用于改善工艺均匀度的衬底晕配置

相关申请的交叉引用

本申请主张2021年5月25日提交的申请号为17/329,883的美国非临时专利申请的优先权，该申请的全部内容通过引用并入本文中。

技术领域

本公开的实施例涉及半导体工件处理，且更具体来说，涉及利用衬底晕达成工艺均匀度的半导体工件处理。

背景技术

对于等离子体辅助(plasma-aided)装置处理及离子束辅助(ion beam-aided)装置处理来说，目标常常是在整个衬底上产生工艺均匀度。例如半导体晶片等衬底常常被定位成由硬件(例如，晕)环绕以保护未被设计成接收等离子体或离子束处理的处理室、衬底或其他组件。尽管衬底的大部分可受到相对均匀的处理，但频繁观察到在衬底的周边附近存在边缘效应，其中所述边缘效应可包括不均匀的处理结果、以及污染、颗粒产生及其他非期望的结果。

针对于这些及其他考虑因素，提供本公开。

发明内容

在一个实施例中，一种衬底总成可包括外晕，所述外晕包含第一材料并界定第一孔。衬底支架可包括晕环，其中所述晕环包含第二材料且至少局部地设置在所述第一孔内。所述晕环可界定同心地定位在所述第一孔内的第二孔，其中所述晕环耦合成在其中容置衬底。

根据本公开示例性实施例的一种衬底总成可包括外晕以及晕环，所述外晕界定第一孔，所述晕环至少局部地设置在所述第一孔内，所述晕环界定同心地定位在所述第一孔内的第二孔，其中所述晕环被耦合成在其中容置衬底，其中所述外晕及所述晕环至少局部地由硅、碳化硅、经掺杂硅、石英及陶瓷中的一者形成。

根据本公开示例性实施例的一种衬底支架总成可包括衬底台板、晕环及外晕，所述衬底台板被设置成在衬底位置处支撑衬底，所述晕环设置在所述衬底位置周围，所述外晕设置在所述晕环周围且界定第一孔，其中所述外晕被设置成与所述晕环啮合，所述晕环至少局部地设置在所述第一孔内，所述晕环界定同心地定位在所述第一孔内的第二孔，其中所述外晕及所述晕环至少局部地由硅、碳化硅、经掺杂硅、石英及陶瓷形成。

根据本公开示例性实施例的一种处理设备可包括处理室、以及设置在所述处理室中的衬底支架总成，所述衬底支架总成包括衬底台板、晕环以及外晕，所述衬底台板被设置成在衬底位置处支撑衬底，所述晕环设置在所述衬底位置周围，所述外晕设置在所述晕环周围且被构造成与所述晕环啮合，其中所述外晕及所述晕环至少局部地由硅、碳化硅、经掺杂硅、石英及陶瓷形成。

附图说明

附图示出本公开的实例性方式，包括本公开原理的实际应用，附图如下：

图1A是示出根据本公开实施例的处理设备的侧视图的示意图；

图1B是示出根据本公开实施例的衬底支架总成的正视图的示意图；

图1C是示出根据本公开实施例的另一处理设备的侧视图的示意图；

图2A是示出根据本公开实施例的另一衬底支架总成的前透视图；

图2B是沿图2A的切割线A-A截取的剖视图；

图2C是根据本公开的紧固件的剖视图；

图3是根据本公开实施例的附加的衬底支架总成的透视剖视图。

附图未必按比例绘制。附图仅为示意图，并非旨在描绘本公开的具体参数。附图旨在示出本公开的实例性实施例，且因此不应被视为对范围的限制。在附图中，相同的编号表示相同的元件。

具体实施方式

现在将在下文中参照附图更充分地阐述本公开实施例，在附图中示出了一些实施例。本公开的主题可实施为许多不同的形式且不应被视为仅限于本文所述实施例。提供这些实施例是为了使本公开将透彻及完整，并将向所属领域中的技术人员充分传达所述主题的范围。在附图中，相同的编号自始至终指代相同的元件。

除非另外指明，否则本文中所使用的以单数形式进行描述且前面带有词“一(a或an)”的元件或操作被理解为也可能包括多个元件或多个操作。此外，已在一个或多个元件或组件的上下文中阐述了各种实施例。元件或组件可包括被配置成执行某些操作的任意结构。尽管可以举例方式在某一拓扑结构(topology)中以有限数目的元件阐述实施例，但实施例在给定实施方式所期望的替代拓扑结构中可包括更多或更少的元件。注意，每当提及“一个实施例”或“实施例”时均是指结合所述实施例阐述的特定特征、结构或特性包括在至少一个实施例中。在说明书各处出现的短语“在一个实施例中”、“在一些实施例中”及“在各种实施例中”未必全部指同一实施例。

现在参照图1A，其示出了处理设备100，其中处理设备100可用于处理例如半导体晶片等衬底。处理设备100包括处理室102。处理室102包括衬底支架总成106，其中以下将详细阐述衬底支架总成106的结构及功能。简单地说，衬底支架总成106可包括衬底台板108、外晕112以及晕环114，衬底台板108被设置成固持衬底110。外晕112以及晕环114可被可移除地紧固到晕基115(如下面进一步阐述)且可充当衬底总成116以调整并改善对衬底的处理。如在图1A中所示，处理室102可包含用于对设置在衬底总成116中的衬底110进行处理的处理物质104。

如进一步在图1A中所示，外晕112界定第一孔，第一孔的边缘由A1示出，而晕环114界定第二孔，第二孔的边缘由A2示出，其中第二孔同心地定位在第一孔内。如图所示，晕环114可被耦合成在第二孔内容置衬底110。

根据不同实施例的处理设备100可为用于对衬底110实行刻蚀操作的刻蚀工具、沉积工具或刻蚀工具与沉积工具的组合。在一些实施例中，处理设备100可为用于将被植入的物质引入到衬底110中的植入工具。这样一来，处理设备100可为基于等离子体的工具，包括例如反应性离子刻蚀工具的等离子体刻蚀工具、等离子体掺杂(plasma doping，PLAD)设备、等离子体辅助化学气相沉积(plasma assisted chemical vapor deposition，PECVD)工具、离子束工具、反应性离子束刻蚀工具或其他工具。

如在图1A中示意性地示出，处理设备100可产生并含有处理物质104，其中处理物质104可表示用于对衬底110实行衬底处理的恰当物质。因此，处理物质可包括离子、反应性离子、反应性中性粒子(reactive neutral)、植入物质等。尽管处理物质104被示出为包含在处理室102内，但在各种实施例中，处理设备100可包括多个与处理室102分离的室，包括离子源、等离子体源。在其他实施例中，处理室102可为等离子体室。实施例并不仅限于此上下文。

现在转向图1B，图1B示出了衬底总成116的一个实施例的正视图。在此实例中，处理物质104被构造为在所示笛卡尔(Cartesian)座标系的X-Y平面内以横截面显示的细长离子束或带状束。可如在已知设备中一样通过提取板(extraction plate)从等离子体室提供所述带状束。现在参照图1C，其示出了处理设备150，其中处理设备150包括邻近上于述处理室102的等离子体室152。处理物质104如在已知设备中一样作为带状束从等离子体室152中的等离子体154提取出。

如在图1B及图1C中所示，可在一些实施例中沿与所示笛卡尔座标系的Y轴平行的方向对衬底支架总成106进行扫描，如由箭头所示。在一些实施例中，含有处理物质104的带状束可由宽度W表征，其中宽度W超过衬底直径D

根据各种实施例，外晕112可由第一材料形成，例如由任意适当的材料(例如，硅、碳化硅、经掺杂硅、石英、陶瓷等)形成。举例来说，外晕112可由多个贴片(如下面进一步阐述)形成。在各种实施例中，晕环114可由第二材料形成，其中第二材料可相同于第一材料(例如，硅、碳化硅、经掺杂硅、石英、陶瓷等)或者可不同于第一材料。

在各种实施例中，晕环114可以可逆地拆卸的方式被耦合到外晕112，如以下所详细阐述。晕环114因此可表示任意数目的不同的晕环，其中晕环114的材料可根据特定的应用进行选择。因此，一个晕环114可代替另一晕环，从而使得能够因磨损或损坏而进行替换。另外，在恰当时，由第一晕环材料制成的第一晕环可代替由不同的第二晕环材料制成的第二晕环。举例来说，当衬底110的材料发生改变或当处理设备100的处理条件被充分更改时，将晕环114与另一晕环进行交换可为恰当的。

在晕环114可模仿衬底110的某些性质的意义上来说，根据本公开的各种实施例的衬底总成116的一个功能是有效地延长衬底110的直径。作为实例，当衬底110是硅晶片或硅合金晶片时，晕环114可由例如硅、碳化硅、经掺杂硅、石英、或陶瓷(例如，氧化钇/氧化锆掺合物)等类似的材料构成。通过此种方式，可减小或消除处理物质104原本在衬底110的边缘附近产生的边缘效应，因为衬底110及晕环114对于处理物质104而言“看起来”就像具有直径D

作为参考，在已知的晕配置中，晕可为由例如钛等金属形成的整体式部件，以在离子束或等离子体的处理下提供机械鲁棒性及热鲁棒性(mechanical and thermalrobustness)。这样一来，可至少部分地由于衬底与晕之间的材料差异而在衬底与晕交汇的区域附近产生边缘效应。

根据一些非限制性实施例，直径D

再次参照图1A，晕环114可具有形成在其前表面的径向最外边缘中的环形的第一凹槽或肩部120(在下文中，被称为“第一肩部120”)、以及形成在其前表面的径向最内边缘中的环形的第二凹槽或肩部122(在下文中，被称为“第二肩部122”)。外晕112可具有形成在其后表面的径向最内边缘中的环形的凹槽或肩部124(在下文中，被称为“肩部124”)，其中外晕112的肩部124被设置成与晕环114的第一肩部120进行面对的匹配邻接，其中晕环114的前表面与外晕112的前表面共面。晕环114的第二肩部122可具有与衬底110的厚度相等的深度且可界定用于接收衬底110的扩孔(counterbore)，其中衬底110的前表面与所示出的晕环114的前表面共面。

在各种实施例中，根据本公开的衬底总成可还包括紧固件总成，其中紧固件总成适于将外晕112及晕环114可逆地贴附到晕基115(参见图1A)。举例来说，参照图2A，根据本公开的衬底总成200可包括上部晕112A及下部晕112B，其中晕环114同心地配置在上部晕112A内。如图所示，上部晕112A由多个贴片形成且下部晕112B由多个贴片形成。在各种替代性实施例中，上部晕112A可由单个贴片形成和/或下部晕112B可由单个贴片形成。本公开在此方面不受限制。衬底总成200还包括被配置为多个紧固件206的紧固件总成，所述紧固件总成将晕环114、上部晕112A及下部晕112B耦合到晕基115。

参照图2B，其示出穿过图2A的截面A-A、延伸穿过紧固件206中的一者的剖视图。如本文中所示，紧固件206可包括螺柱214，其中螺柱214可由陶瓷或经涂布材料形成。螺柱214可包括头部分214A及柄部分214B，头部分214A被设置成与外晕112及晕环114的前表面进行平的啮合(且如图所示，视需要设置在形成在其中的扩孔内)，柄部分214B从头部分214A延伸穿过外晕112或晕环114且穿过晕基115。柄部分214B可界定面对晕基115的背面且与晕基115的背面间隔开的各自的肩部214C。紧固件206可还包括由弹性材料(例如，弹簧钢、塑料、复合材料等)形成的大体U形的保持夹216。保持夹216可包括第一指216A及第二指216B，第一指216A及第二指216B中形成有各自的凹槽218A、218B。当如图中2B所示可操作地安装保持夹216时，螺柱214的柄部分214B可设置在凹槽218A、218B内，且第一指216A及第二指216B可被压缩固持(即，朝彼此压缩)在柄部分214B的肩部214C与晕基115的后表面之间。因此，保持夹216可在螺柱214的柄部分214B上施加向后的力，将螺柱214的头部分214A朝晕基115的前表面拉动以固持外晕112及晕环114与晕基115牢固地啮合。

在示例性实施例中，由紧固件206产生的最大固持力可为1lb到1.5lb。对夹紧力的此种限制有助于确保外晕112及晕环114在固持力的压力下不会破裂，尤其是在其中外晕112及晕环114是由例如硅等脆性材料制成的实施例中。

参照图2C，图2C是示出替代性紧固件306的剖视图。在上述紧固件总成的各种实施例中，紧固件306可代替紧固件206中的一个或多个紧固件206。紧固件306可包括由陶瓷或经涂布材料形成的螺柱314。螺柱314可包括头部分314A及柄部分314B，头部分314A被设置成与外晕112及晕环114的前表面进行平的啮合(且如图所示，视需要设置在形成在其中的扩孔内)，柄部分314B从头部分314A延伸穿过外晕112或晕环114且穿过晕基115。柄部分314B可具有靠近晕基115的背面设置的螺纹端314C。紧固件306可还包括螺旋弹簧316，螺旋弹簧316被设置在晕基115的背面的扩孔318中并环绕螺柱314的柄部分314B。紧固件306可还包括螺母320，螺母320与螺柱314的螺纹端314C进行螺纹啮合且在扩孔318内在螺母320与晕基115的后表面322之间压缩螺旋弹簧316。因此，当螺母在螺纹端314C上被拧紧时，由螺旋弹簧316施加在螺母320上的向后的力增加，将螺柱314的头部分314A朝晕基115的前表面拉动以固持外晕112(或晕环11)与晕基115牢固地啮合。

在示例性实施例中，由紧固件306产生的最大固持力可为1lb到1.5lb。对夹紧力的此种限制有助于确保外晕112及晕环114在固持力的压力下不会破裂，尤其是在其中外晕112及晕环114是由例如硅等脆性材料制成的实施例中。

转向图3，其示出了根据本公开的衬底总成400的实施例，其中晕环402包括外环406以及设置在外环406内的内环404。内环404可如上所述界定第二孔。外环406与内环404可通过被示出为间隔件408的间隙或间隔件而彼此分离或彼此电隔离。在一些实施例中，外环406包含第一环材料，且内环404包含不同于第一环材料的第二环材料。根据一些实施例，内环404可被施加电偏压，或外环406可被施加电偏压，而在一些实施例中，内环404与外环406可被各别地耦合成接收不同的电偏压，如分别由电压源410及电压源412所示。在一些实施例中，衬底台板108也可被耦合到电压源420，而外晕112单独地被耦合到电压源422。因此，在操作期间，被施加到内环404及外环406的电压可彼此相同或不同。另外，可采用与被施加到衬底台板108的电压相同的电压或与被施加到衬底台板108的电压不同的电压对内环404和/或外环406施加偏压。类似地，外晕112可被耦合成接收与被施加到内环404、外环406及衬底台板108中的任一者的电压相同或不同的电压。

在一个实施例中，内环404、外环406或二者可被构造成与被提供到衬底110的任何加热独立地接受加热，如分别由加热器416及加热器418所示。根据不同的实施例，外环406及内环404可被耦合成接收彼此不同的温度。衬底台板108或衬底110可被耦合到加热器424以分别从内环404及外环406被加热，而外晕112独立地被耦合到加热器426。因此，该些组件可被加热到与衬底总成400的其他组件的温度相同或不同的温度。

可灵活地配置晕环(例如，晕环402)以界定多个平面，例如用于内环404的第一平面以及用于外环406的第二平面。因此，通过独立于衬底台板或独立于外晕向晕环或内晕环及外晕环提供偏压或加热，可仔细地调整或控制衬底的周边附近的局部环境，以虑及边缘效应并改善工艺均匀度。

在其中与对硅晶片的刻蚀相结合地在离子束刻蚀系统中采用硅晕的特定实施例中，晶片上的刻蚀速率变化从不使用晕环时为5％的不均匀度改善为使用晕环时1％的均匀度。

综上所述，本文中所述的实施例提供至少以下技术优点。第一个优点是本公开实施例通过提供可拆卸的晕环而在减小边缘效应方面提供灵活性，其中可改变晕环的材料来适应衬底变化或工艺变化。第二个优点是使用窄的插入件(narrow insert)作为晕环使得能够轻易地更换材料以适应磨损。

本公开的范围不受本文所述的具体实施例限制。实际上，通过阅读以上说明及附图，除本文所述的实施例以外的本公开的其他各种实施例及对本公开的各种修改对所属领域中的普通技术人员来说也将显而易见。因此，这些其他实施例及修改均旨在落于本公开的范围内。此外，本文中已在用于特定目的的特定环境中的特定实施方式的上下文中阐述了本公开。所属领域中的普通技术人员将认识到，其适用性并不仅限于此且本公开可出于任意数目的目的而有益地实施于任意数目的环境中。因此，以上提出的权利要求应根据本文所述本公开的全部广度及精神来加以解释。