半导体基板处理设备和方法与流程

本申请要求2018年5月2日提交的美国临时申请第62/665,852号的权益，该申请的全部内容以引用的方式并入本文。

实施例涉及半导处理设备的领域，并且在特定实施例中，涉及具有用于快速和稳定地改变腔室压力的流导调节系统的处理工具。

背景技术：

由具有真空腔室的处理工具实施的处理配方通常包括压力变化。例如，可以增加或减少压力以提供所需性质(例如，等离子体性质)。另外，可以需要改变真空腔室的压力，以便从真空腔室插入或移除基板。

压力变化，诸如上述压力变化，通常需要相当长的时间，以便使真空腔室稳定在稳定压力下。特别地，真空腔室可以改变压力的速度受到真空腔室的流导的限制。真空腔室的流导至少部分地由用于制造真空腔室的构造和部件设定。例如，管道、配件和阀门等的直径可以有助于真空腔室的流导。

在当前可用的系统中，控制流导的参数由腔室的配置设定，并且不可动态地控制。因此，通常不能通过改变系统的流导来改变真空腔室的压力。相反，真空腔室的压力变化主要是依赖于泵的性能。

技术实现要素：

本文所述的实施例包括一种处理工具，所述处理工具包括被配置为用于处理压力的快速和稳定的变化。在一个实施例中，处理工具可以包括腔室主体。在一个实施例中，腔室主体是真空腔室。处理工具还可以包括用于支撑腔室主体中的基板的吸盘。在一个实施例中，处理工具还可以包括环绕吸盘的阴极衬里和与阴极衬里对准的流限制环。在一个实施例中，阴极衬里和流限制环在主处理容积与真空腔室的外围容积之间限定开口。

实施例还可以包括流导调节系统。在一个实施例中，流导调节系统可以包括阴极衬里和流限制环。在一个实施例中，阴极衬里和流限制环可以相对于彼此机械地移位。

实施例还可以包括一种处理工具，所述处理工具被配置为用于快速和稳定的压力变化。在一个实施例中，处理工具可以包括腔室主体。在一个实施例中，腔室主体是真空腔室。在一个实施例中，处理工具还可以包括用于支撑腔室主体中的基板的吸盘。在一个实施例中，处理工具还可以包括环绕吸盘的阴极衬里。在一个实施例中，阴极衬里和吸盘可以竖直地移位。在一个实施例中，处理工具还可以包括与阴极衬里对准的流限制环。在一个实施例中，通过使阴极衬里在竖直方向上移位来改变真空腔室中的流导。

以上概述不包括所有实施例的详尽列表。预期的是，包括可从以上概述的各种实施例的所有合适组合实践的所有系统和方法，以及在下面具体描述中公开的那些和在与本申请一起提交的权利要求中特别指出的那些系统和方法。这种组合具有在以上概述中没有具体地叙述的特定优点。

附图说明

图1a是根据一个实施例的处理工具的横截面图，该处理工具具有固定的流限制环和在第一位置的可移位的阴极衬里。

图1b是根据一个实施例的处理工具的横截面图，该处理工具具有固定的流限制环和在第二位置的可移位的阴极衬里。

图2a是根据一个实施例的处理工具的横截面图，该处理工具具有接地的流限制环和在第一位置的可移位的阴极衬里。

图2b是根据一个实施例的处理工具的横截面图，该处理工具具有接地的流限制环和在第二位置的可移位的阴极衬里。

图3a是根据一个实施例的流限制环和在第一位置的可移位的阴极衬里的横截面图。

图3b是根据一个实施例的流限制环和在第二位置的可移位的阴极衬里的横截面图。

图4a是根据一个实施例的接地的流限制环和在第一位置的具有凹口的可移位的阴极衬里的横截面图。

图4b是根据一个实施例的流限制环和在第二位置的具有凹口的可移位的阴极衬里的横截面图。

图5a是根据一个实施例的流限制环和在第一位置的具有挡板的可移位的阴极衬里的横截面图。

图5b是根据一个实施例的流限制环和在第二位置的具有挡板的可移位的阴极衬里的横截面图。

图6a是根据一个实施例的具有rf垫圈的接地的流限制环和在第一位置的可移位的阴极衬里的横截面图。

图6b是根据一个实施例的具有rf垫圈的接地的流限制环和在第二位置的可移位的阴极衬里的横截面图。

图7a是根据一个实施例的具有突起的流限制环的和在第一位置的具有凹陷的可移位的阴极衬里的横截面图。

图7b是根据一个实施例的具有突起的流限制环和在第二位置的具有凹陷的可移位的阴极衬里的横截面图。

图8a是根据一个实施例的流限制环的横截面图，该流限制环具有与在第一位置的可移位的阴极衬里上的表面互补的表面。

图8b是根据一个实施例的流限制环的横截面图，该流限制环具有与在第二位置的可移位的阴极衬里上的表面互补的表面。

图9a是根据一个实施例的具有不同尺寸的多个流量调节开口的流限制环的横截面图。

图9b是根据一个实施例的具有不同宽度的多个竖直狭槽的流限制环的横截面图。

图9c是根据一个实施例的具有不同直径的多个圆形狭槽的流限制环的横截面图。

图9d是根据一个实施例的具有不同厚度的多个水平狭槽的流限制环的横截面图。

图9e是根据一个实施例的流限制环的透视图，该流限制环具有围绕流限制环的周边径向布置的不均匀的开口。

图9f是根据一个实施例的图9e中的流限制环的横截面。

图10是根据一个实施例的具有可移位的限制环和可移位的阴极衬里的处理工具的横截面图。

图11示出了根据一个实施例的可以与流导调节系统结合使用的示例性计算机系统的框图。

具体实施方式

根据本文所述的实施例的装置包括具有可配置的流导的真空处理腔室。在特定实施例中，阴极衬里和流限制环可以相对于彼此移位，以便提供流导的快速变化。在以下描述中，阐述了许多具体细节，以便提供对实施例的透彻理解。对于本领域的技术人员显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践实施例。在其它情况下，没有详细地描述所熟知的方面，以免不必要地模糊实施例。此外，应理解，附图中所示的各种实施例是说明性的表示，而不一定按比例绘制。

如上所述，现有系统不包括快速和稳定地改变真空腔室中的压力的机构。因此，本文所述的实施例包括通过控制腔室中的流导来快速和稳定地改变真空腔室中的压力的系统。特别地，实施例包括阴极衬里和流限制环，它们可以相对于彼此移位。阴极衬里和流限制环将腔室的主处理容积与腔室的外围容积分开。由阴极衬里和流限制环的表面限定的开口将腔室的主处理容积流体地耦接到腔室的外围容积。这样，使阴极衬里和流限制环相对于彼此移位改变开口的几何形状，并且因此改变主处理容积和腔室的外围容积之间的流导。

由于流导的变化是阴极衬里和/或流限制环的机械移位的结果，因此主处理容积的压力的快速变化是可能的。例如，本文所述的实施例使得主处理容积的压力能够在约五秒或更短的时间内变化50mt或更大。另外的实施例可以使得主处理容积的压力在小于三秒内变化70mt或更大。

本发明的实施例还提供了在快速压力变化期间提高精度的机构。例如，实施例包括阴极衬里和流限制环，阴极衬里和流限制环包括进一步细化开口的流导的轮廓。在一些实施例中，阴极衬里和/或流限制环包括多个尺寸减小的狭槽。随着更多的狭槽被覆盖，并且流导减小，流导变化的分辨率增加。

现在参考图1a，示出了根据一个实施例的具有流导调节系统的处理工具100的横截面图。在一个实施例中，处理工具100可以包括腔室主体180。腔室主体180可以是任何尺寸的任何合适的真空腔室，以适应一个或多个基板150的处理。在一个实施例中，腔室主体180可以包括盖141。在一个实施例中，盖141可以支撑气体分配板140，诸如喷头。腔室主体180可以包括用于将基板插入腔室主体180中的端口182。例如，所示的实施例包括端口182，端口182是侧装载门，但是实施例不限于侧装载端口。尽管未示出，但是应理解，也可以穿过腔室主体180形成一个或多个排气端口。

在一个实施例中，腔室主体180中的基板150可以由吸盘152支撑。在一些实施例中，吸盘152可以是静电吸盘。在一个实施例中，吸盘152可以包括加热和/或冷却系统，以在处理期间提供所需的基板温度。处理套件130可以围绕基板150的外边缘耦接到吸盘152。在一个实施例中，吸盘152可以耦接到基座154。在一个实施例中，基座154可以是可移位的。例如，靠近基座154的箭头表示基座154至少在竖直方向(即z方向)上是可移位的。

在一个实施例中，处理工具100可以包括流导调节系统，该流导调节系统包括阴极衬里122和流限制环120。在一个实施例中，流限制环120可以耦接到腔室主体180的盖141。在一个实施例中，流限制环具有浮动电压(即，流限制环未接地)。例如，在图1a和1b中，流限制环120通过绝缘体128与接地的腔室主体180电隔离。然而，应理解，在一些实施例中，流限制环120可以接地，并且部件128可以是导体。在一个实施例中，阴极衬里122可以围绕吸盘152的外周边。阴极衬里122也可以耦接到基座154。因此，在一些实施例中，阴极衬里122可以在至少一个方向上是可移位的(如箭头所指示)。

在一个实施例中，流导调节系统提供用于调节主处理容积105与外围腔室容积106之间的流导的系统。在一个实施例中，通过相对于流限制环使阴极衬里122移位来调节流导。例如，通过使基座154移位，阴极衬里122可以朝向或远离流限制环120移位。

在一个实施例中，阴极衬里122相对于流限制环120的移位导致由流限制环120和阴极衬里122的表面限定的间隙g的几何形状的变化。间隙g将主处理容积105流体地耦接到外围容积106。

在图1a中，阴极衬里122在第一位置。第一位置可以提供间隙g，该间隙g提供大的流导。例如，流导可以足以在主处理容积105中提供低压处理。例如，当阴极衬里122在第一位置时，主处理容积105可以在约20mt或更小的压力下操作。在一个实施例中，当阴极衬里122在第一位置时，基板150可以通过开口182插入以被放置在吸盘152上或从吸盘152移除，如虚线所指示。

在图1b中，阴极衬里122在第二位置。第二位置可以提供间隙g，该间隙g提供低的流导。例如，流导可以足以在主处理容积105中提供相对高压的处理。例如，当阴极衬里122在第二位置时，主处理容积105可以在约50mt或更高的压力下操作。

虽然阴极衬里122被示出为在图1a中的第一位置和在图1b中的第二位置，但是应理解，阴极衬里122可以移动到在第一位置与第二位置之间的任何位置，以便提供所需的流导。这样，实施例允许通过将阴极衬里122移动到任何期望的位置来将主处理容积105保持在任何期望的压力下。根据一个实施例，流导调节系统可以使主处理容积105中的压力变化在约五秒或更短的时间内达到50mt或更大。另外的实施例可以使主处理容积105的压力变化在小于三秒内达到70mt或更大。应理解，由于通过处理工具中的部件的机械移位来改变流导，因此主处理容积的压力变化比仅依靠泵时更快地稳定。

在一个实施例中，阴极衬里122和流限制环120可以彼此基本上同心。在一个实施例中，阴极衬里122的外表面的直径d1可以小于流限制环120的内表面的直径d2。这样，阴极衬里122可以朝向流限制环120移位，使得阴极衬里122的部分被流限制环120环绕，如图1b所示。然而，应理解，在一些实施例中，阴极衬里122的内表面的直径d3可以大于流限制环120的外表面的直径d4。在这样的实施例中，流限制环120的部分被阴极衬里122环绕。在一些实施例中，阴极衬里122和流限制环120的外径d1和d4可以基本上相同。此外，虽然阴极衬里122和流限制环120被描述为圆环，但是应理解，阴极环122和流限制环120中的一个或两个可以具有非圆形的形状(例如，方形、矩形、椭圆形等)。

在一些实施例中，对准垫可以形成在流限制环120和阴极衬里122的彼此面对的表面上，以便保持基本上同心的对准。对准垫也可以是绝缘的对准垫，以确保阴极衬里122与流限制环120电隔离。例如，对准垫可以是特氟隆等。

现在参考图2a和2b，根据另外的实施例，示出了在第一位置(图2a)和第二位置(图2b)的阴极衬里222的处理200。处理工具200可以基本上类似于图1a和1b中所示的处理工具100，除了流限制环220接地之外。在一个实施例中，流限制环220通过电耦接到腔室主体280而接地。在一些实施例中，流限制环220可以与腔室主体280集成。

现在参考图3a和3b，示出了根据一个实施例的阴极衬里322和流限制环320的部分。在一个实施例中，阴极衬里322的外表面的直径d1小于流限制环320的内表面的直径d2。例如，流限制环320的内表面的直径d2可以比阴极衬里322的外表面的直径d1大距离x。在一个实施例中，距离x可以是约0.25英寸，但是应理解，距离x可以是根据处理工具的设计的任何合适的尺寸。

在图3b中，阴极衬里322朝向流限制环322移位。当阴极衬里322朝向流限制环320移位时，主处理容积305与外围容积306之间的间隙减小。在一些实施例中，阴极衬里322可以与流限制环320重叠。当阴极衬里322朝向流限制环320移位时，主处理容积305与外围容积306之间的流导减小。

现在参考图4a和4b，示出了根据一个实施例的阴极衬里422和接地的流限制环420的部分。在这样的实施例中，流限制环420可以通过作为接地的腔室主体的整体部分而接地(类似于图2a和2b)，或流限制环420可以电耦接到接地部件(类似于图1a和图1b，其中部件128是导体)。在一个实施例中，阴极衬里422可以包括凹口425。在一个实施例中，凹口425可以将尺寸设定为接收流限制环420的一端。例如，凹口425可以具有等于或大于流限制环420的宽度w2的宽度w1。在一个实施例中，rf垫圈421可以形成在流限制环420的端部上。当流限制环420被设置在阴极衬里422的凹口425中时，rf垫圈421可以将流限制环420与阴极衬里电隔离，如图4b所示。随着阴极衬里422朝向流限制环420移位，主处理容积405与外围容积406之间的流导减小。此外，应理解，rf垫圈421在所有的实施例中都不需要提供完整密封。例如，在流限制环420与阴极衬里422之间可以存在间隙，以允许流体在部件之间流动。

现在参考图5a和5b，示出了根据一个实施例的阴极衬里522和流限制环520的部分。在一个实施例中，阴极衬里522可以包括挡板526。在所示的实施例中，挡板526被示出为具有多个通孔527。然而，应理解，实施例可以包括具有任何数量的通道和/或通孔的挡板526。流限制环520可以被定位在挡板526上方。在一个实施例中，当阴极衬里522靠近流限制环520时，挡板改变主处理容积505与外围容积506之间的流导，如图5b所示。

现在参见图6a和6b，示出了根据一个实施例的阴极衬里622和流限制环620的部分。在一个实施例中，rf垫圈621可以形成在流限制环620的内表面上。在一个实施例中，当阴极衬里622移位以使得其靠近流限制环620时，rf垫圈621可以将流限制环620与阴极衬里622电隔离，如图6b所示。此外，应理解，rf垫圈621在所有的实施例中都不需要提供完整密封。例如，在流限制环620与阴极衬里622之间可以存在间隙，以允许流体在部件之间流动。

现在参考图7a和7b，示出了根据一个实施例的阴极衬里722和流限制环720的部分。在一个实施例中，流限制环720可以包括突起729，突起729的尺寸被设定为适于配合至形成在阴极衬里722中的凹陷728中。例如，凹陷728的宽度w1可以等于或大于突起729的宽度w2。在一个实施例中，凹陷728的表面733可以与突起的表面734基本上匹配。例如，突出表面734可以是圆形的，并且凹陷的表面733可以是圆形的，以匹配突出表面734。在一个实施例中，突起729和凹陷728之间的界面可以被称为凸-凹界面。

在一个实施例中，当阴极衬里722朝向流限制环722移位时，突起729填充凹陷728。随着更多的突起729进入凹陷728，主处理容积705与外围容积706之间的流导降低。

现在参考图8a和8b，示出了根据一个实施例的阴极衬里822和流限制环820的部分。在一个实施例中，阴极衬里822具有与流限制环820的表面819互补的表面818。在一个实施例中，流限制环820和阴极衬里822的中心线813和814可以基本上对准。在一个实施例中，阴极衬里822的宽度w1可以基本上等于流限制环820的宽度。在另外的实施例中，阴极衬里822的宽度w1可以不同于阴极衬里822的宽度w2。当阴极衬里822朝向流限制环822移位时，主处理容积805与外围容积806之间的流导减小。

现在参考图9a，示出了根据一个实施例的流限制环920的一部分的横截面图。在一个实施例中，流限制环920可以包括多个狭槽910a-910n。狭槽910的存在允许进一步控制主处理容积905与外围容积906之间的流导。例如，当阴极衬里朝向流限制环920移位时，狭槽910被阻挡。在一些实施例中，狭槽910具有不均匀的尺寸。例如，狭槽可以具有逐渐变小的尺寸。当流导减小时，这种实施例允许更精确地控制流导。

实施例包括具有任何形状的狭槽。狭槽910的示例性实施例在图9b-9d中示出。例如，在图9b中，狭槽910a-910n被示出为具有不同宽度的竖直狭槽。在图9c中，狭槽910a-910n被示出为具有不同直径的圆形狭槽。在图9d中，狭槽910a-910n被示出为具有不同厚度的横向狭槽。虽然狭槽910被示出为形成在流限制环910上，但是应理解，也可以在阴极衬里上形成狭槽。在一些实施例中，可以在阴极衬里和流限制环上形成狭槽。

现在参考图9e，示出了根据一个实施例的流限制环920的透视图，流限制环920具有围绕流限制环920的周边布置的多个狭槽910。如图所示，狭槽910可以具有基本上均匀的宽度，并且围绕周边具有基本上均匀的间隔。在一些实施例中，狭槽910可以包括不均匀的高度。在图9f中，可以更清楚地看到狭槽910的高度变化。如图所示，每个狭槽910的底表面可以彼此基本上对准(在z方向上)。由于狭槽910的高度变化，狭槽910的顶表面彼此不对准(在z方向上)。在所示的实施例中，狭槽910是按高度排序。然而，应理解，狭槽910可以以任何合适的顺序布置。

使用具有不均匀的高度的狭槽910允许改进对流导的控制。例如，一旦最短的狭槽910被阴极衬里(未示出)覆盖，随着阴极衬里继续前进，保持部分地暴露的狭槽910的数量继续减少。这在较低的流导值下提供更精确的控制。

现在参考图10，示出了根据一个实施例的具有可移位的流限制环1020和可移位的阴极衬里1022的工具1000的横截面图。在一个实施例中，流限制环1020可以在虚线和箭头所示的至少一个方向上通过位于腔室主体1080外部的致动器1070移位。在一个实施例中，致动器1070可以通过窗口1083机械地耦接到流限制环1020。在一些实施例中，阴极衬里1022可以是静止的，并且流限制环1020可以是唯一可移位的部件。

本文所述的实施例包括具有单个主处理容积的处理工具。然而，应理解，实施例还可以包括流导调节系统，所述流导调节系统集成到具有两个或更多个主处理容积的处理工具中。例如，处理工具可以包括两个或更多个流导调节系统，以便同时处理多个基板。

本文所述的实施例还可以包括已经改装以包括流导调节系统的处理工具。在包括可移位的吸盘的处理工具中，可以通过安装类似于上述那些的流限制环来修改工具。在没有可移位的吸盘的处理工具中，可以安装类似于图10中所述的可移位的流限制环。

此外，应构想到，阴极衬里和流限制环的轮廓可以是关于本文所述的实施例描述的任何轮廓。例如，处理工具100、200和1000可以包括阴极衬里和/或流限制环，阴极衬里和/或流限制环包括参考图3a-9c描述的一个或多个轮廓。

现在参考图11，根据一个实施例示出了处理工具的示例性计算机系统1160的框图。在一个实施例中，计算机系统1160耦接到处理工具并控制处理工具中的处理。计算机系统1160可以连接(例如，联网)到局域网(lan)、内联网、外联网或互联网中的其它机器。计算机系统1160可以在客户端-服务器网络环境中以服务器或客户端机器的能力操作，或作为对等(或分布式)网络环境中的对等机器操作。计算机系统1160可以是个人计算机(pc)、平板电脑、机顶盒(stb)、个人数字助理(pda)、蜂窝电话、web装置、服务器、网络路由器、交换机或桥，或能够执行机器要采取的指定动作的一组指令(顺序地或以其它方式)的任何机器。此外，虽然仅针对计算机系统1160示出单个机器，但是术语“机器”还应被视为包括单独地或联合地执行一组(或多组)指令以执行本文所述的任一种或多种方法的机器(例如，计算机)的任何集合。

计算机系统1160可以包括计算机程序产品或软件1122，其具有在其上存储有指令的非暂时性机器可读介质，指令可以用于对计算机系统1160(或其它电子装置)进行编程以执行根据实施例的过程。机器可读介质包括用于以机器(例如，计算机)可读的形式存储或传输信息的任何机制。例如，机器可读(例如，计算机可读)介质包括机器(例如，计算机)可读存储介质(例如，只读存储器(“rom”)、随机存取存储器(“ram”)、磁盘存储介质、光学存储介质、闪存装置等)、机器(例如，计算机)可读传输介质(电、光、声或其它形式的传播信号(例如，红外信号、数字信号等))等。

在一个实施例中，计算机系统1160包括系统处理器1102、主存储器1104(例如，只读存储器(rom)、闪速存储器、动态随机存取存储器(dram)，例如同步dram(sdram)或rambusdram(rdram)等)、静态存储器1106(例如，闪速存储器、静态随机存取存储器(sram)等)，以及经由总线1130彼此通信的辅助存储器1118(例如，数据存储装置)。

系统处理器1102表示一个或多个通用处理装置，诸如微系统处理器、中央处理单元等。更具体地，系统处理器可以是复杂指令集计算(cisc)微系统处理器、精简指令集计算(risc)微系统处理器、超长指令字(vliw)微系统处理器、实现其它指令集的系统处理器、或实现指令集的组合的系统处理器。系统处理器1102还可以是一个或多个专用处理装置，诸如专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)、数字信号系统处理器(dsp)、网络系统处理器等。系统处理器1102被配置为执行处理逻辑1126以执行本文所述的操作。

计算机系统1160还可以包括用于与其它装置或机器通信的系统网络接口装置1108。计算机系统1160还可以包括视频显示单元1110(例如，液晶显示器(lcd)、发光二极管显示器(led)或阴极射线管(crt))、字母数字输入装置1112(例如，键盘)、光标控制装置1114(例如，鼠标)和信号发生装置1116(例如，扬声器)。

辅助存储器1118可以包括机器可访问存储介质1131(或更具体地，计算机可读存储介质)，在其上存储有体现本文所述的任一种或多种方法或功能的一组或多组指令(例如，软件1122)。软件1122还可以在由计算机系统1160执行期间完全地或至少部分地驻留在主存储器1104内和/或系统处理器1102内，主存储器1104和系统处理器1102也构成机器可读存储介质。还可以经由系统网络接口装置1108在网络1120上发送或接收软件1122。

虽然在示例性实施例中将机器可访问存储介质1131示为单个介质，但是术语“机器可读存储介质”应被视为包括存储一组或多组指令的单个介质或多个介质(例如，集中式或分布式数据库和/或相关联的高速缓存和服务器)。术语“机器可读存储介质”还应被视为包括能够存储或编码一组指令以供机器执行并使机器执行任一种或多种方法的任何介质。因此，术语“机器可读存储介质”应被视为包括但不限于固态存储器，以及光学介质和磁性介质。

在前述说明书中，已描述了特定示例性实施例。显而易见，在不背离所附权利要求的范围的情况下，可以对其进行各种修改。因此，说明书和附图应被视为说明性意义而非限制性意义。