、鋁、鈦、或其他適合的金屬，或其他材料，例如陶瓷、石英、碳化矽、或其他適合的材料。紋路化表面204具有從約150微英吋至約450微英吋之範圍的表面粗糙度。紋路化表面204包括複數個突起212，且各個突起212具有高度H1及寬度W1。高度H1及寬度W1在數百微英吋中。紋路化表面204可藉由任何適合的方法形成，例如噴砂。紋路化表面204幫助塗層210黏著至主體202。
塗層210為矽層，具有從約90重量百分比至約99重量百分比之範圍的純度，從約50微米至約500微米之範圍的厚度，及從約1E-3 ohm*m至約1E3 ohm*m之範圍的電阻率。塗層210可經摻雜以達成預定電阻率。塗層210可以摻雜物摻雜，例如鋁、鎂、硼、鎢、碳或其他適合的摻雜物。舉例而言，塗層210可為SiC複合塗層。塗層210可具有SiC粒子，而具有約20%的氧化釔及鋁粒子粉末混合於其中。在其他範例中，塗層210可為碳化硼（B4C）塗層。塗層210可為純的碳化硼粉末，具有碳的混合百分比與碳化硼粉末混合於其中。塗層在護罩24、覆蓋環、沉積環及/或濺鍍盤上併入濺鍍材料。塗層210減少高損傷粒子（例如Al）進入基板上，而由於材料為並不會顯著損傷基板18者進而即使當處理套件剝離污染材料時，仍提高設備產量。
塗層210的粗糙度可取決於紋路化表面204的粗糙度。塗層210可具有從約100微英吋至約800微英吋之範圍的表面粗糙度。塗層210可藉由任何適合的方法形成，例如矽粉末的電漿噴灑。塗層210對材料提供強的黏著度，例如沉積於電漿處理腔室中的高應力材料，而減少材料從腔室部件剝落。塗層210亦能夠進行氧電漿清潔，用於進一步減少沉積於腔室部件上的材料，且提供定位於其下方的紋路化表面204的保護。
第2B圖根據另一實施例，為具有塗層210的腔室部件200的概要剖面側視圖。如第2B圖中所顯示，腔室部件200的主體202包括紋路化表面208。紋路化表面208包括複數個突起212，且各個突起212具有高度H2及寬度W2。高度H2為從約0.005英吋至約0.02英吋之範圍，且寬度W2為從約0.016英吋至約0.15英吋之範圍。各個突起212具有紋路化表面214，且紋路化表面214包括複數個突起206。突起206可稱為微型突起，且突起212可稱為巨型突起，因為突起212比突起206更大。在一個實施例中，各個突起212比各個突起206更大三個數量級。因此，紋路化表面214包括巨型突起及微型突起兩者，且紋路化表面214可藉由超過一個處理形成。在一個實施例中，於主體202上實行電磁能量束掃描，以形成複數個突起212，且於主體202上實行噴砂，以在各個突起212中形成複數個突起206。紋路化表面214幫助塗層210黏著至主體202。
塗層210可藉由任何適合的方法形成於主體202的紋路化表面214上，例如矽粉末的電漿噴灑。塗層210對材料提供強的黏著度，例如沉積於電漿處理腔室中的高應力材料，而減少材料從腔室部件剝落。塗層210亦能夠進行氧電漿清潔，用於進一步減少沉積於腔室部件上的材料，且提供定位於其下方的紋路化表面214的保護。
儘管以上導向本揭露案的實施例，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，且其範疇藉由以下申請專利範圍來決定。
10:PVD腔室 12:真空腔室主體 14:陶瓷絕緣體 15:第一表面 16:濺鍍標靶 17:第二表面 18:基板 20:基板支撐件 22:基板夾具 24:接地護罩 28:RF電源供應器 30:AC電容耦合電路 34:第一氣源 36:質量流量控制器 38:第二氣源 40:質量流量控制器 42:間隙 44:真空幫浦系統 48:基於電腦的控制器 50:磁控管 52:磁鐵 54:磁鐵 56:背板 62:桿 64:磁控管腔體 65:馬達 66:冷卻腔室 68:冷卻劑 70:旋轉密封 200:腔室部件 202:主體 204:紋路化表面 206:突起 208:紋路化表面 210:塗層 212:突起 214:紋路化表面
由此方式可詳細理解本揭露案以上所載之特徵，以上簡要概述的本揭露案的更特定說明可藉由參考實施例而獲得，一些實施例圖示於隨附圖式中。然而，應理解隨附圖式僅圖示範例實施例，且因此不應考量為其範疇之限制，且可認可其他均等效果的實施例。
第1圖為PVD腔室的概要剖面側視圖。
第2A及2B圖為具有塗層的腔室部件的概要剖面側視圖。
為了促進理解，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。應理解一個實施例的元件及特徵可有益地併入其他實施例中而無須進一步說明。
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
200:腔室部件
202:主體
204:紋路化表面
210:塗層
212:突起

Claims (20)

  1. 一種在一電漿處理腔室中使用的腔室部件，包含： 一主體，具有一紋路化表面，該紋路化表面具有從約150微英吋至約450微英吋之範圍的一表面粗糙度；及 一塗層，佈置於該紋路化表面上，該塗層包含一矽層，該矽層具有從約90重量百分比至約99重量百分比之範圍的一純度，從約50微米至約500微米之範圍的一厚度，及從約1E-3 ohm*m至約1E3 ohm*m之範圍的一電阻率。
  2. 如請求項1所述之腔室部件，其中該主體包含一金屬。
  3. 如請求項2所述之腔室部件，其中該主體進一步包含鋁、不銹鋼或鈦。
  4. 如請求項1所述之腔室部件，其中該主體包含陶瓷、石英或碳化矽。
  5. 如請求項1所述之腔室部件，其中該矽層為一摻雜的矽層。
  6. 如請求項5所述之腔室部件，其中該矽層以鋁、鎂、硼、鎢或碳摻雜。
  7. 如請求項1所述之腔室部件，其中該紋路化表面藉由噴砂形成。
  8. 如請求項7所述之腔室部件，其中該塗層藉由電漿噴灑形成。
  9. 一種在一電漿處理腔室中使用的腔室部件，包含： 一主體，具有一第一紋路化表面，該第一紋路化表面具有一第一複數個突起，該第一複數個突起之各個突起具有從約0.005英吋至約0.02英吋之範圍的一高度，及從約0.016英吋至約0.15英吋之範圍的一寬度，該第一複數個突起之各個突起包括一第二紋路化表面，該第二紋路化表面具有從約150微英吋至約450微英吋之範圍的一表面粗糙度；及 一塗層，佈置於該第一紋路化表面上，該塗層包含一矽層。
  10. 如請求項9所述之腔室部件，其中該矽層為一摻雜的矽層。
  11. 如請求項10所述之腔室部件，其中該矽層以鋁、鎂、硼、鎢或碳摻雜。
  12. 如請求項9所述之腔室部件，其中該矽層具有從約90重量百分比至約99重量百分比之範圍的一純度，從約50微米至約500微米之範圍的一厚度，及從約1E-3 ohm*m至約1E3 ohm*m之範圍的一電阻率。
  13. 一種物理氣相沉積腔室，包含： 一腔室主體；及 一腔室部件，佈置於該腔室主體中，該腔室部件包含： 一主體，具有一紋路化表面，該紋路化表面具有從約150微英吋至約450微英吋之範圍的一表面粗糙度；及 一塗層，佈置於該紋路化表面上，該塗層包含一矽層，該矽層具有從約90重量百分比至約99重量百分比之範圍的一純度，從約50微米至約500微米之範圍的一厚度，及從約1E-3 ohm*m至約1E3 ohm*m之範圍的一電阻率。
  14. 如請求項13所述之物理氣相沉積腔室，其中該腔室部件為一護罩。
  15. 如請求項13所述之物理氣相沉積腔室，其中該腔室部件為一夾具。
  16. 如請求項13所述之物理氣相沉積腔室，其中該腔室部件為一基板支撐件。
  17. 如請求項13所述之物理氣相沉積腔室，進一步包含一佈置於該腔室主體中的碳標靶。
  18. 如請求項13所述之物理氣相沉積腔室，其中該矽層為一摻雜的矽層。
  19. 如請求項18所述之物理氣相沉積腔室，其中該矽層以鋁、鎂、硼、鎢或碳摻雜。
  20. 如請求項18所述之物理氣相沉積腔室，其中該矽層具有從約100微英吋至約800微英吋之範圍的一表面粗糙度。
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