TW201025494A - Support for a semiconductor wafer in a high temperature environment - Google Patents

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TW201025494A
TW201025494A TW098135159A TW98135159A TW201025494A TW 201025494 A TW201025494 A TW 201025494A TW 098135159 A TW098135159 A TW 098135159A TW 98135159 A TW98135159 A TW 98135159A TW 201025494 A TW201025494 A TW 201025494A
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wafer support
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semiconductor wafer
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Larry Wayne Shive
Brian Lawrence Gilmore
Timothy John Snyder
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Memc Electronic Materials
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Description

201025494 六、發明說明： 〜 【發明所屬之技術領域】 本發明大體上關於用於支撐高溫環境中之半導體晶圓之 裝置且更尤其關於經調適以限制對該半導體晶圓之損壞 •之裝置及方法。 . 【先前技術】 半導體晶圓一般地經歷高溫熱處理（例如退火）以獲得一 定所需的特徵。舉例而言，高溫熱處理可用於在半導體晶 • ®上建立一無缺陷的石夕層。該高溫退火處理製程係典型地 執行於一垂直熔爐中，該垂直熔爐使該等晶圓遭受最普遍 地介於約攝氏1200度與約攝氏π〇〇度間之至少約攝氏11〇〇 度之溫度。半導體晶圓亦可遭受各種其他高溫熱處理製 程，例如快速熱處理（RPT)，以獲得可能需要的各種晶圓 特徵。 在與高溫熱處理相關之高溫，半導體晶圓變得更可塑 性。舉例而言，在高於攝氏750度之溫度且尤其在高於攝 氏1100度之溫度下，矽晶圓變得更可塑性。若在熱處理期 間該等半導體晶圓係未經適當地支撐，則由於自重應力及 ^ 熱應力，該等晶圓可能經歷滑動。如此項技術中所熟知， 滑動可將污染物引進該等晶圓之器件區域中。此外，過声 v /月動可引起該等晶圓塑性變形’導致例如引起器件製造中 之良率損失之光微影術覆蓋故障之生產問題。 相比於該半導體晶圓，該晶體支撐通常是由一不同的材 料所構成。舉例而言，晶體支撐通常是由碳化矽（Sic)構 144004.doc 201025494 成’因為當遭受在高溫熱處理期箸所遭遇之高溫時，此材 料保持相對堅固。然而，若相比於該半導體晶圓該晶圓支 樓係由+同的材料製成，則在該等熱膨脹係數中可存在 失配在加熱及冷卻期間，熱失配可引起該晶圓在該晶 圓支標之表面上滑動。 圖1及圖2例示高溫環境中用於支揮半導體晶圓之一先前 技術晶圓支撐。此先前技術晶圓支撐係由SiC構成且具有 開放的C型組態。此組態允許晶圓從該晶圓支撐自動地 裝載及卸載。該晶圓支揮具有—頂面，該頂面接合該晶圓 以支撐該晶圓。在該晶圓支撐之頂面中存在約0 2毫米 (mm)深且約30毫米寬之一拱形凹槽。此凹槽之目的旨在在 裝載期間阻止該晶圓漂浮在該晶圓支撐之頂部上且在卸載 期間亦阻止該晶圓黏附至該晶圓支撐。該凹槽之内部及外 部邊緣通常為破裂邊緣且由於加工sic之難度，此等邊緣 之^/狀無法藉由加工而精細地控制。發明者已觀察對於該 先前技術晶圓支撐之該凹槽之該等邊緣毀壞半導體晶圓而 言之一趨勢。藉由該凹槽而強加於該晶圓上之毁壞降低晶 圓良率。 【發明内容】 在一態樣中’本發明包含一種用於在包含變化溫度之一 製程期間支撐一半導體晶圓之晶圓支撐。該晶圓支樓包括 具有一頂面之一主體，該頂面經調適以接納該半導體晶 圓’因此該頂面之一部分支撐該晶圓。該頂面具有包含一 斜面之一凹入區域，該斜面自該凹入區域之一底部上升， 144004.doc 201025494 該斜面具有不大於約10。之一傾斜角。 在另-態樣中，本發明包含—種用於在_熱_ 支樓-半導體晶圓之晶圓支撑。該晶圓支樓包括—頂面 該頂面經調適以使該半導體晶圓與支撐該晶圓之該頂面， 至少-部分接合。該頂面具有—外邊緣及1人區域，= 凹入區域具有—内部界限及—外部界限。該㈣及外部^ 限在該頂面之該外部邊緣以内實質上無破裂邊緣。 ’ 在又一態樣中，本發明包含一種用於在包含變化溫度之 一製程期間支採-半導體晶圓之晶圓支樓。該晶圓支律包 括具有一頂面之一主體，該頂面經調適以接納該半導體晶 圓，因此該頂面之一部分支樓該曰曰曰gj。該頂面具有包含: 傾斜外緣之一凹入區域，該傾斜外緣自該凹入區域之一底 部上升’該傾斜外緣具有不大於約5。之一傾斜角。 在再一態樣中，本發明包含一種用於在包含變化溫度之 一製程期間支撐一半導體晶圓之晶圓支撐。該晶圓支撐包 括具有一頂面之一主體，該頂面經調適以接納該半導體晶 圓’因此該頂面之一部分支撐該晶圓。該頂面具有一凹入 區域及一圓形脊’該圓形脊環繞該凹入區域内部之該主體 延伸。該凹入區域包含一内緣，該内緣藉由該圓形脊之至 少一部分而形成。該内緣具有不大於約1〇。之最大傾斜 角。 本發明亦包含一種用於在包含變化溫度之一製程期間支 樓半導體晶圓之晶圓支撑。該晶圓支樓包括具有一頂面 之一主體，該頂面經調適以接納該半導體晶圓，因此該頂 144004.doc -5- 201025494 面之一部分支樓該晶圓。該頂面在—較高外邊緣與一較低 内邊緣間有一恆定斜率。 在另一態樣中，本發明包含一種用於在包含變化溫度之 一製程期間支撐一半導體晶圓之晶圓支撐。該晶圓支撐包 括具有一頂面之一主體，該頂面經調適以接納該半導體晶 圓，因此該頂面之一部分支撐該晶圓。該頂面在一較高外 邊緣具有一斜率且在一較低内邊緣具有一大致相等的斜 率〇 其他目的及特徵將在下文中部分出現且部分指出。 【實施方式】 在以下所有圖式中，對應的參考符號表示對應的部分。 參考圖3及圖4,整體標示為101之本發明之一第一實施 例之一晶圓支撐包括一主體103 ,該主體1〇3經調適以接合 一半導體晶圓（例如矽晶圓，圖令未繪示），且在一高溫環 境中支撐該晶圓。舉例而言，該晶圓支撐1〇1係適用於其 中該晶圓係在-溶爐中以—高溫退火之—製程中。當該晶 圓從一相對低溫加熱至一相對高溫及/或從該相對高溫冷 部至該相對較低溫度時，該晶圓支撐1〇1亦適於支撐該晶 圓。 在此實施例中，該主體103具有_c型組態。如圖”所 說明’該主體Η)3大致為—圓環形片段。該主體⑻之一頂 面105通常係平坦的（除非有所註釋），用於接合該實質上平 坦之半導體晶圓之-背部。當未使料，該晶圓支撑ι〇ι 可具有各種定向，且取決於#時該㈣支撐之定向，該頂 144004.doc ** 6 - 201025494 面105可不為該主體ι〇3之頂部。為了方便，使用中面向上 方之該表面被稱為該頂面105。該晶圓支撐1〇1能夠抵抗具 有超過攝氏1050度之溫度（例如約攝氏丨2〇〇度）之一環境。 譬如，該晶圓支撐101可由碳化矽（sic)構成。在一實施例 中’該主體103為如圖3及圖4中所說明之一單一主體。 該主體103具有相對末端m，該等相對末端m定義該 主體之一扇區中之一開口 113。當機器人從該晶圓支撐1〇1 自動地裝載及卸載該晶圓時，該等末端1 i i係彼此隔開一 距離’該距離足以為一機械手（圖中未繪示）提供淨空區以 延伸於該等末端之間以接達由該C型主體103部分封閉之一 内部空間。舉例而言’該所說明之實施例之該等相對末端 111係彼此隔開從約50毫米（mm)至約150毫米之範圍内的距 離D。該晶圓支撐101之該頂面ι〇5具有一外邊緣m，該外 邊緣121具有從約300毫米至約310毫米之範圍内的直徑 Do °在一實施例中，具有大於約3〇〇毫米（例如約36〇毫米） 之直徑之該外邊緣121 ’用於加工3〇〇毫米直徑晶圓。該晶 圓支稽^101之該頂面105具有一内邊緣丨23 ,該内邊緣123具 有從約190毫米至約210毫米之範圍内的直徑D1。此外，該 主體103具有從約45毫米至約60毫米之範圍内的寬度w。 該晶圓支樓101之該頂面105包含一寬拱形凹槽131。當 裝載該晶圓時’此凹槽13 1可減少該晶圓漂浮於該晶圓支 樓101之該頂面105之上的可能性。在卸載期間，該凹槽 131亦減少該晶圓黏附至該晶圓支撐ι〇1的可能性。在圖3 及圖4中所說明之該實施例中’該凹槽13丨從該晶圓支擇 144004.doc 201025494 1 〇 1之一末端111沿一圓弧延伸至其他末端，該圓弧具有一 與該圓形主體1〇3之中心一致的中心。因此，在此實施例 中’該拱形凹槽131與該晶圓支撐ι〇1之該c型主體1〇3同 心。如所說明，該凹槽131連續地沿該主體1〇3延伸且具有 一實質上均勻的寬度WG。該凹槽寬度WG可於本發明之範 疇内變更。舉例而言’在一實施例_，該凹槽131具有從 約15毫米至約5〇毫米之範圍内的寬度W(3。可預想在一些 實施例中’可沿其長度變更該凹槽寬度WG，及/或該凹槽 131可相對於該主體1〇3為非同心。 如圖4中所繪示，該凹槽m具有一大致平坦的底部 133 ’該底部133延伸於一冠狀脊135與一傾斜外緣137之 間。該訄狀脊13 5形成一經加工表面’在該經加工表面之 上靜置該晶圓。因為該脊經加工，該脊提供一光滑表面可 減少毀壞該晶圓之該背部的可能性。儘管該脊135具有無 違本發明之範缚的其他粗链度，在一實施例中，該脊135 的平均粗糙度（Ra)小於約2微米（μιη)的表面粗糙度。儘管 該脊135可具有無違本發明之範疇的其他光滑刮面形狀， 在一實施例中，該剖面具有一圓形形狀。在一特殊實施例 中，該脊135具有一剖面，該剖面為一具有不大於約1〇。之 最大傾斜角之一圓的片段。在一些實施例中，該脊U5具 有一剖面，該剖面為一具有不大於約5。之最大傾斜角之一 圓的片段。在又一實施例中，該脊135具有一剖面，該剖 面為一具有不大於約2.5。之最大傾斜角之一圓的片段。此 外，在一些實施例中，該脊135比該凹槽之該底部133高出 144004.doc -8- 201025494 約0.2¾米。在該所說明的實施例中，預想該内脊135與該 外邊緣121的高度係大約相等。 在一些貫施例中，該傾斜外緣13 7具有從該凹槽i 3 1之該 底部133至該主體1〇3之該外邊緣121之一大致怪定的斜 率。在一實施例中’該傾斜外緣丨3 7以約5。之傾斜角傾 -斜。在一些實施例中，該邊緣U7以約2 5。之傾斜角傾斜。 在另外其他實施中，該邊緣13 7以約1。之傾斜角傾斜。在 一些實施例中，該邊緣137延伸至該頂面105之該外邊緣 籲 121。儘管該外緣137可具有無違本發明之範疇的其他寬 度，在一些實施例中，該傾斜外緣具有約2毫米的寬度 WO。 在一些實施例中’該主體103可隨意地包含多重片段， 且在本發明之範疇内可經不同地組態（例如一圓形盤、閉 合環或不具有供一機械手使用之任何開口的其他形狀）。 同樣地’在本發明之範疇内，該主體103可由除sic之外的 材料製成。 參考圖5及圖6，整體標示為201之本發明之一第二實施 例之一晶圓支推包括一主體203，該主體203經調適以接合 . 一半導體晶圓（例如梦晶圓，圖中未緣示）且在一高溫環境 中支撐該晶圓。在此實施例中，該主體203具有一 C型組 態。如圖5中所說明的，該主體203為一大致圓環形片段。 該主體203之一頂面205為大致圓錐形，其用於接合該大致 平坦的半導體晶圓之一背部。 該主體203具有相對末端211，該等相對末端211定義該 144004.doc 201025494 主體之一扇區中之一開口 213。當機器人從該晶圓支撐201 自動地裝載及卸載該晶圓時’該等末端211係藉由一距離 而互相隔開，該距離足以為一機械手（圖中未繪示）提供淨 空區以移動於該等末端之間以接達藉由該C型主體2〇3部分 封閉之一内部空間。舉例而言’該所說明的實施例之該等 相對末端211係藉由相似於該第一實施例之該支撐之範圍 内之距離D而互相隔開。該晶圓支撐201之該頂面2〇5具有 一外邊緣221，該外邊緣221具有相似於該第一實施例之該 支撐之範圍内之直徑D〇。在一實施例中，該外邊緣22 j具 有大於約300毫米（例如約360毫米）之直徑用於加工3〇〇毫米 直徑晶圓。該晶圓支撐201之該頂面205具有—内邊緣 223 ’該内邊緣223具有相似於該第一實施例之該支樓之範 圍内之直徑D〖。此外，該主體203具有相似於該第—實施 例之該支撐之範圍内之寬度W。 在一些實施例中，該頂面205具有從該該内邊緣223至該 主體203之該外邊緣221之一大致恆定斜率。在一些實施例 中，預想該斜率可徑向地及/或周向地變更而無違本發明 之範疇。在一實施例中，該頂面2〇5以約5。之傾斜角傾 斜。在一些實施例中，該頂面205以約2 5。之傾斜角傾斜。 在另外其他實施中’該頂面205以約丨。之傾斜角傾斜。 在一些實施例中，該主體2〇1可隨意地包含多重片段且 在本發明之範鳴内可經不同地組態（例如_圓㈣、閉合 環或不具有供-機械手使用之任何開口之其他形狀）。同 樣地’在本發明之範嘴内，豸主體謝可由㈣。之外之材 144004.doc 201025494 料製成。 * * μ纟口本發明之兀件或本發明之該等較佳實施例時，該 等冠闽a」、「an」、「the」及「said」係欲意指存在一個 或多個所述元件。用語「包括」、「包含」及「具有」係意 欲為包含性且意指可存在除該等列出元件之外之額外元 件。 鑑於以上說明’將看到實現本發明之若干目的且達到其 他有利的結果。 由於在該等以上結構及方法中可做出各種變更而無違本 發明之範疇’意欲在以上描述中所含有且在隨附圖式中所 繪示之所有内容應被視為說明性而非限制性。 【圖式簡單說明】 圖1係'一先刖技術晶圓支樓之一平面圖； 圖2係於包含在圖1上之線2-2之一平面中截取的該先前 技術晶圓支撑之一部分之一放大剖面； 圖3係本發明之一第一實施例之晶圓支撐之一平面圖； 圖4係於包含圖3之線4-4之一平面中截取的該第一實施 例之該晶圓支撐之一部分之一放大剖面； 圖5係本發明之一第二實施例之晶圓支擇之一平面 圖；且 圖6係於包含圖5之線6-6之一平面中截取的該第二實施 例之該晶圓支推之一部分之一放大剖面。 【主要元件符號說明】 101 晶圓支撐 144004.doc •11· 201025494 103 主體 105 頂面 111 相對末端 113 開口 121 外邊緣 123 内邊緣 131 拱形凹槽 133 平底 135 冠狀脊 137 外緣 201 晶圓支撐 203 主體 205 頂面 211 相對末端 213 開口 221 外邊緣 223 内邊緣
144004.doc -12-

Claims (1)

  1. 201025494 七、申請專利範圍： 1. 一種用於在包含變化溫度之一製程期間支撐一半導體晶 圓的晶圓支撐，該晶圓支撐包含具有一頂面之一主體， 該頂面經調適以接納該半導體晶圓，使得該頂面之一部 分支撐該晶圓，該頂面具有一包含一斜面之凹入區域， 該斜面自μ凹入區域之一底部上彳，該斜面具有不大於 約1 〇。之一傾斜角。 2·如請求们之晶圓支撐，其中該斜面形成該凹入區域之 • 一外緣之至少一部分。 3.如請求項2之晶圓支撐，其中該斜面具有不大於約5。之一 傾斜角。 如”月求項3之晶圓支撐，其中該斜面具有不大於約2尸之 一傾斜角。 5. 如清求項4之晶圓支樓，其中該斜面具有不大於約】。之一 傾斜角。 6. 如請求们之晶圓支撐’其中該斜面形成該凹入區域之 一内緣之至少一部分。 7·如請求項6之晶圓支樓，其中該斜面具有不大於約$。之一 傾斜角。 8.如請求項7之晶圓支樓，其中該斜面具有不大於約25。之 一傾斜角。 9·如請求们之晶圓支揮，其中上表面包含—圓形脊，該 圓形脊之至少一部分形成該凹入區域之一邊緣。 1〇·如凊求項9之晶圓支撐，其中該圓形脊形成該凹入區域 144004.doc 201025494 之一内緣。 11·如凊求項10之晶圓支撐，其中該圓形脊具有小於約2微 米Ra<表面粗糙度。 12.如凊求項1〇之晶圓支撐，其中該圓形脊係大致連續圍繞 該凹入區域之一内緣。 13_如清求項1〇之晶圓支撐，其中該圓形脊具有比該凹入區 域之—底部高出不大於約〇.2毫米之高度。 14. 如凊求項丨之晶圓支撐，其中該頂面之一外邊緣具有比 该凹入區域之一底部高出不大於〇2毫米之高度。 15. 如吻求項丨之晶圓支撐，其中該凹入部分具有一大致均 勻的寬度。 16. 如请求項丨之晶圓支撐，其中該主體包括一材料，該材 料保持足以在至少約攝氏1〇5〇度的溫度下支撐該晶圓的 硬度。 17. 如请求項15之晶圓支撐，其中該主體包括碳化矽。 18. 如请求項丨之晶圓支撐，其中該凹入區域包括一拱形凹 槽。 19. 一種用於在一熱處理過程中支撐一半導體晶圓的晶圓支 撐，該晶圓支撐包括具有一頂面之一主體，該頂面經調 適以使該半導體晶圓與支撐該晶圓之該頂面之至少一部 分接合，該頂面具有一外邊緣及一凹入區域，該凹入區 域具有一内部界限及一外部界限，該内部及外部界限在 該頂面之該外邊緣以内實質上無破裂邊緣。 20. —種用於在包含變化溫度之一製程期間支撐一半導體晶 144004.doc • 2 - 201025494 圓的晶圓支撐，該晶圓支撐包含具有—頂面之一主體， 該頂面經調適以接納該半導體晶圓，使得該頂面之一部 分支撐該晶圓，該頂面具有一包含一傾斜外緣之凹入區 域，該傾斜外緣自該凹入區域之一底部上升，該傾斜外 緣具有不大於約5。之一傾斜角。 21. —種用於在包含變化溫度之一製程期間支撐一半導體晶 圓的晶圓支撐，該晶圓支撐包含一具有一頂面之主體， 該頂面經調適以接納該半導體晶圓，使得該頂面之一部 分支撐該晶圓，該頂面具有一凹入區域及一圓形脊該 圓形脊圍繞該凹入區域内部之該主體延伸，該凹入區域 包含一内緣，該内緣係由該圓形脊之至少一部分形成， 該内緣具有不大於約10。之最大傾斜角。 22. —種用於在包含變化溫度之一製程期間支撐一半導體晶 圓的晶圓支撐，該晶圓支撐包含一具有一頂面之主體， 該頂面經調適以接納該半導體晶圓，使得該頂面之一部 分支撐該晶圓，該頂面在一較高外邊緣與一較低内邊緣 之間具有一恆定斜率。 23. —種用於在包含變化溫度之一製程期間支撐一半導體晶 圓的晶圓支撐，該晶圓支撐包含—具有一頂面之主體，B 該頂面經調適以接納該半導體晶圓，使得該頂面之一部 分支撐該晶圓，該頂面在一較高外邊緣具有一斜率，且 在一較低内邊緣具有一實質上相等的斜率。 144004.doc
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