CN109844176A

CN109844176A - 带有小间隙的销升降器组件

Info

Publication number: CN109844176A
Application number: CN201780064813.9A
Authority: CN
Inventors: 郝方力; 付越虹
Original assignee: Lam Research Corp
Current assignee: Lam Research Corp
Priority date: 2016-10-20
Filing date: 2017-10-19
Publication date: 2019-06-04
Anticipated expiration: 2037-10-19
Also published as: KR20230030669A; TWI765922B; KR102627019B1; US10262887B2; WO2018075750A1; TW201834139A; CN109844176B; US20180114716A1; KR20190058679A

Abstract

一种用于衬底处理系统中的衬底支撑件的销升降器组件包括：升降销，其具有轴、上端和下端；和插入件，其围绕所述升降销设置。所述插入件限定所述插入件和所述升降销之间的间隙。夹持组件围绕所述升降销的所述下端设置。所述升降销的所述下端固定在所述夹持组件内，使得所述夹持组件防止所述升降销相对于所述夹持组件竖直运动。所述夹持组件构造成使得所述升降销的所述下端能在所述夹持组件内水平移动。

Description

带有小间隙的销升降器组件

技术领域

本公开涉及衬底处理系统，并且更具体地涉及用于衬底支撑件的销升降器组件。

背景技术

这里提供的背景描述是为了总体呈现本公开的背景的目的。在此背景技术部分以及在提交申请时不能确定为现有技术的描述的各方面中描述的范围内的当前指定的发明人的工作既不明确也不暗示地承认是针对本公开的现有技术。

衬底处理系统可用于处理诸如半导体晶片之类的衬底。可以在衬底上执行的示例性处理包括但不限于化学气相沉积(CVD)、原子层沉积(ALD)、导体蚀刻和/或其他蚀刻、沉积或清洁工艺。衬底可以布置在衬底处理系统的处理室中的衬底支撑件上，衬底支撑件例如基座、静电卡盘(ESC)等。在蚀刻期间，可以将包括一种或多种前体的气体混合物引入处理室，并且可以使用等离子体来引发化学反应。

衬底支撑件可包括布置成支撑衬底的陶瓷层。例如，可以在处理期间将衬底夹持到陶瓷层。衬底支撑件可包括多个销升降器组件，所述销升降器组件布置成相对于陶瓷层提升或升高衬底以便取回，和/或将衬底降低到陶瓷层上。例如，每个销升降器组件包括销(其也可以称为“升降销”，“销升降器”，“升降器销”等)。衬底支撑件包括一个或多个致动器，其配置成选择性地升高和降低销。

发明内容

一种用于衬底处理系统的衬底支撑件包括：包括多个通道的基板；陶瓷层，其设置在所述基板上，所述陶瓷层包括与所述多个通道对应的多个升降销孔；和多个销升降器组件，其设置在所述多个通道中。所述销升降器组件中的每个包括：升降销，其具有轴、上端和下端；以及夹持组件，其围绕所述升降销的所述下端设置。所述升降销的所述下端固定在所述夹持组件内，使得所述夹持组件防止所述升降销相对于所述夹持组件竖直运动，以及所述夹持组件构造成使得所述升降销的所述下端能在所述夹持组件内水平移动。

根据详细描述、权利要求和附图，本公开内容的适用性的进一步的范围将变得显而易见。详细描述和具体示例仅用于说明的目的，并非意在限制本公开的范围。

附图说明

根据详细描述和附图将更充分地理解本公开，其中：

图1是根据本公开的示例性处理室的功能框图；

图2A是根据本公开的第一示例性销升降器组件；

图2B是根据本公开的升降销的示例性上端；

图2C、图2D和图2E示出了根据本公开的示例性夹持组件；

图3是根据本公开的第二示例性销升降器组件；和

图4是根据本公开的第三示例性销升降器组件。

在附图中，可以重复使用附图标记来标识相似和/或相同的元件。

具体实施方式

衬底处理系统中的衬底支撑件可包括多个销升降器组件，所述销升降器组件构造成使衬底升高和降低。与销升降器组件的部件相关联的制造公差会导致这些部件与衬底支撑件的各种部件之间的相应间隙。例如，在升降销和衬底支撑件的陶瓷层、基板等之间可能存在间隙。较大的间隙使得一些部件向等离子体和其他工艺气体的暴露增加。例如，基板和陶瓷层之间的结合层可能暴露于等离子体，导致结合层的腐蚀。此外，在较大的间隙中更可能发生电弧。因此，诸如腐蚀和电弧之类的潜在影响可能限制施加到衬底支撑件的功率，导致用于维护的停机时间增加等。

根据本公开的原理的系统和方法实现了一个或多个特征，这些特征减少了销升降器组件的部件与衬底支撑件的相邻结构之间的间隙。

现在参考图1，示出了示例性衬底处理系统100。仅举例而言，衬底处理系统100可以用于执行使用RF等离子体的蚀刻并且/或者用于执行其他合适的衬底处理。衬底处理系统100包括处理室102，处理室102包围衬底处理系统100的其他部件并包含RF等离子体。衬底处理室102包括上电极104和衬底支撑件106，例如静电卡盘(ESC)。在操作期间，衬底108布置在衬底支撑件106上。虽然作为示例示出了特定衬底处理系统100和室102，但是本公开的原理可以应用于其他类型的衬底处理系统和室，例如原位产生等离子体的衬底处理系统、实现远程等离子体产生和输送(例如，使用等离子体管、微波管)的衬底处理系统等等。

仅举例而言，上电极104可包括气体分配装置，例如喷头109，其引入和分配处理气体。喷头109可包括杆部，杆部包括连接到处理室的顶部表面的一端。基部部分通常为圆柱形，并且在与处理室的顶部表面间隔开的位置处从杆部的相对端径向向外延伸。喷头的基部部分的面向衬底的表面或面板包括让处理气体或吹扫气体流过的多个孔。替代地，上电极104可包括导电板，并且可以以另一种方式引入处理气体。

衬底支撑件106包括用作下电极的导电基板110。基板110支撑陶瓷层112。在一些示例中，陶瓷层112可包括加热层，例如陶瓷多区加热板。热阻层114(例如，结合层)可以布置在陶瓷层112和基板110之间。基板110可以包括用于使冷却剂流过基板110的一个或多个冷却剂通道116。衬底支撑件106可包括边缘环118，边缘环118布置成围绕衬底108的外周边。

RF产生系统120产生RF电压并将RF电压输出到上电极104和下电极(例如，衬底支撑件106的基板110)中的一个。上电极104和基板110中的另一个可以是DC接地的、AC接地的或浮动的。仅举例而言，RF产生系统120可以包括RF电压产生器122，其产生RF电压，该RF电压由匹配和分配网络124馈送到上电极104或基板110。在其他示例中，可以感应或远程生成等离子体。尽管如为了示例目的所示出的，RF产生系统120对应于电容耦合等离子体(CCP)系统，但是本公开的原理也可以在其他合适的系统中实现，例如，仅举例而言，在变压器耦合等离子体(TCP)系统、CCP阴极系统、远程微波等离子体产生和输送系统等中实现。

气体输送系统130包括一个或多个气体源132-1、132-2、…和132-N(统称为气体源132)，其中N是大于零的整数。气体源提供一种或多种前体及其混合物。气体源还可以供应吹扫气体。也可以使用汽化的前体。气体源132通过阀134-1、134-2、…和134-N(统称为阀134)和质量流量控制器136-1、136-2、…和136-N(统称为质量流量控制器136)与歧管140连接。歧管140的输出被供给到处理室102。仅举例而言，歧管140的输出被供给到喷头109。

温度控制器142可以连接到多个加热元件，例如布置在陶瓷层112中的热控制元件(TCE)144。例如，加热元件144可以包括但不限于对应于多区域加热板中的各个区域的大加热元件和/或跨多区域加热板的多个区域设置的微加热元件阵列。温度控制器142可以用于控制多个加热元件144，以控制衬底支撑件106和衬底108的温度。根据本公开的原理的每个加热元件144包括具有正TCR的第一材料和具有负TCR的第二材料，如下面更详细地描述的。

温度控制器142可以与冷却剂组件146连通以控制流过通道116的冷却剂流。例如，冷却剂组件146可以包括冷却剂泵和贮存器。温度控制器142操作冷却剂组件146以选择性地使冷却剂流过通道116以冷却衬底支撑件106。

阀150和泵152可用于从处理室102排空反应物。系统控制器160可用于控制衬底处理系统100的部件。机械手170可用于将衬底输送到衬底支撑件106上，和从衬底支撑件106去除衬底。例如，机械手170可以在衬底支撑件106和加载锁172之间传送衬底。虽然温度控制器142示出为单独的控制器，但是温度控制器142可以在系统控制器160内实现。在一些示例中，可以在陶瓷层112和基板110之间，在结合层114的外周边周围提供保护性密封176。

衬底支撑件106包括布置在相应的升降销孔或通道182内的多个升降销180。各个致动器184构造成选择性地升高和降低升降销180以升高和降低布置在衬底支撑件106上的衬底108。如下面更详细地描述的，升降销180和/或升降销通道182根据本公开的原理实施一个或多个特征。

现在参考图2A、图2B、图2C、图2D和图2E，示出了根据本公开的原理的示例性衬底支撑件200的一部分。衬底支撑件200包括布置在基板208上的陶瓷层204。在陶瓷层204和基板208之间提供结合层212。陶瓷层204在处理期间支撑衬底216。

衬底支撑件200包括设置在相应孔或通道(图2A中仅示出为单个通道220)内的多个销升降器组件218，所述相应孔或通道穿过陶瓷层204、基板208和结合层212设置。升降销224布置在通道220内。与升降销224机械连通的致动器228构造成选择性地升高和降低升降销224以升高和降低衬底216。如仅作为示例所示出的，致动器228对应于布置在升降销224的下端的线性致动器，但是可以使用其他合适的致动器和装置。

销升降器组件218可包括插入件，例如设置在通道220的上端的陶瓷插入件232。选择通道220和/或陶瓷插入件232的尺寸以在升降销224和陶瓷插入件232的内表面之间提供预定的最小间隙236。以这种方式，间隙236确保升降销224在通道220内的移动(即，上升和下降)不受阻碍。例如，间隙236可以根据与升降销224的制造相关联的制造公差(例如，直径和/或表面轮廓的变化、轻微弯曲等)来确定。相反，间隙236增加了电弧的可能性，并且由于暴露于等离子体，增加了结合层212的腐蚀。如下所述的通道220和升降销224的各种特征减小了间隙236的宽度，以防止电弧和腐蚀，同时仍然使升降销224能在通道220内正确移动。

在一示例中，升降销224的上端(例如，顶部)244是喇叭形或圆角形的。换句话说，上端244相对于升降销224的在通道220内的轴246的直径具有更大的直径。因此，在升降销224和上端244之间的过渡部248是圆角形的。圆角过渡部248可以符合陶瓷层204的倒角开口252。如这里所使用的，升降销224的具有过渡部248的上端244可以被称为销盖或销帽。升降销224的上端244防止处理材料(例如，等离子体)进入陶瓷层204的开口252，以减少间隙236中的电弧，减少结合层212的腐蚀等等。

在另一示例中，陶瓷插入件232包括凸缘部分256，凸缘部分256布置成在基板208上方延伸并进入陶瓷层204中。例如，陶瓷层204的底表面260可包括布置成容纳凸缘部分256的凹槽或槽264。凸缘部分256位于间隙236和结合层212之间。因此，陶瓷插入件232的凸缘部分256用作间隙236内的处理气体(例如，等离子体)和结合层212之间的屏障。以这种方式，凸缘部分256减少了向间隙236中的处理气体的暴露以及由间隙236中的处理气体引起的腐蚀。在一些示例中，凸缘部分256可以胶合或以其他方式密封到陶瓷层204上。

销升降器组件218可包括设置在升降销224和陶瓷插入件232之间的间隙236中的销轴承268。仅举例而言，销轴承268可包括特氟隆(例如，阳极氧化或浸渍/掺杂的特氟隆)或其他合适的聚合物材料。销轴承268进一步减小了间隙236，以防止电弧以及防止部件暴露于处理气体。

升降销224的下端272可以可移动地固定在夹持组件276内。致动器228可以配置成升高和降低夹持组件276。夹持组件276固定升降销224的下端272，以防止升降销224相对于夹持组件276竖直运动(即，沿着基本上平行于纵向轴线278的路径的运动)。因此，升高和降低夹持组件276相应地升高和降低升降销224。然而，夹持组件276允许升降销224的下端272相对于夹持组件276在水平方向上(即，在基本垂直于升降销224的纵向轴线278的方向上)移动。

在一示例中，夹持组件276包括可移动地固定在基部部分282和上部部分284之间的中间部分280。中间部分284包括夹持环286，夹持环286布置成环绕升降销224的下端272。例如，升降销224的下端272可包括凹槽或槽288。夹持环286的内倒圆290可具有圆形轮廓、弯曲轮廓等，其延伸到狭槽288中以捕获升降销224的下端272。夹持环286相对于中间部分284可以是柔性的。例如，夹持环286可构造成相对于中间部分284径向向内和/或向外弯曲，并且可以朝向狭槽288偏置以固定升降销224的下端272。

尽管中间部分280固定在基部部分282和上部部分284之间(例如，固定以防止中间部分280相对于基部部分282和上部部分284竖直移动)，但是夹持组件276配置成使得中间部分280能水平/横向(例如，一侧向另一侧)移动。例如，夹持组件276可包括围绕中间部分280的外周边的间隙292。在一示例中，间隙292限定在基部部分282、中间部分280的外周边和上部部分284之间。此外，中间部分280没有固定地附接(例如，胶合或以其他方式粘附)到基部部分282和上部部分284。因此，中间部分280以及升降销224的下端272被配置为在夹持组件276和升降销224升高和降低时使夹持组件276向左(例如，如图2D所示)或向右移动(例如，如图2E所示)滑动或移位。

以这种方式，可以(例如，通过提供销轴承268)减小升降销224和陶瓷插入件232之间的间隙236的宽度而不会干扰升降销224的竖直运动。例如，如上所述，间隙236通常被配置成适应与升降销224相关联的制造公差。因此，升降销224可包括不期望有的特性，例如轻微弯曲。当升降销224的下端272固定地附接到另一结构(例如，致动器228)时，间隙236允许升降销224的横向移动以适应升降销224的任何弯曲或其他不均匀性。相反，如本文所述的夹持组件276使得在升降销224的升高和降低期间下端272能横向移动，以补偿任何不均匀性，例如升降销224的弯曲。

现在参考图3，在另一示例中，销升降器组件218可包括位于陶瓷插入件232下方的销轴承294。在该示例中，销轴承268可被省略。在其他示例中，销升降器组件218可包括销轴承268和销轴承294两者。

现在参考图4，在另一个例子中，陶瓷插入件232延伸到陶瓷层204中。换句话说，代替包括如图2A所示的凸缘部分256，陶瓷插入件232的整个上部部分296延伸到陶瓷层204中。在一示例中，上部部分296的外半径范围298和陶瓷层204的开口264是带螺纹的。上部部分296也可以粘合或胶合在开口264内。

前面的描述本质上仅仅是说明性的，并且绝不旨在限制本公开、其应用或用途。本公开的广泛教导可以以各种形式实现。因此，虽然本公开包括特定示例，但是本公开的真实范围不应当被如此限制，因为在研究附图、说明书和所附权利要求时，其他修改将变得显而易见。应当理解，在不改变本公开的原理的情况下，方法中的一个或多个步骤可以以不同的顺序(或同时地)执行。此外，虽然每个实施方式在上面被描述为具有某些特征，但是相对于本公开的任何实施方式描述的那些特征中的任何一个或多个，可以在任何其它实施方式的特征中实现和/或与任何其它实施方式的特征组合，即使该组合没有明确描述。换句话说，所描述的实施方式不是相互排斥的，并且一个或多个实施方式彼此的置换保持在本公开的范围内。

使用各种术语来描述元件之间(例如，模块之间、电路元件之间、半导体层之间等)的空间和功能关系，各种术语包括“连接”、“接合”、“耦合”、“相邻”、“紧挨”、“在...顶部”、“在...上面”、“在...下面”和“设置”。除非将第一和第二元件之间的关系明确地描述为“直接”，否则在上述公开中描述这种关系时，该关系可以是直接关系，其中在第一和第二元件之间不存在其它中间元件，但是也可以是间接关系，其中在第一和第二元件之间(在空间上或功能上)存在一个或多个中间元件。如本文所使用的，短语“A、B和C中的至少一个”应当被解释为意味着使用非排他性逻辑或(OR)的逻辑(A或B或C)，并且不应被解释为表示“A中的至少一个、B中的至少一个和C中的至少一个”。

在一些实现方式中，控制器是系统的一部分，该系统可以是上述示例的一部分。这样的系统可以包括半导体处理设备，半导体处理设备包括一个或多个处理工具、一个或多个室、用于处理的一个或多个平台、和/或特定处理部件(晶片基座、气体流系统等)。这些系统可以与用于在半导体晶片或衬底的处理之前、期间和之后控制它们的操作的电子器件集成。电子器件可以被称为“控制器”，其可以控制一个或多个系统的各种部件或子部件。根据处理要求和/或系统类型，控制器可以被编程以控制本文公开的任何工艺，包括处理气体的输送、温度设置(例如加热和/或冷却)、压力设置、真空设置、功率设置、射频(RF)产生器设置、RF匹配电路设置、频率设置、流率设置、流体输送设置、位置和操作设置、晶片转移进出工具和其他转移工具和/或与具体系统连接或通过接口连接的加载锁。

概括地说，控制器可以定义为电子器件，电子器件具有接收指令、发出指令、控制操作、启用清洁操作、启用端点测量等的各种集成电路、逻辑、存储器和/或软件。集成电路可以包括存储程序指令的固件形式的芯片、数字信号处理器(DSP)、定义为专用集成电路(ASIC)的芯片、和/或一个或多个微处理器、或执行程序指令(例如，软件)的微控制器。程序指令可以是以各种单独设置(或程序文件)的形式发送到控制器的指令，单独设置(或程序文件)定义用于在半导体晶片或系统上或针对半导体晶片或系统执行特定工艺的操作参数。在一些实施方式中，操作参数可以是由工艺工程师定义的配方的一部分，以在一或多个(种)层、材料、金属、氧化物、硅、二氧化硅、表面、电路和/或晶片的管芯的制造期间完成一个或多个处理步骤。

在一些实现方式中，控制器可以是与系统集成、耦合到系统、以其它方式联网到系统或其组合的计算机的一部分或耦合到该计算机。例如，控制器可以在“云”中或是晶片厂(fab)主机系统的全部或一部分，其可以允许对晶片处理的远程访问。计算机可以实现对系统的远程访问以监视制造操作的当前进展、检查过去制造操作的历史、检查多个制造操作的趋势或性能标准，改变当前处理的参数、设置处理步骤以跟随当前的处理、或者开始新的处理。在一些示例中，远程计算机(例如服务器)可以通过网络(其可以包括本地网络或因特网)向系统提供工艺配方。远程计算机可以包括使得能够输入或编程参数和/或设置的用户界面，然后将该参数和/或设置从远程计算机发送到系统。在一些示例中，控制器接收数据形式的指令，其指定在一个或多个操作期间要执行的每个处理步骤的参数。应当理解，参数可以特定于要执行的工艺的类型和工具的类型，控制器被配置为与该工具接口或控制该工具。因此，如上所述，控制器可以是例如通过包括联网在一起并朝着共同目的(例如本文所述的工艺和控制)工作的一个或多个分立的控制器而呈分布式。用于这种目的的分布式控制器的示例是在与远程(例如在平台级或作为远程计算机的一部分)的一个或多个集成电路通信的室上的一个或多个集成电路，其组合以控制在室上的工艺。

示例系统可以包括但不限于等离子体蚀刻室或模块、沉积室或模块、旋转漂洗室或模块、金属电镀室或模块、清洁室或模块、倒角边缘蚀刻室或模块、物理气相沉积(PVD)室或模块、化学气相沉积(CVD)室或模块、原子层沉积(ALD)室或模块、原子层蚀刻(ALE)室或模块、离子注入室或模块、轨道室或模块、以及可以与半导体晶片的制造和/或制备相关联或用于半导体晶片的制造和/或制备的任何其它半导体处理系统。

如上所述，根据将由工具执行的一个或多个处理步骤，控制器可以与一个或多个其他工具电路或模块、其它工具部件、群集工具、其他工具接口、相邻工具、邻近工具、位于整个工厂中的工具、主计算机、另一控制器、或在将晶片容器往返半导体制造工厂中的工具位置和/或装载口运输的材料运输中使用的工具通信。

Claims

1.一种用于衬底处理系统中的衬底支撑件的销升降器组件，所述销升降器组件包括：

升降销，其具有轴、上端和下端；

插入件，其围绕所述升降销设置，其中所述插入件限定所述插入件和所述升降销之间的间隙；以及

夹持组件，其围绕所述升降销的所述下端设置，其中(i)所述升降销的所述下端固定在所述夹持组件内，使得所述夹持组件防止所述升降销相对于所述夹持组件竖直运动，以及(ii)所述夹持组件构造成使得所述升降销的所述下端能在所述夹持组件内水平移动。

2.根据权利要求1所述的销升降器组件，其中从所述升降销的所述轴到所述升降销的所述上端的过渡部是圆角形的，使得所述上端的直径大于所述轴的直径。

3.根据权利要求1所述的销升降器组件，其还包括围绕所述升降销布置的轴承。

4.根据权利要求3所述的销升降器组件，其中，所述轴承被布置在所述插入件和所述升降销之间的所述间隙中。

5.根据权利要求3所述的销升降器组件，其中，所述轴承布置在所述插入件和所述升降销的所述下端之间且在所述插入件下方。

6.根据权利要求1所述的销升降器组件，其中，所述插入件包括从所述插入件的上端突出的凸缘部分。

7.根据权利要求1所述的销升降器组件，其中，所述夹持组件还包括：

基部部分；

上部部分；和

中间部分，其固定在所述基部部分和所述上部部分之间，其中所述中间部分包括环绕所述升降销的所述下端的夹持环。

8.根据权利要求7所述的销升降器组件，其中(i)所述升降销的所述下端包括槽，以及(ii)所述夹持环的内倒圆延伸到所述槽中以将所述升降销的所述下端保持在所述夹持组件内。

9.根据权利要求8所述的销升降器组件，其中，所述夹持环朝向所述升降销的所述槽向内偏置。

10.根据权利要求7所述的销升降器组件，其中，所述夹持组件包括限定在所述基部部分、所述上部部分和所述中间部分之间的间隙。

11.根据权利要求10所述的销升降器组件，其中，所述间隙围绕所述中间部分的外周边限定。

12.根据权利要求11所述的销升降器组件，其中，为了使得所述升降销的所述下端能在所述夹持组件内水平移动，所述中间部分构造成在所述基部部分和所述上部部分之间滑动至所述间隙中。

13.一种用于衬底处理系统的衬底支撑件，所述衬底支撑件包括：

包括多个通道的基板；

陶瓷层，其设置在所述基板上，所述陶瓷层包括与所述多个通道对应的多个升降销孔；和

多个销升降器组件，其设置在所述多个通道中，所述销升降器组件中的每个包括

升降销，其具有轴、上端和下端；以及

14.根据权利要求13所述的衬底支撑件，其中所述销升降器组件中的每个还包括插入件，所述插入件围绕所述升降销设置，其中所述插入件限定所述插入件和所述升降销之间的间隙。

15.根据权利要求14所述的衬底支撑件，其中所述销升降器组件中的每个还包括围绕所述升降销布置的轴承，其中所述轴承被布置成以下方式中的至少一种：(i)在所述插入件和所述升降销之间的所述间隙中，以及(ii)在所述插入件和所述升降销的所述下端之间且在所述插入件下方。

16.根据权利要求14所述的衬底支撑件，其中，所述插入件包括从所述插入件的上端突出的凸缘部分。

17.根据权利要求13所述的衬底支撑件，其中，所述夹持组件还包括：

基部部分；

上部部分；和

18.根据权利要求17所述的衬底支撑件，其中(i)所述升降销的所述下端包括槽，以及(ii)所述夹持环的内倒圆延伸到所述槽中以将所述升降销的所述下端保持在所述夹持组件内。

19.根据权利要求17所述的衬底支撑件，其中，所述夹持组件包括限定在所述基部部分、所述上部部分和所述中间部分之间的间隙。

20.根据权利要求19所述的衬底支撑件，其中，所述间隙围绕所述中间部分的外周边限定。