TW202105502A - 具有晶圓邊緣電漿殼層調諧能力的半導體電漿處理設備 - Google Patents

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Abstract

揭示了具有晶圓邊緣電漿殼層調諧能力的半導體電漿處理設備。本揭示案的實施例整體包括藉由控制在電漿處理期間在襯底（諸如半導體晶圓）上形成的電漿殼層的形狀來改善跨襯底的表面的蝕刻速率均勻性的方法和設備。本揭示案的實施例將包括調整一或多個電漿處理變數和/或調整在處理期間緊鄰襯底和/或支撐該襯底的製程配件硬體的配置。此外，本揭示案的實施例將包括更換製程配件硬體內的僅少量的消耗零件，而該製程配件硬體的其餘零件則長時間段重複使用而無需為該製程腔室排氣。該等消耗零件的更換可以使用調換使用過的零件的自動化方法完成而無需為該製程腔室排氣。

Description

具有晶圓邊緣電漿殼層調諧能力的半導體電漿處理設備
本揭示案的實施例整體係關於半導體晶圓邊緣電漿殼層可調諧性，並且更特定言之，係關於用於晶圓邊緣電漿殼層控制的蝕刻製程硬體設計。
在半導體電路圖案化中，擱置在支撐件上的晶圓可能經歷乾法(電漿)蝕刻材料的沉積在晶圓上的部分的製程。藉由向包含化學反應性元素(諸如氟或氯)的氣體施加射頻(RF)電磁能量來執行電漿蝕刻。在蝕刻製程期間，驅動蝕刻製程的電漿可能無法均勻地分佈在襯底表面上。不均勻性在襯底表面的邊緣處特別地明顯，並且一般是由於在電漿中產生的離子通量的方向因形成在晶圓邊緣附近的電漿殼層的配置而在晶圓邊緣附近不豎直導致的。為了控制在晶圓邊緣附近的電漿殼層的配置，有時在晶圓邊緣附近提供可偏置的邊緣環。然而，傳統的邊緣環隨時間而腐蝕。隨著邊緣環腐蝕，在晶圓表面上的電漿均勻性降低，從而不利地影響晶圓處理。由於在電漿均勻性與處理過的晶圓的品質之間存在直接相關性，因此傳統的製程腔室要求頻繁地更換邊緣環以維持電漿均勻性。然而，頻繁地更換邊緣環造成用於預防性維護的不期望的停機時間，並且引起消耗部件諸如邊緣環的成本增加。
因此，一直需要電漿殼層的各個態樣的改善的可控制性，同時保留RF電磁能量以維持電漿殼層。亦需要成本減少的邊緣環，並且在本領域中需要改善電漿均勻性的方法和設備。
本揭示的實施例整體包括藉由控制在電漿處理期間在襯底諸如半導體晶圓上形成的電漿殼層的形狀來改善跨襯底的表面的蝕刻速率均勻性的方法和設備。本揭示的實施例將包括調整一或多個電漿處理變數和/或調整在處理期間緊鄰襯底和/或支撐該襯底的製程配件硬體的配置。此外，本揭示的實施例將包括更換該製程配件硬體內的僅少量的消耗零件，而該製程配件硬體的其餘零件則長時間段重複使用而無需為該製程腔室排氣。對該等消耗零件的更換可以使用調換使用過的零件的自動化方法完成而無需為該製程腔室排氣。因此，降低在該製程腔室中進行電漿處理的總體成本。
本揭示的實施例整體包括藉由控制在電漿處理期間在襯底（諸如半導體晶圓）上形成的電漿殼層的形狀來改善跨襯底的表面的蝕刻速率均勻性的方法和設備。本揭示的實施例將包括調整一或多個電漿處理變數和/或調整在處理期間緊鄰襯底和/或支撐該襯底的製程配件硬體的配置。因此，可以控制跨晶圓表面的電漿殼層的均勻性，從而提高晶圓處理成品率。此外，本揭示案的實施例將包括更換該製程配件硬體內的僅少量的消耗零件，而該製程配件硬體的其餘零件則長時間段重複使用而無需為該製程腔室排氣。在電漿處理期間被腐蝕或侵蝕的消耗零件典型地在短得多的時間段（諸如在製程腔室內處理的約一百個襯底至約幾千個襯底）之後更換。對該等消耗零件的更換可以使用調換使用過的零件的自動化方法完成而無需為該製程腔室排氣。因此，降低在該製程腔室中進行電漿處理的總體成本。
此外，在執行常規電漿處理步驟之後，製程不均勻性通常存在在整個襯底表面上並可能在襯底的周邊或邊緣處很明顯。該等在周邊處的不均勻性可歸因於電場終止效應並有時被稱為邊緣效應。具有RF耦合的移動邊緣環提供對在PM週期(預防性維護)內邊緣環磨損的補償、對CD輪廓(臨界尺寸)的逐步調諧、以及更快邊緣良率調諧。因此，在一些實施例中，在製程腔室中執行電漿製程(例如，乾法蝕刻製程)期間，可以提供包含至少一組邊緣環的製程配件以有利地影響在襯底周邊或邊緣處的均勻性。
首先，在以下描述中，包括X軸、Y軸和Z軸的正交坐標系用於幫助描述各個描述的部件的相對取向，而不旨在限制本文提供的揭示內容的範疇。
圖1是根據一個實施例的製程腔室100的示意性剖視圖。製程腔室100包括腔室主體102和設置在腔室主體102上的蓋104，兩者一起限定內部容積106或製程容積106。腔室主體102典型地耦接到電氣接地108。襯底支撐組件110設置在內部容積106內，以在處理期間將襯底112支撐在襯底支撐組件110上。製程腔室100亦包括用於在製程腔室100內產生電漿的電感耦合電漿設備114和適於控制製程腔室100的控制器116。
襯底支撐組件110包括一或多個電極118，該一或多個電極118經由匹配網路122耦接到偏置源120以便於在處理期間偏置襯底112。偏置源120可以是在例如約13.56MHz的頻率下高達約5000W的RF能量的源，但是亦可以按照需要針對特定的應用提供其他頻率和功率。偏置源120可以能夠產生連續或脈衝RF功率中的任一個或兩者。在一些實施例中，偏置源120可以是DC或脈衝DC源。在一些實施例中，偏置源120可以能夠提供多個RF頻率。一或多個電極118可以耦接到吸附電源124以便於在處理期間吸附襯底112。襯底支撐組件110包括環繞襯底112的外邊緣126的製程配件(圖1中未圖示)。圖2A至圖7C、圖9A、圖9B、圖11和圖12A圖示了製程配件的各個配置，該製程配件設置在襯底112的外邊緣126處，襯底112設置在圖1中所示的襯底支撐組件110上。圖2B至圖7C、圖9A、圖9B和圖12A圖示了設置在襯底支撐組件110上的製程配件的左側邊緣的側剖視圖。儘管不旨在限制本文提供的揭示內容的範疇，但是在其中襯底112為圓形的形狀的一些實施例中，製程配件關於出現在襯底112的中心處的中心豎直軸線基本上軸向地對稱，該中心豎直軸線與Z方向對準。
電感耦合電漿設備114設置在蓋104上方並被配置為將RF功率電感耦合到製程腔室100中以在製程腔室100內產生電漿128。電感耦合電漿設備114包括在Z方向上設置在蓋104上方的第一線圈130和第二線圈132。每個線圈130、132的相對位置、直徑比和/或每個線圈130、132中的匝數可以各自按照需要進行調整，以控制正在形成的電漿的輪廓或密度。第一線圈130和第二線圈132中的每個經由RF饋電結構138經由匹配網路136來耦接到RF電源134。RF電源134可以能夠例如在從50kHz至140MHz的範圍內的可調諧的頻率下產生高達約5000W，但是可以按照需要針對特定的應用利用其他頻率和功率。
在一些實施例中，可以在RF饋電結構138與RF電源134之間提供功率分配器140（諸如分壓電容器），以控制提供到相應的第一線圈130和第二線圈132的RF功率的相對量。在一些實施例中，功率分配器140可以結合到匹配網路136中。
加熱器元件142可以設置在蓋104上，以便於加熱製程腔室100的內部容積106。加熱器元件142可以設置在蓋104與第一線圈130和第二線圈132之間。在一些實施例中，加熱器元件142可以包括電阻式加熱元件並可以耦接到電源144（諸如AC電源），該電源144被配置為提供足夠的能量來將加熱器元件142的溫度控制在期望的範圍內。
在操作期間，將襯底112（諸如半導體晶圓或適於電漿處理的其他襯底）放置在襯底支撐組件110上，並且經由進入埠148將製程氣體從氣體面板146供應到腔室主體102的內部容積中。藉由從RF電源134向第一線圈130和第二線圈132施加功率，製程氣體在製程腔室100中被點燃成電漿128。在一些實施例中，來自偏置源120（諸如RF或DC源）的功率亦可以經由匹配網路122來提供到在襯底支撐組件110內的電極118。可以使用閥150和真空泵152控制在製程腔室100的內部容積106內的壓力。可以使用延行穿過腔室主體102的容納液體的導管(未圖示)控制腔室主體102的溫度。
製程腔室100包括控制器116，以控制製程腔室100的操作。控制器116包括中央處理單元(CPU)154、記憶體156和支援電路158，以便於控制製程腔室100的部件。控制器116可以是在工業環境中可以用於控制各個腔室和子處理器的任何形式的通用電腦處理器中的一種。記憶體156連接到CPU 154。記憶體是非暫時性可計算可讀媒體，並且可以是一或多個易獲得的記憶體，諸如隨機存取記憶體(RAM)、唯讀記憶體(ROM)、軟碟、硬碟或其他形式的數位儲存裝置。記憶體156儲存軟體(源或目標代碼)，該軟體可以被執行或調用來以本文描述的方式控制製程腔室100的操作。儲存在記憶體156內的軟體應用程式包括可由處理器(亦即，CPU 154)執行的程式碼，以便執行與結合製程腔室100使用的硬體和軟體部件的控制相關聯的各個功能性。
圖2A、圖2B和圖2C是根據一個實施例的襯底支撐組件110的示意性局部剖視圖。襯底支撐組件110包括製程配件202、襯底支撐件204、靜電吸盤206、陰極襯裡208和遮罩件210。靜電吸盤206設置在襯底支撐件204的頂表面上並被製程配件202環繞。襯底支撐件204可以包括接地板212、設置在接地板212上的絕緣板214、設置在絕緣板214上的設施板216、設置在設施板216上的冷卻板218、以及設置在絕緣板214上環繞設施板216、冷卻板218和靜電吸盤206的套筒220。套筒220可以由石英或其他介電材料製成。
靜電吸盤206可以用粘結材料粘結到冷卻板218。一或多個電極118可以嵌入在靜電吸盤206中。靜電吸盤206可以包括具有用於支撐襯底112的第一表面224的第一部分222和從第一部分222徑向向外延伸的第二部分226。第二部分226可以包括第二表面228。
製程配件202包括邊緣環230、支撐環232和覆蓋環234以及移動環236。邊緣環230可以圍繞靜電吸盤206的第一部分222同心地定位在X-Y平面(亦即，水準平面)中並保護靜電吸盤206免於沉積。支撐環232在Z方向上設置在靜電吸盤206的第二部分226的第二表面228上，並且支撐環232環繞靜電吸盤206的第一部分222。支撐環232可以由導電材料（諸如矽、碳化矽(SIC)）或絕緣材料（諸如石英）製成。支撐環232可以相對於靜電吸盤206的第一部分222同心地定位。在一些實施例中，邊緣環230和支撐環232的體電阻率在約0.1歐姆-釐米與約25歐姆-釐米之間。
邊緣環230可以部分地設置在支撐環232上並部分地設置在移動環236上。邊緣環230可以由導電材料（諸如如矽、碳化矽(SIC)）或在一些實施例中比支撐環232更導電的其他合適的材料製成。覆蓋環234可以設置在套筒220上，並且覆蓋環234可以環繞邊緣環230和支撐環232。覆蓋環234可以由絕緣材料（諸如石英）製成。覆蓋環234包括環形主體238，該環形主體238具有頂表面240、底表面242、內表面244和外表面246。內表面244鄰近邊緣環230和移動環236定位，並且在本文中有時亦被稱為內邊緣。
在製程腔室100中，在電漿處理期間，在被蝕刻的襯底112和邊緣環230上方形成電漿殼層248，電漿殼層248具有由虛線表示的邊界。施加到襯底支撐組件110中的電極118或襯底支撐組件110的被接地的部分的偏置電壓VDC可以用於控制在襯底112的外邊緣126附近的電漿殼層248的形狀，以補償臨界尺寸均勻性。電漿殼層248是由空間電荷形成的強電場的薄區域，該空間電荷將電漿128聯接到與襯底112和邊緣環230的表面的邊界。數學上，電漿殼層248的殼層厚度d由Child-Langmuir方程表示，
Figure 02_image001
其中i 是離子電流密度，ε是真空的電容率，e 是基本電荷，並且Vp 是電漿電位。
因此，如圖1所示，電漿殼層248將電漿128與襯底112和邊緣環230的表面分開。在電漿128中產生的離子在電漿殼層248中被加速並垂直於電漿殼層248的邊界進行移動。電漿殼層248的分佈受邊緣環230的形狀和位置的影響，因為邊緣環230電耦接到接地或電耦接到形成在襯底支撐組件110內的RF偏置電極。當邊緣環230的頂表面與襯底112的頂表面250共面時，電漿殼層248不均勻地分佈在襯底112的頂表面250上並在襯底112的外邊緣126處彎曲，如圖2A所示。在襯底112的外邊緣126處的彎曲典型地與電極118的外表面相對於襯底112的外邊緣126的位置有關，其中電極118的外表面由置於靜電吸盤206的邊緣上的結構限制來控制。在襯底112的外邊緣126處的該種電漿不均勻性導致在襯底112的整個表面上的不均勻的製程條件，從而引起在整個襯底112上的製程成品率降低。
因此，在一些實施例中，邊緣環230被配置為由移動環236升高和降低，以調整形成在邊緣環230上方(如圖2C所示)且在襯底112的外邊緣126附近的電漿殼層248的形狀。藉由調整邊緣環230相對於襯底112的外邊緣126的高度，可以調整電漿殼層248的形狀以提供在襯底112的外邊緣126處具有期望的形狀的電漿殼層248，諸如當與電漿殼層248的設置在襯底112的其餘部分上方的部分結合時基本上平坦的形狀。在一些實施例中，由伺服電機控制的致動機構252(如圖11所示)可以升高和降低移動環236，並且由此升高和降低在電漿128與邊緣環230之間形成的電漿殼層248，同時維持電漿殼層厚度d幾乎恆定以實現期望的電漿均勻性
圖3A是根據一個實施例的製程配件202的示意性局部剖視圖。邊緣環230具有環形主體302，該環形主體302包圍襯底112並具有在Z方向上的中心軸線。環形主體302包括頂表面304、底表面306和內表面308、以及外表面310。在一些實施例中，頂表面304和底表面306基本上平行於X-Y平面(亦即，水準平面)。在頂表面304與底表面306之間的內表面308的至少一部分具有大於襯底112的直徑的直徑。底表面306具有由支撐環232支撐的第一部分306A和由移動環236支撐的第二部分306B。在一些實施例中，內表面308和外表面310基本上平行於Z方向。內表面308環繞襯底112並藉由凹坑312徑向地分開。邊緣環230可以具有凹處314，該凹處314從內表面308徑向向外延伸並沿環形主體302的高度從頂表面304朝向底表面306部分地延伸。凹處314具有凹處底表面316和凹處邊緣318。在一些實施例中，凹處底表面316和底表面306基本上平行於X-Y平面(亦即，水準平面)，並且凹處邊緣318位於從內表面308徑向向外達凹處底表面316的長度處。在一些實施例中，內表面308在X-Y平面中(亦即，圓形襯底的徑向方向)定位在距襯底112的外邊緣126的一定距離(在約0.1mm與約5mm之間)處，並且凹處邊緣318在X-Y平面中(亦即，圓形襯底的徑向方向)定位在距襯底112的外邊緣126的一定距離(在約0.2mm與約10mm之間)處。儘管圖3A至圖3B中未圖示，但是在一些實施例中，邊緣環230的至少一部分在處理期間設置在襯底112的外邊緣126下方，使得內表面308在X-Y平面中(亦即，圓形襯底的徑向方向)定位在外邊緣126下方的一定距離(在約負二毫米(-2mm)與約0mm之間)處。在一些實施例中，凹處邊緣318從Z方向(亦即，邊緣環230的中心軸線)傾斜了角度α。在一些實施例中，凹處邊緣318基本上平行於Z方向(亦即，角度α為0度)。在一些實施例中，凹處314可以是斜面的形式，其具有從Z方向(亦即，邊緣環230的中心軸線)傾斜了角度α並直接地連接頂表面304和內表面208而沒有凹處底表面314的凹處邊緣318。可以在凹處底表面316與凹處邊緣318之間形成角度α，該角度α具有約0度與約75度之間的角度，或約1度與約60度之間的角度，或甚至約15度與約45度之間的角度。
在一些實施例中，邊緣環230可以具有延伸階部320，該延伸階部320從外表面310徑向向外延伸並比底表面306更多地延伸到覆蓋環234中並且限定頂表面304的一部分。延伸階部320將使電漿128難以進入形成在移動環236與覆蓋環234之間的間隙並避免電漿點燃問題。延伸階部320亦更改邊緣環230與冷卻板218之間的電容耦合，從而更改和/或延伸在邊緣環230的外表面處的電漿殼層248，並且因此更改在襯底112的外邊緣126附近的電漿殼層248。
在一些實施例中，如圖3B所示，邊緣環230至少包括由內表面308限定的凹處314、從凹處314的凹處底表面316延伸到形成在邊緣環230中的突部324的平坦頂表面322(亦即，暴露表面)的凹處邊緣318，並且平坦頂表面322連接到從外表面310延伸了成角度的表面328的外頂表面326。在一些實施例中，平坦頂表面322具有在約0.2mm與約5mm之間的寬度，並且外頂表面326具有在約2mm與約10mm之間的寬度。平坦頂表面322可以在Z方向上比外頂表面326高0.2mm與約3mm之間。電漿殼層248的輪廓遵循邊緣環230的頂表面304和襯底112的頂表面250。因此，突起324可以防止電漿殼層248的輪廓在襯底112的外邊緣126處向下彎曲。
調整凹處314的寬度和深度、在襯底112的外邊緣126和內表面308之間的凹坑312的寬度「A」和深度「B」、以及邊緣環230的形狀更改在邊緣環230與冷卻板218之間的經由支撐環232的電容耦合，該電容耦合由電容耦合路徑330和332表示。電容耦合路徑330的變化改變耦合在邊緣環230與冷卻板218之間的功率，並且因此改變施加到邊緣環230的電壓。控制施加到邊緣環230的電壓允許控制在襯底的外邊緣126處的電漿殼層248的輪廓，以補償臨界尺寸不均勻性。寬度「A」可以在約0.1mm與約10mm之間，深度「B」可以在X方向上在約0.1mm與約5mm之間，並且在邊緣環230的Z方向上的厚度可以在約3.5mm與約25mm之間。
在一些實施例中，如圖4A所示，邊緣環230至少包括從底表面306朝向頂表面304延伸的凹處402。凹處402可以是形成在底表面306上的環形特徵。凹處402一般被配置為與移動環236互鎖，並且因此允許相對於移動環236的位置來控制移動環236的橫向位置(亦即，X和/或Y方向)。
在一些實施例中，如圖4B所示，邊緣環230至少包括從底表面306朝向移動環236延伸的突起404。突起404可以是形成在底表面306上的環形特徵，或可以包括形成在底表面306上的一系列環形不連續區域(例如，「檯面」)。突起404對準和接觸移動環236，並且因此允許在處理期間將移動環236定位在距電漿128更遠的距離處以減少或防止對可在處理期間偏置的移動環236的轟擊和蝕刻。
在一些實施例中，如圖4C所示，邊緣環230包括從底表面306朝向移動環236延伸的部分突起406，並且移動環236包括從移動環236的頂表面502朝向邊緣環230延伸的部分突起406，使得移動環236的頂表面502勾畫出邊緣環230的底表面306的輪廓。包括部分突起406的邊緣環230配置以及部分突起406可以用於控制邊緣環230相對於移動環236的橫向位置，並且亦使移動環236的部分對電漿128隱藏以減少或防止在處理期間對移動環236的轟擊和蝕刻。
雖然，不旨在於限制本文提供的揭示內容的範圍，圖4A、圖4B和圖4C圖示了包括凹處314的邊緣環配置。然而，在邊緣環230的一些配置中，邊緣環230可以不包括凹處314。在該等配置中，如圖4A、圖4B和圖4C所示，角度α可以為90度，使得凹處底表面316與頂表面304齊平。
在一些實施例中，如圖5A、圖5B、圖5C和圖5C所示，邊緣環230的底表面306和支撐環232的頂表面336被圖案化，使得底表面306勾畫出頂表面336的輪廓以實現邊緣環230相對於支撐環232和靜電吸盤206的精確對準和橫向位置控制。在圖5A和圖5B中，邊緣環230的底表面306包括一或多個凹部504，該等凹部504與形成在支撐環232中的一或多個突起506對準。凹部504以及突起506的邊緣可以基本上平行於Z方向，如圖5A所示，或可以與Z方向成一定角度，如圖5B和圖5C所示。在圖5C中，凹部504中的一個與邊緣環230的內表面308重合。在圖5D中，邊緣環230的底表面306包括一或多個隆起508，該等隆起508與形成在支撐環232的頂表面336上的一或多個特徵510互鎖。
除了邊緣環230和支撐環232的精確對準之外，邊緣環230和支撐環232的圖案化表面可以用於調整邊緣環230與冷卻板218之間的電容耦合，從而更改在邊緣環230的外表面處的電漿殼層248，並且因此更改在襯底112的外邊緣126附近的電漿殼層248。鑒於支撐環232相對於RF偏置電極118的位置對比邊緣環230相對於RF偏置電極118的位置，認為的是，經由突起506到電漿128的電容耦合路徑332將具有比形成在突起506之間的區域中的電容耦合大的電容耦合。因此，突起506的結構可以用於調整和/或控制電漿殼層248的形狀。在一些配置中，突起506的結構可以包括它們相對於襯底112的邊緣的橫向位置(例如，徑向位置)和/或突起506的相對高度(Z方向)。
在其他實施例中，諸如圖6A、圖6B和圖6C所示，邊緣環230可以包括上邊緣環602和中邊緣環604的堆疊。上邊緣環602可以是消耗性的，而中邊緣環604可以是非消耗性的。特別地，在多個電漿蝕刻製程期間或在預限定的持續時間內使上邊緣環602暴露於電漿之後，可以將上邊緣環602從中邊緣環604移除並更換為新的上邊緣環602以繼續電漿蝕刻製程。中邊緣環604不直接地暴露於電漿，並且可以被清潔並重新使用來繼續進行電漿蝕刻製程。上邊緣環602可以由耐電漿材料（諸如矽、碳化矽(SIC)）或其他合適的材料製成。在一些實施例中，中邊緣環604可以由導電材料（諸如鋁和鋁合金）製成或包含該導電材料製成。在一些其他實施例中，中邊緣環604可以由耐電漿材料（諸如矽、碳化矽(SIC)或石英）製成，以降低製造中邊緣環604的成本。
在圖6A中，上邊緣環602包括在上邊緣環602的底表面上的下互鎖耦接件(例如，突起)606，並且中邊緣環604具有形成在內表面308和外表面310之間的中邊緣環604的頂表面上的上互鎖耦接件(例如，凹部608)。突起606和凹部608至少部分地沿與邊緣環230的頂表面304成一定角度(例如，90°)的方向(例如，平行於邊緣環230的中心軸線的Z方向)延伸。當上邊緣環602和中邊緣環604堆疊時，下互鎖耦接件(突起)606與上互鎖耦接件(凹部)408接合。當將上邊緣環602從中邊緣環604移除時，下互鎖耦接件(突起)606從上互鎖耦接件(凹部)408脫離。在一些實施例中，突起606和凹部608具有相對於邊緣環230的內表面308和外表面310傾斜的內表面和外表面。在一些實施例中，突起606和凹部608具有基本上平行於Z方向的內表面和外表面。上邊緣環602保護中邊緣環604免於在電漿蝕刻期間暴露於電漿，並且突起606和凹部608一起防止上邊緣環602與中邊緣環604之間的橫向移動。上邊緣環602亦可以具有從外表面310徑向向外延伸並延伸到覆蓋環234中的延伸階部412(亦即，上邊緣環602比中邊緣環604更多地徑向向外延伸到覆蓋環234中)。延伸階部412用於進一步延伸上邊緣環602的外表面，並且因此使電漿殼層248的外表面距襯底112的外表面的距離更遠。如將在下面進一步討論的，在上邊緣環602內的突起606的厚度和中邊緣環604的凹部608的厚度(兩者都是在Z方向上測量)影響每個零件與電漿128的電容耦合，此將影響形成在該等零件上方的電漿殼層的形狀。
在圖6B中，上邊緣環602包括在上邊緣環602的底表面上的下互鎖耦接件(例如，凹部)414，並且中邊緣環604具有形成在內表面308和外表面310之間的中邊緣環604的頂表面上的上互鎖耦接件(例如，突起)614。凹部414和突起614沿與邊緣環230的頂表面304成一定角度的方向部分地延伸。當上邊緣環602和中邊緣環604堆疊時，下互鎖耦接件(凹部)414與上互鎖耦接件(突起)614接合。當將上邊緣環602從中邊緣環604移除時，下互鎖耦接件(凹部)414從上互鎖耦接件(突起)614脫離。在一些實施例中，凹部414和突起614具有相對於邊緣環230的內表面308和外表面310傾斜的內表面和外表面。在一些實施例中，凹部414和突部614具有基本上平行於Z方向的內表面和外表面。上邊緣環602保護中邊緣環604免於在電漿蝕刻製程期間暴露於電漿。在一些實施例中，對比如圖4A所示的厚橫截面，如圖6B所示的具有薄橫截面的上邊緣環602因上邊緣環602和中邊緣環604組合(亦即，邊緣環230)與電漿128的改善的電容耦合而具有優點。認為的是，假設中邊緣環604在圖6A和圖6B中所示的每個配置中都實現了相同的偏置電壓，由於跨上邊緣環602產生的因該上邊緣環的厚度造成的較小的電壓降，可以實現改善的電容耦合。在一些配置中，如在Z方向上測量的，上邊緣環602的厚度與中邊緣環604的厚度的比率在約0.1與0.5之間。
在圖6C中，中邊緣環604在內表面308上具有側部部分616。側部部分616沿與邊緣環230的頂表面304成一定角度的方向部分地延伸。側部部分616經由支撐環232在邊緣環230與冷卻板218之間提供更大的電容耦合。中邊緣環604可以具有在外表面310上的另一個側部部分618，該另一個側部部分618沿與邊緣環230的頂表面304成一定角度的方向部分地延伸。上邊緣環602被包圍在側部部分616和618之間。電容耦合的變化改變耦合在邊緣環230與冷卻板218之間的功率，並且因此改變施加到邊緣環230的電壓。控制施加到邊緣環230的電壓允許控制在襯底的外邊緣126處的電漿殼層248的輪廓，以補償不均勻性。
應當注意，上面描述的特定的製程配件配置實例僅是根據本揭示案的上邊緣環和中邊緣環的一些可能實例，並且不限制根據本揭示案的上邊緣環和中邊緣環的可能配置、規格等。例如，上邊緣環和中邊緣環的形狀或尺寸不限於上面描述的實例。
在其他實施例中，諸如圖7A、圖7B和圖7C中所示的，邊緣環230可以包括上邊緣環702、中邊緣環704和下邊緣環706的堆疊。上邊緣環702可以是消耗性的，而中邊緣環704和下邊緣環706可以是非消耗性的。特別地，在多個電漿蝕刻製程期間或在預限定的持續時間內使上邊緣環702暴露於電漿之後，可以將上邊緣環702從中邊緣環704移除並更換為新的上邊緣環702以繼續電漿蝕刻製程。中邊緣環704和下邊緣環706不直接地暴露於電漿，並且可以被清潔並重新使用來繼續進行電漿蝕刻。中邊緣環704亦可以從下邊緣環706移除以進行更換。上邊緣環702可以由耐電漿材料諸如（矽、碳化矽(SIC)）或其他合適的材料製成。在一些實施例中，中邊緣環704和下邊緣環706可以由導電材料（諸如鋁和鋁合金）製成或包含該導電材料製成。在一些其他實施例中，中邊緣環704和下邊緣環706可以由耐電漿材料（諸如矽、碳化矽(SIC)或石英）製成，以降低製造邊緣環230的成本。應當注意，上面描述的特定的製程配件配置實例僅是根據本揭示案的上邊緣環、中邊緣環和下邊緣環的堆疊的一些可能實例，並且不限制根據本揭示案的上邊緣環、中邊緣環和下邊緣環的可能配置、規格等。例如，上邊緣環和中邊緣環的形狀、大小或材料不限於上面描述的特定的實例。例如，在圖7A中，上邊緣環702、中邊緣環704和下邊緣環706可以具有可要求簡單製造製程的環形主體。
在圖7B中，上邊緣環702可以具有凹部708，並且中邊緣環704可以具有在內表面308與外表面310之間的突起710。當上邊緣環702和中邊緣環704堆疊時，凹部708和突起710互鎖。在圖7C中，中邊緣環704可以具有在內表面308和外表面310上的側部部分712以覆蓋下邊緣環706的頂表面和側表面並保護中邊緣環704免於在電漿蝕刻期間暴露於電漿。
圖8A和圖8B圖示了包括上邊緣環702、中邊緣環704和下邊緣環706的邊緣環230的側視圖(沿Z方向)和剖視圖(在X-Y平面中)。在一些實施例中，上邊緣環702、中邊緣環704和下邊緣環706經由一或多個對準球體802對準和固定。在一些實施例中，上邊緣環702的底表面、中邊緣環704的頂表面和底表面、以及下邊緣環706的頂表面各自具有彼此徑向地隔開120°的一或多個凹口804。對準球體802可以各自定位在形成在一對接觸表面(亦即，上邊緣環702的底表面和中邊緣環704的頂表面，以及中邊緣環704的底表面和下邊緣環706的頂表面)的相對凹口804之間的空間內並粘結或膠合到相對凹口804。對準球體802可以由石英製成。應當注意，上面描述的邊緣環230的特定的配置實例僅是根據本揭示的上邊緣環、中邊緣環和下邊緣環的堆疊的對準的一些可能實例，並且不限制邊緣環230的可能配置、規格等。對準球體802可以僅用於上邊緣環和中邊緣環(例如，上邊緣環602和中邊緣環605)的堆疊的對準，以及用於具有與上面描述的實例不同的配置的上邊緣環、中邊緣環和下邊緣環的堆疊的對準。
圖8C、圖8D、圖8E和圖8F圖示了可與對準球體802一起使用的凹口804的形狀的實例。在圖8C中，凹口804是錐形的。在圖8C中，凹口804是球形的。在圖8E中，凹口804是方形或矩形的。在圖8F中，凹口804是菱形的。應當注意，上面描述的凹口804的特定的示例形狀僅是根據本揭示案的一些可能實例，並且不限制凹口的可能配置、規格等。
如上面所討論，製程配件202的一些實施例包括支撐環232，該支撐環232在處理期間設置在襯底112的外邊緣處和/或下方，並且被配置為因其形狀和材料性質而幫助更改藉由每個處理配件部件實現的電容耦合。例如，參考圖3B，支撐環232一般包括環形主體334，該環形主體334具有在Z方向上的中心軸線。環形主體334具有頂表面336、底表面338、內表面340和外表面342。在頂表面336與底表面338之間的內表面340的至少一部分具有大於襯底112的直徑的直徑。在本揭示的一個實施例中，如圖9A所示，支撐環232包括兩個單獨的零件，諸如上支撐環902和下支撐環904。
圖9A是製程配件202的示意性局部剖視圖。如圖9A所示，支撐環232包括彼此堆疊的上支撐環902和下支撐環904。支撐環232包括環形主體906並具有在Z方向上的中心軸線。主體906包括頂表面908、底表面910、內表面912和外表面914。支撐環232被配置為支撐製程腔室100中的邊緣環230。例如，支撐環232從邊緣環230的底表面242支撐邊緣環230。上支撐環902可以是消耗性的，而下支撐環904可以是非消耗性的。特別地，在多個電漿蝕刻製程期間或在預限定的持續時間內使上支撐環902暴露於電漿之後，可以將上支撐環902從下支撐環904移除並更換為新的上支撐環902。下支撐環904不直接地暴露於電漿，並且可以被清潔並重新使用來繼續進行電漿蝕刻製程。上支撐環902可以由耐電漿材料（諸如矽和碳化矽(SIC)）製成，以防止直接地暴露於電漿。下支撐環904可以由某種材料（諸如石英、鋁和鋁合金）製成，以減少製造支撐環232的成本。在一些實施例中，在多個電漿蝕刻製程期間或在預限定的持續時間內上支撐環902的頂表面908已經暴露於電漿之後，上支撐環902可以被翻轉，並且上支撐環902的底表面910可以用於在繼續進行電漿蝕刻製程時免於受電漿的影響。
在其他實施例中，諸如圖9B中所示，上支撐環902具有突起916，該突起916沿支撐環232的高度朝向底表面910部分地延伸。下支撐環904可以具有凹部918。突起916和凹部918位於內表面912與外表面914之間，並且當上支撐環902和下支撐環904堆疊時互鎖。上支撐環902可以藉互鎖來牢固地設置在下支撐環904上。由於圖9B中所示的上支撐環902的形狀，在多個電漿刻蝕製程期間或在預限定的持續時間內上支撐環902的頂表面908已經暴露於電漿之後，可以不翻轉支撐環232就使用底表面910，以在繼續進行電漿蝕刻製程時免於受電漿的影響。
返回參考圖2A和圖2B，功率可以沿由兩個電容耦合路徑330、332表示的兩個路徑從冷卻板218耦合到邊緣環230。耦合到電漿128的功率的量取決於經由電容耦合路徑330、332的耦合。沿電容耦合路徑332產生的電容耦合的量因在襯底支撐組件110的大部分的壽命中將保持存在和不變的零件的堆疊而是固定的。沿電容耦合路徑330產生的電容耦合的量可以因邊緣環230在處理期間的腐蝕而變化，並且亦可以藉由邊緣環230相對於襯底112重新定位的製程來單獨地控制。例如，可以藉由豎直地移動在邊緣環230下方的移動環236來調諧電容耦合路徑330，從而修改形成在邊緣環230與支撐環232之間的豎直間隙254(圖2B中所示)。控制豎直間隙254控制沿電容耦合路徑330產生的電容耦合。隨著豎直間隙254減小，沿電容耦合路徑330產生的電容耦合增加，並且因此施加到邊緣環230的電壓增大。隨著豎直間隙254增大，亦即，隨著移動環236移動得更遠離邊緣環230，沿電容耦合路徑330產生的電容耦合減少，此引起施加到邊緣環230的電壓的減小。因此，控制豎直間隙254的大小或形狀更改遵循邊緣環230與冷卻板218之間的電容耦合路徑330的電容耦合的量，從而改變施加到邊緣環230的電壓。控制施加到邊緣環230的電壓允許控制在襯底112和邊緣環230上方的電漿殼層。
應當注意，上面描述的特定的製程配件配置實例僅是根據本揭示的上支撐環和下支撐環的突起的互鎖的一些可能實例，並且不限制根據本揭示案的上支撐環和下支撐環的可能配置、規格等。例如，突起和凹部的形狀、大小或位置不限於上面描述的實例。
圖10A和圖10B是移動環236的側剖視圖和俯視圖。圖10C是支撐環232的俯視圖。移動環236具有頂表面502、底表面1002、內表面1004和外邊緣1006。移動環236可以由導電材料（諸如鋁、氧化釔(Y2 O3 )）或任何耐電漿材料製成。在一個實施例中，移動環236可以在形成在絕緣板214和接地板212中的每個中的開口中移動，並且外邊緣1006可以鄰近該開口的內壁定位。移動環236設置在邊緣環230下方。移動環236可以可操作地與致動機構252耦接，該致動機構252可以升高或降低移動環236。例如，在一個實施例中，移動環236順著冷卻板218的側邊延伸穿過靜電吸盤206。在一個實施例中，移動環236具有一直延伸到冷卻板218的底部的高度。因此，移動環236能夠將來自冷卻板218的功率耦合到邊緣環230。
移動環236可以具有在內表面1004上的一或多個槽、溝槽口1008。每個槽、溝槽口1008是在內表面1004上的U形狹槽、溝槽開口，並且從內表面1004朝向外邊緣1006徑向向外橫向地延伸並豎直地延伸從頂表面502朝向底表面1002延伸的一定深度。支撐環232可以包括從外表面914徑向向外橫向地突出的一或多個部分(稱為「耳部」)1010。形成在移動環236的內表面1004上的槽、溝槽口1008被配置為容納支撐環232的耳部1010，使得支撐環232可以在Z方向上相對於移動環236自由地移動。一或多個升降桿1012與移動環236介接或鄰近該移動環236設置並與形成在支撐環232的耳部1010中的盲凹處1014接合。在圖10B中，圖示了三個升降桿1012，該三個升降桿1012彼此徑向地隔開120°並被定位成與形成在支撐環232的耳部1010中的盲凹處1014(圖10C至圖10D)界面連接。
圖10D是根據本文提供的揭示內容的一個實施例的支撐環232的剖視圖。在一些實施例中，如圖10C和圖10D所示，一或多個頂支撐環1016可以在內表面1004處放置在支撐環232的頂表面上以形成支撐環232，該支撐環232與圖9A至圖9B中所示的支撐環232類似地配置。如關於上支撐環902在圖9A中類似地討論的，頂支撐環1016可以用於保護支撐環232免於暴露於電漿。頂支撐環1016可以由某種材料（諸如矽和碳化矽(SIC)）製成。在一些實施例中，支撐環232和一或多個頂支撐環1016整合。
圖11是包括製程配件202、升降機構1102和致動機構252的組合系統1100的示意性剖視圖。致動機構252可以升高和降低移動環236。
升降機構1102包括一或多個致動器1104(圖示一個)（諸如伺服電機）、一或多個桿保持器1106(圖示一個)、一或多個波紋管1108(圖示一個)和一或多個升降桿1012(圖示一個)。升降桿1012可以由石英、藍寶石或其他合適的材料製成。每個桿保持器1106耦接到對應的致動器1104，每個波紋管1108環繞對應的桿保持器1106，並且每個升降桿1012由對應的桿保持器1106支撐。每個升降桿1012穿過形成在接地板212和絕緣板214中的每個中的開口定位在移動環236的旁邊。一或多個桿導引件(未圖示)可以圍繞接地板212和絕緣板214中的開口定位。一或多個致動器1104可以使一或多個桿保持器1106和一或多個升降桿1012升高，這又使邊緣環230升高或傾斜。
致動機構252包括一或多個致動器1110(圖示一個)（諸如伺服電機）、一或多個桿保持器1112(圖示一個)、一或多個波紋管1114(圖示一個)和一或多個升降桿1116(圖示一個)。升降桿1116可以由石英、藍寶石或其他合適的材料製成。每個桿保持器1112耦接到對應的致動器1110，每個波紋管1114環繞對應的桿保持器1112，並且每個升降桿1116由對應的桿保持器1112支撐。每個升降桿1116與移動環236接觸。一或多個致動器1110可以升高一或多個桿保持器1112和一或多個升降桿1116，此又升高或降低移動環236。
圖12是根據本揭示的實施例的可用於執行圖15和圖16中所示的處理順序的處理系統1200的示意性俯視圖。處理系統1200的一個實例是可從加利福尼亞州聖克拉拉應用材料公司(Applied Materials, Inc., of Santa Clara, Calif)獲得的PRODUCER® 或CENTRISTM 系統。處理系統1200包括真空氣密處理平臺1202和工廠介面1204。處理平臺1202包括：複數個製程腔室1206a-b、1208a-b、1210a-b，該等製程腔室1206a-b、1208a-b、1210a-b耦接到真空襯底傳送腔室1212；以及裝載鎖定腔室1214，該裝載鎖定腔室1214設置在真空襯底傳送腔室1212與工廠介面1204之間並與真空襯底傳送腔室1212和工廠介面1204耦接。
工廠介面1204包括至少一個工廠介面機器人1216、1218，以便於襯底的傳送。每個工廠介面機器人1216、1218包括機器人手腕1304和機器人葉片1306。工廠介面1204被配置為接受一或多個前開式統一晶圓盒，匣(FOUP) 1220。在一個實例中，三個FOUP被配置為接合工廠介面1204。工廠介面機器人1216、1218將襯底(例如，襯底112)從工廠介面1204傳送到處理平臺1202，在處理平臺1202至少一個傳送機器人1222從工廠介面機器人1216、1218接收襯底並然後將它們傳送到製程腔室1206a-b、1208a-b、1210a-b中的任一個。在一個實施例中，製程腔室1206a-b是可以用於執行在方塊1504中的電漿輔助製程的製程腔室。一旦完成製程，襯底就被傳送機器人1222傳送到裝載鎖定腔室1214。傳送機器人1222包括機器人手腕1304和機器人葉片1306。然後，工廠介面機器人1216、1218從裝載鎖定腔室1214拾取襯底並將其傳送回FOUP 1220。邊緣環230和支撐環232中的一組或多組可以儲存在儲存腔室1224中。
圖13A是處於升高位置的製程配件202的示意性剖視圖。圖13B和圖13C是由載體環1302保持並至少部分地設置在載體環1302的頂表面上的製程配件202的示意性俯視圖和剖視圖。邊緣環230放置在支撐環232上。傳送機器人1222的機器人手腕1304和機器人葉片1306(圖13B中未圖示)定位在載體環1302下方，以支撐載體環1302和製程配件202。機器人手腕1304橫向地且旋轉地移動機器人葉片1306，以將包括邊緣環230和支撐環232的製程配件202從處理系統1200內的一個位置取出、傳送、並且遞送到處理系統1200內的另一個位置。當支撐環232和/或邊緣環230將定位在製程腔室100內或從製程腔室更換時，機器人手腕1304將機器人葉片1306移動到腔室主體102上的進入埠148，支撐環232和/或邊緣環230將經由進入埠148定位在製程腔室100內或經由該進入埠148從該製程腔室移除，而無需為製程腔室100排氣。一旦經由傳送機器人1222將使用過的支撐環232和/或邊緣環230從製程腔室100移除，就使用一或多個硬體裝置從載體環卸下支撐環232和/或邊緣環230、更換為新的支撐環232和/或邊緣環230、裝載在載體環1302上並由機器人葉片1306經由進入埠148傳送回製程腔室100中。
圖14A是機器人葉片1306的示意圖。在一些實施例中，機器人葉片1306包括一或多個襯墊1402，當在機器人葉片1306上裝載和傳送襯底112時，該襯墊1402可以用於保護襯底112免於觸碰機器人葉片1306的與載體環1302接觸的部分。襯墊1402的豎直邊緣亦可以用於與載體環1302對準。如圖14B所示，機器人葉片1306可以由機器人手腕適配器1404支撐。
圖15是根據本文描述的實例的方法1500的流程圖。將結合圖1、圖2、圖6A、圖6B、圖6C、圖7A、圖7B、圖7C、圖9A、圖9B和圖11來討論圖15，以進一步描述用於在製程腔室100中處理襯底的製程。
方法1500藉由/經由/穿過將半導體襯底（諸如圖1中所示的襯底112）經由進入埠148中的一個裝載到如圖1所示設置在製程腔室100的製程容積106內的襯底支撐組件110上從方塊1502開始。襯底支撐組件110包括環繞襯底112的外邊緣126的製程配件202。製程配件202包括邊緣環230和支撐環232。合適的製程腔室可以包括電感耦合電漿蝕刻腔室等。可適於矽蝕刻的示例性蝕刻腔室包括CENTRISTM SYM3TM 系統或Producer® 蝕刻系統，這兩者都可從加利福尼亞州聖克拉拉應用材料公司獲得。設想的是，亦可以利用其他合適的電漿製程腔室，包括來自其他製造商的那些。
在方塊1504中，在製程腔室100的製程容積106內處理設置在襯底支撐組件110上的襯底112。在襯底112的處理期間，襯底支撐件204的一部分和邊緣環230的頂表面304可以例如與襯底112的頂表面250共面，如圖11所示。藉由致動機構252相對於襯底112的表面調整移動環236的位置以及因此調整邊緣環230的位置，使得在電漿處理期間形成的電漿殼層248具有期望的形狀。在一個實例中，電漿殼層248的形狀在襯底112的頂表面250的邊緣區域和/或所有部分上具有平行和/或平坦輪廓。支撐環232可以包括上支撐環902和下支撐環904，如圖9A和圖9B所示。邊緣環230可以包括如圖6A、圖6B和圖6C所示的上邊緣環602和中邊緣環604，或如圖7A、圖7B和圖7C所示的上邊緣環702、中邊緣環704和下邊緣環706。
在處理襯底112之後，在方塊1506中，藉由/經由/穿過由襯底升降伺服電機(未圖示)控制的襯底升降桿(未圖示)來提升襯底112，並且由機器人葉片1306經由進入埠148從製程腔室100的製程容積106移除該襯底112。
在方塊1508中，確定在製程腔室100的製程容積106內是否已經處理第一數量的襯底(例如，10、1000或甚至10,000個襯底)。若在方塊1508中確定數量尚未達到「否」(亦即，已經處理小於第一數量的襯底)，那麼製程返回到方塊1502，使得可以在製程腔室100內處理另一個襯底112。若在方塊1508中確定數量已經達到「是」(亦即，已經處理第一數量的襯底)，則在方塊1510中，將邊緣環230和支撐環232經由進入埠148從製程腔室100的製程容積106移除而無需為製程腔室100排氣，並將邊緣環230和支撐環232傳送到儲存裝置1224(圖12)。在方塊1510中執行的製程至少包括圖16中所示的方塊1602-1616。
圖16是根據本文描述的實例的在方塊1510中執行的各個方法步驟的流程圖。將結合圖6A、圖6B、圖6C、圖7A、圖7B、圖7C、圖9A、圖9B、圖11、圖12、圖13A來討論圖16，以進一步描述用於從製程腔室100的製程容積106移除製程配件並將製程配件儲存在儲存裝置1224中的製程。該方法可以儲存在控制器（諸如控制器116）上並由其執行。
在方塊1602中，典型地在大氣壓環境內的工廠介面機器人1216、1218將空載體環1302定位在裝載鎖定腔室1214內。在該步驟期間，工廠介面機器人1216、1218將移除定位在複數個豎直地間隔的擱架(未圖示)中的擱架(未圖示)上的空載體環1302，多個豎直地間隔的擱架(未圖示)定位在儲存腔室1224內，並且然後工廠介面機器人1216、1218將空載體環1302放置到定位在裝載鎖定腔室1214內的支撐件(未圖示)上。
在方塊1604中，傳送機器人1222拾取空載體環1302，使得空載體環1302定位在耦接到傳送機器人1222的機器人葉片1306(圖13)上並然後從裝載鎖定腔室1214移除空載體環1302。在方塊1602或方塊1604期間，或甚至在方塊1602與1604之間，將裝載鎖定腔室1214抽真空到與其中設置有傳送機器人1222的真空襯底傳送腔室1212內的壓力匹配的真空壓力。在裝載鎖定腔室1214和真空襯底傳送腔室1212之間的壓力的均衡允許傳送機器人1222進入裝載鎖定腔室1214而不會導致氣體湧出，氣體湧出可能導致將載體環1302從機器人葉片1306撞出並且可能允許污染物在分離狹縫閥(未圖示)打開時從裝載鎖定腔室1214流入真空襯底傳送腔室1212中。
在方塊1606中，藉由升降桿1012及其相關聯的致動器1104將包括邊緣環230和支撐環232的製程配件202升高到製程腔室100的製程容積106內的升高位置。如圖13A所示，升高位置是襯底支撐件204的靜電吸盤206頂表面上方的距離。
在方塊1608中，傳送機器人1222將機器人葉片1306(在其上設置有空載體環1302)經由進入埠148插入製程腔室100的製程容積106中。在方塊1608中，傳輸機器人1222將具有空載體環1302的機器人葉片1306移動到製程配件202下方。
在方塊1610中，升降桿1012及其相關聯的致動器1104降低邊緣環230和支撐環232，使得邊緣環230和支撐環232定位在載體環1302上。因此，載體環1302和機器人葉片1306完全地支撐使用過的邊緣環230和支撐環232。
在方塊1612中，傳送機器人1222經由進入埠148從製程腔室100的製程容積106移除機器人葉片1306、載體環1302和製程配件202。
在方塊1614中，傳送機器人1222將載體環1302和製程配件202放置在定位在裝載鎖定腔室1214內的支撐件(未圖示)上。在方塊1614期間，使用一或多個裝置從機器人葉片1306卸下載體環1302和製程配件202，並且使機器人葉片1306從裝載鎖定腔室1214縮回。在方塊1614期間，或在執行方塊1614之後，將裝載鎖定腔室1214排氣到大氣壓或與在其中設置有工廠介面機器人1216、1218的環境中的壓力匹配的壓力。
在方塊1616中，工廠介面機器人1216、1218將製程配件202和載體環1302傳送到定位在儲存裝置1224內的擱架中的一個。可以由使用者從儲存裝置1224移除儲存在儲存裝置1224中的邊緣環230和支撐環232(諸如上邊緣環602、上邊緣環702和中邊緣環704)的在第一數量的襯底的處理期間已經被腐蝕的消耗零件。在一些情況下，將使用過的邊緣環230和/或支撐環232從載體環1302移除並更換為新的邊緣環230和/或支撐環232。
在方塊1512中，將一組新的邊緣環230和/或支撐環232裝載到製程腔室100的製程容積106中，並且製程返回到方塊1502。在方塊1512中執行的製程包括圖17中所示的方塊1702-1716。
圖17是根據本文描述的實例的用於執行出現在方塊1512中的製程的方法的流程圖。將結合圖6A、圖6B、圖6C、圖7A、圖7B、圖7C、圖9A、圖9B、圖11、圖12、圖13A來討論圖17，以進一步描述用於將一組新的邊緣環230和支撐環232裝載到製程腔室100的製程容積106中的製程。該方法可以儲存在控制器（諸如控制器116）上並由其執行。
在方塊1702中，工廠介面機器人1216、1218從儲存裝置1224移除包括新的製程配件202的載體環1302，並將載體環和新的製程配件202定位在設置在裝載鎖定腔室1214中的支撐件上。新的製程配件202可以包括新的邊緣環230和新的支撐環232。然而，在一些情況下，可能期望重複使用支撐環232，因為該支撐環232因其相對於形成在製程腔室中的電漿的位置而仍具有一定使用壽命。
在方塊1704中，傳送機器人1222拾取載體環1302和新的製程配件202，使得載體環1302和新的製程配件202定位到耦接到傳送機器人1222的機器人葉片1306(圖13)上。然後，傳送機器人1222從裝載鎖定腔室1214移除載體環1302。在方塊1702或方塊1704期間，或甚至在方塊1702與1704之間，將裝載鎖定腔室1214抽真空到與其中設置有傳送機器人1222的真空襯底傳送腔室1212內的壓力匹配的真空壓力。
在方塊1706中，傳送機器人1222然後將載體環1302和新的製程配件202插入製程腔室100的製程容積106內。升降桿1012然後從傳送機器人1222的機器人葉片1306卸下製程配件202，這將升降桿1012和製程配件202留在製程腔室100的製程容積106中的升高位置。
在方塊1708中，傳送機器人1222將機器人葉片1306(在其上設置有空載體環1302)經由進入埠148從製程腔室100的製程容積106縮回。
在方塊1710中，升降桿1012及其相關聯的致動器1104降低製程配件202的邊緣環230和支撐環232，使得邊緣環230和支撐環232定位在襯底支撐件204上。一旦製程配件202就位，就可以在複數個半導體襯底上執行方法1500。
在方塊1712中，傳送機器人1222將空載體環1302放置在裝載鎖定腔室1214內。可以在執行方法1500的方塊1710和方塊1502-1508的至少一部分之前或同時執行方塊1712以及隨後執行的方塊1714-1716。在方塊1712期間，使用一或多個裝置從機器人葉片1306卸下載體環1302，並且使機器人葉片1306從裝載鎖定腔室1214縮回。在方塊1712期間，或在執行方塊1712之後，將裝載鎖定腔室1214排氣到大氣壓或與在其中設置有工廠介面機器人1216和1218的環境中的壓力匹配的壓力。
在方塊1714中，工廠介面機器人1216、1218將空載體環1302從裝載鎖定腔室1214傳送到定位在儲存裝置1224內的擱架中的一個。
在方塊1716中，傳送機器人1222將空載體環1302放置在儲存裝置1224內。空載體環1302一般將保留在儲存裝置1224中，直到方法1500的方塊1602準備好在之後的某個時間執行。
本揭示的實例造成在以降低的製造製程配件的成本在製程腔室中處理的襯底的整個表面上的電漿均勻性的增加。由於電漿均勻性和製程成品率之間存在直接相關性，因此提高的電漿均勻性引起製程成品率的增加。此外，利用本揭示的邊緣環和支撐環是可至少部分地重複使用的，並且因此降低電漿處理的總體成本。此外，藉由提高系統成品率並減少人工預防性維護和環放置，裝載一組新的環並從製程腔室移除一組使用過的環而無需為製程腔室排氣會對客戶產生重大商業和經濟影響。
儘管前述內容針對的是特定的實施例，但是在不脫離本揭示案的基本範疇的情況下，可以設想本揭示的其它和進一步實施例，並且本揭示案的範疇由所附申請專利範圍確定。
100:製程腔室 102:腔室主體 104:蓋 106:內部容積 108:電氣接地 110:襯底支撐組件 112:襯底 114:電感耦合電漿設備 116:控制器 118:電極 120:偏置源 122:匹配網路 124:吸附電源 126:外邊緣 128:電漿 130:第一線圈 132:第二線圈 134:RF電源 136:匹配網路 138:RF饋電結構 140:功率分配器 142:加熱器元件 144:電源 146:氣體面板 148:進入埠 150:閥 152:真空泵 154:中央處理單元(CPU) 156:記憶體 158:支援電路 202:製程配件 204:襯底支撐件 206:靜電吸盤 208:陰極襯裡 210:遮罩件 212:接地板 214:絕緣板 216:設施板 218:冷卻板 220:套筒 222:第一部分 224:第一表面 226:第二部分 228:第二表面 230:邊緣環 232:支撐環 234:覆蓋環 236:移動環 238:環形主體 240:頂表面 242:底表面 244:內表面 246:外表面 248:電漿殼層 250:頂表面 252:致動機構 254:豎直間隙 302:環形主體 304:頂表面 306:底表面 306A:第一部分 306B:第二部分 308:內表面 310:外表面 312:凹坑 314:凹處 316:凹處底表面 318:凹處邊緣 320:延伸階部 322:平坦頂表面 324:突部 326:外頂表面 328:成角度的表面 330:電容耦合路徑 332:電容耦合路徑 334:環形主體 336:頂表面 338:底表面 340:內表面 342:外表面 402:凹處 404:突起 406:部分突起 408:上互鎖耦接件 412:延伸階部 414:下互鎖耦接件/凹部 502:頂表面 504:凹部 506:突起 508:隆起 510:特徵 602:上邊緣環 604:中邊緣環 606:下互鎖耦接件/突起 608:凹部 614:上互鎖耦接件/突起 616:側部部分 618:側部部分 702:上邊緣環 704:中邊緣環 706:下邊緣環 708:凹部 710:突起 712:側部部分 802:對準球體 804:凹口 902:上支撐環 904:下支撐環 906:環形主體 908:頂表面 910:底表面 912:內表面 914:外表面 916:突起 918:凹部 1002:底表面 1004:內表面 1006:外邊緣 1008:溝槽口 1010:部分 1012:升降桿 1014:盲凹處 1016:頂支撐環 1100:組合系統 1102:升降機構 1104:致動器 1106:桿保持器 1108:波紋管 1110:致動器 1112:升降桿 1114:波紋管 1116:升降桿 1200:處理系統 1202:真空氣密處理平臺 1204:工廠介面 1206a:製程腔室 1206b:製程腔室 1208a:製程腔室 1208b:製程腔室 1210a:製程腔室 1210b:製程腔室 1212:真空襯底傳送腔室 1214:裝載鎖定腔室 1216:工廠介面機器人 1218:工廠介面機器人 1220:匣(FOUP) 1224:儲存腔室 1302:載體環 1304:機器人手腕 1306:機器人葉片 1402:襯墊 1404:機器人手腕適配器 1502:方塊 1504:方塊 1506:方塊 1508:方塊 1510:方塊 1512:方塊 1602:方塊 1604:方塊 1608:方塊 1610:方塊 1612:方塊 1614:方塊 1616:方塊 1702:方塊 1704:方塊 1706:方塊 1708:方塊 1710:方塊 1712:方塊 1714:方塊 1716:方塊
為了能夠詳細地理解本揭示案的上述特徵的方式，可以參考實施例得到以上簡要地概述的本揭示案的更特定的描述，其中一些實施例在附圖中圖示。然而，應當注意，附圖僅圖示了本揭示的典型的實施例，並且因此不應視為對本揭示的範疇的限制，因為本揭示案可以允許其他等效實施例。
圖1是根據一個實施例的製程腔室的示意性剖視圖。
圖2A、圖2B、圖2C是根據一個實施例的襯底支撐組件的示意性局部剖視圖。
圖3A和圖3B是根據一個實施例的製程配件的示意性局部剖視圖。
圖4A、圖4B和圖4C是根據一個實施例的製程配件的示意性局部剖視圖。
圖5A、圖5B、圖5C和圖5D是根據一個實施例的製程配件的示意性局部剖視圖。
圖6A、圖6B和圖6C是根據一個實施例的製程配件的示意性局部剖視圖。
圖7A、圖7B和圖7C是根據一個實施例的製程配件的示意性局部剖視圖。
圖8A和圖8B是根據一個實施例的邊緣環的側視圖和剖視圖。
圖8C、圖8D、圖8E和圖8F是根據一個實施例的凹口的形狀。
圖9A和圖9B是根據一個實施例的製程配件的示意性局部剖視圖。
圖10A和圖10B是根據一個實施例的移動環的剖視圖和俯視圖。
圖10C和圖10D是根據一個實施例的支撐環的俯視圖和剖視圖。
圖11是根據一個實施例的包括製程配件、升降機構和致動機構的組合系統的示意性剖視圖。
圖12是根據一個實施例的處理系統的示意性俯視圖。
圖13A是根據一個實施例的製程配件的示意性剖視圖。
圖13B和圖13C是根據一個實施例的由載體環保持的製程配件的示意性俯視圖和剖視圖。
圖14A和圖14B是根據一個實施例的機器人葉片的示意圖。
圖15是根據一個實施例的方法的流程圖。
圖16是根據一個實施例的方法的流程圖。
圖17是根據一個實施例的方法的流程圖。
為了清楚起見，已經盡可能地使用相同的附圖標記標示各圖共有的相同元件。另外，一個實施例中的要素可以有利地適於在本文描述的其他實施例中使用。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
112:襯底
126:外邊緣
128:電漿
202:製程配件
204:襯底支撐件
208:陰極襯裡
210:遮罩件
212:接地板
214:絕緣板
216:設施板
218:冷卻板
220:套筒
222:第一部分
226:第二部分
228:第二表面
230:邊緣環
232:支撐環
234:覆蓋環
236:移動環
238:環形主體
240:頂表面
242:底表面
244:內表面
246:外表面
248:電漿殼層
250:頂表面
304:頂表面
330:電容耦合路徑
332:電容耦合路徑

Claims (21)

  1. 一種在一製程腔室中使用的製程配件，包括： 一環形主體，其中 該環形主體具有一頂表面、一底表面、一內表面和一外表面， 該底表面被配置為定位在一襯底支撐件上方，該襯底支撐件被設置在一製程腔室內， 該內表面的定位在該頂表面與該底表面之間的至少一部分具有大於要在該製程腔室內處理的一襯底的一直徑的直徑， 該環形主體包括一凹處，該凹處由一凹處底表面和一凹處邊緣限定，其中該凹處邊緣設置在該環形主體的該頂表面與該凹處底表面之間，並且其中該凹處底表面從該環形主體的該內表面延伸，並且 該凹處邊緣設置在與該襯底的一外邊緣相距一定距離處，當該襯底在該製程腔室內被處理時，該襯底被設置在該襯底支撐件上。
  2. 如請求項1所述的製程配件，其中該凹處底表面基本上平行於該環形主體的該底表面，並且該凹處邊緣基本上平行於該環形主體的一中心軸線。
  3. 如請求項1所述的製程配件，其中該凹處底表面基本上平行於該環形主體的該底表面，並且該凹處邊緣相對於該環形主體的一中心軸線設置成一定角度。
  4. 如請求項1所述的製程配件，亦包括： 一支撐環，該支撐環具有被配置為支撐該環形主體的該底表面的一第一部分的一上表面；以及 一導電移動環，該導電移動環具有被配置為支撐該環形主體的該底表面的一第二部分的一上表面，其中該支撐環可以定位在該導電移動環的一內徑內。
  5. 如請求項1所述的製程配件，亦包括： 一延伸階部，該延伸階部從該環形主體的該外表面徑向向外延伸，其中該延伸階部的一表面限定該頂表面的一部分。
  6. 如請求項1所述的製程配件，其中該頂表面包括從該外表面向內延伸的一外頂表面，並且該環形主體亦包括： 一突部，該突部在該環形主體的該外頂表面上方延伸，其中該突部包括一平坦頂表面和設置在該環形主體的該外頂表面與該突部的該平坦頂表面之間的一成角度的表面。
  7. 如請求項1所述的製程配件，其中 該環形主體包括選自由矽和碳化矽組成的群組中的一材料，該材料具有小於25歐姆-釐米的一體電阻率。
  8. 一種在製程腔室中使用的製程配件，包括： 一頂環形主體，該頂環形主體在該頂環形主體的一底表面上具有一下互鎖耦接件，其中 當該頂環形主體定位在被配置為定位在一製程腔室內的一襯底支撐件上方的一中環形主體的至少一部分上方時，該下互鎖耦接件與在一底環形主體的一頂表面上的一上互鎖耦接件接合， 當該頂環形主體從該中環形主體移除時，該下互鎖耦接件從在該底環形主體的該頂表面上的該上互鎖耦接件脫離，並且 該頂環形主體的一內表面的至少一部分具有大於要在該製程腔室內處理的一襯底的一直徑的直徑。
  9. 如請求項8所述的製程配件，其中 在該頂環形主體的該底表面上的該下互鎖耦接件是從該頂環形主體的該底表面朝向該中環形主體的該底表面至少部分地延伸的一突起，並且 在該中環形主體的該頂表面上的該上互鎖耦接件是從該中環形主體的該頂表面朝向該中環形主體的該底表面至少部分地延伸的一凹部。
  10. 如請求項8所述的製程配件，其中 在該頂環形主體的該底表面上的該下互鎖耦接件是從該頂環形主體的該底表面朝向該頂環形主體的該頂表面至少部分地延伸的一凹部，並且 在該中環形主體的該頂表面上的該上互鎖耦接件是從該中環形主體的該頂表面朝向該頂環形主體的該底表面至少部分地延伸的一突起。
  11. 如請求項8所述的製程配件，其中該頂環形主體被包圍在該中環形主體的一內表面和一外表面上的側部部分之間，該等側部部分沿該中環形主體的一中心軸線延伸。
  12. 如請求項8所述的製程配件，其中該頂環形主體由具有小於25歐姆-釐米的一體電阻率的碳化矽製成。
  13. 如請求項8所述的製程配件，其中 該頂環形主體的該底表面包括複數個第一凹口， 該中環形主體的該頂表面包括複數個第二凹口， 每個第一凹口與一相對的第二凹口對準，並且 一對準球體設置在形成在每一個對準的該第一凹口和該第二凹口之間的一空間內。
  14. 如請求項13所述的製程配件，其中 該對準球體由石英製成，並且 該第一凹口和該第二凹口的形狀選自錐形、方形和矩形。
  15. 一種在製程腔室中使用的製程配件，包括： 一第一環形主體，該第一環形主體被配置為定位在製程腔室內的一襯底支撐件上方，該第一環形主體具有在該第一環形主體的一頂表面上的一上互鎖耦接件；以及 一第二環形主體，該第二環形主體被配置為定位在該第一環形主體的至少一部分上，該第二環形主體具有在該第二環形主體的一底表面上的一下互鎖耦接件，其中 該第二環形主體的一內表面的至少一部分具有大於要在該製程腔室內處理的一襯底的一直徑的直徑， 當該第二環形主體定位在至少該第一環形主體的該部分上方時，該下互鎖耦接件與該上互鎖耦接件接合，並且 當該第二環形主體從該第一環形主體移除時，該下互鎖耦接件從該上互鎖耦接件脫離。
  16. 如請求項15所述的製程配件，其中 在該第一環形主體的該頂表面上的該上互鎖耦接件是從該第一環形主體的該頂表面朝向該第一環形主體的該底表面至少部分地延伸的一凹部；並且 在該第二環形主體的該底表面上的該下互鎖耦接件是從該第二環形主體的該底表面朝向該第一環形主體的該底表面至少部分地延伸的一突起。
  17. 如請求項15所述的製程配件，其中 在該第一環形主體的該頂表面上的該上互鎖耦接件是從該第一環形主體的該頂表面朝向該第二環形主體的該底表面至少部分地延伸的一突起；並且 在該第二環形主體的該底表面上的該下互鎖耦接件是從該第二環形主體的該底表面朝向該第二環形主體的該頂表面至少部分地延伸的一凹部。
  18. 如請求項15所述的製程配件，其中 該第一環形主體包括在該第一環形主體的一內表面上的一第一側部部分和在該第一環形主體的一外表面上的一第二側部部分，該第一側部部分和該第二側部部分沿該第一環形主體的一中心軸線延伸，並且 該第二環形主體被包圍在該第一環形主體的該第一側部部分和該第二側部部分之間。
  19. 如請求項15所述的製程配件，其中該第一環形主體和該第二環形主體由具有小於25歐姆-釐米的一體電阻率的碳化矽製成。
  20. 如請求項15所述的製程配件，其中 該第一環形主體的該頂表面包括複數個第一凹口， 該第二環形主體的該底表面包括複數個第二凹口， 每個第一凹口與一相對的第二凹口對準，並且 一對準球體設置在形成在每一個對準的該第一凹口和該第二凹口之間的一空間內。
  21. 如請求項20所述的製程配件，其中 該對準球體由石英製成，並且 該第一凹口和該第二凹口的一形狀選自錐形、方形和矩形。
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