CN111312637B - 一种晶片承载装置和立式扩散炉 - Google Patents

一种晶片承载装置和立式扩散炉 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种晶片承载装置，包括顶板、底板和多根承载柱，所述多根承载柱设置在所述顶板和所述底板之间，以将所述顶板和所述底板固定连接，多个所述承载柱用于承载晶片，其特征在于，所述晶片承载装置还包括至少一个固定片，所述固定片固定设置在所述顶板与所述底板之间，且所述固定片位于所述承载柱的端部。固定片能维持承载柱晶片槽中装载的晶片附近气流场、温度场的稳定性，并且固定片不需要与晶片一同装卸，从而提高了晶片的装载效率，在同等晶片装卸时间要求下，允许同一个晶片承载装置中承载更多的晶片，提高了晶片加工制造的产能。并且，固定片不必随晶片装卸，降低了装置的维护成本。本发明还提供一种立式扩散炉。

Description

一种晶片承载装置和立式扩散炉
技术领域
本发明涉及半导体设备领域，具体地，涉及一种晶片承载装置和一种包括该晶片承载装置的立式扩散炉。
背景技术
随着集成电路制造业的快速发展，芯片的集成度越来越高，相关器件的尺寸也随之不断减小，新工艺的发展对工艺设备的各项功能指标的要求也越来越严格。
在相关技术中，晶片在加热、降温等过程中通常需要由舟(Boat)结构承载，在不同工艺之间也需要对舟上的晶片进行逐一装卸，该装卸过程通常需消耗大量时间，因此，舟结构的优化对提升微电子工艺的效率具有至关重要的意义。
发明内容
本发明提供一种晶片承载装置和一种包括该晶片承载装置的立式扩散炉，所述晶片承载装置上晶片的装卸效率高且维护成本低。
为实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供一种晶片承载装置，所述晶片承载装置包括顶板、底板和多根承载柱，所述多根承载柱设置在所述顶板和所述底板之间，以将所述顶板和所述底板固定连接，多个所述承载柱用于承载晶片，所述晶片承载装置还包括至少一个固定片，所述固定片固定设置在所述顶板与所述底板之间，且所述固定片位于所述承载柱的端部。
优选地，所述承载柱的两个端部均设置有多个所述固定片，位于所述承载柱任意一个端部的多个所述固定片沿所述承载柱的高度方向间隔设置。
可选地，位于所述承载柱任意一个端部的多个所述固定片之间的间隔距离为0.5-10mm。
优选地，所述固定片的材质为石英和/或碳化硅。
优选地，所述固定片与所述承载柱焊接连接。
优选地，所述固定片为圆形板。
优选地，所述顶板为圆形板。
可选地，所述固定片的厚度为0.5-10mm。
可选地，所述承载柱的数量为3至5根。
作为本发明的第二个方面，提供一种立式扩散炉，包括前面所述的晶片承载装置。
在本发明提供的晶片承载装置和立式扩散炉中，固定片能够维持承载柱晶片槽中装载的晶片附近气流场、温度场的稳定性，且固定片不需要与晶片一同装卸，从而提高了晶片的装载效率。并且，在同等晶片装卸时间要求下，同一个晶片承载装置中可以承载更多的晶片，从而提高了晶片加工制造的产能。并且，固定片不必随晶片一同装卸，
能够避免固定片破损，降低了装置的维护成本。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是相关技术中晶片承载装置的结构示意图；
图2是图1所示晶片承载装置的剖面图；
图3是图1所示晶片承载装置的俯视图；
图4是图1所示晶片承载装置的立体结构示意图；
图5是本发明实施例提供的晶片承载装置的结构示意图；
图6是本发明实施例提供的晶片承载装置的剖面图；
图7是本发明实施例提供的晶片承载装置的俯视图；
图8是本发明实施例提供的晶片承载装置的立体结构示意图。
附图标记说明
10：顶板 20：底板
30：承载柱 40：固定片
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
如图1至图4所示，在相关技术中，用于承载晶片的舟结构通常由顶板10、底板20和多根承载柱30组成，承载柱30上形成有用于容纳晶片的晶片槽，多根承载柱30上的晶片槽沿承载柱30的高度方向(即图中上下方向)分布，且当晶片水平插入承载柱30之间时，晶片不同方位的边缘能够分别插入多根承载柱30上位于同一高度的晶片槽中，从而实现晶片的定位。
晶片在舟中沿高度方向彼此间隔设置后，中间区域(即图中L0部分)的晶片的气流场和温度场相对较为稳定，能够实现均匀的晶片加工工艺，然而顶部区域(即图中L1部分)和底部区域(即图中L2部分)的晶片常出现气流场、温度场紊乱的问题。
因此，为了防止顶部区域(L1)和底部区域(L2)晶片的浪费，相关技术中通常在顶部区域(L1)和底部区域(L2)设置多个挡片(Dummy Wafer)，通过挡片维持中间区域(L0)的气流场、温度场的稳定性，并在中间区域(L0)设置待加工的晶片或测试用晶片。
然而，本发明的发明人发现，在采用挡片代替顶部区域、底部区域晶片的方案中，每次对放置晶片以及将晶片由舟中取出时，同样需要对挡片进行相同的装卸步骤，即在工艺过程中增加了多余的传片、取片时间，降低了晶片加工制造的产能(WPH，Wafer PerHour)。
为解决上述问题，作为本发明的一个方面，提供一种晶片承载装置，该晶片承载装置包括顶板10、底板20和多根承载柱30，所述多根承载柱30设置在顶板10和底板20之间，以将顶板10和底板20固定连接，多个承载柱30用于承载晶片。
所述晶片承载装置还包括至少一个固定片40，固定片40固定设置在顶板10与底板20之间，且固定片40位于承载柱30的端部(即图中L4所示区域)。
在本发明实施例提供的晶片承载装置(也可以被称作舟)中，承载柱30的端部(L4)固定设置有固定片40，固定片40能够维持承载柱30晶片槽中装载的晶片附近气流场、温度场的稳定性，并且固定片40与承载柱30固定设置，不需要与晶片一同装卸，从而提高了晶片承载装置(舟)中晶片的装载效率，进而提高了晶片加工制造的产能。
并且，在半导体领域，工艺之间的冷却时间对晶片影响较大，为避免晶片装卸过程中冷却时间过长影响晶片质量，通常需要严格控制晶片装卸时间。而在本发明中，采用固定片40代替挡片，不仅提高了晶片装卸的速率，还能够在同等晶片装卸时间要求下，允许同一个晶片承载装置(舟)中承载更多的晶片，从而进一步提高晶片加工制造的产能。
此外，在本发明中，固定片40始终固定在承载柱30上，不必随晶片装卸，因此不会因装卸产生破损，从而降低了装置的维护成本。
优选地，在本发明中，固定片40不参与工艺反应，仅用于影响气流场和温度场。并且，为提高晶片所处气流场和温度场的稳定性，优选地，固定片40的材质可以是比热容与晶片相近的材料。作为本发明的一种优选实施方式，固定片40的材质为石英(SiO2)和/或碳化硅(SiC)。
在进行升温、降温工艺时，热量的传播以及气流的流动与材料的比热容息息相关，当固定片40的材质采用与晶片相近的石英、碳化硅等材质时，热量由固定片40向晶片传播的速率与热量在晶片之间传播的速率相近，并且气流在流经固定片40表面时的速率也与流经晶片表面时的速率相近，从而使得晶片所处的气流场以及温度场更加稳定。
本发明对固定片40的设置数量不作具体限定，例如，为保证晶片所处的气流场、温度场的稳定性，优选地，承载柱30的两个端部(L4)均设置有多个固定片40，位于承载柱30任意一个端部的多个固定片40沿所述承载柱的高度方向间隔设置。
本发明对承载柱30同一端设置的固定片40之间的间隔距离不作具体限定，例如，可选地，位于承载柱30任意一个端部的多个固定片40之间的间隔距离为0.5-10mm。在本领域通用的舟结构中，晶片的厚度通常设置为0.5-10mm。而在本发明中，优选设置固定片40之间的间隔距离以及晶片之间的间隔距离均与晶片的厚度相近，即0.5-10mm，从而在升温、降温工艺中，使热量由固定片40向晶片传播的速率与热量在晶片之间传播的速率相近，进而提高了工艺效果。
本发明对承载柱30的材料不作具体限定，例如，为提高晶片所处气流场和温度场的稳定性，承载柱30的材料也可以是碳化硅。
本发明对固定片40如何与承载柱30固定连接不作具体限定，例如，可以通过紧固件连接的方式将固定片40与承载柱30固定连接，所述紧固件连接包括但不限于螺钉连接、螺栓螺母连接、铆钉连接、销钉连接、卡扣连接，等等；还可以通过过盈配合的方式使固定片40在多根承载柱30之间夹紧，例如，可以通过承载柱30在顶板10和底板20上连接位置的调整，使得多根承载柱30所围成的区域面积小于固定片40的面积，从而使得多根承载柱30对插入的固定片40施加预紧力；还可以通过具有粘性的耐高温材料将固定片40粘结在承载柱30上；或者也可以通过固定片40上的形状、结构与多根承载柱30进行配合固定，例如，固定片40上形成有与每一根承载柱30对应的缺口，当固定片40卡入多根承载柱30之间时，每一根承载柱30均进入固定片40上相应的缺口中，并且每一根承载柱30上均形成有台阶等高度定位结构，以实现固定片40高度的定位。
为提高晶片承载装置的整体结构强度，优选地，固定片40与承载柱30通过焊接方式连接，具体地，可以是将加热至熔化的金属材料设置在固定片40与承载柱30的连接位置处，并使金属材料冷却凝固，从而通过冷却后的金属材料将固定片40与承载柱30固定在一起。
本发明对固定片40的形状不作具体限定，例如，固定片40的形状可以是圆环、三角形、方形等形状。为提高晶片所处的气流场和温度场的稳定性，优选地，固定片40为圆形板。在本发明实施例中，固定片40的形状为圆形，其形状与晶片形状一致，从而更容易在固定片40与晶片之间形成层流，使整个晶片承载装置中的气流场在加热过程中更加稳定。并且，圆形的固定片40沿承载柱30高度方向以热辐射等形式向晶片传递热量时的传递效果更加均匀，从而能够更好地稳定晶片所处的温度场。
如图7所示，为进一步提高晶片所处的气流场和温度场的稳定性，优选地，顶板10为圆形板。
在相关技术中，如图3、图4所示，为便于实现对晶片承载装置的夹持以及减轻晶片承载装置的整体重量，顶板10通常为圆环形。然而，发明人发现，在升降温过程中，气流会从圆环状的顶板10中间的孔洞穿过并形成涡流，扰乱晶片之间形成的层流，并影响温度场。因此，在此优选实施例中，顶板10为圆形板，其形状与晶片形状一致，更容易在片材之间形成层流，起到稳定气流的作用。并且，圆形的顶板10与圆环形状相比，其沿高度方向热辐射的传递效果更加均匀，能够更好地稳定温度场。
为进一步提高晶片所处的气流场和温度场的稳定性，优选地，底板20也为圆形板。
本发明对固定片40的形状不作具体限定，例如，可选地，固定片40的厚度为0.5-10mm。
在本领域通用的舟结构中，晶片槽的高度多在15mm以下，为了在维持晶片厚度和强度的同时，避免晶片厚度与晶片槽高度过于相近使得晶片的表面在晶片装卸过程中受到剐蹭而破损，晶片的厚度通常设置为0.5-10mm。而在本发明中，优选设置固定片的厚度与晶片相近，即0.5-10mm，从而在升温、降温工艺中，使热量由固定片40向晶片传播的速率与热量在晶片之间传播的速率相近，进而提高了工艺效果。
本发明对承载柱30的数量不作具体限定，例如，可选地，所述晶片承载装置包括3至5根承载柱30。
如图1至4所示，承载柱30通常绕顶板10(或底版20)周向布置，并围成一半圆区域(即承载柱30绕顶板10圆周方向布置的角度小于180°)，晶片由该半圆区域的开口插入，该半圆区域的开口大小通常由两相距最远的承载柱30(即图中左右两承载柱30)之间的距离决定。
优选地，如图8所示，所述晶片承载装置包括3根承载柱30，3根承载柱是能够实现稳定地定位晶片位置的最少承载柱数量，在本发明实施例中，左右两承载柱30控制用于插入晶片的半圆区域开口大小，中间一根承载柱30用于确定晶片的插入深度，从而通过三根承载柱30上的三个晶片槽实现晶片圆形边缘的定位，在确保实现晶片定位的同时，减少了承载柱30的数量，从而减轻了装置整体重量。
为保证晶片安装的稳定性，优选地，如图6所示，中间一根承载柱30上的晶片槽的长度大于左右两承载柱30上晶片槽的长度，且中间一根承载柱30沿晶片槽长度方向的宽度大于左右两承载柱30沿晶片槽长度方向的宽度。
为提高气流场和温度场的稳定性，优选地，固定片40与顶板10(底板20)平行设置。在本发明实施例中，固定片40与顶板10相互平行，从而能够保证固定片40各个位置与顶板10之间的距离相等，进而提高了热量由顶板10(底板20)向固定片40传递的均匀性，并使得气流流过固定片40与顶板10之间的空隙时空隙中各个位置的气流流速一致，进而提高气流场和温度场的稳定性。
为进一步提高气流场和温度场的稳定性，优选地，固定片40之间平行设置。在本发明实施例中，固定片40之间彼此平行设置，从而能够保证两固定片40之间的距离处处相等，提高了热量在固定片40之间传递的均匀性，并使得气流流过固定片40之间的空隙时空隙中各个位置的气流流速一致，进而提高气流场和温度场的稳定性。
优选地，在本发明中，位于不同高度的固定片40的厚度可以不相同，不同厚度的固定片40所辐射或传递的热量也各不相同。可以通过建模模拟温度场分布，调整不同高度的固定片40的厚度，直到实现承载柱30两端部区域(L4)的温度场分布与中间区域的温度场分布相匹配的效果，达到最优的温度场分布，从而提高工艺效果。
优选地，在本发明中，不同位置固定片40之间的间隔距离也可以各不相同，固定片40之间的间隔距离是影响工艺腔室中气流场的重要因素，可以通过调节固定片40之间的间隔距离实现优化气流场。具体地，可以通过建模模拟气流分布，并调节固定片40之间的间隔距离，直到气流的分布达到工艺需求的层流或者湍流(根据工艺类型确定所需的气流场)，从而提高工艺效果。
作为本发明的第二个方面，提供一种立式扩散炉，包括晶片承载装置，所述晶片承载装置为前面实施例中所述的晶片承载装置。
在本发明实施例提供的立式扩散炉中，晶片承载装置中固定设置有固定片40，其能够维持承载柱30晶片槽中装载的晶片附近气流场、温度场的稳定性，并且固定片40与承载柱30固定设置，不需要与晶片一同装卸，从而提高了晶片承载装置中晶片的装载效率。并且，采用固定片40代替挡片，还能够在同等时间要求下，允许同一个晶片承载装置中承载更多的晶片，从而提高晶片加工制造的产能。
此外，固定片40始终固定在承载柱30上，不会因装卸产生破损，从而降低了装置的维护成本。
本发明对所述晶片承载装置如何进入所述立式扩散炉并进行升温、降温工艺不作具体限定，例如，可选地，所述立式扩散炉包括炉体和升降装置，所述升降装置用于驱动所述晶片承载装置进入或者推出所述立式扩散炉的炉体。
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)

1.一种晶片承载装置，所述晶片承载装置包括顶板、底板和多根承载柱，所述多根承载柱设置在所述顶板和所述底板之间，以将所述顶板和所述底板固定连接，多个所述承载柱用于承载晶片，其特征在于，所述晶片承载装置还包括至少一个固定片，所述固定片固定设置在所述顶板与所述底板之间，且所述固定片位于所述承载柱的端部；
所述承载柱的两个端部均设置有多个所述固定片，位于所述承载柱任意一个端部的多个所述固定片沿所述承载柱的高度方向间隔设置；
在所述晶片承载装置承载晶片的情况下，所述晶片在所述晶片承载装置中沿高度方向彼此间隔设置；
所述固定片之间的间隔距离以及所述晶片之间的间隔距离均与所述晶片的厚度相近，以在升温、降温工艺中，使热量由所述固定片向所述晶片传播的速率与热量在所述晶片之间传播的速率相近。
2.根据权利要求1所述的晶片承载装置，其特征在于，位于所述承载柱任意一个端部的多个所述固定片之间的间隔距离为0.5-10mm。
3.根据权利要求1所述的晶片承载装置，其特征在于，所述固定片的材质为石英和/或碳化硅。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的晶片承载装置，其特征在于，所述固定片与所述承载柱焊接连接。
5.根据权利要求1至3中任意一项所述的晶片承载装置，其特征在于，所述固定片为圆形板。
6.根据权利要求1至3中任意一项所述的晶片承载装置，其特征在于，所述顶板为圆形板。
7.根据权利要求1至3中任意一项所述的晶片承载装置，其特征在于，所述固定片的厚度为0.5-10mm。
8.根据权利要求1所述的晶片承载装置，其特征在于，所述承载柱的数量为3至5根。
9.一种立式扩散炉，包括晶片承载装置，其特征在于，所述晶片承载装置为权利要求1至8中任意一项所述的晶片承载装置。
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