一種對(duì)襯底進(jìn)行處理的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種使用物理氣相沉積（physicalvapourdeposition，PVD)對(duì)襯底 進(jìn)行處理的方法以及相關(guān)的PVD設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002] PVD被廣泛用于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)以及相關(guān)產(chǎn)業(yè)，從而例如通過濺射沉積來沉積高純度 薄膜。為了滿足大批量制造的要求，通常需要使濺射的膜的沉積速率達(dá)到最大。然而，在高 沉積速率PVD工藝與制造環(huán)境的整合中存在重大的問題。通過增大濺射靶的電力供應(yīng)可以 增大沉積速率。然而，隨著電力增大，半導(dǎo)體晶圓（或其他襯底）趨于加熱。晶圓的這一加 熱是由許多因素造成的，諸如濺射通量的冷凝、濺射通量以及反射的中性粒子的動(dòng)能、輻射 加熱、以及帶電粒子轟擊。
[0003] 對(duì)于許多應(yīng)用，有必要將晶圓維持在盡可能低的溫度下，從而避免對(duì)之前所沉積 的材料造成損傷性影響。此外，升高的溫度可以破壞存在的粘合劑。同樣，過度加熱可能以 無益方式影響沉積材料的特性，諸如增大沉積層的應(yīng)力或者增大沉積層的晶粒尺寸。
[0004] 在典型的濺射系統(tǒng)中，待處理的襯底被放置在壓盤上。熱量能夠從襯底通過傳導(dǎo)、 對(duì)流和輻射傳遞到壓盤（反之亦然）。在典型的濺射壓強(qiáng)下，對(duì)流熱傳遞很小，并且對(duì)于低 于大約300°C的溫度下，輻射傳遞被認(rèn)為是次要考慮。為此，傳導(dǎo)熱傳遞通常被用于對(duì)襯底 的溫度進(jìn)行管理?，F(xiàn)有技術(shù)中普遍使用兩種方法來改善晶圓的冷卻。第一種工藝為借助 于機(jī)械或者靜電夾鉗將晶圓夾持到壓盤表面，并隨后將氣體流入晶圓和壓盤頂部后方的空 腔。靜電卡盤利用靜電吸引的原理以向襯底提供夾持力，而機(jī)械夾鉗通常為護(hù)擋晶圓邊緣 的環(huán)形固定裝置。這能夠增大熱傳遞，這是因?yàn)榕c襯底和靜電夾鉗之間的接觸相關(guān)的傳導(dǎo) 得到了增強(qiáng)。另外，可以在襯底的下側(cè)施加一個(gè)氣體背壓以進(jìn)一步改善由對(duì)流引起的熱傳 遞。當(dāng)需要對(duì)高度翹曲的、損壞的、有膠帶的、或者絕緣的晶圓進(jìn)行夾緊時(shí)會(huì)遇到重大的問 題。另外，由于靜電夾鉗結(jié)構(gòu)中使用的材料的溫度限制，靜電夾鉗的使用可能與高電力濺射 工藝不兼容，。此外，顆粒材料可以被引入到晶圓的受到夾持力的下側(cè)。再進(jìn)一步，晶圓的下 側(cè)可能產(chǎn)生機(jī)械損壞。第二種已知的冷卻工藝為背填充工藝，該工藝中的膜沉積在完成背 填充工藝之前暫時(shí)停止。在此過程中，工藝模塊隔離于真空泵系統(tǒng)，并且該模塊填充有壓強(qiáng) 足夠高的惰性氣體以用于容易地進(jìn)行熱傳遞。典型地，背填充工藝可以在ITorr(托）的壓 強(qiáng)下持續(xù)六十秒。隨后需要額外的時(shí)間來對(duì)模塊進(jìn)行減壓并達(dá)到要求的真空條件，從而繼 續(xù)濺射工藝。沉積厚膜在工藝期間可能需要數(shù)次背填充以將晶圓保持在足夠低的溫度下。 這導(dǎo)致產(chǎn)量的顯著下降，從而降低了生產(chǎn)率并因而在經(jīng)濟(jì)上是極其不可取的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明在其實(shí)施例的至少某些中解決了上述問題。
[0006] 為了避免疑義，本申請(qǐng)中使用的術(shù)語"氣體"被理解為指的是氣體的混合物以及單 一化學(xué)組分的純凈氣體。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種使用物理氣相沉積（PVD)對(duì)襯底進(jìn)行處理的 方法，其中，為襯底提供冷卻氣體，以使得襯底在PVD工藝過程中被從襯底支承件上升起。
[0008] 拒信本發(fā)明提供了一種用于在PVD過程中對(duì)襯底進(jìn)行冷卻的新的范例?，F(xiàn)有技術(shù) 的方法通常包括使用夾緊裝置以在PVD過程中將襯底夾緊到襯底支承件上。本發(fā)明顛覆了 本領(lǐng)域中的公認(rèn)觀點(diǎn)。
[0009] 通過使用本發(fā)明，可以借助于在襯底和襯底支承件之間的增強(qiáng)的對(duì)流來提供改善 的冷卻。另外，本發(fā)明可以保護(hù)襯底的未被PVD處理的表面免受顆粒材料和/或與由夾緊 引起的機(jī)械接觸相關(guān)的損壞。令人驚訝的是，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)能夠在不過度影響PVD工藝的情況 下使用冷卻氣體來升起襯底。
[0010] 典型地，襯底具有經(jīng)受PVD工藝的上表面。襯底可以具有下表面?？梢詫⒗鋮s氣 體以足以使襯底從襯底支承件上升起的壓強(qiáng)提供給下表面。
[0011] 典型地，襯底被從襯底支承件上完全升起。在這些實(shí)施例中，襯底能夠被認(rèn)為是懸 浮在襯底支承件上方。典型地，并未將襯底從襯底支承件上升起太多。在升起過程中，襯底 和襯底支承件之間的豎直位移可以為3_或更小，較優(yōu)地為1_或更小。
[0012] PVD工藝可被執(zhí)行一時(shí)間段內(nèi)。典型地，襯底被從所述襯底支承件處升起的時(shí)間 長(zhǎng)達(dá)所述時(shí)間段的至少50%，較優(yōu)地，長(zhǎng)達(dá)所述時(shí)間段的75%，更優(yōu)地，長(zhǎng)達(dá)所述時(shí)間段的 90%〇
[0013] PVD工藝可以使用處理氣體。冷卻氣體與處理氣體可以具有相同的化學(xué)組分。如 果處理氣體為單一化學(xué)組分的純凈氣體，則冷卻氣體可以具有相同的化學(xué)組分。如果處理 氣體為氣體混合物，則冷卻氣體可以具有相同的化學(xué)組分。替代性地，冷卻氣體可以使用與 處理氣體相同的組成氣體但是具有不同比例。替代性地，冷卻氣體可以包括一個(gè)或更多、但 是并非處理氣體中的全部組成氣體。這些實(shí)施例可以幫助減少冷卻氣體對(duì)PVD工藝造成的 中斷或干擾。應(yīng)當(dāng)理解的是，盡管冷卻氣體具有與處理氣體相同的組分，但是可以使用不同 的壓強(qiáng)和流量。
[0014] 冷卻氣體可以是惰性氣體。冷卻氣體可以是諸如氬氣之類的稀有氣體。
[0015] PVD工藝可以在0. 1至20mTorr(毫托）的氣體壓強(qiáng)下進(jìn)行。
[0016] 可以將冷卻氣體以0. 5至5sccm的流量提供給襯底。
[0017] PVD工藝可以在襯底上沉積一層膜。該膜可以具有相關(guān)的電阻率。以一流量將冷 卻氣體提供到襯底處，該流量使膜的電阻率與不使用冷卻氣體但其它方面都相同的條件下 沉積的膜的平均電阻率相比變化不超過±5%?？梢詫⑵骄娮杪剩╝verageresistivity) 可被計(jì)算作為均值電阻率（meanresistivity)。
[0018] 襯底支承件可以包括用于護(hù)擋襯底的護(hù)擋部分。護(hù)擋部分可以被配置為使得當(dāng)襯 底置于襯底支承件上時(shí)，護(hù)擋部分圍襯底并且與襯底隔開。令人驚訝的是，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)使用該 類型的護(hù)擋部分能夠致使升起的晶圓維持穩(wěn)定、中間的位置。在不受任何特定的理論或推 測(cè)的限制下，可以相信此作用是由于在護(hù)擋部分的邊界周圍的氣體壓強(qiáng)平衡的情況下，導(dǎo) 入冷卻氣體維持了護(hù)擋部分內(nèi)的襯底的同心度。該意外效果是，盡管襯底上沒有機(jī)械限制， 但在PVD處理過程中襯底仍可被正確放置。護(hù)擋部分可以保護(hù)晶圓的邊緣免于顆粒材料的 損害。
[0019] 典型地，護(hù)擋部分限定了用于容納襯底且僅稍大與襯底的凹口。凹口的特征尺寸 可以比襯底的特征尺寸大5 %以下，較優(yōu)地為3 %以下，最優(yōu)地為1 %以下。
[0020] 襯底支承件可以包括可放置襯底的凹口。在這些實(shí)施例中，護(hù)擋部分可以是凹口 的壁。替代性地，護(hù)擋部分可以是一直立于襯底支承件的襯底容納表面的結(jié)構(gòu)。
[0021 ] 護(hù)擋部分可以限定一襯底容納區(qū)域，襯底容納區(qū)域與要容納的襯底具有相同的一 般截面形狀。
[0022] 護(hù)擋部分可以是環(huán)形的。
[0023] 襯底支承件可以包括具有一個(gè)或更多孔的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，一個(gè)或多個(gè)孔使得冷卻氣體 能夠被提供到襯底?？梢允褂靡院线m方式布置的多個(gè)孔。
[0024] 襯底支承件可以包括可放置襯底的上表面，其中，上表面是非平面的。針對(duì)本發(fā)明 的第二方面對(duì)上表面的其他可選特征進(jìn)行說明。
[0025] PVD工藝可以是濺射工藝。濺射工藝可以是諸如金屬濺射之類的任何方便的濺射 工藝?？梢允褂闷渌鸓VD工藝。除金屬鍍層之外，諸如陶瓷鍍層之類的無機(jī)鍍層和有機(jī)鍍 層可以使用PVD工藝沉積在襯底上。
[0026] 通過在襯底上沉積一層薄膜可以對(duì)襯底進(jìn)行處理。
[0027] 襯底可以是半導(dǎo)體襯底。
[0028] 襯底可以是諸如晶圓之類的平面襯底。
[0029] 襯底可以為任何常規(guī)大小和形狀，諸如直徑為300mm的硅晶圓。
[0030] 根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種用于使用物理氣相沉積（PVD)對(duì)襯底進(jìn)行處 理的設(shè)備，包括襯底支承件以及冷卻氣體供應(yīng)，冷卻氣體供應(yīng)用于向襯底供應(yīng)冷卻氣體，以 使得在PVD工藝過程中襯底被從襯底支承件上升起，其中，襯底支承件被配置為使得能夠 在PVD工藝過程中升起襯底。
[0031] 襯底支承件可以被配置為容納襯底，以使得襯底的上表面經(jīng)受PVD工藝并且所述 襯底的下表面被提供有來自所述冷卻氣體供應(yīng)的冷卻氣體。
[0032] 襯底支承件可以包括護(hù)擋部分，護(hù)擋部分被配置為使得當(dāng)襯底被放置在襯底支承 件上時(shí)，護(hù)擋部分圍繞襯底并且與襯底分隔。所述護(hù)擋部分可以如本發(fā)明的第一方面所描 述的那樣。
[0033] 襯底支承件可以包括可放置襯底的上表面。上表面是非平面的。
[0034] 上表面可以具有隨