晶片架及半导体制造装置 |
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| 申请号 | CN201610066391.6 | 申请日 | 2016-01-29 | 公开(公告)号 | CN106531676A | 公开(公告)日 | 2017-03-22 |
| 申请人 | 株式会社东芝; | 发明人 | 松田拓也; 矢部一生; 寺田贵洋; 守屋展行; 羽生秀则; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种晶片架及 半导体 制造装置。本实施方式的晶片架具备晶片 支撑 部。晶片支撑部设置在晶片的搭载区域的端部。第1部分设置在比晶片支撑部更靠搭载区域的中心部侧。以搭载区域外侧的晶片架的表面为基准，第1部分的第1深度比晶片支撑部的第2深度及位于比第1部分更靠搭载区域的中心部侧的第3部分的第3深度深。第2部分设置在比晶片支撑部更靠搭载区域的中心部侧。以搭载区域外侧的晶片架的表面为基准，第2部分的第4深度比第2及第3深度浅且比第1深度浅。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种晶片架，其特征在于具备：晶片支撑部，设置在晶片的搭载区域的端部； |
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| 说明书全文 | 晶片架及半导体制造装置[0001] [相关申请] 技术领域[0003] 本发明的实施方式主要涉及一种晶片架及半导体制造装置。 背景技术[0004] MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition，金属有机化学气相沉积)装置等成膜装置中，在处理半导体晶片时，在晶片架上载置半导体晶片，一边对该晶片架加热且使其旋转，一边对半导体晶片上供给处理气体。由此，能够在半导体晶片上成膜所需的材料膜。在这种成膜处理中，如果半导体晶片的温度分布不均较大，则所成膜的材料膜的膜厚等会产生不均。在成膜处理中，半导体晶片的温度较大地依存于保持该半导体晶片的晶片架的导热特性，因此理想的是尽可能地使从晶片架对晶片的导热特性均匀。 发明内容[0005] 本发明的实施方式提供一种在晶片处理时能够抑制晶片的温度分布不均的晶片架及半导体制造装置。 [0006] 本实施方式的晶片架具备晶片支撑部。晶片支撑部设置在晶片的搭载区域的端部。第1部分设置在比晶片支撑部更靠搭载区域的中心部侧。以搭载区域外侧的晶片架的表面为基准，第1部分的第1深度比晶片支撑部的第2深度及位于比第1部分更靠搭载区域的中心部侧的第3部分的第3深度深。第2部分设置在比晶片支撑部更靠搭载区域的中心部侧。以搭载区域外侧的晶片架的表面为基准，第2部分的第4深度比第2及第3深度浅且比第1深度浅。附图说明 [0007] 图1是第1实施方式的成膜装置1的立体剖视图。 [0008] 图2是第1实施方式的晶片架20的俯视图。 [0009] 图3是示意性地表示一个搭载区域R的导热情况的剖视图。 [0010] 图4是表示晶片支撑部26的构成的俯视图。 [0011] 图5是更详细地表示第1及第2部分21、22的位置的俯视图。 [0012] 图6是表示第1部分21_5对应于晶片支撑部26的搭载区域R的俯视图。 [0013] 图7(A)、(B)是表示第1部分21与第2部分22的边界部的晶片架20的剖视图。 具体实施方式[0014] (第1实施方式) [0016] 反应腔室10用于在搭载于晶片架20上的半导体晶片(以下也会简称为晶片)W的表面成膜材料膜。反应腔室10的内部在处理晶片W时被抽真空而成为减压状态。 [0017] 可以在设置在晶片架20的作为第1面的上表面的搭载区域(凹穴)搭载晶片W。本实施方式中，晶片架20例如能够搭载三片晶片W。但是，能够搭载于晶片架20的晶片W的数量并无特别限定。晶片架20以其中心部(图2的C20)与轴31结合，能够以轴31(C20)为中心在大致水平面内旋转。轴31连接于驱动部30，由驱动部30旋转驱动。而且，晶片架20受到来自配置于其下方的加热器40的热，利用该热来加热晶片W。晶片架20构成为能够从反应腔室10装卸，并且能够更换为其他晶片架。 [0018] 驱动部30能够经由轴31使晶片架20沿箭头A的方向或其反方向旋转。 [0020] 气体供给部50设置在反应腔室10的上部，将来自气体供给源(未图示)的原料气体供给到晶片W上。 [0021] 放射温度计60配置于设置在反应腔室10的上部的窗61，且经由窗61测量晶片W的温度。 [0022] 这种成膜装置10是通过将晶片W与晶片架20一起加热且使它们旋转，并对晶片W的上表面供给成为化合物半导体结晶原料的原料气体，而使化合物半导体层在晶片W的上表面上外延生长。原料气体在用于成膜后从排气口70被排出。 [0023] 例如，在成膜III族氮化物半导体层作为化合物半导体层的一例的情况下，原料气体使用含有III族元素的有机金属与含有氮的氨NH3。作为有机金属，可列举：例如含有III族Ga的三甲基镓(TMG)或三乙基镓(TEG)、例如含有III族Al的三甲基铝(TMA)或三乙基铝(TEA)、例如含有III族In的三甲基铟(TMI)或三乙基铟(TEI)。而且，作为n型掺杂剂，可使用甲硅烷(SiH4)或二硅烷(Si2H6)作为Si原料，或者可使用锗烷气体(GeH4)或四甲基锗((CH3)4Ge)或四乙基锗((C2H5)4Ge)作为Ge原料。另一方面，作为p型掺杂剂，例如可使用双环戊二烯基镁(Cp2Mg)或双乙基环戊二烯基镁(EtCp2Mg)作为Mg的原料。进而，也可以使用肼(N2H4)代替氨。另外，除所述有机金属气体以外，也可以设为含有其他III族元素的构成，视需要可以含有Ge、Si、Mg、Ca、Zn、Be等掺杂剂。 [0024] 图2是第1实施方式的晶片架20的俯视图。晶片架20例如具有三个搭载区域R以便能够搭载三片晶片W。三个搭载区域R在晶片架20的作为第1面的表面上，大致均等地配置在与晶片架20的中心部C20隔开大致相等距离的位置。搭载区域R呈具有比晶片W略大的直径的大致圆形状，且当以载置着晶片W时收容晶片W的方式凹陷。另外，搭载区域R的平面形状只要为适合于晶片W的形状(例如相似形)即可，并无特别限定。 [0025] 图3是示意性地表示一个搭载区域R的导热情况的剖视图。图3与沿图2的3-3线的截面对应。图4是表示晶片支撑部26的构成的俯视图。以下，参照图3及图4，更详细地说明晶片架20的搭载区域R的构造。 [0026] 晶片架20具有第1面F1与位于第1面F1的相反侧的第2面F2。第1面F1为能够搭载晶片W的上表面，设置着晶片W的搭载区域R。第2面F2为受到来自加热器40的热的背面。来自加热器40的热如箭头所示那样从晶片架20的第2面F2朝向第1面F1而传递到晶片架20内，从而传递给载置在第1面F1的搭载区域R上的晶片W。在搭载区域R与晶片W之间具有间隙G，来自第1面F1的热经由间隙G而传递给晶片W。关于从晶片架20对晶片W的导热在下文中进行详细说明。 [0027] 晶片架20在搭载区域R具备晶片支撑部26、第1部分21、第2部分22以及第3部分23。 [0028] 晶片支撑部26设置在搭载区域R的端部，当载置着晶片W时与晶片W的端部接触而支撑晶片W。晶片支撑部26的上表面F26比搭载区域R的外部的第1面F1略微凹陷，在搭载区域R的外缘设置阶差ST。由此，当晶片架20旋转时，即便晶片W相对于第1面F1或上表面F26沿大致平行方向移动，晶片W的端部也会碰触阶差ST的侧面。因此，晶片W不会从搭载区域R露出而被保持在搭载区域R内。 [0029] 晶片支撑部26设置在搭载区域R的外缘的一部分。例如，在图4所示的搭载区域R的俯视图中，晶片支撑部26设置在搭载区域R的外缘的六个部位，晶片W也可以由该六个晶片支撑部26支撑。晶片支撑部26是以即便晶片W如虚线所示那样向搭载区域R的一侧移动也可以支撑晶片W的方式配置。当然，晶片支撑部26的数量或尺寸并无特别限定。 [0030] 再次参照图3，第1部分21与晶片支撑部26同样地设置在搭载区域R的外缘附近。在设置着晶片支撑部26的部位，第1部分21设置在比晶片支撑部26更靠搭载区域R的中心部CR侧，且介于晶片支撑部26与位于比第1部分21更靠搭载区域R的中心部CR侧的第3部分23之间。而且，第1部分21并非遍及搭载区域R的整个外周而设置，而是以与晶片W的外缘的一部分对向的方式，对应于搭载区域R的外周的一部分而局部地设置。设置第1部分21的位置在下文中参照图5的俯视图进行说明。 [0031] 以搭载区域R的外侧的晶片架20的表面F20为基准，第1部分21的第1深度T1比晶片支撑部26的第2深度T2深。而且，第1深度T1比第3部分23的晶片架20的第3深度T3深。由此，第1部分21的表面F21比晶片支撑部26及第3部分23各自的表面F26、F23向背面F2侧凹陷，构成槽部TR。槽部TR设置在搭载区域R的端部，且以与搭载于搭载区域R的晶片W的端部对向的方式设置。关于该槽部TR的功能在下文中进行叙述。 [0032] 第2部分22与第1部分21同样地设置在搭载区域R的外缘附近。在设置着晶片支撑部26的部位，第2部分22设置在比晶片支撑部26更靠搭载区域R的中心部CR侧，且介于晶片支撑部26与第3部分23之间。第2部分22并非遍及搭载区域R的整个外周而设置，而是以与晶片W的外缘的其他部分对向的方式，对应于搭载区域R的外周的其他部分而局部地设置。也就是说，第2部分22设置在搭载区域R的端部中设置着第1部分21的部位以外的部位。设置第2部分22的位置在下文中参照图5的俯视图进行说明。 [0033] 以搭载区域R的外侧的晶片架20的表面F20为基准，第2部分22的第4深度T4为晶片支撑部26的第2深度T2及第3部分23的第3深度T3以下。而且，第4深度T4比第1部分21的第1深度T1浅。由此，第2部分22的表面F22可以比晶片支撑部26及第3部分23各自的表面F26、F23向背面F2侧凹陷，或者也可以与表面F26或F23为大致同一平面。因此，第2部分22的表面F22可以构成槽部，也可以不构成槽部。由于第4深度T4比第1部分21的第1深度T1浅，所以在第2部分22具有槽部的情况下，该槽部比第1部分21的槽部TR浅。也就是说，第2部分22也是与第1部分21同样地以与晶片W的端部对向的方式设置，但未必构成槽。 [0034] 第3部分23设置在比晶片支撑部26、第1及第2部分21、22更靠搭载区域R的中心部CR的附近，成为在搭载区域R的中心部CR突出的凸形状。也就是说，第3部分23的表面F23是以随着从搭载区域R的中心部CR朝向搭载区域R的外缘而接近于第2面F2的方式具有凸形状。例如，在成膜装置1中，使N型AlGaN单晶层(未图示)外延生长时，晶片W因蓝宝石板与N型AlGaN单晶层的晶格常数的差而产生应变。由此，晶片W如图3所示那样翘曲成凸形状。第3部分23是以与因晶片W的翘曲所产生的凸形状对应的方式形成为凸形状。也就是说，第3部分23的凸形状是以在成膜对半导体设备的特性影响最大的层(例如N型AlGaN单晶层等)时适合于晶片W的凸形状的方式形成。而且，在从晶片架20的上方观察的俯视图中，第3部分23的凸形状的顶部(中心部CR)与晶片W的凸形状的顶部大致一致。由此，第3部分23的表面F23与晶片W的距离(间隙G的间隔)在搭载区域R的第3部分23大致均匀。结果为，在晶片架20的第3部分23能够将热大致均匀地传递给晶片W。另外，在晶片W的翘曲成为凹形状的情况下，第3部分23也能以与所述凹形状对应的方式形成为凹形状。而且，在图3中，第3部分23与第1部分21的边界部在相对于表面F21大致垂直的方向上具有阶差。但是，在第3部分23与第1部分 21的边界部以及第3部分23与第2部分22的边界部，第3部分23也能以平缓的倾斜与第1部分 21或第2部分22连结。 [0035] 接下来，对从晶片架20向晶片W的导热进行说明。 [0036] 如上所述，在第3部分23能够将热大致均匀地传递给晶片W。另一方面，在搭载区域R的端部，热如图3的箭头h所示那样也会从晶片W直接接触的晶片支撑部26或阶差ST传递给晶片W。因此，有成膜中的晶片W的端部的温度与晶片W的中心部(与第3部分对应的晶片W区域)的温度相比变高的倾向。而且，传递给晶片W的热也易根据晶片架20或搭载区域R的晶片W的位置而产生不均。 [0037] 因此，本实施方式的晶片架20在搭载区域R的端部设置着晶片架20的深度(厚度)不同的第1部分21及第2部分22。在设置着第1部分21的搭载区域R的端部设置槽部TR。因此，第1部分21的表面F21与载置在搭载区域R的晶片W的端部相对分离。也就是说，在第1部分21，晶片架20与晶片W的端部的距离变大。由此，来自晶片架20的热难以传递给晶片W(热阻变高)，与第1部分21对向的晶片W的端部的温度相对变低。另一方面，在设置着第2部分22的搭载区域R的端部未设置槽部TR。或者，即便设置槽部，该槽部也比第1部分21的槽部TR浅。 因此，第2部分22的表面F22相对接近于载置在搭载区域R的晶片W的端部。也就是说，在第2部分22，晶片架20与晶片W的端部的距离变小。由此，来自晶片架20的热容易传递给晶片W(热阻变低)，与第2部分22对向的晶片W的端部的温度相对变高。 [0038] 这样一来，根据本实施方式，在搭载区域R的端部，通过使晶片W与晶片架20的表面(F21或F22)的距离变化，而调节从晶片架20的第1及第2部分21、22的导热度(导热率)，结果为，能够抑制晶片W的温度分布不均。另外，第1部分21的槽部TR的深度、宽度及长度并不特定，只要根据晶片W的温度分布不均的状况适当设定即可。 [0039] 图5是更详细地表示第1及第2部分21、22的位置的俯视图。在图5中，第1部分21是以参照符号21_1～21_4表示。除此以外的搭载区域R的端部为第2部分22。另外，图5表示未搭载晶片W的晶片架20的俯视图。而且，为方便起见，图5中省略了晶片支撑部26的图示。 [0040] 如上所述，在成膜处理中，与第1部分21对应(对向)的晶片W的端部的温度相对变低，与第2部分22对应(对向)的晶片W的端部的温度相对变高。在本实施方式中，利用该特性来设定第1及第2部分21、22的位置，以抑制晶片W的端部的温度分布不均。 [0041] (考虑到离心力的第1部分21的位置) [0042] 在成膜处理中，晶片架20以其中心部C20为轴而沿箭头A1或A2方向旋转。此时，对晶片W施加离心力，晶片W在搭载区域R的范围内从晶片架20的中心部C20向放射方向移动。因此，晶片W与搭载区域R中距离晶片架20的中心部C20最远的阶差ST接触。在此情况下，认为在接触阶差ST的晶片W的端部温度变高，因此第1部分21_1设置在搭载区域R中距离晶片架的中心部最远的部分。由此，能够降低第1部分21_1与第2部分22的晶片W的温度差，从而抑制晶片W的端部的温度分布不均。 [0043] (考虑到相邻的搭载区域R的第1部分21的位置) [0044] 搭载区域R以适合于晶片W的平面形状的方式具有大致圆形。因此，在晶片架20具有多个搭载区域R的情况下，存在相邻的多个搭载区域R彼此最接近的部分。在成膜处理中，热易滞留在晶片架20中被晶片W覆盖的搭载区域R，在无晶片W的区域(也就是搭载区域R以外的区域)容易发散。因此，认为在相邻的搭载区域R彼此最接近的部分，晶片W的温度相对变高。 [0045] 因此，在本实施方式中，如图5所示那样晶片架20具有第1～第3搭载区域R1～R3的情况下，第1部分21_2设置在第1～第3搭载区域R1～R3的彼此相邻的部分。也就是说，第1搭载区域R1的第1部分21_2设置在该第1搭载区域R1中最接近第2搭载区域R2及第3搭载区域R3的部分。同样地，第2搭载区域R2的第1部分21_2设置在该第2搭载区域R2中最接近第1搭载区域R1及第3搭载区域R3的部分。进而，同样地，第3搭载区域R3的第1部分21_2设置在该第3搭载区域R3中最接近第1搭载区域R1及第2搭载区域R2的部分。由此，能够降低第1部分21_2与第2部分22的晶片W的温度差，从而抑制晶片W的端部的温度分布不均。 [0046] (考虑到晶片架20的旋转速度的加减速的第1部分21的位置) [0047] 有晶片架20在成膜处理中变更旋转速度的情况。例如，在连续地成膜多个材料膜的情况下，在成膜第1材料膜后成膜第2材料膜时，有驱动部30变更晶片架20的旋转速度的情况。这种情况下，对载置在搭载区域R的晶片W施加加速度，晶片W在搭载区域R的范围内朝以晶片架20的中心部C20为轴的旋转方向A1或A2移动。也就是说，晶片W与阶差ST接触，该阶差ST位于与以晶片架20的中心部C20作为中心而通过搭载区域R的中心部CR的圆CL交叉的各搭载区域R的两个端部。认为在接触阶差ST的晶片W的端部温度变高，因此第1部分21_3、21_4分别设置在与圆CL交叉的搭载区域R的两个端部。由此，能够降低第1部分21_1与第2部分22的晶片W的温度差，从而抑制晶片W的端部的温度分布不均。 [0048] 另外，也可以将第1部分21_3、21_4的其中任一个设置在搭载区域R。例如，想要在将晶片架20沿A1方向加速时抑制晶片W的端部的温度分布不均的情况下，也可以设置第1部分21_3，而省略第1部分21_4。由此，能够在将晶片架20沿A1方向加速时抑制晶片W的端部的温度分布不均。反之，想要在将晶片架20沿A2方向加速时抑制晶片W的端部的温度分布不均的情况下，也可以设置第1部分21_4，而省略第1部分21_3。由此，能够在将晶片架20沿A2方向加速时抑制晶片W的端部的温度分布不均。 [0049] 进而，第1部分21也可以对应于晶片支撑部26而设置。例如，图6是表示第1部分21_5对应于晶片支撑部26的搭载区域R的俯视图。在图6中，第1部分21是搭载区域R的端部中以 21_5表示的部分。除此以外的搭载区域R的端部为第2部分22。另外，图6表示未搭载晶片W的搭载区域R的俯视图。 [0050] 如参照图3进行说明那样，晶片W的温度在与晶片架20接触的部分变高。因此，认为与晶片支撑部26接触的晶片W的端部的温度容易变高。因此，第1部分21_5也可以设置在搭载区域R的端部中设置着晶片支撑部26的部分。由此，能够降低第1部分21_1与第2部分22的晶片W的温度差，从而抑制晶片W的端部的温度分布不均。 [0051] 所述第1部分21_1～21_5也可以全部设置在晶片架20。但是，也可以将第1部分21_1～21_5中的任意一个以上设置在晶片架20。但是，如果在搭载区域R的整个端部设置第1部分21，则无法抑制搭载区域R的端部的温度分布不均，因此，第1部分21局部地设置在搭载区域R的端部的一部分，第2部分22设置在搭载区域R的端部的剩余其他部分。多个第1部分21_ 1～21_5的深度(T1)既可为相同的深度，也可以为分别不同的深度。多个第2部分22的深度(T4)也既可为相同的深度，也可以为分别不同的深度。 [0052] 而且，在搭载区域R的端部，第1部分21与第2部分22的边界部可以成为阶差，也可以平滑地倾斜。例如，图7(A)及图7(B)是表示第1部分21与第2部分22的边界部的晶片架20的剖视图。图7(A)中，第1部分21与第2部分22的边界部成为阶差。在此情况下，虽然第1部分21与第2部分22的边界部明确，但热传递特性在该边界部大幅地变化。 [0053] 另一方面，图7(B)中，第1部分21与第2部分22的边界部平滑地倾斜。也就是说，第1部分21与第2部分22的边界部相对于第1部分21的表面F21、第2部分22的表面F22或第1面F1(参照图3)而倾斜。由此，第1部分21及第2部分22平滑地连接，热传递特性的变化也会变平缓。因此，通过使边界部倾斜，更有利于抑制晶片W的温度分布不均。如上所述，本实施方式的晶片架20具有第1部分21与第2部分22。在搭载区域R的端部，在第1部分21设置着相对较深的槽部TR。在第2部分22未设置槽部TR或者设置着相对较浅的槽部。而且，在搭载区域R的端部适当地设定第1及第2部分21、22的位置。由此，能够调节从晶片架20的导热度(导热率)，抑制晶片处理时的晶片W的温度分布不均。 [0054] 虽对本发明的若干实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为示例而提出的，并非意图限定发明的范围。这些新颖的实施方式能以其他各种方式加以实施，能在不脱离发明的主旨的范围内进行各种省略、替换、变更。这些实施方式或其变化包含在发明的范围或主旨内，并且包含在权利要求书所记载的发明及其均等的范围内。 |
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