气体传送系统的整体式陶瓷组件及其制造和使用方法
【专利说明】气体传送系统的整体式陶瓷组件及其制造和使用方法
相关申请的交叉引用
[0001]本申请根据35U.S.C.§ 119(e)要求在2014年4月7日申请的美国临时申请N0.61/976295的优先权，该申请的全部内容以引用的方式并入本文。
技术领域
[0002]本发明涉及半导体衬底处理装置，且更具体涉及气体传送系统和制作用于传送处理气体到半导体衬底处理装置的真空腔的气体传送系统的方法。
【背景技术】
[0003]半导体衬底处理装置用于通过包括但不限于下列技术的技术处理半导体衬底:等离子体蚀刻、物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、原子层沉积(ALD)、等离子体增强原子层沉积(PEALD)、离子注入以及抗蚀剂去除(resist removal)。半导体衬底处理装置包括气体传送系统，处理气体流动通过该气体传送系统，并随后通过气体分配件将该处理气体传送到该装置的真空腔的处理区域，所述气体分配件是例如喷头、气体喷射器、气体环或类似物。例如，该气体传送系统可以被配置成供应处理气体到气体喷射器以将处理气体分配在腔内的待处理的半导体衬底的表面，该气体喷射器被定位在腔内在半导体衬底之上。现有的气体传送系统由很多独立组件构成，这些独立组件中的很多在其内具有让处理气体流过的管道。独立组件的接口需要在接口之间有密封件，使得当通过组装的气体传送系统的管道供应处理气体时不会出现泄漏。此外，气体传送系统的很多组件由诸如不锈钢之类的金属制成，其中，金属污染物能够通过腐蚀、侵蚀和/或腐蚀/侵蚀而从形成该组件的管道的经处理气体润湿了的表面释放，金属污染物可能导致半导体衬底在其处理期间的污染。因此，对于包括更少的独立组件的气体传送系统有需求，并且进一步理想的是，气体传送系统的组件是耐腐蚀、耐侵蚀以及耐腐蚀/侵蚀的。
【发明内容】
[0004]本文公开了一种制作半导体衬底处理装置的气体传送系统的整体式陶瓷组件的方法，其中，所述气体传送系统被配置成供应处理气体到布置在其下游的气体分配件。所述气体分配件被配置成供应所述处理气体到所述装置的真空腔的处理区域，其中，所述处理区域布置在待处理的半导体衬底的上表面之上。所述方法包括准备陶瓷材料生坯。所述陶瓷材料生坯被形成为所述气体传送系统的理想的整体式陶瓷组件的形状。烧制所述已成形的陶瓷材料生坯以形成所述气体传送系统的所述整体式陶瓷组件。
[0005]本文还公开了一种制作半导体衬底处理装置的气体传送系统的整体式陶瓷组件的方法，其中，所述气体传送系统被配置成供应处理气体到布置在其下游的气体分配件。所述气体分配件被配置成供应所述处理气体到所述装置的真空腔的处理区域，其中，所述处理区域布置在待处理的半导体衬底的上表面之上。所述方法包括准备多个陶瓷材料生坯层。所述陶瓷材料生坯层被逐层层叠，以形成与所述气体传送系统的理想的整体式陶瓷组件的形状对应的陶瓷材料生坯。所述陶瓷材料生坯的每个层被图案化，以使一个或者多个竖直的、对角的和/或水平的管道形成在所述已成形的陶瓷材料生坯中，以用于供应通过其中的处理气体，并且一个或者多个进口端口和一个或者多个出口端口形成在所述已成形的陶瓷材料生坯中。烧制所述已成形的陶瓷材料生坯以形成所述气体传送系统的所述整体式陶瓷组件。
【附图说明】
[0006]图1示出了根据本发明的实施例的半导体衬底处理装置的一实施例。
[0007]图2是根据本发明的实施例的气体传送系统的示意图。
[0008]图3示出了气体棒的实施例，该气体棒可包括根据本发明的实施例的整体式陶瓷组件。
【具体实施方式】
[0009]本文公开了一种半导体衬底处理装置的气体传送系统的整体式陶瓷组件(monolithic ceramic component)和制造气体传送系统的整体式陶瓷组件的方法，其中，整体式陶瓷组件是耐腐蚀、耐侵蚀以及耐腐蚀/侵蚀的，从而减少在半导体衬底处理期间的半导体衬底的金属污染。半导体衬底处理装置可以通过包括但不限于下述技术的技术处理半导体衬底:等离子体蚀刻、物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、原子层沉积(ALD)、等离子体增强原子层沉积(PEALD)、离子注入或者抗蚀剂去除。在以下说明中，描述了许多具体细节以供彻底理解本发明的实施例。然而，对本领域技术人员而言，这些实施例可在没有这些具体细节的一些或全部的情况下实践将是显而易见的。在其他情况下，公知的处理操作没有被详细描述，以免非不必要地模糊本发明所公开的实施例。另外，本文中所使用的术语“大约”在结合数值使用时是指±10%。
[0010]随着集成电路器件在其物理尺寸和工作电压方面均持续缩减，其相关的生产产量变得更容易受到颗粒和金属杂质污染影响。因此，制造具有更小物理尺寸的集成电路器件要求颗粒和金属污染级别低于先前认为可接受的级别。
[0011]因此，在半导体衬底上的集成电路的制造期间，对半导体衬底的表面上的颗粒污染的控制在实现可靠的器件和获得高产率方面是有用的。当气体传送系统的组件的经处理气体润湿的金属表面被腐蚀和/或侵蚀时，诸如半导体衬底处理装置的气体传送系统之类的处理设备会是颗粒污染的来源。金属污染的实例包括但不限于具有材料的颗粒，该材料包括招、钡、I丐、铺、络、铜、镓、铟、铁、锂、镁、镍、钾、钠、锁、锡、钛、银、.乙、锌、错和/或它们的组合。
[0012]半导体衬底处理装置的气体分配系统可以使用气体棒(gas stick)，其是一系列气体分配和控制组件，例如质量流量控制器、一个或多个压力转换器和/或调节器、加热器、一个或多个过滤器或净化器、歧管、气体流量适配器和切断阀。所使用的组件及其在气体棒内的特定配置可以依赖其设计和应用而变化，很多组件配置在本技术领域是已知的。例如，在半导体衬底处理配置中，超过17种处理气体可以通过气体供给线(gas supplyline)供应给腔，以及被供应给气体分配系统组件。气体分配系统组件被附连到基板(即气体托盘(pallet))以形成也被称为“气体盘(gas panel) ”或“气体箱”的系统。
[0013]如上所述，在半导体制造中，随着半导体器件尺寸减小以及留有较小空间来容纳更多的组件，处理变得越来越不耐受颗粒污染。颗粒污染源可以包括气体棒中的金属组件和从高纯气体源传送处理气体到处理腔的混合歧管，在该处理腔中，该颗粒污染物通常将沉积在正处理的所述半导体衬底上。另一颗粒污染源是气体传送系统中的组件在单个气体传送系统组件的维护和修理或者替换期间暴露于室内空气。
[0014]因此，本文公开了一种气体传送系统的整体式陶瓷组件以及制造气体传送系统的整体式陶瓷组件的方法，其中，整体式陶瓷组件是耐腐蚀、耐侵蚀和耐腐蚀/侵蚀的，从而减少在半导体衬底处理期间半导体衬底的金属污染。整体式陶瓷组件优选地在其内包括处理气体可以流过的管道。如本文所使用的术语，管道可以指通道(channel)、管路(tube)、布线端口(routing port)、管状物(pipe)或者使组件的至少两个位置之间能够气体连通或流体连通的类似物。优选地，一个或多个竖直的、对角的和/或水平的管道布置在整体式陶瓷组件中，并且一个或多个进口端口和一个或多个出口端口形成在整体式陶瓷组件中。此外，与现有可行的方法相比，该制造整体式陶瓷组件的方法使得能利用更少的构成组件来形成更大的组件，其中，该组件在其内具有让处理气体流过的理想的管道路径。例如，现有技术的气体传送系统组件是由诸如不锈钢之类的金属制成的，其中，构成组件不得不被组装在一起，由于现有技术的金属构成组件的加工误差，并且还由于期望通过保护涂层(protective coating)涂覆形成现有技术的构成组件的管道的经处理润湿的表面，因此为了获得让处理气体能流过的理想的管道路径，需要构成组件之间的连接和密封。然而，由于整体式陶瓷组件由陶瓷材料生坯形成并且随后进行烧制，因此无需将构成组件组装在一起以实现在其中的理想的管道路径，也无需构成组件之间的连接和密封，因此能够形成更大的组件。此外，形成组件的管道的经处理润湿的表面是耐腐蚀、耐侵蚀和耐腐蚀/侵蚀的，在其上无需保护涂层。
[0015]构成整体式陶瓷气体传送件的陶瓷材料可以是高纯度硅、碳化硅(SiC)、氧化硅、氮化娃、碳化硼、氮化铝、氧化钛、巩土、氧化错、氧化铍或氧化铺。优选地，形成气体传送系统的整体式陶瓷组件的陶瓷材料是选自由氧化物材料、氮化物材料、硼化物材料、氟化物材料和碳化物材料构成的组。通过使用陶瓷作为气体传送系统的整体式陶瓷组件的材料使得该组件高耐受化学溅射(例如，溅射的SiC形成可能不会影响设备性能的Si和C)和高耐受在可能含有氧、卤素和/或氢氟烃的处理气体，或