CN110036137B - 用于处理基板的处理配件和方法 - Google Patents

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Abstract

此处提供用于处理腔室的处理配件和用于处理基板的方法的实施方式。在一些实施方式中，一种处理配件，包括：非导电上部屏蔽件，具有配置成环绕溅射靶材的上部分和从上部分向下延伸的下部分；和导电下部屏蔽件，由非导电上部屏蔽件径向向外设置，且具有圆柱形主体、下壁和唇部，圆柱形主体具有上部分和下部分，下壁从下部分径向向内突出，且唇部从下壁向上突起。圆柱形主体由第一间隙与非导电上部屏蔽件隔开。下壁由第二间隙与非导电上部屏蔽件的下部分隔开，第二间隙配置成限制介于非导电上部屏蔽件之中的空间与导电下部屏蔽件的圆柱形主体之间的直接视线。

Description

用于处理基板的处理配件和方法
技术领域
本公开内容的实施方式一般涉及半导体处理。
背景技术
一些基板处理腔室利用包括接地的屏蔽件的处理配件，此接地的屏蔽件环绕处理腔室的内部空间。溅射靶材由RF和/或DC功率供电，且因此作用为阴极。因为屏蔽件被接地，所以屏蔽件作用为阳极。然而，发明人发现在处理腔室中已执行某些次数的处理之后，从溅射靶材溅射的介电材料覆盖接地的屏蔽件，且导致非所欲的阳极消失效应。为了克服上述缺陷，实行金属贴附步骤，使得屏蔽件可再次作用为阳极。然而，因为贴附步骤需要停止处理直到贴附步骤实行完成，所以产量受到不利的影响。
因此，发明人已提供用于基板处理腔室的改良的处理配件。
发明内容
此处提供用于处理腔室的处理配件和用于处理基板的方法的实施方式。在一些实施方式中，一种处理配件，包括：非导电上部屏蔽件，具有配置成环绕溅射靶材的上部分和从上部分向下延伸的下部分；和导电下部屏蔽件，由非导电上部屏蔽件径向向外设置，且具有圆柱形主体、下壁和唇部，圆柱形主体具有上部分和下部分，下壁从下部分径向向内突出，且唇部从下壁向上突起，其中圆柱形主体由第一间隙与非导电上部屏蔽件径向隔开，且其中下壁由第二间隙与非导电上部屏蔽件的下部分垂直隔开，第二间隙配置成限制介于非导电上部屏蔽件之中的空间与导电下部屏蔽件的圆柱形主体之间的直接视线。
在一些实施方式中，一种处理腔室，包括：腔室主体；基板支撑件，设置于腔室主体之中；溅射靶材，设置于腔室主体之中在基板支撑件上方；和处理配件，设置于基板支撑件四周。处理配件包括：适配器，耦合至腔室主体的顶部；非导电上部屏蔽件，具有环绕溅射靶材的上部分和从上部分向下延伸的下部分，其中上部分经由适配器耦合至腔室主体；和导电下部屏蔽件，由非导电上部屏蔽件径向向外耦合至腔室主体，且具有圆柱形主体、下壁和唇部，圆柱形主体具有上部分和下部分，下壁从下部分径向向内突出，且唇部从下壁向上突起，其中圆柱形主体由第一间隙与非导电上部屏蔽件径向隔开，且其中下壁由第二间隙与非导电上部屏蔽件的下部分垂直隔开，第二间隙配置成限制介于非导电上部屏蔽件之中的空间与导电下部屏蔽件的圆柱形主体之间的直接视线。
在一些实施方式中，一种处理基板的方法包括：将支撑基板的基板支撑件从非处理位置抬升至处理位置；在处理腔室的内部空间之中形成等离子体，以从溅射靶材溅射材料至基板上。处理腔室包括处理配件，处理配件具有非导电上部屏蔽件和导电下部屏蔽件，非导电上部屏蔽件具有配置成环绕溅射靶材的上部分和从上部分向下延伸的下部分；且导电下部屏蔽件由非导电上部屏蔽件径向向外设置，且具有圆柱形主体、下壁和唇部，圆柱形主体具有上部分和下部分，下壁从下部分径向向内突出，且唇部从下壁向上突起，其中圆柱形主体由第一间隙与非导电上部屏蔽件径向隔开，且其中下壁由第二间隙与非导电上部屏蔽件的下部分垂直隔开，第二间隙配置成限制介于非导电上部屏蔽件之中的空间与导电下部屏蔽件的圆柱形主体之间的直接视线；和盖环，配置成与唇部界面连接，其中第二间隙在处理位置中完全设置于盖环下方。
本公开内容的其他和进一步实施方式将如下说明。
附图说明
如上摘要且如下更加详细讨论的本公开内容的实施方式，可通过参考随附附图中绘制的图示性实施方式而理解。然而，随附附图仅图示本公开内容的通常实施方式，且因此不应考虑为限制本公开内容的范围，因为本公开内容认可其他均等效果的实施方式。
图1描绘根据本公开内容的一些实施方式的适合与处理配件一起使用的处理腔室。
图2描绘根据本公开内容的一些实施方式的用于基板处理腔室的处理配件的截面视图。
图3为流程图，图示根据本公开内容的一些实施方式的处理基板的方法。
为了促进理解，已尽可能地使用相同的附图标记代表共通附图中相同的元件。附图并非按照比例绘制，且为了清楚起见而可简化。一个实施方式的元件和特征可有利地并入其他实施方式中而无须进一步说明。
具体实施方式
此处提供用于处理腔室的处理配件和用于处理基板的方法的实施方式。所发明的处理配件包括非导电上部屏蔽件和由非导电内部屏蔽件径向向外设置的导电下部屏蔽件。非导电上部屏蔽件与导电下部屏蔽件的部分重叠。因为非导电上部屏蔽件在导电下部屏蔽件径向向内设置，所以非导电上部屏蔽件吸收从溅射靶材所溅射的大部分的介电材料。结果，当与传统处理配件屏蔽件比较时，导电下部屏蔽件在更多的处理次数中继续作用为阳极，而无须贴附步骤。
图1描绘根据本公开内容的一些实施方式的适合与上述处理配件一起使用的处理腔室的截面视图。适合的PVD腔室的范例包括
Figure GDA0002287397570000031
Plus以及SIP
Figure GDA0002287397570000032
PVD处理腔室，两者均可从加州圣克拉拉市的应用材料公司商业上取得。来自应用材料公司或其他制造商的其他处理腔室也可从此处所公开的发明方法受益。
处理腔室100含有用于支撑基板104的基板支撑件102和溅射源，例如溅射靶材106。基板支撑件102可定位于腔室主体177之中，腔室主体177包括接地的下部主体108、接地的适配器142、底部腔室壁152和接地的屏蔽件140。溅射靶材106可耦合至源分配板(未显示)。源分配板可由适合的导电材料制成，以从一个或多个功率源引导功率至溅射靶材106。可利用任何数量的功率源以提供功率至溅射靶材106，而适应在处理腔室100中实行的特定应用或处理。举例而言，在一些实施方式中，DC功率源126和RF功率源124可经由源分配板分别提供DC功率和RF功率至溅射靶材106。在此实施方式中，可利用DC功率源126以施加负电压或偏压至溅射靶材106。在一些实施方式中，由RF功率源124供应的RF能量可为在从约2MHz至约60MHz的频率范围中，例如可使用非限制性的2MHz、13.56MHz、27.12MHz或60MHz的频率。在一些实施方式中，可提供多个RF功率源(例如，两个或更多个)，而以多个上述频率提供RF能量。
可提供接地屏蔽件140以覆盖处理腔室100的盖的外侧表面。接地屏蔽件140举例而言可经由腔室主体的接地连接而耦合接地。接地屏蔽件140可包含任何适合的导电材料，例如铝、铜或类似者。在一些实施方式中，可在接地屏蔽件140和分配板的外表面、及溅射靶材106之间提供绝缘间隙139，以避免RF和DC能量直接路由接地。绝缘间隙可以空气或某些其他适合的介电材料填充，例如陶瓷、塑料或类似者。
溅射靶材106可通过介电适配器144支撑于接地的导电适配器142上。在一些实施方式中，接地的适配器142可以以铝形成。溅射靶材106包含在溅射期间待沉积至基板104上的材料，例如硅或另一介电材料。在一些实施方式中，背板202(显示于图2中)可耦合至溅射靶材106的面向源分配板的表面132。背板202可包含导电材料，例如铜-锌、铜-铬或与靶材相同的材料，使得RF和DC功率可经由背板202耦合至靶材106。或者，背板202可为非导电的且可包括导电元件(未显示)，例如用于将RF和DC功率耦合至溅射靶材106的电馈通或类似者。
基板支撑件102具有面向溅射靶材106的支撑表面110且支撑待处理的基板104。在一些实施方式中，导电壳体120可设置于基板支撑件102的至少一部分四周。基板支撑件102可在用于处理的处理腔室100的内部空间148中支撑基板104。内部空间148界定为在处理期间位于基板支撑件102上方的区域(例如，当在处理位置中时，介于溅射靶材106与基板支撑件102之间)。
在一些实施方式中，基板支撑件102可通过连接至底部腔室壁152的波纹管150而垂直地可移动，以允许基板104通过在处理腔室100的下部分中的装载锁定阀(未显示)传送至基板支撑件102上，且由此抬升至用于处理的一个或多个位置。
可通过质流控制器156从气源154供应一种或多种处理气体至处理腔室100的下部分中。排气通口158可经由阀160提供且耦合至泵(未显示)，用于对处理腔室100的内部排气且促进在处理腔室100的内侧维持所欲的压力。
在一些实施方式中，一个或多个功率源(如显示的RF偏压功率源162和DC功率源164)可耦合至基板支撑件102。当存在时，RF偏压功率源162可耦合至基板支撑件102以感应基板104上负的DC偏压。此外，在一些实施方式中，可于处理期间在基板104上形成负的DC自偏压。
处理腔室100进一步包括处理配件170，处理配件170具有耦合至介电适配器144的非导电上部屏蔽件173和耦合至腔室主体177的导电下部屏蔽件174。在一些实施方式中，非导电上部屏蔽件173可替代地放置在适配器142的凸耳176上。在一些实施方式中，非导电上部屏蔽件173为圆柱形的，且包括环绕溅射靶材106的上部分171和从上部分171向下延伸的下部分172。导电下部屏蔽件174包括圆柱形主体166，此圆柱形主体166具有上部分167和下部分168、从下部分168径向向内突出的下壁128和从下壁128向上突起的唇部169。在一些实施方式中，非导电上部屏蔽件173可以由处理兼容的陶瓷形成，例如石英、蓝宝石、氧化铝、碳化硅和类似者。在一些实施方式中，导电下部屏蔽件174可以以导电材料形成，例如铝和类似者。
在一些实施方式中，一个或多个导电条带130可将导电下部屏蔽件174电气耦合至导电壳体120。在一些实施方式中，处理配件170还包括盖环186，配置成与导电下部屏蔽件174的唇部169界面连接，以经由导电下部屏蔽件174和腔室主体177将基板支撑件接地。沉积环122可用以在处理期间保护基板104的周围。
图2图示根据本公开内容的一些实施方式的处理配件170的特写截面视图。如图2中图示，非导电上部屏蔽件173延伸且屏蔽在上部分167和导电下部屏蔽件174的下部分168的至少一部分上。导电下部屏蔽件174的圆柱形主体166由第一间隙D1与非导电上部屏蔽件173径向隔开，第一间隙D1介于约0.375英寸与约1英寸之间。导电下部屏蔽件174的下壁128由第二间隙D2与非导电上部屏蔽件173的下部分172垂直隔开，第二间隙D2介于约0.375英寸与约1英寸之间，且配置成限制介于非导电上部屏蔽件173之中的空间(即，内部空间148)与导电下部屏蔽件174的圆柱形主体166之间的直接视线(direct line of sight)。在一些实施方式中，第一间隙D1和第二间隙D2为相等的。第一间隙D1和第二间隙D2允许二次等离子体形成于非导电上部屏蔽件173与导电下部屏蔽件174之间，因此有利地在阴极与阳极之间建立“桥接”，同时屏蔽阳极(即，导电下部屏蔽件174)远离介电材料的沉积。
返回图1，在一些实施方式中，磁铁190可设置于处理腔室100的四周，用于选择性地在基板支撑件102与溅射靶材106之间提供磁场。举例而言，如图1中所显示，磁铁190可设置于接地的下部主体108的外侧四周，正好在基板支撑件102的上方的区域中。在一些实施方式中，磁铁190可额外地或替代地设置于其他位置中，例如邻接于适配器142。磁铁190可为电磁铁，且可耦合至用于控制由电磁铁所产生的磁场大小的功率源(未显示)。
可提供控制器118且耦合至处理腔室100的各种部件，以控制这些部件的操作。控制器118包括中央处理单元(CPU)112、存储器114和支持电路116。控制器118可直接控制处理腔室100，或经由与特定处理腔室和/或支持系统部件相关联的计算机(或控制器)来控制处理腔室100。控制器118可为任何形式的通用计算机处理器，而可在工业设定中用以控制各种腔室和子处理器。控制器118的存储器114或计算机可读取介质可为一个或多个容易获得的存储器，例如随机存取储存器(RAM)、只读存储器(ROM)、软盘、硬盘、光学存储介质(例如，光盘或数字视频光盘)、闪存驱动器、或不论本地或远程的任何其他形式的数字存储。支持电路116耦合至CPU 112用于以传统的方式支持处理器。这些电路包括高速缓存、电源、时钟电路、输入/输出电路和子系统、和类似者。此处所述的发明方法可存储于存储器114中作为可执行或调用而以此处所述的方式控制处理腔室100的操作的软件例程。软件例程也可由第二CPU(未显示)存储和/或执行，此第二CPU远程地定位于CPU 112所控制的硬件。
图3为流程图，图示根据本公开内容的一些实施方式的处理基板的方法300。于302处，将基板104放置在基板支撑件102的支撑表面110上。于304处，从非处理位置(显示于图1中)抬升基板支撑件102至处理位置(显示于图2中)。于306处，在处理腔室100的内部空间148之中形成等离子体，以从溅射靶材106溅射材料至基板104上。如上说明，因为处理配件170提供阳极(即，导电下部屏蔽件174)的屏蔽，所以在需要贴附步骤以复原阳极之前可运行更多次处理(例如，方法300)，因此显著增进处理腔室100的产量。
因此，此处提供用于基板处理腔室的处理配件的实施方式。发明的处理配件相较于传统处理配件，可通过更长时间地允许导电屏蔽件继续作用为阳极，而促进处理腔室增加的产量。
尽管以上涉及本公开内容的实施方式，可设计出本公开内容的其他和进一步实施方式而并未背离其基本范围。

Claims (15)

1.一种处理配件，包含：
非导电上部屏蔽件，具有配置成环绕溅射靶材的上部分和从所述上部分向下延伸的下部分；和
导电下部屏蔽件，由所述非导电上部屏蔽件径向向外设置，且具有圆柱形主体、下壁，所述圆柱形主体具有上部分和下部分，所述下壁从所述下部分水平地径向向内突出到从所述下壁向上突起的唇部，其中所述圆柱形主体由第一间隙与所述非导电上部屏蔽件径向隔开，且其中所述唇部从所述下壁向上突起超过所述非导电上部屏蔽件的所述下部分的底表面，并且其中所述下壁的上表面与所述非导电上部屏蔽件的所述下部分的所述底表面相对并且垂直隔开设置，以限定第二间隙，所述第二间隙配置成限制介于所述非导电上部屏蔽件之中的空间与所述导电下部屏蔽件的所述圆柱形主体之间的直接视线。
2.如权利要求1所述的处理配件，其中所述第一间隙为介于约0.375英寸与约1英寸之间。
3.如权利要求1所述的处理配件，其中所述第二间隙为介于约0.375英寸与约1英寸之间。
4.如权利要求1所述的处理配件，其中所述第一间隙与所述第二间隙相等。
5.如权利要求4所述的处理配件，其中所述第一间隙与所述第二间隙的各者介于约0.375英寸与约1英寸之间。
6.如权利要求1至5任一项所述的处理配件，其中所述非导电上部屏蔽件以陶瓷形成。
7.如权利要求1至5任一项所述的处理配件，其中所述导电下部屏蔽件以铝形成。
8.如权利要求1至5任一项所述的处理配件，其中所述非导电上部屏蔽件为圆柱形的。
9.如权利要求1至5任一项所述的处理配件，进一步包含：
盖环，配置成与所述唇部界面连接。
10.一种处理腔室，包含：
腔室主体；
基板支撑件，设置于所述腔室主体之中；
溅射靶材，设置于所述腔室主体之中在所述基板支撑件上方；和
处理配件，设置于所述基板支撑件四周，所述处理配件包含：
适配器，耦合至所述腔室主体的顶部；
非导电上部屏蔽件，具有环绕所述溅射靶材的上部分和从所述上部分向下延伸的下部分，其中所述上部分经由所述适配器耦合至所述腔室主体；和
导电下部屏蔽件，由所述非导电上部屏蔽件径向向外耦合至所述腔室主体，且具有圆柱形主体、下壁，所述圆柱形主体具有上部分和下部分，所述下壁从所述下部分水平地径向向内突出到从所述下壁向上突起的唇部，其中所述圆柱形主体由第一间隙与所述非导电上部屏蔽件径向隔开，且其中所述唇部从所述下壁向上突起超过所述非导电上部屏蔽件的所述下部分的底表面，并且其中所述下壁的上表面与所述非导电上部屏蔽件的所述下部分的所述底表面相对并且垂直隔开设置，以限定第二间隙，所述第二间隙配置成限制介于所述非导电上部屏蔽件之中的空间与所述导电下部屏蔽件的所述圆柱形主体之间的直接视线。
11.如权利要求10所述的处理腔室，其中所述腔室主体为接地的。
12.如权利要求11所述的处理腔室，进一步包含：
导电条带，设置于所述下壁与所述基板支撑件之间，以经由过所述导电下部屏蔽件和所述腔室主体将所述基板支撑件接地。
13.如权利要求10至12任一项所述的处理腔室，其中所述第一间隙为介于约0.375英寸与约1英寸之间。
14.如权利要求10至12任一项所述的处理腔室，其中所述第二间隙为介于约0.375英寸与约1英寸之间。
15.如权利要求10至12任一项所述的处理腔室，其中所述第一间隙与所述第二间隙相等，且其中所述第一间隙与所述第二间隙的各者介于约0.375英寸与约1英寸之间。
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