TWI470104B - 半導體濺鍍設備的反應室結構 - Google Patents

Description

半導體濺鍍設備的反應室結構

本發明一種半導體濺鍍設備的反應室結構之技術領域，尤其指係在該反應室內之部份組件表面採粗糙面之設計。

『濺鍍』或被稱為物理氣相沉積(PVD)，為積體電路的製造中之金屬及相關材質層的沉積方法，所採用的濺鍍設備包括真空反應室及安裝於內部的一標靶，該濺鍍設備具有電源供應器能對該標靶施加相對之電壓，讓標靶材料沉積於一被托盤所負載的晶圓上。

在反應室中具有數個不同的固定組件以固定標靶、晶圓或其他構件，亦具有一保護板來避免特定區域不被沉積物所覆蓋。濺鍍過程中沉積物除了沉積於晶圓處，亦會沉積於各固定組件或保護板表面，隨著濺鍍次數增加，各固定組件或保護板上沉積物的厚度也加厚，一旦沉積物剝落，就會影響生產的良率，因此該濺鍍設備須定期停機，拆下各固定組件或保護板，以進行清除沉積物的動作或更換構件的程序，如此將降低設備的稼動率，而清洗或更換次數愈多，生產成本亦會增加。習用設備係在部份構件表面形成鋁熔射塗層，在預定的使用週期下使用，不良率低，但如果要延長原先更換或清洗周期時，不良率就會大幅升高。有鑑於此，本發明憑藉著多年的經驗，以及不斷的研究改良，終於改良設計了此一半導體濺鍍設備的反應室結構。

本發明之主要目的係提供一種能延長替換週期的半導體濺鍍設備之反應室結構，主要係將部份構件表面施予特殊的粗糙面處理，在不發生沉積物剝離的條件下，延長所能承受之沉積次數，藉以延長構件替換或清洗週期，讓設備之嫁動率上升，產能提升，同步減少生產之成本。

為上述之目的，本發明之半導體濺鍍設備的反應室內包括有：一腔體、一升降平台、數靶材固定件、一承載環、以及一覆蓋保護環，該腔體具有一中空腔室，底部具有環形之支撐座；該升降平台能進出該支撐座中央所形成的空間；該數靶材固定件固定於該腔體的內壁面，該靶材固定件具有一外露的接觸面；該承載環安裝該升降平台上，該承載環具有一環凸面；該覆蓋保護環安裝於該支撐座處，該覆蓋保護環具有一附著面；其中該靶材固定件之接觸面、該承載環之環凸面、以及該覆蓋保護環之附著面皆為粗糙面，該粗糙面具有凸凹不平的花紋，而其中一種花紋係由數溝槽交錯而形成的非平坦面。

本發明於該靶材固定件之接觸面、該承載環之環凸面、以及該覆蓋保護環之附著面皆設計為粗糙面，能增加表面積及提高粗糙度。增加表面積能提高表面所能承受之沉積的次數，延長單一構件的使用週期，降低替換率，減少設備停機更換的次數，提高設備嫁動率。而提高表面粗糙度能避免製程中沉積物發生不正常的剝離，降低不良率，使品質提升。

本發明以上的敘述以及其他的目的、特徵、外觀以及優點，將可 以藉由仔細地閱讀在以下所提供的具體描述，並適當地參考圖式說明，而能夠更清楚地了解。

1‧‧‧反應室

11‧‧‧反應室底座

12‧‧‧反應室上蓋

2‧‧‧腔體

21‧‧‧支撐座

22‧‧‧保護壁

23‧‧‧外壁

3‧‧‧升降平台

4‧‧‧靶材固定件

41‧‧‧接觸面

42‧‧‧圓弧錐體

43‧‧‧圓筒體

5‧‧‧承載環

51‧‧‧環凸面

52‧‧‧承載凸塊

53‧‧‧環圍壁

6‧‧‧覆蓋保護環

61‧‧‧附著面

62‧‧‧環槽

7‧‧‧測試片

71‧‧‧上表面

第一圖為本發明之結構剖面示意圖；第二圖為本發明之腔體及內部之靶材固定件、承載環及覆蓋保護環之立體圖；第三圖為本發明之靶材固定件立體圖；第四A圖為本發明之承載環之立體圖；第四B圖為本發明之承載環之局部放大圖；第五圖為本發明之覆蓋保護環之立體圖；第七圖為本發明之另一實施例的剖面結構示意圖；第六圖為本發明之測試片之立體圖。

如第一圖所示，為本發明半導體濺鍍設備之反應室結構的剖面示意圖。該反應室1係由反應室底座11及反應室上蓋12組合而成，使內部能滿足濺鍍過程中的真空條件。該反應室1內具有一腔體2、一升降平台3、數靶材固定件4、承載環5、一覆蓋保護環6。該腔體2為一中空的腔室，為濺鍍作業中主要的反應空間，數靶材固定件4係固定於該腔體2的內壁面，目的係以配合其他鎖固元件將一標靶固定於腔體2內。該腔體2具有環形的一支撐座21，該覆蓋保護環6係安裝於該支撐座21處，目的在遮蔽住不想被濺鍍沉積的部份。該承載環5係安裝於該升降平台3處，用以承載欲加工的晶圓。該升降 平台3能適時上升或下降，將欲加工的晶圓送入或移出該支撐座21中央所形成的空間，使晶圓能於腔體2內進行濺鍍作業。另外該腔體2是由一保護壁22及一外壁23所形成雙層式中空腔室，該支撐座21係於該外壁23底部，該支撐座21係延伸至內層之該保護壁22所形成的空間下方。

在濺鍍作業中，標靶材料主要係濺鍍沉積於晶圓表面外，但無法避免的是亦會沉積於腔體2內之各構件表面，各構件如該靶材固定件4、承載環5、以及覆蓋保護環6。為了增加設備的稼動率，延長取出各構件清洗的週期，請參閱如第二~五圖，本發明係於該靶材固定件4之接觸面41、該承載環5之環凸面51、以及該覆蓋保護環6之附著面61皆設計為粗糙面，該粗糙面具有凸凹不平的花紋，在本實施例中，該花紋係由數溝槽交錯而形成的非平坦面。為了增加使用壽命，該接觸面41、環凸面51、以及附著面61表面也可形成著鋁熔射塗層。

如第三圖所示，該靶材固定件4為一個中空型體，外型係由一圓弧錐體42及圓筒體43所構成，該圓筒體43係位於圓弧錐體42尺寸最小的一端。該接觸面41是指該圓弧錐體42與圓筒體43的外壁表面。為了加工的方便，在本實施例中係在該接觸面41表面皆形成有粗糙面。但並不以此為限，由於出現沉積物剝離的情形，主要發生於該靶材固定件4外壁曲率不為零的表面，因此該接觸面41具有粗糙面之區域亦可僅限於局部表面，即該圓弧錐體42外壁，或該圓弧錐體42與圓筒體43的銜接處。

如第四A圖所示，該承載環5主要是負責承載一晶圓，該承載環 5內緣等角度分佈著數個承載凸塊52，數承載凸塊52則供該晶圓放置。該承載環5於鄰近環內空間的上壁面具有呈圓弧曲面狀凸起的凸環，該環凸面51則是該指該凸環的表面。另外該承載環5最外圍則是一環圍壁53。如第四B圖所示，該環凸面51表面的花紋係由數溝槽交錯所形成的非平坦面。

如第五圖所示，為覆蓋保護環6之立體圖，該覆蓋保護環6係安裝於該支撐座21處，如第一圖所示，該覆蓋保護環6底部具有環槽62，組裝時係由該環槽62卡制於該支撐座21處，使該覆蓋保護環6被固定於腔體2內。該附著面61是指該覆蓋保護環6的外壁面，在本實施中該附著面61包含該覆蓋保護環6垂直外壁面、最頂面的水平外壁面以及銜接垂直及水平外壁的弧形壁面，該附著面61為粗糙面，該粗糙面具有凸凹不平的花紋，該花紋以由數溝槽交錯形成一非平坦面。但由於會發生沉積物剝離的情形主要最早發生於該覆蓋保護環64曲率不為零的表面，因此該附著面61具有粗糙面之區域亦可僅限於局部表面，即於銜接垂直及水平外壁的該弧形壁面處。

上述該接觸面41、環凸面51、以及附著面61表面的花紋主要係由數溝槽交錯所形成的非平坦面，在本實施例中該溝槽的深度範圍為1.2~1.8mm，較佳的深度為1.4mm~1.6mm。溝槽交錯的角度範圍為30~55度，較佳角度範圍為40~50度。

藉此，本發明係在該腔體1內於濺鍍過程中會使沉積物不斷沉積於表面，例如接觸面41、環凸面51、以及附著面61等，將前述表面設計為由數溝槽交錯而成的粗糙面，如此增加所能承受之沉積物量， 故在厚度增加時也不會產生剝離的情形，因此能延長產品的靶材固定件4、承載環5、以及覆蓋保護環6清洗或更換的週期，如此能使設備的稼動率上升，成本降低，提高獲利。

如第六圖所示，為一測試片7之立體圖，如第七圖所示，在實際使用時係安裝於該承載環5之承載凸塊52之上。該測試片7的用途是在濺鍍設備進行一批晶圓濺鍍加工後，利用該測試片7暫時取代原本晶圓的位置，在進行一次濺鍍作業，以測試各式數據、構件移動位置是否正確，以便進行校正。在本實施例中該測試片7的上表面71亦可設計為粗糙面，該粗糙面具有凸凹不平的花紋，而其中一種花紋係由數溝槽交錯而形成的非平坦面。

以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施例之範圍。即凡依本發明申請專利範圍所作的均等變化及修飾，皆為本發明之專利範圍所涵蓋。

2‧‧‧腔體

3‧‧‧升降平台

4‧‧‧靶材固定件

5‧‧‧承載環

6‧‧‧覆蓋保護環

Claims (10)

1. 一種半導體濺鍍設備的反應室結構，該反應室內包括有：一腔體，具有一中空腔室，該腔體底部具有環形一支撐座；一升降平台，係能進出該支撐座中央所形成的空間；數靶材固定件，係固定於該腔體的內壁面，該靶材固定件具有一外露的接觸面；一承載環，係安裝該升降平台上，該承載環具有一環凸面；一覆蓋保護環，係安裝於該支撐座處，該覆蓋保護環具有一附著面；其特徵在於：該靶材固定件之接觸面、該承載環之環凸面、以及該覆蓋保護環之附著面皆為粗糙面，該粗糙面具有凸凹不平的花紋。
2. 如申專利範圍第1項所述之半導體濺鍍設備的反應室結構，其中該花紋係由數溝槽交錯而形成的非平坦面。
3. 如申專利範圍第2項所述之半導體濺鍍設備的反應室結構，其中該溝槽的深度範圍為1.2~1.8mm。
4. 如申專利範圍第1項所述之半導體濺鍍設備的反應室結構，其中該承載環能承載一測試片，該測試片的上表面為一粗糙面，該粗糙面具有凸凹不平的花紋，而其中一種花紋係由數溝槽交錯而形成的非平坦面。
5. 如申請專利範圍第1項所述之半導體濺鍍設備的反應室結構，其中該靶材固定件係由圓弧錐體及圓筒體所構成的中空型體，該圓筒體係位於圓弧錐體尺寸最小的一端，該接觸面為該圓弧錐體及圓筒體的外壁面，而該接觸面整面皆具有粗糙面。
6. 如申請專利範圍第1項所述之半導體濺鍍設備的反應室結構，其中該靶材固定件係由圓弧錐體及圓筒體所構成的中空型體，該接觸面為該圓弧錐體及圓筒體的外壁面，該接觸面具有粗糙面之區域僅限於局部表面，即於該圓弧錐體外壁或該圓弧錐體與圓筒體的銜接處兩者的其中至少一處。
7. 如申請專利範圍第1項所述之半導體濺鍍設備的反應室結構，其中該承載環具有呈圓弧曲面狀凸起的凸環，該環凸面則是該指該凸環的上表面。
8. 如申請專利範圍第1項所述之半導體濺鍍設備的反應室結構，其中該附著面包括有該覆蓋保護環之垂直外壁面、最頂面的水平外壁面、以及銜接垂直外壁面及水平外壁面的弧形壁面，該附著面整面皆具有粗糙面。
9. 如申請專利範圍第1項所述之半導體濺鍍設備的反應室結構，其中該附著面包括有該覆蓋保護環之垂直外壁面、最頂面的水平外壁面、以及銜接垂直外壁面及水平外壁面的弧形壁面，其中該附著面具有粗糙面之區域僅限於局部表面，即於該弧形壁面處。
10. 如申請專利範圍第1項所述之半導體濺鍍設備的反應室結構，其中該腔體是由一保護壁及一外壁所形成雙層式中空腔室，該支撐座係於該外壁底部，該支撐座係延伸至內層該保護壁所形成的空間下方。