TW202319562A - 用於物理氣相沉積（pvd）腔室之遮盤 - Google Patents
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Abstract
方法及裝置減少物理氣相(PVD)腔室中處理的基板中的缺陷。在一些實施例中，清潔製程腔室之內部容積中佈置的製程套件的方法包括：在PVD腔室的基板支撐件上安置非濺射遮盤；激發PVD腔室之內部容積中佈置的含氧清潔氣體，以產生可與碳基材料反應的電漿；以及在曝露於電漿時加熱附著有碳基材料的製程套件，以移除附著於製程套件的碳基材料的至少一部分。
Description
本發明的實施例大體而言係關於半導體基板的半導體處理。
半導體製程腔室可併入遮盤，從而在可能損壞底座的製程期間保護底座。遮盤通常由金屬材料形成，從而使遮盤的使用壽命增加。然而，發明者觀察到在諸如物理氣相沉積(physical vapor deposition; PVD)製程的一些製程期間，遮盤實際可將材料濺射至腔室的處理容積中，進而導致腔室的額外污染及隨後所處理晶圓中的缺陷。
因此，發明者提供了可減少或消除PVD腔室之遮盤濺射及污染之改良的製程及裝置。
本文提供減少遮盤對PVD腔室的污染並且減少晶圓缺陷的方法及裝置。
在一些實施例中，清潔製程腔室之內部容積中佈置的製程套件的方法包括：在PVD腔室的基板支撐件上安置非濺射（或者在一些實施例中為矽）遮盤；激發PVD腔室之內部容積中佈置的含氧清潔氣體，以產生可與碳基材料反應的電漿；以及在曝露於電漿時加熱附著有碳基材料的製程套件，以移除附著於製程套件的碳基材料的至少一部分。
在一些實施例中，清潔製程腔室之內部容積中佈置的製程套件的方法包括：在物理氣相沉積(PVD)腔室的基板支撐件上安置非濺射（或者在一些實施例中為矽）遮盤；激發PVD腔室之內部容積中佈置的含氧清潔氣體，以產生處於低於約7.5x10
-10托的超高真空(ultra-high vacuum; UHV)的電漿，其中清潔氣體可與碳基材料反應；在曝露於電漿時加熱PVD腔室的製程套件；以及移除附著於PVD腔室的製程套件的碳基沉積材料的至少一部分。
在一些實施例中，方法可進一步包括以下一或多者：其中電漿包含氧(O)自由基，其中遮盤材料為至少99.99%的矽，其中遮盤材料為矽及鋁的合金並且矽與鋁的比為約1:1，其中遮盤的至少一個表面具有大於約400Ra（以微吋為單位）的粗糙度，並且可執行以下至少一者：經由氣體供應器向內部容積提供清潔氣體，並用耦接至PVD的射頻(radio frequency; RF)電源激發清潔氣體，以形成電漿；經由氣體供應器向內部容積提供清潔氣體，並用耦接至PVD腔室的DC電源激發清潔氣體，以產生電漿；經由氣體供應器向內部容積提供清潔氣體，並使用耦接至PVD腔室的微波電源激發清潔氣體，以產生電漿；或經由耦接至PVD腔室的遠端電漿源向內部容積提供電漿；使用耦接至PVD腔室的直流(direct current; DC)電源向佈置於PVD腔室之內部容積中之濺射靶提供脈衝DC，以用於在PVD腔室的清潔之前或之後執行物理氣相沉積，其中製程套件可包含：護板，其具有包含上部及下部的圓柱體；配接器段，其經配置以由PVD腔室的壁支撐，並且具有支撐護板的托置表面；及加熱器，其耦接至配接器段，並且經配置以電耦接至PVD腔室的至少一個電源，以加熱護板；及/或將濺射靶維持於第一溫度，並將製程套件的護板加熱至高於第一溫度的第二溫度。
在一些實施例中，非暫時性電腦可讀儲存媒體上儲存有指令，當由處理器執行時，指令執行清潔物理氣相沉積(PVD)腔室之內部容積中佈置之製程套件的方法。該方法可如本文揭示的任何實施例所描述。在一些實施例中，方法包括：在PVD腔室的基板支撐件上安置非濺射（或者在一些實施例中為矽）遮盤；激發PVD腔室之內部容積中佈置的含氧清潔氣體，以產生可與碳基材料反應的電漿；以及在曝露於電漿時加熱附著有碳基材料的製程套件，以移除附著於製程套件的碳基材料的至少一部分。在一些實施例中，方法包括：在物理氣相沉積(PVD)腔室的基板支撐件上安置非濺射（或者在一些實施例中為矽）遮盤；激發PVD腔室之內部容積中佈置的含氧清潔氣體，以產生處於低於約7.5x10
-10托的超高真空(UHV)的電漿，其中清潔氣體可與碳基材料反應；在曝露於電漿時加熱PVD腔室的製程套件；以及移除附著於PVD腔室的製程套件的碳基沉積材料的至少一部分。
在一些實施例中，方法可進一步包含以下一或多者：其中電漿包含氧(O)自由基，其中遮盤材料為至少99.99%的矽，其中遮盤材料為矽及鋁的合金並且矽與鋁的比為約1:1，其中遮盤材料的至少一個表面具有大於約400 Ra（以微吋為單位）的粗糙度，及/或其中製程套件包含：護板，其具有包含上部及下部的圓柱體；配接器段，其經配置以由PVD腔室的壁支撐，並且具有支撐護板的托置表面；及加熱器，其耦接至配接器段，並且經配置以電耦接至PVD腔室的至少一個電源，以加熱護板。
在一些實施例中，用於處理基板的物理氣相沉積(PVD)腔室可包含：腔室壁，其至少部分地界定PVD腔室中的內部容積；碳基濺射靶，其佈置於內部容積的上段中；底座，其包含基板支撐件，該基板支撐件的支撐表面支撐濺射靶下方的基板；電源，其經配置以激發用於在內部容積中形成電漿的濺射氣體；製程套件，其包圍濺射靶及基板支撐件；及遮盤，可將其安置於PVD腔室的基板支撐件上，其中遮盤由遮盤材料形成，該遮盤材料不與或基本上不與氧基電漿（例如處於低於約7.5x10
-10托的超高真空(UHV)的氧基電漿）反應。
在一些實施例中，PVD腔室可進一步包含以下一或多者：其中遮盤材料為至少99.99%的矽，其中遮盤材料為矽及鋁的合金並且矽與鋁的比為約1:1，其中遮盤材料的至少一個表面有大於約400 Ra（以微吋為單位）的粗糙度，及/或其中製程套件包含：護板，其具有包含上部及下部的圓柱體；配接器段，其經配置以由PVD腔室的壁支撐，並且具有支撐護板的托置表面；及加熱器，其耦接至配接器段，並且經配置以電耦接至PVD腔室的至少一個電源，以加熱護板。
下文揭示其他及另外的實施例。
方法及裝置提供用於物理氣相沉積(PVD)製程腔室的由非濺射材料形成的遮盤。非濺射遮盤提高PVD腔室（例如但不限於脈衝PVD碳蝕刻腔室）的缺陷效能。非濺射遮盤極大地抑制由蝕刻及沉積製程造成的污染及缺陷。可在原位蝕刻製程的環境中使用本發明的方法及裝置，其中可在（例如）碳基材料沉積製程中將遮盤曝露於基於含氧氣體的電漿。
在基板的PVD處理期間，PVD腔室沉積濺射材料，該濺射材料可在包圍電漿的所有部件上形成膜。隨著時間的推移，通常提供於PVD腔室中的製程套件護板上可能形成不期望的沉積材料。雖然在製程套件護板上沉積濺射材料是慣例做法，但此等濺射材料可留下顆粒，該等顆粒可損壞PVD期間使用的濺射靶及/或可污染正處理的基板。製程套件護板的維護包括：自PVD腔室移除可包括多個部件的製程套件護板；將製程套件護板化學蝕刻至初始狀態；及重新安裝製程套件護板，從而可再利用製程套件護板。此類製程可耗時、費力、成本高，並且不利地增加腔室停機時間。
為解決製程套件護板的耗時且成本高的移除，可使用原位清潔製程，其中使用電漿蝕刻清潔製程清潔製程套件護板。蝕刻製程有助於移除製程套件護板上積聚的濺射。由於蝕刻製程自表面移除材料，因此必須在清潔製程期間保護基板支撐件的表面，否則基板支撐件的上表面將因蝕刻而受到損壞。為防止基板支撐件的上表面在蝕刻期間受到損壞，在基板支撐件的上表面上方安置遮盤。然而，發明者觀察到蝕刻製程使來自濺射盤的材料釋放至PVD腔室中，並且污染使後續處理的基板中的缺陷增加，從而使良率降低。
用於PVD碳沉積腔室的傳統遮盤由諸如鈦的金屬材料製成。在蝕刻製程期間，將鈦物理濺射掉，並且鈦在製程空腔中沉降。隨後在後續的沉積製程期間，鈦趨於在基板表面上聚集，進而導致缺陷問題。在使用本發明的非濺射遮盤的情況下，減少或消除鈦污染，並且由污染造成的缺陷顯著減少。在一些實施例中，非濺射遮盤是矽遮盤。本文中使用的矽遮盤指含有至少約50%的矽的遮盤。在一些實施例中，非濺射遮盤由「純」矽材料形成。本文中使用的「純」表示遮盤含有至少99.99%的所指出的材料。在一些實施例中，非濺射遮盤122由基於矽及鋁的合金材料及類似者形成。在一些實施例中，合金可由約50%的矽及約50%的鋁形成。本文中使用的「非濺射遮盤」指由一材料形成的遮盤，該材料不與或基本上不與諸如氧基電漿的清潔電漿（例如清潔製程中使用的電漿）反應，並且不因靠近遮盤形成的此電漿而將遮盤材料釋放至PVD腔室中。因此，非濺射遮盤由一材料製成，該材料將不與或基本上不與清潔製程（例如碳清潔製程，例如本文描述的基於氧電漿的清潔製程）中形成的電漿反應。
相比於金屬遮盤，矽遮盤具有若干優點。遮盤對PVD腔室的金屬污染位準顯著降低，金屬缺陷（例如鈦顆粒）的數量及嚴重性顯著降低，缺陷效能顯著提高，並且遮盤的成本顯著降低。發明者發現矽材料在用於遮盤時優於諸如石英及類似者的介電材料。在「殺手」缺陷方面，矽遮盤的效能遠優於石英遮盤。本文中使用的「殺手」缺陷指阻止使用基板並且降低給定製程的基板良率的缺陷。在一些實施例中，矽遮盤由高純度矽製成，尺寸與金屬遮盤類似。在蝕刻清潔製程及/或糊漿或腔室調節製程期間，將矽遮盤安置於基板支撐件之上以作為保護。在蝕刻清潔製程期間，將諸如碳或氮化碳的剛沉積的材料蝕刻掉。蝕刻清潔製程足夠徹底，使得矽遮盤上聚集的碳及/或氮化碳在整個製程套件壽命中不存在，進而使製程套件的維護成本及停機時間顯著減少。
第1圖描繪根據本揭示案之一些實施例的可併入非濺射遮盤之製程腔室100（例如PVD腔室）的側視示意圖。製程腔室100包含腔室壁106，腔室壁106包封內部容積108（製程容積/空腔）。腔室壁106包括側壁116、底壁120及蓋子124。製程腔室100可為獨立腔室或多腔室平臺（未圖示）的一部分，多腔室平臺具有由在各個腔室之間傳送基板104的基板傳送機構連接的互連腔室叢集。製程腔室100可為能夠將沉積材料濺射至基板104上的PVD腔室。用於濺射沉積的合適的材料的非限制性實例包括碳及/或氮化碳或類似者中之一或多者。
製程腔室100包含基板支撐件130，該基板支撐件130包含支撐基板104的底座134。在處理期間，底座134的基板支撐表面138接收並支撐基板104。底座134可包含靜電夾盤或加熱器（例如電阻加熱器、換熱器或其他合適的加熱裝置）。可經由製程腔室100的側壁116中的基板裝載入口143將基板104引入至製程腔室100中，並將其放置於基板支撐件130上。可藉由支撐升降機構升高或降低基板支撐件130，並且在藉由機械臂將基板104放置於基板支撐件130上期間，可使用升降指組件將基板104升高或降低至基板支撐件130上。底座134係可偏壓的，且在電漿操作期間可維持於電浮動電位或接地。舉例而言，在一些實施例中，可使底座134偏壓至給定電位，使得在製程套件的清潔製程期間，可使用RF電源170點燃一或多種氣體（例如清潔氣體），以產生包含離子及自由基的電漿，該等離子及自由基可用於與製程套件上沉積的一或多種材料反應，下文將對此更詳細地描述。
底座134有基板支撐表面138，該基板支撐表面138的平面與濺射靶140的濺射表面139基本上平行。濺射靶140包含濺射板141，使用一或多種合適的安裝裝置（例如焊料接合）將濺射板141安裝至背板142，該背板142可導熱。濺射板141包含待濺射至基板104上的材料。背板142由金屬製成，例如不鏽鋼、鋁、銅鉻或銅鋅。背板142可由一材料製成，該材料的導熱率足夠高以使濺射靶140中產生的熱耗散，該濺射靶140形成於濺射板141及背板142中。濺射板141及背板142中出現的渦流產生熱，並且來自電漿的高能離子在濺射靶140的濺射表面139上的轟擊亦產生熱。背板142使濺射靶140中產生的熱可耗散至周圍的結構或換熱器，可將該換熱器安裝於背板142後或佈置於背板142中。舉例而言，背板142可包含通道（未圖示），該等通道使其中的傳熱流體循環。背板142的合適的高導熱率為至少約200 W/mK，例如約220 W/mK至約400 W/mK。此導熱率位準藉由使濺射靶140中產生的熱更高效地耗散可使濺射靶140操作更長的製程時間段，並且在（例如）製程套件上及周圍的區域需要清潔時亦允許濺射板141相對快速地冷卻。
替代而言或另外，在與由具有高導熱率及低電阻率的材料製成的背板142及其上設置的通道相結合的情況下，背板142可包含具有一或多個槽（未圖示）的背側表面。舉例而言，背板142可有諸如環形槽的槽或用於冷卻濺射靶140的背側的脊。槽及脊亦可有其他圖案，例如矩形網格圖案、螺旋形圖案、雞腳圖案或簡單的跨過背側表面的直線。槽可用於促進熱自背板的耗散。在一些實施例中，製程腔室100可包含磁場產生器150，以圍繞濺射靶140成形磁場，從而改進濺射靶140的濺射。磁場產生器150可增強電容產生電漿，例如複數個磁體151（例如永久磁體或電磁線圈）可在製程腔室100中提供磁場，該製程腔室100具有一旋轉磁場，該旋轉磁場的旋轉軸線垂直於基板104的平面。另外或替代而言，製程腔室100可包含磁場產生器150，磁場產生器150在製程腔室100的濺射靶140附近產生磁場，以提高鄰近濺射靶140的高密度電漿區域中的離子密度，從而改進靶材料的濺射。
經由氣體輸送系統160將濺射氣體引入至製程腔室100，氣體輸送系統160自氣體供應器161經由具有例如質量流控制器的氣流控制閥（未圖示）的導管163提供氣體，從而使設定流率的氣體流過。製程氣體可包含諸如氬氣或氙氣的非反應氣體，該非反應氣體能夠高能地衝擊濺射靶140並且自濺射靶140濺射材料。製程氣體亦可含有反應氣體，例如含氧氣體及含氮氣體中之一或多者，該反應氣體可與濺射材料反應以在基板104上形成層。隨後用RF電源170激發氣體，以形成或產生電漿，從而使濺射靶140濺射。舉例而言，高能電子使製程氣體離子化，且離子化氣體被吸引至濺射材料，該濺射材料具有負電壓（例如-300伏特至-1500伏特）的偏壓。陰極的電位對離子化氣體（例如現帶有正電荷的氣體原子）施加的能量引起濺射。在一些實施例中，反應氣體可與濺射靶140直接反應，以產生化合物，並隨後自濺射靶140濺射。舉例而言，可藉由DC電源190及RF電源激發陰極。在一些實施例中，DC電源190可經配置以提供脈衝DC，以為陰極供電。經由排氣裝置162自製程腔室100排出已用過的製程氣體及副產物。排氣裝置162包含排氣口（未圖示），該排氣口接收已用過的製程氣體並將已用過的氣體傳輸至具有節流閥的排氣導管164，以控制製程腔室100中的氣體壓力。排氣導管164與一或多個排氣泵（未圖示）相連接。
另外，氣體輸送系統160經配置以將可經激發以產生活性清潔氣體（例如離子化電漿或自由基）的氣體中之一或多種（例如取決於用於濺射靶140的材料）引入至製程腔室100的內部容積108中，以執行製程套件的護板的清潔製程，下文將對此更詳細地描述。替代而言或另外，可將氣體輸送系統160耦接至遠端電漿源(remote plasma source; RPS)165，該遠端電漿源165經配置以向製程腔室100的內部容積108中提供自由基（或取決於RPS的配置而提供電漿）。濺射靶140與DC電源190及/或RF電源170中之一或多者相連接。DC電源190可對濺射靶140施加相對於製程套件的護板的偏壓，該護板在濺射製程及/或清潔製程期間可為電浮動的。亦可在（例如）執行護板的清潔製程時使用DC電源190或不同的DC電源190a對製程套件的覆蓋環段或配接器段的加熱器施加偏壓。
當DC電源190向濺射靶140以及連接至DC電源190的其他腔室部件供電時，RF電源170激發濺射氣體，以形成濺射氣體的電漿。所形成的電漿衝擊並轟擊濺射靶140的濺射表面139，以將濺射表面139上的材料濺射至基板104上。在一些實施例中，RF電源170提供的RF能量的頻率可在約2 MHz至約60 MHz的範圍，或可使用（例如）非限制性頻率，例如2 MHz、13.56 MHz、27.12 MHz或60 MHz。在一些實施例中，可提供複數個（亦即兩個或更多個）RF電源，以提供處於複數個上述頻率的RF能量。亦可在（例如）對製程套件上及周圍的區域執行清潔製程時使用另外的RF電源對底座134及/或覆蓋環段提供偏壓。舉例而言，在一些實施例中，可用另外的RF電源170a激發可偏壓電極137，可將該可偏壓電極137嵌入於底座134（或基板支撐件130的基板支撐表面138）中。可偏壓電極可用於對護板及/或基板支撐件130供電。此外，在一些實施例中，RF電源170可經配置以激發可偏壓電極137。舉例而言，可提供一或多個額外的部件（例如切換電路），以將電路徑自蓋板或蓋子124切換至可偏壓電極137。
可在DC電源190（或DC電源190a）與RF電源170（或RF電源170a）之間連接RF濾波器191。舉例而言，在至少一些實施例中，RF濾波器可為DC電源190的電路系統中之一部件，其在RF電源170運行時（例如執行清潔製程時）阻止RF信號進入DC電源190的DC電路系統。控制器180（處理器）可控制製程腔室100的各個部件。控制器180包含程式碼（例如儲存於非暫時性電腦可讀儲存媒體（記憶體）中），其具有對部件加以操作以處理基板104的指令。舉例而言，控制器180可包含程式碼，其包括：對基板支撐件130及基板傳送機構加以操作的基板定位指令集；對加熱器的一或多個加熱部件（例如燈、輻射加熱及/或嵌入式電阻加熱器）加以溫度控制；對製程套件上及周圍的區域執行的清潔製程指令集；對微波電源181執行的功率控制；氣流控制指令集，其操作氣流控制閥，以設定通向製程腔室100的濺射氣流；氣體壓力控制指令集，其操作排氣節流閥，以維持製程腔室100中的壓力（例如約120 sccm）；氣體激發器控制指令集，其操作RF電源170，以設定氣體激發功率位準；溫度控制指令集，其控制基板支撐件130中的溫度控制系統或傳熱介質供應器，以控制傳熱介質向環形傳熱通道的流率；及製程監測指令集，其監測製程腔室100中的製程，例如監測/調整主動電容器調諧器(active capacitor tuner; ACT)192。舉例而言，在至少一些實施例中，如下文更詳細地描述，ACT 192可用於在清潔製程期間調諧底座134。
第2圖描繪根據本揭示案之一些實施例的製程套件200的截面示意圖。製程套件200包含各個部件，其中包括配接器段226及護板201，可自製程腔室100容易地移除配接器段226及護板201，從而（例如）更換或修理腐蝕的部件或調適製程腔室100以用於其他製程。另外，習知的製程套件需經移除以清潔部件表面（例如護板201）的濺射沉積物，與此不同，製程套件的設計可進行原位清潔，從而移除護板201上濺射的材料沉積物，下文將對此更詳細地描述。
護板201包含圓柱體214，可調整圓柱體214的大小，以環繞濺射靶140的濺射表面139以及基板支撐件130（例如直徑大於濺射表面139且大於基板支撐件130的支撐表面）。圓柱體214具有上部216，該上部216經配置以在安設於腔室中時包圍濺射靶140的濺射表面139的外緣。護板201進一步包含下部217，該下部217經配置以在安設於腔室中時包圍基板支撐件130的基板支撐表面138。下部217包含圍繞基板支撐件130的外圍壁131放置的覆蓋環段212。覆蓋環段212環繞且至少部分地覆蓋圍繞基板支撐件130佈置的沉積環208，以自濺射沉積物的主體部分接收且因此遮蔽沉積環208。如上文所指出，在一些實施例中，（例如）當需要清潔製程套件200上及周圍的區域時，可使用DC電源190a及/或RF電源170a偏壓覆蓋環段212。在一些實施例中，RF電源170或DC電源190亦可經配置以偏壓覆蓋環段212。舉例而言，可使用如上文所描述的切換電路。
沉積環208佈置於覆蓋環段212下方。如第2圖所示，覆蓋環段212的底表面與沉積環208介接，形成彎曲路徑202，且覆蓋環段212自圓柱體214的下部217向內徑向延伸。在一些實施例中，覆蓋環段212與沉積環208介接但不接觸沉積環208，使得彎曲路徑是佈置於覆蓋環段212與沉積環208之間的間隙。舉例而言，覆蓋環段212的底表面可包含環形支腿240，該環形支腿240延伸至沉積環208中形成的環形溝槽241中。彎曲路徑202有利地限制電漿洩漏或防止電漿洩漏至製程套件200外的區域。此外，彎曲路徑202的收縮的流路限制低能濺射沉積物在沉積環208及覆蓋環段212之配合表面上的積聚，否則會使低能濺射沉積物相互黏附或黏附於基板104的懸伸邊緣206。另外，在一些實施例中，氣體輸送系統160與彎曲路徑202流體地連通，從而在需要清潔製程套件200上及周圍的區域時向製程腔室100的內部容積108中提供一或多種合適的氣體（例如製程氣體及/或清潔氣體）。
覆蓋環段212的徑向向內延伸的唇部230至少部分地覆蓋沉積環208。唇部230包含下表面231及上表面232。沉積環208及覆蓋環段212相互配合，以減少基板支撐件130的外圍壁131及基板104的懸伸邊緣上濺射沉積物的形成。覆蓋環段212的唇部230與懸伸邊緣206間隔約0.5吋至約1吋的一水平距離，以減少基板104附近的破壞電場（亦即唇部230的內徑比待處理的基板的給定直徑大約1吋至約2吋）。沉積環208包含環形帶215，該環形帶215圍繞第2圖所示的基板支撐件130的外圍壁131延伸且包圍該外圍壁131。環形帶215包含內唇部250，該內唇部250自環形帶215橫向延伸且基本上平行於基板支撐件130的外圍壁204。內唇部250緊接在基板104的懸伸邊緣206下方終止。內唇部250界定沉積環208（其包圍基板104的外圍及基板支撐件130）的內周長，以在處理期間保護基板支撐件130的不受基板104覆蓋的區域。舉例而言，為減少或甚至完全排除濺射沉積物在外圍壁204上的沉積，內唇部250包圍且至少部分地覆蓋基板支撐件130的外圍壁204，否則該外圍壁204將曝露於處理環境。沉積環208可用於保護基板支撐件130的曝露側表面，以減少受激發的電漿物種對曝露側表面的腐蝕。
護板201環繞濺射靶140的濺射表面139，該濺射靶面向基板支撐件130及基板支撐件130的外圍。護板201覆蓋且遮蔽製程腔室100的側壁116，以減少源自濺射靶140的濺射表面139的濺射沉積物在護板201後的部件及表面上的沉積。舉例而言，護板201可保護基板支撐件130的表面、基板104的懸伸邊緣206以及製程腔室100的側壁116及底壁120。配接器段226自上部216附近向外徑向延伸。配接器段226包括密封表面233及與密封表面233相對的托置表面234。密封表面233包含可容納O形環223以形成真空密封的O形環槽222，且製程腔室100的側壁116對托置表面234加以托置（或支撐）；亦可將O形環槽222與O形環223設置於與托置表面234相對的側壁116中。
配接器段226經配置以由製程腔室100的壁支撐。更特定而言，配接器段226包含向內延伸的凸部227，該凸部227與用於支撐護板201之上部216附近之對應的向外延伸的凸部228接合。配接器段226包含下部235，該下部235朝覆蓋環段212下方的底座向內延伸。下部235與覆蓋環段212間隔開，使得下部235與覆蓋環段212之間形成空腔229。下部235的頂表面237及覆蓋環段212的底表面238界定空腔229。下部235的頂表面237與底表面238之間的距離使得在清潔製程套件200期間可在預定的時間內實現自加熱器203至護板201的最大傳熱。空腔229與彎曲路徑202流體地連通，當需要清潔製程套件200上及周圍的區域時，彎曲路徑202可使（例如）經由氣體輸送系統160引入的氣體流入製程腔室100的內部容積108。
下部235經配置以容納加熱器203。更特定而言，將合適配置的環形槽236界定於下部235內，且該環形槽236經配置以支撐加熱器203的一或多個合適的加熱部件，包括但不限於燈、輻射加熱或嵌入式電阻加熱器。在所圖示的實施例中，將由燈套207（例如玻璃、石英或其他合適的材料）包圍的輻射環形線圈205示為由環形槽236支撐。當需要清潔製程套件200上及周圍的區域時，可用（例如）DC電源190或DC電源190a（可由控制器180控制）激發輻射環形線圈205或為輻射環形線圈205供電，以達到約250℃至約300℃的溫度。配接器226亦可用作圍繞製程腔室100的側壁116的換熱器。替代而言或另外，可在配接器段226或護板（例如上部216）中之任一者或兩者中佈置環形傳熱通道225，以使諸如水或類似者的傳熱介質流動。舉例而言，當製程套件200的清潔完成時，或當製程腔室100中執行的一或多個其他製程完成時，可使用傳熱介質冷卻配接器段226及/或護板201。
第3圖是根據本揭示案之至少一些實施例的清潔用以處理基板的製程套件的方法300。濺射板141可由待沉積於基板上的一或多種合適的材料製成。舉例而言，濺射板141可由碳(C)或氮化碳(CN)或類似者製成。製成濺射板141的特定材料可取決於需在製程腔室中的基板上沉積的材料。製成濺射板141（或靶材料）的特定材料可影響與腔室配置及清潔製程相關的一或多個因素，例如用於清潔製程套件等的活性清潔氣體的類型。在方塊302，在清潔製程套件200上及周圍之前，將非濺射遮盤122（例如矽遮盤）裝載於製程腔室100的內部容積108中及佈置於基板支撐件130上，以保護基板支撐件130的部件，例如第4圖的視圖400所描繪的底座134、基板支撐表面138等。可將非濺射遮盤122儲存於（例如）外圍保持區域123中，並且可在清潔製程套件200上及周圍之前將非濺射遮盤122移入處理腔室100。在一些實施例中，非濺射遮盤122由純矽材料（例如大於約99.99%的矽）形成。在一些實施例中，非濺射遮盤122由矽及鋁基合金材料及類似者形成。在一些實施例中，合金可由約50%的矽及約50%的鋁形成。在一些實施例中，矽與鋁的比得到約7.8的熱膨脹係數(coefficient of thermal expansion; CTE)，其為碳基材料的CTE。相似的CTE使溫度循環期間沉積於遮盤上的碳基沉積材料的剝落減至最少，從而使來自遮盤的微粒造成的基板缺陷減少。在一些實施例中，非濺射遮盤122的至少一個表面具有粗糙度大於約400 Ra（以微吋計）的表面光潔度，以確保碳基沉積物黏著於遮盤，從而防止碳基沉積物自遮盤剝落。在矽中引入鋁允許增強表面粗糙度以防止碳基沉積物剝落，提高剛性以防止遮盤在處理期間變形，並且降低脆性。可藉由使用例如但不限於噴砂介質（例如約99%的Al
2O
3或等效物）實現表面粗糙度。可藉由使用無氟化氫的非酸性/非苛性製程溶液實現合金的清潔。表面粗糙度提供了更加有利於保持濺射碳基沉積材料的表面，從而防止材料自遮盤剝落並導致PVD腔室發生污染及/或導致基板中出現缺陷。
可使用與（例如）碳基材料反應的一或多種活性清潔氣體在低於約7.5x10
-10托的超高真空(UHV)中清潔製程套件200上及周圍，例如護板201上的積聚物408。舉例而言，活性清潔氣體可為引入至製程腔室100中且隨後經激發以形成電漿402並進而產生自由基（例如活性清潔氣體）的清潔氣體，可將該等自由基引向404製程套件200。自由基將製程套件200上的積聚物408（例如碳基沉積材料）蝕刻掉，但不影響406非濺射遮盤122的材料（不與其反應）。替代而言或相結合，可自遠端電漿源在製程腔室中引入自由基（例如活性清潔氣體），並隨後將自由基引向製程套件200。舉例而言，使用電漿活化以形成清潔氣體的自由基的清潔氣體可為氧氣(O
2)或其他含氧氣體，例如臭氧(O
3)、氫氧化物(OH)、過氧化物(H
2O
2)或類似者。根據本揭示案，可根據製程腔室100的例行維護執行製程套件200上及周圍的清潔。舉例而言，可定期執行方法300，以減少製程套件200上及周圍的積聚物。舉例而言，當碳用作濺射板141時，可用方法300減少碳積聚物。當製程套件200上積聚足夠的材料時，可定期執行清潔製程。舉例而言，在沉積約5 µm的碳後可執行清潔製程，約5 µm的碳可等於沉積約50個基板（或晶圓）而每一基板上沉積1000 A的膜。在基板支撐件上安置非濺射遮盤122後，可常常執行清潔製程，而不需擔心遮盤使腔室中的污染物增加及/或使缺陷增加。
為便於移除製程套件200上聚集的沉積材料，可主動加熱製程套件200上及周圍的區域（例如加熱至高於用於處理基板的溫度）。舉例而言，當濺射靶140是碳時，為促進碳及氧自由基的反應（例如為形成二氧化碳）以選擇性（例如集中清潔製程腔室100的內部容積108中的特定區域）清潔製程套件200上及周圍，並且為使製程套件上及周圍的清潔最大化，需維持濺射靶141與製程套件200上及周圍的區域之間的溫差。因此，為主動實現此溫度差，可將濺射板141保持於相對低的溫度，例如約25℃至約100℃的溫度。使用（例如）上文所描述之傳熱流體執行濺射板141的背側冷卻可實現此等溫度。當在執行PVD之後不久清潔製程套件200上及周圍的區域時（例如當濺射板141的溫度相對高時），濺射板141的主動冷卻可為有用的。替代而言或另外，可在不使用任何冷卻裝置的情況下，使濺射板141隨時間的推移而被動冷卻。因此，在一些實施例中，在清潔製程中，可將濺射板141維持於約25℃至約100℃的溫度。替代而言或另外，在清潔製程期間，可主動冷卻濺射板141，使得濺射靶140不發生蝕刻反應，由此保護濺射靶140的完整性（例如維持靶材料）。
隨後，在方塊306，為確保實現/維持了上述的溫差，可將製程套件200上及周圍的區域主動加熱至約250℃至約300℃的溫度，例如加熱護板。如上文所指出，可使用DC電源190（或DC電源190a）激發加熱器203的輻射環形線圈205，以實現此等溫度，並且可藉由控制器180控制自DC電源190提供至輻射環形線圈205的能量。因此，可使用一或多個製程產生電漿，以形成對應的離子及自由基，該等離子及自由基可用於與製程套件200上及周圍聚集的沉積材料反應。舉例而言，在方塊304，可激發佈置於製程腔室的內部容積中的清潔氣體，以產生電漿，從而與積聚物（例如製程套件上及/或腔室內的碳基沉積材料）反應且移除積聚物。舉例而言，在一些實施例中，當製程套件200周圍聚集的沉積材料是碳時，可使用（例如）氣體輸送系統160向製程腔室100的內部容積108中引入氧。一經引入，即可藉由使用（例如）RF電源170及底座134（或覆蓋環段212）激發氧氣來產生包含離子及自由基的氧電漿，如上文所述，可使用RF電源170a或DC電源190a中之任一者或兩者將RF電源170及底座134（或覆蓋環段212）的每一者偏壓至電壓電位。由於在存在電漿的情況下用非濺射材料形成非濺射遮盤122，因此在清潔期間，非濺射遮盤122不對製程腔室100造成進一步的污染。類似而言，只要遮盤的材料不與電漿反應，三氟化氮(NF
3)氣體可用作清潔氣體。
可調諧可連接至底座134的主動電容器調諧器（例如ACT 192），使得內部容積108中的電漿與製程套件200之間的電位差維持於預定值（例如預定的電位差），例如維持於最大值，以便於移除製程套件200上及周圍沉積的材料。舉例而言，使用連接至底座134的ACT 192將內部容積108中的電漿與護板201之間的電壓電位差維持於最大值。更特定而言，在RF電源170點燃氧氣之後，可用RF電源170維持製程腔室100中的電漿（例如約100 W至約2500 W），並且控制器180控制ACT 192，以確保電漿的電壓電位大於護板210的電壓電位，護板210在清潔製程期間通常經由製程腔室100接地。
替代而言或另外，可使用（例如）氣體輸送系統160向製程腔室100的內部容積108中引入諸如氧的清潔氣體，並且可使用微波電源181產生氧電漿，以形成氧離子及自由基。替代而言或另外，可使用（例如）RPS 165遠程產生電漿，例如氧電漿。舉例而言，可藉由RPS 165產生氧電漿，並且可將來自氧電漿的氧離子及自由基引導至製程腔室。一旦激發氧氣以形成氧電漿，氧自由基即與製程套件200上及周圍沉積的碳反應，並將沉積的碳轉換為二氧化碳（例如為選擇性蝕刻或移除碳），隨後可經由（例如）排氣裝置162自製程腔室100的內部容積108抽出二氧化碳。替代而言或另外，來自氧電漿的一些氧離子（例如除氧自由基以外）亦可用於與製程套件200上及周圍沉積的碳反應，以將沉積的碳轉換為二氧化碳，這可取決於氧電漿中氧自由基與氧離子的比。舉例而言，可控制氧離子與氧自由基的比，使得電漿中產生更多（或更少）離子化的氧，且產生更少（或更多）氧自由基。
控制器180可控制排氣裝置162，從而在（例如）二氧化碳生產的終點開始排出二氧化碳，可使用佈置於製程腔室100的內部容積108中的一或多個感測器193偵測二氧化碳生產的終點。舉例而言，在一些實施例中，控制器180可基於廢氣的組成使用一或多個感測器193決定清潔時間的終點。控制器180亦可使用一或多個感測器193決定底座134或處理腔室100的內部容積108中的電漿的電壓，（例如）從而維持內部容積中的電漿與製程套件200之間的最大電位差。替代而言或另外，控制器180可經配置以控制排氣裝置162，從而在（例如）預定的時間開始排出二氧化碳，可藉由經驗資料計算該預定時間。在至少一些實施例中，在清潔製程完成後，控制器180可運行一或多個另外的製程，例如在清潔製程期間需季化以移除濺射靶140上沉積的一些殘餘物（碎片）。舉例而言，在非濺射遮盤122位於基板支撐件130上的情況下，可執行季化/施加脈衝DC電漿（例如運行10至20次），直至濺射靶140的條件充分復原。
在方塊308，在清潔製程完成後，PVD腔室可繼續在一或多個基板上沉積材料。在處理設定數量的基板之後及/或製程套件200上已發生定量的沉積之後，可重複PVD腔室清潔製程。由於非濺射遮盤122不會藉由在蝕刻製程中將材料濺射至腔室中而在清潔期間使PVD腔室的污染物增加，因此可經常清潔PVD腔室，以維持腔室的效能，而不會有任何效能損失，例如基板的額外缺陷及/或PVD腔室的額外污染物。發明者在測試用於非濺射遮盤的材料期間發現矽材料的效能遠優於鈦材料。與運行相同數量的基板的鈦遮盤相比，矽遮盤在運行4500個晶圓中出現的大於50 nm的晶圓缺陷的數量少得多。發明者亦發現與鈦材料相比，矽材料中的鋁及鈦污染位準減少五倍。當遮盤使用矽材料時，未發現鈦顆粒。與介電材料（例如石英材料）相比，矽材料表現出較佳的殺手缺陷（例如＞ 500 nm的缺陷）效能。發明者亦對遮盤測試了氧化矽材料，但矽的顆粒及缺陷效能高得多。在一些實施例中，矽與鋁的比為約1:1的合金材料相比於鈦材料表現出較少的缺陷，相比於介電材料表現出較少的殺手缺陷。
可將根據本發明原理的實施例實施為硬體、韌體、軟體或其組合。亦可將實施例實施為使用一或多個電腦可讀媒體儲存的指令，該等指令可由一或多個處理器讀取及執行。電腦可讀媒體可包括以機器（例如計算平臺或在一或多個計算平臺上運行的「虛擬機」）可讀的形式儲存或傳送資訊的任何機制。舉例而言，電腦可讀媒體可包括任何合適形式的揮發性或非揮發性記憶體。在一些實施例中，電腦可讀媒體可包括非暫時性電腦可讀媒體。
雖然上文針對本發明的實施例，但可在不脫離本揭示案的基本範疇的情況下設計本發明的其他及進一步的實施例。
100:製程腔室
104:基板
106:腔室壁
108:內部容積
116:側壁
120:底壁
122:非濺射遮盤
123:外圍保持區域
124:蓋子
130:基板支撐件
131:外圍壁
134:底座
137:可偏壓電極
138:基板支撐表面
139:濺射表面
140:濺射靶
141:濺射板
142:背板
143:基板裝載入口
150:磁場產生器
151:磁體
160:氣體輸送系統
161:氣體供應器
162:排氣裝置
163:導管
164:排氣導管
170:RF電源
170a:RF電源
180:控制器
181:微波電源
190:DC電源
190a:DC電源
191:RF濾波器
192:主動電容器調諧器
193:感測器
200:製程套件
201:護板
202:彎曲路徑
203:加熱器
205:輻射環形線圈
207:燈套
208:沉積環
212:覆蓋環段
214:圓柱體
215:環形帶
216:上部
217:下部
222:O形環槽
223:O形環
225:環形傳熱通道
226:配接器段
227:凸部
228:凸部
229:空腔
230:唇部
231:下表面
232:上表面
233:密封表面
234:托置表面
235:下部
236:環形槽
237:頂表面
238:底表面
240:環形支腿
241:環形溝槽
300:方法
302:方塊
304:方塊
306:方塊
308:方塊
400:視圖
402:電漿
404:引向
406:影響
408:積聚物
本發明的實施例在上文簡要概述並且在下文更詳細地討論，可參考附圖中描繪的本發明的說明性實施例來理解。然而，附圖僅圖示本發明的典型實施例，並且因此不應認為其限制本發明的範疇，因為本發明可承認其他等效的實施例。
第1圖描繪根據本揭示案之一些實施例的製程腔室的側視示意圖。
第2圖描繪根據本揭示案之一些實施例的製程套件的截面示意圖。
第3圖是根據本揭示案之至少一些實施例的清潔用以處理基板的製程套件的方法。
第4圖描繪根據本揭示案之一些實施例的部分製程腔室的側視示意圖。
為便於理解，在可能的情況下以使用相同的元件符號來標明圖中共同的相同要素。未按比例繪製圖式，並且出於清晰的目的可將其簡化。一個實施例的要素及特徵可在無進一步敘述的情況下有益地併入至其他實施例中。
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
300:方法
302:方塊
304:方塊
306:方塊
308:方塊
Claims (20)
- 一種用於清潔佈置於一物理氣相沉積(PVD)腔室之一內部容積中之一製程套件的方法，其包括以下步驟： 在該PVD腔室的一基板支撐件上安置一非濺射遮盤； 激發佈置於該PVD腔室之該內部容積中之一含氧清潔氣體，以產生可與碳基材料反應的一電漿；及 在曝露於該電漿時加熱附著有一碳基材料的該製程套件，以移除附著於該製程套件的該碳基材料的至少一部分。
- 如請求項1所述之方法，其中該電漿包括氧(O)自由基。
- 如請求項1所述之方法，其中該遮盤是至少99.99%的矽。
- 如請求項1所述之方法，其中該遮盤是矽及鋁的一比為約1:1的一矽及鋁的合金。
- 如請求項1至4中之任一者所述之方法，其中該遮盤的至少一個表面具有以微吋計大於約400 Ra的一粗糙度。
- 如請求項4至6中之任一者所述之方法，其進一步包含以下至少一個步驟： 經由一氣體供應器向該內部容積中提供該清潔氣體，並且使用耦接至該PVD的一射頻(RF)電源激發該清潔氣體，以產生該電漿； 經由該氣體供應器向該內部容積中提供該清潔氣體，並且使用耦接至該PVD腔室的一DC電源激發該清潔氣體，以產生該電漿； 經由該氣體供應器向該內部容積中提供該清潔氣體，並且使用耦接至該PVD腔室的一微波電源激發該清潔氣體，以產生該電漿；或 經由耦接至該PVD腔室的一遠端電漿源向該內部容積中提供該電漿。
- 如請求項1至4中之任一者所述之方法，其進一步包含以下步驟： 使用耦接至該PVD腔室的一直流(DC)電源向該PVD腔室的該內部容積中佈置的一濺射靶提供脈衝DC，以在清潔該PVD腔室之前或之後執行物理氣相沉積。
- 如請求項7所述之方法，其中該製程套件包含： 一護板，其具有包含一上部及一下部的一圓柱體； 一配接器段，其經配置以由該PVD腔室的壁支撐並且具有支撐該護板的一托置表面；及 一加熱器，其耦接至該配接器段且經配置以電耦接至該PVD腔室的至少一個電源，以加熱該護板。
- 如請求項8所述之方法，其進一步包含以下步驟： 將該濺射靶維持於一第一溫度；及 將該製程套件的該護板加熱至高於該第一溫度的一第二溫度。
- 一種非暫時性電腦可讀儲存媒體，其儲存有在由一處理器執行時執行清潔一物理氣相沉積(PVD)腔室之一內部容積中佈置之一製程套件的一方法的指令，該方法包括以下步驟： 在該PVD腔室的一基板支撐件上安置一非濺射遮盤； 激發佈置於該PVD腔室之該內部容積中之一含氧清潔氣體，以產生可與碳基材料反應的一電漿；及 在曝露於該電漿時加熱附著有一碳基材料的該製程套件，以移除附著於該製程套件的該碳基材料的至少一部分。
- 如請求項10所述之非暫時性電腦可讀取儲存媒體，其中該電漿包括氧(O)自由基。
- 如請求項10所述之非暫時性電腦可讀取儲存媒體，其中該遮盤是至少99.99%的矽。
- 如請求項10所述之非暫時性電腦可讀取儲存媒體，其中該遮盤是矽及鋁的一比為約1:1的一矽及鋁的合金。
- 如請求項10至13中之任一者所述之非暫時性電腦可讀取儲存媒體，其中該遮盤的至少一個表面具有以微吋計大於約400 Ra的一粗糙度。
- 如請求項10至13中之任一者所述之非暫時性電腦可讀取儲存媒體，其中該製程套件包含： 一護板，其具有包含一上部及一下部的一圓柱體； 一配接器段，其經配置以由該PVD腔室的壁支撐並且具有支撐該護板的一托置表面；及 一加熱器，其耦接至該配接器段且經配置以電耦接至該PVD腔室的至少一個電源，以加熱該護板。
- 一種用於處理一基板的物理氣相沉積(PVD)腔室，其包含： 一腔室壁，其至少部分地界定該PVD腔室中的一內部容積； 一碳基濺射靶，其佈置於該內部容積的一上段中； 一底座，包括一基板支撐件，其中具有支撐該濺射靶下方的一基板的一支撐表面； 一電源，其經配置以激發濺射氣體，以在該內部容積中形成一電漿； 一製程套件，其包圍該濺射靶及該基板支撐件；及 一遮盤，其安置於該PVD腔室的該基板支撐件上，其中該遮盤由不與氧基電漿反應或基本上不與氧基電漿反應的一遮盤材料形成。
- 如請求項16所述之PVD腔室，其中該遮盤材料是至少99.99%的矽。
- 如請求項16所述之PVD腔室，其中該遮盤材料是矽及鋁的一比為約1:1的一矽及鋁的合金。
- 如請求項16至18中之任一者所述之PVD腔室，其中該遮盤的至少一個表面具有以微吋計大於約400 Ra的一粗糙度。
- 如請求項16至18中之任一者所述之PVD腔室，其中該製程套件包含： 一護板，其具有包含一上部及一下部的一圓柱體； 一配接器段，其經配置以由該PVD腔室的壁支撐並且具有支撐該護板的一托置表面；及 一加熱器，其耦接至該配接器段且經配置以電耦接至該PVD腔室的至少一個電源，以加熱該護板。
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