CN105810609B - 半导体晶片处理期间控制边缘处理的可移动边缘耦合环 - Google Patents

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Abstract

一种衬底处理系统，其包括处理腔室和布置在处理腔室内的基座。边缘耦合环布置为邻近所述基座的径向外边缘。第一致动器，其配置为选择性地移动所述边缘耦合环至相对于所述基座的提升位置，以在所述边缘耦合环和所述基座之间提供空隙，以允许机器臂将所述边缘耦合环从所述处理腔室移除。

Description

半导体晶片处理期间控制边缘处理的可移动边缘耦合环
相关交叉引用申请
本发明公开是2015年1月22日申请的美国专利申请No.14/598,943的部分继续申请。上述申请的全部公开内容通过引用的方式并入本申请中。
技术领域
本发明公开涉及衬底处理系统，尤其涉及衬底处理系统的边缘耦合环。
背景技术
本文提供的背景描述是出于一般性地呈现本公开的上下文的目的。当前提名的发明人的工作在本背景部分中所述的程度上以及可能在提交申请时无法以其它方式有资格作为现有技术的本说明书中的各方面的工作，既不明确也不暗示地承认其作为本公开的现有技术。
衬底处理系统可被用于执行衬底(诸如半导体晶片)的蚀刻和/或其他处理。衬底可被布置在衬底处理系统的处理腔室内的基座上。例如，在等离子体增强化学气相沉积(PECVD)处理中的蚀刻期间，引入包括一个或多个前体的气体混合物至处理腔室然后等离子体被激发以蚀刻所述衬底。
边缘耦合环已被用于调整衬底的径向外边缘附近的等离子体的蚀刻速率和/蚀刻轮廓。所述边缘耦合环典型地位于围绕所述衬底的径向外边缘的基座上。在衬底的径向外边缘的处理条件可通过改变边缘耦合环的位置、边缘耦合环的内边缘的形状或轮廓、边缘耦合环相对于所述衬底的上表面的高度、边缘耦合环的材料等等来更改。
改变边缘耦合环需要处理腔室打开，这是不合乎期望的。换句话说，在不打开处理腔室的情况下，边缘耦合环的边缘耦合效应不会改变。当边缘耦合环在蚀刻期间被等离体子腐蚀时，所述边缘耦合效改变。改正边缘耦合环的腐蚀需要处理腔室打开以替换边缘耦合环。
现在参考图1-2，衬底处理系统可包括基座20和边缘耦合环30。边缘耦合环30可包括整块或者两个或多个部分。在图1-2中的示例中，边缘耦合环30包括第一环形部分32，第一环形部分32布置在衬底33的径向外边缘附近。第二环形部分34位于衬底33下方从第一环形部分径向向内。第三环形部分36布置于第一环形部分32的下方。在使用期间，等离子体42被引导到衬底33以蚀刻衬底33的暴露部分。边缘耦合环30被布置为帮助成形等离子体从而产生衬底33的均匀的蚀刻。
在图2中，在边缘耦合环30被使用过后，边缘耦合环30的径向内部部分的上表面可显示出腐蚀，如48所示。结果，等离子体42可易于以比蚀刻衬底的径向内部部分更快的速率蚀刻衬底33的径向外边缘，如44所示。
发明内容
一种衬底处理系统，其包括处理腔室和布置在处理腔室内的基座。边缘耦合环布置为邻近所述基座的径向外边缘。第一致动器，其配置为选择性地移动所述边缘耦合环至相对于所述基座的提升位置，以在所述边缘耦合环和所述基座之间提供空隙，以允许机器臂将所述边缘耦合环从所述处理腔室移除。
在其他特征中，提升环布置在边缘耦合环的至少一部分的下方。第一致动器偏置所述提升环和所述提升环偏置所述边缘耦合环。柱布置在所述第一致动器和所述提升环之间。机器臂配置为当所述边缘耦合环和所述提升环在提升位置时将所述边缘耦合环从所述处理腔室移除。支架被连接到所述机器臂。所述支架包括自定心的特征，所述自定心的特征与所述边缘耦合环上的自定心的特征紧密配合。所述边缘耦合环包括自定心的特征，所述自定心的特征与所述提升环上的自定心的特征紧密配合。
在另一些特征中，底部边缘耦合环布置在边缘耦合环的至少一部分和所述提升环的下方。所述底部边缘耦合环包括自定心的特征，所述自定心的特征与所述提升环上的自定心的特征紧密配合。
在其他特征中，所述提升环包括径向向外延伸的突出。所述突出包括形成在其面向底部的表面上的凹槽。当所述边缘耦合环被提升时，所述凹槽由所述柱偏置。
在其他特征中，所述机器臂在不需要处理腔室敞开于大气压力的情况下将所述边缘耦合环从所述处理腔室移除。第二致动器配置为相对于所述提升环移动所述边缘耦合环以改变所述边缘耦合环的边缘耦合轮廓。中间边缘耦合环布置于边缘耦合环的至少一部分和所述提升环之间。当所述第二致动器相对于所述提升环移动所述边缘耦合环时，所述中间边缘耦合环保持不动。
在其他特征中，控制器配置为响应于所述边缘耦合环的面向等离子体的表面的腐蚀，使用所述第二致动器移动所述边缘耦合环。所述控制器配置为在所述边缘耦合环暴露于预定的蚀刻循环数后，使用所述第二致动器自动移动所述边缘耦合环。所述控制器配置为在所述边缘耦合环暴露于预定的蚀刻时间段后，使用所述第二致动器自动移动所述边缘耦合环。
在其他特征中，传感器配置为与所述控制器通信并且检测所述边缘耦合环的腐蚀。机器臂配置为与所述控制器通信并且调整所述传感器的位置。控制器配置为使用所述第二致动器移动所述边缘耦合环至第一位置，以便使用第一边缘耦合效应用于衬底的第一处理，并且然后使用所述第二致动器移动所述边缘耦合环至第二位置，以便使用不同于所述第一边缘耦合效应的第二边缘耦合效应用于衬底的第二处理
一种用于维持衬底处理系统中的边缘耦合环的方法，包括将边缘耦合环布置为邻近处理腔室中的基座的径向外边缘；使用第一致动器选择性地移动所述边缘耦合环至相对于所述基座的提升位置；以及当所述边缘耦合环在提升位置时，使用机器臂更换所述边缘耦合环。
在其他特征中，所述方法包括将提升环布置在边缘耦合环的至少一部分的下方。所述致动器偏置所述提升环和所述提升环偏置所述边缘耦合环。所述方法包括将柱布置在所述第一致动器和所述提升环之间。所述方法包括将支架连接到所述机器臂。所述支架包括自定心的特征，所述自定心的特征与所述边缘耦合环上的自定心的特征紧密配合。所述方法包括使用在所述边缘耦合环上的自定心的特征与所述提升环上的自定心的特征紧密配合。
在其他特征中，所述方法包括将底部边缘耦合环布置在边缘耦合环的至少一部分和所述提升环的下方。所述方法包括使用所述底部边缘耦合环上的自定心的特征与所述提升环上的自定心的特征紧密配合。所述提升环包括径向向外延伸的突出。所述突出包括形成在其面向底部的表面上的凹槽。当所述边缘耦合环被提升时，所述凹槽由所述柱偏置。
在其他特征中，所述方法包括使用第二致动器相对于所述提升环移动所述边缘耦合环以改变所述边缘耦合环的边缘耦合轮廓。所述方法包括将中间边缘耦合环布置于边缘耦合环的至少一部分和所述提升环之间，其中当所述第二致动器相对于所述提升环移动所述边缘耦合环时，所述中间边缘耦合环保持不动。
在其他特征中，所述方法包括响应于所述边缘耦合环的面向等离子体的表面的腐蚀，使用所述第二致动器移动所述边缘耦合环。所述方法包括在所述边缘耦合环暴露于预定的蚀刻循环数后，自动移动所述边缘耦合环。所述方法包括在所述边缘耦合环暴露于预定的蚀刻时间段后，自动移动所述边缘耦合环。
在其他特征中，所述方法包括使用传感器检测所述边缘耦合环的腐蚀。所述方法包括使用所述第二致动器移动所述边缘耦合环至第一位置，以便使用第一边缘耦合效应用于衬底的第一处理，并且然后使用所述第二致动器移动所述边缘耦合环至第二位置，以便使用不同于所述第一边缘耦合效应的第二边缘耦合效应用于衬底的第二处理。
通过详细的说明、权利要求和附图，本发明公开的应用的进一步范围将变得明显。详细的说明和特定的示例只是为了说明的目的并且不意在限制本公开的范围。
附图说明
从详细的描述和附图中将会更充分地理解本发明公开，其中：
图1是根据现有技术的基座和边缘耦合环的侧面横断面图；
图2是边缘耦合环的腐蚀发生后，根据现有技术的基座和边缘耦合环的侧面横断面图；
图3是根据本发明的基座、边缘耦合环和致动器的一个示例的侧面横断面图；
图4是边缘耦合环的腐蚀发生后，图3中的基座、边缘耦合环和致动器的侧面横断面图；
图5是边缘耦合环的腐蚀发生以及致动器移动后，图3中的基座、边缘耦合环和致动器的侧面横断面图；
图6是根据本发明的位于另一位置的基座、边缘耦合环和致动器的另一个示例的侧面横断面图；
图7是根据本发明的基座、边缘耦合环和压电致动器的另一个示例的侧面横断面图；
图8是边缘耦合环的腐蚀发生以及压电致动器移动后，图7中的基座、边缘耦合环和压电致动器的侧面横断面图；
图9是根据本发明的、包括基座、边缘耦合环和致动器的衬底处理腔室的一个示例的功能框图；
图10是示出了根据本发明的用于操作致动器以移动边缘耦合环的方法的一个示例的步骤的流程图；
图11是示出了根据本发明的用于操作致动器以移动边缘耦合环的方法的另一个示例的步骤的流程图；
图12是根据本发明的处理腔室的示例的功能框图，该处理腔室包括布置在处理腔室外部的、通过致动器可移动的边缘耦合环；
图13A和13B示出了根据本发明的边缘耦合环的左右(side-to-side)倾斜的一个示例；
图14示出了用于在衬底处理过程中移动边缘耦合环的方法的一个示例；
图15是包括边缘耦合环和提升环的基座的一个示例的平面图；
图16是边缘耦合环和提升环的一个示例的侧面横断面图；
图17是边缘耦合环由提升环提升以及边缘耦合环由机器臂移除的一个示例的侧面横断面图；
图18是可移动边缘耦合环和提升环的一个示例的侧面横断面图；
图19是图18中的可移动边缘耦合环位于提升位置的侧面横断面图；
图20是图18中的边缘耦合环由提升环提升以及边缘耦合环由机器臂移除的侧面横断面图；
图21是可移动边缘耦合环的一个示例的侧面横断面图；
图22是图21中的边缘耦合环由致动器提升并由机器臂移除的侧面横断面图；
图23是不用打开处理腔室替换边缘耦合环的方法的一个示例；
图24是由于腐蚀移动边缘耦合环和不用打开处理腔室替换边缘耦合环的方法一个示例；以及
图25是由于腐蚀提升边缘耦合环和不用打开处理腔室替换边缘耦合环的方法的一个示例。
在附图中，附图标记可被重复使用以表示相似和/或相同的部件。
具体实施方式
本申请允许边缘耦合环的一个或更多部分相对衬底处理系统中的衬底或基座垂直和/或水平地移动。该移动改变等离子体相对于衬底在蚀刻或其他衬底处理过程中的边缘耦合效应，而不需要打开处理腔室。
现参考图3-5，衬底处理系统包括基座20和边缘耦合环60。边缘耦合环60可由单一部分形成或者可使用两个或两个以上部分。在图3-5的示例中，边缘耦合环60包括第一环形部分72，其径向地布置在衬底33的外部。第二环形部分74位于衬底33下方从第一环形部分72径向向内。第三环形部分76布置在第一环形部分72的下方。
致动器80可被布置在不同位置以相对衬底33移动边缘耦合环60的一个或多个部分，如下文进一步所述。例如，在图3中致动器80被布置在边缘耦合环60的第一环形部分72和边缘耦合环60的第三环形部分76之间。在一些示例中，致动器80可包括压电致动器、步进马达、气力传动装置或其他合适的致动器。在一些示例中，使用一个、两个、三个或四个或者更多个致动器。在一些示例中，多个致动器绕边缘耦合环60均匀地布置。(多个)致动器80可被布置在处理腔室的内部或外部。
在使用中，等离子体82被引导到衬底33以蚀刻衬底33的暴露的部分。边缘耦合环60被布置以帮助成形等离子体电场，使得产生衬底33的均匀蚀刻。在图4中的84和86可见，边缘耦合环60的一个或多个部分可被等离子体82腐蚀。腐蚀的结果是，衬底33的非均匀蚀刻可在衬底33的径向外边缘发生。通常，处理需要停止，处理腔室被打开并且替换边缘耦合环。
在图5中，致动器80被用于移动边缘耦合环60的一个或多个部分，以改变边缘耦合环60的一个或多个部分的位置。例如，致动器80可被用于移动边缘耦合环60的第一环形部分72。在这个示例中，致动器80朝着向上或垂直的方向移动边缘耦合环60的第一环形部分72，从而边缘耦合环60的第一环形部分72的边缘86相对于衬底33的径向外边缘较高。结果，改善了衬底33的径向外边缘附近的蚀刻均匀性。
现在参考图6，可以理解，致动器可被布置在一个或更多其他的位置并可在其他方向(例如水平、对角等)上移动。边缘耦合环的部分的水平移动可被执行以相对衬底集中边缘耦合效应。在图6中，致动器110被径向地布置在边缘耦合环60的外部。此外，致动器110沿垂直(或上/下)方向以及水平(或左右)方向移动。当衬底的蚀刻显示边缘耦合环相对于衬底的水平偏置时，可使用水平再定位。可不打开处理腔室而校正水平偏置。同样地，边缘耦合环的倾斜可通过驱动不同于另一些致动器的一些致动器而执行，以改正或产生左右不对称。
与其说将致动器110定位在边缘耦合环的环形部分之间，不如说致动器110也可被连接到径向外壁或其他标记为114的结构。可替换地，致动器110可由壁或其他标记为116的结构从下方支撑。
现在参考图7-8，示出了边缘耦合环150和压电致动器154的另一个示例。在这个示例中，压电致动器154移动边缘耦合环150。压电致动器154被安装在第一环形部分72和边缘耦合环150的第三环形部分76中。在图8中，压电致动器154移动边缘耦合环150的第一环形部分72以调整第一环形部分72的边缘156的位置。
现在参考图9，示出了用于使用RF等离子体执行蚀刻的衬底处理腔室500的一个示例。衬底处理腔室500包括处理腔室502，该处理腔室502包围衬底处理腔室500的其他组件并包含RF等离子体。衬底处理腔室500包括上电极504和基座506，所述基座506包括下电极507。边缘耦合环503由基座506支撑并绕衬底508布置。一个或多个致动器505可被用于移动边缘耦合环503。在操作期间，衬底508被布置在基座506上，位于上电极504和下电极507之间。
例如，上电极504可包括喷头509，其引入并分配处理气体。喷头509可包括杆部分，所述杆部分包括连接到处理腔室的上表面的一个端部。底座部分通常是圆柱形的并从杆部分的相对端径向向外延伸，该相对端位于与处理腔室的上表面间隔开的位置。喷头的面对衬底的表面或底座部分的面板包括处理气体或净化气体流过的多个孔。可替换地，上电极504可包括导电板且处理气体可被以其他方式引入。下电极507可被布置在非导电的基座中。可替换地，基座506可包括静电卡盘，其包括用作下电极507的导电板。
RF产生系统510产生并输出RF电压到上电极504和下电极507中的一个。上电极504和下电极507中的另一个可DC接地、AC接地或浮置。例如，RF产生系统510可包括RF电压发生器511，其产生由匹配和分配网络512供给到上电极504或下电极507的RF电压。在其他示例中，等离子体可以电感方式或远程产生。
气体传输系统530包括一个或多个气体源532-1、532-2……和532-N(集合气体源532)，其中N是大于零的整数。气体源提供一个或多个前体或它们的混合物。气体源也可提供净化气体。也可使用汽化前体。气体源532被阀534-1、534-2…和534-N(集合阀534)和质量流控制器536-1、536-2……和536-N(集合质量流控制器536)连接到歧管540。歧管540的输出被输给处理腔室502。例如，歧管540的输出被输给喷头509。
加热器542可被连接到布置在基座506的加热线圈(未示出)。加热器542可被用于控制基座506和衬底508的温度。阀550和泵552可被用于从处理腔室502排出反应物。控制器560可被用于控制衬底处理腔室500的组件。控制器560也可被用于控制致动器505以调整边缘耦合环503的一个或多个部分的位置。
机械臂570和传感器572可被用于测量边缘耦合环的腐蚀。在一些示例中，传感器572可包括深度计。机械臂570可移动深度计与边缘耦合环接触以测量腐蚀。可替换地，激光干涉仪(有或者没有机械臂570)可被用于在无直接接触的情况下测量腐蚀。如果激光干涉仪可布置成直线连接到边缘耦合环，则机械臂570可被省略。
另一个机械臂573可被用于传送衬底到基座506上和移开衬底。此外，机器臂573可被用于传送未用过的边缘耦合环到提升环上以及替换充分磨损后的用过的边缘耦合环，如下文中将结合附图15-23进一步描述。当同一个机器臂573可被用于衬底和边缘耦合环时，也可使用专用机器臂。
现在参考图10，示出了操作致动器以移动边缘耦合环的方法600的一个示例。在610，至少边缘耦合环的一部分被放置在相对于衬底的第一位置。在614，操作衬底处理系统。所述操作可包括蚀刻或其他衬底处理。在618，控制判定是否已发生预定的蚀刻时间段或者预定的蚀刻循环数。如果在618判定预定的时间段或者循环数并未达到，则控制返回614。
当达到预定的时间段或循环数，在624控制判定最大预定时刻时间段是否达到，蚀刻循环的最大数量是否已发生和/或制动器移动的最大值是否已发生。
如果624为“否”，控制使用致动器移动边缘耦合环的至少一部分。边缘耦合环的移动可在不打开处理腔室的情况下自动执行、手动执行或者自动和手动两者结合地执行。如果624为“是”，控制发出信息或者以其他方式指示边缘耦合环应被维修/替换。
现在参考图11，示出了操作致动器以移动边缘耦合环的方法700的一个示例。在710，至少边缘耦合环的一部分被置于相对于衬底的第一位置。在714，操作衬底处理系统。所述操作可包括蚀刻或衬底的其他处理。在718，控制使用传感器(如深度计或激光干涉仪)判定边缘耦合环的预定的腐蚀量是否产生。如果718是“否”，则控制返回714。
当预定的腐蚀量产生，在724控制判定最大的腐蚀量是否产生。如果724是“否”，则控制使用致动器移动至少边缘耦合环的一部分。边缘耦合环的移动可再不打开处理腔室的情况下自动执行、手动执行或者自动和手动两者结合地执行。如果724为“是”，则控制发出信息或者以其他方式指示边缘耦合环应被维修/替换。
除了上述之外，边缘耦合环是否需要被移动的判定可基于衬底在处理之后的蚀刻图案的检查。致动器可被用于在不打开腔室的情况下调整边缘耦合环的边缘耦合轮廓。
现在参考图12，处理腔室800包括布置在基座20上的边缘耦合环60。边缘耦合环60包括一个或多个部分，所述一个或多个部分可由一个或多个布置在处理腔室800外部的致动器804移动。在这个示例中，第一环形部分72是可移动的。致动器804可由机械联动装置810连接到边缘耦合环60的第一环形部分72。例如，机械联动装置810可包括杆构件。所述机械联动装置810可穿过处理腔室800的壁814中的孔811。可使用密封件812，如“O”环。所述机械联动装置810可穿过一个或多个结构(例如边缘耦合环60的第三环形部分76)中的孔815。
现在参考图13A和13B，示出了边缘耦合环830的左右倾斜。左右倾斜可被用于校正左右未对准。在图13A中，边缘耦合环830在衬底的相对侧的部分830-1和830-2被布置在第一布置840。所述部分830-1和830-2通常可与边缘耦合环830的部分832-1和832对准。致动器836-1和836-2分别布置于部分830-1和832-1之间以及830-2和832-2之间。
在图13B中，致动器836-1和836-2移动边缘耦合环830的相应部分，从而边缘耦合环830移动到不同于图13A中所示的第一布置840的第二布置850。可以理解的是，衬底可在处理后被检查并且相对于衬底的倾斜可在不打开处理腔室的情况下按需调整。
现在参考图14，示出了在处理衬底的过程中移动边缘耦合环的方法900。换句话说，可在同一个处理腔室中的单一衬底上执行不同的处理。在继续进行后面的衬底之前，边缘耦合环的边缘耦合效应可在执行于同一个处理腔室中的衬底上的多个处理之间调节。在910，衬底位于基座上并且需要的话可以调整边缘耦合环的位置。在914，执行衬底的处理。如果在918判定衬底的处理完成，则在922衬底被从基座移开。在924，控制判定另一个衬底是否需要被处理。如果924是“是”，则方法返回910。否则方法结束。
如果918是“否”并且衬底需要额外的处理，则在930所述方法判定是否需要边缘耦合环的调整。如果930是“否”，则方法返回914。如果930是“是”，在934使用一个或多个致动器移动至少边缘耦合环的一部分并且方法返回914。可以理解的是，边缘耦合环可在同一个处理腔室中的同一个衬底的处理之间调整。
现在参考图15，边缘耦合环1014和提升环1018布置为邻近并围绕基座1010的上表面。边缘耦合环1014包括如前文所述的布置为在蚀刻期间邻近衬底的径向内边缘。提升环1018布置在边缘耦合环1014的至少一部分的下面。当使用机器臂移除边缘耦合环1014时，提升环1018用于提升边缘耦合环1014至基座1010的表面之上。边缘耦合环1014可在不需要处理腔室对大气压力敞开的情况下被移除。在一些示例中，提升环1018可选择地包括周向间隔的端部1020之间的开口部分1019，以为机械臂提供空隙来移除边缘耦合环1014，如下文所述。
现在参考图16-17，进一步具体地示出了边缘耦合环1014和提升环1018的示例。在图16所示的示例中，基座可包括静电卡盘(ESC)，通常标记为1021。静电卡盘1021可包括一个或多个堆积板，诸如ESC板1022、1024、1030和1032。ESC板1030可对应于中间ESC板且ESC板1032可对应于ESC基板。在一些示例中，O环1026可被布置在ESC板1024和1030之间。虽然示出了特定的基座1010，但是也可使用其他类型的基座。
底部边缘耦合环1034可被布置在边缘耦合环1014和提升环1018下方。底部边缘耦合环1034可布置为邻近ESC板1024、1030和1032以及O环1026并径向地在ESC板1024、1030和1032以及O环1026的外部。
在一些示例中，边缘耦合环1014可包括一个或多个自定心的特征1040、1044和1046。例如，自定心的特征1040和1044可以是三角形形状的阴性的自定心的特征，也可使用其他形状。自定心的特征1046可以是坡面。提升环1018可包括一个或多个自定心的特征1048、1050和1051。例如，自定心的特征1048和1050可以是三角形形状的阳性的自定心特征，也可以使用其他形状。自定心的特征1051可以是具有与自定心的特征1046互补的形状的坡面。提升环1018上的自定心的特征1048可与边缘耦合环1014上的自定心的特征1044紧密配合。提升环1018上的自定心的特征1050可与底部边缘耦合环1034的自定心的特征1052紧密配合。
提升环1018进一步包括突出1054，该突出径向向外延伸。凹槽1056可被布置在突出1054的面向底部的表面1057上。凹槽1056配置为由柱1060的一端偏斜，所述柱1060连接到致动器并选择性地由致动器1064垂直移动。致动器1064可由控制器控制。可以理解的是，虽然示出了单个凹槽、柱和致动器，额外的凹槽、柱和致动器可周向地以间隔的关系布置为围绕提升环1018，以朝着向上的方向偏置所述提升环1018。
在图17中，边缘耦合环1014示出为使用(多个)柱1060和(多个)致动器1064由提升环1018朝着向上的方向提升。边缘耦合环1014可通过机器臂从处理腔室移除。更具体地，机器臂1102通过支架1104连接到边缘耦合环1014。支架1104可包括自定心的特征1110，其与边缘耦合环1014上的自定心的特征1040紧密配合。可以理解的是，机器臂1102和支架1104可向上偏置边缘耦合环以清洁提升环1018上的自定心的特征1048。然后，机器臂1102、支架1104和边缘耦合环1014可被移出处理腔室。机器臂1102、支架1104和新的边缘耦合环可被送回并置于提升环1018上。然后，提升环1018被降低。可使用相反的操作以传送新的边缘耦合环1014于提升环1018之上。
可替换地，代替向上提升机器臂1102和支架1104以提升边缘耦合环1014离开提升环1018，机器臂1102和支架1104可位于提升的边缘耦合环1014之下且与之接触。然后，提升环1018被降低且边缘耦合环1014保持在机器臂1102和支架1104上。机器臂1102、支架1104和边缘耦合环1014可被从处理腔室移除。可使用相反的操作以传送新的边缘耦合环1014到提升环1018上。
现在参考图18-20，示出了可移动的边缘耦合环1238和提升环1018。在图18中，一个或多个柱1210通过一个或多个致动器1214上下移动分别穿过ESC基板1032、底部边缘耦合环1034和提升环1018中的钻孔1220、1224和1228。在这个示例中，中间边缘耦合环1240或垫片布置于可移动边缘耦合环1238和提升环1018之间。中间边缘耦合环1240可包括自定心的特征1244和1246。相应的自定心的特征1248可被提供到可移动的边缘耦合环1238上。自定心的特征1248与中间边缘耦合环1240上的自定心的特征1246紧密配合。
如上文详细的描述，可移动边缘耦合环1238的面向上的表面的腐蚀可能会在使用中发生。这可能会反过来改变等离子体的轮廓。可使用柱1210和致动器1214选择性地朝着向上的方向移动可移动边缘耦合环1238，以改变等离子体的轮廓。在图19中，示出图18中的可移动边缘耦合环1238在提升位置。中间边缘耦合环1240可保持不动。最终，可移动边缘耦合环1238可被移动一次或多次并且然后边缘耦合环1238和中间边缘耦合环1240可被替换。
在图20中，致动器1214返回到下降的状态并且致动器1064被移动到提升的状态。边缘耦合环1238和中间边缘耦合环1240由提升环1018提升并且可移动边缘耦合环1238可被机器臂1102和支架1104移除。
可以理解的是，致动器可被布置在处理腔室内或在处理腔室的外部。在一些示例中，边缘耦合环可通过盒、装载锁和传输室等类似物被提供给腔室。可替换地，边缘耦合环可被储存于处理腔室的外部但在衬底处理工具的内部。
现在参考图21-22，在一些示例中可省略提升环。边缘耦合环1310被布置于底部边缘耦合环1034上和基座的径向外边缘上。边缘耦合环1310可包括一个或多个自定心的特征1316和1320。边缘耦合环1310可进一步包括凹槽1324，用于接收柱1210的上表面，所述柱被致动器1214偏置。自定心的特征1320可被布置于抵靠相应的底部边缘耦合环1034的自定心的特征1326。在一些示例中，自定心的特征1320和1326是倾斜平面。
在图22中，致动器1214和柱1210在发生腐蚀后向上偏置边缘耦合环1310以移除边缘耦合环1310或调整等离子体轮廓。机器臂1102和支架1104可被移动到边缘耦合环1310下方的位置。自定心的特征1316可由连接到机器臂1102的支架1104上的自定心的特征1110结合。或者机器臂1102朝着向上的方向移动以在凹槽1324和柱1210之间提供空隙，或者柱1210由致动器1214向下移动以为凹槽1324提供空隙。
现在参考图23，示出了用于在处理腔室不敞开于大气压力的情况下替换边缘耦合环的方法1400。在1404，所述方法判定边缘耦合环是否位于提升环上。如果1404是“否”，则在1408所述方法使用机器臂将边缘耦合环移动到在提升环上的位置。边缘耦合环位于处理腔室内的提升环之上后，在1410运行处理。在1412，所述方法使用任何前文所述的标准判定边缘耦合环是否磨损。如果1412是“否”，则所述方法返回1410并且可再次运行处理。如果在1412判定边缘耦合环磨损，则在1416替换边缘耦合环并且所述方法在1410继续。
现在参考图24，当可移动边缘耦合环被判定为磨损时，方法1500按需调整可移动边缘耦合环的位置以抵消腐蚀并选择性地替换可移动边缘耦合环。在1502，该方法判定可移动边缘耦合环是否位于提升环上。如果1502是“否”，则在1504，边缘耦合环被移动到提升环上的位置，并且所述方法在1502继续。
如果1502是“是”，则在1506所述方法判定可移动边缘耦合环的位置是否需要调整。如果1506是“是”，则所述方法使用致动器调整可移动边缘耦合环的位置并返回1506。当1506是“否”时，则在1510所述方法运行处理。在1512，所述方法判定可移动边缘耦合环是否磨损。如果“否”，则所述方法返回1510。
如果1512是“是”，则在1520所述方法判定可移动边缘耦合环是否在最高的(或充分调整的)位置。如果1520是“否”，则所述方法使用致动器1214调整可移动边缘耦合环的位置并且所述方法返回1510。如果1520是“是”，则所述方法使用致动器1064、提升环1018和机器臂1102替换可移动边缘耦合环。
现在参考图25，示出了一种用于在处理腔室不敞开于大气压力的情况下替换边缘耦合环的方法1600。在1610，使用致动器向上偏置提升环和边缘耦合环。在1620，机器臂和支架在边缘耦合环的下方移动。在1624，机器臂向上移动以清洁边缘耦合环的自定心的特征或者提升环向下移动。在1628，具有边缘耦合环的机器臂被移出处理腔室。在1632，边缘耦合环从机器臂分离。在1636，机器臂拾取替换的边缘耦合环。在1638，边缘耦合环位于提升环上并且使用一个或多个自定心的特征对准。在1642，机器臂被降低以允许用于自定心的特征的足够空隙并且机器臂被从腔室移除。在1646，提升环和边缘耦合环被降低就位。
前面的描述在本质上仅仅是说明性的并且不以任何方式意在限制本公开、其应用或用途。本公开的广泛教导可以以各种形式来实现。因此，虽然本公开包括特定示例，本公开的真实范围不应被如此限制，因为其它的修改将在附图、说明书和后面的权利要求的研究中变得显而易见。如本文所用，短语A、B和C中的至少一个应当解释为是指逻辑(A或B或C)，使用非排他逻辑“或(OR)”，并且不应当被解释为是指“至少A的一个、至少B的一个和至少C中的一个”。应当理解的是，在不改变本发明公开的原理的情况下，一个方法中的一个或多个步骤可以以不同的顺序(或同时)执行。
在一些实现方式中，控制器可以是系统的一部分，该系统可以是上述实例的一部分。这种系统可以包括半导体处理设备，包括一个或多个处理工具、一个或多个处理室、用于处理的一个或多个平台和/或具体的处理组件(晶片基座、气流系统等)。这些系统可以与用于控制它们在处理半导体晶片或衬底之前、期间和之后的操作的电子器件一体化。电子器件可以称为“控制器”，该控制器可以控制一个或多个系统的各种元件或子部件。根据处理要求和/或系统的类型，控制器可以被编程以控制本文公开的任何工艺，包括控制工艺气体输送、温度设置(例如，加热和/或冷却)、压强设置、真空设置、功率设置、射频(RF)发生器设置、RF匹配电路设置、频率设置、流速设置、流体输送设置、位置及操作设置、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。
宽泛地讲，控制器可以定义为接收指令、发布指令、控制操作、启用清洁操作、启用端点测量等等的具有各种集成电路、逻辑、存储器和/或软件的电子器件。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的形式(或程序文件)通信到控制器的指令，该设置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过程的操作参数。在一些实施方式中，操作参数可以是由工艺工程师定义的用于在制备晶片的一个或多个(种)层、材料、金属、氧化物、硅、二氧化硅、表面、电路和/或管芯期间完成一个或多个处理步骤的配方(recipe)的一部分。
在一些实现方式中，控制器可以是与系统集成、耦接或者说是通过网络连接系统或它们的组合的计算机的一部分或者与该计算机耦接。例如，控制器可以在“云端”或者是fab主机系统的全部或一部分，它们可以允许远程访问晶片处理。计算机可以启用对系统的远程访问以监测制造操作的当前进程，检查过去的制造操作的历史，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工艺。在一些实例中，远程计算机(例如，服务器)可以通过网络给系统提供工艺配方，网络可以包括本地网络或互联网。远程计算机可以包括允许输入或编程参数和/或设置的用户界面，该参数和/或设置然后从远程计算机通信到系统。在一些实例中，控制器接收数据形式的指令，该指令指明在一个或多个操作期间将要执行的每个处理步骤的参数。应当理解，参数可以针对将要执行的工艺类型以及工具类型，控制器被配置成连接或控制该工具类型。因此，如上所述，控制器可以例如通过包括一个或多个分立的控制器而分布，这些分立的控制器通过网络连接在一起并且朝着共同的目标(例如，本文所述的工艺和控制)工作。用于这些目的的分布式控制器的实例可以是与结合以控制室内工艺的一个或多个远程集成电路(例如，在平台水平或作为远程计算机的一部分)通信的室上的一个或多个集成电路。
在非限制性的条件下，示例的系统可以包括等离子体蚀刻室或模块、沉积室或模块、旋转清洗室或模块、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、以及在半导体晶片的制备和/或制造中可以关联上或使用的任何其他的半导体处理系统。
如上所述，根据工具将要执行的一个或多个工艺步骤，控制器可以与一个或多个其他的工具电路或模块、其他工具组件、组合工具、其他工具界面、相邻的工具、邻接工具、位于整个工厂中的工具、主机、另一个控制器、或者在将晶片的容器往来于半导体制造工厂中的工具位置和/或装载口搬运的材料搬运中使用的工具通信。

Claims (33)

1.一种衬底处理系统，包括：
处理腔室；
布置在所述处理腔室内的基座，所述基座包括基板和布置在所述基板上的至少一个板；
边缘耦合环，其布置为邻近所述基座的径向外边缘，其中所述边缘耦合环的内部部分与所述至少一个板重叠；
提升环，其中所述边缘耦合环的外部部分与所述提升环重叠；以及
第一致动器，其配置为选择性地移动所述提升环以使所述边缘耦合环移动至相对于所述基座的提升位置和下降位置，其中，使所述边缘耦合环移动至所述提升位置允许机器臂将所述边缘耦合环从所述处理腔室移除，其中，当所述边缘耦合环在所述提升位置时，所述边缘耦合环的底表面在所述基座的最上表面的上方，以在所述边缘耦合环的所述底表面和所述基座的所述最上表面之间限定空隙，其中所述空隙位于所述边缘耦合环的底表面的正下方和所述至少一个板的上表面的上方，并且其中，当所述边缘耦合环在所述下降位置时，所述边缘耦合环的所述底表面由所述至少一个板的所述上表面支撑。
2.如权利要求1所述的衬底处理系统，其中所述第一致动器偏置所述提升环和所述提升环偏置所述边缘耦合环。
3.如权利要求2所述的衬底处理系统，进一步包括柱，其布置在所述第一致动器和所述提升环之间。
4.如权利要求2所述的衬底处理系统，进一步包括机器臂，其配置为当所述边缘耦合环和所述提升环在所述提升位置时将所述边缘耦合环从所述处理腔室移除。
5.如权利要求4所述的衬底处理系统，进一步包括支架，其连接到所述机器臂，其中所述支架包括自定心的特征，所述自定心的特征与所述边缘耦合环上的自定心的特征紧密配合。
6.如权利要求2所述的衬底处理系统，其中所述边缘耦合环包括自定心的特征，其与所述提升环上的自定心的特征紧密配合。
7.如权利要求2所述的衬底处理系统，进一步包括底部边缘耦合环，其布置在所述边缘耦合环的至少一部分和所述提升环的下方。
8.如权利要求7所述的衬底处理系统，其中所述底部边缘耦合环包括自定心的特征，其与所述提升环上的自定心的特征紧密配合。
9.如权利要求3所述的衬底处理系统，其中：
所述提升环包括径向向外延伸的突出；
所述突出包括形成在其面向底部的表面上的凹槽；以及
当所述边缘耦合环被提升时，所述凹槽由所述柱偏置。
10.如权利要求4所述的衬底处理系统，其中所述机器臂在不需要所述处理腔室敞开于大气压力的情况下将所述边缘耦合环从所述处理腔室移除。
11.如权利要求2所述的衬底处理系统，进一步包括第二致动器，其配置为相对于所述提升环移动所述边缘耦合环以改变所述边缘耦合环的边缘耦合轮廓。
12.如权利要求11所述的衬底处理系统，进一步包括中间边缘耦合环，其布置于所述边缘耦合环的至少一部分和所述提升环之间，其中当所述第二致动器相对于所述提升环移动所述边缘耦合环时，所述中间边缘耦合环保持不动。
13.如权利要求11所述的衬底处理系统，进一步包括控制器，其配置为响应于所述边缘耦合环的面向等离子体的表面的腐蚀，使用所述第二致动器移动所述边缘耦合环。
14.如权利要求13所述的衬底处理系统，其中所述控制器配置为在所述边缘耦合环暴露于预定的蚀刻循环数后，使用所述第二致动器自动移动所述边缘耦合环。
15.如权利要求13所述的衬底处理系统，其中所述控制器配置为在所述边缘耦合环暴露于预定的蚀刻时间段后，使用所述第二致动器自动移动所述边缘耦合环。
16.如权利要求13所述的衬底处理系统，进一步包括传感器，其配置为与所述控制器通信并且检测所述边缘耦合环的腐蚀。
17.如权利要求16所述的衬底处理系统，进一步包括机器臂，其配置为与所述控制器通信并且调整所述传感器的位置。
18.如权利要求11所述的衬底处理系统，进一步包括控制器，其配置为使用所述第二致动器移动所述边缘耦合环至第一位置，以便使用第一边缘耦合效应用于衬底的第一处理，并且然后使用所述第二致动器移动所述边缘耦合环至第二位置，以便使用不同于所述第一边缘耦合效应的第二边缘耦合效应用于衬底的第二处理。
19.一种用于维持衬底处理系统中的边缘耦合环的方法，包括：
将边缘耦合环布置为邻近处理腔室中的基座的径向外边缘，所述基座包括基板和布置在所述基板上的至少一个板，其中所述边缘耦合环的内部部分与所述至少一个板重叠，并且其中，所述边缘耦合环的外部部分与提升环重叠；
使用第一致动器选择性地移动所述提升环以使所述边缘耦合环移动至相对于所述基座的提升位置和下降位置，其中，当所述边缘耦合环在所述提升位置时，所述边缘耦合环的底表面在所述基座的最上表面的上方，以在所述边缘耦合环的所述底表面和所述基座的所述最上表面之间限定空隙，其中所述空隙位于所述边缘耦合环的底表面的正下方和所述至少一个板的上表面的上方，并且其中，当所述边缘耦合环在所述下降位置，所述边缘耦合环的所述底表面由所述至少一个板的所述上表面支撑；以及
当所述边缘耦合环在提升位置时，使用机器臂替换所述边缘耦合环。
20.如权利要求19所述的方法，其中所述致动器偏置所述提升环和所述提升环偏置所述边缘耦合环。
21.如权利要求20所述的方法，进一步包括将柱布置在所述第一致动器和所述提升环之间。
22.如权利要求20所述的方法，进一步包括将支架连接到所述机器臂，其中所述支架包括自定心的特征，所述自定心的特征与所述边缘耦合环上的自定心的特征紧密配合。
23.如权利要求20所述的方法，进一步包括使用在所述边缘耦合环上的自定心的特征与所述提升环上的自定心的特征紧密配合。
24.如权利要求20所述的方法，进一步包括将底部边缘耦合环布置在边缘耦合环的至少一部分和所述提升环的下方。
25.如权利要求24所述的方法，进一步使用所述底部边缘耦合环上的自定心的特征与所述提升环上的自定心的特征紧密配合。
26.如权利要求21所述的方法，其中：
所述提升环包括径向向外延伸的突出；
所述突出包括形成在其面向底部的表面上的凹槽；以及
当所述边缘耦合环被提升时，所述凹槽由所述柱偏置。
27.如权利要求20所述的方法，进一步包括使用第二致动器相对于所述提升环移动所述边缘耦合环以改变所述边缘耦合环的边缘耦合轮廓。
28.如权利要求27所述的方法，进一步包括将中间边缘耦合环布置于所述边缘耦合环的至少一部分和所述提升环之间，其中当所述第二致动器相对于所述提升环移动所述边缘耦合环时，所述中间边缘耦合环保持不动。
29.如权利要求27所述的方法，进一步包括响应于所述边缘耦合环的面向等离子体的表面的腐蚀，使用所述第二致动器移动所述边缘耦合环。
30.如权利要求29所述的方法，进一步包括在所述边缘耦合环暴露于预定的蚀刻循环数后，自动移动所述边缘耦合环。
31.如权利要求29所述的方法，进一步包括在所述边缘耦合环暴露于预定的蚀刻时间段后，自动移动所述边缘耦合环。
32.如权利要求20所述的方法，进一步使用传感器检测所述边缘耦合环的腐蚀。
33.如权利要求27所述的方法，进一步包括使用所述第二致动器移动所述边缘耦合环至第一位置，以便使用第一边缘耦合效应用于衬底的第一处理，并且然后使用所述第二致动器移动所述边缘耦合环至第二位置，以便使用不同于所述第一边缘耦合效应的第二边缘耦合效应用于衬底的第二处理。
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