TWI521081B - 具有中心饋送射頻能量的用於物理氣相沉積的裝置 - Google Patents

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Description

具有中心饋送射頻能量的用於物理氣相沉積的裝置
本發明之實施例大體而言係關於物理氣相沉積處理設備。
某些習知射頻(radio frequency;RF)物理氣相沉積(physical vapor deposition;PVD)腔室經由耦接至濺射靶材之電氣饋送件向濺射靶材提供RF及直流電(direct current;DC)能量。本發明之發明者發現，具有耦接至靶材之RF及DC能量之習知PVD腔室在所處理之基板上提供不均勻的沉積輪廓。
因此，本發明之發明者提供一種經改良之RF饋送結構及結合該RF饋送結構之PVD腔室。
本發明提供用於物理氣相沉積之方法及裝置。在某些實施例中，一種用以將射頻能量耦接至一物理氣相沉積腔室中之一靶材的饋送結構可包括：一主體，該主體具有用以接收射頻能量之一第一末端及與該第一末端相對以將該射頻能量耦接至一靶材之一第二末端，該主體進一步具有一中心開口，該中心開口經安置而自該第一末端至該第二末端貫穿該主體；一第一部件，該第一部件在該第一末端處耦接至該主體，其中該第一部件包含外接該主體且自該主體徑向向外延伸之一第一元件，及安置於該第一部件中以自一射頻電源接收射頻能量之一或多個端子；以及一源分佈板，該源分佈板耦接至該主體之該第二末端以將該射頻能量分佈至該靶材，其中該源分佈板包括經安置而貫穿該板且與該主體之該中心開口對準之一孔。
在某些實施例中，一種用於物理氣相沉積之裝置可包括：一射頻電源，該射頻電源用以提供射頻能量；一處理腔室，該處理腔室具有一基板支撐件及一靶材，該基板支撐件安置於該處理腔室之一內部空間中，而該靶材面向該基板支撐件之一支撐表面而安置於該處理腔室之該內部空間中；一源分佈板，該源分佈板安置於該處理腔室之外部，且沿該靶材之一周圍邊緣而耦接至該靶材之一背部，以緊鄰該靶材之該周圍邊緣來分佈該射頻能量；以及一主體，其具有一第一末端、與該第一末端相對之一第二末端、經安置而自該第一末端至該第二末端貫穿該主體之一中心開口、及在該第一末端處耦接至該主體之一第一部件；其中，該第一部件包含外接該主體且自該主體徑向向外延伸之一第一元件，及安置於該第一部件中之一或多個端子，其中該一或多個端子中之至少一個端子耦接至該射頻電源；且其中，該主體之該第二末端耦接該源分佈板於與該靶材相對之該源分佈板的一第一側面上。
在某些實施例中，一種用於物理氣相沉積之裝置可包括：一射頻電源，該射頻電源用以提供射頻能量；一處理腔室，該處理腔室具有一基板支撐件及一靶材，該基板支撐件安置於該處理腔室之一內部空間中，且該靶材面向該基板支撐件之一支撐表面而安置於該處理腔室之該內部空間中；一源分佈板，該源分佈板安置於該處理腔室之外部且沿該靶材之一周圍邊緣而耦接至該靶材之一背部，以緊鄰該靶材之該周圍邊緣來分佈該射頻能量；以及一主體，該主體具有一第一末端、與該第一末端相對之一第二末端、經安置而自該第一末端至該第二末端貫穿該主體之一中心開口、及在該第一末端處耦接至該主體之一第一部件；其中，該第一部件包含：一第一元件，該第一元件外接該主體且自該主體徑向向外延伸；一懸臂(cantilevered arm)，該懸臂自該第一元件伸出；一端子，該端子安置於該懸臂中以自該射頻電源接收該射頻能量；及一狹槽，該狹槽經安置而貫穿介於該端子與該主體之間的該第一元件，以圍繞該狹槽而將該射頻能量自該端子引導至該主體，其中該狹槽具有約180度至約小於360度之一弧長；且其中，該主體之該第二末端耦接該源分佈板於與該靶材相對之該源分佈板的一第一側面。
下文將描述本發明之其他及進一步實施例。
本文提供將RF及視需要之DC能量或電力耦接至PVD腔室之靶材之裝置，以及具有耦接至靶材之中心饋送RF及視需要之DC電力的PVD腔室。本發明之裝置有利地允許將RF及DC電力耦接至PVD腔室中之靶材，以使得緊鄰於靶材且處於腔室內之電磁場更為均勻，進而促進靶體材料更為均勻地分佈在所處理之基板上。在某些實施例中，本發明之裝置有益於高壓RF PVD應用，諸如自約1 mTorr至約500 mTorr範圍之壓力。低壓RF PVD亦可受益於本文所揭示之本發明裝置。
第1圖示出根據本發明之某些實施例之物理氣相沉積腔室(處理腔室100)之示意橫截面圖。合適PVD腔室之實例包括 Plus及SIP PVD處理腔室，兩者可購自Applied Materials,Inc.(Santa Clara,California)。Applied Materials,Inc.或其他製造商之其他處理腔室亦可受益於本文所揭示之本發明裝置。
處理腔室100含有基板支撐底座102及諸如靶材106之濺射源，基板支撐底座102用於接納基板104於該基板支撐底座102上。基板支撐底座102可位於接地圍護壁108內，該接地圍護壁108可為腔室壁(如圖示)或接地護罩。在第1圖中，接地護罩140圖示為覆蓋靶材106上方之腔室100之至少某些部分。在某些實施例中，接地護罩140可延伸於靶材下方以同樣圍護底座102。
處理腔室包括用於將RF及DC能量耦接至靶材106之饋送結構110。饋送結構為用於將RF能量及視需要之DC能量耦接至靶材，或將RF能量及視需要之DC能量耦接至(例如)如本文所述之含有靶材之組件的裝置。在某些實施例中，饋送結構110可為管狀。如本文中所使用的，管狀大體而言代表具有任何一般橫截面之空心部件，而並非僅僅代表具有圓形橫截面之空心部件。饋送結構110包括主體112，主體112具有第一末端114及與第一末端114相對之第二末端116。在某些實施例中，主體112進一步包括中心開口115，該中心開口115經安置而自第一末端114至第二末端116貫穿主體112。
饋送結構110之第一末端114可耦接至RF電源118及視需要耦接至DC電源120，該RF電源118及DC電源120可分別用於向靶材106提供RF及DC能量。舉例而言，DC電源120可用於向靶材106施加負電壓或偏壓。在某些實施例中，由RF電源118所供應之RF能量可處於約2 MHz至約60 MHz之頻率範圍中，或(例如)可使用諸如2 MHz、13.56 MHz、27.12 MHz或60 MHz之非限制性頻率。在某些實施例中，可提供複數個RF電源(亦即，兩個或兩個以上)，以提供處於複數個上述頻率中之RF能量。饋送結構110可由合適導電材料來製造，以自RF電源118及DC電源120傳導RF及DC能量。視需要，DC電源120可替代地耦接至靶材，而無需經過饋送結構110(如第1圖中之模型所示)。
饋送結構110可具有合適長度254以促進各別RF及DC能量在饋送結構110之周邊附近大體上均勻分佈。舉例而言，在某些實施例中，饋送結構110可具有約0.75吋至約12吋之長度254，或約3.26吋之長度254。於某些實施例中，其中在主體112不具有中心開口(如以下所論述且如第3圖中所示)，饋送結構110可具有約0.5吋至約12吋之長度254。
在某些實施例中，主體可具有至少約1:1的長度與內徑(inner diameter;ID) 252之比。在某些實施例中，主體可具有至少約0.5:1(例如，約0.6:1)的長度與外徑(outer diameter;OD) 250之比。本發明之發明者發現，提供至少1:1或更大的長度與ID之比或至少0.5:1或更大的長度與OD之比便使得自饋送結構110更為均勻地傳送RF能量(亦即，RF能量更為均勻地分佈於饋送結構周圍，以使得RF能量大致上耦接至饋送結構110之真實中心點)。
饋送結構110之內徑252(亦即，中心開口115之直徑)可為盡可能小，例如，為約1吋至約11吋，或約3.9吋，而同時仍允許磁控管軸件延伸穿過該饋送結構110。於某些實施例中，在無磁控管軸件存在的情況下(例如，未使用磁控管，或以除經由安置於靶材之背面上方中心處之軸件之外的方式(諸如，經由如第3圖中所示之偏心軸件)來控制磁控管)，饋送結構110之內徑252可小至為零吋(例如，主體112可不具備中心開口115)。在此類實施例中，饋送結構110之內徑252(若有)可為(例如)約0吋至約11吋。
饋送結構110之外徑250可為盡可能小，例如，約1.5吋至約12吋，或約5.8吋，而同時保持饋送結構110之足夠壁厚以確保機械完整性。於某些實施例中，如第3圖中所示，在無磁控管軸件存在的情況下，饋送結構110之外徑250可小至為約0.5吋。在此類實施例中，饋送結構110之外徑250可為(例如)約0.5吋至約12吋。
提供較小內徑(及較小外徑)便會促進長度與ID之比(及長度與OD之比)的提高，而無需增加饋送結構110之長度。雖然上文將饋送結構110描述為用以將RF及DC能量兩者耦接至靶材，但饋送結構110亦可用來僅將RF能量耦接至靶材，而不提供DC能量或將DC能量自不同部位耦接至靶材。在此類實施例中，RF能量仍然較為均勻地提供至靶材以促進較為均勻之電漿處理，即使DC能量(若提供)可能不如經由饋送結構110所提供的一樣均勻。
主體112之第二末端116耦接至源分佈板122。源分佈板包括孔124，該孔124經安置而貫穿源分佈板122且與主體112之中心開口115對準。源分佈板122可由合適導電材料來製造，以自饋送結構110傳導RF及DC能量。
源分佈板122可經由導電部件125而耦接至靶材106。導電部件125可為具有第一末端126之管狀部件，第一末端126緊鄰源分佈板122之周圍邊緣而耦接至源分佈板122之面向靶材的表面128。導電部件125進一步包括第二末端130，第二末端130緊鄰靶材106之周圍邊緣而耦接至靶材106之面向源分佈板的表面132(或耦接至靶材106之背板146)。
空腔134可由導電部件125之向內壁、源分佈板122之面向靶材的表面128及靶材106之面向源分佈板的表面132來界定。空腔134經由源分佈板122之孔124而以流體連通式(fluidly)至主體112之中心開口115。空腔134及主體112之中心開口115可用來至少部分地容納如第1圖中所圖示及下文進一步描述的可旋轉磁控管組件136之一或多個部分。在某些實施例中，可用諸如水(H2O)或類似物之冷卻流體至少部分地填充空腔。
可提供接地護罩140以覆蓋處理腔室100之蓋子的外部表面。接地護罩140可(例如)經由腔室主體之接地連接而耦接至地面。接地護罩140具有中心開口，以允許饋送結構110穿過接地護罩140而耦接至源分佈板122。接地護罩140可包含任何合適導電材料，諸如鋁、銅或類似物。在接地護罩140與分佈板122、導電部件125及靶材106(及/或背板146)之外表面之間提供絕緣間隙139，以防止將RF及DC能量直接引送至地面。絕緣間隙可充填有空氣或某些其他合適介電材料，諸如陶瓷、塑膠或類似物。
在某些實施例中，接地軸環141可安置於饋送結構110之主體112及下部周圍。接地軸環141耦接至接地護罩140，且接地軸環141可為接地護罩140之一體成形的部分或可為耦接至接地護罩以提供饋送結構110之接地的獨立部分。接地軸環141可由諸如鋁或銅之合適導電材料製成。在某些實施例中，安置於接地軸環141之內徑與饋送結構110之主體112之外徑之間的間隙可保持在最小限度且僅僅可足夠提供電氣隔離。間隙可充填有諸如塑膠或陶瓷之隔離材料，或可為空氣間隙。接地軸環141防止RF饋送件(例如，下文所論述之電氣饋送件205)與主體112之間的串擾，進而改良電漿及處理均勻性。
隔離板138可安置於源分佈板122與接地護罩140之間，以防止將RF及DC能量直接引送至地面。隔離板138具有中心開口，以允許饋送結構110穿過隔離板138且耦接至源分佈板122。隔離板138可包含諸如陶瓷、塑膠或類似物之合適介電材料。或者，可提供空氣間隙來代替隔離板138。在提供空氣間隙來代替隔離板之實施例中，接地護罩140在結構上可足夠穩固以支撐置於接地護罩140上之任何組件。
第2圖以展開圖之方式示出饋送結構110，且比第1圖中所示之示意橫截面圖更為詳細。在某些實施例中，饋送結構110可包括第一部件，該第一部件在主體112之第一末端處或附近耦接至主體112，且自該第一末端處徑向向外延伸，以便於將饋送結構110耦接至下文所述之能量源。舉例而言，在某些實施例中，饋送結構110可包括第一元件202，該第一元件外接主體112之第一末端114且自主體112徑向向外延伸。第一元件202可製成如第2圖中所示之環狀盤或環之形狀。第一元件202可為主體112之一體成形的部分，或者可為獨立元件(如由緊鄰第一末端114之虛線所示)，該獨立元件可緊鄰於第一末端114(諸如)藉由焊接、銅焊、夾持、螺栓連接或類似方式而耦接至主體112上。第一元件202包含導電材料，該導電材料可包括與構成主體112之材料相類似的材料。
端子201、端子203可安置於第一元件202中以分別將RF電源118及DC電源120耦接至第一元件202。舉例而言，每一端子可經設置以接受電氣饋送件205、207，用於將RF電源118及(在某些實施例中)DC電源120分別耦接至端子201、203。舉例而言，電氣饋送件205、207可為用於耦接RF及/或DC能量之任何合適饋送件，諸如連接桿或類似物。該等端子可定位於任何合適位置，以至少在高壓條件下，於基板104上達成均勻層沉積。舉例而言，端子201、203可圍繞中心開口115而完全相對。或者，可沿第一元件202之直徑或在任何合適設置中不對稱地安置端子201、203，以在基板104上達成所期望之均勻沉積輪廓。或者，RF及DC能量可耦接至第一元件202中之一或多個共用端子(例如，耦接至單個端子或耦接至端子201、203兩者)。
第一元件202可具有任何合適之直徑，該合適直徑須至少在高壓條件下於基板104上達成均勻層沉積。第一元件202可具有約2吋至約20吋之直徑範圍。在某些實施例中，第一元件202之直徑為約10吋。舉例而言，本發明之發明者發現，與(例如)藉由在主體112之側壁之徑向延伸位置中耦接電氣饋送件205、207而將RF能量直接耦接至主體112之側壁的情況相比較，將RF能量耦接至第一元件202可有利於在緊鄰靶材之RF能量電磁場分佈中達成更大的均勻性。具體而言，雖然將RF能量直接耦接至主體112之側壁可改良RF能量分佈，但本發明之發明者發現仍存在某些不均勻性，而若距離源分佈板更遠地將RF能量耦接至主體，則可產生進一步改良(例如，參見上文所論述的主體112之長度與ID或OD之比，及/或將RF能量耦接至第一元件202)。
在某些實施例中，饋送結構110可包括第二部件，該第二部件在第二末端116處或附近耦接至主體112，以便於將主體112耦接至源分佈板122。在某些實施例中，第二部件可為外接主體112之第二末端116之第二元件204。第二元件204可製成如第2圖中所示之環狀盤或凸緣之形狀。第二元件204可為主體112之一體成形的部分，或者可為獨立元件(如由緊鄰第二末端116之虛線所示)，該獨立元件可緊鄰於第二末端116而(諸如)藉由焊接、銅焊、夾持、螺栓連接或類似方式固定至主體112上。第二元件204包含導電材料，該導電材料可包括與構成主體112之材料相類似的材料。
第二元件204可用來將饋送結構110緊鄰於孔124而耦接至源分佈板122之面向主體的表面209。第二元件204可具有所期望之任何合適直徑，以在饋送結構110至源分佈板122之耦接中提供結構支撐。舉例而言，第二元件204可具有約2吋至約12吋之直徑範圍。在某些實施例中，第二元件204之直徑為約7吋。
在某些實施例中，饋送結構110可包括自主體112之第二末端延伸至源分佈板122之孔124中的第三元件210。如第2圖中所示，第三元件210可為管狀，且可為主體112之延伸部分。舉例而言，可提供第三元件210以進一步改良饋送結構110與源分佈板122之間的耦接之結構穩定性。雖然圖示為自源分佈板122之面向主體的表面延伸至源分佈板122之面向靶材的表面128，但第三元件210之長度可比圖示之長度更大或更小。類似於第一元件202及第二元件204，第三元件210可為主體112之連續部分，或者可為獨立元件(如由緊鄰第二末端116之水平虛線示出)，該獨立元件可緊鄰於第二末端116而(諸如)藉由焊接、銅焊、夾持、螺栓連接或類似方式固定至主體112上。第三元件210包含導電材料，該導電材料可包括與構成主體112之材料相類似的材料。
在某些實施例中，饋送結構110可進一步包括襯裏212。襯裏212可安置於主體112之中心開口124內。襯裏212可自主體112之第一末端114至源分佈板122之面向靶材的表面128而填襯中心開口124。襯裏212可進一步部分地安置於主體112之第一末端114之頂上，例如，安置於第一元件202緊鄰主體112之中心開口115的一部分之頂上。襯裏212可包含介電材料，例如，聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene;PTFE)、塑膠、陶瓷或類似物。舉例而言，襯裏212可用來將磁控管組件136之構件與導電饋送結構110、RF電源118及DC電源120電氣隔離。
第2圖中所示出之饋送結構110之設置僅為說明性的，且涵蓋其他設計。舉例而言，第4A-E圖示出根據本發明之某些實施例之饋送結構110之其他設置的俯視圖的非限制性實例。第4A圖示出饋送結構110之俯視圖，其中第一部件包含安置於主體112之相對側面上且遠離中心開口115徑向向外延伸的懸臂402、404。端子201、203分別安置於臂402、404中，以分別接受電氣饋送件205、207，該等電氣饋送件可為連接桿，諸如RF連接桿、DC連接桿或類似物。
在某些實施例中，第一部件可進一步包含環(例如，第一元件202)，該環耦接至主體112且具有自該環處徑向向外延伸之懸臂402、404。在裝置之某些實施例中，本發明之發明者發現，雖然單獨的第一元件比起習知裝置，改良了緊鄰於靶材之電磁場分佈之均勻性，但可能無法如所期望的一樣提供電磁場分佈之足夠均勻性。因此，本發明之發明者進一步發現，提供一或多個自主體112之第一末端114或自第一元件徑向延伸之懸臂可進一步改良緊鄰靶材之電磁場分佈之均勻性。
在本文所揭示之任一實施例中，RF能量可施加至任一端子或兩端子，視需要亦可將DC能量施加至任一端子或兩端子。舉例而言，在某些實施例中，可將RF能量施加至第一端子201，且可將DC能量施加至第二端子203。或者，可將RF能量施加至第一端子201及第二端子203兩者。或者，可將RF能量及DC能量各自施加至第一端子201及第二端子203兩者。
用於將RF(及/或DC)能量施加至饋送結構110之部位之數量可產生變化(例如，一或多個)。於某些實施例中，在提供一個以上饋送部位的情況下，此類部位可對稱地安置(諸如，第4A圖中所示出之兩個相對端子201、203)。舉例而言，如第4B圖中所示，可提供兩個以上(圖示之四個或八個)饋送部位。第4B圖示出具有四個懸臂402、404、406、408之饋送結構110。每一臂具有端子(例如，201、203、401、403)以耦接至RF或DC能量源。如圖中標記之虛線410所示，亦可按對稱佈置之方式提供具有端子之額外懸臂。可將RF能量耦接至每一端子，或耦接至相對端子，且在某些實施例中，可將DC能量耦接至每一端子或相對端子。在某些實施例中，可向第一組相對端子(例如，201、203)提供RF能量，且可向不同於第一組之第二組相對端子(例如，401、403)提供DC能量。如第4A圖中所示，每一懸臂可自耦接至主體112之環徑向向外延伸。
在某些實施例中，端子可在兩個或兩個以上離散點處(而非連續地)耦接至饋送結構110之主體112。舉例而言，如第4C圖中所示，可在每一懸臂402、404與主體112之間提供狹槽414，以有利地將施加至端子201、203之能量引導至接觸區域416。狹槽414以自主體112之外壁412至少部分徑向向外的方式形成，從而使得自端子至主體不存在橫跨狹槽414之導電途徑(例如，能量必須圍繞狹槽414行進)。舉例而言，狹槽有利地迫使耦接至每一端子之能量(任一者或兩者皆針對RF能量及任一者或兩者皆針對DC能量)(例如)偏離端子部位90度而傳播，從而即使在僅將一個RF及DC供應器耦接至饋送結構110時，亦提供對稱饋送。狹槽414可具有任何合適寬度，以防止或最小化狹槽之相對側面間之間的串擾。舉例而言，在某些實施例中，狹槽414可具有約1/8吋至約2吋之寬度，或在某些實施例中，可具有大於約1/2吋之寬度。在某些實施例中，狹槽414可具有約45度至約90度之弧長。
在某些實施例中，如第4D圖中所示，可提供額外狹槽418以有利地限制接觸點416之大小，且有利地進一步控制將能量(RF或DC)自各別端子201、203耦接至饋送結構110之主體112的精確部位。在某些實施例中，如第4D圖中所示，狹槽414、416可各自具有稍小於90度之弧長，以提供具有中心之四個接觸點416，該等接觸點416圍繞饋送結構110之主體112每隔90度而安置，且該等接觸點416相對於連接端子201、203之假想線旋轉約45度。在此類實施例中，自每一端子201、203至最近的接觸點416之距離大約相等，藉此促進能量從各別能量源經由饋送結構110對稱施加至靶材。
上文所揭示之不同實施例亦可結合起來。舉例而言，如第4E圖中所示，可在複數個懸臂(圖示之四個懸臂402、404、406、408)中之每一懸臂上提供端子(圖示之四個端子201、203、401、403)，且可在每一懸臂與主體112之間提供狹槽414以將能量引導至安置於主體112周圍之接觸點416。可提供額外狹槽418以進一步控制以上述方式施加至端子之能量的路徑。
在某些實施例中，如第4F圖中所示，可提供單個狹槽414。狹槽414可具有介於約90度與約稍小於360度之間的弧長，或介於約180度與約稍小於360度之間的弧長。可將狹槽414提供為鄰接於RF能量施加之端子(第4F圖中之端子203)。以此方式提供之單個狹槽414便提供單個接觸點416，而使RF能量自端子203行進至RF饋送結構之主體112。接觸點416在大小上可視狹槽414之弧長而變化。舉例而言，當狹槽414具有約180度之弧長時，接觸點416將圍繞主體112延伸約180度。當狹槽414具有稍小於360度之弧長時，接觸點416可較小。在此類實施例中，接觸點416應為足夠大，以提供堅固接觸點，供舌片(tab)404耦接至主體112。
本發明之發明者超乎預期地發現，在向RF饋送件提供受控不對稱性時，最終到達靶材之RF能量之對稱性可能更佳。舉例而言，由於橫跨狹槽414之較弱RF耦接與沿接觸點416之較強RF耦接相結合，故可控制沿著主體112行進且到達分佈板122之結合式RF能量分佈(示於第1圖中)，以使RF能量分佈更加均勻或對稱。本發明之發明者進一步超乎預期地發現，此效果基於所提供RF能量之頻率而變化。同樣地，狹槽404之弧長可基於所使用之RF能量之頻率而變化，以便控制提供至靶材之RF能量的對稱性。在某些實施例中，如第4F圖中所示，可提供第二端子(端子201)以將DC能量耦接至靶材。在某些實施例中，可省略第二端子。
返回至第1圖，可經由介電隔離件144將靶材106支撐於接地導電鋁配接件142上。靶材106包含在濺射期間待沉積於基板104上之材料，諸如金屬或金屬氧化物。在某些實施例中，背板146可耦接至靶材106之面向源分佈板的表面132。背板146可包含導電材料，諸如銅-鋅、銅-鉻或與靶材相同之材料，以使得可經由背板146將RF及DC電力耦接至靶材106。或者，背板146可為不導電，且可包括諸如電氣饋通件或類似物之導電元件(未圖示)，以將靶材106之面向源分佈板的表面132耦接至導電部件125之第二末端130。舉例而言，可包括背板146，以改良靶材106之結構穩定性。
基板支撐底座102具有面向靶材106之主要表面之材料接納表面，且基板支撐底座102將待濺射塗佈之基板104支撐在與靶材106之主要表面相對之平面位置中。基板支撐底座102可將基板104支撐於處理腔室100之中心區域148中。中心區域148界定為處理期間處於基板支撐底座102上方之區域(例如，當在處理位置時，靶材106與基板支撐底座102之間的區域)。
在某些實施例中，基板支撐底座102可藉由連接至底部腔室壁152之伸縮囊150垂直移動，以允許藉由處理腔室100之下部中之負載鎖止閥(未圖示)將基板104傳送至基板支撐底座102上，且隨後將基板104上升至沉積或處理位置。可自氣體源154藉由質量流量控制器156來將一或多個處理氣體供應至腔室100之下部中。可提供排氣口158且經由閥門160將該排氣口158耦接至泵(未圖示)，以排空處理腔室100之內部空間並便於維持處理腔室100內部之所期望的壓力。
RF偏壓電源162可耦接至基板支撐底座102，以便於在基板104上誘發負的DC偏壓。另外，在某些實施例中，處理期間負的DC自偏壓可形成於基板104上。舉例而言，由RF偏壓電源162供應之RF電力可處於約2 MHz至約60 MHz之頻率範圍中，例如，可使用諸如2 MHz、13.56 MHz、或60 MHz之非限制性頻率。在其他應用中，基板支撐底座102可接地或保持為電氣浮接。舉例而言，電容調諧器164可耦接至基板支撐底座，以針對可能不需要RF偏壓電力之應用調整基板104上之電壓。
可旋轉磁控管組件136可緊鄰於靶材106之背表面(例如，面向源分佈板的表面132)而定位。可旋轉磁控管組件136包括由基座板168支撐之複數個磁鐵166。基座板168連接至旋轉軸件170，該旋轉軸件170與腔室100及基板104之中心軸線重合。馬達172可耦接至旋轉軸件170之上端，以驅動磁控管組件136之旋轉。磁鐵166在腔室100內產生磁場，該磁場一般平行且接近於靶材106之表面以捕集電子且增加局部電漿密度，進而又增加濺射率。磁鐵166在腔室100之頂部周圍產生電磁場，且旋轉磁鐵166來使影響製程之電漿密度的電磁場旋轉，從而更為均勻地濺射靶材106。舉例而言，旋轉軸件170每分鐘可旋轉約0轉至約150轉。
在某些實施例中，腔室100可進一步包括連接至配接件142之凸耳176的接地底部護罩174。暗區護罩178可支撐於底部護罩174上，且可藉由螺釘或其他合適方式將暗區護罩178固定於底部護罩174上。底部護罩174與暗區護罩178之間的金屬螺紋連接允許將兩個護罩174、178接地至配接件142。又將配接件142密封且接地至鋁腔室側壁108。護罩174、178兩者通常由堅硬、非磁性不銹鋼形成。
底部護罩174向下延伸，且可包括具有大體恆定直徑之大體管狀部分180。底部護罩174沿配接件142之壁及腔室壁108向下延伸至基板支撐底座102之頂表面下方，且向上返回直至到達基板支撐底座102之頂表面為止(例如，在底部形成U形部分184)。當基板支撐底座102處於該底座102較下之負載位置時，蓋環186位於底部護罩174之向上延伸內部188之頂部上；但當基板支撐底座102處於該底座102較上之沉積位置時，蓋環186位於基板支撐底座102外周邊上，以保護基板支撐底座102免受濺射沉積。額外沉積環(未圖示)可用以遮蔽基板104之周邊而使其免受沉積。
在某些實施例中，磁鐵190可安置於腔室200周圍，以在基板支撐底座102與靶材106之間有選擇性地提供磁場。舉例而言，如第1圖中所示，當在處理位置中時，磁鐵190可圍繞腔室壁108之外部而安置於基板支撐底座102正上方區域中。在某些實施例中，可另外或替代地將磁鐵190安置於其他部位中，諸如鄰接於配接件142。磁鐵190可為電磁體且可耦接至電源(未圖示)，用於控制電磁體所產生之磁場之量值。
因而，本文提供用於耦接RF及DC電力之裝置。本發明之裝置有利地允許將RF及DC電力耦接至PVD腔室中之靶材，以使得可將靶材材料均勻分佈於基板上。本發明之裝置有益於高壓RF PVD應用，諸如處於約1 mTorr至500 mTorr範圍之壓力。然而，低壓RF PVD亦可受益於本文所揭示之本發明裝置。
雖然上文係針對本發明之實施例，但在不脫離本發明之基本範疇之情況下，可設計本發明之其他及進一步實施例。
100．．．處理腔室
102．．．基板支撐底座
104．．．基板
106．．．靶材
108．．．接地圍護壁
110．．．饋送結構
112．．．主體
114．．．第一末端
115．．．中心開口
116．．．第二末端
118．．．射頻電源
120．．．直流電源
122．．．源分佈板
124．．．孔
125．．．導電部件
126．．．第一末端
128．．．面向靶材的表面
130．．．第二末端
132．．．面向源分佈板的表面
134．．．空腔
138．．．隔離板
136．．．可旋轉磁控管組件
140．．．接地護罩
142．．．導電鋁配接件
139．．．絕緣間隙
146．．．背板
141．．．接地軸環
150．．．伸縮囊
144．．．介電隔離件
154．．．氣體源
148．．．中心區域
158．．．排氣口
152．．．底部腔室壁
162．．．射頻偏壓電源
156．．．質量流量控制器
166．．．磁鐵
160．．．閥門
170．．．旋轉軸件
164．．．電容調諧器
174．．．接地底部護罩
168．．．基座板
178．．．暗區護罩
172．．．馬達
184．．．U形部分
176．．．凸耳
188．．．內部
180．．．管狀部分
201．．．端子
186．．．蓋環
203．．．端子
190．．．磁鐵
205．．．電氣饋送件
202．．．第一元件
209．．．面向主體的表面
204．．．第二元件
212．．．襯裏
207．．．電氣饋送件
252．．．內徑
210．．．第三元件
401．．．端子
250．．．外徑
403．．．端子
254．．．長度
406．．．懸臂
402．．．懸臂
410．．．虛線
404．．．懸臂
414．．．狹槽
408．．．懸臂
418．．．額外狹槽
412．．．外壁
416．．．接觸區域
參考附加圖式中所示之本發明說明性實施例，可瞭解以上詳細論述之本發明實施例。然而，應注意，附加圖式僅圖示本發明之典型實施例，且因此不欲視為其範疇之限制，因為本發明可允許其他同等有效之實施例。
第1圖示出根據本發明之某些實施例之處理腔室的示意橫截面圖。
第2圖示出根據本發明之某些實施例之饋送結構的示意橫截面圖。
第3圖示出根據本發明之某些實施例之處理腔室的示意橫截面圖。
第4A-F圖示出根據本發明之某些實施例之饋送結構之其他設置的俯視圖的非限制性實例。
為促進理解，在可能情況下已使用相同元件符號代表諸圖所共有之相同元件。諸圖式未按比例繪製且為清楚起見可予以簡化。預期一個實施例之元件及特徵可有利地併入其他實施例中而無需進一步敍述。
100．．．處理腔室
102．．．基板支撐底座
104．．．基板
106．．．靶材
108．．．接地圍護壁
110．．．饋送結構
112．．．主體
114．．．第一末端
115．．．中心開口
116．．．第二末端
118．．．射頻電源
120．．．直流電源
122．．．源分佈板
124．．．孔
125．．．導電部件
126．．．第一末端
128．．．面向靶材的表面
130．．．第二末端
132．．．面向源分佈板的表面
134．．．空腔
136．．．可旋轉磁控管組件
138．．．隔離板
139．．．絕緣間隙
140．．．接地護罩
141．．．接地軸環
142．．．導電鋁配接件
144．．．介電隔離件
146．．．背板
148．．．中心區域
150．．．伸縮囊
152．．．底部腔室壁
154．．．氣體源
156．．．質量流量控制器
158．．．排氣口
160．．．閥門
162．．．射頻偏壓電源
164．．．電容調諧器
166．．．磁鐵
168．．．基座板
170．．．旋轉軸件
172．．．馬達
174．．．接地底部護罩
176．．．凸耳
180．．．管狀部分
184．．．U形部分
186．．．蓋環
188．．．內部
190．．．磁鐵

Claims (20)

  1. 一種饋送結構，該饋送結構用以將射頻能量耦接至一物理氣相沉積腔室中之一靶材，該饋送結構包含：一主體，該主體具有用以接收該射頻能量之一第一末端及與該第一末端相對以將該射頻能量耦接至一靶材之一第二末端，該主體進一步具有一中心開口，該中心開口經安置而自該第一末端至該第二末端貫穿該主體；一第一部件，該第一部件在該第一末端處耦接至該主體，其中該第一部件包含外接該主體且自該主體徑向向外延伸之一第一元件，及安置於該第一部件中以自一射頻電源接收射頻能量之一或多個端子；以及一源分佈板，該源分佈板耦接至該主體之該第二末端以將該射頻能量分佈至該靶材，其中該源分佈板包括經安置而貫穿該板且與該主體之該中心開口對準之一孔。
  2. 如請求項1所述之饋送結構，其中該主體具有足以在該饋送結構之周邊附近分佈該射頻能量之一長度，以使得該射頻能量實質上均勻地提供至該源分佈板。
  3. 如請求項2所述之饋送結構，其中該主體之該長度與該主體之一外徑之一比為至少約0.5：1。
  4. 如請求項1至請求項3中之任一項所述之饋送結構，其中該第一部件進一步包含：一或多個懸臂，該等懸臂自該第一元件伸出，其中該一或多個端子中之一端子安置於每一懸臂中；以及一或多個狹槽，該等狹槽安置於該第一元件中，其中該一或多個狹槽中之至少一個狹槽安置於該一或多個端子中之至少一個端子與該主體之間，以圍繞該一或多個狹槽而將來自該至少一個端子之能量引導至該主體。
  5. 如請求項4所述之饋送結構，其中，該一或多個懸臂進一步包含：兩個或兩個以上懸臂，其中，該兩個或兩個以上懸臂對稱地安置於該第一元件周圍。
  6. 如請求項4所述之饋送結構，其中該一或多個狹槽由一單個狹槽組成，其中該單個狹槽具有約180度至約小於360度之一弧長。
  7. 如請求項6所述之饋送結構，其中該一或多個懸臂由自該第一元件延伸之一個懸臂組成，且其中該端子安置於該一個懸臂的相對該第一元件之一末端中。
  8. 一種用於物理氣相沉積之裝置，該裝置包含：一射頻電源，該射頻電源用以提供射頻能量； 一處理腔室，該處理腔室具有一基板支撐件及一靶材，該基板支撐件安置於該處理腔室之一內部空間中，且該靶材面向該基板支撐件之一支撐表面而安置於該處理腔室之該內部空間中；一源分佈板，其安置於該處理腔室之外部且沿該靶材之一周圍邊緣耦接至該靶材之一背部，以緊鄰該靶材之該周圍邊緣來分佈該射頻能量；以及一主體，該主體具有一第一末端、與該第一末端相對之一第二末端、經安置而自該第一末端至該第二末端貫穿該主體之一中心開口、及在該第一末端處耦接至該主體之一第一部件；其中，該第一部件包含外接該主體且自該主體徑向向外延伸之一第一元件及安置於該第一部件中之一或多個端子，其中該一或多個端子中之至少一個端子耦接至該射頻電源；並且其中，該主體之該第二末端耦接該源分佈板於與該靶材相對之該源分佈板的一第一側面上。
  9. 如請求項8所述之裝置，其中該主體具有足以在饋送結構之周邊附近分佈該射頻能量之一長度，以使得該射頻能量實質上均勻地提供至該源分佈板。
  10. 如請求項9所述之裝置，其中該主體之一長度與該主體之一外徑之一比為至少約0.5：1。
  11. 如請求項8至請求項10中之任一項所述之裝置，該裝置進一步包含：一旋轉磁控管組件，該旋轉磁控管組件包括一磁鐵及一軸件，該軸件用於使該磁鐵緊鄰該靶材之該背部旋轉，其中該軸件與自該靶材垂直延伸之一中心軸線同軸，且其中該軸件經安置而穿過該主體之該中心開口並穿過經安置而貫穿該源分佈板之一對應孔。
  12. 如請求項11所述之裝置，其進一步包含：一襯裏，該襯裏包含一介電材料，該襯裏安置在介於該主體與該磁控管組件之該軸件之間的該主體之該中心開口內。
  13. 如請求項8至請求項10中之任一項所述之裝置，其中該主體進一步包含：一第二元件，該第二元件外接該主體之該第二末端，該第二元件將該主體耦接至該源分佈板之該第一側面。
  14. 如請求項8至請求項10中之任一項所述之裝置，其中該第一部件進一步包含：一或多個懸臂，該等懸臂自該第一元件伸出，其中該一或多個端子中之一端子安置於該一或多個懸臂之每 一懸臂中；以及一或多個狹槽，該等狹槽安置於該第一元件中，其中該一或多個狹槽中之至少一個狹槽安置於該一或多個端子中之至少一個端子與該主體之間，以圍繞該一或多個狹槽而將來自該至少一個端子之能量引導至該主體。
  15. 如請求項14所述之裝置，其中該一或多個懸臂進一步包含：兩個或兩個以上懸臂，其中該兩個或兩個以上懸臂對稱地安置於該第一元件周圍。
  16. 如請求項14所述之裝置，其中該一或多個狹槽由一單個狹槽組成，其中該單個狹槽具有約180度至約小於360度之一弧長。
  17. 如請求項16所述之裝置，其中該一或多個懸臂由自該第一元件延伸之一個懸臂組成，且其中該端子安置於該一個懸臂相對於該第一元件之一末端中。
  18. 如請求項8至請求項10中之任一項所述之裝置，該裝置進一步包含：一直流電源，該直流電源耦接至該靶材以向該靶材提供直流電能量。
  19. 一種用於物理氣相沉積之裝置，該裝置包含：一射頻電源，該射頻電源用以提供射頻能量；一處理腔室，該處理腔室具有一基板支撐件及一靶材，該基板支撐件安置於該處理腔室之一內部空間中，且該靶材面向該基板支撐件之一支撐表面而安置於該處理腔室之該內部空間中；一源分佈板，該源分佈板安置於該處理腔室之外部且沿該靶材之一周圍邊緣耦接至該靶材之一背部，以緊鄰該靶材之該周圍邊緣來分佈該射頻能量；以及一主體，該主體具有一第一末端、與該第一末端相對之一第二末端、經安置而自該第一末端至該第二末端貫穿該主體之一中心開口、及在該第一末端處耦接至該主體之一第一部件；其中，該第一部件包含：一第一元件，該第一元件外接該主體且自該主體徑向向外延伸；一懸臂，該懸臂自該第一元件伸出；一端子，該端子安置於該懸臂中以自該射頻電源接收該射頻能量；及一狹槽，該狹槽經安置而貫穿介於該端子與該主體之間的該第一元件，以圍繞該狹槽而將該射頻能量自該端子引導至該主體，其中該狹槽具有約180度至約小於360度之一弧長；並且其中，該主體之該第二末端耦接該源分佈板於與該靶材相對之該源分佈板的一第一側面上。
  20. 如請求項19所述之裝置，該裝置進一步包含： 一直流電源，該直流電源用以提供直流電能量，其中該直流電源耦接至該靶材係經由一個或多個：該懸臂之該端子；或一第二端子，該第二端子安置於一第二懸臂中，其中該懸臂與該第二懸臂對稱地安置於該第一元件周圍。
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