CN114008738A - 用于衬底处理系统的缩小直径承载环硬件 - Google Patents
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Abstract
一种用于衬底处理系统的衬底支撑件包含:基板;陶瓷层,其被配置在所述基板上;以及承载环,其被配置在所述陶瓷层上。所述陶瓷层具有第一外径,所述承载环具有小于所述第一外径的第二外径,所述陶瓷层包含肩部,所述肩部从所述承载环的第二外径延伸至所述第一外径,且所述肩部朝向所述第一外径向下倾斜。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年6月18日申请的美国临时申请No.62/862,814的利益。上述引用的申请其全部公开内容都通过引用合并于此。
技术领域
本公开涉及在衬底处理系统中用于衬底支撑件的边缘环。
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。当前指定的发明人的工作在其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说明书的各方面中描述的范围内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对在诸如半导体晶片之类的衬底上的膜执行诸如沉积和蚀刻之类处理。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、沉积或清洁处理。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。在沉积期间,该衬底被配置在衬底支撑件上,且一或多种前体气体可以在一或多个处理步骤期间供给至处理室。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。
发明内容
根据某些实施方案,本公开内容公开了一种用于衬底处理系统的衬底支撑件,所述衬底支撑件包含:基板;陶瓷层,其被配置在所述基板上;以及承载环,其被配置在所述陶瓷层上。所述陶瓷层具有第一外径。所述承载环具有小于所述第一外径的第二外径。所述陶瓷层包含肩部,所述肩部从所述承载环的第二外径延伸至所述第一外径。
在一些实施方案中,所述肩部从所述第二外径向下倾斜至所述第一外径。在一些实施方案中,所述肩部包含倾斜部分和非倾斜部分。所述倾斜部分从所述第二外径延伸至所述非倾斜部分,且所述非倾斜部分从所述倾斜部分延伸至所述第一外径。在一些实施方案中,所述非倾斜部分从所述第二外径延伸至所述倾斜部分,且所述倾斜部分从所述非倾斜部分延伸至所述第一外径。
在一些实施方案中,所述肩部以介于10度和45度之间的角度倾斜。在一些实施方案中,所述陶瓷层被配置成支撑200mm的衬底。在一些实施方案中,所述承载环的内径小于所述衬底的直径。在一些实施方案中,所述陶瓷层包含在所述承载环的第二外径处的向下的台阶。并且在一些实施方案中,所述陶瓷层具有肩部,所述肩部从所述向下的台阶向下倾斜至所述第一外径。
根据某些实施方案,衬底处理室包含所述衬底支撑件和喷头,所述喷头具有小于所述第二外径的第三外径。在一些实施方案中,所述第三外径大于所述承载环的内径。在一些实施方案中,所述喷头的底部外边缘是圆的。
根据某些实施方案,本公开内容公开了一种用于衬底处理系统的衬底支撑件,所述衬底支撑件包含:基板;陶瓷层;以及承载环,其被配置在所述陶瓷层上。所述陶瓷层具有第一外径。所述承载环具有小于所述第一外径的第二外径,且所述陶瓷层包含从所述承载环的第二外径延伸至所述第一外径的肩部。
在一些实施方案中,所述肩部从所述第二外径向下倾斜至所述第一外径。在一些实施方案中,所述肩部包含倾斜部分和非倾斜部分。在一些实施方案中,所述陶瓷层被配置成支撑200mm的衬底。在一些实施方案中,所述承载环的内径小于所述衬底的直径。在一些实施方案中,所述陶瓷层包含靠近所述承载环的第二外径的向下的台阶。在一些实施方案中,所述向下的台阶至少为所述陶瓷层厚度的50%。
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是根据本公开的某些实施方案的一示例性衬底处理系统的功能框图;
图2示出了根据本公开的某些实施方案包含承载环的示例性衬底支撑件;
图3A和3B是根据本公开的某些实施方案包含承载环和倾斜肩部的示例性衬底支撑件;以及
图4A及4B是根据本公开的某些实施方案包含承载环和台阶形肩部的示例性衬底支撑件。
在附图中,可以重复使用附图标记来标识相似和/或相同的组件。
具体实施方式
在衬底处理系统中的衬底支撑件可以包含边缘环。例如,该衬底支撑件可以包含被配置以支撑衬底的陶瓷层。该边缘环被配置在该陶瓷层的外部的周围(例如,在周边之外和/或相邻于周边)。该边缘环可以被配置成将等离子体限制在该衬底上的容积内,保护衬底支撑件不受因暴露于等离子体及其他处理材料等等所产生的腐蚀的影响。在一些示例中,该边缘环可以对应于被配置成支撑该衬底的外边缘的承载环。
当安装衬底时,在衬底上所实施的各种不同衬底处理的结果会受承载环的特征(例如,尺寸,诸如:该承载环的宽度,该承载环相对于该衬底、该衬底支撑件和/或喷头的外径等等)影响。在一些示例中,材料(例如,氧化物材料)可能随时间推移堆积在承载环上,从而可能造成在该衬底支撑件上所处理的衬底的损坏。在其他示例中,该承载环的尺寸可能影响等离子体特性,例如朝向该衬底的等离子体电弧、在该喷头和该衬底支撑件的外径周围的等离子体包覆等等。为了处理200mm衬底所配置的示例性衬底支撑件可以具有15.0”(381mm)的直径。该承载环还可以具有381mm的直径。该喷头可能具有9.0”(228.6mm)的直径。
根据本公开的某些实施方案的该承载环具有相对于该衬底支撑件的外框的缩小的外径。根据本公开的原理的该承载环的缩小直径(例如,11.0”或279.4mm的直径)实现理想的等离子体特性并且避免材料堆积。在本公开的一些实施方案中,该衬底支撑件的肩部可以从该缩小直径承载环的外径向下倾斜至该衬底支撑件的外径。因此,任何材料堆积会发生在该倾斜肩部上,且对在该衬底上所实施的处理有最小的影响。在一些示例中,该喷头的底部外边缘的半径是增大的(例如,从0.15”(0.381mm)增大至0.19”(4.826mm))以减少在底部外边缘处的电场敏感度。
现在参考图1,示出了示例性衬底处理系统100。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。虽然在图1中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。
在一些实施方案中,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,杆部包括被配置为接收处理气体的一端。基部部分通常为圆柱形,并且在与处理室102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。在一些实施方案中,喷头109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。在一些实施方案中,上电极104可包括传导板,并且可以以另一种方式引入处理气体。
在图1中,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。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。
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可以是DC接地的、AC接地的或浮动的。在一些实施方案中,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。在一些实施方案中,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。
根据某些实施方案,图1的气体输送系统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132提供一种或多种前体及其混合物。气体源132还可以供应清扫气体。在一些实施方案中,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。在一些实施方案中,歧管140的输出被馈送至喷头109。
根据某些实施方案,温度控制器142可以连接到多个加热元件144,例如布置在陶瓷层112中的热控制元件(TCE)。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。在一些实施方案中,温度控制器142被配置成控制多个加热元件144,以控制衬底支撑件106和衬底108的温度。
在一些实施方案中,温度控制器142被配置成与冷却剂组件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。在一些实施方案中,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。
在图1中,根据某些实施方案,阀150和泵152被配置成从处理室102排空反应物。在一些实施方案,系统控制器160被配置成控制衬底处理系统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和装载锁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。
在图1中,衬底支撑件106包含承载环180。承载环180被配置在陶瓷层112上并且在衬底108周围。承载环180在衬底108的外边缘下延伸。换言之,衬底108的外径大于承载环180的内径。根据本公开的原理的承载环180具有缩小的直径,如下面以更详细讨论的。
图2根据本公开的某些实施方案显示了处理室200,其包含衬底支撑件204,该衬底支撑件204包含具有缩小的直径的承载环208。衬底支撑件204包含支撑陶瓷层216的传导基板212。衬底220被配置在陶瓷层216上。在一些实施方案之中,衬底220是200mm的衬底。气体分配装置,例如喷头224,被布置在衬底支撑件204上,并如上所述的在处理室200内提供及分配处理气体。
衬底支撑件204(例如陶瓷层216)的外径228可以是约15.0”(例如381mm,±5mm)。承载环208具有相对于陶瓷层216的外径228的缩小的外径232。例如,承载环208的外径232可以是约11.0”(例如279.4mm,±5mm)。在其他示例之中,外径232可以在10.0”和13.0”之间(例如在254.0和330.2mm之间)。承载环208的内径236可以小于衬底220的直径。例如,承载环208的内径236与衬底220的直径之间的差可以介于0.025”和0.150”之间(例如介于0.635和3.81mm之间)。换言之,内径236可以介于7.72”和7.85”之间(例如在196.19和199.365mm之间)。在一些示例中,承载环208具有约0.167”(例如4.25mm,+/1 0.5mm)的厚度。在其他示例中,承载环208的厚度为约0.101”(例如2.57mm,±0.5mm)。在一些示例中,喷头224可以具有约9.0”的直径(例如228.6mm,±5mm)。在某些示例中,喷头224的直径可以大于衬底220的直径和内径236,且小于承载环208的外径232。
在一些实施方案中,陶瓷层216的一肩部240从承载环208的外径232向下倾斜至衬底支撑件204的外径228。在一些实施方案中,肩部240以介于10度和45度之间的角度向下倾斜。该角度可以取决于外径228和外径232之间的差。在一些示例中,如图1所示,陶瓷层216可以包含向下的台阶244,在承载环208的外径232下且靠近外径232(例如,相差在4mm以内),且肩部240从台阶244向下倾斜。
缩小的外径232、肩部240的向下斜坡和244使得在喷头224和衬底220之间的容积中产生的等离子体朝向肩部240环绕承载环208的外径232。因此,朝向衬底220的等离子体电弧及在承载环208上的材料堆积减少。例如,该向下的斜坡使得任何材料堆积将发生在肩部240上而非承载环208上,且向下的台阶244促进了等离子体环绕承载环208的外径232。在一些示例中,喷头224的底部外边缘248具有约0.19”(例如4.826mm,±1.0mm)的半径以减少在底部外边缘248的电场敏感度。
现在参考图3A和3B,根据本公开的某些实施方案,处理室300包含衬底支撑件304,其包含具有缩小的直径的承载环308。衬底支撑件304中的每一者包含支撑陶瓷层316的传导基板312。衬底320被布置在陶瓷层316上。喷头324被布置在衬底支撑件304上,且在如上所述的处理室300内提供并且分配处理气体。
在这些示例中,陶瓷层316的肩部340包含倾斜部分352,该倾斜部分352从承载环308的外径332向下倾斜至衬底支撑件304的外径328和非倾斜(例如,水平的)部分356。如在图3A中所显示的,在一些实施方案中,倾斜部分352从台阶344向下倾斜并过渡至非倾斜部分356,且该非倾斜部分356从倾斜部分352延伸至外径328。在其他实施方案中,如图3B中所显示的,非倾斜部分356从向下的台阶344延伸至倾斜部分352,且倾斜部分352从非倾斜部分356延伸至外径328。
尽管所示的肩部340包含大致水平的非倾斜部分356,但是在其他示例中,该部分356可以替代地具有与倾斜部分352的斜率不同的斜率(例如,相比之下具有较大或较小角度的斜率)。在其他示例中,肩部340可以包含在倾斜部分352和非倾斜部分356之间的台阶(例如,竖直向下的台阶)。
现在参考图4A和4B,根据本公开的某些实施方案,处理室400包含衬底支撑件404,该衬底支撑件404包含具有缩小的直径的承载环408。衬底支撑件404中的每一者包含支撑陶瓷层416的传导基板412。衬底420被布置在该陶瓷层416上。如上所述,喷头424被配置在衬底支撑件404上,且在该处理室400内提供并且分配处理气体。
在这些示例中,该陶瓷层416的肩部440没有从承载环408的外径432倾斜至衬底支撑件404的外径428。而是,陶瓷层416的肩部440是大致水平的。如图4A中所示,陶瓷层416包含在承载环408的外径432之下及附近(例如,相隔在4mm之内)的向下的台阶444。肩部440从台阶444延伸至外径428。台阶444可以大于(即,高于)分别在图2和图3中所描述的台阶244和344。例如,台阶444可以大于陶瓷层416的厚度的50%,以促进等离子体环绕承载环408的外径432,并且减少在承载环408上的材料堆积。在一些实施方案中,如图4B中所示,肩部440没有倾斜,且陶瓷层416不包含位于承载环408的外径432处的台阶444。
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。此外,虽然每个实施方案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案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案的特征中实现和/或与任何其它实施方案的特征组合,即使该组合没有明确描述。换句话说,所描述的实施方案不是相互排斥的,并且一个或多个实施方案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处理,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装载锁。
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处理的操作参数。在一些实施方案中,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)向系统提供处理配方。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处理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(例如本文所述的处理和控制)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处理。
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 (20)
1.一种用于衬底处理系统的衬底支撑件,所述衬底支撑件包含:
基板;
陶瓷层,其被配置在所述基板上,其中所述陶瓷层具有第一外径;以及
承载环,其被配置在所述陶瓷层上,其中所述承载环具有小于所述第一外径的第二外径,所述陶瓷层包含肩部,所述肩部从所述承载环的第二外径延伸至所述第一外径,且其中所述肩部朝向所述第一外径向下倾斜。
2.根据权利要求1所述的衬底支撑件,其中所述肩部从所述第二外径向下倾斜至所述第一外径。
3.根据权利要求1所述的衬底支撑件,其中所述肩部包含倾斜部分和非倾斜部分。
4.根据权利要求3所述的衬底支撑件,其中所述倾斜部分从所述第二外径延伸至所述非倾斜部分,且所述非倾斜部分从所述倾斜部分延伸至所述第一外径。
5.根据权利要求3所述的衬底支撑件,其中所述非倾斜部分从所述第二外径延伸至所述倾斜部分,且所述倾斜部分从所述非倾斜部分延伸至所述第一外径。
6.根据权利要求1所述的衬底支撑件,其中所述肩部以介于10度和45度之间的角度倾斜。
7.根据权利要求1所述的衬底支撑件,其中所述陶瓷层被配置成支撑200mm的衬底。
8.根据权利要求7所述的衬底支撑件,其中所述承载环的内径小于所述衬底的直径。
9.根据权利要求1所述的衬底支撑件,其中所述陶瓷层包含靠近所述承载环的第二外径的向下的台阶。
10.根据权利要求9所述的衬底支撑件,其中所述肩部从所述向下的台阶向下倾斜至所述第一外径。
11.一种处理室,其包含根据权利要求1所述的衬底支撑件,且进一步包含喷头,所述喷头具有小于所述第二外径的第三外径。
12.根据权利要求11所述的处理室,其中所述第三外径大于所述承载环的内径。
13.根据权利要求11所述的处理室,其中所述喷头的底部外边缘是圆的。
14.一种衬底支撑件,其用于衬底处理系统,所述衬底支撑件包含:
基板;
陶瓷层,其被配置在所述基板上,其中所述陶瓷层具有第一外径;以及
承载环,其被配置在所述陶瓷层上,其中所述承载环具有小于所述第一外径的第二外径,且所述陶瓷层包含从所述承载环的第二外径延伸至所述第一外径的肩部。
15.根据权利要求14所述的衬底支撑件,其中所述肩部从所述第二外径向下倾斜至所述第一外径。
16.根据权利要求14所述的衬底支撑件,其中所述肩部包含倾斜部分和非倾斜部分。
17.根据权利要求14所述的衬底支撑件,其中所述陶瓷层被配置成支撑200mm的衬底。
18.根据权利要求17所述的衬底支撑件,其中所述承载环的内径小于所述衬底的直径。
19.根据权利要求1所述的衬底支撑件,其中所述陶瓷层包含靠近所述承载环的第二外径的向下的台阶。
20.根据权利要求19所述的衬底支撑件,其中所述向下的台阶至少为所述陶瓷层厚度的50%。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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