TW452838B - Tapered shadow clamp ring and method to provide improved edge exclusion - Google Patents

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五、發明說明（） 發明領域： 本發明係與半導體製程設備相關：更特定說來，本 發明係關於對一基材之邊緣加以箝位及遮蔽，以使基材 之邊緣非元件區面積變得最小的方法及設備。 發明背景： 在基材上製造半導體元件一般都需要將多層金屬、介 電物質及半導體層沉積於該基材之表面上，且這些層膜的 沉積通常都是在真空製程室中進行，其中某些製程操作上 還需要沉積其它的層膜，而某些製程則需要對之前沉積的 層膜加以蝕刻或部份移除。 •物理氣相沉積（PVD)是一種常用的沉積方法，其也被 稱作滅錄。在一典型之PVD製程中，一靶材含有待沉積 的材料，其曝至電漿環境中，並為電漿中的離子所揸擊， 其中的原子或較大粒子就因此被濺出，並沉積至待處理的 基材之上。對於PVD製程來說，製程室的結構及靶材與 待處理之基材間的距離一般來說是很重要的，因為乾物質 要均勻濺鍍至基材之上必須要利用這些參數來加以控 制》 在製程中，一基材支撺组件（通常稱為座棱、晶座或 加熱器）在製程室中用以支撐基材，一箝位環則位於製程 室内之支撐組件之上。當一基材導進製程室並支擇於支撐 组件上時，支撐组件及基材就會在製程室中相對於符位環 移動，以使箝位環與基材之邊緣接觸，並將基材固定在支 第2頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格<210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) k -線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 45283 經濟部智慧財產局貝工消费合作社印製 A7 B7 五、發明說明（） 撐組件之上。由於箝位環與基材邊緣接觸之故，箝位環會 遮蔽住基材之邊緣而使其不與沉積材料接觸，晶圓表面上 ir可用區域便因此減小β 現有之箝位環具有一座部份及一突懸屋頂部份’其中 座部份與基材之頂表面相接附，而突懸屋頂部份則不與之 相接觸。在某些應用中，突懸屋頂部份存在的目的在於屏 蔽住基材’使其不受到沉積物之沾染，且該不受沾染的部 份係箝位環與基材接觸的部份。若沉積物沉積在這些接觸 點上，基材就會與箝位環相黏著，如此便會形成諸如粒子 產生甚或是需要停機以將晶圓移出的問題^ 箝位環一般為一種連續圊環狀组件或一種不受干擾 的金·屬環。在2圖所示之箝位環58中，其部份會與基材 表面相接附，並會對支撐組件上之基材12的外側邊緣上 側部份施以一向下作用力’並以其重量將基材12穩固住 以進行製程處理，基材12也因此不致發生位置偏移。不 過，箝位環與基材之頂部的接觸卻也有其問題存在。首 先，箝位環就如前文所提在沉積製程中會有沉積物沉積其 上’這樣會使得箝位環與基材黏附在一塊，基材也就不容 易在製程元成後移離製程室之外。其次，符位環座（或接 觸）部份會屏蔽住基材表面之外側周圍部份，基材上可用 以形成電子元件的區域也就因此變小，這種問題一般被稱 作邊緣非元件區（edge exclusion)問題。 關於箝位環對基材邊緣的屏蔽及控制或避免基材與 符位環之間的黏附，並使基材上可利用的表面區域不大量 第3頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ----.---1 l· I I J-t Μ.------- t ------If (請先閲讀背面之注t事項再填宵本頁> A 52-8 3 8 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 A7 B7 五、發明說明（） 縮小的問題’迄今業已有相當之研發投入其中。一般說 來’箝位環能夠使基材適當固定於支撐组件上，但如此之 施力卻犧牲了基材外困區域的可利用性。 金屬化的發展驅勢是在對基材提供更大區域的覆 蓋’所以在全覆蓋沉積系統中就不使用箝位環或遮蔽環。 再者’以銅當作金屬化材料是目前的驅勢，而銅金屬化的 方法是以電鍵方式為主流。然而在此種方式中，沉積於基 材之斜角邊緣的銅容易在化學機械研磨中剝離開來，所以 某些沉積製程仍需要回歸到存有邊緣非元件區的方式。 在第2圖所示的一種存有邊緣非元件區的方式中，其 方法包含將符位環延伸在基材之邊緣與支撐組件之邊緣 間的間隔上，另並在基材之邊緣上形成一唇部（或座部）。 不過’對基材表面可使用區縮減程度的改善也是有必要 的，以將箝位環唇部之最内側往外移動至更接近基材邊緣 之處。為了維持較佳之寬高比（唇突懸部份宽度比上其在 基材上高度之比）而改善基材上邊緣可利用區縮小的程度 是一大難題，其中成功的一例可見諸美國專利案5,81〇931 的說明，在此將之併入以供參考。 因此’提供一種能減小邊緣非元件區（増大晶片區域） 並同時能避面銅（或其它金屬）沉積於基材背面及基材斜角 邊緣的箝位環確有其發展的必要· 發明目的及概Μ : 本發明之廣義目的在於提供—種具有漸細形設計之 第4頁 本紙張尺度適用令國囷家標準（CNS>A4規格（210 X 297公釐） --—-—1—,--L — ll— . I — — J I — I 訂·11 I — It-- <請先閱讀背面之沒意事項再填窝本頁) 452838 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印髮 A7 B7 五、發明說明（） 相位環’以將基材固定在支撐組件之上，其中該符位環之 漸細表面以使箝位環及基材互相對位、並使該雨者與支撑 表面對位為佳。 在本發明之一樣態中’箝位環包含一低漸細表面，其 在製程中位於基材之邊緣上，如基材的斜角邊緣上等。此 外’符位環之上表面形成其本身之一内部唇，該内部唇部 份突懸於箝位環與基材邊緣接觸平面之基材部份之上^ 在本發明之另一樣態中，箝位環之低漸細表面使支撐 組件上之基材在箝位環被舉起時對位，並因此與箝位環接 附》支撐組件上各種未對位形式都可經由基材在與箝位環 之低漸細表面接觸時之橫向移動而矯正之。箝位環之低漸 細表·面座落基材之邊緣上，並被當作是用以防止各種沉積 物沉積在超出該接觸平面直徑以外之處的—硬式阻件，因 此基材之背部及邊緣就能避免受到材料的沉積。 圖式簡單說明： 本發明之上述目的、特徵及優點可 J叫卜遲詳細說明 並配合圖示之說明而更得以彰顯，其中 个上迷所概述之本 發明的特定描述可逕行參考詳細說明中 ， 丁巧待定實施例， 廷些特定實施例則以所附之圖式配合說明。 但當了解的是所附之圖式僅用以說 叱％本發明之血5! 實施例，而非用以限定本發明之範圍， ’、 ^ ^^ 本發明仍可推衍出 其&不同但等效之實施例》 第1圖為使用本發明之概念的一物理惫 至氣相沉積（PVD)基材 第5頁 本紙張尺度ig财财緖準（CNS)A4祕⑵Q-；^97公『 .J- ----I J I«--r I 11.1· -----If 訂---------線 ί靖先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} 45283 A7 B7 五、發明說明（） 處理製程室系統的側視圖。 第2囷為一典型習用箝位環之部份剖面圖。 第3圖所示為本發明之一符位環的一實施例的部份剖面 圖》 第4圓所示為本發明之另一實施例的部份剖面囷。 第5圖為本發明之一箝位環的近下視圖》 圈式簡蕈說明： 1 2 基材 20 物理氣相沉積製程室 22 靶 24 密閉牆 26 基材支撐組件 27 氣體入口 28 •抽氣出口 30 箝位環 34 插鞘 36 平台 40 屏蔽 41 上翻牆部份 42 驅動機械裝置 43 上舉機械裝置 50 外緣部份 54 上屋頂部份 55 斜凹處 57 斜角邊緣 58 漸細表面 59 下屋頂表面 發明詳細說明： 一根據本發明所提出之箝位環在其内侧處具有一漸 細形表面’其可經過調整而與基材之外側邊緣相接觸，以 避免沉積材料沉積在基材之邊緣、背面及與基材支撐組件 相鄰的部份上。此外，本發明之箝位環同時具有改善之邊 第6頁 本紙張尺度適用中固國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公* ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) rk ----訂！------線— 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

經濟部智慧財產局具工消費合作杜印製 緣非元件區，並在箝位環及基材之間形成一橋架層。本發 明對半導體元件製造用之沉積室特别有利，如物理氣相沉 積（PVD)室或化學氣相沉積（CVD)室等，該系統在以下將以 一進行一金屬膜（如銅膜）沉積之典型pvD室為例來進行 詳細說明。雖然較佳實施例所述者為_種圓環狀組件，但 其形狀並不用以限定本發明之範圍a 第1圖所示為一簡化之傳統PVD製程室2〇的剖面 囷，其+類示本發明之箝位環的一實施例，該箝位環3〇 係支撐於製程室20之上部份之上。製程室2〇 一般包含一 製程室環繞牆24,該牆24上具有至少—氣體入口 27及一 柚氣出口 28,其中抽氣出口 28連接至一真空繁浦系統（未 顯示，）。一基材支撐組件26位於製程室之低處，而一靶材 22則位於製程室之高處，其中靶材22與製程室環繞牆24 電性隔離，並以接至地點為佳。一相對於製程室環繞牆24 為負電壓之電壓加至靶材22處，以在製程室中產生電漿。 一屏蔽40位於製程室20之内，其包含一围環狀上翻掩 4卜箝位環30就位於其上，並在支撐組件26在製程室中 往下縮回時懸於一基材支撐組件26之上，如第^圖所示。 基材支撑组件在其準備接收從外部移進製程室之基 材時會由一驅動機械裝置42使其往下降’以降至一位於 箝位環之下的位置，而當其位於低位置時其底部迫近一插 鞘定位平台36·支撐組件26包含三個或更多個垂向孔， 而每一插鞘之上端都會凸起於支撐組件26之上表面上， 並構成一平面，該平面與支撐組件26的上表面平行，以 第7頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4说格（210 X 297公楚） ll·---'1^--------訂---------線 ί請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 4 528 3 η 經濟部智慧財產局貝工消费合作社印製 Α7 Β7 五、發明說明（） 將待處理之基材接收务其上。 一種傳統的機械臂（未顯示）將一基材12載入製程室 20中’並將基材置於插鞘34上端之上。一上，舉機械较置 4 3將插鞘平台往上移動，以使插鞘靠緊基材之底側面並 將基材舉離機械臂。接著，機械人承載盤（未顯示）從製程 室20中缩出，而上舉機械裝置將支撐組件舉起，且插稍 經支撐組件26往下滑動，基材就因此妥置於支撐組件6 之上。接著，上舉機械裝置繼續將支撐組件26抬高，以 使基材12的周圍部份與圓環狀箝位環30之内側部份相接 觸’其中該圓環狀環30係座落於上翻牆部份41之上。 第3圖所示者為本發明之箝位環30之一實施例的剖 面及基材12邊緣的示意圖，其中箝位環30 —般包含一 上屋頂部份54，其部份延伸基材12之上表面之上，以屏 蔽住基材邊緣與箝位環及一外緣部份50接觸之區域。在 一實施例中，符位環之低表面之至少一部份具有一大致為 平坦的漸細表面5 8，其係用以接觸基材。另外，該漸細表 面58也可以是凸起或下凹的。當箝位環因基材及箝位環 在製程室中相對的移動而與基材相接附時，該漸細表面58 與斜角邊緣5 7或基材1 2之外側邊緣相接附，且該漸細表 面以與基材之斜角邊緣失一角度置放為佳（一般大致從箝 位環之縱軸偏離5至85度），以讓箝位環至少部份位於基 材邊緣上而在製程中將基材固定在一位置上。當基材支撐 組件在行動中通過箝位環時，基材12會支撐住符位環 30，且以為基材12之斜角邊緣均句對其支撐、並能將基 第8頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公ft ) ------------ί ---— —— — — —----^ ί請先閲讀背面之注意事項再填冩本頁> _I _ _-____ 5283 A7 B7 經濟部智慧財產局具工消费合作社印製 五、發明說明（） 材相對於支撐組件及箝位環之位置穩定住為佳，其中在箝 位環與基材相接附、並為其本身壓至基材之重量所固定 時’符位環30之重量重至足以使箝位環及/或基材不致在 支撐組件20表面上滑動a當基材相對於箝位環移動時， 基材的橫向位移可被制止’因為箝位環的斜表面會迫使基 材在支撐紐_件上及箝位環之内直徑範圍内對位，箝位環的 漸細表面的機械容忍度（亦即基材大小的變動）這時就會降 低’這點在决定箝位環之内直徑時就需加以考慮β雖然漸 細表面在囷示中為一大致平坦的表面，但本發明中的該表 面則可為凸起或凹入的。 一旦箱位環30置於基材之上方後，pvD製程就可開 始啟龙’其中漸細表面58在沉積製進行中會使基材上的 邊緣非元件區減至最小’其並能避免蒸氣或粒子在沉積進 行時從支撐組件26處跑出。當製程結束時，經處理過之 基材12由與前述相反之步驟從製程室2〇中移出。 就如前述中所提，基材12在為支撐组件舉至處理位 置時’基材12之邊緣57舆本發明之箝位環30的漸細邊 緣表面58間任何形式的接觸都會使得基材12沿支撐組件 頂表面進入一對位位置’這種對位移動會持續直至漸細邊 緣5 8的反側同樣接觸到基材12之反側斜角造5 7止β因 此’本發明之箝位環30本身就是一種能使基材12對位的 工具。 第4圖所示者為本發明之一箝位環的另一實施例，其 低表面可包含一斜凹處55,該凹處55構成一大致為平扫 I-----------Iki----- 1 訂·------ --線 <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} /Jt 取

& r C / ' l > ' l r i I * / 4 5283 經濟部智慧財產局貝工消费合作社印製 五 A7 ___—__B7__ 、發明說明（） 的漸細表面58及一大敢平坦的下屋頂表面 ^ 即59，其中該屋 頂表面59位於基材之上，並太致與支撐組 足忏^上之基材 1 2平行’如此提供之寬高比與邊緣非元件 的改善程度成 正比’同時又能避免基材與箝位環之間的黏 著。一漸細座 表面58用以與基材之邊緣相接觸（與第3圖 岡所7JT <實施例 者類似）’然而相對於座部份為往内弩曲之足 屋頂部份平面 大致與基材表面平行，此外，該大致平行之柄主f 从1 Ή夂低表面可加以 步進’以提供該屋頂部份的有效寬高比，以使其寬高比大 於一大致為平面的低表面者β第5圖所示為箝位環之近下 視圖’其中顯示漸細表面58及下屋頂表面59構成該斜四 處55 » •箝位環以為相容之材料製成為佳，如鋁、陶磁（如氧 化鋁或礬土、石英等等），其餘為該項技術所常用之材料 亦可採用之》 本發明之箝位環可用於PVD、CVD、蝕刻或任何其它 製程系統中，以改善邊緣非元件區的問題，其中上述之製 程系統一般包含一製程室及一基材支撐座檯，其中支撐座 檯以如本發明之概念將基材垂直舉起而與箝位環相接 附。一旦接附動作完成*箝位環就密閉住基材之斜角邊緣 表面，並在製程中維持住基材之所在位置， 上述之說明僅為本發明中的較佳實施例，而非用以 限定本發明之範圍’故利用這些實施例所進行的修改或 更動都不脫離在所附專利範圍所言明之範圍外，本發明 之範圍當以後述的專利申請範圍為基準β 第10頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2H) X 297公爱） ---.1 II --1 — — —/— in!--1 ---I I--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) _ -*

Claims (1)

1. 2 3 00 A8B8C8D8 六、申請專利範圍 1. 一種用於基材處理之系統，該系統至少包含： a) —真空声閉環境； b) —基材支撐组件，位於該環境當中； c) 一箝位環’具有一上屋頂表面及_基材接觸表 面’其中該基材接觸表面用以與一基材之邊緣接觸。 2. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該箝位環更包 含一下屋頂表面，並大致與該基材支撐组件之一上表面 平行。 3. 如申請專利範圍第丨項所述之系統，其中該基材接觸表 面與該基材支撐組件夾一角度。 4. 如申請專利範圍第3項所述之系統，其中該基材接觸表 面為一連續並大致平滑之園環狀表面。 5. 如申請專利範圍第3項所述之系統，其中該基材接觸表 面大致為凸起的》 6. —種用以將一基材固定在一基材支撐組件上之設備，該 設備至少包含： a)—框架，具有一上屋頂部份、一外座部份及一基 .材接觸表面，其中該基材接觸表面至少部份延伸在該上 屋頂部份及該座部份之間，並相對於該框架之一縱軸言 第11買 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格（210 χ 297公麓） — — — — — — — — — rl — l·，· 、‘ II — — — — — — — — I /tx * 11 (請先閲讀背面之注意ί項再填寫本頁} Ί51. -線· 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 45283 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 為漸細形的。 7. 如申請專利範圍第6項所述之設備，其中該基材接觸表 面至少包含一大致為平滑之漸細表面，而該框架至少可 為大致圓環狀β 8. 如申請專利範圍第7項所述之設備，其中該漸細表面至 少可為一連續並大致為圓環狀之表面。 9. 如申請專利範圍第6項所述之設備*其中該框架更包含 一下屋頂表面，而該下屋頂表面與該基材接觸表面之間 夾一角度= 10.如申請專利範圍第6項所述之設備，其中該座更包含一 外緣。 先 —閲 讀 背 注 意 事 項 再 填 寫 本 頁 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 頁 2 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2〗0 * 297公釐）