CN201193242Y

CN201193242Y - 晶圆定位装置

Info

Publication number: CN201193242Y
Application number: CNU2008200803043U
Authority: CN
Inventors: 曾玉帆; 周华; 邢程; 胡旭峰
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Priority date: 2008-04-30
Filing date: 2008-04-30
Publication date: 2009-02-11
Anticipated expiration: 2018-04-30

Abstract

一种物理气相沉积设备中使用的晶圆定位装置，包括圆环柱形基板，基板内侧壁上面向晶圆侧壁的位置开设有凹槽，防止因晶圆与沉积在定位环上的金属层粘合，从而防止晶圆在转移时发生破碎，进而避免频繁清洗定位环表面的沉积金属层，增加定位环的工作周期。另外，采用开设凹槽的方式预留沉积金属的空间，可以基本保持定位环原有的结构强度。

Description

晶圆定位装置

技术领域

本实用新型涉及半导体制程中的物理气象沉积装置，尤其涉及一种晶圆定位装置。

背景技术

物理气相淀积是半导体芯片制程的后端工艺，被广泛运用于金属镀膜。该工艺一般使用氩等惰性气体作为等离子介质，先利用直流高压在高真空环境中将氩原子电离为氩离子，再使氩离子加速以撞击用于镀膜的金属靶材，进而导致金属原子和额外的电子被释放出来，最后使得被释放出的金属沉积在晶圆表面形成金属薄膜。特别是在沉积铝的制程中，还需要保持350～600℃的温度范围。

在工业过程中，一般将晶圆放置在物理气相沉积设备中进行金属镀膜。参考图1，中国专利申请第200410001096.X号公开了一种物理气相沉积设备，包括反应室100、固定于反应室100底部的承载晶圆108的基座102、位于反应室100顶部的镀膜金属靶材110、用于固定晶圆108的定位环200，以及对定位环200进行限位的定位件106。定位环200的正面201与靶材110相对，而定位环200的反面203与基座102相对。

物理气相沉积设备中设置定位环的目的是防止晶圆在放置时位置偏离预定位置过多，或避免沉积过程中晶圆位置发生过量变化。美国专利第6162336号公开一种物理气相沉积设备中设置的定位环。参考图2和图3，定位环200包括环体202和挡块204，多个挡块204等距地分布于环体202内侧。挡块204的形状为多层阶梯，其中第一层阶梯与晶圆108接触。由于定位环200上多个挡块204与晶圆108接触，限制了晶圆108在定位环200内的移动，实现了利用定位环200对晶圆108进行定位的目的。而定位环200内侧除挡块204以外的其他部位不与晶圆108接触，以下称为非接触区。

如图4A所示，当在物理气相沉积设备中使用上述定位环对晶圆进行定位时，用于沉积的金属除了会沉积在晶圆108上以外，同样会沉积在定位环的环体202上，从而在环体202形成一层金属层300。通常晶圆108与定位环200的非接触区壁面之间的距离小于0.5mm，随着定位环使用次数的增多，沉积到环体202上的金属也越来越多，即金属层300会随着沉积次数的增加而变厚，进而使得晶圆108与定位环200的非接触区壁面之间的距离越来越小。

如图4B所示，定位环200的非接触区壁面上沉积的金属层300的厚度增加到一定层度时，一旦晶圆108的放置出现偏差，或在物理气相沉积过程中由于振动等原因使晶圆108偏移预定位置，晶圆108即会与金属层300接触，此时金属也会沉积在晶圆108与金属层300的接触处，导致晶圆108与金属层300粘合在一起。当在物理气相沉积过程结束后，使用机械手取走晶圆108时，由于晶圆108与金属层300的粘合，容易导致晶圆108在与金属层300的分离过程中发生破碎。为了避免这种情况发生，需要对定位环进行清洗，去除表面沉积的金属，因而缩短了定位环的正常工作周期。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题是防止因晶圆与沉积在定位环上的金属层发生粘合，从而防止晶圆在转移时由于所述粘合作用而破碎，进而避免频繁清洗定位环表面的沉积金属层，增加定位环的工作周期。

根据本实用新型的一个方面，提供一种晶圆定位装置，包括圆环柱型基板，所述基板的内侧壁面向晶圆侧壁的位置开设有凹槽。

可选地，所述基板的内侧壁上沿基板中心对称地设置有多个定位晶圆的挡块，所述凹槽在所述挡块沿基板轴向的延伸处具有间断。

可选地，所述凹槽的形状与晶圆的侧壁轮廓一致，或者是半圆形、半椭圆形、半U型、矩形或圆角矩形。

可选地，所述凹槽的深度为0.5mm至5mm。

可选地，所述凹槽的开口宽度为0.9mm至4mm。

可选地，所述晶圆定位装置的材料为钛或钛合金。

可选地，所述晶圆定位装置表面采用磨砂处理。

与现有技术相比，本实用新型具有的优点是，定位装置基板上的内侧壁面向晶圆的位置开设有凹槽，增加了定位环与晶圆相对但不接触的壁面与晶圆间的间距，防止因晶圆与沉积在定位环上的金属层粘合，从而防止晶圆在转移时发生破碎，进而避免频繁清洗定位环表面的沉积金属层，增加定位环的工作周期。

另外，采用开设凹槽的方式预留沉积金属的空间，可以基本保持定位环原有的结构强度。

再者，凹槽在所述挡块处产生间断，既可以阻止晶圆朝向远离定位环圆心的方向移动，也不会改变挡块处的结构强度，同时又不会使晶圆在挡块处与沉积的金属层发生粘合。

另外，定位环的材料可以是钛或钛合金，使得定位环具备一定的材料强度，且当定位环到达使用周期时，不会被用于去除定位环表面金属沉积的酸性溶剂所腐蚀，并能承受沉积铝制程中需要达到的350～600℃的温度。

附图说明

图1是现有技术物理气相淀积设备结构示意图；

图2是现有技术定位环剖视图；

图3是现有技术定位环结构示意图；

图4A是定位环对晶圆定位时沿图3IV-IV’剖视图；

图4B是图4A中晶圆与金属层粘合时的示意图；

图5是本实用新型定位环结构示意图；

图6A是沿图5VI-VI’剖视示意图；

图6B是定位环对晶圆定位时沿图5VI-VI’剖视示意图；

图7是实施例1沿图5VII-VII’剖视示意图；

图8A和图8B是实施例2沿图5VII-VII’剖视示意图。

具体实施方式

本实用新型通过增加物理气相沉积设备中定位环与晶圆相对但不接触的壁面与晶圆间的间距，防止因晶圆与沉积在定位环非接触区的金属层粘合，从而防止晶圆在转移时发生破碎，进而避免频繁清洗定位环表面的沉积金属层，增加定位环的工作周期。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。

图5是本实用新型晶圆定位环的结构示意图。定位环900包括圆环形柱基板901，多个挡块902，多个支撑件903，多个圆形凸起905～908，以及多个连接孔904。基板901的圆环形第一表面(图未示)上可以设有多个与基板901共圆心的圆形突起905～908，突起905～908沿基板径向从内到外等距或不等距地设置。突起905上沿定位环900的圆心可以对称地镶嵌多个用于支撑定位环900的支撑件903，支撑件903的支撑面与基板901的第一表面平行或接近平行，所述支撑面的形状可以为矩形，其宽度大于突起905的宽度。突起907的内侧沿定位环900的圆心可以对称地设置多个用于固定定位环900的连接孔904，连接孔904的轴向垂直或接近垂直于基板901，连接孔904可以有内螺纹。在基板901的内侧壁(图未示)上，沿定位环900的圆心对称地延伸出多个定位晶圆的挡块902。

定位环900沿经过挡块902且靠近环内侧的径向剖面，即按图5中VI-VI’剖视的结果如图6A所示。基板901具有圆环形的第一表面910和内侧壁911。从内侧壁911上延伸出环形轮缘913。轮缘913与内侧壁911的相交处延伸出阶梯状挡块902。第二侧边911与挡块902的相交处与挡块902顶点间的距离Ws为1.87mm至2mm，具体例如1.87mm、1.885mm、1.90mm、1.915mm、1.93mm、1.945mm、1.96mm、1.975mm、1.99mm以及2mm。挡块902顶点与轮缘913顶点件的距离Wr为1.25mm至1.524mm，具体例如1.25mm、1.28mm、1.31mm、1.34mm、1.37mm、1.40mm、1.43mm、1.46mm、1.49mm、以及1.524mm。挡块902与轮缘913间的落差Hr为0.2mm至0.3058mm，具体例如0.20mm、0.2117mm、0.2234mm、0.2351mm、0.2468mm、0.2585mm、0.2702mm、0.2819mm、0.2936mm以及0.3058mm。

当定位环处于定位状态时，图5中VI-VI’剖视的结果如图6B所示。挡块902的一个侧面与晶圆108紧密接触，通过增加晶圆108的移动阻力，阻止晶圆108朝向内侧壁911的方向移动。参考图5，由于基板901上以定位环900的圆心为中心对称地设置了多个挡块902，因此，晶圆108在各个方向上都难以朝向远离定位环900的圆心方向移动，从而实现了利用定位环900对晶圆108进行定位的目的。

参考图5，定位环900内侧内侧壁上，除挡块902以外的其他部分具有相同的结构，现以图5中沿VII-VII’剖视所得到的剖视结果图7为例进行说明。为了避免在长期的物理气相沉积过程中，金属沉积到原有的内侧壁911上，导致晶圆108与原有的内侧壁911粘合在一起，可以将原有的内侧壁911沿远离定位环900圆心的方向挖进一定深度Wq从而形成新的内侧壁911’。Wq可以根据定位环预定使用周期内金属沉积的厚度以及定位环的强度来确定，因此Wq可以为0.5mm至5mm，具体例如0.5mm、1mm、1.5mm、2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm、4.5mm或5mm。由于新的内侧壁911’与晶圆间的距离有所增加，因而提供了更多供金属沉积的空间，避免了晶圆与内侧壁911’上沉积的金属层之间的接触，从而避免了晶圆与金属层粘合在一起。

为了尽量保持定位环原有的结构强度，本实用新型的另一个实施例可以参考图8A所示。基板91的内侧壁911与轮缘913相交处沿远离定位环900圆心的方向开出凹槽912。凹槽的形状可以与晶圆(图未示)的侧壁轮廓一致，也可以是半圆形、半椭圆形、半U型、矩形或圆角矩形。凹槽的深度Wc可以根据定位环预定使用周期内金属沉积的厚度以及定位环的强度来确定，Wc可以为0.5mm和5mm，具体例如0.5mm、1mm、1.5mm、2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm、4.5mm以及5mm。由于常见的晶圆厚度为0.9mm，如果凹槽912的开口宽度Hc小于晶圆厚度，则内侧壁911与晶圆的最小距离仍然未有增加，因此无法避免晶圆与沉积在内侧壁911上的金属层粘合在一起；但如果凹槽912的开口宽度Hc过大，又无法达到尽量保持定位环原有的结构强度的目的，因此凹槽912的开口宽度Hc可以为0.9mm至4mm，具体例如0.9mm、1mm、1.1mm、1.2mm、1.4mm、1.6mm、1.8mm、2mm、2.5mm、3mm、3.5mm以及4mm。

如图8B所示，当定位环(图未示)对晶圆108进行定位时，晶圆108的侧壁正对凹槽912，使得晶圆108的侧壁与基板91之间的距离有所增加，因而使得晶圆108的侧壁与基板91之间预留了更多沉积金属的空间，进而避免了晶圆108与沉积在定位环上的金属层之间的粘合，并增加了定位环的使用周期。

参考图6B，由于挡块902具有阶梯式结构，且挡块902与晶圆108接触的部位与轮缘913的下沿之间存在落差Hr，这样的结构使得金属不容易沉积在挡块902与金属接触的部位，因此晶圆108在此处不容易与定位环900上沉积的金属发生粘合。另外，再结合参考图5，所有挡块902总共只占据了圆环状基板901内侧角度的6.18％，因此，不改变挡块902处的结构既不会影响挡块902增加晶圆108的移动阻力，阻止晶圆108朝向远离定位环900圆心的方向移动，也不会改变挡块902处的结构强度，同时又不会使晶圆108在挡块902处与沉积的金属层发生粘合。因此，在本实用新型的实施例中，无论是将原有的基板91的内侧壁911沿远离定位环900圆心的方向挖进一定深度从而形成新的内侧壁911’，还是在基板91的内侧壁911与轮缘913相交处沿远离定位环900圆心的方向开出凹槽912，都是在没有挡块902的内侧壁911上进行。

当本实用新型中的定位环到达使用周期时，需要用酸性溶剂将定位环表面沉积的金属层去除。另外定位环又需要一定的材料强度。在沉积铝的制程中，还需要保持350～600℃的温度范围。因此，定位环可以使用耐酸、耐温且具有较大材料强度的金属材料制造，具体例如钛或钛合金。

为了防止使用过程中，沉积在定位环表面的金属层脱落于晶圆表面，影响晶圆的表面金属沉积效果，定位环表面还可以采用磨砂处理，达到增加定位环与沉积于其上的金属之间的粘附力的目的。

虽然本实用新型已以较佳实施例披露如上，但本实用新型并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims

1.一种晶圆定位装置，包括圆环柱型基板，其特征在于：所述基板的内侧壁面向晶圆侧壁的位置开设有凹槽。

2.如权利要求1所述的晶圆定位装置，其特征在于：所述基板的内侧壁上沿基板中心对称地设置有多个定位晶圆的挡块，所述凹槽在所述挡块沿基板轴向的延伸处具有间断。

3.如权利要求1所述的晶圆定位装置，其特征在于：所述凹槽的形状与晶圆的侧壁轮廓一致，或者是半圆形、半椭圆形、半U型、矩形或圆角矩形。

4.如权利要求1所述的晶圆定位装置，其特征在于：所述凹槽的深度为0.5mm至5mm。

5.如权利要求1所述的晶圆定位装置，其特征在于：所述凹槽的开口宽度为0.9mm至4mm。

6.如权利要求1所述的晶圆定位装置，其特征在于：所述晶圆定位装置的材料为钛或钛合金。

7.如权利要求1所述的晶圆定位装置，其特征在于：所述晶圆定位装置表面采用磨砂处理。