用於半導體處理的具有塗覆材料的氣體分配噴灑頭的製作方法

2023-04-30 10:48:21

專利名稱：用於半導體處理的具有塗覆材料的氣體分配噴灑頭的製作方法
技術領域：
本發明的實施例涉及氣體分配噴灑頭，且該氣體分配噴灑頭具有塗覆材料。
背景技術：
半導體製造處理使用多種的氣體，這些氣體例如為氟系(fluorine-based)氣體、氯系氣體、矽烷、氧氣、氮氣、有機氣體(例如烴及氟碳化合物)及惰性氣體(例如氬氣或氦氣)。為了提供進入半導體處理腔室(例如蝕刻腔室或是沉積腔室)的處理氣體的均一分配，已採用「噴灑頭」類型的氣體分配組件作為半導體製造業的標準配備。當半導體處理採用較侵蝕性的處理方法(例如非常高功率的腔室或是含氫的化學物質)，現存的噴灑頭組件達到它們的製造極限。目前的噴灑頭方式的典型問題包括較短的使用期限，這是因為侵蝕性的處理會加速碳化矽(SiC)板的侵蝕。再者，目前的噴灑頭材料並不允許針對氟化鋁的副產物移除的氯化學物質原位乾式清潔。另外，結合至電極的噴灑頭的目前設計具有固有的不平坦問題，而該問題會阻礙噴灑頭的熱性能。

發明內容
在此描述的是根據實施例的示範性方法及設備，該方法及設備用於製造氣體分配噴灑頭組件。在實施例中，方法包括提供氣體分配板，該氣體分配板具有第一組通孔，該第一組通孔用於將處理氣體輸送進入半導體處理腔室。第一組通孔位於板(例如鋁基板)的背側上。該方法包括將塗覆材料(例如氧化釔系材料)噴塗(例如等離子體噴塗)至氣體分配板的已清潔表面上。該方法包括由該表面移除(例如表面研磨)塗覆材料的一部分，以減少塗覆材料的厚度。該方法包括在塗覆材料中形成(例如UV雷射鑽孔、機械加工)第二組通孔，而使得第二組通孔與第一組通孔對準。


本發明的實施例藉助示例方式而非限制方式示出，在附圖中圖I繪示了用於製造氣體分配噴灑頭組件的方法的實施例；圖2A至圖2C繪示了根據實施例的氣體分配噴灑頭組件的剖面視圖，而該氣體分配噴灑頭組件用在半導體處理腔室中；圖3顯示了根據實施例的氣體分配板的俯視圖；圖4繪示了根據實施例的具有氫的蝕刻化學物質相對於不具有氫的蝕刻化學物質的標準化侵蝕率；圖5繪示了根據另一實施例的具有氫的蝕刻化學物質相對於不具有氫的蝕刻化學物質的標準化侵蝕率；圖6繪示了根據實施例的針對多種類型塗覆材料的標準化侵蝕率；圖7和圖8繪示了根據實施例的氣體分配板和塗覆材料的圖像；圖9是根據實施例的基板處理設備；圖10繪示了根據實施例的噴灑頭組件的剖面視圖；圖11繪示了根據另一實施例的噴灑頭組件的剖面視圖；以及圖12繪示了用於製造氣體分配噴灑頭組件的方法的另一實施例。
具體實施方式
在此描述了根據實施例的示範性方法及設備，該方法及設備用於製造氣體分配噴灑頭組件。在實施例中，方法包括提供氣體分配板，該氣體分配板具有第一組通孔，該第一組通孔用於將處理氣體輸送進入半導體處理腔室。第一組通孔位於板(例如鋁基板)的背側上。該方法包括將塗覆材料(例如氧化釔系材料)噴塗(例如等離子體噴塗)至氣體分配板的已清潔表面上。該方法包括由該表面移除(例如表面研磨)塗覆材料的一部分，以減少塗覆材料的厚度。該方法包括在塗覆材料中形成(例如UV雷射鑽孔、機械加工)第二組通孔，而使得第二組通孔與第一組通孔對準。在本說明書中所描述的塗覆材料(例如氧化釔系材料、先進塗覆材料、YAG等)可用於提供噴灑頭使用壽命需求、低微粒、低金屬汙染物、熱性能需求及蝕刻均一性需求。相較於傳統的噴灑頭設計，這些塗覆材料具有增強的等離子體侵蝕抗性。另外，塗覆材料和整合性處理使得非結合性噴灑頭設計成為可行的，並且使得用於改善熱性能和噴灑頭製造前置時間(lead time)的鉗合型(clamped_on)氣體分配板設計成為可行的。以下的描述提供用於製造裝置中的噴灑頭組件的細節，該製造裝置處理基板和/或晶片，以製造裝置(例如電子裝置、半導體、基板、液晶顯示器、光罩、微機電系統)。製造這些裝置一般需要很多製造步驟，而這些步驟涉及不同種類的製造處理。舉例來說，蝕刻、濺射及化學氣相沉積是三種不同種類的處理，而各個處理在裝置的不同腔室中或是在相同腔室中進行。圖I繪示了製造氣體分配噴灑頭組件的方法的實施例。該方法包括提供氣體分配板，該氣體分配板具有第一組通孔，該第一組通孔用於輸送處理氣體進入半導體處理腔室中(方塊102)。如圖2A中所示，第一組通孔位於板(例如鋁基板)的背側上。該方法包括在相對於板的背側，製備(例如噴丸(bead blasting)、噴砂處理(grit blast))表面，以供隨後的塗層使用(方塊104)。清潔該表面(方塊106)。如圖2B中所示，該方法包括將塗覆材料(例如氧化釔系材料)噴塗(例如等離子體噴塗)至氣體分配板的已清潔表面上(方塊108)。在實施例中，塗覆材料以相對於氣體分配板的表面約90°的角度等離子體噴塗。該方法包括由該表面移除(例如表面研磨)塗覆材料的一部分，以減少塗覆材料的厚度(方塊110)。該方法包括在塗覆材料中形成(例如UV雷射鑽孔、氣洞鑽孔(gas holedrilling))第二組通孔，而使得第二組通孔與第一組通孔對準(方塊112)。如圖2C中所示，該方法包括由該表面移除(例如表面研磨)塗覆材料的另一部分，以進一步減少塗覆材料的厚度(方塊114)。清潔該表面(方塊116)。在本說明書中描述的示範性方法的操作可以採不同順序、次序和/或相較於所描述方法而具有更多或更少的操作來執行。舉例來說，操作Iio或114可以為選擇性地執行，或者是從上述的方法中移除操作110或114。圖2A至圖2C繪示了根據實施例的氣體分配噴灑頭組件的剖面視圖，該氣體分配噴灑頭組件用在半導體處理腔室中。如圖2A中所示，氣體分配板200具有第一組通孔210，而該第一組通孔210用於輸送處理氣體進入半導體處理腔室中。第一組通孔210的直徑201為約O. 070英寸到O. 090英寸(例如O. 080英寸)。該氣體分配板200的總厚度202為約
O.038英寸到O. 050英寸(例如O. 433英寸)，而該氣體分配板200相鄰於第一組通孔210的部分厚度204為約O. 015英寸到O. 025英寸(例如O. 020英寸)。如圖2B中所示，塗覆材料220被噴塗(例如等離子體噴塗)至氣體分配板200上，而該塗覆材料220具有初始厚度205。在實施例中，塗覆材料包括氧化釔。在某些實施例中，塗覆材料包括下列材料的至少一者，或是下列材料的組合YAG、Y203/20Zr02、Y203、A1203/ YAG、先進塗覆材料、Y203/Zr02/Nb205、Zr02/3Y203以及Y203/Zr02/HfO2。相較於傳統的噴灑頭，這些塗覆材料使得侵蝕抗性增加。如圖2C所示，塗覆材料220具有第二組通孔240，該第二組通孔240經鑽孔而與第一組通孔對準，用以輸送處理氣體進入半導體處理腔室中。第二組通孔240的直徑為約
O.010英寸到O. 030英寸(例如O. 020英寸)。在如圖I的方塊114中所討論的移除操作之後，塗覆材料220的最終厚度206為約O. 020英寸到O. 030英寸(例如O. 025英寸)。在實施例中，第一組通孔中的每一個通孔210與第二組通孔240中的兩個通孔對準。圖3顯示根據實施例的氣體分配板的俯視圖。氣體分配板300包括通孔(例如通孔240)的多個環狀環310，而通孔壁之間的間隔為約O. 010英寸。在實施例中，通孔的兩個環狀環310與埋頭孔(counter-bore)的通孔210的環對準(並未示於圖3中)。圖4繪示了根據實施例的具有氫的蝕刻化學物質相對於不具有氫的蝕刻化學物質的標準化(normalized)侵蝕率。如圖4所示，Si/SiC、草酸陽極化(oxalicanodization)、III 類陽極化(type III anodization)及硬式陽極化(hard anodization)都在利用具有氫化學物質時的侵蝕較強。圖5繪示了根據另一實施例的具有氫的蝕刻化學物質相對於不具有氫的蝕刻化學物質的標準化侵蝕率。如圖5所示，SiC及氧化釔材料(例如Y2O3)都在利用具有氫化學物質時的侵蝕較強。然而，針對具有氫的蝕刻化學物質以及不具有氫的蝕刻化學物質兩者而言，Y2O3材料的侵蝕明顯低於SiC材料的侵蝕。因此,相較於傳統的SiC噴灑頭,對於具有和不具有氫的蝕刻化學物質，氧化釔噴灑頭具有明顯較低的侵蝕。圖6繪示了根據實施例的針對多種類型塗覆材料的標準化侵蝕率。侵蝕率相對於先進塗覆材料而標準化。在實施例中，先進塗覆材料包括Yt03、A103以及Zr03。圖6繪示了下列材料或下列材料組合的侵蝕率YAG、Y203/20Zr02、Y203、Al203/YAG、先進塗覆材料(例如HPM)、Y203/Zr02/Nb205、Zr02/3Y203 以及 Y203/Zr02/Hf02。這些塗覆材料可具有下列組成Y203-20Zr02 80wt% Y203>20wt% ZrO2Al2O3-YAG 70wt% Al2O3 以及 30wt% YAGHPM 70wt% Y203>20wt% ZrO2 以及 10wt% Al2O3Y2O3-ZrO2-Nb2O5(I) 70wt% Y203>20wt% ZrO2 以及 IOwt % Nb2O5Zr02/3Y203 97wt% ZrO2 以及 3wt% Y2O3
Y2O3-ZrO2-Nb2O5 (2) 60wt% Y203>20wt% ZrO2 以及 20wt% Nb2O5Y2O3-ZrO2-HfO2 70wt% Y203,20wt% ZrO2 以及 IOwt % HfO2相較於傳統的噴灑頭，這些塗覆材料使得侵蝕抗性增加。針對不具有氫的一般蝕刻化學物質而言，圖6中所示的任何塗覆材料對於侵蝕抗性將可呈現良好表現。針對具有氫的蝕刻化學物質而言，具有YAG、Y203/20Zr02、Y2O3> A1203/YAG、先進塗覆材料、Y203/Zr02/Nb2O5的塗覆材料具有較低的侵蝕率。圖6中所示 的塗覆材料可用於提供噴灑頭使用期限需求、低微粒、低金屬汙染物、熱性能需求及蝕刻均一性需求。圖7及圖8繪示了根據實施例的氣體分配板和塗覆材料的圖像(image)。圖像700在圖7中重複6次，而每個圖像包括鋁板710、等離子體塗覆材料720、雷射鑽孔730、分析箱(例如740-745)。UV鑽孔型EDX分析圖像750-755對應於分析箱740-745。舉例來說，位於等離子體塗覆材料720的塊體(bulk)中的分析箱740對應於EDX分析圖像750。圖像750繪示了在分析箱740中發現的材料。而在圖像750、751、753及754中，並未發現來自鋁板710的鋁，而圖像750、751、753及754對應於等離子體塗覆材料或是孔730內的區域。在圖像752中發現有鋁，而圖像752對應於鋁板710中的分析箱742。在圖像755上發現有小的鋁波峰，而圖像755對應於分析箱745，且該分析箱745位於接近鋁板的鑽孔中。圖8繪示了根據實施例的鋁板810、塗覆材料820及雷射鑽孔830的圖像。圖8繪示了在塗覆材料/鋁板與孔邊緣的界面處並未存在有鬆散固定的等離子體噴塗塗層以及塗層分層。上述的雷射鑽孔處理(例如UV鑽孔)會產生乾淨的孔洞。如圖7及圖8所示，該鑽孔處理不會使塗覆材料與基板的板材料產生交叉汙染。此製造處理提供堅固的基板上微粒以及汙染性能。上文所討論的噴灑頭適於與半導體設備整合，該半導體設備用於處理基板(例如半導體基板908)，並且本領域技術人員可適用該半導體設備以處理其它基板(例如平板顯示器、聚合物面板或其它電路接收結構)。因此，不應該以設備900而將本發明的範疇或是其等效物限制於此處所提供的示範性實施例。圖9中顯示了設備900的實施例，該設備900適合根據此處所述的處理而用於處理基板。設備900包括腔室901，該腔室901具有多個壁902，且這些壁902由腔室底部904向上延伸。在腔室901中，存在有基座906，基板908支撐在基座906上以進行處理。基板908可以通過狹縫閥開口 920而導入腔室901中。可以利用真空泵912對腔室901進行抽真空，而真空泵912通過真空端956而耦接至腔室壁902。通過抽吸擋板910周圍且通過該擋板910的處理氣體而對腔室901進行抽真空，其中該擋板910外接於(circumscribe)基座906和基板908。越遠離真空泵912,可偵測到較少的真空抽吸現象。相反的，越接近真空泵912，則可偵測到越大的真空抽吸。因此，為了補償不均勻的真空抽吸，可以在腔室901中設置流量均衡器916。流量均衡器916可外接於基座906。相較於最接近真空埠 956的位置處的流量均衡器916的寬度(箭頭「C」)，在較遠離真空埠 956的位置處的流量均衡器916的寬度(箭頭「B」)較小。被抽空的氣體可以在流量均衡器周圍流動，並接著通過下方襯墊914。下方襯墊914具有從其穿過的一個或多個孔洞，以允許處理氣體通過該下方襯墊914而被抽空。在下方襯墊914與腔室901的壁902之間存在有空間918，以允許氣體在下方襯墊914後方流動至真空泵956。可以通過阻流器954而阻擋真空埠 956，以防止來自接近基板908的區域的處理氣體被直接抽吸進入真空泵912。被抽空的氣體可沿著箭頭「A」所示的路徑流動。處理氣體可以通過噴灑頭922而導入處理腔室901。通過來自RF功率源952的射頻電流而對噴灑頭922加偏壓，且噴灑頭922可包括擴散板926和塗覆材料924。圖中所示的塗覆材料924塗覆在擴散板926的下表面上。塗覆材料924也可塗覆在擴散板926的其它表面(例如側表面)上，如圖10及圖11所示。在實施例中，擴散板926可包括鋁。噴灑頭922可區分為 內部區958及外部區960。內部區958可具有加熱元件928。在實施例中，加熱元件928可以為環形。加熱元件928可以耦接至加熱源948。外部區960也可包括加熱元件930，該加熱元件930與加熱源950耦接。在一個實施例中，加熱元件928、930可包括環狀導管，這些環狀導管填充有來自加熱源948、950的加熱流體。在另一實施例中，加熱元件928、930可包括加熱線圈，這些加熱線圈由加熱源948、950供應電力。雖然在圖中未示出，但是熱電偶可以將實時溫度反饋提供給控制器，該控制器控制供應至內部區958及外部區960的熱量。內部區958可以通過導管946而與氣體源938耦接。來自氣體源938的氣體可流經導管946而到達充氣部(plenum) 932，充氣部932設置在噴灑頭922的擴散板926的後方。閥942可以沿著導管946設置，以控制由氣體源938流至充氣部932的氣體量。一旦氣體進入充氣部932，氣體可接著通過擴散板926。相似的，外部區960可以通過導管944而與氣體源938耦接。閥940可以沿著導管944設置，以控制由氣體源936流至充氣部934的氣體量。應了解圖I中雖然顯示獨立的氣體源936、938，但也可使用單個共同的氣體源。當使用單個共同的氣體源時，獨立的導管944、946可耦接至氣體源，且閥940、942可控制到達充氣部932、934的處理氣體的量。圖10繪示了根據實施例的噴灑頭組件的剖面視圖。噴灑頭組件1000具有通孔1010，這些通孔1010用以將處理氣體輸送進入半導體處理腔室。塗覆材料1020被噴塗(例如等離子體噴塗)至組件1000上，如圖10所示。在實施例中，塗覆材料包括氧化釔。在某些實施例中，塗覆材料包括此處所公開的任何材料或是任何材料組合。先進塗覆材料包括Yt03、A103及Zr03。塗覆材料1020具有通孔1022，這些通孔1022形成而與通孔1012對準，用以將處理氣體導入半導體處理腔室中。圖11繪示了根據另一實施例的噴灑頭組件的剖面視圖。噴灑頭組件1100具有通孔1112，這些通孔1112用以將處理氣體輸送進入半導體處理腔室。塗覆材料1120被噴塗(例如等離子體噴塗)至組件1100上，如圖11所示。在實施例中，塗覆材料包括氧化釔，或是此處所公開的任何塗覆材料或是任何塗覆材料組合。塗覆材料1120具有通孔1122，這些通孔1122形成為與通孔1112對準，以將處理氣體輸送進入半導體處理腔室中。噴灑頭組件在噴灑頭組件的上表面與通孔1112的一端之間具有厚度1124。厚度1124為約O. 050mm,且該厚度1124的大致範圍為O. 47mm到O. 52mm。圖12繪示了用於製造氣體分配噴灑頭組件的方法的另一實施例。該方法包括製造氣體分配板，該氣體分配板具有第一組通孔，該第一組通孔用於輸送處理氣體進入半導體處理腔室中(方塊1202)。該方法包括製備(例如噴砂處理)在相對於板的背側的表面，以供接續的塗層使用(方塊1204)。該表面可以選擇性地經過清潔。如圖12中所示，該方法包括將塗覆材料(例如氧化釔系材料)等離子體塗覆(例如等離子體噴塗)至氣體分配板的該表面上(方塊1206)。在實施例中，塗覆材料以相對於氣體分配板的該表面約90°的角度等離子體噴塗。可以由該表面選擇性地移除(例如研磨)塗覆材料的一部分，以減少塗覆材料的厚度。該方法包括在塗覆材料中形成(例如UV雷射鑽孔、氣洞鑽孔、機械加工)第二組通孔，而使得第二組通孔與第一組通孔對準(方塊1208)。該方法包括由該表面移除(例如表面研磨)塗覆材料的部分，以減少塗覆材料的厚度(方塊1210)。清潔該表面(方塊 1212)。 在下方的描述中提出眾多的細節。然而，對於本領域技術人員明顯可見，在沒有這些特定細節時也能實施本發明。在部分實例中，為了避免對本發明造成混淆，已知的結構及 組件以方塊圖表示，而非詳細示出。應了解上文的說明意欲作為說明性的，而非具限制性。在閱讀並了解上方說明之後，許多的其它實施例對於本領域技術人員將變得明顯。因此，本發明的範圍應參照所附的權利要求書，並伴隨權利要求書範圍所賦予的等效物的完整範圍而判定。
權利要求
1.一種氣體分配噴灑頭組件，所述氣體分配噴灑頭組件在半導體處理腔室中使用，所述氣體分配噴灑頭組件包括 氣體分配板，所述氣體分配板具有第一組通孔，所述第一組通孔用於將處理氣體輸送進入所述半導體處理腔室中；以及 塗覆材料，所述塗覆材料被噴塗在所述氣體分配板上，其中所述塗覆材料具有第二組通孔，所述第二組通孔與所述第一組通孔對準，用以將處理氣體輸送進入所述半導體處理腔室中。
2.根據權利要求I所述的氣體分配噴灑頭組件，其中所述塗覆材料為等離子體噴塗的塗層。
3.根據權利要求2所述的氣體分配噴灑頭組件，其中所述塗覆材料包括下列材料的至少其中一者或是下列材料的組合氧化釔、YAG、Y203/20Zr02、Y203、Al203/YAG、先進塗覆材料、Y203/Zr02/Nb205、Zr02/3Y203 以及 Y203/Zr02/Hf02。
4.根據權利要求3所述的氣體分配噴灑頭組件，其中所述先進塗覆材料包括Yt03、A103以及ZrO3。
5.根據權利要求I所述的氣體分配噴灑頭組件，其中所述第一組通孔的直徑為約0. 070英寸到0. 090英寸，所述第二組通孔的直徑為約0. 010英寸到0. 030英寸，其中，所述塗覆材料的厚度為約0. 020英寸到0. 030英寸，其中所述第一組通孔中的每一個通孔與所述第二組通孔中的兩個通孔對準。
6.一種製造氣體分配噴灑頭組件的方法，所述方法包括如下步驟 提供氣體分配板，所述氣體分配板具有第一組通孔，所述第一組通孔用於將處理氣體輸送進入半導體處理腔室中；以及 將塗覆材料等離子體噴塗至所述氣體分配板上。
7.根據權利要求6所述的方法，還包括如下步驟 移除所述塗覆材料的一部分，以減少所述塗覆材料的厚度。
8.根據權利要求6所述的方法，還包括如下步驟 在所述塗覆材料中形成第二組通孔，以使得所述第二組通孔與所述第一組通孔對準。
9.根據權利要求6所述的方法，其中，所述塗覆材料包括氧化釔。
10.根據權利要求6所述的方法，其中，所述塗覆材料包括下列材料的至少其中一者或是下列材料的組合￥八6、￥203/2021'02、￥203、六1203八六6、先進塗覆材料、￥203/21'02/恥205、21'02/3￥203 以及 Y2O3/Zr02/Hf02。
11.根據權利要求6所述的方法，其中，所述先進塗覆材料包括Yt03、AlO3以及Zr03。
12.根據權利要求6所述的方法，其中，所述第一組通孔的直徑為約0.070英寸到0. 090英寸，並且所述第二組通孔的直徑為約0. 010英寸到0. 030英寸。
13.一種半導體處理腔室，其包括 噴灑頭組件，所述噴灑頭組件包括 氣體分配板，所述氣體分配板具有第一組通孔，所述第一組通孔用於將處理氣體輸送進入所述半導體處理腔室中；以及 塗覆材料，所述塗覆材料被噴塗在所述氣體分配板上，其中，所述塗覆材料具有第二組通孔，所述第二組通孔與所述第一組通孔對準，用以將處理氣體輸送進入所述半導體處理腔室中；以及 射頻功率源，所述射頻功率源耦接至所述噴灑頭組件，所述射頻功率源對所述噴灑頭組件加偏壓。
14.根據權利要求13所述的半導體處理腔室，其中，所述塗覆材料為等離子體噴塗塗層。
15.根據權利要求14所述的半導體處理腔室，其中，所述塗覆材料包括下列材料的至少其中一者或是下列材料的組合氧化釔、YAG、Y203/20Zr02、Y203、Al203/YAG、先進塗覆材料、Y203/Zr02/Nb205、Zr02/3Y203 以及 Y203/Zr02/Hf02。
全文摘要
在此描述的是根據實施例的示範性方法及設備，該方法及設備用於製造氣體分配噴灑頭組件。在實施例中，方法包括提供氣體分配板，該氣體分配板具有第一組通孔，第一組通孔用於將處理氣體輸送進入半導體處理腔室。第一組通孔位於板(例如鋁基板)的背側上。該方法包括將塗覆材料(例如氧化釔系材料)噴塗(例如等離子體噴塗)至氣體分配板的已清潔表面上。該方法包括由該表面移除(例如表面研磨)塗覆材料的一部分，以減少塗覆材料的厚度。該方法包括在塗覆材料中形成(例如UV雷射鑽孔、機械加工)第二組通孔，而使得第二組通孔與第一組通孔對準。
文檔編號H01L21/205GK102770945SQ201180006807
公開日2012年11月7日 申請日期2011年1月25日 優先權日2010年2月11日
發明者託馬斯·格瑞斯, 段仁官, 詹尼弗·孫, 賽恩·撒奇 申請人:應用材料公司