用于物理氣相沉積(pvd)處理系統(tǒng)的靶材冷卻的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明的實施例大體涉及基板處理系統(tǒng)，且更特定而言，涉及物理氣相沉積 (PVD, physical vapor deposition)處理系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在等離子體增強基板處理系統(tǒng)中，比如物理氣相沉積（PVD)腔室，利用高磁場與 高DC功率的高功率密度PVD濺射能在濺射靶材處產(chǎn)生高能量，并且導(dǎo)致所述濺射靶材的表 面溫度的大幅升高。發(fā)明人已經(jīng)觀察到，用于冷卻靶材的靶材背板的背面溢流（backside flooding)可能不足以從革El材吸?。╟apture)且移除熱。發(fā)明人已經(jīng)進一步觀察到，革El材中 的剩余熱會導(dǎo)致顯著的機械彎曲，這是因為濺射材料中以及橫跨背板的熱梯度。當處理較 大尺寸的晶片時，機械彎曲會增加。此增加的尺寸加劇了靶材在熱、壓力與重力負載之下彎 曲/變形的傾向。彎曲的影響可包括靶材材料中所引起的機械應(yīng)力，所述機械應(yīng)力會導(dǎo)致 靶材至絕緣體界面處的損傷、破裂以及從磁體組件至靶材材料面的距離的改變，此距離的 改變會導(dǎo)致等離子體特性的改變（例如使處理體系移出最佳或想要的處理狀況，這影響保 持等離子體、濺射/沉積速率以及靶材的消蝕（erosion)的能力）。
[0003] 因此，本發(fā)明提供用于使用在基板處理系統(tǒng)中的靶材組件的改良的冷卻。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本文提供用于使用在物理氣相沉積（PVD)處理系統(tǒng)中的靶材組件。在一些實施 例中，用于使用在PVD處理系統(tǒng)中的一種靶材組件包括：源材料，所述源材料將沉積于基板 上；第一背板，所述第一背板被配置以在所述第一背板的正面（front side)上支撐所述源 材料，使得所述源材料的前表面與所述基板（當基板存在時）相對；第二背板，所述第二背 板耦接至所述第一背板的背面；以及多組通道，所述多組通道被設(shè)置在所述第一背板與所 述第二背板之間。
[0005] 在至少一些實施例中，提供一種基板處理系統(tǒng)，所述基板處理系統(tǒng)包括：腔室主 體；靶材，所述靶材設(shè)置于所述腔室主體中，且所述靶材包括源材料、第一背板、第二背板以 及多組流體冷卻通道，所述源材料將沉積于基板上，所述第一背板被配置以支撐所述源材 料，所述第二背板耦接至所述第一背板的背面，所述多組流體冷卻通道被設(shè)置在所述第一 背板與所述第二背板之間；源分配板，所述源分配板與所述靶材的背面相對，且所述源分配 板電氣耦接至所述靶材；中央支撐構(gòu)件，所述中央支撐構(gòu)件被設(shè)置成穿過所述源分配板，且 所述中央支撐構(gòu)件耦接至所述靶材，以支撐所述基板處理系統(tǒng)內(nèi)的靶材組件；多個流體供 給導(dǎo)管，所述多個流體供給導(dǎo)管被配置以將熱交換流體供給至所述多組流體冷卻通道，所 述多個流體供給導(dǎo)管具有第一端與第二端，所述第一端耦接至設(shè)置在所述第二背板的背面 上的多個入口，所述第二端被設(shè)置成穿過所述腔室主體的頂表面；以及多個流體回送導(dǎo)管， 所述多個流體回送導(dǎo)管被配置以回送來自所述多組流體冷卻通道的熱交換流體，所述多個 流體回送導(dǎo)管具有第一端與第二端，所述第一端耦接至設(shè)置在所述第二背板的背面上的多 個出口，所述第二端被設(shè)置成穿過所述腔室主體的頂表面。
[0006] 本發(fā)明的其他及進一步的實施例描述于下。
【附圖說明】
[0007] 通過參照附圖中繪示的本發(fā)明的示例性實施例，能了解以上簡要概述且下面更加 詳細論述的本發(fā)明的實施例。但是，應(yīng)注意到，附圖只例示本發(fā)明的典型實施例且因此不應(yīng) 被視為對本發(fā)明的范圍的限制，因為本發(fā)明可容許其他等同有效的實施例。
[0008] 圖1繪示了根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的工藝腔室的示意截面圖。
[0009] 圖2繪示了根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的靶材組件的背板的等距視圖。
[0010] 圖3繪示了根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的靶材組件的側(cè)視示意圖。
[0011] 圖4繪示了根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的靶材組件的頂視示意圖。
[0012] 為了促進理解，已盡可能使用相同的標記數(shù)字來表示各圖中共有的相同元件。附 圖未依照比例繪制，且可為了清楚而被簡化。應(yīng)了解到，一個實施例的元件與特征可有利地 并入其他實施例中，而無需進一步詳述。
【具體實施方式】
[0013] 通過使用貫穿靶材的背板的冷卻通道，本發(fā)明的實施例提供用于在基板處理系統(tǒng) 中使用的靶材組件的改良的冷卻。這些通道允許冷卻劑被提供得更靠近熱源（靶材面），由 此促進從所述靶材更有效地移除熱。從所述靶材更有效地移除熱導(dǎo)致靶材具有較小的熱梯 度，且因此具有較少的機械彎曲/變形。
[0014] 圖1繪示了根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的物理氣相沉積（PVD)處理系統(tǒng)100的簡 化的截面圖。適于根據(jù)本文所提供的教導(dǎo)而加以修改的其他PVD腔室的實例包括ALPS? Plus和SIP ENCOREk; PVD處理腔室，兩者都可從加州圣克拉拉市的應(yīng)用材料公司購得。 來自應(yīng)用材料公司或其他制造商的其他處理腔室（包括那些被配置以用于除PVD以外的其 他類型處理的處理腔室）也可得益于根據(jù)本文所揭露的教導(dǎo)而做的修改。
[0015] 在本發(fā)明的一些實施例中，PVD處理系統(tǒng)100包括腔室蓋101，腔室蓋101可移除 地設(shè)置于工藝腔室104的頂上。腔室蓋101可包括靶材組件114和接地組件103。工藝腔 室104包含基板支撐件106,基板支撐件106用于接收基板108于基板支撐件106上。基 板支撐件106可位于下接地外殼壁110內(nèi)，下接地外殼壁110可為工藝腔室104的腔室壁。 下接地外殼壁110可電氣耦接至腔室蓋101的接地組件103,以使得射頻回程路徑被提供至 設(shè)置在腔室蓋101之上的RF或DC電源182。RF或DC電源182可提供RF或DC功率至靶 材組件114,如下面所論述的。
[0016] 基板支撐件106具有材料接收表面，所述材料接收表面面向靶材組件114的主要 表面，且基板支撐件106支撐基板108,基板108將在與靶材組件114的主要表面相對的平 坦位置中被濺射涂覆。基板支撐件106可在工藝腔室104的中央?yún)^(qū)域120中支撐基板108。 中央?yún)^(qū)域120被界定為在處理期間在基板支撐件106之上的區(qū)域（例如在靶材組件114與 在處理位置時的基板支撐件106之間）。
[0017] 在一些實施例中，基板支撐件106可以是能垂直移動的，以允許基板108通過工藝 腔室104的下部分中的裝載鎖定閥（未圖示）而被轉(zhuǎn)移至基板支撐件106上，并且之后提 升至沉積或處理位置?？商峁┻B接至底部腔室壁124的波紋管122,以保持工藝腔室104的 內(nèi)部容積與工藝腔室104外面的大氣的分隔，同時促進基板支撐件106的垂直移動?？蓮?氣源126通過質(zhì)量流量控制器128而供給一或多種氣體至工藝腔室104的下部中?？商峁?排放端口 130,且排放端口 130可通過閥132而耦接至泵（未圖示），以排空工藝腔室104 的內(nèi)部并且促進維持工藝腔室104內(nèi)的所需壓強。
[0018] RF偏壓電源134可耦接至基板支撐件106,以在基板108上感應(yīng)負的DC偏壓。另 夕卜，在一些實施例中，在處理期間，負的DC自偏壓可形成于基板108上。例如，RF偏壓電源 134所供給的RF能量的頻率范圍可從約2MHz至約60MHz，例如，能使用非限制的頻率，比如 2MHz、13. 56MHz或60MHz。在其他應(yīng)用中，基板支撐件106可以接地或處于電氣浮接。替代 地或結(jié)合地，電容調(diào)整器136可耦接至基板支撐件106,以針對并不需要RF偏壓功率的應(yīng)用 來調(diào)整基板108上的電壓。
[0019] 工藝腔室104進一步包括工藝配件屏蔽件或屏蔽件138,屏蔽件138用以圍繞工藝 腔室104的處理容積或中央?yún)^(qū)域，以保護其他腔室部件免于來自處理的污染和/或損傷。在 一些實施例中，屏蔽件138可連接至工藝腔室104的上接地外殼壁116的突部（ledge) 140。 如圖1所示，腔室蓋101可被置在上接地外殼壁116的突部140上。類似于下接地外殼壁 110,上接地外殼壁116可提供下接地外殼壁116與腔室蓋101的接地組件103之間的射頻 回程路徑的一部分。但是，其他射頻回程路徑也是可能的，比如通過接地屏蔽件138。
[0020] 屏蔽件138向下延伸，且屏蔽件138可包括大體上管狀的部分，管狀部分具有大體 上固定的直徑，且所述管狀部分大體上圍繞中央?yún)^(qū)域120。屏蔽件138沿著上接地外殼壁 116與下接地外殼壁110的壁向下延伸至基板支撐件106的頂表面之下，且向上返回直到抵 達基板支撐件106的頂表面（例如在屏蔽件138的底部處形成u形部分）。當基板支撐件 106位于基板支撐件106的下裝載位置中時，蓋環(huán)148置于底部屏蔽件138的向上延伸的內(nèi) 部部分的頂部上，但是當基板支撐件106位于基板支撐件106的上沉積位置中時，蓋環(huán)148 置于基板支撐件106的外部周邊上，以保護基板支撐件106免于濺射沉積?？墒褂妙~外的 沉積環(huán)（未圖示）來保護基板支撐件106的邊緣免于基板108的邊緣附近的沉積。
[0021] 在一些實施例中，磁體152可設(shè)置于工藝腔室104的周圍，以用于在基板支撐件 106與靶材組件114之間選擇性地提供磁場。例如，如圖1所示，磁體152可設(shè)置在腔室壁 110的外部周圍、正好在處于處理位置時的基板支撐件106之上的區(qū)域中。在一些實施例 中，磁體152可額外地或替代地設(shè)置在其他位置中，比如與上接地外殼壁116相鄰。磁體 152可為電磁體，且磁體152可耦接至電源（未圖示），所述電源用于控制電磁體所產(chǎn)生的 磁場的大小。
[0022] 腔室蓋101通常包括設(shè)置在靶材組件114周圍的接地組件103。接地組件103可 包括接地板156,接地板156具有第一表面157,第一表面157可大體上平行于且相對于靶 材組件114的背面。接地屏蔽件112可從接地板156的第一表面157延伸并且圍繞靶材組 件114。接地組件103可包括支撐構(gòu)件175,支撐構(gòu)件175用以支撐在接地組件103