TWI494454B - 用於射頻物理氣相沉積之製程套組 - Google Patents

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Description

用於射頻物理氣相沉積之製程套組
本發明之實施例一般涉及一半導體製程腔室的製程套組，以及具有一套組的半導體製程腔室。尤其是，本發明之實施例涉及到一製程套組，其包括用於一物理沉積腔室的蓋環、遮罩、隔離器。
物理氣相沉積(PVD)、或濺射是用來製造電子裝置最常用的製程。物理氣相沉積是一種執行於一真空腔室的電漿製程，其中一負偏壓靶材曝露至具有相對較重原子的惰性氣體(例如，氬(Ar))的電漿，或包括這種惰性氣體的混合氣體。藉由惰性氣體的離子轟炸靶材，使得靶材材料原子射出。射出的原子累積成一基板上的沉積薄膜，其中該基板係放置在腔室中的基板支撐基座上。
可將一製程套組置於腔室中以幫助在該腔室中的一所欲區域相對於該基板界定一製程區域。製程套組通常包括一蓋環、一沉積環、和一個接地遮罩。限定進入製程區域的電漿和射出原子有助於持腔室中的其他元件不會被沉積上材料，並促進杷材材助的有效利用，使得有較高比例的射出原子被沉積在基板上。
雖然傳統的環和遮罩設計具有健全的製程經歷，但重要尺寸的減少使得人們更注意在腔室中的污染源。當基板支撐基座在移轉和處理位置間升起和降下，環和遮罩定期地與互相接觸，傳統的設計存在有潛在的微粒污染。此外，現有的遮罩裝置設計往往缺乏多個接地點，且往往無法提供必要的電氣絕緣，以防止來自射頻源電漿的電弧。
此外，沉積環防止在基板支撐基座周圍的沉積。蓋環通常用於在沉積環和接地遮罩之間產生一迷路溝，從而防止低於基板的沉積。蓋環也可以用來協助控制高於或低於基板的邊緣處的沉積。因此，發明人已經知道，具有減少雜散電漿同時也盡量減少腔室污染的製程套組是有益的。
因此，有必要在這個領域中改進製程套組。
本發明之實施例一般提供一製程套組，以用於一物理氣相沉積(PVD)腔室和一具有一交錯製程套組的物理氣相沉積腔室。在一實施例中，該製程套組包括一交錯接地遮罩、環、隔離環。
在一實施例中，一遮罩包圍一濺射靶材的一濺射表面，其面向一基板製程腔室中的一基板支撐件。該遮罩包 括一圓柱形外環帶，其具有一第一直徑，其尺寸為包圍該濺射靶材的該濺射表面。該圓柱形外環帶具有一頂端，其尺寸為包圍該濺射表面；及一底端，其尺寸為包圍該基板支撐件。一傾斜階，其具有一第二直徑，該第二直徑大於該第一直徑，其從該圓柱形外環帶的該頂端徑向向外延伸。一固定凸緣，其自該傾斜階徑向向外延伸。一基盤，其從該圓柱形外環帶的該底端徑向向內延伸。一圓柱形內環帶，其耦接該基盤，且大小為包圍該基板支撐件的一周邊。
在另一實施例中，提供一蓋環，其在一基板製程腔室中環繞一沉積環而配置。該沉積環介於在該腔室的一基板支撐件和一圓柱形遮罩之間。該蓋環包括一環形楔。該環形楔包含一傾斜頂面，其包圍該基板支撐件，該傾斜頂面具有一內周和一外周。一腳架，其從該傾斜頂面向下延伸而置於該沉積環上。一突出邊緣，其延伸環繞該頂面的該內周。一內圓柱形環帶和一外圓柱形環帶，其自該環形楔向下延伸，該內圓柱形環帶具有一小於該外圓柱形環帶的一高度。
在另一實施例中，提供一隔離環，其配置於一靶材和一接地遮罩間。該隔離環包含一環形帶，其尺寸為延伸環繞該靶材的一濺射表面。該環形帶包括：一頂牆，其具有 一第一寬度；一底牆，其具有一第二寬度；及一支撐環，其具有一第三寬度且從該頂牆徑向向外延伸。一種垂直溝槽形成在該底牆的一外周和一支撐環的一底部接觸表面之間。
在另一實施例中，提供一種製程套組，其在一基板製程腔室中配置一濺射靶材和一基板支撐件。該製程腔室包含一遮罩，其包圍該濺射靶材和一基板支撐件。該遮罩包括一圓柱形外環帶，其具有一第一直徑，其尺寸為包圍該濺射靶材的該濺射表面。該圓柱形外環帶具有一頂端，其包圍該濺射表面；及一底端，其包圍該基板支撐件。一傾斜階，其具有一第二直徑，該第二直徑大於該第一直徑，其從該圓柱形外環帶的該頂端徑向向外延伸。一固定凸緣，其自該傾斜階徑向向外延伸。一基盤，其從該圓柱形環帶的該底端徑向向內延伸。一圓柱形內環帶，其耦接該基盤，其部分包圍該基板支撐件的一周邊。該製程套組另包括一個隔離環。該隔離環包含一環形帶，其延伸環繞該靶材的一濺射表面。該環形帶包括：一頂牆，其具有一第一寬度；一底牆，其具有一第二寬度；及一支撐環，其具有一第三寬度且從該頂牆徑向向外延伸。一種垂直溝槽形成在該底牆的一外周和一支撐環的一底部接觸表面之間。
本發明之實施例一般提供製程套組，以用於一物理沉積(PVD)腔室。在一實施例中，該製程套組提供一減少的射頻返回路徑，從而減少在製程孔洞外引起的射頻諧波和雜散電漿，因而促成較大的均勻度、可重複性、和較長的腔室元件可用壽命。在一實施例中，該製程套組提供一隔離環，其設計為減少在腔壁和靶材間的電性短路。
圖1繪示一示例性半導體製程腔室100，其具有一製程套組150能夠處理一基板105。該製程套組150包括一片式接地遮罩160、一交錯蓋環170、和一隔離環180。如圖所示，製程腔室100包含一濺射腔室，也稱為一物理氣相沉積或PVD腔室，其能夠在基板上沉積鈦或鋁氧化物。製程腔室100也可用於其他目的，例如，沉積鋁、銅、鉭、氮化鉭、碳化鉭、鎢、鎢氮化物、鑭、鑭氧化物和鈦。可調整而受益於本發明的製程腔室的一個例子是ALPS® Plus和SIP ENCORE® PVD處理室，其可獲取自應用材料公司(加利福尼亞州聖大克勞拉市)。應可明白，可調整包括那些來自其他製造商的其他製程腔室以獲益於本發明。
製程腔室100包括一腔室主體101，其具有一封閉牆壁102和側牆104、一底牆106和一蓋108，其包覆一內部容積110或電漿區。腔室主體101通常是由焊接的不銹鋼板 或一單一鋁塊。在一實施例中，側牆包含鋁，及底牆包括不銹鋼。側牆104一般包含一狹縫閥(未圖示)，以供一基板105進出製程腔室100。製程腔室100的蓋組件108與和蓋環170交錯的接地遮罩160共同作用，將形成在內部容積110的電漿限定基板上的區域。
腔室100的底牆106支撐一基座組件120。在處理製程中，基座組件120支撐一沉積環302及基板105。一升降機構122經配置以在上部和下部位置間移動基座組件120，藉由該升降機構122，基座組件120耦接至腔室100的底牆106。此外，在較低的位置，經由基座組件120移動舉升銷以使基板與基座組件120隔開，以達成基板與設置在製程腔室100之外的一晶圓傳輸機構(例如，單刀機器手臂(未圖示))的交換。通常放置一摺箱124於基座組件120和腔室底牆106之間，以從基座組件120的內部和腔室的外部，隔離腔室主體101的內部容積110。
基座組件120一般包括一基板支撐件126密封耦合至一平台外殼128。該平台外殼128通常由一金屬材料(如不銹鋼或鋁)所製造。一冷卻板(未圖示)一般放置於平台外殼128內，以熱調節基板支撐件126。如美國專利第5,507,499號(1996年4月16日授予專利予Davenport等) 可調整一基座組件120以受益於本文所述之實施例，其全部納入本文以供參照。
基板支撐件126可包括鋁或陶瓷。基板支撐件126具有一基板接收表面127，其在製程中接收並支撐基板105，表面127具有一平面，其實質上平行於靶材132的一濺射表面133。支撐件126也有一外緣129，其終止於基板105的一懸垂邊緣。基板支撐件126可以是一靜電夾頭、一陶瓷主體、一加熱器、或其結合。在一實施例中，基板支撐件126是一靜電夾頭，其包括一介電主體，其具有一導電層嵌入其中。介電主體通常是由一高導熱介電材料所製成，例如，熱解氮化硼、氮化鋁、氮化矽、氧化鋁或同等材料。
蓋組件108一般包括一蓋130、一靶材132、和一磁控管134。當在如圖1所示之一封閉位置時，蓋130被側牆104支撐。一陶瓷環密封136被置於隔離環180、蓋130及側牆104之間，以防止其中的真空洩漏。
靶材132耦接蓋130和曝露至製程腔室100的內部容積110。在PVD製程中，靶材132提供用來沉積在基材上的材料。隔離環180被配置在靶材132、蓋130、和腔室主體101之間，以從蓋130和腔室主體101電氣隔離靶材132。
通過電源140，靶材132相對於接地(例如，腔室主體101和配接器220)偏壓。一氣體(例如，氬)從一氣源142通過導管144提供給內部容積110。氣源142可包括一非活性氣體(例如，氬氣或氙氣)，其能夠大力撞擊和從靶材132濺射材料。氣源142亦可包括一反應氣體，例如，一或更多含氧氣體、一含氮氣體、一含甲烷氣體，其能夠與濺射材料反應，以在基板上形成一層材料。使用過的製程氣體和副產品，從腔室100通過排氣口146排出，排氣口146接收使用過的製程氣體並將使用過的製程氣體導引至一排氣導管有148，其具有一節流閥，以控制腔室100中氣體壓力。排氣導管148連接到一或多排氣泵149。一般而言，腔室100中濺射氣體的壓力被設置為低於大氣水平，例如，一真空環境，例如，0.6mTorr至400mTorr的氣體壓力。一電漿由氣體形成於基板105和靶材132之間。電漿中離子被加速奔向靶材132和使材料從靶材132移出。被移出的靶材材料被沉積在基板上。
磁控管134耦接製程腔室100外部上的蓋130。可用的磁控管被描述於美國專利第5,953,827號(1999年9月21日授予專利予Or等，其全部納入本文以供參照。
腔室100被一控制器190所控制，該控制器190包含具有指令集的程式碼，以操作腔室100的元件，以製程腔 室100中的基板。例如，控制器190可包含程式碼，其包括：一基板定位指令集，以操作基座組件120；一氣體流量控制指令集，以操作氣體流量控制閥，以設定流至腔室100的濺射氣體的流量；一氣體壓力控制指令集，其操作一節流閥，以保持腔室100中的一壓力；一溫度控制指令集，以控制基座組件120或側牆104中的一溫度控制系統(未圖示)，以分別設定基板或側牆104的溫度；和一製程監測指令集，其監測腔室100中製程。
腔室100還包含一製程套組150，其包括各種可以很容易地從腔室100移除的元件，例如，用來清潔元件表面的濺射沉積、更換、或修理被侵蝕的元件，或調整腔室100使適應其他製程。在一實施例中，製程套組150包括一隔離器180、一接地遮罩160和一環組件168，以配置基板支撐件126的一周邊129，其終止於基板105的一懸垂邊緣。
遮罩160圍繞一濺射靶材132的濺射表面133，其面向基板支撐件126和基板支撐件126的周邊129。遮罩160涵蓋和遮蔽腔室100的側牆104，以減少來自濺射靶材132的濺射表面133之濺射沉積被沉積至遮罩160之後的元件和表面。例如，遮罩160可以保護腔室100的支撐件126、基板105的懸垂邊緣、側牆104和底牆106的表面。
如圖1、5A、5B、5C、和5D所示，遮罩160是統一結構並包括一圓柱形外環帶210，其具有一直徑，其尺寸為包圍濺射靶材132的濺射表面133和基板支撐件126。在一實施例中，圓柱形外環帶210具有以箭頭“A”表示的一內徑。在一實施例中，圓柱形外環帶210的內徑“A”係介於約16英吋(40.6公分)和約18英吋(45.7公分)之間。在另一實施例中，圓柱形外環帶210的內徑“A”係介於約16.8英吋(42.7公分)和約17英吋(43.2公分)之間。在一實施例中，圓柱形外環帶210具有以箭頭“B”表示的一外徑。在一實施例中，圓柱形外環帶210的外徑“B”係介於約17英吋(43.2公分)和約19英吋(48.3公分)之間。在一實施例中，圓柱形外環帶210的外徑“B”係介於約17.1英吋(43.4公分)和約17.3英吋(43.9公分)之間。
圓柱形外環帶210具有：一頂端212，其包圍濺射靶材132的濺射表面133；和一底端213，其圍繞基板支撐件126。一傾斜階214從圓柱形外環帶210的頂端212徑向向外延伸。在一實施例中，傾斜階214相對於垂直形成一角度“α”。在一實施例中，角度“α”相對於垂直介於約15度至約25度之間。在另一實施例中，傾斜角度“α”是大約20度。
在一實施例中，遮罩160具有一高度“C”，其介於約10英吋和12英吋之間。在另一實施例中，遮罩160具有一高度“C”，其介於約11英吋(27.9公分)和11.5英吋(29.2公分)之間。在另一實施例中，遮罩160具有一高度“C”，其介於約7英吋(17.8公分)和8英吋(20.3公分)之間。在另一實施例中，遮罩具有一高度“C”，其介於約7.2英吋(18.3公分)和7.4英吋(18.8公分)之間。
一固定凸緣216從圓柱形外環帶210的傾斜階214徑向向外延伸。參照圖2和圖5C，該固定凸緣包含一較低接觸面218，以置於一環形配接器220，其包圍腔室100的側牆104和一較高接觸面219。在一實施例中，固定凸緣216的較低接觸面218包含複數柱坑(未圖示)，其形狀和大小適於接收一螺釘，以將遮罩160附接至配接器220。如圖2所示，較高接觸面219的一內周邊217形成一階221。該階221提供一迷路溝，其防止導電材料在隔離環180和遮罩160之間產生一表面橋，從而保持電性不導通。
在一實施例中，該配接器支撐遮罩220並可作為基板製程腔室100的側牆104之一熱交換器。配接器220和遮罩160形成一組件，其改善來自遮罩160的熱傳導，且減少沉積在遮罩上的材料的熱膨脹應力。藉由曝露至在基板製程腔室100中形成的電漿，使遮罩160的部分高度加熱， 使得遮罩熱膨脹和使得濺射沉積形成在遮罩上，在脫離遮罩時成薄片，落至並污染基板105。配接器220有一放置面222，其接觸遮罩160的較低接觸面218，以允許遮罩160和配接器220間良好的電和熱傳導率。在一實施例中，配接器220另包括導管，其使傳熱流體從中流過，以控制配接器220的溫度。
參照圖1、4、5A、5B、5C、和5D，圓柱形外環帶210還包括一低端213，其圍繞基板支撐件126。一基盤從圓柱形外環帶210的底端213徑向向內延伸。圓柱形內環帶226耦接至基盤224，並至少部分圍繞基板支撐件126的周邊129。在一實施例中，圓柱形內環帶具有以箭頭“D”表示的一直徑。在一實施例中，圓柱形內環帶226具有一直徑“D”，其係介於約14英吋(35.6公分)和約16英吋(40.6公分)之間。在另一實施例中，圓柱形內環帶226具有一直徑“D”，其係介於約14.5英吋(36.8公分)和約15英吋(38.1公分)之間。圓柱形內環帶226從基盤224向上延伸並垂直於基盤224。圓柱形內環帶226、基盤224、和圓柱形外環帶210形成一U形通道。圓柱形內環帶226包括一高度，其小於圓柱外環帶210的高度。在一實施例中，內環帶226的高度係圓柱形外環帶210的大約五分之一。在一實施例中，圓柱形內環帶226具有以箭頭“E”表示的一高度。在 一實施例中，圓柱形內環帶226的高度“E”係介於約0.8英吋(2公分)和約1.3英吋(3.3公分)之間。在另一實施例中，圓柱形內環帶226的高度“E”係介於約1.1英吋(2.8公分)和約1.3英吋(3.3公分)之間。在另一實施例中，圓柱形內環帶226的高度係介於約0.8英吋(2公分)和約0.9英吋(2.3公分)之間。
圓柱形外環帶210、傾斜階214、固定凸緣216、基盤224和圓柱內環帶226包含一統一結構。例如，在一實施例中，整個遮罩160可以由鋁製成，或在另一實施例中，由300系列的不銹鋼製成。一統一遮罩160優於使用包括多個元件(往往二或三個個別元件)製成整個遮罩之傳統遮罩。既有的多部分遮罩提供一延伸的射頻返回路徑，其造成引起製程孔洞外雜散電漿之射頻諧波。相比之下，本發明的統一遮罩減少射頻返回路徑，因此在內部製程區域提供改進的電漿內含。具有多個元件之一遮罩160較難且較費力移除遮罩進行清潔。一體成形遮罩160具有曝露至濺射沉積之一連續表面，而沒有難以清理的接面或角落。一體成形遮罩160也能更有效地遮蔽腔室牆壁104，防止製程中的濺射沉積。在一實施例中，除去傳導特徵，例如，導洞。除去傳導特徵減少內部容積110外的雜散電漿的形成。
在一實施例中，遮罩160的曝露表面係以CLEANCOATTM 來處理，該機器可獲取自應用材料(美國加州聖大克勞拉市)。CLEANCOATTM 是一種雙股鋁電弧噴塗，其應用於基板製程腔室元件，例如，遮罩160，以減少粉粒脫落沉積在遮罩160上，從而防止污染腔室100的基板105。在一實施例中，噴塗在該遮罩160上的該雙股鋁電弧噴塗塗層具有一表面粗糙度，其介於約600至約2300微英吋。
遮罩160具有朝向腔室100中內部容積110的曝露表面。在一實施例中，曝露表面係經「珠擊」以具有一表面粗糙度175±75微英吋。形成紋理的珠擊表面可減少粉粒脫落和防止污染腔室100。表面粗糙度平均是沿曝露表面的粗糙度特徵之峰值和谷值的平均線之位移的絕對值。粗糙度平均、偏斜、或其他特性可由一輪廓決定，其通過一針至該曝露表面，並產生表面粗糙度之高度的波動軌跡，或藉由一掃描電子顯微鏡，利用從表面反射的一電子束來產生該表面的影像。
請參照圖3，在一實施例中，隔離環180是L形。隔離環180包括一環形帶，其延伸並包圍靶材132的濺射表面133。隔離環180電性隔離和分隔靶材132與遮罩160，且通常由一介電或絕緣材料所製成，例如，氧化鋁。隔離環 180包括一較低水平部分232和從該較低水平部分232向上延伸之一垂直部分234。較低水平部分232包含一內周235、一外周236、一底部接觸面237、和一頂面238，其中該較低水平部分232的該底部接觸面237接觸固定凸緣216的一較高接觸面219。在一實施例中，該遮罩160的較高接觸面219形成一階233。該階233提供一迷路溝，其防止導電材料在隔離環180和遮罩160之間產生一表面橋，從而保持電性不導通。隔離環180的較高垂直部分234包括一內周239、一外周240和一頂面241。較高垂直部分234的該內周239和較低水平部分232的內周235形成一統一表面。較低水平部分232的頂面238和較高垂直部分234的外周240垂直相交於一過渡點242，以形成一階243。在一實施例中，階243與環密封136和靶材132形成一迷路溝。
在一實施例中，隔離環180具有一內徑，其由內周235和內周239所界定，其介於約17.5英吋(44.5公分)和約18英吋(45.7公分)之間。在另一實施例中，隔離環180具有一內徑，其介於約17.5英吋(44.5公分)和17.7英吋(45公分)之間。在一實施例中，隔離環180具有一外徑，其由較低水平部分232的外周236所界定，其介於約18英吋(45.7公分)和約19英吋(48.3公分)之間。在另一 實施例中，隔離環180具有一外徑，其介於約18.7英吋(47.5公分)和19英吋(48.3公分)之間。在另一實施例中，隔離環180具有一第二外徑，其由較低水平部分234的外周240所界定，其介於約18英吋(45.7公分)和約18.5英吋(47公分)之間。在另一實施例中，第二外徑係介於約18.2英吋(46.2公分)和約18.4英吋(46.7公分)之間在一實施例中，隔離環180具有一高度，其介於約1英吋(2.5公分)和1.5英吋(3.8公分)之間。在另一實施例中，隔離環180具有一高度，其介於約1.4英吋(3.6公分)和1.45英吋(3.7公分)之間。在一實施例中，曝露表面(包括頂面241和垂直部分234的內周、內周235和隔離器180的較低水平部分232之底部接觸面237)係經過例如珠擊的紋理化處理，使表面粗糙度達180±20Ra，以提供較低沉積和較低應力薄膜的一合適的紋理。
其參考圖2、6A、6B、6C和6D之另一實施例，隔離環280是T形。隔離環280包括一環形帶250其延伸圍繞靶材132的濺射表面133。該隔離環280的該環形帶250包括：一頂牆252，其具有一第一寬度；一底牆254，其具有一第二寬度；及一支撐環256，其具有一第三寬度且從該環形帶250的該頂牆252徑向向外延伸。在一實施例中，第一寬度少於第三寬度，但大於第二寬度。在一實施例中，隔離環280具有一外徑“F”，其介於約18.5 英吋(47公分)和約19英吋(48.3公分)之間。在一實施例中，隔離環280具有一外徑“F”，其介於約18.8英吋(47.8公分)和約18.9英吋(48公分)之間。
頂牆252包括一內周258、鄰近靶材132的一頂面260、和鄰近環密封136的一外周262。支撐環256包括一底部接觸面264和一上表面266。支撐環256的底部接觸面264在一鋁環267之上。在某些實施例中沒有鋁環267，且配接器220被配置為支撐該支撐環256。底牆254包括一內周268、一外周270和一底部表面272。底牆254的內周268和頂牆252的內周258形成一統一表面。在一實施例中，隔離器280具有一內徑“G”，其係由底牆254的內周268和頂牆252的內周258所界定，介於約17英吋(43.2公分)和約18英吋(45.7公分)之間。在另一實施例中，隔離器280的內徑“G”係介於約17.5英吋(44.5公分)和約17.8英吋(45.2公分)之間。
垂直溝槽276形成於一過渡點278，其介於底牆254的的外周270和支撐環256的底部接觸面264。遮罩160的階221結合垂直溝槽276提供一迷路溝，其防止導電材料產生一表面橋，其介於隔離環280和遮罩160之間，從而保持電氣不連續性而對腔室牆壁104提供遮蔽。在一實施例中，隔離環280在個靶材132和製程套組150的接地元 件之間提供一溝，同時對腔室牆壁提供遮蔽。在一實施例中，靶材132和遮罩160之間的溝係介於約1英吋(2.5公分)和約2英吋(5.1公分)之間，例如，大約1英吋(2.5公分)。在另一實施例中，靶材132和遮罩160之間的溝係介於約1.1英吋(2.8公分)和約1.2英吋(3公分)之間。在又一實施例中，靶材132和遮罩160之間的溝係大於約1英吋(2.5公分)。隔離環280的階梯設計使得遮罩160能相對於配接器220集中，其中配接器220也是靶材132的配合遮罩和對齊特徵的固定點。階梯設計也消除從靶材132到遮罩160的站台直線要求「line-of-site」，並消除在此區域的雜散電漿的顧慮。
在一實施例中，隔離環280具有一珠擊表面紋理，用以加強薄膜黏附性，其具有一表面粗糙度180±20Ra，以對較低沉積和較低應力薄膜提供一合適的紋理。在一實施例中，隔離環280具有一表面紋理，其通過雷射脈衝提供，用以加強薄膜黏附性，使具有大於500Ra的一表面粗糙度或更高沉積厚度和較高薄膜應力。在一實施例中，當製程腔室100被用來沉積金屬、金屬氮化物、金屬氧化物、金屬碳化物時，經紋理化的表面延長隔離環280的壽命。隔離環280也可自腔室100移除，其能夠回收這部分，而不會影響材料的孔隙度，其可能妨害真空密封應用中的重複 使用。支撐環256使得隔離環280可以相對於配接器220集中，同時消除從靶材132到接地遮罩160的站台直線要求「line-of-site」，因此消除雜散電漿的顧慮。在一實施例中，環267包括一系列調整銷(未圖示)，其對齊遮罩160中的一系列插槽(未圖示)定位。
參照圖4，環組件168包含一沉積環302和一蓋環170。沉積環302包含一環帶304，其包圍支撐件126。蓋環170至少部分涵蓋沉積環302。沉積環302和蓋環170相互合作，以減少形成於支撐件126的外圍邊緣129和基板105的懸垂邊緣之濺射沉積。
蓋環170包圍且至少部分涵蓋欲接收的沉積環302，及因此在大區塊的濺射沉積中遮蔽沉積環302。蓋環170係由能抵抗濺射電漿侵蝕的材料製成，例如，金屬材料，例如，不銹鋼，鈦或鋁或陶瓷材料，如氧化鋁。在一實施例中，蓋環170是由具有純度至少約百分之九十九點九的鈦構成。在一實施例中，蓋環170的一表面係以一雙股鋁電弧噴塗處理，例如，CLEANCOATTM ，以減少從蓋環170表面脫落的粉粒。
蓋環170包括一環形楔310，其包括一傾斜頂面312，該傾斜頂面312徑向向內傾斜，並包圍基板支撐件126。環形楔310的傾斜頂面312具有一內周314和一外周316。 內周314包括一突出邊緣318，其覆蓋徑向向內的凹處，其包含沉積環302的一開放的內通道。突出邊緣318減少沉積在沉積環302的開放內通道之濺射沉積。在一實施例中，突出邊緣318突出一對應於與沉積環302形成之弧形缺口402至少一半左右寬度的一距離。突出邊緣318之大小、形狀和位置皆配合和符合弧形缺口402，以在蓋環170和沉積環302之間形成一迴旋且限制的流體路徑，以抑制沉積至基板支撐件126和平台外殼之製程流體。溝402的受限的流體路徑限制沉積環302和蓋環170之相接表面之低能濺射沉積的發展，否則就會導致它們彼此相黏或黏至基板105的周圍懸垂邊緣。
傾斜頂面312可傾斜成介於約10度和約20度之一角度，例如，相對於水平約16度。蓋環170的傾斜頂面312之角度被設計為盡量減少最接近基板105懸垂邊緣之濺射沉積的發展，否則就會對整個基板105所獲得的粒子表面產生負面影響。
蓋環170包括一腳架320，其從環形楔310的傾斜頂面312向下延伸，以置於沉積環302的一支架306。腳架320從環形楔310向下延伸至實質上壓迫沉積環302，而不會環302裂開或壓裂。在一實施例中，一雙階表面係形成成腳架320和突出邊緣318的較低表面之間。
蓋環170另包括一圓柱形環帶324a和一外圓柱形環帶324b，其與環形楔310中一溝從環形楔310向下延伸。在一實施例中，內圓柱形環帶324a和外圓柱形環帶324b實質上垂直。內和外圓柱形環帶324a和324b係徑向向外位於環形楔310的腳架320。內圓柱形環帶324a具有一高度，其小於外圓柱形環帶324b。一般來說，外圓柱形環帶324b的高度係內圓柱形環帶324a高度的至少約1.2倍。例如，對於具有約154毫米之內半徑的蓋環170，外圓柱形環帶324b之高度介於約15至約35，或例如，25毫米；和內圓柱形環帶324a的高度係介於約12至24毫米，例如，約19毫米。蓋環可包括適於化學製程之任何材料，例如，鈦或不銹鋼。
在一實施例中，內圓柱形環帶324a之一表面係相對於垂直傾斜約12度至約18度。在另一實施例中，內圓柱形環帶324a之一表面係傾斜約15度至約17度。
在一實施例中，蓋環170具有一外徑，其係由一外圓柱形環帶324b所界定，介於約15.5英吋(39.4公分)和約16英吋(40.6公分)之間。在另一實施例中，蓋環170具有一外徑，其介於約15.6英吋(39.6公分)和約15.8英吋(40.1公分)之間。在一實施例中，蓋環170具有一高度，其介於約1英吋(2.5公分)和1.5英吋(3.8公分)之間。在 另一實施例中，蓋環170係界於約1.2英吋(3公分)和約1.3英吋(3.3公分)之間。
介於遮罩160和蓋環170之間的空間或溝404形成一迴旋S形通道或迷路，以供電漿移動。通道的形狀是有利的，例如，因為它妨礙和阻礙進入到個地區的電漿物種，減少不良濺射材料的沉積。
該製程套組150的元件可獨立地及結合地運作，以大幅減少粒子的產生和雜散電漿。既有的多部分遮罩提供一延伸的射頻返回路徑，其造成引起製程孔洞外雜散電漿之射頻諧波。相比之下，上述的一體成形遮罩減少射頻返回路徑，因此在內部製程區域提供改進的電漿內含。一體成形遮罩的平面基盤提供RF一額外縮短的返回路徑，以另降低諧波和雜散電漿以及提供現有接地硬體之平台。一體成形遮罩還消除所有在射頻返回中提供不連續性，以及導致製程孔穴外雜散電漿的電導特徵。修改一體成形遮罩，以允許一隔離環被插入至製程腔室。隔離環阻擋在地面路徑之射頻源和製程套組間的視線。修改遮罩上的固定凸緣，以提供一迷路之一階和大半徑，該迷路防止導電材料在隔離環和遮罩間產生一表面橋，從而保持電氣不連續性。通過減少材料的厚度，以便通過流形成製造，一體成形遮罩也被設計為降低製造成本。
雖然上文係針對本發明的實施例，亦可能衍生其他或更進一步的實施例，而不偏離本發明基本範疇，本發明之範疇是由下列申請專利範圍所界定。
100‧‧‧腔室
101‧‧‧腔室主體
102‧‧‧封閉牆
104‧‧‧牆
105‧‧‧基板
106‧‧‧底牆
108‧‧‧蓋組件
110‧‧‧內部容積
120‧‧‧基座組件
122‧‧‧舉升機構
124‧‧‧摺箱
126‧‧‧基板支撐件
127‧‧‧基板接收表面
128‧‧‧平台外殼
129‧‧‧外緣
130‧‧‧蓋
132‧‧‧靶材
133‧‧‧濺射表面
134‧‧‧磁控管
136‧‧‧環密封
140‧‧‧電源
142‧‧‧氣源
144‧‧‧導管
146‧‧‧排氣口
148‧‧‧排氣導管
149‧‧‧排氣泵
150‧‧‧製程套組
160‧‧‧遮罩
168‧‧‧環組件
170‧‧‧蓋環
180‧‧‧隔離環
190‧‧‧控制器
210‧‧‧圓柱形外環帶
212‧‧‧頂端
213‧‧‧底端
214‧‧‧傾斜階
216‧‧‧固定凸緣
217‧‧‧內周邊
218‧‧‧較低接觸面
219‧‧‧較高接觸面
220‧‧‧配接器
221‧‧‧階
222‧‧‧放置面
224‧‧‧基盤
226‧‧‧圓柱形內環帶
232‧‧‧較低水平部分
233‧‧‧階
234‧‧‧垂直部分
235‧‧‧內周邊
236‧‧‧外周邊
237‧‧‧底部接觸面
238‧‧‧頂面
239‧‧‧內周邊
240‧‧‧外周邊
241‧‧‧頂面
242‧‧‧過渡點
243‧‧‧階
250‧‧‧環形帶
252‧‧‧頂牆
254‧‧‧底牆
256‧‧‧支撐環
258‧‧‧內周邊
260‧‧‧頂面
262‧‧‧外周邊
264‧‧‧底部接觸面
266‧‧‧上表面
267‧‧‧鋁環
268‧‧‧內周邊
270‧‧‧外周邊
272‧‧‧底表面
276‧‧‧垂直溝槽
277‧‧‧迷路溝
278‧‧‧過渡點
280‧‧‧隔離環
300‧‧‧實施例
302‧‧‧沉積環
304‧‧‧環形帶
306‧‧‧支架
310‧‧‧環形楔
312‧‧‧傾斜頂面
314‧‧‧內周邊
316‧‧‧外周邊
318‧‧‧突出邊緣
320‧‧‧腳架
324a‧‧‧內圓柱形環帶
324b‧‧‧外圓柱形環帶
402‧‧‧弧形缺口
404‧‧‧溝
所以，上述簡介之本發明的特徵可參考實施例進一步理解和敘述，部分實施例係繪示於附圖中。然而要指出的是，附圖僅說明本發明之典型實施例，因此不應被視為其範圍之限制，本發明亦適用於其他具有同等功效的實施例。
圖1是一簡化的剖面圖，其繪示具有本發明實施例之一製程套組的一半導體製程系統；圖2是一實施例的一部分剖面圖，其繪示連接圖一之靶材和配接器之製程套組；圖3是一實施例的一部分剖面圖，其繪示連接圖一之靶材和配接器之製程套組；圖4是一實施例的一部分剖面圖，其繪示連接圖一之製程系統之製程套組；圖5A是一俯視圖，其繪示根據本發明實施例的一片式遮罩； 圖5B是一側視圖，其繪示圖5A之一片遮罩的一實施例；圖5C是一剖面圖，其繪示圖5A之一片遮罩的一實施例；圖5D是一仰視圖，其繪示圖5A之一片式遮罩的一實施例；圖6A是一俯視圖，其繪示根據本發明實施例的一隔離環；圖6B是一側視圖，其繪示圖6A之隔離環的一實施例；圖6C是一剖面圖，其繪示圖6A之隔離環的一實施例；圖6D是一仰視圖，其繪示圖6A之隔離環的一實施例。
為了便於理解，已經在可能的情況下，使用相同的元件符號指示各圖式中相同的元件。意即，在一實施例中所揭示之元件亦可用於其他實施例而無需特別指明。
132‧‧‧靶材
133‧‧‧濺射表面
136‧‧‧環密封
160‧‧‧遮罩
216‧‧‧固定凸緣
217‧‧‧內周邊
218‧‧‧較低接觸面
219‧‧‧較高接觸面
220‧‧‧配接器
221‧‧‧階
222‧‧‧放置面
250‧‧‧環形帶
252‧‧‧頂牆
254‧‧‧底牆
256‧‧‧支撐環
258‧‧‧內周邊
260‧‧‧頂面
262‧‧‧外周邊
264‧‧‧底部接觸面
266‧‧‧上表面
267‧‧‧鋁環
268‧‧‧內周邊
270‧‧‧外周邊
272‧‧‧底表面
276‧‧‧垂直溝槽
278‧‧‧過渡點
280‧‧‧隔離環

Claims (28)

  1. 一種包圍一濺射靶材的一濺射表面的一片式接地遮罩，該濺射靶材面向一基板製程腔室中的一基板支撐件，該接地遮罩包括：一圓柱形外環帶，其具有一第一直徑，其尺寸為包圍該濺射靶材的該濺射表面，該圓柱形外環帶具有：一頂端，其尺寸為包圍該濺射表面；以及一相對之底端，其尺寸為包圍該基板支撐件；一傾斜階，其具有一第二直徑，該第二直徑大於該第一直徑，該傾斜階從該圓柱形外環帶的該頂端徑向向外延伸；一固定凸緣，其自該傾斜階的頂端徑向向外延伸，該固定凸緣具有：一較低接觸面，用以置於一環形配接器上；一內周邊，面對該接地遮罩的一中心線；以及一較高接觸面，用以支撐一隔離環，其中該內周邊在該傾斜階與該較高接觸面之間形成一固定凸緣階，其中當該隔離環與該接地遮罩接觸時，該固定凸緣階在較高接觸面下方被隔開，並且該固定凸緣階經設置以在該隔離環與該接地遮罩之間提供一迷路溝；一基盤，其從該圓柱形外環帶的該底端徑向向內延伸；以及 一圓柱形內環帶，其耦接該基盤，且大小為包圍該基板支撐件的一周邊，其中該固定凸緣在該圓柱形外環帶的該頂端上方延伸，其中該固定凸緣的該較低接觸面為在該固定凸緣的該較高接觸面與該固定凸緣階下方延伸的一連續線性表面，以及其中該傾斜階在該固定凸緣階處終止。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之接地遮罩，其中該圓柱形外環帶、該傾斜階，該固定凸緣、該基盤和該圓柱形內環帶包含一單一的鋁結構。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之接地遮罩，其中該圓柱形內環帶包含一高度，該高度小於該圓柱形外環帶的高度。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之接地遮罩，其中該圓柱形內環帶具有一第三直徑，該第三直徑小於該第一直徑。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之接地遮罩，其中該迷路溝防止導電材料在該接地遮罩和該接地遮罩上方的該隔離環間產生一表面橋。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之接地遮罩，包括一雙股鋁電弧噴塗塗層，其位在該接地遮罩的一表面上。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之接地遮罩，其中該雙股鋁電弧噴塗塗層包括一表面粗糙度，該表面粗糙度介於約600至約2300微英吋。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之接地遮罩，其中該接地遮罩的曝露表面被珠擊(bead blasted)至具有介於175±75微英吋的一表面粗糙度。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之接地遮罩，其中該傾斜階形成一距垂直線約15度至約25度間的角度。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之接地遮罩，其中該較低接觸面具有複數個柱坑，該複數個柱坑的形狀和尺寸適於接收一螺釘，以將該接地遮罩附接至該環形配接器。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之接地遮罩，其中該接地遮罩不含導洞，以減少雜散電漿的形成。
  12. 一種包含如申請專利範圍第1項所述之接地遮罩的製程套組，更包括：一隔離環，包括一環形帶，該環形帶以包圍該靶 材的一濺射表面來延伸和決定尺寸，該環形帶包括：一頂牆，其具有一第一寬度；一底牆，其具有一第二寬度；及一支撐環，其具有一第三寬度且從該頂牆徑向向外延伸，其中一垂直溝槽形成在該底牆的一外周和一支撐環的一底部接觸表面之間；及一蓋環，其在一基板製程腔室中環繞一沉積環而配置，該沉積環介於在該腔室的一基板支撐件和一圓柱形遮罩之間，該蓋環包括：一環形楔，包括：一傾斜頂面，其包圍該基板支撐件，該傾斜頂面具有一內周和一外周；一腳架，其從該傾斜頂面向下延伸而置於該沉積環上；及一突出邊緣，其環繞該頂面的該內周；一內圓柱形環帶，其自該環形楔向下延伸；及一外圓柱形環帶，其自該環形楔向下延伸，其中該內圓柱形環帶具有一高度，該高度小於該外圓柱形環帶的高度。
  13. 一種位於一靶材和一接地遮罩間的隔離環，該 隔離環包括：一環形帶，其尺寸延伸並環繞該靶材的一濺射表面，包括：一頂牆，其具有一第一寬度；一底牆，其具有一第二寬度；及一支撐環，其具有一第三寬度且從該頂牆徑向向外延伸，其中一垂直溝槽形成在該底牆的一外周和該支撐環的一底部接觸表面之間。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之隔離環，其中該第一寬度少於該第三寬度，但大於該第二寬度。
  15. 如申請專利範圍第13項所述之隔離環，包括一噴砂表面紋理，用以加強薄膜黏附性為具有180±20Ra的一表面粗糙度。
  16. 如申請專利範圍第13項所述之隔離環，包括一表面紋理，其係以雷射脈衝提供>500Ra的一表面粗糙度，以加強薄膜黏附性。
  17. 如申請專利範圍第13項所述之隔離環，其中該隔離環在該靶材和該接地遮罩之間形成介於約1英吋和約2英吋間的一溝。
  18. 如申請專利範圍第13項所述之隔離環，包括一陶瓷材料。
  19. 一種在一基板製程腔室中環繞一沉積環而配置的蓋環，其中該沉積環經調適以位在介於在該腔室的一基板支撐件和一圓柱形遮罩之間，該蓋環包括：一環形楔，其包括：一傾斜頂面，其大小為包圍該基板支撐件，該傾斜頂面具有一內周和一外周；一腳架，其從該傾斜頂面向下延伸，並經調設為置於該沉積環上；及一圓形突出邊緣，其環繞該頂面的該內周，其中一雙階表面是藉由與該傾斜頂面相反側之一弧形缺口而形成於該腳架和該圓形突出邊緣的一較低表面之間；一內圓柱形環帶，其自該環形楔向下延伸；及一外圓柱形環帶，其自該環形楔向下延伸，其中該內圓柱形環帶具有一高度，該高度小於該外圓柱形環帶的高度，其中該內圓柱形環帶與該外圓柱形環帶徑向地安置於該環形楔的該腳架外，以及該外圓柱形 環帶的一外周垂直向上延伸至該傾斜頂面的該外周。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之蓋環，其中該蓋環包含不銹鋼。
  21. 如申請專利範圍第19項所述之蓋環，其中該環形楔的該傾斜頂面係徑向向內傾斜。
  22. 如申請專利範圍第19項所述之蓋環，其中該內圓柱形環帶和該外圓柱形環帶為實質上垂直。
  23. 如申請專利範圍第19項所述之蓋環，包括一曝露表面，其具有一雙股鋁電弧噴塗塗層。
  24. 如申請專利範圍第19項所述之蓋環，其中該蓋環由一金屬材料製成，該金屬材料選自由鈦及鋁所組成之群組。
  25. 如申請專利範圍第24項所述之蓋環，其中該蓋環由純度至少約99.9%的鈦製成。
  26. 如申請專利範圍第19項所述之蓋環，其中該圓形突出邊緣突出一距離，該距離相當於該弧形缺口之寬度的至少約一半。
  27. 如申請專利範圍第19項所述之蓋環，其中該傾斜頂面以一約10度至約20度的角度傾斜。
  28. 如申請專利範圍第19項所述之蓋環，其中該內圓柱形環帶面對該沉積環的一表面與垂直線成一約12度至約18度的角度。
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