CN115522173A - 沉积系统及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种沉积系统及其操作方法，沉积系统能够通过将温度维持在预定温度范围内来防止靶材及其他元件因归因于来自溅射制程的热应力而变形来延长腔室运行时间。沉积系统包含基板处理腔室、基板处理腔室内的靶材及以圆形形式形成在材靶上的多个凹槽。多个凹槽包含靶材的中央部上的第一凹槽及靶材的外围部分上的第二凹槽。

Description

沉积系统及其操作方法
技术领域
本揭露是关于一种沉积系统及其操作方法。
背景技术
为生产半导体装置，半导体基板(诸如作为半导体装置的原材料的硅晶圆)必须经过一系列复杂而精确的制程步骤，诸如扩散、离子植入、化学气相沉积、微影术、蚀刻、物理气相沉积、化学机械抛光及电化学电镀。
物理气相沉积(physical vapor deposition，PVD)通常用于在半导体基板上沉积一层或多层(例如薄膜)。例如，溅射(PVD的一种形式)通常用于半导体制造制程中以将复杂合金及金属(诸如银、铜、黄铜、钛、氮化钛、硅、氮化硅及氮化碳)沉积在基板上。溅射包含在真空外壳(例如处理腔室)中彼此平行定位的靶材(来源)及基板(例如晶圆)。靶材(阴极)电接地，而基板(阳极)具有正电位。氩气(相对较重且为化学惰性气体)通常用作溅射制程中的溅射离子物种。当氩气被引入腔室中时，与自阴极释放的电子发生多次碰撞。这使氩气失去其外部电子且变成带正电的氩离子。带正电的氩离子被阴极靶材的负电位强烈吸引。当带正电的氩离子撞击靶材表面时，带正电的氩离子的动量转移至靶材材料以使靶材材料的一个或多个原子位移，这些原子最终沉积在基板上。
由于靶材的表面上的氩离子轰击，靶材及靶材周围的其他元件(例如磁体)容易过热及变形。
发明内容
根据本揭露的一个或多个实施例，沉积系统包含基板处理腔室、基板处理腔室内的靶材及以圆形形式形成在靶材上的多个第一凹槽。多个第一凹槽包含处于靶材的中央部上的第一凹槽及处于靶材的外围部分的第一凹槽，其中靶材的中央部上的第一凹槽的第一深度与靶材的外围部分上的第一凹槽的第二深度不同。
根据本揭露的一个或多个实施例，沉积系统包含基板处理腔室、基板处理腔室内的靶材。沉积系统包含安置在靶材上的用于冷却剂循环的第一冷却空间及安置在靶材内的用于冷却剂循环的第二冷却空间。
根据本揭露的一个或多个实施例，一种沉积系统的操作方法包含在第一冷却空间内移动第一磁体。方法进一步包含使冷却剂在第一冷却空间中循环及使冷却剂在安置在靶材内的第二冷却空间中循环。材料的膜沉积在基板上。
附图说明
当结合随附附图阅读时，根据以下详细描述最佳地理解本揭露的态样。应注意，根据行业中的标准实践，未按比例绘制各种特征。实务上，为论述清楚起见，各种特征的尺寸可以任意增加或减小。
图1为根据本揭露的一个或多个实施例的具有靶材的基板处理腔室的横截面图，该靶材具有呈圆形形式的冷却凹槽；
图2为根据本揭露的一个或多个实施例的具有靶材的基板处理腔室的横截面图，该靶材具有呈交替圆形形式的冷却凹槽；
图3A为根据本揭露的一个或多个实施例的呈圆形形式的冷却凹槽的俯视图；
图3B为根据本揭露的一个或多个实施例的呈交替圆形形式的冷却凹槽的俯视图；
图4为根据本揭露的一个或多个实施例的呈对应于第二磁体的轨道运行图案的形式中的冷却凹槽的俯视图；
图5为根据本揭露的一个或多个实施例的呈叶轮形形式的冷却凹槽的俯视图；
图6为根据本揭露的一个或多个实施例的呈彼此重叠的多个形式的冷却凹槽的俯视图；
图7为根据本揭露的一个或多个实施例的具有第一冷却空间及第二冷却空间的基板处理腔室的横截面图；
图8为根据本揭露的一个或多个实施例的具有第一冷却空间及第二冷却空间的基板处理腔室的横截面图；
图9为根据本揭露的一个或多个实施例的具有第一冷却空间及第二冷却空间的基板处理腔室的横截面图；
图10为图示根据本揭露的一个或多个实施例的在基板处理腔室中将来自靶材的材料沉积至基板上的方法的流程图。
【符号说明】
100:智能冷却系统
102、A、B、C、D、E:冷却凹槽
104:冷冻器
106:泵
200:基板处理腔室
202:基板基座
204:靶材
206:开口
302:第一磁体
304:第二磁体
400:第一冷却空间
402:第一冷却剂入口
404:第一冷却剂出口
500:第二冷却空间
502:第二冷却入口
504:第二冷却出口
700:处理屏蔽件
902:基板
904:薄膜
S100、S200、S300、S400:步骤
具体实施方式
以下揭露内容提供用于实施所提供的主题的不同特征的许多不同的实施例或实例。下文描述元件及配置的特定实例以简化本揭露。当然，这些特定实例仅为实例，而不旨在进行限制。例如，在以下描述中第一特征在第二特征上方或上的形成可以包含第一特征及第二特征直接接触地形成的实施例，且亦可以包含额外特征可以形成于第一特征与第二特征之间以使得第一特征及第二特征可以不直接接触的实施例。另外，本揭露可以在各种实例中重复附图标记及/或字母。此重复是出于简单及清楚的目的，且其本身并不指示所论述的各种实施例及/或组态之间的关系。
另外，为便于描述，本文中可以使用空间相对术语(诸如“在...之下‘’”、“在...下方”、“底部”、“在...上方”、“上部”及其类似者)，以描述如附图中所说明的一个部件或特征与另一部件或特征的关系。除了在附图中所描绘的定向之外，空间相对术语亦旨在涵盖装置在使用或操作中的不同定向。设备可以以其他方式定向(旋转90度或处于其他定向)，且因此可以相应地解释本文中所使用的空间相对描述词。
根据本文中所描述的主题的实施例包含沉积系统，归因于当靶材或其他元件暴露于过量的热能或不希望的高温所引起的靶材或其他元件(例如第一磁体及/或第二磁体)的变形而导致的较少腔室停机时间，此沉积系统依然可将均匀的薄膜(或层)沉积在基板(例如晶圆)上。根据本文中所描述的主题的实施例包含增强型冷却系统(在下文中称为“智能冷却系统”)。根据本揭露中所揭露的一个或多个实施例的智能冷却系统能够使用冷却凹槽(例如呈各种圆形图案的冷却凹槽、呈各种叶轮形图案的冷却凹槽及/或呈各种螺旋图案的冷却凹槽)有效地释放或传递在溅射制程期间由离子轰击产生的热量(热能)，这些冷却凹槽位于靶材的顶表面(或内表面)(例如靶材的底表面的相对表面)上。在各种实施例中，智能冷却系统包含在靶材的顶表面上(或在靶材的内表面上)彼此重叠的一种或多种图案的冷却凹槽。在一些实施例中，冷却凹槽以对应于磁体的旋转(或轨道运行)图案(例如第一磁体旋转图案及/或第二磁体轨道运行图案)(例如与该旋转图案重叠)的形式配置在靶材的顶表面(或靶材的内表面)上，该磁体用以在靶材上或上方旋转(或绕该靶材运行)。在一些实施例中，冷却凹槽以与磁体的实际旋转(或轨运行道)图案(例如第一磁体旋转图案及/或第二磁体轨道运行图案)重叠的形式配置在靶材的顶表面(或靶材的内表面)上，该磁体用以在靶材上或上方旋转(或绕该靶材运行)。在一些实施例中，冷却凹槽以与由磁体的旋转(或轨道运行)图案(例如第一磁体旋转图案及/或第二磁体轨道运行图案)产生的磁场图案重叠的形式配置在靶材的顶表面(或靶材的内表面)上，该磁体用以在靶材上或上方旋转(或绕该靶材运行)。在一些实施例中，冷却凹槽以与磁场图案及实际旋转(或轨道运行)图案重叠的形式配置在靶材的顶表面(或靶材的内表面)上。
在各种实施例中，智能冷却系统包含冷却剂循环系统以通过将冷却剂或传热流体在冷却空间中循环来冷却靶材及其他元件。在一些实施例中，冷却空间由靶材的顶表面及封闭冷却空间的腔室的内部顶部限定，其中磁体(例如第一磁体及/或从磁体)用以旋转。在一些实施例中，由冷却剂循环系统循环的冷却剂为合适的传热流体，该传热流体能够在冷却剂在冷却空间中循环的同时吸收来自靶材及其他元件的热量而不对腔室或元件造成损坏。在非限制性实例中，冷却剂包含(去离子)水、甘醇、乙二醇、丙烯中的至少一者或其任何组合。
在本揭露的各种实施例中，智能冷却系统包含用于使冷却剂循环的一个或多个泵。在一些实施例中，泵用于将冷却剂供应至冷却空间中。在一些实施例中，泵用于经由一个或多个冷却剂入口将冷却剂供应至冷却空间中。在一些实施例中，多个冷却剂入口用于加速冷却剂循环。
在一些实施例中，泵用于经由一个或多个冷却剂出口自冷却空间收集冷却剂。在一些实施例中，多个冷却剂出口用于加速冷却剂循环。
在各种实施例中，智能冷却系统能够将靶材及其他元件(例如第一磁体及/或第二磁体)的温度保持在预定温度范围内。通过将温度维持在预定温度范围内，靶材及其他元件(例如第一磁体及第二磁体)不太可能因热膨胀或由来自溅射制程的热量引起的应力而变形，且更可能提供均匀的沉积结果(例如在基板上均匀沉积)。
在各种实施例中，智能冷却系统通过防止靶材归因于由靶材或其他元件的热膨胀引起的应力而变形来延长靶材的使用寿命。智能冷却系统通过将靶材及其他元件的温度维持在预定温度范围内来防止靶材或其他元件变形。在各种实施例中，智能冷却系统通过防止靶材及其他元件归因于由靶材或其他元件的热膨胀引起的应力而变形来延长腔室运行时间。
图1为根据本揭露的一个或多个实施例的包含靶材204的基板处理腔室200的横截面图，该靶材204具有呈圆形形式的冷却凹槽102。
图2为根据本揭露的一个或多个实施例的包含靶材204的基板处理腔室200的横截面图，该靶材204具有呈交替圆形形式的冷却凹槽102。
图3A为根据本揭露的一个或多个实施例的呈圆形形式的冷却凹槽102的俯视图。
图3B为根据本揭露的一个或多个实施例的呈交替圆形形式的冷却凹槽102的俯视图。
图4为根据本揭露的一个或多个实施例的呈对应于第二磁体304的轨道运行图案的形式中的冷却凹槽102的俯视图。
图5为根据本揭露的一个或多个实施例的呈叶轮形形式的冷却凹槽102的俯视图。
图6为根据本揭露的一个或多个实施例的呈彼此重叠的多个形式的冷却凹槽102的俯视图。
参考图1及图2，基板处理腔室200包含在基板处理腔室200中支撑基板902(例如晶圆)的基板基座202、封闭基板处理腔室200的靶材204及靶材204与基板基座202之间的处理屏蔽件700。对靶材204的底表面上进行离子轰击，使得靶材上的原子靶材表面产生位移，使得靶材材料的薄膜904沉积在基板902上。基板处理腔室200的智能冷却系统100包含基板处理腔室200中的第一冷却空间400，该第一冷却空间400由基板处理腔室200的内顶部及靶材204的顶表面所界定。第一磁体302用以在第一冷却空间400中旋转以提高沉积效能(例如沉积速率)及靶材腐蚀的均匀性。类似地，第二磁体304用以绕着第一磁体302进行轨道运行以提高沉积效能(例如沉积速率)及靶材腐蚀的均匀性。
在各种实施例中，智能冷却系统100包含用于使冷却剂在第一冷却空间400中循环的泵106。在一些实施例中，智能冷却系统100包含多于一个的泵106以使冷却剂循环。在一些实施例中，一个或多个第一冷却剂入口402与第一冷却空间400流体连通，且一个或多个第一冷却剂出口404与第一冷却空间400流体连通，用于使冷却剂在第一冷却空间400中循环。
在各种实施例中，智能冷却系统100包含冷却器104，该冷却器104包含使冷却剂循环的泵106。当冷却剂在第一冷却空间400中循环时，冷冻器104移除由冷却剂吸收的热量(例如来自靶材204及诸如第一磁体302及第二磁体304的其他元件的热能)。在冷冻器104自冷却剂移除热量之后，泵106经由第一冷却剂入口402将“冷冻的”冷却剂供应回至第一冷却空间400。此冷却剂循环周期随着基板处理腔室200在制造制程期间操作而继续。
如图1中所示出，冷冻器104向基板处理腔室200中的第一冷却空间400提供“冷冻的”冷却剂。如上文所描述，第一冷却空间400由靶材204的顶表面及基板处理腔室200的顶部内部限定。在第一冷却空间400中，第一磁体302及第二磁体304的位置是配置于提高沉积效能(例如沉积速率)及靶材腐蚀的均匀性。
由于第一磁体302及第二磁体304产生的磁场引起的离子轰击及附加离子轰击，使得基板处理腔室200中的靶材204及其他元件的温度升高。为在被高温损坏之前冷却或降低靶材204及其他元件的温度，冷却剂(例如(去离子)水、甘醇、乙二醇、丙烯或因此的任何组合)经由一个或多个第一冷却剂入口402供应至第一冷却空间400。
如图1中所示出，基板处理腔室200包含呈圆形或环形状的两个第一冷却剂入口402及呈圆形或环形状的一个第一冷却剂出口404。冷冻器104用以经由第一冷却剂入口402将“冷冻的”冷却剂泵送至第一冷却空间400中。在冷却剂自第一冷却空间400中的靶材204及其他元件(例如第一磁体302及第二磁体304)吸收热量之后，“使用的”冷却剂经由第一冷却剂出口404由冷冻器104收集。
如图1中所图示，第一冷却剂入口402位于第一冷却空间400的中央区域，且第一冷却剂出口404位于第一冷却空间400的外围区域。由于第一冷却剂入口402及第一冷却剂出口404的配置(即，每一第一冷却剂入口402及出口404的位置)，冷却剂自第一冷却空间400的中央区域流向第一冷却空间400的外围区域。冷却剂在第一冷却空间400中的流动或循环模式可提高冷却的效率。本揭露的实施例不限于第一冷却剂入口402及第一冷却剂出口404的前述配置。例如，在其他实施例中，第一冷却剂出口404及第一冷却剂入口402的地点为相反的。在又其他实施例中，利用多于两个第一冷却剂入口402或利用多于一个第一冷却剂出口404。在又其他实施例中，利用一个第一冷却剂入口402且利用多于一个第一冷却剂出口404。
参考图1及图3A，根据本揭露的一个或多个实施例，智能冷却系统100包含具有呈圆形或环形式的冷却凹槽102的靶材204。提供多个冷却凹槽102，冷却凹槽102为圆形或环形式，其具有不同直径但具有共同的圆心。换言之，冷却凹槽102相对于彼此以同心方式配置。
如图1及图3A中所示出，冷却凹槽102的深度随着冷却凹槽102更远离靶材204的中心而增加。在一些情况(例如，来自冷冻器104的“冷冻的”冷却剂自靶材204的中央区域(即，第一冷却空间400的中央区域)流动或循环至靶材204的外围区域(即第一冷却空间400的外围区域))下，当冷却凹槽102的深度在靶材204的中心附近较小时，这使得“使用的”冷却剂(即“冷冻的”冷却剂经由使用变为“使用的”冷却剂)在位于靶材204的中央区域附近的冷却凹槽102处与靶材204保持接触的时间长于接触深度更大的靶材204外围区域处的冷却凹槽102发生的机会较低。与靶材的外围附近的接触时间相比，“使用的”冷却剂与靶材的中心附近的靶材204之间的接触时间减少，这意谓着与靶材的外围附近相比，更多“冷冻的”冷却剂(可以自靶材吸收增加量的热能)可以被提供至靶材的中心附近。使得靶材204的中央区域上可提供更多“冷冻的”冷却剂循环，在溅射制程期间，该中央区域的温度通常处于比靶材204的外围区域的正常操作温度高的温度。因此，由冷冻器104提供的相对较低温度的冷却剂(即“冷冻的”冷却剂)可经由第一冷却剂入口402供应至靶材204的中央区域。因此，此举可降低靶材204的整体温度，同时维持或改善靶材204的温度均匀性。
如图1中所图示，呈圆形或环形状的第一冷却剂入口402与靶材204的中央区域上的呈圆形或环形式的冷却凹槽102重叠，且第一冷却剂出口404位于第一冷却空间400的外围区域上。此配置提供自靶材204的中央区域至靶材204的外围区域流动或循环的“冷冻的”冷却剂。而且，图1中的冷却凹槽102在冷却剂与靶材204之间提供更大的表面积，这允许冷却剂自靶材204吸收更多的热量(例如热能)。
参考图2及图3B，根据本揭露的一个或多个实施例，智能冷却系统100包含具有呈交替圆形或环形式的冷却凹槽102的靶材204。
如图2及图3B中所示出，冷却凹槽102的凹槽表面积随着冷却凹槽102的位置远离靶材204的中心区域而减小。换言之，冷却剂与靶材204的中央区域(通常比靶材204的外围区域更热)之间的表面积大于冷却剂与靶材204的外围区域之间的表面积。因此，来自靶材204的热量自靶材204的中央区域传递至冷却剂比自靶材204的外围区域传递至冷却剂更有可能更有效。因此，此举可降低靶材204的整体温度，同时维持或改善靶材204的温度均匀性。
如图2中所示出，调整冷却凹槽102的深度以改变凹槽表面积(例如冷却凹槽的底表面、冷却凹槽的侧表面)。然而，在本揭露的一些实施例中，调整冷却凹槽102的宽度以改变凹槽表面积(例如冷却凹槽的底表面、冷却凹槽的侧表面)。在一些实施例中，出于类似的原因，冷却凹槽102呈不同的形状(例如三角形形状、弯曲形状、矩形形状)。在一些实施例中，通通过调整冷却凹槽102的深度、冷却凹槽102的宽度及冷却凹槽102的形状的任意组合来调整冷却凹槽102的凹槽表面积。
如图2中所示出，呈圆形或环形状的第一冷却剂入口402与靶材204的中央区域上的呈圆形或环形式的冷却凹槽102重叠，从而向靶材204的中心比向靶材204的外围区域提供更多“冷冻的”冷却剂。由于在溅射制程期间靶材204的中央区域通常比靶材204的外围区域更热，第一冷却剂入口402及冷却凹槽102在靶材204上的重叠配置提供对靶材204的中央区域的有效冷却。
如图1、图2、图3A及图3B中所示出，第一冷却剂入口402及第一冷却剂出口404可以配置成圆形或环形状。然而，本揭露不限制第一冷却剂入口402及第一冷却剂出口404的形状(及/或地点)。同样，本揭露不限制第一冷却剂入口402及第一冷却剂出口404的数目。
参考图3A，根据一个或多个实施例，智能冷却系统100包含呈圆形或环形状的两个第一冷却剂入口402及呈圆形或环的一个第一冷却剂出口404以用于冷却剂循环。如上文所论述，呈圆形或环形状的第一冷却剂入口402与靶材204的中央区域上的呈圆形或环形式的冷却凹槽重叠(或对准)，以供更有效地冷却。类似地，第一冷却剂出口404与靶材204的外围区域上的凹槽中的一者重叠(或对准)。
在图3A中所示出的图示实施例中，冷却系统100包含呈圆形或环形状的两个第一冷却剂入口402及呈圆形或环形状的一个第一冷却剂出口404。然而，如上文所论述，本揭露不限制第一冷却剂入口402及出口404的数目以用于冷却剂循环。另外，本揭露不限制第一冷却剂入口402及出口404的形状。在非限制性实例中，第一冷却剂入口402可以为圆形开口，且第一冷却剂出口404亦可以为圆形开口。
参考图3B，根据一个或多个实施例，智能冷却系统100包含呈圆形或环形状的两个第一冷却剂入口402及呈圆形或环的一个第一冷却剂出口404以用于冷却剂循环。如上文所论述，呈圆形或环形状的第一冷却剂入口402与靶材204的中央区域上的呈圆形或环形式的冷却凹槽重叠(或对准)，以供更有效地冷却。类似地，第一冷却剂出口404与靶材204的外围区域上的凹槽中的一者重叠(或对准)。
如上文所论述，冷却系统100包含呈圆形或环形状的两个第一冷却剂入口402及呈圆形或环形状的一个第一冷却剂出口404。然而，本揭露不限制与冷却凹槽102重叠的第一冷却剂入口402及出口404的数目。另外，本揭露不限制第一冷却剂入口402及第一冷却剂出口404的形状。
如图3A及图3B中所图示，靶材204上的冷却凹槽102的圆形或环形是对应于(或重叠于)第一磁体302的旋转图案，该第一磁体302用以在靶材204上方(或后面)旋转。通过第一磁体302施加磁场，在施加的磁场处可以增加离子轰击。由第一磁体302所产生的更多的离子轰击将产生更多热量，从而在靶材204上产生热应力。对应于(或根据)第一磁体302的旋转图案，第一磁体302产生的附加热量会对应于(或根据)第一磁体302的旋转图案，进而升高靶材204上的温度。通过具有呈圆形或环形式的冷却凹槽102，该圆形或环形式与第一磁体302的旋转图案重叠，这使得经由第一磁体302的旋转图案而施加在靶材204上的热量可以被有效地释放或冷却。如图3A及图3B中所图示，与旋转图案重叠的冷却凹槽102在靶材204与冷却剂之间提供更大表面积。因此，此举可降低靶材204的整体温度，同时维持或改善靶材204的温度均匀性。
然而，本揭露不将冷却凹槽102限制为仅呈圆形或环形式。作为非限制性实例，冷却凹槽102可以呈叶轮形形式(稍后在图5中示出)或适合于冷却靶材204的非圆形形式。
参考图4，根据本揭露的一个或多个实施例，智能冷却系统100包含靶材204上的四组冷却凹槽102。每一组中的冷却凹槽102呈圆形或环形式，该圆形或环形是基于第二磁体304(还绕第一磁体302运行)的轨道运行图案(例如与该轨道运行图案重叠或对应于该轨道运行图案)。图4中所示出的每一冷却凹槽102具有相同的深度(即针对所有冷却凹槽具有相同深度)。然而，本揭露不限制深度针对呈圆形或环形式的所有冷却凹槽102应相同，该圆形或环形是基于第二磁体304的轨道运行图案。
在一些实施例中，图4中的冷却凹槽102配置为使得冷却凹槽A、冷却凹槽B、冷却凹槽C、冷却凹槽D及冷却凹槽E的深度具有类似于图1中的冷却凹槽102的以下关系：冷却凹槽A<冷却凹槽B<冷却凹槽C<冷却凹槽D<冷却凹槽E。
在一些实施例中，图4中的冷却凹槽102配置为使得冷却凹槽A、冷却凹槽B、冷却凹槽C、冷却凹槽D及冷却凹槽E的凹槽表面积具有类似于图2中的冷却凹槽的以下关系：冷却凹槽A>冷却凹槽B>冷却凹槽C>冷却凹槽D>冷却凹槽E。
如图4中所示出，基板处理腔室200的智能冷却系统100包含四组冷却凹槽102。然而，本揭露不限制冷却凹槽102的组数。在一些实施例中，多于四组冷却凹槽102配置在靶材204上。在一些实施例中，少于四组冷却凹槽102配置在靶材204上。在一些实施例中，冷却凹槽102的组中的至少一些组基于第二磁体304的轨道运行图案彼此重叠(或至少部分重叠)。
由第二磁体304产生的额外离子轰击可能产生更多热量，从而在靶材204上产生热应力。由第二磁体304产生的额外热量以对应于(或根据)轨道运行图案的方式升高靶材204上的温度。通过具有呈圆形或环形式的冷却凹槽102，该圆形或环形式与第二磁体304的轨道运行图案重叠，以第二磁体304的轨道运行图案施加在靶材204上的热量可以被有效地释放或冷却。如图4中所示出，与轨道运行图案重叠的冷却凹槽102在靶材204与冷却剂之间提供更大表面积。因此，此举可降低靶材204的整体温度，同时维持或改善靶材204的温度均匀性。
参考图5，根据本揭露的一个或多个实施例，智能冷却系统100包含靶材204上的呈叶轮形形式的冷却凹槽102。靶材204上的呈叶轮形形式的冷却凹槽102在靶材204上以不同的密度提供冷却凹槽102。如图5中所图示，靶材204的中心附近的冷却凹槽102的密度高于靶材204的外围区域处的冷却凹槽102的密度。此配置为靶材204的中央区域提供有效冷却，在溅射制程期间，该中央区域通常比靶材204的外围区域更热。因此，降低靶材204的整体温度，同时维持或改善靶材204的温度均匀性。
参考图6，根据本揭露的一个或多个实施例，智能冷却系统100包含呈多个形式的冷却凹槽102。
如图6中所示出，冷却凹槽102以三种不同的形式配置在靶材204上，这些形式包含基于第一磁铁302的旋转图案的圆形形式、基于第二磁铁304的轨道运行图案的交替圆形形式及叶轮形形式。因此，如图6中所示出，针对冷却凹槽102使用三种不同的形式。然而，本揭露不限制用于在靶材204上配置冷却凹槽102的形式的数目。作为非限制性实例，可以使用两种不同的形式来将冷却凹槽102配置在靶材204上。作为交替的非限制性实例，可以使用多于三种不同的形式来将冷却凹槽102配置在靶材204上。
图7为根据本揭露的一个或多个实施例的具有第一冷却空间400及第二冷却空间500的基板处理腔室200的横截面图。
参考图7，基板处理腔室200包含在基板处理腔室200中支撑基板902(例如晶圆)的基板基座202、封闭基板处理腔室200的靶材204及靶材204与基板基座202之间的处理屏蔽件700。基板处理腔室200的智能冷却系统100包含基板处理腔室200中的第一冷却空间400，该第一冷却空间400由基板处理腔室200的内部顶部及靶材204的顶表面限定。智能冷却系统100亦包含靶材204内的第二冷却空间500。
在图7中所示出的图示实施例中，基板处理腔室200的智能冷却系统包含用于增强冷却剂循环的多于一个冷却空间(例如第一冷却空间400及第二冷却空间500)。如图7中所示出，第二冷却空间500由靶材204的内表面(包含配置在靶材204的内表面上的冷却凹槽102)及靶材204的顶部所界定(例如由靶材204内的空腔空间或中空空间界定的第二冷却空间500)。
为避免不必要的重复，此处不再赘述关于第一冷却空间400、第一冷却剂入口402、第一冷却剂出口403及靶材204上的冷却凹槽102的细节。
如图7中所示出，为以有效的方式降低靶材204的温度，在靶材204内提供第二冷却空间500。此外，向第二冷却空间500提供附加入口(即第二冷却入口502)及附加出口(即第二冷却出口504)，以使得靶材204由在第一冷却空间400中及第二冷却空间500中循环的冷却剂冷却。另外，第一磁体302及第二磁体304由在第一冷却空间400中及第二冷却空间500中循环的冷却剂冷却。
如图7中所示出，圆形或环形式的冷却凹槽102配置在靶材204的内表面上。配置在靶材204的内表面上的每一冷却凹槽102具有相同的深度(即针对所有冷却凹槽102具有相同深度)。如上文所论述，冷却凹槽102在靶材204的内表面与第二冷却空间500中的冷却剂之间提供更大的表面积。然而，本揭露不限制配置在靶材204的内表面上的所有冷却凹槽102的深度相同。在一些实施例中，配置在靶材204的内表面上的冷却凹槽102的深度(及/或宽度)随着冷却凹槽102的位置更远离靶材204的中心而增加。在一些实施例中，靶材204的内表面上的冷却凹槽102的深度(及/或宽度)随着冷却凹槽102的位置更远离靶材204的中心而减小。
如图7中所图示，一个第二冷却剂入口502处于靶材204的顶部中，且用于将冷却剂供应至第二冷却空间500中，且两个第二冷却剂出口504连接至靶材204的外围区域(例如靶材204的侧表面及/或靶材表面的外围区域)以将冷却剂收集回冷冻器104以用于冷却剂循环。基于连接至第二冷却空间500的第二冷却入口502及第二冷却出口504的地点，供应至第二冷却空间500的冷却剂通过自靶材204的中央区域循环至靶材204的外围区域而有效地冷却靶材204。
在图7中的图示实施例中，一个第二冷却剂入口502及两个冷却剂出口504连接至第二冷却空间500。然而，本揭露不限制第二冷却剂入口502及第二冷却剂出口504的数目。在一些实施例中，多个第二冷却剂入口502及/或多个第二冷却剂出口504连接至第二冷却空间500以用于冷却剂循环。在一些实施例中，第二冷却剂入口502及第二冷却剂出口504位于其他合适的地点处。
如图7中所示出，除了在第一冷却空间400中循环的直接冷却磁体(例如第一磁体302及第二磁体304)及靶材204的温度的冷却剂之外，在第二冷却空间500中循环的冷却剂提供对靶材204的直接冷却及对磁体(例如第一磁体302及第二磁体304)的间接冷却。
如图7中所图示，基板处理腔室200的智能冷却系统100包含四个开口206，这些开口206允许冷却剂自第一冷却空间400流动至第二冷却空间500。相同的开口206可用于允许冷却剂自第二冷却空间500进入第一冷却空间400。如图7中所示出，开口206位于第一冷却空间400与第二冷却空间500之间。在一些实施例中，多于四个开口206配置于第一冷却空间400与第二冷却空间500之间。在一些实施例中，少于四个开口206配置于第一冷却空间400与第二冷却空间500之间。在一些实施例中，开口206用于将相对热的冷却剂(“使用的”冷却剂)自第二冷却空间500释放至第一冷却空间400。
在本揭露的一些实施例中，靶材204的内表面包含类似于上文所论述的靶材204上的冷却凹槽102的一个或多个冷却凹槽102，以控制或增强第二冷却空间500内的冷却剂循环以及改善靶材204的温度均匀性。
因此，如上文所论述，本揭露不限制配置在靶材204的内表面上的所有冷却凹槽102具有相同的深度。在一些实施例中，类似于图1中所示出的圆形凹槽102，靶材204的内表面上的冷却凹槽102的深度基于冷却凹槽102距靶材204的中心的位置而改变。
在一些实施例中，如上文所论述，靶材204的内表面上的呈圆形或环形式的冷却凹槽102的深度(及/或宽度)随着靶材204的中心与冷却凹槽之间的距离增加而增加。
在一些实施例中，靶材204的内表面上的呈圆形或环形式的冷却凹槽102的深度(及/或宽度)随着靶材204的中心与冷却凹槽之间的距离增加而减小。
在一些实施例中，类似于基于图4中的第二磁体304的轨道运行图案而产生的呈圆形或环形式的冷却凹槽102，基于第二磁体304的轨道运行图案而产生的一组或多组冷却凹槽102对应于第二冷却空间500。如图4中所论述，冷却凹槽102的深度可以以不同的方式组态。
在一些实施例中，靶材204的内表面上的冷却凹槽102类似于图5中所示出的呈叶轮形形式的冷却凹槽102被配置。
在一些实施例中，类似于如图6中所示出的被重叠的呈多个形式中的冷却凹槽102，靶材204的内表面上的冷却凹槽102基于两个或更多个形式。
图8为根据本揭露的一个或多个实施例的具有第一冷却空间400及第二冷却空间500的基板处理腔室200的横截面图。
如上文所论述，本揭露不限制配置在靶材204的内表面上的呈圆形或环形式的所有冷却凹槽102具有相同的深度。在一些实施例中，类似于图1中所示出的呈圆形或环形式的冷却凹槽102，冷却凹槽102的深度基于冷却凹槽102距靶材204的中心的位置而改变。
如图8中所示出，靶材204的内表面上的呈圆形或环形式的冷却凹槽102的深度随着冷却凹槽102的位置远离靶材204的中心而增加。如上文关于图1及图3A所论述，在一些情况下，“使用的”冷却剂在位于靶材204的中央区域上的冷却凹槽102处比在靶材204的外围区域处的冷却凹槽102处停留更久的机会更少。这加速在靶材204的中央区域处具有“冷冻的”冷却剂的冷却剂循环。因此，来自冷冻器104的处于相对较低温度的冷却剂(“冷冻的”冷却剂)经由第二冷却剂入口502供应至靶材204的中央区域。另外，呈圆形或环形状的第二冷却剂入口502与靶材204的内表面的中央区域处的呈圆形或环形式的冷却凹槽102重叠，从而向靶材204的中心比向靶材204的外围区域提供更多“冷冻的”冷却剂。由于在溅射制程期间靶材204的中央区域通常比靶材204的外围区域更热，第二冷却剂入口502及冷却凹槽102在靶材204的内表面上的重叠配置以及第二冷却空间500中的冷却剂流动模式提供对靶材204的中央区域的更多冷却。因此，降低靶材204的整体温度，同时维持或改善靶材204的温度均匀性。
如图8中所示出，第二冷却剂入口502连接至第二冷却空间500的中央区域，且第二出口504连接至靶材204的外围区域(例如靶材204的侧表面及/或靶材表面的外围区域),以将冷却剂收集回至冷冻器。基于第二冷却剂入口502及第二冷却剂出口504的位置，供应至第二冷却空间500的冷却剂通过自靶材204的中央区域循环至靶材204的外围区域而有效地冷却靶材204。
在一些实施例中，第二冷却剂入口502的形状(或形式)配置成类似于第一冷却剂入口402。在一些实施例中，第二冷却剂出口504的形状(或形式)配置成类似于第一冷却剂出口404。
除了在第一冷却空间400中循环的将磁体(例如第一磁体302及第二磁体304)及靶材204的温度直接冷却下来的冷却剂之外，在第二冷却空间500中循环的冷却剂提供对靶材204的直接冷却及对磁体(例如第一磁体302及第二磁体304)的间接冷却。
如图8中所图示，基板处理腔室200的智能冷却系统100包含四个开口206，这些开口206允许冷却剂自第一冷却空间400流动至第二冷却空间500。相同的开口206可用于允许冷却剂自第二冷却空间500流动至第一冷却空间400。如图8中所示出，开口206位于第一冷却空间400与第二冷却空间500之间。在一些实施例中，开口206用于将相对热的冷却剂(“使用的”冷却剂)自第二冷却空间500释放至第一冷却空间400。
图9为根据本揭露的一个或多个实施例的具有第一冷却空间400及第二冷却空间500的基板处理腔室200的横截面图。
如图9中所示出，靶材204的内表面上的冷却凹槽102的凹槽表面随着冷却凹槽102的位置远离靶材204的中心而减小。换言之，在冷却剂与靶材204的内表面的中央区域之间存在更大表面积。因此，来自靶材204的热量自靶材204的中央区域传递至冷却剂比自靶材204的外围区域传递至冷却剂更有可能有效。
另外，呈圆形或环形状的第二冷却剂入口502与靶材204的内表面的中央区域处的呈圆形或环形式的冷却凹槽102重叠，从而向靶材204的中心比向靶材204的外围区域提供更多“冷冻的”冷却剂。由于在溅射制程期间靶材204的中央区域通常比靶材204的外围区域更热，第二冷却剂入口502及冷却凹槽102在靶材204的内表面上的重叠配置以及第二冷却空间500中的冷却剂流动模式提供对靶材204的中央区域的更多冷却。因此，降低靶材204的整体温度，同时维持或改善靶材204的温度均匀性。
如图9中所示出，第二冷却剂入口502连接至第二冷却空间500的中央区域，且第二出口504连接至靶材204的外围区域(例如靶材204的侧表面及/或靶材表面的外围区域),以将冷却剂收集回至冷冻器。基于第二冷却剂入口502及第二冷却剂出口504的位置，供应至第二冷却空间500的冷却剂通过自靶材204的中央区域循环至靶材204的外围区域而有效地冷却靶材204。
除了在第一冷却空间400中循环的直接冷却磁体(例如第一磁体302及第二磁体304)及靶材204的温度的冷却剂之外，在第二冷却空间500中循环的冷却剂提供对靶材204的直接冷却及对磁体(例如第一磁体302及第二磁体304)的间接冷却。
如图9中所图示，基板处理腔室200的智能冷却系统100包含四个开口206，这些开口206允许冷却剂自第一冷却空间400流动至第二冷却空间500。相同的开口206可用于允许冷却剂自第二冷却空间500流动至第一冷却空间400。如图9中所示出，开口206位于第一冷却空间400与第二冷却空间500之间。在一些实施例中，开口206用于将相对热的冷却剂(「使用的」冷却剂)自第二冷却空间500释放至第一冷却空间400。
图10为图示根据本揭露的一个或多个实施例的在基板处理腔室200中将来自靶材204的材料沉积至基板902上的方法的流程图。
参考图10，将来自靶材204的材料沉积至基板902上的方法包含：使第一磁体302在第一冷却空间400内运行的步骤S100；使冷却剂在第一冷却空间400中循环的步骤S200；使冷却剂在安置于靶材204内的第二冷却空间500中循环的步骤S300；及将材料的膜沉积在基板902上的步骤S400。
在第一冷却空间400内移动第一磁体302的步骤S100包含旋转第一磁体302的步骤，该第一磁体302用以在第一冷却空间400中旋转以增加沉积效能(例如沉积速率)及靶材腐蚀的均匀性。另外，第二磁体304用以绕第一磁体302运行以增加沉积效能(例如沉积速率)及靶材腐蚀的均匀性。
使冷却剂在第一冷却空间400中循环的步骤S200包含经由第一冷却剂入口402将冷却剂供应至第一冷却空间400中及经由第一冷却剂出口404自第一冷却空间400收集冷却剂。如上文所论述，包含泵106的冷冻器104用于使冷却剂循环。
使冷却剂在安置于靶材204内的第二冷却空间500中循环的步骤S300包含经由第二冷却剂入口502将冷却剂供应至第二冷却空间500中及经由第二冷却剂出口504自第二冷却空间500收集冷却剂。如上文所论述，包含泵106的冷冻器104用于使冷却剂循环。
将材料的膜沉积在基板902上的步骤S400包含将薄膜904沉积在基板902上(例如使用合适的溅射沉积制程)的步骤。
利用冷却凹槽将靶材及其他元件的温度维持在预定温度范围内。另外，呈不同形式的冷却凹槽可用于使靶材的部分(例如靶材的中央部及/或与第一磁体302的旋转图案及第二磁体304的轨道运行图案重叠的靶材的部分)比靶材的其他部分(例如靶材的外围部分)更有效地冷却，以使得靶材的温度为均匀的。因此，靶材及其他元件(例如第一磁体及第二磁体)不太可能因由来自溅射制程的热量引起的热应力而变形，且更可能提供均匀的沉积结果(例如在基板上均匀沉积)。
换言之，智能冷却系统能够通过将靶材维持在预定温度范围内来防止靶材因来自溅射制程的热应力而变形来延长靶材的使用寿命。在各种实施例中，智能冷却系统能够通过将温度维持在预定温度范围内来防止靶材及其他元件因归因于来自溅射制程的热应力而变形来延长腔室运行时间。
根据本揭露的一个或多个实施例，沉积系统包含基板处理腔室、基板处理腔室内的靶材及以圆形形式形成在材靶上的多个凹槽。多个第一凹槽包含处于靶材的中央部上的第一凹槽及处于靶材的外围部分的第一凹槽，其中靶材的中央部上的第一凹槽的深度与靶材的外围部分上的第一凹槽的深度不同。
在部分实施例中，进一步包含一第一冷却空间，其中该第一冷却空间安置在该基板处理腔室内，且其中该些第一凹槽限定该第一冷却空间的一底侧。
在部分实施例中，进一步包含一第一冷却剂入口及一第一冷却剂出口，其中该第一冷却剂入口及该第一冷却剂出口在该第一冷却空间中提供冷却剂循环。
在部分实施例中，其中该第一冷却剂入口具有一第一环形形状，且该第一冷却剂入口的至少一部分与该靶材的该中央部上的该第一凹槽重叠。
在部分实施例中，其中该第一冷却剂出口具有一第二环形形状，且该第一冷却剂出口的至少一部分与该靶材的该外围部分上的该第一凹槽重叠。
在部分实施例中，其中该第一圆形形式对应于一第一磁体的一旋转图案。
在部分实施例中，进一步包含呈一第二圆形形式的多个第二凹槽，该第二圆形形式对应于一第二磁体的一轨道运行图案，该第二磁体用以绕该第一磁体运行，该第一磁体用以在该靶材上方旋转。
在部分实施例中，其中该第一深度大于该第二深度。
在部分实施例中，其中该第二深度大于该第一深度。
在部分实施例中，进一步包含一第一冷却空间及一第二冷却空间，其中该第二冷却空间安置在该靶材内。
根据本揭露的一个或多个实施例，沉积系统包含基板处理腔室、基板处理腔室内的靶材。沉积系统包含安置在靶材上的用于冷却剂循环的第一冷却空间及安置在靶材内的用于冷却剂循环的第二冷却空间。
在部分实施例中，其中该第二冷却空间的一底侧由形成在该靶材内的多个凹槽限定。
在部分实施例中，其中该些凹槽呈一叶轮形形式。
在部分实施例中，其中该些凹槽呈一圆形形式。
在部分实施例中，其中该些凹槽的该圆形形式对应于一第一磁体的一旋转图案。
在部分实施例中，其中该些凹槽的该圆形形式对应于一第二磁体的一轨道运行图案，其中该第二磁体在操作中绕一第一磁体运行。
在部分实施例中，进一步包含：一第一冷却剂入口；一第一冷却剂出口，其中该第一冷却剂入口及该第一冷却剂出口提供该第一冷却空间中的该冷却剂循环；一第二冷却剂入口；以及一第二冷却剂出口，其中该第二冷却剂入口及该第二冷却剂出口提供该第二冷却空间中的该冷却剂循环。
在部分实施例中，进一步包含在该第一冷却空间与该第二冷却空间之间的一开口。
根据本揭露的一个或多个实施例，一种在基板处理腔室中将来自靶材的材料沉积至基板上的方法包含将材料的膜沉积在基板上。使用任何合适的溅射方法将薄膜沉积在基板上。方法包含在第一冷却空间内移动第一磁体。方法进一步包含使冷却剂在第一冷却空间中循环及使冷却剂在安置在靶材内的第二冷却空间中循环。
在部分实施例中，其中该使该冷却剂在该第一冷却空间中循环的步骤及该使该冷却剂在该第二冷却空间中循环的步骤中的至少一者包含使该冷却剂在多个凹槽中循环的步骤。
前述概述了若干实施例的特征，以使得熟悉此项技术者可以较佳地理解本揭露的态样。熟悉此项技术者应当了解，其可以容易地将本揭露用作设计或修改其他制程及结构的基础，以供实现本文中所引入的实施例的相同目的及/或达成相同优点。熟悉此项技术者亦应该认识到，这些等效构造不脱离本揭露的精神及范畴，且在不脱离本揭露的精神及范畴的情况下，熟悉此项技术者可以进行各种改变、取代及变更。

Claims (10)

1.一种沉积系统，其特征在于，包含：
一基板处理腔室；
一靶材，处于该基板处理腔室内，该靶材包含：
多个第一凹槽，呈一第一圆形形式处于该靶材上，该些第一凹槽包含该靶材的一中央部上的一第一凹槽及该靶材的一外围部分上的一第一凹槽，
其中该靶材的该中央部上的该第一凹槽的一第一深度与该靶材的该外围部分上的该第一凹槽的一第二深度不同。
2.根据权利要求1所述的沉积系统，其特征在于，该第一圆形形式对应于一第一磁体的一旋转图案。
3.根据权利要求1所述的沉积系统，其特征在于，进一步包含呈一第二圆形形式的多个第二凹槽，该第二圆形形式对应于一第二磁体的一轨道运行图案，该第二磁体用以绕该第一磁体运行，该第一磁体用以在该靶材上方旋转。
4.根据权利要求1所述的沉积系统，其特征在于，该第一深度大于该第二深度。
5.根据权利要求1所述的沉积系统，其特征在于，该第二深度大于该第一深度。
6.一种沉积系统，其特征在于，包含：
一基板处理腔室；
一靶材，处于该基板处理腔室内；
一第一冷却空间，用于冷却剂循环，该第一冷却空间安置在该靶材上；以及
一第二冷却空间，用于该冷却剂循环，该第二冷却空间安置在该靶材内。
7.根据权利要求6所述的沉积系统，其特征在于，该第二冷却空间的一底侧由形成在该靶材内的多个凹槽限定。
8.根据权利要求6所述的沉积系统，其特征在于，进一步包含在该第一冷却空间与该第二冷却空间之间的一开口。
9.一种沉积系统的操作方法，其特征在于，包含以下步骤：
在一第一冷却空间内移动一第一磁体；
使冷却剂在该第一冷却空间中循环；
使该冷却剂在安置在该靶材内的一第二冷却空间中循环；以及
将该材料的一膜沉积在该基板上。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，该使该冷却剂在该第一冷却空间中循环的步骤及该使该冷却剂在该第二冷却空间中循环的步骤中的至少一者包含使该冷却剂在多个凹槽中循环的步骤。
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