CN219490143U - 固定环及物理气相沉积设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种固定环及物理气相沉积设备。物料气相沉积设备包括用于固定晶圆的固定环，固定环包括环状本体和延伸环，环状本体具有多个环状凸缘，在径向方向上位于最内侧的环状凸缘为第一环状凸缘，延伸环自第一环状凸缘的内周面朝靠近环状本体中心轴线的方向延伸，延伸环包括第一延伸部和第二延伸部，在环状本体的径向方向上，第一延伸部的尺寸小于第二延伸部的尺寸，第一延伸部的一侧设有多个沿自身周向方向间隔排布的第一凸起，第二延伸部设有第二凸起，第一凸起与第二凸起共同用于接触晶圆，使得固定环与晶圆的接触点增多，接触面积增大，降低了固定环对晶圆施加的压力，进而减少了由此导致的晶圆缺角的问题，提高了产品的生产良率。

Description

固定环及物理气相沉积设备

技术领域

本实用新型涉及半导体生产技术领域，特别是涉及一种固定环及物理气相沉积设备。

背景技术

物理气相沉积(PVD)是利用某种物理过程实现物质转移，将原子或分子由源转移到基材表面上的过程，其作用是可以使某些有特殊性能(高强度、高耐磨性、强散热性、高耐腐性等)的微粒喷涂在性能较低的母体上，使得母体具有更好的性能。在半导体功率器件制造过程中，晶圆正面器件工艺完成之后，常常需要对晶圆背面进行减薄并用物理气相沉积对晶圆背面进行金属化工艺处理。为了保护机台平台不被损坏，并且为了固定晶圆，防止晶圆在被进行镀膜时产生不必要的位移而影响镀膜效果，会在晶圆上安装一枚固定环，利用固定环将晶圆的上表面压紧。

但在PVD工艺过程中，靶材溅射原子是在高温高直电流的腔体中进行溅射的，当工艺腔体连续工作时，大功率的等离子体会产生大量的热，引起腔体的零部件，尤其是固定环的温度持续升高，并且由于固定环与晶圆的外沿直接接触，而两者材质不同，热膨胀系数相差较大，因而温度的变化会造成晶圆发生弯曲及位移，使晶圆的边缘接触固定环的侧面并受到固定环正面的凸起所施加的较大压力，再加上晶圆的厚度较薄，通常仅为330μm～680μm，继而使得晶圆容易产生缺角，导致后续光刻设备对位报警，最终导致晶圆报废。目前通常采用调整晶圆在工艺腔体的位置的方法来减少缺角现象，这种方法操作繁琐，改善晶圆缺角的效果不明显。

实用新型内容

基于此，有必要针对现有的固定环在固定晶圆时，其凸起对晶圆施加的压力过大，导致晶圆容易产生缺角的问题，提供一种在现有固定环的基础上进行升级改造后的固定环及包括该改造后的固定环的物理气相沉积设备，旨在减少每个凸起对晶圆施加的压力，以减少由此导致的缺角问题。

根据本申请的一个方面，提供一种固定环，包括：

环状本体，具有至少两个沿自身径向方向间隔且同轴设置的环状凸缘，相邻的两个所述环状凸缘之间形成有环形凹槽；其中，在所述径向方向上位于最内侧的所述环状凸缘定义为第一环状凸缘；

延伸环，自所述第一环状凸缘的内周面朝靠近所述环状本体的中心轴线的方向延伸；所述延伸环包括相互连接的第一延伸部和第二延伸部，所述第一延伸部和所述第二延伸部共同围成所述延伸环；在所述环状本体的径向方向上，所述第一延伸部的尺寸小于所述第二延伸部的尺寸；

所述第一延伸部的一侧设有多个环绕所述环状本体的中心轴线间隔排布的第一凸起，所述第二延伸部设有第二凸起，所述第二凸起与所述第一凸起在沿所述环状本体的中心轴线延伸的方向上与所述第一凸起位于同一侧，并且所述第二凸起在所述环状本体的周向方向上与所述第一凸起间隔设置。

在其中一个实施例中，所述第一凸起的数量与所述第二凸起的数量总和为至少八个。

在其中一个实施例中，所述第一凸起的数量为至少六个，所述第二凸起的数量为至少两个。

在其中一个实施例中，所述第二延伸部上设有挡台，在所述环状本体的周向方向上，所述挡台的两端分别与一个所述第二凸起一体连接。

在其中一个实施例中，所述挡台靠近所述环状本体的中心轴线一侧的边缘为直边。

在其中一个实施例中，所述第二延伸部靠近所述环状本体的中心轴线一侧的边缘为直边。

在其中一个实施例中，所述第一环状凸缘开设有多个定位槽，多个所述定位槽沿所述第一环状凸缘的周向方向间隔设置。

根据本申请的另一方面，提供一种物理气相沉积设备，包括：

腔体；

镀膜单元，设于所述腔体上方；

承载单元，位于所述腔体内，所述承载单元用于承载待镀膜件；

如上所述的固定环，设于所述镀膜单元和所述承载单元之间，所述固定环用于在所述待镀膜件承载于所述承载单元上时固定所述待镀膜件。

在其中一个实施例中，所述物理气相沉积设备还包括挡板，所述挡板连接于所述镀膜单元的下侧，并在所述腔体内沿所述腔体的周向设置，所述固定环固定设置在所述挡板上。

在其中一个实施例中，所述挡板包括第一部分、第二部分和第三部分，所述第一部分沿所述腔体的周向设置，所述第二部分自所述第一部分的底部周缘朝向所述腔体的中心轴线延伸，所述第三部分自所述第二部分远离所述第一部分的周缘向上延伸，所述第三部分配置为用以在所述固定环固定所述待镀膜件时至少部分限位于所述固定环的环形凹槽中。

上述固定环，通过在径向方向上位于最内侧的第一环状凸缘的内周面设置相互连接的第一延伸部和第二延伸部，在第一延伸部的一侧设置多个沿第一延伸部的周向方向间隔排布的第一凸起，在用于阻挡沉积物质填充待镀膜件(例如晶圆)定位标记的第二延伸部上设有与第一凸起位于同一侧的第二凸起，使得固定环在固定晶圆时，仅由第一凸起和第二凸起与待镀膜件接触，减少了粘片的现象发生，并且相较于现有的固定环仅在第一延伸部设置有多个凸起的方案，通过增加设置第二凸起，使得固定环与晶圆的接触点增多，接触面积增大，在不影响减少粘片的现象的前提下，还降低了单个第一凸起和第二凸起对晶圆施加的压力，进而减少了由此导致的晶圆缺角的问题，增加了设备工艺的稳定性，提高了产品的生产良率。

附图说明

图1为本实用新型一实施例提供的物理气相沉积设备的示意图；

图2为本实用新型一实施例提供的物理气相沉积设备部分结构的轴侧示意图；

图3为本实用新型一实施例提供的固定环安装于挡板上且固定晶圆时的剖视图；

图4为本实用新型一实施例提供的固定环的轴侧视图；

图5为本实用新型一实施例提供的固定环的俯视图；

图6为图5中A-A向的剖视图；

图7为本实用新型一实施例中具有对准标记的晶圆的示意图；

图8为本实用新型一实施例中具有对准标记的晶圆设于固定环上的示意图；

图9为图6中B区域的放大示意图；

图10为图5中C区域的放大示意图。

附图标记说明：

10、物理气相沉积设备；100、腔体；200、镀膜单元；210、靶材固定装置；300、承载单元；310、加热器；320、承载机构；321、支撑柱；330、升降机构；400、固定环；410、环状本体；411、第一环状凸缘；4111、定位槽；412、第二环状凸缘；413、第三环状凸缘；420、延伸环；421、第一延伸部；4211、第一凸起；422、第二延伸部；4221、挡台；4222、第二凸起；430、环形凹槽；440、固定柱；500、挡板；501、第一部分；502、第二部分；503、第三部分；60、靶材；70、晶圆；71、对准标记。

具体实施方式

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。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本实用新型一实施例提供了一种固定环和物理气相沉积设备，其中固定环安装于物理气相沉积设备中，物理气相沉积设备用于对待镀膜件进行气相沉积镀膜，以对待镀膜件进行金属化工艺处理，使待镀膜件具有更好的性能。固定环用于在气相沉积镀膜过程中对待镀膜件进行固定，以防止待镀膜件产生不必要的位移而影响镀膜效果。

下面以固定环用于在物理气相沉积设备中固定用于制作半导体电路的晶圆为例，对本申请中物理气相沉积设备及固定环的结构进行说明，本实施例仅用以作为范例说明，并不会限制本申请的技术范围。可以理解，在其它实施例中，本申请的固定环不限于用在物理气相沉积设备中固定晶圆，还可以在物理气相沉积设备中固定其它类型的待镀膜件，并且本申请的固定环也不限于用在物理气相沉积设备中，在此不作限定。

下面结合图1至图10，对物理气相沉积设备和固定环的较佳实施例进行说明。

如图1和图2所示，为一种物理气相沉积设备10，包括腔体100、镀膜单元200、承载单元300和固定环400。其中腔体100为一真空腔体100，是用以提供物理气相沉积的密封反应腔，气相沉积镀膜工艺在该真空腔体100中进行；镀膜单元200设于腔体100上方，用于对晶圆70进行物理气相沉积镀膜；承载单元300位于腔体100内，用于承载晶圆70；固定环400设置于镀膜单元200和承载单元300之间，用于在晶圆70承载于承载单元300之上时固定晶圆70，防止晶圆70产生不必要的位移。

在一个实施例中，如图1所示，镀膜单元200包括磁控组件(图中未示出)和靶材固定装置210，磁控组件设于靶材固定装置210的上方，靶材固定装置210用于承载靶材60，靶材60可根据具体需要为不同类型的金属材料。本实例中，采用磁控溅射的方法对晶圆70背面进行气相沉积镀膜，其具体工作原理是在腔体100中形成等离子体环境，从腔体100下方通入带正电的气体，气体中的等离子体在电场和交变磁场的作用下产生加速，被加速后的高能粒子轰击靶材60，通过能量交换，把动能直接传递给靶材60原子，从而使靶材60原子逸出，进而淀积在晶圆70背面。

在一个实施例中，如图1和图2所示，承载单元300包括加热器310、承载机构320和升降机构330。由于薄膜沉积或薄膜生长需要在一定温度下进行，加热器310可对晶圆70进行加热；承载机构320位于加热器310的外围，具有多根间隔设置的支撑柱321，固定环400与承载机构320通过支撑柱321相连接，承载机构320与加热器310分别与一个升降机构330相连接，使得两个升降机构330可分别调节承载机构320和加热器310的高度，以调节晶圆70与加热器310之间的间距，一方面可防止晶圆70的正面被镀膜，另一方面通过改变晶圆70相对加热器310的高度来调节加热器310对晶圆70温度的影响，从而起到改善晶圆70应力的效果。

较佳地，参阅图1和图3，物理气相沉积设备10还包括挡板500，挡板500位于镀膜单元200的下侧，并在腔体100内沿腔体100的周向设置，固定环400设置在挡板500上，挡板500的作用是在气相沉积镀膜过程中保护腔体100的内壁不被镀膜。具体地，挡板500的截面呈L形，包括第一部分501、第二部分502和第三部分503，第一部分501沿腔体100的周向设置，第二部分502自第一部分501的底部周缘朝向腔体100的中心轴线(图中所示点划线)延伸，第三部分503自第二部分502在腔体100径向方向上远离第一部分501的周缘向上延伸，第三部分503配置为用以在固定环400固定晶圆70时承载固定环400。

在一个实施例中，如图4至图6所示，固定环400呈圆环状结构，包括环状本体410和延伸环420，环状本体410具有至少两个沿自身径向方向间隔且同轴设置的环状凸缘，相邻两个环状凸缘形成有一个环形凹槽430。在图中所示的实施例中，环状凸缘具有三个，在径向方向上由内至外的三个环状凸缘分别定义为第一环状凸缘411、第二环状凸缘412和第三环状凸缘413。延伸环420自第一环状凸缘411的内周面朝靠近环状本体410中心轴线的方向延伸。

如此，通过设置多个环状凸缘而形成环形凹槽430，一方面是减轻固定环400的重量，另一方面是当固定环400固定晶圆70时，物理气相沉积设备10中挡板500的第三部分503能至少部分限位于环形凹槽430中，从而能够对固定环400起到固定和限位的作用，并且也能防止在进行物理气相沉积镀膜时，金属沉积物质被镀到挡板500以外。

可以理解的是，环状凸缘的数量不限，并且多个环状凸缘中可以是等间距设置，也可以是不等间距设置，具体不作限定。

进一步地，如图7所示，在晶圆70生产制造过程中，为了在各个工艺中晶圆70的摆放位置能够精确对准，在通常情况下，晶圆70上形成有一个小缺口或小凹槽，称之为对准标记71，在图5中所示的实施方式中，晶圆70的对准标记71具有一直边。在物理气相沉积工艺过程中，镀在晶圆70背面的沉积物质有时需要淀积3～4μm厚，一旦较厚的沉积物质会把晶圆70的对准标记71填满，使晶圆70的对准标记71无法辨别，就会导致后续的光刻等工艺因难以对准而无法完成正常的工艺过程。

基于此，请继续参阅图4和图5，在一个实施例中，延伸环420包括第一延伸部421和第二延伸部422，第一延伸部421呈围合成大于180°圆弧状结构，并且第一延伸部421在其自身周向方向上的一端连接第二延伸部422的一端，第一延伸部421在其自身周向方向上的另一端连接第二延伸部422的相对另一端，以使第一延伸部421和第二延伸部422共同围成延伸环420；在环状本体410的径向方向上第一延伸部421的尺寸小于第二延伸部422的尺寸，使得第二延伸部422能够对晶圆70的对准标记71的直边进行遮挡，从而能够防止沉积物质将晶圆70的对准标记71填满。

较佳地，如图8所示，在第二延伸部422上设有与晶圆70的对准标记71相对应的挡台4221，挡台4221靠近固定环400中心轴线一侧的边缘也为直边，与晶圆70的对准标记71的直边相匹配，晶圆70在被固定环400固定时，晶圆70的对准标记71的直边与挡台4221的直边基本重合，挡台4221正好对晶圆70的对准标记71形成的缺口进行弥补，结合图7和图8，从图中的俯视视角观察，晶圆70与挡台4221两者结合正好形成一个完整的圆形，正因为有挡台4221的存在，使得沉积物质不能将晶圆70的对准标记71所形成的缺口填满，避免了晶圆70的对准标记71无法辨别的情况发生。

更佳地，第二延伸部422靠近环状本体410的中心轴线一侧的边缘也为直边，且晶圆70第二延伸部422的直边也与晶圆70的对准标记71的直边平行，使得第二延伸部422的形状与晶圆70的对准标记71所形成的缺口的形状相同，使得在节省了材料，减轻了固定环400重量的同时，也能对晶圆70的对准标记71的直边形成遮挡。

另外，由于固定环400与晶圆70直接接触，而两者材质不同，热膨胀系数相差较大(固定环400的材质为不锈钢或钛合金，膨胀系数为14.4～16.0PPM/℃，晶圆70的材质为硅，膨胀系数为3.0PPM/℃)，在气相沉积镀膜过程的高温高功率环境下可能会造成膨胀幅度不同而导致粘片的现象。具体表现为，形成在晶圆70衬底上的沉积物质出现软化，甚至局部溶化的现象，如果上述软化甚至溶化的沉积物质正好堵到固定环400与晶圆70接触的地方，就会发生粘片现象。对于发生粘片现象的晶圆70，轻者造成该晶圆70的良率降低，重者导致晶圆70的碎片，从而直接影响了生产进度。

基于此，在一个实施例中，如图5和图9所示，第一延伸部421在其厚度方向上的一侧设有多个环绕环状本体410的中心轴线间隔排布的第一凸起4211，优选地，第一凸起4211的数量至少为六个，每个第一凸起4211的厚度可以是0.25～0.4mm。

如此，通过在第一延伸部421上设置多个第一凸起4211，使得固定环400仅有第一凸起4211与晶圆70相接触，保证了第一凸起4211压紧晶圆70的同时，晶圆70与第一延伸部421的一侧表面存在有间隙，减少了固定环400和晶圆70的接触面积，进而减少粘片现象的发生，并且沉积粒子也能进入上述间隙，继而能够保证晶圆70的边缘除了第一凸起4211与晶圆70的接触位置外其余部分都能够沉积金属薄膜。

但正如背景技术所述，温度的变化会造成晶圆70发生弯曲和位移，使晶圆70的边缘接触固定环400中第一环状凸缘411在径向方向上内侧，并受到第一凸起4211所施加的较大压力，由于晶圆70的厚度较薄，通常仅为330μm～680μm，继而使得晶圆70容易产生缺角，导致后续光刻设备对位报警，最终导致晶圆70报废。

基于以上原因，本申请发明人经过研究，想到对上述结构的固定环400再进行进一步的改进，具体思路如图4、图5和图10所示，在第二延伸部422上设置与第一凸起4211位于同一侧的第二凸起4222，即第二凸起4222设置于在沿环状本体410的中心轴线延伸的方向上与第一凸起4211位于同一侧的一侧，以使得第二凸起4222与第一凸起4211在环状本体410的周向方向上间隔设置，并且第二凸起4222的厚度等于第一凸起4211的厚度，固定环400在固定晶圆70时，第一凸起4211与第二凸起4222均与晶圆70的边缘接触。

可以理解的是，第一凸起4211的数量与第二凸起4222的数量的总和为至少八个，例如在一些实施方式中，第一凸起4211的数量为七个，第二凸起4222的数量为一个，或第一凸起4211的数量为六个，第二凸起4222的数量为两个，或第一凸起4211的数量为五个，第二凸起4222的数量为三个等。

还可以理解的是，第一凸起4211的数量为至少六个，第二凸起4222的数量为至少两个，第一凸起4211和第二凸起4222的数量总和大于八个，只要在原有第一凸起4211的数量的基础上再增加第二凸起4222即可。

如此，通过增加对晶圆70的接触点，使晶圆70与固定环400的接触面积增大，在不影响减少粘片的现象的前提下，还降低了第一凸起4211和第二凸起4222对晶圆70施加的压力，进而减少了由此导致的晶圆70缺角问题，增加了设备工艺的稳定性。并且通过在第二延伸部422上设置第二凸起4222，使得在固定环400的圆周方向上，多个第一凸起4211和第二凸起4222在晶圆70的周缘能更加均匀地分布，也有利于减少晶圆70缺角的现象发生。

在一个实施例中，如图10所示，当第二凸起4222的数量为两个时，在环状本体410的周向方向上，挡台4221的两端分别与一个第二凸起4222一体连接。如此，在保证晶圆70对准标记71不被填充的前提下，也能减小晶圆70边缘的局部区域所受的压力。

为了在固定环400压住晶圆70的边缘时，固定环400与承载机构320的支撑柱321能够更牢固地连接，如图4所示，第一环状凸缘411上开设有多个定位槽4111，多个定位槽1111沿第一环状凸缘411的周向方向间隔设置，每个定位槽1111用于卡接在承载机构320的一根支撑柱321的顶端。支撑机构的支撑柱321顶端具有与定位槽4111匹配的卡爪，通过使卡爪限位于定位槽4111中而实现将固定环400限位并固定在支撑机构上。

需要说明的是，支撑柱321不限于是卡接在上述结构的定位槽4111中，也可以是卡接在其它任何能与支撑柱321的端部进行固定的结构，具体不作限定。

此外，更进一步地，为了对固定环400进行更牢固的限位，使固定环400能够固定安装在挡板500上而不会松动，请继续参阅图4，固定环400具有环状凸缘的一侧还具有固定柱440，固定柱440可以设置在任意一个环状凸缘上，也可以设置在环形凹槽430的底壁，并且固定柱440的数量不限，在图中所示的实施方式中，固定柱440具有两根，沿固定环400的径向间隔设置，每根固定柱440用于插设在挡板500的第二部分502或第三部分503上开设的定位孔中，使得在进行物理气相沉积镀膜时，固定环400除了能限位在承载机构320的支撑柱321上，还能够牢固地固定在挡板500上而不会脱落，从而能有效地将晶圆70进行固定。

最后应说明的是，以上所述实施例的技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种固定环，其特征在于，包括：

环状本体，具有至少两个沿自身径向方向间隔且同轴设置的环状凸缘，相邻的两个所述环状凸缘之间形成有环形凹槽；其中，在所述径向方向上位于最内侧的所述环状凸缘定义为第一环状凸缘；

延伸环，自所述第一环状凸缘的内周面朝靠近所述环状本体的中心轴线的方向延伸；所述延伸环包括相互连接的第一延伸部和第二延伸部，所述第一延伸部和所述第二延伸部共同围成所述延伸环；在所述环状本体的径向方向上，所述第一延伸部的尺寸小于所述第二延伸部的尺寸；

所述第一延伸部的一侧设有多个环绕所述环状本体的中心轴线间隔排布的第一凸起，所述第二延伸部设有第二凸起，所述第二凸起与所述第一凸起在沿所述环状本体的中心轴线延伸的方向上与所述第一凸起位于同一侧，并且所述第二凸起在所述环状本体的周向方向上与所述第一凸起间隔设置。

2.根据权利要求1所述的固定环，其特征在于，所述第一凸起的数量与所述第二凸起的数量总和为至少八个。

3.根据权利要求2所述的固定环，其特征在于，所述第一凸起的数量为至少六个，所述第二凸起的数量为至少两个。

4.根据权利要求1所述的固定环，其特征在于，所述第二延伸部上设有挡台，在所述环状本体的周向方向上，所述挡台的两端分别与一个所述第二凸起一体连接。

5.根据权利要求4所述的固定环，其特征在于，所述挡台靠近所述环状本体的中心轴线一侧的边缘为直边。

6.根据权利要求1所述的固定环，其特征在于，所述第二延伸部靠近所述环状本体的中心轴线一侧的边缘为直边。

7.根据权利要求1所述的固定环，其特征在于，所述第一环状凸缘开设有多个定位槽，多个所述定位槽沿所述第一环状凸缘的周向方向间隔设置。

8.一种物理气相沉积设备，其特征在于，包括：

腔体；

镀膜单元，设于所述腔体上方；

承载单元，位于所述腔体内，所述承载单元用于承载待镀膜件；

如权利要求1-7中任一项所述的固定环，设于所述镀膜单元和所述承载单元之间，所述固定环用于在所述待镀膜件承载于所述承载单元上时固定所述待镀膜件。

9.根据权利要求8所述的物理气相沉积设备，其特征在于，所述物理气相沉积设备还包括挡板，所述挡板连接于所述镀膜单元的下侧，并在所述腔体内沿所述腔体的周向设置，所述固定环固定设置在所述挡板上。

10.根据权利要求9所述的物理气相沉积设备，其特征在于，所述挡板包括第一部分、第二部分和第三部分，所述第一部分沿所述腔体的周向设置，所述第二部分自所述第一部分的底部周缘朝向所述腔体的中心轴线延伸，所述第三部分自所述第二部分远离所述第一部分的周缘向上延伸，所述第三部分配置为用以在所述固定环固定所述待镀膜件时至少部分限位于所述固定环的环形凹槽中。