TWI541928B - 晶圓載具 - Google Patents

Description

晶圓載具

本發明係關於一種晶圓載具，尤其是一種關於包含一具曲面的承載主體及複數個支撐柱的晶圓載具。

在發光二極體的製程中，磊晶層需要成長在一基板上，基板的功能類似於晶圓拉晶時的晶種。當基板的晶格常數與磊晶層的晶格常數相近，在磊晶層成長時可以減少磊晶層與基板之間晶格的差排、錯位等缺陷。基板的選擇以相同於磊晶層的材料最佳，因為基板與磊晶層的晶格常數等物理特性相近，在磊晶層成長於基板的過程中較不會因為不同的反應爐溫度範圍，而在磊晶層與基板之間產生應力，形成翹曲，影響磊晶層的品質。但是在某些磊晶層材料上，並無相同於磊晶層材料的基板可供使用，亦無相同於磊晶層晶格常數的材料可以使用，亦或是考量到生產成本的因素而無法選擇最理想的基板。

綜合上述原因，一旦基板材料與磊晶層材料不同，亦或是磊晶層的組成材料有數種，只要其中一種或一種以上的磊晶層材料與基板的材料不同，或是晶格常數不同、膨脹係數不同、硬度不同，這都將導致磊晶層成長於基板的過程中，因不同的反應爐溫度而在磊晶層與基板之間產生不同的應力，形成不同的翹曲或形變。輕度的應力可能造成磊晶層因受熱不均勻而導致磊晶品質不佳，且磊晶層形變所造成的彎曲也會影響後續的製程。但是，如果所產生的應力過大，則可能導致磊晶層破裂。

一般用於發光二極體磊晶層成長的方式包含氣相磊晶法(VPE)或有機金屬化學氣相沉積法(MOCVD)。其中，有機金屬化學氣相沉積法(MOCVD)是最常用的磊晶技術，通常用來成長GaN、AlGaInP等薄膜。首先，將一基板放置於一載具(carrier)上，然後將位在載具上的基板移置於一反應爐中成長一磊晶層，形成一晶圓結構。在磊晶層成長的過程中，反應爐溫度會持續變化。由於磊晶層和基板的晶格常數、熱膨脹係數不同，在不同的溫度區間，晶圓結構會產生不同程度的翹曲和形變。

晶圓結構的翹曲會使晶圓無法與載具完全貼合，造成晶圓結構表面溫度分佈不均勻，如果此時正在成長一發光層，晶圓結構表面溫度分佈不均勻將會影響到晶圓結構上不同區域的發光層發光波長分佈不同。

圖1描述了習知技術中一晶圓載具10，包含一承載主體100具有一凹口102，凹口102之底面103為一平面。一晶圓104包含一成長基板及一成長於成長基板上的磊晶層，其中磊晶層包含一發光層。在磊晶層成長於成長基板的過程中，反應爐溫度會持續變化。因磊晶層和成長基板的晶格常數、熱膨脹係數不同，在不同的溫度區間，晶圓會產生不同程度的翹曲和形變。如圖1所示，晶圓104的側視圖為一凸面，當成長發光層於成長基板上時，因晶圓104與載具凹口102之底面103頂觸的區域只有晶圓104周圍部分區域，此時用於成長發光層的反應爐溫度如果以晶圓104的中心區域為考量，將導致晶圓104邊緣的成長溫度與晶圓104中心區域的成長溫度不同。由於成長於成長基板上的發光層因晶圓104上不同的區域有不同的成長溫度，其發光波長亦不同。

圖2描述了習知技術中一晶圓載具20，包含一承載主體200具有一凹口202，凹口202之底面203為一平面。一晶圓204包含一成長基板及一成長於成長基板上的磊晶層，其中磊晶層包含一發光層。如圖2所示，晶圓204的側視圖為一凹面，當成長發光層於成長基板上時，因晶圓204與載具凹口202之底面203頂觸的區域只有晶圓204中心區域，晶圓204容易晃動。當晶圓載具20高速旋轉時，晶圓204可能飛出。

如圖3A所示，一晶圓載具30，包含一承載主體300具有一凹口302，凹口302之底面303為一平面；以及一支撐環305位於承載主體300之周邊。一晶圓304包含一成長基板及一成長於成長基板上的磊晶層，其中磊晶層包含一發光層。

如圖3B所示，支撐環305的上視形狀大約為一圓形。支撐環305沿著晶圓304周圍將晶圓304架高，使晶圓304不會因只有晶圓304的中心區域與載具凹口302之底面303相頂觸而容易晃動。但是，支撐環305與晶圓304外圍直接接觸使晶圓外圍的成長溫度與晶圓中心區域的成長溫度不同。由於成長於成長基板上的發光層因晶圓304外圍與中心區域有不同的成長溫度，其發光波長亦不同。

本發明乃提出一晶圓載具以改善一晶圓外圍與中心區域的發光二極體晶粒發光波長的均勻性。

依據本發明一實施例的一晶圓載具，包含：一具有一高度之承載主體，具有一凹口，凹口之底面為一曲面，其中曲面包含一凸面自凹口之側邊向凹口之圓心凸出一高度或一凹面自凹口之側邊向凹口之圓心凹陷一深度；以及複數個支撐柱位於承載主體之周邊。

為了使本發明之敘述更加詳盡與完備，請參照下列描述並配合圖4A至圖8B之圖示。如圖4A所示，依據本發明第一實施例之一晶圓載具40之剖面圖如下：如圖4A所示，本發明第一實施例之晶圓載具40，包含一具有一高度401之承載主體400，承載主體400具有一凹口402，凹口402之底面403為一曲面；以及複數個支撐柱405位於承載主體400之周邊。

本發明第一實施例之晶圓載具40的凹口402的上視形狀大約為一圓形，其尺寸為可容置一直徑2~8吋之商用晶圓。如圖8A所示，圖8A為一晶圓載具80之上視圖，如果是為承載4吋或是4吋以上的晶圓，晶圓載具80凹口的上視形狀更包含一平邊803。一晶圓404包含一成長基板及一成長於成長基板上的磊晶層，其中磊晶層包含一發光層。磊晶層之材料包含一種以上之元素選自鎵(Ga)、鋁(Al)、銦(In)、磷(P)、氮(N)、鋅(Zn)、鎘(Cd)、及硒(Se)所構成之群組。

承載主體400之材料包含複合性材料，例如陶瓷；半導體材料，例如氮化硼、碳化矽；導電性材料，例如石墨或金屬，其中金屬包含鉬、鎢、鈦、鋯或上述之任意合金；非導電性材料，例如石英。

本發明第一實施例中，凹口402的上視形狀大約為圓形，其中凹口的上視形狀包含一側邊及一圓心。凹口402之底面403為曲面，其中曲面包含一凸面自凹口402之側邊向凹口402之圓心凸出一高度403a。在本實施例中，凸面高度403a介於15至1000微米之間。凸面高度403a與晶圓載具40所承載的晶圓404尺寸成一正比關係，其中，晶圓尺寸與凸面高度之間正比比值的範圍介於7至125之間。當晶圓404尺寸越大，在高溫下成長磊晶層時，晶圓404所產生的翹曲亦越大，所以晶圓載具40之承載主體400之凸面高度403a亦需要再增高。當晶圓載具40所承載的晶圓404尺寸為2吋時，承載主體400之凸面高度403a範圍介於15至65微米之間。當晶圓載具40所承載的晶圓404尺寸為4吋時，承載主體400之凸面高度403a範圍介於15至160微米之間。當晶圓載具40所承載的晶圓404尺寸為6吋時，承載主體400之凸面高度403a範圍介於15至400微米之間。當晶圓載具40所承載的晶圓404尺寸為8吋時，承載主體400之凸面高度403a範圍介於15至1000微米之間。

由於磊晶層和成長基板的晶格常數、熱膨脹係數不同，在不同的溫度區間，晶圓會產生不同程度的翹曲和形變。在本實施例中，如果此時晶圓的翹曲形狀為一凸面，選擇包含凸面的晶圓載具40會使晶圓表面溫度分佈較均勻，晶圓上不同區域的發光層發光波長分佈亦較均勻。

本發明第一實施例之晶圓載具40更包含複數個支撐柱405位於承載主體400之周邊。在本實施例中，複數個支撐柱405的數量為至少三個，且複數個支撐柱405位於承載主體400之周邊。複數個支撐柱405位於承載主體400之周邊的上視圖如圖6所示，圖6為一晶圓載具60之上視圖，複數個支撐柱605的數量為至少三個，且複數個支撐柱605位於承載主體之周邊。

本發明第一實施例之各複數個支撐柱405的上視圖如圖7所示。圖7為一晶圓載具701之各複數個支撐柱704之上視圖，各複數個支撐柱704之上視圖包含一第一側邊702，其中第一側邊更包含一具有一第一曲率半徑的第一弧面；及複數個第二側邊703，其中各複數個第二側邊更包含一具有一第二曲率半徑的第二弧面，且第二曲率半徑不同於第一曲率半徑。

如圖4A所示，各複數個支撐柱405具有一高度405a小於承載主體400之高度401，且各複數個支撐柱高度405a大於承載主體400之凸面高度403a。在本實施例中，各複數個支撐柱405之高度405a介於15至1000微米之間。複數個支撐柱405之材料包含複合性材料，例如陶瓷；半導體材料，例如氮化硼、碳化矽；導電性材料，例如石墨或金屬，其中金屬包含鉬、鎢、鈦、鋯或上述之任意合金；非導電性材料，例如、石英。

圖4B為晶圓404之上視圖，晶圓404包含一平邊4041，如圖4A所示，在本實施例中，晶圓404被複數個支撐柱405架高後，由於晶圓404無法透過直接與晶圓載具40之底面403接觸而受熱，且平邊4041處因加熱不易，影響到晶圓404上發光層的發光波長。此現象隨著晶圓404尺寸加大而更加明顯。當晶圓載具80凹口包含平邊803，如圖8A所示，可減少晶圓平邊8041和晶圓載具平邊803間的空隙803a，而降低晶圓平邊4041和晶圓載具平邊803間的空隙803a所產生受熱不佳的情形，如圖8B所示。故在本實施例中，晶圓載具40係承載4吋或是4吋以上的晶圓，且晶圓載具40凹口的上視形狀更包含一平邊。

依據本發明第二實施例之一晶圓載具50之剖面圖如下：如圖5A所示，本發明第二實施例之晶圓載具50，包含一具有一高度501之承載主體500，承載主體500具有一凹口502，凹口502之底面503為一曲面；以及複數個支撐柱505位於承載主體500之周邊。

本發明第二實施例之晶圓載具50的凹口502的上視形狀大約為一圓形，其尺寸為可容置一直徑2~8吋之商用晶圓。如圖8A所示，圖8A為晶圓載具80之上視圖，如果是為承載4吋或是4吋以上的晶圓，晶圓載具80凹口的上視形狀更包含平邊803。一晶圓504包含一成長基板及一成長於成長基板上的磊晶層，其中磊晶層包含一發光層。磊晶層之材料包含一種以上之元素選自鎵(Ga)、鋁(Al)、銦(In)、磷(P)、氮(N)、鋅(Zn)、鎘(Cd)、及硒(Se)所構成之群組。

承載主體500之材料包含複合性材料，例如陶瓷；半導體材料，例如氮化硼、碳化矽；導電性材料，例如石墨或金屬，其中金屬包含鉬、鎢、鈦、鋯或上述之任意合金；非導電性材料，例如石英。

本發明第二實施例中，凹口502的上視形狀大約為圓形，其中凹口的上視形狀包含一側邊及一圓心。凹口502之底面503為曲面，其中曲面包含一凹面自凹口502之側邊向凹口502之圓心凹陷一深度503a。在本實施例中，凹面深度503a介於15至1000微米之間。凹面深度503a與晶圓載具50所承載的晶圓504尺寸成一正比關係，其中，晶圓尺寸與凹面深度之間正比比值的範圍介於7至125之間。當晶圓504尺寸越大，在高溫下成長磊晶層時，晶圓504所產生的翹曲亦越大，所以晶圓載具50之承載主體500之凹面深度503a亦需要再加深。當晶圓載具50所承載的晶圓504尺寸為2吋時，承載主體500之凹面深度503a範圍介於15至65微米之間。當晶圓載具50所承載的晶圓504尺寸為4吋時，承載主體500之凹面深度503a範圍介於15至160微米之間。當晶圓載具50所承載的晶圓504尺寸為6吋時，承載主體500之凹面深度503a範圍介於15至400微米之間。當晶圓載具50所承載的晶圓504尺寸為8吋時，承載主體500之凹面深度503a範圍介於15至1000微米之間。

由於磊晶層和成長基板的晶格常數、熱膨脹係數不同，在不同的溫度區間，晶圓會產生不同程度的翹曲和形變。在本實施例中，如果此時晶圓的翹曲形狀為一凹面，選擇包含凹面的晶圓載具50會使晶圓表面溫度分佈較均勻，晶圓上不同區域的發光層發光波長分佈亦較均勻。

本發明第二實施例之晶圓載具50更包含複數個支撐柱505位於承載主體500之周邊。在本實施例中，複數個支撐柱505的數量為至少三個，且複數個支撐柱505位於承載主體500之周邊。複數個支撐柱505位於承載主體500之周邊的上視圖如圖6所示，圖6為晶圓載具60之上視圖，複數個支撐柱605的數量為至少三個，且複數個支撐柱605位於承載主體之周邊。

本發明第二實施例之各複數個支撐柱505的上視圖如圖7所示。圖7為晶圓載具701之各複數個支撐柱704之上視圖，各複數個支撐柱704之上視圖包含第一側邊702，其中第一側邊更包含具有第一曲率半徑的第一弧面；及複數個第二側邊703，其中各複數個第二側邊更包含具有第二曲率半徑的第二弧面，且第二曲率半徑不同於第一曲率半徑。

如圖5A所示，各複數個支撐柱505具有一高度505a小於承載主體500之高度501，且各複數個支撐柱高度505a大於承載主體500之凹面深度503a。在本實施例中，各複數個支撐柱505之高度505a介於15至1000微米之間。複數個支撐柱505之材料包含複合性材料，例如陶瓷；半導體材料，例如氮化硼、碳化矽；導電性材料，例如石墨或金屬，其中金屬包含鉬、鎢、鈦、鋯或上述之任意合金；非導電性材料，例如石英。

圖5B為晶圓504之上視圖，晶圓504包含一平邊5041，如圖5A所示，在本實施例中，晶圓504被複數個支撐柱505架高後，由於晶圓504無法透過直接與晶圓載具50之底面503接觸而受熱，且平邊5041處因加熱不易，影響到晶圓504上發光層的發光波長。此現象隨著晶圓504尺寸加大而更加明顯。當晶圓載具80凹口包含平邊803，如圖8A所示，可減少晶圓平邊5041和晶圓載具平邊803間的空隙803a，而降低晶圓平邊5041和晶圓載具平邊803間的空隙803a所產生受熱不佳的情形，如圖8B所示。故在本實施例中，晶圓載具50係承載4吋或是4吋以上的晶圓，且晶圓載具50凹口的上視形狀更包含一平邊。

本發明另一實施例係提供一種晶圓載具的製造方法，其包含成長一磊晶層於一成長基板以形成一晶圓結構；量測晶圓結構的翹曲率；以及依據晶圓結構的翹曲率，提供一如第一、二實施例所述的晶圓載具，即當晶圓結構的翹曲形狀為一凸面時，提供一包含凸面及複數個支撐柱的晶圓載具；當晶圓結構的翹曲形狀為一凹面時，則提供一包含凹面及複數個支撐柱的晶圓載具，其中凸面包含一凸面高度，凹面包含一凹面深度，凸面高度和凹面深度的範圍如第一、二實施例所述，與晶圓載具所承載的一晶圓尺寸成一正比關係，其中複數個支撐柱的數量為至少三個。其中，磊晶層之材料包含一種以上之元素選自鎵(Ga)、鋁(Al)、銦(In)、磷(P)、氮(N)、鋅(Zn)、鎘(Cd)、及硒(Se)所構成之群組。

以上各圖式與說明雖僅分別對應特定實施例，然而，各個實施例中所說明或揭露之元件、實施方式、設計準則、及技術原理除在彼此顯相衝突、矛盾、或難以共同實施之外，吾人當可依其所需任意參照、交換、搭配、協調、或合併。

雖然本發明已說明如上，然其並非用以限制本發明之範圍、實施順序、或使用之材料與製程方法。對於本發明所作之各種修飾與變更，皆不脫本發明之精神與範圍。

10、20、30、40、50、60、701、80‧‧‧晶圓載具

100、200、300、400、500‧‧‧承載主體

401、501‧‧‧承載主體高度

102、202、302、402、502‧‧‧承載主體凹口

103、203、303、403、503‧‧‧底面

403a‧‧‧凸面高度

503a‧‧‧凹面深度

104、204、304、404、504、804‧‧‧晶圓

305‧‧‧支撐環

405、505、605、704‧‧‧支撐柱

405a、505a‧‧‧支撐柱高度

702‧‧‧第一側邊

703‧‧‧第二側邊

803、4041、5041、8041‧‧‧平邊

圖1係習知之晶圓載具剖面圖。

圖2係習知之晶圓載具剖面圖。

圖3A係習知之晶圓載具剖面圖。

圖3B係習知之晶圓載具上視圖。

圖4A係本發明第一實施例之晶圓載具剖面圖。

圖4B係本發明第一實施例之晶圓上視圖。

圖5A係本發明第二實施例之晶圓載具剖面圖。

圖5B係本發明第二實施例之晶圓上視圖。

圖6係本發明第一、二實施例之晶圓載具上視圖。

圖7係本發明第一、二實施例晶圓載具之各複數個支撐柱上視圖。

圖8A係本發明第一、二實施例晶圓載具之平邊上視圖。

圖8B係本發明第一、二實施例晶圓及晶圓載具之上視圖。

40．．．晶圓載具

400．．．承載主體

401．．．承載主體高度

402．．．承載主體凹口

403．．．底面

403a．．．凸面高度

404．．．晶圓

405．．．支撐柱

405a．．．支撐柱高度

Claims (10)

1. 一晶圓載具，其包含：一承載主體，具有一高度及一凹口，該凹口包含一底面為一曲面；以及複數個支撐柱位於該承載主體之周邊，其中該複數個支撐柱之其中之一於該晶圓載具之一上視圖上包含一第一側邊具有一第一曲率半徑，以及複數個第二側邊各包含一第二曲率半徑，其中該第二曲率半徑不同於該第一曲率半徑，該第一側邊以及該複數個第二側邊位於同一平面上。
2. 如申請專利範圍第1項所述的晶圓載具，其中該凹口的上視形狀大約為一圓形。
3. 如申請專利範圍第1項所述的晶圓載具，其中該凹口的上視形狀包含一側邊及一圓心。
4. 如申請專利範圍第3項所述的晶圓載具，其中該曲面包含一凸面自該凹口之該側邊向該凹口之該圓心凸出一高度或一凹面自該凹口之該側邊向該凹口之該圓心凹陷一深度。
5. 如申請專利範圍第2項所述的晶圓載具，其中該凹口的上視形狀更包含一平邊。
6. 如申請專利範圍第1項所述的晶圓載具，其中該凹口的上視形狀包含一側邊，該複數個支撐柱之其中之一於該晶圓載具之一上視圖上包含一側邊與該凹口之該側邊齊平，該第一側邊與該支撐柱之該側邊相對，該複數個第二側邊位於該支撐柱之該側邊及該第一側邊之間，連接該側邊及該第一側邊。
7. 如申請專利範圍第1項所述的晶圓載具，其中該複數個支撐柱的數量為至少三個。
8. 如申請專利範圍第1項所述的晶圓載具，其中各該複數個支撐柱具有一高度小於該承載主體之該高度。
9. 如申請專利範圍第4項所述的晶圓載具，其中各該複數個支撐柱具有一高度大於該凸面之該高度或該凹面之該深度。
10. 如申請專利範圍第1項所述的晶圓載具，其中該承載主體及/或該支撐柱包含複合性材料、半導體材料、導電性材料、或非導電性材料。