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。
技術(shù)背景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)致耙與腔室壁之間產(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，其難以控制由低導(dǎo)熱率材料制成的護(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電導(dǎo)，產(chǎn)生傳統(tǒng)的襯底處理腔室和PVD工藝的另一 問題。需要高電導(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)?排出廢工藝氣體。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)過的氣體導(dǎo)電率，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 疊層和在界面的弱導(dǎo)熱率。因而，期望具有工藝配件組件，其增加導(dǎo)熱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)。還期望增加總氣體電導(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，從而該氣孔提供上升的氣體熱導(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(1)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， 從而使工藝氣體以提升的氣體熱導(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)形壁架，所述環(huán)形壁架包含從所述環(huán)形壁架向內(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； 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CLEAN WTM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 IOO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、鉤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B8，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130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)計大小以圍繞濺射耙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O-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)牟牧稀１M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?？蛇x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-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，其具有多個氣體熱導(dǎo)孔249，從而使工藝氣體以改善的氣體熱導(dǎo)經(jīng)過。 U型溝道246還具有內(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)一歩最小化氣體熱導(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(fèi)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CLEANCOATTM處理護(hù)板201的暴露表面。CLEANCOAT 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士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?？赏ㄟ^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?法進(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?寸執(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CLEANCOATTM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CLEANC.OATTM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1540pm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，其利用護(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。基腳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熱導(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，濺射靶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2卯 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耙區(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靶140的濺射表面 139而產(chǎn)生。較高導(dǎo)熱率的背板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。 己經(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耙140中產(chǎn)生的熱，該熱導(dǎo)率級別允許 耙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，濺射靶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O-環(huán)凹槽312，在其中放置O-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。耙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。雖然靶電源320供應(yīng)功率到靶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 耙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，從而改善耙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 Magnetron Assembly"美國專利No.6， 183， 614以及授權(quán)給Goparlraja等人且題目為 "Integrated Process for Copper Via Filling"的美國專禾lj No.6， 274， 008中 進(jìn)行了描述。磁場延伸經(jīng)過基本上非磁性靶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，l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VERSA TTNTM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。濺射靶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(yùn)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
1、一種護(hù)板，其在襯底處理腔室中用于圍繞面對襯底的濺射靶，所述護(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，從而該氣孔提供上升的氣體熱導(dǎo)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的護(hù)板，其特征在于，在所述第一腿部件中的所 述氣孔基本呈橢圓形。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的護(hù)板，其特征在于，所述氣孔具有從大約2.54 到大約5.08cm的寬度，以及從大約0.51到大約2.03cm的高度。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的護(hù)板，其特征在于，所述傾斜的階梯包含弧形 接合點。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的護(hù)板，其特征在于，所述U型溝道的所述第一 腿部件的高度大于所述第二腿部件。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的護(hù)板，其特征在于，包含由鋁組成的整體結(jié)構(gòu)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的護(hù)板，其特征在于，包含在所述護(hù)板表面上的 雙線鋁電弧噴涂涂層。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的護(hù)板，其特征在于，所述雙線鋁電弧噴涂涂層 包含從大約600到大約2300微英寸的表面粗糙度。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的護(hù)板，其特征在于，所述支撐壁架包含支持表 面和在該表面中的多個槽。
10、 一種組件，其包含根據(jù)權(quán)利要求9所述的適配器和護(hù)板，其特征在于， 所述適配器包含與所述護(hù)板的支撐壁架的支持表面接觸的接觸表面，以支撐所 述護(hù)板并提供之間的良好熱傳導(dǎo)。
11、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的組件，其特征在于，進(jìn)一步包含用于將所述護(hù)板與所述適配器對齊的排列銷系統(tǒng)，該排列銷系統(tǒng)包含在所述適配器上的圓形排列中隔開的多個銷，每個銷包含剛性構(gòu)件，該剛性構(gòu)件具有壓配入所述適 配器中的壓配連接器和嚙合到所述護(hù)板的支撐壁架上的多個槽的其中之一中 的頭。
12、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的適配器，其特征在于，所述護(hù)板的支持表面和所述適配器的接觸表面每個都具有從大約600到大約2300微英寸的表面粗 糙度。
13、 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的組件，其特征在于，包含用于流動熱傳送流 體的導(dǎo)管。
14、 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。
15、 根據(jù)權(quán)利要求14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。
16、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的蓋環(huán)，其特征在于，所述傾斜頂表面以至少 大約15度的角度傾斜。
17、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的蓋環(huán)，其特征在于，所述球形隆凸包含利用 所述圓柱護(hù)板形成間隙的橢圓圓周表面。
18、 根據(jù)權(quán)利要求14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。
19、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的蓋環(huán)，其特征在于，所述蓋環(huán)包含鈦。
20、 根據(jù)權(quán)利要求19所述的蓋環(huán)，其特征在于，所述鈦包含至少大約99.9% 的純度。
21、 根據(jù)權(quán)利要求14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。
22、 根據(jù)權(quán)利要求14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。
23、 一種工藝配件，放置在襯底處理腔室中的濺射耙和襯底支架周圍，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(1) 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 體以提升的氣體熱導(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)形壁架向下延伸的內(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?。灰约?2) 支撐所述蓋環(huán)的沉積環(huán)。
24、 根據(jù)權(quán)利要求23所述的工藝配件，其特征在于，所述護(hù)板、蓋環(huán)和 沉積環(huán)的每一個都包含具有雙線鋁電弧噴涂涂層的暴露表面。
25、 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。
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C23C14/35GK101235482SQ200810004299
公開日2008年8月6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(yáng)·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