TW202227381A - 用於嵌入陶瓷件的加熱器之塗層導體 - Google Patents
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Abstract
此處之諸多實施例係關於製造用於半導體處理設備中之平台的技術,以及藉由此等技術生產之平台及中間結構。例如,此等技術可能包含在加熱器上沉積塗層,以形成具塗層的加熱器,其中該加熱器包含其上形成有塗層的金屬線;將該具塗層的加熱器置於粉末中;將該粉末壓實成一內聚性塊體,以形成一粉末為基的複合物;以及燒結該粉末為基的複合物以形成該平台,其中該平台係包含嵌入在經燒結之陶瓷材料中的該加熱器。加熱器上之塗層可用作為保護加熱器不受到在燒結期間可能存在之含碳及/或含氧化合物的化學侵蝕。平台可以是基座的一部份,一旦製造完成,該基座可以裝設於半導體處理設備中。
Description
本發明係關於製造用於半導體處理設備中之平台的技術以及藉由此等技術生產之平台及中間結構。
半導體裝置製造係涉及在各種半導體處理設備中執行的多種不同製程。這些製程可以包含例如微影、沉積、蝕刻等。在這些製造製程期間,半導體基板通常係被支撐在基座或其他類型的基板支撐件上。在某些情況下,基座包含可用於在處理期間加熱基板的嵌入式加熱器。
此處提供的背景描述係為了大致呈現本揭露內容的背景。當前列名之發明人的工作成果,就其在本背景部分中描述的範圍而言,以及在提交申請時可能不符合先前技術的描述態樣,均未明示或暗示承認為相對於本揭露內容的先前技術。
本文的各個實施例係涉及用於製造半導體處理設備中之平台的方法、設備和系統,以及藉由此種方法、設備和系統生產的平台和中間結構。通常,本文描述的技術包含在燒結操作中將加熱器嵌入陶瓷材料之前塗佈加熱器。塗層在燒結期間保護加熱器,從而防止在燒結期間對加熱器的化學侵蝕,並生產出具有更高均勻性的平台。
在所揭露實施例的一個態樣中,提供了一種用於半導體處理設備之平台的製造方法,該方法包含:在加熱器上沉積或以其他方式形成塗層,以形成具塗層的加熱器,其中該加熱器包含其上形成有塗層之金屬線;將該具塗層的加熱器置於粉末中;將該粉末壓實成一內聚性塊體,以形成生坯或粉末為基的複合物;以及燒結該生坯或粉末為基的複合物以形成該平台,其中該平台係包含嵌入在經燒結之陶瓷材料中的該加熱器。生坯和粉末為基的複合物的用語在本文中可交替使用。
可以使用多種沉積方法來形成塗層。在一些實施例中,使用原子層沉積將塗層沉積在加熱器上。在一些實施例中,使用化學氣相沉積將塗層沉積在加熱器上。在一些實施例中,使用電鍍將塗層沉積在加熱器上。在一些實施例中,使用無電電鍍將塗層沉積在加熱器上。在一些實施例中,使用浸塗將塗層沉積在加熱器上。在一些實施例中,使用熱噴塗將塗層沉積在加熱器上。在一些實施例中,使用電漿噴塗將塗層沉積在加熱器上。在一些實施例中,使用物理氣相沉積將塗層沉積在加熱器上。在多個實施例中,塗層係沉積到至少約5Å的厚度。
塗層可以使用許多不同的材料及材料的組合。例如,在諸多實施例中,塗層包含金屬。在一些這樣的情況下,塗層可以包含金屬氧化物。在一些情況下,塗層包含選自由鈣氧化物、鎂氧化物、釔氧化物、以及鑭氧化物組成之群組中的至少一種材料。在其他實施例中,塗層為元素金屬。在一些實施例中,塗層包含金屬氮化物。在一些實施例中,塗層包含金屬間化合物。
在一些實施方式中,塗層為包含犧牲材料的犧牲塗層,其中在燒結期間存在之含碳及/或含氧成分與犧牲材料的反應性比它們與加熱器之金屬線的反應性更強。在一些這樣的情況下,金屬線為鉬且塗層為鎢。
在一些實施方式中,塗層為包含阻障材料的阻障塗層,其中在燒結期間存在的含碳及/或含氧成分與阻障材料的反應性係低於它們與加熱器之金屬線的反應性。在一些這樣的情況下,塗層包含硼氮化物。在一些情況下,阻障材料實質上不與燒結期間存在的含碳及/或含氧成分反應。
在一些實施例中,塗層經受住了燒結,使得平台包含嵌入在經燒結之陶瓷材料中之具塗層的加熱器。在其他實施例中,塗層在燒結期間係被大量消耗或擴散遠離加熱器。
在一些情況下,塗層可包含具有不同組成的兩層或更多層。在一些實施例中,這些層係透過原子層沉積來沉積,其中第一成分的層係與第二成分的層交替。在一些情況下,在加熱器上沉積或以其他方式形成塗層的步驟包含藉由原子層沉積在加熱器上沉積鋁氧化物及釔氧化物之交替層。
在一些實施例中,沉積或以其他方式形成塗層的步驟包含形成轉化塗層。轉化塗層可由加熱器本身形成,或由中間塗層形成。
在所揭露實施例的另一態樣中,提供了一種用於半導體處理設備中的平台,其中該平台係根據本文所主張或以其他方式描述的任何方法製造的。
在所揭露實施例的另一態樣中,提供了一種用於半導體處理設備中的平台,該平台包含:具塗層的加熱器,該具塗層的加熱器包含其上具有塗層的金屬線;以及經燒結的陶瓷材料,其中具塗層的加熱器係嵌入在經燒結的陶瓷材料中。
在一些實施例中,塗層具有至少約5Å的厚度。在這些或其他實施例中,金屬線可具有約0.002-0.05英吋之間的直徑。
塗層可使用許多不同的材料。在一些實施例中,塗層包含金屬。在一些這樣的情況下,塗層包含金屬氧化物、金屬氮化物、金屬間化合物及/或元素金屬。在特定示例中,塗層包含硼氮化物。
在所揭露實施例的另一態樣中,提供了一種用於半導體處理設備中的平台,該平台包含:包含金屬線的加熱器,其中金屬線並不具有嵌入其中的碳化物粒子;以及經燒結的陶瓷材料,其中加熱器係嵌入在經燒結的陶瓷材料中。
在所揭露實施例的另一態樣中,提供了一種用作半導體處理設備中之平台的生坯或粉末為基的複合物,該生坯或粉末為基的複合物包含:具塗層的加熱器,其包含具有塗層於其上的金屬線;未經燒結的陶瓷材料,其中具塗層的加熱器係嵌入在未經燒結的陶瓷材料中。
在一些實施例中,塗層具有至少約5Å的厚度。在這些或其他實施例中,金屬線可具有約0.002-0.05英吋之間的直徑。
塗層可使用許多材料及材料的組合。在一些實施例中,塗層包含金屬。在一些這樣的情況下,塗層包含金屬氧化物。金屬氧化物可以包含選自由鈣氧化物、鎂氧化物、釔氧化物、以及鑭氧化物組成之群組中的至少一種材料。在一些實施例中,塗層包含元素金屬。
在一些實施方式中,塗層為包含犧牲材料的犧牲塗層,且在燒結操作期間存在之含碳及/或含氧成分與犧牲材料的反應性比它們與金屬線的反應性更強。在一些這樣的情況下,金屬線為鉬且塗層為鎢。
在一些實施方式中,塗層為包含阻障材料的阻障塗層,且在燒結操作期間存在之含碳及/或含氧成分與阻障材料的反應性係低於它們與加熱器之金屬線的反應性。在一些這樣的情況下,塗層包含硼氮化物。在這些或其他實施例中,阻障材料實質上不與燒結操作期間存在的含碳及/或含氧成分反應。
下面將參考相關附圖來詳細描述所揭露實施例的這些和其他特徵。
在以下描述中,闡述了許多具體細節以提供對所呈現實施例的透徹理解。可以在沒有這些特定細節中的一些或全部的情況下實踐所揭露之實施例。在其他情況下,並不詳細描述眾所周知的製程操作以免不必要地混淆所揭露之實施例。雖然將所揭露之實施例結合具體實施例進行描述,但吾人應當理解,其並非意圖限制所揭露之實施例。
半導體基板(通常稱為晶圓)在製造半導體裝置的過程中會經歷許多不同的製程。在許多情況下,在這些製造製程期間,基板係被支撐在例如基座的基板支撐件上。本文的諸多實施例係涉及用於生產具有更佳特性(例如更均勻的加熱性能)之基座的技術。
基座可在處理期間提供多種功能和益處。例如,基座係藉由確保基板位於處理設備內的可重複位置來提供一定程度的均勻性和可再現性。在一些情況下,基座提供用於將基板固定到基座上的硬體,例如在靜電卡盤(ESC)的情況下藉由靜電力。此類硬體可包含一或多個靜電夾盤電極,其用於將基板夾在基座上。在一些情況下,基座包含用於在處理設備中產生電漿的硬體。此類硬體可包含例如一或多個RF電極,其在一些情況下可實施為金屬絲網。在諸多情況下,基座提供用於在處理期間控制基板溫度的硬體。這種硬體可以包含加熱器、冷卻器、傳熱導管等。在許多情況下,基座包含一或多個嵌入式加熱器。加熱器可以提供一或多個獨立的溫度控制區。不幸的是,例如由於在製造基座期間可能發生的化學反應,加熱器並不總是能夠在基板上提供期望的溫度分佈。
圖1描繪了基座100的橫剖面圖。在此例中,基座100包含平台101和桿部102。平台101包含諸多硬體於其中,包含用作RF電極和ESC電極的電極103。在特定實施例中,電極103係實施為金屬絲網。金屬絲網可以由難熔金屬(例如具有特別高熔點的金屬)製成,例如鉬、鎢、鈮、錸、鉭、鉻、鉿、銥、鋨、銠、釕、鈦、釩、鋯或其組合。此種材料在基座100將經受高處理溫度的情況下特別有用。平台101還包含加熱器104。在此例中,加熱器104為捲成螺旋狀然後在平台101內纏繞成所需圖案的抽製線。加熱器104可以由例如上面列出的那些難熔金屬製成。形成加熱器104之金屬線的示例厚度可以在大約0.002-0.05英吋之間。雖然僅顯示單個加熱器104,但吾人應理解於整個平台101中可存在一或多個加熱器104。加熱器104可獨立控制以在基板上提供期望的溫度分佈。所需的溫度分佈通常是均勻的溫度分佈,儘管在某些情況下非均勻的溫度分佈可能是有用的。為了達到期望的溫度分佈,加熱器104係設計成在每個位置處具有特定的電阻和長度,從而使加熱器104能夠向平台101的每個部分以及其上的任何基板提供期望量的焦耳加熱功率。 平台101的主體105係由提供高導熱性的鋁氮化物製成。電極 103 和加熱器 104 係嵌入在平台 101 的鋁氮化物主體 105 中。
桿部102還包含一些硬體。例如,連接線106和107分別提供到電極103和加熱器104的電連接。連接線106和107可以定位在桿部102的中空中心部分,如圖1所示。在使用多個電極103及/或加熱器104的情況下,或者平台101包含額外硬體的情況下,可以提供額外的連接線(未顯示)。桿部102係用來作為平台101的機械性支撐。此外,桿部102提供平台101與處理設備之其餘部分之間的氣密密封(例如藉由平台101相對端上的O形環)和熱中斷。
在此描述的技術適用於例如圖1所示的基板支撐件以及一些替代的基板支撐件。例如,本文中的技術並不限於包含桿部之基板支撐件的情況。通常,本文實施例係涉及在將加熱器嵌入基板支撐件之前將一或多個加熱器加以塗佈。因此,本文實施例在加熱器能夠被塗佈的情況下是有用的,例如圖1中的加熱器104。相比之下,在某些基板支撐件中,加熱器係實現為絲網印刷成所需圖案的糊狀物。這種基於糊狀物絲網印刷的加熱器並不能以相同的方式進行塗佈。
圖2呈現描述例如圖1中所示基座之平台之製造方法的流程圖。在圖2 的上下文中討論了可能出現的某些製造問題。圖2的方法開始於操作201,其中將線纏繞在心軸上,形成螺旋線圈。如上所述,線可以是例如鉬或鎢的難熔金屬。接下來,在操作203,定長切割螺旋線圈並將其焊接至連接硬體上。可以根據特定應用的需要提供一或多個螺旋線圈,以例如提供多個加熱器。在操作205,將螺旋線圈纏繞成期望的圖案以形成加熱器。
接下來,在操作207,將要嵌入平台中的加熱器和任何其他部件(例如參見圖1的電極103)放置到模具中並由粉末包圍。該粉末包含鋁氮化物和燒結助劑。最常見的燒結助劑類型係位於陶瓷的多種晶粒之間(例如鋁氮化物)且會阻止陶瓷晶粒生長成更大晶體的趨勢。限制晶粒尺寸會增加燒結完成的速度。換句話說,燒結助劑係使燒結製程進行得更快。燒結助劑還作為從鋁氮化物中抽出溶解氧的功用。溶解氧使鋁氮化物的導熱性降低,從而增加了熱衝擊的風險(這是基座的常見故障模式)。藉由抽出溶解氧並增加鋁氮化物的熱導率,而降低了當向加熱器供電時基座因熱膨脹而破裂的風險。在一些情況下,燒結助劑包含稀土元素(如釔或鑭)的氧化物。在一些情況下,燒結助劑包含鹼土金屬(例如第 2 族金屬)的氧化物,例如鈣、鎂等或稀土金屬(如釔、鑭等)。可以用於燒結助劑的示例材料可以包含但不限於鈣氧化物(例如CaO)、鎂氧化物(例如MgO)、釔氧化物(例如Y
2O
3)、鑭氧化物(例如La
2O
3),以及它們的組合。可以以粉末之約5-10%(按重量計)的濃度提供燒結助劑。剩餘90-95%(按重量計)的粉末為鋁氮化物。
在操作209,將加熱器和粉末(以及放置在粉末中的任何其他部件)冷壓在一起,形成稱為生坯或粉末為基的複合物(例如燒結前的內聚陶瓷結構)。用語生坯和粉末為基的複合物可互換使用。操作209中冷壓的示例壓力可以在大約100 MPa-1000 MPa之間,示例溫度可以在大約0-60℃之間,且示例冷壓持續時間可以在大約10秒-5分鐘之間。在操作211,燒結生坯結構以形成具有加熱器(和其他部件)嵌入其中的平台。示例燒結溫度可以在約1750-1850℃之間。在燒結期間,平台的孔隙率顯著降低,平台主體內的氣體通路基本上被切斷。燒結的高溫和高壓作用將平台中的所有空氣/閒置空間壓碎,從而形成加熱器(和其他部件)嵌入其中的緻密陶瓷材料。
不幸的是,操作211中的燒結製程係以不均勻的方式改變了加熱器的電阻,從而在加熱器的不同部分產生電阻的變化。這些電阻的變化是有問題的,因為在處理期間使用加熱器/平台加熱基板時,它們會導致基板加熱不均勻。在許多情況下,可以看到這些變化為中心到邊緣的變化,與平台中心相比,靠近平台邊緣的電阻降低(例如更大的電阻);然而,這些變化並不總是可再現的,且不僅在單個平台內,在由給定模具或一組模具所生產之不同平台間也存在顯著變化。
不希望受到理論或作用機制的束縛,據信加熱器的金屬在燒結期間會與碳及/或氧反應。氧可以存在於發生燒結的大氣中。碳可能來自用於燒結的模具。例如,在許多情況下,模具由石墨纖維複合材料製成,該材料係與熱解碳保持在一起,也稱為碳-碳複合材料。模具材料是半多孔的,在室溫下會吸收水分。在燒結期間,水分會與碳反應而產生含碳化合物,含碳化合物會藉由平台擴散並攻擊加熱器,尤其是在平台邊緣附近。含碳化合物可包含碳化物及/或碳氧化物。在某些情況下,含碳化合物可包含一氧化碳、甲烷等。
含碳化合物藉由平台的擴散會導致在金屬加熱器的某些部分形成碳化物材料。加熱器之靠近平台外表面的部分由於較低的擴散距離而更可能受到影響(與靠近平台中心的加熱器部分相比)。在加熱器上形成碳化物材料的區域乃表現出降低的電阻。如上所述,在燒結期間看到的電阻變化並不均勻。例如,除了中心到邊緣的變化,還有季節性變化。當濕度很高時,電阻的變化最為顯著。
發明人已經發現,為了減少或甚至防止這種化學侵蝕和相關的電阻變化,可以在將加熱器放入粉末之前對其進行塗佈。如下文進一步描述的,可以使用多種不同類型的塗層。塗層在燒結期間用於保護加熱器,從而防止或減少在加熱器表面形成碳化物及/或碳氧化物材料。
圖3呈現一流程圖,其係描述根據本文諸多實施例中製造基板支撐件(或其一部分)的方法。例如,該方法可用於製造圖1所示之基座100的平台101。圖3的方法係類似於圖2的方法,因此僅描述其不同之處。關於圖2所提供的任何細節也可以應用在圖3的方法。除了圖2 中所描述的步驟,圖3的方法包含操作206,其中在加熱器上形成塗層。此塗佈操作可以在操作205中形成/塑造成加熱器之後、且在操作207中將加熱器放入粉末之前進行。在塗層能夠承受塑造的情況下,也可以更早地進行塗佈操作。在某些實施例中,以鉬為基的導線在被纏繞以形成加熱器之前係先以鉭及/或鎢塗佈。在一些這樣的情況下,可以提供升高的溫度,因為塗佈的線係被纏繞以形成加熱器。在諸多實施例中,塗層可具有至少約5埃的最小厚度。在這些或其他實施例中,塗層可具有約100埃或更小的最大厚度,例如約50埃或更小,或約10埃或更小。在許多情況下,塗層可以是保形的。
在一實施例中,塗層係由類似於用來作為適合與封裝陶瓷材料一起使用之燒結助劑的一或多種物質製成。這種塗層在本文中通常稱為燒結助劑塗層。塗層中使用的材料可以與粉末中使用的燒結助劑具有相同的組成或不同的組成。上面列出了示例性燒結助劑材料。下面將進一步描述示例性的沉積方法。燒結助劑塗層可在加熱器與其周圍環境之間提供暫時性的物理阻障,以減少或防止含碳及/或氧的元素或化合物在燒結製程的至少初始部分期間侵蝕加熱器跡線。
與燒結助劑的粉末形式非常相似,吾人係預期具有類似於燒結助劑成分的一些或全部塗層會在燒結期間從加熱器擴散開。隨著塗層材料從加熱器擴散開,它對加熱器的化學降解提供的保護便較少。通常,塗層材料從加熱器擴散的速度越慢且越不完全,燒結助劑塗層在燒結期間提供的保護程度就越大。這種保護可以與其他因素相平衡。例如,在燒結期間將塗層材料從加熱器擴散開的一個優點是燒結助劑塗層並不存在於製造的平台/基座中,因此不會充當熱障,否則可能會使加熱器在處理期間將熱量傳遞給基板的效率打折扣。作為另一個例子,如果塗層在第二階段的燒結期間停止保護金屬,在第一階段燒結期間關閉通過陶瓷體之連續氣體通道將會降低材料從熔爐環境到金屬表面的材料傳輸速率,例如陶瓷封裝將藉由該處理階段來執行塗層的部分或全部功能。燒結的多個階段係在應用物理期刊32, 787 (1961)中之燒結結晶固體I, 中間和最終狀態擴散模型 (Sintering Crystalline Solids. I. Intermediate and Final State Diffusion Models, Journal of Applied Physics, 32, 787 (1961))中說明,其全文係以引用方式併入本文。
在特定實例中,燒結助劑塗層和燒結助劑粉末都是釔氧化物。在燒結期間,釔氧化物燒結助劑塗層係擴散到周圍的釔氧化物/鋁氮化物中。
在另一實施例中,塗層由充當犧牲塗層的反應性材料製成。與加熱器的材料相比,犧牲塗層可能對含碳及/或含氧的元素或化合物更具反應性(例如鉭或鋯塗層可能比鉬或鎢加熱器線等更具反應性)。 以此方式,原本將在燒結期間會攻擊加熱器之含碳及/或含氧元素或化合物卻反而優先攻擊犧牲塗層的材料。犧牲塗層在燒結期間可以全部或部分消耗掉。與燒結助劑塗層非常相似,犧牲塗層在燒結製程的初始部分提供了最大程度的保護以防止加熱器的化學侵蝕,同時塗層完全完整。犧牲塗層提供的保護較少,因為它在整個燒結期間會被消耗掉。在燒結期間犧牲塗層完全消耗殆盡的情況下,犧牲塗層便不存在於完成的平台/基座中,因此不能充當熱障。在燒結期間犧牲塗層沒有完全消耗的情況下,一些犧牲塗層可能會留在製造完成的平台/基座中的加熱器上。根據犧牲塗層的材料,任何剩餘的塗層都可以作為熱障。
通常,應選擇犧牲塗層的材料,使得在燒結期間攻擊加熱器的含碳及/或含氧化合物與犧牲塗層的材料的反應性比它們與加熱器本身的材料的反應性更強。在諸多實施例中,與用於由加熱器的材料形成碳化物材料的生成焓相比,犧牲塗層由用於形成碳化物材料之具有更低(例如更負)生成焓的材料製成。這確保了含碳及/或含氧化合物優先與犧牲塗層而不是加熱器本身反應。例如,當加熱器由鉬製成時,比起從鉬形成鉬碳化物的焓,犧牲塗層可以由用於形成碳化物材料之具有較低生成焓的材料製成。類似地,當加熱器由鎢製成時,比起從鎢形成鎢碳化物的焓,犧牲塗層可以由用於形成碳化物材料之具有較低生成焓的材料製成。在諸多實施例中,犧牲塗層可由熔點高於用於燒結的溫度的材料製成。在其他實施例中,犧牲塗層可包含熔點低於用於燒結的溫度的材料。在此類實施例中,較佳係形成與加熱器表面接觸時具有低潤濕角的此種液體(例如由於塗層在高燒結溫度下熔化而形成的液體),以保持其覆蓋性;較佳亦使該液體在與存在的每種粉末成分接觸時具有高潤濕角,以減少粉末對塗層的吸收。如有必要,可在加熱器上塗一層難熔金屬塗層作為底塗層來為犧牲塗層提供更有利的潤濕條件。
在諸多示例中,犧牲塗層可以包含選自由以下各者組成之群組中的材料:輕金屬,例如鋁金屬、鈦金屬或鎂金屬;包含一或多種輕金屬的金屬間化合物,如鋁化鎳、鋁化鈦、矽化鎂等;IV族難熔金屬,如鋯或鉿;以及對碳有強烈親和性的各種過渡金屬,如鉻、鈮和鎢。因為犧牲塗層係設計成比加熱器更具反應性,所以它應該是與加熱器本身不同的材料。在一特定實施例中,加熱器為鉬且犧牲塗層為鎢。
在另一實施例中,塗層係由能夠高度抵抗來自含碳及/或含氧元素或化合物之侵蝕的材料製成,否則這些元素或化合物會侵蝕加熱器本身。這種類型的塗層可以稱為阻障塗層,它在加熱器和會攻擊和劣化加熱器的物質之間提供物理阻障。由於阻障塗層為抗侵蝕的,所以它在燒結期間基本上不起反應/不消耗。且,阻障塗層可以由在燒結期間基本上不從加熱器擴散開的材料製成。結果,與燒結助劑塗層或犧牲塗層相比,阻障塗層可提供優異的保護以防止在燒結期間對加熱器的化學侵蝕。
因為在燒結期間阻障塗層可能不會被移除/消耗/擴散掉,所以在燒結製程完成後它可能會留在加熱器上。根據阻障塗層的材料,當基座用於處理基板時,阻障塗層可充當加熱器和周圍陶瓷材料之間的熱障。
為阻障塗層選擇的材料應該相對能夠抵抗與含碳及/或含氧化合物的反應,否則這些化合物會在燒結期間侵蝕加熱器。在諸多實施例中,與用於由加熱器的材料形成碳化物的生成焓相比,阻障塗層的材料係具有由用於形成碳化物材料之較高生成焓。例如,當加熱器由鉬製成時,比起用於從鉬形成鉬碳化物的生成焓,加熱器可以塗覆有由用於形成碳化物之具有較高生成焓的材料製成的阻障塗層。類似地,當加熱器由鎢製成時,比起用於從鎢形成鎢碳化物的生成焓,加熱器可以塗覆有由用於形成碳化物之具有較高生成焓的材料製成的阻障塗層。為阻障塗層選擇的材料可具有高於燒結溫度的熔點。在其他實施例中,為阻障塗層選擇的材料可具有低於燒結溫度的熔點。
阻障塗層的示例材料包含但不限於貴金屬,例如鉑、鈀、釕或銠;鋁氮化物或硼氮化物等的氮化物化合物;具有高熔點和低蒸氣壓的氧化物,例如鋯氧化物、鋁酸釔、鋁酸鎂等。因為阻障塗層係設計成比加熱器反應性低,所以它應該是與加熱器本身不同的材料。
在諸多實施例中,施加到加熱器的塗層(例如可以是燒結助劑塗層、犧牲塗層或阻障塗層)並不影響從加熱器到封裝陶瓷的熱傳導。在這些或其他實施例中,施加到加熱器上的塗層並不直接影響加熱器電路的電阻。在其他實施例中,塗層可能影響系統的熱及/或電性能。在一些情況下,塗層可以有利地增加從加熱器到周圍陶瓷材料的熱傳導。在一些這樣的情況下,塗層可以實質上增加從加熱器到周圍陶瓷材料的熱傳導。硼氮化物塗層可以是實質上增加導熱性之材料的一個示例。在其他實施例中,塗層可以降低從加熱器到周圍陶瓷材料的熱傳導。在諸多情況下,這種降低可能被限制在大約 20% 或更少。
許多不同的沉積技術可用於在加熱器嵌入陶瓷之前在加熱器上形成塗層。例如,在諸多實施例中,塗層可藉由原子層沉積、化學氣相沉積、物理氣相沉積、電鍍、浸塗、熱噴塗、電漿噴塗、轉化塗層或其組合形成。可以根據特定應用的需要使用其他塗層技術。在塗層的沉積期間,加熱器係被視為基板(例如於其上進行處理的物體)。通常會在與安裝/使用具塗層之加熱器/平台/基座以處理半導體基板之反應室不同的反應室中形成塗層。
在一些情況下,塗層係透過原子層沉積提供。將未經塗佈的加熱器提供給反應室。輸送第一反應物到反應室並容許其吸附到加熱器的表面上。接著可以吹掃及/或排空反應室以除去未吸附的第一反應物。接著,輸送第二反應物到反應室並使其與加熱器表面上的第一反應物反應,從而在加熱器上形成塗層。在一些情況下,反應係由熱能驅動(例如熱ALD),而在其他情況下,反應係由電漿能(例如電漿增強ALD)驅動。在反應之後,可以再次吹掃及/或排空反應室以移除未吸附的反應物和反應副產物。可以重複這些給劑、反應和吹掃步驟,直到塗層達到其最終厚度。
在本文的許多實施例中,塗層包含金屬(例如元素金屬、金屬氧化物等)。因此,用於形成塗層的至少一種反應物可以是含金屬的反應物。在一些實施例中,例如在塗層包含金屬氧化物的情況下,第一反應物可以是含金屬的反應物且第二反應物可以是含氧的反應物。
在諸多實施例中,可以藉由沉積兩種或更多種材料的交替層來形成塗層,其中每種材料係在不同的ALD循環中沉積。例如,在一些情況下,塗層包含鋁氧化物層與釔氧化物層(或其他燒結助劑材料,或本文提及的其他塗層材料)交替。塗層可以包含更多的鋁氧化物層、更多的釔氧化物層,或者這些層的數量大致相等。此種類型的鋁氧化物-釔氧化物材料先前已用於形成抗氟化的薄膜。在PCT專利申請公開案第WO2020/023302號以及和PCT專利申請公開案第WO2020/123082中進一步討論了這樣的材料,這些文獻中的每一個係藉由引用而完整併入本文。此類材料在嵌入陶瓷(例如基座的陶瓷平台)中之前尚未用於塗佈電線(例如加熱器)。
在一些實施例中,可以藉由化學氣相沉積提供塗層。在這種情況下,將未塗佈的加熱器提供至反應室,且同時輸送兩種或更多種氣相反應物到反應室。該等反應物在氣相中彼此反應並在加熱器上沉積反應產物(例如塗層)。反應可由熱能(例如熱CVD)或電漿能(例如電漿增強CVD)驅動。
在一些實施例中,可以藉由電鍍(plating)來提供塗層。電鍍可以是一般電鍍(electroplating)或無電電鍍(electroless plating)。在使用電鍍的情況下,提供未塗佈的加熱器至其中具有電解液的反應室。電解液係包含待沉積在加熱器上的金屬陽離子。根據特定應用的需要,電解液可以包含額外的物質。加熱器浸入電解液中,發生還原反應而還原金屬陽離子並使金屬沉積在加熱器表面。在使用一般電鍍的情況下,還原反應係藉由直流電驅動的,加熱器充當電解池的陰極。在使用無電電鍍時,反應係藉由電解液中的化學還原劑所驅動的。
在一些實施例中,可以藉由浸塗來提供塗層。在使用浸塗的情況下,提供未塗佈的加熱器至其中具有浴槽的反應室。將加熱器浸入浴槽中,該浴槽包含在溶劑中之塗層材料的混合物。當將加熱器從浴槽中拉出時,混合物便會沉積在加熱器上。讓多餘的混合物從加熱器表面排出,接著溶劑便自混合物中蒸發以在加熱器上形成塗層。
在一些實施例中,可以藉由熱噴塗或電漿噴塗來提供塗層。電漿噴塗是熱噴塗的一種。在使用熱噴塗的情況下,將未塗佈的加熱器提供至反應室並用加熱的塗層材料噴塗。例如,塗層材料可以藉由電氣方式(例如電漿或電弧)或化學方式(例如燃燒火焰)加熱(在一些情況下熔化),然後以微米尺寸粒子的形式朝向加熱器加速。塗層材料的原料通常以粉末或金屬線(或在某些情況下以液體懸浮液)的形式提供,且其可以熔化成熔融或半熔融形式。在使用電漿噴塗的情況下,塗層材料原料可以在電漿炬發出的電漿射流中熔化,而將熔化的塗層材料推向待塗佈的加熱器。
在一些實施例中,塗層可包含由加熱器導體本身的材料或由一些中間塗層形成的轉化塗層。滲碳、氮化和陽極氧化為轉化塗層製程的例子。本文所述之任何塗層均可用作形成轉化塗層的中間塗層。在某些實施例中,加熱器線或加熱器線上的中間塗層在形成均勻並具保護性之塗層的條件下乃暴露於受控量的碳。在某些實施例中,塗層可包含具有從犧牲塗層生長出之阻障塗層的犧牲塗層。換言之,可以提供犧牲塗層,然後將其轉化為阻障塗層。作為一具體例,犧牲塗層可以是鋁(或含鋁的金屬間材料),其可以藉由陽極氧化、受控表面氮化(或其他氮化製程)等來轉化為阻障塗層。在另一例中,犧牲塗層可以是鈦,其可以藉由陽極氧化、氮化等轉化為阻障塗層。在某些實施例中,可以藉由金屬塗層和反應物(例如含氧反應物、含氮反應物、含碳反應物等)的反應(例如完全反應)形成阻障塗層。在特定示例中,金屬塗層為釔,然後將其暴露於氧化環境以產生釔氧化物塗層。
在一些實施例中,可以藉由物理氣相沉積提供塗層,例如藉由濺射或熱蒸發。
一般而言,熟習本技藝者可以選擇用於形成塗層的合適處理條件。
與先前的製造方法相比,本文描述的技術可用於形成具有較佳均勻性的平台。例如,在比較每個加熱器內的中心到邊緣以及比較一個加熱器與另一個加熱器時,加熱器線中非金屬相的含量在平均幅度上以及(更重要的)可變性上減少。在相關操作溫度下平台的熱均勻性應該得到改善。此外,加熱器電阻應在加熱器群體內表現出較小的可變性。這些因素結合起來提供了顯著改善的加熱器均勻性和基板處理均勻性。
設備
在此描述的技術可以由任何合適的設備或設備的集合來執行。合適的設備包含用於執行此處描述之方法的硬體,以及配置用於引起此等方法的控制器。如上所述,許多不同的技術可用於在加熱器上形成塗層。用於形成塗層的設備將取決於所使用的塗層技術。下面將討論一些示例設備。此等設備可以與一或多個額外設備配對,以用於執行關於圖2和圖3所描述之任何一或多個操作。在特定實施例中,額外設備可包含用於在操作209中進行冷壓及/或在操作211中進行燒結的壓機。
此外,一旦塗佈加熱器並將其嵌入陶瓷中以形成平台/基座,平台/基座就可以安裝在半導體處理設備中。平台/基座可用於多種半導體處理設備中,其包含但不限於沉積設備、蝕刻設備、電漿處理設備、離子注入設備等。通常此類平台/基座可用於各種環境中,其中基板在處理期間係受支撐和加熱。
圖4示意性地顯示處理站400的實施例,其可用於使用原子層沉積(ALD)及/或化學氣相沉積(CVD)來沉積材料(例如本文所述之加熱器塗層),其中任一者可以是電漿增強的。為簡單起見,處理站400係描繪為具有用於維持低壓環境之處理室主體402的單站式處理站。然而,吾人應當理解可以在共用處理工具環境中包含多個處理站400。此外,吾人應當理解,在一些實施例中,可以由一或多個電腦控制器以程式化方式來調整包含下面詳細討論之處理站400的那些一或多個硬體參數。
處理站400係與反應物輸送系統401流體連通以將處理氣體輸送到分配噴淋頭406。反應物輸送系統401係包含混合容器404,用於混合以及/或調節輸送到噴淋頭406的處理氣體。一或多個混合容器入口閥420可以控制引入到混合容器404的處理氣體。類似地,噴淋頭入口閥405可以控制引入到噴淋頭406的處理氣體。
某些反應物可以在汽化及隨後輸送到處理站之前以液體形式儲存。例如,圖4的實施例係包含汽化點403,用於汽化待供應到混合容器404的液體反應物。在一些實施例中,汽化點403可以是經加熱的汽化器。從這種汽化器產生的反應物蒸氣可能在下游輸送管道中冷凝。不相容的氣體暴露於冷凝的反應物可能會產生小粒子。這些小粒子可能會堵塞管道、阻礙閥門操作、污染基板等。解決這些問題的一些方法係涉及清掃及/或抽空輸送管道以移除殘留的反應物。然而,清掃輸送管道可能會增加處理站的循環時間,降低處理站的產量。因此,在一些實施例中,汽化點403下游的輸送管道可被伴熱。在一些示例中,混合容器404也可以是伴熱的。在一非限制性實例中,汽化點403下游的管道在混合容器404處具有從大約100°C延伸至大約150°C的增加的溫度分佈。
在一些實施例中,反應物液體可以在液體噴射器處汽化。例如,液體噴射器可以將液體反應物脈衝噴射到混合容器上游的載氣流中。在一種情況下,液體噴射器可以藉由將液體從較高壓力閃蒸到較低壓力來汽化反應物。在另一種情況下,液體注射器可以將液體霧化成分散的微滴,然後在經加熱的輸送管中汽化。吾人應當理解,較小的液滴可以比較大的液滴更快地汽化,從而減少液體注入和完全汽化之間的延遲。更快的汽化可以減少汽化點 403 下游的管道長度。在一種情況下,液體注射器可以直接安裝到混合容器 404。在另一種情況下,液體注射器可以直接安裝到噴淋頭 406。
在一些實施例中,可提供汽化點403上游的液體流量控制器以控制用於汽化和輸送至處理站400的液體質量流量。例如,液體質量流量(LFC)可包括位在LFC下游的熱質量流量計(MFM)。接著可回應由與MFM電連通的比例-積分-微分(proportional-integral-derivative, PID)控制器提供的反饋控制訊號,來調整LFC的柱塞閥(plunger valve)。然而,使用反饋控制來穩定液體流動可能需要一秒或更長時間。這可能會延長液體反應物的給劑時間。因此,在一些實施例中,LFC可以在反饋控制模式和直接控制模式之間動態切換。在一些實施例中,LFC可以藉由停用LFC的感測管和PID控制器來動態地從反饋控制模式切換到直接控制模式。
噴淋頭406係向基板412配送處理氣體(例如在此例中,基板412可以是正要塗佈的加熱器)。在圖4所示的實施例中,基板412係位於噴淋頭406下方,並顯示為擱置在基座408上。吾人應當理解,噴淋頭406可以具有任何合適的形狀,並且可以具有用於將處理氣體分配到基板412的任何合適數量和佈置的端口。
在一些實施例中,微體積407係位於噴淋頭406下方。在微體積中而不是在處理站的整個體積中執行ALD及/或CVD製程可以減少反應物暴露和清掃時間、可以減少改變製程條件的時間(例如壓力、溫度等)、可以限制處理站機器人暴露於處理氣體等。示例的微體積尺寸包含但不限於介於 0.1公升和 2公升之間的體積。此微體積也會影響生產量。雖然每個循環的沉積速率下降,但循環時間也同時減少。在某些情況下,對於給定的目標薄膜厚度,後者的戲劇性影響係足以提高模組的整體吞吐量。
在一些實施例中,可升高或降低基座408以將基板412暴露於微體積407及/或改變微體積407的體積。例如,在基板傳送階段,可降低基座408以允許裝載基板412到基座408上。在沉積製程階段,可以升高基座408以將基板412定位在微體積407內。在一些實施例中,微體積407可以完全包圍基板412以及基座408的一部分以在沉積期間產生高流動阻抗區域。
可選地,基座408可以在沉積製程的一部分期間被降低及/或升高以調節微體積407內的製程壓力、反應物濃度等。在處理室主體402於沉積製程期間保持在基礎壓力的一種情形下,降低基座408可以允許微體積407排空。微體積與處理室體積的示例比率包含但不限於介於1:400和1:10之間的體積比率。吾人應當理解,在一些實施例中,可以藉由合適的電腦控制器以程式化方式調整基座高度。
在另一種情況下,在沉積期間所包含的電漿激活及/或處理循環期間調整基座408的高度可以允許電漿密度改變。在沉積製程階段結束時,基座408可在另一基板傳送階段期間降低以允許從基座408移除基板412。
雖然此處描述之示例微體積變化是指高度可調節的基座,但吾人應當理解,在一些實施例中,可以相對於基座 408 調節噴淋頭 406 的位置以改變微體積 407 的體積。此外,吾人將理解到,基座408及/或噴淋頭406的垂直位置可以藉由本揭露內容範圍內之任何合適的機構來改變。在一些實施例中,基座408可以包含用於旋轉基板412之取向的旋轉軸。吾人應當理解,在一些實施例中,這些示例調整中的一或多個可以藉由一或多個合適的電腦控制器以程式化方式執行。
回到圖4所示的實施例,噴淋頭406及基座408係與RF電源414及匹配網路416電連通,以供電給電漿。在一些實施例中,可藉由控制處理站壓力、氣體濃度、RF源功率、RF源頻率、及電漿功率脈衝時間點的一或多者來控制電漿能量。例如,RF電源414與匹配網路416可在任何適當的功率下運作,以形成具有期望組成之自由基物種的電漿。適當的功率範例係包含如上。同樣地,RF電源414可以提供任何合適頻率的RF功率。在一些實施例中,RF電源414可以配置用以彼此獨立地控制高頻和低頻RF功率源。示例低頻RF頻率可以包含但不限於50 kHz和400 kHz之間的頻率。示例高頻RF頻率可以包含但不限於1.8 MHz和2.45 GHz之間的頻率。吾人應當理解,可以離散地或連續地調節任何合適的參數以提供用於表面反應的電漿能量。在一非限制性示例中,相對於連續供電的電漿,可以間歇地脈衝電漿功率以減少對基板表面的離子轟擊。
在一些實施例中,電漿可以由一或多個電漿監測器原位監測。在一種情況下,電漿功率可由一或多個電壓、電流感應器(例如VI探針)監測。在另一種情況下,電漿密度及/或製程氣體濃度可以由一或多個光學放射光譜感應器(OES)測量。在一些實施例中,一或多個電漿參數可以基於來自此等原位電漿監測器的測量而程式化地調整。例如,OES 感應器可用於反饋迴路以提供對電漿功率的程式化控制。吾人應當理解,在一些實施例中,可以使用其他監測器來監測電漿和其他製程特性。這樣的監測器可以包含但不限於紅外(IR)監測器、聲學監測器和壓力轉換器。
在一些實施例中,可以經由輸入/輸出控制(IOC)排序指令來控制電漿。在一例中,用於設置電漿製程階段之電漿條件的指令可以包含在沉積製程配方的相應電漿激活配方階段中。在一些情況下,製程配方階段可以順序排列,使得沉積製程階段的所有指令與該製程階段同時執行。在一些實施例中,用於設置一或多個電漿參數的指令可以包含在電漿處理階段之前的配方階段中。例如,第一配方階段可以包含用於設置惰性及/或反應氣體之流速的指令、用於將電漿產生器設置到功率設定點的指令、以及用於第一配方階段的時間延遲指令。後續之第二配方階段可以包含用於啟動電漿產生器的指令以及用於第二配方階段的時間延遲指令。第三配方階段可以包含用於停用電漿產生器的指令以及用於第三配方階段的時間延遲指令。吾人應當理解,這些配方階段可以在本揭露內容之範圍內以任何合適的方式進一步細分及/或迭代。
在一些沉積製程中,電漿撞擊係持續幾秒或更長時間。在某些實施方式中,可以使用更短的電漿撞擊。這些可能在 10 毫秒到 1 秒的數量級上,通常大約為 20 到 80 毫秒,其中 50 毫秒是一具體示例。這種非常短的射頻電漿衝擊需要極快速的電漿穩定。為了實現這一點,電漿產生器可以配置成使得阻抗匹配預設為一特定電壓,同時允許頻率浮動。通常,高頻電漿以大約 13.56 MHz 的 RF 頻率產生。在本文所揭露之諸多實施例中,允許頻率浮動到與該標準值不同的值。藉由在將阻抗匹配固定到預定電壓的同時允許頻率浮動,電漿可以更快地穩定,當使用與某些類型之沉積循環相關聯之非常短的電漿撞擊時,這結果可以是很重要。
在一些實施例中,基座408可藉由加熱器410進行溫度控制。加熱器410可使用本文所述的方法製造。此外,在一些實施例中,可藉由蝴蝶閥418來提供對沉積處理站400的壓力控制。如圖4的實施例所示,蝴蝶閥418將下游真空泵(未顯示)提供的真空予以節流。然而,在一些實施例中,處理站400的壓力控制亦可藉由改變引入到處理站400之一或多個氣體的流速來調整。
吾人可以理解,可以在多站式處理工具環境中包含多個處理站,如圖5所示,其描繪了多站式處理工具之一實施例的示意圖。處理設備500係採用包含多個製造處理站的腔室563,每個處理站可用於在特定處理站處對夾持在基板支架(例如基座)中的基板執行處理操作。在圖5的實施例中,腔室563係顯示為具有四個處理站551、552、553和554。其他類似的多站式處理設備可具有更多或更少的處理站,這取決於實施方式以及例如所需之平行處理程度、尺寸/空間限制、成本限制等。圖5亦顯示出基板處理機器人575,其可以在系統控制器590的控制下操作,機器人575係配置用以將基板從裝載端口580移動到腔室563中,並移動到處理站551、552、553和554之一上。
圖5還描繪了用於控制處理設備500之處理條件和硬體狀態的系統控制器590的實施例。系統控制器590可以包含一或多個記憶體裝置、一或多個大容量記憶體裝置以及一或多個處理器,如本文所述。
RF子系統595可以產生RF功率並將RF功率經由射頻輸入端口567傳送到腔室563。在特定實施例中,腔室563可以包含除射頻輸入端口567之外的輸入端口(圖5中未顯示的額外輸入端口)。因此,腔室563可能會使用到8個RF輸入端口。在特定實施例中,腔室563的處理站551-554可以各自利用第一和第二輸入端口,其中第一輸入端口可以傳送具有第一頻率的信號且第二輸入端口可以傳送具有第二頻率的信號。雙頻的使用可以帶來增強的電漿特性。
圖6呈現其中可能發生電鍍之電鍍槽的示例,以例如在加熱器上形成塗層。通常,電鍍設備包含一或多個電鍍槽,於其中對基板進行處理(例如在此例中,基板是正要塗佈的加熱器)。圖6中僅顯示一個電鍍槽以保持清晰。在某些情況下,如此處,電鍍槽的陽極區和陰極區係被膜隔開,如此可以在每個區域使用不同成分的電鍍液。陰極區的電鍍液稱為陰極電解液;在陽極區域則稱為陽極電解液。為了將陽極電解液和陰極電解液引入電鍍設備,可以使用多種工程設計。
參考圖6,其顯示出根據一實施例之電鍍設備601的示意性橫剖面圖。電鍍浴603包含電鍍溶液,其在水平605處顯示。此容器之陰極電解液部分適於將基板接收在陰極電解液中。基板607(例如待塗佈的加熱器)係浸入電鍍溶液中並由例如安裝在可旋轉軸611上的「蛤殼式」基板支架609所支撐,其允許蛤殼式基板支架609與基板607一起旋轉。具有適於與本發明一起使用之態樣的蛤殼型電鍍裝置的一般描述係詳細描述在授予Patton等人的美國專利第6,156,167號以及授予Reid等人的美國專利第6,800,187中,其全文係以引用方式併入本文。可以根據需要使用其他類型的基板支架。
陽極613係設置在電鍍浴603內的基板607下方,且藉由膜615(較佳為離子選擇性膜)與基板區域隔開。例如,可以使用 Nafion
TM陽離子交換膜(CEM)。陽極膜下方的區域通常稱為「陽極室」。離子選擇性陽極膜615允許電鍍槽的陽極區和陰極區之間的離子連通,同時防止在陽極處產生的粒子進入基板附近而污染基板。陽極膜還可用於在電鍍期間重新分配電流流動,從而提高電鍍均勻性。授予Reid等人的美國專利第6,126,798和6,569,299號中提供了合適之陽極膜的詳細描述,兩者均藉由引用整體併入本文。例如陽離子交換膜的離子交換膜特別適合用於這些應用。這些膜典型地係由離子聚合物材料(ionomeric material)製成,例如含有磺酸基團的全氟化共聚物 (例如Nafion™)、磺化聚亞醯胺(sulfonated polyimide)、及熟悉本技藝者所知悉之適用於陽離子交換的其他材料。適當Nafion™膜的選定範例包括可從Dupont de Nemours Co. 取得的N324及N424膜。
在電鍍期間,來自電鍍溶液的離子係沉積於基板上。金屬離子必須擴散通過擴散邊界層。輔助擴散的典型方式係藉由泵617所提供之電鍍溶液的對流流動。此外,可使用震動攪動或聲波攪動構件及基板旋轉。舉例而言,震動轉換器608可附接至蛤殼式基板支架609。
電鍍溶液係藉由泵617而連續地供給至電鍍浴603。一般來講,電鍍溶液向上流過陽極膜615及擴散板619而到達晶圓607的中心,接著徑向向外而流遍晶圓607。電鍍溶液亦可從電鍍浴603的側邊供給至該浴之陽極區域中。電鍍溶液接著從電鍍浴603溢出至溢流槽621。然後過濾(未顯示)電鍍溶液並返回至泵617,完成電鍍溶液的再循環。在電鍍槽的某些配置中,不同的電解液係透過電鍍槽中容納陽極的部分而循環,同時使用微滲透膜或離子選擇性膜來防止與主要電鍍溶液發生混合。
參考電極631係位於單獨腔室633中之電鍍浴603的外側,其中腔室係因來自主電鍍浴603的溢流而填滿。或者,在一些實施例中,參考電極係盡可能地定位在接近基板表面處,且參考電極腔室係經由毛細管或另一方式而連接至基板的側邊或基板的正下方。在一些較佳實施例中,設備更包含連接至基板外周的接觸感測引線,且該接觸感測引線係配置用以感測基板外周處之金屬種子層的電位,但不傳送任何電流至晶圓。
當需要在受控電位下電鍍時,通常會採用參考電極631。參考電極631可為多種常用類型的其中一者,例如汞/硫酸汞、氯化銀、飽和甘汞、或銅金屬。除了參考電極外,在一些實施例中還可使用與晶圓607直接接觸的接觸感測引線,以獲取更精確的電位量測(未顯示)。
DC電源635可用於控制流至晶圓607的電流。電源635具有透過集電環(slip ring)、電刷、及接點(未顯示)中之一或多者而電連接至晶圓607的負極輸出引線639。電源635的正極輸出引線641係電連接至位於電鍍浴603中的陽極613。電源635、參考電極631、及接觸感測引線(未顯示)可連接至系統控制器647,除其他功能外,系統控制器647還容許對提供至電鍍槽之元件的電流及電位進行調控。舉例而言,控制器可容許在電位受控及電流受控的狀態中進行電鍍。控制器可包含指定以下者的程式指令:需要施加至電鍍槽之諸多元件的電流及電壓位準、以及該等位準需要進行改變的時間。當施加正向電流時,電源635係將基板607偏置成具有相對於陽極613的負電位。這導致電流從陽極613流往基板607,且在基板表面(陰極)上發生電化學還原反應(如Cu
2++ 2 e
-= Cu
0),如此導致導電層(例如銅)在基板表面上的沉積。惰性陽極614可以安裝在電鍍浴603內之基板607下方並藉由膜615與基板區域隔開。
該設備還可包含用於將電鍍溶液的溫度保持在特定水平的加熱器645。電鍍溶液可用於將熱量傳遞到電鍍浴的其他元件。例如,當將基板607裝載到電鍍浴中時,便可以啟動加熱器645和泵617以使電鍍溶液循環通過電鍍設備601,直到整個設備的溫度變得大致均勻。在一實施例中,加熱器係連接到系統控制器647。系統控制器647可以連接到熱電偶以接收電鍍設備內之電鍍溶液溫度的反饋並確定是否需要額外加熱。
控制器通常包含一或多個記憶體裝置和一或多個處理器。處理器可包含CPU或電腦、類比及/或數位輸入/輸出連接、步進電機控制器板等。在某些實施例中,控制器係控制了電鍍設備的所有活動。根據本實施例之包含用於控制製程操作之指令的非暫態性機器可讀媒體可以耦合到系統控制器。
通常會有與控制器647相關聯的使用者介面。使用者介面可包含顯示螢幕、設備及/或處理條件之圖形軟體顯示、以及如指標裝置、鍵盤、觸控螢幕、麥克風等等之使用者輸入裝置。用來控制電鍍製程的電腦處理代碼可以以任何傳統的電腦機器可讀程式語言來撰寫,例如組合語言、C、C++、Pascal、Fortran或其他。經編譯過之目標碼或腳本可由處理器執行以實現程式中指定之任務。可以根據本文實施例使用之電鍍設備的一個示例是Lam Research Sabre工具。可以在形成較大電沉積設備的部件中進行電沉積。
圖7圖示了具有一組電鍍槽707的電沉積設備700,每個電鍍槽包含成對或多個「二重奏」配置的電鍍浴。除了電鍍本身之外,電沉積設備700可以執行多種其他與電鍍相關的製程和子步驟,例如旋轉漂洗、旋轉乾燥、金屬和矽濕式蝕刻、無電沉積、預潤濕和預化學處理、還原、退火、電蝕刻及/或電拋光、光阻剝離和表面預活化。電沉積設備700在圖7中示意性地顯示為自上而下,且圖中僅顯示了一個層級或「地板」,但是熟習本技藝之一般人員將能容易理解到,例如Lam Saber
TM3D工具這樣的設備可以具有兩層或更多層「堆疊」在彼此的頂部,每一層都可能具有相同或不同類型的處理站。
再次參考圖7,待電鍍的基板706通常藉由前端裝載FOUP 701供給到電沉積設備700,並在此例中藉由前端機器人702從FOUP被帶到電沉積設備700的主基板處理區域,前端機器人702係可由軸703驅動而在多個維度上從一站到另一可接近的站(在此例中顯示為兩個前端可接近的站704以及兩個前端可接近的站708)收回並移動基板706。前端可接近的站704和708可以包含例如預處理站和旋轉漂洗乾燥(SRD)站。前端機器人702從一側到另一側的橫向移動係利用機器人軌道702a來實現。基板706中的每一個可由杯形/錐形組件(未顯示)來夾持,該杯形/錐形組件係由連接到馬達(未顯示)的軸703所驅動,且馬達可附接到安裝支架709。在此例中還顯示出電鍍槽707的四個「二重奏」,總共八個電鍍槽707。系統控制器(未顯示)可以耦合到電沉積設備700以控制電沉積設備700的一些或全部特性。系統控制器可以經程式化或以其他方式配置為根據本文前面描述的製程執行指令。
類似的裝置可用於無電沉積,但如熟習本技藝者所理解的,可省略某些元件。
圖8呈現在一些實施例中可用於塗佈加熱器之浸塗設備800的簡化視圖。浸塗設備800包含容器801和基板支撐件803。在操作期間,將浸塗溶液802提供至容器801,且基板(例如正要塗佈的加熱器,未顯示)位於基板支撐件803上。將基板和基板支撐件803降低,使得基板浸入浸塗溶液802中。
浸塗製程可由控制器控制,如下文進一步的描述。例如,控制器可以配置用以控制基板支撐件降低及/或升高的速度。在一些實施例中,浸塗設備800還可包含用於提供浸塗溶液802進入及/或移出容器801的管道和相關硬體,類似於圖6的電鍍設備601中使用的管道。在此種情況下,控制器可以配置用以控制浸塗溶液802從容器801的引入和移除。
圖9顯示典型的電漿噴塗製程,強調電漿噴塗設備的相關部分。如上所述,電漿噴塗是熱噴塗的一種。常呈粉末912形式的塗層材料通常經由外部粉末端口932而注入高溫電漿火焰914中。粉末被迅速加熱並加速到高速。熱材料撞擊基板表面916 (例如塗佈中之加熱器的表面)並迅速冷卻以形成塗層918 。
電漿噴塗槍920包含陽極922和陰極924 ,這兩者係經冷卻(例如藉由水或其它熱傳導流體)。電漿氣體926 (例如氬氣、氮氣、氫氣、氦氣)在大致由箭頭928指示的方向上圍繞著陰極流動且通過陽極的收縮噴嘴。電漿係由高壓放電引發,進而導致局部離子化以及在陰極924和陽極922之間形成之DC電弧的導電路徑。來自電弧的電阻加熱係使氣體形成電漿。電漿作為自由或中性電漿火焰(例如不攜帶電流的電漿)而自陽極噴嘴部分出去。當電漿穩定並準備好噴塗時,電弧會沿著噴嘴向下延伸。粉末912被如此迅速地加熱且加速,以致噴嘴尖端和基板表面之間的噴塗距離936可以在125到150mm的數量級。電漿噴塗塗層係由熔融或熱軟化的粒子撞擊在基板表面916上產生的。如下文進一步討論的,與電漿噴塗製程相關的諸多處理條件可由控制器(未顯示)來控制。控制器可以配置用以控制噴塗製程的各個態樣,包含但不限於基板定位、溫度、壓力、流速、功率等。在不使用電漿的類似實施例中,用於產生電漿的硬體可以與配置用於加熱塗層材料的其他硬體交換。
系統控制器
在一些實施方式中,系統控制器為系統的一部分,其可以是上述範例中的一部分。此種系統可以包含半導體處理設備,其包含一或多個處理工具、一或多個腔室、一或多個用於處理的平台及/或特定的處理部件(晶圓基座、氣流系統等)。這些系統可以與電子設備整合在一起,以控制在半導體晶圓或其他基板的處理前、中、後的操作。電子設備可以稱之為「控制器」,其可以控制一或多個系統的各個元件或子部件。取決於處理條件及/或系統的類型,控制器可以經程式化而控制此處揭露的任何處理,包含處理氣體的輸送、溫度設定(例如加熱及/或冷卻)、壓力設定、真空設定、功率設定、射頻(RF)產生器設定、RF匹配電路設定、頻率設定、流速設定、流體輸送設定、位置及操作設定、晶圓傳送進出工具及其他傳送工具及/或連接到特定系統或與特定系統相接的負載鎖。
廣義來說,控制器可以定義為具有多個積體電路、邏輯、記憶體及/或軟體的電子設備,其接收指令、發出指令、控制操作、啟用清潔操作、啟用端點測量等。積體電路可包含儲存程式指令之韌體形式的晶片、數位訊號處理器(DSP)、定義為專用積體電路(ASIC)的晶片及/或一或多個微處理器或執行程式指令(例如軟體)之微控制器。程式指令可以是以諸多個別設定(或程式檔案)的形式與控制器通訊的指令,其係界定用於在半導體晶圓或系統上或針對半導體晶圓或系統執行特定處理的操作參數。在一些實施例中,操作參數可以是由製程工程師定義之配方的一部分,以在製造下列各者的期間完成一或多個處理步驟: 一或多層、材料、金屬、氧化物、矽、二氧化矽、表面、電路以及/或晶圓之晶粒。
在一些實施方式中,控制器可以是電腦的一部份或是耦合至電腦,而電腦則是整合至系統、耦合至系統或與系統聯網,或前述的組合。例如,控制器可以在「雲端」中或可以是晶圓廠電腦主機系統的全部或一部分,其可以允許對晶圓處理的遠端存取。該電腦可以啟動對系統進行遠端存取,以監控製造操作的當前進度、檢查過去製造操作的歷史、檢查來自多個製造操作的趨勢或性能指標、改變當前處理的參數、設定處理步驟以接續當前處理、或開始新的處理。在一些例子中,遠端電腦(例如伺服器)可以藉由網路向系統提供處理配方,該網路可以包含區域網路或網際網路。遠端電腦可以包含使用者介面,而使得能夠對參數及/或設定進行輸入或程式化,接下來將參數及/或設定從遠端電腦傳送到系統。在一些例子中,控制器係接收資料形式的指令,其為在一或多個操作期間要執行的每個處理步驟指定參數。吾人應理解,參數係針對於欲進行處理的類型以及控制器用以與之相接或控制的工具類型。因此如上所述,可以例如透過包含被聯網在一起並朝著共同目的(例如本文所述的處理及控制)而工作的一或多個離散控制器來分佈控制器。用於此種目的之分佈式控制器的例子為腔室上的一或多個積體電路,其與位於遠端(例如在平台等級或作為遠端電腦的一部分)的一或多個積體電路進行通信,這些積體電路相結合以控制腔室中的處理。
非限制性地,系統範例可以包含電漿蝕刻室或模組、沉積室或模組、旋轉清洗室或模組、金屬電鍍室或模組、清潔室或模組、斜角緣部蝕刻室或模組、物理氣相沉積(PVD)室或模組、化學氣相沉積(CVD)室或模組、原子層沉積(ALD)室或模組、原子層蝕刻(ALE)室或模組、離子植入室或模組、徑跡室或模組、以及可以與半導體晶圓製造及/或生產中相關聯或用於其中之任何其他半導體處理系統。
如上所述,取決於工具要執行的一或多個處理步驟,控制器可以與下列一或多個通信: 其他工具電路或模組、其他工具部件、叢集工具、其他工具介面、相鄰工具、鄰近工具、位於工廠各處之工具、主電腦、另一控制器或在半導體製造工廠中用於將晶圓容器傳送往返工具位置及/或裝載端口之材料運輸的工具。
結論
儘管為了清楚理解的目的已經對前述實施例進行了一些詳細的描述,但顯然可以在所附申請專利範圍的範圍內實施某些改變和修改。可以在沒有這些具體細節中的一些或全部的情況下實施本文所揭露之實施例。在其他情況下,並未詳細描述眾所周知的製程操作,以免不必要地混淆所揭露之實施例。且,雖然結合具體實施例對所揭露之實施例進行描述,但是吾人應當理解,具體實施例並不意欲限制所揭露之實施例。吾人應當注意,存在實現本實施例的製程、系統和設備的許多替代方式。因此,本實施例應被認為是說明性的而非限制性的,且實施例並不限於在此給出的細節。
100:基座
101:平台
102:桿部
103:電極
104:加熱器
105:主體
106:連接線
107:連接線
201:操作
203:操作
205:操作
206:操作
207:操作
209:操作
211:操作
400:處理站
401:反應物輸送系統
402:處理室主體
403:汽化點
404:混合容器
405:噴淋頭入口閥
406:噴淋頭
407:微體積
408:基座
410:加熱器
412:基板
414:RF電源
416:匹配網路
418:蝴蝶閥
420:混合容器入口閥
500:處理設備
551-554:處理站
563:腔室
567:射頻輸入端口
575:機器人
580:裝載端口
590:系統控制器
595:RF子系統
601:電鍍設備
603:電鍍浴
605:水平
607:基板
608:震動轉換器
609:蛤殼式基板支架
611:可旋轉軸
613:陽極
614:惰性陽極
615:膜
617:泵
619:擴散板
621:溢流槽
631:參考電極
633:單獨腔室
635:DC電源
639:負極輸出引線
641:正極輸出引線
645:加熱器
647:系統控制器
700:電沉積設備
701:前端裝載FOUP
702:前端機器人
702a:機器人軌道
703:軸
704:站
706:基板
707:電鍍槽
708:站
709:安裝支架
800:浸塗設備
801:容器
802:浸塗溶液
803:基板支撐件
912:粉末
914:電漿火焰
916:基板表面
918:塗層
920:電漿噴塗槍
922:陽極
924:陰極
926:電漿氣體
928:箭頭
932:外部粉末端口
936:噴塗距離
圖1呈現了基座平台中之加熱器的圖示。
圖2呈現了描述製造平台之方法的流程圖。
圖3呈現了描述根據本文諸多實施例中製造平台之方法的流程圖,該流程圖係包含塗佈加熱器的步驟。
圖4和圖5係用於執行根據某些揭露實施例之方法的範例處理設備的圖,尤其是在藉由原子層沉積或化學氣相沉積施加塗層的情況下。
圖6和圖7係用於執行根據某些揭露實施例之方法的範例處理設備的圖,尤其是在藉由電鍍施加塗層的情況下。
圖8係用於執行根據某些揭露實施例之方法的範例處理設備的圖,尤其是在藉由浸塗施加塗層的情況下。
圖9係用於執行根據某些揭露實施例之方法的範例處理設備的圖,尤其是在藉由電漿噴塗施加塗層的情況下。
201:操作
203:操作
205:操作
207:操作
209:操作
211:操作
Claims (45)
- 一種用於半導體處理設備中之平台的製造方法,該方法包含: 在一加熱器上沉積或以其他方式形成一塗層,以形成一具塗層的加熱器,其中該加熱器包含其上形成有該塗層的一金屬線; 將該具塗層的加熱器置於粉末中; 將該粉末壓實成一內聚性塊體,以形成一粉末為基的複合物;以及 燒結該粉末為基的複合物以形成該平台,其中該平台係包含嵌入在經燒結之陶瓷材料中的該加熱器。
- 如請求項1之用於半導體處理設備中之平台的製造方法,其中該塗層係使用原子層沉積法沉積在該加熱器上。
- 如請求項1之用於半導體處理設備中之平台的製造方法,其中該塗層係使用化學氣相沉積法沉積在該加熱器上。
- 如請求項1之用於半導體處理設備中之平台的製造方法,其中該塗層係使用電鍍法沉積在該加熱器上。
- 如請求項1之用於半導體處理設備中之平台的製造方法,其中該塗層係使用無電電鍍法沉積在該加熱器上。
- 如請求項1之用於半導體處理設備中之平台的製造方法,其中該塗層係使用浸塗法沉積在該加熱器上。
- 如請求項1之用於半導體處理設備中之平台的製造方法,其中該塗層係使用熱噴塗法或電漿噴塗法沉積在該加熱器上。
- 如請求項1之用於半導體處理設備中之平台的製造方法,其中該塗層係使用物理氣相沉積法沉積在該加熱器上。
- 如請求項1到8中任一項之用於半導體處理設備中之平台的製造方法,其中該塗層係沉積至至少約5Å的一厚度。
- 如請求項1到8中任一項之用於半導體處理設備中之平台的製造方法,其中該塗層包含一金屬。
- 如請求項1到8中任一項之用於半導體處理設備中之平台的製造方法,其中該塗層包含一金屬氧化物。
- 如請求項11之用於半導體處理設備中之平台的製造方法,其中該塗層包含選自由下列各者組成之群組中的至少一材料:鈣氧化物、鎂氧化物、釔氧化物、以及鑭氧化物。
- 如請求項1到8中任一項之用於半導體處理設備中之平台的製造方法,其中該塗層為一元素金屬。
- 如請求項1到8中任一項之用於半導體處理設備中之平台的製造方法,其中該塗層包含一金屬氮化物或一金屬間化合物。
- 如請求項1到8中任一項之用於半導體處理設備中之平台的製造方法,其中該塗層為包含一犧牲材料的一犧牲塗層,且其中在燒結期間存在之含碳及/或含氧成分與該犧牲材料比其與該加熱器之該金屬線更具反應性。
- 如請求項15之用於半導體處理設備中之平台的製造方法,其中該金屬線為鉬且該塗層為鎢。
- 如請求項1到8中任一項之用於半導體處理設備中之平台的製造方法,其中該塗層為包含一阻障材料之一阻障塗層,且其中在燒結期間存在之含碳及/或含氧成分與該阻障材料比其與該加熱器之該金屬線較不具反應性。
- 如請求項17之用於半導體處理設備中之平台的製造方法,其中該塗層包含硼氮化物。
- 如請求項17之用於半導體處理設備中之平台的製造方法,其中該阻障材料係與在燒結期間存在之該含碳及/或含氧成分實質不具反應性。
- 如請求項1到8中任一項之用於半導體處理設備中之平台的製造方法,其中該塗層經得起燒結,使得該平台包含嵌入在該經燒結之陶瓷材料中的該具塗層的加熱器。
- 如請求項1到8中任一項之用於半導體處理設備中之平台的製造方法,其中該塗層在燒結期間係被大量消耗或擴散遠離該加熱器。
- 如請求項1到8中任一項之用於半導體處理設備中之平台的製造方法,其中該塗層係包含具有不同組成之兩層或更多層。
- 如請求項1或2之用於半導體處理設備中之平台的製造方法,其中在該加熱器上沉積或以其他方式形成該塗層之該步驟係包含透過原子層沉積法在該加熱器上沉積鋁氧化物及釔氧化物之交替層。
- 如請求項1到8中任一項之用於半導體處理設備中之平台的製造方法,其中在該加熱器上沉積或以其他方式形成該塗層之該步驟係包含形成一轉化塗層。
- 一種用於半導體處理設備中之平台,其中該平台係根據請求項1到8中任一項之用於半導體處理設備中之平台的製造方法所製造。
- 一種用於半導體處理設備中之平台,該平台係包含: 一具塗層之加熱器,包含具有一塗層於其上之一金屬線;以及 一經燒結之陶瓷材料,其中該具塗層之加熱器係嵌入在該經燒結之陶瓷材料中。
- 如請求項26之用於半導體處理設備中之平台,其中該塗層係具有至少約5Å的一厚度。
- 如請求項26或27之用於半導體處理設備中之平台,其中該金屬線係具有介於約0.002-0.05英吋的一直徑。
- 如請求項26或27之用於半導體處理設備中之平台,其中該塗層包含一金屬。
- 如請求項26或27之用於半導體處理設備中之平台,其中該塗層包含一金屬氧化物。
- 如請求項26或27之用於半導體處理設備中之平台,其中該塗層為一元素金屬。
- 如請求項26或27之用於半導體處理設備中之平台,其中該塗層為一硼氮化物。
- 一種用於半導體處理設備中之平台,其包含: 包含一金屬線的一加熱器,其中該金屬線並無碳化物粒子嵌入其中;以及 一經燒結之陶瓷材料,其中該加熱器係嵌入在該經燒結之陶瓷材料中。
- 一種粉末為基的複合物,其用來做為一半導體處理設備中之一平台,該粉末為基的複合物係包含: 一具塗層之加熱器,該加熱器係包含其上具有一塗層之一金屬線;以及 一未經燒結之陶瓷材料,其中該加熱器係嵌入在該未經燒結之陶瓷材料中。
- 如請求項34之粉末為基的複合物,其中該塗層係具有至少約5埃的一厚度。
- 如請求項34或35之粉末為基的複合物,其中該金屬線係具有介於約0.002-0.05英吋的一直徑。
- 如請求項34或35之粉末為基的複合物,其中該塗層包含一金屬。
- 如請求項34或35之粉末為基的複合物,其中該塗層包含一金屬氧化物。
- 如請求項38之粉末為基的複合物,其中該塗層包含選自由下列各者組成之群組中的至少一材料:鈣氧化物、鎂氧化物、釔氧化物、以及鑭氧化物。
- 如請求項34或35之粉末為基的複合物,其中該塗層為一元素金屬。
- 如請求項34或35之粉末為基的複合物,其中該塗層為包含一犧牲材料的一犧牲塗層,且其中在一燒結操作期間存在之含碳及/或含氧成分與該犧牲材料比其與該金屬線更具反應性。
- 如請求項41之粉末為基的複合物,其中該金屬線為鉬且該塗層為鎢。
- 如請求項34或35之粉末為基的複合物,其中該塗層為包含一阻障材料之一阻障塗層,且其中在一燒結操作期間存在之含碳及/或含氧成分與該阻障材料比其與該加熱器之該金屬線較不具反應性。
- 如請求項43之粉末為基的複合物,其中該塗層包含硼氮化物。
- 如請求項43之粉末為基的複合物,其中該阻障材料係與在該燒結操作期間存在之該含碳及/或含氧成分實質不具反應性。
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