TWI614837B - 具有受控制的封閉間隙之基板支撐件 - Google Patents

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Abstract

此處提供一種基板支撐件的實施例。在某些實施例中，基板支撐件可包括支撐板，該支撐板具有支撐表面以支撐基板；支撐環，該支撐環於支撐表面的周圍處支撐基板；及複數個第一支撐元件，該複數個第一支撐元件佈置於支撐環中，其中各個第一支撐元件的端部分係抬昇高於支撐環的上部表面，以在支撐環的上部表面及佈置於複數個第一支撐元件的端部分上的虛構平面之間界定一間隙。

Description

具有受控制的封閉間隙之基板支撐件
本發明的實施例大致關於半導體處理設備。
原子層沉積(ALD)及化學氣相沉積(CVD)為半導體製造中使用，以在處理腔室中的基板上沉積薄膜的兩個範例方法。典型的處理腔室包括諸如基板支撐板的基板支撐件，以在處理期間支撐基板。基板支撐板可包括：例如形成在基板支撐板的支撐表面中的通道或其他凹槽，以促進在基板的背側及支撐表面之間形成真空，以將基板夾持至基板支撐件。基板支撐件以基板的背側提供密封，以允許在基板的背側及支撐板之間形成真空。
發明人已觀察到基板與某些基板支撐件材料接觸可造成非所欲的基板污染。消除或減少基板與此等基板支撐件材料接觸能夠消除基板污染，或者減少基板污染。
因此，本發明提供改良的基板支撐件的實施例。
此處提供基板支撐件的實施例。在某些實施例中， 基板支撐件可包括支撐板，該支撐板具有支撐表面以支撐基板；支撐環，該支撐環於支撐表面的周圍處支撐基板；及複數個第一支撐元件，該複數個第一支撐元件佈置於支撐環中，其中各個第一支撐元件的端部分係抬昇高於支撐環的上部表面，以在支撐環的上部表面及佈置於複數個第一支撐元件的端部分上的虛構平面之間界定一間隙。
在某些實施例中，基板支撐件包括支撐板，該支撐 板具有支撐表面以支撐基板；支撐環，該支撐環於支撐表面的周圍處支撐基板；複數個第一支撐元件，該複數個第一支撐元件佈置於支撐環中，其中複數個第一支撐元件為圓球形且以非金屬材料製造形成，且其中各個第一支撐元件的端部分係抬昇高於支撐環的上部表面，以在支撐環的上部表面及佈置於複數個第一支撐元件的端部分上的虛構平面之間界定間隙；及複數個第二支撐元件，該複數個第二支撐元件佈置於支撐表面中，其中複數個第二支撐元件為圓球形且以非金屬材料製造形成，且其中各個第二支撐元件的端部分係抬昇高於支撐表面，使得端部分接觸虛構平面且在支撐表面及虛構平面之間界定間隙。
以下說明本發明的其他及進一步的實施例。
100‧‧‧基板支撐件
102‧‧‧支撐板
103‧‧‧周圍
104‧‧‧支撐表面
106‧‧‧支撐環
107‧‧‧上部表面
108‧‧‧底部表面
109‧‧‧間隙
110‧‧‧支撐桿
112‧‧‧第一支撐元件
114‧‧‧基板
116‧‧‧第二支撐元件
120‧‧‧間隙
122‧‧‧真空通口
124‧‧‧真空導管
126‧‧‧真空源
202‧‧‧同心圓
302‧‧‧中央部分
304‧‧‧居間部分
306‧‧‧周圍部分
以上簡短概述及以下更加詳細討論的本發明之實施例，可藉由參考隨附圖式中所描繪的本發明的說明性實施例而理解。然而應瞭解，隨附圖式僅說明本發明的典型實施例，且因此不應考慮為限制本發明的範疇，因為本發明可認知為 其他均等效果的實施例。
第1圖描繪根據本發明的某些實施例之基板支撐件的側面剖面視圖，而具有基板佈置在基板支撐件上。
第2圖描繪第1圖的基板支撐件的頂部視圖，其中基板被移除。
第3圖描繪根據本發明的某些實施例之基板支撐件的側面剖面視圖，且具有基板佈置在基板支撐件上。
為了促進理解，盡可能地使用相同的元件符號，以表明共同圖式中的相同元件。圖式並非依比例繪製且為了更加清楚而可能簡化。應考慮一個實施例的元件及特徵可有益地併入其他實施例中而無須進一步說明。
在半導體製造處理期間的基板支撐件可由根據此處揭露的實施例之基板支撐件來提供。實施例可有益地對基板提供經控制的密封間隙、減少的金屬污染、及減少的熱傳導之一或多者。
第1圖描繪基板支撐件100包含支撐板102，該支撐板102具有支撐表面104以支撐基板。根據某些實施例，支撐板102為了數種原因，係以處理相容的金屬材料形成，例如鋁、不鏽鋼、鉬或鉬合金、鎳、或基於鎳的合金(例如Hastelloy®)，此等原因包括易於製造及熱的考量等等。在某些實施例中，支撐板為了數種原因，係以處理相容的非金屬材料形成，例如氧化鋁(Al2O3)或陶瓷材料(例如氮化鋁(AlN))，此等原因包括減少潛在或實質的污染。
支撐板102至少可與基板114一樣大，以將基板114 支撐在支撐板102上。儘管更大或更小的基板尺寸亦可從本發明的特徵得到益處，基板的尺寸可為例如200mm、300mm或450mm(7.87英吋、11.81英吋或17.72英吋)。
在某些實施例中，支撐表面104與基板114具有相 同大小，以將基板114支撐在支撐表面104上。在其他實施例中，支撐表面104可比基板114更大或更小。
在第1圖的實施例中，支撐表面104圖示為平坦表 面。在其他實施例中，支撐表面104並非平坦。在某些實施例中，支撐表面104可具有變化的輪廓。如此處所使用，變化的輪廓代表在支撐表面104及虛構平面之間所量測的變化的距離，該虛構平面相對應至當佈置在基板支撐件100上時基板的背側(例如，在佈置於基板支撐件100上的基板及支撐表面104之間的變化的間隙或凹陷)。舉例而言，如第3圖圖示，支撐板102可具有中央部分302、居間部分304、及周圍部分306。在某些實施例中，中央部分302及周圍部分306以相同方向從居間部分304偏移(例如，在各個部分中的頂部表面及基板的背側之間界定變化的間隙)。具有變化的輪廓的支撐表面104可促進由基板支撐件100所支撐的基板114的更均勻溫度輪廓。亦可使用其他配置，包括比三個部分更多或更少的配置。在某些實施例中，如第3圖，介於部分之間的輪廓為梯狀。在其他實施例中，介於部分之間的輪廓具有逐漸或傾斜的轉變。
支撐板102可具有佈置在支撐表面104中的一或更 多真空通口122(某些時候稱為真空夾持孔)。真空通口122可流體耦接至真空源126(如以下所討論)。
支撐環106可佈置在支撐板102上，位於或靠近周 圍103，亦即，在具有基板114支撐於其上的第1圖中圖示的周圍區域處。有益地，支撐環106經尺寸設計以支撐在其上的基板。支撐環106包括中央開口，該中央開口暴露支撐板102的支撐表面104的一部分，使得於支撐表面104、支撐環106及虛構平面之間界定一間隙109，該虛構平面相對應至當佈置在基板支撐件100上時基板114背側的位置。
支撐環106可與支撐板102一體形成，或可分開形 成。在支撐環106係分開形成的實施例中，支撐環106可由諸如鋁的延展性材料形成，而足夠堅固以在處理條件下維持其形狀。分開形成的支撐環106可永久或可移除地耦接至支撐表面104的周圍。
支撐桿110可佈置於支撐板102的下方以支撐支撐 板102。在某些實施例中，支撐桿110可固定至支撐板102的底部表面108。一或更多導管可形成且佈置在支撐桿110之中。舉例而言，真空導管124可佈置在支撐桿110之中，且與一或更多真空通口122於第一端處流體耦接。真空導管124的第二端可與真空源126流體耦接，以於支撐表面104處或靠近支撐表面104提供減少的壓力。在某些應用(例如，真空夾盤)中，真空源126及一或更多真空通口122合作，以建立真空條件來限制基板114用於處理。
複數個第一支撐元件112係佈置在支撐環106之中 或之上，以支撐基板114而與支撐環106的上部表面107分隔開來。第一支撐元件112的端部分支撐基板114與支撐環106分隔開來，形成經控制的邊緣間隙或間隙120。間隙120因而形成於支撐環的上部表面107及佈置於複數個第一支撐元件112的端部分上的虛構平面之間。在某些實施例中，支撐環106包括形成於上部表面107中的複數個凹槽，適於穩固複數個第一支撐元件112的一部分。
額外的第二支撐元件116可佈置在支撐環106的周 圍之中，以支撐基板114的內部部分。第二支撐元件116可佈置在支撐板102之中或之上，且具有實質上與第一支撐元件112的端部分對齊的端部分(例如，在相同的虛構平面終結)。第一及第二支撐元件112、116合作，以支撐基板114與支撐表面104分隔開來，形成間隙109。
發明人已觀察到在某些應用中，當在基板處理(例 如，沉積處理)中使用具有金屬支撐板的基板支撐件時，金屬對基板的接觸可導致基板污染的發生。因此，在某些實施例中，複數個第一及第二支撐元件112、116係以非金屬材料作成。舉例而言，第一及第二支撐元件112、116可以諸如陶瓷的非金屬材料形成，例如氮化鋁、或結晶形式的氧化鋁(Al2O3)(例如，青石(sapphire))。在某些實施例中，例如當金屬污染並非問題的情況下，第一及第二支撐元件112、116可由處理相容的金屬材料製造形成。
發明人已觀察到用於第一及第二支撐元件112、116的某些材料，例如氧化鋁，有益地提供從支撐板102至基板 114減少的熱傳導。於基板支撐件的位置處藉由減少至基板114的熱傳導，係可減少基板114非平均的局部加熱。已觀察到改良的溫度均勻性能夠產生更均勻的處理結果。
僅為了簡化說明，第一及第二支撐元件112、116在第1圖中顯示為具有圓球或實質上圓球的形狀。包括圓柱形、圓錐形、截錐形(frustoconical)或多面體(例如角錐形)的其他形狀可有益地在某些條件下使用。第一及第二支撐元件112、116的形狀可經選擇以有益地最小化支撐件及基板114之間的接觸面積，而進一步減少基板114的非平均加熱。舉例而言，大致平坦的基板與彎曲的支撐表面之間的接觸產生線接觸(如與圓柱形支撐件)或點接觸(如與圓球形支撐件)。點接觸亦可在將基板支撐於多面體形狀的支撐件上之尖端而達成。
第一支撐元件112可佈置於支撐環106之中，使得第一支撐元件112的一部分抬昇高於支撐環106的上部表面107。第一支撐元件112可以任何方式佈置於支撐環106中，適以在處理期間將基板114支撐於靜態或穩定的位置。舉例而言，在某些實施例中，第一支撐元件112可部分地凹陷至支撐環106中，例如凹陷至支撐環中所形成的袋體中。在此等實施例中，第一支撐元件112可透過任何適合的構件固定在適當位置，例如透過鍛造處理(例如，透過擠壓衝模(swage press))。
在某些實施例中，支撐環106可由多重片段形成(例如內環及外環)，各個片段形成具有袋體，且當與第一支撐 元件112一起組裝時，與袋體合作以將第一支撐元件112固定在支撐環106中。
若與支撐板102分開地形成，則支撐環106可以任 何處理相容的金屬材料或多種材料形成，包括諸如鋁、不鏽鋼、鉬或鉬合金、鎳、或基於鎳的合金(例如Hastelloy®)的非限制範例。在某些實施例中，支撐環可以非金屬材料形成，包括非限制範例的陶瓷材料。
除了在支撐環106中的第一支撐元件112之外，某 些實施例包括第二支撐元件116部分地佈置在支撐板102之中，使得第二支撐元件116的一部分係介於基板114及支撐表面104之間，以進一步支撐基板114於支撐板102上方。 第二支撐元件可與第一支撐元件112類似或實質上類似，且可類似地佈置在支撐板102中以達到類似的結果。
在某些實施例中，第一及第二支撐元件112、116可 為不同大小。在第1圖的非限制範例中，第一支撐元件112描繪成比第二支撐元件116具有更小的直徑。舉例而言，在某些實施例中，第一支撐元件112可具有從大約1mm至大約3mm的直徑範圍(大約0.039-0.118英吋)，舉例而言，具有2mm(0.080英吋)的直徑，且第二支撐元件116可具有從大約2mm至大約8mm的直徑範圍(大約0.079-0.315英吋)，舉例而言，具有4mm(0.160英吋)的直徑，而其他直徑亦可考慮用於使用圓球支撐元件的應用。在某些實施例中，第一支撐元件112比第二支撐元件116更大。
於周圍103處，第一支撐元件112的支撐表面係佈 置於支撐環106的上部表面107的上方，建立經控制的間隙120。如第1圖及第3圖中圖示，基板114係藉由支撐表面支撐。在某些實施例中，間隙120係小於0.254mm(0.010英吋)；在其他實施例中，間隙120從0.025mm至0.127mm(0.001-0.005英吋)，例如0.051mm(0.002英吋)。發明人已觀察到藉由在基板114及支撐環106之間建立且維持經控制的間隙，於間隙109中形成的背側壓力以可預測的比率改變。用以形成背側壓力的真空部件(亦即真空源126、真空導管124及真空通口122)可有益地配置且適當地操作，以補償壓力的可預測改變，從而有益地在處理期間建立均勻的背側壓力。
第一支撐元件112通常平均地間隔在如第2圖中圖示的範例支撐板102的周圍四周。在一非限制範例中，第一支撐元件112可沿著支撐板102的周圍以一英吋間隔開來。在某些實施例中，第二支撐元件116係以同心圓202安排，而具有第二支撐元件116在各個相鄰圓中以角度彼此偏移。在某些非限制實施例中，同心圓202以一英吋徑向地分隔開來，且支撐元件可沿著各個圓以一英吋分隔開來。亦可使用其他均勻或變化的徑向或角度分隔模式。
因此，此處已提供基板支撐環的實施例，該基板支撐環具有複數個支撐元件形成經控制的密封間隙。所揭露的發明之益處可包括以下一或多者：減少對基板之金屬污染、減少從支撐環至基板的熱傳送、及提供經控制的密封間隙以促進均勻壓力的成形及維持。
儘管以上導向本發明的實施例，可設計本發明的其他及進一步實施例而並未悖離本發明的基本範疇。
100‧‧‧基板支撐件
102‧‧‧支撐板
103‧‧‧周圍
104‧‧‧支撐表面
106‧‧‧支撐環
107‧‧‧上部表面
108‧‧‧底部表面
109‧‧‧間隙
110‧‧‧支撐桿
112‧‧‧第一支撐元件
114‧‧‧基板
116‧‧‧第二支撐元件
120‧‧‧間隙
122‧‧‧真空通口
124‧‧‧真空導管
126‧‧‧真空源

Claims (19)

  1. 一種基板支撐件，包含：一支撐板，該支撐板具有一支撐表面以支撐一基板，其中該支撐表面橫跨該支撐板的整個寬度；一支撐環，該支撐環於該支撐表面的一周圍處支撐一基板；複數個第一支撐元件，該複數個第一支撐元件佈置於該支撐環中，其中各個該等第一支撐元件的一端部分係抬昇高於該支撐環的一上部表面，以在該支撐環的該上部表面及佈置於該複數個第一支撐元件的該等端部分上的一虛構平面之間界定一間隙；一真空源；及一或更多通口，該一或更多通口佈置於該支撐板的該支撐表面中，其中在該支撐表面中所佈置的所有通口與該真空源流體耦接，且其中該支撐環沿著該支撐環的一整個周邊置於該支撐板上。
  2. 如請求項第1項所述的基板支撐件，其中該複數個第一支撐元件至少部分地凹陷至該支撐環的該上部表面中。
  3. 如請求項第1項所述的基板支撐件，其中該等第一支撐元件具有一實質上圓球的形狀。
  4. 如請求項第3項所述的基板支撐件，其中該等第一支撐元件具有大約0.039英吋至大約0.118英吋的一直徑。
  5. 如請求項第1至4項任一項所述的基板支撐件，其中該等第一支撐元件係非金屬。
  6. 如請求項第1至4項任一項所述的基板支撐件，其中該等第一支撐元件係以氮化鋁或氧化鋁之至少一者製造形成。
  7. 如請求項第1至4項任一項所述的基板支撐件，其中該等第一支撐元件係以青玉(sapphire)製造形成。
  8. 如請求項第1至4項任一項所述的基板支撐件，其中該等第一支撐元件的一支撐表面係佈置於該上部表面上方大約0.001英吋至大約0.005英吋。
  9. 如請求項第1至4項任一項所述的基板支撐件，其中該支撐板或該支撐環之至少一者係以一金屬材料製造形成。
  10. 如請求項第1至4項任一項所述的基板支撐件，其中該支撐環係與該支撐板分開的部件，且該支撐環係耦接至該支撐表面的一周圍。
  11. 如請求項第1至4項任一項所述的基板支撐件，其中該支撐板包含複數個第二支撐元件，該複數個第二支撐元件具有佈置在該支撐板的該支撐表面上方的一部分，其中該複數個第一支撐元件及該複數個第二支撐元件將該基板支撐在該支撐環的一上部表面上方，其中該複數個第二支撐元件徑向佈置於該支撐環內。
  12. 如請求項第11項所述的基板支撐件，其中該等第二支撐元件具有一圓球的形狀。
  13. 如請求項第12項所述的基板支撐件，其中該等第二支撐元件具有大約0.079英吋至大約0.315英吋的一直徑。
  14. 如請求項第11項所述的基板支撐件，其中該等第二支撐元件係非金屬。
  15. 如請求項第11項所述的基板支撐件，其中該等第二支撐元件係以青玉製造形成。
  16. 如請求項第1至4項任一項所述的基板支撐件，其中該支撐表面為平坦的。
  17. 如請求項第1至4項任一項所述的基板支撐件，其中該支撐表面包含一變化的輪廓。
  18. 一種基板支撐件，包含：一支撐板，該支撐板具有一外部側壁；一支撐環，該支撐環將一基板支撐於該支撐板上，其中該支撐環的一外部側壁及該支撐板的該外部側壁形成該基板支撐件的一共同外部側壁，且其中該支撐環沿著該支撐環的一整個周邊置於該支撐板上；及複數個第一支撐元件，該複數個第一支撐元件佈置於該支撐環中，其中各個該等第一支撐元件的一端部分係抬昇高於該支撐環的一上部表面，以在該支撐環的該上部表面及佈置於該複數個第一支撐元件的該等端部分上的一虛構平面之間界定一間隙。
  19. 如請求項第18項所述的基板支撐件，進一步包含：複數個第二支撐元件，該複數個第二支撐元件佈置於該支撐板中，其中該複數個第二支撐元件為圓球形且以一非金屬材料製造形成，且其中各個該等第二支撐元件的一端部分係抬昇高於該支撐板，使得該等端部分接觸該虛構平面且在該支撐板及該虛構平面之間界定一間隙。
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