TW202136549A - 晶圓處理沉積屏蔽部件 - Google Patents
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Abstract
本文所述之實施例一般關於一種用於將材料均勻濺射沉積至基材上具有高深寬比之特徵結構之底部及側壁中的設備及方法。在一實施例中，提供一種定位在一濺射靶材與一基材支撐座間而用於與一屏蔽構件機械及電氣耦接的準直器。該準直器包含一中央區域及一周邊區域，其中該準直器具有複數個延伸貫穿其間的孔口，且其中位於中央區域的孔口具有較位於周邊區域之孔口高的深寬比。
Description
本發明之實施例一般關於一種用於將材料均勻濺射沉積至基材上具有高深寬比之特徵結構之底部及側壁的設備與方法。
在積體電路的製造中，濺射或物理氣相沉積(PVD)是一種廣泛用於在基材上沉積薄金屬層的技術。使用PVD來沉積作為擴散阻障層、種晶層、主要導體(primary conductor)、抗反射塗層、及蝕刻停止層的層。然而，藉由PVD難以形成一保有基材形狀的均勻薄膜，其中在該基材中發生諸如形成一介層孔或溝槽的階梯(step)。特定言之，沉積濺射原子的廣角分布導致在具有高深寬比特徵結構之底部與側壁(例如介層孔及溝槽)中的不良覆蓋。
發展準直器濺射技術以允許使用PVD在具有高深寬比特徵結構之底部中沉積薄膜。準直器是定位在一濺射源與一基材間的一過濾板。準直器通常具有均勻的厚度並包括一些貫穿該厚度形成的通道。濺射材料必須自濺射源在其路徑上通過準直器而至該基材上。準直器過濾掉將以超過期望角度之銳角撞擊該工作件的材料。
藉由一給定準直器過濾的實際量取決於通過該準直器之通道的深寬比。因此，沿著接近垂直於該基材之路徑行進的粒子通過該準直器並沉積在該基材上。此舉可改良在底部具有高深寬比之特徵結構中的覆蓋。
然而，習知準直器結合使用小磁鐵磁控管將存在一些問題。使用小磁鐵磁控管將產生高離子化金屬通量，其有利於填充高深寬比的特徵結構。不幸的是，具有結合小磁鐵磁控管之習知準直器的PVD橫越基材提供不均勻的沉積。來源材料可能在基材的一區域中沉積較基材上的其他區域厚的層。例如，取決於小磁鐵的徑向定位，可能在基材的中心或邊緣沉積較厚的層。此現象不僅導致橫越基材的非均勻沉積，也在基材的一些區域中導致橫越具有高深寬比之特徵結構側壁的非均勻沉積。舉例來說，徑向定位以在靠近基材之周緣的區域中提供最佳磁場均勻性的小磁鐵，導致來源材料被沉積在面對基材中心之特徵結構側壁上的量比被沉積在面對基材之周緣的特徵結構側壁上更大。
因此，存有一種改良藉由PVD技術橫越基材沉積來源材料之均勻性的需要。
本文所述之一實施例的一種沉積設備包含：一電氣接地腔室；一濺射靶材，其藉由該腔室支撐並與該腔室電氣絕緣；一基材支撐座，其定位在該濺射靶材的下方並具有一實質平行該濺射靶材之濺射表面的基材支撐表面；一屏蔽構件，其藉由該腔室支撐並電氣耦接至該腔室；及一準直器，其機械並電氣耦接至該屏蔽構件且定位在該濺射靶材與該基材支撐座之間。在一實施例中，準直器具有複數個延伸貫穿其間的孔口。在一實施例中，位於中央區域之孔口具有較位於周邊區域之孔口高的深寬比。
在另一實施例中，一沉積設備包含：一電氣接地腔室；一濺射靶材，其藉由該腔室支撐並與該腔室電氣絕緣；一基材支撐座，其定位在該濺射靶材的下方並具有一實質平行該濺射靶材之濺射表面的基材支撐表面；一屏蔽構件，其藉由該腔室支撐並電氣耦接至該腔室；一準直器，其機械式及電氣式耦接至該屏蔽構件且定位在該濺射靶材與該基材支撐座之間；一氣體源；及一控制器。在一實施例中，該濺射靶材是電氣耦接至DC功率源。在一實施例中，基材支撐座是電氣耦接至RF功率源。在一實施例中，該控制器經程式化而提供信號以控制氣體源、DC功率源、及RF功率源。在一實施例中，該準直器具有複數個孔口延伸貫穿其間。在一實施例中，位於中央區域之孔口具有較位於準直器之周邊區域之孔口高的深寬比。在一實施例中，將控制器程式化以提供高偏壓至基材支撐座。
在又一實施例中，一種用於沉積材料至基材上的方法，包含以下步驟：在一具有位於濺射靶材與基材支撐座間之準直器的腔室中，對一濺射靶材施加DC偏壓；在鄰近腔室內之濺射靶材的一區域中提供一製程氣體；施加偏壓至基材支撐座；及在高偏壓及低偏壓之間脈衝施加至該基材支撐座的偏壓。在一實施例中，準直器具有複數個孔口延伸貫穿其間。在一實施例中，位於中央區域之孔口具有較位於準直器之周邊區域之孔口高的深寬比。
在又一實施例中，提供一種定位在濺射靶材與基材支撐座之間用於機械及電氣耦接屏蔽構件的準直器。該準直器包含中央區域及周邊區域，其中該準直儀具有複數個孔口延伸貫穿其間，且其中位於中央區域之孔口具有較位於周邊區域之孔口高的深寬比。
在又一實施例中，提供一種用於在製程腔室中圍繞面對一靶材之基材支撐座的下屏蔽。該下屏蔽包含：一圓柱狀外側帶，其具有一經調整尺寸以圍繞該濺射靶材之濺射表面與基材支撐座的第一直徑，該外側圓柱狀帶包含環繞該濺射靶材之濺射表面的上部分；一中間部分；及一下部分，其環繞該基材支撐座；一支撐凸緣，其具有一支承表面並自圓柱狀外側帶徑向向外延伸；一基底板，自該圓柱狀外側帶之下部分徑向向內延伸；及一圓柱狀內側帶，該圓柱狀內側帶耦接至該基底板並部分地環繞該基材支撐座的凸緣。
在又一實施例中，提供一種用於在一基材製程腔室中圍繞一面對支撐座之濺射靶材的上屏蔽。該上屏蔽包含一屏蔽部分及一用於指向性濺射的整合之通量最佳化器。
本文所描述的實施例提供在基材上製造積體電路期間用於橫越基材之高深寬比特徵結構來均勻沉積濺射材料的設備及方法。
第1圖描繪一製程腔室100範例實施例，該製程腔室100具有可處理基材154之一製程套組140的一實施例。製程套組140包括一單件式下屏蔽180、一單件式上屏蔽186以及一準直器110。在所圖示的實施例中，製程腔室100包含一可在基材上沉積諸如鈦、氧化鋁、鋁、銅、鉭、氮化鉭、鎢、或氮化鎢的濺射腔室，亦稱為物理氣相沉積(PVD)腔室。適當的PVD腔室範例包括皆可購自加州聖塔克拉拉應用材料公司的ALPS® Plus及SIP ENCORE®PVD製程腔室。應瞭解也可利用得自其他製造商的製程腔室來實行本文所述的實施例。
腔室100包括一濺射源，例如具有一濺射表面145的靶材142，及具有一周邊邊緣153的基材支撐座152，該基材支撐座152用於接收半導體基材154於其上。該基材支撐座可位於一接地腔室壁150中。
在一實施例中，腔室100包括經由介電隔離器146藉接地導電配接器144支撐的靶材142。靶材142包含在濺射期間待被沉積至基材154之表面上的材料並包括用於形成於基材154內之高深寬比特徵結構中做為一種晶層沉積的銅。在一實施例中，靶材142也可包括一可濺射材料(例如銅)之金屬表面層的黏合組成物，及一結構材料的背層（例如鋁）。
在一實施例中，座152支撐待被濺射塗覆之基材154，其中該基材154具有高深寬比之特徵結構，其底部相對於靶材142的主要表面是平面的。基材支撐座152具有一通常平行靶材142之濺射表面來設置的平面基材接收表面。座152可垂直地穿過伸縮囊(bellow)158移動，其中該伸縮囊158連接至底部腔室壁160以允許基材經由在腔室100的下部分中的負載鎖定閥（未示出）被輸送至座152上。座152可隨後升高至如所示的沉積位置。
在一實施例中，可自氣體源162經由質流控制器164將製程氣體供應至腔室100的下部分中。在一實施例中，可使用耦接至腔室100的可控制直流（DC）功率源148來對靶材142施加負電壓或偏壓。射頻（RF）功率源156可耦接至座152以在基材154上誘導一DC自偏壓。在一實施例中，座152是接地。在一實施例中，座152是電氣浮置的。
在一實施例中，將磁控管170定位在靶材142上方。磁控管170可包括複數個磁鐵172，該等磁鐵172藉由連接到軸176的基底板174所支撐，軸176可軸向對準腔室100及基材154的中央軸。在一實施例中，該等磁鐵呈一腎形（kidney-shaped）圖案排列。磁鐵172在腔室100內靠近靶材142之正面處產生磁場以生成電漿，而使得大量的離子流撞擊靶材142，致使靶材材料濺射出來。磁鐵172可圍繞軸176旋轉以增加橫跨靶材142表面之磁場的均勻性。在一實施例中，磁控管170是一小磁鐵磁控管。在一實施例中，磁鐵172皆可在一實質平行靶材面的線性方向上相互旋轉與移動以產生一螺旋運動。在一實施例中，磁鐵172可圍繞中央軸及獨立控制的第二軸旋轉以控制其徑向位置及角度位置。
在一實施例中，腔室100包括一接地下屏蔽180，該接地下屏蔽180具有一藉由腔室側壁150來支撐並耦接至腔室側壁150的一支撐凸緣182。上屏蔽186藉由配接器144的凸緣184來支撐並耦接至配接器144的凸緣184。上屏蔽186及下屏蔽180是如配接器144與腔室壁150的電氣耦接方式來耦接。在一實施例中，上屏蔽186及下屏蔽180皆包含不銹鋼。在一實施例中，腔室100包括一耦接至上屏蔽186的中屏蔽（未示出）。在一實施例中，上屏蔽186及下屏蔽180是在腔室100內電氣浮置的。在一實施例中，上屏蔽186及下屏蔽180可耦接至一電功率源。
在一實施例中，上屏蔽186具有一上部分，該上部分以窄間隙188(介於上屏蔽186及靶材142之間)緊密貼合靶材142之環形側凹槽，該窄間隙188窄到足以防止電漿穿透並濺射塗覆該介電隔離器146。上屏蔽186也可包括一向下突出的頂部190，頂部190覆蓋下屏蔽180與上屏蔽186之間的介面，從而防止該等屏蔽藉由濺射沉積材料連結。
在一實施例中，下屏蔽180向下延伸至圓柱狀外側帶196，該圓柱狀外側帶196通常沿著腔室壁150延伸至低於座152之頂表面處。下屏蔽180可具有一自圓柱狀外側帶196向內徑向延伸的基底板198。基底板198可包括環繞座152之周緣而向上延伸的圓柱狀內側帶103。在一實施例中，當座152處於下方的裝載位置時，覆蓋環102是支承在圓柱狀內側帶103的頂部；當座處於上方的沉積位置時，覆蓋環102是支承在座152的外周緣以保護座152不會受到濺射沉積。
下屏蔽180環繞靶材142面對支撐座152的濺射表面145並環繞支撐座152的周壁。下屏蔽160覆蓋並遮蔽腔室100的腔室壁150以減少源自濺射靶材142之濺射表面145的濺射沉積物沉積至下屏蔽180背面的部件及表面上。舉例來說，下屏蔽180可保護支撐座152的表面、基材154的多個部分、腔室壁150、及腔室100的底壁160。
在一實施例中，可藉由在靶材142及基材支撐座152之間定位準直器110而達成指向性濺射。準直器110可以機械式或電氣式耦接至上屏蔽186。在一實施例中，準直器110可耦接至定位在腔室100較低處的中屏蔽(未示出)。在一實施例中，準直器110整合至上屏蔽186，如第8圖中所示。在一實施例中，準直器110經焊接至上屏蔽186。在一實施例中，準直器110可在腔室100內電氣浮置的。在一實施例中，準直器110可耦接至電功率源。準直器110包括用以在腔室內引導氣體及(或)材料流的複數個孔口（在第1圖中省略）。
第2圖為準直器110之一實施例的上平面視圖。準直器110通常為一緊密堆積組態的蜂巢結構，該蜂巢結構具有用於分隔六角形孔口128之六角形壁126。六角形孔口128的深寬比可界定為孔口128之深度（等於準直器的厚度）除以孔口128的寬度129。在一實施例中，壁126的厚度介於約0.06吋至約0.18吋。在一實施例中，壁126的厚度介於約0.12吋至約0.15吋。在一實施例中，準直器包含選自鋁、銅、及不銹鋼的材料。
第3圖為根據本文所述之一實施例之準直器310的示意截面圖。準直器310包括一中央區域320，其具有一高深寬比，例如自約1.5:1至約3:1。在一實施例中，中央區域320的深寬比約2.5:1。準直器310的深寬比沿著徑向方向自中央區域320至外周邊區域340而減少。在一實施例中，準直器310之深寬比自中央區域320至周邊區域340，深寬比從約2.5:1減少至約1:1。在另一實施例中，準直器310的深寬比自中央區域320至周邊區域340，深寬比從約3:1減少至約1:1。在一實施例中，準直器310之深寬比自中央區域320至周邊區域340，深寬比從約1.5:1減少至約1:1。
在一實施例中，藉由改變準直器310的厚度來完成準直器310之徑向孔的減少。在一實施例中，準直器310的中央區域320具有一增加的厚度，例如介於約3吋至約6吋之間。在一實施例中，準直器310之中央區域320的厚度為約5吋。在一實施例中，準直器310的厚度自中央區域320至周邊區域340，厚度從約5吋徑向減少至約2吋。在一實施例中，準直器310的厚度自中央區域320至周邊區域340，厚度從約6吋徑向減少至約2吋。在一實施例中，準直器310的厚度自中央區域320，厚度從約2.5吋徑向減少至約2吋。
儘管繪示於第3圖中之準直器310之實施例的深寬比變化顯示一徑向減少的厚度，也可藉由自中央區域320至周邊區域340增加準直器310孔口的寬度來減少深寬比。在另一實施例中，準直器310的厚度自中央區域320至周邊區域340減少且準直器310的寬度自中央區域320至周邊區域340增加。
一般而言，第3圖中的實施例繪示以線性方式徑向減少而獲致倒圓錐形形狀的深寬比。本發明的其他實施例可包括非線性減少的深寬比。
第4圖為根據本發明之一實施例之準直器410的示意截面圖。準直器410具有以非線性方式自中央區域420至周邊區域440減少而獲致凸形形狀的厚度。
第5圖為根據本發明之一實施例之準直器510的示意截面圖。準直器510具有以非線性方式自中央區域520至周邊區域540減少而獲致凹形形狀的厚度。
在一些實施例中，中央區域320、420、520將近為零，使得中央區域320、420、520在準直器310、410、510的底部呈現為一點。
回頭參看第1圖，無論準直器110徑向減少之深寬比的實際形狀，PVD製程腔室100的操作與準直器110的功能是相似的。系統控制器101設置在腔室100的外側且通常有利於整體系統的控制及自動化。系統控制器101可包括一中央處理單元(CPU)(未示出)、記憶體(未示出)、及支援電路(未示出)。CPU可為任何在工業設備中用於控制多種系統功能及腔室製程的電腦處理器。
在一實施例中，系統控制器101提供訊號以定位在基材支撐座152上的基材154並在腔室100中產生電漿。系統控制器101發送訊號以透過DC功率源148施加電壓來偏壓靶材142並將製程氣體（例如，氬）激發成電漿。系統控制器101可進一步提供訊號以致使RF功率源156來DC自偏壓該座152。DC自偏壓有助於吸引電漿中產生的帶正電離子深入至基材表面上之高深寬比的介層孔及凹槽中。
準直器110實行如過濾器的功能以捕陷自靶材142以超過選定角度（幾乎垂直基材154）之角度發射出的離子及中性粒子。準直器110可為分別繪示於第3、4、5圖中之準直器310、410、510中之一者。具有自中心徑向減少深寬比之特性的準直器110允許自靶材142之周邊區域發射出之較大百分比的離子可通過準直器110。因此，可同時增加沉積在基材154之周邊區域的離子數以及離子到達的角度。因此，根據本發明實施例，可更均勻地橫跨基材154之表面來濺射沉積材料。另外，可更均勻地在具有高深寬比特徵結構的底部及側壁沉積材料，特別是位在靠近基材154周邊之具有高深寬比之介層孔及凹槽。
另外，為了在具有高深寬比之特徵結構的底部及側壁提供更大覆蓋率的濺射沉積材料，可濺射蝕刻被濺射沉積在特徵結構的場域與底部區域上的材料。在一實施例中，系統控制器101施加高偏壓至座152使得靶材142離子蝕刻已沉積在基材154上之膜。因此，減少沉積至基材154上的場沉積速率，且濺射材料再沉積至具有高深寬比之特徵結構的側壁或底部。在一實施例中，系統控制器101以一脈衝或交替方式施加高偏壓及低偏壓至座152，使得製程變成脈衝沉積/蝕刻製程。在一實施例中，特別是位於磁鐵172下方之準直器110單元引導大量沉積材料朝向基材154。因此，在任何特定時間，可在基材154中的一區域沉積材料，同時可蝕刻已經沉積在基材154之另一區域的材料。
在一實施例中，為了在具有高深寬比之特徵結構之側壁上提供更大覆蓋率的濺射沉積材料，可使用諸如氬電漿的二級電漿（其產生在腔室中靠近基材154的一區域）來濺射蝕刻濺射沉積在特徵結構之底部的材料。在一實施例中，腔室100包括RF線圈141，該RF線圈藉由複數個線圈間隔物143附接至下屏蔽180，該等線圈間隔物143將線圈141與下屏蔽180電氣絕緣。系統控制器101發送訊號以透過饋通間距(feedthrough standoff)(未示出)施加RF功率經由屏蔽180至線圈141。在一實施例中，RF線圈將RF能量感應式耦接至腔室100的內部以離子化前驅物氣體(例如氬)而維持靠近基材154的二級電漿。二級電漿自高深寬比特徵結構的底部再濺射一沉積層並再沉積材料至特徵結構的側壁上。
仍舊參照第1圖，準直器110可藉由複數個徑向支架111附接至上屏蔽186。
第6圖為根據本發明實施例用於將準直器110附接至上屏蔽186之支架611的放大截面視圖。支架611包括內螺紋管613，該內螺紋管613焊接至準直器110並自準直器110徑向向外延伸。緊固構件615（例如螺栓）可插入上屏蔽186的孔口中並螺紋旋入至管613中以將準直器110附接至上屏蔽186，同時使可能沉積在管613或緊固構件615之螺紋部分的材料減到最少。
第7圖為根據本發明之另一實施例用於將準直器110附接至上屏蔽186之支架711的放大截面視圖。支架711包括一螺椿713，該螺椿713焊接至準直器110並自準直器110上徑向向外延伸。可將內螺紋緊固構件715插入並穿過上屏蔽186中的孔口並螺紋旋至螺椿713上以將準直器110附接至上屏蔽186上，同時使可能沉積在螺椿713或緊固構件715之螺紋部分的材料減到最少。
第8圖為具有本文所述之製程套組840之另一實施例之半導體製程系統800的示意截面圖。相似於製程套組140，製程套組840包括單件式下屏蔽180。然而，不像包含透過一徑向支架111耦接至上屏蔽186之分離準直器110的製程套組140，製程套組840包括單體上屏蔽886，該上屏蔽886包含一屏蔽部分892及整合之通量最佳化器部分810。單體上屏蔽886之單體結構允許冷卻效率的最大化。整合之通量最佳化器部分810包括如上述在腔室內引導氣體及(或)材料通量的複數個孔口(在第8圖中省略)。
第9A圖為根據本文所述實施例之單體上屏蔽886的部分截面圖。第9B圖為根據本文所述實施例之第9A圖之單體上屏蔽886的上平面視圖。調整單體上屏蔽886的尺寸以圍繞面對支撐座152之濺射靶材142的濺射表面145。單體上屏蔽886遮蔽腔室100的配接器144以減少源自濺射靶材142之濺射表面145而濺射沉積的沉積物。
如第8、9A及9B圖中所示，單體上屏蔽886為單一結構且包含屏蔽部分892與一整合之通量最佳化器部分810。例如，屏蔽部分892及整合之通量最佳化器部分810可由單塊(single mass)材料來製造。屏蔽部分892包含圓柱狀帶902。圓柱狀帶902包含頂壁904及底壁906。支撐凸緣908自圓柱狀帶902之頂壁904徑向向外延伸。支撐凸緣908包含一支承表面910，用以支承腔室800的配接器144。在一實施例中，支承表面910和底壁906相交而形成90度角。在一實施例中，支撐凸緣908具有複數個狹縫，該等狹縫經塑型以接收將上屏蔽892對準至配接器144的插銷。在一實施例中，支撐凸緣908具有一或多個環繞圓柱狀帶902呈週期性定位的凹口940。
如第9A圖中所示，頂壁904進一步包含一頂表面925、內周邊926、及外周邊928。頂壁904的外周邊和支撐凸緣908相交以形成梯狀部分932。
在一實施例中，如第8圖中所示，圓柱狀帶902的底璧906具有一外直徑（以箭頭“A”圖示），經調整尺寸以在配接器144中貼合並支承下屏蔽180的梯狀部分1032（圖示於第10B圖）。在一實施例中，底壁906之外直徑“A”介於約18吋(45.7公分)至約18.5吋(47公分)之間。在另一實施例中，底壁906之外直徑“A”介於約18.1吋(46公分)至約18.2吋(46.2公分)之間。在一實施例中，圓柱狀帶902具有以箭頭“B”圖示的內直徑。在一實施例中，圓柱狀帶902的內直徑 “B”介於約17.2吋(43.7公分)至約17.9吋(45.5公分)之間。在另一實施例中，圓柱狀帶902的內直徑“B”介於約17.5吋(44.5公分)至約17.7吋(45公分)之間。在一實施例中，頂壁904具有以箭頭“C”圖示的外直徑。在一實施例中，頂壁904及底壁906具有相同內直徑“B”。
在一實施例中，頂壁904的外直徑“C”介於約18吋(45.7公分)至約18.5吋(47公分)之間。在另一實施例中，頂壁904的外直徑“C”介於約18.3吋(46.5公分)至約18.4吋(46.7公分)之間。在一實施例中，頂壁904之外直徑“C”大於底壁906的外直徑“A”。
可相似於分別繪示在第3、4及5圖中之準直器310、410或510中之一者來設計整合之通量最佳化器部分810。如第9B圖中所示，整合之通量最佳化器部分810通常為一緊密堆積組態的蜂巢結構，該蜂巢結構 具有用於分隔六角形孔口944之六角形壁942。六角形孔口944的深寬比可界定為孔口944之深度（等於整合之通量最佳化器部分810的厚度）除以孔口的寬度946。在一實施例中，鄰近屏蔽部分892的六角形壁942具有去角(chamfer)950及一半徑。
在一實施例中，單體上屏蔽886可由單塊鋁經機械成形。單體上屏蔽886可選擇性經塗覆或經陽極處理。或者，單體上屏蔽886可由與製程環境相容的其他材料製成，並且也可包含一或多個區段。或者，上屏蔽的屏蔽部分892及整合之通量最佳化器部分810可以個別片段形成且使用適當的附接方式(諸如焊接)耦接在一起。
第10A及10B圖為根據本文所述實施例之下屏蔽的部分截面視圖。第10C圖為第10A圖之下屏蔽之一實施例的俯視圖。如第1及10A-10C圖所示，下屏蔽180為單一結構且包含圓柱狀外側帶196、基底板198及內側圓柱狀帶103。圓柱狀外側帶196具有一經調整尺寸以圍繞濺射靶材142之濺射表面145與座152之周邊邊緣153的直徑。圓柱狀外側帶196包含一上部分1012、一中間部分1014、及一下部分1016。上部分1012經調整尺寸以圍繞濺射靶材142的濺射表面145。支撐凸緣182自該圓柱狀外側帶196的上部分1012徑向向外延伸。支撐凸緣182包含用以支承腔室100之腔室壁150的支承表面1024。支承表面1024可具有複數個狹縫，該等狹縫經塑形以接收將下屏蔽180對準至腔室壁150的插銷或任何定位在腔室壁150與下屏蔽180之間的配接器。在一實施例中，支承表面1024具有約10至約80微吋(microinch)的表面粗糙度，甚至約16至約63微吋，或在一實施例中，約32微吋的表面粗糙度。
如第10B圖中所示，上部分1012包含頂表面1025、內周邊1026、及外周邊1028。外周邊1028向上延伸至頂表面1025上方以形成一環形唇部1030。環形唇部1030形成具有頂表面1025的梯狀部分1032。在一實施例中，環形唇部1030經垂直該頂表面1025定位以形成梯狀部分1032。梯狀部分1032提供一支承表面以接合上屏蔽186。
在一實施例中，環形唇部1030具有一以箭頭“D”圖示的外直徑。在一實施例中，環形唇部1030的外直徑“D”介於約18.4吋(46.7公分)至約18.7吋(47.5公分)之間。在另一實施例中，環形唇部1030的外直徑“D”介於約18.5吋(47公分)至約18.6吋(47.2公分)之間。在一實施例中，環形唇部1030具有一以箭頭“E”圖示的內直徑。在一實施例中，環形唇部1030的內直徑“E”介於約18.2吋(46.2公分)至約18.5吋(47公分)之間。在另一實施例中，環形唇部1030的內直徑“E”介於約18.3吋(46.5公分)至約18.4吋(46.7公分)之間。
在一實施例中，頂表面1025的外直徑係相同於環形唇部1030的內直徑“E”。在一實施例中，頂表面具有一以箭頭“F”圖示的內直徑。在一實施例中，頂表面1025的內直徑“F”係介於約17.2吋(43.7公分)至約18吋（45.7公分）之間。在另一實施例中，頂表面1025的內直徑“F”介於約17.5吋(44.5公分)至約17.6吋（44.7公分）之間。
在一實施例中，上部分1012的內周邊1026係自垂直方向以角度a徑向向外成角。在一實施例中，角度a與垂直方向的夾角是約2°至約10°。在一實施例中，角度a與垂直方向的夾角是約4°。
下部分1016經調整尺寸以圍繞座152。基底板198自圓柱狀外側帶196之下部分1016徑向向內延伸。圓柱狀內側帶103與基底板198耦接且經調整尺寸以圍繞座152。圓柱狀內側帶103、基底板198、及圓柱狀外側帶196形成一U形通道。圓柱狀內側帶103包含低於圓柱狀外側帶196之高度的高度。在一實施例中，內側圓柱狀帶103的高度約為圓柱狀外側帶196之高度的五分之一。在一實施例中，中間部分1014具有一凹口1040。在一實施例中，圓柱狀外側帶196具有複數個氣體孔1042。
在一實施例中，基底板198具有以箭頭“G”圖示的一外直徑。在一實施例中，基底板198的外直徑“G”介於約17吋（43.2公分）至約17.4吋（44.2公分）之間。在另一實施例中，基底板198的外直徑“G”介於約17.1吋（43.4公分）至約17.2吋（43.7公分）之間。在一實施例中，基底板198具有以箭頭“I”圖示的一內直徑。在一實施例中，基底板198的內直徑“I”介於約13.9吋（35.3公分）至約14.4吋（36.6公分）之間。在另一實施例中，基底板198的內直徑“I”介於約14吋（35.6公分）至約14.1吋（35.8公分）之間。
在一實施例中，內側圓柱狀帶103具有以箭頭“H”圖示的一外直徑。在一實施例中，內側圓柱狀帶的外直徑“H”介於約14.0吋（35.6公分）至約14.3吋（36.3公分）之間。在另一實施例中，內側圓柱狀帶103具有以箭頭“H”圖示的一外直徑。在一實施例中，內側圓柱狀帶103的外直徑“H”介於約14.2吋（36.1公分）至約14.3吋（36.3公分）之間。
在一實施例中，圓柱狀外側帶196、基底板198、及內側圓柱狀帶103包含一單一結構。單一下屏蔽180係優於習知包括多個部件（通常以二或三個個別的片段來組裝整個下屏蔽）的屏蔽。舉例來說，在加熱及冷卻製程中，單一片段屏蔽較多部件的屏蔽更為熱均勻。舉例來說，單一片段下屏蔽與腔室壁150僅具有一個熱接觸面，從而更能控制屏蔽180與腔室壁150之間的熱交換。具有多個屏蔽部件的屏蔽180使清潔時移除屏蔽變得更為困難及費力。單一片段屏蔽180具有暴露於濺射沉積的連續表面而不具有難以清潔的介面或角落。單一片段屏蔽180也可有效地在製程循環期間屏蔽腔室壁150免於濺射沉積。
在一實施例中，上屏壁186、886及(或)下屏壁180可由300系列不銹鋼製成，或在其他實施例中，可由鋁製成。在一實施例中，上屏壁186、886及(或)下屏壁180的暴露表面是以CLEANCOATTW處理，其可購自加州聖塔克拉拉的Applied Materials公司。CLEANCOATTW是施加至基材處理腔室部件（例如，上屏壁186、886及(或)下屏壁180）的雙芯鋁電弧噴塗(twin-wire aluminum arc spray coating)，以減少粒子脫落而沉積在屏蔽上，從而防止腔室中之基材的污染。在一實施例中，在上屏壁186、886及(或)下屏壁180上的雙芯鋁電弧噴塗具有自約600至約2300微吋的表面粗糙度。
上屏壁186、886及(或)下屏壁180具有在腔室100、800中面對內部空間的暴露表面。在一實施例中，暴露表面經珠粒噴擊(bead blasted)以具有175±75微吋的表面粗糙度。紋理化之珠粒噴擊表面用於減少粒子脫落並防止腔室100、800內的污染。表面粗糙度的平均值是沿著暴露表面之粗糙度特徵自峰部至谷部之平均線之位移絕對值的平均。粗糙度平均值、偏斜度或其他性質可由輪廓儀來判定，該輪廓儀在暴露表面上移動針頭並產生表面上粗糙度之高度擾動的軌跡，或藉由使用自表面反射電子束之掃描電子顯微鏡來產生表面的影像。
雖然前述是針對本發明實施例，但可在不背離本發明之基本範圍及由以下申請專利範圍所決定之範圍的情況下，發展出其他及進一步的實施例。
100:腔室101:系統控制器
102:覆蓋環103:內唇部
110:準直器111:徑向支架
126:六角形壁128:孔口
129:寬度141:線圈
142:靶材143:線圈間隔物
144:配接器146:介電隔離器
148:功率源150:腔室壁
152:座153:周邊邊緣
154:基材156:功率源
158:伸縮囊160:底部腔室壁
162:氣體源164:質流控制器
170:磁控管172:磁鐵
174:基底板176:軸
180:下屏蔽182:上凸緣
184:凸緣186:上屏蔽
188:窄間隙190:突出頂部
196:管狀區段/圓柱狀外側帶198:底部區段/基底板
310:準直器320:中央區域
340:周邊區域410:準直器
420:中央區域440:周邊區域
510:準直器520:中央區域
540:周邊區域611:支架
613:管615:緊固構件
711:支架713:螺椿
715:緊固構件800:單塊準直器/製程系統
810:最佳化器部分886:單體上屏蔽
892:屏蔽部分
為讓本發明之上述特徵更明顯易懂，可配合參考實施例說明，其部分乃繪示如附圖式。須注意的是，雖然所附圖式揭露本發明特定實施例，但其並非用以限定本發明之精神與範圍，任何熟習此技藝者，當可作各種之更動與潤飾而得等效實施例。
第1圖為具有本文所述之製程套件之一實施例之半導體製程系統的示意剖面圖。
第2圖為根據本文所述實施例之準直器的俯視平面圖。
第3圖為根據本文所述實施例之準直器的示意截面圖。
第4圖為根據本文所述實施例之準直器的示意截面圖。
第5圖為根據本文所述實施例之準直器的示意截面圖。
第6圖為根據本文所述實施例之支架的放大部分截面圖，該支架用於將準直器附接至PVD腔室之上屏蔽。
第7圖為根據本文所述實施例之支架的部分截面圖，該支架用於將準直器附接至PVD腔室之上屏蔽。
第8圖為具有根據本文所述另一製程套組之半導體製程系統的示意截面圖。
第9A圖為根據本文所述實施例之單體上屏蔽的部分截面圖。
第9B圖為根據本文所述實施例之第9A圖之單體上屏蔽之俯視平面圖。
第10A圖根據本文所述實施例之一下屏蔽的截面圖。
第10B圖為第10A圖之下屏蔽之實施例的部分剖面圖。
第10C圖為第10A圖之下屏蔽之一實施例的俯視圖。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記)
無
國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記)
無
101:系統控制器
102:覆蓋環
103:內唇部
142:靶材
143:線圈間隔物
144:配接器
146:介電隔離器
148:功率源
150:腔室壁
152:座
153:周邊邊緣
154:基材
156:功率源
158:伸縮囊
160:底部腔室壁
162:氣體源
164:質流控制器
170:磁控管
172:磁鐵
174:基底板
176:軸
180:下屏蔽
182:上凸緣
184:凸緣
188:窄間隙
190:突出頂部
196:管狀區段/圓柱狀外側帶
198:底部區段/基底
800:單塊準直器/製程系統
810:最佳化器部分
886:單體上屏蔽
892:屏蔽部分
Claims (20)
- 一種用於一PVD腔室的準直器，包含： 一蜂巢結構，該蜂巢結構具有多個平直壁，該等平直壁界定且分隔多個個別孔口，該等孔口的每一個具有由一深度和一寬度界定的一深寬比，其中該等個別孔口包括： 一第一六角形孔口，在一中心區域中，具有一第一深寬比； 複數個第二非六角形孔口，在一周邊區域中，具有一第二深寬比小於該第一深寬比；及 複數個第三六角形孔口，在從該周邊區域到該中心區域設置的一過渡區域中，其中該複數個第三六角形孔口的深度從該中心區域的一外邊緣減小到該周邊區域。
- 如請求項1所述之準直器，其中該第一深寬比為從1.5：1到3：1。
- 如請求項1所述之準直器，其中該蜂巢結構界定一倒圓錐形形狀，該倒圓錐形形狀沿著該過渡區域從該中央區域的一外邊緣到該周邊區域的一內邊緣延伸。
- 如請求項1所述之準直器，包含選自鋁、銅和不銹鋼的一材料。
- 如請求項1所述之準直器，其中該等壁的一厚度在0.06英寸和0.18英寸之間。
- 如請求項5所述之準直器，其中該等壁的一厚度在0.12英寸和0.15英寸之間。
- 如請求項1所述之準直器，其中該等非六角形孔口位於該蜂巢結構的一外周邊處。
- 如請求項7所述之準直器，其中該等非六角形孔口的至少六個非六角形孔口具有相同的最大寬度尺寸。
- 如請求項8所述之準直器，其中該等非六角形孔口的該至少六個非六角形孔口圍繞該蜂巢結構的該外周邊對稱地分佈。
- 一種用於一PVD腔室的上屏蔽，包含： 如請求項1所述之準直器；及 一屏蔽部分。
- 如請求項10所述之上屏蔽，其中該準直器經過一支架而耦合至該屏蔽部分，該支架包含： 一外螺紋構件；及 一內螺紋構件，該內螺紋構件與該外螺紋構件嚙合。
- 如請求項10所述之上屏蔽，其中該準直器焊接至該屏蔽部分。
- 如請求項10所述之上屏蔽，其中該屏蔽部分與該準直器是由一單塊鋁機械加工成形。
- 如請求項10所述之上屏蔽，其中該屏蔽部分包含自一圓柱狀帶向外延伸的一支撐凸緣。
- 如請求項14所述之上屏蔽，其中該支撐凸緣包含環繞該圓柱狀帶呈週期性定位的一或多個凹口。
- 一種沉積設備，包含： 電接地的一腔室； 一濺射靶材，由該腔室支撐並與該腔室電氣隔離並電耦合至一DC功率源； 一基材支撐座，定位在該濺射靶材的下方，並具有平行於該濺射靶材的一濺射表面的一基材支撐表面，其中該基材支撐座電耦合至一RF功率源； 一準直器，定位在該濺射靶材與該基材支撐座之間，其中該準直器具有一蜂巢結構，該蜂巢結構具有多個平直壁，該等平直壁界定且分隔多個個別孔口，該等孔口的每一個具有由一深度和一寬度界定的一深寬比，其中該等個別孔口包括： 一第一六角形孔口，在一中心區域中，具有一第一深寬比； 複數個第二非六角形孔口，在一周邊區域中，具有一第二深寬比小於該第一深寬比；及 複數個第三六角形孔口，在從該周邊區域到該中心區域設置的一過渡區域中，其中該複數個第三六角形孔的深度沿著該過渡區域從該中心區域的一外邊緣減小到該周邊區域。
- 如請求項16所述之設備，進一步包含： 一氣體源；及 一控制器，經程式化而提供多個信號以控制該氣體源、該DC功率源和該RF功率源，其中該控制器經程式化以提供偏壓至該基材支撐座。
- 如請求項17所述之設備，進一步包含：一RF線圈，其中該控制器經程式化以提供多個信號以控制該RF功率源，使得該基材支撐座的偏壓交替，且其中該控制器經程式化以控制供應至該RF線圈的功率和該氣體源，以控制該腔室中的二級電漿。
- 一種將材料沉積到一基材上的方法，包含以下步驟： 在具有一準直器的一腔室中向一濺射靶材施加一DC偏壓，該準直器定位在該濺射靶材和一基材支撐座之間，其中該準直器具有一蜂巢結構，該蜂巢結構具有多個平直壁，該等平直壁界定且分隔多個個別孔口，該等孔口的每一個具有由一深度和一寬度界定的一深寬比，其中該等個別孔口包括： 一第一六角形孔口，在一中心區域中，具有一第一深寬比； 複數個第二非六角形孔口，在一周邊區域中，具有一第二深寬比小於該第一深寬比；及 複數個第三六角形孔口，在從該周邊區域到該中心區域設置的一過渡區域中，其中該複數個第三六角形孔的深度沿著該過渡區域從該中心區域的一外邊緣減小到該周邊區域； 在該腔室內與該濺射靶材相鄰的一區域中提供一製程氣體； 向該基材支撐座施加一偏壓；及 在具有不同幅度的多個偏壓之間對施加到該基材支撐座的該偏壓產生脈衝。
- 如請求項19所述之方法，進一步包含以下步驟：向位於該腔室內側的一RF線圈施加功率，以在該腔室內側提供二級電漿，其中該複數個第三六角形孔口的該深寬比從該中心區域連續減小到該周邊區域。
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