用于承载半导体晶片的装置及包含其的喷头装置和处理工具

申请号 CN201620533878.6 申请日 2016-06-02 公开(公告)号 CN205984907U 公开(公告)日 2017-02-22
申请人 朗姆研究公司; 发明人 埃里克·拉塞尔·马德森; 纳鲁德·泰·本-裕岷; 迈克尔·克里斯滕森; 克里斯·埃里克·卡尔斯吕; 约瑟夫·亨-希·威; 灵·霍安格; 阿拉斯代尔·登特;
摘要 本实用新型涉及混合型200毫米/300毫米的 半导体 处理装置。在一个方面,公开了一些装置,其使得被设计用于在300毫米的晶片上进行 等离子体 增强 化学气相沉积 的 处理室 能在200毫米的晶片上执行。更具体地,公开了已被设计用于200毫米的晶片的并且其能与300毫米的晶片处理室相兼容的经修饰的 基座 、承载板和喷头。还已经观察到,使用经修饰的200毫米的装置所沉积的膜与使用它们所替换的300毫米的设备所沉积的膜在 质量 上是相当的。
权利要求

1.一种用于承载半导体晶片的装置,所述装置包括,
环形圈,所述环形圈的厚度介于1毫米和10毫米之间并且其具有大于300毫米的外径和小于200毫米的内径;以及
在所述环形圈的第一侧中的一个或多个凹部,其中:
所述环形圈具有第二侧,所述第二侧被配置成支撑半导体晶片,以及所述第二侧与所述第一侧相对。
2.根据权利要求1所述的装置,其中所述环形圈的所述厚度小于5毫米。
3.根据权利要求1所述的装置,其进一步包括在所述环形圈的所述第二侧中的圆形凹部,其中:
所述圆形凹部与所述环形圈是同轴的,以及
所述圆形凹部具有大于200毫米的直径。
4.根据权利要求3所述的装置,其中所述圆形凹部具有介于0.5毫米和1.5毫米之间的深度。
5.根据权利要求3所述的装置,其中所述圆形凹部具有大于200毫米并小于210毫米的直径。
6.根据权利要求1所述的装置,其中所述装置是由选自由、氧化化硅、氮化硅、和氮化铝组成的组中的陶瓷材料制成。
7.根据权利要求1所述的装置,其中所述一个或多个凹部具有环扇形的形状。
8.根据权利要求1所述的装置,其中所述外径介于360毫米和390毫米之间。
9.根据权利要求1所述的装置,其中所述环形圈在所述一个或多个凹部处的厚度小于所述环形圈在与所述一个或多个凹部相邻的位置处的厚度的50%。
10.一种用于将气体分配于晶片的表面上方的喷头装置,所述喷头装置包括,入口,其中所述入口被配置成连接到气体源;
杆,其具有内部气体通道;以及
喷头集气室,其中:
所述内部气体通道流体地连接所述入口和所述喷头集气室,
所述喷头集气室具有介于189毫米和265毫米之间的外径,从而配置所述喷头集气室以处理200毫米的半导体晶片,以及
所述杆包括具有尺寸被设定以与半导体处理工具的机械接口配合的外径的圆筒部,其中所述半导体处理工具的所述机械接口也被设定尺寸以与被配置成处理300毫米的半导体晶片的不同的喷头配合。
11.根据权利要求10所述的喷头装置,其中所述杆具有介于30毫米和38毫米之间的外径。
12.根据权利要求10所述的喷头装置,其中所述杆具有插入在所述喷头集气室与所述圆筒部之间的锥形部分并且所述杆从所述圆筒部中的介于30毫米和38毫米之间的标称外径逐渐变细至介于16毫米和24毫米之间的直径。
13.根据权利要求10所述的喷头装置,其中所述内部气体通道直径介于5毫米和10毫米之间。
14.一种半导体晶片处理工具,其包括,
具有一个或多个半导体处理站的室,其中:
所述半导体处理站中的至少一个具有基座和喷头,以及
所述基座包括具有小于200毫米并大于150毫米的外径的升高的晶片支撑表面;以及一个或多个装载端口,其中:
每个装载端口被配置成使得能够将300毫米的半导体晶片插入到所述室中或者从所述室中取出,
所述一个或多个装载端口具有大于300毫米的宽度,以及
每个装载端口位于所述室的室壁中。
15.根据权利要求14所述的半导体晶片处理工具,其中:
所述基座具有至少300毫米的外径,以及
所述喷头具有介于所述基座的外径的50%和70%之间的外径。
16.根据权利要求14所述的半导体晶片处理工具,其中:
所述基座和所述喷头与第二基座和第二喷头是能互换的,
所述第二基座具有至少300毫米的外径和具有小于300毫米并大于250毫米的外径的升高的晶片支撑表面,
所述第二喷头具有为所述基座的外径的80%或80%以上的外径,以及
在所述半导体处理站中的一个或多个中安装所述第二基座和所述第二喷头至少部分地配置这些半导体处理站以处理300毫米直径的晶片。
17.根据权利要求14所述的半导体晶片处理工具,其进一步包括:
旋转换位器轴;以及
旋转换位器,其中:
所述旋转换位器轴被配置成使所述旋转换位器在所述室内转动,从而使半导体晶片在所述室内的各站之间进行转移。
18.根据权利要求17所述的半导体晶片处理工具,其中所述半导体处理站中的至少一个进一步包括:
环形圈,所述环形圈的厚度介于1毫米和10毫米之间并且其具有大于300毫米的外径和小于200毫米的内径,其中每个环形圈具有在所述环形圈的第一侧中的一个或多个凹部。
19.根据权利要求14所述的半导体晶片处理工具,其中每个基座具有介于360毫米和
390毫米之间的外径。
20.根据权利要求14所述的半导体晶片处理工具,其中所述喷头具有介于189毫米和
265毫米之间的外径。

说明书全文

用于承载半导体晶片的装置及包含其的喷头装置和处理工具

技术领域

[0001] 本实用新型总体上涉及半导体处理领域,更具体地涉及混合型200毫米/300毫米的半导体处理装置。

背景技术

[0002] 半导体处理被用于制造日常电气和电子器件中的集成电路。通常情况下,半导体器件被制造于几乎无缺陷的单晶晶片上,例如上,该晶片以某些工业标准尺寸提供,例如具有150毫米、200毫米、或300毫米直径的晶片。已经提出,将采用最终450毫米晶片尺寸进一步减少大量生产半导体器件的成本。
[0003] 当前半导体制造工具被设计为容纳单个半导体晶片尺寸,例如,200毫米或300毫米直径的半导体晶片。在给定的半导体处理室中待被处理的半导体晶片的尺寸可以驱动许多限定所述室的各方面的参数。被设计为容纳200毫米直径的半导体晶片的半导体处理室将不适合处理300毫米的半导体晶片,反之亦然。例如,针对200毫米的半导体晶片设定尺寸的半导体处理室可能太小以致于不适合300毫米的半导体晶片。同时,针对300毫米的半导体晶片设定尺寸的半导体处理室可能具有在完全适合用于处理300毫米的半导体晶片时导致在200毫米的半导体晶片处理中的非均匀性这样的系统。例如,如果PECVD装置的喷头的直径远大于200毫米的晶片,则所得到的沉积不会是均匀的。
[0004] 制造半导体是非常复杂和昂贵的过程,从实际意义上说,只有在所产生的半导体器件的体积是足够大的情况下,该过程才是经济上可行的。因此,半导体制造业格外地聚焦在效率和产率上—可以在给定的处理设施(在本行业中也称为“晶片厂(fab)”)中进行处理的半导体晶片越多越好。同样地,半导体制造商通常设法使可以适合于给定的设施的半导体处理工具的数目最大化,从而使可以同时在所述设施内处理的半导体晶片的数目最大化并提高产率。响应于这种需求,半导体处理工具制造商通常设法减少半导体处理工具的占用空间(存放、维护以及使用给定的半导体处理工具所需的设施空间或体积)或使其最小化,从而使得在给定的晶片厂中每单位的地面空间将能安装更多的半导体处理工具。也许在确定半导体处理工具的整体尺寸和占用空间的最大驱动因素是半导体处理工具被设计以处理的晶片的尺寸。晶片尺寸将最终决定处理室的最小尺寸、所使用的加载的尺寸、以及影响工具的总体尺寸的各种其它关键参数。一般而言,半导体处理工具制造商将试图设计出半导体处理工具,使得从实际的度来看,其小到对于将在该工具中处理的晶片的尺寸是经济上和技术上可行的。实用新型内容
[0005] 附图和以下描述中阐述了本说明书中描述的主题的一个或多个实现方案的细节。从说明书、附图和权利要求书可以明白其它特征、方面和优点。要注意,以下附图的相对尺寸未按比例绘制,除非特别指明按比例绘制。
[0006] 在一些实现方案中,提供了一种用于承载半导体晶片的装置。所述装置可被设计成承载200毫米的半导体晶片,但与300毫米的半导体处理工具的晶片处理特征相兼容。所述装置可以包括环形圈,所述环形圈的厚度介于1毫米和10毫米之间并且其具有大于300毫米的外径和小于200毫米的内径。所述环形圈还可以包括在第一侧中的一个或多个凹部并且具有被配置成支撑所述半导体晶片的与所述第一侧相对的第二侧。
[0007] 在所述装置的一些实现方案中,所述环形圈的厚度可以小于5毫米。在一些其它的或替代的这种实现方案中,所述环形圈可以进一步包括在所述第二侧中的圆形凹部,并且所述圆形凹部和所述环形圈可以是同轴的,并且所述圆形凹部可以具有大于200毫米的直径。在一些这样的实现方案中,所述圆形凹部可以具有介于0.5毫米和1.5毫米之间的深度。在一些替代的或另外的此类实现方案中,所述圆形凹部可以具有大于200毫米并小于210毫米的直径。
[0008] 在某些实现方案中,所述装置可以由诸如、氧化硅、化硅、氮化硅、或氮化铝之类的陶瓷材料制成。
[0009] 在一些实现方案中,所述一个或多个凹部可以具有环扇形的形状。
[0010] 在一些实现方案中,所述环形圈的外径可以介于360毫米和390毫米之间。
[0011] 在一些实现方案中,所述环形圈在所述一个或多个凹部处的厚度可以小于所述环形圈在与所述一个或多个凹部相邻的位置处的厚度的50%。
[0012] 在一些实现方案中,可以提供用于分配气体于200毫米直径的半导体晶片的表面上方的喷头装置,并且所述喷头装置被配置成与用于支撑不同的用于分配气体于300毫米直径的半导体晶片的表面上方的喷头装置的喷头支撑特征相配合。所述喷头装置可以包括被配置为连接到气体源的入口、具有内部气体通道的杆、和喷头集气室。所述内部气体通道可以流体连接所述入口与所述喷头集气室。所述喷头集气室可以具有介于189毫米和265毫米之间的外径,从而配置该喷头集气室以处理200毫米的半导体晶片,以及所述杆可以包括具有尺寸被设定以与半导体处理工具的机械接口配合的外径的圆筒部,并且所述机械接口还可以被设定尺寸以与被配置成处理300毫米的半导体晶片的不同的喷头配合。
[0013] 在一些所述喷头装置的此类实现方案中,所述杆可以具有介于30毫米和38毫米之间的外径。在一些另外的或附加的这样的实现方案中,所述杆可以具有插入在所述喷头集气室与所述圆筒部之间的锥形部分并且所述杆可以从所述圆筒部中的介于30毫米和38毫米之间的标称外径逐渐变细至介于16毫米和24毫米之间的直径。
[0014] 在一些所述喷头装置的实现方案中,所述内部气体通道直径可以介于5毫米和10毫米之间。
[0015] 在一些实现方案中,提供了一种半导体晶片处理工具。所述半导体处理工具可以包括具有一个或多个半导体处理站的室。所述半导体处理站中的至少一个可以具有基座和喷头。所述基座可以包括具有小于200毫米并大于150毫米的外径的升高的晶片支撑表面。所述室还可以包括一个或多个装载端口,并且每个装载端口可以被配置成使得能够将300毫米的半导体晶片插入到所述室中或者从所述室中取出,其位于所述室的室壁中,并具有大于300毫米的宽度。
[0016] 在一些半导体处理工具的此类实现方案中,所述基座可以具有至少300毫米的外径并且所述喷头可以具有介于基座的外径的50%和70%之间的外径。
[0017] 在一些半导体处理工具的实现方案中,所述基座和所述喷头与第二基座和第二喷头是可互换的。所述第二基座可以具有至少300毫米的外径和具有小于300毫米并大于250毫米的外径的升高的晶片支撑表面,并且所述第二喷头可以具有为所述基座外径的80%或更高的外径。在这样的实现方案中,在半导体处理站中的一个或多个中安装第二基座和第二喷头可以至少部分地配置这些半导体处理站以处理300毫米直径的晶片。
[0018] 在一些实现方案中,所述室可以进一步包括旋转换位器轴和旋转换位器。所述旋转换位器轴可以被配置成使所述旋转换位器在所述室中转动,从而使半导体晶片在所述室内的各站之间进行转移。
[0019] 在半导体处理工具的一些实现方案中,所述半导体处理工具还可以包括环形圈,所述环形圈的厚度介于1毫米和10毫米之间并且其具有大于300毫米的外径和小于200毫米的内径。在这样的实现方案中,每个环形圈可以具有在所述环形圈的第一侧中的一个或多个凹部。
[0020] 在一些实现方案中,每个基座可以具有介于360毫米和390毫米之间的外径。在一些替代的或附加的此类实现方案中,所述喷头可以具有介于189毫米和265毫米之间的外径。
[0021] 具体而言,本发明的一些方面可以阐述如下:
[0022] 1.一种用于承载半导体晶片的装置,所述装置包括,
[0023] 环形圈,所述环形圈的厚度介于1毫米和10毫米之间并且其具有大于300毫米的外径和小于200毫米的内径;以及
[0024] 在所述环形圈的第一侧中的一个或多个凹部,其中:
[0025] 所述环形圈具有第二侧,所述第二侧被配置成支撑半导体晶片,以及[0026] 所述第二侧与所述第一侧相对。
[0027] 2.根据条款1所述的装置,其中所述环形圈的所述厚度小于5毫米。
[0028] 3.根据条款1所述的装置,其进一步包括在所述环形圈的所述第二侧中的圆形凹部,其中:
[0029] 所述圆形凹部与所述环形圈是同轴的,以及
[0030] 所述圆形凹部具有大于200毫米的直径。
[0031] 4.根据条款3所述的装置,其中所述圆形凹部具有介于0.5毫米和1.5毫米之间的深度。
[0032] 5.根据条款3所述的装置,其中所述圆形凹部具有大于200毫米并小于210毫米的直径。
[0033] 6.根据条款1所述的装置,其中所述装置是由选自由氧化铝、氧化硅、碳化硅、氮化硅、和氮化铝组成的组中的陶瓷材料制成。
[0034] 7.根据条款1所述的装置,其中所述一个或多个凹部具有环扇形的形状。
[0035] 8.根据条款1所述的装置,其中所述外径介于360毫米和390毫米之间。
[0036] 9.根据条款1所述的装置,其中所述环形圈在所述一个或多个凹部处的厚度小于所述环形圈在与所述一个或多个凹部相邻的位置处的厚度的50%。
[0037] 10.一种用于将气体分配于晶片的表面上方的喷头装置,所述喷头装置包括,入口,其中所述入口被配置成连接到气体源;
[0038] 杆,其具有内部气体通道;以及
[0039] 喷头集气室,其中:
[0040] 所述内部气体通道流体地连接所述入口和所述喷头集气室,
[0041] 所述喷头集气室具有介于189毫米和265毫米之间的外径,从而配置所述喷头集气室以处理200毫米的半导体晶片,以及
[0042] 所述杆包括具有尺寸被设定以与半导体处理工具的机械接口配合的外径的圆筒部,其中所述半导体处理工具的所述机械接口也被设定尺寸以与被配置成处理300毫米的半导体晶片的不同的喷头配合。
[0043] 11.根据条款10所述的喷头装置,其中所述杆具有介于30毫米和38毫米之间的外径。
[0044] 12.根据条款10所述的喷头装置,其中所述杆具有插入在所述喷头集气室与所述圆筒部之间的锥形部分并且所述杆从所述圆筒部中的介于30毫米和38毫米之间的标称外径逐渐变细至介于16毫米和24毫米之间的直径。
[0045] 13.根据条款10所述的喷头装置,其中所述内部气体通道直径介于5毫米和10毫米之间。
[0046] 14.一种半导体晶片处理工具,其包括,
[0047] 具有一个或多个半导体处理站的室,其中:
[0048] 所述半导体处理站中的至少一个具有基座和喷头,以及
[0049] 所述基座包括具有小于200毫米并大于150毫米的外径的升高的晶片支撑表面;以及
[0050] 一个或多个装载端口,其中:
[0051] 每个装载端口被配置成使得能够将300毫米的半导体晶片插入到所述室中或者从所述室中取出,
[0052] 所述一个或多个装载端口具有大于300毫米的宽度,以及
[0053] 每个装载端口位于所述室的室壁中。
[0054] 15.根据条款14所述的半导体晶片处理工具,其中:
[0055] 所述基座具有至少300毫米的外径,以及
[0056] 所述喷头具有介于所述基座的外径的50%和70%之间的外径。
[0057] 16.根据条款14所述的半导体晶片处理工具,其中:
[0058] 所述基座和所述喷头与第二基座和第二喷头是能互换的,
[0059] 所述第二基座具有至少300毫米的外径和具有小于300毫米并大于250毫米的外径的升高的晶片支撑表面,
[0060] 所述第二喷头具有为所述基座的外径的80%或80%以上的外径,以及[0061] 在所述半导体处理站中的一个或多个中安装所述第二基座和所述第二喷头至少部分地配置这些半导体处理站以处理300毫米直径的晶片。
[0062] 17.根据条款14所述的半导体晶片处理工具,其进一步包括:
[0063] 旋转换位器轴;以及
[0064] 旋转换位器,其中:
[0065] 所述旋转换位器轴被配置成使所述旋转换位器在所述室内转动,从而使半导体晶片在所述室内的各站之间进行转移。
[0066] 18.根据条款17所述的半导体晶片处理工具,其中所述半导体处理站中的至少一个进一步包括:
[0067] 环形圈,所述环形圈的厚度介于1毫米和10毫米之间并且其具有大于300毫米的外径和小于200毫米的内径,其中每个环形圈具有在所述环形圈的第一侧中的一个或多个凹部。
[0068] 19.根据条款14所述的半导体晶片处理工具,其中每个基座具有介于360毫米和390毫米之间的外径。
[0069] 20.根据条款14所述的半导体晶片处理工具,其中所述喷头具有介于189毫米和265毫米之间的外径。
[0070] 下文参照附图和具体实施方式更加详细地描述这些和其它实现方案。

附图说明

[0071] 图1示出了用于化学气相沉积的典型沉积系统。
[0072] 图2示出了用于300毫米的晶片的承载环的各种视图。
[0073] 图3示出了被设计用于300毫米的晶片的基座。
[0074] 图4是用于300毫米的晶片的喷头的等距剖视图。
[0075] 图5是图4的喷头的剖视图。
[0076] 图6和图7提供了具有分别处于其降低的位置和升高的位置的换位器的处理室的剖视图。
[0077] 图8示出了被设计以待被用在针对300毫米的晶片设计的处理室上的用于200毫米的晶片的承载环。
[0078] 图9示出了被设计用于在针对300毫米的晶片设计的处理室中处理200毫米的晶片的基座。
[0079] 图10是示出基座和承载环(该基座和承载环被设计用在针对300毫米的晶片设计的处理工具中的200毫米的晶片上)如何彼此配合以及如何与晶片配合的分解图。
[0080] 图11是示出基座和承载环(该基座和承载环被设计用在针对300毫米的晶片设计的处理工具中的200毫米的晶片上)如何彼此配合以及如何与晶片配合的图。
[0081] 图12示出了四站布置的基座,其中换位器已经被降低使承载环停靠在各自的基座上。
[0082] 图13示出了四站布置的基座,其中换位器已经被升高,使得换位器能够旋转并在各站之间移动承载环及其相应的晶片。
[0083] 图14是被设计用在被设计用在300毫米的晶片上的半导体处理工具中的200毫米的晶片上的喷头的剖视图。
[0084] 图15是图14的喷头的剖视图。
[0085] 图16和图17示出了描述200毫米或300毫米的站可以如何布置在被设计为处理300毫米的晶片的四站处理室中的等距和分解图。
[0086] 除了图12和图13之外,每个附图内的每副图都是按比例绘制的。

具体实施方式

[0087] 下文的描述包括某些细节以为各种所述的实施方式提供背景和/或完整说明。然而,应当理解,可以在没有这些细节中的一些或全部的情况下实施或实现本文所讨论的构思。因此,尽管参照各种具体的操作和/或特征描述了一些所公开的实施方式,但是应理解这种公开并不仅限于这些操作和/或特征。此外,在一些情况下,为了简要的目的而没有详细描述公知的操作和/或特征。
[0088] 本发明的发明人已经确定,提供一种既能够处理300毫米的半导体晶片又能够处理200毫米的半导体晶片的等离子体增强化学气相沉积(PECVD)半导体处理工具提供了当今市场目前尚不能获得的独特功能。所讨论的处理工具可以利用尺寸被设定成容纳300毫米的半导体晶片的处理室和基座。该工具的各组件被配置成可替换的或可交换的,以在适于处理300毫米的半导体晶片的配置和适于处理200毫米的半导体晶片的配置之间切换该工具,反之亦然。可以在旨在处理200毫米的晶片的组件前面加上“200毫米”,例如200毫米喷头,而可以在旨在处理300毫米的晶片的组件前面加上“300毫米”,例如200毫米承载环。这些限定词并不旨在表明组件本身具有这样的尺寸(除了200毫米的晶片和300毫米的晶片之外),只是这些组件被专用在所指示的尺寸的晶片上。
[0089] 用于化学气相沉积的典型系统示于图1中,其具有用于使一系列晶片上的沉积处理流线化和自动化的各种调整工具。典型的化学气相沉积(CVD)系统具有处理室101,该处理室101通常具有环绕晶片基座102的周向内壁,该晶片基座102被设计成在处理期间支撑半导体晶片。该处理室通常还包括气体分配系统103,或喷头,其位于半导体晶片和晶片基座上方并且被配置成使半导体处理气体以大致均匀分布的方式流动跨越半导体晶片。在一些实施方式中,在晶片基座中的电极和喷头(喷头本身可以由金属制成并用作电极)可能使被捕获在半导体晶片和喷头之间的处理气体经受高电压电荷,因此导致在半导体晶片和喷头之间的间隙内形成等离子体。
[0090] 在处理期间,可以由晶片处理机械手104将半导体晶片引入处理室中。晶片处理机械手典型地可以包括刀片型或刮刀型端部执行器105,该端部执行器105被设计成从下方支撑半导体。晶片基座可以包括多个被设计成从晶片基座的表面向上延伸的“升降销”。当端部执行器从半导体晶片下面移除或被插入半导体晶片下面时,可以使用升降销来支撑半导体晶片。一旦端部执行器离开半导体晶片,升降销就可以缩回并且可以将半导体晶片降低到晶片基座上。在多站半导体处理工具中,例如,容纳四个处理站的单个室(如图1所示),每个站都有其自己的基座和喷头,可能有必要在室内的各处理站之间移动半导体晶片。在一些多站半导体工具中,可以使用换位器来在多个站之间同时移动多个半导体晶片。这样的换位器可以包括成组的升降臂,该升降臂包括被设计成接触半导体晶片的下侧的靠近晶片的外边缘的地方并将晶片抬高使其离开其所停靠的基座的销或其它特征。一旦通过换位器升降臂已将所有的晶片抬高使其离开各自的基座,就可以使升降臂一致地旋转(它们通常是一个结构的所有部分并如在伺服主轴106的情况下一样的作为整体而抬高/旋转),然后可以使晶片降低到与在换位发生之前它们所在的基座不同的基座上。
[0091] 为了防止在半导体晶片中邻近换位器接触点处出现不均匀,通常用环形承载环(本文中也称为环形圈)支撑半导体晶片。图2示出了300毫米的承载环。承载环201的等距视图示出了连续地围绕半导体晶片的周边支撑半导体晶片的该环顶表面。承载环可充当半导体晶片和换位器之间的桥梁,即,换位器接触承载环并使其升降,并且承载环进而接触半导体晶片并使其升降。在一些情况下,承载环可以包括与基座上的相应的内凹特征相接合的换位销206,以防止承载环相对于基座旋转并使环居中于基座上。
[0092] 通常由陶瓷材料制成的承载环一般是轴向对称的,并且具有仅比其被设计用以支撑的半导体晶片的标称外径203稍微小一些(例如小或少3毫米-4毫米)的内径202。因此,对于300毫米的半导体晶片而言,其直径约为11.8英寸,相应的承载环可以具有约292毫米或293毫米的内径202。这样的承载环也可以在其中具有圆形凹部205(如放大图204所示),其比半导体晶片直径稍微大一些,例如大大约0.03英寸。该凹部可以具有与半导体晶片的厚度标称上相同的深度,使得当半导体晶片由承载环承载时,其顶表面与承载环的顶表面标称上相平。在半导体晶片停留在工具内期间,承载环通常随着相同的半导体晶片转动,并且承载环通常由陶瓷材料制成,该陶瓷材料如AlO2(氧化铝)、氧化硅、碳化硅、氮化硅或氮化铝。一般而言,可以将承载环的外径203的尺寸设置为与晶片基座外径尺寸大致相同的尺寸。对于300毫米的晶片而言,这种直径203可以为大约380毫米,使得该承载环起到将半导体晶片的外径“增加”20%–30%的作用。
[0093] 在一些情况下,承载环可以额外具有利用在晶片的一个或多个侧面中切成的平台或凹口来固定晶片在承载环中的方位的一个或多个晶片定位特征。晶片定位特征的常见实例包括在圆形凹部205中的销、挤压件、或平台。
[0094] 典型的300毫米的基座示于图3中。通常确定晶片基座的尺寸使其具有与承载环的外径相匹配的外径301,例如在这种情况下为约380毫米(或反之亦然)。基座还包括台面特征302,其为浅的、凸台,其尺寸被设定为直径比相应的承载环的内径稍小,在这种情况下为292毫至293毫米。当承载环被降低到基座上时,台面特征通过承载环的中心开口突出,并将晶片抬高使其离开承载环少量距离,例如,百分之一英寸。台面特征可以包括升降销303,该升降销303可以被升高并在端部执行器从半导体晶片下面移除或被插入半导体晶片下面时用来支撑半导体晶片。台面特征还可以包括低接触面积特征,例如蓝宝石接触球304,其在升降销缩回时用作晶片和台面特征之间的机械接口;这减少了晶片具有的与基座的接触面积的量。在这两种情况下,台面特征通常具有与使用特定的基座处理的晶片相同的直径(尽管如此,当然还是稍小一些,因为它必须适合在承载环的内径内使用)。在其中使用承载环的典型处理室中,基座可以额外具有一系列凹槽305或其它间隙特征,以使得被设计以抬高承载环/晶片使其离开基座的换位器的各部分能够从位于承载环/晶片下方的点垂直移动直到这些部分与晶片接触。在图中还示出了馈送电缆307,其使电信号能被发送到基座电极,以控制等离子体放电和/或以在沉积期间控制基座内的加热器。
[0095] 如上所述,除了晶片基座和承载环,PECVD处理室还可以包括用于将处理气体分配到整个半导体晶片上方的喷头。图4和图5示出了典型的300毫米的喷头。半导体处理气体可以在入口401处进入喷头,并通过气体通道403向下行进到杆402,之后,半导体处理气体可能会遇到挡板404,该挡板404使气体重新定向以径向流出并进入集气室405(喷头的内部空间)。这样的喷头的整体形状通常呈轴对称的,并具有底表面406,也被称为喷头表面,其包括被布置成将半导体处理气体分配到整个半导体晶片上方的气体分配孔的大图案。这种图案的气体分配孔可以大体上均匀地分布在与半导体晶片的整个上表面共同延伸的整个区域,即这种图案的气体分配孔可以大体上均匀地分布在与半导体晶片直径标称上相同的整个喷头的底部的圆形区域。喷头通常被设定尺寸而比这个直径稍大以容纳喷头的最外侧壁407。喷头的最外侧壁407可以是,例如,约0.5英寸厚。因此,对于300毫米的半导体晶片而言,喷头可以具有约330毫米(半导体晶片直径)+约1英寸的外径408。一般而言,喷头直径
408可被保持在晶片基座的直径的80%或更高的范围内。
[0096] 图6示出了具有基座602和喷头603的四站处理室601的剖面图。这种描绘示出了处于收起位置的承载环607,在该位置处承载环607停靠在基座上。还示出了换位器,其可以被用于同时抬高承载环607(以及它们可能承载的任何晶片)和/或使其在各站之间旋转。在本实施例中的换位器是由升降承载环607的板604、旋转轴605、以及示出在其降低位置处的升降机构606组成。
[0097] 图7示出了图6的处理室601的剖面图,其中在由换位器旋转之前,承载环607处于抬起的位置。升降机构606在这个视图中被示为处于其升高的位置。
[0098] 本发明人已经确定,可以通过明智地更换和/或修改某些部件对半导体处理工具,例如上述的300毫米的PECVD工具,进行修改使其不仅能处理300毫米的半导体晶片,还能处理200毫米的半导体晶片。特别是,本发明人确定,这样的技术和组件可以特别适用于矢量F47和/或矢量快速平台300mm(Vector F47 and/or Vector Express platform 300mm)的半导体处理工具的情况,例如由Lam Research Corp.生产的,以使得这样的300毫米的工具能够用于处理200毫米的晶片。
[0099] 由于200毫米的半导体晶片的尺寸较小,所以不能使用用于300毫米的半导体晶片的承载环,因为200毫米的半导体晶片比300毫米的承载环的最内直径小而不能由300毫米的承载环支撑。因此,可以使用被设定尺寸以适合200毫米的半导体晶片的替代的承载环(如图8所示)。200毫米的承载环可以具有与300毫米的承载环大致相同的外径803,例如大约380毫米,以便能够由相同的换位器来承载并与相同直径的基座一起使用。通常300毫米的承载环的外径将比300毫米的晶片大约20%至30%,即在混合型200毫米/300毫米的半导体处理工具中使用的200毫米的承载环将具有比200毫米的晶片直径大约80%至95%的外径(与典型的承载环的内/外径比率相比,如前面所指出的,该承载环包括通常仅比内径和/或这样的环承载的晶片的晶片直径大20%至30%的外径)。虽然200毫米的承载环通常具有对应于300毫米的承载环的外径的外径,但是它可以具有尺寸被设定为稍小于200毫米的半导体晶片的外径的内径802,例如介于约198毫米和199毫米之间。200毫米的承载环可以具有类似于300毫米的承载环的凹部的凹部805(如细节图804所示),例如,比200毫米的承载环的内径大例如1毫米至2毫米的凹部。在一些实施方式中,200毫米的承载环可以具有与典型的300毫米的承载环相同的总厚度和凹部深度。例如,厚度介于约1毫米和10毫米之间和/或凹部深度介于约0.5毫米和1毫米之间。
[0100] 在一些实施方式中,除了在上面所讨论的不同的外径/内径比率,两个承载环之间的另一个主要区别是,200毫米的承载环可以包括在承载环的与支撑半导体晶片的圆形凹部相反一侧(即面向基座的一侧)上的一个或多个其它凹部807。这样的一个或多个凹部可以围绕承载环的中心均匀地和/或径向分布,使得承载环保持通常位于承载环的中心的质量中心。例如,每个凹部可以是环形的扇形凹部,例如具有中心点靠近承载环的中心点或在其上的内弧形壁和外弧形壁,以及通常平行于这些弧形壁的半径的径向壁;这些壁的交点可以具有圆角或内圆角或者可以是锐角。承载环在这些凹部区域中的厚度可以为承载环的标称厚度的约50%,例如,为0.09英寸,而不是0.18英寸。虽然一个或多个凹部不会一直延伸到承载环的内径或外径,但是凹部可以占据承载环背面的大部分。通过包括这样的凹部,尽管200毫米的承载环的最顶层表面的面积比300毫米的承载环的最顶层表面的面积大88%,所描述的实施方式的200毫米的承载环的重量依然可以比前面所描述的300毫米的承载环的重量仅增加约20%(假定两者使用相同的材料)。应理解的是,即使承载环的重量有了这20%的增加,仍然可能最终导致承载环+晶片出现甚至更低的重量增加,因为200毫米的晶片通常比300毫米的晶片轻得多。无论承载环出现多少的重量增加都会由于晶片重量降低而因此至少部分地被抵消。
[0101] 通过在200毫米的承载环的背面中包括一个或多个凹陷807,可以使200毫米的承载环的重量保持足够接近300毫米的承载环的重量,以致于可以使用相同的用于用换位器移动晶片的晶片处理例程,而不管使用的是哪种承载环,无论是200毫米的还是300毫米的。
[0102] 例如,当在各站之间移动半导体晶片时,可以仔细控制换位器的运动,以避免可能导致承载环相对于换位器滑动的过高的加速度(如果它们滑动,则它们可能会被损坏或在下降到基座上时可能不会被正确居中)。通过防止承载环重量急剧变化,例如,通过使200毫米的承载环的重量保持在300毫米的承载环的重量的+/-~20%内,可以对任何承载环使用相同的运动轮廓,因此消除了根据半导体晶片的尺寸重新编程换位器的运动轮廓的任何需求。
[0103] 用于300毫米处理的设备和用于200毫米处理的设备之间的另一个区别是,200毫米的基座(如图9所示)可以具有在顶表面上的使得200毫米的晶片能够从200毫米的承载环的较小内径抬高的较小的“台面”特征;具有用于300毫米的晶片的台面特征的基座将会太大以致于不适合200毫米的承载环的减小的内径。相应地,尽管针对200毫米的晶片设定尺寸的台面特征将适合在300毫米的承载环的内径内使用,但是使用这样的台面特征支撑300毫米的晶片将导致超过50%的300毫米的晶片未被支撑(这将导致晶片凸起或弯曲)以及不均匀的热传递和局部电场效应(这将影响晶片处理均匀性)。为了提供与被设计以与300毫米的承载环接口的换位器和其它机器设备的兼容性,可以设计200毫米的基座的不是台面特征和位于台面特征内(例如升降销位置)的其它特征的特征和外形尺寸使其与300毫米的基座的这些特征相匹配。例如,200毫米的基座901可以具有与300毫米的基座的外径、凹槽305、或其它间隙特征相匹配的外径、凹槽305、或其它间隙特征,这些特征使得换位器的被设计以抬高承载环/晶片使其离开基座的各部分能从位于承载环/晶片下方的点垂直移动直到这些部分与晶片接触。这有助于减少在处理室内的自由体积的变化,该变化可能产生于用300毫米的硬件交换200毫米的硬件,或反之亦然。
[0104] 如上面所述,为了将300毫米的工具转化为200毫米的工具,可以转换成300毫米的工具的组件以及由300毫米的工具转换而来的组件可以考虑被设计以维持半导体处理室的总自由体积。通过维持(或试图维持)半导体处理室的总自由体积,不论正在处理200毫米的晶片还是300毫米的晶片,降低了不希望有的室内的气体流动路径和压分布的变化的可能性。为此,在一些实现方案中,200毫米的基座901的外径可被选择以与300毫米的基座的外径精密地对齐以部分地减少处理室内气体流动路径和压力分布的变化。保持与用于300毫米的基座的基座外径类似的基座外径的另一个好处是,可以在200毫米的晶片处理和300毫米的晶片处理中都使用同样的换位器系统。然而,在其它的实现方案中,可以使用具有针对200毫米的晶片设定尺寸的外径的基座,例如具有大约230毫米至260毫米的外径的基座,而且可以替换或修改换位器使得换位器的晶片升降特征被定位以便与具有与基座的外径相似的外径的承载环接合。
[0105] 图10示出了200毫米的基座1001、200毫米的承载环1002和200毫米的晶片1003如何彼此配合的分解图。图11提供了该布置的折叠图,其示出了这些部件将如何一起出现在处理室中。
[0106] 图12示出了具有已经降低了的具有板1204和旋转毂1205的换位器的四站布置,因此使得200毫米的承载环1002停靠在其相应的基座1001上。晶片1003被支撑在每个基座的台面特征中的接触球上。喷头未在该图中示出,但将位于每个站/基座的上方。
[0107] 图13示出了图12的四站布置,但其中旋转换位器板1204被升高,将最左边两个基座1001上的承载环1002抬离基座。已经示出其它两个承载环停靠在各自的基座上以便能够更清楚地看到换位器的升降特征/接触点1306,但也将在相同的操作中使用装配到在相应的基座1307中的凹部中的接触点1306而被抬高。左后站的200毫米晶片已经被抬离后站。换位器、承载环和晶片一旦离开基座就可以90度的增量旋转,直到晶片到达其预期的站,然后换位器可以使承载环和晶片降回到基座上。
[0108] 除了使用经修饰的承载环和经修饰的基座,本发明人确定,用在300毫米的晶片上的喷头将需要被替换为具有不同直径的喷头(如图14和图15所示),以便处理200毫米的半导体晶片使其具有可接受的均匀性特征。200毫米的喷头通常具有处于晶片基座901的直径的50%至70%的范围内的外径1408。在一些实施方式中,相比于300毫米的喷头,其可以具有大于晶片基座直径的外径,例如为晶片基座直径的110%,用于200毫米的晶片处理的喷头的直径可以为基座直径的约60%。
[0109] 在研究过程中,本发明人确定,尽管300毫米的喷头肯定能够将处理气体均匀地分配在整个200毫米的半导体晶片上方,但是300毫米的喷头与用于200毫米的晶片的承载环的增加的表面区域之间的相互作用仍然引起晶片的不均匀性,而在使用相同的设备处理的300毫米的晶片中不存在该不均匀性。在PECVD系统中,基座和喷头用作等离子体产生系统中的相反电极是很常见的。通过在喷头和基座之间诱导电压差,可以引起存在于室内并且尤其是存在于基座和喷头之间的处理气体形成用于增强沉积的等离子体(因此,名为“等离子体增强化学气相沉积”或PECVD)。不幸的是,由于200毫米的承载环的增加的表面区域,导致使用这样的等离子体执行的沉积操作在半导体晶片的边缘处比靠近中心处得到增强并且使得在半导体晶片的边缘处比靠近中心处发生更多材料的沉积。
[0110] 本发明人确定,减少占用空间的喷头将降低喷头与承载环之间的相互作用。用具有基座的直径的60%的直径的喷头进行的随后测试表明晶片的均匀性有了直接和显著的改善。
[0111] 如同在本实施例中的300毫米的喷头,200毫米的喷头是“枝形吊灯”型的喷头,也就是说,它是借助于“杆”1402从上方悬挂在室内,该杆是从喷头的顶表面延伸并穿过在室天花板中的密封部的细的支撑构件。杆通常沿垂直方向是可移动的,以使得能够相对于半导体晶片调整喷头的高度。杆通常是中空的并包括用于供应气体至喷头的一个或多个内部通道1403。就300毫米的喷头而言,可以在喷头的集气室1405内悬挂200毫米的喷头的圆形挡板1404,其居中于杆通往集气室的入口,并偏离喷头的背板1409一定距离。由杆流入集气室的半导体处理气体将冲击挡板并被迫沿径向而不是轴向方向流动。挡板可以通过多个间隔物或平衡物而偏离集气室的上部内壁,该多个间隔物或平衡物可以通过螺钉或其它固件被连接到喷头的背板1409。在气体到达集气室后,它接着可以通过喷头表面1406中的气体分配孔而被引导并到达晶片的表面上方,然后其沿径向方向流动跨越整个晶片的表面。
[0112] 200毫米的喷头可以具有内杆直径1403,例如,气体流动通道的直径,其比300毫米的喷头的气体流动通道的直径小得多,例如,约0.25英寸相比于约1.2英寸,这是因为处理200毫米的晶片所需的气流量远远小于处理300毫米的晶片所需的气流量。在大多数枝形吊灯喷头中,杆可以具有相对薄的壁,例如,厚度为杆的外径的约5%-10%。
[0113] 然而,200毫米的喷头的杆打破这种常规而保持与300毫米的喷头相同的标称外径1410,使得200毫米的喷头能接合与处理室内的300毫米的喷头相同的密封接口(其使得喷头在处理室中能被上下移动而不影响室环境)。在一些实施方式中,外径1410可以介于32毫米和38毫米之间,并且在特定的实施方式中,该直径为约35毫米,例如35毫米±0.5毫米。结果在所描述的实施例中的200毫米的喷头的杆的壁厚约为杆的外径的40%,例如,0.56英寸的壁厚和1.37英寸的外径。一般而言,这样的杆在大多数杆长度范围内的壁厚可以为杆的外径的约30%或30%以上。
[0114] 200毫米的喷头的杆也可以不同于300毫米的喷头的杆,即200毫米的喷头的杆可以不具有沿着其整个长度的圆筒形外表面。具体而言,200毫米的喷头的杆可以随着杆接近喷头本身而由标称外径1410(例如,约1.37英寸)过渡到减小的外径1411(例如,约0.75英寸)。因此,例如,杆邻近喷头约25%的部分可以包含锥形部分1412,该锥形部分1412将杆直径从其标称外径颈缩到小得多的直径,例如标称外径的约50%–70%的直径。这种锥形部分可以具有接合杆的圆筒形表面的圆形的过渡。这样的锥形部分可以被包括以容纳喷头的背板1409上的特征,而如果保持杆到背板自始至终为标称外径则该特征可能会被遮挡或难以实现。圆筒形和锥形部分之间的过渡可以混合或以其它方式防止具有锐边以将杆与室中其它结构之间产生高压电弧的可能性降到最低。图16示出了四站处理室1605,其中处理室的顶部没有示出。该处理室包括在室壁1601上的装载口,该装载口的宽度大于300毫米,例如约330毫米至340毫米(约10%-这使得晶片移位有余地等),从而使得200毫米的晶片和300毫米的晶片均能被转移进出室。在典型的200毫米的处理室中,这样的装载口将不会大到足以容纳300毫米的晶片。如图所示,处理室具有三个安装站(第四个是空的),每一个安装站都包括基座、承载环和喷头。在所描绘的三个站中,有两个站是200毫米的站1602,而一个是300毫米的站1603。处理室还包括既可以接合200毫米的晶片又可以接合300毫米的晶片的旋转换位器1604。
[0115] 图17示出了四站处理室1605的分解图,其中处理室的顶部没有示出。处理室被描绘成具有300毫米的站,该300毫米的站具有300毫米的基座1701、300毫米的承载环1702、和300毫米的喷头1703。处理室还被描述成具有200毫米的站,该200毫米的站具有200毫米的基座1704、200毫米的承载环1705、和200毫米的喷头1706。站包括旋转换位器1604,其能够在四个站位置中的每一个之间传送保持晶片的200毫米和300毫米的承载环。
[0116] 典型地,在这样的处理室中的所有站将具有被制造的针对相同的晶片尺寸工作的基座、承载环和喷头。例如,四站处理室通常将包括四个300毫米的站或四个200毫米的站。
[0117] 应理解的是,上述公开的半导体处理工具使得许多相同的硬件既能被用于处理200毫米的晶片又能被用于处理300毫米的晶片。这样的工具为目前主要生产200毫米的晶片的制造商提供了有吸引力的选择。通过购买混合型200毫米/300毫米的半导体制造工具,这样的制造商如果后来转换成制造300毫米的晶片则可以避免报废或卖掉大量的专用的
200毫米的工具。当然这种灵活性可能需要在可以包含在给定的晶片厂内的半导体处理工具的数目方面做出一些牺牲,因为使用这样的混合型200毫米/300毫米的工具取代专用的
200毫米的工具将由于这样的工具的较大尺寸而导致这样的工具在晶片厂中的较低的密度
[0118] 在一些实施方式中,混合型200毫米/300毫米的工具可以作为现成的200毫米/300毫米的系统销售,其包括针对200毫米的晶片处理和300毫米的晶片处理两者的组件。在其它实施方式中,这样的工具可以与对200毫米的晶片处理和300毫米的晶片处理两者都通用的组件(例如,室、控制器等)以及与针对200毫米的晶片处理的组件一起销售。在这样的实施方式中,针对300毫米的晶片处理的组件,例如300毫米的承载环、300毫米的喷头以及300毫米的基座,可以单独作为升级套件或更换部件销售。还可以想象的是,针对200毫米的晶片处理的组件可以作为用于现有的300毫米的处理工具的更新套件销售。在这样的实施方式中,针对200毫米的晶片处理的组件可以交换为其等效的300毫米的组件。
[0119] 还可以理解的是,虽然上述讨论已集中于PECVD设备,但是其它类型的半导体工具可以类似的方式修改,以在同一系统中既能实现200毫米的功能又能实现300毫米的功能。
[0120] 虽然为了清楚理解的目的而已经详细描述了上述实施方式,但显而易见的是,在所附权利要求书的范围内可以做出某些改变和修改。应注意,有许多实现这些实施方式的工艺、系统和装置的替代方式。因此,这些实施方式应被认为是说明性的而不是限制性的,并且这些实施方式并不受限于本文给出的细节。
[0121] 还可以理解的是,权利要求可以记载略微不同于说明书内上述讨论的数值或数值范围的数值或数值范围。这样的情况表示这些量的额外可能的范围或数值,并不应被视为与以上公开相矛盾,而应被视为对上述公开的扩大。
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