CN109599319B - 用于基板处理腔室的带鳍片的挡板盘 - Google Patents

Abstract

本文提供用于处理腔室中使用的挡板盘。在某些实施方式中，处理腔室中使用的挡板盘可包括具有外周的主体、主体的顶表面与主体的底表面，其中顶表面包括具有实质上水平的平坦表面的中央部分，以及由中央部分以径向向外设置的至少一个斜角结构，每个所述至少一个斜角结构具有顶部部分以及从顶部部分往外周在径向向外方向以向下角度设置的斜角表面。

Description

用于基板处理腔室的带鳍片的挡板盘

本申请是申请日为2013年12月17日、申请号为201380073717.2、发明名称为“用于基板处理腔室的带鳍片的挡板盘”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明的实施方式一般关于基板处理腔室。

背景技术

传统的半导体器件形成通常是在一个或多个处理腔室中执行，所述处理腔室具有在受控处理环境中处理基板(如半导体晶片)的能力。为维持处理均匀性以及为确保最佳性能，定期执行各种调整操作。例如，一种这类的调整操作是涂布处理(pasting process)，其中在沉积在处理腔室表面上的材料之上施加覆盖物，以防止在后续的处理过程中沉积材料从处理腔室表面剥落并污染基板。

在上述的涂布过程中，挡板盘可通过传送机械手被定位在处理腔室中设置的基板支撑件的顶部上，以防止任何材料沉积在基板支撑件上。在涂布过程中，挡板盘上的靶材料可从挡板盘移除并涂布在处理配件上以防止剥落。

然而，发明人观察到，在传统的涂布过程中，在需要的腔室表面上有不均匀的沉积。涂布层的不均匀性导致基板上的颗粒问题。

因此，本文提供的挡板盘实施方式可提供改善的涂布均匀性。

发明内容

本文提供用于处理腔室中使用的挡板盘。在某些实施方式中，用于处理腔室中使用的挡板盘可包括具有外周的主体、主体的顶表面与主体的底表面，其中顶表面包括具有实质上水平的平坦表面的中央部分以及由中央部分以径向向外设置的至少一个斜角结构，所述至少一个斜角结构每个具有顶部部分和从顶部部分往外周在径向向外方向以向下角度设置的斜角表面。

在某些实施方式中，处理腔室可包括限定内部空间的腔室主体、设置在腔室主体中的处理配件、设置在腔室主体内用于支撑基板的基板支撑件、用靶材料制造的挡板盘、以及用于将挡板盘传送到达和离开基板支撑件的传送机械手，所述传送机械手可移动地耦接到腔室主体。在某些实施方式中，挡板盘可包括主体的顶表面(其中顶表面包括至少一个实质上水平的平坦表面)与至少一个斜角结构(所述至少一个斜角结构每个具有顶部部分和从顶部部分往外周在径向向外方向以向下角度设置的斜角表面)。

本发明的其它实施方式与本发明的变化形式在下面被更详细地公开。

附图说明

以上简要概述及以下更加详细讨论的本发明实施方式，可以通过参考附图中所描绘的本发明的说明性实施方式而得以理解。然而应了解，附图仅说明本发明的典型实施方式，而因此不应考虑为限制本发明的范围，因为本发明可允许有其它等同效果的实施方式。

图1是依据本发明某些实施方式的典型的挡板盘的俯视图。

图2描绘了依据本发明某些实施方式的典型的挡板盘的部分截面视图。

图3描绘了依据本发明某些实施方式的典型的挡板盘的等轴视图。

图4是适于结合本发明的某些实施方式而使用的典型的处理腔室的示意图。

为了帮助理解，已尽可能地使用相同的元件符号以标示各图都有的相同元件。附图并非依比例绘制且为了清楚而可能被简化。应考虑一个实施方式的元件及特征可有益地并入其它实施方式中而无须进一步说明。

具体实施方式

本发明的实施方式一般关于基板处理腔室(例如半导体制造工艺腔室)中使用的挡板盘和关于带有所述挡板盘的基板处理腔室。在某些实施方式中，本发明装置包括处理腔室调整与清洁操作中使用的挡板盘。本发明装置可有利地提供一种挡板盘，所述挡板盘提供在处理配件的壁上或处理腔室的壁上更好的挡板盘靶材料涂布均匀性。

依据本发明的某些实施方式，图1是典型的挡板盘100的俯视图。依据本发明的某些实施方式，图2表示图1的示范挡板盘的截面侧视图。为了能最好地了解本发明，读者应同时参考图1和图2。此外，在本文档中，诸如第一与第二、顶部与底部、以及类似的相关术语可仅仅用于区别一个对象与另一对象、或区别一个动作与另一个动作，而不必要求或暗示此类对象或动作间的任何实际这样的关联或排序。此外，虽然本文以盘作描述，但是挡板盘和挡板盘的部件可根据在具体的处理腔室内的使用需要而具有任意合适的几何形状。

典型的挡板盘100一般包含具有外直径118和中央轴104的主体102。在某些实施方式中，挡板盘是实心盘，且被配置成当设置在基板支撑件上时，实质上覆盖基板支撑件。挡板盘100由靶材料制造，在处理腔室处理(例如涂布工艺过程或其它预清洁工艺过程)期间，所述靶材料沉积在处理腔室的壁上，或沉积在设置于处理腔室中的处理配件的壁上。使用的靶材料可包括任意适合的涂布材料，如低杨氏模量的延展性材料(ductile material)以有助于减少切应力与脆性，同时具有较高的溅射率。所述材料的例子包括铝、铝合金、钛、铜、银、金、金属复合材料及类似物。

挡板盘100的主体102的顶表面可包括具有实质上水平的平坦表面的中央部分106。在某些实施方式中，中央部分106可以是如图1所示的圆形，然而，可使用任意适合的几何形状。挡板盘100的主体102的顶表面也可包括一个或多个斜角结构108或“鳍片”，所述斜角结构或“鳍片”由中央部分106以径向向外设置。从主体102的顶表面起，中央部分106的高度可以是约0.03英寸至约0.3英寸。

如图2所示，所述一个或多个斜角结构每个具有顶部部分210与斜角表面220，斜角表面220从顶部部分210往外周118在径向向外方向以向下角度设置。斜角结构108的顶部部分210可为圆角形的以在执行涂布和其它等离子体处理过程时提供电弧放电。斜角表面220的向下角度270为约15度至约60度。所述一个或多个斜角结构每个包括与斜角表面220相对的背面(未图示出)。在某些实施方式中，一个或多个斜角结构108包括多个斜角结构108(如鳍片)，这些斜角结构108(如鳍片)足以将靶涂布材料均匀地沉积在处理腔室和/或处理配件(将在以下根据图4进行更为详细的描述)的侧壁与壁角上。在某些实施方式中，所述多个斜角结构108每个被实质上水平的平坦表面224沿径向分隔开。两个相邻的鳍片的顶部部分210之间的距离252可为约0.1英寸至约1.0英寸。每个斜角结构108与实质上水平的平坦表面224之间的拐角212是圆角形的以防止可能出现在尖锐拐角处的电弧放电。从挡板盘100顶表面起的每个斜角结构108的高度250可为约0.06英寸至0.3英寸。

在某些实施方式中，一个或多个斜角结构108可为环形结构，该环形结构从挡板盘100的中央轴104以不同径向距离设置。在某些实施方式中，在主体102的顶表面上设置多个径向支撑脊110以提供结构强度从而实质上防止挡板盘100在高功率和/或高温度处理过程中弯曲/扭曲。所述多个支撑脊110可从挡板盘100的中央轴104径向向外延伸并可以以等间距互相分隔。在某些实施方式中，多个脊110中的至少一些脊110可从挡板盘100的中央部分106直接且径向向外延伸，以及/或多个脊110中的至少一些脊110可从挡板盘100上最外面的斜角结构108的顶部部分210直接地和径向地向内延伸。

在某些实施方式中，挡板盘100的底部可包括双台阶部(double step)，该双台阶部把底表面连接至挡板盘100的外直径118。双台阶部可包括外台阶部112与内台阶部114，外台阶部比内台阶部进一步向上延伸进主体中。外台阶部112可帮助避免堆叠公差(stacking tolerance)、在边缘的材料累积以及挡板盘与邻近支撑结构的可能接合。例如，当多个部件组装在一起、或坐在彼此的顶部时，诸如挡板盘100坐在基板支撑件上时，每个部件的尺寸公差将是每个设计的最大值的附加值。当平坦度是关键的情况下，设计这些部件以避免或最小化堆叠公差是重要的。因此，外台阶部112可帮助避免堆叠公差。在某些实施方式中，内台阶部114可用于促使将挡板盘置于诸如挡板盘载体之类的支撑结构上的中心。在某些实施方式中，外台阶部112可具有深度254，深度254从主体102的底表面向上延伸进主体102中约0.05英寸至约0.1英寸。外台阶部112可设置为从外直径118起约0.1英寸至约0.5英寸(如长度266所示)。在某些实施方式中，内台阶部114可具有深度258，深度258从主体102的底表面向上延伸进主体102中约0.05英寸至约0.1英寸。内台阶部114可设置为从外台阶部112起约0.5英寸至约1.0英寸(如长度260所示)。

在某些实施方式中，挡板盘100的主体102也可包括切除部分214，所述切除部分214以台阶部特征116形成在底表面中并从双台阶部径向向内设置。切除部分214可用于减少材料用量和重量。在某些实施方式中，切除部分214可具有深度264，深度264从主体102的底表面向上延伸进主体102中最多约0.1英寸。台阶部特征116可从双台阶部的开始端(即内台阶部114)起设置约0.1英寸至约4.5英寸(如长度262所示)。

图3表示挡板盘100的等轴视图，图中显示了主体102、斜角结构108、中央部分106与支撑脊110。

挡板盘100可由靶材料制造，在例如处理腔室的预清洁过程中，所述靶材料沉积在处理腔室的壁上或沉积在设置于处理腔室中的处理配件的壁上。典型地，挡板盘100与所述挡板盘100的所有特征结构包含相同的靶材料，以防止特征结构之间任何的相对变形。在某些实施方式中，挡板盘可由从由铝、铝合金、钛以及金属复合材料组成的组中选出的靶材料制造。挡板盘100可由具有足以抵抗变形的机械刚性的任何适合材料构成，所述变形是因为可能沉积在挡板盘100顶上的材料的额外重量而产生。在某些实施方式中，材料也可是轻质材料以使挡板盘100能被传送机械手容易地操纵。挡板盘100可通过用于形成所需形状的任何合适方法制造，例如：模具铸造、压铸、喷覆铸造(spray casting)、喷覆沉积(spraydeposition)、机械加工或类似的方法。在某些实施方式中，挡板盘100和挡板盘100的所有特征结构由一块材料机械加工而成。在某些实施方式中，挡板盘100包括用于沉积/蚀刻基板的处理腔室中所使用的相同材料。

图4是用于结合本发明的某些实施方式使用的典型的处理腔室400的示意图。在某些实施方式中，处理腔室400可以是经结合形成多腔室处理系统(例如，群集工具或串联工具(inline tool))的多个腔室中的一个腔室。或者，处理腔室400可以是独立的处理腔室。在某些实施方式中，处理腔室400可以是沉积腔室，例如物理气相沉积(PVD)腔室。或者，处理腔室400可以是在腔室清洁和/或干燥(seasoning)处理过程中可使用挡板盘100的任何合适的处理腔室。

处理腔室400包括限定可抽空(evacuable)的处理空间406的盖组件404和腔室主体402。腔室主体402一般包括一个或多个侧壁408与底壁410。一个或多个侧壁408可以是单个圆形侧壁或在具有非圆形结构的处理腔室中的多个侧壁。在其它实施方式中，位于处理腔室400外的挡板存放库(未图示出)可存放挡板盘100并通过处理腔室400中的开口412将所述挡板盘移进处理腔室400中。

腔室主体402的盖组件404一般支撑环状屏蔽件418。盖组件404一般包含靶与磁控管(未图示出)。

如上所述，在预清洁或类似的处理期间，挡板盘100提供沉积在腔室壁的材料以调整用于基板处理的腔室。在处理过程中，挡板盘100上的斜角结构108提高靶材料的均匀消耗，所述挡板盘100被涂敷有所述靶材料涂敷或由所述靶材料制造。屏蔽件418与基板支撑件426相对彼此被电源428偏压。惰性气体(如氩气)从气体源(未图示出)被供给到处理空间406。从气体在挡板盘100与屏蔽件418之间形成等离子体。等离子体中的离子向着挡板盘100加速并导致材料从挡板盘100脱落。脱落的靶材料被吸引向腔室壁404、408、410、屏蔽壁418和处理配件432，并在腔室壁404、408、410、屏蔽418和处理配件432上沉积材料膜。

基板支撑件426一般设置在腔室主体402中并支撑挡板盘100。当挡板盘100设置在下部载体构件430上时，下部载体构件430可用于形成两件式挡板盘组件。挡板盘100与下部载体构件430相对于彼此可移动地设置或耦接，以使得下部载体构件430与挡板盘100可相对于彼此移动，例如，允许各部件独立的热膨胀与收缩。在某些实施方式中，挡板盘100可仅仅靠在下部载体构件430上。

下部载体构件430支撑挡板盘100。在实施方式中，下部载体构件430的底表面与挡板盘100的底表面限定实质上平坦的表面，所述实质上平坦的表面与基板支撑件426接触并被基板支撑件426所支撑。在其它实施方式中，只有下部载体构件430与基板支撑件426接触，所述载体构件430可用于控制或改变射频耦合。

在某些实施方式中，载体构件430可以不是环，且可沿着整个底表面支撑挡板盘100。例如，在某些实施方式中，下部载体构件430可为与挡板盘100类似的没有中央开口的实心盘(未图示出)。

下部载体构件430可包含热稳定材料，以使下部载体构件430的热变形最小。例如，下部载体构件430可包含陶瓷、涂覆有碳化硅的石墨、固体碳化硅、固体烧结的碳化硅或以无金属烧结剂制成的固体烧结的碳化硅(诸如可从Bridgestone取得的

或类似物)中的至少一个。在某些实施方式中，下部载体构件430可包含热膨胀系数为约5.6E-6m/mK至约22.2E-6m/mK的材料。在某些实施方式中，下部载体构件430可包含热传导材料。在某些实施方式中，下部载体构件430可包含电绝缘材料。在任何上面描述的实施方式中，下部载体构件430可由具有足以实质上抵抗变形的机械刚性的合适材料构成，所述变形是因为使用时可能沉积于挡板盘100顶上的材料与挡板盘100的额外重量而产生。在某些实施方式中，材料也可以是轻质材料的以使挡板盘组件(即挡板盘100与下部载体构件430)能被传送机械手轻易地操纵。在某些实施方式中，相互接触的挡板盘100和/或下部载体构件430的一个或多个表面可以以有助于缓解因下部载体构件430与挡板盘100之间的热变形产生的移动的方式制成(finished)。

在某些实施方式中，挡板盘组件(即挡板盘100和下部载体构件430)具有约6至约12英寸的外直径，例如约6、8或11.85英寸。在某些实施方式中，从挡板盘的顶部部分210到下部支撑载体430的底表面的厚度可为约0.1到约0.25英寸，例如约0.15英寸。可依据基板支撑件的结构与尺寸而使用其它尺寸。在某些实施方式中，挡板盘组件将具有与基板直径相等的外直径，所述基板直径被处理后有+/-50毫米的公差。虽然基于直径进行了讨论并被称为盘，但挡板盘组件与挡板盘100不局限于圆形并且可具有适合用于本发明所公开的处理腔室中使用的任意形状。虽然基于直径进行了讨论并且可用术语“环”或“盘”描述挡板盘组件与挡板盘组件的部件，但可以预期，这些部件和挡板盘组件的形状不必须是圆形的，并且可具有任意形状的外周和/或开口，所述任意形状包括但不局限于矩形、多边形、椭圆形，及类似形状。

虽然前文所述针对本发明的实施方式，但在不背离本发明的基本范围的情况下，可设计本发明的其它与进一步的实施方式，本发明的范围由以下专利申请范围所界定。

Claims (13)

1.一种处理腔室中使用的挡板盘，包括：

主体，所述主体具有外周；

所述主体的顶表面，其中所述顶表面包含

中央部分，所述中央部分具有实质上水平的平坦表面，及

多个斜角结构，所述多个斜角结构从所述中央部分以径向向外设置，所述多个斜角结构每个具有顶部部分和斜角表面，所述斜角表面从所述顶部部分往所述外周在径向向外的方向以向下角度设置；及

所述主体的底表面。

2.如权利要求1所述的挡板盘，其中所述斜角表面的所述向下角度为15度至60度。

3.如权利要求1所述的挡板盘，其中所述多个斜角结构每个被实质上水平的平坦表面所径向分离。

4.如权利要求1所述的挡板盘，进一步包括：

多个径向支撑脊，其中每个径向支撑脊延伸横过所述多个斜角结构中的至少两个斜角结构。

5.如权利要求4所述的挡板盘，其中所述多个径向支撑脊包括第一组径向支撑脊与第二组径向支撑脊，所述第一组径向支撑脊从最外面斜角结构的所述顶部部分径向向内延伸，而所述第二组径向支撑脊从所述顶表面的所述中央部分的外直径径向向外延伸。

6.如权利要求1至5中任一项所述的挡板盘，进一步包括把所述底表面连接至所述外周的双台阶部。

7.如权利要求6所述的挡板盘，其中所述双台阶部进一步包括：

外台阶部与内台阶部，所述外台阶部比所述内台阶部进一步向上延伸进所述主体中。

8.如权利要求6所述的挡板盘，其中所述主体包括形成于所述底表面内的切除部分，所述切除部分从所述双台阶部径向向内设置。

9.如权利要求1至5中任一项所述的挡板盘，其中所述多个斜角结构是环状斜角结构。

10.如权利要求1至5中任一项所述的挡板盘，其中所述挡板盘的所述主体是实心的，且所述主体配置成当所述主体设置在基板支撑件上时实质上覆盖所述基板支撑件。

11.如权利要求1至5中任一项所述的挡板盘，其中所述挡板盘由从群组中所选的靶材料制造，所述群组由以下组成：铝、铝合金、钛与金属复合材料。

12.一种处理腔室，包括：

腔室主体，所述腔室主体限定内部空间；

处理配件，所述处理配件设置在所述腔室主体中；

基板支撑件，所述基板支撑件设置在所述腔室主体内用以支撑基板；及

挡板盘，所述挡板盘由靶材料制造，所述挡板盘包含：

主体，所述主体具有外周；及

所述主体的顶表面，其中所述顶表面包括至少一个实质上水平的平坦表面和多个斜角结构，所述多个斜角结构每个具有顶部部分与斜角表面，所述斜角表面从所述顶部部分往所述外周在径向向外方向以向下角度设置。

13.如权利要求12所述的处理腔室，其中所述斜角表面每个的所述向下角度被配置为有利于所述挡板盘的所述靶材料在所述处理腔室或所述处理配件中的至少一个的侧壁上的均匀沉积。

Images