CN109890999B - 用于等离子体处理***的承载板 - Google Patents

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Abstract

一种用于接纳晶片的承载板包括限定在承载板的顶表面上的中间部分中的凹穴，并具有表面直径。凹穴限定衬底支撑区域。承载板的保持特征被限定在凹穴的外边缘处。承载板的锥形部分从保持特征延伸到外径。锥形部分配置成接纳聚焦环。承载板的底表面配置成位于在处理室中使用的基座上方。多个晶片支撑件设置在衬底支撑区域的顶表面上，以在接纳晶片时支撑晶片。

Description

用于等离子体处理***的承载板
技术领域
本发明涉及半导体处理工具中使用的结构，尤其涉及用于支撑在基座上的半导体晶片的承载板结构，以及使用所述承载板结构进行传送的方法。
背景技术
在诸如等离子体增强化学气相沉积(PECVD)之类的晶片处理中，采用承载环组件将晶片从一个站传送到另一个站。为了将晶片从一个处理站提升并定位在下一个站上，在承载环组件中采用保持特征。保持特征设计成在晶片边缘下方延伸，但在处理定位期间不接触晶片边缘。这种布置在晶片边缘周围留下许多间隙。因此，在热PECVD工艺中，晶片边缘较冷，经历与晶片的其余部分不同的RF耦合，在间隙中经历潜在或周期性的寄生等离子体点燃，从而破坏RF功率的处理，并且可能导致许多其他有害的问题。此外，由于当晶片围绕处理工具转位时承载环与晶片形成接触和断开接触，处理室中产生的颗粒很可能迁移并沉积在晶片边缘上，从而影响管芯产量。
只要保持一定量的边缘排除区(例如，3mm)，在晶片边缘处 (在该晶片边缘处，晶片悬挂在承载环保持特征上)的温度不连续性是可容忍的，其中在边缘排除区不形成晶片管芯。然而，由于制造商将边缘排除区向外推得更远(例如，约1.8mm或更小)，该悬垂区域越来越成为要克服的竞争劣势和工程挑战的来源。
此外，上述缺陷导致膜厚度和其他性能指标的各种不均匀性的来源。对于采用机械手通过升降销将晶片直接传送到基座或卡盘上的处理模块，这种变化可能导致性能问题。不均匀性成为问题，特别是在具有多个处理站的处理模块中，例如在由Lam ResearchCorporation制造的四站处理模块中。为了克服这些问题，采用了使用承载环的无环晶片传送机构。然而，承载环需要协调、附加机构(例如，主轴马达)和更多自动化。此外，采用承载环的晶片传送机构需要在接纳晶片的凹穴中的不可接受的造成运输期间的累积传递(handoff)误差的大的径向间隙。在晶片传送机构中，承载环没有完全在晶片下方延伸，而是刚好在晶片边缘处或刚好超出晶片边缘处开始。此外，为了保持竞争优势，较新的工艺要求高精度特征位于非常靠近晶片边缘的位置，即刚好由承载环保持特征占据的区域。为了提供这样的优点，必须消除或显著减少在晶片背面上的沉积，特别是在晶片边缘处的背面上的沉积。
正是在这样的背景下，本发明的实施方案出现了。
发明内容
本公开的实施方案提供了***、装置和方法，其采用在接纳晶片时支撑晶片的可拆卸承载板，其能够实现类似于承载环状晶片传送的工艺，但没有承载环状晶片传送的缺点。举例来说，承载板克服了无环晶片传送机构和其他晶片传送机构的限制。承载板具有凹穴，在处理期间晶片放置在该凹穴中，并且承载板配置成搁置在基座上。当晶片需要被运输到不同的站时，其上具有晶片的承载板可以被提升并移动到另一个基座。因此，通过传送承载板可以实现晶片从一个站到另一个站的传送，而不需要从承载板的支撑表面提升晶片。
在用于沉积(例如PECVD)的处理室的特定示例中，晶片被接纳并支撑在承载板上，承载板接纳在处理室的基座上。承载板包括凹穴，该凹穴在接纳晶片时覆盖至少延伸晶片直径的表面。凹穴的侧面和底部是连续的，因为它们由单个部件结构形成。凹穴限定衬底支撑区域。在一个实施方案中，晶片在处理和传送期间保持与承载板接触。结果，当移动承载板以实现晶片传送时，这种移动不需要与晶片形成或断开接触。承载板的这种设计还消除了晶片边缘下方的间隙。通过将间隔特征直接制造到承载板的衬底支撑区域中，可以使晶片承载板间隔特征(例如提供最小接触区域的小凸块) 非常小。这种间隔特征的精确制造使晶片下侧上的间隙最小化。在一个实施方案中，可以通过使用用于承载板的陶瓷和用于基座的金属来设计混合晶片接纳机构。这种混合结构保留了环传送机构的简单性和吞吐量优势，同时解决了环传送机构的局限性。
本文讨论的各种实施方案提供了与传统晶片传送机构相比的许多益处。这些益处中的一个包括消除晶片边缘的温度不连续性。另一益处是消除了晶片边缘周围的间隙，这可能导致寄生等离子体点燃或不连续的高频传输阻抗。由于承载板提供在晶片下方延伸并围绕晶片边缘附近的关键区域缠绕的高精度凹穴特征，因此减少了晶片边缘和下侧的颗粒污染。当承载板与晶片作为一个单元从一个站移动到另一个站时，承载板保持与晶片接触。结果，不需要单独的传送机构来将晶片提升到凹穴外。承载板提供了表面，通过机械手可以高精度地将晶片放置在该表面上，而不会引起偏心传递，例如传统的主轴-承载环传递中涉及的那些。通过组合在晶片下面的高精度的陶瓷表面和接纳承载板的低成本金属(例如铝)基座，承载板提供了低成本的解决方案。
在一个实施方案中，公开了一种用于处理晶片的处理室。处理室包括基座，该基座配置成接纳承载板。基座具有顶表面和环形表面。基座的顶表面限定在承载板的中间部分中并且延伸表面直径。基座的环形表面通过由限定了第一高度的向下的台阶而与顶表面分离。环形表面从顶表面的表面直径向外延伸到基座的外径。承载板具有限定在承载板的顶表面上的中间部分中的凹穴，并且至少延伸到表面直径。保持特征设置在凹穴的外边缘附近。锥形部分从保持特征延伸到基座的外径。当接纳晶片时，凹穴限定了用于支撑晶片的衬底支撑区域。多个承载支撑件沿基座的顶表面分布。当接纳晶片时，多个承载支撑件限定了为承载板提供可靠支撑的最小接触区域。
在另一实施方案中，公开了一种用于接纳晶片的承载板。承载板包括限定在承载板的中间部分中的凹穴，并具有表面直径。凹穴限定衬底支撑区域。在承载板中在凹穴的外边缘处限定保持特征。锥形部分限定在承载板中并且配置成从保持特征延伸到外径。锥形部分配置成接纳聚焦环。承载板的底表面配置成位于基座上方。多个晶片支撑件设置在衬底支撑区域的顶表面上，以在接纳晶片时支撑晶片。
根据以下结合通过示例的方式图解本发明的原理的附图的详细描述，本发明的其他方面和优点将变得显而易见。
附图说明
图1A根据一个实施方案示出了一种衬底处理***，其用于处理晶片，例如，以在其上形成膜。
图1B根据一个实施方案示出了一种被配置为在晶片上执行沉积工艺的衬底处理***。
图1C-1、图1C-2和图1C-3示出了根据替代实施方案的用于处理晶片的衬底处理***。
图1D示出了根据一个实施方案的衬底处理***的多站室的横截面视图，该多站室被配置为在晶片上执行沉积工艺。
图2A示出了根据一个实施方案的衬底处理***的多站处理工具的俯视图，其中提供了四个处理站并且使用蜘蛛状叉来移动承载板。
图2B示出了根据一个实施方案的图2A中所示的衬底处理***的多站处理工具的实施方案的示意图，其具有入站加载锁和出站加载锁。
图3示出了根据替代实施方案的具有用于移动承载板的晶片叶片的衬底处理***的多站处理工具的俯视图。
图4示出了根据一个实施方案的多站处理工具的处理站的示例配置的俯视图。
图5A示出了根据本发明的实施方案的在衬底处理***中的基座 300的周边部分的横截面图，承载板被接纳在基座300上。
图5A-1示出了根据本发明的实施方案的接纳在图3中标识的凹穴中的晶片的边缘部分的扩大图。
图5B示出了根据本发明的替代实施方案的晶片的周边部分的横截面视图，其包括用于接纳聚焦环的承载板。
图5C-1和图5C-2示出了根据本发明的替代实施方案的晶片的周边部分的横截面视图，其包括用于接纳聚焦环的承载板。
图5D-1和图5D-2示出了根据本发明的替代实施方案的接纳在承载板上的晶片的周边部分的横截面视图。
图5E示出了根据本发明的实施方案的识别静电卡盘装置的细节的承载板的横截面图。
图5E-1示出了根据本发明的实施方案的接纳在承载板的凹穴中的晶片的周边部分的扩大图，其标识了承载板的细节。
图5F-1示出了根据本发明的实施方案的承载板的放大的横截面图，该承载板包括分布在基座主体中的处于脱离状态的多个升降销。
图5F-2示出了根据本发明的实施方案的具有处于接合状态的多个升降销的承载板的横截面视图。
图6示出了根据一个实施方案的用于控制***的控制模块(即，控制器)。
具体实施方式
本公开的实施方案提供了用于处理室的承载板的各种细节。承载板可以用在包括一个基座或多个基座的处理室中。在一种配置中，如果处理室包括一组基座，则处理室将具有类似的一组承载板。将晶片装载到承载板上，并且可以将承载板从一个基座移动到另一个基座，而不从相应的承载板移除晶片。在一种配置中，当传送承载板时，***可以例如通过旋转组件同时传送所有承载板。以这种方式，所有承载板被传送到不同的基座，以使得能够在处理室中进一步处理。应该理解，本发明的实施方案可以以诸如工艺、装置、***、器件或方法等多种方式来实现。下文描述若干实施方案。
膜的沉积可以在等离子体增强化学气相沉积(PECVD)***中实现。该PECVD***可以采取许多不同的形式。该PECVD***包括适合晶片处理的一个或多个室或“反应器”。每个室可以包括多个站以容纳供处理的一个或多个晶片。所述一个或多个室将晶片保持在一个或多个限定的位置(在该位置内有或没有例如旋转、振动或其它搅动等运动)。进行沉积的晶片在处理过程中可以传送进出反应器室，并且在反应器室内从一个站传送到另一个站。当然，膜沉积可以完全在单个的站发生或膜的任何部分可以在任何数目的站沉积。
在处理中的同时，晶片由被接纳在基座上的承载板、晶片卡盘和/ 或其他支撑装置保持在合适的位置。对于某些操作，该装置可包括加热器 (例如加热板)以加热晶片。
图1A示出了示例性的衬底处理***100，其用于处理晶片101。该***包括具有上室部分102a与下室部分102b的处理室102。中心柱被配置为支撑基座140。在一个实施方案中，基座140是被供电的电极。在该实施方案中，基座140经由匹配网络106电连接到电源104。所述电源由控制模块110(例如，控制器)控制。控制器110被配置为通过执行由工艺输入和控制装置108提供的输入来操作衬底处理***100。工艺输入和控制装置108 可提供工艺配方输入，如功率等级、定时参数、工艺气体、控制晶片101的机械运动的输入等，以便在晶片101上沉积或形成膜。
在一个实施方案中，中心柱显示为包括升降销机构的至少一部分。升降销机构包括升降销120，升降销120由升降销控制装置122控制。在图1A所示的实施方案中，升降销被示出设置在中心柱中。应当注意，在其他实施方案中，升降销可以设置在基座140的主体中的任何位置，并且不仅限于中心柱。升降销120用于从基座140升起承载板200，以允许末端执行器或蜘蛛状叉机构从基座140的表面提升承载板或者将承载板降低到基座 140的表面上。该衬底处理***100还包括气体供应歧管112，其连接到工艺气体114，例如，来自设施的气体化学物供应源。根据正在执行中的处理，控制器110控制工艺气体114经由气体供应歧管112的输送。然后，使所选择的气体流入喷头150并分布在被限定在喷头150的在面向晶片101的面和搁置在被接纳在基座140上的承载板上的晶片101的顶表面之间的容积空间中。
此外，气体可以预先混合或不预先混合。适当的阀门和质量流量控制机构可以用来确保在工艺的沉积和等离子体处理阶段的过程中输送合适的气体。工艺气体经由出口离开室。真空泵(例如，一个或两个阶段机械干式泵和/或涡轮分子泵)用于将工艺气体抽出并通过闭环控制的流量约束装置 (例如节流阀或摆阀)而在反应器内保持适当地低的压力。
还示出了承载板200，其被接纳在基座140上。承载板200被配置为在接纳时支撑并保持晶片101。在一些实施方案中，承载板200是可拆卸的单元，其可以移入和移出处理室。在这样的实施方案中，晶片被预加载到处理室外部的承载板200上，并且带有加载的晶片的承载板200被输送到处理室中。具有预加载晶片101的承载板200被接纳在基座140上。
承载板200包括衬底支撑区域201，衬底支撑区域201限定在中心区域中并且延伸基座140的顶表面的表面直径。在一些实施方案中，表面直径至少等于正被接纳在承载板200上的晶片的直径。
基座140连接到静电卡盘(ESC)控制装置(未示出)上。通过 ESC控制装置施加到基座140的电压使得能够产生夹紧力或松脱力，用于将承载板200夹紧到基座的顶表面上或使承载板200从基座的顶表面松脱。在一些实施方案中，响应于由控制器110提供的信号，可以提供用于夹紧或松脱的电压。控制器110还配置成控制升降销机构，使得当升降销被启动时，承载板可以从基座的顶表面抬起。
图1B示出了衬底处理***的替代示例，该衬底处理***被配置为接合在处理室内。图1B的衬底处理***的部件类似于图1A中所示的衬底处理***，不同之处在于电源通过匹配网络106电连接到喷头150而不是基座140。图1A和图1B中的类似部件用相同的附图标记编号。
图1C-1示出了与图1A中所示的示例性衬底处理***不同的衬底处理***100的示例。在图1A和图1C-1中共同的部件使用相同的附图标记编号。在此应该注意的是，多个附图中示出的各种部件的尺寸被放大以便识别部件并且不是实际尺寸的真实表示。图1C-1的基座140'包括延伸外径的顶表面。在该示例中，基座140'没有包括环形表面。承载板200'被接纳在基座 140'上方。承载板200'的底表面的几何形状被配置成匹配基座140'的顶表面的几何形状。在承载板200'的中间部分中限定凹穴，以覆盖小于基座140'的外径的表面直径。在一个实施方案中，承载板200'通过接合设置在基座140'上的多个运动销(未示出)而被接纳在基座140'上。在一些实施方案中，三个运动销均匀地分布在基座140'的顶表面上，并且当被接纳在基座140'上时用于对准承载板200'。运动销为承载板200'提供可靠的接触支撑。应该注意的是，所接合的运动销的数量是示例性的，并且可以在基座140'上设置附加的运动销，以用于使承载板200'在基座140'上对准。在这样的实施方案中，承载支撑件可以不设置在基座140'的顶表面上，并且运动销提供MCA以可靠地支撑承载板200'。
图1C-2和图1C-3示出了替代实施方案，其中使用不同的对准机构代替运动销将承载板200'接纳在基座140'上。在该实施方案中，凹槽状特征141限定在基座140'的顶表面上。承载板200'的底表面包括靠近承载板 200'的外周边的延伸部分205。承载板200'的延伸部分205的尺寸适合于配合到基座140'的凹槽状特征141中。在一些实施方案中，基座140'的外径等于承载板200'的直径。在这样的实施方案中，凹槽状特征141限定为靠近在基座140'的外周边，使得承载板200'的延伸部分205的直径等于凹槽状特征141 的直径。在其他实施方案中，基座140'的直径可以大于承载板200'的直径。在这样的实施方案中，基座的凹槽状特征可以限定在距基座140'的外周边的适当距离处，使得凹槽状特征的直径等于限定在承载板200'上的延伸部分 205的直径。承载板200'由凹槽状特征141支撑，并且在基座140'的顶表面上没有设置承载支撑件。基座140'的顶表面和承载板的底表面具有相似的几何轮廓。
图1D示出了根据一个实施方案的接合多个站的衬底处理*** 100'的横截面图。处理室102'包括容纳多个站的下室部分102b'和容纳多个喷头150的上室部分102a'。上室部分102a'中的喷头150的数量等于设置在下室部分102b'中的站的数量。上室部分102a'配置成降低喷头150，使得喷头 150基本上对准在每个站的基座140上。下室部分102b'配置成由支撑结构 103支撑。支撑结构103可由能够支撑多站处理室102'的任何合适结构以及用于提供气体、RF功率、压力控制、温度控制、定时的设施以及相关的控制器和电子设备限定。在一个实施方案中，支撑结构103由金属管状结构限定，该金属管状结构将处理室102'支撑在表面(例如，洁净室地板)上方，其中安装了衬底处理***100'的处理室102'。提供真空泵160a，160b并使其与下室部分102b'连接。真空泵160a，160b配置成在处理室102'内提供足够的气流、去除工艺气体和/或提供压力控制。通常，允许处理气体在衬底101上方并且在承载板200的边缘上朝向真空泵160a，160b流动，从而限定气体流动路径402。
图2A示出了多站衬底处理***100'的顶视图，其中在处理室 102'中提供了四个处理站。该顶视图是处理室102'的下室部分102b'的(例如，上室部分102a'被移除以用于说明)。在一个实施方案中，通过接合蜘蛛状叉的升降机构226进入四个站。每个蜘蛛状叉包括第一臂和第二臂，每个臂围绕基座140的每侧的一部分定位。在该视图中，蜘蛛状叉以虚线画出，以表示它们在承载板200下方。蜘蛛状叉耦合到旋转机构220。虽然附图标记226指向蜘蛛状叉，但应注意，蜘蛛状叉和旋转机构220是升降机构226 的一部分。蜘蛛状叉，当被接合时，被配置成在承载板200的外边缘下方移动并且同时从站(即，从承载板200的下表面)提升承载板200，然后在将承载板200(其中至少一个承载板支撑晶片101)降低到下一个位置之前旋转至少一个或多个站，以便可以在相应的晶片101上进行进一步的等离子体处理、加工和/或膜沉积。
图2B示出了具有入站加载锁301和出站加载锁303的多站衬底处理***100'的实施方案的示意图。机械手305在大气压下被配置为将晶片从通过晶舟313加载的盒经由大气端口310移动到入站加载锁301内。入站加载锁301耦合到真空源(未示出)，使得当大气端口310关闭时，可以抽空入站加载锁301。入站加载锁301还包括与处理室102'连接的室传输端口 316。因此，当室传输端口316打开时，另一机械手(未示出)可以将晶片从入站加载锁301移动到设置在下室部分102b'中的第一处理站的基座140，以进行处理。
所描绘的处理室102'包括四个处理站，在图2B所示的实施方案中编号为1至4。在一些实施方案中，处理室102'可以被配置为维持低压环境，使得可以使用承载板200将晶片在处理站之间传送，而不会经历真空破坏和/或空气暴露。图2B中描绘的每个处理站包括用以接纳具有晶片的承载板的基座140和处理气体输送管线入口(未示出)。
图2B还描绘了用于在处理室102'内传送衬底的升降机构226的蜘蛛状叉。如下面将更详细描述的，蜘蛛状叉旋转并使晶片能够从一个站传送到另一个站。通过使蜘蛛状叉能在承载板200的外下表面下方移动并提升具有晶片101的承载板200来进行传送。将具有晶片101的承载板移动到下一个基座140。在一种配置中，蜘蛛状叉由陶瓷材料制成，以在处理过程中承受高程度的热量。
在图2A和图2B的配置中，在每个基座周围没有设置接地板。这样，下室主体暴露在外，RF接地返回通常通过室壁。该配置不为RF接地返回提供任何对称性。在替代实施方案中，可以包括接地板以提供对称的RF 接地返回。
图3示出了图2A中所示的升降机构的替代实施方案。升降机构 226'包括晶片叶片而不是蜘蛛状叉。升降机构226'的晶片叶片附接到旋转机构 220。虽然图3中的附图标记226'指向蜘蛛状叉，但应注意，蜘蛛状叉和旋转机构220是在处理室102'中采用的用于升降承载板200的升降机构226'的一部分。在一些实施方案中，旋转机构220是由主轴马达(未示出)操作的主轴。
当必须移动承载板200时，使用升降销控制装置接合升降销。升降销使具有晶片的承载板200从基座140提升。晶片叶片在承载板200下方移动并将承载板200提升离开升降销。升降销缩回到壳体中，并且主轴和晶片叶片将承载板200旋转到下一个基座140。升降销再次接合以从晶片叶片接纳承载板200。晶片叶片和主轴旋转离开并且承载板200被接纳在基座140 上。协调具有晶片的承载板200的传送，使得具有晶片的承载板200定位在不同的基座上以使得能进一步处理晶片。在图3所示的实施方案中，升降销有策略地设置在基座的主体中，以便在升降销接合时不会妨碍晶片叶片的运动。
图4是下室部分102b'的顶视图，其示出了不同站的基座140的定位。如图所示，基座140设置在限定在设置在下室部分102b'中的表面上的处理开口中。基座140配置成接纳承载板200。在一些实施方案中，接纳在基座140上的承载板200的直径等于基座140的外径，基座140的外径小于处理开口的直径。
在一些实施方案中，承载板200的底表面的几何轮廓与基座140 的顶部的几何轮廓匹配，使得承载板200在被接纳时可以位于基座140上。在一些实施方案中，凹穴被限定在承载板200的顶表面上的中间部分中并且延伸表面直径。凹穴的表面直径D2的大小设置成适应被接纳在承载板200 上以进行处理的晶片101的宽度。关于凹穴表面直径尺寸的更多信息，可参考2014年12月19日提交的名称为“Reducing Backside Deposition at WaferEdge,”的申请号14/578,126，其通过引用整体并入本文。在基座、承载板和处理开口的外边缘中的每一个之间存在间隙。间隙为空气流动/处理气体流动提供了足够的空间。应该理解的是，间隙的尺寸将根据所使用的基座和承载板的尺寸来缩放。对于适应更大或更小晶片的***，示例性尺寸将相应地缩放。
在一些实施方案中，下室部分102b'的表面可以被配置为在由直径 D1限定的处理开口周围提供对称的地电位，使得为RF功率限定返回到地的路径。这改善了处理均匀性并且实现了对沉积膜的更严格控制。
在一些实施方案中，下室部分102b'的表面还包括中心开口，该中心开口用于容纳升降机构226或226'的旋转机构220。旋转机构220耦合到蜘蛛状叉。尽管示出了蜘蛛状叉附接到旋转机构220，但是其他实施方案可以接合晶片叶片而不是蜘蛛状叉。在升降机构226，226'接合蜘蛛状叉或晶片叶片的实施方案中，升降机构配置成径向移动。在其他实施方案中，代替具有蜘蛛状叉或晶片叶片的升降机构，可以使用其他升降机构，其可以包括或不包括旋转机构220。在处理室102'中提供不同升降机构226的实施方案中，升降机构可设置在相应基座的一侧上。在这样的实施方案中，升降机构可以被配置为竖直地以及径向地移动，以便提升和移动承载板200。不管所使用的升降机构的类型如何，升降机构226都连接到控制器110。当必须移动具有晶片的承载板200时，控制器110提供必要的信号以启动处理站处的升降销和升降机构。通过衬底处理***的概述，现在将参考图5A-5F-2描述在衬底处理***中使用的承载板的细节。
图5A示出了在处理室102内的基座140的示例性横截面视图，基座140上接纳有承载板200。基座140包括顶表面140a和环形表面140b。顶表面140a限定在基座140的中间部分中并且从中心轴线延伸以覆盖表面直径。环形表面140b被限定为从顶表面140a的外边缘向下的台阶140c，使得顶表面140a的竖直位置高于环形表面140b的竖直位置。在一个实施方案中，环形表面140b朝向基座140的外径延伸。在一些实施方案中，环形表面 140b的外径可小于基座140的外径。在这样的实施方案中，附加台阶可以限定在基座140中以将环形表面140b与基座140的第二环形表面140d分离。在其他实施方案中，环形表面140b的外径可以延伸到基座140的外径。分隔基座140的顶表面140a和环形表面140b的台阶140c限定了台阶高度。在一些实施方案中，台阶高度在约3mm和约6mm之间。在其他实施方案中，台阶高度约为4mm。承载板200被配置成当被接纳在处理室102中时安放在基座140的顶表面140a上。在一些实施方案中，多个承载支撑件可以设置在基座140的顶表面140a上，承载板200被接纳顶表面140a上。
在一些实施方案中，承载板的底表面可具有使承载板能够安放在基座140上的表面轮廓。例如，底表面可包括中心部分、竖直部分和水平部分。中心部分限定在承载板的中心。竖直部分限定为从中心部分的外边缘向下到水平部分的内边缘。在该实施方案中，竖直部分的高度被限定为第二高度“d2”。第二高度d2等于基座140的台阶140c的高度。可以在基座140中限定附加的台阶，以将环形表面140b与第二环形表面140d分开。在一个实施方案中，台阶140c、附加台阶(在可用的情况下)限定凹部，诸如蜘蛛状叉226之类的升降机构设置在该凹部中。当接合时，蜘蛛状叉226用于支撑和移动承载板200。
在一些实施方案中，承载板200包括限定在承载板200的顶表面上的中间部分中的凹穴202。凹穴202限定衬底支撑区域201，该衬底支撑区域201被配置成至少覆盖基座140的顶部部分的表面直径。在一个实施方案中，凹穴的表面直径限定为至少覆盖接纳在其上的晶片的表面直径。晶片的表面直径可以是100mm晶片、150mm晶片、200mm晶片、330mm晶片和450mm晶片中的一种。当然，这里提供的晶片的直径仅仅是示例，并且可以将其他尺寸的晶片接纳到适当尺寸的凹穴202中。
承载板200还包括保持特征204，其设置在凹穴202的外边缘附近。保持特征的顶表面204a与凹穴相邻。限定凹穴202的壁的台阶206将保持特征204的顶表面204a与承载板200的衬底支撑区域201分离开。台阶206向上延伸至第一高度'd1'，使得衬底支撑区域201的水平表面低于保持特征204的顶表面204a的水平表面。在一些实施方案中，第一高度被设计为大于接纳在凹穴202的衬底支撑区域201上的晶片的厚度。承载板200的锥形部分204b邻近保持特征204设置，并从保持特征204延伸到基座140的外径。锥形部分204b配置成接纳聚焦环208。
在一些实施方案中，基座140的顶表面140a包括多个承载支撑件 306a、306b等，以在基座140的顶表面140a上方的支撑水平处支撑承载板 200。在一些实施方案中，承载支撑件306定位在基座140的顶表面140a的边缘处或沿着基座140的顶表面140a的边缘定位。在其他实施方案中，承载支撑件306围绕基座140的顶表面140a均匀分布，使得承载板200可以可靠地搁置。在一些实施方案中，附加的承载支撑件306g、306h可以限定在基座 140的环形表面140b处，以便支撑承载板200的底部部分。在替代的实施方案中，在环形表面140b上没有限定承载支撑件。在这样的实施方案中，承载板200的底部部分直接搁置在环形表面140b上。可以实施该设计以避免承载板200和环形表面140b之间的任何间隙，从而防止存在于处理室中的任何等离子体或其他前体进入承载板200的下侧。
多个晶片支撑件304a、304b等沿着限定在承载板200的凹穴202 中的衬底支撑区域201的顶表面均匀分布，以便当晶片101被接纳在承载板 200的凹穴202中时，为晶片101提供可靠的支撑。凹穴202中的晶片支撑件 304的高度和凹穴202的深度被限定，使得晶片101在被接纳在凹穴202中时与承载板200的顶表面(即，保持特征204的顶表面)齐平。在一些实施方案中，凹穴202的深度可以等于衬底支撑区域201上的晶片支撑件304和晶片101的厚度的组合高度。在一些实施方案中，当晶片101被支撑在在承载板200的凹穴202内的晶片支撑件304上时，间隙203可以存在于晶片101 的边缘和承载板200的保持特征204的内边缘之间。在一些实施方案中，间隙203可以被控制，使得当晶片101被接纳在凹穴202中时，保持特征204 的顶表面204a提供从晶片101的顶表面延伸的基本上平坦的表面。应当注意，限定在承载板200上的凹穴202的尺寸根据接纳在其中的晶片101的直径设定。例如，对于接纳在承载板200的凹穴202中的300mm晶片，凹穴 202的尺寸设定成使得间隙203在约0.2mm至约1mm之间。
在一些实施方案中，承载板在衬底支撑区域201处的的厚度“d3” (即，凹穴202中的承载板200的一部分)基于所使用的材料和承载板200 的总重量。另外，承载板在衬底支撑区域201处的厚度d3可取决于在凹穴 202中限定的衬底支撑区域201的顶表面轮廓。在一些实施方案中，承载板的在限定在凹穴202中的衬底支撑区域201处的厚度d3介于约0.5mm至约 5mm之间。在一些实施方案中，当凹穴202内的衬底支撑区域201的顶表面具有均匀的平坦表面轮廓时，承载板的在衬底支撑区域201处的厚度d3可以在约1mm至约1.5mm之间。在一些其他实施方案中，当凹穴202内的衬底支撑区域201的顶表面具有肋条状表面轮廓时，承载板的在凹穴202中的衬底支撑区域201处的厚度d3可以介于约1mm至约3mm之间。在一些实施方案中，衬底支撑区域201由陶瓷材料制成。
在一些实施方案中，保持特征204的边缘和顶表面204a以及承载板200的锥形部分204b可以适应变化的几何轮廓。在图5A所示的一个实施方案中，保持特征204被设计成具有紧邻台阶206的顶表面204a，台阶206 将凹穴202中的衬底支撑区域201与保持特征204分离开。第二台阶207定义在在与台阶206相对的一侧，并且锥形部分204b从第二台阶207的底边缘向外延伸到基座140的外径，以便限定楔形轮廓。应该注意的是，保持特征 204和锥形部分204b可以改成替代的几何轮廓，包括图5B和图5C中所示的示例。
图5A-1示出了凹穴202的边缘的扩大图，凹穴202中接纳晶片 101。晶片101被接纳在晶片支撑件304a等上，晶片支撑件304a等限定在凹穴202的衬底支撑区域201中，这为晶片101提供了可靠的接触区域。
继续图5A，示出晶片支撑件304a，304b等分布在衬底支撑区域 201的顶表面上。在一些实施方案中，晶片支撑件304a，304b等对称分布在衬底支撑区域201的顶表面的周边部分周围。在其他实施方案中，任何数量的晶片支撑件可以分布在衬底支撑区域201的顶表面上，并且这些晶片支撑件304可以以用于在沉积处理操作期间支撑晶片的任何合适配置方式分布在衬底支撑区域201的顶表面周围。在一些实施方案中，晶片支撑件304a、 304b等作为小凸块直接制造在承载板中。小凸块限定了最小接触区域 (MCA)，其在接纳晶片101时为晶片101提供连续接触。当需要高精度或公差，和/或期望有最小的物理接触以降低缺陷风险时，MCA用于改善晶片表面与承载板200的衬底支撑区域201的顶表面之间的精确配合。
在一些实施方案中，当将晶片支撑件制造为单个部件的一部分时，可以制造具有较小尺寸的高精密晶片支撑件。例如，精密晶片支撑件可以直接制造在凹穴202的衬底支撑区域201的顶表面上，凹穴202的侧面和底部是连续的。在一个实施方案中，承载板200可以由与基座140不同的材料制成。例如，承载板200可以由陶瓷材料制成，而基座140可以由金属制成，例如由铝制成。
在一个实施方案中，承载板200可以由非含硅材料制成。在一个实施方案中，非含硅材料可以包括氧化铝等。在另一个实施方案中，承载板 200可以由高导热率材料制成，例如由氮化铝、硅等制成。在一些其他实施方案中，承载板200可以由氧化铝制成。提供上述材料作为示例，不应将其解释为详尽的列表。在一些实施方案中，基座140可以由介电材料制成。混合基座-承载板提供了低成本的解决方案，其用于将晶片101从一个处理站或室移动到另一个处理站或室，以实现晶片移动而不必形成或断开接触。当存在晶片101时，承载板200的设计消除了晶片101边缘下方的间隙。MCA不受限于承载板区域，而是可以包括在承载板200的其他区域中，例如在锥形部分204b的顶表面上。
在一个实施方案中，聚焦环208被接纳在承载板200的锥形部分 204b上，以延伸接纳在承载板200上的晶片101的沉积表面。此外，聚焦环 208保护承载板200的锥形部分204b以免暴露于处理室中使用的化学物质。在一些实施方案中，聚焦环的介电常数小于承载板200的介电常数。聚焦环 208接纳在锥形部分204b上。聚焦环从由台阶207限定的凹部延伸到承载板 200的外径。在一些实施方案中，聚焦环208的几何轮廓与锥形部分204b的几何轮廓匹配。例如，在图5A所示的实施方案中，锥形部分204b显示为具有楔形轮廓。锥形部分204b的较宽侧面设置在基座140的台阶140c附近，而锥形部分204b的窄侧面朝向基座140的外侧设置。在该实施方案中，接纳在承载板200的锥形部分204b的顶表面上的聚焦环208也示出为具有楔形轮廓。聚焦环208设置在锥形部分204b上方，使得聚焦环208的窄侧面向内，而聚焦环208的较宽侧面向外。这种布置使得在接纳晶片101时，被接纳在承载板200上的聚焦环208的顶表面与晶片101的顶表面充分齐平。在一个实施方案中，聚焦环208被配置为具有经调整的阻抗以在沉积处理期间容纳等离子体。关于阻抗管理的更多信息，可参考2016年3月22日提交的名称为“Asymmetric Pedestal/Carrier Ring Arrangement for EdgeImpedance Modulation,”的申请No.15/077,844，其通过引用整体并入此处。
在一个实施方案中，基座140设计成用作静电卡盘(ESC)。在这样的实施方案中，ESC控制装置351可以耦合到基座140，以向限定在基座140的主体中的多个电极提供必要的电压，以便能够进行ESC夹持。在一个实施方案中，ESC控制装置351被配置为提供电压以引发双极夹持。将参考图5E更详细地描述ESC控制装置351的细节。ESC控制装置351可以包括用于提供用于夹持或松脱的适当电压的电源，并且可以连接到控制器 110。控制器110被配置为当承载板200被接纳在基座140上时，生成到ESC 控制装置351的第一信号，以使夹持电压施加到基座140，并且当承载板200 需要从基座140松脱时，生成第二信号，以使反向电压施加到基座140。
控制器110被配置为通过执行工艺输入和控制装置108来接收工艺配方，并根据工艺配方向处理室102的各个部件提供适当的信号。诸如蜘蛛状叉226之类的升降机构可以设置在基座140的一侧或多侧上。升降机构配置成在接合时将承载板200从基座140提升或降低到基座140上。蜘蛛状叉226连接到控制器110，使得控制器110可以提供适当的信号以启动蜘蛛状叉226。在一些实施方案中，蜘蛛状叉226可以另外配置成在处理室(例如四表面安装处理室)内将承载板200从一个处理站移动到另一个处理站。蜘蛛状叉226是用于从基座140提升承载板200的一种形式的升降机构，并且也可以采用其他机构。
一个或多个凹部设置在基座140的顶表面上。凹部配置成当升降销被启动时使得升降销能从它们各自的壳体向外延伸。多个升降销分布在基座140的主体中。升降销是升降销机构的一部分，其可用于使搁置在承载支撑件306上的承载板200升高，使得蜘蛛状叉226可以提升和移动承载板 200。使用耦合到控制器110的升降销控制装置(未示出)来启动升降销。通过控制器110提供信号以启动或停用升降销控制装置。
在一些实施方案中，承载板200的底表面具有使得承载板能安放在基座140上的几何轮廓。例如，承载板的底表面可包括中心部分、竖直部分和水平部分。中心部分限定在承载板的中心，其至少延伸凹穴的表面直径。竖直部分被限定从中心部分的外边缘向下到水平部分的内边缘。在该实施方案中，竖直部分的高度被限定为第二高度“d2”。当被接纳在基座140上时，第二高度d2等于台阶140c的高度。在一个实施方案中，可以在基座140 中限定附加台阶。例如，附加台阶可以将第二环形表面140d与环形表面 140b分离开，使得环形表面140b的竖直位置高于第二环形表面140d的竖直位置。台阶140c和附加台阶(如果有的话)限定了凹部，叉形机构(例如蜘蛛状叉226)设置在该凹部中。蜘蛛状叉226在被承载板200接合时用于提升承载板200。
图5B示出了在一个实施方案中基座140'的周边部分的视图，承载板200a接纳在基座140'上。基座140'的几何轮廓不同于参考图5A讨论的基座140的几何轮廓。在该实施方案中，将顶表面与基座的环形表面140b分开的台阶140c限定了凹部区域，蜘蛛状叉226设置在该凹部区域中。承载板 200a的几何轮廓也不同于参照图5A限定的承载板200。如图所示，保持特征 204包括邻近凹穴202的台阶206的顶表面204a，并且保持特征的延伸部分 204c在远离凹穴202的一侧与保持特征204相邻地限定。台阶206具有矩形轮廓。
承载板200a的几何轮廓基本上是矩形的，其具有凸起的顶表面 204a。聚焦环208'被接纳在由将顶表面204a与延伸部分204c分离开的台阶 207形成的凹部内在保持特征204的延伸部分204c上。在该实施方案中，聚焦环208'的几何轮廓与承载板200a的几何轮廓匹配并且基本上是矩形形状。这与图5A中所示的锥形部分204b、聚焦环208的几何轮廓形成对比。晶片支撑件304和承载支撑件306以与图5A中所示的方式类似的方式分布。此外，承载板200a的底表面基本上是平的并且延伸到基座140的外径。承载板 200a的底表面的轮廓是直的并且不同于图5A中所示的轮廓。
图5C-1和图5C-2示出了替代的实施方案，其中保持特征204的顶表面204a'的形状与图5A中所示的顶表面204的形状不同。在该实施方案中，顶表面204a'是尖的。承载板200b的锥形部分204b从顶表面204a'延伸越过基座140的环形表面140b。在该实施方案中，保持特征204的锥形部分 204b从顶表面204a'的尖锐边缘向外延伸到基座140的外径。在该实施方案中，台阶206'具有倾斜的轮廓。如图5A所示，具有锥形部分204b的承载板具有楔形形状。锥形部分204b配置成接纳也是楔形的聚焦环208。环支撑件 307可以设置在承载板200的锥形部分204b上，以在接纳聚焦环208时为聚焦环208提供可靠的支撑。基座140的底表面轮廓被配置成包括中心部分 140a、竖直部分140c和水平部分140b，其设计方式类似于图5A的承载板 200，但不同于图5B的底表面轮廓。
图5C-2示出了替代实施方案，其中承载板200b'具有不同的底表面轮廓，并且基座140”具有与图5C-1中所示的顶表面轮廓不同的顶表面轮廓。在图5C-2所示的实施方案中，基座140”的顶表面140a基本上是平的并且延伸到外径。基座140”上没有环形环表面。承载板200b'的底表面轮廓也是平坦的并且配置成安放于设置在基座140”的顶表面140a上的承载支撑件306 上。
图5D-1示出了另一实施方案，其中承载板200c具有不同的几何轮廓。在该实施方案中，当晶片被接纳在承载板200c的衬底支撑区域201上时，与台阶206”相邻的承载板200c的顶表面足够平坦并与晶片101的顶表面齐平。此外，承载板200c的顶表面基本上平行于基座的环形表面140b。在该实施方案中，承载板200是单件式结构，并且在承载板200中没有设置单独的聚焦环208。
此外，在该实施方案中，承载板200不包括保持特征204或锥形部分204b。在替代的实施方案中，承载板可包括保持特征204，并且聚焦环 208可与承载板200的保持特征204一体地耦合以形成单个单元。当晶片101 被接纳在承载板200上时，承载板-聚焦环单元的顶表面与晶片101的顶表面齐平。在该实施方案中，聚焦环的几何轮廓与保持特征204的几何轮廓互补。台阶206”的轮廓是曲线形的。承载板200c的底表面以类似于参考图5A 和5C描述的方式设计。
图5D-2示出了又一实施方案，其中承载板200c的底表面和基座 140”的顶表面140a足够平坦并且延伸到外径。基座140”的轮廓类似于图5C-2 中所示的实施方案。此外，如图5D-1所示，当晶片被接纳在承载板200c的衬底支撑区域201上时，承载板200c的顶表面足够平坦并与晶片101的顶表面齐平。在该实施方案中，没有单独的聚焦环设置在承载板200c上，但是在其他实施方案中，单独的聚焦环可以被提供并与承载板200c的保持特征集成。在一些实施方案中，多个承载支撑件设置在基座140”的顶表面140a上，以用于接纳承载板。在替代的实施方案中，可以提供多个运动销来代替承载支撑件，以使承载板200'与基座140”对准。例如，三个运动销可以均匀地设置在基座140”的顶表面上，并用于使承载板200'与基座140”对准。运动销当存在于基座140”上时，为承载板200'提供可靠的接触支撑。因此，根据多种实施方案，承载板可以使用接合运动销的运动定心机构或使用其他对准特征(例如承载支撑件、凹槽状特征等)对准基座并可靠地支撑在基座上。
图5E示出了在一个实施方案中基座140的横截面视图，承载板 200接纳在基座140上。图5E-1示出了承载板200的边缘部分“B”的扩大图，以清楚地示出承载板200的不同部分。同时参见图5E和5E-1，承载板200 包括衬底支撑区域201和保持特征204，衬底支撑区域201限定在形成于承载板200的中间部分中的凹穴202中。保持特征204的顶表面204a邻近形成凹穴202的壁的台阶206设置。锥形部分204b与保持特征204的顶表面204a 相邻。锥形部分204b延伸到基座140的外径。
在该实施方案中，承载板200的底表面的轮廓与参考图5A、图 5C和图5D所讨论的相似。例如，底表面的竖直部分从中心部分的外边缘向下延伸达到台阶140c的高度，并且水平部分从竖直部分的底部延伸到基座 140的外径。该延伸部分当接纳在基座140上时，可用于对准承载板200。如图所示，承载板200包括保持特征204的与台阶206相邻的顶表面204a，以及从保持特征204延伸到基座140的外径的锥形部分204b。
在一些实施方案中，保持特征204可包括由台阶207形成的凹部，该凹部限定在与形成凹穴的一侧相对的一侧，以在聚焦环208被接纳在锥形部分204b上时适当地定位聚焦环208。台阶207从顶表面204a向下延伸到第三高度。在一个实施方案中，锥形部分204b的顶侧包括环支撑件307 (307a、307b、307c、307d、307e、307f等)，以提供与聚焦环208的底表面的精确配合。这些环支撑件307是除了设置在衬底支撑区域201的顶表面上的以在接纳晶片101时支撑晶片101的晶片支撑件304和设置在基座140 的顶表面140a上以支撑承载板200的承载支撑件306之外的支撑件。
可以在基座140处提供ESC控制装置351以使得基座140能充当静电卡盘。ESC控制装置351耦合到嵌入基座140的主体中更靠近基座140 的顶表面140a的多个电极352a、352b、352c、352d。ESC控制装置351包括向电极352a-352d提供电压的电源。电极352a-352d可以均匀地分布在基座 140的顶表面140a下方，或者可以沿着基座140的顶表面140a下方的外周分布，或者可以分布在基座140的顶表面140a和基座140的环形表面140b两者的下方。
在一些实施方案中，ESC控制装置351被配置为提供双极夹持和松脱。在这样的实施方案中，施加到电极352a-352d的电压导致不同类型的电荷(Q)(正或负)在承载板200和基座140处累积。施加的电压可取决于基座140中使用的材料的类型和材料的厚度、承载板200中使用的材料的类型和材料的厚度。
当承载板200被接纳在基座140的顶部上时，控制器110产生夹持信号，该夹持信号向ESC控制装置351发出以施加足够的电压以使夹持力施加在承载板200和基座140之间。在一些实施方案中，施加的电压可以在约500伏特至约4000伏特之间。例如，当在电极352a-352d处施加电压时，电荷竖直迁移，使得正电荷迁移到承载板200，而负电荷保留在基座140处，或负电荷迁移到承载板200，而正电荷保留在基座140处。这种电荷的竖直运动导致在基座-承载板界面处产生与时间相关的吸引力，该吸引力贯通至承载板-晶片界面。吸引力是由承载板200和基座140中的每一个处的相反类型的电荷(Q+，Q-)的累积引起的，并且在基座-承载板界面处比在承载板 -晶片界面处更强。
当要从基座移除承载板200时，控制器110产生松脱信号，该松脱信号使ESC控制装置351在电极352a-352d处施加反向电压。在一个实施方案中，可以控制时间和松脱电压，以便使承载板200从基座140上松脱。与夹紧力一样，反向电压导致施加与时间相关的松脱力，这导致在承载板-基座界面处比在承载板-晶片界面处更快的放电。这种不同的松脱力的速率允许承载板200从基座140上提升，而在承载板-晶片界面处剩余的一些剩余电荷将保持晶片101被夹持到承载板200的衬底支撑区域201。
举例来说，控制所施加的反向电压的量允许承载板-基座界面通过以更快的速率松开来展现库仑(Coulombic)卡盘特性，而承载板-晶片界面通过以较慢的速度松开来展现约翰逊-拉别克(Johnsen-Rahbek)卡盘特性。这种差动松开使得承载板200能够被提升并从一个处理站移动到另一个处理站，同时在传送期间保持晶片被夹持就位。在一些实施方案中，监测所施加的时间常数和反向电压，以确保在下一个站施加下一夹持电荷之前有足够的时间将承载板200与晶片101一起传送。
在一些实施方案中，由控制器110提供的信号指示由ESC控制装置351在电极352a-352d处施加的电压和反向电压的量。该信号考虑时间因素、衬底支撑区域的厚度、晶片厚度、要施加的电压量以及其他夹紧/松开参数，以便在夹紧操作期间施加足够的吸引力并且在松脱操作期间以受控方式发生放电。由于夹紧力或松脱力在接近施加电压或反向电压的位置(即，基座-承载板界面)处较大，并且随着电荷进一步移动远离而减小，因此密切监测所施加的电压和时间常数将确保在承载板200移入和移出处理室以及从一个处理站移动到另一个处理站时保持晶片101夹持到承载板200上。应该注意的是，上述提供差动松开的方法是确保在承载板从一个处理站传送到另一个处理站期间晶片不移动的一个示例，并且其他差动松开方式也可以使用。
在一些实施方案中，承载板200可以在处理室102外部预加载晶片101，然后移动到处理室102中。在预加载处理期间可以将晶片夹持到承载板200上。在这样的实施方案中，加载有晶片101的承载板200使用参考图5E、图5E-1或其他类似装置解释的差动夹紧/松开过程移入和移出处理室。
在一些实施方案中，为了有效地执行差动夹紧和松开，承载板 200的部分可以由介电材料制成。在替代的实施方案中，承载板可以由交替的陶瓷层和其间的金属层制成。
图5F-1和图5F-2示出了在一个实施方案中，基座140的横截面视图，基座140具有升降销机构以提升和降低承载板200。基座140包括与多个升降销120接合的升降销机构，每个升降销设置在限定在基座140的顶表面140a上的凹部中。在一些实施方案中，可以在限定在基座140的环形表面140b上的相应的凹部中提供附加的升降销120。升降销120连接到与控制器110耦合的升降销控制装置122。当升降销需要接合或脱离时，控制器110 将适当的信号发送到升降销控制装置122。当升降销脱离时，升降销缩回到相应的壳体中，如图5F-1所示。
当升降销接合时，升降销从相应的壳体延伸穿过相应的凹部以提升承载板200。图5F-2示出了一个这样的实施方案，其中升降销接合并且上面接纳有晶片101的承载板200被提升离开基座140的顶表面。使升降销脱离的信号与使承载板200夹持到基座140上的信号协调。类似地，使升降销 120接合的信号与使承载板200松脱的信号协调，使得其上接纳有晶片101的承载板200可以从基座140移动。在图5F-1所示的实施方案中，三个升降销 120均匀地分布在基座140的主体中。在替代的实施方案中，多个升降销120 可以沿着基座140的主体的周边区域均匀分布或均匀地分布在基座140的主体中。
在一些实施方案中，除了夹持或松脱承载板的信号之外，还可以产生信号以从承载板200提升晶片101。这可能是例如当晶片的处理被完成并且经处理后的晶片将被移出处理室102时的情况。当要从承载板200提升晶片101时，从控制器110向升降销控制装置122发送信号以接合升降销以延伸穿过形成在基座140的顶表面上的相应凹部并穿过在承载板200的衬底支撑区域201的顶表面上限定的相应凹部。在这样的实施方案中，承载板 200与基座140对准，使得升降销可以穿过延伸的相应凹部是适当对准的。因此，来自控制器110的信号使升降销能够选择性地延伸，从而可以提升适当的部件(例如，承载板或晶片)。
多种实施方案描述了一种装置，其包括完全在晶片101下方延伸的承载板。这种装置消除了晶片101边缘下方的间隙，从而解决了传统承载环装置的缺点。在多种实施方案中，晶片101安放于单件上并且围绕晶片 101的特征是单件，当晶片101与承载板200(例如，在承载板上形成的 MCA)持续接触时，承载板-晶片***的移动不会导致形成和断开接触以实现晶片的移动。
此外，在一些实施方案中，晶片101可以位于形成在承载板200 中的凹穴202中，其中凹穴202的侧面和底部在它们被制造为单个部件时是连续的。精密的晶片承载板间隔特征(例如MCA)在它们能直接制造到承载板200中可以非常小。通常，这种高精度间隔特征可以通过例如在陶瓷 (即，用于制造承载板的材料)中研磨来制造。在一些实施方案中，由于由陶瓷制成的基座140是昂贵的，因此可以通过使用混合解决方案来采用低成本替代方案，其中承载板200由陶瓷制成，而基座140由金属(例如铝)制成。混合解决方案不限于上述材料，并且其他材料可以用于承载板200和基座140，同时仍然保持其低成本并保持设计承载板200和基座140所针对的功能。
另外，在一些实施方案中，承载板200可以包括静电卡盘 (ESC)机构。ESC机构可以在晶片101首先放置在其上时被充电，并且如果应用温度不是太高，则在传送期间晶片101可以保持附着到承载板200上而不施加任何功率。在一些实施方案中，可以使用由工艺输入和控制装置 108提供的工艺配方，通过控制器110控制施加温度。在传送期间附接晶片 101具有在传送期间不会发生晶片滑动的优点。ESC夹持电压可以电容耦合的，不需要直接的直流(DC)电接触。图5F-1示出了当承载板被夹持到基座时在承载板-基座界面处发生的电容耦合，其贯通(transcend)承载板-晶片界面。图5F-2示出了即使当承载板从基座上松脱时，保留在承载板-晶片界面处的残余电容耦合仍将晶片夹持到承载板上。
在一些实施方案中，承载板包括单独的聚焦环部件。在其他实施方案中，聚焦环可以是或可以不是单独的部件，并且聚焦环和承载板的保持特征的相对几何形状可以变化和彼此互补。
多种实施方案通过在克服与传统承载环组件相关的各种缺点的同时保持承载环传送的简单性和吞吐量益处而克服了传统承载环组件的限制。本文描述的各种实施方案的一些益处如下。其中一个好处包括消除晶片边缘的温度不连续性。这是因为晶片表面过渡到承载板的保持特征的顶表面而没有太多断裂。消除了晶片边缘周围的间隙。这些间隙导致不必要的寄生等离子体点燃。由于承载板提供在晶片下方延伸并围绕晶片边缘附近的关键区域缠绕的高精度凹穴特征，因此减少了晶片边缘和下侧的颗粒污染。当承载板作为一个单元从处理室内的一个站移动到另一个站并且从一个处理室移动到另一个处理室时，承载板保持与晶片接触。不需要单独的传送机构来将晶片提升到凹穴外。承载板提供了表面，通过机械手可以高精度地将晶片放置在该表面上，而不会由于传统的主轴-承载环传递而产生累积的偏心。当在晶片和承载板之间采用ESC夹紧机构时尤其如此。通过在晶片下面提供高精度的陶瓷表面和接纳具有晶片的承载板的低成本金属(例如铝)基座，承载板提供了低成本的解决方案。
图6示出了用于控制上述***的控制模块600。在一种实施方案中，各附图中示出的控制模块110可以包括一些示例性的部件。例如，控制模块600可以包括处理器、存储器和一个或多个接口。控制模块600可以用于部分基于所感测的值控制***中的设备。仅举例而言，控制模块600可基于所感测的值和其他控制参数控制阀602、过滤器加热器604、泵606以及其他设备608中的一个或多个。仅举例而言，控制模块600从压力计610、流量计612、温度传感器614和/或其它传感器616接收所感测的值。控制模块 600也可以用来在膜的前体传输和沉积过程中控制工艺条件。控制模块600 典型地将包括一个或多个存储器设备和一个或多个处理器。
控制模块600可控制前体传输***和沉积装置的活动。控制模块 600执行计算机程序，计算机程序包括用于控制工艺时序、输送***温度、跨过滤器的压差、阀位、气体的混合、室压力、室温度、晶片温度、射频 (RF)功率等级、晶片卡盘或基座位置、以及特定工艺的其它参数的成组的指令。控制模块600还可以监测压力差，并自动将气相前体传输从一个或多个路径切换到一个或多个其它的路径。在一些实施方案中，可以使用存储在与控制模块600相关联的存储器设备的其它计算机程序。
典型地，将存在与控制模块600相关联的用户界面。用户界面可以包括显示器618(例如，装置和/或工艺条件的显示屏和/或图形软件显示)，以及用户输入设备620，如定点设备、键盘、触摸屏、麦克风等。
用于控制前体的传输、沉积和工艺序列中的其它处理的计算机程序可以用例如任何以下常规的计算机可读编程语言写入：汇编语言、C、C ++、Pascal、Fortran或其它。编译的对象代码或脚本由处理器执行以执行在程序中识别的任务。
控制模块参数涉及工艺条件，诸如例如，过滤器的压力差、工艺气体组成和流速、温度、压力、等离子体条件(如RF功率电平和低频RF 频率)、冷却气体压力、以及室壁温度。
***软件可以以许多不同的方式设计或配置。例如，各种室部件子程序或控制对象可以被写入以控制进行本发明的沉积工艺所必需的室部件的操作。用于此目的的程序或程序段的实例包括衬底定位代码、工艺气体控制代码、压力控制代码、加热器控制代码和等离子体控制代码。
衬底定位程序可包括用于控制室部件的程序代码，室部件用于将衬底加载到基座或卡盘上并控制衬底和室的其他部件(例如气体入口和/或靶)之间的间隔。工艺气体控制程序可包括用于控制气体组成和流速以及任选地用于在沉积之前使气体流入室以稳定室中的压力的代码。过滤器监控程序包括比较测得的一个或多个差值与预定的一个或多个值的代码和/或用于切换路径的代码。压力控制程序可以包括用于通过调节例如在室的排气***中的节流阀来控制室中的压力的代码。加热器控制程序可包括用于控制通向加热单元的电流的代码，加热单元用于加热前体传输***内的部件、衬底和/或***的其它部分。替代地，加热器控制程序可控制传热气体(例如氦)到晶片卡盘的传输。
在沉积期间可被监测的传感器的实例包括，但不限于，质量流量控制模块，诸如压力计610之类的压力传感器、位于传输***、基座或卡盘内的热电偶(例如温度传感器614)。经适当编程的反馈和控制算法可以与来自这些传感器的数据一起使用来维持所需的工艺条件。前述内容描述了本发明的实施方案在单室或多室半导体处理工具中的实施。
为说明和描述的目的，已经提供了实施方案的前述描述。它不旨在穷尽或限制本发明。特定的实施方案的单个元件或特征通常并不限于特定的实施方案，而是在适用时是可互换的，并且可以在所选择的实施方案中使用，即使没有具体示出或描述也如此。同样也可以以许多方式变化。这样的变化不应被认为是背离了本发明，并且所有这样的修改旨在被包括在本发明的范围之内。
虽然为了清楚地理解的目的，前述实施方案已经在一些细节方面进行了描述，但显而易见的是，可在所附权利要求的范围内实施某些变化和修改。因此，本发明的实施方案应被认为是说明性的而不是限制性的，并且这些实施方案并不限于本文所给出的细节，而是可以在权利要求的范围和等同方案内进行修改。

Claims (23)

1.一种用于处理晶片的处理室，其包括：
基座，其被配置成支撑承载板，所述基座的顶表面延伸到至少外径；
所述承载板被配置成设置在所述基座上，所述承载板包括
凹穴，其限定在所述承载板的顶表面上的中间部分中并具有表面直径,
在邻近所述凹穴的外边缘处设置的保持特征使得当所述晶片被接收在所述凹穴中时，所述保持特征的顶表面与所述凹穴的台阶相邻，所述顶表面与所述晶片共面，以及
其中所述凹穴限定衬底支撑区域，以在接纳晶片时支撑该晶片；和
多个晶片支撑件，其沿着限定在所述凹穴中的衬底支撑区域的表面分布并限定最小接触区域，当所述晶片被接收在所述承载板的所述凹穴中时，所述最小接触区域提供对所述晶片的支撑，
所述承载板包括静电卡盘机构，以响应来自耦合到所述承载板的控制器的信号，在所述晶片被接纳在其上时向所述晶片施加夹持力。
2.根据权利要求1所述的处理室，其中所述承载板是可拆卸单元，并且被配置为与接纳在其上的所述晶片移入和移出所述处理室。
3.根据权利要求1所述的处理室，其中所述凹穴的所述表面直径至少是接纳在所述承载板上的所述晶片的直径。
4.根据权利要求3所述的处理室，其中所述晶片的所述直径是100mm、150mm、200mm、300mm、330mm和450mm中的一个。
5.根据权利要求1所述的处理室，其还包括耦合到控制器的升降机构，所述升降机构被配置为基于来自所述控制器的信号提升所述承载板。
6.根据权利要求5所述的处理室，其中所述信号是松脱信号。
7.根据权利要求1所述的处理室，其还包括分布在所述基座的主体中的多个升降销，所述多个升降销中的每一个配置成在接合时穿过限定在所述基座的所述顶表面上的相应凹部向外延伸，并且在脱离时缩回到壳体中，所述多个升降销连接到升降销控制装置，所述升降销控制装置耦合到控制器并且被配置为响应于来自所述控制器的信号而接合、脱离所述多个升降销。
8.根据权利要求1所述的处理室，其还包括多个电极，所述多个电极设置在所述基座的主体内靠近所述基座的所述顶表面，所述多个电极耦合到静电卡盘（ESC）控制装置，所述ESC控制装置被配置为向所述多个电极施加电压以引起在所述基座和所述承载板之间的双极夹持或松脱，用于夹持或松脱的所述电压响应于从耦合到所述ESC控制装置的控制器接收的信号而施加。
9.根据权利要求1所述的处理室，其中多个晶片支撑件均匀地分布在所述承载板的所述凹穴的所述衬底支撑区域上，所述多个晶片支撑件限定用于在接纳所述晶片时支撑所述晶片的最小接触区域。
10.根据权利要求1所述的处理室，其中所述承载板由不含硅的材料制成。
11.根据权利要求1所述的处理室，其中所述承载板由导热材料制成。
12.根据权利要求1所述的处理室，其中所述承载板还包括从所述保持特征延伸到所述基座的所述外径的锥形部分，所述锥形部分的顶表面包括多个环支撑件，以提供用于在接纳聚焦环时支撑所述聚焦环的最小接触区域。
13.根据权利要求12所述的处理室，其中所述聚焦环的几何轮廓被设计成与所述锥形部分的几何轮廓匹配。
14.根据权利要求1所述的处理室，其中所述承载板的所述凹穴中的所述衬底支撑区域的厚度介于0.5mm与5mm之间。
15.一种用于接纳晶片的承载板，其包括：
凹穴，其限定在所述承载板的顶表面上的中间部分中并具有表面直径，所述凹穴限定衬底支撑区域；
所述承载板的保持特征，其被限定在所述凹穴的外边缘，使得当所述晶片被接收在所述凹穴中时，所述保持特征的顶表面与所述凹穴的台阶相邻，所述顶表面与所述晶片共面，
其中所述凹穴限定衬底支撑区域，以在接纳晶片时支撑该晶片；
所述承载板的底表面，其被配置成接纳于在处理室使用的基座上；
多个晶片支撑件，其被设置在限定在所述凹穴中的所述衬底支撑区域的顶表面上，所述多个晶片支撑件限定最小接触区域以在所述晶片被接纳在所述凹穴中时支撑所述晶片；以及
包括在所述承载板中的静电卡盘机构，其响应来自耦合到所述承载板的控制器的信号，在所述晶片被接纳在其上时向所述晶片施加夹持力。
16.根据权利要求15所述的承载板，其中所述承载板包括锥形部分，其从所述保持特征延伸到外径，所述锥形部分配置成接纳聚焦环，
其中所述聚焦环的介电常数小于所述承载板的介电常数。
17.根据权利要求15所述的承载板，其中所述承载板的所述底表面的几何轮廓基本上是平的。
18.根据权利要求15所述的承载板，其中所述承载板的所述底表面延伸到所述承载板的外径。
19.根据权利要求15所述的承载板，其中所述承载板的所述底表面的几何轮廓匹配所述基座的顶表面的几何轮廓。
20.根据权利要求19所述的承载板，其中所述基座的所述顶表面包括中心部分、竖直部分和水平部分，所述中心部分延伸所述表面直径，所述竖直部分从所述中心部分的外边缘向下延伸第二高度，所述水平部分从所述竖直部分的底部向所述承载板的外径延伸。
21.根据权利要求20所述的承载板，其中所述第二高度为4mm。
22.根据权利要求15所述的承载板，其中所述凹穴的高度在接纳所述晶片时至少延伸所述晶片的厚度。
23.根据权利要求16所述的承载板，其中所述锥形部分的顶表面包括多个环支撑件，所述多个环支撑件限定用以在接纳所述聚焦环时支撑所述聚焦环的最小接触区域。
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