TW202405884A - 具有保護塗層之物品 - Google Patents

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Abstract

本發明技術之各種實施例可提供一種由陶瓷材料形成之物品。該物品可進一步包括上覆於該物品之一或多個表面的保護塗層。該保護塗層可包括：第一層，其包括鋁及鎂；以及第二層，其包括氧化鋁、或氧化鋁及氧化鎂。

Description

具有保護塗層之物品
本發明大體上係關於用於具有保護塗層之物品的方法及設備。更特定言之，本發明係關於一種用於半導體製造設備中之具有保護塗層的靜電卡盤加熱器。
用於半導體製造中之靜電卡盤（ESC）加熱器可由陶瓷材料，諸如氮化鋁（AlN），歸因於其高熱導率及功率耗散極限而形成。然而，陶瓷材料可能易於在ESC加熱器上染色及/或不均勻沉積，此可能會引起ESC加熱器之效能問題（例如不均勻加熱）。因此，可能需要防止前述問題之保護塗層。氧化鋁（例如，Al 2O 3）為保護塗層之良好候選物，因為其具有極佳介電特性，在化學上呈中性且具有良好摩擦特徵。然而，在氮化鋁基板上形成氧化鋁膜方面存在挑戰。
本發明技術之各種實施例可提供一種由陶瓷材料形成之物品。該物品可進一步包括上覆於該物品之一或多個表面的保護塗層。該保護塗層可包括：第一層，其包括鋁及鎂；以及第二層，其包括氧化鋁、或氧化鋁及氧化鎂。
根據一個態樣，一種設備包含：由氮化鋁形成且包含第一表面及第二表面之物品；以及上覆於至少該第一表面且包含以下之保護塗層：第一層，其包含鋁及鎂；及第二層，其包含氧化鋁。
在一個實施例中，該第二層進一步包含氧化鎂。
在一個實施例中，該第二層中氧化鎂與氧化鋁之比率為200:10。
在一個實施例中，該第一層中之鎂具有在1-500 ppm範圍內之濃度。
在一個實施例中，該第一層與該物品直接介接（directly interfaces）。
在一個實施例中，該保護塗層具有在130nm至170nm範圍內之厚度。
在一個實施例中，該第一層具有10nm至50nm範圍內之厚度。
在一個實施例中，該第二層具有在50nm至170nm範圍內之厚度，且包含直徑在30nm至40nm範圍內之奈米晶體。
在一個實施例中，該保護塗層具有第一熱膨脹係數（CTE）且該物品具有第二CTE；其中該第一CTE與該第二CTE相差25%-50%之範圍。
根據另一態樣，一種靜電卡盤包含：包含氮化鋁之物品，該物品包含面朝上的第一表面及相對的第二表面；上覆於該第一表面且包含以下之保護塗層：第一層，其包含鋁及鎂，以及第二層，其包含氧化鋁；嵌入於該物品內之複數個電極；以及嵌入於該物品內之複數個加熱元件。
在一個實施例中，該第二層進一步包含氧化鎂，且其中該第二層中氧化鎂與氧化鋁之比為200:10。
在一個實施例中，該第一層中之鎂具有在1-500 ppm範圍內之濃度。
在一個實施例中，該保護塗層具有在130nm至170nm範圍內之厚度。
在一個實施例中，該第一層具有在10nm至50nm範圍內之第一厚度，且其中該第二層具有在50nm至170nm範圍內之第二厚度。
在一個實施例中，該第二層包含直徑在30nm至40nm範圍內之奈米晶體。
根據又一態樣，一種系統包含：反應器，其包含：晶座，其經組態以固持晶圓且由陶瓷材料形成，該晶座包含：面朝上的第一表面及相對的第二表面；上覆於該第一表面且包含以下之保護塗層：第一層，其包含鋁及鎂，以及第二層，其上覆於該第一層，包含氧化鋁；噴淋頭總成，其安置於該晶座上方；以及源容器，其耦接至該反應器且經組態以容納化學物質。
在一個實施例中，該保護塗層具有在130nm至170nm範圍內之厚度。
在一個實施例中，該第二層進一步包含氧化鎂。
在一個實施例中，該物品包含靜電卡盤，其包含由氮化鋁形成之主體及嵌入於該主體內之複數個電極。
在一個實施例中，該第二層包含直徑在30nm至40nm範圍內之多晶奈米晶體。
現將參照附圖，其中相似元件符號鑑別本主題揭露之類似結構特徵或態樣。
下文所提供之例示性實施例的描述僅係例示性且僅係意欲用於闡釋之目的；下列描述並非意欲限制本揭露或申請專利範圍之範疇。此外，將具有所陳述特徵之多個實施例列舉不意欲排除具有額外特徵之其他實施例或納入所陳述特徵之不同組合的其他實施例。
本發明係關於用於具有保護塗層之基板的方法及設備。更特定言之，本發明係關於一種用於半導體製造設備中之具有保護塗層的靜電卡盤加熱器。
如本文所用，物品可指具有可沉積材料之表面的任何材料。物品可包括用於加工晶圓之靜電卡盤加熱器。在其他情況下，物品可包括任何合適的工件，諸如起模頂桿、密封墊及其類似者。
進一步言，在本揭露中，變量的任兩個數目可構成該變量的可工作範圍，且所指示的任何範圍可包括或排除端點。額外地，所指示的變量之任何數值（不管該等數值是否以「約」來指示）可指精確值或近似值，並包括等效值，且可指平均值、中間值、代表值、多數值或類似者。進一步言，在本揭露中，在一些實施例中，用語「包括」、「由...構成」與「具有」獨立地指「典型或廣泛地包含」、「包含」、「基本由...所組成」或「由...所組成」。在本揭露中，在一些實施例中，任何已定義之含義不必然排除一般及慣用含義。
在各種實施例中且參看圖1及圖4至圖6，設備100可包含具有第一表面及第二表面之物品105，其中該第二表面與該第一表面相對。物品105可由陶瓷材料（例如，氮化鋁（AlN））形成或包含該陶瓷材料。
在各種實施例中，設備100可為經組態以支撐晶圓715之晶座705（圖7）。在一些實施例中，晶座705可為用以使用電力固持或夾持晶圓715之靜電卡盤加熱器。在此類實施例中，靜電卡盤加熱器可包含複數個電極125以形成電場。在此類情況下，物品105可進一步包含加熱元件130及嵌入於物品105內之溫度感測器（例如，熱電偶）（未圖示）。加熱元件130可形成任何合適的型態。溫度感測器可位於物品105的基板邊緣、中間及/或接近於中心處。
在各種實施例中，設備100可進一步包含上覆於物品105之第一表面的保護塗層110。保護塗層110可包含一或多個層。舉例而言，保護塗層110可包含第一層115及第二層120，其中第一層115安置於物品105之第一表面正上方且第二層120安置於第一層115正上方。第一層115可包含鋁及鎂。第一層115中之鎂濃度可在1-500 ppm（百萬分率）範圍內。
在一個實施例中，第二層120可僅包含氧化鋁（AlOx）。在另一實施例中，第二層120可包含氧化鋁及氧化鎂，其中氧化鎂與氧化鋁之比為約200:10。保護塗層110之厚度可介於130nm至170nm範圍內。第一層115之厚度可介於10-50 nm範圍內。第二層120之厚度可介於50-170 nm範圍內。
在各種實施例中，保護塗層110可與AlN物品105具有25%-50%差異的CTE（熱膨脹係數）失配。
在各種實施例中，設備100可進一步包含安置於物品105與第一層115之間的第三層（未圖示）。第三層可包含釔，諸如Y 2O 3，或釔鋁石榴石（yttrium aluminium garnet, Y 3Al 5O 12）。第三層可減少物品105與第一層115之間的應力。
在各種實施例中，保護塗層110可上覆於物品105之複數個表面。舉例而言，保護塗層110可上覆於第一表面及第二表面（例如，如圖4中所繪示）。在一些實施例中，保護塗層110可囊封物品105（例如，如圖5中所繪示）。在一些實施例中，保護塗層110可上覆於表面之一部分，例如第一表面之一部分（例如，如圖6中所繪示）。
保護塗層110可藉由使用熱製程（例如，熱原子層沉積）、磁控濺鍍系統或適合於使膜生長之任何其他系統來使薄膜生長而形成。
在磁控濺鍍系統之情況下，濺鍍系統可在高真空壓力（P=2×10 -8托，PO 2=1×10 -8Pa）下操作。濺鍍系統可配備有四個2吋磁控管及用於將物品105引入生長室中而不丟失真空之負載鎖。第一層115可使用高純度Al（例如，在98%-99.99%範圍內）形成。物品105可鄰近於磁控管置放，其中磁控管具有共焦定向，其允許在物品105上以0.2%之標準差進行均一沉積。保護塗層110之生長可在室溫（例如20°C）下執行，且在金屬沉積期間的基礎壓力可為大約3×10 -3托。
在各種實施例中，磁控濺鍍產生50 kW/cm2之功率密度，此提供任何陶瓷標靶在高氣體壓力（1-100 Pa）下之高效蒸發。在此方法中，有可能防止微電子裝置之過度加熱，此係因為加熱源為點狀的且沉積之表面可遠離經蒸發之物件。因此，此方法允許在低溫下沉積陶瓷塗層。該方法進一步包含產生電漿，該電漿消除電荷在物品上積聚之問題，且另外改善氣體之化學反應性，且保持表面化學計量。本發明技術之實施例以至多數十nm/min之速率將保護塗層110沉積於物品105上。
在各種實施例中，保護塗層110之生長可藉由Al及Mg之共同沉積來進行。使用射頻（rf）磁控濺鍍在200 W下的Al生長率可為大約25 nm/min。在鋁上500 ppm之Mg濃度的沉積速率可使用rf源在50 W之功率下固定至0.07 nm/min。
在第一層115沉積之後，氧氣之真空壓力可降低至1×10 -5Pa以在熱力學上形成AlOx膜（第二層120）。如圖3中所示，藉助於由掃描電子顯微鏡進行成像，第二層120由直徑在30nm至40nm範圍內、平均直徑為35 nm之奈米晶體構成。第二層120歸因於低生長溫度而為多晶的。
在各種實施例中，保護塗層110可原位沉積於物品105上。然而，在其他實施例中，保護塗層110可異位沉積於基板上。
本發明技術之實施例提供一種包含新陶瓷複合材料之設備（包括物品105、第一層115及第二層120），該新陶瓷複合材料可維持高溫，同時具有極佳介電特性且能夠在侵蝕性介質（例如反應性化學物質）中操作。
在各種實施例中，保護塗層110可為犧牲塗層，使得其可藉由濕式化學製程或藉由機械製程自物品105中移除。可視需要接著將保護塗層110再施加至物品105。
在各種實施例中且參考圖7，系統700可包含反應器702及與反應器702連通之源容器720。源容器720可藉由氣體管線連接至反應器702且可容納固體或液體化學物質。來自源容器720之蒸氣或氣體可流動通過氣體管線至反應器702。反應器702可包含晶座705及噴淋頭總成710。噴淋頭總成710可安置於晶座705上方，且可經組態以將氣體或蒸氣遞送至反應器702之腔室。舉例而言，噴淋頭總成710可包含複數個通孔。
雖然已在一些實施例及實例的上下文中提供本揭露，所屬技術領域中具有通常知識者將理解本揭露延伸超出具體描述之實施例、其他替代實施例、及/或該等實施例的用途和其等之明顯修改及等同物。此外，雖然已詳細示出並描述本揭露的實施例的數個變體，但所屬技術領域中具通常知識者基於本揭露將明白在本揭露之範疇內的其他修改。亦設想到，可做出實施例的具體特徵及態樣的各種組合或子組合，且仍然落入本揭露的範疇內。應理解，所揭示實施例的各種特徵與態樣可彼此組合或替換，以便形成本揭露的實施例之變化模式。因此，意欲使本揭露的範疇不應受限於上文所描述之特定實施例。
100:設備 105:物品 110:保護塗層 115:第一層 120:第二層 125:電極 130:加熱元件 700:系統 702:反應器 705:晶座 710:噴淋頭總成 715:晶圓 720:源容器
下文將參照意欲闡釋而非限制本發明的一些實施例的繪圖來描述本文中所揭示的本發明之此等及其他特徵、態樣、和優點。 圖1代表性地繪示了根據本發明技術之實施例的設備； 圖2為繪示根據本發明技術之實施例的磁控功率與鎂濃度之間的關係之圖； 圖3為根據本發明技術之實施例之保護塗層之俯視圖的影像； 圖4代表性地繪示了根據本發明技術之實施例的設備； 圖5代表性地繪示了根據本發明技術之實施例的設備； 圖6代表性地繪示了根據本發明技術之實施例的設備；以及 圖7為根據本發明技術之實施例之系統的方塊圖。 應瞭解，圖式中的元件是為了簡單與清楚而繪示，且不必然按比例繪製。例如，圖式中之一些元件之相對大小可相對於其他元件而言誇大，以幫助改善對所繪示本發明實施例的理解。
100:設備
105:物品
110:保護塗層
115:第一層
120:第二層
125:電極
130:加熱元件

Claims (20)

  1. 一種設備，其包含： 物品，由氮化鋁形成且包含第一表面及第二表面；及 保護塗層，上覆於至少該第一表面且包含： 第一層，其包含鋁及鎂；及 第二層，其包含氧化鋁。
  2. 如請求項1之設備，其中該第二層進一步包含氧化鎂。
  3. 如請求項2之設備，其中該第二層中氧化鎂與氧化鋁之比為200:10。
  4. 如請求項1之設備，其中該第一層中之鎂具有在1-500 ppm範圍內之濃度。
  5. 如請求項1之設備，其中該第一層與該物品直接介接。
  6. 如請求項1之設備，其中該保護塗層具有在130nm至170nm範圍內之厚度。
  7. 如請求項1之設備，其中該第一層具有在10nm至50nm範圍內之厚度。
  8. 如請求項1之設備，其中該第二層具有在50nm至170nm範圍內之厚度，且包含直徑在30nm至40nm範圍內之奈米晶體。
  9. 如請求項1之設備，其中該保護塗層具有第一熱膨脹係數（CTE）且該物品具有第二CTE；其中該第一CTE與該第二CTE相差25%-50%之範圍。
  10. 一種靜電卡盤，其包含： 物品，包含氮化鋁，該物品包含面朝上的第一表面及相對的第二表面； 保護塗層，上覆於該第一表面且包含： 第一層，其包含鋁及鎂；及 第二層，其包含氧化鋁； 複數個電極，嵌入於該物品內；以及 複數個加熱元件，嵌入於該物品內。
  11. 如請求項10之靜電卡盤，其中該第二層進一步包含氧化鎂，且其中該第二層中氧化鎂與氧化鋁之比為200:10。
  12. 如請求項10之靜電卡盤，其中該第一層中之鎂具有在1-500 ppm範圍內之濃度。
  13. 如請求項10之靜電卡盤，其中該保護塗層具有在130nm至170nm範圍內之厚度。
  14. 如請求項10之靜電卡盤，其中該第一層具有在10nm至50nm範圍內之第一厚度，且其中該第二層具有在50nm至170nm範圍內之第二厚度。
  15. 如請求項10之靜電卡盤，其中該第二層包含直徑在30nm至40nm範圍內之奈米晶體。
  16. 一種系統，其包含： 反應器，其包含： 晶座，其經組態以固持晶圓且由陶瓷材料形成，該晶座包含： 面朝上的第一表面及相對的第二表面； 保護塗層，上覆於該第一表面且包含： 第一層，其包含鋁及鎂；及 第二層，其上覆於該第一層，包含氧化鋁； 噴淋頭總成，其安置於該晶座上方；以及 源容器，其耦接至該反應器且經組態以容納化學物質。
  17. 如請求項16之系統，其中該保護塗層具有在130nm至170nm範圍內之厚度。
  18. 如請求項16之系統，其中該第二層進一步包含氧化鎂。
  19. 如請求項16之系統，其中該物品包含靜電卡盤，其包含由氮化鋁形成之主體及嵌入於該主體內之複數個電極。
  20. 如請求項16之系統，其中該第二層包含直徑在30nm至40nm範圍內之多晶奈米晶體。
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