TW202243083A - 高溫腔室及腔室部件清洗維護的方法及設備 - Google Patents

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Abstract

本文揭示的實例關於清洗及修復具有安置在其中的加熱器之基板支撐件的方法及設備。一種方法包括(a)清洗具有塊體層的基板支撐件的表面，基板支撐件安置在設置以處理基板的處理環境中。清洗處理包括在高溫下從具有含氟氣體及氧的清洗氣體混合物形成電漿。此方法包括(b)以由處理氣體混合物形成的處理電漿從處理環境移除氧自由基。此處理氣體混合物包括含氟氣體。此方法進一步包括(c)以後處理電漿修復基板支撐件與塊體層的界面。此後處理電漿由包括含氮氣體的後處理氣體混合物所形成。此高溫大於或等於約500°C。

Description

高溫腔室及腔室部件清洗維護的方法及設備
本發明的實例大體上關於清洗及維護處理腔室或諸如安置在基板支撐件內的加熱器之此腔室之中的部件之設備及方法。
高裝置產量與持續清洗之間的平均晶圓(MWBC)增益及擁有成本(CoO)縮減對於先進半導體高容量製造(HVM)是關鍵需求。因此，需要對於半導體處理工具的更嚴密控制以應對顆粒缺陷與處理穩定性或偏移，及腔室硬體的壽命。在化學氣相沉積(CVD)處理期間，反應劑氣體會創造沉積至腔室的內表面之上的組成物。由於這些沉積物建構，殘留物會剝落及污染未來的處理步驟。此殘留沉積物也會負面地影響其他處理狀況，諸如沉積均勻性、沉積速率、膜應力、顆粒效能、及類似物。
因此，處理腔室被週期地清洗以移除殘留材料。此清洗處理涉及電漿增強乾式清洗技術。通常為鹵素或含氧氣體(諸如含氟氣體或氧氣)的蝕刻劑可與腔室部件(諸如基板支撐件)的表面反應，以形成氟化物或氧化物。在一些應用中，基板支撐件維持在高溫下，諸如大於500°C。然而，在高溫下，氟化物昇華及凝結在相較於基板支撐件在較低溫度的腔室部件上，例如噴淋頭。此凝結會致使在CVD處理期間的基板的污染，及會導致CVD處理狀況中的改變，諸如沉積速率及均勻性偏移。
習知清洗處理具有溫度限制，對於碳系膜為低於約500°C，及對於Si系膜為低於約570°C，由於來自RPS或RF電漿的氟(F)自由基攻擊習知的AlN或Al 2O 3加熱器表面。F自由基會與基板支撐件(諸如加熱器表面)反應，其會在高於約500°C下昇華，然後凝結或再沉積在較冷表面上，諸如面板、腔室壁，等等。此造成處理偏移、顆粒問題，及因此顯著降低MWBC及增加CoO，等等。此基板支撐件可被薄陶瓷塗層所塗佈，其提供對於清洗氣體的某些抵抗性。然而，由於基板被放置在基板支撐件上及從基板支撐件移除，此塗層會被磨損。再者，此塗層會易受到來自當電漿解離清洗氣體時所形成的自由基的氧化或劣化。此外，基板支撐件的尺寸與複雜度，及可附接於基板支撐件的邊緣環，增加時間及對於在腔室部件上維護陶瓷塗層是更加昂貴的。
因此，需要用於執行腔室及其部件的高溫清洗及用於保護腔室部件上的塗層的改善方法及設備。
本文揭示的是用於清洗腔室及其部件(諸如基板支撐件)的方法及設備。在一實例中，一種方法包括：(a)清洗基板支撐件的表面，基板支撐件具有安置在其上的塊體層。基板支撐件安置在處理環境中，處理環境設置以處理基板。清洗處理包括在高溫下從清洗氣體混合物形成電漿，此高溫可相同於膜沉積溫度。清洗氣體混合物包括含氟氣體及氧。此方法包括(b)以從處理氣體混合物形成的處理電漿，從在此高溫下的處理環境移除氧自由基。處理氣體混合物包含此含氟氣體。此方法進一步包括(c) 以後處理或後處理電漿，在此高溫下維護、修復、或恢復基板支撐件與塊體層的界面。後處理或後處理電漿從含氮氣體混合物所形成，含氮氣體混合物包括含氮氣體。此高溫大於或等於約500°C。
在另一實例中，一種用於清洗基板支撐件的方法包括：(a)清洗基板支撐件的表面，基板支撐件具有安置在其上的塊體層。基板支撐件安置在處理環境中，處理環境設置以處理半導體基板。清洗處理包括在高溫下從清洗氣體混合物形成電漿。清洗氣體混合物包括NF 3及O 2。此方法進一步包括(b)以從處理氣體混合物形成的處理電漿，從在此高溫下的處理環境移除氧自由基。處理氣體混合物包括NF 3。此方法持續於(c)以後處理或後處理電漿，在此高溫下維護、修復、或恢復基板支撐件與塊體層的界面。後處理或後處理電漿從含氮氣體混合物所形成，含氮氣體混合物包括N 2。此高溫大於或等於約500°C。
在又另一實例中，半導體處理系統具有半導體處理腔室。半導體處理系統包括儲存指令的非暫態電腦可讀取媒體。當藉由處理器實施時，指令致使在半導體處理腔室中執行清洗方法。此方法包括：(a)清洗腔室及其部件的表面，諸如基板支撐件的表面，基板支撐件具有安置在其上的塊體層。基板支撐件安置在處理環境中，處理環境設置以處理半導體基板。清洗處理包括在高溫下從清洗氣體混合物形成電漿。清洗氣體混合物包括含氟氣體或含氧氣體，或在其中混合的任何含氟及含氧氣體。此方法也包括(b)以從處理氣體混合物形成的處理電漿，從在此高溫下的處理環境移除氧自由基。處理氣體混合物包括含氟氣體。此方法進一步包括(c)以後處理或後處理電漿，在此高溫下維護、修復、或恢復基板支撐件與塊體層的界面。後處理或後處理電漿從後處理氣體混合物所形成，後處理氣體混合物包括含氮氣體。此高溫大於或等於約500°C。
本發明的實例大體上關於清洗腔室及其部件(諸如基板支撐件)的方法及設備。基板支撐件可具有安置在其中的加熱器。基板支撐件安置在設置以處理半導體基板的處理腔室內。在一實例中，基板支撐件包括以塊體層塗佈的加熱器，塊體層包含氟化物。有利地，塊體層不與清洗物種反應。因此，塊體層保護基板支撐件不與清洗物種反應，造成形成在腔室部件上之減少的凝結。因此，塊體層造成在後續處理中之基板的減少污染及防止處理狀況的改變或偏移。
在習知清洗方法及設備中，微孔隙與微裂縫通常發展成損害基板支撐件的表面的裂痕，及會傳播至加熱器。經過多個清洗循環的過程，裂痕持續在加熱器內成長，直到裂痕連接，因此弱化塊體層與接近裂痕的加熱器之間的黏附。在習知清洗方法中的此黏附的局部化損失造成從加熱器之塊體層的脫層。有利地，本發明的方法降低造成裂痕的微裂縫與孔隙的形成，因此延長加熱器或以塊體層塗佈的其他腔室部件的壽命。可經調整以從本發明得益的其他腔室部件包括覆蓋晶圓或具有處理套件的環，諸如邊緣環，等等。
在使用氧系或氟系蝕刻劑的習知清洗處理中，氟及氧自由基會損害安置在基板支撐件中的鋁系加熱器。氟及氧自由基會致使加熱器中的鋁轉換成AlF，其昇華於處理環境，及再沉積在腔室部件上。習知地，為了清洗碳系殘留物，處理環境的溫度小於500°C，及對於矽系膜，溫度小於570°C。習知的清洗處理及氣體不使用高溫，因為習知處理蝕刻去除加熱器及其他腔室部件。留下未被處理的，對於加熱器的損害會改變基板支撐件的阻抗或電容，造成處理偏移，或在遍佈基板支撐件的電漿輪廓中的非期望變動，或會產生造成產量損失的顆粒。
在本發明的一實例中，高溫方法及設備經調整以清洗其上具有碳系膜或殘留物的基板支撐件。包括氟的清洗氣體可用於矽系殘留物，及包括氧的清洗氣體可用於清洗碳系殘留物。有利地，本文的方法及設備能夠在高於500°C的操作溫度用於碳系膜，及大於約570°C用於矽系膜，諸如約600°C與約1000°C之間，及甚至高於1000°C。
產生在RF或RPS電漿中，或藉由熱或雷射能量之氟或氧自由基可擴散穿過安置在加熱器上的塊體層。塊體層包括MgF x化合物，諸如MgF 2層。氟自由基與加熱器中的含鋁材料反應，諸如AlN。當與氟反應時，加熱器中的鋁形成擴散穿過塊體層且昇華進入處理腔室的處理環境之AlF x。本文揭示的方法降低或消除覆蓋加熱器之塊體層上的氟自由基的反應。氧自由基可誘使MgF x層的氧化，因此形成MgO。氟自由基會攻擊MgF x與AlN界面以形成AlF x與氧化氮(NO x)。由於AlF x與NO x擴散出基板支撐件104，微孔隙或裂縫會出現在MgF x與AlN的界面處。有利地，此方法降低在塊體層與加熱器的界面處的AlN的「消蝕(eat off)」，減少在界面處的微孔隙及微裂縫的形成。本文揭示的方法也可降低形成在塊體層中的裂痕。藉由與塊體層中的含氟材料交互作用的氧自由基而會致使塊體層中的裂痕。例如，氧自由基會與MgF x反應。因此，從三氟化氮(NF 3)氣體混合物所形成電漿在上述的清洗處理之後處理塊體層。處理製程及預處理製程或後處理製程會涉及蝕刻、沉積、鈍化或這些技術的組合，以維護、修復或恢復虛弱位點或劣化的或損害的位點。
第1圖是根據本文所述的一實例之處理腔室100的圖解剖面視圖。處理腔室100可為電漿增強CVD(PECVD)腔室或其他電漿增強處理腔室。可從本文所述的實例得益之範例處理腔室為PRODUCER ®系列的PECVD實行腔室，其可從加州聖克拉拉的應用材料公司取得。料想到來自其他製造者的其他類似裝備的處理腔室也可從本文所述的實例得益。處理腔室100包括腔室主體102、安置在腔室主體102之內的基板支撐件104、及耦接至腔室主體102且圍住在處理環境120中的基板支撐件104的蓋組件106。蓋組件106包括氣體分配器，諸如噴淋頭112。基板154穿過形成在腔室主體102中的開口126被提供至處理環境120。雖然說明書在此關於對於基板支撐件104的討論，但理解到此方法及設備可應用於具有塊體層的任何腔室部件，在之後詳細地揭示。
可為諸如陶瓷或金屬氧化物(例如，氧化鋁及/或氮化鋁)的介電材料之隔離器110將噴淋頭112從腔室主體102分開。噴淋頭112包括開口118，用於允許處理氣體或清洗氣體進入處理環境120。氣體可經由導管114供給至處理腔室100，及氣體在流動穿過開口118之前可進入氣體混合區116。排氣裝置152形成在腔室主體102中於低於基板支撐件104的位置。排氣裝置152可連接至真空泵(未示出)以從處理腔室100移除未反應物種及副產物。
噴淋頭112可耦接至電氣電源141，諸如RF產生器或DC電源。DC電源可供給連續及/或脈衝DC功率至噴淋頭112。RF產生器可供給連續及/或脈衝RF功率至噴淋頭112。遠端電漿源174也可耦接至處理腔室100的頂部、底部、或側部，如圖示。電氣電源141在操作期間被開啟以供給電氣功率至噴淋頭112，以促進處理環境120中的電漿160的形成。當暴露於電漿160時，當處理氣體藉由RF產生器或DC電源的應用而被解離時，創造出來自處理氣體的組分，包括離子、中子、質子、及自由基。
基板支撐件104包括用於支撐基板154的表面142及側表面144。在一實例中，側表面144實質上垂直於表面142。基板154具有尺寸D 1(例如，直徑)，及基板支撐件104具有尺寸D 2(例如，直徑)，其大於尺寸D 1。基板支撐件104可由陶瓷材料所形成，例如金屬氧化物或氮化物或氧化物/氮化物混合物，諸如鋁、氧化鋁、氮化鋁、或鋁氧化物/氮化物混合物。基板支撐件104藉由軸件143所支撐。基板支撐件104可接地。加熱元件128嵌入在基板支撐件104中。加熱元件128可為板、多孔板、網格、線濾網、或任何其他分散佈置。加熱元件128經由連接130耦接至電源132。加熱元件128可將基板支撐件加熱至高溫，諸如大於500°C。在應用本文所揭示的方法及設備期間，基板154不放置在處理環境120之內。
顯示在第1圖中的基板支撐件104在較低位置，及基板154藉由延伸穿過基板支撐件104的複數個舉升銷140來支撐。基板154可放置在舉升銷140之上或藉由機器人(未示出)從舉升銷140移除穿過開口126。在操作期間，基板支撐件104提升至較高位置，及基板154安置在表面142之上。
在清洗處理期間，清洗氣體(例如含氟氣體或含氧氣體)可與基板支撐件104反應以在基板支撐件104上形成氟化物或氧化物。基板支撐件104維持在高於500°C的溫度。在此高溫下，氟化物或氧化物昇華及凝結在較冷的腔室部件上，諸如噴淋頭112。氧化物昇華溫度是高的，例如，氧化鋁(Al 2O 3)在約1150°C與約1200°C之間昇華。AlF x可在大於約500°C下昇華。在噴淋頭112上的材料的凝結會致使在後續處理期間之基板的污染。因此，在應用所揭示的方法及設備期間利用塊體層200。
淨化氣體源170透過一或多個淨化氣體線路172耦接至腔室。如圖示，淨化氣體線路172可行經穿過腔室主體102及供給淨化氣體至基板支撐件104的表面142。淨化氣體線路172也可行經穿過軸件143與基板支撐件104。因此，淨化氣體線路172可透過基板支撐件104的中心，及/或鄰近側覆蓋161的基板支撐件104的邊緣供給淨化氣體至表面142。
至少一控制器162耦接至處理腔室100。控制器162包括彼此耦接的處理器164、記憶體166、及支持電路168。處理器164可為任何形式的通用微處理器的一者，或通用中央處理器(CPU)，其各自可被使用在工業設定中，諸如可程式化邏輯控制器(PLC)、監控及數據擷取(SCADA)系統、或其他合適工業控制器。記憶體166是非暫態且可為一種或多種的易於取得記憶體，諸如隨機存取記憶體(RAM)、唯讀記憶體(ROM)、或其他形式的數位儲存，本端或遠端的。記憶體166含有指令，當藉由處理器164實施指令時，促使方法400的實行(在之後說明的)。記憶體166中的指令是程式產品的形式，諸如實施本發明的方法的程式。程式產品的程式碼可依循若干不同程式語言中的任一者。例示電腦可讀取儲存媒體包括但不限於：(i)非可寫式儲存媒體(例如，電腦內的唯讀記憶體裝置，諸如藉由CD-ROM機可讀取的CD-ROM碟片、快閃記憶體、ROM晶片、或任何類型的非揮發性半導體記憶體)，資訊永久地儲存在其上；及(ii)可寫式儲存媒體(例如，磁碟機內的軟碟片或硬碟機或任何類型的固態隨機存取半導體記憶體)，可變動的資訊儲存在其上。當執行指示本文所述的方法的功能之電腦可讀取指令時，此電腦可讀取儲存媒體是本發明的實例。
第2A–2B圖是具有安置在其上之塊體層200的基板支撐件104的圖解側視圖。塊體層200安置在基板支撐件104的基底202之上。塊體層200是基板支撐件104上的塊層。如第2A圖所示，塊體層200具有尺寸D 3，例如直徑，其與基板支撐件104的尺寸D 2是相同的。因此，塊體層200覆蓋基板支撐件104的整個表面142。在一些實例中，塊體層200具有尺寸，諸如直徑，其小於基板支撐件104的尺寸D 2。例如，尺寸D 2可相同於基板154的尺寸D 1。在一些實例中，基板支撐件104的表面142的一部分在清洗處理期間可暴露。
基底202包括接觸塊體層200的第一表面206、相對於第一表面206的第二表面208、及連接第一表面206與第二表面208的第三表面210。第二表面208在清洗處理期間接觸基板支撐件104的表面142。基底202的第一表面206可為平滑的。塊體層200覆蓋基底202的第一表面206、第二表面208、及第三表面210。注意到，在一實例中，基底202是嵌入在基板支撐件104內的加熱元件128。
第2B圖繪示具有覆蓋板212及安置於其上的塊體層200的基板支撐件104的替代實例。在一實例中，基板支撐件104包括覆蓋板212及側覆蓋161。在一實例中，覆蓋板212的所有側部被塊體層200所覆蓋。在另一實例中，覆蓋板212由與塊體層200相同的材料所製造，使得覆蓋板212可包含一或多個層疊的塊體層200。覆蓋板212覆蓋表面142的中央部分及側覆蓋161覆蓋表面142的邊緣部分與側表面144。此外，側覆蓋161的各表面可被塊體層200所覆蓋。側覆蓋161在清洗期間可保留在處理腔室100中，如在之後詳細說明。覆蓋板212及/或側覆蓋161的各者可由與塊體層200的相同材料所製造，或替代地由與基板支撐件104相同的材料所製造。
塊體層200可包括氟化物材料，諸如氟化鎂(MgF 2)、或稀土氟化物，例如氟化釔(YF 3)或氟化鑭(LaF 3)。在一實例中，包括加熱器、覆蓋板212、及側覆蓋161的塊體基板支撐件可整個地由氟化物材料所製造，氟化物材料具有厚度在約500微米與約1500微米之間。塊體層200的氟化物材料暴露於處理環境120。在一些實例中，氟化物被摻雜劑所摻雜，諸如硼及/或碳。摻雜劑位準範圍從約0%至約50%，諸如從約10%至約30%。在一實例中，氟化物是硼與碳摻雜的LaF 3(LaF 3(B,C))。氟化物與清洗氣體實質上不具有反應。此外，塊體層200的氟化物不在高溫下昇華，諸如大於500°C或大於1000°C，在高溫清洗期間，元素形式的氟不顯著地離開塊體層200及進入周圍環境。在一實例中，可利用約500°C至約750°C之間(諸如約500°C與約650°C之間)的清洗溫度，同時不致使顯著數量的元素形式的氟離開塊體層200。在一實例中，塊體層200是MgF 2或稀土氟化物，諸如YF 3、LaF 3、或LaF 3(B,C)，具有厚度範圍從約100微米至約3000微米，諸如從約500微米至約1500微米。
基底202可由矽(Si)、二氧化矽(SiO 2)、氮化鋁(AlN)、氧化鋁(AlO)、石英、或其他合適材料所製造。基底202可藉由任何合適方法製造，諸如燒結。基底202具有厚度範圍從約100微米至約3000微米，諸如從約500微米至約1500微米。可使用任何合適方法來製造塊體層200，諸如CVD、晶體成長、或燒結。塊體層200可由PVD、PECVD、ALD、離子輔助沉積(IAD)、電漿噴塗、溼式塗佈、佈植、或電漿或雷射系表面氟化、硼化、及/或碳化來製造。塊體層200具有厚度範圍從約1000埃至約10微米，諸如從約5000埃至約1微米。塊體層200暴露於處理環境120(顯示在第1圖中)。
第3A圖顯示安置在處理環境120中的基板支撐件104。基板支撐件104暴露至清洗電漿，諸如電漿160，其由清洗氣體混合物301所產生。注意到，電漿160可藉由RF源(例如，電氣電源141)或RPS源174所產生。在一實例中，塊體層200包括氟化物材料，諸如氟化鎂(MgF 2)。清洗氣體混合物301包括含氟氣體304。在一實例中，清洗氣體混合物301的含氟氣體304是NF 3，其含有氮原子306與氟原子308，氟原子308擴散至塊體層200穿過一些微裂縫313進入加熱器302。在所示的實例中，加熱器302由含鋁材料所製造，諸如氮化鋁(AlN)。AlN中的鋁原子312會與擴散穿過MgF 2塊體層200的微裂縫313的氟原子308反應以形成氟化鋁(AlF x)310、或AlF x氣相314。AlF x氣相314擴散出基板支撐件104的加熱器302與塊體層200。AlF x氣相314可被泵出處理環境120，或其中一些可凝結在處理環境120的較冷表面上。
在一實例中，當碳系膜或殘留物存在於基板支撐件104上時，清洗氣體混合物301可為氧(O 2)與NF 3的組合。在碳的存在下，清洗氣體混合物301也可為NF 3與N 2O、或N 2。當利用清洗氣體混合物301以清洗碳系膜或殘留物時，氧自由基被控制在不損害腔室部件上的氧化或攻擊腔室部件的程度。在另一實例中，當矽系膜或殘留物沉積在基板支撐件104上時，清洗氣體混合物301可包括NF 3。清洗氣體混合物301也可包括N 2、N 2O、NH 3、或Ar。含氟氣體304可包括NF 3、F 2、SF 6、及類似物。或者，清洗氣體混合物301可包括含氧氣體320，諸如氧、N 2O、CO 2。在矽系膜或殘留物存在於基板支撐件104上及加熱器302由AlN所製造的一實例中，清洗氣體混合物301可包括NF 3、N 2、或NH 3。在加熱器302由AlO所製造的又另一實例中，清洗氣體混合物301可包括NF 3、N 2O、或O 2。
包括氧(O 2)320的第二清洗氣體混合物303被導入處理環境120，如第3B圖所示。基板支撐件104暴露至清洗電漿，諸如電漿160，其由第二清洗氣體混合物303所形成。氧原子322從第二清洗氣體混合物303擴散進入塊體層200，形成氧化鎂(MgO)層316。塊體層200中的一些氟化鎂(MgF 2)轉換成氧化鎂(MgO)。如圖示，塊體層200包括氧化的氧化鎂(MgO x)層316及清洗保護層318。
或者，第二清洗氣體混合物303中的氧可包括含氮氣體328。例如，在碳系膜或殘留物的存在下，氧可被取代為N 2O或CO 2。在施加第二清洗氣體混合物303的期間，處理環境120內的殘留O 2自由基被減少。對於O 2清洗處理，加熱器302中的AlN轉換成AlO。由於AlO增加及AlN減少，加熱器302的熱導率降低。AlO與AlN轉換成AlF與AlFx氣相314，可被泵出處理環境120。NF 3的導入可有利地從電漿移除氧自由基，及從而降低對於氟-鎂層(MgF x)321的損害，藉由降低MgF x至MO x的轉換。因此，NF 3助於在氟-鎂層(MgF x)321中重建MgF 2。在另一實例中，當第二清洗氣體混合物303施加至處理環境120以從基板支撐件104清洗矽系膜或殘留物時，從處理環境120移除氟自由基。在加熱器302由AlO所製造的實例中，N 2或NH 3可被供給在第二清洗氣體混合物303中。
第3C圖，基板支撐件104暴露至由後處理氣體混合物305所形成的後處理電漿(即，電漿160)，後處理氣體混合物305包括含氟氣體304。在一實例中，含氟氣體304是NF 3。氮原子306與氟原子308擴散至基板支撐件104。氮原子306與氟原子308行經穿過氧化鎂(MgO)層316(顯示在第3B圖中)及清洗保護層318。氧化鎂(MgO)轉換成氟-鎂層(MgF x)321，其中x是1與6之間的整數。加熱器302中的氧化鋁(AlO)336與氮化鋁(AlN)324轉換成一氟化鋁(AlF)310。AlF x氣相314擴散出加熱器302離開基板支撐件104。在一些實例中，此氣相可包括氧化氮(NO x)，例如，當使用含氧氣體清洗碳系膜時。多孔晶粒311形成在加熱器302與塊體層200的界面處，諸如加熱器302與氟-鎂層(MgF x)321的界面處。在一實例中，多孔氟-鎂(MgF x)晶粒為多孔晶粒311，其形成在加熱器302與氟-鎂層(MgF x)321的界面處。在第3C圖中，塊體層200包括清洗保護層318與氟-鎂層(MgF x)321。
第3D圖繪示對於第3B圖中所示的處理操作的修改。在第3D圖中，增強處理氣體混合物307被提供至處理環境120。當電漿160暴露至增強處理氣體混合物307時，基板支撐件104暴露至所形成的增強處理電漿。基板支撐件104暴露至由增強處理氣體混合物307所形成的處理電漿。增強處理氣體混合物307可包括含氧氣體320、含一氧化二氮氣體326、或含氮氣體328、或前述物的任何組合。例如，增強處理氣體混合物307可僅含有含氧氣體320、一氧化二氮氣體326、或含氮氣體328中的一者。或者，增強處理氣體混合物307可含有含氧氣體320及含氮氣體328。在另一實例中，增強處理氣體混合物307可含有一氧化二氮。在又另一實例中，增強處理氣體混合物307可為含氮氣體328。含氮氣體328可主動地抑制藉由RF或RP源所形成的自由基的影響。範例電漿自由基包括由氧(O 2)320或含氟氣體304(例如NF 3)所形成的自由基，氧(O 2)320或含氟氣體304(例如NF 3)在電漿中被解離。含氮氣體328屏蔽基板支撐件104，及被塊體層200所塗佈的任何其他部件。在一些實例中，增強處理氣體混合物307與第二清洗氣體混合物303組合。
注意到，含一氧化二氮氣體326可用以替代顯示在第3B圖中的含氧氣體320。在一實例中，含一氧化二氮氣體326是N 2O，其降低基板支撐件104的氧化。或者，氮(N 2)328與含氧氣體320可被添加至處理環境120以降低基板支撐件104的表面氧化。有利地，含氮氣體(即，氮(N 2)328)或含一氧化二氮氣體326的任一者的存在增加基板支撐件104及由塊體層200所覆蓋的任何表面的蝕刻清洗速率。此外，N 2或NH 3移除殘留氟自由基、修復鋁懸空鍵(aluminum dangling bonds)、及降低AlF x至AlN的轉換，因此保護加熱器302與塊體層200的界面。
第3E圖繪示對於第3C圖中所示的後處理操作的修改。增強後處理氣體混合物309被提供至處理環境120，形成作為增強後處理電漿的電漿160。基板支撐件104暴露至由增強後處理氣體混合物309所形成的處理電漿。增強後處理氣體混合物309可包括含氟氣體304、含氮氣體328、含氬氣體330、含氫氣體332、或前述物中的兩者或更多者的任何組合。
例如，增強後處理氣體混合物309可包括含氮氣體328與含氬氣體330。含氮氣體328可形成阻障層334，其壓抑加熱器302的氧化。阻障層334也包括形成在內部微裂痕表面上的鈍化阻障層，及局部化多孔晶粒311。在第3B或3D圖所示的處理製程期間，含氬氣體330可修復及實質上消除加熱器302內的虛弱晶界。在另一實例中，增強後處理氣體混合物309包括含氮氣體、或含氫氣體、或Ar氣體，以在形成阻障層334或鈍化阻障層之前消除虛弱位點(即，晶界)。例如，NH 3或H 2電漿處理藉由氧化還原反應可移除氧化層。氬及增強後處理氣體混合物309中的額外氣體可處理阻障層334，因此增加對於氧及氟自由基的抗性。
在又另一實例中，增強後處理氣體混合物309包括含氮氣體328、含氬氣體330、及含氫氣體332。在一實例中，含氫氣體332是氨(NH 3)。增強後處理氣體混合物309可增強塊體層200與加熱器302之間的黏附。加熱器302(即，基底)安置在具有塊體層200的基板支撐件104之內，塊體層200安置在加熱器302的頂部上且接觸加熱器302。保護層200包括清洗保護層318、氟-鎂層(MgF x)321、及阻障層334。或者，當含氮氣體328添加至增強後處理氣體混合物309時，清洗保護層318、氟-鎂層(MgF x)321、及阻障層334可形成塊體層200。
第4圖是顯示用於清洗腔室部件的方法400的流程圖。腔室部件可具有安置在其上的塊體層200。方法400開始於操作402，藉由在處理腔室中執行清洗處理。清洗處理可包括流動清洗氣體(諸如含氟氣體或含氧氣體)進入處理腔室。在一些實例中，清洗氣體首先流動進入安置在處理腔室上方的遠端電漿源(RPS)，及清洗物種(諸如自由基)形成在遠端電漿源中。清洗物種接著流動進入處理腔室以執行清洗處理。腔室部件可維持在高溫下，例如約500°C與約1000°C之間。或者，腔室部件可維持在約550°C與約850°C之間的高溫下，諸如約650°C與約700°C之間。任選地，可執行使用氬或含氮氣體(諸如N 2或NH 3)的淨化處理。
清洗氣體或清洗物種移除建構在腔室部件(諸如基板支撐件、噴淋頭、邊緣環或陰影環(未示出)、及/或腔室主體)上的任何殘留材料。例如，清洗物種可從基板支撐件104與側覆蓋161移除殘留材料，如第1圖所示。清洗氣體或清洗物種實質上不與塊體層反應，及基板支撐件藉由塊體層保護而免受清洗氣體或清洗物種。在一實例中，如第3A圖所繪示，清洗氣體是含氟氣體304。清洗氣體也可包括氮(N 2)328或含一氧化二氮氣體326，顯示在第3D圖中。在一實例中，氮或氬可導入處理環境作為來自淨化氣體源170的淨化氣體。氮的導入降低來自氧自由基之基板支撐件的表面氧化。氮(N 2)淨化可主動地抑制形成在電漿內的氟自由基或氧自由基的影響。N 2淨化可抑制氟或氧自由基的負面影響，尤其是當矽系與碳系膜或殘留物存在於基板支撐件104上時。N 2淨化可被實行接近加熱器302的邊緣、在加熱器302的中央、或穿過加熱器302，其中氟-鎂層(MgF x)321可被額外地弱化。當碳系膜或殘留物沉積在基板支撐件104上時，Ar淨化降低處理環境120中的氟自由基的存在。當矽系膜或殘留物存在於腔室部件(諸如基板支撐件104)上時，Ar淨化從處理環境120移除氮、氧、或氟自由基。在又另一實例中，Ar淨化從處理環境120移除氧化氮(NO x)自由基。
方法400包括數個任選的操作。在操作404，可執行任選的預處理製程以實質上移除或消除虛弱位點及形成鈍化阻障層。在操作406，可任選地執行額外的高溫電漿清洗處理。例如，操作402可被重複。此方法可進行至操作408，其中可任選地執行第二預處理製程以移除虛弱位點及形成鈍化阻障層。
在操作410，藉由執行處理製程以從處理環境移除氧自由基來進行方法400。此處理製程可執行在高溫下，諸如上述的溫度。如第3C與3D圖所示，基板支撐件104暴露至由後處理氣體混合物305或增強處理氣體混合物307所形成的電漿。在操作410期間，藉由來自後處理氣體混合物305或增強處理氣體混合物307之擴散進入加熱器302的處理氣體，降低基板支撐件104的氧化。遠端電漿源(RPS)可提供NF 3或O 2，個別地或組合地，至處理環境，諸如處理環境120。RPS的位置可在任何位置耦接至處理腔室，諸如處理腔室100的頂部、底部、或中央位置。
在操作412，執行任選的後處理製程。執行此後處理製程以恢復或修復一或多個經清洗腔室部件的受損表面或多個表面。腔室部件會被來自電漿中的自由基的表面氧化所損害。此後處理製程執行在高溫下，諸如上述的溫度。電漿從解離後處理氣體混合物305或增強後處理氣體混合物309而形成在處理環境120中。注意到，當後處理氣體混合物305被提供至處理環境120時，清洗保護層318與氟-鎂層(MgF x)321形成塊體層200。或者，當提供增強後處理氣體混合物309時，阻障層334可形成在氟-鎂層(MgF x)321的頂部上且接觸氟-鎂層(MgF x)321。因此，塊體層200包括阻障層334、氟-鎂層(MgF x)321、及清洗保護層318。增強後處理氣體混合物309會降低或消除局部化多孔晶粒311的形成。在一實例中，氟-鎂層(MgF x)形成在塊體層200中。在操作410，可重複方法400，直到在加熱器302中達到期望的去氧化(de-oxygenation)程度，或及多孔晶粒311會被最小化或消除。
本文揭示的是用於清洗及任選地修復或恢復處理腔室部件(諸如具有安置在其中的加熱器之基板支撐件)的方法及設備。有利地，利用由氟化物材料所製造的塊體層200以在清洗處理期間保護基板支撐件。氟化物系塊體層200與清洗氣體或清洗物種實質上不具有反應，及當基板支撐件維持在高溫下時，沒有形成會昇華的產物。此高溫可在約500°C與約1000°C之間。儘管前述內容關於本發明的實例，但在不背離本發明的基本範疇下可構想出本發明的其他與進一步實例。
100:處理腔室 102:腔室主體 104:基板支撐件 106:蓋組件 110:隔離器 112:噴淋頭 114:導管 116:氣體混合區 118:開口 120:處理環境 126:開口 128:加熱元件 130:連接 132:電源 140:舉升銷 141:電氣電源 142:表面 143:軸件 144:側表面 152:排氣裝置 154:基板 160:電漿 161:側覆蓋 162:控制器 164:處理器 166:記憶體 168:支持電路 170:淨化氣體源 172:淨化氣體線路 174:遠端電漿源 200:塊體層 202:基底 206:第一表面 208:第二表面 210:第三表面 212:覆蓋板 301:清洗氣體混合物 302:加熱器 303:第二清洗氣體混合物 304:含氟氣體 305:後處理氣體混合物 306:氮原子 307:增強處理氣體混合物 308:氟原子 309:增強後處理氣體混合物 310:氟化鋁 311:多孔晶粒 312:鋁原子 313:微裂縫 314:AlF x氣相 316:氧化鎂層 318:清洗保護層 320:含氧氣體 321:氟-鎂層 322:氧原子 324:氮化鋁 326:含一氧化二氮氣體 328:含氮氣體 330:含氬氣體 332:含氫氣體 334:阻障層 336:氧化鋁 400:方法 402,404,406,408,410,412:操作
藉由參照其中的一些實例繪示在隨附圖式中的實例，可獲得簡短總結在上方之本發明的更具體的說明，以此方式可詳細地理解本發明的上述特徵。然而，將注意到隨附圖式僅繪示範例實例且因此不被當作限制本發明的範疇，及本發明可允許其他等效實例。
第1圖是處理腔室的圖解剖面側視圖。
第2A–2B圖是具有安置在其上之塊體層的基板支撐件的圖解側視圖。
第3A–3E圖是在清洗方法的不同階段期間之基板支撐件的基底與塊體層的側視圖。
第4圖是繪示關於第3A–3E圖所示的階段之用於清洗的方法之流程圖。
為了易於理解，儘可能已使用相同的元件符號指代圖示中共通的相同元件。料想到一實例的元件與特徵可有利地併入其他實例中而不需進一步說明。
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
400:方法
402,404,406,408,410,412:操作

Claims (20)

  1. 一種方法，包含以下步驟： (a)清洗一基板支撐件的一表面，該基板支撐件具有安置在該基板支撐件之上的一塊體層，該基板支撐件安置在一處理環境中，該處理環境設置以處理多個基板，其中清洗步驟包括以下步驟：在一高溫下從一清洗氣體混合物形成一電漿，該清洗氣體混合物包含一含氟氣體及氧； (b)以從一處理氣體混合物形成的一處理電漿，從在該高溫下的該處理環境移除多個氧自由基，該處理氣體混合物包含該含氟氣體；及 (c)以一後處理電漿，在該高溫下修復該基板支撐件與該塊體層的一界面，該後處理電漿從一後處理氣體混合物所形成，該後處理氣體混合物包括一含氮氣體，其中該高溫大於或等於約500°C。
  2. 如請求項1所述之方法，其中該塊體層包含氟化鎂或一稀土氟化物。
  3. 如請求項1所述之方法，其中該塊體層包含氟化釔或氟化鑭。
  4. 如請求項1所述之方法，其中該含氟氣體是NF 3，及其中該含氮氣體是N 2。
  5. 如請求項1所述之方法，進一步包含以下步驟： (d)以該含氮氣體或氬淨化該處理環境，以降低藉由該等氧自由基的表面氧化，其中該含氮氣體是N 2或NH 3。
  6. 如請求項1所述之方法，進一步包含以下步驟： (d)以該後處理氣體混合物將NF 3、Ar、NF 2、或NH 3導入該處理環境，以增強該塊體層與以該基板支撐件安置的一基底之間的黏附。
  7. 如請求項6所述之方法，進一步包含以下步驟： (e)以該後處理氣體混合物將一含氬氣體導入該處理環境。
  8. 如請求項1所述之方法，其中該基板支撐件進一步包含： 一基底，及該基底包含矽、二氧化矽、氮化鋁、氧化鋁、或石英，及一氟化物材料。
  9. 如請求項8所述之方法，其中該氟化物材料包含氟化鎂或一稀土氟化物。
  10. 如請求項9所述之方法，其中該稀土氟化物包含氟化釔或氟化鑭，及其中該氟化鑭被硼及/或碳所摻雜，及該基底是一加熱器。
  11. 一種方法，包含以下步驟： (a)清洗一基板支撐件的一表面，該基板支撐件具有安置在該基板支撐件之上的一塊體層，該基板支撐件安置在一處理環境中，該處理環境設置以處理多個半導體基板，其中清洗步驟包括以下步驟：在一高溫下從一清洗氣體混合物形成一電漿，該清洗氣體混合物包含NF 3及O 2； (b)以從一處理氣體混合物形成的一處理電漿，從在該高溫下的該處理環境移除多個氧自由基，該處理氣體混合物包含NF 3；及 (c)以一後處理電漿，在該高溫下修復該基板支撐件與該塊體層的一界面，該後處理電漿從一後處理氣體混合物所形成，該後處理氣體混合物包括N 2，其中該高溫大於或等於約500°C。
  12. 如請求項11所述之方法，其中該塊體層包含氟化鎂或一稀土氟化物。
  13. 如請求項11所述之方法，其中該塊體層包含氟化釔或氟化鑭。
  14. 如請求項11所述之方法，進一步包含： 一加熱器，該加熱器包含鋁，其中該加熱器在該基板支撐件與該塊體層的該界面處接觸該塊體層。
  15. 如請求項11所述之方法，進一步包含以下步驟： (d)以一氬或一含氮氣體淨化該處理環境，以降低藉由該等氧自由基的表面氧化，其中該含氮氣體是N 2或NO 2、NH 3。
  16. 如請求項15所述之方法，進一步包含以下步驟： (d)以該後處理氣體混合物將NF 3、Ar、NF 2、或NH 3導入該處理環境，以增強該塊體層與以該基板支撐件安置的一基底之間的黏附。
  17. 如請求項16所述之方法，進一步包含以下步驟： (e)以該後處理氣體混合物將一含氬氣體導入該處理環境。
  18. 一種半導體處理系統，包含： 一半導體處理腔室；及 一非暫態電腦可讀取媒體，該非暫態電腦可讀取媒體儲存多個指令，該等指令當藉由一處理器實施時，致使一循環蝕刻方法在該半導體處理腔室中執行，該方法包含以下步驟： (a)清洗一基板支撐件的一表面，該基板支撐件具有安置在該基板支撐件之上的一塊體層，該基板支撐件安置在一處理環境中，該處理環境設置以處理多個半導體基板，其中清洗步驟包括以下步驟：在一高溫下從一清洗氣體混合物形成一電漿，該清洗氣體混合物包含一含氟氣體及氧； (b)以從一處理氣體混合物形成的一處理電漿，從在該高溫下的該處理環境移除多個氧自由基，該處理氣體混合物包含該含氟氣體；及 (c)以一後處理電漿，在該高溫下修復該基板支撐件與該塊體層的一界面，該後處理電漿從一後處理氣體混合物所形成，該後處理氣體混合物包括一含氮氣體，其中該高溫大於或等於約500°C。
  19. 如請求項18所述之半導體處理系統，進一步包含： (d)以該含氮氣體淨化該處理環境，以降低藉由該等氧自由基的表面氧化，其中該含氮氣體是N 2或NH 3。
  20. 如請求項18所述之半導體處理系統，進一步包含： (d)以該後處理氣體混合物將NF 3、Ar、NF 2、或NH 3導入該處理環境，以增強該塊體層與以該基板支撐件安置的一基底之間的黏附；及 (e)以該後處理氣體混合物將一含氬氣體導入該處理環境。
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