TWI757810B - 氣相沉積晶圓承載裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明氣相沉積晶圓承載裝置,包含至少一碟盤以及一大盤模組,碟盤中央設有一晶圓定位通孔、邊緣設有一呈環狀之銜接部;大盤模組具有碟盤槽以供碟盤定位,且該碟盤槽設有一環槽溝以供銜接部置入,環槽溝銜接一入氣引道,入氣引道相對於與環槽溝之銜接角度的切線方向分量大於徑向方向分量,以引入氣浮氣體於環槽溝中施力於銜接部使碟盤懸浮及旋轉,環槽溝銜接於一導出口,以供氣浮氣體排出,藉此使得晶圓的受熱效果及成膜效果更為均勻。

Description

氣相沉積晶圓承載裝置
本發明係提供關於半導體化學氣相沉積作業的設備,尤指一種應用於高溫低壓狀態之氣相沉積晶圓承載裝置。
化學氣相沉積係為一種在晶圓之反應面,形成薄膜的重要手段,其係將晶圓置入一反應腔中,對晶圓加熱並使晶圓之反應面與反應氣體接觸而形成薄膜。在高溫低壓之氣相沉積製程中,晶圓之反應面與反應氣體的接觸是否均勻、晶圓之反應面的加熱溫度是否精準與均勻,都會直接影響薄膜形成的品質。其中,晶圓置入反應腔後的定位及承載方式亦影響薄膜的形成品質,承載晶圓的機構有時還涉及許多傳動機構以及驅動旋轉的機構,這些傳動以及驅動旋轉的機構會直接影響反應氣體對晶圓之反應面的接觸效果、對晶圓非反應面的加熱方式以及晶圓是否便於透過自動化設備執行而影響晶圓產能的問題。
本發明之主要目的,係在提供一種氣相沉積晶圓承載裝置,包含:至少一碟盤,其中央設有一晶圓定位通孔,並於邊緣設有一呈環狀之銜接部;以及一大盤模組,其具有至少一個碟盤槽以供至少一碟盤定位,且至少一碟盤槽設有一環槽溝以供銜接部置入,環槽溝銜接一入氣引道,入氣引道相對於與環槽溝之銜接角度的切線方向分量大於徑向方向分量,以引入氣浮氣體於環槽溝中施力於銜接部使至少一碟盤懸浮及旋轉,環槽溝銜接於一導出口,以 供氣浮氣體排出。
透過前述技術手段,本發明氣相沉積晶圓承載裝置可透過氣動方式驅動碟盤懸浮及旋轉,除了可帶動晶圓旋轉使晶圓的反應面獲得均勻的薄膜形成效果之外,其晶圓定位通孔並非一般盲孔,而是呈現上方與下方貫通的設計,使得晶圓之兩面(反應面與非反應面)都呈現非接觸狀態,可使晶圓之非反應面免除傳統機台中所涉及接觸式熱傳導的問題,且更有利於以提供輻射熱為主的方式使晶圓受熱,進而確保晶圓的受熱過程更為均勻。其次,本發明在帶動晶圓旋轉的同時,不須設置相關的旋轉軸或傳動機構,透過氣浮原理配合晶圓定位通孔的設計,可帶動晶圓自轉,而不需接觸晶圓之兩面,因此不論是面上型(晶圓之反應面朝上)還是面下型(晶圓之反應面朝下)的氣相沉積作業,均可採用本發明氣相沉積晶圓承載裝置,而不受限制。
實施時,入氣引道係將氣浮氣體導向環槽溝的底部,銜接部底端設有複數凸齒,以使浮氣體帶動碟盤旋轉更為容易。
實施時,大盤模組具有一熱源面與晶圓定位通孔所承載之晶圓對應保持有一受熱間距,受熱間距至少為晶圓翹曲變形量的20倍,以提升晶圓產製品質。
實施時,入氣引道之入氣端設有一流量控制閥以控制氣浮氣體之引入流量,以控制至少一碟盤的懸浮高度。藉以間接控制晶圓與熱源面的受熱間距,同時控制環槽溝被帶走熱量的大小,繼而影響晶圓邊緣的溫度高低。
實施時,氣浮氣體包含至少二種帶熱效果(導熱性)不同的氣體,入氣引道之入氣端設有至少二個流量控制閥以分別控制至少二種帶熱效果不同的氣體之引入流量。例如其中一種為相對較低導熱性的氣體、另外一種為相對較高導熱性的氣體,透過調整相對較低導熱性及相對較高導熱性氣體之總引入流量,可用於控制至少一碟盤的懸浮高度,並間接控制晶圓與熱源面的受 熱間距;而透過控制相對較低導熱性、相對較高導熱性的氣體引入比例可用於改變環槽溝被帶走熱量的大小,繼而更精確的影響晶圓邊緣的溫度高低。
實施時,熱源面設置在晶圓定位通孔的上方,晶圓定位通孔係供晶圓以反應面朝下的形式置放,大盤模組對應於晶圓定位通孔的下方設有一透孔,以承載面下型氣相沉積作業的晶圓。
實施時,熱源面設置在晶圓定位通孔的下方,晶圓定位通孔係供晶圓以反應面朝上的形式置放,以承載面上型氣相沉積作業的晶圓。
實施時,晶圓定位通孔之邊緣設有複數承載指,每一承載指具有一傾斜承載面,以有效降低對晶圓邊緣的接觸式熱傳導。
相較於先前技術,本發明在結構設計上相當單純,除了大幅降低晶圓的接觸式熱傳導之外,更沒有過多或複雜的傳動機構,非常有利於維護與保養;其次,本發明獨特的設計可廣泛的運用於面上型、面下型氣相沉積作業,能提供晶圓較佳的產品良率。
1:氣相沉積晶圓承載裝置
10:碟盤
11:通孔
12:銜接部
121:凸齒
122:迎風面
13:承載指
20:大盤模組
21:第一大盤
22:第二大盤
23:碟盤槽
24:環槽溝
25:入氣引道
26:導出口
27:熱源面
28:透孔
30:晶圓
40:加熱器
D:受熱間距
C:翹曲變形量
d:中心距離
50:流量控制閥
50a:流量控制閥
50b:流量控制閥
第一圖為本創作第一實施例之俯視分解圖示意圖;第二圖為本創作第一實施例之剖視圖示意圖;第三圖為本創作第一實施例之碟盤設置凸齒態樣(一);第四圖為本創作第一實施例之碟盤設置凸齒態樣(二);第五圖為本創作第一實施例之氣浮氣體控制示意圖(一);第六圖為本創作第一實施例之氣浮氣體控制示意圖(二);第七圖為本創作第二實施例之俯視分解圖示意圖;第八圖為本創作第二實施例之剖視圖示意圖;第九圖為本創作第二實施例之碟盤設置凸齒態樣(一); 第十圖為本創作第二實施例之碟盤設置凸齒態樣(二)。
請參閱第一圖及第二圖所示,第一實施例所示係為面下型氣相沉積作業所適用的氣相沉積晶圓承載裝置1,氣相沉積晶圓承載裝置1包含至少一碟盤10以及一大盤模組20,以供承載晶圓30之用。
碟盤10中央設有一晶圓定位通孔11,並於邊緣設有一呈環狀之銜接部12,晶圓定位通孔11呈現上方與下方貫通的設計,使得晶圓30之兩面都呈現非接觸狀態,此為面下型的氣相沉積作業之實施,晶圓30的反應面係為朝下設置。晶圓定位通孔11之邊緣設有複數承載指13,每一承載指13具有一傾斜承載面,以有效降低對晶圓30邊緣的接觸式熱傳導。
大盤模組20係由一第一大盤21以及一第二大盤22所組合而成。大盤模組20具有至少一個碟盤槽23以供碟盤10定位,且至少一碟盤槽23設有一環槽溝24以供銜接部12置入,環槽溝24銜接一入氣引道25,入氣引道25相對於與環槽溝24之銜接角度的切線方向分量大於徑向方向分量,以引入氣浮氣體於環槽溝24中施力於銜接部12使碟盤10懸浮及旋轉,環槽溝24銜接於一導出口26,以供氣浮氣體排出。
大盤模組20具有一熱源面27與晶圓定位通孔11對應保持有一受熱間距D,此實施例熱源面27設置在晶圓定位通孔11的上方,晶圓定位通孔11係供晶圓30以反應面朝下的形式置放,大盤模組20對應於晶圓定位通孔11的下方設有一透孔28,熱源面27在受到外部加熱器40加熱後可對晶圓30提供輻射熱,透孔28可供反應氣體進入後,與晶圓30朝下的反應面進行反應。
第二圖中所示之晶圓30的厚度、受熱間距D、翹曲變形量C以及中心距離d,僅為示意說明便於理解之用並非實際精確尺寸。一般熱的傳輸分 為三種方式,包括熱輻射、熱對流以及熱傳導。而在低壓或接近真空的製程中,熱對流的影響較很小,熱的傳輸主要是以熱輻射與熱傳導為主。本實施例為了提供晶圓30較佳的受熱均勻性,特意設計在任何的情況下,不讓接觸式熱傳導在關鍵的晶圓30的中心發生,僅位於晶圓30邊緣的微小承載指13具有接觸,可避免造成不均勻熱傳輸。其次,又於晶圓30受熱翹曲時,晶圓30可能呈現一最大翹曲變形量C,也因此熱源面27與晶圓30中心的中心距離d就會改變,為確保晶圓30中心不與熱源面27接觸,令中心距離d>0,在這個考量下受熱間距D係以晶圓30沉積薄膜過程產生翹曲變形量C的20倍以上為佳,藉以弱化反應過程中因晶圓30翹曲而造成受熱不均勻的影響。
請參閱第二圖及第三圖所示,實施時入氣引道25係將氣浮氣體導向環槽溝24的底部,銜接部12底端設有複數凸齒121,以使浮氣體帶動碟盤10旋轉更為容易,圖中所示之凸齒121大小、數量以及造型,僅為說明舉例之用,因應不同之晶圓大小跟使用需求,凸齒121之大小與數量亦可調整為較圖式更為細微的尺寸、更為密集的排列;又或者如第四圖所示,凸齒121可在造型上加以變化或設置特殊的迎風面122,以進一步控制或調節氣浮氣體所呈現的帶動效果。
請參閱第二圖及第五圖所示,入氣引道25之入氣端設有一流量控制閥50以控制氣浮氣體之引入流量,以控制碟盤10的懸浮高度,並間接控制晶圓30與熱源面27的受熱間距,同時控制環槽溝24被帶走熱量的大小,繼而影響晶圓30邊緣的溫度高低。
請參閱第六圖所示,氣浮氣體包含至少二種帶熱效果(導熱性)不同的氣體,入氣引道25之入氣端設有至少二個流量控制閥50a、50b,以分別控制至少二種帶熱效果不同的氣體之引入流量,其中一流量控制閥50a係引入相對較低導熱性的氣體、另一流量控制閥50b係引入相對較高導熱性的氣體, 透過調整相對較低導熱性、相對較高導熱性氣體之總引入流量,可用於控制碟盤10的懸浮高度,並間接控制晶圓30與熱源面27的受熱間距;而透過控制相對較低導熱性、相對較高導熱性的氣體引入比例可用於改變環槽溝24被帶走熱量的大小,繼而更精確的影響晶圓30邊緣的溫度高低。
請參閱第七圖及第八圖所示,第二實施例所示係為面上型氣相沉積作業所適用的氣相沉積晶圓承載裝置1,此氣相沉積晶圓承載裝置1同樣包含至少一碟盤10以及一大盤模組20,以供承載晶圓30之用。第二實施例與第一實施之差異在於熱源面27設置在晶圓定位通孔11的下方,晶圓定位通孔11係供晶圓30以反應面朝上的形式置放,使晶圓30的反應面直接向上曝露,此第二實施例的大盤模組20設計又較第一實施例更為精簡;第二實施力之受熱間距D,同樣地係以晶圓30沉積薄膜過程產生翹曲變形量C的20倍以上為佳。
請參閱第九圖及第十圖所示,實施時入氣引道25係將氣浮氣體導向環槽溝24的底部,銜接部12底端設有複數凸齒121,以使浮氣體帶動碟盤10旋轉更為容易,圖中所示之凸齒121大小、數量以及造型,僅為說明舉例之用,因應不同之晶圓大小跟使用需求,凸齒121之大小與數量亦可調整為較圖式更為細微的尺寸、更為密集的排列;又或者如第十圖所示,凸齒121可在造型上加以變化或設置特殊的迎風面122,以進一步控制或調節氣浮氣體所呈現的帶動效果。
以上所述,僅為舉例說明本發明的較佳實施例,並非以此限定實施的範圍,例如:第二圖以及第八圖中以假想線繪製之翹曲變形比例示意,係為了說明而誇飾繪製之翹曲態樣,並非此以限定實際的翹曲比例。凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單置換及等效變化,皆屬本發明之專利申請範疇。
1…氣相沉積晶圓承載裝置 10…碟盤 11…通孔 12…銜接部 13…承載指 20…大盤模組 21…第一大盤 22…第二大盤 23…碟盤槽 24…環槽溝 25…入氣引道 26…導出口 27…熱源面 28…透孔 30…晶圓 40…加熱器 D…受熱間距 C…翹曲變形量 d…中心距離

Claims (8)

  1. 一種氣相沉積晶圓承載裝置,包含:至少一碟盤,其中央設有一晶圓定位通孔,並於邊緣設有一呈環狀之銜接部;以及一大盤模組,其具有至少一個碟盤槽以供該至少一碟盤定位,且該至少一碟盤槽設有一環槽溝以供該銜接部置入,該環槽溝銜接一入氣引道,該入氣引道相對於與該環槽溝之銜接角度的切線方向分量大於徑向方向分量,以引入氣浮氣體於該環槽溝中施力於該銜接部使該至少一碟盤懸浮及旋轉,該環槽溝銜接於一導出口,以供該氣浮氣體排出。
  2. 如請求項1所述之氣相沉積晶圓承載裝置,其中該入氣引道係將該氣浮氣體導向該環槽溝的底部,該銜接部底端設有複數凸齒。
  3. 如請求項1所述之氣相沉積晶圓承載裝置,其中該大盤模組具有一熱源面與該晶圓定位通孔所承載之晶圓對應保持有一受熱間距,該受熱間距至少為該晶圓翹曲變形量的20倍。
  4. 如請求項3所述之氣相沉積晶圓承載裝置,該入氣引道之入氣端設有一流量控制閥以控制該氣浮氣體之引入流量。
  5. 如請求項3所述之氣相沉積晶圓承載裝置,該氣浮氣體包含至少二種帶熱效果不同的氣體,該入氣引道之入氣端設有至少二個流量控制閥以分別控制該至少二種帶熱效果不同的氣體之引入流量。
  6. 如請求項3所述之氣相沉積晶圓承載裝置,其中該熱源面設置在該晶圓定位通孔的上方,該晶圓定位通孔係供該晶圓以反應面朝下的形式置放,該大盤模組對應於該晶圓定位通孔的下方設有一透孔。
  7. 如請求項3所述之氣相沉積晶圓承載裝置,其中該熱源面設置在該晶圓定位通孔的下方,該晶圓定位通孔係供晶圓以反應面朝上的形式置放。
  8. 如請求項1所述之氣相沉積晶圓承載裝置,其中該晶圓定位通孔之邊緣設有複數承載指,每一承載指具有一傾斜承載面。
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