用于物理气相沉积(pvd)处理系统的靶材冷却的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明的实施例大体涉及基板处理系统，且更特定而言，涉及物理气相沉积 (PVD, physical vapor deposition)处理系统。
【背景技术】
[0002] 在等离子体增强基板处理系统中，比如物理气相沉积（PVD)腔室，利用高磁场与 高DC功率的高功率密度PVD溅射能在溅射靶材处产生高能量，并且导致所述溅射靶材的表 面温度的大幅升高。发明人已经观察到，用于冷却靶材的靶材背板的背面溢流（backside flooding)可能不足以从革El材吸取（capture)且移除热。发明人已经进一步观察到，革El材中 的剩余热会导致显著的机械弯曲，这是因为溅射材料中以及横跨背板的热梯度。当处理较 大尺寸的晶片时，机械弯曲会增加。此增加的尺寸加剧了靶材在热、压力与重力负载之下弯 曲/变形的倾向。弯曲的影响可包括靶材材料中所引起的机械应力，所述机械应力会导致 靶材至绝缘体界面处的损伤、破裂以及从磁体组件至靶材材料面的距离的改变，此距离的 改变会导致等离子体特性的改变（例如使处理体系移出最佳或想要的处理状况，这影响保 持等离子体、溅射/沉积速率以及靶材的消蚀（erosion)的能力）。
[0003] 因此，本发明提供用于使用在基板处理系统中的靶材组件的改良的冷却。
【发明内容】
[0004] 本文提供用于使用在物理气相沉积（PVD)处理系统中的靶材组件。在一些实施 例中，用于使用在PVD处理系统中的一种靶材组件包括：源材料，所述源材料将沉积于基板 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)上支撑所述源 材料，使得所述源材料的前表面与所述基板（当基板存在时）相对；第二背板，所述第二背 板耦接至所述第一背板的背面；以及多组通道，所述多组通道被设置在所述第一背板与所 述第二背板之间。
[0005] 在至少一些实施例中，提供一种基板处理系统，所述基板处理系统包括：腔室主 体；靶材，所述靶材设置于所述腔室主体中，且所述靶材包括源材料、第一背板、第二背板以 及多组流体冷却通道，所述源材料将沉积于基板上，所述第一背板被配置以支撑所述源材 料，所述第二背板耦接至所述第一背板的背面，所述多组流体冷却通道被设置在所述第一 背板与所述第二背板之间；源分配板，所述源分配板与所述靶材的背面相对，且所述源分配 板电气耦接至所述靶材；中央支撑构件，所述中央支撑构件被设置成穿过所述源分配板，且 所述中央支撑构件耦接至所述靶材，以支撑所述基板处理系统内的靶材组件；多个流体供 给导管，所述多个流体供给导管被配置以将热交换流体供给至所述多组流体冷却通道，所 述多个流体供给导管具有第一端与第二端，所述第一端耦接至设置在所述第二背板的背面 上的多个入口，所述第二端被设置成穿过所述腔室主体的顶表面；以及多个流体回送导管， 所述多个流体回送导管被配置以回送来自所述多组流体冷却通道的热交换流体，所述多个 流体回送导管具有第一端与第二端，所述第一端耦接至设置在所述第二背板的背面上的多 个出口，所述第二端被设置成穿过所述腔室主体的顶表面。
[0006] 本发明的其他及进一步的实施例描述于下。
【附图说明】
[0007] 通过参照附图中绘示的本发明的示例性实施例，能了解以上简要概述且下面更加 详细论述的本发明的实施例。但是，应注意到，附图只例示本发明的典型实施例且因此不应 被视为对本发明的范围的限制，因为本发明可容许其他等同有效的实施例。
[0008] 图1绘示了根据本发明的一些实施例的工艺腔室的示意截面图。
[0009] 图2绘示了根据本发明的一些实施例的靶材组件的背板的等距视图。
[0010] 图3绘示了根据本发明的一些实施例的靶材组件的侧视示意图。
[0011] 图4绘示了根据本发明的一些实施例的靶材组件的顶视示意图。
[0012] 为了促进理解，已尽可能使用相同的标记数字来表示各图中共有的相同元件。附 图未依照比例绘制，且可为了清楚而被简化。应了解到，一个实施例的元件与特征可有利地 并入其他实施例中，而无需进一步详述。
【具体实施方式】
[0013] 通过使用贯穿靶材的背板的冷却通道，本发明的实施例提供用于在基板处理系统 中使用的靶材组件的改良的冷却。这些通道允许冷却剂被提供得更靠近热源（靶材面），由 此促进从所述靶材更有效地移除热。从所述靶材更有效地移除热导致靶材具有较小的热梯 度，且因此具有较少的机械弯曲/变形。
[0014] 图1绘示了根据本发明的一些实施例的物理气相沉积（PVD)处理系统100的简 化的截面图。适于根据本文所提供的教导而加以修改的其他PVD腔室的实例包括ALPS? Plus和SIP ENCOREk; PVD处理腔室，两者都可从加州圣克拉拉市的应用材料公司购得。 来自应用材料公司或其他制造商的其他处理腔室（包括那些被配置以用于除PVD以外的其 他类型处理的处理腔室）也可得益于根据本文所揭露的教导而做的修改。
[0015] 在本发明的一些实施例中，PVD处理系统100包括腔室盖101，腔室盖101可移除 地设置于工艺腔室104的顶上。腔室盖101可包括靶材组件114和接地组件103。工艺腔 室104包含基板支撑件106,基板支撑件106用于接收基板108于基板支撑件106上。基 板支撑件106可位于下接地外壳壁110内，下接地外壳壁110可为工艺腔室104的腔室壁。 下接地外壳壁110可电气耦接至腔室盖101的接地组件103,以使得射频回程路径被提供至 设置在腔室盖101之上的RF或DC电源182。RF或DC电源182可提供RF或DC功率至靶 材组件114,如下面所论述的。
[0016] 基板支撑件106具有材料接收表面，所述材料接收表面面向靶材组件114的主要 表面，且基板支撑件106支撑基板108,基板108将在与靶材组件114的主要表面相对的平 坦位置中被溅射涂覆。基板支撑件106可在工艺腔室104的中央区域120中支撑基板108。 中央区域120被界定为在处理期间在基板支撑件106之上的区域（例如在靶材组件114与 在处理位置时的基板支撑件106之间）。
[0017] 在一些实施例中，基板支撑件106可以是能垂直移动的，以允许基板108通过工艺 腔室104的下部分中的装载锁定阀（未图示）而被转移至基板支撑件106上，并且之后提 升至沉积或处理位置。可提供连接至底部腔室壁124的波纹管122,以保持工艺腔室104的 内部容积与工艺腔室104外面的大气的分隔，同时促进基板支撑件106的垂直移动。可从 气源126通过质量流量控制器128而供给一或多种气体至工艺腔室104的下部中。可提供 排放端口 130,且排放端口 130可通过阀132而耦接至泵（未图示），以排空工艺腔室104 的内部并且促进维持工艺腔室104内的所需压强。
[0018] RF偏压电源134可耦接至基板支撑件106,以在基板108上感应负的DC偏压。另 夕卜，在一些实施例中，在处理期间，负的DC自偏压可形成于基板108上。例如，RF偏压电源 134所供给的RF能量的频率范围可从约2MHz至约60MHz，例如，能使用非限制的频率，比如 2MHz、13. 56MHz或60MHz。在其他应用中，基板支撑件106可以接地或处于电气浮接。替代 地或结合地，电容调整器136可耦接至基板支撑件106,以针对并不需要RF偏压功率的应用 来调整基板108上的电压。
[0019] 工艺腔室104进一步包括工艺配件屏蔽件或屏蔽件138,屏蔽件138用以围绕工艺 腔室104的处理容积或中央区域，以保护其他腔室部件免于来自处理的污染和/或损伤。在 一些实施例中，屏蔽件138可连接至工艺腔室104的上接地外壳壁116的突部（ledge) 140。 如图1所示，腔室盖101可被置在上接地外壳壁116的突部140上。类似于下接地外壳壁 110,上接地外壳壁116可提供下接地外壳壁116与腔室盖101的接地组件103之间的射频 回程路径的一部分。但是，其他射频回程路径也是可能的，比如通过接地屏蔽件138。
[0020] 屏蔽件138向下延伸，且屏蔽件138可包括大体上管状的部分，管状部分具有大体 上固定的直径，且所述管状部分大体上围绕中央区域120。屏蔽件138沿着上接地外壳壁 116与下接地外壳壁110的壁向下延伸至基板支撑件106的顶表面之下，且向上返回直到抵 达基板支撑件106的顶表面（例如在屏蔽件138的底部处形成u形部分）。当基板支撑件 106位于基板支撑件106的下装载位置中时，盖环148置于底部屏蔽件138的向上延伸的内 部部分的顶部上，但是当基板支撑件106位于基板支撑件106的上沉积位置中时，盖环148 置于基板支撑件106的外部周边上，以保护基板支撑件106免于溅射沉积。可使用额外的 沉积环（未图示）来保护基板支撑件106的边缘免于基板108的边缘附近的沉积。
[0021] 在一些实施例中，磁体152可设置于工艺腔室104的周围，以用于在基板支撑件 106与靶材组件114之间选择性地提供磁场。例如，如图1所示，磁体152可设置在腔室壁 110的外部周围、正好在处于处理位置时的基板支撑件106之上的区域中。在一些实施例 中，磁体152可额外地或替代地设置在其他位置中，比如与上接地外壳壁116相邻。磁体 152可为电磁体，且磁体152可耦接至电源（未图示），所述电源用于控制电磁体所产生的 磁场的大小。
[0022] 腔室盖101通常包括设置在靶材组件114周围的接地组件103。接地组件103可 包括接地板156,接地板156具有第一表面157,第一表面157可大体上平行于且相对于靶 材组件114的背面。接地屏蔽件112可从接地板156的第一表面157延伸并且围绕靶材组 件114。接地组件103可包括支撑构件175,支撑构件175用以支撑在接地组件103