專利名稱：離子化物理蒸汽沉積的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及離子化物理蒸汽沉積(IPVD)，更特別的是涉及在半導體晶片片基上沉積薄膜(最特別的是金屬薄膜)的方法和裝置，辦法是從某個靶濺射鍍膜材料、將該濺射的材料離子化、然后將該離子化鍍膜材料引導到該片基表面。
背景技術：
離子化物理蒸汽沉積是一個在充填和襯鍍硅晶片表面上高長寬比結構方面具有特別效果的過程。在IPVD中，為了在半導體晶片上沉積薄鍍膜，可從某個源濺射或者蒸發要被沉積的材料，然后該被蒸發材料的主要部分在到達將要被鍍膜的晶片之前被轉變為正離子。這一離子化過程由某個真空室內的某種工藝氣體內產生的一個高密度等離子體完成。可以通過一個RF供電激勵線圈將RF能量磁耦合到該處理室的真空區域來產生該等離子體。如此產生的等離子體集中在該源和該晶片之間的一個區域內。然后，將電磁力施加到鍍膜材料的正離子，譬如在該晶片上施加一個負偏置。對于該電氣絕緣的晶片，因為該晶片淹沒在某個等離子體內，或者是對該晶片施加一個RF電壓，也許就會出現這樣的一個負偏置。該偏置使鍍膜材料的離子向該晶片加速，結果該鍍膜材料有更多的部分以大致與該晶片垂直的角度沉積到該晶片。這就造成金屬在包括深深淺淺的孔隙和溝塹的晶片表面的沉積，提供了對這種表面形狀的底部和側壁的良好覆蓋。
本申請的受讓人提議的某些系統在1997年4月21日申請的美國專利申請序列號08/844,751、08/837,551和08/844,756中公布，特此明確參考編入。這些系統包括一個通常為圓筒形的真空室，它的部分彎曲外壁由某種絕緣材料或窗口構成。一個螺旋形導電線圈安置在該絕緣窗的外部，圍繞該室并與之同心，該線圈的軸向范圍是該絕緣壁軸向范圍的主要部分。運行時，通過一個合適的匹配系統提供RF電源來激勵該線圈。該絕緣窗口允許能量從該線圈耦合到該室，但隔離該線圈使其不直接與該等離子體接觸。某種通常由金屬制造的保護屏裝置保護該窗口以防金屬鍍膜材料的沉積，該保護屏能夠讓RF磁場進入該室的內部區域，但不讓金屬沉積到該絕緣窗，否則該沉積就會形成由這些磁場產生的循環電流的導電通道。這些電流是不受歡迎的，因為它們會導致電阻加熱，并降低等離子體激勵能量從該線圈到該等離子體的磁耦合。這一激勵能量的目的是在該室內部區域產生高密度等離子體。耦合下降就會使等離子體密度降低，使過程結果惡化。
在這樣的IPVD系統中，舉例來說，材料從通常借助一個直流電源供電、相對該等離子體而言帶負電的某個靶濺射。該靶通常是一個包括某個磁路或其他磁體結構的平面磁控管設計，它使某個等離子體被限制在該靶上方以便濺射該靶。該材料到達被支承在一個晶片支座或工作臺上的一塊晶片，RF偏置通常借助某個RF供電和匹配網絡施加到該支座和工作臺。
一個幾何外形稍微不同的系統采用一個由位于該真空室內部的線圈產生的等離子體。這樣的系統不需要絕緣室壁，也不需要特殊的保護屏來保護該絕緣壁。巴恩斯(Barnes)等人在美國專利No.5,178,739中描述了這樣一個系統，特此明確參考編入。該室外部帶有線圈的系統，以及巴恩斯等人專利中公布的系統都涉及感應線圈或其他耦合元件的使用，或者在該室內，或者在該室外，它們實體布局并占據該濺射靶平面和該晶片平面之間的空間。
不管一個耦合元件(譬如一個線圈)放在某個真空室的內部還是外部，該系統的尺寸都始終受到的限制是，源到片基間必須有適當的距離以便允許在該源和該片基之間安裝RF能量耦合元件。圍繞該晶片還必須有合適的直徑來安裝線圈或其他耦合元件。由于需要空間來安裝耦合元件而增加源到片基距離的一個直接后果是，用這樣的系統很難獲得足夠的沉積均勻性。如果降低該室高度來改善均勻性，就會降低該室中心區域的等離子體密度，鍍膜材料離子化的百分比就會下降。實際上，該整個系統也必須安裝在某個限定的半徑范圍之內。結果，經常會出現因該RF線圈接近金屬表面而發熱引起的問題，這就可能需要那種增加工程和生產成本并浪費能量的額外冷卻。
一臺將線圈裝在該室內的IPVD裝置具有另外的缺點，就是該線圈會被該等離子體腐蝕，所以必須采用與該靶濺射出的材料型號相同的靶基準材料。而且，需要在該真空室內進行相當可觀的線圈冷卻。如果采用液體進行線圈冷卻，就有因不均勻腐蝕或電弧放電而穿透線圈的危險，使液體泄漏到該系統，這是極不希望的結果，它可能會導致該系統的長時間清洗和再次資格認定。另外，該室內的某個激勵線圈也與該等離子體產生電容性耦合，使該激勵功率不能有效利用，并加寬了離子能譜，這對過程會產生令人討厭的影響。
半導體器件的小型化需要對直徑不到1微米的高長寬比孔隙底部接點形成低阻連接。這就增加了使用導電性能比材料(如鉭和氮化鉭)阻擋層更高的金屬(如銅)的需求。現有技術中沉積這類材料的技術一直不完全令人滿意。
在現有技術中，用PVD方法沉積材料涉及苛刻的濺射源設計，以便在濺射室內產生具有一致幾何形狀的等離子體濃度，并直接影響該沉積膜的分布均勻性。對那些目的，現有技術方法的結果是對其他性能參數進行折中。
作為上述考慮和問題的結果，仍然需要更有效地將能量耦合到IPVD處理系統的稠密鍍膜材料離子化等離子體，并且不得妨礙該室的最優尺寸，最好不要將一個線圈或其他耦合元件放入該真空室。
發明概述本發明的一個目的是提供一個IPVD方法和一臺IPVD裝置，其中該線圈或其他耦合元件的放置對該處理裝置的室的幾何形狀不產生不利影響。本發明的另一個目的是提供一個使IPVD的運行效率更高、效果更好的方法和裝置。
根據本發明的原理，一個IPVD裝置具有一個環狀鍍膜材料源，以便為某個真空室內的處理空間產生某種含有該鍍膜材料原子或微小顆粒的蒸汽。在該環狀源的中心有一個耦合元件，它電抗性地將RF能量耦合到該室，以便在該處理空間產生一個高密度、電抗性耦合的等離子體，從而將通過該處理空間的鍍膜材料離子化。不管受靜電場或電磁場影響還是不受這些因素影響，鍍膜材料離子都向該室內該處理空間中與該材料源相反一頭的一個片基漂移。那些到達該片基附近某個距離(譬如厘米數量級的距離)之內的離子，會碰到一個鞘場并向該片基加速，使得很高百分比的鍍膜材料以垂直于該片基的角度到達該片基，從而更有效地襯鍍該片基表面細小和高長寬比孔隙的底部和內壁，或者充填這些空隙。
在本發明的一個實施例中，某個鍍膜材料源(最好是濺射靶)具有一個其內安置一個絕緣窗的中央開孔。窗的后面，在該室的真空外部有一個等離子體源，它包括一個連接到某個RF能量源輸出的耦合元件(最好是一個線圈)。該耦合元件的結構可將該能量源提供的能量通過該材料源中央開孔處的窗口耦合到(最好是感應耦合到)該鍍膜材料源與該室內該鍍膜材料源相反一側的片基支座上的片基(譬如一個半導體晶片)之間的室內區域。
本發明的裝置包括一個圍繞某個中央陶瓷窗口的環形濺射靶。這個環形靶形狀最好是截頭圓錐形。一個磁控管磁體組件放置在該靶的后面來在該靶之上產生一個限制該等離子體的磁場，磁場形狀最好是該環形靶上方包圍其中央開孔的一個環形隧道。
該耦合元件最好是位于該環形濺射靶中央開孔的絕緣窗口之后并緊挨其背面的一個線圈。舉例來說，采用13.56MHz的RF能量加到線圈上在室內該靶和該片基之間激勵一個高密度感應耦合等離子體。受該靶表面磁控管磁體磁場阻擋的一個主濺射等離子體從該靶將鍍膜材料濺射到被某個稠密二級等離子體占據的處理空間區域，在這里很大一部分材料被剝奪電子而成為該鍍膜材料的正離子。向片基固定器上的晶片施加一個負偏置電壓，它從二級等離子體區域吸引濺射材料的正離子向該片基表面運動，并以垂直于該片基的入射角落在該片基表面，以便使它們能進入該晶片片基上的溝塹和孔隙從而噴涂這些溝塹和孔隙的底部。
本發明的該裝置和方法的某些實施例包括一個采用一個三維線圈來激勵該室內三維區域中一個稠密感應耦合三維等離子體的IPVD源。該室在30至130mTorr的真空壓力下運行以使該等離子體基本上熱能化，這樣在該等離子體內就會形成鍍膜材料的離子，它們被電力驅動垂直朝向并達到該片基，從而降低靶和磁體構造對鍍膜均勻性的影響。該IPVD源通過一個窗口被耦合到該室，它先通過一種強絕緣材料(譬如一個特氟隆隔離層)，然后再通過一個絕緣窗口(譬如石英)，該絕緣窗口形成一個能封閉某個環形靶中心室壁上一個圓形開孔的真空阻擋層。該室內有一個其內帶有的V形槽的窗口保護屏，槽的方向以該線圈導線為基準。該保護屏包護該窗口不產生沉積，特別是不產生金屬鍍膜材料的沉積，但能讓感應耦合的RF能量進入該室。該保護屏還可以起一個法拉第屏的作用，阻止該線圈到該等離子體的電容性耦合，并避免磁通壓縮發熱。該保護屏具有整體式冷卻，它由鍍鋁鑄銅構成，這樣可以用化學溶解鋁鍍膜除去沉積物的方法來使該保護屏復原，然后在該銅保護屏上鍍鋁再行使用。該窗口和保護屏組件形成一個可拆卸的組合體。該窗口和保護屏彼此隔離，所以該窗口能用狹縫處這一點形成的等離子體自己清洗該保護屏的相鄰狹縫。
該靶最好是截頭圓錐形，截斷的圓錐壁與水平面或該窗口平面成大約35°傾斜角。采用一套永久磁體，它在該靶表面上形成三個(最好只形成三個)磁力隧道，在該靶壽命早期起主導作用的一條中央主隧道腐蝕該環形靶的平均半徑，在該靶壽命的后期接管這一任務的兩側隧道腐蝕與該靶環面內、外邊緣鄰近的蝕槽。
該裝置最好采用一個安裝在某個Z形工作臺運動驅動裝置上進行垂直運動的晶片固定器，以提供6至9英寸的靶至片基的間隔(TSS)，并提供從傳送模件到傳送臂的晶片傳遞。該支座有一個靜電卡盤，采用一個帕爾帖(Peltier)裝置從該支座以遠程方法提供晶片的加熱和冷卻，該裝置通過一個GALDEN液體回路與該支座相連，通過另一個液體回路與某個加熱箱相連。該靜電卡盤有三個極，卡盤柵格被用作電極來向該晶片提供2區偏置以便將該離子化鍍膜材料吸引到該晶片。在該晶片的邊緣有一個蔭蔽環來提供非接觸式邊緣掩蔽。
該室有一個可拆卸的保護屏插件，它由機械上相互浮動的兩部分組成以適應不同加熱情況下的不同膨脹。該保護屏組件是一個可更換的二級組合。該裝置特別被用來在鉭和氮化鉭上沉積銅，以及在繪有集成電路圖的晶片上沉積底層鉭和氮化鉭阻擋層，其方法是用離子化PVD沉積Ta，用同一室內的PVD沉積TaN，然后在附接到該同一設備的某個傳送模件內的一個類似模件中用離子化PVD沉積銅。這樣沉積的銅適合于采用許多銅填充方法中的任何一種繼續加工，特別是電鍍技術。這些過程最好用工藝參數來實現，包括下面將要說明的壓力、溫度、氣體、偏置功率和/或電壓電平、濺射功率電平、IC功率電平等等。
采用符合本發明的裝置結構，該處理室尺寸可以設計得能提供該鍍膜材料源和該片基之間的最佳距離，從而既能很好地將各種鍍膜材料離子化，又能提供該晶片上的良好沉積均勻性。
本發明在構造處理室以優化該IPVD工藝方面提供了更大的設計選擇自由度，與此同時也克服了在前述背景中提到的各種困難。
根據下面對例圖的詳細描述，本發明的這些和其他目的以及優點將會變得更加明顯。
圖1是一幅符合本發明的IPVD裝置的一個實施例的示意剖面圖。
圖1A是一幅與圖1類似的剖面圖，但該裝置的IPVD源已被移開。
圖1B是一幅與圖1A類似的顯示該裝置IPVD源的圖，但該源的法蘭和靶組件已被移開。
圖1C是一幅圖1裝置IPVD源的部分剖面圖，取該剖面圖的直線見下面的圖13。
圖1D是一幅圖1C中IPVD源的分解透視圖。
圖2是一幅圖1C和圖1D中IPVD源的外殼部分的分解透視圖。
圖3是一幅圖1C和圖1D中IPVD源的靶組件部分的分解透視圖。
圖3A是一幅圖3中靶組件蓋板部分的局部透視圖。
圖4是一幅圖1C和圖1D中IPVD源的磁控管磁體組件的放大示意剖面圖。
圖5是一幅與圖4類似的顯示另一種磁體組件的放大剖面圖。
圖6是一幅圖1C和圖1D中IPVD源的保護屏和窗口組件的分解透視圖。
圖6A是一幅圖6中畫圈部分的剖面圖。
圖7是一幅圖1C和圖1D中IPVD源的RF源組件的剖面圖。
圖8是一幅圖7所示RF源組件的一個分解透視圖。
圖9是一幅圖1C和圖1D中IPVD源的冷卻匯流管安裝組件的一個軸向剖面圖。取該剖面圖的直線見下面的圖13。
圖10是一幅圖9組件的某個液體連接組件的一個實施例的放大剖面圖，取該剖面圖的直線見下面的圖13。
圖11是一幅圖6所示窗口和保護屏組件所用的圖9所示組件的某個安裝接頭組件的放大剖面圖，取該剖面圖的直線見下面的圖13。
圖12是一幅圖1C和1D所示IPVD源組件所用的圖9所示組件的某個DC接點連桿部分的一個放大剖面圖，取該剖面圖的直線見下面的圖13。
圖13是一幅圖1C和1D所示IPVD源組件的磁體和冷卻匯流管組件的頂視圖。
圖13A是一幅圖13中標有“13A”的圈定部分的放大視圖。
圖14是一幅圖1C和1D所示IPVD源組件的IPVD源法蘭和暗區保護屏的分解透視圖。
圖15是一幅圖1所示裝置的靜電卡盤晶片支座組件的底視圖。
圖16是一幅圖15所示晶片支座所用的圖1裝置的晶片支座和提升組件部分的側向分解透視圖。
圖17是一幅圖16所示晶片支座組件部分的一個軸向剖面圖。
圖18是一幅圖1所示裝置的晶片支座垂直部分調整組件的透視圖。
圖19是一幅圖1所示裝置的真空室壁組件的頂部透視圖。
圖20是一幅圖1所示裝置的下方側向透視圖，特別表示圖19的真空室壁組件和該裝置的氣體真空系統部分。
圖21是一幅圖20所示氣體真空系統的示意圖。
圖22是一幅圖1所示裝置的室壁組件的濺射保護屏的分解透視圖。
圖23是一幅圖1所示裝置的IPVD源升降機構的分解透視圖。
具體實施例方式
根據本發明的一個實施例的離子化物理蒸汽沉積(IPVD)裝置500如圖1所示。IPVD裝置500包括一個被某室壁組件502包圍的真空室501。室501有一個以蒸汽形式向濺射室501容積內供應鍍膜材料并電離該鍍膜材料蒸汽的IPVD源503；一個在加工過程中固定晶片的靜電卡盤晶片支座系統507；一個裝、卸晶片以供加工的晶片操作系統504及504a；一個將室501抽成真空壓力水平的真空和氣體操作系統505(圖20和21)；一個拆卸和更換該靶并進行其他源維護的IPVD源升降機460；一個依照此處描述的方法和工藝或者其他通過裝置500實現的方法和工藝來操作裝置500其他系統的控制系統509。
裝置500是一個能夠提供如下特點和運行條件的可維護模件(1)基準真空低于10-8Torr；(2)工作惰性氣體壓力為30到130mTorr；(3)提供分壓為0～50mTorr的活性氣體；(4)片基至靶距離在6～9英寸之間可變；(5)帶有背部氣體加熱和冷卻的靜電卡盤夾持功能；(6)為防產生顆粒而對表面具有良好濺射材料附著性的可拆卸、可清洗部件上的沉積加以限制的保護作用。
IPVD源503的一般概念如美國專利申請序列號09/073,141所述，特此明確參考編入。源503的該特定實現包括一個在那個申請中設計的環形靶10，特別是具有截頭圓錐形狀的一種。實際上，IPVD源503的主要目的是提供如下特點和性質(1)需要最少的操作員參與和最小可能的一組設備來執行常規任務；(2)盡最大可能提供RF以及DC電源對于任何水以及其他冷卻液的隔離；(3)提供相對簡單的設計和操作；(4)允許對源的快速修理和更換，包括快速更換整個內部源組件、快速調換靶和各種室保護屏；(5)提供模件化的內部組件；(6)維護RF保護整體性以防止對工作環境的輻射泄漏。
IPVD源503放置在室壁502的頂部，它有一個源法蘭和暗區環組件470，該組件與室壁502在室壁502頂部的一個圓形開孔412周圍形成一個真空密封。該IPVD源包括環形靶10和一個為室501內某個感應耦合等離子體供電的RF源組件450。該RF源組件位于靶10環面內部某個開孔421之內，正對著一個要安裝在晶片支座系統507的靜電卡盤97上的晶片100(譬如一個200mm或300mm的晶片)。源503包括一個源外殼組件410，該組件又包括一個最好由某個鋁焊件構成的源外殼1(見圖2)。源外殼1包括安裝源503工作部件的機構和連接機構411，該連接機構能夠使源503可以用源升降組件460進行連接和升降以便安裝到裝置500或從裝置500拆卸，如圖1A所示。IPVD源503一旦被源升降機構460升起，就可以旋轉，從而被升降機460將它從面朝下的工作方向(圖1和1A)翻轉為圖1B的面朝上方向，這時可以對源503進行維護，譬如更換靶10或拆卸源503的其他部件進行清洗和維修。
如圖2所示，IPVD源503是鍍膜材料源，是IPVD裝置500產生離子化鍍膜材料進行沉積的離子化能量源。靶濺射電源通過一個接頭2送到外殼1。為了沉積金屬或其他導電鍍膜材料，該靶濺射電源是裝置500中某個DC供電電源(未畫)提供的DC電源。在沉積非導電材料的場合，靶電源由一個RF供電源提供。當源503安裝到室501頂部它的工作位置時，電源接頭2與永久性地安裝在室壁502上的接頭2a緊密配合。所以，如果源503不在室501上的適當位置，靶10上就不會有靶電源。一個負的DC饋電147經防水出氣冒口套管149連接到安裝在外殼1內部某個絕緣塊4上的插口3，而正饋電148直接連接到通常保持在系統接地電位的外殼1。
外殼1的頂部有一組接口5，RF連接器152的導線40(圖7)通過它們連接到源外殼1頂部某個感應耦合等離子體(ICP)發生器(圖6至8)的一個RF調諧器96(圖2)。自動調諧器96是一個安裝在源外殼1(圖2)頂部的工業設備。大型內螺紋接頭40a通過接頭40(圖7和8)向RF線圈組件450供電。在外殼1的外部，RF電纜將RF調諧器96連接到裝置500上的一個RF發生器(未畫)。外殼1也具有一個檢測RF調諧器單元96和線圈組件450是否存在的聯鎖開關6。
聯鎖開關7由一個推桿機構7a操縱，在靶10安裝正確時，一個彈簧壓緊的銷釘166(圖9和13)驅動7a來操縱開關7。聯鎖開關7是為了保證如果靶10不在位而且未被鎖定就不能供應水和電。一個斜卷簧8構成連接到包圍室501的壁502頂部的圓形開孔412的某個源法蘭和暗區環形組件470的電氣連接。一組(譬如3到6個)手動操作的卡夾9在外殼1周圍等距離分布，松開卡夾就可以允許拆卸源法蘭和暗區環形組件470并調換靶10或進行其他維修，或者，允許拆卸和更換靶10或維修源外殼1內的其他部件。接口150可用作水的進口和出口，接口151則用來將某個外部供水回路連接到主源外殼1。
靶10是靶組件420的一部分，如圖3所示。靶10為截頭圓錐形，它的設計使制造成本最小。它具有一個構成上部真空連接的單個上部O環形槽11和一個構成下部連接的精制表面427。靶10的背面428是光滑的。在通常靶10用銅制造的情況下，靶10可以是一個整體結構，但也可以用噴鍍工程師熟知的許多技術之一將一個源材料層固定到一個結構底板上。靶的各對邊構成一個圓錐形的擴散夾角，最好是大約110°。
錐形靶10的110°夾角是用庫什納(Kushner)等人的HPEM程序經大量計算機建模后確定的。這一角度可以獲得各種壓力、功率和靶-片基間距(最好是6至9英寸)下的最佳沉積均勻性。夾角也許可以小一點，但低于90°的角度會降低沉積速率，而均勻性卻并沒有多少改善。更大的夾角將不利于靶的利用，并使均勻性變差。
在靶10中央開孔421周圍靶環面的內邊緣處，靶10最上端是O形環槽11。O形環槽11外部的城堡狀外廓特征12可以不用螺釘就將靶10組裝到某個冷卻水系統422(圖9)。沿開孔421的內徑有一個臺階結構154，它與下面要講述的窗口保護屏和窗口組件440(圖6)的類似臺階結合，可以防止金屬沉積在下面也要講述的、覆蓋開孔421的絕緣窗口33上。
靶10和一個構成冷卻水系統422的冷卻蓋13緊密配合。蓋13在某個通道16每邊的內側有“X形圈”水密封14和15。當靶10和蓋13組裝到一起時，密封圈14和15與靶10的背面接觸。卡口組件結構153與靶10上的城堡外廓12緊密配合，將蓋13連接到靶10。為了將靶10和蓋13連接到一起，蓋13上帶有槽17，它能使蓋13落到城堡外廓12上，然后靶10和蓋13被相對轉動產生“果醬瓶”效果，它們轉過大約20°就將部件10和13擰緊，這大概不到城堡外廓12和匹配卡口組件153之間角度間距的一半。
進行靶冷卻的水通過一組接口155進出冷卻蓋13，并進入蓋13前表面上某個環形通道16中形成的匯流管18，如圖3A所示。這些接口155和匯流管18沿蓋13的通道16彼此相隔180°。匯流管18比通道16深，每個管占據通道16的10°扇形區域。各匯流管18的每一側有一個容納排管19的槽19a。每個排管19是具有一系列槽口19b的薄金屬插件。這些槽口19b使水在進入主通道16時分成分散的水流，避免在水流中形成導致冷卻效率下降或可能導致水局部沸騰的停滯區域。槽口19b的設計根據計算水流動力學建模確定。不需要拆除和更換整個蓋13就能夠拆除槽口19b并代之以針對不同流率壓強關系的其他設計。在靶壽命終結時，蓋13可以從告終的靶上拆下并再次使用。借助下面將要講述的彈簧壓緊的水連接器69(圖9和10)，水通過蓋13被連接到匯流管18。DC電源通過下面要講述的一個彈簧壓緊的連桿80(圖12)接入。
IPVD源503包括一個圖4所示的磁控管磁體組件430，而組件430又包括一個連接到靶組件420背面的磁體組20。磁體組20包括一個鋼制磁軛21和一組磁鐵22，磁鐵如圖所示排成3個圓環內環22a、中環22b和外環22c。磁鐵22產生的磁力線包括一個主磁力隧道26，它在某個靶壽命的開始階段影響靶的腐蝕并沿環形靶10某個中間半徑的一個環形通路中運動，磁力線還分別包括內、外磁力隧道27和28，它們在靶壽命趨于終結時使靶的腐蝕向靶環面的內邊緣和外邊緣擴散。由于這種布局造成的蝕槽隨靶的腐蝕而加寬，所以提高了靶材料的利用率。磁鐵22用粘合劑結合法固定在它們的位置上。非磁性環23可以用來正確隔離磁鐵，該組件也可以組裝在其外形便于安裝到源外殼1的注塑材料整體24中。
另一個磁體方案如圖5所示。這個比較簡單的設計對靶的利用比圖4要差。磁體組件20最好設計得使某個磁力隧道至少有一部分能阻擋靶10上方的等離子體，這樣在整個靶壽命的所有時間都發生靶10的凈腐蝕，所以在靶10上不會發生凈再沉積。做到這點的一個方法是使中磁體環22b離該靶足夠遠，這樣它的磁場就不會與主隧道26在內、外磁體環22a和22c之間相反磁極之間的場線形成的隧道相消。
該磁體組包括一組平行于軸的鉆孔25，它們能將水和DC電源管線連接到該靶。磁體22的組件上覆蓋一層如聚亞安酯那樣的硬聚合物涂層，或者被封入固定成磁體組20的非磁性金屬或塑料覆蓋塊中。這一涂層防止磁體22和磁軛21在空氣中氧化，也防止那些可能是用燒結方法制造的磁體22成為污染微粒源。
IPVD源503也包括一個如圖6所示的窗口和窗口保護屏組件440。保護屏和窗口組件440包括一個由疊放的高純度7mm氧化鋁板構成的絕緣窗口33和一個由導電材料(如鋁和銅)構成的窗口保護屏26。對金屬鍍膜材料，保護屏26最好用金屬制造，其功能可以像一個法拉第屏。保護屏26有一個內部形成的整體冷卻水通道27，它位于保護屏26的某個環形邊緣部分和釬焊(braised)或熔焊到保護屏26的邊緣27a的某個環形通道覆蓋環27a之間。保護屏26上軋制了許多槽28。槽28最好有如圖6A所示的V形剖面，或者具有能夠阻擋視線通道和防止窗口33上直接沉積來自室501內鍍膜材料的某些其他剖面。為平衡保護屏26對RF能量的透明度，槽28經過計算機建模優化，以使濺射材料從室501的處理區域向絕緣窗口33的輸送最少。
通往保護屏26中通道27的水連接是通過若干不銹鋼短管29實現的，它們被擰入保護屏26，并利用O形環30構成一個水密封圈。每個短管29有外螺紋31和一個錐形漸細、涂有一層光滑涂層的端頭32。將短管29插入絕緣窗口33的孔34，帶有短管29的保護屏組件26就被組裝到窗口33，孔34與沿保護屏26邊緣間隔180°并與通道27相連的孔34a對齊。水短管穿過兩個孔34，一個是進水孔，一個是出水孔。特氟隆墊圈35和鋁制滾花螺母36擰到短管29上，并擠壓窗口保護屏26和窗口33之間的O形環37，構成水短管29周圍的一個真空密封圈。螺母36中有O形環38，它們沒有密封功能但起彈簧作用，有助于防止螺母36過緊。
將靶10濺射出的材料離子化的一個稠密二級等離子體由圖7所示的某個RF線圈組件450激勵，它包括一個三維線圈39，線圈結構、電氣性能及特性已在1999年3月26日歸檔的美國專利申請序列號09/277,526中說明，其標題為“在一個感應耦合等離子體中改善等離子體分布和性能的工藝裝置和方法”(Process Apparatus And Method For Improving PlasmaDistribution And Performance in an Inductively Coupled Plasma)，發明人之一為喬澤夫·布雷卡(JozefBreka)，特此明確參考編入。該線圈的RF饋送由一對擰入線圈終端片42的插口41內的外螺紋接頭提供。供水則通過一對螺紋管連接器43。這些連接器周圍有一個帶有O形環槽45的法蘭44。
線圈39安裝在一個用特氟隆這類材料制造的強電介質絕緣杯46內。杯46表面不同區域的材料厚度經過計算，使其盡可能地薄，并能抑制對最近導電表面的電弧放電。為進行這一計算，應對包括特氟隆、一個空氣隙以及任何其他電介質(譬如源窗口33)在內的裝置計算空氣中的有效電磁場以及壓力距離乘積。特氟隆的厚度可以設置得使該場強永遠低于氣隙值適當時引起空氣擊穿所需的場強。這種計算可以使該杯的厚度能安全地最小化。某個最小厚度可以獲得對等離子體的最佳耦合，并降低對線圈39尺寸的限制。
杯46安裝在一個鋁環47內。這個環用有肩螺釘62和彈簧63安裝到水冷卻組件422，它們在運行時使該環壓緊到作為上述窗口和保護屏組件440之一部分的絕緣窗口33。窗口33又被壓緊到位于槽11內的靶的上方O形環48。這一彈簧施加的負載補償了公差失配和機械變形，所以能將真空密封結合到一起，并允許系統被抽真空。
環47也有一個斜卷簧49和一個供冷卻水的管道50。環47上有兩個軸向孔51，從窗口保護屏來的保護屏供水短管29可以穿過該孔(圖8)。環47背面的孔51四周有凹槽52，供放置墊圈53。
一個鋁制外罩54安裝在線圈39之上，并用一個螺栓分布圓周向下固定到鋁環47，以保證通過斜卷簧49維持電氣連貫性。它的目的是如果發生任何水泄漏，不要到達線圈上的高電壓處，并且使它成為對該源的RF發射的一個主要阻擋層。RF能量只能通過絕緣窗口逸出到達室501的處理空間。該外罩有4處穿孔，兩個容納RF饋送的接口55，兩個容納線圈39供水的接口56。特氟隆零件57穿過供水接口56，并越過O形環45構成一個水密封。這提供了一個第二道封鎖，使得線圈的水連接器中的水泄漏不會導致水和RF元件接觸。特氟隆絕緣部件58被用來使該線圈和RF接頭對該外罩電氣隔離。特氟隆排管59和絕緣螺釘一道用來將線圈固定到杯46。這使得不同源之間有一致的工況。
如圖9所示，冷卻水是通過安裝在大型塑料板60上的部件分配的，板60也支承安裝在隔離裝置61上的磁體組件430和用有肩螺釘62安裝的RF源組件450。一個主要的鋁制匯流管部件64安裝在板60上，并從源的外部通過螺紋連接將水引進。第二個匯流管65允許采用安裝在該源外部的流量傳感器檢查流經該線圈的水流，也允許將水流連接到源法蘭和暗區環組件470的冷卻通道。
靶10的冷卻水流過短管組件68，如圖10所示。組件68設計得使水連接器69能夠通過不大于連接短管本身外徑的孔組裝，這就使磁體部件中的孔25的直徑最小，從而使這些孔可能造成的磁場干擾最小。組件68是由彈簧壓緊的，彈簧70在壓入塑料安裝組件60的金屬杯71和用定位彈簧73固定在水管69上適當位置的墊圈72之間起作用。這樣在運行時，冷卻水管的下端壓在某個O形環74之上，它又施力于靶冷卻蓋13中的一個特別設計的細部。該細部是一個雙錐形的鉆孔，類似于ISO和SAE標準的液體連接密封管。
窗口保護屏26通過專門連接器75冷卻，連接器75也構成到保護屏的DC連接423，如圖11所示。該連接器的特點是一個錐形凹座帶有面朝內的O形環76。整個裝置由彈簧77壓緊；組裝時，短管29的錐形表面緊壓O形環76；形成一個水密封。斜卷簧77起雙重功能。首先，它構成到保護屏26的電氣連接。其次，它起一個鎖定作用，在它被安裝到水外殼422之后，它與能將保護屏26大概定位的短管29中的淺凹槽咬合。最后，這一連接器有一個分接孔78實現電氣連接。該連接器通過特氟隆墊圈53插入該RF組件。若干支承塊79安裝在塊60上，并支承該連接器，它們也向彈簧77施加壓力。這些塊的上端和指形觸點156連接，在對源進行組裝時，觸點連接到源外殼1為整個組件接地，并通過它為法拉第屏接地。
塊60也包括對兩個與水無關的部件的支承。一個是如圖12所示的DC接點連桿80，它也類似地被彈簧壓緊到靶供水連接器。這時，連桿80被壓到靶的冷卻蓋上，用另一個斜卷簧81保證接觸。該桿的上部連接到一個接頭158。這個DC接頭桿組件外面包圍一個塑料管159，它在源中存在水泄漏的情況下能保護它不被水噴濺。另一個部件是一個彈簧加壓的細桿166(圖9)，它穿過磁體部件，壓在靶冷卻蓋13上(圖3)。在組裝源503時，細桿166的上部涉及另一個前述的柱塞組件7a，7a又啟動一個微型開關7。開關7的啟動表明，靶組件420已被正確安裝，所以打開冷卻水是安全的。
水分配組件422包括一組連接器和一個相當長的特氟隆軟管。當泄漏發生時，希望水能夠被排到源的外部，并被引到某個可以檢測的地方。所以塊60有一個終止于源外殼1上若干小孔83(圖2)的輻射排水槽82。
應當進行源的真空泄漏檢查。內部的靶O形環和窗口密封O形環都是相當難以接觸的。所以塊60也具有埋入某些槽82內的不銹鋼毛細管84，如圖13A所示。在泄漏檢查過程中，這些細管84可以用來將氦氣輸送到不可接觸的O形環附近。
圖14表示源法蘭和暗區環組件470。這一組件470包括一個源法蘭67，其上安裝與卡夾9對應的固定部件86。該組件有一個型鍛冷卻水管471。其上端承接帶有O形環槽88的凹座87，槽內插入一個本身帶有O形環槽90的特氟隆絕緣圈89。流出孔472從凹座87連通到該法蘭的外徑，它在冷卻水泄漏時提供排水口和可視警告。O形環槽90帶有一個與靶10接觸的O形環90a，形成一個外部真空密封。源法蘭67的下側有另一個凹座，供安裝暗區保護屏91。該保護屏91用擰緊到槽形外廓特征93中去的有肩螺釘92固定在位。為拆卸保護屏91，可略為擰松螺釘92，將保護屏91稍加轉動既可抬起。保護屏91的設計使它在鄰近O形環槽88的區域內不接觸源法蘭67，從而避免該O形環過熱。源法蘭67利用一個斜卷簧94與處理室產生電氣接觸。一個O形環95構成真空密封圈。
關于IPVD源503有幾個特點或幾點考慮。為修理而進行組裝和拆卸則是其一。在組裝時，將完全組裝的源內部組件(除去法拉第屏蔽440和靶組件420)降落到向上翻轉的源外殼組件中，以使DC接頭158(圖12)插入插口4(圖2)。插入6根螺釘，將水連接到4個接口151和152。插入供電接頭。源503就可以使用。拆除過程和組裝相反。這種簡單組裝技術正是源的模塊化結構的一個優點。例行的靶更換是另一個這樣的特點或考慮。在冷卻水被吹泄后，源503就被倒置，卡夾9則被松開。然后抬起法蘭組件。然后抬起靶，就可拆除該法拉第屏組件。除了拆卸暗區保護屏91外，不需要任何工具。
靜電卡盤507和晶片傳送系統504協同工作完成晶片在它們之間的傳送。卡盤組件507包括一個如圖15所示的維護支承組件480，組件480又包括晶片支座、固定器或卡盤97。從INVAX公司或其他來源可以獲得合適的卡盤97。一個流體通道可供冷卻液流動，譬如GALDEN牌全氟化液。卡盤是三極形式，有兩個嵌入式的、電氣絕緣的電極用來施加某個夾持電壓，而RF偏置也可以借助這些靜電卡盤電極施加到卡盤本體。從而RF被耦合到該嵌入式電極，并進而耦合到該晶片。該卡盤的所有金屬部件都是外鍍某種專利絕緣物的鋁制品。通過一個中心孔可以提供背面氣體。該卡盤的后部裝有一支熱電偶。
卡盤97有一組埋頭鉆孔，并用螺釘安裝到不銹鋼基座98；聚酰亞胺‘vespel’(即“聚酰亞胺樹脂系統”)絕緣套可以防止該卡盤不受螺釘損傷，并提供電氣絕緣。絕緣塊99則使該卡盤與該基座絕緣。
圖16表示該卡盤到它的支承結構的安裝。不銹鋼基座98與支承某個環102的支承爪101裝配在一起。該環的外廓可以和支承爪外廓一道使該環和該卡盤準確對齊。這個環有一組與穿過該卡盤孔的陶瓷起模頂桿104配合的插口103。在處理過程中環102停留在支承爪101上。當工作臺下降到晶片傳輸位置時，該環與一個后面將要加以說明的單獨組件相遇，被從該支承爪升起，使得該頂桿上升穿過該卡盤，并將該晶片頂離該卡盤以便傳送到某個裝卸設備。該基座有一個向下延伸的短管，其末端是一個法蘭119，它可以被卡夾到后面將要說明的Z形驅動組件490。
圖22所示為該工作臺的兩個保護屏結構。最簡單的情形是，不銹鋼保護屏105放置在基座98的一個臺階結構上，并防止該卡盤產生金屬沉積。另一種結構是，一個接地的保護屏106上加一個直接安放在該卡盤上的環107。這個環可以用鋁或不銹鋼制造，可以沒有涂層，也可以覆蓋某種和卡盤絕緣材料類似的高介電常數的絕緣材料。這個環連接到通過卡盤絕緣材料施加到卡盤的RF電源。它的優點是該保護屏可以非常貼近卡盤，從而能更有效地阻擋金屬沉積；RF電源施加到該環就使它能夠獲得和晶片一樣的偏置，這會減少晶片邊緣電場的畸變。該環與接地保護屏疊置，但與它隔離。這就為金屬沉積提供了一條盤旋的通路，并使金屬不沉積到該卡盤上。
圖18所示的晶片傳送機構504用螺釘108附接到室壁組件502(圖19)的基座。某個環109由彈簧110固定在某個被升高的位置上。它被外廓111和112固定在一個精確的位置。帶槽的栓釘113就安裝到這個環上。當工作臺或卡盤下降時，爪101下降到該帶槽栓釘的槽114內。環102被提升，頂桿104上升。當頂桿被提升11mm時，爪101達到槽114的底部。通常運輸系統會在這時插入一個抓取器取走該晶片。工作臺的進一步下降會壓縮彈簧110，使包括頂桿上的晶片在內的整個系統下落到該抓取器上。該抓取器則帶著該晶片被移開。波紋管115在允許工作臺升降的同時形成一個真空屏障。維護支承組件480包括一個剛性組件116，它由3個鍍銀黃銅管117組成，尼龍墊片118按相等間隔安放，每頭的一塊鍍銀板用螺釘固定到該卡盤上。它有三重功能(1)卡盤電壓接線、熱電偶接線、溫度控制液管道和背面氣管的機械支持；(2)RF電源到卡盤本體的連接；(3)清掃氮氣到該卡盤后空間的連接。在低的工作溫度下，水的凝結會妨礙卡盤運行，除非用氣體清洗方法吹掃濕氣。在這種情況下，支承管道在接近卡盤的連接處有一些小的十字孔。清掃氣體則連接到該管道的下端。
供垂直移動和調節卡盤97高度的垂直升降機構或Z型驅動系統490如圖18所示。它包括一根管120，其上端法蘭用夾具121連接到工作臺法蘭119。一個導軌122安裝到該管，它在支架124所支承的滑動機構123內運動。一個安裝到管120下端法蘭126的球狀螺母由一個導螺桿127驅動。一個馬達齒輪箱組合128驅動這一螺桿。該馬達裝有一個防止馬達斷電時反向驅動的制動器(未畫)。電機控制系統是常規的。該工作臺位置采用安裝在該導螺桿上端的某個解碼器確定。支架124安裝到該處理室。
一個背面氣體輸送系統和部件外罩129安裝在法蘭126下方。該外罩包括調節進出卡盤信號的電子元件。工作臺RF自動調諧器130是一個工業產品，安裝在其外表面。
在一個實施例中，閥門和通用壓力控制器(UPC)安裝在外罩129的外表面。這些部件控制背面氣體的輸送。將來，這些部件會被移到某個其他位置。一個等離子體擋板被用來在該背面氣體系統中構成一個隔離斷面，并避免在該氣體管線中形成等離子體。
真空和氣體處理系統505如圖21所示。它包括一個室和泵壓系統。室501被包圍在室壁組件502內，組件502特別包括一個圖19和20所示的常規不銹鋼設計的真空密封室外殼131。外殼131由一個內部絕緣閥132連接到傳送系統504的裝卸裝置。系統中有上下法蘭來連接該源和工作臺組件，還有合適的法蘭連接真空表、工藝氣體輸入等等。基座內有一個8英寸合并(法蘭連接到隔離閥142，它又連接到一個110K低溫冷卻控制盤143和一個渦輪分子泵144。該渦輪泵的轉速可以控制，以便在低速(大約24000RPM)運行時在相對高的氣體壓力下工作，而在高泵速時迅速從大氣壓力降壓(在大約56000RPM時標稱值為350ls-1)。該渦輪泵有一臺用來在排空后將室壓下降到100mTorr左右的無油標定螺旋泵145，在這一壓力下隔離閥就會打開。除了采用水泵/變速渦輪泵組合之外，這種真空方案是十分常規的。
在室501排空后恢復時，內部鹵素燈泡提供烘干能力。工藝等離子體也被用來升高模件內部的溫度，輔助烘干。這樣，在典型的換靶過程后幾個小時內，就能達到10-8Torr或更低的壓力。
該室有供正常工作時冷卻用的外部水冷卻通道。一個法蘭用來安裝該源升降機。該室在這個法蘭附近通過附加外部焊接肋板來增加強度，以便支承升降機提升該源時所施加的負載。該源所用的DC接頭162的外殼也安裝在該室上。
圖21是有或沒有活性氣體的模件的氣體系統示意圖。氬氣通過一個普通法蘭輸送到室內。如果采用活性氣體，該氣體則通到一個分支輻射管133，輻射管再將它輸送到工藝空間。該管道的兩端在該工作臺組件相對側的兩個位置上。該氣體管道端頭有小蓋134防止噴鍍材料沉積在該氣體管道上。
圖22是一個濺射保護屏組件495。有5個保護屏需要拆卸和清洗。它們是上述的法拉第屏和暗區被護屏、上述的工作臺保護屏、以及兩個室保護屏136和137。這些室保護屏被支承在一個轉子138上。通常比下保護屏137升到更高溫度的上保護屏136在3處地方支承在從轉子伸出的支柱139上。保護屏136的外廓部件140就安放在這些支柱上，使該防護屏在室的中央但允許徑向運動。這就避免了由于熱膨脹和熱金屬沉積造成的不均勻熱膨脹所引起的保護屏內的應力上升。這樣的應力能夠使粒子被放進該系統。拆卸該保護屏不需要工具。下保護屏137被插入轉子138并由它支承。自我對中特性來自轉子的斜面141。拆卸該保護屏也不需要工具。
各保護屏內空間的抽氣應在某個濺射靶壽命的全過程中受到控制，而不管該室內的沉積歷史，就是說，不管已鍍膜晶片的數量，抽氣都按同樣速率進行。在大多數濺射系統中，這都未得到良好的控制。這些系統中，或許因出現尺寸隨該室溫度而變化的間隙而進行抽氣，或許因保護屏上有用于其他目的的孔而進行抽氣。這會引起工藝問題，特別是電抗性濺射的情況。這一設計避免了這些問題，因為該間隙由支柱139的長度設定。它們很窄，且在最高熱負荷區域之外，所以其長度不會因熱膨脹而顯著變化。結果，保護屏136和137之間的間隙得到良好控制，而且在整個工藝區域周圍的抽氣以受控的方法進行。保護屏136的高度可控制源暗區保護屏和保護屏136之間的間隙。這一間隙設計得很小，最好在1mm數量級，以便減小金屬穿過該間隙的通道。保護屏136與暗區保護屏的某個凹座配合，形成一條盤旋的通路，它能在到達該室非防護區域之前截斷進入這些保護屏之間間隙的金屬。考慮到部件的熱膨脹，必須有很好的尺寸規范才能做到這一點。
晶片是通過下保護罩137的某個槽146裝載的。在加工過程中，槽146由工作臺保護罩105或106關閉。槽146也可以有一個包圍層147來更有效地截斷已濺射的金屬。
源升降機460如圖23所示。源升降機460是一臺能提升約200磅重物的氣動升降機。需要將源提升離開該室，然后必須沿垂直軸旋轉。還必須有一個讓該源翻轉過來拆卸靶的運動。該源必須能夠下降以便接近該靶。該組件必須有相當的剛度，以便在該源被抬離室501的壁502頂部時保持水平。在所采用的方案中，有一個固定的垂直軸170，它負擔上下兩個組件171和172。這兩個組件都包括可以沿軸170滑動和轉動的直線軸承。一個氣動氣缸173允許該源的升降。部件171需要垂直運動，也需要轉動，而部件172只需轉動，以便通過該活塞與部件171對齊。滾筒174就像軸承，上方組件172就在上面轉動。這些滾筒可以落入這些凹座結構174。這就在某些點提供了對該組件旋轉的阻力，可允許操作員檢測正確的工作位置。
組件176包括兩個相對的角面軸承。軸177穿過這些軸承，并由一個端帽178和一個向該軸承預加載的彈簧墊圈179保持。這個方案產生一個具有很高徑向剛度的旋轉連接。組件176也包括一個凸輪外廓，該凸輪外廓和一個插塞180一道保證該源只能向一個方向轉動，并能將該源鎖定在它的直立方向和翻轉方向。該升降機用法蘭181安裝到該源。
在一個模件500中沉積鉭和氮化鉭，然后在相同一組設備的另一個模件500中沉積銅的首選工藝參數如下
熟悉本技術領域的人將會理解，這里本發明的實現是可以變化的，本發明是按希望的實施例加以說明的。相應地，可以進行增加和修改而不偏離本發明的原理和意圖。
權利要求
1.一個離子化物理蒸汽沉積裝置，包括一個其室壁包圍該室內某個真空處理空間的真空室，該真空室壁在該室的一端有一個開孔；一個IPVD源組件位于該室壁開孔處，并形成該室壁開孔的真空密封蓋板；一個連接到該室以便向該處理空間供應某種氣體的供氣系統；一個連接到該室，可進行操作將該處理空間的氣體維持在一個真空壓力水平的真空系統；一個該室外部的RF能量源；該IPVD源組件包括一個向該處理空間提供鍍膜材料的環形鍍膜材料源，該環形源有一個開口的中心，并至少有一個表面與該真空處理室連通；一個窗口組件，它包括一個位于該環形源開口中心、并與該室壁構成一個真空密閉外罩一部分的絕緣窗口，它具有一個室內側和一個外側；一個在該室上述一端的室外側線圈，它鄰近該絕緣窗口且在該絕緣窗口之外，它被連接到該RF能量源從而在被激活時將能量從RF能量源通過該窗口感應耦合到該處理空間，以便在該處理空間保持一個感應耦合的等離子體，該等離子體有足夠高的密度將該處理空間內來自環形源的鍍膜材料離子化；一個該室內部的、正對環形鍍膜材料源處理空間的片基支座，其上有一個正對著處理空間的晶片支持表面。
2.符合權利要求1的裝置，其中該環形鍍膜材料源包括一個截頭圓錐狀濺射靶，它有一個背面，一個位于室內的、面向該處理空間的截錐狀前濺射表面，一個內邊緣和一個距該片基支座的晶片支持表面所在平面比內邊緣更近的外邊緣。
3.符合權利要求2的裝置，其中該濺射靶外徑大于該片基支座的晶片支持表面直徑。
4.符合權利要求2的裝置，其中該IPVD源組件還包括一個鄰近該靶背面的截錐形永久磁體組件，其形狀可以產生一個鄰近該靶前表面的限制該濺射等離子體的磁場。
5.符合權利要求2的裝置，其中有一個大約110°的錐形擴張角。
6.符合權利要求2的裝置，其中該濺射靶與該室壁構成某個真空密閉外罩的一部分，該靶的背面不接觸該處理空間。
7.符合權利要求6的裝置，其中該IPVD源組件還包括該濺射靶與該室壁之間以及該濺射靶與該窗口之間的真空密封設備。
8.符合權利要求1的裝置，還包括一個該處理空間與該室壁之間的可更換的薄金屬室保護屏，該室保護屏包括一個通常為圓筒形的部分，它包圍該處理空間并在許多遠離該處理空間發熱影響的點由細長支持桿支承，一個包圍該片基支座的環形端部，它和該圓筒形部分疊置但不接觸，用以保護該室壁不在室壁附近沉積鍍膜材料，并防止上述部分之間由于其中某一部分的熱膨脹而發生滑動接觸，該IPVD源組件，它包括一個包圍該環形鍍膜材料、與該室保護屏的圓筒形部分隔離但極為靠近的環形暗區保護屏，以便保護該室壁不在該室壁附近沉積鍍膜材料。
9.符合權利要求1的裝置，其中該窗口和該處理空間之間的設備可以物理保護該窗口內部，使得窗口上不沉積導電鍍膜材料，并維持該線圈到該處理空間的有效的RF能量感應耦合。
10.符合權利要求1至9中任何一項的裝置，其中該線圈是一個三維RF線圈，其形狀可以使經過轉彎處延伸的磁力線能以優勢彎曲通過該絕緣窗口和該處理空間。
11.符合權利要求1至9中任何一項的裝置，其中該IPVD源組件還包括一個該室內的、與該絕緣窗口平行且距離很近的窗口保護屏，其形狀可以充分保護該窗口不沉積鍍膜材料，并允許該RF能量有效地從該線圈通過該窗口和保護屏感應耦合到該處理空間。
12.符合權利要求11的裝置，其中該窗口保護屏是一個導電法拉第屏，它內部有許多不導電的、與該線圈相配合的外廓特征，從而允許該RF能量從該線圈通過該窗口和保護屏有效地感應耦合到該處理空間，但同時阻止該RF能量從該線圈有效地電容耦合到該室。
13.符合權利要求11的裝置，其中該窗口保護屏內有許多V形槽，它們的形狀與該線圈相配合，可以允許RF能量從該線圈通過該窗口和保護屏有效地感應耦合到該室，但不提供一個鍍膜材料穿過這些槽從該室運動到該窗口的視線通路。
14.符合權利要求11的裝置，其中該窗口保護屏內有許多槽且與該窗口保持距離，這些槽的尺寸有利于在這些槽和該窗口之間形成等離子體，該等離子體將會清除這些槽中向該窗口沉積的材料。
15.符合權利要求11的裝置，其中該窗口保護屏由金屬鑄造且包括整體的冷卻流體通道。
16.符合權利要求1至9中任何一項的裝置，其中該氣體和/或真空系統包括一個壓力控制器，用來維持該室內的真空壓力足夠高，以使該等離子體內的離子基本上在該處理空間熱能化，其程度可使該支座晶片支持表面的某個晶片上這些離子的分布、能量和方向性都主要取決于穿過該高密度等離子體與該晶片之間某個等離子體鞘的電場。
17.符合權利要求16的裝置，其中該供氣和壓力控制系統包括當該材料在至少為30mTorr的壓力下沉積時維持該真空室內壓力的設備。
18.符合權利要求16的裝置，其中該供氣和壓力控制系統包括當該材料在30mTorr至130mTorr之間的某個壓力下沉積時維持該真空室內壓力的設備。
19.符合權利要求1至9中任何一項的裝置，其中該靶離該晶片支座的距離為6至9英寸。
20.符合權利要求1至9中任何一項的裝置，其中該IPVD源組件還包括該線圈與該窗口之間的一個強絕緣材料制造的隔離層。
21.符合權利要求20的裝置，其中該隔離層由某種塑料材料(如特氟隆)制造，并充分地填充了該線圈與該絕緣窗口之間的空間。
22.符合權利要求1至9中任何一項的裝置，其中該片基支座以可拆卸方式安裝到該室壁，并可在6至9英寸的距離范圍內相對該靶定位。
23.符合權利要求1至9中任何一項的裝置，其中該片基支座包括一個將一個晶片片基固定在該晶片支持平面上進行加工的靜電卡盤，該靜電卡盤包括一個雙極網格和連接到該雙極網格的多區晶片偏置系統。
24.符合權利要求1至9中任何一項的裝置，還包括下列一項或多項部件該晶片支座的加熱和冷卻設備；該晶片支持表面與其上支持的一塊晶片之間的背面導氣設備；一個覆蓋在該晶片支座上一個片基的周圍邊緣的非接觸式遮蔽環。
25.符合權利要求1的裝置，其中該真空室在其頂部有一個開孔；該IPVD源組件包括一個外殼組件，它又包括一個外部接地接頭，一個外部靶電源接頭，一個RF電源接頭，若干外部冷卻液再循環接口，一個內部靶電源端子，至少兩個內部RF接頭，一組內部冷卻液接口，非導電支持結構；以可拆卸方式牢固安裝到該外殼的該RF線圈組件，其中該線圈是以可拆卸方式跨接到該內部RF接頭的三維線圈，該線圈具有一個以可拆卸方式直接跨接到至少兩個該內部冷卻液接口的冷卻通道；一個以可拆卸方式牢固安裝到該外殼、并包圍該RF線圈組件的環形永久磁體組件；以可拆卸方式牢固安裝到該外殼或該線圈組件之一的窗口組件；該環形鍍膜材料源，它包括一個以可拆卸方式連接到該外殼的環形靶組件，且具有在如此連接時與該窗口構成一個真空密封的設備，該靶組件包括一個可消耗的環形濺射靶和能為該靶構成一個以可拆卸方式跨接到至少兩個該內部冷卻接口的液體密封冷卻通道的設備，該靶組件具有一個以可拆卸方式連接到該外殼上的該內部靶電源端子的電氣接頭；當該IPVD源組件連接到某個真空處理室時形成一個該靶組件與該真空處理室壁之間真空密封的設備。
26.一個提供為某個半導體晶片鍍膜的材料并使之離子化的IPVD源組件，該組件包括一個外殼組件，它具有一個外部接地接頭，一個外部靶電源接頭，一個RF電源接頭，若干外部冷卻液再循環接口，一個內部靶電源端子，至少兩個內部RF接頭，一組內部冷卻液接口，非導電支持結構；一個以可拆卸方式牢固連接到該外殼的RF線圈組件，它包括一個以可拆卸方式跨接該內部RF接頭的三維線圈，該線圈，它具有一個以可拆卸方式直接跨接至少兩個該內部冷卻液接口的冷卻通道；一個以可拆卸方式牢固安裝到該外殼、并包圍該RF線圈組件的環形永久磁體組件；一個以可拆卸方式牢固安裝到該外殼或該線圈組件之一的窗口組件，該窗口組件包括一個相當平坦的絕緣窗口；一個以可拆卸方式連接到該外殼的環形靶組件，它具有在如此連接時與該窗口構成一個真空密封的設備，該靶組件包括一個可消耗的環形濺射靶和能為該靶構成一個以可拆卸方式跨接到至少兩個內部冷卻接口的液體密封冷卻通道的設備，該靶組件具有一個以可拆卸方式連接到該外殼上的該內部靶電源端子的電氣接頭；當該IPVD源組件被連接到某個真空處理室時，構成該靶組件與該真空處理室壁之間一個真空密封的設備。
27.符合權利要求25或26的組件，其中構成該靶組件的液體密封冷卻通道的設備包括一個靶后背蓋，它可以從該靶拆卸并能構成該蓋與該靶之間的液體密封冷卻通道。
28.符合權利要求27的組件，其中該靶組件包括一個安裝在該液體密封冷卻通道中的、可更換的冷卻液流控制設備，以允許改變流經該通道的該冷卻液流。
29.符合權利要求25或26的組件，其中該RF線圈組件包括一個牢固安裝到該線圈、并從該線圈延伸到該窗口的強絕緣隔離層。
30.符合權利要求25或26的組件，其中該窗口組件包括一個其內具有一組不導電外廓特征、并連接到該絕緣窗口的導電保護屏，該保護屏電氣接地或者電氣連接到該外殼，它具有以可拆卸方式直接跨接至少兩個內部冷卻接口的冷卻通道。
31.符合權利要求30的組件，其中該導電保護屏是一個其內具有一組不導電外廓特征的帶槽法拉第屏，它們的形狀與該線圈配合，可以允許該RF能量從該線圈通過該窗口與保護屏充分感應耦合，但同時防止該RF能量從該線圈通過該窗口與保護屏充分電容耦合。
32.符合權利要求30的組件，其中該導電保護屏被連接到該絕緣窗口，以使它可以從該外殼連同該窗口一道拆卸。
33.符合權利要求30的組件，其中該窗口組件包括使該保護屏與該窗口保持一個很近距離的設備。
34.符合權利要求30的組件，其中該靶電源接頭是一個連接到某個DC電源的DC接頭；該靶是一個金屬靶。
35.符合權利要求25或26的組件，其中該靶組件與某個真空處理室壁之間的真空密封成形設備包括一個以可拆卸方式連接到該外殼的環形法蘭，法蘭上有一個在連接到該外殼時能形成一個與該靶組件密封的設備，以及一個當該IPVD源組件安裝到某個真空處理室時能與該真空處理室壁形成一個真空密封的設備。
36.符合權利要求35的組件，其中在某個室內的真空受到影響時，若該IPVD源組件由重力和由大氣壓力支承在其頂部有一個源開孔的真空處理室壁上，則該環形法蘭包括將該源組件有效地連接到該開孔周圍室壁的設備。
37.符合權利要求25或26的組件，其中該外殼組件的外部接地接頭包括一個連接到該源外殼的正的DC供電，并可連接到某個處理裝置的一個接地接頭；該外部靶電源接頭包括一個安裝在該外殼組件上的負的DC電源接頭，當該IPVD源組件被安裝到某個處理裝置的室壁上時，其位置可以連接到某個處理室壁上的一個負端子接頭。該內部靶電源端子包括一個固定到該外殼組件、且與地絕緣的負的DC供電；該RF電源接頭包括一個安裝在該源外殼上的RF調諧器，該調諧器的RF導線可以連接到一個RF電源，并有一個內部RF接頭與它連接；該外殼組件上面有聯鎖開關設備，可以用來通過與該線圈的適當連接調整施加到該線圈的RF功率和冷卻水，該外殼組件上還有用來根據與該靶組件的適當連接調整施加到該靶組件的RF功率和冷卻水的聯鎖設備；該靶組件是一個截頭圓錐形的環形靶組件，它包括一個截頭圓錐形濺射靶、一個其結構與該截錐靶形成一個水密封來封閉自己與該靶之間的冷卻水通道的靶后背蓋、和該蓋與該靶周圍的能通過旋轉在該蓋上裝卸該靶的卡口連接結構；該窗口組件包括一個其內具有一組V形槽的導電保護屏，槽的結構能阻擋鍍膜材料從該室通過該槽運動到該窗口的視線通道，該保護屏被連接到該窗口并保持一定距離，該槽的尺寸有利于形成該槽與該窗口之間、能清除在該槽向該窗口沉積的材料的等離子體；該線圈組件包括一個包圍該線圈的導電外罩，以便提供一道防止RF從該線圈向該外罩外部窗口外側發射的屏障，該外罩有供冷卻液接口和該線圈的RF端子穿過的開孔。
38.符合權利要求35的組件，還包括一組將該環形法蘭牢固安裝到該外殼、并以可拆卸方式將該靶組件牢固安裝到該IPVD源的手動緊固裝置。
39.一個供物理蒸汽沉積裝置使用的可更換的室保護屏，它包括一個通常為圓筒形的薄金屬部分，其形狀包圍某個真空處理室內的一個處理空間，并由在圍繞該室的若干點上沿圓周排列的、且不受該處理空間放熱影響的一組至少3個細長支柱來支承，一個環形終端部分，其形狀包圍該室內的一個片基支座，它與該圓筒形部分重疊但不接觸，以便保護該室壁不在室壁附近發生鍍膜金屬的沉積，并避免上述部分之間由于其中一個部分的熱膨脹而產生滑動接觸。
40.一個環形鍍膜材料源，它包括一個截錐形濺射靶，該靶具有一個具有大約110°錐形擴張角的截錐形前濺射表面；一個中央開孔；一個鄰近中央開孔的、通常為圓筒形的、向后延伸的內部邊緣，其上有一個構成某種背部真空結合的環形密封槽，該內部邊緣的外側有一組沿圓周分布的城堡狀外廓特征以便允許該靶被組裝到一個冷卻液蓋，該內部邊緣在其內部沿該開孔具有一個其上有真空密封表面的臺階，一個通常為環形圓盤狀的、向外延伸的外部邊緣，其上有一個面朝前的、精細加工的、能構成一個前真空連接的表面，一個背面，它具有一個接近該內部邊緣的內部環形冷卻液密封表面、一個接近該外部邊緣的外部環形冷卻液密封表面和一個在該內外環形冷卻液密封表面之間的光滑環形冷卻表面。
41.一個包括權利要求40中鍍膜材料源的濺射靶組件，還包括一個截錐形冷卻液蓋，其結構可以附接到該靶的背面，該蓋包括一個中央開孔；一個鄰近其中央開孔的內部邊緣，其內部沿圓周具有卡口組件結構，當該靶相對該蓋轉動一圈的某個百分比時，可以和該靶內部邊緣上的城堡外廓特征結合將該蓋連接到該靶；一個外部邊緣；一個前表面，它具有一個鄰近該蓋內邊緣的內部環形液體密封，當該靶相對該蓋旋轉到某個旋緊位置時，其形狀可與該靶的內部環形冷卻液密封表面構成一個冷卻液密封，它還具有一個接近該蓋外邊緣的外部環形液體密封，當該靶相對該蓋旋轉到某個旋緊位置時，其形狀可與該靶的外部環形冷卻液密封表面構成一個冷卻液密封，它還具有一個內、外環形密封之間的環形冷卻液通道。
42.符合權利要求41的濺射靶組件，其中該蓋還包括一對用來與該通道相連接的冷卻液接口；一組槽，每個槽有一個以可拆卸方式安裝、并有一組分流刻槽的梳狀流量限制器；一個向后延伸的靶電源接頭。
43.一個保護某個半導體晶片處理裝置中的絕緣窗口、同時允許RF能量通過它耦合的鍍膜材料保護屏，該保護屏包括一個平坦的金屬圓盤，它具有一個前面、一個背面、一個其內封閉了某個冷卻液通道的環形邊緣部分、一組在背面上能連接該冷卻液通道的冷卻液接口和一個圓形平坦中心部分，該部分具有一組平行槽，其內包含能與該邊緣冷卻液通道相連的冷卻液通道。
44.符合權利要求43的保護屏，其中該槽的剖面為V形。
45.符合權利要求43的保護屏，其中該圓盤由表面鍍鋁的銅構成。
46.一個使RF能量穿過它耦合到某個半導體晶片處理裝置的絕緣窗口組件，它包括權利要求43中的保護屏，還包括一個具有一組通孔的平坦圓形絕緣窗口，該窗口在結構上被連接到該保護屏，該結構從該保護屏延伸并構成它的液體接頭，該窗口與該保護屏保持距離且與其平行，該窗口還具有一個圍繞與該屏相反一側的邊緣的環形真空密封表面。
47.一個包括如下步驟的離子化物理蒸汽沉積方法將某個真空室壓力維持在50至120mTorr；從位于某個真空處理室內的一個處理空間一端的一個鍍膜材料環向該處理空間釋放該材料的粒子，該鍍膜材料選自一組包括銅或鉭在內的材料；通過該鍍膜材料環中央的該鍍膜材料的一個開孔，將RF能量從該室外部的一個線圈感應耦合到該處理空間；利用該耦合能量，在該處理空間內形成一個感應耦合的等離子體，它的密度足以熱能化、并電離該處理空間內相當大部分的鍍膜材料；用電氣方法將該鍍膜材料的正離子從該等離子體引向并使其到達該片基。
48.一個包括如下步驟的維護某個IPVD裝置的方法提供一個覆蓋某個真空處理室頂部開孔的、面朝下的IPVD源組件，它具有一個帶有靶電源、RF電源和冷卻液接頭的外殼組件，一個以可拆卸方式牢固安裝到該外殼、并連接到該RF電源接頭和冷卻液接頭的RF線圈組件，一個以可拆卸方式牢固安裝到該外殼、并環繞該RF線圈組件的環形永久磁體組件，一個以可拆卸方式牢固安裝到該外殼或者該線圈組件的窗口組件，該窗口組件包括一個充分平坦的絕緣窗口和一個其內有一組不導電外廓特征、且其自身被連接到該絕緣窗口的導電保護屏，該保護屏電氣接地或者電氣連接到該外殼，它有以可拆卸方式連接到該外殼冷卻液接頭的冷卻通道，該保護屏結構與該線圈配合可以允許RF能量從該線圈通過該窗口與保護屏充分感應耦合，并被連接到該絕緣窗口以便能從該外殼上連同該窗口一道拆卸，一個以可拆卸方式連接到該外殼的環形靶組件，它具有如此連接時與該窗口形成一個真空密封的設備，該靶組件包括一個環形可消耗的濺射靶和為該靶形成一個以可拆卸方式跨接至少兩個內部冷卻接口的液體密封冷卻通道的設備，該靶組件以可拆卸方式電氣連接到該外殼的靶電源接頭和該外殼的冷卻液接頭，一個緊固到該外殼的環形法蘭，它包括當該IPVD源組件被支承在某個真空處理室壁上時在該靶組件與該室壁之間形成一個真空密封的設備；從該室壁頂部解除該IPVD源組件的密封，并從該室壁頂部提升該IPVD源組件；翻轉該IPVD源組件方向使其面朝上；手動從該源外殼松開該法蘭以便釋放并拆卸該法蘭和該靶組件；更換該靶組件中的靶；手動將該法蘭擰緊到該源外殼，從而將該法蘭和該靶組件牢固安裝到該IPVD源組件；翻轉該IPVD源組件使它面朝下；將該IPVD源組件降到該室壁的頂部。
49.符合權利要求48的方法，包括如下步驟在取下該靶組件之后和更換該靶組件之前，拆除該窗口組件并從其上拆除和更換該保護屏，然后重新安裝該窗口組件。
50.符合權利要求48的方法，其中該保護屏由銅構成，且有一個鍍層表面；該方法還包括如下步驟在移去該靶組件之后和更換該靶組件之前，拆除該窗口組件并從其上拆除該保護屏，修整該保護屏，或者利用以前從某個IPVD源拆下的一個類似保護屏，溶解該保護屏的鍍層表面從而除去該保護屏上的沉積物，然后重鍍該保護屏的表面，將該修整后的保護屏安裝到該窗口組件中，然后重新將該窗口組件安裝到該IPVD源。
51.符合權利要求48的方法，它包括如下步驟在移去該靶組件之后和更換該靶窗口組件之前，拆卸該磁體組件并更換上一種不同結構的磁體組件。
52.符合權利要求48的方法，它還包括如下步驟在移去該窗口組件之后和更換該窗口組件之前，拆卸該IPVD源組件的維修保留部件。
53.一種保護某個IPVD裝置的一個絕緣窗口的方法，包括如下步驟在一個IPVD處理裝置的一個IPVD源內提供一個圓形金屬保護屏，它有一個圓形邊緣和一組穿過被該邊緣環繞的某個中心區域的槽，該保護屏內有若干冷卻液通道和將該冷卻通道連接到某個外部再循環冷卻液源的接口，該保護屏有一個其材料與該金屬不同的鍍層表面；從該IPVD源拆卸該保護屏；在拆卸該保護屏之后，修整該保護屏，從保護屏上溶解掉該鍍層表面，從而除去該保護屏上的沉積物，然后重鍍該保護屏的表面；然后將該修整好的保護屏安裝到某個IPVD處理裝置的一個IPVD源內。
全文摘要
裝置(500)的一個方法提供離子化物理蒸汽沉積(IPVD)，該裝置對從一個環形磁控管濺射靶(10)濺射導電金屬鍍膜材料特別有用。該被濺射材料在靶(10)與一個片基(100)之間的某個處理空間內被離子化，方法是利用位于真空室(501)外部、濺射靶開孔(421)中心處室壁(502)中絕緣窗(33)后面的某個線圈(39)耦合的能量在該空間生成一個稠密等離子體。一個法拉第型保護屏(26)物理屏蔽該窗口以防止鍍膜材料覆蓋該窗口，但允許能量從該線圈感應耦合到該處理空間。該線圈在該靶平面上或靶后的位置可以允許對靶到晶片的間距進行選擇來優化薄膜的沉積率和均勻性，也提供了一個環形源的優點，即它不存在那些與該靶中心開孔內不希望的沉積有關的問題。
文檔編號H05H1/46GK1425187SQ00818496
公開日2003年6月18日 申請日期2000年11月17日 優先權日1999年11月18日
發明者約翰·斯蒂芬·德勒沃瑞, 約瑟夫·布拉卡, 格林·雷諾茲, 米爾科·武科維奇, 德里克·安德魯·拉塞爾, 邁克爾·詹姆斯·格拉佩豪斯, 小弗蘭克·邁克爾·切里奧, 布魯斯·戴維·吉特爾曼 申請人:東京電子有限公司