使用挡盘组件的内部可分的处理腔室的制作方法

金属材料;冶金;铸造;磨削;抛光设备的制造及处理,应用技术1.本公开内容的实施方式一般涉及使用挡盘(shutterdisk)的内部可分的(internallydivisible)物理气相沉积(pvd)处理腔室。背景技术：：：2.需要在单个的处理腔室中可重复地沉积高均匀性膜，例如氧化镁(mgo)膜等。例如，在单个的pvd腔室中沉积mg然后将mg氧化，这有很差的基板到基板(substrate-to-substrate)的可重复性，因为用于氧化基板的大部分氧都在氧化该腔室中的靶材(target)和屏蔽件(shield)时被用掉了。在靶材和屏蔽件上使用的氧量取决于腔室条件，因此针对每一基板可用的氧量可能有很大变化。3.通常，为了产生氧化后的mg的极具可重复性的(veryrepeatable)层，在一个腔室中沉积mg，然后将基板移动到另一腔室以氧化该mg膜。这种顺序可能需要多层，例如多达12层的mgo，且产量极低。4.因此，发明人提供了内部可分的处理腔室的实施方式，以允许在单个的处理腔室内进行基板上的膜沉积和氧化/气体反应，而不与腔室中其他沉积的表面反应。技术实现要素：5.本文提供了用于使用挡盘来形成和使用内部可分的物理气相沉积(pvd)处理腔室的装置和方法。在一些实施方式中，内部可分的处理腔室可包括：上腔室部分，该上腔室部分具有锥形屏蔽件、锥形适配器(conicaladapter)、覆盖环(coverring)和靶材；下腔室部分，该下腔室部分具有基板支撑件，该基板支撑件具有内沉积环和外沉积环，且其中该基板支撑件是可竖直移动的(verticallymovable)；和挡盘组件，该挡盘组件被构造成用以内部分隔该处理腔室且建立分开的密封的沉积空腔和分开的密封的氧化空腔，其中该挡盘组件包括沿着该挡盘组件的外边缘设置的一个或多个密封件，且所述密封件被构造成用以接触该锥形屏蔽件、该锥形适配器、或这些沉积环中至少之一以形成这些分开的密封的沉积和氧化空腔。6.在一些实施方式中，用于在具有上腔室和下腔室的单个的内部可分的处理腔室中的基板上形成金属氧化物层的方法可包括以下步骤：将该基板移入在该单个的内部可分的处理腔室中形成的沉积空腔内的沉积位置；从靶材沉积金属膜至该基板上；将该基板降低到该下腔室中；使用挡盘组件建立密封，以将该处理腔室分隔成上沉积空腔和下氧化空腔，其中该基板在该下氧化空腔内；通过将氧引入该氧化空腔中，氧化在该基板上沉积的该金属膜；净化该氧化空腔以移除残留的氧；和打开分隔该腔室的密封。7.以下描述本公开内容的其他及进一步的实施方式。附图说明8.可通过参考在附图中描绘的本公开内容的说明性实施方式来理解上面简要概括并在下面更详细地讨论的本公开内容的实施方式。然而，附图仅图示了本公开内容的典型实施方式，因此不应被认为是对范围的限制，因为本公开内容可允许其他等效的实施方式。9.图1描绘了根据本公开内容的一些实施方式的内部可分的处理腔室的截面图。10.图2描绘了根据本公开内容的一些实施方式的使用挡盘组件的内部可分的处理腔室的另一实施方式。11.图3描绘了根据本公开内容的一些实施方式的使用挡盘组件的内部可分的处理腔室的再一实施方式。12.图4描绘了根据本公开内容的一些实施方式的使用挡盘组件的内部可分的处理腔室的又一实施方式。13.图5a和5b描绘了根据本公开内容的一些实施方式的用于挡盘组件的唇部结构(lipstructure)的截面图。14.图6a至6c描绘了根据本公开内容的一些实施方式的气体分配(gasdistribution)挡盘组件。15.图7a和7b描绘了根据本公开内容的一些实施方式的使用挡盘组件的内部可分的处理腔室的额外实施方式。16.图8是根据本公开内容的一些实施方式的由内部可分的基板处理腔室执行的处理的流程图。17.为了便于理解，尽可能地使用相同的参考标记来表示这些图共有的相同元件。这些图未按比例绘制且为了清楚起见可能被简化。一个实施方式的元件和特征可有益地并入其他实施方式中而无需进一步叙述。具体实施方式18.本文提供了内部可分的基板处理腔室的实施方式，以允许基板上的气体反应而不与腔室中其他沉积的表面反应。本发明的处理腔室和相关联的部件允许与基板上的膜进行原位(in-situ)气体反应，同时防止腔室中其他沉积的表面与同一气体反应。本发明的腔室设计可有利地将基板隔离(segregate)和密封在较小的内部空腔中以用于气体反应。在开封(unsealing)之前，该内部空腔被抽吸(pump)和净化以移除所有反应气体。基板可接受多层的沉积和反应，所有这些都在单个的处理腔室内。19.如下文更详细描述的那样，本发明的腔室设计能够使用各种不同的腔室部件和挡盘组件实施方式以不同方式来成为是内部可分的。20.图1描绘了根据本公开内容的一些实施方式的处理腔室(处理腔室100)的示意性截面图。在一些实施方式中，腔室100可以是三叶草式(clover)多阴极pvd腔室。处理腔室100包括上腔室102和下腔室104。下腔室102包括设置在处理腔室100内的基板支撑件110，基板支撑件110被构造成用以支撑基板108。在一些实施方式中，基板支撑件110可以是旋转基座。在一些实施方式中，基板支撑件110可以是可竖直移动的。21.上腔室包括电源112，电源112可耦接到多个阴极102中的每个阴极。电源112可包括直流(dc)、脉冲dc或射频(rf)功率。可旋转的屏蔽件106可暴露多个阴极102中的两个或更多个阴极，且在溅射期间屏蔽剩余的阴极102以免于交叉污染(cross-contamination)。该交叉污染是由沉积材料从这些阴极102中的一个阴极到这些阴极102中的另一阴极的物理移动或传送造成的。每一阴极102定位于对应靶材114之上。为了溅射所选择的靶材，旋转该可旋转的屏蔽件106以暴露要溅射的所选择的靶材。这些靶材114可由任何期望溅射到基板108上的材料形成。在一些实施方式中，上腔室102包括护罩(shroud)126，护罩126是长管128，对应于每一阴极102，长管128不阻挡从靶材114到设置于基板支撑件110上的基板的视线。22.上腔室102进一步包括锥形适配器116和锥形屏蔽件118。锥形屏蔽件118的顶部区段被构造成围绕可旋转屏蔽件106的下部分，且锥形屏蔽件118的底部区段被构造成在基板支撑件竖直向上移动进入上腔室以进行基板处理时围绕基板支撑件110。在基板108移入或移出该腔室之前，基板108可在设置在该处理腔室的下部分上的锥形屏蔽件118下方移动。覆盖环120设置在锥形屏蔽件118的上边并围绕基板108。在基板支撑件110向下移动时，可使用机械手臂(未示出)将基板108升起，之后将基板108移出该腔室。23.覆盖环120可包括向上弯曲并具有预定厚度的环部分122，以形成碟或碗，基板可设置在该碟或碗中并且环部分122围绕并设置在基板108上方。覆盖环120也可包括相对于锥形屏蔽件118的预定间隙124和预定长度。因此，在将材料沉积在基板108上时，防止或实质防止材料沉积到基板支撑件110下方或锥形屏蔽件118的外部。如所述那样的控制材料的沉积有利地防止或减少污染物扩散到基板108或处理腔室内。内和外沉积环140、142进一步防止材料沉积到基板支撑件110下方。24.在腔室100不执行用以在基板108上沉积材料的沉积处理时，降低基板支撑件进入下腔室104以执行用以氧化从靶材114沉积在基板上的材料(例如mg)的氧化处理。为了在不与腔室中的其他沉积的表面发生反应的情况下产生氧化后的mg或其他气体反应的极具可重复性的层，使用挡盘组件150以内部分隔各种空间/空腔以执行期望的处理。在一些实施方式中，挡盘组件150可以是单件平坦板或者可以是一种多层喷头，这种多层喷头具有内部导管和气体分配通道以均匀分配提供给这种多层喷头的气体。25.挡盘组件150可经由机械手传送组件152被移动到位，机械手传送组件152可旋转以经由腔室中的挡盘开口156将挡盘组件150移到腔室中。机械手传送组件152可包括支撑挡盘组件150的臂154。在一些实施方式中，挡盘组件150可以被可移除地耦接到臂154或可仅由臂154来支撑。26.在至少一个实施方式中，可在挡盘组件150与腔室特征结构(例如，上壳体的锥形适配器116的底部部分，或设置在上壳体中的锥形屏蔽件118)之间建立密封。挡盘可包括一个或多个密封件160、162(例如，o形环或其他类型的密封件)，密封件160、162被放置在挡盘的接触其他腔室部件的外边缘处以形成密封并建立分开的空腔。例如，挡盘组件150可包括上密封件162，该上密封件162在挡盘组件150与锥形适配器116或锥形屏蔽件118之间形成密封。此外，挡盘组件150可包括下密封件160，该下密封件160在挡盘组件150与外沉积环142之间形成密封。基板保持在基板支撑件上，例如在挡盘下方的静电卡盘上。然后，基座向上移动，在挡盘外边缘与处理腔室的上壳体的屏蔽件或锥形适配器的下唇部之间建立密封。这分隔了腔室100并且形成沉积空腔130、氧化空腔132和第三空腔134。27.在挡盘组件150被移动到位以分隔腔室并且执行氧化处理时，例如，氧(o2)可经由第一气体导管158被引入氧化空腔132中。在一些实施方式中，如图1中所示，第一气体导管158可设置在机械手传送组件152的轴件内。然后，o2会流经臂154，臂154会被耦接到挡盘组件150中的入口。在一些实施方式中，挡盘组件可用作如图3所示和关于图3所描述的喷头。在其他实施方式中，在挡盘组件被移动到位用于氧化处理时，可经由直接耦接到挡盘组件150的导管引导处理气体(例如，o2)。28.在需要清除处理腔室100的处理气体(例如，o2)时，惰性气体(例如氩)可经由入口170被引入腔室中，且使用泵(未示出)通过出口172排出气体。在一些实施方式中，用于引导处理气体的同一导管(例如，第一气体导管158)可用于引导惰性清洁气体(例如，ar)以清除处理气体。29.图2描绘了如何能够使用挡盘组件150来内部分隔腔室的另一实施方式。在与图2一致的实施方式中，代替基板支撑基座110向上移动以形成挡盘密封并且分隔腔室，利用一个或多个腔室装设的致动器(chamber-mountedactuator)202来升高挡盘组件150并且在挡盘组件150与锥形适配器116或屏蔽件118之间形成密封，将挡盘组件150移动到位。在一些实施方式中，可有三个腔室装设的致动器202，以确保盘保持水平(level)并形成适当的密封。每一腔室装设的致动器202包括波纹管204和支撑臂206。如图2中所示，挡盘组件150可以是平坦板，具有设置在顶部表面上的密封件210(例如，o形环或类似物)以形成与锥形适配器116或屏蔽件118的密封。在图2中所示的实施方式中，在挡盘组件150被移动到位用于基板的氧化处理时，形成两个空腔，沉积空腔130被保护以免受在氧化空腔132中执行的下腔室氧化处理的影响。30.在与图2一致的实施方式中，一旦建立这种密封，诸如氧(o2)之类的处理气体可经由标准气体入口170被引入腔室的下部分中以氧化基板上的沉积的膜，并且之后使用标准腔室泵经由出口172泵出。可以如上文关于图1所讨论的那样从腔室清除处理气体。31.图3描绘如何能够使用挡盘组件来内部分隔腔室的再一实施方式。在与图3一致的实施方式中，机械手传送组件152能够旋转以经由腔室中的挡盘开口156将挡盘组件150移入腔室中，也能够在z方向310上竖直移动。挡盘组件150与锥形适配器116或屏蔽件118之间的密封如上所述经由o形环密封件302形成。一旦挡盘组件150处于上位置(upperposition)，o2或其他处理气体就能够流入氧化空腔132并且被泵出氧化空腔132而不进入沉积区域130。32.在与图3一致的实施方式中，挡盘组件150大于基座110，使得基座110上的基板108仍能够通过锥形屏蔽件118中的底部开口。在一些实施方式中，挡盘组件150和臂154可以是一件式分隔板。33.图4描绘如何能够使用挡盘组件来内部分隔腔室的又一实施方式。类似于关于图3描述的实施方式，机械手传送组件152能够在z方向310上竖直移动。然而，在与图4一致的实施方式中，挡盘组件150被降低到一个或多个支撑柱402上以形成氧化空腔132，氧化空腔132与沉积空腔130分开。使用如上所述的o形环或使用简单的唇部密封件410来形成密封。在一些实施方式中，诸如氧(o2)之类的处理气体可经由位于氧化空腔132内的腔室底部处的标准气体入口412被引入腔室的下部分中，以氧化基板上的沉积的膜，之后使用标准腔室泵经由出口414泵出，出口414也在氧化空腔132内的腔室底部处内。34.在关于图1至4讨论的任何实施方式中，代替使用o形环的紧密密封件(例如，密封件160、162、210、302)，如果在执行氧化处理或其他气体处理时维持低气压差，那么可使用一些其他类型的简单唇部密封件(例如，410)，或由挡盘与锥形适配器116或屏蔽件118之间的最小直接接触形成的密封。在一些实施方式中，具有如图5a和5b中所示的截面的环形唇部密封件502设置在在挡盘组件150的顶部和/或底部表面上形成的顶部沟槽504内。35.如关于图1所讨论的那样，挡盘组件150本身可以是喷头，并且可经由致动器机构向分配盘喷头供应氧。这在图6a至6c中被更详细地示出。在一些实施方式中，气体分配挡盘组件150可包括顶部板602和底部板604，气体分配盘606设置于顶部板602与底部板604之间。底部板604可包括中心开口和唇部612，气体分配盘606坐于唇部612上并被保持在唇部612内。气体分配盘606可包括耦接到一个或多个通道610的多个气体分配孔608。在气体分配盘606中形成的这些通道610中的至少一个通道耦接到在顶部板602或底部板604中形成的通道，该在顶部板602或底部板604中形成的通道然后耦接到气体源。例如，气体源可以是在挡盘机械手传送臂154中形成的气体供应导管或一些其他气体供应导管。36.图7a和7b描绘如何能够使用挡盘组件来内部分隔腔室的其他实施方式。在与图7a一致的一些实施方式中，挡盘组件150与旋转基座外支撑覆盖环142之间的密封件可包括向上弯曲并具有预定厚度的环部分以形成碟或碗，基板可设置在该碟或碗中，且该环部分围绕并设置在基板上方(也称为碟或碗)。o形环密封件710可用于建立密封。在这些实施方式中，挡盘附接到挡臂的下侧。挡盘被旋转到位且挡盘形成与该碟的密封，在包含esc和基板两者的基座空腔内产生小空间。o2经由挡臂或腔室中的其他气体供应特征结构被引入该小空间中。之后使用诸如去向esc的未使用的背侧气体馈通(gasfeedthrough)之类的特征结构，该o2经由基座被泵出。37.在与图7b一致的一些实施方式中，在挡盘组件150放置在旋转基座外支撑覆盖环142上之后，基板支撑件110向上移动以在挡盘组件150与锥形屏蔽件118或锥形适配器116之间形成密封。在与图7a和7b两者一致的实施方式中，处理和净化气体可流过在基板支撑件110中形成的导管702，导管702耦接到挡盘组件150上的一个或多个入口导管。38.图8是本文描述的内部可分的基板处理腔室所执行的处理800的至少一个实施方式的流程图。该方法开始于802，其中使用机械臂机构将基板108传送进入腔室100。在804，基板108被移动到沉积位置，且在上腔室102中使用pvd处理将mg从靶材沉积到基板108上。在806，将基板降低进入下腔室104，且使用挡盘组件150建立腔室分隔密封，将上沉积空腔130与氧化空腔132分隔。在808，通过将氧引入氧化空腔132来进行基板上mg的氧化。在810，对氧化空腔132进行抽吸和净化以移除残留的氧且打开腔室分隔密封。如果需要额外的层，那么重复步骤804至810，直到实现所需的mgo层厚度和其他特性。在812，将基板传送出腔室且结束处理。39.虽然前述内容是针对本公开内容的实施方式，但是在不脱离本公开内容的基本范围的情况下可设计本公开内容的其他和进一步的实施方式。当前第1页12当前第1页12









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