TWI863101B - 晶圓載盤 - Google Patents

Abstract

一種晶圓載盤，底部供與一軸連接，該晶圓載盤包含 一盤體及至少一隔熱件，該盤體具有一容置槽供容置一晶圓，該盤體具有相背對之一第一面及一第二面，該容置槽之槽底具有該第一面；該至少一隔熱件設置於該第一面或該第二面；其中，當該晶圓容置於該容置槽中時，該隔熱件位於該晶圓與該軸之間。

Description

晶圓載盤

本發明係與晶圓承載裝置有關；特別是指一種用於高溫腔室中之晶圓載盤。

已知許多半導體裝置藉由在晶圓上進行加工製程而形成，以一磊晶製程為例，晶圓需設置於晶圓承載裝置上，再於高溫腔室中將例如氮化鎵等相關化合物之沈積於該晶圓上。

一般晶圓承載裝置，包含一晶圓載盤及一軸，該晶圓載盤頂部用以容置晶圓，該晶圓載盤底部則與該軸連接，在晶圓磊晶成長期間，通常會需要進行加熱，由於該晶圓載盤底部與該軸直接接觸，因而容易造成該晶圓載盤所接收之熱能自該晶圓載盤底部與該軸連接處迅速流失，使得該晶圓載盤接近連接處的溫度偏低，造成該晶圓載盤整體溫度分布不均，連帶影響晶圓之溫度分布，導致磊晶品質欠佳。因此，如何提供一種能提升溫度分布均勻度之晶圓載盤整體，為亟待解決的問題。

有鑑於此，本發明之目的在於提供一種晶圓載盤，能提升溫度分布均勻度。

緣以達成上述目的，本發明提供的一種晶圓載盤，底部供與一軸連接，該晶圓載盤包含一盤體及至少一隔熱件，該盤體具有一容置槽供容置一晶圓，該盤體具有相背對之一第一面及一第二面，該容置槽之槽底具有該第一面；該至少一隔熱件設置於該第一面或該第二面；其中，當該晶圓容置於該容置槽中時，該隔熱件位於該晶圓與該軸之間。

其中該容置槽具有一上方開口以及相連接之一第一槽段及一第二槽段，該第一槽段之口徑大於該第二槽段之口徑，該第一槽段具有該上方開口且供容置該晶圓，該第二槽段具有該第一面且供容置該隔熱件。

其中該第一槽段及該第二槽段之口徑自接近該容置槽之槽底處往接近該上方開口處的方向漸縮。

其中該第一槽段及該第二槽段之內環壁與平行於該第一面之一水平參考面之夾角為大於等於70度且小於等於80度。

其中該至少一隔熱件包含一第一隔熱件，設置於該第一面且容置於該第二槽段中，該第一隔熱件之中心處沿一軸向方向具有一中心厚度，該第一隔熱件之外周緣處沿該軸向方向具有一外緣厚度，該中心厚度大於該外緣厚度。

其中該第二槽段沿該軸向方向具有一高度，於常溫時，該第一隔熱件之該外緣厚度小於該高度，且該第一隔熱件之該中心厚度小於或等於該高度。

其中該第二槽段沿該軸向方向具有一高度，於一高溫溫度，該第一隔熱件之該外緣厚度小於等於該高度，且該第一隔熱件之該中心厚度大於該高度。

其中，該高溫溫度為大於等於攝氏900度。

其中，該至少一隔熱件包含一第二隔熱件，該盤體底部具有一凹部供連接該軸，該凹部具有該第二面，該第二隔熱件設置於該第二面。

其中該至少一隔熱件之導熱係數小於該盤體之導熱係數。

其中該晶圓之導熱係數介於該至少一隔熱件與該盤體之間。

其中該晶圓、該至少一隔熱件及該軸與該晶圓載盤之接觸面於平行於該第一面之一水平參考面上之投影分別具有一晶圓投影面積、一隔熱件投影面積及一軸投影面積，該晶圓投影面積大於該隔熱件投影面積，且該隔熱件投影面積大於該軸投影面積。

本發明之效果在於，透過該至少一隔熱件之設置，當該晶圓載盤與該軸連接時，該晶圓載盤之熱能不易傳遞至該軸而流失，藉此，以提升該晶圓載盤受熱時整體之溫度分布均勻度，進而使得容置於該容置槽之晶圓溫度分布均勻。

為能更清楚地說明本發明，茲舉較佳實施例並配合圖式詳細說明如後。請參圖1至圖5所示，為本發明第一較佳實施例之晶圓載盤1，底部供與一軸A連接，該晶圓載盤1為一圓形載盤，該軸A設置於該晶圓載盤1之中心處，藉此，當該晶圓載盤1安裝於該軸A上與該軸連接時，該軸A能支撐該晶圓載盤1或是帶動該晶圓載盤1以該軸A為旋轉中心轉動。

於本實施例中，該晶圓載盤1是由石墨材料製成，而該軸A由金屬材料製成，於其他實施例中，該晶圓載盤1及該軸A之材料並不以此為限。

請配合圖1至圖3，該晶圓載盤1包含一盤體10及一隔熱件，該晶圓載盤1具有一容置槽12供容置一晶圓W，於本實施例中，該容置槽12以能容置一12吋晶圓W之容置槽12為例說明，於其他實施例中，該容置槽12也可以是可容置小於12吋或是大於12吋之晶圓W之容置槽12。

進一步說明的是，該隔熱件之導熱係數小於151W/(m．K)；該隔熱件之熔點大於攝氏1300度；該隔熱件由石英或藍寶石製成；該隔熱件之導熱係數小於該盤體10之導熱係數；該晶圓W之導熱係數介於該隔熱件與該盤體10之間。於本實施例中，該隔熱件以一第一隔熱件20為例說明。

該盤體10具有相背對之一第一面101及一第二面102，該容置槽12之槽底具有該第一面101，該第一隔熱件20設置於該第一面101，當該晶圓W容置於該容置槽12中時，該第一隔熱件20位於該晶圓W與該軸A之間；藉此，進行高溫製程時，透過該第一隔熱件20之設置，該晶圓載盤1之熱能不易傳遞至該軸A而流失，進而能提升該晶圓載盤1受熱時整體溫度分布的均勻度，並使得容置於該容置槽12之晶圓W溫度分布均勻。

其中該晶圓W、該第一隔熱件20及該軸A與該晶圓載盤1之接觸面於平行於該第一面101之一水平參考面S1上之投影如圖3a所示分別具有一晶圓投影面積S2、一隔熱件投影面積S3及一軸投影面積S4，該晶圓投影面積S2大於該隔熱件投影面積S3，且該隔熱件投影面積S3大於該軸投影面積S4，於其他實施例中，也可以是該晶圓投影面積S2等於該隔熱件投影面積S3或者該隔熱件投影面積S3等於該軸投影面積S4。

進一步說明的是，如圖2所示，該容置槽12具有一上方開口12a以及相連接之一第一槽段121及一第二槽段122，該第一槽段121之口徑D1大於該第二槽段122之口徑D2，該第一槽段121具有該上方開口12a且供容置該晶圓W，該第二槽段122具有該第一面101且該第二槽段122供容置該第一隔熱件20。

也就是說，該容置槽12於該第一槽段121與該第二槽段122之間具有一肩部12b供承載該晶圓W，當該晶圓W從該上方開口12a置入該容置槽12時，該晶圓W背部之外緣會與該肩部12b抵接而設置於該第一槽段121中，且該晶圓W背部與該第二槽段122如圖3所示能共同形成一空間P供放置該第一隔熱件20，當該第一隔熱件20容置於該空間 P中時，該第一隔熱件20與該第二槽段122之該第一面101貼合，以阻隔熱能自該晶圓載盤1傳遞至該軸A而流失。

請配合圖2，其中該第一槽段121及該第二槽段122之口徑D1,D2自接近該容置槽12之槽底處分別往接近該上方開口12a處的方向漸縮，也就是說，該第一槽段121與該第二槽段122連接處之口徑D1大於該上方開口12a之口徑，該第二槽段122槽底之口徑D2大於該第一槽段121與該第二槽段122連接處之口徑，藉此，能使該第一隔熱件20及該晶圓W安穩的設置於該容置槽12中，當該晶圓載盤1轉動時，能避免容置於該容置槽12中之該第一隔熱件20及該晶圓W脫離該晶圓載盤1。

進一步說明的是，請續配合圖2，該第一槽段121之內環壁與平行於該第一面101之該水平參考面S1之夾角θ1較佳為大於等於70度且小於等於80度；該第二槽段122之內環壁與平行於該第一面101之該水平參考面S1之夾角θ2較佳為大於等於70度且小於等於80度。

請配合圖3及圖4，該第一隔熱件20設置於該第一面101且容置於該第二槽段122中，該晶圓W設置於該第一槽段121中，該第一隔熱件20之中心處沿該軸A之一軸向A1方向具有一中心厚度T1，該第一隔熱件20之外周緣處沿該軸向A1方向具有一外緣厚度T2，該中心厚度T1大於該外緣厚度T2，藉此能與該第二槽段122傾斜之內環壁相配合，而避免該晶圓載盤1轉動時容置於該容置槽12中之該第一隔熱件20脫離該晶圓載盤1。

進一步說明的是，該第二槽段122沿該軸向A1方向具有一高度H，如圖4所示於常溫時，該第一隔熱件20之該外緣厚度T2小於該高度H，且該第一隔熱件20之該中心厚度T1小於或等於該高度H，於一高溫溫度時，如圖5及圖6所示該第一隔熱件20之該外緣厚度T2小於或 等於該高度H，且該第一隔熱件20之該中心厚度T1大於該高度H，其中，該高溫溫度為大於等於攝氏900度；也就是說，於常溫時，該晶圓W背部與該第一隔熱件20之頂面間具有間距或剛好相抵接，而於該高溫溫度時，該晶圓W容易如圖5所示受熱翹曲，此時透過該第一隔熱件20受熱膨脹之特性，該第一隔熱件20中心處之厚度能填補該晶圓W背部與該第一隔熱件20間之間隙而與該晶圓W直接接觸。

如圖5及圖6所示，當該晶圓載盤1轉動時，容置於該容置槽12中之該第一隔熱件20及該晶圓W會偏移至與該容置槽12內環壁相抵接的位置，此時透過該第一槽段121及該第二槽段122之內環壁向內傾斜之設置，再配合前述該第一隔熱件20之厚度與該第二槽段122之高度設計，以及該晶圓W厚度小於該第一槽段121之高度的設計，能達成有效避免該第一隔熱件20或該晶圓W脫離該容置槽12之效果。

請配合圖7，為本發明第二較佳實施例之晶圓載盤2，該晶圓載盤2具有與上述第一較佳實施例之晶圓載盤1大致相同之結構，不同之處在於，於本實施例中，該晶圓載盤2之該容置槽12僅具有該第一槽段121，而未設置該第二槽段122，且該隔熱件之設置位置與上述第一較佳實施例之該第一隔熱件20的設置位置不同，於本實施例中，該隔熱件以一第二隔熱件22為例說明。

其中，該盤體10具有相背對之該第一面101及該第二面102，當該晶圓W容置於該第一槽段121中時，該第一面101與該晶圓W接觸，該盤體10底部具有一凹部10a供連接該軸A，該凹部10a具有該第二面102，該第二隔熱件22設置於該第二面102，藉此，當進行高溫製程時，透過該第二隔熱件22之設置，該晶圓載盤2之熱能不易傳遞至該軸 A而流失，進而能提升該晶圓載盤2受熱時整體溫度分布的均勻度，並使得容置於該容置槽12之晶圓W溫度分布均勻。

請配合圖8，為本發明第三較佳實施例之晶圓載盤3，該晶圓載盤1具有與上述第一較佳實施例之晶圓載盤1大致相同之結構，不同之處在於，於前述實施例中，該隔熱件是以一個為例說明，於本實施例中，該隔熱件也可以是包含該第一隔熱件20及該第二隔熱件22，分別設置於該盤體10之該第一面101及該第二面102上，使得該晶圓載盤3之熱能不易傳遞至該軸A而流失。

綜上所述，透過本發明之隔熱件的設置，當該晶圓載盤與該軸連接時，該晶圓載盤之熱能不易傳遞至該軸而流失，藉此，以達到提升該晶圓載盤受熱時整體之溫度分布均勻度，以及使容置於該容置槽之晶圓溫度分布均勻之目的。

以上所述僅為本發明較佳可行實施例而已，舉凡應用本發明說明書及申請專利範圍所為之等效變化，理應包含在本發明之專利範圍內。

〔本發明〕

1,2,3:晶圓載盤

10:盤體

101:第一面

102:第二面

10a:凹部

12:容置槽

121:第一槽段

122:第二槽段

12a:上方開口

12b:肩部

20:第一隔熱件

22:第二隔熱件

A:軸

A1:軸向

D1,D2:口徑

H:高度

P:空間

S1:水平參考面

S2:晶圓投影面積

S3:隔熱件投影面積

S4:軸投影面積

T1:中心厚度

T2:外緣厚度

W:晶圓

θ1,θ2:夾角

圖1為本發明一較佳實施例之晶圓載盤的立體圖。

圖2為上述較佳實施例之晶圓載盤的剖視示意圖。

圖3為上述較佳實施例之晶圓載盤的剖視示意圖。

圖3a為上述較佳實施例之晶圓載盤投影於水平參考面的示意圖。

圖4為圖3之部分構件放大示意圖。

圖5為上述較佳實施例之晶圓載盤的剖視示意圖。

圖6為圖5之部分構件放大示意圖。

圖7為第二較佳實施例之晶圓載盤的剖視示意圖。

圖8為第三較佳實施例之晶圓載盤的剖視示意圖。

1:晶圓載盤

10:盤體

12:容置槽

A:軸

A1:軸向

Claims (12)

1. 一種晶圓載盤，底部供與一軸連接，包含： 一盤體，具有一容置槽供容置一晶圓，該盤體具有相背對之一第一面及一第二面，該容置槽之槽底具有該第一面；以及 至少一隔熱件，設置於該第一面或該第二面； 其中，當該晶圓容置於該容置槽中時，該隔熱件位於該晶圓與該軸之間。
2. 如請求項1所述之晶圓載盤，其中該容置槽具有一上方開口以及相連接之一第一槽段及一第二槽段，該第一槽段之口徑大於該第二槽段之口徑，該第一槽段具有該上方開口且供容置該晶圓，該第二槽段具有該第一面且供容置該隔熱件。
3. 如請求項2所述之晶圓載盤，其中該第一槽段及該第二槽段之口徑自接近該容置槽之槽底處往接近該上方開口處的方向漸縮。
4. 如請求項3所述之晶圓載盤，其中該第一槽段及該第二槽段之內環壁與平行於該第一面之一水平參考面之夾角為大於等於70度且小於等於80度。
5. 如請求項2所述之晶圓載盤，其中該至少一隔熱件包含一第一隔熱件，設置於該第一面且容置於該第二槽段中，該第一隔熱件之中心處沿一軸向方向具有一中心厚度，該第一隔熱件之外周緣處沿該軸向方向具有一外緣厚度，該中心厚度大於該外緣厚度。
6. 如請求項5所述之晶圓載盤，其中，該第二槽段沿該軸向方向具有一高度，於常溫時，該第一隔熱件之該外緣厚度小於該高度，且該第一隔熱件之該中心厚度小於或等於該高度。
7. 如請求項5所述之晶圓載盤，其中，該第二槽段沿該軸向方向具有一高度，於一高溫溫度，該第一隔熱件之該外緣厚度小於等於該高度，且該第一隔熱件之該中心厚度大於該高度。
8. 如請求項7所述之晶圓載盤，其中，該高溫溫度為大於等於攝氏900度。
9. 如請求項1所述之晶圓載盤，其中，該至少一隔熱件包含一第二隔熱件，該盤體底部具有一凹部供連接該軸，該凹部具有該第二面，該第二隔熱件設置於該第二面。
10. 如請求項1至9中任一項所述之晶圓載盤，其中該至少一隔熱件之導熱係數小於該盤體之導熱係數。
11. 如請求項10所述之晶圓載盤，其中該晶圓之導熱係數介於該至少一隔熱件與該盤體之間。
12. 如請求項1至9中任一項所述之所述之晶圓載盤，其中該晶圓、該至少一隔熱件及該軸與該晶圓載盤之接觸面於平行於該第一面之一水平參考面上之投影分別具有一晶圓投影面積、一隔熱件投影面積及一軸投影面積，該晶圓投影面積大於該隔熱件投影面積，且該隔熱件投影面積大於該軸投影面積。

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