CN1896299A - 具有可移去阳极的用于大面积衬底的改进磁控管溅射系统 - Google Patents

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稻川真
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Abstract

本发明通常提供了一种用于在物理气相沉积(PVD)室中处理衬底表面的装置和方法，该物理气相沉积室具有增大的阳极表面面积以提高大面积衬底上的沉积均匀性。通常，本发明的某些方面可用于平板显示处理、半导体处理、太阳能电池处理或任何其他衬底处理。在一个方面，处理室包含一个或更多个阳极组件，这一个或更多个阳极组件用来增加阳极表面面积，并使阳极表面面积在处理室的处理区域中的分布更加均匀。在一个方面，阳极组件包含导电构件和导电构件支撑。在一个方面，处理室适合于允许导电构件从处理室中移出，而不用从处理室中移去任何主要的部件。

Description

具有可移去阳极的用于大面积衬底的改进磁控管溅射系统
技术领域
本发明的实施例一般地涉及适合于在衬底表面上沉积膜的衬底等离子体处理装置和方法。
背景技术
使用磁控管的物理气相沉积(PVD)是一种往半导体集成电路上沉积金属以在集成电路器件中形成电连接和其他结构的主要方法。在PVD处理期间，靶被电偏置从而使在处理区域中生成的离子可以以足够的能量轰击靶表面以从靶中撞出原子。偏置靶以使得生成等离子体从而引起离子轰击并从靶表面移出原子的处理一般被称为溅射。溅射原子通常向被溅射涂覆的晶片运动，并且溅射原子沉积在晶片上。或者，原子与等离子体中的另一种气体(如氮)反应，以在晶片上反应性地沉积化合物。反应溅射通常被用来在窄孔侧上形成薄的氮化钛或氮化钽的阻挡和成核层。
DC磁控管溅射是最常用的商业溅射形式。PVD靶被偏置为范围约为-100到-600VDC的负DC偏置，以吸引工作气体(如氩)的正离子向靶运动以溅射金属原子。通常，溅射反应器的侧壁覆盖有屏蔽以保护室壁免受溅射沉积。屏蔽一般电接地，从而提供了与靶阴极相反的阳极，以将DC靶功率容性地耦合到室和其等离子体中。
具有至少一对相反磁极的磁控管一般放置在接近靶背面处，以生成与靶前面相近并且平行于靶前面的磁场。从这对相反磁体引入的磁场捕获电子，并且延长了电子在消失在阳极表面或与等离子体中的气体原子重新组合之前的寿命。由于寿命延长，并且需要在等离子体中维持电中性，因此额外的氩离子被吸引到与磁控管相邻的区域内以在此处形成高密度等离子体。从而，增大了溅射速率。
然而，传统溅射在大面积衬底(如平板显示衬底)上形成高级集成电路方面存在一些挑战。一般来说，对于TFT应用，衬底是表面面积大于约2000cm2的玻璃衬底。通常，TFT处理设备被配置为容纳大至约1.5×1.8m的衬底。然而，被配置为容纳尺寸大至甚至超过2.16×2.46m的衬底的处理设备在不远的未来就可实现。随之而来的一个问题是通常并不是很容易产生足够大的室，以维持常用在传统的溅射处理室中的阴极(靶)与阳极表面面积的表面面积比。试图维持表面面积比可能导致由于实现期望面积比所需的部分的大尺寸而引起的制造上的困难和处理问题，处理问题与处理之前需要将这样大的容积泵浦到期望的基准压力有关。相对于大靶表面面积的减少阳极的表面面积通常使得在处理区域中生成的等离子体的密度从靶中心到靶边缘发生明显的改变，处理区域通常定义为靶下方和衬底上方的区域。由于阳极表面通常绕靶的外围分布，所以可以相信，从靶中心到阳极表面的距离越大使得来自靶边缘处的靶表面的电子发射更加有利，从而减小了接近靶中心处的等离子体密度。在沿靶表面的各个区域中等离子体密度的减小将减少撞击局部化面积中的靶表面的离子数目，从而改变了沿衬底表面的沉积膜的均匀性，其中衬底与靶表面相距一定距离定位。不足够大的阳极面积问题由此证明其本身是膜厚不均匀问题，其中接近衬底中心处的不均匀性小于边缘处的不均匀性。
为了解决不足够大的阳极面积问题，某些人安装了位于靶下方的处理区域中的附加的阳极结构以增加阳极表面面积。安装的阳极结构通常包括固定阳极结构(例如，准直器)，或位于靶面下方的扫描阳极结构，该结构在移动的磁控管结构在沉积处理期间转换时与磁控管结构对齐并且随之移动。在处理区域中保留或安装的阳极结构的一个问题是：随着时间的进行，靶材料在处理期间连续地沉积在衬底上，从而使得结构尺寸和形状随时间变化。由于PVD型处理一般是直线型沉积处理，所以结构尺寸和形状随时间的变化会使得沉积均匀性随时间变化。靶材料在衬底上的沉积还增加了这样的概率，即沉积在其上的材料会在处理期间破裂和剥落，这是由于形成在沉积在这些结构上的膜中的内在的或外在的应力而引起的。沉积膜的破裂和剥落可以生成粒子，这些粒子可能影响利用该处理形成的器件的产率。
在现有技术配置中出现的一个问题是，它们要求从处理室中移去主要部件，如靶和/或PVD室盖(例如，靶、磁控管、屏蔽)，以接触并移去安装的附加的阳极结构。这种从处理室中移去主要部件的过程可能是成本高昂且费时的，这是因为需要将室暴露于大气污染物(如水、反应气体)中，这需要一定量的时间以在处理可以继续之前烘烤PVD室。同样，移去主要室部件使得来自先前的PVD处理步骤的沉积在屏蔽部件上的膜氧化，或者被污染，从而由于粒子污染问题而需要将其移去和更换。同样，将主要部件安装回处理室中的操作也可能是非常费时的，这是因为它们要求将靶与安装的阳极表面精确对齐，以防止靶上不期望面积的放电和溅射。
因此，需要这样一种方法和装置，其可以增大PVD处理室中的阳极表面面积以形成更加均匀的PVD沉积膜，其中阳极表面不会生成大量粒子，并且一旦一定量的沉积物已经沉积在其表面上，则可以以高效的和成本有效的方式进行更换。
发明内容
本发明通常提供了一种用于在衬底上沉积层的等离子体处理室组件，包括：具有处理区域的等离子体处理室；位于等离子体处理室上从而使其表面与处理区域相接触的靶；位于等离子体处理室内并具有衬底接收表面的衬底支撑，其中位于衬底接收表面上的衬底表面与处理区域相接触；以及位于靶和衬底支撑之间的处理区域内的多个阳极构件，其中多个阳极构件与阳极屏蔽形成电通信，阳极屏蔽与处理区域相接触。
本发明的实施例还可以提供一种用于在矩形衬底上均匀沉积层的等离子体处理室组件，包括：具有处理区域的等离子体处理室；位于等离子体处理室上从而使靶表面与处理区域相接触的靶；位于等离子体处理室内并具有衬底接收表面的衬底支撑，其中位于衬底接收表面上的衬底表面与处理区域相接触；以及位于靶和衬底支撑之间的处理区域内的多个阳极构件，其中多个阳极构件与阳极屏蔽形成电通信，并且沿相对于矩形衬底的某一边的方向对齐。
本发明的实施例还可以提供一种用于在衬底上沉积层的等离子体处理室组件，包括：具有包围真空区域的一个或更多个壁的室主体组件，其中室主体组件具有形成在一个或更多个壁中的至少一个上的一个或更多个接入端口；位于室主体组件上从而使靶表面与形成在真空区域内的处理区域相面对的靶；具有与真空区域接触的表面的阳极屏蔽，其中阳极屏蔽包括：部分包围处理区域的一个或更多个壁；和形成透过阳极屏蔽的一个或更多个壁的第一缝隙；位于真空区域内并具有衬底接收表面的衬底支撑，其中位于衬底接收表面上的衬底的处理表面与靶相面对；以及包括安装在处理区域内的第一构件的一个或更多个阳极构件，其中第一构件与阳极屏蔽形成电通信，并且适合于经过第一缝隙和一个或更多个接入端口之一从处理区域中移去。
本发明的实施例还可以提供一种位于等离子体处理室组件中的阳极构件，其中阳极构件包括：安装在靶和位于衬底支撑上的衬底之间的第一构件，其中第一构件与电源的阳极形成电通信，电源适合于阴极地偏置靶；以及位于第一构件上的多个第二构件，其中第二构件与第一构件形成电通信，并且适合于覆盖第一构件的至少一部分以防止来自靶的溅射材料沉积在第一构件上。
本发明的实施例还可以提供一种在衬底上溅射沉积层的方法，包括：在溅射沉积室中的衬底表面上沉积层，溅射沉积室具有一个或更多个壁和包围处理区域的靶以及位于处理区域内的一个或更多个阳极构件；通过将气体喷射到处理区域中来对溅射沉积室排气；以及经由形成在溅射沉积室的一个或更多个壁中的之一上的接入孔从处理区域移去一个或更多个阳极构件之一。
本发明的实施例还可以提供一种增强对衬底的溅射沉积处理的均匀性的方法，包括：提供溅射沉积室，溅射沉积室具有形成处理区域的一个或更多个壁、靶和位于处理区域内且在靶下方的两个或更多个阳极组件，其中两个或更多个阳极组件与位于处理区域内的阳极表面形成电通信；以及通过利用电源相对于两个或更多个阳极组件和阳极表面阴极地偏置靶，来在位于处理区域中的衬底表面上沉积层。
本发明的实施例还可以提供一种增强对衬底的溅射沉积处理的均匀性的方法，包括：在处理区域中定位阳极构件，处理区域形成在靶和位于衬底支撑上的衬底的处理表面之间，其中定位阳极构件的步骤包括：在处理区域中定位第一构件，其中第一构件与阳极屏蔽形成电通信；以及在第一构件上定位一个或更多个第二构件，其中一个或更多个第二构件与第一构件形成电通信，并且适合于覆盖第一构件的至少一部分以防止来自靶的溅射材料沉积在第一构件上；以及通过在靶和阳极屏蔽之间施加偏置，来在衬底的处理表面上沉积层。
附图说明
为了可以更详细理解本发明的上述特征，可以通过参考实施例提供对上述简短总结的本发明的更加具体的描述，某些实施例图示在附图中。然而，应当注意，所附附图只图示了本发明的一般实施例，因此，不应当认为是本发明范围的限制，因为本发明可以有其他等同实施例。
图1是传统的物理气相沉积室的垂直截面视图。
图2是根据本发明的示例性物理气相沉积室的一个实施例的垂直截面视图。
图3A是可用于本发明的实施例的线性磁控管的平面图。
图3B是形成在示例性物理气相沉积室中的处理区域的一个实施例的垂直截面视图。
图3C是由根据本发明一个方面的蛇形磁控管形成的等离子体环路的一个实施例的示意性平面图。
图3D是由根据本发明一个方面的矩形螺旋磁控管形成的等离子体环路的另一个实施例的示意性平面图。
图3E是根据本发明一个方面的蛇形磁控管的平面图。
图3F是根据本发明另一个方面的蛇形磁控管的平面图。
图4是示例性物理气相沉积室中的下室组件的等角视图。
图5A是形成在示例性物理气相沉积室中的阳极组件的等角截面视图。
图5B是形成在示例性物理气相沉积室中的阳极组件的等角截面视图。
图5C是形成在示例性物理气相沉积室中的阳极组件的等角截面视图。
图6A是可用于执行这里公开的本发明的某些方面的导电构件组件的截面视图。
图6B是可用于执行这里公开的本发明的某些方面的导电构件组件的截面视图。
图6C是可用于执行这里公开的本发明的某些方面的导电构件组件的截面视图。
图7A的平面图图示了可用于执行这里公开的本发明的某些方面的靶、阳极组件和磁控管组件的定位。
图7B的平面图图示了可用于执行这里公开的本发明的某些方面的靶、阳极组件和磁控管组件的定位。
图8是在根据本发明的示例性物理气相沉积室中的下室组件的等角截面视图。
图9是在根据本发明的示例性物理气相沉积室中的下室组件的等角截面视图。
图10A是在根据本发明的示例性物理气相沉积室中的下室组件的等角截面视图。
图10B是可用于执行这里公开的本发明的某些方面的图10A所示的导电构件的特写镜头的等角截面视图。
图11A是形成在根据本发明的示例性物理气相沉积室中的处理区域的垂直截面视图。
图11B是形成在根据本发明的示例性物理气相沉积室中的处理区域的垂直截面视图。
图11C是形成在根据本发明的示例性物理气相沉积室中的处理区域的垂直截面视图。
图11D是形成在根据本发明的示例性物理气相沉积室中的处理区域的垂直截面视图。
图11E是可用于执行这里公开的本发明的某些方面的导电构件的等角截面视图。
图12A是根据本发明的示例性物理气相沉积室的垂直截面视图。
图12B是可用于执行这里公开的本发明的某些方面的图6示意性所示的运动组件的水平截面视图。
图13是形成在根据本发明的示例性物理气相沉积室中的阳极组件的等角截面视图。
具体实施方式
本发明通常提供了一种用于在PVD室中处理衬底表面的装置和方法，该PVD室具有增大的阳极表面面积以提高沉积均匀性。通常，本发明的某些方面可用于平板显示处理、半导体处理、太阳能电池处理或任何其他衬底处理。下面描述的本发明是参考用于处理大面积衬底的物理气相沉积系统进行的，如可以从AKT获得的PVD系统，AKT是California，Santa Clara的应用材料公司的一个分公司。在一个实施例中，处理室适合于处理表面面积至少为约2000cm2的衬底。在另一个实施例中，处理室适合于处理表面面积至少为约19,500cm2(如1300mm×1500mm)的衬底。然而，应当理解，该装置和方法也可用于其他的系统配置，包括被配置用来处理大面积圆形衬底的那些系统。
图1图示了传统的物理气相沉积(PVD)室1的处理区域的截面视图。传统的PVD室1通常包含靶8、真空室2、接地屏蔽3、掩蔽环4、靶电绝缘体6、DC电源7、处理气体源9、真空泵浦系统13和衬底支撑5。为了执行溅射处理，诸如氩之类的处理气体被从气体源9传送到抽真空后的传统PVD室1中，并且利用DC电源7在靶8和接地屏蔽3之间产生了负偏置，进而在处理区域15内生成了等离子体。通常，等离子体主要通过由于靶偏置而引起的来自靶表面的电子发射和由负极(阴极)靶表面的离子轰击引起的次级发射来生成和维持。在执行PVD处理步骤之前，通常利用真空泵浦系统13将真空室2泵浦低至基准压强(例如，10-6到10-9Torr)。
图1试图通过重点显示从接近靶中心处的靶1的表面发射的电子(见e-)和从接近边缘处的靶的表面发射的电子之间的路径(前者见路径“A”，后者见路径“B”)的差别，来说明大面积衬底处理室中存在的等离子体不均匀性的确信成因之一。尽管离开靶中心的电子到地所经历的更长路径在其消失在阳极表面上或与包含在等离子体中的离子重新组合之前可能增加电子所受到的碰撞次数，但是从靶8发射的电子的绝大部分将在接近靶边缘处发射，这是因为该路径到地的电阻较小。该靶边缘处到地的路径的较小电阻是由于经过导电靶8材料的路径的电阻较小，并且电子到地的路径长度(“B”)较短。从而，较低的电阻路径试图增大接近靶边缘处的电流密度和等离子体密度，进而增大了在边缘处溅射的材料量(与靶1的中心处相比)。
增加的阳极面积硬件
图2图示了可用来执行上述本发明的某些方面的处理室10的一个实施例的垂直截面视图。在图2所示的配置中，处理室10包含一个或更多个阳极组件91，阳极组件91用来增大并更均匀地分布处理区域15中的阳极表面。图2图示了位于处理区域15中的处理位置的衬底12。通常，处理室10包含盖组件20和下室组件35。
A.盖组件和磁控管硬件
盖组件20通常包含靶24、盖套22、陶瓷绝缘体26、一个或更多个o形密封环29和位于靶背侧区域21中的一个或更多个磁控管组件23。在一个方面，不需要陶瓷绝缘体26来提供靶24的背板24B和室主体组件40之间的电隔离。在处理室10的一个方面，使用真空泵(未示出)来抽空靶背侧区域21，以减小由于处理区域15和靶背侧区域21之间产生的压强差而在靶24中引入的应力。减小跨靶24两侧的压强差对于适合于处理超过2000cm2的大面积衬底的处理室10来说可能是重要的，这是为了防止靶24的中心的大的偏斜。即使当压强差约等于大气压(例如，14psi)时，也经常会发生大的偏斜。
参考图2，每个磁控管组件23通常具有至少一个磁体27，磁体27具有一对相反的磁极(即，北极(N)和南极(S))，并产生了穿过靶24和处理区域15(见图3B中的元件“B”)的磁场(B场)。图2和3B图示了具有一个磁控管组件23的处理室10的一个实施例的截面视图，该磁控管组件23包含三个磁体27，这三个磁体27位于靶24的背面。应当注意，尽管图2所示的靶24具有背板24B和靶材料24A，但是本发明的其他实施例也可以使用整体式或单片型靶，而不改变本发明的基本范围。
图3A图示了具有两个极228和226的磁控管224的平面图，这两个极228和226一般与靶24C的前面平行(图3B)。如图3A所示，在一个方面，可以利用由一个极性的外部极228包围的相反极性的中心极226来形成磁控管组件23，以将磁场“B”突出到室10的处理区域15内(图3B)。两个极226、228由基本恒定的间隙230分离，在适当的室条件下形成遍及间隙230的高密度等离子体，并且气体在闭合环路或闭合轨道区域中流动(例如，图3B中的元件“P”)。外部极228由两个直部232构成，这两个直部232由两个半圆弧部分234连接。形成在两个极226、228之间的磁场捕获电子，从而增大等离子体密度，进而增大溅射速率。极226、228和间隙230的相对较小的宽度产生了高的磁通量密度。沿单个闭合轨道的闭合形状的磁场分布形成了通常沿着间隙230的等离子体环路。通常希望获得闭合环路，这是因为该配置防止了等离子体从不是闭合环路形状的等离子体环路的末端泄漏出来。在PVD沉积处理期间，在处理区域15中形成所生成的等离子体的大部分，并且这大部分等离子体保留在磁控管组件23下方的等离子体环路中，这是由在处理区域15中发现的电子的磁场(图3B中的元件“B”)保留所引起的。所生成的等离子体的最优形状随着衬底尺寸而有所不同，也随着阳极(例如，接地表面)对阴极(例如，靶)的表面面积比、靶到衬底的间距、PVD处理压力、磁控管沿靶面的运动、期望的沉积速率和沉积的材料类型而有所不同。磁控管23在减小从中心到边缘的沉积厚度变化方面的有效性受靶材料的导磁率和磁控管组件23的平移的影响。因此，在某些情况下，磁控管的磁场模式可能需要基于靶24的材料类型和其厚度进行调整。
在一个方面，磁控管组件23在尺寸上小于靶24，并且平移到靶24的背面以确保完全利用靶表面24C。一般地，为了提高靶材料的利用率和提高沉积均匀性，通常利用一个或更多个磁控管致动器(元件24A)沿平行于靶表面(图3B中的元件24C)的至少一个方向平移(例如，光栅、扫描和/或旋转)每个磁控管组件。磁控管致动器可以是适合于利用来自控制器101(下面讨论)的命令以期望速度沿期望方向定位和移动磁控管组件的线性马达、步进马达或DC伺服马达。在2004年6月7日提交的共同转让的美国专利申请序列No.10/863,152[AMAT 8841]和2005年8月24日提交的美国专利申请序列No.10/863,152[AMAT 8841.P1]中进一步描述了对上述发明可能有益的用来移动磁控管的平移机构以及磁控管组件中的磁体方向，前一申请要求了2004年1月7日提交的美国临时专利申请No.60/534,952的优先权，这里通过引用并入前述申请中与本发明一致的全部内容。
图3B图示了图2和3A所示的包含磁控管组件23的处理室10的一个实施例的垂直截面视图。图3B还图示了处理区域15和盖组件20的一个实施例的特写镜头。该实施例通常包含具有靶24和与靶24相邻的至少一个磁控管组件23的盖组件20。
参考图3B，在一个实施例中，磁控管组件23利用具有旋绕形状而不是图3A所示的线性形状的中心极426和外部极428来形成。图3C和3D示意性地图示了在靶表面24C下方的处理区域15中产生的等离子体环路245的形状的平面图(见图3B)，其利用两个不同的旋绕磁控管组件形状来形成(下文中称为蛇形磁控管240(图3C)或螺旋形磁控管250(图3D))。参考图3C，为了形成等离子体环路245，蛇形磁控管240通常包括由端部244结合在一起的多个长的平行直部243。端部244可以具有短的带有弯曲拐角的直部，如图3C所示，或者为弧形，这些弯曲拐角或弧形将其连接到直部243。由平行于靶面的磁场分布的通常为矩形的轮廓外边限定的蛇形磁控管240的有效面积是靶面积的基本一部分。参考图3D，在相关实施例中，等离子体环路245可利用螺旋形磁控管250来形成，螺旋形磁控管250包括一系列直部252和254，这些直部252和254沿垂直轴延伸，并且平滑地结合在一起以形成具有矩形螺旋形状的等离子体环路。尽管图3D图示了矩形螺旋配置，但是这并不是要限制本发明的范围，这是因为可以使用以螺旋方式绕其自身盘旋的极的任何形状的安排。
由图3C和3D所示的磁控管形状形成的等离子体环路是可用于执行这里描述本发明的各个方面的某些磁控管配置的示意表示。应当注意，任一个磁控管240、250中的折叠次数和等离子体环路间的距离可以按需要进行显著调整，以实现期望的处理均匀性或沉积分布。术语溅射沉积分布是指沿衬底处理表面(图3B中的元件12A)测得的沉积膜厚。尽管不是必要的，但是每个磁控管可被认为是图3A的延伸跑道磁控管的折叠或扭曲版本，其中在内部极和围绕的外部极之间形成有等离子体环路。
图3E和3F图示了两个磁控管组件(蛇形磁控管组件260和螺旋形磁控管组件270)的示意性平面图，这两个磁控管组件是可用于执行这时描述本发明的各个方面的闭合旋绕磁控管形状。图3E图示了蛇形磁控管组件260的一个实施例，蛇形磁控管组件260具有沿形成在磁控管板263中的沟槽264A-B对齐和并排列在沟槽中以形成第一极261和第二极262的磁体阵列。两个相反的极(如第一极261和第二极262)在形成在第一极261和第二极262之间形成的间隙265中形成了磁场。在一个方面，如图3E所示的蛇形磁控管组件260利用示意性地示为圆“M”阵列的磁体阵列来形成，这种圆“M”阵列的方向使得第一极261形成了磁控管组件的北极(元件“N”)，第二极262形成了磁控管组件的南极(元件“S”)。通常，用来形成上述第一极261和第二极262的磁体可以是永磁体(如钕、钐-钴合金、陶瓷或铝镍钴合金)或电磁体。在磁控管组件边缘的外沟槽264A的宽度通常大约是内沟槽264B的宽度的一半，这是因为外沟槽264A只容纳单行磁体，而内沟槽264B容纳交错排列的两行磁体(未示出)以平衡极之间所生成的磁场强度。在一个方面，单个磁轭板(图3B中元件27A)可以覆盖磁控管板263的背面，以磁耦合所有磁体的极。在一个方面，位于沟槽264A和264B中的磁体盖有其相应的极片，这些极片一般由磁软化的不锈钢形成，并且其形状和宽度约等于所形成的沟槽264A或264B的形状和宽度。
图3F图示了螺旋形磁控管组件270的一个实施例，螺旋形磁控管组件270具有沿形成在磁控管板273中的沟槽274A-B对齐和并排列在沟槽中以形成第一极271和第二极272的磁体27阵列。两个相反的极(如第一极271和第二极272)在形成在第一极271和第二极272之间的间隙275中形成了磁场。在一个方面，如图3F所示的螺旋形磁控管组件270利用示意性地示为圆“M”阵列的磁体阵列来形成，这种圆“M”阵列的方向使得第一极271形成了磁控管组件的北极(元件“N”)，第二极272形成了磁控管组件的南极(元件“S”)。在磁控管组件边缘的外沟槽274A的宽度通常大约是内沟槽274B的宽度的一半，这是因为外沟槽274A只容纳单行磁体，而内沟槽274B容纳交错排列的两行磁体(未示出)以平衡极之间所生成的磁场强度。在一个方面，单个磁轭板可以覆盖磁控管板273的背面，以磁耦合所有磁体的极。在一个方面，位于沟槽274A和274B中的磁体27盖有其相应的极片，这些极片一般由磁软化的不锈钢形成，并且其形状和宽度约等于所形成的沟槽274A或274B的形状和宽度。
参考图3E和3F，很重要的一点是注意，在旋绕磁控管组件(例如，蛇形磁控管组件260)中的极的方向将生成可能不沿每个方向都对称的磁场。应当注意，在沿磁控管组件的任一点处，磁场(或磁通量)可以分为三个分量Bx、By和Bz，其对应于沿X、Y和Z方向的磁场。分量Bx和By沿图3E或3F的页面的切向，分量Bz沿页面的法向。在两个极之间生成的磁通量主要遵循这样的路径，该路径是极之间的最短距离(例如，元件261、262或元件271、272)，从而通常遵循垂直于极之间形成的间隙(例如，元件265或275)的切向路径(例如，Bx和By)。可以相信，在蛇形磁控管组件260模式中极的方向将具有优选磁场生成方向(如Bx)，这是因为极261、262主要沿Y方向彼此平行对齐。然而，在螺旋形磁控管组件270模式中极的方向趋向于沿X方向和Y方向更加均匀，这是因为极271、272的直线长度通常沿X和Y方向长度相等。这里所用的术语“优选磁场生成方向”通常指在沿磁控管组件的任何给定点处沿该方向形成有生成的最高磁通量的方向。优选磁场生成方向可以在磁控管组件23的不同区域中变化，从而利用磁控管组件23生成的全部磁场的向量和可以计算平均的优选磁场生成方向。
B.下室组件硬件
参考图2，下室组件35通常包含衬底支撑组件60、室主体组件40、屏蔽50、处理气体传送系统45和掩蔽框架52。掩蔽框架52通常用来掩蔽衬底边缘以防止在处理期间沉积在衬底12和衬底支撑61的边缘处，或者使沉积量最小(见图2)。在一个实施例中，室主体组件40通常包含一个或更多个室壁41和室基座42。一个或更多个室壁41、室基座42和靶24通常形成了具有低真空区域16和处理区域15的真空处理区域17。在一个方面，屏蔽50的屏蔽安装表面50A安装到或者连接到形成在室壁41中的接地的室屏蔽支撑43，以使屏蔽50接地。处理气体传送系统45通常包含一个或更多个气体源45A，这一个或更多个气体源45A与一个或更多个入口端口45B进行流体通信，入口端口45B与下真空区域16(图2中所示)和/或处理区域15直接连通，以传送可以在等离子体处理期间使用的处理气体。一般地，用在PVD型应用中的处理气体例如是诸如氩之类的惰性气体，但是也可以使用诸如氮之类的其他气体。在一个实施例中，衬底支撑61可以包含嵌入在衬底支撑61中的可RF偏置元件(未示出)，该元件可用来将衬底支撑61容性RF耦合到在处理区域15中生成的等离子体，等离子体是利用RF电源67和RF匹配设备66生成的。能够对衬底支撑61偏置的能力可用于提高等离子体密度、改进衬底上的沉积分布，并且提高在衬底表面处沉积材料的能量。
衬底支撑组件60通常包含衬底支撑61、适合于支撑衬底支撑61的轴62和风箱63，风箱63可密封地连接到轴62和室基座42以形成可移动真空密封，这种可移动真空密封允许利用抬升机构65使衬底支撑61位于下室组件35中。抬升机构65可以包含传统的线性滑杆(未示出)、气动气缸(未示出)和/或附接到导螺杆(未示出)的DC伺服马达，其适合于将衬底支撑61和衬底12定位在处理区域15中的期望位置。
参考图2，下室组件35通常还包含衬底抬升组件70、狭缝阀46和真空泵浦系统44。抬升组件70通常包含三个或更多个抬升栓74、抬升板73、抬升致动器71和风箱72，风箱72可密封地连接到抬升致动器71和室基座42，从而使抬升栓74可以移去并更换位于机械刃片(未示出)上的衬底，其中机械刃片从中心传送室(未示出)延伸到下室组件35(未示出)中。延伸的机械刃片经由室壁41中的接入端口32进入到下室组件35中，并且位于传送位置(未示出)的衬底支撑61上方。真空泵浦系统44(元件44A和44B)通常可以包含低温泵、涡轮泵、低温涡轮泵、粗抽泵和/或罗茨鼓风机，以将低真空区域16和处理区域15抽到期望的基准和/或处理压力。适合于将狭缝阀46逆着或远离一个或更多个室壁41定位的狭缝阀致动器(未示出)可以是传统的气动致动器，此传统气动致动器是本领域公知的。
为了控制各个处理室10的组件和沉积处理期间的处理变量，使用了控制器101。处理室的处理变量可利用控制器101控制，控制器101一般是基于微处理器的控制器。控制器101被配置用来从用户和/或等离子体处理室中的各种传感器接收输入，并根据各种输入和保存在控制器的存储器中的软件指令来适当地控制等离子体处理室组件。控制器101通常包含存储器和CPU，控制器利用存储器和CPU来保存各种程序，处理程序，并在必要时执行程序。存储器连接到CPU，并且可以是易获得存储器中的一种或多种，如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、软盘、硬盘或任何其他形式的数字存储介质，这些存储介质可以是本地的或远程的。软件指令和数据可以被编码，并被存储在存储器中以指令CPU。辅助电路也连接到CPU以根据传统方式辅助处理器。辅助电路可以包括缓存、电源、时钟电路、输入/输出电路、子系统等等，这些都是本领域公知的。可由控制器101读取的程序(或计算机指令)确定哪些任务是可以在等离子体处理室中执行的。优选地，该程序是可由控制器101读取的软件，并且包括基于定义的规则和输入数据来监视和控制等离子体处理的指令。
阳极组件
如图2、4和5A所示，在处理室10的一个实施例中，下室组件35可以包含一个或更多个阳极组件91。在一个实施例中，每个阳极组件91包含导电构件93和延伸经过处理区域15的导电构件支撑97。阳极组件91接地，使得由于阳极表面相对于靶表面24C的所有面积的更加均匀的分布，而导致在处理区域15中生成的等离子体更加均匀。在该配置中，导电构件93与接地屏蔽50电接触，从而使流经导电构件93的电流经过屏蔽50到地。在一个实施例中，导电构件93位于固定的导电构件支撑97上方，并且用来相对于在处理区域15中生成的等离子体隐藏导电构件支撑97或者隔离导电构件支撑97与等离子体(图6A)。能够相对于等离子体隐藏导电构件97或者隔离导电构件97与等离子体的能力将减少停留在固定的导电构件支撑97上的沉积量，从而由于导电构件93从处理室10的处理区域15中移去而最小化粒子生成。在一个实施例中，阳极组件91在阳极组件91延伸的方向上的尺寸比靶表面24C长，从而导电构件支撑97不位于靶表面24C下方，以限制在处理区域15和导电构件支撑97中生成的等离子体之间的相互作用。
图4是处理室10的一个实施例的等角视图，其试图图示位于处理区域15中的一个或更多个阳极组件91的配置。在图4中，移去了盖组件20(未示出)，以更清楚地图示下处理室组件35中的某些部件。在图4所示的实施例中，下室组件35通常包含衬底支撑组件60、室主体组件40、处理气体传送系统(未示出，见图2)和掩蔽框架52。如图4所示，在一个方面，室主体组件40通常包含处理套件夹持器140、一个或更多个室壁41和室基座42(图2)。处理套件夹持器140位于室壁41上，并且适合于支撑屏蔽50、上屏蔽50E(图8)和一个或更多个阳极组件91(例如，在图4中所示是三个)。在一个方面，处理套件夹持器140将屏蔽50和上屏蔽50E电连接到接地的室壁41。屏蔽50和上屏蔽50E的尺寸通常被设计成并且适合于防止等离子体和溅射靶材料从处理区域15中逃出，并沉积在下室组件35中的部件上。在图4所示的配置中，下室组件35包含三个位于衬底支撑61上方的阳极组件91。如图2和4所示，在一个方面，导电构件支撑97安装在接地的屏蔽50上，并且电连接到屏蔽50。
图5A图示了阳极组件91的一个实施例的等角视图，阳极组件91连接到屏蔽50，并且位于衬底支撑61上方，衬底支撑61具有衬底12和位于其上的掩蔽框架52。在该视图中，导电构件93被移到旁边，以图示在处理期间导电构件支撑97相对于导电构件93和衬底支撑61的相对位置。在该配置中，导电构件支撑97通常包含垂直支撑97B和水平支撑97A，其适合于支撑导电构件93，并且由屏蔽50电连接和支撑。
图6A-6B图示了处理区域15和导电构件93的垂直截面视图，其试图概念性地图示从靶到接地的导电构件93的电流路径。图6A图示了处理区域15、靶24(元件24A和24B)、导电构件93和形成在位于衬底支撑61上的衬底12上的沉积膜11的垂直截面视图。
参考图5A和6A，在一个方面，导电构件93可以用薄片金属来制作，或者用适合于放在导电构件支撑97上的金属块来制作。参考图6B，在另一个方面，导电构件93可以用适合于放在导电构件支撑97上并覆盖导电构件支撑97的圆形、正方形或矩形的管来制作。导电构件93可以用导电金属来制作，例如钛、铝、铂、铜、镁、铬、锰、不锈钢、哈司特镍合金C、镍、钨、钽、铱、钌和合金和/或其组合。通常，导电构件93和导电构件支撑97的尺寸需要设计成并且导电的材料制作，以足够接收由靶偏置产生的生成电流的绝大部分，同时具有足够高的熔点和足够高的强度，从而在处于处理期间会产生的高温时受到沉积材料的重力作用而不会发生些微变形。高温可能由辐射型热传递和来自经过导电构件93和导电构件支撑97的电流流动的IR落差加热产生。
参考图6A-6B，在一个方面，由于PVD沉积处理主要是直线型处理，所以导电构件93相对于衬底12和靶24的表面的位置可能需要被优化，以减少其对沉积膜的掩蔽效应。对衬底表面的掩蔽将影响形成在衬底表面上的沉积层的均匀性。导电构件93到衬底12表面的最优距离可能随处理区域15中的气压、溅射处理功率以及衬底12和靶表面24C之间的距离而变化。通常，导电构件93可以放置在靶和衬底之间的约中间位置处。例如，在衬底到靶间距为200mm时，导电构件93可以放置在离靶约100mm的位置处。在一个方面，位于处理区域15中的一个或更多个导电构件93放置在距离靶表面24C约70mm到约130mm之间的固定位置处。
应当注意，截面面积和用来形成阳极组件91中的部件(例如，导电构件93和导电构件支撑97)的材料可能是重要的，这是因为其会影响对在处理(例如，电阻加热和与等离子体的相互作用)期间会产生的高温的承受能力。阳极组件91的数目和导电构件93暴露在处理区域15中的表面面积也可能是重要的，这是因为其会对处理期间每个导电构件93承载的电流量以及由此每个导电构件93和导电构件支撑97实现的最高温度有影响。导电构件93的总表面面积可以由处理区域中导电构件93的长度乘上导电构件93的暴露周长的长度乘上处理区域中导电构件的数目来限定。在一个方面，位于处理区域15中的阳极组件91的数目取决于期望的处理均匀性、期望应用所允许的成本和复杂度，可能在约1和约20之间。优选地，穿过处理区域15的阳极组件91的数目在约2和约10之间。图6A所示的导电构件93的实施例的暴露周长通常可定义为导电构件93的表面93A的垂直长度“A”的两倍加上水平长度“B”(例如，周长＝2A+B；见图6A和6B)。在一个示例中，对于尺寸为1800mm×1500mm的衬底，所有导电构件93的暴露表面面积约为5.0m2，其跨越了7个约为1.9m长的导电构件93。在一个方面，导电构件93的截面面积的大小为承载从靶偏置生成的等离子体传送到导电构件93的电流。在一个示例中，所有导电构件可以承载的总电流约为1000安培。
尽管图6A和6B图示了具有某种正方形截面形状的导电构件93，但是该配置并不是要作为本发明范围的限制。在一个方面，可能希望使水平长度“B”(图6A和6B)小于垂直长度“A”，以减少在沉积处理期间从靶到衬底表面的溅射材料的掩蔽。
图6C图示了阳极组件91的一个实施例，在阳极组件91中，电连接器121位于导电构件93和导电构件支撑97之间，以增强两个部分间的电连接。在一个方面，电连接器121是传统的EMI或RF垫圈，其键合或焊接到导电构件93或导电构件支撑97。
尽管图4、5A-5B、7A-7B、8和图9图示了通常为直的并且通常为杆形或条形的阳极组件91的实施例，但是该配置并不是要限制这里描述本发明的范围。通常，这里所用的术语条形或杆形是指其长度(例如，图7A-7B中的X方向)长于其横截面的宽度或高度的组件。在一个方面，条形或杆形阳极组件91并不是直的，从而使得沿其长度的一个或更多个区域具有弯曲或盘绕。在一个实施例中，阳极组件91位于贯穿整个处理区域，以通过增大阳极表面面积并且一点不阻碍或改变从靶到衬底表面的溅射材料的量和/或通量方向，来改善衬底表面上溅射沉积膜的均匀性。参考图6A和6B，在一个实施例中，阳极组件91的组件(例如，导电构件93、导电构件支撑97)截面是椭圆形、圆形、菱形或其他一点不阻碍或改变从靶到衬底表面的溅射材料的量和/或通量方向的截面形状。
为了执行PVD沉积处理，控制器101命令真空泵浦系统44抽空处理室10到预定的压力/真空度，从而使等离子体处理室10可以从安装到也处于真空的中央送室(未示出)的系统机械设备(未示出)接收衬底12，。为了将衬底12传送到处理室10，将处理室10与中央传送室密封的狭缝阀(元件46)打开，以允许系统机械设备延伸穿过室壁41中的接入端口32。然后，抬升栓74通过将衬底从延伸的机械刃片(未示出)上抬升，来从延伸的系统机械设备上移去衬底12。然后，系统机械设备从处理室10中缩回，并且狭缝阀46关闭以隔离处理室10与中央传送室。然后，衬底支撑61将衬底12从抬升栓74上抬升，并将衬底12移动到靶24下方的期望处理位置。然后，在达到期望的基准压力后，将期望的处理气体流喷射到处理区域15中，并且利用电源28向靶24施加偏置电压以在处理区域15中生成等离子体。电源28施加DC偏置电压使得处理区域15中的气体离子化以轰击靶表面，从而“溅射”金属原子，金属原子到达位于衬底支撑61的表面上的衬底的表面上。在图2所示的配置中，由施加偏置电压生成的电流的一部分将经过接地的导电构件93，从而允许所生成的等离子体在处理区域中分布更加均匀。应当注意，术语“接地”通常是指在阳极组件91到处理室中的阳极表面之间的直接或非直接电连接。
在处理和空闲期间，导电构件93的温度将会发生极大的变化，从而可能使沉积在导电构件93上的膜11B改变导电构件93的形状，或者使沉积材料剥落并生成粒子，这些粒子可能对处理衬底产生器件产率问题。在一个方面，为了解决此问题，可以通过喷砂处理、化学刻蚀或其他传统技术对导电构件93的表面93A进行粗糙化处理，以增加沉积膜对导电构件93的机械粘附力。在一个方面，表面93A被粗糙化到平均表面粗糙度(Ra)在约1微米和约9微米之间的程度。在一个实施例中，可以在导电构件93的表面93A上沉积铝电弧喷涂、火焰喷涂或等离子体喷涂涂层以提高沉积膜的粘附力。在一个方面，表面93A被利用电弧喷涂、火焰喷涂或等离子体喷涂涂层粗糙化到平均表面粗糙度(Ra)在约1微米和约50微米之间的程度。
图5B图示了阳极组件91(例如，在图5B中示出了两个)的另一个实施例的等角视图，该阳极组件91没有采用导电构件93作为导电构件支撑97的屏蔽。在该实施例中，未屏蔽的导电构件193被用来将来自等离子体的电流传送到支撑102并最终传送到接地屏蔽50(例如，图2中的元件50)。在该配置中，在PVD沉积处理期间未屏蔽的导电构件193被直接沉积。图5C图示了一个阳极组件91的分解等角视图，其中未屏蔽的导电构件193具有导电构件电连接点105，其适合于电接触支撑102的支撑电连接点104。在一个方面，导电构件电连接点105和支撑电连接点104充当枢轴点106，其允许未屏蔽的导电构件193定位在处理区域15中和/或从处理区域15中移去(下面讨论)。参考图5B和5C，为了隐藏枢轴点106，支撑盖103位于该区域上方以防止溅射的材料沉积抑制从处理区域15移去这些部件。
参考图5B-5C和6B，在阳极组件91的一个方面，在导电构件93包围导电构件支撑97时(见图6B)，导电构件支撑97可以在一端具有枢轴点106，而另一端可以与另一个垂直支撑(未示出)分离，以允许导电构件93位于导电构件支撑97上方。
在一个实施例中(未示出)，阳极组件以悬臂式方式位于衬底表面上方，从而不沿着衬底的所有方向延伸。在一个方面，阳极组件的悬臂端可以只向一点延伸，该点位于衬底支撑上的衬底的中心的上方。在一个方面，悬臂式的阳极组件均匀地分布在处理区域15中。
尽管所示的处理室10的实施例都显示阳极组件91与屏蔽50相接触，但是该配置并不是要限制这里描述本发明的范围。因此，在某些实施例中，垂直支撑(例如，图5A和8中的元件97B，图5B中的元件102)可以安装在托架上，或者安装在位于室主体组件40中的支撑表面上。
阳极组件对齐
在本发明的一个方面，为了确保在衬底的处理表面上的均匀沉积，可以优化阳极组件91中的一个或更多个相对于靶24或位于衬底支撑61上的衬底的特征(例如表面)或对称轴的对齐、方向和/或位置。图7A的平面图示意性地示出了靶24、内有蛇形磁控管组件240的磁控管组件23和多个阳极组件91的示例性方向。如图7A所示，在一个实施例中，多个阳极组件91(例如，图示中为5个)沿Y方向彼此间距相等，并且沿某一方向对齐，该方向与蛇形磁控管组件240的极261和262主对齐的方向(例如，平行于Y方向)垂直。在某些情况下，磁控管组件23可以利用致动器24A(未示出；见图3B)在处理期间沿靶24的表面在X-Y平面内移动。在一个方面，极261和262的主对齐被设计为在磁控管组件23利用致动器24A进行移动期间，在方向上仍然垂直于阳极组件91的对齐方向。尽管图7A图示了这样的情形，在该情形中，通常为条形的阳极组件91沿矩形靶24的长方向对齐，并且蛇形磁控管组件240的极沿垂直于衬底长方向的方向对齐，但是该配置并不是要限制这里描述本发明的范围。在一个实施例中，可能希望使阳极组件91沿平行于极261和262主对齐的方向的方向对齐。在一个方面，阳极组件相对于一个磁控管组件或所有磁控管组件的平均优选磁场生成方向对齐。
图7B的平面图示意性地示出了靶24、磁控管组件23和多个阳极组件91的示例性方向。如图7B所示，在一个实施例中，多个阳极组件91(例如，图示中为5个)沿Y方向彼此间距相等，并且与磁控管组件23的螺旋型磁控管250的各个部分平行和垂直。在一个方面，磁控管组件23利用致动器24A(图3B)在处理期间沿靶24的表面在X-Y平面内移动。在一个方面，极271和272的主对齐被设计为在磁控管组件23在处理期间进行移动时，仍然相对于阳极组件91保持相同方向。
参考图7A-7B，在一个方面，可能希望使更多的阳极组件91位于靶24的中心的下方，而更少的在靶24的边缘的下方，从而使阳极组件91在处理区域15中形成非均匀的分布。如上结合图6A-6B所述，可能希望使阳极组件定位在距离靶表面和衬底表面期望距离的位置上，以减少对衬底表面上沉积材料的掩蔽。
导电构件移去
参考图8-10，在本发明的一个实施例中，导电构件93或未屏蔽的导电构件193(未示出；图5B-5C)适合于经由形成在屏蔽50中的接入孔50B从处理室10中移去，该接入孔50B与形成在处理套件夹持器140中的接入端口98对齐。在一个方面，接入端口98可以形成在室壁41中，如图2所示。图8-10的等角截面视图图示了在经由接入孔50B和接入端口98插入处理区域15或从处理区域15中移去的各种状态中的导电构件93。在图8-10中，移去了盖组件20，以更清楚地图示下处理室组件35中的某些部件。
在一个实施例中，处理室10通常包含屏蔽50和上屏蔽50E，屏蔽50和上屏蔽50E附接到处理套件夹持器140并位于处理室10的处理区域15中。屏蔽50和上屏蔽50E适合于收集在衬底的等离子体处理期间生成的杂散沉积的材料。通常，屏蔽50和上屏蔽50E被设计为相互重叠以掩蔽溅射材料，从而使其不会到接入孔50B并进入低真空室16中。在一个方面，如图2所示，接入孔50B可以被可选的接入孔盖50D覆盖，以防止处理期间在下真空区域16中溅射靶原子的沉积。接入孔盖50D可以可转动地附接到屏蔽50，从而使其可以移入覆盖接入孔50B的位置或从该位置移出。
图8图示了示出了两个阳极组件91的一端的下室组件35的等角截面视图。在图8所示的配置中，导电构件支撑97通常包含适合于支撑位于水平支撑97A上的导电构件93的垂直支撑97B和水平支撑97A。在一个实施例中，导电构件93具有把手93B，其附接或焊接到导电构件93的表面，以使导电构件93的插入和/或移出更加便利，其中导电构件93的插入和/或移出是经由形成在屏蔽50中的接入孔50B和形成在处理套件夹持器140中的接入端口98进行的。
参考图8，当导电构件93到达其可使用寿命时，可以通过对处理室10排气并移去封锁板99，将导电构件93从处理区域15中移去，封锁板99可密封地附接到处理套件夹持器140，从而使用户可以经由接入孔50B和接入端口98触及导电构件93。移去导电构件93的过程可以包括关闭真空泵(未示出)，然后将惰性气体(如氩)流从气体源45A(图2中所示)传送到真空处理区域17中，以在真空处理区域17中产生大于大气压的压强。在移去导电构件93期间在处理区域17中产生正压强可能是有利的，因为其可防止由于将处理套件部件暴露在大气污染物(例如，大气气体、蒸气或粒子)中而引起的位于处理区域15中的室部件的污染。在一个方面，接入孔50B和接入端口98被有意保持尽可能的小，以使大气污染物可以进入到处理区域15中的面积最小。从而可以使处理室10的停机时间最小，因为没有必要移去并重新定位室盖组件20和/或其他主要的室部件，没有必要烘烤室以从处理室部件移去吸附气体和水气，也没有必要由于其暴露在大气污染物中而更换被污染的部件。
图9是从处理室10的外部看的等角截面分解视图，其图示了导电构件93和封锁板99，封锁板99位于从处理室10的处理区域15中部分移出的位置处。
图10是处理室10的等角截面视图，其图示了由多个重叠部分93C形成的导电构件93的实施例。重叠部分93C适合于允许从处理区域15中移去导电构件93，而不需要使导电构件93过分地进入处理室10外部与处理室10相邻的区域。从而，该实施例减少了对处理室10执行维护动作所需的空间，这是因为其可以防止或最小化导电构件93和工具群(未示出)上的其他处理室之间或安装有处理室10和工具群的空间的壁之间的干扰，工具群包含处理室10。在一个实施例中，导电构件93由多个重叠部分93C形成，这多个重叠部分93C可转动地彼此附接，从而使导电构件93的所有重叠部分93C可以作为一个完整的单元从处理区域15中容易地移出以及定位在处理区域15中。在一个方面，每个重叠部分93C相互重叠从而使在它们之间形成最小的间隙。最小间隙通常被设计用来限制在处理期间可能或不会经过最小间隙到达导电构件支撑97的沉积材料量，重叠部分93C放在导电构件支撑97上。
图10A图示了具有三个重叠部分93C的一个实施例，这三个重叠部分93C在连接结合点93D处可转动地彼此附接。图10B图示了图10A所示的连接结合点93D之一的特写镜头。在一个实施例中，如图10B所示，相邻的重叠部分93C利用一个重叠部分93C的突出臂部分93E在连接结合点93D处彼此耦合，这个突出臂部分93E与形成在另一个重叠部分93C中的柱构件93F连接性地接合。在该配置中，重叠部分93C可以链接在一起，并且定位为一组。在一个方面，可能希望每次一个的单独附接并定位每个重叠部分93C。在一个方面，连接结合点93D可以被配置使得每个重叠部分93C可以彼此附接或彼此分离，这是通过定位重叠部分93C的方向使得突出臂部分93E与另一个重叠部分93E的柱构件93F接合或分离而实现的。连接结合点设计93D图示了一种重叠部分93C可以耦合在一起的可行方式，可以在不脱离本发明基本范围的前提下设计本发明其他和另外的实施例。
图11A-11D是处理室10的一个实施例的侧视截面视图，其图示了重叠部分93C经由形成在屏蔽50中的接入孔50B和形成在室壁41中的接入端口98插入处理区域15中的各个阶段。图11A-11D所示的配置和步骤可能对于重叠部分93C的横截面与图6B所示的导电构件93的横截面类似的情况尤为有用。在图11A中，水平支撑97A被图示为处于其“处理位置”，在处理位置中，水平支撑97A通常是水平的，并且与鞍式支撑97D形成物理的电接触。鞍式支撑97D是通常在一端形成有u形特征结构的模块，该u形特征结构适合于接触水平支撑97A的接合端97E。在图11A中，水平支撑97A的外表面直接暴露于处理区域15。应当注意，图11A图示了这样的情形，即工具122已被经由接入孔50B和接入端口98插入，从而使其可以与水平支撑97A的接合端97E接合，并相对于位于水平支撑97A另一端的枢轴点16提升接合端97E(见图11B)。图11B图示了处于提升位置的水平支撑97A，从而重叠部分93C可以在工具122、接合端97E上方滑动，并滑到水平支撑97A上。图11C图示了在多个重叠部分93C位于水平支撑97A上方并覆盖水平支撑97A时处于提升位置的水平支撑97A。参考图11D，在重叠部分93C  经位于水平支撑97A上方并覆盖水平支撑97A之后，水平支撑97A的接合端97E可以被放回到其“处理位置”，在处理位置处，接合端97E与鞍式支撑97D形成接触。在一个方面，可以遵循与图11A-11D所示相反的步骤，将重叠部分93C从处理区域15中移去。
图11E是两个重叠部分(元件93C′和93C″)的侧视截面视图，这两个重叠部分的横截面类似于图6B中所示的配置。在该实施例中，重叠部分93C在连接区域160彼此连接，从而使其可以容易地插入到水平支撑97A上和从水平支撑97A上移去，水平支撑97A位于处理室10的处理区域15中。该配置在利用图11A-11D所示的步骤将重叠部分93C插入到处理区域15中和/或从处理区域15中移出重叠部分93C时是有用的。连接区域160通常包含在第一重叠部分93C′中的公部分162、在第二重叠部分93C″中的硬停止区域166和从硬停止区域166延伸到第二重叠部分93C″的端168的母部分163。在一个实施例中，连接区域160还包含在第一重叠部分93C′中的掩蔽特征结构161。在一个方面，公部分162的长度、母部分163的长度以及掩蔽特征结构161的位置和形状的大小使停留在重叠部分(元件93C′和93C″)的外表面上的沉积(未示出)不会形成连接重叠部分的“沉积材料桥”。由于沉积材料中引入的应力，因此形成材料桥可能生成粒子，该应力的引入是由于重叠部分的扩张和收缩，而这是由沉积处理和处理室空闲期间重叠部分的加热和冷却产生的。通常，掩蔽特征结构161是形成在第一重叠部分93C′的公部分162中的凹板特征结构，其深度足够收集被第二重叠部分93C″的端168掩蔽的沉积材料，并且长度足够使得沉积材料不会到达形成在公部分162和母部分163之间的界面并形成“沉积材料桥”。在一个方面，接合特征结构167形成在公部分162(图11D中所示)或母部分163中，以产生这样一个区域，该区域与其他的重叠部分93C形成正接合(例如，位置或干涉配合)，以允许后续的重叠部分93C作为一个组更容易地插入处理区域15以及从处理区域15中移出。通常，图11D中所示的特征结构可以利用传统的金属加工或机加工技术形成。
阳极组件的部件的自动移去
在一个实施例中，如图12A所示，阳极组件91适合于使沉积在处理区域15中的导电构件93的移去变得便利，这是通过允许运动组件150经由形成在屏蔽50中的接入孔50B和形成在处理室10的室壁41中的接入端口98馈送在导电构件93上沉积的物质来实现的。相反地，运动组件150适合于将导电构件93馈送到处理室10中从而使其放在导电构件支撑97上并覆盖导电构件支撑97。运动组件150通常包含第一导向辊151、第二导向辊153和驱动辊152，其适合于在导电构件93从处理室10中移去以及放入处理室10中时导向并定位导电构件。在一个方面，当导电构件93位于处理区域15中的适当位置时，导电构件93仍然与第二导向辊153和驱动辊152保持接触。在该配置中，连接到致动器(未示出)的驱动辊152适合于经由接入孔50B和接入端口98将导电构件93从其在导电构件支撑97上的位置处传送到处理室10外部。在导电构件93的移去过程期间，驱动辊152和导向辊153的主要任务是使得导电构件93从其在导电构件支撑97上的位置处移动到处理室10外部的位置处。在导电构件93的插入过程期间，驱动辊152和导向辊153的主要任务是使得导电构件93从其在处理室10外部的位置处移动到在导电构件支撑97上的期望位置处。
在一个方面，第一导向辊151耦合到致动器(未示出)，从而使其可以将导电构件93传送到第二导向辊153和驱动辊152。在该配置中，通过驱动辊152和第一导向辊151的协同动作，可以将导电构件93从处理室10中移出。
图12B图示了运动控制组件116的一个实施例的截面视图，运动控制组件116适合于旋转驱动辊152和/或第一导向辊151，以在导电构件93经过处理区域15、接入孔50B和接入端口98时调整导电构件93的位置。通常，运动控制组件116包含密封组件198和马达组件197。密封组件198通常包含耦合到马达组件197和驱动辊152(或第一导向辊151)的轴113、安装板115和至少一个密封件112。马达组件197通常包含致动器117、用来将致动器117附接到密封组件198的安装托架111和将致动器117附接到轴113的马达耦合110。在该配置中，马达组件197的旋转运动被转换到驱动辊152(或第一导向辊151)，并被从室壁41外部的位置传递到下真空区域16内部其连接到驱动辊152(或第一导向辊151)的位置处。在一个方面，如图12B所示，密封件112包括双唇形密封件(元件112A和112B)，其适合于允许轴113旋转并防止大气污染物泄漏到处理室中。在一个方面，可能有必要不同地泵浦(未示出)两个密封件之间的区域以减少单个密封件(元件112A或112B)的压强下降。在本发明的一个方面，密封件112是传统的铁磁流体密封件(例如，从Georgia，Canton的Schoonover公司购买)或用于将旋转运动传递给真空环境中的一部分的磁耦合的旋转穿通，这是本领域中公知的。因此，利用形成在板115和室壁41之间的密封件112和o形密封环114，可以防止对下真空区域16和处理区域15的大气污染。在一个方面，驱动辊152和导向辊153可以被耦合到辊的DC伺服马达或步进马达驱动，这是本领域中公知的。
屏蔽和阳极组件偏置
在处理室10的一个实施例中，可偏置的屏蔽50F可以位于处理区域中，以改变电场和在靶和衬底的边缘附近生成的等离子体密度。图13图示了可偏置屏蔽50F的一个实施例，可偏置屏蔽50F位于衬底12的外围四周，并且电连接到屏蔽50，可偏置屏蔽50F利用电部件50G接地。在一个方面，电部件50G可用作“支柱”以物理地隔开可偏置屏蔽50F与屏蔽50。应当注意，术语“接地”通常是指在部件和阳极之间直接或非直接的电连接。由于电部件50G的引入，可偏置屏蔽50F可以有意地相对于阳极表面偏置在不同电位，电部件50G可能向可偏置屏蔽50F和阳极表面之间的电路径加入阻性的、容性的和/或感性型元件。在一个方面，在处理期间，偏置电压(通常是欠阳性的)可能“被动地”引入到可偏置屏蔽50F中，这是由于在靶和阳极表面(如屏蔽50)之间施加的偏置和可偏置屏蔽50F与在处理区域中生成的等离子体之间的相互作用。在另一个方面(未示出)，可偏置屏蔽50F可以利用电源(未示出)被独立地偏置，电源与可偏置屏蔽50F和阳极表面形成电通信。在该配置中，电部件50G可以充当绝缘体。
在处理室10的另一个实施例中，通过在阳极组件91和阳极表面之间的电路径上引入阻性的、容性的和/或感性的部件，可以将阳极组件91有意地相对于阳极表面偏置在不同电位。在一个实施例中，如图13所示，第二电部件50H可以位于阳极组件91和屏蔽50之间的电路径中，以允许阳极组件91偏置在与屏蔽50不同的电位。在一个方面，在处理期间，偏置电压(通常是欠阳性的)可能“被动地”引入到阳极组件91中，这是由于在靶和阳极表面(如屏蔽50)之间施加的偏置和阳极组件91与在处理区域中生成的等离子体之间的相互作用。在另一个方面(未示出)，阳极组件91可以利用电源(未示出)被分离偏置，电源与阳极组件91和阳极表面形成电通信。在该配置中，第二电部件50H可以充当绝缘体。
尽管前述内容是针对本发明的实施例，但是在不脱离本发明基本范围的前提下可以设计出本发明其他和另外的实施例，本发明的范围由所附权利要求确定。

Claims (40)

1.一种用于在衬底上沉积层的等离子体处理室组件，包括：
具有处理区域的等离子体处理室；
位于所述等离子体处理室上从而使其表面与所述处理区域相接触的靶；
位于所述等离子体处理室内并具有衬底接收表面的衬底支撑，其中位于所述衬底接收表面上的衬底表面与所述处理区域相接触；以及
位于所述靶和所述衬底支撑之间的处理区域内的多个阳极构件，其中所述多个阳极构件与阳极屏蔽形成电通信，所述阳极屏蔽与所述处理区域相接触。
2.如权利要求1所述的等离子体处理室组件，其中所述多个阳极构件中的每一个还包括：
安装在所述处理区域内部的第一阳极构件和位于所述第一构件上的第二阳极构件，其中所述第二阳极构件与所述第一阳极构件形成电通信。
3.如权利要求1所述的等离子体处理室组件，其中与所述处理区域接触的所述衬底表面的表面面积至少为19,500cm2。
4.如权利要求1所述的等离子体处理室组件，其中所述多个阳极构件还包括至少两个阳极构件，这两个阳极构件位于所述处理区域内部并且与所述阳极屏蔽形成电通信。
5.如权利要求1所述的等离子体处理室组件，还包括：
具有第一极和第二极的磁控管组件，所述第一极和第二极经过所述靶磁耦合到所述处理区域，其中所述第一和第二极中的至少一个区域相对于所述阳极构件对齐。
6.如权利要求1所述的等离子体处理室组件，还包括：
具有第一极和第二极的磁控管组件，所述第一极和第二极经过所述靶磁耦合到所述处理区域，其中所述第一极和第二极被配置用来形成具有蛇形的等离子体环路。
7.如权利要求1所述的等离子体处理室组件，其中所述多个阳极构件还包括：
安装在所述处理区域内部的第一构件，其中所述第一构件连接到所述阳极屏蔽；以及
位于所述第一构件上的第二构件，其中所述第二构件与所述第一构件形成电通信，并且适合于覆盖所述第一构件的至少一部分以防止沉积物沉积在所述第一构件上。
8.如权利要求1所述的等离子体处理室组件，其中所述多个阳极构件中的一个或更多个还包括：
位于所述处理区域内部的导电构件，其中所述导电构件包括：
彼此连接并且与所述阳极屏蔽形成电通信的两个或更多个部分。
9.如权利要求1所述的等离子体处理室组件，还包括：
位于所述处理区域内部的一个或更多个阳极构件，其中所述至少两个阳极构件中的每一个包括：
安装在所述处理区域内部的第一构件，其中所述第一构件与所述阳极屏蔽形成电通信；以及
位于所述第一构件上的第二构件，其中所述第二构件与所述第一构件形成电通信；以及
适合于相对于所述第一构件定位所述第二构件的运动组件。
10.如权利要求1所述的等离子体处理室组件，还包括：
位于所述处理区域内的可偏置屏蔽，其中所述可偏置屏蔽适合于偏置在与所述阳极屏蔽不同的电位。
11.一种用于在矩形衬底上均匀沉积层的等离子体处理室组件，包括：
具有处理区域的等离子体处理室；
位于所述等离子体处理室上从而使靶表面与所述处理区域相接触的靶；
位于所述等离子体处理室内并具有衬底接收表面的衬底支撑，其中位于所述衬底接收表面上的矩形衬底表面与所述处理区域相接触；以及
位于所述靶和所述衬底支撑之间的处理区域内的多个阳极构件，其中所述多个阳极构件与阳极屏蔽形成电通信，并且沿相对于所述矩形衬底的某一边的方向对齐。
12.如权利要求11所述的等离子体处理室组件，其中所述矩形衬底的表面的表面面积至少为19,500cm2。
13.如权利要求11所述的等离子体处理室组件，其中所述多个阳极构件沿通常平行于所述矩形衬底的一边的方向对齐。
14.如权利要求11所述的等离子体处理室组件，其中所述多个阳极构件通常是条形的，并且沿第一方向对齐，其中所述第一方向沿通常平行于所述矩形衬底的一边的方向对齐。
15.一种用于在衬底上沉积层的等离子体处理室组件，包括：
具有包围真空区域的一个或更多个壁的室主体组件，其中所述室主体组件具有形成在所述一个或更多个壁中的至少一个上的一个或更多个接入端口；
位于所述室主体组件上从而使其表面与形成在所述真空区域内的处理区域相面对的靶；
具有与所述真空区域接触的表面的阳极屏蔽，其中所述阳极屏蔽包括：
部分包围所述处理区域的一个或更多个壁；和
形成透过所述阳极屏蔽的一个或更多个壁的第一缝隙；
位于所述真空区域内并具有衬底接收表面的衬底支撑，其中位于所述衬底接收表面上的衬底的处理表面与所述靶相面对；以及
包括安装在所述处理区域内的第一构件的一个或更多个阳极构件，其中所述第一构件与所述阳极屏蔽形成电通信，并且适合于经过所述第一缝隙和所述一个或更多个接入端口之一从所述处理区域中移去。
16.如权利要求15所述的等离子体处理室组件，还包括其上定位有所述第一构件的第二构件，其中所述第二构件与所述第一构件和所述阳极屏蔽形成电通信。
17.如权利要求15所述的等离子体处理室组件，其中与所述处理区域接触的所述衬底的处理表面的表面面积至少为19,500cm2。
18.如权利要求15所述的等离子体处理室组件，其中所述一个或更多个阳极构件还包括位于所述处理区域内部的至少2个但不超过20个阳极构件。
19.如权利要求15所述的等离子体处理室组件，还包括：
具有第一极和第二极的磁控管组件，所述第一极和第二极经过所述靶磁耦合到所述处理区域，其中所述第一和第二极中的至少一个区域相对于所述一个或更多个阳极构件的表面对齐。
20.如权利要求15所述的等离子体处理室组件，还包括：
具有第一极和第二极的磁控管组件，所述第一极和第二极经过所述靶磁耦合到所述处理区域，其中所述第一极和第二极被配置用来形成蛇形。
21.如权利要求15所述的等离子体处理室组件，其中所述一个或更多个阳极构件中的每一个还包括：
位于所述处理区域内部的导电构件，其中所述导电构件包括：
彼此连接并且与所述阳极屏蔽形成电通信的两个或更多个部分。
22.一种位于等离子体处理室组件中的阳极构件，其中所述阳极构件包括：
安装在靶和位于衬底支撑上的衬底之间的第一构件，其中所述第一构件与电源的阳极形成电通信，所述电源适合于阴极地偏置所述靶；以及
位于所述第一构件上的多个第二构件，其中所述第二构件与所述第一构件形成电通信，并且适合于覆盖所述第一构件的至少一部分以防止来自所述靶的溅射材料沉积在所述第一构件上。
23.如权利要求22所述的阳极构件，其中所述多个第二构件中的至少两个枢轴地连接在一起。
24.一种在衬底上溅射沉积层的方法，包括：
在溅射沉积室中的衬底表面上沉积层，所述溅射沉积室具有一个或更多个壁和包围处理区域的靶以及位于所述处理区域内的一个或更多个阳极构件；
通过将气体喷射到所述处理区域中来对所述溅射沉积室排气；以及
经由形成在所述溅射沉积室的一个或更多个壁中的之一上的接入孔从所述处理区域移去所述一个或更多个阳极构件之一。
25.如权利要求24所述的方法，还包括：
使气体流入所述处理区域中，同时从所述处理区域中移去所述一个或更多个导电构件之一，其中所述气体流适合于使经由所述接入孔进入所述处理区域的大气污染物的量最小。
26.一种增强对衬底的溅射沉积处理的均匀性的方法，包括：
提供溅射沉积室，所述溅射沉积室具有形成处理区域的一个或更多个壁、靶和位于所述处理区域内且在所述靶下方的两个或更多个阳极组件，其中所述两个或更多个阳极组件与位于所述处理区域内的阳极表面形成电通信；以及
通过利用电源相对于所述两个或更多个阳极组件和所述阳极表面阴极地偏置所述靶，来在位于所述处理区域中的衬底表面上沉积层。
27.如权利要求26所述的方法，其中所述两个或更多个阳极组件是条形的。
28.如权利要求27所述的方法，还包括：
提供具有第一极和第二极的磁控管组件，所述第一极和第二极经过所述靶磁耦合到所述处理区域，其中在衬底表面上沉积层还包括：
相对于所述靶表面和所述两个或更多个阳极组件移动所述磁控管
组件，其中在所述磁控管组件移动时，所述第一和第二极中的至少一
个区域通常相对于所述一个或更多个阳极构件的长方向对齐。
29.如权利要求28所述的方法，其中所述磁控管组件的第一极和第二极被配置用来形成蛇形。
30.如权利要求26所述的方法，其中提供两个或更多个阳极组件还包括：
使所述两个或更多个阳极组件中的至少一个的表面与矩形衬底的表面对齐，所述矩形衬底位于所述处理区域中的衬底支撑上。
31.如权利要求26所述的方法，其中所述衬底的处理表面的表面面积至少为19,500cm2。
32.一种增强对衬底的溅射沉积处理的均匀性的方法，包括：
在处理区域中定位阳极构件，所述处理区域形成在靶和位于衬底支撑上的衬底的处理表面之间，其中定位所述阳极构件包括：
在所述处理区域中定位第一构件，其中所述第一构件与阳极屏蔽形成电通信；以及
在所述第一构件上定位一个或更多个第二构件，其中所述一个或更多个第二构件与所述第一构件形成电通信，并且适合于覆盖所述第一构件的至少一部分以防止来自所述靶的溅射材料沉积在所述第一构件上；以及
通过在所述靶和所述阳极屏蔽之间施加偏置，来在所述衬底的处理表面上沉积层。
33.如权利要求32所述的方法，还包括：
定位具有第一极和第二极的磁控管组件其中所述第一和第二极经过所述靶磁耦合到所述处理区域并且所述第一和第二极的至少一个区域相对于所述阳极构件对齐。
34.如权利要求32所述的方法，其中在所述处理区域中定位第一构件还包括：
使所述第一构件的表面相对于位于所述衬底支撑上的矩形衬底的表面对齐。
35.如权利要求32所述的方法，还包括：
在所述第二构件上溅射沉积了材料层后，经由形成在所述溅射沉积室的壁中的接入孔从所述处理区域中移去所述一个或更多个第二构件之一。
36.一种用于在矩形衬底上均匀沉积层的等离子体处理室组件，包括：
具有处理区域的等离子体处理室；
位于所述等离子体处理室上从而使其表面与所述处理区域相接触的靶；
位于所述等离子体处理室内并具有衬底接收表面的衬底支撑，其中位于所述衬底接收表面上的矩形衬底的表面与所述处理区域相接触；以及
位于所述靶和所述衬底支撑之间的处理区域内的多个阳极构件，其中所述多个阳极构件包括：
安装在所述处理区域内部的两个或更多个第一构件，其中所述两个或更多个第一构件中的每一个与阳极屏蔽形成电通信，并且沿相对于所述矩形衬底的一边的方向对齐；以及
位于所述一个或更多个第一构件之一上的一个或更多个第二构件，其中所述第二构件与所述一个第一构件形成电通信。
37.如权利要求36所述的等离子体处理室组件，其中所述两个或更多个第一构件还包括至少2个但不超过20个阳极构件。
38.如权利要求36所述的等离子体处理室组件，还包括：
具有第一极和第二极的磁控管组件，所述第一极和第二极经过所述靶磁耦合到所述处理区域，其中所述第一和第二极中的至少一个区域相对于所述两个或更多个第一构件的表面对齐。
39.如权利要求36所述的等离子体处理室组件，其中所述一个或更多个第一构件通常是条形的，并且沿第一方向对齐，其中所述第一方向沿通常平行于所述矩形衬底的一边的方向对齐。
40.如权利要求36所述的等离子体处理室组件，其中所述多个阳极构件还包括位于第一构件和第二构件之间的电连接器，其中所述电连接器适合于改进所述第一构件和所述第二构件之间的电接触。
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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