CN101687229B - 将基板置中设置于处理室内的设备及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明包含一种用于将基板置中设置于处理室内的设备及方法。在一具体实施例中，上述设备包含：基板支撑件，其具有适以承接基板的支撑表面，及基本上垂直于支撑表面的参考轴；以及多个置中构件，延伸而高于上述支撑表面。每一个置中构件可经偏置至第一位置，且可通过对向构件的作用而移动至第二位置。在第一位置及第二位置之间的移动可导致每一置中构件能够可释放地与基板的外围边缘接合，以将基板朝向参考轴的方向推动。
Description
技术领域
本发明的实施例是有关于一种用以处理半导体基板的设备及方法，特别是有关于一种用以将基板置中设置(centering)于处理室内的设备及方法。
背景技术
在化学气相沉积(Chemical vapor deposition：CVD)或等离子体辅助化学气相沉积(Plasma enhanced chemical vapor deposition：PECVD)的过程中，希望获得跨越基板的均匀厚度分布，且在基板的边缘区域附近不存在有沉积现象。所谓“边缘排除区”就是不希望存在有沉积现象的接近边缘的区域。图1A为部分剖面图，其绘示形成于基板101上的沉积层102的理想分布。沉积层102均匀地沉积于基板101的整个顶面上，且在边缘排除区103内并不存在有沉积现象。很不幸地，真实的沉积分布通常与图1A所示的理想情形相去甚远。图1B为部分剖面图，其绘示以CVD或PECVD法在基板101上形成的沉积层102a的实际表面分布。沉积层102a通常会延伸至边缘排除区103，并且会在靠近边缘排除区103处形成具有额外厚度的斜角边缘104。
图1C为部分剖面图，绘示根据先前技术运用遮蔽环105以防止在基板的边缘形成沉积薄膜。通常会将遮蔽环105设置于重叠且覆盖基板101的边缘排除区103的至少一部分的位置。因此，如图1C所示，在遮蔽环105的遮蔽下，沉积层102b会逐渐减少。
虽然目前利用遮蔽环105可实现3.5mm宽的边缘排除区的厚度均匀性，但由于组件尺寸日益缩小，则厚度非均匀性需要降低到2mm宽的边缘排除区。由于边缘排除区变小，则必须更精确地安置基板101。特别是，在利用遮蔽环105的相关技术中，必须将基板101基本上置中设置于遮蔽环105的中心轴上，以正确地覆盖边缘排除区103。
因而，相关领域需要一种构件，其能够以一种节省成本且更精确的方式，而将基板置中设置于处理室内。
发明内容
本发明包含一种用于将基板置中设置于处理室内的设备及其制造方法。
本发明的一具体实施例提供一种用于将基板定位于处理室内的设备，所述设备包含：基板支撑件，其具有适以承接基板的支撑表面；以及多个置中构件，将基板相对于基本上垂直于支撑表面的参考轴而置中设置；其中所述多个置中构件沿着支撑表面的外围而可移动地配置，且所述多个置中构件的每一个包含第一端部，所述第一端部接触基板的外围边缘，其中第一端部可在第一位置及第二位置间移动，由第一位置向第二位置的移动可导致置中构件释放基板的外围边缘，且由第二位置向第一位置的移动导致置中构件可将基板推往朝向参考轴的方向。
本发明的另一具体实施例提供一种用于将基板置中设置于处理室内的方法，所述方法包含：提供基板支撑件，其具有适于承接基板的支撑表面；提供多个置中构件，其沿着以基本上垂直于支撑表面的参考轴为中心的圆而配置，其中每一置中构件包含端部，所述端部接触基板的外围边缘，且端部可径向地朝向及远离参考轴移动；将每一置中构件的端部径向地向外且远离参考轴移动；将基板置于基板支撑件上，其中基板及置中构件不会接触；将每一置中构件的端部径向地向内移动以接触基板的外围边缘而将基板置中设置；以及由置中构件的端部来定位基板。
附图说明
为让本发明的上述和其它目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的详细说明如下。然而，应指出，附图仅阐明本发明的代表性具体实施例，且因而不应将其视为本发明范围的限制，因为本发明也可适用于其它等价的具体实施例。
图1A绘示形成于基板的外围区域上的沉积层的期望轮廓。
图1B绘示形成于基板的外围区域上的沉积层的实际轮廓
图1C绘示现有技术利用遮蔽环以防止在基板的外围区域上形成沉积层。
图2为绘示等离子体辅助化学气相沉积系统的具体实施例的概要剖面图。
图3A为绘示图2的置中指状物位于置中位置的部分放大剖面图。
图3B为绘示图2的置中指状物位于脱离位置的部分放大剖面图。
图4为绘示利用3个置中指状物以置中设置圆形基板的置中构件的具体实施例的简化平面图。
图5为绘示具有偏心的加重部分的置中指状物的具体实施例的剖面图。
图6A为绘示本发明的位于置中位置的置中指状物的另一具体实施例的部分剖面图。
图6B为绘示图6A的置中指状物位于脱离位置的部分剖面图。
图7为绘示置中指状物的又一具体实施例的部分剖面图。
图8为绘示置中指状物的另一具体实施例的部分剖面图。
为有利于了解，在各图式中的相同组件尽可能标以相同的组件符号。可理解，一具体实施例中揭露的组件也可用于其它具体实施例中，而不需特别指明。
具体实施方式
此处所述的具体实施例关于用以将基板置中设置的设备及方法，其可用于在基板上进行多种半导体工艺的各种室系统中。虽然在示范性具体实施例中，将上述设备及方法用于沉积室中，但某些具体实施例可将其运用于必须将基板置中设置的其它类型处理室。这些处理室的实施例包括但不限于加载锁定室(loadlock chamber)、测试室、沉积室、蚀刻室及热处理室。
图2为等离子体辅助化学气相沉积(PECVD)系统200的具体实施例的概要剖面视图。系统200包括耦接至气源204的处理室202。处理室202具有壁206及底部208，其可部分界定工艺容积(process volume)210。可经由形成于壁206中的通口201而进入工艺容积210，以助于基板212移动进出处理室202。可利用单一铝块或其它和工艺兼容的材料制成壁206及底部208。壁206可支撑盖组件214。可利用真空泵216将处理室202抽真空。
温控的基板支撑组件220可置中设置于处理室202内。在处理过程中，支撑组件220可支撑基板212。在一具体实施例中，支撑组件220包含由铝制成的支撑座222，其可内包覆有至少一嵌设加热器203，所述加热器203可经操作而可控制地将支撑组件220及放置于其上的基板212加热至预定温度。在一具体实施例中，取决于待沉积的材料的沉积处理参数，支撑组件220可经操作以将基板212的温度维持在约150℃至约1000℃之间。
支撑组件220具有上表面224及下表面226。上表面224可支撑基板212。下表面226与杆228耦接。杆228可将支撑组件220耦合至升降系统231，升降系统231可将支撑组件220在升高的处理位置及降低的位置之间垂直移动，以助于运输基板进出处理室202。杆228可额外地提供管道以供支撑组件220及系统200的其它部件间的电及热电偶传导经过。波纹管230可耦接于杆228及处理室202的底部208之间。波纹管230在工艺容积210及处理室202外部大气环境之间提供了真空密封，且同时有助于支撑组件220的垂直移动。
为了协助基板212的运输，支撑座222还可包括多个开孔233，举升销232可移动地装设穿过开孔233。举升销232经操作而在第一位置及第二位置间移动。如图2所示，第一位置允许基板212安置于支撑座222的上表面224上。可升高基板212至第二位置(未绘示)而使其高于支撑座222，而可将基板212运输至通过通口201而来的基板搬运机器手(robot)。可利用连接至致动器236的可移动平板234来驱动举升销232的向上/向下移动。
可将支撑座222电性接地，则当功率源238供应的RF功率提供给放置于盖组件214及支撑座222(或放置于处理室的盖组件之内或附近的其它电极)之间的气体分配板组件241时，该RF功率可激发在工艺容积210中位于支撑座222及分配板组件241之间的气体。可对应于基板212尺寸而选择由功率源238提供适当的RF功率，以驱动CVD工艺。
支撑组件220还包含置中构件240，其可经操作以将基板212相对于和支撑座222的基板支撑平面相垂直的垂直参考轴Z而置中设置。置中构件240包含：三或多个可移动的置中指状物242，这些指状物242设置于支撑座222的外围；以及对向平板(opposing plate)244，其设置于指状物242下方。每一指状物242可经由轴杆246而枢转地装设于支撑座222上。对向平板244及支撑座222可相对地移动，而使得对向平板244在释放位置中可接触并枢转指状物242，且在置中位置中可不和指状物242接触。
在一具体实施例中，对向平板244为固定不动的，且支撑座222及对向平板244间的相对移动是由支撑座222的垂直移动所致。当支撑组件220位于升高位置，如图2及图3A所示，指状物242可接合于基板212的外围边缘上，以将基板212置中；当支撑组件220位于降低位置，如图3B所示，指状物242则和基板212的外围边缘分离。下文将详述置中构件240的细节及其操作。
处理室202可额外包含周围遮蔽框250。遮蔽框250防止在基板212及支撑组件220的边缘发生沉积现象，而使得基板不会黏着在支撑组件220上。
盖组件214提供工艺容积210的上方边界。在检修处理室202时，可移除或开启盖组件214。在一具体实施例中，盖组件214可由铝制成。
盖组件214可包括入口端口260，由气源204供应的处理气体可经由入口端口260进入处理室202中。气体分配板组件241可耦接至盖组件214的内侧。气体分配板组件241包括环状底板262，环状底板262具有位于其与面板(或喷气头)266之间的阻隔板264。阻隔板264可向面板266背面提供均匀的气体分配。来自入口端口260的处理气体进入第一中空容积268，第一中空容积268部分限制于环状底板262及阻隔板264之间，处理气体接着流经阻隔板264中形成的多个通道270而进入阻隔板264及面板266之间的第二容积272。之后，处理气体由第二容积272经由面板266中形成的多个通道274而进入工艺容积210。可由绝缘材料276来隔绝面板266。环状底板262、阻隔板264及面板266可由不锈钢、铝、阳极电镀铝、镍或任何其它RF传导材料所制成。
功率源238可施加射频(RF)偏压电势至环状底板262，以协助在面板266及支撑座222之间产生等离子体。功率源238可包括高频射频(HFRF)功率源，其能够在约13.56MHz下产生RF功率，或是低频射频(LFRF)功率源，其能够在约300kHz下产生RF功率。LFRF功率源可用以产生低频率以及提供固定匹配(fixed match)组件。HFRF功率源设计为与固定匹配组件一同使用，且可调控传送至负载的功率，可排除关于正向功率及反射功率的问题。
如图2所示，控制器280可和基板处理系统的各个部件接口连接并控制这些部件。控制器280可包括中央处理单元(CPU)282、支持电路284及内存286。
可利用输送装置将基板212运输至处理室202中的举升销232，而上述输送装置可为机器手或其它运输构件(未绘示)，且之后通过将举升销232向下移动而将基板212放置于支撑组件220的上表面224上。如下文中详述，之后可操作置中构件240以将基板212相对于参考轴Z而置中设置。
图3A为部分放大剖面图，其绘示位于置中位置的一置中指状物242。置中指状物242可一体制成，或可能是由多个部件构成的组件。用于制造指状物242的材料可包括氮化铝、氧化铝、陶瓷及类似材料或其组合，只要其具有低的热膨胀系数，且可抵抗处理室202中的工艺环境。指状物242可经由轴杆246而枢转地安装至接合块290，其中接合块290突出于支撑座222的下表面，且指状物242通过支撑座222外围区域中的狭缝292。指状物242的上端部294延伸于支撑座222的支撑表面上方，以可释放地与基板212的外围边缘接触。指状物242的下端部296可位于轴杆246的偏心位置。下端部296的重量使得其可通过重力作用而偏置指状物242到达与基板212的外围边缘接触的位置。如图所示，当指状物242不和对向平板244接触时，例如在一实施例中可将支撑组件220向上移动，则重力作用G会施加于下端部296上，从而使得指状物242围绕轴杆246枢转，使得上端部294可径向地向内移动以接触基板212的外围边缘，并在朝向参考轴Z的方向而向基板212的外围边缘施加移位力F。如图4中进一步详述，三或多个指状物242可沿着基板212的外围平均地分布，且可合力接触并移动基板212。因此，可将基板212相对于参考轴Z而移动至置中位置。
应注意的是，可设计上端部294的厚度而使其略高于基板212的顶表面。当上端部294施加移位力F时，可防止基板212的外围边缘滑动至上端部294之上。
欲释放基板212时，置中指状物242需位于脱离位置，如图3B的部分放大剖面图所示。可将支撑座222向下移动，以推动指状物242的下端部296使其和对向平板244接触，而对向平板244抵销了下端部296的重力作用。如此一来，可使得指状物242朝相反方向枢转，因而上端部294会移动而不与基板212的外围边缘接触。
如上所述，置中构件240的结构能够利用重力作用而偏置每一个置中指状物242，从而自动地将基板212置中设置。支撑组件220的支撑表面上的置中指状物242的位置可由需要置中的基板的轮廓外形而定。图4为简化的平面图式，表示在一具体实施例中利用三个置中指状物242以将圆形基板212置中设置于支撑座222上。在以参考轴Z为中心的圆形上，将三个置中指状物242以规则的间隔放置，且每一个指状物242能够施加径向移位力F以将圆形基板212置中设置。在其它具体实施例中(未绘示)，可利用更多个置中指状物且可采用不同方式配置，以将具有不同轮廓外形的其它基板置中设置。
为了有效率地将基板212置中设置，每一置中指状物242需要施加足够的移位力F以移动基板212，这和加重的下端部296的质量有关。在一种实施方式中，质量的范围可介于约10克(g)至约500克。可以多种方式实施，以在下端部296中包括适当质量，例如形成具有较大尺寸的较重下端部296。
图5绘示一变化的具体实施例，其中利用具有较大质量密度的内嵌实心材料298来形成置中指状物242的加重的下端部296。将实心材料298嵌设于指状物242中的方法可包括例如将用以制造指状物242的陶瓷材料烧结于实心材料298周围。实心材料298可为钼或是质量密度大于用以制造指状物242的周围材料的其它适当材料。在某些实施方式中，可能对于加重的下端部296的尺寸有所限制，通过利用具有较高质量密度的内嵌实心材料298可有效地增加加重的下端部296的质量而不需增加其尺寸。
虽然上述具体实施例阐明某些特定方式以实施并操作置中构件，但本发明具有所属技术领域普通技术人员当可预见多种变化形式。举例而言，在下文所述的替代性具体实施例中，可将每一置中指状物实施成其它结构。
第6A及6B图为部分剖面图，阐明根据本发明另一具体实施例的置中指状物342。置中指状物342枢转地安装于托架343，托架343通过轴杆346延伸出支撑座222的外边界。支撑座222的支撑表面可小于基板212的表面区域，而使得位于支撑座222上的基板212的外围部分不会有支撑接触。如同上述具体实施例一般，指状物342包括可用于和基板212的外围边缘接触的上端部394，以及位于与轴杆346偏心处以偏置指状物342而使指状物342的所在位置可和基板212的外围边缘接触的加重下端部396。此外，指状物342包括末端分叉部398，其相对于轴杆346而与下端部396相对设置，且在对向平板344下方。如图6A所示，为了将基板212置中设置，置中指状物342的下端部396会受到重力作用G的影响，而可偏置指状物342并使得上端部394施加移位力F于基板212的外围边缘上。
如图6B所示，为了使上端部394由基板212的外围边缘脱离，可将支撑组件220向上移动，而使得末端分叉部398和对向平板344接触。当支撑组件220进一步相对于对向平板344而向上移动时，将可克服作用在下端部396上的重力作用，且指状物342会围绕轴杆346而旋转，以使得上端部394由基板212的外围边缘脱离。在一具体实施例中，在处理过程中，可在置中设置之后释放指状物342，因此可防止在上端部394出现不期望的沉积现象，且可降低由于指状物342存在而导致的处理的不均匀性。应注意的是，除了采用包括指状物342的支撑组件220相对于对向平板344移动之外，替代性具体实施例可设计将对向平板344相对于支撑组件220移动，以接触末端分叉部398，而使得上端部394自基板212脱离。
图7为表示根据本发明的另一种具体实施例的置中指状物442的部分剖面图。与前述具体实施例相似，置中指状物442经由轴杆446而枢转地安装于支撑座222上。置中指状物442包括接触基板212的外围边缘的上端部494，以及位于与轴杆446偏心处以在重力作用下偏置指状物442的加重下端部496。然而，本实施例与前述具体实施例的不同之处在于，利用下端部496相对于轴杆446的偏心性(eccentricity)来偏置指状物442，而使得上端部494自基板212的外围边缘脱离。为了置中设置基板212，对向平板450耦接至伺服电动机或步进电动机452及控制器454，因而能够可控制地移动对向平板450以作用于指状物442。更明确地说，对向平板450向上移动以推动下端部496并使得指状物442围绕轴杆446而枢转并离开偏置的位置。控制器454自电动机452接收操作信号453，并相对应地发出控制信号给电动机452，以控制电动机452的输出。因而，对向平板450在受控制的范围中向上移动时，可使得上端部494发生受控制的移位而移动并置中设置基板212。
在一具体实施例中，控制器454可利用操作信号453来监控每一置中指状物442施加于正在置中设置的基板的力的大小。在一具体实施例中，操作信号453可为电动机452的转力矩。当操作信号453(如电动机452的转力矩)到达临界值而显示出施加于正在置中设置的基板的力的大小已经达到预定量，因此，可适当地将基板置中设置。之后，控制器454可停止电动机452，以避免过度置中设置，因此可防止损坏基板。
欲将上端部494自基板212脱离，对向平板450可向下移动，这会使得指状物442在加重下端部496的重力作用下回到偏置位置。
图8为表示本发明又一具体实施例的置中指状物542的部分剖面图。置中指状物542可由弹性构件制成，例如加长的陶瓷弹簧，其第一末端552固定地安装于与支撑座222分离的框架548上，第二末端554经由形成于支撑座222中的开孔556而延伸超过支撑座222。为了将基板212相对于参考轴Z置中设置，指状物542经偏置以在朝向参考轴Z的方向推动基板212的外围边缘。为了让指状物542脱离与基板212的接触，可控制地移动对向致动器560以对指状物542产生作用。致动器560可和指状物542接触，并推动指状物542因而使得指状物542转向而远离其偏置位置而自基板212脱离。
如上所述，处理室中的置中设备因而能够以有效率且精确的方式将基板置中设置于支撑组件上的适当位置。因此，可精确地在基板上进行半导体工艺，例如薄膜沉积及蚀刻步骤。
虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。
Claims (10)
1.一种用于将基板定位于处理室中的设备，包含：
基板支撑件，具有承接所述基板的支撑表面；以及
多个置中构件，配置以相对于基本上垂直于所述支撑表面的参考轴而置中设置所述基板，其中所述多个置中构件沿着所述支撑表面的外围可移动地配置，所述多个置中构件的每一个经由轴杆而枢转地安装于所述基板支撑件上，且所述多个置中构件的每一个都包含：
第一端部，配置以接触所述基板的外围边缘，其中所述第一端部可以在第一位置及第二位置之间移动，由所述第一位置向所述第二位置的移动导致所述置中构件脱离所述基板的所述外围边缘，以及由所述第二位置向所述第一位置的移动导致所述置中构件在朝向所述参考轴的方向推动所述基板；以及
与所述轴杆为偏心设置的加重端部分，其中所述加重端部分包括质量密度较大的内嵌材料，所述第一端部及所述加重部分设置于所述轴杆的相对侧上，且所述加重部分配置以偏置所述置中构件至所述第一位置。
2.如权利要求1所述的设备，还包含对向构件，配置以作用于所述多个置中构件的每一个以移动所述第一端部。
3.如权利要求2所述的设备，其中所述多个置中构件还包括末端分叉部，所述末端分叉部相对于所述轴杆而与所述加重端部分相对设置，所述对向构件接触所述末端分叉部，以使每一置中构件的第一端部自所述基板脱离。
4.如权利要求2所述的设备，其中所述对向构件配置以将所述多个置中构件的每一个的所述第一端部朝向所述第二位置移动，且所述多个置中构件的每一个独立地朝向所述第一位置偏置，且来自所述多个置中构件的偏置力的总和将所述基板相对于所述参考轴置中设置。
5.如权利要求1所述的设备，其中所述内嵌材料的质量介于10克至500克之间。
6.如权利要求2所述的设备，其中所述对向构件包含耦接至电动机的可移动构件。
7.如权利要求2所述的设备，其中所述对向构件设置在所述多个置中构件的下方，所述对向构件接触所述加重部分，以使所述多个置中构件的每一个的第一端部脱离与所述基板的接触。
8.一种用于将基板置中设置于处理室内的方法，包含：
提供基板支撑件，所述基板支撑件具有承接基板的支撑表面；
提供多个置中构件，所述多个置中构件沿着以基本上垂直于所述支撑表面的参考轴为中心的圆而配置，其中所述多个置中构件的每一个包含：
端部，所述端部配置以接触基板的外围边缘，其中所述端部可径向地朝向及远离所述参考轴而移动；和
加重端部分，所述加重端部分包括质量密度较大的内嵌材料，其中所述加重部分配置以偏置所述置中构件的端部朝向基板的外围边缘；
移动所述多个置中构件的每一个的所述端部而使其径向地向外且远离所述参考轴；
将所述基板放置于所述基板支撑件上，其中所述基板及所述多个置中构件不会接触；
移动所述多个置中构件的每一个的所述端部，而使其径向地向内以接触所述基板的外围边缘，而将所述基板置中设置；以及
以所述多个置中构件的所述端部来定位所述基板。
9.如权利要求8所述的方法，其中移动所述多个置中构件的每一个的所述端部的步骤包含围绕安装于所述基板支撑件上的轴杆而枢转所述多个置中构件的每一个。
10.如权利要求9所述的方法，其中移动所述多个置中构件的每一个的所述端部而使其径向地向内的步骤包含将偏心地耦接至所述置中构件的加重部分由所述轴杆而释放；以及移动所述多个置中构件的每一个的所述端部而使其径向地向外的步骤包含用对向构件而使所述加重部分升高。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C56 | Change in the name or address of the patentee | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: American California Patentee after: Applied Materials Inc. Address before: American California Patentee before: Applied Materials Inc. |