CN204714899U - 薄膜沉积装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种薄膜沉积装置，本实用新型的薄膜沉积装置包含：气体供给部，其具备至少一个以上的气体供给模块，所述气体供给模块供给包含原料气体与反应气体的多种制程气体及吹扫气体，对残留的所述制程气体或所述吹扫气体进行排气；及基板支撑部，其支撑基板，以可相对于所述气体供给部而移动的方式所具备；且所述基板支撑部执行包含多次分步前进及分步后退的至少一个的循环移动，在进行所述一个循环移动的情况下，所述基板的最初位置与最终位置之间的循环移动距离为所述一个气体供给模块的长度以上。因此可将薄膜沉积装置的设置面积及体积最小化，进而维持薄膜的质量。

Description

薄膜沉积装置

技术领域

本实用新型涉及一种薄膜沉积装置(thin film deposition apparatus)，更详细而言，涉及一种在供给多种制程气体(process gas)的气体供给部与支撑基板的基板支撑部相对移动的情况下，通过所述基板支撑部的分步移动而可将设置面积及体积最小化，进而维持薄膜的品质的薄膜沉积装置。

背景技术

作为用以在半导体晶片(wafer)等基板(以下，称为“基板”)上形成薄膜的沉积法，使用化学气相沉积法(CVD：Chemical Vapor Deposition)、原子层沉积法(ALD：Atomic Layer Deposition)等技术。

图8的(a)-(d)是表示关于薄膜沉积法中的原子层沉积法的基本概念的概略图。参照图8的(a)-(d)，对原子层沉积法的基本概念进行说明，原子层沉积法是在基板上喷射包含如三甲基铝(TMA：TriMethyl Aluminium)的原料的原料气体后，通过喷射氩(Ar)等惰性吹扫气体(inert purge gas)及排出未反应物质而使单分子层吸附到基板上，在喷射包含与所述原料发生反应的如臭氧(O₃)的反应物的反应气体后，通过喷射惰性吹扫气体及排出未反应物质/副产物而在基板上形成单原子层(Al-O)。

使用在原子层沉积法中的以往的薄膜沉积装置根据将原料气体、反应气体、吹扫气体等各种气体注入到基板表面的方向及方式而存在多种类型，进而可根据是否进行供给所述气体的气体供给部与基板的相对移动而区分。

图9表示支撑基板的基板支撑部相对于气体供给部而移动的所谓“扫描(scan)”方式的以往的薄膜沉积装置10。

基板12由直线移动特定距离的基板支撑部14支撑，在所述基板支撑部14的上部具备依序供给多种制程气体的气体供给部20。

然而，在如上所述的薄膜沉积装置10中，在所述基板12在所述气体供给部20的下方移动的情况下，以所述基板12不与所述气体供给部20重叠的方式进行移动。即，所述基板12以如下方式移动：在所述气体供给部20的下方移动，通过所述气体供给部20且不与所述气体供给部20重叠。因此，如图9所示，需要在所述气体供给部20的两侧分别设置不使所述基板12与所述气体供给部20重叠的所谓“预留空间S1、S2”。

这种预留空间使所述薄膜沉积装置的内部体积变大而成为增大所述薄膜沉积装置的整体体积的主要因素，因所述内部体积增大而在实际沉积薄膜的情况下所需的制程气体的量也随之增加，从而成为费用增加的主要因素。

实用新型内容

[实用新型欲解决的课题]

为了解决如上所述的问题点，本实用新型的目的在于提供一种在伴随基板与气体供给部的相对移动而沉积薄膜的情况下，通过所述基板与气体供给部的分步相对移动而可将内部体积最小化，减少设置面积的薄膜沉积装置。

另外，本实用新型的目的在于提供一种通过所述基板与气体供给部的相对移动，可提高所述薄膜的品质的薄膜沉积装置。

另外，本实用新型的目的在于提供一种重复进行所述基板与气体供给部的分步相对移动而可防止异物侵入到所述薄膜的薄膜沉积装置。

[解决课题的手段]

如上所述的本实用新型的目的是通过薄膜沉积装置而达成，所述薄膜沉积装置包含：气体供给部，其具备至少一个的气体供给模块，所述气体供给模块供给包含原料气体与反应气体的多种制程气体及吹扫气体，对残留的所述制程气体或所述吹扫气体进行排气；及基板支撑部，其支撑基板，并以相对于所述气体供给部可移动的方式被具备；且所述基板支撑部执行包含多次分步前进及分步后退的至少一个的循环(loop)移动，在进行所述至少一个的循环移动的情况下，所述基板的最初位置与最终位置之间的循环移动距离为所述至少一个的气体供给模块的长度以上。

在这里，所述基板支撑部进行所述分步后退的分步后退距离小于所述基板支撑部进行所述分步前进的分步前进距离。

进而，所述分步前进距离为0.1mm至15mm，所述分步后退距离小于所述分步前进距离。

另一方面，在执行n次所述循环移动的情况下，所述基板从第m-1次循环移动的最终位置向第m次循环移动的最初位置直线移动，其中n≥2且2≤m≤n。

这时，所述第m次循环移动的最初位置与所述第m-1次循环移动的最初位置相同。

或者，所述第m次循环移动的最初位置较所述第m-1次循环移动的最初位置移动与位移(shift)距离相同的距离。

在这个情况下，所述位移距离与所述基板支撑部执行分步前进的分步前进距离不同。

另一方面，在执行n次所述循环移动的情况下，所述基板通过包含多次分步前进及分步后退的分步移动而从第m-1次循环移动的最终位置向第m次循环移动的最初位置移动，其中n≥2且2≤m≤n。

这时，所述第m次循环移动的最初位置与所述第m-1次循环移动的最初位置相同。

或者，所述第m次循环移动的最初位置较所述第m-1次循环移动的最初位置移动与位移距离相同的距离。

在这个情况下，所述位移距离与所述基板支撑部执行分步前进的分步前进距离不同。

另外，具备所述至少一个的气体供给模块的所述气体供给部的长度为所述基板的直径以上。

[实用新型效果]

根据具有如上所述的构成的本实用新型，在伴随所述基板与气体供给部的相对移动而沉积薄膜的情况下，通过所述基板与气体供给部的分步相对移动，可将所述基板的循环移动距离最小化成所述气体供给部的一个气体供给模块以上的距离，从而可将所述薄膜沉积装置的内部体积最小化。由此，可明显减少所述薄膜沉积装置的设置面积，通过所述内部体积的减少，还可减少在所述基板沉积薄膜的情况下所需的制程气体的量，从而减少费用。

另外，根据本实用新型，在所述基板与气体供给部重复进行包含多个分步相对移动的循环移动的情况下，可通过使所述循环移动的最初位置位移而防止异物沿着所述薄膜层侵入。

附图说明

图1是表示依序供给多种制程气体的一个气体供给模块的概略图。

图2是表示具备多个所述图1的气体供给模块的气体供给部的概略图。

图3是表示所述基板根据一实施例进行分步移动而前进的过程的概略图。

图4是表示所述基板进行分步移动而后退的过程的概略图。

图5是表示通过所述图3的过程形成的薄膜层的概念图。

图6是表示所述基板根据另一实施例进行分步移动而前进的过程的概略图。

图7是表示通过所述图6的过程形成的薄膜层的概念图。

图8的(a)-(d)是表示原子层沉积法的基本概念的概略图。

图9是表示以往的薄膜沉积装置的构成的概略图。

具体实施方式

以下，参照附图，详细地对本实用新型的优选的实施例进行说明。然而，本实用新型并不限定于在这里所说明的实施例，可具体化为其他形态。在这里介绍的实施例反而是为了可使所揭示的内容变得透彻且完整、以及可充分地对本领域技术人员传达本实用新型的思想而提供。在整篇说明书中，相同的参照符号表示相同的构成要素。

图1表示在本实用新型的薄膜沉积装置的气体供给部120(参照图2)具备至少一个以上的一个气体供给模块120。

参照图1，所述单气体供给模块120以如下方式构成：供给包含原料气体(第一制程气体)与反应气体(第二制程气体)的多种制程气体及吹扫气体，对残留的所述制程气体或吹扫气体进行排气。

具体而言，所述气体供给模块120可具备：第一气体供给口124，其供给原料气体；第二气体供给口128，其供给反应气体；及吹扫气体供给口122、126，其等供给吹扫气体。所述吹扫气体供给口122、126可具备多个，可具备在所述第一气体供给口124与第二气体供给口128之间、或所述第一气体供给口124与第二气体供给口128中的至少任一侧。另外，所述气体供给模块120可具备排气气体排出口150，所述排气气体排出口150分别具备在前文叙述的所述第一气体供给口124、第二气体供给口128与吹扫气体供给口122、126之间。所述排气气体排出口150通过抽气(pumping)部(未图示)连接，向外部排出残留的制程气体或吹扫气体。如图1所示，具有如上所述的构成的一个气体供给模块120具有“D”的距离。因此，当所述气体供给模块120与基板彼此相对移动时，依序向所述基板供给吹扫气体、原料气体、及反应气体，从而通过原子层沉积法而在所述基板的上部形成薄膜。

图2表示具备至少一个以上的所述气体供给模块120A、120B、120C、120D的气体供给部120及基板12。虽未于图2中图示，但所述基板12可由以可与所述气体供给部1200相对移动的方式所具备的基板支撑部支撑。以下，说明为以如下方式具备：所述气体供给部120固定，下部的所述基板支撑部移动而所述基板12可相对于所述气体供给部1200移动。

参照图2，气体供给部1200可具备至少一个以上的所述气体供给模块。在图2中图示具备四个气体供给模块120A、120B、120C、120D的气体供给部1200，但该情况仅为一例，可适当地调节一个气体供给部1200所具备的气体供给模块的个数。

然而，在本实用新型中，例如能够以如下方式具备：所述气体供给部1200固定，所述基板12可相对于所述气体供给部1200移动。在这个情况下，薄膜沉积到所述基板12的上部，进而为了将所述基板12的移动距离最小化，可将所述具备至少一个气体供给模块的所述气体供给部1200的长度设定为所述基板12的直径Ds以上。即，将所述气体供给部1200的长度设定为所述基板12的直径以上，以便在所述基板12进行移动的情况下，所述基板12不会向所述气体供给部1200的两侧突出。由此，无需如以往的装置般在气体供给部的两侧设置预留空间，而不仅可达成薄膜沉积装置的薄型化，而且可达成内部体积的最小化。

另一方面，在本实用新型中，所述基板12可利用所述基板支撑部执行包含多次分步前进及分步后退的至少一个的循环移动。图3是表示所述基板12执行一个循环移动的过程的概略图。

参照图3，可通过所述循环移动而在所述基板12上形成薄膜，可根据形成在所述基板12的薄膜的厚度而设定所述循环移动的次数。此时，在进行所述一个循环移动的情况下，所述基板12的最初位置与最终位置之间的循环移动距离L可设定为所述一个气体供给模块120的距离以上。

在所述基板12完成一个循环移动的情况下，在开始所述循环移动时，所述基板12的最初位置(t0的位置)与最终位置(t17的位置)之间的距离、即循环移动距离L可设定为气体供给部1200所具备的一个气体供给模块120A的距离D以上。如果所述循环移动距离L设定为小于气体供给部1200所具备的一个气体供给模块1200的距离D，那么即便在完成一个循环移动的情况下，也不会对所述基板供给原料气体或反应气体中的至少一种。这个情况可导致在所述基板12产生不形成薄膜的区域。因此，所述循环移动距离L可设定为所述气体供给部1200所具备的一个气体供给模块1200的距离D以上，以便不会在所述基板12产生不形成薄膜的区域。

参照图3，所述基板12以重复进行多次分步前进及分步后退的方式移动。在这里，所述“前进”可定义为所述基板12想要相对于所述气体供给部1200移动的方向，所述“后退”可定义为所述前进方向的相反方向。在图3中，所述基板12想要向图的右侧移动，因此在图3中右侧方向设定为前进方向，其相反方向设定为后退方向。所述前进及后退方向是根据所述基板想要移动的方向而设定，因此并不固定为某一个方向来定义。

所述基板12在开始一个循环移动时(t0)位于最初位置，此后重复进行重复性的分步前进(t1，t3，t5，t7，t9，t11，t13，t15，t17)及分步后退(t2，t4，t6，t8，t10，t12，t14，t16)而完成一个循环移动。在这个情况下，所述基板最终应进行前进而向所期望的方向移动，因此所述基板支撑部进行所述分步后退的分步后退距离Lb设定为小于所述基板支撑部进行所述分步前进的分步前进距离Lf。

所述基板12从所述最初位置按照分步前进距离Lf程度进行第一分步前进(t1)而到达L2的位置，接着按照分步后退距离Lb程度进行第一分步后退(t2)而到达L1的位置。

接着，重复进行多次所述分步前进及分步后退，直到所述基板12从最初位置移动约相当于循环移动距离L的距离为止。例如，通过所述分步前进而分别到达L3(t3)、L4(t5)、L5(t7)、L6(t9)、L7(t11)、L8(t13)、L9(t15)、L10(t17)的位置，通过所述分步前进而分别到达L2(t4)、L3(t6)、L4(t8)、L5(t10)、L6(t12)、L7(t14)、L8(t16)的位置。

在这个情况下，所述分步前进距离例如大致为0.1mm至15mm，所述分步后退距离可设定为小于所述分步前进距离。例如，所述分步后退距离可设定为所述分步前进距离的大致一半。另一方面，根据本发明人的实验，发现如下情况：如果所述分步前进距离设定为大于15mm，那么在沉积到基板12的薄膜形成条纹而薄膜的品质下降；相反地，如果所述分步前进距离设定为小于0.1mm，那么在基板12沉积多个层的情况下，可因上下部层的“隧道(tunneling)”效应而使薄膜外部的异物容易地侵入。之后详细地对所述“隧道”现象进行说明。因此，在本实施例中，所述分步前进距离例如可大致设定为0.1mm至15mm。

另一方面，可根据想要沉积到所述基板12的薄膜的厚度而设定所述基板支撑部的所述分步前进距离Lf、所述分步前进次数、及所述循环移动的次数。因此，在设定想要沉积到所述基板12的薄膜的厚度的情况下，可适当地设定所述基板的分步前进距离Lf、所述分步前进次数、及所述循环移动的次数。

另一方面，在执行多次所述循环移动、即执行n次(n≥2，n为整数)所述循环移动的情况下，在连续执行的第(m-1)(2≤m≤n，m为整数)循环移动、与第m循环移动中的所述基板的动作如下。即，在执行n次所述循环移动的情况下，整数“m”是为了定义所述多次循环移动中的个别的第m循环移动而使用。

在本实施例中，所述基板在从第(m-1)循环移动的最终位置向第m循环移动的最初位置移动的情况下，能够以直线运动的方式移动。

例如，假设所述“n”的值为“2”的情况、即假设重复进行2次所述循环移动的情况。在这个情况下，“m”的值为2。在所述“m”的值为“2”的情况下，第(m-1)循环移动相当于第一循环移动、即最初循环移动，第m循环移动相当于第二循环移动，相当于继所述第(m-1)循环移动之后执行的循环移动。进而，当假设图3所示的循环移动为第一循环移动时，在所述第一循环移动中，所述基板12的最终位置相当于“t17”的位置。在这个情况下，为了进行接下来的第二循环移动，所述基板12可向第二循环移动的最初位置P1移动。如上所述，在从第一循环移动的最终位置向第二循环移动的最初位置移动的情况下，所述基板可如图3所示般以直线移动的方式移动。这是为了使所述基板迅速地向第二循环移动的最初位置移动而快速执行后续的循环移动。

然而，如上所述，在使所述基板从第(m-1)循环移动的最终位置向接下来的第m循环移动的最初位置移动的情况下，可通过包含多次分步前进及分步后退的分步移动而使之移动。这是为了在为了实现连续的循环移动而使所述基板移动的情况下，也使薄膜沉积到所述基板，由此执行更有效的薄膜沉积。因此，在执行n次(n≥2)所述循环移动的情况下，所述基板可通过包含多次分步前进及分步后退的分步移动而从第(m-1)(2≤m≤n)循环移动的最终位置向所述第m循环移动的最初位置移动。

例如，图4表示在使所述基板从第一循环移动的最终位置向接下来的第二循环移动的最初位置移动的情况下，通过包含多次分步前进(b1，b3，b5，b7，b9，b11，b13，b15，b17)及分步后退(b2，b4，b6，b8，b10，b12，b14，b16)的分步移动而使之移动的概略图。对于所述图4进行的说明与所述图3的说明相似，因此省略重复的说明。其中，在图4中将左侧定义为前进方向，将其相反方向定义为后退方向。因此，图4中的”b0”的位置为最初位置。

然而，在所述图3及图4中，假设所述第m循环移动的最初位置与所述第(m-1)循环移动的最初位置相同的情况而进行说明。即，设定为第一循环移动的最初位置与第二循环移动的最初位置相同。在这个情况下，沉积到所述基板12的薄膜可具有如图5的形态。图5是表示形成于基板12的上部的薄膜的侧剖面图形态的概略图。

参照图5，例如在执行2次循环移动的情况下，如图5所示般在所述基板12的上部形成第一层130及第二层140。伴随所述基板的分步移动而在所述基板形成薄膜层，因此形成到所述基板的薄膜如图5所示般以平行于基板的表面的方式分步地沉积。

这时，所述第一循环移动与第二循环移动的最初位置变得相同，因此沉积到所述基板12的第一层130的分步中间侧壁132与第二层140的分步中间侧壁142大致形成在一直线上。在这个情况下，因所谓“隧道(tunneling)”现象而异物110可沿着所述第一层130的分步中间侧壁132与第二层140的分步中间侧壁142侵入到薄膜的内部。该情况可导致薄膜的品质下降，因此以下对解决如上所述的问题点的另一实施例进行说明。

图6是表示另一实施例的基板的循环移动的概略图。与所述图3的循环移动相比，本实施例的循环移动在如下方面存在差异：所述第m循环移动的最初位置较所述第(m-1)循环移动的最初位置移动约位移距离。以下，以差异点为中心而进行说明。

参照图6，例如在基板从第一循环移动结束的时间点(t17)的最终位置向第二循环移动的最初位置移动的情况下，所述第二循环移动的最初位置P₂移动距所述第一循环移动的最初位置为位移距离d程度。在这个情况下，所述位移距离d设定为与所述分步前进距离Lf不同，例如可设定为更小。其原因在于如果所述位移距离d与所述分步前进距离Lf相同，那么无法防止所述“隧道”现象。

即，在第二循环移动开始时，与所述第一循环移动开始时相比，所述基板从隔开位移距离d程度的位置开始移动。如上所述，在重复进行各循环移动的情况下，如果使各循环移动的最初位置隔开约位移距离，那么可防止所述异物侵入。

图7表示通过所述图6的方法执行2次循环移动而在所述基板12的上部形成第一层130及第二层140的情况。在这个情况下，如上所述般第一循环移动与第二循环移动的最初位置隔开约位移距离，因此沉积到所述基板12的第一层130的分步中间侧壁132与第二层140的分步中间侧壁142彼此不一致，而以错开的方式排列。因此，不会产生在图5中所说明的“隧道”现象，从而可阻止外部的异物侵入。

所述图6的方法可应用于如下情况：如图3般从第(m-1)(2≤m≤n)循环移动的所述基板的最终位置向所述第m循环移动的所述基板的最初位置直线移动的情况；或通过包含多次分步前进及分步后退的分步移动而进行移动的情况。

本说明书参照本实用新型的优选的实施例而进行了说明，但相应技术领域的本领域技术人员可在不脱离本实用新型的思想及区域的范围内，对本实用新型实施各种修正及变更。因此，如果经变形的实施基本上包含本实用新型的构成要素，则应认为均包含在本实用新型的技术范畴内。

[产业上的可利用性]

根据本实用新型，在伴随基板与气体供给部的相对移动而沉积薄膜的情况下，通过所述基板与气体供给部的分步相对移动，可将所述基板的循环移动距离最小化成所述气体供给部的一个气体供给模块以上的距离，从而将所述薄膜沉积装置的内部体积最小化。由此，可明显地减少所述薄膜沉积装置的设置面积，通过所述内部体积的减少，还可减少在所述基板沉积薄膜的情况下所需的制程气体的量，从而减少费用。

另外，根据本实用新型，在所述基板与气体供给部重复进行包含多个分步相对移动的循环移动的情况下，可通过使所述循环移动的最初位置位移而防止异物沿着所述薄膜层侵入。

Claims (12)

1.一种薄膜沉积装置，其特征在于包含：

气体供给部，其具备至少一个的气体供给模块，所述气体供给模块供给包含原料气体与反应气体的多种制程气体及吹扫气体，对残留的所述制程气体或所述吹扫气体进行排气；及

基板支撑部，其支撑基板，并以相对于所述气体供给部可移动的方式被具备；且

所述基板支撑部执行包含多次分步前进及分步后退的至少一个的循环移动，在进行所述至少一个的循环移动的情况下，所述基板的最初位置与最终位置之间的循环移动距离为所述至少一个的气体供给模块的长度以上。

2.根据权利要求1所述的薄膜沉积装置，其特征在于：

所述基板支撑部进行所述分步后退的分步后退距离小于所述基板支撑部进行所述分步前进的分步前进距离。

3.根据权利要求2所述的薄膜沉积装置，其特征在于：

所述分步前进距离为0.1mm至15mm，所述分步后退距离小于所述分步前进距离。

4.根据权利要求1所述的薄膜沉积装置，其特征在于：

在执行n次所述循环移动的情况下，

所述基板从第m-1次循环移动的最终位置向第m次循环移动的最初位置直线移动，其中n≥2且2≤m≤n。

5.根据权利要求4所述的薄膜沉积装置，其特征在于：

所述第m次循环移动的最初位置与所述第m-1次循环移动的最初位置相同。

6.根据权利要求4所述的薄膜沉积装置，其特征在于：

所述第m次循环移动的最初位置较所述第m-1次循环移动的最初位置移动与位移距离相同的距离。

7.根据权利要求6所述的薄膜沉积装置，其特征在于：

所述位移距离与所述基板支撑部执行分步前进的分步前进距离不同。

8.根据权利要求1所述的薄膜沉积装置，其特征在于：

在执行n次所述循环移动的情况下，

所述基板通过包含多次分步前进及分步后退的分步移动而从第m-1次循环移动的最终位置向第m次循环移动的最初位置移动，其中n≥2且2≤m≤n。

9.根据权利要求8所述的薄膜沉积装置，其特征在于：

所述第m次循环移动的最初位置与所述第m-1次循环移动的最初位置相同。

10.根据权利要求8所述的薄膜沉积装置，其特征在于：

所述第m次循环移动的最初位置较所述第m-1次循环移动的最初位置移动与位移距离相同的距离。

11.根据权利要求10所述的薄膜沉积装置，其特征在于：

所述位移距离与所述基板支撑部执行分步前进的分步前进距离不同。

12.根据权利要求1所述的薄膜沉积装置，其特征在于：

具备所述至少一个的气体供给模块的所述气体供给部的长度为所述基板的直径以上。