CN111471983A - 基板载具、基板载具阵列和气相沉积装置 - Google Patents

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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，其中所述基板载具包括：第一载板；第二载板，所述第二载板与所述第一载板的外轮廓相同，所述第二载板为中空框架状，所述第二载板在垂直于所述第一载板的方向上与所述第一载板平行重叠设置；支撑部，设置在所述第一载板与所述第二载板之间，以使所述第一载板与所述第二载板相互间隔，所述支撑部与所述第一载板和所述第二载板之间形成有适于取放基板的开口。

Description

基板载具、基板载具阵列和气相沉积装置
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。
背景技术
在制造半导体器件时，需要采用各种气相沉积工序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，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，将基板15沿竖直方向放置在基板载具14上，利用基板15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，为了使基板15能够顺利放置到基板载具14上，基板15与基板载具14的内侧边之间需要存在一定间隙17，在进行气相沉积工序时，薄膜不仅会沉积在基板15上，也会沉积在间隙17内。经过多次气相沉积工序后，会在基板载具14的间隙处形成薄膜16，并且随着气相沉积工序的不断进行，基板载具14在使用一段时间之后，所形成的薄膜16的厚度不断增加，如果不及时清理，之后再放置基板15时，很可能会使得基板15放置不平整，如图1C所示，同样会不可避免的出现绕镀现象。
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，以解决问题。
根据第一方面，本发明实施例提供了一种基板载具，包括：第一载板；第二载板，所述第二载板与所述第一载板的外轮廓相同，所述第二载板为中空框架状，所述第二载板在垂直于所述第一载板的方向上与所述第一载板平行重叠设置；支撑部，设置在所述第一载板与所述第二载板之间，以使所述第一载板与所述第二载板相互间隔，所述支撑部与所述第一载板和所述第二载板之间形成有适于取放基板的开口。
可选地，所述第一载板和所述第二载板的外轮廓呈矩形。
可选地，所述支撑部为围绕所述第一载板和所述第二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第二载板剩余侧边形成所述开口。
可选地，所述第一载板、所述第二载板和所述支撑部呈一体状。
可选地，所述第一载板为中空框架状。
可选地，所述基板载具还包括：第三载板，所述第三载板与所述第一载板和所述第二载板的外轮廓相同，所述第三载板设置在所述第一载板和所述第二载板之间，且与所述第一载板和所述第二载板平行重叠设置，所述第三载板与所述第一载板和所述第二载板相互间隔，以将所述开口分隔为适于取放基板的两个开口。
可选地，所述第一载板、所述第二载板、所述第三载板和所述支撑部呈一体状。
可选地，所述第三载板为中空框架状。
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以2*n的阵列排列，所述开口设置在所述基板载具阵列的列方向上的两侧，其中n为大于或等于1的整数。
根据第三方面，本发明实施例提供了一种气相沉积装置，包括上述第二方面所述的基板载具阵列。
可选地，所述基板载具阵列为多个，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。
根据本发明实施例的基板载具、基板载具阵列和气相沉积装置，由于中空框架状的第二载板的框架部分遮挡了基板的边缘，气体难以在第一载板与第二载板之间的间隙内沉积，从而有效防止了绕镀现象的发生。并且，由于气体难以在第一载板与第二载板之间的间隙内沉积，也难以在第一载板的承托面上形成薄膜，从而也不会出现如现有技术那样随着气相沉积工序的不断进行，承托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。
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1C是图1B中的基板载具在使用一段时间后的示意图；
图2A是根据本发明实施例的基板载具的一种实施方式的立体示意图；
图2B是图2A中的基板载具的拆解示意图；
图2C是沿图2A中的基板载具的线A-A的截面图；
图2D是根据本发明实施例的基板载具的一种实施方式的左倾放置；
图2E是根据本发明实施例的基板载具的一种实施方式的竖起放置；
图2F是根据本发明实施例的基板载具的一种实施方式的右倾放置；
图3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4A是根据本发明实施例的基板载具的另一种实施方式的立体示意图；
图4B是图4A中的基板载具的拆解示意图；
图4C是沿图4A中的基板载具的线B-B的截面图；
图5A是根据本发明实施例的基板载具的另一种实施方式的立体示意图；
图5B是图5A中的基板载具的拆解示意图；
图5C是沿图5A中的基板载具的线C-C的截面图；
图6A是根据本发明实施例的基板载具的另一种实施方式的立体示意图；
图6B是沿图6A中的基板载具的线D-D的截面图；
图7是根据本发明实施例的基板载具阵列的示意图；
图8A是根据本发明实施例的气相沉积装置的立体示意图；
图8B是沿图8A中的气相沉积装置的线E-E的截面图；
图8C是沿图8A中的气相沉积装置的线F-F的截面图；
图9是是采用图8A至图8C的气相沉积装置完成气相沉积工序后的基板的示意图。
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2A至图2C所示，根据本发明实施例的基板载具可以包括第一载板21、第二载板22和支撑部23。为了能够更加清楚地示出本发明实施例的基板载具的具体结构，图2B是图2A中的基板载具的拆解示意图，图2B仅仅只是作为示例，实际上第二载板22和支撑部23也可以一体设置，而第一载板21和支撑部23也可以分离设置。第一载板21与第二载板22的外轮廓相同，第一载板21和第二载板22的外轮廓形状与基板载具所要承载的基板形状相适应。在图2A至图2C的示例中，第一载板21和第二载板22的外轮廓形状为矩形，然而本发明并不限于此，本领域技术人员可以根据所要承载的基板形状将其设计为其他形状，例如当所要承载的基板为圆形时，第一载板21和第二载板22的外轮廓形状相应地也设计为圆形等。第二载板22为中空框架状，第二载板22在垂直于第一载板21的方向上与第一载板21平行重叠设置，第一载板21与第二载板22之间通过支撑部23使得两个载板之间相互间隔开，从而在支撑部23与第一载板21和第二载板22之间形成适于取放基板的开口24。在向基板载具装载基板25时，将基板25通过开口24，从基板载具的侧面装载入第一载板21、第二载板22和支撑部23所形成的容纳空间。在本实施例中，第一载板21、第二载板22和支撑部23可以采用诸如石墨等导电材料制造。
在本发明实施例的基板载具中，当需要对基板进行气相沉积等工序时，使基板25的待处理面朝向第二载板22，从基板载具的侧面开口24送入基板25，气体可以通过第二载板22的中空框架的中空部分沉积到基板表面从而实现气相沉积。由于中空框架状的第二载板22的框架部分遮挡了基板25的边缘，气体难以在第一载板21与第二载板22之间的间隙内沉积，从而有效防止了绕镀现象的发生。并且，由于气体难以在第一载板21与第二载板22之间的间隙内沉积，也难以在第一载板21的承托面上形成薄膜，从而也不会出现如现有技术那样随着气相沉积工序的不断进行，承托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。
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，基板载具不仅可以如图2A至图2C那样水平放置，也可以与水平面成一定角度的放置，与图1B和图1C中所示的现有技术所不同的是，本发明实施例的基板载具甚至还可以竖直放置，如图2D为向左倾斜放置，图2E为竖直放置，图2F为向右倾斜放置，不管采用何种角度放置，第二载板22的框架部分均可以遮挡基板25的边缘，使气体难以在第一载板21与第二载板22之间的间隙内沉积，从而有效防止绕镀现象的发生。
图3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3所示，由于中空框架状的第二载板22的框架部分的遮挡，气体难以在第一载板21与第二载板22之间的间隙内沉积，从而使得基板31的周边没有形成薄膜32，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32的基板周边区域。
在本发明实施例的基板载具中，第一载板21与第二载板22之间的间隙h越小，第二载板22的框架部分的宽度w越大，可以更有效的抑制气体进入到第一载板21与第二载板22之间的间隙而进行沉积。作为一种可选实施方式，第一载板21与第二载板22之间的间隙h可以在0.5mm至1mm的范围内，第二载板22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，可以增大第二载板22的框架部分的宽度w与第一载板21与第二载板22之间的间隙h的比值来使得气体难以在第一载板21与第二载板22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。
在本发明实施例的基板载具中，第一载板21、第二载板22和支撑部23可以呈一体状，以使得基板载具更加坚固耐用，且更能有效抑制气体在第一载板21与第二载板22之间的间隙内沉积。本领域技术人员应当理解，第一载板21、第二载板22和支撑部23也可以是相互分离的，或部分分离的，例如第一载板21和支撑部23是一体状的，而与第二载板22是相互分离的，或者是第二载板22和支撑部23是一体状的，而与第一载板21是相互分离的。
在图2A至图2C的示例中，第一载板21和第二载板22的外轮廓形状为矩形，支撑部23为围绕第一载板21和第二载板22的外轮廓的三个侧边的侧壁，然而本发明并不限于此，支撑部23也可以是位于第一载板21和第二载板22的外轮廓的任一个或任两个侧边的侧壁，只要能够使得第一载板21与第二载板22之间相互间隔开即可。当支撑部23仅为位于第一载板21和第二载板22的外轮廓任一个侧边的侧壁时，第一载板21和第二载板22的外轮廓其他三个侧边均可以作为用于送入待处理基板的开口；当支撑部23仅为位于第一载板21和第二载板22的外轮廓任两个侧边的侧壁时，第一载板21和第二载板22的外轮廓其他两个侧边均可以作为用于送入待处理基板的开口。
在图2A至图2C的示例中，第一载板21为平板状，然而，为了降低基板载具的制造成本以及重量，在本发明实施例的一些可选实施方式中，如图4A至图4C所示，第一载板21也可以采用中空框架状，这样在进行气相沉积工序时，无需将待沉积基板的待沉积面与基板载具的特定面相对应，还可以使得基板的装载工序更加简单。第一载板21的形状可以与第二载板22的形状相同，也可以不相同，优选地，第一载板21与第二载板22的形状相同。同样地，在本实施方式中，第一载板21与第二载板22之间的间隙h越小，第一载板21或第二载板22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21与第二载板22之间的间隙内沉积。作为一种可选实施方式，第一载板21与第二载板22之间的间隙h可以在0.5mm至1mm的范围内，第一载板21或第二载板22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21或第二载板22的框架部分的宽度w与第一载板21与第二载板22之间的间隙h的比值来使得气体难以在第一载板21与第二载板22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。
在本发明实施例的一些可选实施方式中，支撑部23也可以是如图5A至图5C所示的柱体。在图5A至图5C的示例中，第一载板21和第二载板22的外轮廓的四个侧边均可以作为用于送入待处理基板的开口24。虽然在图5A至图5C的示例中示出了4个柱体，但是更多或更少的柱体也是可行的。本领域技术人员应当理解，本发明实施例中的支撑部并不限于上文实施例中的侧壁或柱体，所有能够使得第一载板21与第二载板22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，同样可以遮挡基板的边缘，使气体难以在第一载板21与第二载板22之间的间隙内沉积，可以有效防止绕镀现象的发生。
作为一种可选实施方式，如图6A和图6B所示，根据本发明实施例的基板载具还可以包括第三载板26，第三载板26与第一载板21和第二载板22的外轮廓相同，第三载板26设置在第一载板21和第二载板22之间，且与第一载板21和第二载板22平行重叠设置，第三载板26与第一载板21和第二载板22相互间隔，以将开口分隔为适于取放基板的两个开口24A和24B。在向基板载具装载基板时，将基板25A通过开口24A，从基板载具的侧面装载入第一载板21、第三载板26和支撑部23所形成的容纳空间；将基板25B通过开口24B，从基板载具的侧面装载入第二载板22、第三载板26和支撑部23所形成的容纳空间。在本实施方式中，第一载板21和第二载板22均为矩形中空框架状，从开口25A放入的基板的待处理面朝向第一载板21，从开口25B放入的基板的待处理面朝向第二载板22，即所放入的基板的待处理面均朝向基板载具的外侧。
在图6A和图6B的示例中，第一载板21、第二载板22和第三载板26的外轮廓形状为矩形，支撑部23为围绕第一载板21、第二载板22和第三载板26的外轮廓的三个侧边的侧壁。同样地，本发明并不限于此，支撑部23也可以位于任一个或任两个侧边的侧壁，并且支撑部也并不限于侧壁或柱体，所有能够使得第一载板21、第二载板22与第三载板26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，同样可以遮挡基板的边缘，使气体难以在第一载板21与第三载板26、以及第三载板22与第三载板26之间的间隙内沉积，可以有效防止绕镀现象的发生。
在图6A和图6B的示例中，第三载板26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，第三载板26也可以为平板状。第一载板21、第二载板22与第三载板26的形状可以相同，也可以不相同，优选地，第一载板21、第二载板22与第三载板26的形状相同，以便于加工制造。
在图6A和图6B的示例中，第一载板21、第二载板22、第三载板26和支撑部23可以呈一体状，以使得基板载具更加坚固耐用，且更能有效抑制气体在各个载板之间的间隙内沉积。本领域技术人员应当理解，第一载板21、第二载板22、第三载板26和支撑部23也可以是相互分离的，或部分分离的。
同样地，在本实施方式中，第一载板21与第三载板26之间的间隙h越小，第一载板21或第三载板26的框架部分的宽度w越大；第二载板22与第三载板26之间的间隙h越小，第二载板22或第三载板26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21与第三载板26和第二载板22与第三载板26之间的间隙内沉积。作为一种可选实施方式，第一载板21与第三载板26或第二载板22与第三载板26之间的间隙h可以在0.5mm至1mm的范围内，第一载板21、第二载板22或第三载板26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21、第二载板22或第三载板26的框架部分的宽度w与第一载板21与第三载板26或第二载板22与第三载板26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。
本实施方式中的基板载具除了可以使气体难以在第一载板21与第三载板26之间以及在第二载板22与第三载板26之间的间隙内沉积，有效防止绕镀现象的发生外，由于一块基板载具同时装载了两片基板，可以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。
本发明实施例还提供了一种基板载具阵列，如图7所示，该基板载具阵列30包括多个具有相同外轮廓的基板载具31，该基板载具31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31在同一平面上以2*n的阵列排列，即排列成2行n列的阵列，在图7的示例中，基板载具阵列30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31的开口33均设置在基板载具阵列30的列方向上的两侧，基板32可以在平行于基板载具阵列30的平面沿图示的箭头方向放入各个基板载具31，或从各个基板载具31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31的开口33均设置在基板载具阵列30的列方向上的两侧，易于实现自动化放片。例如对于图2或图4所示实施例的基板载具所组成的基板载具阵列，放片设备的机械手可以一次抓取n块基板32，从该基板载具阵列的列方向上的一侧将这n块基板32一次性放入对应的基板载具31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2n块基板32，从该基板载具阵列的列方向上的两侧将这2n块基板32一次性放入对应的基板载具31中。例如对于图6所示实施例的基板载具所组成的基板载具阵列，放片设备的机械手可以一次抓取2n块基板32，从该基板载具阵列的列方向上的一侧将这2n块基板32一次性放入对应的基板载具31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32，从该基板载具阵列的列方向上的两侧将这4n块基板32一次性放入对应的基板载具31中。
本发明实施例还提供了一种气相沉积装置，如图8A至图8C所示，该气相沉积装置包括多个基板载具阵列30，多个基板载具阵列30之间平行重叠间隔设置，每个基板载具阵列30上均设置有电极34，用于连接交流电源，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。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8A至图8C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，由于各个基板载具中的载板框架部分对基板边缘的遮挡，均可以有效防止绕镀现象的发生。
图8C中示出了根据本发明实施例的气相沉积装置的一种可选实施方式，如图8C所示，该气相沉积装置最外侧的基板载具阵列中的基板载具可以采用图2A至图2C所示实施例的基板载具，位于中间层的基板载具阵列中的基板载具可以采用图6A和图6B所示实施例的基板载具，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，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41与偶数层的基板载具42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41与偶数层的基板载具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43上，从而完成沉积工艺。图9示意性地示出了采用图8A至图8C的气相沉积装置完成气相沉积工序后的基板的示意图，如图9所示，由于各个基板载具中框架部分的遮挡，气体难以在各个基板载具的载板之间的间隙内沉积，从而使得基板44的周边没有形成薄膜45，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45的基板44的周边区域。
需要说明的是，图8C所示的仅仅本发明实施例的气相沉积装置的一种可选配置，本领域技术人员可以根据实际情况选用根据本发明实施例的任意基板载具或组合。
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 (12)

1.一种基板载具，其特征在于，包括：
第一载板；
第二载板，所述第二载板与所述第一载板的外轮廓相同，所述第二载板为中空框架状，所述第二载板在垂直于所述第一载板的方向上与所述第一载板平行重叠设置；
支撑部，设置在所述第一载板与所述第二载板之间，以使所述第一载板与所述第二载板相互间隔，所述支撑部与所述第一载板和所述第二载板之间形成有适于取放基板的开口。
2.根据权利要求1所述的基板载具，其特征在于，所述第一载板和所述第二载板的外轮廓呈矩形。
3.根据权利要求2所述的基板载具，其特征在于，所述支撑部为围绕所述第一载板和所述第二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第二载板剩余侧边形成所述开口。
4.根据权利要求1所述的基板载具，其特征在于，所述第一载板、所述第二载板和所述支撑部呈一体状。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的基板载具，其特征在于，所述第一载板为中空框架状。
6.根据权利要求5所述的基板载具，其特征在于，还包括：
第三载板，所述第三载板与所述第一载板和所述第二载板的外轮廓相同，所述第三载板设置在所述第一载板和所述第二载板之间，且与所述第一载板和所述第二载板平行重叠设置，所述第三载板与所述第一载板和所述第二载板相互间隔，以将所述开口分隔为适于取放基板的两个开口。
7.根据权利要求6所述的基板载具，其特征在于，所述第一载板、所述第二载板、所述第三载板和所述支撑部呈一体状。
8.根据权利要求6所述的基板载具，其特征在于，所述第三载板为中空框架状。
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以2*n的阵列排列，所述开口设置在所述基板载具阵列的列方向上的两侧，其中n为大于或等于1的整数。
10.一种气相沉积装置，其特征在于，包括根据权利要求9所述的基板载具阵列。
11.根据权利要求10所述的气相沉积装置，其特征在于，所述基板载具阵列为多个，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10或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。
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