CN102007572B - 晶圆处理沉积屏蔽构件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了晶圆处理沉积屏蔽构件。这里描述的实施例主要涉及用于半导体处理腔室的组件、用于半导体处理腔室的处理套件以及具有处理套件的半导体处理腔室。在一个实施例中，提供了用于在基板处理腔室中围绕溅镀靶材和基板支撑件的下屏蔽件。下屏蔽件包括：圆柱状外带，其具有第一直径，该第一直径的尺寸确定为围绕溅镀靶材的溅镀表面以及基板支撑件，该圆柱外带包括环绕溅镀靶材的溅镀表面的上壁以及环绕基板支撑件的下壁；支撑壁架，其包括支承表面并从圆柱状外带向外径向地延伸；基座板，其从圆柱状外带的下壁向内径向地延伸；以及圆柱状内带，其与基座板相连接并部分环绕基板支撑件的周围边缘。

Description

晶圆处理沉积屏蔽构件
技术领域
本文所说明的实施例大致涉及半导体处理腔室的构件、半导体处理腔室的处理套件、以及具有处理套件的半导体处理腔室；更具体地，本文所说明的实施例涉及包括适合在物理气相沉积腔室中使用的环形组件和多重屏蔽件的处理套件。
背景技术
在集成电路与显示器制造中，基板(例如半导体晶圆或显示面板)被置于基板处理腔室中，且设定腔室中的处理条件，以在基板上沉积或蚀刻材料。典型的处理腔室包括腔室构件，腔室构件包含围起处理区的封闭壁、将处理气体到提供腔室中的气体供应源、激发处理气体以对基板进行处理的气体激发器、移除废气体并维持腔室中气体压力的排气装置、以及托持基板的基板支撑件。这些腔室例如可以包括溅镀(PVD)、化学气相沉积(CVD)、以及蚀刻腔室。在PVD腔室中，靶材由经激发的气体溅射，以溅射出靶材材料，靶材材料接着会沉积在面对靶材的基板上。
在溅镀处理中，从靶材溅射出来的材料也会沉积在靶材周围的腔室构件边缘，而这是不希望的。周围靶材区域具有暗空间区域，经溅射的材料会因离子散射到该范围中而再次沉积。经溅射的材料在该范围中的积累与增长是不希望的，因为这种积累的沉积物需要被分解与清洁、或替换靶材与周围构件，其可能导致等离子体短路，并可能在靶材与腔室壁之间产生电弧。这些沉积物也常因热应力而剥离并脱落，因而掉落到腔室内部并污染腔室及其构件。
包括配置在基板支撑件与腔室侧壁周围的屏蔽件、覆盖环与沉积环的处理套件通常用以接收过多的经溅射的材料，以保护及避免其沉积在腔室壁和其它构件表面上。将处理套件构件周期性地拆卸并从腔室移除，以进行积累的沉积物的清洁。因此，期望得到经设计以在不会彼此粘住或粘到基板上、或者不会使沉积物在处理清洁周期间剥落的情况下，接收及容许更大量的积累沉积物的处理套件构件。进一步需使处理套件包含较少的部件或构件、以及使构件彼此有关地成形和排列以降低形成于处理腔室内部表面上的溅射沉积物。
在腔室衬里(liner)和屏蔽件因暴露到腔室中的溅射等离子体以及因屏蔽件与腔室构件之间热传导不佳而被加热到过高温度时，出现另一个问题。举例而言，难以控制由低热传导性材料制成的屏蔽件的温度。与支撑构件(例如转接器)的接触界面处的耐热性也会影响屏蔽件温度。屏蔽件与转接器之间较低的夹钳力也会使屏蔽件被加热。在没有热控制的情况下，屏蔽件的温度会在待机的室温条件与连续基板处理期间的高温之间循环。当高应力金属的处理沉积物沉积在屏蔽件上且受到大幅度温度变动时，薄膜对屏蔽件的附着力以及薄膜本身的内聚力，会例如因为薄膜与下方屏蔽件之间热膨胀系数的不匹配性而大幅降低。在基板处理期间希望降低屏蔽件和衬里的温度，以减少积累的沉积物从屏蔽件表面脱落。
传统基板处理腔室和PVD处理的另一个问题是因为从腔室的气体传导不佳而产生的。在对处理腔供应必须的处理气体时，以及在适当排出废的处理气体时都需要高传导气流路径。然而，处理套件中作为腔室壁衬里的屏蔽件与其它腔室构件实质上会降低气体传导流动。在这些构件中设置孔洞，尽管增加了通过其中的气体传导，但也会使线性(line-of-sight)溅镀沉积物透过气体传导孔洞离开处理区而沉积在腔室壁上。这些孔洞也会使等离子体从处理腔内泄漏至周围的腔室区域。同时，含有这些孔洞的腔室组件也具有其它缺点，包括但不限于需要额外部件，相对较为脆弱、对于多部件堆栈的容限性、以及在界面处热传导性不佳等。
因此，需要增加热传导同时减少处理沉积物从构件表面脱落的处理套件构件。更需要控制屏蔽件和衬里的温度，使其在等离子体处理期间不会在过高与过低温度之间循环。同时也需要增加整体气体传导，避免处理区外部的线性沉积及减少等离子体泄漏。
发明内容
这里描述的实施例主要涉及用于半导体处理腔室的组件、用于半导体处理腔室的处理套件以及具有处理套件的半导体处理腔室。在一个实施例中，提供了用于围绕溅镀靶材和基板支撑件的下屏蔽件。下屏蔽件包括：圆柱状外带，其具有第一直径，该第一直径的尺寸确定为围绕溅镀靶材的溅镀表面以及基板支撑件，该圆柱外带包括环绕溅镀靶材的溅镀表面的上壁以及环绕基板支撑件的下壁；支撑壁架，其包括支承表面并从圆柱状外带向外径向地延伸；基座板，其从圆柱状外带的下壁向内径向地延伸；以及圆柱状内带，其与基座板相连接并部分环绕基板支撑件的周围边缘。
在另一个实施例中，提供了一种用于在处理腔室中围绕基板支撑件的周壁的沉积环。该沉积环包括：环形带，其环绕所述基板支撑件的所述周壁，所述环形带包括内唇缘，该内唇缘从所述环形带横向延伸并且基本上平行于所述基板支撑件的所述周壁，其中，内唇缘限定了所述沉积环的内周界，所述内周界环绕所述基板和基板支撑件的周围，以在处理期间保护所述支撑件的、未受所述基板覆盖的区域，以降低或甚至完全排除溅镀沉积物在所述周壁上的沉积；以及V形隆凸，其在第一径向内凹槽以及第二径向内凹槽在所述V形隆凸的两侧上的状态下，沿着所述带的中央部分延伸，其中，所述第一径向内凹槽与所述内唇缘相邻。
在另一个实施例中，提供了一种用于围绕且至少部分遮蔽沉积环以使其不受到溅镀沉积物的覆盖环，该覆盖环包括环形楔体以及圆柱状内带和圆柱状外带，圆柱状内带和圆柱状外带从环形楔体向下延伸，圆柱状内带的高度小于圆柱状外带的高度，环形楔体包括：上表面；倾斜上表面，其径向向内倾斜并与具有内周侧和外周侧的所述上表面连接；以及下表面，以支承于所述沉积环的壁架上，其中所述上表面基本上平行于所述下表面；突出上缘，其通过所述倾斜上表面来与所述上表面相连接，其中所述倾斜上表面与所述突出上缘配合作用来阻挡线性沉积，使其不会离开内部容积而进入所述腔室主体腔；以及倾斜阶部，其位于所述环形楔体的所述倾斜上表面下方，且使所述突出上缘与所述下表面相连接。
在另一个实施例中，提供了一种用于半导体处理腔室的处理套件。该处理套件包括下屏蔽件、中屏蔽件以及位于处理腔室中的基板支撑件周围的环形组件，以减少沉积在内部腔室构件上的处理沉积物，并提供了基板的伸出边缘。下屏蔽件包括圆柱状外带、支撑壁架和环绕该基板支撑件的圆柱状内带，圆柱状外带具有环绕溅镀靶材的上壁以及环绕基板支撑件的下壁。环形组件包括沉积环和覆盖环。
附图说明
参照部分在附图中示出的实施例，可详细了解本发明的前述特征以及上述发明内容的更具体描述。然而，应知附图仅绘示了本发明的典型实施例，因此不应用于限制其范畴；本发明也可具有其它等效实施例。
图1是半导体处理系统的简要截面图，该半导体处理系统具有根据本发明的一个实施例的处理套件；
图2图是图1的处理套件的部分截面图，该处理套件与靶材和转接器邻接；
图3A是本发明的一个实施例的下屏蔽件截面图；
图3B是图3A的下屏蔽件的部分截面图；
图3C是图3A的下屏蔽件的俯视图；
图4A是本发明的一个实施例的沉积环的截面图；
图4B是本发明的一个实施例的沉积环的部分截面图；
图4C是图4A的沉积环的俯视图；
图5A是本发明的一个实施例的中间屏蔽件的部分截面图；
图5B是图5A的中间屏蔽件的俯视图；
图6A是本发明的一个实施例的覆盖环的部分截面图；
图6B是本发明的一个实施例的覆盖环的截面图；
图6C是图6A的覆盖环的俯视图。
具体实施方式
本文所说明的实施例提供了一种用于物理气相沉积(PVD)腔室的处理套件(process kit)。该处理套件的优势在于可降低射频谐波(RFharmonics)以及处理腔外部的散射等离子体，其可促进较佳的处理均匀性与重现性，也使腔室组件的使用寿命较长。
图1说明了示例半导体处理腔室100，其具有能够处理基板105的处理套件150的一个实施例。处理套件150包括单件式下屏蔽件160、交错覆盖环170、沉积环180、以及中间屏蔽件190。在所示的实施例中，处理腔室100包括溅镀腔室(也称为物理沉积或PVD腔室)，其能够在基板上沉积钛、氧化铝、铝、铜、钽、氮化钽、钨、或氮化钨。适当的PVD腔室的示例包括
Figure BPA00001242831300051
Plus和
Figure BPA00001242831300052
PVD处理腔室，这两者都是加州应用材料公司(Applied Materials，Inc.，Santa Clara，of California)的商品。也可使用其它制造商的处理腔室来实施本文所述的实施例。
处理腔室100包括腔室主体101，其具有围绕壁102和侧壁104、下壁106、以及围绕内部容积110或等离子体区的盖体组件108。腔室主体101一般是由不锈钢焊接板或整块的铝制成。侧壁104一般包含槽阀(图中未示)以提供基板105进入和离开处理腔室100的入口和出口。置于侧壁104中的泵送埠120连接到泵送系统122，其可从该内部容积110排气并控制其压力。处理腔室100的盖体组件108与下屏蔽件160(其与覆盖环170、中间屏蔽件190及上屏蔽件195交错)合作工作，以将在内部容积110中形成的等离子体局限于基板上方的区域。
台座组件124由腔室100的下壁106支撑。台座组件124在处理期间支撑沉积环180和基板105。台座组件124通过举升装置126连接至腔室100的下壁106，举升装置126被构造为用来使台座组件124在上下位置之间移动。此外，在下位置中，举升销可以移动穿过台座组件124，以使基板105与台座组件124分开，以有助于与置于处理腔室100外部的晶圆传送机构(例如单叶片机械手(未绘示))交换基板105。伸缩囊129一般配置在台座组件124与腔室下壁106之间，以使腔室主体101的内部容积110从台座组件124的内部以及腔室外部隔离。
台座组件124一般包括基板支撑件128，其紧密连接到平台外壳130。平台外壳130一般是由金属材料(例如不锈钢或铝)所制成。在平台外壳130内一般会配置冷却板(图中未示)以对基板支撑件128进行热调节。在Davenport等人的美国专利号第5,507,499号中(1996年4月16日授权)说明了一种可采用以从本发明获益的台座组件124，其以引用形式而整体并入本文中。
基板支撑件128是由铝或陶瓷构成。基板支撑件128具有基板接收表面132，其在处理期间接收并支撑基板105，其中，基板接收表面132具有基本上平行于溅镀靶材136的溅镀表面134的平面。支撑件128也具有周壁138，其在基板105的伸出边缘107之前终止。基板支撑件128可以是静电卡盘、陶瓷体、加热器、或其组合。在一个实施例中，基板支撑件128是静电卡盘，该静电卡盘包括其中内嵌有传导层的介电体。介电体一般是由高热传导介电材料所制成，例如热解氮化硼、氮化铝、氮化硅、氧化铝、或等价的材料。
盖体组件108一般包括靶材136和磁控管140。在位于关闭位置时，如图1所示，盖体组件108由侧壁104支撑。绝缘环142置于靶材136与上屏蔽件195之间，以防止其间的真空泄漏并减少腔室壁与靶材136之间的电短路。在一个实施例中，上屏蔽件195包括例如铝或不锈钢的材料。
靶材136连接到盖体组件108，并暴露到处理腔室100的内部容积110。靶材136提供在PVD沉积期间沉积于基板上的材料。绝缘环142置于靶材136与腔室主体101之间，以使靶材136与腔室主体101电绝缘。在一个实施例中，绝缘环142包括陶瓷材料。
由电源144对靶材136和台座组件124相对于彼此施加偏压。气体(例如氩气)被从气体源146经由导管148而供应到内部容积110。气体源146可以包括能够受激发而撞击到靶材136上并从靶材136溅射出材料的非反应气体，例如氩或氙。气体源146也可以包括能够与溅射材料反应以在基板上形成膜层的反应气体，例如含氧气体或含氮气体中的一者或多者。废的处理气体和副产物通过泵送埠120而从腔室100排出，其中，泵送埠120接收废的处理气体，并将废的处理气体传送至具有节流阀的排气导管121，以控制腔室100中的气体压力。排气导管148连接到泵送系统122。一般而言，腔室100中溅射气体的压力被设定为次大气等级，例如气体压力在如1mTorr至400mTorr之间的真空环境。等离子体在基板105与靶材136之间从气体形成。等离子体中的离子朝向靶材136加速，并将材料从靶材136撞出(dislodged)。被撞出的靶材材料沉积到基板105上。
磁控管140在处理腔室100的外部连接到盖体组件108上。磁控管140包括至少一个旋转磁铁组件(未示)，其有助于在PVD处理中均匀地消耗靶材136。Or等人的美国专利号第5,953,827号(1999年9月21日授权)中说明了一种可使用的磁控管，其以引用形式而整体并入本文中。
腔室100受到包括程序代码的控制器196控制，程序代码具有用以操作腔室100的构件以对腔室100中的基板进行处理的指令组。举例而言，控制器196可以包括这样的程序代码，该程序代码包括用于操作基板支撑件128的基板定位指令组、用于操作气体流量控制阀以设定向腔室100的溅射气体流量的气体流量控制指令组、用于操作节流阀以维持腔室100中压力的气体压力控制指令组、用于控制支撑件128或侧壁104中的温度控制系统(未示出)以分别设定基板或侧壁104的温度的温度控制指令组、以及用于监控腔室100中处理的处理监控指令组。
准直器197与下屏蔽件160连接，由此使得准直器接地。在一个实施例中，准直器是金属环并且包括外管部分及至少一个同心内管部分，举例而言，由支柱而彼此连结的三个同心管部分。
腔室100也可含有处理套件150，其包括可自腔室100轻易移除的各种构件，以例如从构件表面清除溅镀沉积物、更换或修理受侵蚀的构件、或使腔室100用于其它处理。在一个实施例中，处理套件150包括下屏蔽件160、中间屏蔽件190以及环形组件202，其置放在终止于基板105的伸出边缘107之前的、基板支撑件128的周壁138附近。如图2所示，环形组件202包括沉积环180和覆盖环170。沉积环180包括环绕该支撑件128的环形带402。覆盖环170至少部分地覆盖该沉积环180。沉积环180与覆盖环170彼此共同作用以减少溅镀沉积物形成在支撑件128的周壁138以及基板105的伸出边缘107上。
下屏蔽件160环绕溅镀靶材136的、与基板支撑件128和基板支撑件128的周壁138相面对的溅镀表面134。下屏蔽件160覆盖并掩蔽腔室100的侧壁104，以减少从溅镀靶材136的溅镀表面134产生的溅镀沉积物沉积在下屏蔽件160后方的构件和表面上。举例而言，下屏蔽件160可以保护支撑件128的表面、基板105的伸出边缘107、以及腔室100的侧壁104和下壁106。
图3A和图3B为根据本发明的一个实施例的下屏蔽件的部分截面图，图3C是图3A所示的下屏蔽件的上视图。如图1以及图3A-3C所示，下屏蔽件160是单一架构并且包括圆柱状外带(band)310，其直径确定为大小能够环绕溅镀靶材136的溅镀表面134和基板支撑件128。圆柱状外带310具有环绕溅镀靶材136的溅镀表面134的上壁312。支撑壁架313从圆柱状外带310的上壁312向外径向延伸。支撑壁架313包括支承表面314，以支承在环绕腔室100的侧壁104的第一环形转接器172上。支承表面314可以具有多个槽体，其成形为对梢件(pin)进行接收，以使下屏蔽件160与第一环形转接器172对齐。
如图3B所示，上壁312包括内周侧326和外周侧328。外周侧328延伸以形成倾斜阶梯部330。倾斜阶梯部330从竖直方向径向地向外成约5度至10度之间的角(例如从竖直方向成约8度的角)。在一个实施例中，内周侧326从竖直方向径向地向内成约2度至5度之间的角度(例如从竖直方向成约3.5度的角度)。
第一环形转接器172支撑下屏蔽件160，并且可作为围绕基板处理腔室100的侧壁104的热交换器。第一环形转接器172和屏蔽件160形成了这样一种组件，其能够允许从屏蔽件160向转接器172更好的热传递并且降低了在沉积于屏蔽件上的材料上的热膨胀应力。屏蔽件160的部分可能因为暴露到形成在基板处理腔室中的等离子体而变得过热，导致屏蔽件160的热膨胀并使形成在屏蔽件上的溅镀沉积物从屏蔽件脱落而掉在基板105上并污染基板105。第一转接器172具有接触表面174，该接触表面174与下屏蔽件160的支承表面314相接触，以允许屏蔽件160与转接器172之间良好的热传递性。在一个实施例中，屏蔽件160的支承表面314以及第一转接器172的接触表面174各具有从约10到约80微英寸之间或者甚至是从约16到约63微英寸之间的粗糙度，或在一个实施例中，具有约为32微英寸的平均表面粗糙度。在一个实施例中，第一转接器172还包括导管，以使热传送流体从其中流过，来控制第一转接器172的温度。
在下屏蔽件160的支撑壁架313的下方是下壁316，其环绕基板支撑件128。基座板318从圆柱状外带310的下壁316径向向内延伸。圆柱状内带320连接到基座板318，并至少部份围绕支撑件128的周壁138。圆柱状内带320、基座板318以及圆柱状外带310形成U形通道。圆柱状内带320的高度小于圆柱状外带310的高度。在一个实施例中，内带320的高度约为圆柱状外带310高度的五分之一。在一个实施例中，下壁316具有刻痕322。在一个实施例中，圆柱状外带310具有一系列的气体孔洞324。
圆柱状外带310、上壁312、支撑壁架313、下壁316和圆柱状内带320构成单一的结构。举例而言，在一个实施例中，整个下屏蔽件160可由300系列不锈钢制成，或是在另一实施例中，由铝制成。单一下屏蔽件160比起先前包括多个构件(通常是二个或三个独立构件)以形成下屏蔽件的屏蔽件更为有利。举例而言，在加热过程和冷却过程两者中，单件式屏蔽件比多构件式屏蔽件更为热均匀。举例而言，单件式屏蔽件160与第一转接器172之间只具有一个热交界面，因此更能控制屏蔽件160与第一转接器172之间的热交换。具有多构件的屏蔽件160使得移除屏蔽件进行清洁更难并且更费力。单件式屏蔽件160具有暴露到溅镀沉积物的连续表面，而没有难以清除的交界面或角落。单件式屏蔽件160在处理循环期间也更有效率地遮蔽侧壁104而使其免于受到溅镀沉积。
在一个实施例中，下屏蔽件160的暴露表面受到CLEANCOATTM处理，其为加州应用材料公司(Applied Materials，Inc.，Santa Clara，ofCalifornia)的商品。CLEANCOATTM是一种双线式铝电弧喷涂涂层(twin-wire aluminum arc spray coating)，其被施用到基板处理腔室构件(如下屏蔽件160)上，以减少沉积物的粒子向下屏蔽件160上掉落，并因而避免污染腔室100中的基板105。在一个实施例中，在下屏蔽件160上的双线式铝电弧喷涂涂层具有从约600到约2300微英寸的表面粗糙度。
下屏蔽件160具有面对腔室100中的内部容积110的暴露表面。在一个实施例中，暴露表面受到喷砂处理，以具有175±75微英寸的表面粗糙度。纹理化的喷砂处理表面可用来减少粒子掉落并防止污染腔室100。表面粗糙度的平均值是指沿着暴露表面的粗糙特征的波峰和波谷距离中线的位移的绝对值的平均数。粗糙度平均值、偏斜度、或其它特性可由表面测平仪(profilometer)利用经过暴露表面上方的针尖并产生表面上粗糙度高度的扰动轨迹而确定，或是通过扫瞄电子显微镜利用从表面反射的电子束来产生表面影像而确定。
通过参照图4A至图4C，沉积环180包括环形带402，其如图2所示围绕支撑件128的周壁138延伸并环绕。环形带402包括内唇缘404，其自环形带402横向延伸且基本上平行于支撑件128的周壁138。内唇缘404在基板105的伸出边缘107下方立即终止。内唇缘404定义了沉积环180的内周界，沉积环180的内周界环绕基板105和基板支撑件128的周围，以在处理期间保护支撑件128的、不受基板105覆盖的区域。举例而言，内唇缘404环绕且至少部分覆盖支撑件128的周壁138(否则其将暴露到处理环境中)，以减少或甚至完全地排除溅镀沉积物在周壁138上的沉积。有利地，可容易地移除沉积环180，以从环180的暴露表面上清除溅镀沉积物，因此不需拆除支撑件128来进行清洁。沉积环180也可用以保护支撑件128的暴露侧表面，以减少其因激发的等离子体核素而受到侵蚀。
在图2所示的实施例中，沉积环180的环形带402具有V形隆凸406，其在第一径向内凹槽408a和第二径向内凹槽408b在V形隆凸406两侧的状态下，沿着环形带402的中央部分延伸。在一个实施例中，V形隆凸406的相对表面形成角度“α”。在一个实施例中，角度“α”在约25度到约30度之间。在另一个实施例中，角度“α”在约27度到约28度之间。第一径向内凹槽408a位于稍微低于第二径向内凹槽408b的水平面的水平面中。在一个实施例中，第二径向内凹槽408b的宽度在0.8英寸到0.9英寸之间。在另一个实施例中，第二径向内凹槽408b的宽度在0.83到0.84英寸之间。在一个实施例中，第一径向内凹槽408a和第二径向内凹槽408b基本上上平行于沉积环180的下表面420。如图2所示，第二径向内凹槽408b与覆盖环170隔开以在其间形成弧形通道410，其作为曲径以减少穿透至弧形通道410中的等离子体核素。开放内通道412位于内唇缘404与V形隆凸406之间。开放内通道412径向向内延伸，以在至少部分位于基板105的伸出边缘107下方的状态下终止。在清洁沉积环180的过程中，开放内通道412有助于从这些部分移除溅镀沉积物。沉积环180也具有壁架414，其向外延伸且位于V形隆凸406径向向外处。壁架414用于支撑覆盖环170。环形带402的下表面420具有刻痕422，其自内唇缘404延伸到V形隆凸406下。在一个实施例中，刻痕的宽度在约0.6到约0.75英寸之间。在另一个实施例中，刻痕的宽度在约0.65到约0.69英寸之间。在一个实施例中，刻痕的高度在约0.020到约0.030英寸之间。在另一个实施例中，刻痕的高度在约0.023到约0.026英寸之间。
在一个实施例中，第二径向内凹槽408b具有如箭头“A”所示的外径。在一个实施例中，第二径向内凹槽408b的直径“A”可以在约13英寸到约13.5英寸之间；在另一个实施例中，第二径向内凹槽408b的直径“A”可以在约13.1英寸到约13.2英寸之间。在一个实施例中，第二径向内凹槽408b具有如箭头“E”所示的内径。在一个实施例中，第二径向内凹槽408b的直径“E”可以在约12英寸到约12.5英寸之间。在另一个实施例中，第二径向内凹槽408b的直径“E”可以在约12.2英寸到约12.3英寸之间。
在一个实施例中，环形带402具有如箭头“D”所示的直径。在一个实施例中，环形带402的直径“D”可以在约11英寸到约12英寸之间。在另一个实施例中，环形带402的直径“D”可以在约11.25英寸到约11.75英寸之间。在另一实施例中，环形带402的直径“D”可以在约11.40英寸到约11.60英寸之间。在一个实施例中，环形带402具有如箭头“F”所示的外径。在一个实施例中，环形带402的直径“F”可以在约13英寸到约14英寸之间。在另一个实施例中，环形带402的直径“F”可以在约13.25英寸到约13.75英寸之间。在另一个实施例中，环形带402的直径“F”可以在约13.40英寸到约13.60英寸之间。
在一个实施例中，V形隆凸的顶部具有如箭头“B”所示的直径。在一个实施例中，直径“B”可以在约12英寸到约12.3英寸之间。在另一个实施例中，直径“B”可以在约12.1英寸到约12.2英寸之间。
在一个实施例中，内唇缘404具有如箭头“C”所示的外径。在一个实施例中，直径“C”可以在约11英寸到约12英寸之间。在另一实施例中，直径“C”可以在约11.5英寸到约11.9英寸之间。在另一实施例中，直径“C”可以在约11.7英寸到约11.8英寸之间。
沉积环180可由陶瓷材料(例如氧化铝)经成形和加工而制成。优选地，氧化铝的纯度至少为99.5％，以减少不期望的元素(例如铁)对腔室100的污染。陶瓷材料经传统技术例如等静压成形(isostatic pressing)进行模造和烧结，然后再利用适当的加工方法对成形烧结的预型件进行加工，以产生所需形状和大小。
沉积环180的环形带402可以包括经粗粒喷砂的暴露表面。以适合达成预定表面粗糙度的粗粒尺寸执行粗粒喷砂。在一个实施例中，沉积环180的表面受到双线式铝电弧喷涂涂层(例如CLEANCOATTM)处理，以减少粒子掉落与污染。
图5A是根据本发明的一个实施例的中间屏蔽件190的部分截面图。该中间屏蔽件190围绕面对该基板支撑件128的该溅镀靶材136的溅镀表面134。该中间屏蔽件190覆盖并遮蔽该下屏蔽件160的上壁312和该腔室100的侧壁104，以降低从溅镀靶材136的溅镀表面134产生的溅镀沉积物沉积到中间屏蔽件160后方的表面及构件上。
如图1及图5A所示，该中间屏蔽件160具有单一成型的结构并且包含具有第一直径D1的圆柱状带510，第一直径D1的大小确定为能围绕该上屏蔽件195。该圆柱状外带310具有上壁512、中间壁517及下壁518，其中上壁512围绕该上屏蔽件195。安装凸缘514从该圆柱状带510的上壁512向外径向延伸。该安装凸缘514包含支承表面516，以支承到围绕该腔室100的侧壁104的第二环状转接器176上。该支承表面可包含多个成形为用以接收插梢的插槽，以与中间屏蔽件190和转接器176对准。
该中间壁517是上壁512的延伸。该中间壁517从该上壁512与该中间壁517之间的转换点开始从该上壁512径向地向内倾斜。在一个实施例中，中间壁517与竖直方向成约5度到10度之间的角度，例如与竖直方向成约7度的角度。该圆柱带的中间壁517系形成第二直径D2。该第二直径D2的尺寸确定为符合该下屏蔽件160的上壁312的倾斜部分。
下壁518是为该中间壁517的延伸部分。该下壁518从该中间壁517与该下壁518之间的转换点开始相对于该中间壁517径向外倾斜。在一个实施例中，该下壁518与竖直方向成约1度到5度的角度，例如与竖直方向成约4度的角度。
该上壁512、中间壁517、下壁518以及安装凸缘514构成单一结构。例如，在一个实施例中，整个中间屏蔽件190可以由300系列的不锈钢所制成，或在其它实施例中由铝材所制成。
参照图1、图2、图6A、图6A及图6C，该覆盖环170环绕并且至少部分覆盖沉积环180，以接收并因此遮蔽沉积环180使其免于溅镀沉积的团块。该覆盖环170可由能抵抗溅镀等离子体的腐蚀的材料制成，例如像是不锈钢、钛或铝的金属材料、或像是氧化铝的陶瓷材料。在一个实施例中，该覆盖环170是由纯度至少达99.9％的钛所构成。在一个实施例中，该覆盖环170的表面经过双线铝弧喷涂涂层(例如CLEANCOATTM)处理，以减少从覆盖环170表面脱落的粒子。该覆盖环具有由箭头“H”所表示的外部直径。在一个实施例中，该直径“H”在约14.5英寸到约15英寸之间。在其它实施例中，该直径“H”在约14.8英寸到约14.9英寸之间。该覆盖环具有由箭头“I”所表示的内部直径。在一个实施例中，该直径“I”在约11.5英寸到约12.5英寸之间。在另一个实施例中，该直径“I”在约11.8英寸到约12.2英寸之间。在另一个实施例中，该直径“I”在约11.9英寸到约12.0英寸之间。
该覆盖环170包含环状楔体602。该环形楔体包含上表面603以及下表面604，以支承在该沉积环180的壁架414上。该上表面603大致与该下表面604平行。倾斜的上表面603将突出边缘610耦接到该上表面603。倾斜的上表面605径向地向内倾斜并且围绕该基板支撑件128。该环形楔体602的倾斜上表面605具有内周侧及外周侧606、608。该内周侧606包含该突出边缘610，其覆于该沉积环180的第二径向内的凹槽408b上方，进而形成该沉积环180的弧形通道410。该突出边缘610减少溅镀沉积物在该沉积环180的弧形通道410上的沉积。有利地，该突出边缘610突出一段距离，该距离对应于由该沉积环180形成的开放内通道412的宽度的至少约一半。该突出边缘610的尺寸、外形及位置被确定为与该弧形通道410和该开放内通道412配合并互补，以在覆盖环170与沉积环180之间形成旋绕且受限制的流体路径，以抑制沉积物流动到周壁138上。该弧形通道410的受限制的流体路径限制了在沉积环180与覆盖环170的相衬表面上低能溅镀沉积物的堆积，否则低能溅镀沉积物的堆积将会使他们彼此相互粘住或者粘到该基板105伸出边缘的表面。结合该覆盖环170的突出边缘610的遮蔽来设计在该基板105的伸出边缘107下面延伸的该沉积环180的开放内通道412，以收集例如在铝溅镀腔室内的铝溅镀沉积物，同时降低或甚至大致上排除两个环170、180的配合表面上的溅镀沉积。
该倾斜的上表面605与该突出边缘610合作来阻止线性沉积物(line-of-sight deposition)离开内部容积110并进入腔室本体的腔。该倾斜的上表面605可以相对于该上表面603倾斜如角度“β”所示的角度。在一个实施例中，该角度“β”可以在约5度到约15度之间。在另一个实施例中，该角度“β”在约9度到约11度之间。在一个实施例中，该角度“β”为10度。该覆盖环170的倾斜上表面605的角度经过设计，以例如使得最靠近该基板105的伸出边缘107的溅镀沉积物的堆积最小化，否则最靠近该基板105的伸出边缘107的溅镀沉积物的堆积将会负面地影响基板105上所获得的沉积的均一性。
该覆盖环170更包含位于该环形楔体602的倾斜上表面605之下的倾斜阶部612。该倾斜阶部612将突出边缘610与该下表面604耦接。该倾斜阶部612从该环形楔体602向下延伸，并且从该内周侧606径向地向外延伸。该倾斜阶部612可以相对于该下表面具有如角度“γ”所示的歪斜角度。在一个实施例中，该角度“γ”可以在约40度到约50度之间。在另一个实施例中，该角度“γ”可以在约42度到约48度之间。在另一个实施例中，该角度“γ”可以在约44度到约46度之间。
该倾斜阶部具有以箭头“J”表示的内直径。在一个实施例中，该倾斜阶部612的直径“J”在约12英寸到约13英寸之间。在另一个实施例中，该倾斜阶部612的直径“J”在约12.2到约12.5英寸之间。在另一个实施例中，该倾斜阶部612的直径“J”在约12.3英寸到约12.4英寸之间。该倾斜阶部612也具有以箭头“K”表示的直径。在一个实施例中，该倾斜阶部612的直径“K”在约12.5到约13英寸之间。在另一个实施例中，该倾斜阶部612的直径“K”在12.7到12.8英寸之间。在一个实施例中，该倾斜阶部612的直径“K”系作为该下表面604的内部直径。
下表面具有如箭头“L”所示的外径。在一个实施例中，下表面的外径“L”是在约13.5到约13.8英寸之间。在另一个实施例中，外径“L”是在约13.4英寸到约13.5英寸之间。
覆盖环170进一步包含自环形楔体602向下延伸的圆柱状内带614a和圆柱状外带614b，且其间具有间隙616。在一个实施例中，间隙616的宽度在0.5英寸到约1英寸之间。在另一个实施例中，间隙616的宽度在约0.7英寸到约0.8英寸之间。在一个实施例中，圆柱状内外带614a、614b基本上是竖直的。圆柱状带614a、614b位于楔形体602的倾斜阶部612的径向外部。圆柱状内带614a的内周侧618与下表面604连接；在一个实施例中，圆柱状内带614a的内周侧618从竖直方向倾斜角度“Φ”。在一个实施例中，角度“Φ”在约10度到约20度之间。在另一个实施例中，角度“Φ”在约14度到约16度之间。
圆柱状内带614a的高度小于圆柱状外带614b的高度。一般而言，圆柱状外带614b的高度至少约为圆柱状内带614a高度的两倍。在一个实施例中，圆柱状外带614b的高度在约0.4英寸到约1英寸之间。在另一个实施例中，圆柱状外带614b的高度在0.6英寸到0.7英寸之间。在一个实施例中，圆柱状内带614a的高度在约0.2英寸到0.6英寸之间。在另一个实施例中，圆柱状内带614a的高度在约0.3英寸到约0.4英寸之间。
在一个实施例中，下表面的外径“L”作为圆柱状内带614a的内径。圆柱状内带614a具有如箭头“M”所示的外径。在一个实施例中，圆柱状内带614a的直径“M”在约13.5英寸到约14.2英寸之间。在另一个实施例中，圆柱状内带614a的直径“M”在约13.7英寸到约14英寸之间。在另一个实施例中，圆柱状内带的直径“M”在约13.8英寸到约13.9英寸之间。
在一个实施例中，圆柱状外带614b具有如箭头“N”所示的内径。在个一实施例中，直径“N”在约14英寸到约15英寸之间。在另一个实施例中，圆柱状外带614b的直径“N”在约14.2英寸到约14.8英寸之间。在另一实施例中，圆柱状外带614b的直径“N”在约14.5英寸到约14.6英寸之间。在一个实施例中，覆盖环的直径“H”作为圆柱状外带的外径“H”。
在一个实施例中，覆盖环170是可调整的并且可有效地遮蔽下屏蔽件160中不同高度范围的传导孔。举例而言，覆盖环170可上升和下降，以相对于腔室100中基板支撑件128而调整覆盖环170的高度。
下屏蔽件160与覆盖环170之间的空间或间隙形成了一种回旋S形路径或曲径以供等离子体行进。路径的形状是有利的，举例而言，这是因为其可抑制和阻碍等离子体核素进入此区域，因而可减少溅镀材料的无用沉积。
以上说明了与本发明有关的实施例，而本发明的其它实施例亦不背离其基本范畴，其范畴由权利要求加以限定。

Claims (22)

1.一种下屏蔽件，其用于在基板处理腔室中围绕溅镀靶材和基板支撑件，所述基板处理腔室具有侧壁和环绕所述侧壁的环形转接器，所述下屏蔽件包括：
圆柱状外带，其具有第一直径，所述第一直径的尺寸确定为围绕所述溅镀靶材的溅镀表面以及所述基板支撑件，所述圆柱外带包括：
多个气体孔洞；
下壁，其环绕所述基板支撑件并具有刻痕；以及
上壁，其环绕所述溅镀靶材的所述溅镀表面，所述上壁包括：
内周侧，其面向内部并从竖直方向朝着所述下壁径向地向内成角度；以及
外周侧，其面向外部，其中，所述外周侧延伸以形成倾斜阶梯部，所述倾斜阶梯部从竖直方向远离所述下壁径向地向外成角度；
支撑壁架，其包括支承表面并从所述圆柱状外带向外径向地延伸，所述支承表面用于接触所述环形转接器，并且所述支承表面具有从10到80微英寸之间的表面粗糙度、以及多个槽体；
基座板，其从所述圆柱状外带的所述下壁向内径向地延伸；以及
圆柱状内带，其与所述基座板相连接并部分环绕所述基板支撑件的周围边缘。
2.根据权利要求1所述的下屏蔽件，其中，所述倾斜阶梯部从竖直方向径向地向外成在5度到10度之间的角度。
3.根据权利要求2所述的下屏蔽件，其中所述内周侧从竖直方向径向地向内成在2度到5度之间的角度。
4.根据权利要求1所述的下屏蔽件，其中，所述圆柱状内带、所述基座板和所述圆柱状外带形成U形通道。
5.根据权利要求4所述的下屏蔽件，其中，所述圆柱状内带的高度小于所述圆柱状外带的高度。
6.根据权利要求5所述的下屏蔽件，其中，所述圆柱状内带的高度为所述圆柱状外带的高度的五分之一。
7.根据权利要求1所述的下屏蔽件，其中，所述圆柱状外带、所述上壁、所述支撑壁架、所述下壁以及所述圆柱状内带构成单一结构。
8.根据权利要求1所述的下屏蔽件，其中，所述下屏蔽件的暴露表面经喷砂处理，以具有175±75微英寸的表面粗糙度。
9.根据权利要求1所述的下屏蔽件，进一步包括在所述下屏蔽件的表面上的双线铝电弧喷涂涂层，其中所述双线铝电弧喷涂涂层的表面粗糙度在600到2300微英寸之间。
10.一种沉积环，其用于在处理腔室中围绕基板支撑件的周壁，所述沉积环包括：
环形带，其用于环绕所述基板支撑件的所述周壁，所述环形带包括：
内唇缘，其从所述环形带横向延伸并且基本上平行于所述基板支撑件的所述周壁，其中，所述内唇缘限定了所述沉积环的内周界，所述内周界环绕所述基板和基板支撑件的周围，以在处理期间保护所述支撑件的、未受所述基板覆盖的区域，来降低或甚至完全排除溅镀沉积物在所述周壁上的沉积；以及
V形隆凸，其在第一径向内凹槽以及第二径向内凹槽在所述V形隆凸的两侧上的状态下，沿着所述环形带的中央部分延伸，其中，所述第一径向内凹槽与所述内唇缘相邻。
11.根据权利要求10所述的沉积环，其中，所述V形隆凸的相反表面形成在25度到30度之间的角度。
12.根据权利要求10所述的沉积环，其中，所述第一径向内凹槽位于稍微低于所述第二径向内凹槽的水平平面的水平平面中。
13.根据权利要求12所述的沉积环，其中，所述第一径向内凹槽和所述第二径向内凹槽基本上平行于所述沉积环的下表面。
14.根据权利要求10所述的沉积环，进一步包括从所述V形隆凸向外延伸的壁架。
15.根据权利要求10所述的沉积环，其中，所述环形带的下表面具有在所述V形隆凸和所述内唇缘的下方延伸的刻痕，其中，所述刻痕的宽度在0.6英寸到0.75英寸之间并且其高度在0.020英寸到0.030英寸之间。
16.根据权利要求10所述的沉积环，其中，所述第二径向内凹槽具有在13英寸到13.5英寸之间的外径，以及在12英寸到12.5英寸之间的内径，其中，所述V形隆凸的顶点具有在12英寸到12.3英寸之间的直径，并且其中所述内唇缘具有在11英寸到12英寸之间的外径。
17.一种覆盖环，所述覆盖环用于围绕且至少部分遮蔽沉积环以使其不受到溅镀沉积物，所述覆盖环包括：
环形楔体，包括：
上表面；
倾斜上表面，其径向向内倾斜并与具有内周侧和外周侧的所述上表面相连接；
下表面，以支承在所述沉积环的壁架上，其中所述上表面基本上平行于所述下表面；
突出上缘，其通过所述倾斜上表面来与所述上表面相连接，其中所述倾斜上表面与所述突出上缘配合作用来阻挡线性沉积，以使其不会离开内部容积而进入腔室主体腔；以及
倾斜阶部，其位于所述环形楔体的所述倾斜上表面下方，且使所述突出上缘与所述下表面相连接；以及
圆柱状内带和圆柱状外带，其从所述环形楔体向下延伸，所述圆柱状内带的高度小于所述圆柱状外带的高度。
18.根据权利要求17所述的覆盖环，其中，所述倾斜阶部从所述环形楔体向下延伸并从所述内周侧径向向外延伸。
19.根据权利要求18所述的覆盖环，其中，所述倾斜阶部相对于所述下表面倾斜在40度到50度之间的角度。
20.根据权利要求17所述的覆盖环，其中，所述覆盖环是由从由不锈钢、钛、铝、氧化铝及其组合所构成的群中所选择的材料制成。
21.根据权利要求17所述的覆盖环，其中所述覆盖环的表面受到双线铝电弧喷涂涂层处理。
22.根据权利要求17所述的覆盖环，其中所述覆盖环具有在14.5英寸到15英寸之间的外径以及在11.5英寸到12.5英寸之间的内径，并且其中所述倾斜上表面相对于所述上表面倾斜从5度到15度之间的角度。
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