CN102160146B - 用于物理气相沉积腔室的遮盘 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种可用于物理气相沉积腔室中而适于遮蔽基板支撑件的遮盘。在一实施例中，所述遮盘包含碟状主体，所述主体具有外径部，设置在顶表面与底表面之间。所述碟状主体包含双重梯部以连接所述底表面至所述外径部。
Description
技术领域
本发明的实施例一般是涉及半导体处理腔室的领域，特别是涉及应用在半导体处理腔室中的遮盘(shutter disk)。
背景技术
习知半导体组件的形成一般是在一或多个处理腔室中执行，且所述处理腔室一般是结合以形成多腔室处理系统(如，群集工具(cluster tool))，所述多腔室处理系统在可控制的处理环境中处理多个基板(如，半导体晶片)。为了维持工艺的一致以及确保处理腔室的最佳效能，会周期性地进行多种的调节(condition)操作。举例来说，一种通常实施于物理气相沉积处理腔室的调节操作为“预烧(burn-in)”工艺，其中靶材设置于所述物理气相沉积处理腔室中，并通过等离子离子对所述靶材的轰击(bombard)而在执行基板工艺之前移除所述靶材上的氧化物或其它污染物。另一种常实施的调节操作为“贴合(pasting)”工艺，其中覆盖层是涂布于处理腔室表面的沉积材料上，以预防所述材料自所述处理腔室表面剥落，并预防在接续工艺中污染基板。
在前述两种调节操作中，遮盘是通过传送机械手而设置于处理腔室中的基板支撑件的顶部，以预防任何物质沉积于所述基板支撑件上。因此，所述遮盘的形状对于所述机械手搬运及放置的定位精准度，以及对所述基板支撑件的覆盖范围来说是很重要的，前述任何一者出错皆会导致调节操作的过程中，所述基板支撑件的上表面发生不期望的暴露情形。
此外，习知的遮盘一般是由具足够机械强度且不会因沉积材料的额外重量而变形的材料所制成。举例来说，遮盘通常包含金属合金(如不锈钢；SST)或是陶瓷(如碳化硅；SiC)。然而，由于所述材料所构成的遮盘具相当的重量，导致提供及维持能够安全地操作遮盘的传送机械手的费用上升。此外，热膨胀系数(CTE)是有限制范围的，导致遮盘及沉积材料间可能存在的热膨胀系数显著差异、导致所述沉积材料及所述遮盘表面间的附着力下降，进一步提高所述沉积材料剥离或剥落且污染下方基板支撑件的风险。为了减少这个问题，所述遮盘的表面可通过喷砂(abrasiveblasting)处理而纹理化(textured)来增加附着力。然而，由于材料本身的硬度，如不锈钢或是碳化硅，前述的处理是困难且花费极大的。
因此，改良的遮盘是有需要的。
发明内容
本发明提供一种可用于物理气相沉积腔室中，而适于遮蔽基板支撑件的遮盘。在一实施例中，所述遮盘包含碟状主体，所述主体具有外径部，所述外径部设置在顶表面与底表面之间。所述碟状主体包含双重梯部以连接所述底表面至所述外径部。
在另一实施例中，所述遮盘包含碟状主体。所述主体具有外径部，所述外径部设置在顶表面与底表面之间。外梯部及内梯部是形成于所述底表面上，所述外梯部相对于所述内梯部而更延伸进入所述主体。外壁是实质平行于所述主体的中心线，且所述外壁是连接所述外梯部至所述内梯部。环状沟槽是形成于所述底表面中而位于所述内梯部的径向内侧。
在另一实施例中，是提供一种具有可调整的热膨胀数的遮盘。在部分实施例中，具有可调整的热膨胀系数的遮盘是包含主体，所述主体由第一材料形成，且所述第一材料包含至少两个成分，其中所述至少两个成分的各者相对于彼此的比例是经选择以提供所述主体与欲沉积于所述主体顶部的第二材料实质相似的热膨胀系数。
在部分实施例中，处理腔室是包含：腔室主体，定义有内部容积，所述内部容积具有靶材，所述靶材包括材料，所述材料欲沉积于基板顶部，所述基板设置在内部容积中；基板支撑件，配置于所述腔室主体内而用以支撑所述基板；遮盘，用以保护所述基板支撑件，所述遮盘包含主体，所述主体是由复合材料所构成，所述复合材料具有至少两个成分，其中所述至少两个成分的各者相对于彼此的比例是经选择以提供所述主体与欲沉积于所述遮盘顶部的材料实质相似的热膨胀系数；以及传送机械手，是可移动地耦接至所述腔室主体，用以传送所述遮盘至所述基板支撑件。
在部分实施例中，具有可调整的热膨胀系数的遮盘是包含主体，所述主体包含有顶表面、底表面及周边表面，所述周边表面耦接所述顶表面至所述底表面，其中所述主体包含铝及硅，其中铝与硅的比例为约1∶4至约7∶3，且其中所述主体的热膨胀系数与欲沉积于所述主体顶部上的材料的热膨胀系数为实质相似。
附图说明
由前述发明内容可简要的了解本发明的数个实施例，而更详细的实施例内容将在以下进一步说明，并通过参考所附图式来得到对本发明更明确的了解。需注意的是，以下图式仅描述了本发明的数个较佳实施例的实施态样，并不用以限定本发明范围，因本发明是允许其它可合理推知的等效实施例。
图1为根据本发明的部分实施例的示范性遮盘的顶视图。
图2为沿着根据本发明的部分实施例的图1中的示范性遮盘的中心线所得的部分侧剖面示意图。
图3为沿着根据本发明的部分实施例的遮盘的另一实施例的中心线所得的部分侧剖面示意图。
图4为与本发明的部分实施例结合使用的示范性处理腔室的图解示意图。
为助于了解本发明，图中尽可能使用相同的组件符号来代表相似的组件。应可预期一实施例的组件或特征结构可有利地并入其它实施例，而不需另行赘述。
具体实施方式
本发明的具体实施例一般是关于一种半导体处理腔室，特别是关于一种遮盘。本发明设备包含遮盘，所述遮盘使用于处理腔室调节操作中。本发明设备是提供了一种轻便的、具成本效益的遮盘，所述遮盘具有可抵抗变形、提供协调的热膨胀系数及改良的附着特性等优越性能。
图1为根据本发明部分实施例的示范性遮盘的顶视图。图2为沿着根据本发明部分实施例的图1中的示范性遮盘的中心线所得的侧剖面示意图。为求最了解本发明，读者应同时参考图1及图2。虽然在此处本发明的遮盘是描述为盘状结构，但所述遮盘可视需要而具有适当的几何形状以在特定的处理腔室中操作。
遮盘100一般包含主体102及外表面128。所述外表面128至少包含顶表面104、底表面106以及外径部(outer diameter)108。虽然此处依据外径部而被认定为盘状结构，所述遮盘100并不因此受限遮盘100的形状为圆形，所述遮盘100可视在此处所提及的所欲放置的处理腔室而为任何适宜的形状。所述底表面106可包含至少一个特征结构(feature)107与传送机械手(图中未示)的部件接合，以促进稳定且精准的移动。在一实施例中，所述特征结构107是形成于所述主体102的所述底表面106上的，所述特征结构107是环状沟槽120及/或盲孔140(图中以虚线示出)。所述环状沟槽120及所述盲孔140是与所述主体102的中心线109对准，以提供与机械手(图中未示出)接合时的已知参考位置。
所述顶表面104通常为平坦的，且所述顶表面104定向是实质上与所述主体102的所述中心线109垂直。所述底表面106通常亦为平坦的，且所述底表面106定向是实质上与所述主体102的所述中心线109垂直。在部分实施例中，所述主体102包含有外径部108，所述外径部108为大约6-12英寸，如约6、8或是11.85英寸，且所述主体102介于所述顶表面104及所述底表面106间的厚度为大约0.1-0.25英寸，如，约0.15英寸。
在部分实施例中，双重梯部110是形成于所述底表面106的外部，如图2所示。所述双重梯部110是包含内梯部112及外梯部114。所述内梯部112及所述外梯部114是实质平行于所述底表面106。所述内梯部112与所述底表面106是由内壁116分隔开。相对于所述底表面106，所述外梯部114是较所述内梯部112而更延伸进入所述主体102。所述外梯部114是设置于所述内梯部112的径向外侧，并且所述外梯部114耦接于所述外径部108。所述外梯部114及所述内梯部112是由外壁118分隔开。所述外壁118及所述内壁116是实质平行于所述主体102的所述中心线109。在部分实施例中，所述外梯部114及所述顶表面104间的转接处为圆形的，举例来说，所述外径部108具有全径(full radius)。
所述沟槽120是形成在所述主体102的所述底表面106中而位于所述内梯部112的径向内侧。在部分实施例中，所述沟槽120包含内沟槽壁122、外沟槽壁124，以及沟槽底部126。所述内沟槽壁122及所述外沟槽壁124是实质平行于所述主体102的所述中心线109。所述沟槽底部126是实质垂直于所述主体102的所述中心线109。在部分实施例中，相对于所述底表面106，所述沟槽底部126是较所述外梯部114而更延伸进入所述主体102。
所述主体102是可由任何具足够机械强度，以抵抗可能因沉积材料沉积在所述遮盘100的顶部所造成的额外重量而变形的材料所构成。在部分实施例中，所述材料亦可能是一些轻量物质，以允许传送机械手轻易地操作所述遮盘100。在部分实施例中，所述主体102可以是由铝、铝合金、铝硅合金或其它适合的材料所制成。在部分实施例中，所述主体102可由金属复合物所制成，如铝硅(AlSi)。所述主体102是可由任何适于形成期望形状的方法来制造，如：机械加工(machining)、挤压(extruding)、冲压(stamping)、模具铸造(mold casting)、压铸(die casting)、喷射铸造(spray casting)、喷雾沉积(spray deposition)或其它类似方法。
在部分实施例中，所述主体102是包含第一材料，所述第一材料的热膨胀系数(coefficient of thermal expansion，CTE)实质上是与欲沉积于所述遮盘100顶部的第二材料相似，以促进所述遮盘100的所述表面128与所述欲沉积材料间的附着力，进而防止了沉积材料剥离(如：脱落)以及降低粒子生成。举例来说，在以钛(Ti)或氮化钛(TiN)沉积在所述遮盘100顶部的实施例中(例如具有介于9-11ppm/℃的热膨胀系数)，所述主体102是包含铝硅(AlSi)，所述铝硅的热膨胀系数为9-11或是大约11ppm/℃。在部分实施例中，可以改变用于形成所述主体102的材料的成分比例，以提供可调整的热膨胀系数范围。举例来说，在例如所述主体102包含铝硅的部分实施例中，其中铝与硅的比例可从大约1∶4至大约7∶3，造成热膨胀系数的范围大约在5-17ppm/℃。又如在铝与硅的比例在大约1∶3.5至1∶4.5且最佳是比例为1∶4的实施例中，热膨胀系数约为5ppm/℃。在铝与硅的比例在大约3∶6.5至3∶7.5且最佳是比例为3∶7的实施例中，热膨胀系数约为7ppm/℃。在铝与硅的比例在大约1∶0.75至1∶1.25且最佳是比例为1∶1的实施例中，热膨胀系数约为11ppm/℃。在铝与硅的比例在大约7∶2.5至7∶3.5且最佳是比例为7∶3的实施例中，热膨胀系数约为17ppm/℃。
在部分实施例中，所述主体102的所述表面128是经纹理化(textured)以促进所述表面128与所述表面128上的沉积材料间的附着力，进而防止所述沉积材料自所述遮盘100脱落。所述主体102的所述表面128是可通过任何适于适当地纹理化或是粗糙化的工艺来达到纹理化的目的，举例来说，喷砂处理，如喷粒处理(grit blasting)、喷砂(sand blasting)、珠击(bead blasting)或其它类似方法。在部分实施例中，如包含铝硅的所述主体102，所述主体102的所述表面128通过适当的处理(如通过喷粒处理)而被纹理化至平均粗糙度高达约600至约800Ra。
在部分实施例中，至少一部份的所述主体102的所述表面128是覆盖有涂层142。所述涂层142为双弧喷涂(twin-arc-spray)铝沉积或是其它适当的涂层。承接所述涂层142的表面可经前述纹理化工艺处理过。在一实施例中，所述涂层142是配置于所述主体102的顶表面104及所述外径部108上。
在部分实施例中，也提供一种制作具有可调性热膨胀系数的遮盘的方法。举例来说，在部分实施例中，所述主体102是由第一材料构成，所述第一材料包含至少两个成分，其中所述至少两个成分的各者相对于彼此的比例是经选择，以提供所述主体102的热膨胀系数是实质上与欲沉积于所述主体102顶部上的第二材料的热膨胀系数相似。在部分实施例中，所述第一材料的成分可为铝与硅。如前所述，铝与硅的比例可经选择以提供期望的热膨胀系数(例如，铝与硅的比例大约在1∶4到7∶3间时，会导致热膨胀系数为约5到约17ppm/℃间)。所述第二材料的热膨胀系数已被确定，而可通过选择所述第一材料的成分的比例，而可得到与所述第二材料的热膨胀系数实质相配的热膨胀系数。举例来说，在部分实施例中，钛或氮化钛是将被沉积在所述遮盘100的顶部，钛或氮化钛的热膨胀系数是介于约9-11ppm/℃。同样地，所述主体102可包含有铝及硅，通过控制铝与硅的比例，则可提供大约介于9-11ppm/℃，或约11ppm/℃的热膨胀系数。
图3为根据本发明的一些实施例中，由另一实施例的遮盘300的中心线所得的部分侧剖面示意图。所述遮盘300是可由前述关于所述遮盘100所讨论的材料制成。
在一实施例中，所述遮盘300是包含主体302，所述主体302具有顶表面304、外径部332及底表面306。在一实施例中，所述外径部332是可以为弯曲的，例如所述外径部332具有全径。在一实施例中，所述外径部332与所述顶表面304间的交会处为倾斜表面320。所述倾斜表面320是可界定角度334，所述角度334大约为介于30到60度间，例如大约45度。所述顶表面304是通常垂直于所述主体302的中心线109。所述外径部332可包含外径部壁324，所述外径部壁324配置于所述外径部332及所述底表面306内侧。在一实施例中，所述外径部壁324是实质上与所述主体302的所述中心线109为平行定向。
如图3所示，所述底表面306包含至少两个垫部(pad)，所述至少两个垫部分别为外支撑表面316及内支撑表面318，用以支撑所述主体302在所述基板支撑件的上表面上。所述外支撑表面316是配置而相邻于所述外径部壁324。所述内支撑表面318是配置而紧邻于所述主体302的所述中心线109。
所述主体302的所述底表面306是包含选择性的盲孔140，盲孔140用以容设所述机械手端效器的中央定位销442(如图4所示)。所述盲孔140是与所述主体302的所述中心线109对齐。
双重梯部308是形成于所述支撑垫部(支撑表面316及318)及所述主体302的所述底表面306间。所述双重梯部308包含两个外梯部310及312，所述外梯部312是位于所述外梯部310的外侧，且实质大于所述外梯部310。内梯部314是形成于所述外梯部310及312间，并且所述内梯部314较所述外梯部310及312而更延伸进入所述主体302中。
在一实施例中，至少一部份的所述主体102是覆盖有涂层142。承接所述涂层142的所述主体102的部分包含所述顶表面304、所述外径部332及所述倾斜表面320。所述涂层142是可为双弧喷涂铝沉积或是其它如前所述适合的涂层。且承接所述涂层142的表面是可如前所述而经纹理化处理。
图4为与本发明的部分实施例结合使用的示范性处理腔室400的图解示意图。在部分实施例中，所述处理腔室400为由数个腔室结合以形成多腔室处理系统(如，群集工具)中的一个腔室。在部分实施例中，所述处理腔室400为沉积腔室，举例来说，为物理气相沉积(PVD)腔室。可根据本发明而经修改的示范性处理腔室及群集工具是描述于2006年3月7日公告的美国专利第7,008,517号。
所述处理腔室400是包含腔室主体402及盖组件404，且所述腔室主体402及所述盖组件404是定义出可抽真空的工艺容积406。所述腔室主体402一般是包含侧壁408及底部410。所述侧壁一般是包含数个孔洞，而所述孔洞包含出入端口、泵送端口、遮盘端口412(图中并未示出所述出入端口及所述泵送端口)。可密封的出入端口(图中未示)是提供所述基板(图中未示)自所述处理腔室400的出入口。所述泵送端口是耦接至泵送系统(图中未示)，所述泵送系统是用以排空及控制所述工艺容积406中的压力。如图4所示，当所述遮盘100/300位于离开位置(clearedposition)时，所述遮盘端口412是配置以允许至少一部份的所述遮盘100/300通过所述遮盘端口412中。通常外壳416是覆盖所述遮盘端口412以维持所述工艺容积406内的真空完整性。
所述腔室主体402的所述盖组件404通常是用以支撑由所述盖组件404悬置的环状屏蔽418，且所述环状屏蔽418是支撑遮蔽环(shadowring)420。通常所述遮蔽环420是配置以限制沉积发生在所述基板暴露于所述遮蔽环420的中心的一部分。所述盖组件404通常是包含靶材422及磁控管424。
所述靶材422是提供在沉积工艺中沉积至所述基板上的材料，而所述磁控管424是在处理期间增进靶材材料消耗的均一性。所述靶材422及所述基板支撑件426通过功率源428而相对于彼此偏压。惰性气体(如，氩气)是由气源430而提供至所述工艺容积406中。等离子自所述惰性气体而形成于所述基板及所述靶材422间。所述等离子中的离子是被加速朝向所述靶材422，并造成所述靶材422的材料被逐出。所述被逐出的靶材材料是被吸引朝向所述基板并在所述基板上沉积成材料薄膜。
所述基板支撑件426一般是配置于所述腔室主体402的所述底部410上，并且在处理期间所述基板支撑件426用以支撑所述基板。遮盘机械装置432通常是配置而紧邻于所述基板支撑件426。所述遮盘机械装置432一般是包含叶片434及致动器436，其中所述叶片434是用以支撑所述遮盘100，而所述致动器436是通过轴杆438而耦接至所述叶片434。
所述叶片434是可于如图4所示的离开位置与第二位置之间移动，在所述第二位置时，是将所述遮盘100/300放置而与所述基板支撑件426为实质同中心(如图4中虚线所示)。在所述靶材预烧和腔室贴合的工艺中，所述遮盘100/300是可转移(通过利用举升销)至所述基板支撑件426上的所述第二位置上。而所述叶片434则是在所述靶材预烧和腔室贴合的工艺中，回到所述离开位置。所述致动器436是可为任何适于旋转所述轴杆438一定角度以使所述叶片434移动于所述离开位置及所述第二位置间的装置。
所述叶片434是选择性地包含有中央定位销442，所述中央定位销442是按一定尺寸制作以与所述遮盘100/300的底部中央内所形成的所述盲孔140紧配。所述中央定位销442将所述遮盘100/300定位于所述叶片434上预先定义好的位置，以促进所述基板的更准确转移。
虽然前述内容是关于本发明的实施例，然本发明其它和更多的实施例也可于不悖离本发明的基本范围下进行设计，且本发明的范围应由以上权利要求书界定。
Claims (19)
1.一种遮盘（shutter disk），包含：
碟状主体，所述主体包含：
顶表面；
底表面；
外径部（outer diameter），设置于所述顶表面与所述底表面之间；
以及
双重梯部，连接所述底表面至所述外径部。
2.如权利要求1所述的遮盘，其中所述双重梯部更包含：
外梯部及内梯部，所述外梯部相对于所述内梯部更延伸进入所述主体。
3.如权利要求2所述的遮盘，其中所述主体更包含：
外壁，连接所述外梯部至所述内梯部，且所述外壁平行于所述主体的中心线。
4.如权利要求3所述的遮盘，其中所述内梯部及所述外梯部垂直于所述主体的所述中心线。
5.如权利要求1所述的遮盘，其中所述主体更包含：
环状沟槽，形成于所述底表面中而设置在所述双重梯部的径向内侧。
6.如权利要求5所述的遮盘，其中所述双重梯部更包含：
外梯部及内梯部，所述外梯部延伸进入所述主体的程度大于所述内梯部，但少于所述环状沟槽。
7.如权利要求1所述的遮盘，其中所述主体更包含：
盲孔，形成于所述主体的所述底表面中，且所述盲孔的中心线与所述主体的中心线为共直线（co-linear）。
8.如权利要求1所述的遮盘，其中所述主体是由铝、铝合金及金属复合材料的至少其中之一所制成；且其中所述主体的所述顶表面涂覆有铝涂层。
9.如权利要求1所述的遮盘，其中所述主体更包含：
倾斜表面，耦接所述外径部至所述顶表面。
10.如权利要求9所述的遮盘，其中所述主体更包含：
盲孔，形成于所述主体的所述底表面中，且所述盲孔的中心线与所述主体的中心线为共直线。
11.如权利要求9所述的遮盘，其中所述双重梯部更包含：
外梯部及内梯部，所述内梯部相较于所述外梯部而更延伸进入所述主体中。
12.如权利要求1所述的遮盘，其中所述主体是由铝硅（AlSi）所制成；且其中所述主体的所述顶表面涂覆有铝涂层。
13.如权利要求1所述的遮盘，其中所述主体是由铝硅合金所制成；且其中所述主体的所述顶表面涂覆有铝涂层。
14.一种遮盘，包含：
碟状主体，所述主体包含：
顶表面；
底表面；
外径部，设置于所述顶表面与所述底表面之间；
外梯部，形成于所述底表面上；
内梯部，形成于所述底表面上而位于所述外梯部的内侧，所述外梯部较所述内梯部而更延伸进入所述主体；
外壁，连接所述外梯部至所述内梯部，且所述外壁平行于所述主体的中心线；以及
环状沟槽，形成于所述底表面中而设置于所述内梯部的径向内侧。
15.如权利要求14所述的遮盘，其中所述内梯部与所述外梯部垂直于所述主体的所述中心线，且所述外梯部延伸进入所述主体的程度大于所述内梯部，但少于所述环状沟槽。
16.如权利要求15所述的遮盘，其中所述主体更包含：
盲孔，形成于所述主体的所述底表面中，且所述盲孔的中心线与所述主体的中心线为共直线。
17.如权利要求15所述的遮盘，其中所述主体是由铝、铝合金及金属复合材料中的至少其中之一所制成；以及
其中所述顶表面的平均粗糙度高达600至800Ra间，且所述顶表面涂覆有双弧喷涂铝涂层。
18.如权利要求15所述的遮盘，其中所述主体是由铝硅（AlSi）所制成；以及其中所述顶表面的平均粗糙度高达600至800Ra间，且所述顶表面涂覆有双弧喷涂铝涂层。
19.如权利要求15所述的遮盘，其中所述主体是由铝硅合金所制成；以及
其中所述顶表面的平均粗糙度高达600至800Ra间，且所述顶表面涂覆有双弧喷涂铝涂层。
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