CN111719140A - 用于气相沉积设备的晶圆承载装置 - Google Patents
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Abstract
一种用于气相沉积设备的晶圆承载装置，包括转轴及旋转盘。转轴用以提供公转，旋转盘连接该转轴，周边辐射状环设多个开口。开口的任一周缘环设一段差部，其周缘环设凹槽，凹槽内分布滚珠，滚珠直径不大于凹槽的宽度，但大于凹槽的深度。环绕凹槽周缘的侧壁上设有传动机构。支撑架固设于段差部上，支撑架顶面中心具有第一结构。晶圆托盘顶面用以承载晶圆，底面中心具有第二结构，用以嵌合支撑架的第一结构，晶圆托盘周檐置放于凹槽上的滚珠上，通过传动机构驱动晶圆托盘旋转。
Description
【技术领域】
本发明是有关于一种晶圆承载装置，且特别是用于气相沉积设备的晶圆承载装置，通过结构的设计，而能够精准定位及避免于运作过程发生位移的情况。
【背景技术】
在半导体制程中，气相沉积设备是使用各种不同来源气体形成薄膜，包括化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积等。其中金属有机化学气相沉积(MOCVD)是化学气相沉积的一种，其于成长薄膜时，为将载流气体(Carrier Gas)通过金属有机反应源的容器，将反应源的饱和蒸气输送至反应腔中与其它反应气体混合，并借由加热装置控制待成长晶圆的加热温度，然后在待成长晶圆上面发生化学反应促成薄膜的成长。
MOCVD装置包含反应腔体、配置于腔体内的承载基座以及用以使反应气体流动至基板表面的管路。制程过程中需要将晶圆加热至适当的温度，经由管路将有机金属的气体导入至晶圆表面，借此进行成膜制程。当承载基座转动时，设置于其上的晶圆也跟着向承载基座的中心轴转动。由于制程环境需于低温或高温下高速转动，在设计上须考虑各元件的热膨胀对于对位造成的影响。因此，如何开发出可以精确限制元件对位且不受热胀冷缩影响的设备，为业界需要思考的问题。
【发明内容】
本发明目的的一是提供一种晶圆承载装置，设计支撑架顶面中心具有第一结构，且晶圆托盘底面中心具有第二结构，且借由第二结构嵌合第一结构，限制晶圆托盘的中心与支撑架中心(旋转盘开孔中心)在同一位置，达到精确对位的效果。
本发明提供一种用于气相沉积设备的晶圆承载装置，包括转轴及旋转盘。转轴用以提供公转，旋转盘连接该转轴，周边辐射状环设多个开口。开口的任一周缘环设一段差部，其周缘环设凹槽，凹槽内分布滚珠，滚珠直径不大于凹槽的宽度，但大于凹槽的深度。环绕凹槽周缘的侧壁上设有传动机构。支撑架固设于段差部上，支撑架顶面中心具有第一结构。晶圆托盘顶面用以承载晶圆，底面中心具有第二结构，用以嵌合支撑架的第一结构，晶圆托盘周檐置放于凹槽上的滚珠上，通过传动机构驱动晶圆托盘旋转。
以下借由具体实施例配合所附的图式详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。
【附图说明】
图1是绘示依照本发明一实施例的用于气相沉积设备的晶圆承载装置的俯视图。
图2是绘示依照本发明一实施例的用于气相沉积设备的晶圆承载装置的部分侧视图。
图3是绘示如图2的晶圆承载装置的嵌合结构放大示意图。
图4是绘示如图2的晶圆承载装置的凹槽及滚珠结构放大示意图。
图5是绘示依照本发明一实施例的支撑架的俯视图。
图6是绘示依照本发明一实施例的晶圆托盘的示意图。
图7是绘示依照本发明另一实施例的晶圆承载装置的部分侧视图。
图8绘示依照本发明另一实施例的嵌合结构的放大示意图。
图9绘示依照本发明又一实施例的嵌合结构的放大示意图。
【符号说明】
1:晶圆承载装置
20:旋转盘
200:开口
202:段差部
204:凹槽
204a:侧壁
206:滚珠
208:传动机构
30:支撑架
300、500、550:第一结构
302:外圆环
304:内分隔
40:晶圆托盘
45:晶圆
400、600:第二结构
300a、400a:顶端
300b、400b:底端
A、C、E:嵌合结构
B:凹槽及滚珠结构
T:旋转轴
H:深度
D:直径
W:宽度
【具体实施方式】
请参考图1，其绘示依照本发明一实施例的用于气相沉积设备的晶圆承载装置的俯视图。晶圆承载装置1包括一转轴10及一旋转盘(Suspector)20。转轴10用以提供一公转。旋转盘20连接转轴10，周边辐射状环设多个开口200，开口200内设置有支撑架30，支撑架30可以与旋转盘20一体成型或分开设置。晶圆托盘40可对应嵌合设置于开口200中，且位于支撑架30上方。
图2绘示依照本发明一实施例的用于气相沉积设备的晶圆承载装置的部分侧视图。图3是绘示如图2的晶圆承载装置的嵌合结构A放大示意图。图4是绘示如图2的晶圆承载装置的凹槽及滚珠结构B放大示意图。请同时参考图2、3及4，于图2中，开口200的任一周缘环具有段差部202。段差部202周缘环设一凹槽204，传动机构208设于环绕凹槽204周缘的侧壁204a上。传动机构208的驱动，使得设置于晶圆承载装置1上的晶圆45可相对转轴10作公转运动，同时分别相对旋转盘20(绘示于图1)开口200中心的旋转轴T进行自转运动，以均匀地于晶圆45上镀膜。
如图2所示，支撑架(Holder support)30固设于段差部202上，支撑架30的顶面中心具有一第一结构300(绘示于图3)。支撑架30的上方设有晶圆托盘(Holder)40，晶圆托盘40的顶面用以承载一晶圆45。支撑架30及晶圆托盘40的材质可以包括碳化硅、氧化铝、五氧化二钽或二氧化锆等耐摩擦的材质。
请同时参考图1及图2，于半导体薄膜沉积制程中，常需要使用高温或低温制程。当制程温度在系统逐渐升温至高温时，图1的旋转盘20上的开口200，受到热膨胀产生形变，内径与外径都逐渐变大，已不是完美真圆形状。此外，晶圆托盘40下方的凹槽204(滚珠轨道)亦非完美真圆状。由于晶圆托盘40是独立的结构，受热变形后仍可以维持真圆状。由于，凹槽204(滚珠轨道)已非真圆，晶圆托盘40与滚珠206(绘示于图4)的运动特性将发生变化，此现象可通过本发明实施例的嵌合结构改善，将说明于后。
请同时参考图2及图3，晶圆托盘40的底面中心具有一第二结构400(绘示于图3)用以嵌合于支撑架30上的第一结构300。于此实施例中，第一结构300与支撑架30一体成型，且第二结构400与晶圆托盘40一体成型。其中，晶圆45作自转运动的旋转轴T，对应至支撑架30的中心及晶圆托盘40的中心。
请同时参考图2及图4，晶圆托盘40周檐置放于凹槽204上的滚珠206(绘示于图4)上，并通过传动机构208驱动晶圆托盘40旋转。于图4中，凹槽204内分布多个滚珠206(于图2及图4的剖面仅绘示出一滚珠)。滚珠206的直径D不大于凹槽204的宽度W，但滚珠的直径D大于凹槽204的深度H。
本案的发明精神在于，通过第一结构300与第二结构400互相嵌合，设计晶圆托盘40的承靠机制，使得晶圆托盘40的中心与旋转盘20的开口200中心对位，提供晶圆托盘40承靠机制的限位功能，将晶圆托盘40中心与旋转盘20上的开口200中心限制在同一位置，据以改善晶圆托盘40与滚珠206的运动特性，避免受到冷热形变影响镀膜的均匀性。
据此，并不特别限制第一结构300与第二结构400的具体形状，只要可以达成上述目的的结构，均可作为本发明的嵌合结构。其中，嵌合的方式，可以是第一结构300的顶端与第二结构400的顶端点接触(绘示于图3及8)或与第一结构300与第二结构400线接触(绘示于图9)，视第一结构300与第二结构400的嵌合结构而可能不同。
于一实施例中，第一结构300的中心剖面的顶端300a至底端300b具有一第一斜率，第二结构400的中心剖面的顶端400a至底端400b具有一第二斜率，第一斜率小于第二斜率。于另一实施例中，可以是相反的结构，第一结构300的中心剖面的顶端300a至底端300b具有一第一斜率，第二结构400的中心剖面的顶端400a至底端400b具有一第二斜率，第一斜率大于第二斜率。
如图3所示，于一实施例中，嵌合结构A的第一结构300是一凸锥结构，第二结构400是一凹锥结构，且凹锥结构对应凸锥结构。举例而言，第一结构300可以是圆锥状凸锥结构，具有一第一顶点及一第一圆型底面，且第二结构400是圆锥状凹锥结构，具有一第二顶点及一第二圆形底面，第一顶点接触第二顶点(点接触)，且第一圆形底面的面积小于该第二圆形底面的面积。于此实施例中，第一结构300例如是圆角锥，且底面的直径是2-3毫米(mm)。于其他实施例中，第一节构也可以是圆弧柱状，且底面的直径是2-3毫米(mm)。
于另一实施例中，嵌合结构可以为图3的相反结构，亦即，第一结构可以是一凹锥结构，第二结构可以是一凸锥结构，且凹锥结构对应凸锥结构。举例而言，第一结构可以是圆锥状凹锥结构，具有一第一顶点及一第一圆型底面，第二结构是凸锥结构，具有一第二顶点及一第二圆形底面，第一顶点接触第二顶点(点接触)，且第一圆形底面的面积大于第二圆形底面的面积。于此实施例中，第二结构可以是圆角锥形状，且底面的直径是2-3毫米(mm)。于其他实施例中，第二结构也可以是圆弧柱状。
图5是绘示依照本发明一实施例的支撑架30的俯视图。支撑架30具有一体成型的一外圆环302及一内分隔304，且第一结构300设置于内分隔304的中心。支撑架30之内分隔304可以为一字型、十字形或叉型，并不作特别限制。图6是绘示依照本发明一实施例的晶圆托盘40的示意图，其特征在于，晶圆托盘40的中心具有第二结构400。
图7是绘示依照本发明另一实施例的晶圆承载装置的部分侧视图。图8绘示依照本发明另一实施例的嵌合结构C的放大示意图。图7所示的晶圆承载装置的结构与图2所示的晶圆承载装置的结构相似，相同的处容此不再赘述。请同时参考图7及图8，晶圆承载装置的嵌合结构C，其支撑架30的中心的第一结构500可以利用锁固的方式，设置于支撑架30上。并且，晶圆托盘40的中心的第二结构600，可以是以锁固的方式设置于晶圆托盘40上。于此实施例中，当第一结构500与第二结构600因长期使用造成磨损而影响对位精度及限制在中心位置的效果时，可以视磨损的情况更换零件，而不需要替换支撑架30整体及/或晶圆托盘40整体。
图9绘示依照本发明又一实施例的嵌合结构E的放大示意图。于图7及图8的实施例中，第一结构500可以是圆锥状凸锥结构，且第二结构600可以是圆锥状凹锥结构，第一结构500与第二结构600点接触。于图9的实施例中，第一结构550可以是圆弧柱状，且底面的直径是2-3毫米(mm)，且第二结构600可以是圆锥状凹锥结构，第一结构550与第二结构600线接触。于其他实施例中，第二结构600也可以是圆弧状凹陷结构(图未示)。
上述晶圆承载装置，例如可应用于金属有机化学气相沉积(MOCVD)的半导体制程中，例如是相对面朝上(face-up)设计的反应腔体，例如与金属薄膜沉积的制程。借由嵌合结构的设计，即便在不同温度制程(特别是对于高温制程)中，可以将支撑架中心的第一结构及晶圆托盘中心的第二结构限制在同一位置，据以对抗可精确对位嵌合，对抗热膨胀造成的形变与对位偏移问题。如此一来，晶圆托盘在旋转盘上的开口中心(支撑架中心)上运动，旋转盘上的开口和环设的凹槽的公差即可放大，仅作为支撑作用，有效改善温度对晶圆自转运动的影响，且能够精准定位及避免于运作过程发生位移的情况，可有效提高制程良率。
借由以上较佳具体实施例的详述，是希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所揭露的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的设计于本发明所欲请求的专利范围的范畴内。因此，本发明所申请的专利范围的范畴应该根据上述的说明作最宽广的解释，以致使其涵盖所有可能的改变以及具相等性的安排。
Claims (20)
1.一种用于气相沉积设备的晶圆承载装置，其特征在于，包括:
一转轴，用以提供一公转；以及
一旋转盘，连接该转轴，周边辐射状环设多个开口，其中
该多个开口的任一周缘环设一段差部，该段差部周缘环设一凹槽，该凹槽内分布多个滚珠，该多个滚珠的直径不大于该凹槽的宽度，但该多个滚珠的直径大于该凹槽的深度，环绕该凹槽周缘的侧壁上，设有一传动机构；
一支撑架，固设于该段差部上，该支撑架的顶面中心具有一第一结构；以及
一晶圆托盘，该晶圆托盘的顶面用以承载一晶圆，该晶圆托盘的底面中心具有一第二结构用以嵌合于该支撑架的该第一结构，该晶圆托盘周檐置放于该凹槽上的该多个滚珠上，并通过该传动机构驱动该晶圆托盘旋转。
2.如权利要求1所述的用于气相沉积设备的晶圆承载装置，其特征在于，该第一结构是一凹锥结构，该第二结构是一凸锥结构，且该凹锥结构对应该凸锥结构。
3.如权利要求2所述的用于气相沉积设备的晶圆承载装置，其特征在于，该第一结构是圆锥状凹锥结构，具有一第一顶点及一第一圆型底面，该第二结构是凸锥结构，具有一第二顶点及一第二圆形底面，该第一顶点接触该第二顶点，且该第一圆形底面的面积大于该第二圆形底面的面积。
4.如权利要求1所述的用于气相沉积设备的晶圆承载装置，其特征在于，该第一结构是一凸锥结构，该第二结构是一凹锥结构，且该凹锥结构对应该凸锥结构。
5.如权利要求4所述的用于气相沉积设备的晶圆承载装置，其特征在于，该第一结构是圆锥状凸锥结构，具有一第一顶点及一第一圆型底面，该第二结构是圆锥状凹锥结构，具有一第二顶点及一第二圆形底面，该第一顶点接触该第二顶点，且该第一圆形底面的面积小于该第二圆形底面的面积。
6.如权利要求1所述的用于气相沉积设备的晶圆承载装置，其特征在于，该第一结构是以锁固的方式，设置于该支撑架上。
7.如权利要求1所述的用于气相沉积设备的晶圆承载装置，其特征在于，该第二结构是以锁固的方式设置于该晶圆托盘上。
8.如权利要求1所述的用于气相沉积设备的晶圆承载装置，其特征在于，该第一结构的顶端与该第二结构的顶端点接触。
9.如权利要求1所述的用于气相沉积设备的晶圆承载装置，其特征在于，该第一结构与该第二结构线接触。
10.如权利要求1所述的用于气相沉积设备的晶圆承载装置，其特征在于，该第一结构与该第二结构的旋转轴对应至该支撑架的顶面中心及该晶圆托盘的底面中心。
11.如权利要求1所述的用于气相沉积设备的晶圆承载装置，其特征在于，该第一结构的中心剖面的顶端至底端具有一第一斜率，该第二结构的中心剖面的顶端至底端具有一第二斜率，该第一斜率小于该第二斜率。
12.如权利要求1所述的用于气相沉积设备的晶圆承载装置，其特征在于，该第一结构的中心剖面的顶端至底端具有一第一斜率，该第二结构的中心剖面的顶端至底端具有一第二斜率，该第一斜率大于该第二斜率。
13.如权利要求1所述的用于气相沉积设备的晶圆承载装置，其特征在于，该第一结构与该支撑架一体成型。
14.如权利要求1所述的用于气相沉积设备的晶圆承载装置，其特征在于，该第二结构与该晶圆托盘一体成型。
15.如权利要求1所述的用于气相沉积设备的晶圆承载装置，其特征在于，该支撑架与该旋转盘一体成型。
16.如权利要求1所述的用于气相沉积设备的晶圆承载装置，其特征在于，该支撑架具有一体成型的一外圆环及一内分隔，且该第一结构设置于该内分隔的中心。
17.如权利要求1所述的用于气相沉积设备的晶圆承载装置，其特征在于，该支撑架的该内分隔为一字型、十字形或叉型。
18.如权利要求1所述的用于气相沉积设备的晶圆承载装置，其特征在于，该第一结构是圆角锥或圆弧柱状，且底面的直径是2-3毫米(mm)。
19.如权利要求1所述的用于气相沉积设备的晶圆承载装置，其特征在于，该第二结构是圆角锥或圆弧柱状，且底面的直径是2-3毫米(mm)。
20.如权利要求1所述的用于气相沉积设备的晶圆承载装置，其特征在于，该支撑架及该晶圆托盘包括碳化硅、氧化铝、五氧化二钽或二氧化锆。
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