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用于處理腔室的多板面板的制作方法

文檔序號:19837909發布日期:2020-02-04 13:22
用于處理腔室的多板面板的制作方法



背景技術:

本公開內容的實施方式整體涉及一種用于半導體器件制造的設備。更具體地,本公開內容涉及一種在半導體器件處理腔室內使用的多板面板。

相關技術的描述

半導體器件幾何形狀自它們數十年前引入起已經急劇地減小。增大的器件密度造成具有減小的空間尺寸的結構特征。用于制造半導體器件的一些制造工藝(諸如等離子體蝕刻和等離子體清潔工藝)使半導體襯底暴露于等離子體,以便蝕刻或清潔襯底。等離子體氣體物種可能是高腐蝕性的,并且由此腐蝕處理腔室部件和暴露于等離子體的其他表面。

一些等離子體處理腔室包括等離子體產生區段,所述等離子體產生區段向腔室的襯底處理部分提供被激勵的物種。傳統地,暴露于等離子體的腔室的部件(諸如噴頭和擴散器)已經涂覆有耐等離子體涂層,以防止部件的侵蝕或腐蝕。

為了向腔室提供工藝氣體,已知的是具有多個氣流通路的面板,所述氣流通路形成從中延伸穿過的排氣開口。通常,穿過面板的氣流通路包括直徑不同的多個開口,這些開口穿過面板的主體流體地連接。在一些構造中,通向面板的表面的開口具有比與之流體地連通并從其進一步延伸到面板的主體中的開口大的直徑。例如,錐形開口可以通向面板的面對半導體工藝腔室的反應容積(諸如其等離子體區域)的表面。這些錐形開口通常涂覆有耐腐蝕材料、耐侵蝕材料或耐侵蝕和腐蝕材料,以防止工藝氣體(包括被激勵的等離子體物種、或清潔氣體或材料)因錐形開口的侵蝕或腐蝕而顯著地改變錐形開口的尺寸。等離子體噴涂工藝是所熟知的涂覆工藝,其中涂層材料在等離子體噴涂工具的等離子體區域中組合,并且然后按彈道學行進至要涂覆的表面。然而,由于開口的幾何形狀,特別是在面板的表面處具有較大橫截面積的開口在面板的主體內變窄為具有較小橫截面積的開口,在來自等離子體噴涂工具的材料流朝向要涂覆的表面行進時,它將空氣推向其前方并進入具有向內漸縮的橫截面的開口。由于與進入向內漸縮的錐形開口的流相比,通過在錐形開口的基部處具有較小橫截面積的開口的流受到限制,因此在具有較小橫截面積的開口中和向內漸縮的開口的內部部分中的背壓增大,從而減小等離子體噴涂材料到達向內漸縮的開口的基部的通量。因此,涂層的厚度在面板的向內漸縮的開口的深度方向上減小,并且在一些情況下,未涂覆區域或面積沿著向內漸縮的開口的最內表面保留。這造成了未涂覆表面直接地暴露于工藝氣體、等離子體和等離子體副產物、以及清潔材料,這些通常對未保護表面有腐蝕性或侵蝕性。因此,面板的可用壽命縮短,從而需要過早地更換所述面板。類似地,在噴頭被配置有類似配置的排氣開口的情況下,就會出現相同問題。

因此,需要的是一種具有均勻地施加的保護涂層以增加部件的壽命的改進的面板。



技術實現要素:

本公開內容的實施方式涉及一種用于半導體處理腔室中的多件式排氣設備,例如,一種多板面板。在一個實施方式中,所述多板面板包括第一板和第二板。所述第一板具有多個第一板開口。所述第二板具有第一表面、相對的第二表面以及延伸穿過所述第二板的多個第二板開口。所述第一表面機械地耦接到所述第一板。第二板開口具有錐形部分,所述錐形部分被配置為流體地耦接到第一板開口,所述錐形部分的橫截面從所述第二板的所述第二表面在所述錐形部分的深度方向上減小。所述錐形部分的表面在所述第一表面與所述第二表面之間涂覆有保護涂層。

本公開內容的另一個實施方式提供了一種多件式排氣設備,例如,一種多板面板,所述多板面板包括第一板和第二板。所述第一板具有多個第一板開口。所述第二板具有第一表面、相對的第二表面和延伸穿過所述第二板的多個第二板開口。所述第一表面機械地耦接到所述第一板。第二板開口具有錐形部分,所述錐形部分被配置為流體地耦接到第一板開口,所述錐形部分的橫截面從所述第二板的所述第二表面在所述錐形部分的深度方向上減小。所述錐形部分的表面涂覆有保護涂層。

本公開內容的又一個實施方式提供了一種多件式排氣設備,例如,一種多板面板,所述多板面板包括第一板和第二板。所述第一板具有多個第一板開口。所述第二板具有第一表面、相對的第二表面和延伸穿過所述第二板的多個第二板開口。所述第一表面機械地耦接到所述第一板。第二板開口具有錐形部分,所述錐形部分被配置為流體地耦接到第一板開口。所述第一板具有突起,所述突起從所述第一板延伸到從所述第二板的所述第一表面向內形成的凹槽中。所述突起具有通路,所述通路延伸穿過所述突起、流體地連接到所述凹槽。所述凹槽流體地連接到所述第二板開口。

附圖說明

為了能夠詳細地理解本公開內容的上述特征的方式,可以參考實施方式得到以上簡要地概述的本公開內容的更特定的描述,其中一些實施方式在附圖中示出。然而,應當注意,附圖僅示出了示例性實施方式,并且因此不應視為對本公開內容的范圍的限制,并可以允許其他等效實施方式。

圖1是用于在等離子體處理腔室內使用的多板面板的等距圖。

圖2是多板面板的剖視圖。

圖3是根據本公開內容的第一實施方式的圖1的多板面板的第一板和第二板之間的接合部的剖視圖。

圖4是根據本公開內容的第二實施方式的圖1的多板面板的第一板和第二板之間的接合部的剖視圖。

圖5是根據本公開內容的第三實施方式的圖1的多板面板的第一板和第二板之間的接合部的剖視圖。

為了便于理解,已經盡可能地使用相同的附圖標記標示各圖共有的相同要素。設想的是,一個實施方式中公開的要素和特征可以有益地并入其他實施方式,而不對其進行具體的敘述。

具體實施方式

本文描述的公開內容涉及用于等離子體處理腔室中的擴散器。作為其示例性實施方式,本文描述一種由第一板和第二板組成的面板,即,一種多板面板。然而,本文描述的實施方式可應用于具有從中延伸穿過的氣流開口的其他氣體擴散器設備,其中開口的幾何形狀防止適當的保護涂層放置在開口的表面上,諸如噴頭。通過將面板配置為包含第一板和第二板并使氣流通路分開在第一板和第二板之間,在多板面板的第二板的開口的表面上的暴露于半導體工藝腔室的工藝環境的涂層可均勻地施加到所述表面,即使在面板的整體構造將會造成在單塊面板中的開口的相同部分上施加不均勻涂層的情況下也是如此。當由于在侵蝕性或腐蝕性的環境中使用或使用侵蝕性或腐蝕性的清潔工藝或材料進行(一個或多個)清潔而需要更換面板時,多板設計實現僅需要更換第二板而非整個面板,從而降低其中使用所述面板的工藝腔室的擁有成本。

本文描述的多板面板100可以用在半導體處理腔室中,其中使用工藝氣體以處理襯底,諸如通過在多板面板100上沉積材料層、或在多板面板100上蝕刻層或層的一部分、或以其他方式處理襯底。這包括對半導體襯底或其他襯底的等離子體處理,其中穿過第二板的開口被暴露于等離子體環境或存在等離子體產生的自由基的環境中。第二板上的開口具有施加在第二板的一個或多個表面上的耐等離子體涂層(諸如但不限于陶瓷涂層)的薄膜。所述涂層提供耐腐蝕性,以保護面板免于腐蝕性半導體工藝環境中的工藝氣體。本文可用的陶瓷涂層包括至少氧化釔(y2o3)和氧化鋁(al2o3)等等。所期望的涂層在其被施加的表面上具有高密度、高厚度均勻性和低表面粗糙度變化。這保護了暴露于工藝環境的面板表面、特別是第二板上的開口的內表面免于否則因工藝環境而造成的侵蝕或腐蝕。所述涂層還旨在保護開口的臨界尺寸在襯底處理或清潔期間不被顯著地更改,這將改變所述面板的氣體分布特性并需要對所述面板進行更換。

圖1示出了用于在等離子體處理腔室內使用的多板面板100的等距圖,而圖2示出了沿圖1中標出的平面a-a的多板面板100的剖視圖。多板面板100包括第一板110和第二板160。第一板110和第二板160都由導電材料制成,諸如但不限于鋁。當向多板面板100施加ac電位時,多板面板100可用作用于在相鄰工藝容積中產生等離子體的電極。第一板110具有環形第一表面112、與第一表面112相對的盤形第二表面114以及圓周壁116。在圖2中所示的實施方式中,圓周壁116向上延伸以環繞中心孔140。中心孔140位于第一表面112與第二表面114之間。中心孔140通過在中心孔140與第二表面114之間延伸的多個第一板開口150而流體地連接到第二表面114。水平通道120從第一板110的側壁向內延伸并流體地連接到一對導管130。水平通道120的端部227被豎直帶225覆蓋,豎直帶225焊接到第一板110的圓周壁116上以環繞水平通道120,如圖2中所示。冷卻流體(諸如傳熱流體)通過導管130中的一個輸送并從所述導管130中的一個圍繞第一板110的周邊流動并且通過導管130中的第二個從中流出。冷卻流體被配置為在使用面板的襯底處理期間冷卻第一板110和第二板160。一個或多個圓柱形安裝孔214從第一板110的第二表面114向內延伸。一個或多個定位銷孔244從第二表面114向內延伸。

每個第一板開口150具有三個部分—第一開口部分252、第二開口部分254和第三開口部分256,其中第二開口部分254設置在第一開口部分與第三開口部分之間并在第一開口部分252與第三開口部分256之間的流體路徑230中形成孔口或節流器。在圖2中所示的實施方式中,第一開口部分252、第二開口部分254和第三開口部分256是具有圓形橫截面的圓柱形形狀,但是在其他實施方式中,橫截面可以具有任何封閉的形狀。第三開口部分256具有比第二開口部分254大的直徑,并且第三開口部分256通向第一板110的第二表面114。第一開口部分252具有比第三開口部分256大的直徑并通向第一板110的中心孔140。當安裝到半導體處理腔室中時,中心孔形成氣室,以用于使工藝氣體流過多板面板100。

第二板160通過緊固件(諸如帶螺紋緊固件(僅示出了一個))沿著第二板160的第一表面270機械地耦接到第一板110的第二表面114。第二板160還包括與第一表面270相對的第二表面260。第一表面270和第二表面260中的任一個或兩個可以用耐等離子體涂層進行等離子體噴涂,如上文所討論。第二板160具有在第一表面270與第二表面260之間延伸穿過第二板160的多個第二板開口250。每個第二板開口250包括錐形部分,所述錐形部分的大小設定為或以其他方式被配置為流體地耦接到每個第一板開口150,使得來自中心孔140的流體可沿著流體路徑230流經多個第一板開口150和多個第二板開口250進入在多板面板100下方的次級區域290。一個或多個圓柱形安裝孔212從第二板160的第一表面270向內延伸。一個或多個定位銷孔242從第二板160的第一表面270向內延伸。帶螺紋插入件210定位和固定在安裝孔212內,以在其中接收延伸穿過第二板160并抵靠著第二板160固定的帶螺紋緊固件215的螺紋,從而將第一板110固定至第二板160。由不銹鋼制成的定位銷240被接收在定位銷孔242和244中,以在將第一板110和第二板160固定在一起時將第一板110和第二板160對準。

第二板160包括rf墊圈220,rf墊圈220定位和固定在凹槽222內,所述凹槽從第二表面260向內并圍繞所述第二表面周向地延伸。rf墊圈220用作電隔離器以防止rf功率泄漏。第二板160包括密封件280,諸如但不限于o形環,密封件280被配置為抵靠第二板160的第一表面270和第一板110的第二表面114中的密封槽282的基部密封。另外地,第二表面260還包括另一個密封件285,諸如但不限于o形環,密封件285被配置為抵靠環形腔室部件265的表面密封。密封件285定位和固定在凹槽287內,凹槽287從第二表面260向內并圍繞第二表面260周向地延伸。在一方面,多板面板100在等離子體產生區域290上方。

將面板分成第一板110和第二板160有利地允許耐工藝涂層均勻地施加在第二板開口250內,第二板開口250現在可從第二板160的第一表面270和第二表面260兩者進出。因此,消除在涂覆延伸穿過具有第一板110和第二板160的組合厚度的單件面板的開口的表面時所施加的約束。更重要地,單獨的第二板160消除了背壓的問題,所述背壓限制了涂層材料進出向內漸縮的開口250的基部,特別是在其具有較小橫截面積的部分中,并且由此影響涂層均勻地涂覆在所述基部的表面上。在沒有受限噴涂路徑的情況下,可容易地且均勻地在第二板開口250的表面上施加涂層。另外地,在本文中,穿過第一板和第二板兩者的開口的最小直徑部分存在于第一板中,那里不需要保護涂層。通過在第一板中具有最小開口(即,孔口或節流器),可在直徑方面上增大穿過第二板的開口的整體大小,這些開口可從第二板的兩側進出,并且可將它們的大小設定為避免導致不均勻地施加保護涂層的背壓條件。

圖3、圖4和圖5示出了在多板面板100的第一板110和第二板160之間的接合部的實施方式,所述接合部在第一板開口150流體地耦接到第二板開口250的位置處。在第一板110和第二板160之間的接合部與第一板開口150的第三開口部分256對準。在圖3中,第三開口部分256具有三個部分—第一圓柱形側壁315包圍的第一區域310、被第一截錐形壁325包圍的第二區域320和被第二圓柱形側壁355包圍的通路350。第二區域320位于第一區域310與通路350之間。通路350具有比第三開口部分256的上部區域310小的橫截面積。第一區域310經由第二區域320過渡到通路350中,第二區域320在第一區域310與通路350之間向內漸縮。第二圓柱形側壁355過渡到橫向壁335中,橫向壁335進一步過渡到平行于第一截錐形側壁325的第二截錐形壁345中。第一截錐形壁325、第二圓柱形側壁355、橫向壁335和第二截錐形壁345因此形成從第一板110的第二表面114延伸的突起300。每個突起300向外延伸到從第二板160的第一表面270向內形成的凹槽330中。凹槽330形成流體地連接到第二板開口250的埋頭開口,所述埋頭開口在流體路徑230的方向上向外漸縮。凹槽330被與突起300的第二截錐形壁345相平行的第三截錐形壁365包圍。第三截錐形壁365過渡到第三圓柱形側壁375中,第三圓柱形側壁375進一步過渡到包圍第二板開口250的第四截錐形壁385中。第三開口部分256的延伸穿過突起300的通路350因此將第一板開口150流體地連接到第二板開口250。

在圖4中,第三開口部分256具有兩個部分—被第一圓柱形側壁415包圍的第一區域410和被第二圓柱形側壁455包圍的通路450。通路450具有比第三開口部分256的第一區域410小的橫截面積。第一區域410經由第一橫向壁425過渡到通路450中。第二圓柱形側壁455過渡到第二橫向壁435中,第二橫向壁進435一步過渡到平行于第二圓柱形側壁455的第三圓柱形側壁445中。第一橫向壁425、第二圓柱形側壁455、第二橫向壁435和第三圓柱形側壁445因此形成從第一板110的第二表面114延伸的突起400。每個突起400向外延伸到從第二板160的第一表面270向內形成的凹槽430中。凹槽430提供流體地連接到第二板開口250的埋頭孔,所述埋頭孔在流體路徑230的方向上向外漸縮。凹槽430被與突起400的第三圓柱形側壁445相平行的第四圓柱形側壁465包圍。第四圓柱形側壁465過渡到平行于第二橫向壁435的第三橫向壁475。第三橫向壁475過渡到平行于第三圓柱形側壁445的第五圓柱形側壁485中。第五圓柱形側壁485進一步過渡到環繞第二板開口250的截錐形壁495中。第三開口部分256的延伸穿過突起400的通路450因此將第一板開口150流體地連接到第二板開口250。

在圖5中,第三開口部分256具有三個部分—被第一圓柱形側壁515包圍的第一區域510、被第一半球形側壁525包圍的第二區域520和被第二圓柱形側壁555包圍的通路560。通路550具有比第三開口部分256的第一區域510小的橫截面積。第一區域510經由第二區域520過渡到通路550中,第二區域320在第一區域510與通路550之間彎曲。第二圓柱形側壁555過渡到平行于第一半球形側壁525的第二半球形側壁535中。第一半球形側壁525、第二圓柱形側壁555和第二半球形側壁535因此形成從第一板110的第二表面114延伸的突起500。每個突起500向外延伸到從第二板160的第一表面270向內形成的凹槽530中。凹槽530流體地連接到第二板開口250,凹槽530在流體路徑230的方向上向外漸縮。凹槽530被與突起500的第一半球形側壁525相平行的第三半球形側壁545包圍。第三半球形側壁545過渡到第三圓柱形側壁565中,第三圓柱形側壁565進一步過渡到環繞第二板開口250的截錐形壁575中。第三開口部分256的延伸穿過突起500的通路550因此將第一板開口150流體地連接到第二板開口250。

第一板110和第二板160分開地制造。在制造之后,清潔第一板110和第二板160。然后使用等離子體噴涂工藝用耐等離子體涂層涂覆第二板160的第一表面270、第二表面260以及開口250的整個壁。例如,在圖3中,將涂層施加在第三截錐形壁365、第三圓柱形壁375、第四截錐形壁385、第一表面270和第二表面260之上。在圖4中,將涂層施加在第四圓柱形側壁465、第三橫向壁475、第五圓柱形側壁485、截錐形壁495、第一表面270和第二表面260之上。在圖5中,將涂層施加在第三半球形側壁545、第三圓柱形側壁565、截錐形壁575、第一表面270和第二表面260之上。

然后將第一板110和第二板160組裝在一起。首先,將密封件280放置在凹槽282上。穿過第一板110上的定位銷孔244地放置定位銷240。穿過第一板110上的安裝孔214地放置帶螺紋插入件210。將定位銷240對準以被接收到底板160上的定位銷孔242中,從而也將安裝孔212與安裝孔214對準,其中帶螺紋插入件210放置在安裝孔214內。將帶螺紋緊固件215放置在安裝孔212內并旋擰到孔214中的帶螺紋插入件210中,以將第一板110和第二板160固定在一起以形成多板面板100。同時,使用密封件280抵靠第一板110和第二板160進行密封。將rf墊圈220固定在第二板160的第二表面260上的凹槽222內。然后,將密封件285固定在第二板160的第二表面260上的凹槽287內,以抵靠在多板面板100下方的等離子體產生區段290中的環形腔室部件256密封。

本文描述的多板面板100的構造實現在開口250的整個表面上等離子體噴涂例如陶瓷組合物的均勻的保護層,所述保護層在厚度和表面粗糙度上具有高均勻性。與單塊面板的開口中的不均勻層相比,所述涂層在使用期間在更長的時間段內保護第二板開口250免受侵蝕和腐蝕。

另外,多板設計允許僅在必要時將第二板160更換為另一個第二板160,從而消除對設置整個面板的需要。第一板110可與不同的第二板160一起重新使用。由于第一板110和第二板160可被清潔和重新使用,因此降低擁有的成本。最終,在本文描述的實施方式中,通過在第一板110中包含水平通道120,也消除了為了冷卻目的而對鉆槍孔的需要。

盡管前述內容針對的是本公開內容的特定實施方式,但是應當理解,這些實施方式僅是本發明的原理和應用的說明。因此,應當理解,在不脫離如由所附權利要求書限定的本發明的精神和范圍的情況下,可以對示例性實施方式做出多種修改從而得到其他實施方式。

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