TWI632245B - 用於物理氣相沉積處理系統之標靶中心位置限制 - Google Patents

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應用材料股份有限公司
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
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Abstract

本文提供用於使用在基板處理系統中的靶材裝置。在某些實施例中，用於使用在基板處理系統中的一種靶材裝置可包括：來源材料；背板，該背板是配置來將該來源材料支撐於該背板的前側上；以及中央支撐構件，該中央支撐構件用以支撐在該基板處理系統內的該靶材裝置，其中該中央支撐構件是耦接於該背板的中央部，且該中央支撐構件從該背板的該背側垂直地延伸離開。

Description

用於物理氣相沉積處理系統之標靶中心位置限制
本發明的實施例一般是關於基板處理系統，且更具體地，是關於物理氣相沉積(PVD,physical vapor deposition)處理系統。
在電漿輔助基板處理系統中，例如物理氣相沉積(PVD)腔室，利用高磁場與高DC功率的高功率密度PVD濺鍍可以在濺鍍靶材處產生高能量，並且導致該濺鍍靶材的表面溫度的大幅提高。發明人已經觀察到，用以冷卻靶材之靶材背板的背側溢流(backside flooding)可能不足以從靶材擷取且移除熱。發明人已經另外觀察到，平坦的濺鍍靶材中的剩餘熱會導致顯著的機械彎曲，這是因為濺鍍材料中以及橫越背板(4-8mm的大小)的熱升降率。當正在處理較大尺寸的晶圓時，機械彎曲會增加。此增加的尺寸會使靶材在熱、壓力與重力負載之下彎曲/變形的傾向更加惡化。彎曲的影響可能包括靶材材料中所引致的機械應力，該機械應力會導致破 裂、靶材至絕緣體介面處的損傷以及從磁鐵裝置至靶材材料面的距離的改變，此距離改變會導致電漿特性的改變(例如，使處理體系移出最佳或想要的處理狀況，這會影響維持電漿、濺鍍/沉積速率與靶材腐蝕的性能)。
因此，本發明提供用於使用在基板處理系統中的靶材裝置的改良式限制，以限制靶材的變形量。
本文提供用於使用在基板處理系統中的靶材裝置。在某些實施例中，用於使用在基板處理系統中的一種靶材裝置可包括：來源材料；背板，該背板是配置來將該來源材料支撐於該背板的前側上；以及中央支撐構件，該中央支撐構件用以支撐在該基板處理系統內的該靶材裝置，其中該中央支撐構件是耦接於該背板的中央部，且該中央支撐構件從該背板的該背側垂直地延伸離開。
在至少某些實施例中，提供一種基板處理系統，該基板處理系統包括：腔室主體；靶材，該靶材設置於該腔室主體中，且該靶材包括來源材料與背板，該來源材料將沉積於基板上，且該背板是配置來將該來源材料支撐於該背板的前側上；來源分配板，該來源分配板相對於該靶材的背側，且該來源分配板電性耦接於該靶材；以及中央支撐構件，該中央支撐構件設置通過於該來源分配板，且該中央支撐構件耦接於該靶材，以支撐在該基板處理系統內的該靶材裝置，其中該中央支撐構件耦接於該背板的中央部，且該中央支撐構件從該背板的該背側垂直地延伸離開。
本發明的其他與進一步實施例則敘述於下。
100‧‧‧物理氣相沉積(PVD)處理系統
101‧‧‧腔室蓋
103‧‧‧接地裝置
104‧‧‧處理腔室
106‧‧‧基板支座
108‧‧‧基板
110‧‧‧下接地圍繞壁部
112‧‧‧接地屏蔽部
113‧‧‧來源材料
114‧‧‧靶材裝置
116‧‧‧上接地圍繞壁部
120‧‧‧中央區域
122‧‧‧波紋管
124‧‧‧底部腔室壁部
126‧‧‧氣源
128‧‧‧質量流動控制器
130‧‧‧排放埠
132‧‧‧閥門
134‧‧‧RF偏壓電源
136‧‧‧電容調整器
138‧‧‧屏蔽部
140‧‧‧突部
146‧‧‧第一開口
148‧‧‧蓋環
152‧‧‧磁鐵
154‧‧‧電極
156‧‧‧接地板
157‧‧‧第一表面
158‧‧‧來源分配板
160‧‧‧背板裝置
161‧‧‧第一背板
162‧‧‧第二背板
163‧‧‧流體分配歧管
164‧‧‧導電式支撐環
165‧‧‧供應接線
166‧‧‧第一端
167‧‧‧供應導管
1671-2‧‧‧供應導管
168‧‧‧第二端
169‧‧‧多組冷卻劑通道
170‧‧‧孔腔
172‧‧‧磁鐵支撐構件
174‧‧‧馬達軸
175‧‧‧支撐構件
176‧‧‧馬達
178‧‧‧變速箱
179‧‧‧暗區屏蔽部
180‧‧‧絕緣縫隙
181‧‧‧密封環
182‧‧‧RF或DC電源
183‧‧‧第二能量源
184‧‧‧變速箱軸裝置
186‧‧‧中心軸
188‧‧‧可旋轉磁鐵
192‧‧‧中央支撐構件
194‧‧‧分配器
196‧‧‧磁控管裝置
2021-n‧‧‧入口
2041-n‧‧‧出口
2061-3‧‧‧通道
302‧‧‧密封環
304‧‧‧中心開口
4021-n‧‧‧入口
4041-n‧‧‧出口
4061-n‧‧‧通道
4081-n‧‧‧供應導管
4101-n‧‧‧回送導管
502‧‧‧主體
504‧‧‧頭部
506‧‧‧溝槽
508‧‧‧溝槽
510‧‧‧底部
藉由參照所附圖式中繪示之本發明的例示實施例，可了解在下面更詳細討論且簡短總結於上之本發明的實施例。但是，注意到，所附圖式只例示本發明之一般實施例且因此不視為限制本發明之範圍，因為本發明可容許其他等效實施例。
根據本發明的某些實施例，第1圖繪示了處理腔室的示意橫剖面視圖。
根據本發明的某些實施例，第2圖繪示了靶材裝置的背板的等尺寸視圖。
根據本發明的某些實施例，第3圖繪示了靶材裝置的示意側視圖。
根據本發明的某些實施例，第4圖繪示了靶材裝置的示意頂視圖。
根據本發明的某些實施例，第5圖繪示了靶材裝置與中央支撐的示意橫剖面側視圖。
為了促進了解，已經在任何可能的地方使用相同的參考號碼來表示圖式中共同的相同元件。圖式未依照尺寸繪製，且可以為了清楚加以簡化。可了解到，一實施例的元件與特徵可有利地併入在其他實施例中，而不用另外詳述。
本發明的實施例包括用於限制PVD濺鍍靶材的一種設備，該設備使用中央定位的支撐柱/結構來限制PVD濺鍍靶 材，該中央定位的支撐柱/結構在處理期間限制該靶材的軸向位置。磁控管移動被導引在此軸向支撐的周圍。在處理期間限制該靶材的軸向位置可以有利地防止在處理期間該靶材的有害的移動。
根據本發明的某些實施例，第1圖繪示了物理氣相沉積(PVD)處理系統100的簡化、橫剖面視圖。適於根據本文所提供之教示而加以修改的其他PVD腔室的範例包括ALPS® Plus與SIP ENCORE® PVD處理腔室，兩者都可在商業上從加州的聖克拉拉的應用材料公司取得。具體地，可以處理200mm、300mm與450mm或更大型基板的腔室將受益於本文所敘述的本發明靶材支撐限制。來自應用材料公司或其他製造商的其他處理腔室(包括那些配置來用於PVD以外的其他類型處理的處理腔室)也可受益於根據本文所揭露之教示而做的修改。
在本發明的某些實施例中，PVD處理系統100包括腔室蓋101，腔室蓋101是可移除地設置於處理腔室104的頂上。腔室蓋101可包括靶材裝置114與接地裝置103。處理腔室104包含基板支座106，基板支座106用於接收基板108於其上。基板支座106可位於下接地圍繞壁部110內，下接地圍繞壁部110可為處理腔室104的腔室壁部。下接地圍繞壁部110可電性耦接於腔室蓋101的接地裝置103，使得射頻回程路徑可以提供給設置於腔室蓋101之上的RF或DC電源182。RF或DC電源182可提供RF或DC功率給靶材裝置114，如同下面討論的。
基板支座106具有材料接收表面，該材料接收表面面向靶材裝置114的主要表面，且基板支座106支撐基板108，基板108將在相對於靶材裝置114之主要表面的平坦位置中被濺鍍塗覆。基板支座106可支撐基板108於處理腔室104的中央區域120中。中央區域120是界定為在處理期間在基板支座106之上的區域(例如，在靶材裝置114與當在處理位置時的基板支座106之間)。
在某些實施例中，基板支座106可垂直地移動，以允許基板108通過處理腔室104的下部中的裝載閘閥門(未示)而被轉移至基板支座106上，並且之後升高至沉積或處理位置。可提供連接至底部腔室壁部124的波紋管122，以維持處理腔室104的內部容積與處理腔室104之外的大氣的分隔，同時促進基板支座106的垂直移動。一或多種氣體可透過質量流動控制器128而從氣源126供應至處理腔室104的下部中。可提供排放埠130，且排放埠130可透過閥門132而耦接於幫浦(未示)，以排放處理腔室104的內部體積並且促進維持處理腔室104內的所欲壓力。
RF偏壓電源134可耦接於基板支座106，以在基板108上感應出負的DC偏壓。另外，在某些實施例中，在處理期間，負的DC自我偏壓可形成於基板108上。例如，RF偏壓電源134所提供的RF能量可在頻率範圍從大約2MHz至大約60MHz，例如，可使用非限制的頻率像是2MHz、13.56MHz或60MHz。在其他應用中，基板支座106可以接地或是電性浮接。替代地或組合地，電容調整器136可耦接於基板 支座106，以針對RF偏壓功率並非所想要的應用，來調整基板108上的電壓。
處理腔室104另外包括處理套組屏蔽部或屏蔽部138，屏蔽部138用以圍繞處理腔室104的處理容積或中央區域，且屏蔽部138用以保護其他腔室元件免於損傷及/或來自處理的汙染。在某些實施例中，屏蔽部138可連接至處理腔室104的上接地圍繞壁部116的突部140。如同第1圖所示，腔室蓋101可放置在上接地圍繞壁部116的突部140上。類似於下接地圍繞壁部110，上接地圍繞壁部116可提供下接地圍繞壁部110與腔室蓋101的接地裝置103之間的射頻回程路徑的一部分。但是，其他射頻回程路徑也是可能的，例如透過接地屏蔽部138。
屏蔽部138向下延伸，且屏蔽部138可包括大體上管狀的部分，該管狀部分具有大體上固定的直徑，且該管狀部分大體上圍繞該中央區域120。屏蔽部138沿著上接地圍繞壁部116與下接地圍繞壁部110的壁部向下延伸至基板支座106的頂表面之下，且直到抵達基板支座106的頂表面才向上返回(例如，在屏蔽部138的底部處形成u形部分)。當基板支座106位於其下裝載位置中時，蓋環148放置於底部屏蔽部138的向上延伸內部的頂部上，但是當基板支座106位於其上沉積位置中時，蓋環148放置於基板支座106的外部周邊上，以保護基板支座106免於濺鍍沉積。可使用額外的沉積環(未示)，來保護基板支座106的邊緣免於基板108的邊緣周圍的沉積。
在某些實施例中，磁鐵152可設置於處理腔室104的周圍，用於選擇性地提供基板支座106與靶材裝置114之間的磁場。例如，如同第1圖所示，磁鐵152可設置於當基板支座106位於處理位置中時基板支座106之上的區域中的腔室壁部110的外側周圍。在某些實施例中，磁鐵152可額外地或替代地設置於其他位置中，例如鄰近於上接地圍繞壁部116。磁鐵152可為電磁鐵，且磁鐵152可耦接於電源(未示)，電源用於控制電磁鐵所產生的磁場的大小。
腔室蓋101通常包括設置於靶材裝置114周圍的接地裝置103。接地裝置103可包括接地板156，接地板156具有第一表面157，第一表面157可大體上平行於且相對於靶材裝置114的背側。接地屏蔽部112可從接地板156的第一表面157延伸並且圍繞靶材裝置114。接地裝置103可包括支撐構件175，支撐構件175用以支撐在接地裝置103內的靶材裝置114。
在某些實施例中，支撐構件175可耦接於靠近支撐構件175的外部周邊邊緣之接地屏蔽部112的下端，且支撐構件175可徑向向內延伸來支撐密封環181、靶材裝置114以及選擇性地，暗區屏蔽部179。密封環181可為環或其他具有所欲橫剖面的環狀形狀。密封環181可包括兩個相對的、平坦的且大體上平行的表面，以協助在密封環181的第一側上介接於靶材裝置114(例如背板裝置160)，且在密封環181的第二側上介接於支撐構件175。密封環181可由介電質材料製成，例如陶瓷。密封環181可將靶材裝置114絕緣於接地 裝置103。
暗區屏蔽部179大體上設置於靶材裝置114的外部邊緣的周圍，例如在靶材裝置114的來源材料113的外部邊緣的周圍。在某些實施例中，密封環181是設置於暗區屏蔽部179的外部邊緣旁邊(亦即，暗區屏蔽部179的徑向向外處)。在某些實施例中，暗區屏蔽部179是由介電質材料製成，例如陶瓷。藉由設置介電質的暗區屏蔽部179，可避免或最小化在暗區屏蔽部與被RF加熱的相鄰組件之間的電弧作用(arcing)。替代地，在某些實施例中，暗區屏蔽部179是由導電材料製成，例如不鏽鋼、鋁或類似者。藉由設置導電的暗區屏蔽部179，可在處理系統100內維持更均勻的電場，藉此促進其中的基板的更均勻處理。在某些實施例中，暗區屏蔽部179的下部可由導電材料製成，且暗區屏蔽部179的上部可由介電質材料製成。
支撐構件175可為大體上平坦的構件，支撐構件175具有中央開口來容納暗區屏蔽部179與靶材裝置114。在某些實施例中，支撐構件175可為圓形或類似圓盤的形狀，但是該形狀可根據腔室蓋的對應形狀及/或將在PVD處理系統100中處理的基板的形狀而改變。使用時，當腔室蓋101打開或關閉時，支撐構件175將暗區屏蔽部179維持成適當對準於靶材裝置114，藉此最小化因為腔室組裝或者打開與關閉腔室蓋101而導致失準的風險。
PVD處理系統100可包括來源分配板158，來源分配板158相對於靶材裝置114的背側，且來源分配板158沿 著靶材裝置114的周邊邊緣而電性耦接於靶材裝置114。靶材裝置114可包括在濺鍍期間將要沉積於基板(例如基板108)上的來源材料113，例如金屬、金屬氧化物、金屬合金或類似者。在與本發明一致的實施例中，靶材裝置114包括背板裝置160，背板裝置160用以支撐來源材料113。來源材料113可設置於背板裝置160的基板支座面向側上，如同第1圖所示。背板裝置160可包括導電材料，例如銅鋅合金、銅鉻合金或如同靶材的相同材料，使得RF與DC電力可透過背板裝置160而耦接至來源材料113。替代地，背板裝置160可為不導電的，且背板裝置160可包括導電元件(未示)，例如電的連接線或類似者。
在與本發明一致的某些實施例中，背板裝置160可為整體式結構。在其他的實施例中，背板裝置160可包括第一背板161與第二背板162。第一背板161與第二背板162可為圓盤狀、矩形、方形或任何其他可被PVD處理系統100容納的形狀。第一背板的前側是配置來支撐來源材料113，使得來源材料的前表面相對於基板108(當基板108存在時)。來源材料113可用任何合適的方式耦接至第一背板161。例如，在某些實施例中，來源材料113可擴散接合至第一背板161。
複數組通道169可設置於背板裝置160內。在某些實施例中，通道169可設置於第一與第二背板161、162之間。在與本發明一致的某些實施例中，第一背板161可具有複數組冷卻劑通道169形成於第一背板161的背側中，其中第二 背板162提供在每一通道之上的帽/蓋，以防止任何冷卻劑的洩漏。在其他的實施例中，複數組冷卻劑通道169可部分形成於第一背板161中且部分形成於第二背板162中。又，在其他的實施例中，複數組冷卻劑通道169可全部形成於第二背板162中，而第一背板則加蓋/覆蓋複數組冷卻劑通道169的每一者。第一與第二背板161、162可耦接在一起，以形成實質上防水的密封(例如，第一與第二背板之間的流體密封)，以防止供應至複數組通道169的冷卻劑的洩漏。例如，在某些實施例中，第一與第二背板161、162可銅焊在一起，以形成實質上防水的密封。在其他的實施例中，第一背板161與第二背板162可藉由下述來耦接：擴散接合、銅焊、黏著、釘住、用鉚釘固定或任何其他用以提供液體密封的緊固機構。
第一與第二背板161、162可包括導電材料，例如導電金屬或金屬合金，包括黃銅、鋁、銅、鋁合金、銅合金或類似者。在某些實施例中，第一背板161可為可加工金屬或金屬合金(例如，C182黃銅)，使得該等通道可以被加工或另外產生在第一背板161的表面上。在某些實施例中，第二背板162可為可加工金屬或金屬合金(例如，C180黃銅)，其具有剛性/彈性係數是大於第一背板的該金屬或金屬合金，以提供背板裝置160的改良剛性與較低變形。第一與第二背板161、162的材料與尺寸應該使得整個背板裝置160的剛性將承受在沉積處理期間施加在靶材裝置114上的真空、重力、熱與其他力，而不會(或者非常少量的)導致包括來源材料113之靶材裝置114的變形或彎曲(亦即，使得來源材料113 的前表面維持實質上平行於基板108的頂表面)。
在本發明的某些實施例中，靶材裝置114的整體厚度可在大約20mm至大約30mm之間。例如，來源材料113可為大約10至大約15mm的厚度，且背板裝置可為大約10至大約15mm的厚度。也可使用其他的厚度。
複數組通道169中的每一組通道可包括一或多個通道(下面相關於第2與3圖而詳細地討論)。例如，在某些範例實施例中，可有八組通道，其中每一組通道包括3個通道。在其他的實施例中，可有較多或較少組通道，且每一組通道中可有較多或較少的通道。每一通道的尺寸與橫剖面形狀，以及每一組中的通道數量與多少數量的組通道可根據下述特性的一或多個來最佳化：為了提供通過該通道以及總共通過所有通道的所欲最大流動速率；為了提供最大的熱轉移特性；簡化且符合在第一與第二背板161、162內製造通道；為了提供背板裝置160的表面之上的最大熱交換流動覆蓋範圍，同時維持足夠的結構整體性來防止背板裝置160在負載之下的變形..等等。在某些實施例中，每一導管的橫剖面形狀可為矩形、多邊形、橢圓形、圓形與類似者。
在某些實施例中，第二背板162包括一或多個入口(未示於第1圖中，且在下面相關於第2圖至第4圖而詳細地討論)，該一或多個入口設置通過於第二背板162。該等入口是配置來接收熱交換流體並且將該熱交換流體提供至複數組通道169。例如，該一或多個入口的至少一入口可為氣室(plenum)，用以將熱交換流體分配至該一或多個通道的複 數通道。第二背板162另外包括一或多個出口(未示於第1圖中，且在下面相關於第2圖至第4圖而詳細地討論)，該一或多個出口設置通過於第二背板162並且藉由複數組通道169而流體地耦接於對應的入口。例如，該一或多個出口的至少一出口可為氣室，用以收集來自該一或多個通道的複數通道的熱交換流體。在某些實施例中，提供一個入口與一個出口，且複數組通道169中的每一組通道是流體地耦接於該一個入口與該一個出口。
該等入口與出口可設置於第二背板162的周邊邊緣上或附近。另外，該等入口與出口可設置於第二背板162上，使得耦接於一或多個入口的供應導管167，以及耦接於一或多個出口的回送導管(因為是橫剖面圖所以未顯示，但是顯示於第4圖中)不會干擾孔腔170中的磁控管裝置196的旋轉。
在某些實施例中，PVD處理系統100可包括一或多個供應導管167，以將熱交換流體供應至背板裝置160。在本發明的某些實施例中，第二背板162上的每一入口可耦接於對應的供應導管167。類似的，第二背板162上的每一出口可耦接於對應的回送導管(顯示在第4圖中)。供應導管167與回送導管可由絕緣材料製成。流體供應導管167可包括密封環(例如，可壓縮的o形環或類似的墊圈材料)，以防止熱交換流體在流體供應導管167與第二背板162的背側上的入口之間的洩漏。在某些實施例中，供應導管167的頂端可耦接於流體分配歧管163，流體分配歧管163設置於腔室主體101的頂表面上。流體分配歧管163可流體地耦接於複數流體 供應導管167，以透過供應接線165將熱交換流體供應至複數流體供應導管的每一者。相似的，回送導管的頂端可耦接於流體回送歧管(未示，但是類似於163)，流體回送歧管設置於腔室主體101的頂表面上。流體回送歧管可流體地耦接於複數流體回送導管，以透過回送接線而將來自複數流體回送導管的每一者的熱交換流體回送。
流體分配歧管163可耦接於熱交換流體源(未示)，以提供熱交換流體至背板裝置160。熱交換流體可為任何製程相容的冷卻劑，例如乙烯乙二醇、去離子水、全氟化聚醚(perfluorinated polyether)(例如，可從Solvay S.A.取得的Galden®)或類似者或者溶液或前述各者之組合。在某些實施例中，通過通道169之冷卻劑的流動可為每分鐘大約8至大約20加侖(總數來說)，但是實際的流動將取決於冷卻劑通道的配置、可用的冷卻劑壓力或類似者。
導電式支撐環164(具有中央開口)是沿著第二背板162的周邊邊緣耦接於第二背板162的背側。在某些實施例中，取代分離的供應與回送導管，導電式支撐環164可包括環入口，來接收來自流體供應接線(未示)的熱交換流體。導電式支撐環164可包括入口歧管，該入口歧管設置於導電式支撐環164的主體內，該入口歧管用以將熱交換流體分配至設置通過於第二背板的該複數入口。導電式支撐環164可包括出口歧管，該出口歧管設置於導電式支撐環164的主體內，該出口歧管用以從該複數出口接收熱交換流體，且導電式支撐環164可包括環出口，環出口用以從導電式支撐環164 輸出熱交換流體。導電式支撐環164與背板裝置160可螺接在一起、釘住、用螺栓拴住或以製程相容的方式加以緊固，以提供導電式支撐環164與第二背板162之間的液體密封。可提供O形環或其他合適的墊圈材料，以促進提供導電式支撐環164與第二背板162之間的液體密封。
在某些實施例中，靶材裝置114另外包括中央支撐構件192，該中央支撐構件192用以限制在基板處理期間靶材的變形量，且中央支撐構件192用以將靶材裝置114支撐於腔室主體101內。中央支撐構件192可耦接於靶材裝置114的中央部，且中央支撐構件192從靶材裝置114的背側垂直地延伸離開。如同第5圖所示，第5圖繪示了中央支撐構件192的至少一實施例的示意橫剖面側視圖，中央支撐構件192的頂部可設置通過於來源分配板158。中央支撐構件192包括主體502與頭部504，頭部504設置於該主體的頂部處。在某些實施例中，頭部504放置於來源分配板158的頂表面上，且頭部504支撐該中央支撐構件192與靶材裝置114。在某些實施例中，頭部504與主體502是整體式結構。在其他實施例中，主體502的頂部可螺接進入設置於頭部504中的中央開口。在某些實施例中，主體502可為圓柱形，且主體502具有的直徑是大約10mm至大約35mm。在某些實施例中，中央支撐構件192的主體502可為任何合適的幾何形狀，以限制靶材裝置114的變形、將靶材裝置114支撐於腔室主體101內、且不干擾磁控管裝置196。
在某些實施例中，中央支撐構件192的底部510可 螺接進入靶材裝置114的背板160中的中央開口。在其他實施例中，中央支撐構件192的底部可用螺栓拴緊於或夾於靶材裝置114的中央部(如同第2圖所示)。如同上面討論的，發明人已經觀察到，平坦的濺鍍靶材可能導致顯著的機械彎曲，這是因為濺鍍材料中以及橫越背板(4-8mm的大小)的熱升降率。對於用以處理較大型基板(例如，450mm基板)的較大直徑的靶材(>15吋的直徑)，這是特別真實的情況。藉由將靶材裝置114支撐於中心位置處，中央支撐構件192有利地將靶材裝置114的機械彎曲限制成在軸向上小於1mm。
在某些實施例中，中央支撐構件192是固態材料，中央支撐構件192可由不鏽鋼、鋁、陶瓷與類似者製成。在某些實施例中，中央支撐構件192可由非磁性材料製成，這限制了中央支撐構件192對於磁控管196操作的影響。中央支撐構件192的輪廓可最小化，以避免干擾磁控管196移動。在其他實施例中，當需要磁場來用於靶材的中央濺鍍時，中央支撐構件192可由鐵磁體的材料製成。
在某些實施例中，頭部504可具有環狀溝槽506設置於頭部504的頂表面上，且頭部504可具有溝槽508設置於主體502的底表面上。溝槽506與508促進人或機器對該中央支撐構件192的操縱。在某些實施例中，溝槽506與508可具有螺紋。溝槽506與508可促進透過工具(例如，扳手)來移除中央支撐構件192，因為當基板處理的力施加於靶材上時，中央支撐構件192會變得難以移除。
在某些實施例中，導電式支撐環164可設置於來源分配板158與靶材裝置114的背側之間，以將RF能量從來源分配板158傳送至靶材裝置114的周邊邊緣。導電式支撐環164可為圓柱形的，具有第一端166與第二端168，第一端166耦接於來源分配板158的周邊邊緣附近之來源分配板158的靶材面向表面，且第二端168耦接於靶材裝置114的周邊邊緣附近之靶材裝置114的來源分配板面向表面。在某些實施例中，第二端168耦接於背板裝置160的周邊邊緣附近之背板裝置160的來源分配板面向表面。
PVD處理系統100可包括孔腔170，孔腔170設置於靶材裝置114的背側與來源分配板158之間。孔腔170可至少部分容納磁控管裝置196，如同下面討論的。孔腔170是至少部分藉由導電式支撐環164的內部表面、來源分配板158的靶材面向表面與靶材裝置114(或背板裝置160)的來源分配板面向表面(例如，背側)而界定。
絕緣縫隙180設置於接地板156與來源分配板158的外部表面、導電式支撐環164以及靶材裝置114(及/或背板裝置160)之間。絕緣縫隙180可充填有空氣或某種其他合適的介電質材料，例如陶瓷、塑膠或類似者。接地板156與來源分配板158之間的距離是取決於接地板156與來源分配板158之間的介電質材料。當介電質材料主要是空氣時，接地板156與來源分配板158之間的距離可在大約15mm與大約40mm之間。
接地裝置103與靶材裝置114可藉由密封環181且 藉由設置於接地板156的第一表面157與靶材裝置114的背側(例如，來源分配板158的非靶材面向側)之間的一或多個絕緣體(未示)而電性分離。
PVD處理系統100具有RF電源182，RF電源182連接至電極154(例如，RF饋送結構)。電極154可通過接地板156並且耦接於來源分配板158。RF電源182可包括RF產生器與匹配電路，匹配電路例如是用以最小化在操作期間反射回到RF產生器的RF能量。例如，RF電源182所提供的RF能量的頻率範圍可從大約13.56MHz至大約162MHz或者更高。例如，可使用非限制的頻率像是13.56MHz、27.12MHz、40.68MHz、60MHz或162MHz。
在某些實施例中，PVD處理系統100可包括第二能量源183，以在處理期間提供額外的能量給靶材裝置114。在某些實施例中，第二能量源183可為DC電源，用以提供DC能量，例如來提升靶材材料的濺鍍速率(且因此，提升基板上的沉積速率)。在某些實施例中，第二能量源183可為第二RF電源(類似於RF電源182)，用以提供例如在第二頻率的RF能量，第二頻率不同於RF電源182所提供的RF能量的第一頻率。在第二能量源183是DC電源的實施例中，第二能量源可在適於將DC能量電性耦接給靶材裝置114的任何位置中耦接於靶材裝置114，該位置例如是電極154或某種其他導電構件(例如來源分配板158，下面將討論)。在第二能量源183是第二RF電源的實施例中，第二能量源可透過電極154而耦接於靶材裝置114。
電極154可為圓柱形或者類似桿狀，且電極154可對準於PVD腔室100的中心軸186(例如，電極154可在重合於靶材的中心軸的點處耦接於靶材裝置，靶材的中心軸重合於中心軸186)。對準於PVD腔室100之中心軸186的電極154可促成以軸對稱的方式將RF能量從RF電源182施加至靶材裝置114(例如，電極154可在對準於PVD腔室之中心軸的「單一點」處將RF能量耦合至靶材)。電極154的中心位置有助於消除或減少基板沉積處理中的沉積不對稱。電極154可具有任何合適的直徑。例如，雖然可使用其他直徑，但是在某些實施例中，電極154的直徑可為大約0.5至大約2吋。電極154可大體上具有任何合適的長度，取決於PVD腔室的配置。在某些實施例中，電極154可具有的長度是在大約0.5至大約12吋之間。電極154可由任何合適的導電材料製成，例如鋁、銅、銀或類似者。替代地，在某些實施例中，電極154可為管狀。在某些實施例中，管狀電極154的直徑可為適於例如促成提供用於磁控管的中心軸。
電極154可通過接地板156並且耦接於來源分配板158。接地板156可包括任何合適的導電材料，例如鋁、銅或類似者。一或多個絕緣體(未示)之間的開放空間可允許RF波沿著來源分配板158的表面行進。在某些實施例中，一或多個絕緣體可相對於PVD處理系統的中心軸186而對稱地定位。此種定位可以促成對稱的RF波沿著來源分配板158的表面行進，且最終，到達耦接於來源分配板158的靶材裝置114。相較於傳統的PVD腔室，可用更對稱且均勻的方式來提供RF 能量，這至少部分是因為電極154的中心位置。
磁控管裝置196的一或多個部分可至少部分設置於孔腔170內。磁控管裝置提供靠近靶材的旋轉磁場，以協助該處理腔室101內的電漿處理。在某些實施例中，磁控管裝置196可包括馬達176、馬達軸174、變速箱178、變速箱軸裝置184與可旋轉磁鐵(例如，耦接於磁鐵支撐構件172的複數磁鐵188)以及分配器(divider)194。
在某些實施例中，磁控管裝置196是在孔腔170內旋轉。例如，在某些實施例中，可提供馬達176、馬達軸174、變速箱178與變速箱軸裝置184，來旋轉磁鐵支撐構件172。在具有磁控管的傳統PVD腔室中，磁控管驅動軸通常是沿著腔室的中心軸而設置，防止RF能量在對準於腔室的中心軸的位置中的耦合。相反的，在本發明的實施例中，電極154對準於PVD腔室的中心軸186。因此，在某些實施例中，磁控管的馬達軸174可設置通過於接地板156中的非中心開口。馬達軸174之從接地板156突出的該端是耦接於馬達176。馬達軸174進一步設置通過於通過來源分配板158的對應非中心開口(例如，第一開口146)，且馬達軸174耦接於變速箱178。在某些實施例中，一或多個第二開口(未示)可以用與第一開口146對稱的關係而設置通過於來源分配板158，以有利地維持沿著來源分配板158的軸對稱RF分佈。該一或多個第二開口也可用以允許使用孔腔170，來使用例如光學感測器或類似者的物品。
變速箱178可藉由合適的方法來支撐，例如藉由耦 接至來源分配板158的底表面。藉由以介電質材料來製造變速箱178的至少上表面，或藉由將絕緣層(未示)插置於變速箱178與來源分配板158或類似者之間，或藉由以合適的介電質材料來建構馬達驅動軸174，可使變速箱178絕緣於來源分配板158。變速箱178透過變速箱軸裝置184而另外耦接於磁鐵支撐構件172，以將馬達176所提供的旋轉移動轉移給磁鐵支撐構件172(以及因此，轉移給複數磁鐵188)。
磁鐵支撐構件172可用適於提供合適機械強度的任何材料來建構，以堅固地支撐複數磁鐵188。例如，在某些實施例中，磁鐵支撐構件172可用非磁性金屬來建構，例如非磁性的不鏽鋼。磁鐵支撐構件172可具有任何形狀，該形狀適於允許複數磁鐵188可以在所欲位置中耦接至磁鐵支撐構件172。例如，在某些實施例中，磁鐵支撐構件172可包括板、圓盤、十字狀構件或類似者。複數磁鐵188可用任何方式來配置，以提供具有所欲形狀與強度的磁場。
替代地，磁鐵支撐構件172可由任何其他機構來旋轉，該機構具有足夠的扭矩來克服孔腔170中的附接複數磁鐵188(當複數磁鐵188存在時)與磁鐵支撐構件172上所導致的阻力。例如，在某些實施例中(未示)，使用設置於孔腔170內且直接連接於磁鐵支撐構件172的馬達176與馬達軸174(例如，薄型馬達)，可使磁控管裝置196在孔腔170內旋轉。馬達176必須設計好尺寸，以足夠適配於孔腔170內，或孔腔170的上部內(當分配器194存在時)。馬達176可為電馬達、氣壓式或水壓式驅動或者可以提供所需扭矩的 任何其他製程相容的機制。
根據本發明的某些實施例，第2圖是靶材裝置114的背板160的等尺寸視圖。第一背板161與第二背板162則如同上面相關於第1圖所敘述的。複數入口2021-n是設置於第二背板162的周邊邊緣上並且完全通過於第二背板162，以提供至複數組通道169的熱交換流體流動。另外，複數出口2041-n是設置於第二背板162的周邊邊緣上並且完全通過於第二背板162，以提供來自複數組通道169的熱交換流體流動。每一流體入口2021-n是透過來自複數組通道169的一組通道206而流體地耦接於對應的流體出口2041-n。例如，如同第2圖所示，在某些實施例中，流體入口2021是耦接於一組的三個流體通道2061-3。在某些實施例中，該組的三個流體通道2061-3是以循環的方式(例如，朝向出口延伸，朝向入口返回，且再次朝向出口延伸)而橫越背板裝置的寬度(在第一與第二背板161、162之間)，且該組的三個流體通道2061-3是終止於流體出口2041處。藉由使熱交換流體流動通過循環形態的該等組通道，可維持橫越背板的較均勻溫度升降率，且因此是橫越來源材料(第1圖中的113)的較均勻溫度升降率。具體地，冷的熱交換流體例如進入入口2021，且當該熱交換流體流動通過該組的三個流體通道2061-3朝向背板裝置160的出口端時，該熱交換流體被加熱。該組的三個流體通道2061-3之後朝向背板裝置160的入口端循環回去，其中該熱交換流體是在較高的溫度。藉由循環地流動熱交換流體，背板裝置160的入口側與出口側(且因此是橫越來源材料(第1 圖中的113))的平均溫度可更均勻。
雖然以具體的循環形態來顯示，也可使用具有不同次數的通過及/或不同幾何形狀的其他形態。例如，根據本發明的某些實施例，第4圖繪示背板裝置160的示意頂視圖，其中複數組通道169各自包括一個通道4061-n。每一通道4061-n是流體地耦接於入口4021-n與出口4041-n。每一入口4021-n是流體地耦接於供應導管4081-n。每一出口4041-n是流體地耦接於回送導管4101-n。仍可設想到其他變化。
返回第2圖，在本發明的某些實施例中，當中央支撐構件192設置於背板裝置160的中心時，複數組通道169是配置成使得複數組通道169流動於中央支撐構件192的周圍。雖然第2圖中的背板裝置160是顯示成具有八個入口2021-n、八個出口2041-n與八組通道206，可使用入口、出口與通道數量的其他組合，以提供橫越背板的所欲(例如，均勻)溫度升降率。
根據本發明的某些實施例，第3圖是耦接於靶材裝置114的供應導管167n的示意橫剖面視圖。供應導管1671包括中心開口304，且供應導管1671可耦接於第二背板162的背側，以供應熱交換流體通過背板裝置160。在某些實施例中，供應導管1671可具有密封環302(例如，可壓縮的o形環或類似者)沿著供應導管1671的底部設置，當密封環302耦接於第二背板162的背側時，形成密封來防止熱交換流體洩漏出去。在某些實施例中，供應導管1671是流體地耦接於入口202，入口202設置通過於第二背板162。在某些實施例 中，入口202是流體地耦接於一組通道2061-3，該組通道2061-3設置於耦接於第二背板162的第一背板161中。熱交換流體透過通道2061-3而流動通過背板裝置160，以冷卻耦接於第一背板161的來源材料113。相似的，熱交換流體由供應導管1672提供，且透過通道2064-6而流動通過背板裝置160，以冷卻耦接於第一背板161的來源材料113。對應的回送導管(未示)是流體地耦接於每一組通道206(透過設置通過於第一背板161的出口)，以從背板裝置160移除已加熱的流體。
雖然前述是關於本發明之實施例，本發明之其他與進一步實施例可被設想出而無偏離本發明之基本範圍。

Claims (20)

  1. 一種靶材裝置，用於使用在一物理氣相沉積基板處理腔室中，該靶材裝置包括：一來源材料；一背板，該背板是配置來將該來源材料支撐於該背板的一前側上，其中複數組通道係設置於該背板內；及一中央支撐構件，該中央支撐構件用以支撐在該基板處理腔室內的該靶材裝置，其中該中央支撐構件是耦接於該背板的一中央部，且該中央支撐構件從該背板的一背側垂直地延伸離開，且其中該中央支撐構件是配置來將該背板與來源材料的變形限制成在軸向上小於1mm。
  2. 如請求項1所述之靶材裝置，其中該中央支撐構件包括一具有螺紋的底部，該具有螺紋的底部螺接進入該背板的一中央開口。
  3. 如請求項1-2之任一項所述之靶材裝置，其中該中央支撐構件是由一鐵磁體的材料製成，該中央支撐構件在該靶材的一中心附近產生一磁場，以促進在該靶材的該中心附近之該靶材的濺鍍。
  4. 如請求項1-2之任一項所述之靶材裝置，其中該中央支撐構件包括一主體與一頭部，該頭部設置於該主體的一頂部處。
  5. 如請求項4所述之靶材裝置，其中該主體為圓柱形。
  6. 如請求項4所述之靶材裝置，其中該頭部具有一寬度是大於該主體的一寬度，且該頭部的該寬度的尺寸經過設計來支撐該靶材裝置。
  7. 如請求項4所述之靶材裝置，其中該主體與頭部是形成作為一整體式結構。
  8. 如請求項4所述之靶材裝置，其中該主體包括一具有螺紋的頂部，該具有螺紋的頂部螺接進入該頭部的一中央開口。
  9. 如請求項1-2之任一項所述之靶材裝置，其中該中央支撐構件是由一非磁性材料所形成。
  10. 一種物理氣相沉積基板處理腔室，該物理氣相沉積基板處理腔室包括：一腔室主體；一靶材，該靶材設置該腔室主體中，且該靶材包括一來源材料與一背板，該來源材料將沉積於一基板上，且該背板是配置來將該來源材料支撐於該背板的一前側上，其中複數組通道係設置於該背板內；一來源分配板，該來源分配板相對於該靶材的一背側， 且該來源分配板電性耦接於該靶材；及一中央支撐構件，該中央支撐構件設置通過於該來源分配板，且該中央支撐構件耦接於該背板的一中央部，以將該靶材的變形限制成在軸向上小於1mm。
  11. 如請求項10所述之物理氣相沉積基板處理腔室，進一步包括：一孔腔，該孔腔設置於該靶材的該背側與該來源分配板之間；及一磁控管裝置，該磁控管裝置包括(a)一可旋轉磁鐵，該可旋轉磁鐵設置於該孔腔內，且該可旋轉磁鐵具有一旋轉軸，該旋轉軸對準於該靶材的一中心軸與該中央支撐構件的一中心軸，以及(b)一轉軸，該轉軸設置通過於該來源分配板中的一開口，該轉軸並未對準於該靶材的該中心軸，且該轉軸是旋轉地耦接於該可旋轉磁鐵。
  12. 如請求項10所述之物理氣相沉積基板處理腔室，其中該中央支撐構件包括一具有螺紋的底部，該具有螺紋的底部螺接進入該背板的一中央開口。
  13. 如請求項10-12之任一項所述之物理氣相沉積基板處理腔室，其中該中央支撐構件包括一主體與一頭部，該頭部設置於該主體的一頂部處。
  14. 如請求項13所述之物理氣相沉積基板處理腔室，其中該主體為圓柱形。
  15. 如請求項13所述之物理氣相沉積基板處理腔室，其中該頭部具有一寬度是大於該主體的一寬度，且該頭部的該寬度的尺寸經過設計來支撐該靶材，且其中該頭部的一底部是由該來源分配板的一頂表面所支撐。
  16. 如請求項13所述之物理氣相沉積基板處理腔室，其中該主體與頭部是形成作為一整體式結構。
  17. 如請求項13所述之物理氣相沉積基板處理腔室，其中該主體與頭部是分離地形成並且耦接在一起。
  18. 如請求項10-12之任一項所述之物理氣相沉積基板處理腔室，其中該中央支撐構件是由一非磁性材料所形成。
  19. 如請求項10-12之任一項所述之物理氣相沉積基板處理腔室，其中該中央支撐構件是耦接於該背板的一中央部，且該中央支撐構件從該背板的該背側垂直地延伸離開。
  20. 如請求項10-12之任一項所述之物理氣相沉積基板處理腔室，其中該複數通道是形成於該中央支撐構件的周圍。
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