一种晶圆镀膜载具的制作方法

1.本发明涉及晶圆镀膜加工领域，尤其涉及一种晶圆镀膜载具。


背景技术：

2.蒸镀作为使用较早、用途较广泛的气相沉积技术，是将材料在真空环境中加热，使之气化并沉积到基片而获得薄膜材料的方法，又称为真空蒸镀或真空镀膜。晶圆作为制造半导体芯片的基本材料，其加工过程中，需要在其表面蒸镀上具有特定功能的膜层，该过程一般在真空蒸镀机中完成。
3.在真空蒸镀机中，晶圆通常被置于镀膜载具上，如图1中所示，由镀膜载具上的托爪支撑住晶圆的边缘。为了保证镀膜质量，在蒸镀时晶圆远离镀膜面的一侧会设置一个冷却板，晶圆置于镀膜载具中的托爪上后，冷却板则紧贴晶圆的外侧表面，以降低晶圆的温度。
4.在以往，现有的镀膜载具与冷却板配合后会导致晶圆在镀膜过程中产生局部破碎，且破碎主要集中在晶圆的边缘。因此，亟需寻求一种解决现有技术中的上述问题，降低晶圆破损率的方案。


技术实现要素：

5.为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种晶圆镀膜载具，该镀膜载具包括：
6.支承件，其具有至少一个上下贯通的容置区；以及
7.托爪，多个托爪分布于容置区的边缘，且托爪的前端伸入到容置区的区域内；以及
8.间隔物，其具有多个，多个间隔物设置于支承件上，且分布在容置区的外围；
9.间隔物凸出于支承件上的支承面，且超出支承面的部分的高度不超过1mm。
10.进一步地，所述间隔物超出所述支承面的部分的高度为0.4～0.6mm。
11.进一步地，所述间隔物为位于所述支承面上且与所述支承件一体成型的凸起；或者，
12.所述的间隔物为设置在所述支承件上的支撑块。
13.进一步地，所述的支撑块以固定或者非固定的方式与所述支承件相接。
14.进一步地，所述的支承件上设置有凹槽，所述的支撑块以非固定的方式放置于所述凹槽内。
15.进一步地，所述的支撑块采用粘接或者焊接的方式固定结合在所述支承件上。
16.进一步地，所述的间隔物至少为3个，各间隔物依次直线连接所围成的图形为一个多边形。
17.进一步地，所述的间隔物围成的所述多边形的几何中心与所述容置区的几何中心基本重合。
18.进一步地，所述的支承件为一个整体；或者，
19.所述的支承件包括各自独立的第一支承板和第二支承板。
20.进一步地，所述的托爪与所述支承件一体成型；或者，
21.所述的托爪以可拆卸的或不可拆卸的方式固定结合在所述支承件上。
22.本发明的有益效果为：
23.通过在镀膜载具上晶圆的四周设置间隔物，蒸镀过程中，冷却板与晶圆的边缘被隔开，晶圆因自重产生中部下垂和边缘起翘继而可能导致的晶圆边缘与冷却板表面直接接触产生局部过快降温甚至产生压迫的情形得以避免，晶圆破损率大幅度降低；与此同时，通过间隔物的高度控制冷却板与晶圆的间隔距离，冷却板对晶圆的冷却效率和效果得以保障。
24.另，本发明的其他附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
25.图1为镀膜工艺中晶圆受托爪支撑状态的示意图；
26.图2为本发明镀膜载具的结构示意图；
27.图3为本发明晶圆镀膜载具的一种结构示意图，其中：3(a)为镀膜载具的俯视图，3(b)为镀膜载具的仰视图；
28.图4为本发明晶圆镀膜载具的另一种结构示意图，其中：4(a)为镀膜载具的俯视图，4(b)为镀膜载具的仰视图；
29.图5为图3(a)或图4(a)的x向视图；
30.图6为镀膜载具与冷却板接触的局部示意图；
31.图7为间隔物与支承件一体成型的结构示意图；
32.图8为间隔物与支承件的一种结合状态示意图；
33.图9为区别于图8中的间隔物与支承件的另一种结合状态示意图；
34.图10为图9中的间隔物分离出镀膜载具的示意图；
35.图11为镀膜载具与冷却板分离状态示意图(一)；
36.图12为镀膜载具与冷却板分离状态示意图(二)；
37.图中：1、镀膜载具；11、支承件；111、第一支承板；112、第二支承板； 12、托爪；13、间隔物；101、容置区；102、支承面；103、凹槽；
38.2、冷却板；21、第一表面；3、晶圆。
具体实施方式
39.为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图和实施例，对本发明作进一步说明。
40.参照附图2至附图12中所示，本实施例提供了一种晶圆镀膜载具，该晶圆镀膜载具包括支承件11以及设置在支承件11上的托爪12和间隔物13，其中：
41.支承件11呈板状，由一个或多个部分组成。在支承件11的内部具有容置区101，容置区101为支承件11中的上下贯通的孔洞或者区域，一般呈圆形，用于容纳晶圆以及作为蒸镀窗口。蒸镀过程中，蒸镀料从支承件11的一侧(一般是下侧)进入并穿过容置区101，从而附着在晶圆表面。在支承件11上，如图2至图4中所示，容置区101可以仅设置一个；当然，在一些情况下，支承件 11上也可以设置多个容置区101，用于多个晶圆同时镀膜，以提升镀膜加工效率。
42.托爪12用于支撑晶圆，一般设置有多个。在容置区101的边缘，多个托爪 12环绕分布，托爪12的前端伸入到容置区101的区域内。托爪12的前端一般设置有台阶，晶圆通常由托爪12前端的台阶支撑，以减少支承件11对晶圆边缘的遮挡。
43.间隔物13设置于支承件11上，在支承件11的表面形成支点，用于支撑靠近晶圆的冷却板2。优选地，间隔物13凸出于支承件11上的支承面102，且超出支承面102的部分的高度不超过1mm，以在获得可靠间隙的同时保证冷却板2 对晶圆的冷却效果。以图5中示出的为例，上述的超出支承面102的部分的高度标记为h。在容置区101的外围，分布有多个间隔物13，这些间隔物13在不同的位置作为支点支撑在支承件11与冷却板2之间，使冷却板2的靠近支承件11 一侧的第一表面21与支承件11的支承面102之间保持一个合理的间隙。
44.如图1中示出的，晶圆3在托爪12上时，由于自身受到重力的作用，其中部不可避免的会产生微量下垂，相应的晶圆3的边缘则会上翘。并且，晶圆3 的尺寸越大，这种变形越严重。由于这一变形量在宏观角度看十分微小，且与晶圆破损的联系并不明显，技术人员在排查晶圆破损原因是往往会对其忽略。但是，在以往，蒸镀过程中冷却板2通常是直接接触到晶圆，这种热传导换热方式相较于热对流和热辐射的传热方式能够获得更快的冷却速率和更好的效果，因此技术人员通常会认为采用这种设计对改善产品质量更为有利。
45.经发明人研究发现，上述的热传导换热方式单独作用虽然对晶圆不会产生不良的影响，但是在晶圆出现下垂变形的情况下，如果晶圆3的中部与冷却板2 的表面分离，而仅在晶圆3的边缘与冷却板2接触，或者晶圆3的边缘受到冷却板2的压迫，晶圆边缘就更容易被快速冷却降温，继而出现晶圆边缘与晶圆中部的热量分布不均的情况，晶圆边缘就很容易出现局部破碎，如果再受到局部的压迫，这种晶圆边缘极易出现破碎现象的情况将会进一步加剧。
46.参照图6中所示，本方案中的晶圆镀膜载具中，通过在镀膜载具1上晶圆的四周设置间隔物13，蒸镀过程中，冷却板2与晶圆的边缘被隔开，晶圆因自重产生中部下垂和边缘起翘继而可能导致的晶圆边缘与冷却板2表面直接接触产生局部过快降温甚至产生压迫的情形得以避免，晶圆破损率则大幅度降低。
47.与此同时，通过间隔物13的高度控制冷却板2与晶圆的间隔距离，冷却板 2对晶圆的冷却效果得以保障。经研究发现，间隔物13凸出于支承面102的部分的高度不超过1mm时，冷却板2对晶圆的冷却效率和效果受到的影响十分微小，基本不会对镀膜质量产生不良影响。
48.经进一步研究发现：当间隔物13超出支承面102的部分的高度在0.25mm 以下时，因间隔物13而产生的冷却板2与晶圆之间的间隙受晶圆尺寸、冷却板 2自身形变等因素的影响将变得明显，设置间隔物13产生积极效果的可靠性会降低，相应的出现晶圆边缘破碎风险的概率则会升高；当间隔物13超出支承面 102的部分的高度在0.25～0.4mm之间时，虽
然上述因素的影响减小，但是被测试的晶圆在局部位置与冷却板2之间产生极小间隙的情况仍然存在，这种极小间隙或会导致晶圆在该局部位置上的冷却速率明显高于其它部位，则在该局部位置上发生降温过快、受冷不均匀现象的概率将会增大，继而产生晶圆破碎的风险将会升高；而当间隔物13超出支承面102的部分的高度超过0.6mm以后，被测试的晶圆在局部位置(一般位于晶圆的中部)与冷却板2之间产生较大间隙的情况又会变得突出，这种较大间隙则可能会导致该局部位置冷却速率明显低于其它部位，这种情况也会导致晶圆破碎风险发生概率升高。
49.因此，在一些实施方式中，作为进一步优选的方案，上述的晶圆镀膜载具中，间隔物13超出支承面102的部分的高度设置为0.4～0.6mm，例如将该高度设置为0.45mm、0.50mm或者0.55mm等。在此方案下进行试验，出现晶圆破损的试验次数明显减少，单次试验中晶圆破损位置的数量也明显减少。这里需要指出的是，影响晶圆破损的因素并不仅限于上述方案中所涉及的，上述方案只是提供了改善部分影响因素对晶圆破损率影响的手段，因此在上述的试验中出现晶圆破损并不意味着本方案不能产生积极效果或者效果不明显。
50.在一些实施方式中，如图7中所示，间隔物13与支承件11一体成型，呈现为位于支承面102上的凸起，该凸起可以采用冲压或铣削等加工方式获得。在另一些实施方式中，如图8和图9中所示，间隔物13为设置在支承件11上的支撑块，该支撑块以固定或者非固定的方式与支承件11相接。例如，图8中示出的，支撑块固定在支承件11的支承面102上，其固定方式可以采用粘接或者焊接等方式。或者，如图9中示出的，在支承件11上设置有凹槽103，支撑块直接放置在凹槽103内，不对支撑块采用粘接或者焊接等形式的固定。
51.经过长期使用后，支撑块会受到不同程度的磨损，支撑块的厚度自然会有所减小，这种情况下，支撑块将失去其原本的作用或者其作用变得不明显，此时如果直接更换整个晶圆镀膜载具，成本将大幅度增加，因此优选的是只更换支撑块。另外，还存在一些需要更换支撑块的情形，例如：被加工的晶圆尺寸出现变化时，晶圆中部下垂量会有所不同，晶圆边缘的翘起高度自然也就不同，这种情况下通过跟换不同厚度的支撑块，即可使晶圆镀膜载具适用于相应晶圆产品的镀膜加工。此处需要说明的是，加工不同尺寸的晶圆需要支承件11与晶圆相适配，支承件11设计成由多个部分组成的分体式结构时，其容置区101的面积就可以改变，继而与晶圆尺寸相适配。
52.当采用如图9中示出的结构时，上述的支撑块的更换会非常容易，如果遇到需要更换支撑块的情况，按图10中示出的将旧的支撑块取出，然后重新放入新的支撑块即可。因此，这种结构设计不仅增加了晶圆镀膜载具适用的晶圆产品型号，同时有效控制了生产成本。
53.上述的实施方式中，间隔物13的数量至少为3个，这些间隔物13不是沿着直线分布，而是依次直线连接围成一个多边形，以对冷却板2提供稳定的支撑。例如，如图2中示出的，在支承件11上的四处不同位置上分别设置一个间隔物13，四个位置上的间隔物13依次连线构成矩形图案。
54.作为一种优选的实施方式，间隔物13依次直线连接所围成的多边形的几何中心与容置区101的几何中心重合。需要说明的是，这里的重合并不是绝对意义的重合，而是允许两者有一定的偏离，但是该偏离量最好不要超过容置区101 半径的五分之一左右，因此可以理解为两者基本重合。
55.当上述多边形与容置区101两者的几何中心重合的情况下，间隔物13对冷却板2产生的支撑区域的中心正好落在容置区101的几何中心处，这样一来，晶圆与冷却板2沿容置区101边缘的结合间隙将十分均匀，继而整个晶圆能够获得均匀的降温速率和效果。
56.在一些实施方式中，如图3中所示，支承件11包括各自独立的第一支承板 111和第二支承板112，第一支承板111和第二支承板112结构和位置互为对称。在蒸镀机中，支承件11的这种分体式设计有利于合理避让蒸镀机中的其它部件或结构。在另一些实施方式中，如图4中所示的，支承件11为一个整体。由于支承件11本身就是一个整体，不会出现各部分错位的情况，因而在使用过程中无需调控使支承件11的各部位分位于同一平面。
57.可以理解的，在一些情形下支承件11也可以被设置为更多各自独立的部分，例如将图3中的第一支承板111和第二支承板112分别从各自的对称中线处分割成各自独立的两个部分，四个各自对立的部分共同构成所述的支承件11。这种由多个部分组成的分体式结构，可以改变支承件11内容置区101的面积，继而达到上述的适配不同规格晶圆的目的。
58.上述的托爪12，可以是支承件11的一个部分，与支承件11一体成型，一种加工方式为：采用铣削加工除掉容置区101内多余的板材，预留出托爪12即可。当然，托爪12也可以在支承件11加工完成后，另外结合在支承件11上的构件，例如：支承件11和托爪12分别作为零件加工，加工好后采用不可拆卸的固定方式将托爪12固定在支承件11上，这里的固定方式可以采用焊接或者铆接等。
59.托爪12作为直接承载晶圆的构件，其与晶圆之间不可避免的会存在相互摩擦，这种摩擦会导致晶圆或者托爪12一方产生磨损或者划痕。在实际情况下，为了避免可能对晶圆造成的损害，技术人员通常会选择牺牲掉托爪12来保护晶圆，例如：通过降低托爪12的硬度，来避免托爪12对晶圆造成磨损或者划伤。但是，这样一来托爪12便成了易损耗件，托爪12的损耗不可避免的会造成镀膜质量的下降。
60.因此，为了解决上述这一问题，一种有更优选的实施方式是：支承件11和托爪12分别作为零件加工好后，最好采用可拆卸的方式将托爪12固定在支承件 11上，例如采用将两者可拆卸连接。这种设计，不仅方便了对损坏的托爪12的更换，并且降低了镀膜载具的维护和维修成本。
61.最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明实施例的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解依然可以对本发明实施例的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明实施例技术方案的范围。