用于物理气相沉积(PVD)腔室的遮盘

申请号 CN202280059688.3 申请日 2022-09-01 公开(公告)号 CN117980528A 公开(公告)日 2024-05-03
申请人 应用材料公司; 发明人 王智勇; 哈伯特·冲; 艾琳娜·H·威索克; 雷建新; 汪荣军; 周磊; 克兰库玛尔·纽拉桑德拉·萨凡迪亚; S·R·V·雷迪;
摘要 方法及装置减少物理气相(PVD)腔室中处理的 基板 中的 缺陷 。在一些实施方式中,清洁工艺腔室的内部容积中布置的工艺套件的方法包括:在PVD腔室的基板 支撑 件上安置非溅射遮盘;激发PVD腔室的内部容积中布置的含 氧 清洁气体,以产生可与 碳 基材料反应的 等离子体 ;以及在曝露于等离子体时加热附着有碳基材料的工艺套件,以移除附着于工艺套件的碳基材料的至少一部分。
权利要求

1.一种用于清洁布置于物理气相沉积(PVD)腔室的内部容积中的工艺套件的方法,其包括以下步骤:
在该PVD腔室的基板支撑件上安置非溅射遮盘;
激发布置于该PVD腔室的该内部容积中的含清洁气体,以产生可与基材料反应的等离子体;及
在曝露于该等离子体时加热附着有碳基材料的该工艺套件,以移除附着于该工艺套件的该碳基材料的至少一部分。
2.如权利要求1所述的方法,其中该等离子体包括氧(O)自由基。
3.如权利要求1所述的方法,其中该遮盘是至少99.99%的
4.如权利要求1所述的方法,其中该遮盘是硅和的比为约1:1的硅和铝的合金
5.如权利要求1至4中任一者所述的方法,其中该遮盘的至少一个表面具有以微英寸计大于约400Ra的粗糙度。
6.如权利要求1至4中任一者所述的方法,其进一步包含以下至少一个步骤:
经由气体供应器向该内部容积中提供该清洁气体,并且使用耦接至该PVD的射频(RF)电源激发该清洁气体,以产生该等离子体;
经由该气体供应器向该内部容积中提供该清洁气体,并且使用耦接至该PVD腔室的DC电源激发该清洁气体,以产生该等离子体;
经由该气体供应器向该内部容积中提供该清洁气体,并且使用耦接至该PVD腔室的微波电源激发该清洁气体,以产生该等离子体;或
经由耦接至该PVD腔室的远程等离子体源向该内部容积中提供该等离子体。
7.如权利要求1至4中任一者所述的方法,其进一步包含以下步骤:
使用耦接至该PVD腔室的直流(DC)电源向该PVD腔室的该内部容积中布置的溅射靶提供脉冲DC,以在清洁该PVD腔室之前或之后执行物理气相沉积。
8.如权利要求7所述的方法,其中该工艺套件包含:
护板,其具有包含上部及下部的圆柱体;
配接器段,其经配置以由该PVD腔室的壁支撑并且具有支撑该护板的托置表面;及加热器,其耦接至该配接器段且经配置以电耦接至该PVD腔室的至少一个电源,以加热该护板。
9.如权利要求8所述的方法,其进一步包含以下步骤:
将该溅射靶维持于第一温度;及
将该工艺套件的该护板加热至高于该第一温度的第二温度。
10.一种非暂时性计算机可读储存媒体,其储存有在由处理器执行时执行清洁物理气相沉积(PVD)腔室的内部容积中布置的工艺套件的方法的指令,该方法包括以下步骤:
在该PVD腔室的基板支撑件上安置非溅射遮盘;
激发布置于该PVD腔室的该内部容积中的含氧清洁气体,以产生可与碳基材料反应的等离子体;及
在曝露于该等离子体时加热附着有碳基材料的该工艺套件,以移除附着于该工艺套件的该碳基材料的至少一部分。
11.如权利要求10所述的非暂时性计算机可读取储存媒体,其中该等离子体包括氧(O)自由基。
12.如权利要求10所述的非暂时性计算机可读取储存媒体,其中该遮盘是至少99.99%的硅。
13.如权利要求10所述的非暂时性计算机可读取储存媒体,其中该遮盘是硅和铝的比为约1:1的硅和铝的合金。
14.如权利要求10至13中任一者所述的非暂时性计算机可读取储存媒体,其中该遮盘的至少一个表面具有以微英寸计大于约400Ra的粗糙度。
15.如权利要求10至13中任一者所述的非暂时性计算机可读取储存媒体,其中该工艺套件包含:
护板,其具有包含上部及下部的圆柱体;
配接器段,其经配置以由该PVD腔室的壁支撑并且具有支撑该护板的托置表面;及加热器,其耦接至该配接器段且经配置以电耦接至该PVD腔室的至少一个电源,以加热该护板。
16.一种用于处理基板的物理气相沉积(PVD)腔室,其包含:
腔室壁,其至少部分地界定该PVD腔室中的内部容积;
碳基溅射靶,其布置于该内部容积的上段中;
底座,包括基板支撑件,其中具有支撑该溅射靶下方的基板的支撑表面;
电源,其经配置以激发溅射气体,以在该内部容积中形成等离子体;
工艺套件,其包围该溅射靶及该基板支撑件;及
遮盘,其安置于该PVD腔室的该基板支撑件上,其中该遮盘由不与氧基等离子体反应或基本上不与氧基等离子体反应的遮盘材料形成。
17.如权利要求16所述的PVD腔室,其中该遮盘材料是至少99.99%的硅。
18.如权利要求16所述的PVD腔室,其中该遮盘材料是硅和铝的比为约1:1的硅和铝的合金。
19.如权利要求16至18中任一者所述的PVD腔室,其中该遮盘的至少一个表面具有以微英寸计大于约400Ra的粗糙度。
20.如权利要求16至18中任一者所述的PVD腔室,其中该工艺套件包含:
护板,其具有包含上部及下部的圆柱体;
配接器段,其经配置以由该PVD腔室的壁支撑并且具有支撑该护板的托置表面;及加热器,其耦接至该配接器段且经配置以电耦接至该PVD腔室的至少一个电源,以加热该护板。

说明书全文

用于物理气相沉积(PVD)腔室的遮盘

技术领域

[0001] 本发明的实施方式大体而言是关于半导体基板的半导体处理。

背景技术

[0002] 半导体工艺腔室可并入遮盘,从而在可能损坏底座的工艺期间保护底座。遮盘通常由金属材料形成,从而使遮盘的使用寿命增加。然而,发明者观察到在诸如物理气相沉积(physical vapor deposition;PVD)工艺的一些工艺期间,遮盘实际可将材料溅射至腔室的处理容积中,进而导致腔室的额外污染和随后所处理晶片中的缺陷
[0003] 因此,发明者提供了可减少或消除PVD腔室的遮盘溅射及污染的改良的工艺及装置。

发明内容

[0004] 本文提供了减少遮盘对PVD腔室的污染并且减少晶片缺陷的方法及装置。
[0005] 在一些实施方式中,清洁工艺腔室的内部容积中布置的工艺套件的方法包括:在PVD腔室的基板支撑件上安置非溅射(或者在一些实施方式中为)遮盘;激发PVD腔室的内部容积中布置的含清洁气体,以产生可与基材料反应的等离子体;以及在曝露于等离子体时加热附着有碳基材料的工艺套件,以移除附着于工艺套件的碳基材料的至少一部分。
[0006] 在一些实施方式中,清洁工艺腔室的内部容积中布置的工艺套件的方法包括:在物理气相沉积(PVD)腔室的基板支撑件上安置非溅射(或者在一些实施方式中为硅)遮盘;‑10
激发PVD腔室的内部容积中布置的含氧清洁气体,以产生处于低于约7.5x10 托的超高真空(ultra‑high vacuum;UHV)的等离子体,其中清洁气体可与碳基材料反应;在曝露于等离子体时加热PVD腔室的工艺套件;以及移除附着于PVD腔室的工艺套件的碳基沉积材料的至少一部分。
[0007] 在一些实施方式中,方法可进一步包括以下一者或多者:其中等离子体包含氧(O)自由基,其中遮盘材料为至少99.99%的硅,其中遮盘材料为硅及合金并且硅与铝的比为约1:1,其中遮盘的至少一个表面具有大于约400Ra(以微英寸为单位)的粗糙度,并且可执行以下至少一者:经由气体供应器向内部容积提供清洁气体,并用耦接至PVD的射频(radio frequency;RF)电源激发清洁气体,以形成等离子体;经由气体供应器向内部容积提供清洁气体,并用耦接至PVD腔室的DC电源激发清洁气体,以产生等离子体;经由气体供应器向内部容积提供清洁气体,并使用耦接至PVD腔室的微波电源激发清洁气体,以产生等离子体;或经由耦接至PVD腔室的远程等离子体源向内部容积提供等离子体;使用耦接至PVD腔室的直流(direct current;DC)电源向布置于PVD腔室的内部容积中的溅射靶提供脉冲DC,以用于在PVD腔室的清洁之前或之后执行物理气相沉积,其中工艺套件可包含:护板,其具有包含上部及下部的圆柱体;配接器段,其经配置以由PVD腔室的壁支撑,并且具有支撑护板的托置表面;及加热器,其耦接至配接器段,并且经配置以电耦接至PVD腔室的至少一个电源,以加热护板;及/或将溅射靶维持于第一温度,并将工艺套件的护板加热至高于第一温度的第二温度。
[0008] 在一些实施方式中,非暂时性计算机可读储存媒体上储存有指令,当由处理器执行时,指令执行清洁物理气相沉积(PVD)腔室的内部容积中布置的工艺套件的方法。该方法可如本文公开的任何实施方式所描述。在一些实施方式中,方法包括:在PVD腔室的基板支撑件上安置非溅射(或者在一些实施例中为硅)遮盘;激发PVD腔室的内部容积中布置的含氧清洁气体,以产生可与碳基材料反应的等离子体;以及在曝露于等离子体时加热附着有碳基材料的工艺套件,以移除附着于工艺套件的碳基材料的至少一部分。在一些实施方式中,方法包括:在物理气相沉积(PVD)腔室的基板支撑件上安置非溅射(或者在一些实施方式中为硅)遮盘;激发PVD腔室的内部容积中布置的含氧清洁气体,以产生处于低于约‑107.5x10 托的超高真空(UHV)的等离子体,其中清洁气体可与碳基材料反应;在曝露于等离子体时加热PVD腔室的工艺套件;以及移除附着于PVD腔室的工艺套件的碳基沉积材料的至少一部分。
[0009] 在一些实施方式中,方法可进一步包含以下一者或多者:其中等离子体包含氧(O)自由基,其中遮盘材料为至少99.99%的硅,其中遮盘材料为硅及铝的合金并且硅与铝的比为约1:1,其中遮盘材料的至少一个表面具有大于约400Ra(以微英寸为单位)的粗糙度,及/或其中工艺套件包含:护板,其具有包含上部及下部的圆柱体;配接器段,其经配置以由PVD腔室的壁支撑,并且具有支撑护板的托置表面;及加热器,其耦接至配接器段,并且经配置以电耦接至PVD腔室的至少一个电源,以加热护板。
[0010] 在一些实施方式中,用于处理基板的物理气相沉积(PVD)腔室可包含:腔室壁,其至少部分地界定PVD腔室中的内部容积;碳基溅射靶,其布置于内部容积的上段中;底座,其包含基板支撑件,该基板支撑件的支撑表面支撑溅射靶下方的基板;电源,其经配置以激发用于在内部容积中形成等离子体的溅射气体;工艺套件,其包围溅射靶及基板支撑件;及遮盘,可将其安置于PVD腔室的基板支撑件上,其中遮盘由遮盘材料形成,该遮盘材料不与或‑10基本上不与氧基等离子体(例如,处于低于约7.5x10 托的超高真空(UHV)的氧基等离子体)反应。
[0011] 在一些实施方式中,PVD腔室可进一步包含以下一者或多者:其中遮盘材料为至少99.99%的硅,其中遮盘材料为硅及铝的合金并且硅与铝的比为约1:1,其中遮盘材料的至少一个表面有大于约400Ra(以微英寸为单位)的粗糙度,及/或其中工艺套件包含:护板,其具有包含上部及下部的圆柱体;配接器段,其经配置以由PVD腔室的壁支撑,并且具有支撑护板的托置表面;及加热器,其耦接至配接器段,并且经配置以电耦接至PVD腔室的至少一个电源,以加热护板。
[0012] 下文公开了其他及另外的实施方式。附图说明
[0013] 本发明的实施方式在上文简要概述并且在下文更详细地讨论,可参考附图中描绘的本发明的说明性实施方式来理解。然而,附图仅图示本发明的典型实施方式,并且因此不应认为其限制本发明的范畴,因为本发明可承认其他等效的实施方式。
[0014] 图1描绘了根据本公开内容的一些实施方式的工艺腔室的侧视示意图。
[0015] 图2描绘了根据本公开内容的一些实施方式的工艺套件的截面示意图。
[0016] 图3是根据本公开内容的一些实施方式的清洁用来处理基板的工艺套件的方法。
[0017] 图4描绘了根据本公开内容的一些实施方式的部分工艺腔室的侧视示意图。
[0018] 为便于理解,在可能的情况下以使用相同的组件符号来标明图中共同的相同要素。未按比例绘制图式,并且出于清晰的目的可将其简化。一个实施方式的要素及特征可在无进一步叙述的情况下有益地并入至其他实施方式中。

具体实施方式

[0019] 方法和装置提供了用于物理气相沉积(PVD)工艺腔室的由非溅射材料形成的遮盘。非溅射遮盘提高了PVD腔室(例如但不限于脉冲PVD碳蚀刻腔室)的缺陷效能。非溅射遮盘极大地抑制由蚀刻及沉积工艺造成的污染及缺陷。可在原位蚀刻工艺的环境中使用本发明的方法及装置,其中可在(例如)碳基材料沉积工艺中将遮盘曝露于基于含氧气体的等离子体。
[0020] 在基板的PVD处理期间,PVD腔室沉积溅射材料,该溅射材料可在包围等离子体的所有部件上形成膜。随着时间的推移,通常提供于PVD腔室中的工艺套件护板上可能形成不期望的沉积材料。虽然在工艺套件护板上沉积溅射材料是惯例做法,但这种溅射材料可留下颗粒,这种颗粒可损坏PVD期间使用的溅射靶及/或可污染正处理的基板。工艺套件护板的维护包括:自PVD腔室移除可包括多个部件的工艺套件护板;将工艺套件护板化学蚀刻至初始状态;及重新安装工艺套件护板,从而可再利用工艺套件护板。此类工艺可耗时、费、成本高,并且不利地增加腔室停机时间。
[0021] 为解决工艺套件护板的耗时且成本高的移除,可使用原位清洁工艺,其中使用等离子体蚀刻清洁工艺清洁工艺套件护板。蚀刻工艺有助于移除工艺套件护板上积聚的溅射。由于蚀刻工艺自表面移除材料,因此必须在清洁工艺期间保护基板支撑件的表面,否则基板支撑件的上表面将因蚀刻而受到损坏。为防止基板支撑件的上表面在蚀刻期间受到损坏,在基板支撑件的上表面上方安置遮盘。然而,发明者观察到蚀刻工艺使来自溅射盘的材料释放至PVD腔室中,并且污染使后续处理的基板中的缺陷增加,从而使良率降低。
[0022] 用于PVD碳沉积腔室的传统遮盘由诸如的金属材料制成。在蚀刻工艺期间,将钛物理溅射掉,并且钛在工艺空腔中沉降。随后在后续的沉积工艺期间,钛趋于在基板表面上聚集,进而导致缺陷问题。在使用本发明的非溅射遮盘的情况下,减少或消除钛污染,并且由污染造成的缺陷显著减少。在一些实施方式中,非溅射遮盘是硅遮盘。本文中使用的硅遮盘指含有至少约50%的硅的遮盘。在一些实施方式中,非溅射遮盘由“纯”硅材料形成。本文中使用的“纯”表示遮盘含有至少99.99%的所指出的材料。在一些实施方式中,非溅射遮盘122由基于硅及铝的合金材料等形成。在一些实施方式中,合金可由约50%的硅及约50%的铝形成。本文中使用的“非溅射遮盘”指由材料形成的遮盘,该材料不与或基本上不与诸如氧基等离子体的清洁等离子体(例如清洁工艺中使用的等离子体)反应,并且不因靠近遮盘形成的此等离子体而将遮盘材料释放至PVD腔室中。因此,非溅射遮盘由材料制成,该材料将不与或基本上不与清洁工艺(例如碳清洁工艺,例如本文描述的基于氧等离子体的清洁工艺)中形成的等离子体反应。
[0023] 相比于金属遮盘,硅遮盘具有若干优点。遮盘对PVD腔室的金属污染平显著降低,金属缺陷(例如钛颗粒)的数量及严重性显著降低,缺陷效能显著提高,并且遮盘的成本显著降低。发明者发现硅材料在用于遮盘时优于诸如石英等的介电材料。在“杀手”缺陷方面,硅遮盘的效能远优于石英遮盘。本文中使用的“杀手”缺陷指阻止使用基板并且降低给定工艺的基板良率的缺陷。在一些实施方式中,硅遮盘由高纯度硅制成,尺寸与金属遮盘类似。在蚀刻清洁工艺及/或糊浆或腔室调节工艺期间,将硅遮盘安置于基板支撑件之上以作为保护。在蚀刻清洁工艺期间,将诸如碳或氮化碳的刚沉积的材料蚀刻掉。蚀刻清洁工艺足够彻底,使得硅遮盘上聚集的碳及/或氮化碳在整个工艺套件寿命中不存在,进而使工艺套件的维护成本及停机时间显著减少。
[0024] 图1描绘了根据本公开内容的一些实施方式的可并入非溅射遮盘之工艺腔室100(例如PVD腔室)的侧视示意图。工艺腔室100包含腔室壁106,腔室壁106包封内部容积108(工艺容积/空腔)。腔室壁106包括侧壁116、底壁120及盖子124。工艺腔室100可为独立腔室或多腔室平台(未图示)的一部分,多腔室平台具有由在各个腔室之间传送基板104的基板传送机构连接的互连腔室丛集。工艺腔室100可为能够将沉积材料溅射至基板104上的PVD腔室。用于溅射沉积的合适的材料的非限制性实例包括碳及/或氮化碳等中的一者或多者。
[0025] 工艺腔室100包含基板支撑件130,该基板支撑件130包含支撑基板104的底座134。在处理期间,底座134的基板支撑表面138接收并支撑基板104。底座134可包含静电夹盘或加热器(例如电阻加热器、换热器或其他合适的加热装置)。可经由工艺腔室100的侧壁116中的基板装载入口143将基板104引入至工艺腔室100中,并将其放置于基板支撑件130上。
可通过支撑升降机构升高或降低基板支撑件130,并且在通过机械臂将基板104放置于基板支撑件130上期间,可使用升降指组件将基板104升高或降低至基板支撑件130上。底座134是可偏压的,且在等离子体操作期间可维持于电浮动电位或接地。举例而言,在一些实施方式中,可使底座134偏压至给定电位,使得在工艺套件的清洁工艺期间,可使用RF电源170点燃一种或多种气体(例如清洁气体),以产生包含离子及自由基的等离子体,这些离子及自由基可用于与工艺套件上沉积的一种或多种材料反应,下文将对此更详细地描述。
[0026] 底座134有基板支撑表面138,该基板支撑表面138的平面与溅射靶140的溅射表面139基本上平行。溅射靶140包含溅射板141,使用一种或多种合适的安装装置(例如焊料接合)将溅射板141安装至背板142,该背板142可导热。溅射板141包含待溅射至基板104上的材料。背板142由金属制成,例如不锈、铝、铬或铜锌。背板142可由材料制成,该材料的导热率足够高以使溅射靶140中产生的热耗散,该溅射靶140形成于溅射板141及背板142中。溅射板141及背板142中出现的涡流产生热,并且来自等离子体的高能离子在溅射靶140的溅射表面139上的轰击也产生热。背板142使溅射靶140中产生的热可耗散至周围的结构或换热器,可将该换热器安装于背板142后或布置于背板142中。举例而言,背板142可包含信道(未图示),这总信道使其中的传热流体循环。背板142的合适的高导热率为至少约
200W/mK,例如约220W/mK至约400W/mK。此导热率水平通过使溅射靶140中产生的热更高效地耗散可使溅射靶140操作更长的工艺时间段,并且在(例如)工艺套件上及周围的区域需要清洁时也允许溅射板141相对快速地冷却。
[0027] 替代而言,或另外,在与由具有高导热率及低电阻率的材料制成的背板142及其上设置的通道相结合的情况下,背板142可包含具有一个或多个槽(未图示)的背侧表面。举例而言,背板142可有诸如环形槽的槽或用于冷却溅射靶140的背侧的脊。槽及脊也可有其他图案,例如矩形网格图案、螺旋形图案、鸡脚图案或简单的跨过背侧表面的直线。槽可用于促进热从背板的耗散。在一些实施方式中,工艺腔室100可包含磁场产生器150,以围绕溅射靶140成形磁场,从而改进溅射靶140的溅射。磁场产生器150可增强电容产生等离子体,例如多个磁体151(例如永久磁体或电磁线圈)可在工艺腔室100中提供磁场,该工艺腔室100具有旋转磁场,该旋转磁场的旋转轴线垂直于基板104的平面。另外,或替代而言,工艺腔室100可包含磁场产生器150,磁场产生器150在工艺腔室100的溅射靶140附近产生磁场,以提高邻近溅射靶140的高密度等离子体区域中的离子密度,从而改进靶材料的溅射。
[0028] 经由气体输送系统160将溅射气体引入至工艺腔室100,气体输送系统160自气体供应器161经由具有诸如质量控制器的气流控制(未图示)的导管163提供气体,从而使设定流率的气体流过。工艺气体可包含诸如氩气或氙气的非反应气体,该非反应气体能够高能地冲击溅射靶140并且自溅射靶140溅射材料。工艺气体也可含有反应气体,诸如含氧气体及含氮气体中的一者或多者,该反应气体可与溅射材料反应以在基板104上形成层。随后用RF电源170激发气体,以形成或产生等离子体,从而使溅射靶140溅射。举例而言,高能电子使工艺气体离子化,且离子化气体被吸引至溅射材料,该溅射材料具有负电压(例如‑300伏特至‑1500伏特)的偏压。阴极的电位对离子化气体(例如,现带有正电荷的气体原子)施加的能量引起溅射。在一些实施方式中,反应气体可与溅射靶140直接反应,以产生化合物,并随后自溅射靶140溅射。举例而言,可通过DC电源190及RF电源激发阴极。在一些实施方式中,DC电源190可经配置以提供脉冲DC,以为阴极供电。经由排气装置162自工艺腔室
100排出已用过的工艺气体及副产物。排气装置162包含排气口(未图示),该排气口接收已用过的工艺气体并将已用过的气体传输至具有节流阀的排气导管164,以控制工艺腔室100中的气体压力。排气导管164与一个或多个排气(未图示)相连接。
[0029] 另外,气体输送系统160经配置以将可经激发以产生活性清洁气体(例如离子化等离子体或自由基)的气体中的一种或多种(例如取决于用于溅射靶140的材料)引入至工艺腔室100的内部容积108中,以执行工艺套件的护板的清洁工艺,下文将对此更详细地描述。替代而言,或另外,可将气体输送系统160耦接至远程等离子体源(remote plasma source;
RPS)165,该远程等离子体源165经配置以向工艺腔室100的内部容积108中提供自由基(或取决于RPS的配置而提供等离子体)。溅射靶140与DC电源190及/或RF电源170中的一者或多者相连接。DC电源190可对溅射靶140施加相对于工艺套件的护板的偏压,该护板在溅射工艺及/或清洁工艺期间可为电浮动的。也可在(例如)执行护板的清洁工艺时使用DC电源190或不同的DC电源190a对工艺套件的覆盖环段或配接器段的加热器施加偏压。
[0030] 当DC电源190向溅射靶140以及连接至DC电源190的其他腔室部件供电时,RF电源170激发溅射气体,以形成溅射气体的等离子体。所形成的等离子体冲击并轰击溅射靶140的溅射表面139,以将溅射表面139上的材料溅射至基板104上。在一些实施方式中,RF电源
170提供的RF能量的频率可在约2MHz至约60MHz的范围,或可使用(例如)非限制性频率,例如2MHz、13.56MHz、27.12MHz或60MHz。在一些实施方式中,可提供多个(即两个或更多个)RF电源,以提供处于多个上述频率的RF能量。也可在(例如)对工艺套件上及周围的区域执行清洁工艺时使用另外的RF电源对底座134及/或覆盖环段提供偏压。举例而言,在一些实施方式中,可用另外的RF电源170a激发可偏压电极137,可将该可偏压电极137嵌入于底座134(或基板支撑件130的基板支撑表面138)中。可偏压电极可用于对护板及/或基板支撑件130供电。此外,在一些实施方式中,RF电源170可经配置以激发可偏压电极137。举例而言,可提供一个或多个额外的部件(例如切换电路),以将电路径自盖板或盖子124切换至可偏压电极137。
[0031] 可在DC电源190(或DC电源190a)与RF电源170(或RF电源170a)之间连接RF滤波器191。举例而言,在至少一些实施方式中,RF滤波器可为DC电源190的电路系统中的部件,其在RF电源170运行时(例如执行清洁工艺时)阻止RF信号进入DC电源190的DC电路系统。控制器180(处理器)可控制工艺腔室100的各个部件。控制器180包含程序代码(例如储存于非暂时性计算机可读储存媒体(内存)中),其具有对部件加以操作以处理基板104的指令。举例而言,控制器180可包含程序代码,其包括:对基板支撑件130及基板传送机构加以操作的基板定位指令集;对加热器的一个或多个加热部件(例如灯、辐射加热及/或嵌入式电阻加热器)加以温度控制;对工艺套件上及周围的区域执行的清洁工艺指令集;对微波电源181执行的功率控制;气流控制指令集,其操作气流控制阀,以设定通向工艺腔室100的溅射气流;
气体压力控制指令集,其操作排气节流阀,以维持工艺腔室100中的压力(例如约120sccm);
气体激发器控制指令集,其操作RF电源170,以设定气体激发功率水平;温度控制指令集,其控制基板支撑件130中的温度控制系统或传热介质供应器,以控制传热介质向环形传热通道的流率;及工艺监测指令集,其监测工艺腔室100中的工艺,例如监测/调整主动电容器调谐器(active capacitor tuner;ACT)192。举例而言,在至少一些实施方式中,如下文更详细地描述,ACT 192可用于在清洁工艺期间调谐底座134。
[0032] 图2描绘了根据本公开内容的一些实施方式的工艺套件200的截面示意图。工艺套件200包含各个部件,其中包括配接器段226及护板201,可自工艺腔室100容易地移除配接器段226及护板201,从而(例如)更换或修理腐蚀的部件或调适工艺腔室100以用于其他工艺。另外,常规的工艺套件需经移除以清洁部件表面(例如护板201)的溅射沉积物,与此不同,工艺套件的设计可进行原位清洁,从而移除护板201上溅射的材料沉积物,下文将对此更详细地描述。
[0033] 护板201包含圆柱体214,可调整圆柱体214的大小,以环绕溅射靶140的溅射表面139以及基板支撑件130(例如直径大于溅射表面139且大于基板支撑件130的支撑表面)。圆柱体214具有上部216,该上部216经配置以在安设于腔室中时包围溅射靶140的溅射表面
139的外缘。护板201进一步包含下部217,该下部217经配置以在安设于腔室中时包围基板支撑件130的基板支撑表面138。下部217包含围绕基板支撑件130的外围壁131放置的覆盖环段212。覆盖环段212环绕且至少部分地覆盖围绕基板支撑件130布置的沉积环208,以自溅射沉积物的主体部分接收且因此遮蔽沉积环208。如上文所指出,在一些实施方式中,(例如)当需要清洁工艺套件200上及周围的区域时,可使用DC电源190a及/或RF电源170a偏压覆盖环段212。在一些实施方式中,RF电源170或DC电源190也可经配置以偏压覆盖环段212。
举例而言,可使用如上文所描述的切换电路。
[0034] 沉积环208布置于覆盖环段212下方。如图2所示,覆盖环段212的底表面与沉积环208介接,形成弯曲路径202,且覆盖环段212自圆柱体214的下部217向内径向延伸。在一些实施方式中,覆盖环段212与沉积环208介接但不接触沉积环208,使得弯曲路径202是布置于覆盖环段212与沉积环208之间的间隙。举例而言,覆盖环段212的底表面可包含环形支腿
240,该环形支腿240延伸至沉积环208中形成的环形沟槽241中。弯曲路径202有利地限制等离子体泄漏或防止等离子体泄漏至工艺套件200外的区域。此外,弯曲路径202的收缩的流路限制低能溅射沉积物在沉积环208及覆盖环段212的配合表面上的积聚,否则会使低能溅射沉积物相互黏附或黏附于基板104的悬伸边缘206。另外,在一些实施方式中,气体输送系统160与弯曲路径202流体地连通,从而在需要清洁工艺套件200上及周围的区域时向工艺腔室100的内部容积108中提供一种或多种合适的气体(例如工艺气体及/或清洁气体)。
[0035] 覆盖环段212的径向向内延伸的唇部230至少部分地覆盖沉积环208。唇部230包含下表面231及上表面232。沉积环208及覆盖环段212相互配合,以减少基板支撑件130的外围壁131及基板104的悬伸边缘上溅射沉积物的形成。覆盖环段212的唇部230与悬伸边缘206间隔约0.5英寸至约1英寸的水平距离,以减少基板104附近的破坏电场(即唇部230的内径比待处理的基板的给定直径大约1英寸至约2英寸)。沉积环208包含环形带215,该环形带215围绕图2所示的基板支撑件130的外围壁131延伸且包围该外围壁131。环形带215包含内唇部250,该内唇部250从环形带215横向延伸且基本上平行于基板支撑件130的外围壁204。
内唇部250紧接在基板104的悬伸边缘206下方终止。内唇部250界定沉积环208(其包围基板
104的外围及基板支撑件130)的内周长,以在处理期间保护基板支撑件130的不受基板104覆盖的区域。举例而言,为减少或甚至完全排除溅射沉积物在外围壁204上的沉积,内唇部
250包围且至少部分地覆盖基板支撑件130的外围壁204,否则该外围壁204将曝露于处理环境。沉积环208可用于保护基板支撑件130的曝露侧表面,以减少受激发的等离子体物种对曝露侧表面的腐蚀。
[0036] 护板201环绕溅射靶140的溅射表面139,该溅射靶面向基板支撑件130及基板支撑件130的外围。护板201覆盖且遮蔽工艺腔室100的侧壁116,以减少源自溅射靶140的溅射表面139的溅射沉积物在护板201后的部件及表面上的沉积。举例而言,护板201可保护基板支撑件130的表面、基板104的悬伸边缘206以及工艺腔室100的侧壁116及底壁120。配接器段226自上部216附近向外径向延伸。配接器段226包括密封表面233及与密封表面233相对的托置表面234。密封表面233包含可容纳O形环223以形成真空密封的O形环槽222,且工艺腔室100的侧壁116对托置表面234加以托置(或支撑);也可将O形环槽222与O形环223设置于与托置表面234相对的侧壁116中。
[0037] 配接器段226经配置以由工艺腔室100的壁支撑。更特定而言,配接器段226包含向内延伸的凸部227,该凸部227与用于支撑护板201的上部216附近对应的向外延伸的凸部228接合。配接器段226包含下部235,该下部235朝覆盖环段212下方的底座向内延伸。下部
235与覆盖环段212间隔开,使得下部235与覆盖环段212之间形成空腔229。下部235的顶表面237及覆盖环段212的底表面238界定空腔229。下部235的顶表面237与底表面238之间的距离使得在清洁工艺套件200期间可在预定的时间内实现自加热器203至护板201的最大传热。空腔229与弯曲路径202流体地连通,当需要清洁工艺套件200上及周围的区域时,弯曲路径202可使(例如)经由气体输送系统160引入的气体流入工艺腔室100的内部容积108。
[0038] 下部235经配置以容纳加热器203。更特定而言,将合适配置的环形槽236界定于下部235内,且该环形槽236经配置以支撑加热器203的一个或多个合适的加热部件,包括但不限于灯、辐射加热或嵌入式电阻加热器。在所图示的实施方式中,将由灯套207(例如玻璃、石英或其他合适的材料)包围的辐射环形线圈205示为由环形槽236支撑。当需要清洁工艺套件200上及周围的区域时,可用(例如)DC电源190或DC电源190a(可由控制器180控制)激发辐射环形线圈205或为辐射环形线圈205供电,以达到约250℃至约300℃的温度。配接器226也可用作围绕工艺腔室100的侧壁116的换热器。替代而言,或另外,可在配接器段226或护板(例如上部216)中的任一者或两者中布置环形传热通道225,以使诸如水等的传热介质流动。举例而言,当工艺套件200的清洁完成时,或当工艺腔室100中执行的一个或多个其他工艺完成时,可使用传热介质冷却配接器段226及/或护板201。
[0039] 图3是根据本公开内容的至少一些实施方式的清洁用以处理基板的工艺套件的方法300。溅射板141可由待沉积于基板上的一种或多种合适的材料制成。举例而言,溅射板141可由碳(C)或氮化碳(CN)等制成。制成溅射板141的特定材料可取决于需在工艺腔室中的基板上沉积的材料。制成溅射板141(或靶材料)的特定材料可影响与腔室配置及清洁工艺相关的一个或多个因素,例如用于清洁工艺套件等的活性清洁气体的类型。在方302,在清洁工艺套件200上及周围之前,将非溅射遮盘122(例如硅遮盘)装载于工艺腔室100的内部容积108中及布置于基板支撑件130上,以保护基板支撑件130的部件,例如图4的视图
400所描绘的底座134、基板支撑表面138等。可将非溅射遮盘122储存于(例如)外围保持区域123中,并且可在清洁工艺套件200上及周围之前将非溅射遮盘122移入处理腔室100。在一些实施方式中,非溅射遮盘122由纯硅材料(例如大于约99.99%的硅)形成。在一些实施方式中,非溅射遮盘122由硅及铝基合金材料等形成。在一些实施方式中,合金可由约50%的硅及约50%的铝形成。在一些实施方式中,硅与铝的比得到约7.8的热膨胀系数(coefficient of thermal expansion;CTE),其为碳基材料的CTE。相似的CTE使温度循环期间沉积于遮盘上的碳基沉积材料的剥落减至最少,从而使来自遮盘的微粒造成的基板缺陷减少。在一些实施方式中,非溅射遮盘122的至少一个表面具有粗糙度大于约400Ra(以微英寸计)的表面光洁度,以确保碳基沉积物黏着于遮盘,从而防止碳基沉积物自遮盘剥落。
在硅中引入铝允许增强表面粗糙度以防止碳基沉积物剥落,提高刚性以防止遮盘在处理期间变形,并且降低脆性。可通过使用例如但不限于喷砂介质(例如约99%的Al2O3或等效物)实现表面粗糙度。可通过使用无氟化氢的非酸性/非苛性工艺溶液实现合金的清洁。表面粗糙度提供了更加有利于保持溅射碳基沉积材料的表面,从而防止材料自遮盘剥落并导致PVD腔室发生污染及/或导致基板中出现缺陷。
[0040] 可使用与(例如)碳基材料反应的一种或多种活性清洁气体在低于约7.5x10‑10托的超高真空(UHV)中清洁工艺套件200上及周围,例如护板201上的积聚物408。举例而言,活性清洁气体可为引入至工艺腔室100中且随后经激发以形成等离子体402并进而产生自由基(例如活性清洁气体)的清洁气体,可将这种自由基引向404工艺套件200。自由基将工艺套件200上的积聚物408(诸如碳基沉积材料)蚀刻掉,但不影响406非溅射遮盘122的材料(不与其反应)。替代而言,或相结合,可自远程等离子体源在工艺腔室中引入自由基(例如活性清洁气体),并随后将自由基引向工艺套件200。举例而言,使用等离子体活化以形成清洁气体的自由基的清洁气体可为氧气(O2)或其他含氧气体,例如臭氧(O3)、氢氧化物(OH)、过氧化物(H2O2)等。根据本公开内容,可根据工艺腔室100的例行维护执行工艺套件200上及周围的清洁。举例而言,可定期执行方法300,以减少工艺套件200上及周围的积聚物。举例而言,当碳用作溅射板141时,可用方法300减少碳积聚物。当工艺套件200上积聚足够的材料时,可定期执行清洁工艺。举例而言,在沉积约5μm的碳后可执行清洁工艺,约5μm的碳可等于沉积约50个基板(或晶片)而每一基板上沉积1000A的膜。在基板支撑件上安置非溅射遮盘122后,可常常执行清洁工艺,而不需担心遮盘使腔室中的污染物增加及/或使缺陷增加。
[0041] 为便于移除工艺套件200上聚集的沉积材料,可主动加热工艺套件200上及周围的区域(例如加热至高于用于处理基板的温度)。举例而言,当溅射靶140是碳时,为促进碳及氧自由基的反应(例如为形成二氧化碳)以选择性(例如集中清洁工艺腔室100的内部容积108中的特定区域)清洁工艺套件200上及周围,并且为使工艺套件上及周围的清洁最大化,需维持溅射靶141与工艺套件200上及周围的区域之间的温差。因此,为主动实现此温度差,可将溅射板141保持于相对低的温度,例如约25℃至约100℃的温度。使用(例如)上文所描述的传热流体执行溅射板141的背侧冷却可实现这样的温度。当在执行PVD之后不久清洁工艺套件200上及周围的区域时(例如当溅射板141的温度相对高时),溅射板141的主动冷却可为有用的。替代而言,或另外,可在不使用任何冷却装置的情况下,使溅射板141随时间的推移而被动冷却。因此,在一些实施方式中,在清洁工艺中,可将溅射板141维持于约25℃至约100℃的温度。替代而言,或另外,在清洁工艺期间,可主动冷却溅射板141,使得溅射靶
140不发生蚀刻反应,由此保护溅射靶140的完整性(例如,维持靶材料)。
[0042] 随后,在方块306,为确保实现/维持了上述的温差,可将工艺套件200上及周围的区域主动加热至约250℃至约300℃的温度,例如加热护板。如上文所指出,可使用DC电源190(或DC电源190a)激发加热器203的辐射环形线圈205,以实现这样的温度,并且可通过控制器180控制自DC电源190提供至辐射环形线圈205的能量。因此,可使用一个或多个工艺产生等离子体,以形成对应的离子及自由基,这些离子及自由基可用于与工艺套件200上及周围聚集的沉积材料反应。举例而言,在方块304,可激发布置于工艺腔室的内部容积中的清洁气体,以产生等离子体,从而与积聚物(例如工艺套件上及/或腔室内的碳基沉积材料)反应且移除积聚物。举例而言,在一些实施方式中,当工艺套件200周围聚集的沉积材料是碳时,可使用(例如)气体输送系统160向工艺腔室100的内部容积108中引入氧。一经引入,即可通过使用(例如)RF电源170及底座134(或覆盖环段212)激发氧气来产生包含离子及自由基的氧等离子体,如上文所述,可使用RF电源170a或DC电源190a中的任一者或两者将RF电源170及底座134(或覆盖环段212)的每一者偏压至电压电位。由于在存在等离子体的情况下用非溅射材料形成非溅射遮盘122,因此在清洁期间,非溅射遮盘122不对工艺腔室100造成进一步的污染。类似地,只要遮盘的材料不与等离子体反应,三氟化氮(NF3)气体可用作清洁气体。
[0043] 可调谐可连接至底座134的主动电容器调谐器(例如ACT 192),使得内部容积108中的等离子体与工艺套件200之间的电位差维持于预定值(例如预定的电位差),例如维持于最大值,以便于移除工艺套件200上及周围沉积的材料。举例而言,使用连接至底座134的ACT 192将内部容积108中的等离子体与护板201之间的电压电位差维持于最大值。更特定而言,在RF电源170点燃氧气之后,可用RF电源170维持工艺腔室100中的等离子体(例如约100W至约2500W),并且控制器180控制ACT 192,以确保等离子体的电压电位大于护板210的电压电位,护板210在清洁工艺期间通常经由工艺腔室100接地。
[0044] 替代而言,或另外,可使用(例如)气体输送系统160向工艺腔室100的内部容积108中引入诸如氧的清洁气体,并且可使用微波电源181产生氧等离子体,以形成氧离子及自由基。替代而言,或另外,可使用(例如)RPS165远程产生等离子体,例如氧等离子体。举例而言,可通过RPS165产生氧等离子体,并且可将来自氧等离子体的氧离子及自由基引导至工艺腔室。一旦激发氧气以形成氧等离子体,氧自由基即与工艺套件200上及周围沉积的碳反应,并将沉积的碳转换为二氧化碳(例如为选择性蚀刻或移除碳),随后可经由(例如)排气装置162自工艺腔室100的内部容积108抽出二氧化碳。替代而言,或另外,来自氧等离子体的一些氧离子(例如除氧自由基以外)也可用于与工艺套件200上及周围沉积的碳反应,以将沉积的碳转换为二氧化碳,这可取决于氧等离子体中氧自由基与氧离子的比。举例而言,可控制氧离子与氧自由基的比,使得等离子体中产生更多(或更少)离子化的氧,且产生更少(或更多)氧自由基。
[0045] 控制器180可控制排气装置162,从而在(例如)二氧化碳生产的终点开始排出二氧化碳,可使用布置于工艺腔室100的内部容积108中的一个或多个传感器193侦测二氧化碳生产的终点。举例而言,在一些实施方式中,控制器180可基于废气的组成使用一个或多个传感器193决定清洁时间的终点。控制器180也可使用一个或多个传感器193决定底座134或处理腔室100的内部容积108中的等离子体的电压,(例如)从而维持内部容积中的等离子体与工艺套件200之间的最大电位差。替代而言,或另外,控制器180可经配置以控制排气装置162,从而在(例如)预定的时间开始排出二氧化碳,可通过经验数据计算该预定时间。在至少一些实施方式中,在清洁工艺完成后,控制器180可运行一个或多个另外的工艺,例如在清洁工艺期间需季化以移除溅射靶140上沉积的一些残余物(碎片)。举例而言,在非溅射遮盘122位于基板支撑件130上的情况下,可执行季化/施加脉冲DC等离子体(例如运行10至20次),直至溅射靶140的条件充分复原。
[0046] 在方块308,在清洁工艺完成后,PVD腔室可继续在一个或多个基板上沉积材料。在处理设定数量的基板之后及/或工艺套件200上已发生定量的沉积之后,可重复PVD腔室清洁工艺。由于非溅射遮盘122不会通过在蚀刻工艺中将材料溅射至腔室中而在清洁期间使PVD腔室的污染物增加,因此可经常清洁PVD腔室,以维持腔室的效能,而不会有任何效能损失,例如基板的额外缺陷及/或PVD腔室的额外污染物。发明者在测试用于非溅射遮盘的材料期间发现硅材料的效能远优于钛材料。与运行相同数量的基板的钛遮盘相比,硅遮盘在运行4500个晶片中出现的大于50nm的晶片缺陷的数量少得多。发明者也发现与钛材料相比,硅材料中的铝及钛污染位准减少五倍。当遮盘使用硅材料时,未发现钛颗粒。与介电材料(例如石英材料)相比,硅材料表现出较佳的杀手缺陷(例如>500nm的缺陷)效能。发明者也对遮盘测试了氧化硅材料,但硅的颗粒及缺陷效能高得多。在一些实施方式中,硅与铝的比为约1:1的合金材料相比于钛材料表现出较少的缺陷,相比于介电材料表现出较少的杀手缺陷。
[0047] 可将根据本发明原理的实施方式实施为硬件、韧体、软件或其组合。也可将实施方式实施为使用一个或多个计算机可读媒体储存的指令,这种指令可由一个或多个处理器读取及执行。计算机可读媒体可包括以机器(例如计算平台或在一个或多个计算平台上运行的“虚拟机”)可读的形式储存或传送信息的任何机制。举例而言,计算机可读媒体可包括任何合适形式的挥发性或非挥发性内存。在一些实施方式中,计算机可读媒体可包括非暂时性计算机可读媒体。
[0048] 虽然上文针对本发明的实施方式,但可在不脱离本公开内容的基本范畴的情况下设计本发明的其他及进一步的实施方式。
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