专利名称：用于物理气相沉积腔室的遮盘的制作方法
技术领域：
本发明的实施例一般是关于半导体处理腔室的领域，特别是关于应用在半导体处理腔室中的遮盘(shutter disk)。
背景技术：
习知半导体组件的形成一般是在一或多个处理腔室中执行，且该些处理腔室一般是结合以形成一在可控制的处理环境中处理多个基板(如，半导体晶片)的多腔室处理系统(如，一群集工具(cluster tool))。为了维持工艺的一致以及确保处理腔室的最佳效能，会周期性地进行多种的调节(condition)操作。举例来说，一通常实施于物理气相沉积处理腔室的调节操作为一「预烧(burn-in)」工艺，其中一靶材设置于该物理气相沉积处理腔室中，并透过等离子离子的轰击(bombard)而在执行基板工艺之前移除该靶材上的氧化物或其它污染物。另一种常实施的调节操作为一「贴合(pasting)」工艺，其中一覆盖层是涂布于处理腔室表面的沉积材料上，以预防该材料自该处理腔室表面剥落，并在接续工艺中污染基板。在前述二调节操作中，一遮盘是通过一传送机械手而设置于处理腔室中的基板支撑件的顶部，以预防任何物质沉积于该基板支撑件上。因此，该遮盘的形状对于该机械手搬运及放置的定位精准度，以及对该基板支撑件的覆盖范围来说是很重要的，前述任何一者出错皆会导致调节操作的过程中，该基板支撑件的上表面发生不期望的暴露情形。此外，习知的遮盘一般是由具足够机械强度且不会因沉积材料的额外重量而变形的材料所制成。举例来说，一遮盘通常包含金属合金(如不锈钢；SST)或是陶瓷(如碳化硅；SiC)。然而，由于该些材料所构成的遮盘具相当的重量，导致提供及维持能够安全地操作遮盘的传送机械手的费用上升。此外，热膨胀系数(CTE)是有限制范围的，导致遮盘及沉积材料间可能存在的热膨胀系数显著差异、导致该沉积材料及该遮盘表面间的附着力下降，进一步提高该沉积材料剥离或剥落且污染下方基板支撑件的风险。为了减少这个问题， 该遮盘的表面可通过喷砂(abrasive blasting)处理而纹理化(textured)来增加附着力。 然而，由于材料本身的硬度，如不锈钢或是碳化硅，前述的处理是困难且花费极大的。因此，一改良的遮盘是有其需要。
发明内容
本发明提供一可用于物理气相沉积腔室中，而适于遮蔽基板支撑件的遮盘。在一实施例中， 该遮盘包含一碟状主体，该主体具有设置在一顶表面及一底表面之间的一外径部。该碟状主体包含一双重梯部以连接该底表面至该外径部。在另一实施例中，该遮盘包含一碟状主体。该主体具有设置在一顶表面及一底表面之间的一外径部。一外梯部及一内梯部是形成于该底表面上，该外梯部相对于该内梯部而更延伸进入该主体。一外壁是实质平行于该主体的一中心线，且该外壁是连接该外梯部至该内梯部。一环状沟槽是形成于该底表面中而位于该内梯部的径向内侧。
在另一 实施例中，是提供一具有可调整的热膨胀数的一遮盘。在部分实施例中，一具有可调整的热膨胀系数的遮盘是包含一由第一材料形成的主体，且该第一材料包含至少两个成分，其中该至少两个成分的各者相对于彼此的比例是经选择以提供该主体一与欲沉积于其顶部的第二材料实质相似的热膨胀系数。在部分实施例中，一处理腔室是包含一定义有一内部容积的腔室主体，该内部容积具有一靶材，该靶材包括欲沉积于设置在内部容积中的一基板顶部的材料；一基板支撑件，配置于该腔室主体内而用以支撑该基板；一用以保护该基板支撑件的遮盘，该遮盘包含一主体，该主体是由具有至少两个成分的复合材料所构成，其中该至少两个成分的各者相对于彼此的比例是经选择以提供该主体一与欲沉积于该遮盘顶部的材料实质相似的热膨胀系数；以及一传送机械手，是可移动地耦接至该腔室主体，用以传送该遮盘至该基板支撑件。在部分实施例中，一具有可调整的热膨胀系数的遮盘是包含一主体，该主体包含有一顶表面、一底表面、及一耦接该顶表面至该底表面的周边表面，其中该主体包含铝及硅，其中铝与硅的比例为约1 4至约7 3，且其中该主体的热膨胀系数与欲沉积于该主体顶部上的材料的热膨胀系数为实质相似。
由前述发明内容可简要的了解本发明的数个实施例，而更详细的实施例内容将在以下进一步说明，并通过参考所附图式来得到对本发明更明确的了解。需注意的是，以下图式仅描述了本发明的数个较佳实施例的实施态样，并不用以限定本发明范围，因本发明是允许其它可合理推知的等效实施例。图1为根据本发明的部分实施例的一示范性遮盘的顶视图。图2为沿着根据本发明的部分实施例的图1中的示范性遮盘的一中心线所得的部分侧剖面示意图。图3为沿着根据本发明的部分实施例的遮盘的另一实施例的一中心线所得的部分侧剖面示意图。图4为与本发明的部分实施例结合使用的一示范性处理腔室的图解示意图。为助于了解本发明，图中尽可能使用相同的组件符号来代表相似的组件。应可预期某一实施例的组件或特征结构可有利地并入其它实施例，而不需另行赘述。
具体实施例方式本发明的具体实施例一般是关于一种半导体处理腔室，特别是关于一种遮盘。本发明设备包含一使用于处理腔室调节操作中的遮盘。本发明设备是提供了一轻便的、具成本效益的遮盘，其具有可抵抗变形、提供一协调的热膨胀系数及改良的附着特性等优越性能。图1为根据本发明部分实施例的一示范性遮盘的顶视图。图2为沿着根据本发明部分实施例的图1中的示范性遮盘的一中心线所得的侧剖面示意图。为求最了解本发明， 读者应同时参考图1及图2。虽然在此处本发明的遮盘是描述为一盘状结构，但其可视需要而具有适当的几何形状以在特定的处理腔室中操作。
遮盘100 —般包含一主体102及一外表面128。该外表面128至少包含一顶表面 104、一底表面106以及一外径部(outer diameter) 108。虽然此处依据外径部而被认定为一盘状结构，该遮盘100并不因此受限其形状为圆形，其可视在此处所提及的所欲放置的处理腔室而为任何适宜的形状。该底表面106可包含至少一特征结构(feature) 107与传送机械手(图中未示)的部件接合，以促进稳定且精准的移动。在一实施例中，该特征结构 107是一形成于该主体102的该底表面106上的环状沟槽120及/或一盲孔140 (图中以虚线示出)。该环状沟槽120及该盲孔140是与该主体102的一中心线109对准，以提供与机械手(图中未示出)接合时的一已知参考位置。该顶表面104通常为平坦的，且其定向是实质上与该主体102的该中心线109垂直。该底表面106通常亦为平坦的，且其定向是实质上与与该主体102的该中心线109垂直。在部分实施例中，该主体102包含有一外径部108为大约6-12英寸，如约6、8、或是 11. 85英寸，且该外径部108介于该顶表面104及该底表面106间的厚度为大约0. 1-0. 25 英寸，如，约0. 15英寸。在部分实施例中，一双重梯部110是形成于该底表面106的外部，如图2所示。该双重梯部110是包含一内梯部112及一外梯部114。该内梯部112及该外梯部114是实质平行于该底表面106。该内梯部112与 该底表面106是由一内壁116分隔开。相对于该底表面106，该外梯部114是较该内梯部112而更延伸进入该主体102。该外梯部114是设置于该内梯部112的径向外侧，并耦接于该外径部108。该外梯部114及该内梯部112是由一外壁118分隔开。该外壁118及该内壁116是实质平行于该主体102的该中心线109。在部分实施例中，该外梯部114及该顶表面104间的转接处为圆形的，举例来说，该外径部108 具有一全径(full radius)。该沟槽120是形成在该主体102的该底表面106中而位于该内梯部112的径向内侧。在部分实施例中，该沟槽120包含一内沟槽壁122、一外沟槽壁124、以及一沟槽底部 126。该内沟槽壁122及该外沟槽壁124是实质平行于该主体102的该中心线109。该沟槽底部126是实质垂直于该主体102的该中心线109。在部分实施例中，相对于该底表面 106，该沟槽底部126是较该外梯部114而更延伸进入该主体102。该主体102是可由任何具足够机械强度，以抵抗可能因沉积材料沉积在该遮盘 100的顶部所造成的额外重量而变形的材料所构成。在部分实施例中，该些材料亦可能是一些轻量物质，以允许传送机械手轻易地操作该遮盘100。在部分实施例中，该主体102可以是由铝、铝合金、铝硅合金或其它适合的材料所制成。在部分实施例中，该主体102可由一金属复合物所制成，如铝硅(AlSi)。该主体102是可由任何适于形成期望形状的方法来制造，如机械加工(machining)、挤压(extruding)、冲压(stamping)、模具铸造(mold casting)、J3i祷(die casting)、喷身寸祷造(spray casting)、喷雾沉禾只(spray deposition) 或其它类似方法。在部分实施例中，该主体102是包含一第一材料，该第一材料的热膨胀系数 (coefficient of thermal expansion，CTE)实质上是与欲沉积于该遮盘100顶部的第二材料相似，以促进该遮盘100的该外表面128与该欲沉积材料间的附着力，进而防止了沉积材料剥离(如脱落)以及降低粒子生成。举例来说，在以钛(Ti)或氮化钛(TiN)沉积在该遮盘100顶部的实施例中(例如具有介于9-1 lppm/°C的热膨胀系数)，该主体102是包含热膨胀系数 为9-11或是大约llppm/°C的铝硅(AlSi)。在部分实施例中，可以改变用于形成该主体102的材料的成分比例，以提供一可调整的热膨胀系数范围。举例来说，在例如该主体 102包含铝硅的部分实施例中，其中铝与硅的比例可从大约1 4至大约7 3，造成热膨胀系数的范围大约在5-17ppm/°C。又如在铝与硅的比例在大约1 3. 5至1 4. 5且最佳是比例为1 4的实施例中，热膨胀系数约为5ppm/°C。在铝与硅的比例在大约3 6. 5至 3 7. 5且最佳是比例为3 7的实施例中，热膨胀系数约为7ppm/°C。在铝与硅的比例在大约1 0.75至1 1.25且最佳是比例为1 1的实施例中，热膨胀系数约为llppm/°C。 在铝与硅的比例在大约7 2. 5至7 3. 5且最佳是比例为7 3的实施例中，热膨胀系数约为17ppm/°C。在部分实施例中，该主体102的该表面128是经纹理化(textured)以促进与其上的沉积材料间的附着力，进而防止该沉积材料自该遮盘100脱落。该主体102的该表面 128是可透过任何适于适当地纹理化或是粗糙化的工艺来达到纹理化的目的，举例来说，一喷砂处理，如喷粒处理(grit blasting)、喷砂(sand blasting)、珠击(bead blasting)或其它类似方法。在部分实施例中，如包含铝硅的该主体102，该主体102的该表面128通过适当的处理(如通过喷粒处理)而被纹理化至平均粗糙度高达约600至约800Ra。在部分实施例中，至少一部份的该主体102的该表面128是覆盖有一涂层142。该涂层142为一双弧喷涂(twin-arc-spray)铝沉积或是其它适当的涂层。承接该涂层142 的表面可经前述纹理化工艺处理过。在一实施例中，该涂层142是配置于该主体102的顶表面104及该外径部108上。在部分实施例中，亦提供一制作具有可调性热膨胀系数的遮盘的方法。举例来说， 在部分实施例中，该主体102是由一第一材料构成，该第一材料包含至少两个成分，其中该至少两个成分的各者相对于彼此的比例是经选择，以提供该主体102的热膨胀系数是实质上与欲沉积于其顶部上的第二材料的热膨胀系数相似。在部分实施例中，该第一材料的成分可为铝与硅。如前所述，铝与硅的比例可经选择以提供一期望的热膨胀系数(例如，铝与硅的比例大约在1 4到7 3间时，会导致热膨胀系数为约5到约17ppm/°C间)。该第二材料的热膨胀系数已被确定，而可通过选择该第一材料的成分的比例，而可得到一与该第二材料的热膨胀系数实质相配的热膨胀系数。举例来说，在部分实施例中，钛或氮化钛是将被沉积在该遮盘100的顶部，钛或氮化钛的热膨胀系数是介于约9-1 lppm/°C。同样地，该主体102可包含有铝及硅，通过控制铝与硅的比例，则可提供一大约介于9-llppm/°C，或约 llppm/°C的热膨胀系数。图3为根据本发明的其它实施例中，由另一实施态样的遮盘300的一中心线所得的部分侧剖面示意图。该遮盘300是可由前述关于该遮盘100所讨论的材料制成。在一实施例中，该遮盘300是包含一主体302，该主体302具有一顶表面304、一外径部332及一底表面306。在一实施例中，该外径部332是可以为弯曲的，例如具有一全径。 在一实施例中，该外径部332与该顶表面304间的交会处为一倾斜表面320。该倾斜表面 320是可界定一角度334，该角度334大约为介于30到60度间，例如大约45度。该顶表面 304是大致垂直于该主体302的一中心线109。该外径部332可包含一外径部壁324配置于该外径部332及该底表面306内侧。在一实施例中，该外径部壁324是实质上与该主体 302的该中心线109为平行定向。
如图3所示，该底表面306包含至少两个垫部(pad)，分别为外支撑表面316及内支撑表面318，用以支撑该主体302在该基板支撑件的上表面上。该外支撑表面316是配置而相邻于该外径部壁324。该内支撑表面318是配置而紧邻于该主体302的该中心线109。该主体302的该底表面306是包含一选择性的盲孔140，用以容设该机械手端效器之中央定位销442(如图4所示)。该盲孔140是与该主体302的该中心线109对齐。一双重梯部308是形成于该支撑垫部(支撑表面316及318)及该主体302的该底表面306间。该双重梯部308包含两个外梯部310及312，该外梯部312是位于该外梯部 310的外侧，且实质大于该外梯部310。一内梯部314是形成于该外梯部310及312间，并较该外梯部310及312而更延伸进入该主体302中。在一实施例中，至少一部份的该主体102是覆盖有一涂层142。承接该涂层142的该主体102的部分包含该顶表面304、该外径部332及该倾斜表面320。该涂层142是可为一双弧喷涂铝沉积或是其它如前所述适合的涂层。且承接该涂层142的表面是可如前所述而经纹理化处理。图4为与本发明的部分实施例结合使用的一示范性处理腔室400的图解示意图。 在部分实施例中，该处理腔室400为由数个腔室结合以形成多腔室处理系统(如，群集工具)中的一个腔室。在部分实施例中，该处理腔室400为一沉积腔室，举例来说，为物理气相沉积(PVD)腔室。可根据本发明而经修改的示范性处理腔室及群集工具是描述于2006 年3月7日公告的美国专利第7，008，517号。该处理腔室400是包含一腔室主体402及一盖组件404，且该腔室主体402及该盖组件404是定义出一可抽真空的工艺容积406。该腔室主体402 —般是包含一侧壁408及一底部410。该侧壁408 —般是包含数个孔洞，而该些孔洞包含一出入端口、一泵送端口、一遮盘端口 412(图中并未示出该出入端口及该泵送端口)。一可密封的出入端口(图中未示)是提供该基板(图中未示)自该处理腔室400的一出入口。该泵送端口是耦接至一泵送系统(图中未示)，该泵送系统是用以排空及控制该工艺容积406中的压力。如图4所示，当该遮盘100/300位于一离开位置(cleared position)时，该遮盘端口 412是配置以允许至少一部份的该遮盘100/300通过其中。通常一外壳416是覆盖该遮盘端口 412以维持该工艺容积416内的真空完整性。该腔室主体402的该盖组件404通常是用以支撑一由其悬置的一环状屏蔽418，且该环状屏蔽418是支撑一遮蔽环(shadow ring) 420。通常该遮蔽环420是配置以限制沉积发生在该基板暴露于该遮蔽环420之中心部分。该盖组件404是包含一靶材422及一磁控管 424。该靶材422是提供在沉积工艺中沉积至该基板上的材料，且在工艺过程的同时， 该磁控管4M是增进靶材材料消耗的均一性。该靶材422及该基板支撑件似6通过一功率源4 而相对于彼此偏压。一惰性气体(如，氩气)是由一气源430而提供至该工艺容积 406中。一等离子自该惰性气体而形成于该基板及该靶材422间。该等离子中的离子是被加速朝向该靶材422，并造成该靶材422的材料被逐出。该被逐出的靶材材料是被吸引朝向该基板并在其上沉积成一材料薄膜。该基板支撑件似6 —般是配置于该腔室主体402的该底部410上，并于工艺过程中用以支撑该基板。一遮盘机械装置432是配置而紧邻于该基板支撑件426。该遮盘机械装置432 —般是包含一叶片434及一致动器436，其中该叶片434是用以支撑该遮盘100， 而该致动器436是透过一轴杆438而耦接至该叶片434。该叶片434是可于如图4所示的离开位置以及一第二位置之间移动，在该第二位置时，是将该遮盘100/300放置而与该基板支撑件4 为实质同中心(如图4中虚线所示)。 在该靶材预烧或是腔室贴合的工艺中，该遮盘100/300是可转移(通过利用举升销)至该基板支撑件似6上的该第二位置上。而该叶片434则是在该靶材预烧或是腔室贴合的工艺中，回到该离开位置。该致动器436是可为任何适于旋转该轴杆438—角度以使该叶片434 移动于该离开位置及该第二位置间的装置。该叶片434是选择性地包含有一中央定位销442，该中央定位销442是按一定尺寸制作以与该遮盘100/300的底部中央内所形成的该盲孔140紧配。该中央定位销442将该遮盘100/300定位于该叶片434上预先定义好的位置，以促进该基板的准确转移。虽然前述内容是关于本发明的实施例，然本发明进一步的实施例也可于不悖离其基本精神及范围下进行变化，且其范围应由权利要求界定。
权利要求
1.一种遮盘(shutter disk)，包含 一碟状主体，该主体包含一顶表面； 一底表面；一外径部(outer diameter)，设置于该顶表面及该底表面之间；以及一双重梯部，连接该底表面至该外径部。
2.如权利要求1所述的遮盘，其中该双重梯部更包含一外梯部及一内梯部，该外梯部相对于该内梯部更延伸进入该主体。
3.如权利要求2所述的遮盘，其中该主体更包含一外壁，连接该外梯部至该内梯部，且该外壁实质平行于该主体的一中心线。
4.如权利要求3所述的遮盘，其中该内梯部及该外梯部实质垂直于该主体的该中心线。
5.如权利要求1所述的遮盘，其中该主体更包含一环状沟槽，形成于该底表面中而设置在该双重梯部的径向内侧。
6.如权利要求5所述的遮盘，其中该双重梯部更包含一外梯部及一内梯部，该外梯部延伸进入该主体的程度大于该内梯部，但少于该环状沟槽。
7.如权利要求1所述的遮盘，其中该主体更包含一盲孔，形成于该主体的该底表面中，且该盲孔的一中心线与该主体的一中心线为共直线(co-linear)。
8.如权利要求1所述的遮盘，其中该主体是由铝、铝合金、铝硅合金、金属复合材料及铝硅(AlSi)的至少其中之一所制成；且其中该主体的该顶表面涂覆有一铝涂层。
9.如权利要求1所述的遮盘，其中该主体更包含 一倾斜表面，耦接该外径部至该顶表面。
10.如权利要求9所述的遮盘，其中该主体更包含一盲孔，形成于该主体的该底表面中，且该盲孔的一中心线与该主体的一中心线为共直线。
11.如权利要求9所述的遮盘，其中该双重梯部更包含一外梯部及一内梯部，该内梯部相较于该外梯部而更延伸进入该主体中。
12.—种遮盘，包含 一碟状主体，该主体包含 一顶表面；一底表面；一外径部，设置于该顶表面及该底表面之间； 一外梯部，形成于该底表面上；一内梯部，形成于该底表面上而位于该外梯部的内侧，该外梯部较该内梯部而更延伸进入该主体；一外壁，连接该外梯部至该内梯部，且该外壁实质平行于该主体的一中心线；以及一环状沟槽，形成于该底表面中而位于该内梯部的径向内侧。
13.如权利要求12所述的遮盘，其中该内梯部与该外梯部实质垂直于该主体的该中心线，且该外梯部延伸进入该主体的程度大于该内梯部，但少于该环状沟槽。
14.如权利要求13所述的遮盘，其中该主体更包含一盲孔，形成于该主体的该底表面中，且该盲孔的一中心线与该主体的一中心线为共直线。
15.如权利要求13所述的遮盘，其中该主体是由铝、铝合金、铝硅合金、金属复合材料及铝硅(AlSi)中的至少其中之一所制成；以及其中该顶表面的平均粗糙度介于约600至约SOORa间，且该顶表面涂覆有一双弧喷涂招涂层。
全文摘要
本发明提供一可用于物理气相沉积腔室中而适于遮蔽基板支撑件的遮盘。在一实施例中，该遮盘包含一碟状主体，该主体具有设置在一顶表面及一底表面之间的一外径部。该碟状主体包含一双重梯部以连接该底表面至该外径部。
文档编号H01L21/203GK102160146SQ200980138000
公开日2011年8月17日 申请日期2009年9月21日 优先权日2008年9月22日
发明者J·舒浩勒, K·M·布朗 申请人:应用材料股份有限公司