CN101083223A - 用于衬底处理腔的环组件 - Google Patents

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CN101083223A CNA2007100024114A CN200710002411A CN101083223A CN 101083223 A CN101083223 A CN 101083223A CN A2007100024114 A CNA2007100024114 A CN A2007100024114A CN 200710002411 A CN200710002411 A CN 200710002411A CN 101083223 A CN101083223 A CN 101083223A
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Abstract

本发明提供一种用于在衬底处理腔中使用的衬底支架的环组件，该衬底支架包含环形壁架和内周界侧壁。在一个方案中，环组件包含(i)L形绝缘环，包括设置在支架的环形壁架上的水平臂和邻接支架的内周界侧壁的垂直臂，以及(ii)包含具有与沉积环的水平臂交迭的重叠壁架的环形带的沉积环。在另一方案中，沉积环包含围绕支架的环形壁架并与支架的环形壁架交迭的电介质环形带和托架及紧固件。

Description

用于衬底处理腔的环组件
技术领域
本发明涉及在衬底处理腔中用于衬底支架的环组件。
背景技术
在处理诸如半导体晶片和显示器件的衬底的过程中，将衬底放置在处理腔中并暴露于高能气体以在衬底上沉积或刻蚀材料。典型的处理腔包含多个腔室部件，其包括包围处理区的围壁、用于提供在腔室内气体的气源、对处理气体施加能量以处理衬底的气体激发器、衬底支架以及排气口。例如，处理腔可包括溅射或物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)和刻蚀腔。在PVD腔中，溅射靶材以促使靶材料沉积在面对靶材的衬底上。在CVD腔中，工艺气体热解或以其它方式分解以沉积在衬底上。在刻蚀腔中，用具有刻蚀组分的工艺气体刻蚀衬底。
处理腔也可以包含处理套件，其通常包括在处理加工中有助于保障及保护衬底的组件，诸如位于衬底外围的环形结构如沉积环、覆盖环和阴影环。例如，在PVD腔和CVD腔中，包括沉积环的环组件通常设置在衬底周围以保护衬底支架的侧壁和外围边缘不受工艺沉积物影响。通常沉积环是具有设置于衬底支架上的壁架的环形金属环，并用于容纳以其它方式沉积在衬底支架的暴露部分的工艺沉积物。由于沉积环可以周期性地从腔中取出并且清洗，例如使用HF和HNO3以去除所积累的沉积物，所以沉积环增加了腔的处理运行时间。沉积环还可以通过腔中的高能气体减少支架的腐蚀。
然而，在一些工艺中沉积环在处理加工期间经受高温，由于在工艺循环内重复地加热和冷却环，所以可能导致环变形。这样的变形引起在环和支架之间形成允许等离子体侵蚀支架或在支架上形成工艺沉积物的间隙。在一些工艺诸如钽PVD工艺中，等离子体将沉积环加热到不需要的高温，其进一步导致环变形。同样，因为在热循环中环的膨胀和随后在冷循环中的收缩使得在沉积环上形成的工艺沉积物的剥落，所以环过热是有害的。同样，过热的环可造成衬底外围的高温，其不需要地影响衬底边缘上的局部工艺气体。在清洗和整修期间，尤其在使用强化学物质的清洗工艺以清洗粘在环上的沉积物诸如钽沉积物时，还可能侵蚀沉积环。
因此，需要有诸如环组件的处理套件组件，即使在多个工艺循环后，还可以抵抗变形。还需要这样的环，以在衬底工艺循环期间在腔内具有最小的温度变形和温度梯度。此外还需要具有在通过传统清洗工艺清洗时不会过侵蚀的环。
发明内容
提供一种用于在衬底处理室中所使用的的衬底支架的环组件，其与具有具有环形壁架和内周界侧壁的衬底支架一起使用。该环组件包括：L形的绝缘环和沉积环。该L形的绝缘环具有设置在所述支架的所述环形壁架上的水平臂和与所述支架的所述内周界侧壁接触的垂直臂。沉积环为环形带状并且具有与所述绝缘环的一部分水平臂交迭的壁架。
提供一种用于衬底处理腔的处理套件，所述处理套件包含环组件以及至少部分覆盖所述沉积环的盖环、托架和紧固件，其中所述紧固件将所述托架附接到所述沉积环以将所述沉积环固定到所述支架的所述环形壁架。
提供一种用于在衬底处理室中使用的衬底支架的环组件，其与具有环形壁架和内周界侧壁的衬底支架一起使用。所述环组件包括电介质沉积环和L形绝缘环。所述电介质沉积环为环形带状，并且围绕且重叠所述支架的环形架壁。所述环形带具有邻接所述支架的所述内周界侧壁的内周界、外周界以及放置在所述支架的所述环形壁架上的基脚。所述环形带具有贯穿其的第一孔并且所述环形带通过具有第二孔的托架部分地支撑，所述托架具有与所述支架的环形壁架接触的凸缘。紧固件贯穿所述环形带的第一孔和所述托架的第二孔以将所述沉积环固定在所述衬底支架的环形壁架上。
附图说明
通过以下的说明书、权利要求以及示出本发明实施例的附图可以使本发明的所述特征、方面和优点更加显而易见。但是，应该理解在本发明中所采用的各个特征，不应仅限于具体示图，并且本发明包括这些特征的任意组合，其中：
图1是在衬底支架的环形壁架上的一个环组件的实施方式的截面侧视图；
图1A是绝缘环和在绝缘环上用以形成激光纹理化表面的激光钻的截面侧视图；
图1B是绝缘环的纹理化表面的凹槽的详细截面侧视图；
图2是在衬底支架上的环组件的另一个实施方式的截面图；以及
图3是具有环组件的处理腔的实施方式的局部截面侧视图。
具体实施方式
在衬底处理腔内形成的衬底处理加工环境中，可以用于覆盖或者保护至少部分衬底支架22的环组件20的示例性方案如图1所示。衬底支架22具有凸起的衬底-容纳表面24，其在工艺期间容纳并支撑衬底25，凸起表面24具有位于衬底25的悬臂边缘之下的围护侧壁27。支架22还具有围绕凸起表面24的内围护侧壁27的周围的环形壁架21。例如，衬底支架22可包括静电吸盘23(如图所示)、真空吸盘或机械吸盘。
环组件20包含沉积环26，该沉积环具有围绕L形绝缘环29的内周界28。沉积环26和绝缘环29协作保护支架22的外围边缘30，以减少在腔中工艺气体环境下它的侵蚀，并限制工艺沉积物在衬底22上的积累。
绝缘环29是具有以倒角相连接的水平臂31与垂直臂33的L形。水平臂31位于支架22的环形壁架21上，并具有比环形壁架21的长度小的尺寸。例如，水平臂31的长度可以小于环形壁架21长度的大约80％，从而可以不达到壁架21的圆周边缘。例如，当环形壁架21的长度在大约10mm到大约15mm时，水平臂31的长度是大约6mm到大约11mm。垂直臂33邻接支架22的内周界侧壁27，并具有比内周界侧壁27的高度小的长度，例如，小于内周界侧壁27高度的大约90％的高度。例如，当内周界侧壁27的高度为大约5.5mm到大约6.5mm时，垂直臂33的长度为大约5.2mm到大约6.2mm。
绝缘环29由诸如陶瓷例如铝的氧化物或硅的氧化物的电介质材料组成。陶瓷的绝缘环29比对应的金属结构更硬，并且有利地是，即使在大量工艺循环之后，它还可以不受残余应力影响而保持它的形状不变形。同样地，绝缘环29由选择在腔中工艺环境内耐侵蚀的陶瓷材料组成。这样，绝缘环29不像普通的环组件一样需要用于保护它在等离子体环境中不受侵蚀的附加的保护表面涂层。保护涂层通常是这种结构中残余应力的起因，这将导致暴露于等离子体工艺循环的结构的翘曲或变形。金属环中的应力主要来于加工中的残余应力。当在腔中加热环时，应力释放，并且组件弯曲。例如，当工艺环境中包含氩的等离子体时，绝缘环29由铝的氧化物组成。
沉积环26包含环形带43，该环形带43围绕并与绝缘环29交迭并且至少部分覆盖支架22的外围边缘30，以保护性地围绕支架22的外围边缘30。沉积环26包含重叠壁架32，该重叠壁架与水平臂31的一部分交迭并且未达到绝缘环29的垂直臂33。因此，重叠壁架具有比绝缘环29的水平臂31小的长度，例如，至少小10％。沉积环26的重叠壁架32的底表面34和内周界28与绝缘环29的上表面35相配合以在它们之间形成错综复杂的曲径，从而避免等离子体和杂散工艺沉积物进入到支架22的外围边缘30。
沉积环26还包含基脚36，其从沉积环26向下延伸以放置在基架22的环形壁架21上从而支撑带43。基脚36的形状及大小适于以压向衬底支架22而基本上不会在支架22中产生引发的裂缝或破裂。例如，如图所示，基脚36可包含从沉积环26的重叠壁架32向下延伸的基本上垂直的柱。基脚36在壁架21上施加压应力同时使水平定向的压力最小以减小壁架21破裂的可能性。围绕基脚36两侧的缺口或凹槽部分减少了基脚36接触或压向壁架21的外角40从而导致破裂或碎裂。沉积环26还包含下侧壁37，其越过支架22的外围边缘30向下延伸。
沉积环26的环形带43还具有上楔38，其垂直向上延伸并连接至内周界28以限定在工艺循环中收集工艺沉积物的微倾表面39。通常倾斜表面39的角度至少大约为5°甚至可以高达约25°。微倾表面允许工艺沉积物积累在平滑的连续倾斜表面39上，直到其厚度高于例如，在具有尖角或边缘的表面上可以积累的厚度大小，由于更加集中或高变化的热应力的影响尖角或边缘通常引起沉积物破裂或者碎掉。与现有技术的沉积环有时候具有其上积累工艺沉积物的邻近凹槽的凸起不同，沉积环26的倾斜表面39基本上没有这样的凸起或者其它突出物。有利地是，可以确定平滑连续倾斜表面与凸起相比允许在其上积累更厚的工艺沉积物，因为凸起的变化厚度导致了引起沉积物成片剥落和胀裂的不均匀的热膨胀应力。因为发现厚的受压应变的钽沉积物将轻易地从这样的凸起部分剥落，所以发现对于钽薄膜沉积尤其不需要凸起。环形带43还能具有平坦但不倾斜的上表面。
沉积环26更适宜由金属制成，因为与陶瓷相比，沉积环26复杂的几何形状更容易由金属制成。因为环组件20的内部包含通过绝缘环29形成的单独的结构，由此而成的沉积环26的较小的半径长度减少了由包含单片金属物的普通沉积环所引起的变形量或者翘曲量。同样，由陶瓷制成的绝缘环29可耐热。沉积环26保护支架22被覆盖的表面不受高能工艺气体的侵蚀并减少了工艺沉积物在这些表面的积累。适用的金属包括，例如，铝、不锈钢和钛，其中经常使用不锈钢。
在一个方案中，沉积环26的倾斜表面39包含设计用于具有工艺沉积物容易附着在其上的纹理图案的纹理化涂层42，从而可以积累到更高的厚度。纹理化涂层42包含形状和大小适于以通过互锁的机械装置物理附着工艺沉积物的图案52。适用的纹理化涂层是Applied Materials的LAVACOATTM涂层，例如，在受让给Applied Materials公司的Tsai等人在2004年6月28日提交的美国专利申请号10,880,235中所述，在此引入其全文作为参考。另外，绝缘环29的暴露表面也可以由这样的涂层涂敷。
环组件20还包含托架44，设计其用于减少施加在支架22的环形壁架21上的压力量或应力量。例如，托架44可包含基本上仅用压力压向环形壁架21的凸缘46，和邻近的凹槽48，其提供与壁架21的底角49之间的间隙以限制任何热应力引起的压力施加在底角49上。还可以互补设置托架44和沉积环26的基脚36，从而由这些组件的任何一个所施加在环形壁架21上的夹持力至少部分彼此抵消。例如，托架44可基本上在基脚36压紧的正下方压住环形壁架21，所以在壁架21上的力基本上与壁架21上方与下方的力相等。环形组件20通过向支架22的环形壁架21上仅施加一个基本上垂直的压力并且基本上不压住容易破裂或剥落的支架22的部分，诸如环形壁架21的角落40、49而减少了衬底支架22的破裂或碎裂。
在一个方案中，环形组件20还可以包括向衬底支架22夹紧沉积环26的紧固件50。向支架22夹紧沉积环26至少部分因为在夹紧的沉积环26和支架22之间发生了更好的热交换，所以提供改善的处理结果。如果没有紧固件，在衬底处理期间，因为例如沉积环26的倾斜表面39暴露于来自周围的等离子体的等离子体物质的高能冲击，所以沉积环26变得过热。如上所解释的，沉积环26的过热可引起沉积环26和上覆的工艺沉积物之间的热膨胀应力，从而引起工艺沉积物从倾斜的表面39上剥落并可能污染衬底25。向支架22夹紧沉积环26允许带43和支架22之间更好的热交换从而降低了沉积环26的温度。另外，支架22还可以通过例如在支架22中提供包含冷却管道123的温度受控冷却盘127而温度受控，例如如图3所示。向支架22夹紧沉积环26还提供对支架22的更多的安全覆盖和保护。
紧固件50穿过开口54延伸，其中开口从沉积环26的倾斜表面39向带的底表面延伸。紧固件50包含形状和大小适于贯穿沉积环26的开口54，并贯穿托架44的开口54以向支架22夹紧沉积环26的紧固件50。例如，紧固件50可以是螺钉、夹子、弹簧或螺母。例如，在个方案中，紧固件50包含带螺纹的螺钉，其穿过沉积环26中的开口54并至少部分通过托架44中的开口54安装，托架44的开口54具有可允许通过旋转紧固件50向支架22夹紧托架44的互补的螺纹。同样，可提供所需数目的开口54和紧固件50以将沉积环26固定在支架22，例如，环组件20可包含大约3到大约24个开口54，诸如大约8个开口，以所需结构设置在沉积环26。
在个方案中，紧固件50包含旋转螺母，其允许托架44旋入靠着支架22的位置以将托架44旋转到所需的位置从而将沉积环26夹紧在支架22。转动的紧固件50允许轻松拆除环组件20，例如用于组件的清洗，基本上不需要从托架44上拆除紧固件，甚至基本上不需要接近部分环组件20或支架22的环壁架21下方的其它元件。
同样，托架44可包含能使托架“锁”在沉积环26上以更好的固定带43的附加零件。例如，托架44可包含适于压住在沉积环26的下侧壁37中的外围凹槽63的凸起的壁59，以将沉积环锁在所需的夹紧位置。
环组件20还可包括盖环70，该盖环70包含径向向内延伸的套72，其至少延伸过部分沉积环26以覆盖并保护部分带43。在一个方案中，套72包含向下延伸的凸起74，设计其形状及大小以避免工艺沉积物沉积在沉积环26的至少一部分倾斜表面39上，例如，以避免等离子体物和工艺沉积物流过表面39。凸起74包含具有内直径79的顶端78，其向下朝沉积环26的倾斜表面39的楔38延伸以形成旋绕的和收缩的流径75从而避免工艺沉积物越过凸起74。顶端78可从盖环70的底表面76延伸大约2mm到大约5mm的高度。优选地，盖环70可以由耐腐蚀材料制成，诸如不锈钢和钛至少之一的金属性材料。盖环70还可以是由诸如铝的氧化物的陶瓷材料制成。盖环70还可以包含可以附着工艺沉积物的纹理化的上表面。
在一个方案中，绝缘环29的上表面35包含激光纹理化的表面，如图1A所示。使用包含激光202和激光控制器204的激光钻200获得激光纹理。使用激光钻200用于在表面35里激光钻出凹槽206的图案。参照图1B所示的详细示意图，凹槽206形成并具有圆形开口208、侧壁210和弧形的底壁212。通过提供在其中收集工艺沉积物并保持附着在绝缘环29上的开口，激光钻出的凹槽206改善了在等离子体工艺中形成的工艺沉积物的附着。纹理化的表面35牢固地粘附工艺沉积物，通过提供工艺沉积物和纹理化的表面35之间的机械锁紧力，基本上防止了工艺沉积物从环29上剥落。在一个方案中，凹槽206具有直径(a)在大约25到大约800微米(1到30密耳)之间或者从50到100微米(2到4密耳)之间的开口208。凹槽206还可具有在大约25到大约800微米(1到30密耳)之间或甚至从50到400微米(2到15密耳)之间的深度(d)。凹槽206中相邻凹槽206的中心点之间的间距(s)还可从大约25到大约1000微米(1到40密耳)或甚至从25到200微米(2到8密耳)或甚至大约125微米(5密耳)。
为了形成凹槽206，激光钻200将激光束220导引到绝缘环29的表面35上以使表面的材料蒸发从而制造深的凹槽206。在一个实施方式中，激光钻200包含激光202和产生随时间调整强度的脉冲激光束220的激光控制器204。脉冲激光束220使用脉冲峰值功率以改善表面材料的蒸发同时使热损失最小，从而更好地控制凹槽206的形状。激光能量连续地分裂表面35的分子层而不需要向材料传递过量的热。优选地，激光202包含，例如，产生具有大约小于360纳米(例如，大约355纳米)的波长的紫外线激光束的准分子激光。适用的准分子激光是商业可得的，例如，来自New Hampshire(新罕布什尔州)，Nashua(纳舒厄)的Resonetics，Inc.公司。
激光钻200还包括光学系统230，该光学系统包括测定激光202和环29的表面35之间的距离并因此聚焦激光束220的自动调焦机构。例如，自动调焦机构可从表面35反射光束并探测所反射的光束以确定到表面的距离。例如，通过干涉测量法分析所探测的光束。激光钻200还包含气体喷射源240以朝正在被激光钻孔的表面导引气流242。气流从区域移除已蒸发的材料以改善钻孔的速度和均匀性并避免或减少已蒸发的材料在光学系统230上沉积。例如，气体可包含惰性气体。气体喷射源240包含距离环29一定偏距的喷嘴以向表面35聚焦并成束地导引气体。通常将待被激光钻孔的环29安装在活动台248上，以允许激光束220设置在绝缘环29的表面35上的不同点处从而钻孔凹槽206。例如，适用的台248可以是以±0.5微米的分辨率和50mm/秒的最大速度在X、Y、Z方向能够±1微米增量运动的4-5轴运动系统。激光控制器204还操纵活动台248。
通过向绝缘环29的表面35上的位置导引脉冲激光束220以使该结构的部分蒸发，激光钻孔凹槽206。然后将脉冲激光束220导引到环29的表面35上的另一位置，以使该表面的另一部分蒸发，从而形成另一凹槽206。重复这些步骤以在绝缘环29的表面35上产生凹槽206的图案。通过可以设置激光束220的脉冲峰值功率、脉冲宽度和脉冲频率的激光控制器204控制激光钻200。脉冲激光束220以足够以去除所需要深度的材料的功率峰值工作。例如，为了形成纹理化的表面35，可以预先选择的功率大小操作脉冲激光束220，该预定的功率大小足以形成具有在绝缘环29里终止而不需要钻通环的整个厚度的弧形底壁212的凹槽206。激光束220聚集在表面35上要形成凹槽29的点，从而通过将材料加热到足够高的温度将该点的材料转化成液相和/或气相。通过在现场去除液相和气相逐脉冲形成所需的凹槽结构。例如，紫外脉冲准分子激光的激光202可以在从大约10到大约30纳秒的脉冲宽度(每个脉冲的时间)，从大约10到大约400瓦特的平均功率大小以及从大约100赫兹到大约10,000赫兹的脉冲频率工作。在10到30纳秒脉冲激光工作期间，材料从固相到液相和气相的转化为足够快以基本上没有时间将热传输到环29的主体中，热传输到环29的主体中可以其它方式导致结构局部微裂。
如图2所示，围绕支架22的组件20a的另一方案包含设置在支架22的环形壁架21上的单沉积环80。沉积环80具有与衬底25下方的支架22的内周侧壁27直接邻接的内周界82。沉积环80由电介质材料制成，诸如陶瓷材料，例如铝的氧化物、硅的氧化物或铝的氮化化。因为沉积环80由陶瓷材料制成，这个方案没有单独的绝缘环。替代地，陶瓷沉积环80包含其形状保护支架22的外围边缘30的一体式结构，以减少在腔中工艺气体环境下的侵蚀并且还限制工艺沉积物在支架22上的积累。优选的是由硬的陶瓷制成的沉积环80，因为它即使在多个工艺循环后还可以保持形状而没有由残余应力引起的变形。同样，选择陶瓷材料以在腔中工艺环境下耐侵蚀。沉积环80还可以由铝的电弧喷射涂层涂敷。将铝的电弧喷射涂层应用到沉积环80以在操作期间改善工艺沉积物在环上的粘附。
沉积环80包含环形带83，其环绕环形壁架21并与环形壁架21重叠以保护性地围绕支架22的外围边缘30。环形带83包含叠在环形壁架21并且未达到支架22的内周侧壁27的重叠壁架85。通常，重叠壁架的长度小于环形壁架长度的大约90％。重叠壁架85的底表面86和内周82与环形壁架21的上表面88相配，以在它们之间形成防止等离子体到达支架22的外围边缘30的复杂的曲径。沉积环还包含基脚89，诸如从环形带83向下延伸以放置在支架22的环形壁架21上以支撑带43的基本上垂直的柱子。环绕基脚89两侧的切除部分降低了基脚压向环形壁架21的外角40的可能性。沉积环80还包含下侧壁90，其向下延伸超过支架22的外围边缘30。
在这个方案中，沉积环80在其径向外部周界92具有从环形带83垂直向上延伸的外边界91和从环形带83的内周界82垂直向上延伸的内边界93。通过在工艺循环中收集工艺沉积物的凹形表面97连接外边界91和内边界93。凹形表面97以至少大约50°的范围弯曲，或者甚至从大约30°到大约80°。凹形表面97提供允许在必须拆除沉积环80进行清洗之前工艺沉积物积聚到较大的厚度的凹陷。轻微弯曲的凹形表面97以减少在具有尖角或边缘的表面上积聚的沉积物上的应力。与上一个方案一致，沉积环80的凹形表面97也基本上没有凸起或者其它突出物，这些凸起或突出物将导致热应力不均匀从而发生上覆的沉积物的剥落或破裂。
如上所述，环组件20a还包含托架44，其设计用于降低施加在支架22的环形壁架21上的压力量或应力量。将沉积物80的托架44和基脚89配置在互补的位置，其至少部分抵消由这些组件施加在支架22的环形壁架21上的夹持力。
环组件20a还包括将沉积环80夹在衬底支架22上的紧固件50。沉积环80紧固到支架22至少部分因为在沉积环80的电介质材料(其与金属材料相比通常是差的热导体)和支架22之间更好的热交换，所以提供改善的工艺结果。除了这样的紧固，在工艺期间电介质沉积环80变得很热从而导致沉积环80和上覆的工艺沉积物之间的热膨胀应力。沉积环80紧固到支架22上还提供对支架22更安全的覆盖和保护。紧固件50贯穿从沉积环80的外边界91延伸的开口94延伸。例如，紧固件50可以是带螺纹的螺钉，其穿过沉积环80的开口94并至少部分穿过托架44上的开口54安装，其中托架44具有允许通过旋转紧固件50向支架22紧固托架44的互补的螺纹。托架44包含凸起的壁59，该凸起的壁适于压住向下侧壁37里的外围的凹槽63，并且可包括使托架“锁”在沉积环80上以更好地保护带26的额外的特征。
环组件20a还可包括盖环70，其中该盖环包含延伸过至少一部分沉积环80的径向向内延伸的套72。盖环70包含向下延伸的凸起74，该凸起74具有内直径79的顶端78，该顶端78朝沉积环80的外边界91向下延伸以形成避免等离子体和工艺沉积物流过凸起74的旋绕并且收缩的流径95。
如图3所示，适当的衬底工艺装置100的实施例包含具有环组件20的处理腔106，其中环组件20具有沉积环26和绝缘环29、支架22。腔106还包含具有沉积环80的环组件20a(未示出)。腔106可以是具有通过在不同腔之间传输衬底25的自动壁机构连接的一串互连接的腔的多腔平台(未示出)的一部分。在所示的方案中，处理腔106包含溅射沉积腔，也称为物理气相沉积腔或PVD腔，其能在衬底25上溅射沉积材料，诸如钽、钽的氮化物、钛、钛的氮化物、铜、钨、钨的氮化物和铝中的一种或多种。腔106包含围绕工艺区109并且包括侧壁164、底壁166和顶壁168的围护壁118。可将支撑环130设置在侧壁164和顶壁168之间以支撑顶壁168。其它的腔壁可包括保护围护壁118不受溅射环境影响的一个或多个护板120。
腔106包含支撑衬底25的支架22。衬底支架22可以电悬浮或者可具有通过诸如RF功率源的功率源172偏置的电极170。衬底支架22还可包含在没有衬底25时保护支架22的上表面134的活动遮蔽盘133。在操作中，通过腔106的侧壁164中的衬底加载入口(未示出)将衬底25引入到腔106中并将其放置在支架22上。在将衬底传送入和传送出腔106期间，通过可以用于将衬底升起或降低到支架22上的支架升起波纹管和升降销组件(未示出)升起或降低支架22。
腔106还包含温度控制系统119以控制腔106中的一个或多个温度，诸如支架22的温度。在一个方案中，温度控制系统119包括适于从流体源121为支架22提供热交换流体的流体供应。一个或多个导管123从流体源121向支架22传输热交换流体。支架22可在此包含一个或多个通道125，诸如例如在金属冷却盘127中的通道125，通过这些通道流入热交换流体以与支架22交换热并控制支架22的温度。例如，适用的热交换流体可以是水。控制支架22的温度也可为与支架22良好热接触的元件提供良好的温度，诸如例如在支架22的表面134上的衬底25，以及环组件20被夹的部分。
支架22还可包含环组件20，其包含一个或多个环，诸如盖环70和沉积环26，其也可以称为沉积环，其至少覆盖一部分支架22的上表面134以及诸如支架22的外围边缘30的一部分，以避免支架22的侵蚀。沉积环26至少部分围绕衬底25以保护一部分没有被衬底25覆盖的支架22。盖环70环绕并覆盖至少一部分沉积环26，并减少了颗粒沉积在沉积环26和下面的支架22上。环组件20还包含紧固件50以将沉积换26夹在衬底支架22上。
通过气体输送系统112将工艺气体诸如溅射气体引入到腔106中，其中输送系统112包括一种或多种气体源174，其每一种馈入管道176，该管道176具有诸如质量流量控制器的气流控制阀178以通过预定流速度的气体。管道176可将气体送入混合歧管(未示出)，在混合歧管中混合气体以形成所需的上艺气体混合物。混合歧管馈入腔106中具有一个或多个气体出口182的气体分布器180。工艺气体可包括能够电碰撞到靶材并从靶材溅射材料的非活性气体，诸如氩或氙。工艺气体还可包括能与所溅射出的材料反应以在衬底25上形成层的活性气体，诸如一种或多种含氧气体或含氮气体。通过排气装置122将废气和副产物排出腔106，其中排气装置包括接收废气并向排气管道186传递废气体的一个或多个排气口184，其中在排气管道186中有节流阀188以控制腔106内气体的压力。排气管道186馈入一个或多个排气泵190。尤其是，将腔106内溅射气体的压力设置到低于大气压的大小。
溅射腔106还包含与衬底25的表面105相对的溅射靶材124，并且该溅射靶材124包含待溅射到衬底25上的材料，诸如钽和钽的氮化物的至少之一。靶材124通过环形绝缘环132与腔106电绝缘，并与功率源192连接。溅射腔106还具有护板120以保护腔106的壁不受被溅射材料的影响。护板120可包括具有屏蔽腔106的上部分和下部分的上屏蔽部分120a和下屏蔽部分120b的类壁状圆柱形。在图3所示的方案中，护板120具有装配到支撑环130的上部分120a和安装到盖环70的下部分120b。还可以提供包含夹紧环的夹屏蔽141(clamp shield)以将上屏蔽部分120a和下屏蔽部分120b夹在一块。可具有诸如内屏蔽和外屏蔽的其它屏蔽结构。在一个方案中，一个或多个功率源192、靶材124和护板120作为能激发溅射气体以从靶材124溅射材料的气体激发器操作。功率源192相对于护板120向靶材124施加偏压。由所施加的电压在腔106内产生的电场激发溅射气体以形成等离子，该等离子体积极地撞击并轰击靶材124以从靶材124溅射出材料并沉积到衬底25上。具有电极170和功率源172的支架22通过施加能量并加速从靶材124向衬底25溅射的电离后的材料，还可作为气体激发器116的一部分工作。另外，可设置气体激发线圈135，其由功率源192提供能量并安置在腔106内以提供增强的激发气体特征，诸如改善的激发气体密度。通过与腔106内的护板120或其它壁附接的气体线圈支撑137支撑气体激发线圈135。
可通过控制器194控制腔106，其中控制器包含具有指令集的程序代码以操作腔106的组件从而处理在腔106内的衬底25。例如，控制器194可包含：用于操作一个或多个衬底支架22和衬底传送器以将衬底25安置在腔106内的衬底定位指令集；用于操作流体控制阀178以设置到腔106的溅射气体流的气流控制指令集；用于操作排气节流阀188以保持腔106内压力的气体压力控制指令集；用于操作气体激发器116以设置气体激发能量大小的气体激发器控制指令集；用于控制温度控制系统119以控制腔106内温度的温度控制指令集；用于监控腔106内工艺的工艺监控指令集。
虽然参照一些优选方案描述了本发明，然而，也有可以存在其它方案。例如，环组件20或20a可包含沉积环26或80的其它方案，并且可独立使用这些方案的每个特征或彼此结合使用，这对于本领域的普通技术人员是很显然的。在诸如刻蚀腔、CVD腔或清洗腔的其它处理腔内也可以使用工艺环组件20、20a。因此，所附的权利要求书的实质和范围不应局限于这里所包含的优选方案的描述。

Claims (26)

1.一种用于在衬底处理室中所使用的衬底支架的环组件，所述衬底支架包含环形壁架和内周界侧壁，及所述环组件包含：
a)L形的绝缘环，包含设置在所述支架的所述环形壁架上的水平臂和邻接所述支架的所述内周界侧壁的垂直臂；以及
b)沉积环，包含具有与所述绝缘环的一部分所述水平臂交迭的重叠壁架的环形带。
2.根据权利要求1所述的环组件，其特征在于，所述绝缘环的所述水平臂的长度比所述支架的所述环形壁架的长度小。
3.根据权利要求2所述的环组件，其特征在于，所述水平臂的所述长度小于所述支架的所述环形壁架所述长度的大约80％。
4.根据权利要求1所述的环组件，其特征在于，所述绝缘环的所述垂直臂的高度比所述支架的所述内周界侧壁的所述高度小。
5.根据权利要求4所述的环组件，其特征在于，所述垂直臂的高度小于所述支架的所述内周界侧壁高度的大约90％。
6.根据权利要求1所述的环组件，其特征在于，所述绝缘环由电介质材料组成。
7.根据权利要求6所述的环组件，其特征在于，所述绝缘环包含陶瓷。
8.根据权利要求1所述的环组件，其特征在于，所述绝缘环包含激光纹理化的表面。
9.根据权利要求8所述的环组件，其特征在于，所述激光纹理化的表面包含彼此隔开的凹槽。
10.根据权利要求8所述的环组件，其特征在于，所述隔开的凹槽包含开口，其中开口的直径从大约25微米到大约800微米，开口的深度从大约25微米到大约800微米以及相邻凹槽中心点之间的间距在大约25微米到大约1000微米。
11.根据权利要求1所述的环组件，其特征在于，所述环形带具有上楔，其向上垂直延伸并与所述沉积环的内周界相连以限定倾斜表面。
12.根据权利要求11所述的环组件，其特征在于，所述倾斜表面包含下述至少之一：
1)至少大约为5°的角；或
2)达到大约25°的角。
13.根据权利要求11所述的环组件，其特征在于，所述倾斜表面包含纹理化涂层。
14.根据权利要求1所述的环组件，其特征在于，所述沉积环由铝、不锈钢或钛组成。
15.一种用于衬底处理腔的处理套件，所述处理套件包含根据权利要求1所述的环组件、至少部分覆盖所述沉积环的盖环、托架和将所述托架附接到所述沉积环以将所述沉积环固定到所述支架的所述环形壁架的紧固件。
16.一种衬底处理腔，包含如权利要求1所述的环组件，还包含衬底支架、气体输送系统、气体激发器和排气装置。
17.一种用于在衬底处理室中使用的衬底支架的环组件，所述衬底支架包含环形壁架和内周界侧壁，以及所述环组件包括：
a)电介质沉积环，包含围绕所述支架的所述环形壁架并与所述支架的所述环形壁架交迭的环形带，所述环形带具有邻接所述支架的所述内周界侧壁的内周界、外周界、放置在所述支架的所述环形壁架上的基脚以及贯穿所述环形带的第一孔；
b)具有第二孔的托架，所述托架具有与所述支架的所述环形壁架接触的凸缘；以及
c)紧固件，其尺寸适于穿过所述环形带的所述第一孔和所述托架的所述第二孔以将所述沉积环固定在所述衬底支架的所述环形壁架。
18.根据权利要求17所述的环组件，其特征在于，所述沉积环包含陶瓷。
19.根据权利要求17所述的环组件，其特征在于，所述沉积环包含从所述环形带的所述外周界向上延伸的外边。
20.根据权利要求17所述的环组件，其特征在于，所述沉积环包含从所述环形带的所述内周界向上延伸的内边。
21.根据权利要求20所述的环组件，其特征在于，所述外边和所述内边通过以至少大约50°的范围弯曲的凹形表面连接。
22.根据权利要求21所述的环组件，其特征在于，所述凹形表面以大约30°到大约80°的范围弯曲。
23.根据权利要求21所述的环组件，其特征在于，所述凹形表面基本上没有凸起。
24.根据权利要求17所述的环组件，其特征在于，所述紧固件包含能旋转所述托架以朝所述支架稳固所述托架的旋转式紧固件。
25.一种用于衬底处理腔的处理套件，所述处理套件包含根据权利要求17所述的环组件和至少部分覆盖所述沉积环的盖环。
26.一种衬底处理腔，包含根据权利要求1所述的环组件，还包含衬底支架、气体输送系统、气体激发器和排气装置。
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