TWI577817B - 使電漿暗帶具有同心度之設備 - Google Patents

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Description

使電漿暗帶具有同心度之設備
本發明之實施例大體而言係關於物理氣相沉積處理設備。
在物理氣相沉積(PVD)腔室中，暗帶區域存在於供電電極(諸如，濺鍍靶)與貼近靶邊緣設置的接地屏蔽(被稱為暗帶屏蔽)之間。在現有PVD腔室中，通常將暗帶屏蔽安裝到PVD腔室的主體，與靶分開。靶通常安裝在PVD腔室之可移除蓋上並隨後為了處理而降低至腔室主體上。然而，本發明者已發現此配置可能不合期望地造成暗帶屏蔽與靶不正確地對準。
本發明者已進一步發現，隨著施加至靶之射頻(RF)能量的頻率增大，暗帶區域對控制任何電漿不規則性及電弧事件(可能負面影響PVD腔室中之沉積品質)變得更加關鍵。
因此，本發明者已提供用於PVD處理的改良設備。
提供用於物理氣相沉積的方法及設備。在一些實施例中，該設備包括：腔室主體；設置在腔室主體頂部的蓋；耦接至蓋的靶組件，靶組件包括待沉積在基板上的材料靶；具有繞靶之外邊緣設置之內壁的環形暗帶屏蔽；鄰近暗帶屏蔽之外邊緣設置的密封環；以及支撐構件，該支撐構件耦接至貼近支撐構件之外端的蓋並徑向向內延伸，以使支撐構件支撐密封環及環形暗帶屏蔽，其中支撐構件在耦接至蓋時提供充分的壓縮以在支撐構件與密封環及密封環與靶組件之間形成密封。在一些實施例中，該設備進一步包含使該支撐構件耦接至一腔室主體配接器的一下部對準特徵結構。
在一些實施例中，用於物理氣相沉積的設備可包括：經配置可移除地耦接至基板處理腔室的蓋；耦接至蓋的靶組件，靶組件包括待沉積在基板上的材料靶；具有繞靶之外邊緣設置之內壁的環形暗帶屏蔽；支撐構件，該支撐構件耦接至貼近支撐構件之外端的蓋並徑向向內延伸，該支撐構件包括在支撐構件耦接至蓋時偏置環形暗帶屏蔽抵靠靶組件的特徵結構；以及鄰近暗帶屏蔽之外邊緣並在支撐構件與靶組件之間設置的密封環，其中支撐構件在耦接至蓋時提供充分的壓縮以在支撐構件與密封環及密封環與靶組件之間形成密封。在一些實施例中，該支撐構件進一步包含一環形板，該環形板具有貼近該環形板之一內徑向上延伸的一突出部
下文描述本發明之其他及進一步實施例。
100‧‧‧處理腔室
102‧‧‧基板支撐台座
104‧‧‧基板
106‧‧‧靶
108‧‧‧接地外殼壁
110‧‧‧饋入結構
112‧‧‧主體
114‧‧‧第一端
115‧‧‧中心開口
116‧‧‧第二端
118‧‧‧RF電源
120‧‧‧DC電源
122‧‧‧源分配板
124‧‧‧孔
125‧‧‧導電構件
126‧‧‧第一端
128‧‧‧面對靶的表面
130‧‧‧第二端
132‧‧‧面對源分配板的表面
134‧‧‧腔室蓋
136‧‧‧腔室主體
138‧‧‧靶組件
139‧‧‧絕緣間隙
140‧‧‧接地屏蔽
142‧‧‧上腔室配接器
146‧‧‧靶背板
176‧‧‧突出部分
178‧‧‧暗帶屏蔽
180‧‧‧底部屏蔽
182‧‧‧密封環
184‧‧‧支撐構件
186‧‧‧蓋環
188‧‧‧內部
202‧‧‧螺釘
204‧‧‧密封件
206‧‧‧密封件
208‧‧‧間隙
210‧‧‧銷
212‧‧‧狹縫
214‧‧‧銷
215‧‧‧中空通路
216‧‧‧狹縫
218‧‧‧通路
220‧‧‧密封件
302‧‧‧偏置特徵結構
304‧‧‧球
306‧‧‧彈簧
308‧‧‧保持環
310‧‧‧螺釘
312‧‧‧環
402‧‧‧開口
可藉由參照隨附圖式中圖示的本發明之說明性實施例理解上文簡要概述且下文更詳細論述之本發明的實施例。 然而應注意的是，隨附圖式僅圖示本發明之典型實施例並因此不被視為限制本發明之範疇，因為本發明可許可其他等效實施例。
第1圖圖示根據本發明之一些實施例之處理腔室的示意性橫截面視圖。
第2圖圖示根據本發明之一些實施例之支撐構件及周圍結構的截面圖。
第3圖圖示根據本發明之一些實施例之支撐構件及周圍結構的截面圖。
第4圖圖示根據本發明之一些實施例之支撐構件的俯視圖。
為了促進理解，在可能的地方使用相同的元件符號指示諸圖所共有之相同元件。未按比例繪製諸圖，且為了清晰可簡化諸圖。可以預期，一個實施例之元件及特徵結構可有利地併入其他實施例而無需進一步詳述。
本文提供用於改良物理氣相沉積處理裝備的方法及設備。第1圖圖示根據本發明之一些實施例之物理氣相沉積腔室或處理腔室100的示意性橫截面圖。適合的PVD腔室之實例包括可購自美國加州聖大克勞拉市(Santa Clara, California)之Applied Materials,Inc.的ENDURA® PVD處理腔室。Applied Materials,Inc.或其他製造商的其他處理腔室亦可受益於本文所揭示之發明設備。
在一些實施例中，處理腔室100具有設置在腔室主體136頂部上的腔室蓋134。可從腔室主體136移除腔室蓋134(例如)以安裝或替換靶或用於執行對處理腔室100的維護。在一些實施例中，腔室蓋包括靶組件138、暗帶屏蔽178、密封環182及用於支撐暗帶屏蔽178及密封環182的支撐構件184。在一些實施例中，饋入結構110可耦接至腔室蓋134，以使RF功率及視情況的DC功率耦合至靶。
在一些實施例中，靶組件138包含靶106及靶背板146。靶106包含待在濺鍍期間沉積在基板104上的材料(諸如，金屬或金屬氧化物)。在一些實施例中，背板146可包含導電材料(諸如，銅鋅、銅鉻)或與靶相同的材料，以使RF電源及DC電源可經由背板146耦接至靶106。或者，背板146可為不導電的並可包括諸如電饋通等的導電元件(未圖示)。
支撐構件184可耦接至腔室蓋134以支撐腔室之一或更多個組件(諸如，密封環182及暗帶屏蔽178)。支撐構件184可為大體平坦的構件，該構件具有中心開口以接納暗帶屏蔽178及靶106。在一些實施例中，支撐構件184的形狀可為圓形或碟狀，然而該形狀可根據腔室蓋之相應形狀及/或在處理腔室100中待處理之基板的形狀而改變。在使用中，在打開或關閉腔室蓋134時，支撐構件184使暗帶屏蔽178相對於靶106維持在正確對準中，藉此最小化由於腔室組件 或打開及關閉腔室蓋134之不良對準的風險。
在一些實施例中，支撐構件184可耦接至貼近支撐構件184之外周邊邊緣的腔室蓋134且支撐構件184徑向向內延伸以支撐密封環182及暗帶屏蔽178。密封環182可為具有期望橫截面的環或其他環形形狀。密封環可包括兩個相對的平坦且大體平行表面以促進與密封環182之一個側上的支撐構件184及密封環182之另一個側上的靶背板146的介面連接。密封環182可由介電材料(諸如，陶瓷)製成。
暗帶屏蔽178大體繞靶106之外邊緣設置。在一些實施例中，鄰近暗帶屏蔽178之外邊緣(亦即，從暗帶屏蔽178徑向向外)設置密封環182。在一些實施例中，暗帶屏蔽178由介電材料(諸如，陶瓷)製成。藉由提供介電暗帶屏蔽178，可避免或最小化暗帶屏蔽與RF加熱型鄰近組件之間的電弧。或者，在一些實施例中，暗帶屏蔽178由導電材料(諸如，不銹鋼、鋁等)製成。藉由提供導電暗帶屏蔽178，可在處理腔室100內維持更均勻的電場，藉此促進處理腔室100中之基板的更均勻處理。在一些實施例中，暗帶屏蔽178之下部可由導電材料製成且暗帶屏蔽178之上部可由介電材料製成。
第2圖圖示第1圖之處理腔室100之支撐構件184與周圍結構的更詳細視圖。在一些實施例中，支撐構件184耦接至貼近支撐構件184之外周邊的腔室蓋134。在一些實施例中，藉由複數個緊固件202(諸如，螺釘等)將支撐構件184耦接至腔室蓋134。舉例而言，第4圖圖示支撐構件184 的俯視圖，該支撐構件184具有繞外周邊分佈之複數個開口402以便利第2圖中圖示之螺釘202。儘管圖示八個開口402，但是可取決於腔室蓋及支撐構件的配置使用更多或更少緊固件。
在耦接至腔室蓋134時，支撐構件184促進在不保持在真空下的處理腔室100的各個部分(諸如，在蓋內)與可保持在真空下的處理腔室100的各個部分(諸如，在處理腔室100之內部內)之間形成密封。舉例而言，密封件204可設置在密封環182與靶背板146之間，且密封件206可設置在密封環182與支撐構件184之間，使得在安裝支撐構件184時，施加足夠的力以壓縮密封件204、206來形成該等位置處的真空密封。密封件204、206以及本文論述的其他密封可為任何適合的密封件(諸如，O形環、墊圈等)。舉例而言，可在支撐構件184與上腔室配接器142之間提供密封件220，以在腔室蓋134在上腔室配接器142頂部上處於關閉位置時在腔室蓋134與上腔室配接器142之間提供密封。
在一些實施例中，可提供對準特徵結構以維持暗帶屏蔽178之內壁與靶106之外邊緣之間的間隙208。對準特徵結構可促進維持更均勻的間隙並可防止暗帶屏蔽178與靶106的接觸或近接觸，該接觸或近接觸可能不合期望地導致電弧。在一些實施例中，徑向間隙在0.003吋至0.030吋之範圍中。舉例而言，在一些實施例中，複數個銷210可從靶背板146之底表面延伸。舉例而言，可用形成在靶背板146中的相應孔壓入配合銷或以其他方式緊固銷。銷210包括在實質上 垂直方向從靶背板146之底表面延伸的部分以與設置在暗帶屏蔽178之頂表面內的相應複數個狹縫212介面連接或配合。在一些實施例中，存在防止暗帶屏蔽178的側到側運動並維持暗帶屏蔽178之內壁與靶106之外邊緣之間的間隙208的至少三組對準特徵結構(例如，三個銷210及三個狹縫212)。狹縫212可徑向對準，以使狹縫212的徑向長度大於銷210的直徑，以促進暗帶屏蔽178與靶背板146由於熱膨脹及熱收縮之速率差異導致的相對運動，同時維持暗帶屏蔽178與靶背板146之間的對準。在一些實施例中，每一銷210可具有軸向穿過銷210設置的中空通路215以允許抽空截留在對準特徵結構內的氣體。
在暗帶屏蔽178係介電質的實施例中，支撐構件184可包括偏置暗帶屏蔽178抵靠靶組件138的複數個偏置特徵結構。舉例而言，如第3圖所圖示，偏置特徵結構302可包括保持在支撐構件184中之凹槽中的球304。彈簧306可設置在球304與凹槽之底部之間以偏置球304離開凹槽的底部。可將保持特徵結構(諸如，保持環308)緊固至支撐構件184，以使球304保持在凹槽內。保持環308的直徑可經選擇在使球304保持在支撐構件184的凹槽內的同時允許球304的期望部分從凹槽延伸並接觸暗帶屏蔽178。此外，藉由允許藉由在球304上方移動的徑向運動，可減少或消除由於組件之間摩擦導致的顆粒產生。
回到第1圖，在一些實施例中，饋入結構110使RF能量及視情況的DC能量耦合至靶106。儘管下文描述特定饋 入結構110，但是亦可使用具有其他配置的其他饋入結構。在一些實施例中，饋入結構110可包括具有第一端114的主體112，該第一端114可耦接至RF電源118及視情況的DC電源120，可分別使用該RF電源118及該DC電源120來為靶106提供RF能量及DC能量。饋入結構110之與第一端114相對的第二端116耦接至腔室蓋134。在一些實施例中，主體112進一步包括從第一端114到第二端116穿過主體112設置的中心開口115。可用適合的導電材料製造饋入結構110以從RF電源118及DC電源120傳導RF能量及DC能量。
在一些實施例中，腔室蓋134可進一步包括源分配板122以經由導電構件125將經由饋入結構110施加的能量分配至靶106的周邊邊緣。因而，在一些實施例中，主體112的第二端116可耦接至源分配板122。源分配板包括穿過源分配板122設置並與主體112之中心開口115對準的孔124。可由適合的導電材料製造源分配板122以從饋入結構110傳導RF能量及DC能量。
導電構件125可為具有第一端126之管狀構件，該第一端126貼近源分配板122之周邊邊緣耦接至源分配板122之面向靶的表面128。導電構件125進一步包括第二端130，該第二端130貼近靶106之周邊邊緣耦接至靶106之面向源分配板的表面132(或耦接至靶106之背板146)。
可提供接地屏蔽140以覆蓋腔室蓋134之外表面。接地屏蔽140可(例如)經由腔室主體136之接地連接耦接至地面。在一些實施例中，接地屏蔽140可具有中心開口以允 許饋入結構110穿過接地屏蔽140而耦接至源分配板122。接地屏蔽140可包含任何適合的導電材料(諸如，鋁、銅等)。在接地屏蔽140與分配板122的外表面、導電構件125的外表面及靶106(及/或背板146)的外表面之間提供絕緣間隙139以防止將RF能量及DC能量直接導引至地面。絕緣間隙可填充有空氣或一些其他適合的介電材料(諸如，陶瓷、塑膠等)。
腔室主體136含有用於於上接收基板104的基板支撐台座102。基板支撐台座102可位於接地的外殼壁108內，該外殼壁108可為腔室壁(如圖示)或接地屏蔽。接地屏蔽140可覆蓋靶106上方之腔室100的至少一些部分。
在一些實施例中，腔室主體134可進一步包括連接至上腔室配接器142之突出部分176的接地底部屏蔽180。底部屏蔽180向下延伸並可包括具有大體恆定直徑的大體管狀部分。底部屏蔽180沿上腔室配接器142之壁及腔室壁108向下延伸至低於基板支撐台座102之頂表面，並向上返回直到到達基板支撐台座102之頂表面。在基板支撐台座102處於自身的下部裝載位置時，蓋環186靜置於底部屏蔽180之向上延伸之內部188的頂部上，但在基板支撐台座102處於自身的上部沉積位置時，蓋環186靜置於基板支撐台座102之外周邊以保護基板支撐台座102免受濺鍍沉積影響。
底部屏蔽180可具有內徑或與內徑實質上相同的中心開口或暗帶屏蔽178之相應的中心開口，藉此為形成在處理腔室100中的電漿提供更均勻的處理窗。在一些實施例中，可提供複數個對準特徵結構以將底部屏蔽180維持在期望的 位置。舉例而言，如第2圖中所圖示，在一些實施例中，複數個銷214可從上腔室配接器142之表面延伸。舉例而言，可用形成在上腔室配接器142中的相應孔壓入配合銷或以其他方式緊固銷。銷214包括在實質上垂直方向上從上腔室配接器142之表面延伸以與設置在底部屏蔽180內之相應複數個狹縫216介面連接或配合的部分。在一些實施例中，存在防止底部屏蔽180之側到側運動並維持底部屏蔽180與暗帶屏蔽178之對準的至少三組對準特徵結構(例如，三個銷214及三個狹縫216)。狹縫216可徑向對準，以使狹縫216的徑向長度大於銷214的直徑，以在維持底部屏蔽180與暗帶屏蔽178之間的對準的同時促進底部屏蔽180與上腔室配接器142由於熱膨脹及熱收縮之速率差異的相對運動。在一些實施例中，可提供穿過上腔室配接器的通路218以防止在安裝銷214時截留氣體。在一些實施例中，可提供一或更多個緊固件以將底部屏蔽180緊固至上腔室配接器142。舉例而言，如第3圖中所圖示，可提供穿過設置在上腔室配接器142中之相應孔的緊固件(諸如，螺釘310)。在一些實施例中，環312可設置在上腔室配接器142中之凹槽中與螺釘310成一直線。可使螺釘310旋進環312以將底部屏蔽180夾持至上腔室配接器142。
因而，本文提供使電漿暗帶具有同心度之設備。發明的設備有利地允許暗帶屏蔽與靶之間的改良間隙控制並允許電漿暗帶區域的改良同心度。
儘管上文係關於本發明的實施例，但可在不脫離本發明的基本範疇的情況下設想出本發明的其他與進一步實施 例。
106‧‧‧靶
125‧‧‧導電構件
134‧‧‧腔室蓋
140‧‧‧接地屏蔽
142‧‧‧上腔室配接器
146‧‧‧靶背板
178‧‧‧暗帶屏蔽
182‧‧‧密封環
184‧‧‧支撐構件
202‧‧‧螺釘
204‧‧‧密封件
206‧‧‧密封件
208‧‧‧間隙
218‧‧‧通路
302‧‧‧偏置特徵結構
306‧‧‧彈簧
308‧‧‧保持環

Claims (19)

  1. 一種基板處理設備，包含：一腔室主體；一蓋，設置在該腔室主體頂部；一靶組件，耦接至該蓋，該靶組件包括待沉積在一基板上的一靶材料；一環形暗帶屏蔽，具有繞該靶材料之一外邊緣設置的一內壁；一密封環，設置鄰近該暗帶屏蔽之一外邊緣；以及一支撐構件，該支撐構件耦接至貼近該支撐構件之一外端的該蓋並徑向向內延伸，以使該支撐構件支撐該密封環及該環形暗帶屏蔽，以在該支撐構件與該密封環之間形成一第一密封，並在該密封環與該靶組件之間形成一第二密封。
  2. 如請求項1所述之基板處理設備，其中該密封環由一介電材料製成。
  3. 如請求項1所述之基板處理設備，其中該暗帶屏蔽由一介電材料製成。
  4. 如請求項3所述之基板處理設備，其中該介電材料係陶瓷。
  5. 如請求項1所述之基板處理設備，其中該暗帶屏蔽由一導電材料製成。
  6. 如請求項5所述之基板處理設備，其中該導電材料係不銹鋼或鋁中之至少一者。
  7. 如請求項1至6中任一項所述之基板處理設備，進一步包含一對準特徵結構以在該暗帶屏蔽之該內壁與該靶材料之該外邊緣之間維持一均勻的徑向間隙。
  8. 如請求項7所述之基板處理設備，其中該對準特徵結構包含：複數個銷，耦接至該靶組件之一底表面，並具有在一實質上垂直方向上從該靶組件之該底表面延伸的部分；及相應的複數個狹縫，設置在該暗帶屏蔽之一頂表面內，並經配置以接收該複數個銷的該等延伸部分。
  9. 如請求項8所述之基板處理設備，其中每一銷包括軸向地穿過該銷設置的一中空通路。
  10. 如請求項1至6中任一項所述之基板處理設備，其中該支撐構件進一步包含偏置該環形暗帶屏蔽抵靠該靶組件的複數個偏置特徵結構。
  11. 如請求項10所述之基板處理設備，其中每一偏置特徵結構包含一球，該球保持在該支撐構件中之一凹槽中並具有設置在該球與該凹槽之一底部之間的一彈簧以偏置該球離開該凹槽之該底部，使得該球的一部分從該凹槽延伸。
  12. 如請求項1至6中任一項所述之基板處理設備，進一步包含使該支撐構件耦接至一腔室主體配接器的一下部對準特徵結構。
  13. 一種基板處理設備，包含：一蓋，經配置可移除地耦接至一基板處理腔室；一靶組件，耦接至該蓋，該靶組件包括待沉積在一基板上的一靶材料；一環形暗帶屏蔽，具有繞該靶材料之一外邊緣設置的一內壁；一支撐構件，該支撐構件耦接至貼近該支撐構件之一外端的該蓋並徑向向內延伸，該支撐構件包括在該支撐構件耦接至該蓋時偏置該環形暗帶屏蔽抵靠該靶組件的一或更多個偏置特徵結構；以及一密封環，經設置鄰近該暗帶屏蔽之一外邊緣並在該支撐構件與該靶組件之間，其中在該支撐構件與該密封環形成一第一密封，並在該密封環與該靶組件之間形成一第二密封。
  14. 如請求項13所述之基板處理設備，其中該靶組件進一 步包含設置在一背板上的一靶材料。
  15. 如請求項13至14中任一項所述之基板處理設備，其中該支撐構件進一步包含一環形板，該環形板具有貼近該環形板之一內徑向上延伸的一突出部。
  16. 如請求項13至14中任一項所述之基板處理設備，其中每一偏置特徵結構包含一球，該球保持在該支撐構件中之一凹槽中並具有設置在該球與該凹槽之一底部之間的一彈簧以偏置該球離開該凹槽之該底部，使得該球的一部分從該凹槽延伸。
  17. 如請求項13至14中任一項所述之基板處理設備，進一步包含一對準特徵結構以在該暗帶屏蔽之該內壁與該靶材料之一外邊緣之間維持一均勻的徑向間隙。
  18. 如請求項17所述之基板處理設備，其中該暗帶屏蔽之該內壁與該靶材料之該外邊緣之間的該徑向間隙為約30密耳至約40密耳。
  19. 如請求項18所述之基板處理設備，其中該對準特徵結構包含：複數個銷，耦接至該靶組件之一底表面，並具有在一實質上垂直方向上從該靶組件之該底表面延伸的部分；以及 相應的複數個狹縫，設置在該暗帶屏蔽之一頂表面內，並經配置以接收該複數個銷的該等延伸部分。
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