晶圆载具及热处理装置的制作方法

1.本实用新型涉及半导体制造技术，尤其涉及晶圆载具及热处理装置。


背景技术：

2.在晶圆制造过程中，常常需要对晶圆进行热处理，譬如：对晶圆进行退火。
3.目前，对晶圆进行退火时，通常将晶圆置入碳化硅材质制成的载盘内，晶圆与载盘容纳槽的槽底贴合，由于载盘具有极佳的导热性，能够与晶圆快速进行热交换。
4.但是对于一些种类晶圆，由于其外延生长后残留较多内应力，在晶圆退火过程中，晶圆会发生曲翘，通常为内凸起形状，这会导致翘曲晶圆中心无法与载盘形成良好接触，仅边缘与载盘接触，中心传热效率低于边缘，晶圆吸热后无法快速导走，导致晶圆出现片内温场不均，中心区域温度高于边缘区域，最终影响产品良率。
5.因此，如何提高热处理过程中晶圆片内温场的均匀性是亟需解决的问题。


技术实现要素：

6.鉴于上述现有技术的不足，本实用新型的主要目的在于提高晶圆片内温场的均匀性，提高良率。
7.为此，本实用新型提供一种晶圆载具，包括：
8.载具本体，具有相背对的第一表面和第二表面；
9.容纳腔，设置于所述载具本体上，并从所述第一表面延伸至所述第二表面，所述容纳腔用于容纳晶圆；及
10.支撑部，向内凸设于所述容纳腔的腔壁上，所述支撑部上设置有用以支撑晶圆的承载面。
11.本实用新型的晶圆载具，在晶圆置入该容纳腔后，晶圆的两个表面都裸露，都可以在非接触式加热元件的作用下受热，晶圆片内的温场分布更均匀，有利于提高产品良率。
12.可选的，所述容纳腔内设置有多个所述支撑部，各所述支撑部沿所述容纳腔的周向方向分布，并相互隔开。有利于使得晶圆背面与承载面接触的面积更小，使片内温场更均匀的分布。
13.可选的，所述晶圆载具还包括限位侧面，所述限位侧面形成于所述支撑部上或所述限位侧面属于所述容纳腔腔壁的局部区域，所述限位侧面与所述承载面连接，所述限位侧面用以限位在晶圆的边缘。该限位侧面结合承载面后能够更可靠的将晶圆定位在晶圆载具上。
14.可选的，所述支撑部固定设置于所述容纳腔的腔壁上。
15.可选的，至少一所述支撑部可移动的设置于所述容纳腔的腔壁上，所述支撑部的移动方向以所述容纳腔的径向方向为主方向，所述限位侧面形成于所述支撑部上。
16.此种结构，由于支撑部可移动，可以根据晶圆外轮廓尺寸的大小调整支撑部位置，使各支撑部上的限位侧面的位置能够适应晶圆的外轮廓尺寸限位在晶圆的边缘，能够适用
不同尺寸的晶圆。
17.可选的，所述晶圆载具还包括：
18.导向槽，设置于所述容纳腔的腔壁上，所述支撑部可移动的设置于相应的导向槽内；及
19.弹性推抵件，设置于导向槽内，并分别与所述导向槽的槽壁和所述支撑部相抵。
20.此种结构，能够根据晶圆的轮廓尺寸自适应进行锁紧定位。
21.可选的，所述支撑部为设置于所述容纳腔腔壁上的环形凸台，所述承载面形成于所述环形凸台具上，所述晶圆载具还具有限位侧面，所述限位侧面形成于所述支撑部上或所述限位侧面属于所述容纳腔腔壁的局部区域，所述限位侧面用以限位在晶圆的边缘。
22.相应的，本实用新型还提供一种热处理装置，包括：
23.晶圆载具，所述晶圆载具为上述任一种所述的晶圆载具；
24.第一非接触式加热元件，设置于所述第一表面所在的一侧，用以对晶圆的其中一表面加热；及
25.第二非接触式加热元件，设置于所述第二表面所在的一侧，用以对所述晶圆的另一表面加热。
26.本实用新型的热处理装置进行热处理时，在晶圆置入该容纳腔后，晶圆的两个表面都裸露，晶圆的两个表面分别在第一、第二非接触式加热元件的作用下受热，晶圆片内的温场分布更均匀，有利于提高产品良率。
27.可选的，所述热处理装置还包括用于采集晶圆温度的温度采集元件，所述温度采集元件为非接触式温度采集元件。
28.可选的，所述热处理装置还包括温度控制器，所述温度控制器分别与所述温度采集元件、所述第一非接触式加热元件和所述第二非接触式加热元件连接。
附图说明
29.图1为本实用新型的晶圆载具的一示例性的三维结构示意图；
30.图2为图1的晶圆载具装载有晶圆时的示意图；
31.图3为本实用新型的晶圆载具的另一示例性的三维结构示意图；
32.图4为图3的晶圆载具装载有晶圆时的示意图；
33.图5为本实用新型的晶圆载具的再一示例性的三维结构示意图；
34.图6为图5的晶圆载具装载有晶圆时的示意图；
35.图7为本实用新型的晶圆载具的又一示例性的三维结构示意图；
36.图8为本实用新型的晶圆载具的还有一示例性的三维结构示意图；
37.图9为本实用新型的晶圆载具的再有一示例性的三维结构示意图；
38.图10为设置有图8的晶圆载具的热处理装置的一示例性的结构示意图；
39.图11为设置有图9的晶圆载具的热处理装置的另一示例性的结构示意图；
40.图12为图11中a处放大视图。
41.附图标记说明：
42.100-晶圆载具、110-载具本体、111-容纳腔、112-第一表面、113-第二表面、114-导向槽、120-支撑部、130-弹性推抵件、101-承载面、102-限位侧面；
43.210-第一非接触式加热元件、220-第二非接触式加热元件；
44.300-温度采集元件；
45.400-温度控制器；
46.500-晶圆。
具体实施方式
47.为了便于理解本技术，下面将参照相关附图对本技术进行更全面的描述。附图中给出了本技术的较佳实施方式。但是，本技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本技术的公开内容理解的更加透彻全面。
48.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本技术。
49.现有晶圆载具和热处理装置在进行热处理时，晶圆片内的温场不均，影响产品良率。
50.基于此，本技术希望提供能够解决上述技术问题的方案。其详细内容将在后续实施例中得以阐述。
51.结合参见图1至图8、图10、图12，本实用新型提供一种晶圆载具，包括载具本体110、容纳腔111和支撑部120；载具本体110具有相背对的第一表面112和第二表面113；容纳腔111设置于载具本体110上，并从第一表面112延伸至第二表面113，该容纳腔111用于容纳晶圆500；支撑部120向内凸设于容纳腔111的腔壁上，支撑部120上设置有用以支撑晶圆500的承载面101。
52.相应的，结合参见图9、图11本实用新型还提供一种热处理装置，包括晶圆载具100、第一非接触式加热元件210和第二非接触式加热元件220；该晶圆载具100可以采用上述或下述任一实施例中所述的晶圆载具；第一非接触式加热元件210设置于第一表面112所在的一侧，用以对晶圆500的其中一表面加热；第二非接触式加热元件220设置于所述第二表面113所在的一侧，用以对晶圆500的另一表面加热。
53.譬如，第一非接触式加热元件210和第二非接触式加热元件220都可以为加热灯。在实际实施过程中，可以设置多个加热灯对第一表面112加热，并设置多个加热灯对第二表面113加热。
54.为便于说明，将晶圆的两个表面定义为正面和背面，当晶圆置入该容纳槽后，其背面与承载面101接触，其正面背对承载面101。
55.现有晶圆载具装载晶圆后，只有正面裸露，背面是完全被挡住的，而本实用新型中，当晶圆500置入该容纳腔111后，正面完全裸露，背面上除了被支撑部120挡住的区域，其余区域也是裸露的，第一非接触式加热元件210对晶圆的正面加热，第二非接触式加热元件220对晶圆的背面裸露的区域加热，使得正面和背面相较现有方式更均匀的受热，晶圆不易发生曲翘，且就算发生轻微曲翘，正面和背面都能持续受热，晶圆片内的温场分布更均匀，有利于提高产品良率。
56.譬如，对于红光led，其晶圆的衬底材料采用砷化镓，这种晶圆制造过程中，需要采
用快速热退火使蒸镀电极材料与晶圆材料通过热扩散形成良好的欧姆接触，以此降低led的正向工作电压。对于这种衬底材料采用砷化镓的晶圆，当晶圆片内温场分布不均匀时，就会导致扩散效果不均，最终影响红光led的电性良率。若采用本实用新型的晶圆载具和热处理装置，就能使得晶圆片内温场分布更均匀，提高红光led的电性良率，也就是有利于提高产品良率。
57.在一些实施例中，参见图1至图7，载具本体110上设置一个容纳腔111，在另一些实施例中，参见图8、图10，载具本体110上设置有多个容纳腔111，譬如，图8和图10中，载具本体110上设置有4个容纳腔111。
58.在一些实施例中，参见图1、图7、图8、图10，容纳腔111内设置有多个支撑部120，各支撑部120沿容纳腔111的周向方向分布，并相互隔开。譬如，图1、图10中，容纳腔111内设置4个支撑部120，图7、图8中，容纳腔111内对应设置6个支撑部120。
59.在另一些实施例中，参见图3至图6，支撑部120为设置于容纳腔111腔壁上的环形凸台，承载面101形成于环形凸台具上。譬如，图5、图6的对应的晶圆载具中，环形凸台为阶梯环形凸台，阶梯环形凸台的阶梯面为承载面101；又譬如，图3、图4的对应的晶圆载具中，环形凸台上没有阶梯面，承载面101为环形凸台的上表面。
60.这两种方式，都能够通过支撑部120上的承载面101实现对晶圆的支撑，但设置多个支撑部120并相互隔开的方式，有利于使得晶圆背面与承载面101接触的面积更小，也就是晶圆背面直接受热的区域更大，有利于片内温场更均匀的分布。
61.在一些实施例中，结合参见图1至图12，该载具本体110还包括限位侧面102，限位侧面102形成于支撑部120上，限位侧面102与承载面101连接，限位侧面102用以限位在晶圆的边缘。譬如，结合参见图1、图2、图10至图12，容纳腔111内设置多个支撑部120，各支撑部120沿容纳腔111的周向方向间隔布置，限位侧面102形成于支撑部120上，使得各支撑部120的限位侧面102围成限位轮廓，晶圆500至于承载面101上后，该限位侧面102用于限位在晶圆的边缘；又譬如，结合参见图5至图6，支撑部120为环形凸台，环形凸台为阶梯环形凸台，阶梯环形凸台的阶梯面为承载面101，与阶梯面连接的侧面为限位侧面102，该限位侧面102也用于限位在晶圆的边缘。
62.在另一些实施例中，结合参见图3至图4、图7至图9，限位侧面102属于容纳腔111的腔壁的局部区域，该限位侧面102也与承载面101连接，并且也是用以限位在晶圆的边缘。譬如，图7至图9对应的晶圆载具中，容纳腔111内设置多个支撑部120，各支撑部120沿容纳腔111的周向方向间隔布置，支撑部120将容纳腔111分为上腔和下腔，上腔的腔壁为用于限位在晶圆边缘的限位侧面；又譬如，参见图3、图4，支撑部120为环形凸台，环形凸台的上表面为所述承载面101，环形凸台将容纳腔111分为上腔和下腔，为用于限位在晶圆边缘的限位侧面102。
63.上述各实施例中，设置有限位侧面102，该限位侧面102结合承载面101后能够更可靠的将晶圆定位在晶圆载具上。
64.在一些实施例中，参见图1至图9，支撑部120固定设置于容纳腔111的腔壁上。
65.在另一些实施例中，参见图10至图12，至少一支撑部120可移动的设置于容纳腔111的腔壁上，支撑部120的移动方向以容纳腔111的径向方向为主方向，此时，限位侧面102形成于支撑部120上。若以容纳腔111的切向方向为第一副方向，容纳腔111的轴向方向为第
二副方向，此时第一副方向、第二副方向及主方向两两之间相互垂直，主方向、第一副方向、第二副方向这三个方向上的分量的合向量方向即为移动方向。譬如，图10至图12显示的晶圆载具中，支撑部120的移动方向就是容纳腔111的径向方向，第一副方向和第二副方向上的分量为零。在实际实施过程中，支撑部120的移动方向可以以偏离容纳腔111的径向方向，则相应的第一副方向和/或第二副方向上的分量不等于零。
66.此种结构，由于支撑部120可移动，可以根据晶圆外轮廓尺寸的大小调整支撑部120位置，使各支撑部120上的限位侧面102的位置能够适应晶圆的外轮廓尺寸限位在晶圆500的边缘，能够适用不同尺寸的晶圆。
67.在一些实施例中，结合参见图11、图12，晶圆载具100还包括设置于容纳腔111的腔壁上导向槽114和设置于该导向槽114内的弹性推抵件130，支撑部120可移动的设置于相应的导向槽114内；弹性推抵件130分别与导向槽114的槽壁和支撑部120相抵。此种结构，能够根据晶圆的轮廓尺寸自适应进行锁紧定位。
68.在装载晶圆时，先推动支撑部120并克服弹性推抵件130的弹性力，使弹性推抵件130压缩变形，支撑部120在推动力作用下沿导向槽114向远离容纳腔111中心的方向移动，从而使得各支撑部120的限位侧壁围成的限位轮廓变大，足够晶圆500置入，待将晶圆500置入后，释放支撑部120，支撑部120在弹性推抵件130的复位弹性力作用下沿导向槽114向容纳腔111中心的方向移动，直至支撑部120的限位侧面102与晶圆的边缘相抵，实现对晶圆的自适应定位。
69.在实际实施过程中，该弹性推抵件130可以为压缩弹簧、碟簧、压缩弹片等。
70.在一些实施例中，参见图11，该热处理装置还包括用于采集晶圆温度的温度采集元件300，温度采集元件300为非接触式温度采集元件。譬如，该非接触式温度采集元件300可以为红外温度采集元件。
71.在一些实施例中，参见图11，热处理装置还包括温度控制器400，温度控制器400分别与温度采集元件300、第一非接触式加热元件210和第二非接触式加热元件220连接，温度控制器400用于根据温度采集元件300采集的温度控制第一非接触式加热元件210和第二非接触式加热元件220。
72.譬如，该温度控制器400可以采用pid控制器。
73.在进行温度控制时，可以预设目标温度，若温度采集元件300采集的温度低于目标温度，则控制第一非接触式加热元件210和第二非接触式加热元件220开启或升温，当温度采集元件300采集的温度达到目标温度时，则控制第一非接触式加热元件210和第二非接触式加热元件220关闭或降温。
74.应当理解的是，本实用新型的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。