TW200816295A - Pre-cleaning tool and semiconductor processing apparatus - Google Patents

Description

200816295 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於半導體製作技術，且特別是關於一種 前置清除腔（pre-clean tool)以及具有此前置清除腔之一 種半導體製造設備（semiconductor processing apparatus)。 【先前技術】 當今積體電路主要包括由多層次金屬結構所形成之 多種型態，而多層次金屬結構係由形成於矽表面^一高 導電特性暨薄膜型態之系統所構成，因而透過特定之: 性通路而連結於不同之主動裝置。於如此之薄膜型能： 系統中形成金屬與金屬間以及金屬財材料間之接觸社 構（contact Structure)時，將於用於分隔基底或下芦 膜以及一上方導電薄膜之-介電層中餘刻形成：介；物 開口及/或溝槽開口之一開口。當於上述介電 穿過t電層之用於形成内連物（形成導線或介日層物

Si遠：常將於介電層上順應地形成-擴散阻障層以 材料混合或擴散情形。接著於開口 進而㈣其广其他金屬之導電材料以製備内連物， 進而㈣基底或下方之導電薄膜形成連結。 用於程世代之超大型積體電路(VLSI)而言， 為·咖)尺寸之多層次金屬化程序極 二 績增 土I一曰曰月上之兀件品質而

0503-A32478TWF 200816295 4匕学氣 言’形成可靠之多層次内連物極為關鍵。目前 相沉積以及物理氣相沉積技術已廣泛地應用於形成一順 應之擴散阻障層於位於基底上之接觸孔、介層物或其他 圖案内。然而，於先行形成之導電内連物之露出部上之 原生氧化物（native oxide)與其他微小尺寸之污染物通常 將造成後續金屬沉積之不均勻分佈情形，進而於内連物 中形成孔洞（voids)。原生氧化物通常係因於大氣環境下 移動基板於f餘體之間時導致闕/基板暴露於氧氣氣 氛、因殘留於一真空腔體内之少量氧氣接觸晶圓與薄 膜，或當膜層於蝕刻時遭受污染等情形下所生成。豆他 可能之污染物之來源則包括來自於氧化物過度蝕刻:、剩 餘阻劑之絲㈣之飛畴成材料、於―預先氧化物餘 刻步驟中所留下之碳氫錢化碳氫聚合物以及來自於一 預先I虫刻程序之重新沉積材料。此些原生氧化物及污染 物將於基底上形成了干擾薄膜沉積之區域，並阻礙了上 之薄膜沉積情形。如此於擴散阻障層順應地沉 ^元成W ’上述受干擾區域内將具有㈣之 度且可能因而造成如此小尺寸元件之封π情形。 原生氧化物及其他污染物的出現亦增加了 接觸物之電阻值並降低元件 曰 、九仏$ I ^电致受遷能力。此些污 木物，可能藉由擴散方式而進入鄰近之介電層、次靜 或後縯沉積形成之金屬膜層中 、运 兀 污染情形可能僅侷限於元件内之 “界區域處’然而微小邊界區域則可能恰巧為

0503-A32478TWF 200816295 步縮減 兀件中 件之重要部份。且隨著元件尺寸之進 對於污染物之容忍程度亦隨之降低。 1為_已揭示了—種名叫” endura，，之系統， ^4^#^^1(Applled Materiais Inc)^^ 商業上之應用，此系統利用包含氯、氣、4 、可，散阻障層之前先行移除原生物 二：：中J而’上述系統中所使用之電漿處理程序於實 ^應用中亦可能造成介電層之毁損情形，例如是、 内：結構之氧切層之毀損，進而造成接近於： ::=部材料部份的飛賤並使得飛機而出之材料黏 之一圓頂狀石英頂蓋之内側表面。如此，於 上述糸統内之一預先潔淨腔中便形成有並 之施行過程中可能造成有微塵剝落： f月於-圖案化之内連結構上，因而造成產 之毀損。此外，當上述情形產生時，如 Ί ::導電材料則將輕易地透過形成於介電層内經 "層開口的側壁而擴散穿透介電物，進而毀壞或劣化了 1 電材料之集積度。當採用銅較製程並採用如四乙基 知乳化列TEOS)所形成之氧化物、熱氧化物以 二 介電常數介電材料時，上述之金屬擴散情形將更為嚴二重 【發明内容】 有鑑於此，本發明提供了一種前置清除腔以及半導

0503-A32478TWF 200816295 體製造設備’以解決上述問題。 括：依據-實施例，本發明提供了一種前置清除腔，包 大體覆上dn:-基板;-圓頂單元，用於 擇1:元:r:處理;-第-射頻單元，連咖 連料_頂單元。 備，包括：'么明提供了—種半導體製造設 裝置包r先置以及—製程裝置。其中該預先潔淨 -前置=真:::第用 基板於該真空腔盘該前广制早7^ ’用於傳輸- 括·· 一支#^ - /月除腔之間。該前置清除腔包 大體覆用於切—基板；—®頂單^，用於 人版復風该支撐單元，其一 部份經過陶究f砂處 =、早兀之一内部表面係 擇單元，·以及」第^^弟—射頻單元，連結於該支 製程裝置包括··；程：早=結1圓頂單元。該 以及一篦-6U 用於轭仃一薄膜沉積程序，· 體與該前Μ除^^元’用於傳輸該基板於該製程腔 更明^易了^本下發明之上述和其他目的、特徵、和優點能 作詳細說明如下： 較佺見轭例，亚配合所附圖示，

0503-A32478TWF 200816295 【實施方式】 述 本叙明之貫施例將藉由以 、， 卜弟1〜5圖做一詳細敛 請參照第1圖，顯示了/六 恶、主入 硝不了依據本發明一實施例之一前 :Γ=〇:示意圖，其適用於施行-乾式預先潔淨 廣散阻障層之前移除形成於元件上之原 於他污染物。在此，前置清除腔1〇〇係用 口 t式以處理程序，其包括為—基礎單元130與— 因頁早几104所圍繞而大體定義出之—直空腔！ 地，基礎單元130之材質為如 ^ ^土 之全眉，抑- +鏽鋼鋁或其他相似物 全屬二104之材質為如石英或相似物之非 ;f材貝。於基礎單元13。之基部形成有-開口 170」 =於-節流闕162與一嶋浦⑽，藉以控 腔 :…體麗力。節流閥162係依主動方式操作:、 圓頂單元1〇4係形成於真 =礎單元=具有一凸緣190 ’凸緣190之週長接觸 楚早心〇之上部週長之側壁。於圓頂單元14〇與 i單早=30之接合處則形成有—氣體分佈系統⑽。基 = ^30側壁之頂部内埋設有—氣體供應渠道“a，並 至十二道等距且間隔設置之渠道，此些渠道自: 體源延伸而來，以形成複數個氣體供應孔洞。 、;！=!、統180可供應氬氣、氦氣與氫氣等氣體，其 有含5。/#二 所控制。氬氣亦可採用具 〇版貝虱虱之氦氣混合物方式供應，以安全地供

0503-A32478TWF 200816295 應^氣:然而，亦可額外地設置了一氫氣管路（未顯示）， 以提升氫氣濃度至高於5%體積比之程度。此外，前置清 除腔1〇〇更包括由如鋁材質所形成之導電基座134，以握 持Γ置於—支撐單元142上—基板或―晶®^未顯示），支 ，單兀142則ί哀繞導電基座134之底部與側部。於導電 堂座134與晶圓之間（未顯示）則為一絕緣層所隔離。 支撐單元142形成於—下方槽板14()之上並為此下方標 板所支撐’下方槽板可包括如銘之導電材料。位於 圓頂單元1G4下方之凸、緣⑽處則設置連結有—上方槽 板132。下方槽板14〇可經推擠而朝向上方槽板m處接 近，進而於提供預先潔淨製程時，使得支撐單元Μ]、導 電基座U4以及為支撐單元142所握持之一 曰 圓抵達一製程位置。 日日 請繼續參照第}圖，可藉由一射頻源152之設置以 電基座134 一適當之射頻功率。於射頻源152與 W 土座134間則設置有—射頻匹配器、15()以最佳化射 ^ 152與導電臺座134間之功率傳輸。一般而言，於 射頻功率約介於1〇〜5〇〇 2〜刪Hz。 瓦特^射頻頻率約為 另外，於圓頂單元104之外部則可纏繞形成有一隼 此線圈110,因而可誘導地供應一額 述集能線圈係為一上蓋102所支撐。 笔水處’上 1〜古〜 集旎線圈110另外 可於真工腔10内部產生軸向之電磁場。一， 源114通常採用介於200KMz〜 ^ 、須 之射頻功率，且較

0503-A32478TWF 10 200816295 作之射贿约為2MHZ之射頻功率。於如此之頻率下所操 11〇。、八源114則藉由-匹配器112而耦接於集能線圈 目如第1圖所不，基於避免或降低微塵剝落或掉落之 却八於本實施例中之圓頂單元104之内侧表面1〇6係 :、工過陶瓷嘴砂處理，在此繪示為經陶瓷喷砂處理區 此i經陶瓷噴砂處理區108主要座落於一頂部中央 :以及底部環狀區。經陶瓷喷砂處理區108位於圓 單兀1Γ之頂部中央區之部份係依一環狀區域d方式形 ，、此狀區域d為距圓頂單S 104之一中心處約10〜以 亡刀之一％狀區域。請參照第2圖，則繪示了自圓頂單 兀1〇4之内侧表面，繪示了經陶瓷喷砂處理之區域1〇8 的分佈情形。在此，經陶£喷砂處理之區域可藉由如氧 化銘+氧化#5、氧化鎂、氧化鈦、氧化錯或鐵氟龍等材 料所貝砂處理過。另外，而經陶瓷喷砂處理區位於 圓頂單元104之底部環狀區之部份則為一帶狀區域h，其 係自圓頂單元1G4之一底面朝向圓頂單元104之中心延 伸3〜8公分。而與此些經陶瓷喷砂處理之區域1〇8内之 陶瓷膜層具有約5〜30微米之一厚度。 此外，如第1圖所示，基於避免或降低微塵剝落或 掉落之目的，可更選擇性地修改額外構件以加強上 果。可沿著支撐單元142之週長方向上設置一覆環（c〇ver nng)138，其包括一主體部138b，而此主體部13扑上則 經陶瓷喷砂處理而形成有一陶瓷膜層138a，此時覆環138

0503-A32478TWF 11 200816295 將環繞導電基座134,覆環138之主體13扑例如為石^ 材質。請參照第3圖，顯示了覆環Π8之—上視产升/央 其具有經陶謝處理之一頂面。再者，支撐二 之侧壁亦可選擇性地經陶瓷喷砂處理，如 •卜冬 牙1 Α圖中之陶 -线層146所示。如前所述，上述形成於部份 元1〇4之内側表面上、覆環138以及支擇單元138之: 陶充噴砂處理所形成之陶变膜層有助於改善了 = 理之圖案化之内連物中之材料所心 與”等 之部分區域(顯示為區域 Β上形成厚度約為5〜3()微米之_陶㈣層 -， 述區域内之表面粗糙度可降低至 Γ改善了因預先潔淨製程中所處理之^ = 出而造成之副產品的二Ϊ L附者/ί之剝落與落下等不良情形之可能性。 Μ翏恥弟4目，繪示了類似第1圖所示之前w，主 腔於採用或非採用前述之陶究^斤不之别置清除 佈構件狀態下之每曰微塵監控圖表/:理構件及/或嶋 理構二

_卿'軸)表現之===數而量 05〇3-A32478TWF 12 200816295 ΐ凊除腔於採用陶£噴砂處理構件及/或陶兗塗佈 ，件U形下’機台之總微塵數量（她！ _ieie _ts) ^ j為〇·7(Υ期間），兩者間具有86%之總微塵數量 。放果，且隨後再次更換成為無採用陶瓷喷砂處理 或陶瓷塗佈構件之情形下，機台之總微塵數量 、t〇td partlcle c〇ums)表現則增加至2·5(ζ期間）。而於上 込工期間内，較大尺寸之微塵數量（area count)則自 (X區間）降至〇 35ea(Y區間），於替換採用陶瓷喷 砂處理構件及/或陶变塗佈構件後具有73%之改善程度。、 ^第5圖則繪示了一半導體製造設備200之一佈局情 形’此半導體製造設備·内設置有前述之前置清除腔 100。=翏照第5圖，顯示了適用於施行如化學氣相沉積、 物理氣相沉積以及電漿處理製程等多重製程步驟之一半 導體製造設備200之上視情形。在此，半導體製造設備 200適用於處理如半導體晶圓之一基板。在此，半導體製 造设備200大體包括一預先潔淨裝置E、一暫存裝置f 以及一製程裝置D。在此，預先潔淨裝置E包括複數個 真空腔500與600、一前置清除腔1〇〇以及一第一自動控 制單元400。真空腔500與600分別用於儲存一基板或二 基板載具505/605,而前置清除腔1〇〇例如為第i圖所示 之前置清除腔，而第一自動控制單元4〇〇係用於傳輸一 基板於真空腔500/600與預先清洗機台1〇〇之間。 請繼續參照第5圖，於製程裝置d與預先潔淨裝置 F之間則設置有暫存單元F，以暫時置放完成預先潔淨程 0503-A32478TWF 13 200816295 序或完成製程程序之一基板（未顯示）。製程裝置D則包 括複數個製程腔202、204、206與208以及一第二自動 控制單元300。上述製程腔202、204、206與208可分別 施行如化學氣相沉積（CVD)或物理氣相沉積（PVD)之薄 膜沉積程序，或施行快速熱回火程序。製程腔202、204、 206、208之一較佳地為施行PVD或CVD之一製程腔。 第二自動控制單元300則可傳輸基板於製程腔202、204、 206、208與暫存裝置F之間。 如第5圖所示，於半導體製造設備200操作時，可 藉由第一自動控制單元400自預先潔淨裝置E中傳輸完 成預先潔淨程序之一基板至暫存裝置F處，並接著藉由 第二自動控制單元300傳輸此暫存於暫存裝置F處之基 板至製程裝置D内之一製程腔處以進行後續之製程，例 如薄膜沉積程序或快速熱回火程序。再者，亦可藉由第 一自動控制單元400自暫存裝置F處傳輸此完成製程程 序之基板傳輸至真空腔500/600處，因而完成了其預先潔 淨程序以及相關製程程序。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用 以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之 精神和範圍内，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明 之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 【圖式簡单說明】 第1圖為一示意圖，顯示了依據本發明一實施例之 0503-A32478TWF 14 200816295 一前置清除腔； 第2圖為一示意圖，顯示了第1圖中所示之前置主 除腔内之一圓頂單元之一内部表面，此内部表面部份: 經陶瓷喷砂處理之區域； 乃·'、、 第3圖為一示意圖，顯示了如第1圖所示之前置、、主 除腔内一覆環的上視情形； α 第4圖為一圖表，顯示了一前置清除腔於經陶兗喷 砂處理構件與否之每曰微塵監控圖表； 第5圖顯示了依據本發明一實施例之半導體製造設 備。 ° 【主要元件符號說明】 10〜真空腔； 100〜前置清除腔； 102〜上蓋； 104〜圓頂單元； 106〜圓頂單元之内侧表面； 108〜經陶瓷噴砂處理區 L ·， 11〇〜集能線圈； 112〜匹配器； 114〜射頻源； 130〜基礎單元； 132〜上方檔板； 134〜導電基座； 13 6〜絕緣層； 138a〜陶瓷膜層； 138b〜覆環之主體部； 13 8〜覆環； 140〜下方檔板； 142〜支撐單元； 146〜陶瓷膜層； 150〜射頻匹配器； 152〜射頻源； 160〜渦輪泵浦；

0503-A32478TWF 15 200816295 162〜節流閥； 170〜開口； 180〜氣體分佈系統；182〜氣體供應渠道； 184〜質流控制器； 190〜凸緣； h〜帶狀區域； d〜環狀區域； A〜上方檔板之部份區域； B〜下方檔板之部分區域； 200〜半導體製造設備； 202、204、206、208〜製程腔； 300〜第二自動控制單元； 400〜第一自動控制單元； 500、600〜真空腔； 505、605〜基板或基板載具； D〜製程裝置； E〜預先潔淨裝置； F〜暫存裝置。 0503-A32478TWF 16

Claims (1)

1. 200816295 十、申請專利範圍： L一種前置清除腔，包括： :支擇單元，用於支稽-基板； 頂單單元’料大料蓋該支撐單元，其中該圓 頁早…内部表面係部份經過嶋砂處理； ΙίΓ射頻單元，連結於該支撐單元；以及 弟一射頻單元，連結於該圓頂單元。 兮圓頂單h專利视圍第1項所述之前置清除腔，其中 環狀區處經過陶物二頂爾區以及於-底部 _過陶次申，專利粑圍第2項所述之前置清除腔，其中 :單元：’：處理之該圓頂單元之頂部中央區為距該圓 頂早凡之-中心處10-18公分之一區域。 4.如中料利範㈣2項所述之前置清除腔， 一憨貼p A u貝早兀之该底部環狀區係為 白，鬥二該帶狀區域係為自該圓頂單元之-底面朝 向该®頂早元之中心延伸3〜8公分。 -朝 5·如申請專利範圍第2項所述 該圓頂單元包括石冑，而簡頂單元係部mi :陶=氧化錢、氧化鈦、氧化錯或鐵氣龍等:： 之陶究賀砂處理處理過。 τ n 6·如申請專利第】項所述 稽單元更包括·· 月除腔，錢 一基座，用於支撐一基板； 0503-A32478TWF 17 200816295 -支f元件，用於支撐該基座；以及 一覆％，沿該支撐元件之一周長設置。 =請專利範圍第6項所述之前置清除腔 口亥復％包括石英，而$霜 ，、中 理。 而4復化之一頂面係經過陶莞噴砂處 ;&如申請專利範圍第6項所述之前置清除腔， 该支樓單元包㈣，㈣支#元件之 ： 陶瓷喷砂處理。 丨側i係經過 括.9.如中請專利範圍第6項所述之前置清除腔，更包 一第一擋板，用於支撐該支撐單元；以及 -第二擋板，連結於該圓頂單元，於與該第一擋板 釔合後大體定義出一製程空間。 10.如巾請專利範圍第9項所述之前置清除腔，其中 及第-與第二擋板大體塗佈有—陶竞膜層，以減低其表 面粗糙度至低於45微米之一程度。 八 上11.如申請專利範圍第10項所述之前置清除腔，其 中該陶瓷膜層具有5〜30微米之一厚度。 12.—種半導體製造設備，包括： 一預先潔淨裝置，包括： 一真空腔，用於儲存一基板或一基板載具； 如申請專利範圍第1項之前置清除腔；以及 上一第一自動控制單元，用於傳輪一基板於該真空腔 與該前置清除腔之間；以及； 0503-A32478TWF 18 200816295 一製程裝置，包括： 一製程腔，用於施行一薄膜沉積程序；以及 -第二自動控制單元’用於傳輪該基板於該製程腔 體與該前置清除腔之間。 13·如申請專利範 備，其中該製程腔為一 積腔。 圍第12項所述之半導體製造設 物理氣相沉積腔或一化學氣相沉 上4·如甲請專利範圍第 備，更包括-暫存裝置，設置^制5半導體製造設 淨裝置之間，其中二程^ f傳輸絲板至該暫存裝置處，㈣第二自動控制單 兀自该儲存單元處傳輸該基板至該製程腔處。 =5.如申請專利範圍第14項所述之半導體製造科 其：中該第二自動控制單元自該預二 置;=存裝置處’而該第-控制裝置自該;S 置處傳輸該基板至該真空腔處。 $仔衣 0503-A32478TWF 19