CN109072427B - 用于高温处理的腔室衬垫 - Google Patents
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Abstract
于此公开的实施例一般相关于用于在处理腔室中高温处理基板的腔室衬垫。处理腔室利用惰性底部净化流来屏蔽基板支撑件以免于卤素反应物的影响，使得基板支撑件可被加热至高于约摄氏650度的温度。腔室衬垫控制流轮廓，使得沉积期间，底部净化流限制反应物及副产物在基板支撑件下方沉积。在清洁处理期间，底部净化流限制卤素反应物接触基板支撑件。因而，腔室衬垫包含锥状内表面，该锥状内表面具有向内的角度以引导净化气体环绕基板支撑件的边缘并减少在基板支撑件下方及边缘上的沉积。
Description
技术领域
于此描述的实施例一般相关于用于半导体处理腔室的腔室衬垫及具有腔室衬垫的半导体处理腔室。更特定地，于此公开的实施例相关于用于处理温度大于约摄氏650度同时屏蔽腔室部件免于卤素损坏的腔室衬垫。
背景技术
在集成电路制造中，使用沉积处理以沉积多种材料膜于半导体基板上，沉积处理诸如化学气相沉积(CVD)或等离子体增强CVD处理。可在封闭的处理腔室中进行这些沉积。在沉积中使用的处理气体在基板上沉积膜，但亦可在处理腔室的内壁及其他部件上沉积残留物。该残留物随着在腔室中处理更多基板而积累，且导致产生颗粒及其他污染物。这些颗粒及污染物可导致基板上所沉积膜的劣化，而造成产品质量问题。必须周期性地清洁处理腔室以移除腔室部件上的所沉积的残留物。
可在腔室中设置腔室衬垫以将处理区域限定于腔室内相对于基板的所需位置中。腔室衬垫可经配置以帮助约束等离子体至处理区域且帮忙防止腔室中的其他部件被沉积的材料污染，例如上述的残留物。可在基板支撑件上方供应处理气体。可自基板支撑件下方提供净化气体以防止处理气体到达腔室底部处的区域且造成残留物于基板支撑件下方的该区域中的沉积。可使用共享排气自处理腔室移除处理气体及净化气体，设置该共享排气远离处理区域(例如，绕着处理腔室的外周边)，以防止处理区域中净化气体与处理气体的混合。使用上述布置，颗粒形成可发生于基板上方的处理区域中，且造成处理腔室中制造的产品中的缺陷。
此外，由于高温部件上卤素清洁所致的积极侵蚀及腐蚀，基板处理温度针对硅基沉积典型地位于约摄氏400度与约摄氏480度之间。因而，由于制造上及可靠度上的考虑而常常牺牲最佳的膜质量。
因此，存在对改良的用于处理腔室的衬垫的需求，以防止颗粒形成和/或允许明显较高的基板处理温度同时屏蔽敏感的部件以免于卤素损坏。
发明内容
于此公开的实施例一般相关于用以优化等离子体处理腔室中的流轮廓的腔室衬垫。于此公开的腔室衬垫可允许在处理腔室中高温处理基板。处理腔室利用惰性底部净化流来屏蔽基板支撑件以免于卤素反应物的影响，使得基板支撑件可被加热至高于约摄氏650度的温度。腔室衬垫控制流轮廓，使得沉积期间，底部净化流限制反应物及副产物在基板支撑件下方沉积。在清洁处理期间，底部净化流限制卤素反应物接触基板支撑件。因而，腔室衬垫包含锥状内表面，该锥状内表面具有向内的角度以引导净化气体绕着基板支撑件的边缘并减少基板支撑件下方及基板边缘上的沉积。
在一个实施例中，公开了腔室衬垫。腔室衬垫包含：环状底部部分，该环状底部部分限定在该环状底部部分中的中央区域中的开口；及侧壁部分，该侧壁部分自该环状底部部分延伸。该侧壁部分具有：第一内表面、第二内表面、及连接该第一内表面及该第二内表面的锥状内表面。该第一内表面相邻于该环状底部部分且具有第一直径。该第二内表面具有第二直径。该第二直径小于该第一直径。该锥状内表面在该第一内表面与该第二内表面之间延伸且具有自该第一内表面向内至该第二内表面的角度。
在另一实施例中，公开了腔室衬垫。腔室衬垫包含：环状底部部分，该环状底部部分限定在该环状底部部分中的中央区域中的开口；及侧壁部分，该侧壁部分自该环状底部部分延伸。该侧壁部分具有：第一内表面、第二内表面、及锥状内表面。该第一内表面相邻于该环状底部部分且具有第一直径。该第二内表面具有第二直径。该第二直径小于该第一直径。该锥状内表面在该第一内表面与该第二内表面之间延伸。此外，该锥状内表面具有以相对于由该环状底部部分限定的水平面约30度与约75度之间的角度自该第一内表面向内至该第二内表面的角度。
在另一实施例中，公开了处理腔室。该处理腔室包含：腔室主体，该腔室主体限定处理容积；基板支撑件，该基板支撑件设置于该处理容积中；及衬垫，该衬垫设置于该处理容积中相邻于该基板支撑件。该衬垫包含：环状底部部分，该环状底部部分限定在该环状底部部分中的中央区域中的开口；及侧壁部分，该侧壁部分自该环状底部部分延伸。该侧壁部分具有：第一内表面、第二内表面、及锥状内表面。该第一内表面相邻于该环状底部部分且具有第一直径。该第二内表面具有第二直径。该第二直径小于该第一直径。该锥状内表面在该第一内表面与该第二内表面之间延伸且具有自该第一内表面向内至该第二内表面的角度。
附图说明
于是可以详细理解本公开上述特征中的方式，可通过参考实施例而具有本公开的更特定描述(简短总结如上)，其中一些实施例图示于所附附图中。然而，注意所附附图仅图示本公开典型的实施例，因此不应视为限制其范围，因为本公开可允许其他等效实施例。
图1A为根据本公开的一个实施例的处理腔室的侧面截面视图，该处理腔室包含在升起位置中的绕着基板支撑件设置的腔室衬垫。
图1B为根据本公开的一个实施例的处理腔室的侧面截面视图，该处理腔室包含在下降位置中的绕着基板支撑件设置的腔室衬垫。
图2A为根据本公开的一个实施例的腔室衬垫的横截面侧面视图。
图2B为根据本公开的另一实施例的腔室衬垫的一部分的放大横截面侧面截面视图。
为了便于理解，已尽可能使用相同组件符号来标示附图之间共同的相同组件。预期的是，公开于一个实施例中的组件可有利地用于其他实施例，而无需具体叙述。
具体实施方式
于此公开的实施例一般相关于用于在处理腔室中高温处理基板的腔室衬垫。处理腔室利用惰性底部净化流来屏蔽基板支撑件以免于卤素反应物的影响，使得基板支撑件可被加热至高于约摄氏650度的温度。腔室衬垫控制流轮廓，使得沉积期间，底部净化流限制反应物及副产物在基板支撑件下方沉积。在清洁处理期间，底部净化流限制卤素反应物接触基板支撑件。因而，腔室衬垫包含锥状内表面，该锥状内表面具有向内的角度以引导净化气体绕着基板支撑件的边缘并减少基板支撑件下方及边缘上的沉积。
图1A为根据本公开的一个实施例的处理腔室100的侧面截面视图，该处理腔室100包含在升起位置117中的绕着基板支撑件120设置的腔室衬垫130。图1B为根据本公开的一个实施例的处理腔室100的侧面截面视图，该处理腔室100包含在下降位置118中的绕着基板支撑件120设置的腔室衬垫130。图1A及1B的截面视图以及下方展示的图2A及2B为横截面视图，所以为了清晰目的，附图中未展示附图后面的部分或穿过附图平面的其他深度处的部分。例如，图1A可进一步包含处理套件的额外部分，然而，省略某些部分以便不弄乱附图且使得下方论述的处理气体及净化气体的气体流更易于理解。
腔室衬垫130经配置以减少在腔室部件上的颗粒沉积且防止净化气体进入基板支撑件120上方的处理容积109，这有利地减少缺陷且增加服务区间。腔室衬垫130控制净化气体的流轮廓，使得沉积期间，底部净化流限制反应物和/或副产物在基板支撑件120下方沉积。仅通过示例的方式，净化气体可包含惰性气体和/或O2，诸如此类。
处理腔室100包含腔室主体102，腔室主体102具有一个或更多个侧壁104、底部106、及设置于侧壁104上的盖108。侧壁104、底部106、及盖108限定处理腔室100的内部容积110。处理腔室100包含气体分配板112及基板支撑件120。在升起位置117中的基板支撑件120(图1A)与气体分配板112之间的区域由处理容积109限定。气体分配板112将来自处理气体源111的处理气体供应至处理容积109。处理腔室100可以是等离子体腔室，例如包含等离子体源的腔室(例如，具有RF热气体分配板的电容耦合等离子体腔室)或连接至远程等离子体源(RPS)的腔室。
基板支撑件120设置于内部容积110中。基板支撑件120可由陶瓷材料形成，例如氮化铝。基板支撑件120可包含静电卡盘、陶瓷主体、加热器、真空卡盘、基座、或上述部件的组合。基板支撑件120具有基板支撑表面122，基板支撑表面122在处理期间接收并支撑基板50。在清洁处理期间，基板支撑件120的基板支撑表面122可接收覆盖基板，以保护下面的基板支撑件120。在一些实施例中，该覆盖基板可包括耐卤素材料。基板支撑件120耦合至支撑轴件121，支撑轴件121耦合至处理腔室100的底部106下方的升降机构115。波纹管116可绕着支撑轴件121的在处理腔室的底部106下方的部分来设置，以隔绝支撑轴件121与外部环境。升降机构115经配置以在升起位置117(见图1A)与下降位置118(见图1B)之间移动基板支撑件120。可放置基板支撑件120于升起位置117中以处理基板50。在下降位置118中，可使用机械手或其他传输机构来放置基板50于处理腔室100中，例如放置基板50于延伸到基板支撑件120上方的升降销(未展示)上。
基板支撑件120进一步包含底表面124及外表面126。在一些实施例中，基板支撑件120的外表面可具有角度。具有角度的外表面可自底表面124向外延伸至外表面126。
可在处理期间或清洁处理腔室100期间供应净化气体至处理腔室100。可自净化气体源113经由净化气体管线114供应净化气体。在一些实施例中，净化气体管线114可经由波纹管116耦合至处理腔室100，以便在基板支撑件120通过升降机构115移动期间维持波纹管中的正压力。净化气体可以是氧气、或惰性气体，例如氮或氩。净化气体帮助防止来自气体分配板112的处理气体进入内部容积110的在基板支撑件120下方的部分及沉积于基板支撑件120下方的任何部件上。防止基板支撑件120下方的处理气体避免了基板支撑件120下方不必要的部件清洁。因此，使用净化气体减少了整体清洁时间且增加了处理腔室100的生产率。
腔室衬垫130设置为与处理容积109内的基板支撑件120相邻。在一些实施例中，腔室衬垫130可环绕基板支撑件120及支撑轴件121。腔室衬垫130可设置于基板支撑件120与侧壁104之间。腔室衬垫130保护处理腔室100的侧壁104在处理期间及清洁处理腔室100期间免于经激励的气体。腔室衬垫130包含环状底部部分136、侧壁部分138。环状底部部分136限定中央区域140中的开口139，经由该开口，净化气体入口119可允许净化气体向上流动穿过第一间隙181。侧壁部分138自环状底部部分136向外延伸。如图1A及1B中所展示，侧壁部分138自环状底部部分136径向向外延伸朝向基板支撑件120。腔室衬垫130可由不与氟反应的材料形成。在一些实施例中，腔室衬垫130可包括石英材料、Al2O3材料、陶瓷涂覆的铝材料、不锈钢材料、或上述材料的组合及混合物。在一些实施例中，腔室衬垫130可形成连续表面，环绕(即，360度)至少部分的基板支撑件120和/或至少部分的支撑轴件121。在其他实施例中，腔室衬垫130的部分之间可存在一个或更多个间隙以容纳其他部件，但腔室衬垫130仍可实质环绕基板支撑件120及支撑轴件121。
图2A为根据本公开的一个实施例的腔室衬垫130的侧面截面视图。图2B为腔室衬垫130的一部分的放大截面侧面截面视图，允许展示腔室衬垫130的进一步细节。
如所展示，腔室衬垫130的侧壁部分138包含第一内表面160及第二内表面162。第一内表面160相邻于环状底部部分136。第一内表面160及第二内表面162可相对于由环状底部部分136所限定的水平面为实质垂直的。
第一内表面160具有第一直径D1，如图2A中所展示。第二内表面162具有第二直径D2，亦如图2A中所展示。第二直径D2小于第一直径D1。例如，在一些实施例中，第一直径D1可以在约13.3英寸与约14.0英寸之间，例如约13.5英寸，同时第二直径D2可以在约12.0英寸与约13.29英寸之间，例如约13.1英寸。侧壁部分138进一步包含锥状内表面164。锥状内表面164在第一内表面160与第二内表面162之间延伸。锥状内表面164具有自第一内表面160向内至第二内表面162的角度。在一些实施例中，锥状内表面164以角度A定向。角度A可以在相对于水平面(例如，X-Y平面)从约20度至约80度的范围内，例如相对于水平面从约40度至约75度。在一些实施例中，水平面可由环状底部部分136限定。锥状内表面164的直径可自第一内表面160向第二内表面162逐渐减小。
侧壁部分138进一步包含第一外表面168及第二外表面170。第一外表面168包括设置于第一外表面168中的凹口166。第二外表面170可具有角度，而且，在一些实施例中，第二外表面170可具有向内朝向中央区域140中的开口139的角度。在一些实施例中，第二外表面具有以相对于由环状底部部分136限定的水平面约20度与约80度之间(例如，约30度与约65度之间，例如约38度)的角度B向内的角度。在其他实施例中，第二外表面170可实质平行于侧壁部分138的锥状内表面164而具有角度。
本公开的益处包含屏蔽敏感性部件免于卤素损坏，使得可使用大于摄氏650度的处理温度，因而提高且改良了膜质量及性质。
当利用测试基板来屏蔽基板支撑件直到达到基板支撑件的边缘时，执行测试且结果指示在基板边缘处或附近减少大约70％的NF3类别。进一步的测试指示：在约摄氏480度的处理温度下，清洁之间可处理大约5000至10000个基板，而在约摄氏550度的处理温度下，清洁之间可处理大约2000个基板。此外，在约摄氏650度的处理温度下，清洁之间可处理大约100个基板。
总而言之，于此公开的实施例相关于用于在处理腔室中高温处理基板的腔室衬垫。处理腔室利用惰性底部净化流来屏蔽基板支撑件以免于卤素反应物的影响，使得基板支撑件可被加热至高于约摄氏650度的温度。腔室衬垫控制流轮廓，使得沉积期间，底部净化流限制反应物及副产物在基板支撑件下方沉积。在清洁处理期间，底部净化流限制卤素反应物接触基板支撑件。因而，腔室衬垫包含锥状内表面，该锥状内表面具有向内的角度以引导净化气体环绕基板支撑件的边缘并减少在基板支撑件下方及边缘上的沉积。
虽然前述针对本公开的实施例，但可设计本公开的其他及进一步的实施例而不背离其基本范围，且其范围由随后的权利要求所决定。
Claims (15)
1.一种腔室衬垫，包括：
环状底部部分，所述环状底部部分限定在所述环状底部部分中的中央区域中的开口；及
侧壁部分，所述侧壁部分自所述环状底部部分延伸，所述侧壁部分具有：
第一内表面，所述第一内表面相邻于所述环状底部部分且具有第一直径；
第二内表面，所述第二内表面具有第二直径，其中所述第二直径小于所述第一直径；
锥状内表面，所述锥状内表面在所述第一内表面与所述第二内表面之间延伸，其中所述锥状内表面具有自所述第一内表面向内至所述第二内表面的角度；及
第一外表面和第二外表面，其中所述第二外表面限定所述侧壁部分的顶表面，且所述侧壁部分的所述顶表面具有角度并从所述第二内表面向所述第一外表面不间断地延伸。
2.如权利要求1所述的腔室衬垫，其中所述环状底部部分及所述侧壁部分进一步包括石英材料、Al2O3材料、陶瓷涂覆的铝材料、不锈钢材料、或上述材料的组合及混合物。
3.如权利要求1所述的腔室衬垫，其中所述侧壁部分具有凹口，所述凹口设置于所述第一外表面内。
4.如权利要求3所述的腔室衬垫，其中所述第二外表面具有向内朝向所述中央区域中的所述开口的角度。
5.如权利要求3所述的腔室衬垫，其中所述第二外表面具有以相对于由所述环状底部部分限定的水平面30度与75度之间的角度向内的角度，且其中所述第二外表面实质平行于所述侧壁部分的所述锥状内表面而具有角度。
6.如权利要求1所述的腔室衬垫，其中所述第一内表面及所述第二内表面相对于由所述环状底部部分限定的水平面实质垂直。
7.一种腔室衬垫，包括：
环状底部部分，所述环状底部部分限定在所述环状底部部分中的中央区域中的开口；及
侧壁部分，所述侧壁部分自所述环状底部部分延伸，所述侧壁部分具有：
第一内表面，所述第一内表面相邻于所述环状底部部分且具有第一直径；
第二内表面，所述第二内表面具有第二直径，其中所述第二直径小于所述第一直径，其中所述第一内表面设置在所述第二内表面和所述环状底部部分之间；
锥状内表面，所述锥状内表面在所述第一内表面与所述第二内表面之间延伸，其中所述锥状内表面具有以相对于由所述环状底部部分限定的水平面45度与75度之间的角度自所述第一内表面向内至所述第二内表面的角度；及
第一外表面和第二外表面，其中所述第二外表面限定所述侧壁部分的顶表面，且所述侧壁部分的所述顶表面具有角度并从所述第二内表面向所述第一外表面不间断地延伸。
8.如权利要求7所述的腔室衬垫，其中所述环状底部部分及所述侧壁部分进一步包括石英材料、Al2O3材料、陶瓷涂覆的铝材料、不锈钢材料、或上述材料的组合及混合物。
9.如权利要求7所述的腔室衬垫，其中所述侧壁部分具有凹口，所述凹口设置于所述第一外表面内。
10.如权利要求9所述的腔室衬垫，其中所述第二外表面具有以相对于由所述环状底部部分限定的水平面30度与75度之间的角度从所述第二内表面至所述第一外表面向下的角度，且其中所述第二外表面实质平行于所述侧壁部分的所述锥状内表面而具有角度。
11.如权利要求9所述的腔室衬垫，其中所述第一内表面及所述第二内表面相对于由所述环状底部部分限定的水平面实质垂直，且其中所述第二外表面具有向内朝向所述中央区域中的所述开口的角度。
12.一种处理腔室，包括：
腔室主体，所述腔室主体限定处理容积；
基板支撑件，所述基板支撑件设置于所述处理容积中；及
衬垫，所述衬垫设置于所述处理容积中，所述衬垫包括：
环状底部部分，所述环状底部部分具有在所述环状底部部分中的中央区域中的开口；及
侧壁部分，所述侧壁部分自所述环状底部部分延伸，所述侧壁部分具有：
第一内表面，所述第一内表面相邻于所述环状底部部分且具有第一直径；
第二内表面，所述第二内表面具有第二直径，其中所述第二直径小于所述第一直径，其中所述第一内表面设置在所述第二内表面和所述环状底部部分之间；
锥状内表面，所述锥状内表面在所述第一内表面与所述第二内表面之间延伸，其中所述锥状内表面具有自所述第一内表面向内至所述第二内表面的角度；及
第一外表面和第二外表面，其中所述第二外表面限定所述侧壁部分的顶表面，且所述侧壁部分的所述顶表面具有角度并从所述第二内表面向所述第一外表面不间断地延伸。
13.如权利要求12所述的处理腔室，其中所述环状底部部分及所述侧壁部分进一步包括石英材料、Al2O3材料、陶瓷涂覆的铝材料、不锈钢材料、或上述材料的组合及混合物。
14.如权利要求12所述的处理腔室，其中所述锥状内表面具有以相对于由所述环状底部部分限定的水平面45度与75度之间的角度向内的角度。
15.如权利要求12所述的处理腔室，其中所述第二外表面具有向内朝向所述中央区域中的所述开口的角度。
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