TWI691016B

TWI691016B - 晶圓承載盤

Info

Publication number: TWI691016B
Application number: TW107137200A
Authority: TW
Inventors: 謝偉傑; 陳瑞斌; 施英汝
Original assignee: 環球晶圓股份有限公司
Priority date: 2018-10-22
Filing date: 2018-10-22
Publication date: 2020-04-11
Also published as: CN111081613A; CN111081613B; TW202017096A

Abstract

本發明公開一種晶圓承載盤，包含沿高度方向依序排列的一第一階層、一第二階層、及一第三階層。其中，第二階層的環側緣外徑大於第一階層的環側緣外徑，並且第三階層的環側緣外徑為第二階層的環側緣外徑的100.5%~102.5%。所述第三階層的頂面定義為晶圓承載盤的第一表面，並且第一階層的底面定義為晶圓承載盤的一第二表面。所述第三階層自第一表面凹設形成有彼此間隔設置的N個晶圓槽。

Description

晶圓承載盤

本發明涉及一種承載盤，尤其涉及一種於高度方向呈三階結構的晶圓承載盤。

現有的晶圓承載盤能用來承載多個晶圓，用以使上述多個晶圓可以在一製程設備中進行磊晶。其中，為提升上述製程設備的效果，現有晶圓承載盤大都在既定的面積上儘可能地容置最多的晶圓數量。然而，現有晶圓承載盤的雙階(或雙層)結構容易使晶圓的外圍部位所形成的磊晶厚度較厚，進而影響到晶圓的磊晶厚度均勻性。

於是，本發明人認為上述缺陷可改善，乃特潛心研究並配合科學原理的運用，終於提出一種設計合理且有效改善上述缺陷的本發明。

本發明實施例在於提供一種晶圓承載盤，其能有效地改善現有晶圓承載盤所可能產生的缺陷。

本發明實施例公開一種晶圓承載盤，包括：一第一階層；一第二階層，沿一高度方向形成於所述第一階層的頂緣，並且所述第二階層的一環側緣的外徑大於所述第一階層的一環側緣的外徑；以及一第三階層，沿所述高度方向形成於所述第二階層的頂緣，並且所述第三階層的一環側緣的外徑為所述第二階層的所述環側緣的外徑的100.5%~102.5%；其中，所述第三階層的頂面定義為所述晶圓承載盤的一第一表面，並且所述第一階層的底面定義為所述晶圓承載盤的一第二表面；其中，所述第一表面呈圓形，並且所述第一表面界定出以其圓心為頂點且面積相等的N個扇形區域，並且N為大於1的正整數；其中，所述第三階層自所述第一表面的N個所述扇形區域分別凹設形成有N個晶圓槽，並且N個所述晶圓槽是相對於所述第一表面的圓心、以一預定角度而呈一旋轉對稱排列設置，並且所述預定角度為360/N度。

綜上所述，本發明實施例所公開的晶圓承載盤，其相當於在現有晶圓承載盤的雙階結構進一步延伸形成有第三階層，以構成在高度方向呈現三階結構。其中，所述晶圓承載盤通過設有第三階層，以使其最大外徑能夠是現有晶圓承載盤最大外徑(相當於第二階層的環側緣外徑)的100.5%~102.5%，藉以在使用所述晶圓承載盤進行晶圓磊晶的過程中，能夠提供較長的氣流路徑，進而有效地改善在氣流停滯於晶圓的外圍部位而形成較厚的磊晶厚度。

為能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與附圖，但是此等說明與附圖僅用來說明本發明，而非對本發明的保護範圍作任何的限制。

1000‧‧‧製程設備

100‧‧‧晶圓承載盤

10a‧‧‧第一階層

101a‧‧‧環側緣

10b‧‧‧第二階層

101b‧‧‧環側緣

10c‧‧‧第三階層

101c‧‧‧環側緣

10d‧‧‧強化環體

101d‧‧‧邊緣

1‧‧‧第一表面

11‧‧‧扇形區域

111‧‧‧直線邊

112‧‧‧圓弧邊

113‧‧‧角平分線

12‧‧‧空白區域

2‧‧‧第二表面

3‧‧‧晶圓槽

31‧‧‧直線段

32‧‧‧圓弧段

200‧‧‧設備本體

α‧‧‧預定角度

G‧‧‧間距

W12‧‧‧寬度(或距離)

C1、C112、C32‧‧‧圓心

R1‧‧‧半徑

L111、L31‧‧‧長度

D、D’、D32‧‧‧直徑

L10a、L10b、L10c‧‧‧外徑

H10a、H10b、H10c‧‧‧高度

H‧‧‧高度方向

圖1為本發明實施例一之晶圓承載盤的示意圖。

圖2為本發明實施例一之製程設備的示意圖。

圖3為圖1的晶圓承載盤於其第一表面定義有多個扇形區域的示意圖。

圖4為圖3的俯視示意圖。

圖5為圖3的局部放大示意圖。

圖6為本發明晶實施例一之圓承載盤另一實施態樣的示意圖。

圖7為本發明晶實施例一之圓承載盤又一實施態樣的示意圖。

圖8為圖4中的VⅢ部位的局部放大示意圖。

圖9為本發明實施例一的磊晶實驗結果示意圖。

圖10為本發明實施例二之晶圓承載盤的立體示意圖。

圖11為圖10的側視示意圖。

圖12為本發明實施例三之晶圓承載盤的俯視示意圖(一)。

圖13為本發明實施例三之晶圓承載盤的俯視示意圖(二)。

圖14為本發明實施例四之晶圓承載盤的側視示意圖。

請參閱圖1至圖14，其為本發明的實施例，需先說明的是，本實施例對應附圖所提及的相關數量與外型，僅用來具體地說明本發明的實施方式，以便於了解本發明的內容，而非用來侷限本發明的保護範圍。

[實施例一]

請參閱圖1至圖9所示，其為本發明的實施例一。如圖1所示，本實施例公開一種晶圓承載盤100，其較佳是能於一製程設備(如：化學氣相沉積儀)中用來承載多個晶圓，以使所述多個晶圓能在上述製程設備中進行磊晶作業，但本發明不受限於此。

換個角度來說，如圖2所示，本實施例也公開一種製程設備1000(如：化學氣相沉積儀)，包含有一設備本體200及位於所述設備本體200內的一晶圓承載盤100，並且所述晶圓承載盤100能以其中心(如：下述第一表面1的圓心C1)為一轉動軸心而相對於所述設備本體200自轉。

如圖3所示，所述晶圓承載盤100包含有一第一表面1、位於上述第一表面1相反側的一第二表面2、及凹設於所述第一表面1的N個晶圓槽3。其中，所述第一表面1呈圓形，並且第一表面1界定出以其圓心C1為頂點且面積相等的N個扇形區域11，N為大於1的正整數。再者，所述N個晶圓槽3分別凹設於N個扇形區域11，也就是說，每個扇形區域11凹設有一個晶圓槽3。

其中，所述晶圓承載盤100於本實施例中呈圓盤狀構造，也就是說，上述晶圓承載盤100的第一表面1與第二表面2於本實施例中為相同的圓形，但本發明不受於此。舉例來說，在本發明未繪示的其他實施例中，上述晶圓承載盤100的第二表面2也可以是非圓形。

進一步地說，如圖4和圖5所示，上述每個扇形區域11包含有兩個直線邊111與一圓弧邊112，並且所述兩個直線邊111的一端相交於第一表面1的圓心C1，每個扇形區域11的圓弧邊112之半徑較佳為上述任一個直線邊111的長度L111，而每個扇形區域11的圓弧邊112之圓心C112則是坐落於第一表面1的圓心C1。再者，於所述第一表面1的任兩個相鄰扇形區域11中，其中一個扇形區域11的至少一個直線邊111重疊於其中另一個扇形區域11的至少一個直線邊111。

於所述第一表面1的每個扇形區域11中，任一個直線邊111的長度L111不大於所述第一表面1的一半徑R1，而任一個直線邊111的長度L111除以所述半徑R1的比值較佳是是介於0.9~0.96(上述比值於本實施例中是以0.946來說明)。換個角度來說，所述第一表面1在其外圍部位留有圓環狀的一空白區域12，並且任一個晶圓槽3未延伸至上述空白區域12。

所述N個晶圓槽3具有相同的外形並且相對於上述第一表面 1的圓心C1、是以一預定角度α而呈一旋轉對稱排列設置，而所述預定角度α限定為360/N度。其中，N於本實施中是以六來說明，所以上述預定角度α為60度，而所述晶圓承載盤100的多個晶圓槽3則是相對於上述第一表面1的圓心C1呈六重旋轉對稱(6-fold rotational symmetry)，但本發明的N可以依據設計需求而加以調整，並不受限於此。

進一步地說，本發明的N可以進一步限定介於3~8；舉例來說：如圖6所示，所述晶圓承載盤100可以在第一表面1凹設形成有三個晶圓槽3，所以上述預定角度α為120度，並且上述三個晶圓槽3相對於上述第一表面1的圓心C1呈三重旋轉對稱；或者如圖7所示，所述晶圓承載盤100可以在第一表面1凹設形成有八個晶圓槽3，所以上述預定角度α為45度，並且上述八個晶圓槽3相對於上述第一表面1的圓心C1呈八重旋轉對稱。

如圖4和圖5所示，所述晶圓槽3的外形較佳是對應於其所欲容置的晶圓外形，而本實施例的每個晶圓槽3內側壁包含有一直線段31與一圓弧段32；也就是說，上述晶圓槽3在俯視圖中大致呈截圓狀，用以容置截圓狀的晶圓。其中，上述多個晶圓槽3的直線段31中垂線彼此相連所構成的形狀於本實施例中呈一正N邊形。更詳細地說，於上述每個晶圓槽3中，所述直線段31的長度L31除以上述圓弧段32的一直徑D32、的比值較佳是介於0.36~0.4(上述比值於本實施例中是以0.384來說明)。

於每個扇形區域11及其內的晶圓槽3中，所述直線段31大致平行於兩個直線邊111的其中之一，而所述圓弧段32則是相切於上述兩個直線邊111的其中另一，並且所述圓弧段32也相切於所述圓弧邊112。換個角度來說，如圖4和圖8所示，由於每個晶圓槽3的直線段31是大致平行於相對應扇形區域11的其中一個直線邊111，所以任兩個相鄰的晶圓槽3之間呈彼此間隔設置、並且具有介於0.5公釐~2公釐的一間距G(上述間距G本實施例中是以1公釐來說明)。

據此，本實施例晶圓承載盤100透過上述多個晶圓槽3的排佈方式，使得上述多個晶圓槽3在相對於第一表面1具有較大分佈面積的前提下，每個晶圓槽3是以圓弧段32相切於扇形區域11的圓弧邊112，因而令直線段31的兩個端部遠離上述圓弧邊112，藉以減少鄰近第一表面1邊緣的晶圓槽3部位，進而避免位於晶圓槽3內的晶圓之外圍部位的磊晶厚度過厚。

進一步地說，如圖4和圖5所示，於每個扇形區域11及其內的晶圓槽3中，所述圓弧段32是與上述第一表面1的邊緣相隔有一距離W12(上述距離即為上述空白區域12的寬度W12)，而所述距離W12較佳是介於8公釐(mm)~15公釐(上述距離W12於本實施例中是以12.5公釐來說明)。

據此，本實施例的晶圓承載盤100透過在其第一表面1的外圍部位設有未形成任何晶圓槽3且具有特定寬度W12的空白區域12，藉以使上述每個晶圓槽3能夠適度地遠離所述第一表面1的邊緣，進而避免位於任一個晶圓槽3內的晶圓之外圍部位的磊晶厚度過厚。

再者，本實施例通過進行一磊晶實驗以證實上述空白區域12的特定寬度W12的技術效果，並且上述磊晶實驗是以不同的晶圓承載盤來容置相對應的晶圓，以進行晶圓的磊晶，而上述磊晶實驗的結果大致如圖9所示。其中，圖9的縱軸為晶圓的磊晶厚度，圖9的橫軸為晶圓相對應於晶圓承載盤之中心的磊晶位置。由此可看出，在晶圓的磊晶位置相較於晶圓承載盤之中心超過0.22公尺(及相當於晶圓承載盤的直徑為440公釐之範圍內；如：圖4中的多個扇形區域3所共同構成的圓形區域之直徑D)時，晶圓的磊晶厚度較為均勻，而上述磊晶實驗中所載用的晶圓承載盤直徑為465公釐(如：圖4中圓形第一表面1的直徑D’)，所以可推出空白區域12的寬度W12較佳是在8-15公釐上下；換個角度來說，於本實施例中，所述晶圓承載盤100的第一表面1直徑為465公釐，而多個扇形區域3在第一表面1上所共同構成的圓形區域之直徑為440公釐。

此外，如圖5所示，於每個扇形區域11及其內的晶圓槽3中，所述圓弧段32的圓心C32未落在所述扇形區域11的角平分線113上。換言之，本實施例的晶圓承載盤100較佳是排除在每個扇形區域11內形成有圓形的晶圓槽3，但本發明不受限於此。

[實施例二]

請參閱圖10和圖11所示，其為本發明的實施例二，本實施例與上述實施例一類似(或是，本實施例是在上述實施例一的基礎上所延伸)，所以相同處則不再加以贅述，而兩個實施例的差異大致如下所載。

於本實施例中，所述晶圓承載盤100於本實施例中為一體成形的單件式構件，並且晶圓承載盤100包含有沿一高度方向H依序(如：圖11中的由下到上)排列的一第一階層10a、一第二階層10b、及一第三階層10c。也就是說，所述第二階層10b沿高度方向H形成於第一階層10a的頂緣，並且所述第三階層10c沿高度方向H形成於第二階層10b的頂緣。據此，本實施例的晶圓承載盤100是限定於高度方向H呈三階的結構。

進一步地說，所述第二階層10b的一環側緣101b的外徑L10b大於第一階層10a的一環側緣101a的外徑L10a，並且所述第三階層10c的一環側緣101c的外徑L10c為上述第二階層10b的環側緣101b外徑L10b的100.5%~102.5%。換個角度來看，當所述晶圓承載盤100沿高度方向H正投影至一平面時，所述第三階層10c的環側緣101c、第二階層10b的環側緣101b、及第一階層10a的環側緣101a所形成的投影區域，其呈一同心圓分佈。

再者，於本實施例中，所述第一階層10a對應於高度方向H的一高度H10a是介於9公釐~13公釐，所述第二階層10b對應於高度方向H的一高度H10b是介於4公釐~5.5公釐，所述第三階層10c對應於高度方向H的一高度H10c是介於2公釐~5公釐，但本發明不受限於此。

更詳細地說，所述第三階層10c的頂面於本實施例中是定義為晶圓承載盤100的第一表面1，並且所述第一階層10a的底面於本實施例中則是定義為晶圓承載盤100的第二表面2。其中，所述第一表面1於本實施例中的界定(或劃分)方式如同上述實施例一所載，所以在此不加以贅述。舉例來說：如實施例一中的圖3所示，所述第一表面1呈圓形，並且所述第一表面1界定出以其圓心C1為頂點且面積相等的N個扇形區域11，並且N為大於1的正整數。

再者，所述第三階層10c自第一表面1的N個所述扇形區域11分別凹設形成有N個晶圓槽3。其中，本實施例的N個晶圓槽3相對於第一表面1之間的關係如同上述實施例一所載(如：圖4)，所以在此不加以贅述。例如：N個所述晶圓槽3是相對於所述第一表面1的圓心C1、以預定角度α而呈旋轉對稱排列設置，並且所述預定角度α為360/N度。

需額外說明的是，於每個扇形區域11及其內的晶圓槽3中，所述圓弧段32相切於圓弧邊112，並且所述圓弧段32是與第一表面1的邊緣相隔有一距離W12(如：圖4中的上述空白區域12寬度W12，或者是所述晶圓槽3與第一表面1邊緣所相隔的最小距離W12)。其中，所述距離W12於本實施例中是與第二階層10b的環側緣101b外徑L10b呈反比；換個角度來說，所述第二階層10b的環側緣101b外徑L10b於本實施例中可以是介於220公釐 ~868公釐，當第二階層10b的環側緣101b外徑L10b愈大，則所述距離W12愈小。再者，當所述第二階層10b的環側緣101b外徑L10b為465公釐時，上述距離W12是大致介於12公釐(mm)~15公釐。

[實施例三]

請參閱圖12和圖13所示，其為本發明的實施例三，本實施例與上述實施例二類似，所以相同處則不再加以贅述，本實施例相較於實施例二的差異主要在於：本實施例的晶圓槽3在第一表面1上的排列方式可以如圖12所示，或者所述晶圓槽3的構形可以是如圖13所示。

[實施例四]

請參閱圖14所示，其為本發明的實施例四，本實施例與上述實施例二類似，所以相同處則不再加以贅述，而兩個實施例的差異大致如下所載。

於本實施例中，所述晶圓承載盤100包含有位於上述第二階層10b外側的一強化環體10d。其中，所述強化環體10d為一體連接於第二階層10b的環側緣101b及第三階層10c的環側緣101c，並且所述強化環體10d的一邊緣101d切齊於上述第三階層10c的環側緣101c。據此，所述晶圓承載盤100通過形成上述強化環體10d，而能有效地支撐第三階層10c，進而強化整體的結構強度。

[本發明實施例的技術效果]

綜上所述，本發明實施例所公開的晶圓承載盤100，其相當於在現有晶圓承載盤的雙階結構進一步延伸形成有第三階層10c，以構成在高度方向H呈現三階結構。其中，所述晶圓承載盤100通過設有第三階層10c，以使其最大外徑L10c能夠是現有晶圓承載盤最大外徑(相當於第二階層10b的環側緣101b外徑L10b)的100.5%~102.5%，藉以在使用本實施例晶圓承載盤100進行晶圓磊晶的過程中，能夠提供較長的氣流路徑，進而有效地改善在氣流停滯於晶圓的外圍部位而形成較厚的磊晶厚度。

進一步地說，所述第三階層10c的高度H10c於本實施例中較佳是介於2公釐~5公釐，其原因在於：若所述第三階層10c的高度H10c大於5公釐，則因氣流距離減少而容易影響晶圓的磊晶結構，但若是所述第三階層10c的高度H10c小於2公釐，則會使第三階層10c的結構強度較弱而容易損壞。

再者，本發明實施例所公開的製程設備1000及其晶圓承載盤100，其透過在晶圓承載盤100第一表面1上形成有特定排佈方式的N個晶圓槽3，藉以減少鄰近第一表面1邊緣的晶圓槽3部位(或使每個晶圓槽3適度地遠離第一表面1邊緣)，進而避免位於晶圓槽3內的晶圓之外圍部位的磊晶厚度過厚。

以上所述僅為本發明的優選可行實施例，並非用來侷限本發明的保護範圍，凡依本發明專利範圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明的權利要求書的保護範圍。