CN102766850A

CN102766850A - 薄膜沉积装置

Info

Publication number: CN102766850A
Application number: CN2011101170152A
Authority: CN
Inventors: 方政加; 杨成杰
Original assignee: Pinecone Energies Inc Virgin Islands
Current assignee: Pinecone Energies Inc Virgin Islands
Priority date: 2011-05-05
Filing date: 2011-05-05
Publication date: 2012-11-07

Abstract

本发明提供一种具有一承载盘模块的薄膜沉积装置。在一实施例中，承载盘模块包含一平面式主承载盘与多个卫星承载盘，其中，仅使用单一驱动力驱动主承载盘，即可通过离心力带动卫星承载盘朝径向外侧滑行，使卫星承载盘与设置于主承载盘外侧的一定子摩擦，进而驱动卫星承载盘。

Description

薄膜沉积装置

技术领域

本发明涉及一种薄膜沉积装置，特别是一种具有一承载盘模块的薄膜沉积装置。

背景技术

薄膜沉积(Thin Film Deposition)可应用于各种物品或组件，例如半导体组件等的表面处理；它是一种在各种材料，例如金属、超硬合金、陶瓷及晶圆基板的表面上，成长一层或多层同质或异质材料薄膜的工艺。

依据沉积过程是否含有化学反应，薄膜沉积可区分为物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，简称PVD)及化学气相沉积(ChemicalVapor Deposition，简称CVD)。

随着沉积技术及沉积参数差异，所沉积薄膜的结构可能是“单晶”、“多晶”、或“非结晶”的结构。单晶薄膜的沉积在集成电路工艺中特别重要，称为“磊晶”(epitaxy)。磊晶成长的半导体薄膜的主要优点是：因为在沉积过程中可直接掺杂施体或受体，因此可精确控制薄膜中的“掺质分布”(dopant profile)，并且不包含氧与碳等杂质。

金属有机化学气相沉积(Metal-Organic Chemical VaporDeposition，简称MOCVD)，其原理是利用承载气体(carrier gas)携带气相反应物，或是前驱物进入装有晶圆的腔体中，晶圆下方的承载盘(susceptor)以特定加热方式(例如高周波感应或电阻)加热晶圆及接近晶圆的气体使其温度升高，而高温会触发单一或是数种气体间的化学反应，使通常为气态的反应物被转换为固态的生成物，并沉积在晶圆表面上。

当以金属有机化学气相沉积方法形成各种组件，例如发光二极管时，组件的合格率、产率、质量与工艺息息相关，而工艺的质量取决于反应腔体(reactor chamber)内部气体流场的稳定性、温度控制、气体控制等等因素，其中各因素对于沉积物的均匀性(uniformity)均有重大影响。

承载盘(susceptor)为转动设计以带动晶圆旋转，藉此提高晶圆上方气体浓度均匀性，得到一致的膜厚；藉由旋转晶圆也可以提高受热均匀性，得到优选的薄膜质量。通常，基板旋转装置可以分为主承载盘(susceptor)与卫星承载盘(satellite wafer holder)，其中，卫星承载盘用以承载单一或多个晶圆并进行自转运动，而主承载盘用以承载单一或多个卫星承载盘并进行公转运动。

发明内容

本发明一实施例提供一种薄膜沉积装置，包括：一反应腔；位于所述反应腔内的一承载盘模块，该承载盘模块用以承载至少一个晶圆，其中，所述承载盘模块包含一平面式主承载盘(planer type mainsusceptor)以及一个或多个卫星承载盘，所述主承载盘上方设置有一个或多个所述卫星承载盘，当所述主承载盘旋转时，以离心力带动一个或多个所述卫星承载盘向径向外侧滑行；设置于主承载盘外侧的至少一个定子，当所述主承载盘旋转时，一个或多个所述卫星承载盘被离心力带动向外侧滑行而摩擦所述定子，藉此旋转一个或多个所述卫星承载盘；设置于主承载盘下方的一加热模块，用以加热该晶圆；以及一驱动模块，用以驱动所述主承载盘旋转。

根据本发明实施例，仅使用单一驱动力，即可驱动主承载盘与所有卫星承载盘，同时，还可以提高薄膜沉积的均匀性。

附图说明

图1显示了本发明优选实施例的薄膜沉积装置；

图2显示了根据本发明一实施例的容槽与滑板；

图3A与图3B分别显示了根据本发明一实施例薄膜沉积装置的滑板、卫星承载盘与定子接触前和接触后的情形；

图4A与图4B分别显示了根据本发明另一实施例薄膜沉积装置的滑板、卫星承载盘与定子接触前和接触后的情形；

图5显示了本发明承载盘模块的运作原理示意图；以及

图6显示了根据本发明一实施例的承载盘模块及其驱动模块。

主要组件符号说明

1 承载盘模块

10 主承载盘

11 卫星承载盘

11a 挂耳

12 定子

13 旋转中心

14 容槽

14a 侧壁

14b 侧壁

14c 第一沟槽

15 滑板

15a 第二沟槽

15b 凹槽

15c 凹口

15d 穿槽

16 晶圆

17 滚珠

18 旋转壳

19 驱动模块

19a 从动内齿轮

19b 主动外齿轮

19c 马达

具体实施方式

以下将详述本案的各实施例，并配合附图作为例示。除了这些详细描述之外，本发明还可以广泛地应用在其它的实施例中，任何所述实施例的轻易替代、修改、等效变化都包含在本案的范围内，并以权利要求为准。在说明书的描述中，为了使读者对本发明有较完整的了解，提供了许多特定细节；然而，本发明可能在省略部分或全部这些特定细节的前提下，仍可实施。此外，众所周知的步骤或组件并未描述于细节中，以避免造成本发明不必要的限制。图式中相同或类似的组件将以相同或类似符号来表示。特别注意的是，图式仅为示意之用，并非代表组件实际的尺寸或数量，除非有特别说明。

图1显示了本发明优选实施例的薄膜沉积装置。为求图标简洁，仅显示其主要特征，一承载盘模块1，其余组件包括一反应腔、一加热模块，以及一驱动模块并未绘出。参照图1与图5，承载盘模块1位于前述反应腔内，主要包含一主承载盘10、多个卫星承载盘11、一定子12、一旋转中心13、多个容槽14、多个滑板15、多个晶圆16。前述驱动模块设置于主承载盘10内，其驱动主承载盘10以旋转中心13为中心，以顺时针方向或逆时针方向旋转。优选地，主承载盘10的表面大致为一平面，且其径向外侧边缘的顶部挖空，形成多个容槽14以分别容纳一个滑板15，并允许滑板15进出主承载盘10外侧边缘，其中，每一容槽14具有一侧壁14a靠近主承载盘10的内侧，即，靠近旋转中心13。定子12设置于主承载盘10的外侧，但不与主承载盘10接触。

另外，容槽14的轮廓与滑板15的轮廓大致相同；在本实施例中，其轮廓近似为一六边形，但不限于此。每一容槽14内设置有一滑板15，每一滑板15承载一个卫星承载盘11，其上方设置有许多晶圆16。前述加热模块可设置于主承载盘10下方，用以加热晶圆16。当主承载盘10尚未被驱动旋转，滑板15的一侧抵住容槽14的侧壁14a；当主承载盘10被驱动旋转，会施加一离心力使滑板15向主承载盘10的径向外侧(radially outward)滑行而摩擦定子12，藉此旋转卫星承载盘11。

图2显示了根据本发明一实施例的容槽14与滑板15。在本实施例中，主承载盘10的容槽14具有与滑板15的行进方向平行的两侧壁14b，两侧壁14b可分别具有一第一沟槽(groove)14c以容纳多个滚珠17，藉此构成一线性滑轨，可导引滑板15朝径向外侧滑行。另外，优选地，滑板15的两侧分别设有对应第一沟槽14c的一第二沟槽15a，且第一沟槽14c与第二沟槽15a夹持多个滚珠17。另外，因为主承载盘10下方设置有加热模块，前述线性滑轨设置于容槽14侧面，而不是容槽14的底面。另外，线性滑轨没有限位装置来限制滑板15的滑动距离，以确保滑板15一定会接触到定子12；即使定子12因为长期使用而磨损，离心力还是可以将滑板15推到外侧直到接触定子12为止。

图3A与图3B分别显示了根据本发明一实施例的薄膜沉积装置的滑板15、卫星承载盘11与定子12接触前和接触后的情形。在本实施例中，滑板15上方形成凹槽15b以容置卫星承载盘11，且滑板15外侧边缘底部挖空，形成凹口15c，凹口15c与凹槽15b部分连通，以便于暴露卫星承载盘11的部分下部，藉此接触定子12。

图4A与图4B分别显示了根据本发明另一实施例的薄膜沉积装置的滑板15、卫星承载盘11与定子12接触前和接触后的情形。在本实施例中，滑板15具有一穿槽15d以容置卫星承载盘11，卫星承载盘11藉由一挂耳11a悬挂于穿槽15d上，滑板15外侧边缘底部挖空，形成凹口15c，凹口15c与穿槽15d部分连通，以便于暴露卫星承载盘11的部分下部，藉此接触定子12。本实施例的滑板15结构可提高晶圆受热效率与均匀性。

值得注意的是，为提供驱动力来旋转卫星承载盘11，定子12的硬度小于或等于卫星承载盘11的硬度。在一实施例，定子12的材质可包含石墨。在一范例中，卫星承载盘11的数量可以是一个；在另一范例中，定子的数量可以是多个。

图5显示本发明承载盘模块的运作原理示意图。承载盘模块1包含一平面式主承载盘10，其上方设置有一个或多个卫星承载盘11，优选为平面式卫星承载盘11；当主承载盘10以顺时针(或逆时针)方向旋转时，以离心力带动平面式卫星承载盘11向外侧滑行，使卫星承载盘11与设置于主承载盘10外侧的一定子12摩擦，藉此带动卫星承载盘11以逆时针(或顺时针)方向旋转。在本文中，“一平面式物品”指的是“一具有至少一个水平表面的物品”。

前述各实施例是一种适用于有机金属化学气相沉积(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition，MOCVD)的薄膜沉积装置，但也适用于其它类型的薄膜沉积装置。

图6显示了根据本发明一实施例的承载盘模块及其驱动模块。在本实施例中，薄膜沉积装置还包含一旋转壳18，主承载盘10为旋转壳18的顶面，前述加热模块位于旋转壳18内部，一驱动模块19位于旋转壳18的底部。驱动模块包括一从动内齿轮19a、至少一个主动外齿轮19b、一马达19c。旋转壳18架设于从动内齿轮19a上。主动外齿轮19b通过啮合来驱动从动内齿轮19a。马达19c用以驱动主动外齿轮19b。

以上，本发明薄膜沉积装置的优点在于，仅需提供主承载盘旋转的驱动力，使主承载盘以离心力驱动卫星承载盘旋转，如此不需额外提供动力，可降低设备与操作成本。另外，在一范例中，薄膜沉积装置的承载盘模块，包含皆为平面式的主承载盘与卫星承载盘，如此可以增加薄膜沉积的均匀性。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并非用以限定本发明；凡其它在未脱离发明所公开的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在权利要求中。

Claims

1.一种薄膜沉积装置，包括：

一反应腔；

位于所述反应腔内的一承载盘模块，该承载盘模块用以承载至少一个晶圆，其中，该承载盘模块包含一平面式主承载盘以及一个或多个卫星承载盘，所述主承载盘上方设置有一个或多个所述卫星承载盘，当所述主承载盘旋转时，以离心力带动一个或多个所述卫星承载盘向径向外侧滑行；

设置于主承载盘外侧的至少一个定子，当所述主承载盘旋转时，一个或多个所述卫星承载盘被离心力带动向外侧滑行而摩擦所述定子，藉此旋转一个或多个所述卫星承载盘；

设置于主承载盘下方的一加热模块，用以加热所述晶圆；以及

一驱动模块，用以驱动所述主承载盘旋转。

2.如权利要求1的薄膜沉积装置，其中所述主承载盘上方设置有多个所述卫星承载盘，且所有卫星承载盘同时被驱动而旋转。

3.如权利要求1的薄膜沉积装置，所述卫星承载盘为平面式卫星承载盘。

4.如权利要求1的薄膜沉积装置，将所述主承载盘径向外侧边缘顶部挖空，形成容槽以容纳滑板，并允许滑板进出主承载盘外侧边缘。

5.如权利要求4的薄膜沉积装置，其中所述主承载盘的所述容槽具有与所述滑板行进方向平行的两侧壁，两侧壁分别具有一第一沟槽以容纳多个滚珠，藉此提供线性滑轨的导引功能。

6.如权利要求项的薄膜沉积装置，其中所述滑板的两侧对应于所述第一沟槽分别设有一第二沟槽，所述第一沟槽与所述第二沟槽夹持所述多个滚珠。

7.如权利要求4的薄膜沉积装置，所述滑板上方形成凹槽以容置卫星承载盘，所述滑板外侧边缘底部被挖空，形成凹口，凹口与凹槽部分连通，以便于暴露所述卫星承载盘的部分下部，藉此接触所述定子。

8.如权利要求4的薄膜沉积装置，所述滑板具有一穿槽以容置卫星承载盘，所述卫星承载盘藉由一挂耳悬挂于所述穿槽上，所述滑板外侧边缘底部被挖空，形成凹口，凹口与穿槽部分连通，以便于暴露所述卫星承载盘的部分下部，藉此接触所述定子。

9.如权利要求1的薄膜沉积装置，其中所述定子的硬度小于或等于所述卫星承载盘的硬度。

10.如权利要求1的薄膜沉积装置，还包含一旋转壳，所述主承载盘为所述旋转壳的顶面，所述加热模块位于所述旋转壳内部，所述驱动模块位于所述旋转壳的底部。

11.如权利要求10的薄膜沉积装置，其中所述驱动模块包含：

一从动内齿轮，所述旋转壳架设于该从动内齿轮上；

至少一个主动外齿轮，藉由该主动外齿轮啮合来驱动所述从动内齿轮；以及

一马达，用以驱动所述至少一个主动外齿轮。

12.如权利要求1的薄膜沉积装置，是用于一有机金属化学气相沉积的薄膜沉积装置。