專利名稱：用于襯底處理腔室的工藝配件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實施方式涉及用于襯底處理腔室的工藝配件。
背景技術(shù)：
在集成電路和顯示器的制造中，諸如半導(dǎo)體晶圓或顯示器面板的襯底放置在襯底 處理腔室中，在腔室中設(shè)定處理條件以在襯底上沉積或蝕刻材料。典型的工藝腔室包含腔 室組件，其包括圍繞工藝區(qū)域的圍護(hù)壁、用于提供腔室中工藝氣體的氣體供應(yīng)、用于激勵工 藝氣體以處理襯底的氣體激發(fā)器、用于去除廢氣并保持腔室中的氣壓的氣體排放裝置，以 及用于保持襯底的襯底支架。該腔室可包括，例如，濺射(PVD)、化學(xué)氣相沉積(CVD)和蝕刻 腔室。在PVD腔室中，通過激發(fā)的氣體濺射靶，以濺射靶材，其隨后沉積在面對靶的襯底上。
在濺射工藝中，從靶濺射的材料還沉積在圍繞靶的腔室組件的邊緣上，這是不期 望的。外圍靶區(qū)域具有暗區(qū)，在該暗區(qū)中濺射材料由于在該區(qū)域中的離子散射而再沉積。在 該區(qū)域中的濺射材料的積累和聚集是不期望的，原因在于所積累的沉積物需要靶和圍繞組 件的拆卸和清洗或替換，可導(dǎo)致等離子體短路，并且可導(dǎo)致靶與腔室壁之間產(chǎn)生電弧。這些 沉積物還經(jīng)常由于熱應(yīng)力而分離和剝離，從而落在腔室和組件內(nèi)部并污染腔室和組件。
工藝配件，其包含圍繞襯底支架和腔室側(cè)壁配置的護(hù)板、蓋環(huán)和沉積環(huán)，通常用于 接收額外的濺射材料以保護(hù)并防止在腔室壁和其它組件表面上沉積。周期地，工藝配件組 件被拆開并從腔室去除，用于清洗掉積累的沉積物。因而，期望具有工藝配件組件，其設(shè)計 以容納并容忍更大量的積累沉積物，而不彼此粘結(jié)或者不會粘到襯底，或者導(dǎo)致工藝清洗 循環(huán)之間的沉積物剝離。還期望具有工藝配件，其包含較少的部件或組件，并且具有彼此相 關(guān)的形狀和配置以減少形成于工藝腔室內(nèi)部表面上的濺射沉積物量。 當(dāng)腔室襯墊和護(hù)板加熱高達(dá)過高溫度時，由于暴露于腔室中的濺射等離子體以及 護(hù)板與腔室組件之間的熱導(dǎo)率，產(chǎn)生另一問題。例如，其難以控制由低熱導(dǎo)率材料制成的護(hù) 板的溫度。在與制成組件諸如適配器的接觸界面處的熱電阻也影響護(hù)板溫度。在護(hù)板和適 配器之間的低夾持力還可引起護(hù)板的加熱。如果不受熱控制，則在連續(xù)的襯底處理期間，護(hù) 板的溫度在理想的室溫條件和高溫之間循環(huán)。當(dāng)高應(yīng)力金屬的工藝沉積物沉積到護(hù)板上并 且經(jīng)受大溫度振幅時，薄膜到護(hù)板的粘結(jié)以及薄膜自身的內(nèi)聚力將顯著降低，原因在于，例 如薄膜和其下護(hù)板之間的熱膨脹的系數(shù)錯配。期望在襯底處理期間降低護(hù)板和襯墊的溫
度，從而減少積累的沉積物從護(hù)板表面剝離。 由于從腔室的弱氣體傳導(dǎo)，產(chǎn)生傳統(tǒng)的襯底處理腔室和PVD工藝的另一問題。需 要高傳導(dǎo)氣體流經(jīng)路，以供應(yīng)必須的工藝氣體到工藝空腔并且適當(dāng)?shù)嘏懦鰪U工藝氣體。然 而，排列腔室壁的工藝配件的護(hù)板和其它腔室組件實質(zhì)上減小氣體傳導(dǎo)流。在這些組件中 放置孔同時增加經(jīng)過的氣體傳導(dǎo)率，還允許視線濺射沉積物經(jīng)過氣體傳導(dǎo)孔退出，從而沉
3積在腔室壁上。該孔還可導(dǎo)致等離子體從處理空間內(nèi)泄露，以圍繞腔室區(qū)域。另外，結(jié)合該 孔的腔室組件具有其它缺點，包括，但是不限于需要額外的部件、它們相對脆弱、多個部件 的容忍疊層和在界面的弱熱導(dǎo)率。 因而，期望具有工藝配件組件，其增加熱導(dǎo)率同時減小工藝沉積物從組件表面剝 離。還期望控制護(hù)板和襯墊的溫度，使得它們在等離子體處理期間不在過高溫度和低溫度 之間循環(huán)。還期望增加總氣體傳導(dǎo)同時防止在工藝區(qū)域外部的視線沉積并減小等離子體泄露。

發(fā)明內(nèi)容
在第一方案中，本發(fā)明提供圍繞與襯底處理腔室中的襯底支架面對的濺射靶的護(hù) 板，該護(hù)板包含(a)圓柱帶，其具有圍繞濺射靶的頂壁和圍繞襯底支架的底壁；(b)支撐壁 架，其從圓柱帶的頂壁徑向向外延伸；(c)傾斜階梯，其從圓柱帶的底壁徑向向內(nèi)延伸；以 及(d) u-型溝道，其接合到傾斜階梯，并且該溝道圍繞襯底支架，該U型溝道包含第一和第 二腿部件，第一腿部件具有多個氣孔以允許工藝氣體經(jīng)過，從而該氣孔提供升高的氣體傳 導(dǎo)。 在第二方案中，本發(fā)明提供放置在襯底處理腔室中沉積環(huán)周圍的蓋環(huán)，該沉積環(huán) 位于腔室中的襯底支架和圓柱護(hù)板之間，并且所述蓋環(huán)包含(a)環(huán)形楔，其包含圍繞所 述襯底支架的傾斜頂表面，所述傾斜頂表面具有內(nèi)部和外部外圍；所述傾斜頂表面的外部 外圍周圍的球形隆凸；從所述傾斜頂表面向下延伸以放置在所述沉積環(huán)上的基腳；以及在 所述傾斜頂表面的內(nèi)部外圍周圍的凸起邊；以及(b)從所述環(huán)形楔向下延伸的內(nèi)部和外部 圓柱帶，所述內(nèi)部帶的高度小于所述外部帶。 在第三方案中，本發(fā)明提供放置在襯底處理腔室中的濺射靶和襯底支架周圍的工 藝配件，所述工藝配件包含(a)圍繞所述濺射靶的護(hù)板，所述護(hù)板包含(l)圍繞所述濺射 靶和襯底支架的圓柱帶；(2)從所述圓柱帶徑向向外延伸的支撐壁架；(3)在所述支撐壁架 下方并且從所述圓柱帶徑向向內(nèi)延伸的傾斜階梯；以及(4)U-型溝道，其接合到所述傾斜 階梯并且圍繞所述襯底支架，該u-型溝道包含第一和第二腿部件，所述第一腿部件具有多 個氣孔，從而使工藝氣體以升高的氣體傳導(dǎo)經(jīng)過；以及(b)環(huán)組件，其包含(1)在所述襯底 支架周圍的蓋環(huán)，所述蓋環(huán)包含含有在所述襯底支架周圍的傾斜頂表面的環(huán)形楔，所述傾 斜頂表面具有內(nèi)部和外部外圍；在所述傾斜頂表面的外部外圍周圍的球形隆凸；從所述傾 斜頂表面向下延伸以放置在所述沉積環(huán)上的基腳；在所述傾斜頂表面的內(nèi)部外圍周圍的凸 起邊；從所述環(huán)形楔向下延伸的內(nèi)部和外部圓柱帶，所述內(nèi)部圓柱帶的高度比所述外部圓 柱帶??；以及(2)支撐所述蓋環(huán)的沉積環(huán)。 在第四方案中，本發(fā)明提供一種濺射腔室，其包含(a)濺射靶，其用于將濺射材料 沉積到襯底上；(b)在所述襯底支架周圍的蓋環(huán)；(c)圍繞所述濺射靶和所述襯底支架的護(hù) 板；(d)在所述襯底支架周圍的蓋環(huán)；(e)支撐所述蓋環(huán)的沉積環(huán)；所述沉積環(huán)包含放置在 所述底座的容納表面上的圓盤和圍繞所述圓盤的環(huán)形楔，所述環(huán)形楔包含從所述環(huán)形楔向 內(nèi)延伸的圓柱帶，以及放置在所述底座上的基腳；(f)氣體分配器，以將氣體引入到所述腔 室中；(g)氣體激發(fā)器，以激發(fā)氣體，從而形成等離子體，以濺射所述濺射靶；以及(h)排氣 裝置，以從所述腔室排出氣體。


參照以下描述、附屬的權(quán)利要求書和示出本發(fā)明的實施例的附圖，本發(fā)明的這些特征、方案和優(yōu)點將更加易于理解。然而，應(yīng)該理解一般地每個特征都可用于本發(fā)明中，不僅僅在特定附圖的文本中，并且本發(fā)明包括這些特征的任意組合，其中 圖1是襯底處理腔室的實施方式的示意性橫截面視圖，其示出工藝配件組件和濺射靶； 圖2A是在襯底處理腔室內(nèi)具有護(hù)板和環(huán)組件的工藝配件的透視 圖2B是護(hù)板的簡要頂視圖； 圖3A-B是連接到適配器的護(hù)板的上部分的橫截面視圖；以及 圖4是襯底處理腔室的另一方案的示意性橫截面視圖，其示出了護(hù)板和環(huán)組件。
具體實施例方式
在圖1中示出了能處理襯底104的適當(dāng)?shù)墓に嚽皇?00的實施例。腔室100典型地是可從California的Santa Clara的應(yīng)用材料有限公司購得的CLEA麗TM腔室。然而，其它工藝腔室也可結(jié)合本發(fā)明使用。腔室100包含圍護(hù)壁106，其圍繞工藝區(qū)域108。壁106包括側(cè)壁116、底壁120和頂部124。腔室100可以為多腔平臺(未示出)的一部分，其中該多腔平臺具有通過在各個腔室之間傳送襯底104的諸如機(jī)器人臂的襯底傳送機(jī)構(gòu)連接的互連腔室的集成。在圖1中示出的方案中，工藝腔室100為濺射沉積腔室，還已知為物理氣相沉積或PVD腔室，能將所沉積的材料諸如鋁、銅、鉭、鉭氮化物、鈦、鈦氮化物、鎢和鎢氮化物的其中之一或多種濺射到襯底104上。 腔室100包含襯底支架130，該支架包含底座134以支撐襯底104。底座134具有襯底容納表面138，其具有基本平行于高架濺射靶140的濺射表面139的平面。在處理期間，底座134的襯底容納表面138容納并支撐襯底104。底座134可包括靜電夾盤或加熱器諸如電阻加熱器或熱交換器。在操作中，襯底104經(jīng)過腔室100的側(cè)壁116的襯底負(fù)載入口 142而引入到腔室100中并且被放置到襯底支架130上。支架130可通過支架升降波紋管被提升或降低，并且在通過機(jī)器人臂將襯底104放置到襯底支架130上期間，升降指針組件可用于將襯底104提升或降低到支架130上。在等離子體操作期間，底座134可保持在電浮電勢或接地。 腔室100還包含工藝配件200，如在圖2A和圖2B中所示，其包含易于從腔室100去除的各種組件，例如，以將濺射沉積物清洗離開組件表面、替換或修理被侵蝕組件，或以使腔室100適應(yīng)其它工藝。在一個方案中，工藝配件200包含放置在襯底支架130的外圍壁204周圍的護(hù)板201和環(huán)組件202，其在襯底104的懸臂邊緣206之前終止。環(huán)組件202包含沉積環(huán)208和蓋環(huán)212。沉積環(huán)208包含圍繞支架130的環(huán)形帶215。蓋環(huán)212至少部分覆蓋沉積環(huán)208。沉積環(huán)208和蓋環(huán)212彼此協(xié)作以減小濺射沉積形成于支架130的外圍壁204和襯底104的懸臂邊緣206上。 護(hù)板201圍繞濺射靶140的濺射表面139，該濺射靶面向襯底支架130和襯底支架130的外部外圍。護(hù)板201覆蓋并遮蔽腔室100的側(cè)壁116，以減小源自濺射靶140的濺射表面139的濺射沉積物沉積到護(hù)板201后面的組件和表面上。例如，護(hù)板201可保護(hù)支架
5130的表面、懸臂襯底104的邊緣206、腔室100的側(cè)壁116和底壁120。
如在圖2A、圖2B和圖3A、3B中所示，護(hù)板201具有單一的構(gòu)造并包含圓柱帶214， 其具有設(shè)計大小以圍繞濺射靶140的濺射表面139和襯底支架130的直徑。圓柱帶214具 有圍繞濺射靶140的濺射表面139的頂壁216。支撐壁架219從圓柱帶214的頂壁216徑 向向外延伸。適配器226可包含0-環(huán)凹槽222，在其中放置0-環(huán)223以在適配器和絕緣 體310之間形成真空密封，從而防止越過護(hù)板201而泄露。支撐壁架219包含支持表面224 以放置在圍繞腔室100的側(cè)壁116的環(huán)形適配器226上。支撐壁架219的支持表面224包 含多個槽228，該槽設(shè)計形狀和尺寸以容納銷282，從而使護(hù)板201與適配器226對齊。銷 282可被壓配入適配器226中。設(shè)置多個孔229以容納將護(hù)板201耦接到適配器的緊固件 230。在一個實施方式中，緊固件230穿過護(hù)板201的孔229和適配器板226的孔220，并且 穿入到固定板297的孔295中。固定板297可以為不銹鋼環(huán)或其它適當(dāng)?shù)牟牧?。盡管在圖 2B中僅示出了一個槽228和一個孔229，但是多個槽228和孔229圍繞護(hù)板201的圓周分 布。 適配器226支撐護(hù)板201并可用作襯底處理腔室100的壁116周圍的熱交換器。 可選地，適配器226可包括電阻加熱器或溫度控制流體的導(dǎo)管，使得如果需要適配器226可 加熱或冷卻護(hù)板201。適配器226和護(hù)板201形成使熱量更好地從護(hù)板201傳送到的組件， 并且該組件減小沉積于護(hù)板上的處理上的熱膨脹應(yīng)力。部分護(hù)板201由于暴露于形成于襯 底處理腔室中的等離子體而變得過熱，導(dǎo)致護(hù)板熱膨脹并且導(dǎo)致形成于護(hù)板上的濺射沉積 物從護(hù)板剝離并落到襯底104上并且污染襯底104。適配器226具有接觸表面232，其與護(hù) 板201的支持表面224接觸，從而允許護(hù)板201和適配器226之間良好的熱導(dǎo)率。在一個 方案中，護(hù)板201的支持表面224和適配器226的接觸表面232每個都具有從大約10到大 約80微英寸的表面粗糙度，或者甚至從大約16到大約63微英寸，或者在一個方案中大約 32微英寸的平均表面粗糙度。在一個方案中，適配器226進(jìn)一步包含用于流動熱傳送流體 經(jīng)過的導(dǎo)管，從而控制適配器226的溫度。 包含適配器226和護(hù)板201的組件還包括護(hù)板緊固系統(tǒng)234，用于使護(hù)板201與適 配器226對齊并將護(hù)板201緊固到適配器226。護(hù)板緊固系統(tǒng)232包含多個銷293，其沿著 沿適配器226以圓或環(huán)形排列隔開并放置。在一個方案中，至少三個銷293在適配器226 上呈圓形排列。在另一實施方式中，使用12個銷293。每個銷293包含由材料諸如鋼，例如 不銹鋼構(gòu)造的剛性圓柱。每個銷293在構(gòu)件236的一端上具有壓配入適配器226的壓配連 接器238。如在圖3A中所示，銷293穿過槽229。護(hù)板緊固系統(tǒng)232進(jìn)一步包含多個緊固 件230。在一個實施方式中，緊固件230可以為內(nèi)六角螺釘236。螺釘236的頭240凹入孔 229的錐口孔中。螺釘236的端部穿入固定板297的螺紋孔295中。在一個實施方式中，至 少三個螺釘236呈圓形設(shè)置以將適配器226固定到護(hù)板201。在另一實施方式中，使用12 個螺釘297。 在支撐壁架219下方為圍繞襯底支架130的底壁242。斜階梯244從圓柱帶214 的底壁242徑向向內(nèi)延伸并且圍繞襯底支架130。在一個方案中，斜階梯244包含弧形接合 點245。 U型溝道246接合到護(hù)板的斜階梯244。 U型溝道246具有外部第一腿部件299， 其具有多個氣體傳導(dǎo)孔249，從而使工藝氣體以改善的氣體傳導(dǎo)經(jīng)過。U型溝道246還具有
6內(nèi)部第二腿部件253，其與外部第一腿部件299隔開并且其高度大于外部第一腿部件299。 在一個方案中，在外部腿部件299中的氣孔249基本上為橢圓形并由圓柱(未示出)分離。 在一個方案中，每個氣孔249具有大約1到大約2英寸的寬度和大約0. 2到大約0. 8英寸
的高度。 護(hù)板201允許來自工藝腔室100的氣體以減小的阻力經(jīng)過氣孔249并且經(jīng)過U型 溝道246循環(huán)。護(hù)板201的設(shè)計進(jìn)一步最小化氣體傳導(dǎo)對襯底支架130位置在高度方面的 敏感性。 圓柱帶214、支撐壁架219、護(hù)板201的斜階梯244和U型溝道246包含由單塊材料 制成的單一結(jié)構(gòu)。例如，整個護(hù)板201可由300號不銹鋼制成，或者在一個方案中，由鋁制 成。單一的護(hù)板201與包括多個組件，通常由兩塊或三塊分離片組成完整護(hù)板，其與現(xiàn)有護(hù) 板相比是有優(yōu)勢的。例如在加熱和冷卻工藝中，單一片護(hù)板與多組件護(hù)板相比更加熱均勻。 例如，單一片護(hù)板201僅具有與適配器226的一個熱界面，允許更好的控制護(hù)板201和適配 器226之間的熱交換。具有多個組件的護(hù)板使其更難以且更加費力去除護(hù)板用于清洗。單 一片護(hù)板201具有暴露于濺射沉積物的連續(xù)表面，而沒有更難以清除的界面或角落。在工 藝循環(huán)期間，單一片護(hù)板201還更加有效地將腔室壁106與濺射沉積隔離開。
在一個方案中，利用可從California的Santa Clara的應(yīng)用材料有限公司購得的 CLEANC0ATTM處理護(hù)板201的暴露表面。CLEANCOATTM是雙線鋁電弧噴涂，其應(yīng)用到襯底處理 腔室組件，諸如護(hù)板201 ，從而減少護(hù)板201上的沉積物的粒子脫落，并因而防止腔室100的 襯底104的污染。在一個方案中，在護(hù)板上的雙線鋁電弧噴涂具有從大約600到大約2300 微英寸的表面粗糙度。 護(hù)板201具有面向腔室100中的等離子體區(qū)域108的暴露表面。噴砂處理暴露的 表面，以具有175±75微英寸的表面粗糙度。紋理化的噴砂處理的表面用于減少粒子脫落 并防止腔室100內(nèi)的污染。平均表面粗糙度為沿著暴露的表面距離粗糙特征的峰和谷的平 均線的位移的絕對值的平均值。可通過表面光度儀或通過掃描電子顯微鏡確定粗糙度平均 值、偏斜或其它性能，其中表面光度儀使針經(jīng)過暴露表面上方并且產(chǎn)生表面上粗糙面高度 的波動的痕跡，該掃描電子顯微鏡使用從表面反射的電子束以產(chǎn)生表面圖像。
沉積環(huán)208包含環(huán)形帶215，其在支架130的外圍壁204周圍延伸并圍繞該支架 130的外圍壁204，如圖2A中所示。環(huán)形帶215包含內(nèi)部唇緣250，其從帶215橫向延伸并 且基本上平行于支架130的外圍壁204。內(nèi)部唇緣250在襯底104的懸臂邊緣206下方立 即終止。內(nèi)部唇緣250限定沉積環(huán)208的內(nèi)部周界，其中該沉積環(huán)208圍繞襯底104和襯 底支架130的外圍以在處理期間保護(hù)不被襯底104覆蓋的支架130的區(qū)域。例如，內(nèi)部唇 緣250圍繞并至少部分覆蓋支架130的外圍壁204，其否則暴露于處理環(huán)境，從而減小或甚 至全部排除濺射沉積物在外圍壁204上的沉積。有利地，沉積環(huán)208可易于被去除以從環(huán) 208的暴露表面清洗濺射沉積物，使得支架130不必為了清洗而被拆開。沉積環(huán)208還可用 于包含支架130的暴露側(cè)表面，以減小他們被受激等離子體物質(zhì)的侵蝕。
在圖2A中示出的方案中，沉積環(huán)208的環(huán)形帶215具有半環(huán)形隆凸252，其沿 著帶215的中心部分延伸，該帶215在半環(huán)形隆凸252每一側(cè)上具有徑向向內(nèi)的斜面 (dip)254a、b。徑向向內(nèi)的斜面254與覆蓋環(huán)212隔開以在其之間形成弧形間隙256，其作 為曲徑(labyrinth)以減小等離子體物質(zhì)滲透到弧形間隙256中。開口內(nèi)部溝道258位于
7內(nèi)部唇緣250和半環(huán)形隆凸252之間。開口內(nèi)部溝道258徑向向內(nèi)延伸，以至少部分在襯 底104的懸臂邊緣206下方終止。開口內(nèi)部溝道258有助于在沉積環(huán)208清洗期間從這些 部分去除濺射沉積物。沉積環(huán)208還具有壁架260，其向外延伸并徑向向半環(huán)形隆凸252的 外部放置。壁架260用于支撐蓋環(huán)212。 沉積環(huán)208可通過成形并加工陶瓷材料諸如氧化鋁而制成。優(yōu)選地，氧化鋁具有 大約99. 5%的純度以減少不期望的元素諸如鐵對腔室100的污染。陶瓷材料使用傳統(tǒng)的技 術(shù)諸如等靜壓成型進(jìn)行模制并燒結(jié)，之后使用適當(dāng)?shù)募庸し椒ㄟM(jìn)行模式燒結(jié)預(yù)成型的加工 以實現(xiàn)所需的形狀和尺寸。 沉積環(huán)208的環(huán)形帶215可包含噴砂處理的暴露表面。利用適當(dāng)?shù)拇稚俺叽?執(zhí)行噴砂處理，以實現(xiàn)預(yù)定的表面粗糙度。在一個方案中，利用雙線鋁電弧噴涂，諸如 CLEANCOAT 處理沉積環(huán)208的表面，從而減小顆粒脫落和污染。 蓋環(huán)212圍繞并至少部分覆蓋沉積環(huán)208，以容納沉積環(huán)208并從而遮蔽沉積 環(huán)208使其與濺射沉積物的塊體隔開。蓋環(huán)212由耐濺射等離子體的侵蝕的材料制成， 例如，諸如不銹鋼、鈦或鋁的金屬材料或諸如氧化鋁的陶瓷材料。在一個方案中，蓋環(huán)212 由具有至少大約99.9%純度的鈦組成。在一個方案中，利用利用雙線鋁電弧噴涂，諸如 CLEANCOAT 處理蓋環(huán)212的表面，從而減少顆粒從蓋環(huán)212的表面脫落。
蓋環(huán)212包含環(huán)形楔262，該楔包含傾斜的頂表面264，其徑向向內(nèi)傾斜并圍繞襯 底支架130。環(huán)形楔262的傾斜頂表面264具有內(nèi)部和外部外圍266、268。內(nèi)部外圍266 包含覆蓋徑向向內(nèi)斜面254a的凸起邊270，該斜面254a包含沉積環(huán)208的開口內(nèi)部溝道 258。凸起邊270相對于由沉積環(huán)208形成的弧形間隙256的至少大約一半寬度凸起一距 離。凸起邊270設(shè)計尺寸、形狀并放置成與弧形間隙256協(xié)作且互補(bǔ)，以在蓋環(huán)212和沉積 環(huán)208之間形成回旋且壓縮的流通道，其抑制工藝沉積物流到外圍壁架204上。窄間隙256 的壓縮流通道限制低能量濺射沉積物在沉積環(huán)208和蓋環(huán)212的接合面上的積累，其否則 將使它們彼此粘結(jié)或使它們粘結(jié)到襯底104的外圍懸臂邊緣206上。結(jié)合與蓋環(huán)212的凸 起邊270隔開以采集例如在鋁濺射腔室中1540 ii m鋁濺射沉積物的最小量，同時減少或甚 至基本上排除兩個環(huán)208、212接合面上的濺射沉積，從設(shè)計及在沉積懸臂邊緣206下方延 伸的沉積環(huán)208的開口內(nèi)部溝道258。 傾斜頂表面264的外部外圍268周圍為球形隆凸。在一個方案中，球形隆凸272 包含橢圓環(huán)形表面274，該橢圓環(huán)形表面274與護(hù)板201形成弧形間隙。傾斜頂表面264， 與球形隆凸272和凸起邊270協(xié)作，阻擋視距沉積退出工藝空腔108并進(jìn)入腔室主體空腔。 傾斜頂表面264可以從至少大約15度的角度傾斜。設(shè)計蓋環(huán)212的傾斜頂表面264的角 度，例如，以最小化最接近襯底104的懸臂邊緣206的濺射沉積物的積累，其否則將不利地 影響在整個襯底104上獲得的沉積均勻性。 蓋環(huán)212包含從環(huán)形楔262的傾斜頂表面264向下延伸的基腳(footing) 276，以 放置在沉積環(huán)208的壁架260上?；_276從楔262向下延伸以壓向沉積環(huán)208，而基本上 不會破碎或破裂環(huán)208。 蓋環(huán)212進(jìn)一步包含從環(huán)形楔262向下延伸的內(nèi)部和外部圓柱帶278a、b，在這兩 個帶之間具有間隙。在一個方案中，內(nèi)部和外部圓柱帶278a、b基本上垂直。圓柱帶272a、 b放置在楔262的基腳276徑向向外處。內(nèi)部圓柱帶278a具有小于外部圓柱帶278b的高
8度。典型地，外部帶278b的高度至少為內(nèi)部帶278a高度的1.2倍。例如，對于具有大約 154mm的內(nèi)部半徑的蓋環(huán)212，外部帶278b的高度是從大約15至大約35mm，例如25mm ;并 且內(nèi)部帶278a的高度為從大約12到大約24mm，例如大約19mm。 蓋環(huán)212是可調(diào)整的并且有效地屏蔽在不同高度范圍的傳導(dǎo)孔249。例如，蓋環(huán)
212能提升和降低，以關(guān)于腔室中襯底支架130而調(diào)整蓋環(huán)212的高度。 在護(hù)板201和蓋環(huán)212之間的空間或間隙形成回旋的S型通道或，用于等離子體
傳輸。通道的形狀是有利的，例如，原因在于其阻礙并阻止等離子體物質(zhì)進(jìn)入到該區(qū)域中，
減少濺射材料的不期望沉積。 如在圖4和圖5中所示，濺射耙140包含安裝到背板284的濺射板280。濺射板 280包含待被濺射到襯底104上的材料。濺射板280可具有中心圓柱臺面286，其具有形成 平行于襯底104表面的面的濺射表面139。環(huán)形傾斜邊288圍繞圓柱臺面286。環(huán)形邊288 可相對于圓柱臺面286傾斜至少大約8度的角度，例如從大約10度到大約20度。具有臺 階292的外圍傾斜側(cè)壁290圍繞環(huán)形邊288。外圍側(cè)壁290可相對于圓柱臺面286的面傾 斜至少大約60度的角度，例如，從大約75度到大約85度。臺階292可在凸起294和凹槽 296之間產(chǎn)生，并且臺階292從大約30度到大約40度的縮減(cutback)角度連接表面。
與腔室中100的護(hù)板201的頂壁216鄰近的環(huán)形傾斜邊288和側(cè)壁290的復(fù)雜形 狀，形成回旋間隙300，其包含暗區(qū)；該區(qū)域高度耗盡自由電子并且其模擬為真空。重要地 是控制暗區(qū)，以防止等離子體進(jìn)入、電弧放電和不穩(wěn)定性。間隙300的形狀用作曲徑，其阻 止被濺射的等離子體物質(zhì)經(jīng)過間隙300，并從而減少被濺射沉積物積累在外圍靶區(qū)域的表 面上。在一個方案中，暗區(qū)的外圍邊界可利用例如CLEANCOATTM進(jìn)行雙線鋁電弧噴涂處理， 從而減少顆粒在該區(qū)域中脫落。 濺射板280包含金屬或金屬合成物。例如，濺射板280可以為金屬，諸如例如鋁、 銅、鎢、鈦、鈷、鎳或鉭。濺射板280還可以為金屬合成物，諸如例如鉭氮化物、鎢氮化物或鈦 氮化物。 背板284，其具有支撐表面303以支撐濺射板280和延伸超過濺射板280的半徑的 外圍壁架304。背板284由金屬制成，諸如例如不銹鋼、鋁、銅-鉻或銅-鋅。背板284可以 由具有足夠高的熱導(dǎo)率的材料制成，以耗散在靶140上產(chǎn)生的熱量，其形成于濺射板280和 背板284上。該熱由在這些板280、284中產(chǎn)生的電流產(chǎn)生，并還由來自等離子體的高能離 子轟擊到耙140的濺射表面139而產(chǎn)生。較高熱導(dǎo)率的背板284使在耙140中產(chǎn)生的熱量 耗散到周圍結(jié)構(gòu)或甚至耗散到熱交換器，該熱交換器安裝在背板284后面或者在背板284 自身中。例如，背板284可包含溝道(未示出)以循環(huán)在其中流動的熱傳送流體。已經(jīng)確 定背板284的適當(dāng)高熱導(dǎo)率為至少大約200W/mK，例如從大約220到大約400W/mK。通過更 有效地耗散在靶140中產(chǎn)生的熱，該熱導(dǎo)率級別允許靶140被操作較長的工藝時間周期。
結(jié)合由具有高熱導(dǎo)率和低電阻率的材料制成的背板284，或者分離地或自身，背板 284可包含具有一個或多個凹槽(未示出)的背側(cè)表面。例如，背板284可具有凹槽，諸如 環(huán)形凹槽或凸脊(ridge)，用于冷卻靶140的背側(cè)141。凹槽和凸脊還可具有其它圖案，例 如，矩形柵格圖案、雞爪圖案或在背側(cè)表面上橫穿的簡單直線。 濺射板280利用擴(kuò)散連接可安裝在背板284上，通過將兩個板280、284放置在彼 此之上并將板280、284加熱至適當(dāng)?shù)臏囟?，典型地至少大約200攝氏度?？蛇x地，濺射耙140可以為包含單片材料的單一結(jié)構(gòu)，其具有足夠的深度以用作濺射板和背板。 背板284的外圍壁架304包含放置在腔室100中的絕緣體310上的基腳308 (圖
2A-B和圖3)。外圍壁架304包含0-環(huán)凹槽312，在其中放置0-環(huán)314以形成真空密封。
絕緣體310與腔室100電隔離并且將背板284與腔室100隔開，并且通常為由電介質(zhì)或絕
緣材料諸如氧化鋁形成的環(huán)。外圍壁架304設(shè)計形狀以抑制被濺射材料和等離子體物質(zhì)經(jīng)
過靶140和絕緣體310之間的間隙進(jìn)行流動或遷移，從而阻止低角度被濺射沉積物滲透到
間隙中。 靶140的外圍壁架304利用保護(hù)涂層例如雙線電弧噴涂鋁涂層進(jìn)行涂敷。在涂敷 之前，外圍壁架304被脫脂并利用碳化硅盤進(jìn)行研磨，從而實現(xiàn)200到300微英寸的粗糙 度。涂層延伸以覆蓋濺射板280的外圍側(cè)壁290和背板284的外圍壁架304。該涂層的最 終表面粗糙度為從大約500到大約900微英寸，以及具有從大約5到大約10密耳(mil)的 厚度。涂層保護(hù)靶140的邊緣，并提供被濺射材料的更好粘結(jié)，并且減少材料從這些表面剝 離。 濺射靶140連接到靶電源320，其施加相對于護(hù)板201的偏置電壓到靶140，其中 護(hù)板201在濺射工藝期間電浮動。雖然耙電源320供應(yīng)功率到耙140、護(hù)板201、支架130和 連接到靶電源320的其它腔室組件，但是氣體激發(fā)器324激勵濺射氣體以形成濺射氣體的 等離子體。氣體激發(fā)器324可包含通過施加經(jīng)過線圈326的電流被激勵的源線圈326。所 形成的等離子體積極地撞擊并轟擊靶140的濺射表面139，以從表面139濺射出材料到襯底 104上。 腔室100可包含磁場產(chǎn)生器330以成形圍繞靶140的磁場，從而改善靶140的濺 射。電容性產(chǎn)生的等離子體可通過磁場產(chǎn)生器330增強(qiáng)，其中例如，永磁或電磁線圈可提供 具有旋轉(zhuǎn)磁場的腔室100中的磁場，該旋轉(zhuǎn)磁場具有平行于襯底104的面旋轉(zhuǎn)的軸。腔室 100可，另外或可選地，包含磁場產(chǎn)生器330，其在腔室100的靶140附近產(chǎn)生磁場，以增加 靶140附近的高密度等離子體區(qū)域中的離子密度，從而改善靶140材料的濺射。改善的磁場 產(chǎn)生器330可用于使銅持續(xù)自濺射或使鋁、鈦或其它金屬濺射；雖然最小化了靶轟擊對非 活性氣體的需求，例如，如在授權(quán)給Fu且題目為"Rotating Sputter MagnetronAssembly" 美國專利No. 6， 183,614以及授權(quán)給Goparlraja等人且題目為"Integrated Process for Co卯er Via Filling"的美國專利No. 6， 274， 008中進(jìn)行了描述。磁場延伸經(jīng)過基本上非磁 性革巴140并進(jìn)入到腔室100中。 濺射氣體通過氣體傳輸系統(tǒng)332而引入到腔室100中，其中氣體傳輸系統(tǒng)332經(jīng) 由具有氣流控制閥338諸如質(zhì)量流量控制器的導(dǎo)管336而提供來自氣體供應(yīng)334的氣體， 以傳送設(shè)定流速的氣體經(jīng)過。氣體被輸送到混合歧管(未示出)，在該歧管中氣體被混合以 形成期望的工藝氣體合成物并被供應(yīng)到具有氣體入口的氣體分配器340，以將氣體引入到 腔室100中。工藝氣體可包含非活性氣體，諸如氬或氙，其能積極撞擊靶140并從靶140濺 射出材料。工藝氣體還可包含活性氣體，諸如含氧氣體和含氮氣體的一種或多種，其能與濺 射材料反應(yīng)，從而在襯底104上形成層。然后，氣體通過氣體激發(fā)器324被激勵以形成等離 子體，從而對濺射靶140進(jìn)行濺射。廢工藝氣體和副產(chǎn)物從腔室100通過排氣裝置342被 排出。排氣裝置342包含排氣口 344，該排氣口接收廢工藝氣體并傳送廢氣到具有用于控 制腔室100中氣體壓力的節(jié)流閥的排氣導(dǎo)管346。排氣導(dǎo)管346連接到一個或多個排氣泵348。典型地，腔室100中濺射氣體的壓力被設(shè)定至低于大氣壓級別，諸如真空環(huán)境，例如，1 毫托至400毫托的氣壓。 腔室100可通過包含程序代碼的控制器350進(jìn)行控制，該程序代碼具有指令集以 操作腔室100的組件，從而處理襯底104。例如，控制器350可包含包括襯底定位指令集的 程序代碼，以操作襯底支架130和襯底傳送機(jī)構(gòu)；用于操作氣流控制閥的氣流控制指令集， 以設(shè)定到腔室100的濺射氣體流速；用于操作排氣節(jié)流閥的氣壓控制指令集，以保持腔室 100中的壓力；用于操作氣體激發(fā)器324的氣體激發(fā)器控制指令集，以設(shè)定氣體激發(fā)功率級 別；穩(wěn)定控制指令集，以控制支架130或壁106中的溫度控制系統(tǒng)，以設(shè)定腔室100中各種 組件的溫度；以及工藝監(jiān)控指令集，以監(jiān)控腔室100中的工藝。 參照圖4描述濺射腔室400的另一方案。該腔室400可以為，例如，但是不限于， 可從California的Santa Clara的應(yīng)用材料有限公司購得的VERSATTN 腔室。腔室400 具有濺射靶140，用于將被濺射的材料沉積到襯底104上。濺射靶140與面對濺射靶140的 底座406相對而放置。襯底支架404可由諸如例如不銹鋼的材料構(gòu)造。電阻加熱器409可 嵌入到底座406內(nèi)，并用于加熱底座406上的襯底104。濺射耙140和襯底支架404由護(hù)板 201圍繞。蓋環(huán)212放置在襯底支架404周圍，并且由沉積環(huán)208支撐。沉積環(huán)208包含 放置在底座406的容納表面上的圓盤410。圓盤410的直徑小于底座406的容納表面408 的直徑。沉積環(huán)208進(jìn)一步包含圍繞圓盤410的環(huán)形楔412。圓柱帶414水平并從環(huán)形楔 412向內(nèi)延伸。環(huán)形楔412具有放置在襯底支架404的底座406上的基腳416。腔室400 還具有氣體分配器418、氣體激發(fā)器420和排氣裝置422。 以上描述的工藝配件200顯著地增加了工藝循環(huán)的數(shù)量和腔室100中的處理時 間，增加了清洗之間的時間量。這通過減小形成于襯底104周圍的組件上的濺射沉積物量 來完成，其難以清洗。設(shè)計工藝配件的組件，以允許濺射區(qū)域108中增加的功率和壓力，從 而通過降低回旋間隙300的暗區(qū)中的溫度而產(chǎn)生更高的沉積產(chǎn)量。這還利用適配器226改 善了護(hù)板201的熱均勻性。另外，與退出工藝配件相比，工藝配件200設(shè)計成允許在配件被 改變以及維修周期執(zhí)行之前，至少大約2至大約5倍的更多沉積物沉積在其上。這在腔室 100的正常運行時間方面是顯著的改善并且還增加了工藝產(chǎn)量。 參照本發(fā)明的特定優(yōu)選方案描述了本發(fā)明，然而，其它方案也是可能的。例如，可 在其它類型的應(yīng)用中使用本發(fā)明的工藝配件200或組件和適配器226，這對于本領(lǐng)域的普 通技術(shù)人員是顯而易見的，例如應(yīng)用于蝕刻、CVD和蝕刻腔室中。因此，附屬的權(quán)利要求的 精神和范圍不應(yīng)該限于在此包含的優(yōu)選方案的描述。
權(quán)利要求
一種在襯底處理腔室中的沉積環(huán)周圍放置的蓋環(huán)，所述沉積環(huán)位于腔室中的襯底支架和圓柱護(hù)板之間，并且所述蓋環(huán)包含(a)環(huán)形楔，其包含圍繞所述襯底支架的傾斜頂表面，所述傾斜頂表面具有內(nèi)部和外部外圍、所述傾斜頂表面的外部外圍周圍的球形隆凸、從所述傾斜頂表面向下延伸以放置在所述沉積環(huán)上的基腳，以及在所述傾斜頂表面的內(nèi)部外圍周圍的凸起邊；以及(b)從所述環(huán)形楔向下延伸的內(nèi)部和外部圓柱帶，所述內(nèi)部帶的高度小于所述外部帶。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的蓋環(huán)，其特征在于，所述環(huán)形楔的所述傾斜頂表面徑向向內(nèi) 傾斜。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的蓋環(huán)，其特征在于，所述傾斜頂表面以至少15度的角度傾斜。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的蓋環(huán)，其特征在于，所述球形隆凸包含橢圓圓周表面，且所述 橢圓圓周表面與所述圓柱護(hù)板形成間隙。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的蓋環(huán)，其特征在于，所述蓋環(huán)能被提升和降低，以關(guān)于所述襯 底處理腔室中的襯底支架而調(diào)整所述蓋環(huán)的高度。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的蓋環(huán)，其特征在于，所述蓋環(huán)包含鈦。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的蓋環(huán)，其特征在于，所述鈦包含至少99. 9%的純度。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的蓋環(huán)，其特征在于，所述內(nèi)部和外部圓柱帶基本垂直。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的蓋環(huán)，其特征在于，包含具有雙線鋁電弧噴涂涂層的暴露表面。
全文摘要
一種工藝配件，包含護(hù)板和放置在處理腔室中的襯底支架周圍的環(huán)組件，該環(huán)組件用于減少工藝沉積物沉積在內(nèi)部腔室組件和襯底的懸臂邊緣上。該護(hù)板包含圓柱帶，該圓柱帶具有圍繞濺射靶的頂壁和圍繞襯底支架的底壁；支撐壁架；傾斜階梯；和具有氣體熱導(dǎo)孔的U型溝道。該環(huán)組件包含沉積環(huán)和蓋環(huán)，蓋環(huán)在環(huán)周界周圍具有球形隆凸。
文檔編號C23C14/34GK101787519SQ20101013851
公開日2010年7月28日 申請日期2008年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月29日
發(fā)明者伊揚·理查德·洪, 克里斯托夫·M·帕夫洛夫 申請人:應(yīng)用材料股份有限公司