CN105008581B - 自行定心处理屏蔽件 - Google Patents

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Abstract

一种处理屏蔽件，该处理屏蔽件可包括伸长环形主体，该伸长环形主体具有外表面和内表面；唇，该唇自该主体的外表面(位于该主体的第一端附近)向外径向延伸，使得该主体的第一部分向该第一端延伸超过该唇；多个开口，所述多个开口位于唇中；和销，该销设置于所述多个开口的每一者中，以在盖置放于该处理屏蔽件的顶部上时，使靶组件对准于该处理屏蔽件的顶部上，其中该销包含：伸长主体，该伸长主体具有：第一表面，该第一表面具有斜的周缘，其中该第一表面具有第一直径；第二表面，该第二表面与第一表面相对，其中该第二表面具有第二直径；和侧壁，该侧壁位于该第一表面与该第二表面之间，其中该侧壁具有凹面部分，该凹面部分具有第三直径。

Description

自行定心处理屏蔽件
领域
本发明的实施方式一般而言涉及物理气相沉积处理设备。
背景
在当前的物理气相沉积(PVD)腔室中，处理屏蔽件通常安装至PVD腔室的主体，与靶分离。该靶通常安装于PVD腔室的可移动盖上，且随后下降至该腔室主体上用于处理。然而，本发明人已发现，该配置可不理想地导致处理屏蔽件不精确地对准该靶。本发明人已发现，当施加至该靶的射频(RF)能量的频率增加时，对于控制任何等离子体不规则及电弧事件(所述事件可负面地影响PVD腔室内的沉积质量)，该靶与该屏蔽件之间的对准变得更加重要。当前的PVD腔室使用与该靶及该处理屏蔽件分离的特征结构，以对准这两个组件。然而，本发明人已注意到，这样的特征结构不能充分对准该靶及该处理屏蔽件。
因此，本发明人已提供用于PVD处理的改良装置。
概述
本文提供用于物理气相沉积的方法和装置。在一些实施方式中，用于具有腔室盖(该腔室盖包含耦接至该腔室盖的靶)的基板处理腔室中的处理屏蔽件包括：伸长环形主体，该伸长环形主体具有外表面和内表面，该内表面界定该主体的中央开口；唇，该唇自该主体的外表面(该主体的第一端附近的外表面)向外径向延伸，使得该主体的第一部分向该第一端延伸超过该唇；多个开口，所述多个开口位于唇中；和销，该销设置于所述多个开口的每一者中，以在盖置放于该处理屏蔽件的顶部上时使靶对准于该处理屏蔽件的顶部上，其中该销包含：伸长主体，该伸长主体具有：第一表面，该第一表面具有斜的周缘，其中该第一表面具有第一直径；第二表面，该第二表面与第一表面相对，其中该第二表面具有第二直径；和侧壁，该侧壁位于该第一表面与该第二表面之间，其中该侧壁具有凹面部分，该凹面部分具有第三直径。
在一些实施方式中，本文提供处理屏蔽件，该处理屏蔽件用于在基板处理腔室中使用，该处理腔室具有腔室盖，该腔室盖包含耦接至该腔室盖的靶。该处理屏蔽件包含伸长环形主体，该伸长环形主体具有外表面和内表面，该内表面界定该主体的中央开口；唇，该唇自该主体的外表面(位于该主体之第一端附近的外表面)向外径向延伸，使得该主体的第一部分向该第一端延伸超过该唇；三个开口，该三个开口位于唇中；以及销，该销设置于所述三开口的每一者中，以在盖置放于该处理屏蔽件的顶部时，使靶对准于该处理屏蔽件的顶部上，其中各销包含：伸长主体，该伸长主体具有：第一表面，该第一表面具有第一直径与斜的周缘；第二表面，该第二表面与第一表面相对，且具有第二直径；以及侧壁，该侧壁设置于该第一表面与该第二表面之间，其中该侧壁具有凹面部分，该凹面部分具有第三直径；其中所述三个销啮合该靶，以使该靶的外缘对准为与该主体的内表面相距第一距离。
在一些实施方式中，基板处理腔室包括：腔室主体；腔室盖，该腔室盖设置于该腔室主体的顶部，其中该腔室盖包含旋转轴，该旋转轴配置为将该腔室盖旋转至该腔室主体上；靶组件，该靶组件设置于该腔室盖之内，其中该靶组件包含耦接至背板的靶材料；和处理屏蔽件，该处理屏蔽件设置于该腔室主体之内，且位于该靶组件之下，该处理屏蔽件包含：伸长环形主体，该伸长环形主体具有外表面及及内表面，该内表面界定该主体的中央开口；唇，该唇自该主体的外表面(该主体之第一端附近的外表面)向外径向延伸，使得该主体的第一部分向该第一端延伸超过该唇；多个开口，所述多个开口位于该唇中；和销，该销设置于所述多个开口的每一者中，以在该盖置放于该处理屏蔽件的顶部时，使靶组件对准于该处理屏蔽件的顶部，其中该销包含：伸长主体，该伸长主体具有第一表面，该第一表面具有斜的周缘，其中该第一表面具有第一直径；第二表面，该第二表面与该第一表面相对，其中该第二表面具有第二直径；和侧壁，该侧壁位于该第一表面与该第二表面之间，其中该侧壁具有凹面部分，该凹面部分具有第三直径。
以下将描述本发明的其他及另外的实施方式。
附图简要说明
通过参考附图中描绘的本发明的说明性实施方式，可了解以上简短概括及以下更详细论述的本发明的实施方式。然而应注意，附图仅图示本发明的典型实施方式，且因为本发明可承认其他同等有效的实施方式，所以所述附图并不欲视为本发明的范围的限制。
图1图示根据本发明的一些实施方式的处理腔室的横截面示意图。
图2图示根据本发明的一些实施方式的处理屏蔽件的示意图。
图3图示根据本发明的一些实施方式的销及周围结构的示意图。
图4A到图4B图示根据本发明的一些实施方式位于第一位置中的处理屏蔽件及周围结构的截面图。
图5A到图5B图示根据本发明的一些实施方式位于第二位置中的处理屏蔽件及周围结构的截面图。
图6A到图6B图示根据本发明的一些实施方式位于第三位置中的处理屏蔽件及周围结构的截面图。
为便于了解，相同标号尽可能用于指定诸图共有的相同元件。附图并未按比例描绘，且为达清晰可能简化所述图式。可设想，一个实施方式中的元件及特征可有利地并入其它实施方式，而无需进一步叙述。
具体描述
本文提供用于改良的物理气相沉积处理设备的方法和装置。本发明提供改良的处理屏蔽件设计，所述设计可与一些特高频RF频率和/或用于PVD腔室或其他等离子体增强基板处理系统中溅射沉积的源材料一起使用。本发明的处理屏蔽件的实施方式可有利地减少或防止靶材料与处理屏蔽件之间的电弧作用，且通过提供该处理屏蔽件与该靶材料之间改良的对准，改良晶片沉积对称性。如本文所使用，术语对准(align/alignment)代表该靶材料的外缘与该处理屏蔽件主体的内表面的同心置放，该靶材料的外缘与该处理屏蔽件主体的内表面(该处理屏蔽件一端附近的内表面)相距第一距离。
图1图示根据本发明的一些实施方式的物理气相沉积腔室，或处理腔室100的横截面示意图。适当的PVD腔室的实例包括PVD处理腔室，该PVD处理腔室可购自加利福尼亚州圣克拉拉市应用材料公司(Applied Materials,Inc.,of Santa Clara,California)。来自应用材料公司或其他制造商的其他处理腔室也可受益于本文所公开的发明设备。
在一些实施方式中，处理腔室100具有腔室盖134，腔室盖134设置于腔室主体136的顶部。在一些实施方式中，腔室盖134可从腔室主体136的顶部旋转地(例如围绕水平轴旋转)打开，例如以安装或置换靶，或用于在处理腔室100上执行维护。在一些实施方式中，腔室盖134可围绕水平旋转轴移动，以至少从如图1所示的关闭位置移动至打开位置。腔室盖134围绕该关闭位置与该打开位置之间的旋转轴呈弧形移动。
在一些实施方式中，腔室盖134包括靶组件138。在一些实施方式中，靶组件138包含靶材料106和靶背板146。靶材料106包含在溅射期间待沉积于基板104上的材料，诸如金属或金属氧化物。在一些实施方式中，背板146可包含导电材料(诸如铜锌合金、铜铬合金或与靶同样的材料)，使得RF和DC电源可经由背板146耦接至靶材料106。或者，背板146可为非导电的，且可包括导电元件(未图标)，诸如馈电引线或类似元件。
处理腔室100进一步包含处理屏蔽件150，处理屏蔽件150设置于腔室主体136之内且位于靶组件138之下。处理屏蔽件150防止溅射的靶材料沉积于上腔室适配器142的侧壁上。如图1所示，由停置于第一支撑构件176的顶部的唇156，将处理屏蔽件150支撑于腔室主体136之内。在一些实施方式中，第一支撑构件可为上腔室适配器142的突出部分。如以下相对于图2到图6B详细描述，处理屏蔽件包含多个销162，所述多个销162配置为在腔室盖位于图1图标的关闭位置时，偏移整个靶组件138至对准处理屏蔽件150的顶部。
图2图示根据本发明的一些实施方式的处理屏蔽件150的示意图。处理屏蔽件150包含伸长环形主体208，伸长环形主体208具有外表面210和内表面212，内表面212界定伸长环形主体208的中央开口214。在一些实施方式中，伸长环形主体208由介电材料(诸如陶瓷)组成。通过提供介电伸长环形主体208，可能避免或最小化伸长环形主体208与邻近的RF热部件之间的电弧作用。中央开口214具有比靶材料106的直径大足够量的直径，以防止如上论述的电弧作用。
唇156自伸长环形主体208的外表面210(位于伸长环形主体208的第一端206附近)向外径向延伸，使得伸长环形主体208的第一部分202向第一端206延伸超过唇156。在一些实施方式中，如图1所示，在腔室主体136内，唇156在第一支撑构件176的顶部上支撑处理屏蔽件150。在一些实施方式中，处理屏蔽件150由多个紧固件(诸如螺钉或类似紧固件)耦接至第一支撑构件176，所述多个紧固件经设置穿过多个紧固件开口200，所述多个紧固件开口200经设置穿过唇156。
如以下相对于图5B描述，伸长环形主体208的第一部分202自中央开口214倾斜，以在腔室盖134在腔室主体136的顶部关闭时，有利地防止靶材料106接触处理屏蔽件150的第一部分202。
返回至图2，唇156包含多个开口204。销216设置于开口204的每一者中。在一些实施方式中，销216为陶瓷的(例如氧化铝)，以使RF热靶组件138与接地处理屏蔽件150电绝缘。将销216压入配合至开口204中且无法将销216从所述开口中移除。在一些实施方式中，销216和屏蔽件可经热控制，以在室温下易于组装及改良配合及将销216保持在屏蔽件的开口204中。如以下相对于图6B论述，当腔室盖134旋转至关闭位置中时，销216偏移整个靶组件138至对准处理屏蔽件的顶部，以使得靶材料106的外缘有利地设置为与伸长环形主体208的内表面212(位于第一端206附近)相距第一距离600，以便减少电弧作用且增强沉积工艺的均匀性。视工艺条件(诸如腔室压力、使用的RF频率及类似条件)而定，第一距离600的大小可不同。
在一些实施方式中，如图2所示，所述多个开口204为三个开口204，其中各开口204具有设置于每一开口204中的销216，但是在其他实施方式中也可提供其他数目的开口204(具有设置于各开口204中的销216)。在具有三个销的一些实施方式中，第一销和第二销比第三销更接近腔室盖134的旋转轴，进而允许在第三销啮合靶组件138之前，使第一销、第二销先啮合靶组件138。第一销和第二销实质上同时啮合靶组件138。当腔室盖134下降至腔室主体136的顶部时，此举有利地允许该两个销分担腔室盖134的重量。靶组件138与第一销和第二销的该初始啮合的步骤开始对准靶组件138。在腔室盖134在腔室主体136的顶部关闭之前，第三销与靶组件的啮合有利地提供了靶组件138的最终对准。如以下相对于图6B论述，靶组件138的最终对准使靶材料106的外缘对准为与伸长环形主体208的内表面212(位于第一端206附近)相距第一距离600。在具有三个销216的一些实施方式中，第一销和第二销可布置为使得第一销和第二销设置于与该盖的水平旋转轴平行的一条在线，且第三销经设置与第一销和第二销距离相等。例如，在一些实施方式中，第一销的中心位于与第二销的中心约成115度的位置，而第二销的中心位于与第三销的中心成约115度的位置。因此，第一销的中心与第三销的中心彼此定位成约130度。在具有三个销的一些实施方式中，所述销的中心可定位为彼此成大于或小于约115度。
如图3所示，销216包含伸长主体300，伸长主体300具有：第一表面302，第一表面302具有斜的或弯曲的周缘304，其中第一表面302具有第一直径314；第二表面306，第二表面306与第一表面302相对，其中该第二表面具有第二直径316；和侧壁308，侧壁308位于第一表面302与第二表面306之间，其中侧壁具有凹面部分310，凹面部分310具有第三直径318。在一些实施方式中，第一直径314和第二直径316实质相等，而第三直径318小于第一直径和第二直径。如以下相对于图5A到图5B所述，当腔室盖134在腔室主体136的顶部关闭时，销216的形状助于靶组件138滑动至销216之上。
图4A图标靶组件138与销216之间啮合之前的靶组件138、销216及周围结构。腔室盖134位于部分关闭位置。销216设置于处理屏蔽件150的唇156中的开口204内。销216可自唇156的开口204的底部以实质垂直的方向延伸。如上所述，销216可经压入配合至或者紧固于唇156的开口204中。
在一些实施方式中，靶组件138可包含对准特征结构，所述对准特征结构与处理屏蔽件150中的销216接口连接，或配合至处理屏蔽件150中的销216中。在一些实施方式中，如图4A所示，靶组件138的背板146可包含槽400，槽400配置为啮合销216。背板146中槽400的数目与处理屏蔽件150中销216的数目相等。背板146中槽400的置放镜面对称于处理屏蔽件150中销216的置放，以允许销216啮合槽400，且对准靶组件138与处理屏蔽件150。举例而言，在具有三个销216的实施方式中，其中第一销的中心位于与第二销的中心成约115度的位置，而第二销的中心位于与第三销的中心成约115度的位置；背板146将具有三个槽400，其中第一槽的中心位于与第二槽的中心成约115度的位置，第二槽的中心位于与第三槽的中心成约115度的位置。如图4B所示，在靶组件138与销216啮合之前，靶材料106设置于处理屏蔽件150之上。
在具有三个槽和三个销的一些实施方式中，如上论述的槽的中心至中心位置及销的中心至中心位置可彼此相距大于或小于115度。提供中心位于>115°的位置的槽和销导致更垂直的部件(即，在盖更垂直时所述销与所述槽啮合)，且因此导致更多的正面对背面未对准。提供中心位于<115°的位置的槽和销导致较不垂直的部件(即在盖较不垂直时所述销与所述槽啮合)，且因此导致较少的正面对背面未对准。然而，将需要更大的力量来克服O型环摩擦。尽管所述图式中显示三个槽和三个销，也可使用更多的销和槽(即大于3个)，以提供更高的对准，
图5A图标靶组件138与销216的一者(距离腔室盖134的旋转轴最近的一者)接触时的靶组件138、销216和周围结构。在一些实施方式中，如图5A所示，销216的斜的周缘304接触槽400的外缘。斜的周缘304有利地允许槽400沿着斜的周缘304向下滑，且滑至侧壁308(侧壁308在唇156的顶表面上延伸)的一部分之上。如图5B所示，当销216接触槽400时，靶材料106进入位于第一端206附近的处理屏蔽件150的中央开口214。如图5B所示，伸长环形主体208的第一部分202的内表面212自中央开口214倾斜，以在靶组件138旋转至处理屏蔽件150上时，防止靶材料106接触处理屏蔽件150，且刮掉至处理屏蔽件150上。在一些实施方式中，第一部分202的内表面212与中央开口214的斜度为约10度至约15度。
图6A图标靶组件138与处理屏蔽件150对准时的靶组件138、销216和周围结构。在一些实施方式中，如图6A所示，包含第一表面302、斜的周缘304与侧壁308的第一部分的销216的第一部分啮合于槽400内。销216的第一表面302不接触槽400的上表面602。如图6B所示，一旦销216与靶组件138中的槽400完全啮合，则靶材料106经有利地对准为与伸长环形主体208的内表面212(位于第一端206附近)相距第一距离600，以便防止或最小化靶材料106与处理屏蔽件150之间的电弧作用，且增强沉积工艺的均匀性。此外，一旦销216与靶组件138中的槽400完全啮合，仅有靶材料106(而非背板146)在第一距离600(也称为暗区)内，第一距离600为靶材料106的外缘与伸长环形主体208的内表面212(位于第一端206附近)之间的距离。背板146不在暗区内有利地避免背板材料的溅射。
返回至图1，在一些实施方式中，馈送结构110将RF和DC能量(视需要)耦接至靶组件138。尽管以下描述了特定的馈送结构110，也可使用具有其他配置得其他馈送结构。在一些实施方式中，馈送结构110可包括主体112，主体112具有第一端114，第一端114可耦接至RF电源118和DC电源120(视需要)，RF电源118和DC电源120可分别用于将RF能量和DC能量提供至靶组件138。馈送结构110的第二端116(与第一端114相对)耦接至腔室盖134。在一些实施方式中，主体112进一步包括中央开口115，中央开口115经设置从第一端114穿过主体112至第二端116。馈送结构110可由适当的导电材料制成，以传导来自RF电源118和DC电源120的RF能量和DC能量。
在一些实施方式中，腔室盖134可进一步包括源分布板材122，以经由导电构件125将经由馈送结构110施加的能量分布至靶组件138的周缘。因而，在一些实施方式中，主体112的第二端116可耦接至源分布板材122。源分布板材包括孔124，孔124经设置穿过源分布板材122且与主体112的中央开口115对准。源分布板材122可由适当的导电材料制成，以传导来自馈送结构110的RF能量和DC能量。
导体构件125可为管状构件，导体构件125的第一端126耦接至源分布板材122的面向靶的表面128，第一端126位于源分布板材122的周缘附近。导电构件125进一步包括第二端130，第二端130耦接至靶材料106的面向源分配板的表面132(或耦接至靶材料106的背板146)，第二端130位于靶材料106的周缘附近。
可提供接地屏蔽件140以覆盖腔室盖134的外表面。举例而言，接地屏蔽件140可例如经由腔室主体136的接地连接而耦接至地面。在一些实施方式中，接地屏蔽件140可具有中央开口，以允许馈送结构110通过接地屏蔽件140，从而耦接至源分布板材122。接地屏蔽件140可包含任何适当的导电材料，诸如铝、铜或类似材料。在接地屏蔽件140与源分布板材122的外表面、导电构件125及靶材料106(和/或背板146)之间提供绝缘缝隙139，以防止将RF能量和DC能量直接导引至地面。该绝缘缝隙可充满空气或其他一些适当的介电材料(诸如陶瓷、塑料或类似材料)。
腔室主体136含有基板支撑底座102用于将基板104接收于基板支撑底座102上。基板支撑底座102可位于接地壳壁108内，接地壳壁108可为腔室壁(如图所示)或接地屏蔽件。接地屏蔽件140可覆盖处理腔室100的位于靶材料106之上的至少一些部分。
处理屏蔽件150沿上腔室适配器142的壁和壳壁108向下延伸至低于基板支撑底座102的顶表面以下，且向上折返直至到达基板支撑底座102的顶表面。当基板支撑底座102位于基板支撑底座102的下方加载位置时，盖环186停置于处理屏蔽件150的向上延伸的内部分188的顶部上，但是，当基板支撑底座102位于基板支撑底座102的上方沉积位置时，盖环186停置于基板支撑底座102的外周上，以保护基板支撑底座102免受溅射沉积。
尽管前述内容涉及本发明的实施方式，但在不脱离本发明的基本范围的情况下，可设计本发明的其他及另外的实施方式。

Claims (14)

1.一种用于在基板处理腔室中使用的处理屏蔽件，所述基板处理腔室具有腔室盖，所述腔室盖包含耦接至所述腔室盖的靶，所述处理屏蔽件包含：
伸长环形主体，所述伸长环形主体具有外表面和内表面，所述内表面界定所述主体的中央开口；
唇，所述唇自所述主体的第一端附近的所述主体的所述外表面向外径向延伸，以使得所述主体的第一部分向所述第一端延伸超过所述唇；
多个开口，所述多个开口位于所述唇中；和
销，所述销设置于所述多个开口的至少三个的每一者中并从所述唇突出，以在所述腔室盖置放于所述处理屏蔽件的顶部时，使所述靶对准于所述处理屏蔽件的顶部上，其中第一销的中心位于与第二销的中心成约115度的位置，所述第二销的所述中心位于与第三销的中心成约115度的位置，且所述第一销的所述中心位于与所述第三销的所述中心成约130度的位置。
2.如权利要求1所述的处理屏蔽件，其中位于所述第一端附近的所述主体的所述内表面围绕所述靶设置，且与所述靶间隔第一距离。
3.如权利要求2所述的处理屏蔽件，其中当所述腔室盖呈弧形旋转至所述处理屏蔽件上时，位于所述第一端附近的所述主体的所述内表面配置为避免接触所述靶。
4.如权利要求1所述的处理屏蔽件，其中所述多个开口为三个开口。
5.如权利要求1所述的处理屏蔽件，其中在所述第三销啮合所述靶之前，所述第一销和所述第二销先啮合所述靶。
6.如权利要求5所述的处理屏蔽件，其中所述第一销、所述第二销和所述第三销啮合所述靶，以使所述靶的外缘对准为与所述主体的内表面相距第一距离。
7.如权利要求1至6的任一项所述的处理屏蔽件，其中无法将每一销从所述多个开口的每一者移除。
8.如权利要求1至6的任一项所述的处理屏蔽件，其中每一销为陶瓷的。
9.一种基板处理腔室，所述基板处理腔室包含：
腔室主体；
腔室盖，所述腔室盖设置于所述腔室主体的顶部上，其中所述腔室盖包含旋转轴，所述旋转轴配置将所述腔室盖旋转至所述腔室主体上；
靶组件，所述靶组件设置于所述腔室盖的内部，其中所述靶组件包含耦接至背板的靶材料；和
处理屏蔽件，所述处理屏蔽件设置于所述腔室主体内，且位于所述靶组件之下，所述处理屏蔽件包含：
伸长环形主体，所述伸长环形主体具有外表面和内表面，所述内表面界定所述主体的中央开口；
唇，所述唇自所述主体的第一端附近的所述主体的所述外表面向外径向延伸，以使得所述主体的第一部分向所述第一端延伸超过所述唇；
多个开口，所述多个开口位于所述唇中；和
销，所述销设置于所述多个开口的至少三个的每一者中并从所述唇突出，以在所述腔室盖置放于所述处理屏蔽件的顶部上时，使所述靶组件对准于所述处理屏蔽件顶部上，其中第一销的中心位于与第二销的中心成约115度的位置，所述第二销的所述中心位于与第三销的中心成约115度的位置，且所述第一销的所述中心位于与所述第三销的所述中心成约130度的位置，其中，所述销包含伸长主体，所述伸长主体具有：第一表面，所述第一表面具有斜的周缘，其中所述第一表面具有第一直径；第二表面，所述第二表面与所述第一表面相对，其中所述第二表面具有第二直径；和侧壁，所述侧壁位于所述第一表面与所述第二表面之间，其中所述侧壁具有凹面部分，所述凹面部分具有第三直径。
10.如权利要求9所述的基板处理腔室，其中所述唇由所述处理腔室的第一支撑构件支撑，以支撑所述腔室主体内的所述处理屏蔽件。
11.如权利要求9所述的基板处理腔室，其中所述旋转轴配置为呈弧形将所述腔室盖旋转至腔室主体上。
12.如权利要求9至11的任一项所述的基板处理腔室，其中位于所述第一端附近的所述主体的所述内表面围绕所述靶材料设置，且与所述靶材料间隔第一距离，并且其中当所述靶组件旋转至所述处理屏蔽件上时，所述第一端附近的所述主体的所述内表面避免与所述靶材料接触。
13.如权利要求9至11的任一项所述的基板处理腔室，其中所述多个开口为三个开口，每一开口具有销设置于所述开口中。
14.如权利要求13所述的基板处理腔室，其中所述第一销和所述第二销比所述第三销距离所述旋转轴更近，且其中在所述第三销啮合所述靶组件之前，所述第一销和所述第二销先啮合所述靶组件。
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