TW201916215A - 晶圓承載盤及其支撐結構 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種用於晶圓承載盤之支撐結構，尤其所述晶圓承載盤的一晶圓承載面定義有用於容置所述支撐結構之孔。所述支撐結構包含具有一第一表面及一第二表面的一本體，該本體延伸於該第一表面與該第二表面之間，且該第一表面具有一隆起部用於支撐晶圓。該第一表面的中心與該第二表面的中心定義一方向軸，且該方向軸與該第一表面的法線並非平行。即相對於第二表面，第一表面系傾斜延伸，致使本發明支撐結構可相對晶圓承載盤的承載面而傾斜地容置於晶圓承載盤中。

Description

晶圓承載盤及其支撐結構

本發明是關於一種適用於晶圓處理裝置之晶圓加熱盤，尤其是關於晶圓加熱盤所用於支撐晶圓的支撐結構。

一般而言，晶圓處理設備是由分別執行不同功能的多個單元所構成的多功能設備，像是包含氣體供應裝置、真空抽氣裝置、晶圓負載腔室、晶圓傳遞腔室以及晶圓處理腔室等。各個單元可因應不同的制程需求而賦予特殊的處理能力。例如，氣體供應裝置可因應電漿處理而配置有電極，晶圓處理腔室可因應晶圓的熱處理而在腔室中配置有加熱源。

傳統上，在一種已知的半導體薄膜沉積處理中，傳遞腔室的機械手臂需要將被處理的晶圓放在一加熱盤上，並在對晶圓加熱同時進行化學沉積以形成薄膜在晶圓上，而晶圓與加熱盤之間需要有支撐結構來支撐晶圓，將晶圓支撐於加熱盤上方。在一種已知的配置中，所述加熱盤是加熱單元與晶圓承載盤（wafer carrier）或晶圓襯托器（susceptor）之整合。例如，可將電阻式加熱單元包覆於晶圓承載盤中，藉由熱傳遞加熱承載盤上的晶圓。目前的，所用的晶圓支撐結構為垂直容置在加熱盤之垂直柱孔的寶石球或者陶瓷柱。這種結構配置有其缺失，當腔體在抽氣到真空狀態時，支撐結構容易因缺乏結構的限制而在抽氣的過程中被吸抽出來。另外，在高溫狀態下的晶圓被取出時，在晶圓底部可能會發生沾黏而支撐結構（像是寶石球或者陶瓷柱）黏在晶圓的底面，並隨著機械手臂的傳遞而一併被脫離晶圓處理腔室。脫出的支撐結構可能影響半導體產品的良率。

因此，有必要發展一種技術，加強所述支撐結構對於加熱盤或晶圓承載盤之附著力，避免所述支撐結構在晶圓處理的過程中與盤面分離。

本發明目的在於提供一種用於晶圓承載盤之支撐結構，所述晶圓承載盤的一晶圓承載面定義有用於容置所述支撐結構之一孔，所述支撐結構包含一本體，其具有一第一表面及一第二表面。本體延伸於第一表面與第二表面之間，且第一表面具有一隆起部。本發明支撐結的構特徵在於第一表面的中心與第二表面的中心定義有一方向軸，且所述方向軸與第一表面的法線並非平行。即，相對於第二表面，第一表面系傾斜延伸。

在一實施例中，本體之延伸定義所述方向軸，該方向軸與第一表面定義一夾角。

在一實施例中，本體具有一帽部及一延伸部，延伸部自帽部延伸。帽部包含該第一表面，延伸部包含該第二表面。該帽部的一徑向尺寸大於該延伸部的一徑向尺寸。

在一實施例中，本體的帽部具有一連續變化之厚度。

本發明的另一目的在於提供一種晶圓承載盤，適用於晶圓處理裝置。所述晶圓承載盤包含一承載面，其定義有複數個容置孔，每一容置孔容置有用於支撐晶圓的一支撐結構。支撐結構包含具有一第一表面及一第二表面的一本體，其於該第一表面與該第二表面之間。本發明晶圓承載盤的特徵在於支撐結構的本體的第一表面具有一隆起部，第一表面的中心與第二表面的中心定義一方向軸，且方向軸與承載面的法線並非平行。該等容置孔的每一者自晶圓承載面向內傾斜延伸，使容置的支撐結構的第一表面與晶圓承載面平行。

在一實施例中，該等容置孔系以對稱方式（以承載面的一中心點）沿著該晶圓承載面而排列。

本方案設計解決了以上問題，設計了一種傾斜角度的支撐結構，其通過柱孔的延伸方向與承載面的水平面夾角為15至45度或105至135度控制傾斜角度，支撐結構頂端結構為錐度對應所述夾角，錐面結構上用球面結構支撐晶圓，此支撐結構頂端錐度形狀可以是圓形或者方形。晶圓承載盤面上多個傾斜柱孔排布形式以盤面中心軸線為基準，向中心軸線傾斜相同角度環形排布。此結構安裝牢固可靠，可以防止支撐結構脫出，從而提高半導體產品的生產效率，適用於半導體薄膜沉積機台，具有實用的經濟價值。

在以下本發明的說明書以及藉由本發明原理所例示的圖式當中，將更詳細呈現本發明的這些與其他特色和優點。

底下將參考圖式更完整說明本發明，並且藉由例示顯示特定範例具體實施例。不過，本主張主題可具體實施於許多不同形式，因此所涵蓋或申請主張主題的建構並不受限於本說明書所揭示的任何範例具體實施例；範例具體實施例僅為例示。同樣，本發明在於提供合理寬闊的範疇給所申請或涵蓋之主張主題。除此之外，例如主張主題可具體實施為方法、裝置或系統。因此，具體實施例可採用例如硬體、軟體、韌體或這些的任意組合(已知並非軟體)之形式。

本說明書內使用的詞彙「在一實施例」並不必要參照相同具體實施例，且本說明書內使用的「在其他實施例」並不必要參照不同的具體實施例。其目的在於例如主張的主題包括全部或部分範例具體實施例的組合。

第一圖例示本發明承載盤（100），專用於半導體處理設備的處理腔體，包含一承載部（120）及一支撐部（140）。承載部（120）與支撐部（140）可為相同材質且一體成型。承載部（120）具有一承載面（122）及一底面（124），其中承載面（122）用以承載工作部件（work piece，未顯示），像是待處理的晶圓。例如，待處理的晶圓可經由一機械手臂傳遞至半導體處理設備的一處理腔室中並以適當地方式放置在承載面（122）上。承載部（120）的底面則與支撐部（140）接合。承載部（120）具有一厚度延伸於承載面（122）和底面（140）之間。

承載部（120）還具有一臺階（126），其低於承載面（122），用以放置為了其他處理目的而設置的一陶瓷環（未顯示）。在其他實施例中，承載部（120）不包含所述臺階結構。

支撐部（140）大致上為一柱形體，其自承載部（120）的底面（124）向下延伸。一般而言，支撐部（140）以一端利用已知手段耦接至處理腔體的底部（160），如圖所示。在一實施例中，支撐部（140）系連接至一冷卻裝置，而冷卻裝置連接至腔體。支撐部（140）的延伸定義有一中心軸（142）。承載部（120）及支撐部（140）的材質可為陶瓷。

承載部（120）的承載面（122）定義有複數個容置孔（128）。在一實施例中，這些容置孔（128）大致上具有相同的容積，且每一容置孔（128）容置有用於支撐晶圓的一支撐結構（180）。容置孔（128）自承載面（122）以一角度向下延伸，其中所述角度不為垂直。換言之，容置孔（128）的延伸方向與承載面（122）的法線方向不平行。如圖所示，這些容置孔（128）的延伸方向均指向承載面（122）上方的中心位置，像是中心軸（142）的位置。沿著承載面（122）的橫向方向上，可包含一或多個容置孔（128）。在其他實施例中這些容置孔（128）可以作不同傾斜角度的安排。這些容置孔（128）排布形式以中心軸（142）為基準並向中心軸（142）傾斜相同角度作環形排布。

第二圖為本發明一實施例承載盤的俯視圖，顯示其承載面（200）的一安排。可看到承載面（200）大致上為圓形，其定義有一中心點（202）。離該中心點（202）的一徑向距離設置有三個容置孔（204），且這些容置孔（204）的每一者與另一者等距離。在其他實施例中，更多數量的容置孔（204）系對稱於所述中心點（202）沿著承載面設置並容置有所述支撐結構。

返參第一圖，這些容置孔（128）的每一者容置有用於支撐待處理晶圓的一支撐結構（180）。在一實施例中，這些支撐結構（180）具有大致上相同的尺寸及相同材質，以至於當放置于容置孔（128）中時，這些支撐結構（180）相對於承載面（122）維持在一致的高度。再參第二圖，在一實施例中，承載面（122）安裝有三個支撐結構（206）。在其他實施例中，更多數量的支撐結構可被使用。

第三圖系根據第一圖的局部放大圖，顯示一支撐結構（300）安裝於承載部（320）的容置孔（340）的剖面。支撐結構（300）的一部分略高於承載面（360）。一晶圓或基板（380）的一底面由支撐結構（300）的凸出部分支撐，使晶圓或基板與承載面（360）之間具有一空隙（390）。當支撐結構（300）維持在一致的高度，晶圓可平整地放置在承載面（360）上且不與承載面（360）觸碰。如前述，容置孔（340）是以一角度由承載面（360）處向下延伸並終止於一深度。容置孔（340）具有一第一區段（342）及一第二區段（344），第一區段（342）靠近承載面（360）且具有一連續變化的縱向深度，第二區段（344）自第一區段（342）以一角度向下延伸。如圖所示，第一區段（342）沿著一橫向延伸的一寬度大於第二區段（344）的一寬度，第一區段（342）沿著一縱向延伸的一深度小於第二區段（344）的深度。定義第一區段（342）的壁面與定義第二區段（344）的壁面平行。第一區段（342）的容積小於第二區段（344）的容積。雖未顯示，容置孔（340）可為圓形柱孔或方形柱孔。第一區段（342）及第二區段（344）可為相同或不同的形狀的柱孔。在其他實施例中，更多或更少的區段可被包含在所述容置孔中。在其他實施例中，有關所述容置孔的其他寬度及深度或其他容積比例的選擇可被考慮。

支撐結構（300）包含一本體，本體具有一第一表面（302）及一第二表面（304），本體延伸於第一表面（302）與第二表面（304）之間。本體的延伸方向定義該支撐結構（300）的一方向軸。可替代地，本體第一表面（302）的中心與第二表面（304）的中心定義一方向軸，且方向軸與第一表面（302）的法線（即與表面垂直的方向）並非平行。如圖所示，支撐結構（300）定義一方向軸（O），其大致上與本體的延伸方向平行。如圖所示，方向軸（O）大致上通過第二表面（304）的中心並與第二表面（304）垂直。方向軸（O）大致上通過第一表面（302）的中心並與第一表面（302）的法線方向不為平行。第一表面（302）與第二表面（304）不為平行。第一表面（302）系相對第二表面（304）傾斜。當安裝時，支撐結構（300）的第一表面（302）平行於承載面（360），而第二表面（304）相對於承載面（360）傾斜。此時，支撐結構（300）的方向軸（O）與承載面（360）的法線方向不為平行。

本發明支撐結構的本體的延伸定義所述方向軸，其與本體的第一表面或承載面定義一夾角。如第三圖所示方向軸（O）與第一表面（302）或承載面（360）之間存在一夾角（A）。更具體而言，該夾角（A）是由該方向軸（O）及支撐結構第一表面（302）上的一對稱線所定義。如第四圖為一立體俯視圖，顯示本發明支撐結構（400）插入至所述容置孔中並以第一表面（402）暴露在外。如圖所示，根據支撐結構的對稱性（400），可在第一表面（402）定義一對稱線（S）。意即，根據該對稱線（S），支撐結構（400）的剖面為對稱。所述夾角（A）由支撐結構（400）的方向軸（O）及支撐結構（400）的對稱線（S）所定義。可替代地，方向軸（O）與方向軸（O）在第一表面（302）上的一投影分量可定義所述夾角（A）。像是如第三圖的安裝狀態，支撐結構（300）的方向軸（O）與方向軸（O）在第一表面（302）上的垂直投影分量定義所述夾角（A）。在一實施例中，所述夾角（A）是介於15至45度間的範圍。在其他實施例中，所述夾角（A）是介於105至135度的範圍。本發明夾角（A）的數值可反映本發明支撐結構相對於所述承載面的傾斜程度。

返參第三圖，本發明支撐結構（300）還包含一隆起部（306），其形成於第一表面（302）。隆起部（306）系配置以提供與晶圓（380）的接觸，使晶圓被抬離承載面（360）之上。本發明支撐結構（包含所述隆起部）的材料可為陶瓷。在其他實施例中，支撐結構本體與所述隆起部可為不同材質。

續參第三圖，支撐結構（300）具有一帽部（307）及一延伸部（308）。延伸部（308）自帽部（307）傾斜向下延伸。帽部（307）及延伸部（308）具有恰當的形狀及尺寸以便符合地放置于容置孔（340）中並大致上填滿第一區段（342）及第二區段（344）。帽部（307）包含該第一表面（302），延伸部（308）包含該第二表面（304），帽部（307）的一徑向尺寸大於延伸部（305）的一徑向尺寸。如圖示，帽部（307）具有相對大於延伸部（308）一寬度，當被安裝時，帽部（307）坐在定義第一區段（342）及第二區段（344）的一肩部上而不會進入第二區段（344）。延伸部（308）進入容置孔（340）的第二區段（344）並適當地與定義第二區段（344）的壁面接觸，以防止支撐結構（300）易於脫出容置孔（340）。如圖示，一般而言，容置孔（340）的第二區段（344）的深度遠大於支撐結構（300）的延伸部（308）的預定長度。此作法可在容置孔中預留空間，避免支撐結構的延伸部因誤差而抵觸底部結構。本發明支撐結構的帽部具有一連續變化的厚度。如圖所示，帽部（307）具有一連續變化的厚度，其在第一表面（302）和延伸部（308）之間延伸。經安裝的支撐結構（300），延一水準方向，像是沿著第三圖的一水準方向或沿著第四圖的對稱線（S）方向，其帽部（307）的厚度由厚變化至薄。所述變化程度可反映經安裝支撐結構的傾斜程度。如圖示，經安裝的支撐結構（300）的帽部（307）與周圍壁面之間有間隙，而延伸部（308）與周圍壁面幾乎完全接觸。

返參第一圖，承載盤（100）還提供有一加熱手段 ，例如已知手段包含將一或多個加熱單元（129）埋入承載部（120）的厚度中且與容置孔（128）保持適當距離。加熱單元（129）可以是加熱線圈或其他電阻式加熱元件並由一功率供應來控制。經熱傳導，承載盤（100）的溫度增加以執行半導體處理設備的熱處理。在熱處理的過程中，晶圓底面與支撐結構隆起部的接觸可能因為物理或化學反應而產生黏著。當經處理的晶圓從承載盤上抬起時，拉力會一併迫使支撐結構從容置孔中脫出。本發明傾斜式的設計增加了支撐結構在縱向上的摩擦力。如第三圖所示，支撐結構（300）的延伸部（308）的外側面幾乎完全接觸定義容置孔（340）的壁面，而當所述拉力與兩者的接觸面之間具有一夾角（因傾斜配置），則接觸面產生的摩擦力相較於所述拉力與接觸面平行的狀況增加，使支撐結構（300）更難脫出容置孔（128）。採用本發明支撐結構及承載盤可解決習知技術存在的問題，並提高晶圓產品的良率。

第五A及五B圖為本發明支撐結構的一實施例，其中第五A圖為支撐結構的剖面圖，其是根據支撐結構的一對稱線（對應第四圖的對稱線S）；第五B圖為支撐結構的俯視圖，顯示支撐結構的頂面（500，對應第三圖的地一表面302），其為圓形。第五C及五D圖為本發明支撐結構的另一實施例，其中第五C圖顯示類似的剖面結構，第五D圖顯示支撐結構的頂面（520）可為多邊形。在其他實施例中，支撐結構的頂面（即支撐面）可有更多的選擇。雖未顯示，所述支撐結構的延伸部可為圓形柱或是方形柱。

雖然為了清楚瞭解已經用某些細節來描述前述本發明，吾人將瞭解在申請專利範圍內可實施特定變更與修改。因此，以上實施例僅用於說明，並不設限，並且本發明並不受限於此處說明的細節，但是可在附加之申請專利範圍的領域及等同者下進行修改。

100‧‧‧承載盤

300‧‧‧支撐結構

120‧‧‧承載部

302‧‧‧第一表面

122‧‧‧承載面

304‧‧‧第二表面

124‧‧‧底面

306‧‧‧隆起部

126‧‧‧臺階

307‧‧‧帽部

128‧‧‧容置孔

308‧‧‧延伸部

129‧‧‧加熱單元

320‧‧‧承載部

140‧‧‧支撐部

340‧‧‧容置孔

142‧‧‧中心軸

342‧‧‧第一區段

160‧‧‧處理腔體的底部

344‧‧‧第二區段

180‧‧‧支撐結構

360‧‧‧承載面

200‧‧‧承載面

380‧‧‧晶圓或基板

202‧‧‧中心點

390‧‧‧空隙

204‧‧‧容置孔

O‧‧‧方向軸

206‧‧‧支撐結構

A‧‧‧夾角

400‧‧‧支撐結構

402‧‧‧表面

500‧‧‧頂面

502‧‧‧頂面

參照下列圖式與說明，可更進一步理解本發明。非限制性與非窮舉性實例系參照下列圖式而描述。在圖式中的構件並非必須為實際尺寸；重點在於說明結構及原理。

第一圖為本發明一實施例之晶圓承載盤與半導體處理設備的概略示意圖。

第二圖為根據第一圖的俯視圖，顯示晶圓承載面。

第三圖為本發明一實施例之晶圓支撐狀態的局部放大圖。

第四圖為本發明一實施例之安裝的支撐結構立體俯視圖。

第五A及五B圖為本發明一實施例之晶圓承載盤支撐結構的剖面圖及俯視圖。

第五C及五D圖為本發明另一實施例之晶圓承載盤支撐結構的剖面圖及俯視圖。

Claims (9)

1. 一種用於晶圓承載盤之支撐結構，所述晶圓承載盤的一晶圓承載面定義有用於容置所述支撐結構之一孔，所述支撐結構包含： 一本體，具有一第一表面及一第二表面，該本體延伸於該第一表面與該第二表面之間，其中該第一表面具有一隆起部，其特徵在於： 該第一表面的中心與該第二表面的中心定義一方向軸，且該方向軸與該第一表面的法線並非平行。
2. 如申請專利範圍第1項所述支撐結構，其中所述本體之延伸定義該方向軸，該方向軸與該方向軸在該第一表面上的垂直投影分量定義一夾角，該夾角介於15至45度。
3. 如申請專利範圍第1項所述支撐結構，其中該本體具有一帽部及一延伸部，該延伸部自該帽部延伸，該帽部包含該第一表面，該延伸部包含該第二表面，該帽部的一徑向尺寸大於該延伸部的一徑向尺寸。
4. 如申請專利範圍第3項所述支撐結構，其中該本體的帽部具有一連續變化之厚度。
5. 一種晶圓承載盤，適用於晶圓處理裝置，所述晶圓承載盤包含： 一承載面，定義有複數個容置孔，每一容置孔容置有用於支撐晶圓的一支撐結構，其中該支撐結構包含一本體，該本體具有一第一表面及一第二表面，該本體延伸於該第一表面與該第二表面之間，其特徵在於： 該支撐結構的本體的第一表面具有一隆起部，該第一表面的中心與該第二表面的中心定義一方向軸，且該方向軸與該承載面的法線並非平行； 該等容置孔的每一者自該晶圓承載面向內傾斜延伸，使容置的支撐結構的第一表面與該晶圓承載面平行。
6. 如申請專利範圍第5項所述晶圓承載盤，其中該本體具有一帽部及一延伸部，該延伸部自該帽部延伸，該延伸部包含該第二表面，該帽部包含該第一表面，該帽部的一徑向尺寸大於該延伸部的一徑向尺寸。
7. 如申請專利範圍第6項所述晶圓承載盤，其中所述容置孔包含一第一區段及一第二區段，該第二區段自該第一區段延伸，該第一區段容置該支撐結構的帽部，該第二區段容置該支撐結構的延伸部。
8. 如申請專利範圍第7項所述晶圓承載盤，其中所述容置孔的第一區段具有一連續變化之深度。
9. 如申請專利範圍第5項所述晶圓承載盤，其中該等容置孔系以對稱方式沿著該晶圓承載面而排列。