专利名称：具有耐等离子体腐蚀性的保护层的衬底支架的制作方法
技术领域：
本发明的实施方式主要涉及一种半导体处理腔室，特别是涉及一种具有适 于在半导体处理腔室中使用的保护层的衬底支架。
背景技术：
半导体处理包含一些不同的化学和物理工艺，因而在衬底上产生微小的集 成电路。通过化学气相沉积、物理气相沉积、外延生长等来产生构成集成电路 的材料层。通过使用光刻胶掩模以及湿法或干法刻蚀技术对某些材料层构图。 用来形成集成电路的衬底可以是硅、砷化镓、磷化铟、玻璃、或其他合适的材 料。典型的半导体处理腔室包括限定工艺区的腔体、适干将气体从气源提供到 工艺区的气体分配组件、以及排气装置。衬底支撑组件包括在处理期间将衬底 固定到衬底支撑组件的静电卡盘。在等离子体处理期间，激发气体通常由刻蚀、 和侵蚀衬底支撑组件的暴露部分的高度腐蚀物种构成。被侵蚀的衬底支撑组件 必须在一些工艺周期之后而在其提供用于固定衬底的不一致或不期望的电属 性之前被替换。另外，来自衬底支撑组件的侵蚀的颗粒可能污染固定在衬底支 撑组件上的衬底，从而导致工艺缺陷。期望具有较强的耐等离子体腐蚀性的衬 底支撑组件，以增加衬底支撑组件的服务寿命并减少颗粒产生。因此，需要提供例如衬底支撑组件的腔室部件的增加的等离子体耐蚀性的 涂层。发明内容本发明的实施方式提供了一种具有增强耐等离子体腐蚀性的保护层的衬 底支撑组件。保护层在衬底支撑组件上提供了坚固的耐腐蚀和耐等离子体的表 面，从而提高了衬底支撑组件的服务寿命同时减少了维修和制造成本。在一个实施方式中， 一种衬底支撑组件包括具有上衬底支撑表面的静电卡
盘、设置在静电卡盘上的保护层，其中保护层包括包含稀土金属的陶瓷材料。 在另一实施方式中， 一种衬底支撑组件包括静电卡盘，所述静电卡盘包括 具有适于支撑设置在其上的衬底的上表面的陶瓷盘；连接到陶瓷盘的下表面的 基座，所述基座具有形成在其中并适于控制静电盘的横向温度的至少一个流体 管道；以及设置在陶瓷盘上的保护层，其中所述保护涂层是包含稀土金属的陶 瓷材料。在又一实施方式中， 一种衬底支撑组件包括陶瓷盘，连接到陶瓷盘的下表 面的基座，所述基座具有形成在其中并适于控制静电盘的横向温度的至少一个 流体管道,将基座连接到盘的下表面的粘合剂，设置在粘合剂中的金属填充物，所述金属填充物包含A1、 Mg、 Ta、 Ti的至少其中之一，以及涂敷在陶瓷盘的 上表面上的保护103涂层。
为了能详细理解本发明的以上概述特征，将参照部分在附图中示出的实施 方式对以上的简要概述和以下的其它描述进行本发明的更详细描述。 图1示出了处理腔室的一个实施方式的截面图；图2示出了根据本发明的衬底支撑组件的一个实施方式的分解图；以及 图3示出了图2的衬底支撑组件的静电卡盘的一个实施方式的顶视图。 然而，应该注意到附图仅示出了本发明的示例性实施方式，因此不能理解为对本发明范围的限制，因为本发明还承认其它等效的实施方式。为了便于理解，在此尽可能使用相同的附图标记表示附图中共有的相同元件。预期一个实施方式的元件和特征可以有利地结合到另一实施方式中，而不用进一步叙述。
具体实施方式
本发明的实施方式提供了一种具有用于增强耐等离子体腐蚀性的保护层 的衬底支撑组件。在一个实施方式中，保护层可以是包括稀土金属的陶瓷层。 保护层的例子可以包括钇(Y)、氧化钇(Y203)、钇合金或其衍生物。保护涂 层在衬底支撑组件上提供耐蚀表面，从而增加衬底支撑组件的服务寿命，同时 减少维修和制造成本。
图1示出了具有设置在其中并具有保护层136的衬底支撑组件148的半导 体处理腔室的一个实施方式的截面图。虽然在此设置了衬底支撑组件148的一 个实施方式，但是预期其他衬底支撑组件可适于受益于本发明。处理腔室100包括包围内部容积106的腔体102和盖104。腔体102通常 由铝、不锈钢或其他合适材料制成。腔体102通常包括侧壁108和底部110。 衬底进入孔(未示出)通常限定在侧壁108中并且由狭口阀选择性地密封以方 便衬底144从处理腔室100进入或取出。外部衬里116与侧壁108邻近地设置以保护腔体102。外部衬里116可以 用等离子体或含卤素气体耐蚀材料制造和/或涂敷。在一个实施方式中，外部 衬里116由氧化铝制成。在另一实施方式中，外部衬里116由钇、钇合金或其 氧化物制成或用其涂敷。在又一实施方式中，外部衬里116由块Y20,制成。排气口 126限定在腔体102中并将内部容积106连接到泵系统128。泵系 统128通常包括一个或多个泵以及节流阀，用于抽空和调节处理腔室100的内 部容积106的压力。在一个实施方式中，泵系统128将内部容积106内的压力 保持在通常处于约IO mTorr到约20 Torr之间的工作压力。盖104密封地支撑在腔体102的侧壁108上。盖104被打开以允许进入到 处理腔室100的内部容积106。气体仪表盘158连接到处理腔室100以将工艺 和/或清洗气体通过气体分配组件130提供到内部容积106。工艺气体的例子 可以用于在处理腔室中处理，其包括含卤素气体，例如(^6、 SF6、 SiCl4、 HBr、 NF3、 CF4、 CHF3、 CH2F3、 012和Si^等，以及例如02或N20的其他气体。载气包 括N2、 He、 Ar和对工艺气体惰性的其他气体和不反应性气体。气体分配组件 130在气体分配组件130的下游表面上具有多个孔132，以将气流导入到衬底 144的表面。气体分配组件130可以由例如碳化硅、块钇或其氧化物的陶瓷材 料制成和/或涂敷，以提供对含卤素化学元素的耐腐蚀性从而防止气体分配组 件130受侵蚀。衬底支撑组件148设置在气体分配组件130下面的处理腔室100的内部容 积106中。衬底支撑组件148在处理期间固定衬底144。衬底支撑组件148通 常包括贯穿设置的多个升降杆(未示出)，配置该升降杆以用于从支架组件 148提升衬底144并方便以传统方式用机械手(未示出)交换衬底144。
内部衬里118可涂敷在衬底支撑组件148的周边上。内部衬里118是基本 上与外部衬里116的材料相似的含卤素气体耐腐蚀材料。在一个实施方式中， 内部衬里118由与外部衬里116相同的材料制成。在一个实施方式中，衬底支撑组件148包括支撑底座152的装配板162， 以及静电卡盘150。静电卡盘150还包括基座164和静电盘166。静电卡盘166 的上支撑面由保护层136覆盖。在一个实施方式中，保护层136可设置在静电 盘166的上支撑面上。在另一个实施方式中，保护层136可设置在包括基座 164和静电盘166的外部和侧部周边的静电卡盘150的整个表面上。装配板162 连接到腔体102的底部并包括用于将例如流体、电源线和传感器导线等的设备 连接到基座164和静电盘166的通道。基座164或盘166的至少其中之一包括至少一个可选的嵌入加热器176、 至少一个可选的嵌入隔离器174和多个管道168、 170以控制支架组件148的 横向温度。管道168、 170流动性地连接到流体源172，所述流体源使控制流 体的温度的在其中循环。嵌入隔离器174设置在管道168、 170之间。加热器 176通过电源178控制。管道168、 170和加热器176用于控制基座164的温 度，从而加热和/或冷却静电盘166。静电盘166和基座164的温度可以通过 使用多个温度传感器190、 192来监控。静电盘166还包括例如凹槽的多个气 体通道208 (图2和图3所示)，其形成在盘166的正表面206中，并流体性 地连接到例如He的传热(背部)气体的源。在工作中，背部气体以控制的压 力提供到气体通道，以加强静电盘166和衬底144之间的传热性。静电盘166包括由位于腔室100的外部的卡盘电源182控制的至少一个夹 持电极180。电极180 (或设置在盘166或基座164中的其他电极)还可以通 过用于保持从处理腔室100内的处理和/或其他气体形成的等离子体的匹配电 路188，连接到一个或多个RF电源184、 186。源184、 186通常能够产生具有 从约50 kHz到约3 GHz的频率和高达约10， 000 Watts的功率的RF信号。图2示出了衬底支撑组件148的一个实施方式的分解图。衬底支撑组件 148示出了静电卡盘150和底座152的分解图。静电卡盘150包括静电盘166 和连接到静电盘166的底座164。静电盘166具有圆盘状，其具有基本上与位 于其上的衬底144的形状和尺寸匹配的环形边界。在一个实施方式中，静电盘 166由陶瓷材料制成。陶瓷材料的合适的例子包括氧化铝(A1203)、氮化铝(A1N)、氧化钛(Ti0)、氮化钛(TiN)、碳化硅(SiC)等。在另一实施方 式中，静电盘166由包含根据本发明的稀土金属的陶瓷材料制成。在又一实施 方式中，静电盘166由Y^制成。连接在静电盘166下面的基座164具有圆盘状主要部分224和从主要部分 224向外延伸并位于底座152上的环形凸缘220。基座164由具有与上面的盘 166基本上匹配的热属性的材料制成。在一个实施方式中，基座164由例如铝 的金属、或不锈钢、或其他合适材料制成。可选地，基座164由提供良好强度 和耐用性以及传热性的陶瓷和金属的合成物制成。合成材料具有基本上与上面 的盘166匹配的热膨胀系数，以减少热膨胀失配。在另一实施方式中，基座 164由包括具有用金属渗透的孔的陶瓷的合成材料制成，所述金属至少部分填 充孔以形成合成材料。陶瓷材料可以包括但不限于碳化硅、氮化铝、氧化铝或 堇青石。陶瓷可以包括占总体积的从约20到约80体积百分比的孔体积，剩余 的体积是渗透的金属。渗透的金属可以包括具有添加硅的铝和铜。在另一实施 方式中，基座164由包括陶瓷和金属的不同合成物的合成材料制成，所述金属 例如具有分散的陶瓷颗粒。再参照图1，基座164通过粘接材料138粘接到静电盘166。粘接材料138 方便静电盘166和基座164之间的热能量交换，并且减少二者之间的热膨胀失 配。在一个示例性实施方式中，粘接材料138将基座164机械地粘接到静电盘 166。在另一个实施方式中，粘接材料138是具有丙烯酸基化合物和硅基化合 物的至少其中之一的导热胶或胶带。在另一实施方式中，粘接材料138是具有 混合有或添加有金属或陶瓷填充物的丙烯酸基化合物和硅基化合物的至少其 中之一的导热胶或胶带。金属填充物可以是A1、 Mg、 Ta、 Ti或其组合物的至 少其中之一，并且陶瓷填充物可以是氧化铝(A1203)、氮化铝(A1N) 、 二硼 化钛(TiB2)或其组合物的至少其中之一。在暴露到由含卤素气体形成的等离 子体之后，粘接材料138可以在粘接材料138上形成自我保护金属卤化物涂层 以防止保护层138受进一步的攻击。金属卤化物涂层通常抵抗来自等离子体的 进一步攻击，并且其如果被损坏的话，在重新暴露到等离子体之后是自我再生 的。保护层136至少放置和/或涂敷和/或沉积在静电盘166的上表面(和/或 在处理期间暴露到等离子体的基座的外部区域)上，以提供用于保护盘166
的暴露表面隔离等离子和/或工艺气体的耐蚀涂层。如图2所示，可以延伸到基座164的外部周边222涂敷和/或放置和/或沉积保护层136。可选地，保护 层136可以涂敷和/或放置和/或沉积在静电盘166和基座164的整个外表面 上。保护层136可以通过下述本领域公知的技术来涂敷:物理气相沉积(PVD)、 化学气相沉积(CVD)、化学涂敷、溅射、热喷射涂敷(例如，等离子体喷射 涂敷)、非等离子体、低温辅助涂敷、热等静压、冷等静压、层叠、压模、浇 铸、压制、烧结、共同烧结技术。在图2 —图3所示的实施方式中，用物理气 相沉积(PVD)涂敷保护层136。在一个实施方式中，保护层136是包括I工IB族金属的稀土陶瓷层。IIIB 族金属可以是钪(Sc)、钇(Y)、铈(Ce)等的至少其中之一。在另一实施 方式中，保护层136可以包括例如Y203的IIIB族金属的氧化物，或例如钇铝 石榴石(YAG)的IIIB族的合金。在又一实施方式中，保护层136可以是块钇 层。在其他实施方式中，保护层136可以包括混合在金属中的103。 一些金属 包括铝(Al)、锰(Mg)、钛(Ti)、钽(Ta)等。在其他实施方式中，保护 层136可以包括掺杂的Y203。在又一实施方式中，保护层136可以由包含钇(Y) 的固溶体制成。在可选实施方式中，静电盘166可以由稀土陶瓷层制成，如上述的保护层 136—样。在静电盘166由稀土陶瓷层制成的实施方式中，可以可选地排除保 护层136 。在一个实施方式中，用于保护层136或者用于制造静电盘166的氧化钇层 (Y203)是高纯度的，以最小化在氧化钇层(Y203)中出现的杂质而导致的腔室 污染，从而在等离子体处理期间防止潜在的微粒释放到处理腔室100中。在一 个实施方式中，氧化钇层(Y203)具有体积至少约99.9%的氧化钇的纯度以及 至少约4.3 g/cm3的密度。氧化钇层(103)也具有在等离子体处理期间抵抗侵蚀和/或腐蚀的高硬度。 在一个实施方式中，氧化钇层(Y203)提供约3 GPa和约11 GPa之间的硬度(维 式5 Kgf)。另外，氧化钇层(YA)具有约2 AMnch和400 inch之间的 表面粗糙度，例如约16^-inch，以及小于约0.02Q^的吸水率。
在--个实施方式中，设置在衬底支撑表面上的保护层136的氧化钇层(YA)的厚度在约l Wn和约500 to之间，例如在2 Mm和约30Wii之间。氧 化钇保护层136的平均晶粒尺寸在约0. 01 Mm和约300 to之间。涂敷在静电盘166上的氧化钇(Y203)保护层136形成坚固的粘接界面， 从而提高静电盘166和涂敷的保护层136之间的粘接性。能量色散分析(EDS) 示出了涂敷的氧化钇(YA)保护层136在介电层204由氧化铝(A1203)制成 的实施方式中，在静电盘166上提供了粘接界面层，例如含钇氧化铝。涂敷的 氧化钇(YA)保护层136和静电盘表面之间的坚固粘接允许涂敷的氧化钇 (Y203)保护层136牢固地粘附在衬底支撑组件148上，并且防止氧化钇(Y203) 保护层136在等离子体处理期间的破裂、剥落、或剥离。图3示出了静电盘166的顶视图。静电盘166包括适于容纳静电卡盘150 上的衬底144的正表面206。在一个实施方式中，正表面206包括由相关气体 凹槽208限定的凸面楔形部件210。如上所述，气体凹槽208在表面206上分 配例如He的传热气体。气体凹槽208包括径向通道，其具有约5度到约10 度的间隔并且在内部环形槽212中终止。因而，在本发明中提供了用于增强衬底支撑组件的耐蚀性的保护层。涂敷 的保护层有利地在衬底支撑组件上提供了耐蚀表面，从而防止表面免受侵蚀环 境并且增加了腔室部件/零件的使用寿命。虽然前述涉及本发明的实施方式，但在不偏离本发明的基本范围内，可设 计本发明的其他和进一步的实施方式，以及本发明的范围由以下权利要求书限 定。
权利要求
1、一种衬底支撑组件，包括具有上衬底支撑表面的静电卡盘；设置在所述静电卡盘上的保护层，其中所述保护层包括包含稀土金属的陶瓷材料。
2、 根据权利要求1所述的衬底支撑组件，其特征在于，所述保护层包括钇。
3、 根据权利要求1所述的衬底支撑组件，其特征在于，所述保护层包括Y203。
4、 根据权利要求1所述的衬底支撑组件，其特征在于，所述稀土金属还 包括钪或铈的至少其中之一。
5、 根据权利要求1所述的衬底支撑组件，其特征在于，所述稀土金属还 包括稀土金属的氧化物。
6、 根据权利要求1所述的衬底支撑组件，其特征在于，所述保护层包括 牵乙铝石榴石。
7、 根据权利要求1所述的衬底支撑组件，其特征在于，所述保护层包括 块钇层。
8、 根据权利要求1所述的衬底支撑组件，其特征在于，所述保护层包括 混合在金属中的103。
9、 根据权利要求8所述的衬底支撑组件，其特征在于，其中混合有YA 的金属是铝、锰、钛、钽的至少其中之一。
10、 根据权利要求1所述的衬底支撑组件，其特征在于，所述保护层包括 掺杂的Y203。
11、 根据权利要求1所述的衬底支撑组件，其特征在于，所述衬底支撑组 件还包括具有设置在其中的至少一个冷却通道的基座；以及 将基座连接到静电卡盘中的陶瓷盘的含金属粘合剂。
12、 根据权利要求ll所述的衬底支撑组件，其特征在于，所述陶瓷盘由 氧化铝、氮化铝、氧化钛、氮化钛、碳化硅、和含陶瓷材料的稀土金属的至少其中之一制成。
13、 根据权利要求12所述的衬底支撑组件，其特征在于，所述用于陶瓷盘的陶瓷材料的稀土金属是Y203。
14、 根据权利要求1所述的衬底支撑组件，其特征在于，所述保护层的厚 度在约1 Pm和约500 Hm之间。
15、 根据权利要求l所述的衬底支撑组件，其特征在于，所述保护层的密 度大于约4.3。
16、 根据权利要求1所述的衬底支撑组件，其特征在于，所述保护层是表 面粗糙度在约2 inch和400 ^inch之间、例如约16 A-inch的陶瓷材料。
17、 根据权利要求1所述的衬底支撑组件，其特征在于，所述保护层是纯 度为至少约99. 9%体积百分比的氧化钇层。
18、 一种衬底支撑组件，包括静电卡盘，所述静电卡盘包括具有适于支撑设置在其上的衬底的上表面的 陶瓷盘；连接到陶瓷盘的下表面的基座，所述基座具有形成在其中并适于控制静电 盘的横向温度的至少一个流体管道；以及设置在陶瓷盘上的保护层，其中所述保护涂层是包含稀土金属的陶瓷材料。
19、 根据权利要求18所述的衬底支撑组件 括钇、￥203或钇铝石榴石的至少其中之一。
20、 根据权利要求18所述的衬底支撑组件 还包括钪或铈的至少其中之一。
21、 根据权利要求18所述的衬底支撑组件 还包括稀土金属的氧化物。
22、 根据权利要求18所述的衬底支撑组件 括混合在金属中的103，其中所述金属是铝、锰、钛、钽的至少其中之一。
23、 根据权利要求18所述的衬底支撑组件，其特征在于，所述陶瓷盘由 氧化铝、氮化铝、氧化钛、氮化钛、碳化硅、和含陶瓷材料的稀土金属的至少 其中之一制成。
24、 根据权利要求18所述的衬底支撑组件，其特征在于，还包括，其特征在于，所述保护层包 ，其特征在于，所述稀土金属 ，其特征在于，所述稀土金属 ，其特征在于，所述保护层包 将陶瓷盘连接到基座的粘接材料，其中所述粘接材料是丙烯酸基化合物和 硅基化合物的至少其中之一。
25、 一种衬底支撑组件，包括 陶瓷盘；连接到陶瓷盘的下表面的基座，所述基座具有形成在其中并适于控制静电 盘的横向温度的至少一个流体管道；将基座连接到盘的下表面的粘合剂；设置在粘合剂中的金属填充物，所述金属填充物包含A1、 Mg、 Ta、 Ti的 至少其中之一；以及涂敷在陶瓷盘的上表面上的保护YA涂层。
26、 根据权利要求25所述的衬底支撑组件，其特征在于，所述保护Y203 涂层混合有金属，其中所述金属是铝、锰、钛、钽的至少其中之一。
27、 根据权利要求25所述的衬底支撑组件，其特征在于，所述陶瓷盘由 氧化铝、氮化铝、氧化钛、氮化钛、碳化硅、和包含稀土金属的陶瓷材料的至 少其中之一制成。
全文摘要
本发明的实施方式提供了一种具有增强耐等离子体腐蚀性的保护层的衬底支撑组件。在一个实施方式中，一种衬底支撑组件包括具有上衬底支撑表面的静电卡盘、和设置在静电卡盘上的保护层，其中保护层由包含稀土金属的陶瓷材料制成。
文档编号C23C16/458GK101118865SQ200710143809
公开日2008年2月6日 申请日期2007年8月1日 优先权日2006年8月1日
发明者周爱琳, 珍妮弗·Y·孙 申请人:应用材料股份有限公司