TWI683921B - 用於高溫處理的腔室襯墊 - Google Patents

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Abstract

於此揭露的實施例一般相關於用於在處理腔室中高溫處理基板的腔室襯墊。處理腔室利用惰性底部沖洗流動以屏蔽基板支撐件隔離鹵素反應物，使得基板支撐件可被加熱至大於約攝氏650度的溫度。腔室襯墊控制流動分佈曲線，使得沉積期間，底部沖洗流動限制反應物及副產物在基板支撐件下方沉積。在清理處理期間，底部沖洗流動限制鹵素反應物接觸基板支撐件。因而，腔室襯墊包含錐狀內表面，具有向內的角度以引導沖洗氣體環繞基板支撐件的邊緣及減低在基板支撐件下方及邊緣上的沉積。

Description

用於高溫處理的腔室襯墊
於此描述之實施例一般相關於用於半導體處理腔室的腔室襯墊及具有腔室襯墊的半導體處理腔室。更特定地，於此揭露的實施例相關於用於處理溫度大於約攝氏650度同時屏蔽腔室部件免於鹵素損壞的腔室襯墊。
在積體電路製造中，使用沉積處理以沉積多種材料薄膜於半導體基板上，例如化學氣相沉積(CVD)或電漿增強CVD處理。可在封閉的處理腔室中進行該等沉積。在該等沉積中使用的處理氣體在基板上沉積薄膜，但亦可在處理腔室的內壁及其他部件上沉積殘留物。該殘留物隨著在腔室中處理更多基板而建立，且導致產生顆粒及其他汙染。該等顆粒及污染可導致基板上所沉積薄膜的分解，而造成產品品質問題。必須週期性地清理處理腔室以移除腔室部件上的沉積殘留物。
可在腔室中設置腔室襯墊以將處理區域界定於腔室內相對於基板之所需位置中。腔室襯墊可經配置以助於將電漿侷限在處理區域且幫忙防止腔室中的其他部件被沉積材料(例如上述之殘留物)汙染。可在基板支撐件上方供應處理氣體。可自基板支撐件下方提供沖洗氣體 以防止處理氣體到達腔室底部處的區塊且造成殘留物於基板支撐件下方的區塊中的沉積。可使用共用排氣裝置自處理腔室移除處理氣體及沖洗氣體，設置該共用排氣裝置遠離處理區塊(例如，繞著處理腔室的外周邊)，以防止處理區塊中沖洗氣體與處理氣體的混合。使用上述安置，顆粒形成可發生於基板上方的處理區塊中，且造成處理腔室中製作的產品中的缺陷。
此外，對於矽類的沉積而言，基板處理溫度一般是選在約攝氏400度及約攝氏480度之間，這是由於高溫部件上鹵素清理的劇烈侵蝕及腐蝕所致。因而，由於製造上及可靠度上的考量而通常犧牲最佳的膜品質。
因此，存在有用於處理腔室的改良襯墊之需求，以防止顆粒形成及/或允許明顯較高的基板處理溫度，同時屏蔽敏感的部件免於鹵素損壞。
於此揭露的實施例一般相關於使用以最佳化電漿處理腔室中的流動分佈曲線之腔室襯墊。於此揭露的腔室襯墊可允許在處理腔室中高溫處理基板。處理腔室利用惰性底部沖洗流動以屏蔽基板支撐件隔離鹵素反應物，使得基板支撐件可被加熱至大於約攝氏650度的溫度。腔室襯墊控制流動分佈曲線，使得沉積期間底部沖洗流動限制反應物及副產物在基板支撐件下方沉積。在清理處理期間，底部沖洗流動限制鹵素反應物接觸基板支撐件。因而，腔室襯墊包含錐狀內表面，具有向內的角度， 以引導沖洗氣體繞著基板支撐件的邊緣及減低基板支撐件下方及基板邊緣上的沉積。
在一個實施例中，揭露腔室襯墊。腔室襯墊包含：一環狀底部部分，該環狀底部部分界定在該環狀底部部分中的一中央區域中的一開口；及一側壁部分，該側壁部分自該環狀底部部分延伸。該側壁部分具有：一第一內表面、一第二內表面、及連接該第一內表面及該第二內表面的一錐狀內表面。該第一內表面相鄰於該環狀底部部分且具有一第一直徑。該第二內表面具有一第二直徑。該第二直徑小於該第一直徑。該錐狀內表面在該第一內表面及該第二內表面之間延伸且具有自該第一內表面向內至該第二內表面的角度。
在另一實施例中，揭露腔室襯墊。腔室襯墊包含：一環狀底部部分，該環狀底部部分界定在該環狀底部部分中的一中央區域中的一開口；及一側壁部分，該側壁部分自該環狀底部部分延伸。該側壁部分具有：一第一內表面、一第二內表面、及一錐狀內表面。該第一內表面相鄰於該環狀底部部分且具有一第一直徑。該第二內表面具有一第二直徑。該第二直徑小於該第一直徑。該錐狀內表面在該第一內表面及該第二內表面之間延伸。此外，該錐狀內表面具有以相對於一水平面約30度及約75度之間的一角度自該第一內表面向內至該第二內表面的角度，該水平面由該環狀底部部分界定。
在另一實施例中，揭露處理腔室。該處理腔室包含：一腔室主體，該腔室主體界定一處理容積；一基板支撐件，該基板支撐件設置於該處理容積中；及一襯墊，該襯墊設置於該處理容積中相鄰於該基板支撐件。該襯墊包含：一環狀底部部分，該環狀底部部分界定在該環狀底部部分中的一中央區域中的一開口；及一側壁部分，該側壁部分自該環狀底部部分延伸。該側壁部分具有：一第一內表面、一第二內表面、及一錐狀內表面。該第一內表面相鄰於該環狀底部部分且具有一第一直徑。該第二內表面具有一第二直徑。該第二直徑小於該第一直徑。該錐狀內表面在該第一內表面及該第二內表面之間延伸且具有自該第一內表面向內至該第二內表面的角度。
50‧‧‧基板
100‧‧‧處理腔室
102‧‧‧腔室主體
104‧‧‧側壁
108‧‧‧蓋
109‧‧‧處理容積
110‧‧‧內部容積
111‧‧‧處理氣體來源
112‧‧‧氣體分佈平板
113‧‧‧沖洗氣體來源
114‧‧‧沖洗氣體線
115‧‧‧升降機構
116‧‧‧波紋管
117‧‧‧升起位置
118‧‧‧下降位置
119‧‧‧沖洗氣體入口
120‧‧‧基板支撐件
121‧‧‧支撐軸件
122‧‧‧基板支撐表面
124‧‧‧底部表面
126‧‧‧外表面
130‧‧‧腔室襯墊
136‧‧‧環狀底部部分
138‧‧‧側壁部分
139‧‧‧開口
140‧‧‧中央區域
160‧‧‧第一內表面
162‧‧‧第二內表面
164‧‧‧錐狀內表面
166‧‧‧凹口
168‧‧‧第一外表面
170‧‧‧第二外表面
181‧‧‧第一空隙
於是可以詳細理解本揭示案上述特徵中的方式，可藉由參考實施例而具有本揭示案的更特定描述(簡短總結如上)，其中一些圖示於所附圖式中。然而，注意所附圖式僅圖示本揭示案典型的實施例，因此不考慮限制其範圍，因為本揭示案可允許其他等效實施例。
第1A圖為根據本揭示案的一個實施例的處理腔室的側面截面視圖，包含在升起位置中繞著基板支撐件設置的腔室襯墊。
第1B圖為根據本揭示案的一個實施例的處理腔室的側面截面視圖，包含在下降位置中繞著基板支撐件設置的腔室襯墊。
第2A圖為根據本揭示案的一個實施例的腔室襯墊的橫截面側面視圖。
第2B圖為根據本揭示案的另一實施例的腔室襯墊的部分的放大橫截面側面截面視圖。
為了便於理解，儘可能使用相同元件符號，以標示圖式中常見的相同元件。思量揭露於一個實施例中的元件可有利地使用於其他實施例，而無須特定敘述。
於此揭露的實施例一般相關於用於在處理腔室中高溫處理基板的腔室襯墊。處理腔室利用惰性底部沖洗流動以屏蔽基板支撐件隔離鹵素反應物，使得基板支撐件可被加熱至大於約攝氏650度的溫度。腔室襯墊控制流動分佈曲線，使得沉積期間底部沖洗流動限制反應物及副產物在基板支撐件下方沉積。在清理處理期間，底部沖洗流動限制鹵素反應物接觸基板支撐件。因而，腔室襯墊包含錐狀內表面，具有向內的角度，以引導沖洗氣體繞著基板支撐件的邊緣及減低基板支撐件下方及邊緣上的沉積。
第1A圖為根據本揭示案的一個實施例的處理腔室100的側面截面視圖，包含在升起位置117中繞著基板支撐件120設置的腔室襯墊130。第1B圖為根據本揭示案的一個實施例的處理腔室100的側面截面視圖，包含在下降位置118中繞著基板支撐件120設置的腔室襯墊130。第1A及1B圖的截面視圖以及下方展示的第2A及2B圖為橫截面視圖，所以為了清晰目的，圖式中未展示 圖式後面的部分或穿過圖式平面的其他深度處的圖式。例如，第1A圖可進一步包含處理套件的額外部分，然而，省略某些部分以便不弄亂圖式且使得下方論述的處理氣體及沖洗氣體的氣體流動更易於理解。
腔室襯墊130經配置以減低在腔室部件上的顆粒沉積且防止沖洗氣體進入基板支撐件120上方的處理容積109，而優勢地減低缺陷且增加服務區間。腔室襯墊130控制沖洗氣體的流動分佈曲線，使得沉積期間，底部沖洗流動限制反應物及/或副產物在基板支撐件120下方沉積。僅藉由範例的方式，沖洗氣體可包含惰性氣體及/或O2，諸如此類。
處理腔室100包含腔室主體102，具有一個或更多個側壁104、底部106、及設置於側壁104上的蓋108。側壁104、底部106、及蓋108界定處理腔室100的內部容積110。處理腔室100包含氣體分佈平板112及基板支撐件120。在升起位置117中的基板支撐件120(第1A圖)及氣體分佈平板112之間的區域由處理容積109界定。氣體分佈平板112供應來自處理氣體來源111至處理容積109的處理氣體。處理腔室100可為電漿腔室，例如包含電漿來源(例如，具有RF熱氣體分佈平板的電容性耦合電漿腔室)的腔室或連接至遠端電漿來源(RPS)的腔室。
基板支撐件120設置於內部容積110中。基板支撐件120可由陶瓷材料形成，例如氮化鋁。基板支撐件 120可包含靜電夾具、陶瓷主體、加熱器、真空夾具、乘載器、或上述部件之組合。基板支撐件120具有基板支撐表面122，基板支撐表面122在處理期間接收及支撐基板50。在清理處理期間，基板支撐件120的基板支撐表面122可接收覆蓋基板，以保護下方的基板支撐件120。在一些實施例中，該覆蓋基板可包括抗鹵素材料。基板支撐件120耦合至支撐軸件121，支撐軸件121耦合至處理腔室100的底部106下方的升降機構115。波紋管116可繞著處理腔室之底部106下方的支撐軸件121的部分來設置，以隔絕支撐軸件121與外部環境。升降機構115經配置以在升起位置117(見第1A圖)及下降位置118(見第1B圖)之間移動基板支撐件120。可放置基板支撐件120於升起位置117中以處理基板50。在下降位置118中，可使用機械手或其他傳輸機構以放置基板50於處理腔室100中，例如放置基板50於在基板支撐件120上方延伸的升降銷(未展示)上。
基板支撐件120進一步包含底部表面124及外表面126。在一些實施例中，基板支撐件120的外表面可具有角度。具有角度的外表面可自底部表面124向外延伸至外表面126。
可在處理期間或清理處理腔室100期間供應沖洗氣體至處理腔室100。可自沖洗氣體來源113經由沖洗氣體線114供應沖洗氣體。在一些實施例中，沖洗氣體線114可經由波紋管116耦合至處理腔室100，以便在基 板支撐件120藉由升降機構115的移動期間維持波紋管中的正向壓力。沖洗氣體可為氧氣、或惰性氣體，例如氮或氬。沖洗氣體幫助防止來自氣體分佈平板112的處理氣體進入基板支撐件120下方的內部容積110的部分及沉積於基板支撐件120下方的任何部件上。防止基板支撐件120下方的處理氣體避免了基板支撐件120下方不必要的部件清理。因此，使用沖洗氣體減低整體清理時間且增加處理腔室100的生產率。
腔室襯墊130設置相鄰於處理容積109內的基板支撐件120。在一些實施例中，腔室襯墊130可環繞基板支撐件120及支撐軸件121。腔室襯墊130可設置於基板支撐件120及側壁104之間。腔室襯墊130保護處理腔室100的側壁104在處理及清理處理腔室100期間免於賦能氣體。腔室襯墊130包含環狀底部部分136、側壁部分138。環狀底部部分136界定中央區域140中的開口139，經由該開口，沖洗氣體入口119可允許沖洗氣體向上流動穿過第一空隙181。側壁部分138自環狀底部部分136向外延伸。如第1A及1B圖中所展示，側壁部分138自環狀底部部分136徑向向外延伸朝向基板支撐件120。腔室襯墊130可由不與氟反應的材料形成。在一些實施例中，腔室襯墊130可包括石英材料、Al2O3材料、陶瓷塗覆鋁材料、不鏽鋼材料、或上述材料之組合及混合物。在一些實施例中，腔室襯墊130可形成連續表面，環繞(亦即，360度)至少部分的基板支撐件120及/或至少 部分的支撐軸件121。在其他實施例中，腔室襯墊130的部分之間可存在一個或更多個空隙以容納其他部件，但腔室襯墊130仍可實質環繞基板支撐件120及支撐軸件121。
第2A圖為根據本揭示案的一個實施例的腔室襯墊130的側面截面視圖。第2B圖為腔室襯墊130的部分的放大截面側面截面視圖，允許展示腔室襯墊130的進一步細節。
如所展示，腔室襯墊130的側壁部分138包含第一內表面160及第二內表面162。第一內表面160相鄰於環狀底部部分136。第一內表面160及第二內表面162可相對於由環狀底部部分136所界定的水平面為實質垂直。
第一內表面160具有第一直徑D1，如第2A圖中所展示。第二內表面162具有第二直徑D2，亦如第2A圖中所展示。第二直徑D2小於第一直徑D1。例如，在一些實施例中，第一直徑D1可為約13.3吋及約14.0吋之間，例如約13.5吋，同時第二直徑D2可為約12.0吋及約13.29吋之間，例如約13.1吋。側壁部分138進一步包含錐狀內表面164。錐狀內表面164在第一內表面160及第二內表面162之間延伸。錐狀內表面164具有自第一內表面160向內至第二內表面162的角度。在一些實施例中，錐狀內表面164以角度A定向。角度A可為自水平面(例如，X-Y平面)由約20度至約80度的範圍，例如自水 平面由約40度至約75度。在一些實施例中，水平面可由環狀底部部分136界定。錐狀內表面164的直徑可自第一內表面160逐漸減低至第二內表面162。
側壁部分138進一步包含第一外表面168及第二外表面170。第一外表面168包括設置於第一外表面168中的凹口166。在一些實施例中，第二外表面170可具有角度，且第二外表面170可具有向內朝向中央區域140中的開口139的角度。在一些實施例中，第二外表面具有以相對於由環狀底部部分136界定的水平面約20度及約80度之間的角度B向內的角度(例如，約30度及約65度之間，例如約38度)。在其他實施例中，第二外表面170可具有實質平行於側壁部分138的錐狀內表面164的角度。
本揭示案的利益包含屏蔽敏感性部件免於鹵素損壞，使得可使用大於攝氏650度的處理溫度，因而增加且改良膜品質及屬性。
當利用測試基板以屏蔽基板支撐件直到達到基板支撐件的邊緣時，執行測試且結果指示在基板邊緣處或附近大約減低70%的NF3類別。進一步的測試指示：在約攝氏480度的處理溫度下，清理之間可處理大約5000至10000個基板，而在約攝氏550度的處理溫度下，清理之間可處理大約2000個基板。此外，在約攝氏650度的處理溫度下，清理之間可處理大約100個基板。
總而言之，於此揭露的實施例相關於用於在處理腔室中高溫處理基板的腔室襯墊。處理腔室利用惰性底部沖洗流動以屏蔽基板支撐件隔離鹵素反應物，使得基板支撐件可被加熱至大於約攝氏650度的溫度。腔室襯墊控制流動分佈曲線，使得沉積期間，底部沖洗流動限制反應物及副產物在基板支撐件下方沉積。在清理處理期間，底部沖洗流動限制鹵素反應物接觸基板支撐件。因而，腔室襯墊包含錐狀內表面，具有向內的角度以引導沖洗氣體環繞基板支撐件的邊緣及減低在基板支撐件下方及邊緣上的沉積。
前述係本揭示案的實施例，可修改本揭示案的其他及進一步的實施例而不遠離其基本範圍，且該範圍由隨後的申請專利範圍所決定。
50‧‧‧基板
100‧‧‧處理腔室
102‧‧‧腔室主體
104‧‧‧側壁
108‧‧‧蓋
109‧‧‧處理容積
110‧‧‧內部容積
111‧‧‧處理氣體來源
112‧‧‧氣體分佈平板
113‧‧‧沖洗氣體來源
114‧‧‧沖洗氣體線
115‧‧‧升降機構
116‧‧‧波紋管
117‧‧‧升起位置
119‧‧‧沖洗氣體入口
120‧‧‧基板支撐件
121‧‧‧支撐軸件
122‧‧‧基板支撐表面
124‧‧‧底部表面
126‧‧‧外表面
130‧‧‧腔室襯墊
136‧‧‧環狀底部部分
138‧‧‧側壁部分
139‧‧‧開口
140‧‧‧中央區域
181‧‧‧第一空隙

Claims (19)

  1. 一種腔室襯墊，包括：一環狀底部部分，該環狀底部部分配置成在位於一處理腔室中的一基板支撐件下方延伸且在該基板支撐件下方界定在該環狀底部部分中的一中央區域中的一開口；及一側壁部分，該側壁部分自該環狀底部部分延伸，該側壁部分具有：一第一側壁部分，相鄰於該環狀底部部分且具有一第一外徑；一第二側壁部分，具有一第二外徑，其中該第二外徑大於該第一外徑；一第一內表面，該第一內表面相鄰於該環狀底部部分且具有一第一內徑；一第二內表面，配置成界定一處理區域，該處理區域於處理期間設置在該基板支撐件上方，該第二內表面具有一第二內徑，其中該第二內徑小於該第一內徑；及一錐狀內表面，該錐狀內表面在該第一內表面及該第二內表面之間延伸，其中該錐狀內表面呈自該第一內表面向內至該第二內表面的角度。
  2. 如請求項1所述之腔室襯墊，其中該環狀底 部部分及該側壁部分進一步包括一石英材料、一Al2O3材料、一陶瓷塗覆鋁材料、一不鏽鋼材料、或上述材料之組合及混合物。
  3. 如請求項1所述之腔室襯墊，其中該側壁部分進一步包括一第一外表面，該第一外表面具有一凹口，該凹口設置於該第一外表面內。
  4. 如請求項1所述之腔室襯墊，其中該側壁部分進一步包括一第一外表面及一第二外表面，其中該第二外表面界定該側壁部分的一頂部表面，其中該側壁部分的該頂部表面呈一角度且從該第二內表面延伸至該第一外表面。
  5. 如請求項4所述之腔室襯墊，其中該第二外表面呈從該第一外表面向內至該第二內表面的角度。
  6. 如請求項5所述之腔室襯墊，其中該第二外表面相對於一水平面向內呈一角度，該角度介於約30度及約75度之間，該水平面由該環狀底部部分界定。
  7. 如請求項4所述之腔室襯墊，其中該第二外角度呈平行於該側壁部分的該錐狀內表面的角度。
  8. 如請求項1所述之腔室襯墊，其中該第一內表面及該第二內表面相對於一水平面實質垂直，該水平面由該環狀底部部分界定。
  9. 一種腔室襯墊，包括： 一環狀底部部分，該環狀底部部分界定在該環狀底部部分中的一中央區域中的一開口；及一側壁部分，該側壁部分自該環狀底部部分延伸，該側壁部分具有：一第一內表面，該第一內表面相鄰於該環狀底部部分且具有一第一直徑；一第二內表面，該第二內表面具有一第二直徑，其中該第二直徑小於該第一直徑；一錐狀內表面，該錐狀內表面在該第一內表面及該第二內表面之間延伸，其中該錐狀內表面從該第一內表面向內至該第二內表面相對於一水平面呈一角度，該角度介於約45度及約75度之間，該水平面由該環狀底部部分界定；及一第一外表面與一第二外表面，該第二外表面界定該側壁部分的一頂部表面，其中該側壁部分的該頂部表面呈一角度且從該第二內表面延伸至該第一外表面。
  10. 如請求項9所述之腔室襯墊，其中該環狀底部部分及該側壁部分進一步包括一石英材料、一Al2O3材料、一陶瓷塗覆鋁材料、一不鏽鋼材料、或上述材料之組合及混合物。
  11. 如請求項9所述之腔室襯墊，其中該側壁 部分進一步包括一凹口，該凹口設置於該第一外表面內。
  12. 如請求項9所述之腔室襯墊，其中該第二外表面呈從該第二內表面向下至該第一外表面的角度。
  13. 如請求項12所述之腔室襯墊，其中該第二外表面從該第二內表面向下至該第一外表面相對於一水平面呈一角度，該角度介於約30度及約75度之間，該水平面由該環狀底部部分界定。
  14. 如請求項12所述之腔室襯墊，其中該第二外表面呈平行於該側壁部分的該錐狀內表面的角度。
  15. 如請求項12所述之腔室襯墊，其中該第一內表面及該第二內表面相對於一水平面實質垂直，該水平面由該環狀底部部分界定。
  16. 一種處理腔室，包括：一腔室主體，該腔室主體界定一處理容積；一基板支撐件，該基板支撐件設置於該處理容積中，該基板支撐件具有一支撐軸件，該支撐軸件設置成穿過該腔室主體之一底壁中的一開口；及一襯墊，該襯墊設置於該處理容積中相鄰於該基板支撐件，該襯墊包括：一環狀底部部分，該環狀底部部分界定在該環狀 底部部分中的一中央區域中的一開口；及一側壁部分，該側壁部分自該環狀底部部分延伸，該側壁部分具有：一第一內表面，該第一內表面相鄰於該環狀底部部分且具有一第一直徑；一第二內表面，該第二內表面具有一第二直徑，其中該第二直徑小於該第一直徑；一錐狀內表面，該錐狀內表面在該第一內表面及該第二內表面之間延伸，其中該錐狀內表面呈自該第一內表面向內至該第二內表面的角度；及一第一外表面與一第二外表面，該第二外表面界定該側壁部分的一頂部表面，其中該側壁部分的該頂部表面呈一角度且從該第二內表面延伸至該第一外表面。
  17. 如請求項16所述之處理腔室，其中該環狀底部部分及該側壁部分進一步包括一石英材料、一Al2O3材料、一陶瓷塗覆鋁材料、一不鏽鋼材料、或上述材料之組合及混合物。
  18. 如請求項16所述之處理腔室，其中該錐狀內表面相對於一水平面向內呈一角度，該角度介於約45度及約75度之間，該水平面由該環狀底部部分界定。
  19. 如請求項16所述之處理腔室，其中該第二外表面呈從該第二內表面向下至該第一外表面的角度。
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