CN116711062A - 升降杆机构 - Google Patents

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R·丁德萨
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S·巴巴扬
A·侯赛因
J·H·罗杰斯
常雪杨
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Abstract

本文提供了用于基板处理腔室的升降杆机构的方法和设备。在一些实施例中，升降杆机构包括升降杆，所述升降杆包括轴，所述轴具有顶端、底端和在底端处的耦接端；波纹管组件设置在轴周围。波纹管组件包括：上波纹管凸缘，所述上波纹管凸缘具有开口以用于轴的轴向移动；波纹管，所述波纹管具有第一端，所述第一端耦接到上波纹管凸缘的下表面，使得轴延伸到由波纹管围绕的中心空间中；以及波纹管引导组件，所述波纹管引导组件耦接到波纹管的第二端以密封中心空间。轴在耦接端处耦接到波纹管引导组件。波纹管引导组件可轴向移动以相对于上波纹管凸缘移动升降杆。

Description

升降杆机构
技术领域
本公开的实施例总体上涉及用于处理基板的方法和设备。
背景技术
诸如等离子体处理腔室之类的半导体处理系统包括具有静电吸盘的基板支撑件，以用于在处理此类基板期间支撑基板。升降杆孔穿过静电吸盘形成，容纳将基板提升和/或降低到静电吸盘的支撑表面上的升降杆。
在等离子体处理腔室中，静电吸盘在基板附近受到高功率射频(RF)场和高密度等离子体的影响。发明人已观察到，在这样的等离子体处理腔室中，电弧放电可能发生在升降杆孔中并穿过升降杆孔，从而损坏基板支撑部件。
因此，发明人已提供了改进的升降杆组件的实施例。
发明内容
本文提供了用于基板处理腔室的升降杆机构的方法和设备。在一些实施例中，升降杆机构包括：升降杆，所述升降杆包括细长轴、轴的顶端、轴的底端、以及在轴的底端处的耦接端；波纹管组件，所述波纹管组件设置在轴周围。波纹管组件包括：上波纹管凸缘，所述上波纹管凸缘具有开口以促进穿过开口的轴的轴向移动；波纹管，所述波纹管具有第一端，所述第一端耦接到上波纹管凸缘的下表面，使得轴延伸到由波纹管围绕的中心空间中；以及波纹管引导组件，所述波纹管引导组件耦接到波纹管的第二端以密封靠近波纹管的第二端的中心空间，其中轴在轴的耦接端处耦接到波纹管引导组件，并且其中波纹管引导组件能相对于上波纹管凸缘轴向移动，使得波纹管引导组件相对于上波纹管凸缘的轴向运动使升降杆相对于上波纹管凸缘轴向移动。
在一些实施例中，一种基板支撑件包括：支撑板，所述支撑板被配置成支撑基板；以及设置在基板支撑件中的如本文所公开的实施例中的任一者中所述的多个升降杆机构，其中支撑板包括：多个开口，所述多个开口具有可移动地穿过其中设置的升降杆中的对应的升降杆，并且其中波纹管组件设置在支撑板内。
在一些实施例中，基板支撑件包括：静电吸盘；安装板；射频(RF)电极，所述射频电极设置在静电吸盘和安装板之间；以及多个升降杆机构，所述多个升降杆机构设置在基板支撑件内并被配置成允许对应的多个升降杆穿过静电吸盘。多个升降杆机构中的每一个都可以是如本文所公开的实施例中的任一者中所述的那样。在一些实施例中，多个升降杆机构中的每一个都可以包括：升降杆，所述升降杆包括细长轴、轴的顶端、以及在轴的底端处的耦接端；以及波纹管组件，所述波纹管组件设置在轴周围。在一些实施例中，波纹管组件包括：上波纹管凸缘，所述上波纹管凸缘具有开口以促进穿过所述开口的轴的轴向移动；波纹管，所述波纹管具有第一端，所述第一端耦接到上波纹管凸缘的下表面，使得轴延伸到由波纹管围绕的中心空间中；以及波纹管引导组件，所述波纹管引导组件耦接到波纹管的第二端以密封靠近波纹管的第二端的中心空间。轴在轴的耦接端处耦接到波纹管引导组件。波纹管引导组件能相对于上波纹管凸缘轴向移动，使得波纹管引导组件相对于上波纹管凸缘的轴向运动使升降杆相对于上波纹管凸缘轴向移动。
在一些实施例中，波纹管引导组件包括：第一波纹管引导件，所述第一波纹管引导件限定圆柱形空间；以及第二波纹管引导件，所述第二波纹管引导件耦接到第一波纹管引导件，并耦接到位于波纹管的第二端的端板上。第一波纹管引导件和第二波纹管引导件可在轴向方向上移动。第一推杆可沿轴向方向移动，第一推杆包括顶端、底端，所述底端具有的直径小于顶端，第一推杆定位在安装板中的对应形状的开口中，并且定位在第二波纹管引导件下方，其中第二波纹管引导件的底端成形为与第一推杆的顶端相配合，并且其中第一推杆的向下运动受到安装板的限制。第二推杆可沿轴向方向移动，第二推杆包括顶端和底端，第二推杆定位在第一推杆下方，其中第一推杆的底端成形为与第二推杆的顶端相配合。致动器包括耦接至第二推杆的底端的第三推杆，致动器被配置成在轴向方向上移动第三推杆。
以下描述本公开的其他和进一步的实施例。
附图说明
通过参照附图中描绘的本公开的说明性实施例，可以理解在上文简要概述并在下文更详细讨论的本公开的实施例。然而，附图仅描绘本公开的典型实施例，并且因而不被认为是对范围的限制，因为本公开可以允许其他等效实施例。
图1是根据本公开的至少一些实施例的包括升降杆机构的处理腔室的截面图。
图2是根据本公开的至少一些实施例的处于升降杆下降配置的图1的升降杆机构的截面图。
图3是根据本公开的至少一些实施例的图2的升降杆机构的一部分的截面图。
图4是根据本公开的至少一些实施例的处于升降杆上升配置的图1的升降杆机构的截面图。
图5是根据本公开的至少一些实施例的图4的升降杆机构的一部分的截面图。
图6是根据本公开的至少一些实施例的图1的升降杆组件的一部分的截面图。
图7是根据本公开的至少一些实施例的升降杆组件的一部分的截面图。
图8是根据本公开的至少一些实施例的升降杆机构的操作的示意表示。
为了便于理解，在可能的情况下，已使用相同的附图标记来表示图中共有的相同元件。附图不是按比例绘制的，并且为了清楚起见可被简化。一个实施例的元件和特征可以有益地并入其他实施例中而无需进一步叙述。
具体实施方式
本文提供了升降杆机构和结合一个或多个升降杆机构的基板处理腔室的实施例。本文所述的实施例提供了一种包括紧凑型波纹管的紧凑型升降杆机构，并且所述紧凑型升降杆机构装配在静电吸盘基板支撑件内。在操作中，波纹管是RF热的，并且整个升降杆机构保持在高压电势，这消除了在定位在静电吸盘上的基板和接地之间穿过升降杆孔的视线。波纹管将升降杆轴向向下偏置朝向静电吸盘，以便在提升后返回。波纹管还包括凸缘，所述凸缘具有允许在波纹管内进行压力控制的端口。
图1是根据本公开的至少一些实施例的包括升降杆机构200的处理腔室100的截面图。尽管在图1中仅示出一个升降杆机构200，但可以包括多个升降杆机构200。处理腔室100是例如等离子体处理腔室，适合于执行根据本发明的一个或多个等离子体工艺(例如，蚀刻工艺、沉积工艺等)。可以适于与本文中公开的教示一起使用的合适的等离子体处理腔室可从加利福尼亚州圣克拉拉市的应用材料公司获得。其他处理腔室可适于受益于本公开的方法中的一种或多种方法。
处理腔室100包括包围内部空间106(例如，处理空间)的腔室主体102和盖104。腔室主体102通常由铝、不锈钢、或其他合适的材料制成。腔室主体102通常包括侧壁108和底部110。基板支撑底座访问端口(未示出)通常限定在侧壁108中，并且由狭缝阀选择性地密封，以促进基板103从处理腔室100进入和离开。排气口126被限定在腔室主体102中，并且将内部空间106耦接至泵系统128。泵系统128通常包括一个或多个泵和节流阀，以用于排空和调节处理腔室100的内部空间106的压力。在实施例中，取决于工艺需要，泵系统128将内部空间106内的压力维持在通常在约1毫托至约500毫托之间、在约5毫托至约100毫托之间、或在约5毫托至50毫托之间的操作压力下。
在实施例中，盖104密封地支撑在腔室主体102的侧壁108上。盖104可以被开启以允许过量到处理腔室100的内部空间106。盖104包括促进光学处理监控的窗口142。在一个实施例中，窗口142由石英或其他合适的材料组成，所述材料对于由安装在处理腔室100外的光学监控系统140所利用的信号是可透射的。
光学监控系统140被定位成通过窗口142查看腔室主体102的内部空间106和/或定位在基板支撑底座组件148(例如，基板基座和基板支撑件)上的基板103中的至少一者。在一个实施例中，光学监控系统140耦接至盖104，并促进使用光学计量的集成沉积工艺以提供信息，所述信息使得能够进行工艺调整以补偿传入的基板图案特征不一致(诸如厚度等)，根据需要提供工艺状态监控(诸如等离子体监控、温度监控等)。
在实施例中，气体面板158耦接至处理腔室100以向内部空间106提供处理气体和/或清洁气体。在图1所描绘的示例中，入口132'、132”设置在盖104中，以允许将气体从气体面板158输送到处理腔室100的内部空间106。在实施例中，气体面板158适于穿过入口132'，132”并进入处理腔室100的内部空间106中而提供氧气和惰性气体，诸如氩气，或氧气和氦气处理气体或气体混合物。在一个实施例中，从气体面板158提供的处理气体至少包括包含氧化剂(诸如氧气)的处理气体。在实施例中，包括氧化剂的处理气体可进一步包括惰性气体，诸如氩气或氦气。在一些实施例中，处理气体包括诸如氢气之类的还原剂，并且可以与诸如氩气之类的惰性气体或诸如氮气或氦气之类的其他气体混合。在一些实施例中，可单独提供氯气，或与氮气、氦气和惰性气体(诸如氩气)中的至少一者组合提供。含氧气体的非限制性示例包括CO2、N2O、NO2、O2、O3、H2O等中的一者或多者。含氮气体的非限制性示例包括N2、NH3等。含氯气体的非限制性示例包括Cl2、CCl4、HCl等。在实施例中，喷头组件130耦接至盖104的内表面114。喷头组件130包括多个孔，所述多个孔允许气体以跨处理腔室100中被处理的基板103的表面的预定义分布，从入口132'，132”流过喷头组件130进入处理腔室100的内部空间106。
在一些实施例中，处理腔室100可利用电容耦合的RF能量进行等离子体处理，或者在一些实施例中，处理腔室100可以利用电感耦合的RF能量进行等离子体处理。在一些实施例中，远程等离子体源177可以可选地耦接到气体面板158，以促进在进入内部空间106进行处理之前将气体混合物与远程等离子体解离。在一些实施例中，RF源功率143通过匹配网络141耦接至喷头组件130。RF源功率143通常可操作高达约10kV并且可产生高达约10000W，例如在约200W至约5000W之间，或在1000W至3000W之间，或约1500W并且可选地以约50kHz至约200MHz的范围内的可调频率产生。
喷头组件130还包括对光学计量信号可透射的区域。光学可透射区域或通路138适合于允许光学监控系统140查看内部空间106和/或定位在基板支撑底座组件148上的基板103。通路138可以是在喷头组件130中形成或设置的材料、孔、或多个孔，所述材料、孔、或多个孔基本上可透射由光学监控系统140产生并反射到光学监控系统140的能量的波长。在一个实施例中，通路138包括窗口142，以防止气体通过通路138泄漏。窗口142可以是蓝宝石板、石英板、或其他合适的材料。窗口142可以替代地设置在盖104中。
在一个实施例中，喷头组件130配置有多个区域，所述多个区域允许分别控制流入处理腔室100的内部空间106的气体。在图1所示的示例中，喷头组件130作为内部区域134和外部区域136，内部区域134和外部区域136分别通过入口132'、132”耦接至气体面板158。
在一些实施例中，基板支撑底座组件148被设置在诸如喷头组件130之类的气体分配组件下方的处理腔室100的内部空间106中。基板支撑底座组件148在处理期间固持基板103。基板支撑底座组件148通常包括穿过其中设置的多个升降杆(未示出)，所述多个升降杆被配置成以常规方式从基板支撑底座组件148提升基板103并且促进以机器人(未示出)交换基板103。内衬垫118可以紧密地包围基板支撑底座组件148的外周。
在一个实施例中，基板支撑底座组件148包括安装板162、绝缘板163、设施板164(例如，支撑基座、导电板和/或RF电极)和静电吸盘166(例如，基板支撑件)。在至少一些实施例中，安装板162包括围绕绝缘层的接地板。安装板162耦接到腔室主体102的底部110并且包括用于将诸如流体、电源线和传感器引线等的设施布线到设施板164和静电吸盘166的通路。静电吸盘166包括电极180(例如，至少一个夹持/吸附电极)，电极180可嵌入陶瓷层中，以用于将基板103保持在喷头组件130下方。静电吸盘166可由可选的吸附电源182驱动以产生将基板103固持到吸附表面的静电力，如常规所知。替代地，可通过夹持、真空、或重力将基板103保持到基板支撑底座组件148。
基座164或静电吸盘166可包括至少一个可选的嵌入式加热器176、至少一个可选的嵌入式隔离器174和多个导管168、170，以控制基板支撑底座组件148的横向温度分布。导管168、170流体耦接到流体源172，流体源172使温度调节流体从中循环。加热器176由电源178调节。导管168、170和加热器176用于控制设施板164的温度，加热和/或冷却静电吸盘166，并最终地控制设置在其上的基板103的温度分布。可以使用多个温度传感器190、192监控静电吸盘166和设施板164的温度。静电吸盘166可进一步包括多个气体通路(未示出)，诸如凹槽，所述多个气体通路形成在静电吸盘166的基板支撑底座支撑表面中并且流体耦接至传热(或背侧)气体(诸如氦气(He))的源。在操作中，将背侧气体以受控的压力提供到气体通路中，以增强静电吸盘166与基板103之间的热传递。在实施例中，基板的温度可以维持在-150摄氏度至450摄氏度，诸如-60摄氏度至300摄氏度，或-30摄氏度至250摄氏度。
在一个实施例中，基板支撑底座组件148被配置为阴极并且包括电极180和可耦合到多个RF偏置电源184、186的设施板/RF电极164。RF偏置电源184、186耦接在设置在基板支撑底座组件148中的电极180和设施板/RF电极164与另一个电极(诸如喷头组件130或腔室主体102的顶板(例如，盖104))之间。RF偏置功率激发并维持由设置在腔室主体102的处理区域中的气体形成的等离子体放电(例如，正离子)，并在基板表面上形成阴极壳层(例如，负离子)以将正离子朝向基板表面加速。
在一些实施例中，双RF偏置电源184、186通过匹配电路188耦接到电极180和/或设置在基板支撑底座组件148中的设施板/RF电极。由RF偏置电源184、186产生的信号通过匹配电路188通过单级馈电(例如，经由被接地屏蔽覆盖的同轴传输线)输送到基板支撑底座组件148，以离子化提供在诸如处理腔室100之类的等离子体处理腔室中的气体混合物，从而提供执行蚀刻、沉积、或其他等离子体增强工艺所需的离子能量。RF偏置电源184、186通常能够产生具有从约50kHz到约200MHz的频率和在约0瓦到约15,000瓦、1瓦(W)到约10,000W、或约1W至约3,000W之间的功率的RF信号。额外的偏压电源189(诸如脉冲DC电压)可耦接到电极180和/或设施板/RF电极164以控制等离子体的特性。
在操作期间，基板103被设置在诸如处理腔室100之类的等离子体处理腔室中的基板支撑底座组件148上。处理气体和/或气体混合物通过喷头组件130从气体面板158引入腔室主体102中。诸如泵系统128之类的真空泵系统在去除蚀刻副产物的同时维持腔室主体102内部的压力。
控制器150耦接到处理腔室100以控制处理腔室100的操作(例如，压力、温度、处理气体供应、排气等)。控制器150包括CPU(中央处理单元)152、存储器154(例如，非瞬时计算机可读存储介质)和用于控制工艺序列的支持电路156。CPU 152可以是可以在工业设置中使用的任何形式的通用计算机处理器。软件例程可作为指令存储在存储器154中，所述指令当由处理器(例如，CPU 152)执行时执行本文所述的一种或多种方法，存储器154诸如随机存取存储器、只读存储器、软盘或硬盘驱动，或其他形式的数字存储。支持电路156常规地耦接到CPU 152，并且可包括高速缓存、时钟电路、输入/输出系统、电源等。控制器150与处理腔室100的各个部件之间的双向通信通过许多信号电缆进行处理。
此外，控制器150被配置用于使用一种或多种控制算法进行蚀刻控制和沉积控制，这些控制算法可存储于存储器154中。例如，控制器150被配置为发送控制信号以在操作期间控制来自一个或多个RF产生器(例如，RF偏置电源184、186、189和RF源功率143)的功率输出。例如，在至少一些实施例中，控制器150被配置为例如使用控制逻辑电路将一个或多个RF产生器作为高峰值功率射频产生器操作。为了说明的目的，控制逻辑电路在本文中被描述为控制器150的部件。替代地或附加地，控制逻辑电路可以是一个或多个RF产生器(例如，RF偏置电源184、186、189和RF源功率143)和/或匹配网络(例如，匹配电路188)的部件。
图2是根据本公开的至少一些实施例的图1的升降杆机构200的处于缩回的升降杆配置的截面图。升降杆机构200设置在基板支撑底座组件148中并且横跨静电吸盘166和基板支撑底座组件148的其他板(例如，165、164、162)。图2所示的此类板的具体配置是非限制性的示例，并且可以存在额外的板或层。尽管仅示出单个升降杆机构，但诸如升降杆机构200之类的多个升降杆机构设置在基板支撑底座组件148中。在一些实施例中，基板支撑底座组件148包括三个或更多个升降杆机构200。
升降杆机构200包括升降杆210、上引导件220、波纹管组件230和波纹管推动组件260。升降杆210包括细长轴212、在轴212顶部的头部214和在轴212底部的耦接端216(图3)。轴212是细长的、线性的并具有圆形横截面。在一些实施例中，轴212具有矩形横截面或另一种形状的横截面。耦接端216是轴212的与头部214相对的端部，并且耦接端可以被配置为与其他部件耦接。根据一些实施例，耦接端216带有螺纹以接收螺纹耦接件、具有凹口以接收卡扣配合耦接件、或者包括本领域已知的其他耦接机构。
升降杆210被配置为设置在基板支撑底座组件148中的升降杆孔224中。升降杆孔224包括在静电吸盘166中在轴向方向上的开口、从所述开口水平向外延伸的凸耳217、以及从凸耳217朝向静电吸盘166的上表面垂直向上延伸的侧壁。凸耳217与升降杆210的基座218的形状相符合。开口具有的直径比轴212的直径大一个间隙226，但比头部214的直径小。在一些实施例中，头部214的直径为约0.16英寸。在一些实施例中，间隙226为约0.002英寸。
升降杆孔224的侧壁直径大于头部214的直径，以将头部214容纳于其中并具有间隙。在一些实施例中，间隙为约0.003英寸。当升降杆210插入升降杆孔224中时，头部214的基座218安置在凸耳217上。头部214的侧壁高度等于或低于升降杆孔224的侧壁高度，使得当升降杆210完全缩回升降杆孔224时，头部214的顶表面与静电吸盘166的顶表面齐平，或低于静电吸盘166的顶表面。
上引导件220在纵向方向上刚性地设置在基板支撑底座组件148中，并且可以跨越静电吸盘166的一部分或下方的一个或多个板。上引导件220具有开口以允许轴212穿过并促进轴212在上引导件220中的轴向移动。在一些实施例中，上引导件220由聚苯硫醚(PPS)制成。
图3是根据本公开的至少一些实施例的图2的升降杆机构200的波纹管组件230部分的截面图。波纹管组件230设置在基板支撑底座组件148的RF热板内的波纹管腔室235中。波纹管组件230包括具有中心空间301的波纹管302、上波纹管凸缘232、波纹管引导组件320和夹持器组件330，上波纹管凸缘232在上波纹管凸缘232的下表面239处耦接到波纹管302的第一端或顶端303，波纹管引导组件320耦接到波纹管302的第二端或底端305，夹持器组件330在耦接端216耦接到升降杆210。在操作中，波纹管组件230被配置为保持在波纹管302的中心空间301中的真空。在一些实施例中，波纹管302包括在上波纹管凸缘232中的与中心空间301流体连通的泵端口234，以泵出或加压波纹管302。在一些实施例中，波纹管302是本领域公知的AM350波纹管。上波纹管凸缘232具有开口237，以接收从上引导件220伸出的轴212，并促进轴212的轴向移动。轴212从上波纹管凸缘232伸出到波纹管302的中心空间301中并且刚性地耦接到夹持器组件330。
波纹管引导组件320可相对于上波纹管凸缘232轴向移动，并且波纹管引导组件320的运动使升降杆210相对于上波纹管凸缘232轴向移动。夹持器组件330与波纹管引导组件320配合以在轴向方向上移动升降杆210。波纹管引导组件320包括第一波纹管引导件304、第二波纹管引导件314、以及波纹管302的端板310。端板310刚性耦接到波纹管302的底端305，并且端板310包括贯穿其中的开口307。端板310刚性地耦接到第二波纹管引导件314。此外，端板310容纳在第二波纹管引导件314的空腔321中。第二波纹管引导件314的空腔321经由开口307与中心空间301连通。第二波纹管引导件314刚性地耦接到第一波纹管引导件304，并且被第一波纹管引导件304圆柱形地包围。第一波纹管引导件304限定圆柱形空间，以用于接收波纹管302的至少一部分并促进波纹管302在圆柱形空间内的轴向移动。第二波纹管引导件314包括底端316，并且第一波纹管引导件304在波纹管引导件304的底端具有开口325，包括底端316的第二波纹管引导件314的一部分设置在开口325中。第一波纹管引导件304安置在设施板164的凸耳上，设施板164具有与开口325对齐的开口323，使得可穿过开口323和325访问底端316。
夹持器组件330包括刚性耦接到升降杆210的耦接端216的第一夹持器306、刚性耦接到第一夹持器306的第二夹持器308、以及刚性耦接到第二夹持器308的止动件312。止动件312呈倒“T”形结构，具有细长部311和底部313，底部313具有水平延伸的凸缘309。细长部311的顶部插入并耦接到第二夹持器308，并且细长部311的其余部分从第二夹持器308轴向伸出，轴向穿过端板310的开口307，并且底部313设置在空腔321内。细长部311的直径小于开口307的直径，而凸缘309的直径大于开口307的直径，使得凸缘309被限制在空腔321内。细长部311具有长度，使得在升降杆210的缩回配置中，底部313悬挂在距端板310的间隙318和距第二波纹管引导件314的内基座表面317的间隙319处。在一些实施例中，止动件312包括在凸缘309的中心中面向内基座表面317的万向节(gimbal)315。由于升降杆210、第一夹持器306、第二夹持器308和止动件312之间的刚性耦接，止动件312的轴向运动转化为升降杆210的轴向运动。
如图2所示，波纹管推动组件260包括第一推杆240、第二推杆252、和具有第三推杆253的致动器250。第一推杆240可在引导通道243内轴向移动，并穿过设施板164中的开口325和323接触第二波纹管引导件314的底端316。第一推杆240包括肩部246，肩部246配置成与引导通道243中的凸耳247接合，从而防止第一推杆240穿过开口257向下运动。在缩回的配置中，肩部246安置在凸耳247上，并且第一推杆240被悬挂，使得在第一推杆240的底端316和顶端242之间存在间隙241，并且第一推杆240的底端244不延伸穿过开口257。第一推杆240在缩回的配置中与波纹管引导组件320机械解耦。
第二推杆252和第三推杆253可在引导通道251内轴向移动，并穿过引导通道243和251之间的开口257。致动器250被配置成将轴向力施加到第三推杆253，使第三推杆253轴向移动。在一些实施例中，致动器250是具有诸如第三推杆253之类的外加丝杠(captive leadscrew)的电机。第三推杆253与第二推杆252刚性耦接，使得第三推杆253的轴向运动引起第二推杆252的相应轴向运动。在缩回的配置中，第二推杆252与第一推杆240由间隙259隔开，并且第二推杆252与第一推杆240机械解耦。第二推杆252具有肩部255并且引导通道251具有凸耳261。在一些实施例中，由致动器250引起的第二推杆252的轴向位移范围受到控制(例如，通过电机编码器)，从而防止肩部255和凸耳261彼此接触。
第一波纹管引导件304可在波纹管腔室235内轴向移动。第二波纹管引导件314和端板310刚性地耦接到第一波纹管引导件304。第二波纹管引导件314的向上轴向运动引起第一波纹管引导件304和端板310的相应轴向运动，从而在波纹管引导组件320朝向上波纹管凸缘232轴向向上移动时压缩波纹管302。此外，第二波纹管引导件314的向上轴向运动使内基座表面317在轴向向上的方向上推动止动件312的万向节315(如果存在)或底部313，这进而转换为升降杆210的轴向向上运动。
在图2和图3所示的缩回的配置中，波纹管302安装有弹簧力以将波纹管引导组件320轴向向下偏置。波纹管302的弹簧刚度大于波纹管302上的向上大气压力，从而产生使波纹管引导组件320轴向向下偏置的预加载力。预加载力配置成使波纹管302伸长，使得波纹管引导组件320停止在限定在设施板164中的波纹管腔室235的基座。在缩回的配置中，止动件312的底部313在与端板310的间隙318以及与内基座表面317的间隙319处悬挂在空腔321中。
运动传感器256例如经由光学通道258光学耦接到波纹管引导组件320。运动传感器256被配置为检测波纹管302或波纹管引导组件320中的至少一个的位置。诸如控制器150或类似控制器的控制器利用检测到的位置来确定波纹管302的正确操作。例如，如果波纹管302在启动缩回的配置时没有展开，则控制器可以产生警报，或以其他方式修改处理腔室100的操作。在一些实施例中，运动传感器256嵌入基板支撑底座组件148的板中的一者。
在一些实施例中，升降杆210包括Al2O3，上引导件包括PPS和/或Al2O3，第一夹持器306和第二夹持器308包括铝或不锈钢，推杆240、252、253中的一个或多个包括本文公开的升降杆机构的各种其他部件可包括诸如聚醚醚酮(PEEK)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚苯硫醚(PPS)和/>聚亚酰胺之类的材料。在一些实施例中，波纹管是AM350波纹管。
图4是根据本公开的至少一些实施例的处于升降杆210的提升配置的图1的升降杆机构200的截面图。为实现提升配置，第三推杆253将第二推杆252移动到预定高度，使得第二推杆252由于与引导通道251中的凸耳261接合而停止。第二推杆252轴向向上移动，覆盖间隙259，并推动第一推杆240。第一推杆240进而轴向向上移动，覆盖间隙241，并在轴向向上的方向上推动第二波纹管引导件314的底端316。第二波纹管引导件314的向上轴向运动引起波纹管引导组件320的向上轴向运动，如上文所解释地，这导致波纹管302压缩，并且升降杆210被提升并从静电吸盘166中的升降杆孔224伸出。
图5是根据本公开的至少一些实施例的图4的升降杆机构200的波纹管组件230部分的截面图。图4和图5示出在提升配置中，升降杆210的头部214达到距静电吸盘166的顶面的高度202。第二推杆252的顶端254与第一推杆240的底端244直接接触。第一推杆240的顶端242与第二波纹管引导件314的底端316直接接触。第二推杆252在向上运动中受到凸耳261的约束，并且所有线性元件(诸如推杆、间隙、止动件、夹持器和升降杆)的尺寸都被配置成达到高度202。
图6是根据本公开的至少一些实施例的处于缩回的配置的图1的升降杆机构200的一部分的截面图。升降杆210的头部214的基座218安置在静电吸盘166中的升降杆孔224的凸耳217上。引导通道226提供开口以促进轴212穿过其中轴向移动到上引导件220。在上引导件220和静电吸盘166与板165之间设置有填充物215，并且在静电吸盘166和板165之间设置有填充物213。在缩回的配置中，基座218与凸耳217紧密接触，凸耳217与填充物213和215一起用作防止或减少升降杆电弧放电的屏障。在一些实施例中，基座218和/或凸耳217具有在约4微英寸至约64微英寸之间的表面光洁度Ra。在一些实施例中，升降杆机构200被配置为偏置头部214以在静电吸盘166上施加至少等于升降杆210和夹持器组件330的重量(例如，约0.01磅到10磅)的力。
图7是根据本公开的至少一些实施例的处于缩回的配置的升降杆机构700的一部分的截面图。升降杆机构700类似于图6所示的升降杆机构200，除了升降杆机构700的升降杆710与升降杆机构200的升降杆210不同。升降杆710包括插入对应的升降杆孔724中的轴712。与包括头部的升降杆210不同，升降杆710不包括头部，并且是直销，并且相应地，与包括凸耳217的升降杆孔224不同，升降杆孔724不包括凸耳。引导通道726提供开口以促进轴712穿过其中轴向移动到上引导件220。在上引导件220和静电吸盘166与板165之间设置有填充物715，并且在静电吸盘166和板165之间设置有填充物713。在缩回的配置中，升降杆710安置在升降杆孔724中的凹进位置，其中升降杆710的顶部低于静电吸盘的顶表面。填充物713和715用作防止或减少升降杆电弧放电的屏障。
图8是根据本公开的至少一些实施例的升降杆机构200的操作的示意表示，其中升降杆机构200处于缩回的配置，使得升降杆210完全缩回至静电吸盘166中。不同于图3的配置，在图3的配置中波纹管引导组件320的向下轴向运动由设施板164提供的凸耳或波纹管腔室235中的凸耳所约束，在图8所示的配置中，波纹管引导组件320不具有限制其向下运动的凸耳。替代地，波纹管引导组件320的向下运动受到升降杆210的头部214的约束。特别地，升降杆210的头部214的基座218安置在静电吸盘166中的升降杆孔的凸耳217上。升降杆210与夹持器组件330刚性耦接，夹持器组件330通过底部313和端板310的接合而支撑波纹管引导组件320，并且因此，头部214的基座218承受预加载。通过配置波纹管302的弹簧力将预加载配置为期望值，使得当被大气压力的力平衡时，在升降杆210的基座218上实现期望的预加载。
虽然前述内容是针对本公开的实施例，但在不脱离本公开的基本范围的情况下，可设想本公开的其他和进一步的实施例。

Claims (20)

1.一种升降杆机构，包括：
升降杆，所述升降杆包括细长轴、所述轴的顶端、所述轴的底端、以及在所述轴的所述底端处的耦接端；
波纹管组件，所述波纹管组件设置在所述轴周围，所述波纹管组件包括：
上波纹管凸缘，所述上波纹管凸缘具有开口以促进穿过所述开口的所述轴的轴向移动；
波纹管，所述波纹管具有第一端，所述第一端耦接到所述上波纹管凸缘的下表面，使得所述轴延伸到由所述波纹管围绕的中心空间中；以及
波纹管引导组件，所述波纹管引导组件耦接到所述波纹管的第二端以密封靠近所述波纹管的所述第二端的所述中心空间，其中所述轴在所述轴的所述耦接端处耦接到所述波纹管引导组件，并且其中所述波纹管引导组件能相对于所述上波纹管凸缘轴向移动，使得所述波纹管引导组件相对于所述上波纹管凸缘的轴向运动使所述升降杆相对于所述上波纹管凸缘轴向移动。
2.如权利要求1所述的升降杆机构，其中所述波纹管引导组件包括：
第一波纹管引导件，所述第一波纹管引导件为所述波纹管的一部分限定圆柱形空间；以及
第二波纹管引导件，所述第二波纹管引导件耦接到所述第一波纹管引导件，并耦接到位于所述波纹管的所述第二端的端板上，所述第一波纹管引导件和所述第二波纹管引导件能在轴向方向上移动。
3.如权利要求2所述的升降杆机构，进一步包括波纹管推动组件，所述波纹管推动组件包括：
第一推杆，所述第一推杆能沿轴向方向移动，所述第一推杆包括顶端、底端，所述底端具有的直径小于所述顶端，所述第一推杆定位在所述第二波纹管引导件下方，其中所述第二波纹管引导件的底端成形为与所述第一推杆的所述顶端相配合；
第二推杆，所述第二推杆能沿所述轴向方向移动，所述第二推杆包括顶端和底端，所述第二推杆定位在所述第一推杆下方，其中所述第一推杆的所述底端成形为与所述第二推杆的所述顶端相配合；以及
致动器，所述致动器包括与所述第二推杆的所述底端耦接的第三推杆，所述致动器被配置成在所述轴向方向上移动所述第三推杆。
4.如权利要求2所述的升降杆机构，其中所述轴与所述波纹管的所述耦接包括：
第一夹持器，所述第一夹持器耦接到所述轴的所述耦接端；
第二夹持器，所述第二夹持器耦接到所述第一夹持器；
止动件，所述止动件包括：
顶部，所述顶部耦接到所述第二夹持器；
细长部，所述细长部穿过所述端板的中心开口；以及
底部，所述底部定位在由所述端板和所述第二波纹管引导件限定的空腔中，所述底部包括：
凸缘，所述凸缘具有的直径大于所述端板的所述中心开口的直径；以及
万向节，所述万向节在所述凸缘的中心处并面向所述第二波纹管引导件。
5.如权利要求1至权利要求4中任一项所述的升降杆机构，进一步包括：
运动传感器，所述运动传感器光学耦接到所述波纹管引导组件并被配置为检测所述波纹管或所述波纹管引导组件中的至少一者的位置。
6.如权利要求1至权利要求4中任一项所述的升降杆机构，其中所述顶端包括头部，并且其中所述头部的基座具有在约4微英寸和64微英寸之间的Ra表面光洁度。
7.如权利要求6所述的升降杆机构，其中所述升降杆被配置为插入形成在静电吸盘中的升降杆孔中，所述升降杆孔包括：
用于所述升降杆的所述轴的开口；以及
从所述轴的所述开口向外和选择性地向上延伸的凸耳；
其中所述头部的所述基座成形为当所述升降杆处于缩回的配置时与所述凸耳紧密接触；以及
其中当所述升降杆处于所述缩回的配置时，所述头部的所述顶部与所述静电吸盘的顶表面齐平。
8.如权利要求7所述的升降杆机构，其中所述顶端包括头部，并且其中所述头部从所述轴水平向外延伸，所述头部和所述轴形成“T”形。
9.如权利要求7所述的升降杆机构，其中所述升降杆孔包括从所述凸耳垂直向上延伸到所述静电吸盘的上表面的侧壁。
10.如权利要求1至权利要求4中任一项所述的升降杆机构，其中所述顶端和所述轴形成直销。
11.如权利要求1至权利要求4中任一项所述的升降杆机构，进一步包括：
上引导件，所述上引导件包括顶端、底端、以及从所述顶端延伸到所述底端的第一开口，其中所述轴设置为穿过所述第一开口并且能轴向移动穿过所述第一开口。
12.一种基板支撑件，包括：
支撑板，所述支撑板被配置成支撑基板；以及
多个升降杆机构，所述多个升降杆机构设置在所述基板支撑件内，每个升降杆机构包括：
升降杆，所述升降杆包括细长轴、所述轴的顶端、所述轴的底端、以及在所述轴的所述底端处的耦接端；以及
波纹管组件，所述波纹管组件设置在所述轴周围，所述波纹管组件包括：
上波纹管凸缘，所述上波纹管凸缘具有开口以促进穿过所述开口的所述轴的轴向移动；
波纹管，所述波纹管具有第一端，所述第一端耦接到所述上波纹管凸缘的下表面，使得所述轴延伸到由所述波纹管围绕的中心空间中；以及波纹管引导组件，所述波纹管引导组件耦接到所述波纹管的第二端以密封靠近所述波纹管的所述第二端的所述中心空间，其中所述轴在所述轴的所述耦接端处耦接到所述波纹管引导组件，并且其中所述波纹管引导组件能相对于所述上波纹管凸缘轴向移动，使得所述波纹管引导组件相对于所述上波纹管凸缘的轴向运动使所述升降杆相对于所述上波纹管凸缘轴向移动。
13.如权利要求12所述的基板支撑件，其中所述支撑板包括多个开口，所述多个开口具有可移动地穿过其中设置的所述升降杆中的对应的升降杆，并且其中所述波纹管组件设置在所述支撑板内。
14.如权利要求12所述的基板支撑件，其中所述支撑板包括静电吸盘。
15.如权利要求14所述的基板支撑件，其中所述支撑板进一步包括
安装板；以及
射频(RF)电极，所述射频电极设置在所述静电吸盘和所述安装板之间。
16.如权利要求15所述的基板支撑件，其中所述波纹管引导组件包括：
第一波纹管引导件，所述第一波纹管引导件限定圆柱形空间，以及
第二波纹管引导件，所述第二波纹管引导件耦接到所述第一波纹管引导件，并耦接到位于所述波纹管的所述第二端的端板上，所述第一波纹管引导件和所述第二波纹管引导件能在轴向方向上移动。
17.如权利要求16所述的基板支撑件，其中每个升降杆机构进一步包括：
第一推杆，所述第一推杆能沿轴向方向移动，所述第一推杆包括顶端、底端，所述底端具有的直径小于所述顶端，所述第一推杆定位在所述安装板中的对应形状的开口中，并且定位在所述第二波纹管引导件下方，其中所述第二波纹管引导件的底端成形为与所述第一推杆的所述顶端相配合，并且其中所述第一推杆的向下运动受到所述安装板的限制；
第二推杆，所述第二推杆能沿所述轴向方向移动，所述第二推杆包括顶端和底端，所述第二推杆定位在所述第一推杆下方，其中所述第一推杆的所述底端成形为与所述第二推杆的所述顶端相配合；以及
致动器，所述致动器包括与所述第二推杆的所述底端耦接的第三推杆，所述致动器被配置成在轴向方向上移动所述第三推杆。
18.如权利要求16所述的基板支撑件，其中所述轴与所述波纹管的所述耦接包括：
第一夹持器，所述第一夹持器耦接到所述轴的所述耦接端；
第二夹持器，所述第二夹持器耦接到所述第一夹持器；以及
止动件，所述止动件包括：
顶部，所述顶部耦接到所述第二夹持器；
细长部，所述细长部穿过所述端板的中心开口；以及
底部，所述底部定位在由所述端板和所述第二波纹管引导件限定的空腔中，所述底部包括：
凸缘，所述凸缘具有的直径大于所述端板的所述中心开口的直径；以及
万向节，所述万向节定位在所述凸缘的中心并面向所述第二波纹管引导件。
19.如权利要求12至权利要求18中任一项所述的基板支撑件，其中所述支撑板包括升降杆孔，所述升降杆被配置成插入所述升降杆孔中，并且所述升降杆孔包括：
用于所述升降杆的所述轴的开口；以及
从所述轴的所述开口向外和选择性地向上延伸的凸耳；
其中所述升降杆的头部的基座成形为当所述升降杆处于缩回的配置时与所述凸耳紧密接触；以及
其中当所述升降杆处于所述缩回的配置时，所述升降杆的所述头部的顶部与所述支撑板的顶表面齐平。
20.如权利要求16至权利要求18中任一项所述的基板支撑件，其中所述安装板进一步包括设置在所述静电吸盘下方的导电板，其中所述波纹管引导组件设置在所述导电板内。
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