TWI752283B - 遮擋盤組件、半導體加工裝置和方法 - Google Patents

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Abstract

本揭露提供一種遮擋盤組件、半導體加工裝置和方法。該遮擋盤組件包括連接部件和遮擋壓盤，其中，連接部件用於使遮擋壓盤移動至基座上方，且覆蓋基座的支撐面的第一位置，或者在垂直方向上不與基座的支撐面重疊的第二位置；遮擋壓盤的邊緣部分在遮擋壓盤位於第一位置，且基座位於冷卻位置時與基座承載的被加工工件上表面的邊緣區域相接觸。本揭露提供的遮擋盤組件，可以在進行製程時可以使被加工工件表面全部沉積上薄膜；同時可以實現對待加工工件進行有效且高效的冷卻，進而可以提高產能。

Description

遮擋盤組件、半導體加工裝置和方法
本揭露的實施例涉及一種遮擋盤組件、半導體加工裝置和方法。
物理氣相沉積(Physical Vapor Deposition，PVD)技術是在真空條件下採用物理方法將材料源(固體或液體)表面氣化成氣態原子、分子或部分電離成離子，並通過低壓氣體(或電漿)程序，在基底表面沉積具有某種特殊功能的薄膜的技術。目前，利用物理氣相沉積技術不僅可以沉積金屬膜、合金膜，還可以沉積化合物、陶瓷、半導體、聚合物膜等。
物理氣相沉積裝置本身的性能直接影響所沉積的膜層的品質和產率等，隨著對於各種裝置膜層精度、品質以及產率的要求不斷提高，對於物理氣相沉積裝置本身性能的改進有著持續的推動力。
根據本揭露的一實施例提供一種遮擋盤組件，包括連接部件和遮擋壓盤，其中， 該連接部件用於使該遮擋壓盤移動至基座上方，且覆蓋該基座的支撐面的第一位置，或者在垂直方向上不與該基座的支撐面重疊的第二位置；該遮擋壓盤的邊緣部分在該遮擋壓盤位於該第一位置，且該基座位於冷卻位置時，該遮擋壓盤的邊緣部分與該基座承載的被加工工件上表面的邊緣區域相接觸。
在一些示例中，該遮擋壓盤與該連接部件活動連接，以在該基座低於該冷卻位置時，使該邊緣部分與該被加工工件相分離；在該基座上升至該冷卻位置的程序中，使該基座托起該遮擋壓盤，從而使該邊緣部分壓住該被加工工件的邊緣區域。
在一些示例中，在該連接部件中設置有沿垂直方向貫通該連接部件的定位孔；在該遮擋壓盤的上表面設置有定位凸部，並且，該定位凸部與該定位孔相配合，以在該基座低於該冷卻位置時，使該遮擋壓盤通過該定位凸部吊掛在該連接部件上；在該基座上升至該冷卻位置，並托起該遮擋壓盤的程序中，允許該定位凸部相對於該定位孔上移。
在一些示例中，該定位孔為錐孔，且該錐孔的直徑從上到下逐漸減小。
在一些示例中，該定位凸部包括配合部，該配合部呈錐狀，且在該基座低於該冷卻位置時，該配合部的外周壁與該錐孔的孔壁相配合。
在一些示例中，該定位孔為直通孔，且在該直通孔的孔壁上設置有臺階部；該定位凸部包括配合部，在該基座低於該冷卻位置時，該配合部的至少一部分疊置在該臺階部上。
在一些示例中，該定位凸部還包括柱狀延長部，該延長部垂直設置，且該延長部的上端與該配合部連接；該延長部的下端與該遮擋壓盤連接；並且，該延長部的外徑小於該錐孔的最小直徑。
在一些示例中，還包括旋轉機構，該旋轉機構包括：旋轉軸，垂直設置在該基座的一側，且與該連接部件連接；驅動源，用於驅動該旋轉軸旋轉，以使該連接部件能夠圍繞該旋轉軸旋轉至該第一位置或者第二位置。
在一些示例中，該遮擋壓盤包括壓盤本體，該壓盤本體的下表面邊緣區域形成有環形凸部用作該邊緣部分，該環形凸部為閉合的環形，且沿該遮擋壓盤的周向設置；或者，該環形凸部包括複數子凸部，複數子凸部沿該遮擋壓盤的周向間隔設置。
在一些示例中，該遮擋壓盤包括壓盤本體，該壓盤本體的外周壁形成有環形凸部，該環形凸部相對於該壓盤本體的下表面凸出，以用作該邊緣部分；該環形凸部為閉合的環形，且沿該遮擋壓盤的周向設置；或者，該環形凸部包括複數子凸部，複數子凸部沿該遮擋壓盤的周向間隔設置。
作為另一技術方案，本揭露還提供一種半導體加工裝置，包括腔室，該腔室包括基座和如揭露提供的上述遮擋盤組件；該基座內設有背吹管路，該背吹管路用於向該基座的支撐面與該被加工工件的下表面之間的間隙通入背吹氣體；該基座是可升降的，以能夠移動至該冷卻位置或者裝卸位置或者製程位置；該裝卸位置低於該冷卻位置；該製程位置高於該冷卻位置。
在一些示例中，該腔室還包括：限位環，設置在該基座上，且環繞在該支撐面的周圍，用於限定該被加工工件在該基座上的位置；屏蔽件，環繞設置在該腔室的側壁內側；遮擋環，用於在該基座位於該製程位置時遮擋該限位環與該屏蔽件之間的間隙；在該基座自該製程位置下降之後，該遮擋環由該屏蔽件支撐。
在一些示例中，還包括遮擋盤庫，該遮擋盤庫設置在該腔室的一側，且與該腔室的內部連通，用於在該遮擋壓盤位於該第二位置時容置該遮擋壓盤。
作為另一技術方案，本揭露還提供一種半導體加工方法，採用如本揭露提供的上述半導體加工裝置加工被加工工件，該半導體加工方法包括：製程處理步驟，使該遮擋壓盤保持在該第二位置，並使基座上升至該製程位置，以對該被加工工件的整個上表面進行製程處理；冷卻步驟，停止製程處理，使該基座自該製程位置下降至該裝卸位置，並將該遮擋壓盤從該第二位置移動至該第一位置，然後使該基座上升至該冷卻位置，以使該遮擋壓盤的邊緣部分與該基座承載的被加工工件上表面的邊緣區域相接觸，然後利用該背吹管路向該基座的支撐面與該被加工工件的下表面之間的間隙通入背吹氣體。
在一些示例中，在該冷卻步驟中，該冷卻位置的高度被設置為：在該基座上升至該冷卻位置的程序中，該基座能夠托起該遮擋壓盤，以使該遮擋壓盤相對於與之活動連接的該連接部件向上移動，從而使該遮擋壓盤的邊緣部分壓住該被加工工件的上表面的邊緣區域。
在一些示例中，在該製程處理步驟中，該製程處理包括物理氣相沉積製程。
本揭露實施例提供的遮擋盤組件、半導體加工裝置和方法的技術方案中，通過連接部件使遮擋壓盤移動至在垂直方向上不與基座的支撐面重疊的第二位置，可以使被加工工件表面完全不被遮擋，從而在進行製程時可以使被加工工件表面全部沉積上薄膜；同時，遮擋壓盤的邊緣部分在遮擋壓盤位於覆蓋基座的支撐面的第一位置，且基座位於冷卻位置時與基座承載的被加工工件上表面的邊緣區域相接觸，從而可以在向基座的支撐面與被加工工件的下表面之間的間隙通入背吹氣體時，保證被加工工件能 夠固定在基座上，不會被吹飛，從而可以實現對待加工工件進行有效且高效的冷卻，進而可以提高產能。
E:邊緣部分
L1:第一位置
L2:第二位置
1:直流磁控濺鍍裝置
10:腔室
11:遮擋盤組件
010:遮擋盤庫
100:腔室本體
101、116、124、126:基座
102:被加工工件
103:壓環
104:屏蔽件
105:靶材
106:去離子水
107:絕緣材料
108:磁控管
109:電機
110:背吹管路
111:旋轉軸
113:遮擋壓盤
121:遮擋盤
122:遮擋盤托架
123:托架旋轉軸
125:螺釘
127:限位環
128:遮擋環
0113:凹陷部
1001:底壁
1002:側壁
1112:連接部件
1120:定位孔
1131:定位凸部
1132:環形凸部
1161、1261:基座主體
1162、1262:頂板
11301:上表面
11302:下表面
11320:下表面
11311:配合部
11312:延長部
11601:支撐面
為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅涉及本發明的一些實施例，而非對本發明的限制。
第1圖為遮擋盤轉入腔室的示意圖；第2圖為遮擋盤從腔室移出的示意圖；第3圖為一種物理氣相沉積裝置的截面示意圖；第4圖為一種基座(無背吹管路)的示意圖；第5圖為另一種物理氣相沉積裝置的截面示意圖；第6A圖為根據本揭露一實施例的遮擋盤組件的截面示意圖；第6B圖為根據本揭露一實施例的遮擋盤組件的定位部脫離旋轉臂/定位孔的截面示意圖；第7A圖為根據本揭露一實施例的遮擋盤組件的截面示意圖；第7B圖為根據本揭露一實施例的遮擋盤組件的截面示意圖；第8A圖為根據本揭露另一實施例的遮擋盤組件的截面示意圖；第8B圖為根據本揭露另一實施例的遮擋盤組件的截面示意圖；第8C圖為根據本揭露另一實施例的遮擋盤組件的截面示意圖；第9A圖為根據本揭露一實施例的半導體加工裝置的截面示意圖(基座位於製程位置)； 第9B圖為根據本揭露一實施例的半導體加工裝置的基座(具有背吹管路)的示意圖；第10圖為根據本揭露一實施例的半導體加工裝置的截面示意圖(基座位於裝卸位置)；以及第11圖為根據本揭露一實施例的半導體加工裝置的截面示意圖(基座位於冷卻位置)。
為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例的附圖，對本發明實施例的技術方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基於所描述的本發明的實施例，本領域普通技術人員在無需創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
除非另外定義，本揭露使用的技術術語或者科學術語應當為本揭露所屬領域內具有一般技能的人士所理解的通常意義。本揭露中使用的“第一”、“第二”以及類似的詞語並不表示任何順序、數量或者重要性，而只是用來區分不同的組成部分。“包括”或者“包含”等類似的詞語意指出現該詞前面的元件或者物件涵蓋出現在該詞後面列舉的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。
下面就根據本發明揭露的一些實施例進行進一步詳細的說明。在本發明揭露的說明書中，基座的支撐面可指基座的遠離腔室底壁一側的平面。將支撐面定義為這樣的平面，可更好地說明其他部件與該支撐面的位置關係。另外，在基座安裝在半導體加工裝置時，其可以被配置為在沿垂直於該支撐面的方向上運動。在垂直於支撐面的方向，即垂直方向上，從 基座的支撐面的相反側到支撐面的方向稱為向“上”的方向，從支撐面到基座的支撐面的相反側的方向稱為向“下”的方向。由此，利用“上”和“下”、或者“頂”和“底”修飾的各種位置關係有了清楚的含義。例如，上表面、下表面、上升、下降、頂壁和底壁。又例如，對於被加工工件的二表面來講，其背離基座的表面稱為“上表面”，其面對基座的表面稱為“下表面”。另外，在沿平行於該支撐面的方向，即水平方向上，從該基座的邊緣指向中心的方向稱為向“內”的方向，從該基座中心指向邊緣的方向稱為向“外”的方向。因此，利用“內”和“外”修飾的相對位置關係也有了清楚的含義。例如，“內側”和“外側”。另外，需要注意的是，以上表示方位的術語僅僅是示例性的且表示各個部件的相位位置關係，對於本發明揭露的各種裝置或設備中的零件組合或整個裝置或設備可以整體上旋轉一定的角度。
在本發明揭露中的被加工工件例如可以是用於支撐待沉積晶片的托盤、也可以是單獨的待沉積晶片或者是晶片貼附在托盤上的組合結構，根據本發明揭露的實施例對此沒有特別限制。
PVD製程中，將包括惰性氣體和反應氣體的製程氣體通入製程腔室內，並對靶材施加直流或射頻功率，以激發腔室內的氣體形成電漿並轟擊靶材，被轟擊濺鍍下來的靶材粒子落在被加工工件表面形成薄膜。靶材粒子在沉積到被加工工件表面的同時，也會沉積到腔室壁等部件上。為了防止濺鍍材料直接沉積到腔室壁等部件上，通常在PVD腔室內部增加製程組件(Process Kit)對腔室內壁進行保護。為保證製程結果，當製程組件上的沉積膜達到一定厚度時，需要打開製程腔室，對其內的製程組件進行更換。
製程腔室需要一直保持真空狀態，只有更換靶材或者製程組件時，才會將其打開，完成更換後，再將腔室恢復真空狀態。而暴露在大氣中的 靶材會與大氣發生反應，使其表面被氧化。因此在腔室恢復初期，靶材的表面存在缺陷，不能用於正常的製程。通常，可採用遮擋盤(Shutter Disk)將基座遮住，然後進行高溫老化(Burn in)製程，使靶材表面的缺陷部分被濺鍍到遮擋盤上。待缺陷部分被濺鍍掉之後，將遮擋盤移走，即可進行正常製程。
第1圖和第2圖分別示出了遮擋盤被移入腔室和移出腔室的示意圖。第1圖為遮擋盤位於基座上方時的立體示意圖；第2圖為遮擋盤從基座上方移開時的俯視示意圖。如第1圖和第2圖所示，遮擋盤121位於遮擋盤托架122上，遮擋盤托架122與托架旋轉軸123連接，並可在托架旋轉軸123的帶動下圍繞托架旋轉軸123旋轉，以能夠使遮擋盤121隨遮擋盤托架122一起移入或移出腔室10。遮擋盤121移入腔室10後，位於基座124上方，以能夠在進行高溫老化製程時，遮擋基座。第1圖中還示出了基座安裝螺釘125。
PVD技術主要採用靜電卡盤(Electro Static Chuck，ESC)或機械卡盤對被加工工件進行支撐。在對晶片進行PVD製程的程序中，被加工工件一般都會發熱，真空中的熱量很難傳遞出去。為了導出被加工工件中的熱量，一般採用靜電卡盤或者機械卡盤的方式實現被加工工件的固定，同時向被加工工件的背面輸送背吹氣體，以實現對晶片的冷卻。
第3圖示出了一種直流磁控濺鍍裝置1的截面示意圖。該直流磁控濺鍍裝置1具有腔室本體100，該腔室本體100所限定的空間構成腔室10。例如，腔室本體100可包括底壁1001和側壁1002。腔室10內設有基座101，基座101可設置在底壁1001上。基座101可為承載被加工工件102的機械卡盤，該基座101是可升降的，以能夠上升至製程位置或者下降至裝卸位置。在基座101位於製程位置時，使用具有一定重量的壓環(Cover Ring)103壓住被加工工件102的上表面邊緣區域，以採用機械的方式將被加工工件102固定 在基座101上進行濺鍍製程。屏蔽件104環繞在至少部分腔體的側壁1002內且連接到腔體的側壁1002，可被配置為在基座101自製程位置下降時支撐壓環103。靶材105被密封在真空腔室本體100上，靶材105可放置在腔室10的頂部，並可與設置在腔室10外部的直流電源(圖中未示出)電連接，直流電源可向靶材105提供偏壓。絕緣材料107和靶材105構成封閉的腔室，且在該腔室內充滿去離子水106，絕緣材料107可採用高絕緣性能的材料，例如包括玻璃纖維和樹脂複合材料，進一步例如可採用G10。濺鍍時直流(DC)電源會施加偏壓至靶材105，使其相對於接地的腔室本體100為負壓，從而激發氬氣放電而產生電漿，並將電漿中帶正電的氬離子吸引至負偏壓的靶材105。當氬離子的能量足夠高時，會使金屬原子逸出靶材表面並沉積在被加工工件102上。以上是以通入氬氣為例進行說明，也可以通入氮氣等其他製程氣體。第3圖中還示出了磁控管108和驅動磁控管108運動的電機109。磁控管108設置在靶材105的上方，可在電機109的驅動下掃描靶材105的表面，從而將電漿聚集在靶材105的下方。
另外，濺鍍時可通過位於基座101的中心的背吹管路110向被加工工件102的背面通入一定量的背吹氣體，使被加工工件102的熱量通過氣體熱傳導的方式傳遞給基座101，從而實現對被加工工件102的冷卻。
但是在封裝領域的PVD裝置中，由於壓環103壓住被加工工件102的上表面邊緣區域，這使得在沉積時，薄膜沉積不到被加工工件102的上表面邊緣區域，從而對後續製程(如電鍍)產生影響，因此，上述PVD裝置所採用的被加工工件102的固定和冷卻方式在應用上具有較大的侷限性。而靜電卡盤由於其高昂的成本及技術複雜性也無法大規模應用到封裝領域的PVD裝置中。
第4圖示出了一種無背吹基座裝配結構圖，這種無背吹基座結構可以使得晶片邊緣沉積薄膜。基座126可包括基座主體1261、設置在基座主體1261上的頂板1262。第4圖中還示出了位於頂板1262邊緣的限位環127。基座主體1261、頂板1262和限位環127可裝配在一起以支撐限位晶片。正常製程時候，晶片可放在頂板1262上。基座126是晶片的承載體。頂板1262為基座126最上面的零件，可通過螺釘固定在基座主體1261上。限位環127可通過螺釘固定在頂板1262上，用於限定晶片在頂板1262上的位置。
第5圖示出了無背吹的腔室結構示意圖。基座116的邊緣設置限位環127，腔室10內還包括屏蔽件104，屏蔽件104環繞在至少部分腔體的側壁內且連接到腔體的側壁，可被配置為支撐遮擋環128。遮擋環128可在基座126上升至製程位置的程序中被頂起，當基座126自製程位置下降時，由屏蔽件104支撐。遮擋環128用於在基座126位於製程位置時遮擋限位環127與屏蔽件104之間的間隙，有關遮擋環128的具體結構，將在其後做詳細描述。在正常製程程序中，遮擋環128只起到遮擋作用，而不會壓住被加工工件102的邊緣，保證被加工工件102的表面能夠全部沉積上薄膜。但是由於被加工工件102僅放置於基座126上，而未被固定，從而無法利用背吹實現被加工工件102的冷卻。為了解決該類腔室冷卻的問題，目前對被加工工件102的冷卻採用下述方法實現：首先進行製程步驟，以在被加工工件102上沉積一定厚度的薄膜；被加工工件102溫度上升後，停止製程步驟，進行冷卻步驟，即：直接向腔室內充入大量氣體，使腔室壓力達到1托甚至更高，保持一段時間，使被加工工件102與頂板1262之間進行熱交換，從而實現對被加工工件102的冷卻；然後抽走氣體。繼續進行上述製程步驟，溫度上升後重複上述冷卻步驟，如此迴圈來完成一定溫度下的薄膜沉積。
但是，在上述半導體加工方法中，充氣冷卻的冷卻速度較慢，晶片背面的氣體壓力最多達到1托，而且需要長時間的保持程序，使晶片充分冷卻。若充到更高的壓力，則充氣和抽氣程序要耗費更多時間，影響整體產能。而且該程序使腔室的真空冷凝幫浦負載過大，使真空幫浦再生週期縮短。
為了解決上述問題，本揭露的實施例給出一種可使得被加工工件的表面的全部區域沉積薄膜，並且有效冷卻被加工工件，提高產能的遮擋盤組件、半導體加工裝置和方法。
第6A圖示出了本揭露的實施例提供的一種遮擋盤組件11，包括連接部件1112和遮擋壓盤113，其中，連接部件1112用於使遮擋壓盤113移動至基座116(第6A圖中未示出，可參照第10圖中示出的基座116)上方，且覆蓋該基座116的支撐面11601(第6A圖中未示出，可參照第9B圖中示出的支撐面11601)的第一位置L1(第6A圖中未示出，可參照第11圖中示出的第一位置L1)，以能夠在對靶材進行高溫老化製程時使靶材表面的缺陷部分被濺鍍到遮擋壓盤113上。具體地，遮擋壓盤113在基座116的支撐面11601上的投影完全覆蓋支撐面11601。或者，連接部件1112用於使遮擋壓盤113移動至在垂直方向上不與基座116的支撐面11601重疊的第二位置L2(第6A圖中未示出，可參照第9A圖中示出的第二位置L2)，以使基座116的支撐面11601沒有任何遮擋，從而在進行薄膜沉積製程時，可以使承載面上的被加工工件的表面的全部區域沉積薄膜。
如第6A圖所示，一些示例中，遮擋盤組件11還包括旋轉機構，該旋轉機構包括旋轉軸111和驅動源(圖中未示出)，其中，旋轉軸111垂直設置在基座116的一側，且與連接部件1112連接。可選的，連接部件1112呈懸臂狀。驅動源用於驅動旋轉軸111旋轉，以使連接部件1112能夠圍繞旋 轉軸111旋轉至第一位置L1或者第二位置L2。第6A圖示出了旋轉軸111的旋轉方向，但是在實際應用中，旋轉軸111的旋轉方向不限於圖中所示。
遮擋壓盤113的邊緣部分E在遮擋壓盤113位於第一位置L1，且基座116位於冷卻位置(可參照第11圖中示出的基座116所在位置)時，遮擋壓盤113的邊緣部分E與置於基座116的支撐面11601上的被加工工件上表面的邊緣區域相接觸，可以在向基座116的支撐面11601與被加工工件的下表面之間的間隙通入背吹氣體時，保證被加工工件能夠固定在基座116上，不會被吹飛，從而可以實現對待加工工件進行有效且高效的冷卻，進而可以提高產能。
在本實施例中，遮擋壓盤113包括壓盤本體，該壓盤本體呈直板狀，且壓盤本體的下表面11302的邊緣區域形成有環形凸部1132用作上述邊緣部分E，在遮擋壓盤113位於第一位置L1，且基座116位於冷卻位置時，環形凸部1132的下表面11320與置於基座116的支撐面11601上的被加工工件上表面的邊緣區域相接觸，而位於環形凸部1132內側的凹陷部0113不接觸被加工工件102。凹陷部0113的形成有利於保護被加工工件的上表面，避免損壞被加工工件的有效區域。
在本實施例中，上述環形凸部1132為閉合的環形，且沿遮擋壓盤113的周向設置。當然，在實際應用中，環形凸部1132也可以採用不連續的環形結構，例如：環形凸部1132包括複數子凸部，複數子凸部沿遮擋壓盤113的周向間隔設置。
如第6A圖所示，在一些示例中，為了利於製作並利於減小遮擋壓盤113的佔用空間，遮擋壓盤113的上表面11301和下表面11302可均為平面，但是本發明並不限於此。例如，上表面11301和下表面11302也可為曲面或弧面。
如第6A圖和第6B圖所示，在一些示例中，遮擋壓盤113與連接部件1112活動連接，以在基座116低於冷卻位置(可參照第10圖中示出的基座116所在位置)時，使遮擋壓盤113的邊緣部分E(即，環形凸部1132)與被加工工件相分離，從而可以使遮擋壓盤113仍然能夠隨連接部件1112一起移動；或者，在基座116上升至冷卻位置的程序中，使基座116托起遮擋壓盤113，從而使邊緣部分E壓住被加工工件的邊緣區域。也就是說，遮擋壓盤113會隨基座116上升一定距離，從而遮擋壓盤113能夠利用自身重力壓住被加工工件。
下面對上述遮擋壓盤113與連接部件1112活動連接的具體方式進行詳細描述。具體地，如第6B圖所示，在連接部件1112中設置有沿垂直方向貫通連接部件1112的定位孔1120；在遮擋壓盤113的上表面11301設置有定位凸部1131，並且，該定位凸部1131與定位孔1120相配合，以在基座116低於冷卻位置時，使遮擋壓盤113通過定位凸部1131吊掛在連接部件1112上；在基座116上升至冷卻位置，並托起遮擋壓盤113的程序中，允許定位凸部1131相對於定位孔1120上移。上述活動連接的結構較簡單，易於製作。
優選的，上述定位孔1120為錐孔，且該錐孔的直徑從上到下逐漸減小。定位凸部1131的尺寸只要大於錐孔的最小直徑就能夠吊掛在連接部件1112上。錐孔的結構簡單，易於製作，而且便於遮擋壓盤113的對中。
進一步的，如第6A圖所示，在一些示例中，定位凸部1131包括配合部11311，該配合部11311呈錐狀，在基座116低於冷卻位置時，配合部11311的外周壁與錐孔的孔壁相配合，從而可以實現遮擋壓盤113的對中和可活動功能。具體來說，配合部11311的外周壁的傾斜角度與錐孔的孔壁的傾斜角度相同，從而有利於配合部11311脫離定位孔1120，也利於遮擋壓盤113在回落時被限定在定位孔1120中，使遮擋壓盤113在定位孔1120中的位 置能夠唯一，從而可以保證在遮擋壓盤113壓住被加工工件時不壓偏，同時有利於遮擋壓盤113在位於第一位置L1時位於基座116的正上方。
另外，為了使遮擋壓盤113能夠與連接部件1112之間具有一定的垂直間距，以允許遮擋壓盤113能夠被基座116托起並上移，定位凸部1131還包括延長部11312，該延長部11312垂直設置，且延長部11312的上端與配合部11311連接；延長部11312的下端與遮擋壓盤113連接；並且，延長部11312的外徑小於上升錐孔的最小直徑，以使延長部11312能夠穿過錐孔。
可選的，延長部11312分別與配合部11311和遮擋壓盤113連接的方式可以為焊接、卡扣、螺釘連接等等。
需要說明的是，在本實施例中，上述定位孔1120為錐孔，但是，本發明並不侷限於此，在實際應用中，定位孔1120還可以採用其他任意結構，例如，定位孔1120為直通孔，且在該直通孔的孔壁上設置有臺階部；在基座低於冷卻位置時，配合部11311的至少一部分疊置在臺階部上。
如第6B圖所示，在一些示例中，為了利於遮擋壓盤113在靜止或旋轉時保持平衡，定位凸部1131可位於遮擋壓盤113的中心位置處。
需要說明的是，在本實施例中，壓盤本體呈直板狀，但是，本發明並不侷限於此，在實際應用中，如第7A圖所示，在一些示例中，壓盤本體也可以呈弧形板狀，且該弧形板朝向遠離基座116的支撐面11601的方向凹陷。
還需要說明的是，在本實施例中，壓盤本體的下表面11302的邊緣區域形成有環形凸部1132用作上述邊緣部分E，但是，本發明並不侷限於此，在實際應用中，如第7B圖所示，在一些示例中，壓盤本體的外周壁形成有環形凸部1132，該環形凸部1132相對於壓盤本體的下表面凸出，以用作邊緣部分E。具體地，壓盤本體呈弧形板狀，且該弧形板朝向遠離基座116 的支撐面11601的方向凹陷，形成凹陷部0113。環形凸部1132相對於壓盤本體的外周壁上向遠離壓盤本體的中心的水平方向凸出。由於壓盤本體呈弧形板狀，這使得環形凸部1132的下表面11320低於壓盤本體的下表面11302(弧形凹面)，從而能夠與被加工工件上表面的邊緣區域相接觸。當然，在實際應用中，壓盤本體也可以呈直板狀，環形凸部1132設置在壓盤本體的外周壁上，且相對於壓盤本體的下表面凸出，這同樣可以實現與被加工工件上表面的邊緣區域相接觸。
在實際應用中，上述環形凸部1132為閉合的環形，且沿遮擋壓盤113的周向設置；或者，環形凸部1132包括複數子凸部，複數子凸部沿遮擋壓盤113的周向間隔設置。
需要說明的是，遮擋壓盤113的形狀不限於上述示例列舉的情形，例如，遮擋壓盤113還可以包括含有凹陷部和邊緣凸部的錐形盤等，只要遮擋壓盤113的邊緣部分與被加工工件上表面的邊緣區域相接觸，而其餘部分不與被加工工件接觸即可。
還需要說明的是，上述定位孔1120和定位凸部1131的結構和配合方式不限於上述示例列舉的情形，例如，如第8A圖所示，上述定位孔1120為錐孔；定位凸部包括配合部11311和延長部11312，二者一體成型構成一錐柱，該錐柱的外徑由上而下逐漸減小，在基座116低於冷卻位置時，配合部11311的外周壁與錐孔的孔壁完全貼合；延長部11312位於連接部件1112的下方，從而使遮擋壓盤113能夠與連接部件1112之間具有一定的垂直間距。
又如，如第8B圖所示，上述定位孔1120為直通孔；定位凸部1131包括配合部11311和延長部11312，二者均呈柱狀，其中，配合部11311的外徑大於直通孔的直徑，且配合部11311疊置在連接部件1112的上表面；延長 部11312的外徑小於直通孔的直徑，且延長部11312的上端與配合部11311連接，延長部11312的下端垂直向下穿過定位孔1120，並與遮擋壓盤113連接，從而使遮擋壓盤113能夠與連接部件1112之間具有一定的垂直間距。
再如，如第8C圖所示，上述定位孔1120為錐孔；定位凸部1131包括配合部11311和延長部11312，其中，配合部11311呈柱狀，其外徑大於錐孔的最大直徑，且配合部11311疊置在連接部件1112的上表面；延長部11312呈錐柱狀，在基座116低於冷卻位置時，延長部11312的上部分的外周壁與錐孔的孔壁完全貼合；延長部11312的其餘部分位於連接部件1112的下方，且延長部11312的上端與配合部11311連接，延長部11312的下端與遮擋壓盤113連接，從而使遮擋壓盤113能夠與連接部件1112之間具有一定的垂直間距。
綜上所述，本揭露實施例提供的遮擋盤組件，通過連接部件使遮擋壓盤移動至在垂直方向上不與基座的支撐面重疊的第二位置，可以使被加工工件表面完全不被遮擋，從而在進行製程時可以使被加工工件表面全部沉積上薄膜；同時，遮擋壓盤的邊緣部分在遮擋壓盤位於覆蓋基座的支撐面的第一位置，且基座位於冷卻位置時與基座承載的被加工工件上表面的邊緣區域相接觸，從而可以在向基座的支撐面與被加工工件的下表面之間的間隙通入背吹氣體時，保證被加工工件能夠固定在基座上，不會被吹飛，從而可以實現對待加工工件進行有效且高效的冷卻，進而可以提高產能。
作為另一技術方案，本揭露的實施例還提供一種半導體加工裝置。例如，半導體加工裝置可為物理氣相沉積裝置。
在本實施例中，如第9A圖所示，半導體加工裝置包括腔室10，該腔室10包括基座116和本揭露上述任一實施例提供的遮擋盤組件11。其中， 基座116內設有背吹管路110，該背吹管路110用於向基座116的支撐面11601與被加工工件102的下表面之間的間隙通入背吹氣體；基座116是可升降的，即，可沿垂直於支撐面11601的方向移動，以能夠移動至冷卻位置(第9A圖中未示出，可參照第11圖中示出的基座116所在位置)或者裝卸位置(第9A圖中未示出，可參照第10圖中示出的基座116所在位置)或者製程位置(第9A圖中示出的基座116所在位置)；該裝卸位置低於冷卻位置；製程位置高於冷卻位置。本揭露的實施例附圖中，省略了可以使得基座116沿垂直於支撐面11601的方向移動的升降機構。
需要說明的是，背吹管路110可根據需要設置，不限於圖中所示，可實現背吹即可。本揭露的實施例以背吹管路中通入的背吹氣體用於冷卻被加工工件102為例，當然，在實際應用中，根據不同的製程需要，背吹氣體也可以用於加熱被加工工件102。
需要說明的是，本揭露的實施例提供的遮擋盤組件不限於應用在物理氣相沉積裝置，也可以應用在其他半導體製造製程中。
如第9A圖所示，在一些示例中，半導體加工裝置還包括設置在腔室10的一側並與腔室10的內部連通的遮擋盤庫010，用於在遮擋壓盤113位於第二位置L2時容置遮擋壓盤113。
如第9A圖所示，在一些示例中，腔室10還包括限位環127、屏蔽件104和遮擋環128，其中，限位環127設置在基座116上，且環繞在支撐面11601的周圍，用於限定被加工工件102在基座116上的位置。例如，限位環127靠近放置在基座116上的被加工工件102的部分可為臺階形，以利於限定被加工工件102。在被加工工件102放置在限位環127中時，被加工工件102的遠離基座116的表面被完全暴露，也就是說，限位環127並沒有任何部分 遮蓋在被加工工件102的上方。從而，利於在被加工工件102的上表面的全部區域沉積薄膜。
遮擋環128用於在基座116位於製程位置時遮擋限位環127與屏蔽件104之間的間隙；在基座116自該製程位置下降之後，遮擋環128由屏蔽件104支撐。另外，由靶材105、屏蔽件104、遮擋環128和被加工工件102圍成一製程區域，電漿在此製程區域產生。遮擋環128與屏蔽件104等起到了形成相對密閉的反應環境並防止沉積物污染腔室內壁的作用。例如，遮擋環128的內徑大於被加工工件102的直徑，且小於限位環127的外徑。當遮擋環128壓在限位環127上，可使得遮擋環128和屏蔽件104之間的間隙的數值在限定範圍內以在遮擋環128被頂起時更利於電漿的密封。
在第9B圖所示的示例中，示出了基座116和限位環127的立體示意圖。基座116可包括基座主體1161、設置在基座主體1161上的頂板1162。第9B圖中還示出了位於頂板1162邊緣的限位環127。基座主體1161、頂板1162和限位環127可裝配在一起以支撐限位被加工工件102。正常製程時候，被加工工件102可放在頂板1162的上方。基座116是被加工工件102的承載體。頂板1162為基座116最上面的零件，可通過螺釘固定在基座主體1161上。限位環127可通過螺釘固定在頂板1162上。
本揭露實施例提供的半導體加工裝置，其通過採用本揭露實施例提供的上述遮擋盤組件，可以使被加工工件表面完全不被遮擋，從而在進行製程時可以使被加工工件表面全部沉積上薄膜；同時，可以在向基座的支撐面與被加工工件的下表面之間的間隙通入背吹氣體時，保證被加工工件能夠固定在基座上，不會被吹飛，從而可以實現對待加工工件進行有效且高效的冷卻，進而可以提高產能。
作為另一技術方案，本揭露實施例還提供一種半導體加工方法，其可應用上述任一實施例提供的半導體加工裝置加工被加工工件102，但不限於此。該半導體加工方法包括：製程處理步驟，使遮擋壓盤113保持在第二位置L2，並使基座116上升至製程位置，以對被加工工件102的整個表面進行製程處理；冷卻步驟，停止製程處理，使基座116自製程位置下降至裝卸位置，並將遮擋壓盤113從第二位置L2移動至第一位置L1，然後使基座116上升至冷卻位置，以使遮擋壓盤113的邊緣部分E與基座116承載的被加工工件102上表面的邊緣區域相接觸，然後利用背吹管路110向基座116的支撐面11601與被加工工件102的下表面之間的間隙通入背吹氣體。
在製程處理步驟中，背吹管路110是關閉的，否則會將被加工工件102吹飛，薄膜沉積程序中，被加工工件102的溫度很快升高，當到達溫度上限時，需要切換至冷卻步驟。
可選的，在上述製程處理步驟中，製程處理包括物理氣相沉積製程。
可選的，在上述冷卻步驟中，冷卻位置的高度被設置為：在基座116上升至冷卻位置的程序中，基座116能夠托起遮擋壓盤113，以使遮擋壓盤113相對於與之活動連接的連接部件1112向上移動，從而使遮擋壓盤113的邊緣部分E壓住被加工工件102的上表面的邊緣區域。這樣，遮擋壓盤113能夠利用自身重力壓住被加工工件102。
在一些示例中，該方法還包括在更換腔室10內的製程組件(例如更換腔室內的屏蔽件104、磁控管108和限位環127至少之一)後進行高溫老化製程時，利用遮擋壓盤113遮擋基座116。從而，遮擋壓盤113可整合壓環和遮擋盤的功能，提升裝置的性能並簡化裝置結構。
以上介紹了根據本揭露實施例的半導體加工加工方法中有關冷卻程序的步驟，而沉積薄膜等其他步驟則可以參考常規物理氣相沉積操作步驟。為了更加清楚地介紹根據本揭露實施例的半導體加工方法，下面更詳細地介紹適用於該裝置的半導體加工方法示例。
沉積薄膜步驟，被加工工件102在進行製程時，基座116支撐被加工工件102上升至製程位置(如第9A圖所示)，限位環127限制被加工工件102的左右位置，遮擋環128用來擋住濺鍍出的靶材(例如金屬)進入腔室氣體部位，被濺鍍材料靶材105放置在腔室10上方，此時遮擋壓盤113隨著旋轉軸111的轉動轉入遮擋盤庫010中。
背吹冷卻步驟，如第10圖所示，將基座116下降至裝卸位置，被加工工件102隨著基座116下降到低位，隨後將遮擋壓盤113轉入到被加工工件102上方。由於基座116所處的裝卸位置低於其冷卻位置，可以避免基座116與遮擋壓盤113相互干擾。
上述動作完成後，如第11圖所示，使基座116上升至冷卻位置，被加工工件102隨著基座116上升後，頂起遮擋壓盤113，使遮擋壓盤113相對於連接部件1112上移一定距離，從而使遮擋壓盤113的邊緣部分E壓住被加工工件102的上表面的邊緣區域，此時遮擋壓盤113的重量壓在被加工工件102上，可以利用背吹管路110向基座116的支撐面11601與被加工工件102的下表面之間的間隙通入背吹氣體。例如，遮擋壓盤113的重量可大於被加工工件102的面積乘以其背面的氣體壓力，例如，該氣體壓力可為7托以內的壓力，但不限於此。
冷卻完成後，停止通入氣體，使基座116載著被加工工件102下降，遮擋壓盤113也隨著基座116下降，直到遮擋壓盤113吊掛在連接部件1112上(如第10圖所示)。隨後，將遮擋壓盤113轉入遮擋盤庫010中，再將基 座116再次上升至製程位置(如第9A圖所示)，繼續薄膜沉積製程。如此迴圈進行上述沉積薄膜步驟和背吹冷卻步驟。
有以下幾點需要說明：
(1)本發明揭露實施例附圖中，只涉及到與本揭露實施例涉及到的結構，其他結構可參考通常設計。
(2)在不衝突的情況下，本發明揭露同一實施例及不同實施例中的特徵可以相互組合。
以上所述僅是本發明的示範性實施方式，而非用於限制本發明的保護範圍，本發明的保護範圍由所附的申請專利範圍確定。
E:邊緣部分
11:遮擋盤組件
111:旋轉軸
113:遮擋壓盤
0113:凹陷部
1112:連接部件
1120:定位孔
1131:定位凸部
1132:環形凸部
11301:上表面
11302:下表面
11320:下表面
11311:配合部
11312:延長部

Claims (14)

  1. 一種遮擋盤組件，其特徵在於，包括一連接部件和一遮擋壓盤，其中，該連接部件用於使該遮擋壓盤移動至一基座上方，且覆蓋該基座的支撐面的一第一位置，或者在垂直方向上不與該基座的支撐面重疊的一第二位置，以在該基座承載的一被加工工件上表面的全部區域沉積薄膜，其中該基座內設有一背吹管路，該背吹管路用於向該基座的支撐面與該被加工工件的下表面之間的間隙通入背吹氣體；該遮擋壓盤的邊緣部分在該遮擋壓盤位於該第一位置，且該基座位於一冷卻位置時，該遮擋壓盤的邊緣部分與該基座承載的一被加工工件上表面的邊緣區域相接觸；其中，該遮擋壓盤與該連接部件活動連接，以在該基座低於該冷卻位置時，使該邊緣部分與該被加工工件相分離；在該基座上升至該冷卻位置的程序中，使該基座托起該遮擋壓盤，從而使該邊緣部分壓住該被加工工件的邊緣區域；其中，在該連接部件中設置有沿垂直方向貫通該連接部件的一定位孔；在該遮擋壓盤的上表面設置有一定位凸部，並且，該定位凸部與該定位孔相配合，以在該基座低於該冷卻位置時，使該遮擋壓盤通過該定位凸部吊掛在該連接部件上；在該基座上升至該冷卻位置，並托起該遮擋壓盤的程序中，允許該定位凸部相對於該定位孔上移。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的遮擋盤組件，其中，該定位孔為一錐孔，且該錐孔的直徑從上到下逐漸減小。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的遮擋盤組件，其中，該定位凸部包括一配合部，該配合部呈錐狀，且在該基座低於該冷卻位置時，該配合部的外周壁與該錐孔的孔壁相配合。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的遮擋盤組件，其中，該定位孔為一直通孔，且在該直通孔的孔壁上設置有一臺階部；該定位凸部包括一配合部，在該基座低於該冷卻位置時，該配合部的至少一部分疊置在該臺階部上。
  5. 如申請專利範圍第3項或第4項所述的遮擋盤組件，其中，該定位凸部還包括一柱狀延長部，該延長部垂直設置，且該延長部的上端與該配合部連接；該延長部的下端與該遮擋壓盤連接；並且，該延長部的外徑小於該錐孔的最小直徑。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的遮擋盤組件，還包括一旋轉機構，該旋轉機構包括：一旋轉軸，垂直設置在該基座的一側，且與該連接部件連接；一驅動源，用於驅動該旋轉軸旋轉，以使該連接部件能夠圍繞該旋轉軸旋轉至該第一位置或者第二位置。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的遮擋盤組件，其中，該遮擋壓盤包括一壓盤本體，該壓盤本體的下表面邊緣區域形成有環形凸部用作該邊緣部分，該環形凸部為閉合的環形，且沿該遮擋壓盤的周向設置；或者，該環形凸部包括複數子凸部，複數子凸部沿該遮擋壓盤的周向間隔設置。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的遮擋盤組件，其中，該遮擋壓盤包括一壓盤本體，該壓盤本體的外周壁形成有一環形凸部，該環形凸部相對於該壓盤本體的下表面凸出，以用作該邊緣部分；該環形凸部為閉合的環形，且沿該遮擋壓盤的周向設置；或者，該環形凸部包括複數子凸部，複數子凸部沿該遮擋壓盤的周向間隔設置。
  9. 一種半導體加工裝置，包括一腔室，其特徵在於，該腔室包括一基座和一遮擋盤組件；該遮擋盤組件包括一連接部件和一遮擋壓盤，其中， 該連接部件用於使該遮擋壓盤移動至一基座上方，且覆蓋該基座的支撐面的一第一位置，或者在垂直方向上不與該基座的支撐面重疊的一第二位置，以在該基座承載的一被加工工件上表面的全部區域沉積薄膜，其中該基座內設有一背吹管路，該背吹管路用於向該基座的支撐面與該被加工工件的下表面之間的間隙通入背吹氣體；該遮擋壓盤的邊緣部分在該遮擋壓盤位於該第一位置，且該基座位於一冷卻位置時，該遮擋壓盤的邊緣部分與該基座承載的一被加工工件上表面的邊緣區域相接觸；該基座內設有一背吹管路，該背吹管路用於向該基座的支撐面與該被加工工件的下表面之間的間隙通入背吹氣體；該基座是可升降的，以能夠移動至該冷卻位置或者一裝卸位置或者一製程位置；該裝卸位置低於該冷卻位置；該製程位置高於該冷卻位置。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的半導體加工裝置，其中，該腔室還包括：一限位環，設置在該基座上，且環繞在該支撐面的周圍，用於限定該被加工工件在該基座上的位置；一屏蔽件，環繞設置在該腔室的側壁內側；一遮擋環，用於在該基座位於該製程位置時遮擋該限位環與該屏蔽件之間的間隙；在該基座自該製程位置下降之後，該遮擋環由該屏蔽件支撐。
  11. 如申請專利範圍第9項所述的半導體加工裝置，還包括一遮擋盤庫，該遮擋盤庫設置在該腔室的一側，且與該腔室的內部連通，用於在該遮擋壓盤位於該第二位置時容置該遮擋壓盤。
  12. 一種半導體加工方法，其特徵在於，採用如申請專利範圍第9項至第11項任一項所述的半導體加工裝置加工一被加工工件，該半導體加工方法包括： 一製程處理步驟，使該遮擋壓盤保持在該第二位置，並使基座上升至該製程位置，以對該被加工工件的整個上表面進行製程處理；一冷卻步驟，停止製程處理，使該基座自該製程位置下降至該裝卸位置，並將該遮擋壓盤從該第二位置移動至該第一位置，然後使該基座上升至該冷卻位置，以使該遮擋壓盤的邊緣部分與該基座承載的被加工工件上表面的邊緣區域相接觸，然後利用該背吹管路向該基座的支撐面與該被加工工件的下表面之間的間隙通入背吹氣體。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的半導體加工方法，其中，在該冷卻步驟中，該冷卻位置的高度被設置為：在該基座上升至該冷卻位置的程序中，該基座能夠托起該遮擋壓盤，以使該遮擋壓盤相對於與之活動連接的該連接部件向上移動，從而使該遮擋壓盤的邊緣部分壓住該被加工工件的上表面的邊緣區域。
  14. 如申請專利範圍第12項所述的半導體加工方法，其中，在該製程處理步驟中，該製程處理包括一物理氣相沉積製程。
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