TWI397512B - 製造電漿反應器部件之方法及設備 - Google Patents

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Description

製造電漿反應器部件之方法及設備
本發明的實施例主要涉及用於電漿處理的方法和裝置，以及更具體涉及用於具有改良組成部件的電漿處理方法和裝置。
微電子或積體電路裝置的製造典型包含需要在半導電、介電和導電基材上執行數百個獨立步驟的複雜製程程序。這些製程步驟的範例包括氧化、擴散、離子植入、薄膜沈積、清洗、蝕刻和微影技術。
利用微影技術和蝕刻(通常稱為圖案轉移步驟)，所需的圖案首先轉移到光敏感材料層，例如光阻，然後在隨後的蝕刻期間將圖案轉移到下一層材料層上。在微影步驟中，輻射光源通過包含圖案的光罩(reticle)或光罩幕(photomask)曝光全面覆蓋的光阻層，而另圖案的圖像形成在光阻中。在適宜的化學溶液中顯影光阻，去除一部份的光阻，從而產生圖案化的光阻層。利用該光阻圖案作為光罩幕，使下一層材料層暴露於反應性環境中，例如，利用濕法蝕刻或幹法蝕刻將圖案轉移到下一層材料層上。術語「罩幕」、「光罩幕」或「光罩」將可替換使用以表示一般包含圖案的基材。
在光罩上的圖案，其通常形成在由玻璃或石英基材所支撐著的含金屬層中，並利用通過光阻圖案進行蝕刻所產生。然而，在此範例中，與通過光罩暴露光阻相反，是藉著直接寫入技術，例如利用電子束或其他適宜的輻射束直接寫入而產生光阻圖案。利用圖案化的光阻作為罩幕，使用電漿蝕刻可將圖案轉移到下方含金屬層上。
電漿製程通常用於薄膜沈積和蝕刻，其在電漿處理室中執行。在化學氣相沈積中，通過施加電壓到適宜的製程氣體而產生活性物質，隨後發生化學反應而在基材上形成薄膜。在電漿蝕刻中，之前的沈積膜通常透過先前微影步驟中所形成的圖案化罩幕層暴露於電漿內的活性物質中。在活性物質和沈積膜之間的反應導致所沈積膜的去除或蝕刻。
當腔室部件或製程套件長時間暴露於電漿環境時，由於與電漿物質反應可發生劣化情形。例如，目前的電漿室製程套件或組成部件通常由鋁(氧化鋁)製成。含鹵素的氣體，例如含氟或含氯的氣體，在電路製造中係用來蝕刻各種材料層。一般認為鋁易受氟系物種侵蝕，導致在組成部件的表面上形成AlFx Oz 。該蝕刻副產物在處理期間會呈顆粒狀地剝落下來，導致罩幕基材上的污染和缺陷。另外，一些鋁部件或許由於機械加工期間產生的機械應力而似乎容易破損。因此，需要適合作為電漿應用之部件的替代陶瓷材料，以及需要用來製造該材料的改良製程。
本發明提供一種製造氧化釔(yttria)部件的方法，包含：(a)提供氧化釔樣本；(b)燒結該氧化釔樣本；(c)機械加工所燒結的氧化釔樣本以形成一部件；以及(d)退火該部件。
本發明的另一實施例提供一種用於電漿反應器中且包含至少約99.5%之氧化釔的部件。
本發明的又一實施例提供一種電漿處理室，其包含：一腔室主體、一由至少約99.5%氧化釔製成並設置在腔室主體中的部件、一設置在腔室主體中用於在其上容納基材的支撐底座以及一用於在腔室內形成電漿的電源。
本發明的某些實施例提供一種製造由塊狀或固體氧化釔所製成之部件的方法，該部件具有諸如降低應力和增強化學抵抗力等改良特性。其他實施例包括多種具有改良特性且由塊狀或固體氧化釔製成的腔室部件，以及使用該部件的處理室。更明確而言，發現在機械加工之後，如果部件經歷高溫退火可獲得該些改良特性。此外，如果該部件在含氧環境中燒結或退火，則可進一步改善該些特性。
第1圖示出可用於製造這些改良氧化釔部件之方法100的一個實施例。在製程開始時，在方法100的起始步驟102中提供固體的氧化釔樣本。固體的氧化釔樣本可由本領域普通技術人員熟知的多種技術製成。例如，可使用粉末狀的氧化釔(釔氧化物，Y2 O3 )作為原料，並添加其他成分，諸如水、粘結劑(binder)和可促進製造製程或增強部 件特性的適宜添加劑而形成料漿。在乾燥之後，將該料漿模壓呈塊以形成固體的氧化釔樣本。
在步驟104，藉著將固體氧化釔樣本暴露於高溫環境而進行燒結，其導致氧化釔顆粒融合在一起。根據特定用途需求，可將氧化釔固體樣本暴露於各種氣態氛圍(atmosphere)或環境中來執行燒結。在一實施例中，在含氧氛圍下進行燒結，例如，含氧氣(O2)和氮氣(N2)的混合物，其中O2 分壓介於約0.001大氣壓(atm.)至約1大氣壓的範圍內。退火可在約1大氣壓的總壓力下執行，儘管還可使用其他壓力。在另一實施例中，燒結混合物具有至少約2體積百分比的O2 濃度。在另一實施例中，在惰性或非活性氛圍下執行燒結，例如，氮氣(N2 )或其他惰性氣體。
在燒結後，將氧化釔樣本機械加工成一部件，如步驟106所示。一般地，部件可為不同設備或機器的任何組成部件，並可具有多種形狀或尺寸。在一實施例中，經機械加工後的部件是電漿處理室中的一零件，具有高於約99.9%的純度。在另一實施例中，具有高於約99.5%的氧化釔純度的樣本也適合用在電漿處理室中。
在步驟108中，經過機械加工的部件在控制條件下於升高的溫度中經歷退火製程。一個或多個退火條件的選擇，例如退火氣體、加熱或冷卻速度，可取決於製備氧化釔樣本中使用的特定燒結氛圍。根據本發明一實施例，燒結或退火步驟至少其中一者是在含氧氛圍下執行。選擇退火期間的加熱和冷卻速度亦取決於所使用的燒結氛圍。退 火後，如果需要，部件可經歷進一步處理以準備使用或安裝。
根據本發明一實施例，在步驟108的退火製程包含三個階段。在第一階段期間，部件暴露於一退火氣體中，並經歷從例如環境溫度的第一溫度逐漸加熱到第二預定溫度的升溫過程。在第二階段中，使該部件保持在第二溫度下持續一段時間，該時間區段足以實質消除任何因先前機械加工操作可能引起或產生的應力，並提供所欲的耐化學性。在第三階段中，該部件經歷冷卻逐漸降回到第一溫度。
如前所述，燒結氛圍可能影響一個或多個退火條件的選擇。例如，如果步驟104的燒結製程是在諸如氮氣(N2 )或其他惰性氣體等惰性或非氧化性氛圍中完成，則該氧化釔部件將在至少部分的退火製程期間暴露於含氧氣體中。在一實施例中，退火氣體是具有約10體積百分比之氧氣(O2 )濃度的混合物，並且餘下部份為氮氣(N2 )或其他惰性氣體。
另一方面，如果燒結是在含氧氛圍中完成，則隨後在退火期間不需要將該部件暴露於含氧氛圍中。
另外，對於曾在惰性或非氧化氛圍下燒結的氧化釔樣本來說，由於樣本的除氣作用可能改變樣本周圍的氣體環境，因此可能需要更仔細地控制退火條件。因此，可提供循環的退火氣體並且配合周期性地監控各種參數，諸如溫度、壓力和氣體成分，以確保氧化釔部件更加均勻的暴露於退火氛圍中。
在一實施例中，步驟108的退火製程係在具有空氣且壓力為大氣壓的烤箱中執行。使用空氣作為退火氣體提供便利和相對低成本的優點。對於關心的氧化釔部件，例如至少約99.5%之氧化釔純度的氧化釔部件來說，在空氣中進行退火足以提供在所完成部件中的所需特性，並不特別需要具有較活性的組分的氣體混合物，諸如還原或氧化氛圍。其他惰性或非活性氛圍也可用於退火氧化釔部件，例如氮氣、氬等惰性氣體或其混合物；又或者具有不同於空氣之氧氣濃度的其他相對較為惰性的混合物。取決於特定應用用途，某些部件可受益於形成氣體(forming gas)例如在氮氣中混有4%或小於10%體積百分比之氫氣的混合物，或者包含不同濃度氫氣的氣體混合物，或者還原或氧化氣體的使用。例如，如果需要進行表面修飾，例如化學修飾或鈍化，則可在適當的還原或氧化環境中執行退火。
在非氧化或惰性氛圍下執行固體氧化釔樣本之燒結的另一實施例中，退火氣體包含含氧氛圍，例如至少約10體積百分比的氧濃度。
退火能在靜態或氣體流動環境下執行。靜態條件具有低成本的優點，而氣體流動配置有利於與樣本之間涉及化學反應的退火製程，從而可保持退火氣體的新鮮供應。對於具有諸如凹槽等特定幾何形狀或特徵的部件，與層流條件相反，使用湍流將更為有利。
為了使可能由於非均勻熱膨脹或收縮而產生的應力降至最小，在退火製程期間逐漸升溫的加熱速率(ramp-up heating rate)和逐漸降溫的冷卻速率(ramp-down cooling rate)控制到足夠低，但又夠高以提供製程的合理可行的產量。因此，每個逐漸升溫的加熱階段和逐漸降溫的冷卻階段可在約8小時至約48小時的時間區段內發生，而特定時間長短則視特定部件而定。
除了部件的尺寸、形狀、表面積-體積比和諸如熱膨脹係數或熱容量等熱性質，在形成氧化釔樣本時使用的燒結氛圍還會影響退火期間加熱或冷卻速度的選擇。因此，根據一實施例，至少基於燒結期間使用的燒結氛圍來選擇加熱和冷卻速度。燒結環境被認為會對燒結樣本的表面性質造成某些改變，因此，可能需要對退火條件做相應的調整，以確保適當的整體性能轉換(bulk property transition)。一般地，具有較高局部集中之應力或張力的樣本將需要較慢的加熱和冷卻速度。因此，諸如樣本的形狀和厚度等參數對於決定該逐漸升溫的加熱速度和逐漸降溫的冷卻速度上更趨重要。
在一實施例中使用並且控制在穩定的或恒定的加熱速度，使得在該部件表面附近的外部溫度梯度不超過約1開爾文溫標/公分(K/cm)。在本文中，外部溫度梯度係指接近部件表面的溫度梯度，例如在接近部件和退火氣體間之介面處的區域中。在另一實施例中，會控制該加熱速度，使該部件內的內部溫度或熱梯度不超過約10焦耳/(公斤-開爾文溫標)(J/Kg-K)。在又一實施例中，係控制該加熱速度，使其在整個第一時間區段中保持外部和內部熱梯度皆 低於各自的限制值。
對於已經在含氧氛圍中燒結的氧化釔樣本，在逐漸升溫的加熱階段中需要較低的加熱速度，以避免產生不想要的熱應力，例如其加熱速度可能比具有相當幾何形狀和厚度但在惰性或非氧化氛圍中燒結之其他樣本的加熱速度要慢約三倍至五倍。因此，可控制加熱速度，使外部溫度梯度介在約0.2到約0.3 K/cm之間，而內部溫度梯度介在約2到約3 J/kg-K之間。在一實施例中，控制加熱速度，使外部溫度梯度不超過約0.3 K/cm。或者，控制加熱速度，使內部溫度梯度不超過約3 J/kg-K。
在第二階段中使用的退火溫度取決於特定的氧化釔部件，亦可能取決於該部件中使用的添加劑。一般地，退火溫度應該比材料成分的共熔點(eutectic point)至少低約200開爾文溫標(K)。對於目標氧化釔部件來說，可以使用介於約200℃到約1000℃之間的範圍，而在一實施例中，退火溫度介在約800℃到約1000℃之間。第二階段的時間區段取決於特定部件，例如其大小、形狀或成分。相對較大的部件或是其形狀容易產生機械應力的部件，通常需要較長的退火時間。對於一些實施例來說，退火時間可長達數天，例如約4天至到約7天。
在逐漸降溫的冷卻階段，根據類似的標準以控制的速度來冷卻部件，以使熱應力減至最小，否則在非常高的冷卻速度下將產生熱應力。在一實施例中，係以與逐漸升溫之加熱期間所使用的速度相似的穩定或恒定速度來冷卻該 部件。
在退火之後，如果有需要，部件可經歷進一步的處理以準備使用或安裝。
發現使用此方法製造的塊狀氧化釔部件具有改善的特性，包括例如減小的應力和增強的耐化學性。已進行比較分析來證明根據本發明一實施例進行退火處理後，該塊狀氧化釔樣本的改良特性。更明確而言，對三批的氧化釔試樣塊或樣本的表面粗糙度、亮度和X光繞射結果進行比較。三種樣本係經過不同的製造步驟處理：1)燒結(as-sintered)；2)機械加工；3)機械加工和退火。然後樣品暴露於含氟和含氧電漿中約12個小時。表面粗糙度測量值顯示該樣本#3的表面粗糙度低於該燒結樣品(樣本#1)的表面粗糙度，但與樣本#2的粗糙度大致相同。
X光繞射結果表示燒結樣本#1包含微晶結構的兩個不同相。在機械加工後，樣本表面變成單相，其比雙相樣本更加適宜。該經過加工和退火的樣本保持單相，但其應力比樣本#2要小。
最後，還比較暴露在電漿中之後的耐蝕性，發現樣本#3具有最小的侵蝕情形，接著為燒結樣本#1，而僅經過機械加工的樣本#2展示出最大的侵蝕情形。
這些結果暗示著該經過機械加工和退火的部件(樣本#3)最適宜用在電漿環境中，原因在於減小的應力。更平滑的光滑度(finish，拋光度)亦能減少在處理期間因沈積材料引起的顆粒產生情形。
儘管該方法一般用於製造多種不同大小或形狀的氧化釔部件，更有利於該些容易產生機械應力的機械加工部件，例如，具有開口或稜角部位或形狀的部件。
本發明的實施例能用來製造用於多種用途的氧化釔部件。這些改良部件亦適宜用在腐蝕性環境中，諸如電漿製程中所經歷的環境。多種電漿沈積和蝕刻腔室可受益於本文揭露的教導內容，例如，去耦合電漿源(DPS® )II反應器、Tetra I與Tetra II光罩蝕刻系統、介電質蝕刻腔室(諸如ENABLER®蝕刻腔室，其可以為諸如系統CENTURA® 等半導體晶圓處理系統中的一部分)、eMax蝕刻腔室、Producer蝕刻腔室以及諸如AdvantEdge Metal和DPS Metal腔室等半導體蝕刻腔室，其中所有的腔室可從美國加利福尼亞州，聖克拉拉市的應用材料有限公司購得。在標題為「Capacitively Coupled Plasma Reactor with Magnetic Plasma Control」的美國專利案6,853,141號中公開了ENABLER® 腔室的詳細內容。在標題為「Method and Apparatus for Photomask Plasma Etching」的美國專利申請案S/N 10/882,084號(代理人存檔號No.9400)中公開了蝕刻反應器另一實施例的詳細內容。並可預期到，包括來自其他製造者的其他電漿反應器也可從本發明中獲益。
第2圖描述一種具有由塊狀氧化釔製成之組成零件的蝕刻反應器200的示意圖。在此示出反應器200的實施例出於示意性目的，而不應該用於限制本發明範圍。
反應器200大體上包含一在導電主體(壁)204內具有 基材底座224的處理室202以及一控制器246。腔室202具有實質平坦的頂或腔室蓋208。腔室202的其他修飾型可具有其他類型的頂，例如圓形頂。天線210設置在該蓋208上方，該天線210包含一個或多個感應線圈元件(在第2圖中示出的兩個同軸元件210a和210b)，並透過耦接到電漿電源212的第一匹配網路214可選擇性地控制該等感應線圈元件。電漿電源212典型地能在約50kHz到約13.56MHz之間的可調諧頻率範圍內產生高達約3000瓦(W)的功率。
基材底座(陰極)224經過第二匹配網路242耦接到偏壓電源240。偏壓電源240一般是能產生頻率約13.56MHz且高達約500W的電源，其能產生連續或脈衝的功率。可選地，電源240可為直流(DC)電源或脈衝直流源。
在一實施例中，基材支撐底座224具有一中心突出部分，該中心突出部分的形狀和大小實質上匹配那些典型基材，例如方形基材。蓋環300和捕捉環400兩者皆藉由上述製程100而由塊狀氧化釔製成，並且設置在基材支撐底座224上方。環形絕緣體290設置在基材支撐底座224的外部分和蓋環300之間。
第3A-B圖是蓋環300的頂視圖和截面圖。蓋環300具有一內周界302，其定義出一中心開口304。該中心開口304的形狀和尺寸實質上匹配基材222，並且兩個頂突出部分306和308設置在鄰近開口304之處。如第3A圖所示，突出部分306的形狀係取一環形環中的一扇形小段，並且 該扇形小段具有一內側截除部份，該內側截除部份與一部份的內周界302相符。另一突出部分308實質上呈矩形。唇部310和312分別設置在鄰近突出部分306和308處。
在第4A-B圖的頂視圖和截面圖中示意性示出捕捉環400，其具有C形的造型，例如，類似於去除一扇形區段後的環形環。該捕捉環400具有唇部404和406，唇部404和406是在傳送基材進出底座224期間用以容納及支撐基材(例如，光罩幕或光罩)。捕捉環400具有一內周界402，該內周界402的尺寸和形狀實質上與該蓋環300之突出部分306、308的內周界302相匹配。將捕捉環400設計成可以利用升降機構238(在第2圖中示出)在兩個位置之間移動，該升降機構238包含可穿過各別導孔236的多個舉升銷230(圖中僅出示一個舉升銷)。在第一位置中，捕捉環400降低至底座224的頂表面下方，留下由底座224支撐著的基材進行處理。在該第一位置，捕捉環400基本耦接蓋環300的突出部分306、308以形成完整的環形環，從而捕捉環400的頂表面和蓋環300實質上處在相同的水平面中。即，至少捕捉環400和蓋環300的某些部分是互補成形的。在完成基材處理之後，捕捉環400提升至其第二位置，支撐基材222用於傳送出腔室202，並且準備就緒用於容納另一欲進行處理的基材。
在處理期間，藉著使冷卻劑流過設置於底座224中的一個或多個通道(未示出)來穩定基材底座224的溫度，從而控制基材222的溫度。
在一實施例中，離子基擋板(ion-radical shield)270設置在腔室202中的底座224上方。離子基擋板270係與該腔室壁204和底座224電性絕緣，並且通常包含由底座224上的多個腿276所支撐的實質平板272。板272定義出一個或多個開口或孔274，該等開口或孔274共同地在板272的表面中提供所需開口區域，用於控制從處理室202之上製程空間278中形成的電漿傳輸到位於離子基擋板270和基材222間之下製程空間280的離子量。該等腿276一般位於蓋環300的外周界周圍，並可由與板272相同的材料來製造可。使用多種方法將該等腿276耦接或固定到板272，以及固定到位於蓋環300之外周界下方的遮罩板292。腿276、環300或板272中至少其中一者可使用上述的方法100製造。
一種或多種製程氣體從氣體板220經過位於基材底座224上方的一個或多個入口216(例如，開口、注射器、噴嘴等)供應到處理室202。在第2圖所繪示的實施例中，透過設置在腔室蓋208周圍之環形氣體注入環294中的環形氣體通道218將製程氣體提供至入口216。在一實施例中，腔室蓋208是直徑約20英寸的封閉環形蓋，以及氣體入口216的最大縱向和橫向尺寸個自都小於1英寸，並且腔室蓋208和氣體入口216兩者都根據本發明製造方法100由固體氧化釔製成。或者，環形氣體注入環294與腔室蓋208可合併為一個單一部件，例如整合式氣體注入蓋。
第5圖是氣體入口的一實施例的示意性截面視圖，顯 示為噴嘴500。噴嘴500包括一沿著噴嘴500的縱長方向定向的導管502。導管502具有一用以耦接到氣體通道218的第一端504和一讓製程氣體從中通過以進入腔室202的第二端506。噴嘴500可使用上述方法100製造。除了上述部位以外，噴嘴500更具有一用於耦接到氣體注入環294的第一柱狀部分508。在一實施例中，該柱狀部分508具有螺紋，以及平坦部分510設置在第二端506附近以便於將柱狀部分508耦接到氣體注入環294中的相應孔。儘管在此蝕刻反應器200的示意性實施例中，僅有某些組成部分是由塊狀氧化釔製成，而諸如腿276和氣體注入環294等其他組成部件通常由陽極化鋁(anodized aluminum)或者具有噴塗氧化釔的鋁製成，但是這些組成其他部件也可根據方法100製成塊狀氧化釔部件。另外，在其他電漿處理室中使用的組成部件，例如氣體分配板、噴頭、腔室襯墊、遮蔽環等，也可根據方法100來製造。
在蝕刻製程期間，來自電漿電源212的功率施加到天線210以從製程氣體產生電漿。使用節流閥262和真空泵264控制腔室202中的壓力。可使用穿過壁204的含液體的導管(未示出)來控制壁204的溫度。典型地，腔室壁204由金屬(例如，鋁、不銹鋼等)形成並耦接到電性接地206。處理室202還包含用於製程控制、內部診斷、端點檢測等等的傳統系統。此類系統全部以支援系統254來表示。
控制器246包含中心處理單元(CPU)250、記憶體248和CPU 250的支援電路252，並幫助控制處理室202的該 些部件，以及同樣地有助於控制蝕刻製程，如以下進一步詳細討論的。控制器246可以是能在工業上設定用來控制各種腔室和子處理器的任何一種形式之電腦處理器。記憶體或CPU 250的電腦可讀媒體可以是一種或多種容易購得的記憶體，諸如隨機存取記憶體(RAM)、唯讀記憶體(ROM)、軟碟、硬碟或任何其他形式的原位或遠端數位儲存器。支援電路252耦接到CUP 250，用於以傳統方式支援處理器。這些電路包括快取記憶體(cache)、電源供應器、時鐘電路、輸入/輸出線路和子系統等等。本發明的方法通常作為軟體程式儲存在記憶體248中。或者，此軟體程式亦可由遠離該些受CPU 250控制之硬體而設置的第二CPU(未示出)儲存和/或執行。
在一實施例中，包含至少一種含鹵氣體(例如含氟或含氯氣體)的一種或多種製程氣體經由氣體入口216導入腔室202中。一般而言，例如CHF3 、CF4 等含氟氣體係用於蝕刻基材222上的石英和MoSi層，同時諸如氯氣(Cl2 )等含氯氣體則用於蝕刻鉻。通過施加RF功率到天線210，例如約350W的功率和約13.56MHz的頻率，可由製程氣體形成電漿。離子中性擋板(ion-neutral shield)270控制通過孔274的離子量，同時允許電漿中主要的中性物質進入到下製程空間280中用於蝕刻基材222。
該蝕刻製程可因使用根據本發明方法製造的氧化釔部件而受益，原因在於部件改善性質可減少維修次數和減少顆粒污染。
第6圖描述可以從本發明實施例受益的示意性電漿處理室602之示意性截面圖。在此提供的反應器實施例係為了示範目的，而不應該用於限制本發明範圍，使用文中所描述之方法100製造的部件可有利地用在其他處理室中，包括其他製造商的腔室。
在此實施例中，腔室602用於基材614的電漿處理，例如蝕刻。可使用氣體擴散器632來調整製程的均勻性，氣體擴散器632設計用以補償因傳導性或會造成不對稱處理的其他腔室屬性，不對稱處理即是相對於基材中心線呈不對稱的處理結果。
在一實施例中，腔室602包含一真空腔室主體610，其具有一導電性腔室壁630和一底部608。腔室壁630連接到電性接地端634。蓋670設置在腔室壁630上，以在在腔室主體610內圍繞出一內部空間678。至少一個螺線管部位(solenoid segment)612設置在腔室壁630外部。可由能產生至少5V電壓的DC電源654選擇性激發螺線管部位612，以提供用於控制在處理室602內形成的電漿製程的控制旋鈕(control knob)。
陶瓷襯墊631設置在內部空間678，以有助於腔室602的清潔。在所選定的時間將蝕刻製程的副產物和殘餘物輕易地從襯墊631上去除。
基材支撐底座616設置在氣體擴散器632下方的處理室602之底部608上。處理區域680係定義在介於基材支撐底座616和擴散器632之間的內部空間678內。基材支 撐底座616可包括靜電夾盤626，用於在處理期間將基材614固定在氣體擴散器632下方的底座616之表面640上。並由DC電源620來控制靜電夾盤626。
支撐底座616可經過匹配網路624耦接到RF偏壓電壓622。偏壓電源622一般能產生具有50kHz到13.56MHz可調頻率和介於0至5000瓦特間之功率的RF信號。可選地，偏壓電源622可以為直流電源(DC)或脈衝DC電源。
支撐底座616還可包括內部和外部溫度調節區域674、676。每個區域674、676可包括至少一個溫度調節器，諸如電阻加熱器或用於循環冷卻劑的導管，從而可控制位在底座上之基材的徑向溫度梯度。
腔室602的內部是高真空容器，其透過貫穿腔室壁630和/或腔室底部608而形成的排氣口635耦接到真空泵636。合併使用設置在排氣口635中的節流閥627與真空泵636，可以控制處理室602內部的壓力。排氣口635的位置和腔室主體610之內部空間678內的其他流動限制會顯著地影響處理室602內的導電率和氣體流動分佈。
氣體擴散器632提供一導管，經過該導管將至少一種製程氣體以一種可調節因上述由其他腔室部件(即，排氣口位置、基材支撐底座或其他腔室元件的幾何形狀)所造成之導電率和氣體流動分佈的非對稱方式來引入處理區域680中，而得以均勻或所選的分佈方式將氣體和物種流輸送到基材。另外，氣體擴散器632可相對於基材中心線(其置中地設置在底座616上)來定位電漿。結果，可選擇氣體分配 器632的配置方式以改善製程均勻性，或是使處理結果產生一預定偏移。例如，可選擇氣體擴散器632的配置以補償腔室導電率的方式導引氣流進入基材支撐底座616上方的處理區域680中。這可以藉著配置氣體擴散器632而以不對稱方式輸送氣體到處理室內而達成，其彌補了處理期間在電漿位置上的導電率和/或離子和/或活性物種輸送到基材表面的不對稱效果。
在第6圖所描述的實施例中，氣體擴散器632包括至少兩個氣體分配器660與662、一安裝板628和一氣體分配板664。
氣體分配器660、662經由處理室602的蓋670耦接到一個或多個氣體板638，並且還耦接到安裝板628和氣體分配板664中至少其中一者。可單獨控制經過氣體分配器660、662的氣流。儘管示出氣體分配器耦接到單一個氣體板638，但可想見氣體分配器660、662可耦接到一個或多個共用的和/或獨立的氣源。氣體板638提供的氣體傳輸到介於板638、664之間的區域672中，然後通過氣體分配板664中的多個孔668進入到處理區域680中。
安裝板628耦接到與支撐底座616相對的蓋670。安裝板628係由RF導電材料製造或覆蓋，並透過阻抗變壓器619，例如四分之一波長匹配杆(quarter wavelength matching stub)耦接到RF源618。RF源618一般能產生具有約262MHz的頻率和介在約0至2000瓦特間之功率的RF信號。安裝板628和/或氣體分配板664透過RF源618 施加電力以維持由處理區域680中製程氣體所形成的電漿。
第7圖是可根據本發明實施例製造的氣體分配板700的示意性頂視圖。氧化釔氣體分配板700可在腔室602或其他電漿腔室中使用，諸如用於蝕刻或沈積應用的腔室等。氣體分配板700設置有多個孔或氣體入口702，以允許製程氣體和/或電漿物種進入腔室的處理區域中。孔702可在氣體分配板700上以矩形圖案排列，或它們可以不同排列圖案以考慮到不同的氣體分配需求。氣體分配板700的厚度範圍介於約0.125英寸至約0.750英寸之間，以及該等孔702的直徑介於約0.01英寸至約0.03英寸之間。
在一實施例中，包含至少一種諸如含氟或含氯氣體等含鹵素氣體的製程氣體經由氣體入口702引入腔室602中。通常，例如CHF3 、CF4 等含氟氣體可用來蝕刻基材614上的介電材料，而諸如氯氣(Cl2 )等含氯氣體則用於蝕刻諸如金屬等材料。這些類型的蝕刻製程可藉由使用根據本發明實施例製造的氧化釔部件而受益，原因在於改進耐蝕性的部件能減少維修和顆粒污染。
第8圖是處理室800內部的數個組成部件的示意性截面圖，該腔室可以是電漿腔室或設計用於在腐蝕性環境中處理基材的腔室。腔室800包含用於支撐基材850的底座802。在一實施例中，底座802的外周界804圍繞著一環806，其用於將基材(例如晶圓)與其他腔室部件隔離開來。可使用多種適宜的技術將環806附接或安裝至底座802。
對於某些腔室，諸如那些用於金屬或導體蝕刻的腔室，環806可根據本發明實施例由氧化釔製成。對於其他腔室，諸如那些用於介電質蝕刻的腔室，根據本發明實施例所製造的氧化釔襯墊810可設置在環806的外周界808周圍。襯墊810將腔室壁與製程氣體或不期望的沈積物隔離開來而保護腔室壁。在介電質蝕刻腔室的例子中，環806典型由其他材料製成。
第9A圖是一環形環806的一實施例概略頂視圖，以及第9B圖示出沿線BB’繪示的截面圖。在一實施例中，環806具有約0.3公分(cm)的厚度，以及約30公分的內直徑，和約35公分的外直徑。由於該環的幾何形狀和厚度不會導致過多的機械應力或張力，在退火階段期中，逐漸升溫的加熱步驟和逐漸降溫的冷卻步驟可在較不嚴苛的需求條件下執行，例如，以可使部件表面附近的外部溫度梯度不超過約1 K/cm，或部件內的熱梯度或溫度梯度不超過約10 J/kg-K的加熱速度或冷卻速度來執行。
雖然前述內容涉及本發明實施例，但是在不脫離本發明基本範圍下，還承認本發明的其他和進一步實施例，並且本發明的範圍由以下的申請專利範圍來決定。
100‧‧‧方法
102、104、106、108‧‧‧步驟
200‧‧‧蝕刻反應器
202‧‧‧處理室
204‧‧‧主體(壁)
206‧‧‧電性接地
208‧‧‧腔室蓋
210‧‧‧天線
210a‧‧‧同軸元件
210b‧‧‧同軸元件
212‧‧‧電漿電源
214‧‧‧第一匹配網路
216‧‧‧氣體入口
218‧‧‧環形氣體通道
220‧‧‧氣體板
222‧‧‧基材
224‧‧‧基材底座
230‧‧‧舉升銷
236‧‧‧導孔
238‧‧‧升降機構
240‧‧‧偏壓電源
242‧‧‧第二匹配網路
246‧‧‧控制器
248‧‧‧記憶體
250‧‧‧中央處理單元
252‧‧‧支援電路
254‧‧‧支援系統
262‧‧‧節流閥
264‧‧‧真空泵
270‧‧‧離子基擋板
272‧‧‧平板
274‧‧‧孔
276‧‧‧腿
278‧‧‧上製程空間
280‧‧‧下製程空間
290‧‧‧環形絕緣體
292‧‧‧遮罩板
294‧‧‧環形氣體注入環
300‧‧‧蓋環
302‧‧‧內周界
304‧‧‧中心開口
306‧‧‧突出部份
308‧‧‧突出部份
310‧‧‧唇部
312‧‧‧唇部
400‧‧‧捕捉環
402‧‧‧內周界
404‧‧‧唇部
406‧‧‧唇部
500‧‧‧噴嘴
502‧‧‧導管
504‧‧‧第一端
506‧‧‧第二端
508‧‧‧第一柱狀部份
510‧‧‧平坦部份
602‧‧‧處理室
608‧‧‧底部
610‧‧‧主體
612‧‧‧螺線管部位
614‧‧‧基材
616‧‧‧底座
618‧‧‧RF源
619‧‧‧阻抗變壓器
620‧‧‧電源
622‧‧‧偏壓電源
624‧‧‧匹配網路
626‧‧‧夾盤
627‧‧‧節流閥
628‧‧‧安裝板
630‧‧‧腔室壁
631‧‧‧陶瓷襯墊
632‧‧‧擴散器
634‧‧‧接地
635‧‧‧排氣口
636‧‧‧泵
638‧‧‧氣體板
640‧‧‧表面
654‧‧‧電源
660‧‧‧分配器
662‧‧‧分配器
664‧‧‧氣體分配板
668‧‧‧孔
670‧‧‧蓋
672‧‧‧區域
674‧‧‧區域
676‧‧‧區域
678‧‧‧內部空間
680‧‧‧處理區域
700‧‧‧板
702‧‧‧氣體入口/孔
800‧‧‧處理室
802‧‧‧底座
804‧‧‧外周界
806‧‧‧環
808‧‧‧外周界
810‧‧‧襯底
850‧‧‧基材
為了能詳細理解本發明的上述特徵，將參照部分在附圖中示出的實施利對以上簡要概述的本發明進行更詳細描述。然而，應該注意到附圖僅示出了本發明的代表性實施 利，因此不能視為本發明範圍的限制，本發明容許其他等效的實施例。
第1圖是根據本發明用於製備塊狀氧化釔部件的方法示意圖；第2圖是具有至少一個根據本發明方法製成之塊狀氧化釔部件的電漿蝕刻反應器示意圖；第3A-B圖是蓋環的概要頂視圖和截面圖；第4A-B圖是捕捉環的概要頂視圖和截面圖；第5圖是氣體入口(噴嘴)一實施例的截面示意圖；第6圖是具有至少一個根據第1圖所示方法製成之塊狀氧化釔部件的電漿蝕刻反應器示意圖；第7圖是氣體分配板的頂視示意圖；第8圖是腔室內部的數個組成部件的截面示意圖；以及第9A-B圖是氧化釔環的示意性頂視圖和截面圖。
為了便於理解，在此盡可能使用相同的元件符號來代表附圖中共有的相同元件。無需進一步敍述，可預期到將一實施例的元件和特徵有利地結合到另一實施例中。
然而，應該注意到附圖僅示出了本發明的示例性實施例，因此不能視為對本發明範圍的限制，本發明還容許其他等效的實施例。
100．．．方法
102、104、106、108．．．步驟

Claims (19)

  1. 一種製造一電漿反應器的一氧化釔部件的方法，包括以下步驟：(a)提供一氧化釔樣本；(b)燒結該氧化釔樣本；(c)機械加工所燒結的該氧化釔樣本以形成一部件；以及(d)退火該部件，以獲得一單相的微晶結構，其中該退火進一步包含以下步驟：(d1)將該部件暴露於一圍場中的一退火氣體；(d2)在第一時間區段(time period)內將該部件從一第一溫度加熱至一第二溫度，其中加熱速率經控制以使得該部件內的溫度梯度不超過約10 J/kg-K(每開爾文溫標每公斤的焦耳數)；(d3)使該部件保持在該第二溫度持續一第二時間區段；以及(d4)在一第三時間區段內將該部件從該第二溫度冷卻至該第一溫度。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中該退火氣體具有一氣體成分，該氣體成分選自於由一含氧混合物、一惰性氣體、以及一還原氣體成分所構成之群組。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中該退火氣體是一含氧混合物、氮氣、氬氣及其混合物的其中之一，並且以一靜態或流動條件之其中一者來提供該退火氣體。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中該第二溫度介在約200℃至約1000℃之間。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中，在該(d2)步驟或(d4)步驟至少其中一者期間，在整個該第一或第三時間區段過程中，該部件的一表面區域中的一溫度梯度保持小於約1開爾文溫標/公分(K/cm)。
  6. 如申請專利範圍第1所述的方法，其中該部件是一電漿反應器的一組成部件。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的方法，其中該組成部件是一蓋、一環、一離子擋板(shield plate)、一離子擋腿(shield leg)、一噴嘴、一氣體分配板或一腔室襯墊的其中一者。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中該燒結步驟和退火步驟之至少其中一者是在一含氧氛圍中執行，且(d2)步驟和(d4)步驟以各自的預定加熱和冷卻速度來執行，該 預定的加熱和冷卻速度是根據至少該燒結氛圍而選擇。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的方法，其中該燒結氛圍包含至少2體積百分比的一氧氣濃度。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的方法，其中在(d2)步驟或(d4)步驟至少其中一者期間，在整個該第一或第三時間區段中，該部件的一表面區域中的一溫度梯度保持小於約0.3開爾文溫標/公分(K/cm)。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中該退火氣體包括空氣或一氧化氣體成分。
  12. 如申請專利範圍第8項所述的方法，其中該退火氣體是一含氧混合物、氮氣、氬氣及其混合物的其中一者，並且以一靜態或流動條件其中之一來提供該退火氣體。
  13. 如申請專利範圍第8項所述的方法，其中該燒結步驟在一惰性氛圍或非氧化氛圍之其中一者中執行，以及該退火氣體具有至少10體積%的一氧濃度。
  14. 如申請專利範圍第13項所述的方法，其中該第二溫度介在約200℃至約1000℃之間。
  15. 如申請專利範圍第13項所述的方法，其中在(d2)步驟或(d4)步驟至少其中一者期間，在整個該第一或第三時間區段中，該部件的一表面區域的一溫度梯度保持小於約1開爾文溫標/公分(K/cm)。
  16. 如申請專利範圍第13項所述的方法，其中該部件是一電漿反應器的一組成部件。
  17. 一種用於電漿反應器的氧化釔部件，該部件包含至少約99.5%的氧化釔，其中該部件具有一單相微晶結構。
  18. 如申請專利範圍第17項所述的部件，其中該部件是一蓋、一環、一離子擋板、一離子擋腿、一噴嘴、一氣體分配板或一腔室襯墊的其中一者。
  19. 一種電漿處理室，其包含：一腔室主體；一部件，該部件由至少約99.5%的氧化釔所製成，且設置在該處理室主體中，其中該部件具有一單相微晶結構；一支撐底座，設置在該處理室主體中並且適於在其上容納一基材；以及一電源，用於在該處理室內形成一電漿。
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