无螺栓衬底支撑件组件的制作方法

本申请要求于2017年3月8日提交的美国专利申请no.15/452,976的优先权。上述申请的全部公开内容通过引用并入本文。

本公开涉及衬底处理系统中的衬底支撑件组件。

背景技术：

这里提供的背景描述是为了总体呈现本公开的背景的目的。在此背景技术部分以及在提交申请时不能确定为现有技术的描述的各方面中描述的范围内的当前指定的发明人的工作既不明确也不暗示地承认是针对本公开的现有技术。

衬底处理系统可用于处理诸如半导体晶片之类的衬底。可以在衬底上执行的示例性处理包括但不限于化学气相沉积(cvd)、原子层沉积(ald)、导体蚀刻、电介质蚀刻和/或其他蚀刻、沉积或清洁工艺。衬底可以布置在衬底处理系统的处理室中的衬底支撑件上，衬底支撑件例如基座、静电卡盘(esc)等。在蚀刻期间，可以将包括一种或多种前体的气体混合物引入处理室，并且可以使用等离子体来引发化学反应。

衬底支撑件可包括布置成支撑衬底的陶瓷层。例如，可以在处理期间将衬底夹持到陶瓷层上。陶瓷层可以布置在导电(例如铝)基板上。基板可以进一步设置在绝缘基座上。例如，陶瓷基板可以布置在处理室的底表面和导电基板之间。

技术实现要素：

一种衬底支撑件包括被布置为支撑陶瓷层的导电基板。所述导电基板包括沿垂直于由所述导电基板限定的水平平面的轴线延伸的第一腔。耦合组件被布置在所述第一腔内。所述耦合组件包括被配置为围绕所述轴线旋转的齿轮。布置在所述第一腔内的销沿所述轴线延伸穿过所述齿轮并进入所述导电基板下方的第二腔内。所述齿轮的旋转使所述销相对于所述导电基板向上或向下移动。所述销在所述齿轮旋转以使所述销向下移动到所述第二腔内时保持在所述第二腔内。

根据详细描述、权利要求和附图，本公开内容的适用性的进一步的范围将变得显而易见。详细描述和具体示例仅用于说明的目的，并非意在限制本公开的范围。

附图说明

根据详细描述和附图将更充分地理解本公开，其中：

图1是示例性衬底支撑件，其包括一个或多个用于连接导电基板的螺栓；

图2是根据本公开的包括衬底支撑件的示例性处理室的功能框图；

图3a和3b示出了包括根据本公开的第一示例性耦合组件的衬底支撑件。

图3c和3d示出了包括根据本公开的第二示例性耦合组件的衬底支撑件。

图4示出了包括根据本公开的第三示例性耦合组件的衬底支撑件。

图5示出了包括根据本公开的第四示例性耦合组件的衬底支撑件。

图6示出了包括根据本公开的第五示例性耦合组件的衬底支撑件。

在附图中，可以重复使用附图标记来标识相似和/或相同的元件。

具体实施方式

图1示出了包括基板14和陶瓷层18的示例性衬底支撑件10的一部分。例如，基板14可以对应于铝导电基板。可以在基板14和陶瓷层18之间形成结合层22。可以在陶瓷层18和基板14之间的结合层22的周边周围提供保护性密封件26。衬底30布置在陶瓷层18上。

衬底支撑件10可包括边缘环(例如，边缘耦合环)34。边缘环34包括内环38和外环42。在一些示例中，边缘环34可布置在耦合环46和50上。外支撑结构54可以围绕衬底支撑件10。基板14可以布置在绝缘基板58上。例如，绝缘基板58可以包括陶瓷。绝缘基板布置在处理室的底表面62和导电基板14之间。

导电基板14可以使用紧固件(例如螺栓或螺钉66)附接到处理室的绝缘基板58和/或底表面62上。例如，如图所示，螺栓66可以将导电基板14直接附接到绝缘基板58上，或者可以穿过绝缘基板58延伸到处理室的底表面62中。仅举例而言，螺栓66可以是带螺纹的，并且穿过导电基板14和/或绝缘基板58的通孔70也可以是带螺纹的。

通孔70的上端74可以配置成容纳螺栓66的头部78。例如，头部78可以具有比螺栓66的直径大的直径。在处理衬底30期间，在衬底支撑件10的各个部件之间的间隙中可能更容易发生等离子体发光和电弧放电(arcing)。例如，在导电基板14和其他导电结构(例如耦合环46和50)之间可能发生电弧放电。电弧放电也可能发生在通孔70的上端74内(例如，在导电基板14和耦合环50中的一个或多个与螺栓66之间)。换句话说，通孔70完全延伸穿过导电基板14，从而使得能在通孔70的上端74内发生电弧放电。

根据本公开的原理的系统和方法实现了耦合组件，该耦合组件被配置为将衬底支撑件的导电基板附接到支撑结构(例如，绝缘基板或等离子体处理室的底表面)。

现在参考图2，示出了示例性衬底处理系统100。仅举例而言，衬底处理系统100可以用于执行使用rf等离子体的蚀刻和/或用于执行其他合适的衬底处理。衬底处理系统100包括处理室102，处理室102包围衬底处理系统100的其他部件并包含rf等离子体。衬底处理室102包括上电极104和衬底支撑件106，例如静电卡盘(esc)。在操作期间，衬底108布置在衬底支撑件106上。虽然作为示例示出了特定衬底处理系统100和室102，但是本公开的原理可以应用于其他类型的衬底处理系统和室，例如原位产生等离子体的衬底处理系统、实现远程等离子体产生和输送(例如，使用等离子体管、微波管)的衬底处理系统等等。

仅举例而言，上电极104可包括气体分配装置，例如喷头109，其引入和分配处理气体。喷头109可包括杆部，杆部包括连接到处理室的顶部表面的一端。基部部分通常为圆柱形，并且在与处理室的顶部表面间隔开的位置处从杆部的相对端径向向外延伸。喷头的基部部分的面向衬底的表面或面板包括让处理气体或吹扫气体流过的多个孔。替代地，上电极104可包括导电板，并且可以以另一种方式引入处理气体。

衬底支撑件106包括用作下电极的导电基板110。基板110支撑陶瓷层112。在一些示例中，陶瓷层112可包括加热层，例如陶瓷多区加热板。热阻层114(例如，结合层)可以布置在陶瓷层112和基板110之间。基板110可以包括用于使冷却剂流过基板110的一个或多个冷却剂通道116。衬底支撑件106可包括边缘环118，边缘环118布置成围绕衬底108的外周边。

rf产生系统120产生rf电压并将rf电压输出到上电极104和下电极(例如，衬底支撑件106的基板110)中的一个。上电极104和基板110中的另一个可以是dc接地的、ac接地的或浮动的。仅举例而言，rf产生系统120可以包括rf电压产生器122，其产生rf电压，该rf电压由匹配和分配网络124馈送到上电极104或基板110。在其他示例中，可以感应或远程生成等离子体。尽管如为了示例目的所示出的，rf产生系统120对应于电容耦合等离子体(ccp)系统，但是本公开的原理也可以在其他合适的系统中实现，例如，仅举例而言，在变压器耦合等离子体(tcp)系统、ccp阴极系统、远程微波等离子体产生和输送系统等中实现。

气体输送系统130包括一个或多个气体源132-1、132-2、…和132-n(统称为气体源132)，其中n是大于零的整数。气体源提供一种或多种前体及其混合物。气体源还可以供应吹扫气体。也可以使用汽化的前体。气体源132通过阀134-1、134-2、…和134-n(统称为阀134)和质量流量控制器136-1、136-2、…和136-n(统称为质量流量控制器136)与歧管140连接。歧管140的输出被供给到处理室102。仅举例而言，歧管140的输出被供给到喷头109。

温度控制器142可以连接到多个加热元件，例如布置在陶瓷层112中的热控制元件(tce)144。例如，加热元件144可以包括但不限于对应于多区域加热板中的各个区域的大加热元件和/或跨多区域加热板的多个区域设置的微加热元件阵列。温度控制器142可以用于控制多个加热元件144，以控制衬底支撑件106和衬底108的温度。根据本公开的原理的每个加热元件144包括具有正tcr的第一材料和具有负tcr的第二材料，如下面更详细地描述的。

温度控制器142可以与冷却剂组件146连通以控制流过通道116的冷却剂流。例如，冷却剂组件146可以包括冷却剂泵和贮存器。温度控制器142操作冷却剂组件146以选择性地使冷却剂流过通道116以冷却衬底支撑件106。

阀150和泵152可用于从处理室102排空反应物。系统控制器160可用于控制衬底处理系统100的部件。机械手170可用于将衬底输送到衬底支撑件106上，和从衬底支撑件106去除衬底。例如，机械手170可以在衬底支撑件106和加载锁172之间传送衬底。虽然温度控制器142示出为单独的控制器，但是温度控制器142可以在系统控制器160内实现。在一些示例中，可以在陶瓷层112和基板110之间的结合层114的外周边周围提供保护性密封件176。

本公开的衬底支撑件106包括一个或多个机械耦合组件180。例如，耦合组件180被配置为将基板110附接到绝缘基板184上、到衬底处理室的底表面188上、等等。如下面更详细地描述的。

现在参考图3a和3b，示出了衬底支撑件200的包括导电基板204和绝缘基板208的部分。衬底支撑件200布置在衬底处理室216的底表面212上。为了示例的目的，省略了衬底支撑件200的其他部件(例如，陶瓷层、边缘耦合环等)。

衬底支撑件200包括布置在基板204和208的相应腔224和228内的一个或多个耦合组件220。例如，多个耦合组件220可以围绕衬底支撑件200的周边布置。耦合组件220包括销232、齿轮236和螺母240。如图所示，齿轮236是锥齿轮，但是耦合组件220可以实现其他合适类型的齿轮(例如，双曲线锥齿轮、斜方齿轮、平面齿轮等)，其被配置成将齿轮236的旋转运动转换成销232的线性(即，向上和向下)运动。图3a示出了位于绝缘基板208上方的导电基板204。图3b示出了经由耦合组件220附接到绝缘基板208上的导电基板204。

销232延伸穿过齿轮236。销232和齿轮236轴向对齐。例如，腔224和228沿垂直于由基板204限定的水平平面的轴线延伸。销232沿着腔224和228的轴线穿过齿轮236延伸。齿轮236的旋转引起销232的旋转，并且根据齿轮236的旋转方向沿着共用轴线向上移动进入腔224或向下移动通过螺母240进入腔228中。例如，销232的外表面244、齿轮236的内表面248、螺母240的内表面252可以是螺纹的。在一些示例中，腔224的内表面256可以是带螺纹的。因此，齿轮236的旋转使得齿轮236的带螺纹的内表面248与销232的带螺纹的外表面244接合，从而使销232旋转并根据齿轮236的旋转方向向上或向下移动。

当销232向下移动到螺母240中时，销232的带螺纹的外表面244与螺母240的带螺纹的内表面252接合。螺母240保持在腔228内(即，在腔228内不旋转)。例如，螺母240可以具有六边形或其他非圆形形状。因此，螺母240不在腔228内向上或向下移动。例如，螺母240可以保持在室260内，室260也可以具有六边形形状。以这种方式，当齿轮236旋转以将基板204安装在基板208上时，销232(例如，通过齿轮236和/或腔224的带螺纹的内表面256以及通过腔228的螺母240)被保持在腔224和228中的每个内。

在一示例中，基板204包括互补的锥齿轮或小齿轮264。小齿轮264与齿轮236啮合。因此，齿轮264的旋转转移到齿轮236。例如，小齿轮264在与齿轮236的轴线垂直的轴线上旋转。在一示例中，小齿轮264可以使用可移除工具或键268旋转。例如，工具268可以被接纳在小齿轮280的暴露的外表面272上的插座、插槽或其他特征内。在其他示例中，包括小齿轮280的可拆卸工具276可以实现为单件。

在图3c和3d中，耦合组件220构造成以类似于图3a和3b所述的耦合组件220的方式操作。然而，当如图3c所示，导电基板204位于绝缘基板208上方时，销232已经保持在绝缘基板208中的螺母240内。换句话说，销232被布置成从绝缘基板208面向上而不是如图3a所示从导电基板204面向下。因此，旋转齿轮236致使销232向上移动穿过齿轮236并进入腔224内，从而将导电基板204向下拉向绝缘基板208。图3d示出了以这种方式经由耦合组件220附接到绝缘基板208上的导电基板204。

如上所述，腔224不延伸到底板204的上表面284。换句话说，基板204的上表面284不包括进入腔224的开口。因此，腔224、销232等和衬底支撑件200的其他部件(例如，边缘环和布置在衬底204上的其他结构)之间的间隙被消除。

图4示出了耦合组件220的另一示例性布置。在该示例中，腔延伸穿过绝缘基板208并且在处理室216的底表面212下方。室260和螺母240布置在底表面212下方(例如，在室216的下壁中)。因此，销232完全穿过基板208并保持在室216的底表面212下方的螺母240内。

图5示出了耦合组件220的另一示例性布置。在该示例中，导电基板直接安装在室216的底表面212上，并且去除了绝缘基板208。因此，室260和螺母240布置在底表面212下方，并且销232保持在室216的底表面212下方的螺母240内，类似于图4中所示的示例。

图6示出了耦合组件220的另一示例布置。在该示例中，耦合组件220的方位相对于图3-5中所示的示例反转(即，上下颠倒)。因此，齿轮236、小齿轮264和腔224位于绝缘基板208内，而室260和螺母240位于导电基板204内。

尽管提供了若干示例，但是可以实现耦合组件220在导电基板204和/或绝缘基板208内的其他合适布置。

前面的描述本质上仅仅是说明性的，并且绝不旨在限制本公开、其应用或用途。本公开的广泛教导可以以各种形式实现。因此，虽然本公开包括特定示例，但是本公开的真实范围不应当被如此限制，因为在研究附图、说明书和所附权利要求时，其他修改将变得显而易见。应当理解，在不改变本公开的原理的情况下，方法中的一个或多个步骤可以以不同的顺序(或同时地)执行。此外，虽然每个实施方式在上面被描述为具有某些特征，但是相对于本公开的任何实施方式描述的那些特征中的任何一个或多个，可以在任何其它实施方式的特征中实现和/或与任何其它实施方式的特征组合，即使该组合没有明确描述。换句话说，所描述的实施方式不是相互排斥的，并且一个或多个实施方式彼此的置换保持在本公开的范围内。

使用各种术语来描述元件之间(例如，模块之间、电路元件之间、半导体层之间等)的空间和功能关系，各种术语包括“连接”、“接合”、“耦合”、“相邻”、“紧挨”、“在...顶部”、“在...上面”、“在...下面”和“设置”。除非将第一和第二元件之间的关系明确地描述为“直接”，否则在上述公开中描述这种关系时，该关系可以是直接关系，其中在第一和第二元件之间不存在其它中间元件，但是也可以是间接关系，其中在第一和第二元件之间(在空间上或功能上)存在一个或多个中间元件。如本文所使用的，短语“a、b和c中的至少一个”应当被解释为意味着使用非排他性逻辑或(or)的逻辑(a或b或c)，并且不应被解释为表示“a中的至少一个、b中的至少一个和c中的至少一个”。

在一些实现方式中，控制器是系统的一部分，该系统可以是上述示例的一部分。这样的系统可以包括半导体处理设备，半导体处理设备包括一个或多个处理工具、一个或多个室、用于处理的一个或多个平台、和/或特定处理部件(晶片基座、气体流系统等)。这些系统可以与用于在半导体晶片或衬底的处理之前、期间和之后控制它们的操作的电子器件集成。电子器件可以被称为“控制器”，其可以控制一个或多个系统的各种部件或子部件。根据处理要求和/或系统类型，控制器可以被编程以控制本文公开的任何工艺，包括处理气体的输送、温度设置(例如加热和/或冷却)、压力设置、真空设置、功率设置、射频(rf)产生器设置、rf匹配电路设置、频率设置、流率设置、流体输送设置、位置和操作设置、晶片转移进出工具和其他转移工具和/或与具体系统连接或通过接口连接的加载锁。

概括地说，控制器可以定义为电子器件，电子器件具有接收指令、发出指令、控制操作、启用清洁操作、启用端点测量等的各种集成电路、逻辑、存储器和/或软件。集成电路可以包括存储程序指令的固件形式的芯片、数字信号处理器(dsp)、定义为专用集成电路(asic)的芯片、和/或一个或多个微处理器、或执行程序指令(例如，软件)的微控制器。程序指令可以是以各种单独设置(或程序文件)的形式发送到控制器的指令，单独设置(或程序文件)定义用于在半导体晶片或系统上或针对半导体晶片或系统执行特定工艺的操作参数。在一些实施方式中，操作参数可以是由工艺工程师定义的配方的一部分，以在一或多个(种)层、材料、金属、氧化物、硅、二氧化硅、表面、电路和/或晶片的管芯的制造期间完成一个或多个处理步骤。

在一些实现方式中，控制器可以是与系统集成、耦合到系统、以其它方式联网到系统或其组合的计算机的一部分或耦合到该计算机。例如，控制器可以在“云”中或是晶片厂(fab)主机系统的全部或一部分，其可以允许对晶片处理的远程访问。计算机可以实现对系统的远程访问以监视制造操作的当前进展、检查过去制造操作的历史、检查多个制造操作的趋势或性能标准，改变当前处理的参数、设置处理步骤以跟随当前的处理、或者开始新的处理。在一些示例中，远程计算机(例如服务器)可以通过网络(其可以包括本地网络或因特网)向系统提供工艺配方。远程计算机可以包括使得能够输入或编程参数和/或设置的用户界面，然后将该参数和/或设置从远程计算机发送到系统。在一些示例中，控制器接收数据形式的指令，其指定在一个或多个操作期间要执行的每个处理步骤的参数。应当理解，参数可以特定于要执行的工艺的类型和工具的类型，控制器被配置为与该工具接口或控制该工具。因此，如上所述，控制器可以是例如通过包括联网在一起并朝着共同目的(例如本文所述的工艺和控制)工作的一个或多个分立的控制器而呈分布式。用于这种目的的分布式控制器的示例是在与远程(例如在平台级或作为远程计算机的一部分)的一个或多个集成电路通信的室上的一个或多个集成电路，其组合以控制在室上的工艺。

示例系统可以包括但不限于等离子体蚀刻室或模块、沉积室或模块、旋转漂洗室或模块、金属电镀室或模块、清洁室或模块、倒角边缘蚀刻室或模块、物理气相沉积(pvd)室或模块、化学气相沉积(cvd)室或模块、原子层沉积(ald)室或模块、原子层蚀刻(ale)室或模块、离子注入室或模块、轨道室或模块、以及可以与半导体晶片的制造和/或制备相关联或用于半导体晶片的制造和/或制备的任何其它半导体处理系统。

如上所述，根据将由工具执行的一个或多个处理步骤，控制器可以与一个或多个其他工具电路或模块、其它工具部件、群集工具、其他工具接口、相邻工具、邻近工具、位于整个工厂中的工具、主计算机、另一控制器、或在将晶片容器往返半导体制造工厂中的工具位置和/或装载口运输的材料运输中使用的工具通信。