TWI729045B - 具有晶圓抗滑與抗旋轉特徵物之晶圓支持底座 - Google Patents

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彼特 克羅多夫
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美商蘭姆研究公司
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Abstract

本說明書提供一種用於半導體處理的設備，其包含底座，該底座包含晶圓支撐表面，該晶圓支撐表面包含複數平台、以及溝槽之圖案。各平台可在兩或更多溝槽間被圍住，各平台可包含複數平台側壁，其至少部分地與該等溝槽其中一者相交、並與實質上為平坦表面的平台頂表面相交，該等平台頂表面可實質上彼此相互共平面，且該等平台頂表面可配置以在半導體操作期間支撐晶圓。

Description

具有晶圓抗滑與抗旋轉特徵物之晶圓支持底座
本揭露內容係關於一種用於半導體處理的設備。
在半導體處理操作期間，可將半導體晶圓暴露於半導體處理腔室內的各種半導體處理環境。如此的環境可包含不同位準的腔室壓力、不同種類的反應物氣體、不同溫度、及電漿的有無、以及其他變化的參數。
在一實施例中，可提供一種用於半導體處理的設備。該設備可包含底座，其包含晶圓支撐表面，該晶圓支撐表面包含複數平台及溝槽之圖案。各平台可在兩或更多溝槽間被圍住，各平台可包含複數平台側壁，其至少部分地各自與該等溝槽其中一者相交、並與實質上為平坦表面的平台頂表面相交，該等平台頂表面可實質上彼此相互共平面，且該等平台頂表面可配置以在半導體操作期間支撐晶圓。
在若干實施例中，該底座可不包含用以將氣體供應至該等溝槽或至該等平台的特徵部。
在若干實施例中，該溝槽之圖案可包含平行於第一軸且沿該第一軸排列之第一線形陣列的溝槽，以及平行於第二軸且沿該第二軸排列之第二線形陣列的溝槽，其中該第二軸係與該第一軸正交。
在若干如此的實施例中，該溝槽之圖案可包含具有第一深度及第一寬度的複數深溝槽、以及具有第二深度及第二寬度的複數淺溝槽。在如此的實施例中，該第一線形陣列的溝槽可包含下列各者其中一或更多者：兩或更多深溝槽及兩或更多淺溝槽，該第二線形陣列的溝槽可包含下列各者其中一或更多者：兩或更多深溝槽及兩或更多淺溝槽，該第二深度可小於該第一深度，且該第二寬度可小於該第一寬度。
在若干進一步之如此的實施例中，兩或更多深溝槽可包含於該第一線形陣列中，兩或更多深溝槽可包含於該第二線形陣列中，兩或更多淺溝槽可包含於該第一線形陣列中，且兩或更多淺溝槽可包含於該第二線形陣列中。
在若干進一步之如此的實施例中，該第一線形陣列其中之一或更多淺溝槽可包含於該第一線形陣列其中之各對相鄰的深溝槽間，且該第二線形陣列其中之一或更多淺溝槽可包含於該第二線形陣列其中之各對相鄰的深溝槽間。
在若干進一步之如此的實施例中，各線形陣列中的該等深溝槽可與該線形陣列中之相鄰的深溝槽等距地分隔開，該第一線形陣列其中之三淺溝槽可座落於該第一線形陣列其中之各對深溝槽間、且實質上等距地分隔開，且該第二線形陣列其中之三淺溝槽可座落於該第二線形陣列其中之各對深溝槽間、且實質上等距地分隔開。
在其他如此之實施例中，各溝槽可具有實質上相等於其餘溝槽之深度及寬度的深度及寬度，且沿各軸排列的各溝槽可與沿相同軸排列的其餘溝槽等距地分隔開。
在若干實施例中，該第一線形陣列的溝槽中之該等溝槽可實質上等距地彼此相互分隔開，且該第二線形陣列的溝槽中之該等溝槽可實質上等距地彼此相互分隔開。
在若干實施例中，各平台可包含複數上緣，其至少部分地形成該平台之該平台頂表面的周緣，各上緣可為平台頂表面與平台側壁的交會處，且該等上緣其中一或多者可為圓化的或去角的。
在若干實施例中，實質上全部的該等平台之各上緣可為圓化的或去角的。
在若干實施例中，一或更多溝槽可延伸至該底座之外周緣。
在若干實施例中，該等溝槽其中至少若干者依循可包含下列各者的路徑：線形陣列的路徑、非線形路徑的陣列、彎曲路徑的陣列、及碎形分岔路徑的陣列。
在若干實施例中，該晶圓支撐表面可塗覆有氧化層。
在若干實施例中，該裝置更可包含護環，其包含壁部，該壁部可具有在垂直於該護環之中心軸的方向上之厚度，以及具有平行於該護環之該中心軸的垂直分量之高度。該護環亦可具有凸緣，其可在自該壁部之邊緣朝該中心軸的方向上向內延伸。該護環其中至少一部分可圍繞該底座之外直徑而延伸，該凸緣可具有小於該晶圓之直徑的內直徑，且該護環可配置以使放置於該底座上的晶圓在平行於該中心軸的情況下觀看時係疊蓋該凸緣的一區段。
在若干進一步之如此的實施例中，該裝置更可包含底板。該底座可位於該底板上方且鄰近該底板，該護環的該壁部可在平行於該中心軸的方向上向下延伸超過該底座，該護環可包含一或更多足部區域，其延伸超過該護環的底表面，並接觸該底板，以使該底表面在平行於該中心軸的方向上以第一非零間隙偏離該底板，且該護環之內部表面在垂直於該中心軸之方向上面對該底板的至少一部分可為凹陷的，以使該內部表面的該部分在垂直於該中心軸的方向上以第二非零間隙偏離該底板。
在若干如此的進一步實施例中，該護環在與各足部區域相對應的各區中可具有內部直徑，其使該護環與該底板介面接合，以使該護環在該底板上置中。
100:底座
102:溝槽
104:第一軸
106:溝槽
108:第二軸
110:護環
112:支撐柱
214:深溝槽
216:第一深度
218:第一寬度
220:淺溝槽
222:第二深度
224:第二寬度
226:距離
228:距離
230:平台
232:第一平台尺寸
234:第二平台尺寸
236:半徑
238:角度
330:平台
331:平台頂表面
340:上緣
342:平台側壁
430:平台
431:平台頂表面
440:上緣
442:平台側壁
544:氧化層
546:箭頭
644:氧化層
748:質量流量控制器
850:厚度
852:軸
854:高度
856:凸緣
858:邊緣
860:內直徑
962:底板
964:螺絲
966:晶圓
968:升降銷
970:氣體容積
972:氣體容積
1174:足部區域
1176:底表面
1178:垂直間隙
1180:內部圓筒狀表面
1184:間隙區域
1186:參考標記
1488:氣泡
1490:箭頭
1492:箭頭
1520:淺溝槽
1530:平台
1531:平台頂表面
1540:上緣/圓化區段
1542:平台側壁/去角區段
圖1描繪底座的等角視圖。
圖2描繪圖1的底座之A部分的細部視圖。
圖3描繪範例平台之尖銳上緣的側面圖。
圖4描繪另一範例平台之範例圓化上緣的側面圖。
圖5描繪圖3的範例平台之尖銳上緣的氧化層生長之範例的側面圖。
圖6描繪圖4之圓化上緣的氧化層生長之範例的側面圖。
圖7描繪護環的等角視圖。
圖8描繪圖7之護環的斜角橫剖面圖。
圖9描繪圖1之底座的移除剖面圖。
圖10描繪圖9的底座之左側的放大剖面。
圖11描繪圖1及圖7-圖10中所示之護環的斜角圖。
圖12描繪針對底座上相對於參考放置之40+晶圓放置的底座與晶圓間之相對位移的圖示。
圖13描繪針對使用具有溝槽的底座(例如圖1中所描繪者)之若干晶圓放置的晶圓與底座間之相對位移的圖示。
圖14描繪自圖2之平台頂表面至圖2之溝槽的範例氣流路徑。
圖15描繪圖1的底座之部分的不同細部視圖。
在以下敘述中，提出許多具體細節以提供對本發明概念之透徹瞭解。本發明概念可在缺少此等具體細節之若干或所有的情況下實施。在其他情況下，不詳述眾所周知的製程操作，以免不必要地混淆所述的概念。雖然某些概念將結合具體實施例來說明，但應瞭解，此等實施例並非意為限制性的。
本說明書中描述及說明許多概念及實施例。雖然已描述及說明了本說明書中所討論的實施例之某些特徵、屬性及優點，但應瞭解，由該等描述及說明，本發明之許多其他、及不同及/或類似的實施例、特徵、屬性及優點將是顯而易見的。就其而言，以下實施例僅為本揭露內容的若干可能範例。其並非意為詳盡無疑的、或將本揭露內容侷限於所揭露的精確形式、技術、材料及/或配置。根據此揭露內容，許多修改及變化是可能的。應瞭解，在不悖離本揭露內容之範疇的情況下，可利用其他實施例且可達成操作改變。就此而言，本揭露內容之範疇並非僅受限於以下描述，因為以下實施例之描述已針對說明及描述的目的而呈現。
重要的是，本揭露內容既不受限於任何單一態樣或實施例，亦不受限於如此的實施態樣及/或實施例的任何單一組合及/或置換。再者，本揭露內容之態樣及/或其實施例的各者可單獨使用，或與本揭露內容之其他態樣及/或實施例其中一或多者結合使用。為簡潔起見，該等置換及結合其中有許多不會在本說明書中單獨地進行討論及/或說明。
在半導體處理期間，可使例如約1mm厚的半導體晶圓(例如200mm、300mm、或450mm直徑的晶圓)支撐於半導體處理腔室內的底座或晶圓卡盤上。如此的底座一般為圓形的，且其尺寸在直徑上大於其設計以支撐的半導體晶圓。底座亦可包含複數(通常為3個)升降銷，可使該等升降銷沿垂直於底座之晶圓支撐平面的軸平移，以將放置於底座上的晶圓舉升離開底座的上表面(例如晶圓支撐表面)，或以將晶圓降下至底座的上表面上。晶圓支撐表面的尺寸可設計為實質上相等於晶圓直徑(例如該晶圓直徑的+/-5%內)，或小於晶圓。升降銷能使具有葉片型末端效應器(例如，如抹刀的末端效應器)的晶圓搬運機器人將末端效應器插入晶圓下方(當舉升晶圓時)，以使晶圓搬運機器人能傳送晶圓來回底座。
當晶圓係藉由升降銷而下降至底座上，同時半導體處理腔室中存在有大氣的情況下，氣體可能會被截留於晶圓與底座之間。儘管大部分所截留之氣體最終可能會自晶圓與底座間逸出，但此過程並非瞬間發生的，其意指，事實上，較高壓力的薄氣墊會存在於底座(例如晶圓支撐表面)與晶圓間，直至足夠的氣體已逸出而使所截留之氣體的壓力能與周圍腔室壓力均等為止。漂浮在此較高壓力之氣墊上時的晶圓可能會被較高壓力之氣體略微舉升離開底座，且可能會相對於底座而旋轉地及/或平移地(兩情況皆有可能)滑動。
例如，在腔室壓力介於40Torr至90Torr之範圍內的情況下，可將晶圓放置於底座之升降銷上；在使晶圓下降至底座之晶圓支撐表面上的情況下， 本發明之發明人已確定，被截留於晶圓下方的氣體可能會經受增加的壓力(由於晶圓之重量所致)，該增加的壓力會隨著較高壓力的氣體藉由沿晶圓邊緣與底座之晶圓支撐表面間的間隙排氣而自晶圓下方逸出，而緩慢地與腔室壓力均等化。在此均等化過程期間，先前討論的氣墊可能會使晶圓相對於底座而滑動。在所截留之氣體的壓力與周圍腔室壓力均等後，所截留之氣體將不再使晶圓漂浮，而晶圓將被支托於底座上。
本發明之發明人已確定，在將晶圓放置於底座上的期間，除了底座與晶圓間的潛在相對移動(在晶圓的平面中)，晶圓與底座間可能存在有額外的相對移動，其發生於已將晶圓下降至底座上之後，以及在截留於晶圓下方的氣體已與半導體處理腔室之周圍壓力環境均等之後。如此的額外相對移動可能會發生於例如當半導體處理腔室中的壓力進一步降低的情況下。
並且，即使所截留之氣體的大部分在上述均等化過程後會逸出，但仍會有少量氣體截留於晶圓與晶圓支撐表面間。例如，由於晶圓支撐表面的表面粗糙度所致，晶圓與晶圓支撐表面間會存在小間隙，其可能會截留小氣泡。在晶圓處理操作的準備中，可將半導體處理腔室中的氣體排出，以使半導體處理腔室的壓力降低至相較於當晶圓放置於晶圓支撐表面上時之壓力更低得多的位準，例如約10mTorr至20mTorr。當執行此壓力降低時，仍被截留在晶圓下方的任何氣體可能無法與腔室中的周圍壓力環境均等，且可能因此形成另一較高壓力之氣泡，其可能會使氣墊效應(cushioning effect)再度出現，使得晶圓再度漂浮且可能相對於底座而平移及旋轉。儘管所截留之氣體最終將會逸出，且使晶圓下方的壓力與降低的腔室壓力均等，但在均等化過程進行中晶圓可能會移動。
因此，在可能存在有晶圓與晶圓支撐表面間的相對移動之如此的半導體處理方案中，會有至少兩情況。如此的移動可能為相當小的，例如1mm至2mm或更小的量級，及/或小於0.5°的相對轉動，但考量到半導體特徵部的特 徵尺寸越來越小，在移動上如此的小偏移對於半導體生產者而言係越來越至關重大。
本發明之發明人瞭解，修改如此的底座以使支撐半導體晶圓的底座之晶圓支撐表面包含溝槽之圖案，可使截留於晶圓與晶圓支撐表面間的氣體能較在不具有如此的溝槽之底座的情況下更加快速地排出。
圖1描繪在晶圓支撐表面中具有溝槽之圖案之範例底座的等角視圖。在若干實施例(例如圖1中之實施例)中，包含溝槽的底座100(其尺寸可設計以支撐300mm直徑的晶圓，未顯示)可使溝槽配置成如格柵的網狀結構，例如，沿第一軸104排列之一線形陣列的溝槽102(圖1中標識了此線形陣列的溝槽102其中三溝槽，但描繪了更多溝槽)，以及沿第二軸108(其垂直於第一軸)排列之第二線形陣列的溝槽106(圖1中亦標識了此第二線形陣列的溝槽106其中三溝槽，但描繪了更多溝槽)。在若干如此的實施例中，各陣列中溝槽的間隔可為相等的，以使溝槽形成方形格柵，然而在其他實施例中，可能不使用如此的相等間隔。圖1亦描繪底座100周圍的護環110(討論於下)，以及支撐柱112。
在若干進一步之如此的實施例中，可存在不同尺寸及深度的溝槽。例如，可存在兩不同深度及寬度的溝槽。在如此的實施例中，一類型的溝槽可為相當淺及窄的。另一類型的溝槽可例如為顯著較深及較寬的。如此的溝槽可以特定方式排列，以促進氣體自晶圓下方快速逸出。在若干實施例中，可將深溝槽視為「第一溝槽」，而可將淺溝槽視為「第二溝槽」。
例如可將溝槽布局成在各對較深溝槽間存在等距的3個淺溝槽。在其他實施例中，各對相鄰的較深溝槽間可存在不同數量的淺溝槽，例如各對相鄰的較深溝槽間有2個或4個淺溝槽。在溝槽(無論溝槽的深度/寬度如何)其中各者間被圍住之晶圓支撐表面的部分可形成「平台」，如此一來各平台可包含平台頂表面及平台側壁，該平台側壁使平台頂表面偏離圍住該平台的溝槽之底部。溝 槽的底部亦被視為偏離平台頂表面；溝槽事實上為顛倒的平台。平台頂表面可彼此相互共平面，以便在晶圓放置於晶圓支撐表面上時全面廣泛地接觸晶圓(圖1中平台的頂部係以交叉斜線圖案來指示)。在若干實施例中，該等平台頂表面可實質上共平面，其表示一平台頂表面可與其他平台頂表面呈+/-5度的平面。此外，在若干實施例中，平台可為實質上平面的，例如平面之+/-10度內。
平台的若干者可具有實質上方形的形狀，例如其中平台側壁平行+/-5度，藉此產生亦具有實質上方形形狀的平台頂表面。在若干實施例中，平台(其可包含平台頂表面)之若干者的形狀可為三角形的、梯形的、或任何另外的形狀。例如，圖1中位於底座外緣的平台之若干者具有如下所述的平台頂表面：該平台頂表面具有由線形及非線形邊緣兩者所界定的邊界，例如，在某些情況下形成大致上三角形的區域(雖然是具有略微彎曲之邊的三角形)。
晶圓可被支托於平台頂表面上，且截留於晶圓與晶圓支撐表面間之氣體的主體可位於溝槽中。儘管會有較少得多的量之氣體截留於晶圓與平台頂表面間，在截留於晶圓與平台區域中晶圓支撐表面間之氣體進入溝槽的較大容積前，該氣體必定僅行進遠至最近的溝槽為止(相對而言，在不具有溝槽的底座的情況下，其一直行進至晶圓邊緣以逸出)。由於溝槽深度所致，該溝槽可具有較晶圓與平台頂表面間之小間隙的流體傳導性更高得多的流體傳導性，其可使流過溝槽的氣體流動得快速得多，而因此容許所截留氣體與腔室中周圍氣體間快速得多的壓力均等化。
如上所討論，可至少有兩不同尺寸的溝槽可用於底座(例如圖1中所示者)中。本發明之發明人確定，利用至少兩不同尺寸的溝槽來提供足夠的高流體傳導性路徑可為有利的，以使截留於晶圓與晶圓支撐表面間的氣體能快速逸出(因此防止氣體被截留及形成上述氣墊)，同時減少可能被截留於晶圓下方之溝槽內的氣體總量。若遍及整個底座面(例如晶圓支撐表面)使用均深的溝槽，則 可能會有足夠的氣體截留於溝槽中，而如此的氣體在腔室抽氣期間可能會比其可自溝槽逸出的情況更快速地膨脹(甚至考量了溝槽的較高流體傳導性)，藉此使氣墊效應再度出現，該情況為不樂見的。因此，本發明之發明人確定，藉由使用流入較高流體傳導性的通路(例如較深的溝槽)之較低流體傳導性的通路(例如較淺的溝槽)，可使截留於晶圓下方的氣體總量減少至所截留之氣體在抽氣期間不會產生氣墊效應，但仍可使截留於平台與晶圓間的氣體逸出而不形成氣墊的程度。
圖2描繪圖1的底座之部分的細部視圖。圖2的細部視圖係為在圖1中以虛線標識且標示「A」的部分。可看到兩正交的深溝槽214；如可見，深溝槽214可具有第一深度216(如自平台頂表面量測)及第一寬度218。在若干實施例中，溝槽可為實質上正交的，例如在正交的+/-5度內。在若干實施例中，如圖2中所示，第一寬度218可為深溝槽214的底部之寬度。相應地，可看到許多淺溝槽220，且其可具有第二深度222及第二寬度224；類似於第一寬度218，第二寬度224可為淺溝槽220的底部之寬度。複數深溝槽中之深溝槽的深度可為彼此相等的，且在若干實施例中可為實質上相等的，例如介於該等複數深溝槽之其他深溝槽的深度之+/-5%的範圍內。例如，該等複數深溝槽中的各深溝槽可與該等複數深溝槽中的其他深溝槽等深或實質上等深。類似地，複數淺溝槽中之淺溝槽的深度可為彼此相等的，且在若干實施例中可為實質上彼此相等的。
溝槽可在一方向(例如平行於第一軸104的方向)上以距離226、以及在正交方向(例如平行於第二軸108的方向)上以距離228而彼此分隔開，該情況可產生具有平台頂表面區域(未標識)的平台230，例如，其量測為第一平台尺寸232乘第二平台尺寸234。如本說明書中所說明，溝槽間(例如深溝槽間、淺溝槽間、或淺溝槽與深溝槽間)的間隔可為均等的間隔，但在若干實施例中，如此的間隔可為實質上均等的，例如，介於其他溝槽間之間隔的+/-5%範圍內，例如，
淺溝槽可以一距離實質上均等地分隔開，而兩如此的淺溝槽可以另一距離分隔開，該另一距離係例如介於前述距離的+/-5%範圍內。在若干其他實施例中，溝槽間(例如深溝槽間、淺溝槽間、或淺溝槽與深溝槽間)的間隔可非為均等的或實質上均等的。
各平台頂表面可由周緣所界定，該周緣可至少部分地由複數上緣所形成，該複數上緣為平台側壁(未標識)與平台頂表面的相交處。如上所說明，各平台係由溝槽所圍住，且因此各平台的各平台側壁可為平台與圍住該平台之溝槽間的邊界。因為側壁可延伸於平台頂表面與溝槽之底部間，故其可被視為平台側壁、溝槽側壁、或平台側壁及溝槽側壁兩者。取決於平台的結構，上緣可為「尖銳」或「鋒利」的邊緣，例如兩表面(例如平台頂表面與平台側壁)間的直角。例如，圖3描繪平台的範例部分之尖銳上緣的側面圖。如可見，平台330包含上緣340，其為銳角，其中平台頂表面331與平台側壁342在該處相交。
在若干實施例中，平台的上緣可為圓化的及/或去角的。例如，圖4描繪圖3之平台的範例部分之圓化上緣的側面圖。在此，平台430包含上緣440，其為圓化的，且形成平台側壁442的部分；平台頂表面431係為平面的部分，其描繪於該圖中的標識括弧431內。重參照圖2，對應於較深溝槽的平台之上緣可以半徑236而圓化，對應於較淺溝槽的平台之上緣可以角度238而去角及/或以類似方式圓化。如圖2中進一步可見，平台之上緣可為圓化的及/或去角的，以使整個平台側壁為圓化的及/或與平面的平台頂表面呈斜角。例如，在圖2中，與深溝槽214相關聯的各平台側壁係為自其與平面的平台頂表面之交會處至其與深溝槽214之交會處的彎曲表面。類似地，例如，如圖2中可見，與淺溝槽220相關聯的各平台側壁係為自其與平面的平台頂表面之交會處至其與淺溝槽220之交會處的去角表面。在若干實施例中，該等平台的大多數可具有圓化的及/或去角的上緣，而在若干如此的實施例中，實質上全部的該等平台(例如90%或以上)可具有圓化 的及/或去角的上緣。例如，圖1及圖2中所描繪之平台的全部具有圓化的及/或去角的上緣。
在若干實施例中，此等參數的數值可如以下所彙整。
Figure 105140739-A0305-02-0014-1
圖14描繪自圖2之平台頂表面至圖2之溝槽的範例氣流路徑。顯示了代表位於晶圓與平台230間之氣泡的範例氣泡1488。如上所述，來自氣泡1488的氣體可沿平台230直接流至深溝槽214中，如以箭頭1490概略地顯示。來自氣泡的氣體亦可直接流至淺溝槽220中，該氣體可沿淺溝槽220流至深溝槽214，如以箭頭1492概略地顯示。一旦位於深溝槽中，該氣體可向外流動(例如朝底座之邊緣)，如箭頭1490所指示。應注意，此等箭頭並非實際的流動路徑，而是氣體可能行進之一般流動的範例。重參照圖1，如可見，溝槽可延伸至底座的外周緣，該外周緣可配置以使氣體離開底座。在溝槽中流動的氣體可流至底座之外緣及/或流至排氣口其中一者。
在若干實施例中，對應於淺溝槽的平台及/或平台側壁之上緣可為去角的或圓化的兩者。在若干如此的實施例中，與平台頂表面相交的上緣之上部 分可為圓化的，而該上緣的下部分可為去角的。此外，如此的去角可延伸至淺溝槽之底部並與之相交；可考量到，上緣為圓化的，而平台側壁為去角的，例如，具角度的。圖15描繪圖1的底座之部分的不同細部視圖。就圖15中所示的淺溝槽1520而言，上緣1540(以濃陰影標識)係為圓化的，而平台側壁1542(以淡陰影標識)為去角的。亦可考量到，圓化的及去角的區段兩者(分別為1540及1542)皆為平台1530之上緣的部分或皆為平台側壁的部分。例如，區段1540可為上緣的圓化區段，而區段1542可為上緣的去角區段。無論如何，如圖15中所繪示，延伸於淺溝槽1520之底部與平台頂表面1531間的該部分材料包含去角部分，其與淺溝槽1520之底部相交並自該處起延伸，並與圓化部分相交，而該圓化部分與平台頂表面1531相交。圓化區段1540可具有0.020英吋的標稱半徑、0.005英吋的最小半徑、及0.1英吋的最大半徑。去角區段1542可具有與以上所討論之項目238相同的數值。
底座可由鋁或其他導電材料所製成，且可塗覆有氧化層，例如藉由對底座(或至少面對晶圓的表面)進行硬式陽極處理。RF(射頻)功率可橫越氧化層及晶圓與底座間可能存在的任何間隙而傳輸經過底座，並電容式地耦合至晶圓。可在晶圓處理操作期間使用如此的RF功率，以在晶圓上方產生RF場，以形成電漿環境。氧化層可藉由提供電絕緣層而協助避免晶圓與底座表面及/或溝槽間的高電壓放電事件(例如電弧)。在硬式陽極處理製程中，氧化層可自底座之外部表面向內及向外兩方向生長。氧化層可例如為約0.003英吋厚。在尖銳的(亦即，鋒利的)邊緣所存在之區域中，自表面生長出的氧化層之部分可以垂直於外部表面的方向生長，而造成V形凹槽，其沿邊緣而形成，其中該邊緣位於該凹槽之底部。由於在凹槽之底部的氧化層可具有較該氧化層之其餘部分更細得多的「外側的」厚度(或無厚度)，因此此情況可能會使下方金屬暴露，並產生潛在的電弧位置。
圖5描繪圖3的範例平台之尖銳上緣的氧化層生長之範例的側面圖。如可見，範例平台330包含氧化層544在平台頂表面331與平台側壁342上之雙方向的生長(例如：硬式陽極處理塗覆生長)。氧化層生長的方向係由標示546的箭頭所標識。此生長會在鋒利上緣位置340的鄰接之直角氧化層間留下小型的V形凹部(如見於圖的左上方)，且在此凹部的底部，可能會潛在地暴露鋒利上緣340，而留下潛在的電弧位置。為了避免如此的潛在暴露，可以圓化邊緣來取代鋒利上緣340。圖6描繪圖4之圓化上緣的氧化層生長之範例的側面圖。如可見，範例平台430包含氧化層644在平台頂表面431與平台側壁442上之雙方向的生長(例如：硬式陽極處理塗覆生長)。然而，不同於圖5中，描繪於圖6中的圓化上緣440可使氧化層644生長以均勻地塗覆外部表面(例如：平面的平台側壁442、平台頂表面431、及圓化上緣440)，而不會產生V形凹部，亦即，不會產生潛在的電弧位置。
可在離子可能會轟擊底座的電漿環境中使用底座(例如上述底座)；若此轟擊作用(其在發生於晶圓上的情況下可為樂見的)衝擊晶圓處理腔室及/或底座的元件，則該轟擊作用可能非為樂見的。例如，離子轟擊可能會對金屬材料(例如可製成底座的鋁或其他金屬)有不利的影響。因此，可以更堅固的材料(例如陶瓷)保護如此的易受攻擊之材料免於如此的轟擊作用(當然，底座之頂表面係由晶圓本身來保護)。
一如此的元件為護環，其為大型、薄壁的、具有自一邊緣向內擴展之凸緣的環。凸緣可具有稍微小於晶圓的內直徑，使得晶圓能與該凸緣重疊-此情況可防止離子化的粒子行進超過晶圓之邊緣並撞擊底座。護環亦可向下延伸超過底座，以亦保護底座的側邊免於轟擊。圖7描繪護環的等角視圖，而圖8描繪圖7之護環的斜角橫剖面圖。如圖7中可見，護環110係為薄壁的環，其包含壁部748。圖8顯示，壁部748在垂直於軸852的方向上具有厚度850，護環110圍繞軸 852而延伸。在若干實施例中，軸852可為護環110的中心軸。壁部748亦可具有高度854，其具有平行於軸852的垂直分量，而在若干實施例中，該高度(亦即，壁部748)可平行於軸852。厚度850及/或高度854亦可分別實質上垂直或平行於軸852，例如在+/-10度的範圍內。圖8中的護環110亦包含凸緣856，其朝軸852向內延伸，其可被視為護環110的徑向方向。顯示了自壁部748之邊緣858延伸的凸緣856。凸緣856之內直徑860可小於晶圓(未描繪)之直徑。
圖9描繪圖1之底座的移除剖面圖。如圖9中可見，可以複數螺栓及螺帽，或複數螺絲，統稱為螺絲964(兩個為可見的)將底座100固緊至陶瓷底板962。可看到陶瓷護環110的部分圍繞底座100之外直徑(未標識)而延伸，如圖9中所描繪，該部分為護環110之壁部748的大部分以及凸緣856之部分。護環110亦可以平行於該環之軸852的方向延伸超過底座100，並支托於陶瓷底板962上，如見於圖的右側。圖9亦描繪被放置於底座100上的晶圓966，以及底座100之深溝槽214的若干者。可將晶圓放置於底座上，使得晶圓疊蓋(而在若干實施例中會接觸)凸緣856。一升降銷968(至少兩其他的升降銷可包含於其他位置，但無法在此剖面圖中看到)亦可見於圖9中，且升降銷968延伸通過底板962，並可用以將晶圓966舉升離開底座100及/或將晶圓966降下至底座100上。然而，如圖9中可見，細薄環狀的氣體容積970可於護環110與底座100間截留氣體，而陷於為螺絲964而設置之複數柱坑孔內的氣體容積972亦然，該情況可能會造成問題，因為在因腔室抽氣而引起的氣體膨脹期間，此等氣體容積970及972分別被大量地截留且無法輕易地逸出。因此，此等氣體容積970及972可分別朝向晶圓966/護環110的介面流動，該情況亦可能使晶圓966「漂浮」，且可能會造成晶圓966與底座100間的滑動。
圖10描繪圖9之底座的左側之剖面的細部視圖。可較在圖9中更詳細地察看可能陷於護環110與底座100間的細薄環狀的氣體容積970，以及可能陷 於為螺絲964而設置之複數柱坑孔內的氣體容積972。晶圓966與凸緣856間的範例重疊情況亦可見於圖10中。
為了使如此的氣體排出，本發明之發明人確定，修改護環使得其具有將護環之底表面舉升離開陶瓷底板的足部，且使得面朝陶瓷底板的護環內部表面在其大部分面積上偏離陶瓷底板，將會使如此的所截留之氣體能輕易地排出。如此的範例護環可見於圖11中，其描繪圖1及圖7-圖10中所示之護環的斜角圖。如可見，護環110具有四個「足部區域」1174，其會凸出超過護環110的底表面1176，使得底表面1176偏離底板962，該情況可被稱為垂直間隙1178；在若干實施例中，此偏離量可為約0.03英吋。此垂直間隙1178可位於平行於中心軸的方向上，可為第一非零距離，且可見於圖10中，介於位於「1178」標識之上方與下方的兩垂直箭頭間。各足部區域1174可接觸底板962，且可支撐護環110的重量。
重參照圖11，護環之內部圓筒狀表面1180的部分可面對底板962，在足部區域1174間的區間中，可在垂直於軸852的方向上形成凹陷，藉此在護環之凹陷內部圓筒狀表面1180與底板962間產生環狀間隙區域1182。此環狀間隙區域1182可位於平行於中心軸的方向上，可為第二非零距離，且可見於圖10中，介於位於「1182」標識之兩側的兩水平箭頭間。垂直間隙1178及環狀間隙區域1182(其可被視為氣體逸出路徑)可產生間隙區域1184，其亦可見於圖10及圖11中。間隙區域1184可使截留於護環內的任何加壓氣體(例如細薄環狀的氣體容積970)能輕易地排出，藉此防止護環110/底座100的介面內之壓力上升。
可設計與足部區域(或其他區域中)相對應的區域中之護環的內部直徑之尺寸以與陶瓷底板介面接合，而因此使護環在底板上置中，如標識於圖9中的參考標記1186。
以上所討論的範例係經測試並顯示晶圓相對於底座的異常少量之滑動。圖12描繪針對底座上相對於參考放置之40+晶圓放置的底座與晶圓間之相對位移的圖示-至少兩因素可能導致如此的位移：底座-晶圓滑動、以及用以將晶圓放置於底座上之機器人的精確度；可能亦存在由在例如用以使晶圓在底座上置中的主動晶圓置中系統中之熱膨脹效應及校正誤差所造成的作用。圖12中的底座為平坦底座，亦即，以上所討論之不具有溝槽者。如可見，約有75%的晶圓放置展現了大於1mm的晶圓位移，而約有20%的放置展現了大於1.5mm的位移。少於5%的放置有小於0.5mm的位移的情況。
圖13描繪針對使用具有溝槽的底座(例如圖1中所描繪者)之若干晶圓放置的晶圓與底座間之相對位移的圖示。如由該數據可清楚明瞭，位移的量顯著地減少，其中所有的晶圓放置展現了小於1mm的位移，而超過50%的晶圓放置展現了小於0.5mm的位移，該情況為相較於不具溝槽之底座的明顯改善。所顯示之該等不到1mm的位移被認為是完全因晶圓搬運機器人的精確度(可能還有在與該機器人一起使用之主動晶圓置中系統中的熱效應及/或校正誤差)所造成；晶圓/底座滑動不再被認為是造成此等測試數據點中之晶圓位移的原因。
本說明書中所討論之具有溝槽的底座設計可提供相較於具有平坦晶圓支撐表面之底座更佳的效果。應瞭解，本說明書中所討論之具有溝槽的底座設計可實施於底座中，在該底座中並不存在將氣體主動供應至晶圓底側的情形。例如，在若干晶圓處理系統中，可在處理操作期間將吹淨氣體及/或熱傳氣體(例如氦)引入晶圓與底座之間，以避免製程氣體流至晶圓-底座的介面區域中。如此的底座亦可具有某類型的溝槽或通道，但其係與在處理期間供應吹淨及/或緩衝氣體的一或更多氣體入口連接。然而，用於以上參照圖式所討論之底座中的溝槽係針對不同的目的，例如，在晶圓放置及腔室抽氣期間被動地排除晶圓/底座滑動情形，而不是在處理操作期間主動將氣體分配至晶圓的底側以保護底座 及/或促進熱傳導。因此，在若干配置中，可將本說明書中所討論之底座的溝槽佈置於不具有可用以供應氣體至溝槽之任何特徵部的底座中(除了腔室內的任何周圍氣體係自然地截留於晶圓與底座間)。
在以上所討論之底座中，溝槽係為直的，如此的溝槽可輕易地被製造，但仍提供絕佳的防滑效果，如展現於先前所討論之測試數據中。儘管如本說明書中所討論之底座上的溝槽之使用係不限於如此的直溝槽，但其他溝槽樣式在製造上可能為較昂貴，且可能不會提供明顯較佳的效果。例如，溝槽可依循彎曲路徑或碎形分岔路徑，然而如此的路徑並不如以上所討論之範例中的直溝槽般容易製造。
在以上所討論之範例中，溝槽將所截留之氣體引導至晶圓的外周緣，其中該氣體之後會流過護環，然後進入周圍腔室大氣中。然而，如此的底座之其他變型可包含不會流至晶圓邊緣，但會將所截留之氣體引導至位於底座上、晶圓之外直徑內的一或更多通口的溝槽。此等通口可通往底座內的內部通道，該等通道可將所截留之氣體引導至腔室的周圍環境，例如，如此的通道可單純地為孔洞，其筆直通過底座及底板，以便通過底座/底板元件之背部表面而開孔，或為盲孔，其與底座中徑向鑽鑿的孔相交，以形成L形通道。
除非本揭露內容之上下文另外明確要求，否則在整個描述內容及申請專利範圍中，用語「包含」、「包括」、及類似用語應以包含性意義進行解釋，而不是排除性或耗盡性意義；亦即，以「包含、但不限於」的意義進行解釋。使用單數或複數的詞語一般而言亦分別包含複數或單數。當參照兩或更多項目之列表使用用語「或」時，該用語涵蓋所有下列之該用語的解釋：列表中項目其中任一者、列表中項目的全部、及列表中項目的任何組合。用語「實施例」指涉本說明書中所述之技術及方法的實施例、以及體現本說明書中所述之結構及/或具體化本說明書中所述之技術及/或方法的實體標的。除非另外指定，否則用語 「實質上」指涉所指示數值的+/-5%範圍內。例如，「實質上平行」意指介於0°與90°間之+/-5%的角度範圍。
214‧‧‧深溝槽
220‧‧‧淺溝槽
230‧‧‧平台
1488‧‧‧氣泡
1490‧‧‧箭頭
1492‧‧‧箭頭

Claims (19)

  1. 一種用於半導體處理的設備，該設備包含：底座，其包含晶圓支撐表面，該晶圓支撐表面包含複數平台及溝槽之圖案，其中：各平台在兩或更多溝槽間被圍住，各平台包含複數平台側壁，其至少部分地各自與該等溝槽其中一者相交、並與實質上為平坦表面的平台頂表面相交，該等平台頂表面係實質上彼此相互共平面，且該等平台頂表面係配置以在半導體操作期間支撐晶圓，該溝槽之圖案包含平行於第一軸且沿該第一軸排列之第一線形陣列的溝槽、以及平行於第二軸且沿該第二軸排列之第二線形陣列的溝槽，該第一軸係實質上與該第二軸正交，該溝槽之圖案係由各自具有第一深度及第一寬度的複數深溝槽、以及各自具有第二深度及第二寬度的複數淺溝槽所構成，該第一線形陣列的溝槽包含下列各者其中一或更多者：兩或更多深溝槽及兩或更多淺溝槽，該第二線形陣列的溝槽包含下列各者其中一或更多者：兩或更多深溝槽及兩或更多淺溝槽，該第二深度係小於該第一深度，且該第二寬度係小於該第一寬度。
  2. 如申請專利範圍第1項之用於半導體處理的設備，其中該底座不包含用以將氣體供應至該等溝槽或至該等平台的特徵部。
  3. 如申請專利範圍第1項之用於半導體處理的設備，其中： 該第一線形陣列其中之一或更多淺溝槽係包含於該第一線形陣列其中之各對相鄰的深溝槽間，且該第二線形陣列其中之一或更多淺溝槽係包含於該第二線形陣列其中之各對相鄰的深溝槽間。
  4. 如申請專利範圍第3項之用於半導體處理的設備，其中：各線形陣列中的該等深溝槽係與該線形陣列中之相鄰的深溝槽等距地分隔開，該第一線形陣列其中之三淺溝槽係座落於該第一線形陣列其中之各對深溝槽間、且實質上等距地彼此相互分隔開，且該第二線形陣列其中之三淺溝槽係座落於該第二線形陣列其中之各對深溝槽間、且實質上等距地彼此相互分隔開。
  5. 如申請專利範圍第3或4項之用於半導體處理的設備，其中：該第一線形陣列的溝槽中之該等溝槽係實質上等距地彼此相互分隔開，且該第二線形陣列的溝槽中之該等溝槽係實質上等距地彼此相互分隔開。
  6. 如申請專利範圍第1-4項其中任一項之用於半導體處理的設備，其中：各平台包含複數上緣，其至少部分地形成該平台之該平台頂表面的周緣，各上緣係為平台頂表面與平台側壁的交會處，且該等上緣其中一或多者係為下列其中一情況：圓化的及去角的。
  7. 如申請專利範圍第6項之用於半導體處理的設備，其中實質上全部的該等平台之各上緣係為下列其中一情況：圓化的及去角的。
  8. 如申請專利範圍第1-4項其中任一項之用於半導體處理的設備，其中該等溝槽其中一或多者延伸至該底座之外周緣。
  9. 如申請專利範圍第1-4項其中任一項之用於半導體處理的設備，其中該晶圓支撐表面係塗覆有氧化層。
  10. 如申請專利範圍第1-4項其中任一項之用於半導體處理的設備，更包含護環，其包含下列各元件：壁部，其具有在垂直於該護環之中心軸的方向上之厚度，以及具有平行於該護環之該中心軸的垂直分量之高度，及凸緣，其在自該壁部之邊緣朝該中心軸的方向上向內延伸，其中：該護環其中至少一部分圍繞該底座之外直徑而延伸，該凸緣具有小於該晶圓之直徑的內直徑，且該護環係配置以使放置於該底座上的晶圓在平行於該中心軸的情況下觀看時係疊蓋該凸緣的一區段。
  11. 如申請專利範圍第10項之用於半導體處理的設備，更包含底板，其中：該底座係位於該底板上方且鄰近該底板，該護環的該壁部係在平行於該中心軸的方向上向下延伸超過該底座，該護環的該壁部更包含一壁部底表面，該護環包含一或更多足部區域，其延伸超過該壁部底表面，該一或更多足部區域之各者包含在平行於該中心軸的方向上偏離該壁部底表面之足部區域底表面、並接觸該底板，以使該壁部底表面在平行於該中心軸的方向上以第一非零間隙偏離該底板，且該護環之內部表面在垂直於該中心軸之方向上面對該底板的至少一部分係為凹陷的，以使該內部表面的該部分在垂直於該中心軸的方向上以第二非零間隙偏離該底板。
  12. 如申請專利範圍第11項之用於半導體處理的設備，其中該護環在與各足部區域相對應的各區中具有內部直徑，其使該護環與該底板介面接合，以使該護環在該底板上置中。
  13. 如申請專利範圍第6項之用於半導體處理的設備，其中實質上全部的該等平台之各上緣係為圓化的。
  14. 如申請專利範圍第6項之用於半導體處理的設備，其中：與深溝槽相交之實質上全部的該等平台側壁之上緣係以第一半徑加以圓化，並且與淺溝槽相交之實質上全部的該等平台側壁之上緣係以第二半徑加以圓化，該第二半徑小於該第一半徑。
  15. 如申請專利範圍第14項之用於半導體處理的設備，其中與淺溝槽相交之實質上全部的該等平台側壁係去角的。
  16. 如申請專利範圍第14項之用於半導體處理的設備，其中與深溝槽相交之實質上全部的該等平台側壁係為彎曲表面。
  17. 一種用於半導體處理的設備，該設備包含：底座，其包含晶圓支撐表面，該晶圓支撐表面包含複數平台及溝槽之圖案；護環，其包含：壁部，其具有在垂直於該護環之中心軸的方向上之厚度，並具有平行於該護環之該中心軸的垂直分量之高度，且具有一壁部底表面，凸緣，其在自該壁部之邊緣朝該中心軸的方向上向內延伸，一或更多足部區域，其延伸超過該壁部底表面，且該一或更多足部區域之各者包含在平行於該中心軸的方向上偏離該壁部底表面之足部區域底表面；以及底板，其中： 各平台在兩或更多溝槽間被圍住，各平台包含複數平台側壁，其至少部分地各自與該等溝槽其中一者相交、並與實質上為平坦表面的平台頂表面相交，該等平台頂表面係實質上彼此相互共平面，該等平台頂表面係配置以在半導體操作期間支撐晶圓，該護環其中至少一部分圍繞該底座之外直徑而延伸，該凸緣具有小於該晶圓之直徑的內直徑，該護環係配置以使放置於該底座上的晶圓在平行於該中心軸的情況下觀看時係疊蓋該凸緣的一區段，該底座係位於該底板上方且鄰近該底板，該護環的該壁部係在平行於該中心軸的方向上向下延伸超過該底座，該足部區域接觸該底板，以使該壁部底表面在平行於該中心軸的方向上以第一非零間隙偏離該底板，並且該護環之內部表面在垂直於該中心軸之方向上面對該底板的至少一部分係為凹陷的，以使該內部表面的該部分在垂直於該中心軸的方向上以第二非零間隙偏離該底板。
  18. 如申請專利範圍第17項之用於半導體處理的設備，其中該護環在與各足部區域相對應的各區中具有內部直徑，其使該護環與該底板介面接合，以使該護環在該底板上置中。
  19. 如申請專利範圍第17項之用於半導體處理的設備，其中該護環與該底板二者皆由陶瓷所組成。
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