TWI827506B - 承載件和半導體製程設備 - Google Patents

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Abstract

一種承載件和半導體製程設備，涉及半導體製造技術領域。該承載件具有導流面、第一凹槽和第二凹槽，第一凹槽設置於導流面，第二凹槽設置於第一凹槽的槽底，第一凹槽和第二凹槽的形狀均為圓形，第二凹槽的直徑小於第一凹槽的直徑，且第一凹槽的槽底形成環繞第二凹槽的承載面，承載面用於承載晶圓。導流面和承載面中至少一者具有多個凸起部和凹陷部，多個凸起部沿第一凹槽的圓周方向排布，凹陷部位於兩個相鄰的凸起部之間。

Description

承載件和半導體製程設備
本發明涉及半導體製造技術領域，尤其涉及一種承載件和半導體製程設備。
CVD外延設備是一種利用CVD（Chemical Vapor Deposition，化學氣相沉積）技術在襯底表面生長薄膜的裝置。例如：CVD外延製程是控制反應氣體流過被加熱的襯底（通常情況下為晶圓），反應物在襯底表面發生化學反應形成一層薄膜。
在製程過程中，晶圓的邊沿會生長薄膜，而晶圓邊沿的晶向沿晶圓的圓周方向會發生變化，且不同方向的晶面的生長速率存在差異。因此，晶圓邊沿生長的薄膜厚度會存在差異，進而影響晶圓表面的薄膜厚度一致性。
本發明公開一種承載件和半導體製程設備，以解決相關技術中晶圓的邊沿生長速率不一致的問題。
為了解決上述問題，本發明採用下述技術方案：
本發明提供的承載件用於承載晶圓。本發明提供的承載件具有導流面、第一凹槽和第二凹槽，第一凹槽設置於導流面，第二凹槽設置於第一凹槽的槽底，第一凹槽和第二凹槽的形狀均為圓形，第二凹槽的直徑小於第一凹槽的直徑，且第一凹槽的槽底形成環繞第二凹槽的承載面，承載面用於承載晶圓；導流面和承載面中至少一者具有多個凸起部和凹陷部，多個凸起部沿第一凹槽的圓周方向排布，凹陷部位於兩個相鄰的凸起部之間。
基於本發明提供的承載件，本發明還提供一種半導體製程設備。該半導體製程設備包括本發明提供的承載件。半導體製程設備還包括晶圓校準裝置，晶圓校準裝置用於將晶圓的缺口方向與凸起部的頂部相對應。
本發明採用的技術方案能夠達到以下有益效果：
本發明實施例中，在晶圓放置於第一凹槽的情況下，晶圓朝向第一凹槽的槽口一側的表面為晶圓的第一表面，晶圓背離第一凹槽的槽口的一側為晶圓的第二表面。在導流面具有凸起部和凹陷部的情況下，凸起部頂部與晶圓的第一表面之間的間距大於凹陷部的底部與晶圓的第一表面之間的間距。在半導體製程過程中，製程氣體沿晶圓的第一表面進氣，並通過製程氣體通過在垂直於晶圓的第一表面的方向擴散達到晶圓的表面，以實現晶圓生長。因此，在導流面具有凸起部和凹陷部的情況下，晶圓中所需製程氣體的擴散距離較大的區域與凸起部相對應；晶圓中所需製程氣體的擴散距離較小的區域與凹陷部相對應。進一步地，晶圓中與凸起部相對應的部分對應的製程氣體的擴散距離大於晶圓中與凹陷部相對應的部分對應的製程氣體的擴散距離。擴散距離越大，擴散速率越小。製程氣體的擴散速率越大，晶圓的生長速率越大。因此，導流面的凸起部和凹陷部能均衡晶圓各處的生長速率，提高晶圓各處生長速率的一致性。
在承載面具有凸起部和凹陷部的情況下，凸起部支撐於晶圓的第二表面，進而使得凹陷部與晶圓的第二表面之間形成間隙。在製程過程中，承載件可以通過凸起部與晶圓接觸，進而實現承載件與晶圓直接進行熱傳遞。另外，承載件的凹陷部與晶圓之間形成間隙，在熱傳遞的過程中，凹陷部將熱量傳遞至凹陷部與晶圓之間的間隙內的氣體，並通過凹陷部與晶圓之間的間隙內的氣體將熱量傳遞至晶圓。由於熱量的傳遞效率與熱量傳遞介質的材質相關。因此，晶圓中與凸起部相對應的區域的溫度和晶圓中與凹陷部相對應的區域的溫度存在差異，故承載面的凸起部和凹陷部能均衡晶圓各處的生長速率，提高晶圓各處生長速率的一致性。
以下揭露提供用於實施本揭露之不同構件之許多不同實施例或實例。下文描述組件及配置之特定實例以簡化本揭露。當然，此等僅為實例且非意欲限制。舉例而言，在以下描述中之一第一構件形成於一第二構件上方或上可包含其中該第一構件及該第二構件經形成為直接接觸之實施例，且亦可包含其中額外構件可形成在該第一構件與該第二構件之間，使得該第一構件及該第二構件可不直接接觸之實施例。另外，本揭露可在各個實例中重複參考數字及/或字母。此重複出於簡化及清楚之目的且本身不指示所論述之各個實施例及/或組態之間的關係。
此外，為便於描述，諸如「下面」、「下方」、「下」、「上方」、「上」及類似者之空間相對術語可在本文中用於描述一個元件或構件與另一(些)元件或構件之關係，如圖中圖解說明。空間相對術語意欲涵蓋除在圖中描繪之定向以外之使用或操作中之裝置之不同定向。設備可以其他方式定向(旋轉90度或按其他定向)且因此可同樣解釋本文中使用之空間相對描述詞。
儘管陳述本揭露之寬泛範疇之數值範圍及參數係近似值，然儘可能精確地報告特定實例中陳述之數值。然而，任何數值固有地含有必然由於見於各自測試量測中之標準偏差所致之某些誤差。再者，如本文中使用，術語「大約」通常意謂在一給定值或範圍之10%、5%、1%或0.5%內。替代地，術語「大約」意謂在由此項技術之一般技術者考量時處於平均值之一可接受標準誤差內。除在操作/工作實例中以外，或除非以其他方式明確指定，否則諸如針對本文中揭露之材料之數量、時間之持續時間、溫度、操作條件、數量之比率及其類似者之全部數值範圍、數量、值及百分比應被理解為在全部例項中由術語「大約」修飾。相應地，除非相反地指示，否則本揭露及隨附發明申請專利範圍中陳述之數值參數係可根據需要變化之近似值。至少，應至少鑑於所報告有效數位之數目且藉由應用普通捨入技術解釋各數值參數。範圍可在本文中表達為從一個端點至另一端點或在兩個端點之間。本文中揭露之全部範圍包含端點，除非另有指定。
以下結合附圖1至圖15，詳細說明本發明各個實施例公開的技術方案。
參照圖12，本發明提供的承載件200可以用於半導體製程設備。示例性地，本發明提供的承載件200用於半導體製程設備中承載晶圓100。示例性地，承載件200可以設置在半導體製程設備內。示例性地，在半導體製程過程中，可以通過承載件200承載待加工的晶圓100。
一種可選的實施例中，本發明提供的承載件200可以用於CVD（Chemical Vapor Deposition）外延設備。示例性地，CVD外延設備包括製程腔室，承載件200設置於製程腔室內。在半導體製程過程中，製程腔室用於約束反應氣體。在半導體製程過程中，CVD製程所需的熱量主要通過燈管照射和電磁加熱兩種方式提供。參照圖12，燈管照射的加熱方式的半導體製程設備中，加熱燈位於製程腔室外側。加熱燈發射出的紅外光通過透明的腔室壁照射到晶圓以及承載晶圓的承載件200上，以直接和間接地加熱晶圓。相關技術中，單片式的矽外延設備通常使用燈管照射的方式對晶圓進行加熱。可選地，本發明提供的承載件200可以用於單片式的矽外延設備。
參照圖4至圖15，本發明一種可選的實施例中，承載件200具有導流面210、第一凹槽220和第二凹槽230。第一凹槽220設置於導流面210。第二凹槽230設置於第一凹槽220的槽底。第一凹槽220和第二凹槽230的形狀均為圓形。示例性地，第一凹槽220和第二凹槽230在其對應的開槽方向的截面為圓形。第二凹槽230的直徑小於第一凹槽220的直徑，且第一凹槽220的槽底形成環繞第二凹槽230的承載面240，承載面240用於承載晶圓100。示例性地，承載件200為託盤。在半導體製程過程中，晶圓100放置於第一凹槽220內，以使晶圓100支撐於承載面240。示例性地，在半導體製程過程中，晶圓100的中心與第一凹槽220的中心重合。
參照圖4和圖5，一種可選的實施例中，第一凹槽220的槽口的朝向為第二方向。在晶圓100放置於第一凹槽220的情況下，第一凹槽220在第二方向上的深度大於晶圓100在第二方向上的厚度，以使晶圓100能夠內陷於導流面210。進一步地，定義晶圓100朝向第一凹槽220的槽口一側的表面為晶圓100的第一表面，晶圓100背離第一凹槽220的槽口的一側為晶圓100的第二表面。示例性地，在承載件200應用於半導體製程設備的情況下，承載件200設置於半導體製程設備內。在半導體製程過程中，製程氣體沿承載件200的導流面210流動，即製程氣體的移動速度的方向與晶圓100的第一表面平行。在製程氣體移動至於晶圓100相對的區域的情況下，由於晶圓100內陷於導流面210，進而使得製程氣體需要向垂直晶圓100的第一表面的方向擴散才能到達晶圓100的第一表面，以在晶圓100的表面生長形成矽薄膜。
一種可選的實施例中，在晶圓100放置於承載件上的情況下，晶圓100的第一表面與水平面平行，第二方向為豎直方向，以避免重力影響製程氣體在平行於第一表面的方向上的速度，提高晶圓100各處的生長速率的一致性。
參照圖14和圖15，一種可選的實施例中，導流面210具有多個凸起部241和凹陷部242，多個凸起部241沿第一凹槽220的圓周方向排布，凹陷部242位於兩個相鄰的凸起部241之間。示例性地，在半導體製程過程中，製程氣體沿導流面210流動，並到達與晶圓100相對應的區域。凸起部241沿第一凹槽220的圓周方向排布，凹陷部242位於兩個相鄰的凸起部241之間，使得導流面210能夠形成沿第一凹槽220的圓周方向起起伏伏的波浪形曲面。示例性地，凸起部241的頂部為波浪形曲面的波峰；凹陷部242的底部為波浪形曲面的波谷。凸起部241和凹陷部242使得導流面210的不同位置與晶圓100的第一表面在第二方向上的間距不同。即上述實施例中，凸起部241和凹陷部242可以改變製程氣體擴散到晶圓100的第一表面的擴散距離。
示例性地，製程氣體擴散方程為：J=-D×(ΔC/ΔX)，其中J為擴散速度、D為擴散係數、ΔC為濃度差、ΔX為擴散距離。即製程氣體的擴散的速度J反比於製程氣體擴散的距離ΔX。示例性地，製程氣體由第一位置向第二位置擴散的過程中，ΔC是指第二位置對應的製程氣體的濃度與第一位置對應的製程氣體的濃度的差值。ΔX為第一位置和第二位置之間的間距。參照圖5，在半導體製程過程中，製程氣體的擴散距離ΔX為導流面210與晶圓100的第一表面之間的間距。導流面210具有凹陷部242和凸起部241，進而使得導流面210中不同位置與晶圓100的第一表面之間的間距不同，進而可以根據需要設置凹陷部242和凸起部241的位置，以實現晶圓100的不同區域對應的製程氣體的擴散距離的調整。
在半導體製程過程中，製程氣體通過向晶圓100的第一表面擴散的方式達到晶圓100的第一表面，進而實現製程氣體的向晶圓100的第一表面的傳輸。由於晶圓100的生長過程中需要不斷向晶圓100的表面傳輸製程氣體。因此，製程氣體向晶圓100的第一表面的擴散速率直接影響晶圓100表面的生長速率。示例性地，製程氣體向晶圓100的第一表面的擴散速率越大，晶圓100的生長速率越大。
定義晶圓100中與凸起部241相對的部分，製程氣體的擴散距離為第一擴散距離。定義晶圓100中與凹陷部242相對的部分，製程氣體的擴散距離為第二擴散距離。上述實施例中，第一擴散距離大於第二擴散距離。因此，在半導體製程過程中，可以將晶圓100中生長速率較快的部分與凸起部241相對應，將晶圓100中生長較慢的部分與凹陷部242相對應，以通過凸起部241和凹陷部242均衡晶圓100各處的生長速率，以提高晶圓100邊沿生長速率的一致性。
一種可選的實施例中，承載件200可轉動的設置於半導體製程設備內，以通過承載件200轉動，使得承載件200上的晶圓100在圓周方向上的不同位置在半導體製程過程中所處的物理環境和化學環境一致，提高晶圓100各方向生長速率的一致性。
參照圖1，晶圓100的邊沿具有多個晶面，且不同的晶面的生長速率存在差異。示例性地，晶圓100的邊沿中，晶面＜111＞的生長速率小於晶面＜110＞的生長速率；晶面＜110＞的生長速率小於晶面＜100＞的生長速率。因此，晶圓100邊沿的各方向的生長速率存在差異，進而導致晶圓100邊沿的不同方向的生長量不同，會導致晶圓100表面生成的矽薄膜的厚度在晶圓100的圓周方向上分佈不均。
因此，即使通過轉動承載件200使承載件200上的晶圓100在圓周方向上的不同位置在半導體製程過程中所處的物理環境和化學環境一致，晶圓100的各方向上的生長速率仍然存在差異。
在半導體製程過程中，晶圓100與承載件200之間相對靜止，即晶圓100與承載件200之間無相對運動。因此，導流面210的凸起部241和凹陷部242可以解決晶圓100的不同晶面的生長速率不同的問題，進而有益於消除晶圓100自身屬性對晶圓100表面生長速率的影響。
參照圖2、圖3、圖6和圖13，另一種可選的實施例中，承載面240具有多個凸起部241和凹陷部242，多個凸起部241沿第一凹槽220的圓周方向排布，凹陷部242位於兩個相鄰的凸起部241之間。示例性地，在CVD外延製程的過程中，承載件200與晶圓100之間可通過熱傳遞對晶圓100進行加熱。
在晶圓100放置於第一凹槽220 的情況下，晶圓100支撐於凸起部241的頂部，以使承載件200可以通過承載面240的凸起部241與晶圓100直接接觸並發生熱交換。另外，晶圓100與凹陷部242之間會形成間隙。一般情況下，晶圓100與凹陷部242之間的間隙內填充有氣體分子。晶圓100與凹陷部242之間的間隙內填充的氣體分子形成氣體傳熱層。在半導體製程過程中，承載件200可以先將熱量傳遞至氣體傳熱層，然後通過氣體傳熱層將熱量傳遞至晶圓100。
示例性地，熱傳導方程為：P=λA（T2-T1）/D。其中，P為傳熱功率、λ為介質的熱導率、A為傳熱面積、T2和T1為導熱介質兩端溫度、D為導熱介質在熱傳遞方向的長度。因此可以得到：ΔT=T2-T1=PD/λA。其中，ΔT為導熱介質兩端的溫度差。
需要說明的是，晶圓100的第一表面的溫度越高，晶圓100的生長速率越大，晶圓100的第一表面的溫度越低，晶圓100的生長速率越小。因為氣體傳熱層和承載件200屬不同的材質，即氣體傳熱層的熱導率與承載件200的熱導率不同。因此，在承載件200的各處溫度相等或半導體製程設備加熱功率一定的情況下，晶圓100的第一表面中與凸起部241相對應的部分的溫度和晶圓100的第一表面中與凹陷部242相對應的部分的溫度不同。
示例性地，晶圓100與凹陷部242之間的間隙內填充的氣體分子為氫氣。故氣體傳熱層的熱導率小於承載件200的熱導率。故，上述實施例中，晶圓100的第一表面中與凹陷部242相對應的部分的溫度小於晶圓100的第一表面中與凸起部241相對應的部分的溫度。
因此，上述實施例中，承載面240的凹陷部242和凸起部241能夠均衡晶圓100各處的生長速率，進而提高晶圓100各處生長速率的一致性。並且，在半導體製程過程中，晶圓100與承載件200之間相對靜止，即晶圓100與承載件200之間無相對運動，進而利用承載面240的凹陷部242和凸起部241，可以解決晶圓100的不同晶面的生長速率不同的問題，進而有益於消除晶圓100自身屬性對晶圓100表面生長速率的影響。
當然，作為一種可選的實施例，導流面210和承載面240可以均具有凸起部241和凹陷部242。具體的，導流面210上的凸起部241和凹陷部242調整製程氣體擴散至晶圓100的第一表面的不同位置的擴散距離；承載面240上的凸起部241和凹陷部242調整承載件200不同位置與晶圓100之間的熱傳遞效率，以使晶圓100的不同位置的生長速率一致。
參照圖6和圖7，一種可選的實施例中，各凸起部241均具有第一傾斜子部和第二傾斜子部。第一傾斜子部的表面和第二傾斜子部的表面相交形成凸起部241的表面（連續的表面）。參照圖13和圖14，第一傾斜子部的表面和第二傾斜子部的表面的交線沿第一凹槽220的徑向設置。示例性地，第一傾斜子部的表面和第二傾斜子部的表面為相對第一凹槽220圓周方向的傾斜設置的傾斜凸面。具體的，第一傾斜子部的表面相對第一凹槽220的第一時針方向向靠近第一凹槽220的槽底方向傾斜；第二傾斜子部的表面相對第一凹槽220的第二時針方向向靠近第一凹槽220的槽底方向傾斜，第一時針方向和第二時針方向相反，例如第一時針方向和第二時針方向分別為面向第一凹槽220的槽底的情況下順時針方向和逆時針方向。
參照圖6和圖7，凹陷部242均具有第三傾斜子部和第四傾斜子部。第三傾斜子部的表面和第四傾斜子部的表面相交形成凹陷部242的表面（連續的表面）。參照圖13和圖14，第三傾斜子部的表面和第四傾斜子部的表面的交線沿第一凹槽220的徑向設置。示例性地，第三傾斜子部的表面和第四傾斜子部的表面為相對第一凹槽220圓周方向的傾斜設置的傾斜凹面。具體的，第三傾斜子部的表面相對第一凹槽220的第一時針方向向靠近第一凹槽220的槽底方向傾斜；第四傾斜子部的表面相對第一凹槽220的第二時針方向向靠近第一凹槽220的槽底方向傾斜，第一時針方向和第二時針方向相反。
各凸起部241和各凹陷部242在第一凹槽220圓周方向上的尺寸均由靠近第一凹槽220中心的一側向遠離第一凹槽220中心的一側逐漸增加。
在晶圓100放置於第一凹槽220的情況下，第一凹槽220與晶圓100同心設置，即晶圓100的圓心與第一凹槽220對應的圓心重合。示例性地，在晶圓100放置於第一凹槽220的情況下，第一凹槽220的槽壁與晶圓100的側壁抵觸限位。
晶圓100邊沿的生長速率沿著晶圓100的圓周方向逐漸變化。因此，上述實施例中，形成凸起部241的表面的兩個傾斜面的相交部沿第一凹槽220的徑向設置；形成凹陷部242的表面的兩個傾斜面的相交部沿第一凹槽220的徑向設置。
參照圖6至圖9以及圖15，多個凸起部241的表面和多個凹陷部242的表面沿第一凹槽220的圓周方向間隔排布，並形成波浪面。具體的，波浪面的波峰沿第一凹槽220的徑向設置，波浪面的波谷沿第一凹槽220的徑向設置。需要說明的是，形成凸起部241的表面的兩個傾斜面相交處為凸起部241的頂部，即波浪面的波峰；形成凹陷部242的表面的兩個傾斜面相交處為凹陷部242的底部，即波浪面的波谷。
該方案有益於凸起部241和凹陷部242對晶圓100在第一凹槽220的圓周方向的生長速率的影響量能夠適應地擬合晶面方向不同對晶圓100的生長速率的影響。即凸起部241和凹陷部242對晶圓100在第一凹槽220的圓周方向的生長速率影響，能夠補償晶圓100在圓周方向的生長速率的差異，進而提高晶圓100的邊沿的生長速率的一致性。
一種可選的實施例中，凸起部241的表面為弧形凸面，凹陷部242的表面為弧形凹面，以避免晶圓100在第一凹槽220的圓周方向的出現生長速率相差較大的兩個點，有益於改善晶圓100的形貌參數。
需要說明的是，晶圓100的相貌參數對光刻對焦產生影響。因此，在CVD外延製程的過程中需要嚴格控制晶圓100的幾何參數。示例性地，在CVD外延製程的過程中需要保證晶圓100的SFQR（Site flatness front least-squares range，矽片平整度）要求小於25nm。該參數是矽片拋光質量的一個重要指標。
上述實施例中，凸起部241和凹陷部242對晶圓100在第一凹槽220的圓周方向的生長速率的影響量成線性變化，以避免凸起部241和凹陷部242對晶圓100的邊沿圓周方向的生長速率的影響量突變。進而有益於使凸起部241和凹陷部242對晶圓100在第一凹槽220的圓周方向的生長速率的影響量更好地擬合晶面方向不同對晶圓100的生長速率的影響，進而有益於提高晶圓100在第一凹槽220的圓周方向的生長速率的一致性。
需要說明的是，凸起部241和凹陷部242對晶圓100的邊沿圓周方向的生長速率的影響量，即沿晶圓100邊沿的圓周方向，凸起部241和凹陷部242對晶圓100的邊沿的生長速率的影響量呈現出不連續的變化。
一種可選的實施例中，凸起部241與凹陷部242之間的連接處為銜接部243，凸起部241沿第一凹槽220的圓周方向的曲率為第一曲率，第一曲率由凸起部241頂部向銜接部243逐漸減小，凹陷部242沿第一凹槽220的圓周方向的曲率為第二曲率，第二曲率由凹陷部242的底部向銜接部243逐漸減小。
示例性地，圖1中沿晶圓100的圓周方向，由晶面方向為＜110＞向晶面方向為＜100＞，晶圓100邊沿的生長速率逐漸增加。並且，由晶面方向為＜110＞向晶面方向為＜100＞，晶圓100邊沿的生長速率的變化速率先增加後減小。因此，上述實施例中，第一曲率由凸起部241頂部向銜接部243逐漸減小，第二曲率由凹陷部242的底部向銜接部243逐漸減小，有益於凸起部241和凹陷部242對晶圓100在第一凹槽220的圓周方向的生長速率的影響量能夠更好地適應擬合晶面方向不同對晶圓100的生長速率的影響。
參照圖1、圖2和圖7，一種可選的實施例中，晶圓100的晶面為＜100＞、晶圓的notch（缺口）方向對應的晶面為＜110＞的情況下，晶圓100中與晶圓100的notch方向的夾角為90°的方向，或者與晶圓100的notch方向的夾角為180°的方向的晶面方向為＜110＞。晶圓100中與晶圓100的notch方向的夾角為45°的方向，或者與晶圓100的notch方向的夾角為135°的方向的晶面方向為＜100＞。示例性地，在CVD外延製程的過程中，晶圓100的notch方向的部分與導流面210中凹陷部242的底部相對，和/或，晶圓100的notch方向的部分與承載面240中凸起部241的頂部相對。
上述實施例，可以利用導流面210和/或承載面240中的凸起部241和凹陷部242補償晶圓100的邊沿各處的生長速率的差異，以提高晶圓100的邊沿各處的生長速率的一致性。
一種可選的實施例中，凸起部241在第二方向上的高度均相等。進一步地，凹陷部242在第二方向上的深度均相等。第二方向為第一凹槽220的槽口的朝向。示例性地，第二方向為垂直與晶圓100的第一表面的方向。
上述實施例，使得承載件200對晶圓100的晶面方向＜100＞和晶面方向＜110＞對應的生長速率的補償量相等，進而可以提高晶圓100的邊沿的生長速率的一致性。
參照圖5，導流面210與晶圓100的第一表面在第二方向上的距離為ΔX，即製程氣體的擴散長度為ΔX。根據擴散方程可以直接得到：擴散的速度J反比于擴散的長度ΔX。即晶圓100的邊沿的生長速度反比於對應區域的製程氣體的擴散長度ΔX。相關技術中，以在晶圓100上沉積矽薄膜為例，製程氣體的擴散長度ΔX=25 um。不同晶面方向之間，Si的生長速率差異為0.01um/min。示例性地，對應的晶圓100的邊沿在晶面方向為＜100＞的生長速率為2um/min；晶圓100的邊沿在晶面方向為＜110＞的生長速率為1.99um/min。
參照圖7和圖8，在導流面210和承載面240中僅導流面210具有凸起部241和凹陷部242的情況下，凸起部241與晶圓100的第一表面在第二方向上的距離為凸起部241對應的製程氣體的擴散長度；凹陷部242與晶圓100的第一表面在第二方向上的距離為凹陷部242對應的製程氣體的擴散長度。
示例性地，凸起部241的頂部對應的製程氣體的擴散長度為ΔX1。凹陷部242的底部對應的製程氣體的擴散長度為ΔX2。在凹陷部242的底部對應的製程氣體的擴散長度為25 um的情況下，即ΔX2=25 um。根據晶圓邊沿的生長速度反比於對應區域的製程氣體的擴散長度ΔX，可以得到：ΔX1=25.125um。
參照圖9，一種可選的實施例中，凸起部241的頂部與晶圓100的第一表面在第二方向上的距離為h1，即ΔX1= h1。凹陷部242的底部與晶圓100的第一表面在第二方向上的距離為h2，即ΔX2= h2。為了彌補不同晶面方向之間Si的生長速率差異，則需要不同晶面方向區域對應的製程氣體的擴散距離存在差異。凹陷部242的底部與凸起部241的頂部在第二方向上的距離即為不同晶面方向區域對應的製程氣體的擴散距離差異的最大值。
一種可選的實施例中，在導流面210和承載面240中僅導流面210具有凸起部241和凹陷部242的情況下，凸起部241的頂部與凹陷部242的底部在第二方向上的距離為0.10 um至0.15um，即h1 -h2的範圍為0.10 um至0.15um。
示例性性地，凸起部241的頂部與凹陷部242的底部在第二方向上的距離為0. 125um，即h1 -h2=0. 125um。
參照圖5、圖6和圖9，在導流面210和承載面240中僅承載面240具有凸起部241和凹陷部242的情況下，凸起部241的頂部與晶圓100的第一表面之間間隔有晶圓100自身；凹陷部242與晶圓100的第一表面之間不僅間隔有晶圓自身，還間隔有氣體傳熱層。示例性地，氣體傳熱層為氫氣層。可選的，承載件200的材質為矽。
圖10為單層介質導熱模型示意圖。根據前文所述的熱傳導方程，可得到P=λ1A（T2-T1）/D1；ΔT=T2-T1=PD1/λ1A。圖11為兩層不同介質的導熱模型示意圖。根據前文所述的熱傳導方程，可得到：T2-T1=PD1/λ1A；T3-T2=PD2/λ2A，則ΔT=T3-T1=PD1/λ1A+PD2/λ2A=P/A×（D1/λ1+ D2/λ2）。
相關技術中，不同晶面方向之間，Si的生長速率差異為0.01um/min；高溫下Si生長速率隨溫度的變化幅度為0.0033um/min×℃；晶圓100的厚度為D1=780um；對應地，晶圓100的第一表面和第二表面之間的溫差為ΔT0=5℃； Si（矽）的熱導率λ1=150W/m*K； H2（氫氣）的熱導率λ2=6W/m×K）。因此，晶圓100的邊沿在晶面方向為＜100＞與晶圓100的邊沿在晶面方向為＜110＞的溫度差約為3℃。
需要說明的是，相關技術中承載件200和晶圓100之間是通過接觸傳熱。因此，凸起部241與晶圓100的第一表面之間的溫差為ΔT0=5℃。在凹陷部242對應的區域，由於在承載件200和晶圓100之間增加了氣體傳熱層。因此，凹陷部242與晶圓100的第一表面之間的溫差為ΔT1=8℃。
凹陷部242與晶圓100之間形成的氣體傳熱層在第二方向上的尺寸為D2，並且，凹陷部242與晶圓100之間增加氣體傳熱層後傳熱面積A不變，加熱功率P不變。則有：
ΔT1/ΔT0=(P/A×(D1/λ1+D2/λ2))/(PD1/λ1A)，
即：ΔT1/ΔT0=(D1/λ1+ D2/λ2)/( D1/λ1)
將ΔT1=8℃、ΔT0=5℃、D1=775um、λ1=150W/m*K，H2：λ2=6W/m×K帶入，可得D2=18.72um。
參照圖9，一種可選的實施例中，凸起部241的頂部與凹陷部242的底部在第二方向上的距離d1。在晶圓100放置於承載面240的情況下，凹陷部242的底部與晶圓100的第二表面在第二方向上的距離為凹陷部242與晶圓100之間形成的氣體傳熱層在第二方向上的最大尺寸。可選地，在導流面210和承載面240中僅承載面240具有凸起部241和凹陷部242的情況下，凸起部241的頂部與凹陷部242的底部在第二方向上的距離為18um至21um，即d1的範圍為18um至21um。進一步地，凸起部241的頂部與凹陷部242的底部在第二方向上的距離為18.72um，即d1=18.72um。
一種可選的實施例中，凸起部241沿第一凹槽220的圓周方向均勻排布，且凸起部241對應的圓心角均相等。可選的實施例中，凹陷部242沿第一凹槽220的圓周方向均勻排布，且凹陷部242對應的圓心角與凸起部241對應的圓心角相等。該實施例可以有益於提高晶圓100的邊沿生長速率的一致性。另外，該實施例使得多個凸起部241結構和尺寸相同，以使晶圓100的notch方向與多個凸起部241中的任意一個相對即可，降低晶圓100的安裝難度。
進一步地，凸起部241和凹陷部242的數量均為4個。
參照圖1、圖7和圖8，示例性地，導流面210的凸起部241與晶面方向＜100＞一一對應。導流面210的凹陷部242與晶面方向＜110＞一一對應。
參照圖1、圖6和圖9，另一種可選的實施例中，承載面240的凹陷部242與晶面方向＜100＞一一對應。承載面240的凸起部241與晶面方向＜110＞一一對應。
參照圖2至圖5，承載面240相對第一方向向第二凹槽230的槽底傾斜，第一方向為沿第一凹槽220的徑向向靠近第一凹槽220中心的方向。該實施例中，可以通過第二凹槽230使得晶圓100在受熱後的形變均凸向第二凹槽230，以避免晶圓向不同的方向凸曲。需要說明的是，如果晶圓100不同部位的凸曲方向不一致，容易導致晶圓100在其圓周方向的生長速率差異較大，進而降低晶圓100的表面平整度。承載面240相對第一方向向第二凹槽230的槽底傾斜，不僅可以確保晶圓100的邊沿受力，使得承載件200能夠為晶圓100凸向第一凹槽220底部的一側提供避讓空間，有益於提高晶圓100在CVD矽外延製程過程中的形變量、生長速率和晶圓100的厚度在其圓周方向的一致性。
一種可選的實施例中，承載面240為微斜面，且承載面240相對第一方向向第二凹槽230的槽底傾斜的角度小於1°。
另一種可選的實施例中，第二凹槽230的槽底為球形凹面，以進一步提高晶圓100的生長速率在其圓周方向的一致性。
參照圖1、圖2、圖8和圖9，一種可選的實施例中，在導流面210和承載面240均具有凸起部241和凹陷部242的情況下，導流面210的凸起部241與承載面240的凹陷部242在第一凹槽220的徑向上相對。
上述實施例，可以利用導流面210和承載面240中的凸起部241和凹陷部242分別補償晶圓100在其圓周方向生長速率之間的差異。
基於本發明提供的承載件200，本發明還公開了一種半導體製程設備。該半導體製程設備包括本發明提供的承載件200。進一步地，本發明提供的半導體製程設備還包括製程腔室。示例性地，承載件200設置於製程腔室內，與通過承載件200支撐被加工的晶圓100。
一種可選的實施例中，本發明提供的半導體製程設備還包括位置校準裝置。示例性地，位置校準裝置用於將晶圓100的notch方向與凸起部241的頂部相對應。
可選地，位置校準裝置可以為晶圓位置校準裝置，例如：Aligner（角度校準）裝置和AWC（Active Wafer Centering，晶圓中心位置校準）裝置。
前述內容概括數項實施例之特徵，使得熟習此項技術者可更佳地理解本揭露之態樣。熟習此項技術者應瞭解，其等可容易地使用本揭露作為用於設計或修改用於實行本文中介紹之實施例之相同目的及/或達成相同優點之其他製程及結構之一基礎。熟習此項技術者亦應瞭解，此等等效構造不背離本揭露之精神及範疇，且其等可在不背離本揭露之精神及範疇之情況下在本文中作出各種改變、置換及更改。
100: 晶圓 110: 晶面 111: 晶面 200: 承載件 210: 導流面 220: 第一凹槽 230: 第二凹槽 240: 承載面 241: 凸起部 242: 凹陷部 243: 銜接部
當結合附圖閱讀時，從以下詳細描述最佳理解本揭露之態樣。應注意，根據產業中之標準實踐，各種構件未按比例繪製。事實上，為了論述的清楚起見可任意增大或減小各種構件之尺寸。 圖1為晶圓邊沿的晶面方向的示意圖； 圖2為本發明一種實施例公開的承載件的俯視圖； 圖3為本發明一種實施例公開的承載件的剖面圖； 圖4為本發明一種實施例公開的承載件與晶圓的裝配示意圖； 圖5為圖4中A處的放大圖； 圖6為本發明一種實施例公開的承載面沿第一凹槽圓周方向的展開後的示意圖； 圖7為本發明一種實施例公開的導流面沿第一凹槽圓周方向的展開後的示意圖； 圖8為本發明一種實施例公開的導流面的凸起部和凹陷部與晶圓表面的示意圖； 圖9為本發明一種實施例公開的承載面的凸起部和凹陷部與晶圓表面的示意圖； 圖10為本發明一種實施例公開的單層介質導熱模型示意圖； 圖11為本發明一種實施例公開的兩層不同介質導熱模型示意圖； 圖12為本發明一種實施例公開的承載件用於半導體製程設備的示意圖; 圖13為本發明一種實施例公開的承載面具有凸起部和凹陷部的示意圖； 圖14為本發明一種實施例公開的導流面具有凸起部和凹陷部的示意圖； 圖15為本發明一種實施例公開的承載件的導流面具有凸起部和凹陷部的立體圖。
200: 承載件 210: 導流面 220: 第一凹槽 230: 第二凹槽 240: 承載面

Claims (15)

  1. 一種承載件，用於一半導體製程設備中承載一晶圓，其中，該承載件具有一導流面、一第一凹槽和一第二凹槽，該第一凹槽設置於該導流面，該第二凹槽設置於該第一凹槽的槽底，該第一凹槽和該第二凹槽的形狀均為圓形，該第二凹槽的直徑小於該第一凹槽的直徑，且該第一凹槽的槽底形成環繞該第二凹槽的一承載面，該承載面用於承載該晶圓；該導流面具有多個凸起部和凹陷部，該多個凸起部沿該第一凹槽的圓周方向排布，該凹陷部位於兩個相鄰的該凸起部之間。
  2. 如請求項1所述的承載件，其中，該承載面具有多個凸起部和凹陷部，該多個凸起部沿該第一凹槽的圓周方向排布，該凹陷部位於兩個相鄰的該凸起部之間。
  3. 如請求項1所述的承載件，其中，各該凸起部均具有一第一傾斜子部和一第二傾斜子部，該第一傾斜子部的表面和該第二傾斜子部的表面相交形成該凸起部的表面，該第一傾斜子部的表面和該第二傾斜子部的表面的交線沿該第一凹槽的徑向設置；各該凹陷部均具有一第三傾斜子部和一第四傾斜子部，該第三傾斜子部的表面和該第四傾斜子部的表面相交形成該凹陷部的表面，該第三傾斜子部的表面和該第四傾斜子部的表面的交線沿該第一凹槽的徑向設置；各該凸起部和各該凹陷部在該第一凹槽的圓周方向上的尺寸均由靠近該第一凹槽中心的一側向遠離該第一凹槽中心的一側逐漸增加。
  4. 如請求項1所述的承載件，其中，該凸起部的表面為一弧形凸面，該凹陷部的表面為一弧形凹面。
  5. 如請求項4所述的承載件，其中，該凸起部與該凹陷部之間的連接處為一銜接部，該凸起部沿該第一凹槽的圓周方向的曲率為一第一曲率，該第一曲率由該凸起部頂部向該銜接部逐漸減小，該凹陷部沿該第一凹槽的圓周方向的曲率為一第二曲率，該第二曲率由該凹陷部的底部向該銜接部逐漸減小。
  6. 如請求項1所述的承載件，其中，該凸起部在一第二方向上的高度均相等；和/或，該凹陷部在該第二方向上的深度均相等；該第二方向為該第一凹槽的槽口的朝向。
  7. 如請求項6所述的承載件，其中，該凸起部的頂部與該凹陷部的底部在該第二方向上的距離為0.10um至0.15um。
  8. 如請求項6所述的承載件，其中，該凸起部沿該第一凹槽的圓周方向均勻排布，且該凸起部對應的圓心角均相等；和/或，該凹陷部沿該第一凹槽的圓周方向均勻排布，且該凹陷部對應的圓心角與該凸起部對應的圓心角相等。
  9. 如請求項8所述的承載件，其中，該凸起部和該凹陷部的數量均為4 個。
  10. 如請求項1至5中任意一項所述的承載件，其中，該承載面相對第一方向向第二凹槽的槽底傾斜，該第一方向為沿該第一凹槽的徑向向靠近該第一凹槽中心的方向。
  11. 如請求項2所述的承載件，其中，該導流面的該凸起部與該承載面的該凹陷部在該第一凹槽的徑向上相對。
  12. 一種承載件，用於一半導體製程設備中承載一晶圓，其中，該承載件具有一導流面、一第一凹槽和一第二凹槽，該第一凹槽設置於該導流面，該第二凹槽設置於該第一凹槽的槽底，該第一凹槽和該第二凹槽的形狀均為圓形，該第二凹槽的直徑小於該第一凹槽的直徑，且該第一凹槽的槽底形成環繞該第二凹槽的一承載面，該承載面用於承載該晶圓；該承載面具有多個凸起部和凹陷部，該多個凸起部沿該第一凹槽的圓周方向排布，該凹陷部位於兩個相鄰的該凸起部之間；其中，各該凸起部均具有一第一傾斜子部和一第二傾斜子部，該第一傾斜子部的表面和該第二傾斜子部的表面相交形成該凸起部的表面，該第一傾斜子部的表面和該第二傾斜子部的表面的交線沿該第一凹槽的徑向設置。
  13. 一種承載件，用於一半導體製程設備中承載一晶圓，其中，該承載件具有一導流面、一第一凹槽和一第二凹槽，該第一凹槽設置於該導流面，該第二凹槽設置於該第一凹槽的槽底，該第一凹槽和該第二凹槽的形 狀均為圓形，該第二凹槽的直徑小於該第一凹槽的直徑，且該第一凹槽的槽底形成環繞該第二凹槽的一承載面，該承載面用於承載該晶圓；該承載面具有多個凸起部和凹陷部，該多個凸起部沿該第一凹槽的圓周方向排布，該凹陷部位於兩個相鄰的該凸起部之間；其中，各該凹陷部均具有一第三傾斜子部和一第四傾斜子部，該第三傾斜子部的表面和該第四傾斜子部的表面相交形成該凹陷部的表面，該第三傾斜子部的表面和該第四傾斜子部的表面的交線沿該第一凹槽的徑向設置。
  14. 如請求項12或13任意一項所述的承載件，其中，該凸起部在一第二方向上的高度均相等；和/或，該凹陷部在該第二方向上的深度均相等；該第二方向為該第一凹槽的槽口的朝向；該凸起部的頂部與該凹陷部的底部在該第二方向上的距離為18um至21um。
  15. 一種半導體製程設備，其中，包括請求項1至14中任意一項所述的承載件和一晶圓校準裝置，該晶圓校準裝置用於將該晶圓的缺口方向與凸起部的頂部相對應。
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