CN102157425B - 用于衬底处理腔室的环组件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于在衬底处理腔室中使用的衬底支架的环组件，所述衬底支架包括环形壁架和内周界侧壁。在一个方案中，环组件包括(i)L形绝缘环，L形绝缘环包括水平臂和垂直臂，所述水平臂设置在支架的环形壁架上，所述垂直壁邻接支架的内周界侧壁，以及(ii)沉积环，所述沉积环包括环形带，所述环形带具有与沉积环的水平臂交迭的重叠壁架。在另一方案中，沉积环包括电介质环形带和托架及紧固件，所述电介质环形带围绕支架的环形壁架并与支架的环形壁架交迭。

Description

用于衬底处理腔室的环组件
本申请为2007年1月17日递交的申请号为200710002411.4并且发明名称为“用于衬底处理腔室的环组件”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明的实施方式涉及用于在衬底处理腔室中的衬底支架的环组件。
背景技术
在处理诸如半导体晶片和显示器件的衬底时，将衬底放置在处理腔室中，并使衬底暴露给高能气体以在将材料沉积衬底上或刻蚀衬底上的材料。典型的处理腔室包含多个腔室部件，这些腔室部件包括包围处理区的围壁、用于在腔室内提供气体的气源、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，处理腔室可包括例如，溅射或物理气相沉积(PVD)腔室、化学气相沉积(CVD)腔室和刻蚀腔室这样的处理腔室。在PVD腔室中，靶材被溅射以促使溅射的靶材料沉积在面对靶材的衬底上。在CVD腔室中，工艺气体被热解或以其它方式分解以沉积在衬底上。在刻蚀腔室中，衬底被用具有刻蚀组分的工艺气体刻蚀。
处理腔室还可包括处理套件，所述处理套件通常包括在处理期间有助于固定及保护衬底的部件，这些部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腔室和CVD腔室中，包括沉积环的环组件通常设置在衬底周围附近以保护衬底支架的侧壁和外围边缘不受工艺沉积物影响。沉积环通常是具有设置于衬底支架上的壁架的环形金属环，并且沉积环用于容纳否则将沉积在衬底支架的暴露部分的工艺沉积物。由于要定期性地从腔室中取出沉积环，并且例如使用HF和HNO3对沉积环进行清洁，以去除所积累的沉积物，所以沉积环增加了腔室的处理运行时间。沉积环还能够利用腔室中的高能气体减少支架的腐蚀。
然而，在一些工艺中，沉积环在处理期间经历温度升高，这样的处理会由于在工艺周期期间环被反复加热和冷却而造成环的变形。这种变形造成在环和支架之间形成间隙，所述间隙使等离子体能够在支架上形成工艺沉积物或侵蚀在支架上的工艺沉积物。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，这种高温进一步导致环变形。还有，因为在加热周期期间环的膨胀和随后在冷却周期期间的收缩造成在沉积环上形成的工艺沉积物剥落，所以环的过热是有害的。再有，过热的环会在衬底外围附近造成高温，这种高温不合需要地影响了衬底边缘上的局部处理温度。在清洁和整修期间，尤其在使用强化学物质的清洁工艺以清洁粘在环上诸如钽沉积物之类的沉积物时，沉积环还可能受侵蚀。
因此，需要有诸如环组件的处理套件组件，即使在多个工艺周期后，所述工艺套件组件还能够抵抗形变和变形。还要求这样的环，以在衬底处理周期期间在腔室内具有最小的温度变化和温度梯度。此外还要求具有在被传统清洁工艺清洁时不会被过度侵蚀的环。
发明内容
提供一种用于在衬底处理室中所使用的衬底支架的环组件，所述环组件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：L形的绝缘环和沉积环。所述L形的绝缘环具有水平臂和垂直臂，所述水平臂设置在所述支架的所述环形壁架上，所述垂直壁与所述支架的所述内周界侧壁接触。沉积环为环形带状并且具有壁架，所述壁架与所述绝缘环的一部分水平臂交迭。
提供一种用于衬底处理腔室的处理套件，所述处理套件包括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，所述环组件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，并且所述电介质沉积环围绕且重叠所述支架的环形壁架。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所述所述环形带的第一孔，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、权利要求以及图示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室的实施方式的局部截面侧视图。
具体实施方式
图1示出了环组件20的示例性方案，所述环组件20可用于在衬底处理腔室内形成的衬底处理环境中覆盖或者保护至少部分衬底支架22。衬底支架22具有凸起的衬底-容纳表面24，所述衬底-容纳表面24在工艺期间容纳并支撑衬底25，凸起表面24具有内周界侧壁27，所述内周界侧壁27位于衬底25的悬臂边缘之下。支架22还具有环形壁架21，所述环形壁架21围绕凸起表面24的内周界侧壁27的周围。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包括沉积环26，所述沉积环具有围绕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，以减少在腔室中的工艺气体环境下外围边缘30的侵蚀，并还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，并且水平臂31的长度尺寸比环形壁架21的长度小。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，并且垂直壁33的长度尺寸比内周界侧壁27的高度小，例如，垂直壁33的高度小于内周界侧壁27高度的大约90％。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由诸如陶瓷例如铝氧化物或硅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，即使在大量工艺周期之后，所述绝缘环29还可以不受残余应力影响而保持它的形状不变形。而且，绝缘环29由选择在腔室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所述绝缘环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周期的结构的翘曲或变形。金属环中的应力主要来源于机械加工中的残余应力。当环在腔室中受热时，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由铝氧化物组成。
沉积环26包括环形带43，环形带43围绕绝缘环29并与绝缘环29交迭，并且环形带43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包括重叠壁架32，所述重叠壁架与水平臂31的一部分交迭，并且未达到绝缘环29的垂直臂33。因此，重叠壁架的长度比绝缘环29的水平臂31的长度小，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，以在底表面34和内周界28与上表面35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还包括基脚36，所述基脚36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中引起裂缝或破裂。例如，如图所示，基脚36可包括基本上垂直的柱，所述基本上垂直的柱从沉积环26的重叠壁架32向下延伸。基脚36对壁架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以致可能造成外角破裂或碎裂。沉积环26还包括下侧壁37，所述下侧壁37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，所述上楔38垂直向上延伸并连接至内周界28以限定微倾表面39，所述微倾表面39用于在工艺周期中收集工艺沉积物。倾斜表面39的角度通常至少大约为5°甚至可以高达约25°。微倾表面使工艺沉积物能够积累在平滑的连续倾斜表面39上，积累的厚度高于例如，在具有尖角或边缘的表面上可能积累的厚度大小，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不同，现有技术的沉积环有时候具有邻近凹槽的凸起，工艺沉积物会积累在所述凸起上，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。可以确定与在凸起上积累的工艺沉积物的厚度相比，平滑连续倾斜表面有利地使更厚的工艺沉积物能够积累在所述平滑连续倾斜表面上，这是因为凸起的变化厚度导致不均匀的热膨胀应力，这会引起沉积物成片剥落和胀裂。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的内部包含由绝缘环29形成的单独结构，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传统沉积环所引起的变形量或者翘曲量。而且，由陶瓷制成的绝缘环29能耐热。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上的积累。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包含纹理化涂层42，所述纹理化涂层42设计成具有纹理图案，工艺沉积物容易附着在所述纹理图案上，从而能够积累到更高的厚度。纹理化涂层42包含图案52，图案52的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。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还包括托架44，托架44也设计成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可包括凸缘46和邻近的凹槽48，凸缘46基本上仅利用压力压向环形壁架21，所述凹槽48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，从而由这些部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的部分而减少了衬底支架22的破裂或碎裂，所述部分诸如环形壁架21的角落40、49。
在一个方案中，环形组件20还可以包括紧固件50，所述紧固件50向衬底支架22夹紧沉积环26。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，从而造成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，从而降低沉积环26的温度。另外，支架22还可以例如通过在支架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，所述开口54从沉积环26的倾斜表面39向带的底表面延伸。紧固件50的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，在一个方案中，紧固件50包含带螺纹的螺钉，所述带螺纹的螺钉穿过沉积环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具有互补的螺纹，以允许通过旋转紧固件50向支架22夹紧托架44。并且，可提供所需数目的开口54和紧固件50，以将沉积环26固定于支架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，所述开口按所需结构设置在沉积环26周围。
在一个方案中，紧固件50包含旋转螺母，所述旋转螺母允许托架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，例如以便组件的清洁，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可包括附加零件，所述附加零件能使托架“锁”在沉积环26上以更好的固定带43。例如，托架44可包含凸起的壁59，凸起的壁59适于压住在沉积环26的下侧壁37中的外围凹槽63，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，所述盖环70包含径向向内延伸的套72，所述套72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，凸起74的形状及大小设计成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，所述顶端78向下朝沉积环26的倾斜表面39的楔38延伸，以形成旋绕的且收缩的流径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可以由耐腐蚀的材料制成，所述材料诸如不锈钢和钛中至少一种的金属性材料。盖环70还可以是由诸如铝氧化物的陶瓷材料制成。盖环70还可以包含纹理化的上表面，工艺沉积物可附着于所述纹理化的上表面。
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。使用激光钻200获得激光纹理，所述激光钻200包括激光202和激光控制器204。使用激光钻200用于在表面35中激光钻出凹槽206的图案。参照图1B所示的详细示意图，凹槽206形成为凹下部分，所述凹下部分具有圆形开口208、侧壁210和弧形的底壁212。通过激光钻出的凹槽206充当作开口，工艺沉积物收集在所述开口内并且工艺沉积物保持附着在绝缘环29上，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具有开口208，开口208的直径(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。此外，凹槽206的深度(d)可在大约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。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包括激光202和激光控制器204，激光控制器204产生随时间调整强度的脉冲激光束220。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包括准分子激光，例如，所述准分子激光产生具有大约小于360纳米(例如，大约355纳米)的波长的紫外线激光束。适用的准分子激光是商业可得的，例如，来自NewHampshire(新罕布什尔州)，Nashua(纳舒厄)的Resonetics公司。
激光钻200还可包括光学系统230，所述光学系统包括自动调焦机构，所述自动调焦机构测定激光202和环29的表面35之间的距离，并因此聚焦激光束220。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还包括气体喷射源240，以朝正在被激光钻孔的表面导引气流242。气流从区域清除已蒸发的材料，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，气体可包括惰性气体。气体喷射源240包括距离环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，以使激光束220能够定位在绝缘环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4-5轴运动系统，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。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以使所述结构的部分蒸发，来激光钻孔凹槽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，以使所述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。通过激光控制器204控制激光钻200，所述激光控制器204能设置激光束220的脉冲峰值功率、脉冲宽度和脉冲频率。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下工作。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，所述预先选择的功率大小足以形成凹槽206，所述凹槽206具有弧形底壁212，所述弧形底壁212在绝缘环29里终止而不需要钻通环整个厚度。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而将所述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，包括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赫兹的脉冲频率下工作。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，以致基本上没有时间将热量传输到环29的主体中，热量传输到环29的主体中否则可造成结构局部微裂。
如图2所示，围绕支架22的组件20a的另一方案包括单沉积环80，所述单沉积环80设置在支架22的环形壁架21上。沉积环80具有内周界82，所述内周界82与衬底25下方的支架22的内周界侧壁27直接邻接。沉积环80由诸如陶瓷材料的电介质材料制成，所述陶瓷材料例如铝氧化物、硅氧化物或铝氮化物。因为沉积环80由陶瓷材料制成，所以这个方案没有单独的绝缘环。替代地，陶瓷沉积环80包括一体式结构，所述一体式结构成型为保护支架22的外围边缘30，以减少在腔室中的工艺气体环境下外围边缘30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，因为即使在多个工艺周期后所述沉积环80还可以保持形状而没有由残余应力引起的变形。而且，选择陶瓷材料以在腔室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包括环形带83，所述环形带83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包括重叠壁架85，所述重叠壁架85与环形壁架21重叠，并且所述重叠壁架85未达到支架22的内周界侧壁27。重叠壁架的长度通常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，以在底表面86和内周82与上表面88之间形成复杂曲径，用以防止等离子体到达支架22的外围边缘30。沉积环还包括基脚89，诸如基本上垂直的柱子，从环形带83向下延伸以放置在支架22的环形壁架21上，从而支撑带43。环绕基脚89两侧的切除部分减少了基脚压向环形壁架21的外角40的可能性。沉积环80还包括下侧壁90，下侧壁90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具有内边界93和在沉积环80的径向外部周界92处的外边界91，所述外边界91从环形带83垂直向上延伸，所述内边界93从环形带83的内周界82垂直向上延伸。通过凹形表面97连接外边界91和内边界93，所述凹形表面97用于在工艺周期中收集工艺沉积物。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提供凹陷，所述凹陷能在必须拆除沉积环80进行清洁之前使工艺沉积物积聚到较大的厚度。轻微弯曲的凹形表面97以减少积聚的沉积物上的应力，所述积聚的沉积物出现在具有尖角或边缘的表面上。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，从而造成上覆的沉积物的剥落或破裂。
如上所述，环组件20a还包括托架44，托架44设计成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，以至少部分抵消由这些部件施加在支架22的环形壁架21上的夹持力。
环组件20a还包括紧固件50，紧固件50将沉积环80夹在衬底支架22上。沉积环80紧固到支架22提供改善的工艺结果，这至少部分是因为在沉积环80的电介质材料(与金属材料相比所述电介质材料通常是差的热导体)和支架22之间能够发生更好的热交换。在没有这样的紧固的情况下，在处理期间电介质沉积环80将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贯穿开口94延伸，所述开口94从沉积环80的外边界91延伸。例如，紧固件50可以是带螺纹的螺钉，所述螺钉穿过沉积环80的开口94并至少部分穿过托架44上的开口54安装，托架44具有互补的螺纹，以允许通过旋转紧固件50向支架22紧固托架44。托架44包括凸起的壁59，所述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的额外特征。
环组件20a还可包括盖环70，所述盖环包括径向向内延伸的套72，所述套72延伸过至少一部分沉积环80。盖环70包括向下延伸的凸起74，所述凸起74具有内直径79的顶端78，所述顶端78朝沉积环80的外边界91向下延伸，以形成旋绕并且收缩的流径95，用以避免等离子体和工艺沉积物流过凸起74。
如图3所示，适当的衬底工艺装置100的实例包括具有环组件20的处理腔室106，环组件20具有沉积环26和绝缘环29、支架22。腔室106还可包括具有沉积环80的环组件20a(未示出)。腔室106可以是多腔室平台(未示出)的一部分，所述多腔室平台具有通过在不同腔室之间传输衬底25的自动壁机构连接的一串互连接的腔室。在所示的方案中，处理腔室106包括溅射沉积腔室，也称为物理气相沉积腔室或PVD腔室，能将沉积材料溅射到衬底25上，所述沉积材料诸如钽、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。腔室106包括围护壁118，所述围护壁118围绕工艺区109，并且所述围护壁118包括侧壁164、底壁166和顶壁168。可将支撑环130布置在侧壁164和顶壁168之间以支撑顶壁168。其它的腔室壁可包括一个或多个护板120，以保护围护壁118不受溅射环境影响。
腔室106包括支撑衬底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还可包括活动遮蔽盘133，所述活动遮蔽盘133在没有衬底25时保护支架22的上表面134。在操作中，通过腔室106的侧壁164中的衬底加载入口(未示出)将衬底25引入到腔室106中并将所述衬底放置在支架22上。在将衬底传送入和传送出腔室106期间，可以通过支架升起波纹管升起或降低支架22，并且可使用升降销组件(未示出)将衬底升起或降低到支架22上。
腔室106还可包括温度控制系统119，以控制腔室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包括流体供应，适于从流体源121为支架22提供热交换流体。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可包括一个或多个通道125，所述通道125在所述支架22中，所述通道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进行交换热并控制支架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，以及还有环组件20被夹的部分。
支架22还可包括环组件20，所述环组件20包括诸如盖环70和沉积环26这样的一个或多个环，也可以称为沉积环，所述环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，以保护支架22未被衬底25覆盖的部分。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22两者上。环组件20还包括紧固件50，以将沉积换26夹在衬底支架22上。
通过气体输送系统112将诸如溅射气体之类的工艺气体引入到腔室106中，气体输送系统112包括工艺气体供应，所述工艺气体供应包括一种或多种气体源174，所述气体源每一个都馈入管道176，所述管道176具有诸如质量流量控制器这样的气流控制阀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工艺气体混合物。混合歧管馈入腔室106中的气体分布器180，所述气体分布器具有一个或多个气体出口182。工艺气体可包括诸如氩或氙的非活性气体，所述非活性气体能够电碰撞到靶材并从靶材溅射材料。工艺气体还可包括诸如一种或多种含氧气体或含氮气体的活性气体，所述活性气体能与所溅射出的材料反应以在衬底25上形成层。通过排气装置122将废气和副产物排出腔室106，所述排气装置122包括一个或多个排气口184，用以接收废气并向排气管道186传送废气，在排气管道186中有节流阀188以控制腔室106内气体的压力。排气管道186馈入一个或多个排气泵190。通常将腔室106内溅射气体的压力设置到低于大气压的大小。
溅射腔室106还包括溅射靶材124，所述溅射靶材124与衬底25的表面105相对，并且所述溅射靶材124包含待溅射到衬底25上的材料，所述材料诸如钽和钽的氮化物中的至少一种。靶材124通过环形绝缘环132与腔室106电绝缘，并且靶材124与功率源192连接。溅射腔室106还具有护板120，以保护腔室106的壁不受溅射材料的影响。护板120可包括具有上屏蔽部分120a和下屏蔽部分120b的类壁状圆柱形，上屏蔽部分120a和下屏蔽部分120b屏蔽腔室106的上部分和下部分。在图3所示的方案中，护板120具有上部分120a和下部分120b，上部分120a安装到支撑环130，下部分120b装配到盖环70。还可以提供包括夹紧环的夹屏蔽141(clamp shield)，以将上屏蔽部分120a和下屏蔽部分120b夹在一块。也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作为气体激发器116操作，气体激发器116能激发溅射气体以从靶材124溅射材料。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室106内产生的电场激发溅射气体以形成等离子，所述等离子体积极地撞击并轰击靶材124，以从靶材124溅射出材料并将材料沉积到衬底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，气体激发线圈135由功率源192提供能量，并且气体激发线圈135安置在腔室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。通过气体线圈支撑137支撑气体激发线圈135，气体线圈支撑137与腔室106内的护板120或其它壁附接。
可通过控制器194控制腔室106，所述控制器包含具有指令集的程序代码，以操作腔室106的部件从而处理在腔室106内的衬底25。例如，控制器194可包含：衬底定位指令集，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安置在腔室106内；气流控制指令集，用于操作流体控制阀178以设置到腔室106的溅射气体流；气体压力控制指令集，用于操作排气节流阀188以保持腔室106内压力；气体激发器控制指令集，用于操作气体激发器116以设置气体激发能量大小；温度控制指令集，用于控制温度控制系统119以控制腔室106内温度；以及工艺监控指令集，用于监控腔室106内的工艺。
虽然参照一些优选方案描述了本发明，然而，也可以有其它方案。例如，环组件20或20a可包括沉积环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。在诸如刻蚀腔室、CVD腔室或清洁腔室的其它处理腔室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 (16)

1.一种用于衬底支架的绝缘环，所述衬底支架包括具有圆周边缘的环形壁架，并且所述衬底支架具有内周界侧壁，所述绝缘环包括L型的电介质环，所述L型的电介质环具有：
（a）激光纹理化的表面；
（b）水平臂，所述水平臂能够设置在所述衬底支架的所述环形壁架上，所述水平臂具有径向向外延伸而不达到所述环形壁架的所述圆周边缘的长度；以及
（c）垂直臂，所述垂直臂邻接所述衬底支架的所述内周界侧壁。
2.如权利要求1所述的绝缘环，其中所述激光纹理化的表面为所述电介质环的上表面。
3.如权利要求1所述的绝缘环，其中所述激光纹理化的表面包括彼此隔开的凹槽。
4.如权利要求3所述的绝缘环，其中所述彼此隔开的凹槽每一个都包括凹下部分，所述凹下部分具有至少下述之一：圆形开口、侧壁和弧形的底壁。
5.如权利要求3所述的绝缘环，其中所述彼此隔开的凹槽包括至少下述之一：
（1）直径从25微米到800微米的开口；
（2）从25微米到800微米的深度；
（3）从25微米到1000微米的相邻凹槽中心点之间的间距。
6.如权利要求1所述的绝缘环，包括至少下述特征之一：
（1）所述水平臂的长度小于所述支架的所述环形壁架的长度的80%；
（2）所述垂直臂的高度小于所述支架的所述内周界侧壁的高度；和
（3）所述垂直臂的长度比所述内周界侧壁的高度小。
7.一种用于衬底处理腔室的处理套件，所述处理套件包括如权利要求1所述的绝缘环、沉积环、至少部分覆盖所述沉积环的盖环、托架和紧固件，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。
8.一种用于衬底支架的环组件，所述衬底支架包括环形壁架和内周界侧壁，以及所述环组件包括：
a）L型的绝缘环，所述L型的绝缘环由电介质组成，所述L型的绝缘环包括：
(i)激光纹理化的表面；
(ii)水平臂，所述水平臂能够设置在所述衬底支架的所述环形壁架上；以及
(iii)垂直臂，所述垂直臂邻接所述衬底支架的所述内周界侧壁；
b）电介质沉积环，所述电介质沉积环包括环形带，所述环形带围绕所述衬底支架的所述环形壁架，并且所述环形带与所述衬底支架的所述环形壁架交迭，所述环形带具有内周界、外周界、基脚以及贯穿所述环形带的第一孔，所述内周界邻接所述衬底支架的所述内周界侧壁，所述基脚放置在所述支架的所述环形壁架上；
b）具有第二孔的托架，所述托架具有凸缘，所述凸缘与所述衬底支架的所述环形壁架接触；以及
c）紧固件，所述紧固件的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。
9.如权利要求8所述的环组件，其中所述衬底支架的所述环形壁架包括圆周边缘，并且其中所述L型的绝缘环的所述水平臂包括一长度，所述长度径向向外延伸而不达到所述衬底支架的所述环形壁架的所述圆周边缘。
10.如权利要求8所述的环组件，其中所述沉积环包含金属或者陶瓷。
11.如权利要求8所述的环组件，其中所述沉积环包括至少下述之一：
（1）从所述环形带的所述外周界向上延伸的外边；和
（2）从所述环形带的所述内周界向上延伸的内边。
12.如权利要求11所述的环组件，其中所述外边和所述内边通过凹形表面连接，所述凹形表面以至少50°的范围弯曲。
13.如权利要求12所述的环组件，其中所述凹形表面以30°到80°的范围弯曲。
14.如权利要求8所述的环组件，其中所述紧固件包括旋转式紧固件，所述旋转式紧固件能旋转所述托架，以将所述托架托抵于所述衬底支架。
15.一种用于衬底处理腔室的处理套件，所述处理套件包括如权利要求8所述的环组件和至少部分覆盖所述沉积环的盖环。
16.一种衬底处理腔室，所述衬底处理腔室包括如权利要求8所述的环组件，还包括衬底支架、气体输送系统、气体激发器和排气装置。
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