專利名稱：具有轂的晶片載具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
申請日為2008年12月01日、申請?zhí)枮?0088079920.8、發(fā)明名稱為“具有轂的晶片載具”的發(fā)明專利申請是2007年12月12日提交的名稱為“具有轂的晶片載具”的美國申請N0.12/001, 761的部分繼續(xù)申請，該申請的公開內(nèi)容以引用方式并入本申請。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及化學(xué)氣相沉積設(shè)備。某些材料例如化合物半導(dǎo)體是這樣形成的，即通常為盤狀晶片的工件的表面在升高的溫度下被暴露于氣體，以使得氣體發(fā)生反應(yīng)并且在工件的表面上沉積期望的材料。例如，多層II1-V族半導(dǎo)體例如氮化鎵、氮化銦、砷化鎵、磷化銦和銻化鎵和類似物可被沉積在基底上以形成電子器件例如二極管和晶體管和光電子器件例如發(fā)光二極管和半導(dǎo)體激光器。I1-VI族半導(dǎo)體可以通過類似的過程沉積。加工過程中沉積的各層的性能微小變化也會顯著影響成品器件的性能。因此，在現(xiàn)有技術(shù)中，很大的努力集中于反應(yīng)器和加工方法的研制，以圖在反應(yīng)器中保持的大型晶片表面上或在多個較小晶片的表面上實現(xiàn)均勻的沉積。本行業(yè)中廣泛采用的一種形式的反應(yīng)器是轉(zhuǎn)盤反應(yīng)器。這樣的反應(yīng)器典型包括盤狀晶片載具(wafer carrier)。晶片載具具有被布置成用于保持一或多個待處理晶片的容槽或其它特征。載具，帶著其上的晶片，被置入反應(yīng)室，并被保持，以使得載具的晶片承載表面面向上游方向。載具被繞沿上游至下游的方向延伸的軸線旋轉(zhuǎn)，典型地其旋轉(zhuǎn)速度為幾百轉(zhuǎn)每分鐘。反應(yīng)氣體被從定位在反應(yīng)器上游端的噴射頭向下游方向朝向載具上的晶片引導(dǎo)。在這一過程中晶片載具被維持在期望的高溫，最普通為大約350°C至大約1600°C。晶片載具的旋轉(zhuǎn)有助于確保暴露晶片的全部區(qū)域暴露于大致均勻的條件，并且有助于確保均勻沉積期望的半導(dǎo)體材料。在某個晶片載具上的晶片已被處理后，晶片載具從反應(yīng)室移出并被更換為新的晶片載具，其承載著新的晶片，并且利用新的晶片載具重復(fù)上述過程。許多轉(zhuǎn)盤反應(yīng)器設(shè)計采用了芯軸，其帶有盤狀金屬元件，稱作〃承載盤(susceptor) 〃，其永久性安裝在芯軸上。待處理晶片載具安置在承載盤上，并且在處理過程中由承載盤保持。布置在承載盤下游的加熱元件例如電阻元件在上述過程中加熱承載盤和晶片載具。最近，如公開于美國專利N0.6，685，774，該專利的公開內(nèi)容以引用方式并入本申請，"無承載盤〃反應(yīng)器被研制出來。在無承載盤反應(yīng)器中，當晶片載具被置入反應(yīng)室中以便處理時，晶片載具直接安裝在反應(yīng)器芯軸上。晶片載具的面向下游的表面直接暴露給加熱元件。無承載盤反應(yīng)器設(shè)計提供了從反應(yīng)器的加熱元件至晶片載具的顯著改進的熱傳遞性能和向晶片載具所有區(qū)域傳熱時的顯著改進的均勻度。用于無承載盤反應(yīng)器的晶片載具必須采用這樣的特征，當晶片載具被置入反應(yīng)室時，其允許晶片載具與芯軸機械接合。這種接合必須以不損傷芯軸或晶片載具的方式提供。另外，晶片載具必須由這樣的材料形成，該材料在所采用的升高的溫度下保持其強度和硬度，并且不與加工過程所用氣體起反應(yīng)。盡管可由例如碳化硅涂覆的陶瓷材料等材料形成令人滿意的用于無承載盤反應(yīng)器的晶片載具，但仍期望作出進一步的改進。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個方面提供了一種用于CVD反應(yīng)器的晶片載具。晶片載具理想地包括非金屬耐火材料形成的托板，優(yōu)選采用陶瓷材料例如碳化硅。托板具有朝向彼此相反方向的上游表面和下游表面，且具有中央?yún)^(qū)和外圍區(qū)。托板在外圍區(qū)中具有晶片保持特征，所述晶片保持特征被配置成保持多個晶片，以使得所述晶片暴露在托板的上游表面。根據(jù)本發(fā)明這一方面的晶片載具理想地還包括在中央?yún)^(qū)附連于托板的轂，轂具有芯軸連接部，所述芯軸連接部被配置成接合CVD反應(yīng)器的芯軸，以便將托板與芯軸機械連接。轂的芯軸連接部優(yōu)選地被配置成以可拆下 的方式接合芯軸。轂可以至少部分地由不同于托板材料的一或多種材料形成。例如，轂可以包括金屬元件。轂可以還包括嵌件，其由相對軟質(zhì)材料例如石墨形成，限定了芯軸連接部。在另一例子中，托板可以在中央?yún)^(qū)包括開口，并且嵌件可以容置于開口中。在一個例子中，嵌件可以壓配到開口中。蓋，優(yōu)選地由碳化硅形成，也可以設(shè)置成在中央?yún)^(qū)部分地重疊于托板的上游表面的一部分上。在另一例子中，蓋可以緊固至嵌件。例如，蓋和嵌件可以分別包括螺紋，所述螺紋被構(gòu)造成彼此螺合。在操作中，轂將托板機械連接至芯軸，而不會在托板上施加潛在破壞性集中負載。理想地，轂以可拆下的方式附連于托板。本發(fā)明的另一個方面提供了一種化學(xué)氣相沉積反應(yīng)器，其采用了如前所述的晶片載具，以及附加元件，例如，反應(yīng)室，芯軸，其安裝在反應(yīng)室內(nèi)，用于繞大致沿從上游至下游的方向延伸的軸線旋轉(zhuǎn)，噴射頭，用于將一或多種反應(yīng)氣體弓I入反應(yīng)室中，和圍繞芯軸的一或多個加熱元件。晶片載具的芯軸連接部被配置成將晶片載具安裝在芯軸上，使得托板的上游表面面向著噴射頭、托板的下游表面面向著所述一或多個加熱元件。優(yōu)選地，當晶片載具安裝在芯軸上時，托板的下游表面在托板的外圍區(qū)正對著加熱元件。換言之，轂優(yōu)選地不延伸在托板下游表面的外圍區(qū)和加熱元件之間。因此，轂不干擾加熱元件和托板之間的熱輻射。本發(fā)明的另一個方面提供了處理晶片的方法。根據(jù)本發(fā)明這個方面的方法理想地包括下述步驟:利用多個晶片載具進行加工，每個所述晶片載具包括轂和以可拆下的方式附連于轂的托板，其中，使得每個晶片載具的轂與加工設(shè)備的芯軸接合，以及旋轉(zhuǎn)芯軸和晶片載具、同時處理托板上承載的晶片，以及，在利用晶片載具進行加工之后，從每個晶片載具移除晶片。處理優(yōu)選包括化學(xué)氣相沉積過程。這些步驟理想地對新的晶片重復(fù)進行。根據(jù)本發(fā)明這個方面的方法最理想地包括進一步的步驟:更新每個晶片載具，即從托板上拆下轂，然后清潔托板，然后在托板上重新組裝同一或不同的轂。托板清潔步驟可以包括蝕刻托板。由于在清潔之前轂從托板拆下，因此用于清潔托板的步驟可以包括可以侵蝕轂的處理。本發(fā)明的另一個方面提供了一種用于CVD反應(yīng)器的晶片載具。晶片載具理想地包括托板，其具有朝向彼此相反方向的上游表面和下游表面，且具有中央?yún)^(qū)和外圍區(qū)。托板在外圍區(qū)中具有晶片保持特征，所述晶片保持特征被配置成保持多個晶片，以使所述晶片暴露在托板的上游表面。根據(jù)本發(fā)明這個方面的晶片載具理想地還包括氣體流動促進元件，其在中央?yún)^(qū)從托板的上游表面突伸。托板可以具有中心軸線，且氣體流動促進元件理想地具有繞中心軸線回旋的表面的形式的外周表面。本發(fā)明的另一個方面提供了一種化學(xué)氣相沉積反應(yīng)器，其采用了如前所述的晶片載具，以及附加元件，例如，反應(yīng)室，芯軸，其安裝在反應(yīng)室內(nèi)，用于繞大致沿從上游至下游的方向延伸的軸線旋轉(zhuǎn)，和噴射頭，用于將一或多種反應(yīng)氣體引入反應(yīng)室中。晶片載具的芯軸連接部被配置成將晶片載具安裝在芯軸上，使得托板的上游表面面向著噴射頭，且氣體流動促進元件沿著軸線安置。反應(yīng)器被構(gòu)造成向下游方向朝向晶片載具和氣體流動促進元件引導(dǎo)一或多種反應(yīng)氣體。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的反應(yīng)器和相關(guān)的晶片載具的示意圖。圖2是類似于圖1的視圖，描繪了系統(tǒng)處在不同的操作狀態(tài)。圖3是示意性俯視圖，描繪了用于圖1和2中的系統(tǒng)的晶片載具。圖4是沿著圖3中的線4-4所作的局部剖視圖。圖5是局部放大剖視圖，描繪了根據(jù)本發(fā)明進一步實施方式的晶片載具的各部分。圖6是類似于圖4的視圖，但描繪了根據(jù)本發(fā)明又一實施方式的晶片載具的各部分。圖7和8是局部放大剖視圖，描繪了根據(jù)本發(fā)明進一步實施方式的晶片載具。圖9是根據(jù)本發(fā)明另一實施方式的晶片載具的透視圖。圖10是局部剖視圖，描繪了圖9中的晶片載具的各部分。圖11是用于本發(fā)明又一實施方式中的各部件的示意性分解透視圖。圖12是圖7中的各部件的剖視圖。圖13是局部剖視圖，描繪了根據(jù)本發(fā)明進一步實施方式的晶片載具的各部分。
具體實施例方式根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的無承載盤反應(yīng)器系統(tǒng)采用了反應(yīng)室10。室10在其上游端具有氣體噴射頭12，并且靠近其下游端具有向室的內(nèi)部開通的排氣接頭14。反應(yīng)室10配備有芯軸16，其軸線18大致沿從室的上游至下游的方向延伸。芯軸16連接著電機驅(qū)動器20，用于繞軸線18旋轉(zhuǎn)芯軸。芯軸配備有適宜的真空密封件(未示出)。加熱裝置22以固定位置安裝在室10內(nèi)，以使得加熱裝置靠近芯軸16上游端圍繞芯軸。舉例而言，加熱裝置22可以包括一或多個電阻加熱器，適于接收RF能量并將其轉(zhuǎn)化為熱量的一或多個元件，或基本上任何其它能夠產(chǎn)生熱量而不會弄臟室10的內(nèi)部的裝置。
室10的內(nèi)部通過加載鎖26連接著預(yù)加載室24的內(nèi)部。鎖26配備有氣密性閘門，其可以選擇性地打開以允許室10和24之間連通，和被關(guān)閉以堵塞這種連通。預(yù)加載室24設(shè)有適宜的加載門(未示出)，以使得晶片載具可被置入預(yù)加載室中從其取出。此外，預(yù)加載室24連接著氣氛(氣壓)控制系統(tǒng)(未示出)，以使得可在室24內(nèi)提供對應(yīng)于室10內(nèi)氣氛(氣壓)的氣氛(氣壓)。室10和24設(shè)有適宜的機器人傳輸裝置(未示出)，用于將晶片載具在所述室之間移動，以及將晶片載具放在芯軸16上和從芯軸拆下晶片載具。系統(tǒng)還包括一或多個晶片載具30。如后面詳細描述，每個晶片載具包括一體式托板或本體32，其限定了上游表面34和朝向彼此相反方向的下游表面36。上游表面34設(shè)有例如容槽38等特征，其被布置成保持晶片，以使得晶片的表面大致面向上游。每個晶片載具還包括轂(hub) 40,其靠近本體32的中心暴露,轂40被配置成與芯軸16的上游端相配合。在描繪于圖1的加載位置，帶有位于容槽38中的晶片的晶片載具34布置在室24內(nèi)。在描繪于圖2的工作沉積位置，同一晶片載具30被布置在反應(yīng)室10內(nèi)并且接合于芯軸16上。當晶片載具處在描繪于圖2的活性或沉積位置時，晶片載具的本體32覆蓋于加熱元件22上方。在這種條件下，加熱元件被操作以將晶片載具加熱至期望的高溫。芯軸16被旋轉(zhuǎn)以便因此而繞軸線18旋轉(zhuǎn)晶片載具和其上的晶片。反應(yīng)氣體從噴射頭12向下游流動并且流經(jīng)晶片載具的面向上游表面并且流經(jīng)布置在晶片載具的容槽中的晶片的表面。氣體在晶片的表面發(fā)生反應(yīng)，由此在晶片的表面上形成期望的材料。僅僅舉例而言，在用于形成II1-V族半導(dǎo)體的沉積過程中，反應(yīng)氣體可以包括第一和第二氣體。第一氣體可以包含一或多種有機金屬化合物，最典型地選自下面一組的烷基金屬:烷基鎵、銦、鋁，與載送氣體例如氮或氫混合。第二氣體可以包括一或多種V族元素氫化物，例如氨或砷化氫，并且可以還包括一或多種載送氣體。在沉積后，帶有加工后的晶片的晶片載具返回到預(yù)加載室24，并且?guī)в行碌木牟煌d具被安置到芯軸16上。除了晶片載具之外的沉積設(shè)備特征和相關(guān)的芯軸配合特征可以大致類似于前述美國專利N0.6，685，774中公開的那些，該專利的公開內(nèi)容以引用方式并入本申請。如最佳示于圖3和4，晶片載具30具有中心軸線42，其在晶片載具安裝在芯軸上時與芯軸的軸線18重合。托板32是一或多個耐火材料、優(yōu)選地一或多種非金屬耐火材料形成的托板。本申請中使用的術(shù)語"非金屬"材料包括金屬與非金屬的化合物，例如金屬的氧化物、氮化物和碳化物，并且還包括碳和其它非金屬元素以及它們的化合物。此外，本申請中使用的一或多種材料形成的托板應(yīng)當理解為是指在托板中所述一或多種材料至少在托板的主要區(qū)域內(nèi)構(gòu)成托板厚度的至少主要部分，并且所述一或多種材料至少形成托板結(jié)構(gòu)強度的實質(zhì)性部分 。因此，除非另加說明，一或多種非金屬材料形成的托板可以包括次要層或其它由其它材料形成的次要特征。托板材料理想地可承受晶片加工操作中和晶片載具清潔操作中遇到的溫度和化學(xué)環(huán)境。盡管托板材料應(yīng)當具有實質(zhì)性結(jié)構(gòu)強度，但其也可以是對局部應(yīng)力敏感的脆性材料。如下面所解釋，晶片載具的結(jié)構(gòu)理想地在使用中保護托板免受芯軸施加的高局部應(yīng)力。非金屬耐火材料優(yōu)選選自下面一組:碳化娃，氮化硼，碳化硼，氮化鋁，氧化鋁，藍寶石，石英，石墨，它們的組合物。最理想地，托板是單一非金屬耐火材料的一體式板材。由碳化硅形成的一體式托板是特別優(yōu)選的。在一些情況下，托板可以包括涂層。涂層材料理想地可承受晶片載具的使用和清潔中遇到的溫度和化學(xué)條件，例如，涂層材料為金屬碳化物、氧化物或氮化物，例如碳化鈦或碳化鉭。在托板由石墨形成的情況下，這樣的涂層特別理想。盡管上游表面和下游表面34和36被描述為完全平面狀表面(除了上游表面34中的容槽38外)，但并非必須如此。托板32的厚度可在大范圍內(nèi)變化。然而，在一個例子中，托板32具有大約300_的外徑和大約8_的厚度。
托板32具有其內(nèi)包含中心軸線42的中央?yún)^(qū)44和圍繞中央?yún)^(qū)44的外圍區(qū)。盡管中央?yún)^(qū)44的邊界以圖3中的虛線表示用于解釋的目的，但中央?yún)^(qū)和外圍區(qū)之間可能沒有可見的邊界。晶片接合特征或容槽38布置在托板32的外圍區(qū)。托板32具有中心孔46，其在中央?yún)^(qū)從上游表面34至下游表面36延伸穿過托板，以使得中心孔中包含軸線42。轂40最優(yōu)選地被以可拆下的方式附連于托板32的中央?yún)^(qū)。轂40包括上游轂元件48，其具有容置于托板32的中心孔46中的大致圓柱形部分，并且還具有緊鄰圍繞中心孔重疊于托板上游表面34的一部分上的法蘭50。轂40還包括下游轂元件52，其具有延伸到中心孔46中的大致圓柱形部分，并且具有在托板中央?yún)^(qū)重疊于托板32的下游表面36的一部分上的法蘭54。轂元件48和52以微小的間隙配合于中心孔46中。例如，轂元件(除了法蘭以外)的外徑可以比中心孔46的內(nèi)徑小大約25微米(0.001英寸)左右。轂元件48和52被緊固件例如圍繞中心軸線42分布的螺釘56保持在一起并朝向彼此推壓，圖4中僅有一個螺釘可見。因此，法蘭50和54與托板32的上游表面和下游表面34和36強制接合。轂元件可以由不同于托板材料的材料形成。轂元件50和52理想地由金屬形成，該金屬可承受工作時遇到的溫度，并且在使用中不會侵蝕或弄臟反應(yīng)室的內(nèi)部。例如，轂元件可以由選自下面一組的金屬形成:鑰，鎢，錸，這些金屬的組合物，和這些金屬的合金。在其它實施方式中，轂元件可以由與托板相同的材料形成。轂40還包括嵌件58，其限定了具有面向下游方向(朝向圖4中的下部)的開放端的錐形孔，該孔的內(nèi)徑向著上游方向逐漸減小。嵌件58理想地由可承受工作中遇到的溫度的材料形成，但其比用于形成轂元件48和52的材料軟一些。例如，嵌件58可以由石墨形成。嵌件58由嵌件夾持板62夾持在轂兀件48和52內(nèi)，嵌件夾持板通過一或多個螺釘緊固在下游轂元件52上。在描繪于圖2和4的操作沉積位置，晶片載具30安裝在芯軸16上。芯軸16具有錐形端66，該錐形端被接納于嵌件的錐形孔60中。在所示的特別實施方式中，錐形端66形成的角度略微小于嵌件中的錐形孔60形成的角度，以使得芯軸僅在芯軸的最上游端接合嵌件58，并且靠近孔60的下游 開放端圍繞錐形端66形成略微的間隙配合。在操作位置，托板32的下游表面36面對反應(yīng)室的加熱元件22。由于轂40特別是下游轂元件54僅安置在托板32的中央?yún)^(qū)中，托板32的外圍區(qū)中的下游表面36不被轂覆蓋。因此，如示于圖4，托板外圍區(qū)中的下游表面36正對著加熱元件22，沒有實體結(jié)構(gòu)安置在托板外圍區(qū)下游表面36和加熱元件22之間。因此，存在從加熱元件至托板外圍區(qū)的直接熱輻射路徑。這促進了加熱元件22和托板32高效之間的熱傳導(dǎo)。換言之，轂40不延伸在加熱元件和托板外圍區(qū)的下游表面之間，并且不干擾從加熱元件至托板的熱傳導(dǎo)。使用轂趨向于延緩從托板至芯軸16的熱傳導(dǎo)。因此，如最佳示于圖4，存在托板32和轂元件48和52之間的物理界面，轂元件和嵌件58之間的附加界面，以及嵌件58和芯軸16之間的額外界面。所有這些界面具有減弱從托板至芯軸的熱傳導(dǎo)的理想作用。使用實心托板，例如非金屬耐火材料例如碳化硅或其它具有高導(dǎo)熱率的材料的實心托板，提供了顯著益處。實心托板趨向于提高溫度均勻度。實心碳化硅托板可以被制作成具有良好控制的表面形態(tài)。此外，實心碳化硅托板是耐用的，并且可以承受清潔過程例如濕式蝕刻以去掉在晶片加工中沉積在托板上的材料。轂可以在任何這樣的清潔過之前從托板上拆下。典型地，設(shè)備包括多個晶片載具，以使得一些晶片載具可被用于處理晶片，而另一些被清潔。取決于工藝條件，清潔過程可在晶片載具每次使用之后實施以便處理一批晶片，或者可以以較低的頻率實施。此外，在清潔后，托板可以重新組裝上同一轂或另一類似轂，以提供更新了的晶片載具。轂提供了托板在反應(yīng)室芯軸上的緊固安裝結(jié)構(gòu)。由于芯軸不直接接合托板，因此芯軸不趨向于在使用中弄裂托板。當使用由脆性材料例如實心碳化硅材料形成的托板時，這一點是顯著的。以前不能利用實心碳化硅材料形成旋轉(zhuǎn)晶片載具托板，這是由于在使用中芯軸趨向于引起托板破裂。這種破裂的趨勢會因錐形芯軸而加重，因為錐形芯軸會導(dǎo)致顯著的局部應(yīng)力施加于晶片載具。然而，使用轂，例如本申請中公開的，允許晶片載具托板由實心碳化硅材料形成，以便用于旋轉(zhuǎn)盤反應(yīng)器，而托板受損的危險低。嵌件58的相對軟質(zhì)材料可確保當晶片載具與芯軸接合時反應(yīng)室芯軸不會受損。盡管嵌件58可能隨著晶片載具的重復(fù)使用而磨損，但嵌件58可以容易地拆下和更換。上面描述的特征的各種改造和組合可以被采用。例如，如示于圖5，延伸在托板的中心孔146中的轂元件152可以設(shè)有多邊形外表面153，以便在轂元件和中心孔146的表面之間提供相對大的間隙155 (除了在多邊形元件的角部處以外)。這種結(jié)構(gòu)進一步降低了從托板132至轂元件152的熱傳導(dǎo)。其它形狀例如帶槽或花鍵形狀可以用于提供類似的熱傳導(dǎo)減弱效果。類似地，與托板表面相接觸的法蘭50和54 (圖4)的表面可以是帶脊或帶槽的，以便降低托板和轂之間的熱傳導(dǎo)，并且因此而降低向芯軸的熱傳導(dǎo)。不是必須在托板中提供中心孔。因此，如示于圖6，托板232設(shè)有在中央?yún)^(qū)延伸在其上游表面和下游表面之間的一組小孔233。上游轂元件248和下游轂元件252提供于托板232的上游表面和下游表面上并且通過延伸穿過孔233的螺栓256連接著彼此。在這種結(jié)構(gòu)中，轂同樣是被以可拆下的方式附連于托板。在本申請中有關(guān)托板和轂所做描述中，術(shù)語"以可拆下的方式附連"是指轂可從托板拆下，而不損壞托板且不損壞轂的主要結(jié)構(gòu)元件。不同于螺栓附連的其它可拆下附連方式可以采用。例如，可拆下的附連可以包括銷，楔，卡子，或其它機械緊固結(jié)構(gòu)。此外，轂和芯軸之間的連接可以不采用如前參照圖4所述的錐形配合。因此，在圖6中的實施方式中，轂具有嵌件258，該嵌件具有一組凹槽，用于接合芯軸106端部上的配合銷266。轂和芯軸之間任何類型的機械連接可被采用。在上面參照圖1-4描述的實施方式中，上游轂元件具有下部平坦輪廓。然而，如示于圖6，上游轂元件248可以具有拱形形狀，以便促進氣體在中心軸線242附近流動。其它促進氣體流動的形狀也可以采用。例如，如示于圖7，上游元件348可以包括內(nèi)凹形狀的外周表面368，其在上游端形成鋒利末端370。外周表面368理想地為繞軸線342回旋的表面。這樣的設(shè)計可以有助于來自入射方向D的反應(yīng)氣體流沿著晶片載具330的上游表面334被重新引導(dǎo)并且遠離旋轉(zhuǎn)著的晶片載具330的中心處產(chǎn)生的流動不連續(xù)性。在另一例子中，上游元件448可以包括外凸形狀的外周表面468，例如圖8中所示的大致拋物線形的外周表面468。表面468理想地也是繞中心軸線回旋的表面的形式的。隨著晶片載具被快速旋轉(zhuǎn)，晶片載具的上游表面快速移動。晶片載具的快速運動將氣體帶入繞中心軸線342的旋轉(zhuǎn)運動，以及徑向流動離開軸線342，并且引起氣體在邊界層中向外流動跨越晶片載具的 上游表面。當然，在實際應(yīng)用中，以箭頭D表示的大致向下游流動狀態(tài)與邊界層中的流動之間存在逐漸過渡。然而，邊界層可被認為是這樣的區(qū)域，其中氣體基本上平行于晶片載具的上游表面流動。在典型的操作條件下，邊界層的厚度為大約1cm左右。在本發(fā)明一些實施方式中，上游元件的高度H可以矮于邊界層。在其它實施方式中，上游元件的高度H可以高于邊界層。在備選實施方式中，轂元件之一或二者可以直接接合芯軸，而不借助于中間嵌件。在又一實施方式中，嵌件可以用作轂元件。例如，參看圖9，托板532具有從上游表面534至下游表面536延伸穿過托板532的中心孔546。嵌件572被接納在孔546中。如示于圖10，嵌件572具有接納在托板532的中心孔546中的大致圓柱形部分。嵌件572還具有緊鄰圍繞著中心孔546與托板532的下游表面536接合的法蘭554。嵌件572優(yōu)選地壓配到孔546中，以便在嵌件572和托板532之間產(chǎn)生緊固連接。例如，嵌件572 (除了法蘭以外)的外徑可以略大于中心孔546的內(nèi)徑，例如，大千分之一厘米的量級。在一個例子中，嵌件572可以通過加熱托板532而插入孔546中，所述加熱例如達到300°C，以使托板532、包括孔546膨脹。嵌件572可以由不同于托板532材料的材料形成。理想地，嵌件572由這樣的材料形成，該材料可承受工作時遇到的溫度，并且在使用中不會侵蝕或弄臟反應(yīng)室的內(nèi)部。優(yōu)選地，嵌件572的熱膨脹系數(shù)等于或大于托板532的熱膨脹系數(shù)，以使得嵌件572可以持續(xù)保持緊固在孔546中，即使是在升高的溫度下。嵌件572還優(yōu)選是相對軟質(zhì)的，以使得在晶片載具接合芯軸時，反應(yīng)室的芯軸不會損壞。在優(yōu)選實施方式中，嵌件572可以由石墨形成。盡管嵌件572可能隨著晶片載具的反復(fù)使用而磨損，但嵌件572可以容易地拆下和更換。蓋574可以構(gòu)造成具有實心平面頂部576，該頂部包含法蘭577，其在緊密圍繞中心孔546的區(qū)域中部分地重疊于托板532的上游表面534上。蓋574包括從頂部576向下突伸的部分578。該部分578被接納于中心孔546中。類似于嵌件572，蓋574的突伸部分578也優(yōu)選地壓配到孔546中。蓋574理想地保護嵌件材料免受注入反應(yīng)室中的腐蝕性氣體。蓋574還優(yōu)選平抑由孔546引起的穿過上游表面534的氣體流所受到的一些干擾。例如，蓋574可以具有如前參照圖6-8所述的上游表面。理想地，蓋574由這樣的材料形成，該材料可承受工作時遇到的溫度，并且在使用中不會侵蝕或弄臟反應(yīng)室的內(nèi)部。在優(yōu)選實施方式中，蓋574可以由碳化硅形成。在另一備選實施方式中，蓋和嵌件可以緊固至彼此。例如，參看圖7和12，嵌件672的大致圓柱形部分上可以具有螺紋部680，其被構(gòu)造成與蓋674的突出部678上的螺紋部682螺合。蓋674的突出部678具有敞開的內(nèi)部684，其被構(gòu)造成將嵌件672的一部分接納在其中。通過將嵌件672從下游側(cè)插入中心孔并將蓋674從上游側(cè)插入孔中，然后將嵌件672和蓋674彼此通過螺紋接合，嵌件672可以因此緊固至晶片載具托板。通過逐漸將蓋674旋擰到嵌件672上，嵌件672將進一步容納在蓋674的開放式內(nèi)部中，這反過來又引起嵌件672的法蘭654接近蓋674的法蘭677。持續(xù)將蓋674旋擰到嵌件672上，將引起法蘭654和677與晶片載具托板的上游表面和下游表面強制接合，因此將嵌件672和蓋674緊固至晶片載具托板。因此，在本實施方式中，嵌件和蓋不需要壓配到晶片載具托板的中心孔中。此外，蓋和嵌件不需要彼此通過螺紋緊固。將蓋緊固至嵌件的其它方式也可以采用。例如，蓋和嵌件可以以類似于圖6中所示的方式螺合到彼此。在這樣的實施方式中，小孔可以設(shè)置在嵌件和蓋之一或二者中，螺栓可以延伸穿過所述孔以將嵌件和蓋連接在一起。例如，嵌件和蓋之一中的孔可以包括螺紋，其被構(gòu)造成與螺栓上提供的螺紋螺合。在另一備選方案中，螺栓可以延伸穿過這兩個元件，并且可以提供螺母，用于擰緊在螺栓的螺紋端上。
在進一步實施方式中，托板中的中心孔不需要從上游表面至下游表面延伸穿過整個晶片載具托板。例如，如不于圖13,中心孔746從下游表面736朝向上游表面734延伸到托板732中，沿著上游表面734留下托板732的中央部786重疊于孔746上。如前面參照圖9和10中所示的實施方式所作描述，本實施方式中的嵌件772可以壓配到孔746中。本實施方式中不需要蓋，因為重疊于孔746上的中央部786優(yōu)選地保護嵌件材料免于接觸注入反應(yīng)室的腐蝕性氣體。中央部786還提供了托板732的連續(xù)上游表面734，這優(yōu)選地使得氣體在表面734上的流動的干擾最小化。如示于圖9-13，嵌件可以限定出具有面向下游方向的開放端的錐形孔，類似于圖4中所示的實施方式。根據(jù)這樣的錐形嵌件，帶有錐形端的芯軸可以使用。在一個例子中，芯軸錐形端形成的角度可以略小于嵌件中的孔形成的角度，以使得芯軸只在芯軸的最上游端接合嵌件，并且使得靠 近孔的下游或開放端繞芯軸錐形端存在略微的間隙配合。此外，前面公開的任何實施方式可以還包括如前所述的上游元件，其具有各種促進氣體流動的各種形狀之一。例如，具有特定輪廓的上游元件可以沿著中心旋轉(zhuǎn)軸線附連于或一體形成于轂的上游表面、蓋或晶片載具托板上。由于在不脫離本發(fā)明的前提下可以采用上面描述的特征上述以及其它修改和組合，因此前面對優(yōu)選實施方式的描述應(yīng)當認為是解釋性的，而非對權(quán)利要求中限定的發(fā)明構(gòu)成限制。盡管參照特定實施方式描述了本發(fā)明，但可以理解，這些實施方式僅僅是為了解釋本發(fā)明的原理和應(yīng)用。因此，需要理解，在不脫離權(quán)利要求中限定的本發(fā)明精神和范圍的前提下，可以對所示出的實施方式做出各種修改，并且其它配置可以構(gòu)想出來。
權(quán)利要求
1.一種用于CVD反應(yīng)器的晶片載具，包括: (a)托板，其具有朝向彼此相反方向的上游表面和下游表面，所述托板具有中央?yún)^(qū)和外圍區(qū)，所述托板在外圍區(qū)中具有晶片保持特征，所述晶片保持特征被配置成保持多個晶片，以使所述晶片暴露在托板的上游表面；以及 (b)氣體流動促進元件，其在中央?yún)^(qū)從托板的上游表面突伸。
2.如權(quán)利要求1所述的晶片載具，其中，所述托板具有中心軸線，所述氣體流動促進元件具有繞中心軸線回旋的表面的形式的外周表面。
3.如權(quán)利要求1所述的晶片載具，其中，氣體流動促進元件的外周表面具有大致內(nèi)凹輪廓。
4.如權(quán)利要求1所述的晶片載具，其中，氣體流動促進元件的外周表面具有大致外凸輪廓。
5.如權(quán)利要求1所述的晶片載具，其中，氣體流動促進元件的高度小于一厘米。
6.一種化學(xué)氣相沉積設(shè)備，包括:反應(yīng)室；芯軸，其安裝在反應(yīng)室內(nèi)，用于繞大致沿從上游至下游的方向延伸的軸線旋轉(zhuǎn)；噴射頭，其用于將一或多種反應(yīng)氣體引入反應(yīng)室中；所述設(shè)備還包括如權(quán)利要求37所述的晶片載具，所述晶片載具被配置成適于安裝在芯軸上，使得托板的上游表面面向著噴射頭，且氣體流動促進元件沿著該軸線安置；其中，所述設(shè)備被構(gòu)造成向下游方向朝向晶片載具和氣體流動促進元件引導(dǎo)所述一或多種反應(yīng)氣體。
7.—種加工晶片的方法，包括下述步驟: (a)利用多個晶片載具進行加工，每個所述晶片載具包括轂和以可拆下的方式附連于轂的托板，其中，使得每個晶片載具的轂與加工設(shè)備的芯軸接合，以及旋轉(zhuǎn)芯軸和晶片載具、同時處理托板上承載的 晶片； (b)在利用晶片載具進行加工后從每個晶片載具移除晶片； (C)利用每個晶片載具對新的晶片重復(fù)步驟(a)和(b);以及 (d)更新每個晶片載具，其中從托板上拆下轂，然后清潔所述托板，然后在托板上重新組裝同一或不同的轂。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，清潔托板的步驟包括蝕刻托板。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，處理晶片的步驟包括實施化學(xué)氣相沉積過程。
10.一種用于CVD反應(yīng)器的晶片載具，包括:非金屬耐火材料形成的托板，其具有朝向彼此相反方向的上游表面和下游表面，所述托板具有中央?yún)^(qū)和外圍區(qū)，所述托板在外圍區(qū)中具有晶片保持特征，所述晶片保持特征被配置成保持多個晶片，以使所述晶片暴露在托板的上游表面，其中，托板是主要由碳化娃形成的一體式板材。
11.如權(quán)利要求10所述的晶片載具，其中，晶片載具具有芯軸連接部，所述芯軸連接部被配置成接合CVD反應(yīng)器的芯軸，以便將托板與芯軸機械連接。
12.如權(quán)利要求11所述的晶片載具，其中，芯軸連接部被配置成以 可拆下的方式接合芯軸。
13.如權(quán)利要求10所述的晶片載具，還包括與所述托板分開形成的轂，所述轂在所述中央?yún)^(qū)附連于所述托板，所述轂具有芯軸連接部，所述芯軸連接部被配置成接合CVD反應(yīng)器的芯軸，以便將托板與芯軸機械連接。
14.如權(quán)利要求13所述的晶片載具，其中，所述轂至少部分地由不同于碳化硅的材料形成。
全文摘要
一種用于轉(zhuǎn)盤CVD反應(yīng)器的晶片載具(30)包括陶瓷例如碳化硅形成的一體式托板(32)，在該托板的上游表面(34)限定了晶片保持特征例如容槽(38)；還包括轂(40)，其在托板(32)的中央?yún)^(qū)(44)中以可拆下的方式安裝在托板(32)上。轂(40)提供了在反應(yīng)器芯軸(16)上的緊固連接，而不會在陶瓷托板(32)上施加集中應(yīng)力。轂(40)可在清潔托板(32)的過程中拆下。晶片載具(30)還優(yōu)選包括在托板(32)的中央?yún)^(qū)(44)設(shè)在托板(32)的上游表面(34)上的氣體流動促進元件(348，448)。氣體流動促進元件(348，448)有助于重新引導(dǎo)入射氣體沿著上游表面(34)流動并且避開在中央?yún)^(qū)(44)出現(xiàn)的流動不連續(xù)性。
文檔編號H01L21/687GK103173743SQ20131002140
公開日2013年6月26日 申請日期2008年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月12日
發(fā)明者V·博古斯拉夫斯基, A·I.·居拉瑞, K·莫伊, E·A.·阿穆爾 申請人:威科儀器有限公司