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TW201816177A - 具有增加之面積密度的基板支座及對應的製造方法 - Google Patents

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TW201816177A
TW201816177A TW106124682A TW106124682A TW201816177A TW 201816177 A TW201816177 A TW 201816177A TW 106124682 A TW106124682 A TW 106124682A TW 106124682 A TW106124682 A TW 106124682A TW 201816177 A TW201816177 A TW 201816177A
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彼得 沃托維茲
文生 柏卡特
麥可 拉莫
卡爾 里瑟
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美商蘭姆研究公司
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Abstract

提供一種基板支座，用於一基板處理系統，該基板支座包含一主體、及複數高台。該等高台係分佈於整個該主體上且在遠離該主體的一方向上延伸。該等高台係配置用以支撐一基板。該等高台中其中每一者包含接觸並支撐該基板的一表面區域。該等高台的一面積密度隨著距離該基板支座的一中心的一徑向距離增加而單調地(monotonically)增加。

Description

具有增加之面積密度的基板支座及對應的製造方法
本揭露內容係關於基板處理系統的基板支座。
這裡所提供之先前技術描述係為了大體上呈現本發明之背景。在此先前技術章節中敘述的成果之範圍內之本案列名之發明人的成果、以及在申請期間不適格作為先前技術之說明書的實施態樣，皆非有意地或暗示地被承認為對抗本發明之先前技術。
基板處理系統可用以執行基板(例如，半導體晶圓)之蝕刻、沉積、及/或其他處理。可於基板上執行之範例性處理包含(但不限於)電漿增強化學氣相沉積(PECVD)處理、物理氣相沉積(PVD )處理、離子植入處理、及/或其它蝕刻、沉積、及清潔處理。可將基板配置於基板處理系統之處理腔室中的一基板支座(例如底座、靜電卡盤(ESC)等)上。例如，於PECVD處理中的蝕刻期間 ，將包含一或更多前驅物的氣體混合物導入處理腔室中，並激發電漿來蝕刻基板。
提供一種基板支座，用於一基板處理系統，該基板支座包含一主體、及複數高台。該等高台係分佈於整個該主體上且在遠離該主體的一方向上延伸。該等高台係配置用以支撐一基板。該等高台中其中每一者包含接觸並支撐該基板的一表面區域。該等高台的一面積密度（areal density）隨著距離該基板支座的一中心的一徑向距離增加而單調地(monotonically)增加。
在其它特徵中，提供一種方法，該方法包含：估算一基板的一熱膨脹量；估算在一基板支座的一或更多高台上施加於該基板的一壓力；及估算在整個該基板支座上的該等高台的複數面積密度，使得該等面積密度隨著該基板支座的一徑向距離增加而單調地增加。該方法更包含：估算該基板與該等高台之間的摩擦所導致的該基板的一磨損深度，其中該磨損深度係基於該熱膨脹量、施加的該壓力、及該等面積密度而估算；及基於該磨損深度而調整一或更多參數以將該磨損深度最小化。
本揭露內容之進一步的可應用領域將從實施方式、發明申請專利範圍及圖式中變得明顯。詳細說明及具體範例係意圖為僅供說明的目的，而非意欲限制本揭示內容的範圍。
傳統上，基板與基板支座之間的接觸面積係均勻地分佈在基板之表面上。此均勻分佈之接觸面積配置對於基板處理期間未實質上加熱基板支座的應用方式而言係合適的。然而，對於包含基板之實質加熱的應用方式而言，使用相對於基板具有均勻分佈之接觸面積的基板支座可導致背面磨損。背面磨損係意指在基板的背面上之刮傷。基板的背面係意指與基板支座相接觸的基板之側。於處理期間，基板的熱膨脹及收縮導致基板在基板支座上摩擦，從而在基板的背面產生刮傷。
基板膨脹及收縮的量隨著基板之半徑而增加，使得在基板的中心存在最小至無的膨脹及收縮，且在基板的外週邊邊緣存在最大的膨脹及收縮量。因此，於基板背面可發生的刮傷量隨著半徑而增加，使得在基板中心附近存在最少的刮傷量，且在基板的外週邊邊緣附近存在最大的刮傷量。基板與基板支座之間的表面對表面摩擦導致微粒從基板背面被刮落。這可導致在處理腔室中之基板及/或其它基板上的缺陷。
下面所述之設備及方法包含設計用以使基板背面之刮傷最小化的基板支座。吾人提供基板與基板支座之間的改良接觸，以於基板支座之溫度可變化時使基板處理期間內施加在基板上的力均勻地分佈。於基板處理期間所施加的力之均勻分佈使得背面磨損最小化。
圖1顯示了用以使用RF電漿執行處理的範例性基板處理系統100。雖然圖1顯示了電容耦合電漿(CCP)系統，但本文中所揭露之實施例可適用於變壓耦合電漿(TCP)系統、電子迴旋共振(ECR)電漿系統、感應耦合電漿(ICP)系統、及/或包含基板支座的其他系統及電漿來源。該等實施例適用於物理氣相沉積(PVD)處理、電漿增強化學氣相沉積(PECVD)處理、化學增強電漿氣相沉積(CEPVD)處理、離子植入處理、及/或其它蝕刻、沉積、及清潔處理。
基板處理系統100包含處理腔室102 。處理腔室102包圍處理腔室102的其它元件並容納RF電漿。處理腔室102包含上電極104、及基板支座106(例如，ESC)。於操作期間，基板108係設置於基板支座106上。基板支座106包含最小接觸面積(MCA，minimum contact area)特徵107。該等MCA特徵107其中每一者可稱為「高台」。該等高台107係分佈在基板支座106的一頂部部分(或最靠近基板108的部分)上，且向上延伸遠離基板支座並支撐基板108。該等高台107係與基板108相接觸。可將基板108靜電夾持至基板支座106上。高台107可作為基板支座106之頂部金屬層的一部分而一體成形。基板支座106可包含任何數量之高台。
如下面進一步描述，相對於基板108，高台107的接觸表面積隨著基板支座106之半徑(或遠離基板支座106之中心的距離)而增加，並因此隨著基板108之半徑(或遠離基板108之中心的距離)而增加。這是由於基板108係位於基板支座的中央。基板支座106之頂部橫向表面的每單位面積之高台的直徑、表面積、尺寸、及/或數量可隨著距離基板支座106之中心的徑向距離增加而增加。高台107可為圓柱形的(如圖2-3及4-5中所示)，及/或可為不同形狀的(例如，半圓形或半球形)。以下參照圖2-6進一步描述高台的結構及形成。
僅以舉例而言，上電極104可包含導入並分配處理氣體的噴淋頭109。噴淋頭109可包含柄部部分111，其包含連接至處理腔室102之頂部表面的一端。噴淋頭109大體上為圓柱形，且在與處理腔室102之頂部表面間隔開的位置處自柄部部分111的一相反端徑向向外延伸。噴淋頭之面向基板的表面包含複數的孔，處理氣體或吹掃氣體係流動通過該等孔。或者，上電極104可包含導電板，且氣體可以另一方式導入。
基板支座106包含了做為下電極的導電底板110。底板110支撐一加熱板112，該加熱板112可至少部分由陶瓷材料所形成。一熱阻層114可配置在加熱板112與底板110之間。底板110可包含用以讓冷卻劑流動通過底板110的一或更多冷卻劑通道116。
RF產生系統120產生並輸出一RF電壓至至上電極104及下電極(例如，基板支座106的底板110)其中一者。上電極104與底板110其中另一者可為DC接地、AC接地、或處於浮動電位。僅以舉例而言，RF產生系統120可包含產生RF電壓的一或更多RF產生器122(例如，電容耦合電漿RF功率產生器、偏壓RF功率產生器、及/或其它RF功率產生器)，該等RF功率係由一或更多匹配及分配網路124饋送至上電極104及/或底板110。作為範例，顯示了電漿RF產生器123、偏壓RF產生器125、電漿RF匹配網路127、及偏壓RF匹配網路129。
氣體輸送系統130包含一或更多氣體來源132-1、132-2、…、及132-N(統稱為氣體來源132)，其中N為大於零的整數。該氣體來源132供應一或更多前驅物及其混合物。該氣體來源132亦供應吹掃氣體 。亦可使用汽化之前驅物。氣體來源132藉由閥134-1、134-2、…，及134-N(統稱為閥134)、與質量流量控制器136-1、136-2、…，及136-N(統稱為質量流量控制器136)而連接至岐管140。岐管140之輸出係供給至處理腔室102。僅以舉例而言，岐管140之輸出係供給至噴淋頭109。
溫度控制器142可連接至配置在加熱板112中的熱控制元件 (TCE，有時稱為作動器) 144。雖然顯示為與系統控制器160分開，但溫度控制器142可配置成系統控制器160的一部分。如一範例， TCE 144可包含(但不限於)與加熱板112的每一大型區域分別對應的大型TCE(或TCE的第一陣列 )、及/或與加熱板112的每一微型區域分別對應的微型TCE(或TCE的第二陣列)。大型TCE可用以對加熱板112的大型區域之溫度、及/或其他場(field)進行粗調。微型TCE可用以對加熱板的微型區域之溫度、及/或其他場進行微調。大型區域可包含了微型區域。一或更多微型區域可與二或更多的大型區域重疊。大型區域及微型區域可具有預定的形狀、匹配的形狀、不同的形狀、或任何任意形狀。
加熱板112包含複數溫度控制區域(例如，四個區域，其中每一區域包含四個溫度感測器) 。該等溫度控制區域其中每一者具有對應的大型及/或微型TCE 。控制該等大型TCE以在每一對應溫度控制區域中概略地達成所選定的溫度。可對該等微型TCE進行單獨地控制，以精細地調整對應的溫度控制區域中之溫度、及/或補償每一溫度控制區域中的溫度非均勻性。例如，針對大型TCE的每一設定點溫度，可以知道整個加熱板112之頂部表面上的溫度分佈回應並對其進行映射(換言之，儲存於記憶體中)。相似地，可以知道整個加熱板112之表面上的每一微型TCE的溫度分佈回應並對其進行映射。雖然本文中所揭露之系統及方法係參照多區加熱板及/或 ESC進行描述，但本揭露內容之原理可應用於基板處理系統的其他溫度控制元件。
溫度控制器142可控制TCE 144之操作，從而控制TCE 144的溫度來控制基板支座106及基板支座106上之基板(例如，基板108)的溫度。溫度控制器142可與冷卻劑組件146通信以控制流動通過通道116的冷卻劑流動(壓力及流率)。例如，冷卻劑組件146可包含冷卻劑泵浦及貯存器。溫度控制器142對冷卻劑組件146進行操作以選擇性地使冷卻劑流動通過通道116以冷卻基板支座106及加熱板112。溫度控制器142可控製冷卻劑流動的速度及冷卻劑的溫度。基於從處理腔室102內之感測器所偵測到的參數，溫度控制器142控制供應至TCE 144的電流、及供應至通道116的冷卻劑之壓力及流率。
閥156及泵浦158可用以從處理腔室102抽空反應物。系統控制器160可用以控制基板處理系統100的元件(包含控制所供應的RF功率位準、所供應氣體的壓力及流率、RF匹配等)。系統控制器160控制閥156及泵浦158的狀態。機械臂170可用以將基板傳遞至基板支座106上、及將基板從基板支座106移除。例如，機械臂170可在基板支座106與負載鎖室172之間傳送基板。機械臂170可由系統控制器160加以控制。系統控制器160可控制負載鎖室172的操作。
圖2顯示了基板支座的一部分200之俯視圖。部分200可作為圖1之基板支座106的一部分而被包含。部分200包含複數高台202。雖然該等高台202係顯示為具有相同的直徑，但該等高台202的直徑可為不同的，且可從基板支座的中心往基板支座的外部及/或最靠外的外周邊邊緣增加。
高台之面積密度係意指在基板支座的一局部區域中之高台的總接觸面積。例如，圖2中所示的基板支座之局部區域204的面積密度係等於局部區域204內之高台202的頂部表面區域之總接觸面積除以該局部區域之面積。例如，局部區域204的面積密度係等於該等高台202之面積(圖2中所標記之面積a-d)在局部區域204內之部分的總和除以局部區域204之面積(亦即)，其中rl 為局部區域204之半徑。面積a-d不在所辨識之局部區域204中的部分並不包含在該總和中。
在一實施例中，基板支座的面積密度從基板支座的中心往基板支座的外部及/或最靠外的外周邊邊緣增加。圖3顯示了基板支座222上之範例性基板220的頂部剖視圖。基板220的一部分為繪示基板支座222之該等高台224的一部分之俯視圖。基板支座222及基板220之半徑r係加以顯示。高台224的面積密度從中心226往外周邊邊緣228增加，並因此隨著基板220及/或基板支座222之半徑而增加。面積密度可隨著距離基板支座222之中心的徑向距離增加而單調地(monotonically)及/或線性地增加。在一實施例中，高台224的基板接觸表面積及/或直徑在尺寸上從中心226往外周邊邊緣228增加， 並因此隨著基板220及/或基板支座222的半徑而增加。在使高台224的接觸表面積之大小隨著半徑增加之外，替代性地或額外地，基板220之每單位頂部橫向表面積、及/或基板支座222之每局部區域的高台之數量亦可隨著基板220及/或基板支座222的半徑而增加。
在圖2所示之範例中，局部區域204具有半徑r1 。半徑r1 可加以選擇，使得該局部區域之週邊通過該等高台202其中對應者之中心。半徑 r1 係與該等高台之間的距離d1及d2有關。當高台202之間的距離d1及d2增加、及/或半徑r1 增加時，在高台202上之基板的局部垂直偏向可由於基板上的壓力而增加。局部垂直偏向之範例係顯示於圖5中。
圖4顯示了基板支座240，其包含主體242且可包含層244。層244可為基板支座240之最上層，及/或可設置在主體242的最上層上，及/或為主體242的最上層。與圖1之基板支座106相似，主體242可包含電極、加熱元件、冷卻劑通道等。層244包含高台246。基板248係設置在高台246的頂部接觸表面上並與其接觸。如上面所述，高台246係配置成隨著半徑增加而提供增加的面積密度。
圖5為繪示了在相鄰高台262之間的基板260之垂直偏向δ的側視圖。由於處理期間向下施加在基板260上的力f，基板260可於高台262之間偏向。此偏向之範例係標識為垂直偏向δ。垂直偏向δ係基於相鄰高台之間的距離及面積密度。相鄰高台262之間的距離之範例於圖5中係標識為dbm。圖5亦顯示了該等高台262其中一者的上邊緣之範例半徑mr。
圖6顯示了基板支座系統270，其包含電腦272及加工系統274。電腦272包含基板支座控制器276、及記憶體294。基板支座控制器276可包含滑動控制器278、偏向控制器280、軟拋光控制器282、高台構造控制器284、磨損深度控制器286、徑向膨脹控制器288、壓力控制器290、面積密度控制器292、及/或製造控制器296。以下參照圖7之方法而描述控制器278、280、282、284、286、288、290、292、296之操作。
記憶體294儲存參數298、及/或基板支座高台圖案300。參數298可包含藉由圖1之處理系統100的感測器來偵測的參數、及/或於圖7之方法期間所使用、估算、及/或判定的參數。基板支座高台圖案可包含：高台之接觸表面積的形狀及尺寸；在基板支座的每一預定局部區域中之高台的數量；高台之高度；在整個基板支座上之高台的位置(或佈局)；預定之局部區域的面積密度；及/或基板支座的中心至外周邊邊緣的面積密度變化。
加工系統274可包含電腦數值控制(CNC)銑床、滾花機、模製機、鑄造機、三維(3D)列印機、及/或適於製造基板支座的其他機械及/或裝置。加工系統274可包含用以製造基板支座314的加工控制器310、及加工工具312。加工控制器310可經由介面320從電腦272接收該等基板支座高台圖案其中一者，並控制加工工具312之操作以製造基板支座314。 加工工具312可包含CNC銑床工具、及/或其它合適的加工工具。
針對圖1及6之控制器的進一步定義之結構，請參照以下所提供的圖7之方法、及以下所提供之對術語「控制器」之定義。本文中所揭露之系統可使用許多的方法進行操作。一範例性方法係繪示於圖7中。在圖7中，顯示了一基板支座製造方法。雖然以下任務主要係參照圖6之實施例而描述，但該等任務可輕易地進行修改以應用於本揭露內容的其他實行例。該等任務可重複地執行。
該方法可於400開始。在402，滑動控制器278判定基板支座上之基板的滑動是否為預期的。滑動控制器278可執行參數分析以判定滑動是否為預期的。滑動一般在高熱及高負載的情況下發生，而上述情況在形成基板中之矽穿孔(TSV)時發生。方程式1提供了在(i) 與基板支座的熱膨脹相關聯的力、與(ii) 基板和基板支座之間的摩擦所導致的阻力之間的關係。方程式1的左側為與熱膨脹相關聯的力，方程式1的右側為阻力，其中：E為基板的楊氏模數；α為基板的熱膨脹係數；d為基板的直徑，h為基板的厚度；Qin 為在處理期間由於基板上之離子轟擊而在基板與基板支座之間傳遞的輸入熱；k為背面氣體(BSG，back-side-gas)的熱傳導率除以高台的高度；AW 為基板的接觸表面積；Tref 為基板支座的溫度；T0 為起始溫度(或室溫)；μ為基板與基板支座的高台之間的摩擦係數；K為取決於高台之介電性質(例如，高台的陶瓷材料之介電性質)的常數；V為嵌位電壓；AMCA 為高台的基板接觸表面積之總和，PBSG 為BSG壓力；且AW 為面向基板的基板支座的橫向表面積(例如，其中r為基板支座之半徑)。輸入熱Qin 係直接與RF產生功率及靜電夾持力成比例。靜電夾持力越高，在基板與基板支座之間傳遞的熱越多。高台的高度越大，在基板與基板支座之間傳遞的熱越少。(1)
藉由使用處理條件的預期值，方程式1可顯示與基板之熱膨脹相關聯的力(方程式1的左側)係大於摩擦所導致的阻力(方程式1的右側)。因此，基板係預期於高台上滑動。
若滑動發生，則執行以下任務以使基板支座上之基板的機械性磨損所導致的微粒產生最小化。以下任務旨在提供分散的基板對高台接觸量，其中包含使在基板中心的基板對高台接觸量最小化，並同時提供隨著距離該中心之距離增加而單調地及/或線性地增加的基板對高台接觸量。增加的基板對高台接觸量係隨增加的基板支座半徑加以提供。這是由於高台的面積密度係與基板支座之半徑成比例地增加。在面積密度上的增加可藉由隨著基板支座之半徑而增加每一高台的接觸表面積、及/或增加高台的數量來提供。這使得對基板背面的損傷最小化。
若滑動為預期的，則可執行以下的任務404、406、408、410、412、414、416。若滑動並非預期的，則可不執行以下的任務404、406、408、410、412、414、416其中一或更多者。
在404，偏向控制器280估算預定區域(例如，在二或更多相鄰的高台之間的區域)的垂直偏向量。參照圖2，由於在對應基板上的壓力，該等高台202之間的區域可於處理期間受到垂直偏向。該垂直偏向可藉由使用方程式2-3而估算，該等方程式係與(i) 磨損之力學的第一原理分析、及(ii) 影響基板膨脹的熱傳遞效應相關聯，其中為基板剛性，E為基板的楊氏模數，h為基板的厚度，v為基板材料的波森比(Poisson’s ratio) ，為夾持壓力，且rl 為局部區域的半徑。由於局部區域的中心部分係在高台之間且不被高台所支撐，因此半徑r1 可稱為非支撐半徑。基板的垂直偏向係以δ表示，且可發生於該等高台之間的一點(舉例而言，局部區域的中心點，例如局部區域204的中心點，該中心點為至少部分在該局部區域中的該等高台之間的中心點)。(2)(3)
藉由妥善地選擇半徑r1 及/或該等高台相對於彼此的位置，可使垂直偏向最小化。高台之間的距離越小，則垂直偏向越小。可於414判定半徑r1 及該等高台之位置(如下面所述)。垂直偏向δ對於半徑rl 係敏感的。在半徑rl 上的小改變可引起在垂直偏向上的大變化。
在406，軟拋光控制器282基於基板支座之該等局部區域中的基板垂直偏向量而估算高台邊緣半徑(例如，半徑mr)、及/或軟拋光量。術語「軟拋光」係意指高台之上周邊邊緣的圓化(rounding)。可對該等高台之半徑及/或軟拋光量進行判定以將該等上周邊邊緣拋光為具有該等半徑。該等半徑越大，則可能發生越大的垂直偏向。然而，該等半徑越大，則在該等高台之邊緣的局部應力越小。基於所判定的垂直偏向，可判定在該等高台邊緣的偏向量。可基於在該等高台邊緣的偏向量而判定該等半徑及/或軟拋光量。垂直偏向越大，則半徑rl 可能降低更多。
在408，徑向膨脹控制器288估算基板之徑向膨脹量L。當基板係均勻地加熱時，徑向膨脹量L係等於基板的一部分相對於基板支座之橫向滑動距離。徑向膨脹量L可從基板之中心測量至膨脹及移動的點。徑向膨脹量L隨基板的半徑而增加。基板之中心不會移動。遠離中心的點於基板的熱膨脹期間由中心向外移動。徑向膨脹量L係與磨損深度D線性地相關，且可藉由使用方程式4加以估算，其中α為基板的熱膨脹係數，r為從基板的中心至膨脹點的距離，且為在基板溫度上的改變。(4) 在溫度上的改變係等於，其為方程式1之左側的一部分。方程式4係基於基板支座在處理期間不膨脹之假設。若基板支座確實膨脹了，則以在(i) 基板的熱膨脹係數、與(ii) 基板支座的熱膨脹係數之間的差來取代方程式4中的熱膨脹係數α。在414，這提供了在判定面積密度上的相似結果。
在410，壓力控制器290估算在基板上於一接觸點(稱為「高台/基板界面」 ) 的壓力p 。現在參照圖8及9，其顯示了施加在基板的部分413上的力、及施加在部分413與高台415之間的力。基於方程式5，且由於吾人對基板的磨損感興趣，因此在高台/基板界的壓力p係加以估算並使用於下面的任務412中。公式5可用以判定壓力p，其中p0 為平均夾持壓力，其係直接與每單位面積的平均基板夾持力相關。(5)
在412，面積密度控制器292判定整個基板支座上、及/或基板支座的預定局部區域中之高台的面積密度。高台可加以縮放及配置，使得高台的面積密度隨著基板支座的半徑而單調地及/或線性地增加。面積密度控制器292可估算一或更多局部區域的面積密度γ。方程式7可用以估算面積密度γ，其中AMAC 為對應之局部區域中的總高台接觸表面積，A0 為對應之局部區域的總橫向局部表面積。(6)
在414，磨損深度控制器286估算基板支座上之基板的一或更多磨損深度。可基於徑向膨脹量L、壓力p、及於412所判定的面積密度而估算磨損深度。磨損可因於處理期間內之基板升溫(這導致基板膨脹)而發生。由於基板的熱膨脹，基板的背面與高台之間發生摩擦。傳統的基板支座可導致在基板之外周邊邊緣附近的磨損增加(與基板的中心相較)。這是因為隨著基板半徑而增加的膨脹。來自夾持的壓力不足以防止該熱膨脹。
可使用方程式7-8估算一或更多高台的磨損深度D，其中k為形成微粒的機率(可假定在接觸表面積上為常數)，S為被磨損之基板材料的強度，F為在接觸面上的力，Aa 為一或更多高台其中一者的基板接觸表面之面積，L為基板在與該等高台其中該一者相對應之位置的一部分的滑動距離，為，且p為在一或更多高台的基板接觸表面上的平均壓力且等於。(7)
方程式8係藉由將方程式4-5中的徑向膨脹量L及壓力p之表達式代入方程式7而提供。(8)
為了在整個基板的背面上提供均勻的磨損圖案，方程式8應為幾何形狀之函數的參數僅有r及γ。因此，為了使磨損深度D為獨立於r的常數，面積密度γ係設置為直接與半徑r成正比(或)。
因此，面積密度係以與r(或距基板支座之中心的距離)成比例之百分比而增加。這導致了在高台上的壓力隨著r的增加而減小。這補償了隨著r增加而在滑動距離L上的增加。在面積密度上的增加導致了在整個基板表面上的均勻磨損。根據磨損深度，可重複任務408、410、412、及414以減少估算的磨損深度。可在每次重複之前調整一或更多參數(例如，面積密度、高台高度、接觸表面積的尺寸等)。
在416，高台構造控制器284判定基板支座的該等高台之高台構造及/或高台圖案。在416A，高台構造控制器284基於一或更多判定的面積密度而判定高台之接觸表面積的形狀及尺寸。高台可為圓柱形、半圓形、半球形、及/或可具有其它形狀。高台可為一致的形狀，或可具有不同的形狀。高台的接觸表面積可能增加，使得距離基板中心更遠的高台相較於較靠近基板中心的高台具有更大之接觸表面積。額外地或替代地，高台的數量可隨著基板支座之半徑的增加而增加。
任務416B可包含高台配置控制器284判定高台之高度。靜電夾持力越小，則基板與基板支座之間傳遞的熱越少。高台的高度越大，則基板上的壓力越小，且基板與基板支座之間的熱傳遞越少。藉由調整及/或最大化高台之高度，可得到較少的靜電夾持力及較少的基板磨損。面積密度可加以設定，以使高台的高度得以為均勻的。藉由將靜電夾持的力學、及不同之BSG壓力的力學納入考量，所揭露的方法進一步將基板磨損最小化。
在414B，高台構造控制器284判定整個基板支座上之高台的數量、位置、及圖案。可依據不同的處理RF功率位準及條件所導致之基板膨脹量而設置不同的提高面積密度之圖案。這些圖案其中每一者包含隨著基板支座半徑而單調地及/或線性地增加的面積密度，以在整個基板上提供最小且均勻的磨損，其中包含使基板與基板支座之間的接觸壓力、及在高台之上周邊邊緣的應力集中最小化。
可最小化及/或設定高台之間的區域的尺寸及形狀、及/或基板支座之局部區域的半徑，以使在該等區域及/或局部區域中之基板的垂直偏向最小化。可基於所判定之高台的外周邊邊緣的半徑，或以與其相容的方式來設定高台之間的區域的尺寸及形狀、及/或基板支座之局部區域的半徑。所判定之高台的外周邊邊緣的半徑可於406基於高台之間的區域的尺寸及形狀、及/或基板支座之局部區域的半徑而判定。
可在執行任務418之前重複地執行任務402、404、406、408、410、412、414、及/或416以使垂直偏向、磨損深度、在高台之外周邊邊緣的局部應力最小化及提供在整個基板背面上之均勻磨損，且同時亦使基板與基板支座之間的接觸最小化。在任務402、404、406、408、410、412、414、及416期間判定的參數為相關的，因此改變該等參數其中一者可影響其他參數的值。這些任務的重複執行使得吾人得以對參數進行調整直到在這些參數上的進一步改變幾乎不會改變垂直偏向、磨損深度、局部應力等的估算值。可重複地對該等參數進行調整，直到垂直偏向、磨損深度、局部應力等的值之改變係在預定範圍內。
在418，製造控制器296將基板支座的參數(如任務402、404、406、408、410、412、414、416中所判定)發送至加工系統274。加工控制器310控制加工工具312之操作以形成基板支座、及/或基板支座的一層(例如，最上層)。該層係形成為具有呈416所判定之高台圖案的高台。該製造可包含執行軟拋光。該等高台之外周邊邊緣的圓化降低了在邊緣的應力集中並使基板支座的表面粗糙度降低，以使基板與基板支座之間的滑動發生時之固體對固體側向接觸減少。該方法可於420結束。
上面所述之任務係意圖為說明性範例；該等任務可依據應用方式而依序、同步、同時、連續、在重疊的時間期間、或以不同的順序加以執行。此外，依據實行例及/或事件的順序，可不執行或省略任何任務。
上述方法導致了最小且均勻的基板背面磨損。這對於大功率處理(例如，於處理期間向基板處理系統之電極提供30-70千瓦的RF功率之處理)亦成立。該方法不包含增加在基板支座中心附近的高台與基板之間的接觸表面積，而是包含隨著基板支座的半徑(或距離中心之距離)而提高面積密度。
以上所述在本質上僅為說明且係決非意欲限制本揭示內容、其應用、或使用。本揭示內容的廣泛教示可以多種方式執行。因此，雖然此揭示內容包含特殊的例子，但本揭示內容的真實範圍應不被如此限制，因為其他的變化將在研讀圖示、說明書及以下申請專利範圍後變為顯而易見。吾人應理解方法中的一或複數步驟可以不同的順序(或同時)執行而不改變本揭示內容的原理。另外，儘管每個實施例中皆於以上敘述為具有特定的特徵，但相關於本揭示內容之任何實施例中所敘述的該等特徵之任何一或多者可在其他實施例之任一者的特徵中實施、及/或與之組合而實施，即使該組合並未明確說明亦然。換言之，上述實施例並非互相排除，且一或複數實施例之間的排列組合仍屬於本揭示內容的範圍內。
元件之間(例如，在模組、電路元件，半導體層等之間)的空間和功能上的關係係使用各種術語來表述，其中包括「連接」、「接合」、「耦接」、「相鄰」、「接近」、「在頂端」、「上方」、「下方」和「配置」。除非明確敘述為「直接」，否則當於上述揭示內容中描述第一和第二元件之間的關係時，該關係可為第一及二元件之間沒有其他中間元件存在的直接關係，但也可為第一及二元件之間(空間上或功能上)存在一或複數中間元件的間接關係。如本文中所使用，詞組「A、B和C中至少一者」應解讀為意指使用非排除性邏輯OR的邏輯(A OR B OR C)，且不應解讀為「A中至少一者、B中至少一者、及C中至少一者」。
在一些實行例中，控制器為系統的一部分，其可為上述範例的一部分。此等系統可包括半導體處理設備，其包含一個以上處理工具、一個以上腔室、用於處理的一個以上平臺、及/或特定處理元件(晶圓底座、氣流系統等)。這些系統可與電子設備整合，該等電子設備用於在半導體晶圓或基板處理之前、期間、及之後控制這些系統的操作。電子設備可稱作為「控制器」，其可控制該一個以上系統之各種的元件或子部分。依據系統的處理需求及/或類型，控制器可加以編程以控制本文中所揭露的任何製程，其中包含：處理氣體的輸送、溫度設定(例如，加熱及/或冷卻)、壓力設定、真空設定、功率設定、射頻(RF)產生器設定、RF匹配電路設定、頻率設定、流率設定、流體輸送設定、位置及操作設定、出入工具、及其他轉移工具、及/或與特定系統連接或介接的負載鎖之晶圓傳送。
廣義而言，控制器可定義為電子設備，其具有各種不同的積體電路、邏輯、記憶體、及/或軟體，其接收指令、發布指令、控制操作、啟用清潔操作、啟用終點量測等。積體電路可包含儲存程式指令之韌體形式的晶片、數位信號處理器(DSP)、定義為特殊應用積體電路(ASIC)的晶片、及/或執行程式指令(例如軟體)的一或複數微處理器或微控制器。程式指令可為以各種個別設定(或程式檔案)的形式與控制器通訊的指令，該等設定定義了用以在半導體晶圓上、對基板、或系統執行特定製程的操作參數。在一些實施例中，該等操作參數可為由製程工程師定義之配方的部分，以在一或複數層、材料、金屬、氧化物、矽、二氧化矽、表面、電路、及/或晶圓的晶粒之製造期間內完成一或複數處理步驟。
在一些實行例中，控制器可為電腦的一部分或連接至電腦，該電腦係與系統整合、連接至系統、以其他方式網路連至系統、或其組合。舉例而言，控制器可為在「雲端」或工廠主機電腦系統的整體或部分，可允許晶圓處理的遠端存取。該電腦可允許針對系統的遠端存取以監測製造操作的當前進度、檢查過往製造操作的歷史、檢查來自複數個製造操作的趨勢或性能度量、改變目前處理的參數、設定目前操作之後的處理步驟、或開始新的處理。在一些範例中，遠端電腦(例如伺服器)可透過網路提供製程配方給系統，該網路可包含區域網路或網際網路。遠端電腦可包含使用者介面，其允許參數及/或設定的輸入或編程，這些參數及/或設定係接著從遠端電腦被傳遞至系統。在一些例子中，控制器接收數據形式的指令，該數據明確指定於一或複數操作期間將被執行之各個處理步驟的參數。吾人應理解參數可專門用於將執行之製程的類型與配置控制器以介接或控制之工具的類型。因此，如上面所述，控制器可為分散式的，例如藉由包含一或複數分散的控制器，其由網路連在一起且朝共同的目的(例如本文中所述之製程及控制)作業。一個用於此等目的之分散式控制器的例子將為腔室上的一或複數積體電路，連通位於遠端(例如在平台級或作為遠端電腦的一部分)的一或複數積體電路，其結合以控制腔室中的製程。
不受限制地，示例系統可包含電漿蝕刻腔室或模組、沉積腔室或模組、旋轉-潤洗腔室或模組、金屬電鍍腔室或模組、清潔腔室或模組、斜邊蝕刻腔室或模組、物理氣相沉積(PVD)腔室或模組、化學氣相沉積(CVD)腔室或模組、原子層沉積(ALD)腔室或模組、原子層蝕刻(ALE)腔室或模組、離子植入腔室或模組、軌道腔室或模組、及任何可關聯或使用於半導體晶圓的製造及/或生產中之其他的半導體處理系統。
如上面所述，依據將由工具執行的一個以上處理步驟，控制器可與下述通訊：一或複數其他工具電路或模組、其他工具元件、群組工具、其他工具介面、毗鄰工具、相鄰工具、位於工廠各處的工具、主電腦、另一個控制器、或用於材料傳送的工具，該等用於材料傳送的工具將晶圓的容器攜帶進出半導體生產工廠內的工具位置及/或裝載埠。
100‧‧‧基板處理系統
102‧‧‧處理腔室
104‧‧‧上電極
106‧‧‧基板支座
107‧‧‧最小接觸面積(MCA，minimum contact area)特徵
108‧‧‧基板
109‧‧‧噴淋頭
110‧‧‧底板
111‧‧‧柄部部分
112‧‧‧加熱板
114‧‧‧熱阻層
116‧‧‧冷卻劑通道
120‧‧‧RF產生系統
122‧‧‧RF電壓產生器
123‧‧‧電漿RF產生器
124‧‧‧匹配與分配網路
125‧‧‧偏壓RF產生器
127‧‧‧電漿RF匹配網路
129‧‧‧偏壓RF匹配網路
130‧‧‧氣體輸送系統
132-1~132-N‧‧‧氣體來源
134-1~134-N‧‧‧閥
136-1~136-N‧‧‧質量流量控制器
140‧‧‧岐管
142‧‧‧溫度控制器
144‧‧‧熱控制元件(作動器)
146‧‧‧冷卻劑組件
156‧‧‧閥
158‧‧‧泵浦
160‧‧‧系統控制器
170‧‧‧機械臂
172‧‧‧負載鎖室
200‧‧‧部分
202‧‧‧高台
204‧‧‧局部區域
220‧‧‧基板
222‧‧‧基板支座
224‧‧‧高台
226‧‧‧中心
228‧‧‧外周邊邊緣
240‧‧‧基板支座
242‧‧‧主體
244‧‧‧層
246‧‧‧高台
248‧‧‧基板
260‧‧‧基板
262‧‧‧高台
270‧‧‧基板支座系統
272‧‧‧電腦
274‧‧‧加工系統
276‧‧‧基板支座控制器
278‧‧‧滑動控制器
280‧‧‧偏向控制器
282‧‧‧軟拋光控制器
284‧‧‧高台構造控制器
286‧‧‧磨損深度控制器
288‧‧‧徑向膨脹控制器
290‧‧‧壓力控制器
292‧‧‧面積密度控制器
294‧‧‧記憶體
296‧‧‧製造控制器
298‧‧‧參數
300‧‧‧基板支座高台圖案
310‧‧‧加工控制器
312‧‧‧加工工具
314‧‧‧基板支座
400‧‧‧任務
402‧‧‧任務
404‧‧‧任務
406‧‧‧任務
408‧‧‧任務
410‧‧‧任務
412‧‧‧任務
413‧‧‧部分
414‧‧‧任務
415‧‧‧高台
416‧‧‧任務
416A‧‧‧任務
416B‧‧‧任務
418‧‧‧任務
420‧‧‧任務
a~d‧‧‧面積
r‧‧‧半徑
r1‧‧‧半徑
d1~d2‧‧‧距離
dbm‧‧‧距離
f‧‧‧力
δ‧‧‧垂直偏向
mr‧‧‧高台邊緣半徑
本揭示內容從實施方式及隨附圖式可更完全了解，其中：
根據本揭露內容之實施例，圖1為包含基板支座的基板處理系統之範例的功能方塊圖；
根據本揭露內容之實施例，圖2為基板支座的範例性部分之俯視圖；及
根據本揭露內容之實施例，圖3為範例性基板及基板支座的頂部剖視圖。
根據本揭露內容之實施例，圖4為包含複數高台之基板支座的側面橫剖面圖。
根據本揭露內容之實施例，圖5為繪示在相鄰高台之間的基板之垂直偏向的側視圖。
根據本揭露內容之實施例，圖6為包含基板支座控制器的基板支座系統。
根據本揭露內容之實施例，圖7繪示了範例性基板支座製造方法。
根據本揭露內容之實施例，圖8為基板及基板支座的一部分之範例的側視圖，其繪示了施加在基板上的夾持壓力。
根據本揭露內容之實施例，圖9為基板及基板支座的一部分之範例的側視圖，其繪示了施加於局部區域中的力。
在圖式中，元件符號可被再次使用以辨別相似及/或相同的元件。

Claims (22)

  1. 一種基板支座，用於一基板處理系統，該基板支座包含： 一主體；及 複數高台，分佈於整個該主體上且在遠離該主體的一方向上延伸並配置用以支撐一基板， 其中 該複數高台中其中每一者包含接觸並支撐該基板的一表面區域，且 該複數高台的一面積密度(areal density)隨著距離該基板支座的一中心的一徑向距離增加而單調地(monotonically)增加。
  2. 如申請專利範圍第1項的基板支座，其中該複數高台的該面積密度隨著該徑向距離增加而線性地增加。
  3. 如申請專利範圍第1項的基板支座，其中： 該複數高台的該等表面區域為圓形的；且 該複數高台之直徑隨著該徑向距離增加而單調地增加。
  4. 如申請專利範圍第1項的基板支座，其中該複數高台具有相同的高度。
  5. 如申請專利範圍第1項的基板支座，其中： 該複數高台係配置成在該基板的一背面上提供均勻的磨損；且 該基板的該背面面向該複數高台的該等表面區域。
  6. 如申請專利範圍第1項的基板支座，其中該複數高台為圓柱形或半球形。
  7. 如申請專利範圍第1項的基板支座，其中： 該基板支座包含複數局部區域； 該複數局部區域其中每一者係由在(i) 對應之該局部區域的一中心、與(ii) 該複數高台其中一組的複數中心之間的一局部半徑所界定，其中該複數高台其中該組具有在對應之該局部區域中的部分；且 該複數局部區域的該等局部半徑隨著該徑向距離增加而減小。
  8. 如申請專利範圍第1項的基板支座，其中下述至少一者成立：(i) 在該複數高台其中相鄰者之間的距離隨著該徑向距離增加而減小；或(ii) 該複數高台的複數接觸表面之尺寸隨著該徑向距離增加而增加。
  9. 如申請專利範圍第1項的基板支座，更包含設置在該主體上且包含該複數高台的一層。
  10. 如申請專利範圍第1項的基板支座，包含一靜電卡盤，該靜電卡盤包含該主體。
  11. 一種基板處理系統，包含： 如請求項第1項之基板支座； 一射頻(RF)功率產生器，用以產生一RF功率並將該RF功率供應至該基板支座；及 一系統控制器，用以控制該RF產生器之操作。
  12. 一種製造基板支座的方法，該方法包含： 估算一基板的一熱膨脹量； 估算在一基板支座的複數高台其中一或更多者上施加於該基板的一壓力； 估算在整個該基板支座上的該複數高台的複數面積密度，使得該等面積密度隨著該基板支座的一徑向距離增加而單調地增加； 估算該基板與該複數高台之間的摩擦所導致的該基板的一磨損深度，其中該磨損深度係基於該熱膨脹量、施加的該壓力、及該等面積密度而估算；及 基於該磨損深度而調整一或更多參數以將該磨損深度最小化。
  13. 如申請專利範圍第12項之製造基板支座的方法，其中該複數高台的該等面積密度係加以估算，使得該等面積密度從該基板支座的一中心橫向地向外往該基板支座之周邊邊緣線性地增加。
  14. 如申請專利範圍第12項之製造基板支座的方法，該方法更包含判定該基板與該基板支座之間的滑動是否為預期的， 其中若滑動為預期的，則估算該熱膨脹量、施加的該壓力、該等面積密度、及該磨損深度。
  15. 如申請專利範圍第12項之製造基板支座的方法，該方法更包含： 估算該基板相對於該複數高台的複數垂直偏向量；及 基於該等垂直偏向量，估算該複數高台之周邊邊緣的半徑或拋光量。
  16. 如申請專利範圍第15項之製造基板支座的方法，更包含判定該基板與該基板支座之間的滑動是否為預期的， 其中若滑動為預期的，則(i) 估算該等垂直偏向量，及(ii) 估算該複數高台之周邊邊緣的半徑或拋光量。
  17. 如申請專利範圍第12項之製造基板支座的方法，其中該一或更多參數包含該複數高台的高度、該複數高台之周邊邊緣的半徑、在該複數高台其中相鄰者之間的距離、距該基板支座的一中心各距離處的高台之數量、該複數高台之接觸區域的尺寸、及該等面積密度其中一或更多者。
  18. 如申請專利範圍第12項之製造基板支座的方法，其中： 該複數高台的該等面積密度係直接與在該基板支座的一中心、與複數局部區域的複數中心點之間的複數距離相關；且 該複數局部區域其中每一者包含該複數高台其中二或更多者的部分。
  19. 如申請專利範圍第12項之製造基板支座的方法，該方法更包含製造將該基板支座以包含該複數高台，其中該複數高台具有該等面積密度、或由該調整該一或更多參數之步驟所產生的複數面積密度。
  20. 如申請專利範圍第19項之製造基板支座的方法，其中該複數高台係製造為具有均勻的高度。
  21. 如申請專利範圍第19項之製造基板支座的方法，其中該複數高台係製造成使得該複數高台的複數表面積隨著該徑向距離增加而線性地增加。
  22. 如申請專利範圍第19項之製造基板支座的方法，其中該複數高台係製造成使得在該基板支座的複數局部區域中的該複數高台之數量隨該徑向距離增加而線性地增加。
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