CN108780742B - 用于在物理气相沉积工艺中控制离子分数的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

公开用于在物理气相沉积工艺中控制离子分数的方法和设备。在一些实施方式中，用于处理具有给定直径的基板的处理腔室包括：内部容积和待溅射靶材，内部容积包括中心部分和周边部分；可旋转磁控管，处于靶材上方以在周边部分中形成环形等离子体；基板支撑件，设置在内部容积中以支撑具有给定直径的基板；第一组磁体，围绕主体设置以在周边部分中形成实质上竖直的磁场线；第二组磁体，围绕主体设置且处于基板支撑件上方以形成指向支撑表面的中心的磁场线；第一电源，用于电偏置靶材；和第二电源，用于电偏置基板支撑件。

Description

用于在物理气相沉积工艺中控制离子分数的方法和设备
技术领域
本公开内容的实施方式一般涉及用于半导体制造系统中的基板处理腔室。
背景技术
溅射(也被称物理气相沉积(physical vapor deposition,PVD))是在集成电路中沉积金属的方法。溅射在基板上沉积材料层。源材料，诸如靶材，被由电场强烈加速的离子轰击。轰击使材料从靶材喷出，并且材料随后沉积在基板上。在沉积期间，喷出粒子可以在不同方向上行进，而非大体上正交于基板表面行进，从而不利地造成形成在基板中的高深宽比特征的拐角上的悬突结构。悬突物可能不利地造成形成在沉积材料内的孔洞或空隙，从而造成所形成的特征的减弱的导电性。更高的深宽比几何形状更难实现无空隙的填充。
将到达基板表面的离子分数或离子密度控制到期望范围可以改进在金属层沉积工艺期间的底部和侧壁覆盖(并且减少悬突问题)。在一个示例中，可以经由诸如准直器的处理工具来控制从靶材逐出的粒子以促进向特征中提供更竖直的粒子轨迹。准直器在靶材与基板之间提供相对长的、直的且窄的通道以过滤掉影响并粘附在准直器的通道的非竖直地行进的粒子。
然而，本发明人已经发现，在一些应用中，准直器可能不利地影响在基板上的沉积均匀性。具体地讲，在一些情况下，通道形状被压印(imprint)在基板上。本发明人进一步发现，可以使用对离子和离子分数(即，等离子体中的离子数量对(versus)等离子体中的中性粒子的数量)的控制来控制在基板上的沉积特性，诸如均匀性等。
因此，本发明人提供用于在物理气相沉积工艺中控制离子分数的方法和设备的改进的实施方式。
发明内容
公开用于在物理气相沉积工艺中控制离子分数的方法和设备。在一些实施方式中，一种用于处理具有给定直径的基板的处理腔室包括：主体，具有内部容积和包括待溅射靶材的盖组件，其中内部容积包括具有大约给定直径的中心部分和围绕中心部分的周边部分；磁控管，设置在靶材上方，其中磁控管经构造以围绕处理腔室的中心轴线旋转多个磁体以在内部容积的周边部分中形成环形等离子体，并且其中多个磁体的旋转半径实质上等于或大于给定直径；基板支撑件，设置在与靶材相对的内部容积中且具有支撑表面，支撑表面经构造以支撑具有给定直径的基板；第一组磁体，围绕主体设置并接近靶材，以形成在周边部分中具有实质上竖直的磁场线的磁场；第二组磁体，围绕主体设置且处于基板支撑件的支撑表面上方以形成具有指向支撑表面的中心的磁场线的磁场；第一电源，耦合到靶材以电偏置靶材；和第二电源，耦合到基板支撑件以电偏置基板支撑件。
在一些实施方式中，一种用于处理具有给定直径的基板的处理腔室包括：主体，具有内部容积和包括待溅射靶材的盖组件，其中内部容积包括具有大约给定直径的中心部分和围绕中心部分的周边部分；磁控管，设置在靶材上方，其中磁控管经构造以围绕处理腔室的中心轴线旋转多个磁体以在内部容积的周边部分中形成环形等离子体，并且其中多个磁体的旋转半径实质上等于或大于给定直径；基板支撑件，设置在内部容积中并与靶材相对，并且具有支撑表面，支撑表面经构造以支撑具有给定直径的基板；准直器，设置在靶材与所述基板支撑件之间；第一组磁体，围绕主体设置且接近靶材以形成在周边部分中且穿过准直器具有实质上竖直的磁场线的磁场；第二组磁体，围绕主体设置且处于基板支撑件的支撑表面上方以形成具有指向支撑表面的中心的磁场线的磁场；第三组磁体，围绕主体设置且处于与准直器的面向基板的表面一样的高度或准直器的面向基板的表面下方的高度，以形成具有向内且向下地指向中心部分且指向支撑表面的中心的磁场线的磁场；第一电源，耦合到靶材以电偏置靶材；和第二电源，耦合到基板支撑件以电偏置基板支撑件。
在一些实施方式中，一种处理基板的方法包括：在处理腔室的位于基板上方且接近靶材的环形区域内形成等离子体以从靶材溅射材料，其中环形区域的内径实质上等于或大于基板的直径，使得等离子体的主要部分设置在处于基板上方和基板径向外侧的位置中；朝向基板引导从靶材溅射的材料；和在基板上沉积从靶材溅射的材料。
以下描述本公开内容的其它和进一步实施方式。
附图说明
可以参考随附附图中描绘的本公开内容的示例性实施方式来理解上文简要地概述且在下文更详细讨论的本公开内容的实施方式。然而，随附附图仅示出了本公开内容的典型实施方式，并且因此不应视为对保护范围的限制，因为本公开内容可允许其它等效实施方式。
图1描绘了根据本公开内容的一些实施方式的处理腔室的示意性横截面图。
图2描绘了根据本公开内容的一些实施方式的准直器的俯视图。
图3是根据本公开内容的一些实施方式的描绘处理基板的方法的流程图。
为了促进理解，已经尽可能地使用相同的元件符号标示各图共有的相同元件。附图未按比例绘制，并且为了清楚起见，可以进行简化。一些实施方式的元件和特征可有益地结合在其它实施方式中，而不赘述。
具体实施方式
本文公开用于在物理气相沉积工艺中控制离子分数的方法和设备的实施方式。本发明的方法和设备有利地提供在PVD工艺中对离子的更好的控制，由此进一步有利地促进对沉积结果(诸如材料在基板上沉积的均匀性)的控制。本发明的设备和方法的实施方式还可有利地改进在基板中的特征中的沉积并通过增加离子数量和减少沉积在基板上的中性物质的数量来降低必要的沉积速率。
本公开内容的实施方式在本文中参照物理气相沉积(PVD)腔室说明性地进行描述。然而，本发明的方法可以用于根据本文公开的教导修改的任何处理腔室。图1示出了根据本公开内容的实施方式的PVD腔室(处理腔室100)，例如，溅射处理腔室，其适合于在具有给定直径的基板上溅射沉积材料。在一些实施方式中，PVD腔室进一步包括设置在腔室中且由处理工具适配器138支撑的准直器118。在图1中所示的实施方式中，处理工具适配器138是冷却的处理工具适配器。可适于从本公开内容受益的合适的PVD腔室的说明性的示例包括Plus和SIP/>PVD处理腔室，两者都可从加利福尼亚州圣克拉拉的应用材料公司(Applied Materials,Inc.,of Santa Clara,California)商购得到。可从应用材料公司以及其它制造商获得的其它处理腔室也可根据本文所述的实施方式进行适配。
处理腔室100一般包括限定主体105的上侧壁102、下侧壁103、接地适配器104和盖组件111，主体105包围内部容积106。内部容积106包括具有大约待处理的基板的给定直径的中心部分和围绕中心部分的周边部分。另外，内部容积106包括在基板上方且接近靶材的环形区域，其中环形区域的内径实质上等于或大于基板的直径，使得等离子体的主要部分设置在处于基板上方和基板径向外侧的位置中。
适配器板107可以设置在上侧壁102与下侧壁103之间。基板支撑件108设置在处理腔室100的内部容积106中。基板支撑件108经构造以支撑具有给定直径(例如，150mm、200mm、300mm、450mm或类似直径)的基板。基板传送端口109形成在下侧壁103中以用于传送基板进出内部容积106。
在一些实施方式中，处理腔室100经构造以在基板(诸如基板101)上沉积例如钛、氧化铝、铝、氧氮化铝、铜、钽、氮化钽、氮氧化钽、氮氧化钛、钨或氮化钨。合适应用的非限制性示例包括在过孔、沟槽、双镶嵌式结构或类似结构中的晶种层沉积。
气源110耦合到处理腔室100以将处理气体供应到内部容积106中。在一些实施方式中，在需要时，处理气体可以包括惰性气体、非反应性气体和反应性气体。可由气源110提供的处理气体的示例包括但不限于氩(Ar)、氦(He)、氖气(Ne)、氮气(N2)、氧气(O2)和水(H2O)蒸汽等。
泵吸装置112耦接到处理腔室100以与内部容积106连通来控制内部容积106的压力。在一些实施方式中，在沉积期间，处理腔室100的压力水平可以维持处于约1托或更低。在一些实施方式中，在沉积期间，处理腔室100的压力水平可以维持处于约500毫托或更低。在一些实施方式中，在沉积期间，处理腔室100的压力水平可以维持处于约1毫托至约300毫托。
接地适配器104可以支撑靶材，诸如靶材114。靶材114由待沉积在基板上的材料制成。在一些实施方式中，靶材114可由钛(Ti)、钽(Ta)、钨(W)、钴(Co)、镍(Ni)、铜(Cu)、铝(Al)、以上材料的合金，以上材料的组合、或类似材料制成。在一些实施方式中，靶材114可以由铜(Cu)、钛(Ti)、钽(Ta)或铝(Al)制成。
靶材114可以耦接到包括用于靶材114的电源117的源组件。在一些实施方式中，电源117可以是RF功率源，其可以经由匹配网络耦合到靶材114。在一些实施方式中，电源117可替代地是DC功率源，在这种情况下，匹配网络116被省略。在一些实施方式中，电源117可以包括DC功率源和RF功率源。
磁控管170处于靶材114上方。磁控管170可以包括多个磁体172，多个磁体172被连接到轴176的底板174支撑，轴176可与处理腔室100和基板101的中心轴线轴向地对准。磁体172在处理腔室100内靠近靶材114的前面产生磁场以产生等离子体，因此大量的离子通量撞击靶材114，从而引起靶材材料的溅射发射。磁体172可以围绕轴176旋转以增加跨越靶材114的表面的磁场的均匀性。磁控管的示例包括电磁线性磁控管、蛇形磁控管、螺旋磁控管、双数字磁控管、矩形化螺旋磁控管、双运动磁控管等。磁体172围绕处理腔室100的中心轴线在大约基板的外径至大约内部容积106的外径之间延伸的环形区域内旋转。一般，磁体172可以旋转，使得在磁体172的旋转期间的最内侧磁体位置设置在待处理的基板的直径上方或外部(例如，从旋转轴线到磁体172的最内侧位置的距离等于或大于正在处理的基板的直径)。
磁控管可以具有任何合适的运动模式，其中磁控管的磁体在大约基板的外径和处理空间的内径之间的环形区域内旋转。在一些实施方式中，磁控管170具有围绕处理腔室100的中心轴线的固定的磁体172的旋转半径。在一些实施方式中，磁控管170经构造以具有围绕处理腔室100的中心轴线的磁体172的多个旋转半径或可调整的旋转半径。例如，在一些实施方式中，磁控管的旋转半径可在约5.5英寸和约7英寸之间进行调整(例如，用于处理300mm基板)。例如，在一些实施方式中，磁控管具有双重运动，其中磁体172以第一半径(例如，当处理300mm基板时为约6.7英寸)在第一预定时段旋转并以第二半径(例如，当处理300mm基板时为约6.0英寸)在第二预定时段旋转。在一些实施方式中，第一预定时段和第二预定时段是实质上相等的(例如，磁控管以第一半径旋转约处理时间的一半且以第二半径旋转约处理时间的一半)。在一些实施方式中，磁控管可以以多个半径(即，多于正好两个半径)旋转，多个半径可离散地针对不同时段设定，或在整个处理中持续变化。本发明人已经发现，当工艺使用磁控管的多半径旋转时，靶材寿命和等离子体稳定性被有利地进一步提高。
处理腔室100进一步包括上屏蔽件113和下屏蔽件120。准直器118定位在靶材114与基板支撑件108之间的内部容积106中。在一些实施方式中，准直器118具有中心区域135和周边区域133，中心区域135具有厚度T1，周边区域133具有厚度T2，厚度T2小于厚度T1。中心区域135一般对应于正在处理的基板的直径(例如，等于或实质上等于基板的直径)。因此，周边区域133一般对应于在正在处理的基板的径向向外的位置处的环形区域(例如，周边区域133的内径实质上等于或大于基板的直径)。或者，准直器118的中心区域可以具有大于正在处理的基板的直径的直径。在一些实施方式中，准直器118可以跨越整个准直器具有均匀厚度，而无单独的中心区域和周边区域。准直器118使用任何固定手段耦接到上屏蔽件113。在一些实施方式中，准直器118可以与上屏蔽件113一体地形成。在一些实施方式中，准直器118可以耦接到处理腔室内的一些其它部件并有助于相对于上屏蔽件113而定位。
在一些实施方式中，准直器118可以被电偏置以控制到基板的离子通量和基板处的中性角分布，以及因增加的DC偏置而增大沉积速率。对准直器的电偏置导致到准直器的减少的离子损失，从而有利地在基板处提供更大的离子/中性物质比率。准直器电源190(图2中示出)耦接到准直器118以促进准直器118的偏置。
在一些实施方式中，准直器118可以与接地腔室部件(诸如接地适配器104)电性隔离。例如，如图1所示，准直器118耦接到上屏蔽件113，上屏蔽件113又耦接到处理工具适配器138。处理工具适配器138可由与处理腔室100中的处理条件相容的合适的导电材料制成。绝缘环156和绝缘环157设置在处理工具适配器138的任一侧上以将处理工具适配器138与接地适配器104电性隔离。绝缘环156、157可由合适的工艺相容的介电材料制成。
在一些实施方式中，第一组磁体196可以邻近接地适配器104而设置，以协助产生磁场来引导从靶材114逐出的离子通过周边区域133。由第一组磁体196形成的磁场可以替代地或组合地防止离子撞击腔室的侧壁(或上屏蔽件113的侧壁)，并竖直地引导离子通过准直器118。例如，第一组磁体196经构造以形成在周边部分中具有实质上竖直的磁场线的磁场。实质上竖直的磁场线有利地引导离子通过内部容积的周边部分，并且当准直器118存在时，通过准直器118的周边区域133。
在一些实施方式中，第二组磁体194可以设置在某个位置中以在准直器118的底部与基板之间形成磁场来引导从靶材114逐出的金属离子并在基板上更均匀地分布离子。例如，在一些实施方式中，第二组磁体可以设置在适配器板107与上侧壁102之间。例如，第二组磁体194经构造以形成具有指向支撑表面的中心的磁场线的磁场。指向支撑表面的中心的磁场线有利地将离子从内部容积的周边部分重新分布到内部容积的中心部分并分布于基板101上方。
在一些实施方式中，第三组磁体154可以设置在第一组磁体196与第二组磁体194之间，并且大致以准直器118的中心区域135的面向基板的表面为中心或在其下方，以进一步引导金属离子朝向基板101的中心。例如，第三组磁体154经构造以产生具有向内且向下地指向中心部分且指向支撑表面的中心的磁场线的磁场。指向支撑表面的中心的磁场线进一步有利地将离子从内部容积的周边部分重新分布到内部容积的中心部分以及基板101上方。
设置在处理腔室100周围的磁体的数量可以经选择以控制等离子体解离(dissociation)、溅射效率和离子控制。第一组磁体196、第二组磁体194和第三组磁体154可以包括电磁体和/或永磁体的任何组合，必要的是沿着期望轨迹从靶材、通过准直器且朝向基板支撑件108的中心引导金属离子。第一组磁体196、第二组磁体194和第三组磁体154可以是静止的或可移动的，以在平行于腔室的中心轴线的方向上调整一组磁体的位置。
RF功率源180可以通过基板支撑件108耦合到处理腔室100，以在靶材114与基板支撑件108之间提供偏置功率。在一些实施方式中，RF功率源180可以具有在约400Hz与约60MHz之间、例如约13.56MHz的频率。在一些实施方式中，可以排除第三组磁体154，并且使用偏置功率吸引金属离子朝向基板101的中心。
在操作中，磁体172旋转以在内部容积106的环形部分中形成等离子体165以溅射靶材114。当存在准直器118时，等离子体165可形成在准直器的周边区域133上方，以在周边区域133上方溅射靶材114。磁体172的旋转半径大于基板101的半径，以确保在基板101上方存在很少溅射材料或没有溅射材料。可根据本公开内容的被修改而以合适的半径或半径范围旋转的合适的磁控管的非限制性示例包括2012年2月14日授予Chang等人的名称为“Control of Arbitrary Scan Path of a Rotating Magnetron(旋转磁控管任意扫描路径的控制)”的第8,114,256号美国专利和2017年2月28日授予Miller等人的名称为“Sputter Source for Use in a Semiconductor Process Chamber(用于在半导体处理腔室中使用的溅射源)”的第9,580,795号美国专利中公开的磁控管。
第一组磁体196形成接近周边区域133的磁场以吸引溅射材料朝向周边区域133。在一些实施方式中，溅射材料的主要部分(例如，电离的溅射材料)被第一组磁体吸引朝向周边区域。
准直器118被正偏置，使得金属溅射材料被迫使通过准直器118。然而，由于等离子体165和大多数的(即使不是全部)金属溅射材料设置在周边区域133处，金属溅射材料仅行进通过周边区域133。此外，朝向准直器的中心区域行进的大多数的(即使不是全部)中性溅射材料将可能与准直器壁碰撞并粘附到准直器壁。除了施加到基板支撑件108的偏置功率之外，第二组磁体194和第三组磁体154(当存在时)将溅射金属离子的轨迹朝向基板101的中心重新定向。因此，由于准直器118的形状而在基板上造成的印记被避免，并实现了更均匀的沉积。
由于金属中性物质的方向性不能改变，因此大多数(即使不是全部)的金属中性物质有利地不沉积在基板上。为了确保溅射金属离子的轨迹具有足够的空间来进行改变，准直器118设置在基板支撑件108的支撑表面119上方的预定高度h1处。在一些实施方式中，高度h1(从准直器118的底部到支撑表面119进行测量)在约400mm至约800mm之间，例如约600mm。高度h1还经选择以促进使用在准直器118下方的磁场来对离子的控制，以进一步改进基板101上的沉积特性。为了能够调制在准直器118上方的磁场，准直器118可以设置在靶材114下方的预定高度h2处。高度h2可以在约25mm至约75mm之间，例如约50mm。总的靶材到基板的间距(或靶材到支撑表面的间距)为约600mm至约800mm。
处理工具适配器138包括一个或多个特征，以促进在内部容积106内支撑处理工具，诸如准直器118。例如，如图1所示，处理工具适配器138包括安装环，或在径向向内方向上延伸的搁架164，以支撑上屏蔽件113。在一些实施方式中，安装环或搁架164是围绕处理工具适配器138的内径的连续环，以促进与安装到处理工具适配器138的上屏蔽件113的更均匀的热接触。
在一些实施方式中，冷却剂通道166可以提供在处理工具适配器138中，以促进冷却剂流过处理工具适配器138来移除处理期间产生的热量。例如，冷却剂通道166可以耦接到冷却剂源153以提供合适的冷却剂，诸如水。冷却剂通道166有利地从处理工具(例如，准直器118)中移除不容易传递到其它冷却的腔室部件(诸如接地适配器104)的热量。例如，设置在处理工具适配器138与接地适配器104之间的绝缘环156、157典型地由导热性差的材料制成。因此，绝缘环156、157降低了从准直器118到接地适配器104的热传递速率，并且处理工具适配器138有利地维持或增大了准直器118的冷却速率。除了提供在处理工具适配器138中的冷却剂通道166之外，接地适配器104也可以包括冷却剂通道以进一步促进移除在处理期间产生的热量。
径向向内延伸的凸台(ledge)(例如，安装环，或搁架164)被提供来将上屏蔽件113支撑在处理腔室100的内部容积106内的中心开口内。在一些实施方式中，搁架164设置在接近冷却剂通道166的位置处，以促进在使用期间最大化从准直器118到在冷却剂通道166中流动的冷却剂的热传递。
在一些实施方式中，下屏蔽件120可以提供在准直器118附近和接地适配器104或上侧壁102的内部。准直器118包括多个孔以引导内部容积106内的气体和/或材料通量。准直器118可以经由处理工具适配器138耦合到准直器电源。
下屏蔽件120可以包括管状主体121，管状主体121具有设置在管状主体121的上表面中的径向向外延伸的凸缘122。凸缘122提供与上侧壁102的上表面的配合界面。在一些实施方式中，下屏蔽件120的管状主体121可以包括肩部区域123，肩部区域123具有小于管状主体121的其余部分的内径的内径。在一些实施方式中，管状主体121的内表面沿着锥形表面124径向向内过渡到肩部区域123的内表面。屏蔽环126可以设置在处理腔室100中，与下屏蔽件120相邻且在下屏蔽件120与适配器板107的中间。屏蔽环126可至少部分地设置在凹槽128中，凹槽128由下屏蔽件120的肩部区域123的相对侧和适配器板107的内侧壁形成。
在一些实施方式中，屏蔽环126可以包括轴向地突出的环形侧壁127，环形侧壁127具有大于下屏蔽件120的肩部区域123的外径的内径。径向凸缘130从环形侧壁127延伸。径向凸缘130可以相对于屏蔽环126的环形侧壁127的内径表面以大于约90度(90°)的角度形成。径向凸缘130包括形成在径向凸缘130的下表面上的突起132。突起132可以是从径向凸缘130的表面以实质上平行于屏蔽环126的环形侧壁127的内径表面的取向延伸的圆形脊部。突起132一般适于与形成在边缘环136中的凹陷134配合，边缘环136设置在基板支撑件上。凹陷134可以是形成在边缘环136中的圆形凹槽。凸起132和凹陷134的接合使屏蔽环126相对于基板支撑件108的纵向轴线而处在中心。基板101(示出为被支撑在升降销140上)通过在基板支撑件108与机器人叶片(未示出)之间的协调的定位校准而相对于基板支撑件108的纵向轴线处在中心。因此，基板101可以在处理腔室100内处在中心，并且屏蔽环126可以在处理期间径向地围绕基板101而处在中心。
在操作中，具有基板101设置在其上的机器人叶片(未示出)延伸穿过基板传送端口109。基板支撑件108可降低以允许基板101被传送到从基板支撑件108延伸的升降销140。基板支撑件108和/或升降销140的升降可以由耦接到基板支撑件108的驱动器142控制。基板101可以下降到基板支撑件的基板接收表面144上。在基板101定位在基板支撑件108的基板接收表面144上的情况下，可以在基板101上执行溅射沉积。边缘环136可以在处理期间与基板101电性绝缘。因此，基板接收表面144可以包括大于边缘环136的邻近基板101的部分的高度的高度，使得防止基板101接触边缘环136。在溅射沉积期间，基板101的温度可以通过利用设置在基板支撑件108中的热控制通道146来控制。
在溅射沉积之后，可以利用升降销140将基板101升高到与基板支撑件108间隔开的位置。升高的位置可以靠近与适配器板107相邻的屏蔽环126和反射器环148中的一个或两个。适配器板107包括一个或多个灯150，一个或多个灯150在反射器环148的下表面与适配器板107的凹面152中间的位置处耦接到适配器板107。灯150提供可见或近可见波长的光学和/或辐射能量，诸如红外(IR)和/或紫外(UV)光谱。来自灯150的能量径向向内朝向基板101的背侧(即，下表面)聚焦以加热基板101和沉积在其上的材料。围绕基板101的腔室部件上的反射表面用于将能量聚焦到基板101的背侧并使能量远离其它腔室部件，在其它腔室部件处能量将会损失和/或不被利用能量。适配器板107可以耦接到冷却剂源153，以在加热期间控制适配器板107的温度。
在将基板101控制到预定温度之后，基板101降低到基板支撑件108的基板接收表面144上的位置。基板101可以利用基板支撑件108中的热控制通道146经由传导来快速地进行冷却。基板101的温度可以在几秒到约一分钟内从第一温度下降到第二温度。基板101可以通过基板传送端口109从处理腔室100中移除以被进一步处理。基板101可以维持在预定的温度范围内，诸如小于250摄氏度。
控制器198耦接到处理腔室100。控制器198包括中央处理单元(CPU)160、存储器158和支持电路162。控制器198用于控制处理顺序，调节从气源110进入处理腔室100的气流并控制靶材114的离子轰击。CPU 160可以是可用于工业环境的任何形式的通用计算机处理器。软件程序可以储存在存储器158(诸如随机存取存储器、只读存储器、软盘或硬盘驱动器，或其它形式的数字存储装置)中。支持电路162常规地耦接到CPU 160，并且可以包括高速缓存、时钟电路、输入/输出子系统、电源或类似者。当软件程序被CPU 160执行时，将CPU转变为专用计算机(控制器)198，专用计算机(控制器)198控制处理腔室100，使得处理(包括以下公开的等离子体激发处理)是根据本公开内容的实施方式执行的。软件程序还可通过位于处理腔室100的远端位置的第二控制器(未示出)存储和/或执行。
在处理期间，材料从靶材114溅射并沉积在基板101的表面上。靶材114和基板支撑件108通过电源117或RF功率源180相对于彼此而偏置，以维持从由气源110供应的处理气体形成的等离子体。施加到准直器118的DC脉冲偏置功率还有助于控制穿过准直器118的离子和中性物质的比率，从而有利地增强沟槽侧壁和底部填充能力。来自等离子体的离子加速朝向靶材114并撞击靶材114，使得靶材材料从靶材114被逐出。被逐出的靶材材料和处理气体在基板101上形成具有期望成分的层。
图2描绘了耦合到准直器电源190的说明性准直器118的俯视图，准直器电源190可以设置在图1的处理腔室100中。在一些实施方式中，准直器118具有大体上蜂窝状的结构，具有六边形壁226以分开呈密集布置的六边形孔244。然而，也可使用其它几何构造。六边形孔244的深宽比可以被定义为孔244的深度(等于准直器的长度)除以孔244的宽度246。在一些实施方式中，壁226的厚度为约0.06英寸至约0.18英寸。在一些实施方式中，壁226的厚度为约0.12英寸至约0.15英寸。在一些实施方式中，六边形孔244的深宽比在周边区域133中可以在约1：1至约1:5之间，在中心区域135中可以在约3:5至约3:6之间。在一些实施方式中，准直器118由选自铝、铜和不锈钢的材料组成。
准直器118的蜂窝结构可以用作集成的通量优化器210，以优化通过准直器118的离子的流动路径、离子分数和离子轨迹行为。在一些实施方式中，与屏蔽部分202相邻的六边形壁226具有倒角250和半径。准直器118的屏蔽部分202可有助于将准直器118安装到处理腔室100中。
在一些实施方式中，准直器118可以由单块的铝加工成。准直器118可以任选地被涂覆或阳极化。或者，准直器118可以由与处理环境相容的其它材料制成，并且还可以由一个或多个区段构成。或者，屏蔽部分202和集成的通量优化器210形成为单独的工件并使用合适的连接手段(诸如焊接)耦接在一起。
图3示出了用于处理基板的方法300。方法300可以在类似于以上讨论的设备中执行，并且结合图1的处理腔室100描述。方法一般在302处开始，其中在处理腔室100的环形区域内形成等离子体。环形区域具有实质上等于或大于基板101的内径的内径。例如，等离子体可以形成处理腔室的位于基板上方并接近靶材的环形区域内，以从靶材溅射材料，其中环形区域的内径实质上等于或大于基板的直径，使得等离子体的主要部分设置在处于基板上方和基板径向外侧的位置中。
在304处，朝向基板引导从靶材溅射的材料。可以单独地或组合地使用本文公开的任何技术以朝向基板引导材料(例如，离子)。例如，在一些实施方式中，可以提供准直器(例如，准直器118)以过滤掉不实质上竖直地朝向基板101行进并因此撞击并粘附到准直器118的通道的侧壁的材料，诸如中性粒子。另外，准直器118可以用具有与等离子体中形成的离子的极性相同的极性的电压进行电偏置，以减少离子在准直器的通道的侧壁上的撞击并且使离子的轨迹变直为更竖直的，如306处指示。例如，当存在带正电的离子(诸如铜离子)时，可以提供正电压。替代地或组合地，可以使用第一组磁体产生第一磁场以形成在环形区域中(且穿过(当存在时)准直器118)具有实质上竖直的磁场线的磁场，如308处指示。替代地火与前述内容组合地，可以使用第二组磁体产生第二磁场以形成具有指向基板的中心的磁场线的磁场，如310处指示。替代地或与前述内容组合地，可以使用第三组磁体产生第三磁场以形成具有向内且向下地指向基板的中心的磁场线的磁场。替代地或与前述内容组合地，基板支撑件可以被电偏置以吸引离子朝向基板。
接着，在312处，在基板上沉积从靶材溅射的材料。在沉积到期望厚度时，方法300一般结束，并且基板的进一步处理可以被执行。
例如，在方法300的一些实施方式中，使用磁体172在准直器118的周边区域133上方形成等离子体165，并且在周边区域133上方从靶材114溅射材料。使用第一组磁体196在周边区域133附近产生第一磁场以朝向周边区域133吸引溅射材料。准直器118用正电压进行偏置以吸引溅射材料通过准直器118的周边区域133。在准直器118下方产生第二磁场以吸引材料通过准直器118且朝向基板支撑件的中心重新定向溅射材料的离子。第二磁场可以通过施加到基板支撑件108的一个或多个偏置功率、第二组磁体194中的一个或多个产生。任选地，可以使用第三组磁体154产生第三磁场以形成具有向内且向下地指向朝向基板101的中心的磁场线的磁场。另外，基板支撑件108可以被电偏置以将离子吸引向基板101。
因此，本文已公开了用于改进基板沉积均匀性的方法和设备的实施方式。本发明人已观察到，本发明的方法和设备实质上消除了使用准直器的常规沉积工艺而导致的印记，并且在待处理的基板上产生更均匀的沉积。
虽然前述内容针对本公开内容的实施方式，但是也可在不背离本公开内容的基本范围的情况下，设计本公开内容的其它和进一步实施方式。

Claims (14)

1.一种用于处理具有给定直径的基板的处理腔室，包括：
主体，具有内部容积和包括待溅射靶材的盖组件，其中所述内部容积包括具有所述给定直径的中心部分和围绕所述中心部分的周边部分；
磁控管，设置在所述靶材上方，其中所述磁控管经构造以围绕所述处理腔室的中心轴线旋转多个磁体，以在所述内部容积的所述周边部分中形成环形等离子体，并且其中所述多个磁体的旋转半径实质上等于或大于所述给定直径，并且从所述中心轴线到所述多个磁体的最内侧位置的距离等于或大于所述给定直径；
基板支撑件，设置在所述内部容积中并与所述靶材相对，并且具有支撑表面，所述支撑表面经构造以支撑具有所述给定直径的基板；
准直器，设置在所述靶材与所述基板支撑件之间，
第一组磁体，围绕所述主体设置且接近所述靶材以形成在所述周边部分中具有实质上竖直的磁场线的磁场；
第二组磁体，围绕所述主体设置且处于所述基板支撑件的支撑表面上方，以形成具有指向所述支撑表面的中心的磁场线的磁场；
第一电源，耦合到所述靶材以电偏置所述靶材；
第二电源，耦合到所述基板支撑件以电偏置所述基板支撑件；和
控制器，所述控制器被构造为控制所述磁控管以在所述准直器上方形成所述环形等离子体，并且在所述准直器上方保持所述环形等离子体的同时控制所述第一组磁体以引导离子通过所述准直器并控制所述第二组磁体以将所述离子引导到所述支撑表面的中心。
2.如权利要求1所述的处理腔室，其中所述准直器包括中心区域和周边区域，所述中心区域具有等于或大于所述给定直径的直径，所述周边区域围绕所述中心区域。
3.如权利要求1所述的处理腔室，进一步包括：
第三组磁体，围绕所述主体设置在与所述准直器的面向基板的表面一样的高度或在所述准直器的面向基板的表面下方的高度处，其中所述第三组磁体经构造以形成具有向内并向下地指向所述中心部分并指向所述支撑表面的所述中心的磁场线的磁场。
4.如权利要求1所述的处理腔室，其中所述准直器被偏置。
5.如权利要求1所述的处理腔室，其中所述准直器与所述基板支撑件的所述支撑表面间隔开第一高度，所述第一高度为400mm至600mm。
6.如权利要求1所述的处理腔室，其中所述准直器与所述靶材间隔开第二高度，所述第二高度为25mm至75mm。
7.如权利要求1至6中任一项所述的处理腔室，其中所述磁控管具有介于所述给定直径与所述内部容积的内径之间的旋转半径。
8.如权利要求1至6中任一项所述的处理腔室，其中所述旋转半径在5.5英寸至7英寸之间是可调整的。
9.如权利要求1至6中任一项所述的处理腔室，其中所述第二电源经构造以朝向所述基板支撑件的中心提取溅射材料。
10.一种使用根据权利要求1所述的处理腔室处理基板的方法，包括以下步骤：
在所述处理腔室的位于基板上方且接近靶材的环形区域内形成等离子体，以从所述靶材溅射材料，其中所述环形区域的内径实质上等于或大于所述基板的直径，使得所述等离子体的主要部分设置在所述基板上方和所述基板径向外侧的位置中；
朝向所述基板引导从所述靶材溅射的材料；和
在所述基板上沉积从所述靶材溅射的材料。
11.如权利要求10所述的方法，其中引导从所述靶材溅射的材料进一步包括以下步骤中的至少一个：
引导材料通过准直器，所述准直器设置在所述环形区域下方且位于所述靶材与所述基板之间；
使用第一组磁体产生第一磁场以形成在所述环形区域中具有实质上竖直的磁场线的磁场；
使用第二组磁体产生第二磁场以形成具有指向所述基板的中心的磁场线的磁场；或
使用第三组磁体产生第三磁场以生成具有向内且向下地指向所述基板的所述中心的磁场线的磁场，所述第三组磁体围绕所述处理腔室的主体设置在与所述准直器的面向基板的表面一样的高度或在所述准直器的面向基板的表面下方的高度处。
12.如权利要求10至11中任一项所述的方法，进一步包括：
电偏置支撑所述基板的基板支撑件以吸引离子朝向所述基板。
13.如权利要求10所述的方法，其中引导从所述靶材溅射的材料进一步包括以下步骤：
引导材料通过准直器，所述准直器设置在所述环形区域下方且位于所述靶材与所述基板之间；和以下步骤中的至少一个：
利用具有与所述等离子体中形成的离子的极性相同的极性的电压偏置所述准直器；或
使用第一组磁体产生第一磁场以形成在所述环形区域中且穿过所述准直器具有实质上竖直的磁场线的磁场。
14.如权利要求10所述的方法，进一步包括以下步骤：
引导材料通过准直器，所述准直器设置在所述环形区域下方且位于所述靶材与所述基板之间；
利用具有与所述等离子体中形成的离子的极性相同的极性的电压偏置所述准直器；
使用第一组磁体产生第一磁场以形成在所述环形区域中且穿过所述准直器具有实质上竖直的磁场线磁场；
使用第二组磁体产生第二磁场以形成具有指向所述基板的中心的磁场线的磁场；
使用第三组磁体产生第三磁场以生成具有向内且向下地指向所述基板的所述中心的磁场线的磁场，所述第三组磁体围绕所述处理腔室的主体设置在与所述准直器的面向基板的表面一样的高度或在所述准直器的面向基板的表面下方的高度处；和
电偏置支撑所述基板的基板支撑件以吸引离子朝向所述基板。
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