TWI537410B - 可調整式處理間距、置中及改良的氣體傳導 - Google Patents

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Description

可調整式處理間距、置中及改良的氣體傳導
本發明實施例大致關於半導體處理腔室之製程套組以及具有套組之半導體處理腔室。更明確地，本發明實施例係關於用於物理氣相沉積腔室且包括蓋環、遮蔽件與絕緣件之製程套組。
物理氣相沉積(PVD)或濺射係電子元件製造最常用處理之一。PVD係執行於真空腔室中之電漿處理，其中負偏壓靶材係暴露於具有相當重原子(例如，氬(Ar))之惰性氣體或包含上述惰性氣體之氣體混合物的電漿。惰性氣體之離子對靶材的轟擊造成靶材材料原子之噴出。噴出原子在基板上累積成沉積薄膜，基板置放於配置於腔室中之基板支撐基座上。
製程套組可配置於腔室中以助於相對於基板在腔室中之所欲區域內界定處理區域。製程套組通常包括蓋環、沉積環與接地遮蔽件。將電漿與噴出原子侷限於處理區域有助於維持腔室中之其他部件不具沉積材料，並因為較高百分比的噴出原子係沉積於基板上而促進更有效地利用靶材材料。
雖然傳統環與遮蔽件設計具有健全的處理歷史，但關鍵尺寸的降低造成越來越注意腔室中之污染源。隨著基板支撐基座在傳送與處理位置之間升起與下降，環與遮蔽件週期性地接觸彼此，這種傳統設計係微粒污染的可能來源。
再者，控制腔室中之氣體分配的能力對沉積膜之品質與一致性兩者造成影響。蓋環通常相對於基座置中而造成在蓋環與遮蔽件間產生非均勻間隔，這造成非均勻的氣體分配。再者，蓋環通常不允許靶材與基板間之距離的變化。又於先前設計中，基板表面係位在或接近蓋環頂部，這造成反應物種集中於基板邊緣附近。
因此，技術中需要改良的製程套組。
本發明實施例大致提供用於物理氣相沉積(PVD)腔室之製程套組以及具有插入式製程套組之PVD腔室。一實施例中，製程套組包括插入式接地遮蔽件、蓋環與絕緣環。
一實施例中，提供物理氣相沉積腔室之遮蔽件。遮蔽件包括圓柱形外帶、圓柱形內帶、耦接內帶與外帶以形成單件式單一構件之基部平板、以及複數個耦接至圓柱形內帶之球體。球體徑向延伸於圓柱形內帶之內部。
另一實施例中，提供圍繞濺射靶材面對基板處理腔室中之基板支撐件之濺射表面的遮蔽件。遮蔽件包括圓柱形外帶，具有尺寸設以圍繞濺射靶材之濺射表面之第一直徑，圓柱形外帶具有尺寸設以圍繞濺射表面之頂部端以及尺寸設以圍繞基板支撐件之底部端；傾斜梯部，具有大於第一直徑之第二直徑，並自圓柱形外帶之頂部端徑向向外延伸；架設凸緣，自傾斜梯部徑向向外延伸；基部平板，自圓柱形帶之底部端徑向向內延伸；及圓柱形內帶，耦接於基部平板且尺寸設以圍繞基板支撐件之周邊邊緣，其中圓柱形內帶具有複數個各自用以容納置中機構之孔洞，以均勻地圍繞遮蔽件之直徑維持遮蔽件與蓋環間之受控制間隙。
又另一實施例中，提供製程套組，其包含遮蔽件，用以圍繞濺射靶材面對基板處理腔室之基板支撐件的濺射表面；蓋環，用於配置在基板處理腔室中之沉積環周圍，沉積環係在腔室中之基板支撐件與遮蔽件之間；及置中機構，用以相對蓋環置中遮蔽件。遮蔽件包括圓柱形外帶，具有尺寸設以圍繞濺射靶材之濺射表面的第一直徑；架設凸緣；傾斜梯部；基部平板，自圓柱形帶之底部端徑向向內延伸；及圓柱形內帶，耦接於基部平板並尺寸設以圍繞基板支撐件之周邊邊緣。圓柱形外帶具有尺寸設以圍繞濺射表面之頂部端以及尺寸設以圍繞基板支撐件之底部端。傾斜梯部具有大於第一直徑之第二直徑，其自圓柱形外帶之頂部端徑向向外延伸。架設凸緣自傾斜梯部徑向向外延伸。圓柱形內帶具有複數個各自用以容納置中機構之孔洞，以均勻地圍繞遮蔽件之直徑維持遮蔽件與蓋環間之受控制間隙。蓋環包括環狀楔形物、內圓柱形帶、橋體與外圓柱形帶。環狀楔形物包括圍繞基板支撐件之傾斜頂表面，傾斜頂表面具有內周邊與外周邊；足部，自傾斜頂表面向下延伸；及凸出緣，在頂表面之內周邊附近。內圓柱形帶自環狀楔形物向上與向下延伸。橋體係耦接至內圓柱形帶之上端。外圓柱形帶自橋體向下延伸，且外圓柱形帶的高度小於內圓柱形帶的高度。
又另一實施例中，提供蓋環。蓋環包括環狀楔形物、內圓柱形帶、橋體與外圓柱形帶。環狀楔形物包括圍繞基板支撐件之傾斜頂表面，傾斜頂表面具有內周邊與外周邊；足部，自傾斜頂表面向下延伸；及凸出緣，在頂表面之內周邊附近。內圓柱形帶自環狀楔形物向上與向下延伸。橋體係耦接至內圓柱形帶之上端。外圓柱形帶自橋體向下延伸，而外圓柱形帶的高度小於內圓柱形帶的高度。
本發明實施例大致提供用於物理氣相沉積(PVD)腔室之製程套組。一實施例中，製程套組提供蓋環與遮蔽件間之可調整式處理間距、置中以及蓋環與遮蔽件間之受控制氣流以促成均勻的氣體分配，這促進更高的處理一致性與重複性以及較長的腔室部件服務壽命。
一實施例中，遮蔽件之內徑壁以及蓋環之內徑壁與外徑壁係高到可允許蓋環相對於遮蔽件之移動中的大間距範圍。蓋環溝槽深度的提高可允許更廣範圍的移動同時仍保持部分重疊以避免電漿滲進處理區域中。一實施例中，遮蔽件具有用於置中機構之均勻間隔孔洞，以圍繞直徑維持遮蔽件與蓋環間之均勻間隙。某些實施例中，置中機構可壓入遮蔽件中。一實施例中，置中機構係由壓入金屬支架之準確控制之藍寶石球體所製成，其提供最小的接觸或「點接觸」並可圍繞直徑控制蓋環與遮蔽件間之間隙。此受控制之間隙可圍繞基板均勻地傳導氣體，導致圍繞基板的均勻氣體分配。一實施例中，基板表面係遠低於蓋環之頂部，因此移動氣體入口高於基板表面並改善橫跨基板表面之反應性氣體分配。某些實施例中，可調整蓋環紋理與形狀以處理其上沉積膜。
第1圖描繪示範性半導體處理腔室100，其具有能夠處理基板105之製程套組150之一實施例。製程套組150包括一件式接地遮蔽件160、插入式蓋環170及置中機構175，用以在一件式接地遮蔽件160與插入式蓋環170之間提供受控制之間隙。製程套組150亦可包括基座組件上支撐之沉積環302。所示版本中，處理腔室100包括濺射腔室(亦稱為物理氣相沉積或PVD腔室)，能夠在基板上沉積鈦或鋁的氧化物或氮化物。處理腔室100亦可用於其他目的，諸如沉積鋁、銅、鉭、氮化鉭、碳化鉭、鎢、氮化鎢、鑭、氧化鑭與鈦。可受益於本發明之處理腔室的一實例為自Applied Materials,Inc.(Santa Clara,California)取得之 Plus與SIP PVD處理腔室。預計其他處理腔室(包括來自其他製造商之那些腔室)可適以自本發明受益。
處理腔室100包括具有上接合器102與側壁接合器104之腔室主體101、腔室底部106與蓋組件108，其封圍內部空間110或電漿區域。腔室主體101通常係由機械加工並焊接不銹鋼板或藉由機械加工單一鋁塊而加以製成。一實施例中，側壁接合器104包括鋁而腔室底部106包括不銹鋼。腔室底部106通常包含狹縫閥(未顯示)以提供基板105進出處理腔室100。處理腔室100之蓋組件108搭配穿插蓋環170之接地遮蔽件160可侷限內部空間110中形成之電漿於基板上之區域。
基座組件120係由腔室100之腔室底部106所支撐。基座組件120在處理過程中支撐沉積環302以及基板105。基座組件120係藉由舉升機構122耦接至腔室100之腔室底部106，舉升機構122係設以在上方位置與下方位置之間移動基座組件120。此外，下方位置中，舉升銷(未顯示)係移動通過基座組件120以分隔基板與基座組件120好促進晶圓傳送機構(配置於處理腔室100外部)之基板交換，晶圓傳送機構例如單一葉片機器人(未顯示)。波紋管124通常配置於基座組件120與腔室底部106之間，以將腔室主體101之內部空間110隔離於基座組件120之內部空間及腔室外部。
基座組件120通常包括密封耦接至基部平板128之基板支撐件126，基部平板128係耦接至接地平板125。基板支撐件126可由鋁或陶質所製成。基板支撐件126可為靜電夾盤、陶質主體、加熱器或其之組合。一實施例中，基板支撐件126係靜電夾盤，其包括具有電極138嵌於其中之介電主體。介電主體通常係由高熱傳導性介電材料(諸如，熱解氮化硼物、氮化鋁、氮化矽、氧化鋁或相等材料)所製成。一實施例中，基板支撐件126係藉由金屬箔(例如，鋁箔)附著至基部平板128，金屬箔擴散結合基部平板128與基板支撐件126。
基部平板128包括的材料可具由適合匹配上方基板支撐件126的熱性質。舉例而言，基部平板128可包括陶質與金屬之複合物(例如，鋁碳化矽)，其提供優於單獨陶質之強度與耐久性並亦具有良好的熱傳送性質。複合材料的熱膨脹係數係匹配於基板支撐件126之材料以降低熱膨脹錯位。一形式中，複合材料包括金屬滲入之孔狀陶質，金屬至少部分填充孔以形成複合材料。舉例而言，陶質可包括碳化矽、氮化鋁、氧化鋁或菫青石至少一者。陶質可包括總體體積約20至約80體積%的孔狀體積，其餘體積為滲入之金屬。滲入金屬可包括具有附加矽之鋁且亦可包含銅。另一形式中，複合物可包括陶質與金屬的不同組合，諸如具有分散陶質微粒之金屬；或者基部平板128可僅由金屬(諸如，不銹鋼或鋁)所製成。冷卻平板(未顯示)通常配置於基部平板128中以熱調控基板支撐件126，但亦可配置於接地平板125中。
接地平板125通常係由金屬材料(諸如不銹鋼或鋁)所製成。基部平板128可藉由複數個連接器137耦接至接地平板。連接器137可為螺栓、螺釘、鑰匙或任何其他形式的連接器之一者。基部平板128可自接地平板125移除以促進基板支撐件126與基部平板128的方便安裝與維修。
基板支撐件126具有基板接收表面127，其在處理過程中接收並支撐基板105，表面127具有實質平行於靶材132之濺射表面133的平面。基板支撐件126亦具有周邊邊緣129，其終止於基板105之凸出邊緣前。
蓋組件108通常包括靶材背板130、靶材132與磁電管134。如第1圖所示在密閉位置時，靶材背板130係由上接合器102所支撐。陶質環密封件136係配置於靶材背板130與上接合器102之間以避免其間之真空滲漏。
靶材132係耦接至靶材背板130並暴露於處理腔室100之內部空間110。靶材132在PVD處理過程中提供沉積於基板上之材料。絕緣環180係配置於靶材132、靶材背板130與腔室主體101之間，以將靶材132電絕緣於靶材背板130與腔室主體101之上接合器102。
藉由功率源140相對於接地(例如，腔室主體101)以RF與/或DC功率偏壓靶材132。由氣體源142通過管道144供應氣體(例如，氬)至內部空間110。氣體源142可包括非反應性氣體(諸如，氬或氙)，其能夠具能量地衝擊並自靶材132濺射材料。氣體源142亦可包括反應性氣體(諸如，含氧氣體、含氮氣體、含甲烷氣體之一或多者)，其能夠與濺射材料反應以在基板上形成層。透過排氣埠146自腔室100排出用過的處理氣體與副產物，排氣埠146接收用過的處理氣體並引導用過的處理氣體至排氣管道148，排氣管道148具有節流閥以控制腔室100中氣體的壓力。排氣管道148係連接至一或多個排氣泵149。一般而言，腔室100中濺射氣體的壓力係設定在次大氣壓力水平，諸如真空環境，例如0.6毫托至400毫托的氣體壓力。電漿係由基板105與靶材132間之氣體所形成。電漿中之離子係被加速朝向靶材132並造成材料自靶材132移出。移出靶材材料係沉積於基板上。
磁電管134係在處理腔室100外部耦接至靶材背板130。可應用之一磁電管係描述於1999年9月21日核發給Or等人的美國專利5,953,827號，其之全文以參考資料併入本文中。
藉由控制器190控制腔室100中執行之處理，控制器190包括具有指令組之程式碼，以操作腔室100之部件好促進腔室100中基板之處理。舉例而言，控制器190可包括程式碼，其包括基板配置指令組以操作基座組件120；氣體流量控制指令組，以操作氣體流量控制閥而設定濺射氣體至腔室100之流量；氣體壓力控制指令組，以操作節流閥好維持腔室100中之壓力；溫度控制指令組，以控制基座組件120或側壁接合器104中之溫度控制系統(未顯示)好分別設定基板或側壁接合器104之溫度；及處理監控指令組，以監控腔室100中之處理。
製程套組150包括多種可輕易自腔室100移除之部件，舉例而言，以自部件表面清潔濺射沉積物、替換或修復侵蝕部件、或改造腔室100以用於其他目的。一實施例中，製程套組150包括接地遮蔽件160、插入式蓋環170與置中機構175，用以在一件式接地遮蔽件160與插入式蓋環170之間提供受控制之間隙。
遮蔽件160係由腔室主體101所支撐，且圍繞濺射靶材132面對基板支撐件126之濺射表面133。遮蔽件160亦圍繞基板支撐件126之周邊邊緣129。遮蔽件160覆蓋並遮蔽腔室100之側壁接合器104以降低來自濺射靶材132之濺射表面133的濺射沉積物沉積於遮蔽件160後之部件與表面上。舉例而言，遮蔽件160可保護基板支撐件126之表面、基板105之凸出邊緣、腔室100之側壁接合器104與腔室底部106。
如第1圖、第5A圖、第5B圖、第5C圖與第5D圖所示，遮蔽件160係單一構造且包括圓柱形外帶210，圓柱形外帶210的直徑係按照尺寸設計以圍繞濺射靶材132之濺射表面133以及基板支撐件126。一實施例中，圓柱形外帶210的內徑由箭號「A」所代表。一實施例中，圓柱形外帶210之內徑「A」係在約16英吋(40.6 cm)與約18英吋(45.7 cm)之間。另一實施例中，圓柱形外帶210之內徑「A」係在約16.8英吋(42.7 cm)與約17英吋(43.2 cm)之間。一實施例中，圓柱形外帶210的外徑由箭號「B」所代表。一實施例中，圓柱形外帶210之外徑「B」係在約17英吋(43.2 cm)與約19英吋(48.3 cm)之間。另一實施例中，圓柱形外帶210之外徑「B」係在約17.1英吋(43.4 cm)與約17.3英吋(43.9 cm)之間。
圓柱形外帶210之上部分圍繞濺射靶材132之濺射表面133而圓柱形外帶210之底部部分圍繞基板支撐件126。傾斜梯部214自圓柱形外帶210之上部分徑向向外延伸。一實施例中，傾斜梯部214相對於垂直線形成角度「α」。一實施例中，角度「α」係與垂直線相隔約15度至約25度。另一實施例中，傾斜角度「α」係約20度。
一實施例中，遮蔽件160的高度「C」在約5英吋(12.7 cm)與約7英吋(17.8 cm)之間。另一實施例中，遮蔽件160的高度「C」在約5.5英吋(14 cm)與6.5英吋(16.5 cm)之間。
架設凸緣216自圓柱形外帶210之傾斜梯部214徑向向外延伸。架設凸緣216包括坐落於腔室100之上接合器102上之下接觸表面218與上接觸表面219。一實施例中，架設凸緣216包括複數個擴孔(counterbore)(未顯示)，外形與尺寸經設計以接收螺釘好固定遮蔽件160至上接合器102。
一實施例中，上接合器102支撐遮蔽件160並可做為基板處理腔室100之側壁接合器104附近的熱交換器。上接合器102與遮蔽件160形成組件，其可允許自遮蔽件160的改良熱傳送並降低沉積於遮蔽件上之材料的熱膨脹應力。可藉由暴露於基板處理腔室100中形成之電漿而過度加熱遮蔽件160的部分，造成遮蔽件之熱膨脹並導致形成於遮蔽件上之濺射沉積物自遮蔽件上成片剝落而落於基板105上並汙染之。上接合器102的坐落表面222接觸遮蔽件160之下接觸表面218，以允許遮蔽件160與上接合器102間之良好電與熱傳導性。一實施例中，上接合器102更包括管道好流動熱傳送流體通過其間以控制上接合器102之溫度。
參照第1圖、第4A圖、第4C圖、第5A圖、第5B圖、第5C圖與第5D圖，遮蔽件160亦包括自圓柱形外帶210徑向向內延伸之基部平板213。圓柱形內帶226係耦接於基部平板213並至少部分地圍繞基板支撐件126之周邊邊緣129。一實施例中，圓柱形內帶226的直徑由箭號「D」所代表。一實施例中，圓柱形內帶226的直徑「D」在約14英吋(35.6 cm)與約16英吋(40.6 cm)之間。另一實施例中，圓柱形內帶226的直徑「D」在約14.5英吋(36.8 cm)與約15英吋(38.1 cm)之間。圓柱形內帶226自基部平板213向上且垂直地延伸。圓柱形內帶226、基部平板213與圓柱形外帶210形成U-形通道。圓柱形內帶226的高度係小於圓柱形外帶210的高度。一實施例中，圓柱形內帶226的高度係圓柱形外帶210的高度的約三分之一。一實施例中，圓柱形內帶226的高度由箭號「E」所代表。一實施例中，圓柱形內帶226的高度「E」在約1.5英吋(3.8 cm)至約4英吋(10.2 cm)之間。另一實施例中，圓柱形內帶226的高度「E」在約2英吋(5.1 cm)至約3英吋(7.6 cm)之間。另一實施例中，圓柱形內帶226的高度係在約2.4英吋(6.1 cm)至約2.5英吋(6.4 cm)之間。
一實施例中，遮蔽件160之圓柱形內帶226具有複數個孔洞290，各自用以固持個別的置中機構475。一實施例中，複數個孔洞290各自係與其他複數個孔洞290個別配置相隔均勻距離。一實施例中，複數個孔洞290各自係與圓柱形內帶226之頂部配置相隔均勻距離。一實施例中，有六個孔洞290均勻地分散圍繞遮蔽件160之直徑。
圓柱形外帶210、傾斜梯部214、架設凸緣216、基部平板213與圓柱形內帶226構成單一構造。舉例而言，一實施例中，整個遮蔽件160可由鋁所構成，或者另一實施例中，可由300系列不銹鋼所構成。單一遮蔽件160優於包括多個部件(通常兩或三個分隔部分構成完整遮蔽件)之先前技術遮蔽件。相對於現存多部件遮蔽件提供延伸RF返回路徑促成RF諧波而造成處理腔外之偏離電漿，單一遮蔽件減少RF返回路徑因而提供內部處理區域中包含的改良電漿。移除遮蔽件以便清潔，但具有多個部件之遮蔽件更為困難與費力。單件式遮蔽件160具有暴露於濺射沉積物之連續表面而不具有更難以清潔之介面或角落。單件式遮蔽件160亦在處理循環過程中更有效地遮蔽腔室主體101免於濺射沉積。一實施例中，排除傳導特徵結構，例如傳導孔。排除傳導特徵結構降低偏離電漿形成於內部空間110外。
一實施例中，遮蔽件160之暴露表面由CLEANCOATTM保護塗層所處理，CLEANCOATTM保護塗層係可自Applied Materials(Santa Clara,California)商業上取得。CLEANCOATTM保護塗層係施加於基板處理腔室部件(例如，遮蔽件160)之雙線鋁弧噴灑塗層，以降低遮蔽件160上沉積物的微粒脫落並因此避免腔室100中基板105之污染。一實施例中，遮蔽件160雙線鋁弧噴灑塗層的表面粗糙度係約600至約2300微英吋。
遮蔽件160具有面對腔室100中內部空間110之暴露表面。一實施例中，暴露表面係經噴珠處理以具有175±75微英吋的表面粗糙度。具紋理的噴珠表面用以降低微粒脫落並避免腔室100中之污染。表面粗糙度平均係沿著暴露表面粗糙特徵結構之坡峰與坡谷之中間線的位移絕對值的平均。粗糙度平均、歪斜或其他特性可藉由下列加以測定，輪廓儀讓針狀物通過暴露表面並產生表面上粗糙高度波動的紀錄，或掃描電子顯微鏡利用自表面反射之電子束來產生表面之影像。
參照第3圖，一實施例中，絕緣環180係L-形。絕緣環180包括延伸於靶材132之濺射表面133附近並圍繞靶材132之濺射表面133的環狀帶。絕緣環180電絕緣並分隔靶材132以及遮蔽件160，且通常係由介電或絕緣材料(例如，氧化鋁)所形成。絕緣環180包括下水平部分232以及自下水平部分232向上延伸之垂直部分234。下水平部分232包括內周邊235、外周邊236、底部接觸表面237與頂表面238，其中下水平部分232之底部接觸表面237接觸架設凸緣216之上接觸表面219。一實施例中，遮蔽件160之上接觸表面219形成梯部233。梯部233提供曲折間隙，其避免導電材料在絕緣環180與遮蔽件160之間產生表面電橋，藉此維持電不連續性。絕緣環180之上垂直部分234包括內周邊239、外周邊240與頂表面241。上垂直部分234之內周邊239與下水平部分232之內周邊235形成單一表面。下水平部分232之頂表面238與上垂直部分234之外周邊240交合於轉折點242以形成梯部243。一實施例中，梯部243與環密封件136與靶材132形成曲折間隙。
一實施例中，絕緣環180的內徑(由內周邊235與內周邊239所界定)係在約17.5英吋(44.5 cm)與約18英吋(45.7 cm)之間。另一實施例中，絕緣環180的內徑係在約17.5英吋(44.5 cm)與17.7英吋(45 cm)之間。一實施例中，絕緣環180的外徑(由下水平部分232之外周邊236所界定)係在約18英吋(45.7 cm)與約19英吋(48.3 cm)之間。另一實施例中，絕緣環180的外徑係在約18.7英吋(47.5 cm)與約19英吋(48.3 cm)之間。另一實施例中，絕緣環180的第二外徑(由上垂直部分234之外周邊240所界定)係在約18英吋(45.7 cm)與約18.5英吋(47 cm)之間。另一實施例中，第二外徑係在約18.2英吋(46.2 cm)與約18.4英吋(46.7 cm)之間。一實施例中，絕緣環180的高度係在約1英吋(2.5 cm)與約1.5英吋(3.8 cm)之間。另一實施例中，絕緣環180的高度係在約1.4英吋(3.6 cm)與約1.45英吋(3.7 cm)之間。
一實施例中，利用例如噴砂處理來紋理化暴露表面(包括絕緣環180之垂直部分234之頂表面241與內周邊以及下水平部分232之內周邊235與底部接觸表面237)而得到180±20 Ra的表面粗糙度，其提供低沉積與較低應力膜適當的紋理。
參照第2圖，另一實施例中，絕緣環280係T-形。絕緣環280包括延伸在靶材132之濺射表面133附近且圍繞靶材132之濺射表面133的環狀帶250。絕緣環280之環狀帶250包括具有第一寬度的頂壁252、具有第二寬度的底壁254、以及具有第三寬度之支撐緣256，其自環狀帶250之頂壁252徑向向外延伸。一實施例中，第一寬度係小於第三寬度但大於第二寬度。
頂壁252包括內周邊258、位於靶材132附近之頂表面260、以及位於環密封件136附近之外周邊262。支撐緣256包括底部接觸表面264與上表面266。支撐緣256之底部接觸表面264坐落於鋁環267上。某些實施例中，鋁環267並不存在而接合器220係設以支撐支撐緣256。底壁254包括內周邊268、外周邊270以及底表面272。一實施例中，外周邊270的外徑係在約18.5英吋(47 cm)與約19英吋(48.3 cm)之間。另一實施例中，外周邊270的外徑係在約18.8英吋(47.8 cm)與約18.9英吋(48 cm)之間。底壁254之內周邊268與頂壁252之內周邊258形成單一表面。一實施例中，絕緣環280的內徑(由底壁254之內周邊268與頂壁252之內周邊258所界定)係在約17英吋(43.2 cm)與約18英吋(45.7 cm)之間。另一實施例中，絕緣環280之內徑係在約17.5英吋(44.5 cm)與約17.8英吋(45.2 cm)之間。
垂直溝槽276係形成在底壁254之外周邊270與支撐緣256之底部接觸表面264之間的轉折點278。上接觸表面219之內周邊217形成梯部221。梯部221搭配垂直溝槽276提供曲折間隙，其避免導電材料在絕緣環280與遮蔽件160之間產生表面電橋，藉此維持電不連續性同時仍然提供遮蔽給側壁接合器104。一實施例中，絕緣環280提供靶材132與製程套組150之接地部件之間的間隙同時仍提供遮蔽給腔室壁。一實施例中，靶材132與遮蔽件160間之間隙係在約1英吋(2.5 cm)與約2英吋(5.1 cm)之間，例如約1英吋(2.5 cm)。另一實施例中，靶材132與遮蔽件160間之間隙係在約1.1英吋(2.8 cm)與約1.2英吋(3 cm)之間。又另一實施例中，靶材132與遮蔽件160間之間隙係大於1英吋(2.5 cm)。絕緣環280之梯狀設計可讓遮蔽件160相對於接合器220置中，接合器220亦為相配遮蔽件之架設位置以及靶材132之校準特徵結構。梯狀設計亦排除靶材132至遮蔽件160的單點線性(line-of-site)，排除此區的遊離電漿問題。
一實施例中，絕緣環280的噴砂表面紋理具有180±20 Ra表面粗糙度，有助於薄膜附著，其提供適當紋理給低沉積與較低應力薄膜。一實施例中，透過雷射脈衝提供絕緣環280的表面紋理的表面粗糙度>500 Ra，有助於薄膜附著，用於較高沉積厚度與較高薄膜應力。一實施例中，當處理腔室100係用於沉積金屬、金屬氮化物、金屬氧化物與金屬碳化物時，紋理表面延長絕緣環280之使用壽命。絕緣環280亦可自腔室100移除，這提供再利用對材料孔隙不受影響(這避免在真空密封應用中重複使用)的部件的能力。支撐緣256可讓絕緣環280相對於接合器220置中同時排除靶材132至接地遮蔽件160的單點線性，藉此排除游離電漿問題。一實施例中，環267包括一系列對準銷(未顯示)，位於/對齊遮蔽件160中之一系列狹縫(未顯示)。
第4A圖係包括一件式遮蔽件160、沉積環410、蓋環460與置中機構475之製程套組150之部分剖面圖的一實施例。製程套組150可接合於第1圖之處理系統。第7A圖係第4A圖所示之蓋環460之俯視圖。第7B圖係第7A圖所示之蓋環460的側視圖。沉積環410坐落於基座組件120上而蓋環460至少部分覆蓋沉積環410。沉積環410與蓋環460彼此共同合作以降低濺射沉積物形成於基板支撐件126之周邊邊緣129與基板105之凸出邊緣上。
蓋環460圍繞並至少部分覆蓋沉積環410以接收並因此遮蔽沉積環410免於濺射沉積物塊。蓋環460係由可抵抗濺射電漿侵蝕之材料(例如，金屬材料，諸如不銹鋼、鈦或鋁；或陶質材料，例如氧化鋁)所製成。一實施例中，蓋環460係由純度至少約99.9%的鈦所製成。一實施例中，蓋環460之表面由雙線鋁弧噴灑塗層(例如，CLEANCOATTM保護塗層)所處理，以降低微粒自蓋環460表面脫落。
蓋環460包括環狀楔形物462，其包括徑向向內傾斜且圍繞基板支撐件126之傾斜頂表面444。環狀楔形物462之傾斜頂表面444具有內周邊446與外周邊464。內周邊446包括凸出球根狀緣461，其位於沉積環410之突起環狀內墊428上。凸出緣461降低濺射沉積物沉積於沉積環410之上外表面上。一實施例中，凸出緣461凸出距離對應於與沉積環410形成之弧-形間隙402之寬度的至少約一半。凸出緣461大小、形狀與位置係經設計以與弧-形間隙402共同合作並互補以在蓋環460與沉積環410之間形成迴旋與狹隘的流動路徑，這抑制處理沉積物流至基座組件120上。間隙402的狹隘流動路徑限制低能量濺射沉積物累積於沉積環410與蓋環460之相配表面上，累積會造成其彼此黏附或黏附至基板105之周邊凸出邊緣。一實施例中，傾斜頂表面444係在沉積環410之頂部下方。
傾斜頂表面444可傾斜於水平的角度在約10度與約20度之間，例如約16度。蓋環460之傾斜頂表面444的角度係經設計以最小化最接近基板105之凸出邊緣的濺射沉積物的累積，累積會負面地影響橫跨基板105取得的微粒表現。
蓋環460包括足部452，其自環狀楔形物462之傾斜頂表面444向下延伸以坐落於沉積環410之凸出部上。足部452自楔形物462向下延伸以按壓抵靠沉積環410而不實質破壞或斷裂環410。一實施例中，雙重梯狀表面係形成於足部452與凸出緣461之下表面之間。
蓋環460更包括內圓柱形帶470與外圓柱形帶472。內圓柱形帶470自環狀楔形物462向下與向上兩者延伸，而大部分的內圓柱形帶470係位於環狀楔形物462上方。內圓柱形帶470之上部分係藉由橋體474耦接至外圓柱形帶472。橋體474係徹底配置於楔形物462與沉積環410上方。外圓柱形帶472實質平行於內圓柱形帶470自橋體474向下延伸至端部476，於其間形成間隙好讓帶470、472插入遮蔽件160之圓柱形內帶226。端部476終止的水平高於緣461之底表面，一實施例中，係對齊於沉積環410之內凸緣之底表面。
一實施例中，內圓柱形帶470與外圓柱形帶472係實質上垂直的。內與外圓柱形帶470與472係位於環狀楔形物462之足部452的徑向外側。內圓柱形帶470延伸低於外圓柱形帶472之端部476。一實施例中，蓋環460的外徑係約15.6英吋而高度係約2.5英吋。蓋環可包括相容於處理化學作用之材料，諸如鈦或不銹鋼。
一實施例中，蓋環460的外徑(由外圓柱形帶472所界定)係在約15.5英吋(39.4 cm)與約16英吋(40.6 cm)之間。另一實施例中，蓋環460的外徑係在約15.6英吋(39.6 cm)與約15.8英吋(40.1 cm)之間。一實施例中，蓋環460的高度係在約2英吋與約3英吋之間。
遮蔽件160與蓋環460間之間隔或間隙404形成迴旋S-形路徑或迷宮讓電漿移動。路徑之形狀係有利的，舉例而言，因為其阻礙與妨礙電漿物種進入此區域，降低濺射材料的不欲沉積。
某些處理過程中，有利於將基板105配置接近靶材132。遮蔽件160之圓柱形內帶226的高度與蓋環460的高度讓基座組件120與蓋環460升高，同時維持蓋環460與遮蔽件160間形成之迴旋S-形路徑。
如第4A圖、第4B圖、第6A圖與第6B圖所示，置中機構475係配置於一件式遮蔽件160之圓柱形內帶226之複數個孔洞290之一者中。一實施例中，置中機構475包括壓入圓柱形支架484中之球體482。球體482提供與蓋環460之內圓柱形帶470之內表面478的點接觸486。置中機構475搭配其他圍繞一件式遮蔽件160之圓柱形內帶226之直徑配置之置中機構475一起作用以維持蓋環460與一件式遮蔽件160間之受控制的間隙488。置中機構475讓蓋環460相對於一件式遮蔽件160置中，這可允許基板105附近均勻的氣體傳導而導致基板附近的均勻氣體分配。先前設計中，蓋環通常相對於基座置中，這允許蓋環與遮蔽件間大程度的移動，而導致蓋環與遮蔽件間的不均勻間隙。
一實施例中，球體482的直徑係在約0.05英吋(0.127 cm)與0.2英吋(0.508 cm)之間。另一實施例中，球體482的直徑係在約0.1英吋(0.254 cm)與約0.13英吋(0.33 cm)之間。
一實施例中，圓柱形支架484包括封圍孔485之圓柱形壁483以固持球體482。圓柱形壁483包括環狀有角表面487，在圓柱形支架484之端部489相對於圓柱形壁483轉角向外。圓柱形支架484可被壓入遮蔽件160之孔洞290中。另一實施例中，圓柱形壁483之外部其上具有螺紋。圓柱形支架484可被壓過遮蔽件160之孔290並由螺帽所固定。
第4C圖係包含一件式遮蔽件160、沉積環410、蓋環490與置中機構475之製程套組之部分剖面圖的另一實施例。製程套組150可接合於第1圖之處理系統。第8圖係第4C圖所示之蓋環490之俯視圖。第4C圖之製程套組係相似於第4A圖之製程套組，除了蓋環490以外。沉積環410坐落於基座組件120上而蓋環490至少部分覆蓋沉積環410。沉積環410與蓋環490彼此共同合作以降低濺射沉積物形成於基板支撐件126之周邊邊緣129與基板105之凸出邊緣上。
蓋環490包括環狀楔形物491，其包括圍繞基板支撐件126之彎曲頂表面492。環狀楔形物491之彎曲頂表面492具有內周邊493與外周邊494。內周邊493包括圓形緣495，其位於沉積環410之突起環狀內墊428上。圓形緣495降低濺射沉積物沉積於沉積環410之上外表面上。一實施例中，圓形緣495凸出距離對應於與沉積環410形成之弧-形間隙402之寬度的至少約一半。圓形緣495大小、形狀與位置係經設計以與弧-形間隙402共同合作並互補以在蓋環490與沉積環410之間形成迴旋與狹隘的流動路徑，這抑制處理沉積物流至基座組件120上。間隙402的狹隘流動路徑限制低能量濺射沉積物累積於沉積環410與蓋環490之相配表面上，累積會造成其彼此黏附或黏附至基板105之周邊凸出邊緣。一實施例中，彎曲頂表面492係在沉積環410之頂部下方。
相似於蓋環460，蓋環490包括足部496，其自環狀楔形物491之彎曲頂表面492向下延伸以坐落於沉積環410之凸出部上。足部496自楔形物491向下延伸以按壓抵靠沉積環410而不實質破壞或斷裂環410。一實施例中，雙重梯狀表面係形成於足部496與圓形緣495之下表面之間。
相似於第4A圖之蓋環460，蓋環490更包括內圓柱形帶470與外圓柱形帶472。內圓柱形帶470自環狀楔形物491向下與向上兩者延伸，而大部分的內圓柱形帶470係位於環狀楔形物491上方。內圓柱形帶470之上部分係藉由橋體474耦接至外圓柱形帶472。橋體474係徹底配置於楔形物491與沉積環410上方。外圓柱形帶472實質平行於內圓柱形帶470自橋體474向下延伸至端部476，於其間形成間隙好讓帶470、472插入遮蔽件160之圓柱形內帶226。端部476終止的水平高於圓形緣495之底表面，一實施例中，係對齊於沉積環410之內凸緣之底表面。
一實施例中，內圓柱形帶470與外圓柱形帶472係實質上垂直的。內與外圓柱形帶470與472係位於環狀楔形物491之足部496的徑向外側。內圓柱形帶470延伸低於外圓柱形帶472之端部476。蓋環490可包括相容於處理化學作用之材料，諸如鈦或不銹鋼。
一實施例中，蓋環490的外徑(由外圓柱形帶472所界定)係在約15.5英吋(39.4 cm)與約16英吋(40.6 cm)之間。另一實施例中，蓋環490的外徑係在約15.6英吋(39.6 cm)與約15.8英吋(40.1 cm)之間。一實施例中，蓋環490的內徑係在約12英吋(30.5 cm)與約13英吋(33 cm)之間。一實施例中，蓋環490的高度係在約2英吋與約3英吋之間。
所述製程套組150的部件單獨及搭配運作以明顯改善剛沉積薄膜的一致性。
雖然上述係針對本發明之實施例，但可在不悖離本發明之基本範圍下設計出本發明之其他與更多實施例，而本發明之範圍係由下列之申請專利範圍所界定。
100．．．腔室
101．．．腔室主體
102．．．上接合器
104．．．側壁接合器
105．．．基板
106．．．腔室底部
108．．．蓋組件
110．．．內部空間
120．．．基座組件
122．．．舉升機構
124．．．波紋管
125．．．接地平板
126．．．基板支撐件
127．．．表面
128．．．基部平板
129．．．周邊邊緣
130．．．靶材背板
132．．．靶材
133．．．濺射表面
134．．．磁電管
136．．．環密封件
137．．．連接器
138．．．電極
140．．．功率源
142．．．氣體源
144．．．管道
146．．．排氣埠
148．．．排氣管道
149．．．排氣泵
150．．．製程套組
160．．．遮蔽件
170、460、490．．．蓋環
175、475．．．置中機構
180、280．．．絕緣環
190．．．控制器
210．．．圓柱形外帶
213．．．基部平板
214．．．傾斜梯部
216．．．架設凸緣
217、235、239、258、268、493．．．內周邊
218．．．下接觸表面
219．．．上接觸表面
220．．．接合器
221、233、243．．．梯部
222．．．坐落表面
226．．．圓柱形內帶
232．．．下水平部分
234．．．上垂直部分
236、240、262、270、446、464、494．．．外周邊
237、264．．．底部接觸表面
238、241、260．．．頂表面
242、278．．．轉折點
250．．．環狀帶
252．．．頂壁
254．．．底壁
256．．．支撐緣
266．．．上表面
267．．．鋁環
272．．．底表面
276．．．垂直溝槽
290．．．孔洞
302、410．．．沉積環
402．．．弧-形間隙
404．．．間隙
428．．．突起環狀內墊
444．．．傾斜頂表面
452、496．．．足部
461．．．凸出球根狀緣
462、491．．．楔形物
470．．．內圓柱形帶
472．．．外圓柱形帶
474．．．橋體
476、489．．．端部
478．．．內表面
482．．．球體
483．．．圓柱形壁
484．．．圓柱形支架
485．．．孔
486．．．點接觸
487．．．有角表面
488．．．受控制的間隙
492．．．彎曲頂表面
495．．．圓形緣
為了更詳細地了解本發明之上述特徵，可參照實施例(某些描繪於附圖中)來理解本發明簡短概述於上之特定描述。然而，需注意附圖僅描繪本發明之典型實施例而因此不被視為其之範圍的限制因素，因為本發明可允許其他等效實施例。
第1圖係具有製程套組之一實施例之半導體處理系統的簡化剖面圖；
第2圖係接合第1圖之靶材與接合器之製程套組之一實施例的部分剖面圖；
第3圖係接合第1圖之靶材與接合器之製程套組之一實施例的部分剖面圖；
第4A圖係接合第1圖之處理系統之製程套組之替代實施例的部分剖面圖；
第4B圖係第4A圖之製程套組的部分剖面圖；
第4C圖係接合第1圖之處理系統之製程套組之替代實施例的部分剖面圖；
第5A圖係根據本文所述實施例之一件式遮蔽件的俯視圖；
第5B圖係第5A圖之一件式遮蔽件之一實施例的側視圖；
第5C圖係第5A圖之一件式遮蔽件之一實施例的橫剖面圖；
第5D圖係第5A圖之一件式遮蔽件之一實施例的仰視圖；
第6A圖係根據本文所述一實施例之置中機構的仰視圖；
第6B圖係沿著第6A圖之線6B-6B之置中機構的橫剖面圖；
第7A圖係第4A圖所示之蓋環的俯視圖；
第7B圖係第7A圖所示之蓋環的側視圖；
第8圖係第4C圖所示之蓋環的俯視圖。
為了促進理解，可盡可能應用相同的元件符號來標示圖式中相同的元件。預期一實施例之元件與特徵可有利地用於其他實施例而不需特別詳述。
105．．．基板
125．．．接地平板
126．．．基板支撐件
128．．．基部平板
150．．．製程套組
160．．．遮蔽件
210．．．圓柱形外帶
213．．．基部平板
226．．．圓柱形內帶
290．．．孔洞
402．．．弧-形間隙
404．．．間隙
410．．．沉積環
428．．．突起環狀內墊
444．．．傾斜頂表面
446．．．內周邊
452．．．足部
460．．．蓋環
461．．．凸出球根狀緣
462．．．楔形物
464．．．外周邊
470．．．內圓柱形帶
472．．．外圓柱形帶
474．．．橋體
475．．．置中機構
476．．．端部
478．．．內表面
488．．．受控制的間隙

Claims (30)

  1. 一種一物理氣相沉積腔室之遮蔽件，包括：一圓柱形外帶；一圓柱形內帶；一基部平板，耦接該圓柱形外帶與該圓柱形內帶以形成一單件式單一構件；及複數個球體，耦接至該圓柱形內帶，該些球體徑向延伸於該圓柱形內帶之內部，其中該些球體包括一藍寶石材料。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之遮蔽件，更包括：複數個圓柱形支架，各個支架具有該些球體的個別一者插入其中，該些圓柱形支架配置於該圓柱形內帶中形成之數個孔洞中。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之遮蔽件，其中該些孔洞係圍繞該圓柱形內帶均勻地分隔。
  4. 一種圍繞一濺射靶材面對一基板處理腔室中之一基板支撐件之一濺射表面的遮蔽件，該遮蔽件包括：一圓柱形外帶，具有一尺寸設以圍繞該濺射靶材之濺射表面的第一直徑，該圓柱形外帶具有一尺寸設以圍繞該濺射表面之頂部端以及一尺寸設以圍繞該基板支撐件 之底部端；一傾斜梯部，具有一大於該第一直徑之第二直徑，該傾斜梯部自該圓柱形外帶之頂部端徑向向外延伸；一架設凸緣，自該傾斜梯部徑向向外延伸；一基部平板，耦接至該圓柱形外帶之底部端且自該圓柱形外帶之底部端徑向向內延伸；及一圓柱形內帶，耦接於該基部平板，該基部平板耦接在該圓柱形外帶之該底部端與該圓柱形外帶之一底部端之間，該圓柱形內帶之一尺寸設以圍繞該基板支撐件之一周邊邊緣，其中該圓柱形內帶具有複數個孔洞，該複數個孔洞各自用以容納具有一圓柱形支架之一置中機構，以均勻地圍繞該遮蔽件之一直徑維持該遮蔽件與一蓋環間之一受控制的間隙，其中該置中機構包括一球體以提供與該蓋環之點接觸。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之遮蔽件，其中該複數個孔洞係圍繞該遮蔽件之直徑均勻地分隔。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之遮蔽件，其中該圓柱形外帶、該傾斜梯部、該架設凸緣、該基部平板與該圓柱形內帶包括一單一鋁結構。
  7. 如申請專利範圍第4項所述之遮蔽件，其中該圓柱形內帶的高度小於該圓柱形外帶的高度。
  8. 如申請專利範圍第4項所述之遮蔽件，其中該圓柱形內帶具有一小於該第一直徑之第三直徑。
  9. 如申請專利範圍第4項所述之遮蔽件，其中該架設凸緣具有一梯部。
  10. 如申請專利範圍第4項所述之遮蔽件，包括一雙線鋁弧噴灑塗層配置於該遮蔽件之一表面上。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之遮蔽件，其中該雙線鋁弧噴灑塗層包括一約600至約2300微英吋的表面粗糙度。
  12. 如申請專利範圍第4項所述之遮蔽件，其中該遮蔽件之暴露表面係經噴珠處理以具有一175±75微英吋的表面粗糙度。
  13. 一種製程套組，包括：一遮蔽件，包括：一圓柱形外帶，具有一尺寸設以圍繞一濺射靶材之一濺射表面的第一直徑，該圓柱形外帶具有一尺寸設以圍繞該濺射表面的頂部端以及一尺寸設以圍繞一基板支撐件的底部端； 一傾斜梯部，具有一大於該第一直徑的第二直徑，該傾斜梯部自該圓柱形外帶之頂部端徑向向外延伸；一架設凸緣，自該傾斜梯部徑向向外延伸；一基部平板，自該圓柱形外帶之底部端徑向向內延伸；及一圓柱形內帶，耦接於該基部平板且尺寸設以圍繞該基板支撐件之一周邊邊緣；及一蓋環，包括：一環狀楔形物，包括：一傾斜頂表面，圍繞該基板支撐件，該傾斜頂表面具有一內周邊與一外周邊；一足部，自該傾斜頂表面向下延伸；及一凸出緣，在該頂表面之內周邊附近；一內圓柱形帶，自該環狀楔形物向上與向下延伸；一橋體，耦接至該內圓柱形帶之一上端部；及一外圓柱形帶，自該橋體向下延伸，其中該外圓柱形帶的高度係小於該內圓柱形帶的高度，且其中該遮蔽件之圓柱形內帶具有複數個孔洞，該複數個孔洞各自用以容納一置中機構，以均勻地圍繞該遮蔽件之一直徑維持該遮蔽件與蓋環間之一受控制的間隙。
  14. 一種蓋環，包括：一環狀楔形物，包括：一傾斜頂表面，具有一內周邊與一外周邊； 一足部，自該傾斜頂表面向下延伸；及一凸出緣，在該傾斜頂表面之內周邊附近；一內圓柱形帶，自該環狀楔形物向上與向下延伸，其中該內圓柱形帶之大部分配置在該環狀楔形物上方；一橋體，耦接至該內圓柱形帶之一上端部；及一外圓柱形帶，具有耦接至該橋體之一上端部且自該橋體向下延伸，其中該外圓柱形帶的高度係小於該內圓柱形帶的高度，其中該內圓柱形帶與該外圓柱形帶係實質上平行，及其中該橋體之一底表面配置在該環狀楔形物上方。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之蓋環，其中一雙重梯狀表面係延伸在該足部與該凸出緣之一下表面之間。
  16. 如申請專利範圍第14項所述之蓋環，其中該橋體配置在該環狀楔形物上方。
  17. 如申請專利範圍第14項所述之蓋環，其中該內圓柱形帶與該外圓柱形帶係平行。
  18. 如申請專利範圍第14項所述之蓋環，其中一間隙設置在該內圓柱形帶與該外圓柱形帶之間。
  19. 如申請專利範圍第14項所述之蓋環，其中該外圓柱形帶之一端部終止的水平高於該凸出緣之一底表面。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之蓋環，其中該內圓柱形帶在該外圓柱形帶之端部下方延伸。
  21. 如申請專利範圍第14項所述之蓋環，其中該內圓柱形帶與該外圓柱形帶係朝該環狀楔形物之該足部而徑向向外配置。
  22. 如申請專利範圍第14項所述之蓋環，其中該外圓柱形帶定義的一外徑介於約15.5英吋與約16.0英吋之間。
  23. 如申請專利範圍第14項所述之蓋環，其中該蓋環的高度介於約2.0英吋與約3.0英吋之間。
  24. 如申請專利範圍第14項所述之蓋環，其中該傾斜頂表面配置成和平行面呈介於約10度與約20度之間的角度。
  25. 一種蓋環，包括：一環狀楔形物，包括：一彎曲頂表面，具有一內周邊與一外周邊；一足部，自該彎曲頂表面向下延伸；及 一圓形緣，在該彎曲頂表面之內周邊附近；一內圓柱形帶，自該環狀楔形物向上與向下延伸，其中該內圓柱形帶之大部分配置在該環狀楔形物上方；一橋體，耦接至該內圓柱形帶之一上端部；及一外圓柱形帶，具有耦接至該橋體之一上端部且自該橋體向下延伸，其中該外圓柱形帶的高度係小於該內圓柱形帶的高度，其中該內圓柱形帶與該外圓柱形帶係實質上平行，及其中該橋體之一底表面配置在該環狀楔形物上方。
  26. 如申請專利範圍第25項所述之蓋環，其中一雙重梯狀表面係延伸在該足部與該圓形緣之一下表面之間。
  27. 如申請專利範圍第25項所述之蓋環，其中該橋體配置在該環狀楔形物上方。
  28. 如申請專利範圍第25項所述之蓋環，其中該內圓柱形帶與該外圓柱形帶係平行。
  29. 如申請專利範圍第25項所述之蓋環，其中該外圓柱形帶之一端部終止的水平高於該圓形緣之一底表面。
  30. 如申請專利範圍第25項所述之蓋環，其中該內圓柱形帶與該外圓柱形帶係朝該環狀楔形物之該足部而徑向 向外配置。
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