本公開涉及在半導(dǎo)體處理中使用的蝕刻室中的聚合物元件的涂層。

背景技術(shù)：

聚合物元件在等離子體處理室內(nèi)具有多種用處，聚合物元件包括環(huán)、密封件和襯套。為了最大限度地提高聚合物元件的壽命，現(xiàn)有設(shè)計(jì)已使用抗等離子體的聚合物。一個(gè)困境是，一些聚合物可能對(duì)一種類型的自由基(例如，F(xiàn)自由基)具有抗性，而對(duì)其他自由基(例如，O或H自由基)不具有抗性。另一個(gè)挑戰(zhàn)是，即使對(duì)于高技能的聚合物化學(xué)家來(lái)說(shuō)，通過(guò)改造鏈結(jié)構(gòu)而實(shí)現(xiàn)聚合物的侵蝕速率的一個(gè)數(shù)量級(jí)的差別可能也不會(huì)是簡(jiǎn)單的任務(wù)，因?yàn)槠浔仨殭?quán)衡材料的其它屬性。

另一種策略是施加抗等離子體的金屬氧化物填料到聚合物基體中以延緩自由基的攻擊。然而，聚合物材料可能優(yōu)先被自由基蝕刻掉，而使填充材料變得松散并可能剝落為顆粒源。

因此，需要新的方法以延長(zhǎng)等離子體室中聚合物元件的壽命。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本文公開了多種實(shí)施方式，其中包括用于等離子體處理室的靜電卡盤(ESC)。在一個(gè)實(shí)施方式中，這種ESC包括鋁或鋁合金。它可以進(jìn)一步包括用于保持晶片的陶瓷頂板，其結(jié)合到基座上。它可以在基座和陶瓷頂板之間具有聚合物材料，其具有至少一個(gè)暴露的部分，以及在所述至少一個(gè)暴露的部分上的抗等離子體的原子層沉積的涂層。

在上述的靜電卡盤的各種進(jìn)一步的實(shí)施方式中，陶瓷頂板可以通過(guò)粘合劑結(jié)合到基座，并且所述聚合物材料可以包括圍繞所述粘合劑的墊圈。抗等離子體的原子層沉積的涂層可以是介電材料。抗等離子體的原子層 沉積的涂層可以包括氧化鋁?？沟入x子體的原子層沉積的涂層可以包括包含釔的氧化物。所述聚合物材料可以包括用于提高機(jī)械性能的強(qiáng)化添加劑?；砂怏w分配通道。上述ESC也可以是等離子體處理室的一部分，并且還可以包括O形環(huán)。這種O形環(huán)可包括抗等離子體的原子層沉積的涂層。

本申請(qǐng)還描述了用于等離子體處理室的約束環(huán)的實(shí)施方式。這種約束環(huán)可以包括支撐結(jié)構(gòu)，其用于支撐所述約束環(huán)。這種支撐結(jié)構(gòu)可以包括聚合物材料。這種聚合物材料可由抗等離子體的原子層沉積的涂層涂覆。

在上述約束環(huán)的各種進(jìn)一步的實(shí)施方式中，聚合物材料可包括聚酰亞胺?？沟入x子體的原子層沉積的涂層也可以是氧化鋁。

本申請(qǐng)還描述了制造用于等離子體處理室的靜電卡盤的方法。此方法可以包括任何的或所有的以下步驟：提供包含鋁或鋁合金的基座；提供用于保持晶片的陶瓷頂板；將陶瓷頂板結(jié)合到基座上；在基座和陶瓷頂板之間施加聚合物材料，該聚合物材料具有至少一個(gè)暴露的部分；并且通過(guò)原子層沉積在所述至少一個(gè)暴露的部分上沉積抗等離子體的層。

在上述方法的各種進(jìn)一步的實(shí)施方式中，結(jié)合的步驟可以包括用粘合劑將陶瓷頂板連接到基座上。施加聚合物材料的步驟還可以包括圍繞粘合劑施加聚合物墊圈。抗等離子體的原子層沉積的涂層可以是介電材料?？沟入x子體的原子層沉積的涂層可以包括氧化鋁。抗等離子體的原子層沉積的涂層可以包括包含釔的氧化物。所述聚合物材料可以包括提高機(jī)械性能的強(qiáng)化添加劑?；砂怏w分配通道。

具體而言，本發(fā)明的一些方面可以闡述如下：

1、用于等離子體處理室的靜電卡盤，其包括：

基座，所述基座包含鋁或鋁合金；

用于保持晶片的陶瓷頂板，其被結(jié)合到所述基座上；

聚合物材料，所述聚合物材料位于所述基座和所述陶瓷頂板之間，所述聚合物材料具有至少一個(gè)暴露的部分，以及

在所述至少一個(gè)暴露的部分上的抗等離子體的原子層沉積的涂層。

2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電卡盤，其中所述陶瓷頂板通過(guò)粘合劑結(jié)合到所述基座，并且其中所述聚合物材料包括圍繞所述粘合劑的墊圈。

3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電卡盤，其中所述抗等離子體的原子層沉積的涂層是介電材料。

4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電卡盤，其中所述抗等離子體的原子層沉積的涂層包括氧化鋁。

5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電卡盤，其中所述抗等離子體的原子層沉積的涂層包括包含釔的氧化物。

6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電卡盤，其中所述聚合物材料包括用于增強(qiáng)機(jī)械性能的強(qiáng)化添加劑。

7、根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電卡盤，其中所述基座包括氣體分配通道。

8、一種包括權(quán)利要求1所述的靜電卡盤的等離子體處理室，其還包括O形環(huán)，其中所述O形環(huán)包括抗等離子體的原子層沉積的涂層。

9、一種用于等離子體處理室的約束環(huán)，其包括：用于支撐所述約束環(huán)的支撐結(jié)構(gòu)，其中所述支撐結(jié)構(gòu)包括聚合物材料，其中所述聚合物材料是由抗等離子體的原子層沉積的涂層進(jìn)行涂覆的。

10、根據(jù)權(quán)利要求9所述的約束環(huán)，其中所述聚合物材料包括聚酰亞胺。

11、根據(jù)權(quán)利要求9所述的約束環(huán)，其中所述抗等離子體的原子層沉積的涂層是氧化鋁。

12、一種制造用于等離子體處理室的靜電卡盤的方法，其包括：

提供包含鋁或鋁合金的基座；

提供用于保持晶片的陶瓷頂板；

將所述陶瓷頂板結(jié)合到所述基座上；

在所述基座和所述陶瓷頂板之間施加聚合物材料，所述聚合物材料具有至少一個(gè)暴露的部分；并且

通過(guò)原子層沉積在所述至少一個(gè)暴露的部分上沉積抗等離子體的層。

13、根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述結(jié)合的步驟包括用粘合劑將所述陶瓷頂板接合到所述基座，以及所述施加聚合物材料的步驟包括圍繞所述粘合劑施加聚合物墊圈。

14、根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述抗等離子體的原子層沉積的涂層是介電材料。

15、根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述抗等離子體的原子層沉積的涂層包括氧化鋁。

16、根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述抗等離子體的原子層沉積的涂層包括包含釔的氧化物。

17、根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述聚合物材料包括用于增強(qiáng)機(jī)械性能的強(qiáng)化添加劑。

18、根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述基座包括氣體分配通道。

本發(fā)明的這些和其他特征將在下面本發(fā)明的詳細(xì)描述中結(jié)合下面的附圖更具體地描述。

附圖說(shuō)明

本公開的發(fā)明在附圖的圖中通過(guò)舉例的方式示出，而不是通過(guò)限制的方式示出，并且在附圖中類似的附圖標(biāo)記指代相似的元件，并且其中：

圖1是示例的靜電卡盤和晶片的橫截面示意圖。

圖2是經(jīng)涂覆的約束環(huán)的橫截面示意圖，所述約束環(huán)包括在等離子體室中使用的吊架。

圖3是在等離子體室中使用的經(jīng)涂覆的O形環(huán)的橫截面示意圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在將參考如在附圖中所示的幾個(gè)本發(fā)明的實(shí)施方式詳細(xì)地描述本發(fā)明。在以下的說(shuō)明中，闡述具體的細(xì)節(jié)，以便提供對(duì)本發(fā)明的透徹理解。然而，本發(fā)明可以在沒(méi)有這些具體細(xì)節(jié)中的一些或全部的情況下實(shí)施，并且本公開包括可以按照本技術(shù)領(lǐng)域中通常可用的知識(shí)所作出的修改方案。公知的工藝步驟和/或結(jié)構(gòu)沒(méi)有詳細(xì)地描述以免不必要地使本公開難以理解。

聚合物在等離子體處理室內(nèi)具有多種用途，例如，作為靜電卡盤的聚合物墊圈或密封件，作為聚酰胺-酰亞胺襯套，或作為聚酰亞胺層壓環(huán)。由于聚合物的有機(jī)性質(zhì)，即使在等離子體蝕刻器內(nèi)不存在離子的轟擊的 情況下，它們也容易被自由基攻擊，例如C-C或Si-O鍵受到攻擊。這或者會(huì)縮短由聚合物制成的可消耗部件的壽命，或者甚至更糟糕的是會(huì)危及整個(gè)組件的壽命。

在一個(gè)實(shí)施方式中，聚合物元件的壽命可以通過(guò)使用原子層沉積(ALD)的涂層而延長(zhǎng)，該涂層作為抵抗自由基的保護(hù)性屏障以完全地保護(hù)聚合物免遭自由基攻擊。示例的ALD的涂層材料可以包括陶瓷，介電材料，氧化鋁，氧化鋯，氧化釔，鋁、鋯、釔和/或氧的組合(例如YAG或YSZ)，以及在本領(lǐng)域中已知的對(duì)自由基具有超強(qiáng)抵抗性的材料。在幾個(gè)實(shí)施方式中，所述材料也可以是金屬氧化物、氮化物、氟化物或碳化物、或它們的組合。

如在這些實(shí)施方式的范圍中所使用的ALD的涂層可以是超共形(super-conformal)且均勻的，并有許多其他的優(yōu)點(diǎn)(例如增加聚合物部件的使用壽命，并且減少污染源)。ALD的涂層可以在低溫下(甚至在室溫下)進(jìn)行操作，而這將不損害聚合物的結(jié)構(gòu)和化學(xué)特性(例如軟化聚合物)。所述涂層可以是沒(méi)有針孔的也沒(méi)有孔的，并且提供優(yōu)越的自由基屏障。

用在等離子體處理室中的聚合物材料的涂層的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，ALD的涂層通常是非常純的，并且可以被制成以表現(xiàn)出除了或許來(lái)自涂層中的鋁以外，沒(méi)有可檢測(cè)的金屬雜質(zhì)。也可以使膜中的碳雜質(zhì)的含量低。

聚合物的ALD的涂層可以是超共形(super-conformal)且均勻的，并顯示出獨(dú)立于深寬比的涂層厚度。涂層不需要改變部件的尺寸，這對(duì)許多部件(例如熱接口材料、犧牲性保護(hù)墊片或O形環(huán))可能是重要的。此外，非常薄的ALD的涂層通過(guò)加入熱阻抗而不需要干擾經(jīng)涂覆的部件(例如熱接口材料)的功能。

此外，ALD的涂層可以制成柔性的，這可以使它們適合于柔性的聚合物部件。可以采用ALD的無(wú)機(jī)的涂層，例如作為用于柔性顯示器的防濕層。不受理論的束縛，ALD的涂層的柔性的機(jī)理可能是由于其低的厚度或無(wú)定形的結(jié)構(gòu)。

ALD的涂層的方法在本領(lǐng)域中是公知的，參見(jiàn)如美國(guó)專利公開No.2014/0113457 A1(公開于2014年4月24日)，在此通過(guò)引用將其全部 并入本文。它們使用表面介導(dǎo)的沉積反應(yīng)逐層地(layer-by-layer basis)沉積薄膜。在ALD處理的一個(gè)示例中，使包括表面活性位點(diǎn)群的襯底表面暴露于氣相分布的第一膜前驅(qū)體(P1)。一些P1分子可以在襯底表面的頂上形成凝聚相，所述凝聚相包括P1的化學(xué)吸附物質(zhì)和物理吸附分子。然后將反應(yīng)器抽空以除去氣相和物理吸附的P1，使得反應(yīng)器僅保留化學(xué)吸附物質(zhì)。然后，第二膜前驅(qū)體(P2)被引入到反應(yīng)器中，以使一些P2分子吸附到襯底表面。該反應(yīng)器可以再次抽空，這一次以除去未結(jié)合的P2。隨后，向襯底提供的熱能激活吸附的P1分子和吸附的P2分子之間的表面反應(yīng)，進(jìn)而形成薄膜層。最后，將反應(yīng)器抽空以除去反應(yīng)副產(chǎn)物和可能的未反應(yīng)的P1和P2，從而結(jié)束ALD的循環(huán)?？砂ǜ郊拥腁LD循環(huán)以構(gòu)建膜厚度。

用于等離子體室的聚合物元件，其可以適合于用ALD層涂覆，所述聚合物元件可包括任何在等離子體蝕刻以及沉積中易受自由基侵蝕的元件，或處于下游室中的那些元件。非限制性的示例可包括：

·彈性的O形環(huán)；

·環(huán)氧樹脂或硅膠靜電卡盤墊圈(bead)和E形帶(E-bands)；

·犧牲性(層壓聚酰亞胺)墊片；

·熱接口材料如(鋁箔和導(dǎo)電橡膠的復(fù)合體)；

·PEEK(聚醚醚酮)吊架，其用于約束環(huán)；和

·(聚酰胺-酰亞胺)襯套和環(huán)。

在一個(gè)實(shí)施方式中，聚合物部件可在裝配在室中之前經(jīng)由ALD進(jìn)行涂覆。在另一個(gè)實(shí)施方式中，部件可在室的整體或部分被組裝之后進(jìn)行涂覆。例如，可以組裝包括聚合物的部件的靜電卡盤，并且整個(gè)靜電卡盤可通過(guò)ALD進(jìn)行涂覆。

根據(jù)本文公開的實(shí)施方式，在用在等離子體室中的聚合物之上的ALD的涂層可以是非常薄的，或可具有寬范圍的厚度。例如，在一個(gè)實(shí)施方式中所述厚度可在約10納米至約1微米的范圍內(nèi)。優(yōu)選地，所述范圍可以是從約100納米至約500納米。

實(shí)施例

圖1是示出了等離子體室聚合物元件的ALD涂層的應(yīng)用的一個(gè)示例的橫截面示意圖。在本示例中所述室包括靜電卡盤。所述卡盤的基座可以包括流體通道109，其通常用于冷卻，并且所述基座可以由兩個(gè)部件形成，其包括頂部件108和底部件111。在一個(gè)實(shí)施方式中，部件108和111可以是鋁質(zhì)的，并且所述部件108、111可以通過(guò)釬焊或其他方式110而被接合在一起，以形成用于冷卻流體(例如水)的通道109。在本實(shí)施方式中，經(jīng)接合的卡盤基座可通過(guò)粘性的聚合物105結(jié)合到陶瓷的板104上。在處理期間，晶片102可以放置在陶瓷的板104上，并且在二者之間具有小間隙103。在一些實(shí)施方式中，聚合物墊圈107可被放置在粘性的聚合物105的周圍。

在一個(gè)實(shí)施方式中，陶瓷板104包括介電材料。在另一個(gè)實(shí)施方式中，它包括氧化鋁。

在運(yùn)行期間，等離子體室區(qū)域101可產(chǎn)生自由基(例如F自由基)，其可以沿晶片的邊緣流(100)到圍繞粘合劑105或聚合物墊圈107的區(qū)域106中。粘合劑105(或墊圈107，如果存在的話)可以通過(guò)ALD在至少朝向區(qū)域106的一側(cè)涂覆抗等離子體的涂層，使得ALD的涂層115將對(duì)自由基攻擊具有抗性。

在一個(gè)實(shí)施方式中，抗等離子體的涂層115可以是介電材料。在另一個(gè)實(shí)施方式中，涂層可包括氧化鋁。在另一個(gè)實(shí)施方式中，粘合劑材料105可包括強(qiáng)化添加劑，如纖維或顆粒，以增強(qiáng)機(jī)械性能。在以前的設(shè)計(jì)中，用于聚合物的強(qiáng)化添加劑因?yàn)槲廴镜目赡苄远怯泻Φ?。然而，通過(guò)ALD涂覆強(qiáng)化的聚合物材料使得有可能在涂層內(nèi)密封這樣的添加劑，從而使等離子體處理室內(nèi)部可采用強(qiáng)化的聚合物材料。

一些等離子體處理室使用約束環(huán)以限制等離子體在室中的特定位置。在某些配置中，諸如在美國(guó)專利申請(qǐng)公開No.2012/0073754 A1(公開于2012年3月29日，其全部通過(guò)引用并入本文)中所描述的，這種約束環(huán)可使用由聚合物材料(例如PEEK(聚醚醚酮))制成的吊架進(jìn)行定位。

圖2是通過(guò)吊架201固定的約束環(huán)200的示意圖。在本示例中，吊架201由聚醚醚酮(PEEK)制成。在安裝前，它可以用抗等離子體的涂層205(例如氧化鋁)通過(guò)原子層沉積進(jìn)行涂覆。在各種實(shí)施方式中，該組件還 可以包括在約束環(huán)下方的下部環(huán)204，在本實(shí)施例中所述下部環(huán)204也可以由聚醚醚酮(PEEK)制成并通過(guò)原子層沉積涂覆。在吊架下也可以使用墊圈203，其也可以由聚醚醚酮(PEEK)制成并通過(guò)原子層沉積涂覆。在一個(gè)替代實(shí)施方式中，可以安裝約束環(huán)200，并且所述下部環(huán)204、吊架201、以及在一個(gè)實(shí)施方式中的墊圈203可以首先安裝，然后通過(guò)原子層沉積涂覆整個(gè)組件。

圖3是等離子體處理室的簡(jiǎn)單的示意圖，所述等離子體處理室含有靜電卡盤302，其中O形環(huán)303連接室主體300與室頂部301。在本示例中，O形環(huán)可以具有含氧化鋁的涂層304，其通過(guò)原子層沉積形成。

雖然已經(jīng)根據(jù)幾個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)發(fā)明進(jìn)行了描述，但仍有落入本發(fā)明的范圍之內(nèi)的變形、置換和各種替代等同方案。存在實(shí)施本文所公開的方法和裝置的許多替代方式。因此，意在將下面所附的權(quán)利要求解釋為包括所有這些落入本發(fā)明的真實(shí)精神和范圍內(nèi)的變形、置換和各種替代等同方案。