TWI829710B - 用於減少電漿蝕刻腔室中的污染的基板支撐件和包括該基板支撐件的處理腔室 - Google Patents

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Abstract

本文提供用於在基板支撐件中使用的處理套件部件的實施例以及結合有所述實施例的基板支撐件。在一些實施例中，所述基板支撐件可以包括：主體；接地外殼，所述接地外殼由圍繞所述主體設置的導電材料形成；襯裡，所述襯裡由圍繞所述接地外殼設置的導電材料形成，其中所述襯裡包括朝向所述主體向內延伸的上唇緣；金屬緊固件，所述金屬緊固件穿過所述上唇緣設置以將所述襯裡耦接到所述接地外殼；以及第一絕緣體環，所述第一絕緣體環設置在所述襯裡的所述上唇緣頂上並覆蓋所述金屬緊固件。

Description

用於減少電漿蝕刻腔室中的污染的基板支撐件和包括該基板 支撐件的處理腔室
本公開案的實施例整體涉及基板處理裝備，並且更具體地涉及在基板處理裝備中使用的基板支撐件。
金屬緊固件通常用於連接構成處理腔室(諸如電漿處理腔室)內的基板支撐件的各種結構。本發明人已經發現，在基板支撐件的導電結構附近的金屬緊固件(諸如鈦(Ti)螺桿)可能在處理腔室內導致Ti污染。
由此，本發明人已經提供一改進的基板支撐件，此種改進的基板支撐件可以減少或消除來自金屬緊固件的金屬污染。
本文提供用於在基板支撐件中使用的處理套件部件的實施例以及結合所述實施例的基板支撐件。在一些實施例中，基板支撐件包括：主體；接地外殼，所述接地外殼由圍繞所述主體設置的導電材料形成；以及襯裡，所述襯裡由圍繞所述接地外殼設置的導電材料形成。所述襯裡包括朝向所述主體向內延伸的上唇緣。金屬緊固件穿過所述上唇緣設置以將所述襯裡耦接到所述接地外殼。第一絕緣體環設置在所述襯裡的所述上唇緣頂上並且覆蓋所述金屬緊固件。
在一些實施例中，一基板支撐件包括：主體；軸，所述軸從所述主體向下延伸；導電襯裡，所述導電襯裡圍繞主體設置，其中所述導電襯裡具有覆蓋接地外殼的上表面的向內延伸的上唇緣；緊固件，所述緊固件穿過所述上唇緣設置以將所述導電襯裡耦接到所述接地外殼；第一絕緣體環，所述第一絕緣體環設置在所述襯裡的所述上唇緣頂上並且覆蓋所述金屬緊固件；以及第二絕緣體環，所述第二絕緣體環外接所述主體，其中第二絕緣體環設置在所述第一絕緣體環的帶凹口的上內周緣中。
在一些實施例中，一基板支撐件包括：主體，所述主體具有圓柱形形狀以及由與所述主體的側壁相垂直的第一表面限定的帶凹口的上周緣；導電外殼，所述導電外殼具有圍繞所述主體設置的頂表面；導電襯裡，所述導電襯裡圍繞導電外殼設置並具有在所述導電外殼上方延伸的內唇緣；多個緊固件，所述緊固件穿過所述導電襯裡設置以將所述導電襯裡耦接到所述導電外殼；第一絕緣體環，所述第一絕緣體環設置在所述導電襯裡的頂表面上並且覆蓋所述多個緊固件；以及第二絕緣體環，所述第二絕緣體環設置在所述第一絕緣體環與所述主體之間，其中所述第二絕緣體環部分地設置在所述主體的帶凹口的上周緣內並朝向所述導電襯裡向外延伸。
下文描述本公開案的其他和進一步實施例。
本文提供可以有利地減少或防止處理腔室內的金屬污染（諸如鈦(Ti)污染）的用於基板支撐件的處理套件部件的實施例。具體而言，基板支撐件的實施例可以包括被配置為覆蓋一個或多個金屬緊固件的絕緣體環，因此防止處理腔室內的電漿接觸一個或多個金屬緊固件。圖1描繪了根據本公開案的一些實施例的與基板支撐件一起使用的電漿處理腔室的示意性橫截面圖。圖2描繪了根據圖1的基板支撐件的一些實施例的部分詳細示意性側視圖。圖3描繪了根據圖1的基板支撐件的一些實施例的部分詳細示意性側視圖。
圖1是根據本公開案的一些實施例的腔室100（諸如電漿處理腔室）的示意性橫截面圖。在一些實施例中，電漿處理腔室是蝕刻處理腔室。然而，其他類型的處理腔室也可以使用或經修改以用於與本文描述的基板支撐件的實施例一起使用。例如，本文描述的蝕刻處理腔室和基板支撐件可以在約攝氏50°至約攝氏500°的溫度下並在約13 MHz至約60 MHz的頻率下功率為約500 W至約10 kW之間的功率位準下操作。
腔室100是適當地適於在高溫或高功率基板處理期間在腔室內部容積120內維持亞大氣壓的真空腔室。腔室100包括由蓋104覆蓋的腔室主體106，所述腔室主體106封閉定位在腔室內部容積120的上半部分中的處理容積122。腔室主體106和蓋104可由金屬（諸如鋁）製成。腔室主體106可經由耦接到接地116來接地。蓋104可以電浮動或接地。
基板支撐件124設置在腔室內部容積120內以支撐並保持基板108（例如，諸如半導體基板）、或可靜電地保持的其他此種基板。基板支撐件124通常可以包括基座136和用於支撐基座136的中空支撐軸112。中空支撐軸112提供管道，所述管道例如用於向基座136提供處理氣體、流體、冷卻劑、功率等。
在一些實施例中，波紋管組件110圍繞中空支撐軸112設置並且在基座136與腔室100的底表面126之間耦接以提供柔性密封件，所述柔性密封件允許基座136豎直運動，同時防止來自腔室100內的真空損失。波紋管組件110也包括波紋管134，該等波紋管134與o形環128或接觸底表面126以幫助防止腔室真空損失的其他適當的密封元件相接觸。
腔室100耦接到真空系統114並與所述真空系統114流體連通，所述真空系統114包括用於排空腔室100的節流閥(未圖示)和真空幫浦(未圖示)。腔室100內部的壓力可通過調節節流閥和/或真空幫浦來調整。腔室100也耦接到處理氣體供應118並且與所述處理氣體供應118流體連通，所述處理氣體供應118可將一或多種處理氣體供應到腔室100以用於處理設置在腔室100中的基板。
在操作中，基板108可經由腔室主體106中的開口進入腔室100。開口可經由狹縫閥132或用於選擇性提供穿過開口進入腔室100的內部的其他設備來選擇性地密封。另外，在操作中，電漿102可在腔室內部容積120中產生以執行一個或多個製程。電漿102的產生可通過經由靠近腔室內部容積120或在所述腔室內部容積120內的一個或多個電極將來自電漿電源(例如，RF電漿電源130)的功率耦接到處理氣體以點燃處理氣體而產生電漿102。
圖2描繪了根據圖1的基板支撐件的一些實施例的部分詳細示意性側視圖。基板支撐件124包括具有上表面210的主體208，所述上表面210用於支撐介電構件224，所述介電構件224被配置為靜電保持設置在所述介電構件224上的基板202。
主體208可包括導電材料，諸如鋁(Al)等。主體208具有階梯狀或帶凹口的上周緣206。主體208的上周緣206由與主體208的側壁211垂直的第一表面214以及在設置在第一表面214與主體208的上表面210之間的階梯狀第二表面215限定。
主體208可以包括在主體208的下表面附近設置的一個或多個傳熱流體管道（未圖示）。傳熱流體管道可耦接到傳熱流體源（未圖示）以將傳熱流體供應到所有鄰接的管道。傳熱流體可流過管道以在使用期間控制基板支撐件124的溫度和/或溫度分佈。
在一些實施例中，利用介電構件224來經由由DC電源（未圖示）供應到電極204的DC電壓保持基板202。可有利地得益於根據本公開案的實施例的修改的適當處理設備的實例包括諸如電漿反應器之類的處理設備，包括但不限於獲自加利福利亞州聖克拉拉（Santa Clara，California）的應用材料公司（Applied Materials，Inc.）的處理設備的任何PRODUCER®管線。上述所列處理設備僅為說明性的，並且也可根據本教示適當地修改其他電漿反應器和非電漿設備(諸如CVD反應器、或其他蝕刻處理設備)。
介電構件224還可以包括唇緣225，所述唇緣225從介電構件224的底部部分(例如，與主體208的上表面210相鄰)圍繞介電構件224徑向延伸。唇緣225可延伸到主體208的上表面210的周緣(例如，延伸到主體208的上周緣206的徑向內緣)。結合層(未圖示)可在主體208的上表面210與介電構件224的下表面之間設置以將主體208結合到介電構件224。當使用結合層時，所述結合層不能完全延伸到主體208的上表面210的周緣。由此，唇緣225的一部分可懸空而非由結合層支撐。
基板支撐件124的附加部件可以包括外接主體208的絕緣體外殼270。絕緣體外殼270可由陶瓷、石英、矽、碳化矽等中的至少一者製造。絕緣體外殼270使主體208與接地外殼246電絕緣。接地外殼246外接絕緣體外殼270。襯裡254可外接接地外殼246。間隙276可存在於襯裡254與接地外殼246之間。襯裡254由導電材料製造。襯裡254包括朝基板支撐件124的中心軸向內延伸的唇緣256。在一些實施例中，唇緣256放置在接地外殼246的頂表面274上。在一些實施例中，唇緣256向內延伸以抵靠絕緣體外殼270的外側壁258。
唇緣256包括穿過唇緣設置的一個或多個孔260。沿著唇緣256設置的每個孔260可為用於容納穿過其中設置的相應緊固件262的任何適當形狀。例如，如圖2所示，孔260可以包括擴孔，所述擴孔用於允許每個緊固件262的頭部（例如，當緊固件是螺栓、螺桿等時）在唇緣256的上表面268下方凹陷。接地外殼246包括與孔260對應的一個或多個開口272。每個開口272可為用於容納設置在開口272內的相應緊固件262的任何適當形狀。在一些實施例中，開口272可以帶有螺紋以與緊固件262的對應螺紋配合。
緊固件262穿過孔260設置以經由開口272將襯裡254耦接到接地外殼246。每個緊固件可為螺桿、螺栓、夾具等。在一些實施例中，緊固件是螺桿。每個緊固件可以包括金屬，諸如鈦(Ti)、鋼合金等。在一些實施例中，緊固件包括鈦(Ti)。在一些實施例中，墊圈（未圖示）可以圍繞每個緊固件262設置。墊圈可以包括與緊固件262相同的材料。在一些實施例中，墊圈是鈦(Ti)。
基板支撐件124另外包括圍繞主體208設置並且設置在襯裡254的唇緣256的頂部上的第一絕緣體環230。調整第一絕緣體環230的大小以覆蓋一個或多個孔260。第一絕緣體環230的底表面278在緊固件262之上與襯裡254的上表面268形成密封件。在使用時，由第一絕緣體環230提供的密封件有利地限制或防止將緊固件262暴露於腔室100中的電漿102。在一些實施例中，第一絕緣體環230外接絕緣體外殼270。第一絕緣體環230可包括石英、氧化鋁、陽極化金屬（諸如陽極化鋁）、用氧化釔塗覆的鋁等。
基板支撐件124還包括圍繞主體208設置的第二絕緣體環240。第二絕緣體環240設置在主體208的帶凹口的上周緣206中。在一些實施例中，第二絕緣體環240可由石英等製造。第二絕緣體環240包括階梯狀內側壁212，所述階梯狀內側壁212與上周緣206的階梯狀第二表面215配合以在其間限定非線性界面。非線性界面添加針對電漿的彎曲路徑，並且破壞從電漿到在第二絕緣體環240下方穿過主體208設置的任何緊固件的視線。
第二絕緣體環240的階梯狀內側壁212還可以包括從第二絕緣體環240朝主體208的上周緣206的第一表面214向下延伸的第一部分218。第一部分218可具有在約0.02英吋至1.00英吋之間的長度220。階梯狀內側壁212還可以包括從第二絕緣體環240沿著主體208的上周緣206的階梯狀第二表面215橫向延伸的第二部分222。第二部分222可具有在約0.02英吋至1.00英吋之間的長度。
第二絕緣體環240可以包括圍繞第二絕緣體環240的上內緣設置的突出部（ledge）248。突出部248的頂表面可以設置為與介電構件224的唇緣225齊平或設置在所述唇緣225之上。插環216可以設置在第二絕緣體環240的突出部248上。插環216可由矽(Si)等製造。插環216的內部部分226可朝基板支撐件124的中心軸向內延伸並且放置在介電構件224的唇緣225頂上。間隙242可存在於插環216的內部部分226與介電構件224之間。
插環216還可以包括圍繞插環216的上內緣設置的突出部244。基板202的周緣可延伸到插環216的突出部244中。然而，突出部244通常被配置為使得基板202不與插環216接觸並且完全由介電構件224支撐。
可選地，頂環250設置在第二絕緣體環240的頂表面252頂上。如圖2所描繪，頂環可以包括沿著頂環250的下外緣的向下突起。頂環250可由矽(Si)等製造。頂環250可保護第一絕緣體環230免受來自電漿和/或來自處理環境的劣化或損傷的影響。
第一絕緣體環230可以包括第一部分280和第二部分282。在一些實施例中，第一絕緣體環230具有L形橫截面。第一部分280設置在襯裡254的唇緣256與第二絕緣體環240之間。第一部分280具有比絕緣體外殼270的外徑要大的內徑，使得第一絕緣體環230可以設置在絕緣體外殼270的上部部分周圍。第一絕緣體環230包括帶凹口的上內周緣286。第二絕緣體環240設置在第一絕緣體環230的帶凹口的上內周緣286中以在其間形成非線性界面。非線性界面添加與上文描述類似的針對電漿的彎曲路徑。第二部分282外接第二絕緣體環240的一部分。例如，第一絕緣體環230的第二部分282可以設置在第二絕緣體環240的帶凹口的下外周緣284中。在一些實施例中，如圖2所示，第一絕緣體環230具有與第二絕緣體環240的外徑類似（例如，基本上相同）的外徑。在一些實施例中，第一絕緣體環230具有與第二絕緣體環240的外徑類似（例如，基本上相同）的外徑，使得當第一絕緣體環230設置在第二絕緣體環240的帶凹口的下外周緣284中時，第一絕緣體環230的最外側壁與第二絕緣體環240的最外側壁基本上豎直地對準（例如，處於基本上沿著公共虛圓柱）。
圖3描繪了根據本公開案的一些實施例的圖1的基板支撐件的部分詳細示意性側視圖。除非在以下論述中明確地公開為相反，與圖3一致的實施例可以與上文關於圖1及圖2的論述相同。在一些實施例中，第一絕緣體環330具有L形橫截面。在一些實施例中，如圖3所示，第一絕緣體環330具有比第二絕緣體環340的外徑要大的外徑。第一絕緣體環330包括第一部分310（例如，環形基底）和第二部分320（例如，從環形基底向上豎直地延伸的唇緣）。第一部分310設置在第二絕緣體環340與襯裡254的唇緣256之間。因此，如圖3所描繪，第一部分310的內徑小於第二絕緣體環340的外徑，使得第二絕緣體環340的徑向外部部分與第一部分310的徑向內部部分重疊。
第二部分320外接第二絕緣體環340。因此，如圖3所描繪，第二部分320的內徑大於第二絕緣體環340的外徑，使得第二絕緣體環340的徑向外部部分從第二部分320的徑向內部部分向內徑向地設置。
在一些實施例中，第二部分320延伸到靠近頂環250。在一些實施例中，第二部分320延伸到靠近頂環250但不接觸頂環250，因此在第二部分320的上表面與頂環250的底表面之間限定小的間隙。
在一些實施例中，並且如圖2和圖3所描繪，第一絕緣體環230不接觸第二絕緣體環240，並且狹窄間隙限定在第一絕緣體環230與第二絕緣體環240的相對表面之間。在一些實施例中，並且如圖2和圖3所描繪，第一絕緣體環230僅接觸襯裡254的唇緣256，並且可選地，接觸穿過唇緣256設置的緊固件262的上部部分（若非埋頭）。
圖2和圖3中的第一絕緣體環230和第二絕緣體環240的構造有利地提供與不包括第一絕緣體環230的實施例相同的自頂向下處理視圖，因此當改變現有的處理套件以容納第一絕緣體環230和第二絕緣體環240時維持處理完整性。換言之，從處理腔室內的自頂向下視圖，第一絕緣體環230從視圖中隱藏，並且電漿有利地不「看到」第一絕緣體環230。因此，可以減少腔室中的污染，而對基板上處理結果不具有任何影響或具有最小影響。在與圖2一致的實施例中，在不包括頂環250的處理期間，第一絕緣體環230另外有利地從視圖中隱藏，因此提供附加的處理靈活性。
在一些實施例中，並且如圖2和圖3所描繪，上文論述的基板支撐件124的其他部件可以包括在相反的非密封界面之間的小的間隙。例如，小的間隙可以限定在主體208與絕緣體外殼270之間、限定在第一絕緣體環230與第二絕緣體環240之間等。
因此，本文已提供了具有減少的金屬污染的基板支撐件124的實施例。用絕緣材料覆蓋金屬緊固件有利地減少或防止將在基板支撐件124的導電部件之間的金屬緊固件暴露於處理腔室內的電漿。
儘管上述內容涉及本公開案的實施例，但是可在不脫離本公開案的基本範疇的情況下設計本公開案的其他實施例和另外實施例。
100:腔室 102:電漿 104:蓋 106:腔室主體 108:基板 110:波紋管組件 112:中空支撐軸 114:真空系統 116:接地 118:處理氣體供應 120:腔室內部容積 122:處理容積 124:基板支撐件 126:底表面 128:o形環 130:RF電漿電源 132:狹縫閥 134:波紋管 136:基座 202:基板 204:電極 206:帶凹口的上周緣 208:主體 209:上表面 210:上表面 211:側壁 212:內側壁 214:第一表面 215:第二表面 216:插環 218:第一部分 220:長度 222:第二部分 224:介電構件 225:唇緣 226:內部部分 230:第一絕緣體環 240:第二絕緣體環 242:間隙 244:突出部 246:接地外殼 248:突出部 250:頂環 252:頂表面 254:襯裡 256:唇緣 258:外側壁 260:孔 262:緊固件 268:上表面 270:絕緣體外殼 272:開口 274:頂表面 276:間隙 278:底表面 280:第一部分 282:第二部分 284:下外周緣 286:上內周緣 310:第一部分 320:第二部分 330:第一絕緣體環 340:第二絕緣體環
上文簡要地概述並在下文更詳細地論述的本公開案的實施例可以參考在附圖中描繪的本公開案的說明性實施例來理解。附圖僅示出了本公開案的一些實施例，並且由此不被認為限制本公開案的範疇，因為本公開案可允許其他等效實施例。
圖1描繪了根據本公開案的一些實施例的與基板支撐件一起使用的電漿處理腔室的示意性橫截面圖。
圖2描繪了根據本公開案的一些實施例的圖1的基板支撐件的部分示意性側視圖。
圖3描繪了根據本公開案的一些實施例的圖1的基板支撐件的部分示意性側視圖。
為了便於理解，已經儘可能地使用相同的元件符號表示各圖共用的相同元件。附圖不一定按比例繪製，並且可以出於清楚目的簡化。一個實施例的元件和特徵可以有利地結合在其他實施例中，而不進一步詳述。
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124:基板支撐件
202:基板
204:電極
206:帶凹口的上周緣
208:主體
210:上表面
211:側壁
212:內側壁
214:第一表面
215:第二表面
216:插環
218:第一部分
220:長度
222:第二部分
224:介電構件
225:唇緣
226:內部部分
230:第一絕緣體環
240:第二絕緣體環
242:間隙
244:突出部
246:接地外殼
248:突出部
250:頂環
252:頂表面
254:襯裡
256:唇緣
260:孔
262:緊固件
268:上表面
270:絕緣體外殼
272:開口
278:底表面
280:第一部分
282:第二部分
284:下外周緣
286:上內周緣

Claims (15)

  1. 一種基板支撐件，包括：一主體；一接地外殼，所述接地外殼由圍繞所述主體設置的一導電材料形成；一襯裡，所述襯裡由圍繞所述接地外殼設置的一導電材料形成，其中所述襯裡包括朝向所述主體向內延伸的一上唇緣；一金屬緊固件，所述金屬緊固件穿過所述上唇緣設置並且將所述襯裡耦接到所述接地外殼；一第一絕緣體環，所述第一絕緣體環設置在所述襯裡的所述上唇緣頂上並且覆蓋所述金屬緊固件；其中有如下所述中的至少一者：一絕緣體外殼，所述絕緣體外殼設置在所述接地外殼與所述主體之間，其中所述絕緣體外殼使所述接地外殼與所述主體電絕緣；或一第二絕緣體環，所述第二絕緣體環設置在所述第一絕緣體環與所述主體之間；且其中有如下所述中的至少一者：所述第一絕緣體環的一外徑與所述第二絕緣體環的一外徑相同，或所述第二絕緣體環設置在所述第一絕緣體環 的一帶凹口的上內周緣中。
  2. 如請求項1所述的基板支撐件，其中，若所述第一絕緣體環的所述外徑與所述第二絕緣體環的所述外徑不相同，則所述第一絕緣體環的所述外徑大於所述第二絕緣體環的所述外徑。
  3. 如請求項1所述的基板支撐件，其中一頂環設置在所述第二絕緣體環的一上表面上。
  4. 如請求項1所述的基板支撐件，其中所述第二絕緣體環包含石英。
  5. 如請求項1至4中任一項所述的基板支撐件，其中所述第一絕緣體環包括石英、氧化鋁、陽極化鋁或用氧化釔塗覆的鋁中的至少一者。
  6. 如請求項1至4中任一項所述的基板支撐件，其中所述第一絕緣體環具有一L形橫截面。
  7. 如請求項1至4中任一項所述的基板支撐件，其中所述金屬緊固件包括一螺桿。
  8. 如請求項1至4中任一項所述的基板支撐件，其中所述第一絕緣體環包括一第一部分和一第二部分，並且所述第二部分設置在所述第二絕緣體環的一帶凹口的下外周緣中。
  9. 如請求項1至4中任一項所述的基板支撐件，其中所述第一絕緣體環和所述第二絕緣體環具有在所 述第一絕緣體環和所述第二絕緣體環之間的一非線性界面。
  10. 如請求項1至4中任一項所述的基板支撐件，進一步包括一頂環，所述頂環設置在所述第二絕緣體環的一頂表面頂上。
  11. 如請求項1至4中任一項所述的基板支撐件，進一步包括一介電構件，所述介電構件設置在所述基板支撐件的所述主體上，其中所述介電構件包括一唇緣，所述唇緣從所述介電構件的一底部部分徑向向外延伸。
  12. 如請求項11所述的基板支撐件，進一步包括一插環，所述插環部分地設置在所述介電構件的所述唇緣上。
  13. 如請求項12所述的基板支撐件，其中所述插環部分地設置在一突出部上，所述突出部圍繞所述第二絕緣體環的一上內緣設置。
  14. 如請求項13所述的基板支撐件，其中所述突出部與所述介電構件的所述唇緣齊平或在所述介電構件的所述唇緣上方。
  15. 一種處理腔室，包括：一腔室主體，所述腔室主體具有設置在所述腔室主體中的一基板支撐件，其中所述基板支撐件如請求項 1至14中任一項所述。
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