TWI570835B - 用於基板處理室的兩片擋板盤組件 - Google Patents

Description

用於基板處理室的兩片擋板盤組件

本發明的實施例一般是關於基板處理室的領域。

傳統半導體裝置形成是共同地執行在一或多個處理室中，該等處理室具有能力在受控制的處理環境中處理基板(例如，半導體晶圓)。為了維持處理均勻性並且確保處理室的最佳性能，週期性地執行各種調節操作。例如，在物理氣相沈積(PVD)處理室中，一個共同使用的調節操作是「預燒(burn-in)」處理，其中設置於PVD處理室中的靶材受到電漿離子的撞擊，以在執行基板處理之前，從靶材移除氧化物或其他汙染物。另一個共同使用的調節操作是「上漿(pasting)」處理，其中在沈積於處理室表面上的材料之上施加覆蓋物，以防止該材料在後續的處理期間脫離處理室表面並且汙染基板。

在前述兩個調節操作中，經由轉移機器人，可將擋板盤定位在設置於處理室中的基板支座的頂上，以防止任何材料沈積在基板支座上。擋板盤通常包括的材料是具有足夠 的機械剛性來抵抗由於沈積材料的額外重量所導致的變形。例如，擋板盤通常包括金屬合金，例如不鏽鋼，或者陶瓷，例如碳化矽。

但是，發明人已經觀察到，在上漿處理期間，擋板盤會升溫。因為熱梯度及/或盤上的沈積，擋板盤會由於擋板盤的頂與底表面之間的熱失配而發生應力，例如，導致擋板盤變形(例如，在端部處彎曲)。此種變形會產生縫隙，導致電漿通過該縫隙而曝露至基板支座。基板支座上的金屬沈積會導致基板晶圓電弧放電、基板晶圓黏住及/或破裂，如果基板支座是靜電夾盤等，則會導致靜電夾力減少。

另外，擋板盤通常儲置於遠離處理區域，且在使用期間藉由緩衝室機器人而移動至所欲位置中。為了使機器人可以處理擋板盤，擋板盤的重量與厚度必須要最小化。在上漿與預燒處理期間，該等重量較輕/厚度較薄的擋板盤會變形得更嚴重。

已經嘗試各種解決方案來解決前述問題。例如，已經嘗試：使用較低的RF功率、較長的冷卻週期、以及增加冷卻氣體至擋板盤的背側。但是，發明人已經觀察到，該等解決方案沒有一個足夠來保護基板支座免於非所欲的材料沉積。

因此，在此提供了改良的擋板盤組件。

在此提供了擋板盤組件，該等擋板盤組件用於使用在處理室中，以保護設置於該擋板盤組件之下的一基板支座 免於非所欲的材料沉積。在某些實施例中，用於使用在一處理室中，以保護設置於該擋板盤組件之下的一基板支座的一種擋板盤組件可包括：一上盤構件，該上盤構件具有一頂表面與一底表面；及一下承載構件，該下承載構件具有至少一部分的該下承載構件是設置於一部分的該上盤構件之下，以支撐該上盤構件並且產生一保護性重疊區域，該保護性重疊區域在該上盤構件變形時防止該基板支座的曝露。

在某些實施例中，用於使用在一處理室中，以保護設置於該擋板盤組件之下的一基板支座的一種擋板盤組件可包括：一上盤構件，該上盤構件具有一頂表面與一底表面，其中該上盤構件進一步包括一階狀特徵，該階狀特徵是設置於該上盤構件的一外部直徑的周圍；及一下承載構件，該下承載構件具有一中心開口與一向內延伸的環狀突出部，該環狀突出部界定該中心開口，其中該環狀突出部的尺寸經過設計，以在該階狀特徵處支撐該上盤構件。

在某些實施例中，一種處理室可包括：一腔室主體，該腔室主體界定一內部空間，該內部空間具有一靶材，該靶材包括要沉積於設置於該腔室主體中的一基板的頂部上的材料；一基板支座，該基板支座設置於該腔室主體內，用以支撐該基板；一擋板盤組件，該擋板盤組件用於保護該基板支座，該擋板盤包括一上盤構件與一下承載構件，該上盤構件具有一頂表面與一底表面，且該下承載構件具有至少一部分的該下承載構件是設置於一部分的該上盤構件之下，以支撐該上盤構件並且產生一保護性重疊區域，該保護性重疊區域 在該上盤構件變形時防止該基板支座的曝露；及一轉移機器人，該轉移機器人是可移動地耦接於該腔室主體，用於轉移該擋板盤組件至該基板支座並且從該基板支座轉移該擋板盤組件。

本發明的其他實施例與變化則在下面更詳細地揭示。

100‧‧‧處理室

102‧‧‧腔室主體

104‧‧‧蓋組件

106‧‧‧處理空間

108‧‧‧側壁

110‧‧‧底部

112‧‧‧擋板盤組件埠

114‧‧‧基板

116‧‧‧殼體

120‧‧‧遮蔽環

122‧‧‧靶材

124‧‧‧磁控管

126‧‧‧基板支座

128‧‧‧電源

130‧‧‧氣源

132‧‧‧擋板盤組件機構

134‧‧‧葉部

136‧‧‧致動器

138‧‧‧軸部

140‧‧‧擋板盤組件

202‧‧‧上盤構件

202’‧‧‧變形的上盤構件

204‧‧‧頂表面

206‧‧‧底表面

208‧‧‧階狀特徵

210‧‧‧下承載構件

212‧‧‧第一特徵

214‧‧‧底表面

216‧‧‧第二特徵

218‧‧‧中心開口

220‧‧‧外部直徑

222‧‧‧直徑

224‧‧‧中心線

302‧‧‧頂表面

304‧‧‧支座表面

306‧‧‧重疊區域

308‧‧‧減少的重疊區域

藉由參照所附圖式中繪示之本發明的說明性實施例，可了解在下面更詳細討論且簡短總結於上之本發明的實施例。但是，注意到，所附圖式只說明本發明之典型實施例且因此不視為限制其範圍，因為本發明可容許其他等效實施例。

第1圖是範例處理室的示意圖，該處理室適於與本發明的某些實施例關連使用。

第2A圖繪示了根據本發明之某些實施例的範例兩片擋板盤組件的部分橫剖面視圖。

第2B圖為根據本發明之某些實施例的範例兩片擋板盤組件的頂視圖。

第3圖繪示了與基板支座聯合使用的範例兩片擋板盤組件。

為了促進了解，已經在任何可能的地方使用相同的參考號碼來表示圖式中共同的相同元件。圖式未依照比例繪製，且可以為了清楚加以簡化。可了解到，一實施例的元件與特徵可有利地併入在其他實施例中，而不用另外詳述。

本發明的實施例一般是關於用於使用在基板處理室中的擋板盤組件，像是例如半導體製造處理室，且本發明的實施例是關於併入此種擋板盤組件的基板處理室。在某些實施例中，本發明設備包括的擋板盤組件是用於使用在處理室的調節與清洗操作中。本發明設備可有利地提供擋板盤組件，該擋板盤組件可以管理於使用時由於加熱而導致的盤膨脹，而減少或消除基板支撐件(所述擋板盤元件設置在所述基板支撐件上)的暴露擋板擋板，藉此保護設置於該擋板盤組件之下的基板支座免於非所欲的材料沉積。

第1圖是範例處理室100的示意圖，處理室100用於與本發明的某些實施例關連使用。在某些實施例中，處理室100可為複數腔室結合而成的一個腔室，以形成多腔室處理系統(例如，叢集工具)。替代地，處理室100可為單獨的處理室。在某些實施例中，處理室100可為沉積腔室，例如物理氣相沈積(PVD)腔室。替代地，處理室100可為任何合適的處理室，其中在腔室清洗及/或季節性處理期間，擋板盤組件可用以保護基板支座免於損傷。

處理室100包括腔室主體102與蓋組件104，蓋組件104界定可排空的處理空間106。腔室主體102通常包括一或多個側壁108與底部110。一或多個側壁108可為圓形單一側壁或者處理室中具有非圓形結構的多重側壁。側壁通常包括擋板盤組件埠112。擋板盤組件埠112是配置成當擋板盤組 件140在收縮位置時，允許至少一部分的擋板盤組件140通過其間。殼體116通常覆蓋擋板盤組件埠112，以維持處理空間106內的真空完整性。額外的埠可設置在側壁中，例如可密封的使用埠，用以提供基板114從處理室100的入口與出口。泵送埠可設置在腔室主體102的底部及/或側壁中，且泵送埠可耦接於泵送系統，泵送系統排空且控制該處理空間106內的壓力。在其他實施例中，位於處理室100外的擋板庫(未示)可儲置擋板盤組件140，且通過處理室100中的開口(未示)而將擋板盤組件140移動進入處理室100中。

腔室主體102的蓋組件104通常支撐環狀屏蔽件118，環狀屏蔽件118支撐遮蔽環120。遮蔽環120通常配置來將沉積限制在通過遮蔽環120的中心而曝露出的基板114部分。蓋組件104通常包括靶材122與磁控管124。

靶材122提供在沉積處理期間沉積在基板114上的材料，而磁控管124促進在處理期間靶材材料的均勻損耗。靶材122與基板支座126藉由電源128而相關於彼此偏壓。惰性氣體(例如氬)從氣源130提供至處理空間106。電漿由該氣體形成於基板114與靶材122之間。電漿內的離子加速朝向靶材122並且導致材料從靶材122脫離。脫離的靶材材料受到吸引朝向基板114並且在基板114上沉積材料膜。

基板支座126通常設置於腔室主體102的底部110上並且在處理期間支撐基板114。擋板盤組件機構132通常設置於基板支座126附近。擋板盤組件機構132通常包括葉部134與致動器136，葉部134支撐擋板盤組件140，且致動器 136藉由軸部138而耦接於葉部134，以控制葉部134的位置。

葉部134可在第1圖所示的收縮或清洗位置以及第二位置之間移動，第二位置將擋板盤組件140放置成與基板支座126實質上共中心。在第二位置中，擋板盤組件140可在靶材預燒與腔室上漿處理期間，(藉由利用升舉銷而)轉移至基板支座126。葉部134在靶材預燒與腔室上漿處理期間則返回至收縮位置。致動器136可為任何裝置，該任何裝置適於通過一角度來旋轉軸部138，以將葉部134移動於清洗與第二位置之間。在根據本發明的其它實施例中，將基板114定位來用於處理的機器人機構，也可用來移動擋板盤組件140至適當位置，來保護基板支座126。

第2A圖繪示了根據本發明之某些實施例的範例擋板盤組件140的橫剖面側視圖。根據本發明之某些實施例，第2B圖為第2A圖的範例擋板盤組件的頂視圖。為了最佳地了解本發明，讀者應該同時參見第2A與2B圖。

範例擋板盤組件140通常包括上盤構件202以及下承載構件210。雖然在此敘述為兩件式組件，擋板盤組件可包括額外的元件。另外，雖然在此敘述為圓盤，擋板盤組件與其元件可具有任何需要的合適幾何外形，來保護特定處理室內的基板支座。

下承載構件210與上盤構件202是可移動地相關於彼此設置或耦接，使得下承載構件210與上盤構件202可相關於彼此移動，例如，以允許元件的獨立熱膨脹與收縮。在某些實施例中，上盤構件202可以僅支撐在下承載構件210 上。

下承載構件210支撐上盤構件202。在某些實施例中，下承載構件210可為一環，該環包括第一特徵212(例如向內延伸的突出部)，以支撐上盤構件202，使得上盤構件202的底側206是設置於下承載構件210的中心開口218之上，中心開口218具有直徑222。雖然在第2A圖中是繪示了突出部來支撐上盤構件202，第一特徵212也可為斜面(chamfer)、突伸物或其他合適的特徵，來支撐上盤構件202。在根據第2A圖的實施例中，下承載構件210的底表面與上盤構件的底表面界定了實質上平坦的表面，該平坦的表面接觸於基板支座126並且受到基板支座126的支撐。在其他實施例中，只有下承載構件210接觸於基板支座126，其可用來控制/改變RF耦合。在根據本發明之某些實施例中，下盤構件中的中心開口218的尺寸可根據所需的結構支撐、所需的RF耦合、熱傳導性等來加以最佳化。

在某些實施例中，下承載構件210並非一環，並且可沿著上盤構件202的整個底表面206來支撐上盤構件202。例如，在某些實施例中，下承載構件可為沒有中心開口的固體圓盤(未示)，類似於上盤構件202。

下承載構件210也可包括第二特徵216，第二特徵216協助定位上盤構件202並且保持上盤構件202大體上在適當的位置(例如，免於滑離開應有的位置)，同時仍然允許上盤構件202移動或變形，例如因為熱膨脹與收縮。例如，在某些實施例中，第二特徵216可為從承載構件向上延伸的 突伸物或唇狀物，以界定上盤構件202可設置於其中的凹部。替代地或組合地，在某些實施例中，第二特徵可為一銷，該銷沿著中心線224耦接上盤構件202與下承載構件，同時仍然允許上盤構件202相關於下承載構件210而徑向移動或變形，例如因為熱膨脹與收縮。

下承載構件210可包括熱穩定材料，以最小化下承載構件210的熱變形。例如，下承載構件210可包括陶瓷、塗覆有碳化矽的石墨、固態碳化矽、固態燒結的碳化矽、或利用無金屬燒結劑(sintering agent)(例如，可從Bridgestone取得的PUREBETA®或類似者)所製造之固態燒結的碳化矽之至少一者。在某些實施例中，下承載構件210可包括的材料是具有熱膨脹係數大約5.6E-6m/mK至大約22.2E-6m/mK。在某些實施例中，下承載構件210可包括熱傳導材料。在某些實施例中，下承載構件210可包括電絕緣材料。在上述的任何實施例中，下承載構件210可由下述合適材料構成：具有足夠的機械剛性來實質上抵抗由於上盤構件202以及在使用期間可沉積在上盤構件202頂上的材料的額外重量所導致之變形的材料。在某些實施例中，該材料也可為重量輕的，以允許擋板盤組件140容易地被轉移機器人移動。在某些實施例中，下承載構件210及/或上盤構件202彼此相接觸的一或多個表面可加以拋光，以促進容易移動，該移動是因為下承載構件210與上盤構件202之間的熱變形所導致。

在某些實施例中，下承載構件210的底表面214可為實質上平面的。在其他實施例中，下承載構件210的底表 面214可包括特徵來介接於擋板盤組件機構132的元件，以促進穩定與準確的移動。用來介接於擋板盤組件機構之元件的範例擋板盤特徵是例如敘述在美國專利申請案12/542,501中，該申請案申請於2009年8月17日，且標題為「SHUTTER DISK HAVING A TUNED COEFFICIENT OF THERMAL EXPANSION」。

上盤構件202的頂表面204大體上為平面並且具有的取向是實質上垂直於擋板盤組件140的中心線224。底表面206也大體上為平面並且具有的取向是實質上垂直於擋板盤組件140的中心線224。在某些實施例中，上盤構件202可包括階狀特徵208，階狀特徵208實質上平行於底表面206。如同第2A圖所示，在某些實施例中，由下承載構件210的第一特徵212來使用階狀特徵208，可支撐上盤構件202。

上盤構件202可由下述任何合適材料構成：具有足夠的機械剛性來抵抗由於沉積在上盤構件202頂部上的材料的額外重量所導致之變形的材料。在某些實施例中，該材料也可為重量輕的，以允許擋板盤組件140容易地被轉移機器人移動。在某些實施例中，上盤構件202可由下述材料構成：金屬合金(例如不鏽鋼)、金屬合成物(例如矽化鋁(AlSi))或陶瓷(例如碳化矽)。上盤構件202可經由適於形成所欲形狀的任何方法來製造，例如鑄模鑄造、沖模鑄造、噴塗鑄造、噴塗沉積或類似者。在某些實施例中，上盤構件202包含處理室中用於沉積/蝕刻基板所使用的相同材料。

在某些實施例中，擋板盤組件140具有外部直徑220 為大約6至大約12吋，例如大約6、8或11.85吋。在某些實施例中，從上支撐盤202的頂表面204至下支撐承載的底表面214之厚度可為大約0.1至大約0.25吋，例如大約0.15吋。根據基板支座的尺寸與結構，可使用其他尺寸。在某些實施例中，擋板盤組件140將具有外部直徑220是等於基板114的直徑，公差在+/-50mm。雖然以直徑來討論並且指稱為圓盤，擋板盤組件140與上盤構件並不限於圓形並且可具有任何適於使用在本文所揭示之處理室中的形狀。雖然以直徑來討論，並且用語「環」或「盤」可用於敘述擋板盤組件與其元件，可了解到，擋板盤組件與該等元件的形狀不需要是圓形，並且可具有任何形狀的周邊及/或開口，包括(但不限於)，矩形、多邊形、橢圓形與類似者。

第3圖繪示了根據本發明之至少某些實施例的範例擋板盤組件140與基板支座126。擋板盤組件機構132可將擋板盤組件140設置於基板支座126上的適當位置中。擋板盤組件140所保護的基板支座126的部分是顯示為受保護的支座表面304。在某些實施例中，擋板盤組件140的下承載構件210可由基板支座126的頂表面302支撐。另外，上盤構件202的底表面可定位在基板支座126的頂表面302附近或者實體接觸於基板支座126的頂表面302。在某些實施例中，上盤構件202與基板支座126之間設置的標稱縫隙是大約0.04吋。在其他實施例中，上盤構件202可接觸於基板支座126，以用於熱轉移或其他原因。

如同上面討論的，靶材122與基板支座126藉由電 源128而相關於彼此偏壓。在上漿處理期間，例如，擋板盤組件因為電漿功率(RF或DC源)而升溫。在下承載構件210是環的某些實施例中，電力直接從基板支座126耦合至上盤構件202。在下承載構件210是固體圓盤的其他實施例中，電力先直接從基板支座126耦合至下承載構件210，且之後耦合至上盤構件202。當上盤構件202升溫時，上盤構件202開始變形且相關於下承載構件210而移動(如同變形的上盤構件202’所示)。但是，變形的上盤構件202’與下承載構件210仍然維持有重疊區域306，重疊區域306保護基板支座126。

雖然前述是關於本發明之實施例，本發明之其他與進一步實施例可被設想出而無偏離其基本範圍，且其範圍是由下面的申請專利範圍來決定。

122‧‧‧靶材

126‧‧‧基板支座

128‧‧‧電源

140‧‧‧擋板盤組件

202‧‧‧上盤構件

202’‧‧‧變形的上盤構件

210‧‧‧下承載構件

302‧‧‧頂表面

304‧‧‧支座表面

306‧‧‧重疊區域

308‧‧‧減少的重疊區域

Claims (19)

1. 一種擋板盤組件，包括：一上盤構件，該上盤構件具有一頂表面與一底表面；及一下承載構件，該下承載構件具有至少一部分的該下承載構件是設置於一部分的該上盤構件之下，以支撐該上盤構件並且產生一保護性重疊區域，該保護性重疊區域在該上盤構件變形時防止設置於該擋板盤組件之下的一基板支座的曝露，其中該下承載構件包括一第一開口和一第二開口，該第一開口具有部分延伸至該下承載構件之一主體中的一第一直徑，該第二開口延伸穿過具有一第二直徑的該下承載構件之該主體，該第二直徑係小於該第一直徑，且其中該上盤構件係完全地設置於該下承載構件之該第一開口和該第二開口內。
2. 如請求項1所述之擋板盤組件，其中該下承載構件是具有一中心開口的一環，且其中該下承載構件支撐該上盤構件，使得該上盤構件的該底表面是設置於該下承載構件的一中心開口之上。
3. 如請求項2所述之擋板盤組件，其中該下承載構件進一步包括：一第一特徵，該第一特徵支撐該上盤構件；及一第二特徵，該第二特徵將該上盤構件維持在該下承載 構件的該中心開口之上的一位置中。
4. 如請求項3所述之擋板盤組件，其中該上盤構件包括一階狀特徵，該階狀特徵是設置於該下承載構件的該第一特徵之上，其中該第一特徵使用該階狀特徵來支撐該上盤構件。
5. 如請求項4所述之擋板盤組件，其中該上盤構件的該階狀特徵與該下承載構件的該第一特徵形成該保護性重疊區域。
6. 如請求項2所述之擋板盤組件，其中該下承載構件的一底表面與該上盤構件的該底表面是共平面的。
7. 如請求項2所述之擋板盤組件，其中藉由該下承載構件所支撐的該上盤構件的該底表面之一第一部分係與設置於該中心開口之上的該上盤構件之該底表面的一第二部分處於一相同平面或係比較高。
8. 如請求項所述之擋板盤組件，其中該下承載構件包括一熱穩定材料，該熱穩定材料具有一熱膨脹係數是大約5.4E-6m/mK至大約22.2E-6m/mK。
9. 如請求項1所述之擋板盤組件，其中該下承載構件包括陶瓷、塗覆有碳化矽的石墨、固態碳化矽、固態燒結的碳化 矽或固態無金屬燒結的碳化矽之至少一者。
10. 如請求項1所述之擋板盤組件，其中該上盤構件包括一導電材料。
11. 如請求項1所述之擋板盤組件，其中該上盤構件包括一金屬或金屬合成材料。
12. 一種處理室，包括如請求項1所述之擋板盤組件，該處理室進一步包括：一腔室主體，該腔室主體界定一內部空間，該內部空間具有一靶材，該靶材包括要沉積於設置於該腔室主體中的一基板的頂部上的材料；一基板支座，該基板支座設置於該腔室主體內，用以支撐該基板；及一轉移機器人，該轉移機器人是可移動地耦接於該腔室主體，用於轉移該擋板盤組件至該基板支座並且從該基板支座轉移該擋板盤組件。
13. 如請求項12所述之處理室，其中該下承載構件是具有一中心開口的一環，且其中該下承載構件支撐該上盤構件，使得該上盤構件的該底表面是設置於該下承載構件的一中心開口之上。
14. 如請求項13所述之處理室，其中該下承載構件進一步包括：一第一特徵，該第一特徵支撐該上盤構件；及一第二特徵，該第二特徵將該上盤構件維持在該下承載構件的該中心開口之上的一位置中。
15. 如請求項14所述之處理室，其中該上盤構件包括一階狀特徵，該階狀特徵是設置於該下承載構件的該第一特徵之上，其中該第一特徵使用該階狀特徵來支撐該上盤構件。
16. 如請求項15所述之處理室，其中該上盤構件的該階狀特徵與該下承載構件的該第一特徵形成該保護性重疊區域。
17. 如請求項13所述之處理室，其中該下承載構件的一底表面與該上盤構件的該底表面是共平面的。
18. 如請求項12所述之處理室，其中該下承載構件包括陶瓷、塗覆有碳化矽的石墨、固態碳化矽、固態燒結的碳化矽、或利用無金屬燒結劑所燒結的固態燒結碳化矽之至少一者，且其中該上盤構件包括一金屬或金屬合成材料。
19. 一種擋板盤組件，包括：一上盤構件，該上盤構件具有一頂表面與一底表面，其中該上盤構件進一步包括一階狀特徵，該階狀特徵是設置於 該上盤構件的一外部直徑的周圍；及一下承載構件，該下承載構件具有一中心開口與一向內延伸的環狀突出部，該環狀突出部界定該中心開口，其中該環狀突出部在該階狀特徵處接觸並支撐該上盤構件，且其中該下承載構件包括一第一開口和一第二開口，該第一開口具有部分延伸至該下承載構件之一主體中的一第一直徑，該第二開口延伸穿過具有一第二直徑的該下承載構件之該主體，該第二直徑係小於該第一直徑，且其中該上盤構件係完全地設置於該下承載構件之該第一開口和該第二開口內。