具有自保持低摩擦垫的PVD靶的制作方法

具有自保持低摩擦垫的pvd靶
技术领域
1.本发明的实施方式大体而言关于半导体处理设备。
2.现有技术的描述
3.物理气相沉积(physical vapor deposition,pvd)通常用于在基板，例如半导体基板上形成材料薄层。通常包括背板的溅射靶在合适的腔室内设置在基板附近，并且形成pvd溅射腔室的上部部分。背板往往搁置在陶瓷绝缘环上。在一些工艺中，在处理靶背板及腔室壁的热膨胀期间，靶及腔室的温度升高。靶背板及腔室壁的热膨胀可能不同，并且发明人已经观察到所述热膨胀导致靶背板及绝缘环相对于彼此移动，从而引起摩擦。已经观察到摩擦导致背板及绝缘环一起研磨，从而导致背板的部分在界面处磨损。磨损的材料可能会污染腔室。
4.因此，发明人已经提供了一种靶组件，所述靶组件可以使用靶背板上的自保持低摩擦垫来有利地减少在靶与pvd腔室之间的界面处的摩擦。


技术实现要素：

5.本文提供了用于在基板处理腔室中使用的靶组件的实施方式。在一些实施方式中，靶组件包括板，所述板包括第一侧，所述第一侧具有中心部分及支撑部分；靶，所述靶设置在所述中心部分上；多个凹槽，所述多个凹槽形成在所述支撑部分中；以及多个自保持低摩擦垫，所述多个自保持低摩擦垫部分地设置在所述多个凹槽中，其中所述多个低摩擦垫中的每个低摩擦垫包括实心主体部分及自保持杆，所述自保持杆从所述实心主体部分的底部向外延伸，其中所述自保持杆包括设置在所述第一通孔部分中的第一杆部分及设置在所述第二通孔部分中的第二杆部分。
6.在一些实施方式中，用于基板处理腔室的靶组件包括板，所述板包括第一侧，所述第一侧包括中心部分及支撑部分，其中所述中心部分被配置为支撑靶源材料；多个凹槽，所述多个凹槽形成在所述支撑部分中，其中所述多个凹槽中的每个凹槽包括具有第一直径的第一通孔部分及具有第二直径的第二通孔部分，所述第二直径比所述第一通孔的第一直径大；以及多个低摩擦垫，所述多个低摩擦垫部分地设置在所述多个凹槽中，其中所述多个低摩擦垫中的每个低摩擦垫包括实心主体部分及自保持杆，所述自保持杆从所述实心主体部分的底部向外延伸，其中所述自保持杆包括设置在所述第一通孔部分中的第一杆部分及设置在所述第二通孔部分中的第二杆部分。
7.在一些实施方式中，用于在用于基板处理腔室的靶组件中使用的自保持低摩擦垫可包括实心主体部分及自保持杆，所述自保持杆从所述实心主体部分的底部向外延伸，其中所述自保持杆包括设置在第一通孔部分中的第一杆部分；及设置在第二通孔部分中的第二杆部分，其中所述第二杆部分包括爪部分，所述爪部分沿至少一个方向比第一杆部分的第一直径更宽，其中所述自保持杆包括至少一个狭槽，所述狭槽构被配置为允许自保持杆被压缩。
8.下面描述本发明的其他及进一步的实施方式。
附图说明
9.通过参考附图中描绘的本发明的说明性实施方式，可以理解上面简要总结并且下面更详细论述的本发明的实施方式。然而，应当注意的是，附图仅图示了本发明的典型实施方式，因此不应被认为是对本发明范畴的限制，因为本发明的实施方式可以允许其他同等有效的实施方式。
10.图1描绘了根据本发明的一些实施方式的靶组件的仰视图。
11.图2a描绘了沿线a-a截取的图1的靶组件的剖视图。
12.图2b描绘了根据本发明的一些实施方式的靶组件的局部仰视图。
13.图2c描绘了根据本发明的一些实施方式的形成在靶组件中以用于接收接触垫的接触垫凹槽的俯视图。
14.图2d描绘了背板的横截面侧视图，图示了用于接收图3a至图3e所示的接触垫的接触垫凹槽。
15.图3a描绘了根据本发明的一些实施方式的接触垫的等距视图。
16.图3b描绘了根据本发明的一些实施方式的接触垫的左视图及/或右视图。
17.图3c描绘了根据本发明的一些实施方式的接触垫的正视图及/或后视图。
18.图3d描绘了根据本发明的一些实施方式的接触垫的仰视图。
19.图3e描绘了根据本发明的一些实施方式的接触垫的俯视图。
20.图3f描绘了根据本发明的一些实施方式的接触垫的等距视图。
21.图4描绘了根据本发明的一些实施方式的具有靶组件的处理腔室。
22.为了促进理解，在可能的情况下，使用相同的附图标记来表示附图中共享的元件。附图不是按比例绘制的，并且为了清楚起见可以简化。预期一个实施方式的元件和特征可以有益地结合到其他实施方式中，而无需进一步叙述。
具体实施方式
23.本文提供了用于在基板处理腔室中使用，诸如用于物理气相沉积(physical vapor deposition；pvd)腔室的靶组件的实施方式。本发明的靶组件可以有利地减少靶组件与支撑靶组件的处理腔室的支撑构件之间的摩擦。摩擦的减少可以有利地减少支撑构件或靶组件的磨损，并且有利地减少磨损材料对腔室的污染。此外，本文所述的本发明的低摩擦垫是自保持的，此消除了用于将垫紧固至背板的外部紧固件的需要。此有利地允许增加垫的承载表面面积，由此与包括外部紧固件的垫相对比减少了提供低摩擦承载表面所需的垫的总数。
24.同时参考图1、图2a至图2d及图3a至图3f可以更好地理解本发明的实施方式，其中图1是仰视图并且图2是侧剖视图。
25.图1描绘了根据本发明的实施方式的靶组件100的仰视图。靶组件100可与任何合适的基板处理腔室一起使用，所述基板处理腔室例如可从加利福尼亚州圣克拉拉市的应用材料公司(applied materials,inc.,of santa clara,california)购得的任何型号的物理气相沉积(pvd)腔室。下面参照图4描述了包括靶组件100的示例性pvd腔室。本文所述的装置亦可以有益地与其他处理腔室一起使用。靶组件100可以有利地与被配置为处理200mm、300mm或450mm直径基板的腔室一起使用，尽管被配置为处理其他大小的基板的
腔室可以类似地受益。
26.靶组件100包括靶背板102，所述靶背板102具有第一侧104，所述第一侧包括中心部分106及支撑部分112。靶组件100包括待沉积在基板上的源材料108。源材料108居中设置在背板102上，从对应于中心点116的中心位置延伸到第一径向位置117。源材料108包括溅射表面110，所述溅射表面从背板102升高(向外偏移)并定向为远离所述背板102。在一些实施方式中，源材料108可以使用适当的结合工艺(例如扩散结合)附着至第一侧104，或者机械地附着至背板102。尽管被称为组件，但是靶组件100可以是一体构件。例如，在一些实施方式中，源材料108及背板102可以由相同的材料整体形成。
27.支撑部分112在与背板102的中心点116相距距离r1处从中心部分106径向向外设置，并且在一些实施方式中向外延伸至外周边114。支撑部分112可包括通道或o形环沟槽，亦即沟槽118，所述沟槽包围中心部分106并且经由中心点116居中定位在与中心轴线204相距距离r2处。沟槽118被配置为保持密封元件(图2d及图4中的密封元件290)，诸如o形环或垫圈，以促进与腔室的一部分形成密封，例如与pvd腔室的绝缘环形成密封。沟槽118可以是如图所示的方形沟槽，或者可以是任何其他形状，包括作为非限制性实例的半圆形或燕尾形(亦即，沟槽的侧壁分叉并且基底大于开口)。
28.沟槽118将支撑部分112分成从沟槽118径向向外的大气侧206及从沟槽118径向向内的真空侧208。真空部分可以延伸到中心轴204，并且包括背板102的中心部分106及源材料108。
29.在支撑部分112的大气侧206中，穿过第一侧104并且部分地穿过背板102的厚度t形成了多个凹槽120。如图1所示，在背板102中形成了12个等距隔开的凹槽120。在其他实施方式中，亦可以形成更多或更少数量的垫(例如，6-36个垫)，所述垫可以等距间隔开或可以不等距间隔开。在一些实施方式中，所使用的凹槽及对应垫210的数量取决于所需或期望的垫的承载表面212的面积。
30.仅为了便于说明，凹槽120被图示为具有相似的大小及相同或相似的矩形横截面。在凹槽120是矩形的实施方式中，凹槽120可以围绕板成角度地均匀间隔开并且沿着以中心轴线204为中心的圆形路径126对准(如虚线所示)，使得矩形凹槽中的每个矩形凹槽的纵向轴线122在轴线122的中点124处与圆形路径126相切。纵向轴线122可以是主轴，亦即平行于凹槽120的长边的轴线。凹槽的大小及数量可经选择为使得多个凹槽的每个纵向轴线122的轴向长度之和，亦即总轴向长度，在与凹槽120对准的圆形路径的长度的约25％与约75％之间，例如大约50％。
31.在一些实施方式中，凹槽120可以是长方形的。凹槽120可以使用其他横截面形状，作为非限制性实例包括弓形(亦即，具有弓形横截面)、圆形、椭圆形、五边形或其他曲线或多边形。
32.在一些实施方式中，背板102可包括多个背板紧固件孔130，以用于将背板紧固至处理腔室中的支撑结构。在一些实施方式中，背板102亦可包括多个对准凸片132以用于在安装期间在处理腔室内适当地对准背板。
33.如图2a所示，垫210设置在凹槽120中，使得垫210的承载表面212在第一侧104的表面上方间隔开。垫210的支撑表面214由凹槽120的底表面202支撑，以防止进一步移位到背板102中。为了清楚起见，仅图示了一个垫210，尽管垫210围绕靶组件100以足够的数量设置
以支撑如本文所述的靶组件100。在一些实施方式中，垫210部分地设置在多个凹槽120中的每个凹槽中。在其他实施方式中，垫210设置在凹槽120中的一些凹槽中，例如在交替的凹槽中或在一些其他凹槽图案中。在本发明的一些实施方式中，承载表面212在第一侧104上方间隔开约0.05mm至约1mm，例如约0.75mm。
34.如图2b所示，在一些实施方式中，一或多个垫210可以设置在穿过多个紧固件孔130设置的背板紧固件242附近，所述背板紧固件将背板紧固至处理腔室，例如在背板紧固件242的两侧上。垫210可以替代地或组合地设置在沿着背板102的其他位置。
35.图2c及图2d分别是示例性垫凹槽120的俯视图及横截面侧视图。如图2c所示，垫凹槽包括底表面202，所述底表面支撑垫210的支撑表面214。垫凹槽120亦包括具有第一直径的第一通孔部分250及具有第二直径的第二通孔部分252，所述第二直径大于第一通孔250的第一直径。在一些实施方式中，第二通孔部分252完全延伸穿过背板102，如图2d所示。在其他实施方式中，第二通孔部分252不完全延伸穿过背板102，如图2a所示。
36.在一些实施方式中，如图3a至图3d所示，使用自保持轴或杆302将垫中的每个垫紧固在对应的凹槽120中，所述自保持轴或杆从垫的实心主体部分310的底部向外延伸。自保持杆302包括第一杆部分304，所述第一杆部分被配置为设置在第一通孔部分250内。自保持杆302包括第二杆部分306，所述第二杆部分被配置为设置在第二通孔部分252内。
37.第二杆部分306包括夹紧或爪部分314，所述夹紧或爪部分沿第一方向比第一杆部分304的直径更宽。在一些实施方式中，爪部分314在两侧上被切平，使得切割侧316的宽度比第一杆部304的直径窄。自保持杆302亦包括狭槽312，所述狭槽允许杆被挤压/压缩以允许第二杆部分306连同第二杆部分306的爪部分314一起穿过第二通孔部分252配合。在一些实施方式中，如图3f所示，可以在自保持杆302中形成多于一个狭槽(例如，2个、3个、4个或更多个狭槽)，以允许杆被挤压/压缩以允许第二杆部分306连同第二杆部分306的爪部分314一起配合穿过第二通孔部分252。一旦第二杆部分306连同第二杆部分306的爪部分314一起设置在第二通孔部分252中，爪部分314就弹出并抓住、卡住或以其他方式接触保持表面254(如图2d所示)，此将垫210保持在垫凹槽120内并将垫210紧固至背板102。
38.在一些实施方式中，垫210具有长方形形状。在其他实施方式中，垫210可以具有矩形、圆形、卵形或其他类型的形状。在一些实施方式中，每个垫的承载表面212的承载表面积可以是约0.20平方英寸至约0.35平方英寸。在一些实施方式中，所使用的凹槽及对应垫210的数量取决于所需或期望的垫的承载表面的面积。
39.在一些实施方式中，垫210经倒角以在拐角或边缘中的每一者处形成导引倒角308，从而避免任何尖锐的拐角。实心主体部分310上的倒角有利地提供了良好限定的滑动承载表面。与此同时，通过允许垫210及自保持杆302更容易地配合穿过第一通孔250及第二通孔252，沿着自保持杆302的倒角有助于避免任何拐角干涉并且除了有助于安装之外亦提供更坚固的支撑。
40.垫可以是任何可用的颜色。然而，在一些实施方式中，垫210的颜色是米黄色、浅棕色、黄褐色或其他浅颜色以避免由深色垫引起的黑色标记。
41.在一些实施方式中，垫210可单独从凹槽120移除，例如以替换损坏的垫。移除的垫可以用具有与垫210相同的构造的替换垫容易地以低成本替换，并使用任何合适的方法(包括手动)压配到凹槽120中。
42.垫210由工艺兼容材料形成，所述工艺兼容材料具有低摩擦系数及高屈服强度以承受真空力或其他基板处理环境负载。可用于垫的材料的一些非限制性实例包括超高分子量聚乙烯(ultra-high-molecular-weight polyethylene,uhmwpe)、聚醚醚酮(polyether ether ketone,peek)、聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene,ptfe)、缩醛均聚物树脂诸如和类似物。
43.发明人已经观察到了在常规pvd腔室中在绝缘环与靶之间的材料转移。转移的材料被理解为是处理腔室的支撑构件(诸如下面参考图4描述的密封环481)与靶组件100之间的摩擦及所得的研磨的结果，所述摩擦及所得的研磨由于尤其是由热负载及真空负载引起的两个部件之间的移动。亦已经观察到研磨从一个或两个部件上磨损材料。在处理期间，磨损的材料可能会进入并污染腔室。已经观察到污染尤其会导致腔室中的电弧放电以及对处理结果的相关联的负面影响。
44.发明人已经观察到靶与绝缘环之间的摩擦减小可以减少材料的磨损及转移。根据本发明的实施方式的靶组件以多种方式减少两个部件之间的摩擦。彼此间隔开的各个垫在绝缘环与靶之间提供了离散的接触点。为垫选择的材料可以是任何具有适当机械特性的材料，所述适当机械特性包括例如耐热性、摩擦系数及工作强度。已经观察到，与不包括本发明垫的靶相对比，包括由具有适合应用的工作强度及低摩擦系数的材料(诸如uhmwpe、peek、ptfe及缩醛均聚物树脂)形成的垫的靶减小了摩擦力。
45.本发明的垫在有限的点处提供接触，从而将摩擦源减少到仅那些接触点。在不包括本发明的垫的靶的支撑部分的区域中，靶及绝缘环保持间隔开并且不提供摩擦力。通过最小化与单独垫的接触，与例如将支撑构件与靶组件分开的环相对比，摩擦减小。
46.发明人亦已观察到，与完整的环相对比，使用单独的本发明垫更容易保持紧密公差。保持紧密公差可促进改进靶组件100与腔室的密封。发明人亦已注意到，凹槽120及垫210可以针对当前腔室大小(亦即，用于处理200mm、300mm及450mm直径基板的腔室)来一致地定大小。单独的垫亦可以与未来大小的腔室兼容。此外，与环相对比，单独的垫更容易安装及维护。
47.图4描绘了根据本发明的实施方式的具有靶组件100的物理气相沉积(pvd)腔室400的简化示意性剖视图。
48.在本发明的一些实施方式中，pvd腔室400包括腔室盖401，所述腔室盖设置在处理腔室404的顶部上并且可从处理腔室404移除。腔室盖401可包括内部组件402及外部接地组件403。处理腔室404包含基板支撑件406，所述基板支撑件用于在基板支撑件406上接纳基板408。基板支撑件406可以位于下部接地围壁410内，所述下部接地围壁可以是处理腔室404的腔室壁。下部接地围壁410可以电耦合至腔室盖401的接地组件403，以便向设置在腔室盖401上方的rf电源482提供rf返回路径。
49.腔室盖401通常包括接地组件403，所述接地组件围绕内部组件402设置。接地组件403可包括具有第一表面457的接地板456，所述第一表面可大致平行于内部组件402的背面并与所述背面相对。接地遮蔽件412可以从接地板456的第一表面457延伸并围绕内部组件402。接地组件403可包括支撑构件475以将内部组件402支撑在接地组件403内。
50.内部组件402可包括源分配板458，所述源分配板与靶组件100的背面相对并且沿着靶组件100的外围边缘电耦合至靶组件100。如上所述，靶组件100可包含源材料108，所述
源材料将在溅射期间沉积在基板，例如基板408上。源材料108可由金属、金属氧化物、金属合金或类似物构成。在一些实施方式中，靶组件100包括背板102以支撑源材料108。如图4所示，源材料108可以设置在背板102的面向基板支撑件的一侧上。背板102可包含导电材料，诸如铜、铜-锌、铜-铬、或与靶相同的材料，使得rf功率及dc功率可以经由背板102耦接至源材料108。或者，背板102可以是非导电的并且可包括导电元件(未图标)，诸如电气馈通或类似物。背板102包括用于保持密封元件490的沟槽118及用于保持垫210的一或多个凹槽120。
51.在一些实施方式中，支撑构件475可以靠近支撑构件475的外周边缘耦接至接地屏蔽件412的下端，并且径向向内延伸以支撑密封环481及内部组件402。密封环481可以是具有所需横截面的环或其他环形形状。密封环481可以包括两个相对的平坦且大致平行的表面，以促进在密封环481的第一侧上与内部组件402的靶组件100的背板102接口连接以及在密封环481的第二侧上与支撑构件475接口连接。密封环481可以由介电材料，诸如陶瓷制成。密封环481可以将内部组件402与接地组件403绝缘。密封环482经由垫210的承载表面212与背板102接口连接。此外，设置在背板102的沟槽118中的密封元件490亦接触密封环481，以在背板102与密封环481之间形成真空密封。
52.导电构件464可以设置在源分配板458与靶组件100的背侧之间，以将rf能量从源分配板传播至靶组件100的外围边缘。导电构件464可以是圆柱形的，其中第一端466靠近源分配板458的外围边缘耦接至源分配板458的面向靶的表面，并且第二端468靠近靶组件100的外围边缘耦接至靶组件100的面向源分配板的表面。在一些实施方式中，第二端468靠近背板102的外围边缘耦接至背板102的面向源分配板的表面。在一些实施方式中，背板102可以经由一或多个紧固件耦接至导电构件464的第二端468。
53.内部组件402可包括空腔470，所述空腔设置在靶组件100的背侧与源分配板458之间。空腔470可以至少部分地容纳磁控管组件。空腔470至少部分地由导电构件464的内表面、源分配板458的面向靶的表面及靶组件100(或背板102)的面向源分配板的表面(例如，背侧)限定。在一些实施方式中，空腔470可以至少部分地填充有冷却流体，诸如水(h2o)或类似物。
54.虽然前面是针对本发明的实施方式，但是在不脱离本发明的基本范畴的情况下，可以设计本发明的其他及进一步的实施方式。