用于基板传送的浮动销的制作方法

1.本揭示案的实施方式大体涉及用于处理半导体基板的方法及设备。更特定地，本揭示案的实施方式涉及用于将基板相对于基板支撑件定位的升降销组件。


背景技术：

2.常规的半导体基板处理工具(例如群集工具)被配置为在基板处理期间进行一或更多个工艺。例如，群集工具可以包括被配置为在基板上进行物理气相沉积(pvd)工艺的pvd腔室、被配置为在基板上进行原子层沉积(ald)工艺的ald腔室、被配置为在基板上进行化学气相沉积(cvd)工艺的cvd腔室等等，及/或一或更多个其他处理腔室(例如预清洁工艺腔室)。群集工具可以包括机械人以将基板移动至耦接至群集工具的主架(mainframe)的各个处理腔室、缓冲腔室及/或装载锁定腔室，或从各个处理腔室、缓冲腔室及/或装载锁定腔室移出基板。
3.在此类半导体基板处理工具(即群集工具)适合用于处理基板或多个基板的同时，从具有导引孔以容纳升降销的基板支撑件有工艺气体泄露。升降销被用于从机械臂传送基板至基板支撑件上。此种工艺气体泄露可能影响基板与其上设置基板的基板支撑件之间的接触热阻，导致在基板处理期间基板不适当地及不均匀地夹持于基板支撑件。现存的升降销仅能够传送基板至基板支撑件，而不提供任何类型的密封来避免工艺气体泄露。
4.因此，本领域中需要传送基板至基板支撑件，并提供密封以减少通过基板支撑件的工艺气体泄露的升降销。


技术实现要素：

5.本文中所描述的实施方式提供一种用于将基板相对于基板支撑件定位的浮动销。浮动销包括被配置为移动通过基板支撑件中的导引孔的轴部，以及包括顶部表面和设置在该顶部表面与该轴部之间的平坦肩部表面的销头。该平坦肩部表面被配置为座设在该基板支撑件的凹入表面上且密封该基板支撑件的该导引孔。
6.本文中所描述的实施方式还提供一种用于将基板相对于基板支撑件定位的升降销组件。升降销组件包括具有销头和轴部的浮动销，以及升降销，该升降销被配置为接触与该销头相对的该轴部的一端且将该轴部移动通过该基板支撑件中的导引孔。该销头包括顶部表面及设置在该顶部表面与该轴部之间的平坦肩部表面，且该平坦肩部表面被配置为座设在该基板支撑件的凹入表面上而密封该基板支撑件的该导引孔。
7.本文中所描述的实施方式还提供一种处理系统。处理系统包括具有穿过其中的导引孔的基板支撑件及升降销组件。该导引孔包括底座部分及导引部分。该底座部分包括在该基板支撑件的前侧表面与该导引部分之间的平坦肩部表面。升降销组件包括具有销头和轴部的浮动销，该销头被配置为座设在该底座部分中，该轴部被配置为移动通过该导引部分。升降销被配置为接触与该销头相对的该轴部的一端并将该浮动销移动通过该基板支撑件中的该导引孔。该销头包括顶部表面及设置在该顶部表面和该轴部之间的平坦肩部表
面，且该销头的该平坦肩部表面被配置为座设在该底座部分的该平坦肩部表面上而密封该基板支撑件的该导引孔。
附图说明
8.为了能够详细地理解本揭示案于上所记载的特征，可通过参考实施方式得到对以上简要概述的本揭示案的更特定说明，部分实施方式被绘示于附图中。然而，将注意附图仅描绘例示性实施方式，而因此不应被认定为限制其范围，并且可允许其他等效实施方式。
9.图1是根据一实施方式的系统的俯视平面图。
10.图2是根据一实施方式的处理系统的截面图。
11.图3是根据一实施方式的浮动销的示意图。
12.图4是根据一实施方式的浮动销的示意图。
13.图5是根据一实施方式的浮动销的示意图。
14.图6是根据一实施方式的浮动销的示意图。
15.为促进理解，已尽可能使用相同的附图标记来指示各图中共有的相同元件。可设想到，一个实施方式中的元件及特征可有益地并入其他实施方式中而无需进一步叙述。
具体实施方式
16.本文中提供用于基板处理的设备及系统的实施方式。特定地，一些实施方式针对一种升降销组件，其包括浮动销及将该浮动销移动通过基板支撑件的导引孔的升降销。以下描述的浮动销包括销头，该销头具有平坦肩部，该平坦肩部被座设在基板支撑件的凹入表面上并密封基板支撑件的导引孔。此密封防止通过该导引孔的气体泄露并因此维持处理腔室内的工艺压力。在一些实施方式中，该销头还具有在该平坦肩部表面上方的埋头(countersunk)部分而提供该导引孔的进一步密封。
17.图1是根据本揭示案的至少一些实施方式的系统100的俯视平面图。系统100包括前端模块110、界面模块120、及一对装载锁定室130(以下称为装载锁定室130)。该系统还包括缓冲(或真空传送)腔室140及多个(例如三个)多环境腔室150a-150c，多环境腔室包括多个处理腔室160a-160d(以下称为处理腔室160)，及/或封闭区域170a及170b(以下称为封闭区域170)。
18.图2描绘处理系统200的截面图，该处理系统200包括以上针对图1所述的任何处理腔室。处理系统200一般包含耦接至气源204的腔室主体202。腔室主体202典型地为由刚性材料块(诸如铝)制造的一体化机械加工结构。在腔室主体202内具有喷头206及基板支撑组件210。喷头206耦接至腔室主体202的上表面或盖子，并提供来自气源204的均匀气流，该均匀气流被分散在定位于基板支撑组件210上的基板208之上。
19.基板支撑组件210一般包括基板支撑件212及杆部214。杆部214将基板支撑件212定位在腔室主体202内。在处理期间基板208被放在基板支撑件212上。基板支撑件212可为基座、加热器、静电卡盘或真空卡盘。典型地，基板支撑件212由选自以下的材料制成：陶瓷、铝、不锈钢及以上的组合。基板支撑件212具有多个导引孔216，多个导引孔216被设置为穿过基板支撑件212。各导引孔216，或替代地设置在导引孔216内的导引衬套的内通道(诸如图3中显示的衬套机构304中的贯穿孔306)，容纳升降销组件220的浮动销218。
20.升降销组件220与基板支撑件212互动以相对于基板支撑件212来定位基板208。升降销组件220包括浮动销218、其上设置有升降销224的升降板222、连接至升降板222的杆部226、及用于控制升降板222的高度的升降机构228(诸如致动器)。杆部226的高度由升降机构228控制。升降机构228可为汽缸、液压缸、导螺杆、螺线圈、步进马达、或典型地定位在腔室主体202外侧且适于移动杆部226的其他运动装置。随着杆部226及连接至杆部226的升降板222朝基板支撑件212向上移动，安装在升降板222上的升降销224接触浮动销218的下端以将浮动销218移动通过基板支撑件212的导引孔216。浮动销218的上端离开基板支撑件212的导引孔216并将基板208升举成为相对于基板支撑件212的前侧表面212a间隔开的关系。
21.浮动销218典型地由陶瓷、不锈钢、铝、氮化铝、氧化铝、蓝宝石、或其他适当材料形成。在一些实施方式中，浮动销218由氮化铝(aln)形成。由aln形成的浮动销因为其较高的导热性而改善升降销的散热能力。若需要，则浮动销218可为包含约2重量％至约5重量％的氧化钇(y2o3)的aln，以进一步增进导热性。浮动销218的圆柱形外表面可额外地经处理以减小摩擦力及表面磨损。例如，浮动销218的圆柱形外表面可被镀覆、等离子体火焰喷涂、或电抛光，以减小摩擦力、改变表面硬度、提高光滑度或提高抗刮和抗腐蚀性。升降销224可由不锈钢(sst)形成。
22.图3描绘伸缩浮动销302，其可被使用作为图2中的浮动销218。衬套机构304被至少部分地装在基板支撑件212的导引孔216中并被接合至基板支撑件212的后侧表面212b。衬套机构304具有贯穿孔306。衬套机构304可由陶瓷制成。伸缩销302具有销头308及轴部310。销头308具有圆的顶端312，当伸缩浮动销302被往上推而升起基板208时圆的顶端312接触基板208。销头308具有比轴部310大的横向直径。轴部310延伸通过衬套机构304的贯穿孔306。伸缩浮动销302具有从销头308到轴部310的倾斜表面314。
23.衬套机构304具有插入部分318及凸缘部分320。插入部分318从基板支撑件212的后侧表面212b被插入基板支撑件212的导引孔216中，且凸缘部分320接触基板支撑件212的后侧表面212b(并与基板支撑件212的后侧表面212b形成密封)。衬套机构304可通过(例如)穿过凸缘部分320螺合至基板支撑件212中的螺杆来固定至基板支撑件212。插入部分318的外部侧壁表面能接触导引孔216的侧壁表面，不过其中间可有一些空隙。
24.插入部分318也具有倾斜表面316，该倾斜表面从插入部分318的外部侧壁表面延伸至衬套机构304的贯穿孔306的内部侧壁表面。插入部分318的倾斜表面316大致对应于伸缩浮动销302的倾斜表面314。在基板208放置在基板支撑件212的前侧表面212a上时的缩回位置中，两倾斜表面314、316匹配。凸缘部分320与基板支撑件212的后侧表面212b的接触以及两倾斜表面314、316的匹配产生了通过导引孔216的密封，该密封减少了通过基板支撑件212的气体泄露和颗粒污染，并因此在处理期间维持处理腔室内的压力。
25.在该缩回位置中，对应的升降销224不对伸缩浮动销302提供升举力，且升降销224可与伸缩浮动销302分离。在此位置中，除了重力之外没有力作用在伸缩浮动销302上。重力致使伸缩浮动销302缩回，使得伸缩浮动销302的倾斜表面314座设在衬套机构304的插入部分318的倾斜表面316上并与倾斜表面316匹配。这如上所述地产生密封。在此位置中，圆的顶端312完全地在基板支撑件212的表面之下，在该表面上能放置基板208。
26.为了从基板支撑件212的前侧表面212a升举基板208，升降机构228升起其上设置
了升降销224的升降板222，这致使升降销224进入内部切口322并在方向324中向上移动。升降销224的进一步向上移动对伸缩浮动销302提供向上力，使得伸缩浮动销302的销头308离开基板支撑件212的导引孔216。伸缩浮动销302在基板支撑件212的前侧表面212a的上方的延伸致使圆的顶端312接触基板208的后侧表面，并从基板支撑件212的前侧表面212a升起基板208。
27.此后，升降机构228向下移动升降板222，致使升降销224向下移动。升降销224的向下移动移除了先前对伸缩浮动销302施加的向上力，使得作用在伸缩浮动销302上的重力致使伸缩浮动销302回到缩回位置，在该缩回位置处伸缩浮动销302的倾斜表面座设在衬套机构304的插入部分318的倾斜表面上并与其匹配。
28.以下描述浮动销218的数个其他示例。有些示例利用从基板支撑件212的前侧表面212a凹进的导引孔216的表面来与浮动销218形成密封。可省略衬套机构304。以下描述形成密封的匹配表面的各种配置方式和浮动销218的头的各种配置方式。这些配置方式的任何方面能结合于另一配置方式的任何其他方面。本领域中的普通技术人员将容易地设想到在其他示例的范围内所能实现和预期的修改和组合。
29.图4图示示例性浮动销402，其可被使用作为图2中的浮动销218。浮动销402具有埋头销头408及轴部410。埋头销头408具有顶部表面412，该顶部表面包括平坦表面、圆形表面、锥形表面、类似表面、或这些表面的组合。当浮动销402被向上推以升举基板208时埋头销头408接触基板208。埋头销头408的顶部表面412具有比浮动销402的轴部410更大的横向直径。埋头销头408具有倾斜表面414，该倾斜表面从埋头销头408的顶部表面412延伸至浮动销402的轴部410。
30.基板支撑件212的导引孔216包括容纳埋头销头408的底座部分(也称为基板支撑件212的开口)216a，以及容纳轴部410的导引部分216b。底座部分216a具有倾斜表面416，该倾斜表面从基板支撑件212的前侧表面212a延伸至导引孔216的导引部分216b的内部侧壁表面。例如，倾斜表面416可为对导引孔216打埋头孔(countersink)的结果。底座部分216a的倾斜表面416大致对应于埋头销头408的倾斜表面414。在缩回位置中，两倾斜表面414、416匹配。两倾斜表面414、416的匹配产生了通过导引孔216的密封，该密封减少了在处理期间通过基板支撑件212的气体泄露和颗粒污染。浮动销402能被致使处在缩回位置中，并能被致使从基板支撑件212的表面伸出，如以上针对图3的伸缩浮动销302所描述的。
31.图5描绘示例性浮动销502，其可被使用作为图2中的浮动销218。浮动销502具有肩部销头508和轴部510。肩部销头508具有顶部表面512，该顶部表面包括平坦表面、圆形表面、锥形表面、类似表面、或这些表面的组合。当浮动销502被向上推以升举基板208时肩部销头508接触基板208。肩部销头508具有比浮动销502的轴部510大的横向直径。轴部510延伸通过基板支撑件212的导引孔216。肩部销头508具有平坦肩部表面514，该平坦肩部表面从肩部销头508的外部边缘到浮动销502的轴部510。
32.基板支撑件212的导引孔216包括容纳肩部销头508的底座部分216a，以及容纳轴部510的导引部分216b。底座部分216a具有平坦肩部表面516，其凹入于基板支撑件212的前侧表面212a以下。此平坦肩部表面516也称为基板支撑件212的凹入表面。底座部分216a的平坦肩部表面516大致对应于肩部销头508的平坦肩部表面514。在缩回位置中，两平坦肩部表面514、516匹配。两平坦肩部表面514、516的匹配产生了通过导引孔216的密封，该密封减
少了在处理期间通过基板支撑件212的气体泄露和颗粒污染。
33.导引孔216的底座部分216a具有的直径大于肩部销头508的直径，使得即使当浮动销502相对于导引孔216稍微倾斜地上下移动时肩部销头508也不会接触底座部分216a的内部侧壁表面。导引孔216的导引部分216b具有的直径大于轴部510的直径，以允许轴部510通过导引部分216b的移动。轴部510与导引部分216b的内部侧壁表面之间的间隙被肩部销头508的平坦肩部表面514密封，因为平坦肩部表面514具有足够大的直径来覆盖该间隙。在浮动销502的中心线相对于导引孔216的中心线未对齐(即倾斜)的情况中，重力使得浮动销502缩回，使得肩部销头508被定位在底座部分216a内而肩部销头508的平坦肩部表面514抵着导引孔216的底座部分216a的平坦肩部表面516座设。在一些实施方式中，为了增强未对齐的浮动销502的缩回以及轴部510与导引孔216的内部侧壁表面之间的间隙的密封，于轴部510的下端(即在肩部销头508的相对侧上)加上静负载(dead weight)522。静负载622可由不锈钢316(ss 316)制成且重量在约13g与约20g之间。
34.在一些实施方式中，导引孔216的底座部分216a的平坦肩部表面516具有的直径在约10.6mm与约10.8mm之间(诸如是约10.8mm)，而导引孔216的导引部分216b具有的直径在约3.95mm与约4.05mm之间(诸如是约4mm)。肩部销头518的平坦肩部表面514具有的直径在约8.9mm与约9.1mm之间(诸如是约9mm)，而浮动销502的轴部510具有的直径在约3.225mm与约3.285mm之间(诸如是约3.25mm)，从而允许与导引孔216的导引部分216b的内部侧壁表面的间隙在约0.3mm与约0.4mm之间(诸如是约0.34mm)。
35.浮动销502能被致使处在缩回位置中，并能被致使从基板支撑件212的表面伸出，如以上针对图3的伸缩浮动销302所描述的。
36.图6描绘示例性浮动销602，其可被使用作为图2中的浮动销218。浮动销602具有有肩埋头销头608及轴部610。有肩埋头销头608具有顶部表面612，该顶部表面包括平坦表面、圆形表面、锥形表面、类似表面、或这些表面的组合。当浮动销602被向上推以升举基板208时有肩埋头销头608接触基板208。有肩埋头销头608包括肩部部分618及埋头部分620。有肩埋头销头608的顶部表面612具有比肩部部分618更大的横向直径，且肩部部分618具有比浮动销602的轴部610大的横向直径。有肩埋头销头608的肩部部分618具有平坦肩部表面614a，该平坦肩部表面614a从浮动销602的轴部610延伸到有肩埋头销头608的肩部部分618的外部侧壁表面。有肩埋头销头608的埋头部分620具有倾斜表面614b，该倾斜表面614b从肩部部分618的外部表面延伸至有肩埋头销头608的顶部表面612。
37.基板支撑件212的导引孔216包括容纳有肩埋头销头608的底座部分216a，以及容纳轴部610的一导引部分216b。底座部分216a包括平坦肩部表面616a，其凹入于基板支撑件212的前侧表面212a以下。此平坦肩部表面616a也称为基板支撑件212的凹入表面。底座部分216a进一步包括在平坦肩部表面616a与基板支撑件212的前侧表面212a之间的倾斜表面616b。此倾斜表面616b也称为基板支撑件212的倾斜表面。底座部分216a的倾斜表面616b大致对应于有肩埋头销头608的埋头部分620的倾斜表面614b。底座部分216a的平坦肩部表面616a大致对应于有肩埋头销头608的肩部部分618的平坦肩部表面614a。在缩回位置，两倾斜表面614b、616b及/或两平坦肩部表面614a、616a匹配。两倾斜表面614b、616b及/或两平坦肩部表面614a、616a的匹配产生了通过导引孔216的密封，该密封减少了在处理期间通过基板支撑件212的气体泄露和颗粒污染。
38.导引孔216的底座部分216a具有的直径大于有肩埋头销头608的直径，使得即使当浮动销602相对于导引孔216稍微倾斜地上下移动时有肩埋头销头608也不会接触底座部分216a的内部侧壁表面。导引孔216的导引部分216b具有的直径大于轴部610的直径，以允许轴部610移动通过导引部分216b。轴部610与导引部分216b的内部侧壁表面之间的间隙被有肩埋头销头608的肩部部分618的平坦肩部表面614a密封，因为平坦肩部表面614a具有足够大的直径来覆盖该间隙。有肩埋头销头608的埋头部分620的倾斜表面614b提供对轴部610与导引部分216b的内部侧壁表面之间的间隙的进一步密封。
39.在浮动销602的中心线相对于导引孔216的中心线未对齐(即倾斜)的情况中，重力致使浮动销602缩回，使得有肩埋头销头608被定位在底座部分216a内且有肩埋头销头608的肩部部分618的平坦肩部表面614a抵着导引孔216的底座部分216a的平坦肩部表面616a座设。在一些实施方式中，为了增强未对齐的浮动销602的缩回以及轴部610与导引孔216的内部侧壁表面之间的间隙的密封，于轴部610的下端(即在有肩埋头销头608的相对侧上)加上静负载622。静负载622可由不锈钢316(ss 316)制成且重量在约13g与约20g之间。
40.在一些实施方式中，在基板支撑件212的前侧表面212a处的导引孔216的底座部分216a具有的直径在约12.6mm与约12.8mm之间(诸如是约12.7mm)。导引孔216的底座部分216a的平坦肩部表面616具有的直径在约10.6mm与约10.8mm之间(诸如是约10.8mm)，而导引孔216的导引部分216b具有的直径在约3.95mm与约4.05mm之间(诸如是约4mm)。有肩埋头销头608的顶部表面612具有的直径在约11.1mm与约11.2mm之间(诸如是约11.2mm)。有肩埋头销头608的肩部部分618的平坦肩部表面614a具有的直径在约8.9mm与约9.1mm之间(诸如是约9mm)，而浮动销602的轴部610具有的直径在约3.225mm与约3.285mm之间(诸如是约3.25mm)，从而允许与导引孔216的导引部分216b的内部侧壁表面的间隙在约0.3mm与约0.4mm之间(诸如是约0.34mm)。
41.浮动销602能被致使处在缩回位置中，并能被致使从基板支撑件212的表面伸出，如以上针对图3的伸缩浮动销302所描述的。
42.本揭示案的益处包括在基板处理系统中用于相对于基板支撑件定位基板的改良浮动销。该浮动销具有平坦肩部表面，该平坦肩部表面被座设在该基板支撑件的凹入表面上并将被形成为在基板支撑件中导引该浮动销的导引孔密封。此密封防止从该导引孔的气体泄漏，而因此维持基板处理系统内的压力。
43.虽然前述内容针对本揭示案的实施方式，但可在不背离本揭示案的基本范围的情况下设计本揭示案的其他及进一步的实施方式，且本揭示案的范围由随附的权利要求书确定。