有凹口的沉积环的制作方法

专利名称：有凹口的沉积环的制作方法
有凹口的沉积环发明背景 发明领域本发明一般涉及一种半导体处理室用的处理套件，尤其涉及一种有凹 口的沉积环。现有技术描述在沉积处理时，来自耙、气体入口歧管等处的物质可沉积在外露的处 理室内表面上，包括处理室壁、基板基座组件、静电夹块和其它硬件上。 已开发出诸如遮蔽组件之类的处理套件，用以将静电夹块限制在半导体处 理系统中，以保护该静电夹块不会暴露在系统内的沉积物质之下。 一遮蔽 组件包括可拆卸的覆盖环及沉积环。沉积环一般搁在从静电夹块外部边缘延伸出来的圆周状凸缘上。静电 夹块的支撑表面(用以夹持基板)的直径略小于基板直径。因此，由该静电 夹块夹持的基板会突出于沉积环顶面的内部。覆盖环则圈住并搁在该沉积 环的外部。该覆盖环的唇缘突出在该外部之外，但并不接触沉积环的顶面，藉以界定介于覆盖环与沉积环之间的迷宫式间隙(labyrinth gap)。分隔这些 环的该迷宫式间隙防止沉积物质通过该空间而与该静电夹块接触。虽然具有上述设计的遮蔽组件已显示出稳健性能，但仍然需要在处理室和/或在替换这些环以便清洁之前的每一次加长处理期间，可减少潜在颗 粒生成的改进方案。举例来说，堆积在环上的沉积物会造成环之间不合需 要的电接触因而严重影响处理效能，进而需要周期性地置换该环并清洁。 相对于环的周围区域而言在基板凹口下的堆积物特别麻烦，其会使得下方 沉积环暴露在较高量的沉积物质下。 因此，亟需一种改进的处理套件。发明内容提供一种半导体处理室用的处理套件。在一实施例中，处理套件包含 有凹口的沉积环。在另一实施例中，处理套件包含覆盖环，其被配置成可 与该有凹口的沉积环啮合。在另一实施例中，处理套件包含环状沉积环主体，其具有内、外、上及底壁。有凹入该主体上表面的槽(a trough)位于该上壁与该内壁之间。凹 入表面(a recessed surface)形成在该底壁与该内壁之间的主体下表面上。 凹口(a notch)形成在该主体上，以容纳堆积在被配置成支撑覆盖环的该沉 积环面积上的沉积物质。在另一实施例中，处理套件包含环状沉积环主体，其具有形成该主体 上表面的一部分的上壁、形成该主体下表面的一部分的下壁、内壁及外壁。 凹入部分的直径大于该内壁且邻近该内壁放置。上方外壁的直径小于该外 壁且邻近该外壁放置。在该外壁与上方外壁之间形成基本上垂直于该主体 中线的坡面(land)。凹口在该主体上形成，介于该外壁与上方外壁之间。槽 凹入形成在该上壁与内壁之间的主体上表面上。斜面部分自该槽向上延伸 至该上表面的内部边缘。自该上表面的内部边缘延伸出突出物(tab)。凹入 表面(a recessed surface)形成在该底壁与内壁之间的主体下表面上。至少 在该主体的内壁与槽之间涂布 一 涂层，从而相较于该坡面的表面钽和/或氮 化钽较易翻附在该主体上。


体描述。然而，要注意，附图仅示出本发明的典型实施例且因此不被视为 限制其范围，因为本发明可允许其它等效实施例。图1是一种半导体处理系统的简单局部视图，其一实施例的有凹口的 沉积环置于基板支撑件上；图2是置于基板支撑件上的有凹口的沉积环的部分截面图；图3是图1的有凹口的沉积环的立体图；图4是沿着图3的线4-4取得的该有凹口的沉积环的另部分截面图； 图5是图3的有凹口的沉积环的部分俯4见图；图6是沿着图3的线6-6所取得的该有凹口的沉积环的部分截面图。本发明一般提供一种可用在半导体处理室中的处理套件。该处理套件 有利地包含沉积环，其具有至少可促进更长表面寿命和/或处理均一性的特征。虽然本发明以物理气相沉积(PVD)室来作公开和说明，但此公开仅为 例示性质，本发明也可应用在其它的半导体处理室中，包括化学气相沉积 室等。图1绘示出半导体处理室150的一个实施方式。可受益于本发明的半 导体处理室为美国应用材料公司(加州圣克拉拉)所出品的IMP VECTRA PVD处理室。该例示的处理室150包括处理室主体152，其具有底部154、盖组件 156及数个侧壁158,共同界定可抽空的内部体积160。该处理室主体152 通常由数个不锈钢板黏合而成或是由单一铝块制成。这些侧壁158—般包 含可被密封的出入口(未示出)以使基板104可进出该处理室150。位在这 些侧壁158上的抽吸口 122被耦连到泵系统120,以排空及控制该内部体 积160中的压力。该处理室150的盖组件156 —般可支撑自该盖组件156 悬垂出来用以支撑覆盖环114的环形遮蔽件162。覆盖环114 一般设计成 可将沉积限制在该基板104的经由该覆盖环114中央而暴露出来的部分 上。基座组件100由处理室150的底部154支撑。该基座组件100可于处 理期间支撑沉积环102以及基板104。该基座组件100藉由举升机构118 而连接至处理室150的底部154，该举升机构118可在上方及下方位置之 间移动该基座组件100。在上方位置时，该基座组件100可与覆盖环114 啮合，随着该基座组件100将基板104往上移动至处理位置而可从该遮蔽 件162提起该覆盖环114。在下方位置时，该基座组件100被置于该遮蔽件162下方，以使得基 板104可从处理室150穿过这些侧壁158上的出入口而移出处理室150 之外。在该基座组件100移动到下方位置以帮助在该遮蔽件162下方传送基板时，该遮蔽件162再次与覆盖环114啮合使得该覆盖环114悬垂在该 基座组件100与基板104上方。此外，在下方位置处，移动举升销(未示出) 通过该基座组件100而使基板104与该基座组件100相隔一段距离，以藉 由置于处理室150外部的晶片传送机构(例如单刃机器臂，未示出)来帮助 固定基板104。波纹管186—般置于该基座组件100与处理室底部154之 间，以使处理室主体152的内部体积160可与基座组件100的内部隔离。该基座组件100—般包括基板支撑件140，其密封式地连接至平台外 壳108。该平台外壳108通常由诸如不锈钢或铝之类的金属制成。 一般在 该平台外壳108内设有冷却板124，以热调节基板支撑件140。对本发明 有用的基座组件100在1996年4月16日授予Davenport等人的美国专利 No. 5,507,499中公开，其全文在此并入作为参考。基板支撑件140通常由陶瓷构成且可以是一种静电夹块、陶瓷主体、 加热器或其组合。在一实施例中，该基板支撑件140是一种包括有导电层 112嵌入其中的介电体106的静电夹块。该介电体106 —般由高热传导介 电材料制成，例如热解的氮化硼、氮化铝、氮化硅、氧化铝或其的等效材 料。该盖组件156—般包括盖130、靶132及磁电管134。当处于图1所 示的密闭位置时，盖130由这些側壁158支撑。在该盖130与这些侧壁 15 8之间有密封用以防止其间出现真空泄漏。靶132被连接到盖130上并暴露在处理室主体152的内部体积160 中。靶132可在PVD期间提供可沉积于基板104上的材料。靶132与基 座组件100由电源184相对彼此偏压。从气源提供诸如氩气之类的气体到 该内部体积160中。在该基板104与靶132之间，由该气体产生等离子。 将等离子内的离子朝向靶132加速使得材料可自靶132上脱离。将脱离的 靶132材料沉积在基板104上。磁电管134被连接到处理室150外部的盖130上。该^磁电管134包括 至少 一旋转磁铁组件138，其可于PVD处理期间促进均一性地消耗靶132。 可使用在1999年9月21日授予Or等人的美国专利No. 5,953,827中公 开的一种磁电管，其全文在此并入作为参考。铰链组件110将该盖组件156耦连至处理室150。可将马达致动器116 耦连到该铰链组件110上和/或盖130上，以便于盖组件156在打开和关 闭位置之间的移动。
由该基座组件100所支撑的沉积环102可圈限基板104，以于处理期 间保护基板支撑件140。该沉积环102被配置成在该基座组件100被升高 以将覆盖环114自遮蔽件162上举起时，用来啮合覆盖环114。
图2是处理系统150的部分截面图，其绘示出一部分的基板支撑件 140、沉积环102和覆盖环114。该覆盖环114 一般具有环形主体202。 该主体202由不锈钢、氧化铝、钛或其它适合材料的金属制成。该主体202 一般包括唇缘204，其向内辐射延伸并在介于该沉积环102与该覆盖环114 间的间隙中提供上方边界。
覆盖环114的主体202也包括内部环206和外部环208。这些环206、 208以彼此相间隔的方式自主体206往下延伸而界定出狭缝210。该狭缝 210具有面向下的开口端，以容许与该遮蔽件162的末端彼此啮合。
有锥形段214被界定在该内环216的内壁212的上方区段上。该锥形 段214从该内壁212逐渐向内延伸并在主体202下表面上的突出架216 上封端。该锥形段214使得在覆盖环114和沉积环102两者接触时，该覆 盖环114和沉积环102两者可自对准。
该突出架216—般是水平的并垂直于该覆盖环114的中线。该突出架 216提供由该沉积环102支撑的该覆盖环114承载表面。该突出架216 — 般是平滑且平坦的，以容许该突出架216在必要时可沿着该沉积环102滑 动，而产生的颗粒最少。
该突出架216的内侧边缘于壁218封端。该壁218基本上是垂直的并 在该突出架216与该唇缘214之间延伸。壁218是该内环206向内辐射及 该唇缘202往外辐射的部分。壁218形成该迷宫式间隙(labyrith gap)边界 的一部分，
在一实施例中，覆盖环114由一种可促进沉积材料黏附在覆盖环114 上的材料所制成或是涂覆有该种材料。在一配置用于氮化钽沉积系统的环 的实施例中，覆盖环114上涂覆有电弧喷镀层(arc spray)。该电弧喷镀层可以是例如TWAS或是铝双线电弧喷镀层等等之类的涂层。另一种适当的 涂层是由美商应用材料公司出品的物质，其商标名称为CleanCoat 。可 选择性地将该涂层沉积在覆盖环114上的于沉积处理期间暴露在沉积物质 下的区域。由于电弧喷镀层或是黏附在环上的沉积材料本身可导电，可选 择性地在与沉积环102相距足够间距的环114上的区域施加涂层226，以 在有明显量的沉积材料黏附在沉积环102时仍可避免环出现短路。在图2 所示的实施例中，涂层226被选择性地施加在邻近唇缘204的壁228上方 区域220、唇缘204、主体202的顶部224及外环208的外壁228上。部 分覆盖环114可能会接触沉积环102或是很靠近沉积环102,使得该突出 架216与内壁212的锥形段214上不会有涂层。
沉积环102 —般包含环状主体240，该主体240可由陶瓷材料制成， 例如石英、氧化铝或其它适当材料。该主体240 —般包括内壁242、外壁 244、下壁248及上壁246。该内壁242及外壁244分别界定该主体240 的最内及最外直径。该上壁246及下壁248则界定该主体240的最高和最 低表面。
下壁248被配置成将该沉积环102支撑于该基板支撑件140的凸缘 230上。该下壁248基本上与沉积环102的中线垂直，以维持其与该基板 支撑件140的凸缘230垂直并平行于该基板104。该下壁248本身是平坦 且平滑的，以帮助沉积环102在凸缘230上移动，这由环102可相对于基 座组件100而热膨胀和/或收缩所致。
该主体240的下表面包括凹入部分250，其形成在下壁248与内壁242 之间。该凹入部分250可使该基板支撑件140的凸缘230与该沉积环102 之间的接触面积变成最小。减少沉积环102与基板支撑件140间的接触面 积有助于降低摩擦，同时并可使在沉积环102沿着该基板支撑件140的凸 缘230移动时所生成的颗粒数目降至最少。
上方内壁262也从该内壁242凹入。如果该沉积环102无可避免地接 触到该基板支撑件时，该上方内壁262可使主体240与基座组件100的壁 228之间的接触面积变成最小。
主体240的上表面包括有槽258,其由上壁246径向向内而形成。该槽258经由斜面区256而连接到上壁246。主体240的厚度径向向内朝槽 258增加，因为主体240的上表面往上倾斜以形成该上表面的内缘260。 相对于该下壁248来说，该内缘260位于较该槽258更高的位置处，但相 对于上壁246来说，则位于较低位置处。该槽258可提供自环接触区移除 物质的收集区，使得沉积在环102上的材料不会接触基板或抑制环的移动。 此外，界定在内缘260与槽258之间的该主体240的向内与往上倾斜的区 域264可提供一方位，用以抑制颗粒及沉积材料向内缘260与基板104之 间的间隙移动。
主体240之外壁244的直径被选择成使得沉积环102与覆盖环114 可在广泛的处理温度范围下仍保持啮合。在图2所示的实施例中，外壁244 的直径大于覆盖环114的壁216的内直径，且小于覆盖环114的锥形段 214的内直径。
在外壁244与上壁246之间形成坡面280 (land)，用以支撑覆盖环 114。该坡面280 —般是水平的且基本上垂直于该沉积环102的中线。该 坡面280用以支撑覆盖环114的突出架216。该坡面280 —般是平坦且平 滑的，以容许在环102、 114彼此接触且自动对齐时，该突出架216可沿 着该坡面280滑动。
在主体240的外壁244与上壁246间形成上方外壁252。该上壁246 和上方外壁252的尺寸被选择成使得沉积环102和覆盖环114的唇缘204 以相隔一定间距方式插入，以界定其中的迷宫式间隙。在图2所示的实施 例中，上方外壁252的直径大于覆盖环114唇缘204的内直径，并小于覆 盖环114的壁218的直径。介于沉积环102的上方外壁252与覆盖环114 的壁218之间的空间大小被选择成维持环102、 114之间有一定间距，即 使环102、 114已在基板沉积处理期间被涂覆有1000微米厚的材料亦然。
在外壁244与上方外壁252间形成凹口 254。该凹口 254可与该坡面 280的表面共用一壁。该凹口 254提供用以容纳材料的区域，这些材料是 在覆盖环114的突出架216横放至坡面280时被覆盖环114推压而落在该 坡面280上的材料。因位于坡面280上的材料可随着覆盖环114相对于沉 积环102的移动而进入该凹口 254,使得这些置于坡面280上的材料不易被迫进入坡面280与突出架216之间，因而可增强在处理许多基板的过程 中环102、 114平行关系的保持。此外，藉由提供可用以在覆盖环114相 对于沉积环102移动期间接收材料的区域，位于该坡面280上的材料较不 易防止和/或限制环102、 114的移动。此外，因为凹口 254面向远离等离 子的方向，穿越该迷宫式间隙的沉积材料较不会像传统设计样堆积在端口 间或在端口间产生桥接。因此，凹口 254的定向可延长沉积环102的使用 寿命。
主体240也包括涂层270，其至少为一种可耐等离子和/或促进沉积材 料祐附的材料。在图2所示的实施例中，涂层270可与涂层226相同。涂 层270可能局限在斜面区264、槽258、斜面区256、上壁246与外上方 外壁252等处。用以支撑覆盖环114的突出架216的坡面280上并不含涂 层，用以防止沉积环102与覆盖环114间出现短路。
图3是具有至少突出物302 (tab)的沉积环102的立体图。图4是沿着 图3沉积环102的截面线4—4所取得的部分截面图。图5是沉积环102 的部分俯视图，其中示出突出物302的顶部。参照图3-5,该突出物302 自沉积环102顶部延伸，其被配置成在基板被放到基座组件100上时位于 该基板104的凹口下方。在图3-5所示的实施例中，该突出物302自上内 壁262径向向内延伸，使得其与突出物302的顶部402共平面且与内缘 260形成单个表面。该突出物302也可从内壁242延伸，在图3所示的实 施例中，共设有7个突出物302。
突出物302包括上表面406和下表面408。在这些表面406、 408间 形成有突出架404,其一般与内缘260平行。这些表面406、 408分别具 有平行方向并与上方内壁262和内壁242共同形成连续面。这些形成突出 物302的表面一般不含涂层270。
沉积环102的突出物302可有利地作为位于基板凹口下方的主体的延 伸。因此，突出物302可防止沉积材料经由基板凹口所创建的空间而接触 到基座组件400。此外，由于设有多个突出物302,因此可确保在基板定 位的更大灵活性。
为了在处理室105中测量沉积环102的方位，设有狭缝304，如图3-6所示。该狭缝304可与自基座组件100和/或遮蔽件162处延伸出来的特 征部件(未示出)彼此啮合。因为狭缝304有助于将该环102与突出物302 维持在已知的方位，所以可在其互补方位上设置基板，以确保基板凹口至 少可与沉积环102的多个突出物302之一对齐。
因此，在此提供沉积环，其包含有形成在其外表面上的凹口。该有凹 口的沉积环便于基板沉积处理，并可减少由于环与基板间因短路和/或材料 桥接所致的处理缺陷。
虽然前述内容涉及本发明的优选实施例，在不悖离本发明的基本范围 的情况下，可设计本发明的其它和更多实施例，且其范围根据所附权利要 求确定。
权利要求
1.一种处理套件，包含环形沉积环主体，其包含内壁；外壁；上壁，界定所述主体上表面的至少一部分；底壁；槽，凹入设置于所述主体的上表面，介于所述上壁与所述内壁之间；及至少一凹口，延伸进入所述主体中。
2. 如权利要求1所述的处理套件，其特征在于，所述主体由陶瓷制成。
3. 如权利要求1所述的处理套件，其特征在于，所述主体进一步包含 电弧喷镀涂层。
4. 如权利要求1所述的处理套件，其特征在于，所述主体进一步包含 涂层，至少施加在所述主体的所述上壁与所述槽上，使得相对于坡面的表面来说，钽和/或氮化钽较易黏附于所述涂层上。
5. 如权利要求1所述的处理套件，其特征在于，所述主体更包含 倾斜部分，用以连接所述槽至所述上表面的内缘。
6. 如权利要求5所述的处理套件，其特征在于，所述主体在所述内缘 处的厚度大于所述主体在所述槽处的厚度，并小于所述主体在所述上壁处 的厚度。
7. 如权利要求1所述的处理套件，其特征在于，所述主体进一步包含上方外壁，自所迷壁开始凹入并界定在所述主体外表面上，所述上方 外壁置于所述外壁与所述上壁之间。
8. 如权利要求7所述的处理套件，其特征在于，所述凹口进一步包含 形成在所述上方外壁与所述外壁之间的底切口 (undercut)。
9. 如权利要求8所述的处理套件，其特征在于，所述主体进一步包含 坡面，其方位与所述主体的中线垂直，并形成在所述上方外壁与所述外壁之间，其中所述坡面与所述底切口具有 一共平面表面。
10. 如权利要求1所述的处理套件，其特征在于，所述切口延伸自所 述主体上表面的内部。
11. 如权利要求1所述的处理套件，其特征在于，有7个切口自所述 主体内壁向内辐射延伸。
12. 如权利要求9所述的处理套件，进一步包含 覆盖环主体，包含唇缘，以 一定间隔向内延伸到所述沉积环主体上方；内环及外环，界定具有向下面对开口端的狭缝；及突出架，向内界定所述内环并由所述沉积环的坡面所支撑。
13. 如权利要求12所述的处理套件，其特征在于，所述覆盖环主体 至少部分涂覆有 一 电弧喷镀层。
14. 一种处理套件，包含 环形沉积环主体，其包含内壁； 外壁；坡面，其方位基本上垂直于所述主体的中线并形成在邻近所述外壁处，所述坡面适于支撑其上的覆盖环主体； 上壁，界定所述主体的上表面的至少部分； 底壁；及凹口 ，自所述主体上表面的内缘向内延伸并具有一与所述坡面共 平面的表面。
15. 如权利要求14所述的处理套件，包含槽，凹入所述主体的上表面上，介于所述上壁及所述内壁之间；及 凹入表面，形成在所述主体下表面上，介于所述底壁与所述内壁之间。
16. 如权利要求15所述的处理套件，其特征在于，所述凹口进一步包含一水平方位。
17. 如权利要求14所述的处理套件，其特征在于，所述主体被部分 涂覆有电弧喷镀层。
18. 如权利要求14所述的处理套件，其特征在于，所述主体进一步 包含倾斜部分，连接所述槽至所述上表面的所述内缘。
19. 如权利要求14所述的处理套件，其特征在于，所述主体进一步 包含上方外壁，界定在所述主体的外表面上，并同轴置于所述外壁向内处。
20. 如权利要求14所述的处理套件，其特征在于，所述主体进一步 包含坡面，其方位基本上垂直于所述主体的中线，并形成在所述凹入部分与所述外壁之间。
21. 如权利要求14所述的处理套件，其进一步包含 覆盖环主体，包含唇缘，以 一定间隔向内延伸到所述沉积环主体上方；内环及外环，界定出具有向下面对开口端的狭缝；及突出架，向内界定所述内环并由所述沉积环的坡面所支撑。
22. 如权利要求21所述的处理套件，其特征在于，所述覆盖环主体 被至少部分涂覆有电弧喷镀层。
23. —种处理套件，包含 环形沉积环主体，其包含上壁，形成为所述主体上表面的一部分； 下壁，形成为所述主体下表面的一部分； 内壁；上方内壁，邻近所述内壁且其直径大于所述内壁直径； 外壁；上方外壁，邻近所述外壁且其直径小于所述外壁直径；坡面，其方位基本上垂直于所述主体的中线并形成在所述外壁与所述上方外壁之间；凹口，形成在所述主体上介于所述外壁与上方外壁之间； 槽，凹入所述主体的上表面，介于所述上壁及所述内壁之间； 倾斜部分，自所述槽向内延伸至所述上表面的内缘； 突出物，自所述上表面内缘及所述上方内壁向内延伸； 凹入表面，形成在所述主体下表面上，介于所述底壁与所述内壁之间；及涂层，至少施加在所述主体的所述上壁与所述槽之间，相较于 所述坡面的表面钽和/或氮化钽较易黏附在所述涂层上。
全文摘要
所提供的为一种半导体处理室用的处理套件。在一实施例中，处理套件包括有凹口的沉积环(102)。在另一实施例中，处理套件包括覆盖环(114)，其被配置成与该有凹口的沉积环(102)彼此啮合。在另一实施例中，处理套件包括环形沉积环主体(102)，其具有内、外、上及底壁。槽被嵌入该主体上表面并介于该上壁与内壁之间。嵌入表面形成在该主体下表面并介于该底壁与内壁之间。凹口自该主体向内延伸，用以捕捉通过正被处理的基板凹口的沉积材料。
文档编号C23C16/00GK101405431SQ200780010000
公开日2009年4月8日 申请日期2007年3月6日 优先权日2006年3月7日
发明者K·A·米勒 申请人:应用材料股份有限公司