CN220829938U - 用于扩散炉的载片舟 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种用于扩散炉的载片舟，涉及半导体集成电路加工技术领域。该载片舟包括：平行于晶圆容置平面的顶盖和底盖、垂直于晶圆容置平面的多根立柱，以及多个承载件，每根立柱的顶端连接顶盖，底端连接底盖，多根立柱间形成有便于晶圆取放的开口；每根立柱内侧设有多个承载槽，多个承载槽沿立柱的轴向间隔排列，多根立柱对应的承载槽形成限位槽，用于支撑和限制呈水平放置的晶圆；多个承载件相互平行地设置在顶盖和底盖之间，承载件设置在限位槽的下表面并向开口方向延伸预设长度。本实用新型在限位槽的下表面增设承载件，以起到对于晶圆的承托作用，避免了超薄晶圆在重力作用下翘曲幅度过大而导致损坏的问题。

Description

用于扩散炉的载片舟

技术领域

本申请涉及半导体集成电路加工技术领域，尤其涉及一种用于扩散炉的载片舟。

背景技术

在半导体集成电路产线中，扩散炉是重要的工艺设备之一，它的主要用途是对半导体晶圆进行掺杂，即在高温条件下使杂质离子扩散进入半导体晶圆中的指定区域，从而改变和控制半导体晶圆指定区域内杂质的类型和浓度分布，以便建立起不同的电特性区域。此外，扩散炉的另外一个主要用途是利用硅的热氧化作用使硅晶圆片表面在高温下与氧化剂发生反应，形成对半导体结构起钝化、绝缘和保护等作用的氧化硅薄膜。在上述掺杂以及形成氧化硅薄膜之前，需首先把晶圆如硅晶圆片放置于载片舟上，再把承载有晶圆的载片舟运入扩散炉炉管内的反应腔室中，然后按照工艺要求进行高温掺杂扩散等作业；作业完成后，待炉管降温冷却，将承载有晶圆的载片舟从反应腔室中取出，并再将晶圆移出载片舟。

根据扩散炉结构的不同，目前半导体集成电路领域常用的扩散炉主要有卧式扩散炉和立式扩散炉两类，其中立式扩散炉是较为常用的一种；相应的，与立式扩散炉配套的载片舟也被称为立式舟。典型的立式舟主要包括顶盖、底盖以及多根垂直立柱(rod)；顶盖与底盖为尺寸相同的圆环形；立柱顶端连接顶盖，底端连接底盖。在立柱内侧设有多个承载槽(slot)，多个承载槽沿立柱的轴向间隔排列，用于支撑呈水平放置的晶圆。根据晶圆的尺寸等的不同，立式舟中立柱的数量也有所不同，目前以三柱舟最为常见。当然为方便机械手放置和取出晶圆，多根立柱均是设置在圆环形顶盖(或圆环形底盖)一侧，即多跟立柱不超过圆环形顶盖中心圆中某半圆的范围。

上述结构的立式舟更适合于普通晶圆的加工。但是对于超薄晶圆，由于其厚度一般在150微米以下，通常为50-150微米，极易发生翘曲；特别是当水平放置时，在重力作用下，超薄晶圆会产生较大的形变，更甚者会造成晶圆掉落、碎裂、报废。

实用新型内容

为了解决上述技术缺陷，本申请实施例提供了一种用于扩散炉的载片舟，包括：平行于晶圆容置平面的顶盖和底盖、垂直于晶圆容置平面的多根立柱，以及多个承载件，其中，

每根立柱的顶端连接顶盖，底端连接底盖，多根立柱形成便于晶圆置入/取出的开口；

每根立柱内侧设有多个承载槽，多个承载槽沿立柱的轴向间隔排列，多根立柱对应的承载槽形成限位槽，用于支撑和限制呈水平放置的晶圆；

多个承载件相互平行地设置在顶盖和底盖之间，承载件设置在限位槽的下表面并向开口方向延伸预设长度。

可选地，顶盖和底盖均为圆环形板状结构。

可选地，承载件设置在多根立柱中位于中间的立柱上，或者连接在中间两根立柱之间。

可选地，承载件的宽度大于或等于所在立柱的直径。

可选地，立柱内侧设有多个相互平行的凸齿或凹槽，凸齿或者凹槽用于安装承载件。

可选地，承载件包括限片齿和舌板，限片齿设置在凸齿或凹槽上，舌板连接在限片齿中间并向开口方向延伸。

可选地，限片齿与舌板为一体结构。

可选地，承载件延伸的长度为顶盖或底盖的中心圆直径的40％至60％。

可选地，相邻两个承载件的间距不低于20mm。

可选地，承载槽沿立柱径向的深度为立柱直径的40％-50％；和/或，承载槽沿立柱轴向的高度不低于10mm。

本申请实施例中提供的用于扩散炉的载片舟，通过在限位槽的下表面增设承载件，起到了对晶圆的均衡承托作用，解决了超薄晶圆在重力作用下翘曲幅度过大造成的晶圆损坏等系列问题。

附图说明

图1为本申请一实施例提供的用于扩散炉的载片舟的结构示意图；

图2为图1示出的载片舟的俯视图；

图3为图1示出的载片舟的侧视图；

图4为本申请另一实施例提供的用于扩散炉的载片舟的俯视图；

图5为本申请实施例提供的用于扩散炉的载片舟的装载示意图一；

图6为本申请实施例提供的用于扩散炉的载片舟的装载示意图二。

附图标记说明：

1、顶盖；2、底盖；3、承载件；4、立柱；

31、舌板；32、限片齿；41、承载槽。

具体实施方式

为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例作进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

图1至图3分别为本申请实施例提供的用于扩散炉的载片舟的结构示意图、俯视图和侧视图。如图1至图3所示，本申请实施例提供的用于扩散炉的载片舟属于立式舟，具体包括：平行于晶圆容置平面的顶盖1和底盖2、垂直于晶圆容置平面的多根立柱4，以及多个承载件3；其中，每根立柱4的顶端连接顶盖1，底端连接底盖2；多根立柱4形成有便于晶圆置入/取出的开口；每根立柱4内侧设有多个承载槽41，且多个承载槽41沿立柱4的轴向间隔排列，多根立柱4对应的承载槽41共同形成限位槽，用于支撑和限制呈水平放置的晶圆；多个承载件3相互平行地设置在顶盖1和底盖2之间，承载件3设置在限位槽的下表面并向开口方向延伸预设长度。

本实用新型实施例中，立柱4的数量相当于承载一片晶圆用到的承载槽41的数量，即通过增加立柱4的数量以增大支撑点的数量，能在一定程度上降低超薄晶圆的碎裂几率，但通过增加立柱4的数量的方式对超薄晶圆碎裂问题的改善程度有限。特别是由于多跟立柱4需形成开口以方便置入和取出晶圆，立柱4的数量以不影响晶圆置入和取出为准，因此单纯增加立柱4数量对晶圆整体承载力的提高幅度有限。并且超薄晶圆在重力作用下，晶圆中心区域的变形幅度往往大于边缘区域，特别是对于已经发生翘曲的超薄晶圆，叠加重力作用带来的形变，会进一步增大晶圆碎裂的概率。因此，本申请在限位槽的下表面增设承载件3，以起到对晶圆中心区域的支撑作用。

当晶圆搬送机构如机械手将超薄晶圆搬送并置入立式舟上后，超薄晶圆的边缘部分由立柱4上的承载槽41支撑，超薄晶圆的中心位置则是由承载件3支撑，这样能够保证超薄晶圆中心区域不会产生较大的形变，有效防止晶圆碎裂、报废。

本实用新型实施例中，顶盖1和底盖2为尺寸相同的圆环形板状结构。另外，载片舟的顶盖1和底盖2的结构及外形尺寸应该与现有的扩散炉以及半导体集成电路产线相适配，具体可以根据所需承载晶圆的规格(如目前较为常见的6英寸晶圆、8英寸晶圆、12英寸晶圆)确定，此处不再赘述。

因为在顶盖1和底盖2之间的多根立柱4的内侧需要形成对呈水平放置的晶圆的支撑，因此，多根立柱4上对应位置的承载槽41内侧共同形成圆形。即承载槽41的槽底在晶圆容置平面上的投影呈弧形，使得多根立柱4对应的承载槽41共同形成的限位槽呈圆形。

本实用新型实施例中，多根立柱4设置在不超过圆环形顶盖1中心圆中某半圆的范围，因此多根立柱4形成的开口朝向中心圆中另一侧半圆的方向，即朝向未设置有立柱4的半圆的方向。一般多根立柱4均匀且对称的设置在某半圆范围内，在一些情况下，多根立柱4也可以不均匀或者不对称的设置在某半圆范围内。

本实用新型实施例中的承载件3可以设置在多根立柱4处于中间位置的立柱上，承载件3的一端位于该中间立柱4的承载槽41的下表面。承载件3一端位于可承载槽41的下方，另一端向开口方向延伸。

如图1和图2所示，用于扩散炉的载片舟包括顶盖1和底盖2，以及连接在顶盖1与底盖2之间的三根立柱4，每根立柱4上设有多个承载槽41作为晶圆边缘的承载部位；顶盖1与底盖2均为圆环形，三根立柱4设置在圆环形中心圆的其中半圆上，其中，位于中间的立柱4上设有多个承载件3，且承载件3沿顶盖1或者底盖2的径向延伸。

如图2和图3所示，本实用新型实施例中，立柱4的截面形状为圆形，即立柱4为圆柱体。承载件3的宽度与处于中间位置的立柱4的直径一致或大于该立柱4的直径。在具体实施过程中，承载件3的宽度一般与立柱4的直径一致或略大于所在立柱4的直径，通常为立柱4直径的1.0-1.5倍。承载件3的顶面最好与承载槽41的底面保持齐平，以实现对于超薄晶圆的有效承托；承载件3越宽，越有利于避免超薄晶圆碎裂。

本实用新型实施例中，承载件3和处于中间位置的立柱4可以为一体结构。在其它实施例中，处于中间位置的立柱4内侧设有多个相互平行的凸齿或凹槽，对应的凸齿或者凹槽用于安装承载件3。

除了将承载件3设置在位于中间位置的立柱4上以外，还可以将承载件3设置在位于中间位置的中间两根立柱4之间。图4为本申请另一实施例提供的用于扩散炉的载片舟的俯视图。如图4所示，用于扩散炉的载片舟包括四根立柱，承载件3设置在第二根和第三根立柱4之间。具体而言，承载件3包括限片齿32和舌板31，限片齿32的顶面与承载槽41的底面保持齐平，设置在该中间两根立柱4上，舌板31连接在限片齿32中间并向开口方向延伸。

本实用新型实施例中，限片齿32与舌板31为一体结构。通过在限片齿31中间增加长度适中的舌板32，起到对晶圆、特别是超薄晶圆的承托作用，以及对相邻超薄晶圆之间的隔离作用，避免晶圆翘曲幅度过大，也避免相邻两个限位槽中的超薄晶圆彼此影响。

本实用新型实施例中，由限片齿32与舌板31构成的承载件3可以设置在多根立柱4的承载槽41的底面，如图4所示，用于扩散炉的载片舟包括四根立柱4，承载件3设置在靠近中间的两根立柱4上，限片齿32的顶面设置在靠近中间的两根立柱的承载槽41的底面，舌板31由限片齿32中间向开口方向延伸。

本实用新型实施例中限片齿32与舌板31优选为一体结构，与多根立柱4可以采用一体化连接，也可以采用可拆卸连接的方式。在具体实施过程中，可按照如下两种方式进行安装：1)、多根立柱4内壁分别设有多片相互平行的凸齿，对应位置的凸齿用于固定承载件3。2)、多根立柱4内壁分别设有多个凹槽，对应位置的凹槽用于安装承载件3，比如承载件3与多根立柱2采取镶嵌配合的方式实现固定连接。

在如上所述的第1)种安装方式中，在多根立柱4内壁设有突出于表面的凸齿，承载件3安装或者固定在凸齿上，在第2)种安装方式中，在多根立柱4内壁设有凹陷于表面的凹槽，承载件3安装或者插入凹槽中。

本实用新型实施例中，舌板31的厚度可以与限片齿32的厚度保持一致。当然，舌板31的厚度还取决于其自身的尺寸、材质等因素，为了增加机械强度，提高对于晶圆的承托能力，也可以适当增加舌板31的厚度。

本实用新型实施例中的舌板31的整体宽度a具体可以取决于载片舟的规格，即取决于所要承载的晶圆大小，此外还取决于机械手的规格。舌板31的整体宽度a与中间立柱4的直径一致或略大于中间立柱4的直径，通常为立柱4直径的1.0-1.5倍。

一般情况下，承载件3向开口方向延伸的长度优选为圆环形顶盖1或底盖2中心圆直径(可近似为超薄晶圆的直径)的40％-60％，进一步为超薄晶圆直径的55％-60％，以在确保对晶圆承载作用的基础上有效避让晶圆搬送机构(如机械手)。如图2和图4所示的结构中，承载件3延伸至圆环形顶盖的中心圆圆心附近。当然对于不同规格的晶圆，承载件3向开口方向延伸的长度与圆环形中心圆直径的比例可以略有不同。

进一步参考图1和图3，考虑到超薄晶圆本身存在不规则形变，经实践验证，本实用新型实施例中承载槽41沿立柱4轴向的高度大于或等于10mm，基本可以覆盖超薄晶圆的形变量，避免超薄晶圆放置在承载槽41内的时候与承载槽41顶面发生干涉；考虑到一些发生较大形变的超薄晶圆，加之立柱4上承载槽41的数量限制，承载槽41的高度可设置在10mm至15mm(含端值)。

不难理解的是，载片舟能够容置的晶圆的最大数量，取决于承载槽41的数量。相邻承载槽41之间的距离越大，限位槽的空间越大，相邻晶圆之间的距离也越大。沿立柱轴向，相邻两个承载槽41的槽间距(以相邻两个承载槽41的中心位置计算)，即相邻承载件3之间的间距，可以设置在20mm及以上，以避免上下相邻的超薄晶圆因发生形变而影响彼此。一般情况下，上述槽间距可以设置在20mm至25mm(含端值)，以避免相邻超薄晶圆彼此干扰，并确保立式舟的加工效率。

本实用新型实施例中，沿立柱4径向，承载槽41沿立柱4径向的深度可以为立柱4直径的40％-50％，以兼容对超薄晶圆的承载面积以及立柱4的结构强度。

图5和图6均为本申请实施例提供的用于扩散炉的载片舟的装载示意图。参考图5和图6，机械手承载超薄晶圆后，朝向载片舟运动(参见图中的箭头方向)，经开口一侧将超薄晶圆搬送至载片舟内。这一过程首先是机械手控制超薄晶圆以略高于目标承载槽41的底面以及承载件3的顶面进入载片舟，然后机械手缓慢下降直至超薄晶圆与承载槽41的槽底面以及承载件3的顶面接触，最后机械手沿原路退出载片舟，完成一片超薄晶圆的置入。由于超薄晶圆的边缘部分被立柱4上的承载槽41所支撑，中心部分被承载件3支撑，因此能够避免超薄晶圆因发生大幅度的形变而碎裂。

另外，本实用新型实施例不特别限定载片舟的材质，可以是较为常见的石英舟和碳化硅舟，其中碳化硅舟的耐高温性能相对更好但价格较高，实际可根据工艺所需温度以及成本选择适宜的材质。

需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若对本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也应包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种用于扩散炉的载片舟，其特征在于，包括：平行于晶圆容置平面的顶盖和底盖、垂直于晶圆容置平面的多根立柱，以及多个承载件，其中，

每根所述立柱的顶端连接所述顶盖，底端连接所述底盖，所述多根立柱形成便于晶圆置入/取出的开口；

每根所述立柱内侧设有多个承载槽，多个承载槽沿所述立柱的轴向间隔排列，所述多根立柱对应的承载槽形成限位槽，用于支撑和限制呈水平放置的晶圆；

所述多个承载件相互平行地设置在所述顶盖和所述底盖之间，所述承载件设置在所述限位槽的下表面并向所述开口方向延伸预设长度。

2.根据权利要求1所述的载片舟，其特征在于，所述顶盖和所述底盖均为圆环形板状结构。

3.根据权利要求1或2所述的载片舟，其特征在于，所述承载件设置在所述多根立柱中位于中间的立柱上，或者连接在中间两根立柱之间。

4.根据权利要求3所述的载片舟，其特征在于，所述承载件的宽度大于或等于所在立柱的直径。

5.根据权利要求3所述的载片舟，其特征在于，所述立柱内侧设有多个相互平行的凸齿或凹槽，所述凸齿或者凹槽用于安装所述承载件。

6.根据权利要求5所述的载片舟，其特征在于，所述承载件包括限片齿和舌板，所述限片齿设置在凸齿或凹槽上，所述舌板连接在所述限片齿中间并向所述开口方向延伸。

7.根据权利要求6所述的载片舟，其特征在于，所述限片齿与所述舌板为一体结构。

8.根据权利要求2所述的载片舟，其特征在于，所述承载件延伸的长度为所述顶盖或所述底盖的中心圆直径的40％至60％。

9.根据权利要求1或2所述的载片舟，其特征在于，相邻两个所述承载件的间距不低于20mm。

10.根据权利要求1或2所述的载片舟，其特征在于，所述承载槽沿立柱径向的深度为所述立柱直径的40％-50％；和/或，所述承载槽沿立柱轴向的高度不低于10mm。