CN112746266A - 化学气相沉积装置及其温度控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种化学气相沉积装置及其温度控制方法，化学气相沉积装置包括一基板座、一主加热系统及一辅助加热系统。该辅助加热系统可以让基板座上的基板的温度快速地上升，因此在需要反复切换两种温度的情况下，该辅助加热系统可以缩短制程所需的时间。
Description
技术领域
本发明有关一种化学气相沉积装置，特别是关于一种具有多个加热系统的化学气相沉积装置及其温度控制方法。
背景技术
图1为传统的化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition；CVD)装置10的一部分。图2为图1中化学气相沉积装置10的局部剖面图。参照图1及图2，化学气相沉积装置10包括一基板座12、一盖板14以及一加热系统16。基板座12具有多个容置槽121、122、123、124、125及126用以放置基板20。盖板14可以覆盖基板座12。基板座12与盖板14之间形成一反应室18。反应室18内可注入要进行CVD的反应气体。加热系统16位于基板座12的下方，加热系统16包括加热器162。加热器162可以是热阻丝加热器或射频加热器。
然而，加热系统16的加热功率虽然比较高，但是因为所要加温的对象是基板座12，再由基板座12把热量传输到基板20上面，由于基板座12的质量很大，导致温度升降速度较慢，进而无法让基板20的温度快速变化，因此在某些需要温度不断切换的CVD制程中，需要较长的制程时间。如图3所示，当基板20上要反复沉积两种膜层时，基板20的温度会在预设值Te1及预设值Te2反复切换，由于加热系统16需要较长的加热时间Tr1将基板20的温度从预设值Te1加热到预设值Te2，因此，制程时间会因为加热时间Tr1而被拉长。
发明内容
本发明的目的之一，在于提出一种具有多个加热系统的化学气相沉积装置及其温度控制方法。
本发明的另一目的，在于提出一种加快制程速度的化学气相沉积装置及其温度控制方法。
为了达到上述目的，本发明提供一种化学气相沉积装置，包括一基板座、一主加热系统及至少一辅助加热系统。该基板座是用以放置基板。该主加热系统是用以将该基板座以及该基板的温度加热至一第一预设值。该至少一辅助加热系统是用以将该基板的温度由该第一预设值加热至一第二预设值。由于该至少一辅助加热系统的加热对象是基板20，其质量很小容易加热，所以温度变换速度较快，因此在该基板的温度需要在该第二预设值及一第三预设值反复切换时，该辅助加热系统可以大幅缩短加热的时间，进而缩短制程时间。
为了达到上述目的，本发明还提供一种化学气相沉积装置的温度控制方法，包括：利用一主加热系统对一基板座以及在该基板座上的基板加热；以及在该基板的温度达到一第一预设值后，利用至少一辅助加热系统对该基板加热，以使该基板的温度由该第一预设值上升至一第二预设值。由于该至少一辅助加热系统的加热速度较快，因此在该基板的温度需要在该第二预设值及一第三预设值反复切换时，该至少一辅助加热系统可以缩短加热的时间，进而缩短制程时间。
附图说明
图1为传统的化学气相沉积装置的一部分。
图2为图1中化学气相沉积装置的局部剖面图。
图3为图2中基板的温度变化曲线。
图4为本发明化学气相沉积装置的第一实施例。
图5为图4中化学气相沉积装置的局部剖面图。
图6为图5中辅助加热系统的第一实施例。
图7为图5中辅助加热系统的第二实施例。
图8为图5中辅助加热系统的第三实施例。
图9为本发明化学气相沉积装置的第二实施例。
图10为本发明化学气相沉积装置的第三实施例。
图11为本发明温度控制方法的实施例。
图12为基板的温度变化。
附图标记说明：10-化学气相沉积装置；12-基板座；122-容置槽；14-盖板；16-加热系统；162-加热器；18-反应室；20-基板；30-化学气相沉积装置；34-盖板；342-开口；36-主加热系统；38-传感器；40-辅助加热系统；402-红外线灯泡或激光光源；60-化学气相沉积装置；70-化学气相沉积装置；Te1-预设值；Te2-预设值；Te3-预设值；Tr1-加热时间；Tr2-加热时间。
具体实施方式
图4为本发明化学气相沉积装置的第一实施例。图5为图4中化学气相沉积装置的局部剖面图。参照图4及图5，化学气相沉积装置30包括一基板座12、一盖板34、一主加热系统36、一传感器38以及一辅助加热系统40。基板座12具有多个容置槽121、122、123、124、125及126，每一个容置槽121、122、123、124、125及126可以放置一个基板20。化学气相沉积装置30可以控制基板座12旋转以及控制基板20旋转。盖板34覆盖基板座12。基板座12与盖板34之间形成一反应室18。反应室18内可注入要进行CVD的反应气体。主加热系统36位于基板座12的下方，但本发明不限于此，例如主加热系统36也可以设置在基板座12的上方。主加热系统36包括加热器162。加热器162可以是热阻丝加热器或射频加热器。传感器38设置在盖板34上，透过盖板34的开口342感测基板20的各部位的温度。辅助加热系统40设置在盖板34上，透过盖板34的开口342对基板20加热。虽然主加热系统36的功率高于辅助加热系统40的功率，但是主加热系统36所要加热的对象是基板座12，再由基板座12把热量传输到基板20，而基板座12的质量很大，导致基板座12及基板20的温度升降速度较慢。辅助加热系统40的加热对象是基板20，由于基板20的质量很小容易加热，所以辅助加热系统40可以让基板20的温度快速变化。换言之，对于基板20而言，辅助加热系统40的加热速度快于主加热系统36的加热速度。在此，加热速度是指温度的上升速度。辅助加热系统40可以是但不限于红外线加热器或激光加热器。由于化学气相沉积装置30可以旋转基板20，因此传感器38可以依序感测到基板20的各部位的温度，并产生温度感测信号给辅助加热系统40。辅助加热系统40根据温度感测信号对基板20进行局部加热。局部加热可以是区块加热、线形加热或扫描点加热。同样的，由于基板20被旋转，因此辅助加热系统40可依序对基板20的各部位进行局部加热。在其他实施例中，传感器38也可以整合至辅助加热系统40中。
图6为图5中辅助加热系统40的第一实施例，其具有多个红外线灯泡或激光光源402组成阵列。图6的辅助加热系统40可以对基板20进行区块加热。图7为图5中辅助加热系统40的第二实施例，其具有多个红外线灯泡或激光光源402位于一直线上。图7的辅助加热系统40可以对基板20进行线形加热。图8为图5中辅助加热系统40的第三实施例，其具有一个红外线灯泡或激光光源402。图8的红外线灯泡或激光光源402可转动以将红外线或激光射向不同位置以达成扫描点加热。
图9为本发明化学气相沉积装置的第二实施例。如同图4及图5所示的化学气相沉积装置30，图9的化学气相沉积装置60同样包括一基板座12、一盖板34、一主加热系统36、一传感器38以及一辅助加热系统40，其中基板座12具有多个容置槽121、122、123、124、125及126供放置基板20。差异在于，图4的传感器38及辅助加热系统40可以同时对一个基板20进行温度感测及加热，但图9的传感器38及辅助加热系统40是在不同时间对同一个基板20进行温度感测及加热。具体来说，图9中容置槽121内的基板20被旋转使得传感器38可以感测基板20上各部位的温度产生一温度感测信号。接着，随着基板座12的旋转，容置槽121会移动至原先容置槽122的位置，此时辅助加热系统40会根据先前得到的温度感测信号对容置槽121内的基板20进行加热。
图10为本发明化学气相沉积装置的第三实施例。如同图4及图5所示的化学气相沉积装置30，图10中的化学气相沉积装置70同样包括一基板座12、一盖板34、一主加热系统36、一传感器38以及一辅助加热系统40，其中基板座12具有多个容置槽121、122、123、124、125及126供放置基板20。化学气相沉积装置70的操作与图9的化学气相沉积装置60相同，都是利用基板座12的旋转特性，让传感器38及辅助加热系统40在不同时间对同一个基板20进行温度感测及加热。差别在于，化学气相沉积装置70的传感器38及辅助加热系统40覆盖整个基板20，因此可以在基板20不旋转的情况下，感测整个基板20的温度及对整个基板20进行局部加热。
在前述实施例中，化学气相沉积装置30、60及70只有一个辅助加热系统40，但本发明的化学气相沉积装置30、60及70也可以使用多个辅助加热系统40来达成不同应用。此外，化学气相沉积装置30、60及70对每一个基板20的温度是可以独立控制的，例如容置槽121内的基板20的温度可控制在900℃，而容置槽122内的基板20的温度可控制在920℃。
图11为本发明温度控制方法的实施例。图12为基板的温度变化。参照图5、图11及图12，在CVD制程开始时，主加热系统36开始对基板座12及在基板座12上的基板20加热，如步骤S10所示。由于主加热系统36的加热速度较慢，故基板20的温度以较缓慢的速度上升，如时间t0至t1所示。在基板20的温度达到一第一预设值Te3时，如时间t1所示，辅助加热系统40被启动以对基板20加热，如步骤S12所示。由于辅助加热系统40的加热速度较快，因此基板20的温度以较快的速度上升至一第二预设值Te2，如时间t1至t2所示。在基板20的温度上升至第二预设值Te2且维持一第一时间Th1后，辅助加热系统40停止对基板20加热，使得基板20的温度开始下降，如步骤S14及时间t3所示。在基板20的温度下降至一第三预设值Te1时，如时间t4所示，启动辅助加热系统40以将基板的温度维持在第三预设值Te1。如步骤S16所示，在基板20的温度下降至第三预设值Te1且维持一第二时间Th2后，辅助加热系统40将基板20的温度由第三预设值Te1加热至第二预设值Te2。之后，重复步骤S14及S16使得基板20的温度在第二预设值Te2及第三预设值Te1切换，直至CVD制程结束。
本发明的主加热系统36相当于传统的加热系统16，从图12的时间t0至t2可看出，辅助加热系统40的加热速度快于传统的加热系统16的加热速度，因此本发明的化学气相沉积装置可以让基板20的温度很快的从预设值Te1上升至预设值Te2。辅助加热系统40可以让预设值Te1上升至预设值Te2的加热时间由Tr1缩短为Tr2，进而缩短CVD制程时间。
以上对于本发明的较佳实施例所作的叙述为阐明的目的，而无意限定本发明精确地为所揭露的形式，基于以上的教导或从本发明的实施例学习而做修改或变化是可能的，实施例为解说本发明的原理以及让熟习该项技术者以各种实施例利用本发明在实际应用上选择及叙述，本发明的技术思想由权利要求书来决定。
Claims (10)
1.一种化学气相沉积装置，其特征在于，包括：
一基板座，用以放置基板；
一主加热系统，位于该基板座的一侧，用以将该基板座以及在该基板座上的基板的温度加热至一第一预设值；以及
一辅助加热系统，位于该基板座的另一侧，用以将该基板座上的基板的温度由该第一预设值加热至一第二预设值。
2.如权利要求1的化学气相沉积装置，其特征在于，该辅助加热系统控制该基板座上的基板的温度在该第二预设值及一第三预设值反复切换。
3.如权利要求1的化学气相沉积装置，其特征在于，该主加热系统的功率高于该辅助加热系统的功率，且该辅助加热系统的加热速度快于该主加热系统的加热速度。
4.如权利要求1的化学气相沉积装置，其特征在于，该辅助加热系统包括红外线加热器或激光加热器。
5.如权利要求1的化学气相沉积装置，其特征在于，还包括一传感器连接该辅助加热系统，用以感测该基板座上的基板的温度产生一温度感测信号给该辅助加热系统。
6.一种化学气相沉积装置的温度控制方法，其特征在于，包括下列步骤：
利用一主加热系统对一基板座以及在该基板座上的基板加热；以及
在该基板的温度达到一第一预设值后，利用一辅助加热系统对该基板加热，以使该基板的温度由该第一预设值上升至一第二预设值。
7.如权利要求6的温度控制方法，其特征在于，该主加热系统的功率高于该辅助加热系统的功率，且该辅助加热系统的加热速度快于该主加热系统的加热速度。
8.如权利要求6的温度控制方法，其特征在于，还包括：
在该基板的温度上升至该第二预设值且维持一第一时间后，停止对该基板加热，使该基板的温度下降；以及
在该基板的温度下降至一第三预设值且维持一第二时间后，利用该辅助加热系统将该基板的温度提升至该第二预设值。
9.如权利要求6的温度控制方法，其特征在于，该辅助加热系统包括红外线加热器或激光加热器。
10.如权利要求6的温度控制方法，其特征在于，还包括感测该基板的温度产生一温度感测信号给该辅助加热系统。
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