CN112680707B - 工件托架、薄膜沉积腔体、薄膜沉积方法 - Google Patents

工件托架、薄膜沉积腔体、薄膜沉积方法 Download PDF

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Abstract

本揭露提供一种能够使一工件支撑表面倾斜的灵活工件托架和使用上述工作托架的薄膜沉积腔体及薄膜沉积方法。工件托架包括安装于工件支撑表面上的一加热器。加热器包括多个加热源。加热器中的多个加热源允许针对工件的不同区将工件加热至不同温度。通过使用工件托架的可调谐加热特征及倾斜特征，本揭露可减小或消除相关技术中相关工件托架的遮挡效应问题。

Description

工件托架、薄膜沉积腔体、薄膜沉积方法
技术领域
本揭露的实施例是关于一种用于承载半导体晶圆的工件托架及在半导体晶圆制程中操作工件托架的方法。
背景技术
在制造半导体中，通常使用诸如化学气相沉积(chemical vapor deposition；CVD)腔体及物理气相沉积(physical vapor deposition；PVD)腔体的薄膜沉积腔体。在此等腔体内，晶圆夹用以支撑晶圆，使用连接至夹的加热器来加热晶圆、及在沉积制程期间使晶圆旋转。在沉积制程中，在支撑晶圆的晶圆夹沿着平面，例如x-y平面(其中x-y平面平行于水平向量或垂直于重力向量)循环地旋转同时，定位于晶圆上方的靶材材料经沉积。归因于晶圆的圆形形状及靶材材料的位置，晶圆的一些部分(例如，晶圆的周边、晶圆的边缘附近的位置)通过所沉积的靶材材料不均匀地覆盖。
发明内容
本揭露部分实施例提供一种用于物理气相沉积加工的工件托架，包括:一轴，轴具有一第一末端及一第二末端；一工件夹，工件夹连接至轴的第一末端，工件夹包括用于支撑一工件的一工件支撑表面，工件支撑表面界定一第一平面；一可移动接头，接头是在轴与工件夹之间，可移动接头包括一可移动接头表面并将工件夹连接至轴的第一末端，可移动接头可倾斜至第一平面并倾斜脱离第一平面；以及一旋转机构，旋转机构连接至轴的第二末端，旋转机构在操作中使轴旋转。
本揭露另一些实施例提供一种薄膜沉积腔体，包括：一工件托架，工件托架包括：一轴，轴具有一第一末端及一第二末端，轴用以沿着一轴线旋转；轴的第一末端上的一夹，夹包括一支撑区；轴与夹之间的一可移动接头，可移动接头用以使夹倾斜；一旋转机构，旋转机构连接至轴的第二末端以控制沿着轴线的一旋转速率；以及一判定电路，判定电路连接至工件托架以电控制可移动接头及旋转机构的移动。
本揭露另一些实施例提供一种薄膜沉积方法，包括以下步骤:在一材料沉积腔内将一工件支撑于一工件夹上；使工件夹旋转；回应于一判定电路的一输出使工件夹倾斜；控制工件的一温度；以及将一材料沉积于工件上。
附图说明
本揭露的态样在与随附附图一起研读时自以下详细描述内容来最佳地理解。应注意，根据行业中的标准惯例，各种特征未按比例绘制。实际上，各种特征的尺寸可为了论述清楚经任意地增大或减小。
图1A为根据本揭露的一个实施例的包括工件夹的腔结构的横截面图；
图1B为根据本揭露的一实施例的工件夹的横截面图；
图2为根据本揭露的一实施例的靶材材料在工件的各种位置的沉积的示意图；
图3A为根据本揭露的实施例的具有多个加热线圈的加热器的俯视图；
图3B为根据本揭露的实施例的具有多个加热区的加热器，该多个加热区用于调谐工件上的各个位置的温度；
图4为根据本揭露的实施例的操作工件夹以执行薄膜沉积的流程图。
【符号说明】
100:腔体(腔结构)
110:夹(工件夹)
112:轴
115:工件
120:遮蔽盘
130:靶材(靶材材料)
140:RF电力电路
150:DC电力电路
160:气体供应器
170:真空泵
180:屏蔽件
185:盖环
190:磁体
195:沉积环
200:加热器
205:判定电路
210:旋转机构
220:可移动接头
260:第一间隔物
270:第二间隔物
330:左侧(西侧)
340:中心部分(中心)
345:区域
350:右侧(东侧)
355:区域
360:第一间隔物
370:第二间隔物
410:第一加热线圈
420:第二加热线圈
430:第三加热线圈
440:第一区(中心区)
450:第二区(环形区)
460:第三区(环形区)
500:流程图
S510:步骤
S520:步骤
S530:步骤
S540:步骤
S550:步骤
R1:第一外径
R2:第二外径
R3:第三外径
α:角度
β:角度
具体实施方式
以下揭示内容提供用于实施所提供标的物的不同特征的许多不同实施例或实例。下文描述元件及配置的特定实例以简化本揭露。当然，此等元件及配置仅为实例且并非意欲为限制性的。举例而言，在以下描述中，第一特征于第二特征上方或上的形成可包括第一及第二特征直接接触地形成的实施例，且亦可包括额外特征可形成于第一特征与第二特征之间使得第一特征及第二特征可不直接接触的实施例。此外，本揭露在各种实例中可重复参考数字及/或字母。此重复是出于简单及清楚的目的，且本身并不指明所论述的各种实施例及/或组态之间的关系。
另外，空间相对术语，诸如“……下面”、“下方”、“下部”、“……上方”、“上部”及类似者本文中可出于易于描述而使用以描述如诸图中图示的一个元素或特征与另一元素或特征的关系。空间相对术语意欲涵盖除诸图中描绘的定向外的使用或操作中的不同的装置定向。装置可以其他方式定向(旋转90度或处于其他定向)，且本文中使用的空间相对描述词可同样经因此解译。
现将结合附图详细描述本揭露的各种态样。
图1A为根据本揭露的一个实施例的腔结构100的横截面图。腔结构100包括工件托架。工件托架包括工件夹110(亦可称作夹110)。工件托架包括夹110、轴112、可移动接头220、及旋转机构210。工件托架的特定元件进一步在图1B中详述。
返回至图1A，夹110在对工件115的各种加工(例如，薄膜沉积制程)期间支撑工件115(例如，硅晶圆、基板或类似者)。夹110例如由陶瓷，诸如铝、不锈钢的金属或其组合制造。遮蔽盘120定位于工件115上方。大体而言，遮蔽盘120在靶材130的清洗期间使用以保护夹110以及邻近夹110且夹110周围的其他元件。举例而言，遮蔽盘120定位于靶材130与夹110之间以隔离如下各者：靶材130及待在清洗制程期间清洗的其他元件，与腔体100内的可通过清洗靶材130及粘贴材料受到损害的其他元件。在一个实施例中，遮蔽盘120收容于邻接于腔体100附接的壳体(图中未示)中。遮蔽盘120连接至旋转臂(图中未示)从而基于制造制程或清洗制程的阶段及类型在水平方向或垂直方向上移动遮蔽盘120。举例而言，在清洗制程期间，旋转臂可置放遮蔽盘120以上覆在工件115(或夹110)以保护夹110。在其他实例中，诸如在沉积制程期间，旋转臂可将遮蔽盘120置放于壳体内部以便不阻断靶材130与夹110之间的通路。
腔结构100包括RF(radio frequency，射频)电力电路140，该RF电力电路连接至夹110以在加工期间提供RF偏压电压至工件115。RF电力电路140提供RF偏压电压至夹110及工件115，使得其经正偏压(在其他实施例中，夹110及工件115可经负偏压)。另外，RF电力电路140可连接至腔体100内的其他元件，且可提供RF偏压电压至元件。
腔结构100包括DC电力电路150，该DC电力电路连接至靶材130且向靶材130提供DC偏压电压。举例而言，在根据本揭露的一些实施例中，靶材130及夹110通过电源(DC或RF)相对于彼此偏压以将靶材材料130吸附至夹110上的工件115。另外，DC电力电路150可连接至腔体100内的其他元件，且可提供DC偏压电压至元件。
腔结构100包括控制至腔体100中的气流的气体供应器160。举例而言，在根据本揭露的一些实施例中，气体供应器160可提供诸如氩气(Ar)的惰性气体至腔体100中，从而在沉积期间形成电浆且使用。在其他实施例中，取决于待移除的材料，各种气体，诸如氢气、氧气、含氟气体或其他惰性气体在蚀刻清洗期间经由气体供应器160供应至腔体100。
腔结构100包括连接至腔体100的真空泵170。真空泵170能够在工件115的加工期间在腔体100中产生真空状态。腔结构100包括：屏蔽件180，该屏蔽件在加工期间包围工件115；以及盖环185，该盖环在加工期间与夹110相抵地维持工件115。盖环185通过沉积环195支撑。
靶材130在例如PVD制程期间提供待沉积材料于工件115上。磁体190在加工期间增强靶材材料的均匀消耗。电浆自所供应的氩气形成于靶材130与工件115之间。电浆内的离子朝向靶材130加速，且轰击靶材130以通过使材料的数个部分自靶材130强行去除而移除靶材材料的数个部分。强行去除的靶材材料归因于电压偏压被吸附朝向工件115，且将靶材材料薄膜沉积于工件115上。
沉积环195包围夹110。邻近于沉积环195定位的盖环185与沉积环195部分重叠。盖环185及沉积环195保护夹110在加工(例如，PVD制程，诸如溅射或蒸发)期间未通过工件115覆盖的区。腔体100的剩余部分通过邻近于盖环185的屏蔽件180保护。盖环185及沉积环195使沉积于夹110上的来自靶材130的材料减小或最小化。在PVD制程期间，腔体100中的氩气转换成电浆状态。即，电浆将具有正的氩离子及电子。正的氩离子将被吸附朝向靶材130定位所在的负板材(例如，然而，在其他实施例中，靶材130可使用DC电力电路150经正偏压)。此吸附力使得正的氩离子移动朝向靶材130定位所在的负板材。此等离子在制程期间运用力撞击靶材130。此力使得来自靶材表面的一些离子自靶材130强行去除，且最终沉积于工件115上。若自靶材130强行去除的材料的一些与夹110及其周围环境(例如，夹110的壁及工件115的周边)接触，则强行去除的材料可沉积于夹110、其周围环境或工件115的周边上。盖环185及沉积环195协作以减小或消除来自靶材130的材料与腔体100的元件接触，靶材材料130在该等元件上的沉积为非所要的。
沉积环195可经移除以自沉积环195的表面清洗此等靶材材料沉积物。通过使用沉积环195，夹110并非必须被拆卸以在每一PVD制程之后被清洗。此外，沉积环195保护夹110的边缘或周边表面以减小边缘或周边表面通过激发电浆引起的腐蚀。在一个实施例中，沉积环195可由诸如氧化铝的陶瓷材料形成。然而，可使用其他材料，诸如合成橡胶、热固性材料、塑胶、热塑性塑胶，或满足化学相容性、耐久性、柔软性、密封要求、可挠性、涂覆温度等的任何其他材料。举例而言，陶瓷材料可使用诸如等静压成形的已知技术经模制并烧结，继之以使用合适加工方法对经模制烧结预成型坯进行加工以达成所要求的形状及尺寸。然而，可使用用于制造的其他已知技术。
在一个实施例中，盖环185是由可抗所产生的电浆腐蚀的材料制造，举例而言，该材料为诸如不锈钢、钛或铝的金属材料或诸如氧化铝的陶瓷材料。然而，可使用其他合适材料，诸如合成橡胶、热固性材料、塑胶、热塑性塑胶，或满足化学相容性、耐久性、柔软性、密封要求、可挠性、涂覆温度等的任何其他材料。
根据本揭露的夹110能够在x-y平面以及z平面(参见图1B中的xyz平面图例)中移动，例如旋转，且倾斜脱离x-y平面(参见图1B)。夹110的特定移动将结合图1B详述。在一或多个实施例中，由于夹110的灵活移动(允许对夹110所在平面及夹110的旋转进行调整)，沉积环195及盖环185可结合夹110的调整来移动或拉伸。举例而言，合成拉伸橡胶可用于盖环185及沉积环195，使得环中的至少一者在制造制程期间覆盖夹110，而不管夹110的定向，例如倾斜脱离x-y平面的调整。
根据本揭露的实施例，加热器200设置于夹110上。在操作期间，工件115置放于加热器200的顶部上，该加热器配置于夹110的顶表面上。在一个实施例中，加热器200可作为用作夹110的单一整合式结构倂入。在此实施例中，加热器200将定位于夹110的顶表面上，该顶表面在制造制程(例如，PVD制程)期间接触工件115。在其他实施例中，加热器200可为叠放于夹110的顶表面上的分离元件。加热器200经设计以加热工件115，例如以使工件115做好准备以供加工。加热器200的特定结构将结合图3A及图3B来详述。
判定电路205连接至腔体100以执行并施行在腔体100中进行的制造制程的各种步骤。在一个实施例中，判定电路205将输出信号传输至可移动接头220(参见图1B)以控制可移动接头220及耦接至可移动接头220的夹110的倾角。判定电路205亦用以将输出信号传输至旋转机构210(参见图1B)以控制耦接至旋转机构210的夹110的旋转速率。判定电路205的功能不限于以上功能。判定电路205包括微处理器、中央处理单元、控制器电路、及能够执行指令的任何其他集成电路。在一个实施例中，判定电路205可控制各种腔体、腔内的元件、能够传送诸如晶圆的工件的机器人臂或移动构件，以及倂入于腔体100内的各种子加工器。
诸如记忆体的其他元件可耦接至判定电路205。记忆体或计算机可读媒体可为快速取得的记忆体中的一或多者，诸如随机存取记忆体(random access memory；RAM)、只读记忆体(read only memory；ROM)、硬盘，或任何其他形式的数字储存器(本端或远端储存器)。记忆体储存预定制程参数集合，且与判定电路205协作以施行进行指定制制程必要的预定制程参数集合。判定电路205选择用于操作PVD加工腔的制程参数集合，包括夹110的倾角以及夹110的旋转速率。举例而言，每一制程参数集合可基于哪一种材料正沉积于工件115上而不同。即，用于执行用于在工件上形成铝衬垫(铝衬垫)的制程、在工件上形成镍(Ni)特征的制程、用于形成铜阻障层/种子层的制程及其他制程的倾角可彼此不同。下文提供铝衬垫制程、镍制程及铜阻障层/种子制程的细节。用于执行特定制制程的制程参数亦可取决于条件，诸如加热器200的温度、腔体100内的温度、腔体100内的压力、气体压力、及其他各种条件。
图1B为根据本揭露的一个实施例的夹110的横截面图。
夹110经由轴112连接至旋转机构210。可移动接头220将轴112连接至夹110。即，旋转机构210连接至轴112的一个末端，且可移动接头220连接至轴112的另一末端。旋转机构210包括驱动总成，该驱动总成包括马达或任何电子/机械马达，该马达可耦接至轴112以使得夹110围绕轴线旋转(例如，围绕x-y平面旋转)。另外，任何合适机器可用作旋转机构210从而使轴112以选定旋转速率旋转，且不限于所提及的实例。
可移动接头220在轴112的顶部上支撑夹110，使得夹110能够移动或倾斜脱离x-y平面，且借此使得夹110的周边在z轴方向(例如，垂直方向)上移动。根据本揭露的实施例，工件夹110包括工件支撑表面。此工件支撑表面为夹110上方用于支撑工件115的表面。此工件支撑表面界定第一平面。举例而言，若夹110并未经倾斜，且相对于垂直方向维持0度或180度的定位(亦即，平行于水平方向的定位，或换言之垂直于重力向量的定位)，则第一平面平行于x-y平面。通过调整可移动接头220，夹110移动工件支撑表面脱离第一平面。在一个实施例中，可移动接头220包括具有360度可挠旋转的接头，例如不锈钢球窝接头。在另一实施例中，可移动接头220包括能够相对于x-y平面使夹110倾斜的金属旋转接头，诸如万向接头或十字接头。在其他实施例中，可移动接头220可包括具有六个自由度(six degreesof freedom；6DoF)的接头，该等自由度指本体在三维空间中的移动自由。举例而言，通过具有6DoF的可移动接头220支撑的夹为自由的以随着三个垂直轴线(例如，x轴、y轴、z轴)上的前后(纵移)、上下(横差)、左右(横移)平移结合经由通常被称作偏航(垂直轴线)、倾斜(横向轴线)及横摇(纵向轴线)的围绕三个垂直轴线的定向改变而改变定位。
在一个实施例中，可移动接头220基于制造制程差异使夹110倾斜一角度。举例而言，各种装备及结构在制造制程期间使用。硬件装备各自可具有用于操作制造制程的某步骤的设定参数。每一硬件针对不同制程可具有的不同组态引起倾角的差异。举例而言，具有某些设定参数的第一硬件装备可需要用于补偿工件中的遮挡效应的第一倾角。另一方面，具有不同设定参数的第二硬件装备可需要第二倾角，该第二倾角不同于用于补偿工件中的遮挡效应的第一倾角。靶材材料130的沉积角度如自工件115的中心所查看为约90度。如自图2中的工件115的中心部分340所绘示，90度意谓通过工件115的表面形成的角度(例如，0度或180度)及靶材材料130的方向(参见靶材材料130经沉积所在的方向的箭头)为约90度，例如为垂直的。然而，在诸如如图2中所绘示的工件115的左侧或西侧330的其他位置，基于夹110的旋转速率，沉积于左侧330上的靶材材料130的沉积角度为α。根据本揭露的实施例，可移动接头220的存在允许夹110以角度α倾斜以补偿靶材材料沉积于左侧330上所用的角度，借此减小或避免下文参看图2描述的遮挡效应。在一些实施例中，角度α可增大，以便调整，例如增大或减低进一步朝向工件115的边缘的位置的覆盖率。与通过使用根据本揭露的一些实施例的加热器200中的多个加热线圈来控制工件115的温度相关的因数将在下文中予以解释。
相关沉积腔中的相关夹不能够移动以使夹倾斜脱离x-y平面。举例而言，在相关技术的相关夹中，夹在x-y平面中旋转，但夹不能倾斜脱离x-y平面达某倾角。即，在相关技术中，夹的倾角为约0度至180度，但并非为可调整的。因此，取决于工件115(诸如晶圆)的哪一部分正接收所沉积靶材材料，即可观察遮挡效应。举例而言，工件的左侧(例如，西侧)及右侧(例如，东侧)易受被称作遮挡效应的事项影响。当工件上的某些特征阻断靶材材料沉积于工件上的该特征或其他特征的数个部分上时，遮挡效应发生。此外，遮挡效应导致一过量靶材材料沉积于未在工件上的阻断特征的“阴影”中的一些部分特征。另一方面，工件的中心部分常常并不经历到遮挡效应，且靶材材料以均匀方式，例如均匀厚度沉积于工件的中心部分中的特征上。
举例而言，当工件表面经受靶材材料沉积制程，例如PVD制程且工件表面包括第一间隔物及第二间隔物时，“遮挡效应”致使靶材材料不均衡地沉积于第一间隔物及/或第二间隔物上。换言之，沉积于第一间隔物及第二间隔物的数个部分上的靶材材料在一些位置或在其他位置将为较不健全的。取决于遮挡效应的严重性，在第一间隔物及/或第二间隔物的一些部分上可不存所沉积的靶材材料。此遮挡效应为靶材材料自靶材沉积通过的定向性质的功能。靶材材料于工件上的不均衡沉积亦可为夹使工件旋转所用的速率的结果。所沉积靶材材料越过晶圆的厚度变化导致自此等晶圆产生的半导体装置具有不规则及不一致的电/电子特性。
当遮挡效应发生于晶圆的周边部分上时，晶圆的中心绘示靶材材料达均匀厚度的沉积。归因于晶圆内的中心位置，靶材材料以实质上垂直于晶圆的表面，包括间隔物之间的区域的角度沉积。因此，很少遮挡效应或无遮挡效应在晶圆的中心附近发生，且靶材材料以实质上均匀的方式沉积。
另一方面，晶圆的右侧或东侧部分遭受与晶圆的左侧或西侧部分相同的遮挡效应问题。举例而言，归因于第一间隔物260的高度及靶材材料发源的角度，靶材材料并不沉积于晶圆的一些区域上。归因于遮挡效应，更多靶材材料沉积于晶圆的一些部分上，且较少靶材材料沉积于晶圆的其他部分上。如上文所述，此情形使得晶圆的数个部分具有不均匀沉积物，例如，靶材材料的不均匀厚度，此情形又引起自此晶圆制造的半导体晶片中的不可靠操作特性。
图2为根据本揭露的一个实施例的晶圆的各种位置上的材料的沉积的示意图。
图2图示，根据本揭露的实施例的夹110能够借助于可移动接头220移动通过夹支撑的工件。夹110能够在x-y平面中旋转，但亦能够以某倾角倾斜脱离x-y平面。夹能够倾斜的角度范围介于0度与90度之间。夹经倾斜的特定角度将部分取决于沉积于工件115上的材料。亦将在判定夹110的倾角中考虑到其他各种因素，诸如通过加热器200应用的温度及夹的旋转速度。如图2中所绘示，通过根据本揭露的实施例的夹110支撑的工件115并不在左侧或西侧330，右侧或东侧350或中心340处经历实质遮挡效应。即，工件115的实质所有部分无遮挡效应，且靶材材料以均匀方式沉积于工件115内的实质所有位置。遮挡效应的期望移除与晶圆在x-y平面上的倾斜相关，以在晶圆左侧或西侧330以及右侧或东侧350的方向上补偿标靶材料沉积。
参看图2，第一间隔物360及第二间隔物370在晶圆115的中心340及晶圆115的左侧330两者上形成于工件115上。当夹110正以某旋转速率旋转时，靶材材料130可通过调整工件115倾斜脱离x-y平面所用的角度均匀地沉积于工件115的左侧/西侧330上。举例而言，若靶材材料130沉积于工件115上所在的相对于垂直方向的方向或角度为α，则根据本揭露的实施例，可移动接头220提供使夹110倾斜脱离x-y平面达相对于x-y平面相同的角度α的灵活性及自由度。通过使夹110及工件115倾斜达角度α，对于左侧330上的工件115，靶材材料沉积于工件115上的方向垂直于工件115的表面。当靶材材料沉积于工件上的方向垂直于工件115的表面时，第一间隔物360及第二间隔物370“遮挡”靶材材料的沉积的可能性经减小或移除，且通过靶材材料进行的覆盖为完整的，且沉积物具有均匀或所要厚度。应理解，对所沉积靶材材料的均匀厚度的参考不限于所沉积靶材材料的厚度在所有位置相同的情形。举例而言，在图2中图示的实施例中，第一间隔物360及第二间隔物370的数个侧上的所沉积靶材材料的厚度与在第一间隔物360与第二间隔物370之间的区域355中及第一间隔物360及第二间隔物370的顶部中的所沉积靶材材料的厚度不同。所沉积靶材材料的均匀厚度亦指如下情形：特征的一部分上，例如第一间隔物360的侧壁或第二间隔物370的侧壁上的所沉积材料的厚度具有均匀厚度，而第一间隔物360的侧壁上的所沉积靶材材料的相对厚度不同于第二间隔物370的侧壁上的所沉积靶材材料的厚度。
继续参看图2，沉积于工件115的中心340上的靶材材料均匀地沉积于第一间隔物360与第二间隔物370之间的区域345中。归因于工件115内的中心位置，夹110的旋转速率并不影响靶材材料130发源所在的角度。因为靶材材料130以实质上垂直于第一间隔物360、第二间隔物370以及第一间隔物360与第二间隔物370之间的区域345的角度沉积，所以不必要使夹110倾斜以补偿工件115的中心340处的遮挡效应。根据本揭露的实施例，夹110围绕其中心轴线倾斜，该中心轴线在某些实施例中在夹110及轴112的中心轴线上与靶材材料130的中心轴线对准。在此类组态情况下，当可移动接头220经启动以使夹倾斜脱离x-y平面时，工件115的表面在中心部分340处在垂直方向上移动的距离小于工件的表面在左侧330及右侧350处在垂直方向上移动的距离。
类似于工件115的左侧330，根据本揭露的实施例，当工件115倾斜脱离x-y平面时，工件115的右侧350以互补方式相对于工件115的左侧330倾斜。举例而言，若靶材材料130沉积于工件115上的相对于垂直方向的方向或角度为β，则根据本揭露的实施例，可移动接头220提供使夹110倾斜脱离x-y平面达相同角度β(相对于x-y平面)的灵活性及自由度。通过使夹110及工件115倾斜一角度β，对于右侧350上的工件115，靶材材料沉积于工件115上的方向垂直于工件115的表面。当靶材材料沉积于工件上的方向垂直于工件115的表面时，第一间隔物及第二间隔物“遮挡”靶材材料的沉积的可能性经减小或移除，且通过靶材材料进行的覆盖为完整的，且沉积物具有均匀厚度或所要厚度。换言之，夹110的倾斜使得夹110及工件的表面垂直或正交于靶材材料130发源且沉积于工件上的方向。根据本揭露的实施例，当夹/工件的角度以此方式调整时，靶材材料可均匀地沉积于第一间隔物360与第二间隔物370之间的区域355上。因此，所沉积靶材材料的厚度越过第一间隔物360、第二间隔物370及该第一间隔物与第二间隔物之间的区域355将为均匀的。
图3A为根据本揭露的实施例的具有多个加热线圈的加热器的俯视图。图3B为根据本揭露的实施例的具有多个加热区的工件的俯视图，该等加热区用于调谐工件的各个位置的温度。
参看图3A，根据本揭露的加热器200能够通过区控制加热器200的表面区域的温度。为了通过具有不同温度的区来对加热器加热，加热器200包括多个加热线圈。加热线圈配置于加热器200的表面内以在不同区处将工件115加热至不同温度，如图3B中所绘示。在一个实施例中，加热器200包括定位于加热器200的中心处的第一加热线圈410。第一加热线圈410增大加热器200的温度以加热对应位置的工件115。第一加热线圈410可增大温度至第一温度以将工件115的第一区440加热至相同温度。第一区440具有第一外径R1，且第一加热线圈410可配置于通过第一外径R1界定的圆形区域中。举例而言，在所图示的实施例中，第一加热线圈410定位于通过第一外径R1界定的内部圆形区域内。本揭露包括其中第一加热线圈410不同地配置于通过第一外径R1界定的内部圆形区域内的实施例。在一些实施例中，第一区440及第二区450彼此部分重叠，且第二区450及第三区460彼此部分重叠。
加热器200包括定位于第一加热线圈410的圆周或周边周围的第二加热线圈420。第二加热线圈420增大加热器200的温度以加热对应位置的工件115。第二加热线圈420增大温度至第二温度以将工件115的第二区450加热至相同温度。第二区450是在第一外径R1外部且第二外径R2内的区域中。在所图示的实施例中，第二加热线圈420定位于通过第一外径R1与第二外径R2之间的区域界定的第一外部环形区域内。本揭露包括其中第二加热线圈420不同地配置于通过第一外径R1与第二外径R2之间的区域界定的第一外部环形区域内的实施例。
加热器200包括定位于第二加热线圈420的圆周或周边周围的第三加热线圈430。第三加热线圈430增大加热器200的温度以加热对应位置的工件115。第三加热线圈430增大温度至第三温度以加热工件115的第三区460至相同温度。第三区460是在第二外径R2外部且第三外径R3内的区域中。在所图示的实施例中，第三加热线圈430定位于通过第二外径R2与第三外径R3之间的区域界定的第二外部环形区域内。第三加热线圈430邻近于第二加热线圈420配置。在所图示的实施例中，第三加热线圈430配置于第二外径R2外部且第三外径R3内的区域中。即，第三加热线圈430定位于通过第三外径R3与第二外径R2之间的区域界定的第二外部环形区域内。本揭露包括其中第三加热线圈430不同地配置于通过第二外径R2与第三外径R3之间的区域界定的第二外部环形区域内的实施例。
加热线圈的其他各种配置可予以使用，且配置不必限定至附图中绘示的实施例。
在一个实施例中，第一加热线圈、第二加热线圈及第三加热线圈与加热器200一体式地形成。另外，加热器200配置于夹110的第一侧处，且与夹110一体式地形成。在另一实施例中，加热器200可移除地附接至夹110的第一侧。
在一或多个实施例中，可移动接头220使夹110倾斜脱离x-y平面，且加热器200上的多个加热线圈基于来自判定电路205的指令来控制，该判定电路自记忆体撷取制程参数(例如，针对某些制程的某些倾角、基于某些沉积材料的区的温度、夹的旋转速度等)。举例而言，根据本揭露的至少一些实施例，为了达成靶材材料的均匀沉积，腔体100的判定电路205控制夹110的倾角、夹110的旋转速率及/或第一、第二及第三加热线圈的温度中的至少一者。在其他实例中，腔体100的判定电路205控制夹110的倾角、夹110的旋转速率、第一、第二及第三加热线圈的温度的组合以减小或小区遮挡效应，且产生具有均匀或所要厚度及覆盖的靶材材料130的沉积物。
在一个实施例中，根据本揭露的夹110可用于对工件115的铝衬垫沉积制程中。
当根据本揭露的实施例的夹110用于铝衬垫沉积制程中时，夹110的倾角经调整以使工件115倾斜。此情形致使工件的左侧提升或减低且工件的右侧减低或提升。另外，根据本揭露的实施例，工件的每一左侧、中心及右侧的温度经控制以进一步促成均匀沉积制程。举例而言，左侧及右侧上具有类似外径的对应位置加热至约200℃。另一方面，工件的中心经加热至高于右侧及左侧的温度。举例而言，中心经加热至大于约200℃，例如约250℃的温度。通过控制工件115的倾角以及对区的温度调谐，工件的数个部分上的铝的非均匀或非一致沉积被减小或避免，从而致使越过工件115的实质上所有部分具有均匀厚度以及高覆盖率的所沉积靶材材料。
在另一实施例中，根据本揭露的实施例的夹110用于用以沉积镍于工件115上的制程中。在用于沉积镍于工件上的制程中使用根据本揭露的实施例的夹110达成越过工件115的均匀厚度的镍沉积物。根据此实施例，工件的每一左侧、中心及右侧的温度经控制以促进镍在工件上的均匀沉积。类似于铝衬垫沉积制程，在镍制程中，第一加热线圈控制第一区的温度，第二加热线圈控制第二区的温度，第三加热线圈控制第三区的温度，且此等不同区的温度设定为相同或不同的。在一个实施例中，区的温度可随着区距加热器200的中心部分进一步远离地定位而降低。在沉积除镍外的材料的其他实施例中，区的温度可随着区距离加热器200的中心部分更远地定位而升高。在其他实施例中，第一区、第二区及第三区的温度不需要以连续方式升高。举例而言，第二区的温度可设定为高于第一区的温度，且第三区的温度可设定为低于第二区的温度但高于第一区的温度。
在另一实施例中，根据本揭露的夹110用于铜沉积制程中。在铜沉积制程中使用根据本揭露的实施例的夹110产生越过工件115的均匀厚度的铜沉积物。另外，每一左侧、中心及右侧的温度经控制以通过使用多个加热线圈来促成铜的均匀沉积。
图4为根据本揭露的实施例的在沉积腔中沉积靶材材料的方法的流程图500，该沉积腔包括夹110。在步骤S510处，工件115支撑于工件夹110上。在步骤S520处，使用工件夹110使工件旋转。在步骤S530处，工件夹110在工件夹110的旋转之前、期间或之后倾斜脱离x-y平面至某倾角。在步骤S540处，安装于工件夹110上的加热器用以加热工件的各个位置以调整工件115的各个位置的温度。加热器200包括加热器200的表面下方的多个线圈，该等线圈提供热能以加热对应于每一线圈的方位的不同区处的工件115。通过在加热器200中利用此等多个线圈，工件夹110可相对于x-y平面倾斜达特定倾角且控制工件115在各个位置的温度。控制夹的倾角且控制工件的温度减轻“遮挡”效应，该遮挡效应可导致工件的数个部分的非均匀或非一致覆盖且亦增大沉积于工件115上的靶材材料的均匀性。在其他实施例中，S530处的倾斜步骤可在步骤S520处的旋转步骤之前执行。在又其他实施例中，S540处的温度控制步骤可在步骤S530或步骤S520之前执行。可实施执行步骤S520、步骤S530及步骤S540的其他次序。在步骤S550处，靶材材料130沉积于工件115上。
在一个实施例中，步骤S530包括以下步骤：倾斜工件夹110达第一角度(例如，如图2中所绘示的角度α)以在工件115的第一边缘(例如，左侧330)处沉积靶材材料130的材料。第一边缘与工件115的中心区(例如，中心340)隔开。步骤S530进一步包括以下步骤：倾斜工件夹110达第二角度(例如，如图2中所绘示的角度β)以在工件115的第二边缘(例如，右侧350)处沉积靶材材料130的材料。第二边缘与工件115的中心区隔开，且第二边缘与第一边缘相对地定位。举例而言，第二边缘与工件夹110的中心隔开距离X。第一边缘亦可与工件夹110的中心隔开距离X，但位于工件上与第二边缘相对的一侧。在一些实施例中，若第一边缘及第二边缘与中心等距地隔开(例如，距中心为X)，则针对第一边缘的角度α及针对第二边缘的角度β将为同一角度。
在一个实施例中，步骤S540包括在工件夹110上设置加热器200的步骤，且该加热器200具有在加热器200的第一表面上的第一区及第二区。步骤S540进一步包括调谐第一区至第一温度的步骤及调谐第二区至第二温度的步骤。第二温度可不同于第一温度。举例而言，第一区可定位于加热器的第一表面的中心处，且第二区可经配置以包围第一区。
在一或多个实施例中，判定电路205同时或随后控制通过加热器200输出的热能，以提供经加热至第一温度及第二温度的区及夹110的倾斜以达成靶材材料130于工件115上的均匀沉积。在其他实施例中，加热器200包括能够通过第三线圈加热的第三区。在此实施例中，判定电路205同时或随后控制通过加热器输出的热能以提供经加热至第一、第二及第三温度的区及夹110的倾斜以达成靶材材料130在工件115上的均匀沉积。
根据本揭露的实施例提供能够使工件支撑表面(例如，夹110的表面)倾斜脱离x-y平面以减轻遮挡效应的灵活工件托架。工件托架进一步包括安装于工件支撑表面上的加热器200。加热器200包括多个加热源，诸如加热线圈。加热器200中的多个加热源允许加热工件115的不同区至不同温度。举例而言，工件115可具有通过第一加热线圈410加热的中心区440、通过第二加热线圈420加热的在中心区440外部的第一外部环形区450、通过第三加热线圈430加热的在第一外部环形区450外部的第二外部环形区460。通过使用工件托架的此可调谐加热特征及倾斜特征，根据本揭露的实施例减小或消除通过在相关技术中的相关工件托架用于沉积制程中时观测到的遮挡效应产生的不利结果。
本揭露的一个态样提供一种用于加工工件的工件托架。该工件托架包括：一轴，该轴具有一第一末端及一第二末端；一工件夹，该工件夹连接至该轴的该第一末端，该工件夹包括用于支撑一工件的一工件支撑表面，该工件支撑表面界定一第一平面；一可移动接头，该接头是在该轴与该工件夹之间，该可移动接头包括一可移动接头表面并将该工件夹连接至该轴的该第一末端，该可移动接头可倾斜至该第一平面中或倾斜脱离该第一平面；以及一旋转机构，该旋转机构连接至该轴的该第二末端，该旋转机构在操作中使该轴旋转。
在一个实施例中，该可移动接头基于该轴的一旋转速率使该工件夹倾斜。
在一个实施例中，该可移动接头可倾斜脱离该第一平面约0度至约90度。
在一个实施例中，该可移动接头具有在一三维空间中的六个移动自由度。
在一个实施例中，工件托架进一步包括：该夹的圆形支撑区上的一加热器。该加热器具有一第一表面且在使用中接触该工件。该加热器在该第一表面上具有第一加热线圈、第二加热线圈及第三加热线圈，其中该第一加热线圈加热该第一表面的一第一区，该第二加热线圈加热该第一表面的一第二区，且该第三加热线圈加热该第一表面的一第三区。
在一个实施例中，该第一区、该第二区及该第三区中每一者的一温度可基于该第一加热线圈、该第二加热线圈及该第三加热线圈各自控制为一温度范围的一不同集合。
在一个实施例中，通过该第一加热线圈加热的该第一区定位于该第一表面的一中心上，通过该第二加热线圈加热的该第二区邻近于该第一区且在该第一区的一圆周外部，通过该第三加热线圈加热的该第三区邻近于该第二区且沿着该加热器的该第一表面的一边缘定位。
在一个实施例中，该第一区及该第二区彼此部分重叠，且该第二区及该第三区彼此部分重叠。
本揭露的另一态样提供一种薄膜沉积腔体。该薄膜沉积腔体包括：一工件托架，该工件托架包括：一轴，该轴具有一第一末端及一第二末端，该轴用以沿着一轴线旋转；该轴的该第一末端上的一夹，该夹包括一支撑区；该轴与该夹之间的一可移动接头，该可移动接头用以使该夹倾斜；一旋转机构，该旋转机构连接至该轴的该第二末端以控制沿着该轴线的一旋转速率；以及判定电路，该判定电路连接至该工件托架以电控制该可移动接头及该旋转机构的移动。
在一个实施例中，该判定电路控制该可移动接头的一倾角以使附接至该可移动接头的该夹同时倾斜，其中该判定电路提供一控制信号至该旋转机构以控制该夹的该旋转速率。
在一个实施例中，该可移动接头能够相对于该轴线左右倾斜。
在一个实施例中，该可移动接头具有在一三维空间中的六个移动自由度。
在一个实施例中，薄膜沉积腔体进一步包括：该夹的一圆形支撑区上的一加热器，该加热器具有在使用中接触该工件的一第一表面，其中该加热器在该第一表面上具有第一加热线圈、第二加热线圈及第三加热线圈，且其中该第一加热线圈加热该第一表面的一第一区，该第二加热线圈加热该第一表面的一第二区，且该第三加热线圈加热该第一表面的一第三区。
在一个实施例中，该第一区、该第二区及该第三区中每一者的一温度可基于该第一加热线圈、该第二加热线圈及该第三加热线圈各自控制为一温度范围的一不同集合。
在一个实施例中，通过该第一加热线圈加热的该第一区定位于该第一表面的一中心上，通过该第二加热线圈加热的该第二区邻近于该第一区且在该第一区的一圆周外部，且通过该第三加热线圈加热的该第三区邻近于该第二区且沿着该加热器的该第一表面的一边缘定位。
本揭露的另一态样提供一种薄膜沉积方法。该薄膜沉积方法包括：在一材料沉积腔内将一工件支撑于一工件夹上；使该工件夹旋转；回应于一判定电路的一输出使该工件夹倾斜；控制该工件的一温度；以及将一材料沉积于该工件上。
在一个实施例中，回应于一判定电路的一输出使该工件夹倾斜的步骤包括以下步骤：使该工件夹倾斜达一第一角度以在该工件的一第一边缘处沉积薄膜的材料的步骤，该第一边缘与该工件的中心区隔开；以及使该工件夹倾斜达一第二角度以在该工件的一第二边缘处沉积薄膜的材料的步骤，该第二边缘与该工件的该中心区隔开，且该第二边缘与该第一边缘相对地定位。
在一个实施例中，该第一角度及该第二角度具有一相同的绝对角度值。
在一个实施例中，控制该工件的一温度的步骤包括以下步骤：在该工件夹上设置一加热器，该加热器在该加热器的一第一表面上具有一第一区及一第二区；将该第一区调谐至一第一温度；以及将该第二区调谐至不同于该第一温度的一第二温度，其中该第一区定位于该加热器的该第一表面的一中心上，且该第二区经配置以沿着该第一区的一圆周包围该第一区。
在一个实施例中，该判定电路同时控制该加热器的该第一温度及该第二温度，且该夹的该倾斜确保一薄膜在该工件上的均匀沉积。
前述内容概述若干实施例的特征，使得熟悉此项技术者可更佳地理解本揭露的态样。熟悉此项技术者应了解，其可易于使用本揭露作为用于设计或修改用于进行本文中引入的实施例的相同目的及/或达成相同优势的其他制程及结构的基础。熟悉此项技术者亦应认识到，此类等效构造并不背离本揭露的精神及范畴，且其可在本文中进行各种改变、取代及替代而不背离本揭露的精神及范畴。

Claims (20)

1.一种用于物理气相沉积加工的工件托架，其特征在于，包括：
一轴，该轴具有一第一末端及一第二末端；
一工件夹，该工件夹连接至该轴的该第一末端，该工件夹包括用于支撑一工件的一工件支撑表面，该工件支撑表面界定一第一平面；
一可移动接头，该接头是在该轴与该工件夹之间，该可移动接头将该工件夹连接至该轴的该第一末端，该可移动接头可倾斜至该第一平面并倾斜脱离该第一平面；
一加热器，在该工件夹的一圆形支撑区上，具有在使用中接触该工件的一表面，该加热器具有第一加热线圈、第二加热线圈及第三加热线圈，其中该第一加热线圈具有一第一末端以及位于该第一末端的相对侧的一第二末端，该加热器的该第二加热线圈连续地邻接于该第一加热线圈的该第一末端与该第二末端之间，且向外延伸并包围该第一加热线圈，该第二加热线圈与该第一加热线圈之间的间距在靠近该第一末端以及该第二末端处是朝向该第一末端以及该第二末端渐小，该加热器的该第三加热线圈连续地邻接于该第一加热线圈的该第一末端与该第二末端之间，且向外延伸并包围该第二加热线圈，该第三加热线圈与该第二加热线圈之间的间距在靠近该第一末端以及该第二末端处是朝向该第一末端以及该第二末端渐小；以及
一旋转马达，该旋转马达连接至该轴的该第二末端，该旋转马达在操作中使该轴旋转。
2.根据权利要求1所述的工件托架，其特征在于，该可移动接头基于该轴的一旋转速率使该工件夹倾斜。
3.根据权利要求2所述的工件托架，其特征在于，该可移动接头可倾斜脱离该第一平面约0度至约90度。
4.根据权利要求2所述的工件托架，其特征在于，该可移动接头具有在一三维空间中的六个移动自由度。
5.根据权利要求1所述的工件托架，其特征在于，
其中该第一加热线圈加热该加热器的该表面的一第一区，该第二加热线圈加热该加热器的该表面的一第二区，且该第三加热线圈加热该加热器的该表面的一第三区。
6.根据权利要求5所述的工件托架，其特征在于，该第一区、该第二区及该第三区中每一者的一温度可基于该第一加热线圈、该第二加热线圈及该第三加热线圈各自控制为一温度范围的一不同集合。
7.根据权利要求5所述的工件托架，其特征在于，通过该第一加热线圈加热的该第一区定位于该加热器的该表面的一中心上，通过该第二加热线圈加热的该第二区邻近于该第一区且在该第一区的一圆周外部，通过该第三加热线圈加热的该第三区邻近于该第二区且沿着该加热器的该表面的一边缘定位。
8.根据权利要求5所述的工件托架，其特征在于，该第一区及该第二区彼此部分重叠，且该第二区及该第三区彼此部分重叠。
9.一种薄膜沉积腔体，其特征在于，包括：
一工件托架，该工件托架包括：
一轴，该轴具有一第一末端及一第二末端，该轴用以沿着一轴线旋转；
该轴的该第一末端上的一夹，该夹包括用于支撑一工件的一支撑区；
该轴与该夹之间的一可移动接头，该可移动接头用以使该夹倾斜；
一加热器，在该夹的该支撑区上，该加热器具有在使用中接触该工件的一表面，该加热器具有第一加热线圈、第二加热线圈及第三加热线圈，其中该第一加热线圈具有一第一末端以及位于该第一末端的相对侧的一第二末端，该加热器的该第二加热线圈连续地邻接于该第一加热线圈的该第一末端与该第二末端之间，且向外延伸并包围该第一加热线圈，该第二加热线圈与该第一加热线圈之间的间距在靠近该第一末端以及该第二末端处是朝向该第一末端以及该第二末端渐小，该加热器的该第三加热线圈连续地邻接于该第一加热线圈的该第一末端与该第二末端之间，且向外延伸并包围该第二加热线圈，该第三加热线圈与该第二加热线圈之间的间距在靠近该第一末端以及该第二末端处是朝向该第一末端以及该第二末端渐小；
一旋转马达，该旋转马达连接至该轴的该第二末端以控制沿着该轴线的一旋转速率；以及
一判定电路，该判定电路连接至该工件托架以电控制该可移动接头及该旋转马达的移动。
10.根据权利要求9所述的薄膜沉积腔体，其特征在于，该判定电路控制该可移动接头的一倾角以使附接至该可移动接头的该夹同时倾斜，
其中该判定电路提供一控制信号至该旋转马达以控制该夹的该旋转速率。
11.根据权利要求10所述的薄膜沉积腔体，其特征在于，该可移动接头能够相对于该轴线左右倾斜。
12.根据权利要求10所述的薄膜沉积腔体，其特征在于，该可移动接头具有在一三维空间中的六个移动自由度。
13.根据权利要求9所述的薄膜沉积腔体，其特征在于，
其中该第一加热线圈加热该加热器的该表面的一第一区，该第二加热线圈加热该加热器的该表面的一第二区，且该第三加热线圈加热该加热器的该表面的一第三区。
14.根据权利要求13所述的薄膜沉积腔体，其特征在于，该第一区、该第二区及该第三区中每一者的一温度可基于该第一加热线圈、该第二加热线圈及该第三加热线圈各自控制为一温度范围的一不同集合。
15.根据权利要求14所述的薄膜沉积腔体，其特征在于，通过该第一加热线圈加热的该第一区定位于该加热器的该表面的一中心上，通过该第二加热线圈加热的该第二区邻近于该第一区且在该第一区的一圆周外部，且通过该第三加热线圈加热的该第三区邻近于该第二区且沿着该加热器的该第一表面的一边缘定位。
16.一种薄膜沉积方法，其特征在于，包括以下步骤：
在一材料沉积腔内将一工件支撑于一工件夹上；
在该工件夹上设置一加热器，其中该加热器具有在使用中接触该工件的一表面，该加热器具有第一加热线圈、第二加热线圈及第三加热线圈，该第一加热线圈具有一第一末端以及位于该第一末端的相对侧的一第二末端，该加热器的该第二加热线圈连续地邻接于该第一加热线圈的该第一末端与该第二末端之间，且向外延伸并包围该第一加热线圈，该第二加热线圈与该第一加热线圈之间的间距在靠近该第一末端以及该第二末端处是朝向该第一末端以及该第二末端渐小，该加热器的该第三加热线圈连续地邻接于该第一加热线圈的该第一末端与该第二末端之间，且向外延伸并包围该第二加热线圈，该第三加热线圈与该第二加热线圈之间的间距在靠近该第一末端以及该第二末端处是朝向该第一末端以及该第二末端渐小；
使该工件夹旋转；
回应于一判定电路的一输出使该工件夹倾斜；
控制该工件的一温度；以及
将一材料沉积于该工件上。
17.根据权利要求16所述的薄膜沉积方法，其特征在于，回应于一判定电路的一输出使该工件夹倾斜的步骤包括以下步骤：
使该工件夹倾斜一第一角度以在该工件的一第一边缘处沉积一薄膜的材料，该第一边缘与该工件的一中心区隔开；以及
使该工件夹倾斜一第二角度以在该工件的一第二边缘处沉积该薄膜的材料，该第二边缘与该工件的该中心区隔开，且该第二边缘与该第一边缘相对地定位。
18.根据权利要求17所述的薄膜沉积方法，其特征在于，该第一角度及该第二角度具有一相同的绝对角度值。
19.根据权利要求16所述的薄膜沉积方法，其特征在于，该加热器在该加热器的该表面上具有一第一区及一第二区，且控制该工件的一温度的步骤包括以下步骤：
将该第一区调谐至一第一温度；以及
将该第二区调谐至不同于该第一温度的一第二温度，
其中该第一区定位于该加热器的该表面的一中心上，且该第二区经配置以沿着该第一区的一圆周包围该第一区。
20.根据权利要求19所述的薄膜沉积方法，其特征在于，该判定电路同时控制该加热器的该第一温度及该第二温度，且该夹的该倾斜确保一薄膜在该工件上的均匀沉积。
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