CN108004525B - 托盘、反应腔室、半导体加工设备 - Google Patents

托盘、反应腔室、半导体加工设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种托盘、反应腔室、半导体加工设备，属于半导体加工技术领域，其可解决现有技术中基片容易出现位置偏差的问题。本发明的托盘，包括托盘本体，所述托盘本体上设置有凹部；预设所述托盘本体的上表面的围绕所述凹部的区域为第一承载位；所述第一承载位用于承载基片；所述凹部用于容纳在放置基片时基片与所述第一承载位之间的气体。

Description

托盘、反应腔室、半导体加工设备
技术领域
本发明属于半导体加工技术领域，具体涉及一种托盘、反应腔室、半导体加工设备。
背景技术
化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，简称CVD)方法，是一种利用不同气体在高温下相互反应来制备外延薄膜层的方法，一般通过CVD设备在单晶衬底(基片)上生长一层与衬底晶向相同的单晶层，即进行外延生长。
在整个外延生长的过程中，基片必须严格处于某个特定的凹槽限定范围内，这是因为超出凹槽范围都会影响外延生长结果，因此，外延设备在整个传片过程中都有严格的基片校中及定位设施。外延设备在将基片从基片放置盒(LPA)中取出后，会将基片放置在对准器(Aligner)上进行校中，然后将基片传输到吹扫腔室(LL)进行N2吹扫，在上述过程中，均采用机械手对基片S进行传输。
如图1和图2所示，在现有技术中，一般硅外延设备均兼容第一尺寸的基片(例如，6inch)和第二尺寸的基片(例如，8inch)。具体的，托盘1包括托盘本体11，托盘本体11包括凹部，凹部内形成有至少一层台阶12，每层台阶12用于承载对应尺寸的基片S；托盘本体11还包括有一个开口13，开口13用于在机械手取放基片S时，向机械手提供足够的取片空间。
请参照图3，第二尺寸的基片S放置在由上至下的第一个台阶12的台阶面，该台阶12的直径比该基片S的直径略大，是为了在保证在可容纳该基片S的同时，该台阶12的侧壁还能够限制基片S的移动；因此，基本上该台阶12的整个台阶面用于承载基片S。
但在实际应用中发现，当机械手将基片S放到托盘上后，基片S的位置容易出现偏差，从而导致机械手传片失败，影响机台的产能。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种能够避免因基片和托盘表面之间的气膜导致的基片的位置出现偏差的问题，从而避免机械手传片失败的托盘、反应腔室、半导体加工设备。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种托盘，包括托盘本体，所述托盘本体上设置有凹部；预设所述托盘本体的上表面的围绕所述凹部的区域为第一承载位；
所述第一承载位用于承载基片；所述凹部用于容纳在放置基片时基片与所述第一承载位之间的气体。
其中，所述凹部的中心区域形成有至少一层台阶，每层所述台阶的台阶面的内沿区域作为第二承载位，位于所述第二承载位上的基片的侧壁与所述凹部的侧壁之间存在预设间隙，所述预设间隙用于将在放置基片时基片与所述第二承载位之间的气体导出。
其中，所述预设间隙的宽度为小于等于17.5mm。
其中，在每层所述台阶的台阶面的外沿区域内设置有排气槽。
其中，所述排气槽设置在所述外沿区域的靠近所述内沿区域的位置处，且沿所述内沿区域的周向设置。
其中，所述排气槽的深度大于0.5mm。
其中，所述排气槽在所述外沿区域内的面积比例大于5.7％。
其中，所述托盘本体上还设置有与所述凹部相连通的开口。
作为另一技术方案，本发明还提供一种反应腔室，包括上述任意一项所述的托盘。
作为另一技术方案，本发明还提供一种半导体加工设备，包括上述的反应腔室。
本发明的托盘、反应腔室、半导体加工设备中，该托盘包括托盘本体，托盘本体上设置有凹部，预设托盘本体的上表面的围绕凹部的区域为第一承载位，第一承载位用于承载基片，凹部用于容纳在放置基片时基片与第一承载位之间的气体，也就是说，在基片从机械手放置在托盘上的过程中，基片与托盘的接触面之间会逐渐形成气膜，由于挤压作用气膜内的空气会向两侧流出，向托盘本体的的上表面周侧流出的气体可以直接排入大气中，而通过使基片与托盘的接触面积保持在一个较小的区域内，并借助凹部容纳在放置基片时流向托盘本体中心区域的气体，也能够使该部分气体很顺利的排入到大气之中。
附图说明
图1为现有的托盘的俯视图；
图2为沿图1中的AA线的截面图；
图3为2的放大示意图；
图4为本发明的实施例1的托盘的结构示意图；
图5为沿图4中的BB线的截面放置基片的一种示意图；
图6为沿图4中的BB线的截面放置基片的另一种示意图；
图7为现有技术中基片与托盘的接触面积的示意图；
图8为本发明实施例1中基片与托盘的接触面积的示意图；
图9为沿图4中的BB线的截面放置基片的另一种示意图；
其中，附图标记为：S、基片；1、托盘；11、托盘本体；12、台阶；121、内沿区域；122、外沿区域；13、开口；14、托盘本体的上表面；15、排气槽。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
在对本发明提供的托盘进行描述之前，首先对现有技术中存在问题的原因进行分析。具体如下：
请参照图3，在实际操作过程中，在基片S被机械手放置在托盘1上对应尺寸的台阶12的台阶面上的过程中，基片S的下表面与本层台阶12的台阶面之间会形成一层很薄的气膜(如图3中箭头所在位置处)，气膜受到挤压后需要从两侧溢出，如图3中的箭头所示，其中，向托盘1内侧(即图3中的右侧)溢出的气流可直接流入下一层台阶12中，进而通过开口4流向大气中；而本层台阶12的直径只比基片S的直径略大一点，也即，基片S与本层台阶12的侧壁之间的缝隙很小，本层台阶12的侧壁仅用于限定基片S的位置，因此，向托盘1外侧(即图3中的左侧)溢出的气流会受到台阶12的侧壁阻挡，因此，无法在短时间内溢出，这使得当基片S脱离机械手时，基片S与本层台阶12的台阶面之间仍存在一部分气膜，且基片S与本层台阶12之间的接触面积较大(8inch硅片的接触宽度约为25mm)，导致气膜的面积较大，因此，此时，当托盘1稍微有一点倾斜时，由于气膜的存在，基片S与托盘1之间无法形成有效的摩擦阻力，基片S便会在对应的台阶12内发生移动，从而改变基片S在后续工艺中放置的位置，进而导致传片失败。
实施例1：
请参照图4至图9，为解决现有技术中的上述问题，本实施例提供一种托盘1，包括托盘本体11，托盘本体11上设置有凹部；预设托盘本体的上表面14的围绕凹部的区域为第一承载位；第一承载位用于承载基片S；凹部用于容纳在放置基片S时基片S与第一承载位之间的气体。
具体请参照图5，由于托盘本体11上形成有凹部，因此，托盘本体的上表面14必然高于凹部中的底面，当使用的基片S的尺寸较大(如8inch)时，凹部中的底面无法承载该较大尺寸的基片S，此时，可使用环绕凹部的托盘本体的上表面14承载该较大尺寸的基片S，即托盘本体的上表面14即为第一承载位。
可以理解，由于图5中的基片S的左侧没有阻挡，从而能使基片S下方的气膜朝向左侧方向流动不会受到阻碍，能够很顺利得排入到大气之中；而基片S下方的气膜朝向右侧方向流动可以流向凹部内，因此，本实施例提供的托盘可以保证该基片在一些微小倾斜的情况下不会发生偏移，相较于现有技术，本实施例的托盘在确保基片S的稳定性的基础上，还能使托盘兼容的基片S数量加1。
可以理解的是，为了能够增加机械手放置基片S时的准确度，托盘本体11的直径仅稍大于放置在第一承载位上的基片S的直径即可，在此不再赘述。
其中，凹部的中心区域形成有至少一层台阶12，每层台阶12的台阶面的内沿区域121作为第二承载位，位于第二承载位上的基片S的侧壁与凹部的侧壁之间存在预设间隙，预设间隙用于将在放置基片S时基片S与第二承载位之间的气体导出。
本实施例的托盘相对现有技术而言，增宽了基片S与凹部的侧壁之间的间隙，也即增宽了向凹部的侧壁方向流动的气流的溢出通道，也就减小了凹部的侧壁对该气流的阻碍作用，从而能够使得该气流快速地排入到大气之中，这样，由于基片S和与之对应的台阶12的台阶面之间没有了气膜的存在，因此，依靠基片S与台阶12的台阶面之间的摩擦力，足以在一些微小倾斜的情况下保持基片S的固定。
从图6中可以看出，每层台阶12的台阶面被划分为内沿区域121和外沿区域122，内沿区域121作为第二承载位用于承载基片S，也就是说，内沿区域121的面积即为基片S与托盘本体11的接触面积；外沿区域122为靠近凹部的侧壁的区域，由于内沿区域121用于承载基片S，因此，基片S的侧壁与凹部的侧壁之间存在的预设间隙实际上即为该层台阶12的外沿区域122的截面宽度。
请参照图7和图8，在现有技术的托盘中，6inch基片S与台阶的接触的截面宽度S1为(D6-D5)/2，其中，D6为6inch基片S的直径，D5为5inch基片S的直径；而在本申请中，6inch基片S与台阶的接触的截面宽度S2为(D6-D5)/2-L，其中，L为预设间隙的截面宽度，因此，S2小于S1，即本申请中基片与台阶的接触面积相较于现有技术中基片与台阶的接触面积明显减小，从而减小了产生的气膜的面积。
其中，预设间隙的宽度小于等于17.5mm。
当然，预设间隙的宽度并不局限于此，还可以根据实际情况进行设置，在此不再赘述。当然，在台阶12的台阶面的宽度固定，且台阶12的内沿区域121能够承载基片S并保证基片S与台阶12的台阶面之间的摩擦力足以固定基片S的情况下，预设间隙的宽度越大越好。
优选地，在每层台阶12的台阶面的外沿区域122内设置有排气槽15。
从图6中可以看出，排气槽15位于基片S的侧壁与台阶12的侧壁之间的预设间隙(即外沿区域122)中，之所以设置排气槽15，是为了在台阶12上放置基片S时，能够利用排气槽15加快基片S与台阶面之间存在的部分气体导出。
优选地，排气槽15设置在外沿区域122的靠近内沿区域121的位置处，且沿内沿区域121的周向设置。之所以如此设置，是为了提高排气槽15的排气效率。
优选地，排气槽15的深度大于0.5mm。
之所以如此设置，是为了提高排气槽15的排气效率。当然，排气槽15的深度并不局限于此，只要能够实现加速基片S与台阶12的上阶面之间的空气从预设间隙中排出即可，在此不再赘述。
优选地，排气槽15在纵截面上的形状为三角形或四边形。当然，排气槽15在纵截面上的形状并不局限于此，还可以采用半圆形等其他形状，只要能够实现加速基片S与台阶12的上阶面之间的空气从预设间隙中排出即可，在此不再赘述。
优选地，排气槽15在外沿区域122内的面积比例大于5.7％。
之所以如此设置，是为了提高排气槽15的排气效率。一般来说，排气槽15的宽度至少为1mm，当预设间隙等于17.5mm时，排气槽15在外沿区域122内的面积比例为5.7％，随着台阶12的直径减小，若排气槽15的宽度仍保持1mm，则排气槽15在外沿区域122内的面积比例将有所增加。可以理解的是，当排气槽15在外沿区域122内的面积为100％时，说明整个外沿区域122都是一个凹槽，相对于内沿区域121来说，外沿区域122的表面低于内沿区域121的表面。当然，排气槽15在外沿区域122内的面积并不局限于此，还可以根据实际情况进行设置，在此不再赘述。
优选地，托盘本体11上还设置有与凹部相连通的开口13。
其参照图4，托盘本体11上设置有开口13，开口13用于在机械手取放基片S时，向机械手提供足够的取片空间，以供机械手可以进行上下移动；而且，开口13与凹部相连通，也就是说，当基片S放置在托盘本体11上时，通过流向凹部内的气流最终可通过该开口13流入至大气中，这样，可以使凹部中的气流排出大气中，从而能够进一步避免基片发生偏移。
当然，本实施例提供的托盘并不止适用于上述两种尺寸的基片S，还可用于较小尺寸(如5inch)的基片S，请参照图9，当机械手将基片S放置在托盘本体11上时，其排气原理与6inch基片S相似，在此不再赘述。
可以理解的是，凹部内台阶12的层数可根据实际情况进行设置，由于放置最小尺寸的基片时，该层台阶12是与开口13连接的，因此，气体可以直接从开口13排出，不需要在该层台阶12下方再设置一层台阶12，故台阶12的层数与可放置的不同尺寸的基片S的数量少一层即可，例如，若需放置三种尺寸的基片S，凹部内设置两层台阶12即可，此时，两层台阶12可放置两种尺寸的基片S，托盘本体的上表面14还可以放置第三种尺寸的基片S。
本市实力提供的托盘，包括托盘本体11，托盘本体11上设置有凹部；预设托盘本体的上表面14的围绕凹部的区域为第一承载位；第一承载位用于承载基片S；凹部用于容纳在放置基片S时基片S与第一承载位之间的气体，也就是说，在基片S从机械手放置在托盘1上的过程中，基片S与托盘1的接触面之间会逐渐形成气膜，由于挤压作用气膜内的空气会向两侧流出，向托盘本体的的上表面14周侧流出的气体可以直接排入大气中，而通过使基片S与托盘1的接触面积保持在一个较小的区域内，并借助凹部容纳在放置基片S时流向托盘本体11中心区域的气体，也能够使该部分气体很顺利的排入到大气之中。
实施例2：
本实施例提供一种反应腔室，包括实施例1的托盘。
本实施例的反应腔室，包括实施例1的托盘，该托盘能够在基片S从机械手放置在托盘1上的过程中，基片S与托盘1的接触面之间会逐渐形成气膜，由于挤压作用气膜内的空气会向两侧流出，向托盘本体的的上表面14周侧流出的气体可以直接排入大气中，而通过使基片S与托盘1的接触面积保持在一个较小的区域内，并借助凹部容纳在放置基片S时流向托盘本体11中心区域的气体，也能够使该部分气体很顺利的排入到大气之中。
实施例3：
本实施例提供一种半导体加工设备，包括实施例2的反应腔室。
本实施例的半导体加工设备，包括实施例2的反应腔室，其中的托盘能够在基片S从机械手放置在托盘1上的过程中，基片S与托盘1的接触面之间会逐渐形成气膜，由于挤压作用气膜内的空气会向两侧流出，向托盘本体的的上表面14周侧流出的气体可以直接排入大气中，而通过使基片S与托盘1的接触面积保持在一个较小的区域内，并借助凹部容纳在放置基片S时流向托盘本体11中心区域的气体，也能够使该部分气体很顺利的排入到大气之中。
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，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，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，包括托盘本体，其特征在于，所述托盘本体上设置有凹部；预设所述托盘本体的上表面的围绕所述凹部的区域为第一承载位；
所述第一承载位用于承载基片；所述凹部用于容纳在放置基片时基片与所述第一承载位之间的气体，以使所述气体排入到大气之中；
所述凹部的中心区域形成有至少一层台阶，每层所述台阶的台阶面的内沿区域作为第二承载位，位于所述第二承载位上的基片的侧壁与所述凹部的侧壁之间存在预设间隙，所述预设间隙用于将在放置基片时基片与所述第二承载位之间的气体导出。
2.根据权利要求1所述的托盘，其特征在于，所述预设间隙的宽度为小于等于17.5mm。
3.根据权利要求1所述的托盘，其特征在于，在每层所述台阶的台阶面的外沿区域内设置有排气槽。
4.根据权利要求3所述的托盘，其特征在于，所述排气槽设置在所述外沿区域的靠近所述内沿区域的位置处，且沿所述内沿区域的周向设置。
5.根据权利要求3所述的托盘，其特征在于，所述排气槽的深度大于0.5mm。
6.根据权利要求3所述的托盘，其特征在于，所述排气槽在所述外沿区域内的面积比例大于5.7％。
7.根据权利要求1所述的托盘，其特征在于，所述托盘本体上还设置有与所述凹部相连通的开口。
8.一种反应腔室，其特征在于，包括权利要求1至7中任意一项所述的托盘。
9.一种半导体加工设备，其特征在于，包括权利要求8所述的反应腔室。
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