CN111471982A - 基板载具、基板载具阵列和气相沉积装置及其使用方法 - Google Patents

基板载具、基板载具阵列和气相沉积装置及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供了一种基板载具、基板载具阵列和气相沉积装置及其使用方法，其中，所述基板载具包括：基板载板；第一固定部，设置在所述基板载板的第一表面，用于固定基板；第二固定部，设置在所述基板载板的第二表面，用于固定另一基板，所述第二表面与所述第一表面相对。

Description

基板载具、基板载具阵列和气相沉积装置及其使用方法
技术领域
本发明涉及半导体器件制造技术领域，具体涉及一种基板载具、基板载具阵列和气相沉积装置及其使用方法。
背景技术
在制造半导体器件时，需要采用各种气相沉积工艺在待成膜基板上形成薄膜。现有技术中气相沉积设备存在立式插片的基板载具如图1A所示，其通过基板载板11与卡点12来将基板13固定在基板载具上，一个基板载具只能承载一片基板，限制了半导体器件的产能。且由于重力作用，基板13远离卡点12的上端位置无法紧密贴合基板载板11，从而在基板13与基板载板11之间会出现显著的空隙，这样会导致在基板进行气相沉积工艺时，薄膜不仅会形成在基板的待成膜面，还会形成在基板的侧面甚至是与待成膜面相对的面，从而形成所谓的绕镀，这样会严重影响半导体器件的性能。
为避免该问题，现有技术中还提出了一种水平插片基板载具，如图1B所示，在进行气相沉积工序时，基板15利用其自身重力使得基板15与基板载具14紧密贴合，以防止绕镀。然而该技术方案虽然能够在一定程度上抑制绕镀，但是一个基板载具仍然只能承载一片基板，同样也会限制半导体器件的产能。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种基板载具、基板载具阵列和气相沉积装置及其使用方法，以解决现有技术中受限于基板载具承载能力，半导体器件产能较低的问题。
根据第一方面，本发明实施例提供了一种基板载具，包括：基板载板；第一固定部，设置在所述基板载板的第一表面，用于固定基板；第二固定部，设置在所述基板载板的第二表面，用于固定另一基板，所述第二表面与所述第一表面相对。
可选地，所述第一固定部包括适于取放所述基板的第一开口，所述第二固定部包括适于取放所述另一基板的第二开口，所述第一开口与所述第二开口位于所述基板载具的相同侧面。
可选地，所述第一固定部包括：第一载板，设置在所述基板载板的所述第一表面上，所述第一载板与所述基板载板的外轮廓相同，所述第一载板为中空框架状，所述第一载板在垂直于所述基板载板的方向上与所述基板载板平行重叠设置；第一支撑部，设置在所述第一载板与所述基板载板之间，以使所述第一载板与所述基板载板相互间隔，所述第一支撑部与所述第一载板和所述基板载板之间形成所述第一开口。
可选地，所述第一载板和所述基板载板的外轮廓呈矩形，所述第一支撑部为围绕所述第一载板和所述基板载板的矩形外轮廓的至少一个侧边的侧壁，以在所述第一载板和所述基板载板剩余侧边形成所述第一开口。
可选地，所述第二固定部包括：第二载板，设置在所述基板载板的所述第二表面上，所述第二载板与所述基板载板的外轮廓相同，所述第二载板为中空框架状，所述第二载板在垂直于所述基板载板的方向上与所述基板载板平行重叠设置；第二支撑部，设置在所述第二载板与所述基板载板之间，以使所述第二载板与所述基板载板相互间隔，所述第二支撑部与所述第二载板和所述基板载板之间形成所述第二开口。
可选地，所述第二载板和所述基板载板的外轮廓呈矩形，所述第二支撑部为围绕所述第二载板和所述基板载板的矩形外轮廓的至少一个侧边的侧壁，以在所述第二载板和所述基板载板剩余侧边形成所述第二开口。
可选地，所述第一固定部、所述第二固定部和所述基板载板呈一体状。
可选地，所述基板载板为中空框架状。
根据第二方面，本发明实施例提供了一种基板载具阵列，包括多个上述第一方面中任一项所述的基板载具；其中，多个所述基板载具具有相同外轮廓，多个所述基板载具在同一平面上呈阵列状排列。
可选地，多个所述基板载具在同一平面上以2*n的阵列排列，其中n为大于或等于1的整数；每个所述基板载具的第一固定部和第二固定部分别包括适于取放所述基板的第一开口与适于取放所述另一基板的第二开口，每个所述基板载具的所述第一开口和所述第二开口均设置在所述基板载具阵列的列方向上的两侧。
根据第三方面，本发明实施例提供了一种气相沉积装置，包括多个上述第二方面中任一项所述的基板载具阵列，多个所述基板载具阵列平行重叠间隔设置。
可选地，所述基板载具阵列水平设置。
根据第四方面，本发明实施例提供了一种上述第一方面中任一项所述的基板载具的使用方法，包括：将所述基板放置在所述第一固定部中，所述基板的待处理面朝向的方向与所述基板载板的所述第一表面朝向的方向相同； 将所述另一基板放置在所述第二固定部中，所述另一基板的待处理面朝向的方向与所述基板载板的所述第二表面朝向的方向相同。
根据第五方面，本发明实施例提供了一种上述第三方面中任一项所述的气相沉积装置的使用方法，包括：根据第四方面所述的方法向所述气相沉积装置中的各个所述基板载具放置基板；将交流电的两极分别接在奇数层的基板载具阵列的电极和偶数层的基板载具阵列的电极上。
根据本发明实施例基板载具、基板载具阵列和气相沉积装置及其使用方法，通过设置在基板载板的两个相对表面上的第一固定部和第二固定部，从而能够通过一个基板载具同时承载两块基板，在进行气相沉积工序时，能够同时对这两块基板进行气相沉积，提升半导体器件的生产产能，进而降低半导体器件的生产成本。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
图1A是现有技术中气相沉积设备的立式插片基板载具的示意图；
图1B是现有技术中气相沉积设备的水平插片基板载具的示意图；
图2是根据本发明实施例的基板载具的示意图；
图3是根据本发明另一实施例的基板载具的示意图；
图4A是根据本发明另一实施例的基板载具的立体示意图；
图4B是沿图4A中的基板载具的线A-A的截面图；
图5A是根据本发明实施例的基板载具在进行气相沉积工序时的示意图；
图5B是采用本发明实施例的基板载具完成气相沉积工序后的基板的平面示意图；
图6是根据本发明实施例的基板载具阵列的示意图；
图7A是根据本发明实施例的气相沉积装置的立体示意图；
图7B是沿图7A中的气相沉积装置的线B-B的截面图；
图7C是沿图7A中的气相沉积装置的线C-C的截面图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图2所示，根据本发明实施例的基板载具可以包括基板载板21、第一固定部22和第二固定部23。其中，基板载板21的外轮廓形状与所要承载的基板形状相适应，例如，当所要承载的基板为圆形时，基板载板21的外轮廓形状相应地设计为圆形；当所要承载的基板为矩形时，基板载板21的外轮廓形状相应地也设计为矩形。第一固定部22设置在基板载板21的第一表面，用于固定基板24，第二固定部23设置在基板载板21的第二表面，用于固定另一基板25，基板载板21的第二表面与第一表面相对。第一固定部22和第二固定部23可以采用诸如夹具等装置，只要能够使基板24和基板25保持固定即可。在本实施例中，基板载板21、第一固定部22和第二固定部23可以采用诸如石墨等导电材料制造。
在使用本实施例中的基板载具时，可以将基板24放置在第一固定部22中，使基板24的待处理面朝向的方向与基板载板21的第一表面朝向的方向相同；将基板25放置在第二固定部中，使基板25的待处理面朝向的方向与基板载板21的第二表面朝向的方向相同，即基板24和基板25的待处理面均朝向远离基板载板21的方向。
根据本发明实施的基板载具，通过设置在基板载板的两个相对表面上的第一固定部和第二固定部，从而能够通过一个基板载具同时承载两块基板，在进行气相沉积工序时，能够同时对这两块基板进行气相沉积，提升半导体器件的生产产能，进而降低半导体器件的生产成本。
图3示出了根据本发明另一实施例的基板载具，与图2所示的实施例不同的是，本实施例中基板载板21为中空框架状，从而可以降低基板载具的制造成本以及重量。
在本发明实施例的基板载具中，基板载板21、第一固定部22和第二固定部23可以呈一体状，以使得基板载具更加坚固耐用。本领域技术人员应当理解，基板载板21、第一固定部22和第二固定部23也可以是相互分离的，或部分分离的，例如基板载板21和第一固定部22是一体状的，而与第二固定部23是相互分离的，或者是基板载板21和第二固定部23是一体状的，而与第一固定部22是相互分离的。
需要说明的是，在使用本发明实施例的基板载具进行气相沉积工序时，基板载具不仅可以水平放置，也可以与水平面成一定角度的放置，甚至还可以竖直放置，不管采用何种角度放置，本发明实施例的基板载具均可以同时固定两块基板，从而可以提升半导体器件的生产产能，降低半导体器件的生产成本。
在本发明实施例的一些可选实施方式中，为了方便使得基板放置到第一固定部22和第二固定部23中，或是从第一固定部22和第二固定部23中取出，第一固定部22可以包括适于取放基板的第一开口，第二固定部23可以包括适于取放另一基板的第二开口。为了便于自动化取片或放片，作为一种可选实施方式，第一开口与第二开口位于基板载具的相同侧面。
在本发明实施例的一些可选实施方式中，如图4A和图4B所示，根据本发明实施例的基板载具的第一固定部22可以包括第一载板31和第一支撑部33。其中，第一载板31设置在基板载板21的第一表面上，第一载板31与基板载板21的外轮廓相同，第一载板31为中空框架状，第一载板31在垂直于基板载板21的方向上与基板载板21平行重叠设置；第一支撑部33设置在第一载板31与基板载板21之间，以使第一载板31与基板载板21相互间隔，第一支撑部33与第一载板31和基板载板21之间形成第一开口35。
并且，本发明实施例的基板载具的第二固定部23可以包括第二载板32和第二支撑部34。其中，第二载板32设置在基板载板21的第二表面上，第二载板32与基板载板21的外轮廓相同，第二载板32也为中空框架状，第二载板32在垂直于基板载板21的方向上与基板载板21平行重叠设置；第二支撑部34设置在第二载板32与基板载板21之间，以使第二载板32与基板载板21相互间隔，第二支撑部34与第二载板32和基板载板21之间形成第二开口36。在本实施例中，基板载板21、第一载板31、第二载板32、第一支撑部33和第二支撑部34可以采用诸如石墨等导电材料制造。
在使用本实施方式的基板载具时，将基板24通过开口35，从基板载具的侧面装载入基板载板21、第一载板31和第一支撑部33所形成的容纳空间；将基板25通过开口36，从基板载具的侧面装载入基板载板21、第二载板32和第二支撑部34所形成的容纳空间。在本实施方式中，从开口35放入的基板24的待处理面朝向的方向与基板载板21的第一表面朝向的方向相同，从开口36放入的基板25的待处理面朝向的方向与基板载板21的第二表面朝向的方向相同，即基板24和基板25的待处理面均朝向远离基板载板21的方向。
在本实施方式的基板载具中，当需要对基板进行气相沉积等工序时，由于中空框架状的第一载板31和第二载板32的框架部分遮挡了基板24和基板25的边缘，气体难以在第一载板31与基板载板21以及第二载板32与基板载板21之间的间隙内沉积，从而本实施方式的基板载具与图2、图3所示的实施方式相比，除了在进行气相沉积工序时，能够同时对两块基板进行气相沉积，提升半导体器件的生产产能，进而降低半导体器件的生产成本之外，还可以有效防止绕镀现象的发生。并且，由于气体难以在第一载板31与基板载板21以及第二载板32与基板载板21之间的间隙内沉积，也就难以在基板载板21的第一表面或第二表面上形成薄膜，从而可以避免随着气相沉积工序的不断进行，第一表面或第二表面上形成的薄膜厚度不断增加而造成基板放置不平整而导致的绕镀现象。
在采用根据本发明实施例的基板载具进行气相沉积时，可以平行重叠设置多个基板载具，如图5A所示。图5A中仅示例性地示出了两个平行重叠设置的基板载具41和42，本领域技术人员应当理解，可以根据实际情况重叠设置更多基板载具。相邻两个基板载具41和42分别连接交流电源的两极，该交流电源优选地可以是中频交流电源，例如40KHz的交流电源。在进行气相沉积工序时，基板载具41与基板载具42之间会形成交变电场，在真空环境和高温环境下，基板载具41与基板载具42之间产生等离子体辉光放电，反应气体中原子及基团沉积在基板上，从而完成沉积工艺。
图5B示意性地示出了采用本发明实施例的基板载具完成气相沉积工序后的基板的平面示意图，如图5B所示，通过一次气相沉积工序，平行重叠设置的多个基板载具上的所有基板均完成了气相沉积工序，从而提升了半导体器件的生产产能，降低了半导体器件的生产成本。由于采用了图4A和图4B所示的实施例中的基板载具，通过各个基板载具中框架部分的遮挡，使得气体难以在各个基板载具的载板之间的间隙内沉积，从而使得各个基板43的周边没有形成薄膜44，然而这样并不影响所制造的半导体器件的电学性能，可以在后续工序中裁剪掉未形成有薄膜44的基板43的周边区域。
在本发明实施例的基板载具中，基板载板21、第一载板31、第二载板32、第一支撑部33和第二支撑部34可以呈一体状，以使得基板载具更加坚固耐用。本领域技术人员应当理解，基板载板21、第一载板31、第二载板32、第一支撑部33和第二支撑部34也可以是相互分离的，或部分分离的。
在本实施方式中，第一载板31、第二载板32与基板载板21之间的间隙h越小，第一载板31或第二载板32的框架部分的宽度w越大，可以更有效的抑制气体在第一载板31与基板载板21以及第二载板32与基板载板21之间的间隙内沉积。作为一种可选实施方式，第一载板31、第二载板32与基板载板21之间的间隙h可以在0.5mm至1mm的范围内，第一载板31或第二载板32的中空框架的框架宽度可以在1mm至3mm的范围内。作为另一种可选实施方式，可以增大第一载板31或第二载板32的框架部分的宽度w与第一载板31、第二载板32与基板载板21之间的间隙h的比值来使得气体难以在各个载板之间的间隙内沉积，例如可以使得该比值大于1，更优选地大于2。
在图4A和图4B的示例中，基板载板21采用中空框架状，可以降低基板载具的制造成本以及重量，然而本领域技术人员应当理解，基板载板21也可以为平板状。第一载板31、第二载板32与基板载板21的形状可以相同，也可以不相同，优选地，第一载板31、第二载板32与基板载板21的形状相同，以便于加工制造。
在图4A和图4B的示例中，第一载板31、第二载板32与基板载板21的外轮廓形状为矩形，第一支撑部33和第二支撑部34为围绕第一载板31、第二载板32与基板载板21的外轮廓的三个侧边的侧壁。同样地，本发明并不限于此，第一支撑部33和第二支撑部34也可以位于任一个或任两个侧边的侧壁，并且第一支撑部33和第二支撑部34也并不限于侧壁，也可以采用诸如若干支撑柱等部件，本领域技术人员应当理解，所有能够使得第一载板31、第二载板32与基板载板21之间相互间隔开的部件或其组合均可以作为本发明实施例中的支撑部。
本发明实施例还提供了一种基板载具阵列，如图6所示，该基板载具阵列50包括多个具有相同外轮廓的基板载具51，该基板载具51可以是上文中各个实施例中所描述的基板载具，多个基板载具51在同一平面上呈阵列状排列，例如可以以2*n的阵列排列，即排列成2行n列的阵列，在图6的示例中，基板载具阵列50的列数为4，实际上更多或更少的列数都是可行的，n可以为大于或等于1的整数。
每个基板载具51的第一固定部和第二固定部分别包括适于取放基板的第一开口与第二开口，图6为根据本发明实施例的基板载具阵列的平面示意图，附图标记53所标记的开口实际上包括在垂直于基板载具阵列50的方向上重叠设置的两个开口，每个基板载具51的第一开口和第二开口均设置在基板载具阵列50的列方向上的两侧。附图标记52所标记的基板实际上包括基板载具阵列50的方向上重叠设置的两块基板，两块基板52可以在平行于基板载具阵列50的平面沿图示的箭头方向放入基板载具51的相应两个开口，或从基板载具51的两个开口中取出。
在本发明实施例的基板载具阵列中，由于每个基板载具51的开口53均设置在基板载具阵列50的列方向上的两侧，易于实现自动化放片。例如，放片设备的机械手可以一次抓取2n块基板，从该基板载具阵列的列方向上的一侧将这2n块基板一次性放入对应的基板载具51中，然后对于基板载具阵列的列方向上的另一侧执行相同操作；或是一次抓取4n块基板，从该基板载具阵列的列方向上的两侧将这4n块基板一次性放入对应的基板载具51中。
同样地，在使用本发明实施例的基板载具阵列进行气相沉积工序时，基板载具阵列不仅可以水平放置，也可以与水平面成一定角度的放置，甚至还可以竖直放置，不管采用何种角度放置，本发明实施例的基板载具阵列中的每个基板载具均可以同时固定两块基板，从而可以提升半导体器件的生产产能，降低半导体器件的生产成本。
本发明实施例还提供了一种气相沉积装置，如图7A至图7C所示，该气相沉积装置包括多个基板载具阵列50，多个基板载具阵列50之间平行重叠间隔设置，每个基板载具阵列50上均设置有电极54，用于连接交流电源。
如图7C所示，该气相沉积装置位于中间层的基板载具阵列中的基板载具可以采用上文实施例所描述的基板载具，每个基板载具均固定两块基板，从而可以最大化提升半导体器件的生产产能，进而降低半导体器件的生产成本。在进行气相沉积工序时，将交流电源的两极分别接在奇数层的基板载具阵列的电极和偶数层的基板载具阵列的电极上，从而在奇数层的基板载具61与偶数层的基板载具62之间形成交变电场，在真空环境和高温环境下，奇数层的基板载具61与偶数层的基板载具62之间产生等离子体辉光放电，反应气体中原子及基团沉积在基板63上，从而完成沉积工艺。
同样地，本发明实施例的气相沉积装置中的基板载具阵列不仅可以如图7A至图7C那样水平放置，也可以与水平面成一定角度的放置，甚至还可以竖直放置，不管采用何种角度放置，本发明实施例的基板载具阵列中的每个基板载具均可以同时固定两块基板，从而可以提升半导体器件的生产产能，降低半导体器件的生产成本。
虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (14)

1.一种基板载具，其特征在于，包括：
基板载板；
第一固定部，设置在所述基板载板的第一表面，用于固定基板；
第二固定部，设置在所述基板载板的第二表面，用于固定另一基板，所述第二表面与所述第一表面相对。
2.根据权利要求1所述的基板载具，其特征在于，所述第一固定部包括适于取放所述基板的第一开口，所述第二固定部包括适于取放所述另一基板的第二开口，所述第一开口与所述第二开口位于所述基板载具的相同侧面。
3.根据权利要求2所述的基板载具，其特征在于，所述第一固定部包括：
第一载板，设置在所述基板载板的所述第一表面上，所述第一载板与所述基板载板的外轮廓相同，所述第一载板为中空框架状，所述第一载板在垂直于所述基板载板的方向上与所述基板载板平行重叠设置；
第一支撑部，设置在所述第一载板与所述基板载板之间，以使所述第一载板与所述基板载板相互间隔，所述第一支撑部与所述第一载板和所述基板载板之间形成所述第一开口。
4.根据权利要求3所述的基板载具，其特征在于，所述第一载板和所述基板载板的外轮廓呈矩形，所述第一支撑部为围绕所述第一载板和所述基板载板的矩形外轮廓的至少一个侧边的侧壁，以在所述第一载板和所述基板载板剩余侧边形成所述第一开口。
5.根据权利要求2所述的基板载具，其特征在于，所述第二固定部包括：
第二载板，设置在所述基板载板的所述第二表面上，所述第二载板与所述基板载板的外轮廓相同，所述第二载板为中空框架状，所述第二载板在垂直于所述基板载板的方向上与所述基板载板平行重叠设置；
第二支撑部，设置在所述第二载板与所述基板载板之间，以使所述第二载板与所述基板载板相互间隔，所述第二支撑部与所述第二载板和所述基板载板之间形成所述第二开口。
6.根据权利要求5所述的基板载具，其特征在于，所述第二载板和所述基板载板的外轮廓呈矩形，所述第二支撑部为围绕所述第二载板和所述基板载板的矩形外轮廓的至少一个侧边的侧壁，以在所述第二载板和所述基板载板剩余侧边形成所述第二开口。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的基板载具，其特征在于，所述第一固定部、所述第二固定部和所述基板载板呈一体状。
8.根据权利要求1-6中任一项所述的基板载具，其特征在于，所述基板载板为中空框架状。
9.一种基板载具阵列，其特征在于，包括多个根据权利要求1-8中任一项所述的基板载具；
其中，多个所述基板载具具有相同外轮廓，多个所述基板载具在同一平面上呈阵列状排列。
10.根据权利要求9所述的基板载具阵列，其特征在于，多个所述基板载具在同一平面上以2*n的阵列排列，其中n为大于或等于1的整数；
每个所述基板载具的第一固定部和第二固定部分别包括适于取放所述基板的第一开口与适于取放所述另一基板的第二开口，每个所述基板载具的所述第一开口和所述第二开口均设置在所述基板载具阵列的列方向上的两侧。
11.一种气相沉积装置，其特征在于，包括多个根据权利要求9或10所述的基板载具阵列，多个所述基板载具阵列平行重叠间隔设置。
12.根据权利要求11所述的气相沉积装置，其特征在于，所述基板载具阵列水平设置。
13.一种权利要求1-8中任一项所述的基板载具的使用方法，其特征在于，包括：
将所述基板放置在所述第一固定部中，所述基板的待处理面朝向的方向与所述基板载板的所述第一表面朝向的方向相同；
将所述另一基板放置在所述第二固定部中，所述另一基板的待处理面朝向的方向与所述基板载板的所述第二表面朝向的方向相同。
14.一种权利要求11或12所述的气相沉积装置的使用方法，其特征在于，包括：
根据权利要求13所述的方法向所述气相沉积装置中的各个所述基板载具放置基板；
将交流电的两极分别接在奇数层的基板载具阵列的电极和偶数层的基板载具阵列的电极上。
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