一种PVD镀膜设备的制作方法

一种pvd镀膜设备
技术领域
1.本发明涉及一种半导体高端设备制造技术领域，具体涉及一种气相沉积设备，特别是涉及一种pvd镀膜设备。


背景技术：

2.在半导体功率器件制造过程中，晶圆正面器件工艺完成之后，常常需要对晶圆背面进行减薄并用物理气相沉积（pvd）对晶圆背面进行金属化工艺处理。物理气相沉积是利用某种物理过程实现物质转移，将原子或分子由（靶）源气相转移到衬底表面形成薄膜的过程，目前主流的物理气相沉积在进行工艺镀膜时，是将晶圆放置在平坦的晶圆基座上进行处理，这种方法对于上述提到的功率器件晶圆背面镀膜存在以下问题：由于晶圆正面已经完成工艺处理，要对晶圆背面进行工艺处理，势必要将晶圆正面放置在晶圆基座上镀膜，所以晶圆正面几乎与晶圆基座完全接触，这样不可避免的对晶圆正面产品造成划伤，甚至在某些高低温条件下导致晶圆上部分元素反渗到晶圆基座上导致产品失效以及晶圆基座的报废。
3.另外由于晶圆厚度需要减薄到100μm，60μm甚至40μm，晶圆背面在沉积完高应力的ti/ni(niv)/ag多层膜后，晶圆常常会出现向上（倒扣碗状）或者向下（碗状）的形变，发生形变的晶圆与传统的晶圆顶针接触不好，容易出现滑片，其中，传统的晶圆顶针如图6所示，晶圆顶针呈柱状，顶端为稍微向上凸起的弧面，镀膜后晶圆若向下发生形变，采用顶针顶起时极易发生滑片。
4.因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。


技术实现要素：

5.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种pvd镀膜设备，至少可以用于解决现有技术中由于晶圆正面几乎与晶圆基座完全接触，导致晶圆正面易划伤的问题以及晶圆镀膜后易发生形变导致晶圆易滑片的问题。
6.为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种pvd镀膜设备，所述pvd镀膜设备包括：腔体；溅射单元，所述溅射单元位于所述腔体上部；基座，所述基座位于所述腔体内部；承载装置，所述承载装置位于所述腔体内，包括承载件和升降机构，所述承载件位于所述基座的外围，用于承载晶圆，所述升降机构与所述承载件相连接，其中，所述升降机构包括设置于所述腔体外的升降控制器，通过所述升降控制器调节所述承载件的高度，以调节所述晶圆与所述基座之间的间距；形变传感器，所述形变传感器位于所述腔体内壁，用于探测晶圆的形变；所述形变传感器的一端电性连接有控制单元，所述控制单元用于接收所述形变传感器探测到的晶圆
形变的信号；边缘顶针装置，所述边缘顶针装置有两个，分别为第一边缘顶针装置和第二边缘顶针装置，所述第一边缘顶针装置包括多个第一顶针和第一边缘驱动机构，多个所述第一顶针均贯穿所述承载件，所述第一边缘驱动机构与多个第一顶针固定连接，用于驱动第一顶针的上下运动；所述第二边缘顶针装置包括多个第二顶针和第二边缘驱动机构，多个所述第二顶针均贯穿所述承载件，所述第二边缘驱动机构与多个所述第二顶针固定连接，用于驱动第二顶针的上下运动；其中，所述第一边缘驱动机构和第二边缘驱动机构均与所述控制单元电性连接，所述控制单元根据接收到的信号来控制所述第一边缘驱动机构驱动第一顶针，或控制所述第二边缘驱动机构驱动第二顶针将镀膜后的晶圆顶起。
7.优选地，所述第一顶针包括第一支撑杆和位于所述第一支撑杆上方的第一支撑部，所述第一支撑部的一侧呈针状，另一侧为向下凹的弧面；所述形变传感器探测到晶圆向下发生形变时，所述控制单元控制所述第一边缘驱动机构驱动第一顶针将镀膜后的晶圆顶起。
8.优选地，所述第二顶针包括第二支撑杆和位于所述第二支撑杆上方的第二支撑部，所述第二支撑部的顶端的一侧呈针状，另一侧为向下凹的弧面；所述形变传感器探测到晶圆向上发生形变时，所述控制单元控制所述第二边缘驱动机构驱动第二顶针将镀膜后的晶圆顶起。
9.优选地，所述承载件包括主体环和边缘凸环，所述主体环设置于所述基座的外围，所述边缘凸环设置于所述主体环的上方，且所述边缘凸环的上表面自外而内呈向下倾斜状，所述晶圆的边缘放置在所述边缘凸环的上表面。
10.优选地，所述主体环和边缘凸环为一体成型。
11.优选地，所述边缘凸环上沿周向开设有多个第一通孔和多个第二通孔，多个所述第一通孔和第二通孔均贯穿所述边缘凸环的上表面和主体环的下表面；其中，所述第一顶针对应设置于所述第一通孔中，所述第二顶针对应设置于所述第二通孔中。
12.优选地，多个所述第一通孔和第二通孔位于同一个圆周上，且多个所述第一通孔等间距分布，多个所述第二通孔等间距分布。
13.优选地，所述基座下方设置有基座升降装置，所述基座升降装置用于调节基座在腔体内的高度。
14.优选地，所述设备还包括挡板，所述挡板沿所述腔体内部周向设置，位于所述溅射单元和基座之间，用以防止腔体内被镀。
15.如上所述，本发明的pvd镀膜设备，具有以下有益效果：本发明中的pvd镀膜设备，包括腔体、溅射单元、基座和承载装置，其中，承载装置包括承载件和升降机构，晶圆放置于承载件上，升降机构的一端与承载件连接，另一端与升降控制器，通过升降控制器调节晶圆与基座之间的间距，保证晶圆正面产品区域不与基座接触，且晶圆只在边缘处接触承载件，有效防止了晶圆正面产品被镀的情况，减少晶圆正面的划伤和晶圆碎片，从而提升良率；升降控制器通过升降机构调节晶圆相对基座悬空的高度，晶圆悬空高度的可调性适用于大翘曲度的晶圆镀膜；通过改变晶圆相对基座悬空的高度来调节基座温度对晶圆温度的影响，从而起到改善晶圆应力的效果；本发明中的pvd镀膜
设备还包括形变传感器和第一边缘顶针装置、第二边缘顶针装置，在镀膜工艺结束后，根据形变传感器探测到晶圆的形变，对晶圆的顶起方式做出了更优的解决方案，通过设置第一边缘顶针装置和第二边缘顶针装置，兼顾镀膜后不同的晶圆翘曲形变，相对于传统晶圆顶起方式，可以大幅降低晶圆滑落及碎片的几率。
附图说明
16.图1显示为本发明具体实施例中pvd镀膜设备的结构示意图。
17.图2显示为本发明具体实施例中承载件的俯视结构示意图。
18.图3显示为图2的截面图。
19.图4显示为本发明具体实施例中第一顶针的结构示意图。
20.图5显示为本发明具体实施例中第二顶针的结构示意图。
21.图6显示为传统的晶圆顶针的结构示意图。
22.元件标号说明10、晶圆顶针；20、真空计；30、通气管道；40、出气管道；100、腔体；200、溅射单元；201、磁控组件；202、靶材固定装置；300、基座；400、挡板；401、第一部分；402、第二部分；500、承载装置；501、承载件；5011、主体环；5012、边缘凸环；5013、第一通孔；5014、第二通孔；502、升降机构；600、第一边缘顶针装置；601、第一顶针；6011、第一支撑杆；6012、第一支撑部；602、第一边缘驱动机构；700、第二边缘顶针装置；701、第二顶针；7011、第二支撑杆；7012、第二支撑部；702、第二边缘驱动机构；800、形变传感器；900、晶圆。
具体实施方式
23.以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
24.请参阅图1至图5。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
25.需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
26.针对现有技术中由于晶圆正面几乎与晶圆基座完全接触，导致晶圆正面易划伤的问题以及晶圆镀膜后易发生形变，发生形变的晶圆与传统的晶圆顶针接触不好，容易出现滑片的问题，本发明提供一种pvd镀膜设备，包括腔体、溅射单元、基座和承载装置，其中，承载装置包括承载件和升降机构，晶圆放置于承载件上，升降机构的一端与承载件连接，另一端与升降控制器，通过升降控制器调节晶圆与基座之间的间距，保证晶圆正面产品区域不
与基座接触，且晶圆只在边缘处接触承载件，有效防止了晶圆正面产品被镀的情况，减少晶圆正面的划伤和晶圆碎片，从而提升良率；升降控制器通过升降机构调节晶圆相对基座悬空的高度，晶圆悬空高度的可调性适用于大翘曲度的晶圆镀膜；通过改变晶圆相对基座悬空的高度来调节基座温度对晶圆温度的影响，从而起到改善晶圆应力的效果。本发明中的pvd镀膜设备还包括形变传感器和第一边缘顶针装置、第二边缘顶针装置，在镀膜工艺结束后，根据形变传感器探测到晶圆的形变，对晶圆的顶起方式做出了更优的解决方案，通过设置第一边缘顶针装置和第二边缘顶针装置，兼顾镀膜后不同的晶圆翘曲形变，相对于传统晶圆顶起方式，可以大幅降低晶圆滑落及碎片的几率。
27.参阅图1~图5，本实施例提供一种pvd镀膜设备，pvd镀膜设备包括腔体100、溅射单元200、基座300和承载装置500。其中，溅射单元200位于腔体100上部；基座300位于腔体100内部；承载装置500位于腔体100内，包括承载件501和升降机构502，承载件501位于基座300的外围，晶圆900的边缘与承载件501相接触，升降机构502与承载件501相连接，其中，升降机构502包括设置于腔体100外的升降控制器，升降控制器用于控制升降机构502的上升或下降，从而带动承载件501的上升或下降，通过升降控制器调节承载件501的高度，以调节晶圆900与基座300之间的间距，保证晶圆900正面产品区域不与基座300接触，且晶圆900只在边缘处接触承载件501，一方面有效防止了晶圆900正面产品被镀的情况，减少晶圆900正面的划伤和晶圆900碎片，从而提升良率；另一方面，升降控制器通过升降机构502调节晶圆900相对基座300悬空的高度，晶圆900悬空高度的可调性适用于大翘曲度的晶圆900pvd镀膜，同时，通过改变晶圆900相对基座300悬空的高度来调节基座300对晶圆900温度的影响，从而起到改善晶圆900应力的效果。
28.具体的，pvd（物理气相沉积）是利用某种物理过程实现物质转移，将原子或分子由（靶）源气相转移到衬底表面形成薄膜的过程。
29.其中，腔体100是用以提供物理气相沉积的密封反应腔，腔体100上还设置有通气管道30、排气管道和真空计20。与沉积镀膜有关的反应气体从通气管道30输入，为了控制反应气体的输送速度以及输入量，优选地采用流量计来控制，但并非局限于此。其中，参与反应后的反应气体以及反应中生成的副产物等物质，从出气管道40排出，为了控制腔体100内的压力，在排气管道上还需设置调节阀，通过调节阀以控制排气的速度。其中，真空计20用于实施监测腔体100内的压力。另外，关于通气管道30、出气管道40及真空计20的个数及分布此处不做过分限制。
30.进一步的，溅射单元200包括磁控组件201和靶材固定装置202，靶材固定装置202位于腔体100顶部的内壁，用于承载靶材；磁控组件201位于靶材固定装置202的上方。在本实施例中，采用磁控溅射的方法进行对晶圆900背面进行pvd镀膜。
31.进一步的，由于薄膜沉积或薄膜生长需要在一定的温度下进行，基座300带有加热功能，在本实施例中，通过升降控制器来调节晶圆900与基座300之间的间距，从而调节基座300对晶圆900温度的影响，通过温度的调节来改善晶圆900的应力效应。
32.作为示例，pvd镀膜设备还包括形变传感器和边缘顶针装置。
33.形变传感器位于腔体100内壁，用于探测晶圆900的形变；形变传感器的一端电性连接有控制单元，控制单元用于接收形变传感器探测到的晶圆900形变的信号；边缘顶针装置设置有两个，分别为第一边缘顶针装置600和第二边缘顶针装置
700，第一边缘顶针装置600包括多个第一顶针601和第一边缘驱动机构602，多个第一顶针601均贯穿承载件501，第一边缘驱动机构602与多个第一顶针601固定连接，用于驱动第一顶针601的上下运动；第二边缘顶针装置700包括多个第二顶针701和第二边缘驱动机构702，多个第二顶针701均贯穿承载件501，第二边缘驱动机构702与多个第二顶针701固定连接，用于驱动第二顶针701的上下运动；其中，第一边缘驱动机构602和第二边缘驱动机构702均与控制单元电性连接，控制单元根据接收到的信号来控制第一边缘驱动机构602驱动第一顶针601，或控制第二边缘驱动机构702驱动第二顶针701将镀膜后的晶圆900顶起。
34.具体的，晶圆900背面在沉积完多层膜后，晶圆900常常会出现向上（倒扣碗状）或者向下（碗状）的形变，镀膜工艺完成后，通过升降控制器控制并调节晶圆900在高度上与形变传感器之间的间距，调整间距至形变传感器的探测范围内，形变传感器会探测晶圆900的形变，并将探测到的信号传输至控制单元，控制单元接收到来自形变传感器的信号后，根据晶圆900的形变来选择性控制第一边缘驱动机构602或第二边缘驱动机构702将镀膜后的晶圆900顶起。在本实施例中，形变传感器的探测范围为
±
1mm，但并非局限于此。关于形变传感器在腔体100内设置的高度可根据需要进行设置，此处不做过分限制。
35.作为示例，第一顶针601包括第一支撑杆6011和位于第一支撑杆6011上方的第一支撑部6012，第一支撑部6012的一侧呈针状，另一侧为向下凹的弧面；所述形变传感器800探测到晶圆900向下发生形变时，所述控制单元控制所述第一边缘驱动机构602驱动第一顶针601将镀膜后的晶圆900顶起。
36.具体的，第一顶针601在第一边缘驱动机构602的驱动下可以贯穿承载件501的上下表面，第一顶针601的顶端（第一支撑部6012）穿出承载件501的上表面，从而将镀膜后的晶圆900顶起，参阅图4显示为第一顶针601的结构示意图，在本实施例中，第一顶针601的第一支撑部6012的一侧为向下凹的弧面，多个第一顶针601的第一支撑部6012穿出承载件501后，能够围合成一个向内凹的圆弧面，当晶圆900向下（碗状）发生形变时，多个第一顶针601围合成的圆弧面正好与发生形变后的晶圆900相吻合，如此，晶圆900在顶起的过程中不易滑落碎片，大幅降低晶圆900滑落及碎片的几率。
37.作为示例，第二顶针701包括第二支撑杆7011和位于第二支撑杆7011上方的第二支撑部7012，第二支撑部7012的顶端的一侧呈针状，另一侧为向下凹的弧面；形变传感器800探测到晶圆900向上发生形变时，控制单元控制所述第二边缘驱动机构702驱动第二顶针701将镀膜后的晶圆900顶起。
38.具体的，第二顶针701在第二边缘驱动机构702的驱动下可以贯穿承载件501的上下表面，第二顶针701的顶部（第二支撑部7012）穿出承载件501的上表面，从而将镀膜后的晶圆900顶起，参阅图5显示为第二顶针701的机构示意图，在本实施例中，第二顶针701的第二支撑部7012的一侧为向上凸的弧面，多个第二顶针701的第二支撑部7012穿过承载件501后，能够围合成一个向上凸出的圆弧面，当晶圆900向上（倒扣碗状）发生形变时，多个第二顶针701围合成的圆弧面正好与发生形变的晶圆900相吻合，如此，晶圆900在顶起的过程中不易滑落碎片，大幅降低晶圆900滑落及碎片的几率。
39.进一步的，本实施例对镀膜工艺结束后晶圆900的顶起方式做出了更优的解决方案，可以兼顾不同的晶圆900翘曲形变，相对于传统晶圆900顶起方式，可以大幅降低晶圆
900滑落及碎片的几率。其中，参阅图6显示为传统的晶圆900顶针的结构示意图，晶圆顶针10呈柱状，顶端为稍微向上凸起的弧面，镀膜后晶圆900若向下发生形变，采用晶圆顶针10顶起时极易发生晶圆900滑落并碎片的情况。
40.作为示例，承载件501包括主体环5011和边缘凸环5012，主体环5011设置于基座300的外围，边缘凸环5012设置于主体环5011的上方，且边缘凸环5012的上表面自外而内呈向下倾斜状，晶圆900的边缘放置在边缘凸环5012的上表面。
41.作为示例，主体环5011沿直径方向的宽度不小于边缘凸环5012沿直径方向的宽度。
42.具体的，参阅图2、图3，承载件501包括两部分组成，包括下方的主体环5011和主体环5011上方的边缘凸环5012，晶圆900放置在边缘凸环5012的上表面，为了保证仅仅晶圆900的边缘与边缘凸环5012接触，对边缘凸环5012直径方向上的宽度有一定要求，要求边缘凸环5012在直径方向上的宽度不能太宽，而且第一顶针601和第二顶针701能够贯穿边缘凸环5012的上下表面，所以要求边缘凸环5012的宽度也不能太窄，满足实际需要即可，在此不做过分限制。
43.其中，由于正常未镀膜前的薄晶圆900，在只有边缘接触边缘凸环5012的情况下，中心会自然下垂，在本实施例中，边缘凸环5012的上表面自外而内呈向下倾斜状，正好与晶圆900的边缘下垂的角度大概吻合，但关于边缘凸环5012的倾斜角度在此不做过分限制。
44.进一步的，第一顶针601和第二顶针701同样贯穿主体环5011，主体环5011设置于边缘凸环5012的下方，还具有对边缘凸环5012的支撑作用，另外，由于边缘凸环5012的宽度不能太宽，为了使整个承载件501与升降机构502能够很好的固定连接，在本实施例中，适当的加宽主体环5011沿直径方向的宽度，使得主体环5011沿直径方向的宽度不小于边缘凸环5012沿直径方向的宽度，但关于主体环5011与边缘凸环5012沿直径方向的宽度之差，并不做过分限制。
45.作为示例，边缘凸环5012上沿周向开设有多个第一通孔5013和多个第二通孔5014，多个所述第一通孔5013和第二通孔5014均贯穿所述边缘凸环5012的上表面和主体环5011的下表面；其中，所述第一顶针601对应设置于所述第一通孔5013中，所述第二顶针701对应设置于所述第二通孔5014中。作为示例，多个第一通孔5013和第二通孔5014位于同一个圆周上，且多个第一通孔5013等间距分布，多个第二通孔5014等间距分布。
46.具体的，多个第一顶针601随第一边缘驱动机构602的驱动，在对应的第一通孔5013内上下运动，多个第二顶针701随第二边缘驱动机构702的驱动，在对应的第二通孔5014内上下运动。
47.其中，为了保证第一顶针601和第二顶针701对镀膜后的晶圆900进行顶起时的稳定性，在本实施例中，将多个第一通孔5013和第二通孔5014位于同一个圆周上，且多个第一通孔5013等间距分布，多个第二通孔5014等间距分布，但对于第一通孔5013的数量、第二通孔5014的数量以及每两个第一通孔5013、每两个第二通孔5014之间的间距，并不做过分限制。
48.作为示例，主体环5011和边缘凸环5012为一体成型。
49.作为示例，pvd镀膜还包括挡板400，挡板400沿腔体100内部周向设置，位于溅射单元200和基座300之间，用以防止腔体100内被镀。
50.具体的，挡板400的主要作用是在晶圆900pvd镀膜过程中保护腔体100内壁不被镀膜，参阅图1所示，在本实施例中，挡板400的横截面呈l型结构，包括第一部分401和第二部分402，第一部分401沿腔体100内壁周向分布，第二部分402一端与第一部分401底部连接，另一端向腔体100的中心方向延伸，第二部分402位于基座300的外围，且在腔体100内所处的高度不高于基座300的高度，如此可更好的保护腔体100内部不被镀膜。但本发明中关于挡板400的形貌、尺寸可根据需要进行设置，此处不做过分限制。
51.综上所述，本发明中的pvd镀膜设备，包括腔体、溅射单元、基座和承载装置，其中，承载装置包括承载件和升降机构，晶圆放置于承载件上，升降机构的一端与承载件连接，另一端与升降控制器，通过升降控制器调节晶圆与基座之间的间距，保证晶圆正面产品区域不与基座接触，且晶圆只在边缘处接触承载件，有效防止了晶圆正面产品被镀的情况，减少晶圆正面的划伤和晶圆碎片，从而提升良率；升降控制器通过升降机构调节晶圆相对基座悬空的高度，晶圆悬空高度的可调性适用于大翘曲度的晶圆镀膜；通过改变晶圆相对基座悬空的高度来调节基座温度对晶圆温度的影响，从而起到改善晶圆应力的效果。本发明中的pvd镀膜设备还包括形变传感器和第一边缘顶针装置、第二边缘顶针装置，在镀膜工艺结束后，根据形变传感器探测到晶圆的形变，对晶圆的顶起方式做出了更优的解决方案，通过设置第一边缘顶针装置和第二边缘顶针装置，兼顾镀膜后不同的晶圆翘曲形变，相对于传统晶圆顶起方式，可以大幅降低晶圆滑落及碎片的几率。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
52.上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。