技术领域
[0001] 本
发明的实施方式大体涉及物理气相沉积处理装备。
背景技术
[0002] 物理气相沉积(PVD)是用于将材料沉积于
基板顶上的传统使用的工艺。传统的物理气相沉积工艺示例性地包括以来自
等离子体的
离子轰击包含源材料的靶材，使源材料从靶材溅射出来。经由形成于基板上的负
电压或
偏压，喷射出的源材料可朝基板
加速，导致源材料沉积于基板顶上。在物理气相沉积处理期间，
磁控管(magnetron)可在靠近靶材背侧充满
水的腔体内旋转以促进等离子体的均匀性。该充满水的腔体用于除去在处理期间产生的热。然而，该充满水的腔体阻碍了磁控管的可维护性(serviceability)并且干扰了射频
能量通过周围结构向靶材馈送。
[0003] 因此，本
发明人提供了一种改良的设备以执行物理气相沉积处理。
发明内容
[0004] 提供用于物理气相沉积的设备和方法。在一些实施方式中，在物理气相沉积腔室中冷却靶材的冷却环可包括环形主体，环形主体具有中心开口；入口端口，该入口端口耦接至主体；出口端口，该出口端口耦接至主体，冷却剂通道，该冷却剂通道设置在主体中并且具有第一端部和第二端部，该第一端部耦接至入口端口，该第二端部耦接至出口端口；以及帽件，该帽件耦接至主体并且实质上跨越中心开口，其中该帽件包括中心孔。
[0005] 在一些实施方式中，在物理气相沉积系统中使用的靶材组件可包括靶材，该靶材包括源材料，该源材料待沉积于基板上；冷却环，该冷却环耦接至靶材并且具有一个或更多个冷却剂通道，这些冷却剂通道设置在冷却环中以使冷却剂流动通
过冷却环；中心腔体，中心腔体邻近于靶材的背侧，中心腔体至少部分地由冷却环的内壁界定；以及可旋转的磁体组件，该可旋转的磁体组件设置在腔体内。
[0006] 在一些实施方式中，一种在物理气相沉积腔室中处理基板的方法可包括以下步骤：从靶材溅射材料以将该材料沉积于该基板上，该靶材设置于该物理气相沉积腔室中并且该基板
支撑在该物理气相沉积腔室内；以及使冷却剂流动通过冷却剂通道，该冷却剂通道设置于冷却环的主体中，该冷却环耦接至该靶材与该基板相对的一侧。
[0007] 本发明的其它和进一步的实施方式将描述如下。
附图说明
[0008] 可参照描绘于附图中的本发明的说明性实施方式来理解以上简要概述的和以下更详细地论述的本发明的实施方式。然而，应注意的是附图仅图示本发明的典型实施方式并且因此不应被视为对本发明范围的限制，因为本发明可允许其他等效的实施方式。
[0009] 图1描绘根据本发明的一些实施方式的处理腔室的示意性剖视图。
[0010] 图2A描绘根据本发明的一些实施方式的冷却环的示意性俯视图。
[0011] 图2B描绘根据本发明的一些实施方式的冷却环的侧剖视图。
[0012] 为了便于理解，已尽可能地使用相同的参考数字来标示各图共有的相同元件。附图未按比例绘制并且为了清楚起见可予以简化。预期一个实施方式的元件和特征结构可有益地并入其他实施方式中而无需进一步叙述。
具体实施方式
[0013] 在此提供基板的物理气相沉积(PVD)处理方法与设备。在一些实施方式中，经改良的设备可消除对物理气相沉积腔室中的水腔体的需求，从而提高射频效率并且简化靶材和磁控管组件的除去，例如在维护期间或在安装时和/或更换靶材时。
[0014] 图1描绘根据本发明的一些实施方式的物理气相沉积(PVD)腔室100的示意性剖视图。合适的物理气相沉积腔室的实例包括 Plus和SIP 物理气相沉积处理腔室，两者均可购自位于美国California（加利福尼亚）州Santa Clara（圣克拉拉）市的Applied Materials,Inc.（应用材料公司）。来自应用材料公司或其他制造商的其他处理腔室亦可受益于本发明在此披露的设备。
[0015] 在本发明的一些实施方式中，如图1所示，物理气相沉积腔室100包括靶材组件102，靶材组件102设置于处理腔室104顶上。处理腔室104包含可移动的基板支撑件146，可移动的基板支撑件146用于将基板148支撑在与靶材组件102相对的
位置中。
[0016] 靶材组件102可被并入处理腔室104的盖体，并且靶材组件102通常包括靶材106和冷却环118，冷却环118耦接至靶材106。冷却环118部分地界定腔体134，腔体134邻近于靶材106的背侧。靶材组件可进一步包括可旋转的磁控管组件136，磁控管组件136具有可旋转的磁体组件168，磁体组件168设置于腔体134中。靶材组件102可进一步包含射频功率源108以在处理期间将射频能量提供至靶材106。在一些实施方式中，可提供
电极112（例如射频施加杆(applicator rod)），电极112经由冷却环118将射频功率源108耦接至靶材106。例如，在一些实施方式中，电极112可穿过开口150并且可耦接至冷却环118，开口150位于接地屏蔽(ground shield)140的外侧，接地屏蔽140围绕靶材组件102。射频功率源108例如可包括射频发生器和匹配
电路，以在操作期间将反射回射频发生器的反射射频能量最小化。
[0017] 在操作期间，处理所产生的热由冷却环118除去。虽然本文是关于环的描述，冷却环118却不必是圆形的并且可具有其他几何形状，诸如矩形或其它多边形形状，根据需要用于特定处理腔室的配置。通过经由冷却环将来自处理过程的热除去，与充满水的腔体相比，该设计能有利地除去来自具有充满水的腔体所致的不期望的结果。例如，通过消除为了维护而将冷却剂从靶材后面的封闭腔体排出的需求，冷却环的使用导致靶材源以及磁体源的更换明显的简化。此外，在靶材烧穿(burn through)的情况下，不致有冷却剂充满腔室的危险。另外，由于射频能量不会被在靶材后面的充满水的腔体吸收而浪费，使得射频效率提高。
[0018] 在一些实施方式中，冷却环118包括主体125，主体125具有一个或更多个冷却剂通道116、117，冷却剂通道116、117设置于主体125中。在一些实施方式中，主体125可以是环形的。在一些实施方式中，冷却剂通道116、117设置成邻近主体125的周围。冷却剂通道的数量和冷却剂通道的几何形状可根据特定工艺的需要确定，亦考虑到冷却环的结构要求以支撑任何其他部件。
[0019] 冷却剂源110可经由一个或更多个
导管114耦接至冷却环118，导管114设置成通过接地屏蔽140中的开口以将冷却剂提供至冷却剂通道116、117。冷却剂可以是任何工艺兼容的冷却剂，诸如乙二醇、去离子水、全氟聚醚(perfluorinated polyether)（诸如Galden ，可购自Solvay S.A.公司）或类似物，或以上各者的组合。在一些实施方式中，尽管精确流量将取决于待执行的工艺、冷却剂通道的配置、可用的冷却剂的压
力或类似条件，通过冷却剂通道116、117的冷却剂流量可为约1加仑至约7加仑每分钟。
[0020] 在一些实施方式中，帽件122可耦接至主体125以
覆盖冷却剂通道116、117。帽件122可以任何合适的方式耦接至主体125以防止冷却剂的
泄漏。在一些实施方式中，帽件122可通过
真空或非真空硬焊(brazing)、
电子束
焊接、
粘合剂或其他接合剂或类似物耦接至主体125。在一些实施方式中，帽件122可以是具有中心开口124的盘(disc)或板(plate)，以便于容纳磁控管组件136的轴170。或者，可以提供插入物(insert)（未示出）以密封一个或更多个冷却剂通道116、117。在一些实施方式中，插入物可以任何合适的方法被焊接到帽件122下方的一个或更多个冷却剂通道116、117中，所述方法诸如电子束焊接、钨极惰性气体保护电焊接(tig welding)、
激光焊接、硬焊或类似方法。
[0021] 在一些实施方式中，主体125和帽件122可由以下至少之一制造：
铜、
铝、
青铜(bronze)、
黄铜(brass)、不锈
钢、以上各者的的
合金（诸如铜铬合金）或类似物。主体125和帽件122可由相同的材料制成，或由不同的材料制成。在主体125和/或帽件由铝制成的实施方式中，可将防
腐蚀涂层施加到冷却剂通道116、117，和视情况施加到暴露于冷却剂通道116、117的帽件122的表面以防止冷却剂的腐蚀。一个这种涂层的实例是Henkel Technologies（汉高科技）的注册商标——Alodine 。在一些实施方式中，帽件122和主体125的外表面例如可以是
镀银的，以增强主体125和帽件122的射频
导电性。
[0022] 图2A描绘根据本发明的一些实施方式的冷却环118的示意性底视图，其中冷却环118包括冷却剂通道116。图2B描绘根据本发明的一些实施方式的冷却环118的侧剖视图，其中冷却环118包括冷却剂通道116。
[0023] 参照图2A-B，在一些实施方式中，可提供通过帽件122和/或主体125的一个或更多个冷却剂入口端口（图2A示出一个入口端口210）和一个或更多个冷却剂出口端口（图2A示出一个出口端口214）以促进冷却剂循环通过冷却剂通道116。在一些实施方式中，冷却剂通道116可包括导管204，导管204与主体125紧密热
接触以容纳冷却剂。在一些实施方式中，导管204可由
不锈钢、铜、黄铜、青铜或类似物制成。在一些实施方式中，可将导管204设置在外部包覆件(cladding)或主体（未示出）内，主体可被压配合(press fit)到冷却剂通道116中以确保导管204与冷却剂通道116
侧壁之间优越的热接触。例如，在一些实施方式中，可使不锈钢管嵌入铸件中并且压配合到冷却剂通道116中。在一些实施方式中，导管204可被锻压(swaged)或硬焊到某一部分（诸如铝主体）中，以提高热连接。在一些实施方式中，冷却剂通道116或设置在冷却剂通道116中的导管204，可被设置成回路(loop)或其它类似配置，该配置在邻近的冷却剂通道116或导管204中提供了冷却剂逆流。
这种逆流配置可有利于增进从冷却环118除去热。
[0024] 主体125可以任何合适的方式耦接至靶材106以提供稳健(robust)的热耦接，诸如通过
螺栓或其它
紧固件、夹子、
弹簧、重力或类似者。在一些实施方式中，在主体125中可提供多个孔206（如图2B所示），以便于将靶材106拴(bolting)至主体125。在一些实施方式中，将热箔(thermal foil)作为热导体使用可增进部件之间的热连接，所述热箔诸如经
图案化的铜或铝箔、grafoil （可购自GrafTech International）或类似物。经图案化的铜或铝箔可在丝网(screen)上受压而形成经图案化的表面，该经图案化的表面包括多个凸起的表面，以将共形(conformal)形态添加至所述箔。
[0025] 返回到图1，冷却环118可在主体125的第二端部130处耦接至靶材106。在一些实施方式中，主体125可以是具有第一端部126的管状构件，该第一端部126耦接至帽件122的面向靶材的表面128，该第一端部126邻近帽件122的周围边缘。在一些实施方式中，主体125进一步包括第二端部130，第二端部130耦接至靶材106的面向帽件的表面132（或耦接至靶材106的
背板），第二端部130邻近靶材106的周围边缘。在一些实施方式中，与靶材周围接触的第二端部130的宽度在0.75英寸至2英寸的范围内。在一些实施方式中，当位于处理腔室中的适当位置时，靶材106可进一步通过介
电隔离器(dielectric isolator)144而被支撑在接地的导电铝适配器(adapter)142上。
[0026] 在一些实施方式中，可将隔离器板138设置于帽件122与接地屏蔽140之间，以防止射频能量被直接发送(route)到地。隔离器板138可包含合适的介电材料，诸如陶瓷、塑料或类似材料。或者，可提供空气间隙来代替隔离器板138。在提供空气间隙代替隔离器板的实施方式中，接地屏蔽140可具良好结构而足以支撑设于接地屏蔽140上的任何部件。
[0027] 在一些实施方式中，腔体134可由主体125的面向内部的壁、帽件122的面向靶材的表面128、以及靶材106的面向帽件的表面132界定。腔体134和中心开口115可用来至少部分地容纳可旋转的磁控管组件136的一个或更多个部分。如本文所用，诸如当主体125是环形时，会以复数描述面向内部的壁，但也包括单数情况。
[0028] 例如，可旋转的磁控管组件136可被
定位成邻近靶材106的背面（例如，面向帽件的表面132）（或邻近背板，当存在时）。可旋转的磁控管组件136包括旋转磁体组件168，旋转磁体组件168包含多个布置在
底板(base plate)上的磁体。该旋转磁体组件168耦接至轴170以提供旋转。在一些实施方式中，轴170可与物理气相沉积腔室100的中
心轴线重合。在一些实施方式中（未示出），旋
转轴170可被设置成相对于物理气相沉积腔室100的中心轴线偏离中心。
电动机172可耦接至
旋转轴170的上端，以驱动磁控管组件136旋转。接地屏蔽140具有中心开口115，以允许旋转轴170穿过帽件122中的孔124并且连接到底板168。在一些实施方式中，旋转轴170包含绝缘体120，以防止射频能量向上传播(propagating up)至轴170而至电动机172。旋转磁体组件168在物理气相沉积腔室100内产生
磁场，通常平行于和靠近靶材106的表面以捕获(trap)电子并且增加局部等离子体
密度，进而增加溅射速率。旋转磁体组件168在物理气相沉积腔室100的顶部周围产生
电磁场，并且旋转磁体组件168会旋转以使电磁场旋转，这会影响处理过程的等离子体密度以更均匀地
溅射靶材106。
[0029] 在一些实施方式中，图1示出接地屏蔽140覆盖物理气相沉积腔室100的位于靶材106上方的至少某些部分。在一些实施方式中（未示出），接地屏蔽140亦可延伸至靶材106下方以包围处理腔室104。接地屏蔽140可包含任何合适的导电材料，诸如铝、铜或类似物。提供绝缘间隙139以防止射频能量被直接发送到地。绝缘间隙139可被填充空气或其他合适的介电材料，诸如陶瓷、塑料或类似材料。
[0030] 虽然前述为关于本发明的实施方式，但在不背离本发明基本范围的情况下，亦可设计出本发明的其他和进一步的实施方式。
