具有自定心特征的两件式快盘组件

申请号 CN201980018889.7 申请日 2019-04-15 公开(公告)号 CN111902922B 公开(公告)日 2024-04-19
申请人 应用材料公司; 发明人 C-H·蔡; A·朱普迪; S·巴布;
摘要 此处提供使用于工艺腔室中的两件式快 门 盘组件。在一些 实施例 中,使用于工艺腔室中的快门盘组件包括:上部盘构件,所述上部盘构件具有顶部表面及底部表面,其中在底部表面的中心中形成中心对齐凹部;以及下部载具构件,所述下部载具构件具有:固体基底,所述固体基底具有上 支撑 表面,其中所述上支撑表面包括第一中心自 定心 特征,所述第一中心自定心特征设置于在底部表面的中心中形成的凹部中;以及环状外部对齐特征,所述环状外部对齐特征从下部载具的顶部表面向上突出且形成口袋部,其中上部盘构件设置于口袋部中。
权利要求

1. 一种使用于工艺腔室中的快盘组件,包括:
上部盘构件,所述上部盘构件具有顶部表面和底部表面,其中在所述底部表面的中心中形成第一中心对齐凹部;以及
下部载具构件,所述下部载具构件具有:
固体基底,所述固体基底具有上支撑表面,其中所述上支撑表面包括第二自定心特征,其中所述第二自定心特征在所述下部载具构件的底部表面中形成第二凹部,所述第二凹部配置为接收第三自定心特征,并且其中所述第二自定心特征设置于在所述上部盘构件的所述底部表面的所述中心中形成的所述第一中心对齐凹部中;以及
外部环状对齐特征,所述外部环状对齐特征从所述下部载具构件的顶部表面向上突出并且形成口袋部,其中所述上部盘构件设置于所述口袋部中。
2.如权利要求1所述的快门盘组件,其中所述下部载具构件由电绝缘材料形成,或使用电绝缘涂层来涂布。
3.如权利要求2所述的快门盘组件,其中所述下部载具构件的所述基底和所述外部环状对齐特征形成绕着所述上部盘构件的电绝缘障碍。
4.如权利要求1所述的快门盘组件,其中所述下部载具构件和所述上部盘构件相对于彼此能移动地设置或耦合。
5.如权利要求1所述的快门盘组件,其中所述下部载具构件和所述上部盘构件经配置以相对于彼此独立地热膨胀和收缩。
6.如权利要求1所述的快门盘组件,其中所述上部盘构件由所述下部载具构件的所述固体基底的所述上支撑表面来支撑。
7.如权利要求1至6中任一项所述的快门盘组件,其中所述下部载具构件没有通过所述上部盘构件的开口。
8. 如权利要求1至6中任一项所述的快门盘组件,其中所述下部载具构件包括具有
5.6E‑6 m/m K至22.2E‑6 m/m K的热膨胀系数的材料。
9.如权利要求1至6中任一项所述的快门盘组件,其中所述快门盘组件具有6英寸至12英寸的外直径,其中从所述上部盘构件的所述顶部表面至所述下部载具构件的所述底部表面的厚度为0.1英寸至0.25英寸。
10.如权利要求1至6中任一项所述的快门盘组件,其中所述下部载具构件的所述环状对齐特征的内直径(ID)为11.00英寸至11.85英寸。
11.一种工艺腔室,包括:
腔室主体,所述腔室主体界定具有目标的内容积,所述目标包括待溅射的材料;
基板支撑件,所述基板支撑件设置于所述腔室主体内,以支撑所述基板;
快门盘组件,所述快门盘组件使用于工艺腔室中,所述快门盘组件包括:
上部盘构件,所述上部盘构件具有顶部表面和底部表面,其中在所述底部表面的中心中形成第一中心对齐凹部;以及
下部载具构件,所述下部载具构件具有:
固体基底,所述固体基底具有上支撑表面,其中所述上支撑表面包括第一中心自定心特征,其中所述第一中心自定心特征在所述下部载具构件的底部表面中形成第二凹部并且被配置为接收另一个自定心特征,并且其中所述第一中心自定心特征设置于在所述上部盘构件的所述底部表面的所述中心中形成的所述第一中心对齐凹部中;以及外部环状对齐特征,所述外部环状对齐特征从所述下部载具构件的顶部表面向上突出并且形成口袋部,其中所述上部盘构件设置于所述口袋部中;以及
传送机器人,所述传送机器人能移动地耦合至所述腔室主体,以将所述快门盘组件传送至所述基板支撑件或从所述基板支撑件传送所述快门盘组件。
12.如权利要求11所述的工艺腔室,其中所述传送机器人包括机器人快门臂,所述机器人快门臂具有对齐插塞,所述对齐插塞设置进入在所述下部载具构件的所述底部表面中形成的孔穴,以在所述机器人快门臂上自对齐整个所述快门盘组件。
13.一种使用于工艺腔室中的快门盘组件,用于保护设置于所述快门盘组件下方的基板支撑件,所述快门盘组件包括:
上部盘构件,所述上部盘构件具有顶部表面和底部表面,其中在所述底部表面的中心中形成第一中心对齐凹部;以及
下部载具构件,所述下部载具构件具有:固体基底,所述固体基底具有上支撑表面,其中所述上支撑表面包括第二自定心特征,其中所述第二自定心特征在所述下部载具构件的底部表面中形成第二凹部,所述第二凹部配置为接收第三自定心特征,其中所述第二自定心特征设置于在所述上部盘构件的所述底部表面的所述中心中形成的所述凹部中,并且其中所述下部载具构件包括外部环状对齐特征,所述外部环状对齐特征从所述下部载具构件的顶部表面向上突出且形成口袋部,并且其中所述上部盘构件设置于所述口袋部中,其中所述上部盘构件为经配置以使用于粘合工艺的工艺腔室目标,并且其中所述下部载具构件以及所述外部环状对齐特征形成绕着所述上部盘构件目标的电绝缘障碍,所述电绝缘障碍经配置以在粘合工艺期间防止电弧

说明书全文

具有自定心特征的两件式快盘组件

技术领域

[0001] 本公开内容的实施例总的来说涉及基板工艺腔室的领域。

背景技术

[0002] 在有能于受控制处理环境中处理基板(例如,半导体晶片)的一个或更多个工艺腔室中常执行常规的半导体器件形成。为了维持工艺均匀性且确保工艺腔室的最佳性能,周期性地执行多种调理操作。例如,在物理气相沉积(PVD)工艺腔室中,一个常使用的调理操作为“预烧(burn‑in)”工艺,其中设置于PVD工艺腔室中的目标被等离子体离子轰击以在执行基板工艺之前从目标移除化物或其他污染。另一常使用的调理操作为“粘合”工艺,其中在沉积于工艺腔室表面上的材料之上应用涂布以防止后续工艺期间材料从工艺腔室表面剥离并污染基板。另一操作为“预清洁”操作。在预清洁腔室中使用预清洁工艺原位移除有机残留物及原生氧化物确保了促进低接触阻抗及优秀附着性的清洁表面。
[0003] 在所有前述调理/预清洁操作中,可经由在工艺腔室中设置的基板支撑件顶部上的传送机器人定位快门盘,以防止任何材料沉积于基板支撑件上。快门盘典型地包括材料,所述材料具有机械刚性,足以抵抗因所沉积材料的额外重量而造成的变形。例如,快门盘通常包括金属合金(诸如不锈)或陶瓷(诸如)。
[0004] 然而,发明人已观察到:在调理工艺及预清洁工艺期间,快门盘升温。由于热梯度和/或盘上的沉积,快门盘可发展出来自快门盘顶部表面与底部表面之间热失配的应力,例如,造成快门盘变形(例如,端部处向上弯曲)。此翘曲/变形产生空隙,导致等离子体经由所述空隙暴露至基板支撑件。基板支撑件上的金属沉积可导致基板晶片电弧、基板晶片粘附和/或断裂、静电吸附力减少(若基板支撑件为静电卡盘)等。
[0005] 此外,快门盘通常存放在处理区域之外,且在使用期间由缓冲腔室机器人移动进入所期望的位置。为了使机器人能够处理盘,必须最小化快门盘的重量及厚度。这些较轻重量/较低厚度的快门盘在粘合工艺及预烧工艺期间变形较多。
[0006] 已尝试了多种解决方案来解决上述问题。例如,已尝试使用较低的RF功率、较长的冷却周期、和向快门盘的背侧添加冷却气体。然而,发明人已观察到:这些解决方案中没有一种足以保护基板支撑件免于所不期望的材料沉积。
[0007] 据此,此处提供改进的两件式快门盘组件。

发明内容

[0008] 此处提供使用于工艺腔室中的两件式快门盘组件。在一些实施例中,使用于工艺腔室中的快门盘组件包括:上部盘构件,所述上部盘构件具有顶部表面及底部表面,其中在底部表面的中心中形成中心对齐凹部;以及下部载具构件,所述下部载具构件具有:固体基底,所述固体基底具有上支撑表面,其中所述上支撑表面包括第一中心自定心特征,所述第一中心自定心特征设置于在底部表面的中心中形成的凹部中;以及环状外部对齐特征,所述环状外部对齐特征从下部载具的顶部表面向上突出且形成口袋部,其中上部盘构件设置于口袋部中。
[0009] 在一些实施例中,工艺腔室包括:腔室主体,所述腔室主体界定具有目标的内容积,所述目标包括待溅射的材料;基板支撑件,所述基板支撑件设置于腔室主体内,以支撑基板;使用于工艺腔室中的快门盘组件,包括:上部盘构件,所述上部盘构件具有顶部表面及底部表面,其中在底部表面的中心中形成中心对齐凹部;以及下部载具构件,所述下部载具构件具有:固体基底,所述固体基底具有上支撑表面,其中上支撑表面包括第一中心自定心特征,所述第一中心自定心特征设置于在上部盘构件的底部表面的中心中形成的凹部中;以及外部环状对齐特征,所述外部环状对齐特征从下部载具的顶部表面向上突出且形成口袋部,其中上部盘构件设置于口袋部中;以及传送机器人,所述传送机器人可移动地耦合至腔室主体,以将快门盘组件传送至基板支撑件或从基板支撑件传送快门盘组件。
[0010] 在一些实施例中,使用于工艺腔室中的用于保护设置于快门盘组件下方的基板支撑件的快门盘组件包括:上部盘构件,所述上部盘构件具有顶部表面及底部表面,其中在底部表面的中心中形成中心对齐凹部;以及下部载具构件,所述下部载具构件具有:固体基底,所述固体基底具有上支撑表面,其中上支撑表面包括第一中心自定心特征,所述第一中心自定心特征设置于在上部盘构件的底部表面的中心中形成的凹部中;以及外部环状对齐特征,所述外部环状对齐特征从下部载具的顶部表面向上突出且形成口袋部,其中上部盘构件设置于口袋部中,其中上部盘构件为经配置以使用于粘合工艺的工艺腔室目标,并且其中下部载具构件以及外部环状对齐特征形成绕着上部盘构件目标的电绝缘障碍,所述电绝缘障碍经配置以在粘合工艺期间防止电弧。
[0011] 下方更详细公开本公开内容的其他实施例及变化。附图说明
[0012] 可通过参考描绘于附图中的公开内容的示意性实施例来理解本公开内容的实施例(简短总结如上且将在下方更详细论述)。然而,注意附图仅示出本公开内容的典型的实施例,因此不被考虑为限制本公开内容的范围,因为本公开内容可允许其他等效的实施例。
[0013] 图1为适合于结合本公开内容的一些实施例来使用的示例性工艺腔室的示意图。
[0014] 图2A根据本公开内容的一些实施例描绘示例性两件式快门盘组件的部分横截面视图。
[0015] 图2B为根据本公开内容的一些实施例的示例性两件式快门盘组件的顶部视图。
[0016] 图2C根据本公开内容的一些实施例描绘机械臂机构叶片上的示例性快门盘组件的横截面透视图。
[0017] 图2D根据本公开内容的一些实施例描绘快门盘组件的自定心特征的横截面。
[0018] 图3根据本公开内容的一些实施例描绘示例性下部载具构件的横截面侧视图。
[0019] 为了便于理解,已尽可能使用相同参考标号来标示附图中共用的相同元件。附图未依比例绘制且可以为了清晰而简化。构想到一个实施例的元件及特征可有利地并入其他实施例,而无须进一步叙述。

具体实施方式

[0020] 本公开内容的实施例总的来说涉及在基板工艺腔室中使用的快门盘组件(诸如,例如半导体制造工艺腔室)且涉及并入这样的快门盘组件的基板工艺腔室。在一些实施例中,发明的设备包括使用于工艺腔室的调理及预清洁操作中的快门盘组件。发明的设备可有利地提供快门盘组件,所述快门盘组件在使用期间管理由于加热引起的盘膨胀,减少或消除了其上设置有快门盘组件的基板支撑件的暴露,由此保护设置于快门盘组件下方的基板支撑件免于所不期望的材料沉积。
[0021] 图1为用于结合本公开内容的一些实施例来使用的示例性工艺腔室100的示意图。在一些实施例中,工艺腔室100可为组合以形成多腔室处理系统(例如,群集工具)的多个腔室中的一个。或者,工艺腔室100可为独立的工艺腔室。在一些实施例中,工艺腔室100可为沉积腔室,例如,物理气相沉积(PVD)腔室。或者,工艺腔室100可为任何合适的工艺腔室,其中可使用快门盘组件以保护基板支撑件免于腔室清洁工艺和/或陈化工艺期间的损坏。
[0022] 工艺腔室100包括界定可排空工艺容积106的腔室主体102及盖组件104。腔室主体102一般包括一个或多个侧壁108及底部110。一个或多个侧壁108可为单个圆形侧壁或在具有非圆形配置的工艺腔室中为多个侧壁。侧壁一般含有快门盘组件端口112。在一些实施例中,位于工艺腔室100外部的快门存放区(garage)113可储存快门盘组件140并且将快门盘组件140经由工艺腔室100中的快门盘组件端口112移动进入工艺腔室100。壳体116一般覆盖快门盘组件端口112以维持工艺容积106内的真空的完整性。可在侧壁中提供额外的端口,例如可密封存取端口,以提供基板从工艺腔室100的入口及出口。可在侧壁和/或腔室主体102的底部中提供送端口,且所述泵送端口耦合至泵送系统,所述泵送系统排空及控制工艺容积106内的压力。
[0023] 腔室主体102的盖组件104一般支撑环状屏蔽件118,环状屏蔽件118支撑遮蔽环120。遮蔽环120一般经配置以将沉积局限至基板114经由遮蔽环120的中心暴露的部分。盖组件104一般包括目标122及磁控管124。
[0024] 目标122提供沉积工艺期间沉积于基板114上的材料,同时磁控管124增强处理期间目标材料的均匀消耗。目标122及基板支撑件126相对于彼此通过功率源128来偏压。从气源130供应惰性气体(例如,氩)至工艺容积106。在基板114与目标122之间由气体形成等离子体。等离子体内的离子被加速朝向目标122且造成材料变得从目标122去除。去除的目标材料被吸引朝向基板114且将材料的薄膜沉积在基板114上。
[0025] 基板支撑件126一般设置于腔室主体102的底部110上且在处理期间支撑基板114。快门盘组件机构132一般设置接近基板支撑件126。快门盘组件机构132一般包括支撑快门盘组件140的机器人快门臂134、及通过轴138耦合至机器人快门臂134的致动器136,以控制机器人快门臂134的位置。机器人快门臂134可在收缩位置(或图1中所展示的空出位置)与第二位置之间移动,所述第二位置将快门盘组件140直接放置在基板支撑件126之上且与基板支撑件126实质同心。致动器136可为任何装置,所述装置可适用以经由一度旋转轴138以在空出位置与第二位置之间移动机器人快门臂134。
[0026] 图2A根据本公开内容的一些实施例描绘示例性快门盘组件140的横截面侧视图。图2B为根据本公开内容的一些实施例的图2A的示例性快门盘组件的顶部视图。图2C描绘机器人快门臂134上的示例性快门盘组件的横截面透视图。图2D描绘快门盘组件140的自定心特征的横截面。图3根据本公开内容的一些实施例描绘示例性下部载具构件的横截面侧视图。为了最佳地理解本公开内容,读者应同时参考图2A至图2D及图3。
[0027] 示例性的快门盘组件140一般包括上部盘构件202及下部载具构件210。虽然此处所述为两件式组件,但快门盘组件可包括额外的部件。此外,虽然此处所述为盘,但快门盘组件及其部件可视需求而具有任何合适的几何形状,以用于保护特定工艺腔室内的基板支撑件。
[0028] 下部载具构件210及上部盘构件202可移动地设置或相对于彼此耦合,使得下部载具构件210及上部盘构件202可相对于彼此移动,例如,以允许部件独立的热膨胀及收缩。在一些实施例中,上部盘构件202可仅安置于下部载具构件210上。
[0029] 下部载具构件210支撑上部盘构件202。在一些实施例中,下部载具构件210为固体盘基底,包括支撑表面212以支撑上部盘构件202,使得上部盘构件202的底部侧面206设置于下部载具构件210的支撑表面212上。如图2A、图2C及图3中所展示,下部载具构件210为固体且没有通过盘的开口。
[0030] 载具构件210也可包括第一中心自定心特征232,第一中心自定心特征232辅助定位上部盘构件202且保持上部盘构件202一般就位(例如,以免滑离位置),同时仍允许上部盘构件202移动或变形,例如,因为热膨胀及收缩。例如,在一些实施例中,第一中心自定心特征232(也称为自对齐特征)可为从载具构件向上延伸的突出部,配合到上部盘构件202的底部表面中形成的凹部230。进一步地,第一中心自定心特征232在载具构件210的底部表面中形成孔穴234。在一些实施例中,图2D中所展示的对齐插塞250设置于机器人快门臂134中,配合到载具构件210的底部表面中形成的孔穴234,以在机器人快门臂134上自对齐整个快门盘组件140。对齐插塞250可为圆锥形(如所展示),或可具有其他几何形状以便于对齐。在一些实施例中,对齐插塞250包括穿过对齐插塞250的中心形成的开口252以用于减少重量或减少对齐插塞250移动时的惯性。在一些实施例中,对齐插塞250可被形成为机器人快门臂134的部分,或被形成为图2D中所展示的分开的工件。在一些实施例中,对齐插塞250由与机器人快门臂134相同的材料制成,或可由电绝缘材料制成,或使用电绝缘材料涂布。如图2A及图2D中所展示,中心自对齐组件218对齐了上部盘构件202、载具构件210及机器人快门臂134,机器人快门臂134在每一对齐特征之间包括空隙,以允许上部盘构件202相对于下部载具构件210径向地移动或变形,并允许下部载具构件210相对于机器人快门臂134移动,例如因为热膨胀及收缩。
[0031] 载具构件210也可包括环状外部对齐特征216,环状外部对齐特征216辅助定位上部盘构件202且保持上部盘构件202一般就位(例如,以免滑离位置),同时仍允许上部盘构件202移动或变形,例如,因为热膨胀及收缩。例如,在一些实施例中,环状外部对齐特征216可为从下部载具构件210的支撑表面向上延伸的突出部或唇部,以形成上部盘构件202可设置于其中的口袋部。形成的口袋部的内直径较上部盘构件202的外直径大,使得上部盘构件202及下部载具构件210之间形成空隙。空隙允许上部盘构件202相对于下部载具构件210径向地移动或变形,例如因为热膨胀及收缩。
[0032] 下部载具构件210可包括热稳定材料以最小化下部载具构件210的热变形。例如,下部载具构件210可包括以下中的至少一者:陶瓷、涂布石墨的碳化硅、固体碳化硅、固体烧结的碳化硅、或使用无金属烧结剂制造的固体烧结的碳化硅(诸如 可从Bridgestone获得)等。在一些实施例中,下部载具构件210可包括具有约5.6E‑6m/m K至约
22.2E‑6m/m K的热膨胀系数的材料。在一些实施例中,下部载具构件210可包括热传导材料。在一些实施例中,下部载具构件210可包括电绝缘材料。在上述任何实施例中,可由具有机械刚性的合适材料来构建下部载具构件210,所述机械刚性足以实质抵抗因上部盘构件
202及可在使用期间沉积于上部盘构件202顶上的材料的额外重量而引起的变形。在一些实施例中,材料也可为轻量,以便允许快门盘组件140容易被传送机器人操纵。在一些实施例中,由于下部载具构件210与上部盘构件202之间的热变形,可以以便于容易移动的方式来对彼此接触的下部载具构件210和/或上部盘构件202的一个或多个表面进行精加工。
[0033] 在一些实施例中,底部表面214(下部载具构件210的底部表面)可为实质平面。在其他实施例中,下部载具构件210的底部表面214可包括特征以与快门盘组件机构132的部件交界,以便于稳定及精确的移动。
[0034] 上部盘构件202的顶部表面204一般为平面且具有与快门盘组件140的中心线224实质垂直的定向。底部表面206一般也为平面且具有与快门盘组件140的中心线224实质垂直的定向。
[0035] 可由具有机械刚性的合适材料来构建上部盘构件202,所述机械刚性足以实质抵抗因上部盘构件202顶上可沉积的材料的额外重量而造成的变形。在一些实施例中,材料也可为轻量,以便允许快门盘组件140容易被传送机器人操纵。在一些实施例中,上部盘构件202可由以下所构建:金属合金(诸如,不锈钢)、金属复合物(诸如,硅化(AlSi))、或陶瓷(诸如,碳化硅)。可经由任何适于形成所期望的形状的方法来制造上部盘构件202,例如模铸、压铸、喷射铸造、喷射沉积等。在一些实施例中,上部盘构件202由与用于沉积/蚀刻基板的工艺腔室中所使用的材料相同的材料构成。
[0036] 在一些实施例中,上部盘构件202的上表面204可不为平面,而是可包括脊或其他适于工艺腔室粘合工艺的特征。
[0037] 在一些实施例中,上部盘构件202可为目标本身,且使用于粘合工艺。下部载具构件210以及外部环状对齐特征216形成绕着上部盘构件202目标的电绝缘障碍。这允许将上部盘构件202使用作为目标以用于粘合工艺,同时防止到基板支撑件的电弧。
[0038] 此外,两件式快门盘组件的优点之一为:防止电弧。因此,快门盘组件140的底部表面(即,下部载具构件210的底部表面)为绝缘的。在一些实施例中,使用电绝缘涂层来涂布下部载具构件210。在其他实施例中,整个下部载具构件210由电绝缘材料制成。在又其他实施例中,仅使用电绝缘涂层来涂布下部载具构件210的底部表面。
[0039] 在一些实施例中,快门盘组件140具有约6至约12英寸的外直径220,例如约6、8或11.85英寸。在一些实施例中,从上部盘构件202的顶部表面204至下部支撑载具210的底部表面的厚度可为约0.1至约0.25英寸,例如约0.15英寸。可使用其他大小,这取决于基板支撑件的配置及大小。在一些实施例中,快门盘组件140具有与基板114直径相等的外直径
220,公差为+/‑50mm。在一些实施例中,下部支撑载具210的内直径(ID)(即,环状对齐特征
216的ID)为11.00英寸至约11.85英寸。在一些实施例中,上部盘构件202具有比环状对齐特征216的ID要小约5英寸至约1毫米的直径。
[0040] 虽然以直径的方面来论述且称为一个盘,快门盘组件140及上部盘构件不限于圆形且可具有适合在工艺腔室中使用的任何形状,如此处所公开的。虽然以直径的方面来论述且可使用术语“盘”来描述快门盘组件及其部件,但构想到快门盘组件及这些部件的形状不需要是圆形且可具有任何形状的周长和/或开口,包括但不限于长方形、多边形、椭圆形等。
[0041] 前述内容针对的是本公开内容的实施例,但在不脱离本公开内容的基本范围的情况下,可设想本公开内容的其他及进一步的实施例,且所述范围由所附的权利要求书所确定。
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