TWI814341B - 具有防止異常放電之襯套設計的晶圓承載裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種具有防止異常放電之襯套設計的晶圓承載裝置，包括有承載台以及複數個襯套。承載台具有複數個通孔以及複數個可升降移動且分別設置在該通孔內的頂針。複數個襯套分別設置於通孔內，每一襯套內具有通道，每一頂針於通道內進行升降移動。透過襯套的設置，可以調整通孔內結構的關鍵尺寸，避免承載台金屬本體於製程期間產生放電現象而影響晶圓薄膜製程的品質。
Description
本發明為一種晶圓承載裝置，特別是指一種可以提供加熱以及避免於製程期間產生放電現象而影響晶圓薄膜製程的品質的一種晶圓承載裝置包括加熱器與靜電吸盤以及其他電漿製程中用於乘載晶圓的器件。
請參閱圖1所示，該圖為習用技術之晶圓承載裝置示意圖。習用技術中，晶圓承載裝置1包括有承載台10，其係具有複數個通孔11，每一通孔11內具有支撐頂針12。在承載台10上設置有覆蓋板13用以承載晶圓WS，承載台10可以對晶圓WS施加熱源，以讓晶圓WS溫度上升。
在習用技術中，承載台10設置於半導體製程的腔室內，例如：在電漿增強化學氣相沉積(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD)製程中，當腔室內充滿電漿(plasma sheath)時，電漿在覆蓋板13與頂針12之間會有電位差，因此會產生影響沉積製程中形成在晶圓WS表面的薄膜品質的電弧放電效應(arching effect)，例如：膜厚。
綜合上述，因此需要一種晶圓承載裝置，來解決習用技術的問題。
在上述背景說明段落中所揭露之內容，僅為增進對本發明之背景技術的瞭解，因此，上述之內容含有不構成阻礙本發明之先前技術，且應為本領域習知技藝者所熟知。
本發明提供一種晶圓承載裝置，透過在頂針的通孔內設置陶瓷襯套，以抵擋在電漿腔體內通孔與覆蓋板與頂針之間的崩潰電壓，進而抑制放電電弧現象而改善晶圓表面薄膜的品質。
本發明提供一種晶圓承載裝置，在不用改變整個晶圓承載裝置的結構設計下，透過陶瓷襯套與覆蓋板的結構設計，調整關鍵尺寸以改善電弧放電的問題，讓使用者可以用最少的成本達到提升薄膜品質的效果。
在一實施例中，本發明提供一種晶圓承載裝置，包括有承載台以及複數個襯套。承載台具有複數個通孔以及複數個可升降移動且分別設置在通孔內的頂針。複數個襯套分別設置於通孔內，每一襯套內具有通道，每一頂針於通道內進行該升降移動。在一實施例中，承載台為晶圓加熱器或者是靜電吸盤。在一實施例中，襯套為陶瓷材料所構成的襯套。
在一實施例中，該承載台更包括有金屬平台以及覆蓋板。其中，金屬平台開設有複數個通孔，金屬平台具有一承載面。覆蓋板設置於承載面上，覆蓋板對應該承載面上的複數個通孔的位置具有複數個凸部，該每凸部具有貫孔與該其中之通孔對應。在一實施例中，其中覆蓋板為陶瓷材料所構成。在一實施例中，凸部的表面與襯套承載頂針的表面之間具有一間隙。
在一實施例中，該襯套具有與該襯套長度方向垂直的截面，其為圓形或橢圓形。
在一實施例中，襯套為一陶瓷襯套其尺寸與材質皆經過一優化調整達到抑制不正常放電行為之效果。其中，前述的優化調整係透過調整其中空陰極放電行為或兩平行帶電板之間放電行為的關鍵尺寸使其不落於會產生放電行為的閾值來達成。其中，優化調整可為透過增加該陶瓷襯套的耐電壓係數，以提升該陶瓷襯套的崩潰電壓。在另一實施例中，也可為透過調整該頂針關鍵尺寸使其偏離容易發生放電行為的條件。
上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚瞭解本發明的技術手段，而可依照說明書的內容予以實施，並且為了讓本發明的上述和其他目的、特徵和優點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，並配合圖式，詳細說明如下。
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
本發明之優點及特徵以及達到其方法將參照例示性實施例及附圖進行更詳細地描述而更容易理解。然而，本發明可以不同形式來實現且不應該被理解僅限於此處所陳述的實施例。相反地，對所屬技術領域具有通常知識者而言，所提供的此些實施例將使本揭露更加透徹與全面且完整地傳達本發明的範疇，且本發明將僅為所附加的申請專利範圍所定義。在圖中，元件的尺寸及相對尺寸為了清晰易懂而以誇示方法表示。整篇說明書中，某些不同的元件符號可以是相同的元件。本文所公開的具體結構和功能細節僅僅是代表性的，並且是用於描述本發明的示例性實施例的目的。但是本發明可以通過許多替換形式來具體實現，並且不應當被解釋成僅僅受限於本文所闡述的實施例。
除非另外定義，所有使用於後文的術語(包含科技及科學術語)具有與本發明所屬該領域的技術人士一般所理解相同的意思。將更可理解的是，例如於一般所使用的字典所定義的那些術語應被理解為具有與相關領域的內容一致的意思，且除非明顯地定義於後文，將以所屬技術領域通常知識者所理解的一般意義所理解。
在本發明的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“橫向”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水準”、“頂”、“底”、“內”、“外”等指示的方位或位置關為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或組件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語“第一”、“第二”僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特徵的數量。由此，限定有“第一”、“第二”的特徵可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特徵。在本發明的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。另外，術語“包括”及其任何變形，意圖在於覆蓋不排它的包含。
在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”等應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接;可以是機械連接，也可以是電連接;可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個組件內部的連通。對於本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
本文所使用的術語僅僅是為了描述具體實施例而非意圖限制示例性實施例。除非上下文明確地另有所指，否則本文所使用的單數形式“一個”、“一項”還意圖包括複數。還應當理解的是，本文所使用的術語“包括”和/或“包含”規定所陳述的特徵、整數、步驟、操作、單元和/或組件的存在，而不排除存在或添加一個或更多其他特徵、整數、步驟、操作、單元、組件和/或其組合。
以下將配合圖式詳細敘述例示實施例。然而，這些實施例可以包含於不同的形式中，且不應被解釋為用以限制本發明之申請專利範圍。這些實施例之提供使得本發明之揭露完整與明暸，熟知此技術之人將能經由該些實施例瞭解本發明之範疇。
請參閱圖2所示，該圖為本發明之晶圓承載裝置之一實施例剖面示意圖。晶圓承載裝置2，包括有承載台20以及複數個襯套21。在一實施例中，承載台20為晶圓加熱器或者是靜電吸盤(e-chuck)或者是前述兩者結合，但不以此為限制，例如：其他半導體製程使用的承載晶圓的裝置，亦可以實施。承載台20具有複數個通孔200以及複數個可升降移動且分別設置在通孔200內的頂針201。複數個襯套21分別設置於通孔200內，每一襯套21內具有通道210，每一頂針201於通道210內進行該升降移動。在一實施例中，襯套為陶瓷材料所構成的襯套，但不以陶瓷材料為限制。在金屬平台表面實施表面處理形成金屬氧化物，或是透過噴塗方式在表面形成高度耐電壓的材質亦可視為相同手法。
在本實施例中，承載台20更包括有金屬平台202，內部具有加熱元件(圖中未示)，用以對承載台20上的晶圓WS加熱。要說明的是，加熱元件為習用之技術，為本領域技術之人所熟知，在此不做贅述。金屬平台202開設有複數個通孔200，金屬平台202具有承載面204。在承載面204上設置有覆蓋板203，本實施例中，覆蓋板203為陶瓷材料所構成，但不以陶瓷材料為限制，在金屬平台表面實施表面處理形成金屬氧化物，或是透過噴塗方式在表面形成高度耐電壓的材質亦可視為相同手法。在覆蓋板203的一實施例中，覆蓋板203對應承載面204上的複數個通孔200的位置具有複數個凸部203a，每一凸部203a具有貫孔203b與其中之通孔200對應。
請同時參閱圖2與圖3所示，其中圖3為本發明之襯套之一實施例立體示意圖。襯套21的第一端E1位於金屬平台202的底面205，第二端E2位於金屬平台202的承載面204。襯套21位於第二端E2內部具有凹槽211與通道210相連通。凹槽211提供容置覆蓋板203的凸部203a。其中，凸部203a的表面203c與襯套21承載頂針201的凹槽211的底面212之間具有一間隙d。要說明的是，凹槽211的截面如圖4A與4B所示，可以為圓形或者是橢圓形。
接下來說明，本發明晶圓承載裝置的作動方式。如圖5所示，該圖為本發明之晶圓承載裝置之一應用情境示意圖。本實施例中，晶圓承載裝置2設置於腔室90內進行半導體製程。腔室90在一實施例中為PECVD或Plasma ETCH設備的腔室，但不以此為限制。在進行PECVD沉積或Plasma ETCH電漿蝕刻的製程時，腔室90內的容置空間900內具有電漿，容置空間900的具有特定工作氣體，其係具有氣壓P，其中是否會產生電弧放電現象和氣壓P與間隙d之間的乘積有關係。如圖6所示，該圖為本發明不同工作氣體，例如：氮氣、氖氣與氬氣之氣壓與電壓之間的關係曲線圖。要說明的是，前述氣體僅為範例說明，其他工作氣體，例如氫氣、氦氣的氣壓與工作電壓關係也都具有圖6的趨勢，因此並不以圖中所示的三種氣體為限制。從圖6中可以看出定性關係，在腔室90內的不同工作氣體下，大致可以分成三個區域A1~A3，其中A1與A2為比較不容易產生電弧放電現象的區域，因為A1的氣壓P低，所以氣壓P與間隙d的乘積小，在氣壓小的條件下，氣體分子沒有機會相互碰撞；A2區域中的氣壓P雖高，電子的平均自由徑太小，因此並無法加速電子去撞擊氣體分子，所以區域2也不容易產生電弧放電。而在區域A3中則屬於產生電弧放電的問題的高風險區域。因此本發明的設計中，透過氣壓壓力、間隙d以及功率，去計算不會產生放電反應的安全區域，並以此設計晶圓承載裝置的尺寸。例如：透過計算凸部結構203的表面203c與襯套200內的凹槽211之底面212的距離，調整出避開區域A3的結構尺寸。
要說明的是，通道210、頂針201表面以及貫孔203b等區域內，容易在製程期間產生中空陰極效應。這是因為電漿反應腔室90內，晶圓承載裝置2的結構表面會因為電漿而感應出表面電荷，若電漿功率過大，導致表面電荷過大時，此電荷與其周圍的電位差可能造成中空陰極效應，造成不正常放電，同樣的情形也可能發生在兩平行板之間，例如：通道210的圓筒狀表面會產生中空陰極效應，而在表面203c與底面212之間也會產生寄生電容效應。因此，本發明之該陶瓷襯套21之尺寸與材質皆經過優化調整，避免落入圖6的區域A3以達到抑制不正常放電行為之效果。在一實施例中，其中該優化調整係透過調整該陶瓷襯套21之通孔210、該頂針201表面、該貫孔203b之表面與該陶瓷襯套21之表面之間放電行為的關鍵尺寸(d-spacing)，例如控制覆蓋板203與凹槽211的底面212的間隙d，使其不落於會產生放電行為的閾值來達成。在另一實施例中，優化調整為透過增加該陶瓷襯套21的耐電壓係數，以提升該陶瓷襯套21的崩潰電壓(breakdown voltage)。如此可以避免金屬平台202在製程中產生電弧放電的問題。在另一實施例中，該優化調整為透過改變該支撐頂針12的關鍵尺寸使其偏離容易發生放電行為的條件。其中，關鍵尺寸是指該支撐頂針12的大小/長短/形狀，透過能自由上下移動的前提下，改變其關鍵尺寸而能抑制異常放電。
綜合上述，本發明提供的晶圓承載裝置，透過在調整該陶瓷襯套之通孔、該頂針表面、該貫孔之表面與該陶瓷襯套之表面之間放電行為的關鍵尺寸，以抵擋在電漿腔體內通孔與覆蓋板與頂針之間的崩潰電壓，進而抑制放電電弧現象而達到改善晶圓表面薄膜的品質的功效。此外，本發明透過陶瓷襯套與覆蓋板的設計可以在不用改變整個晶圓承載裝置的結構設計下，就可改善電弧放電的問題，讓使用者可以用最少的成本達到提升薄膜品質的效果。
以上所述，乃僅記載本發明為呈現解決問題所採用的技術手段之較佳實施方式或實施例而已，並非用來限定本發明專利實施之範圍。即凡與本發明專利申請範圍文義相符，或依本發明專利範圍所做的均等變化與修飾，皆為本發明專利範圍所涵蓋。
綜觀上述，可見本發明在突破先前之技術下，確實已達到所欲增進之功效，且也非熟悉該項技藝者所顯而易見，其所具之新穎性、進步性及實用性，顯已符合專利之申請要件，爰依法提出專利申請，懇請 貴局核准本件發明專利申請案，以勵發明，至感德便。
1:晶圓承載裝置
10:承載台
11:通孔
12:支撐頂針
13:覆蓋板
2:晶圓承載裝置
20:承載台
200:通孔
201:頂針
202:金屬平台
203:覆蓋板
203a:凸部
203b:貫孔
203c:表面
204:承載面
205:底面
21:襯套
210:通道
211:凹槽
212:底面
90:腔室
900:容置空間
A1~A3:區域
E1:第一端
E2:第二端
WS:晶圓
d:間隙
所包括的圖式用來提供對本申請實施例的進一步的理解，其構成了說明書的一部分，用於例示本申請的實施方式，並與文字描述一起來闡釋本申請的原理。顯而易見地，下面描述中的圖式僅僅是本申請的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些圖式獲得其他的圖式。在圖式中：
圖1為習用技術之晶圓承載裝置示意圖；
圖2為本發明之晶圓承載裝置之一實施例剖面示意圖；
圖3為本發明之襯套之一實施例立體示意圖；
圖 4A與4B為本發明之襯套剖面外形之不同實施例示意圖；
圖5為本發明之晶圓承載裝置之一應用情境示意圖；以及
圖6為本發明不同工作氣體之氣壓與電壓之間的關係曲線圖。
2:晶圓承載裝置
20:承載台
200:通孔
201:頂針
202:金屬平台
203:覆蓋板
203a:凸部
203b:貫孔
203c:表面
204:承載面
205:底面
21:襯套
210:通道
211:凹槽
212:底面
E1:第一端
E2:第二端
WS:晶圓
d:間隙
Claims (9)
- 一種具有防止異常放電之襯套設計的晶圓承載裝置，包括：一承載台，具有複數個通孔以及複數個可升降移動且分別設置在該通孔內的頂針；以及複數個襯套，分別設置於該通孔內，該每一襯套內具有通道，該每一頂針於該通道內進行該升降移動，其中，該承載台更包括：一金屬平台，開設有該複數個通孔，該金屬平台具有一承載面；以及一覆蓋板，設置於該承載面上，該覆蓋板對應該承載面上的複數個通孔的位置具有複數個凸部，該每一凸部具有一貫孔與該其中之一通孔對應，該凸部的表面與該襯套承載該頂針的表面之間具有一間隙。
- 如請求項1所述之具有防止異常放電之襯套設計的晶圓承載裝置，其中該承載台為一晶圓加熱器或者是一靜電吸盤。
- 如請求項1所述之具有防止異常放電之襯套設計的晶圓承載裝置，其中該襯套為陶瓷材料所構成的襯套。
- 如請求項1所述之具有防止異常放電之襯套設計的晶圓承載裝置，其中該覆蓋板為陶瓷材料所構成。
- 如請求項1所述之具有防止異常放電之襯套設計的晶圓承載裝置，其中該金屬平台表面更具有一金屬氧化物或耐電壓的材質。
- 如請求項1所述之具有防止異常放電之襯套設計的晶圓承載裝置，其中該襯套具有與該襯套長度方向垂直的截面，其為圓形或橢圓形。
- 如請求項1所述之具有防止異常放電之襯套設計的晶圓承載裝置，其中該襯套為一陶瓷襯套，該陶瓷襯套之尺寸與材質皆經過一優化調整達到抑制不正常放電行為之效果。
- 如請求項7所述之具有防止異常放電之襯套設計的晶圓承載裝置，其中該優化調整係透過調整該陶瓷襯套之通孔、該頂針表面、該貫孔之表面與該陶瓷襯套之表面之間放電行為的關鍵尺寸(d-spacing)使其不落於會產生放電行為的閾值來達成。
- 如請求項7所述之具有防止異常放電之襯套設計的晶圓承載裝置，其中該優化調整為透過增加該陶瓷襯套的耐電壓係數，以提升該陶瓷襯套的崩潰電壓(breakdown voltage)或者是透過改變該頂針的關鍵尺寸使其偏離容易發生放電行為的條件。
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| TW202341313A (zh) | 2023-10-16 |
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