专利名称：用于连接腔室部件的附着材料的制作方法
技术领域：
本发明的实施例大体上关于半导体处理腔室，更具体地关于适合用于连接半导体处理腔室部件的附着材料。相关技术描述半导体处理涉及许多不同的化学及物理工艺，藉以使极微小的集成电路建立在衬底上。构成集成电路的材料层藉由化学气相沉积、物理气相沉积、外延生长、与类似工艺而建立。一些所述材料层通过使用光刻胶掩模及湿式或干式蚀刻技术加以图案化。用于形成集成电路的衬底可以是硅、砷化镓、磷化铟、玻璃、或任何其他适合的材料。一般的半导体处理腔室可具有许多部件。一些部件包括界定工艺区块的腔室主体、适以从气体供应器供应工艺气体进入工艺区块的气体分配组件、用于在工艺区块内赋予工艺气体能量的气体赋能器(例如等离子体生成器)、衬底支撑组件、以及气体排放器。一些部件可由多个零件的组件所构成。例如，喷头组件可包括导电基底板，所述导电基底板以附着式接合到陶瓷气体分配板。有效的零件接合需要适合的附着剂以及独特的接合技术，以确保所述零件彼此固定地附接，且同时补偿热膨胀上的任何不匹配且不至于不利地产生任何界面缺陷。因此，需要一种稳固的附着材料用以组装半导体处理腔室中的零件和/或部件。
发明内容
本发明的实施例提供一种稳固的接合材料，所述接合材料适合用于连接半导体处理腔室部件。在一个实施例中，适合用于连接半导体腔室部件的附着材料包括具有低于300psi的杨氏模量的附着材料。在另一实施例中，一种半导体腔室部件包括第一表面与附着材料，所述第一表面配置成邻接第二表面，而所述附着材料耦接第一表面与第二表面，其中所述附着材料具有低于300psi的杨氏模量。在又一实施例中，一种用于接合多个半导体处理腔室部件的方法包括以下步骤:施加附着材料于第一部件的表面上，其中所述附着材料具有低于300psi的杨氏模量；通过与所述附着材料接触而将第二部件耦接至所述第一部件的表面；以及热处理耦接第一部件与第二部件的附着层。
藉由参考实施例(一些实施例于附图中说明)，可获得在发明内容中简要总结的本发明的更特定的描述，而能够详细地了解在具体实施方式
中记载的本发明的特征。图1描绘使用根据本发明的接合材料的处理腔室的一个实施例的剖面视图；图2描绘一个实施例的剖面视图，其中多个衬底是由根据本发明的附着材料所接合；以及图3描绘一个实施例的分解剖面视图，其中多个衬底是由根据本发明的附着材料的穿孔片料所接合。然而应注意附图仅说明此发明的典型实施例，而不应将所述附图视为限制本发明的范畴，因为本发明可容许其他等效实施例。为了便于理解，如可能则使用相同元件符号标注各图共有的相同元件。可构想，一个实施例的元件可有利地用于其他实施例，而无须进一步记载。
具体实施例方式本发明的实施例提供一种用于接合半导体处理腔室中所用的零件的稳固附着材料、以本发明的附着材料接合的处理腔室部件、以及用于制造所述附着材料的方法。在一个实施例中，所述稳固的接合材料是基于硅酮的材料，所述基于硅酮的材料具有某些期望的附着材料特性，以便提供良好的接合界面而用于接合气体分配组件或半导体处理腔室的其他不同组件中的零件。所述附着材料具有期望的热膨胀系数、热应力、伸长率、及热导率的范围，以便提供多个接合部件之间的稳固接合，所述接合部件是用在严峻的等离子体蚀刻环境与类似环境中。图1是根据本发明的半导体处理腔室100的一个实施例的剖面视图，所述腔室100具有至少一个利用接合材料的部件。适合的处理腔室100的一个范例是CENTURA14ENABLER Etch System，所述腔室可购自美国加州圣克拉拉市的应用材料公司。可构想，其他处理腔室可适于受益于在此揭示的一个或多个本发明技术。处理腔室100包括包围内部空间106的腔室主体102与盖104。腔室主体102 —般是由铝、不锈钢、或其他适合的材料所制造。腔室主体102大体上包括侧壁108与底部110。衬底进入孔(未图示)大体上被界定在侧壁108中，并且选择性地由狭缝阀密封，以助于使衬底144进出处理腔室100。外衬垫116可定位成抵靠在腔室主体102的侧壁108上。外衬垫116可由抗等离子体或抗含卤素气体的材料所制造，和/或被所述材料涂布。在一个实施例中，外衬垫116是由氧化铝制造。在另一实施例中，外衬垫116是由钇、钇合金、或前述材料的氧化物制造，或者是被钇、钇合金、或前述材料的氧化物涂布。在又一实施例中，外衬垫116是由块体(bulk) Y2O3制造。排气口 126被界定在腔室主体102中并且将内部空间106耦接至泵系统128。泵系统128大体上包括一个或多个泵以及节流阀，用以抽空及调节处理腔室100的内部空间106的压力。在一个实施例中，泵系统128将内部空间106内的压力维持在一般介于约IOmTorr至约20Torr的操作压力下。盖104以密封式被支撑在腔室主体102的侧壁108上。盖104可被开启以容许进出处理腔室100的内部空间106。盖104可视情况包括窗142，所述窗142便于光工艺监视。在一个实施例中，窗142是由石英或对光学监控系统140所用的信号具透射性的其他适合材料所构成。一个适以受益于本发明的光学监控系统是EyeD 全光谱干涉测量模块，所述模块可购自美国加州圣克拉拉市的应用材料公司。气体显示板158耦接处理腔室100以提供工艺和/或清洁气体至内部空间106。处理气体的范例可包括含卤素气体，尤其是诸如C2F6、SF6, SiCl4, HBr、NF3> CF4, Cl2, CHF3> CF4,与SiF4，处理气体的范例还可包括其他气体，诸如O2或队0。载气的范例包括N2、He、Ar、其他对工艺呈现惰性的气体与非反应性气体。在图1中所描绘的实施例中，进入通口 132’、132’’(一并称为通口 132)设置在盖104内以容许气体得以从气体显示板158被递送通过气体分配组件130至处理腔室100的内部空间106。气体分配组件130耦接盖104的内表面114。气体分配组件130包括气体分配板194，所述气体分配板194耦接导电基底板196。导电基底板196可充当RF电极。一个实施例中，导电基底板196可由铝、不锈钢、或其他适合的材料制成。气体分配板194可由陶瓷材料(诸如碳化硅、块体钇、或前述材料的氧化物)制造，以提供对含卤素化学物质的抵抗力。或者，气体分配板194可被钇或钇的氧化物涂布，以延长气体分配组件130的寿命。导电基底板196藉由根据本发明的附着材料122接合气体分配板194。可将附着材料122施加到导电基底板196的下表面或气体分配板194的上表面，以将气体分配板194以机械方式接合至导电基底板196。在一个实施例中，附着材料122是基于硅酮的材料，所述基于硅酮的材料具有某些期望的特性而提供气体分配板194与导电基底板196之间的稳固的接合界面。附着材料122提供足以固定地将导电基底板196与气体分配板194连接的接合能量。接合材料122另外提供充足的热导率，所述热导率足以提供气体分配板194与导电基底板196之间良好的热传，所述良好的热传具有足够的顺应性，以防止等离子体处理期间加热气体分配板194与导电基底板196时所述二部件之间因热膨胀不匹配而造成的分层现象。可构想，附着材料122也可用于接合组装气体分配组件130所用的其他零件和/或部件。在一个实施例中，附着材料122层包括多个附着环和/或多个附着珠或沟道，需要这些附着环和/或附着珠或沟道来分隔通过气体分配板194的气体递送独立区块。在一个实施例中，附着材料122可以是导热的糊状物、粘胶(glue)、凝胶(gel)、或垫片，所述材料具有期望中所选的特性，以增进接合部件之间的接合能量，此状况将在下文中参考图2—并进一步描述。可按照附着环、附着珠、或前述形式的组合的形式将附着材料施加到界面。气体分配板194可以是平坦的碟状物，所述碟状物具有多个通孔134，所述通孔134形成在气体分配板194面朝衬底144的下表面中。气体分配板194的通孔134对准穿过导电基底板196而形成的相对应的通孔154，以使得气体从进入通口 132(图示为132’、132’’)通过一个或多个充气部(图示为127、129)，流进处理腔室100的内部空间106而呈现横跨衬底144 (所述衬底144正于腔室100中受处理)的表面上的预定分布方式。气体分配组件130可包括分割器(divider) 125，所述分割器125配置在盖104与导电基底板196之间而界定内充气增压部127与外充气增压部129。形成于气体分配组件130中的内充气增压部127与外充气增压部129可助于防止气体显示板提供的气体在通过气体分配板194之前混合。当使用分割器125时，相对应的附着层122配置在气体分配板194与导电基底板196之间，以将由各进入通口 132’、132’’所提供的气体在通过气体分配板194且进入内部空间106之前进行隔离。再者，气体分配组件130可进一步包括透射性区域或通道138，所述区域或通道适合用于使光学监控系统140得以观看内部空间106和/或定位在衬底支撑组件148上的衬底144。通道138包括窗142，以防止气体从通道138泄漏。衬底支撑组件148配置在处理腔室100的内部空间106中而位于气体分配组件130下方。衬底支撑组件148在处理期间固持衬底144。衬底支撑组件148大体上包括多个起模顶杆(未图示)，所述起模顶杆设置成穿过所述衬底支撑组件148，并且配置成从衬底支撑组件148举升衬底144以及便于用常规的方式与机械臂(未图示)交换衬底144。内衬垫118可被涂布在衬底支撑组件148的周边上。内衬垫118可以是抗含卤素气体的材料，所述材料基本上类似于外衬垫116所用的材料。在一个实施例中，内衬垫118可由与外衬垫116相同的材料所制造。内衬垫118可包括内导管120，传热流体是从流体源124通过所述内导管120提供以调节内衬垫118的温度。在一个实施例中，衬底支撑组件148包括安装板162、基底164、与静电夹盘166。安装板162耦接腔室主体102的底部110，所述安装板162包括多个通道，所述通道用于将多个设施(尤其是诸如流体线路、电力线路、与传感器导线)布线到基底164与夹盘166。基底164或夹盘166中的至少一个可包括至少一个任选的嵌入的加热器176、至少一个任选的嵌入的隔离器174、以及多个导管168、170，以控制支撑组件148的侧向温度分布。导管168、170流体连通地耦接流体源172，温度调节流体通过所述流体源172循环。加热器176由电源178所调节。导管168、170与加热器176用于控制基底164的温度，由此加热和/或冷却静电夹盘166。可通过使用多个温度传感器190、192来监视静电夹盘166与基底164的温度。静电夹盘166可进一步包含多个气体通道(未图示)，所述气体通道诸如为沟槽，形成于夹盘166的衬底支撑表面中并且流体连通地耦接传热(或背侧)气体源，所述气体源诸如为氦气。在工作时，在受控的压力下提供背侧气体进入气体通道以增强静电夹盘166与衬底144之间的传热。静电夹盘166包含至少一个夹箝电极180，所述电极180是通过使用夹持电源182而受到控制。电极180 (或其他设置在夹盘166或基底164中的电极)可进一步通过匹配电路188耦接一个或多个RF电源184、186，用于将从工艺气体和/或其他气体形成的等离子体维持在处理腔室100内。RF电源184、186大体上能够产生具有频率从约50kHz至约3GHz以及高达约10000瓦的功率的RF信号。基底164藉由接合材料136固定至静电夹盘166，所述接合材料136可实质上与在气体分配组件130中用以接合气体分配板194与导电基底196的接合材料122类似或相同。如上文所述，接合材料136便于静电夹盘166与基底164之间的热能交换，并且补偿静电夹盘166与基底164之间的热膨胀不匹配。在一个示范性实施例中，接合材料136将静电夹盘166机械式地接合至基底164。可构想，接合材料136也可用于接合组装衬底支撑组件148所用的其他零件和/或部件，诸如将基底164接合至安装板162。图2描绘用于将第一表面204接合至第二表面206的附着材料122 (或材料136)的一个实施例的剖面视图。表面204、206可界定在气体分配组件130中形成的气体分配板194与导电基底板196上、衬底支撑组件148中所用的其他部件上、或其他如所需的腔室部件上。在一个实施例中，附着材料122可以是用于在气体分配组件130中将气体分配板194接合至导电基底板196的附着材料122，如图1中所示。附着材料122可以是凝胶、粘胶、垫片、或糊状物形式。适合的附着材料的一些实例包括基于丙烯酸与硅酮的化合物，但不限于此。在另一实施例中，适合的范例可包括丙烯酸塑胶、氨基甲酸乙酯、聚酯、聚己内酯(polycaprolactone(PCL))、聚甲基丙烯酸酯(polymethylmethacrylate (PMMA) )、PEVA> PBMA> PHEMA> PEVAc> PVAc、聚乙烯批咯烧酮(poly (N-vinylpyrrolidone))、乙烯-乙烯醇共聚物(poly (ethylene-vinyl alcohol))、树脂、聚氨基甲酸酯(polyurethane )、塑胶或其他聚合物附着材料。
在一个实施例中，附着材料122经选择而具有低杨氏模量，例如低于300psi。具有低杨氏模量的附着材料比较具有顺应性并且能够在等离子体工艺期间适应接合界面的表面变化。在等离子体处理期间，界面处的表面可能由于等离子体反应生成的热能而膨胀。因此，设置在界面处的附着材料122具足够的顺应性，以适应当两表面204、206由两种不同的材料构成时(例如，陶瓷的气体分配板194与金属的导电基底板196)界面处的热膨胀不匹配。因此，具有低杨氏模量的附着材料122在等离子体工艺期间提供低热应力，因而提供期望程度的顺应性以适应界面处的热膨胀不匹配。在一个实施例中，附着材料经选择而具有低于2MPa的热应力。再者，附着材料122经选择而具有高伸长率(例如超过约150%)且具有高热导率，例如介于0.lW/mK至约5.0W/mK之间。附着材料122的伸长率可藉由拉张测试而受到测量。附着材料122的高热导率可助于在陶瓷气体分配板194与金属的导电基底板196之间传输热能，以便横跨气体分配组件130维持均匀的传热。另外，附着材料122的高热导率也助于将热能传输到处理腔室100的内部空间106，以在内部空间106中提供均匀的热梯度，以便助于处理期间等离子体均匀分布。在一个实施例中，附着材料122具有一厚度，所述厚度经选择而足以使第一表面204及第二表面206得以固定地接合，且具有足够的顺应性。一个实施例中，附着材料122的厚度被选在介于约100 μ m与约500 μ m之间。接合部件之间的最终间隙可控制在约25 μ m至约500 μ m之间。可以施加附着材料122成为片料(sheet)，所述片料具有低于50 μ m的表面平坦度，以确保两表面204、206之间有精密公差(close tolerance)以及良好的平行。在一个实施例中，如前文参考图1所讨论，附着材料122可视需要作为穿孔的片料材料、具不同尺寸的圆形环、同心环、或网孔的形式。第一表面204与第二表面206由附着材料122接合后，可执行热工艺(诸如烘烤、退火、热浸、或其他适合的热工艺)以辅助第一表面204与第二表面206之间的附着材料122的接合。在通过附着层接合后，第一表面204与第二表面206之间的界面基本上是平坦的，并且具有低于100 μ m的表面均匀度分布。图3描绘气体分配组件130的一个实施例的分解视图，所述气体分配组件130具有穿孔片料300的形式的附着材料122。穿孔片料300可具有如前文所述的附着材料122的尺寸及物理特性。穿孔片料300可具有碟形，且可具有与气体分配板194基本相同的直径。穿孔片料300包括多个预先形成的通孔302，所述通孔302被定位成对准通孔134、154。可将多个通孔302排列成矩形图案,例如尤其是栅格(grid)状、圆形阵列(polar array)、或辐射状图案。通孔134、154、302的直径实质上相等，或者通孔302的直径稍微大于通孔134、154的直径，使得通过气体分配组件130的流动具有极小的限制。此外，当通孔134、154、302为直径极少差异或没有差异的同心圆时，粒子或其他潜在的污染物堆积在通孔134、154、302的界面处的可能性极小，此堆积的情况在穿过附着层的通孔的几何形状是椭圆形或其他非圆形的形状时较可能发生，所述非圆形的形状在附着层并非为穿孔的非片料形式时是常见的。前述内容涉及本发明的实施例，可在不背离本发明的基本范畴的情况下设计本发明其他与进一步的实施例，本发明的范畴由所附权利要求书决定。
权利要求
1.一种适合用于连接多个半导体腔室部件的附着材料，包括: 附着材料，所述附着材料具有低于300pSi的杨氏模量。
2.如权利要求1所述的材料，其中所述附着材料是基于硅酮的化合物。
3.如权利要求1所述的材料，其中所述附着材料是片料的形式。
4.如权利要求1所述的材料，其中所述附着材料具有低于2MPa的热应力。
5.如权利要求1所述的材料，其中所述附着材料具有介于约0.1ff/mK至约5W/mK之间的热导率。
6.如权利要求1所述的材料，其中所述附着材料的厚度在约100μ m至约500 μ m之间。
7.如权利要求1所述的材料，其中所述附着材料是预先形成的环。
8.如权利要求1所述的材料，其中所述附着材料具有大于150%的伸长率。
9.一种半导体腔室部件，包括: 第一表面，所述第一表面配置成邻接第二表面；以及 附着材料，所述附着材料将所述第一表面耦接至所述第二表面，其中所述附着材料具有低于300psi的杨氏模量。
10.如权利要求9所述的腔室部件，其中所述附着材料是基于硅的化合物。
11.如权利要求9所述的腔室部件，其中所述第一表面是陶瓷，且所述第二表面是金属。
12.如权利要求9所述的腔室部件，其中所述第一表面是陶瓷气体分配板，且所述第二表面是金属导电基底板，且所述附着材料经排列以界定所述第一表面及所述第二表面之间的多个气体通道。
13.如权利要求9所述的材料，其中所述附着材料具有低于2MPa的热应力。
14.如权利要求9所述的材料，其中所述附着材料具有介于约0.lW/mK至约5W/mK之间的热导率以及介于约100 μ m至约500 μ m之间的厚度。
15.如权利要求9所述的材料，其中所述附着材料具有大于150%的伸长率。
全文摘要
本发明的实施例提供一种稳固的接合材料，所述接合材料适合用于连接半导体处理腔室部件。其他实施例提供使用具有期望特性的附着材料所连接的半导体处理腔室部件。在一个实施例中，适合用于连接半导体腔室部件的附着材料包括具有低于300psi的杨氏模量的附着材料。另一实施例中，半导体腔室部件包括第一表面与附着材料，所述第一表面配置成邻接第二表面，而所述附着材料耦接第一表面与第二表面，其中所述附着材料具有低于300psi的杨氏模量。
文档编号H01L21/02GK103201823SQ201180054325
公开日2013年7月10日 申请日期2011年11月7日 优先权日2010年11月15日
发明者J·Y·孙, S·班达 申请人:应用材料公司