用于处理腔室的工艺内衬和物理气相沉积设备制造技术

本发明专利技术提供一种用于处理腔室的工艺内衬和物理气相沉积设备。所述工艺内衬具有环形结构，用于遮挡物理气相沉积腔室的内壁，所述工艺内衬包括：主体，所述主体由第一材料制成；以及外围层，所述外围层包覆所述主体，且由不同于所述第一材料的第二材料制成，所述外围层用于在清洗时保护主体。外围层能够对主体起到保护作用，尤其在清洗时可以保护主体，其所带来的有益效果是可以分别选择主体和外围层的材料。在选择主体的材质时可以不受待进行的处理的限制，选择导热率高且密度小的材料，既提高了整体的散热效率又减轻了工艺内衬的重量。在选择外围层的材质时，则可以主要考虑外围层与待沉积在其上的薄膜的粘附性。

【技术实现步骤摘要】
用于处理腔室的工艺内衬和物理气相沉积设备
本专利技术涉及半导体工艺设备领域，具体地，涉及一种用于处理腔室的工艺内衬和具有该工艺内衬的物理气相沉积(PVD)设备。
技术介绍
PVD工艺是在真空条件下将包括惰性气体和反应气体的工艺气体供应到PVD腔室内，并对靶材施加直流或射频功率，以激发等离子体并轰击靶材，被轰击溅射下来的靶材粒子落在半导体衬底(或晶片)表面形成薄膜。靶材粒子在沉积到半导体衬底表面的同时，也会沉积到PVD腔室的内壁等部件上。为了防止溅射材料直接沉积到内壁等部件上，通常在PVD腔室的内部增加工艺组件(ProcessKit)，以对腔室内壁进行保护。随着等离子体不断轰击靶材，大量的热量就存在于靶材周围的PVD腔室和工艺组件中。大量的热量会产生很高的温度，进而带来许多不利影响。比如：高温环境下，工艺组件存在热膨胀应力，沉积在工艺组件上的材料也会由于应力碎裂而剥离，从而污染晶片。因此，在PVD设备中，腔室、靶材和工艺组件周围通常都设置有冷却液体管路，其冷却介质例如是水或冷却剂等。对于工艺组件的材质，一方面要考虑到其热膨胀系数，原则上与靶材的材质越接近越好，这样沉积在工艺组件上的薄膜的黏附性较好，防止其由于应力碎裂而剥离，从而避免污染半导体衬底。另一方面还要考虑工艺组件的材质的导热性能，因为工艺组件和靶材周围的区域内较大量的热量主要通过工艺组件，尤其是通过工艺组件中主要遮挡PVD腔室的侧壁的工艺内衬，传递到冷却液体管路来散热的。举例来说，当采用PVD设备沉积铝薄膜时，靶材是铝，其上施加的功率很高，或可达到30KWDC(直流电)，因此更容易在工艺组件和靶材周围的区域内聚集大量的热量。采用其他材质的靶材沉积薄膜时的功率一般小于十几KWDC。工艺内衬的材料通常选用不锈钢(例如300系列)。然而，不锈钢的导热率仅为60W/mK，并且在20℃时不锈钢的热膨胀系数为13×10-6/℃。而沉积在其上的铝的热膨胀系数是23.5×10-6/℃，导致沉积在其上的铝薄膜的黏附性较差，容易从工艺内衬上剥离。再次，不锈钢的密度较大，因此不易搬运。因此，需要提供一种新型的用于处理腔室的工艺内衬(尤其用于沉积铝薄膜的PVD腔室)和具有该工艺内衬的物理气相沉积设备，以至少部分地解决现有技术中存在的上述问题。
技术实现思路
为了至少部分地解决现有技术中存在的问题，根据本专利技术的一个方面，提供一种用于处理腔室的工艺内衬，所述工艺内衬具有环形结构，用于遮挡物理气相沉积腔室的内壁，所述工艺内衬包括：主体，所述主体由第一材料制成；以及外围层，所述外围层包覆所述主体，且由不同于所述第一材料的第二材料制成，所述外围层用于在清洗时保护所述主体。优选地，所述第一材料为铝。优选地，所述第二材料的导热率大于或等于所述第一材料的导热率；和/或所述第二材料的热膨胀系数大于或等于所述第一材料的热膨胀系数的70％且小于或等于所述第一材料的热膨胀系数。优选地，所述第二材料为铜、银或它们的合金。优选地，所述外围层的面向所述物理气相沉积腔室的内部的表面经由喷砂处理以形成喷砂层。优选地，所述主体包括：沿竖直方向延伸的外环部；沿竖直方向延伸的内环部，所述内环部的顶部低于所述外环部的顶部；连接所述外环部的底部和所述内环部的底部的平板部；以及从所述外环部的外壁向外凸出的凸出部，所述凸出部上设置有安装部。优选地，所述外环部的顶部上的外围层表面以及所述外环部的位于所述凸出部上方的外壁上的外围层表面经由喷砂处理以形成喷砂层。优选地，所述外环部在所述凸出部下方的外壁上形成台阶，所述台阶环绕所述外环部的外壁的整个圆周，以使所述外环部的位于所述台阶以下的部分具有较小的壁厚。优选地，所述平板部和所述内环部的壁厚小于所述外环部的壁厚。优选地，所述外环部还包括设置在其内壁的上部的锥形部，所述锥形部环绕所述外环部的内壁的整个圆周，且沿着向下的方向具有减缩的径向尺寸。根据本专利技术的另一方面，还提供一种物理气相沉积设备，所述物理气相沉积设备具有物理气相沉积腔室，在所述物理气相沉积腔室中设置有如上所述的任一种工艺内衬。本专利技术提供的工艺内衬包括主体和包覆该主体的外围层，外围层能够对主体起到保护作用，尤其在清洗时可以保护主体，其所带来的有益效果是可以分别选择主体和外围层的材料。在选择主体的材质时，由于不受待进行的处理所限制，因此可以选择导热率高且密度小的材料来制作主体，进而既提高了整体的散热效率又减轻了工艺内衬的重量。在选择外围层的材质时，则可以主要考虑外围层与待沉积在其上的薄膜的粘附性，进而尽量避免沉积在该工艺内衬上的薄膜由于应力碎裂而剥离。在
技术实现思路
中引入了一系列简化的概念，这些概念将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本
技术实现思路
部分并不意味着要试图限定所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。以下结合附图，详细说明本专利技术的优点和特征。附图说明本专利技术的下列附图在此作为本专利技术的一部分用于理解本专利技术。附图中示出了本专利技术的实施方式及其描述，用来解释本专利技术的原理。在附图中，图1为根据本专利技术一个实施例的PVD腔室的示意图；图2为根据本专利技术一个实施例的工艺内衬的剖视图；以及图3为图2中所示的工艺内衬的截面图。具体实施方式在下文的描述中，提供了大量的细节以便能够彻底地理解本专利技术。然而，本领域技术人员可以了解，如下描述仅涉及本专利技术的较佳实施例，本专利技术可以无需一个或多个这样的细节而得以实施。此外，为了避免与本专利技术发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。根据本专利技术的一个方面，提供了在例如PVD腔室等的处理腔室中使用的工艺内衬。该工艺内衬具有环形结构，用于遮挡PVD腔室的内壁。为了容易理解本专利技术提供的工艺内衬，现在先对PVD腔室的整体结构进行简单介绍。图1中示出了根据本专利技术一个实施例的PVD腔室。需要说明的是，本文的图示仅为用于示例目的的简图并非按比例绘制。如图1所示，PVD腔室100包括壳体组件、靶材120和基座130。壳体组件包括顶部未封闭的腔体111和盖体113。在盖体113覆盖在腔体111的顶部时，两者之间通过密封圈(例如陶瓷密封圈)密封。进行PVD工艺时，壳体组件内形成负压环境。腔体111可以是例如通过冲压、切削或模制等工序制作的单体构件。在另一个实施例中，腔体111可以包括分体制成的底部部分和侧壁部分。底部部分例如可以由不锈钢制成，侧壁部分例如可以由铝或其合金制成。靶材120和基座130均设置在壳体组件的内部。靶材120通常接附至壳体组件的顶部，例如接附至盖体113的面向PVD腔室内部的底面上。基座130用于支撑固定在其上表面的半导体衬底500。此外，基座130还可以设置为可旋转、可升降和/或可平移，用于将半导体衬底500输送到预定处理位置，并在处理后将半导体衬底500从PVD腔室100输出。基座130可以包括用于固定半导体衬底500的夹具(例如静电卡盘ESC)、加热器或前述部件的组合等。此外，该壳体组件上可以设置有用于与气体源140连接的气体入口117、以及用于与泵150连接的气体出口119。气体源140用于提供反应气体和/或保护气体(例如惰性气体或氮气)。泵150用于在壳体组件包围的空间内制造负压环境并抽出反应后的气态物质。进一步，壳体组件上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于处理腔室的工艺内衬，所述工艺内衬具有环形结构，用于遮挡物理气相沉积腔室的内壁，所述工艺内衬包括：主体，所述主体由第一材料制成；以及外围层，所述外围层包覆所述主体，且由不同于所述第一材料的第二材料制成，所述外围层用于在清洗时保护所述主体。

【技术特征摘要】
1.一种用于处理腔室的工艺内衬，所述工艺内衬具有环形结构，用于遮挡物理气相沉积腔室的内壁，所述工艺内衬包括：主体，所述主体由第一材料制成；以及外围层，所述外围层包覆所述主体，且由不同于所述第一材料的第二材料制成，所述外围层用于在清洗时保护所述主体；其中，所述第二材料的导热率大于或等于所述第一材料的导热率；和/或所述第二材料的热膨胀系数大于或等于所述第一材料的热膨胀系数的70％且小于或等于所述第一材料的热膨胀系数。2.如权利要求1所述的工艺内衬，其特征在于，所述第一材料为铝。3.如权利要求1所述的工艺内衬，其特征在于，所述第二材料为铜、银或它们的合金。4.如权利要求1所述的工艺内衬，其特征在于，所述外围层的面向所述物理气相沉积腔室内部的表面经由喷砂处理以形成喷砂层。5.如权利要求1所述的工艺内衬，其特征在于，所述主体包括：沿竖直方向延伸的外环部；沿竖直方向延伸的内环部，所述内环部的顶部低于所述外环部的顶部；连接所述外环部的...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐桂玲，
申请(专利权)人：北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京;11