CN105895566A - 托盘、承载装置及半导体加工设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种托盘、承载装置及半导体加工设备。该托盘上设置有至少一个用于容纳衬底且限定衬底放置方向的凹槽，凹槽的径向截面轮廓形状和衬底的径向截面轮廓形状互为相似图形，凹槽侧壁上具有第一棱角，衬底侧壁上具有与第一棱角对应的第二棱角，其中：在凹槽侧壁上每个第一棱角位置处设置第一凹部，每个第一凹部用于在衬底存在放置方向偏差时容纳衬底的第二棱角，且不与衬底接触。本发明提供的托盘，可以有效地降低衬底受到凹槽的径向尺寸限制被挤碎的风险，从而可以避免衬底的浪费和提高经济效益。

Description

托盘、承载装置及半导体加工设备

技术领域

本发明属于半导体设备制造技术领域，具体涉及一种托盘、承载装置及半导体加工设备。

背景技术

物理气相沉积设备用于在对位于其内的衬底上沉积薄膜，其工艺环境一般为真空。图1a为典型的物理气相沉积设备的反应腔室的结构示意图，请参阅图1a，该反应腔室10内设置有基座11、托盘12和压环13。其中，基座11设置在反应腔室10的底部，且具有加热功能，用以通过托盘12间接对位于托盘12上的衬底加热和温控，以使衬底达到工艺所需的温度；托盘12上设置有多个用于承载衬底的凹槽，以提高单次工艺的产率；压环13用于叠压托盘12的边缘区域，以将托盘12固定基座11上。另外，在反应腔室的顶壁上设置有靶位(如图1a中作为上电极的靶材14所在的位置)，靶材14与激励电源电连接用以将反应腔室10的工艺气体激发形成等离子体，在靶材14的上方设置有磁控管(图中未示出)，磁控管用于在靶材的上方控制等离子体轰击靶材14，靶材14表面的原子被轰击掉下来沉积在衬底上，从而实现沉积薄膜。

图1b为图1a中托盘的结构示意图；图1c为衬底的结构示意图；图1d为衬底位于凹槽内时的局部放大图。请参阅图1b～图1d，凹槽121用于承载衬底S，凹槽121和衬底S的侧壁均由平面和弧面串接形成，因此，如图1b～图1d所示，二者的径向截面轮廓形状均由直线和圆弧串接形成，即，轮廓形状为直线将圆形切割后的图形，并且二者的径向截面轮廓形状相似；在每个凹槽121侧壁上，且该直线的中点位置处设置有贯穿凹槽121上表面的凹部122，用于作为取件器(例如，镊子)在取衬底时置于衬底S和托盘12之间的通道，以便于取片；并且，如图1d所示，衬底S位于凹槽121时，衬底S的各个部分与凹槽121的各个部分一一对应，在这种情况下，凹槽121限定了衬底S的设置方向。并且，在图1d的情况下，由于凹槽121的热膨胀系数小于衬底的热膨胀系数，因此，需要满足凹槽121的径向尺寸在一定范围内大于衬底S的径向尺寸，以避免衬底受到凹槽121的径向尺寸限制被挤碎。

在实际应用中发现：在托盘12的传输和向凹槽121装载衬底S的过程中容易造成衬底S放置方向发生偏差，如图2a所示，这会造成衬底S的部分侧壁与凹槽121的部分侧壁紧贴，以及衬底S侧壁上的棱角与凹槽121的上述直线所在的侧壁紧贴，其中，棱角由串接的平面和弧面形成，也就是说，衬底S被凹槽121卡紧，在这种情况下，若衬底S的热膨胀系数大于凹槽121的热膨胀系数，则在工艺过程中衬底S会受到凹槽121径向尺寸的限制被挤碎。

为此，可通过增大每个凹槽121的径向尺寸来解决上述问题，但是会存在以下问题：其一，若衬底S放置方向偏差较大会存在如图2b所示的情况，其与图2a所示情况相类似，衬底S在凹槽121内卡死，因而仍然会存在衬底被挤碎的风险；其二，在托盘12上凹槽121数量不变的情况下，需要增大托盘12的尺寸，这就需要对与托盘12配合使用的其他部件进行改进，从而造成投入成本大。另外，通过将凹槽121设置成圆形结构来解决上述问题，如图2c所示，这会使得凹槽121不能限定衬底S位置，也就是说，衬底S在凹槽121内的位置不受限制，从而不能满足要求。

因此，目前亟需一种在衬底热膨胀系数大于凹槽热膨胀系数的情况下能够有效降低衬底被挤碎风险的托盘。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中存在的技术问题，提供了一种托盘、承载装置及半导体加工设备，在衬底热膨胀系数大于凹槽热膨胀系数的情况下可以有效地降低衬底受到凹槽的径向尺寸限制被挤碎的风险，从而可以避免衬底的浪费和提高经济效益。

为解决上述问题，本发明提供了一种托盘，所述托盘上设置有至少一个用于容纳衬底且限定所述衬底放置方向的凹槽，所述凹槽的径向截面轮廓形状和衬底的径向截面轮廓形状互为相似图形，所述凹槽侧壁上具有第一棱角，所述衬底侧壁上具有与所述第一棱角对应的第二棱角，其中：在所述凹槽侧壁上每个第一棱角位置处设置第一凹部，每个所述第一凹部用于在所述衬底存在放置方向偏差时容纳所述衬底的第二棱角，且不与所述衬底接触。

其中，轮廓形状为圆弧和直线串接形成的图形，每个所述凹槽侧壁由平面和弧面串接形成

其中，每个所述凹槽侧壁由多个平面串接形成。

其中，所述凹槽侧壁上还设置有贯穿所述凹槽上表面的第二凹部，所述第二凹部用于作为取件器在卸载衬底时位于所述衬底和所述凹槽之间的通道。

其中，所述第一凹部为圆弧状凹槽。

其中，所述圆弧的半径范围在3～4mm。

其中，，所述托盘采用钼或碳化硅材料制成。

作为另外一个技术方案，本发明还提供了一种承载装置，其包括托盘和基座，所述托盘用于承载衬底，所述基座用于承载所述托盘以及加热位于所述托盘上的衬底，所述托盘采用本发明上述提供的托盘。

作为另外一个技术方案，本发明还提供了一种半导体加工设备，包括反应腔室，在所述反应腔室内设置有承载装置，所述承载装置采用本发明提供的承载装置。

本发明具有下述有益效果：

本发明提供的托盘，其借助在凹槽侧壁上每个第一棱角位置处设置第一凹部，每个第一凹部用于在衬底存在放置方向偏差时容纳衬底的第二棱角，且不与衬底接触，也就是说，在衬底存在放置方向偏差时，第一凹部作为容纳衬底的第二棱角且不与衬底接触的空间，也就不会发生衬底被凹槽卡紧或卡死的情况，因此，在衬底的热膨胀系数大于凹槽的热膨胀系数的情况下加热托盘和衬底，可以有效地降低衬底受到凹槽的径向尺寸限制被挤碎的风险，从而可以避免衬底的浪费和提高经济效益。

本发明提供的承载装置，其采用本发明另一技术方案提供的托盘，可以有效地降低衬底受到凹槽的径向尺寸限制被挤碎的风险，从而可以提高承载装置的可靠性。

本发明提供的半导体加工设备，其采用本发明另一技术方案提供的承载装置，可以提高承载装置的可靠性，从而可以提高半导体加工设备的可靠性。

附图说明

图1a为典型的物理气相沉积设备的反应腔室的结构示意图；

图1b为图1a中托盘的结构示意图；

图1c为衬底的结构示意图；

图1d为在衬底位于凹槽内时的局部放大图；

图2a为存在放置方向偏差的衬底与凹槽的第一种位置关系示意图；

图2b为存在放置方向的衬底偏差与凹槽的第二种位置关系示意图；

图2c为凹槽为圆形结构时与衬底的位置关系示意图；

图3为本发明实施例提供的第一种托盘的结构示意图；

图4为图3中的区域I的局部放大图；

图5为采用图3所示的托盘在衬底发生放置方向偏差时的凹槽和衬底的位置关系示意图；

图6为本发明实施例提供的第二种托盘的承载有衬底的凹槽的结构示意图；以及

图7为本发明实施例提供的第三种托盘的承载有衬底的凹槽的结构示意图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的托盘、承载装置及半导体加工设备进行详细描述。

本实施例提供的托盘，其上设置有至少一个用于容纳衬底且限定衬底放置方向的凹槽，凹槽的径向截面轮廓形状和衬底的径向截面轮廓形状互为相似图形，凹槽侧壁上具有第一棱角，衬底侧壁上具有与第一棱角对应的第二棱角，所谓棱角是指两个表面相接形成的尖角。在凹槽侧壁上每个第一棱角位置处设置第一凹部，每个第一凹部用于在衬底存在放置方向偏差时容纳衬底第二棱角，且不与衬底接触，也就是说，在衬底存在放置方向偏差时，第一凹部作为容纳衬底的第二棱角且不与衬底接触的空间，也就不会发生衬底被凹槽卡紧或卡死的情况，因此，在衬底的热膨胀系数大于凹槽的热膨胀系数的情况下加热托盘和衬底，可以有效地降低衬底受到凹槽的径向尺寸限制被挤碎的风险，从而可以避免衬底的浪费和提高经济效益。

具体地，在本实施例中，请参阅图3和图4，在托盘20上沿其周向间隔且均匀设置有五个凹槽21，每个凹槽21侧壁由平面211和弧面212串接形成，平面211和弧面212相接形成第一棱角213a和213b，由于每个凹槽21的径向截面的轮廓形状和衬底的径向截面的轮廓形状互为相似图形，因此，对应地，衬底S侧壁由平面S1和弧面S2串接形成，平面S1和弧面S2相接形成与第一棱角213a和213b分别对应的第二棱角S3a和S3b；在凹槽21侧壁上第一棱角213a和213b的位置处分别设置有第一凹部214a和214b。

通过实验验证本实施例提供的托盘如何实现避免衬底被挤碎。具体地，请参阅图5，衬底S的放置方向朝向图5中所示的右侧偏移，第二棱角S3a位于与之对应的第一凹部214a内，且未与凹槽21和第一凹部214a分别相接触，第二棱角S3b位于凹槽21内，这与现有技术中的图2a和图2b相比较，可以直接看出：在衬底S存在放置方向偏差时衬底不会被凹槽21和第一凹部214a卡紧或卡死。另外，可以理解，若衬底S的放置方向朝向图5中所示的左侧偏移，则第二棱角S3B会位于与之对应的第一凹部214b内，且未与凹槽21和第一凹部214a分别相接触，而第二棱角S3a会位于凹槽21内，同样可以避免衬底S被卡紧或卡死。

因此，本实施例提供的托盘，无论衬底S的放置位置朝向任意一侧偏移，均可以保证衬底未被卡紧或卡死，从而在衬底S的热膨胀系数大于凹槽21的热膨胀系数的情况下加热托盘20和衬底S，可以有效地降低衬底受到凹槽的径向尺寸限制被挤碎的风险。

由上可知，第一凹部214a和214b的尺寸应该满足以下要求：能够在衬底S存在放置方向偏差时对应地容纳第二棱角S3a和S3b，且不与衬底S相接触。

在本实施例中，由于凹槽21的深度小于衬底S的厚度，衬底S放置在凹槽21内时其上表面高于凹槽21的上表面，因此，设置第一凹部214a和214b贯穿凹槽21上表面。但是，本发明并不局限于此，在实际应用中，若凹槽21的深度大于衬底S的厚度，不仅可以设置第一凹部214a和214b贯穿凹槽21上表面，这可以在衬底S存在放置方向偏差时仍然可以直接卸载衬底S；还可以设置第一凹部214a和214b未贯穿凹槽21上表面，但要保证第一凹部214a和214b的深度大于衬底S的厚度，在卸载衬底S时先校准衬底S位置再直接取出。

在本实施例中，第一凹部214a和214b为圆弧状凹槽，优选地，圆弧所在圆形的半径范围在3～4mm。

优选地，凹槽21侧壁上还设置有贯穿凹槽21上表面的第二凹部22，第二凹部22用于作为取件器在卸载衬底S时位于衬底S和凹槽21之间的通道，从而可以便于取片。在本实施例中，第二凹部22设置在凹槽21侧壁的平面211在其沿凹槽21周向上长度的中心位置，如图4所示。

由于衬底S的工艺温度在600℃以上甚至更高，通过间接加热方式加热衬底S的托盘20的温度就需要更高，因此，托盘20采用耐高温、导热良好且在高温下刚度较高的材料制成，例如，托盘20采用钼或碳化硅材料制成，从而可以提高托盘的可靠性。

需要说明的是，尽管本实施例中凹槽21侧壁由平面211和和弧面212串接形成，在二者相接位置处形成第一棱角213a和213b；但是，本发明并不局限于此，在实际应用中，凹槽21还可以为其他结构，例如，如图6所示，凹槽21侧壁由弧面212、214和平面211、213串接形成，相邻两个表面相接位置处分别形成第一棱角213a～213d，对应地，衬底S侧壁由弧面S2、S4和平面S1、S3串接形成，其具有与第一棱角213a～213d分别对应的第二棱角S3a～S3d，在凹槽21侧壁上第一棱角213a～213d位置处设置第一凹部214a`～214d，用于在衬底S发生放置方向偏移时分别容纳第二棱角S3a～S3d。

再如，如图7所示，凹槽21侧壁由平面211、213～215串接形成，相邻两个表面相接位置处分别形成第一棱角213a～213d，对应地，衬底S侧壁由平面S1、S3～S5串接形成，其具有与第一棱角213a～213d分别对应的第二棱角S3a～S3d，在凹槽21侧壁上第一棱角213a～213d位置处分别有设置第一凹部214a`～214d，用于在衬底发生放置方向偏移时分别容纳第二棱角S3a～S3d。

作为另外一个技术方案，本发明实施例还提供一种承载装置，其包括托盘和基座，托盘用于承载衬底，基座用于承载托盘以及加热位于托盘上的衬底，托盘采用本发明上述实施例提供的托盘。

具体地，基座内设置有加热器，加热器包括电阻加热器或灯管加热器等，用以先加热位于其上的托盘再通过托盘将热量传递至其上的衬底，从而实现基座加热衬底。

另外，该承载装置还包括压环，压环用于在托盘位于基座之后叠压在托盘的边缘区域，以实现将托盘固定在基座上。

本实施例提供的承载装置，其采用本发明另一技术方案提供的托盘，可以有效地降低衬底受到凹槽的径向尺寸限制被挤碎的风险，从而可以提高承载装置的可靠性。

作为另外一个技术方案，本发明还提供一种半导体加工设备，包括反应腔室，在反应腔室内设置有承载装置，承载装置采用本发明上述实施例提供的承载装置。

具体地，半导体加工设备包括物理气相沉积设备，用于对衬底沉积薄膜，薄膜包括氮化铝薄膜。

本实施例提供的半导体加工设备，其采用本发明另一技术方案提供的承载装置，可以提高承载装置的可靠性，从而可以提高半导体加工设备的可靠性。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的原理和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种托盘，其特征在于，所述托盘上设置有至少一个用于容纳衬底且限定所述衬底放置方向的凹槽，所述凹槽的径向截面轮廓形状和衬底的径向截面轮廓形状互为相似图形，所述凹槽侧壁上具有第一棱角，所述衬底侧壁上具有与所述第一棱角对应的第二棱角，其中：

在所述凹槽侧壁上每个第一棱角位置处设置第一凹部，每个所述第一凹部用于在所述衬底存在放置方向偏差时容纳所述衬底的第二棱角，且不与所述衬底接触。

2.根据权利要求1所述的托盘，其特征在于，所述轮廓形状为圆弧和直线串接形成的图形，每个所述凹槽侧壁由平面和弧面串接形成。

3.根据权利要求1所述的托盘，其特征在于，每个所述凹槽侧壁由多个平面串接形成。

4.根据权利要求1所述的托盘，其特征在于，所述凹槽侧壁上还设置有贯穿所述凹槽上表面的第二凹部，所述第二凹部用于作为取件器在卸载衬底时位于所述衬底和所述凹槽之间的通道。

5.根据权利要求1所述的托盘，其特征在于，所述第一凹部为圆弧状凹槽。

6.根据权利要求5所述的托盘，其特征在于，所述圆弧的半径范围在3～4mm。

7.根据权利要求1所述的托盘，其特征在于，所述托盘采用钼或碳化硅材料制成。

8.一种承载装置，其包括托盘和基座，所述托盘用于承载衬底，所述基座用于承载所述托盘以及加热位于所述托盘上的衬底，其特征在于，所述托盘采用上述权利要求1-7任意一项所述的托盘。

9.一种半导体加工设备，包括反应腔室，在所述反应腔室内设置有承载装置，其特征在于，所述承载装置采用权利要求8所述的承载装置。