CN102859029B - 具有中心馈送射频能量的用于物理气相沉积的装置 - Google Patents
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Abstract
在某些实施例中，一种用来将射频能量耦接至靶材的馈送结构可包括：主体，该主体具有用来接收射频能量的第一末端和与该第一末端相对以将该射频能量耦接至靶材的第二末端，该主体进一步具有被设置为从该第一末端至该第二末端贯穿该主体的中心开口；第一部件，该第一部件在该第一末端处耦接至该主体，其中该第一部件包括外接该主体且从该主体径向向外延伸的第一元件，和设置在该第一部件中以从射频电源接收射频能量的一个或多个端子；和源分布板，该源分布板耦接至该主体的该第二末端以将该射频能量分布至该靶材，其中该源分布板包括被设置为贯穿该板且与该主体的该中心开口对准的孔。
Description
领域
本发明的实施例一般涉及物理气相沉积处理设备。
背景
某些常规射频（radio frequency;RF）物理气相沉积（physical vapordeposition;PVD）腔室经由耦接至溅射靶材的电气馈送件（electrical feed）向溅射靶材提供RF和直流电（DC）能量。本发明的发明者发现具有耦接至靶材的RF和DC能量的常规PVD腔室在所处理的基板上提供不均匀的沉积分布（deposition profile）。
因此，本发明的发明者提供一种经改良的RF馈送结构及结合该RF馈送结构的PVD腔室。
概述
本发明提供用于物理气相沉积的方法和装置。在某些实施例中，一种用来将射频能量耦接至物理气相沉积腔室中的靶材的馈送结构可包括：主体，所述主体具有用来接收射频能量的第一末端和与所述第一末端相对以将所述射频能量耦接至靶材的第二末端，所述主体进一步具有中心开口，所述中心开口被设置为从所述第一末端至所述第二末端贯穿所述主体；第一部件，所述第一部件在所述第一末端处耦接至所述主体，其中所述第一部件包括外接所述主体且自所述主体径向向外延伸的第一元件，和设置在所述第一部件中以从射频电源接收射频能量的一个或多个端子；和源分布板，所述源分布板耦接至所述主体的所述第二末端以将所述射频能量分布至所述靶材，其中所述源分布板包括经被设置为贯穿所述板且与所述主体的所述中心开口对准的孔。
在某些实施例中，一种用于物理气相沉积的装置可包括：射频电源，所述射频电源用来提供射频能量；处理腔室，所述处理腔室具有基板支撑件和靶材，所述基板支撑件设置在所述处理腔室的内部空间中，而所述靶材面向所述基板支撑件的支撑表面而设置在所述处理腔室的所述内部空间中；源分布板，所述源分布板设置在所述处理腔室的外部，且沿所述靶材的周围边缘而耦接至所述靶材的背部，以紧邻所述靶材的所述周围边缘来分布所述射频能量；和主体，所述主体具有第一末端、与所述第一末端相对的第二末端、被设置为从所述第一末端至所述第二末端贯穿所述主体的中心开口、和在所述第一末端处耦接至所述主体的第一部件；其中所述第一部件包括外接所述主体且自所述主体径向向外延伸的第一元件，和设置在所述第一部件中的一个或多个端子，其中所述一个或多个端子中的至少一个端子耦接至所述射频电源；并且其中所述主体的所述第二末端耦接所述源分布板在与所述靶材相对的所述源分布板的第一侧面上。
在某些实施例中，一种用于物理气相沉积的装置可包括：射频电源，所述射频电源用来提供射频能量；处理腔室，所述处理腔室具有基板支撑件和靶材，所述基板支撑件设置在所述处理腔室的内部空间中，且所述靶材面向所述基板支撑件的支撑表面而设置在所述处理腔室的所述内部空间中；源分布板，所述源分布板设置在所述处理腔室的外部且沿所述靶材的周围边缘而耦接至所述靶材的背部，以紧邻所述靶材的所述周围边缘来分布所述射频能量；和主体，所述主体具有第一末端、与所述第一末端相对的第二末端、被设置为从所述第一末端至所述第二末端贯穿所述主体的中心开口、和在所述第一末端处耦接至所述主体的第一部件；其中所述第一部件包括：第一元件，所述第一元件外接所述主体且从所述主体径向向外延伸；悬臂，所述悬臂从所述第一元件伸出；端子，所述端子设置在所述悬臂中以从所述射频电源接收所述射频能量；和狭槽，所述狭槽被设置为贯穿介于所述端子与所述主体之间的所述第一元件，以围绕所述狭槽而将所述射频能量从所述端子引导至所述主体，其中所述狭槽具有约180度至约小于360度的弧长；并且其中所述主体的所述第二末端耦接所述源分布板在与所述靶材相对的所述源分布板的第一侧面。
下文将描述本发明的其他和进一步实施例。
附图简要说明
参考附图中所示的本发明说明性实施例，可了解以上简要概括的和以下更详细论述的本发明实施例。然而，应注意，附图仅图示本发明的典型实施例，因为本发明可允许其他同等有效的实施例，因此不应视为是对本发明范围的限制。
图1示出根据本发明的某些实施例的处理腔室的示意截面图。
图2示出根据本发明的某些实施例的馈送结构的示意截面图。
图3示出根据本发明的某些实施例的处理腔室的示意截面图。
图4A至图4F示出根据本发明的某些实施例的馈送结构的其他配置的俯视图的非限制性实例。
为促进理解，在可能情况下使用相同标号代表附图所共有的相同元件。附图未按比例绘制且为清楚起见可予以简化。预期一个实施例的元件和特征可有利地并入其他实施例中而无需进一步叙述。
具体描述
在此提供将RF和视需要的DC能量或电力耦接至物理气相沉积（PVD）腔室的靶材的装置，以及具有耦接至靶材的中心馈送RF和视需要的DC电力的物理气相沉积（PVD）腔室。本发明的装置有利地允许将RF和DC电力耦接至物理气相沉积（PVD）腔室中的靶材，以使得紧邻于靶材且处于腔室内的电磁场更为均匀，进而促进靶体材料更为均匀地分布在所处理的基板上。在某些实施例中，本发明的装置有益于高压射频（RF）PVD应用，诸如从约1mTorr至约500mTorr范围的压力。低压RF PVD也可受益于在此所公开的本发明的装置。
图1示出根据本发明的某些实施例的物理气相沉积腔室（处理腔室100）的示意截面图。合适PVD腔室的实例包括Plus及SIPPVD处理腔室，两者可购自加利福尼亚州圣克拉拉市的应用材料公司（AppliedMaterials,Inc.）。应用材料公司或其他制造商的其他处理腔室也可受益于在此所公开的本发明的装置。
处理腔室100包括基板支撑底座102和诸如靶材106之类的溅射源，所述基板支撑底座102用于接纳基板104于所述基板支撑底座102上。基板支撑底座102可位于接地壳体壁1（enclosure wall）08内，所述接地壳体壁108可为腔室壁（如图示）或接地屏蔽。在图1中，接地屏蔽140图示为覆盖靶材106上方的腔室100的至少某些部分。在某些实施例中，接地屏蔽140也可延伸于靶材下方以包围底座102。
处理腔室包括用于将RF和DC能量耦接至靶材106的馈送结构110。馈送结构为用于将RF能量和视需要的DC能量耦接至靶材，或将RF能量和视需要的DC能量耦接至（例如）如在此所述的含有靶材的组件的装置。在某些实施例中，馈送结构110可为管状。如在此所使用的，管状通常代表具有任何一般截面的空心部件，而并非仅仅代表具有圆形截面的空心部件。馈送结构110包括主体112，所述主体112具有第一末端114和与第一末端114相对的第二末端116。在某些实施例中，主体112进一步包括中心开口115，所述中心开口115经设置而从第一末端114至第二末端116贯穿主体112。
馈送结构110的第一末端114可耦接至RF电源118及视需要耦接至DC电源120，所述RF电源118和DC电源120可分别用来向靶材106提供RF和DC能量。举例而言，DC电源120可用来向靶材106施加负电压或偏压。在某些实施例中，由RF电源118所供应的RF能量可处于从约2MHz至约60MHz的频率范围中，或（例如）可使用诸如2MHz、13.56MHz、27.12MHz或60MHz之类的非限制性频率。在某些实施例中，可提供多个RF电源（即，两个或两个以上），以提供处于多个上述频率中的RF能量。馈送结构110可由合适导电材料来制造，以从RF电源118和DC电源120传导RF和DC能量。视需要，DC电源120可替代地耦接至靶材，而无需经过馈送结构110（如图1中的模型所示）。
馈送结构110可具有合适长度254以促进各自RF和DC能量在馈送结构110的周边附近大体上均匀分布。举例而言，在某些实施例中，馈送结构110可具有约0.75英寸至约12英寸的长度254，或约3.26英寸的长度254。在某些实施例中，在主体112不具有中心开口（如以下所论述且如图3中所示）的情况下，馈送结构110可具有约0.5英寸至约12英寸的长度254。
在某些实施例中，主体可具有至少约1:1的长度与内径（inner diameter;ID252）之比。在某些实施例中，主体可具有至少约0.5:1（例如，约0.6:1）的长度与外径（outer diameter;OD250）之比。本发明的发明者发现提供至少1:1或更大的长度与ID之比或至少0.5:1或更大的长度与OD之比，便使得从馈送结构110更为均匀地传送RF能量（即，RF能量更为均匀地分布于馈送结构周围，以使得RF能量大致上耦接至馈送结构110的真实中心点）。
馈送结构110的内径252（即，中心开口115的直径）可为尽可能小，例如，为约1英寸至约11英寸，或约3.9英寸，而同时仍允许磁控管轴件延伸穿过所述馈送结构110。在某些实施例中，在无磁控管轴件存在的情况下（例如，未使用磁控管，或以除了经由设置在靶材的背面上方中心处的轴件之外的方式（诸如，经由如图3中所示的偏心轴件）来控制磁控管），馈送结构110的内径252可小至为零英寸（例如，主体112可不具备中心开口115）。在此类实施例中，馈送结构110的内径252（若有）可为（例如）约0英寸至约11英寸。
馈送结构110的外径250可为尽可能小，例如，约1.5英寸至约12英寸，或约5.8英寸，而同时保持馈送结构110的足够壁厚以确保机械完整性。在某些实施例中，如图3所示，在无磁控管轴件存在的情况下，馈送结构110的外径250可小至为约0.5英寸。在此类实施例中，馈送结构110的外径250可为（例如）约0.5英寸至约12英寸。
提供较小内径（和较小外径）便会促进长度与ID之比（和长度与OD之比）的提高，而无需增加馈送结构110的长度。虽然上文将馈送结构110描述为用来将RF和DC能量两者耦接至靶材，但馈送结构110也可用来仅将RF能量耦接至靶材，而不提供DC能量或将DC能量自不同位置耦接至靶材。在此类实施例中，即使DC能量（若提供）可能不如经由馈送结构110所提供的一样均匀，RF能量仍然较为均匀地被提供至靶材以促进较为均匀的等离子体处理。
主体112的第二末端116耦接至源分布板122。源分布板包括孔124，所述孔124被设置为贯穿源分布板122且与主体112的中心开口115对准。源分布板122可由合适导电材料来制造，以从馈送结构110传导RF和DC能量。
源分布板122可经由导电部件125而耦接至靶材106。导电部件125可为具有第一末端126的管状部件，所述第一末端126紧邻源分布板122的周围边缘而耦接至源分布板122的面向靶材的表面128。导电部件125进一步包括第二末端130，所述第二末端130紧邻靶材106的周围边缘而耦接至靶材106的面向源分布板的表面132（或耦接至靶材106的背板146）。
空腔134可由导电部件125的向内壁、源分布板122的面向靶材的表面128和靶材106的面向源分布板的表面132来限定。空腔134经由源分布板122的孔124而以流体（fluidly）连通至主体112的中心开口115。空腔134和主体112的中心开口115可用来至少部分地容纳如图1所图示及下文进一步描述的可旋转磁控管组件136的一个或多个部分。在某些实施例中，可用诸如水（H2O）或类似物之类的冷却流体至少部分地填充空腔。
可提供接地屏蔽140以覆盖处理腔室100的盖子的外部表面。接地屏蔽140可（例如）经由腔室主体的接地连接而耦接至地面。接地屏蔽140具有中心开口，以允许馈送结构110穿过接地屏蔽140而耦接至源分布板122。接地屏蔽140可包含任何合适导电材料，所述导电材料诸如是铝、铜或类似物。在接地屏蔽140与分布板122、导电部件125及靶材106（及/或背板146）的外表面之间提供绝缘间隙139，以防止将RF和DC能量直接引送至地面。绝缘间隙可填充有空气或某些其他合适介电材料，所述介电材料诸如是陶瓷、塑料或类似物。
在某些实施例中，接地轴环（gound collar）141可设置在馈送结构110的主体112及下部周围。接地轴环140耦接至接地屏蔽140，且接地轴环140可为接地屏蔽140的一体成形的部分或可为耦接至接地屏蔽以提供馈送结构110的接地的独立部分。接地轴环140可由诸如铝或铜之类的合适导电材料制成。在某些实施例中，设置在接地轴环141的内径与馈送结构110的主体112的外径之间的间隙可保持在最小限度且仅仅可足够提供电气隔离。间隙可填充有诸如塑料或陶瓷之类的隔离材料，或可为空气间隙。接地轴环141防止RF馈送件（例如，下文所论述的电气馈送件205）与主体112之间的串扰，进而改良等离子体及处理均匀性。
隔离板138可设置在源分布板122与接地屏蔽140之间，以防止将RF和DC能量直接引送至地面。隔离板138具有中心开口，以允许馈送结构110穿过隔离板138且耦接至源分布板122。隔离板138可包含诸如陶瓷、塑料或类似物之类的合适介电材料。或者，可提供空气间隙来代替隔离板138。在提供空气间隙来代替隔离板的实施例中，接地屏蔽140在结构上可足够稳固以支撑置于接地屏蔽140上的任何组件。
图2以展开图的方式示出馈送结构110，且比图1中所示的示意截面图更为详细。在某些实施例中，馈送结构110可包括第一部件，所述第一部件在主体112的第一末端处或附近耦接至主体112，且自该第一末端处径向向外延伸，以便于将馈送结构110耦接至下文所述的能量源。举例而言，在某些实施例中，馈送结构110可包括第一元件202，所述第一元件202外接主体112的第一末端114且自主体112径向向外延伸。第一元件202可制成如图2中所示的环状盘或环的形状。第一元件202可为主体112的一体成形的部分，或者可为独立元件（如由紧邻第一末端114的虚线所示），所述独立元件可紧邻于第一末端114（诸如）通过焊接、铜焊、夹持、螺栓连接或类似方式而耦接至主体112上。第一元件202包含导电材料，所述导电材料可包括与构成主体112的材料类似的材料。
端子201、端子203可设置在第一元件202中以分别将RF电源118和DC电源120耦接至第一元件202。举例而言，每一端子可被配置为接受电气馈送件205、207，用于将RF电源118和（在某些实施例中）DC电源120分别耦接至端子201、203。举例而言，电气馈送件205、207可为用于耦接RF和/或DC能量的任何合适馈送件，所述馈送件诸如是连接杆或类似物。这些端子可定位于任何合适位置，以至少在高压条件下，在基板104上实现均匀层沉积。举例而言，端子201、203可围绕中心开口115而直径上对置。或者，可沿第一元件202的直径或在任何合适设置中不对称地设置端子201、203，以在基板104上实现所期望的均匀沉积分布。或者，RF和DC能量可耦接至第一元件202中的一个或多个公共端子（例如，耦接至单个端子或耦接至端子201、203两者）。
第一元件202可具有任何合适的直径，所述合适直径是至少在高压条件下在基板104上实现均匀层沉积所需要的合适直径。第一元件202可具有从约2英寸至约20英寸的直径范围。在某些实施例中，第一元件202的直径为约10英寸。举例而言，本发明的发明者发现，与（例如）如果通过在主体112的侧壁的径向延伸位置中耦接电气馈送件205、207而将RF能量直接耦接至主体112的侧壁的情况相比较，将RF能量耦接至第一元件202可有利于在紧邻靶材的RF能量的电磁场分布中实现更大的均匀性。具体而言，虽然将RF能量直接耦接至主体112的侧壁可改良RF能量分布，但本发明的发明者发现仍存在某些不均匀性，而若距离源分布板更远地将RF能量耦接至主体，则可产生进一步改良（例如，参见上文所论述的主体112的长度与ID或OD之比，和/或将RF能量耦接至第一元件202）。
在某些实施例中，馈送结构110可包括第二部件，所述第二部件在第二末端116处或附近耦接至主体112，以便于将主体112耦接至源分布板122。在某些实施例中，第二部件可为外接主体112的第二末端116的第二元件204。第二元件204可制成如图2中所示的环状盘或凸缘（flange）的形状。第二元件204可为主体112的一体成形的部分，或者可为独立元件（如由紧邻第二末端116的虚线所示），所述独立元件可紧邻于第二末端116而（诸如）通过焊接、铜焊、夹持、螺栓连接或类似方式固定至主体112上。第二元件204包含导电材料，所述导电材料可包括与构成主体112的材料类似的材料。
第二元件204可用来将馈送结构110紧邻于孔124而耦接至源分布板122的面向主体的表面209。第二元件204可具有所期望的任何合适直径，以在馈送结构110至源分布板122的耦接中提供结构支撑。举例而言，第二元件204可具有从约2英寸至约12英寸的直径范围。在某些实施例中，第二元件204的直径为约7英寸。
在某些实施例中，馈送结构110可包括从主体112的第二末端延伸至源分布板122的孔124中的第三元件210。如图2所示，第三元件210可为管状，且可为主体112的延伸部分。举例而言，可提供第三元件210以进一步改良馈送结构110与源分布板122之间的耦接的结构稳定性。虽然图示为从源分布板122的面向主体的表面延伸至源分布板122的面向靶材的表面128，但第三元件210的长度可比图示的长度更大或更小。类似于第一元件202和第二元件204，第三元件210可为主体112的连续部分，或者可为独立元件（如由紧邻第二末端116的水平虚线示出），所述独立元件可紧邻于第二末端116而（诸如）通过焊接、铜焊、夹持、螺栓连接或类似方式固定至主体112上。第三元件210包含导电材料，所述导电材料可包括与构成主体112的材料类似的材料。
在某些实施例中，馈送结构110可进一步包括衬垫（liner）212。衬垫212可设置在主体112的中心开口124内。衬垫212可从主体112的第一末端114至源分布板122的面向靶材的表面128而填衬（line）中心开口124。衬垫212可进一步部分地设置在主体112的第一末端114的顶上，例如，设置在第一元件202紧邻主体112的中心开口115的一部分的顶上。衬垫212可包含介电材料，例如，聚四氟乙烯（polytetrafluoroethylene;PTFE）、塑料、陶瓷或类似物。举例而言，衬垫212可用来将磁控管组件136的部件与导电馈送结构110、RF电源118和DC电源120电气隔离。
图2中所示出的馈送结构110的结构仅为说明性的，并且预期其他设计。举例而言，图4A至图4E示出根据本发明的某些实施例的馈送结构110的其他设置的俯视图的非限制性实例。图4A示出馈送结构110的俯视图，其中第一部件包括设置在主体112的相对侧面上且远离中心开口115径向向外延伸的悬臂（cantilevered arm）402、404。端子201、203分别设置在臂402、404中，以分别接受电气馈送件205、207，这些电气馈送件可为连接杆，所述连接杆诸如是RF连接杆、DC连接杆或类似物。
在某些实施例中，第一部件可进一步包括环（例如，第一元件202），所述环耦接至主体112且具有从所述环处径向向外延伸的悬臂402、404。在装置的某些实施例中，本发明的发明者发现虽然单独的第一元件比起常规装置改良了紧邻于靶材的电磁场分布的均匀性，但可能无法如所期望的一样提供电磁场分布的足够均匀性。因此，本发明的发明者进一步发现提供从主体112的第一末端114或从第一元件径向延伸的一个或多个悬臂可进一步改良紧邻靶材的电磁场分布的均匀性。
在在此所公开的任一实施例中，RF能量可施加至任一端子或两端子，视需要也可将DC能量施加至任一端子或两端子。举例而言，在某些实施例中，可将RF能量施加至第一端子201，且可将DC能量施加至第二端子203。或者，可将RF能量施加至第一端子201及第二端子203两者。或者，可将RF能量及DC能量各自施加至第一端子201及第二端子203两者。
用于将RF（和/或DC）能量施加至馈送结构110的位置的数量可产生变化（例如，一个或多个）。在某些实施例中，在提供一个以上馈送位置的情况下，此类位置可对称地设置（诸如，图4A中所示出的两个相对端子201、203）。举例而言，如图4B所示，可提供两个以上（图示的四个或八个）馈送位置。图4B示出具有四个悬臂402、404、406、408的馈送结构110。每一臂具有端子（例如，201、203、401、403）以耦接至RF或DC能量源。如附图中标记的虚线410所示，也可按对称布置的方式提供具有端子的额外悬臂。可将RF能量耦接至每一端子，或耦接至相对端子，且在某些实施例中，可将DC能量耦接至每一端子或相对端子。在某些实施例中，可向第一组相对端子（例如，201、203）提供RF能量，且可向不同于第一组的第二组相对端子（例如，401、403）提供DC能量。如图4A所示，每一悬臂可从耦接至主体112的环径向向外延伸。
在某些实施例中，端子可在两个或两个以上的分立的点（而非连续地）耦接至馈送结构110的主体112。举例而言，如图4C所示，可在每一悬臂402、404与主体112之间提供狭槽414，以有利地将施加至端子203、203的能量引导至接触区域416。狭槽414以从主体112的外壁412至少部分地径向向外的方式形成，从而使得从端子至主体不存在横跨狭槽414的导电途径（例如，能量必须围绕狭槽414行进）。举例而言，由狭槽有利地迫使耦接至每一端子的能量（任一者或两者皆针对RF能量和任一者或两者皆针对DC能量）（例如）偏离端子位置90度而传播，从而即使在仅将一个RF和DC供应器耦接至馈送结构110时，也提供对称馈送。狭槽414可具有任何合适宽度，以防止或最小化狭槽的相对侧面间之间的串扰。举例而言，在某些实施例中，狭槽414可具有约1/8英寸至约2英寸的宽度，或在某些实施例中，可具有大于约1/2英寸的宽度。在某些实施例中，狭槽414可具有约45度至约90度的弧长。
在某些实施例中，如图4D所示，可提供额外狭槽418以有利地限制接触点416的大小，且有利地进一步控制将能量（RF或DC）从各别端子201、203耦接至馈送结构110的主体112的精确位置。在某些实施例中，如图4D所示，狭槽414、416可各自具有稍小于90度的弧长，以提供具有中心的四个接触点416，这些接触点416围绕馈送结构110的主体112每隔90度而设置，且这些接触点416相对于连接端子201、203的虚线（imaginary line）旋转约45度。在此类实施例中，从每一端子201、203至最近的接触点416的距离大约相等，从而促进能量从各自能量源经由馈送结构110对称施加至靶材。
上文所公开的不同实施例也可结合起来。举例而言，如图4E所示，可在多个悬臂（图示的四个悬臂402、404、406、408）中的每一悬臂上提供端子（图示的四个端子201、203、401、403），且可在每一悬臂与主体112之间提供狭槽414以将能量引导至设置在主体112周围的接触点416。可提供额外狭槽418以进一步控制以上述方式施加至端子的能量的路径。
在某些实施例中，如图4F所示，可提供单个狭槽414。狭槽414可具有介于约90度与约稍小于360度之间的弧长，或介于约180度与约稍小于360度之间的弧长。可将狭槽414提供为邻接于RF能量施加的端子（图4F中的端子203）。以此方式提供的单个狭槽414便提供单个接触点416，而使RF能量从端子203行进至RF馈送结构的主体112。接触点416在大小上可视狭槽414的弧长而变化。举例而言，当狭槽414具有约180度的弧长时，接触点416将围绕主体112延伸约180度。当狭槽414具有稍小于360度的弧长时，接触点416可较小。在此类实施例中，接触点416应为足够大，以提供坚固接触点，供舌片（tab）404耦接至主体112。
本发明的发明者超乎预期地发现在向RF馈送件提供受控不对称性时，最终到达靶材的RF能量的对称性可能更佳。举例而言，由于横跨狭槽414的较弱RF耦接与沿接触点416的较强RF耦接相结合，故可控制沿着主体112行进且到达分布板122的结合式RF能量分布（示于图1中），以使RF能量分布更加均匀或对称。本发明的发明者进一步超乎预期地发现此效果基于所提供RF能量的频率而改变。同样地，狭槽404的弧长可基于所使用的RF能量的频率而改变，以便控制提供至靶材的RF能量的对称性。在某些实施例中，如图4F所示，可提供第二端子（端子201）以将DC能量耦接至靶材。在某些实施例中，可省略第二端子。
返回至图1，可经由介电隔离件144将靶材106支撑于接地导电铝适配件（adapter）142上。靶材106包含在溅射期间待沉积于基板104上的材料，所述材料诸如是金属或金属氧化物。在某些实施例中，背板146可耦接至靶材106的面向源分布板的表面132。背板146可包含导电材料，所述导电材料诸如是铜-锌、铜-铬或与靶材相同的材料，以使得可经由背板146将RF和DC电力耦接至靶材106。或者，背板146可为不导电，且可包括诸如电气馈通件（electrical feedthrough）或类似物的导电元件（未图示），以将靶材106的面向源分布板的表面132耦接至导电部件125的第二末端130。举例而言，可包括背板146，以改良靶材106的结构稳定性。
基板支撑底座102具有面向靶材106的主要表面的材料接纳表面，且基板支撑底座102将待溅射涂布的基板104支撑在与靶材106的主要表面相对的平面位置中。基板支撑底座102可将基板104支撑于处理腔室100的中心区域148中。中心区域148被限定为处理期间处于基板支撑底座102上方的区域（例如，当在处理位置时，靶材106与基板支撑底座102之间的区域）。
在某些实施例中，基板支撑底座102可通过连接至底部腔室壁152的波纹管（bellows）150垂直移动，以允许通过处理腔室100的下部中的负载锁止阀（未图示）将基板104传送至基板支撑底座102上，且随后将基板104上升至沉积或处理位置。可从气体源154通过质量流量控制器156来将一个或多个处理气体供应至腔室100的下部中。可提供排气口158且经由阀门160将该排气口158耦接至泵（未图示），以排空处理腔室100的内部空间并便于维持处理腔室100内部的所期望的压力。
为了在基板104上诱发负的DC偏压，RF偏压电源162可耦接至基板支撑底座102。另外，在某些实施例中，处理期间负的DC自偏压可形成于基板104上。举例而言，由RF偏压电源162供应的RF电力可处于约2MHz至约60MHz的频率范围中，例如，可使用诸如2MHz、13.56MHz、或60MHz之类的非限制性频率。在其他应用中，基板支撑底座102可接地或保持为电气浮置。举例而言，电容调谐器164可耦接至基板支撑底座，以针对可能不需要RF偏压电力的应用而调整基板104上的电压。
可旋转磁控管组件136可紧邻于靶材106的背表面（例如，面向源分布板的表面132）而定位。可旋转磁控管组件136包括由基座板168支撑的多个磁铁166。基座板168连接至旋转轴件170，所述旋转轴件170与腔室100及基板104的中心轴线重合。马达（motor）172可耦接至旋转轴件170的上端，以驱动磁控管组件136的旋转。磁铁166在腔室100内产生磁场，所述磁场一般平行且接近于靶材106的表面以捕集电子且增加局部等离子体密度，进而又增加溅射率。磁铁166在腔室100的顶部周围产生电磁场，且旋转磁铁166来使影响工艺的等离子体密度的电磁场旋转，从而更为均匀地溅射靶材106。举例而言，旋转轴件170每分钟可旋转约0转至约150转。
在某些实施例中，腔室100可进一步包括连接至适配件142的凸缘（ledge）176的接地底部屏蔽174。暗区屏蔽178可支撑于底部屏蔽174上，且可通过螺钉或其他合适方式将暗区屏蔽178固定于底部屏蔽174上。底部屏蔽174与暗区屏蔽178之间的金属螺纹连接允许将两个屏蔽174、178接地至适配件142。又将适配件142密封且接地至铝腔室侧壁108。屏蔽174、178两者通常由坚硬、非磁性不锈钢形成。
底部屏蔽174向下延伸，且可包括具有大体恒定直径的大体管状部分180。底部屏蔽174沿适配件142的壁及腔室壁108向下延伸至基板支撑底座102的顶表面下方，且向上返回直至到达基板支撑底座102的顶表面为止（例如，在底部形成U形部分184）。当基板支撑底座102处于该基板支撑底座102较下的负载位置时，盖环186位于底部屏蔽174的向上延伸内部188的顶部上；但当基板支撑底座102处于该基板支撑底座102较上的沉积位置时，盖环186位于基板支撑底座102外周边上，以保护基板支撑底座102免受溅射沉积。额外沉积环（未图示）可用来遮蔽基板104的周边而免受沉积。
在某些实施例中，磁铁190可设置在腔室200周围，以在基板支撑底座102与靶材106之间有选择性地提供磁场。举例而言，如图1所示，当在处理位置中时，磁铁190可围绕腔室壁108的外部而设置在基板支撑底座102正上方区域中。在某些实施例中，可另外或替代地将磁铁190设置在其他位置中，诸如邻接于适配件142。磁铁190可为电磁体且可耦接至电源（未图示），用于控制电磁体所产生的磁场的大小。
因而，在此提供用于耦接RF和DC电力的装置。本发明的装置有利地允许将RF和DC电力耦接至物理气相沉积（PVD）腔室中的靶材，以使得可将靶材材料均匀分布于基板上。本发明的装置有益于高压射频（RF）PVD应用，诸如处于约1mTorr至500mTorr范围的压力。然而，低压RF PVD也可受益于在此所公开的本发明装置。
虽然以上描述涉及本发明的实施例，但在不背离本发明的基本范围的情况下，可设计本发明的其他和进一步实施例。
Claims (15)
1.一种馈送结构，所述馈送结构用来将射频能量耦接至物理气相沉积腔室中的靶材，所述馈送结构包括：
主体，所述主体具有第一末端和第二末端，所述第一末端用来接收所述射频能量，而所述第二末端与所述第一末端相对以将所述射频能量耦接至靶材，所述主体进一步具有中心开口，所述中心开口被设置为从所述第一末端至所述第二末端贯穿所述主体；
第一部件，所述第一部件在所述第一末端处耦接至所述主体，其中所述第一部件包括第一元件和一个或多个端子，所述第一元件外接所述主体且从所述主体径向向外延伸，所述一个或多个端子设置在所述第一部件中以从射频电源接收射频能量；和
源分布板，所述源分布板耦接至所述主体的所述第二末端，以将所述射频能量分布至所述靶材，其中所述源分布板包括孔，所述孔被设置为贯穿所述板且与所述主体的所述中心开口对准。
2.如权利要求1所述的馈送结构，其中所述主体具有足以在所述馈送结构的周边附近分布所述射频能量的长度，以使得所述射频能量均匀地提供至所述源分布板。
3.如权利要求2所述的馈送结构，其中所述主体的所述长度与所述主体的外径之比为至少0.5:1。
4.如权利要求1至3的任一项所述的馈送结构，其中所述第一部件进一步包括：
一个或多个悬臂，所述一个或多个悬臂从所述第一元件伸出，其中所述一个或多个端子中的端子设置在每一悬臂中；和
一个或多个狭槽，所述一个或多个狭槽设置在所述第一元件中，其中所述一个或多个狭槽中的至少一个狭槽设置在所述一个或多个端子中的至少一个端子与所述主体之间，以围绕所述一个或多个狭槽而将来自所述至少一个端子的能量引导至所述主体。
5.如权利要求4所述的馈送结构，其中所述一个或多个悬臂进一步包括：
两个或更多个悬臂，其中所述两个或更多个悬臂对称地设置在所述第一元件周围。
6.如权利要求4所述的馈送结构，其中所述一个或多个狭槽由单个狭槽组成，其中所述单个狭槽具有180度至小于360度的弧长。
7.如权利要求6所述的馈送结构，其中所述一个或多个悬臂由从所述第一元件延伸的一个悬臂组成，且其中所述端子设置在所述一个悬臂的相对所述第一元件的末端中。
8.一种用于物理气相沉积的装置，所述装置包括：
射频电源，所述射频电源用来提供射频能量；
处理腔室，所述处理腔室具有基板支撑件和靶材，所述基板支撑件设置在所述处理腔室的内部空间中，且所述靶材面向所述基板支撑件的支撑表面而设置在所述处理腔室的所述内部空间中；
源分布板，所述源分布板设置在所述处理腔室的外部且沿所述靶材的周围边缘耦接至所述靶材的背部，以紧邻所述靶材的所述周围边缘来分布所述射频能量；和
馈送结构，所述馈送结构包括主体，所述主体具有第一末端、第二末端、中心开口、和第一部件，所述第二末端和与所述第一末端相对，所述中心开口被设置为从所述第一末端至所述第二末端贯穿所述主体，所述第一部件在所述第一末端处耦接至所述主体；
其中所述第一部件包括第一元件和一个或多个端子，所述第一元件外接所述主体且从所述主体径向向外延伸，所述一个或多个端子设置在所述第一元件中，其中所述一个或多个端子中的至少一个端子耦接至所述射频电源；并且
其中所述主体的所述第二末端在所述源分布板与所述靶材相对的第一侧面上耦接所述源分布板。
9.如权利要求8所述的装置，其中所述主体具有足以在所述馈送结构的周边附近分布所述射频能量的长度，以使得所述射频能量均匀地提供至所述源分布板。
10.如权利要求9所述的装置，其中所述主体的长度与所述主体的外径之比为至少0.5:1。
11.如权利要求8至10的任一项所述的装置，所述装置进一步包括：
旋转磁控管组件，所述旋转磁控管组件包括磁铁和轴件，所述轴件用来使所述磁铁紧邻所述靶材的所述背部旋转，其中所述轴件与从所述靶材垂直延伸的中心轴线同轴，且其中所述轴件被设置为穿过所述主体的所述中心开口并穿过被设置为贯穿所述源分布板的对应孔。
12.如权利要求8至10的任一项所述的装置，其中所述第一部件进一步包括：
一个或多个悬臂，所述一个或多个悬臂从所述第一元件伸出，其中所述一个或多个端子中的端子设置在所述一个或多个悬臂的每一悬臂中；和
一个或多个狭槽，所述一个或多个狭槽设置在所述第一元件中，其中所述一个或多个狭槽中的至少一个狭槽设置在所述一个或多个端子中的至少一个端子与所述主体之间，以围绕所述一个或多个狭槽而将来自所述至少一个端子的能量引导至所述主体。
13.如权利要求12所述的装置，其中所述一个或多个悬臂进一步包括：
两个或更多个悬臂，其中所述两个或更多个悬臂对称地设置在所述第一元件周围。
14.如权利要求12所述的装置，其中所述一个或多个狭槽由单个狭槽组成，其中所述单个狭槽具有180度至小于360度的弧长。
15.如权利要求8至10中的任一项所述的装置，所述装置进一步包括：
直流电源，所述直流电源用来提供直流电能量，其中所述直流电源经由所述第一部件中的所述一个或多个端子中的端子而耦接至所述靶材。
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