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TW202117810A - 工件托架、薄膜沉積腔體、薄膜沉積方法 - Google Patents

工件托架、薄膜沉積腔體、薄膜沉積方法 Download PDF

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TW202117810A
TW202117810A TW109130099A TW109130099A TW202117810A TW 202117810 A TW202117810 A TW 202117810A TW 109130099 A TW109130099 A TW 109130099A TW 109130099 A TW109130099 A TW 109130099A TW 202117810 A TW202117810 A TW 202117810A
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TW
Taiwan
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heating coil
zone
area
clamp
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TW109130099A
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朱玄之
鄭文豪
陳彥羽
戴逸明
Original Assignee
台灣積體電路製造股份有限公司
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Abstract

本揭露提供一種能夠使一工件支撐表面傾斜的靈活工件托架。工件托架包括安裝於工件支撐表面上的一加熱器。加熱器包括複數個加熱源。加熱器中之複數個加熱源允許針對工件之不同區將工件加熱至不同溫度。舉例而言，工件可具有藉由一第一加熱線圈加熱之一中心區、藉由一第二加熱線圈加熱的係在中心區外部的一第一外部環形區、藉由一第三加熱線圈加熱之係在第一外部環形區外部的一第二外部環形區。藉由使用工件托架之可調諧加熱特徵及傾斜特徵，本揭露可減小或消除相關技術中相關工件托架的遮擋效應問題。

Description

用於薄膜沉積腔體的晶圓夾
無
在製造半導體中，通常使用諸如化學氣相沉積(chemical vapor deposition；CVD)腔體及物理氣相沉積(physical vapor deposition；PVD)腔體的薄膜沉積腔體。在此等腔體內，晶圓夾用以支撐晶圓，使用連接至夾之加熱器來加熱晶圓、及在沉積製程期間使晶圓旋轉。在沉積製程中，在支撐晶圓之晶圓夾沿著平面，例如x-y平面(其中x-y平面平行於水平向量或垂直於重力向量)循環地旋轉同時，定位於晶圓上方之靶材材料經沉積。歸因於晶圓之圓形形狀及靶材材料之位置，晶圓之一些部分(例如，晶圓之周邊、晶圓之邊緣附近的位置)藉由所沉積之靶材材料不均勻地覆蓋。
無
以下揭示內容提供用於實施所提供標的物之不同特徵的許多不同實施例或實例。下文描述元件及配置之特定實例以簡化本揭露。當然，此等元件及配置僅為實例且並非意欲為限制性的。舉例而言，在以下描述中，第一特徵於第二特徵上方或上的形成可包括第一及第二特徵直接接觸地形成的實施例，且亦可包括額外特徵可形成於第一特徵與第二特徵之間使得第一特徵及第二特徵可不直接接觸的實施例。此外，本揭露在各種實例中可重複參考數字及/或字母。此重複係出於簡單及清楚之目的，且本身並不指明所論述之各種實施例及/或組態之間的關係。
另外，空間相對術語，諸如「……下面」、「下方」、「下部」、「……上方」、「上部」及類似者本文中可出於易於描述而使用以描述如諸圖中圖示的一個元素或特徵與另一元素或特徵之關係。空間相對術語意欲涵蓋除諸圖中描繪之定向外的使用或操作中之不同的裝置定向。裝置可以其他方式定向(旋轉90度或處於其他定向)，且本文中使用之空間相對描述詞可同樣經因此解譯。
現將結合圖式詳細描述本揭露之各種態樣。
第1A圖為根據本揭露之一個實施例的腔結構100之橫截面圖。腔結構100包括工件托架。工件托架包括工件夾110(亦可稱作夾110)。工件托架包括夾110、軸112、可移動接頭220、及旋轉機構210。工件托架之特定元件進一步在第1B圖中詳述。
返回至第1A圖，夾110在對工件115之各種加工(例如，薄膜沉積製程)期間支撐工件115(例如，矽晶圓、基板或類似者)。夾110例如由陶瓷，諸如鋁、不銹鋼的金屬或其組合製造。遮蔽盤120定位於工件115上方。大體而言，遮蔽盤120在靶材130之清洗期間使用以保護夾110以及鄰近夾110且夾110周圍的其他元件。舉例而言，遮蔽盤120定位於靶材130與夾110之間以隔離如下各者：靶材130及待在清洗製程期間清洗的其他元件，與腔體100內的可藉由清洗靶材130及黏貼材料受到損害的其他元件。在一個實施例中，遮蔽盤120收容於鄰接於腔體100附接之殼體(圖中未示)中。遮蔽盤120連接至旋轉臂(圖中未示)從而基於製造製程或清洗製程之階段及類型在水平方向或垂直方向上移動遮蔽盤120。舉例而言，在清洗製程期間，旋轉臂可置放遮蔽盤120以上覆在工件115(或夾110)以保護夾110。在其他實例中，諸如在沉積製程期間，旋轉臂可將遮蔽盤120置放於殼體內部以便不阻斷靶材130與夾110之間的通路。
腔結構100包括RF(radio frequency，射頻)電力電路140，該RF電力電路連接至夾110以在加工期間提供RF偏壓電壓至工件115。RF電力電路140提供RF偏壓電壓至夾110及工件115，使得其經正偏壓(在其他實施例中，夾110及工件115可經負偏壓)。另外，RF電力電路140可連接至腔體100內之其他元件，且可提供RF偏壓電壓至元件。
腔結構100包括DC電力電路150，該DC電力電路連接至靶材130且向靶材130提供DC偏壓電壓。舉例而言，在根據本揭露之一些實施例中，靶材130及夾110藉由電源(DC或RF)相對於彼此偏壓以將靶材材料130吸附至夾110上的工件115。另外，DC電力電路150可連接至腔體100內之其他元件，且可提供DC偏壓電壓至元件。
腔結構100包括控制至腔體100中之氣流的氣體供應器160。舉例而言，在根據本揭露之一些實施例中，氣體供應器160可提供諸如氬氣(Ar)之惰性氣體至腔體100中，從而在沉積期間形成電漿且使用。在其他實施例中，取決於待移除之材料，各種氣體，諸如氫氣、氧氣、含氟氣體或其他惰性氣體在蝕刻清洗期間經由氣體供應器160供應至腔體100。
腔結構100包括連接至腔體100之真空泵170。真空泵170能夠在工件115之加工期間在腔體100中產生真空狀態。腔結構100包括：屏蔽件180，該屏蔽件在加工期間包圍工件115；以及蓋環185，該蓋環在加工期間與夾110相抵地維持工件115。蓋環185藉由沉積環195支撐。
靶材130在例如PVD製程期間提供待沉積材料於工件115上。磁體190在加工期間增強靶材材料之均勻消耗。電漿自所供應之氬氣形成於靶材130與工件115之間。電漿內之離子朝向靶材130加速，且轟擊靶材130以藉由使材料之數個部分自靶材130強行去除而移除靶材材料的數個部分。強行去除之靶材材料歸因於電壓偏壓被吸附朝向工件115，且將靶材材料薄膜沉積於工件115上。
沉積環195包圍夾110。鄰近於沉積環195定位之蓋環185與沉積環195部分重疊。蓋環185及沉積環195保護夾110在加工(例如，PVD製程，諸如濺射或蒸發)期間未藉由工件115覆蓋的區。腔體100之剩餘部分藉由鄰近於蓋環185的屏蔽件180保護。蓋環185及沉積環195使沉積於夾110上之來自靶材130的材料減小或最小化。在PVD製程期間，腔體100中之氬氣轉換成電漿狀態。即，電漿將具有正的氬離子及電子。正的氬離子將被吸附朝向靶材130定位所在的負板材(例如，然而，在其他實施例中，靶材130可使用DC電力電路150經正偏壓)。此吸附力使得正的氬離子移動朝向靶材130定位所在的負板材。此等離子在製程期間運用力撞擊靶材130。此力使得來自靶材表面之一些離子自靶材130強行去除，且最終沉積於工件115上。若自靶材130強行去除之材料的一些與夾110及其周圍環境(例如，夾110之壁及工件115的周邊)接觸，則強行去除之材料可沉積於夾110、其周圍環境或工件115的周邊上。蓋環185及沉積環195協作以減小或消除來自靶材130之材料與腔體100之元件接觸，靶材材料130在該等元件上之沉積為非所要的。
沉積環195可經移除以自沉積環195之表面清洗此等靶材材料沉積物。藉由使用沉積環195，夾110並非必須被拆卸以在每一PVD製程之後被清洗。此外，沉積環195保護夾110之邊緣或周邊表面以減小邊緣或周邊表面藉由激發電漿引起的腐蝕。在一個實施例中，沉積環195可由諸如氧化鋁之陶瓷材料形成。然而，可使用其他材料，諸如合成橡膠、熱固性材料、塑膠、熱塑性塑膠，或滿足化學相容性、耐久性、柔軟性、密封要求、可撓性、塗覆溫度等的任何其他材料。舉例而言，陶瓷材料可使用諸如等靜壓成形之已知技術經模製並燒結，繼之以使用合適加工方法對經模製燒結預成型坯進行加工以達成所要求之形狀及尺寸。然而，可使用用於製造的其他已知技術。
在一個實施例中，蓋環185是由可抗所產生的電漿腐蝕的材料製造，舉例而言，該材料為諸如不銹鋼、鈦或鋁之金屬材料或諸如氧化鋁的陶瓷材料。然而，可使用其他合適材料，諸如合成橡膠、熱固性材料、塑膠、熱塑性塑膠，或滿足化學相容性、耐久性、柔軟性、密封要求、可撓性、塗覆溫度等的任何其他材料。
根據本揭露之夾110能夠在x-y平面以及z平面(參見第1B圖中之xyz平面圖例)中移動，例如旋轉，且傾斜脫離x-y平面(參見第1B圖)。夾110之特定移動將結合第1B圖詳述。在一或多個實施例中，由於夾110的靈活移動(允許對夾110所在平面及夾110的旋轉進行調整)，沉積環195及蓋環185可結合夾110之調整來移動或拉伸。舉例而言，合成拉伸橡膠可用於蓋環185及沉積環195，使得環中之至少一者在製造製程期間覆蓋夾110，而不管夾110之定向，例如傾斜脫離x-y平面的調整。
根據本揭露之實施例，加熱器200設置於夾110上。在操作期間，工件115置放於加熱器200的頂部上，該加熱器配置於夾110之頂表面上。在一個實施例中，加熱器200可作為用作夾110的單一整合式結構倂入。在此實施例中，加熱器200將定位於夾110之頂表面上，該頂表面在製造製程(例如，PVD製程)期間接觸工件115。在其他實施例中，加熱器200可為疊放於夾110之頂表面上的分離元件。加熱器200經設計以加熱工件115，例如以使工件115做好準備以供加工。加熱器200之特定結構將結合第3A圖及第3B圖來詳述。
判定電路205連接至腔體100以執行並施行在腔體100中進行之製造製程的各種步驟。在一個實施例中，判定電路205將輸出信號傳輸至可移動接頭220(參見第1B圖)以控制可移動接頭220及耦接至可移動接頭220之夾110的傾角。判定電路205亦用以將輸出信號傳輸至旋轉機構210(參見第1B圖)以控制耦接至旋轉機構210之夾110的旋轉速率。判定電路205之功能不限於以上功能。判定電路205包括微處理器、中央處理單元、控制器電路、及能夠執行指令的任何其他積體電路。在一個實施例中，判定電路205可控制各種腔體、腔內之元件、能夠傳送諸如晶圓之工件的機器人臂或移動構件，以及倂入於腔體100內的各種子加工器。
諸如記憶體之其他元件可耦接至判定電路205。記憶體或電腦可讀媒體可為快速取得的記憶體中的一或多者，諸如隨機存取記憶體(random access memory；RAM)、唯讀記憶體(read only memory；ROM)、硬碟，或任何其他形式的數位儲存器(本端或遠端儲存器)。記憶體儲存預定製程參數集合，且與判定電路205協作以施行進行指定製製程必要之預定製程參數集合。判定電路205選擇用於操作PVD加工腔之製程參數集合，包括夾110之傾角以及夾110的旋轉速率。舉例而言，每一製程參數集合可基於哪一種材料正沉積於工件115上而不同。即，用於執行用於在工件上形成鋁襯墊(鋁襯墊)之製程、在工件上形成鎳(Ni)特徵的製程、用於形成銅阻障層/種子層之製程及其他製程的傾角可彼此不同。下文提供鋁襯墊製程、鎳製程及銅阻障層/種子製程的細節。用於執行特定製製程之製程參數亦可取決於條件，諸如加熱器200之溫度、腔體100內之溫度、腔體100內的壓力、氣體壓力、及其他各種條件。
第1B圖為根據本揭露之一個實施例的夾110之橫截面圖。
夾110經由軸112連接至旋轉機構210。可移動接頭220將軸112連接至夾110。即，旋轉機構210連接至軸112之一個末端，且可移動接頭220連接至軸112的另一末端。旋轉機構210包括驅動總成，該驅動總成包括馬達或任何電子/機械馬達，該馬達可耦接至軸112以使得夾110圍繞軸線旋轉(例如，圍繞x-y平面旋轉)。另外，任何合適機器可用作旋轉機構210從而使軸112以選定旋轉速率旋轉，且不限於所提及之實例。
可移動接頭220在軸112之頂部上支撐夾110，使得夾110能夠移動或傾斜脫離x-y平面，且藉此使得夾110之周邊在z軸方向(例如，垂直方向)上移動。根據本揭露之實施例，工件夾110包括工件支撐表面。此工件支撐表面為夾110上方用於支撐工件115的表面。此工件支撐表面界定第一平面。舉例而言，若夾110並未經傾斜，且相對於垂直方向維持0度或180度之定位(亦即，平行於水平方向之定位，或換言之垂直於重力向量的定位)，則第一平面平行於x-y平面。藉由調整可移動接頭220，夾110移動工件支撐表面脫離第一平面。在一個實施例中，可移動接頭220包括具有360度可撓旋轉的接頭，例如不銹鋼球窩接頭。在另一實施例中，可移動接頭220包括能夠相對於x-y平面使夾110傾斜的金屬旋轉接頭，諸如萬向接頭或十字接頭。在其他實施例中，可移動接頭220可包括具有六個自由度(six degrees of freedom；6DoF)的接頭，該等自由度指本體在三維空間中之移動自由。舉例而言，藉由具有6DoF之可移動接頭220支撐的夾為自由的以隨著三個垂直軸線(例如，x軸、y軸、z軸)上的前後(縱移)、上下(橫差)、左右(橫移)平移結合經由通常被稱作偏航(垂直軸線)、傾斜(橫向軸線)及橫搖(縱向軸線)之圍繞三個垂直軸線之定向改變而改變定位。
在一個實施例中，可移動接頭220基於製造製程差異使夾110傾斜一角度。舉例而言，各種裝備及結構在製造製程期間使用。硬體裝備各自可具有用於操作製造製程之某步驟的設定參數。每一硬體針對不同製程可具有之不同組態引起傾角的差異。舉例而言，具有某些設定參數之第一硬體裝備可需要用於補償工件中之遮擋效應的第一傾角。另一方面，具有不同設定參數之第二硬體裝備可需要第二傾角，該第二傾角不同於用於補償工件中之遮擋效應之第一傾角。靶材材料130之沉積角度如自工件115之中心所查看為約90度。如自第2圖中之工件115之中心部分340所繪示，90度意謂藉由工件115之表面形成的角度(例如，0度或180度)及靶材材料130之方向(參見靶材材料130經沉積所在之方向的箭頭)為約90度，例如為垂直的。然而，在諸如如第2圖中所繪示的工件115之左側或西側330的其他位置，基於夾110之旋轉速率，沉積於左側330上的靶材材料130之沉積角度為α。根據本揭露之實施例，可移動接頭220之存在允許夾110以角度α傾斜以補償靶材材料沉積於左側330上所用的角度，藉此減小或避免下文參看第2圖描述的遮擋效應。在一些實施例中，角度α可增大，以便調整，例如增大或減低進一步朝向工件115之邊緣之位置的覆蓋率。與藉由使用根據本揭露之一些實施例的加熱器200中之多個加熱線圈來控制工件115之溫度相關的因數將在下文中予以解釋。
相關沉積腔中之相關夾不能夠移動以使夾傾斜脫離x-y平面。舉例而言，在相關技術之相關夾中，夾在x-y平面中旋轉，但夾不能傾斜脫離x-y平面達某傾角。即，在相關技術中，夾之傾角為約0度至180度，但並非為可調整的。因此，取決於工件115(諸如晶圓)之哪一部分正接收所沉積靶材材料，即可觀察遮擋效應。舉例而言，工件之左側(例如，西側)及右側(例如，東側)易受被稱作遮擋效應之事項影響。當工件上之某些特徵阻斷靶材材料沉積於工件上之該特徵或其他特徵的數個部分上時，遮擋效應發生。此外，遮擋效應導致一過量靶材材料沉積於未在工件上之阻斷特徵之「陰影」中的一些部分特徵。另一方面，工件之中心部分常常並不經歷到遮擋效應，且靶材材料以均勻方式，例如均勻厚度沉積於工件之中心部分中的特徵上。
舉例而言，當工件表面經受靶材材料沉積製程，例如PVD製程且工件表面包括第一間隔物及第二間隔物時，「遮擋效應」致使靶材材料不均衡地沉積於第一間隔物及/或第二間隔物上。換言之，沉積於第一間隔物及第二間隔物之數個部分上的靶材材料在一些位置或在其他位置將為較不健全的。取決於遮擋效應之嚴重性，在第一間隔物及/或第二間隔物之一些部分上可不存所沉積的靶材材料。此遮擋效應為靶材材料自靶材沉積藉由之定向性質的功能。靶材材料於工件上之不均衡沉積亦可為夾使工件旋轉所用之速率的結果。所沉積靶材材料越過晶圓的厚度變化導致自此等晶圓產生之半導體裝置具有不規則及不一致的電/電子特性。
當遮擋效應發生於晶圓之周邊部分上時，晶圓之中心繪示靶材材料達均勻厚度的沉積。歸因於晶圓內之中心位置，靶材材料以實質上垂直於晶圓之表面，包括間隔物之間的區域的角度沉積。因此，很少遮擋效應或無遮擋效應在晶圓之中心附近發生，且靶材材料以實質上均勻的方式沉積。
另一方面，晶圓之右側或東側部分遭受與晶圓之左側或西側部分相同的遮擋效應問題。舉例而言，歸因於第一間隔物260之高度及靶材材料發源的角度，靶材材料並不沉積於晶圓之一些區域上。歸因於遮擋效應，更多靶材材料沉積於晶圓之一些部分上，且較少靶材材料沉積於晶圓的其他部分上。如上文所述，此情形使得晶圓之數個部分具有不均勻沉積物，例如，靶材材料之不均勻厚度，此情形又引起自此晶圓製造之半導體晶片中的不可靠操作特性。
第2圖為根據本揭露之一個實施例的晶圓之各種位置上之材料之沉積的示意圖。
第2圖圖示，根據本揭露之實施例之夾110能夠藉助於可移動接頭220移動藉由夾支撐的工件。夾110能夠在x-y平面中旋轉，但亦能夠以某傾角傾斜脫離x-y平面。夾能夠傾斜之角度範圍介於0度與90度之間。夾經傾斜之特定角度將部分取決於沉積於工件115上之材料。亦將在判定夾110之傾角中考慮到其他各種因素，諸如藉由加熱器200應用之溫度及夾之旋轉速度。如第2圖中所繪示，藉由根據本揭露之實施例之夾110支撐的工件115並不在左側或西側330，右側或東側350或中心340處經歷實質遮擋效應。即，工件115之實質所有部分無遮擋效應，且靶材材料以均勻方式沉積於工件115內的實質所有位置。遮擋效應的期望移除與晶圓在x-y平面上的傾斜相關，以在晶圓左側或西側330以及右側或東側350的方向上補償標靶材料沉積。
參看第2圖，第一間隔物360及第二間隔物370在晶圓115之中心340及晶圓115之左側330兩者上形成於工件115上。當夾110正以某旋轉速率旋轉時，靶材材料130可藉由調整工件115傾斜脫離x-y平面所用的角度均勻地沉積於工件115的左側/西側330上。舉例而言，若靶材材料130沉積於工件115上所在之相對於垂直方向的方向或角度為α，則根據本揭露之實施例，可移動接頭220提供使夾110傾斜脫離x-y平面達相對於x-y平面相同之角度α的靈活性及自由度。藉由使夾110及工件115傾斜達角度α，對於左側330上之工件115，靶材材料沉積於工件115上之方向垂直於工件115的表面。當靶材材料沉積於工件上之方向垂直於工件115之表面時，第一間隔物360及第二間隔物370「遮擋」靶材材料之沉積的可能性經減小或移除，且藉由靶材材料進行之覆蓋為完整的，且沉積物具有均勻或所要厚度。應理解，對所沉積靶材材料之均勻厚度的參考不限於所沉積靶材材料之厚度在所有位置相同的情形。舉例而言，在第2圖中圖示之實施例中，第一間隔物360及第二間隔物370之數個側上的所沉積靶材材料之厚度與在第一間隔物360與第二間隔物370之間的區域355中及第一間隔物360及第二間隔物370之頂部中之所沉積靶材材料的厚度不同。所沉積靶材材料之均勻厚度亦指如下情形：特徵之一部分上，例如第一間隔物360之側壁或第二間隔物370之側壁上的所沉積材料之厚度具有均勻厚度，而第一間隔物360之側壁上之所沉積靶材材料的相對厚度不同於第二間隔物370之側壁上之所沉積靶材材料的厚度。
繼續參看第2圖，沉積於工件115之中心340上的靶材材料均勻地沉積於第一間隔物360與第二間隔物370之間的區域345中。歸因於工件115內之中心位置，夾110之旋轉速率並不影響靶材材料130發源所在的角度。因為靶材材料130以實質上垂直於第一間隔物360、第二間隔物370以及第一間隔物360與第二間隔物370之間的區域345之角度沉積，所以不必要使夾110傾斜以補償工件115之中心340處的遮擋效應。根據本揭露之實施例，夾110圍繞其中心軸線傾斜，該中心軸線在某些實施例中在夾110及軸112的中心軸線上與靶材材料130的中心軸線對準。在此類組態情況下，當可移動接頭220經啟動以使夾傾斜脫離x-y平面時，工件115之表面在中心部分340處在垂直方向上移動的距離小於工件之表面在左側330及右側350處在垂直方向上移動的距離。
類似於工件115之左側330，根據本揭露之實施例，當工件115傾斜脫離x-y平面時，工件115之右側350以互補方式相對於工件115之左側330傾斜。舉例而言，若靶材材料130沉積於工件115上的相對於垂直方向的方向或角度為β，則根據本揭露之實施例，可移動接頭220提供使夾110傾斜脫離x-y平面達相同角度β(相對於x-y平面)的靈活性及自由度。藉由使夾110及工件115傾斜一角度β，對於右側350上之工件115，靶材材料沉積於工件115上之方向垂直於工件115的表面。當靶材材料沉積於工件上之方向垂直於工件115之表面時，第一間隔物及第二間隔物「遮擋」靶材材料之沉積的可能性經減小或移除，且藉由靶材材料進行之覆蓋為完整的，且沉積物具有均勻厚度或所要厚度。換言之，夾110之傾斜使得夾110及工件之表面垂直或正交於靶材材料130發源且沉積於工件上的方向。根據本揭露之實施例，當夾/工件之角度以此方式調整時，靶材材料可均勻地沉積於第一間隔物360與第二間隔物370之間的區域355上。因此，所沉積靶材材料之厚度越過第一間隔物360、第二間隔物370及該第一間隔物與第二間隔物之間的區域355將為均勻的。
第3A圖為根據本揭露之實施例的具有複數個加熱線圈之加熱器的俯視圖。第3B圖為根據本揭露之實施例的具有複數個加熱區之工件的俯視圖，該等加熱區用於調諧工件之各個位置的溫度。
參看第3A圖，根據本揭露之加熱器200能夠藉由區控制加熱器200之表面區域的溫度。為了藉由具有不同溫度之區來對加熱器加熱，加熱器200包括複數個加熱線圈。加熱線圈配置於加熱器200之表面內以在不同區處將工件115加熱至不同溫度，如第3B圖中所繪示。在一個實施例中，加熱器200包括定位於加熱器200之中心處的第一加熱線圈410。第一加熱線圈410增大加熱器200之溫度以加熱對應位置的工件115。第一加熱線圈410可增大溫度至第一溫度以將工件115之第一區440加熱至相同溫度。第一區440具有第一外徑R1，且第一加熱線圈410可配置於藉由第一外徑R1界定的圓形區域中。舉例而言，在所圖示之實施例中，第一加熱線圈410定位於藉由第一外徑R1界定的內部圓形區域內。本揭露包括其中第一加熱線圈410不同地配置於藉由第一外徑R1界定之內部圓形區域內的實施例。在一些實施例中，第一區440及第二區450彼此部分重疊，且第二區450及第三區460彼此部分重疊。
加熱器200包括定位於第一加熱線圈410之圓周或周邊周圍的第二加熱線圈420。第二加熱線圈420增大加熱器200之溫度以加熱對應位置的工件115。第二加熱線圈420增大溫度至第二溫度以將工件115之第二區450加熱至相同溫度。第二區450係在第一外徑R1外部且第二外徑R2內的區域中。在所圖示之實施例中，第二加熱線圈420定位於藉由第一外徑R1與第二外徑R2之間的區域界定之第一外部環形區域內。本揭露包括其中第二加熱線圈420不同地配置於藉由第一外徑R1與第二外徑R2之間的區域界定之第一外部環形區域內的實施例。
加熱器200包括定位於第二加熱線圈420之圓周或周邊周圍的第三加熱線圈430。第三加熱線圈430增大加熱器200之溫度以加熱對應位置的工件115。第三加熱線圈430增大溫度至第三溫度以加熱工件115之第三區460至相同溫度。第三區460係在第二外徑R2外部且第三外徑R3內的區域中。在所圖示之實施例中，第三加熱線圈430定位於藉由第二外徑R2與第三外徑R3之間的區域界定之第二外部環形區域內。第三加熱線圈430鄰近於第二加熱線圈420配置。在所圖示之實施例中，第三加熱線圈430配置於第二外徑R2外部且第三外徑R3內的區域中。即，第三加熱線圈430定位於藉由第三外徑R3與第二外徑R2之間的區域界定之第二外部環形區域內。本揭露包括其中第三加熱線圈430不同地配置於藉由第二外徑R2與第三外徑R3之間的區域界定之第二外部環形區域內之實施例。
加熱線圈之其他各種配置可予以使用，且配置不必限定至圖式中繪示的實施例。
在一個實施例中，第一加熱線圈、第二加熱線圈及第三加熱線圈與加熱器200一體式地形成。另外，加熱器200配置於夾110之第一側處，且與夾110一體式地形成。在另一實施例中，加熱器200可移除地附接至夾110的第一側。
在一或多個實施例中，可移動接頭220使夾110傾斜脫離x-y平面，且加熱器200上之複數個加熱線圈基於來自判定電路205之指令來控制，該判定電路自記憶體擷取製程參數(例如，針對某些製程之某些傾角、基於某些沉積材料的區之溫度、夾之旋轉速度等)。舉例而言，根據本揭露之至少一些實施例，為了達成靶材材料之均勻沉積，腔體100之判定電路205控制夾110之傾角、夾110之旋轉速率及/或第一、第二及第三加熱線圈之溫度中的至少一者。在其他實例中，腔體100之判定電路205控制夾110之傾角、夾110之旋轉速率、第一、第二及第三加熱線圈之溫度的組合以減小或小區遮擋效應，且產生具有均勻或所要厚度及覆蓋的靶材材料130之沉積物。
在一個實施例中，根據本揭露之夾110可用於對工件115之鋁襯墊沉積製程中。
當根據本揭露之實施例之夾110用於鋁襯墊沉積製程中時，夾110之傾角經調整以使工件115傾斜。此情形致使工件之左側提升或減低且工件之右側減低或提升。另外，根據本揭露之實施例，工件之每一左側、中心及右側的溫度經控制以進一步促成均勻沉積製程。舉例而言，左側及右側上具有類似外徑之對應位置加熱至約200 ℃。另一方面，工件之中心經加熱至高於右側及左側的溫度。舉例而言，中心經加熱至大於約200 ℃，例如約250 ℃之溫度。藉由控制工件115之傾角以及對區的溫度調諧，工件之數個部分上的鋁之非均勻或非一致沉積被減小或避免，從而致使越過工件115之實質上所有部分具有均勻厚度以及高覆蓋率的所沉積靶材材料。
在另一實施例中，根據本揭露之實施例之夾110用於用以沉積鎳於工件115上的製程中。在用於沉積鎳於工件上之製程中使用根據本揭露之實施例之夾110達成越過工件115的均勻厚度的鎳沉積物。根據此實施例，工件之每一左側、中心及右側的溫度經控制以促進鎳在工件上之均勻沉積。類似於鋁襯墊沉積製程，在鎳製程中，第一加熱線圈控制第一區之溫度，第二加熱線圈控制第二區的溫度，第三加熱線圈控制第三區的溫度，且此等不同區之溫度設定為相同或不同的。在一個實施例中，區之溫度可隨著區距加熱器200之中心部分進一步遠離地定位而降低。在沉積除鎳外之材料的其他實施例中，區之溫度可隨著區距離加熱器200之中心部分更遠地定位而升高。在其他實施例中，第一區、第二區及第三區的溫度不需要以連續方式升高。舉例而言，第二區之溫度可設定為高於第一區之溫度，且第三區之溫度可設定為低於第二區的溫度但高於第一區的溫度。
在另一實施例中，根據本揭露之夾110用於銅沉積製程中。在銅沉積製程中使用根據本揭露之實施例之夾110產生越過工件115之均勻厚度的銅沉積物。另外，每一左側、中心及右側之溫度經控制以藉由使用多個加熱線圈來促成銅的均勻沉積。
第4圖為根據本揭露之實施例的在沉積腔中沉積靶材材料之方法的流程圖500，該沉積腔包括夾110。在步驟S510處，工件115支撐於工件夾110上。在步驟S520處，使用工件夾110使工件旋轉。在步驟S530處，工件夾110在工件夾110之旋轉之前、期間或之後傾斜脫離x-y平面至某傾角。在步驟S540處，安裝於工件夾110上之加熱器用以加熱工件之各個位置以調整工件115之各個位置的溫度。加熱器200包括加熱器200之表面下方的多個線圈，該等線圈提供熱能以加熱對應於每一線圈之方位之不同區處的工件115。藉由在加熱器200中利用此等多個線圈，工件夾110可相對於x-y平面傾斜達特定傾角且控制工件115在各個位置的溫度。控制夾之傾角且控制工件之溫度減輕「遮擋」效應，該遮擋效應可導致工件之數個部分的非均勻或非一致覆蓋且亦增大沉積於工件115上之靶材材料的均勻性。在其他實施例中，S530處之傾斜步驟可在步驟S520處之旋轉步驟之前執行。在又其他實施例中，S540處之溫度控制步驟可在步驟S530或步驟S520之前執行。可實施執行步驟S520、步驟S530及步驟S540的其他次序。在步驟S550處，靶材材料130沉積於工件115上。
在一個實施例中，步驟S530包括以下步驟：傾斜工件夾110達第一角度(例如，如第2圖中所繪示的角度α)以在工件115之第一邊緣(例如，左側330)處沉積靶材材料130的材料。第一邊緣與工件115之中心區(例如，中心340)隔開。步驟S530進一步包括以下步驟：傾斜工件夾110達第二角度(例如，如第2圖中所繪示的角度β)以在工件115之第二邊緣(例如，右側350)處沉積靶材材料130的材料。第二邊緣與工件115之中心區隔開，且第二邊緣與第一邊緣相對地定位。舉例而言，第二邊緣與工件夾110之中心隔開距離X。第一邊緣亦可與工件夾110之中心隔開距離X，但位於工件上與第二邊緣相對的一側。在一些實施例中，若第一邊緣及第二邊緣與中心等距地隔開(例如，距中心為X)，則針對第一邊緣之角度α及針對第二邊緣之角度β將為同一角度。
在一個實施例中，步驟S540包括在工件夾110上設置加熱器200的步驟，且該加熱器200具有在加熱器200之第一表面上的第一區及第二區。步驟S540進一步包括調諧第一區至第一溫度之步驟及調諧第二區至第二溫度的步驟。第二溫度可不同於第一溫度。舉例而言，第一區可定位於加熱器之第一表面的中心處，且第二區可經配置以包圍第一區。
在一或多個實施例中，判定電路205同時或隨後控制藉由加熱器200輸出之熱能，以提供經加熱至第一溫度及第二溫度的區及夾110之傾斜以達成靶材材料130於工件115上的均勻沉積。在其他實施例中，加熱器200包括能夠藉由第三線圈加熱之第三區。在此實施例中，判定電路205同時或隨後控制藉由加熱器輸出之熱能以提供經加熱至第一、第二及第三溫度的區及夾110之傾斜以達成靶材材料130在工件115上的均勻沉積。
根據本揭露之實施例提供能夠使工件支撐表面(例如，夾110之表面)傾斜脫離x-y平面以減輕遮擋效應的靈活工件托架。工件托架進一步包括安裝於工件支撐表面上的加熱器200。加熱器200包括複數個加熱源，諸如加熱線圈。加熱器200中之複數個加熱源允許加熱工件115之不同區至不同溫度。舉例而言，工件115可具有藉由第一加熱線圈410加熱之中心區440、藉由第二加熱線圈420加熱之在中心區440外部的第一外部環形區450、藉由第三加熱線圈430加熱的在第一外部環形區450外部的第二外部環形區460。藉由使用工件托架之此可調諧加熱特徵及傾斜特徵，根據本揭露之實施例減小或消除藉由在相關技術中之相關工件托架用於沉積製程中時觀測到之遮擋效應產生的不利結果。
本揭露之一個態樣提供一種用於加工工件之工件托架。該工件托架包括：一軸，該軸具有一第一末端及一第二末端；一工件夾，該工件夾連接至該軸的該第一末端，該工件夾包括用於支撐一工件的一工件支撐表面，該工件支撐表面界定一第一平面；一可移動接頭，該接頭係在該軸與該工件夾之間，該可移動接頭包括一可移動接頭表面並將該工件夾連接至該軸之該第一末端，該可移動接頭可傾斜至該第一平面中或傾斜脫離該第一平面；以及一旋轉機構，該旋轉機構連接至該軸的該第二末端，該旋轉機構在操作中使該軸旋轉。
在一個實施例中，工件托架進一步包括：該夾之圓形支撐區上的一加熱器。該加熱器具有一第一表面且在使用中接觸該工件。該加熱器在該第一表面上具有第一加熱線圈、第二加熱線圈及第三加熱線圈，其中該第一加熱線圈加熱該第一表面之一第一區，該第二加熱線圈加熱該第一表面的一第二區，且該第三加熱線圈加熱該第一表面的一第三區。
本揭露之另一態樣提供一種薄膜沉積腔體。該薄膜沉積腔體包括：一工件托架，該工件托架包括：一軸，該軸具有一第一末端及一第二末端，該軸用以沿著一軸線旋轉；該軸之該第一末端上的一夾，該夾包括一支撐區；該軸與該夾之間的一可移動接頭，該可移動接頭用以使該夾傾斜；一旋轉機構，該旋轉機構連接至該軸之該第二末端以控制沿著該軸線的一旋轉速率；以及判定電路，該判定電路連接至該工件托架以電控制該可移動接頭及該旋轉機構的移動。
本揭露之另一態樣提供一種方法。該方法包括：在一材料沉積腔內將一工件支撐於一工件夾上；使該工件夾旋轉；回應於一判定電路之一輸出使該工件夾傾斜；控制該工件之一溫度；以及將一材料沉積於該工件上。
在一個實施例中，回應於一判定電路之一輸出使該工件夾傾斜的步驟包括以下步驟：使該工件夾傾斜達一第一角度以在該工件之一第一邊緣處沉積薄膜的材料之步驟，該第一邊緣與該工件之中心區隔開；以及使該工件夾傾斜達一第二角度以在該工件之一第二邊緣處沉積薄膜的材料之步驟，該第二邊緣與該工件之該中心區隔開，且該第二邊緣與該第一邊緣相對地定位。
前述內容概述若干實施例之特徵，使得熟習此項技術者可更佳地理解本揭露之態樣。熟習此項技術者應瞭解，其可易於使用本揭露作為用於設計或修改用於進行本文中引入之實施例之相同目的及/或達成相同優勢之其他製程及結構的基礎。熟習此項技術者亦應認識到，此類等效構造並不背離本揭露之精神及範疇，且其可在本文中進行各種改變、取代及替代而不背離本揭露的精神及範疇。
100:腔體(腔結構) 110:夾(工件夾) 112:軸 115:工件 120:遮蔽盤 130:靶材(靶材材料) 140:RF電力電路 150:DC電力電路 160:氣體供應器 170:真空泵 180:屏蔽件 185:蓋環 190:磁體 195:沉積環 200:加熱器 205:判定電路 210:旋轉機構 220:可移動接頭 260:第一間隔物 270:第二間隔物 330:左側(西側) 340:中心部分(中心) 345:區域 350:右側(東側) 355:區域 360:第一間隔物 370:第二間隔物 410:第一加熱線圈 420:第二加熱線圈 430:第三加熱線圈 440:第一區(中心區) 450:第二區(環形區) 460:第三區(環形區) 500:流程圖 S510:步驟 S520:步驟 S530:步驟 S540:步驟 S550:步驟 R1:第一外徑 R2:第二外徑 R3:第三外徑 α:角度 β:角度
本揭露之態樣在與隨附圖式一起研讀時自以下詳細描述內容來最佳地理解。應注意，根據行業中之標準慣例，各種特徵未按比例繪製。實際上，各種特徵之尺寸可為了論述清楚經任意地增大或減小。 第1A圖為根據本揭露之一個實施例的包括工件夾之腔結構的橫截面圖。 第1B圖為根據本揭露之一實施例的工件夾的橫截面圖。 第2圖為根據本揭露之一實施例的靶材材料在工件之各種位置之沉積的示意圖。 第3A圖為根據本揭露之實施例的具有複數個加熱線圈之加熱器的俯視圖。 第3B圖為根據本揭露之實施例的具有複數個加熱區之加熱器，該複數個加熱區用於調諧工件上之各個位置的溫度。 第4圖為根據本揭露之實施例的操作工件夾以執行薄膜沉積的流程圖。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
110:夾(工件夾)
115:工件
130:靶材(靶材材料)
200:加熱器
220:可移動接頭
330:左側(西側)
340:中心部分(中心)
345:區域
350:右側(東側)
355:區域
360:第一間隔物
370:第二間隔物
α:角度
β:角度

Claims (20)

  1. 一種用於物理氣相沉積加工之工件托架，包括： 一軸，該軸具有一第一末端及一第二末端； 一工件夾，該工件夾連接至該軸的該第一末端，該工件夾包括用於支撐一工件的一工件支撐表面，該工件支撐表面界定一第一平面； 一可移動接頭，該接頭係在該軸與該工件夾之間，該可移動接頭包括一可移動接頭表面並將該工件夾連接至該軸之該第一末端，該可移動接頭可傾斜至該第一平面並傾斜脫離該第一平面；以及 一旋轉機構，該旋轉機構連接至該軸的該第二末端，該旋轉機構在操作中使該軸旋轉。
  2. 如請求項1所述之工件托架，其中該可移動接頭基於該軸之一旋轉速率使該工件夾傾斜。
  3. 如請求項2所述之工件托架，其中該可移動接頭可傾斜脫離該第一平面約0度至約90度。
  4. 如請求項2所述之工件托架，其中該可移動接頭具有在一三維空間中之六個移動自由度。
  5. 如請求項1所述之工件托架，進一步包括： 該夾之一圓形支撐區上的一加熱器，該加熱器具有在使用中接觸該工件的一第一表面， 其中該加熱器在該第一表面上具有第一加熱線圈、第二加熱線圈及第三加熱線圈，且 其中該第一加熱線圈加熱該第一表面之一第一區，該第二加熱線圈加熱該第一表面的一第二區，且該第三加熱線圈加熱該第一表面的一第三區。
  6. 如請求項5所述之工件托架，其中該第一區、該第二區及該第三區中每一者的一溫度可基於該第一加熱線圈、該第二加熱線圈及該第三加熱線圈各自控制為一溫度範圍的一不同集合。
  7. 如請求項5所述之工件托架，其中藉由該第一加熱線圈加熱之該第一區定位於該第一表面的一中心上，藉由該第二加熱線圈加熱之該第二區鄰近於該第一區且在該第一區的一圓周外部，藉由該第三加熱線圈加熱的該第三區鄰近於該第二區且沿著該加熱器之該第一表面的一邊緣定位。
  8. 如請求項5所述之工件托架，其中該第一區及該第二區彼此部分重疊，且該第二區及該第三區彼此部分重疊。
  9. 一種薄膜沉積腔體，包括： 一工件托架，該工件托架包括： 一軸，該軸具有一第一末端及一第二末端，該軸用以沿著一軸線旋轉； 該軸之該第一末端上的一夾，該夾包括一支撐區； 該軸與該夾之間的一可移動接頭，該可移動接頭用以使該夾傾斜； 一旋轉機構，該旋轉機構連接至該軸之該第二末端以控制沿著該軸線的一旋轉速率；以及 一判定電路，該判定電路連接至該工件托架以電控制該可移動接頭及該旋轉機構的移動。
  10. 如請求項9所述之薄膜沉積腔體，其中該判定電路控制該可移動接頭之一傾角以使附接至該可移動接頭的該夾同時傾斜， 其中該判定電路提供一控制信號至該旋轉機構以控制該夾的該旋轉速率。
  11. 如請求項10所述之薄膜沉積腔體，其中該可移動接頭能夠相對於該軸線左右傾斜。
  12. 如請求項10所述之薄膜沉積腔體，其中該可移動接頭具有在一三維空間中之六個移動自由度。
  13. 如請求項9所述之薄膜沉積腔體，進一步包括： 該夾之一圓形支撐區上的一加熱器，該加熱器具有在使用中接觸該工件的一第一表面， 其中該加熱器在該第一表面上具有第一加熱線圈、第二加熱線圈及第三加熱線圈，且 其中該第一加熱線圈加熱該第一表面之一第一區，該第二加熱線圈加熱該第一表面的一第二區，且該第三加熱線圈加熱該第一表面的一第三區。
  14. 如請求項13所述之薄膜沉積腔體，其中該第一區、該第二區及該第三區中每一者的一溫度可基於該第一加熱線圈、該第二加熱線圈及該第三加熱線圈各自控制為一溫度範圍的一不同集合。
  15. 如請求項14所述之薄膜沉積腔體，其中藉由該第一加熱線圈加熱之該第一區定位於該第一表面之一中心上，藉由該第二加熱線圈加熱之該第二區鄰近於該第一區且在該第一區之一圓周外部，且藉由該第三加熱線圈加熱的該第三區鄰近於該第二區且沿著該加熱器之該第一表面的一邊緣定位。
  16. 一種方法，包括以下步驟： 在一材料沉積腔內將一工件支撐於一工件夾上； 使該工件夾旋轉； 回應於一判定電路之一輸出使該工件夾傾斜； 控制該工件之一溫度；以及 將一材料沉積於該工件上。
  17. 如請求項16所述之方法，其中回應於一判定電路之一輸出使該工件夾傾斜的步驟包括以下步驟： 使該工件夾傾斜一第一角度以在該工件之一第一邊緣處沉積一薄膜的材料，該第一邊緣與該工件之一中心區隔開；以及 使該工件夾傾斜一第二角度以在該工件之一第二邊緣處沉積該薄膜的材料，該第二邊緣與該工件之該中心區隔開，且該第二邊緣與該第一邊緣相對地定位。
  18. 如請求項17所述之方法，其中該第一角度及該第二角度具有一相同的絕對角度值。
  19. 如請求項16所述之方法，其中控制該工件之一溫度的步驟包括以下步驟： 在該工件夾上設置一加熱器，該加熱器在該加熱器之一第一表面上具有一第一區及一第二區； 將該第一區調諧至一第一溫度；以及 將該第二區調諧至不同於該第一溫度的一第二溫度， 其中該第一區定位於該加熱器之該第一表面的一中心上，且該第二區經配置以沿著該第一區之一圓周包圍該第一區。
  20. 如請求項19所述之方法，其中該判定電路同時控制該加熱器之該第一溫度及該第二溫度，且該夾之該傾斜確保一薄膜在該工件上的均勻沉積。
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