[发明专利]用于衬底处理腔室的工艺配件

说明书

技术领域

本发明的实施方式涉及用于衬底处理腔室的工艺配件。

背景技术

在集成电路和显示器的制造中，诸如半导体晶圆或显示器面板的衬底放置在衬底处理腔室中，在腔室中设定处理条件以在衬底上沉积或蚀刻材料。典型的工艺腔室包含腔室组件，其包括围绕工艺区域的围护壁、用于提供腔室中工艺气体的气体供应、用于激励工艺气体以处理衬底的气体激发器、用于去除废气并保持腔室中的气压的气体排放装置，以及用于保持衬底的衬底支架。该腔室可包括，例如，溅射(PVD)、化学气相沉积(CVD)和蚀刻腔室。在PVD腔室中，通过激发的气体溅射靶，以溅射靶材，其随后沉积在面对靶的衬底上。

在溅射工艺中，从靶溅射的材料还沉积在围绕靶的腔室组件的边缘上，这是不期望的。外围靶区域具有暗区，在该暗区中溅射材料由于在该区域中的离子散射而再沉积。在该区域中的溅射材料的积累和聚集是不期望的，原因在于所积累的沉积物需要靶和围绕组件的拆卸和清洗或替换，可导致等离子体短路，并且可导致靶与腔室壁之间产生电弧。这些沉积物还经常由于热应力而分离和剥离，从而落在腔室和组件内部并污染腔室和组件。

工艺配件，其包含围绕衬底支架和腔室侧壁配置的护板、盖环和沉积环，通常用于接收额外的溅射材料以保护并防止在腔室壁和其它组件表面上沉积。周期地，工艺配件组件被拆开并从腔室去除，用于清洗掉积累的沉积物。因而，期望具有工艺配件组件，其设计以容纳并容忍更大量的积累沉积物，而不彼此粘结或者不会粘到衬底，或者导致工艺清洗循环之间的沉积物剥离。还期望具有工艺配件，其包含较少的部件或组件，并且具有彼此相关的形状和配置以减少形成于工艺腔室内部表面上的溅射沉积物量。

当腔室衬垫和护板加热高达过高温度时，由于暴露于腔室中的溅射等离子体以及护板与腔室组件之间的热导率，产生另一问题。例如，其难以控制由低导热率材料制成的护板的温度。在与制成组件诸如适配器的接触界面处的热电阻也影响护板温度。在护板和适配器之间的低夹持力还可引起护板的加热。如果不受热控制，则在连续的衬底处理期间，护板的温度在理想的室温条件和高温之间循环。当高应力金属的工艺沉积物沉积到护板上并且经受大温度振幅时，薄膜到护板的粘结以及薄膜自身的内聚力将显著降低，原因在于，例如薄膜和其下护板之间的热膨胀的系数错配。期望在衬底处理期间降低护板和衬垫的温度，从而减少积累的沉积物从护板表面剥离。

由于从腔室的弱气体电导，产生传统的衬底处理腔室和PVD工艺的另一问题。需要高电导气体流经路，以供应必须的工艺气体到工艺空腔并且适当地排出废工艺气体。然而，排列腔室壁的工艺配件的护板和其它腔室组件实质上减小气体传导流。在这些组件中放置孔同时增加经过的气体导电率，还允许视线溅射沉积物经过气体传导孔退出，从而沉积在腔室壁上。该孔还可导致等离子体从处理空间内泄露，以围绕腔室区域。另外，结合该孔的腔室组件具有其它缺点，包括，但是不限于需要额外的部件、它们相对脆弱、多个部件的容忍叠层和在界面的弱导热率。

因而，期望具有工艺配件组件，其增加导热率同时减小工艺沉积物从组件表面剥离。还期望控制护板和衬垫的温度，使得它们在等离子体处理期间不在过高温度和低温度之间循环。还期望增加总气体电导同时防止在工艺区域外部的视线沉积并减小等离子体泄露。

发明内容

在第一方案中，本发明提供围绕与衬底处理腔室中的衬底支架面对的溅射靶的护板，该护板包含：(a)圆柱带，其具有围绕溅射靶的顶壁和围绕衬底支架的底壁；(b)支撑壁架，其从圆柱带的顶壁径向向外延伸；(c)倾斜阶梯，其从圆柱带的底壁径向向内延伸；以及(d)U-型沟道，其接合到倾斜阶梯，并且该沟道围绕衬底支架，该U型沟道包含第一和第二腿部件，第一腿部件具有多个气孔以允许工艺气体经过，从而该气孔提供上升的气体热导。

在第二方案中，本发明提供放置在衬底处理腔室中沉积环周围的盖环，该沉积环位于腔室中的衬底支架和圆柱护板之间，并且所述盖环包含：(a)环形楔，其包含：围绕所述衬底支架的倾斜顶表面，所述倾斜顶表面具有内部和外部外围；所述倾斜顶表面的外部外围周围的球形隆凸；从所述倾斜顶表面向下延伸以放置在所述沉积环上的基脚；以及在所述倾斜顶表面的内部外围周围的凸起边；以及(b)从所述环形楔向下延伸的内部和外部圆柱带，所述内部带的高度小于所述外部带。