TWM632542U - 晶圓托盤及化學氣相沉積設備 - Google Patents

Abstract

本創作提供了一種晶圓托盤及化學氣相沉積設備，晶圓托盤包含位於其上的盤坑，盤坑中設置有支撐臺階和凸台，其中凸台的高度大於等於晶圓托盤的高度且向盤坑中心延伸，透過在盤坑側壁設置與晶圓缺口處對應的凸台，使晶圓的定位缺口處距離盤坑側壁的距離得到減小，凸台可以發揮盤坑側壁延伸的作用，以形成適用於晶圓邊緣輪廓的不規則盤坑，達到調節晶圓邊緣溫度分佈的目的，有利於晶圓邊緣和整體溫度的均一性，並且提高晶圓化學沉積的膜厚一致性。

Description

晶圓托盤及化學氣相沉積設備

本創作涉及半導體加工技術領域，尤其涉及一種用於化學氣相沉積設備的晶圓托盤及使用此晶圓托盤的化學氣相沉積設備。

透過不同氣體源在晶圓上形成薄膜是半導體製程的重要步驟，包含化學氣相沉積(Chemical Vapor Deposition，CVD)、物理氣相沉積(Physical Vapor Deposition，PVD)等。其中，金屬有機化學氣相沉積(Metal Organic Chemical Vapor Deposition，MOCVD)是化學氣相沉積的一種，在成膜時，通常將不同氣體源的氣體輸入至金屬有機化學沉積反應腔室進行混合，再籍由加熱裝置對晶圓進行控溫以達到適合成膜的溫度，使得反應氣體可以在晶圓上發生化學反應。

金屬有機化學氣相沉積裝置包含反應腔體，在反應腔體內設置有用於承載晶圓的托盤，為了提高沉積效率，在同一托盤上放置複數個晶圓。托盤上的盤坑為直徑大於晶圓直徑的圓形坑位。當晶圓放置在盤坑中時，晶圓上用於定位的缺口會在這時接收到和晶圓邊緣其他部位不同的熱量輻射，例如當晶圓的缺口是一個平邊時，將導致這個平邊處與盤坑側壁之間形成的間隙較寬，使得此平邊處受到盤坑側壁更小的輻射加熱。由於在製程運行過程中會對石墨托盤加熱，其加熱溫度超過1000℃，由於在盤坑中的徑向遠離石墨托盤中心方向得不到更多的熱輻射或熱傳導加熱，將導致晶圓平邊處相對於晶圓其它側位置的溫度偏低，從而導致製程結果產生差異，並影響整片晶圓的製程一致性。

為了解決上述技術問題，本創作提供一種晶圓托盤，用於承載待處理的晶圓，晶圓托盤包含：位於晶圓托盤上形狀為圓形的盤坑，盤坑內具有複數個支撐臺階，係用於放置晶圓；盤坑的內側壁設置有向盤坑的圓心方向延伸的凸台，凸台的上表面高度大於支撐臺階的上表面高度，且凸台不與晶圓的邊緣接觸。

較佳地，晶圓具有缺口，凸台位置與缺口位置對應。

較佳地，缺口為平邊，凸台的內側面分為遠離平邊的遠部和靠近平邊的近部。

較佳地，近部的長度為5~25mm，近部距離平邊的距離為0.2~2mm。

較佳地，凸台沿晶圓托盤的直徑方向延伸。

較佳地，凸台為梯形。

較佳地，缺口為平邊，凸台的內側面與平邊平行。

較佳地，缺口為V形，凸台的內側面與缺口形狀相同。

較佳地，凸台的內側面距離缺口的V形面的距離為0.2~2mm。

較佳地，盤坑的數量大於等於1。

較佳地，晶圓托盤為石墨托盤。

進一步地，本創作進一步提供了一種化學氣相沉積設備，包含：反應腔，用於處理半導體晶圓；輸氣裝置，用於向反應腔內輸入反應氣體；以及，如上所述之晶圓托盤。

本創作的優點在於：本創作提供了一種應用於氣相沉積反應腔的晶圓托盤，透過在盤坑側壁設置與晶圓缺口處對應的凸台，使晶圓定位缺口處距離盤坑側壁的距離得到減小，凸台可以發揮盤坑側壁延伸的作用，以形成適用於晶圓邊緣輪廓的不規則盤坑，達到調節晶圓邊緣溫度分佈的目的，有利於晶圓邊緣和整體溫度的均一性，並且提高晶圓化學沉積的膜厚一致性。

為使本創作實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下文將結合本創作實施例中的附圖，對本創作實施例中的技術方案進行清楚、完整地說明。顯而易見的是，所說明的實施例是本創作一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本創作中的實施例，本領域具有通常知識者在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本創作保護的範圍。

圖1A繪示出現有技術中用於半導體設備的一種晶圓托盤100，以可以在同一晶圓托盤100上放置8片晶圓110為例進行說明，在化學氣相沉積製程的流程中，將反應氣體通入後，為了使晶圓110各處的膜厚大致在同一尺度，需要讓晶圓托盤100沿著中心軸旋轉，其將導致晶圓110受到離心效應，而向遠離晶圓托盤100的圓心的方向稍微偏移。晶圓110在傳輸過程中需要定位，現有技術採取的方式是在晶圓110邊緣設置一缺口111，在圖1A中，此缺口111為一平邊，考慮到晶圓110放置時的操作流程，例如晶圓托盤100旋轉，每次放入一片晶圓110，結果使得缺口111相對於晶圓托盤100的圓心朝向相同，如圖1A中朝外設置的缺口111。

圖1B所繪示的為晶圓110在缺口111處的剖面放大圖，因為缺口111的存在，當晶圓110放置在盤坑101中時，會產生較大的縫隙，即使晶圓110在離心效應的影響下向盤坑101的外側壁偏移，仍然存在平邊距離盤坑101的外側壁的距離大於晶圓110的邊緣其他處距離盤坑101的側壁的距離。使用紅外線測溫裝置觀察剛執行沉積製程後的晶圓110，發現在缺口111處的溫度遠低於晶圓110中心區域的溫度，從而影響到沉積氣體在晶圓缺口111區域和中心區域的生長程度不一致。

圖2所繪示的為本創作的一個實施例中晶圓托盤200的盤面的俯視圖。晶圓托盤200包含在圓形的晶圓托盤200上設置的圓形的複數個盤坑201，在圖3中繪示出了6個盤坑201，但本創作不限定於此。在其他實施例中，也可以設置有其他數量及排列方式的盤坑，例如沿與晶圓托盤同心的圓環上設置的8個盤坑，或是沿著與晶圓托盤同心的複數個圓環上排佈的不同數量的盤坑，亦或是與晶圓托盤同心設置的單個盤坑。在本實例的盤坑201中，盤坑201的內側壁設置有向盤坑201的圓心方向延伸的凸台，凸台的位置取決於晶圓缺口的位置，在本實施例中，晶圓缺口遠離晶圓托盤200的圓心的方向，凸台亦設置在盤坑201中遠離晶圓托盤200的圓心的方向。

在圖2A為圖2中A部分的放大圖，在盤坑201中進一步設置有複數個支撐臺階203，支撐臺階203的上表面低於晶圓托盤200的上表面，以避免支撐臺階203過高而影響盤坑201對晶圓的限位作用，且支撐臺階203具有儘量小的承載面積，以減少對晶圓背面的局部區域的溫度擾動，複數個支撐臺階203可以均勻或非均勻的分佈在盤坑201的內側壁。在圖2B中，凸台202的上表面高度大於支撐臺階203上表面的高度，使凸台202的內側壁可以與缺口的側面部分對齊，進而讓凸台202的熱量直接輻射到缺口區域，以實現對晶圓缺口處的溫度調節。並且，可以透過調整凸台202高出支撐臺階203上表面的距離來減少凸台202向內延伸的距離，實現向晶圓傳導總熱量的恆定。利用凸台202高度和凸台202向內延伸距離兩個參數可以調整晶圓缺口處的熱均勻性。在圖2A所繪示的實施例中，使凸台202上表面和晶圓托盤200上表面高度相同，用以模擬晶圓邊緣其他位置處與盤坑201的熱傳導環境，其相當於盤坑201的內側壁的延伸，也就是說，在一些實施例中，凸台202可以與盤坑201的側壁一體設置，透過調整凸台202和晶圓缺口的距離，以實現對缺口處的溫度補償，進而達到晶圓邊緣受熱均勻的目的。

圖2C所繪示的為將晶圓210放入盤坑201時的示意圖，在本實施例中，針對晶圓210的缺口為平邊211的情況，凸台202具有與晶圓托盤200相同的上表面高度，且凸台202的內側面包含遠離平邊211的遠部2022和靠近平邊211的近部2021，凸台202可以視為一等腰梯形，其遠部2022為等腰梯形的兩腰，近部2021為等腰梯形的短邊且與平邊211平行。晶圓210的平邊211與盤坑201接觸時，平邊211的兩端會與盤坑201的側壁接觸，以對晶圓210的位置進行限定。此時，近部2021的長度為長度L，近部2021距離平邊211的距離為距離D。在其他實施例中，針對晶圓為2吋、4吋和6吋情況，可以調整長度的取值為5~25mm，距離的取值為0.2~2mm，以達到最好的溫度調整效果。如果長度L的取值大於25mm，則使凸台202過於接近平邊211的兩端，且平邊211的兩端已經和盤坑201的側壁接觸，此時再受到近部2021的熱輻射，會造成溫度過高，而破壞兩端的熱均勻性。長度L的取值小於5mm則不足以對平邊211的中心區域進行熱補償；距離D的取值小於0.2mm則會在晶圓210的平邊211受熱膨脹時與其接觸，並造成接觸點的溫度過高，取值大於2mm則達不到調整的效果。在缺口為平邊的情況下，只有平邊211的中間區域距離盤坑201的側壁距離最遠，導致此處溫度最低，而在平邊211的兩邊區域距離盤坑201的側壁較近則不需要單獨進行溫度補償，所以在本實施例中，凸台202設置於正對平邊211的中間區域的位置，並且透過凸台202的遠部2022以弱化對平邊211的兩邊區域的過度加熱。

圖3所繪示的為本創作的另一實施例的示意圖，在本實施例中，其與其他實施例的區別在於，晶圓310的缺口為V形口311，相應地，凸台302的形狀輪廓與V形口311相同，例如可以視為三角形的凸台302，凸台302的內側壁距離V形口311的距離範圍為0.2~2mm，以等效晶圓310的邊緣其他區域距離盤坑的內側壁的距離，實現盤坑側壁對晶圓310均等的熱輻射。

圖4所繪示的為本創作提供的一種金屬有機化學氣相沉積裝置示意圖，其包含反應腔420，設置於反應腔420頂部的輸氣裝置430，其用於向氣體噴淋頭431輸送沉積所需的各種氣體，經氣體噴淋頭431進行勻流處理後流向設置於氣體噴淋頭431下的晶圓托盤400，晶圓托盤400上設置有複數個盤坑，且盤坑中設置有如上述實施例中所述的凸台。晶圓托盤400沿其中心軸轉動，凸台設置於晶圓托盤400的直徑方向上，以提高每片晶圓的受熱對稱性，但本創作不限定於此。在一些實施例中，凸台設置於盤坑遠離晶圓托盤的圓心的位置，在另一些實施例中，凸台設置於靠近晶圓托盤的圓心的位置。在本實施例中的金屬有機化學氣相沉積裝置中，進一步包含用於對晶圓托盤400進行加熱的加熱裝置，以及位於反應腔420底部的氣體排出裝置。

本創作的優點在於：本創作提供了一種應用於氣相沉積反應腔的晶圓托盤，透過在盤坑的側壁設置與晶圓缺口處對應的凸台，使晶圓定位缺口處距離盤坑側壁的距離得到減小，凸台可以發揮盤坑側壁延伸的作用，以形成適用於晶圓邊緣輪廓的不規則盤坑，達到調節晶圓邊緣溫度分佈的目的，有利於晶圓邊緣和整體溫度的均一性，提高晶圓化學沉積的膜厚一致性。

本創作所揭露的晶圓托盤不限於應用於上述金屬有機化學氣相沉積裝置，在其他化學沉積裝置中也可以適用，在此不再贅述。

儘管本創作的內容已經透過上述較佳實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的說明不應被認為是對本創作的限制。在本領域具有通常知識者閱讀了上述內容後，對於本創作的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本創作的保護範圍應由所附的申請專利範圍來限定。

100,200,400:晶圓托盤 101,201:盤坑 110,210,310:晶圓 111:缺口 202,302:凸台 2021:近部 2022:遠部 203:支撐臺階 211:平邊 311:V形口 420:反應腔 430:輸氣裝置 431:氣體噴淋頭 L:長度 D:距離

為了更清楚地說明本創作實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術說明中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面說明中的附圖僅僅是本創作的一些實施例，對於本領域具有通常知識者而言，在不付出創造性勞動的前提下，可以根據這些附圖進一步獲得其他的附圖。

圖1A為現有技術中的晶圓托盤的示意圖； 圖1B為現有技術中的晶圓托盤的盤坑的側面剖視圖； 圖2為本創作的晶圓托盤的一個實施例的俯視圖； 圖2A為圖2中A部分的放大示意圖； 圖2B為晶圓托盤的凸台處的局部剖視圖； 圖2C為圖2中放入晶圓後相關尺寸標示圖； 圖3為本創作另一實施例的盤坑的示意圖； 圖4為本創作的化學氣相沉積反應腔的示意圖。

302:凸台

310:晶圓

311:V形口

Claims (12)

1. 一種晶圓托盤，用於承載待處理的一晶圓，該晶圓托盤包含： 位於該晶圓托盤上形狀為圓形的一盤坑，該盤坑內具有複數個支撐臺階，係用於放置該晶圓； 該盤坑的內側壁設置有向該盤坑的圓心方向延伸的一凸台，該凸台的上表面高度大於該支撐臺階的上表面高度，且該凸台不與該晶圓的邊緣接觸。
2. 如請求項1所述之晶圓托盤，其中該晶圓具有缺口，該凸台位置與該缺口位置對應。
3. 如請求項2所述之晶圓托盤，其中該缺口為一平邊，該凸台的內側面分為遠離該平邊的一遠部和靠近該平邊的一近部。
4. 如請求項3所述之晶圓托盤，其中該近部的長度為5~25mm，該近部距離該平邊的距離為0.2~2mm。
5. 如請求項4所述之晶圓托盤，其中該凸台沿該晶圓托盤的直徑方向延伸。
6. 如請求項3所述之晶圓托盤，其中該凸台為梯形。
7. 如請求項2所述之晶圓托盤，其中該缺口為一平邊，該凸台的內側面與該平邊平行。
8. 如請求項2所述之晶圓托盤，其中該缺口為V形，該凸台的內側面與該缺口形狀相同。
9. 如請求項8所述之晶圓托盤，其中該凸台的內側面距離該缺口的V形面的距離為0.2~2mm。
10. 如請求項1所述之晶圓托盤，其中該盤坑的數量大於等於1。
11. 如請求項1所述之晶圓托盤，其中該晶圓托盤為石墨托盤。
12. 一種化學氣相沉積設備，其包含： 一反應腔，用於處理一半導體晶圓； 一輸氣裝置，用於向該反應腔內輸入反應氣體；以及 如請求項1至請求項11中的任意一項所述之晶圓托盤。

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