TWI671781B - 載送環構造及具有該構造的腔室系統 - Google Patents

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瑟利西 瑞迪
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Abstract

本發明提供實施膜層沉積之腔室中使用的載送環、及使用該載送環的腔室。該載送環具有環狀碟形，其具有外邊緣側及晶圓邊緣側。該載送環具有延伸於該外邊緣側至該晶圓邊緣側之間的頂部載送環表面。該晶圓邊緣側包含低於頂部載送環表面的較低載送環表面。該晶圓邊緣側亦包含複數的接觸支撐結構。每一接觸支撐結構係位於較低載送環表面的邊緣處，且具有介於較低載送環表面與頂部載送環表面之間的高度，且接觸支撐結構具有具斜角的邊緣及轉角。在頂部載送環表面與較低載送環表面之間界定一階梯，使得頂部外邊緣係設置於該階梯的頂部處，且較低內邊緣係設置於該階梯的底部處。該頂部外邊緣與該較低內邊緣的每一者具有圓形的非尖銳邊緣，且接觸支撐結構之每一者的頂部係配置成與晶圓的底部邊緣表面相接觸，以抬升、及降低、及移動該晶圓。

Description

載送環構造及具有該構造的腔室系統
本實施例相關於半導體晶圓處理設備工具，且更特別地相關於腔室中使用的載送環。腔室係用以處理及輸送晶圓。
電漿加強化學氣相沉積(PECVD)係用來在如晶圓的基板上從氣態(亦即，氣相)至固態沉積薄膜之電漿沉積的一種類型。PECVD系統將液體前驅物轉變為被傳送至腔室的氣相前驅物。PECVD系統可包含使液體前驅物以可控方式進行氣化的氣化器，以產生氣相前驅物。
用於PECVD的腔室在處理期間使用陶瓷基座支撐晶圓，這促成高溫下的處理。一種應用係可灰化硬遮罩(AHM，ashable hardmask)的沉積。AHM係用於半導體處理中可藉由稱為「灰化」之技術而移除的膜層。尤其，AHM係通常用作蝕刻停止層。193mn或更低的微影方法需要該等AHM，從而相對於下方介電質或金屬阻障層而具有高的蝕刻選擇性。
進一步講，用於沉積AHM材料的一些腔室使用載送環以促成晶圓在處理工作站之間的移動。若載送環未定義有考慮到曝露至沉積材料的幾何形狀，則腔室中的載送環可能在使用期間(例如，晶圓抬升期間)產生微粒，並且可能在線上處理期間需要更多的故障排除、及/或起因於更多清潔工作的停機時間。
吾人相信，消除或降低微粒源的現有方法是使晶圓透過處理模組的輸送「最佳化」。使晶圓輸送「最佳化」包含如以下者的方法：使晶圓運動減速，且亦確保在載送環透過對準銷與基座對準時，載送環將不會咔嗒作響(rattle)­–稱為 「時鐘式(clocking)」方法。對基座進行時鐘式(clocking)方法係一項費力的任務，且可能導致基座受損，而且降低晶圓速度對末端使用者而言係產能的衝擊(throughput hit)。
本發明呈現於以下內容中。
本揭露內容的實施例提供用以處理半導體晶圓之製程腔室的實施例。在一實施例中，提供在沉積腔室中使用的載送環，其中如此載送環包含用以從接近邊緣的下表面將晶圓抬起的接觸支撐結構。在一配置中，接觸製程結構具有具斜角的邊緣及轉角，使得形成於接觸支撐結構之頂部範圍的任何材料膜層不出現於尖銳邊緣(sharp edge)，不然該尖銳邊緣將在如此材料膜層上施加額外的應力。接觸支撐結構的頂部係在晶圓被抬起時與晶圓的下表面相接觸的表面，且吾人相信具有具斜角的邊緣及轉角在使用期間(例如在接觸支撐結構與晶圓下表面之間實體接觸的期間)會減少片狀剝落(flaking)、並/或減少微粒產生。
AHM系統長久以來的問題是落至最小接觸區域(MCA，minimum contact area)特徵部之位置的微粒，該MCA即接觸支撐結構。基於試驗及研究，吾人相信一旦在載送環(晶圓在該載送環上被輸送穿過製程模組)上有底塗佈/預塗佈膜層(undercoat/pre-coat film)，便存在微粒。考慮到微粒落至載送環的MCA位置，且若有底塗佈/預塗佈膜層便產生微粒，吾人發現至少一些的膜層正自MCA特徵部剝落。
在處理晶圓之前，在製程腔室中沉積預塗佈及底塗佈膜層。該預塗佈及底塗佈膜層亦發現於與晶圓相接觸的載送環上。若膜層係機械不穩定的，則此預塗佈及底塗佈例如由於膜層應力、剝離、及/或剝落而可能變成微粒的來源。在如MCA之接觸支撐結構的表面具有尖銳邊緣、尖銳點、尖銳轉角、非圓或非彎曲表面介面、或類似者時尤其如此。這亦適用於需要進行預塗佈或底塗佈的其他膜層或材料。
在一實施例中，接觸支撐結構係設計成具有圓形轉角、和緩邊緣、或者無共有邊緣或表面轉換部。藉由將接觸支撐結構配置成具有如此界定的表面特徵，吾人相信膜層會較好的附著至MCA。較好的附著使膜層一旦接觸晶圓便發生剝離的傾向降低，例如，在與形成於MCA上的膜層進行機械接觸的情形中。
在一實施例中，揭露實施膜層沉積之腔室中使用的載送環。該載送環具有環狀碟形，其具有外邊緣側及晶圓邊緣側。該載送環具有延伸於該外邊緣側至該晶圓邊緣側之間的頂部載送環表面。該晶圓邊緣側包含低於頂部載送環表面的較低載送環表面。該晶圓邊緣側亦包含複數的接觸支撐結構。每一接觸支撐結構係位於較低載送環表面的邊緣處，且具有介於較低載送環表面與頂部載送環表面之間的高度，且接觸支撐結構具有具斜角的邊緣及轉角。一階梯係界定於頂部載送環表面與較低載送環表面之間，使得頂部外邊緣係設置於該階梯的頂部處，且較低內邊緣係設置於該階梯的底部處。該頂部外邊緣與該較低內邊緣的每一者具有圓形的非尖銳邊緣，且接觸支撐結構的每一者的頂部係配置成與晶圓的底部邊緣表面相接觸，以抬升、及降低、及移動該晶圓。
在一實施例中，晶圓邊緣側更包含位於較低載送環表面與該接觸支撐結構之間轉換部處的內接觸邊緣。
在一實施例中，接觸支撐結構之具斜角的邊緣及轉角具有實質上無尖銳轉角的彎曲表面。在一些實施例中，無尖銳轉角包含以下表面：部分圓形的、受覆蓋的、波形的表面；在平面或點之間轉換部具有至少些微曲率的表面；以及無輪廓顯著或陡峭邊緣、轉角、點及面變化的表面。
在一實施例中，載送環係在用來沉積膜層的腔室中使用。該腔室包含基座，該基座具有晶圓支撐區域、及圍繞該晶圓支撐區域的載送支撐表面。載送支撐表面係處於自晶圓支撐區域起的低一階處。該腔室包含叉件，該叉件具有設置於該基座之第一側部周圍的第一手臂、及設置於該基座之第二側部周圍的第二手臂。在一配置中，當處於第一及第二手臂的每一者不接觸載送環下表面的非接合狀態中時，第一及第二手臂的每一者係位於該載送支撐表面的下方，且當處於接合狀態中時，第一及第二手臂的每一者接觸載送環的下表面，從而抬升載送環、並一起抬升位於載送環上的晶圓。
在另一實施例中，當晶圓設置於晶圓支撐區域的範圍時，該晶圓係配置成懸出於該載送支撐表面的一部分之上，且每一接觸支撐結構係配置成定位於該晶圓的懸出部分之下。
在一實施例中，在非接合狀態中，非接觸間隔距離係界定在晶圓的底部邊緣表面與每一接觸支撐結構的頂部之間。
在一實施例中，在接合狀態中，晶圓的底部邊緣表面與每一接觸支撐結構的頂部之間進行接觸，且當在接合狀態中進行接觸時，存在於每一接觸支撐結構之頂部之範圍的沉積材料係實質上維持於每一接觸支撐結構之頂部的範圍。
在一配置中，腔室更包含配置成在操作期間定位於該基座之上、且配置成提供製程氣體的噴淋頭，以促成膜層在晶圓之範圍的沉積。射頻(RF)電源係經由匹配網路而連接至基座，其中在操作期間，RF電源更促成膜層在晶圓之範圍的沉積。
在另一實施例中，提供在晶圓上進行沉積的腔室。該腔室包含具有晶圓支撐區域、及圍繞該晶圓支撐區域之載送支撐表面的基座。載送支撐表面係處於自晶圓支撐區域起的低一階處。亦提供具有設置於該基座之第一側部周圍之第一手臂、及設置於該基座之第二側部周圍之第二手臂的叉件，使得當在非接合狀態中時，第一及第二手臂的每一者係位於載送支撐表面的下方。當在接合狀態中時，該叉件的第一及第二手臂係配置成升起於載送支撐表面之上。該腔室更包含具有環狀碟形的載送環，其具有外邊緣側及晶圓邊緣側。載送環具有延伸於外邊緣側至晶圓邊緣側之間的頂部載送環表面。晶圓邊緣側包含低於頂部載送環表面的較低載送環表面。晶圓邊緣側亦包含複數的接觸支撐結構，每一接觸支撐結構係位於較低載送環表面的邊緣處，且具有介於較低載送環表面與頂部載送環表面之間的高度。每一接觸支撐結構具有具斜角的邊緣及轉角。當叉件將抬起載送環，以升起及移動晶圓時，該接觸支撐結構之每一者的頂部係配置成接觸晶圓的底部邊緣表面。其中抬起載送環將位於接觸支撐結構之每一者的頂部之上的晶圓抬起。
本揭露內容之實施例提供用以處理半導體晶圓的製程腔室。在一實施例中，提供沉積腔室中所使用的載送環，其中如此載送環包含接觸支撐構造，用以從接近邊緣的下表面抬升晶圓。在一配置中，接觸支撐構造具有具斜角的邊緣及轉角，以減少沉積於或形成於接觸支撐構造範圍內之任何膜層上的點應力。
在一例示性配置中，載送環係使用具有一對手臂的支架叉、或其他抬升機構而從下表面被抬起。當載送環被抬起時，該載送環係被升起至設置於載送環上之接觸支撐結構與晶圓下表面進行實體接觸的點位置，因此而將晶圓與載送環一起抬起。支架叉然後可將晶圓移動至另一工作站，在該工作站中使載送環及晶圓降低。
在一配置中，腔室包含複數工作站，例如四個工作站。腔室便將包含四個支架叉，且載送環將被設置於每一工作站之各個基座的周圍。在此配置中，支架叉可同時地抬升四個載送環的每一者(以及設置於其上的任何晶圓)、並將所有的載送環及晶圓旋至下一工作站(例如，用以進行額外的、或不同的處理)。在一配置中，當一次載入一晶圓時，腔室具有載入及載出工作站，或者在一次載入及載出兩個晶圓的情形中，腔室可包含並列的載入及載出工作站。
應察知，本發明可以許多方式實施，例如製程、設備、系統、裝置、或方法。以下描述若干實施例。 硬遮罩在半導體處理中係用作蝕刻停止層。可灰化硬遮罩(AHM，ashable hard mask)具有容許AHM在其一旦發揮作用之後便藉由稱為灰化之技術而移除的化學組成。可灰化硬遮罩(AHM)大致上係由具有微量一或更多摻雜物(例如氮、氟、硼、矽)的碳及氫組成。取決於沉積條件，該等硬遮罩中的鍵結構可為sp2 (類石墨)、或變成sp3 (類鑽石)、或兩者之組合。在典型的應用中，蝕刻之後，硬遮罩已發揮其作用，必需將其從下方的介電氧化物(例如，SiO2 )移除。這一般係藉由(至少部分地藉由)灰化(亦稱為電漿灰化、或乾式剝除)達成。將具有待灰化之硬遮罩的基板(一般為部分製造地半導體晶圓)放置於真空下的腔室中，並且導入氧，並使氧受到射頻功率處理，產生氧自由基(電漿)。自由基與硬遮罩反應，以將硬遮罩氧化為水、一氧化碳、及二氧化碳。在一些情形中，硬遮罩的完整移除可藉由在灰化之後利用額外的溼式或乾式蝕刻製程來完成，例如當可灰化硬遮罩留下任何無法僅藉由灰化而移除的殘留物時。
膜層的沉積較佳地係在電漿加強化學氣相沉積(PECVD)系統中實施。PECVD系統可採取許多不同的形式。PECVD系統包含一或更多腔室或「反應器」(有時包含複數工作站)，其容納一或更多晶圓、且適用於晶圓處理。每一腔室可容一或更多晶圓進行處理。一或更多腔室將晶圓維持在(複數的)已定義位置中(在該位置內有或無動作，例如轉動、振動或其它擾動)。在製程期間，經受沉積的晶圓可從反應器腔室內的一站被轉移至另一站。當然，膜層沉積可全部在單一工作站處進行，或者膜層的任何部分可在任何數目的工作站處加以沉積。
在製程期間，每一晶圓係藉由基座、晶圓卡盤、及/或其他晶圓固持設備而被固持於適當的位置。對某些操作而言，設備可包含如加熱板的加熱器，以加熱晶圓。
圖1說明用以處理晶圓101的基板處理系統100。該系統包含具有下腔室部102b及上腔室部102a的腔室102。中心柱係配置成支撐在一實施例中為供電電極的基座140。基座140係經由匹配網路106而電性耦接至電源104。電源係由如控制器的控制模組110所控制。控制模組110係配置成藉由執行製程輸入及控制108而操作基板處理系統100。製程輸入及控制108可包含製程配方，如功率位準、時序參數、製程氣體、晶圓101之機械移動等，從而例如在晶圓101的範圍進行沉積或形成膜層，如以上提及，可形成於晶圓101範圍的如此膜層係可灰化硬遮罩(AHM)。
中心柱亦顯示包含由抬升銷控制122所控制的抬升銷120。抬升銷120係用以使晶圓101從基座140升起，以容許末端執行器拿取晶圓，並在末端執行器放置晶圓101後使晶圓101降低。基板處理系統100更包含連接至製程氣體114(例如，來自工廠的氣體化學源)的氣體供應歧管112。取決於正在執行的處理，控制模組110控制製程氣體114經由氣體供應歧管112的傳送。然後使選擇的氣體流至噴淋頭150中，且使選擇的氣體分佈在界定於以下者之間的空間容積中：噴淋頭150之面向晶圓101的面、與設置在基座140之上的晶圓101。
進一步講，氣體可進行預混合，或不然。可採用適當的閥件及質流控制機構來確保在製程的沉積期間、及電漿處理階段期間傳送正確的氣體。製程氣體經由出口離開腔室。真空泵(例如，一或二段式機械式乾燥泵、及/或渦輪分子泵)將製程氣體牽引出來，並且藉由閉合迴路控制的流量限制裝置(例如，節流閥、或擺式閥)而在反應器中維持適當低的壓力。
亦顯示圍繞基座140之外部區域的載送環200。載送環200係配置成坐落於載送環支撐件區域的範圍，該載送環支撐件區域係自基座140中心內之晶圓支撐區域起的低一階處。載送環包含其碟形結構的外邊緣側(例如，外半徑)、及其碟形結構之最接近設置晶圓101之處的晶圓邊緣側(例如，內半徑)。載送環之晶圓邊緣側包含複數接觸支撐結構，該複數接觸支撐結構係配置成在支架叉180抬起載送環200時抬起晶圓101。載送環200因此係與晶圓101一起受到抬升，且可被轉至如複數站系統中的另一站。以下參考圖5A-7C提供更多關於載送環200的細節。
圖2說明複數站處理工具的俯視圖，其中設置四個處理站。該俯視圖係下腔室部102b的俯視圖(例如，為明示而移除上腔室部102a)，其中四個工作站係藉由支架叉226進行存取。每一支架叉，或叉件包含第一及第二臂，該第一及第二臂的每一者係定位於基座140之每一側部的周圍。在此視圖中，支架叉226係以虛線繪製，以表達其係在載送環200之下。使用銜接及旋轉機構220的支架叉226係配置成升起並同時地從工作站抬升載送環200 (例如，從載送環200的下表面)，並且然後在使載送環200(此時，載送環其中至少一者支撐晶圓101)降低至下一位置之前，旋轉至少一或更多的工作站，使得進一步的電漿處理、處理、及/或膜層沉積可在各晶圓101上進行。
圖3顯示複數站處理工具300之實施例的示意圖，該複數工作站處理工具300具有入站裝載室302及出站裝載室304。大氣壓力下的自動機器306係配置成從卡匣(透過盒308而載入)經由大氣埠310而將基板移入入站裝載室302。入站裝載室302係耦接至真空源(未顯示)，使得在關閉大氣埠310時，入站裝載室302可被抽真空。入站裝載室302亦包含與下腔室部102b相接合的腔室轉移埠316。因此，當打開腔室轉移埠316時，另一自動機器(未顯示)可將基板從入站裝載室302移至第一製程工作站的基座140進行處理。
在圖3顯示的實施例中，所描述的下腔室部102b包含從1計數至4的四個製程工作站。在一些實施例中，下腔室部102b可配置成維持低壓環境，使得基板可在不經受真空破除及/或空氣曝露條件下，使用載送環200而被轉移於製程工作站之間。圖3中所描繪的每一製程工作站包含製程工作站基板固持器(顯示於工作站1的318處)、及製程氣體傳送線路入口。
圖3亦描繪用以在下腔室部102b內轉移基板的支架叉226。如以下將更詳細描述，支架叉226進行旋轉，並促成晶圓從一工作站至另一工作站的轉移。晶圓的轉移藉由促成支架叉226從外部下表面抬升載送環200而進行，該支架叉226將晶圓抬起，並且將晶圓及載送環一起轉至下一工作站。在一配置中，支架叉226係由陶瓷材料製成，以抵抗處理期間的高熱量。
圖4A說明基座140、及支架叉126之手臂的俯視圖400。當載送環200作為圓形環件而位於基座140之範圍、基座之周邊附近時，短劃線說明載送環200的位置。每一手臂係配置成位於基座140側主體之相反的側邊區域處，其中基座140側主體具有下凹區域，以使支架叉126的手臂得以安置。此定位容許載送環200被放置於基座140的範圍，且容許當載送環200放置於基座140之範圍時，支架叉126的手臂位於載送環200的下方。在此例示性圖例中，如圖4B中顯示，基座140具有晶圓支撐區域140a、載送支撐表面140b、及接合階梯140c。載送支撐表面140b位於晶圓支撐區域140a表面的低一階處。這容許載送支撐表面140b承接載送環200，且藉由將載送環200的延伸部配合至接合位置410中而使得載送環200受固持於適當位置。
在較低階位準處，載送支撐表面140b係塑形為圍繞晶圓支撐區域140a的環狀碟形表面。當在非接合狀態中時(亦即，支架叉不與載送環200的下側實體接觸)，支架叉126的手臂一般地將位於載送支撐表面140b之位準的正下方。當支架叉126的手臂在接合狀態中時，升起手臂，使得支架叉126的第一及第二手臂與載送環200的下側進行接觸。這容許載送環200被支架叉126的手臂抬起，然後並藉由機構220而移動(例如，轉動)至另一工作站。
圖4C說明位於中心柱範圍、且連接至基部404之基座140的三維視圖402，該基部404係配置成連接至下腔室部102b。此視圖顯示載送環200係如何被放置於載送支撐表面140b之範圍，且如圖4A中顯示般懸於基座140的側凹口區域之範圍。
圖5A說明基座140的橫剖面視圖500，以及基座140之邊緣的放大圖502。如顯示，晶圓101係放置於基座140的範圍，且延伸接近邊緣放大圖502。載送環200位於基座140的外部區域中載送支撐表面140b的範圍(描述於圖4B中)。載送環200包含固定載送環200的複數延伸部242，以防止載送環200在處理期間發生移位。延伸部242係配置成位於如圖4A中顯示的接合位置410中。
圖5B顯示邊緣放大圖502的更多細節。在接合階梯140c處，延伸部242係顯示位於接合位置410中，且亦坐落於載送支撐表面140b之上。在一實施例中，載送環200將位於複數接觸支撐件(其係位於載送支撐表面140b上)之範圍，以促成載送環200在載送支撐表面140b之範圍之精確的接觸定位。載送環200係具有自外邊緣側244開始之外半徑、及延伸至位於晶圓邊緣側240處之內半徑的碟狀物。在此圖例中，晶圓101的頂部表面係大約處於載送環200之頂部表面246的位準處。在晶圓邊緣側240處，載送環200將包含接觸支撐結構，其係放置於比頂部載送環表面246低的高度，使得接觸支撐結構可位於晶圓101的下方，該晶圓係配置成懸出晶圓支撐區域140a。在此方式中，當抬升載送環200時，在晶圓邊緣側240處，載送環200之尖端處的接觸支撐結構可與載送環200的抬升一起抬升晶圓101。
圖5C更詳細說明晶圓邊緣側240，及其對於晶圓支撐區域140a及晶圓101(出現時)的相對位置。亦顯示載送環200，因為形成於載送支撐表面140b上之促成與載送環200底部表面精確接觸的接觸支撐結構(未顯示)，所以該載送環200位於與載送支撐表面140b隔開的方位處。在此圖例中，亦在晶圓支撐區域140a的範圍設置接觸支撐結構506，該接觸支撐結構506在晶圓101的底部表面與晶圓支撐區域140a之間界定出微小的間隔。接觸支撐結構506係用來強化晶圓底部與晶圓支撐區域140a之精確接觸(例如，具有更高的容限)的最小接觸區域(MCA)。在一些實施例中，接觸支撐結構可指的是具有圓形、或和緩邊緣之表面的凸起部。載送環200包含介於頂部載送環表面246與較低載送環表面254之間的轉換部。
該轉換部將包含248處的頂部外邊緣、及較低內邊緣252、及上垂直壁250。這在頂部載送環表面246與較低載送環表面254之間界定出階梯轉換部。注意到，頂部外邊緣248具有圓形的非尖銳邊緣，且較低內邊緣252係實質上彎曲的，以避免具有尖銳轉角。因此，頂部外邊緣248及較低內邊緣252都係實質上圓形的、彎曲的、光滑的、且實質上無尖銳的轉角、邊緣或點。藉由於該等轉接點處避免尖銳邊緣，任何所沉積的或所形成的膜層及材料更有可能附著，且較不可能受到由對材料產生應力之尖銳邊緣或點所賦予的機械應力。當施加應力至材料或膜層時，材料或膜層更有可能在處理期間發生片狀剝落、破碎、或產生微粒。
減少系統中的微粒將避免將缺陷引至晶圓的表面上，且亦可減少識別缺陷、及/或解決生產缺陷所需要的故障排除。如可察知，該等故障排除程序可能減少工具的產量，且/或在批次晶圓之間、或處理大量晶圓之後需要過度的清潔工作。亦顯示接近接觸支撐結構258而界定的內接觸邊緣256。接觸支撐結構258係配置成具有圓形的頂部區域，且該圓形的頂部區域延伸至內接觸邊緣256，且然後在載送環200的下垂直壁259處沿內半徑向下。
因此，接觸支撐結構258將具有具斜角的邊緣及轉角，該具斜角的邊緣及轉角係無尖銳邊緣、尖銳轉角、尖銳點、及平面或表面之間之尖銳轉換部的。在此方式中，若膜層係形成於接觸支撐結構258及/或晶圓邊緣側240區域之範圍，即使在該等表面於抬升操作期間與如晶圓底側進行實體接觸時，所形成的材料也將較好的附著至表面。藉由在接近晶圓邊緣側240的載送環上消除尖銳邊緣、尖銳轉角、外轉角、內轉角、尖銳點、平面之間的尖銳轉換部、或類似者，在操作期間可減少或消除可能導致微粒的應力點。在其他實施例中，據信將接觸支撐結構258、及圍繞該接觸支撐結構的表面界定為具有非尖銳邊緣亦將延長系統及/或載送環200之清潔之間的時間段，這可提升產量(例如，由於故障排除或清潔的停機時間減少)。
在圖5C的範例中，在與晶圓101的下部有實體接觸的尖端處，接觸支撐結構258顯示為載送環200的延伸。在一實施例中，接觸支撐結構258係由複數分離的接觸支撐結構258所定義。舉例而言，複數分離的接觸支撐結構258可平均分佈於載送環200之晶圓邊緣側240的周圍。在一實施例中，六個接觸支撐結構258係平均地分佈於晶圓邊緣側240的周圍。在一實施例中，平均分佈的六個接觸支撐結構每60度的徑向偏移(自六個接觸支撐結構其中每一者的中心線量測，亦即，360/6=60)將設置一個接觸支撐結構。因此，圖5C中顯示的橫剖面視圖係取自接觸支撐結構258其中一者。單一接觸支撐結構258的範例係於以下顯示於圖7C中，該單一接觸支撐結構258位於較低載送環表面254的範圍。
圖6A說明在執行可灰化硬遮罩(AHM)沉積操作之例示性處理步驟期間，基座140及載送環200的橫剖面視圖。在一操作中，底塗佈及預塗佈膜層602係形成於基座140及載送環200的範圍。吾人相信，利用與將在晶圓範圍形成之膜層類似的膜層對載送環200進行預塗佈會改善晶圓範圍之膜層的形成。因此，通常在將晶圓101引入至基座140之上之前形成膜層602。進一步講，晶圓處理環境的預塗佈及底塗佈相結合有助於改善晶圓膜層均勻性。典型的底塗佈厚度係3微米，且預塗佈係0.5微米(取決於製程)。AHM膜層(亦即，碳)係沉積至氧化物膜層(及其他膜層、氮化物膜層)上。應理解，塗層或膜層可具有任何的沉積材料，且不必與AHM膜層相關。當載送環200抬起晶圓的底側時，所施加於、或者落於或形成於接觸支撐結構上的其他膜層將受益於界定於該接觸支撐結構中之圓形的、彎曲的、或光滑的幾何形狀。
膜層602係顯示僅在載送環200之頂部表面及基座140之晶圓支撐區域140a的範圍、以及於基座140接近載送支撐表面140b的一些轉角中保形。在一實施例中，載送環200係由鋁氧化物(AlO2 )製成，因此在膜層形成期間，相較於使裸露載送環200位於晶圓101側邊，鋁氧化物載送環200之範圍的沉積將改善晶圓範圍硬遮罩的形成。
圖6B說明可灰化硬遮罩(AHM)604在載送環200之膜層602的範圍，且亦在晶圓101頂部表面之範圍的形成。AHM 604係保形於其沉積的表面上，且覆蓋載送環200之曝露的頂部表面，包含頂部外邊緣248、及較低內邊緣252、及上垂直壁250。在圖6C中，顯示完成膜層形成操作之後，支架叉226的手臂將載送環200垂直向上抬升至接觸支撐結構258與晶圓101接近晶圓邊緣的下底面之間進行接觸的點位置。
儘管載送環200與晶圓101之間進行實體地接觸，形成於接觸支撐結構258之範圍的材料係配置成抵抗抬升之作用力，並多次接觸晶圓101的底部，而不對形成於接觸支撐結構258之範圍的膜層產生過多的應力。接觸支撐結構258之圓形部位的非尖銳邊緣確保與晶圓101之底部進行接觸之接觸支撐結構258的頂部上受到較少的應力。如以上提及，較佳地為圓形的、彎曲的、實質上彎曲的，且無尖銳轉換部及尖銳點之非尖銳邊緣將在無需清潔操作、且不導致微粒(該微粒將需要進一步在晶圓101的表面進行缺陷檢查)的情形下，確保載送環200較長的使用時間。
圖7A說明載送環200、及外邊緣側244、及晶圓邊緣側240的橫剖面視圖。亦顯示接近載送環200之外邊緣側的延伸部242。如顯示，載送環200的頂部表面246環形地延伸為碟狀物(其定義為載送環200)的頂部表面，並且當將晶圓放置於基座140之晶圓支撐區域的範圍時，載送環200的頂部表面246係實質上與晶圓之頂部表面共面的頂部表面，或者在另一實施例中，稍微低於晶圓的頂部表面。晶圓邊緣側240係在圖7B中更詳細地顯示，圖7B顯示形成於該晶圓邊緣側240上的底塗佈膜層及預塗佈膜層602。
在一實施例中，載送環200係設計成與300mm晶圓一起使用。如此，此處提供之尺寸應被視為可縮放至其他尺寸的晶圓，較小的晶圓如200mm，或較大的晶圓如450mm。進一步講，此處提供的尺寸應被理解為可在公差內調整，例如多達或約+/-10%，或者使用載送環200時，認為可適用於載送環200所使用之環境及可能有待使用之工具及製程參數的某一減少的或增加的公差。在如此理解的情況下，以下尺寸應被視為範例，而非對於任何具體規格的限制。在一範例中，載送環200在環形橫剖面處具有約41.5mm的環形尺寸D1(亦即，外半徑減去內半徑)。較低載送環表面254與頂部載送環表面246之間的距離D4係約1.17mm。接觸支撐結構258的距離D5或高度從較低載送環表面254向上量測時約為0.356mm。下垂直壁259與內接觸邊緣256之間的大約距離D3係約1.24mm。沿較低載送環表面，較低內邊緣252與內接觸邊緣256之間的距離D2係約2.54mm。在一實施例中，接觸支撐結構258之圓形上表面258a及258b各具有約為0.254mm之圓形的邊緣半徑。
膜層602係保形地形成於載送環200之晶圓邊緣側240中非尖銳邊緣的範圍。如以上討論，接觸支撐結構258較佳地具有圓形表面，以避免當載送環200被抬起至晶圓101的底側、且接觸晶圓101的底側時，在載送環200與晶圓進行實體接觸之位置的附近引入尖銳邊緣。在此範例中，接觸支撐結構258係顯示具有自低於頂部載送環表面246之較低載送環表面254延伸的高度。使接觸支撐結構258處於比頂部載送環表面246低的高度促成接觸支撐結構258被放置於懸出之晶圓101的下方。
圖7C更詳細地顯示複數接觸支撐結構258其中之一者，該複數接觸支撐結構258(其可對稱地、或不對稱地設置)係分佈於較低載送環表面254之範圍之載送環200的內半徑周圍。圖7A及7B的視圖係取自複數接觸支撐結構258其中單一者之橫剖面的視圖。如以上提及，例示性實施例將使用六個接觸支撐結構258。其他實施例可使用更多、或更少的接觸支撐結構258。
在接觸支撐結構258的該詳細視圖中，顯示與晶圓101發生接觸之頂部表面可沿接觸長度258c延伸，且接觸支撐結構258的圓形頂部表面258d亦界定出發生接觸的位置。此圖例顯示較低載送環表面254將延伸至沒有接觸支撐結構258出現的載送環200邊緣。出現接觸支撐結構258的位置處，壁259將從載送環200的邊緣向上延伸至接觸支撐結構258之圓形的或彎曲的頂部表面。儘管接觸支撐結構258係顯示具有藥丸狀、或膠囊狀的圓形頂部結構，但在其他實施例中，接觸支撐結構258可具有減少的長度258c，例如在接觸支撐結構係圓形球或球形延伸物(即，並非藥丸狀、或膠囊狀)的情形中。
在一些實施例中，每一接觸支撐結構258係稱為最小接觸區域(MCA)，且MCA係在需要高精確度或公差時，用來改善表面之間的的精確配合。在本實施例的脈絡中，需要精確度，使得與晶圓之底側相接觸的載送環200將利用接觸支撐結構258其中的每一者進行精確接觸。如以上提及，系統中的其他區域可利用MCA，例如，載送支撐表面140b的範圍、及基座140之晶圓支撐區域140a的範圍。由於該原因，圖5C中在載送環200與載送支撐表面140b之間顯示一空隙，且在晶圓101與晶圓支撐區域140a之間顯示一空隙(例如，藉由所顯示之分佈於晶圓支撐區域140a上的MCA 506及其他者(未顯示))。
圖8顯示用以控制上述系統的控制模組800。在一實施例中，圖1的控制模組110可包含例示性元件的一些者。舉例而言，控制模組800可包含處理器、記憶體、及一或更多介面。部分基於感測值，控制模組800可用來控制系統中的裝置。僅舉例而言，基於感測值及其他控制參數，控制模組800可控制複數閥件802的一或更多者、過濾器加熱器804、泵806、及其他裝置808。僅舉例而言，控制模組800接收到來自壓力計810、流量計812、溫度感測器814、及/或其他感測器816的感測值。控制模組800亦可用來在前驅物傳送及膜層沉積期間控制製程條件。控制模組800將典型地包含一或更多記憶體裝置及一或更多處理器。
控制模組800可控制前驅物傳送系統及沉積設備的動作。控制模組800執行包含用以控制以下者之指令組的電腦程式：製程時序、傳送系統溫度、橫跨過濾器的壓差、閥件位置、氣體混合物、腔室壓力、腔室溫度、晶圓溫度、RF功率位準、晶圓卡盤或基座位置、及特定製程的其他參數。控制模組800亦可監控壓差，並且自動地將汽相前驅物的傳送從一或更多路徑切換至一或更多其他路徑。在一些實施例中，可採用儲存於與控制模組800相關聯之記憶體裝置上的其他電腦程式。
典型地將具有與控制模組800相關聯的使用者介面。使用者介面可包含顯示器818(例如，顯示螢幕、及/或設備及/或製程條件的圖形軟體顯示器)、及使用者輸入裝置820(例如，指向裝置、鍵盤、觸摸螢幕、麥克風等)。
用以控制製程序列中前驅物的傳送、沉積、及其他製程的電腦程式可以任何習知的電腦可讀程式語言撰寫，例如：組合語言、C、C++、Pascal、Fortran、或其他語言。已編成的目的碼或腳本係由處理器執行，從而執行程式中所識別的任務。
控制模組參數相關於製程條件，例如過濾器壓差、製程氣體組成及流速、溫度、壓力、如RF功率位準及低頻RF頻率的電漿條件、冷卻氣體壓力、及腔室壁溫度。
系統軟體可以許多不同的方式而加以設計或配置。舉例而言，可撰寫各種腔室元件子程序或控制標的，以控制對實行發明性沉積製程而言有必要之腔室元件的操作。針對此目的之程式或部分程式的範例包含基板定位碼、製程氣體控制碼、壓力控制碼、及加熱器控制碼、及電漿控制碼。
基板定位程式可包含針用以控制腔室元件的程式碼，該腔室元件係用以將基板裝載至基座或夾具上，且係用以控制基板與腔室之其他部件(例如，氣體入口、及/或靶材)之間的間隔。製程氣體控制程式可包含用以控制氣體組成及流動速率的編碼，且該編碼係可選地用以在沉積之前使氣體流至腔室中，以穩定腔室內的壓力。過濾器監控程式包含將所量測之差壓與預定值進行比較的編碼，及/或用於切換路徑的編碼。壓力控制程式可包含用以藉由調節以下者而控制腔室內壓力的編碼：如腔室之排氣系統內的節流閥。加熱器控制程式可包含用以控制至加熱單元之電流的編碼，該加熱單元係用於加熱前驅物傳送系統中的元件、基板、及/或系統的其他部分。或者，加熱器控制程式可控制熱轉移氣體(例如，氦)至基板夾具的傳送。
在沉積期間可受監控之感測器的範例包含但不限於質流控制模組、如壓力計810的壓力感測器、位於傳送系統中的熱偶、基座或夾具(例如，溫度感測器814)。適當程式化的反饋及控制演算法可與來自該等感測器的數據一起用來維持期望的處理條件。前述內容描述在單一或複數腔室之半導體處理工具中本發明之實施例的實施。
實施例的前述說明已為說明和描述之目的而提供。其並非意在詳盡無遺、或限制本發明。特定實施例之單獨元件或特徵部一般而言並不受限於該特定實施例，反而在可應用之處係可互換的，並可用在選定的實施例中，即使該選定的實施例並未具體地顯示或描述。相同的情況可以許多方式而改變。如此改變不應被認為背離該發明，且意圖將所有的如此修正併入本發明的範疇內。
儘管上述實施例已針對清楚理解之目的而作詳細地描述，但將顯而易見的是，在所附申請專利範圍的範疇中，可實行某些變更及修改。因此，本實施例應視為舉例性而非限制性，且實施例不應受限於此處所給出的細節，卻可在其範疇及申請專利範圍的均等物內加以修正。
1‧‧‧工作站
2‧‧‧工作站
3‧‧‧工作站
4‧‧‧工作站
100‧‧‧基板處理系統
101‧‧‧晶圓
102‧‧‧腔室
102a‧‧‧上腔室部
102b‧‧‧下腔室部
104‧‧‧電源
106‧‧‧匹配網路
108‧‧‧製程輸入及控
110‧‧‧控制模組
112‧‧‧歧管
114‧‧‧程氣體
120‧‧‧抬升銷
122‧‧‧抬升銷控制
126‧‧‧支架叉
140‧‧‧基座
140a‧‧‧晶圓支撐區域
140b‧‧‧載送支撐表面
140c‧‧‧接合階梯
150‧‧‧噴淋頭
180‧‧‧支架叉
200‧‧‧載送環
220‧‧‧機構
226‧‧‧支架叉
240‧‧‧晶圓邊緣側
242‧‧‧延伸部
244‧‧‧外邊緣側
246‧‧‧表面
248‧‧‧頂部外邊緣
250‧‧‧上垂直壁
252‧‧‧較低內邊緣
254‧‧‧較低載送環表面
256‧‧‧內接觸邊緣
258‧‧‧接觸支撐結構
258a‧‧‧上表面
258b‧‧‧上表面
258c‧‧‧長度
258d‧‧‧圓形頂部表面
259‧‧‧下垂直壁
300‧‧‧處理工具
302‧‧‧入站裝載室
304‧‧‧出站裝載室
306‧‧‧自動機器
308‧‧‧盒
310‧‧‧大氣埠
316‧‧‧腔室轉移埠
318‧‧‧基板固持器
400‧‧‧俯視圖
402‧‧‧視圖
404‧‧‧基部
410‧‧‧接合位置
500‧‧‧視圖
502‧‧‧放大圖
506‧‧‧接觸支撐結構
602‧‧‧膜層
604‧‧‧可灰化硬遮罩(AHM)
800‧‧‧控制模組
802‧‧‧閥件
804‧‧‧加熱器
806‧‧‧泵
808‧‧‧裝置
810‧‧‧壓力計
812‧‧‧流量計
814‧‧‧溫度感測器
816‧‧‧感測器
818‧‧‧顯示器
820‧‧‧使用者輸入裝置
D1‧‧‧尺寸
D2‧‧‧距離
D3‧‧‧距離
D4‧‧‧距離
D5‧‧‧距離
圖1說明用以處理晶圓(例如在該晶圓上形成膜層)的基板處理系統。
根據一實施例，圖2說明複數站處理工具的俯視圖，其中設置四個處理站。
根據一實施例，圖3顯示具有入站裝載室及出站裝載室之複數工作站處理工具之實施例的示意圖。
根據一實施例，圖4A說明基座、及支架叉之手臂的俯視圖。
根據一實施例，圖4B說明基座邊緣的放大橫剖面。
根據一實施例，圖4C說明位於中心柱範圍、且連接至基部之基座的三維視圖，該基座係配置成連接至下腔室部。
根據一實施例，圖5A-5C說明基座的橫剖面視圖，以及基座及載送環之邊緣的放大圖。
根據一實施例，圖6A-6C說明例示性膜層形成製程。
根據一實施例，圖7A-7C說明載送環及接觸支撐結構的額外的橫剖面視圖。
根據一實施例，圖8顯示用以控制系統的控制模組。

Claims (18)

  1. 一種在腔室中使用的載送環，該腔室係用以沉積膜層，該載送環包含：具有環狀碟形的該載送環，其具有一外邊緣側及一晶圓邊緣側，該載送環具有延伸於該外邊緣側至該晶圓邊緣側之間的一頂部側面，該晶圓邊緣側包含：一較低載送環表面，其係低於一頂部載送環表面；複數接觸支撐結構，每一接觸支撐結構係位於該較低載送環表面的一邊緣處，且具有比該較低載送環表面更高、且比該頂部載送環表面更低的一圓形頂部表面，每一接觸支撐結構具有具斜角的邊緣及轉角；以及一階梯，其具有在該頂部載送環表面與該較低載送環表面之間延伸的一垂直壁，其中該較低載送環表面從該垂直壁延伸到該複數接觸支撐結構；其中該複數接觸支撐結構之每一者的該圓形頂部表面係配置成與一晶圓的一底部邊緣表面相接觸，以抬升、及降低、及移動該晶圓。
  2. 如申請專利範圍第1項之在腔室中使用的載送環，其中該晶圓邊緣側更包含：一內接觸邊緣，其係處於該較低載送環表面與該複數接觸支撐結構之每一者之間的每一轉換部處。
  3. 如申請專利範圍第1項之在腔室中使用的載送環，其中該複數接觸支撐結構的該具斜角的邊緣及轉角具有實質上無尖銳轉角的一彎曲表面。
  4. 如申請專利範圍第1項之在腔室中使用的載送環，其中用以沉積膜層的該腔室包含：一基座，其具有一晶圓支撐區域、及圍繞該晶圓支撐區域的一載送支撐表面，該載送支撐表面係處於自該晶圓支撐區域起的低一階處；一叉件，該叉件具有設置於該基座之一第一側部周圍的一第一手臂、及設置於該基座之一第二側部周圍的一第二手臂，其中當處於該第一及第二手臂不接觸該載送環之一下表面的一非接合狀態中時，該第一及第二手臂係位於該載送支撐表面的下方，且當處於一接合狀態時，該第一及第二手臂的每一者接觸該載送環之該下表面，以抬升該晶圓。
  5. 如申請專利範圍第4項之在腔室中使用的載送環，其中當該晶圓設置於該晶圓支撐區域之範圍時，該晶圓係配置成懸出於該載送支撐表面的一部分之上，且每一接觸支撐結構係配置成定位於該晶圓的懸出部分之下。
  6. 如申請專利範圍第5項之在腔室中使用的載送環，其中在該非接合狀態中，一非接觸間隔距離係界定於該晶圓之該底部邊緣表面與該複數接觸支撐結構之每一者的該圓形頂部表面之間。
  7. 如申請專利範圍第6項之在腔室中使用的載送環，其中在該接合狀態中，該晶圓之該底部邊緣表面與該複數接觸支撐結構之每一者的該圓形頂部表面之間進行接觸，其中當在該接合狀態中進行接觸時，存在於該複數接觸支撐結構之每一者的該圓形頂部表面之範圍的沉積材料係實質上維持於該複數接觸支撐結構之每一者的該圓形頂部表面的範圍。
  8. 如申請專利範圍第1項之在腔室中使用的載送環，其中該腔室更包含：一噴淋頭，其係配置成在操作期間定位於一基座之上，該噴淋頭係配置成提供製程氣體，以促成該晶圓之範圍一膜層的沉積；一射頻(RF)電源，其係經由一匹配網路而連接至該基座，其中在操作期間，該RF電源更促成該晶圓之範圍該膜層的沉積。
  9. 如申請專利範圍第8項之在腔室中使用的載送環，其中所沉積的該膜層係在後續蝕刻操作中用作蝕刻停止層的一可灰化硬遮罩(AHM，ashable hardmask)。
  10. 如申請專利範圍第8項之在腔室中使用的載送環，其中該腔室更包含：一組工作站，其係界定於該腔室中，每一工作站包含一基座、一叉件、及一載送環；一機構，其係配置成同時控制該工作站中每一者之該叉件之每一者的移動，其中該移動包含：抬升或降低該載送環的每一者；以及將該載送環的每一者旋轉至該組工作站中的另一者。
  11. 一種在腔室中使用的載送環，該腔室係用以沉積膜層，該載送環具有一環狀碟形形狀，且具有一外邊緣側及一晶圓邊緣側，該載送環具有延伸於該外邊緣側至該晶圓邊緣側之間的一頂部側面，該載送環包含：一較低載送環表面，其係設置於該載送環的該晶圓邊緣側附近，該較低載送環表面比設置於該載送環之該外邊緣側附近的一頂部載送環表面更低；複數接觸支撐結構，其係由該載送環形成且係沿著該載送環之該晶圓邊緣側的一邊緣而設置，該複數接觸支撐結構的每一者具有高於該較低載送環表面、且低於該頂部載送環表面的一圓形頂部表面，且每一接觸支撐結構具有具斜角的邊緣及轉角；以及一階梯，其具有在該頂部載送環表面與該較低載送環表面之間延伸的一垂直壁，其中該較低載送環表面從該垂直壁延伸到該複數接觸支撐結構；其中該複數接觸支撐結構之每一者的該圓形頂部表面係配置成與一晶圓的一底部邊緣表面相接觸，該複數接觸支撐結構用於抬升、降低或移動該晶圓。
  12. 如申請專利範圍第11項之在腔室中使用的載送環，其中該晶圓邊緣側更包含：一內接觸邊緣，其係處於該較低載送環表面與該複數接觸支撐結構之每一者之間的每一轉換部處。
  13. 如申請專利範圍第11項之在腔室中使用的載送環，其中該複數接觸支撐結構的該具斜角的邊緣及轉角具有實質上無尖銳轉角的一彎曲表面。
  14. 如申請專利範圍第11項之在腔室中使用的載送環，其中該載送環具有一底部表面，該底部表面具有複數延伸部，該複數延伸部係配置成與圍繞該腔室之一晶圓支撐部的一載送支撐表面匹配。
  15. 如申請專利範圍第11項之在腔室中使用的載送環，其中該載送環的該頂部側面包含該頂部載送環表面及至少該較低載送環表面；其中該載送環的該頂部側面包含該複數接觸支撐結構的該圓形頂部表面。
  16. 如申請專利範圍第11項之在腔室中使用的載送環，其中用以沉積膜層的該腔室包含：一基座，其具有一晶圓支撐區域、及圍繞該晶圓支撐區域的一載送支撐表面，該載送支撐表面係處於自該晶圓支撐區域起的低一階處；該載送環，其具有一底部表面，該底部表面具有複數延伸部，該複數延伸部係配置成與沿著該載送支撐表面設置的複數接合位置匹配。
  17. 如申請專利範圍第16項之在腔室中使用的載送環，其中當一晶圓設置於該晶圓支撐區域上方時，該晶圓係配置成懸出於該載送支撐表面的一部分之上，且每一接觸支撐結構係配置成定位於該晶圓的懸出部分之下。
  18. 如申請專利範圍第17項之在腔室中使用的載送環，其中在一非接合狀態中，一非接觸間隔距離係界定於該晶圓之一底部邊緣表面與該複數接觸支撐結構之每一者的該圓形頂部表面之間，且在一接合狀態中，該晶圓之該底部邊緣表面與該複數接觸支撐結構之每一者的該圓形頂部表面之間進行接觸。
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