TWI643973B - 晶圓載盤以及金屬有機化學氣相沈積設備 - Google Patents

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Abstract

一種晶圓載盤，其包括旋轉軸心、中心平整區、晶圓設置區以及多個晶圓容置槽。旋轉軸心穿過中心平整區的中心。晶圓設置區環繞中心平整區。多個晶圓容置槽設置於晶圓設置區。每一晶圓容置槽的直徑為D，且中心平整區的半徑為0.5D~3D。中心平整區的表面是平坦的平面。另提供一種晶圓載盤及使用上述兩種晶圓載盤的任一種的金屬有機化學氣相沈積設備。

Description

晶圓載盤以及金屬有機化學氣相沈積設備
本發明是有關於一種載盤以及設備，且特別是有關於一種晶圓載盤以及金屬有機化學氣相沈積設備。
金屬有機化學氣相沈積（Metal Organic Chemical Vapor Deposition, MOCVD）是目前在晶圓上進行磊晶製程的一種方法。在MOCVD的過程中，晶圓設置在晶圓載盤上。藉由控制腔體內諸如溫度、氣壓和氣體流速等製程參數以獲得所希望的晶體生長。基於產量的考量，通常會在晶圓載盤上擺放盡可能多的晶圓。然而，相鄰晶圓之間的距離若過近，容易影響晶圓的波長均勻性（wavelength uniformity）。
本發明提供一種晶圓載盤，其可提升波長均勻性。
本發明提供一種金屬有機化學氣相沈積設備，其使用上述晶圓載盤。
本發明的一種晶圓載盤，其包括旋轉軸心、中心平整區、晶圓設置區以及多個晶圓容置槽。旋轉軸心穿過中心平整區的中心。晶圓設置區環繞中心平整區。多個晶圓容置槽設置於晶圓設置區。每一晶圓容置槽的直徑為D，且中心平整區的半徑為0.5D~3D。中心平整區的表面是平坦的平面。
在本發明的一實施例中，中心平整區的厚度大於每一晶圓容置槽的深度。
在本發明的一實施例中，中心平整區的半徑為D~2D。
在本發明的一實施例中，中心平整區的表面粗糙度小於所述晶圓容置槽的表面粗糙度。
本發明的一種晶圓載盤，其包括旋轉軸心、第一虛擬環線、相鄰於第一虛擬環線的第二虛擬環線以及多個晶圓容置槽。第一虛擬環線、第二虛擬環線以旋轉軸心為圓心並具有不同的半徑。多個晶圓容置槽彼此間隔設置且排列於第一虛擬環線與第二虛擬環線上，其中每一晶圓容置槽的直徑為D。分別位於第一虛擬環線、第二虛擬環線上的任兩相鄰晶圓容置槽邊緣間的最短距離為0.1D~5D。
在本發明的一實施例中，分別位於第一虛擬環線、第二虛擬環線上的任兩相鄰晶圓容置槽邊緣間的最短距離為0.2D~3D。
在本發明的一實施例中，晶圓載盤更包括中心平整區以及環繞中心平整區的晶圓設置區。旋轉軸心穿過中心平整區的中心。第一虛擬環線與第二虛擬環線位於晶圓設置區。中心平整區的半徑為0.5D~3D。中心平整區的表面是平坦的平面。
在本發明的一實施例中，中心平整區的厚度大於每一晶圓容置槽的深度。
在本發明的一實施例中，中心平整區的表面粗糙度小於晶圓容置槽的表面粗糙度。
本發明的一種金屬有機化學氣相沈積設備，其包括腔體、旋轉裝置、氣體供應源以及晶圓載盤。旋轉裝置位於腔體中。氣體供應源與腔體連通。晶圓載盤位於腔體中並設置於旋轉裝置上。晶圓載盤包括旋轉軸心、第一虛擬環線、相鄰於第一虛擬環線的第二虛擬環線以及多個晶圓容置槽。第一虛擬環線、第二虛擬環線以旋轉軸心為圓心並具有不同的半徑。多個晶圓容置槽彼此間隔且排列於第一虛擬環線與第二虛擬環線上。每一晶圓容置槽的直徑為D。分別位於第一虛擬環線、第二虛擬環線上的任兩相鄰晶圓容置槽邊緣間的最短距離為0.1D~5D。氣體供應源將氣體從腔體的上方注入至腔體中。晶圓載盤環繞旋轉軸心旋轉。
在本發明的一實施例中，分別位於第一虛擬環線、第二虛擬環線上的任兩相鄰晶圓容置槽之間的最短距離為0.2D~3D。
在本發明的一實施例中，晶圓載盤更包括中心平整區以及晶圓設置區。旋轉軸心穿過中心平整區的中心。第一虛擬環線與第二虛擬環線位於晶圓設置區。多個晶圓容置槽設置於表面。中心平整區的半徑為0.5D~3D，且中心平整區的表面是平坦的平面。
在本發明的一實施例中，中心平整區的厚度大於每一晶圓容置槽的深度。
在本發明的一實施例中，中心平整區的表面粗糙度小於晶圓容置槽的表面粗糙度。
基於上述，在本發明實施例的晶圓載盤中，藉由中心平整區不設置晶圓容置槽的設計或藉由控制位於第一虛擬環線以及第二虛擬環線上的任兩相鄰晶圓容置槽邊緣間的最短距離，以改善因晶圓距離過近所產生的氣流干擾。因此，本發明實施例的晶圓載盤可提升波長均勻性。此外，使用上述晶圓載盤的金屬有機化學氣相沈積設備可製造出磊晶品質佳的晶圓。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
有關本發明的技術內容、特點與功效，在以下配合附圖的各實施例的詳細說明中將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如：「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」等，僅是參考附圖的方向。因此，使用的方向用語是用來說明，而並非用來限制本發明。並且，在下列任一實施例中，相同或相似的元件將採用相同或相似的標號。
在下列任一實施例中的晶圓載盤可應用於金屬有機化學氣相沈積設備中。在金屬有機化學氣相沈積的過程中，晶圓載盤用以承載待加工的多個晶圓。晶圓載盤可以由任何能夠耐加工溫度的材料生成。舉例而言，晶圓載盤的材料可以是石墨或石墨塗覆材料，但不以此為限。
圖1A是依照本發明的第一實施例的晶圓載盤的上視示意圖。圖1B是圖1A中剖線A-A’的剖面示意圖。請參照圖1A及圖1B，本發明的第一實施例的晶圓載盤100包括底表面SB、旋轉軸心RA、中心平整區CR、晶圓設置區WR以及多個晶圓容置槽G。旋轉軸心RA穿過中心平整區CR的中心（本實施例的中心平整區CR的形狀例如為圓形，且中心平整區CR的中心為中心平整區CR的圓心）。晶圓設置區WR環繞中心平整區CR。多個晶圓容置槽G設置於晶圓設置區WR。每一晶圓容置槽G的直徑為D，且中心平整區CR的半徑R為0.5D~3D，較佳地，半徑R為D~2D。晶圓載盤100在中心平整區CR的厚度TCR小於晶圓設置區WR中每一晶圓容置槽G的深度DT。此處，中心平整區CR的半徑定義是旋轉軸心RA到晶圓容置槽G邊緣的最短距離。更詳細地說，在第一實施例的晶圓載盤100中，旋轉軸心RA距離半徑R的範圍內（也就是中心平整區CR的範圍中）沒有晶圓容置槽G，也沒有高低圖案，使得中心平整區CR的表面Cs呈現平坦的平面；而晶圓設置區WR具有內凹的晶圓容置槽G，也就是說，晶圓載盤100在中心平整區CR的表面Cs至底表面SB的距離(即，厚度TCR)會大於晶圓容置槽G的底面Gs至底表面SB的距離HT。
進一步而言，多個晶圓容置槽G位於晶圓載盤100上與底表面SB的相反面，也就是說，多個晶圓容置槽G的每一個是朝晶圓載盤100的底表面SB延伸而形成放置晶圓的凹槽，中心平整區CR的表面Cs與晶圓容置槽G的底面Gs都是相對底表面SB形成並與底表面SB大致平行。然而，多個晶圓容置槽G不會貫穿晶圓載盤100。也就是說，中心平整區CR的高低差遠小於晶圓設置區WR的高低差。舉例而言，中心平整區CR的表面Cs高低差落在0至0.1DT的範圍內且是一連續平坦的平面，但不以此為限。在本實施例中，中心平整區CR表面Cs是平坦面，也就是說，表面Cs的高低差為0，而晶圓設置區WR的高低差為晶圓容置槽G的深度DT。
在加工過程中，多個晶圓分別設置在多個晶圓容置槽G內，且晶圓載盤100環繞旋轉軸心RA旋轉，使多個晶圓環繞旋轉軸心RA公轉，而有助於使每一晶圓的加工面能夠均勻暴露在氣體環境中。每一晶圓容置槽G可利用圖案化製程形成，因此晶圓容置槽G的底面Gs或側表面（未標號）也可藉由製程粗糙化，令底面Gs或側表面的表面粗糙度大於中心平整區CR的表面Cs的表面粗糙度，以使多個晶圓在加工過程中更牢固地固定在多個晶圓容置槽G中，從而避免多個晶圓在晶圓載盤100旋轉時與多個晶圓容置槽G分離。
藉由中心平整區CR不設置晶圓容置槽G的設計，可避免因晶圓擺放距離過近所產生的氣流干擾，進而有助於提升沉積到晶圓上的薄膜的均勻性。
圖2及圖3分別是依照本發明的第二實施例及第三實施例的晶圓載盤的上視示意圖。
請參照圖2及圖3，本發明的第二實施例的晶圓載盤200及第三實施例的晶圓載盤300也包括旋轉軸心RA以及多個晶圓容置槽G。多個晶圓容置槽G間隔排列於第一虛擬環線R1與第二虛擬環線R2上。所述第一虛擬環線R1與第二虛擬環線R2是依據多個晶圓容置槽G的排列方式界定，而可以不用在晶圓載盤（如晶圓載盤200及晶圓載盤300）上形成實體標記。進一步而言，多個晶圓容置槽G以旋轉軸心RA為中心排列成至少一環型陣列，且多個晶圓容置槽G的其中一個可以（但非必須）設置在晶圓載盤的中心。虛擬環線是沿同一環型陣列的多個晶圓容置槽G的中心連線形成。在晶圓載盤的中心僅設置一個晶圓容置槽G的情況下，第一虛擬環線R1實質上與旋轉軸心RA重合。然而，為清楚標示出第一虛擬環線R1，圖3中的第一虛擬環線R1繪示成環繞旋轉軸心RA。
以圖2所示的第二實施例而言，多個晶圓容置槽G排列成兩個環型陣列。兩個環型陣列共用中心軸（即旋轉軸心RA）且由晶圓載盤200的中心向外排列。兩個環型陣列分別界定出第一虛擬環線R1與第二虛擬環線R2。以圖3所示的第三實施例而言，除了位於晶圓載盤300中心的晶圓容置槽G之外，其餘的多個晶圓容置槽G排列成一個環型陣列。位於晶圓載盤300中心的晶圓容置槽G界定出第一虛擬環線R1，而所述環型陣列界定出第二虛擬環線R2。
在第二實施例及第三實施例中，每一晶圓容置槽G的直徑為D，且分別位於第一虛擬環線R1以及第二虛擬環線R2上的任兩相鄰晶圓容置槽G邊緣間的最短距離DM大於0.1D且小於5D。最短距離DM較佳為0.2D~3D。藉由控制相鄰兩虛擬環線上的相鄰兩個晶圓容置槽G的最短距離DM，可改善因相鄰兩虛擬環線上的相鄰兩個晶圓距離過近所產生的氣流干擾，並可避免因相鄰兩虛擬環線上的相鄰兩個晶圓距離過遠所產生的產能太低的問題。因此，晶圓載盤200以及晶圓載盤300除了可提升沉積到晶圓上的薄膜的均勻性之外，還能夠兼顧產能。
應說明的是，雖然第二實施例及第三實施例皆以兩個虛擬環線舉例說明，但虛擬環線的數量可依需求改變（晶圓載盤也可包括兩個以上的虛擬環線）而不以圖2及圖3所繪示的為限。
圖4是依照本發明的一實施例的金屬有機化學氣相沈積設備的示意圖。
請參照圖4，本發明的一實施例的金屬有機化學氣相沈積設備10包括腔體12、氣體供應源14以及晶圓載盤16。氣體供應源14與腔體12連通，且氣體供應源14提供製程所需的氣體。晶圓載盤16設置在腔體12中。晶圓載盤16採用圖1A及圖1B所示的晶圓載盤100、圖2所示的晶圓載盤200或圖3所示的晶圓載盤300。
在加工過程中，多個晶圓W分別設置在晶圓載盤16的多個晶圓容置槽G內。多個晶圓W可以是由藍寶石、碳化矽或其它晶體基板形成的圓盤狀結構。氣體供應源14將氣體F從腔體12的上方注入至腔體12中。金屬有機化學氣相沈積設備10可進一步包括旋轉裝置18，其中旋轉裝置18的轉軸（未繪示）對齊晶圓載盤16的旋轉軸心RA，且轉軸連接至旋轉驅動機構。旋轉驅動機構驅動轉軸旋轉，從而帶動晶圓載盤16環繞旋轉軸心RA旋轉，讓多個晶圓W環繞旋轉軸心RA公轉，而有助於使多個晶圓W的每一個的加工面S能夠均勻暴露在氣體環境中。在本實施例中，多個晶圓W僅環繞旋轉軸心RA公轉，而不會在晶圓容置槽G中自轉。較佳地，晶圓W的加工面S不突出於晶圓容置槽G，且加工面S至晶圓容置槽G底面Gs的距離H不大於0.7DT，也就是說0.7DT≤H≤DT。若加工面S突出於晶圓容置槽G容易因為旋轉離心力導致晶圓W放置不穩定，若太低則對於膜層沉積的均勻性造成影響。
晶圓載盤16藉由中心平整區不設置晶圓容置槽G的設計（如圖1A及圖1B所示的晶圓載盤100）或藉由控制相鄰兩虛擬環線上的相鄰兩個晶圓容置槽G的最短距離（如圖2所示的晶圓載盤200或圖3所示的晶圓載盤300），以改善因晶圓W距離過近所產生的氣流干擾。因此，晶圓載盤16可提升波長均勻性。金屬有機化學氣相沈積設備10因使用晶圓載盤16而可製造出磊晶品質佳的晶圓。在一實驗例中，金屬有機化學氣相沈積設備10可將多個晶圓的平均波長差異縮減33%，將多個晶圓的平均波長標準差縮減27%，且將多個晶圓的每一個的晶圓內（within wafer）的平均波長標準差縮減41%。
依據不同的需求，金屬有機化學氣相沈積設備10可進一步包括其他元件或裝置。舉例而言，金屬有機化學氣相沈積設備10可進一步包括與晶圓載盤16連接的升降機構（未繪示），以調整晶圓載盤16與進氣口的距離。此外，金屬有機化學氣相沈積設備10可進一步包括與腔體12連通的抽氣裝置（未繪示），以具有排氣的功能。另外，金屬有機化學氣相沈積設備10可進一步包括冷卻裝置（未繪示）以及升溫裝置（未繪示），以控制腔體12中的溫度或晶圓載盤16的溫度。
綜上所述，在本發明實施例的晶圓載盤中，藉由中心平整區不設置晶圓容置槽的設計或藉由控制相鄰兩虛擬環線上的相鄰兩個晶圓容置槽的最短距離，以改善因晶圓距離過近所產生的氣流干擾。因此，本發明實施例的晶圓載盤可提升波長均勻性。此外，使用上述晶圓載盤的金屬有機化學氣相沈積設備可製造出磊晶品質佳的晶圓。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
10‧‧‧金屬有機化學氣相沈積設備
12‧‧‧腔體
14‧‧‧氣體供應源
16、100、200、300‧‧‧晶圓載盤
18‧‧‧旋轉裝置
CR‧‧‧中心平整區
D‧‧‧直徑
DM‧‧‧最短距離
DT‧‧‧深度
F‧‧‧氣體
G‧‧‧晶圓容置槽
HT‧‧‧距離
R‧‧‧半徑
R1‧‧‧第一虛擬環線
R2‧‧‧第二虛擬環線
RA‧‧‧旋轉軸心
SB‧‧‧底表面
Cs‧‧‧表面
Gs‧‧‧底面
TCR‧‧‧厚度
W‧‧‧晶圓
WR‧‧‧晶圓設置區
A-A’‧‧‧剖線
圖1A是依照本發明的第一實施例的晶圓載盤的上視示意圖。 圖1B是圖1A中剖線A-A’的剖面示意圖。 圖2及圖3分別是依照本發明的第二實施例及第三實施例的晶圓載盤的上視示意圖。 圖4是依照本發明的一實施例的金屬有機化學氣相沈積設備的示意圖。

Claims (14)

  1. 一種晶圓載盤，包括： 一旋轉軸心； 一中心平整區，所述旋轉軸心穿過所述中心平整區的中心； 一晶圓設置區，環繞所述中心平整區；以及 多個晶圓容置槽，設置於所述晶圓設置區，每一晶圓容置槽的直徑為D，其中所述中心平整區的半徑為0.5D~3D，且所述中心平整區的表面是一平坦的平面。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的晶圓載盤，其中所述中心平整區的厚度大於每一晶圓容置槽的深度。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的晶圓載盤，其中所述中心平整區的半徑為D~2D。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的晶圓載盤，其中所述中心平整區的表面粗糙度小於所述晶圓容置槽的表面粗糙度。
  5. 一種晶圓載盤，包括： 一旋轉軸心； 一第一虛擬環線； 一第二虛擬環線，相鄰於所述第一虛擬環線且所述第一虛擬環線、所述第二虛擬環線以所述旋轉軸心為圓心並具有不同的半徑；以及 多個晶圓容置槽，彼此間隔設置且排列於所述第一虛擬環線與所述第二虛擬環線上，其中每一晶圓容置槽的直徑為D，分別位於所述第一虛擬環線、所述第二虛擬環線上的任兩相鄰晶圓容置槽邊緣間的最短距離為0.1D~5D。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的晶圓載盤，其中分別位於所述第一虛擬環線、所述第二虛擬環線上的任兩相鄰晶圓容置槽邊緣間的最短距離為0.2D~3D。
  7. 如申請專利範圍第5項所述的晶圓載盤，更包括一中心平整區以及一環繞所述中心平整區的晶圓設置區，其中所述旋轉軸心穿過所述中心平整區的中心，所述第一虛擬環線、所述第二虛擬環線與所述晶圓容置槽位於所述晶圓設置區，所述中心平整區的半徑為0.5D~3D，且所述中心平整區的表面是一平坦的平面。
  8. 如申請專利範圍第6項所述的晶圓載盤，其中所述中心平整區的厚度大於每一晶圓容置槽的深度。
  9. 如申請專利範圍第6項所述的晶圓載盤，其中所述表面在所述中心平整區的表面粗糙度小於所述晶圓容置槽的表面粗糙度。
  10. 一種金屬有機化學氣相沈積設備，包括： 一腔體； 一旋轉裝置，位於所述腔體中； 一氣體供應源，與所述腔體連通；以及 一晶圓載盤，位於所述腔體中並設置於所述旋轉裝置上，所述晶圓載盤包括一旋轉軸心、一第一虛擬環線、一相鄰於所述第一虛擬環線的第二虛擬環線以及多個晶圓容置槽，所述第一虛擬環線、所述第二虛擬環線以所述旋轉軸心為圓心並具有不同的半徑，所述多個晶圓容置槽彼此間隔且排列於所述第一虛擬環線與所述第二虛擬環線上，其中每一晶圓容置槽的直徑為D，分別位於所述第一虛擬環線、所述第二虛擬環線上的任兩相鄰晶圓容置槽邊緣間的最短距離為0.1D~5D， 其中所述氣體供應源將氣體從所述腔體的上方注入至所述腔體中，所述晶圓載盤環繞所述旋轉軸心旋轉。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的金屬有機化學氣相沈積設備，其中分別位於所述第一虛擬環線、所述第二虛擬環線上的任兩相鄰晶圓容置槽之間的最短距離為0.2D~3D。
  12. 如申請專利範圍第10項所述的金屬有機化學氣相沈積設備，所述晶圓載盤更包括一中心平整區以及一晶圓設置區，其中所述旋轉軸心穿過所述中心平整區的中心，所述第一虛擬環線、所述第二虛擬環線與所述晶圓容置槽位於所述晶圓設置區，所述中心平整區的半徑為0.5D~3D，且所述中心平整區的表面是一平坦的平面。
  13. 如申請專利範圍第11項所述的金屬有機化學氣相沈積設備，其中所述中心平整區的厚度大於每一晶圓容置槽的深度。
  14. 如申請專利範圍第11項所述的金屬有機化學氣相沈積設備，其中所述中心平整區的表面粗糙度小於所述晶圓容置槽的表面粗糙度。
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