TW202341342A - 真空吸附式加熱器 - Google Patents

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張亞新
荒見淳一
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中國大陸商拓荆科技股份有限公司
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Abstract

本申請涉及一種真空吸附式加熱器，其包括：加熱盤，加熱盤包括大體為盤狀之主體，主體具有用於承載晶圓之上表面且進一步包括：自上表面向下延伸之多個凹槽，多個凹槽中之至少一部分凹槽彼此流體連通；一或多個通孔，其與上述多個凹槽中之至少一者流體連通；以及位於上表面上的多個凸點，其用於支撐上述晶圓。該加熱器能夠使得置放於承載表面上之晶圓與承載表面之間形成均勻的點接觸，因而在操作過程中不僅能夠有效地吸附晶圓，防止晶圓在加熱器承載表面上發生移動，而且使得整個晶圓均勻受熱，因而提高了晶圓的產品品質。

Description

真空吸附式加熱器
本申請係關於一種用於在半導體處理腔室中對晶圓進行加熱之裝置，尤其係關於一種真空吸附式加熱器。本申請亦涉及可與真空吸附式加熱器配合使用之真空吸附系統、以及利用真空吸附系統吸附晶圓之方法。
晶圓或基板係用於製備半導體裝置之基底。為了製備半導體裝置(例如積體電路、半導體發光裝置等)，需要將晶圓或基板置放於半導體處理腔室(亦稱反應腔室)進行加熱及沈積處理(例如，化學氣相沈積(CVD)、等離子體增強化學氣相沈積(PECVD)等)，以在晶圓或基板之表面沈積薄膜。在處理過程中，可藉由真空吸附等方式將晶圓固定在處理腔室內之加熱器上。
然而，現有之真空吸附式加熱器、真空吸附系統及其吸附方法存在諸多缺點。
例如，加熱器之晶圓承載表面及晶圓之間是面接觸，容易產生接觸不均勻。例如，由於承載表面及晶圓自身之表面粗糙度及其加工誤差等原因，當將晶圓置放於承載表面上時，二者可能不能完全地、均勻地貼合，可能有些位置懸空或者在不同位置存在不均勻之間隙。
在此情況下，一方面可能導致加熱器加熱時晶圓之各個位置受熱不均，因而加熱效果不佳，甚至影響晶圓之合格率；另一方面，可能會導致在操作過程中，對晶圓之真空吸附力不夠，吸附效果不好；甚至晶圓有可能在承載表面上發生移動，尤其是在氣流量大、壓力高之處理腔室內，晶圓移動之可能性更大。
另外，有些真空吸附式加熱器上之真空吸附結構(例如加熱盤上之通孔、加熱盤內部之吸附管路等)由於其尺寸過小、深度較深等原因而不易加工，加工難度較大、加工成本較高。
此外，現有之真空吸附系統一般僅藉由真空泵來抽吸加熱器內部之吸附管路中之氣體(空氣)，藉此控制晶圓之背面(亦即，與加熱器之晶圓承載表面接觸之面)與正面的壓力差，因此在吸附及釋放晶圓之過程中，僅可藉由操作真空泵(或真空泵管路上之閥門)來控制加熱器內部之吸附管路中的氣壓，從而控制晶圓之背面與正面之壓力差藉此控制對晶圓的吸附力。然而，此類方式非常不便於(甚至無法)根據需要調節對晶圓之吸附力；並且，在釋放晶圓之過程中，只能藉由關閉真空泵(或真空泵管路上之閥門)、同時讓反應腔室內之氣體自動流動至加熱器內部之吸附管路中直至晶圓之背面，來使得晶圓背面之壓力達到與正面壓力大致相同，從而釋放晶圓，這整個過程耗時較長，因而降低了作業效率。
因此，有必要對現有技術中之真空吸附式加熱器、真空吸附系統以及利用真空吸附系統吸附晶圓之方法加以改進，以解決上述技術問題。
本申請之目的旨在至少解決上述現有技術中的問題之一，而提供一種改進的真空吸附式加熱器。該加熱器能夠使得置放於承載表面上之晶圓與承載表面之間形成均勻的點接觸，因而在操作過程中不僅能夠有效地吸附晶圓，防止晶圓在加熱器承載表面上發生移動（即使是在氣流量大、壓力高的反應腔室內），而且使得整個晶圓均勻受熱，因而提高了晶圓之產品品質。
同時，本申請還提供一種真空吸附系統，利用該真空吸附系統吸附晶圓時，在吸附及釋放晶圓的過程中，均可方便地調節加熱器內部之吸附管路中的氣壓，從而調節晶圓背面與正面之壓力差（即調節吸附力之大小），因而不僅能夠滿足晶圓的各種吸附需要（例如晶圓的有些處理工藝需要較大之吸附力，而有些工藝需要較小之吸附力），而且在釋放晶圓之過程中，可以通入氣體使晶圓背面的壓力快速上升至等於甚至大於其正面的壓力，因而能在短時間內消除吸附力而釋放晶圓，有利於提高作業效率。
本申請還提供了利用上述真空吸附系統吸附晶圓的方法，該方法能夠有效地實現調節吸附晶圓之吸附力的目的，因而適用範圍廣泛，並且有助於提高處理晶圓之作業效率。
本申請之一些實施例提供了一種真空吸附式加熱器，其包括加熱盤，上述加熱盤包括大體為盤狀之主體，上述主體具有用於承載晶圓之上表面且進一步包括：自上述上表面向下延伸之多個凹槽，上述多個凹槽中之至少一部分上述凹槽彼此流體連通；一或多個通孔，其與上述多個凹槽中之至少一者流體連通；以及位於上述上表面上的多個凸點，其用於支撐上述晶圓。
在本申請之某些實施例中，各上述凸點大體為圓形，其直徑為1.0-3.0mm，且高度小於或等於0.2mm；相鄰之上述凸點之間的間距為3-20mm。
在本申請之某些實施例中，上述多個凹槽包括多個呈同心圓佈置之環形凹槽及將上述環形凹槽流體連通之徑向凹槽，上述環形凹槽及上述徑向凹槽之寬度均為0.5-1.5mm、深度均小於或等於1.0mm；相鄰的上述環形凹槽之間的間距為10-50mm。
在本申請之某些實施例中，各上述凸點之直徑為1.5-2.5mm，且高度小於或等於0.1mm；相鄰的上述凸點之間的間距為5-15mm；上述環形凹槽及上述徑向凹槽之寬度均為0.5-1.0mm、深度均小於或等於0.5mm；相鄰的上述環形凹槽之間的間距為15-50mm。
在本申請之某些實施例中，上述環形凹槽及上述徑向凹槽之寬度均為1.0mm，深度均為0.5mm；且相鄰的上述環形凹槽之間的間距為21.5mm。在一實施例中，各上述凸點之直徑為2.0mm，且高度為0.1mm；且多個上述凸點沿圓周分佈，從而構成多個同心圓，位於同一圓周上之相鄰的上述凸點之間以及相鄰圓周之間的間距為7mm。在另一實施例中，各上述凸點之直徑為2.0mm，且高度為0.1mm；且多個上述凸點呈三角形分佈，相鄰的上述凸點之間的間距為10mm或5mm。
在本申請之另外某些實施例中，上述環形凹槽及上述徑向凹槽之寬度均為1.0mm，深度均為0.5mm；且相鄰的上述環形凹槽之間的間距為43mm。在一實施例中，各上述凸點之直徑為2.0mm，且高度為0.1mm；且多個上述凸點沿圓周分佈，從而構成多個同心圓，位於同一圓周上之相鄰的上述凸點之間的間距以及相鄰圓周之間為7mm或15mm。在另一實施例中，各上述凸點之直徑為2.0mm，且高度為0.1mm；且多個上述凸點呈三角形分佈，相鄰的上述凸點之間的間距為10mm或5mm。
在本申請之某些實施例中，上述多個凹槽在上述上表面上大體上均勻分佈。
在本申請之某些實施例中，上述多個凸點在上述上表面上大體上均勻分佈。
在本申請之某些實施例中，上述多個凹槽及上述多個凸點在上述上表面上均大體上均勻分佈。
在本申請之某些實施例中，上述加熱盤進一步包括位於上述主體下方之支撐軸，上述支撐軸為空心結構，且與上述主體形成為一體。
在本申請之某些實施例中，該真空吸附式加熱器包括位於上述支撐軸內部之多個依次層疊的石英塊及/或聚醚醚酮塊。
在一些實施例中，該真空吸附式加熱器進一步包括位於上述主體內部之加熱元件及與上述加熱元件電連接之加熱棒，上述加熱棒位於上述支撐軸之內部且貫穿上述石英塊及/或聚醚醚酮塊，並能夠與外界電源電連接。
在一些實施例中，該真空吸附式加熱器進一步包括貫穿上述石英塊及/或聚醚醚酮塊之貫通孔，其與上述通孔流體連通，且能夠在操作期間流體耦接至真空泵。在一些實施例中，上述貫通孔之直徑為2-3mm；各上述石英塊或上述聚醚醚酮塊中之上述貫通孔的深度為20-25mm。
在一些實施例中，上述加熱盤之上述主體上僅包括一個通孔，上述通孔位於上述凹槽之一者處，並且，上述通孔的直徑大於上述凹槽的寬度。在一些實施例中，上述通孔之直徑為0.8-1.8mm。
在一些實施例中，上述真空吸附式加熱器進一步包括位於上述支撐軸外部且至少部分環繞上述支撐軸之冷卻塊。
在一些實施例中，上述真空吸附式加熱器進一步包括位於上述冷卻塊外部並夾持上述冷卻塊之固定塊，其用於將上述真空吸附式加熱器固定於機台上。
在一些實施例中，上述真空吸附式加熱器進一步包括位於上述加熱棒與上述石英塊及/或聚醚醚酮塊之間的密封圈。
在一些實施例中，上述真空吸附式加熱器進一步包括位於上述石英塊及/或聚醚醚酮塊上、上述貫通孔周圍的密封圈。
下面結合附圖具體描述本申請之實施例。藉由參考附圖來閱讀關於下面具體實施例之描述，就更容易理解本申請之各個態樣。需要說明的是，此等實施例僅僅是示例性的，其僅用於解釋、說明本申請之技術方案，而並非對本申請之限制。熟習此項技術者在此等實施例之基礎上，可以作出各種變型和變換(例如改變加熱盤之主體之上表面中的凹槽及凸點之尺寸及/或佈局等)。所有以等同方式變換獲得之技術方案均屬於本申請之保護範圍。
本說明書中所使用之各種部件之名稱僅出於說明之目的，並不具備限定作用，不同廠商可使用不同之名稱來指代具備相同功能之部件。 真空吸附式加熱器圖1係根據本申請一種實施例之真空吸附式加熱器之整體結構的立體示意圖。如圖1中所示，該真空吸附式加熱器主要包括加熱盤10。加熱盤10包括大體為盤狀之主體1及位於主體1下方之支撐軸2。
如圖1中所示，主體1具有用於承載晶圓之上表面11。在工作過程中，加熱盤10之主體1位於一反應腔室內，可藉由機械手等傳送裝置將晶圓(圖中未示出)置放於主體1之上表面11，然後藉由真空吸附之方式將其固定。在將晶圓固定後，可對其進行沈積處理等操作。
參見圖1並結合圖9至圖12，在本申請之一些實施例中，加熱盤10之主體1及位於主體1下方之支撐軸2形成為一體。例如，二者可均由陶瓷製成，然後藉由黏附或焊接等方式將二者形成為一體。與採用分體結構(亦即，主體及支撐軸以可拆卸之方式組裝在一起)之加熱盤相比，本申請中此類形成為一體之結構不僅省去了將二者安裝固定和密封之步驟，而且亦省去了二者之間之密封元件，並且密封效能大大改善，因而有效提昇了真空吸附之效果。
繼續參見圖1及圖9至圖12，在外部結構上，該真空吸附式加熱器還進一步包括位於支撐軸2外部且至少部分環繞支撐軸2之冷卻塊50、以及位於冷卻塊50外部並夾持冷卻塊50之固定塊60。固定塊60用於將該真空吸附式加熱器固定於機台上。冷卻塊50及固定塊60之具體結構均可採用本領域已知之設計，此處不再贅述。
就內部結構而言，該真空吸附式加熱器進一步包括位於主體1內部之加熱元件(圖中未示出)及與加熱元件電連接之加熱棒40。加熱元件可包括但不限於電阻絲。加熱棒40可包括導電良好之材料，例如銅、鎳等。加熱元件、加熱棒40及它們之間的電連接均可採用本領域已知之設計，此處不再贅述。
如圖10及圖12所示，支撐軸2為空心結構，其內部可容納多個依次層疊之石英塊20及/或聚醚醚酮(PEEK)塊30。加熱棒40位於支撐軸2之內部且貫穿上述石英塊20及/或PEEK塊30，並能夠與外界電源電連接。當接通電源時，加熱元件會發熱，並將熱量傳遞給加熱盤10之主體1上之晶圓。加熱棒40亦會產生熱量。環繞加熱棒40之石英塊20及PEEK塊30有助於保持支撐軸2內部之熱量基本不散失或散失很少，從而有助於將熱量傳遞至晶圓，以對其進行加熱。石英塊20及PEEK塊30亦用於實現支撐軸2內部各組件之間的電絕緣。
在本申請中，對加熱盤10之主體1 (尤其是承載晶圓之上表面11)之結構進行了特別設計。具體如下所述。
參見圖1、圖2及圖2A，其中圖2係圖1中所示之加熱盤10之俯視圖，圖2A為圖2之A處放大視圖。在本申請中，加熱盤10之主體1進一步具有如下結構： ◆     自上表面11向下延伸之多個凹槽12，此等凹槽12中之至少一部分凹槽12彼此流體連通； ◆     一或多個通孔13，其與至少一個凹槽12流體連通；以及 ◆     位於上表面11上之多個凸點14，其用於支撐晶圓。
在本申請所給出之一些實施例中，多個凹槽12及多個凸點14在上表面11上均大體上均勻分佈。熟習此項技術者理解，多個凹槽12和多個凸點14亦可以不是均勻分佈，或者其中之一者均勻分佈。例如，在某些實施例中，多個凹槽12大體上均勻分佈，而多個凸點14不均勻分佈(例如中間部分之凸點較密集，而周圍之凸點較稀疏)；在某些實施例中，多個凸點14大體上均勻分佈，而多個凹槽12不均勻分佈(例如越靠近中間部分，凹槽越密集，而越往外周，凹槽越稀疏)。
與現有技術不同，在本申請中，由於上表面11具有凸點14，因而晶圓與加熱盤之主體之上表面11可形成均勻的點接觸，二者之間可具有均勻之間隙，亦即，此等凸點14使得晶圓與其承載表面(亦即主體1之上表面11)之間接觸更加均勻，因而有助於使晶圓之各個部分受到均勻的吸附力以及均勻的加熱，從而方便對晶圓之加工，有助於保證晶圓表面之成膜品質及提高其合格率。
在本申請之一些實施例中，如圖1及圖2中所示，多個凹槽12包括多個呈同心圓佈置之環形凹槽121及將環形凹槽121流體連通之徑向凹槽122。在一個實施例中，所有的徑向凹槽122均將相鄰之環形凹槽121流體連通，從而所有的環形凹槽121及徑向凹槽122均流體連通。因此，所有的凹槽12均完全地流體連通。因此，藉由對一個凹槽12抽吸真空亦即可實現對所有的凹槽12抽吸真空，從而提供對晶圓之吸附力。
在本申請之一些實施例中，環形凹槽121及徑向凹槽122之寬度均為0.5-1.5mm、深度均小於或等於1.0mm；相鄰之環形凹槽121之間的間距為10-50mm。更優選地，環形凹槽121及徑向凹槽122之寬度均為0.5-1.0mm、深度均小於或等於0.5mm；相鄰之環形凹槽121之間的間距為15-50mm。具有上述尺寸範圍之凹槽既便於加工，又有助於有效地實現對晶圓之吸附。僅出於示例性說明之目的，本申請之附圖展示了特定數量之環形凹槽121及徑向凹槽122。應瞭解，加熱盤10可具有任意合適數量之環形凹槽121及徑向凹槽122。
進一步，如圖2及圖2A中所示，在本申請之一些實施例中，主體1上可僅包括一個通孔13，該通孔13位於一個凹槽12處，例如位於最內側之環形凹槽121上，因而與該環形凹槽121流體連通，如圖2A中所示。在其他實施例中，該通孔13亦可位於其他之凹槽12處。另外，如圖2A中所示，該通孔13之直徑大於凹槽12之寬度，例如可為0.8-1.8mm。由於通孔較深，直徑在該尺寸範圍內之通孔13便於加工，且能夠達到很好之吸附效果。只設置一個通孔13亦減化了加工工藝，節省了加工成本。在其他實施例中，主體1上亦可設置多個通孔13。
在本申請之一些實施例中，如圖中所示，各凸點14可大體為圓形，但本申請並不限於此。在製作加熱盤1之主體10時，凸點14可直接燒結成形在上表面11上。在一些實施例中，各凸點14之直徑為1.0-3.0mm，且高度小於或等於0.2mm；相鄰之凸點14之間的間距為3-20mm。具有該尺寸範圍之凸點既便於加工成形(例如便於加熱盤10之主體1之模具的設計)，又能夠有效地實現與晶圓之均勻接觸。優選地，各凸點14之直徑為1.5-2.5mm，且高度小於或等於0.1mm；相鄰之凸點14之間的間距為5-15mm。具有該尺寸範圍之凸點更加有助於其生產加工，亦有助於提供與晶圓之均勻接觸。
為了達到更優之技術效果，在設計加熱盤10之主體1之上表面11的結構時，需要考慮凹槽12之分佈及凸點14之分佈的搭配，下面將結合附圖描述幾種示例性之方案。應理解，凹槽12及凸點14之分佈方式並不限於這幾種方案。
在第一類方案中，如圖2至圖4所示，主體1之上表面11共包括7個環形凹槽121。環形凹槽121及徑向凹槽122之寬度均為1.0mm，深度均為0.5mm；且相鄰之環形凹槽121之間的間距為21.5mm。在此類方案中，環形凹槽121較為密集，因而使得工作過程中吸附力更均勻，對晶圓之吸附效果好。
在此類方案之第一個實施例中，如圖2所示，各凸點14之直徑為2.0mm，且高度為0.1mm；且多個凸點14沿圓周分佈，從而構成多個同心圓，位於同一圓周上之相鄰的凸點14之間以及相鄰圓周之間的間距為7mm。此類結構有助於實現從周向上對晶圓之均勻支撐。
在此類方案之第二個實施例中，如圖3所示，各凸點14之直徑為2.0mm，且高度為0.1mm；且多個凸點14呈三角形分佈(例如，距離最近之三個凸點14可構成等邊三角形)，相鄰之凸點14之間的間距為10mm。
在此類方案之第三個實施例中，如圖4所示，各凸點14之直徑為2.0mm，且高度為0.1mm；且多個凸點14呈三角形分佈(例如，距離最近之三個凸點14可構成等邊三角形)，相鄰之凸點14之間的間距為5mm。
在第二類方案中，如圖5至圖8所示，主體1之上表面11共包括4個環形凹槽121。環形凹槽121及徑向凹槽122之寬度均為1.0mm，深度均為0.5mm；且相鄰之環形凹槽121之間的間距為43mm。在此類方案中，環形凹槽121較為稀疏，具有此類結構之加熱盤10更便於生產加工，模具設計及製造更方便，因而降低了生產成本。
在此類方案之第一個實施例中，如圖5所示，各凸點14之直徑為2.0mm，且高度為0.1mm；且多個凸點14沿圓周分佈，從而構成多個同心圓，位於同一圓周上之相鄰的凸點14之間以及相鄰圓周之間的間距為7mm。此類結構有助於實現從周向上對晶圓之均勻支撐。
在此類方案之第二個實施例中，如圖6所示，各凸點14之直徑為2.0mm，且高度為0.1mm；且多個凸點14沿圓周分佈，從而構成多個同心圓，位於同一圓周上的相鄰之凸點14之間以及相鄰圓周之間的間距為15mm。在此類結構中，凸點14更為稀疏，因而便於加工。
在此類方案之第三個實施例中，如圖7所示，各凸點14之直徑為2.0mm，且高度為0.1mm；且多個凸點14呈三角形分佈(例如，距離最近之三個凸點14可構成等邊三角形)，相鄰凸點14之間的間距為10mm。
在此類方案之第四個實施例中，如圖8所示，各凸點14之直徑為2.0mm，且高度為0.1mm；且多個凸點14呈三角形分佈(例如，距離最近之三個凸點14可構成等邊三角形)，相鄰凸點14之間的間距為5mm。
熟習此項技術者能夠理解：相鄰之環形凹槽121之間的間距是兩個環形凹槽之相應點之間的距離，亦即，一環形凹槽121之最外邊緣(或中心線或最內邊緣)上的相應點與另一環形凹槽121之最外邊緣(或中心線或最內邊緣)上之相應點之間的距離。凹槽之寬度係指凹槽之兩個邊緣上之相應點之間的距離，深度係指自凹槽之底面至凹槽頂部邊緣之間的距離。同理，相鄰凸點14之間的間距亦係指兩個凸點14上之相應點(例如凸點之圓心)之間的距離。
進一步參見圖12及圖12A，圖12為示出該真空吸附式加熱器之部分內部結構之剖視圖，圖12A為圖12之D處放大圖，其特別示出加熱盤10之主體1上之凸點14、凹槽12、通孔13在垂直方向之結構。如圖12A中所示，通孔13之直徑大於凹槽12之寬度。在一些實施例中，通孔13之直徑可為0.8-1.8mm。此類尺寸設計既有助於通孔13之加工，又有助於達到良好之吸附效果。
如圖12中所示，該真空吸附式加熱器還包括貫穿石英塊20及/或PEEK塊30之貫通孔131，該貫通孔131之上端與通孔13流體連通，且下端能夠在操作期間流體耦接至真空泵，從而真空泵可通過管路及該貫通孔131、通孔13抽吸凹槽12內之氣體，使晶圓背面與正面產生壓力差，藉此吸附晶圓。在一些實施例中，貫通孔131之直徑為2-3mm；各石英塊20或PEEK塊30中之貫通孔131之深度為20-25mm。具有該深度及直徑之貫通孔便於加工生產。
為了提高吸附效果，如圖12中所示，該真空吸附式加熱器進一步包括位於石英塊20及/或PEEK塊上、貫通孔131周圍之密封圈16，從而提高了密封效果，防止或減少氣體洩露。
此外，如圖12中所示，該真空吸附式加熱器還包括位於加熱棒40與石英塊20及/或PEEK塊30之間的密封圈15。該密封圈15套設於加熱棒40上，並夾持於相鄰之石英塊20及/或PEEK塊30之間，因而能夠牢固地固定。 真空吸附系統及吸附晶圓之方法下面介紹根據本申請所提供之真空吸附系統以及利用該真空吸附系統吸附晶圓之方法。該真空吸附系統既可以與本說明書所描述之真空吸附式加熱器配合使用，亦可以與具有其他結構之真空吸附式加熱器配合使用，以用於吸附晶圓。
參見圖13，其示意性地示出了根據本申請一種實施例之真空吸附系統。該系統用於吸附及釋放位於反應腔室100內的、真空吸附式加熱器200之承載表面(例如，圖1所示之加熱盤10之主體1的上表面11)上之晶圓(圖中未示)。反應腔室100具有抽氣口101；真空吸附式加熱器200具有通氣口201 (例如，通氣口201可與圖12所示之貫通孔131流體連通)。雖然圖中示出整個真空吸附式加熱器200均位於反應腔室100內，但在實際產品中，可能僅真空吸附式加熱器200之一部分，例如圖1所示之加熱盤10之主體1和支撐軸2之一部分(例如冷卻塊50以上(含冷卻塊50)之部分)，位於反應腔室100內。
如圖13中所示，該真空吸附系統包括： ◆     第一管路A，其用於將反應腔室100之抽氣口101與真空泵300流體耦接； ◆     第二管路B，其用於將真空吸附式加熱器200之通氣口201與真空泵300流體耦接；及 ◆     第三管路C，其連接至第二管路B且用於將來自氣體源400之氣體供應至上述真空吸附系統。在一些實施例中，氣體源400內之氣體可以是氮氣，氮氣相較而言價格更低廉，而且不易發生化學反應。在其他實施例中，亦可以採用其他氣體，例如氦氣。
根據本申請之實施例，可以借助與氣體源400流體耦接之第三管路C在操作過程中根據需要將氣體源400中之氣體供應至真空吸附系統中。因此，利用該真空吸附系統吸附晶圓時，在吸附及釋放晶圓之過程中，均可方便地調節加熱器內部之吸附管路(例如，圖12所示之通孔13以及貫通孔131)中之氣壓，藉此調節晶圓背面與正面之壓力差，從而達到調節吸附力之大小之目的。不言而喻，這樣將有助於滿足晶圓之各種吸附需要。例如，當晶圓之處理工藝需要較大之吸附力時，可以僅從氣體源400通入較小量之氣體或不通入氣體，以保證真空吸附系統產生對晶圓之吸附力；而在需要較小之吸附力之工藝中，則可從氣體源400向真空吸附系統中通入較大量之氣體，以抵銷真空泵300產生之部分吸附力。
設置第三管路C所產生之另一個技術效果是：在釋放晶圓之過程中，可以自氣體源400向真空吸附系統內部通入氣體，從而將氣體供應至加熱器內部之吸附管路中，使晶圓背面之壓力快速上升至等於甚至大於其正面之壓力，因而能在短時間內消除對晶圓之吸附力，從而釋放晶圓。與現有技術中僅僅依靠關閉真空吸附系統、而讓反應腔室內之氣體自動流動至晶圓背面之方案相比，本申請之此類方案大大提高了作業效率。
下面進一步描述根據本申請之一些實施例之真空吸附系統的結構。
參見圖13，在真空吸附系統中，第一管路A上安置有節流閥TV，以控制真空泵300對反應腔室100內氣體之抽吸。在一些實施例中，可藉由氣壓量測裝置102 (例如氣壓計或真空計)來量測反應腔室100內之氣壓Pc。可根據反應腔室100內之氣壓Pc調節節流閥TV以控制第一管路A中之氣體流量，進而控制反應腔室100內之氣壓Pc達到所需之水準。
如圖13中所示，第二管路B上靠近通氣口201處安置有第一閥門CHCV-1，第三管路C連接至第二管路B上之第一閥門CHCV-1之下游(亦即更靠近真空泵300之一側)。第三管路C上安置有第二閥門CHCV-2。在一實施例中，第三管路C上安置有氣壓控制器401以用於調節供應至真空吸附系統之氣體的流量。如圖中所示，氣壓控制器401可包括質量流量控制器MFM、可調流量閥402和氣壓量測裝置403 (例如氣壓計或真空計)。熟習此項技術者應瞭解，氣壓控制器401不限於圖中所示之結構，現有之氣壓控制器或具有類似功能之裝置均可用於作為氣壓控制器401。
進一步參見圖13，第二管路B在第一閥門CHCV-1之下游分叉為第一歧管路B1和第二歧管路B2；第一歧管路B1之另一端連接至反應腔室100之抽氣口101和節流閥TV之間的第一管路A上，第三閥門CHCV-3安置於第一歧管路B1上；第二歧管路B2之另一端連接至真空泵300。在一實施例中，第二歧管路B2之另一端可連接至真空泵300及節流閥TV之間的第一管路A上。第四閥門CHCV-4安置於第二歧管路B2上。在一實施例中，第二歧管路B2上還可安置氣壓量測裝置500 (例如氣壓計或真空計)，以量測第二歧管路B2中之氣壓Pb，其可反映加熱器內部之吸附管路中的氣壓。
在一些實施例中，第一閥門CHCV-1、第二閥門CHCV-2、第三閥門CHCV-3及第四閥門CHCV-4均為電磁氣動閥，其可以根據需要完全地打開或關閉，從而實現對相應管路之通斷之控制。採用電磁氣動閥能夠實現更精密之控制。在其他實施例中，亦可以採用其他類型之閥門。
本申請還提供了利用上述真空吸附系統吸附晶圓之方法。簡言之，在該方法中，在吸附及/或釋放晶圓之過程中，可利用第二管路B及第三管路C將來自氣體源400之氣體供應至加熱器內部之吸附管路中，以調節晶圓之背面與正面之壓力差。
根據本申請之一些實施例，在吸附晶圓之過程中，可利用第二管路B及第三管路C將來自氣體源400之氣體供應至加熱器內部之吸附管路中，使晶圓之背面與其正面保持所需之壓力差，例如，使晶圓之背面的壓力保持比其正面之壓力小30-150 Torr。在釋放晶圓之過程中，可利用第二管路B及第三管路C將來自氣體源400之氣體供應至加熱器內部之吸附管路中，使晶圓背面之壓力升高至大於或等於其正面之壓力，例如，使晶圓背面之壓力升高至比其正面之壓力大5-10 Torr。此時吸附力完全消除且在晶圓之背面有一定推力，因而可以輕鬆地將晶圓移至下一工位。
整體而言，根據本申請之一些實施例，利用上述真空吸附系統吸附晶圓之方法主要包括如下步驟： （a）   置放晶圓：在真空吸附系統處於關閉狀態(亦即，第二管路B及第三管路C均處於關斷狀態)時，將晶圓置放於反應腔室100內之真空吸附式加熱器200之承載表面上； （b）  吸附晶圓：啟動真空吸附系統，藉由第二管路B持續地抽吸真空吸附式加熱器200內部之吸附管路中之氣體，使晶圓背面之壓力保持小於其正面之壓力，從而將晶圓吸附在真空吸附式加熱器200之承載表面上；以及 （c）   釋放晶圓：在對晶圓處理完畢後，停止抽吸真空吸附式加熱器200內部之吸附管路中之氣體，並且利用第二管路B及第三管路C將來自氣體源400之氣體供應至真空吸附式加熱器200內部之吸附管路中，以使得晶圓背面之壓力升高至等於或大於其正面之壓力，以釋放晶圓。
在一些實施例中，上述方法還可包括如下步驟中之至少一者： (a1)在步驟(a)之前，加熱真空吸附式加熱器200之承載表面(例如，加熱至450-500℃)，並藉由真空泵300將反應腔室100抽吸至真空狀態；及 (a2)在步驟(a)之後、步驟(b)之前，向反應腔室100內注入氣體(可通過其他管路，圖中未示出)，使反應腔室100內之氣壓Pc上升(根據需要，可以使Pc上升至200~600Torr，節流閥TV上方之氣壓均能達到200Torr)。
在本申請之一個實施例中，在步驟(a2)中，當反應腔室100內之氣壓Pc上升至超過臨限值(例如100Torr)時，開始步驟(b)。在步驟(b)中，在利用真空泵300藉由第二管路B持續地抽吸真空吸附式加熱器200內部之吸附管路中之氣體的同時，可藉由第二管路B及第三管路C將來自氣體源400之氣體供應至真空吸附式加熱器200內部的吸附管路中，從而使晶圓背面之壓力保持比其正面之壓力小30-150Torr。具體之壓力差可根據晶圓吸附之需要進行調節。
如前所述，第一管路A上安置有節流閥TV；第二管路B上靠近通氣口201處安置有第一閥門CHCV-1；第三管路C連接至第二管路B上之第一閥門CHCV-1之下游，且第三管路C上安置有第二閥門CHCV-2；第二管路B在第一閥門CHCV-1之下游分叉為第一歧管路B1及第二歧管路B2；第一歧管路B1之另一端連接至反應腔室100之抽氣口101及節流閥TV之間的第一管路A上，第三閥門CHCV-3安置於第一歧管路B1上；第二歧管路B2之另一端連接至真空泵300 (例如，連接至真空泵300及節流閥TV之間的第一管路A上，如圖13中所示)，第四閥門CHCV-4安置於第二歧管路B2上。此等閥及其相應之管路具體之工作過程如下：
在步驟(a1)中，第一閥門CHCV-1、第二閥門CHCV-2、第三閥門CHCV-3、及第四閥門CHCV-4均關閉，節流閥TV打開，從而僅第一管路A處於通路狀態，藉此真空泵300將反應腔室100抽吸至真空狀態。在步驟(a) (亦即，置放晶圓)以及步驟(a2)中，此等閥仍然保持此狀態。
在步驟(b) (亦即，吸附晶圓)中，第一閥門CHCV-1、第二閥門CHCV-2、及第四閥門CHCV-4均打開，第三閥門CHCV-3關閉。真空泵300仍藉由第一管路A持續抽吸反應腔室100內之氣體，使反應腔室100內之氣壓Pc維持在所需水準(例如200 Torr)。此時，第二管路B、第二歧管路B2以及第三管路C處於通路狀態，藉此真空泵300抽吸真空吸附式加熱器200內部之吸附管路中的氣體(亦即晶圓之背面的氣體)。同時，氣體源400可向真空吸附系統通入氣體，通入之氣體之量(亦即第三管路C中之氣體的流量)可藉由調節氣壓控制器401來控制。在真空泵300通過第二管路B和第二歧管路B2從真空吸附式加熱器200之吸附管路中抽吸之氣體、以及氣體源400通過第三管路C向該吸附管路中通入氣體之共同作用下，使晶圓背面之壓力保持比其正面之壓力小30-150 Torr。具體之壓力差可根據需要進行設定。
在步驟(c) (亦即，釋放晶圓)中，第一閥門CHCV-1、第二閥門CHCV-2、及第三閥門CHCV-3均打開，第四閥門CHCV-4關閉。真空泵300仍藉由第一管路A持續抽吸反應腔室100內之氣體，使反應腔室100內之氣壓Pc維持在所需水準(例如200 Torr)。此時，一方面，反應腔室100內之氣體可通過第一管路A、第一歧管路B1以及第二管路B進入真空吸附式加熱器內部之吸附管路中，從而到達晶圓的背面，另一方面，來自氣體源400之外部氣體(例如氮氣)通過第三管路C以及第二管路B進入到真空吸附式加熱器內部之吸附管路中，從而達到晶圓之背面。由於此兩方面之氣體的作用，使晶圓背面之壓力快速上升，其與正面之壓力差快速地減小，甚至可藉由調節氣壓控制器401來調節第三管路C上之氣體的流量，而使得晶圓背面之壓力升高至等於或大於其正面之壓力，例如，使得晶圓背面之壓力升高至比其正面之壓力大5-10 Torr，從而達到快速消除吸附力，進而快速釋放晶圓之目的。顯然，這種操作方式大大提高了作業效率。
本申請之技術內容及技術特點已由上述相關實施例加以描述，然而上述實施例僅為實施本申請之範例。熟習此項技術者仍可能基於本申請之教示及揭示而作種種不背離本申請精神之替換及修飾。因此，本申請已公開之實施例並未限制本申請之範圍。相反地，不脫離本申請之精神及範圍之修改及均等設置均包括於本申請之範圍內。
1:主體 2:支撐軸 10:加熱盤 11:上表面 12:凹槽 13:通孔 14:凸點 15, 16:密封圈 20:石英塊 30:聚醚醚酮塊 40:加熱棒 50:冷卻塊 60:固定塊 100:反應腔室 101:抽氣口 102, 403, 500:氣壓量測裝置 121:環形凹槽 122:徑向凹槽 131:貫通孔 200:真空吸附式加熱器 201:通氣口 300:真空泵 400:氣體源 401:氣壓控制器 402:可調流量閥 A:第一管路 B:第二管路 B1:第一歧管路 B2:第二歧管路 C:第三管路 D:部位 CHCV-1:第一閥門 CHCV-2:第二閥門 CHCV-3:第三閥門 CHCV-4:第四閥門 MFM:質量流量控制器 Pb, Pc:氣壓 TV:節流閥
為了更清楚地說明本申請之具體實施方式及所產生之技術效果，下面結合附圖闡述本申請之具體實施例。為了表達清楚及便於圖面之佈置，此等附圖並非完全按比例繪製，例如，有些圖被放大以示出局部之細節，而有些被縮小以示出整體結構。為了清楚起見，附圖可能並未示出給定設備或裝置之全部組件。最後，在整個說明書和附圖中，使用相同的附圖標記來表示相同特徵。其中： 圖1係根據本申請某些實施例之真空吸附式加熱器整體結構之立體示意圖； 圖2係圖1所示之真空吸附式加熱器之加熱盤的俯視圖，其更清楚地示出了該加熱盤之主體之上表面(亦即，用於承載晶圓之表面)中凹槽及凸點的第一種分佈方式； 圖2A係圖2之A處放大視圖，其特別示出了加熱盤上之通孔位於最內圈之環形凹槽中，且直徑大於該環形凹槽之寬度； 圖3類似於圖2，其亦為加熱盤之俯視圖，示出了加熱盤之上表面中凹槽及凸點之第二種分佈方式； 圖4亦類似於圖2，其亦為加熱盤之俯視圖，示出了加熱盤之上表面中凹槽及凸點之第三種分佈方式； 圖5亦類似於圖2，其亦為加熱盤之俯視圖，示出了加熱盤之上表面中凹槽及凸點之第四種分佈方式； 圖6亦類似於圖2，其亦為加熱盤之俯視圖，示出了加熱盤之上表面中凹槽及凸點之第五種分佈方式； 圖7亦類似於圖2，其亦為加熱盤之俯視圖，示出了加熱盤之上表面中凹槽及凸點之第六種分佈方式； 圖8亦類似於圖2，其亦為加熱盤之俯視圖，示出了加熱盤之上表面中凹槽及凸點之第七種分佈方式； 圖9係圖1所示之真空吸附式加熱器之主視圖，其示出了該真空吸附式加熱器之正面的結構； 圖10為圖9之B-B剖視圖，其示出了剖視位置處之該真空吸附式加熱器之內部結構； 圖11係圖1所示之真空吸附式加熱器之左視圖，其示出了該加熱器之側面之結構； 圖12為圖11之C-C剖視圖，其示出了剖視位置處之該真空吸附式加熱器之內部結構； 圖12A為圖12之D處放大視圖，其大體示意性地示出了凸點、凹槽、通孔在垂直方向之結構；以及 圖13為根據本申請某些實施例之真空吸附系統之結構示意圖。
1:主體
2:支撐軸
10:加熱盤
11:上表面
12:凹槽
14:凸點
50:冷卻塊
60:固定塊
121:環形凹槽
122:徑向凹槽

Claims (22)

  1. 一種真空吸附式加熱器，其包括： 加熱盤(10)，該加熱盤(10)包括大體為盤狀之主體(1)，該主體(1)具有用於承載晶圓之上表面(11)且進一步包括： 自該上表面(11)向下延伸之多個凹槽(12)，該多個凹槽(12)中之至少一部分該凹槽(12)彼此流體連通； 一或多個通孔(13)，其與該多個凹槽(12)中之至少一者流體連通；以及 位於該上表面(11)上之多個凸點(14)，其用於支撐該晶圓。
  2. 如請求項1之真空吸附式加熱器，其中各該凸點(14)大體為圓形，其直徑為1.0-3.0mm，且高度小於或等於0.2mm；相鄰的該凸點(14)之間的間距為3-20mm。
  3. 如請求項2之真空吸附式加熱器，其中該多個凹槽(12)包括多個呈同心圓佈置之環形凹槽(121)及將該環形凹槽(121)流體連通之徑向凹槽(122)，該環形凹槽(121)及該徑向凹槽(122)之寬度均為0.5-1.5mm、深度均小於或等於1.0mm；相鄰的該環形凹槽(121)之間的間距為10-50mm。
  4. 如請求項3之真空吸附式加熱器，其中： 各該凸點(14)之直徑為1.5-2.5mm，且高度小於或等於0.1mm；相鄰的該凸點(14)之間的間距為5-15mm； 該環形凹槽(121)及該徑向凹槽(122)之寬度均為0.5-1.0mm、深度均小於或等於0.5mm；相鄰的該環形凹槽(121)之間的間距為15-50mm。
  5. 如請求項4之真空吸附式加熱器，其中： 該環形凹槽(121)及該徑向凹槽(122)的寬度均為1.0mm，深度均為0.5mm；且相鄰的該環形凹槽(121)之間的間距為21.5mm。
  6. 如請求項5之真空吸附式加熱器，其中： 各該凸點(14)之直徑為2.0mm，且高度為0.1mm；且 多個該凸點(14)沿圓周分佈，從而構成多個同心圓，位於同一圓周上之相鄰的該凸點(14)之間以及相鄰圓周之間的間距為7mm。
  7. 如請求項5之真空吸附式加熱器，其中： 各該凸點(14)之直徑為2.0mm，且高度為0.1mm；且 多個該凸點(14)呈三角形分佈，相鄰的該凸點(14)之間的間距為10mm或5mm。
  8. 如請求項4之真空吸附式加熱器，其中： 該環形凹槽(121)及該徑向凹槽(122)之寬度均為1.0mm，深度均為0.5mm；且相鄰的該環形凹槽(121)之間的間距為43mm。
  9. 如請求項8之真空吸附式加熱器，其中： 各該凸點(14)之直徑為2.0mm，且高度為0.1mm；且 多個該凸點(14)沿圓周分佈，從而構成多個同心圓，位於同一圓周上之相鄰的該凸點(14)之間以及相鄰圓周之間的間距為7mm或15mm。
  10. 如請求項8之真空吸附式加熱器，其中： 各該凸點(14)之直徑為2.0mm，且高度為0.1mm；且 多個該凸點(14)呈三角形分佈，相鄰的該凸點(14)之間的間距為10mm或5mm。
  11. 如請求項1之真空吸附式加熱器，其中該多個凹槽(12)及/或該多個凸點(14)在該上表面(11)上大體上均勻分佈。
  12. 如請求項1之真空吸附式加熱器，其中該加熱盤(10)進一步包括位於該主體(1)下方之支撐軸(2)，該支撐軸(2)為空心結構，且與該主體(1)形成為一體。
  13. 如請求項12之真空吸附式加熱器，其進一步包括位於該支撐軸(2)內部之多個依次層疊的石英塊(20)及/或聚醚醚酮塊(30)。
  14. 如請求項13之真空吸附式加熱器，其進一步包括位於該主體(1)內部之加熱元件及與該加熱元件電連接之加熱棒(40)，該加熱棒(40)位於該支撐軸(2)的內部且貫穿該石英塊(20)及/或聚醚醚酮塊(30)，並能夠與外界電源電連接。
  15. 如請求項13之真空吸附式加熱器，其進一步包括貫穿該石英塊(20)及/或聚醚醚酮塊(30)之貫通孔(131)，其與該通孔(13)流體連通，且能夠在操作期間流體耦接至真空泵。
  16. 如請求項1之真空吸附式加熱器，其中該主體(1)上僅包括一個通孔(13)，該通孔(13)位於該凹槽(12)之一者處，且其直徑大於該凹槽(12)之寬度。
  17. 如請求項16之真空吸附式加熱器，其中該通孔(13)之直徑為0.8-1.8mm。
  18. 如請求項15之真空吸附式加熱器，其中該貫通孔(131)之直徑為2-3mm；各該石英塊(20)或該聚醚醚酮塊(30)中之該貫通孔(131)的深度為20-25mm。
  19. 如請求項12之真空吸附式加熱器，其進一步包括位於該支撐軸(2)外部且至少部分環繞該支撐軸(2)之冷卻塊(50)。
  20. 如請求項19之真空吸附式加熱器，其進一步包括位於該冷卻塊(50)外部並夾持該冷卻塊(50)之固定塊(60)，其用於將該真空吸附式加熱器固定於機台上。
  21. 如請求項14之真空吸附式加熱器，其進一步包括位於該加熱棒(40)與該石英塊(20)及/或聚醚醚酮塊(30)之間的密封圈(15)。
  22. 如請求項15之真空吸附式加熱器，其進一步包括位於該石英塊(20)及/或聚醚醚酮塊上、該貫通孔(131)周圍的密封圈(16)。
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