TWI316744B - Wafer holder - Google Patents

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1316744 (1) 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明有關一晶圓保持器，特別地是，本發明有關一 包含晶圓架台及晶圓架台外環之晶圓保持器，該晶圓架台 外環圍繞該晶圓架台’及提供於一電漿處理室、諸如有角 度濺鍍系統之電漿處理室中。 鲁 【先前技術】 於製造積體電路中’藉著物理蒸氣沈積（PVD)在矽 晶圓上形成很多不同薄膜係基本步驟之一。目前於施行 PVD製程中有很多不同架構及方法，譬如離子化Pvd及 長穿透式灑鑛（long-through-sputtering )。 一有角度濺鍍係該等PVD技術之一，在此標靶及晶 圓係未平行地放置’但具有一角度（專利參考案1 )。此 濺鍍技術之優點是其產生非常均勻之薄膜。此技術之缺點 ® 係該用於一沈積在晶圓表面上之薄膜的邊緣排除區域（下 文稱爲）與捲繞著該晶圓邊緣之薄膜交換。這是 參考圖5至9細節地說明。 一有角度濺鍍系統之範例及該有角度濺鍍系統中所採 用之傳統晶圓保持器的橫截面槪要圖係分別顯示於圖5至 8中。該有角度灑鑛系統之製程室具有一真空通口 66及 晶圓進/出通口 67。該晶圓保持器50係包含晶圓架台51 、圍繞晶圓架台51之隔離屏蔽板52、金屬製外部屏蔽板 53、支撐金屬製外部屏蔽板53之軸桿54、及一遮罩外環 -4- (2) 1316744 55。該遮罩外環55係附接至數個金屬製或絕緣栓銷56, 通常是3(三）個金屬製或絕緣栓銷，以便上下移動該遮 罩外環5 5。於圖5中，絕緣栓銷5 6、5 6係藉著舉昇栓銷 控制器65上下移動。 於晶圓57被載入至該晶圓架台51上期間，舉起該遮 罩外環55。在該晶圓57已放置在該晶圓架台51上之後 ，降低遮罩外環55，直至晶圓57的上表面及遮罩外環55 ® 的背部表面間之分開距離係少於1毫米。通常，遮罩外環 55不被降低’直至其背部表面與該晶圓57接觸，因爲其 藉著該碎片在晶圓57之表面上造成微粒之產生。該遮罩 外環55以數毫米、通常少於5毫米地蓋在該晶圓邊緣62 上（圖7)。於圖7及8中，此覆蓋之區域係標以χ(標 以數字63 )。 於圖9中給與其他傳統及一般用於晶圓保持器之架構 ’其中在此沒有遮罩外環。 ^ [專利參考案1]日本專利公告2002-Α-194540 [專利參考案2]日本專利公告2002-Α-115051 圖7及8顯示當該薄膜係藉著圖5所示之有角度濺鍍 系統沈積時，在晶圓57相對該標靶58之最接近及最遠離 位置的薄膜沈積特徵。這些位置係於圖6中標明爲Α (標 以數字15)及B (標以數字16)。在位置A(15)中， 來自灑鍍標靶58之一些原子61通過晶圓57及遮罩外環 55間之空間，如圖7中所示，且沈積於晶圓邊緣62。在 位置B(16)，由於遮罩外環55的存在所致之陰影係大 -5- (4) 1316744 其中該晶圓架台具有一直徑，該直徑比載入在該晶圓架台 上之直徑較小，在該外環的上側面之內徑係大於載入在該 晶圓架台上之晶圓的直徑，且該晶圓架台外環之上表面位 在該晶圓架台上所載入晶圓之上表面上方。根據本發明之 前述晶圓保持器，因爲在該晶圓架台外環之上側面的內徑 係稍微大於載入在該晶圓架台上之晶圓的直徑，且晶圓架 ' 台具有一比該晶圓架台上所載入之直徑較小的直徑，以致 # 一狹窄之空間係形成在晶圓之外部周邊與該晶圓架台外環 的內部周邊壁面之間。藉此，其係可能藉著在該晶圓架台 外環的上側面之前述稍微大的內徑減少邊緣排除區域（ EE )，譬如其係可能將邊緣排除區域（EE )減少至少於2 毫米。及其係可能藉著晶圓的外部周邊及該晶圓架台外環 的內部周邊壁面間之—窄空間的存在，減少以沈積材料污 染晶圓背部之可能性。 既然晶圓架台外環之上表面亦稍微位在該晶圓架台上 ® 所載入之晶圓的上表面上方，能防止該晶圓背部污染，該 污染係當使用如圖9所示之晶圓保持器時所造成。 在本發明之前述晶圓保持器中，該晶圓保持器外環可 在該下側面進一步具有一不同內徑。亦即，在本發明之前 述晶圓保持器中，該晶圓架台外環可被修改至具有二不同 內徑，一內徑係在該外環上側面之內徑，且另一內徑係在 該外環下側面之內徑。在該晶圓架台外環之上側面的前述 內徑係稍微大於該晶圓架台上所載入之晶圓的直徑，如先 前所述，而在該晶圓架台外環之下側面的內徑係稍微小於 -7- (5) 1316744 晶圓之直徑，但稍微大於該晶圓架台之直徑。 依據此架構，晶圓的外部周邊及該晶圓架台外環的內 部周邊壁面間之前述狹窄空間，持續及延伸至晶圓架台的 --.............. — 外部周邊壁面及該晶圓架台外環的內部周邊壁面間之狹窄 空間。 因此，其係可能藉著晶圓的外部周邊及該晶圓架台外 環的內部周邊壁面之間、與晶圓架台的外部周邊壁面及該 晶圓架台外環的內部周邊壁面間之狹窄空間的存在，有效 地減少以沈積材料污染晶圓背部表面之可能性。 在本發明之前述晶圓保持器中，該晶圓架台外環具有 二不同內徑，一內徑係在該外環上側面之內徑，且另一內 徑係在該外環下側面之內徑，該晶圓架台外環可修改至具 有一水平面，該水平面形成於一在外環上側面界定該內徑 的內部周邊壁面及在外環下側面界定該內徑的另一內部周 邊壁面之間，且該水平面位在該晶圓架台所載入之晶圓的 背部表面下方，而不會接觸晶圓之背部表面。 依據此架構，其係可能藉著該晶圓架台上所載入晶圓 的背部表面及該前述水平面的上表面間之狹窄間隙的存在 ，減少以沈積材料污染晶圓背部之可能性。 於本發明之前述晶圓保持器之任一個中，該晶圓架台 可被修改至由二或更多分開之元件所製成，用於調整該晶 圓架台之高度，藉此調整該晶圓架台之上表面及該晶圓架 台外環的上表面間之空間。 依據此架構，其係輕易地調整由於晶圓架台外環之存 -8- (6) 1316744 在而在該晶圓邊緣所形成之膣—影—股1，用於藉著調整該晶 圓架台之上表面及該晶圓架台外環的上表面間之空間減少 邊緣排除區域（EE)。 可修改此架構，該晶圓架台外環可上下移動，藉此可 減少由於晶圓架台外環之存在而在該晶圓邊緣所形成之陰 影區域，用於藉著上下移動該晶圓架台外環，藉著調整該 ' 晶圓架台之上表面及該晶圓架台外環的上表面間之空間減 # 少邊緣排除區域（EE)。 其亦可能藉著二或更多分開之元件製成晶圓架台，用 於調整該晶圓架台之高度，及製成可上下移動之晶圓架台 外環。 根據本發明，提供該晶圓保持器，其中譬如能於本發 明之晶圓保持器中減少該邊緣排除區域（EE )，該邊緣 排除區域（EE )能減少到少於2毫米邊緣排除區域（EE )’其係亦可能減少以沈積材料污染晶圓背部之可能性， • 該晶圓係載入在該晶圓保持器上。 如果本發明之晶圓保持器係用於有角度濺鍍沈積系統 中’亦可防止薄膜捲繞著晶圓邊緣、亦可防止晶圓背部上 之薄膜沈積，同時產生極小或零邊緣排除區域（EE)。 【實施方式】 於以下敘述之範例中使用所附圖面詳細地敘述本發明 之較佳具體實施例。 (7) 1316744 [範例1] 參考圖1、2及3說明本發明之工作範例一。圖1顯 示一有角度濺鍍系統之橫截面槪要圖，其中採用本發明之 晶圓保持器25。 該晶圓保持器25係置於一電漿處理室中，在此該標 靶1 1及晶圓保持器25係於離軸中，且標靶1 1置於製程 室之天花板中，並相對載入在該晶圓保持器2 5上之晶圓 5的表面具有一角度，如圖1所示。該標靶11能固定至 製程室之天花板。雖然其未顯示，該標靶11可放置成與 位在該晶圓保持器2 5上之晶圓表面5平行。 該製程室具有一真空通口 17及晶圓進/出通口 18。 該晶圓保持器25係包含一晶圓架台1、圍繞晶圓架 台1之晶圓架台外環2、隔離塊件3、及外部屏蔽板4。 於此範例中，隔離塊件3係放置在晶圓架台1及外環2下 方，且支撐它們。支撐晶圓架台1及外環2之隔離塊件3 亦插入該圓柱形外部屏蔽板4中。該外環2係一 0型環 形晶圓架台外環。 於此具體實施例中，該晶圓架台1及晶圓架台外環2 係置於電漿處理室中之晶圓保持器2 5的一整合部份，且 該晶圓保持器25能繞著其中心軸旋轉。 該晶圓架台1通常係由金屬、譬如鋁所製成。晶圓架 台1之直徑係採取比載入至該晶圓架台1上之晶圓5的直 徑更小數毫米（譬如1 〇毫米）。因此，當一晶圓5係放 置在該晶圓架台1上時，晶圓5之外部區域延伸在該晶圓 -10- (8) 1316744 架台1之外側’如圖l、2及3所示。 外環之內徑 該晶圓架台外環2具有二不同內徑。一內徑係在該外 環2上側面之內徑，且另一內徑係在該外環2下側面之內 徑。在該外環2上側面之內徑比晶圓5之直徑更大數鼋米 - (譬如4毫米）。而在該外環2下側面之內徑比晶圓5之 | 直徑更小數毫米（譬如3毫米）’但是比晶圓架台1之直 徑更大數毫米（譬如3毫米）。亦即’在該外環2上側面 之內徑係大於晶圓5之直徑，而在該外環2下側面之內徑 係小於晶圓5之直徑’但大於晶圓架台1之直徑。 外環之外徑 晶圓架台外環2之外徑係不重要的’且通常比晶圓5 之直徑更大1〇_30毫米。 > 如前述，既然該外環2具有二不同之內徑，在此於該 外環2上側面界定該內徑之內部周邊壁面及在外環2下側 面界定該內徑的另一內部周邊壁面之間有一水平面。其較 佳的是此水平面之位置係調整至剛好位在晶圓5之背部下 方，並具有一小分離間隔，以致此水平面不會真正與晶圓 5之背部接觸。該水平面及晶圓5背部間之分離間隔係不 重耍的，且可於0.2毫米至1〇毫米之範圍中，通常大於 0.5毫米。 -11 - (9) 1316744 外環之上表面的高度 爲獲得預期之結果，外環2之上表面的高度係重要的 。外環2之上表面必需稍微在晶圓5之上表面上方，如圖 1至3中所示。該邊緣排除區域（EE )及環繞著該晶圓邊 緣捲繞之薄膜係受外環2之上表面及晶圓5的上表面間之 距離所影響，這於圖2及3中標以字母Η (標以數字14 )。其較佳的是將該距離Η維持在1毫米至10毫米之範 圍內。 該外環2係由一金屬、典型爲鋁所製成。外環2之表 面能以一介電材料、譬如Α12〇3塗覆。通常，該外環2係 架構成於一電浮動狀態中。然而，應注意的是外環2之電 狀態不會影響本發明所意欲之性質。 該晶圓架台1係放置在該隔離塊件3上、諸如介電塊 件上。然而，於獲得本發明所意欲之性質中，這不是一基 本需求。將該晶圓架台1放置在該隔離塊件3上之唯一理 由，係當其需要時，藉著施加電力至晶圓架台1而控制該 沈積性質。 圖1、2及3顯示該晶圓架台1係於電浮動狀態中。 然而，應注意的是該晶圓架台1之電浮動狀態不會影響本 發明所意欲之性質。 反之，吾人能施加直流或射頻電力至晶圓架台1，以 控制該沈積製程。 再者，吾人能在晶圓架台1之表面上製造靜電式晶圓 座（ESC )，以便於薄膜沈積期間將該晶圓5固定在晶圓 -12- (10) 1316744 架台1上。追些電源、ESC、或任何相關之電路係未顯示 在圖面中。 晶圓架台1之高度係不重要的’但能夠在丨毫米至 50毫米之範圍中變化。 再者，晶圓架台1不需由單一材料所製成，反之吾人 能使用由不同材料所製成之合成架構，譬如金屬及電介體 之組合，如圖4所示。於圖4中，晶圓架台i係由金屬圓 鲁盤21、隔離圓盤20、及金屬圓盤19所組成。亦即，於圖 4中’晶圓架台1係由三分開元件所製成，以致譬如能藉 著移去隔離圓盤20調整晶圓架台1之高度。晶圓架台1 之尚度亦可譬如藉著插入另一隔離圓盤所調整。以致可輕 易地調整該晶圓架台1之上表面及該晶圓架台外環2的上 表面間之空間。 於薄膜沈積期間，該晶圓架台L可或不能加熱或冷卻 。爲單純故’晶圓架台1之加熱或冷卻機件未顯示在圖面 Φ 中。 該外部屏蔽板4係由金屬所製成。外部屏蔽板4之內 徑係稍微大於外環2之外徑，以致在此於外部屏蔽4之內 部周邊壁面及外部周邊壁面外環2之間有數毫米的分離間 隔。另一選擇係，該隔離塊件3可延伸直至外部屏蔽板4 之內側壁面，雖然其未顯示。該外部屏蔽板4及外環2間 之狹窄空間6係重要的，以便當其係於一電浮動狀態中時 ，維持外環2之電狀態。 除了前述之硬體以外’晶圓保持器可包含二或四晶圓 -13- (11) 1316744 舉昇栓銷。爲單純故，這些晶圓舉昇栓銷未顯示在圖面中 〇 根據該有角度濺鍍系統，其中本發明之晶圓保持器 25被採用及提供於該有角度濺鍍系統中，如圖1至3所 示及如前述，該晶圓製造製程係譬如進行如下° 於以本發明獲得想要性質中之製程係參考圖2及3說 • 明，其代表分別在圖1中標明之位置A ( 1 5 )及B ( 1 6 ) •。 通常，此PVD製程係在低於0.1巴之很低壓力下進 行。.在這些壓力下，比較於標靶11至晶圓5間之距離， 包含濺鑛原子12的氣體種類之平均自由路徑變得很短。 因此，幾乎所有沈積原子能被視爲以如圖2及3所示角度 進來，而該標靶1 1係相對如圖1所示之晶圓5放置。 在位置A ( 1 5 )之沈積 Φ 一薄膜沈積直至在位置A(15)之晶圓邊緣，如圖2 所示。 在位置A ( 1 5 )之原子路徑係藉著箭頭8所示，在此 其離該標靶11最遠。該等原子12以一角度進來，該標靶 1 1係如圖1所示相對該晶圓5放置。 既然在該外環2上側面之內徑係大於晶圓5之直徑， 不會產生任何陰影區域，如圖2所示。以致薄膜可沈積在 該晶圓邊緣，且能在位置A ( 1 5 )獲得很小之邊緣排除區 域（EE )、諸如少於2毫米EE。 -14- (12) 1316744 因該壓力係低的，氣相碰撞係極少的 碰撞係不足道的，原子不會以相向之角度 所示。然而，這不能完全地排除。縱使這 某些部分抵達該外環2及該晶圓5間之狭 原子沈積在外環2之內側周邊壁面上。 於該外環2上側面界定該內徑之一內 外環2下側面界定該內徑的另一內部周邊 於該晶圓5之背部表面及該水平面的上表 間隔1 〇。於此範例中，該分離間隔1 0之 因爲此分離間隔1 0之存在，該晶圓 沈積材料所污染。 再者’既然在該外環2上側面之內徑 直徑’而在該外環2下側面之內徑係小於 但大於晶圓架台1之直徑，該狹窄空間7 塊件3 ’如圖2所示。這是爲了確保沒有 撐該外環2及晶圓架台1之隔離塊件3上 -金屬薄膜沈積及連接外環2與晶圓架台 1及外環2兩者之電位變得相同。如果晶 射頻或直流偏壓當作一控制該沈積之機制 再者’狹窄空間7之延伸直至該隔離 少以沈積材料污染晶圓5背部之可能性。 在位置B(16)之沈積 ，以致由於氣相 進來，如數字9 些擴散原子9之 窄空間7，這些 部周邊壁面及在 壁面之間，在此 面之間有一分離 高度係0.5毫米 5之背部不會受 係大於晶圓5之 晶圓5之直徑， 延伸直至該隔離 薄膜係沈積在支 。其理由係如果 1，該晶圓架台 圓架台1係給與 ，這造成問題。 塊件3進一步減 -15- (13) 1316744 在位置B ( 1 6 )之薄膜沈積製程係顯示於圖3。 如在圖3所示，原子12以一角度進來’該標靶1 1係 如圖1所示相對該晶圓5放置。以致該外環2可在該晶圓 邊緣上造成一陰影。 該陰影之長度視該外環2上表面相對晶圓5之上表面 的高度、外環2與晶圓5間之狹窄空間的距離、及標靶 1 1相對晶圓5之角度而定。 於此具體實施例中，既然該外環2上側面之內徑係大 於晶圓5之直徑，其係輕易的選擇外環2上表面相對晶圓 5的上表面之高度，其係於圖3中標以Η (標以數字14) ，以便減少可藉著該外環2之存在所產生的陰影區域。譬 如，其能輕易地選擇該高度（Η)，而藉著此選擇不會產 生任何陰影區域，如圖3所示，藉此於該晶圓邊緣沈積該 等薄膜，且能在位置Β ( 1 6 )獲得很小之邊緣排除區域（ ΕΕ )、諸如少於2毫米ΕΕ。 因該壓力係低的，氣相碰撞係極少的，以致由於氣相 碰撞係不足道的，原子不會以相向之角度進來’如數字9 所示。 縱使這些擴散原子9之某些部分抵達該外環2及該晶 圓5間之狹窄空間7，如之前關於在位置A ( 1 5 )所敘述 ，因爲圖2所示的分離間隔1 0之存在、及延伸直至該隔 離塊件3的狹窄空間7之存在，所以晶圓5之背部不會受 沈積材料所污染，亦沒有薄膜沈積在支撐該外環2及晶圓 架台1之隔離塊件3上，因爲該狹窄空間7延伸直至該隔 -16- (14) 1316744 離塊件3，如圖3所示。 雖然上文已使用附圖敘述本發明之較佳具體實施例及 範例’本發明不限於前述之具體實施例及範例，且本發明 可在藉著所附申請專利及其同等項所界定之技術範圍[內修 改至各種具體實施例及範例。 【圖式簡單說明】 圖1顯示有角度濺鍍系統之一橫截面視圖，其中本發 明之晶圓保持器被採用及提供於該有角度濺鍍系統中。 圖2顯示一放大橫截面視圖，並顯示圖1中所標明之 位置A(15)。 圖3顯示一放大橫截面視圖，並顯示圖1中所標明之 位置B(16)。 圖4顯示本發明之另一晶圓保持器的橫截面視圖。 圖5顯示有角度灘鍍系統之一橫截面視圖，其中該傳 統晶圓保持器被採用及提供於該有角度濺鍍系統中。 圖6顯示圖5所示的傳統晶圓保持器之一放大橫截面 視圖。 圖7顯示一放大橫截面視圖，並顯示圖6中所標明之 位置A ( 5 9 )。 圖8顯示一放大橫截面視圖’並顯示圖6中所標明之 位置B ( 6 0 )。 圖9顯示另一傳統晶圓保持器之橫截面視圖。 -17- (15) (15)1316744 【主要元件符號說明】 1 :晶圓架台 2 :外環 3 :隔離塊件 4 :外部屏蔽板 5 :晶圓 6 :外部屏蔽板及外環間之狹窄空間 7 :外環及晶圓架台間之狹窄空間 8 :原子之路徑 9 :在氣相碰撞之後進來的原子之路徑 I 〇 :晶圓背部及外環間之分離間隔 II :標靶 12 :原子 1 3 :軸桿 14 :高度（Η )

15 :位置A 1 6 :位置B 1 7 :真空通口 18:晶圓進/出通口 19 :金屬圓盤 20 :隔離圓盤 21 :金屬圓盤 25 :晶圓保持器 5 1 :晶圓架台 -18- (16) 1316744 52 :隔離介電塊件 53:金屬外部屏蔽板 5 3 :金屬外部屏蔽板 5 4 :軸桿 5 5 :金屬或絕緣栓銷 56 :舉昇栓銷 5 7 :晶圓 • 5 8 :標靶

5 9 ··位置A

60 :位置B 61 :原子 62 :晶圓邊緣 6 3 : X 6 4： y 65 :舉昇栓銷控制器 Φ 66 :真空通口 67 :晶圓進/出通口

Claims (1)

1316744 十、申請專利範圍 第95 1 04424號專利申請案 中文申請專利範圍修正本 民國98年7月14曰修正 1 · 一種斜入射濺鏟方法，係使濺鑛粒子以斜向角度 入射於被載置在晶圓架台之晶圓表面而形成蒸鏟膜的斜入 射濺鍍方法，其特徵包含：

在由晶圓架台外環所圍繞之可旋轉的晶圓架台上設置 晶圓，接著 對該所設置的晶圓表面，以預定的斜向角度使濺鍍粒 子入射，以該外環爲遮罩而在該晶圓表面上形成蒸鍍膜； 該晶圓架台的直徑小於該所設置的晶圓直徑， 該外環包括分別具有不同內徑的上側部與下側部， 該外環之上側部的內徑大於該外環之下側部的內徑， 且該上側部之上面的高度係高於該所設置晶圓的上面， 該外環之下側部的內徑大於該晶圓架台的直徑，該外 環的上側部與下側部之交界的水平面係位在低於該所設置 晶圓下面的位置， 該外環的上側部之上面的高度係被設定成：當將晶圓 載置於該晶圓架台時，對於由該外環的外側朝向內側之該 預定角度的濺鏟粒子的入射，該上側部的陰影不會發生在 晶圓上面。 2.如申請專利範圍第1項之斜入射濺鍍方法，其中 ，該外環之上側部的上面比該所設置晶圓的上面高1 m m 1316744 至1 0 m m的範圍。 3. —種斜入射濺鍍裝置，係包含有被支撐在隔離塊 件上的晶圓保持器，使濺鍍粒子以斜向角度入射於被載置 在該晶圓保持器之晶圓表面而形成蒸鍍膜之構成的斜入射 濺鍍裝置，其特徵爲： 該晶圓保持器包括：可旋轉的晶圓架台、及圍繞該晶 圓架台周圍的晶圓架台外環， 該外環係構成爲當在進行斜入射濺鍍時形成爲晶圓上 之蒸鍍膜的遮罩，包括分別具有不同內徑的上側部與下側 部，該上側部高於該晶圓架台上面，而上側部內徑大於下 側部內徑，該下側部內徑大於該晶圓架台的內徑，在該晶 圓架台的外面與該外環下側部內面之間產生有間隔， 該外環的上側部與下側部之交界的水平面係低於該晶 圓架台表面，且構成爲：晶圓被載置於該晶圓架台上時， 該晶圓周圍面與該外環之上側部內徑之間的間隔延伸至該 隔離塊件面爲止， 該外環之上側部的上面的高度被設定成：當將晶圓載 置於該晶圓架台時，對於由該外環的外側朝向內側之該預 定角度的濺鍍粒子的入射，該上側部的陰影不會發生在晶 圓上面。