TW408421B - Wafer carrier and semiconductor apparatus for processing a semiconductor substrate - Google Patents

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TW408421B
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Jack Chihchieh Yao
Robert Jeffrey Bailey
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Silicon Valley Group Thermal
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Description

經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明0 ) ' 〔發明領域〕 本發明大致關係於半導體處理之領域，更明白地說係 關於一晶圓載器及半導體設備，用以處理半導體基板，而 能減少對基板背面之接觸。 〔發明背景〕 於半導體及積體電路之製造中.，各種薄膜及材料於此 電路製造時係被沉積。介電質膜係廣泛被沉積於半導體晶 圓上，以電氣阻絕導電層並形成於這些層間之有用內連線 。介電質’及其他薄膜係經常藉由化學氣相沉積（C V D )加以形成。C V D製程沉積一材料於基板之表面，藉由 傳送及於表面上之某些氣體前驅物之反應。CVD反應器 有很多形式。低壓C V D系統（L P C V D )及氣壓 CVD系統（APCVD)操作於熱CVD原理。電漿可 以用以協助用以反應之化學物之分解於電漿加強C V D系 統（PECVD)及於高密度電漿（HDP)系統中。 因爲C V D沉積前驅物化學物之成份，所以於C V D 反應環境中減少污染是重要的，因爲這些污染物可能會沉 積於薄膜中。於薄膜中之污染物損壞了晶圓上之元件之功 能並降低了元件良率。金屬污染物係特別有害於矽晶圓的 ，因爲金屬雜質於熱處理後可能改變了晶圓及元件之特性 ，並影響閘氧化層。 污染可能有很多來源。除了於前驅物化學物中之雜質 出現外，污染物可能來自c V D系統本身。於半導體處理 本紙張尺度適用中國國家標準{ CNS ) A4規格（210X 297公麓} -4 - ^ I II 裝— I I ! I I 訂—— n I 線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 408421 1 A7 — B7 五、發明説明g ) ' 時*金屬原子污染物可能由一些作成處理設備之金屬元件 而來。這些污染物可以被傳遞至半導體基板，而於其中污 染了基板表面及/或沉積於薄膜中。 金屬污染源之一是晶圓支撐。於傳統系統中，晶圓典 型地與晶圓支撐接觸。於處理時，晶圓之污染可以由該支 撐發生。另外，與晶圓支撐之接觸可能損壞了晶圓之背面 。這代表了當薄膜後續沉積於晶圓背面上之會有一問題。 由晶圓支撐接觸所造成之刮痕可能於薄膜中造成缺陷。 再者，對於某些應用（被稱爲背密封應用）而言，於 晶圓前側沉積時，於晶圓之背面並沒發生沉積是重要的。 因此，不只是爲了減少污染而減少接觸晶圓是重要的，同 時晶圓與沉積氣體密封分離也是重要的。 先前技藝之晶圓載器典型地藉由接觸相當區域之晶圓 之背側，以支撐晶圓。此與晶圓之表面接觸提高了金屬污 染並損壞背面。如於美國專利第5，6 4 5，6 4 6號中 所述之另一先前技藝晶圓載器中，使用了多數由板面突出 之多數支撐板以支撐晶圓。這設備由於於晶圓之各個位置 與表面接觸而有著相同之限制。再者，這設計允許沉積於 晶圓背側，因此，將不合適於背密封應用。因此，吾人想 要提供一晶圓支撐件，除了能減少與基板之接觸面積外’ 同時也能防止沉積於晶圓之背側。 〔發明槪要〕 因此，本發明之目的係提供一改良晶圓載器。 裝 訂 線 {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國S家橾準（CNS ) Λ4規格（210X297公釐） -5- 經濟部中央標準爲貝工消f合作社印製 408421 A7 _____B7 五、發明説明6 ) ' 更明白地說，本發明之目的係提供--晶圓載器，其減 少與基板之接觸面積，以減少金屬污染及對基板背側之損 壞。 本發明之另一目的係提供一晶圓載器·其防止沉積於 基板之背側。 本發明之一相關目的係提供一晶圓載器，其於基板上 側提供均勻沉積。 這些及其他目的及優點係由藉由此所揭示之本發明之 晶圓載器所完成。晶圓載器包含一圓形板，具有一平邊緣 區延伸於板之周邊。該板具有一圓形下凹中心區域，其具 有一·下凹底面，並包含一上斜面於下底面之周圍。一基板 (同時稱爲一"晶圓”）係放置於中心區域，於其中基板 係被向上斜面之部份所支撐並被與下凹底面分離，使得塞 板係只被晶圓載器所支持於晶圓之邊緣。 〔圖式之簡要說明〕 本發明之其他目的及優點可以由讀取以下之本發明之 詳細說明及參考附圖而變得明顯，附圖中： 第1圖爲一可以用於依據本發明之實施例之化學氣相 沉積（C V D )系統設備之部份剖面圓。 第2圖爲依據本發明之實施例之晶圓載器之上視圖。 第3圖爲依據本發明之晶圓載器之一部份之剖面視圖 〇 第4圖爲晶圓載器之一部份之放大剖面圖，其示出依 本纸悵尺度適用中國國家梂準（CNS ) A4規格（2J0X297公釐) ~Q _ --：-------裝-----h訂丨-----線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 408421 A7 B7 蛵濟部中央榡準局員X消費合作祆印製 五、發明説明# ) 據本發 明之晶圓放置。 主要元件對照表 1 0 c V D系統 15 氣體輸送系統 2 0 C V D反應器 3 0 噴氣器 3 1 套筒 3 2 簾幕 3 3 沉積室區域 3 4 輸送帶 3 5 基板 4 0 晶圓載器 4 2 圓型板 4 4 平邊區域 4 5 圓形下凹中心區域 4 6 下凹底面 4 8 斜面 4 9 邊緣區域 5 0 開口 〔本發明之詳細說明〕 現參考圖式，其中相同元件係以相同參考數加以指定 ，第1圖示出一設備之代表圖，該設備可以使用本發明之 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨0X297公釐） 装 訂 線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 408421 A7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 f ~~ “ B7 - 五、 發明説明 $ ) 1 1 | 晶 圓 載 器 0 第 1 圖 示 出 化 學 氣 相 沉 積 C C V D ) 系 統 1 0 1 1 > 其 大 致 包含 一 C V D 反 應 器 2 0 及 具 有 導 管 輸 送 氣 體 至 I 反 應 器 2 0 之 氣 體 輸 送 系 統 1 5 <3 所 示 之 C V D 反 應 器 /---V 1 2 0 係 爲 白 動 化 大 氣 壓 C V D ( A P C V D ) 型 反 應 器 先 閱 1 I 其係 大 致 2¾ 於 美 國 專 利 第 4 y 8 3 4 > 0 2 0 號 所 完 整 描 背 1 1 I 述的 該 案 於 此 倂 入 作 爲 參 考 〇 重 要 的 是 注 意 到 雖 妖 所 示 之 注 意 1 1 爲 A P C V D 反 fffi //Cji 器 t 但 本 發 明 之方 法 可 以 使 用 其他 類 型 事 項 再 1 1 之 C V D 反 應 器 例 如 低 壓 C V D ( L P C V D ) 電 漿 % % 本 1 裝 加 強 C V D ( P E C V D ) 反 17tt /HZj·. 器 及 局 密 度 電 漿 ( 頁 1 I Η D P ) 反 應 器 加 以 實 現 0 示 於 第 1 圖 之 A P C V D 反 應 1 | 器 2 0 典 型 地 包 含 —- 套 筒 3 1 > 疋 義 多 級 ( 爲 簡 化起 見 只 1 1 有 ~ 噴 氣 器 3 0 因 此 只 有 一 級 被 示 出 ) 多 數 噴 氣 器 3 0 訂 及 - 輸 送 帶 3 4 〇 反 應 器 可 以 包 含 四 級 每 一 級 係 實 質 上 1 相 同 〇 於 套 筒 3 1 內 多 數 簾 幕 3 2 係放 置 於 噴 氣 器 3 0 1 | 之 兩 側 以 隔 離 一 區 域 並 於其 間 形成 ~~- m 積 室 區 域 3 3 1 | 〇 線 I 爲 了 沉 積 一 薄 膜 材料於半 導 體 裝 置 之 表 面 上 一 基 板 1 1 3 5 係 被 放 置 於 輸 送 帶 3 4 上 並被傳 送 至 套 筒 3 1 並 經 由 1 1 沉 積 室 區 域 3 3 〇 於 沉 積 室 區 域 3 3 中 氣 體 化 學 物 係 被 1 1 噴 氣 器 3 0 所 帶 至 接 近 基 板 3 5 之 表 面 之 區 域 於 其 中 氣 I 體 化 學 物 反 應 並 沉 積 一 薄 膜 材料於 基 板 3 5 之 表 面 上 〇 1 I 爲 了 沉 積 — 相 要 成份 及 摻 雜 物 層 於 基 板 3 5 之 表 面 上 1 1 1 晶 圓 支 撐 件能 穩 固 地 支 持 基 板 同 時 又 不 污 染 及/ 或 損 1 1 壞 基 板 之 表 面 是 重 要 的 0 本 發 明 藉 由 以 其 週 緣 支 持 基 板 > 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（2丨OX 297公釐） -8- 經濟部中央標準局員工消f合作社印聚 A7 __ B7五、發明説明6 ) ' 而提昇了污染物及基板表面之實際損壞之降低量。依據本 發明之一實施例，基板係被放置於晶圓載器中，及晶圓載 器係被放置於輸送帶3 4上，然後，其被送經沉積室3 3 。於此特定例子中，一自動化型C V D反應器被示出。應 了解的是，單晶圓被移入及移出單一反應器室之單晶圓系 統可以被配合本發明之晶圓載器使用。 晶圓載器係更詳細示於第2及.3圖中。晶圓載器4 0 包含一圓型板4 2，具有一延伸於板4 2之周圍之平邊區 域4 4，以及，一圓形下凹中心區域4 5。下凹中心區域 4 5包含一下凹底面4 6及向上斜面4 8於下凹底面4 6 之周圍。下凹中心4 5之邊緣區域4 9係垂直於下凹底面 4 6之平面。較佳地，但不是必須的，至少一開口 5 0係 被提供於圓下凹區域4 5之底面4 6。開口收納一插銷（ 未示出），其嚙合晶圓以收納並由晶圓載器上移開晶圓。 爲了支持一基板或晶圓，基板被放置於下凹中心區域 4 5，如於第4圖所示。特別好的是，本發明之晶圓載器 只提供支撐晶圓於其周緣。明白地說，基板係被放置於中 心區域並被藉由上斜面4 8之一部份支持於其周緣。於晶 圓及晶圓載器間之接觸只發生於斜面中，其中晶圓邊緣之 曲面係停放置於載器上。晶圓背面之其他部份（即晶圓周 緣以外之其他部份）係與底面4 6分開，因此，並不接觸 晶圓載器。於另一實施例中，也可能斜面只延伸一徑向距 離，以足以確保以垂直於載器底部之步階接觸晶圓。 較佳地，邊緣區域4 9具有一深度，其係大致相同於 ^衣iT線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4^格（210X297公釐） -9- 408421 Λ7 ______B7__;_ 五、發明説明f ) ' 晶圓之厚度“ t ’’ ，使得當晶圓被放置於晶圓載器中時， 晶圓接觸向上斜面4 8之一部份，晶圓之上表面係大致對 齊於晶圓載器之平邊緣面4 4。這藉由所謂“邊緣效應” 而加強了晶圓之沉積。邊緣效應是一種現象，其中晶圓之 邊緣於氣體流及/或溫度均勻度上造成干擾，而降低了所 沉積薄膜之均勻性。邊緣效應係被本發明之晶圓載器所進 一步降低，藉由有效地以平邊緣區域4 4來延伸晶圓邊緣 。邊緣效應現發生於平邊緣區域4 4上，而於整個晶圓表 面上留下均句沉積。 經濟部中央標苹局爲工消費合作杜印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 如於第4圖所示，特別有利的晶圓只沿著晶圓邊緣 5 0之周邊接觸晶圓支撐件，其中，晶圓被下凹中心4 5 之斜面4 8所支持。點，或線接觸相對於先前技藝之面接 觸，減少了與晶圓之接觸。藉由減少面接觸，本發明可大 大地降低表面損壞及金屬污染之可能。本發明之其他優點 實際地減少沉積發生於晶圓之背側面上。因爲晶圓係被支 持於整個邊緣上，所以晶圓係被有效地密封及沉積氣體將 不會遷移至晶圓之背側。這允許晶圓被處理於背密封應用 中。再次|這完全相反於先前技藝之載器，其允許背側沉 積發生。 晶圓載器可以收納各種大小之基板。較佳地，晶圓載 器將具有一圓型中心區域4 5，具有大約2 0 0 m m或 3 0 〇 m m之直徑，以分別收納2 0 0 m m或3 0 0 m m 之晶圓。然而，中心下凹區域之直徑可以是任何大小。下 凹中心4 5之邊緣區域4 9將較佳地重合於予以支持之晶 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS〉Μ規格（2!〇Χ297公釐） -10 - 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 408421 A7 B7 五、發明説明$ ) ' 圓之厚度。例如’邊緣區域4 9對於一 3 0 0 m m晶圓’ 將具有約0 · 7 5至0 . 8 m m之深度。 較佳地，爲支持晶圓4 8，向上斜而4 8係斜向一角 度，以減少對晶圓背側面之接觸。晶圓之背側面5 0係彎 曲爲大致半圓形剖而。本發明提供一斜接觸面，其只接觸 晶圓之彎曲晶圓邊緣5 0，並接近線接觸於晶圓之周緣。 較佳地，向上斜面4 8係斜向底下.凹面4 6之平面約5至 4 5度範圍之角度時爲最佳。 爲了保持想要線或點接觸於晶圓之周圍，以及*防止 晶圓之穩固支持，晶圓載器之熱膨脹被考量。較佳地，於 處理時，只發生少量熱膨脹，使得斜面之想要角度被保留 。明確地說，晶圓載器包含具有熱膨脹係數2 . 6 * 1 0 6 / °C至5 * 1 0 6 / °C之範隕中，較低値爲較佳的 。具有合適膨脹係數之材料包含矽及碳化矽。 由向上斜邊緣區4 8之一部份所支持之晶圓允許晶圓 離開圓形中心下凹區域4 5之底面4 6。本發明提供晶圓 與晶圓載器接觸之間隔，藉以減少表面圓壞及對晶圓之污 染，同時，保持對晶圓之熱傳送。爲了提高熱傳送至晶圓 ，晶圓載器之導熱度必須被考量。較佳地，晶圓載器之導 熱度係於大約4 0至7 0瓦/米/K之範圍中，以提昇良 好熱傳送。爲了符合熱膨脹及導熱度之兩要件，晶圓載器 較佳係由碳化砂，氮化錦，大晶粒多晶砂，及砂/碳化砂 合金所選出之材料作成。 發明人發現爲了各種理由，於晶圓之背面及底下凹面 -----------1------.玎------,il (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐} -11 - 408421 A7 B7 符 八 口 五、發明説明〇 ) 4 6間之間隔是重要的。首先 加以考量。再者，由於重量， 必須估計。這些準則必須藉由 4 6間一間隔而使得本案加以 0 · 1 5 m m 至 0 . 5 m m 之 對於3 0 0 in m之晶圓係最好 因此，已經提供了 一改良 了金屬污染及對基板之損壞， 發明之晶圓載器作之實驗展現 金屬污染被降低至不可檢出位 ，間隔對熱傳遞之作用必須 溫度梯度及處理之晶圓彎曲 於晶圓之背面及底下凹面 該間隔係大約於 範圍，0 . 2 5 m m之間隔 晶圓.載器。該晶圓載器減少 並適用於背密封應用。以本 出沉積於晶圓上之薄膜中之 準（<109原子每平方公分 (請先閱讀背面之注意事項再填窍本頁} -柒- -絲 本發明之前述說明及特定實施例已經爲例示及說明之 目的加以呈現。它們並不用以限定本發明於精密該形式中 ，明顯地，很多修改，實施例及變化由上述之教導而變得 可能。本發明之範圍係被隨附之申請專利範圍及其等效加 以定義。 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 本紙张尺度適用中國國家榡率（CMS ) A4規格（210X 297公釐） -12-

Claims (1)

  1. 881007^9 408421 A8 B8 C8 D8 經濟部中央標準局員工消费合作社印11 六、申請專利範圍 1 . 一種晶圓載器，用以支持一基板，該載器包含： 一圓型板，具有一平坦邊緣區域，延伸於扳之圓周； 及 一圓形下凹中心區域，其具有一下凹底面並包含一向 上斜面於下凹底面之周圍， 其中該基板係被向上斜面之一部份所支持並與下凹底 面分離，使得基板只於基板之邊緣被晶圓載器所支持。 2 .如申請專利範圍第1項所述之晶圓載器，其中下 凹底面更包含至少一孔徑形成於其中，用以收納至少一支 持構件，以嚙合該基板。 3 .如申請專利範圍第1項所述之晶圓載器，其中該 圓形下凹中心區域具有大約2 0 0 m m之直徑。 4 ·如申請專利範圍第1項所述之晶圓載器，其中該 圓形下凹中心區域具有大約3 0 0mm之直徑。 5 .如申請專利範圍第1項所述之晶圓載器，其中該 向上斜面相對於下凹底面之平面係傾斜於大約5至4 5度 範圍之一角度。 6 .如申請專利範圍第1項所述之晶圓載器，其中該 向上斜面相對於下凹底面之平面係傾斜於大約1〇度之角 度。 7 .如申請專利範圍第1項所述之晶圓載器，其中該 晶圓載器係包含一具有熱膨脹係數範圍由2·6x10 6 至5 X 1 〇 — 6 /t之材料。 8 _如申請專利範園第1項所述之晶圓載器，其中該 ---------t------ΐτ------球 (讀先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > Α4現格（210χ297公兼） -13- 408421 A8 B8 C8 D8 經濟部肀夾標率局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 晶圓載器係包含一具有導熱係數範圍由4 〇至7 0瓦/米 / K之材料。 9 .如申請專利範圍第1項所述之晶圓載器’其中該 晶圓載器係包含由碳化矽’氮化鋁’大晶粒多晶矽及矽/ 碳化矽合金群組所選出之材料° 1 0 t如申請專利範圍第1項所述之晶圓載器’其中 該晶圓係離開下凹底面約0 . 1 5至0 . 5 m m之距離。 1 1 .如申請專利範圍第1項所述之晶圓載器，其中 該晶圓係離開下凹底面約0 · 2 5 m m之距離。 1 2 .如申請專利範圍第1項所述之晶圓載器，其中 該平邊緣區域具有約5至2 5mm之寬度。 1 3 . —種用以沉積一層材料於基板上之反應器，包 含： 一沉積室； 一晶圓載器於沉積室中，該晶圓載器具有一圓板，含 有一平邊緣區域延伸於該板之圓周，及一圓形下凹中心區 域，具有一下凹底面及一向上斜面於下凹底面之周圍，其 中該基板係被向上斜面之一部份所支持並與下凹底面分離 ’使得基板只於基板之邊緣被晶圓載器所支持； 一氣體入口進入沉積室，用以輸送氣體至室中；及 一排氣系統，用以由室除去氣體 1 4 ·如申請專利範圍第1 3項所述之反應器，其中 ，該反應器是一低壓CVD反應器。 1 5 .如申請專利範圍第1 3項所述之反應器，其中 ： 裝 E 訂 線 (請先閱讀背而之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家樓準（CNS〉A4規格{ 210X29?公釐） -14- 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 408421 Μ C8 D8 六、申請專利範圍 1 該反應器是一大氣壓C VD反應器。 1 6 .如申請專利範圍第1 3項所述之反應器，其中 該反應器是一電漿加強C V D反應器。 1 7 . —種CVD處理設備，用以處理一基板，包含 一套筒： 至少一 C V D室區域於該套筒內； 至少一噴氣器，用以輸送氣體進入該至少一 c V D室 區域； 一輸送帶，傳送經該室區域與該套筒：及 至少一晶圓載器，被放置於該輸送帶上，用以移動基 板經過該室區域，藉以氣體可處理該基板之表面。 1 8 .如申請專利範圍第1 7項所述之C V D處理設 備，其中該晶圓載器更包含：一圓型板具有平坦邊緣區延 伸於板之周邊：及 具有下凹底面之圓型下凹中心區，並包含向上斜面於 下凹底面之周圍， 其中，該基板係被向上斜面之部份所支持並與下凹底 面分離，使得基板係只被晶圓載器支持於其邊緣。 1 9 .如申請專利範圍第1 8項所述之C V D處理設 備，其中該向上斜面對於下凹底面之平面傾斜約1 〇度。 2 0 ·如申請專利範圍第1 7項所述之C V D處理設 備，其中該晶圓載器係包含一具有熱膨脹係數範圍由 2 · 6 X 1 0 一 6 至 5 X 1 0 _ 6 / °C 之材料。 i I ' II 111 11~ 11 線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨0X297公釐） -15- 408421 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 * 2 1 .如申請專利範圍第1 7項所述之C V D處理設 備，其中該晶圓載器係包含一具有導熱係數範圍由4 0至 7 0瓦/米/K之材料。 2 2 .如申請專利範圍第1 7項所述之C V D處理設 備，其中該晶圓載器係包含由碳化矽，氮化鋁，大晶粒多 晶矽及矽/碳化矽合金群組所選出之材料。 2 3 .如申請專利範圍第1 7項所述之C V D處理設 備，其中該晶圓係離開下凹底面約0 . 1 5至0 . 5 m m 之距離。 -----------裝------訂------線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標嗥局員工消费合作社印5^ -16- 本紙張凡度逋用中國國家標準（CNS > A4規格{ 21〇Χ：Ζ97公釐）
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