TWI618172B - 在基板處理腔室中使用的準直儀 - Google Patents
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Abstract
於此提供用於在基板處理腔室中使用的準直儀之實施例。在一些實施例中，準直儀包含：本體，具有中央區域、周邊區域以及設置在中央和周邊區域之間的過渡區域；在中央區域中的複數個第一孔，具有第一深寬比；在周邊區域中的複數個第二孔，具有小於第一深寬比的第二深寬比；及在過渡區域中的複數個第三孔，其中複數個第三孔被切割，使過渡區域形成環繞中央區域的圓錐形狀。
Description
本揭露書的實施例大體關於在半導體製造系統中使用的基板處理腔室。
可靠地生產次微米和更小的特徵是用於下一代的大型積體電路(VLSI)和超大型積體電路(ULSI)的半導體裝置之技術挑戰。然而，由於電路技術的小型化的繼續，在VLSI和ULSI技術中之互連件的縮減尺寸已訂出對於處理能力的額外需求。例如，對下一代裝置而言，當電路密度增加時，互連件(諸如通孔、溝槽、接點、閘結構和其它特徵)以及它們之間的介電材料的寬度減小，同時介電層的厚度保持實質恆定，因為增加特徵的深寬比的結果。
濺射(也稱為物理氣相沉積(PVD))是在積體電路中形成金屬特徵的常用方法。濺射沉積材料層於基板上。來源材料(諸如靶材)是藉由經電場而強烈加速的離子而轟擊。轟擊將材料從靶材轟出，且材料接著沉積在基板上。在沉積期間，轟出的顆粒可在不同的方向上行進，而不是大體垂直於基板表面的方向上，因此導致伸出的結構形成在基板中之高深寬比特徵的角落上。
伸出物可能非所欲地導致形成在所沉積的材料內的孔或空隙，導致所形成的特徵的減弱導電性。更高深寬比的幾何形狀具有更高的難度以填補成無空隙。
將到達基板表面的離子部分或離子密度控制到特定的範圍可提高在金屬層沉積製程期間的底部和側壁覆蓋率(並減少伸出問題)。在一個例子中，從靶材移出的顆粒可通過製程工具(諸如準直儀)而控制，以幫助提供顆粒進入至特徵中的更垂直的軌跡。準直儀提供在靶材和基板之間相對長的、直的且狹窄的通道，以過濾衝擊和黏在準直儀之通道的非垂直行進的顆粒。
藉由給定的準直儀所完成過濾的實際量至少部分地取決於通過準直儀之孔的深寬比。因此，在接近垂直於基板的路徑上行進的顆粒通過準直儀且沉積在基板上，此改善高深寬比特徵之底部的覆蓋率。然而，使用現有技術之通常具有整體六邊形的準直儀，存在有某些問題。不幸地，具有現有技術之準直儀的PVD腔室在鄰近基板的邊緣處留下六點的沉積，因為六角形準直儀之角落的遮蔽。
因此，發明人已提供具有改良沉積均勻性之設備的改良實施例。
於此提供用於在基板處理腔室中使用的準直儀之實施例。在一些實施例中，準直儀包含：本體，具有中央區域、周邊區域以及設置在中央區域和周邊區域
之間的過渡區域；在中央區域中的複數個第一孔，具有第一深寬比；在周邊區域中的複數個第二孔，具有小於第一深寬比的第二深寬比；及在過渡區域中的複數個第三孔，其中複數個第三孔被切割，使過渡區域形成環繞中央區域的圓錐形狀。
在一些實施例，用於在基板處理腔室中使用的準直儀包含：本體，具有中央區域、周邊區域以及設置在中央區域和周邊區域之間的過渡區域；在中央區域中的複數個第一孔，具有第一深寬比；在周邊區域中的複數個第二孔，具有小於第一深寬比的第二深寬比；及在過渡區域中的複數個第三孔，其中複數個第三孔被切割，使過渡區域形成環繞中央區域的圓錐形狀，其中複數個第一孔、複數個第二孔和複數個第三孔被粗糙化，且其中複數個第一孔、複數個第二孔和複數個第三孔的上部分包含倒角。
在一些實施例中，製程腔室包含：腔室本體，界定內部容積；濺射靶材，設置在內部容積之上部分；基板支撐件，設置在濺射靶材之下方；及準直儀，設置在濺射靶材和基板支撐件之間的內部容積中，其中準直儀包含：本體，具有中央區域、周邊區域以及設置在中央區域和周邊區域之間的過渡區域；在中央區域中的複數個第一孔，具有第一深寬比；在周邊區域中的複數個第二孔，具有小於第一深寬比的第二深寬比；及在過渡
區域.中的複數個第三孔，其中複數個第三孔被切割，使過渡區域形成環繞中央區域的圓錐形狀。
本揭露書的其它和進一步的實施例係說明如下。
100‧‧‧腔室
101‧‧‧系統控制器
102‧‧‧蓋環
103‧‧‧圓柱形內部帶
105‧‧‧腔室本體
106‧‧‧內容積
110‧‧‧準直儀
126‧‧‧壁
128‧‧‧孔
129‧‧‧寬度
140‧‧‧製程套組
142‧‧‧靶材
144‧‧‧轉接器
145‧‧‧濺射表面
146‧‧‧介電隔離器
148‧‧‧功率源
150‧‧‧腔室壁
152‧‧‧基板支撐件
153‧‧‧周邊邊緣
154‧‧‧基板
156‧‧‧功率源
158‧‧‧波紋管
160‧‧‧壁
162‧‧‧氣體源
164‧‧‧質流控制器
170‧‧‧磁控管
172‧‧‧磁鐵
174‧‧‧底板
176‧‧‧軸
180‧‧‧下屏蔽件
182‧‧‧支撐凸緣
184‧‧‧凸緣
186‧‧‧上屏蔽件
188‧‧‧間隙
190‧‧‧突出尖端
196‧‧‧圓柱形外部帶
198‧‧‧底板
202‧‧‧屏蔽部分
218‧‧‧本體
220‧‧‧中央區域
240‧‧‧周邊區域
260‧‧‧過渡區域
280‧‧‧圓形輪廓
305‧‧‧圓
310‧‧‧整合的流量優化器
350‧‧‧倒角
390‧‧‧功率源
402‧‧‧預定的距離
404‧‧‧預定的角度
406‧‧‧倒角
本揭露書的實施例(簡單地摘要於上和更詳細地討論於下)可藉由參照在附隨的圖式中所描繪的本揭露書之示例性實施例而理解。然而，所附隨的圖式僅描繪本揭露書的通常實施例，且因此不被視為對範圍的限制，因為本揭露書可允許其它等效的實施例。
第1圖描繪根據本揭露書的一些實施例之製程腔室的簡化的、概要的剖面側視圖。
第2圖描繪根據本揭露書的一些實施例之準直儀之等角底/側視圖。
第3圖描繪根據本揭露書的一些實施例之準直儀的頂視圖。
第4圖描繪第2圖之準直儀的剖面側視圖。
為幫助理解，已儘可能地使用相同的元件符號以指定共用於圖式的相同元件。圖式係未按比例而繪製，且可為清晰而簡化。一些實施例的元件和特徵可被在有利地併入於其他實施例中無需進一步載明。
於此提供準直儀的實施例，諸如那些用於半導體基板的微電子裝置製造。於此所揭露的準直儀有利地改善跨越待處理的基板之沉積均勻性。
本揭露書的實施例係相對於物理氣相沉積(PVD)腔室而示例性地於此說明。然而，發明的準直儀可大體被用在任何基板處理腔室中，以過濾非垂直行進的顆粒。第1圖顯示根據本揭露書的實施例之適用於濺射沉積材料且具有準直儀110設置在之中的處理腔室100(例如，PVD腔室)。可適於從本揭露書受益的合適的PVD腔室之示例性例子包含ALPS® Plus和SIP ENCORE® PVD處理腔室，二者均可從加州聖克拉拉市的應用材料公司購得。可從應用材料公司，和從其它製造商的購得的其它處理腔室，亦可根據於此所述的實施例而適用。
腔室100具有界定內部容積106之腔室本體105。腔室本體105包含接地的腔室壁150和設置於腔室壁150之上方之接地的導電轉接器144。在一些實施例中，處理腔室100包含具有下屏蔽件180、上屏蔽件186及準直儀110之製程套組140。處理腔室100還包含濺射源(諸如具有濺射表面145的靶材142)和具有周邊邊緣153的基板支撐件152(用於接收基板154在基板支撐件152上)。基板支撐件152可被設置在接地的腔室壁150內。
靶材142係通過介電隔離器146而藉由接地的導電轉接器144支撐。靶材142包括於濺射期間待沉積在基板154的表面上的材料，且可包含用於在基板154中所形成的高深寬比特徵中作為種晶層而沉積的銅。當於此使用時，用詞深寬比關於元件之高度、長度或深度與元件的寬度之比率。在一些實施例中，靶材142還可包含濺射材料(諸如銅)的金屬表面層和結構材料之背層(諸如鋁)的結合合成物。
在一些實施例中，基板支撐件152支撐具有待被濺射塗佈之高深寬比特徵的基板154，高深寬比特徵的底部是在相對於靶材142的主要表面的平面中。基板支撐件152具有設置成大體平行於靶材142的濺射表面之平坦的基板接收表面。基板支撐件152可通過連接到底部腔室壁160的波紋管158而可垂直地移動，以允許基板154通過在處理腔室100的下部分中之負載鎖定閥(圖未示)而被傳送至基板支撐件152上。基板支撐件可接著被升高到如圖所示的沉積位置。
在一些實施例中，處理氣體可從氣體源162通過質流控制器164而供應至處理腔室100的下部分中。可控的直流(DC)功率源148(耦接至處理腔室100)可被用以施加負電壓或偏壓至靶材142。射頻(RF)功率源156可被耦接至基板支撐件152，以誘導DC自偏壓於基板154上。在一些實施例中，基板支撐件152可為
接地的。在一些實施例中，基板支撐件152可替代地為電氣浮動的。
在一些實施例中，磁控管170被定位在靶材142之上方。磁控管170可包含通過連接到軸176的底板174而支撐的複數個磁鐵172，磁鐵172可與處理腔室100和基板154的中央軸軸向對準。磁鐵172產生磁場在處理腔室100內，靠近靶材142的前表面處，以產生電漿，因而大量的離子通量的撞擊靶材142，導致靶材材料的濺射排出。磁鐵172可繞軸176而旋轉，以增加跨越靶材142的表面之磁場的均勻性。
在一些實施例中，處理腔室100可包含接地的下屏蔽件180，下屏蔽件180具有藉由腔室壁150而支撐且電耦接至腔室壁150的支撐凸緣182。上屏蔽件186係藉由導電轉接器144的凸緣184所支撐，並耦接至導電轉接器144的凸緣184。上屏蔽件186和下屏蔽件180係如同導電轉接器144和腔室壁150般電耦接。在一些實施例中，上屏蔽件186和下屏蔽件180皆由不銹鋼所製成。在一些實施例中，處理腔室100可包含耦接到上屏蔽件186之中間屏蔽件(圖未示)。在一些實施例中，上屏蔽件186和下屏蔽件180可在處理腔室100內電氣浮動。在一些實施例中，上屏蔽件186和下屏蔽件180可替代地為耦接到電功率源。
在一些實施例中，上屏蔽件186可具有上部分，上部分以在上屏蔽件186和靶材142之間的狹窄間
隙188而緊密配合靶材142的環形側邊凹陷，狹窄間隙188係夠窄以防止電漿穿透和濺射塗佈介電隔離器146。上屏蔽件186還可包含向下突出尖端190，突出尖端190覆蓋下屏蔽件180和上屏蔽件186之間的介面，以防止藉由濺射的沉積材料而結合下屏蔽180和上屏蔽件186。
在一些實施例中，下屏蔽件180可向下地延伸至圓柱形外部帶196，圓柱形外部帶196大體沿著腔室壁150延伸至基板支撐件152的頂表面之下方。下屏蔽件180可具有從圓柱形外部帶196徑向向內延伸的底板198。底板198可包含圍繞基板支撐件152的周邊之向上延伸的圓柱形內部帶103。在一些實施例中，當基板支撐件152是在下方的裝載位置時，蓋環102放置在圓柱形的內部帶103之頂部，且當基板支撐件是在上方的沉積位置時，蓋環102放置在基板支撐件152的外部周邊上，以保護基板支撐件152免於濺射沉積。
下屏蔽件180圍繞面對基板支撐件152之靶材142的濺射表面145，且亦圍繞基板支撐件152的周邊壁。下屏蔽件180還覆蓋並遮蔽處理腔室100的腔室壁150，以減少從靶材142的濺射表面145所濺射的沉積物沉積到下屏蔽件180之後的部件和表面上。例如，下屏蔽件180可保護基板支撐件152的表面、基板154的部分、腔室壁150及處理腔室100的底部壁160。
在一些實施例中，定向的濺射可藉由將準直儀110定位在靶材142和基板支撐件152之間而實現。準直儀110可以被機械地和電性地耦接到上屏蔽件186。在一些實施例中，準直儀110可被耦合到位於處理腔室100中較低處的中間屏蔽件(圖未示)。在一些實施例中，準直儀110可被整合到上屏蔽件186。在一些實施例中，準直儀110被焊接到上屏蔽件186。在一些實施例中，準直儀110可在處理腔室100內電氣浮動。在一些實施例中，準直儀110可被耦接到電功率源。準直儀110包含複數個孔128，以在腔室內導引氣體及/或材料通量。在一些實施例中，孔128可具有六邊形的形狀，如第2-4圖中所示。
第2圖是根據本揭露書的一些實施例之準直儀110的等角視圖。第3圖是可被設置在第1圖的處理腔室100中之準直儀110的頂視平面圖。在一些實施例中，準直儀110具有大體蜂窩的結構，蜂窩的結構具有分離以緊密堆積配置之孔128的壁126。孔128的深寬比可被界定為孔128的深度(在特定位置等於準直儀的長度)除以孔128的寬度129。在一些實施例中，壁126的厚度是約0.06英寸和約0.18英寸之間。在一些實施例中，壁126的厚度是約0.12英寸和約0.15英寸之間。在一些實施例中，包圍每個孔128之圓305可具有1.5英寸的直徑。在一些實施例中，準直儀110係由選自鋁、銅和不銹鋼的材料所製成。
準直儀110的蜂窩結構可用為整合的通量優化器310，以優化通過準直儀110之離子的流動路徑、離子部分及離子軌跡行為。在一些實施例中，鄰近屏蔽部分202之壁126具有倒角350和半徑。準直儀110的屏蔽部分202可幫助安裝準直儀110於處理腔室100中。
在一些實施例中，準直儀110可從鋁單塊而加工出。準直儀110可選擇地為被塗佈或被陽極處理。替代地，準直儀110可由與所述處理環境相容的其它材料所製成，且也可由一個或多個區域所構成。替代地，屏蔽部分202和整合的通量優化器310係形成為分離件且使用合適的連接手段(諸如焊接)而被耦接在一起。在一些實施例中，準直儀110的壁126可被粗糙化(例如，珠擊)，以改善高應力膜(如，銅合金)對壁126的黏著性。
在一些實施例中，準直儀110可以雙極模式而電偏壓，以控制通過該準直儀110之離子的方向。例如，可控的直流(DC)或AC準直儀功率源(功率源390)可被耦合到準直儀110，以提供交流的脈衝正或負電壓到準直儀110，以偏壓準直儀110。在一些實施例中，功率源390是DC功率源。
準直儀110如過濾器運作，以捕抓來自靶材142的材料以超過預定的角度之角度(相對於基板154接近垂直的角度)所排出的離子和中性物質。準直儀110的孔128的深寬比可沿著準直儀110的寬度變化，以允
許從來自靶材142的材料之中央或周邊區域排出之不同百分比的離子通過準直儀110。因此，沉積到基板154之周邊區域和中央區域之離子的數量和離子的到達角度皆被調整和控制。因此，材料可被更均勻地跨越基板154的表面而被濺射沉積。此外，材料可被更均勻地沉積在高深寬比特徵的底部和側壁上，特別是位於靠近基板154之周邊的高深寬比通孔和溝槽。
第4圖是第2圖中所示之準直儀110的剖視圖。準直儀110包含本體218，本體218具有中央區域220，中央區域220具有複數個第一孔，複數個第一孔具有高深寬比，諸如從約2.5：1至約3.3：1。在一些實施例中，在中央區域中的複數個第一孔具有約3.3：1的深寬比。準直儀110的複數個第二孔的深寬比在周邊區域240中減小。在一些實施例中，在周邊區域240中的複數個第二孔具有約1：1的深寬比。較高的深寬比允許更多的孔在準直儀110的中央區域220中。在一些實施例中，例如，中央區域220包含61個孔。
在一些實施例中，準直儀110的徑向孔減小是藉由提供設置在中央區域220和周邊區域240之間的過渡區域260而完成。複數個第三孔沿著預定的角度被切割，使過渡區域260形成圍繞複數個第一孔的圓錐形狀。在一些實施例中，預定的角度可為15°和45°之間。過渡區域有利地提供在中央區域220中之孔的圓形輪廓
280，此克服靠近基板154的邊緣處因由傳統的六邊形準直儀之角落所造成的屏蔽而產生之六個點沉積。
孔128的壁126的上部分具有倒角406，以減少孔128被所濺射的材料堵塞的速率。倒角406延伸預定的距離402進入孔128中，並以預定的角度404而形成。在一些實施例中，預定的距離402係約0.15英寸至約1英寸之間且預定的角度係約2.5°和約15度之間。在一些實施例中，預定的距離402和預定的角度404分別為約0.15英寸和15°。在一些實施例中，預定的距離402和預定的角度404分別為約1英寸和2.5°。
因此，以於此揭露了冷卻的製程工具轉接器和使用冷卻的製程工具轉接器之製程腔室的實施例。冷卻的製程工具轉接器有利地幫助於在製程腔室中支撐製程工具，同時從製程工具移除在使用期間所產生成的熱量。
雖然前面部分是關於本揭露書的實施例，本揭露書的其他和進一步的實施例可經設計而不背離本揭露書的基本範圍。
110‧‧‧準直儀
126‧‧‧壁
186‧‧‧上屏蔽件
220‧‧‧中央區域
240‧‧‧周邊區域
260‧‧‧過渡區域
280‧‧‧圓形輪廓
402‧‧‧預定的距離
404‧‧‧預定的角度
406‧‧‧倒角
Claims (20)
- 一種用於在一基板處理腔室中使用的準直儀，包括：一本體，具有一中央區域、一周邊區域以及設置在該中央區域和該周邊區域之間的一過渡區域；在該中央區域中的複數個第一孔，具有一第一深寬比；在該周邊區域中的複數個第二孔，具有小於該第一深寬比的一第二深寬比；及在該過渡區域中的複數個第三孔，其中該複數個第三孔被切割，使該過渡區域形成環繞該中央區域的一圓錐形狀，其中該中央區域具有一圓形邊緣，該圓形邊緣由該過渡區域形成。
- 如請求項1所述之準直儀，其中該複數個第一孔、該複數個第二孔和該複數個第三孔被粗糙化。
- 如請求項1所述之準直儀，其中該複數個第三孔被以一預定的角度而切割，該預定的角度係15°至45°。
- 如請求項1所述之準直儀，其中該複數個第一孔包含約61個孔。
- 如請求項1所述之準直儀，其中該複數個第 一孔、該複數個第二孔和該複數個第三孔之上部分包含一倒角。
- 如請求項5所述之準直儀，其中該倒角係約2.5°且具有約1英寸的一長度。
- 如請求項5所述之準直儀，其中該倒角係約15°且具有約0.15英寸的一長度。
- 如請求項1所述之準直儀，其中該複數個第一孔之一深寬比係3.3：1。
- 如請求項1所述之準直儀，其中該複數個第一孔、該複數個第二孔和該複數個第三孔係六角形。
- 如請求項1所述之準直儀，其中圍繞該複數個第一孔之每一者的一圓具有約1.5英寸的一直徑。
- 一種在一基板處理腔室中使用的準直儀，包括：一本體，具有一中央區域、一周邊區域以及設置在該中央區域和該周邊區域之間的一過渡區域；在該中央區域中的複數個第一孔，具有一第一深寬比；在該周邊區域中的複數個第二孔，具有小於該第一深寬比的一第二深寬比；及在該過渡區域中的複數個第三孔，其中該複數個第 三孔被切割，使該過渡區域形成環繞該中央區域的一圓錐形狀，其中該複數個第一孔、該複數個第二孔和該複數個第三孔被粗糙化，其中該複數個第一孔、該複數個第二孔和該複數個第三孔的上部分包含一倒角，且其中該中央區域具有一圓形邊緣，該圓形邊緣由該過渡區域形成。
- 如請求項11所述之準直儀，其中該複數個第三孔被以一預定的角度而切割，該預定的角度係15°至45°。
- 如請求項11所述之準直儀，其中該複數個第一孔包含約61個孔。
- 如請求項11所述之準直儀，其中該倒角係約2.5°並具有約1英寸的一長度。
- 如請求項11所述之準直儀，其中該倒角係約15°並具有約0.15英寸的一長度。
- 如請求項11所述之準直儀，其中該複數個第一孔之一深寬比係3.3：1。
- 如請求項11所述之準直儀，其中該複數個第一孔、該複數個第二孔和該複數個第三孔係六角形。
- 如請求項11所述之準直儀，其中圍繞該複數個第一孔之每一者的一圓具有約1.5英寸的一直徑。
- 一種基板處理腔室，包括：一腔室本體，界定一內部容積；一濺射靶材，設置在該內部容積之一上部分中；一基板支撐件，設置在該濺射靶材之下方；及一準直儀，設置在該濺射靶材和該基板支撐件之間的該內部容積中，其中該準直儀包含：一本體，具有一中央區域、一周邊區域以及設置在該中央區域和該周邊區域之間的一過渡區域；在該中央區域中的複數個第一孔，具有一第一深寬比；在該周邊區域中的複數個第二孔，具有小於該第一深寬比的一第二深寬比；及在該過渡區域中的複數個第三孔，其中該複數個第三孔被切割，使該過渡區域形成環繞該中央區域的一圓錐形狀，其中該中央區域具有一圓形邊緣，該圓形邊緣由該過渡區域形成。
- 如請求項19所述之基板處理腔室，其中該複數個第一孔之一深寬比係3.3：1。
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