CN107749407B - 晶圆承载盘及其支撑结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于晶圆承载盘之支撑结构，尤其所述晶圆承载盘的一晶圆承载面定义有用于容置所述支撑结构之孔。所述支撑结构包含具有一第一表面及一第二表面的一本体，该本体延伸于该第一表面与该第二表面之间，且该第一表面具有一隆起部用于支撑晶圆。该第一表面的中心与该第二表面的中心定义一方向轴，且该方向轴与该第一表面的法线并非平行。即相对于第二表面，第一表面系倾斜延伸，致使本发明支撑结构可相对晶圆承载盘的承载面而倾斜地容置于晶圆承载盘中。

Description

晶圆承载盘及其支撑结构
技术领域
本发明是关于一种适用于晶圆处理装置之晶圆加热盘，尤其是关于晶圆加热盘所用于支撑晶圆的支撑结构。
背景技术
一般而言，晶圆处理设备是由分别执行不同功能的多个单元所构成的多功能设备，像是包含气体供应装置、真空抽气装置、晶圆负载腔室、晶圆传递腔室以及晶圆处理腔室等。各个单元可因应不同的制程需求而赋予特殊的处理能力。例如，气体供应装置可因应等离子体处理而配置有电极，晶圆处理腔室可因应晶圆的热处理而在腔室中配置有加热源。
传统上，在一种已知的半导体薄膜沉积处理中，传递腔室的机械手臂需要将被处理的晶圆放在一加热盘上，并在对晶圆加热同时进行化学沉积以形成薄膜在晶圆上，而晶圆与加热盘之间需要有支撑结构来支撑晶圆，将晶圆支撑于加热盘上方。在一种已知的配置中，所述加热盘是加热单元与晶圆承载盘(wafer carrier)或晶圆衬托器(susceptor)之整合。例如，可将电阻式加热单元包覆于晶圆承载盘中，藉由热传递加热承载盘上的晶圆。目前的，所用的晶圆支撑结构为垂直容置在加热盘之垂直柱孔的宝石球或者陶瓷柱。这种结构配置有其缺失，当腔体在抽气到真空状态时，支撑结构容易因缺乏结构的限制而在抽气的过程中被吸抽出来。另外，在高温状态下的晶圆被取出时，在晶圆底部可能会发生沾黏而支撑结构(像是宝石球或者陶瓷柱)黏在晶圆的底面，并随着机械手臂的传递而一并被脱离晶圆处理腔室。脱出的支撑结构可能影响半导体产品的良率。
因此，有必要发展一种技术，加强所述支撑结构对于加热盘或晶圆承载盘之附着力，避免所述支撑结构在晶圆处理的过程中与盘面分离。
发明内容
本发明目的在于提供一种用于晶圆承载盘之支撑结构，所述晶圆承载盘的一晶圆承载面定义有用于容置所述支撑结构之一孔，所述支撑结构包含一本体，其具有一第一表面及一第二表面。本体延伸于第一表面与第二表面之间，且第一表面具有一隆起部。本发明支撑结的构特征在于第一表面的中心与第二表面的中心定义有一方向轴，且所述方向轴与第一表面的法线并非平行。即，相对于第二表面，第一表面系倾斜延伸。
进一步地，本体之延伸定义所述方向轴，该方向轴与第一表面定义一夹角。
进一步地，本体具有一帽部及一延伸部，延伸部自帽部延伸。帽部包含该第一表面，延伸部包含该第二表面。该帽部的一径向尺寸大于该延伸部的一径向尺寸。
进一步地，，本体的帽部具有一连续变化之厚度。
本发明的另一目的在于提供一种晶圆承载盘，适用于晶圆处理装置。所述晶圆承载盘包含一承载面，其定义有复数个容置孔，每一容置孔容置有用于支撑晶圆的一支撑结构。支撑结构包含具有一第一表面及一第二表面的一本体，其于该第一表面与该第二表面之间。本发明晶圆承载盘的特征在于支撑结构的本体的第一表面具有一隆起部，第一表面的中心与第二表面的中心定义一方向轴，且方向轴与承载面的法线并非平行。该等容置孔的每一者自晶圆承载面向内倾斜延伸，使容置的支撑结构的第一表面与晶圆承载面平行。
进一步地，，该等容置孔系以对称方式(以承载面的一中心点)沿着该晶圆承载面而排列。
本方案设计解决了以上问题，设计了一种倾斜角度的支撑结构，其通过柱孔的延伸方向与承载面的水平面夹角为15至45度或105至135度控制倾斜角度，支撑结构顶端结构为锥度对应所述夹角，锥面结构上用球面结构支撑晶圆，此支撑结构顶端锥度形状可以是圆形或者方形。晶圆承载盘面上多个倾斜柱孔排布形式以盘面中心轴线为基准，向中心轴线倾斜相同角度环形排布。此结构安装牢固可靠，可以防止支撑结构脱出，从而提高半导体产品的生产效率，适用于半导体薄膜沉积机台，具有实用的经济价值。
在以下本发明的说明书以及藉由本发明原理所例示的图式当中，将更详细呈现本发明的这些与其他特色和优点。
附图说明
参照下列附图与说明，可更进一步理解本发明。非限制性与非穷举性实例系参照下列附图而描述。在附图中的构件并非必须为实际尺寸；重点在于说明结构及原理。
图1为本发明一实施例之晶圆承载盘与半导体处理设备的概略示意图；
图2为图1的俯视图，显示晶圆承载面；
图3为本发明一实施例之晶圆支撑状态的局部放大图；
图4为本发明一实施例之安装的支撑结构立体俯视图；
图5为本发明一实施例之晶圆承载盘支撑结构的剖面图；
图6为本发明一实施例之晶圆承载盘支撑结构的俯视图
图7为本发明另一实施例之晶圆承载盘支撑结构的剖面图；
图8为本发明另一实施例之晶圆承载盘支撑结构的俯视图；
其中图中的附图标记符号说明如下：
100 承载盘 300 支撑结构
120 承载部 302 第一表面
122 承载面 304 第二表面
124 底面 306 隆起部
126 台阶 307 帽部
128 容置孔 308 延伸部
129 加热单元 320 承载部
140 支撑部 340 容置孔
142 中心轴 342 第一区段
160 处理腔体的底部 344 第二区段
180 支撑结构 360 承载面
200 承载面 380 晶圆或基板
202 中心点 390 空隙
204 容置孔 O 方向轴
206 支撑结构 A 夹角
400 支撑结构
402 表面
500 顶面
502 顶面
具体实施方式
以下将参考附图更完整说明本发明，并且藉由例示显示特定范例具体实施例。不过，本主张主题可具体实施于许多不同形式，因此所涵盖或申请主张主题的建构并不受限于本说明书所揭示的任何范例具体实施例；范例具体实施例仅为例示。同样，本发明在于提供合理宽阔的范畴给所申请或涵盖之主张主题。除此之外，例如主张主题可具体实施为方法、装置或系统。因此，具体实施例可采用例如硬件、软件、韧体或这些的任意组合(已知并非软件)之形式。
本说明书内使用的词汇「在一实施例」并不必要参照相同具体实施例，且本说明书内使用的「在其他实施例」并不必要参照不同的具体实施例。其目的在于例如主张的主题包括全部或部分范例具体实施例的组合。
图1表示本发明承载盘100，专用于半导体处理设备的处理腔体，包含一承载部120及一支撑部140。承载部120与支撑部140可为相同材质且一体成型。承载部120具有一承载面122及一底面124，其中承载面122用以承载工作部件(work piece，未显示)，像是待处理的晶圆。例如，待处理的晶圆可经由一机械手臂传递至半导体处理设备的一处理腔室中并以适当地方式放置在承载面122上。承载部120的底面则与支撑部140接合。承载部120具有一厚度延伸于承载面122和底面140之间。
承载部120还具有一台阶126，其低于承载面122，用以放置为了其他处理目的而设置的一陶瓷环(未显示)。在其他实施例中，承载部120不包含所述台阶结构。
支撑部140大致上为一柱形体，其自承载部120的底面124向下延伸。一般而言，支撑部140以一端利用已知手段耦接至处理腔体的底部160，如图所示。在一实施例中，支撑部140系连接至一冷却装置，而冷却装置连接至腔体。支撑部140的延伸定义有一中心轴142。承载部120及支撑部140的材质可为陶瓷。
承载部120的承载面122定义有复数个容置孔128。在一实施例中，这些容置孔128大致上具有相同的容积，且每一容置孔128容置有用于支撑晶圆的一支撑结构180。容置孔128自承载面122以一角度向下延伸，其中所述角度不为垂直。换言之，容置孔128的延伸方向与承载面122的法线方向不平行。如图1所示，这些容置孔128的延伸方向均指向承载面122上方的中心位置，像是中心轴142的位置。沿着承载面122的横向方向上，可包含一或多个容置孔128。在其他实施例中这些容置孔128可以作不同倾斜角度的安排。这些容置孔128排布形式以中心轴142为基准并向中心轴142倾斜相同角度作环形排布。
图2为本发明一实施例承载盘100的俯视图，显示其承载面200的一安排。可看到承载面200大致上为圆形，其定义有一中心点202。离该中心点202的一径向距离设置有三个容置孔204，且这些容置孔204的每一者与另一者等距离。在其他实施例中，更多数量的容置孔204系对称于所述中心点202沿着承载面设置并容置有所述支撑结构。
返参考图1，这些容置孔128的每一者容置有用于支撑待处理晶圆的一支撑结构180。在一实施例中，这些支撑结构180具有大致上相同的尺寸及相同材质，以至于当放置于容置孔128中时，这些支撑结构180相对于承载面122维持在一致的高度。再参考图2，在一实施例中，承载面122安装有三个支撑结构206。在其他实施例中，更多数量的支撑结构可被使用。
图3系根据图1的局部放大图，显示一支撑结构300安装于承载部320的容置孔340的剖面。支撑结构300的一部分略高于承载面360。一晶圆或基板380的一底面由支撑结构300的凸出部分支撑，使晶圆或基板与承载面360之间具有一空隙390。当支撑结构300维持在一致的高度，晶圆可平整地放置在承载面360上且不与承载面360触碰。如前述，容置孔340是以一角度由承载面360处向下延伸并终止于一深度。容置孔340具有一第一区段342及一第二区段344，第一区段342靠近承载面360且具有一连续变化的纵向深度，第二区段344自第一区段342以一角度向下延伸。如图3所示，第一区段342沿着一横向延伸的一宽度大于第二区段344的一宽度，第一区段342沿着一纵向延伸的一深度小于第二区段344的深度。定义第一区段342的壁面与定义第二区段344的壁面平行。第一区段342的容积小于第二区段344的容积。虽未显示，容置孔340可为圆形柱孔或方形柱孔。第一区段342及第二区段344可为相同或不同的形状的柱孔。在其他实施例中，更多或更少的区段可被包含在所述容置孔中。在其他实施例中，有关所述容置孔的其他宽度及深度或其他容积比例的选择可被考虑。
支撑结构300包含一本体，本体具有一第一表面302及一第二表面304，本体延伸于第一表面302与第二表面304之间。本体的延伸方向定义该支撑结构300的一方向轴。可替代地，本体第一表面302的中心与第二表面304的中心定义一方向轴，且方向轴与第一表面302的法线(即与表面垂直的方向)并非平行。如图3所示，支撑结构300定义一方向轴O，其大致上与本体的延伸方向平行。如图3所示，方向轴O大致上通过第二表面304的中心并与第二表面304垂直。方向轴O大致上通过第一表面302的中心并与第一表面(302)的法线方向不为平行。第一表面302与第二表面304不为平行。第一表面302系相对第二表面304倾斜。当安装时，支撑结构300的第一表面302平行于承载面360，而第二表面304相对于承载面360倾斜。此时，支撑结构300的方向轴O与承载面360的法线方向不为平行。
本发明支撑结构的本体的延伸定义所述方向轴，其与本体的第一表面或承载面定义一夹角。如图3所示方向轴O与第一表面302或承载面360之间存在一夹角A。更具体而言，该夹角A是由该方向轴O及支撑结构第一表面302上的一对称线所定义。如图4为一立体俯视图，显示本发明支撑结构400插入至所述容置孔中并以第一表面402暴露在外。如图所示，根据支撑结构的对称性400，可在第一表面402定义一对称线S。意即，根据该对称线S，支撑结构400的剖面为对称。所述夹角A由支撑结构400的方向轴O及支撑结构400的对称线S所定义。可替代地，方向轴O与方向轴O在第一表面302上的一投影分量可定义所述夹角A。像是如图3的安装状态，支撑结构300的方向轴O与方向轴O在第一表面302上的垂直投影分量定义所述夹角A。在一实施例中，所述夹角A是介于15至45度间的范围。在其他实施例中，所述夹角A是介于105至135度的范围。本发明夹角A的数值可反映本发明支撑结构相对于所述承载面的倾斜程度。
返参考图3，本发明支撑结构300还包含一隆起部(306)，其形成于第一表面302。隆起部306系配置以提供与晶圆380的接触，使晶圆被抬离承载面360之上。本发明支撑结构(包含所述隆起部)的材料可为陶瓷。在其他实施例中，支撑结构本体与所述隆起部可为不同材质。
续参考图3，支撑结构300具有一帽部307及一延伸部308。延伸部308自帽部307倾斜向下延伸。帽部307及延伸部308具有恰当的形状及尺寸以便符合地放置于容置孔340中并大致上填满第一区段342及第二区段344。帽部307包含该第一表面302，延伸部308包含该第二表面304，帽部307的一径向尺寸大于延伸部305的一径向尺寸。如图示，帽部307具有相对大于延伸部308一宽度，当被安装时，帽部307坐在定义第一区段342及第二区段344的一肩部上而不会进入第二区段344。延伸部308进入容置孔340的第二区段344并适当地与定义第二区段344的壁面接触，以防止支撑结构300易于脱出容置孔340。如图示，一般而言，容置孔340的第二区段344的深度远大于支撑结构300的延伸部308的预定长度。此作法可在容置孔中预留空间，避免支撑结构的延伸部因误差而抵触底部结构。本发明支撑结构的帽部具有一连续变化的厚度。如图3所示，帽部307具有一连续变化的厚度，其在第一表面302和延伸部308之间延伸。经安装的支撑结构300，延一水平方向，像是沿着第三图的一水平方向或沿着第四图的对称线S方向，其帽部307的厚度由厚变化至薄。所述变化程度可反映经安装支撑结构的倾斜程度。如图标，经安装的支撑结构300的帽部307与周围壁面之间有间隙，而延伸部308与周围壁面几乎完全接触。
返参考图1，承载盘100还提供有一加热手段，例如已知手段包含将一或多个加热单元129埋入承载部120的厚度中且与容置孔128保持适当距离。加热单元129可以是加热线圈或其他电阻式加热组件并由一功率供应来控制。经热传导，承载盘100的温度增加以执行半导体处理设备的热处理。在热处理的过程中，晶圆底面与支撑结构隆起部的接触可能因为物理或化学反应而产生黏着。当经处理的晶圆从承载盘上抬起时，拉力会一并迫使支撑结构从容置孔中脱出。本发明倾斜式的设计增加了支撑结构在纵向上的摩擦力。如图3所示，支撑结构300的延伸部308的外侧面几乎完全接触定义容置孔340的壁面，而当所述拉力与两者的接触面之间具有一夹角(因倾斜配置)，则接触面产生的摩擦力相较于所述拉力与接触面平行的状况增加，使支撑结构300更难脱出容置孔128。采用本发明支撑结构及承载盘可解决习知技术存在的问题，并提高晶圆产品的良率。
图5及图6为本发明支撑结构的一实施例，其中图5为支撑结构的剖面图，其是根据支撑结构的一对称线(对应第四图的对称线S)；图6为支撑结构的俯视图，显示支撑结构的顶面500，对应图3的第一表面302，其为圆形。图7及图8为本发明支撑结构的另一实施例，其中图7显示类似的剖面结构，图8显示支撑结构的顶面520可为多边形。在其他实施例中，支撑结构的顶面(即支撑面)可有更多的选择。虽未显示，所述支撑结构的延伸部可为圆形柱或是方形柱。
虽然为了清楚了解已经用某些细节来描述前述本发明，吾人将了解在申请专利范围内可实施特定变更与修改。因此，以上实施例仅用于说明，并不设限，并且本发明并不受限于此处说明的细节，但是可在附加之申请专利范围的领域及等同者下进行修改。

Claims (7)

1.一种用于晶圆承载盘之支撑结构，所述晶圆承载盘的一晶圆承载面定义有用于容置所述支撑结构之一孔，所述支撑结构包含：
一本体，具有一第一表面及一第二表面，该本体延伸于该第一表面与该第二表面之间，其中该第一表面具有一隆起部，其特征在于：
该第一表面的中心与该第二表面的中心定义一方向轴，且该方向轴与该第一表面的法线并非平行，该支撑结构配置成当容置于所述晶圆承载盘时该第一表面与该晶圆承载面平行，该本体具有一帽部及一延伸部，该延伸部自该帽部延伸，该帽部包含该第一表面，该延伸部包含该第二表面，该帽部的一径向尺寸大于该延伸部的一径向尺寸。
2.如权利要求1所述的支撑结构，其特征在于：所述本体之延伸定义该方向轴，该方向轴与该方向轴在该第一表面上的垂直投影分量定义一夹角，该夹角介于15至45度。
3.如权利要求1所述的支撑结构，其特征在于：该本体的帽部具有一连续变化之厚度。
4.一种晶圆承载盘，适用于晶圆处理装置，所述晶圆承载盘包含：
一承载面，定义有复数个容置孔，每一容置孔容置有用于支撑晶圆的一支撑结构，其中该支撑结构包含一本体，该本体具有一第一表面及一第二表面，该本体延伸于该第一表面与该第二表面之间，其特征在于：
该支撑结构的本体的第一表面具有一隆起部，该第一表面的中心与该第二表面的中心定义一方向轴，且该方向轴与该承载面的法线并非平行；
该复数个容置孔的每一者自该晶圆承载面向内倾斜延伸，使容置的支撑结构的第一表面与该晶圆承载面平行；
该本体具有一帽部及一延伸部，该延伸部自该帽部延伸，该延伸部包含该第二表面，该帽部包含该第一表面，该帽部的一径向尺寸大于该延伸部的一径向尺寸。
5.如权利要求4所述的晶圆承载盘，其特征在于：其中所述容置孔包含一第一区段及一第二区段，该第二区段自该第一区段延伸，该第一区段容置该支撑结构的帽部，该第二区段容置该支撑结构的延伸部。
6.如权利要求5所述的晶圆承载盘，其特征在于：其中所述容置孔的第一区段具有一连续变化之深度。
7.如权利要求4所述的晶圆承载盘，其特征在于：其中该复数个容置孔系以对称方式沿着该晶圆承载面而排列。
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