有凹口的沉積環的製作方法

2023-06-09 14:39:06 2

專利名稱：有凹口的沉積環的製作方法
有凹口的沉積環發明背景 發明領域本發明一般涉及一種半導體處理室用的處理套件，尤其涉及一種有凹 口的沉積環。現有技術描述在沉積處理時，來自耙、氣體入口歧管等處的物質可沉積在外露的處 理室內表面上，包括處理室壁、基板基座組件、靜電夾塊和其它硬體上。 已開發出諸如遮蔽組件之類的處理套件，用以將靜電夾塊限制在半導體處 理系統中，以保護該靜電夾塊不會暴露在系統內的沉積物質之下。 一遮蔽 組件包括可拆卸的覆蓋環及沉積環。沉積環一般擱在從靜電夾塊外部邊緣延伸出來的圓周狀凸緣上。靜電 夾塊的支撐表面(用以夾持基板)的直徑略小於基板直徑。因此，由該靜電 夾塊夾持的基板會突出於沉積環頂面的內部。覆蓋環則圈住並擱在該沉積 環的外部。該覆蓋環的唇緣突出在該外部之外，但並不接觸沉積環的頂面，藉以界定介於覆蓋環與沉積環之間的迷宮式間隙(labyrinth gap)。分隔這些 環的該迷宮式間隙防止沉積物質通過該空間而與該靜電夾塊接觸。雖然具有上述設計的遮蔽組件已顯示出穩健性能，但仍然需要在處理室和/或在替換這些環以便清潔之前的每一次加長處理期間，可減少潛在顆 粒生成的改進方案。舉例來說，堆積在環上的沉積物會造成環之間不合需 要的電接觸因而嚴重影響處理效能，進而需要周期性地置換該環並清潔。 相對於環的周圍區域而言在基板凹口下的堆積物特別麻煩，其會使得下方 沉積環暴露在較高量的沉積物質下。 因此，亟需一種改進的處理套件。發明內容提供一種半導體處理室用的處理套件。在一實施例中，處理套件包含 有凹口的沉積環。在另一實施例中，處理套件包含覆蓋環，其被配置成可 與該有凹口的沉積環嚙合。在另一實施例中，處理套件包含環狀沉積環主體，其具有內、外、上及底壁。有凹入該主體上表面的槽(a trough)位於該上壁與該內壁之間。凹 入表面(a recessed surface)形成在該底壁與該內壁之間的主體下表面上。 凹口(a notch)形成在該主體上，以容納堆積在被配置成支撐覆蓋環的該沉 積環面積上的沉積物質。在另一實施例中，處理套件包含環狀沉積環主體，其具有形成該主體 上表面的一部分的上壁、形成該主體下表面的一部分的下壁、內壁及外壁。 凹入部分的直徑大於該內壁且鄰近該內壁放置。上方外壁的直徑小於該外 壁且鄰近該外壁放置。在該外壁與上方外壁之間形成基本上垂直於該主體 中線的坡面(land)。凹口在該主體上形成，介於該外壁與上方外壁之間。槽 凹入形成在該上壁與內壁之間的主體上表面上。斜面部分自該槽向上延伸 至該上表面的內部邊緣。自該上表面的內部邊緣延伸出突出物(tab)。凹入 表面(a recessed surface)形成在該底壁與內壁之間的主體下表面上。至少 在該主體的內壁與槽之間塗布 一 塗層，從而相較於該坡面的表面鉭和/或氮 化鉭較易翻附在該主體上。


體描述。然而，要注意，附圖僅示出本發明的典型實施例且因此不被視為 限制其範圍，因為本發明可允許其它等效實施例。圖1是一種半導體處理系統的簡單局部視圖，其一實施例的有凹口的 沉積環置於基板支撐件上；圖2是置於基板支撐件上的有凹口的沉積環的部分截面圖；圖3是圖1的有凹口的沉積環的立體圖；圖4是沿著圖3的線4-4取得的該有凹口的沉積環的另部分截面圖； 圖5是圖3的有凹口的沉積環的部分俯4見圖；圖6是沿著圖3的線6-6所取得的該有凹口的沉積環的部分截面圖。本發明一般提供一種可用在半導體處理室中的處理套件。該處理套件 有利地包含沉積環，其具有至少可促進更長表面壽命和/或處理均一性的特徵。雖然本發明以物理氣相沉積(PVD)室來作公開和說明，但此公開僅為 例示性質，本發明也可應用在其它的半導體處理室中，包括化學氣相沉積 室等。圖1繪示出半導體處理室150的一個實施方式。可受益於本發明的半 導體處理室為美國應用材料公司(加州聖克拉拉)所出品的IMP VECTRA PVD處理室。該例示的處理室150包括處理室主體152，其具有底部154、蓋組件 156及數個側壁158,共同界定可抽空的內部體積160。該處理室主體152 通常由數個不鏽鋼板黏合而成或是由單一鋁塊製成。這些側壁158—般包 含可被密封的出入口(未示出)以使基板104可進出該處理室150。位在這 些側壁158上的抽吸口 122被耦連到泵系統120,以排空及控制該內部體 積160中的壓力。該處理室150的蓋組件156 —般可支撐自該蓋組件156 懸垂出來用以支撐覆蓋環114的環形遮蔽件162。覆蓋環114 一般設計成 可將沉積限制在該基板104的經由該覆蓋環114中央而暴露出來的部分 上。基座組件100由處理室150的底部154支撐。該基座組件100可於處 理期間支撐沉積環102以及基板104。該基座組件100藉由舉升機構118 而連接至處理室150的底部154，該舉升機構118可在上方及下方位置之 間移動該基座組件100。在上方位置時，該基座組件100可與覆蓋環114 嚙合，隨著該基座組件100將基板104往上移動至處理位置而可從該遮蔽 件162提起該覆蓋環114。在下方位置時，該基座組件100被置於該遮蔽件162下方，以使得基 板104可從處理室150穿過這些側壁158上的出入口而移出處理室150 之外。在該基座組件100移動到下方位置以幫助在該遮蔽件162下方傳送基板時，該遮蔽件162再次與覆蓋環114嚙合使得該覆蓋環114懸垂在該 基座組件100與基板104上方。此外，在下方位置處，移動舉升銷(未示出) 通過該基座組件100而使基板104與該基座組件100相隔一段距離，以藉 由置於處理室150外部的晶片傳送機構(例如單刃機器臂，未示出)來幫助 固定基板104。波紋管186—般置於該基座組件100與處理室底部154之 間，以使處理室主體152的內部體積160可與基座組件100的內部隔離。該基座組件100—般包括基板支撐件140，其密封式地連接至平臺外 殼108。該平臺外殼108通常由諸如不鏽鋼或鋁之類的金屬製成。 一般在 該平臺外殼108內設有冷卻板124，以熱調節基板支撐件140。對本發明 有用的基座組件100在1996年4月16日授予Davenport等人的美國專利 No. 5,507,499中公開，其全文在此併入作為參考。基板支撐件140通常由陶瓷構成且可以是一種靜電夾塊、陶瓷主體、 加熱器或其組合。在一實施例中，該基板支撐件140是一種包括有導電層 112嵌入其中的介電體106的靜電夾塊。該介電體106 —般由高熱傳導介 電材料製成，例如熱解的氮化硼、氮化鋁、氮化矽、氧化鋁或其的等效材 料。該蓋組件156—般包括蓋130、靶132及磁電管134。當處於圖1所 示的密閉位置時，蓋130由這些側壁158支撐。在該蓋130與這些側壁 15 8之間有密封用以防止其間出現真空洩漏。靶132被連接到蓋130上並暴露在處理室主體152的內部體積160 中。靶132可在PVD期間提供可沉積於基板104上的材料。靶132與基 座組件100由電源184相對彼此偏壓。從氣源提供諸如氬氣之類的氣體到 該內部體積160中。在該基板104與靶132之間，由該氣體產生等離子。 將等離子內的離子朝向靶132加速使得材料可自靶132上脫離。將脫離的 靶132材料沉積在基板104上。磁電管134被連接到處理室150外部的蓋130上。該^磁電管134包括 至少 一旋轉磁鐵組件138，其可於PVD處理期間促進均一性地消耗靶132。 可使用在1999年9月21日授予Or等人的美國專利No. 5,953,827中公 開的一種磁電管，其全文在此併入作為參考。鉸鏈組件110將該蓋組件156耦連至處理室150。可將馬達致動器116 耦連到該鉸鏈組件110上和/或蓋130上，以便於蓋組件156在打開和關 閉位置之間的移動。
由該基座組件100所支撐的沉積環102可圈限基板104，以於處理期 間保護基板支撐件140。該沉積環102被配置成在該基座組件100被升高 以將覆蓋環114自遮蔽件162上舉起時，用來嚙合覆蓋環114。
圖2是處理系統150的部分截面圖，其繪示出一部分的基板支撐件 140、沉積環102和覆蓋環114。該覆蓋環114 一般具有環形主體202。 該主體202由不鏽鋼、氧化鋁、鈦或其它適合材料的金屬製成。該主體202 一般包括唇緣204，其向內輻射延伸並在介於該沉積環102與該覆蓋環114 間的間隙中提供上方邊界。
覆蓋環114的主體202也包括內部環206和外部環208。這些環206、 208以彼此相間隔的方式自主體206往下延伸而界定出狹縫210。該狹縫 210具有面向下的開口端，以容許與該遮蔽件162的末端彼此嚙合。
有錐形段214被界定在該內環216的內壁212的上方區段上。該錐形 段214從該內壁212逐漸向內延伸並在主體202下表面上的突出架216 上封端。該錐形段214使得在覆蓋環114和沉積環102兩者接觸時，該覆 蓋環114和沉積環102兩者可自對準。
該突出架216—般是水平的並垂直於該覆蓋環114的中線。該突出架 216提供由該沉積環102支撐的該覆蓋環114承載表面。該突出架216 — 般是平滑且平坦的，以容許該突出架216在必要時可沿著該沉積環102滑 動，而產生的顆粒最少。
該突出架216的內側邊緣於壁218封端。該壁218基本上是垂直的並 在該突出架216與該唇緣214之間延伸。壁218是該內環206向內輻射及 該唇緣202往外輻射的部分。壁218形成該迷宮式間隙(labyrith gap)邊界 的一部分，
在一實施例中，覆蓋環114由一種可促進沉積材料黏附在覆蓋環114 上的材料所製成或是塗覆有該種材料。在一配置用於氮化鉭沉積系統的環 的實施例中，覆蓋環114上塗覆有電弧噴鍍層(arc spray)。該電弧噴鍍層可以是例如TWAS或是鋁雙線電弧噴鍍層等等之類的塗層。另一種適當的 塗層是由美商應用材料公司出品的物質，其商標名稱為CleanCoat 。可 選擇性地將該塗層沉積在覆蓋環114上的於沉積處理期間暴露在沉積物質 下的區域。由於電弧噴鍍層或是黏附在環上的沉積材料本身可導電，可選 擇性地在與沉積環102相距足夠間距的環114上的區域施加塗層226，以 在有明顯量的沉積材料黏附在沉積環102時仍可避免環出現短路。在圖2 所示的實施例中，塗層226被選擇性地施加在鄰近唇緣204的壁228上方 區域220、唇緣204、主體202的頂部224及外環208的外壁228上。部 分覆蓋環114可能會接觸沉積環102或是很靠近沉積環102,使得該突出 架216與內壁212的錐形段214上不會有塗層。
沉積環102 —般包含環狀主體240，該主體240可由陶瓷材料製成， 例如石英、氧化鋁或其它適當材料。該主體240 —般包括內壁242、外壁 244、下壁248及上壁246。該內壁242及外壁244分別界定該主體240 的最內及最外直徑。該上壁246及下壁248則界定該主體240的最高和最 低表面。
下壁248被配置成將該沉積環102支撐於該基板支撐件140的凸緣 230上。該下壁248基本上與沉積環102的中線垂直，以維持其與該基板 支撐件140的凸緣230垂直並平行於該基板104。該下壁248本身是平坦 且平滑的，以幫助沉積環102在凸緣230上移動，這由環102可相對於基 座組件100而熱膨脹和/或收縮所致。
該主體240的下表面包括凹入部分250，其形成在下壁248與內壁242 之間。該凹入部分250可使該基板支撐件140的凸緣230與該沉積環102 之間的接觸面積變成最小。減少沉積環102與基板支撐件140間的接觸面 積有助於降低摩擦，同時並可使在沉積環102沿著該基板支撐件140的凸 緣230移動時所生成的顆粒數目降至最少。
上方內壁262也從該內壁242凹入。如果該沉積環102無可避免地接 觸到該基板支撐件時，該上方內壁262可使主體240與基座組件100的壁 228之間的接觸面積變成最小。
主體240的上表面包括有槽258,其由上壁246徑向向內而形成。該槽258經由斜面區256而連接到上壁246。主體240的厚度徑向向內朝槽 258增加，因為主體240的上表面往上傾斜以形成該上表面的內緣260。 相對於該下壁248來說，該內緣260位於較該槽258更高的位置處，但相 對於上壁246來說，則位於較低位置處。該槽258可提供自環接觸區移除 物質的收集區，使得沉積在環102上的材料不會接觸基板或抑制環的移動。 此外，界定在內緣260與槽258之間的該主體240的向內與往上傾斜的區 域264可提供一方位，用以抑制顆粒及沉積材料向內緣260與基板104之 間的間隙移動。
主體240之外壁244的直徑被選擇成使得沉積環102與覆蓋環114 可在廣泛的處理溫度範圍下仍保持嚙合。在圖2所示的實施例中，外壁244 的直徑大於覆蓋環114的壁216的內直徑，且小於覆蓋環114的錐形段 214的內直徑。
在外壁244與上壁246之間形成坡面280 (land)，用以支撐覆蓋環 114。該坡面280 —般是水平的且基本上垂直於該沉積環102的中線。該 坡面280用以支撐覆蓋環114的突出架216。該坡面280 —般是平坦且平 滑的，以容許在環102、 114彼此接觸且自動對齊時，該突出架216可沿 著該坡面280滑動。
在主體240的外壁244與上壁246間形成上方外壁252。該上壁246 和上方外壁252的尺寸被選擇成使得沉積環102和覆蓋環114的唇緣204 以相隔一定間距方式插入，以界定其中的迷宮式間隙。在圖2所示的實施 例中，上方外壁252的直徑大於覆蓋環114唇緣204的內直徑，並小於覆 蓋環114的壁218的直徑。介於沉積環102的上方外壁252與覆蓋環114 的壁218之間的空間大小被選擇成維持環102、 114之間有一定間距，即 使環102、 114已在基板沉積處理期間被塗覆有1000微米厚的材料亦然。
在外壁244與上方外壁252間形成凹口 254。該凹口 254可與該坡面 280的表面共用一壁。該凹口 254提供用以容納材料的區域，這些材料是 在覆蓋環114的突出架216橫放至坡面280時被覆蓋環114推壓而落在該 坡面280上的材料。因位於坡面280上的材料可隨著覆蓋環114相對於沉 積環102的移動而進入該凹口 254,使得這些置於坡面280上的材料不易被迫進入坡面280與突出架216之間，因而可增強在處理許多基板的過程 中環102、 114平行關係的保持。此外，藉由提供可用以在覆蓋環114相 對於沉積環102移動期間接收材料的區域，位於該坡面280上的材料較不 易防止和/或限制環102、 114的移動。此外，因為凹口 254面向遠離等離 子的方向，穿越該迷宮式間隙的沉積材料較不會像傳統設計樣堆積在埠 間或在埠間產生橋接。因此，凹口 254的定向可延長沉積環102的使用 壽命。
主體240也包括塗層270，其至少為一種可耐等離子和/或促進沉積材 料祐附的材料。在圖2所示的實施例中，塗層270可與塗層226相同。塗 層270可能局限在斜面區264、槽258、斜面區256、上壁246與外上方 外壁252等處。用以支撐覆蓋環114的突出架216的坡面280上並不含塗 層，用以防止沉積環102與覆蓋環114間出現短路。
圖3是具有至少突出物302 (tab)的沉積環102的立體圖。圖4是沿著 圖3沉積環102的截面線4—4所取得的部分截面圖。圖5是沉積環102 的部分俯視圖，其中示出突出物302的頂部。參照圖3-5,該突出物302 自沉積環102頂部延伸，其被配置成在基板被放到基座組件100上時位於 該基板104的凹口下方。在圖3-5所示的實施例中，該突出物302自上內 壁262徑向向內延伸，使得其與突出物302的頂部402共平面且與內緣 260形成單個表面。該突出物302也可從內壁242延伸，在圖3所示的實 施例中，共設有7個突出物302。
突出物302包括上表面406和下表面408。在這些表面406、 408間 形成有突出架404,其一般與內緣260平行。這些表面406、 408分別具 有平行方向並與上方內壁262和內壁242共同形成連續面。這些形成突出 物302的表面一般不含塗層270。
沉積環102的突出物302可有利地作為位於基板凹口下方的主體的延 伸。因此，突出物302可防止沉積材料經由基板凹口所創建的空間而接觸 到基座組件400。此外，由於設有多個突出物302,因此可確保在基板定 位的更大靈活性。
為了在處理室105中測量沉積環102的方位，設有狹縫304，如圖3-6所示。該狹縫304可與自基座組件100和/或遮蔽件162處延伸出來的特 徵部件(未示出)彼此嚙合。因為狹縫304有助於將該環102與突出物302 維持在已知的方位，所以可在其互補方位上設置基板，以確保基板凹口至 少可與沉積環102的多個突出物302之一對齊。
因此，在此提供沉積環，其包含有形成在其外表面上的凹口。該有凹 口的沉積環便於基板沉積處理，並可減少由於環與基板間因短路和/或材料 橋接所致的處理缺陷。
雖然前述內容涉及本發明的優選實施例，在不悖離本發明的基本範圍 的情況下，可設計本發明的其它和更多實施例，且其範圍根據所附權利要 求確定。
權利要求
1.一種處理套件，包含環形沉積環主體，其包含內壁；外壁；上壁，界定所述主體上表面的至少一部分；底壁；槽，凹入設置於所述主體的上表面，介於所述上壁與所述內壁之間；及至少一凹口，延伸進入所述主體中。
2. 如權利要求1所述的處理套件，其特徵在於，所述主體由陶瓷製成。
3. 如權利要求1所述的處理套件，其特徵在於，所述主體進一步包含 電弧噴鍍塗層。
4. 如權利要求1所述的處理套件，其特徵在於，所述主體進一步包含 塗層，至少施加在所述主體的所述上壁與所述槽上，使得相對於坡面的表面來說，鉭和/或氮化鉭較易黏附於所述塗層上。
5. 如權利要求1所述的處理套件，其特徵在於，所述主體更包含 傾斜部分，用以連接所述槽至所述上表面的內緣。
6. 如權利要求5所述的處理套件，其特徵在於，所述主體在所述內緣 處的厚度大於所述主體在所述槽處的厚度，並小於所述主體在所述上壁處 的厚度。
7. 如權利要求1所述的處理套件，其特徵在於，所述主體進一步包含上方外壁，自所迷壁開始凹入並界定在所述主體外表面上，所述上方 外壁置於所述外壁與所述上壁之間。
8. 如權利要求7所述的處理套件，其特徵在於，所述凹口進一步包含 形成在所述上方外壁與所述外壁之間的底切口 (undercut)。
9. 如權利要求8所述的處理套件，其特徵在於，所述主體進一步包含 坡面，其方位與所述主體的中線垂直，並形成在所述上方外壁與所述外壁之間，其中所述坡面與所述底切口具有 一共平面表面。
10. 如權利要求1所述的處理套件，其特徵在於，所述切口延伸自所 述主體上表面的內部。
11. 如權利要求1所述的處理套件，其特徵在於，有7個切口自所述 主體內壁向內輻射延伸。
12. 如權利要求9所述的處理套件，進一步包含 覆蓋環主體，包含唇緣，以 一定間隔向內延伸到所述沉積環主體上方；內環及外環，界定具有向下面對開口端的狹縫；及突出架，向內界定所述內環並由所述沉積環的坡面所支撐。
13. 如權利要求12所述的處理套件，其特徵在於，所述覆蓋環主體 至少部分塗覆有 一 電弧噴鍍層。
14. 一種處理套件，包含 環形沉積環主體，其包含內壁； 外壁；坡面，其方位基本上垂直於所述主體的中線並形成在鄰近所述外壁處，所述坡面適於支撐其上的覆蓋環主體； 上壁，界定所述主體的上表面的至少部分； 底壁；及凹口 ，自所述主體上表面的內緣向內延伸並具有一與所述坡面共 平面的表面。
15. 如權利要求14所述的處理套件，包含槽，凹入所述主體的上表面上，介於所述上壁及所述內壁之間；及 凹入表面，形成在所述主體下表面上，介於所述底壁與所述內壁之間。
16. 如權利要求15所述的處理套件，其特徵在於，所述凹口進一步包含一水平方位。
17. 如權利要求14所述的處理套件，其特徵在於，所述主體被部分 塗覆有電弧噴鍍層。
18. 如權利要求14所述的處理套件，其特徵在於，所述主體進一步 包含傾斜部分，連接所述槽至所述上表面的所述內緣。
19. 如權利要求14所述的處理套件，其特徵在於，所述主體進一步 包含上方外壁，界定在所述主體的外表面上，並同軸置於所述外壁向內處。
20. 如權利要求14所述的處理套件，其特徵在於，所述主體進一步 包含坡面，其方位基本上垂直於所述主體的中線，並形成在所述凹入部分與所述外壁之間。
21. 如權利要求14所述的處理套件，其進一步包含 覆蓋環主體，包含唇緣，以 一定間隔向內延伸到所述沉積環主體上方；內環及外環，界定出具有向下面對開口端的狹縫；及突出架，向內界定所述內環並由所述沉積環的坡面所支撐。
22. 如權利要求21所述的處理套件，其特徵在於，所述覆蓋環主體 被至少部分塗覆有電弧噴鍍層。
23. —種處理套件，包含 環形沉積環主體，其包含上壁，形成為所述主體上表面的一部分； 下壁，形成為所述主體下表面的一部分； 內壁；上方內壁，鄰近所述內壁且其直徑大於所述內壁直徑； 外壁；上方外壁，鄰近所述外壁且其直徑小於所述外壁直徑；坡面，其方位基本上垂直於所述主體的中線並形成在所述外壁與所述上方外壁之間；凹口，形成在所述主體上介於所述外壁與上方外壁之間； 槽，凹入所述主體的上表面，介於所述上壁及所述內壁之間； 傾斜部分，自所述槽向內延伸至所述上表面的內緣； 突出物，自所述上表面內緣及所述上方內壁向內延伸； 凹入表面，形成在所述主體下表面上，介於所述底壁與所述內壁之間；及塗層，至少施加在所述主體的所述上壁與所述槽之間，相較於 所述坡面的表面鉭和/或氮化鉭較易黏附在所述塗層上。
全文摘要
所提供的為一種半導體處理室用的處理套件。在一實施例中，處理套件包括有凹口的沉積環(102)。在另一實施例中，處理套件包括覆蓋環(114)，其被配置成與該有凹口的沉積環(102)彼此嚙合。在另一實施例中，處理套件包括環形沉積環主體(102)，其具有內、外、上及底壁。槽被嵌入該主體上表面並介於該上壁與內壁之間。嵌入表面形成在該主體下表面並介於該底壁與內壁之間。凹口自該主體向內延伸，用以捕捉通過正被處理的基板凹口的沉積材料。
文檔編號C23C16/00GK101405431SQ200780010000
公開日2009年4月8日 申請日期2007年3月6日 優先權日2006年3月7日
發明者K·A·米勒 申請人:應用材料股份有限公司