CN108103473B - 用于半导体处理腔体的遮蔽装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于半导体处理腔体的遮蔽装置及其使用方法，其中，遮蔽装置包含一遮蔽环及一支撑组件。该遮蔽环的一底面具有复数个凸块，用于防止腔体的一承载盘与该遮蔽环接触。该支撑组件连接至该遮蔽环，该支撑组件的一底面经配置而与所述处理腔体中的一或多个凸出部接触，使该遮蔽环支撑于所述凸出部之上方的一位置。

Description

用于半导体处理腔体的遮蔽装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及半导体晶圆处理领域，尤其是半导体处理腔体中的一种遮蔽装置，其在处理过程中是用于防止晶圆周围的沉积。

背景技术

在半导体制程中，包含沉积处理，如化学气相沉积(CVD)，其可在晶圆或基材上形成各种薄膜以制作半导体装置，像是集成电路及半导体发光装置。图1为一局部示意图，显示由一承载盘所支撑的一晶圆或基材上形成有经所述沉积处理而形成的薄膜，其中承载盘的周围具有一台阶结构，像是陶瓷环，经配置可防止晶圆水平偏移。此外，陶瓷环还可配合一加热手段对晶圆加热。在沉积过程中，喷头与晶圆之间没有阻碍或遮蔽的情形下，经沉积而形成的薄膜可能会延伸至晶圆的边缘甚至是侧面(如图1所示)。这部分的薄膜有机会与承载盘的陶瓷环的隆起部分碰撞而导致薄膜破裂。破裂造成的颗粒及粉尘会附着在薄膜的表面上形成缺陷。

因此，发展出利用一遮蔽装置覆盖在晶圆或基材的边缘上方，以阻碍气体沉积在晶圆的边缘及侧面，甚至利用结构的特性将气体导引至晶圆的待处理区域。

美国发布专利US5328722A揭露一种用于半导体处理腔体的遮蔽手段，其提供具有倾斜结构的一遮蔽环。藉由所述倾斜结构，遮蔽环可承靠在晶圆承载盘上，同时以遮蔽环内侧的一底面接触及覆盖晶圆的边缘，以防止沉积发生在晶圆的边缘及侧面。另，中国公开专利申请案CN102714146A揭露一种用于半导体处理腔体的遮蔽手段，其提供具有插销结构的遮蔽环及晶圆承载盘。藉由插销结构的配合，遮蔽环及承载盘可对准地结合，同时遮蔽环的内缘接触及覆盖在晶圆的边缘，以防止不必要的沉积发生。然而，这些习知遮蔽手段均与晶圆发生接触，这有可能导致的问题是会使晶圆表面因压力而产生缺陷，或可能因部件之间的碰撞而产生颗粒而落在晶圆表面。此外，这些习知遮蔽环缺乏可调整的能力。在未处理的时间下，一般遮蔽环仅能维持于处理腔体中的一高度，但当今天必须因处理需求而改变承载盘上升的高度时，遮蔽环的位置未必适合改变后的处理。例如，当承载盘必须更靠近喷林头进行处理时，遮蔽环与承载盘必定会碰撞，两者之间无法维持一适当间隙。

因此，有必要发展一种不干扰晶圆的遮蔽装置且这种遮蔽装置还具有可调整的机制，甚至发展一种适用这种遮蔽装置的半导体处理腔体。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于半导体处理腔体的遮蔽装置，其中，所述处理腔体具有一顶部、一底部、一侧壁及一承载盘。该遮蔽装置包含：具有一顶面及一底面的一遮蔽环，且该遮蔽环的底面具有用于防止所述承载盘与该遮蔽环接触的复数个凸块；具有一顶面及一底面的一支撑组件，连接至该遮蔽环，该支撑组件的底面经配置而与所述处理腔体中的一或多个凸出部接触，使该遮蔽环支撑于所述凸出部之上方的一位置，且该遮蔽环可在该位置及处理腔体顶部之间移动。

在一具体实施例中，该遮蔽环的内缘厚度小于该遮蔽环的外缘厚度。

在一具体实施例中，该等复数凸块为球形凸块或锥形凸块。

在一具体实施例中，该支撑组件的顶面是经由一可拆卸连接手段连接至该遮蔽环的底面。

在一具体实施例中，该支撑组件为一环体，该环体具有一高度。

在一具体实施例中，该支撑组件的顶面连接至该遮蔽环的底面。

在一具体实施例中，该遮蔽环的一外侧具有复数个耳部，该等复数个耳部与该支撑组件连接。该支撑组件包含复数个支撑块，每一支撑块具有一结合孔用以接收所述耳部，使得该等复数个支撑块分别连接至该遮蔽环的每一耳部。

本发明的再一目的在于提供一种用于半导体处理腔体的遮蔽装置的使用方法，其中，所述处理腔体具有一顶部、一底部、一侧壁、及可升降且载有晶圆的一承载盘。该方法包含：提供一或多个凸出部，所述凸出部自该侧壁延伸；提供如前述的遮蔽装置；升高该承载盘，直到该承载盘与该遮蔽环的底面之间形成一间隙，使该遮蔽环的内缘位于所述晶圆的一外围的上方。

在一具体实施例中，该间隙是由该遮蔽环底面的该等复数个凸块接触该承载盘而形成。该承载盘的一顶部具有一陶瓷环，而该间隙是由该遮蔽环底面的该等复数个凸块接触该承载盘的陶瓷环而形成。

在一具体实施例中，所述处理腔体的侧壁包含一抽气环，该抽气环具有一内壁，所述凸出部自该抽气环的内壁延伸。

应了解，本发明的广泛形式及其各自特征可以结合使用、可互换及/或独立使用，并且不用于限制参考单独的广泛形式。

附图说明

下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1为经沉积处理后的晶圆及支撑晶圆的承载盘(缺乏遮蔽装置)的结构示意图；

图2为本发明处理腔体及其遮蔽装置(未处理位置)的结构示意图；

图3为本发明处理腔体及其遮蔽装置(处理位置)的结构示意图；

图4为图3的局部放大图，显示本发明遮蔽装置；

图5为经沉积处理后的晶圆及支撑晶圆的承载盘(采用本发明遮蔽装置)的结构示意图；

图6为本发明遮蔽装置的另一实施例；

图7为局部显示本发明遮蔽装置的另一实施例；

图8A至图8C为本发明的可替换组件的结构示意图；

图9为本发明遮蔽装置的使用方法流程图；

图中：10、承载盘；11、晶圆；12、薄膜；13、台阶结构；20、处理腔体；210、顶部；211、喷淋组件；220、底部；230、侧壁；231、传递通道；232、抽气环；233、抽气通道；234、孔；235、凸出部；240、承载盘；241、支撑轴；242、台阶结构；30、遮蔽装置；310、遮蔽环；311、顶面；312、底面；313、凸块；320、支撑组件；321、顶面；322、底面；60、遮蔽装置；610、遮蔽环；611、耳部；620、支撑组件；621、支撑块；622、结合面；623、结合孔；820、支撑块。

具体实施方式

在本说明书和以下申请专利范围中，除非上下文另有要求，否则文字「包括」以及诸如「包括」或「包含」之类的变体将被理解为暗示包括所述整数群组或步骤，但不排除任何其他整数或整数群组。

图2为本发明半导体处理腔体20及用于该半导体处理腔体的遮蔽装置30。处理腔体具有一顶部210、一底部220、一侧壁230及一承载盘240。顶部210、底部220及侧壁230相互耦合以定义所述腔体空间。

顶部210可经一密合手段耦合至侧壁230的上端。顶部210包含一或多个喷淋组件211，其耦合在顶部210的下方，提供用于沉积处理的气体。一般而言，所述喷淋组件211为反应气体供应系统的一部分，包含一或多个管及复数个喷淋头。在一些实施例中，喷淋组件211还可包含电极或加热装置。

底部220可经一密而手段耦合至侧壁230的下端，或两者可一体成形，使得顶部210及底部220作为腔体空间的上下限。底部220还提供一升降信道，允许一升降装置的部分，如用于升降承载盘240的一支撑轴241，可穿越底部220并进行升降操作。尽管图中未示，在一些实施例中，底部220可耦合抽气系统的一部分及/或非反应气体供应系统的一部分。

侧壁230于顶部210及底部220之间延伸，并大致上以圆柱体的形式构成。侧壁230具有一传递通道231，经由此处晶圆及基材被加载或自处理腔体20卸除。侧壁230可耦合排气系统的一部分，像是如图中的抽气环232，其耦接至一或多个抽气泵浦，使反应后的废气被排出腔体20外。如图示，抽气环232可以是由另外的一或多个部件独立构成，且形成一抽气通道233，其定义在侧壁230的内表面中。一般而言，抽气环232设置在侧壁230的上半部，且抽气环232的内表面具有复数个孔234允许反应气体自处理区域流向抽气信道233。

承载盘240为具有一承载面(顶面)和一底面的一盘体，承载盘240的底面耦接至前述升降装置的升降轴241。未开始处理前，承载盘240维持在一第一位置，如图2所示，以便于经由传递通道231接收待处理的晶圆或基材。传递通道231和承载盘240可经适当配置而配合一机械手臂的操作。承载盘240可包含一加热手段，用于加热其承载的晶圆或基材。例如，盘体中可埋入加热线圈或红外设备。在该实施例中，承载盘240的承载面具有一台阶结构242配置在承载面外围，用以防止晶圆偏移，如同图1。然而，在其他实施例中，台阶结构并非必要包含。

本发明的侧壁230还包含一或多个凸出部235，用于支撑本发明遮蔽装置30。所述凸出部235自侧壁230向腔体空间延伸，且未于传递通道231的上方。在一实施例中，凸出部235可以是沿着侧壁230围绕的环形平台。在另一实施例中，凸出部235的数量为至少两个以上。所述凸出部230是经由适当配置而足以支撑本发明遮蔽装置30，如图示实施例，凸出部235是与抽气环232的一侧壁(未编号)一体成形，尤其该抽气环232的侧壁的垂直尺寸大于抽气通道的垂直尺寸。值得注意的是，凸出部235与抽气环232一体成形的好处在于可维持抽气环232的机械强度，同时保证抽气环232在高温时产生的热应力不足以造成其本身的碎裂。

藉由凸出部235，遮蔽装置30被支撑于腔体空间中的一高度，并与侧壁230保持适当的间隙。本发明遮蔽装置包含一遮蔽环310及一支撑组件320。参见图4，遮蔽环310具有一顶面311及一底面312，其分别面对腔体的顶部及承载盘。遮蔽环310包含一逐渐变细(tapered)的部分，即朝腔体空间逐渐变细，使得遮蔽环310的顶面311一部分朝腔体中央向下倾斜。换言之，遮蔽环的内缘厚度小于遮蔽环的外缘厚度。该倾斜面有助于将反应气体导引至晶圆或基材。遮蔽环310的底面312大致上保持水平面。遮蔽环310从侧壁230横向延伸一适当距离，以确保遮蔽环310的底面312足以覆盖承载盘240的承载面的外围及待处理晶圆或基材的边缘。本发明遮蔽环310的底面312还具有隆起结构。如图3显示遮蔽环310的底面312具有凸块313，其数量可至少为三个且均匀分布于底面312。该设计的目的在于防止遮蔽环310与晶圆或基材碰撞，其理由将于后续段落说明。图中凸块313的形状为半球形，但在另一实施例中可为锥形。凸块313和遮蔽环310的材质可为相同，如氧化铝或氮化铝等。较佳地，凸块313自底面312向下延伸0.1至0.2mm。凸块312的位置经由适当的选择只会触碰承载盘的其他部分，而非晶圆。

支撑组件320具有一顶面321及一底面322。支撑组件320以顶面321连接至遮蔽环310的底面312。支撑组件320的底面322经配置而坐在处理腔体20的凸出部235上。藉此，遮蔽环310被支撑于所述凸出部235之上方的一位置，且遮蔽环310可在该位置及处理腔体顶部之间移动。在一实施例中，支撑组件320为具有一高度(H)的一环体。若以凸出部235为一基准点，遮蔽环310的位置可由该高度(H)决定。特别地，本发明支撑组件320的顶面321是经由一可拆卸连接手段连接至遮蔽环310的底面312。藉此，可使用具有不同高度的支撑组件，来改变遮蔽环310所希望维持的位置。支撑组件高度(H)的选择，可根据承载盘的处理位置而决定。适当的高度可确保遮蔽环与晶圆或基材之间的间隙足够小。在一实施例中，支撑组件320为具有高度的一环体。在其他实施例中，支撑组件320可由多个独立的组件组成。

图2显示承载盘240未处理时的位置，图3显示承载盘240在进行处理时的位置。进行处理前，放置有待处理晶圆的承载盘240上升至一处理位置，且承载盘240的一部分受到遮蔽环310遮蔽。此时，承载盘240、喷淋组件211与侧壁230之间形成一处理区域。反应气体自喷淋头进入处理区域并沉积在晶圆或基材上，但因遮蔽环310的阻碍而避免沉积在晶圆的周围表面。

根据图3，图4显示承载盘240在处理位置时的局部放大图。承载盘240停留在处理位置，使得承载盘240上晶圆或基材的上表面与遮蔽环310的下表面有足够小的间隙。然而，因某些原因，承载盘240的处理位置可能会比预期的高。当承载盘240继续上升时会先接触遮蔽环310的凸块313，带动遮蔽装置30一起上升。此时，晶圆或基材藉由凸块313与承载盘240保持一最小间隙。在一实施例中，所述最小间隙为0.1至0.2mm。承载盘240的台阶结构242的高度是经由适当配置，使得台阶结构242接触凸块313时可以保有足够间隙。如图所示，承载盘的台阶结构242可略低于晶圆或基材的上表面。在一些实施例中，台阶结构可高于晶圆或基材的上表面。

本发明遮蔽装置的一好处在于保证遮蔽环与承载盘之间的接触为点接触，其可将遮蔽环与承载盘之间碰撞(如与陶瓷环碰撞)所产生的颗粒量降至最低，避免污染处理区域。此外，本发明支撑组件具有可更换的机制。因此，遮蔽环与晶圆之间的间隙可藉由选择支撑组件的高度而决定。

图5说明了在本发明遮蔽装置的作用下，即便遮蔽环与晶圆之间存在间隙，反应气体仍受到有效阻挡而难以沉积在晶圆的边缘，因而降低沉积薄膜与周围碰撞的机率。一般而言，遮蔽环与晶圆之间的间隙为0.3至0.5mm，较佳可为0.1至0.2mm。

图6显示本发明遮蔽装置的另一实施例60，包含一遮蔽环610及一支撑组件620。遮蔽环610相似于前述遮蔽环，具有一顶面、一底面及一逐渐变细部分。特别地，遮蔽环610具有复数个耳部611，其自遮蔽环610的外侧向外延伸。如图显示三个耳部611，且平均分布在遮蔽环上。可理解地，遮蔽环610的径向尺寸小于前述遮蔽环310，使得耳部611贴近处理腔体的内壁。

支撑组件620包含复数个支撑块621，且分别以可拆卸的方式安装在遮蔽环610的耳部611。图7显示耳部611与支撑块621的结合。支撑块621具有一长度(L)、一宽度(W)及一高度(H)，其中长度(L)与高度(H)定义支撑块621具有一对结合面622。支撑块621还具有一结合孔623，其延伸于所述结合面622之间。结合孔623的尺寸经适当选择，使得耳部611能够插入且不会晃动脱落。所述结合孔可为穿孔或盲孔。

支撑块621的长度(L)和宽度(W)定义一上表面(未编号)及一下表面(未编号)。安装后，遮蔽环610被维持在支撑块620的上表面和下表面之间的一高度位置，使得当支撑块620下表面接触如图2的凸出部235时，遮蔽环610即被安稳支撑在处理腔体空间内的一位置。可提供其他高度的支撑块来替换，藉此调整遮蔽环在腔体空间中的垂直位置。可理解地，使用的支撑块必须一致才能使遮蔽环维持在一水平状态。在其他实施例中，支撑块可包含一个以上的结合孔。

图8A至8C显示一组可相互替换的支撑块820。这些支撑块820具有一致的长宽高，但结合孔分别位在不同的高度(H1、H2、H3)。藉此，前述遮蔽环610与待处理晶圆或基材之间至少有三种间隙可选择。然而，在其他实施例中，可替换的支撑块可具有不同的长宽高。

图9显示本发明用于半导体处理腔体的遮蔽装置的使用方法，其中所述处理腔体已如前述具有一顶部、一底部、一侧壁、及可升降且载有晶圆的一承载盘。下列步骤的描述可并参前述结构特征。步骤S901，提供一或多个凸出部，其自腔体的侧壁延伸。腔体的侧壁可包含一抽气环，其具有一内壁，而所述凸出部该抽气环的内壁延伸。步骤S902，提供一遮蔽装置，即前述具有一顶面及一底面的遮蔽环，其底面提供有复数个凸块，以及前述具有一顶面及一底面的之支撑组件，其以顶面连接至遮蔽环的底面并以底面与处理腔体中的凸出部接触，使整个支撑结构被维持在腔体中的一位置。步骤S903，升高承载盘直到与遮蔽环的底面之间形成一间隙，且该遮蔽环的内缘位于待处理晶圆或基材的一外围的上方。当承载盘比预期的位置还要高时，所述间隙是由遮蔽环底面的凸块接触承载盘而形成。本发明方法不必然是按照上述顺序。

本领域技术人员将了解，许多变化和修改将变得显而易见。本领域技术人员应了解的所有这些变化和修改，都应落在上述本发明中广泛的精神和范畴内。

Claims (9)

1.一种用于半导体处理腔体的遮蔽装置，所述处理腔体具有一侧壁及一承载盘，其特征在于：该遮蔽装置包含：

一遮蔽环，具有一顶面及一底面，该遮蔽环的底面具有复数个凸块，用于防止所述承载盘与该遮蔽环接触；及

一支撑组件，具有一顶面及一底面，该支撑组件可拆卸连接至该遮蔽环，该支撑组件的底面经配置而与所述处理腔体中的一或多个凸出部接触，使该遮蔽环支撑于所述凸出部之上方的一位置，且连接于该支撑组件的该遮蔽环可在该位置及所述处理腔体的一顶部之间移动，且该遮蔽环与该承载盘间的一间隙至少由该支撑组件的一高度决定。

2.按照权利要求1所述的遮蔽装置，其特征在于：该遮蔽环的内缘厚度小于该遮蔽环的外缘厚度。

3.按照权利要求1所述的遮蔽装置，其特征在于：该等复数凸块为球形凸块或锥形凸块。

4.按照权利要求1所述的遮蔽装置，其特征在于：该支撑组件为一环体，该环体具有一高度。

5.按照权利要求1所述的遮蔽装置，其特征在于：该支撑组件的顶面连接至该遮蔽环的底面。

6.按照权利要求1所述的遮蔽装置，其特征在于：该遮蔽环的一外侧具有复数个耳部，该等复数个耳部与该支撑组件连接。

7.按照权利要求6所述的遮蔽装置，其特征在于：该支撑组件包含复数个支撑块，每一支撑块具有一结合孔用以接收所述耳部，使得该等复数个支撑块分别连接至该遮蔽环的每一耳部。

8.一种用于半导体处理腔体的遮蔽装置的使用方法，其中，所述处理腔体具有一侧壁、及可升降且载有晶圆的一承载盘，其特征在于：该方法包含：

提供一或多个凸出部，所述凸出部自该侧壁延伸；

提供一遮蔽装置，包含：

一遮蔽环，具有一顶面及一底面，该遮蔽环的底面具有复数个凸块；及

一支撑组件，具有一顶面及一底面，该支撑组件可拆卸连接至该遮蔽环，且该支撑组件的底面经配置而与所述处理腔体中的一或多个凸出部接触，使该遮蔽环支撑于所述凸出部之上方的一位置，连接于该支撑组件的该遮蔽环可在该位置及所述处理腔体的一顶部之间移动；以及

升高该承载盘，直到该承载盘与该遮蔽环的底面之间形成一间隙，使该遮蔽环的内缘位于所述晶圆的一外围的上方，该遮蔽环与该承载盘间的该间隙至少由该支撑组件的一高度决定。

9.按照权利要求8所述的方法，其特征在于：所述处理腔体的侧壁包含一抽气环，该抽气环具有一内壁，所述凸出部自该抽气环的内壁延伸。

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