专利汇可以提供离子化物理蒸汽沉积的方法和装置专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且装置(500)的一个方法提供 离子化 物理 蒸汽 沉积(IPVD),该装置对从一个环形 磁控管 溅射靶(10)溅射导电金属 镀 膜 材料特别有用。该被溅射材料在靶(10)与一个片基(100)之间的某个处理空间内被离子化,方法是利用位于 真空 室(501)外部、溅射靶开孔(421)中心处室壁(502)中绝缘窗(33)后面的某个线圈(39)耦合的 能量 在该空间生成一个稠密 等离子体 。一个法拉第型保护屏(26)物理屏蔽该窗口以防止镀膜材料 覆盖 该窗口,但允许能量从该线圈感应耦合到该处理空间。该线圈在该靶平面上或靶后的 位置 可以允许对靶到晶片的间距进行选择来优化 薄膜 的沉积率和均匀性,也提供了一个环形源的优点,即它不存在那些与该靶中心开孔内不希望的沉积有关的问题。,下面是离子化物理蒸汽沉积的方法和装置专利的具体信息内容。
1.一个离子化物理蒸汽沉积装置,包括:
一个其室壁包围该室内某个真空处理空间的真空室,该真空室壁在 该室的一端有一个开孔;
一个IPVD源组件位于该室壁开孔处,并形成该室壁开孔的真空密 封盖板;
一个连接到该室以便向该处理空间供应某种气体的供气系统;
一个连接到该室,可进行操作将该处理空间的气体维持在一个真空 压力水平的真空系统;
一个该室外部的RF能量源;
该IPVD源组件包括:
一个向该处理空间提供镀膜材料的环形镀膜材料源,该环形源有一 个开口的中心,并至少有一个表面与该真空处理室连通;
一个窗口组件,它包括一个位于该环形源开口中心、并与该室壁构 成一个真空密闭外罩一部分的绝缘窗口,它具有一个室内侧和一个外 侧;
一个在该室上述一端的室外侧线圈,它邻近该绝缘窗口且在该绝缘 窗口之外,它被连接到该RF能量源从而在被激活时将能量从RF能量源 通过该窗口感应耦合到该处理空间,以便在该处理空间保持一个感应耦 合的等离子体,该等离子体有足够高的密度将该处理空间内来自环形源 的镀膜材料离子化;
一个该室内部的、正对环形镀膜材料源处理空间的片基支座,其上 有一个正对着处理空间的晶片支持表面。
2、符合权利要求1的装置,其中:
该环形镀膜材料源包括一个截头圆锥状溅射靶,它有一个背面,一 个位于室内的、面向该处理空间的截锥状前溅射表面,一个内边缘和一 个距该片基支座的晶片支持表面所在平面比内边缘更近的外边缘。
3、符合权利要求2的装置,其中该溅射靶外径大于该片基支座的晶 片支持表面直径。
4、符合权利要求2的装置,其中该IPVD源组件还包括:
一个邻近该靶背面的截锥形永久磁体组件,其形状可以产生一个邻 近该靶前表面的限制该溅射等离子体的磁场。
5、符合权利要求2的装置,其中有一个大约110°的锥形扩张角。
6、符合权利要求2的装置,其中该溅射靶与该室壁构成某个真空密 闭外罩的一部分,该靶的背面不接触该处理空间。
7、符合权利要求6的装置,其中该IPVD源组件还包括该溅射靶与 该室壁之间以及该溅射靶与该窗口之间的真空密封设备。
8、符合权利要求1的装置,还包括:
一个该处理空间与该室壁之间的可更换的薄金属室保护屏,该室保 护屏包括:
一个通常为圆筒形的部分,它包围该处理空间并在许多远离该处理 空间发热影响的点由细长支持杆支承,
一个包围该片基支座的环形端部,它和该圆筒形部分叠置但不接 触,用以保护该室壁不在室壁附近沉积镀膜材料,并防止上述部分之间 由于其中某一部分的热膨胀而发生滑动接触,
该IPVD源组件,它包括一个包围该环形镀膜材料、与该室保护屏 的圆筒形部分隔离但极为靠近的环形暗区保护屏,以便保护该室壁不在 该室壁附近沉积镀膜材料。
9、符合权利要求1的装置,其中:
该窗口和该处理空间之间的设备可以物理保护该窗口内部,使得窗 口上不沉积导电镀膜材料,并维持该线圈到该处理空间的有效的RF能 量感应耦合。
10、符合权利要求1至9中任何一项的装置,其中:
该线圈是一个三维RF线圈,其形状可以使经过转弯处延伸的磁力 线能以优势弯曲通过该绝缘窗口和该处理空间。
11、符合权利要求1至9中任何一项的装置,其中该IPVD源组件还 包括:
一个该室内的、与该绝缘窗口平行且距离很近的窗口保护屏,其形 状可以充分保护该窗口不沉积镀膜材料,并允许该RF能量有效地从该 线圈通过该窗口和保护屏感应耦合到该处理空间。
12、符合权利要求11的装置,其中:
该窗口保护屏是一个导电法拉第屏,它内部有许多不导电的、与该 线圈相配合的外廓特征,从而允许该RF能量从该线圈通过该窗口和保 护屏有效地感应耦合到该处理空间,但同时阻止该RF能量从该线圈有 效地电容耦合到该室。
13、符合权利要求11的装置,其中:
该窗口保护屏内有许多V形槽,它们的形状与该线圈相配合,可以 允许RF能量从该线圈通过该窗口和保护屏有效地感应耦合到该室,但 不提供一个镀膜材料穿过这些槽从该室运动到该窗口的视线通路。
14、符合权利要求11的装置,其中:
该窗口保护屏内有许多槽且与该窗口保持距离,这些槽的尺寸有利 于在这些槽和该窗口之间形成等离子体,该等离子体将会清除这些槽中 向该窗口沉积的材料。
15、符合权利要求11的装置,其中:
该窗口保护屏由金属铸造且包括整体的冷却流体通道。
16、符合权利要求1至9中任何一项的装置,其中:
该气体和/或真空系统包括一个压力控制器,用来维持该室内的真 空压力足够高,以使该等离子体内的离子基本上在该处理空间热能化, 其程度可使该支座晶片支持表面的某个晶片上这些离子的分布、能量和 方向性都主要取决于穿过该高密度等离子体与该晶片之间某个等离子体 鞘的电场。
17、符合权利要求16的装置,其中该供气和压力控制系统包括当该 材料在至少为30mTorr的压力下沉积时维持该真空室内压力的设备。
18、符合权利要求16的装置,其中该供气和压力控制系统包括当该 材料在30mTorr至130mTorr之间的某个压力下沉积时维持该真空室内压 力的设备。
19、符合权利要求1至9中任何一项的装置,其中该靶离该晶片支座 的距离为6至9英寸。
20、符合权利要求1至9中任何一项的装置,其中该IPVD源组件还 包括该线圈与该窗口之间的一个强绝缘材料制造的隔离层。
21、符合权利要求20的装置,其中该隔离层由某种塑料材料(如特 氟隆)制造,并充分地填充了该线圈与该绝缘窗口之间的空间。
22、符合权利要求1至9中任何一项的装置,其中该片基支座以可拆 卸方式安装到该室壁,并可在6至9英寸的距离范围内相对该靶定位。
23、符合权利要求1至9中任何一项的装置,其中:
该片基支座包括一个将一个晶片片基固定在该晶片支持平面上进行 加工的静电卡盘,该静电卡盘包括一个双极网格和连接到该双极网格的 多区晶片偏置系统。
24、符合权利要求1至9中任何一项的装置,还包括下列一项或多项 部件:
该晶片支座的加热和冷却设备;
该晶片支持表面与其上支持的一块晶片之间的背面导气设备;
一个覆盖在该晶片支座上一个片基的周围边缘的非接触式遮蔽环。
25、符合权利要求1的装置,其中:
该真空室在其顶部有一个开孔;该IPVD源组件包括:
一个外壳组件,它又包括:
一个外部接地接头,
一个外部靶电源接头,
一个RF电源接头,
若干外部冷却液再循环接口,
一个内部靶电源端子,
至少两个内部RF接头,
一组内部冷却液接口,
非导电支持结构;
以可拆卸方式牢固安装到该外壳的该RF线圈组件,其中该线圈是 以可拆卸方式跨接到该内部RF接头的三维线圈,该线圈具有一个以可 拆卸方式直接跨接到至少两个该内部冷却液接口的冷却通道;
一个以可拆卸方式牢固安装到该外壳、并包围该RF线圈组件的环 形永久磁体组件;
以可拆卸方式牢固安装到该外壳或该线圈组件之一的窗口组件;
该环形镀膜材料源,它包括一个以可拆卸方式连接到该外壳的环形 靶组件,且具有在如此连接时与该窗口构成一个真空密封的设备,该靶 组件包括一个可消耗的环形溅射靶和能为该靶构成一个以可拆卸方式跨 接到至少两个该内部冷却接口的液体密封冷却通道的设备,该靶组件具 有一个以可拆卸方式连接到该外壳上的该内部靶电源端子的电气接头;
当该IPVD源组件连接到某个真空处理室时形成一个该靶组件与该 真空处理室壁之间真空密封的设备。
26、一个提供为某个半导体晶片镀膜的材料并使之离子化的IPVD 源组件,该组件包括:
一个外壳组件,它具有:
一个外部接地接头,
一个外部靶电源接头,
一个RF电源接头,
若干外部冷却液再循环接口,
一个内部靶电源端子,
至少两个内部RF接头,
一组内部冷却液接口,
非导电支持结构;
一个以可拆卸方式牢固连接到该外壳的RF线圈组件,它包括:
一个以可拆卸方式跨接该内部RF接头的三维线圈,
该线圈,它具有一个以可拆卸方式直接跨接至少两个该内部冷却液 接口的冷却通道;
一个以可拆卸方式牢固安装到该外壳、并包围该RF线圈组件的环 形永久磁体组件;
一个以可拆卸方式牢固安装到该外壳或该线圈组件之一的窗口组 件,该窗口组件包括一个相当平坦的绝缘窗口;
一个以可拆卸方式连接到该外壳的环形靶组件,它具有在如此连接 时与该窗口构成一个真空密封的设备,该靶组件包括一个可消耗的环形 溅射靶和能为该靶构成一个以可拆卸方式跨接到至少两个内部冷却接口 的液体密封冷却通道的设备,该靶组件具有一个以可拆卸方式连接到该 外壳上的该内部靶电源端子的电气接头;
当该IPVD源组件被连接到某个真空处理室时,构成该靶组件与该 真空处理室壁之间一个真空密封的设备。
27、符合权利要求25或26的组件,其中:
构成该靶组件的液体密封冷却通道的设备包括一个靶后背盖,它可 以从该靶拆卸并能构成该盖与该靶之间的液体密封冷却通道。
28、符合权利要求27的组件,其中:
该靶组件包括一个安装在该液体密封冷却通道中的、可更换的冷却 液流控制设备,以允许改变流经该通道的该冷却液流。
29、符合权利要求25或26的组件,其中:
该RF线圈组件包括一个牢固安装到该线圈、并从该线圈延伸到该 窗口的强绝缘隔离层。
30、符合权利要求25或26的组件,其中:
该窗口组件包括一个其内具有一组不导电外廓特征、并连接到该绝 缘窗口的导电保护屏,该保护屏电气接地或者电气连接到该外壳,它具 有以可拆卸方式直接跨接至少两个内部冷却接口的冷却通道。
31、符合权利要求30的组件,其中:
该导电保护屏是一个其内具有一组不导电外廓特征的带槽法拉第 屏,它们的形状与该线圈配合,可以允许该RF能量从该线圈通过该窗 口与保护屏充分感应耦合,但同时防止该RF能量从该线圈通过该窗口 与保护屏充分电容耦合。
32、符合权利要求30的组件,其中:
该导电保护屏被连接到该绝缘窗口,以使它可以从该外壳连同该窗 口一道拆卸。
33、符合权利要求30的组件,其中:
该窗口组件包括使该保护屏与该窗口保持一个很近距离的设备。
34、符合权利要求30的组件,其中:
该靶电源接头是一个连接到某个DC电源的DC接头;
该靶是一个金属靶。
35、符合权利要求25或26的组件,其中:
该靶组件与某个真空处理室壁之间的真空密封成形设备包括一个以 可拆卸方式连接到该外壳的环形法兰,法兰上有一个在连接到该外壳时 能形成一个与该靶组件密封的设备,以及一个当该IPVD源组件安装到 某个真空处理室时能与该真空处理室壁形成一个真空密封的设备。
36、符合权利要求35的组件,其中:
在某个室内的真空受到影响时,若该IPVD源组件由重力和由大气 压力支承在其顶部有一个源开孔的真空处理室壁上,则该环形法兰包括 将该源组件有效地连接到该开孔周围室壁的设备。
37、符合权利要求25或26的组件,其中:
该外壳组件的外部接地接头包括一个连接到该源外壳的正的DC供 电,并可连接到某个处理装置的一个接地接头;
该外部靶电源接头包括一个安装在该外壳组件上的负的DC电源接 头,当该IPVD源组件被安装到某个处理装置的室壁上时,其位置可以 连接到某个处理室壁上的一个负端子接头。
该内部靶电源端子包括一个固定到该外壳组件、且与地绝缘的负的 DC供电;
该RF电源接头包括一个安装在该源外壳上的RF调谐器,该调谐器 的RF导线可以连接到一个RF电源,并有一个内部RF接头与它连接;
该外壳组件上面有联锁开关设备,可以用来通过与该线圈的适当连 接调整施加到该线圈的RF功率和冷却水,该外壳组件上还有用来根据 与该靶组件的适当连接调整施加到该靶组件的RF功率和冷却水的联锁 设备;
该靶组件是一个截头圆锥形的环形靶组件,它包括一个截头圆锥形 溅射靶、一个其结构与该截锥靶形成一个水密封来封闭自己与该靶之间 的冷却水通道的靶后背盖、和该盖与该靶周围的能通过旋转在该盖上装 卸该靶的卡口连接结构;
该窗口组件包括一个其内具有一组V形槽的导电保护屏,槽的结构 能阻挡镀膜材料从该室通过该槽运动到该窗口的视线通道,该保护屏被 连接到该窗口并保持一定距离,该槽的尺寸有利于形成该槽与该窗口之 间、能清除在该槽向该窗口沉积的材料的等离子体;
该线圈组件包括一个包围该线圈的导电外罩,以便提供一道防止RF 从该线圈向该外罩外部窗口外侧发射的屏障,该外罩有供冷却液接口和 该线圈的RF端子穿过的开孔。
38、符合权利要求35的组件,还包括:
一组将该环形法兰牢固安装到该外壳、并以可拆卸方式将该靶组件 牢固安装到该IPVD源的手动紧固装置。
39、一个供物理蒸汽沉积装置使用的可更换的室保护屏,它包括:
一个通常为圆筒形的薄金属部分,其形状包围某个真空处理室内的 一个处理空间,并由在围绕该室的若干点上沿圆周排列的、且不受该处 理空间放热影响的一组至少3个细长支柱来支承,
一个环形终端部分,其形状包围该室内的一个片基支座,它与该圆 筒形部分重叠但不接触,以便保护该室壁不在室壁附近发生镀膜金属的 沉积,并避免上述部分之间由于其中一个部分的热膨胀而产生滑动接 触。
40、一个环形镀膜材料源,它包括:
一个截锥形溅射靶,该靶具有:
一个具有大约110°锥形扩张角的截锥形前溅射表面;
一个中央开孔;
一个邻近中央开孔的、通常为圆筒形的、向后延伸的内部边缘,其 上有一个构成某种背部真空结合的环形密封槽,该内部边缘的外侧有一 组沿圆周分布的城堡状外廓特征以便允许该靶被组装到一个冷却液盖, 该内部边缘在其内部沿该开孔具有一个其上有真空密封表面的台阶,
一个通常为环形圆盘状的、向外延伸的外部边缘,其上有一个面朝 前的、精细加工的、能构成一个前真空连接的表面,
一个背面,它具有一个接近该内部边缘的内部环形冷却液密封表 面、一个接近该外部边缘的外部环形冷却液密封表面和一个在该内外环 形冷却液密封表面之间的光滑环形冷却表面。
41、一个包括权利要求40中镀膜材料源的溅射靶组件,还包括:
一个截锥形冷却液盖,其结构可以附接到该靶的背面,该盖包括:
一个中央开孔;
一个邻近其中央开孔的内部边缘,其内部沿圆周具有卡口组件结 构,当该靶相对该盖转动一圈的某个百分比时,可以和该靶内部边缘上 的城堡外廓特征结合将该盖连接到该靶;
一个外部边缘;
一个前表面,它具有一个邻近该盖内边缘的内部环形液体密封,当 该靶相对该盖旋转到某个旋紧位置时,其形状可与该靶的内部环形冷却 液密封表面构成一个冷却液密封,它还具有一个接近该盖外边缘的外部 环形液体密封,当该靶相对该盖旋转到某个旋紧位置时,其形状可与该 靶的外部环形冷却液密封表面构成一个冷却液密封,它还具有一个内、 外环形密封之间的环形冷却液通道。
42、符合权利要求41的溅射靶组件,其中该盖还包括:
一对用来与该通道相连接的冷却液接口;
一组槽,每个槽有一个以可拆卸方式安装、并有一组分流刻槽的梳 状流量限制器;
一个向后延伸的靶电源接头。
43、一个保护某个半导体晶片处理装置中的绝缘窗口、同时允许RF 能量通过它耦合的镀膜材料保护屏,该保护屏包括:
一个平坦的金属圆盘,它具有一个前面、一个背面、一个其内封闭 了某个冷却液通道的环形边缘部分、一组在背面上能连接该冷却液通道 的冷却液接口和一个圆形平坦中心部分,该部分具有一组平行槽,其内 包含能与该边缘冷却液通道相连的冷却液通道。
44、符合权利要求43的保护屏,其中该槽的剖面为V形。
45、符合权利要求43的保护屏,其中该圆盘由表面镀铝的铜构成。
46、一个使RF能量穿过它耦合到某个半导体晶片处理装置的绝缘 窗口组件,它包括权利要求43中的保护屏,还包括:
一个具有一组通孔的平坦圆形绝缘窗口,该窗口在结构上被连接到 该保护屏,该结构从该保护屏延伸并构成它的液体接头,该窗口与该保 护屏保持距离且与其平行,该窗口还具有一个围绕与该屏相反一侧的边 缘的环形真空密封表面。
47、一个包括如下步骤的离子化物理蒸汽沉积方法:
将某个真空室压力维持在50至120mTorr;
从位于某个真空处理室内的一个处理空间一端的一个镀膜材料环向 该处理空间释放该材料的粒子,该镀膜材料选自一组包括铜或钽在内的 材料;
通过该镀膜材料环中央的该镀膜材料的一个开孔,将RF能量从该 室外部的一个线圈感应耦合到该处理空间;
利用该耦合能量,在该处理空间内形成一个感应耦合的等离子体, 它的密度足以热能化、并电离该处理空间内相当大部分的镀膜材料;
用电气方法将该镀膜材料的正离子从该等离子体引向并使其到达该 片基。
48、一个包括如下步骤的维护某个IPVD装置的方法:
提供一个覆盖某个真空处理室顶部开孔的、面朝下的IPVD源组件, 它具有:
一个带有靶电源、RF电源和冷却液接头的外壳组件,
一个以可拆卸方式牢固安装到该外壳、并连接到该RF电源接头和 冷却液接头的RF线圈组件,
一个以可拆卸方式牢固安装到该外壳、并环绕该RF线圈组件的环 形永久磁体组件,
一个以可拆卸方式牢固安装到该外壳或者该线圈组件的窗口组件, 该窗口组件包括一个充分平坦的绝缘窗口和一个其内有一组不导电外廓 特征、且其自身被连接到该绝缘窗口的导电保护屏,该保护屏电气接地 或者电气连接到该外壳,它有以可拆卸方式连接到该外壳冷却液接头的 冷却通道,该保护屏结构与该线圈配合可以允许RF能量从该线圈通过 该窗口与保护屏充分感应耦合,并被连接到该绝缘窗口以便能从该外壳 上连同该窗口一道拆卸,
一个以可拆卸方式连接到该外壳的环形靶组件,它具有如此连接时 与该窗口形成一个真空密封的设备,该靶组件包括一个环形可消耗的溅 射靶和为该靶形成一个以可拆卸方式跨接至少两个内部冷却接口的液体 密封冷却通道的设备,该靶组件以可拆卸方式电气连接到该外壳的靶电 源接头和该外壳的冷却液接头,
一个紧固到该外壳的环形法兰,它包括当该IPVD源组件被支承在 某个真空处理室壁上时在该靶组件与该室壁之间形成一个真空密封的设 备;
从该室壁顶部解除该IPVD源组件的密封,并从该室壁顶部提升该 IPVD源组件;
翻转该IPVD源组件方向使其面朝上;
手动从该源外壳松开该法兰以便释放并拆卸该法兰和该靶组件;
更换该靶组件中的靶;
手动将该法兰拧紧到该源外壳,从而将该法兰和该靶组件牢固安装 到该IPVD源组件;
翻转该IPVD源组件使它面朝下;
将该IPVD源组件降到该室壁的顶部。
49、符合权利要求48的方法,包括如下步骤:
在取下该靶组件之后和更换该靶组件之前,拆除该窗口组件并从其 上拆除和更换该保护屏,然后重新安装该窗口组件。
50、符合权利要求48的方法,其中
该保护屏由铜构成,且有一个镀层表面;
该方法还包括如下步骤:
在移去该靶组件之后和更换该靶组件之前,拆除该窗口组件并从其 上拆除该保护屏,修整该保护屏,或者利用以前从某个IPVD源拆下的 一个类似保护屏,溶解该保护屏的镀层表面从而除去该保护屏上的沉积 物,然后重镀该保护屏的表面,将该修整后的保护屏安装到该窗口组件 中,然后重新将该窗口组件安装到该IPVD源。
51、符合权利要求48的方法,它包括如下步骤:
在移去该靶组件之后和更换该靶窗口组件之前,拆卸该磁体组件并 更换上一种不同结构的磁体组件。
52、符合权利要求48的方法,它还包括如下步骤:
在移去该窗口组件之后和更换该窗口组件之前,拆卸该IPVD源组 件的维修保留部件。
53、一种保护某个IPVD装置的一个绝缘窗口的方法,包括如下步 骤:
在一个IPVD处理装置的一个IPVD源内提供一个圆形金属保护屏, 它有一个圆形边缘和一组穿过被该边缘环绕的某个中心区域的槽,该保 护屏内有若干冷却液通道和将该冷却通道连接到某个外部再循环冷却液 源的接口,该保护屏有一个其材料与该金属不同的镀层表面;
从该IPVD源拆卸该保护屏;
在拆卸该保护屏之后,修整该保护屏,从保护屏上溶解掉该镀层表 面,从而除去该保护屏上的沉积物,然后重镀该保护屏的表面;然后
将该修整好的保护屏安装到某个IPVD处理装置的一个IPVD源内。
本发明涉及离子化物理蒸汽沉积(IPVD),更特别的是涉及在半 导体晶片片基上沉积薄膜(最特别的是金属薄膜)的方法和装置,办法 是从某个靶溅射镀膜材料、将该溅射的材料离子化、然后将该离子化镀 膜材料引导到该片基表面。
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