晶圓定位裝置的製作方法

2023-04-23 08:16:36 1

專利名稱：晶圓定位裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及半導體製程中的物理氣象沉積裝置，尤其涉及一種晶圓 定位裝置。
背景技術：
物理氣相澱積是半導體晶片製程的後端工藝，被廣泛運用於金屬鍍膜。 該工藝 一般使用氬等惰性氣體作為等離子介質，先利用直流高壓在高真空環 境中將氬原子電離為氬離子，再使氬離子加速以撞擊用於鍍膜的金屬靶材， 進而導致金屬原子和額外的電子被釋放出來，最後使得被釋放出的金屬沉積
在晶圓表面形成金屬薄膜。特別是在沉積鋁的製程中，還需要保持350-600
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在工業過程中， 一般將晶圓放置在物理氣相沉積設備中進行金屬鍍膜。
參考圖l,中國專利申請第200410001096.X號/>開了 一種物理氣相沉積i殳 備，包括反應室100、固定於反應室100底部的承載晶圓108的基座102、位於 反應室100頂部的鍍膜金屬耙材110、用於固定晶圓108的定位環200,以及對 定位環200進行限位的定位件106。定位環200的正面201與耙材110相對，而定 位環200的反面203與基座102相對。
物理氣相沉積設備中設置定位環的目的是防止晶圓在放置時位置偏離預 定位置過多，或避免沉積過程中晶圓位置發生過量變化。美國專利第6162336 號公開一種物理氣相沉積設備中設置的定位環。參考圖2和圖3，定位環200包 括環體202和擋塊204，多個擋塊204等距地分布於環體202內側。擋塊204的形 狀為多層階梯，其中第一層階梯與晶圓108接觸。由於定位環200上多個擋塊 204與晶圓108接觸，限制了晶圓108在定位環200內的移動，實現了利用定位
環200對晶圓108進行定位的目的。而定位環200內側除擋塊204以外的其他部 位不與晶圓108接觸，以下稱為非接觸區。
如圖4A所示，當在物理氣相沉積設備中使用上述定位環對晶圓進行定位 時，用於沉積的金屬除了會沉積在晶圓108上以外，同樣會沉積在定位環的環 體202上，從而在環體202形成一層金屬層300。通常晶圓108與定位環200的非 接觸區壁面之間的距離小於0.5mm,隨著定位環使用次數的增多，沉積到環體 202上的金屬也越來越多，即金屬層300會隨著沉積次數的增加而變厚，進而 使得晶圓108與定位環200的非接觸區壁面之間的距離越來越小。
如圖4B所示，定位環200的非接觸區壁面上沉積的金屬層300的厚度增加 到一定層度時， 一旦晶圓108的放置出現偏差，或在物理氣相沉積過程中由於 振動等原因使晶圓108偏移預定位置，晶圓108即會與金屬層300接觸，此時金 屬也會沉積在晶圓108與金屬層300的接觸處，導致晶圓108與金屬層300粘合 在一起。當在物理氣相沉積過程結束後，使用機械手取走晶圓108時，由於晶 圓108與金屬層300的粘合，容易導致晶圓108在與金屬層300的分離過程中發 生破碎。為了避免這種情況發生，需要對定位環進行清洗，去除表面沉積的 金屬，因而縮短了定位環的正常工作周期。

實用新型內容
本實用新型解決的技術問題是防止因晶圓與沉積在定位環上的金屬層發 生粘合，從而防止晶圓在轉移時由於所述粘合作用而破碎，進而避免頻繁清 洗定位環表面的沉積金屬層，增加定位環的工作周期。
根據本實用新型的一個方面，提供一種晶圓定位裝置，包括圓環柱型基 板，所述基板的內側壁面向晶圓側壁的位置開設有凹槽。
可選地，所述基板的內側壁上沿基板中心對稱地設置有多個定位晶圓的 擋塊，所述凹槽在所述擋塊沿基板軸向的延伸處具有間斷。
可選地，所述凹槽的形狀與晶圓的側壁輪廓一致，或者是半圓形、半橢 圓形、半U型、矩形或圓角矩形。
可選地，所述凹槽的深度為0.5mm至5mm。 可選地，所述凹槽的開口寬度為0.9mm至4mm。 可選地，所述晶圓定位裝置的材料為鈦或鈦合金。 可選地，所述晶圓定位裝置表面採用磨砂處理。
與現有技術相比，本實用新型具有的優點是，定位裝置基板上的內側壁 面向晶圓的位置開設有凹槽，增加了定位環與晶圓相對但不接觸的壁面與晶 圓間的間距，防止因晶圓與沉積在定位環上的金屬層粘合，從而防止晶圓在
轉移時發生破碎，進而避免頻繁清洗定位環表面的沉積金屬層，增加定位環 的工作周期。
另外，採用開設凹槽的方式預留沉積金屬的空間，可以基本保持定位環 原有的結構強度。
再者，凹槽在所述擋塊處產生間斷，既可以阻止晶圓朝向遠離定位環圓 心的方向移動，也不會改變擋塊處的結構強度，同時又不會使晶圓在擋塊處 與沉積的金屬層發生粘合。
另外，定位環的材料可以是鈦或鈦合金，使得定位環具備一定的材料強 度，且當定位環到達使用周期時，不會被用於去除定位環表面金屬沉積的酸 性溶劑所腐蝕，並能承受沉積鋁製程中需要達到的350 600。C的溫度。


圖l是現有技術物理氣相澱積設備結構示意圖； 圖2是現有技術定位環剖視圖； 圖3是現有技術定位環結構示意圖4 A是定位環對晶圓定位時沿圖3 IV-IV'剖視圖； 圖4B是圖4A中晶圓與金屬層粘合時的示意圖； 圖5是本實用新型定位環結構示意圖； 圖6A是沿圖5VI-VI，剖視示意圖； 圖6B是定位環對晶圓定位時沿圖5VI-VI'剖視示意圖； 圖7是實施例1沿圖5 VII-Vir剖視示意圖； 圖8 A和圖8 B是實施例2沿圖5 VII-VII，剖視示意圖。
具體實施方式

本實用新型通過增加物理氣相沉積設備中定位環與晶圓相對但不接觸的 壁面與晶圓間的間距，防止因晶圓與沉積在定位環非接觸區的金屬層粘合， 從而防止晶圓在轉移時發生破碎，進而避免頻繁清洗定位環表面的沉積金屬 層，增加定位環的工作周期。
為使本實用新型的上述目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，下面結合 附圖對本實用新型的具體實施方式
做詳細的說明。
圖5是本實用新型晶圓定位環的結構示意圖。定位環900包括圓環形柱 基板901，多個擋塊902,多個支撐件903，多個圓形凸起905-908，以及多 個連接孔904。基板901的圓環形第一表面(圖未示)上可以設有多個與基板 901共圓心的圓形突起905-908，突起卯5~908沿基板徑向從內到外等距或 不等距地設置。突起905上沿定位環900的圓心可以對稱地鑲嵌多個用於支 撐定位環900的支撐件卯3，支撐件903的支撐面與基板卯l的第一表面平行 或接近平行，所述支撐面的形狀可以為矩形，其寬度大於突起905的寬度。 突起卯7的內側沿定位環900的圓心可以對稱地設置多個用於固定定位環900 的連接孔904,連接孔904的軸向垂直或接近垂直於基板901,連接孔904可
以有內螺紋。在基板901的內側壁(圖未示)上，沿定位環900的圓心對稱 地延伸出多個定位晶圓的擋塊902。
定位環900沿經過擋塊902且靠近環內側的徑向剖面，即按圖5中VI-VI， 剖視的結果如圖6A所示。基板901具有圓環形的第一表面910和內側壁911。 從內側壁911上延伸出環形輪緣913。輪緣913與內側壁911的相交處延伸出 階梯狀擋塊902。第二側邊911與擋塊902的相交處與擋塊902頂點間的3巨離 Ws為1.87mm至2腿，具體例如1.87腿、1.885rnm、 1.90腿、1.915rnm、 1.93mm、 1.945mm、 1.96mm、 1.975mm、 1.99mm以及2mm。擋塊902頂點 與輪緣913頂點件的距離Wr為1.25mm至1.524mm，具體例如1.25mm、 1.28mm、 1.31mm、 1.34mm、 1.37mm、 1.40mm、 1.43mm、 1.46mm、 1.49mm、 以及1.524mm。擋塊902與輪緣913間的落差Hr為0.2mm至0.3058mm，具 體例如0.20匪、0.2117讓、0.2234匪、0.2351腿、0.2468腿、0.2585rnm、 0.2702rnm、 0.2819匪、0.2936匪以及0.3058匪。
當定位環處於定位狀態時，圖5中VI-VI'剖視的結果如圖6B所示。擋塊 卯2的一個側面與晶圓108緊密接觸，通過增加晶圓108的移動阻力，阻止晶 圓108朝向內側壁911的方向移動。參考圖5，由於基板901上以定位環900 的圓心為中心對稱地設置了多個擋塊902,因此，晶圓108在各個方向上都難 以朝向遠離定位環卯0的圓心方向移動，/人而實現了利用定位環900對晶圓 108進行定位的目的。
參考圖5，定位環卯O內側內側壁上，除擋塊902以外的其他部分具有相 同的結構，現以圖5中沿vn-vn，剖視所得到的剖視結果圖7為例進行說明。 為了避免在長期的物理氣相沉積過程中，金屬沉積到原有的內側壁911上， 導致晶圓108與原有的內側壁911粘合在一起，可以將原有的內側壁911沿 遠離定位環900圓心的方向挖進一定深度Wq從而形成新的內側壁911，。 Wq 可以根據定位環預定使用周期內金屬沉積的厚度以及定位環的強度來確定，
因此Wq可以為0.5mm至5mm，具體例戈口 0.5 mm、 1 mm、 1.5 mm、 2 mm、 2.5 mm、 3 mm、 3.5 mm、 4 mm、 4.5mm或5mm。由於新的內側壁911，與晶 圓間的距離有所增加，因而提供了更多供金屬沉積的空間，避免了晶圓與內
側壁9lr上沉積的金屬層之間的接觸，從而避免了晶圓與金屬層粘合在一起。 為了儘量保持定位環原有的結構強度，本實用新型的另一個實施例可以
參考圖8A所示。基板91的內側壁911與輪緣913相交處沿遠離定位環900 圓心的方向開出凹槽912。凹槽的形狀可以與晶圓(圖未示)的側壁輪廓一致， 也可以是半圓形、半橢圓形、半U型、矩形或圓角矩形。凹槽的深度Wc可 以根據定位環預定使用周期內金屬沉積的厚度以及定位環的強度來確定，Wc 可以為0.5mm牙口 5mm,具體Y列^口 0.5mm、 1 mm、 1.5 mm、 2 mm、 2.5 mm、 3 mm、 3.5 mm、 4mm、 4.5mm以及5mm。由於常見的晶圓厚度為0.9mm，如 果凹槽912的開口寬度Hc小於晶圓厚度，則內側壁911與晶圓的最小距離仍 然未有增加，因此無法避免晶圓與沉積在內側壁911上的金屬層粘合在一起； 但如果凹槽912的開口寬度Hc過大，又無法達到儘量保持定位環原有的結構 強度的目的，因此凹槽912的開口寬度Hc可以為0.9mm至4mm,具體例如 0.9 mm、 1 mm、 1.1 mm、 1.2 mm、 1.4 mm、 1.6 mm、 1.8 mm、 2 mm、 2.5 mm、 3 mm、 3.5mm以及4mm。
如圖8 B所示，當定位環(圖未示)對晶圓108進行定位時，晶圓108 的側壁正對凹槽912,使得晶圓108的側壁與基板91之間的距離有所增加， 因而使得晶圓108的側壁與基板91之間預留了更多沉積金屬的空間，進而避 免了晶圓108與沉積在定位環上的金屬層之間的粘合，並增加了定位環的使 用周期。
參考圖6B，由於擋塊902具有階梯式結構，且擋塊卯2與晶圓108接觸 的部位與輪緣913的下沿之間存在落差Hr，這樣的結構使得金屬不容易沉積 在擋塊卯2與金屬接觸的部位，因此晶圓108在此處不容易與定位環900上
沉積的金屬發生粘合。另外，再結合參考圖5，所有擋塊902總共只佔據了圓 環狀基板901內側角度的6.18%,因此，不改變擋塊902處的結構既不會影響 擋塊902增加晶圓108的移動阻力，阻止晶圓108朝向遠離定位環900圓心 的方向移動，也不會改變擋塊902處的結構強度，同時又不會使晶圓108在 擋塊卯2處與沉積的金屬層發生粘合。因此，在本實用新型的實施例中，無 論是將原有的基板91的內側壁911沿遠離定位環900圓心的方向挖進一定深 度從而形成新的內側壁911，，還是在基板91的內側壁911與輪緣913相交處 沿遠離定位環900圓心的方向開出凹槽912，都是在沒有擋塊902的內側壁 911上進行。
當本實用新型中的定位環到達使用周期時，需要用酸性溶劑將定位環表 面沉積的金屬層去除。另外定位環又需要一定的材料強度。在沉積鋁的製程 中，還需要保持350 60(TC的溫度範圍。因此，定位環可以使用耐酸、耐溫 且具有較大材料強度的金屬材料製造，具體例如鈦或鈦合金。
為了防止使用過程中，沉積在定位環表面的金屬層脫落於晶圓表面，影 響晶圓的表面金屬沉積效果，定位環表面還可以採用磨砂處理，達到增加定 位環與沉積於其上的金屬之間的粘附力的目的。
雖然本實用新型已以較佳實施例披露如上，但本實用新型並非限定於此。 任何本領域技術人員，在不脫離本實用新型的精神和範圍內，均可作各種更 動與修改，因此本實用新型的保護範圍應當以權利要求所限定的範圍為準。
權利要求1.一種晶圓定位裝置，包括圓環柱型基板，其特徵在於所述基板的內側壁 面向晶圓側壁的位置開設有凹槽。
2. 如權利要求1所述的晶圓定位裝置，其特徵在於所述基板的內側壁上沿 基板中心對稱地設置有多個定位晶圓的擋塊，所述凹槽在所述擋塊沿基板 軸向的延伸處具有間斷。
3. 如權利要求1所述的晶圓定位裝置，其特徵在於所述凹槽的形狀與晶圓 的側壁輪廓一致，或者是半圓形、半橢圓形、半U型、矩形或圓角矩形。
4. 如權利要求1所述的晶圓定位裝置，其特徵在於所述凹槽的深度為0.5mm 至5mm。
5. 如權利要求1所述的晶圓定位裝置，其特徵在於所述凹槽的開口寬度為 0.9mm至4mm。
6. 如權利要求1所述的晶圓定位裝置，其特徵在於所述晶圓定位裝置的材 料為鈦或鈦合金。
7. 如權利要求1所述的晶圓定位裝置，其特徵在於所述晶圓定位裝置表面 採用磨砂處理。
專利摘要一種物理氣相沉積設備中使用的晶圓定位裝置，包括圓環柱形基板，基板內側壁上面向晶圓側壁的位置開設有凹槽，防止因晶圓與沉積在定位環上的金屬層粘合，從而防止晶圓在轉移時發生破碎，進而避免頻繁清洗定位環表面的沉積金屬層，增加定位環的工作周期。另外，採用開設凹槽的方式預留沉積金屬的空間，可以基本保持定位環原有的結構強度。
文檔編號C23C14/50GK201193242SQ20082008030
公開日2009年2月11日 申請日期2008年4月30日 優先權日2008年4月30日
發明者華 周, 曾玉帆, 胡旭峰, 程 邢 申請人:中芯國際集成電路製造(北京)有限公司