CN104428885B - 用于基板处理腔室的两件式挡板盘组件 - Google Patents
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Abstract
在此提供了挡板盘组件，所述挡板盘组件用于使用在处理腔室中，以保护设置于所述挡板盘组件之下的基板支撑件免于不希望的材料沉积。在一些实施方式中，用于使用在处理腔室中以保护设置于挡板盘组件之下的基板支撑件的一种挡板盘组件可包括：上盘构件，所述上盘构件具有顶表面和底表面；及下承载构件，所述下承载构件的至少一部分被设置于所述上盘构件的一部分之下，以支撑所述上盘构件并且产生保护性重叠区域，所述保护性重叠区域在所述上盘构件变形时防止所述基板支撑件的暴露。
Description
技术领域
本发明的实施方式大体涉及基板处理腔室的领域。
背景技术
传统半导体装置形成通常在一或多个处理腔室中执行，这些处理腔室具有在受控制的处理环境中处理基板(例如半导体晶片)的能力。为了维持处理均匀性并且确保处理腔室的最佳性能，周期性地执行各种调节操作。例如，在物理气相沉积(PVD)处理腔室中，一个常用的调节操作是“预烧(burn-in)”处理，其中设置于PVD处理腔室中的靶材受到等离子体离子的轰击，以在执行基板处理之前，从靶材移除氧化物或其他污染物。另一个常用的调节操作是“上浆(pasting)”处理，其中在沉积于处理腔室表面上的材料之上施加覆盖物，以防止所述材料在后续的处理期间从处理腔室表面剥落并且污染基板。
在前述两个调节操作中，通过转移机械手，可将挡板盘(shutter disk)定位在设置于处理腔室中的基板支撑件的顶部上，以防止任何材料沉积在基板支撑件上。挡板盘通常包括具有足够的机械刚性的材料以抵抗由于沉积材料的额外重量所导致的变形。例如，挡板盘通常包括金属合金，例如不锈钢，或者陶瓷，例如碳化硅。
但是，发明人已经观察到，在上浆处理期间，挡板盘会升温。因为热梯度和/或盘上的沉积，挡板盘会由于挡板盘的顶表面与底表面之间的热失配而发生应力，例如，导致挡板盘变形(例如在端部处弯曲)。此种变形产生间隙，导致等离子体通过所述间隙而暴露至基板支撑件。基板支撑件上的金属沉积会导致基板晶片电弧放电(arcing)、基板晶片粘住和/或破裂，如果基板支撑件是静电夹盘，则会导致静电夹力减少等。
另外，挡板盘通常储置为远离处理区域，且在使用期间通过缓冲腔室机械手移动至所希望的位置中。为了使机械手能够输送挡板盘，挡板盘的重量与厚度必须要最小化。在上浆与预烧处理期间，这些重量较轻/厚度较薄的挡板盘会变形得更严重。
已经尝试各种解决方案来解决前述问题。例如，已经尝试使用较低的RF功率、较长的冷却周期以及增加冷却气体至挡板盘的背侧。但是，发明人已经观察到，这些解决方案没有一个充分地保护基板支撑件免于不希望的材料沉积。
因此，在此提供了改良的挡板盘组件。
发明内容
在此提供了挡板盘组件，所述挡板盘组件用于使用在处理腔室中，以保护设置于所述挡板盘组件之下的基板支撑件免于不希望的材料沉积。在一些实施方式中，用于使用在处理腔室中以保护设置于挡板盘组件之下的基板支撑件的一种挡板盘组件可包括：上盘构件，所述上盘构件具有顶表面与底表面；及下承载构件，所述下承载构件的至少一部分设置于所述上盘构件的一部分之下，以支撑所述上盘构件并且产生保护性重叠区域，所述保护性重叠区域在所述上盘构件变形时防止所述基板支撑件的暴露。
在一些实施方式中，用于使用在处理腔室中以保护设置于挡板盘组件之下的基板支撑件的一种挡板盘组件可包括：上盘构件，所述上盘构件具有顶表面与底表面，其中所述上盘构件进一步包括阶状特征，所述阶状特征设置于所述上盘构件的外部直径的周围；及下承载构件，所述下承载构件具有中心开口和向内延伸的环状突出部，所述环状突出部界定所述中心开口，其中环状突出部依一定尺寸设计以在所述阶状特征处支撑所述上盘构件。
在一些实施方式中，一种处理腔室可包括：腔室主体，所述腔室主体界定内部空间，所述内部空间具有靶材，所述靶材包括要沉积于设置于所述腔室主体中的基板的顶部上的材料；基板支撑件，所述基板支撑件设置于所述腔室主体内，用以支撑所述基板；挡板盘组件，所述挡板盘组件用于保护所述基板支撑件，所述挡板盘包括上盘构件和下承载构件，所述上盘构件具有顶表面和底表面，且所述下承载构件的至少一部分设置于所述上盘构件的一部分之下，以支撑所述上盘构件并且产生保护性重叠区域，所述保护性重叠区域在所述上盘构件变形时防止所述基板支撑件的暴露；及转移机械手，所述转移机械手被能移动地耦接至所述腔室主体，以用于转移所述挡板盘组件至所述基板支撑件并且从所述基板支撑件转移所述挡板盘组件。
本发明的其他实施方式与变化则在下面更详细地揭示。
附图说明
能通过参照附图中绘示的本发明的说明性实施方式来了解以上简要概述的且在下面更详细论述的本发明的实施方式。但是，应注意到，附图仅示出本发明的典型实施方式且因此不应被视为对本发明范围的限制，因为本发明可容许其他等同有效的实施方式。
图1是示例性处理腔室的示意图，所述处理腔室适于与本发明的一些实施方式结合使用。
图2A绘示了根据本发明的一些实施方式的示例性两件式挡板盘组件的部分截面视图。
图2B为根据本发明的一些实施方式的示例性两件式挡板盘组件的顶视图。
图3绘示了与基板支撑件联合使用的示例性两件式挡板盘组件。
为了促进了解，已尽可能使用相同的标记数字来表示附图中共用的相同元件。附图未依照比例绘制，且可以为了清楚加以简化。可了解到，一个实施方式的元件与特征可有利地并入其他实施方式中，而不用另外详述。
具体实施方式
本发明的实施方式大体涉及用于使用在基板处理腔室中的挡板盘组件，所述基板处理腔室比如例如半导体制造处理腔室，且本发明的实施方式涉及并入此种挡板盘组件的基板处理腔室。在一些实施方式中，本发明的设备包括用于使用在处理腔室的调节与清洁操作中的挡板盘组件。本发明的设备可有利地提供挡板盘组件，所述挡板盘组件能应对使用时由于加热而导致的盘膨胀，而减少或消除基板支撑件(所述挡板盘组件设置在所述基板支撑件上)的暴露，从而保护设置于所述挡板盘组件之下的基板支撑件免于不希望的材料沉积。
图1是示例性处理腔室100的示意图，处理腔室100用于与本发明的一些实施方式结合使用。在一些实施方式中，处理腔室100可为多个腔室中的一个腔室，所述多个腔室结合以形成多腔室处理系统(例如群集工具)。或者，处理腔室100可为单独的处理腔室。在一些实施方式中，处理腔室100可为沉积腔室，例如物理气相沉积(PVD)腔室。或者，处理腔室100可为任何合适的处理腔室，其中在腔室清洁和/或干燥处理期间，挡板盘组件可用以保护基板支撑件免于损伤。
处理腔室100包括腔室主体102和盖组件104，盖组件104界定能排空的处理空间106。腔室主体102通常包括一或多个侧壁108和底部110。一或多个侧壁108可以是单一圆形侧壁或者是处理腔室中具有非圆形构造的多个侧壁。侧壁通常包括挡板盘组件口112。挡板盘组件口112被配置成当挡板盘组件140在收回位置时，允许挡板盘组件140的至少一部分通过其间。壳体116通常覆盖挡板盘组件口112，以维持处理空间106内的真空完整性。额外的口可设置在侧壁中，例如能密封的出入口，用于使基板114从处理腔室100进与出。泵送口可设置在腔室主体102的底部和/或侧壁中，且泵送口耦接至泵送系统，泵送系统排空处理空间106且控制处理空间106内的压力。在其他实施方式中，位于处理腔室100外的挡板库(未示)可储置挡板盘组件140，并通过处理腔室100中的开口(未示)将挡板盘组件140移动进入处理腔室100中。
腔室主体102的盖组件104通常支撑环状屏蔽件118，环状屏蔽件118支撑遮蔽环120。遮蔽环120通常被配置以将沉积限制在通过遮蔽环120的中心而暴露的基板114的一部分。盖组件104通常包括靶材122和磁控管124。
靶材122提供在沉积处理期间沉积在基板114上的材料，而磁控管124促进在处理期间靶材材料的均匀消耗。靶材122与基板支撑件126通过电源128而相对于彼此加偏压。惰性气体(例如氩)从气源130供给至处理空间106。等离子体由所述气体形成于基板114与靶材122之间。等离子体内的离子朝向靶材122加速并且导致材料从靶材122脱离。脱离的靶材材料被朝向基板114吸引并且在基板114上沉积材料膜。
基板支撑件126通常设置于腔室主体102的底部110上并且在处理期间支撑基板114。挡板盘组件机构132通常邻近基板支撑件126设置。挡板盘组件机构132通常包括叶部134和致动器136，叶部134支撑挡板盘组件140，致动器136通过轴138而耦接至叶部134，以控制叶部134的位置。
叶部134可在图1所示的收回或撤回(cleared)位置与第二位置之间移动，第二位置将挡板盘组件140放置成与基板支撑件126实质上同心。在第二位置中，挡板盘组件140可在靶材预烧和腔室上浆处理期间(通过利用升降销而)转移至基板支撑件126。叶部134在靶材预烧和腔室上浆处理期间则返回至收回位置。致动器136可为任何装置，所述任何装置可适于旋转轴138通过一角度，以于撤回位置与第二位置之间移动叶部134。在与本发明一致的其它实施方式中，定位基板114以用于处理的机械手机构也可用来移动挡板盘组件140至适当位置，来保护基板支撑件126。
图2A绘示了根据本发明的一些实施方式的示例性挡板盘组件140的截面侧视图。图2B为根据本发明的一些实施方式的图2A的示例性挡板盘组件的顶视图。为了最佳地了解本发明，读者应该同时参见图2A与图2B。
示例性挡板盘组件140通常包括上盘构件202以及下承载构件210。虽然在此描述为两件式组件，但挡板盘组件可包括额外的部件。另外，虽然在此描述为盘，但挡板盘组件与其部件可具有任何需要的合适几何外形，以保护特定处理腔室内的基板支撑件。
下承载构件210与上盘构件202相对于彼此能移动地设置或耦接，使得下承载构件210与上盘构件202可相对于彼此移动，例如，以允许部件的独立热膨胀与收缩。在一些实施方式中，上盘构件202可以仅支撑在下承载构件210上。
下承载构件210支撑上盘构件202。在一些实施方式中，下承载构件210可为环，所述环包括第一特征212(例如向内延伸的突出部)，以支撑上盘构件202，使得上盘构件202的底表面206被设置于下承载构件210的中心开口218之上，中心开口218具有直径222。虽然在图2A中绘示了突出部来支撑上盘构件202，但第一特征212也可为斜面(chamfer)、突伸物或其他合适的特征，以支撑上盘构件202。在与图2A一致的实施方式中，下承载构件210的底表面与上盘构件的底表面界定了实质上平坦的表面，所述平坦的表面接触基板支撑件126并且受到基板支撑件126的支撑。在其他实施方式中，只有下承载构件210接触基板支撑件126，其可用来控制/改变RF耦合。在与本发明一致的一些实施方式中，下盘构件中的中心开口218的尺寸可根据所需的结构支撑、所需的RF耦合、热传导性等来加以最佳化。
在一些实施方式中，下承载构件210可并非环，并且可沿着上盘构件202的整个底表面206来支撑上盘构件202。例如，在一些实施方式中，下承载构件可为没有中心开口的固体盘(未示)，类似于上盘构件202。
下承载构件210也可包括第二特征216，第二特征216协助定位上盘构件202并且保持上盘构件202大体上在适当的位置(例如免于滑离适当的位置)，同时仍然允许上盘构件202例如因为热膨胀和收缩而移动或变形。例如，在一些实施方式中，第二特征216可为从承载构件向上延伸的突伸物或唇状物，以界定上盘构件202可设置于其中的凹部。替代地或组合地，在一些实施方式中，第二特征可为销，所述销沿着中心线224耦接上盘构件202和下承载构件，同时仍然允许上盘构件202例如因为热膨胀和收缩而相对于下承载构件210径向移动或变形。
下承载构件210可包括热稳定材料，以最小化下承载构件210的热变形。例如，下承载构件210可包括陶瓷、涂覆有碳化硅的石墨、固体碳化硅、固体烧结的碳化硅或利用无金属烧结剂(sintering agent)(例如可从Bridgestone购得的或类似物)制造的固体烧结的碳化硅中的至少之一。在一些实施方式中，下承载构件210可包括热膨胀系数为约5.6E-6m/m K至约22.2E-6m/m K的材料。在一些实施方式中，下承载构件210可包括热传导材料。在一些实施方式中，下承载构件210可包括电绝缘材料。在上述的任何实施方式中，下承载构件210可由下述合适材料构成：具有足够的机械刚性来实质上抵抗由于上盘构件202以及在使用期间可沉积在上盘构件202顶上的材料的额外重量所导致的变形的材料。在一些实施方式中，所述材料也可为重量轻的，以允许挡板盘组件140容易地被转移机械手移动。在一些实施方式中，下承载构件210和/或上盘构件202彼此相接触的一或多个表面可加以抛光，以促进容易移动，所述移动是由于下承载构件210与上盘构件202之间的热变形而导致的。
在一些实施方式中，下承载构件210的底表面214可为实质上平面的。在其他实施方式中，下承载构件210的底表面214可包括特征来接合于挡板盘组件机构132的部件，以促进稳定和准确的移动。用来接合于挡板盘组件机构的部件的示例性挡板盘特征被例如描述在美国专利申请案12/542,501中，所述申请案申请于2009年8月17日，且标题为“SHUTTERDISK HAVING A TUNED COEFFICIENT OF THERMAL EXPANSION”。
上盘构件202的顶表面204大体上为平面并且具有实质上垂直于挡板盘组件140的中心线224的取向。底表面206也大体上为平面并且具有实质上垂直于挡板盘组件140的中心线224的取向。在一些实施方式中，上盘构件202可包括阶状特征208，阶状特征208实质上平行于底表面206。如图2A所示，在一些实施方式中，可由下承载构件210的第一特征212使用阶状特征208来支撑上盘构件202。
上盘构件202可由下述任何合适材料构成：具有足够的机械刚性来抵抗由于可沉积在上盘构件202的顶部上的材料的额外重量而导致的变形的材料。在一些实施方式中，所述材料也可为重量轻的，以允许挡板盘组件140容易地被转移机械手移动。在一些实施方式中，上盘构件202可由下述材料构成：金属合金(例如不锈钢)、金属复合物(例如铝硅(AlSi))或陶瓷(例如碳化硅)。上盘构件202可经由适于形成所希望的形状的任何方法来制造，例如铸模铸造、冲模铸造、喷涂铸造、喷涂沉积或类似方法。在一些实施方式中，上盘构件202包含处理腔室中用于沉积/蚀刻基板所使用的相同材料。
在一些实施方式中，挡板盘组件140具有约6英寸至约12英寸的外部直径220，例如约6英寸、8英寸或11.85英寸。在一些实施方式中，从上盘构件202的顶表面204至下支撑承载的底表面214的厚度可为约0.1英寸至约0.25英寸，例如约0.15英寸。根据基板支撑件的尺寸与构造，可使用其他尺寸。在一些实施方式中，挡板盘组件140将具有等于基板114的直径的外部直径220，公差为+/-50mm。虽然以直径来论述并且称为盘，但挡板盘组件140和上盘构件并不限于圆形并且可具有任何适于使用在本文所揭示的处理腔室中的形状。虽然以直径来论述，并且用语“环”或“盘”可用于描述挡板盘组件及其部件，但可了解到，挡板盘组件和这些部件的形状不需要是圆形，并且可具有任何形状的周边和/或开口，包括(但不限于)矩形、多边形、椭圆形及类似形状。
图3绘示了与本发明的至少一些实施方式一致的示例性挡板盘组件140与基板支撑件126。挡板盘组件机构132可将挡板盘组件140设置于基板支撑件126上的适当位置中。挡板盘组件140所保护的基板支撑件126的部分被显示为受保护的支撑件表面304。在一些实施方式中，挡板盘组件140的下承载构件210可由基板支撑件126的顶表面302支撑。另外，上盘构件202的底表面可定位为近邻基板支撑件126的顶表面302或者实体接触基板支撑件126的顶表面302。在一些实施方式中，上盘构件202与基板支撑件126之间设置的标称间隙是约0.04英寸。在其他实施方式中，上盘构件202可接触基板支撑件126，以用于热传递或其他原因。
如上面论述的，靶材122和基板支撑件126通过电源128而相对于彼此加偏压。在上浆处理期间，例如，挡板盘组件因为等离子体功率(RF或DC源)而升温。在下承载构件210是环的一些实施方式中，电力直接从基板支撑件126耦合至上盘构件202。在下承载构件210是固体盘的其他实施方式中，电力先直接从基板支撑件126耦合至下承载构件210，且之后耦合至上盘构件202。随着上盘构件202升温，上盘构件202开始变形且相对于下承载构件210而移动(如由变形的上盘构件202’所示)。但是，变形的上盘构件202’和下承载构件210仍然维持有重叠区域308，重叠区域308保护基板支撑件126。
虽然前述内容针对本发明的实施方式，但在不背离本发明的基本范围的情况下，可设计出本发明的其他及进一步的实施方式，且本发明的范围由下面的权利要求书来确定。
Claims (15)
1.一种挡板盘组件，所述挡板盘组件包括：
上盘构件，所述上盘构件具有顶表面和底表面；及
下承载构件，所述下承载构件的至少一部分被设置于所述上盘构件的一部分之下，以支撑所述上盘构件并且产生保护性重叠区域，所述保护性重叠区域在所述上盘构件变形时防止设置于所述挡板盘组件之下的基板支撑件的暴露，
其中所述下承载构件包括第一开口和第二开口，所述第一开口具有第一直径并且部分延伸进入所述下承载构件的主体，所述第二开口延伸穿过所述下承载构件的所述主体，所述第二开口具有第二直径，所述第二直径小于所述第一直径，并且其中所述上盘构件被完全设置在所述下承载构件的所述第一开口和所述第二开口中。
2.如权利要求1所述的挡板盘组件，其中所述下承载构件是具有中心开口的环，且其中所述下承载构件支撑所述上盘构件，以使得所述上盘构件的所述底表面被设置在所述下承载构件的中心开口之上。
3.如权利要求2所述的挡板盘组件，其中所述下承载构件进一步包括：
第一特征，所述第一特征支撑所述上盘构件；及
第二特征，所述第二特征将所述上盘构件维持在所述下承载构件的所述中心开口之上的位置中。
4.如权利要求3所述的挡板盘组件，其中所述上盘构件包括阶状特征，所述阶状特征被设置于所述下承载构件的所述第一特征之上，其中所述第一特征使用所述阶状特征来支撑所述上盘构件，且其中所述上盘构件的所述阶状特征与所述下承载构件的所述第一特征形成所述保护性重叠区域。
5.如权利要求2至4的任一项所述的挡板盘组件，其中所述下承载构件的底表面与所述上盘构件的所述底表面实质上共平面。
6.如权利要求2至4的任一项所述的挡板盘组件，其中所述上盘构件的顶表面与底表面是实质上平面的并且实质上互相平行。
7.如权利要求1至4的任一项所述的挡板盘组件，其中所述下承载构件包括热稳定材料，所述热稳定材料具有5.4E-6m/mK至22.2E-6m/mK的热膨胀系数。
8.如权利要求1至4的任一项所述的挡板盘组件，其中所述下承载构件包括陶瓷、涂覆有碳化硅的石墨、固体碳化硅、固体烧结的碳化硅或固体无金属烧结的碳化硅中的至少之一。
9.如权利要求1至4的任一项所述的挡板盘组件，其中所述上盘构件包括导电材料。
10.如权利要求1至4的任一项所述的挡板盘组件，其中所述上盘构件包括金属或金属复合材料。
11.一种挡板盘组件，所述挡板盘组件包括：
上盘构件，所述上盘构件具有顶表面和底表面，其中所述上盘构件进一步包括阶状特征，所述阶状特征被设置于所述上盘构件的外部直径的周围；及
下承载构件，所述下承载构件具有中心开口和向内延伸的环状突出部，所述环状突出部界定所述中心开口，其中所述环状突出部依一定尺寸设计，以在所述阶状特征处支撑所述上盘构件，并且其中所述下承载构件包括第一开口和第二开口，所述第一开口具有第一直径并且部分延伸进入所述下承载构件的主体，所述第二开口延伸穿过所述下承载构件的所述主体，所述第二开口具有第二直径，所述第二直径小于所述第一直径，并且其中所述上盘构件被完全设置在所述下承载构件的所述第一开口和所述第二开口中。
12.一种包括如权利要求1所述的挡板盘组件的处理腔室，所述处理腔室进一步包括：
腔室主体，所述腔室主体界定内部空间，所述内部空间具有靶材，所述靶材包括要沉积在设置于所述腔室主体中的基板的顶部上的材料；
基板支撑件，所述基板支撑件设置于所述腔室主体内，以支撑所述基板；及
转移机械手，所述转移机械手被能移动地耦接至所述腔室主体，以转移所述挡板盘组件至所述基板支撑件并且从所述基板支撑件转移所述挡板盘组件。
13.如权利要求12所述的处理腔室，其中所述下承载构件是具有中心开口的环，且其中所述下承载构件支撑所述上盘构件，以使得所述上盘构件的所述底表面被设置于所述下承载构件的中心开口之上。
14.如权利要求13所述的处理腔室，其中所述下承载构件进一步包括：
第一特征，所述第一特征支撑所述上盘构件；及
第二特征，所述第二特征将所述上盘构件维持在所述下承载构件的所述中心开口之上的位置中。
15.如权利要求14所述的处理腔室，其中所述上盘构件包括阶状特征，所述阶状特征被设置于所述下承载构件的所述第一特征之上，其中所述第一特征使用所述阶状特征来支撑所述上盘构件，且其中所述上盘构件的所述阶状特征与所述下承载构件的所述第一特征形成所述保护性重叠区域。
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