TWI299182B - Low contamination components for semiconductor processing apparatus and method for making components - Google Patents

Description

1299182 (Ο 玫、發明說明 U月說月應敘明·舍明所屬之技術領域、先前技術、内容、實施方式及圖式簡單說明〕 技術領域 本發明關於半導體材料製程設備的元件。該等S件係由 可降低半導體材料製程期間之污染的材料所形成。本發明 亦關於製作該等元件的方法。 A前技術 在半導體材料製程領域中，係使用真空製程處理室來独 』及化于氣相/儿積（CVD)在基板上的材料。製程氣體在當 施加射頻（RF)场到該製程氣體時流動到該製程處理室，以 產生該製程氣體的電漿。該電漿對於晶圓上的選擇材料進 :所要的餘刻或沉積。平行板變壓器轉合電裝（丁CpTM)的 範例’其亦稱之為感_合電漿（lcp)，及電子迴旋加速 器共振（Electroncycl〇tr〇n⑽⑽繼，職）反應器及其元 件係揭示於共同擁有的美國專利編號4,34M62; 4,948,458; 5,200,232及 5,820,723。 ’ ’ 。。在半導體基板的製程期間’該基板基本上係由基板炎持 器來固定在該真空處理室内的位置，例如在美國專利編號 5,262,029及5,838,529中所揭示者。製程氣體可由多種氣體 供應糸統來供應到該處理室。 '了該電漿處理室設備，在處理半導體基板中所使用的 其它設備包含輸送機構、襯塾、升降機構、承载器、門機 構、機器手臂、緊固物及類似者。 電水係用來藉由韻刻來移除材料，或用於沉積材料在基 板上。該電製餘刻條件可以產生大量的離子轟炸在暴露於 (2) (2)1299182

該電漿中的製程處理室的表面 學作用及/赤紅〜— 離子轟炸結合於電漿化 或颠刻副產物，即會對於談 電漿之表面產生明顧& #為r 、、王处理室之暴露於 表面材料可^ 及❹_射虫。因此，該 、腐戈腐i侵敍。此攻擊造成=:二其包含侵蚀 件#八描^ 4 又孝、成的問題包含有較短的零 可π日加耗材成本、造成微粒污毕、日π μ # 屬污染、及製程漂移。 -木日日0上的轉換金 :於這些問題’電漿製程處理室係設計成包含有例如碟 、壞及圓柱之零件，1合制將 ’、 θ _ 八曰限制電水在正在處理的晶圓之上 仁疋’ &些零件係連續地受到電㈣攻擊，因此最终备 -蝕’或累積聚合物集結。最後’這些零件受到這種損耗 ，即不再能夠使用。那些具有相當短壽命的零件通常稱之 =「耗材」。如果該耗㈣件的壽命很短，則其擁有成本报 円。耗材及其它零件的侵蚀會在電聚製程處理室中產生污 染。 由於在這種反應ϋ中電漿環境的侵餘及腐姓性質，以及 降低粒子及/或金屬污染的需求，其有需要這種設備之元件 ，包含耗材及其它零件，皆具有適當高的抗侵餘及抗腐餘 性。已經知道有零件由鋁為主的材料所形成。但是，由於 電漿之高離子轟炸會侵蝕及腐蝕這些材料，產生不可接受 的污染程度（例如微粒污染及金屬雜質污染）。 對於處理半導體材料之高度雜質需求，其有需要由材料 所構成的半導體製程裝置之元件可提供改良的抗物理性及 抗化學性攻擊，其中包含侵蝕、腐蝕及/或侵蝕-腐蝕，以在 (3) 1299182 其製程期間最小化相關的半導體材料之污染。對於 加該設備元件的使用壽命並藉此降低該裝置的停機二::增 材料，將可有助於降低處理半導體材料的成本。曰的 發明内宏 本發明藉由提供以陶瓷材料構成的半導體製程裝 件即可滿足上述以及其它的需求，並可提供在電激處理!1 境中對於侵a、腐姓及/或侵敍_腐㈣抵抗性。該等& 提供對於金屬及微粒的低污染性。 午可 根據本發明的範例性且音^;办〖j.* ^ 祀w汪具體貫細例，該等陶瓷材 做為基板表面上的被覆，即用於半導體材料製程設備中- 疋件。舉例而言’該等元件可用於電漿製程處理室。 被覆的元件可在製程期間暴露在電聚時，提供對於侵餘、 腐蝕及/或侵蝕-腐蝕之改良的抵抗性。 根據本發明其它的範例性具體實施例，這些元件 個。由保護材料所形成的大量零件。也就是說，該等元件$ 為單石。 根據本發明來製作一半導體製程裝置之元件的製程之範 例性具體實施例包含由一陶究材料形成這種設備的一元件 之至少-部份。該部份包含該元件的最外側表面。該陶莞 材料包含⑴至少一氧化物、氮化物、删化物、碳化物及/或 氣化物之⑼銷 '鑭及鏑’及/或至少一給的氮化物、删化物 、碳㈣及/或m較佳地是，該陶究材料包含氧化銷 1化鏑及氧化鑭中至少一種，做為該陶麵被覆中單 取大的組成。該陶究材料可應用做為一被覆、或其可形 1299182 成為一單石體。 、月的另一種範例性具體實施例包含施加一陶究材料 的被覆在一半導體製程裝置的元件之含金屬或聚合物表面 ^該陶究材料包含氧化給、氮化給、蝴化！合、碳化給、 或氣化給，做為該㈣材料被覆的單-最大組成。 」艮據本發明之其它範例性具體實施例的方法包含形成以 早=體為形式的一半導體製程裝置之元件。該元件包含氧 化給、、鼠化铪、蝴化給 '碳化铪、或氟化給，做為單一最 ㈣且1明中製作一半導體製程裝置的元件之製程的範 =具體實施例包含預備-研漿，其包含做為該單一最大 :物’⑴至少—氧化物、氮化物、硼化物、碳化物及/或氟 碳化鑭及鏑，及/或至少一铪的氮化物，化物、 及蜱”::鼠化物’由該研漿形成-所要形狀的綠結構； ==構來形成一元件。該陶咖較佳地是包含 =7化銘、氧化鋼及氧化鑭中至少—種做為其單一 取大止成。這些製程可用來形成單石元件。 根據本發明之半導體製程裝置的 施例包含至少有—部份含有 ’乾㈣具體貝 件的最外側表面m材含=份包含該疋 成⑴至少-氧化物、礼化物 下做為該單一最大組 之⑻鉀、鑭及鏑b 硼化碳化物及/或氟化物 物鏑，及/或至少，氮化物、·、碳化 根據本發明之半導體製程裝置之-元件的另-個範例性 1299182 具體實施例包含具有一含金屬或聚合物表面之基板；及在 該表面上的-陶竟材料之被覆’其中該陶究材料包含氧化 給、氮化铪、蝴化铪、碳化給或氟化铪，做為該陶究材料 被覆的單一最大組成。 根據本發明的一半導體製程裝置之元件的另-個範例性 具體實施例’其包含一單石體’其包含氧化铪、氮化铪、 硼化給、碳化給或氟化給，做為單一最大組成。 本發明亦提供半導體製程裝置，其包含上述的元件中至 ^ 種來提供抗損耗性。 實施方i 本發明提供有元件，其可抵抗由於在半導體材料製程 裝置中所產生的電漿造成的物理性及化學性攻擊。如此 處：使用者’該術語「抵抗性」包含但不限於抵抗侵蝕 腐蝕及/或钕蝕_腐蝕。該等元件係由抵抗性陶瓷材料所 在-些範例性具體實施例中，該等元件包含形成在基板 上2抗侵蝕陶瓷材料所構成的被覆。舉例而言，該等元件 匕3基板，及％成在該基板上的一或多種抗侵飯陶究被覆 。該等抗侵㈣被覆，且為非金屬材料，其亦可抵抗腐姓 及/或腐餘-侵I虫。 /在本务明的其它範例性具體實施例中，該等元件基本上 係由抗損耗性陶瓷材料構成。舉例而言，該等元件可為一 半導體材料製程裝置之大量零件。 根據本發明，由該抗損耗陶瓷材料所構成的元件可為處 -9- 1299182 w 11·^ 理半導體裝置之元件。 本發明亦提供半導體製程裝置，其包含一或多種至少部 份由一抗損耗材料所構成的元件。 此外，本發明提供了至少製作了部份抗損耗材料之元件 的方法。 如上所述’本發明亦可應用到任何適當類型的元件。本 發明可提供對於半導體材料製程裝置之元件表面上之有效 的抵抗I·生本技藝專業人士將可瞭解到’根據本發明之抗 損耗材料可應用到使用在處理不同半導體材料之不同的製 权裝置》此外’該抗損耗材料可應用到該製程裝置中不同 的元件。這些範例性元件包含但不限於一電漿及/或真空處 理室之零件，例如像是處理室壁、基板支撑'氣體散佈系 統’包括有喷嘴頭、擋板、環、噴嘴等，及緊固物、加熱 組件、電漿螢幕、襯墊、輸送模組元件，像是機器手臂、 緊固物、處理室内壁及外壁、及類似者。 根據本發明，該抗損耗材料可包含铪、鏍、鏑及鑭中至 >、種這些元素具有一相當大的分子量，且對於典型的 蝕刻化學物質具有相對的惰性，其認為可以提供在電漿環 士兄中降低了侵蝕率。較佳地是，該抵抗性材料包含氧化銓 、氧化鳃、氧化鏑及氧化鑭中至少一種做為該陶瓷材料中 單最大組成。該等陶瓷材料之範例性具體實施例可包含 這些氧化物中任何的一種或多種。可包含在該等陶瓷材料 中的其它組成在以下做詳細的說明。 根據本發明之該等含铪之陶瓷材料較佳地是含有氧化給 (10) 1299182 此外，根據本發明之含铪'勰、鏑及鑭之陶瓷材料具有 、平坦的表面完工。較佳地是，這些材料應用做為被覆、 或形成到單石元件，其具有由約5到約400 pinch之表面粗糙 度（RA) ’且更佳地是小於約2〇〇 。 根據本發明，該等含铪、勰、鏑及鑭之陶瓷材料亦可提 供底部基板之高鍵結強度。較佳地是，這些應用做為被覆 之材料具有由約2，_ psi到約7，_ psi之拉伸鍵結強度。 同時，根據本發明之㈣含L鏑及鑭之陶究材料 可提供低的多孔度，其較佳地是最小化與該底部基板之活 性氣體之接觸（例如含]^^之氣體），以及由於該活性氣體造 成之後續的該基板之㈣、侵似/或聽·㈣。較佳地是 ’該等陶变材料之多孔性小於體積的15%，更佳地是小於 約體積的3 %。 此外，根據本發 仏向硬度來抵抗㈣。較佳地是，該等陶究材料之硬度 (HV03)由約200到約800。 又 上述的陶竟材料可提供所要的抵抗特性來用於半導體製 程裝置’例如像是電漿蝕刻處理器。特別是，含铪、妒 鏑及鑭之陶u料可提供表面，其可以降低離子^成的^ 蝕’及在電漿反應器處理室中微粒污染的相關位準。含铪 、銷、鏑及鑭之陶錢料亦可保護底部的基板，來同㈣ 抗由電漿造成的物理性攻擊及化學性攻擊。 根據本發明之抵抗性陶瓷材料可用於蝕刻及沉積 多種不同的電聚氣體，以及其它的用$。舉例而言了典型 1299182 〇i) 的蝕刻化學物質包含例如含氯的氣體，其包含但不限於ci2 j HC1及BCI3 ;含溴的氣體，其包含但不限於溴及HBr ; 含氧的氣體，其包含但不限於〇2、H2〇&s〇2;含氟的氣體 ，其包含但不限於cf4、ch2F2、NF3、CH3f、CHF3及私 ，及惰性及其它氣體，其包含但不限於He、及。這 些及其它氣體根據所想要的電漿可用於任何適當的組合。 範例性電漿反應器蝕刻作業條件如下所述：溫度由約250C 到約90〇c ;壓力由約0 mTorr到約100 mT〇rr ;氣體流速由約 10 seem到約1〇〇〇 sccm ;及電漿功率由約〇 Waus到約15〇〇 Watts 〇 在本發明的一範例性較佳的具體實施例中，該等含铪、 勰、鏑及鑭之陶瓷材料係提供做為一基板上的被覆。這些 被覆可由本技藝中已知的方法來應用。一種較佳的被覆方 法為熱塗佈（例如電漿塗佈）。在此方法中，陶瓷粉末即溶 解並加入在一氣體流中，其導引到正在喷灑塗佈之元件處 。该熱塗佈技術的好處為該等元件係僅被覆在面對該熱塗 佈搶之側邊上，且可使用遮罩來保護其它的區域。習用的 熱塗佈技術，包含電漿塗佈，係由Pawl〇wski揭示於“ 丁匕 Science and Engineering of Thermal Spray Coating55 (John Wiley ’ 1995年）。此說明在此完整引用做為參考。 一種特別較佳的熱塗佈方法為電漿塗佈。電漿塗佈可用 來被覆處理室及其它處理室元件之均勻細緻的内部表面。 圖1所示為一典型的電漿塗佈製程。該被覆材料通常的類型 為粉末112，其通常透過一外部粉末埠132喷射到一高溫電 -15- 1299182

(12) 火A 114中。遠粉末係快速地加熱並加速到一高速度。該 熱材料衝擊到該基板表面116上，並快速地冷卻來形成一被 覆 118。 4電漿塗佈搶120包含一陽極122及一陰極124，兩者皆為 水冷卻。電漿氣體126(如氬、氮、氫、氦）流動環繞該陰極 其方向概略由箭頭128指示，並通過該陽極的一束緊噴嘴 。該電漿係由-高電壓放射所啟始’其造成區域性的離子 化及直流電弧的導電路徑，來形成在該陰極丨24及該陽 極122之間。由該電弧加熱的阻抗造成該氣體形成一電漿。 該電漿離開該陽極噴嘴部份成為一自由或中性電漿火燄 (不會承載電流的電漿）。當該電漿已穩定而預備塗佈，該電 弧往下延伸到該噴嘴。該粉末112非常快速地加入及加速， 使侍在邊喷嘴尖端及該基板表面之間的塗佈距離之大 小在125到150 _。電漿塗佈被覆由融洽或加熱軟化的粒 子產生’而造成對於該基板表面116之衝擊。 根據本發明，表面處理技術，例如清洗及粒子爆炸，其 可用來提供鍵結之更為化學性及物理性活化的表面。在被 覆之前，該基板的表面較佳地是整個清洗，以移除不想要 的表面材料，例如氧化物或油脂。該表面在被覆之前：可 由任何適當的方法來粗梭化，例如砂粒爆炸。此粗糙化可 增加鍵結之可用的表面積’其可增加該被覆鍵結強度。該 粗餘表面㈣村增㈣被覆與縣板之機缝鍵入或連 扣0 電鐘要被 對於鋁反應器元件，其較佳地是在被覆之前 -16- 1299182

'覆的7G件之表面’但不粗糙化該電鍍的表面。該電鍍層 提供-額外的轉，即除了㈣被覆提供㈣護之外，A 對抗底部銘的腐截性攻擊。形成在該銘基板上之電鐵的銘 層例如6061-T6銘，其可具有任何適當的厚度。舉例而言 ，該厚度基本上可由約2 mil到約1〇如。該電鐘的表_ · 具有任何適當的拋光。舉例而言，該表面拋光可具有_ra · 值在約20 pinch到約100_ch。該電鑛層可由適當的技術 來密封，例如藉由使用煮沸去離子水。 · 根據本U月，g氧化給、氧化|思、氧化鏑及/或氧化綱之 陶瓷材料較佳地是可使用一電漿塗佈製程來施加。但是， 亦可使用適合用於陶瓷材料之任何其它被覆方法。舉例而 吕，该等含氧化铪、氧化勰、氧化鏑及/或氧化鑭之陶瓷被 覆亦可由濺鍍、濺鍍沉積、沉浸被覆、化學氣相沉積、蒸 鍍及破結（包含電子束蒸發及凝結）、物理氣相沉積、熱壓力 均衡的衝壓、冷壓力均衡的衝壓、壓縮成型、鑄模、壓緊 及燒結、及熱塗佈。 φ 在本發明的一些較佳的具體實施例中，該含給、锶、鏑 ， 及/或鑭之陶瓷元件係用於一高密度電漿反應器。此種範例 _ 性反應益為美國加州Fremont的Lam Research Corporation 所生產的TCP 940〇tm電漿蝕刻反應器。在該tcp 9400頂反 · 應器中，製程氣體（像是ci2、HBr、CF4、CH2F2、02、N2 、Ar、SF0及NF3)係導入到位在該蝕刻處理室之底部的氣體 環中，然後導引通過氣體孔進到該反應器處理室中。圖2 所示為TCP 9400™蝕刻反應器之氣體環。如圖2所示，該 •17- 1299182

(14) 氣體環40之主體環繞一基板支撐44。該氣體環40的底部表 面包含一環形的氣體導引溝渠60。前述的氣體孔50延伸到 該氣體導引溝渠60中。 該氣體環40基本上由鋁構成。該氣體環的上表面直接暴 露於該電漿，因此會受到侵蝕、腐蝕、及腐蝕-侵蝕。為了 保護這些表面，該氣體環基本上覆蓋一氧化銘層。但是，

此層相當地脆，且會在該反應器使用中的重覆熱循環期間 龜裂。在該電鍍層中形成的龜裂可允許該腐蝕性製程氣體 來攻擊底部的鋁層，降低零件壽命，並有助於所處理之基 板的金屬及微粒污染，例如晶圓、平面顯示器基板及類似 者0 根據本發明的範例性具體實施例，該氣體環的暴露表面 可覆蓋一含铪、勰、鏑及/或鑭之陶瓷材料的被覆42。該等 陶瓷材料可被覆在一裸露鋁層（其可具有或不具有一自然的

氧化物表面膜），或一氧化鋁層（例如具有一電鍍表面之凝 。當覆蓋該氣體環時，該被覆可允許來部份地穿透到該^ 體孔中’以被覆及保護其内壁，但不會阻礙該等開口。』 例而言，言亥等氣體孔可在該被覆製程期間塞住或遮罩。 該丁 CP 9400™餘刻反應器之可在製程期間暴露於該^ 漿之其它元件根據本發明亦可被覆有含給、銷、鋼及/或潮 之陶究材料。這些元件包含例如處理室壁、處理室襯塾、 夾盤裝置，及相對於該基板之介電窗。根據本發明在一身 盤裝置的上表面之上提供有-被覆，例如-靜電夾般，^ 提供在清洗循環期間提供對於該夾盤之額外保護，盆" -18- 1299182

(15) 不存在一晶圓’且該夾盤的上表面藉此可直接地暴露於該 電漿。 根據本發明，可包含該含铪、鏢、鏑及/或鑭之陶瓷材料 之另一個範例性複晶矽蝕刻反應器，其可為VersysTM複晶矽 姓刻器或230〇tm餘刻器，其亦由美國加州Frem〇nt的Lam Research C〇rp〇rati〇n製造，如圖3所示。該反應器包含一反 應裔處理室150，其包括具有一靜電夾盤154之基板支撐152 ，其提供一夹持力給安裝在其上的一基板（未示出）。一聚焦 裱170安裝在環繞該靜電夾盤154之基板支撐152上。該基板 支撐152亦可用來施加_RF偏壓到該基板。該基板亦可使用 例如氦之熱轉移氣體之背部冷卻。在該23⑽TM餘刻器中， 製程氣體（如 Cl2、HBr、CF4、CH2F2、〇2、N2、Ar、SFd NF3)係透過位在該處理室15〇上方並連接到一氣體供應I% 之氣體喷射器168來引入到該處理室15〇中。該氣體喷射器 168基本上由石英或像是氧化鋁之陶瓷材料所製成。如所示 ，一感應線圈158可由適當的尺!^源（未示出）來供電，以提供 一咼密度（如ίο"- i〇iM〇ns/cm3)電漿。該感應線圈158耦合 RFfb 1通過介電窗16〇到該處理室！ 5〇的内部。該介電窗1 基本上可由石英或氧化鋁所製成。該介電窗係顯示成安 裝在-環形構件162上。該環形構件162區隔介電窗16〇與該 處理室150的上部，並稱之為一「氣體分佈板」。一處理室 襯墊164環繞該基板支撐152。該處理室15〇亦可包含適當的 真空抽取裝置（未示出），用於維持該處理室的内部在所想要 的壓力。 -19- (16) (16)1299182

在圖3中，反應器元件的選擇出的内部表面，例如該環形 構件162、介電窗160、基板支撐152、處理室襯墊164、氣 體贺射器168、聚焦環170及該靜電夾盤154，根據本發明;;， 其顯示成被覆有一含铪、鎇、鏑及/或鑭之陶瓷材料的被覆 166。如圖3所示，該處理室15〇之選擇的内部表面及該處二 室襯墊164之下的基板支撐152根據本發明亦可具有一含給 、鳃、鏑及/或鑭之陶瓷材料的被覆166。任何或所有的^ 些表面，以及任何其它内部反應器表面，根據本發明可= 有一被覆。如下述，任何或所有這些元件根據本發明另可 由含铪、鏍、鏑及/或鑭之陶瓷材料的單石體來製造。 根據本發明，該等元件可用於一高密度氧化物蝕刻製程 。此種範例性氧化物蝕刻反應器為美國加州Frem〇nu々 Research Corporation所生產的Tcp 91〇〇TM電漿蝕刻反廣哭 。在該TCP 91〇〇™反應器中，該氣體分佈板為二位:: TCP™窗正下方之圓形板，其係在一半導體晶圓之上或與其 平行的-+ ©中之反應器的上方處。言亥氣體分佈板係密S 到位在該氣體分佈板之周圍之一氣體分佈環。該氣體分佈 環由一來源供應氣體到由該氣體分佈板、形式為一平面螺 旋線圈之位在-天線之下的-窗口之内側表面來供應灯能 量到該反應器中，及該氣體分佈環所定義的體積内。該氣 體分佈板包含一指定直徑的孔’其延伸通過該板。穿過該 氣體分佈板之這些孔的空間分佈可以變化來最佳化要被餘 刻的該等疊層之餘刻均勻性，例如一光阻層、一二氧化石夕 層、及該晶圓i的底層材料。言亥氣體分佈板之橫截面形狀 -20- 1299182 ==文化來控制該RF功率的分佈到該反應器中的電漿中。 ，氣體分佈板為-介電材料，其可以輕合此RF功率通過該 气體佈板到該反應器中。再者，其需要該氣體分佈板的 高度抵抗在環境中的化學濺鍍蝕刻，例如氧氣或氫 氟5夂奴《1體電漿，以防止崩潰，以及伴隨產生所得到的粒 子0 圖4所不為前述型式的電漿反應器。該反應器包含一反應 器處理至10。一基板夾持器12包含一靜電夾盤34，其提供 夾緊力及一RF偏壓到一基板13。該基板可使用一熱轉移 札體來背部冷卻’例如氦。一聚焦環Η限定電漿在該基板 之1上的區域中。用於在該處理室中維持一高密度（如 1〇 10 i〇ns/cm )電漿之能量源，例如由一適當的rf源所 供電的一天線18，以提供一高密度電漿，其係置於該反應 的處理至1〇之上方。該反應器反應室包含一真空抽氣裝置 ，用於維持該處理室的内部在所想要的壓力（例如低於5〇 niTorr ’ 基本上為 1-20 mTorr)。 κ貝上為平面的介電窗2〇係提供在該天線18與該製程 處理室10之間，並形成該真空壁在該製程處理室1〇之上方 。一氣體分佈板22提供在該窗20之下，並包含用於由該氣 體供應23傳遞製程氣體到該處理室10之開口。一錐形概塾 30由該氣體分佈板22延伸，並環繞該基板夾持器12。該天 線18可具有一通道24，其中一溫度控制流體經由入口管道 及出口管道25、26流動。但是，該天線18及/或窗2〇不需要 冷卻，或可由其它適當的技術來冷卻，例如藉由吹入氣體 -21- 1299182

在該天線及窗之上，傳送通過一冷卻流體，或與該窗及/或 氣體分佈板有熱轉移接觸，等等。 在_作上’像是半導體晶圓的—基板’係位在該基板爽 持器12上’並由-靜電夾盤34所固定。但是亦可使用其它 的夾緊裝f ’例如-機械式夾緊機構。此外，氦氣背部冷 卻：用來改進該基板與該夾盤之間的熱轉移。然後製程氣 體错由傳送該製程氣體通過該窗2G與該氣體分佈板22之間 的間隙來供應到該真空製程處理㈣。適合的氣體分佈二 配置（如喷嘴帛）係#示於共同#有的美國專利編號 5,824,605; 6,048,798;及调心中’其皆在此完整引用 做為參考。一高密度電漿在該基板與該窗之間的空間中藉 由供應適當的RF功率到該天線18來點燃。 曰 社圖4中’該反應器元件的内部表面，例如該氣體分佈板 22、該處理室襯塾3〇、該靜電夾盤34及該聚焦環μ，其根 據本發明來以m鏑及/或敎陶綺料的被覆 來破覆。但{’僅有這些表面及/或其它表面中所選出的— =以根據本發明來以含铪、銘、鋪及/或鑭之H材料來 本技藝專業人士將可瞭解到，上述的高密度複晶石夕 電钱刻處理室僅為可根據本發明加人元件之電漿餘刻反應 益的範例性具體實施例。根據本發明之包括含給、讲2 及/或綱之嶋料的元件可用於任何飯刻反應器(例如： 金屬蝕刻反應器)或其它類型的半導體，其需要可 聚導致侵餘、腐触及/或腐錢及相關的污染之事程壯电 -22- (19) (19)1299182

舉例而言，其它的元件根據本發明具有一含铪、勰、鏑 及/或鑭之陶瓷材料的被覆，其包含但不限於處理室壁、基 板夾"持器，緊固物等。這些零件基本上可由金屬（如銘）或陶 瓷（氧化鋁）所製成。這些金屬電漿反應器元件基本上係暴露 於電漿’且通常顯示出侵蝕、腐蝕及/或腐蝕_侵餘之跡象。 其它可根據本發明被覆的零件不需要直接暴露於電漿，但 另可暴露腐蝕性氣體’例如由處理的晶圓或類似者所放射 的氣體。因此’其它用於處理半導體基板之元件根據本發 明亦可具有含給、⑬、鏑及/或鋼之陶兗材料表面及被覆。 這種設備可包含輸送機構、氣體供應系統、襯墊、昇降機 構、承載器、開門機構、機器手臂、緊固物及類似者。 根據本發明之利用含給、銷、鏑及/或鑭之陶曼材料來被 覆的金屬材料之範例包含鋁、鋁合金、不鏽鋼及耐火金屬 ，例如_-T6!呂、及304及316不錄鋼。因為含給、锶、鋼 及/或鑭之陶瓷材料形成一抗損耗被覆在該元件上’該底部 元件可被保護避免直接暴露於該電漿。因此，該金屬基板 可防止又到電漿之侵#、腐敍及/或腐姓.侵蚀攻擊。因此， 金屬化材料，例如IS合金，其可不需要合金化添加物、粒 狀結構或表面條件來使用。 •—卜办夕種陶瓷或聚合物材料根據本發明亦可被覆一 含铪、銷、鏑及/或鋼之陶究材料。特別是’該反應器元件 可由陶究材料製成，其包含但不限於氧化銘㈧A)、碳化 石夕⑸c)、氮切（si3N4)、碳化爛（B4C)及/或氣化卿州。 -23- (20) 1299182

可以承受在電漿反應器 可以被覆的聚合物材料較佳地是為 中所存在的南溫條件。 如果需要的話，一或吝伽4士粗从丄ΘΒ β 飞夕個材枓的中間層可提供在該有被 覆的基板的表面之間，及含給、錦、鏑及/或綱之陶竟材料 被覆:圖5所示為根據本發明-範例性較佳具體實施例之被 後的元件帛巾間被覆80係由-習用技術選擇性地被 覆在-基板70上。該選擇性的第一中間被覆8〇係充份地厚 ，：可黏結到該基板，並進一步允許它來在形成一選擇性 的第-中間被覆90、或該含铪、銳、、鋼及/或鋼之陶究材料 被覆Η)〇之前來處理。該第一中間被覆8〇及該第二中間被覆 90可具有任何適#的厚度來提供這些所想要的㈣。這些 被覆之厚度至少為約0.001英吋，較佳地是由約〇 〇〇1到約 0.25英对’更佳地是由約〇⑻㈣約⑽英对，且最佳地是 由約0.001英忖到約〇·〇5英对。 在沉積該選擇性第一中間被覆8〇到該反應器元件7〇上之 後4第中間被覆可以被處理，例如藉由使用任何適當 的技術來粗糙化，然後被覆有該選擇性的第二中間被覆9〇 ，或被覆有含铪、勰、鏑及/或鑭之陶瓷材料被覆丨〇()。一 粗糙化的第一中間被覆8〇提供一特別良好的鍵結到後續所 施加的被覆。最好是該第二中間被覆9〇賦與一高機械壓縮 強度到該第一中間被覆80，並降低在該第二中間被覆9〇中 的裂縫形成。 該第二中間被覆9〇係充份地厚來黏結到該第一中間被覆 80，並允許其在形成任何額外的中間被覆、或該外部含铪 -24- 1299182 (21) 、銷、鏑及/或鑭之陶瓷材料被覆1〇〇之前來處理。該第二 中間被覆90亦可處理，例如藉由粗糙化。該第二中間被覆 9〇可具有任何適當的厚度來提供這些所想要的特性，例如 厚度至少約0.001英吋、較佳地是由約〇 001到約〇 25英忖， 更佳地是由約0.001到約0·15英吋，且最佳地是由約〇 〇〇1英 吋到約0.05英吋。 5亥第一及第二中間被覆可由任何適於用在半導體電漿製 私處理室之任何金屬化、陶瓷及聚合物材料所製成。可使 用之特別適用的金屬包含但不限於耐火金屬，其可承受高 製程溫度。較佳的陶瓷包含但不限於A1203、SiC、Si3N4、 AIN Ti〇2及其混合物。較佳的聚合物包含但不限於 氟聚合物，例如聚四氟乙烯及聚醯胺。 口亥等中間被覆可由任何適當的沉積技術來施加，例如電 鏡（如無電錢或電錄）、濺錢、沉浸被覆、化學氣相沉積、 物理氣相沉積、電泳沉積、熱壓力均衡衝壓、冷壓力均衡 衝壓、壓縮成型、鑄造、壓緊及燒結、及熱塗佈（例如電聚 塗佈）。 X ^擇欧的第一中間被覆8〇及第二中間被覆90可具有彼 此相同或不同的組成，其係根據其所要的特性。額外的中 間被覆’例如相同或不同材料之第三、第四或第五中間被 覆’其可在需㈣提供在該被覆及該基板之間。 、、圖6所不為根據本發明之含铪、錄、鏑及/或彌之陶究材 -、/之另個範例性具體實施例。該被覆1 〇〇可直接沉積 板上其為该元件70之外部表面。該被覆可具有任 -25- (22) (22)1299182 何適當的厚度來提供所想要的抗損耗Μ㈣ 是，該被覆⑽之厚度範圍物顧英心_ ^ 地是約讀則物.5英时’且最佳^由物〇1車= 到約0.05英叶。該陶竟層的厚度可選擇為相 ;于 應器中遇到的該電漿環境（如蝕刻、cVD等）。 x反 如上所述，熱塗佈為根據本發明來提供具有被覆表面之 兀件的-較佳的方法。但是，亦可使用其它的被覆方法， 其包含例如其它的沉積技術，例如濺鍍、沉浸被 氣相沉積及物理氣相沉積、熱壓力均衡衝壓、冷壓： 衝壓、壓縮成型、鑄造及壓緊燒結技術。 一、 如上所述’半導體製程裝置的元件亦可由含給、 及/或鋼之陶㈣料製造成衫石體。這些單石體 = 它元件之隔離的本體或覆蓋。舉例而言，根據本發明^ 給、銘、鏑及/或鑭之陶究材料可形成為覆蓋，例如襯塾， 其係建構來覆蓋反應器it件之暴露的表面mi 由任何適當的緊固技術來附著於在反應器處理^中的^ ’其包含例如黏結鍵結或藉由機械式緊固％。當使用緊固 物時’該等緊固物本身如果暴露於該電漿時，較佳地曰亦 必須由-抗侵㈣料製成來增進其使用壽命。此外，=給 、認：鋪及/或鑭之陶莞材料覆蓋可建構來連扣於底部二： 單石覆蓋可提供在任何適#的基板上，例如像 是在壁面及其它表面上。 一種由含铪、鳃、鏑及/或鑭之陶瓷材料製造之單石體的 範例性方法可包含製備—研漿包含例如氧化給、氧化 -26- 1299182

錦、氧化鏑及/或氧化鑭；由該研漿形成一所想要的形狀及 大小之綠結構；及燒結該結構來形成一燒結體。該綠結構 可形成為任何所要的電漿反應器元件之形狀。陶兗處理技 術之細節可見於 W.D.Kingery、H.K.Bowen及 D.R.Uhlmann 所著之“Introduction to Ceramics”，第 2版（j· wiley & Sons ’ 1976年）。此說明在此完整引用做為參考。 該單石元件較佳地是電漿反應器的電漿暴露之元件。適 當的元件可包含例如處理室壁、基板支撐、氣體分佈系統 ，當中包含噴嘴頭、擋板、環、喷嘴、緊固物、加熱元件 、電漿螢幕、襯墊、輸送模組元件、例如機器手臂、内部 及外部處王里室壁等，&類似者。㈣元件之特$的範例為 圖7所示之反應器元件11〇。該反應器元件ιι〇為由一含氧化 铪、氧化勰、氧化鏑及/或氧化鑭之陶瓷材料所製造的 體。 琢兮氧化铪、氧化

虱化鏑及/或鑭之陶瓷材料可去 在：有或部份的該反應器處理室及元件上。在一較佳合 豆只％例+》覆蓋或單石體係提供在暴露於該電裝拜 之反應裔處理室之區域上，例如那些直接接觸於該電顯 零件，或位在處理室元件尨 至X仵之後的零件（如襯墊）。此外，！ 佳地疋该含氧化給、氧化# 虱化（乳化鏑及/或鑭之被覆或單 體可提供在受到相當其值段 旦 同偏£琶壓（即相當高的濺鍍離子 置）之反應器處理室之區域内。 根據本發 被覆或覆蓋 月’可藉由施加一含名人 a / -κ δ έ口、銘、鋼及/或鑭之陶究 、或糟由建禮_人 3單石給、錄、鋼及/或觸之陶 -27- 1299182 究元件’皆可實現這些好處。也就是說，在電漿反應器中 可達到較低的❹率。因此，根據本發明之該含給、銷、 鏑^或鑭之陶究被覆、覆蓋及元件可降低金屬及微粒污染 之知度’藉由增加該耗材的壽命來降低成本，減少製程漂 移，並降低該處理室元件及基板之腐蝕程度。 根據本發明，該含給、銘、鏑之陶变被覆及元件可提供 -相當硬且抗損耗之表面。這些被覆或元件最好是不具有 會與製程處理室氣體反應的材料，且為化學性惰性，使得 其具有較低或無粒子污染，少許或無腐蝕、少許或 污染’及/或少許或無揮發蝕刻產品。 ▲已經透過特定具體實施例對本發明作詳細的說明，對於 ^悉該技藝的人士而言可以發現’在不脫離本發明範嘴的 情沉下’可以進行各種的變化及修改。 解本發明可藉由以下的詳細說明配合所附圖面來進行瞭 圖1所示為一習用的電漿塗佈製程。 圖2所示為根據本發明—範例性具體實施例之電渡钮刻 裝置使用的氣體環之橫截面圖。 圖3所示為包含根據本發明之元件的範例性具體實施例 之蝕刻處理室。 圖4所示為包含根據本發明之元件的範例性具體實施例 之另一個蝕刻處理室。 圖5所示為根據本發明一保護性陶瓷被覆之範例性具體 -28- 1299182

(25) 實施例。 圖6所示為根據本發明一保護性陶瓷被覆之另一範例性 具體實施例。 圖7所示為根據本發明一單石元件的範例性具體實施例。 圖式代表符號說明 CVD 化學氣相沉積

RF 射頻 TCP 變壓器耦合電漿 ICP 感應耦合電漿 ECR 電子迴旋加速器共振 10 反應器處理室 12 基板炎持裔 13 基板 14 聚焦環 18 天線 22 氣體分佈板 23 氣體供應 25 入口管路 26 出口管路 30 處理室襯墊 40 氣體環 50 氣體孔 60 氣體導引、溝渠 80 中間被覆 -29- 1299182

(26) 110 反應器元件 112 粉末 114 高溫電漿火燄 116 基板表面 118 被覆 120 電漿塗佈搶 122 陽極 124 陰極 126 電漿氣體 132 外部粉末埠 136 塗佈距離 150 反應器處理室 152 基板支撐 154 靜電夾盤 156 氣體供給 158 感應線圈 160 介電窗 162 環狀構件 164 處理室襯塾 168 氣體喷射器 170 聚焦環

-^30-

Claims (1)

12991 30092104675號專利申請案 中文申請專利範圍替換本(96年6月）

修 拾 1. 一種半導體基板製程裝置的元件，其包含有至少一部份 包含一陶瓷材料，該部份包含該元件暴露至該裝置中之 電水或真空環境的最外侧表面，且該陶瓷材料包含一選 自由氮化铪、硼化铪、碳化铪及氟化铪所組成之群之材 料做為該陶瓷材料的單一最大組成。 2.如申请專利範圍第1項之元件，其中該陶瓷材料包含氮化 銓及碳化鈴中的一種做為該單一最大組成。 3· 一種半導體基板製程裝置的元件，其包含一基板及在該 基板上之陶瓷材料被覆，該被覆包含該元件暴露至該裝 置中之電漿或真空環境的最外側表面，且該陶瓷材料包 含一選自由氮化铪、硼化铪、碳化铪及氟化铪之材料做 為該陶瓷材料的單一最大組成。 4.如申請專利範圍第3項之元件，其中該被覆之厚度由約 0.001英吋到約0.050英对。 5.如申請專利範圍第3項之元件，其中該被覆基本上由該 陶瓷材料構成。 6·如申請專利範圍第3項之元件，進一步包含： 在該基板上的至少一中間層； 其中該被覆係在該至少一中間層之上。 7·如申請專利範圍第1項之元件，其中該陶瓷材料進一步 包含至少一種材料，其係由⑴週期表之ΠΑ、ΙΠΑ、iVA 、VA、VIA、VIIA、VIIIA、IB、ΙΙΒ、ΙΙΙΒ、IVB 及 VB 族之元素的氧化物、氮化物、硼化物、氟化物及碳化物 83656-960613.doc

1299182 ’及（η)週期表的锕系元素的氧化物、氮化物、硼化物、 氟化物及碳化物所構成的群組中選出。 8·如申請專利範圍第1項之元件，其係由一處理室壁、一處 理室襯墊、一氣體分佈板、一氣體環、一承座、一介電窗 靜電失盤及一電梁聚焦ί哀所構成的群組中選出。 9· 一種包含如申請專利範圍第1項之至少一元件的電漿蝕 刻反應器。 10_ —種製造如申請專利範圍第i項之半導體基板製程裝置 的元件之方法，其包含施加該陶瓷材料做為一基板之上 的一被覆’該被覆包含該元件的一最外侧表面。 11·如申請專利範圍第1〇項之方法，其中該陶瓷材料包含氮 化铪及碳化铪中的一種做為該單一最大組成。 12·如申請專利範圍第10項之方法，進一步包含粗糙化該基 板的一表面，並施加該陶瓷材料在該粗糙化的表面來增 進在該基板上該陶瓷材料之黏結性。 13_如申請專利範圍第1〇項之方法，其中該被覆基本上由該 陶究材料構成。 14. 如申請專利範圍第1〇項之方法，進一步包含： 施加至少一中間層在該基板上；及 施加該被覆在該至少一中間層上。 15. 如申請專利範圍第14項之方法，進一步包含至少一種以 下步驟： 在施加該至少一中間層之前處理該基板，以增進在該 基板上該至少一中間層之黏結性；及 83656-960613.doc -2 - 1299182 在施加該陶瓷材料之前處理該至少一中間層，以增進 在該至少一中間層上的該陶瓷材料之黏結性。 16. 17. 18. 19. 20. 21. 如申凊專利範圍第10項之方法，其中該陶瓷材料係藉由 熱塗佈來施加在該基板上。 如申清專利範圍第1 0項之方法，其中該陶瓷材料進一步 包含至少一種材料，其係由⑴週期表之IIA、IIIA、IVA 、VA、VIA、VIIA、VIIIA、IB、IIB、IIIB、IVB 及 VB 族之元素的氧化物、氮化物、硼化物、氟化物及碳化物 ’及（ii)週期表的锕系元素的氧化物、氮化物、硼化物、 氟化物及碳化物所構成的群組中選出。 一種製造如申請專利範圍第1項之半導體基板製程裝置 之元件之方法，其包含形成該元件做為一單石零件，其 基本上由陶瓷材料構成。 一種半導體基板製程裝置之元件，其包含： (a) 整個由一陶竟材料組成的一單石零件，其包含 氧化铪、氮化铪、硼化铪、碳化铪及氟化铪中的一種來 做為該陶瓷材料的一單一最大組成；或 (b) 複合零件’其包含一含金屬或聚合物基板，及 在該基板上該陶瓷材料之被覆，該被覆形成該元件暴露 至該裝置中之電漿或真空環境的一最外侧表面。 如申请專利範圍第19項之元件，其中該陶瓷材料基本上 由氧化铪構成。 如申請專利範圍第19項之元件，其中該陶瓷材料進一步 包含至少一種材料，其係由⑴週期表之IIA、IIIA、IVA 83656-960613 .doc 1299182 、VA、VIA、VIIA、VIIIA、IB、ΠΒ、ΙΙΙΒ、IVB 及 VB 族之兀素的氧化物、氮化物、硼化物、氟化物及碳化物 ’及（11)週期表的㈣系元素的氧化物、氮化物、刪化物、 氟化物及碳化物所構成的群組中選出。 22. 23. 24. 25. 26. 27. 如申請專利範圍第19項之元件，其中該複合零件進一步 包含： 在該基板上的至少一中間層；及 在該至少一中間層上的該陶瓷材料被覆。 如申請專利範圍第19項之元件，其係由一處理室壁、 -處理至襯墊、一氣體分佈板、一氣體環、一承座、 一介電窗、一靜電夾盤及一電漿聚焦環所構成的群組 中選出。 如申請專利範圍第19項之元件，其中該單石零件及該被 覆基本上由該陶瓷材料構成。 一種包含至少一個如申請專利範圍第19項之元件的半 導體基板製程裝置。 一種製造如申請專利範圍第19項之半導體基板製程裝 置的元件之方法，其包含： (a) 形成整個為該陶瓷材料的該單石零件；或 (b) 施加该陶瓷材料的被覆在該基板之上，使得該被 覆形成該複合零件暴露至該裝置中之電漿或真空環境 的袁外侧表面。 如申仴專利|已圍第26項之方法，#中該被覆之厚度由約 〇·001英吋到約0.050英吋。 83656-960613.doc -4- 1299182 28. 29. 30. 31. 32. 33. 如申請專利範圍第26項之方法，進一步包含： 施加至少一中間層在該基板上；及 施加該被覆在該至少一中間被覆上。 如申請專利範圍第28項的方法，其中： 該基板為一金屬化基板；及 該方法進一步包含至少一種以下步驟： 在施加該至少一中間層之前處理該基板，以增進在該 基板上該至少一中間層之黏結性；及 在施加該陶瓷材料之前處理該至少一中間層，以增進 在該至少一中間層上的該陶瓷材料之黏結性。 如申請專利範圍第26項的方法，其中： 該基板為一金屬化基板；及 該被覆藉由熱塗佈施加在該基板之上。 如申請專利範圍第26項之方法，其中該陶瓷材料進一步 包含至少一種材料，其係由⑴週期表之ΠΑ、ΠΙΑ、iVA 、VA、VIA、VIIA、VIIIA、IB、IIB、IIIB、IVB 及 VB 族之元素的氧化物、氮化物、硼化物、氟化物及碳化物 ’及（ii)週期表的婀系元素的氧化物、氮化物、硼化物、 氟化物及碳化物所構成的群組中選出。 如申請專利範圍第26項之方法，其中該元件係由一處理 室壁、一處理室襯墊、一氣體分佈板、一氣體環、一承 座、一介電窗、一靜電夾盤及一電漿聚焦環所構成的群 組中選出。 一種由如申請專利範圍第26項之方法所製造的一電漿 83656-960613.doc 1299182 ΒΒΒ^ΒΒ^Βί 34. 35. 36. 37. 38. 反應Is之元件。 二種製造-半導體基板製程裝置的元件之方法，其包 含· 預備—研衆，其包含由氧化給、氮化給、删化給、碳 化給、氟化給、氧化錄、氮化銷、爛化銷、碳化錄、氟 化鋰、氧化鑭、氮化鑭、硼化鑭、碳化鑭、敦化鑭、氧 化鏑、氮化鋼、硼化鋼、碳化鏑及_所構成的群組 中所選出的至少一陶瓷材料做為該研漿的一單一最大 組成； 由該研漿形成一綠結構；及 燒結该綠結構來形成該元件。 如申請專利範圍第34狀方法，其巾該研製包含氧化給 、氧化锶、氧化鑭及氧化鏑中的.一種做為該研漿的該單 一最大組成。 如申請專利範圍第34項之方法，其中該元件基本上由該 至少一種陶瓷材料構成。 如申請專利範圍第34項之方法，其中該元件包含氧化銓 做為該單一最大組成。 如申請專利範圍第34項之方法，其中該陶瓷材料進一步 包含至少一種材料，其係由⑴週期表之ΠΑ、ΙΠΑ、iVA 、VA、VIA、VIIA、VIIIA、IB、IIB、IIIB、IVB 及 VB 族之元素的氧化物、氮化物、侧化物、氟化物及碳化物 ’及（ii)週期表的婀系元素的氧化物、氮化物、硼化物、 氟化物及碳化物所構成的群組中選出。 83656-960613.doc -6- 1299182 39·如申請專利範圍第34項之方法，其中該元件係由〜卢 至壁、一處理室襯塾、一氣體分佈板、一氣體環、〜硬 座、一介電窗、一靜電夾盤及一電漿聚焦環所構成承 組中選出。 群 40· —種由如申請專利範圍第34項之方法所製造的—電漿 蝕刻反應器之元件。 41· 一種半導體基板製程裝置的元件，其包含至少一部份之 陶瓷材料，該部份形成該元件暴露至該裝置中之電漿或 真空環境的最外側表面，且該陶瓷材料基本上由一選自 由氮化姶、硼化铪、碳化铪及氟化铪所組成之群之材料 所組成。 42·如申請專利範圍第41項之元件，其中該元件包含一基板 且該陶瓷材料為在該基板上之被覆。 83656-960613.doc 7-