CN111364026B - 往复式旋转cvd设备及应用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种往复式旋转CVD设备及应用方法，包括腔体，晶圆加热基座，旋转装置，所述旋转装置位于所述腔体外，包括旋转动力机构及旋转密封机构，所述旋转密封机构包括旋转件及固定件；其中，所述固定件与所述腔体固定密封连接，所述旋转件与所述晶圆加热基座固定密封连接，且所述旋转件与所述固定件活动密封连接，且所述旋转件与所述旋转动力机构相连接，以通过所述旋转动力机构带动所述旋转件及晶圆加热基座进行往复式旋转运行。本发明通过旋转装置的旋转，可改善晶圆圆周方向上薄膜沉积的均匀性，降低设备及晶圆制造成本。

Description

往复式旋转CVD设备及应用方法
技术领域
本发明属于化学气相沉积技术以及半导体设备制造领域，具体涉及一种往复式旋转CVD设备及应用方法。
背景技术
化学气相沉积（CVD，Chemical Vapor Deposition）是半导体工业中广泛应用的用来沉积薄膜的技术，CVD设备包括反应腔和晶圆加热基座，当将两种或两种以上气态原材料导入反应腔时，气态原材料相互之间发生化学反应，形成一种新的材料并沉积到加热基座晶圆的表面上，形成一层沉积薄膜。
随着气相沉积技术的发展，CVD设备功能愈发成熟和完善，为适应目前半导体行业对高质量、高效率、低成本以及适应大尺寸晶圆（如晶圆尺寸为300mm等）工艺的不断追求，提高晶圆上CVD薄膜沉积的均匀性尤为重要，获得具有良好均匀性的高质量沉积薄膜的工艺相对复杂。反应腔内反应气体流动的方向和分布情况、反应腔内的压力分布情况、晶圆的加热温度场情况、反应腔排出气体的流动方向、反应腔中外加等离子体场的强度和作用范围分布情况等因素，都会对晶圆表面上沉积薄膜的速度、沉积薄膜的组分和沉积薄膜的性质造成影响。反应腔内各参数的分布的不均匀性，使晶圆表面上沉积的薄膜产生厚度不均匀、组分不均匀、物理特性不均匀等不良现象。而造成反应腔内的各种状态的不一致，包括设计上的，如晶圆的传送通道在腔体上的某一个局部位置、排气通道在腔体上的不均匀分布等，以及制造和安装上的，如反应腔内的各个零部件的中心在实际安装中不可能完全对准等。
在薄膜沉积的过程中，由于待沉积薄膜的晶圆是放在基座上的，因此若基座能够沿着中心轴自转，则晶圆同样会随着基座一同旋转，从而在晶圆的圆周方向上可获得薄膜沉积的平均效果，由此可以消除反应腔内部各处在局部状况上的差异所造成的薄膜沉积的差异，从而通过晶圆的旋转操作，是较为有效的提高晶圆沉积薄膜均匀性的办法。旋转基座需要解决技术应用上的挑战，如常用的电阻型晶圆加热基座需要输入加热电流，且需要实时的测量加热过程中的温度变化，因此电源线和测温热电偶线的连接就是必不可少的；晶圆加热基座的底部通常还需要采用密封圈进行密封，为了保证密封的可靠，因此晶圆加热基座需设置冷却通道，如水冷却通道，因此进水管、出水管的连接就是必不可少的。当晶圆加热基座旋转起来后，与晶圆加热基座相连接的电线及冷却通道则会发生缠绕问题。
为解决与晶圆加热基座相连接的电线及冷却通道发生缠绕的问题，可采用滑动连接方式连接导线及采用转动连接方式连接冷却通道，但这种连接方式会使得设备结构变复杂，增加设备成本，且会带来电气连接可靠性低，温度测量准确性低等新的问题，如电气接触有可能随着接触面的磨损/氧化而不可靠，有可能随着弹簧接触力的大小而改变接触电阻，有可能无法良好的进行电气屏蔽而产生/接受干扰信号等等。尤其对于PECVD设备而言，射频激发的等离子的稳定运行非常关键，晶圆加热基座作为一个电极需要满足对于高频和高功率射频的可靠接地，因此若晶圆加热基座的旋转采用滑动连接方式，则会对射频系统需要的可靠电气连接产生非常不利的影响。
若通过将晶圆加热基座的加热器与基座相分离的方式设计旋转CVD设备，即将加热器设计为位置固定，而将基座设计为可旋转，从而加热器的电源导线不会由于旋转而缠绕起来。但由于加热器不是包裹在基座内，加热器就不可避免的要接触到腔体内薄膜沉积过程中的各种化学反应气体，以及在清洗腔体时用的清洗气体，这些腐蚀性气体对于加热器本身的正常使用寿命会是非常不利的，且如果为了调节晶圆的位置，而升高基座，则基座与加热器之间的距离就会增加，基座的温度就会随着距离的增加而下降，这时就要靠基座上测温热电偶的信号反馈，来改变加热器的温度，以进行补偿，从而增加了整个调节过程的时间，影响薄膜沉积的速度，且由于需要测量基座的温度，如果把测温热电偶放在基座上，热电偶的导线还是会由于基座的旋转而发生缠绕，如果测温热电偶不直接与基座接触，则虽不会发生导线缠绕，但是测温的准确性就会是个新的问题。
因此，提供一种往复式旋转CVD设备及应用方法，以在晶圆表面上获得具有良好均匀性的高质量的沉积薄膜，实属必要。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种往复式旋转CVD设备及应用方法，在进行薄膜沉积过程中，通过旋转装置的往复式旋转，可改善晶圆圆周方向上薄膜沉积的均匀性，且在电气连接上，可避免采用滑动连接方式，仍然采用导线固定连接，在冷却通道连接上，可避免采用转动连接方式，仍然采用通道固定连接。因此，由于避免采用滑动/转动连接，从而可简化设备结构，节约安装空间，保证设备可靠性，降低设备成本，方便设备的安装和维护。本发明可用于解决现有技术中CVD设备难以在晶圆表面上获得具有良好均匀性的高质量的沉积薄膜的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种往复式旋转CVD设备，所述往复式旋转CVD设备包括：
腔体，晶圆加热基座，旋转装置；所述晶圆加热基座位于所述腔体内，且所述晶圆加热基座进行往复式旋转运行的角度θ的范围包括0°＜θ≤360°；所述晶圆加热基座进行往复式旋转运行的方式包括自起始位置按顺时针旋转运行θ1角度，再按照逆时针旋转运行θ2角度，以通过N≥1次往复式旋转，返回起始位置；或自起始位置按逆时针旋转运行θ1角度，再按照顺时针旋转运行θ2角度，以通过N≥1次往复式旋转，返回起始位置，且往复式旋转运行中的旋转速度为独立控制的速度；所述旋转装置位于所述腔体外，包括旋转动力机构及旋转密封机构，所述旋转密封机构包括旋转件及固定件；其中，所述固定件与所述腔体固定密封连接，所述旋转件与所述晶圆加热基座固定密封连接，且所述旋转件与所述固定件活动密封连接，且所述活动密封与所述腔体内反应气体之间隔离，且所述旋转件与所述旋转动力机构相连接，以通过所述旋转动力机构带动所述旋转件及晶圆加热基座进行往复式旋转运行。
可选地，所述旋转密封机构为磁流体旋转密封机构，同时涵盖磁耦合旋转密封机构及密封圈旋转密封机构等常见旋转密封机构。
可选地，所述旋转件与所述固定件通过轴承进行活动连接，且所述轴承包括径向轴承及端面轴承。所述旋转件包括第一端、第二端及位于所述第一端与第二端之间的侧壁，且所述旋转件包括内部冷却通道，其中，所述第一端与所述晶圆加热基座固定密封连接，所述内部冷却通道的进出口位于所述第二端，且所述内部冷却通道覆盖所述第一端及侧壁；所述内部冷却通道内通入的冷却物质包括冷却气体或冷却液体。
可选地，所述往复式旋转CVD设备还包括位于所述腔体内的吹扫气体导流环，且所述吹扫气体导流环与所述晶圆加热基座之间具有狭缝通道，所述狭缝通道的宽度W的范围包括0mm＜W≤1mm，所述狭缝通道的长度L的范围包括L≥5mm，通过所述吹扫气体导流环提供自所述吹扫气体导流环经所述旋转密封机构及狭缝通道至所述腔体的吹扫排出气体。
可选地，所述吹扫气体导流环还包括匀气孔，所述匀气孔均匀分布，以使得所述吹扫排出气体在周向上均匀分布流出。
可选地，还包括与所述腔体及固定件密封连接的波纹管，及位于所述腔体外与所述固定件固定连接的升降动力机构；所述升降动力机构包括驱动马达及传动连接件，且所述驱动马达包括伺服马达。
可选地，所述旋转动力机构包括驱动马达及传动连接件，所述驱动马达包括伺服马达，所述传动连接件包括皮带或齿轮。
可选地，所述晶圆加热基座内的部件通过供源线与所述腔体外的对应部件连接，其中，所述供源线包括加热器的电源线、测温热电偶的连接线、接地线、水管及气管，所述供源线从所述晶圆加热基座的底部引出，或所述供源线的外部连接插座安装在所述晶圆加热基座的底部。
可选地，上述往复式旋转CVD设备包括PECVD、SACVD、LPCVD及MOCVD中的一种。
本发明还提供一种往复式旋转CVD设备的应用方法：
提供上述任一往复式旋转CVD设备；
将晶圆置于所述晶圆加热基座上，且所述晶圆与所述晶圆加热基座进行同步往复式旋转运行，所述往复式旋转运行的角度θ的范围包括0°＜θ≤360°，以进行薄膜沉积。
本发明还提供一种往复式旋转CVD设备的应用方法：
提供上述任一往复式旋转CVD设备；
将晶圆置于所述晶圆加热基座上，且所述晶圆与所述晶圆加热基座进行同步往复式旋转运行，以进行薄膜沉积；
在所述薄膜沉积过程中，停止所述往复式旋转，分离所述晶圆与所述晶圆加热基座，并将所述晶圆加热基座旋转φ角度，将所述晶圆放回到所述晶圆加热基座上，以使所述晶圆与所述晶圆加热基座之间具有相对偏转的所述φ角度，且所述φ角度的范围包括0°＜φ≤360°；
继续所述晶圆与所述晶圆加热基座进行同步往复式旋转运行，以进行薄膜沉积。
如上所述，本发明的往复式旋转CVD设备及应用方法，包括旋转装置，在进行薄膜沉积过程中，通过旋转装置的旋转，改善晶圆圆周方向上薄膜沉积的均匀性；通过准确的旋转速度、旋转方向和旋转角度的控制，在最优的角度范围内往复旋转晶圆，且将往复式旋转的角度限制在不超过360°，达到最佳薄膜沉积均匀性；通过旋转装置的往复式旋转，可有效解决旋转过程中的电气连接和冷却连接问题，实现简单可靠的电气和冷却连接。
本发明的往复式旋转CVD设备及应用方法可补偿由于反应腔设计、制造及安装调试等原因所造成的薄膜沉积不均匀的问题，可进一步精简反应腔的设计，且制造/安装/维护可变得相对容易，从而在提高薄膜沉积均匀性的同时，可进一步的降低设备及晶圆制造成本。
附图说明
图1显示为实施例中的一种往复式旋转CVD设备的结构示意图。
图2显示为图1中A区域的局部放大结构示意图。
图3显示为旋转件中的内部冷却通道的结构示意图。
图4显示为图2中B区域的局部放大结构示意图。
图5显示为实施例中的往复式旋转CVD设备进行往复式旋转运行的示意图。
图6显示为实施例中的另一种往复式旋转CVD设备的结构示意图。
图7显示为实施例中的晶圆与晶圆加热基座之间的位置关系的结构示意图。
图8显示为图7中的晶圆与晶圆加热基座之间相对偏转φ角度后的位置关系的结构示意图。
元件标号说明
101-腔体；102-晶圆加热基座；103-供源线；104-通道阀门；105-晶圆传送通道；106-节流阀；107-匀气装置；108-挡板圈；109-波纹管；110-射频电源；120-吹扫气体导流环；130-狭缝通道；121-匀气孔；201-驱动马达；202-旋转密封机构；2021-旋转件；2022-固定件；2023-轴承；20231-径向轴承；20232-端面轴承；2024-磁流体液；2025-间隙；2026-固定件支撑部；203-传动连接件；204-内部冷却通道；300-晶圆；401-进反应腔的反应气体；402-出反应腔的物质；500-密封圈；600-法兰；700-升降动力机构；801-吹扫进入气体；802-吹扫排出气体；901-内部冷却通道的进口；902-内部冷却通道的出口；A-区域；B-区域；a-内部冷却通道第一端；b-内部冷却通道第二端；c-内部冷却通道侧壁；R1-逆时针旋转；R2-顺时针旋转；O1-参考点；O2-晶圆加热基座参考点；O3-晶圆参考点。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。如在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。此外，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。
在本申请的上下文中，所描述的第一特征在第二特征“之上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。
需要说明的是,本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
针对现有的CVD设备难以在晶圆表面上获得具有良好均匀性的高质量的沉积薄膜的问题，本实施例提供一种往复式旋转CVD设备及应用方法，在进行薄膜沉积过程中，通过旋转装置的旋转，以改善晶圆圆周方向上薄膜沉积的均匀性；通过准确的旋转速度、旋转方向和旋转角度的控制，在最优的角度范围内往复旋转晶圆，且将往复式旋转的角度限制在不超过360°，达到最佳薄膜沉积均匀性；通过旋转装置的往复式旋转，可有效解决旋转过程中的电气连接和冷却连接问题，实现简单可靠的电气和冷却连接。本实施例的往复式旋转CVD设备及应用方法，可补偿由于反应腔设计上的原因、制造上的原因及安装调试上的原因等所造成的薄膜沉积不均匀的问题，因此，反应腔的设计可以进一步的精简，制造/安装/维护可以变得相对容易，从而在提高薄膜沉积均匀性的同时，可进一步的降低设备以及晶圆制造的成本。
参阅图1-图6，本实施例提供一种往复式旋转CVD设备，所述往复式旋转CVD设备包括腔体101、晶圆加热基座102及旋转装置。其中，所述晶圆加热基座102位于所述腔体101内，用以承载晶圆300；所述旋转装置位于所述腔体101外，包括旋转动力机构及旋转密封机构202，所述旋转密封机构202包括旋转件2021及固定件2022；其中，所述固定件2022与所述腔体101固定密封连接，所述旋转件2021与所述晶圆加热基座102固定密封连接，且所述旋转件2021与所述固定件2022活动密封连接，且所述旋转件2021与所述旋转动力机构相连接，以通过所述旋转动力机构带动所述旋转件2021及晶圆加热基座102进行往复式旋转运行。
作为示例，所述晶圆加热基座102包括内部冷却通道（未图示），所述内部冷却通道内通入的冷却物质包括冷却气体或冷却液体。
具体的，参阅图1，由于薄膜沉积或薄膜生长需要在一定的高温下进行，因此所述晶圆加热基座102带有加热功能，其中，所述晶圆加热基座102的底部通过密封圈500与所述旋转件2021固定密封连接，以便于安装和取下所述晶圆加热基座102，且为了提高所述晶圆加热基座102的底部密封可靠性，所述晶圆加热基座102优选带有降温功能，即所述晶圆加热基座102包括所述内部冷却通道，且所述内部冷却通道内通入的冷却物质可包括如冷却气体或冷却液体，如压缩空气、液氮、氦气、冷却水、酒精型冷却液等，以降低对所述密封圈500的作用温度，延长所述密封圈500的使用寿命，提高密封效果。为降低成本及提高操作的便捷性，本实施例中，所述冷却物质采用冷却水，但并非局限于此。
其中，所述晶圆加热基座102的内部的部件需要与供源线103相连接，以通过所述供源线103与所述腔体101外的对应部件连接。所述供源线103可包括为所述晶圆加热基座102的加热器提供电源的电源线、用于测温的测温热电偶的连接线、接地线、用于提高所述晶圆加热基座102底部密封可靠性的水管及用于吸附所述晶圆300或用于降温的气管等。所述供源线103可从所述晶圆加热基座102的底部引出，或所述供源线103的外部连接插座（未图示）可安装在所述晶圆加热基座102的底部，所述供源线103的种类及安装方式，可根据具体需要进行选择。
其中，所述腔体101用以提供进行薄膜沉积的真空密封反应腔，所述腔体101上设置有通道阀门104及晶圆传送通道105，以通过所述通道阀门104及晶圆传送通道105进行所述晶圆300的传送，有关所述通道阀门104及晶圆传送通道105的个数及分布此处不作过分限制，可根据需要进行设定。与沉积的薄膜的材料有关的化学反应气体401从反应腔的顶部输入，为控制及调节所述反应气体401，所述反应气体401优选采用流量控制器（未图示）进行调节和控制，但并非局限于此。为提高作用于所述晶圆300表面的所述反应气体401的均匀性，优选所述腔体101内设置有匀气装置107，以使得所述反应气体401可均匀的流向所述晶圆300的表面，以在所述晶圆300的表面形成均匀的薄膜。其中，参与反应后的所述反应气体401以及反应中生成的副产物等物质402，从所述腔体101的侧面或底部设置的排气通道（未图示）通过真空泵（未图示）排出，且优选在所述排气通道与所述真空泵中间具有一个调压用的调压阀，如节流阀106，以通过所述节流阀106控制排气的速度，从而控制所述腔体101内的压力。
进一步的，为了引导所述反应气体401的气流分布、改变气流方向，以及阻挡薄膜在所述腔体101的腔壁上沉积反应物，优选所述腔体101内具有环绕所述腔体101侧壁的挡板圈108。有关所述挡板圈108的形貌、尺寸可根据需要进行设置，此处不作过分限制。
作为示例，所述旋转密封机构202包括磁流体旋转密封机构、磁耦合旋转密封机构及密封圈旋转密封机构中的一种。
具体的，本实施例中，所述旋转密封机构202采用磁流体旋转密封机构，但并非局限于此，如当旋转速度较低时，亦可采用更加简单的密封圈旋转密封机构代替，但密封圈旋转密封机构存在磨损的问题，真空度不容易保证；或采用具有更高的真空度的磁耦合旋转密封机构代替，但是磁耦合旋转密封机构结构复杂，且体积大。因此，所述旋转密封机构202的具体种类，可根据工艺的需求进行选择，此处不做过分限制。
作为示例，所述旋转件2021与所述固定件2022通过轴承2023进行活动连接，且所述轴承2023包括径向轴承20231及端面轴承20232。
具体的，参阅图2显示为图1中A区域的局部放大结构示意图，所述磁流体旋转密封机构包括具有同心轴的所述旋转件2021与所述固定件2022，且所述旋转件2021与所述固定件2022通过所述径向轴承20231及端面轴承20232进行活动连接，且通过固定件支撑部2026实现所述旋转件2021、固定件2022及轴承2023的固定连接，且通过所述轴承2023可以使所述旋转件2021环绕同心轴进行相对的转动。其中，所述径向轴承20231及端面轴承20232这两个不同形式的轴承的组合，可以进一步保证所述旋转件2021及固定件2022的同心度和支撑能力，以进行精确可靠的相对转动，使得所述旋转件2021在所述旋转动力机构的带动下可自由转动。所述旋转件2021与所述固定件2022之间设计有一个间隙2025，以保证所述旋转件2021在旋转时，不会与所述固定件2022接触，从而可避免产生摩擦或者卡住的现象，但是所述间隙2025会连通所述腔体101的内部和外部，从而需要进行密封。由于磁流体液2024具有可靠的密封性，可以实现较高的真空度，且当转速较高或者较低的情况下，都能可靠的密封，完全满足CVD设备对于真空度的需求，因此，在所述间隙2025中通过注入所述磁流体液2024，可实现良好的密封，但所述旋转密封机构202的具体结构及密封方式并非局限于此。
作为示例，所述旋转件2021包括第一端a、第二端b及位于所述第一端a与第二端b之间的侧壁c，且所述旋转件2021包括内部冷却通道204，其中，所述第一端a与所述晶圆加热基座102固定密封连接，所述内部冷却通道204的进口901及出口902位于所述第二端b，且所述内部冷却通道204覆盖所述第一端a及侧壁c；所述内部冷却通道204内通入的冷却物质包括冷却气体或冷却液体。
具体的，参阅图3，由于所述旋转件2021的第一端a是与所述晶圆加热基座102通过所述密封圈500进行固定密封连接的，因此，所述晶圆加热基座102的热量会传导到所述旋转件2021上。因此，当在所述旋转件2021内设置覆盖所述第一端a的所述内部冷却通道204后，可通过所述冷却物质进一步的降低所述旋转件2021的温度，以提高所述密封圈500的密封效果，且降低所述密封圈500的损耗，节约成本。进一步的，由于所述磁流体液2024需要在一定的温度范围内工作，温度不能超出上限，因此，当在所述旋转件2021内设置覆盖所述侧壁c的所述内部冷却通道204后，可通过所述冷却物质降低所述旋转件2021的温度，以保证所述磁流体液2024的正常工作温度。其中，所述冷却物质可采用如压缩空气、液氮、氦气、冷却水、酒精型冷却液等。为降低成本及提高操作的便捷性，本实施例中，所述冷却物质采用冷却水，但并非局限于此。其中，优选所述内部冷却通道204采用蛇形管，以使得所述第一端a及侧壁c均覆盖有所述内部冷却通道204，进一步的优选所述冷却物质的温度为-30oC~100oC，如10oC、20oC、30oC等，以起到良好的密封效果，具体可根据需要进行设定及选择。
作为示例，所述往复式旋转CVD设备还包括位于所述腔体101内的吹扫气体导流环120，且所述吹扫气体导流环120与所述晶圆加热基座102之间具有狭缝通道130，所述狭缝通道130的宽度W的范围包括0mm＜W≤1mm，所述狭缝通道的长度L的范围包括L≥5mm，通过所述吹扫气体导流环120提供自所述吹扫气体导流环120经所述旋转密封机构202及狭缝通道130至所述腔体101的吹扫排出气体802。
具体的，通过所述吹扫气体导流环120可形成气压差，以确保进所述吹扫气体导流环120的吹扫进入气体801，经所述旋转密封机构202及所述狭缝通道130后，形成出所述狭缝通道130的吹扫排出气体802，再吹向所述腔体101，从而通过所述吹扫排出气体802及所述狭缝通道130可进一步形成隔离通道，避免外来物质，如所述磁流体液2024等，进入所述腔体101。参阅图2及图4，所述磁流体液2024用于真空密封，其直接暴露在所述腔体101的气氛中，通过所述吹扫气体导流环120可有效防止所述磁流体液2024接触到所述腔体101内的进行化学反应的所述反应气体401。其中，所述吹扫气体导流环120可固定于所述固定件2022上，通过所述吹扫排出气体802进行所述腔体101内的所述反应气体401与所述述磁流体液2024的隔离，且优选所述吹扫进入气体801选用惰性气体，如N2或者He等，具体可根据不同的CVD工艺要求来选择适当的所述吹扫进入气体801，以避免喷出所述狭缝通道130的所述吹扫排出气体802进入所述腔体101后与所述反应气体401混合，影响沉积薄膜的质量。其中，优选所述狭缝通道130的宽度W的范围包括0mm＜W≤1mm，如0.5mm、0.8mm等，所述狭缝通道130的长度L的范围包括L≥5mm，如6mm、10mm等，以满足设计需求，并提供均匀分布的所述吹扫排出气体802。本实施例中，所述狭缝通道130的宽度W=0.5mm、L=5mm，但并非局限于此，可根据需要进行选择。
进一步的，所述吹扫气体导流环120包括匀气孔121，所述匀气孔121均匀分布，以使得所述吹扫进入气体801在周向上均匀分布流出；优选所述匀气孔121与所述旋转件2021及固定件2022之间的所述间隙2025位于同一垂线上。
具体的，参阅图4，显示为图2中B区域的局部放大结构示意图，为了使得所述吹扫进入气体801均匀的吹出，设计了所述匀气孔121，所述吹扫进入气体801从接口进入到一个环形的槽中，槽的底部设置有若干均匀分布的所述匀气孔121，以通过所述匀气孔121起到节流的功能，使得所述吹扫进入气体801均匀分布的流出，形成均匀分布的吹扫排出气体802，以通过所述吹扫排出气体802形成压力差，形成屏障，阻止外部物质进入所述腔体101，且避免所述磁流体液2024接触到所述腔体101内的所述反应气体401。当优选所述匀气孔121与所述间隙2025位于同一垂线上时，可进一步的提高隔离效果。有关所述匀气孔121的形貌、分布此处不作过分限制，可根据需要进行设定。
作为示例，还包括与所述腔体101及固定件2022密封连接的波纹管109，及位于所述腔体101外与所述固定件2022连接的升降动力机构700；所述升降动力机构700包括驱动马达及传动连接件（未图示），所述驱动马达包括伺服马达。
具体的，参阅图1及图6，显示为本实施例中的两种往复式旋转CVD设备的结构示意图，其中，区别主要在于，图1中的所述往复式旋转CVD设备包括所述波纹管109及升降动力机构700，以通过所述波纹管109及升降动力机构700实现所述晶圆加热基座102的升降，以对所述晶圆300的高度进行调节，但并非局限于此，如图6，当所述往复式旋转CVD设备的所述晶圆加热基座102的高度为固定时，就可以去掉所述波纹管109及升降动力机构700，这时所述固定件2022则可通过法兰600直接安装在所述腔体101上。
作为示例，所述旋转动力机构包括驱动马达201及传动连接件203，所述驱动马达201包括伺服马达，所述传动连接件203包括皮带或齿轮。
具体的，本实施例中，所述固定件2022通过所述法兰600固定在所述升降动力机构700上，所述升降动力机构700固定在所述腔体101上，所述旋转件2021通过皮带或者齿轮传动连接到所述驱动马达201上，由所述驱动马达201带动旋转，且由于所述晶圆加热基座102与所述旋转件2021通过所述密封圈500密封固定连接，从而通过所述驱动马达201可带动所述晶圆加热基座102的运行。本实施例中，所述驱动马达201优选所述伺服马达，以精确地控制所述晶圆加热基座102转动的方向、速度和到达的角度位置等，但并非局限于此。
作为示例，所述晶圆加热基座102进行往复式旋转运行的角度θ的范围包括0°＜θ≤360°，其中，优选θ包括90°、180°及360°。所述晶圆加热基座102的旋转角度被限制在360°范围内，这是通过安装在所述驱动马达201上的机电装置，以及所述旋转件2021上的机电装置实现，以保证设备在正常旋转范围内运行。对于旋转范围进行限定的具体实施例本处不展开描述。
具体的，参阅图5，在实际薄膜沉积应用中，需要根据所述腔体101的设计情况，选择所述晶圆加热基座102进行往复式旋转的角度，如所述晶圆加热基座102进行往复式旋转运行的角度θ可以是90°、180°、270°、360°，或者小于360°范围内的任意角度θ。由于角度θ是可选可调的，使用者可根据设备特点及每一种薄膜沉积工艺特点，确定最优的旋转角度θ的范围，达到最佳薄膜均匀性，而且在一个薄膜沉积的过程中，可以选择一次或者多次的往复式旋转，确定最优的往复式旋转次数，达到最佳薄膜均匀性，还可在薄膜沉积过程中，通过改变所述晶圆300与所述晶圆加热基座102的相对角度位置，以取得最佳薄膜沉积均匀性。
作为示例，所述晶圆加热基座102进行往复式旋转运行的方式包括自起始位置按顺时针旋转R2运行θ角度，再按照逆时针旋转R1运行θ角度返回起始位置；或自起始位置按逆时针旋转R1运行θ角度，再按照顺时针旋转R2运行θ角度返回起始位置，其中，往复式旋转运行中的旋转速度为独立控制的速度。
具体的，参阅图5，晶圆加热基座参考点O2以参考点O1作为起始位置，开始运行，其可以顺时针旋转R2或者逆时针旋转R1进行旋转，这两种旋转方向在改善薄膜沉积均匀性的效果上都是一样的，因此可往复旋转，没有转动方向上的限制。其次根据需要，往复式旋转运行的次数M的范围可包括M≥1，如10次、20次、100次等，此处不作限制。由于所述晶圆加热基座102不是连续的旋转，因此，所述供源线103不会因旋转而发生缠绕现象，因此就可以避免在电气连接中加入滑动接触式电气连接及避免在冷却通道连接中加入转动式冷却管接头连接等。
作为示例，所述晶圆加热基座102进行往复式旋转运行的方式可包括自起始位置按顺时针旋转运行θ1角度，再按照逆时针旋转运行θ2角度，以通过N≥1次往复式旋转，返回起始位置；或自起始位置按逆时针旋转运行θ1角度，再按照顺时针旋转运行θ2角度，以通过N≥1次往复式旋转，返回起始位置，且往复式旋转运行中的旋转速度为独立控制的速度。
具体的，当θ1等于θ2时，即为进行N=1的往复式旋转，以返回起始位置，此处不作赘述；当θ1不等于θ2时，所述晶圆加热基座102可自起始位置按顺时针旋转R2运行θ1角度，再按照逆时针旋转R1运行θ2角度，而后再按顺时针旋转R2运行θ2角度，之后再按照逆时针旋转R1运行θ1角度，从而通过N=2的往复式旋转，以返回起始位置，但并非局限于此，如N的取值可根据需要设置为3、4、5、10等，以完成自起始位置到返回起始位置的一次往复式循环运行，具体运行方式可根据需要进行选择。其中，往复式旋转运行中的旋转速度可通过如控制器等进行独立控制，以具有不同的运行速度，从而可进一步的提高沉积薄膜的均匀性及质量，扩大所述往复式旋转CVD设备的应用范围。
作为示例，所述往复式旋转CVD设备包括PECVD、SACVD、LPCVD及MOCVD中的一种。
本实施例还提供一种往复式旋转CVD设备的应用方法，具体包括：
提供上述往复式旋转CVD设备；
将晶圆300置于所述晶圆加热基座102上，且所述晶圆300与所述晶圆加热基座102进行同步往复式旋转运行，以进行薄膜沉积，具体操作步骤此处不作赘述。
本实施例还提供一种往复式旋转CVD设备的应用方法，与上述应用方法不同的是，所述晶圆300与所述晶圆加热基座102根据需要进行同步往复式旋转运行，并且在所述薄膜沉积过程中，改变所述晶圆300与所述晶圆加热基座102之间的角度对应关系。具体包括：
提供上述往复式旋转CVD设备；
将晶圆300置于所述晶圆加热基座102上，且所述晶圆300与所述晶圆加热基座102进行同步往复式旋转运行，以进行薄膜沉积；
在所述薄膜沉积过程中，停止所述往复式旋转，分离所述晶圆300与所述晶圆加热基座102，并将所述晶圆加热基座102旋转φ角度，将所述晶圆300放回到所述晶圆加热基座102上，以使所述晶圆300与所述晶圆加热基座102之间具有相对偏转的所述φ角度，且所述φ角度的范围包括0°＜φ≤360°；
继续进行所述加热基座的往复式旋转，继续进行薄膜沉积。
具体的，参阅图7及图8，在薄膜沉积过程中，由于所述晶圆加热基座102具有加热功能，存在所述晶圆加热基座102本身温度不均匀等状况，造成所述晶圆300温度分布不均匀等，通过单独将所述晶圆加热基座102旋转φ角度的方式，改变所述晶圆300放在所述晶圆加热基座102上的相对角度，改变所述晶圆300的温度分布不均匀的相对位置。参阅图7至图8，晶圆参考点O3始终在9点钟位置，开始时，晶圆加热基座参考点O2可在6点钟位置，在完成了一部分的薄膜沉积时，可把所述晶圆300取出，以分离所述晶圆300及所述晶圆加热基座102，根据需要可控制所述晶圆加热基座102旋转如180°，从而所述晶圆加热基座参考点O2就到了12点钟位置，使所述晶圆300与所述晶圆加热基座102之间具有相对偏转的所述φ角度，此时，再把所述晶圆300放到所述晶圆加热基座102上，完成其余的薄膜沉积。从而通过改变所述晶圆300与所述晶圆加热基座102的相对角度，以补偿由于所述晶圆加热基座102本身温度不均匀等所造成的如所述晶圆300温度不均匀而产生的影响。常用的相对角度的旋转可包括如90°，180°等，但是并不限于特定的次数及特定的角度及速度等。
具体的，本实施例中，优选所述往复式旋转CVD设备为较为广泛应用的PECVD，但并非局限于此，所述往复式旋转CVD设备还可为如SACVD、LPCVD及MOCVD等所述晶圆300放在所述晶圆加热基座102上进行薄膜沉积的CVD设备。
综上所述，本发明的往复式旋转CVD设备及应用方法，包括旋转装置，在进行薄膜沉积过程中，通过旋转装置的旋转，改善晶圆圆周方向上薄膜沉积的均匀性；通过准确的旋转速度、旋转方向和旋转角度的控制，在最优的角度范围内往复旋转晶圆，且将往复式旋转的角度限制在不超过360°，达到最佳薄膜沉积均匀性；通过旋转装置的往复式旋转，可有效解决旋转过程中的电气连接和冷却连接问题，实现简单可靠的电气和冷却连接。
本发明的往复式旋转CVD设备及应用方法可补偿由于反应腔设计、制造及安装调试等原因所造成的薄膜沉积不均匀的问题，可进一步精简反应腔的设计，且制造/安装/维护可变得相对容易，从而在提高薄膜沉积均匀性的同时，可进一步的降低设备及制造成本。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (11)

1.一种往复式旋转CVD设备，其特征在于，所述往复式旋转CVD设备包括：
腔体，晶圆加热基座及旋转装置；所述晶圆加热基座位于所述腔体内，且所述晶圆加热基座进行往复式旋转运行的角度θ的范围包括0°＜θ≤360°；所述晶圆加热基座进行往复式旋转运行的方式包括自起始位置按顺时针旋转运行θ1角度，再按照逆时针旋转运行θ2角度，以通过N≥1次往复式旋转，返回起始位置；或自起始位置按逆时针旋转运行θ1角度，再按照顺时针旋转运行θ2角度，以通过N≥1次往复式旋转，返回起始位置，且往复式旋转运行中的旋转速度为独立控制的速度；所述旋转装置位于所述腔体外，包括旋转动力机构及旋转密封机构，所述旋转密封机构包括旋转件及固定件；其中，所述固定件与所述腔体固定密封连接，所述旋转件与所述晶圆加热基座固定密封连接，且所述旋转件与所述固定件活动密封连接，且所述旋转件与所述旋转动力机构相连接，以通过所述旋转动力机构带动所述旋转件及晶圆加热基座进行往复式旋转运行；所述往复式旋转CVD设备还包括位于所述腔体内的吹扫气体导流环，且所述吹扫气体导流环与所述晶圆加热基座之间具有狭缝通道，所述狭缝通道的宽度W的范围包括0mm＜W≤1mm，所述狭缝通道的长度L的范围包括L≥5mm，通过所述吹扫气体导流环提供自所述吹扫气体导流环经所述旋转密封机构及狭缝通道至所述腔体的吹扫排出气体。
2.根据权利要求1所述的往复式旋转CVD设备，其特征在于：所述旋转密封机构包括磁流体旋转密封机构、磁耦合旋转密封机构及密封圈旋转密封机构中的一种。
3.根据权利要求1所述的往复式旋转CVD设备，其特征在于：所述旋转件与所述固定件通过轴承进行活动连接，且所述轴承包括径向轴承及端面轴承。
4.根据权利要求1所述的往复式旋转CVD设备，其特征在于：所述旋转件包括第一端、第二端及位于所述第一端与第二端之间的侧壁，且所述旋转件包括内部冷却通道，其中，所述第一端与所述晶圆加热基座固定密封连接，所述内部冷却通道的进出口位于所述第二端，且所述内部冷却通道覆盖所述第一端及侧壁；所述内部冷却通道内通入的冷却物质包括冷却气体或冷却液体。
5.根据权利要求1所述的往复式旋转CVD设备，其特征在于：所述吹扫气体导流环还包括匀气孔，所述匀气孔均匀分布，以使得所述吹扫排出气体在周向上均匀分布流出。
6.根据权利要求1所述的往复式旋转CVD设备，其特征在于：还包括与所述腔体及固定件密封连接的波纹管，及位于所述腔体外与所述固定件固定连接的升降动力机构；所述升降动力机构包括驱动马达及传动连接件，且所述驱动马达包括伺服马达。
7.根据权利要求1所述的往复式旋转CVD设备，其特征在于：所述旋转动力机构包括驱动马达及传动连接件，所述驱动马达包括伺服马达，所述传动连接件包括皮带或齿轮。
8.根据权利要求1所述的往复式旋转CVD设备，其特征在于：所述晶圆加热基座内的部件通过供源线与所述腔体外的对应部件连接，其中，所述供源线包括加热器的电源线、测温热电偶的连接线、接地线、水管及气管，所述供源线从所述晶圆加热基座的底部引出，或所述供源线的外部连接插座安装在所述晶圆加热基座的底部。
9.根据权利要求1~8中任一所述的往复式旋转CVD设备，其特征在于：所述往复式旋转CVD设备包括PECVD、SACVD、LPCVD及MOCVD中的一种。
10.一种往复式旋转CVD设备的应用方法，其特征在于：
提供如权利要求1~9中任一所述往复式旋转CVD设备；
将晶圆置于所述晶圆加热基座上，且所述晶圆与所述晶圆加热基座进行同步往复式旋转运行，以进行薄膜沉积。
11.一种往复式旋转CVD设备的应用方法，其特征在于：
提供如权利要求1~9中任一所述往复式旋转CVD设备；
将晶圆置于所述晶圆加热基座上，且所述晶圆与所述晶圆加热基座进行同步往复式旋转运行，以进行薄膜沉积；
在所述薄膜沉积过程中，停止所述往复式旋转，分离所述晶圆与所述晶圆加热基座，并将所述晶圆加热基座旋转φ角度，将所述晶圆放回到所述晶圆加热基座上，以使所述晶圆与所述晶圆加热基座之间具有相对偏转的所述φ角度，且所述φ角度的范围包括0°＜φ≤360°；
继续所述晶圆与所述晶圆加热基座进行同步往复式旋转运行，以进行薄膜沉积。
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