TWI838423B - 部件，製造部件的方法，及清潔部件的方法 - Google Patents
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Abstract
本案提供了一種部件、一種製造部件的方法、以及一種清潔部件的方法。部件包括在部件內的氣體流動系統，其中氣體流動系統流體地耦接一或多個入口孔和一或多個出口孔。部件的製造產生在環的主體中產生的弧形凹槽和周向凹槽。部件經受一或多個清潔操作，包括沖洗、烘烤或淨化操作。清潔操作去除在部件中或部件上的碎屑或顆粒，其中碎屑或顆粒可能是在部件的製造期間、或在半導體處理系統中使用部件期間引起的。
Description
本申請案主張2018年12月7日提交的美國臨時專利申請案第62/776,986號、2019年2月7日提交的美國臨時專利申請案第62/802,562號、以及2019年5月17日提交的美國臨時專利申請案第62/849,699號的優先權權益，以上申請案中的每個的全部內容以引用的方式併入本文。
本發明的實施方式涉及一種部件，並且更具體地，涉及一種處理腔室部件的方法、一種製造處理腔室部件的方法、以及一種清潔處理腔室部件的方法。
基板處理典型地涉及在基板上形成一或多個層。一般而言，基板(例如，矽晶圓)放置在半導體處理反應器中的底座上。將製程氣體引入半導體處理反應器中，並且由製程氣體在基板上形成層。為了確保基板上形成的層的特性的均勻性，重要的是，每個形成的層在整個基板上(例如，在厚度上)是均勻的。為了提高形成的層的均勻性，通常使放置有基板的底座在半導體處理腔室內旋轉。
一般，氣體輸送系統位於半導體處理腔室中的基板上方，並且由氣體輸送裝置(例如，噴頭)噴射的製程氣體以均勻的方式下降到基板的表面上。氣體輸送系統一般含有各種通道，製程氣體透過這些通道流動，從氣體噴射器開始，並且在多個噴射閥結束。
為了維持沉積均勻地覆蓋在下方的基板上，處理系統中的部件必須保持沒有碎屑，並且因此部件需要經常清潔。在當前技術中製造和清潔部件的一個缺點是通常在正常使用處理腔室時因使製程氣體流動而形成碎屑。在部件上或部件中形成的碎屑或殘餘物妨礙這些部件的正常運行。例如，碎屑可能在氣體輸送裝置(諸如環或噴頭)的通道中形成，這造成了由氣體輸送系統輸送的氣體的不均勻的流動，進而引起在基板上的材料的不均勻的生長。此外，可能在部件本身的製造期間產生碎屑，從而導致部件在第一次使用時發生故障。
因此，本領域中需要的是無碎屑的半導體處理部件、防止殘餘物或碎屑堆積的製造部件的方法、以及有效地去除碎屑或殘餘物的清潔部件的方法。
在一個實施方式中，提供了一種環，包括：主體；氣體流動系統，設置在主體內。氣體流動系統包括：弧形凹槽；周向凹槽；一或多個內部通道，將周向凹槽流體地耦接到弧形凹槽；以及多個噴嘴區域，其中此些噴嘴區域設置在主體的內表面處，並且各自透過噴嘴通道流體地耦接到周向凹槽。周向凹槽具有比弧形凹槽的半徑小的半徑。
在另一個實施方式中，提供了一種用於製造環的方法，包括以下步驟：在環的主體中形成氣體流動系統，氣體流動系統包括：弧形凹槽；周向凹槽；一或多個內部通道，將周向凹槽流體地耦接到弧形凹槽；以及多個噴嘴區域，其中多個噴嘴區域設置在主體的內表面處，並且各自透過噴嘴通道流體地耦接到周向凹槽，並且周向凹槽具有比弧形凹槽的半徑小的半徑；以及沉積周向凹槽塗層和弧形凹槽塗層，其中周向凹槽塗層設置在周向凹槽的至少一部分上方，並且弧形凹槽塗層設置在弧形凹槽的至少一部分上方。
在另一個實施方式中，提供了一種清潔部件的方法，包括以下步驟：在第一沖洗時間內用第一沖洗化學物沖洗部件，部件具有：在部件中的一或多個入口孔、在部件中的一或多個出口孔、以及在部件內的氣體流動系統，其中氣體流動系統流體地耦接一或多個入口孔和一或多個出口孔，第一沖洗化學物以第一沖洗壓力輸送，第一沖洗化學物透過氣體流動系統、以及透過一或多個出口孔輸送到一或多個入口孔中；在第一淨化時間內用第一淨化氣體淨化部件，第一淨化氣體以第一淨化壓力輸送，第一淨化氣體透過氣體流動系統、以及透過一或多個出口孔輸送到一或多個入口孔中；以及用第二沖洗化學物沖洗部件，同時在第二沖洗時間內將部件加熱到沖洗溫度，其中第二沖洗化學物包括去離子水，並且其中沖洗部件的步驟包括使部件暴露於超音波振動的步驟。
氣體輸送環包括弧形凹槽和周向凹槽。每個凹槽都被塗覆，並且這個塗層可以防止環的主體與製程氣體之間發生不希望的反應，從而防止形成可能部分地或完全地阻塞弧形凹槽或周向凹槽的不希望的碎屑或殘餘物，碎屑或殘餘物會使製程氣體不均勻地流動，從而導致在基板上的不均勻的生長。清潔操作使用化學物、超音波、淨化氣體和高溫的結合，以有效地從部件的外部和內部去除不同組分的殘餘物。多個清潔操作的組合和相繼進行改進部件的清潔並去除不希望的殘餘物和顆粒。
本文提供的本揭示案的實施方式包括氣體輸送環、製造氣體輸送環的方法、以及清潔部件的製程。在一些實施方式中，氣體輸送環含有多個通道，使得製程氣體可以流過這些通道並輸送到基板。通道塗覆有材料，這有助於防止在製造製程期間在通道中不希望地形成殘餘物或碎屑，殘餘物或碎屑將產生顆粒並妨礙或限制製程氣體流過通道。在一些實施方式中，部件遭受一或多個清潔操作。清潔操作包括沖洗、蝕刻、烘烤和淨化操作。操作一致地去除在部件的表面上或在部件的內部部分中的不希望的顆粒和殘餘物，顆粒和殘餘物可能干擾部件的正常運行。本文提供的本揭示案的實施方式可以尤其有用於但不限於改進在半導體處理系統中氣體輸送環的氣體流動能力。
如本文所使用，術語「約」是指相對於標稱值的+/-10%變化。應當理解，這種變化可包括在本文提供的任何值中。製造部件
圖1A示出了根據一個實施方式的氣體輸送環100的頂視圖。圖1B示出了根據一個實施方式的使用圖1A中示出的剖切線1B-1B的環100的一部分的示意性側剖視圖。圖1C示出了根據一個實施方式的圖1A中示出的環100的一部分的示意性頂剖視圖，圖1C是透過使用穿過噴嘴通道111中的兩個或更多個噴嘴通道的豎直中心(Z方向中心)的X-Y剖切平面剖切環100而形成的。如圖1A所示，環100包括主體102和氣體流動系統103。氣體流動系統103包括各種通道和凹槽，這些通道和凹槽將製程氣體132輸送到環100的中心，在環100的中心在設置有環的基板處理腔室(未示出)中進行處理期間可以設置基板190。環100可由金屬或陶瓷材料製成。根據一個實施方式，環100由不銹鋼或石英製成。根據一個實施方式，環100包括鋁(Al)。根據一個實施方式，環100由6061鋁合金製成。
在基板處理腔室(未示出)中進行處理期間，基板190設置在環的中心中。在一些實施方式中，基板190是裸矽或鍺晶圓。在另一個實施方式中，基板190還包括薄膜。基板190可以是光罩、半導體晶圓、或電子元件製造領域的普通技術人員已知的其他工件。根據一些實施方式，基板190包括用於製造積體電路、無源微電子元件(例如，電容器、電感器)以及有源微電子元件(例如，電晶體、光電檢測器、雷射器、二極體)中的任一種的任何材料。根據一個實施方式，基板190包括絕緣(例如，介電)材料，這種絕緣材料將此類有源微電子元件和無源微電子元件與形成在這些微電子元件上的一或多個導電層分開。
環100將製程氣體132的流輸送到基板190的表面。來自環的噴嘴區域110(圖1C)的製程氣體132的流可以在徑向方向上，如圖1A所示，或在相對於環100的內徑171的半徑成一定角度的方向上。根據一個實施方式，製程氣體132包括一或多種化學物以使用化學氣相沉積(chemical vapor deposition; CVD)在基板190上沉積薄膜。根據一個實施方式，製程氣體包括氨(NH3
)或氮氣(N2
)。根據一個實施方式，製程氣體132包括一或多種化學物以使用原子層沉積(atomic layer deposition; ALD)在基板190上沉積薄膜。根據一個實施方式，製程氣體132包括一或多種化學物以處理在基板190上生長的薄膜。基板190在環100的中心的定位提供製程氣體132在基板表面上的期望流動，諸如製程氣體132在基板表面上的均勻流動。
如圖所示，氣體流動系統103包括進氣口131、弧形凹槽105、周向凹槽101、一或多個內部通道130(圖1B)、多個噴嘴通道111(圖1B至圖1D)、多個噴嘴區域110(圖1B至圖1D)、以及外部通道112(圖1G)。弧形凹槽105穿過環的頂側140(圖1B)形成在環100的主體102中，並且沒有完全地穿透環的底側141。弧形凹槽105沒有完全地環繞環100的圓周，即，弧形凹槽沒有形成完整360°路徑。周向凹槽101穿過環的頂側140形成在環100的主體102中，並且沒有完全地穿透環的底側141。在一些實施方式中，周向凹槽101是形成在環100內的完整圓形凹槽，即，周向凹槽形成完整360°路徑。在一些實施方式中，周向凹槽101的半徑小於弧形凹槽105的半徑。進氣口131可位於環100的頂側140上，並且進氣口131被配置為與弧形凹槽105形成流體連接。因此，從氣體輸送系統(未示出)輸送並通過進氣口131的製程氣體132被輸送到弧形凹槽105中。
參考圖1C，在一些實施方式中，多個噴嘴通道111徑向地設置在整個主體102上。形成在環100的內徑171處的內表面包括多個噴嘴區域110。噴嘴區域110透過噴嘴通道111與周向凹槽101流體地連接。噴嘴區域110允許製程氣體132通到環的中心，其中在基板190的處理期間使基板190暴露於製程氣體。在一些實施方式中，噴嘴區域110圍繞環100的內表面間隔，使得實現製程氣體132的通過噴嘴區域的均勻分佈。
參考圖1B，在一些實施方式中，多個內部通道130徑向地設置在整個主體102上。在圖1B中示出的環100的部分中，內部通道130將弧形凹槽105和周向凹槽101流體地連接。弧形凹槽105和周向凹槽101的橫截面可具有各種形狀。根據一個實施方式，弧形凹槽105和周向凹槽101的橫截面是矩形槽。根據一個實施方式，弧形凹槽105和周向凹槽101的橫截面具有一或多個台肩139。台肩139防止在用於形成環100的製造製程期間不希望的材料掉入弧形凹槽105的底部或周向凹槽101的底部，使得不希望的材料不在使用期間塞住內部通道130或噴嘴通道111。由於在處理期間製程氣體132向基板190的不均勻的流動，部分地或完全地阻塞的噴嘴通道111引起問題。根據一個實施方式，不希望的材料包括鋁(Al)、氟(F)或兩者，諸如氟化鋁(AlF3
)。根據一個實施方式，不希望的材料包括從主體102或氣體供應(未示出)提供的釺焊材料或合金。根據一個實施方式，不希望的材料包括在環100的製造期間產生的副產物，諸如金屬碎片。氣流路徑由弧形凹槽105、一或多個內部通道130、周向凹槽101、噴嘴通道111以及噴嘴區域110形成，使得可經由氣體流動系統103將弧形凹槽內的氣體輸送到噴嘴區域。
在環100的製造期間可能形成不希望的碎屑。例如，若環包括金屬，則可在氣體流動系統103的形成期間(諸如在焊接和/或加工製程期間)產生金屬顆粒，並且碎屑可部分地或完全地阻塞製程氣體132流過氣體流動系統。分開地，根據主體102的組成，裸弧形凹槽105和裸周向凹槽101通常與製程氣體132不期望地發生反應，從而造成在凹槽中不期望地形成碎屑或殘餘物。例如，主體102可以包括金屬，所述金屬與製程氣體132反應以產生反應副產物，所述反應副產物形成從主體102剝落的碎屑或殘餘物。此碎屑或殘餘物可能部分地或完全地阻塞弧形凹槽105或周向凹槽101，這造成製程氣體132的不均勻的流動，從而造成製程氣體的不均勻的流動，這可能導致當在CVD製程中使用時在基板190上的不均勻的生長。
因此，在一些實施方式中，弧形凹槽105還包括弧形凹槽塗層126。弧形凹槽塗層126至少設置在弧形凹槽105的一部分上方。弧形凹槽塗層126保護弧形凹槽105免於與製程氣體132的不希望的化學反應。根據一些實施方式，製程氣體包括三氟化氮(NF3
)、氟氣(F2
)、矽烷(SiH4
)、氯氣(Cl2
)、氨(NH3
)、氬氣(Ar)或以上項的混合。弧形凹槽塗層126還防止下面的主體102材料的腐蝕，從而提高環100的壽命。弧形凹槽塗層126可以包括鎳(Ni)、Teflon™、聚四氟乙烯或其他期望的塗層，以有助於保護下面的主體102免於腐蝕。根據一個實施方式，透過電鍍或化學鍍技術來沉積弧形凹槽塗層126。根據一個實施方式，弧形凹槽塗層126是主體102的材料的陽極化層。根據一個實施方式，主體102包括鋁(Al)，並且弧形凹槽塗層126包括鋁(Al)和氧(O)。
弧形凹槽塗層126可透過與液體或氣體製程化學物的化學反應來產生。製程化學物可以包括氮(N)，諸如氮氣(N2
)。製程化學物可以包括在基板處理操作期間使用的製程氣體132中的至少一種。根據一個實施方式，透過射頻(RF)源功率(未示出)將製程化學物電離成電漿，並且電漿與主體102反應以形成弧形凹槽塗層126。例如，主體102包括Al，並且弧形凹槽塗層126包括透過使用形成的電漿形成的Al和N。
周向凹槽101還包括周向凹槽塗層121。周向凹槽塗層121設置在周向凹槽101的至少一部分上方。周向凹槽塗層121保護周向凹槽101免於與製程氣體132的不希望的化學反應。根據一些實施方式，製程氣體可包括三氟化氮(NF3
)、氟氣(F2
)、矽烷(SiH4
)、氯氣(Cl2
)或氨(NH3
)或以上項的任何組合。周向凹槽塗層121還防止下面的主體102材料的腐蝕，從而提高環100的壽命。周向凹槽塗層121可包括鎳(Ni)、Teflon™、聚四氟乙烯或其他期望的塗層，以有助於保護下面的主體102免於腐蝕。根據一個實施方式，周向凹槽塗層121透過電鍍或化學鍍技術沉積。根據一個實施方式，周向凹槽塗層121是主體102的材料的陽極化層。根據一個實施方式，若主體102包括Al材料，則周向凹槽塗層121可以包括鋁(Al)和氧(O)。
周向凹槽塗層121可透過與液體或氣體製程化學物的化學反應來產生。根據一個實施方式，製程化學物包括氮(N)，諸如氮氣(N2
)。製程化學物可以包括在基板處理操作期間使用的製程氣體132中的一種。透過RF源功率(未示出)將製程化學物電離成電漿，並且電漿與主體102反應以形成周向凹槽塗層121。例如，主體102包括Al，並且周向凹槽塗層121包括透過使用形成的電漿形成的Al和N。
弧形凹槽密封元件125可設置在弧形凹槽105上方。弧形凹槽密封元件125密封弧形凹槽105以形成弧形內部通道區域151，使得弧形凹槽不暴露於外部環境。這防止製程氣體132以不受控制的方式洩漏出環100，並且確保製程氣體以適當的方式流過氣體流動系統103。而且，弧形凹槽密封元件125密封和保護弧形凹槽105免於因製程化學物的副產物(例如，來自在基板190上的CVD的揮發性副產物)引起的不希望的化學反應。弧形凹槽密封元件125可由金屬或陶瓷材料製成。在一些實施方式中，弧形凹槽密封元件125由與形成主體102的材料相同的材料形成。根據一個實施方式，弧形凹槽密封元件125包括Al。根據一個實施方式，弧形凹槽密封元件125可以由6061鋁合金形成。
弧形凹槽密封元件125可在弧形凹槽密封元件的任一側上具有弧形凹槽突片128。弧形凹槽密封元件125緊固並密封到環100的主體102。根據一個實施方式，弧形凹槽密封元件125焊接到主體102。弧形凹槽密封元件125可使用填充物材料(諸如弧形凹槽金屬部分127)來電子束焊接到主體102，其中弧形凹槽金屬部分設置在環100的主體102與弧形凹槽突片128所留下的空間之間。根據一個實施方式，弧形凹槽金屬部分127可以包括Al材料。例如，弧形凹槽金屬部分127包括4000鋁合金。
周向凹槽密封元件120可設置在周向凹槽101上方。周向凹槽密封元件120密封周向凹槽101，使得周向凹槽101的形成的周向凹槽內部通道區域152不暴露於外部環境。這防止製程氣體132以不受控制的方式洩漏出環100，並且確保製程氣體以適當的方式流過氣體流動系統103的形成的內部通道區域152。而且，周向凹槽101的表面被凹槽塗層121保護來免於因製程化學物的副產物(例如，在基板190上的來自CVD的揮發性副產物)造成的不希望的化學反應。周向凹槽密封元件120可以由金屬或陶瓷製成。根據一個實施方式，周向凹槽密封元件120包括Al，諸如6061鋁合金。
周向凹槽密封元件120可在周向凹槽密封元件的任一側上具有周向凹槽突片123。周向凹槽密封元件120緊固到環100的主體102。根據一個實施方式，周向凹槽密封元件120焊接到主體102。周向凹槽密封元件120可使用填充物材料(諸如周向凹槽金屬部分122)來電子束焊接到主體102，其中周向凹槽金屬部分122設置在環100的主體102與周向凹槽突片123所留下的空間之間。根據一個實施方式，周向凹槽金屬部分122可以包括Al材料。例如，周向凹槽金屬部分122包括4000鋁合金。
圖1D示出了根據一個實施方式的使用圖1A中示出的剖切線1D-1D的環100的一部分的示意性側剖視圖。噴嘴150設置在噴嘴區域110中。在一些實施方式中，噴嘴150定位在噴嘴區域110內，以在處理期間進一步控制從環100提供到基板190的製程氣體132的方向或速度。噴嘴150可由陶瓷或金屬材料形成。
圖1E示出了根據一個實施方式的使用圖1A中示出的剖切線1E-1E的環100的一部分的示意性側剖視圖。環100的此部分不含有噴嘴150、噴嘴區域110、噴嘴通道111或內部通道130，並且由此僅出於說明目的而提供。
圖1F示出了根據一個實施方式的圖1E中示出的環100的放大部分的示意性側剖視圖。主體102可包括凹入部分160，使得當將周向凹槽元件120設置在周向凹槽101內時，周向凹槽元件120的嵌入部分161設置在凹入部分內。在一些配置中，主體102包括形成在台肩139中的凹入部分160，並且周向凹槽元件120包括形成在周向凹槽101的任一側上的對應的嵌入部分161。將(一或多個)嵌入部分161插入(一或多個)凹入部分160中進一步防止不希望的顆粒或碎屑遷移到封閉通道區域152中，因為顆粒或碎屑將被捕集在嵌入部分中，並且將不繼續遷移到通道區域中。主體102可包括在台肩139內的至少一個附加的凹入部分以及在弧形凹槽覆蓋物125中的對應的嵌入區域。在一個實例中，主體102包括形成在台肩139中的凹入部分160，並且弧形凹槽覆蓋物125包括形成在弧形凹槽105的任一側上的對應的嵌入部分161。儘管圖1F示出了圖1E中示出的環100的放大部分，但凹入部分160和對應的嵌入部分161可位於環中的任何位置，而不僅是不存在內部通道130的部分。
圖1G示出了根據一個實施方式的使用圖1A中示出的剖切線1G-1G的環100的一部分的示意性側剖視圖。環100的此部分不含有噴嘴150、噴嘴區域110或噴嘴通道111，但是環的此部分確實含有內部通道130。為了在封閉通道區域151、152之間形成內部通道130，在氣體流動系統103的形成期間鑽穿主體102的側面或以其他方式穿過主體102的側面形成孔，從而留下外部通道112。外部通道112可在圍繞主體102的側面的多個位置形成，諸如例如六個位置。外部通道112可包括外部通道塗層114，外部通道塗層114基本上類似於周向凹槽塗層121的外部通道塗層。
外部通道112需要以某種方式密封，以確保氣體不流到氣體流動系統103外面並流出主體102。常規方法使用電子束焊接來將鋁插塞焊接在外部通道112內；然而，從束焊接材料留下的顆粒可能污染環的氣體流動系統103，從而留下干擾環100的功能的不希望的殘餘物。替代地，在本發明的一個實施方式中，外部通道112可至少部分地由插塞元件113填充。插塞元件113的材料可包括金屬，諸如但不限於鋁(Al)、鋁合金、鐵(Fe)或鋼，諸如Al 6061-TS鋁合金。插塞元件113包括膨脹器球116和環狀主體115。插塞元件113放置在外部通道112中，並且沖頭(未示出)將膨脹器球116驅動到環狀主體115中，從而將環狀主體的環驅動到外部通道的側面中。儘管氣體可流入外部通道112，但是插塞元件113阻止氣體逸出主體102，從而確保氣體流動系統103的完整性。
插塞元件113可承受高達約400帕的氣流壓力。插塞元件113不在氣體流動系統103中留下任何不希望的殘餘物或碎屑。另外，與使用在主體102的外側上留下不均勻或難看的標記的常規電子束焊接相比，插塞元件113的均勻性有助於維持環100的均勻、美觀的外觀。而且，與常規電子束(E束)焊接相比，使用插塞元件113降低成本和人力。
圖2是根據一個實施方式的用於製造環100的方法200操作的流程圖。儘管方法操作結合圖2進行描述，但是本領域的技術人員將理解，被配置為以任何次序執行方法操作的任何系統都落入本文所述的實施方式的範圍內。所述方法開始於操作210，其中在環100的主體102中形成氣體流動系統103。根據一個實施方式，可透過3D列印製程形成在其中形成有氣體流動系統103的環100。替代地，根據另一個實施方式，透過一或多個加工製程，諸如透過電腦數控(computer numerical control; CNC)加工製程，形成環100和氣體流動系統103。
在操作220處，將周向凹槽密封元件120設置在周向凹槽101內以形成封閉通道區域152，封閉通道區域152基本上由周向凹槽101的表面和周向凹槽密封元件120的下表面的一部分限定。透過將周向凹槽突片123與主體融合來將周向凹槽密封元件120焊接到主體102，使得周向凹槽密封元件120與環100的主體102密封。在其他實施方式中，首先將周向凹槽金屬部分122設置在主體102與周向凹槽密封元件120之間，並且接著執行電子束焊接製程以將凹槽密封元件120、周向凹槽金屬部分122和主體102一起可密封地熔合。周向凹槽金屬部分122可包括填充物金屬(即，與待連結的金屬零件不相似的金屬組成)，所述填充物金屬促進凹槽密封元件120(例如，6000系列Al)、周向凹槽金屬部分122(例如，1000或4000系列A1)和主體102(例如，6000系列A1)之間的(一或多個)期望的焊接接頭的形成。
在操作230處，將弧形凹槽密封元件125設置在弧形凹槽105內以形成封閉通道區域151，封閉通道區域151基本上由弧形凹槽105的表面和弧形凹槽密封元件125的下表面的一部分限定。透過將弧形凹槽突片128與主體融合來將弧形凹槽密封元件125焊接到主體102以在弧形凹槽密封元件125與環100的主體102之間形成密封。在其他實施方式中，將弧形凹槽金屬部分127設置在主體102與弧形凹槽金屬部分127之間，隨後在弧形凹槽金屬部分127上進行電子束焊接製程。可同時地或順序地執行操作220、230。如以上所論述，弧形凹槽金屬部分127可以包括填充物金屬以促進在弧形凹槽密封元件125、弧形凹槽金屬部分127和主體102之間形成期望的焊接接頭。
在操作240處，將周向凹槽塗層121沉積在周向凹槽101的至少一部分上，並且將弧形凹槽塗層126沉積在弧形凹槽105的至少一部分上。根據一個實施方式，可以透過使用電鍍或化學鍍製程同時地沉積周向凹槽塗層121和弧形凹槽塗層126。可以透過使期望的電鍍或化學鍍化學物流過氣體流動系統103來沉積周向凹槽塗層121和弧形凹槽塗層126，並且由此塗覆通道區域151、152、噴嘴通道111和一或多個內部通道130的至少所有的暴露表面。
替代地，在操作240期間，透過對主體102的材料進行陽極氧化或透過與期望的製程化學物的化學反應來沉積周向凹槽塗層121和弧形凹槽塗層126。可以透過使期望的製程化學物流過氣體流動系統103來沉積周向凹槽塗層121和弧形凹槽塗層126，從而塗覆通道區域151、152、噴嘴通道111和一或多個內部通道130中的至少所有的暴露表面。
在操作250處，外部通道112由插塞元件113密封。插塞元件113的材料可包括金屬，諸如但不限於鋁、鐵或鋼。插塞元件113放置在外部通道112中，並且沖頭(未示出)將膨脹器球116驅動到環狀主體115中，從而將環狀主體的環驅動到外部通道的側面中。儘管氣體可流入外部通道112，但是插塞元件113阻止氣體逸出主體102，從而確保氣體流動系統103的完整性。插塞元件113不在氣體流動系統103中留下任何不希望的殘餘物或碎屑。
任選地，在操作260處，將多個噴嘴150放置在噴嘴區域110內。噴嘴150一般包括具有孔口的部件，所述孔口因孔口的內部形狀而被配置為控制離開環100的製程氣體132的方向或速度。噴嘴150可由陶瓷材料或金屬（例如，鋁、不銹鋼）製成。在噴嘴150內形成的孔口可以包括從噴嘴通道111的出口延伸到環100的內徑171的(一或多個)柱形的和/或會聚的或發散的孔口配置。根據一個實施方式，噴嘴區域110包括帶螺紋的特徵，並且噴嘴150透過旋入噴嘴區域來緊固到主體102。
如上所述，透過方法操作200來製造環100，使得弧形凹槽105至少部分地由弧形凹槽塗層126覆蓋，並且周向凹槽101至少部分地由周向凹槽塗層121覆蓋。弧形凹槽塗層126和周向凹槽塗層121防止主體102與製程氣體132之間的不希望的反應，從而防止形成不希望的碎屑或殘餘物，所述碎屑或殘餘物可能部分地或完全地阻塞弧形凹槽105或周向凹槽101，其造成在基板190上的不均勻的生長。
弧形凹槽塗層126和周向凹槽塗層121可透過各種製程來沉積，並且每個製程產生有助於保護凹槽的表面的塗層。弧形凹槽塗層126和周向凹槽塗層121防止主體102與製程氣體132之間的不希望的反應，從而防止形成不希望的碎屑或殘餘物，所述碎屑或殘餘物可能部分地或完全阻塞弧形凹槽105或周向凹槽101，其造成製程氣體132的不均勻的流動，由此從而造成膜在基板190（圖1A）上的不均勻的生長。另外，形成在主體102內的台肩139防止在焊接期間產生的任何材料進入內部通道區域151、152。在一些實施方式中，期望的是在執行在操作220和230中執行的焊接操作之後執行操作240，以努力捕集在這些焊接製程期間在通道區域151、152內產生和捕集的任何顆粒。清潔部件
圖3是根據一個實施方式的用於清潔部件400的方法300操作的流程圖。儘管方法操作結合圖3進行描述，但是本領域的技術人員將理解，被配置為以任何次序執行方法操作的任何系統都落入本文所述的實施方式的範圍內。所述方法開始於操作302，其中產生部件400。部件400可以是半導體處理腔室的任何零件或部件，諸如但不限於氣體輸送環、噴頭、底座、或腔室的壁。根據一個實施方式，透過3D列印製程形成部件400。替代地，根據另一個實施方式，透過一或多個加工製程，諸如透過電腦數控(CNC)加工製程，形成部件400。根據一個實施方式，部件400是上述的環100，並且氣體流動系統103形成在環100的主體102中。
操作302可包括多個子操作。例如，當部件400是氣體輸送環100時，操作302可包括形成氣體流動系統210、沉積周向凹槽密封元件220、沉積弧形凹槽密封元件230、沉積周向凹槽塗層和沉積弧形凹槽塗層240、透過插塞元件113密封250外部通道112、以及放置多個噴嘴260，如上所述。另外，在沉積弧形凹槽密封元件230之後且在沉積周向凹槽塗層和沉積弧形凹槽塗層240之前，可用初步沖洗化學物沖洗部件400。初步沖洗化學物可包括去離子水、鹼性化學物或酸。初步沖洗的步驟可包括將部件暴露於超音波的步驟。初步沖洗的步驟可包括電拋光子操作。用初步沖洗化學物進行的初步沖洗有助於去除因形成部件400而產生的不希望的殘餘物，所述殘餘物可能干擾部件的正常運行。例如，若部件400是環100，則碎屑可能堵塞噴嘴區域110，從而阻止製程氣體的正常輸送。
圖4示出了根據一個實施方式的在化學清潔系統401中的部件400。儘管在圖4中將部件400示出為環，但是所述部件也可以是任何半導體處理系統部件，諸如但不限於腔室壁、噴頭或底座。如圖所示，化學清潔系統401包括容器460、化學溶液410、泵450、加熱器430以及一或多個超音波清潔器420。容器460容納化學溶液410。部件400浸沒在化學清潔系統401中。化學溶液410根據在部件400上執行的具體清潔操作而變化。例如，若部件400正在進行脫脂操作，則化學溶液410包括脫脂化學物，諸如鹼性化學物。部件400還可與化學清潔系統401分開地進行沖洗，諸如在常規清潔站中。
泵450用於使化學溶液410通過和/或圍繞部件400流動。泵450以約每平方英寸70磅(psi)至約100 psi的壓力提供化學溶液410。根據一個實施方式，部件400包括一或多個入口孔431，並且所述部件包括一或多個出口孔411。例如，部件400是環100，一或多個入口孔431是進氣口131，一或多個出口孔411是噴嘴區域110，並且泵450使化學溶液410流入進氣口、通過氣體流動系統103並離開噴嘴區域。在另一個實例中，部件400是噴頭，一或多個入口孔431是進氣口，一或多個出口孔411是孔徑，並且泵450使化學溶液410流入進氣口並通過孔徑。根據一個實施方式，部件400放置在化學清潔系統401中，並且泵450不運行。透過泵450使化學溶液410移動通過或越過部件400為部件提供了附加的清潔，因為化學溶液的高壓力和高速度有助於逐出和去除在部件上或部件中的不希望的碎屑或殘餘物。泵450可用於之後或之前的清潔操作中的任一個。
一或多個超音波清潔器420位於靠近容器460的位置，並且一或多個超音波清潔器向部件400提供超音波。提供的超音波的頻率為約20 kHz至約400 kHz。提供的超音波音波振動功率密度小於約25 W/L(100 W/gal)。可提供超音波長達約1秒至約30分鐘。超音波有助於從部件400清除殘餘物或碎屑，從而增強所述部件的清潔。一或多個超音波清潔器420可用於之後或之前的清潔操作中的任一個。
另外，化學清潔系統401包括加熱器430，加熱器430向容器460提供熱量，並且由此所述加熱器也向化學溶液410和部件400提供熱量。加熱器430將化學清潔系統401加熱到約20℃至約500℃、優選地約35℃至約75℃的溫度。升高的溫度透過加速化學溶液410的化學反應來減少清潔時間並提高部件400的清潔。加熱器430可用於之後或之前的清潔操作中的任一個。
在操作310處，對部件400進行脫脂。部件400的脫脂包括將部件浸入化學清潔系統401中，並且化學溶液410包括脫脂化學物。根據一個實施方式，脫脂化學物包括石油、氯氣或醇基溶劑。根據一個實施方式，脫脂化學物包括鹼性化學物。脫脂化學物包括任何可商購的脫脂劑，諸如Enbond®、Oakite®、鹼性清潔劑或等同物。對部件400進行脫脂去除在產生部件302期間產生的不希望的殘餘物。
在一個實施方式中，脫脂化學物包括Enbond®，並且脫脂製程在約15℃至約25℃的溫度下執行約20分鐘。
在另一個實施方式中，脫脂化學物包括Oakite®，並且脫脂製程在約15℃至約25℃的溫度下執行約20分鐘。
在操作320處，沖洗部件400，使得從部件去除殘留在部件上的不希望的化學溶液410。根據一個實施方式，沖洗化學物包括去離子水。
在一個實施方式中，沖洗化學物包括去離子水，並且沖洗製程在約40℃至約50℃的溫度下執行約5分鐘至約10分鐘。
在操作330處，蝕刻部件400。部件400的蝕刻包括將部件浸入化學清潔系統401中，並且化學溶液410包括蝕刻化學物。根據一個實施方式，蝕刻化學物包括氟化氫(HF)、緩衝的氟化氫(BHF)、氟化銨(NH4
F)、鹽酸(HCl)或以上項的任何組合。蝕刻化學物可以稀釋到任何合適的濃度。蝕刻部件400去除在產生部件302期間產生的不希望的殘餘物。
在一個實施方式中，蝕刻化學物包括BHF，並且蝕刻製程在約50℃至約60℃的溫度下執行約20分鐘。
在操作340處，沖洗部件400，使得從部件去除殘留在部件上的不希望的化學溶液410。沖洗部件400的製程類似於如上所述的操作320的製程。
在操作350處，酸清潔部件400。部件400的酸清潔步驟包括將部件浸入化學清潔系統401中，並且化學溶液410包括清潔酸。根據一個實施方式，清潔酸包括氮基酸。根據一個實施方式，清潔酸包括硝酸(HNO3
)、亞硝酸(HNO2
)或兩者。部件400的酸清潔去除在產生部件302期間產生的不希望的殘餘物。
在一個實施方式中，清潔酸包括HNO3
，並且蝕刻製程在約15℃至約25℃的溫度下執行約20分鐘。
在操作355處，沖洗部件400，使得從部件去除殘留在部件上的不希望的化學溶液410。沖洗部件400的製程類似於如上所述的操作320的製程。
在操作360處，高壓力沖洗部件400。部件400的高壓力沖洗包括將部件浸入化學清潔系統401中，並且化學溶液410包括沖洗化學物。根據一個實施方式，沖洗化學物包括去離子水。泵450將化學溶液的壓力增加到約70 psi至約100 psi。部件400的高壓力沖洗去除來自先前操作的不希望的化學溶液410。
在一個實施方式中，化學溶液包括去離子水，並且高壓力沖洗製程在約15℃至約25℃的溫度下執行約5分鐘。
在操作365處，對部件400執行氣體淨化。部件400的氣體淨化包括以約70 psi至約100 psi的壓力向部件供應淨化氣體。根據一個實施方式，淨化氣體包括含氮氣體。根據一個實施方式，淨化氣體包括氮氣(N2
)。部件400的氣體淨化去除來自先前操作的不希望的化學溶液410。
在一個實施方式中，淨化氣體包括N2
，並且氣體淨化在約15℃至約25℃的溫度下執行約5分鐘。
在操作370處，高壓力沖洗部件400。根據一個實施方式，部件400的高壓力沖洗包括將部件浸入化學清潔系統401中，並且化學溶液410包括去離子水。泵450將化學溶液的壓力增加到約70 psi至約100 psi。提供約40 Hz至約400 Hz的超音波頻率，提供小於約25 W/L(100 W/gal)的超音波振動功率密度，並且將化學溶液410的溫度升高到小於約50℃。部件400的高壓力沖洗去除來自先前操作的不希望的化學溶液410。
在一個實施方式中，化學溶液410包括去離子水，並且高壓力沖洗在約15℃至約25℃的溫度下以約100 Hz至約200 Hz的超音波頻率執行約5分鐘，並且供應約15 W/L至約25 W/L的超音波功率密度。
在操作375處，沖洗部件400，使得從部件去除殘留在部件上的不希望的化學溶液410。沖洗部件400的製程類似於如上所述的操作320的製程。
在操作380處，對部件400執行氣體淨化，以去除在部件中或部件上的不希望的顆粒或殘餘物。部件400的氣體淨化類似於如上所述的操作365的氣體淨化。
在操作385處，在退火腔室(未示出)中烘烤部件400。部件400的烘烤有助於去除殘留在部件上的不希望的化學溶液410。烘烤可執行約1分鐘至約5小時。烘烤可以在約50℃至約400℃的溫度下執行。退火腔室可包括篩檢程式，所述篩檢程式去除大於特定半徑、諸如大於約1 μm的顆粒。部件400的烘烤可包括烘烤氣體。根據一個實施方式，烘烤氣體包括氮氣(N2
)。
在一個實施方式中，烘烤氣體包括N2
，烘烤在約140℃至約160℃的溫度下執行約50分鐘至約70分鐘，並且退火腔室包括去除大於約1 μm的顆粒的篩檢程式。
在操作390處，對部件400執行氣體淨化。部件400的氣體淨化類似於如上所述的操作365的氣體淨化。部件400的烘烤和部件的氣體淨化可連續地執行多次。
如上所述，執行方法300以清潔部件400。在部件上執行交替的清潔、淨化和沖洗操作，以便去除在部件400的製造期間產生的碎屑。組合化學物的組合、升高的溫度、浸入化學溶液410中以及超音波，以便從部件400去除碎屑和殘餘物。
蝕刻和清潔操作使用化學物的組合來有效地從部件的外部和內部去除不同組分的殘餘物。在清潔和蝕刻操作期間的高溫加速在化學溶液410中的化學反應。由一或多個超音波清潔器420提供的超音波推擠並去除顆粒和其他殘餘物。在淨化操作中所提供的淨化氣體從部件400逐出顆粒和殘餘物。
儘管前述內容針對的是本發明的實現方式，但是在不脫離本發明的基本範圍的情況下，可以設想本發明的其他和進一步實現方式，並且本發明的範圍由所附申請專利範圍確定。
100:環
101:周向凹槽
102:主體
103:氣體流動系統
105:弧形凹槽
110:噴嘴區域
111:噴嘴通道
112:外部通道
113:插塞元件
114:外部通道塗層
115:環狀主體
116:膨脹器球
120:周向凹槽密封元件
121:周向凹槽塗層
122:周向凹槽金屬部分
123:周向凹槽突片
125:弧形凹槽覆蓋物
126:弧形凹槽塗層
127:弧形凹槽金屬部分
128:弧形凹槽突片
130:內部通道
131:進氣口
132:製程氣體
139:台肩
140:環的頂側
141:環的底側
150:噴嘴
151:封閉通道區域
152:封閉通道區域
160:凹入部分
161:對應的嵌入部分
171:內徑
190:基板
200:方法
210:操作
220:操作
230:操作
240:操作
250:操作
260:操作
300:方法
302:操作
310:操作
320:操作
330:操作
340:操作
350:操作
355:操作
360:操作
365:操作
370:操作
375:操作
380:操作
385:操作
390:操作
400:部件
401:化學清潔系統
410:化學溶液
411:出口孔
420:超音波清潔器
430:加熱器
431:入口孔
450:泵
為了能夠詳細地理解本揭示案的上述特徵的方式，可以參考實施方式得到以上簡要地概述的實施方式的更特定的描述，其中一些實施方式在附圖中示出。然而，應當注意，附圖僅示出了本揭示案的典型的實施方式，並且因此不應視為對本揭示案的範圍的限制，因為本揭示案可以允許其他等效實施方式。
圖1A示出了根據一個實施方式的氣體輸送環的頂視圖。
圖1B示出了根據一個實施方式的圖1A的環的一部分的示意性側剖視圖。
圖1C示出了根據一個實施方式的圖1A的環的一部分的示意性頂剖視圖。
圖1D示出了根據一個實施方式的圖1B的環的具有噴嘴的部分的示意性側剖視圖。
圖1E示出了根據一個實施方式的圖1A的環的一部分的示意性側剖視圖。
圖1F示出了根據一個實施方式的圖1E的環的放大部分的示意性側剖視圖。
圖1G示出了根據一個實施方式的圖1A的環的一部分的示意性側剖視圖。
圖2是根據一個實施方式的用於製造環的方法操作的流程圖。
圖3是根據一個實施方式的用於清潔部件的方法操作的流程圖。
圖4示出了根據一個實施方式的在化學清潔系統中的部件。
為了便於理解，已經儘可能地使用相同的元件符號標示各圖共有的相同元件。設想的是，一個實施方式的要素和/或特徵可以有利地併入其他實施方式，而不進一步敘述。
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
101:周向凹槽
102:主體
103:氣體流動系統
105:弧形凹槽
110:噴嘴區域
111:噴嘴通道
120:周向凹槽密封元件
121:周向凹槽塗層
122:周向凹槽金屬部分
123:周向凹槽突片
125:弧形凹槽覆蓋物
126:弧形凹槽塗層
127:弧形凹槽金屬部分
128:弧形凹槽突片
130:內部通道
139:台肩
140:環的頂側
141:環的底側
151:封閉通道區域
152:封閉通道區域
Claims (19)
- 一種環，包括：一主體；一氣體流動系統，設置在該主體內，該氣體流動系統包括：一弧形凹槽；一周向凹槽，其中該周向凹槽具有比該弧形凹槽的半徑小的半徑；一周向凹槽密封元件，設置在該周向凹槽上方以形成一第一封閉區域；一周向凹槽金屬部分，其中該周向凹槽金屬部分設置在該主體與該周向凹槽密封元件之間；多個周向密封突片，設置在該周向凹槽密封元件的一底部，其中該些周向密封突片分隔該周向凹槽金屬部分與該周向凹槽；一或多個內部通道，將該周向凹槽流體地耦接到該弧形凹槽；以及多個噴嘴區域，其中該些噴嘴區域設置在該主體的一內表面處，並且各自透過相應的噴嘴通道流體地耦接到該周向凹槽。
- 如請求項1所述的環，其中該氣體流動系統還包括一外部通道，並且一插塞元件設置在該外部 通道中。
- 如請求項1所述的環，其中一周向凹槽塗層設置在該周向凹槽的至少一部分、該周向凹槽密封元件的一部分與該周向密封突片的一部分上方，並且一弧形凹槽塗層設置在該弧形凹槽的至少一部分上方。
- 如請求項3所述的環，其中該周向凹槽塗層和該弧形凹槽塗層兩者都包括鎳(Ni)。
- 如請求項3所述的環，其中該主體包括鋁(Al)，該周向凹槽塗層包括陽極化鋁，並且該弧形凹槽塗層包括陽極化鋁。
- 如請求項1所述的環，還包括：一弧形凹槽密封元件，其中該弧形凹槽密封元件設置在該弧形凹槽上方以形成一第二封閉區域，以及其中該一或多個內部通道被配置為將該第一封閉區域流體地耦接到該第二封閉區域。
- 如請求項6所述的環，還包括一弧形凹槽金屬部分，其中該弧形凹槽金屬部分設置在該主體與該弧形凹槽密封元件之間。
- 如請求項1所述的環，其中該周向凹槽密封元件以該周向凹槽金屬部分焊接到該主體。
- 如請求項1所述的環，還包括在該些噴嘴 區域中的每個內的一噴嘴，其中該噴嘴包括一陶瓷材料。
- 如請求項7所述的環，還包括多個弧形密封突片，其中該些弧形密封突片設置在該弧形凹槽密封元件的一底部，且其中該些弧形密封突片分隔該弧形凹槽金屬部分與該弧形凹槽。
- 如請求項10所述的環，其中該弧形凹槽密封元件以該弧形凹槽金屬部分焊接到該主體。
- 一種用於製造一環的方法，包括以下步驟：在該環的一主體中形成一氣體流動系統，該氣體流動系統包括：一弧形凹槽；一周向凹槽，其中該周向凹槽具有比該弧形凹槽的半徑小的半徑；一周向凹槽密封元件，設置在該周向凹槽上方以形成一第一封閉區域；一周向凹槽金屬部分，其中該周向凹槽金屬部分設置在該主體與該周向凹槽密封元件之間；多個周向密封突片，設置在該周向凹槽密封元件的一底部，其中該些周向密封突片分隔該周向凹槽金屬部分與該周向凹槽； 一或多個內部通道，將該周向凹槽流體地耦接到該弧形凹槽；以及多個噴嘴區域，其中該些噴嘴區域設置在該主體的一內表面處，並且各自透過一相應的噴嘴通道流體地耦接到該周向凹槽；以及沉積一周向凹槽塗層和一弧形凹槽塗層，其中該周向凹槽塗層設置在該周向凹槽的至少一部分、該周向凹槽密封元件的一部分與該周向密封突片的一部分上方，並且該弧形凹槽塗層設置在該弧形凹槽的至少一部分上方。
- 如請求項12所述的方法，其中該氣體流動系統還包括一外部通道，該方法還包括用一插塞元件密封該外部通道的步驟。
- 如請求項12所述的方法，其中該周向凹槽塗層和該弧形凹槽塗層各自包括鎳(Ni)。
- 如請求項12所述的方法，其中該主體包括鋁(Al)，並且該沉積該周向凹槽塗層和該弧形凹槽塗層的步驟包括對該周向凹槽的一部分、該周向凹槽密封元件的該部分、該周向密封突片的該部分和該弧形凹槽的一部分進行陽極化的步驟。
- 如請求項12所述的方法，還包括將一噴嘴放置在該些噴嘴區域中的每個內的步驟。
- 如請求項12所述的方法，其中該沉積該周向凹槽塗層和該弧形凹槽塗層的步驟包括將該周向凹槽、該周向凹槽密封元件的該部分、該周向密封突片的該部分和該弧形凹槽暴露於一製程化學物的步驟。
- 如請求項12所述的方法，還包括以下步驟：將一弧形凹槽密封元件定位在該弧形凹槽上方以形成一第二封閉區域；一弧形凹槽金屬部分，其中該弧形凹槽金屬部分設置在該主體與該弧形凹槽密封元件之間；多個弧形密封突片，其中該些弧形密封突片設置在該弧形凹槽密封元件的一底部，其中該些弧形密封突片分隔該弧形凹槽金屬部分與該弧形凹槽；以及其中該一或多個內部通道被配置為將該第一封閉區域流體地耦接到該第二封閉區域，並且該等噴嘴通道各自流體地耦接到該第一封閉區域。
- 如請求項18所述的方法，其中該周向凹槽密封元件以該周向凹槽金屬部分焊接到該主體且該弧形凹槽密封元件以該弧形凹槽金屬部分焊接到該主體。
Applications Claiming Priority (6)
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|---|---|---|---|
| US201862776986P | 2018-12-07 | 2018-12-07 | |
| US62/776,986 | 2018-12-07 | ||
| US201962802562P | 2019-02-07 | 2019-02-07 | |
| US62/802,562 | 2019-02-07 | ||
| US201962849699P | 2019-05-17 | 2019-05-17 | |
| US62/849,699 | 2019-05-17 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW202023699A TW202023699A (zh) | 2020-07-01 |
| TWI838423B true TWI838423B (zh) | 2024-04-11 |
Family
ID=
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20060113038A1 (en) | 2004-11-29 | 2006-06-01 | Applied Materials, Inc. | Gas distribution system for improved transient phase deposition |
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20060113038A1 (en) | 2004-11-29 | 2006-06-01 | Applied Materials, Inc. | Gas distribution system for improved transient phase deposition |
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