CN115428140A - 具有用于边缘环高度管理的双升降机构的半导体处理室 - Google Patents

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CN115428140A CN202180029957.7A CN202180029957A CN115428140A CN 115428140 A CN115428140 A CN 115428140A CN 202180029957 A CN202180029957 A CN 202180029957A CN 115428140 A CN115428140 A CN 115428140A
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詹姆斯·E·塔潘
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Abstract

公开了用于提供半导体处理室的系统和技术，该半导体处理室被配置为与两个同心边缘环以及双升降机构一起使用。双升降机构可各自具有第一升降器结构和第二升降器结构，所述第一升降器结构和第二升降器结构可各自至少部分地被独立致动。第一升降器结构可用于在两个或更多个竖直偏移位置之间移动边缘环中的下边缘环，而第二升降器结构可用于升高和降低边缘环中的上边缘环。双升降机构可以与半导体处理室的室外壳连接。

Description

具有用于边缘环高度管理的双升降机构的半导体处理室
通过引用并入
PCT申请表作为本申请的一部分与本说明书同时提交。如在同时提交的PCT申请表中所标识的本申请要求享有其权益或优先权的每个申请均通过引用全文并入本文且用于所有目的。
背景技术
一些半导体处理室利用边缘环，其通常为环形形状并且在中间具有圆形开口，其尺寸略大于或略小于配置半导体处理室来处理的晶片的直径。通常提供这种边缘环以管理或更好地控制在晶片处理期间可能出现的位于边缘的不均匀性。
半导体处理室对诸如半导体晶片(“衬底”、“晶片”和“半导体晶片”在本文中可以互换使用)的衬底进行处理。衬底处理的示例包括沉积、灰化、蚀刻、清洁和/或其他工艺。可将工艺气体混合物供应至处理室以处理衬底。等离子体可用于点燃气体以增强化学反应。
在处理期间将衬底布置在衬底支撑件或晶片支撑件上。边缘环可以放置在衬底的最外边缘周围和附近。边缘环可用于将等离子体成形或聚焦到衬底上。在操作期间，衬底和边缘环的暴露表面被等离子体蚀刻。结果，边缘环磨损并且边缘环对等离子体的影响随着时间推移而改变。
发明内容
在本说明书中所述主题的一或多个实现方案的细节在以下附图和实施方式中阐明。其他特征、方面和优点将根据实施方式、附图和权利要求而变得显而易见。
在一些新类型的半导体处理系统中，例如在美国临时专利申请No.62/882,890(2019年8月5日提交)和No.62/976,088号(2020年2月13日提交)(均通过引用将其全部并入本文)中，半导体处理系统可以包括一个或多个半导体处理室，其中(每个室或每个站)包括多个边缘环。在这样的系统中，可以提供直接暴露于处理室环境的顶部或上边缘环；还可以提供第二边缘环，例如下边缘环或底部边缘环，其可以相对于上边缘环移动以使得能微调下边缘环和上边缘环之间的电容耦合，并且通过下边缘环、上边缘环和晶片支撑件来进行。
在一些这样的系统中的上边缘环可以在由于暴露于晶片处理环境而磨损时定期更换。这种更换可能需要使用多个升降销或其他类似的升降器结构将上边缘环从晶片支撑件(或周围结构)的部分(上边缘环通常搁置在该部分上)举起。升降器结构通常由长而细的销(通常由非导电或介电材料制成)提供，这些销可以沿竖直轴延伸或缩回。用于上边缘环的升降器结构通常沿着居中于晶片支撑区域的圆定位在三个大致等距间隔的位置(但不一定等距间隔，可以使用为升降上边缘环提供稳定支撑的任何三个或更多点)，该圆的直径大于通过这种系统处理的晶片的直径并且小于该上边缘环的外标称直径。每个这样的升降器结构可以与致动器连接；然后可以控制致动器以使这种升降器结构一致地向上或向下移动。在上边缘环拆卸和更换操作期间，用于上边缘环的升降器结构可以被致动，使得这些升降器结构的接触表面与上边缘环的下侧接触，然后将上边缘环竖直向上推送足够的距离，以便可以控制晶片搬运机械手以将末端执行器插入上边缘环下方，例如，插入升高的上边缘环和晶片支撑件或晶片基座之间。然后可以缩回用于上边缘环的升降器结构，将上边缘环降低到晶片搬运机械手末端执行器上。可以反向执行相同的工艺以用新的上边缘环来更换代替移除的上边缘环。
这样的系统还可提供分开的升降器结构，其可用于在不同高度之间移动下边缘环。这种竖直移动通常在幅度上远小于上边缘环在更换期间执行的竖直移动，并且被执行以在使用期间微调半导体处理站的各种操作参数，例如边缘环和晶片支撑件之间的电容耦合程度。这种微调运动可能只涉及非常轻微的运动，例如小于约5mm，并且可能发生在上边缘环下方并被上边缘环覆盖的环形区域内。因此，下边缘环可以相对于上边缘环和晶片支撑件上下移动，而无需移动这些部件中的任何一个。在某些情况下，在处理室的正常操作期间，下边缘环通常可能不需要定期更换，因此其升降器结构可能不需要用于上边缘环的升降器结构的移动范围。
本发明人构想了与这种系统一起使用的双升降器机构；这种双升降器机构为两个不同的升降器结构(即第一升降器结构和第二升降器结构)提供了单一的安装接口，每个升降器结构分别被配置为移动下边缘环或上边缘环。在一些实现方案中，单个安装接口可以由安装到半导体处理室上的单个位置但为两个升降器结构提供防漏密封的公共凸缘结构提供。这减少了支撑两个升降器结构所需的封装体积，并减少了由于部件安装错误而导致泄漏的机会。在一些实现方案中，这种双升降机构的两个升降器结构可以配备有两个不同的致动器，即机电驱动线性致动器和气动驱动线性致动器，该机电驱动线性致动器能够对线性平移进行精确控制，以用于致动用于精细定位下边缘环的升降器结构，而该气动驱动线性致动器用于将上边缘环移动到升高位置以进行更换。在这样的实现方案中，气动驱动致动器通常只能被精确控制以便在两个极端(完全伸展或完全缩回)位置之间移动。对于上边缘环更换操作，通常可能不需要精确控制竖直高度，因此为此目的使用气动驱动的升降器结构可能是获得所需竖直位移的经济有效的解决方案。然而，应认识到，其他技术可用于这种升降器结构运动，例如机电致动器，例如可用于致动用于微调下边缘环的高度的升降器结构。
在本说明书中所述主题的一或多个实现方案的细节在以下附图和实施方式中阐明。其他特征、方面和优点将根据实施方式、附图和权利要求而变得显而易见。
可以使用的另一种潜在的双升降机构是这样一种双升降机构，其中该双升降机构使用单一致动器来致动用于上边缘环和下边缘环的升降器结构。在这样的实现方案中，升降器结构可以是集成组件的一部分并且可以被配置成使得对于上边缘环的升降器结构的某些部分的平移，两个升降器结构一致地移动，并且使得对于上边缘环的升降器结构的另一部分行程，用于上边缘环的升降器结构能够自行移动，即用于下边缘环的升降器结构不移动。一些这样的双升降机构可以被配置成使得两个边缘环中只有一个在任何给定时间运动，尽管其他这样的双升降机构可以被配置成使得所述升降器结构可以有一定的运动范围在两个边缘环可能同时运动时发生。
在一些实现方案中，可提供一种装置，其包括半导体处理室、位于所述半导体处理室内的晶片支撑表面；和一个或多个双升降机构。每个双升降机构可以包括：具有第一接触表面的第一升降器结构，具有第二接触表面的第二升降器结构，公共凸缘结构，以及一个或多个致动器。在这样的装置中，每个双升降机构的所述一个或多个致动器均可以安装到该双升降机构的所述公共凸缘结构；以及每个双升降机构的所述一个或多个致动器可以被配置成是能致动的，以便：使该双升降机构的所述第一升降器结构沿垂直于所述晶片支撑表面的第一轴平移，使得该第一升降器结构的所述第一接触表面在第一高度和第二高度之间移动，使该双升降机构的所述第二升降器结构沿所述第一轴平移，使得该第二升降器结构的所述第二接触表面在第三高度和第四高度之间移动，并且使该双升降机构的所述第二升降器结构能至少部分地沿着所述第一轴平移，而不同时使该双升降机构的所述第一升降器结构沿着所述第一轴平移。在这样的实现方案中，所述晶片支撑表面可以具有外周边，并且每个双升降机构可以被定位成使得其所述第一升降器结构和所述第二升降器结构定位在所述外周边之外。
在一些实现方案中，所述装置还可以包括上边缘环和下边缘环。在这样的实现方案中，当沿所述第一轴观察时，所述上边缘环可以与所述下边缘环重叠以及与所述下边缘环同心，所述上边缘环的内径可以大于所述晶片支撑表面的外径，当致动每个双升降机构以使其所述第一接触表面处于所述第一高度时，该双升降机构的所述第一升降器结构的所述第一接触表面可以与所述下边缘环接触，并且当致动每个双升降机构以使其所述第二接触表面处于所述第四高度时该双升降机构的所述第二升降器结构的所述第二接触表面可以与所述上边缘环接触。
在一些实现方案中，所述第一高度和所述第二高度之间的第一距离小于所述第三高度和所述第四高度之间的第二距离。
在一些实现方案中，每个双升降机构可以通过其所述公共凸缘结构连接至所述半导体处理室。
在一些实现方案中，每个双升降机构的所述一个或多个致动器可以包括第一致动器和第二致动器，该双升降机构的所述第一致动器可以被配置为所述第一升降器结构当被致动时沿着所述第一轴平移，该双升降机构的所述第二致动器可以被配置为所述第二升降器结构当被致动时沿着所述第一轴平移，该双升降机构的所述公共凸缘结构可以具有第一侧，所述第一侧具有延伸穿过其中的第一孔和延伸穿过其中的第二孔，该双升降机构的所述公共凸缘结构的所述第一侧可以与所述半导体处理室的一部分配合，该双升降机构的所述第一致动器可以被定位于该双升降机构的所述公共凸缘结构的所述第一孔内，并且该双升降机构的所述第二致动器可以被定位于该双升降机构的所述公共凸缘结构的第二孔内。
在一些这样的实现方案中，每个双升降机构的所述第一致动器可以是机电致动器，并且该双升降机构的所述第二致动器是气动致动器。
在所述装置的一些其他的或另外的这样的实现方案中，每个双升降机构的所述第一致动器可以是由电动马达驱动的螺杆致动器。
在所述装置的一些实现方案中，沿环绕所述晶片支撑表面的圆布置可以有三个双升降机构。
在一些这样的实现方案中，每个双升降机构可以被定位成使得该双升降机构的所述第一升降器结构和该双升降机构的所述第二升降器结构都位于与所述圆同心并且具有环形径向宽度的环形区域内，所述环形径向宽度小于外接该双升降机构的所述第一升降器结构和该双升降机构的所述第二升降器结构的最小圆的直径。
在所述装置的一些实现方案中，每个双升降机构可以被定位成使得穿过该双升降机构的所述第一升降器结构和该双升降机构的所述第二升降器结构的第一参考平面平行于与所述圆相切并且与所述第一轴平行的第二参考平面。
在所述装置的一些实现方案中，每个双升降机构的所述第一升降器结构和所述第二升降器结构可以彼此同轴。
在一些这样的实现方案中，每个双升降机构的所述第一升降器结构可以具有沿所述第一轴贯穿其中的孔，并且该双升降机构的所述第二升降器结构可以穿过该双升降机构的所述第一升降器结构中的所述孔。
在所述装置的一些实现方案中，每个双升降机构可以包括弹簧，并且对于每个双升降机构，该双升降机构的所述弹簧可以被配置为对于该双升降机构的所述第一升降器结构在平移时跨越的距离的至少一部分，在该双升降机构的所述第一升降器结构上施加力，使得该第一升降器结构的所述第一接触表面从所述第一高度移动到所述第二高度，并且由该双升降机构的所述弹簧施加的力可以将该双升降机构的所述第一升降器结构推向第二高度。
在所述装置的一些实现方案中，每个双升降机构的所述弹簧可以被配置为对于该双升降机构的所述第一升降器结构在平移时跨越的距离的全部，在该双升降机构的所述第一升降器结构上施加所述力，使得该第一升降器结构的所述第一接触表面从所述第一高度移动到所述第二高度。
在所述装置的一些实现方案中，每个双升降机构的所述第二升降器结构可以包括止动表面，该止动表面的尺寸被设定成防止该双升降机构的所述第一升降器结构相对于该双升降机构的所述第二升降器结构移动超过第一位置。
在所述装置的一些实现方案中，每个双升降机构的所述第一升降器结构可以包括止动表面，该止动表面的尺寸被设定成防止该双升降机构的所述第一升降器结构相对于所述公共凸缘结构移动超过第一位置。
在所述装置的一些实现方案中，每个双升降机构还可以包括弹簧，该双升降升机构的所述第一升降器结构可以是带有凸缘端的管，该双升降机构的所述第一升降器结构可以具有穿过所述管的孔，所述管具有第一内径，该双升降机构的所述第二升降器结构可以是具有第一部分和第二部分的圆柱形杆，所述第一部分具有第一直径，而所述第二部分具有第二直径，所述第一直径大于该双升降机构的所述第一升降器结构的所述第一内径，而所述第二直径小于该双升降机构的所述第一升降器结构的所述第一内径，且该双升降机构的所述第二升降器结构的所述第二部分可以穿过该双升降机构的所述第一升降器结构中的所述孔并且穿过该双升降机构的所述弹簧。
在所述装置的一些实现方案中，每个双升降机构的所述弹簧可以被压缩在该双升降机构的所述第一升降器结构和相对于所述公共凸缘结构固定的表面之间，使得当该双升降机构的所述第一升降机构和所述第二升降机构平移时，该双升降机构的所述第一升降机构被连续按压成与该双升降机构的所述第二升降机构的所述第一部分接触，从而导致该双升降机构的所述第一升降机构的所述第一接触表面从所述第一高度移动到所述第二高度。
在该装置的一些实现方案中，用于每个双升降机构的一个或多个致动器可以是单一致动器。
在该装置的一些这样的实现方案中，每个双升降机构的单一致动器可以是由相应的电动马达驱动的螺杆致动器。
双升降机构的这些和其他方面将在下面参照附图进行讨论。
附图说明
图1-1描绘了一示例性气动升降器结构致动器。
图1-2描绘了一示例性机电升降器结构致动器。
图1-3描绘了一示例性双升降机构，其特征在于公共凸缘结构、气动升降器结构致动器和机电升降器结构致动器。
图2-1和2-2分别描绘了公共凸缘结构的顶视图和侧视图。
图3是具有双升降机构的示例性半导体处理室的一部分的截面图。
图4是图3的示例性半导体处理室的一部分的另一截面图。
图5是图3的示例性半导体处理室的一部分的另一截面图。
图6也是图3的示例性半导体处理室的一部分的截面图。
图7是示例性上边缘环、下边缘环和双升降机构的俯视图。
图8是具有另一示例性双升降机构的另一示例半导体处理室的一部分的截面图。
图9是图8的示例性半导体处理室的一部分的另一截面图。
图10是图8的示例性半导体处理室的一部分的又一横截面图。
图11是图8的示例性半导体处理室的横截面图，其中描绘了示例性双升降机构的变体。
具体实施方式
图1-1描绘了一示例性气动升降器结构致动器。可以看出，示例性气动升降器结构致动器134在顶部具有接口，该接口包括双孔/紧固件安装凸缘、环状O形环压盖/凹槽和用于接收轴的管状接收器，所述轴例如升降器结构，其可以插入管状接收器中以便与气动升降器结构致动器内的活塞或柱塞配合。加压气体，例如空气，可以通过气动入口引入气动致动器中。
图1-2描绘了示例性机电升降器结构致动器。机电式升降器结构致动器132可以与气动升降器结构致动器134一样在顶部具有接口，该接口包括双孔/紧固件安装凸缘、环状O形环压盖/凹槽和用于接收轴的管状接收器，所述轴例如升降器结构，其可以插入管状接收器中以便与机电升降器结构致动器内的活塞或柱塞配合。机电升降器结构致动器132还可包括马达152，马达152可被致动以使可安装在管状接收器内的升降器结构延伸或缩回。
图1-3描绘了一示例性双升降机构，其特征在于公共凸缘结构、气动升降器结构致动器和机电升降器结构致动器。如图1-3中可见的，可以提供具有用于接收升降器结构的致动器的两个接口(例如孔)的公共凸缘结构116。在所描绘的示例中，气动升降器结构致动器134与公共凸缘结构116中的一个孔配合，并且机电升降器结构致动器132与公共凸缘结构116中的另一个孔配合。公共凸缘结构116可以具有：第一侧140，第一侧140被配置为与半导体处理室的表面配合；以及两个(或更多)用于接收紧固件的通孔(在图1-3中，紧固件被显示为插入穿过这样的孔)，紧固件可以拧入半导体处理室结构中的螺纹孔中并且用于将公共凸缘结构116夹靠在半导体处理室的表面上。O形环可以放置在公共凸缘结构116与机电升降器结构致动器132和气动升降器结构致动器134的管状接收器之间形成的环形凹槽中，以提供气密密封。
图2-1和2-2分别描绘了公共凸缘结构的俯视图和侧视图。如图2-1和2-2所示，公共凸缘结构216可以包括第一孔236和第二孔238；第一孔236可用于接收和安装第一致动器(例如，以用于用于调节下边缘环高度的升降器结构)，第二孔238可用于接收和安装第二致动器(例如，以用于用于调整上边缘环高度的升降器结构)。在这个示例中，这些孔是简单的通孔，但可以根据致动器的安装方式采用其他形式。在这种情况下，致动器可以轻轻压配合在孔236和238内。在某些情况下，锁定特征(例如可以与致动器外部和公共凸缘结构两者上的特征接合的横向插入的销)可以用于在公共凸缘结构216内提供致动器的额外固定。
图3是具有双升降机构的示例性半导体处理室的一部分的截面图。图3(以及图4至6)示出了沿垂直于可以在半导体处理室302内处理的晶片346的中心轴的方向的截面图。晶片346可以在半导体处理室302内由晶片支撑件360支撑，晶片支撑件360例如晶片卡盘或基座，其可以具有提供晶片支撑表面304的顶板358。在一些实现方案中，晶片支撑表面304可以由晶片支撑件360直接提供。半导体处理室302可以可选地包括衬垫348，其可以帮助保护半导体处理室302的内壁以避免暴露于工艺气体和其他潜在的有害条件。
如图3所示，半导体处理室302还可以包括上边缘环342和下边缘环344；下边缘环344可具有上部，在某些情况下，当下边缘环344向上移动足够量时，该上部可容纳在上边缘环342下侧的环形槽中。
半导体处理室302还可以包括一个或多个(在这种情况下是三个)双升降机构306，其中每个可以包括容纳机电致动器332和气动致动器334(图3中未标注，但请参见图5)的公共凸缘结构316。机电致动器332和气动致动器334可以使用密封件350抵靠半导体处理室302密封。
机电致动器332可以与第一升降器结构308连接，并且气动致动器334可以与第二升降器结构312连接。在该示例中，机电致动器332是丝杠致动器并且具有马达352、丝杠354和丝杠螺母356。丝杠螺母356可以与丝杠354以及机电致动器332的其他部分接合，使得当丝杠354(例如，通过马达352致动而)旋转时，致使丝杠螺母356沿着第一轴平移，第一轴例如是通常平行于晶片346的中心轴的轴。应当理解，也可以使用其他类型的螺杆驱动致动器，其包括用于本文讨论的丝杠驱动致动器的滚珠丝杠。
第一升降器结构308可以具有第一接触表面310，可以致使第一接触表面310接触下边缘环344的下侧并在下边缘环344平移期间支撑下边缘环344。第一升降器结构308可以通过机电致动器332的致动从第一高度322平移到一个或多个其他高度。
第二升降器结构312可以具有第二接触表面314，可以致使第二接触表面314接触上边缘环342的下侧并且将上边缘环342向上举高以离开晶片支撑件360、顶板358、衬垫348，或任何可能正在支撑上边缘环342的结构。
图4是图3的示例性半导体处理室的一部分的另一截面图。在图4中，马达352已被致动以使丝杠354旋转，从而使丝杠螺母356和第一升降器结构308向上平移，导致第一接触表面310移动到第二高度324。可以看出，这导致下边缘环344向上移动，从而将下边缘环344的一部分接收在上边缘环342下侧的环形槽中。应理解的是，马达352可以被控制以使丝杠354旋转与所期望的一样多或一样少，从而允许下边缘环344以非常小的增量向上或向下移动以使得能将下边缘环344的竖直位置微调到任何所期望的位置。
图5是图3的示例性半导体处理室的一部分的另一截面图。在图5中，第一致动器332、第一升降器结构308和下边缘环344已用虚线轮廓绘制但没有以其他方式显示。该横截面也与图3和图4中使用的有所不同，其穿过气动致动器334的中心而不是机电致动器332的中心。可以看出，气动致动器334可以包括活塞362，活塞362穿过气动致动器334的主体并且包括盘状结构，该盘状结构延伸穿过充气室364，使得当加压气体通过气动入口368引入充气室364时，加压气体可以推动活塞362向上，从而导致第二升降器结构312也向上平移。当加压气体被移除，例如，被排出时，弹簧366可以使活塞362和第二升降器结构312再次向下平移。
在所描绘的配置中，第二升降器结构312处于其中第二接触表面314处于第三高度326的位置。当气动致动器334通过气动入口368被气体加压时，第二升降器结构312可以向上平移，导致第二接触表面从第三高度326移动到第四高度328，如图6所示。这导致第二接触表面314将上边缘环342举高以离开晶片支撑件360、顶板358、衬垫348或任何其他可能正在支撑上边缘环342的结构。
应当注意，机电致动器332和气动致动器334可以独立操作，从而使得第一升降器结构308和第二升降器结构312能独立操作，即，不会引起另一个的任何运动。在其他实现方案中，在第一升降器结构308和第二升降器结构312的致动之间可能存在一些相互作用，导致它们在第二升降器结构的平移中的某些部分中一致地移动，尽管在这种情况下，也会有第二升降器结构的平移中的其中第一升降器结构也将不会平移的至少一些部分。
图7是一示例性上边缘环、下边缘环和双升降机构的俯视图。可以看出，下边缘环344与上边缘环342同心并且从上方重叠。此外，可以看到三个双升降机构306被布置在围绕与边缘环/晶片支撑表面/晶片对准中心的圆374间隔120°的位置处。应当理解，也可以使用这种双升降机构306的其他周向定位，例如非等距间隔的双升降机构。可以看出，双升降机构306可以布置成使得第一升降器结构308和第二升降器结构312都可以位于与圆374同心并且具有环形径向宽度的环形区域内，该环形径向宽度小于外接(即，接触)双升降机构306中的一者的第一升降器结构和第二升降器结构的最小圆的直径。换句话说，双升降机构306可以布置成使得通过双升降机构306中的给定一者的第一升降器结构308和第二升降器结构312的中心线的线不通过圆374的中心。这使得双升降机构能被布置为占用更少的径向空间，从而使得能更紧密地封装并且减少半导体处理室的体积。在更极端的情况下，如图7所示，穿过给定双升降机构306的第一升降器结构和第二升降器结构的平面可以平行于与圆374相切并且与第一轴(或中心轴)平行的参考平面。在甚至更极端的情况下，穿过给定双升降机构306的第一升降器结构和第二升降器结构的中心的线或平面376可以与圆相切，如图7所示。在一些这样的实现方案中，下边缘环344可以具有如图所示的凸片，其可以用于接触第一升降器结构308的第一接触表面310，同时使得第二升降器结构312能通过下边缘环。在其他实现方案中，下边缘环可以简单地具有环绕其整个圆周延伸以接触第一接触表面的凸缘；这样的凸缘可以替代地具有使得第二升降器结构能从中穿过的通孔或径向凹口。
应进一步理解，虽然气动和机电致动器在本文中被显示为在双升降机构中使用，但任何合适的致动器可用于提供第一升降器结构和第二升降器结构的竖直平移。因此，可以简单地参考用于引起第一升降器结构的竖直平移的第一致动器和用于引起第二升降器结构的竖直平移的第二致动器。
虽然上述讨论集中于被包括在这种双升降机构中的每个升降器结构的特征在于单独的致动器的双升降机构上，但是可以使用特征在于单一致动器驱动系统的双升降机构来提供一些重叠的功能。这种单一致动器变体在每个升降器结构不能完全独立于另一个升降器结构移动方面而言可能提供较少的灵活性，但是由于这种设备的致动器要求减少并且需要较少的控制器能力来控制这种双-升降机制，因此会是较便宜的。
图8是具有另一示例性双升降机构的另一示例性半导体处理室的一部分的截面图。图8(以及图9和图10)示出了沿垂直于可以在半导体处理室802内进行处理的晶片846的中心轴的方向的截面图。与图3至图6的类似处理室一样，晶片846可以在半导体处理室802内由晶片支撑件860(例如晶片卡盘或基座)支撑，晶片支撑件860可以具有提供晶片支撑表面804的顶板858(与图3至图6所示的处理室一样，顶板858可以是可选的，并且晶片支撑表面804可以由晶片支撑件860直接提供)。半导体处理室802可以可选地包括衬垫848，其可以帮助保护半导体处理室802的内壁以避免暴露于工艺气体和其他潜在的有害条件。
半导体处理室802还可以包括上边缘环842和下边缘环844，其用途和设计类似于之前讨论的上边缘环342和下边缘环344。下边缘环844可以相对于晶片支撑件860和上边缘环842上下移动以微调边缘环和晶片支撑件860之间的电容耦合程度。上边缘环842可以用于在半导体处理室802中执行的半导体处理操作期间，保护晶片846的边缘和下边缘环844免受不期望的蚀刻或沉积。与上边缘环342一样，上边缘环842可以被周期性地抬离晶片支撑件860以使得晶片/边缘环搬运机械手的末端执行器能插入上边缘环842和晶片支撑件860之间，以便使得上边缘环842然后能下降到末端执行器上并从半导体处理室802中移出以更换新的上边缘环842。
在图8中，显示了双升降机构806，其包括第一升降器结构808和第二升降器结构812。在该示例中，第一升降器结构808是大致管状部件，例如圆柱形套筒，其延伸穿过半导体处理室802的壁(以及衬垫848，如果使用和必要的话)，例如，通过穿过半导体处理室802的壁的孔进行。相比之下，第二升降器结构812是长得多的部件，例如杆，其延伸通过第一升降器结构808。在该示例中，第一升降器结构808和第二升降器结构812都是轴对称的，例如外观上通常是圆柱形的，但应认识到，第一升降器结构808和/或第二升降器结构812也可以具有非圆形横截面形状，具体取决于所使用的特定设计(这也适用于参考图3到图6所讨论的升降器结构)。
从图8可以明显看出，第二升降器结构812通常可以被描述为与第一升降器结构808同轴。应该理解，图8中描绘的结构的非同轴布置也可以用于获得类似的效果并且也被认为在本公开的范围内。双升降机构806还可以包括弹簧866，该弹簧866可以被配置为在第一升降器结构808上施加向上的力，从而将其向上推向上边缘环842。例如，弹簧866可以由相对于公共凸缘结构816固定的一个或多个表面支撑在一端，该公共凸缘结构816是双升降机构806的一部分并且用于将双升降机构806附接到半导体处理室802。应当理解，在这种情况下，公共凸缘结构816(与为两个升降器结构提供分开的通孔的公共凸缘结构316相比)可以仅具有用于两个升降器结构的单个通孔。与公共凸缘结构316一样，公共凸缘结构816可以包括将公共凸缘结构816密封到半导体处理室802的外表面的密封件850。弹簧866的另一端例如可以对接抵靠在第一升降器结构808的底表面上。同时，第二升降器结构812可以延伸穿过弹簧866的中心，从而防止弹簧866可能的翻倒、翘起或以其他方式移动到不合乎期望的位置。应当理解，可以使用其他弹簧，例如板簧来代替所描绘的螺旋弹簧或压缩弹簧866。
如图8所示，第二升降器结构812可具有第一部分和第二部分，该第一部分的直径(或横截面形状)大于第一升降器结构808的内径(或横截面形状)，而第二部分的直径(或截面形状)小于第一升降器结构808的内径(或截面形状)。因此，第二升降器结构812的第二部分可以是能够插入穿过第一升降器结构808并自由平移穿过第一升降器结构808，但是第二升降器结构的第一部分和第二部分之间的第二升降器结构812的尺寸过渡部分可以起到提供止动表面872(例如环形凸台)的作用(参见图10)，从而防止第一升降器结构808移动通过止动表面。
例如，下边缘环可以在围绕其周边的位置处具有开口或凹口，其尺寸被设计成使得第二升降器结构812的第二部分能从中穿过而不必接触下边缘环844，而且其尺寸也被设定成或被配置为使得第一升降器结构808不能从中穿过。例如，图8中所示的下边缘环844具有两个竖直间隔开的大致环形的表面，它们通过圆柱形表面(例如管状结构)连接在一起，该管状结构具有从一端(上端)径向向内延伸的凸缘以及从另一端径向向外延伸的另一个凸缘，例如，径向向外延伸的凸缘可以具有穿过其中的孔(如图8所示)，其尺寸略大于第二升降器结构812的第二部分并且略小于第一升降器结构808的最顶部表面。
双升降机构806可被配置为使得弹簧866推动第一升降器结构808与第二升降器结构812的止动表面872接触，持续至少一定量的可能会导致第二升降器结构812移动通过的行程。因此，弹簧866可用于使第一升降器结构808和第二升降器结构812在第二升降器结构812的至少部分行程中一致地移动。
例如，在图8所示的配置中，第二升降器结构812已移动，例如，通过由马达852致动螺杆854以驱动螺母856，以使第一升降器结构808抵靠下边缘环844的一部分的下侧。接触下边缘环844的下侧的第一升降器结构808的部分提供第一接触表面810。例如，第一接触表面810可以定位在第一高度822处。同时，第二升降器结构812上的第二接触表面814可以定位在第三高度826处。
图9是图8的示例性半导体处理室的一部分的另一横截面图。在图8中，马达852已被致动以使螺杆854旋转并驱动螺母856和附接的第二升降器结构812向上，使得第一升降器结构808的第一接触表面810被向上驱动至第二高度824，从而使下边缘环844也向上移动相应的量。应当理解，通过将第二升降器结构812移动到图8和图9所示的位置之间的任何中间位置，可以使下边缘环844移动到图8和图9所示的两个位置之间的任何对应位置。当第一升降器结构808至少处于图8所示的位置(以及当调整下边缘环844的高度时第一升降器结构808所处的整个位置范围)时，弹簧866可以被选择为具有弹簧力和压缩预紧力，其足以支撑第一升降器结构808和下边缘环844的负载，而不会克服弹簧866的预紧压缩，即，使得在这样的位置中，在第一升降器结构808和第二升降器结构812的止动表面872之间没有间隙打开。
双升降机构806可进一步配置为使得第一升降器结构808可在第二升降器结构812向上移动期间的某个点停止移动。例如，在一些实现方案中，可以使第一升降器结构808充分向上移动，使得弹簧866不再被由第二升降器结构812的止动表面872施加在第一升降器结构808上的向下力主动压缩，此时第一升降器结构808可以停止与第二升降器结构812一起移动。在其他实现方案(例如图8至图10中所示的)中，第一升降器结构808也可以具有止动表面870(参见图8)，例如图8至图10中所示的环形凸缘，其可以与相对于公共凸缘结构816固定的一个或多个表面接合，以防止第一升降器结构808移动超出例如第一升降器结构808的第一接触表面810在第二高度824处的位置。因此，可以在不伴随第一升降器结构808的竖直平移的情况下执行第二升降器结构812的进一步的竖直平移。
图10是图8的示例性半导体处理室的一部分的又一截面图；图10示出了第二升降器结构812的这种进一步的向上平移，而没有伴随的第一升降器结构808向上平移。如图10所示，当第二升降器结构812向上移动足够远时，第二升降器结构812的第二接触表面814最终可以接触上边缘环842的下侧。因此第二升降器结构812的进一步向上运动可以导致上边缘环842被向上推动而离开晶片支撑件860和/或顶板858。例如，第二升降器结构812可以被向上驱动，直到第二接触表面814处于第四高度828，从而将上边缘环842升高到晶片支撑件860和/或顶板858上方足够高，使得末端执行器可以插入上边缘环842下方。
可以看出，诸如双升降机构806之类的双升降机构使得能形成紧凑的机构，该紧凑的机构对于其致动冲程的一部分可用于执行下边缘环844的有限行程的微调调节，而对于其致动冲程的另一部分，能够提供上边缘环842的更大行程。
应当理解，虽然在前面的图中所示的下边缘环通常具有整体(单件)设计，但是本文讨论的构思的其他实现方案可以使用包括多个部件的下边缘环。图11是图8的示例性半导体处理室的横截面图，其中描绘了示例性双升降机构的变体，其使用多部件下边缘环。
在图11中，先前图中的边缘环844已被替换为具有上部844a和下部844b的两部分式边缘环。在这种情况下，上部844a呈大致平坦的环形环的形状，并且搁置在下部844b的顶部，在该示例中，下部844b具有大致管状的形状，其具有凸缘或径向突出部，该凸缘或径向突出部从底部边缘径向向外延伸，以便为第一接触表面810提供抵靠的表面。这种布置可以使得能独立于下部844b更换上部844a，从而使得例如能用较新的上部844a更换磨损的上部844a而不必更换下部844b，下部844b鉴于其更大的尺寸和更复杂的几何形状，制造成本可能更高。此外，上部844a的不同配置(例如具有不同横截面形状、尺寸和/或材料的上部844)可以与相同的下部844b一起使用。应当理解，在本公开和权利要求中对边缘环的引用可以包括单件式边缘环和多件式边缘环，并且在后者的情况下，多件式边缘环可以包括一些部件，这些部件实际上可能对晶片处理的均匀性几乎没有直接影响或没有影响，并且例如可能仅用于将升降器结构的向上或向下运动传递到这种边缘环的上部。
本文所述的双升降机构可以由控制器控制，该控制器可以是系统的一部分(可包含上述示例)，且可与各种不同的阀、质量流控制器、泵等等操作性地连接，以便能够接收来自这样的设备的信息和/或控制这样的设备。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工艺，包括各种气体的输送、温度设置(例如加热和/或冷却)、压力设置、真空设置、功率设置、流率设置、流体输送设置以及位置和操作设置。
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工艺的操作参数。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。
在一些实现方案中，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)向系统提供工艺配方。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工艺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(例如本文所述的工艺和控制)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工艺。
示例性的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。
应当理解，短语“对于一个或多个<项目>中的每个<项目>”、“一个或多个<项目>中的每个<项目>”等(如果在本文中使用的话)包括单一项目群组和多个项目群组两者，即该短语“对......每一者(for…each)”是以其在程序语言中指代所涉及的无论什么项目群体中的每一项目的意义而使用。例如，如果所涉及的项目的群体是单一项目，则“每一”将涉及仅仅该单一项目(尽管事实上字典对“每一”的定义时常将该术语定义为是指“两个或更多个事物中的每一个”)且将不意指这些项目必须具有至少两个。类似地，术语“集合”或“子集”本身不应被视为必然包含多个项目，应理解，集合或子集可以仅包含一个成员或多个成员(除非上下文另有指示)。
如果有的话，在本公开和权利要求中使用的序数指示符，例如，(a)、(b)、(c)…等，应理解为不传达任何特定顺序或序列，除非在这样的顺序或序列被明确指出的范围内。例如，如果存在标记为(i)、(ii)和(iii)的三个步骤，应理解这些步骤可以以任何顺序进行(或者甚至同时进行，如果没有另外的禁忌)，除非另有说明。例如，如果步骤(ii)涉及处理在步骤(i)中创建的元素，则步骤(ii)可以被视为发生在步骤(i)之后的某个时间点。类似地，如果步骤(i)涉及处理在步骤(ii)中创建的元素，则应理解为相反的情况。
诸如“约”、“大约”、“基本上”、“标称”等术语，当用于参考数量或类似的可量化特性时，应理解为包括与指定的值或关系相差±10％以内的值(以及包括指定的实际值或关系)，除非另有说明。
应当理解，前述概念的所有组合(只要这些概念不相互矛盾)都被认为是本文所公开的发明主题的一部分。特别地，出现在本公开末尾的要求保护的主题的所有组合都被认为是本文公开的发明主题的一部分。还应当理解，本文中明确使用的也可能出现在通过引用并入的任何公开中的术语应赋予与本文公开的特定概念最一致的含义。
应进一步理解的是，上述公开虽然集中于一个或多个特定示例性实现方案，但不仅限于所讨论的示例，而是还可以适用于类似的变体和机制，以及这样的类似变体和机制也被认为在本公开的范围内。

Claims (20)

1.一种装置，其包括：
半导体处理室；
位于所述半导体处理室内的晶片支撑表面；和
一个或多个双升降机构，每个双升降机构包括：
具有第一接触表面的第一升降器结构，
具有第二接触表面的第二升降器结构，
公共凸缘结构，以及
一个或多个致动器，其中：
每个双升降机构的所述一个或多个致动器均安装到该双升降机构的所述公共凸缘结构；
每个双升降机构的所述一个或多个致动器配置成是能致动的，以便：
使该双升降机构的所述第一升降器结构沿垂直于所述晶片支撑表面的第一轴平移，使得该第一升降器结构的所述第一接触表面在第一高度和第二高度之间移动，
使该双升降机构的所述第二升降器结构沿所述第一轴平移，使得该第二升降器结构的所述第二接触表面在第三高度和第四高度之间移动，并且
使该双升降机构的所述第二升降器结构能至少部分地沿着所述第一轴平移，而不同时使该双升降机构的所述第一升降器结构沿着所述第一轴平移；
所述晶片支撑表面具有外周边，并且
每个双升降机构被定位成使得其所述第一升降器结构和所述第二升降器结构定位在所述外周边之外。
2.根据权利要求1所述的装置，其还包括上边缘环和下边缘环，其中：
当沿所述第一轴观察时，所述上边缘环与所述下边缘环重叠，
所述上边缘环与所述下边缘环同心，
所述上边缘环的内径大于所述晶片支撑表面的外径，
当致动每个双升降机构以使其所述第一接触表面处于所述第一高度时，该双升降机构的所述第一升降器结构的所述第一接触表面与所述下边缘环接触，并且
当致动每个双升降机构以使其所述第二接触表面处于所述第四高度时该双升降机构的所述第二升降器结构的所述第二接触表面与所述上边缘环接触。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一高度和所述第二高度之间的第一距离小于所述第三高度和所述第四高度之间的第二距离。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，每个双升降机构通过其所述公共凸缘结构连接至所述半导体处理室。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，对于每个双升降机构：
该双升降机构的所述一个或多个致动器包括第一致动器和第二致动器，
该双升降机构的所述第一致动器被配置为所述第一升降器结构当被致动时沿着所述第一轴平移，
该双升降机构的所述第二致动器被配置为所述第二升降器结构当被致动时沿着所述第一轴平移，
该双升降机构的所述公共凸缘结构具有第一侧，所述第一侧具有延伸穿过其中的第一孔和延伸穿过其中的第二孔，
该双升降机构的所述公共凸缘结构的所述第一侧与所述半导体处理室的一部分配合，
该双升降机构的所述第一致动器被定位于该双升降机构的所述公共凸缘结构的所述第一孔内，并且
该双升降机构的所述第二致动器被定位于该双升降机构的所述公共凸缘结构的第二孔内。
6.根据权利要求5所述的装置，其中，对于每个双升降机构：
该双升降机构的所述第一致动器是机电致动器，并且
该双升降机构的所述第二致动器是气动致动器。
7.根据权利要求5所述的装置，其中，对于每个双升降机构，该双升降机构的所述第一致动器是由电动马达驱动的螺杆致动器。
8.根据权利要求5所述的装置，其中，沿环绕所述晶片支撑表面的圆布置有三个双升降机构。
9.根据权利要求8所述的装置，其中，每个双升降机构被定位成使得该双升降机构的所述第一升降器结构和该双升降机构的所述第二升降器结构都位于与所述圆同心并且具有环形径向宽度的环形区域内，所述环形径向宽度小于外接该双升降机构的所述第一升降器结构和该双升降机构的所述第二升降器结构的最小圆的直径。
10.根据权利要求8所述的装置，其中，每个双升降机构被定位成使得穿过该双升降机构的所述第一升降器结构和该双升降机构的所述第二升降器结构的第一参考平面平行于与所述圆相切并且与所述第一轴平行的第二参考平面。
11.根据权利要求1所述的装置，其中，对于每个双升降机构，该双升降机构的所述第一升降器结构和所述第二升降器结构彼此同轴。
12.根据权利要求11所述的装置，其中，对于每个双升降机构：
该双升降机构的所述第一升降器结构具有沿所述第一轴贯穿其中的孔，并且
该双升降机构的所述第二升降器结构穿过该双升降机构的所述第一升降器结构中的所述孔。
13.根据权利要求12所述的装置，其中每个双升降机构包括弹簧，并且对于每个双升降机构：
该双升降机构的所述弹簧被配置为对于该双升降机构的所述第一升降器结构在平移时跨越的距离的至少一部分，在该双升降机构的所述第一升降器结构上施加力，使得该第一升降器结构的所述第一接触表面从所述第一高度移动到所述第二高度，并且
由该双升降机构的所述弹簧施加的力将该双升降机构的所述第一升降器结构推向第二高度。
14.根据权利要求13所述的装置，其中，对于每个双升降机构，该双升降机构的所述弹簧被配置为对于该双升降机构的所述第一升降器结构在平移时跨越的距离的全部，在该双升降机构的所述第一升降器结构上施加所述力，使得该第一升降器结构的所述第一接触表面从所述第一高度移动到所述第二高度。
15.根据权利要求12所述的装置，其中每个双升降机构的所述第二升降器结构包括止动表面，该止动表面的尺寸被设定成防止该双升降机构的所述第一升降器结构相对于该双升降机构的所述第二升降器结构移动超过第一位置。
16.根据权利要求12所述的装置，其中每个双升降机构的所述第一升降器结构包括止动表面，该止动表面的尺寸被设定成防止该双升降机构的所述第一升降器结构相对于所述公共凸缘结构移动超过第一位置。
17.根据权利要求11所述的装置，其中，对于每个双升降机构：
该双升降机构还包括弹簧，
该双升降升机构的所述第一升降器结构是带有凸缘端的管，
该双升降机构的所述第一升降器结构具有穿过所述管的孔，所述管具有第一内径，
该双升降机构的所述第二升降器结构是具有第一部分和第二部分的圆柱形杆，所述第一部分具有第一直径，而所述第二部分具有第二直径，所述第一直径大于该双升降机构的所述第一升降器结构的所述第一内径，而所述第二直径小于该双升降机构的所述第一升降器结构的所述第一内径，且
该双升降机构的所述第二升降器结构的所述第二部分穿过该双升降机构的所述第一升降器结构中的所述孔并且穿过该双升降机构的所述弹簧。
18.根据权利要求17所述的装置，其中每个双升降机构的所述弹簧被压缩在该双升降机构的所述第一升降器结构和相对于所述公共凸缘结构固定的表面之间，使得当该双升降机构的所述第一升降机构和所述第二升降机构平移时，该双升降机构的所述第一升降机构被连续按压成与该双升降机构的所述第二升降机构的所述第一部分接触，从而导致该双升降机构的所述第一升降机构的所述第一接触表面从所述第一高度移动到所述第二高度。
19.根据权利要求11所述的装置，其中，对于每个双升降机构，用于该双升降机构的所述一个或多个致动器是单一致动器。
20.根据权利要求19所述的装置，其中，所述单一致动器是由电动马达驱动的螺杆致动器。
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