单件式处理配件屏蔽件的制作方法

本公开内容的实施方式大体关于基板处理配备。

背景技术：

处理配件屏蔽件可被用在例如物理气相沉积(pvd)腔室中，以分离处理容积和非处理容积。在配置以在基板上沉积铝的pvd腔室中，处理配件屏蔽件可例如由不锈钢(sst)所制成。当在处理期间沉积在处理配件屏蔽件上的铝层可被优先地从基底的sst屏蔽材料蚀刻去除时，sst处理配件屏蔽件可被再循环多次。然而，发明人已经持续研究，与传统铝沉积处理相比，使用显著增加的处理功率和沉积时间而在基板上沉积相对厚的铝膜。

对于较厚的铝沉积处理而言，发明人已经观察到处理配件屏蔽件的温度升高到足以非期望的导致在基板上的晶须生长。发明人认为当围绕基板的处理配件不具有足够的时间以在后续的处理之间冷却时，晶须形成。沉积处理加热基板显著地多于经加热的基板支撑件。因为基板被静电地夹持至底座，晶片不会因在厚铝膜和基板(例如，硅)之间的热膨胀系数(cte)的不匹配所导致的热应力而自由地弯曲。当基板上的膜应力变得足够高时，晶须从膜蹦出，以减少膜应力。发明人已经进一步观察到在围绕基板的结构中的高温也不利地影响沉积在基板上的铝膜的反射率。盖环和屏蔽件的温度在经由热辐射冷却基板时，和在最小化晶须形成时，起到重要的作用。

而且，当处理配件遭遇来自等离子体加热的热循环和当等离子体被关闭的后续冷却时，沉积在处理配件上的薄膜经受由薄膜和下方的部件材料之间的热膨胀系数的不匹配所导致的热应力。当那应力超过黏着的限制时，颗粒从处理配件剥落并落到基板上。

因此，发明人已经提供如在此所公开的改良的处理配件屏蔽件的实施方式。

技术实现要素：

在此提供处理配件屏蔽件和含有处理配件屏蔽件的处理腔室的实施方式。在一些实施方式中，单件式处理配件屏蔽件包括：圆柱形主体，所述圆柱形主体具有上部和下部；热传递通道，所述热传递通道延伸通过上部；和盖环区段，所述盖环区段从下部径向向内延伸。

在一些实施方式中，单件式处理配件屏蔽件包括：圆柱形主体，所述圆柱形主体具有上部和下部；适配器区段，所述适配器区段从上部径向向外延伸并具有安置表面和密封表面，安置表面用以将单件式屏蔽件支撑在腔室的多个壁上，当单件式屏蔽件被放置在腔室中时，腔室盖安置在密封表面上，以密封腔室的内侧容积；热传递通道，所述热传递通道延伸通过适配器区段；盖环区段，所述盖环区段从下部径向向内延伸；和湍流(turbulence)产生器件，所述湍流产生器件设置于热传递通道内。

在一些实施方式中，处理腔室包括：腔室壁，所述腔室壁界定处理腔室内的内部容积；溅射靶材，所述溅射靶材设置在内部容积的上区段；基板支撑件，所述基板支撑件具有支撑表面，以在溅射靶材的下方支撑基板；单件式处理配件屏蔽件，所述单件式处理配件屏蔽件围绕溅射靶材和基板支撑件。单件式处理配件屏蔽件包括：圆柱形主体，所述圆柱形主体具有围绕溅射靶材的上部和围绕基板支撑件的下部；热传递通道，所述热传递通道延伸通过上部；和盖环区段，所述盖环区段从下部径向向内延伸并围绕基板支撑件。

本公开内容的其它和进一步的实施方式说明于下。

附图说明

可参考附图中描绘的本公开内容的例示性的实施方式来理解本公开内容的以上简要概述并以下更详细描述的实施方式。然而，附图仅示出了本公开内容的典型实施方式，并且因此将不被视为对本公开内容的范围的限制，因为本公开内容可允许其它等效实施方式。

图1描绘了根据本公开内容的一些实施方式的处理腔室的示意性截面图。

图2描绘了根据本公开内容的一些实施方式的处理配件屏蔽件的示意性截面图。

图3描绘了根据本公开内容的一些实施方式的处理配件屏蔽件的上部的示意性截面图。

图4描绘了根据本公开内容的一些实施方式的用于在处理配件屏蔽件中使用的湍流产生器件的示意性截面图。

为了促进理解，已尽可能的使用相同的参考数字来指示附图中共通的相同元件。附图未按比例绘制，且可能为了清楚而被简化。一个实施方式中的元件和特征可被有利地并入其它实施方式中而无需进一步赘述。

具体实施方式

在此提供处理配件屏蔽件和含有此处理配件屏蔽件的处理腔室的实施方式。在一些实施方式中，在此提供单件式处理配件屏蔽件，所述单件式处理配件屏蔽件包括分别对应适配器和盖环的适配器区段和盖环区段。适配器区段可包括热传递通道，以冷却单件式处理配件屏蔽件。单件式处理配件屏蔽件有利地改善屏蔽件冷却并改良屏蔽件的各部分之间的热传递性，屏蔽件的各部分在先前是分开的部件。

图1描绘了根据本公开内容的一些实施方式的具有处理配件屏蔽件的示例性处理腔室100(如，pvd腔室)的示意性、截面图。适合与本公开内容的处理配件屏蔽件一起使用的pvd腔室的实例包括可从美国加州圣克拉拉市的应用材料公司购得的plus、sip和其它pvd处理腔室。来自应用材料公司或其它制造商的其它处理腔室也可受益于在此公开的创造性设备。

处理腔室100包括腔室壁，腔室壁围绕内部容积108。腔室壁包括侧壁116、底部壁120和室顶124。处理腔室100可为独立的腔室或多腔室平台(未示出)的一部分，多腔室平台具有通过基板传送机构而连接的互相连接的腔室的群集，基板传送机构在各个腔室之间传送基板104。处理腔室100可为能将沉积材料溅射到基板104上的pvd腔室。用于溅射沉积的合适材料的非限制性实例包括铝、铜、钽、氮化钽、钛、氮化钛、钨、氮化钨和类似物的一种或多种。

处理腔室100包括基板支撑件130，基板支撑件130包括底座134，以支撑基板104。底座134具有基板支撑表面138，基板支撑表面138具有实质上平行于溅射靶材140的溅射表面139的平面。底座134的基板支撑表面138在处理期间接收并支撑基板104。底座134可包括静电卡盘或加热器(诸如电阻加热器、热交换器或其它适当的加热器件)。在操作时，基板104通过处理腔室100的侧壁116中的基板装载入口142而被引入到处理腔室100中，并被放置在基板支撑件130上。基板支撑件130可通过支撑升降机构而被升高或降低，且升降指组件可在通过机械臂而将基板104放置在基板支撑件130的期间被用以升高和降低基板到基板支撑件130上。底座134可在等离子体操作期间保持在电气浮动电位或接地。

处理腔室100还包括处理配件200，如在图2和3中所示，处理配件200包括可被轻易地从处理腔室100移除的各种部件，例如，以自部件表面清洁溅射沉积物、替换或修复被侵蚀的部件，或可被轻易地从处理腔室100移除以用于使处理腔室100适于其它处理。发明人已经发现，在处理配件屏蔽件、处理配件适配器和处理配件盖环的接触接口的热阻不利地影响屏蔽件的温度。而且，屏蔽件和适配器之间的低夹持力导致在适配器和屏蔽之间不良的热传递，即便有用以强化热传递速率的冷却剂通道也是如此。低热传递率的问题相对于盖环而进一步地恶化，因为盖环是浮动元件(即，不耦接到屏蔽件)。因此，发明人已经设计具有单件式屏蔽件201的处理配件，所述处理配件有利地提供改良的屏蔽件和盖环的冷却/加热。

在一些实施方式中，单件式屏蔽件201包括圆柱形主体214，圆柱形主体214具有直径，所述直径经调整尺寸以包围溅射靶材140的溅射表面139和基板支撑件130(例如，比溅射表面139和比基板支撑件130的支撑表面大的直径)。圆柱形主体214具有围绕溅射靶材140的溅射表面139的外边缘的上部216和围绕基板支撑件130的下部217。上部216包括适配器区段226，用于将单件式屏蔽件201支撑在侧壁116上；和盖环区段212，用于绕基板支撑件130的周边壁204而放置。

处理配件200还包括设置在盖环区段212的下方的沉积环208。盖环区段212的底表面与沉积环208接口连接。沉积环208包括围绕基板支撑件130的环形带215。盖环区段212至少部分覆盖沉积环208。沉积环208和盖环区段212彼此配合，以减少溅射沉积物形成在基板支撑件130的周边壁204和基板104的伸出边缘206上。

单件式屏蔽件201围绕溅射靶材140的溅射表面139，溅射表面139面向基板支撑件130和基板支撑件130的外周边。单件式屏蔽件201覆盖并遮蔽处理腔室100的侧壁116，以减少源自溅射靶材140的溅射表面139的溅射沉积物沉积到在单件式屏蔽件201后面的部件和表面上。例如，单件式屏蔽件201可保护基板支撑件130、基板104的伸出边缘206、处理腔室100的侧壁116和底壁120的表面。

如在图1-3中所示，适配器区段226从上部216径向向外延伸，且盖环区段从圆柱形主体214的下部217径向向内延伸。适配器区段226包括密封表面233和与密封表面233相对的安置表面234。密封表面233含有o形环沟槽222，以接收o形环223，以形成真空密封。适配器区段226包括安置表面234，以安置在处理腔室100的侧壁116上。

适配器区段226支撑单件式屏蔽件201，且可以作为绕处理腔室100的侧壁116的热交换器。在一些实施方式中，热传递通道289被设置在上部216，以流动热传递介质。在一些实施方式中，热传递通道289被设置在适配器区段226中。因为单件式屏蔽件201是整体的结构，所以流经热传递通道289的热传递介质直接地冷却/加热对应于屏蔽件和盖环的单件式屏蔽件201的区段(即，分别为圆柱形主体214和盖环区段212)。而且，单件式屏蔽件201的整体结构有利地允许热传递介质供应器180直接耦接到屏蔽件，屏蔽件在先前被非直接地通过适配器而耦接到热传递供应器。热传递介质供应器180以足以维持所期望的屏蔽件温度的流率而将热传递介质流经热传递通道289。

图4显示根据本公开内容的一些实施方式的湍流产生器件400。在一些实施方式中，热传递通道289可包括一个或多个湍流产生器件400(在图4中示出)。湍流产生器件400包括螺旋形的主体402，以引发在热传递介质的流动和底座404中的湍流。底座404经配置以与热传递通道289的壁啮合，以当热传递介质流动经过湍流产生器件400时，防止湍流产生器件400移动。通过湍流产生器件400而引发的湍流有利地改善在热传递介质和单件式屏蔽件201之间的热传递速率。

返回到图2，单件式屏蔽件201允许从单件式屏蔽件201至在屏蔽件上沉积的材料的更好的热传递，这减少在屏蔽件上沉积的材料的热膨胀应力。单件式屏蔽件201的部分可通过曝露至在基板处理腔室中形成的等离子体而被过度地加热，导致屏蔽件的热膨胀并使得在屏蔽件上形成的溅射沉积物从屏蔽件剥落并落到基板104上并污染基板104。适配器区段226与圆柱形主体214的整体结构导致在适配器区段226和圆柱形主体214之间的改良热传递性。

在一些实施方式中，单件式屏蔽件201包括由整块材料制成的整体结构。例如，单件式屏蔽件201可由不锈钢或铝而形成。单件式屏蔽件201的整体结构比包括多个部件(通常为两个或三个独立的部分，以构成完整的屏蔽件)的传统屏蔽件是有利的。例如，单件式屏蔽件在加热和冷却处理两者中比多部件屏蔽件更加热均匀。例如，单件式屏蔽件201消除圆柱形主体214、适配器区段226和盖环区段212之间的热接口，以允许对这些区段之间的热交换更多的控制。在一些实施方式中，热传递介质供应器180将冷却剂流动通过热传递通道289，以对付沉积在基板104上的所溅射的材料上的过热的屏蔽件的不利影响，如以上所解释的。在一些实施方式中，热传递介质供应器180将加热的流体流动经过热传递通道289，以缓和所溅射的材料和屏蔽件的热膨胀系数之间的差异。

而且，具有多个部件的屏蔽件为了清洁而移除是更困难和更费力的。单件式屏蔽件201具有曝露于溅射沉积物而无难以清洁的接口或角落的连续表面。单件式屏蔽件201也更有效地在处理循环期间屏蔽腔室壁免于溅射沉积。在一些实施方式中，曝露在处理腔室100中的内部容积108的单件式屏蔽件201的表面可被喷砂(beadblasted)，以减少颗粒脱落和防止在处理腔室100内的污染。

沉积环208包括如图2中所示的绕基板支撑件130的周边壁204延伸并围绕基板支撑件130的周边壁204的环形带215。环形带215包括从环形带215横向延伸并且实质上平行于基板支撑件130的周边壁204的的内唇部250。内唇部250紧接地终止于基板104的伸出边缘206的下方。内唇部250界定沉积环208的内周边，内周边围绕基板104的周边和基板支撑件130，以在处理期间保护未被基板104覆盖的基板支撑件130的区段。例如，内唇部250围绕并至少部分地覆盖基板支撑件130的周边壁204(否则基板支撑件130的周边壁204将被曝露于处理环境)以减少或甚至完全排除溅射沉积物沉积在周边壁204上。有利地，沉积环208可被轻易地移除，以从沉积环208的曝露表面清洁溅射沉积物，使得基板支撑件130不必被拆除而清洁。沉积环208也可用以保护基板支撑件130的曝露侧表面，以减少由能量化的等离子体物种对它们的侵蚀。

在一些实施方式中，沉积环208的环形带215具有半圆形突起252，半圆形突起252沿着环形带215的中央部分延伸，具有径向向内倾斜254a、254b于半圆形突起252的任一侧上。径向向内倾斜254a与盖环区段212间隔开，以在沉积环208和盖环区段212之间形成弧形间隙256，弧形间隙256作为曲径(labyrinth)，以减少等离子体物种渗透到弧形间隙256中。开放内通道258位于内唇部250和半圆形突起252之间。开放内通道258径向向内延伸，至少部分地终止在基板104的伸出边缘206的下方。开放内通道258促进在清洁沉积环208期间，将溅射沉积物从这些部分移除。沉积环208还具有向外延伸且位于半圆形突起252的径向向外处的凸耳(ledge)260。凸耳260用以部分地支撑盖环区段212，因而提供用于单件式屏蔽件201的额外支撑。

盖环区段212环绕并至少部分覆盖沉积环208以接收，并因此，遮蔽沉积环208免于大量的溅射沉积物。盖环区段212包括环形楔(wedge)262，环形楔262包括径向向内倾斜并环绕基板支撑件130的倾斜上表面264。环形楔262的倾斜上表面264具有包括凸出缘270的内周边266，凸出缘270覆盖径向向内倾斜254a，径向向内倾斜254a包括沉积环208的开放内通道258。凸出缘270减少溅射沉积物沉积于沉积环208的开放内通道258上。有利地，凸出缘270凸出一距离，所述距离对应与沉积环208形成的弧形间隙256的宽度的至少约一半。凸出缘270经调整尺寸、形状和经定位，以与弧形间隙256配合和配对，以在盖环区段212和沉积环208之间形成回旋和收缩的流动路径，因而抑制处理沉积物流动到周边壁204上。

狭窄的弧形间隙256的收缩的流动路径限制低能量的溅射沉积物积聚在沉积环208和盖环区段212的配合表面上，否则将导致沉积环208和盖环区段212的配合表面黏着再一起，或黏着至基板104的伸出边缘206。在伸出边缘206之下延伸的沉积环208的开放内通道258经设计以结合从盖环区段212的凸出缘270的遮蔽，以收集在溅射腔室中的溅射沉积物，同时减少或甚至实质上排除在盖环区段212和沉积环208的配合表面上的溅射沉积物。倾斜上表面264可以以至少约15°的角度倾斜。盖环区段212的倾斜上表面264的角度经设计以最小化最接近基板104的伸出边缘206的溅射沉积物的积聚，否则将不利地影响跨越基板104的沉积均匀性。

盖环区段212包括从环形楔262的倾斜上表面264向下延伸的基脚(footing)276，以安置在沉积环208的凸耳260上。基脚276从楔262向下延伸，以实质上压抵沉积环208而不令沉积环208破裂或断裂。

如在图1-3中所示，溅射靶材140包括安装到背板284的溅射板280。溅射板280包括待被溅射到基板104上的材料。溅射板280可具有中央圆柱形台面286，圆柱形台面286具有形成平面的溅射表面139，所述平面平行于基板104的平面。环形倾斜边288围绕圆柱形台面286。环形倾斜边288可相对于圆柱形台面286的平面倾斜至少约8°，例如，从约10°至约20°的角度。具有突出294和凹陷296的周边倾斜侧壁290包围环形倾斜边288。周边倾斜侧壁290可相对于圆柱形台面286的平面倾斜至少约60°的角度，例如，从约75°至约85°的角度。

邻近于单件式屏蔽件201的上部216的环形倾斜边288和周边倾斜侧壁290的复杂形状形成包括暗空间区域的回旋的间隙300。暗空间区域为被高度耗尽自由电子且可被仿真为真空的区域。暗空间区域的控制有利地防止等离子体进入暗空间区域、电弧和等离子体的不稳定性。间隙300形状充当阻碍所溅射的等离子体物种通过间隙300的通道的曲径，且因此减少溅射沉积物积累于周边靶材区段的表面上。

溅射板280包括金属或金属化合物。例如，溅射板280可为金属，诸如(例如)铝、铜、钨、钛、钴、镍或钽。溅射板280也可为金属化合物，诸如(例如)，氮化钽，氮化钨或氮化钛。

背板284具有用以支撑溅射板280的支撑表面303和延伸超过溅射板280的半径的周边凸耳304。背板284由金属制成，诸如(例如)，不锈钢、铝、铜-铬或铜-锌。背板284可由具有足够高的热传递率以消散在溅射靶材140中所产生的热量的材料所制成，热量形成在溅射板280和背板284两者中。热量由发生在这些板280、284中的涡流所产生，且也由来自等离子体的至溅射靶材140的溅射表面139上的高能离子轰击所产生。背板284的更高导热率允许在溅射靶材140中产生的热量发散至围绕的结构，或甚至发散至可被安装在背板284之后或可在背板284自身中的热交换器。例如，背板284可包括通道(未示出)，以在通道中循环热传递流体。背板284的合适高热传递率为至少约200w/mk，例如，从约220至约400w/mk。此种热传递率水平允许溅射靶材140通过更有效地发散在溅射靶材140中所产生的热量而被以更长的处理时间周期操作。

与分别地或单独地具有高的热传递率和低电阻率的材料所制成的背板284结合，背板284可包括具有一个或多个沟槽的背侧表面(未示出)。例如，背板284可具有沟槽(诸如环形沟槽)或凸脊，用以冷却溅射靶材140的背侧。沟槽和凸脊还可具有其它图案，例如，矩形格状图案、鸡脚图案或跨越背侧表面延伸的简单的平直线。

在一些实施方式中，溅射板280可通过扩散接合、通过放置两个板280、284于彼此上，和加热板280、284至合适的温度(通常至少约200℃)而被安装在背板284上。可选地，溅射靶材140可为整体结构，所述整体结构包括具有足够的深度以作为溅射板和背板两者的单件式材料。

背板284的周边凸耳304包括安置在处理腔室100的隔离器310上的外基脚308(图2和3)。周边凸耳304含有o形环314被放置于其中的o形沟槽312，以形成真空密封。隔离器310将背板284和处理腔室100电隔离和分离，且通常为由介电材料或绝缘材料(诸如氧化铝)所形成的环。周边凸耳304经调整形状以通过在溅射靶材140和隔离器310之间的间隙而抑制溅射的材料和等离子体物种的流动或迁移，以阻止低角度的溅射沉积物渗透到间隙中。

返回到图1，溅射靶材140被连接到dc电源146和rf电源148之一或两者。dc电源149可相对于单件式屏蔽件201施加偏压至溅射靶材140，单件式屏蔽件201在溅射处理期间可为电气浮动的。当dc电源146将功率供应给溅射靶材140时，单件式屏蔽件201、基板支撑件130和连接到dc电源146、rf电源148的其它腔室部件能量化溅射气体，以形成溅射气体的等离子体。所形成的等离子体碰撞并轰击溅射靶材140的溅射表面139，以将材料从溅射表面139溅射出到基板104上。在一些实施方式中，由rf电源118供应的rf能量可在从大约2mhz至约60mhz的频率范围，或者(例如)可使用非限制性的频率，诸如2mhz、13.56mhz、27.12mhz或60mhz。在一些实施方式中，可提供多个rf电源(即，两个或更多个)，以以多个上述的频率提供rf能量。

在一些实施方式中，处理腔室100可包括磁场产生器330，以成形绕溅射靶材140的磁场，以改善溅射靶材140的溅射。电容产生的等离子体可通过磁场产生器330而被强化，其中例如，永久磁铁或电磁线圈可在处理腔室100中提供磁场，处理腔室100具有旋转磁场，所述旋转磁场具有垂直于基板104的平面的旋转轴线。处理腔室100可额外地或替代地)包括靠近处理腔室100的溅射靶材140而产生磁场的磁场产生器330，以增加邻近溅射靶材140的高密度等离子体区域中的离子密度，以改善靶材材料的溅射。

溅射气体通过气体输送系统332而被引入到处理腔室100中，气体输送系统332从气源334经由具有气体流量控制阀338(诸如质流控制器)的导管336而提供气体，以令设定流动速率的气体通过气体流量控制阀338。气体被馈送到混合歧管(未示出)，其中气体被混合，以形成所期望的处理气体成分并被馈送至具有气体出口的气体分配器340，以将气体引入处理腔室100中。处理气体可包括非反应性气体(诸如氩气或氙气)，非反应性气体能够积极地撞击溅射靶材140，并从溅射靶材140溅射材料。处理气体还可包括反应性气体(诸如含氧气体和含氮气体的一种或多种)，反应性气体能够与溅射的材料反应，以在基板104上形成层。气体接着被rf电源148能量化，以形成等离子体，以溅射溅射靶材140。用过的处理气体和副产物被从处理腔室100通过排气装置342排出。排气装置342包括排气口344，排气口344接收用过的处理气体并将用过的气体递送至排气导管346，排气导管346具有节流阀，以控制在处理腔室100中的气体的压力。排气导管346被连接到一个或多个排气泵348。

处理腔室100的各种部件可通过控制器350而控制。控制器350包括具有指令集的程序代码，以操作部件，以处理基板104。例如，控制器350可包括程序代码，所述程序代码包括：基板定位指令集，用以操作基板支撑件130和基板传送机构；气体流量控制指令集，用以操作气体流量控制阀，以设定溅射气体到处理腔室100的流量；气体压力控制指令集，用以操作排气节流阀，以维持处理腔室100中的压力；气体能量器控制指令集，用以操作rf电源148，以设定气体能力化功率等级；温度控制指令集，用以控制在基板支撑件130或热传递介质供应器180中的温度控制系统，以控制热传递介质至热传递通道289的流动速率；和处理监控指令集，用以监控处理腔室100中的处理。

虽然前述内容是针对本公开内容的实施方式，但是可在不脱离本公开内容的基本范围的情况下设计本公开内容的其他和进一步的实施方式。