CN104947049A - 镀膜装置 - Google Patents

Abstract

一种镀膜装置，包含镀膜腔室、载台、多个高频振动元件以及至少一控制单元。载台配置于镀膜腔室内，且载台用以盛放基材。多个高频振动元件配置于载台内，其中高频振动元件的振动频率大于20千赫(kHz)。控制单元电性连接至少一个高频振动元件，且控制单元用以控制至少一个高频振动元件的振动频率、振动波形与振动大小，以改善基材的镀膜的均匀度。

Description

镀膜装置

技术领域

本发明是有关于一种镀膜装置。

背景技术

在半导体制程中，沉积或镀膜制程可通过物理气相沉积(Physical VaporDeposition,PVD)或化学气相沉积(chemical vapor deposition,CVD)完成。其中，物理气相沉积是采用物理方法，将材料源气化成气态原子、分子或电离成离子，并通过低压气体，而在基材表面形成与材料源相同材质的薄膜的技术。化学气相沉积则是将制程气体利用化学反应的方法，将欲形成的材料沉积于基材上。

现阶段，不论是使用物理气相沉积或化学气相沉积，皆希望能在基材上尽可能沉积厚度均匀的薄膜。然而，随着半导体制程技术的演进，例如晶圆一路从12吋扩展到18吋甚至更大的尺寸时，就越难在如此大的晶圆上维持沉积薄膜的厚度的一致性。

发明内容

本发明的一方面为一种镀膜装置，此镀膜装置用以在一基材上镀膜。

根据本发明一实施方式，镀膜装置包含镀膜腔室、载台、多个高频振动元件以及至少一控制单元。载台配置于镀膜腔室内，且载台用以盛放基材。多个高频振动元件配置于载台内，其中高频振动元件的振动频率大于20千赫(kHz)。控制单元电性连接至少一个高频振动元件，且控制单元用以控制至少一个高频振动元件的振动频率、振动波形与振动大小。

根据本发明一或多个实施方式，上述各个高频振动元件为圆形。

根据本发明一或多个实施方式，上述各个高频振动元件为环形。

根据本发明一或多个实施方式，上述各个高频振动元件为扇形。

根据本发明一或多个实施方式，上述多个高频振动元件排列成环形图案，且此环形图案面对基材。

根据本发明一或多个实施方式，上述多个高频振动元件排列成扇形图案，且此扇形图案面对该基材。

根据本发明一或多个实施方式，其中由垂直载台的方向观之，上述高频振动元件均匀的分布于载台内。

根据本发明一或多个实施方式，上述镀膜装置还包含靶材设置台。靶材设置台配置于镀膜腔室内且面对载台，其中靶材设置台用以盛放一靶材。

根据本发明一或多个实施方式，上述镀膜装置还包含喷头。喷头配置于镀膜腔室内的气体入口处，且喷头具有多个喷口。多个喷口面对载台，其中气体入口处提供的制程气体经由喷口而朝向载台移动。

综上所述，本发明的一或多个实施方式通过控制单元独立的控制至少一个高频振动元件，可使得镀膜形成的过程中，让即将沉积至基材上的分子或原子移动较远的距离，借以改善基材的均匀度与致密度。此外，在部分实施方式中，通过多种不同的高频振动元件的图案，可用来改善各种镀膜不均匀的情况。

附图说明

图1为本发明一实施方式的镀膜装置的示意图；

图2为图1的高频振动元件的电路方块图；

图3为可以应用图4与图5的高频振动元件的图案来改善基材上的镀膜均匀度的实施例；

图4～图5为本发明不同实施方式的多个高频振动元件的图案示意图；

图6为可以应用图7与图8的图案来改善基材上的镀膜均匀度的实施例；

图7～图8为本发明不同实施方式的多个高频振动元件的图案示意图；

图9～图10为本发明不同实施方式的多个高频振动元件的图案示意图；

图11为本发明另一实施方式的镀膜装置。

具体实施方式

以下将以附图揭露本发明的多个实施方式，为明确说明，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。此外，附图仅以说明为目的，并未依照原尺寸作图。为使便于理解，下述说明中相同元件将以相同的符号标示来说明。

关于本文中所使用的用词“实质上(substantially)”、“大约(around)”、“约(about)”或“近乎(approximately)”应大体上意味在给定值或范围的百分之二十以内，较佳是在百分之十以内，而更佳地则是百分之五以内。文中若无明确说明，其所提及的数值皆视作为近似值，即如“实质上”、“大约”、“约”或“近乎”所表示的误差或范围。

在本发明的一或多个实施方式中，镀膜装置是用以在一基材进行镀膜，其中“镀膜”指的是在基材上沉积一或多层薄膜，且沉积薄膜的方式不限于物理方法(如物理气相沉积)或化学方法(如化学气相沉积)。此外，在本发明的一或多个实施方式中，所谓的“高频”振动元件指的是振动频率大于约20千赫(kHz)的元件。又或者可以说“高频”振动元件指的是振动频率超过人耳所能感知的频率的超音波元件(Megasonic element)。

图1为本发明一实施方式的镀膜装置10的示意图，图2为图1的高频振动元件121、122的电路方块图。如图1与图2所示，镀膜装置10是用以在基材11上进行镀膜。在图1的实施方式所示的镀膜装置10，其是利用物理方法将靶材12通过例如气化或电离的方式沉积至基材11上。在一实施方式中，基材11可为一晶圆，但本发明不以此为限。在一实施方式中，靶材12可实质上为纯金属或化合物，但本发明不以此为限。

请继续参考图1与图2，镀膜装置10包含镀膜腔室100、载台110、多个高频振动元件121、122、多个控制单元131、132以及靶材设置台140。更具体而言，镀膜装置10具有一装置本体99，镀膜腔室100为装置本体99内部的空间。载台110配置于镀膜腔室100内，且载台110用以盛放基材11。多个高频振动元件121、122配置于载台110内。靶材设置台140配置于镀膜腔室100内。靶材设置台140用以盛放靶材12，且靶材设置台140面对载台110上的基材11。

多个控制单元131、132分别电性连接多个高频振动元件121、122，控制单元131、132用以控制高频振动元件121、122的振动频率、振动波形与振动大小。在一实施方式中，控制单元131、132可控制高频振动元件121、122在25千赫(kHz)至5兆赫(MHz)的范围内振动。在又一实施方式中，控制单元131、132可提供5瓦(W)至2千瓦(kW)的功率至高频振动元件121、122。在另一实施方式中，控制单元131、132提供至高频振动元件121、122的电位变化可为任何形式，例如可为正弦波、方波或三角波等，以调变出各种不同的振动频率，包含可同时调整波形振幅的大小。

在图1与图2的实施方式中，每个高频振动元件121、122分别由独立的控制单元131、132所控制。如此一来，当靶材设置台140上的靶材12被气化或离子化而沉积至基材11上时，高频振动元件121、122可使得即将沉积至基材11上的分子或原子移动较远的距离，借以改善基材11上的薄膜13的均匀度与致密度。在沉积的过程中，由于基材11被载台110内的高频振动元件121、122带动而快速振动，可使得原本要沉积至基材11上的分子或原子获得额外的能量而填补上述孔洞，使得基材11上的薄膜13获得更高的致密度。此外，如果原本沉积至基材11上的薄膜13有某些区域厚度较厚，也可通过控制单元131、132独立的控制高频振动元件121、122的振动，而使得厚度较厚的区域在沉积的过程中，让沉积至基材11上的分子或原子移动更远的距离而离开上述厚度较厚的区域，借以改善基材11上的薄膜13的均匀度。

在一实施方式中，镀膜装置10可还包含静电吸盘150。静电吸盘150设置于载台110的表面，用以固定住基材11。在一实施方式中，静电吸盘150的数目可为多个，且静电吸盘150可具有任意的图案。然，如图2所示，静电吸盘150只由一个吸盘控制单元151所控制，以提供给基材11稳定的吸附力，而高频振动元件121、122则分别由不同的控制单元131、132所控制，以分别独立的控制各个高频振动元件121、122的振动频率、振动波形与振动大小。在其他实施方式中，镀膜装置10可不设置有静电吸盘150，而是以其他方式钳制住基材11。

在一实施方式中，镀膜装置10的靶材设置台140可电性连接至外部的直流电VDC。直流电VDC可提供偏压至靶材设置台140上的靶材12，以气化或离子化靶材设置台140上的靶材12。在又一实施方式中，镀膜装置10可包含有溅镀气体入口处S以及气体出口处O，溅镀气体入口处S用以提供溅镀气体，例如惰性气体。溅镀气体可用以轰击靶材12，以将靶材12的材料沉积至基材11上。应了解的是，上述利用离子轰击的方式打击靶材12只是举例，在其他实施方式中，也可以直接加热蒸镀或利用其他物理方式将靶材12的材料沉积至基材11上。

此外，图1与图2的实施方式虽然只有绘示两个高频振动元件121、122，但实际应用时，高频振动元件121、122的数目可大于两个，且高频振动元件121、122可具有不同的图案，以方便改善各种薄膜13的厚度不均匀的情况。

请参考图3、图4与图5，其中图3为可以应用图4与图5的图案来改善基材11上的薄膜13均匀度的实施例，图4与图5分别为本发明不同实施方式的多个高频振动元件120的图案示意图，其中图4与图5的视角大致与载台110用以放置基材11的表面垂直。图3为尚未经过高频振动元件120改善薄膜13均匀度的示例。如图3所示，基材11上的薄膜13厚度并不均匀。薄膜13的中间部分较厚，而两侧较薄。简言之，图3中的基材11上的薄膜13的厚度大小以中心线X成对称分布。

有鉴于此，为了改善图3中薄膜13的均匀度，可将基材11放置在具有图4或图5的高频振动元件120图案的载台110上。如图4所示，高频振动元件120的数目大于两个，且各个高频振动元件120为环形，其中各个高频振动元件120实质上成同心圆的状态分布于载台110内部。如图5所示，多个高频振动元件120大致排列成环形图案。当基材11要进行镀膜作业时，基材11是面对图4或图5中的环形图案。值得一提的是，图4与图5中各个高频振动元件120皆可被独立的控制。也就是说，使用者可以视情况需求只控制最靠近中心的高频振动元件120振动。控制高频振动元件120的方法可由图2的控制单元131、132所实现，不过在图4与图5的实施方式中，控制单元(未绘示)的数目与高频振动元件120的数目一样，以独立的控制每个高频振动元件120，但本发明不以此为限。在另一实施方式中，控制单元的数目可能少于高频振动元件120的数目。此时，一个控制单元应可以控制两个以上且位置相邻的高频振动元件120。

由于图4与图5中的高频振动元件120皆可被独立的控制，因此如果已知先前的薄膜13中间部分较厚(如图3所示)，则在进行新的镀膜作业时，可以独立的控制图4与图5较靠近中心地带的高频振动元件120振动，而较远离中心地带的高频振动元件120不要振动。又或者在另一实施方式中，可以独立的控制图4与图5较靠近中心地带的高频振动元件120以较高的频率振动，而较远离中心地带的高频振动元件120以较低的频率振动。如此一来，在镀膜过程中，即将沉积至基材11中间位置的分子或原子可相较于两侧位置的原子或分子移动较远的距离，使得基材11中间位置的薄膜13厚度降低，借以改善图3中的薄膜13不均匀的问题。

请参考图6、图7与图8，其中图6为可以应用图7与图8的图案来改善基材11上的薄膜13均匀度的实施例，图7与图8分别为本发明不同实施方式的多个高频振动元件120的图案示意图，其中图7与图8的视角大致与载台110用以放置基材11的表面垂直。图6为尚未经过高频振动元件120改善薄膜13均匀度的示例。如图6所示，基材11上的薄膜13厚度并不均匀。薄膜13的一侧较厚，另一侧较薄。

为了改善图6中薄膜13的均匀度，可将基材11放置在具有图7或图8的高频振动元件120图案的载台110上。如图7与图8所示，各个高频振动元件120为圆形。在图7中，多个高频振动元件120是均匀的分布于载台110内。在图8中，多个高频振动元件120在中心地带的分布较密集，在周围地带的分布较稀疏。类似于图4与图5，图7与图8中多个高频振动元件120皆可被独立的控制。因此，在本实施方式中，如果已知先前的薄膜13一侧较厚，另一侧较薄(如图6所示)，则在进行新的镀膜作业时，可以独立的控制图7与图8中对应图6较厚一侧的区域所涵盖的高频振动元件120振动，而另一侧的高频振动元件120不振动。又或者在另一实施方式中，可以独立的控制图7与图8中对应图6较厚一侧的区域所涵盖的高频振动元件120以较高的频率振动，而另一侧的高频振动元件120以较低的频率振动。如此一来，在镀膜过程中，将沉积至较厚一侧的原子或分子可以移动较远的距离，借以改善图6中薄膜13不均匀的问题。

应了解的是，在其他实施方式中，因为图5中的高频振动元件120也为两侧独立分布的实施例，所以为了改善图6中薄膜13的均匀度，也可将基材11放置在具有图5的高频振动元件120图案的载台110上。

请参考图9与图10，其分别为本发明不同实施方式的多个高频振动元件120的图案示意图，其中图9与图10的视角大致与载台110用以放置基材11的表面垂直。在图9中，各个高频振动元件120为扇形，各个扇形的圆心角大致上靠近中央分布。在图10中，多个高频振动元件120则排列成扇形图案，且当基材11要进行镀膜作业时，基材11是面对图9或图10中的扇形图案。在图9与图10的实施方式中，可针对基材11上的薄膜13的厚度大致一致的实施例进行改进。更确切而言，如果已知先前的薄膜13的厚度大致相等，则在进行新的镀膜作业时，可以选用图9与图10中多个高频振动元件120。图9与图10的高频振动元件120的面积大于图7～图8的高频振动元件120的面积，使得图9与图10的高频振动元件120振动时，可以提供较大面积范围的沉积原子或分子较大的能量，而能进一步提高基材11上的薄膜13的致密度。

应了解的是，在图9与图10的实施方式中，由于高频振动元件120也为两侧独立分布的实施例，因此也可以用来改善图6中薄膜13的均匀度。另外，在图4～图5以及图7～图8的实施方式中，除了可以改善薄膜13的均匀度外，也可以用来进一步提高薄膜13的致密度。

接着，请参考图11，其为本发明另一实施方式的镀膜装置20。图11的实施方式中的镀膜装置20与图1的实施方式中的镀膜装置20不同的地方在于，图11的镀膜装置20是利用化学方法(如化学气相沉积)将基材11镀上特定材料。更进一步而言，镀膜装置20包含有喷头210。喷头210配置于镀膜腔室100内的气体入口处G的位置。喷头210具有多个喷口211。所述喷口211面对载台110，其中气体入口处G提供的制程气体可经由喷口211朝向载台110移动，如图11中的箭头方向所示。在一实施方式中，制程气体可为有机或无机气体，其可与前驱物(precursor)反应而产生欲沉积的薄膜13。反应过程中所产生的副产物则可由气体出口处O带走。

类似地，图11的实施方式的高频振动元件121、122可分别由独立的控制单元131、132所控制(如图2所示)。通过控制单元131、132独立的控制高频振动元件121、122的振动，可改善基材11上的镀膜的均匀度与致密度。此外，图11的实施方式中的高频振动元件121、122数量也不局限为两个，如图4～图5、图7～图8以及图9～图10所示，高频振动元件121、122数量可超过两个且图案可包含有环形、圆形或扇型等，在此便不赘述。

虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明内容，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明内容的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种镀膜装置，其特征在于，用以在一基材上进行镀膜，该镀膜装置包含：

一镀膜腔室；

一载台，配置于该镀膜腔室内，该载台用以盛放该基材；

多个高频振动元件，配置于该载台内，其中所述高频振动元件的振动频率大于20千赫；以及

至少一控制单元，电性连接至少一个所述高频振动元件，该控制单元用以控制至少一个所述高频振动元件的振动频率、振动波形与振动大小。

2.根据权利要求1所述的镀膜装置，其特征在于，各该高频振动元件为圆形。

3.根据权利要求1所述的镀膜装置，其特征在于，各该高频振动元件为环形。

4.根据权利要求1所述的镀膜装置，其特征在于，各该高频振动元件为扇形。

5.根据权利要求1所述的镀膜装置，其特征在于，所述高频振动元件排列成一环形图案，且该环形图案面对该基材。

6.根据权利要求1所述的镀膜装置，其特征在于，所述高频振动元件排列成一扇形图案，且该扇形图案面对该基材。

7.根据权利要求1所述的镀膜装置，其特征在于，由垂直该载台的方向观之，所述高频振动元件均匀的分布于该载台内。

8.根据权利要求1所述的镀膜装置，其特征在于，还包含：

一靶材设置台，配置于该镀膜腔室内且面对该载台，该靶材设置台用以盛放一靶材。

9.根据权利要求1所述的镀膜装置，其特征在于，还包含：

一喷头，配置于该镀膜腔室内的一气体入口处，且该喷头具有多个喷口，所述喷口面对该载台，其中该气体入口处提供的制程气体经由所述喷口而朝向该载台移动。

10.根据权利要求1所述的镀膜装置，其特征在于，还包含：

一静电吸盘，设置于该载台的表面，该静电吸盘用以固定该基材。