TW201944451A - 基板總成、基板支架總成及處理設備 - Google Patents

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賽門 羅芙爾
凱文 安葛林
泰勒 洛克威爾
奎斯 坎貝兒
凱文 Ｍ 丹尼爾斯
理查德 Ｊ 赫爾特
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Abstract

一種基板總成可包括外部暈圈，所述外部暈圈包含第一材料並界定第一孔隙。所述基板總成也可包括暈環，所述暈環包含第二材料且至少部分地設置在所述第一孔隙內。所述暈環可界定同心地定位在所述第一孔隙內的第二孔隙，其中所述暈環耦合以在其中容置基板。

Description

改良製程均勻性之基板暈圈配置
本發明的實施例涉及半導體工件處理，且更具體來說，涉及利用達成製程均勻性的基板暈圈的半導體工件處理。
相關申請
本申請主張在2018年3月1日提出申請、標題為改良製程均勻性的基板暈圈配置（SUBSTRATE HALO ARRANGEMENT FOR IMPROVED PROCESS UNIFORMITY）的美國臨時專利申請第62/637,164號的優先權，所述美國臨時專利申請全文併入本文供參考。
對於電漿輔助（plasma-aided）及離子束輔助（ion beam-aided）裝置處理來說，目標常常是在基板上產生製程均勻性。例如半導體晶片等基板常常被定位成由硬體（例如，暈圈）環繞以保護未被設計成接收電漿或離子束處理的處理室、基板或其他組件。儘管基板的大部分可接收相對均勻的處理，但頻繁的觀察到在基板的周邊附近存在邊緣效應，其中所述邊緣效應可包括非均勻的處理結果、以及污染、顆粒產生及其他非期望的結果。
有鑒於這些及其他考慮，提供本公開。
在一個實施例中，一種基板總成可包括外部暈圈，所述外部暈圈包含第一材料並界定第一孔隙。基板支架可包括暈環，其中所述暈環包含第二材料且至少部分地設置在所述第一孔隙內。所述暈環可界定同心地定位在所述第一孔隙內的第二孔隙，其中所述暈環耦合以在其中容置基板。
在另一實施例中，一種基板支架總成可包括基板台板（substrate platen），其中所述基板台板被設置成在基板位置處支撐基板。所述基板支架總成也可包括暈環，所述暈環設置在所述基板位置周圍。所述基板支架總成還可包括外部暈圈，其中所述外部暈圈包含第一材料且設置在所述暈環周圍。所述外部暈圈可界定第一孔隙，其中所述外部暈圈被設置成與所述暈環接合。所述暈環可包含第二材料且可至少部分地設置在所述第一孔隙內。所述暈環可界定同心地定位在所述第一孔隙內的第二孔隙。
在另一實施例中，一種處理設備可包括：處理室；以及基板支架總成，設置在所述處理室中。所述基板支架總成可包括基板台板，其中所述基板台板被設置成在基板位置處支撐基板。所述基板支架總成也可包括暈環，所述暈環設置在所述基板位置周圍。所述基板支架總成還可包括外部暈圈，所述外部暈圈包含第一材料，其中所述外部暈圈設置在所述暈環周圍且被配置成與所述暈環接合。所述暈環可包含與所述外部暈圈不同的第二材料。
在下文中，現將參照附圖來更充分地闡述本公開實施例，所述附圖示出一些實施例。本公開的主題可實施為許多不同的形式且不應被視為僅限於本文所述實施例。提供這些實施例是為了使本公開將透徹及完整，並將向所屬領域中的技術人員充分傳達所述主題的範圍。在所述圖式中，相同的編號在通篇中指代相同的元件。
除非另外指明，否則本文所用的以單數形式進行描述且前面帶有詞「一（a或an）」的元件或操作被理解為也可能包括多個元件或多個操作。此外，已在一個或多個元件或元件的上下文中闡述了各種實施例。元件或元件可包括被配置成執行某些操作的任意結構。儘管可以有限數目的元件在某一拓撲結構（topology）中以舉例方式闡述實施例，但實施例在給定實施方式所期望的交替拓撲結構中可包括更多或更少的元件。注意，對「一個實施例」或「實施例」的任意提及是指結合實施例闡述的特定特徵、結構或特性包括在至少一個實施例中。在說明書各處出現的短語「在一個實施例中」、「在一些實施例中」及「在各種實施例中」未必全部指同一實施例。
現在參照圖1A，示出了一種處理設備100，其中處理設備100可用於處理例如半導體晶片等基板。處理設備100包括處理室102。處理室102包括基板支架總成106，其中以下詳細闡述基板支架總成106的結構及功能。簡略來說，基板支架總成106可包括基板台板108，基板台板108被設置成保持基板110、外部暈圈112以及暈環114。外部暈圈112以及暈環114可充當基板總成116以調整並改良對基板的處理。如在圖1A中所示，處理室102可包含用於對設置在基板總成116中的基板110進行處理的處理物質104。
如進一步在圖1A中所示，外部暈圈112界定第一孔隙，所述第一孔隙的邊緣由A1示出，而暈環114界定第二孔隙，所述第二孔隙的邊緣由A2示出，其中所述第二孔隙同心地定位在所述第一孔隙內。如圖所示，暈環114可耦合以在第二孔隙內容置基板110。
根據不同實施例的處理設備100可為用於對基板110執行蝕刻操作的蝕刻工具、沉積工具或蝕刻及沉積工具的組合。在一些實施例中，處理設備100可為植入工具以將植入物質引入到基板110中。因此，處理設備100可為基於電漿的工具，包括電漿蝕刻工具（例如，反應離子蝕刻工具）、電漿摻雜（plasma doping，PLAD）設備、電漿輔助化學氣相沉積（plasma assisted chemical vapor deposition，PECVD）工具、離子束工具、反應離子束蝕刻工具或其他工具。
如在圖1A中示意性地示出，處理設備100可產生並含有處理物質104，其中處理物質104可代表用於執行對基板110的基板處理的恰當的物質。因此，處理物質可包括離子、反應離子、反應中性粒子（reactive neutral）、植入物質等。儘管處理物質104被示出為包含在處理室102內，但在各種實施例中，處理設備100可包括多個從處理室102分離的室，包括離子源、電漿源。在其他實施例中，處理室102可為電漿室。各實施例並不僅限於此上下文。
現在轉向圖1B，圖1B示出了示出基板總成116的一個實施例的前視圖。在此實例中，處理物質104被配置為在X-Y平面內的橫截面中所示的伸長的離子束或帶狀束。可通過如在已知設備中的提取板（extraction plate）從電漿室提供所述帶狀束。現在參照圖1C，示出了處理設備150，其中處理設備150包括鄰近處理室102的電漿室152。處理物質104作為帶狀束從如在已知設備中的電漿室102中的電漿154進行提取。
如在圖1B及圖1C中所示，基板支架總成106可在一些實施例中沿平行於Y軸的方向被掃描，如由箭頭所示。在一些實施例中，含有處理物質104的帶狀束可由寬度W表徵，其中寬度W超出基板直徑DS 。如此一來，可利用處理物質104對整個基板110進行處理。
根據各種實施例，外部暈圈112可由第一材料（例如，任意適當的材料）構成。外部暈圈可例如為被塗布以陶瓷或其他材料的金屬，其中所述外部暈圈被設計成抵抗處理物質104的離子束進行的處理。根據一些實施例，暈環114可包含第二材料，其中所述第二材料可不同於第一材料。
在特定實施例中，暈環114可以可逆可拆卸的方式耦合到外部暈圈112，如以下詳細闡述。暈環114因此可代表任意數目的不同的暈環，其中暈環114的材料可根據特定的應用進行選擇。因此，一個暈環114可代替另一個暈環，從而使得能夠因磨損或損壞而進行替換。因此，在恰當時，由第一暈環材料製成的第一暈環可代替由第二暈環材料製成的第二暈環。舉例來說，當基板110的材料被改變或當處理設備100的處理條件被充分更改時，交換暈環114與另一暈環可為恰當的。
在暈環114可模仿基板110的某些性質的意義上來說，根據本公開的各種實施例的基板總成116的一個功能是延長基板110的直徑。作為實例，當基板110是矽晶片或矽合金晶片時，暈環114可由類似的材料（例如，矽或碳化矽）構成。如此一來，可減小或消除否則可由處理物質104在基板110的邊緣附近產生的邊緣效應，因為基板110及暈環114「似乎」作為具有直徑DH 的基板出現在處理物質104中。因此，由於寬度W可超過基板的直徑DS ，所以可在由處理物質104界定的帶狀束的外邊緣或暈環114的外邊緣處出現任意邊緣效應。
作為參考，在已知的暈圈配置中，暈圈可為由金屬（例如，鈦）形成的整體式部件，以在離子束或電漿的處理下提供機械及熱魯棒性（mechanical and thermal robustness）。因此，可至少部分地由於基板與暈圈之間的材料差異而在基板與暈圈交匯的區域附近產生邊緣效應。
根據一些非限制性實施例，直徑DH 可超出寬度W，其中在掃描期間，由處理物質104界定的帶狀束的外邊緣在最寬部分處在暈環114的材料上方進行掃描。根據各種實施例，直徑DH 可超出300 mm，且在一些情形中，可處於450 mm的範圍中。暈環114的寬度WR 可大約為15 mm到75 mm。各實施例並不僅限於此上下文。
根據不同的實施例，暈環114可以不同的方式機械耦合到外部暈圈112。如在圖1A中所示，外部暈圈112可包括外部部分120及凸台（ledge）122，其中外部部分120包括第一厚度且凸台122包括小於所述第一厚度的第二厚度，其中凸台122的內邊緣界定第一孔隙，且其中凸台122被設置成與暈環114接合。注意，暈環114可薄於外部部分120，因此外部暈圈112與設置在凸台122上的暈環114可彼此共面。凸台122的內邊緣123界定第一孔隙，且其中所述凸台被設置成與所述暈環接合。
在各種實施例中，基板總成還可包括緊固件總成，其中所述緊固件總成被設置成將外部暈圈112可逆地貼附到暈環114。
圖2A繪示根據本公開的另一些實施例的基板總成200。基板總成200被配置成上部暈圈112A及下部暈圈112B，其中暈環114同心地配置在上部暈圈112A內。基板總成200還包括配置為多個緊固件206的緊固件總成，所述緊固件總成將暈環114耦合到上部暈圈112A。暈環114也可與分佈在周緣周圍的隱藏銷（hidden pin）204接合。
現在轉向圖2B，圖2B示出了在緊固件206附近通過圖2A的截面A-A的剖視圖。如在本文中所示，基板總成200也可包括背側間隙環208，以防止電場或材料穿透到基板110與暈環114之間的區域中。背側間隙環208定位在暈環114的一部分之後且也位於暈環114與基板110的基板位置P之間的間隙115內，從而在基板110處於恰當位置時阻擋材料進入此間隙。提供背側間隙環208可使得能夠結合基板支架總成使用替代形狀、塗層、材料及偏壓等。
在此實施例中，緊固件206包括支柱214，其中支柱214可為陶瓷或塗布材料。如在圖2C的放大圖中所示，緊固件206還可包括夾具210以及自容式彈簧腔總成（self-contained spring capsule assembly）212。自容式彈簧腔總成212可被配置成對被產生用來將暈環114夾緊到外部暈圈112的力進行限制。在示例性實施例中，由緊固件206產生的最大力可為1 lb到1.5 lb。對夾緊力的此種限制有助於確保暈環114不會斷裂，此在其中暈環114是由例如矽等脆性材料製成的實施例中尤其有用。在其他實施例中，可使用彈簧夾（spring clip）代替自容式腔總成。各實施例並不僅限於此上下文。
轉向圖3，圖3示出了基板總成300的實施例，其中暈環302包括外環306以及設置在外環306內的內環304。內環304可如上所述界定第二孔隙。外環306與內環304可通過在圖3的實例中被示出為間隔件308的間隙或間隔件而彼此分離或彼此電隔離。在一些實施例中，外環306包含第一環材料，且內環304包含不同於第一環材料的第二環材料。根據一些實施例，內環304可被施加電偏壓，或外環306可被施加電偏壓，而在一些實施例中，內環304與外環306可被個別地耦合以接收不同的電偏壓，如分別由電壓源310及電壓源312所示。在一些實施例中，基板台板108也可耦合到電壓源320，而外部暈圈112單獨耦合到電壓源322。因此，在操作期間，施加到內環304及外環306的電壓可彼此相同或可彼此不同。另外，內環304及外環306中的一者或兩者可以與施加到基板台板108的電壓相同的電壓或與施加到基板台板108的電壓不同的電壓被施加偏壓。類似地，外部暈圈112可耦合以接收與被施加到內環304、外環306及基板台板108中的任一者的電壓相同或不同的電壓。
在一個實施例中，內環304、外環306或所述兩者可被配置成分別從被提供到基板110的任意加熱（如分別由加熱器316及加熱器318所示）接收加熱。根據不同的實施例，外環306及內環304可耦合以接收彼此不同的溫度。基板台板108或基板110可耦合到加熱器324以分別從內環304及外環306被加熱，而外部暈圈112獨立地耦合到加熱器326。因此，該些組件中的每一者可被加熱到與基板總成300的每一其他元件的溫度相同或不同的溫度。
可靈活地配置暈環（例如，暈環302）以界定多個平面，例如用於內環304的第一平面以及用於外環306的第二平面。因此，通過獨立於基板台板或獨立於外部暈圈向暈環或內部暈環及外部暈環提供偏壓或加熱，可仔細地調整或控制基板的周邊附近的局部環境，以將邊緣效應考慮在內並改良製程均勻性。
在其中結合對矽晶片的蝕刻在離子束蝕刻系統中採用矽暈圈的特定實施例中，在晶片上的蝕刻速率變化從不使用暈環時為5%的非均勻性改良為使用暈環時1%的均勻性。
儘管上述配置強調在外部暈圈的前方安裝暈環，但根據本公開的實施例其他配置也是可能的。舉例來說，相反可使用環形夾子來將暈環緊固到外部暈圈。此外，可使用後部安裝暈環，或靜電夾緊（electrostatic clamping）。
概括來說，本文中所述的實施例提供至少以下技術優點。第一個優點是本公開實施例在通過提供可拆卸的暈環來減小邊緣效應方面提供靈活性，其中可改變暈環的材料以適應基板變化或製程變化。第二個優點是使用窄的插入件（narrow insert）作為暈環使得能夠輕易地更換材料以適應磨損。
本公開的範圍不受本文所述具體實施例限制。實際上，通過閱讀以上說明及附圖，對所屬領域中的普通技術人員來說，除本文所述實施例及修改形式以外的本公開的其他各種實施例及對本公開的各種修改形式也將顯而易見。因此，這些其他實施例及修改形式都旨在落於本公開的範圍內。此外，本文中已在用於特定目的的特定環境中的特定實作方式的上下文中闡述了本公開。所屬領域中的普通技術人員將認識到，其適用性並不僅限於此且本公開可出於任意數目的目的而有益地實作於任意數目的環境中。因此，以上提出的權利要求書應根據本文所述本公開的全部廣度及精神來加以解釋。
100‧‧‧處理設備
102‧‧‧處理室
104‧‧‧處理物質
106‧‧‧基板支架總成
108‧‧‧基板台板
110‧‧‧基板
112‧‧‧外部暈圈
112A‧‧‧上部暈圈
112B‧‧‧下部暈圈
114‧‧‧暈環
115‧‧‧間隙
116‧‧‧基板總成
120‧‧‧外部部分
122‧‧‧凸台
123‧‧‧內邊緣
150‧‧‧處理設備
152‧‧‧電漿室
154‧‧‧電漿
200‧‧‧基板總成
204‧‧‧隱藏銷
206‧‧‧緊固件
208‧‧‧背側間隙環
210‧‧‧夾具
212‧‧‧自容式彈簧腔總成
214‧‧‧支柱
300‧‧‧基板總成
302‧‧‧暈環
304‧‧‧內環
306‧‧‧外環
308‧‧‧間隔件
310、312‧‧‧電壓源
316、318‧‧‧加熱器
320、322‧‧‧電壓源
324、326‧‧‧加熱器
A-A‧‧‧切割線/截面
A1、A2‧‧‧邊緣
DH‧‧‧直徑
DS‧‧‧基板直徑
P‧‧‧基板位置
W‧‧‧寬度
WR‧‧‧寬度
X、Y、Z‧‧‧方向軸
附圖示出本公開的示例性方式，包括本公開原理的實際應用，附圖如下：
圖1A是示出根據本公開實施例的處理設備的側視圖的示意圖。
圖1B是示出根據本公開實施例的基板支架總成的前視圖的示意圖。
圖1C是示出根據本公開實施例的另一處理設備的側視圖的示意圖。
圖2A是示出根據本公開實施例的另一基板支架總成的前透視圖。
圖2B是沿圖2A的切割線A-A截取的剖視圖。
圖2C是圖2B的一部分的放大圖。
圖3是根據本公開其他實施例的額外的基板支架總成的透視圖。
所述圖式未必按比例繪製。所述圖式僅為示意圖，並非旨在描繪本公開的具體參數。所述圖式旨在繪示本公開的示例性實施例，且因此不應被視為對範圍進行限制。在所述圖式中，相同的編號表示相同的元件。

Claims (15)

  1. 一種基板總成，包括： 外部暈圈，所述外部暈圈包含第一材料，所述外部暈圈界定第一孔隙；以及 暈環，所述暈環包含第二材料且至少部分地設置在所述第一孔隙內，所述暈環界定同心地定位在所述第一孔隙內的第二孔隙，其中所述暈環耦合以在其中容置基板。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的基板總成，其中所述外部暈圈包含金屬。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的基板總成，其中所述暈環包含矽或碳化矽。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的基板總成，其中所述暈環包括外環及設置在所述外環內的內環，所述內環界定所述第二孔隙，其中所述外環包含第一環材料，且所述內環包含與所述第一環材料不同的第二環材料。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的基板總成，更包括緊固件總成，所述緊固件總成被設置成將所述外部暈圈可逆地貼附到所述暈環。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的基板總成，其中所述緊固件總成包括自容式彈簧腔總成。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的基板總成，其中所述外部暈圈包括外部部分及凸台，其中所述外部部分包括第一厚度且所述凸台包括小於所述第一厚度的第二厚度，其中所述凸台的內邊緣界定所述第一孔隙，且其中所述凸台被設置成與所述暈環接合。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的基板總成，更包括背側間隙環，所述背側間隙環被設置成鄰近所述暈環且位於所述暈環與基板位置之間的間隙內，所述基板位置位於所述第二孔隙內。
  9. 一種基板支架總成，包括： 基板台板，所述基板台板被設置成在基板位置處支撐基板； 暈環，所述暈環設置在所述基板位置周圍；以及 外部暈圈，所述外部暈圈包含第一材料，所述外部暈圈設置在所述暈環周圍且界定第一孔隙，其中所述外部暈圈被設置成與所述暈環接合， 所述暈環包含第二材料且至少部分地設置在所述第一孔隙內，所述暈環界定同心地定位在所述第一孔隙內的第二孔隙。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的基板支架總成，其中所述外部暈圈包含金屬。
  11. 如申請專利範圍第9項所述的基板支架總成，其中所述暈環包含矽或碳化矽。
  12. 如申請專利範圍第9項所述的基板支架總成，其中所述暈環包括外環及設置在所述外環內的內環，所述內環界定所述第二孔隙，其中所述外環包含第一環材料，且所述內環包含與所述第一環材料不同的第二環材料。
  13. 如申請專利範圍第9項所述的基板支架總成，更包括緊固件總成，所述緊固件總成被設置成將所述外部暈圈可逆地貼附到所述暈環。
  14. 如申請專利範圍第9項所述的基板支架總成，更包括背側間隙環，所述背側間隙環被設置成鄰近所述暈環且位於所述暈環與基板位置之間的間隙內，所述基板位置位於所述第二孔隙內。
  15. 一種處理設備，包括： 處理室；以及 基板支架總成，設置在所述處理室中，所述基板支架總成包括： 基板台板，所述基板台板被設置成在基板位置處支撐基板； 暈環，所述暈環設置在所述基板位置周圍；以及 外部暈圈，所述外部暈圈包含第一材料，所述外部暈圈設置在所述暈環周圍且被配置成與所述暈環接合， 其中所述暈環包含與所述外部暈圈不同的第二材料。
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