技术领域
[0001] 本公开内容的实施方式一般涉及基板处理设备。
背景技术
[0002] 为了使
用例如
物理气相沉积(physical vapor deposition；PVD)腔室处理基板，经由
机械臂将基板传送到处理腔室的基板
支撑件，将基板支撑件升高到处理
位置，并且进行处理(例如，沉积、蚀刻等)。在PVD腔室中，处理空间由设置在处理腔室中的处理配件、溅射靶和基板所限定。非处理空间或公共空间由腔室
底板、腔室壁以及基板支撑件和处理配件屏蔽件的底部所限定。
发明人已经发现到，由于
泵送、气体输送和压
力控制通常发生在非处理空间中，所以在不使用的情况下，大部分输送的气体被泵送出，这是因为非处理空间非常大。此外，压力计通常
流体地耦接到非处理空间，这可能导致处理空间中的压力的不准确读数。
[0003] 因此，发明人提供了改进的基板处理腔室的实施方式。
发明内容
[0004] 本文提供了处理腔室的实施方式。在一些实施方式中，一种处理腔室，包括：腔室壁，该腔室壁限定该处理腔室内的内部空间；基板支撑件，该基板支撑件设置在该内部空间中，该基板支撑件具有支撑表面以支撑基板，其中该内部空间包含处理空间和非处理空间，该处理空间设置在该支撑表面上方，该非处理空间至少部分地设置在该支撑表面下方；气体供应气室，该气体供应气室经由设置在该支撑表面上方的气体供应通道而流体地耦接到该处理空间；泵送气室，该泵送气室经由设置在该支撑表面上方的排气通道而流体地耦接到该处理空间；和密封设备，该密封设备经配置当该基板支撑件处于处理位置时，将该处理空间与该非处理空间流体地隔离，其中当该基板支撑件处于非处理位置时，该处理空间和该非处理空间流体地耦接。
[0005] 在一些实施方式中，处理腔室包括：腔室壁，该腔室壁限定该处理腔室中的内部空间，其中该内部空间包含处理空间和非处理空间；溅射靶，该溅射靶设置在该内部空间的上部中；基板支撑件，该基板支撑件具有支撑表面以支撑在该溅射靶下方的基板；密封设备，该密封设备耦接到该基板支撑件且经配置当该基板支撑件处于处理位置时，将该处理空间与该非处理空间流体地隔离；和处理配件。在一些实施方式中，处理配件包括：环形适配器，设置在腔室壁的顶上并具有第一环形通道和第二环形通道；下屏蔽件，具有向
外延伸的套环，该套环设置在环形适配器的一部分的顶上并邻近第一环形通道以形成第一环形气室，其中下屏蔽件包括穿过套环形成的多个通孔，以将第一环形气室流体地耦接到处理空间；和上屏蔽件，具有上部和下部，该上部设置在向外延伸的套环的顶部，该下部从该上部向下延伸，其中上部包括形成在上部的外表面中并与第二环形通道相邻设置以形成第二环形气室的第三环形通道，并且其中上部与溅射靶间隔开，以在上部和溅射靶之间形成迂曲路径，该迂曲路径将第二环形气室流体地耦接到处理空间。
[0006] 在一些实施方式中，处理腔室包括腔室壁，该腔室壁限定处理腔室内的内部空间，其中内部空间包括处理空间和非处理空间；一种处理配件，具有气体供应气室和泵送气室，两者都流体地耦接到内部空间；基板支撑件，具有支撑表面以支撑基板；和密封构件，经构造成选择性地密封该处理配件，以在基板支撑件在第一位置和低于第一位置的第二位置之间移动时将处理空间与非处理空间流体地隔离。
[0007] 在一些实施方式中，一种处理腔室，包括：腔室壁，该腔室壁限定该处理腔室内的内部空间；第一基板支撑件和第二基板支撑件，该第一基板支撑件具有第一支撑表面，该第二基板支撑件具有第二支撑表面，该第一基板支撑件和该第二基板支撑件的每个都设置在该内部空间中，其中该内部空间包含第一处理空间和第一非处理空间，该第一处理空间设置在该第一基板支撑件上方，该第一非处理空间至少部分地设置在该第一支撑表面下方，其中该内部空间包含第二处理空间和第二非处理空间，该第二处理空间设置在该第二基板支撑件上方，该第二非处理空间至少部分地设置在该第二支撑表面下方，并且其中该第一非处理空间和该第二非处理空间一起形成公共空间；第一气体供应气室，该第一气体供应气室经由设置在该第一支撑表面上方的第一气体供应通道而流体地耦接到该第一处理空间；第二气体供应气室，该第二气体供应气室经由设置在该第二支撑表面上方的第二气体供应通道而流体地耦接到第二该处理空间；第一泵送气室，该第一泵送气室经由设置在该第一支撑表面上方的第一排气通道而流体地耦接到该第一处理空间；第二泵送气室，该第二泵送气室经由设置在该第二支撑表面上方的第二排气通道而流体地耦接到该第二处理空间；和第一密封设备，该第一密封设备经配置当该第一基板支撑件处于处理位置时，将该第一处理空间与该公共空间流体地隔离，其中当该第一基板支撑件处于非处理位置时，该第一处理空间和该公共空间流体地耦接；和第二密封设备，该第二密封设备经配置当该第二基板支撑件处于处理位置时，将该第二处理空间与该公共空间流体地隔离，其中当该第二基板支撑件处于非处理位置时，该第二处理空间和该公共空间流体地耦接。
[0008] 本公开内容的其他和进一步的实施方式描述如下。
附图说明
[0009] 本公开内容的实施方式已简要概述于前，并在以下有更详尽的讨论，可以通过参考所附附图中绘示的公开内容的示例性实施方式以作了解。然而，所附附图仅绘示了本公开内容的典型实施方式，而由于本公开内容可允许其他等效的实施方式，因此所附附图并不会视为本公开内容范围的限制。
[0010] 图1绘示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。
[0011] 图2A和2B绘示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放大视图。
[0012] 图3A绘示根据本公开内容的一些实施方式的多腔室群集工具300的顶部示意图。
[0013] 图3B绘示沿线B-B'截取的图3A的多腔室群集工具的示意性截面图。
[0014] 为便于理解，在可能的情况下，使用相同的附图标记代表附图中相同的元件。为求清楚，附图未依比例绘示且可能被简化。一个实施方式中的元件与特征可有利地用于其他实施方式中而无需进一步叙述。
具体实施方式
[0015] 本文提供了处理腔室的实施方式。在一些实施方式中，处理腔室包括流体地耦接到处理腔室的处理空间的气体供应系统和泵送系统。因此，本发明的处理腔室有利地减少了将处理腔室以泵抽空到处理压力所需的时间，以及通过减少泵送和气体供应发生的空间来减少将处理气体供应到腔室所需的时间。在一些实施方式中，处理腔室进一步包括密封设备，该密封设备在处理基板期间密封处理空间，以将处理腔室的非处理空间密封而与处理空间隔离。如此一来，因为多个腔室中的每个腔室的处理空间彼此流体地独立，所以处理腔室可以是具有运行相同或不同工艺的多个处理腔室的群集工具的部分。
[0016] 图1绘示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IMPULSETM和可从美国加利福尼亚州圣克拉拉市的应用材料公司(Applied Materials,Inc.)商购的其他PVD处理腔室。来自应用材料公司或其他制造商的其他处理腔室也可受益于本文公开的发明设备。
[0017] 处理腔室100包括腔室壁106，腔室壁106包围具有处理空间108和非处理空间109的内部空间。腔室壁106包括
侧壁116、底壁120和顶板124。顶板124可以是用以密封内部空间的腔室盖件或类似盖件。处理腔室100可以是一个独立的腔室或者是处理系统的多腔室平台 (未图示)的一部分，该多腔室平台 (如 或线的任一者)具有由将基板104在各式腔室之间传送的基板传送机构(如
基板传送
机器人)连接的互连腔室的群集。处理腔室100可以是能够将材料溅射沉积在基板
104上的PVD腔室。用于溅射沉积的合适材料的非限制实例包括
铝、
铜、钽、氮化钽、
钛、氮化钛、钨、氮化钨和类似物中的一种或多种。
[0018] 处理腔室100包括基板支撑件130，基板支撑件130包含支撑基板104的
基座134。基座134具有基板支撑表面138，基板支撑表面138具有与设置在处理腔室100的上部中的溅射靶140的溅射表面139实质平行的平面。基座134的基板支撑表面138在处理期间接收并支撑基板104。基座134可包括静电夹盘或加热器(如
电阻加热器、
热交换器或其它合适的加热装置)。在操作中，基板104通过处理腔室100的侧壁116中的基板装载入口142被引入处理腔室100的非处理空间109中且被放置在基板支撑件130上，在装载基板104期间，基板支撑件130处于非处理位置。基板支撑件130可以由支撑升降机构被上升或降低，并且在由机械臂将基板104放置在基板支撑件130上期间，升降指组件可以用来上升和降低基板104于基板支撑件130上。在
等离子体操作期间，基座134可以保持在电
浮动电位或接地。
[0019] 处理腔室100也包括处理配件150，处理配件150包含各种部件，可以容易地从处理腔室100移除，例如，以将溅射
沉积物自部件表面清洁掉，替换或修复侵蚀的部件，或者调整处理腔室100以用于其他工艺。发明人已经发现，通过将气体供应和泵送机构结合到处理配件中，可以增加产量，这是因为仅抽空处理空间以及接收处理气体，因此减少了两者所需的时间量。
[0020] 例如，处理腔室100可以包括经由气体供应通道流体地耦接到处理空间108的气体供应气室(在图2A-2B中更详细地讨论)。气体供应气室耦接到气体供应166，以接收将在处理期间被供应到处理空间108的一种或多种处理气体。另外，处理腔室100可以包括泵送气室，泵送气室经由排气通道流体地耦接到处理空间108(在图2A-2B中更详细地讨论)。泵送气室耦接到泵185以抽空处理空间108。
[0021] 在一些实施方式中，处理配件150包括上屏蔽件151和下屏蔽件152。上屏蔽件的直径的尺寸经调整而围绕溅射靶140的溅射表面139和基板支撑件130(如，直径大于溅射表面139且大于基板支撑件130的支撑表面)。如下面将参考图2A和2B更详细地描述的，上屏蔽件具有上部157与下部158，上部157设置在下屏蔽件152顶上，下部158以与下屏蔽件152的径向内表面间隔开的关系的方式从上部向下延伸且垂直地重叠下屏蔽件152的至少一部分(如，限定下部158和下屏蔽件152之间的间隙)。下屏蔽件152包括圆柱形部分167、凸缘168与唇部169，凸缘168从圆柱形部分167的底部径向向内延伸，唇部169从凸缘168的径向最内部分向上延伸并围绕基板支撑件130。尽管上屏蔽件151和下屏蔽件152被绘示为分开的元件，但是在一些实施方式中，上屏蔽件151和下屏蔽件152可形成为一个单一结构。上屏蔽件
151和下屏蔽件152可由相同的材料或不同的材料形成，该材料如，铝
合金、不锈
钢或陶瓷。
[0022] 上屏蔽件151的上部157和圆柱形部分167的上部与环形适配器159相接，以分别形成第一环形气室180和第二环形气室181，第一环形气室180和第二环形气室181两者均流体地耦接到处理空间108。第一环形气室180可以是泵送气室，与泵185(如
涡轮分子泵)流体地耦接，以抽空处理空间108。第二环形气室181可以是气体供应气室，流体地耦接到气体供应166，以接收将在处理期间被供应到处理空间108的一种或多种处理气体。
[0023] 处理配件150进一步包括设置在唇部169顶上的盖环155和设置在盖环155下方的沉积环154。盖环155的底表面与沉积环154相接。盖环155至少部分地
覆盖沉积环154。沉积环154和盖环155彼此协作以减少在基板支撑件130的周壁和基板104的悬垂边缘153上形成溅射沉积物。
[0024] 处理腔室100进一步包括密封设备190，密封设备190耦接到基座134，以当基座134处于处理位置时，将处理空间108密封而与非处理空间109隔离。密封设备190经配置当基座134处于处理位置时，选择性地将处理空间108密封而与非处理空间109隔离，而当基座134处于非处理位置(例如，当处于降低的装载位置时)，允许处理空间108和非处理空间109流体地耦接。在一些实施方式中，密封设备190可以包括至少一个
波纹管，波纹管在第一端耦接到基板支撑件130，以及在相对于第一端的第二端耦接到环形
支架的径向向外部分，其中，当基板支撑件在处理位置时，环形支架的径向向外部分的上表面抵靠处理腔室部件(如下屏蔽件152)的表面设置，以将处理空间108与非处理空间109密封或流体地去耦(decouple)。当基板支撑件130处于非处理位置时，环形支架的上表面与处理腔室部件的表面间隔开，使得处理空间108流体地耦接到非处理空间109。
[0025] 图2A、B绘示根据本公开内容的一些实施方式的处理腔室100的右侧的示意性截面放大视图。图2A绘示处于处理位置的基座134。图2B绘示处于较低位置的基座134(即，在降低到装载位置的过程中，其中基板104放置在基板支撑件130上)。如图2A、B所示，下屏蔽件152包括向外延伸的套环202，套环202设置在环形适配器159的一部分顶上。套环202与在环形适配器159中形成的第一环形通道206一起形成第二环形气室181。O形环204可设置在套环202和环形适配器159之间，以在第二环形气室181和非处理空间109之间提供改进的密封。在一些实施方式中，向外延伸的凸缘262(为清楚起见仅标示在图2B中)可从套环202的上部延伸。向外延伸的凸缘262设置在环形适配器159的向内延伸的凸缘263的顶上。一个或多个固定元件可用于将向外延伸的凸缘262向下夹到向内延伸的凸缘263上。例如，固定元件可包括
螺栓264和
螺母266。然而，可替代地使用其他固定元件。
[0026] 多个通孔208穿过套环202形成，以使第二环形气室181与处理空间108流体地耦接(如，以形成气体供应通道，用于使供应到第二环形气室181的气体流到处理空间108)。所得到的流动路径由图1A中所示的箭头210所示。在一些实施方式中，多个通孔208可包括约10至约50个通孔。在一些实施方式中，多个通孔208可替代地包括约16个通孔。在一些实施方式中，多个通孔208可每个具有相同的直径。在一些实施方式中，多个通孔208可替代地具有不同的直径，以控制处理气体从第二环形气室181进入处理空间108的流动传导。在一些实施方式中，第一压力监控装置215(如，压力计)可流体地耦接到第二环形气室181，以监控第二环形气室181内的第一压力。
[0027] 在一些实施方式中，上屏蔽件151的上部157包括在外部和向外延伸的环形凸缘212中形成的第二环形通道214，环形凸缘212放置在下屏蔽件152的套环202的顶上。第二环形通道214与在环形适配器159中形成的第三环形通道216一起形成第一环形气室180(如，泵送气室)。上部157与溅射靶140间隔开，使得在溅射靶140和上屏蔽件151的上部157之间形成迂曲(tortuous)路径218(图2B中所示)。迂曲路径218提供排气通道，该排气通道将处理空间108与第一环形气室180流体地耦接。所得到的抽空气体的流动路径由箭头220所示。
在一些实施方式中，
阀221可耦接到第一环形气室180和泵185之间的泵185，以选择性地将第一环形气室180与泵185流体地耦接。在一些实施方式中，第二压力监控装置217(如，压力计)可流体地耦接到第一环形气室180，以监控第一环形气室180内的第二压力。
[0028] 在一些实施方式中，
传热源222可耦接到设置在环形适配器159中的环形管224，以将
传热介质(如，冷却剂)供应到环形管224，从而控制环形适配器159的
温度。在一些实施方式中，绝缘环163可设置在溅射靶140的
背板246和环形适配器159之间，以使环形适配器159和腔室壁与背板246电绝缘。
[0029] 参照图1和2A-2B，处理腔室100进一步包括密封设备190，密封设备190经由底板189耦接到基座134，底板189耦接到基座134。底板189在底板189的中心处耦接到基板支撑件130的轴199。密封设备190经配置在处理基板104期间将处理空间108与非处理空间109流体地隔离，使得抽空到处理压力且仅在处理空间108中发生处理气体输送。如此一来，因为仅抽空以及将气体输送到处理空间108，而不是抽空以及将气体输送到处理空间108和非处理空间109两者，则所需的时间减少，处理腔室100的产量得到提高。
[0030] 在一些实施方式中，密封设备190包括环232、第一环形支架234与第二环形支架238，环232耦接到基板支撑件130的底表面，第一环形支架234经由第一波纹管236耦接到环
232，第二环形支架238经由第二波纹管240耦接到第一环形支架234。第一波纹管236在第一端耦接到环232以及在第二端耦接到第一环形支架234的径向向内部分。第二波纹管240在第一端耦接到第一环形支架234的径向向外部分，以及在第二端耦接到第二环形支架238。
底板189耦接到在第一波纹管236相对的一侧上的第一环形支架234的径向向内部分。
[0031] 在图2A所示的基座位置中，第二波纹管240处于压缩状态，且第二环形支架238的径向向外部分的上表面242紧靠下屏蔽件152的凸缘168的下表面244。在图2B所示的基座位置(即，在到达基座134的最低装载位置的途中)，第二波纹管240处于未压缩状态，且第二环形支架238的上表面242与下屏蔽件的下表面244间隔开。因为第一波纹管236不以与第二波纹管240类似的方式在压缩状态或未压缩状态之间移动，所以在一些实施方式中，固体(solid)结构(如，壁)可连接环232和第一环形支架234。在一些实施方式中，密封设备190可仅包括第二波纹管240。
[0032] 本文公开的处理腔室100的密封设备190和处理配件150的另一个优点是在处理腔室100是多腔室群集工具的多个腔室中的一个腔室的情境下实现。在这种情境下，由于每个处理腔室的处理空间的隔离，每个腔室可以运行不同的工艺或相同的工艺。例如，图3A绘示根据本公开内容的一些实施方式的多腔室群集工具300的顶部示意图。图3B绘示沿线B-B'截取的图3A的多腔室群集工具的示意性截面图。如图3A、B所示，多腔室群集工具300可包括多个处理腔室100A、100B。尽管图3A、B中所示为两个腔室，但是多腔室群集工具300可替代地包括任何数量的腔室(如，三个、四个等)。每个腔室可类似于上述的处理腔室100。在一些实施方式中，多腔室群集工具300包括机械臂302，机械臂302经配置通过开口304(如，狭缝阀开口)接收来自传送机器人(未图示)的基板。机械臂302可以旋转(如箭头306所示)以及垂直移动(如箭头308所示)，以将基板供应到处理腔室100A、100B。处理腔室100A、100B包括相应的基板支撑件130A、130B(如，第一基板支撑件和第二基板支撑件)，其具有与上述基板支撑件130和基座134类似的基座134A、134B。基座134A、134B可在相应装载位置与处理位置之间垂直移动(如箭头310A、310B所示)，在装载位置接收来自机械臂302的基板，在处理位置处理设置在相应基座顶上的基板。因为每个处理腔室100A、100B包括上述密封设备190(如，190A、190B)，所以当基座134A、B在处理位置时，相应的处理空间108A、108B与公共空间309(如设置在基座下方的非处理空间)隔离。如此一来，处理腔室100A、100B可有利地运行不同的工艺，而一个腔室的工艺不会污染相邻的腔室。
[0033] 例如，每个处理腔室100A、100B可以经由相应的气体供应气室(如，第二环形气室181A、181B)耦接到独立的气体供应166A、166B。另外，每个处理腔室100A、100B可以经由相应的泵送气室(如，第一环形气室180A、180B)耦接到独立的泵185A、185B。或者，每个处理腔室100A、100B可以耦接到公共泵185，公共泵185具有独立控制的阀以控制来自每个相应处理空间108A、108B的泵送。
[0034] 回到图1，溅射靶140连接到DC功率源146和RF功率源148中的一或两者。DC功率源149可以相对于上屏蔽件151向溅射靶140施加偏置
电压，其可在溅射过程期间电浮动。当DC功率源146向溅射靶140、上屏蔽件151、基板支撑件130和连接到DC功率源146的其他腔室部件供电时，RF功率源148激发溅射气体以形成溅射气体的等离子体。形成的等离子体碰撞且撞击溅射靶140的溅射表面139，以将材料自溅射表面139溅射于基板104上。在一些实施方式中，RF功率源148供应的RF
能量的
频率范围可在约2MHz至约60MHz，或可以使用例如非限制的频率，如2MHz、13.56MHz、27.12MHz或60MHz。在一些实施方式中，可提供多个RF功率源(即，两个或两个以上)，以提供在多个上述频率的RF能量。
[0035] 在一些实施方式中，处理腔室100可包括
磁场产生器164以形成溅射靶140周围的磁场，以改善溅射靶140的溅射，磁场产生器164设置在溅射靶140上方。可由磁场产生器164增强电容产生的等离子体，其中例如永久磁
铁或电磁线圈可提供磁场于处理腔室100中，处理腔室100具有旋转磁场，该旋转磁场具有垂直于基板104平面的旋
转轴。处理腔室100可额外地或替代地包括磁场产生器164，磁场产生器164在处理腔室100的溅射靶140附近产生磁场，以增加溅射靶140附近的高
密度等离子体区域中的离子密度，以改善靶材料的溅射。
[0036] 在一些实施方式中，处理腔室100可另外包括排气装置170。排气装置170包括排气口171，排气口171可接收一些废处理气体并将这些废气传递到具有
节流阀179的排气
导管172，以控制处理腔室100中的气体压力。排气导管172连接到一个或多个排气泵173。
[0037] 处理腔室100的各种部件可由
控制器174控制。控制器174包括具有指令集的程序代码，该指令集用以操作部件来处理基板104。例如，控制器174可以包括程序代码，该程序代码包括：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，用以操作维持处理腔室100中的压力；气体激发器控制指令集，用以操作RF功率源148以设定气体激发功率
水平；
温度控制指令集，用以控制基板支撑件130或传热源222中的温度控制系统，以控制传热介质到环形管224的流动速率；和工艺监控指令集，用以监控处理腔室100中的工艺。
[0038] 尽管前面所述涉及本公开内容的实施方式，但在不背离本公开内容的基本范围下，可设计本公开内容的其他与进一步的实施方式。
