CN114300408B - 晶圆支撑装置及晶圆支撑装置的使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭露一种晶圆支撑装置，包含一支撑盘及一遮蔽环，其特征在于支撑盘形成有多个气孔，且当所述遮蔽环耦接于所述支撑盘时，所述支撑盘和遮蔽环之间形成一排气通道，藉此当所述多个气孔供气至所述排气通道时，所述晶圆与所述承载面之间形成一流动气垫以减轻所述晶圆与所述承载面之间的摩擦。此外，本发明还提供一种晶圆支撑装置的使用方法。

Description

晶圆支撑装置及晶圆支撑装置的使用方法

技术领域

本发明关于一种用于半导体制造工艺的晶圆支撑装置，特别是一种用于工艺腔体中的晶圆支撑装置，以及晶圆支撑装置的使用方法。

背景技术

在某些半导体工艺中，诸如化学气相沉积工艺(CVD)或等离子体化学气相沉积工艺(PECVD)，晶圆被放置于半导体处理腔体中的支撑盘上先后进行预处理及沉积处理。

关于支撑盘(即加热盘)，中国专利申请公布号CN102498558A公开了一种提供有校正机制的支撑盘技术，其配置有多个向心机构，用以将晶圆的中心轴与支撑盘的中心轴靠近。所述向心机构可将晶圆以一距离支撑于盘面上方，或者，所述向心机构可经由适当操作而将晶圆放置于盘面上。所述向心机构是一可动枢转机构，其主要藉由向心指状件抵住晶圆边缘而移动晶圆，达成位置校正目的。然而，所述向心机构或类似的校正机制存在缺点。当晶圆被推动时，晶圆底部和盘面之间的摩擦会产生微粒。应可了解，于半导体处理腔中产生的非反应微粒对于工艺的效果而言是有害的。尽管微粒是产生在晶圆底部，但腔内的对流仍可能使微粒落在晶圆或其他部件的表面，增加污染的风险。

因此，针对移动晶圆的过程，防止或降低晶圆和盘面之间的摩擦，为本领域所欲解决的问题之一。

发明内容

本发明目的在于提供一种晶圆支撑装置以及晶圆支撑装置的使用方法，以减轻晶圆与承载面之间的摩擦。

本发明提供的一种晶圆支撑装置包含：一支撑盘，具有一承载面及一朝上表面，所述承载面用于承载一晶圆且形成有多个气孔，所述朝上表面围绕所述承载面；及一遮蔽环，耦接于所述支撑盘的朝上表面且具有一第一朝下表面及一覆盖部，所述覆盖部位于所述遮蔽环的一内缘，而所述第一朝下表面围绕所述覆盖部。当所述遮蔽环耦接于所述支撑盘的朝上表面时，所述支撑盘的所述朝上表面和所述遮蔽环的所述第一朝下表面之间形成一排气通道藉此当所述多个气孔供气至所述排气通道时，所述晶圆与所述承载面之间形成一流动气垫以减轻所述晶圆与所述承载面之间的摩擦。

可选地，所述支撑盘的朝上表面高于所述承载面。

可选地，所述承载面形成有多个凸起，用于支撑所述晶圆使所述晶圆底部未遮蔽所述多个气孔。

可选地，晶圆支撑装置更包含：一套环，套接于所述支撑盘的周围，使所述遮蔽环藉由所述套环耦接至所述支撑盘并形成所述排气通道。

可选地，所述套环具有一朝下表面及一朝上表面，当所述套环套接于所述支撑盘时，所述套环的朝下表面接触所述支撑盘的朝上表面，所述套环的朝上表面则接触所述遮蔽环。

可选地，所述遮蔽环具有一第二朝下表面，所述遮蔽环的第二朝下表面围绕所述遮蔽环的第一朝下表面，且所述第二朝下表面高于所述第一朝下表面，使套接于所述支撑盘的套环的朝上表面接触所述遮蔽环的第二朝下表面。

可选地，所述套环具有一缺口，使得当所述套环套设于所述支撑盘上并接触所述遮蔽环时，所述套环藉由所述缺口而未遮蔽所述排气通道。

可选地，所述遮蔽环的覆盖部自所述第一朝下表面向下及向内延伸，使得当所述遮蔽环耦接所述支撑盘时，所述覆盖部足以遮蔽所述晶圆的一外缘。

可选地，当所述遮蔽环耦接至所述支撑盘时，所述覆盖部与所述晶圆之间形成一间隙，所述间隙与所述排气通道连通，藉此所述晶圆上方的微粒可经由所述间隙及所述排气通道而排除。

可选地，所述支撑盘的承载面和朝上表面之间还具有一倾斜面，所述倾斜面与所述晶圆之间形成一间隙，且所述覆盖部和所述晶圆之间的间隙小于所述倾斜面与所述晶圆之间的间隙，藉此使所述流动气垫主要往所述盘气通道流动，而非朝所述晶圆的上方流动。

本发明还提供一种晶圆支撑装置的使用方法，所述晶圆支撑装置包含一支撑盘，所述支撑盘具有一承载面及形成于所述承载面上的多个气孔。所述方法包含：将一晶圆放置于所述支撑盘的承载面上；藉由一机械校正机制而移动所述晶圆，使所述晶圆的中心与所述支撑盘的中心对准；及于移动所述晶圆的期间，藉由所述多个气孔供气，使所述晶圆与所述承载面之间形成一流动气垫，藉此减轻所述晶圆与所述承载面之间的摩擦。

可选地，提供一排气通道于所述晶圆的周围，使所述流动气垫经由所述排气通道而排除至所述支撑盘的外围，其中所述排气通道是由一遮蔽环与所述支撑盘耦接时所形成。

可选地，由一喷淋组件向下供应气体至所述晶圆上方，使所述晶圆上方的微粒连同向下供应的气体经由所述排气通道排除至所述支撑盘的外围。

可选地，提供一环形信道于所述排气信道的周围，且于流体气垫形成期间同步抽气。

附图说明

图1为局部剖面图，显示一半导体处理腔及设置于其中的本发明晶圆支撑装置。

图2示意本发明晶圆支撑装置所提供的流动气垫往排气通道流动。

图3示意来自喷淋组件的向下供应气体往排气通道流动。

具体实施方式

底下将参考图式更完整说明本发明，并且藉由例示显示特定范例具体实施例。不过，本主张主题可具体实施于许多不同形式，因此所涵盖或申请主张主题的建构并不受限于本说明书所揭示的任何范例具体实施例；范例具体实施例仅为例示。同样，本发明在于提供合理宽阔的范畴给所申请或涵盖之主张主题。

本说明书内使用的词汇「在一实施例」并不必要参照相同具体实施例，且本说明书内使用的「在其他(一些/某些)实施例」并不必要参照不同的具体实施例。其目的在于例如主张的主题包括全部或部分范例具体实施例的组合。

图1显示一半导体处理腔及本发明晶圆支撑装置的局部剖面图。尽管未显示处理腔的完整剖面，但本领域技术者应足以根据对称性而理解完整的配置。

所述半导体处理腔包含由一侧壁1、一底部2及连接至一或多个气体源的一喷淋组件3所构成的一腔体。侧壁1的内侧配置有内衬4，而内衬4与侧壁1之间形成有用于抽气的环形通道5。环形通道5沿着侧壁1延伸并流体连接一抽气系统(省略未显示)。内衬4、底部2的朝上表面与喷淋组件3的底部(如喷淋板)共同定义一腔室空间，其经由内衬4上的多个抽气孔41与环形通道5流体连通。藉此，喷淋组件3向下供应气体可经由这些抽气孔41和环形通道5排出腔体之外。

本发明晶圆支撑装置安装于所述腔室空间中，用于支撑待处理的晶圆。本发明晶圆支撑装置主要包含一盘体6及自盘体底部向下延伸的支撑柱7。支撑柱7穿越底部2并连接至一升降系统(省略未显示)，使晶圆支撑装置具有垂直移动和水平转动的能力。

盘体6具有用于放置晶圆W的承载面61及围绕在承载面61周围的朝上表面62。在本实施例中，朝上表面62高于承载面61，但本发明不以此为限制。此外，于承载面61和朝上表面62之间还具有用于使晶圆滑落的一倾斜面63。

盘体6中形成有延伸至承载面61的多个气孔64，这些气孔64经由支撑柱7的进气通道71流体耦接至一供气系统(省略未显示)。这些气孔64均匀分布于承载面61且彼此以适当间隔分开。这些气孔64的尺寸可为一致或不一致，使整体气孔64的流速达到优化。

本实施例的承载面61上形成有多个凸起65，用于接触晶圆W底部，使晶圆W底部和承载面61之间形成一间距。

本发明晶圆支撑装置还包含耦接至支撑盘6的一遮蔽环8。所述遮蔽环8在制程工艺中主要是用于遮蔽晶圆W的边缘区域，防止晶圆W边缘形成脆弱薄膜而剥落污染腔内环境。在一实施例中，遮蔽环8是可替换的部件，以符合遮蔽的要求。在某一实施例中，遮蔽环8可以是用于限制晶圆W位置的一校正环，无遮蔽功能。在可能的实施例中，遮蔽环8可结合如同先前技术所述校正机制，意即遮蔽环8可具有类似的向心指状件，用于抵持晶圆W边缘而移动至理想的位置。

然而，无论是遮蔽环8、校正环或结合校正机制的遮蔽环8，为了降低晶圆W与承载面61或凸起65之间的摩擦，本发明除了提出流动气垫还包含针对流动气垫的排气通道，藉此维持所述流动气垫的稳定性。

遮蔽环8经由一套环9耦接至支撑盘6的朝上表面62。套环9具有一水平延伸部及一垂直延伸部，且可拆卸地套设在支撑盘6的周围。如图所示，当套环9套设于支撑盘6的外部时，水平延伸部抵持于支撑盘6的朝上表面62，垂直延伸部则包覆支撑盘6的侧部。套环9的水平延伸部提供有高于朝上表面62的一接触面，遮蔽环8放置于套环9的接触面上而耦接至支撑盘6的朝上表面62。套环9的接触面可提供有限位结构，避免遮蔽环8偏移。当遮蔽环8耦接至支撑盘6时，一排气通道81形成在遮蔽环8和支撑盘6之间。套环9于对应排气信道81的位置形成有至少一缺口91而使排气通道81未封闭。

图2显示遮蔽环8的局部放大图及流动气垫的方向。遮蔽环8基本上为环体，其顶部具有一平坦面及位在内侧的向下倾斜面，底部则具有一或多个第一朝下表面82、一第二朝下表面83及一覆盖部84。第二朝下表面83围绕且高于第一朝下表面82，覆盖部84自第一朝下表面82向下延伸。在其他实施例中，覆盖部84可省略。

当遮蔽环8经由套环9耦接至支撑盘6时，第二朝下表面83抵持套环9的水平延伸部，第一朝下表面82则因套环9的水平延伸部厚度而悬空于支撑盘6的朝上表面62上方，藉此形成所述排气通道81于支撑盘6和遮蔽环8之间。覆盖部84位于晶圆边缘的上方但未下压晶圆。

所述排气信道81基本上为一扁平环形信道，但本发明不以此为限制。在其他施例中，排气通道81可由多段独立的扁平弧形通道所组成。排气通道81的内侧端靠近覆盖部84并可流体连通承载面61和晶圆之间的空间。排气通道81的外侧端流体连通套环9的缺口91。

如图2所示，流体气垫P是当气孔64所供应的气体流速达到某一程度后对晶圆产生一向上支撑力，但未使晶圆完全脱离凸起65或离开盘面。流体气垫P是流动的并会向两侧的排气通道81散失并脱离支撑盘6而被图1的抽气环5排出腔体外。因此，本领域技术者应了解所述流体气垫P并非具有特定形状，而是藉由流速的控制使气流成为如同气垫的效果。有了流体气垫P的帮助，晶圆与承载面61之间的摩擦得以减轻，此时若有晶圆校正机制的引入可防止微粒产生。纵使晶圆底部有存在微粒，流体气垫P有机会将其经由排气通道81排除。

图示套环9的缺口91位置对应抽气信道81的外侧端，此为直通的配置，但本发明不以此为限制。在其他可能的实施例中，缺口91的位置和抽气信道81的外侧端可具有错位的配置，意即缺口91和抽气通道81之间可具有其他段的通道。

在承载面61没有凸起65的其他实施例中，尽管晶圆遮蔽了气孔64，藉由供应适当流速的气体，流体气垫P亦可形成于晶圆下方。

本发明支撑晶圆的配置也有更多的好处。图3再显示支撑环6和遮蔽盘8的局部放大图以及来自喷淋组件的向下供气气流(箭头所示)。实际上，遮蔽环8的覆盖部84和晶圆边缘之间仍存在一间隙G1，使向下供应的气体可经由间隙G1进入排气通道81。如此的气流有助于将晶圆表面上的微粒带往晶圆边缘甚至经由排气通道81排出，保持晶圆表面的洁净度。

另一方面，晶圆边缘、覆盖部84和倾斜面63之间也存在另一间隙G2，但此间隙G2大于前述间隙G1。因此，流体气垫P的气流主要仍是进入排气通道81而非经由间隙G1跑到晶圆上方。

基于上述配置，本发明晶圆支撑装置的使用方法可包含多个步骤，尤其是涉及在进行工艺处理前将晶圆放置支撑盘的过程。步骤一，将一晶圆放置于支撑盘6的承载面61上。可选地，晶圆由机械手前端转移至多个可垂直移动的支撑销上，接着支撑销下降后将晶圆放置于承载面61或凸起65上。步骤二，采用一机械校正机制而移动晶圆，使晶圆的中心与所述支撑盘的中心对准。可选地，将遮蔽环8耦接至支撑盘6，遮蔽环8可包含如先前技术的校正机构(向心指状件)或其他校准手段，使覆盖部84能恰当覆盖晶圆边缘，但未接触。步骤三，于移动晶圆的期间，藉由气孔64同步供气，使晶圆和承载面61之间形成向外的流动气垫P，藉此减轻晶圆与承载面之间的摩擦。应了解，气孔64主要供应非反应气体且流速经选择以避免晶圆边缘擦撞遮蔽环8的覆盖部84。因此，晶圆底部和承载面61上的微粒有机会被流动气垫P移除，确保晶圆及支撑盘6的洁净度。

此外，在清洁步骤中，可由喷淋组件3向下供应气体至晶圆上方，使晶圆上方的微粒连同向下供应的气体经由排气通道81排除。

较佳的，将环形信道5配置于和排气信道81等高或靠近，并于气孔64供气的期间，令环形通道5同步抽气。

Claims (11)

1.一种提供有气垫的晶圆支撑装置，其特征在于，包含：一支撑盘，具有一承载面及一朝上表面，所述承载面用于承载一晶圆且形成有多个气孔，所述朝上表面围绕所述承载面；及一遮蔽环，耦接于所述支撑盘的朝上表面且具有一第一朝下表面及一覆盖部，所述覆盖部位于所述遮蔽环的一内缘，而所述第一朝下表面围绕所述覆盖部，其中，当所述遮蔽环耦接于所述支撑盘的朝上表面时，所述支撑盘的所述朝上表面和所述遮蔽环的所述第一朝下表面之间形成一排气通道藉此当所述多个气孔供气至所述排气通道时，所述晶圆与所述承载面之间形成一流动气垫以减轻所述晶圆与所述承载面之间的摩擦；

其中，所述晶圆支撑装置还包括一套环，套接于所述支撑盘的周围，使所述遮蔽环藉由所述套环耦接至所述支撑盘并形成所述排气通道；

所述套环具有一缺口，使得当所述套环套设于所述支撑盘上并接触所述遮蔽环时，所述套环藉由所述缺口而未遮蔽所述排气通道；当所述遮蔽环耦接至所述支撑盘时，所述覆盖部与所述晶圆之间形成一间隙，所述间隙与所述排气通道连通，藉此所述晶圆上方的微粒可经由所述间隙及所述排气通道而排除。

2.根据权利要求1所述的晶圆支撑装置，其特征在于，其中所述支撑盘的朝上表面高于所述承载面。

3.根据权利要求1所述的晶圆支撑装置，其特征在于，所述承载面形成有多个凸起，用于支撑所述晶圆使所述晶圆底部未遮蔽所述多个气孔。

4.根据权利要求1所述的晶圆支撑装置，其特征在于，所述套环具有一朝下表面及一朝上表面，当所述套环套接于所述支撑盘时，所述套环的朝下表面接触所述支撑盘的朝上表面，所述套环的朝上表面则接触所述遮蔽环。

5.根据权利要求4所述的晶圆支撑装置，其特征在于，所述遮蔽环具有一第二朝下表面，所述遮蔽环的第二朝下表面围绕所述遮蔽环的第一朝下表面，且所述第二朝下表面高于所述第一朝下表面，使套接于所述支撑盘的套环的朝上表面接触所述遮蔽环的第二朝下表面。

6.根据权利要求1所述的晶圆支撑装置，其特征在于，所述遮蔽环的覆盖部自所述第一朝下表面向下及向内延伸，使得当所述遮蔽环耦接所述支撑盘时，所述覆盖部足以遮蔽所述晶圆的一外缘。

7.根据权利要求1所述的晶圆支撑装置，其特征在于，所述支撑盘的承载面和朝上表面之间还具有一倾斜面，所述倾斜面与所述晶圆之间形成一间隙，且所述覆盖部和所述晶圆之间的间隙小于所述倾斜面与所述晶圆之间的间隙，藉此使所述流动气垫主要往所述排气通道流动，而非朝所述晶圆的上方流动。

8.一种权利要求1所述的晶圆支撑装置的使用方法，其特征在于，所述方法包含：将一晶圆放置于所述支撑盘的承载面上；藉由一机械校正机制而移动所述晶圆，使所述晶圆的中心与所述支撑盘的中心对准；及于移动所述晶圆的期间，藉由所述多个气孔供气，使所述晶圆与所述承载面之间形成一流动气垫，藉此减轻所述晶圆与所述承载面之间的摩擦；

其中，所述晶圆支撑装置还包括一套环，套接于所述支撑盘的周围，使所述遮蔽环藉由所述套环耦接至所述支撑盘并形成所述排气通道。

9.根据权利要求8所述的使用方法，其特征在于，更包含：提供一排气通道于所述晶圆的周围，使所述流动气垫经由所述排气通道而排除至所述支撑盘的外围，其中所述排气通道是由一遮蔽环与所述支撑盘耦接时所形成。

10.根据权利要求9所述的使用方法，其特征在于，更包含：由一喷淋组件向下供应气体至所述晶圆上方，使所述晶圆上方的微粒连同向下供应的气体经由所述排气通道排除至所述支撑盘的外围。

11.根据权利要求9所述的使用方法，其特征在于，更包含：提供一环形信道于所述排气通道的周围，且于流体气垫形成期间同步抽气。