TWI417988B - Pneumatic growth device base - Google Patents
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Description
本發明是有關使用於在矽晶圓的表面使磊晶膜成長的氣相成長裝置之基座,特別是有關可防止載置矽晶圓時的滑動而於基座的定位置載置晶圓之氣相成長裝置用基座。
在晶圓表面使高品質的磊晶膜成長的氣相成長裝置,有所謂單片式氣相成長裝置為人所知。
此種的單片式氣相成長裝置是在石英製的通路狀的腔室内設置對石墨的母材被覆碳化矽SiC的圓盤狀的基座,且在此基座上載置晶圓,一邊以配置於腔室外面的加熱器來加熱晶圓,一邊使與通過腔室内的各種原料氣體反應,藉此使磊晶膜成長於晶圓表面。
載置晶圓的基座表面是比晶圓大一圈,形成有深度為晶圓的厚度程度之圓形的所謂晶圓袋(pocket)的凹部(凹陷),在此晶圓袋中載置晶圓。
可是,在晶圓與晶圓袋之間存在反應氣體可通過程度的微小間隙。因此,在磊晶膜的成膜工程中,在晶圓背面的外周領域堆積有數十nm階層的反應膜,因為此反應膜的膜厚會對晶圓的平坦度帶來影響,所以需要儘可能形成均一。特別是隨著裝置設計規則(Device Design Rule)的微細化,需要連形成於晶圓背面的反應膜也考慮的總體厚度形狀控制。
然而,若在晶圓的中心與晶圓袋的中心偏離的狀態下進行磊晶膜的成長反應,則晶圓與晶圓袋的間隙尺寸會在圓周方向形成不均一,其結果會有晶圓的平坦度降低的問題。
在此,防止將晶圓載置於基座時的晶圓滑動,有將基座的晶圓載置面成為平坦面,且以裝載時的通氣用貫通孔(孔徑10mm)能夠在載置面的全面成為開口面積率5~10%的方式來形成者為人所知(專利文獻1)。
然而,若在貫通孔的開口面積率大的基座或孔徑大的基座放進超平坦度的晶圓,則可知在貫通孔間氣體的脫離速度會失衡,反而會產生晶圓的滑動。這可想像是因為若使高平坦度的晶圓載置於高精度製作的晶圓袋,則晶圓與晶圓袋之間的微小間隙(奈米水準)會形成更小,裝載時的通氣主要僅由貫通孔進行,此晶圓滑動的問題是尤其在高精度製作的晶圓袋中以伯努利吸盤來放進大口徑‧超平坦度的晶圓時顯著出現。
[專利文獻1]特開平8-8198號公報
本發明所欲解決的課題是在於提供一種可防止載置矽晶圓時的滑動,而於基座的定位置載置晶圓之氣相成長裝置用基座。
請求項1記載的發明之氣相成長裝置用基座,係形成有從表面往内部凹陷,載置矽晶圓的晶圓袋之基座,其特徵為:上述晶圓袋係具有:底面、及形成於同底面的外周,支持晶圓的支持面、及形成於同支持面的外周,延伸至基座表面的側面,及於上述底面的最外周形成一列且具有朝上述底面擴開的傾斜面之環狀溝、及從同環狀溝貫通延伸至上述基座的背面,開口面積為2.0~3.0mm2
、對上述底面的開口率為0.25~0.5%的複數個通氣孔。
請求項2記載的發明之氣相成長裝置用基座中,上述傾斜面係形成於上述溝中所形成的上述通氣孔的外周側及内周側的兩側。
請求項3記載的發明之氣相成長裝置用基座中,上述傾斜面係只形成於上述溝中所形成的上述通氣孔的内周側,上述通氣孔係形成於上述底面的最外周。
請求項4記載的發明之氣相成長裝置用基座中,上述環狀溝係於上述傾斜面的上端具有縱壁面。
請求項5記載的發明之氣相成長裝置用基座中,上述通氣孔係以上述基座本體的表面側的開口對於背面的開口而言可位於上述基座本體的旋轉方向前側之方式傾斜形成。
請求項6記載的發明之氣相成長裝置用基座中,上述矽晶圓的口徑為300mm以上。
請求項7記載的發明之氣相成長裝置用基座中,上述支持面係由連結上述底面的最外周緣與上述側面的下端緣之段部所構成。
若利用本發明的氣相成長裝置用基座,則可防止載置矽晶圓時的滑動,可在基座的定位置載置晶圓。
以下,根據圖面來說明本發明的實施形態。
《第1實施形態》
圖1是表示在矽晶圓W(以下簡稱為晶圓W)的表面使磊晶膜成長的單片式氣相成長裝置1的模式剖面圖,具有在圓蓋安裝體5安裝上側圓蓋3及下側圓蓋4而成的磊晶膜形成室2。此上側圓蓋3及下側圓蓋4是由石英等的透明材料所構成,藉由複數個配置於裝置1的上方及下方的加熱源之鹵素燈6a,6b來加熱基座10及晶圓W。
基座10是藉由連接於旋轉軸7的支持臂8來嵌合支持其下面的外周部,藉由旋轉軸7的驅動來旋轉。基座10的材質並無特別加以限定,但較理想是例如採用在碳基材的表面被覆SiC膜者,有關其形狀會在往後敘述。
另外,往基座10搬入晶圓W或從基座10搬出晶圓W的方式並無特別加以限定,使用伯努利吸盤或真空吸盤來保持晶圓而放進晶圓袋下移載的型式,或以銷來支持晶圓下面,使該銷昇降,將上述晶圓移載於晶圓袋的型式皆可適用。
在圓蓋安裝體5的側面設有第1氣體供給口11及第2氣體供給口12,在對向的圓蓋安裝體5的側面設有第1氣體排出口13及第2氣體排出口14。從第1氣體供給口11是供給以氫氣稀釋SiHCl3
等的Si來源,且予以微量混合摻雜劑而成反應氣體至形成室2内,所被供給的反應氣體是通過晶圓W的表面來磊晶膜成長後,從第1氣體排出口13排出至裝置1外。
另外,從第2氣體供給口12是氫氣等的載氣會朝基座10的下面側供給,從設於此載氣的下流側的第2氣體排出口14排出至裝置1外。藉此可將從晶圓背面放出的摻雜劑更有效地排出至裝置1外。但,因應所需亦可省略第2氣體供給口12及第2氣體排出口14。並且,設置第2氣體供給口12來供給氫氣等的載氣至形成室2内時,亦可不設置第2氣體排出口14,兼用排出磊晶成長用的反應氣體等的第1氣體排出口13。
其次說明有關本實施形態的基座10的構成。
圖2(A)是表示本實施形態的基座的半平面圖,圖2(B)是沿著IIB-IIB線的半剖面圖,圖2(C)是表示本實施形態的環狀溝105的平面圖,圖2(D)是沿著IID-IID線的剖面圖,圖2(E)是沿著IIE-IIE線的剖面圖。
如圖2(A)(B)所示,在本例的基座10的上面形成有比晶圓W的外徑大1~5mm的直徑的凹部所構成的晶圓袋101。
此晶圓袋101是以傾斜的支持面102、側面103及底面104所構成,支持面102是用以只接觸於晶圓W的外周部W1來支持晶圓W,側面103是包圍該支持面102的縱壁,底面104是形成於支持面102的内側。晶圓W是以其中央部份在晶圓背面W2與底面104之間具有預定的間隙之方式,令其外周部W1載置於支持面102。
另外,本例的支持面102是如圖2(B)所示形成傾斜面,而使與晶圓W的外周部W1的接觸成為線接觸,但亦可將支持面102形成水平面,而使與晶圓W的外周部W1的接觸成為面接觸,或在支持面102形成微細的凹凸,而使與晶圓W的外周部W1的接觸成為點接觸。
本實施形態的基座10是在底面104的最外周形成有一列的環狀溝105,其係具有朝該基座10的上面擴開的傾斜面105a。圖2(C)~(E)是擴大顯示環狀溝105的一部份。
本例的環狀溝105是具有:構成溝構造的底部105b、及形成於該底部105b兩側的2個傾斜部105a,且以環狀溝105的底部105b的每預定間隔,形成有複數個貫通至基座10的背面的通氣孔106。
此通氣孔106是由一個開口面積為2.0~3.0mm2
的長方形或楕圓等所構成的貫通孔,以形成於一個基座10的通氣孔106的開口率(通氣孔106的開口面積的總和對基座10的底面104的面積之比率)能夠形成0.25~0.5%的方式設定通氣孔106的數量及間隔。
本例的通氣孔106是用以裝載時使晶圓W載於石英板搬入後,以銷來支持晶圓下面而令該銷降下,從基座10的上部載置於晶圓袋101時,將位於晶圓W與晶圓袋101之間的氣體往基座10的下面抽出,防止晶圓W的滑動之貫通孔。
本例的基座10是晶圓W的外周部W1所接觸的支持面102的内側的底面104的最外周僅一列,以較小的開口率(0.25~0.5%)來形成比較小徑(2.0~3.0mm2
)的通氣孔106,因此在晶圓W的裝載時,即使在高精度製作的晶圓袋101的支持面102載置大口徑.超平坦度的晶圓W,照樣晶圓W與底面104之間的氣體可從該等的通氣孔106均一地逃脫,不會有產生滑動的情況,可載置於目標位置,亦即以基座10的中心與晶圓W的中心能夠一致的方式載置。在晶圓W載置於基座10的中心之下,晶圓W與支持面102的間隙會在圓周方向形成均一,其結果,形成於晶圓W的背面W2的外周部之反應膜的膜厚會在圓周方向形成均一。
尤其本例是在基座10的底面104的最外周設置1列的環狀溝105,在此形成通氣孔106,因此可取得以下的通氣效果。亦即,在將晶圓W載置於基座10上方時,晶圓背面W2與基座10上面的間隙之載氣(氫)是往基座10的外周方向或通氣孔的方向流動而排出。在此,晶圓背面W2的中央部附近的載氣是往晶圓袋101的側面103形成放射狀的流動。
以往未形成通氣孔的基座是從晶圓袋101的底面104的最外周到支持面102的縱壁部份,放射狀的流動會反轉,形成往晶圓背面W2的中央部的流動,產生氣體(壓)的滯留,放射狀的氣體的流動會在外周部形成亂流。又,以往在基座10的全面均等地形成通氣孔的基座雖幾乎沒有往外周部的放射狀的流動,或只在基座外周部部份地形成有通氣孔時雖可形成放射狀的流動,但總之在基座10的面内無法全部形成均一的流動,由晶圓W的圓周方向來看時,在形成有通氣孔的部份與未形成的部份,速度及滯留狀態產生偏差。
又,若開口面積率小且孔徑大,則全體的氣體的排出會失衡,氣體逃脫的速度會依孔的位置而變化大,晶圓不能水平落下,因壓力差而往橫方向偏移,晶圓偏離目標位置。若開口面積率大,孔徑也,則氣體脫離的速度會過快,由於晶圓是僅線狀地接觸於基座支持面,所以晶圓會容易跳起,容易發生偏離目標位置的不良情況。
相對的,本例的基座10是在底面104的最外周設置環狀溝105,在此形成通氣孔106,藉此在晶圓袋101的支持面102的附近不會有載氣滯留,形成安定的放射狀的氣體排出流動。更藉由具有環狀溝105的空間,可實現所被排出之載氣的緩衝機能,使氣體流速安定。此緩衝機能亦與環狀溝105的形狀有關,在表層側具有傾斜面105a的寬幅構造或通氣孔106為沿著環狀溝105的長方形或楕圓形的長孔較能夠在各部份取得壓力平衡,無排出的變動,慢慢地排出。
2個的傾斜部105a是離水平面5度~30度傾斜形成,藉此可使氣體流速安定。
又,溝構造105的空間是晶圓背面與基座10的底面104的空間的體積的1%~10%。較理想是3%~7%。
圖3是表示藉由載置於本實施形態的基座10,使磊晶膜成長於中心一致的晶圓W,測定離該晶圓背面W2的外周緣2mm的位置的反應膜的膜厚之結果的圖表,如同圖所示,在圓周方向(橫軸)全周,可確認±5nm的均一性。又,比較例是取代上述本實施形態的基座10的通氣孔,而形成記載於專利文獻1的基座的貫通孔,載置同口徑的晶圓W,使用同氣相成長裝置在同條件下使磊晶膜成長,測定離該晶圓背面W2的外周緣2mm的位置的反應膜的膜厚之結果也顯示於同圖。比較例的晶圓是圓周方向230°附近、及圓周方向60°的部份的反應膜的膜厚的差是形成3倍以上,可確認在晶圓的中心偏離晶圓袋的中心的狀態下被載置,此部份的間隙變大。
本實施形態的基座10是如上述般可防止晶圓W的滑動來載置於目標位置,其結果,形成於背面的反應膜的膜厚會形成均一,晶圓總體的平坦度會提升。
又,除此以外亦可發揮以下的附帶效果。
亦即,本例的基座10是以比較小的開口率(0.25~0.5%)來形成比較小徑(2.0~3.0mm2
)的通氣孔106,因此藉由存在通氣孔106之晶圓W的溫度分布會形成均一,其結果,可減少溫度差的原因所產生的滑動,且磊晶膜的膜厚變動之變動會顯著地減少。更因為可慢慢地排出,所以亦可取得不易因基座接觸而造成背面受傷之效果。
《其他的實施形態》
圖4(A)是表示本發明的其他實施形態的半剖面圖,圖4(B)是表示環狀溝105的擴大平面圖。
上述第1實施形態的環狀溝105是在底部105b的内周側及外周側的兩側形成2個的傾斜面105a,但本例則是省略外周側的傾斜面,只在底部105b的内周側形成傾斜面105a。同時,將通氣孔106形成於晶圓袋101的底面104的最外周。除此以外的構成則是與上述第1實施形態相同。
本例是藉由將通氣孔106設於更外周側,在將晶圓載置於基座時,雖流至外側的氣體衝突於縱壁部的其中會反轉至内側,但由於通氣孔106是形成於接近縱壁的位置,因此可取得更順暢的吸收排出效果。
另外,在將通氣孔106形成於底面104的最外周時,如圖5所示,亦可將通氣孔106的内周側的壁設為具有傾斜部105a及縱壁105c的構造。圖5是表示本發明的另外其他實施形態的半剖面圖。藉此,可縮小載置晶圓W時之該晶圓W與基座10的空間,基座與晶圓的溫度差會降低,晶圓面内的溫度均一性會提升,可抑止滑動缺陷的發生。並且,溫度分布的調整帶亦可擴大。
圖6(A)是表示本發明的另外其他實施形態的基座的半平面圖,圖6(B)是表示溝的擴大平面圖,圖6(C)是沿著VIC-VIC線的剖面圖。
上述第1實施形態是使通氣孔106對基座10的主面形成於直角方向,但本例的通氣孔106是形成傾斜於基座10的氣相成長裝置的旋轉方向。亦即,若圖6(A)及(C)所示的箭號方向為基座10的旋轉方向,則如同圖(C)所示以通氣孔106的上部開口對於下部開口而言可形成旋轉方向前側之方式使傾斜。藉此,可防止在基座10旋轉的狀態下外部的氣體從通氣孔106逆流而來。
[實施例]
其次,根據實施例及比較例來説明上述實施形態中,將通氣孔106的開口面積設為2.0~3.0mm2
,且將通氣孔106對底面104的面積之開口率設為0.25~0.5%的根據。
《實施例1》
有關圖2所示構造的基座,如能夠載置口徑300mm的矽晶圓那樣,將底面的直徑設為297mm,將通氣孔的大小設為縱2.5×橫0.8mm(開口面積2.0mm2
),將通氣孔的開口率設為0.25%。
環狀溝105是在底面104的最外周形成1列,具有形成於其底部105b的兩側之2個的傾斜部105a,在上述環狀溝的底面部份形成130個通氣孔106。
在此基座,針對100片口徑300mm的矽晶圓,以銷來支持晶圓下面,然後使該銷降下,從基座10的上部來使載置於晶圓袋101,而以CCD攝影機來由基座上方觀察、計測晶圓的中心與晶圓袋的中心的偏差量。將偏差量為±0.3mm以内的晶圓片數為95片以上者設為○,將75片以下者設為×,評價載置安定性。另外,同時也測定滑動缺陷的發生、磊晶膜的膜厚分布、磊晶膜的比電阻分布及壽命,雖然載置安定性為○,可是該等晶圓品質皆非良好者為△。
《實施例2》
除了將實施例1中通氣孔的開口率設為0.5%以外,其餘則與實施例1同條件製作基座,在此基座,針對口徑300mm的矽晶圓,以銷來支持晶圓下面,然後使該銷降下,從基座10的上部來使載置於晶圓袋101,測定晶圓的中心與晶圓袋的中心的偏差量。
《實施例3》
除了將實施例1中通氣孔的開口面積設為3.0mm2
以外,其餘則與實施例1同條件製作基座,在此基座,針對口徑300mm的矽晶圓,以銷來支持晶圓下面,然後使該銷降下,從基座10的上部來使載置於晶圓袋101,測定晶圓的中心與晶圓袋的中心的偏差量。
《實施例4》
除了將實施例1中通氣孔的開口面積設為3.0mm2
,將通氣孔的開口率設為0.5%以外,其餘則與實施例1同條件製作基座,在此基座,針對口徑300mm的矽晶圓,以銷來支持晶圓下面,然後使該銷降下,從基座10的上部來使載置於晶圓袋101,測定晶圓的中心與晶圓袋的中心的偏差量。
《比較例1》
除了在基座的底面未形成通氣孔以外,其餘則與實施例1同條件製作基座,在此基座,針對口徑300mm的矽晶圓,以銷來支持晶圓下面,然後使該銷降下,從基座10的上部來使載置於晶圓袋101,測定晶圓的中心與晶圓袋的中心的偏差量。
《比較例2》
除了將實施例1中對通氣孔的底面之開口率設為0.1%以外,其餘則與實施例1同條件製作基座,在此基座,針對口徑300mm的矽晶圓,以銷來支持晶圓下面,然後使該銷降下,從基座10的上部來使載置於晶圓袋101,測定晶圓的中心與晶圓袋的中心的偏差量。
《比較例3》
除了將實施例1中對通氣孔的底面之開口率設為0.8%以外,其餘則與實施例1同條件製作基座,在此基座,針對口徑300mm的矽晶圓,以銷來支持晶圓下面,然後使該銷降下,從基座10的上部來使載置於晶圓袋101,測定晶圓的中心與晶圓袋的中心的偏差量。
《比較例4》
除了將實施例1中通氣孔的開口面積設為1.0mm2
以外,其餘則與實施例1同條件製作基座,在此基座,針對口徑300mm的矽晶圓,以銷來支持晶圓下面,然後使該銷降下,從基座10的上部來使載置於晶圓袋101,測定晶圓的中心與晶圓袋的中心的偏差量。
《比較例5》
除了將實施例1中通氣孔的開口面積設為4.0mm2
,將對通氣孔的底面之開口率設為0.8%以外,其餘則與實施例1同條件製作基座,在此基座,針對口徑300mm的矽晶圓,以銷來支持晶圓下面,然後使該銷降下,從基座10的上部來使載置於晶圓袋101,測定晶圓的中心與晶圓袋的中心的偏差量。
《比較例6》
除了將實施例1中將通氣孔的開口面積設為217mm2
,將對通氣孔的底面之開口率設為5%以外,其餘則與實施例1同條件製作基座,在此基座,針對口徑300mm的矽晶圓,以銷來支持晶圓下面,然後使該銷降下,從基座10的上部來使載置於晶圓袋101,測定晶圓的中心與晶圓袋的中心的偏差量。
《比較例7》
除了將實施例1中通氣孔的開口面積設為433mm2
,將對通氣孔的底面之開口率設為10%以外,其餘則與實施例1同條件製作基座,在此基座,針對口徑300mm的矽晶圓,以銷來支持晶圓下面,然後使該銷降下,從基座10的上部來使載置於晶圓袋101,測定晶圓的中心與晶圓袋的中心的偏差量。
將以上的實施例1~4及比較例1~7的結果顯示於表1及圖7。
《考察》
由實施例1~4的結果可確認出,若將通氣孔10的開口面積設為2.0~3.0mm2
,將通氣孔106的開口面積的總和設為底面104的面積的0.25~0.5%,則針對口徑300mm的矽晶圓,以銷來支持晶圓下面,然後使該銷降下,從基座10的上部來使載置於晶圓袋101時,晶圓的中心與晶圓袋的中心的偏差量非常接近零。
相對的,有關比較例1、2、6、7則是載置安定性為×(有關比較例6及7是滑動缺陷、磊晶膜的膜厚分布、磊晶膜的比電阻分布皆非符合要求者),可確認脫離上述範圍的通氣孔時,晶圓的中心與晶圓袋的中心的偏差量大。又,有關比較例3~5雖載置安定性良好,但比較例3及5發生滑動缺陷,有關比較例4則是壽命非符合要求者。
W...晶圓
W1...晶圓外周部
W2...晶圓背面
10...基座
101...晶圓袋
102...支持面
103...側面
104...底面
105...環狀溝
105a...傾斜面
105b...底部
106...通氣孔
圖1是表示本發明的實施形態的基座所被適用的氣相成長裝置之一例的模式剖面圖。
圖2(A)是表示本發明的實施形態的基座的半平面圖,(B)是沿著IIB-IIB線的半剖面圖,(C)是表示環狀溝的擴大平面圖,(D)是沿著IID-IID線的剖面圖,(E)是沿著IIE-IIE線的剖面圖。
圖3是表示使用本發明的實施形態的基座來使磊晶膜成長的晶圓背面的狀態圖表。
圖4(A)是表示本發明的其他實施形態的半剖面圖,(B)是表示環狀溝的擴大平面圖。
圖5是表示本發明的另外其他實施形態的半剖面圖。
圖6(A)是表示本發明的另外其他實施形態的基座的半平面圖,(B)是表示環狀溝的擴大平面圖,(C)是沿著VIC-VIC線的剖面圖。
圖7是表示本發明的實施例及比較例的結果圖表。
W...晶圓
W1...晶圓外周部
W2...晶圓背面
10...基座
101...晶圓袋
102...支持面
103...側面
104...底面
105...環狀溝
105a...傾斜面
105b...底部
106...通氣孔
Claims (7)
- 一種氣相成長裝置用基座,係形成有從表面往內部凹陷,載置矽晶圓的晶圓袋之基座,其特徵為:上述晶圓袋係具有:底面、及形成於上述底面的外周,支持晶圓的支持面、及形成於上述支持面的外周,延伸至基座表面的側面,及於上述底面的最外周形成一列且具有朝上述底面擴開的傾斜面之環狀溝、及從上述環狀溝貫通延伸至上述基座的背面,開口面積為2.0~3.0mm2、對上述底面的開口率為0.25~0.5%的複數個通氣孔。
- 如申請專利範圍第1項之氣相成長裝置用基座,其中,上述傾斜面係形成於上述環狀溝中所形成的上述通氣孔的外周側及內周側的兩側。
- 如申請專利範圍第1項之氣相成長裝置用基座,其中,上述傾斜面係只形成於上述環狀溝中所形成的上述通氣孔的內周側,上述通氣孔係形成於上述底面的最外周。
- 如申請專利範圍第3項之氣相成長裝置用基座,其中,上述環狀溝係於上述傾斜面的上端具有縱壁面。
- 如申請專利範圍第1項之氣相成長裝置用基座,其中,上述通氣孔係以上述基座的表面側的開口對於背面的開口而言可位於上述基座的旋轉方向前側之方式傾斜形成。
- 如申請專利範圍第1項之氣相成長裝置用基座,其中,上述矽晶圓的口徑為300mm以上。
- 如申請專利範圍第1項之氣相成長裝置用基座,其 中,上述支持面係由連結上述底面的最外周緣與上述側面的下端緣之段部所構成。
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