TWI791020B - 用以消除在晶圓背側邊緣及凹口處之沉積的晶圓邊緣接觸硬體及方法 - Google Patents

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Abstract

提供一種用於電漿處理系統的底座組件。該組件包含具有中央頂部表面（例如台面）的底座，且中央頂部表面自中央頂部表面的中心延伸至中央頂部表面的外直徑。環形表面圍繞中央頂部表面。環形表面設置在自中央頂部表面往下的台階。複數晶圓支座在中央頂部表面之上的支座高程距離處突出中央頂部表面。複數晶圓支座繞中央頂部表面的內半徑均等地配置。該內半徑位在中央頂部表面的中心與小於中半徑處之間，該中半徑係在底座的中心與中央頂部表面的外直徑間的約中途。提供配置成用於定位在底座的環形表面之上的承載環。承載環具有承載環內直徑、承載環外直徑、及繞承載環的頂部內區域環形地配置的凸部表面。凸部表面下凹低於承載環的頂部外區域。複數承載環支座設置在底座的環形表面外部。當承載環置放在複數承載環支座上時，承載環支座定義底座的中央頂部表面上方之承載環的承載環高程尺寸。承載環高程尺寸配置成比支座高程距離更加高於底座的中央頂部表面。

Description

用以消除在晶圓背側邊緣及凹口處之沉積的晶圓邊緣接觸硬體及方法
本發明實施例關於半導體晶圓處理設備工具，且更特別地，關於在腔室中使用的承載環。腔室係用於晶圓的處理及傳送。
在原子層沉積（ALD）中，藉由連續的用劑和活化步驟逐層地沉積膜。使用ALD以在高深寬比結構上產生保形膜。ALD的缺點之一是難以避免晶圓背側上的膜沉積，因為膜可沉積通過任何可達晶圓背側的間隙。背側沉積在間隔件應用中係不希望的，因為其導致在為整合流程的一部分之微影步驟期間的對準/聚焦問題。
背側上的膜係在用劑步驟期間藉由前驅物物種至背側的傳送、及活化步驟期間藉由所傳送的自由基物種之前驅物的反應而產生。因此，有控制或減少晶圓背側沉積的需求。
本發明的實施例係於本文中提出。
本揭示內容的實施例提供在ALD處理期間減少背側沉積的系統、設備、及方法。在ALD處理腔室中，晶圓被支撐在底座組件上，該底座組件配備有配置在與晶圓支座相關之高度處的承載環以減少背側沉積。在一些實施例中，將各底座組件校準以在考慮熱膨脹的情況下確保在處理期間在承載環上維持晶圓重疊。現在將描述一些實施例。
在一實施例中，提供一種用於電漿處理系統的底座組件。該組件包含具有中央頂部表面（例如台面）的底座，且中央頂部表面自中央頂部表面的中心延伸至中央頂部表面的外直徑。環形表面圍繞中央頂部表面。環形表面設置在自中央頂部表面往下的台階。複數晶圓支座在中央頂部表面之上的支座高程距離處突出中央頂部表面。複數晶圓支座繞中央頂部表面的內半徑均等地配置。該內半徑位在中央頂部表面的中心與小於中半徑處之間，該中半徑係在底座的中心與中央頂部表面的外直徑間的約中途。提供配置成用於定位在底座的環形表面之上的承載環。承載環具有承載環內直徑、承載環外直徑、及繞承載環的頂部內區域環形地配置的凸部表面。凸部表面下凹低於承載環的頂部外區域。複數承載環支座設置在底座的環形表面外部。當承載環置放在複數承載環支座上時，承載環支座定義底座的中央頂部表面上方之承載環的承載環高程尺寸。承載環高程尺寸配置成比支座高程距離更加高於底座的中央頂部表面。
在一實施方式中，當晶圓置放在複數晶圓支座上時，複數晶圓支座提供對晶圓的運動性配合。
在一實施方式中，承載環的凸部表面具有過渡至承載環之頂部外區域的台階，且凸部表面係在複數晶圓支座之上升高承載環－支座尺寸。
在一實施方式中，內半徑係約2.5英吋且中央頂部表面的外直徑係約11.5英吋。
在一實施方式中，重疊表面區域界定在凸部表面上，且當晶圓設置在底座的中央頂部表面上時，重疊表面區域界定針對晶圓下方表面的接觸表面。
在一實施方式中，複數間隔件設置在承載環支座下方，以實現承載環高程尺寸之校準的定位。
在一實施方式中，複數晶圓支座的內半徑位在中心與四分之一半徑之間，且四分之一半徑位在中半徑與中心之間。
在一實施方式中，支座高程距離係在約2密耳與約6密耳之間，且承載環高程尺寸係在約1密耳與約3密耳之間。
在一實施方式中，支座高程距離係約4密耳且承載環高程尺寸係約1.5密耳，而內半徑係繞底座的中央頂部表面的中心約2.5英吋。
在一實施方式中，中央頂部表面的外直徑係約11.52英吋。
在一實施方式中，電漿處理系統配置作為無環傳送系統。該無環傳送系統配置成將承載環維持設置在底座的環形表面上，且晶圓配置成被移進及移出複數晶圓支座及承載環的凸部表面。底座包含升降銷，當晶圓存在時，升降銷用於抬升及降低晶圓，且電漿處理系統更包含用於使晶圓移動進出電漿處理系統之複數底座組件之其中每一者的傳送臂。
本揭示內容的實施例提供用於處理半導體晶圓之處理腔室的實施例。吾人應察知本發明實施例可以諸多方式（諸如製程、設備、系統、裝置、或方法）實現。以下描述一些實施例。在一實施例中，揭示一種底座組件。該實施例由一起運作以減少晶圓/元件之背側上的沉積之若干部件所界定。
晶圓在邊緣附近的有限區域內（例如在晶圓邊緣處）與承載環及在中心處與銷（稱作為MCA銷）接觸。晶圓中心處的銷將晶圓中心抬升得高於外邊緣，而產生晶圓彎曲狀態。此允許晶圓邊緣以切線或線接觸方式接觸承載環。由於所需的精確性及「現場」設定的限制，銷及承載環目前未充分阻擋晶圓背面上的沉積。在先前設計的情況下，與晶圓背面接觸的量亦受限，因此較無法容忍偏心晶圓置放。
吾人相信在處理期間，背側沉積發生在晶圓邊緣與承載環之間出現間隙時。在原子層沉積（ALD）操作中，將製程前驅物在真空下於晶圓上方脈衝輸送指定的時間量，以允許前驅物經由在表面處留下單層的自限制製程與基板表面完全反應。隨後，使用惰性載體氣體（通常為N2 或Ar）沖洗腔室以移除任何未反應的前驅物或反應副產物。接著，執行相對反應物（counter reactant）前驅物脈衝及沖洗以形成所需的材料膜。不幸的是，前驅物傾向在非計劃沉積的區域中流動，諸如晶圓的背側。因此，本申請案的一目標係藉由根據本文提供的示例之底座的元件配置來界定結構以限制或避免背側沉積。
在一實施例中，底座組件包含具有藍寶石MCA（最小接觸面積）銷的鋁底座。底座係溫度受控制的受加熱裝置。晶圓置放在這些銷上，且銷的高度允許底座與晶圓之間的最小間隙。此間隙針對底座及晶圓的熱均勻性以及晶圓之頂部與底部間的壓力均衡兩者最佳化，以減少底座上之晶圓的移動。
在另一實施例中，陶瓷承載環（有時稱為聚焦環）置放在底座周邊周圍且相對於底座調整至特定高度。承載環置放在可調整的元件（包含精密墊片）上，其控制環關於底座的高度。承載環具有自其頂部凹入的凸部表面（ledge surface）330a，晶圓置放在該凸部表面330a上。在一實施例中，調整此表面以比底座上的MCA銷高出指定量。此凸部的寬度及接觸部亦確保當晶圓置放在其上時與晶圓的特定最小重疊。在一實施例中，該重疊部分始終接觸晶圓的平坦部分。在一實施例中，凸部亦在MCA上方，因此晶圓與環之間的接觸力在晶圓周邊周圍係一致的。將承載環的直徑設計成針對特定溫度範圍允許此與底座之重疊及運作。
吾人理解溫度變化影響部件（包含底座及承載環）的尺寸，所以將底座、承載環、及重疊部分的尺寸設計成即使在升高的溫度（例如高達攝氏400度或更高）下亦能維持晶圓對承載環凸部接觸。根據揭示的實施例，所制定的直徑亦防止因有所差別的熱膨脹而導致失去接觸。藉由保持接觸，晶圓將可受到較少可能因為在熱尺寸膨脹期間失去與承載環的接觸所致之應力或失效情形。因此，這些實施例改善ALD系統中使用之底座設計的效能、穩定性、及功能。
下面提供圖1及圖2以說明兩類型的腔室，但不對其他可能的腔室配置加以限制。
圖1說明基板處理系統100，其用以處理晶圓101。該系統包含腔室102，該腔室102具有下腔部102b及上腔部102a。中心柱配置成支撐底座140，該底座140在一實施例中係供電電極。底座140經由匹配網路106電耦合至電源104。電源受控制模組110（例如控制器）控制。控制模組110配置成藉由執行製程輸入及控制108操作基板處理系統100。該製程輸入及控制108可包含製程配方，諸如功率位準、時序參數、處理氣體、晶圓101的機械運動等，以諸如在晶圓101上沉積或形成膜。在一些實施例中，底座140包含加熱器，該加熱器整合至界定底座140之鋁結構的主體中。
中心柱亦顯示為包含升降銷120，升降銷120受升降銷控制部122控制。升降銷120用以自底座140抬升晶圓101以允許末端執行器拾取晶圓、及在末端執行器置放晶圓101之後降低晶圓101。基板處理系統100更包含氣體供應歧管112，該氣體供應歧管112連接至處理氣體114，例如自設施供應的氣體化學品。依據被執行的處理，控制模組110控制經由氣體供應歧管112之處理氣體114的遞送。所選擇的氣體接著流進噴淋頭150且分布於定義在噴淋頭150面向晶圓101的面與置於底座140上方的晶圓101之間的空間容積中。
此外，氣體可預混合或不預混合。可使用適當的閥調節及質流控制機構，以確保在製程的沉積及電漿處理階段期間遞送正確的氣體。處理氣體經由出口離開腔室。真空幫浦（例如一或二階段的機械乾式幫浦及/或渦輪分子幫浦）將處理氣體抽出、且藉由閉迴路控制之流量限制裝置（諸如節流閥或擺閥）在反應器內維持適當低壓。
亦顯示承載環200，其圍繞底座140的外部區域。承載環200配置成位在承載環支撐區域上方，該承載環支撐區域係自底座140之中心的晶圓支撐區域往下一個台階。承載環包含其圓盤結構的外緣側（例如外半徑）、及其圓盤結構的晶圓邊緣側（例如內半徑，其係最接近晶圓101所在之處）。圖2說明亦配置成在晶圓上執行原子層沉積（ALD）製程（例如ALD氧化物製程）的基板處理系統。顯示如參照圖1描述的類似元件。然而，將RF功率供應至噴淋頭150。
圖3A描繪多工作站式處理工具的頂視圖，其中設置四個處理工作站。此頂視圖係下腔部102b的頂視圖（為了說明而移除上腔部102a），其中四個工作站由傳送臂226接取。傳送臂226配置成使用旋轉機構220旋轉，旋轉機構220一起自底座140抬升及升高晶圓。此配置被稱為無環晶圓傳送系統或通稱為無環傳送配置。
圖3B顯示多工作站式處理工具280之實施例的示意圖，該多工作站式處理工具280具有入站裝載鎖定部282及出站裝載鎖定部284。在大氣壓力下的機器人286配置成將基板自卡匣（經由晶圓傳送盒（pod）287裝載）通過大氣埠288而移動進入入站裝載鎖定部282。入站裝載鎖定部282耦接至真空源（未顯示），使得當關閉大氣埠288時，可對入站裝載鎖定部282抽氣。入站裝載鎖定部282亦包含與處理腔室102介接的腔室傳送埠289。因此，當開啟腔室傳送埠289時，另一機器人（未顯示）可自入站裝載鎖定部282將基板移動至用於處理之第一處理工作站的底座140。
所描繪的處理腔室102包含四個處理工作站，在圖3B顯示的實施例中編號為1至4（該順序僅為示例）。在一些實施例中，處理腔室102可配置成維持低壓環境，使得基板可使用傳送臂226在處理工作站之間傳送而不經歷破壞真空及/或空氣曝露。圖3B中描繪的各處理工作站包含底座。
圖3C描繪配置成接收用於沉積製程（諸如原子層沉積（ALD）製程）之晶圓的底座300。晶圓包含中央頂部表面302，該中央頂部表面302由自底座的中心軸線320延伸至界定中央頂部表面302之邊緣的頂部表面直徑322之圓形區域所界定。中央頂部表面302包含複數晶圓支座304a、304b、及304c（MCA），該複數晶圓支座304a、304b、及304c（MCA）界定在中央頂部表面302上且配置成在中央頂部表面上方的支撐階層處支撐晶圓。各晶圓支座界定最小接觸面積（MCA），且晶圓支座304由藍寶石界定。MCA係用以在需要高精度或允差、及/或期望最小的物理接觸以降低缺陷風險時改善表面之間的精準配合。在一實施例中，將晶圓支座304的數目選擇成提供運動性配合（kinematic mating）。在一配置中，需要至少三個晶圓支座。在一些實施例中，可使用更多支座而仍達到運動性配合。在一實施例中，當晶圓安置在晶圓支座上時，晶圓支座階層由晶圓之底部表面的垂直位置界定。
在一實施例中，晶圓支座304的晶圓支座階層在底座的中央頂部表面302上方大約2-6密耳（即，0.002-0.006英吋）。在所描繪的實施例中，有三（3）晶圓支座繞中央頂部表面302的中央圓形區域對稱分布。在一實施例中，晶圓支座304a-304c配置在底座300之中央頂部表面302的中心周圍直徑約5英吋的附近處、或在中心周圍半徑約2.5英吋的附近處。
在其他實施方式中，在中央頂部表面302上可有任何數目的晶圓支座，其在其他合適的配置中可繞中央頂部表面302分布，以在沉積製程操作期間支撐晶圓。此外亦顯示凹部306a、306b、及306c，其配置成容納升降銷。如上所述，升降銷可用以自晶圓支座抬升晶圓以允許藉由末端執行器或傳送臂226的每一者之接合。
底座300進一步包含環形表面310，該環形表面310自底座的頂部表面直徑322（其係在中央頂部表面302的外邊緣處）延伸至環形表面的外直徑324。環形表面310定義圍繞中央頂部表面302的環形區域，但在自中央頂部表面往下一個台階。亦即，環形表面310的垂直位置低於中央頂部表面302的垂直位置。複數承載環支座312a、312b、及312c（亦稱為馬蹄鐵形物）實質上設置在環形表面310的邊緣（外直徑）/實質上沿環形表面310的邊緣（外直徑）設置，且繞環形表面對稱地分布。承載環支座在一些實施例中可定義用於支撐承載環的MCA。
在一些實施方式中，承載環支座312a、312b、及312c延伸超出環形表面的外直徑324，而在其他實施方式中，承載環支座未超出環形表面的外直徑324。在一些實施方式中，承載環支座的頂部表面具有比環形表面310稍微高的高度，使得當承載環330置放在承載環支座312上時，承載環330被支撐在環形表面上方的一預定距離處。如將在下面進一步描述，一實施例將承載環的凸部置放在高於晶圓支座304的高度處。每一承載環支座312可包含凹部（諸如承載環支座312a的凹部313），當承載環由承載環支座支撐時，自承載環之底面突出的延伸部安置在該凹部313內。承載環延伸部與承載環支座內之凹部的配合提供承載環之牢固的定位，且防止承載環在安置於承載環支座上時移動。
在所說明的實施例中，有三承載環支座沿環形表面的外邊緣區域對稱地設置。然而，在其他實施方式中，可能有三或更多承載環支座在沿底座300之環形表面310的任何位置處分布，以呈穩定靜止的配置支撐承載環。吾人將察知當晶圓由晶圓支座304支撐且承載環330由承載環支座312支撐時，晶圓的邊緣區域配置在承載環330的內部上方。
圖3D說明根據本發明的實施例之底座300的一部分及定義底座組件之一部分之其他元件的立體剖視圖。在一實施例中，諸如圖3A及3B中顯示的處理腔室包含四個底座組件。底座組件包含底座300、承載環支座312、和晶圓支座304、及間隔件316（若選用性地使用）。在一實施例中，承載環330係底座組件的一部分。
該剖視圖係貫穿承載環支座（例如承載環支座312a）之其中一者的縱剖面。承載環330顯示置放在承載環支座312a之上。在此配置中，承載環延伸部331安置在承載環支座312a的凹部313之內。此外，晶圓340顯示置放在底座之中央頂部表面302之上（由晶圓支座304支撐）。承載環支座312a係高度可調整的，以允許承載環受支撐處之環形表面310上方的距離受調整。在一些實施方式中，承載環支座312a包含用於調整承載環支座312之高度的間隔件（例如墊片）316。亦即，選擇間隔件316以在承載環置放於承載環支座上時，在承載環330與環形表面310之間提供一受控制的距離。吾人將察知可能有零、一、或多於一間隔件316被選擇且配置在承載環支座312a下方，以在環形表面310與承載環330之間提供期望的距離。
此外，將承載環支座312a及間隔件316藉由緊固硬體314固定至底座。在一些實施方式中，硬體314可為適合用於將承載環支座及間隔件固定至底座的螺釘、螺栓、釘子、插銷、或任何其他類型的硬體。在其他實施方式中，可使用用於將承載環支座及間隔件固定至底座的其他技術/材料，諸如合適的黏著劑。
圖4A根據一實施例描繪類似於圖3D的橫剖面圖，其具有關於晶圓支座304a及在凸部表面330a上由晶圓340作出的接觸之額外細節。如圖所示，晶圓支座304a以其從中央頂部表面302延伸出維持晶圓340不直接接觸中央頂部表面302之量的方式而設置。如上所述，一實施例包含提供至少三個晶圓支座304a-304c，其在自中心320測量的半徑R1處均等間隔開地配置。半徑R1係內半徑。在一實施例中，半徑R1係約2.5英吋。在另一實施例中，半徑R1小於3英吋且至少1.5英吋。進一步顯示半徑R2，其表示相對於中心320的中半徑。中半徑係在中心320與中央頂部表面外直徑307之間的大約二分之一。在一實施例中，若中央頂部表面具有約11.52英吋的直徑，則中半徑R2為約5.76英吋。在一實施例中，晶圓支座304a將設置在小於中半徑R2的半徑R1處。
圖4A進一步顯示四分之一半徑R3，其約在中半徑R2與中心320之間的半途。在中央頂部表面之直徑為11.52英吋之時的一實施例中，四分之一半徑R3約2.88英吋。如上所述，內半徑R1約2.5英吋。在一些實施例中，內半徑R1可為約2.5英吋、加/減0.5英吋。因此，內半徑R1可位在四分之一半徑R3的內側或超過四分之一半徑R3、或位在四分之一半徑R3處。在任一情況下，內半徑R1應大致小於中半徑R2，使得在晶圓支座304及凸部表面330a上方將提供晶圓中的足夠彎曲。
在一配置中，這些尺寸關於用於300 mm晶圓的底座300。當然，這些尺寸將依據被處理之晶圓的尺寸而改變。最佳地，將晶圓支座304a維持在將允許晶圓340的其餘部分向外延伸至凸部表面330a的半徑R1處，其中凸部表面330a設置在高於晶圓支座304a之高度的高度處。以此方式，晶圓支座304a與凸部表面330a之間的晶圓將朝外半徑稍微向上彎曲。此輕微的配置及高度差提供顯著的有益效果，以確保晶圓邊緣保持實質上接種在凸部表面330a上，且因此防止製程氣體及前驅物在承載環330之間滲透並在晶圓下方沉積膜。此外，藉由將凸部表面330a設置為高於晶圓支座304a，亦發現在處理期間有效率地處理溫度變化，例如，當底座及承載環的部件傾向由於熱膨脹及收縮而在實體尺寸上改變時。
圖4A進一步顯示承載環330如何安置在承載環支座312a及間隔件316上。間隔件316用以設定承載環330的特定高度，以實現凸部表面330a與晶圓支座304a之間的高度差。在此示例中，高度差係相對於底座300的中央頂部表面302。承載環延伸部331顯示成位在承載環支座312a的馬蹄鐵形空間內，其亦在圖3C中顯示。承載環330包含內直徑330c，其毗鄰底座300的外直徑307置放。台階330b係界定在承載環330的頂部表面上，其中承載環330的外頂部表面過渡至凸部表面330a，該凸部表面330a配置在承載環330的內直徑區域中。在一實施例中，承載環330上的凸部表面330a具有邊緣330c與台階330b之間約0.007至約0.1英吋的徑向長度尺寸。現將參照圖4B及4C討論細節區域402及404。
圖4B描繪晶圓支座304a如何設置在底座300中、且具有該晶圓支座304a的一部分延伸出中央頂部表面302。其延伸出中央頂部表面302的量顯示為支座高程距離D1。一實施例中的支座高程距離D1設成在2密耳（0.002英吋）與6密耳（0.006英吋）之間，且在一特定實施例中設成約4密耳（0.004英吋）。如上所述，在一實施例中，晶圓支座304由藍寶石材料界定。承載環330顯示為設置在環形表面310上方、且毗鄰中央頂部表面外直徑307。
如上所述，承載環330的定位可藉由選擇承載環330的不同不足點或藉由將間隔件316調整為不同厚度。在其他實施例中，亦可藉由針對承載環支座312選擇不同高度而調整高程。在此示例中，承載環330相對於中央頂部表面302具有在約1密耳（0.001英吋）與約3密耳（0.003英吋）之間的承載環高程尺寸D2。在一實施例中，承載環高程尺寸D2係約1.5密耳（0.0015英吋）。
一般而言，承載環高程尺寸D2係與支座高程尺寸D1相關。舉例而言，若D1較高，則D2同樣較高。類似地，若D1較低，則D2同樣較低。作為另一示例，凸部表面330a相對於晶圓支座304為約0.001至約0.0015英吋。在一實施例中，較佳是尺寸D2高於尺寸D1，且晶圓支座304的置放位在較接近中心320但不大於中半徑R2的半徑處，例如參見圖4A。吾人再次注意這些示例尺寸關於底座300及關於處理300 mm晶圓的相關結構元件。若處理較大的晶圓（例如400 mm）或較小的晶圓（例如200 mm），則應執行適當的縮放。
圖4B進一步描繪承載環-支座尺寸D3，其表示D1及D2的高程之間的差。就此而言，D2係D1+D3的總和，其中D1及D2的基準係中央頂部表面302，而D3的基準係D1的高程。
圖4C更詳細地描繪圖4A的細節區域404。將此圖顯示成提供關於在承載環330的凸部表面330a上之晶圓340之期望置放的細節。在此示例中，承載環330顯示為包含凸部表面330a、承載環外頂部表面330d、承載環下表面330e、內直徑表面330c、及台階330b。設置台階330b以過渡於凸部表面330a與承載環外頂部表面330d之間。台階330b可具有角度或可為垂直的。在一實施例中，台階330b在凸部表面330a與承載環外頂部表面330d之間具有逐漸傾斜的過渡區。凸部表面330a係承載環330的頂部內區域。亦顯示承載環330的頂部外區域330g、及承載環330的外直徑330f。
在一配置中，晶圓340顯示成以確保晶圓340的外邊緣區域在處理期間保持安置在凸部表面330a上的方式與凸部表面330a接觸。如上所述，處理將牽涉不同的溫度設定。示例溫度設定可包含50℃、400℃、及其他低於或高於或介於這些溫度之間的溫度。然而，隨著處理腔室內的溫度與用於沉積膜的處理配方一致而升高，這些升高的溫度將必然導致底座的結構元件由於熱膨脹及熱收縮而改變尺寸。
吾人已觀察到在升高的溫度（例如達到400℃）期間，承載環330將膨脹。隨著承載環330膨脹，內直徑330c亦將向外膨脹，留下晶圓340不再正確地安置在凸部表面330a上的情況。當此發生時，晶圓340可能落入與底座的中央頂部表面302接觸的情形。亦可能晶圓340可起初安置在承載環330的一部分上，但可能保持不穩定。在其他情況下，可能將曝露晶圓邊緣與承載環330之間的間隙，其將接著允許製程氣體、前驅物、及其他化學品在晶圓340下方滲透並因此沉積膜於其上。這些情況的其中任一者皆不利於在包含底座300的腔室中處理膜沉積操作。因此，除了保持晶圓支座304a與承載環的凸部表面330a之間的最佳間隔之外，較佳是在邊緣處之表面下的晶圓340與凸部表面330a之間保持經界定的重疊部分。
圖5A根據一實施例描繪圖4C的細節區域406，其顯示晶圓340的下邊緣表面與承載環330的凸部表面330a之間的重疊部分440。如圖所示，內部重疊點420a及外部重疊點420b與承載環330相關聯。晶圓340的重疊部分440係在晶圓340下方從晶圓340之底面在非彎曲區域處的一點延伸且延伸至內部重疊點420a的區域處，該內部重疊點420a界定凸部表面330a之平坦部分的邊緣。在一實施例中，承載環330具有重疊表面440a。
如圖所示，底座300的中央頂部表面外直徑307延伸外直徑OD，而承載環330延伸至內直徑ID，該內直徑ID毗鄰中央頂部表面OD 307處之底座的OD。
設定晶圓支座304的高度、凸部表面330a的高度、晶圓支座304的半徑R1、及細節區域406中顯示之重疊部分440的標稱值確保晶圓340的處理可承受處理期間底座300及相關的承載環330之元件中的熱變化。如上所述，熱處理可達到400℃或更高的溫度。當溫度達到400℃時，承載環330將相對於底座300的中央頂部表面外直徑307膨脹。因此，進一步選擇重疊部分440以確保晶圓340的底表面保持安置在完全圍繞晶圓的凸部表面330a上，且因此防止氣體中可能導致膜沉積在晶圓底面上之處理氣體、前驅物、及其他化學品的滲透。
圖5B至5D描繪在熱處理期間可能發生將影響圖5A中顯示之重疊部分440之熱變化的示例。為簡化起見，將重疊部分顯示在點420a與420b之間，該重疊部分係晶圓下方與凸部表面330a接觸或設置在凸部表面330a上的表面。隨著溫度增加，吾人相信承載環330將膨脹，其將導致重疊部分中的區域減少。為了說明的目的，圖5C可描繪在50℃發生處理時的情況，而圖5D可描繪在400℃發生處理時的情況。隨著溫度增加，重疊部分440減少成重疊部分440’且接著重疊部分440’’。
圖5D描繪重疊部分440’’已實質上減少，但承載環之尺寸的校準及相對於底座300之中央頂部表面302的定位將確保將維持最小量的重疊部分440’’，使得提供足夠的密封性以阻止製程氣體免於進入間隙並找到在晶圓背側上沉積的途徑。被晶圓340覆蓋的凸部表面330a表示承載環330的重疊表面區域。承載環330的重疊表面區域將因此在處理循環期間熱力式地增加及減少。根據本文揭示的實施例，將這些尺寸的校準性尺寸制定設計成在預期於腔室中操作的諸多溫度循環製程期間針對基板提供功能支撐表面。
在下表中，參考圖5A-5D，內直徑ID係測量至內部重疊點420a，且外直徑OD係測量至外部重疊點420b。
下面表A針對處理系統說明重疊部分440之尺寸的配置。對於50℃的溫度而言，從測試觀察到約0.054英吋的標稱重疊部分。在處理期間，為考量允差，重疊部分440可減少至約0.0075英吋。吾人已確定在50℃之升高的溫度期間導致的此最小重疊部分440足以將晶圓340保持安置在凸部表面330a上，而仍防止製程氣體在晶圓下方流動。
Figure 107117195-A0304-0001
表B亦說明用於50℃處理之配置的另一實施例及相關的尺寸。在此示例中，判定標稱重疊部分440為0.064。在50℃之製程溫度下的最小重疊部分440導致約0.025英吋的重疊部分。與表A的示例相比，此在50°C的製程溫度期間提供稍大的重疊部分。
Figure 107117195-A0304-0002
作為示例，表C及D的配置關於約400℃的製程溫度。表C顯示標稱重疊部分為0.016英吋的配置。此對於最小重疊部分440產生負數，其可能無法充分地阻擋足夠量的製程氣體經由晶圓與承載環330之間產生的間隙在晶圓下方滲透。
Figure 107117195-A0304-0003
下面表D說明重疊部分440之尺寸的配置，以將標稱重疊部分增加至約0.056英吋。在處理期間，溫度將升高至約400℃，此導致重疊部分440減少至約0.017英吋。吾人已確定在400℃之升高的溫度期間導致的此最小重疊部分440足以將晶圓340保持安置在凸部表面330a上，而仍防止製程氣體在晶圓下方流動。 此外，在表D的實施例中，中央頂部表面外直徑307減少至約11.52英吋，同時亦將承載環330的內直徑減少至在表面330c處的約11.71英吋至約11.63英吋。
Figure 107117195-A0304-0004
在底座300及相關元件的示例說明中，現將討論示例材料。底座300較佳是由鋁製成。承載環330較佳是由陶瓷製成，諸如鋁氧化物。承載環支座312較佳是由陶瓷製成，諸如鋁氧化物。晶圓支座304由藍寶石製成，且尺寸定制成適配於製成底座300之中央頂部表面302的凹部內，以定義支座高程尺寸D1。吾人設想對於其中底座放置在處理腔室中的各工作站而言，與相對於底座中的晶圓支座304置放承載環330相關聯的尺寸將單獨地校準並設定以供處理。
就此而言，藉由將各工作站校準至所需的相對尺寸，可能維持晶圓340之沉積效能的一致性，同時亦防止被處理之晶圓上的背側沉積。 此提供製程操作的可重複性，其亦增加製程良率。藉由單獨地校準各工作站，使元件製造部件中的固有變異性減少，因為各工作站將適當地定制尺寸並調整以滿足所需的高程D1、D2、及D3，如參照圖4B所述。此外，考慮到針對處理腔室/反應器中的特定配方之將執行的所需製程溫度範圍，所需的重疊部分440可針對各處理工作站定制。
如上所述，先前的硬體設置未針對與承載環330的晶圓接觸最佳化而防止晶圓與承載環之間發生間隙。在改善晶圓接觸並將承載環升高至略高於MCA銷的情況下，效能在減少沉積及其效能的可重複性方面受到改善。 因此，元件與承載環的組合被設定在MCA銷之上，因此提供工具效能的實質改善。提供這些益處的另一特徵係減少底座300之中央頂部表面302的OD 307，以實現更寬的承載環330（例如，具有更小的ID 330c）。
較寬的承載環330將因此增加晶圓及晶圓凹口區域的背側重疊部分。在一實施例中，承載環330具有標稱上（即，徑向長度上）約1.67英吋的環形總寬度。重疊部分標稱上係約0.06英吋；而凸部寬度標稱上係約0.12英吋。 這些是示例標稱尺寸，且吾人應理解其可根據實施方式而變化。
在一實施例中亦利用在晶圓退出處理之前經由緩慢壓力勻降及泵抽至基值（pump-to-base）減少袋部之內的晶圓移動。如上所述，亦校準元件的高度。因為承載環330將保持固定於工作站（底座300），且晶圓藉由傳送臂226遞送及移除，所以該系統被視為無環晶圓傳送分度系統。
圖6A及6B描繪減少或實質上消除之對於晶圓的背側沉積之示例。如圖所示，當間隙存在於晶圓邊緣與承載環330之間、或承載環330係與晶圓支座304在相同階層或更低時，實驗上顯示將發生背側沉積。在晶圓保持在單一工作站的晶圓處理操作、及在晶圓自一工作站移動至另一工作站的晶圓處理操作中執行測試。在兩種情況下，如圖6A所示，偵測到背側沉積。在圖6B中，實施此申請案中描述的配置，背側沉積實質上被消除。顯示的尺寸沒有特定的單位，因為這些數值可能依據執行的測試改變。然而，當歸一化時，數據顯示當根據本此揭示內容中列舉的諸多教示進行配置時，實質上消除背側沉積。
圖7顯示用於控制上述系統的控制模組700。在一實施例中，圖1的控制模組110可包含示例元件的其中一些者。舉例而言，控制模組700可包含處理器、記憶體、及一或更多介面。控制模組700可用以部分基於感測值而控制系統內的裝置。僅作為示例，控制模組700可基於感測值及其他控制參數控制閥702、過濾加熱器704、幫浦706、及其他裝置708的其中一或更多者。僅作為示例，控制模組700從壓力計710、流量計712、溫度感測器714、及/或其他感測器716接收感測值。控制模組700亦可用以在膜的前驅物遞送及沉積期間控制製程條件。控制模組700一般包含一或更多記憶體元件及一或更多處理器。
控制模組700可控制前驅物遞送系統及沉積設備的活動。控制模組700執行包含用於控制下述之指令集的電腦程式：處理時序、遞送系統的溫度、橫跨過濾器的壓差、閥的位置、氣體的混合、腔室壓力、腔室溫度、晶圓溫度、RF功率位準、晶圓卡盤或底座位置、及特定製程的其他參數。控制模組700亦可監控壓差，並自動地將氣態前驅物的遞送從一或更多路徑切換至一或更多其他路徑。儲存在關於控制模組700之記憶體元件的其他電腦程式可用在一些實施例中。
通常將有關於控制模組700的使用者介面。該使用者介面可包含顯示器718（例如：設備及/或製程條件的顯示螢幕及/或圖形軟體顯示器）、及使用者輸入裝置720（諸如指向裝置、鍵盤、觸控螢幕、麥克風等）。
在處理序列中控制前驅物的遞送、沉積及其他製程的電腦程式可以任何傳統的電腦可讀程式設計語言撰寫：例如組合語言、C、C++、巴斯卡（Pascal）語言、福傳（Fortran）語言、或其他。編譯的目的碼或腳本係由處理器實行以執行在程式中所確定的任務。
該控制模組參數與製程條件相關，例如：過濾器的壓差、處理氣體成分及流率、溫度、壓力、電漿條件（諸如RF功率位準及低頻的RF頻率）、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設計或配置。舉例而言，諸多腔室元件的副程式（subroutine）或控制物件可被撰寫，以控制執行本發明之沉積製程必須的腔室元件之操作。為了此目的之程式或程式部分的示例包含基板定位碼、處理氣體控制碼、壓力控制碼、加熱器控制碼、及電漿控制碼。
基板定位程式可包含控制腔室元件的程式碼，用以將基板裝載至底座或卡盤之上、及用以控制在基板及腔室其他部分（諸如進氣口及/或目標物）之間的間距。處理氣體控制程式可包含程式碼，用於控制氣體成分和流率、及選用性地用於在沉積之前將氣體流進腔室以使腔室內的氣壓穩定。過濾器監控程式包含將測量的壓差與預定的數值相比較的程式碼、及/或用於轉換路徑的程式碼。壓力控制程式可包含程式碼，用於藉由調節如腔室排氣系統內的節流閥而控制腔室內的壓力。加熱器控制程式可包含控制電流流至加熱單元的程式碼，用於加熱在前驅物遞送系統內的元件、系統的基板及/或其他部分。或者，該加熱器控制程式可控制諸如氦的熱傳氣體遞送至晶圓卡盤。
可在沉積期間予以監控之感測器的示例包含但不限於質流控制模組、壓力感測器（諸如壓力計710）、及位在遞送系統、底座或卡盤內的熱電偶（例如溫度感測器714）。適當編程的反饋及控制演算法可與來自這些感測器的資料一起使用以維持期望的製程條件。以上描述在單一或多腔室半導體處理工具內對於本發明之實施例的實施方式。
上述實施例的描述係提供為說明及描述的目的。其係非意欲為詳盡的或限制本發明。特定實施例的個別元件或特徵係通常不限於該特定的實施例，但在合適的情況下，即使未特別顯示或說明，係可互換的且可在所選定的實施例中使用。上述元件或特徵亦可以許多方式變化。如此變化係不被視為背離本發明，且所有如此修改係意圖被包含在本發明的範圍之內。
雖然上述實施例為了清楚理解的目的已以一些細節描述，但顯然地，某些改變與修飾可在隨附申請專利範圍的範疇內實施。因此，本發明實施例係被視為說明性而非限制性的，且該等實施例不限於本文提供的細節，但可在申請專利範圍的範疇及等同物之內加以修改。
100‧‧‧基板處理系統101‧‧‧晶圓102‧‧‧腔室102a‧‧‧上腔部102b‧‧‧下腔部104‧‧‧電源106‧‧‧匹配網路108‧‧‧製程輸入及控制110‧‧‧控制模組112‧‧‧氣體供應歧管114‧‧‧處理氣體120‧‧‧升降銷122‧‧‧升降銷控制部140‧‧‧底座150‧‧‧噴淋頭200‧‧‧承載環220‧‧‧旋轉機構226‧‧‧傳送臂280‧‧‧多工作站式處理工具282‧‧‧入站裝載鎖定部284‧‧‧出站裝載鎖定部286‧‧‧機器人287‧‧‧晶圓傳送盒288‧‧‧大氣埠289‧‧‧腔室傳送埠300‧‧‧底座302‧‧‧中央頂部表面304‧‧‧晶圓支座304a‧‧‧晶圓支座304b‧‧‧晶圓支座304c‧‧‧晶圓支座306a‧‧‧凹部306b‧‧‧凹部306c‧‧‧凹部307‧‧‧外直徑（OD）310‧‧‧環形表面312‧‧‧承載環支座312a‧‧‧承載環支座312b‧‧‧承載環支座312c‧‧‧承載環支座313‧‧‧凹部314‧‧‧硬體316‧‧‧間隔件320‧‧‧中心軸線（中心）322‧‧‧頂部表面直徑324‧‧‧外直徑330‧‧‧承載環330a‧‧‧凸部表面330b‧‧‧台階330c‧‧‧內直徑/邊緣/內直徑表面330d‧‧‧承載環外頂部表面330e‧‧‧承載環下表面330f‧‧‧外直徑330g‧‧‧頂部外區域331‧‧‧承載環延伸部340‧‧‧晶圓402‧‧‧細節區域404‧‧‧細節區域406‧‧‧細節區域420a‧‧‧內部重疊點420b‧‧‧外部重疊點440‧‧‧重疊部分440’‧‧‧重疊部分440’’‧‧‧重疊部分440a‧‧‧重疊表面700‧‧‧控制模組702‧‧‧閥704‧‧‧過濾加熱器706‧‧‧幫浦708‧‧‧其他裝置710‧‧‧壓力計712‧‧‧流量計714‧‧‧溫度感測器716‧‧‧其他感測器718‧‧‧顯示器720‧‧‧輸入裝置
圖1說明一基板處理系統，其係用以處理晶圓以例如在其上形成膜。
圖2說明另一基板處理系統，其係用以處理晶圓以例如在其上形成膜。
圖3A根據一實施例說明多工作站式處理工具的頂視圖，在該多工作站式處理工具中提供四個處理工作站。
圖3B根據一實施例顯示多工作站式處理工具之實施例的示意圖，該多工作站式處理工具具有入站裝載鎖定部及出站裝載鎖定部。
圖3C根據本發明的實施例描繪配置成接收用於沉積製程（諸如原子層沉積（ALD）製程）之晶圓的底座。
圖3D說明根據本發明的實施例之底座的一部分之立體剖視圖。
圖4A根據一實施例描繪類似於圖3D的橫剖面圖，其具有關於晶圓支座及在凸部表面上由晶圓作出的接觸之額外細節。
圖4B根據一實施例描繪晶圓支座304a如何設置在底座300中、且具有該晶圓支座304a的一部分延伸出中央頂部表面。
圖4C根據一實施例更詳細地描繪圖4A的細節區域。
圖5A根據一實施例描繪圖4C的細節區域，其顯示晶圓的下邊緣表面與承載環的凸部表面之間的重疊部分。
圖5B至5D根據一實施例描繪在熱處理期間可能發生將影響圖5A中顯示之重疊部分之熱變化的示例。
圖6A及6B描繪減少或實質上消除之對於晶圓的背側沉積之示例。
圖7根據一實施例顯示用於控制系統的控制模組。
300‧‧‧底座
302‧‧‧中央頂部表面
304a‧‧‧晶圓支座
307‧‧‧外直徑(OD)
310‧‧‧環形表面
312a‧‧‧承載環支座
314‧‧‧硬體
316‧‧‧間隔件
320‧‧‧中心軸線(中心)
330‧‧‧承載環
330a‧‧‧凸部表面
330b‧‧‧台階
330c‧‧‧內直徑/邊緣/內直徑表面
331‧‧‧承載環延伸部
340‧‧‧晶圓
402‧‧‧細節區域
404‧‧‧細節區域

Claims (21)

  1. 一種用於電漿處理系統的底座組件，包含：一底座，其包含：中央頂部表面，該中央頂部表面自該中央頂部表面的中心延伸至該中央頂部表面的外直徑；環形表面，其圍繞該中央頂部表面，該環形表面設置在自該中央頂部表面往下的台階；複數晶圓支座，其在該中央頂部表面之上的支座高程距離處突出該中央頂部表面，該複數晶圓支座繞該中央頂部表面的內半徑均等地配置，該內半徑位在該中央頂部表面的中心與小於四分之一半徑之間，該四分之一半徑位在中半徑與該中心之間，該中半徑定義在該底座的中心與該中央頂部表面的該外直徑間的約中途，並且該複數晶圓支座皆未延伸超出該內半徑；一承載環，其配置成用於定位在該底座的該環形表面之上，該承載環具有承載環內直徑、承載環外直徑、及繞該承載環的頂部內區域環形地配置的凸部表面，該凸部表面下凹低於該承載環的頂部外區域；及複數承載環支座，其設置在該底座的該環形表面外部，當該承載環置放在該複數承載環支座上時，該等承載環支座定義該底座的該中央頂部表面上方之該承載環的承載環高程尺寸，該承載環高程尺寸配置成高於該底座的該中央頂部表面及該支座高程距離。
  2. 如申請專利範圍第1項之用於電漿處理系統的底座組件，其中，當晶圓置放在該複數晶圓支座上時，該複數晶圓支座提供對該晶圓的接觸。
  3. 如申請專利範圍第1項之用於電漿處理系統的底座組件，其中，該承載環的該凸部表面具有過渡至該承載環之該頂部外區域的台階，該凸部表面係在該複數晶圓支座之上升高承載環一支座尺寸。
  4. 如申請專利範圍第1項之用於電漿處理系統的底座組件，其中，該內半徑係約2.5英吋且該中央頂部表面的該外直徑係約11.5英吋。
  5. 如申請專利範圍第1項之用於電漿處理系統的底座組件，其中，重疊表面區域界定在該凸部表面上，當晶圓設置在該底座的該中央頂部表面上時，該重疊表面區域界定針對晶圓下方表面的接觸表面。
  6. 如申請專利範圍第1項之用於電漿處理系統的底座組件，其中，複數間隔件設置在該等承載環支座下方，以界定該承載環高程尺寸之校準的定位。
  7. 如申請專利範圍第1項之用於電漿處理系統的底座組件，其中，該支座高程距離係在約1密耳與約3密耳之間，且該承載環高程尺寸係在約2密耳與約6密耳之間。
  8. 如申請專利範圍第1項之用於電漿處理系統的底座組件，其中，該支座高程距離係約1.5密耳且該承載環高程尺寸係約4密耳，而該內半徑係繞該底座的該中央頂部表面的中心約2.5英吋。
  9. 如申請專利範圍第8項之用於電漿處理系統的底座組件，其中，該中央頂部表面的該外直徑係約11.52英吋。
  10. 如申請專利範圍第1項之用於電漿處理系統的底座組件，其中，該支座高程距離係在約1密耳與約3密耳之間，且該承載環高程尺寸係在約2密耳與約6密耳之間，且當晶圓置放在該複數晶圓支座上時，該複數晶圓支座提供對該晶圓的接觸。
  11. 如申請專利範圍第1項之用於電漿處理系統的底座組件，其中，該支座高程距離係約1.5密耳，且該承載環高程尺寸係約4密耳，且該內半徑係繞該底座的該中央頂部表面的中心約2.5英吋，且當晶圓置放在該複數晶圓支座上時，該複數晶圓支座提供對該晶圓的接觸，且由於該承載環高程尺寸大於該支座高程距離，該承載環的該凸部表面配置成從中心至邊緣角度略微上升。
  12. 如申請專利範圍第1項之用於電漿處理系統的底座組件，其中，該電漿處理系統配置作為無環傳送系統，該無環傳送系統配置成將該承載環維持設置在該底座的該環形表面上，且晶圓配置成被移進及移出該複數晶圓支座及該承載環的該凸部表面，該底座包含升降銷，當晶圓存在時，該升降銷用於抬升及降低晶圓，且該電漿處理系統包含用於使晶圓移動進出該電漿處理系統之複數底座組件之其中每一者的傳送臂。
  13. 如申請專利範圍第1項之用於電漿處理系統的底座組件，其中，在介於該內半徑與該承載環的該凸部表面之間的區域沒有晶圓支座，在該區域之中當晶圓存在時允許晶圓彎曲。
  14. 一種用於電漿處理系統的底座組件，該電漿處理系統具有用於使晶圓移動進出設置在該電漿處理系統中之一或更多底座組件的無環傳送配置，該底座組件包含：一底座，其包含：中央頂部表面，該中央頂部表面自該中央頂部表面的中心延伸至該中央頂部表面的外直徑；環形表面，其圍繞該中央頂部表面，該環形表面設置在自該中央頂部表面往下的台階；複數晶圓支座，其在該中央頂部表面之上的支座高程距離處突出該中央頂部表面，該複數晶圓支座繞該中央頂部表面的內半徑均等地配置，該內半徑位在該中央頂部表面的中心與小於四分之一半徑之間，該四分之一半徑位在中半徑與該中心之間，該中半徑定義在該底座的中心與該中央頂部表面的該外直徑間的約中途，並且該複數晶圓支座皆係至少位在該內半徑處或在該內半徑之內並且皆未超出該內半徑而延伸或存在；一承載環，其配置成用於定位在該底座的該環形表面之上，該承載環具有承載環內直徑、承載環外直徑、及繞該承載環的頂部內區域環形地配置的凸部表面，該凸部表面下凹低於該承載環的頂部外區域； 複數承載環支座，其設置在該底座的該環形表面外部，當該承載環置放在該複數承載環支座上時，該等承載環支座定義該底座的該中央頂部表面上方之該承載環的承載環高程尺寸，該承載環高程尺寸配置成高於該底座的該中央頂部表面及該支座高程距離；及複數升降銷，其用於將晶圓抬升及降低在該複數晶圓支座及該承載環的該凸部表面上。
  15. 如申請專利範圍第14項之用於電漿處理系統的底座組件，其中當該晶圓置放在該複數晶圓支座上時，該複數晶圓支座提供對該晶圓的接觸，且其中該承載環的該凸部表面具有過渡至該承載環之該頂部外區域的台階，該凸部表面係在該複數晶圓支座之上升高承載環一支座尺寸。
  16. 如申請專利範圍第14項之用於電漿處理系統的底座組件，其中，該內半徑係約2.5英吋且該中央頂部表面的該外直徑係約11.5英吋，且重疊表面區域界定在該凸部表面上，當晶圓設置在該底座的該中央頂部表面上時，該重疊表面區域界定針對晶圓下方表面的接觸表面。
  17. 如申請專利範圍第16項之用於電漿處理系統的底座組件，其中，複數間隔件設置在該等承載環支座下方，以界定該承載環高程尺寸之校準的定位。
  18. 如申請專利範圍第14項之用於電漿處理系統的底座組件，其中，該支座高程距離係在約1密耳與約3密耳之間，且該承載環高程尺寸係在約2密耳與約6密耳之間。
  19. 如申請專利範圍第14項之用於電漿處理系統的底座組件，其中，該支座高程距離係在約1密耳與約3密耳之間，且該承載環高程尺寸係在約2密耳與約6密耳之間，且當晶圓置放在該複數晶圓支座上時，該複數晶圓支座提供對該晶圓的接觸。
  20. 如申請專利範圍第14項之用於電漿處理系統的底座組件，其中，該支座高程距離係約1.5密耳，且該承載環高程尺寸係約4密耳，且該內半徑係繞該底座的該中央頂部表面的中心約2.5英吋，且當晶圓置放在該複數晶圓支座上時，該複數晶圓支座提供對該晶圓的接觸，且由於該承載環高程尺寸大於該支座高程距離，該承載環的該凸部表面從中心至邊緣角度略微上升。
  21. 如申請專利範圍第14項之用於電漿處理系統的底座組件，其中，在介於該內半徑與該承載環的該凸部表面之間的區域沒有晶圓支座，在該區域之中當晶圓存在時允許晶圓彎曲。
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