[发明专利]物理气相沉积处理系统的靶材冷却

说明书

公开物理气相沉积靶材组件和冷却物理气相沉积靶材的方法。示例性靶材组件包括流动图案，流动图案包含流体地连接至入口端和出口端的多个列和弯曲部。

技术领域

本公开内容大致涉及基板处理系统，并且更具体而言涉及物理气相沉积(PVD)处理系统。

背景技术

在等离子体增强基板处理系统中，例如在物理气相沉积(PVD)腔室中，具有高磁场和高直流(DC)功率的高功率密度PVD溅射可在溅射靶材处产生高能量，并且导致溅射靶材的表面温度大幅上升。通过使靶材背板与冷却流体接触来冷却溅射靶材。然而，已经确定，这样的冷却可能不足以捕获并且移除来自靶材的热。靶材中剩余的热可能造成明显的机械性弯曲(bowing)，机械性弯曲是由于在溅射材料中和跨背板的热梯度。机械性弯曲随着处理更大尺寸晶片而增加。此附加的尺寸加剧靶材在热、压力和重力负载下弯曲/变形的倾向。弯曲的影响可包含在靶材材料中引起的机械应力(所述机械应力可能导致靶材断裂和损坏)和从磁体组件至靶材材料的面的距离改变(所述改变可能导致等离子体性质的改变)(例如，使处理工况脱离最佳或期望的处理条件，而影响维持等离子体的能力、溅射/沉积速率和靶材的腐蚀)。

此外，较高的靶材温度造成靶材材料的再溅射(re-sputtering)，这导致在PVD腔室的其他部分上和在所述腔室中处理的晶片上的微粒产生和缺陷。靶材冷却的热管理不仅对于靶材寿命是重要的，而且对于减少微粒和缺陷也是重要的，这将改善工艺良率。需要提供在物理气相沉积工艺期间有效地冷却PVD靶材的设备和方法。

发明内容

本公开内容的一个或多个实施方式针对物理气相沉积靶材组件，包括：源材料；具有前侧和背侧的背板，所述背板经配置以在背板的前侧上支撑源材料；和冷却管，包含入口端、出口端和在入口端与出口端之间的多个弯曲部(bend)，入口端配置为连接至冷却流体，出口端流体地耦接至入口端，所述冷却管配置成置于邻近背板的背侧以在物理气相沉积工艺期间冷却背板和源材料。

另一个方面涉及物理气相沉积靶材组件，包括：源材料；具有前侧和背侧的背板，背板经配置以在背板的前侧上支撑源材料；耦接至背板的盖板；和设置于盖板与背板之间的通道，所述通道包含多个弯曲部，多个弯曲部限定流动图案(flow pattern)，流动图案包含至少四个列和至少三个弯曲部，至少四个列和三个弯曲部流体地连接至入口端和出口端，所述通道经配置以使冷却流体邻近背板的背侧流动，以在物理气相沉积工艺期间冷却背板和靶材。

附图说明

可通过参照实施方式获得上文简要概述的本公开内容的更具体描述，附图中图示实施方式中的一些，如此可详细理解本公开内容的上述特征的方式。然而，应注意到，附图仅图示本公开内容的典型实施方式，并且因此不视为限制本公开内容的范围，因为本公开内容可允许其他等效实施方式。

图1描绘根据本公开内容的一些实施方式的工艺腔室的示意性横截面图；

图2图示现有技术靶材组件的立体图；

图3图示沿图2的线3-3截取的横截面图；

图4图示现有技术靶材组件的横截面图；

图5图示根据实施方式的靶材组件的立体图；

图6图示沿图5的线6-6截取的横截面图；

图7A图示根据实施方式的靶材组件的横截面图；

图7B图示根据实施方式的靶材组件的横截面图；

图7C图示根据实施方式的靶材组件的横截面图；

图8图示根据实施方式的限定流动图案的通道；

图9图示根据实施方式的限定流动图案的通道；

图10图示根据实施方式的限定流动图案的通道；并且