TW202347405A - 用以減少膜不對稱性的靜電卡盤(esc)中之射頻格柵設計的方法及設備 - Google Patents

Abstract

提供靜電卡盤(ESC)設備及方法。ESC可具有一或更多卡盤電極以及圍繞卡盤電極的阻斷電極。阻斷電極可減少使用ESC執行之半導體處理操作中的不均勻性。在某些實施方式中，阻斷電極係位在卡盤電極下方。

Description

用以減少膜不對稱性的靜電卡盤(ESC)中之射頻格柵設計的方法及設備

本揭示內容係關於在半導體處理中使用的靜電卡盤(ESC)，特別係關於包括用於支托半導體基板之ESC的設備。

半導體處理工具通常包括於其內提供隔離環境以處理半導體晶圓的一或更多半導體處理腔室。在某些半導體處理工具中，可在單一腔室內處理多個半導體晶圓。在如此的半導體處理工具中，如此腔室可包括複數晶圓處理站，每一晶圓處理站具有其各自的晶圓支架或台座。在某些實施例中，台座可為可用以產生將基板夾持至ESC及/或朝向ESC偏壓之電磁場的靜電卡盤(ESC)。

半導體處理工具可用以在半導體晶圓上執行以電漿為基的處理操作。電漿源係用以產生電漿，而當製程氣體流入電漿源內時產生中性粒子、離子、及/或製程氣體之自由基。然後這些粒子可流動以與所關注之基板發生物理及/或化學反應。在基板安置於其上的靜電卡盤(ESC)或台座中的電極可用以產生可將基板夾持至台座及/或將粒子偏壓至台座的電場。

提供本文所包含的先前技術及前後文說明內容僅係為了大體上呈現本揭示內容之脈絡。此揭露書的大部分內容呈現發明人之成果，但僅因在先前技術章節中描述如此成果或將如此成果在本文其他處作為脈絡呈現並不意味著將如此成果承認為先前技術。

本文揭示操作具有靜電卡盤之製程腔室的方法及系統。在本文實施例的一實施態樣中，揭示包括用於支托半導體基板之靜電卡盤(ESC)的設備，ESC包括：上表面，用於支托晶圓；在上表面下方的一或更多夾持電極，其中一或更多夾持電極係配置以當通電時靜電夾持晶圓至上表面；阻斷電極，其中阻斷電極包括：環形部、中央部、及三或更多輪輻，其中每一輪輻具有耦接至環形部的遠端及耦接至中央部的近端，其中當沿著垂直於上表面的軸觀看時，環形部乃圍繞一或更多夾持電極。

在某些實施例中，一或更多夾持電極係配置以藉由RF源供電之。在某些實施例中，阻斷電極之頂面與一或更多夾持電極之底面間的距離係介於約0.05與約0.2吋之間。在某些實施例中，於三或更多輪輻之每一者耦接至環形部之處形成的內角是圓的。在某些實施例中，三或更多輪輻係以徑向對稱圖案排列。在某些實施例中，有2n個輪輻，其中n為大於一的整數。在某些實施例中，三或更多輪輻係10個輪輻。在某些實施例中，一或更多夾持電極係兩夾持電極。在某些實施例中，兩夾持電極係配置以當藉由射頻(RF)源供電時分別操作於正極性和負極性。在某些實施例中，兩夾持電極係標稱半圓形電極。在某些實施例中，一或更多夾持電極係平面的。在某些實施例中，阻斷電極係平面的。

在某些實施例中，阻斷電極包括金屬網。在某些實施例中，阻斷電極包括單件金屬。在某些實施例中，設備進一步包括RF功率源，且其中阻斷電極之輪輻的數量係基於RF功率源之頻率。在某些實施例中，一或更多夾持電極係平行於阻斷電極且介於阻斷電極與上表面之間。在某些實施例中，一或更多夾持電極係至少兩夾持電極，且其中當沿著第一軸觀看時，三或更多輪輻中的至少一輪輻係與一或更多夾持電極之間的間隙對準。在某些實施例中，每一輪輻具有在垂直於第一軸及各輪輻之近端與遠端的方向上測量的寬度，且其中所有輪輻之總寬度與環形段之內周長之間的比例係大於約1:10。在某些實施例中，設備進一步包括不與三或更多輪輻相交的升降銷。

在某些實施例中，設備進一步包括含有ESC的製程腔室。在某些實施例中，設備進一步包括旋轉指標器。在某些實施例中，旋轉指標器包括中央輪轂及指標器臂，中央輪轂相對於腔室可繞著第一軸旋轉，第一軸係標稱地位於圓形圖案之中心處，每一指標器臂具有固定安裝至中央輪轂的近端及支托可旋轉晶圓支架的遠端，可旋轉晶圓支架係配置以相對於指標器臂繞著相應第二軸旋轉，且其中設備進一步包括控制器，控制器包括一或更多處理器及一或更多記憶體，其中一或更多處理器、一或更多記憶體、ESC、指標器、及製程腔室係彼此可操作地連接，且一或更多記憶體裝置儲存用於控制一或更多處理器的電腦可執行指令以：致使位於ESC上的晶圓被放置在可旋轉晶圓支架上；致使可旋轉晶圓支架與藉其支托的晶圓繞著相應第二軸旋轉一定量，該定量至少部分地基於阻斷電極之三或更多輪輻中的兩相鄰輪輻之間的角度；以及致使晶圓被放回至ESC上。

以下將參照相關圖式詳細描述所揭示實施例的此些和其他特徵。

本揭示內容係關於在半導體處理中使用的靜電卡盤(ESC)。在半導體處理設備中，靜電卡盤通常係用於在電漿製程期間將基板夾持至台座。靜電卡盤藉由產生基板與卡盤之間的吸引力而夾持基板。卡盤電壓係施加至ESC中的一或更多電極以在基板與電極中分別誘發相反極化的電荷。在某些實施例中，亦可將電極稱為「格柵」。可使用諸多設計以完成夾持。在具有一電極的單極ESC中，該一電極可具有所施加之電壓，並且使用例如在基板上方產生的電漿而可在基板中誘發相反電荷。

在雙極靜電卡盤中，靜電卡盤具有鑲嵌在台座結構內的一對共平面卡盤(或夾持)電極，且每一電極分別連接至配置以施加電位至電極的功率供應器或其他系統之端子。相反電荷與基板交互作用，特別是在基板之底面，以將基板拉向靜電卡盤，從而將基板夾持至卡盤。在某些實施例中，夾持電極每一者為「D形的」，但可使用其他形狀，包括指叉式夾持電極或同心夾持電極。可將電極定位使得電極係在放置於基板上的晶圓下方。

阻斷電極(亦稱為「外電極」、「邊緣電極」、或「平均電極」)亦可繞著卡盤電極延伸。當從上方觀看時，阻斷電極可具有環繞卡盤電極的環形部122。阻斷電極可平均關聯於卡盤電極之正極性與負極性的異常，而平滑卡盤電極與晶圓的交互作用。阻斷電極亦可於晶圓處理操作期間與晶圓上方的電漿交互作用以改善處理均勻性。

圖1呈現具有被阻斷電極108環繞之兩夾持電極106與107的雙極靜電卡盤之範例的透視圖。阻斷電極108具有環形部122(陰影)連同兩輪輻109a與109b(應理解輪輻大體上從中央區105跨至環形部，使得如圖1所示之跨直徑的條帶為兩輪輻)。輪輻可連接至中央區105，中央區105可例如藉由穿過台座的導線電性耦接至功率源，台座支托有電極位於其中的靜電卡盤。

可使用燒結製程製造ESC。可將電極以及在台座/ESC中的其他元件和例如金屬線的電連接器放置在可被加熱及/或壓縮的粉末中以將粉末燒結在一起，而形成具有上述每一組件鑲嵌在其內的台座。粉末可為在燒結期間形成單件的陶瓷，例如氧化鋁或氮化鋁。在某些實施例中，粉末可處於可易於被加工的「未燒製」狀態。可藉由將組件/粉末分層在一起然後燒製整體 ESC以燒結陶瓷粉末而建構ESC。由於燒結製程導致台座中諸多元件的膨脹/收縮並因此導致該些元件的移動(以及起因於如此移動的潛在缺陷)，故可藉由在較少的平面中對齊組件而簡化製造。因此，夾持電極與阻斷電極通常係共平面以降低製造成本。再者，可沿著垂直中心軸定位至每一組件的連接，例如至電極的電連接，以降低製造複雜度。

在某些實施方式中，阻斷電極及/或夾持電極可為例如金屬之導電材料的薄片，而經加工以具有本文所述的形狀。在某些實施方式中，電極可具有多個組件。在某些實施方式中，電極可具有槽或孔或者由允許粒子穿越其中移動的網狀物製成；如此可降低燒結後分層的風險，因為陶瓷顆粒可穿過電極而非僅在電極周圍燒結。在某些實施方式中，電極可為金屬網，例如具有交疊且電連接之多個金屬絞線的編織網。無論電極材料的特定細節為何，皆可將電極加工成諸如本文所討論的形狀。

一般而言，阻斷電極可改善於基板上執行之處理操作的均勻性。提供至阻斷電極的RF功率可控制電漿形成所在的區域，特別是電漿之半徑。由於電漿製程可能具有電漿所導致的從中央至邊緣之不均勻性，故可調諧運送至阻斷電極與夾持電極的RF功率以控制電漿並改善均勻性。然而，阻斷電極亦可能造成某些不均勻性，例如對應輪輻109a-b的不均勻性，特別是在基板的徑向邊緣附近。在不受理論拘束的情況下，由於與中央條帶位置相應的不均勻性增加，阻斷電極與晶圓之間的耦接、連同阻斷電極之輪輻與環形部間RF密度的變化被認為會影響處理操作。

圖2呈現在晶圓之外緣附近進行之測量的均勻性作為方位角位置之函數的圖表。有針對兩輪輻模型的兩資料集、4輪輻模型之資料集、以及其中阻斷電極之環形部之内徑較大(導致徑向較薄的環形部)的2輪輻模型之資料集。該兩輪輻模型線與圖1所示的阻斷電極與夾持電極設計相對應。如圖中可見到的，於0和180度之處有高峰，針對此資料，該高峰與輪輻109a-b耦接至阻斷電極之環形部的地方相對應。此厚度上的不均勻性係不被期望的。在某些實施例中，可藉由在處理操作之間旋轉晶圓而降低如此不均勻性。例如，藉由在處理操作中途旋轉晶圓90度，可降低0和180度之處並增加90和270度之處的不均勻性，而在任意給定的徑向位置處降低不均勻性之峰值的幅度。儘管可期望降低峰值不均勻，但通常亦期望降低平均不均勻性。

本揭露書描述可在ESC設計中結合抑或單獨使用的諸多特徵，以降低處理操作中的不均勻性。在一實施例中，圖3呈現製程腔室300的側視圖。製程腔室可與針對諸多電漿處理技術使用的系統或組件結合使用，電漿處理技術例如電漿增強化學氣相沉積、電漿蝕刻、電漿剝離或灰化、濺鍍、電漿噴塗、及其相似者。製程腔室可包括支托基板320的靜電卡盤(ESC)302(在本文中亦可將ESC稱為台座)。ESC 302包含阻斷電極308及卡盤電極306與307。阻斷電極和卡盤電極可具有直接抑或間接與至一或更多功率供應器332之電極電連接的一或更多電引線316，功率供應器332可提供DC及/或RF功率至電極的每一者。

可將ESC 302配置以支托可被提供至製程腔室300的晶圓320。亦可稱之為基板或半導體基板的晶圓可為矽或其他半導體晶圓，例如，200-mm晶圓、300-mm晶圓、或450-mm晶圓，包括具有一或更多層材料沉積於其上的晶圓，材料例如為介電、導電、或半導電材料。應理解的是，本文所述的製程腔室及ESC係設計以用於300 mm晶圓。可進行合適的修改以針對較大或較小的晶圓縮放諸多元件(例如，可縮放電極以與待處理的晶圓直徑相對應)。

亦可將例如邊緣環或排除環的環314放置在ESC 302上。環314可為陶瓷環而例如保護在製程腔室中的台座/ESC免受來自電漿的損傷及/或可協助控制電漿。在某些實施例中環314可為可更換的組件。

可將噴淋頭304放置在ESC上方。於處理操作期間，可將製程氣體經由噴淋頭朝向晶圓流動。於操作期間在晶圓320上方形成電漿310。在某些實施例中，噴淋頭包括可用以產生電漿的電漿產生系統(未顯示)或以其他方式耦接至電漿產生系統。噴淋頭304(或電漿產生系統)及ESC(包括夾持電極與阻斷電極)可電性耦接至RF功率供應器332及匹配網路330以對電漿供電。於操作期間，可在任何合適的功率下操作RF功率供應器332及匹配網路330以形成具有所需物種組成分的電漿。電漿310具有靠近晶圓320之外緣的電漿邊緣區312。

為了控制RF功率供應器332於其中操作的方式，將控制器311與RF功率供應器332可操作地耦接。控制器311可為類比控制器、離散邏輯控制器、可程式化陣列控制器(PAL)、可程式化邏輯控制器(PLC)、微處理器、電腦或任何其他能夠執行操作以影響處理操作的裝置。在一示例性的實施例中，控制器判斷待供應至噴淋頭、夾持電極、及阻斷電極之每一者的功率量，並提供命令至RF功率供應器332。除了控制RF功率供應器332之外，亦可將控制器311可操作地耦接至氣體分配系統377並可提供命令至氣體分配系統377以朝向晶圓供應定量的處理氣體。

氣體分配系統377可耦接至一或更多氣體源並包括一或更多相應閥或其他流量控制組件(例如，質量流量控制器及/或液體流量控制器)。控制器311可連接至所述一或更多閥或其他流量控制組件以致使該些閥或組件切換狀態，從而允許不同的氣體或氣體之組合在不同時間及/或流速下流動。在某些實施例中，一或更多氣體源可流體連接至混合閥以允許製程氣體在流過晶圓之前的混合及/或調節。

RF功率供應器332可為射頻(RF)能量源或其他能夠供應功率至電極並激發電極以形成電場的能量源。在示例性的實施例中，RF功率供應器332包括配置以在所需頻率下操作的RF產生器。例如，可將RF產生器配置以在0.2 MHz至20.0 MHz的頻率範圍內操作。在一示例性的實施例中，RF產生器可操作於13.56 MHz。在一示例性的實施例中，RF功率供應器332可包括配置在RF產生器與本文所述的一或更多元件之間的匹配網路330，該一或更多元件例如為電漿產生器系統或ESC。匹配網路可為配置以將RF產生器之組抗匹配至連接至RF產生器之電極之阻抗的阻抗匹配網路。在此情況下，匹配網路可由例如相位角偵測器及控制馬達的組件之組合組成；然而，在其他實施例中，將理解匹配網路亦可包括其他或額外的組件。

如以上所提及的，晶圓可能在處理操作中具有不均勻性。ESC的諸多設計、以及特別是夾持電極與阻斷電極的諸多設計可降低如此不均勻性，且特別是降低對應於夾持及/或阻斷電極的不均勻性。

圖4a及4b分別呈現夾持電極306與307和阻斷電極308的一實施例的透視圖及由上往下視圖。如圖中可見到的，阻斷電極308具有四輪輻309。圖4b顯示繪示夾持電極與阻斷電極的輪輻間之交疊的由上往下視圖。在某些實施例中，增加輪輻的數量乃降低關聯於輪輻之晶圓邊緣處的峰值不均勻性。圖5呈現針對二、四、及十輪輻阻斷電極之均勻性作為沿著晶圓邊緣之方位角位置之函數的圖表。與圖2中所見的峰相似，二輪輻阻斷電極具有在0和180度處的峰。四輪輻阻斷電極顯示在90度處不均勻性之峰值增量，而十輪輻阻斷電極顯示在約36 度的某些倍數處的某些不均勻性之峰值。重要的是，來自額外輪輻之不均勻性的降低乃大於僅僅將二輪輻阻斷電極的兩峰值不均勻性平均為四峰值。額外輪輻的使用反而降低平均不均勻性以及局部峰值不均勻性。因而，增加阻斷電極之輪輻的數量可提供處理操作之均勻性的顯著改善。在某些實施例中，阻斷電極可具有至少三輪輻、至少四輪輻、至少六輪輻、至少十輪輻、至少十二輪輻、或約十六輪輻。在某些實施例中，輪輻的數量可為偶數。偶數數量的輪輻可能係較佳的以維持跨晶圓的對稱性。然而，在某些實施例中，輪輻的數量可替代地為奇數。

在某些實施例中，例如在圖4a及4b中所示，夾持電極可為半圓形的。在使用二輪輻阻斷電極的實施例中，既然阻斷電極的二輪輻可穿過夾持電極之間的間隙，則兩夾持電極與阻斷電極可為共平面的。然而，在使用兩夾持電極與超過二輪輻之阻斷電極的實施例中，在不減小夾持電極之尺寸使得夾持電極適配在輪輻之間空隙中的情況下，沒有足夠的空間讓阻斷電極與夾持電極共平面。因而，在某些實施例中可將阻斷電極放置在夾持電極下方使得夾持電極介於阻斷電極與晶圓之間。圖3及4a繪示阻斷電極與夾持電極之間的如此相對位置。

在某些實施例中，既然可將阻斷電極放置在夾持電極下方，則阻斷電極可能與ESC的其他組件相互作用。例如，阻斷電極亦可能與ESC中的加熱元件電容耦合。通常，加熱元件係遠離夾持電極放置以減少任何耦合效應，然而阻斷電極的較低放置可能致使阻斷電極與加熱元件電性地相互作用，而可能降低阻斷電極的有效性並造成處理操作的不均勻性。因而，有需要使阻斷電極遠離加熱元件從而較靠近夾持電極，以最小化與加熱元件的任何電容耦合。

然而，在某些案例中，將阻斷電極放置於夾持電極之下可改善阻斷電極影響晶圓上方電漿的能力。既然晶圓邊緣缺陷係缺陷的重大來源，則藉由例如改變提供至阻斷電極的功率而可於處理操作期間或之間調諧電漿邊緣區312以減少潛在缺陷及/或不均勻性。當垂直地相對於夾持電極較靠近ESC之頂部放置阻斷電極時，用於對阻斷電極與夾持電極供電的穩定製程窗口可能被集中在邊緣聚焦處理值，使得晶圓邊緣附近有較高的電漿密度。在某些實施例中，由於限制了RF功率影響電漿性質的可調諧性，此舉可能係不欲其發生的。因而，在某些實施例中，較低放置的阻斷電極可轉移穩定製程窗口使得穩定製程窗口的集中導致較均勻的邊緣至中央電漿密度，而允許對阻斷與夾持電極使用RF功率之電漿性質的更多控制。

因而，在某些實施例中，阻斷電極可在夾持電極下方距離318(其中阻斷電極與夾持電極係彼此且與晶圓實質上平行)。在某些實施例中，距離318約0.1吋，或者介於約0.05吋與約0.2吋之間。這些距離可平衡減少與ESC中其他組件之電容耦合的問題而具有經由阻斷電極對電漿之較佳控制的益處。距離318亦可能影響阻斷電極如何與ESC中的其他組件相互作用。除了上述之外，較大距離318可允許阻斷電極對電漿有更多的製程空間控制。

在某些實施例中，夾持電極的數量可基於輪輻的數量。例如，若有四個輪輻，則可有四個夾持電極，每一夾持電極具有90度弧形以適配在輪輻與阻斷電極之環形部之間的空隙中。在如此實施例中，夾持電極與阻斷電極可為共平面的或者阻斷電極可在夾持電極下方。再者，儘管於圖式中顯示兩夾持電極，應理解可只有一個夾持電極(例如，阻斷電極相較於夾持電極放置在較低高度的情況下)或多個夾持電極，例如，二個或多於二個。在某些實施例中，夾持電極可為指叉式的(指叉式電極的範例顯示於圖6c中，其具有兩指叉式電極606及607)。在某些實施例中，夾持電極可具有諸多配置，例如，單夾持電極、指叉式電極等。

在某些實施例中，可將夾持電極與阻斷電極配置以減少或最小化阻斷電極與夾持電極之間的交疊。由於夾持電極與阻斷電極可能電性耦合而降低晶圓與夾持電極之間的極化並影響處理操作，故通常不期望發生交疊。因而，在某些實施例中，夾持電極之間的任何間隙可與阻斷電極的一或更多輪輻水平地對準以減少交疊，如例如在圖1中顯示的。在其他實施例中，可能期望將輪輻與夾持電極之間的任何間隙錯位。舉例而言，將輪輻與任何間隙錯位可改善阻斷電極與夾持電極之間耦合的對稱性。如本文將進一步討論的，可旋轉在本文所述之ESC上處理的晶圓以最小化由阻斷與夾持電極間之耦合導致的任何不均勻性。將輪輻與夾持電極之間的任何間隙錯位可促進輪輻的每一者造成相似的不均勻性。因而，當在ESC上旋轉晶圓時，由每一輪輻導致的不均勻性可於方位角上相似地跨基板分佈。

阻斷電極具有外徑340及內徑342。內徑係指阻斷電極之環形部(例如，將輪輻除外)的內徑。在某些實施例中，內徑最多係約待使用阻斷電極處理之晶圓的直徑(例如，約300 mm或更小或者約11.8吋或更小)。在某些實施例中，內徑小於約300 mm。在某些實施例中，外徑至少為晶圓之直徑。在某些實施例中，外徑係約13.3吋±0.1吋。在某些實施例中，內徑係約11.3吋±0.1吋。在某些實施例中，內徑係約11.8吋±0.1吋。在某些實施例中，增加環形部的內徑可減少阻斷電極與晶圓的耦合而降低於晶圓邊緣處的不均勻性。

圖6a及6b呈現分別具有八個及十個輪輻的阻斷電極608a及608b的視圖。大體而言，額外的輪輻降低不均勻性。然而，在某些實施例中，輪輻的數量可能受限於ESC中的其他元件。例如，台座可包括支持晶圓處理機器人從中放置或移除晶圓的升降銷。升降銷或相關聯的組件可能需要穿過阻斷電極的平面，使得額外的輪輻可能顯著影響銷之清潔(或需要不對稱地配置較大數量的輪輻以便清除可能作用以增加晶圓不均勻性的如此特徵)。因而，在某些實施例中，輪輻的數量可能基於升降銷的位置而受限，使得升降銷不與阻斷電極的輪輻相交且輪輻仍可以大體上徑向對稱的方式配置。在某些實施例中，有十二個或較少的輪輻、十個或較少的輪輻、或者八個或較少的輪輻。在某些實施例中，輪輻係在方位角上平均地間隔開來。

在某些實施例中，可基於與電極一起使用的RF功率之頻率而判斷輪輻的數量。例如，電極設計可能導致與RF功率之諧波的相互作用而可能影響處理操作且通常不期望發生。因而，在某些實施方式中，針對設計以在RF頻率下使用的格柵，輪輻之間環形部的弧長可小於RF驅動頻率之最高諧波之導波長的約1/4以減少諧波頻率的發射。例如，針對在使用13.56 MHz之RF功率的系統中所使用的格柵，弧長可小於約18 cm。

環形部與輪輻之間耦接的幾何形狀可能影響處理操作的不均勻性。在不受理論拘束的情況下，RF密度可能在輪輻連接至環形部之處與環形部離任何輪輻最遠處之間變化。將輪輻與環形部之間的內角變圓可降低RF密度沿著環形部的變異，從而降低晶圓邊緣不均勻性。在某些實施例中，每一輪輻耦接至環形部之處形成的內角可為圓的或內圓角的。圖7呈現在輪輻709與具有圓角748的阻斷電極708之環形部722之間單一耦接的視圖。虛線指示非圓形的角。在某些實施例中，每一角具有半徑750。在某些實施例中，半徑至少約0.08吋或介於約0.08吋與約1吋之間。

在某些實施例中，如電極706所示，夾持電極在其位於阻斷電極之圓角上方處可相似地為圓形。如本文中所討論的，阻斷電極可能電磁耦接至有水平交疊處的卡盤電極而降低夾持電極與晶圓之間的電磁耦合，這是不期望發生且可能造成浪費的。因而，在某些實施例中，夾持電極形狀可匹配輪輻與阻斷之環形部之間的內圓角，從而減少夾持電極與阻斷電極之間的交疊。

在某些實施例中，隨著輪輻延伸在垂直於半徑的方向上增加輪輻之厚度亦可降低RF密度變異。圖8呈現具有連接至中央區805之8個輪輻809的阻斷電極808的圖式。可相加每一輪輻寬度862以判斷總輪幅寬度：圓周的比例，其中該圓周係與環形部之內緣同徑之圓的圓周。在某些實施例中，總輪幅寬度與圓周的比例至少約1:100或至少約1:10。例如，若阻斷電極的總內圓周係約35.5吋(基於11.3吋內徑)，則輪輻的總寬度可為至少約3.5吋。在某些實施例中，每一輪輻的寬度可介於約0.1吋與約0.5吋之間。

如以上所提及的，在某些實施例中，在處理操作之間相對於阻斷電極之輪輻(或相對於多個阻斷電極之輪輻)旋轉晶圓可降低不均勻性。本文的實施例可在沒有旋轉的情況下降低如此峰值不均勻性。在某些實施方式中，可藉由使用本文實施例以及在處理操作之間旋轉而進一步降低峰值不均勻性。在某些實施例中，可在處理操作之間旋轉晶圓。例如可使用指標器或配置以能夠相對於給定台座旋轉晶圓的其他晶圓處理系統來執行如此旋轉，而後將晶圓放回至具有相對於台座之新旋轉定向的給定台座上。

圖9描繪具有示例性旋轉指標器系統之多站腔室的範例。在圖9中，顯示半導體處理工具900包括具有四晶圓處理站906(A至D)在其內的腔室902，每一晶圓處理站具有配置以支托相應晶圓944(A至D)的相應台座908(A至D)。每一台座908可為依據本文諸多實施例的ESC。腔室902例如可具有一或更多晶圓傳送埠904，可提供晶圓傳送埠904以允許藉由例如位於腔室902外的晶圓處理機器人將晶圓944放置在某些台座908上或從某些台座908中移除。

半導體處理工具900亦可包括旋轉指標器903，旋轉指標器903可具有複數指標器臂928，指標器臂928具有與配置以繞著第一軸938(將理解第一軸938係垂直於關於圖9的頁面平面)旋轉之中央輪轂924固接的近端以及於其上提供相應可旋轉晶圓支架934的遠端。每一可旋轉晶圓支架934可例如具有像是接觸墊936的複數特徵部，而係可設計以在指標操作期間從下方穩定地支托晶圓944的其中之一。

指標器903亦包括能夠相對於中央輪轂924被獨立驅動的第二輪轂926。第二輪轂926例如可與複數拉桿930連接而拉桿930的每一者可在其相對端處與可旋轉晶圓支架934中的相應者連接，使得當中央輪轂924與第二輪轂926相對於彼此旋轉時，可旋轉晶圓支架934乃進行相似的相對旋轉。在相同方向上以及相同速度下旋轉中央輪轂924與第二輪轂926兩者將反而致使指標器臂928一致地旋轉而沒有可旋轉晶圓支架934相對於指標器臂928的任何旋轉。

半導體處理工具900的台座908亦可包括在每一晶圓處理站906的複數升降銷912，升降銷912能夠相對於相應的台座908伸出或縮回以便致使可安置在相應台座908上的晶圓從下方台座908被抬升起來、或者被下降至台座908上。

圖10描繪圖9之多站腔室的對角剖面圖。在圖10中可見到升降銷912可例如經由台座中的通孔穿過台座伸出並可與升降銷環914連接，升降銷環914允許升降銷912相對於台座向上及向下且一致地響應於升降銷致動器916的移動而移動。升降銷912大體上可具有旨在從下方接觸晶圓944之底面並支托晶圓944的最上表面。升降銷912可大體上為可移動的使得該些最上表面可在台座908之最上表面上方與下方的位置之間轉換。亦可使用其他升降銷機構，例如，在每一晶圓處理站被獨立驅動的升降銷。可致動升降銷912以便將安置於其中一台座908之頂部上的晶圓944抬升離開該台座908，使得在台座908與晶圓944之間存在足夠大到指標器臂928及可旋轉晶圓支架934可在晶圓944與台座908之間通過的間隙。當下降晶圓944至可旋轉晶圓支架934上時，晶圓可在接觸墊936上停留下來，而可在晶圓944與可旋轉晶圓支架934之間以相對小的接觸量提供對晶圓944的支托。

旋轉指標器903可具有指標器驅動部件918，指標器驅動部件918可包括可受控以旋轉中央輪轂924與第二輪轂926(一致地)從而將指標器臂928及可旋轉晶圓支架934繞著第一軸938旋轉的馬達，或者將可旋轉晶圓支架934相對於指標器臂928繞著可旋轉晶圓支架934之各自的旋轉中心940旋轉(藉由將第二輪轂926相對於中央輪轂924旋轉)。在某些實施方式中，亦可將指標器驅動部件918安裝至升降致動器920，在此例中可提供波紋管922以密封腔室902中旋轉指標器903之中心軸可從中通過的開口。此例可允許指標器臂928作為一單元而上下移動。

於使用期間，可藉由升降銷912將晶圓944提升進入升高位置同時定位旋轉指標器903使得指標器臂928的每一者插入在不同組的相鄰台座908之間。一旦晶圓944在升高位置中，便可致動旋轉指標器903以便致使可旋轉晶圓支架934擺入每一晶圓944下方的位置中。當可旋轉晶圓支架934全都定位在相應晶圓944下方時，可縮回升降銷912而晶圓944下降直到其在位於晶圓944下方的可旋轉晶圓支架934上停留下來。升降銷912可繼續縮回直到其不再伸入指標器的旋轉路徑中，從而允許旋轉指標器903繞著第一軸938旋轉且晶圓944沿著弧形路徑從一晶圓處理站906傳送至另一處理站。在已致動旋轉指標器903以便致使晶圓944在不同晶圓處理站906之間移動後，可再次伸出升降銷912、將晶圓944抬升離開可旋轉晶圓支架934。一旦晶圓944不再由可旋轉晶圓支架934支托，便可再次致動旋轉指標器903以旋轉指標器臂928，使得可旋轉晶圓支架934不再於晶圓944下方。一旦可旋轉晶圓支架934不再於晶圓944下方，便可再次致動升降銷912以便將升降銷912縮回至台座908中，從而將晶圓944降低至台座908上。

可替代地，可將指標器臂928保持靜止且第二輪轂926相對於中央輪轂924旋轉以便致使可旋轉晶圓支架934(具有受其支托的晶圓)相對於指標器臂928從而相對台座908旋轉。然後可將已旋轉的晶圓重新放回從中拾起晶圓的相同台座上，而具有相對於該些台座的不同旋轉定向。在某些案例中，晶圓在處理站之間移動以及旋轉可兩者皆有以便相對於在各晶圓放置於其上的各台座中之相似特徵部(例如，電極)具有不同的相對旋轉定向。

可在發明名稱為「ROTATIONAL INDEXERS WITH ADDITIONAL ROTATIONAL AXES」的美國專利申請案第15/867,599號中找到具有原地旋轉晶圓能力之旋轉指標器的進一步討論，藉此基於所有目的將該專利申請案併入本文中。

在某些實施例中，可將圖9的指標器配置以基於為晶圓處理站之部件的ESC之阻斷電極中輪輻的配置而旋轉可旋轉晶圓支架934。例如，可藉由升降銷將晶圓拾起離開台座而後將晶圓放置在例如以上所述的旋轉指標器上。然後可在藉由升降銷將晶圓抬離指標器之前使用指標器原地旋轉晶圓某些量，而後將晶圓放回至從中獲取晶圓的台座上。在某些實施例中，在每一如此旋轉移動期間提供的旋轉量可基於阻斷電極的輪輻之間的角度。因而，可藉由改變輪輻相對於被處理之晶圓的位置從而改變晶圓上不均勻性的位置而降低對應於輪輻之處理操作中不均勻性的任何峰值。在某些實施例中，處理器可致使可旋轉晶圓支架934旋轉一定量而導致晶圓上以輪輻預旋轉之徑向中心線為中心的位置從該徑向中心線旋轉後相對於阻斷電極中央旋轉偏移。在某些實施例中，每一旋轉之旋轉偏移可為360°/N/(x+1)，其中N=輪輻的數量且x=晶圓將受到旋轉的次數。因而若阻斷電極具有四輪輻且晶圓將被旋轉兩次(因而在第一旋轉位置、第二旋轉位置、而後第三旋轉位置)，則每次旋轉時將旋轉晶圓30°。因而於每一處理操作期間在輪輻相對於台座的0/90/180/270、30/120/210/300、及60/150/240/330之處，晶圓會被處理三次。在某些實施例中，晶圓旋轉可在兩站之間傳送的期間發生(即，可相對於不同台座中的不同電極將晶圓旋轉不同的量，例如，相似於當晶圓保持在相同台座上時可能發生的情形)。在其他實施例中，如以上所討論的，可在沒有移送站點的情況下旋轉晶圓，晶圓留在單一站中但相對於用以連續處理操作的站點旋轉。

如以上所提及的，在某些實施方式中控制器311為系統的一部分，該系統為上述範例之一部分而包括圖9及圖10中顯示的旋轉指標器。如此系統可包括半導體處理設備，其包括：一或複數處理工具、一或複數腔室、用以處理的一或複數工作台、及/或特定處理組件(晶圓台座、氣流系統等)。這些系統可與用以在半導體晶圓或基板的處理之前、期間、與之後控制所述系統之操作的電子設備整合。可將電子設備稱為「控制器」，其可控制一或複數系統的諸多組件或子部件。取決於處理條件及/或系統的型式，可將控制器311程式化以控制本文所揭示的任何製程，包括處理氣體的輸送、溫度設定(例如加熱及/或冷卻)、壓力設定、真空設定、功率設定、某些系統中的射頻(RF)產生器設定、RF匹配電路設定、頻率設定、流速設定、流體輸送設定、定位與操作設定、晶圓移進移出工具、以及與特定系統連接或介面接合之其他傳送工具及/或裝載鎖。

總的來說，可將控制器定義為具有接收指令、發出指令、控制操作、實行清洗操作、實行端點量測等等之諸多積體電路、邏輯、記憶體、及/或軟體的電子設備。積體電路可包括儲存程式指令的韌體形式之晶片、數位訊號處理器(DSPs)、定義為特殊應用積體電路(ASICs)的晶片、及/或執行程式指令(例如軟體)的一或更多微處理器、或微控制器。程式指令可為以諸多個別設定(或程式檔案)之形式傳送至控制器的指令，其定義用以在半導體晶圓上、或針對半導體晶圓、或對於系統實現特定製程的操作性參數。在某些實施例中，操作性參數可為由製程工程師定義之配方的一部分，以在一或更多的層、材料、金屬、氧化物、矽、二氧化矽、表面、電路、及/或晶圓之晶粒的處理期間完成一或更多的處理步驟。

在某些實施方式中，控制器可為電腦的一部分或耦接至電腦，該電腦與系統整合、耦接至系統、或透過網路連結至系統、或為以上之組合。例如，控制器可位於「雲端」或為晶圓廠主機系統之全部或部分而可允許晶圓處理的遠端存取。電腦可實行對系統之遠端存取以監控處理操作之目前進度、檢視先前處理操作之歷史、從複數處理操作中檢視趨勢或效能度量指標，用以改變當前處理的參數、用以設定接續當前處理的處理步驟、或用以開啟新的製程。在某些範例中，遠端電腦(例如伺服器)可利用網路將製程配方提供至系統，網路可包括區域網路或網際網路。遠端電腦可包括實行參數及/或設定之輸入或程式化的使用者介面，而後這些參數及/或設定從遠端電腦傳送至系統。在某些範例中，控制器接收資料形式的指令，其針對待於一或更多操作期間執行之每一處理步驟指定參數。應理解的是，所述參數可特定於待執行之製程的型式以及工具的型式，而控制器係配置以與該工具介面接合或控制該工具。因此，如上所述，控制器可為分散式的，例如藉由包含以網路連結在一起並針對相同目的運作的一或更多分散式控制器，該相同目的例如本文所述的製程與控制。用於如此目的之分散式控制器的範例為與遠端設置(例如在平台層或為遠端電腦的一部分)之一或更多積體電路通信的腔室上之一或更多積體電路，其結合以控制腔室上的製程。

在不受限制的情況下，示例性的系統可包括電漿蝕刻腔室或模組、沉積腔室或模組、旋轉沖洗腔室或模組、金屬電鍍腔室或模組、清洗腔室或模組、斜面邊緣蝕刻腔室或模組、物理氣相沉積(PVD)腔室或模組、化學氣相沉積(CVD)腔室或模組、原子層沉積(ALD)腔室或模組、原子層蝕刻(ALE)腔室或模組、離子植入腔室或模組、徑跡腔室或模組、以及可與半導體晶圓之處理及/或製造相關或用於其中的任何其他半導體處理系統。

如以上所提及的，取決於待使用工具執行的一或複數製程步驟，控制器可與下列之一或更多者通信：其他工具電路或模組、其他工具組件、叢集工具、其他工具介面、相鄰的工具、附近的工具、坐落在工廠全處的工具、主機、另一控制器、或其在半導體製造廠中將晶圓之容器攜帶往來工具位置及/或裝載埠之用於材料傳送的工具。 總結

現已提出相對於習知系統提供改善電漿產生能力的系統及方法。相較於習知系統，上述電漿產生器系統在電漿產生製程之間經歷減少的停機時間，且於此同時上述電漿產生器系統減少周邊系統組件至高功率量的曝露。因而，相較於習知電漿產生器系統的組件，現今改良後的電漿產生器系統包括具有改善有效壽命的組件，例如RF組件、氣流分配器及管線。此外，也降低了系統的維護成本。

應理解的是，若在本文中使用「針對該一或更多＜物件＞中的每一＜物件＞」、「該一或更多＜物件＞中的每一＜物件＞」、或與其相似的用語，則包括單物件組及多物件組兩者，即，使用用語「針對…每一」的意義在於在程式語言中該用語係用於指稱任意物件群中的每一物件。例如，若被引用的物件群係單一物件，則「每一」係指僅該單一物件(儘管事實上「每一」的字典中定義通常將該術語定義為指「二或更多事物中的每一者」)並且不會暗指必須要有該些物件中的至少兩者。相似地，術語「集合」或「子集合」本身不應被視為必須包含複數物件，應理解的是集合或子集合可包含只有一成員或者多個成員(除非文中另有指明)。

在本揭示內容及申請專利範圍中，若有任何序數詞符號的使用，例如(a)、(b)、(c)…或其相似者，則應將其理解為並非傳達任何特定的順序或序列，除非有明確地指出如此順序或序列。例如，若有三步驟標示為(i)、(ii)、及(iii)，應理解除非另有指明，否則可以任何順序(或甚至若無其他限制的話為同時地)執行這些步驟。例如，若步驟(ii)涉及在步驟(i)中產出之元件的處理，則可將步驟(ii)視為發生在步驟(i)之後的某時點。相似地，若步驟(i)涉及在步驟(ii)中產出之元件的處理，將理解反之亦然。亦應理解的是，本文中序數詞符號「第一」的使用，例如「第一物件」，不應被解讀為暗示地或本質上地指出必須存在「第二」例，例如「第二物件」。

如本文中使用的術語「介於…之間(between)」且當其與數值範圍一起使用時，除非另有指明，否則應將其理解為包括該範圍的起始值和終端值。例如，介於1和5之間應理解為包括數字1、2、3、4、及5，而非只有數字2、3、及4。

對於熟知本技術領域人士而言，對本揭示內容中所述實施方式的諸多修改係淺顯易見的，並可將本文中定義的通則應用至其他實施方式而不脫離本揭示內容的精神或範疇。因而，申請專利範圍並非旨在受限於本文所示的實施方式，而係應被給予和本揭露書、本文所揭示之原則與新穎特徵一致的最寬廣範圍。

本說明書中所述的在個別實施方式之上下文中的某些特徵亦可在單一實施方式中組合實施。反之，在單一實施方式的上下文中描述的諸多特徵亦可在多個實施方式中單獨地或以任何合適的子組合方式實施之。再者，儘管以上可能將特徵描述為在某些組合中作用且甚至最初亦如此主張，但在某些情況下，可從該組合中刪除所主張之組合中的一或更多特徵，並可將所主張之組合指向子組合或子組合之變形。

相似地，儘管在圖式中以特定順序描繪操作，但不應將此理解為要求以所示的特定順序或按序列順序執行如此操作、或者執行所繪示的所有操作，以獲得所需的結果。再者，圖式可以流程圖的形式示意性地描繪一或更多的示例性製程。然而，可將未描繪出的其他操作併入示意性描繪的示例性製程中。例如，可在任何所繪示的操作之前、之後、同時、或之間執行一或更多的額外操作。在某些情況下，多任務及並行處理可能為有利的。再者，以上所述實施方式中諸多系統組件的分離不應被理解為在所有實施方式中皆要求如此分離，而應將其理解為所述的程式組件與系統通常可在單一軟體產品中整合在一起或封裝至多個軟體產品中。此外，在以下申請專利範圍的範疇內有其他實施方式。在某些案例中，可以不同的順序執行申請專利範圍中列舉的動作而仍獲得所需的結果。

105:中央區 106,107:夾持電極 108:阻斷電極 109a,109b:輪輻 122:環形部 300:製程腔室 302:靜電卡盤(ESC) 304:噴淋頭 306,307:卡盤電極 308,608a,608b,708,808:阻斷電極 309:輪輻 310:電漿 311:控制器 312:電漿邊緣區 314:環 316:電引線 318:距離 320:基板(晶圓) 330:匹配網路 332:功率供應器 340:外徑 342:內徑 377:氣體分配系統 606,607:指叉式電極 706:電極 709,809:輪輻 722:環形部 748:圓角 750:半徑 805:中央區 862:輪輻寬度 900:半導體處理工具 902:腔室 903:旋轉指標器 904:晶圓傳送埠 906A,906B,906C,906D:晶圓處理站 908,908A,908B,908C,908D:台座 912:升降銷 914:升降銷環 916:升降銷致動器 918:指標器驅動部件 920:升降致動器 922:波紋管 924:中央輪轂 926:第二輪轂 928:指標器臂 930:拉桿 934:可旋轉晶圓支架 936:接觸墊 938:第一軸 940:旋轉中心 944,944A,944B,944C,944D:晶圓

圖1呈現與兩卡盤電極共平面之阻斷電極的透視圖。

圖2呈現厚度作為使用諸多阻斷格柵設計處理之半導體晶圓之θ函數的圖表。

圖3呈現依據本文所揭示之諸多實施例而具有靜電卡盤之製程腔室的側視圖。

圖4a及4b呈現依據本文所揭示之諸多實施例的卡盤及阻斷電極的透視及俯視圖。

圖5呈現不均勻性作為使用具有二、四、或十輪輻之阻斷格柵處理之半導體晶圓之θ函數的圖表。

圖6a及6b呈現分別具有8及10輪輻的替代阻斷電極設計。

圖6c呈現具有指叉式電極的替代夾持電極設計。

圖7呈現在輪輻與外環之間具有內圓角之阻斷電極的斷面圖。

圖8呈現指示輪幅寬度及弧長之阻斷電極的示意圖。

圖9呈現旋轉指標器的示意圖。

圖10呈現旋轉指標器的側視圖。

300:製程腔室

302:靜電卡盤(ESC)

304:噴淋頭

306,307:卡盤電極

308:阻斷電極

310:電漿

311:控制器

312:電漿邊緣區

314:環

316:電引線

318:距離

320:基板(晶圓)

330:匹配網路

332:功率供應器

377:氣體分配系統

Claims (22)

1. 一種包含用於支托半導體基板之靜電卡盤(ESC)的設備，該ESC包含： 一上表面，用於支托一晶圓； 一或更多夾持電極，在該上表面之下方，其中該一或更多夾持電極係配置以當通電時靜電夾持該晶圓至該上表面； 一阻斷電極，其中該阻斷電極包含： 一環形部， 一中央部，及 三或更多輪輻，其中每一輪輻具有耦接至該環形部的一遠端以及耦接至該中央部的一近端， 其中當沿著垂直於該上表面的一軸觀看時，該環形部乃圍繞該一或更多夾持電極。
2. 如請求項1之設備，其中該一或更多夾持電極係配置以藉由一RF源供電之。
3. 如請求項1之設備，其中該阻斷電極的一頂面與該一或更多夾持電極的一底面之間的一距離係介於約0.05與約0.2吋之間。
4. 如請求項1之設備，其中該三或更多輪輻之每一者耦接至該環形部之處所形成的內角是圓的。
5. 如請求項1之設備，其中該三或更多輪輻係以一徑向對稱圖案排列。
6. 如請求項1之設備，其中有2n個輪輻，其中n為大於一的整數。
7. 如請求項1之設備，其中該三或更多輪輻係10個輪輻。
8. 如請求項1之設備，其中該一或更多夾持電極係兩夾持電極。
9. 如請求項8之設備，其中該兩夾持電極係配置以當藉由一射頻(RF)源供電時分別操作於正極性和負極性。
10. 如請求項8之設備，其中該兩夾持電極係標稱半圓形電極。
11. 如請求項1至10中任一項之設備，其中該一或更多夾持電極係平面的。
12. 如請求項1至10中任一項之設備，其中該阻斷電極係平面的。
13. 如請求項1至10中任一項之設備，其中該阻斷電極包含一金屬網。
14. 如請求項1至10中任一項之設備，其中該阻斷電極包含一單件金屬。
15. 如請求項1至10中任一項之設備，其中該設備進一步包含一RF功率源，且其中該阻斷電極之該輪輻的數量係基於該RF功率源的一頻率。
16. 如請求項1至10中任一項之設備，其中該一或更多夾持電極係平行於該阻斷電極且介於該阻斷電極與該上表面之間。
17. 如請求項1至10中任一項之設備，其中該一或更多夾持電極係至少兩夾持電極，且其中當沿著垂直於該上表面的該軸觀看時，該三或更多輪輻中的至少一輪輻係與該一或更多夾持電極之間的一間隙對準。
18. 如請求項1至10中任一項之設備，其中該每一輪輻具有在垂直於該軸以及各該輪輻之該近端與該遠端的一方向上測量的一寬度，該軸係與該上表面垂直，且其中所有該輪輻之總寬度與該環形部之內周長之間的一比例係大於約1:10。
19. 如請求項1至10中任一項之設備，其中該設備進一步包含不與該三或更多輪輻相交的升降銷。
20. 如請求項1至10中任一項之設備，其中該設備進一步包含具有該ESC的一製程腔室。
21. 如請求項1至10中任一項之設備，其中該設備進一步包含一旋轉指標器。
22. 如請求項21之設備，其中該旋轉指標器包含一中央輪轂及一指標器臂，該中央輪轂相對於該腔室可繞著一第一軸旋轉，該第一軸係標稱地位於圓形圖案之中心處，每一指標器臂具有固定安裝至該中央輪轂的一近端以及支托一可旋轉晶圓支架的一遠端，該可旋轉晶圓支架係配置以相對於該指標器臂繞著一相應第二軸旋轉，且其中該設備進一步包含一控制器，該控制器包括一或更多處理器及一或更多記憶體，其中： 該一或更多處理器、該一或更多記憶體、該ESC、該指標器、及該製程腔室係彼此可操作地連接，以及 該一或更多記憶體儲存用於控制該一或更多處理器的電腦可執行指令以： 致使位於該ESC上的一晶圓被放置在該可旋轉晶圓支架上； 致使該可旋轉晶圓支架與藉其支托的該晶圓繞著該相應第二軸旋轉一定量，該定量至少部分地基於該阻斷電極之該三或更多輪輻中的兩相鄰輪輻之間的一角度；以及 致使該晶圓被放回至該ESC上。