TWI656592B

TWI656592B - 用於半導體處理腔體的遮蔽裝置及其使用方法

Info

Publication number: TWI656592B
Application number: TW107113432A
Authority: TW
Inventors: 柴智
Original assignee: 大陸商瀋陽拓荊科技有限公司
Priority date: 2017-12-18
Filing date: 2018-04-20
Publication date: 2019-04-11
Also published as: TW201929118A; CN108103473A; CN108103473B

Abstract

本發明關於一種用於半導體處理腔體的遮蔽裝置，包含一遮蔽環及一支撐組件。該遮蔽環的一底面具有複數個凸塊，用於防止腔體的一承載盤與該遮蔽環接觸。該支撐元件連接至該遮蔽環，該支撐元件的一底面經配置而與所述處理腔體中的一或多個凸出部接觸，使該遮蔽環支撐於所述凸出部之上方的一位置。

Description

用於半導體處理腔體的遮蔽裝置及其使用方法

本發明系關於半導體晶圓處理領域，尤其是半導體處理腔體中的一種遮蔽裝置，其在處理過程中是用於防止晶圓周圍的沉積。

在半導體制程中，包含沉積處理，如化學氣相沉積（CVD），其可在晶圓或基材上形成各種薄膜以製作半導體裝置，像是積體電路及半導體發光裝置。第一圖為一局部示意圖，顯示由一承載盤（10）所支撐的一晶圓或基材（11）上形成有經所述沉積處理而形成的薄膜（12），其中承載盤（10）的周圍具有一臺階結構（13），像是陶瓷環，經配置可防止晶圓水準偏移。此外，陶瓷環還可配合一加熱手段對晶圓加熱。在沉積過程中，噴頭與晶圓之間沒有阻礙或遮蔽的情形下，經沉積而形成的薄膜可能會延伸至晶圓的邊緣甚至是側面（如第一圖所示）。這部分的薄膜有機會與承載盤（10）的陶瓷環（13）的隆起部分碰撞而導致薄膜破裂。破裂造成的顆粒及粉塵會附著在薄膜（12）的表面上形成缺陷。

因此，發展出利用一遮蔽裝置覆蓋在晶圓或基材的邊緣上方，以阻礙氣體沉積在晶圓的邊緣及側面，甚至利用結構的特性將氣體導引至晶圓的待處理區域。

美國發佈專利第US5328722A號揭露一種用於半導體處理腔體的遮蔽手段，其提供具有傾斜結構的一遮蔽環。藉由所述傾斜結構，遮蔽環可承靠在晶圓承載盤上，同時以遮蔽環內側的一底面接觸及覆蓋晶圓的邊緣，以防止沉積發生在晶圓的邊緣及側面。另，中國公開專利申請案第CN102714146A號揭露一種用於半導體處理腔體的遮蔽手段，其提供具有插銷結構的遮蔽環及晶圓承載盤。藉由插銷結構的配合，遮蔽環及承載盤可對準地結合，同時遮蔽環的內緣接觸及覆蓋在晶圓的邊緣，以防止不必要的沉積發生。然而，這些習知遮蔽手段均與晶圓發生接觸，這有可能導致的問題是會使晶圓表面因壓力而產生缺陷，或可能因部件之間的碰撞而產生顆粒而落在晶圓表面。此外，這些習知遮蔽環缺乏可調整的能力。在未處理的時間下，一般遮蔽環僅能維持於處理腔體中的一高度，但當今天必須因處理需求而改變承載盤上升的高度時，遮蔽環的位置未必適合改變後的處理。例如，當承載盤必須更靠近噴林頭進行處理時，遮蔽環與承載盤必定會碰撞，兩者之間無法維持一適當間隙。

因此，有必要發展一種不干擾晶圓的遮蔽裝置且這種遮蔽裝置還具有可調整的機制，甚至發展一種適用這種遮蔽裝置的半導體處理腔體。

本說明書中對任何先前公開 (或其衍生資訊)或任何已知事項的引用，不是也不應被視為確認或承認或任何形式的建議，即先前申請案(或其衍生資訊)或已知事物，構成本說明書所涉及領域的一般常見知識之一部分。

本發明之目的在於提供一種用於半導體處理腔體的遮蔽裝置，其中所述處理腔體具有一頂部、一底部、一側壁及一承載盤。該遮蔽裝置包含：具有一頂面及一底面的一遮蔽環，且該遮蔽環的底面具有用於防止所述承載盤與該遮蔽環接觸的複數個凸塊；具有一頂面及一底面的一支撐元件，連接至該遮蔽環，該支撐元件的底面經配置而與所述處理腔體中的一或多個凸出部接觸，使該遮蔽環支撐於所述凸出部之上方的一位置，且該遮蔽環可在該位置及處理腔體頂部之間移動。

在一具體實施例中，該遮蔽環的內緣厚度小於該遮蔽環的外緣厚度。

在一具體實施例中，該等複數凸塊為球形凸塊或錐形凸塊。

在一具體實施例中，該支撐元件的頂面是經由一可拆卸連接手段連接至該遮蔽環的底面。

在一具體實施例中，該支撐元件為一環體，該環體具有一高度。

在一具體實施例中，該支撐元件的頂面連接至該遮蔽環的底面。

在一具體實施例中，該遮蔽環的一外側具有複數個耳部，該等複數個耳部與該支撐元件連接。該支撐元件包含複數個支撐塊，每一支撐塊具有一結合孔用以接收所述耳部，使得該等複數個支撐塊分別連接至該遮蔽環的每一耳部。

本發明之再一目的在於提供一種用於半導體處理腔體的遮蔽裝置的使用方法，其中所述處理腔體具有一頂部、一底部、一側壁、及可升降且載有晶圓的一承載盤。該方法包含：提供一或多個凸出部，所述凸出部自該側壁延伸；提供如前述的遮蔽裝置；升高該承載盤，直到該承載盤與該遮蔽環的底面之間形成一間隙，使該遮蔽環的內緣位於所述晶圓的一週邊的上方。

在一具體實施例中，該間隙是由該遮蔽環底面的該等複數個凸塊接觸該承載盤而形成。該承載盤的一頂部具有一陶瓷環，而該間隙是由該遮蔽環底面的該等複數個凸塊接觸該承載盤的陶瓷環而形成。

在一具體實施例中，所述處理腔體的側壁包含一抽氣環，該抽氣環具有一內壁，所述凸出部自該抽氣環的內壁延伸。

應瞭解，本發明的廣泛形式及其各自特徵可以結合使用、可互換及/或獨立使用，並且不用於限制參考單獨的廣泛形式。

在本說明書和以下申請專利範圍中，除非上下文另有要求，否則文字「包括」以及諸如「包括」或「包含」之類的變體將被理解為暗示包括所述整數群組或步驟，但不排除任何其他整數或整數群組。

第二圖顯示本發明半導體處理腔體（20）及用於該半導體處理腔體的遮蔽裝置（30）。處理腔體具有一頂部（210）、一底部（220）、一側壁（230）及一承載盤（240）。頂部（210）、底部（220）及側壁（230）相互耦合以定義所述腔體空間。

頂部（210）可經一密合手段耦合至側壁（230）的上端。頂部（210）包含一或多個噴淋組件（211），其耦合在頂部（210）的下方，提供用於沉積處理的氣體。一般而言，所述噴淋元件（211）為反應氣體供應系統的一部分，包含一或多個管及複數個噴淋頭。在一些實施例中，噴淋組件（211）還可包含電極或加熱裝置。

底部（220）可經一密而手段耦合至側壁（230）的下端，或兩者可一體成形，使得頂部（210）及底部（220）作為腔體空間的上下限。底部（220）還提供一升降通道，允許一升降裝置的部分，如用於升降承載盤（240）的一支撐軸（241），可穿越底部（220）並進行升降操作。儘管圖中未示，在一些實施例中，底部（220）可耦合抽氣系統的一部分及/或非反應氣體供應系統的一部分。

側壁（230）於頂部（210）及底部（220）之間延伸，並大致上以圓柱體的形式構成。側壁（230）具有一傳遞通道（231），經由此處晶圓及基材被載入或自處理腔體（20）卸載。側壁（230）可耦合排氣系統的一部分，像是如圖中的抽氣環（232），其耦接至一或多個抽氣泵浦，使反應後的廢氣被排出腔體（20）外。如圖示，抽氣環（232）可以是由另外的一或多個部件獨立構成，且形成一抽氣通道（233），其定義在側壁（230）的內表面中。一般而言，抽氣環（232）設置在側壁（230）的上半部，且抽氣環（232）的內表面具有複數個孔（234）允許反應氣體自處理區域流向抽氣通道（233）。

承載盤（240）為具有一承載面（頂面）和一底面的一盤體，承載盤（240）的底面耦接至前述升降裝置的升降軸（241）。未開始處理前，承載盤（240）維持在一第一位置，如第二圖，以便於經由傳遞通道（231）接收待處理的晶圓或基材。傳遞通道（231）和承載盤（240）可經適當配置而配合一機械手臂的操作。承載盤（240）可包含一加熱手段，用於加熱其承載的晶圓或基材。例如，盤體中可埋入加熱線圈或紅外線裝置。在該實施例中，承載盤（240）的承載面具有一臺階結構（242）配置在承載面週邊，用以防止晶圓偏移，如同第一圖。然而，在其他實施例中，臺階結構並非必要包含。

本發明的側壁（230）還包含一或多個凸出部（235），用於支撐本發明遮蔽裝置（30）。所述凸出部（235）自側壁（230）向腔體空間延伸，且未於傳遞通道（231）的上方。在一實施例中，凸出部（235）可以是沿著側壁（230）圍繞的環形平臺。在另一實施例中，凸出部（235）的數量為至少兩個以上。所述凸出部（230）是經由適當配置而足以支撐本發明遮蔽裝置（30）。如圖示實施例，凸出部（235）是與抽氣環（232）的一側壁（未編號）一體成形，尤其該抽氣環（232）的側壁的垂直尺寸大於抽氣通道的垂直尺寸。值得注意的是，凸出部（235）與抽氣環（232）一體成形的好處在於可維持抽氣環（232）的機械強度，同時保證抽氣環（232）在高溫時產生的熱應力不足以造成其本身的碎裂。

藉由凸出部（235），遮蔽裝置（30）被支撐於腔體空間中的一高度，並與側壁（230）保持適當的間隙。本發明遮蔽裝置包含一遮蔽環（310）及一支撐組件（320）。並參第四圖，遮蔽環（310）具有一頂面（311）及一底面（312），其分別面對腔體的頂部及承載盤。遮蔽環（310）包含一逐漸變細（tapered）的部分，即朝腔體空間逐漸變細，使得遮蔽環（310）的頂面（311）一部分朝腔體中央向下傾斜。換言之，遮蔽環的內緣厚度小於遮蔽環的外緣厚度。該傾斜面有助於將反應氣體導引至晶圓或基材。遮蔽環（310）的底面（312）大致上保持水平面。遮蔽環（310）從側壁（230）橫向延伸一適當距離，以確保遮蔽環（310）的底面（312）足以覆蓋承載盤（240）的承載面的週邊及待處理晶圓或基材的邊緣。本發明遮蔽環（310）的底面（312）還具有隆起結構。如第三圖顯示遮蔽環（310）的底面（312）具有凸塊（313），其數量可至少為三個且均勻分佈於底面（312）。該設計的目的在於防止遮蔽環（310）與晶圓或基材碰撞，其理由將於後續段落說明。圖中凸塊（313）的形狀為半球形，但在另一實施例中可為錐形。凸塊（313）和遮蔽環（310）的材質可為相同，如氧化鋁或氮化鋁等。較佳地，凸塊（313）自底面（312）向下延伸0.1至0.2mm。凸塊（312）的位置經由適當的選擇只會觸碰承載盤的其他部分，而非晶圓。

支撐元件（320）具有一頂面（321）及一底面（322）。支撐元件（320）以頂面（321）連接至遮蔽環（310）的底面（312）。支撐組件（320）的底面（322）經配置而坐在處理腔體（20）的凸出部（235）上。藉此，遮蔽環（310）被支撐於所述凸出部（235）之上方的一位置，且遮蔽環（310）可在該位置及處理腔體頂部之間移動。在一實施例中，支撐元件（320）為具有一高度（H）的一環體。若以凸出部（235）為一基準點，遮蔽環（310）的位置可由該高度（H）決定。特別地，本發明支撐組件（320）的頂面（321）是經由一可拆卸連接手段連接至遮蔽環（310）的底面（312）。藉此，可使用具有不同高度的支撐元件，來改變遮蔽環（310）所希望維持的位置。支撐元件高度（H）的選擇，可根據承載盤的處理位置而決定。適當的高度可確保遮蔽環與晶圓或基材之間的間隙足夠小。在一實施例中，支撐元件（320）為具有高度的一環體。在其他實施例中，支撐元件（320）可由多個獨立的元件組成。

第二圖顯示承載盤（240）未處理時的位置，第三圖顯示承載盤（240）在進行處理時的位置。進行處理前，放置有待處理晶圓的承載盤（240）上升至一處理位置，且承載盤（240）的一部分受到遮蔽環（310）遮蔽。此時，承載盤（240）、噴淋元件（211）與側壁（230）之間形成一處理區域。反應氣體自噴淋頭進入處理區域並沉積在晶圓或基材上，但因遮蔽環（310）的阻礙而避免沉積在晶圓的周圍表面。

根據第三圖，第四圖顯示承載盤（240）在處理位置時的局部放大圖。承載盤（240）停留在處理位置，使得承載盤（240）上晶圓或基材的上表面與遮蔽環（310）的下表面有足夠小的間隙。然而，因某些原因，承載盤（240）的處理位置可能會比預期的高。當承載盤（240）繼續上升時會先接觸遮蔽環（310）的凸塊（313），帶動遮蔽裝置（30）一起上升。此時，晶圓或基材藉由凸塊（313）與承載盤（240）保持一最小間隙。在一實施例中，所述最小間隙為0.1至0.2 mm。承載盤（240）的臺階結構（242）的高度是經由適當配置，使得臺階結構（242）接觸凸塊（313）時可以保有足夠間隙。如圖所示，承載盤的臺階結構（242）可略低於晶圓或基材的上表面。在一些實施例中，臺階結構可高於晶圓或基材的上表面。

本發明遮蔽裝置的一好處在於保證遮蔽環與承載盤之間的接觸為點接觸，其可將遮蔽環與承載盤之間碰撞（如與陶瓷環碰撞）所產生的顆粒量降至最低，避免污染處理區域。此外，本發明支撐元件具有可更換的機制。因此，遮蔽環與晶圓之間的間隙可藉由選擇支撐元件的高度而決定。

第五圖說明瞭在本發明遮蔽裝置的作用下，即便遮蔽環與晶圓之間存在間隙，反應氣體仍受到有效阻擋而難以沉積在晶圓的邊緣，因而降低沉積薄膜與周圍碰撞的機率。一般而言，遮蔽環與晶圓之間的間隙為0.3至0.5 mm，較佳可為0.1至0.2 mm。

第六圖顯示本發明遮蔽裝置的另一實施例（60），包含一遮蔽環（610）及一支撐組件（620）。遮蔽環（610）相似於前述遮蔽環，具有一頂面、一底面及一逐漸變細部分。特別地，遮蔽環（610）具有複數個耳部（611），其自遮蔽環（610）的外側向外延伸。如圖顯示三個耳部（611），且平均分佈在遮蔽環上。可理解地，遮蔽環（610）的徑向尺寸小於前述遮蔽環（310），使得耳部（611）貼近處理腔體的內壁。

支撐組件（620）包含複數個支撐塊（621），且分別以可拆卸的方式安裝在遮蔽環（610）的耳部（611）。第七圖顯示耳部（611）與支撐塊（621）的結合。支撐塊（621）具有一長度（L）、一寬度（W）及一高度（H），其中長度（L）與高度（H）定義支撐塊（621）具有一對結合面（622）。支撐塊（621）還具有一結合孔（623），其延伸於所述結合面（622）之間。結合孔（623）的尺寸經適當選擇，使得耳部（611）能夠插入且不會晃動脫落。所述結合孔可為穿孔或盲孔。

支撐塊（621）的長度（L）和寬度（W）定義一上表面（未編號）及一下表面（未編號）。安裝後，遮蔽環（610）被維持在支撐塊（620）的上表面和下表面之間的一高度位置，使得當支撐塊（620）下表面接觸如第二圖的凸出部（235）時，遮蔽環（610）即被安穩支撐在處理腔體空間內的一位置。可提供其他高度的支撐塊來替換，藉此調整遮蔽環在腔體空間中的垂直位置。可理解地，使用的支撐塊必須一致才能使遮蔽環維持在一水準狀態。在其他實施例中，支撐塊可包含一個以上的結合孔。

第八A至八C圖顯示一組可相互替換的支撐塊（820）。這些支撐塊（820）具有一致的長寬高，但結合孔分別位在不同的高度（H1、H2、H3）。藉此，前述遮蔽環（610）與待處理晶圓或基材之間至少有三種間隙可選擇。然而，在其他實施例中，可替換的支撐塊可具有不同的長寬高。

第九圖顯示本發明用於半導體處理腔體的遮蔽裝置的使用方法，其中所述處理腔體已如前述具有一頂部、一底部、一側壁、及可升降且載有晶圓的一承載盤。下列步驟的描述可並參前述結構特徵。步驟S901，提供一或多個凸出部，其自腔體的側壁延伸。腔體的側壁可包含一抽氣環，其具有一內壁，而所述凸出部該抽氣環的內壁延伸。步驟S902，提供一遮蔽裝置，即前述具有一頂面及一底面的遮蔽環，其底面提供有複數個凸塊，以及前述具有一頂面及一底面的之支撐元件，其以頂面連接至遮蔽環的底面並以底面與處理腔體中的凸出部接觸，使整個支撐結構被維持在腔體中的一位置。步驟S903，升高承載盤直到與遮蔽環的底面之間形成一間隙，且該遮蔽環的內緣位於待處理晶圓或基材的一週邊的上方。當承載盤比預期的位置還要高時，所述間隙是由遮蔽環底面的凸塊接觸承載盤而形成。本發明方法不必然是按照上述順序。

精通技術人士將瞭解，許多變化和修改將變得顯而易見。精通技術人士應瞭解的所有這些變化和修改，都應落在上述本發明中廣泛的精神和範疇內。

10‧‧‧承載盤

11‧‧‧晶圓

12‧‧‧薄膜

13‧‧‧臺階結構

20‧‧‧處理腔體

210‧‧‧頂部

211‧‧‧噴淋組件

220‧‧‧底部

230‧‧‧側壁

231‧‧‧傳遞通道

232‧‧‧抽氣環

233‧‧‧抽氣通道

234‧‧‧孔

235‧‧‧凸出部

240‧‧‧承載盤

241‧‧‧支撐軸

242‧‧‧臺階結構

30‧‧‧遮蔽裝置

310‧‧‧遮蔽環

311‧‧‧頂面

312‧‧‧底面

313‧‧‧凸塊

320‧‧‧支撐組件

321‧‧‧頂面

322‧‧‧底面

60‧‧‧遮蔽裝置

610‧‧‧遮蔽環

611‧‧‧耳部

620‧‧‧支撐組件

621‧‧‧支撐塊

622‧‧‧結合面

623‧‧‧結合孔

H 、H1、H2、H3‧‧‧高度

L‧‧‧長度

W‧‧‧寬度

820‧‧‧支撐塊

S901-S903‧‧‧步驟

第一圖示意經沉積處理後的晶圓及支撐晶圓的承載盤（缺乏遮蔽裝置）。

第二圖顯示本發明處理腔體及其遮蔽裝置（未處理位置）。

第三圖顯示本發明處理腔體及其遮蔽裝置（處理位置）。

第四圖系第三圖的局部放大圖，顯示本發明遮蔽裝置。

第五圖示意經沉積處理後的晶圓及支撐晶圓的承載盤（採用本發明遮蔽裝置）。

第六圖顯示本發明遮蔽裝置的另一實施例。

第七圖局部顯示本發明遮蔽裝置的另一實施例。

第八A至八C圖顯示本發明的可替換元件。

第九圖顯示本發明遮蔽裝置的使用方法。

Claims

一種用於半導體處理腔體的遮蔽裝置，所述處理腔體具有一側壁及一承載盤，該遮蔽裝置包含：一遮蔽環，具有一頂面及一底面，該遮蔽環的底面具有複數個凸塊，用於防止所述承載盤與該遮蔽環接觸；及一支撐元件，具有一頂面及一底面，該支撐元件連接至該遮蔽環，該支撐元件的底面經配置而與所述處理腔體中的一或多個凸出部接觸，使該遮蔽環支撐於所述凸出部之上方的一位置，且該遮蔽環可在該位置及處理腔體頂部之間移動；其中，該遮蔽環的一外側具有複數個耳部，該等複數個耳部與該支撐元件連接。
如申請專利範圍第1項所述之遮蔽裝置，其中該遮蔽環的內緣厚度小於該遮蔽環的外緣厚度。
如申請專利範圍第1項所述之遮蔽裝置，其中該等複數凸塊為球形凸塊或錐形凸塊。
如申請專利範圍第1項所述之遮蔽裝置，其中該支撐元件為一環體，該環體具有一高度。
如申請專利範圍第1項所述之遮蔽裝置，其中該支撐元件包含複數個支撐塊，每一支撐塊具有一結合孔用以接收所述耳部，使得該等複數個支撐塊分別連接至該遮蔽環的每一耳部。
一種用於半導體處理腔體的遮蔽裝置的使用方法，其中所述處理腔體具有一側壁、及可升降且載有晶圓的一承載盤，該方法包含：提供一或多個凸出部，所述凸出部自該側壁延伸；提供一遮蔽裝置，包含：一遮蔽環，具有一頂面及一底面，該遮蔽環的底面具有複數個凸塊；及一支撐元件，具有一頂面及一底面，該支撐元件連接至該遮蔽環，且該支撐元件的底面經配置而與所述處理腔體中的一或多個凸出部接觸，使該遮蔽環支撐於所述凸出部之上方的一位置；以及升高該承載盤，直到該承載盤與該遮蔽環的底面之間形成一間隙，使該遮蔽環的內緣位於所述晶圓的一週邊的上方。
如申請專利範圍第6項所述之方法，其中該間隙是由該遮蔽環底面的該等複數個凸塊接觸該承載盤而形成。
如申請專利範圍第7項所述之方法，其中該承載盤的一頂部具有一陶瓷環，而該間隙是由該遮蔽環底面的該等複數個凸塊接觸該承載盤的陶瓷環而形成。
如申請專利範圍第6項所述之方法，其中所述處理腔體的側壁包含一抽氣環，該抽氣環具有一內壁，所述凸出部自該抽氣環的內壁延伸。
一種用於半導體處理腔體的遮蔽裝置，所述處理腔體具有一側壁及一承載盤，該遮蔽裝置包含：一遮蔽環，具有一頂面及一底面，該遮蔽環的底面具有複數個凸塊，用於防止所述承載盤與該遮蔽環接觸；及一支撐元件，具有一頂面及一底面，該支撐元件經由一可拆卸手段連接至該遮蔽環，該支撐元件的底面經配置而與所述處理腔體中的一或多個凸出部接觸，使該遮蔽環支撐於所述凸出部之上方的一位置，且該遮蔽環可在該位置及處理腔體頂部之間移動且經由該可拆卸手段使該遮蔽環能夠與另一支撐元件連接。
如申請專利範圍第10項所述之遮蔽裝置，其中該支撐元件的頂面是經由該可拆卸連接手段連接至該遮蔽環的底面。