TWI777243B - 薄膜沉積腔、多功能遮蔽盤以及多功能遮蔽盤的使用方法 - Google Patents

Abstract

本揭露提供一種具有一多功能遮蔽盤之多功能腔。該遮蔽盤包括該遮蔽盤之一個表面上的一燈裝置、一DC/RF電力裝置，及一氣體管道。運用此組態能夠簡化腔的類型，而不需要諸如一除氣腔、一預清洗腔、一CVD/PVD腔的各種特定專用腔。藉由使用該多功能遮蔽盤，除氣功能及預清洗功能提供於一單一腔內。因此，一分離除氣腔及一預清洗腔不再被需要，且腔之間的總傳送時間被減小或消除。

Description

薄膜沉積腔、多功能遮蔽盤以及多功能遮蔽盤的使用方法

本揭露關於一種薄膜沉積腔、多功能遮蔽盤以及其使用方法。

在製造半導體中，處理腔或處理腔系統用以使如以每小時之晶圓數(wafers per hour；WPH)量測之產率(throughput rate)最大化。晶圓在處理腔系統之每一腔內經受各種步驟，以處理晶圓以製造半導體、積體電路、微處理器、記憶體晶片或類似者。此等腔包括除氣腔、預清洗腔、冷卻腔、化學氣相沉積(chemical vapor deposition；CVD)腔及物理氣相沉積(physical vapor deposition；PVD)腔。能夠在腔之間傳送晶圓之傳送系統藉由在執行不同功能之每一腔之間高效地傳送晶圓來輔助減小製造製程的瓶頸。

依據本揭露之部分實施例，一種薄膜沉積腔包含一電極；一承載座用以固持一工件；以及一遮蔽盤，覆蓋該承載座。遮蔽盤包含一第一側及一第二側，該遮蔽盤之該第一側面向該承載座；以及一熱能源位於該遮蔽盤 之該第一側上。

依據本揭露之部分實施例，一種具有一第一表面及一第二表面的多功能遮蔽盤包含一燈模組位於該遮蔽盤之該第一表面上；以及一電力模組鄰接於該第一表面上的該燈模組，其中該第一表面包括：一具有一第一外徑的內部圓，該燈模組佔用該內部圓的至少一部分；以及一外部圓，同心於該內部圓，該外部圓具有大於該第一外徑的一第二外徑，該電力模組佔用該外部圓與該內部圓之間的一區域之至少一部分。

依據本揭露之部分實施例，一種使用多功能遮蔽盤的方法，包含：提供一工件至一多功能腔，其中該工件之除氣、該工件之預清洗及於該工件上之薄膜沉積在該多功能腔處發生；將該工件置放於該腔內且一多功能遮蔽盤下方之一承載座上；啟動該多功能遮蔽盤上之一熱能源；使該工件除氣；及將一薄膜沉積於該工件上。

100:腔處理系統

110:主框架

120:主框架

130:側壁

140:真空載入鎖定腔

152:腔

153:腔

154:腔

155:腔

156:腔

157:腔

158:腔

160:工件升降器

170:晶圓傳送系統

172:機器手臂

200:腔結構

210:承載座

215:工件

220:遮蔽盤

230:靶材

232:電極

235:電力電路

240:電力電路

250:氣體供應器

260:真空泵

270:屏蔽件

280:蓋環

285:沉積環

290:磁體

295:加熱器

300:仰視圖

310:燈模組

320:電力模組

330:氣體管道模組

400:流程圖

S410:步驟

S420:步驟

S430:步驟

S440:步驟

S450:步驟

S460:步驟

R1:第一外徑

R2:第二外徑

R3:第三外徑

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1圖為根據本揭露之實施例的處理腔系統之一個實施例的平面圖，該處理腔系統包括具有多功能遮蔽盤的多功能腔。

第2圖為根據本揭露之一個實施例的包括多功能遮蔽 盤之多功能腔結構的橫截面圖。

第3圖為根據本揭露之一個實施例的多功能遮蔽盤之仰視圖。

第4圖為根據本揭露之實施例的薄膜沉積製程之流程圖。

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。

現將結合諸圖詳細描述本揭露之各種態樣。

第1圖為根據本揭露之實施例的多功能腔之一個實施例的平面圖，該多功能腔具有多功能遮蔽盤。

在第1圖之實施例中，腔處理系統100包括具有複數個側壁130之一或多個五邊形主框架110、120。複數個真空載入鎖定腔140定位於五邊形主框架110、120的中心中。複數個腔152、153、154、155、156、157及158鄰近於真空載入鎖定腔140的每一側壁130定位。

外部工件升降器160鄰近於腔處理系統100而定位。外部工件升降器160用以固持複數個工件(例如，晶圓、基板或類似者)且供應工件至腔處理系統100中以供處理。外部工件升降器160可包括用於容納複數個工件之匣，及用於自匣選擇工件且及時地供應所選擇工件至真空載入鎖定腔140且供應至複數個腔152、153、154、155、156、157及158中的自動分配器。

在一或多個實施例中，真空載入鎖定腔140維持於真空狀態。真空載入鎖定腔140將工件遞送至複數個腔152、153、154、155、156、157及158中之一者，且將工件載入至所選擇腔中。在載入製程之後，真空載入鎖定腔140在處理期間空間分離真空載入鎖定腔140與複數個腔152、153、154、155、156、157、158中之至少一者或鎖定該真空載入鎖定腔。真空載入鎖定腔140包括晶圓傳送系統170用於將工件自外部 工件升降器160傳送至複數個腔152、153、154、155、156、157及158。晶圓傳送系統170取決於整個製造製程之下一步驟亦在腔152、153、154、155、156、157及158之間傳送工件。晶圓傳送系統170可包括用於移動工件之複數個機器手臂172。

在相關腔處理系統中，預清洗製程、除氣製程、冷卻製程、沉積製程各自在分離之專用腔中執行。即，在相關系統中，存在分離之除氣腔、預清洗腔、化學氣相沉積(chemical vapor deposition；CVD)腔、物理氣相沉積(physical vapor deposition；PVD)腔及冷卻腔，其中每一腔用於一個特定且獨特之製程。通常，在相關腔處理系統中，外部工件升降器擷取工件且將該工件提供至用於除氣製程的專用腔，且在除氣製程之後，系統提供工件至用於預清洗製程之另一腔，且其後將工件提供至用於PVD或CVD製程的另一腔。在將工件自除氣腔移動至預清洗腔且移動至薄膜沉積腔中涉及之傳送時間對於在相關系統中對工件除氣、預清洗且將薄膜沉積於工件上的總處理時間顯著有貢獻。

根據本揭露之一或多個實施例，複數個腔152、153、154、155、156、157、158中之一或多者為能夠執行至少除氣製程、預清洗製程及沉積製程的多功能腔。根據本揭露，此多功能腔包括能夠執行除氣製程及預清洗製程的多功能遮蔽盤，該多功能遮蔽盤不同於相關技術中不能執行除氣製程或預清洗製程的相關遮蔽盤。 使用能夠執行除氣製程及預清洗製程之遮蔽盤允許複數個腔152、153、154、155、156、157、158中之一或多個腔在裝備有根據本揭露之實施例的多功能遮蔽盤時充當多功能腔。多功能腔之益處為，該多功能腔避免對將工件傳送至不同腔以進行在多功能腔中進行之製程的需要。避免此類傳送實質上減小自一個腔至另一腔的傳送時間，此情形減小完成薄膜沉積製程的總時間。此外，使用多功能腔減小或消除對分離之專用除氣腔及預清洗腔的需要。此等不需要之除氣及預清洗腔可被多功能腔替換，此情形藉此增大腔處理系統100的總產率。多功能遮蔽盤之細節結合以下諸圖來描述。

第2圖為根據本揭露之一個實施例的多功能腔結構200之橫截面圖。腔結構200包括承載座210，工件215在處理期間置放於承載座上。承載座210例如由鋁、不銹鋼、陶瓷或其組合製成。遮蔽盤220定位於工件215上方。大體而言，遮蔽盤220在清洗靶材230期間使用以保護承載座210及承載座210鄰近且周圍的其他元件。舉例而言，遮蔽盤220定位於靶材230與承載座210之間以隔離如下各者：靶材230及待在清洗製程期間清洗的其他元件，與腔結構200內的可藉由清洗靶材230及黏貼材料受到損害的其他元件。在一個實施例中，遮蔽盤220收容於殼體(圖中未示)中，該殼體基於正執行之操作的類型而附接至腔結構200的側面。遮蔽盤220連接至旋轉臂，從而基於操作之階段 及類型(例如，預清洗、除氣或製造中涉及之其他合適步驟)在水平方向或垂直方向上移動遮蔽盤220。舉例而言，基於操作，旋轉臂可置放遮蔽盤220以覆蓋工件215(或覆蓋承載座210)，或可以其他方式將遮蔽盤220置放於殼體內部。

在一個實施例中，射頻(RF)電力電路235連接至承載座210以在處理期間提供射頻偏壓電壓至工件215。在另一實施例中，射頻電力電路235連接至遮蔽盤220，且在處理期間提供射頻電力至遮蔽盤220。

在一個實施例中，直流(DC)電力電路240連接至遮蔽盤220，且提供直流電力至遮蔽盤220。在另一實施例中，直流電力電路240提供直流偏壓至工件215。在其他實施例中，直流電力電路240連接至靶材230，且向靶材230提供直流偏壓電壓。舉例而言，在根據本揭露之一些實施例中，靶材230及承載座210藉由電源(DC或RF)相對於彼此進行偏壓。在其他實施例中，可提供耦接至靶材230及直流電力電路240的電極232。電極232在沉積製程期間可運用直流偏壓來偏壓。

在本揭露之一個實施例中，氣體供應器250連接至遮蔽盤220，且供應氣體至遮蔽盤220。所供應之氣體在除氣製程、預清洗製程或沉積製程期間有用。在另一實施例中，氣體供應器250控制至腔結構200中的氣流。舉例而言，氣體供應器250可提供氬(Ar)氣至 腔結構200中。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、含氟氣體或諸如氬氣之其他惰性氣體在蝕刻清洗期間經由氣體供應器250供應至腔結構200。

真空泵260連接至腔結構200。真空泵260在處理工件215期間能夠在腔結構200中產生真空狀態。屏蔽件270在處理期間包圍工件215，且蓋環280在處理期間維持工件215與承載座210相抵。

靶材230在例如PVD製程期間提供待沉積材料至工件215上。磁體290增強處理期間靶材材料的均勻消耗。電漿自諸如氬之所供應氣體形成於靶材230與工件215之間。電漿內之離子朝向靶材230加速，且轟擊靶材230以藉由使材料之數個部分自靶材230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215，且將靶材材料薄膜沉積於工件215(該工件通常經負偏壓)上。

沉積環285包圍承載座210。鄰近於沉積環285定位之蓋環280與沉積環285部分重疊。蓋環280藉由沉積環285支撐。蓋環280及沉積環285保護承載座210之在處理(例如，濺射製程或PVD製程)期間未藉由工件215覆蓋的數個區。腔結構200之剩餘部分藉由鄰近於蓋環280的屏蔽件270保護。蓋環280及沉積環285使沉積於承載座210上之來自靶材230的材料減小或最小化。在PVD製程期間，腔結構200中 之氬氣轉換成電漿狀態。即，電漿將具有正電荷的氬離子及電子。正電荷的氬離子將被吸附朝向靶材230定位所在的負板材(例如，靶材230可使用直流電力電路240經負偏壓)。此吸附力使得正電荷的氬離子移動朝向靶材230定位所在的負板材。此等離子在製程期間運用力撞擊靶材230。此力使得來自靶材表面之一些離子自靶材230強行去除，且終於沉積於工件215上。若自靶材230強行去除之材料的一些與承載座210及其周圍環境(例如，承載座210之壁及工件215的周邊)接觸，則強行去除之材料可沉積於承載座210、其周圍環境或工件215的周邊上。蓋環280及沉積環285協作以減小或消除來自靶材230之材料與腔結構200之元件接觸，靶材材料在該等元件上之沉積是不希望發生的。

沉積環285可經移除以自沉積環285之表面清洗此等靶材材料沉積物。藉由使用沉積環285，承載座210並非必須被拆卸以在每一PVD製程之後被清洗。此外，沉積環285保護承載座210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285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、密封要求、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280自可抵抗藉由所產生之電漿進行之腐蝕的材料製造，該材料為例如諸如不銹鋼、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、密封要求、塗覆溫度等的任何其他材料。

根據本揭露之實施例，加熱器295設置於承載座210上。在操作期間，工件215置放於加熱器295之頂部上，該加熱器配置於承載座210的頂表面上。在一個實施例中，加熱器295可作為用作承載座210的單一整合式結構併入。在其他實施例中，加熱器295可覆蓋於承載座210之頂表面上的分離元件。加熱器295經設計以加熱工件215以使工件215做好準備以供處理。

雖然在諸圖中未繪示，但控制器電路連接至腔結構200以執行並施行製造製程的各種步驟。通常，控制器電路包括微處理器、中央處理單元，及能夠執行指令的任何其他積體電路。在一個實施例中，控制器電路可控制各種腔、晶圓傳送系統170之機器手臂172及併入於腔處理系統100內的各種子處理器。諸如記憶體之其他元件可耦接至控制器電路。記憶體或電腦可讀媒體可 為易於可用之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)。

第3圖為根據本揭露之實施例的多功能遮蔽盤220之仰視圖300。

如第3圖中所繪示，在一個實施例中，遮蔽盤220具有圓形形狀，及遮蔽盤220的第一側(例如，第3圖中所繪示的底表面)。遮蔽盤220之與第一側相對的第二側可連接至腔結構200的其他部分。根據本揭露之多功能遮蔽盤220在第一側上包括至少熱能源模組(諸如燈模組310)、電力模組320，及氣體管道模組330。舉例而言，遮蔽盤220具有第一外徑R1。在第3圖中所圖示之實施例中，燈模組310配置於遮蔽盤220之底表面的具有第二外徑R2之區域中。燈模組310定位於藉由第二外徑R2界定之內部圓形區域中。電力模組320(亦被稱作蝕刻模組320)鄰近於燈模組310配置。舉例而言，如第3圖中所圖示，電力模組320配置於在第二外徑R2外部且在第三外徑R3內的區域中。即，電力模組320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一外部環形區域內。根據本揭露之實施例，氣體管道模組330鄰近於電力模組320配置。氣體管道模組330配置於在第三外徑R3外部且第一外徑R1內之區域中。即，氣體管道模組330可定位於藉 由第三外徑R3與第一外徑R1之間的區域界定之第二外部環形區域內。

在其他實施例中，可改變燈模組310、電力模組320及氣體管道模組330之配置。舉例而言，電力模組320可定位於內部圓形區域中，且氣體管道模組330可定位於第一外部環形區域中，且燈模組310可定位於第二外部環形區域中。燈模組310、電力模組320及氣體管道模組330之其他各種配置可經使用，且配置未必固定至圖式中繪示的實施例。此外，儘管根據本揭露之實施例中的遮蔽盤已描述為包括燈模組310、電力模組320及氣體管道模組330，但根據本揭露之遮蔽盤的實施例可省略燈模組310、電力模組320及氣體管道模組330中的一或多者。

在一個實施例中，燈模組310、電力模組320及氣體管道模組330可與遮蔽盤220一體式地形成，且以共平面方式配置於第一側處。在另一實施例中，模組可以可移除方式附接至遮蔽盤220之第一側，且可以非共平面方式附接。

在其他實施例中，燈模組310、電力模組320及氣體管道模組330可配置於遮蔽盤220之第一側處的任何方位處。即，模組並非必須以如第3圖中所繪示的同心配置形成。舉例而言，模組中之每一者並非必須安置於內部圓形區域或者第一外部環形區域及第二外部環形區域中，且具有圓形形狀或環形形狀。在其他實施例 中，模組可具有不同形狀、大小及尺寸。舉例而言，模組可具有多邊形形狀(例如，矩形形狀、三角形形狀或類似者)或者線形形狀(例如，直線、圓形線或類似者)，或適合於提供熱能、電力或氣體之實施的任何其他形狀，該熱能、電力或氣體適合於進行除氣功能及預清洗功能。舉例而言，燈模組310可包括定位於遮蔽盤220之第一側上的單一燈，或替代地包括沿著第一側之周邊隔開之若干個燈的環形組態。

在一些實施例中，燈模組310及電力模組320可實施為單一模組。舉例而言，單一模組可經形成以執行燈模組及電力模組兩者的功能。在此等實施例中，遮蔽盤220之第一側可具有具燈功能及電力功能之組合式單一模組，及分離的氣體管道模組330。在其他實施例中，模組取決於模組之重疊功能可經組合成一個模組。

燈模組310用以將工件215加熱至一溫度，該溫度在除氣操作(例如，脫氣)期間致使外部濕氣的移除。為了提供熱，燈模組310可包括適合於充分提高工件之溫度以自工件215之表面移除外部濕氣的任何合適加熱裝置。舉例而言，燈模組310可包括紅外線加熱器、雷射加熱器、輻射或對流加熱器或其他晶圓加熱器以提升工件215的溫度。燈模組310之其他實例可包括加熱器，該加熱器在加熱器之面向工件215之表面上包括加熱線圈。另外或替代地，加熱器可在加熱器之面向工件215之表面上包括加熱燈。藉由工件215的使用燈 模組310之受控加熱，存在於工件215中之某些氣體及濕氣可在除氣製程期間被移除。根據一些實施例，燈模組310包括蓋塗層以保護燈模組310及/或遮蔽盤220的外表面。燈模組310上之蓋塗層在模組在除氣製程期間直接暴露至電漿時保護模組。在除氣製程期間至電漿的直接暴露可使遮蔽盤220之品質及功能降級。蓋塗層亦可減小必須清洗或替換遮蔽盤220之頻率。用於蓋塗層之材料的實例包括但不限於石英及用於執行保護功能的其他合適材料。

電力模組320用以在預清洗操作期間移除氧化物、雜質及外來外部材料。舉例而言，在進一步處理對工件215執行之前，電力模組320經由化學蝕刻方法或物理蝕刻方法自工件215之表面移除雜質。

在一個實施例中，電力模組320可使用射頻電源實施。然而，在其他實施例中，其他電源可經使用，且電源不必限於射頻電源。舉例而言，直流電源可用於電力模組320中。為了起始預清洗製程，電力模組320之參數可經設定，蓋電力模組適合於清洗工件215上的雜質。在一些實施例中，額外氣體可經由氣體管道模組330結合應用電源供應至工件215。在一個實例中，含氟化合物氣體可經供應，且可應用約300至約2200[瓦特：W]的射頻電源。來自電力模組320之電源將形成與工件215上之雜質反應且清洗雜質的電漿。電力模組320之電力位準在清洗製程完成之後在用以設定不同電 力位準的製程期間可經改變以使與腔內之壁或其他結構的反應最小化。

在一些實施例中，電力模組320可併有射頻產生器，該等射頻產生器用以以各種頻率產生射頻電力。舉例而言，電力模組320可包括低頻射頻產生器及高頻射頻產生器以供應各種範圍之電力位準及頻率。在一個實施例中，電力模組320包括嵌入於遮蔽盤220中的射頻電力產生器。射頻電力產生器可提供電漿以清洗工件215。

在本揭露之一個實施例中，使用TiN之金屬硬遮罩(metal hard mask；MHM)製程使用多功能腔結構200來實施，該多功能腔具有根據本實施例的多功能遮蔽盤220。在相關技術中，工件藉由晶圓傳送系統自工件升降器擷取，且被置入除氣腔中從而自工件之表面移除外部濕氣。於在除氣腔中進行處理之後，晶圓傳送系統將工件自除氣腔傳送且至PVD腔用於沉積製程。用於將工件自工件升降器移動至除氣腔且接著移動至PVD腔的傳送時間對針對工件之總處理時間有貢獻，此情形減小腔處理系統的產量。舉例而言，在相關技術中，用於執行MHM製程之產量為每小時約50件。對比而言，使用本揭露之實施例進行之MHM製程具有用於執行每小時約60件之MHM製程的產量。在使用本揭露之實施例執行MHM製程時的較大產量是歸因於將工件自工件升降器傳送至分離除氣腔且接著傳送至分離 PVD腔花費的減小之時間。即，根據本揭露之實施例，工件215藉由晶圓傳送系統170自工件升降器160拾取，且置放於PVD腔中。在PVD腔中，首先，除氣操作藉由利用包括燈模組310之遮蔽盤執行以自工件215之表面移除外部濕氣，諸如水。在除氣操作之後，遮蔽盤220儲存於殼體中(例如，盤在不使用時將儲存於殼體中)，且沉積製程可在晶圓傳送系統170並非必須將工件215移動至分離腔的情況下於該腔中執行。即，在同一腔內，氣體(例如，氬氣(Ar))將在腔中供應，且電漿狀態將藉由供應合適電壓從而產生電漿狀態來形成(例如，包括電子及具有正電荷之離子的帶電氣體)。此等電漿狀態粒子轟擊靶材230，且歸因於衝擊與靶材230分離的材料沉積於工件215上。因此，由於用於將工件215自工件升降器160移動至後續腔的傳送時間被消除，因此腔處理系統100之產量相較於相關技術中之相關腔系統可增大約20%。此外，產量可在需要諸如預清洗製程的進一步處理之製程中進一步得到改良，此是由於不同於工件在利用與除氣腔或沉積腔分離之預清洗腔的相關腔系統中的處理，使用本揭露之多功能腔及多功能遮蔽盤處理的工件並不需要傳送至分離預清洗腔。

在另一實施例中，鎳(Ni)製程可使用多功能腔結構200實施，該多功能腔具有根據本揭露之實施例的多功能遮蔽盤220。在相關技術中，工件藉由晶圓傳送系 統自工件升降器拾取，且遞送至預清洗腔從而藉由化學方法自工件之表面移除氧化物或雜質。於在預清洗腔中進行處理之後，晶圓傳送系統自預清洗腔拾取工件，且將該工件遞送至PVD腔用於沉積製程。用於將工件自工件升降器移動至預清洗腔且至PVD腔的傳送時間減小腔處理系統之產量。舉例而言，在相關技術中，用於執行Ni製程之產量為約每小時約15件。對比而言，利用多功能腔及多功能遮蔽盤的根據本揭露之實施例進行的Ni製程歸因於所涉及之減小的傳送時間顯現每小時約25件的產量。即，利用本揭露之實施例，工件215藉由晶圓傳送系統170自工件升降器160拾取，且置放於PVD腔中。在PVD腔中，化學預清洗操作藉由利用遮蔽盤220之電力模組320以化學清洗工件215之表面而首先執行。氣體管道模組330亦用以提供諸如三氟化氮(nitrogen trifluoride；NF3)之反應氣體用於清洗製程。NF3氣體(或諸如矽酸鎢之任何其他合適氣體)經由氣體管道模組330提供，且電力模組320在工件215(例如，矽晶圓)的電漿蝕刻(或電漿清洗)中使用NF3氣體。舉例而言，電力模組320最初藉由使用電漿原位分解NF3氣體。所得氟原子為攻擊例如存在於工件215中之多晶矽、氮化矽及氧化矽的活性清洗劑。在預清洗操作之後，遮蔽盤220儲存於殼體中，且沉積製程可在晶圓傳送系統170並非必須將工件215移動至分離腔情況下在腔中執行。即，在同一腔內，沉積製 程將對工件215執行。因此，由於用於將工件215自工件升降器160移動至後續腔的傳送時間被減小或消除，因此腔處理系統100的產量相較於上文描述之相關腔系統可增大約66.6%。

在根據本揭露之又一實施例中，TiN製程使用具有多功能遮蔽盤220的多功能腔結構200來實施。在相關技術中，工件藉由晶圓傳送系統自工件升降器拾取，且初始地置放於除氣腔中、傳送至預清洗腔，接著傳送至PVD腔，且最終傳送至CVD腔用於TiN處理。即，在相關腔系統中，工件在至少4個分離腔(例如，除氣腔、預清洗腔、PVD腔及CVD腔)之間移動。用於將工件自工件升降器移動至此等多個腔之傳送時間減小腔處理系統的產量。舉例而言，在相關技術中，用於執行TiN製程之產量為每小時約35件。對比而言，根據本揭露之TiN製程歸因於減小之傳送時間顯現每小時約46件的產量。即，根據本揭露，工件215藉由晶圓傳送系統170自工件升降器160拾取，置放於PVD腔中，且接著移動至CVD腔。在PVD腔中，首先，藉由利用遮蔽盤220之燈模組310來執行除氣操作，以自工件215之表面移除外部濕氣。接著，第二，在同一腔中，物理預清洗操作藉由利用遮蔽盤220之電力模組320來執行以物理清洗工件215之表面。在物理預清洗製程中，使用諸如氬之惰性氣體。在一些實施例中，氣體管道模組330提供惰性氣體用於清洗製程。在其他實施例 中，氬氣體可經由連接至腔結構200之氣體入口供應至腔結構200。電漿清洗或電漿蝕刻在物理預清洗操作的製程期間使用。電漿蝕刻為用以清洗工件215之表面中之氧化物或其他雜質的電漿處理之形式。稱作蝕刻物質之電漿源可為帶電的(離子)或中性的(原子及自由基)。蝕刻物質與工件215中之材料反應，且蝕刻或清洗工件215的表面。歸因於其蝕刻性質，電漿蝕刻亦可用以製造積體電路。在預清洗操作之後，遮蔽盤220儲存於殼體中，且PVD沉積製程可在晶圓傳送系統170不必將工件215移動至分離腔的情況下在腔中執行。在PVD製程之後，接著，工件215最終傳送至CVD腔用於CVD處理。因此，由於用於將工件215自工件升降器160移動至後續腔的傳送時間被顯著減小，因此腔處理系統100之產量相較於先前技術中之相關腔系統可增大約31.4%。

第4圖為根據本揭露之實施例的用於在腔系統100中沉積兩個薄膜之製程的流程圖400。在步驟S410處，複數個工件儲存於外部工件升降器中的匣中，該匣鄰接於腔處理系統定位。在步驟S420處，複數個工件之間的工件經選擇並遞送至具有多功能遮蔽盤之第一腔從而將第一薄膜沉積於工件上。在第一薄膜沉積於工件上之後，步驟取決於多少個薄膜將沉積於工件上可繼續步驟S430及步驟S440。具有多功能遮蔽盤之第一腔包括至少一燈模組及電力模組以執行除氣操作及預 清洗操作的功能。除氣操作使用併入於遮蔽盤中之燈模組來執行。預清洗操作使用併入於遮蔽盤中之電力模組執行。藉由在腔中之每一者，例如步驟S420處用於執行第一薄膜之沉積的第一腔、步驟S430處用於執行第二薄膜之沉積的第二腔、步驟S440處用於執行第n薄膜之沉積的第n腔中包括多功能遮蔽盤，在移動至用於除氣操作之除氣腔及用於預清洗操作之預清洗腔中涉及的傳送時間被消除。在薄膜沉積製程對工件執行之後，在步驟步驟S450處，工件使用晶圓傳送系統來移動至冷卻腔。在冷卻製程之後，晶圓傳送系統將工件移動至外部工件升降器以供進一步處理。

為了說明具有根據本揭露之實施例形成之多功能遮蔽盤的多功能腔之優勢，每一製程在實例製程中花費多少時間的時間估計將予以說明。應理解，下文給定之時間表示一個相關製程。其他相關製程可具有小於或大於下文描述之製程時間的不同製程時間。在利用相關系統之製程中，外部工件升降器與腔之間或自一個腔至另一腔的傳送時間為約30至40秒。除氣操作涉及約120至130秒，且預清洗操作涉及約150至160秒。第一薄膜之薄膜沉積涉及約100至110秒，且第二薄膜之沉積涉及約200至210秒。另外，在冷卻製程中涉及之時間為約60至70秒。

在相關腔系統中，將工件自外部工件升降器傳送至除氣腔花費約30至40秒。如上文所描述，除氣操作花 費約120至130秒。自除氣腔至預清洗腔之傳送時間為約30至40秒，且預清洗操作花費約150至160秒。在預清洗製程之後，工件至第一薄膜沉積腔之傳送花費約30至40秒。沉積製程花費約100至110秒。在第一腔中之第一薄膜沉積製程之後，工件被傳送至第二腔從而沉積第二膜。此傳送時間為約30秒，且第二薄膜之沉積花費約200至210秒。其後，需要另外30至40秒以將工件自第二腔移動至冷卻腔，且冷卻製程花費60至70秒。在冷卻製程完成之後，工件傳送至工件升降器，此情形花費另外30至40秒。總而言之，在根據此所描述相關製程處理單一工件中涉及之總時間總量達至少約810秒。

與使用相關腔系統在先前段落中描述之製程相對比，描述使用根據本揭露之多功能腔及遮蔽盤的類似製程。使用本揭露之多功能腔及遮蔽盤的類似製程在步驟S410處將工件自工件升降器移動至第一腔。此傳送花費約30至40秒。步驟S420處的涉及除氣、預清洗及沉積第一薄膜於工件上的製程涉及總計約370至380秒。即，如先前所解釋，除氣操作涉及約120至130秒，預清洗操作涉及約150至160秒，且第一薄膜之沉積涉及約100至110秒。然而，根據本揭露之製程，不存在將工件自除氣腔移動至預清洗腔且移動至第一薄膜沉積腔中涉及的傳送時間。在沉積第一薄膜之後，工件在步驟S430處自第一腔移動至第二腔。此處，第二 薄膜之沉積經執行且涉及約200秒。其後，在用於冷卻的步驟S450(在此實例中，存在僅所涉及之兩個薄膜沉積)處。即，約30至40秒用以將工件自第二腔移動至冷卻腔，且冷卻製程花費約60至70秒。在冷卻製程完成之後，在步驟S460處，工件傳送至工件升降器，此情形將花費另外30至40秒。總而言之，在根據上述排程處理單一工件中涉及之總時間總量達至少約750秒。對比而言，藉由上述相關腔系統進行之製程歸因於在腔之間傳送工件花費的增大之時間涉及多出的至少60秒。傳送時間的此減小針對根據本文中所描述之實施例的腔處理系統對產率之增大有貢獻。

根據本揭露之多功能遮蔽盤正如相關遮蔽盤一般保護承載座，且進一步提供在同一腔中進行除氣製程及預清洗製程的能力。藉由在薄膜沉積腔中併入多功能遮蔽盤，腔處理系統並非必須將工件自一個腔移動至另一腔以便進行除氣製程、預清洗自稱及沉積製程，而是可在單一腔中進行所有三個製程。實踐本揭露之實施例亦將簡化在薄膜沉積製程期間需要的腔類型(例如，除氣腔、預清洗腔、CVD/PVD腔、冷卻腔或類似者)。

多功能遮蔽盤之一個態樣為，該多功能遮蔽盤包括該遮蔽盤之一個表面上的一燈裝置、一DC/RF電力裝置及一氣體管道。在此組態情況下，簡化腔類型有可能，此是由於諸如前述腔之各種特定專用腔不被需要。舉例而言，藉由使用多功能遮蔽盤，除氣功能及預清洗功能 提供於單一腔內。為了為特定的，CVD腔或PVD腔可僅使多功能遮蔽盤併入於腔內，且除氣製程及預清洗製程可在CVD或PVD腔內執行。此情形意謂，分離的除氣腔及預清洗腔不再被需要。不需要之分離之除氣及預清洗腔具有其可被CVD或PVD腔替換的附加益處，此情形可肯定地有益於根據本揭露之腔系統的產量。

本揭露具有並不限於所列舉益處的若干益處。首先，藉由將除氣/預清洗腔功能組合於遮蔽盤中，產量可顯著改良。其次，因為對昂貴之除氣腔及預清洗腔之需要被避免，所以總體製造成本被減低。最後，晶圓並非必須自除氣腔傳送至預清洗腔，且接著傳送至CVD腔或PVD腔。藉由減小或消除在將晶圓傳送至腔且自腔傳送中涉及之時間，在薄膜沉積中涉及之總時間被顯著減小。

本揭露之一個態樣提供一種薄膜沉積腔。薄膜沉積腔包括一電極；一承載座，用以固持一工件；及一遮蔽盤，該遮蔽盤覆蓋該承載座。

遮蔽盤包括：一第一側及一第二側，該遮蔽盤之該第一側面向該承載座；及在該遮蔽盤之該第一側上的一熱能源。

在一個實施例中，該遮蔽盤係在該電極與該承載座之間。

在一個實施例中，該遮蔽盤具有具一第一外徑之一圓形形狀。該第一側包括具有一第二外徑的一內部圓形 區域以及一外部環形區域，該外部環形區域佔用該內部圓形區域之該第二外徑外部且該遮蔽盤之該第一外徑內的一區域。

在一個實施例中，該熱能源包括該遮蔽盤之該第一側之該內部圓形區域內的一燈模組。

在一個實施例中，該遮蔽盤進一步包括在該遮蔽盤之該第一側之該外部環形區域內的一蝕刻模組。

在一個實施例中，該蝕刻模組包括適用於一化學蝕刻預清洗製程及一物理蝕刻預清洗製程中之至少一者中的一電磁能來源。

在一個實施例中，該蝕刻模組連接至一電源。該電源包括一直流(direct current；DC)電源或一射頻(radio frequency；RF)電源。

在一個實施例中，薄膜沉積腔進一步包括一氣體管道，該氣體管道連接至該遮蔽盤從而提供一反應氣體及一惰性氣體中之至少一者以供應至該工件。

本揭露之另一態樣提供一種具有一第一表面及一第二表面的多功能遮蔽盤。該多功能遮蔽盤包括：該遮蔽盤之第一表面上的一燈模組；及一電力模組，該電力模組鄰接於該第一表面上的該燈模組。

該第一表面包括：具有一第一外徑的一內部圓，該燈模組佔用該內部圓的至少一部分；及與該內部圓同心之一外部圓，該外部圓具有大於該第一外徑的一第二外徑，該電力模組佔用該外部圓與該內部圓之間的一區域 之至少一部分。

在一個實施例中，該燈模組包括一加熱器以對一工件加熱。

在一個實施例中，該電力模組包括適用於一化學蝕刻預清洗製程及一物理蝕刻預清洗製程中之至少一者中的一電磁能來源。

在一個實施例中，該燈模組及該電力模組在該第一表面上彼此共平面。

在一個實施例中，多功能遮蔽盤進一步包括一氣體管道，該氣體管道用於供應適用於該化學蝕刻預清洗製程中的反應氣體及適用於該物理蝕刻預清洗製程中之惰性氣體。

本揭露之再一態樣提供一種方法。該方法包括以下步驟：提供一工件至一多功能腔，該工件之除氣、該工件之預清洗及薄膜於該工件上之沉積在該多功能腔處發生；將該工件置放於該腔內且一多功能遮蔽盤下方之一承載座上；啟動該多功能遮蔽盤上之一熱能源；使該工件除氣；及將一薄膜沉積於該工件上。

在一個實施例中，該方法進一步包括以下步驟：啟動該多功能遮蔽盤上的一電力模組；使用藉由該電力模組供電之一物理蝕刻方法來自該工件蝕刻掉材料。

在一個實施例中，該方法進一步包括以下步驟：啟動該多功能遮蔽盤之一電力模組以在使該工件除氣之步驟之後運用一化學蝕刻方法清洗該工件。

在一個實施例中，使用該物理蝕刻方法自該工件蝕刻掉材料的步驟包括以下步驟：將惰性氣體供應至該腔中；使用該電力模組供應電磁電力朝向該工件以提供一合適能階從而產生該惰性氣體的一電漿狀態；及使用處於該電漿狀態之該惰性氣體來清洗該工件的一表面。

在一個實施例中，其中使用化學蝕刻方法自該工件蝕刻掉材料的步驟包括以下步驟：供應反應氣體至該腔；使用電力模組供應電磁電力朝向該工件以提供一合適能階從而產生該反應氣體的一電漿狀態；及使用處於該電漿狀態的該反應氣體清洗該工件的一表面。

在一個實施例中，該方法進一步包括以下步驟：自該腔移除該工件；及將該工件置放至一分離腔從而冷卻該工件。

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。

200:腔結構

210:承載座

215:工件

220:遮蔽盤

230:靶材

232:電極

235:電力電路

240:電力電路

250:氣體供應器

260:真空泵

270:屏蔽件

280:蓋環

285:沉積環

290:磁體

295:加熱器

Claims (10)

1. 一種薄膜沉積腔，包含：一電極；一承載座，用以固持一工件；及一遮蔽盤，覆蓋該承載座，該遮蔽盤適用於一預清洗製程並包括：一第一側及一第二側，該遮蔽盤之該第一側面向該承載座；及一熱能源，位於該遮蔽盤之該第一側上。
2. 如請求項1所述之薄膜沉積腔，其中該遮蔽盤位於該電極與該承載座之間。
3. 如請求項1所述之薄膜沉積腔，其中該遮蔽盤具有具一第一外徑之一圓形形狀，該第一側包括具有一第二外徑的一內部圓形區域以及一外部環形區域，該外部環形區域佔用該內部圓形區域之該第二外徑外部與該遮蔽盤之該第一外徑內的一區域。
4. 如請求項3所述之薄膜沉積腔，其中該熱能源包括一燈模組，位於該遮蔽盤之該第一側之該內部圓形區域內。
5. 如請求項4所述之薄膜沉積腔，其中該遮蔽 盤進一步包括一蝕刻模組，位於該遮蔽盤之該第一側之該外部環形區域內，且該蝕刻模組適用於該預清洗製程。
6. 如請求項5所述之薄膜沉積腔，其中該蝕刻模組包括一電磁能來源，適用於一化學蝕刻預清洗製程及一物理蝕刻預清洗製程中之至少一者。
7. 一種具有一第一表面及一第二表面的多功能遮蔽盤，包含：一燈模組，位於該遮蔽盤之該第一表面上；及一電力模組，鄰接於該第一表面上的該燈模組，且該電力模組適用於一預清洗製程，其中該第一表面包括：一內部圓，具有一第一外徑，該燈模組佔用該內部圓的至少一部分；及一外部圓，同心於該內部圓，該外部圓具有大於該第一外徑的一第二外徑，該電力模組佔用該外部圓與該內部圓之間的一區域之至少一部分。
8. 如請求項7所述之多功能遮蔽盤，其中該電力模組包括一電磁能來源，適用於一化學蝕刻預清洗製程及一物理蝕刻預清洗製程中之至少一者。
9. 如請求項7所述之多功能遮蔽盤，其中該燈 模組及該電力模組在該第一表面上彼此共平面。
10. 一種使用多功能遮蔽盤的方法，包含：提供一工件至一多功能腔，其中該工件之除氣、該工件之預清洗及於該工件上之薄膜沉積在該多功能腔處發生；將該工件置放於該腔內且一多功能遮蔽盤下方之一承載座上；啟動該多功能遮蔽盤上之一熱能源；使該工件除氣；預清洗該工件；及將一薄膜沉積於該工件上。

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