本發(fā)明涉及用于處理半導(dǎo)體襯底的半導(dǎo)體襯底處理裝置，并且可以發(fā)現(xiàn)在執(zhí)行薄膜的化學(xué)氣相沉積中特別有用。

背景技術(shù)：

半導(dǎo)體襯底處理裝置用于通過包括物理氣相沉積(pvd)、化學(xué)氣相沉積(cvd)、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(pecvd)、原子層沉積(ald)、等離子體增強(qiáng)原子層沉積(peald)、脈沖沉積層(pdl)、分子層沉積(mld)、等離子體增強(qiáng)脈沖沉積層(pepdl)處理、蝕刻和抗蝕劑去除的技術(shù)處理半導(dǎo)體襯底。例如，用于處理半導(dǎo)體襯底的一種類型的半導(dǎo)體襯底處理裝置包括含有噴頭模塊的反應(yīng)室和在反應(yīng)室中支撐半導(dǎo)體襯底的襯底基座模塊。噴頭模塊將工藝氣體輸送到反應(yīng)室中，使得可以處理半導(dǎo)體襯底。在這種室中，噴頭模塊的安裝和移除可能是耗時的，此外，如果噴頭模塊的下表面不平行于襯底基座模塊的上表面，則可能發(fā)生在襯底處理期間的不均勻的膜沉積(即，方位角變化)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本文公開了一種用于處理半導(dǎo)體襯底的半導(dǎo)體襯底處理裝置。所述半導(dǎo)體襯底處理裝置包括：化學(xué)隔離室，在該化學(xué)隔離室中處理單個的半導(dǎo)體襯底，其中頂板形成所述化學(xué)隔離室的上壁；工藝氣體源，其與所述化學(xué)隔離室流體連通，以將工藝氣體供應(yīng)到所述化學(xué)隔離室中；噴頭模塊，其將來自所述工藝氣體源的所述工藝氣體輸送到所述處理裝置的處理區(qū)域中，在所述處理區(qū)域中處理所述單個的半導(dǎo)體襯底，其中所述噴頭模塊包括附接到桿的下端的基板，其中，有氣體通道穿過其中的面板形成所述基板的下表面；襯底基座模塊，其被配置為在所述襯底的處理期間在所述面板下方的所述處理區(qū)域中支撐所述半導(dǎo)體襯底；和噴頭模塊調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，其支撐在所述頂板中的所述噴頭模塊，其中所述噴頭模塊調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)能動態(tài)地操作以相對于所述襯底基座模塊的與所述面板鄰近的上表面調(diào)節(jié)所述噴頭模塊的面板的平坦化，其中所述噴頭模塊調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括至少一個致動器組件。

所述噴頭模塊調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)可以包括：至少一個致動器組件，其使得所述噴頭模塊能在至少一個傾斜方向上動態(tài)運(yùn)動。所述至少一個致動器組件可以包括：杠桿，其機(jī)械地放大壓電疊堆和撓曲底座(mount)的位移，以將所述杠桿耦合到致動器殼體。所述至少一個致動器組件還可以包括上撓曲部分，其耦合在所述壓電疊堆的上端和容納所述壓電疊堆的致動器殼體之間，并且，其中所述撓曲底座耦合到所述杠桿和所述壓電疊堆的底端，并且其中所述上撓曲部分和所述撓曲底座被構(gòu)造成減小所述壓電疊堆上的應(yīng)力。所述噴頭模塊調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)可以被構(gòu)造成使得：(a)三個致動器組件用以實(shí)現(xiàn)所述噴頭模塊在兩個傾斜方向運(yùn)動和軸向平移運(yùn)動；(b)所述杠桿的與所述壓電疊堆相對的端部引起耦合到波紋管組件的頂板的調(diào)節(jié)螺桿的運(yùn)動；(c)所述杠桿的與所述壓電疊堆相對的端部經(jīng)由承窩凹槽作用在所述調(diào)節(jié)螺桿的球接頭上；(d)所述噴頭模塊附接到所述波紋管組件的頂板；(e)所述撓曲底座在橫向和豎直平移中約束所述杠桿；(f)上撓曲部分、撓曲底座和致動器殼體的組合熱膨脹與所述壓電疊堆的熱膨脹匹配；或者，(g)噴頭模塊調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)在約3毫弧度的范圍內(nèi)動態(tài)調(diào)節(jié)所述噴頭模塊的面板的傾斜度。所述噴頭模塊調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)還可以以優(yōu)于0.15毫弧度的分辨率動態(tài)地調(diào)節(jié)所述噴頭模塊的所述面板的位置。

在致動器組件的實(shí)施方式中，所述至少一個致動器組件還包括：杠桿，其機(jī)械地放大壓電疊堆的位移；球窩接頭，其耦合到所述壓電疊堆的底端和所述杠桿；以及上撓曲部分，其耦合在所述壓電疊堆的上端和容納所述壓電疊堆的致動器殼體之間。

具體而言，本發(fā)明的一些方面可以闡述如下：

1.一種用于處理半導(dǎo)體襯底的半導(dǎo)體襯底處理裝置，其包括：

化學(xué)隔離室，在該化學(xué)隔離室中處理單個的半導(dǎo)體襯底，其中頂板形成所述化學(xué)隔離室的上壁；

工藝氣體源，其與所述化學(xué)隔離室流體連通，以將工藝氣體供應(yīng)到所述化學(xué)隔離室中；

噴頭模塊，其將來自所述工藝氣體源的所述工藝氣體輸送到所述處理裝置的其中處理所述單個的半導(dǎo)體襯底的處理區(qū)域中，其中所述噴頭模塊包括附接到桿的下端的基板，其中面板形成所述基板的下表面，所述面板具有穿過其中的氣體通道；

襯底基座模塊，其被配置為在所述襯底的處理期間在所述面板下方的所述處理區(qū)域中支撐所述半導(dǎo)體襯底；和

噴頭模塊調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，其支撐在所述頂板中的所述噴頭模塊，其中所述噴頭模塊調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)能動態(tài)地操作以相對于所述襯底基座模塊的與所述面板鄰近的上表面調(diào)節(jié)所述噴頭模塊的所述面板的平坦化，其中所述噴頭模塊調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括至少一個致動器組件。

2.根據(jù)條款1所述的半導(dǎo)體襯底處理裝置，其中所述至少一個致動器組件包括：

至少一個壓電疊堆，其動態(tài)地使得所述噴頭模塊能在至少一個傾斜方向上移動。

3.根據(jù)條款2所述的半導(dǎo)體襯底處理裝置，其中，所述至少一個致動器組件還包括：

杠桿，其機(jī)械地放大所述至少一個壓電疊堆的位移，其中刀片形撓曲部是杠桿支點(diǎn)。

4.根據(jù)條款3所述的半導(dǎo)體襯底處理裝置，其中所述至少一個致動器組件包括：

第一撓曲件，其耦合在所述壓電疊堆的第一端和容納所述壓電疊堆的致動器殼體之間，以及

第二撓曲件，其耦合在所述壓電疊堆的第二端和所述杠桿的一側(cè)之間。

5.根據(jù)條款3所述的半導(dǎo)體基板處理裝置，其中：

(a)所述噴頭模塊調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括被配置成實(shí)現(xiàn)所述噴頭模塊在兩個傾斜方向的運(yùn)動和軸向平移的運(yùn)動的三個致動器組件；

(b)所述杠桿的與所述壓電疊堆相對的端部引起耦合到波紋管組件的頂板的調(diào)節(jié)螺桿的運(yùn)動；

(c)所述杠桿的與所述壓電疊堆相對的端部經(jīng)由承窩凹槽作用在所述調(diào)節(jié)螺桿的球接頭上；

(d)所述噴頭模塊附接到所述波紋管組件的頂板；

(e)所述杠桿支點(diǎn)約束所述杠桿的橫向和豎直平移；

(f)上撓曲部分、撓曲底座和致動器殼體的組合熱膨脹與所述壓電疊堆的熱膨脹匹配；或者，

(g)所述噴頭模塊調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)在約3毫弧度的范圍內(nèi)動態(tài)調(diào)節(jié)所述噴頭模塊的面板的傾斜。

6.根據(jù)條款1所述的半導(dǎo)體襯底處理裝置，其中所述噴頭模塊調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)以優(yōu)于0.15毫弧度的分辨率動態(tài)地調(diào)節(jié)所述噴頭模塊的面板的位置。

7.一種支撐在半導(dǎo)體襯底處理裝置的頂板中的噴頭模塊的噴頭模塊調(diào)整機(jī)構(gòu)，其中所述噴頭模塊調(diào)整機(jī)構(gòu)能動態(tài)地操作以在所述半導(dǎo)體襯底處理裝置中相對于襯底基座模塊的與所述噴頭模塊的面板的鄰近的上表面調(diào)節(jié)所述面板的平坦化。

8.根據(jù)條款7所述的噴頭模塊調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，其中所述噴頭模塊調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括：

至少一個致動器組件，其使得所述噴頭模塊能在至少一個傾斜方向上動態(tài)運(yùn)動。

9.根據(jù)條款8所述的噴頭模塊調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，其中所述至少一個致動器組件還包括：

杠桿，其機(jī)械地放大壓電疊堆的位移；以及

刀片形撓曲部，其是杠桿支點(diǎn)并且將所述杠桿耦合到致動器殼體。

10.根據(jù)條款9所述的噴頭模塊調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，其中：

第一撓曲件耦合在壓電疊堆的第一端和容納所述壓電疊堆的致動器殼體之間，并且

第二撓曲件耦合到所述壓電疊堆的第二端和所述杠桿的一側(cè)，并且

所述第一撓曲件和所述第二撓曲件被配置為減小在所述壓電疊堆上的應(yīng)力。

11.根據(jù)條款9所述的噴頭模塊調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，其還包括：

(a)三個致動器組件，其被配置成實(shí)現(xiàn)所述噴頭模塊在兩個傾斜方向的運(yùn)動和軸向平移的運(yùn)動；

(b)所述杠桿的與所述壓電疊堆相對的端部引起耦合到波紋管組件的頂板的調(diào)節(jié)螺桿的運(yùn)動；

(c)所述杠桿的與所述壓電疊堆相對的端部經(jīng)由承窩凹槽作用在所述調(diào)節(jié)螺桿的球接頭上；

(d)所述噴頭模塊附接到所述波紋管組件的頂板；

(e)所述杠桿支點(diǎn)約束所述杠桿的橫向和豎直平移；

(f)上撓曲部分、撓曲底座和致動器殼體的組合熱膨脹與所述壓電疊堆的熱膨脹匹配；或者，

(g)噴頭模塊調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)在約3毫弧度的范圍內(nèi)動態(tài)調(diào)節(jié)所述噴頭模塊的面板的傾斜。

12.根據(jù)條款7所述的噴頭模塊調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，其中所述噴頭模塊調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)以優(yōu)于0.15毫弧度的分辨率動態(tài)地調(diào)節(jié)所述噴頭模塊的所述面板的位置。

13.根據(jù)條款9所述的噴頭模塊調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，其中，所述至少一個致動器組件還包括：

上撓曲部分，其耦合在所述壓電疊堆的上端和容納所述壓電疊堆的致動器殼體之間。

14.根據(jù)條款8所述的噴頭模塊調(diào)整機(jī)構(gòu)，其中所述至少一個致動器組件還包括：

杠桿，其機(jī)械地放大壓電疊堆的位移；

球窩接頭，其耦合到所述杠桿和所述壓電疊堆的底端；以及

上撓曲部分，其耦合在所述壓電疊堆的上端和容納所述壓電疊堆的致動器殼體之間。

15.一種用于調(diào)節(jié)在用于處理半導(dǎo)體襯底的沉積裝置中使用的噴頭的動力機(jī)構(gòu)，所述動力機(jī)構(gòu)在小于一秒內(nèi)調(diào)節(jié)所述噴頭的一個、兩個或三個自由度。

16.根據(jù)條款15所述的動力機(jī)構(gòu)，其中三個獨(dú)立的致動器組件用于提供三個自由度，所述三個自由度是兩個傾斜方向和一個線性軸向方向。

17.根據(jù)條款16所述的動力機(jī)構(gòu)，其中每個致動器組件是壓電疊堆和具有作為支點(diǎn)的刀片形撓曲部的杠桿的組合，所述杠桿被構(gòu)造成放大所述壓電疊堆的位移。

18.根據(jù)條款17所述的動力機(jī)構(gòu)，其還包括至少一個粗螺桿調(diào)節(jié)器和至少一個精細(xì)/動態(tài)致動器組件，以使得所述噴頭能被手動調(diào)節(jié)和被動態(tài)調(diào)節(jié)。

19.根據(jù)條款17所述的動力機(jī)構(gòu)，其中撓曲件定位在所述壓電疊堆的任一端上，以使得所述壓電疊堆能運(yùn)動學(xué)運(yùn)動，同時減小所述壓電疊堆上的應(yīng)力。

20.根據(jù)條款17所述的動力機(jī)構(gòu)，其中：

(a)球窩接頭定位在所述壓電疊堆的一端上以將所述壓電疊堆附接到所述杠桿，其中所述球窩接頭被配置為哥特式拱形幾何形狀以減少赫茲應(yīng)力和磨損；

(b)選擇所述動力機(jī)構(gòu)的材料的熱膨脹系數(shù)(cte)和每種材料的長度以使位置隨溫度的變化最小化；

(c)第一撓曲件定位在所述壓電疊堆和容納所述壓電疊堆的致動器殼體之間，而第二撓曲件定位在所述壓電疊堆和所述杠桿之間，其中第二撓曲件是交叉刀片狀撓曲件，并且使用直接金屬激光燒結(jié)(dmls)或其他快速原型技術(shù)制造；

(d)位置傳感器集成到所述致動器中以使得能進(jìn)行閉環(huán)反饋控制以檢測非功能致動器；或者

(e)使用一個或兩個獨(dú)立的致動器以分別提供一個或兩個自由度，其中所述自由度選自兩個傾斜方向和一個線性軸向方向。

附圖說明

圖1圖解了根據(jù)本文公開的實(shí)施方式顯示的化學(xué)沉積裝置的概觀的示意圖。

圖2圖解了描繪被布置用于實(shí)施本文公開的實(shí)施方式的各種裝置部件的框圖，其中等離子體可以用于在薄膜生成期間增強(qiáng)反應(yīng)物質(zhì)之間的沉積和/或表面反應(yīng)。

圖3a、3b圖解了根據(jù)本文公開的實(shí)施方式布置的噴頭模塊。

圖4圖解了根據(jù)本文公開的實(shí)施方式布置的噴頭模塊調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的橫截面。

圖5a、5b、5c圖解了根據(jù)本文公開的實(shí)施方式布置的致動器組件。

圖6a、6b圖解了根據(jù)本文公開的實(shí)施方式布置的致動器組件。

具體實(shí)施方式

在以下詳細(xì)描述中，闡述了許多具體實(shí)施方式以便提供對本文所公開的裝置和方法的透徹理解。然而，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，可以在沒有這些具體細(xì)節(jié)的情況下或通過使用替代的元件或工藝來實(shí)現(xiàn)這些實(shí)施方式。在其他情況下，沒有詳細(xì)描述公知的工藝、過程和/或部件，以免不必要地使本文公開的實(shí)施方式的方面難以理解。當(dāng)在本文結(jié)合數(shù)值使用時，術(shù)語“約”是指±10％。

如所指示的，本文的實(shí)施方式提供用于進(jìn)行化學(xué)氣相沉積(諸如等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積)的諸如沉積裝置(或在替代實(shí)施方式中為蝕刻裝置)之類的半導(dǎo)體襯底處理裝置和相關(guān)方法。這些裝置和方法特別適用于與基于半導(dǎo)體制造的電介質(zhì)沉積工藝或金屬沉積工藝結(jié)合使用，這些工藝需要在多步沉積工藝(例如原子層沉積(ald)、等離子體增強(qiáng)原子層沉積(peald)、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(pecvd)、脈沖沉積層(pdl)、分子層沉積(mld)或等離子體增強(qiáng)脈沖沉積層(pepdl)處理)中的單獨(dú)的自限制沉積步驟，但是它們不受限于此。處理半導(dǎo)體襯底的方法的示例性實(shí)施方式可以在共同轉(zhuǎn)讓的美國公開專利申請no.2013/0230987、2013/0005140、2013/0319329,以及美國專利no.8,580,697、8,431,033和8,557,712中找到，其通過引用全部并入本文。

上述工藝可能遭遇與將工藝氣體非均勻輸送到從工藝氣體(例如工藝氣體前體或反應(yīng)物)接收沉積膜的晶片或半導(dǎo)體襯底的上表面相關(guān)的一些缺點(diǎn)。例如，如果將工藝氣體輸送到半導(dǎo)體襯底的噴頭模塊的下表面不平行于支撐半導(dǎo)體襯底的襯底基座模塊的上表面，則會形成在半導(dǎo)體襯底的上表面上的不均勻的前體分布。

通常有兩種主要類型的cvd噴頭模塊：枝形吊燈型(thechandeliertype)和嵌入式安裝型(theflushmounttype)。枝形吊燈噴頭模塊具有在一端附接到反應(yīng)室的頂板并在另一端附接到面板的桿，從而類似于枝形吊燈。桿的一部分可以突出到頂板上方，以使得能夠連接氣體管線和射頻(“rf”)功率。嵌入式安裝型噴頭模塊集成在室頂部，并且沒有桿。盡管這里示出的示例是枝形吊燈型噴頭，但是噴頭模塊不受限于這種類型的噴頭。

噴頭模塊調(diào)平(平坦化)通常在濕法清潔程序之后進(jìn)行，該濕法清潔程序涉及使裝置的反應(yīng)室(化學(xué)隔離室)冷卻和通風(fēng)(venting)一次或多次?？赡苄枰鋮s和通風(fēng)以進(jìn)入室的內(nèi)部，從而調(diào)節(jié)噴頭和襯底基座模塊之間的間隔以及相對于基座模塊的上表面的噴頭的下表面的平坦化。常規(guī)技術(shù)涉及將金屬箔球放置在室內(nèi)以測量噴頭模塊和襯底基座模塊之間的間隙，然后基于測量結(jié)果調(diào)節(jié)在噴頭模塊的背板與反應(yīng)室的頂板之間的多個支架，通常為三個或更多個支架。只在使室通風(fēng)和冷卻后才能通過打開頂板調(diào)節(jié)支架。在噴頭模塊被視為水平之前可以執(zhí)行多個測量和調(diào)節(jié)循環(huán)。因?yàn)閲婎^不能通過外部操縱來調(diào)平，所以該過程可能非常耗時，長達(dá)約20小時。

在一個實(shí)施方式中，使用一個或多個壓電致動器以除了該手動調(diào)節(jié)過程之外還提供附加的動態(tài)精細(xì)調(diào)節(jié)。工藝通常需要將不同類型的膜順序地放置在同一晶片上，并且每個膜可能具有對于噴頭傾斜的不同靈敏度。壓電致動器對于這種應(yīng)用是理想的，因?yàn)樗鼈兡軌蛲ㄟ^將操作電壓的小變化轉(zhuǎn)換為平滑運(yùn)動來控制亞納米范圍內(nèi)的位置變化。由壓電致動器控制的移動不受摩擦或閾值電壓的影響。壓電致動器還提供快速響應(yīng)時間，能提供大于10,000g的加速率。壓電致動器不產(chǎn)生磁場，也不受磁場的影響；因此，它們特別適合于具有低磁場容差(tolerances)的應(yīng)用。最后，壓電致動器既沒有齒輪也沒有旋轉(zhuǎn)軸，因此它們的位移基于固態(tài)動力學(xué)并且沒有表現(xiàn)出磨損。

然而，包括商業(yè)壓電級的當(dāng)前可用的電動致動器和級別不滿足用于噴頭傾斜調(diào)節(jié)所需要的驅(qū)動力(每個致動器80磅力)、分辨率(0.15毫弧度)、耐久性(10,000,000個周期)、或緊密封裝要求。例如，機(jī)動導(dǎo)螺桿致動器或者提供不足的驅(qū)動力(每個致動器10-15磅力)或者太大而不能封裝在半導(dǎo)體處理工具中。單獨(dú)的壓電疊堆能夠提供足夠的驅(qū)動力，但是它們的最大位移是非常小的，通常在其長度的0.1％的量級。針對納米精度和在方向之間的幾乎零交叉耦合而設(shè)計的其他市售壓電級沒有足夠的運(yùn)動范圍或所需的驅(qū)動力。

本文公開了連接到噴頭模塊調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的噴頭模塊，其被設(shè)計為將在同一晶片上的處理步驟之間從反應(yīng)室的外部被調(diào)平。在兩種或更多種不同的膜材料被順序地沉積的工藝中，動態(tài)調(diào)節(jié)噴頭傾斜校正方位角變化而不破壞真空。噴頭致動器組件優(yōu)選地包括具有介于2和20之間的增益比的杠桿；例如，可以使用諸如6.5：1之類的期望增益比來增強(qiáng)獨(dú)立壓電疊堆的運(yùn)動范圍。包括集成杠桿運(yùn)動放大器的壓電致動器可以將壓電疊堆位移增大通常2至20倍。為了在增加的行程范圍內(nèi)保持高分辨率和快速響應(yīng)，杠桿系統(tǒng)優(yōu)選是剛性的以及無間隙和無摩擦，這就是為什么滾珠或滾子軸承不是優(yōu)選的原因。具有集成運(yùn)動放大器的壓電致動器與標(biāo)準(zhǔn)壓電致動器相比具有若干優(yōu)點(diǎn)，包括引導(dǎo)運(yùn)動，力與陶瓷的解耦；與疊堆致動器相比具有相等位移的緊湊尺寸；和減小的電容。

在優(yōu)選配置中，即使在通過杠桿減小驅(qū)動力之后，壓電疊堆也在調(diào)節(jié)點(diǎn)處施加足夠的驅(qū)動力(至少80磅力)。此外，撓曲件確保杠桿組件在沒有摩擦和磨損的情況下工作，這是期望延長致動器壽命。撓曲件是基于固體材料的彈性變形(撓曲)的無摩擦的無粘性裝置?；瑒雍蜐L動完全消除。除了不存在內(nèi)摩擦之外，撓曲器件還顯示出高剛度和負(fù)載能力。撓曲件與其他引導(dǎo)系統(tǒng)相比對沖擊和振動較不靈敏，并且還可以用作用于壓電疊堆的應(yīng)力減小器，并且允許沿期望方向的運(yùn)動學(xué)運(yùn)動，從而使得致動器能夠?qū)崿F(xiàn)其全范圍的運(yùn)動并進(jìn)一步延長致動器壽命。

圖1是示出根據(jù)本文公開的實(shí)施方式的用于化學(xué)氣相沉積的半導(dǎo)體襯底處理裝置201的概觀的示意圖。諸如晶片之類的半導(dǎo)體襯底13位于可移動基座模塊223的頂部，可移動基座模塊223可相對于噴頭模塊211升高或降低，噴頭模塊211也可豎直移動。反應(yīng)物材料氣體經(jīng)由氣體管線203被引入到室的處理區(qū)域318中，其中工藝氣體流由質(zhì)量流量控制器229控制。注意，裝置可以修改為具有一個或多個氣體管線，具體取決于所使用的反應(yīng)物氣體的數(shù)目(number)。室通過連接到真空源209的真空管線235抽空。真空源可以是真空泵。

本文公開的實(shí)施方式可以在等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積裝置(即等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(pecvd)裝置、等離子體增強(qiáng)原子層沉積(peald)裝置或等離子體增強(qiáng)脈沖沉積層(pepdl)裝置)中實(shí)現(xiàn)。圖2提供了描繪被布置用于實(shí)施本文公開的實(shí)施方式的各種裝置部件的簡單框圖，其中利用等離子體來增強(qiáng)沉積。如圖所示，處理區(qū)域318用于容納由電容耦合等離子體系統(tǒng)產(chǎn)生的等離子體，該電容耦合等離子體系統(tǒng)包括與襯底基座模塊223結(jié)合工作的噴頭模塊211，其中襯底基座模塊223被加熱。連接到匹配網(wǎng)絡(luò)206的rf源(例如至少一個高頻(hf)rf發(fā)生器204)和可選的低頻(lf)rf發(fā)生器202連接到噴頭模塊211。在替代的實(shí)施方式中，hf發(fā)生器204可連接到襯底基座模塊223。由匹配網(wǎng)絡(luò)206提供的功率和頻率足以從工藝氣體/蒸氣產(chǎn)生等離子體。在使用hf發(fā)生器和lf發(fā)生器兩者的實(shí)施方式中，并且在替代實(shí)施方式中，僅使用hf發(fā)生器。在典型的工藝中，hf發(fā)生器在約2-100mhz的頻率下操作；在優(yōu)選實(shí)施方式中，在13.56mhz或27mhz的頻率下操作。lf發(fā)生器在約50khz至2mhz下操作；在優(yōu)選實(shí)施方式中，在約350khz至600khz下操作?？梢曰谑殷w積、襯底尺寸和其他因素來縮放工藝參數(shù)。類似地，工藝氣體的流速可取決于真空室(反應(yīng)室)或處理區(qū)的自由體積。

在室內(nèi)，襯底基座模塊223支撐襯底13，在襯底13上可沉積諸如薄膜之類的材料。襯底基座模塊223可以包括叉或升降銷，以在沉積和/或等離子體處理反應(yīng)期間和之間保持和轉(zhuǎn)移襯底。在一實(shí)施方式中，襯底13可以被配置為擱置在襯底基座模塊223的表面上，然而在替代實(shí)施方式中，襯底基座模塊223可以包括靜電卡盤、機(jī)械卡盤或用于將襯底13保持在襯底基座模塊223的表面上的真空卡盤。襯底基座模塊223可以與加熱器塊220耦合，以將襯底13加熱到期望的溫度。根據(jù)待沉積的材料，將襯底13保持在約25℃至500℃或更高的溫度。

在某些實(shí)施方式中，在沉積、沉積后處理和/或其它工藝操作期間，采用系統(tǒng)控制器228來控制工藝條件。控制器228通常將包括一個或多個存儲器設(shè)備和一個或多個處理器。處理器可以包括cpu或計算機(jī)、模擬和/或數(shù)字輸入/輸出連接、步進(jìn)式馬達(dá)控制器板等。

在某些實(shí)施方式中，控制器228控制裝置的所有活動。系統(tǒng)控制器228執(zhí)行系統(tǒng)控制軟件，該系統(tǒng)控制軟件包括用于控制處理操作的時序、lf發(fā)生器202和hf發(fā)生器204的操作的頻率和功率、前體和惰性氣體及其相對混合的流速和溫度、加熱器模塊220和噴頭模塊211的溫度、室的壓強(qiáng)、噴頭的傾斜度、以及特定工藝的其他參數(shù)的指令集。在一些實(shí)施方式中可以采用存儲在與控制器相關(guān)聯(lián)的存儲設(shè)備上的其他計算機(jī)程序。

通常將存在與控制器228相關(guān)聯(lián)的用戶接口。用戶接口可以包括顯示屏、裝置和/或工藝條件的圖形軟件顯示、以及用戶輸入設(shè)備，例如指點(diǎn)設(shè)備、鍵盤、觸摸屏、麥克風(fēng)等。

非暫時性計算機(jī)機(jī)器可讀介質(zhì)可以包括用于控制裝置的程序指令。用于控制處理操作的計算機(jī)程序代碼可以以任何常規(guī)計算機(jī)可讀編程語言編寫：例如匯編語言、c、c++、pascal、fortran或其他。編輯的目標(biāo)代碼或腳本由處理器執(zhí)行以執(zhí)行程序中標(biāo)識的任務(wù)。

控制器參數(shù)涉及工藝條件，諸如，例如處理步驟的時序、前體和惰性氣體的流速和溫度、晶片的溫度、室的壓強(qiáng)、噴頭的傾斜度、和特定工藝的其它參數(shù)。這些參數(shù)以配方的形式提供給用戶，并且可以使用用戶界面輸入。

用于監(jiān)視工藝的信號可以由系統(tǒng)控制器的模擬和/或數(shù)字輸入連接件提供。用于控制工藝的信號通過裝置的模擬和數(shù)字輸出連接件輸出。

系統(tǒng)軟件可以以許多不同的方式設(shè)計或配置。例如，可以寫入各種室部件子程序或控制對象以控制執(zhí)行沉積工藝所需的室部件的操作。用于此目的的程序或程序段的示例包括處理步驟的襯底時序代碼、前體和惰性氣體的流速和溫度代碼、以及用于室的壓強(qiáng)的代碼。

噴頭模塊211優(yōu)選地是溫度受控的和rf供能的。溫度受控的、rf供能的噴頭模塊的示例性實(shí)施方式可以在共同轉(zhuǎn)讓的美國公開專利申請no.2013/0316094中找到，其通過引用整體并入本文。

根據(jù)本文公開的實(shí)施方式，噴頭模塊優(yōu)選地包括用于手動和動態(tài)地調(diào)節(jié)噴頭模塊的平坦化的噴頭模塊調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。如圖3a和3b所示，噴頭模塊211優(yōu)選地包括桿305、包括背板317和面板316的基板315以及用于調(diào)節(jié)噴頭模塊211的平坦化的噴頭模塊調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)400。模塊211的平坦化也可以通過擰緊或松開調(diào)節(jié)螺桿405粗略地調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)螺桿405包括細(xì)螺紋并且可以用于在兩個傾斜度和在軸向位置手動地調(diào)節(jié)噴頭模塊211。調(diào)節(jié)螺桿405與致動器組件的承窩凹槽430配合。噴頭模塊211的平坦化可以通過經(jīng)由集成杠桿運(yùn)動放大器操縱壓電致動器的壓電疊堆的位移來精細(xì)地和動態(tài)地調(diào)節(jié)。

在一個實(shí)施方式中，可以使用作為噴頭調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的一部分的三個致動器組件來調(diào)節(jié)噴頭模塊211的面板316的平坦化，以動態(tài)地提供三個自由度：軸向平移和兩個傾斜方向。在另一個實(shí)施方式中，可以將兩個致動器組件用于提供兩個自由度。在又一個實(shí)施方式中，一個致動器組件可以用于提供一個自由度(例如在一個方向上的動態(tài)傾斜)。噴頭模塊211和噴頭模塊調(diào)整機(jī)構(gòu)400設(shè)計使用快速響應(yīng)(例如小于一秒)壓電致動器組件以動態(tài)地調(diào)節(jié)噴頭模塊211的傾斜，從而允許改善從多種不同膜類型中選擇的特定膜的沉積的均勻性。

如圖4所示，噴頭模塊211優(yōu)選地被支撐在化學(xué)隔離室(即反應(yīng)室)的頂板330中。頂板330優(yōu)選地支撐軸環(huán)413。頂板330的水平上表面優(yōu)選地具有開口，例如螺紋開口，其中在軸環(huán)413中的用于接收緊固件的相應(yīng)開口包括至少三個緊固件402，緊固件402將軸環(huán)413連接到頂板330。軸環(huán)413支撐噴頭模塊調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)400的在頂板330中的剩余部分。噴頭模塊調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)400通過頂板330接地。

o形環(huán)409通過至少三個可調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)螺桿405在波紋管組件403的頂板和支撐在套環(huán)413上方的冷卻板412之間形成不透氣的密封(即，氣密密封)，其中至少三個可調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)螺桿405還可操作以相對于軸環(huán)413粗略地調(diào)節(jié)冷卻板412的平坦化。優(yōu)選地，每個調(diào)節(jié)螺桿405的上端通過螺紋被支撐在波紋管組件的頂板403中，并且每個相應(yīng)的調(diào)節(jié)螺桿405的下端(即球接頭425)被可旋轉(zhuǎn)地容納在致動器組件的承窩凹槽430中。噴頭桿305延伸穿過軸環(huán)413、波紋管411和冷卻板412中的開口，并且通過另一o形環(huán)409連接到冷卻板412的上表面，該另一o形環(huán)409形成法蘭416和冷卻板412之間的氣密密封件。此外，法蘭416和冷卻板412可以共同釬焊。噴頭模塊211的桿305通過將軸環(huán)413連接到頂板330的緊固件402支撐在頂板330的開口中。

波紋管411優(yōu)選地在軸環(huán)413和冷卻板412之間形成氣密可膨脹和撓性的真空密封件，其中桿305延伸通過氣密可膨脹真空密封件，使得可以調(diào)節(jié)噴頭模塊211的平坦化而不破壞氣密可膨脹真空密封件。波紋管411優(yōu)選地在上端焊接到頂板403并且在下端焊接到軸環(huán)413。

噴頭模塊調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)400可以經(jīng)由三個或更多個緊固件402附接到化學(xué)隔離室的頂板330。噴頭調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)可以包含一個和三個之間的致動器組件。每個致動器組件提供一個運(yùn)動度。三個致動器組件將給出三個運(yùn)動度：兩個傾斜和軸向位置。成本降低的版本將使用一個致動器提供在一個維度上的傾斜。

圖5a-5c示出了致動器組件的一個實(shí)施方式。在每個致動器組件中，壓電疊堆419安裝在致動器殼體421中。壓電疊堆194由長度在施加電壓時增加的材料制成；長度上的變化與電壓大致成線性關(guān)系，并且在100v下約為0.1％。由于壓電疊堆單獨(dú)僅提供這種小量的運(yùn)動，所以杠桿422被制造成進(jìn)入致動器殼體421中以放大噴頭模塊調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)400的運(yùn)動范圍并且同時將力以至少2:1減小，優(yōu)選地以至少4:1減小，并且在優(yōu)選實(shí)施方式中以6.5:1減小。可以使用桿增益的更高或更低的比率。例如，比率越高，允許運(yùn)動范圍越大，但力越??；比率越低，使得力越大，但是運(yùn)動的范圍較小。杠桿422通常使用放電機(jī)(edm)制成。杠桿樞軸(即支點(diǎn))是刀片形撓曲部415，刀片形撓曲部415被設(shè)計成彎曲。

包括撓曲底座423和上撓曲部分424(例如，帶螺紋保持器的一部分)的放電機(jī)(edm)切割撓曲件被容納在致動器殼體421中，并在其他方向上約束桿422的同時允許桿422有少量的傾斜。撓性底座423在壓電疊堆419和致動器殼體421的桿422之間提供低應(yīng)力連接，并且被設(shè)計成在彎曲時是順應(yīng)性的，但是在壓縮時非常剛性的。在該實(shí)現(xiàn)方式中，撓曲底座423是交叉刀片狀撓曲件。撓曲底座423可以使用諸如直接金屬激光燒結(jié)(dmls)之類的快速原型技術(shù)制造。dmls或其他快速原型技術(shù)優(yōu)選用于快速加工不能使用常規(guī)加工技術(shù)(例如銑削)容易地制造的高度復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)。

上撓曲部分424是帶螺紋保持器的一部分，帶螺紋保持器使用細(xì)間距螺紋擰入致動器殼體421中，直到壓電疊堆419在撓曲底座423和保持器之間輕微擠壓。因此，帶螺紋保持器能夠消除致動器殼體421、壓電疊堆419和撓曲底座423之間的組裝公差。帶螺紋保持器還被設(shè)計成在彎曲時是順應(yīng)性的，但是在壓縮時非常剛性。需要分別在壓電疊堆419的下端和上端的撓曲底座423和上撓曲部分424來減小應(yīng)力并消除壓電疊堆419上的摩擦，且允許其能具有驅(qū)動杠桿422所需的運(yùn)動自由度。

刀片形撓曲部415為桿422提供無摩擦樞轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致在桿422的操作中增加的精度和更高的可靠性。此外，壓電疊堆和edm切割撓曲件的組合使得致動器能實(shí)現(xiàn)高位移和高驅(qū)動力。杠桿422的與壓電疊堆419相對的端部經(jīng)由插座槽430作用在調(diào)整螺桿405的球接頭425上。球接頭425進(jìn)而作用在波紋管組件的頂板403上，從而調(diào)節(jié)與波紋管組件的頂板403連接的噴頭模塊211的面板316的平坦化。波紋管組件由焊接在一起的頂板403、底板426和波紋管411組成。底板426附接到室的頂板330，并且波紋管組件的頂板403附接到與噴頭附接的冷卻板412。波紋管組件是順應(yīng)式的；當(dāng)波紋管411撓曲時，頂板403可以相對于底板426移動。

調(diào)整螺桿405還可以用于噴頭模塊211位置的粗調(diào)。螺桿粗調(diào)節(jié)和壓電致動器動態(tài)精細(xì)調(diào)節(jié)的組合允許在寬位移范圍內(nèi)手動調(diào)節(jié)噴頭模塊211，以消除(takeup)制造公差，然后在處理步驟之間動態(tài)調(diào)節(jié)。

選擇材料以使致動器絕熱，使得噴頭模塊211的傾斜在沉積過程中經(jīng)歷的寬的操作溫度范圍內(nèi)不波動。選擇諸如invar、nitronic60和鈦之類的材料，使得致動器殼體、帶螺紋保持器和撓曲底座的組合熱膨脹匹配壓電疊堆的熱膨脹。

圖6a和6b示出了致動器組件的另一實(shí)施方式。在每個致動器組件中，壓電疊堆419的下端上的球窩接頭523在不能制造撓曲底座(圖5a-5c)情況下是有利的。在如圖6a和6b的構(gòu)造中，壓電疊堆419具有與使用撓曲底座423時的運(yùn)動自由度相同的運(yùn)動自由度。球接頭構(gòu)造通過允許樞轉(zhuǎn)運(yùn)動而在壓電疊堆和致動器殼體的杠桿之間提供低應(yīng)力連接，同時在壓縮中仍然是剛性的?？梢酝ㄟ^使用哥特式(gothic)拱形幾何形狀，以使接觸面積最大化和降低赫茲應(yīng)力，并且還通過使用諸如耐磨損的nitronic60之類的材料來減小磨損。

圖5a-6b中所示的實(shí)施方式使得能動態(tài)調(diào)節(jié)噴頭模塊211，以便控制面板316和襯底基座模塊223的上表面之間的間隙高度。噴頭傾斜會影響沉積在襯底上的膜的厚度輪廓。因?yàn)椴煌哪τ趪婎^傾斜具有不同的靈敏度，因此在不破壞真空的情況下的噴頭傾斜的動態(tài)調(diào)整在生產(chǎn)效率和維護(hù)成本方面是有利的。在圖5a-6b中所示的實(shí)施方式還滿足現(xiàn)代噴頭調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)所需的驅(qū)動力(每個致動器80磅力)、分辨率(0.15毫弧度)、耐久性(10,000,000個循環(huán))和運(yùn)動范圍(3毫弧度)要求。

優(yōu)選地，系統(tǒng)控制器228電連接到至少一個原位傳感器(檢測器)，以測量面板316和襯底基座模塊223的上表面之間的間隙高度，以及相對于襯底基座模塊223的上表面的面板316的平坦度，使得間隙控制和平坦化控制可以在反饋控制模式中執(zhí)行?？梢允褂美缂す飧缮鎯x，電感式、電容式、聲學(xué)、線性可變差動變壓器(ldvt)和應(yīng)變傳感器等各種類型的原位檢測器作為間隙和平面度傳感器，其中傳感器可位于化學(xué)隔離室內(nèi)部或外部。傳感器可以集成到致動器中，從而允許閉環(huán)反饋控制并且還提供檢測非功能致動器的裝置。

雖然已經(jīng)參考其具體實(shí)施方式詳細(xì)描述了包括擋板裝置的半導(dǎo)體襯底處理裝置，但是對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的是，可以進(jìn)行各種改變和修改以及使用等同方式，而不背離所附權(quán)利要求書的范圍。