CN216998571U - 用以改善基板温度分布的沉积设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型为一种用以改善基板温度分布的沉积设备，包括一腔体、一承载盘、一加热单元、一抽气环及一环形加热器，其中加热单元连接承载盘，并用以加热承载盘承载的基板。抽气环包括复数个排气孔及一环形通道，其中排气孔位于承载盘的周围，并用以将容置空间内的气体依序经由排气孔、环形通道及抽气通道排出，以在基板上形成稳定的流场。环形加热器设置在抽气环的下方，其中环形加热器位于承载盘的周围，并用以加热承载盘的外围区域，以改善承载盘承载的基板的温度分布。

Description

用以改善基板温度分布的沉积设备

技术领域

本实用新型有关于一种沉积设备，可用以改善承载盘承载的基板的温度分布。

背景技术

随着集成电路技术的不断进步，目前电子产品朝向轻薄短小、高性能、高可靠性与智能化的趋势发展。电子产品中晶体管的微缩技术至关重要，随着晶体管的尺寸缩小，可减少电流传输时间及降低耗能，以达到快速运算及节能的目的。在现今微小化的晶体管中，部分关键的薄膜几乎仅有几个原子的厚度，而原子层沉积制程则是发展这些微量结构的主要技术之一。

原子层沉积制程是一种将物质以单原子的形式一层一层地镀于基板表面的技术，原子层沉积的主要反应物有两种化学物质，通常被称作前驱物，并将两种前驱物依序传送至反应空间内。

具体而言，先将第一前驱物输送至反应空间内，使得第一前驱物被导引至基板表面，化学吸附的过程直至表面饱和时就自动终止。将清洁气体输送至反应空间内，并抽出反应空间内的气体，以去除反应空间内残余的第一前驱物。将第二前驱物注入反应空间，使得第二前驱物与化学吸附于基板表面的第一前驱物反应生成所需薄膜，反应的过程直至吸附于基板表面的第一前驱物反应完成为止。之后再将清洁气体注入反应空间，以去除反应空间内残余的第二前驱物。通过上述步骤的反复进行，并可在基板上形成薄膜。

在沉积的过程中，反应空间内的前驱物均匀分布情形，以及基板的温度都会对沉积的薄膜均匀度造成相当大的影响。为此各大制程设备厂莫不极尽所能的改善前驱物分布及温度的均匀度，以提高沉积制程的品质。

实用新型内容

如先前技术所述，习用的沉积设备往往无法使得前驱物均匀的分布在基板上，亦无法在基板上形成均匀的温度，进而影响沉积在基板表面的薄膜质量。为此本实用新型提出一种新颖的用以改善基板温度分布的沉积设备，可以在基板及承载盘的上方形成均匀且稳定的流场，并可大幅改善基板温度的均匀度，以利于在基板的表面形成厚度均匀的薄膜。

本实用新型的一目的，在于提出一种用以改善基板温度分布的沉积设备，主要包括一腔体、一承载盘、一抽气环、一扩散单元及一环形加热器，其中腔体包括一容置空间及一抽气通道。承载盘位于腔体的容置空间内，并通过一加热单元加热承载盘上的基板。

抽气环位于承载盘的承载面周围，用以将容置空间内的气体传输到抽气通道，以在基板的上方形成均匀且稳定的流场。环形加热器位于抽气环的下方，并环绕在承载盘的周围。

承载盘的承载面包括一中央区域及一外围区域，其中环形加热单元用以加热承载盘的外围区域，使得承载盘的中央区域及外围区域的温度相近，并可在基板上形成均匀的温度分布，以提高沉积在机板上的薄膜沉积品质。

在沉积的过程中，承载盘会朝抽气环的方向靠近，并通过扩散单元、承载盘及抽气环在容置空间内定义出一反应空间，其中环形加热器位于反应空间的外部。环形加热器不位于反应空间的抽气路径上，亦不会直接接触排出反应空间的气体，使得环形加热器可稳定的将热量提供给承载盘。

本实用新型所述的环形加热器可固定或整合在腔体或抽气环上，不会随着承载盘位移，有利于简化环形加热器的线路设置。

为了达到上述的目的，本实用新型提出一种用以改善基板温度分布的沉积设备，包括：一腔体，包括一容置空间及一抽气通道，抽气通道位于容置空间外围；一承载盘，位于容置空间内，并包括一承载面用以承载至少一基板，其中承载面包括一中央区域及一外围区域，外围区域环绕在中央区域的外侧；一加热单元，连接承载盘，并用以加热承载面承载的基板；一抽气环，包括一环形外墙及一环形内墙，环形内墙位于环形外墙的内侧，其中环形内墙设置复数个排气孔，环绕设置在承载盘的承载面的周围，环形外墙及环形内墙之间具有一环形通道，环形通道流体连接腔体的抽气通道及排气孔；一扩散单元，包括复数个进气孔，朝向承载盘的承载面，其中扩散单元、承载盘及抽气环在容置空间内定义出一反应空间，扩散单元的进气孔将至少一前驱物输送至反应空间，并经由排气孔及环形通道输送至抽气通道；及一环形加热器，位于抽气环的下方，环绕设置在承载盘的外围区域周围，并用以加热承载盘的外围区域，其中环形加热器位于反应空间外。

所述的用以改善基板温度分布的沉积设备，其中环形加热器整合在抽气环的内部。

所述的用以改善基板温度分布的沉积设备，其中腔体包括一环形承载部位于抽气通道的内侧，环形承载部用以承载环形加热器，而排气环则设置在环形加热器上。

所述的用以改善基板温度分布的沉积设备，包括一基板进出口位于抽气通道的下方，及一连接管线连接抽气通道。

所述的用以改善基板温度分布的沉积设备，其中连接管线连接的抽气通道的高度大于基板进出口上方的抽气通道的高度。

所述的用以改善基板温度分布的沉积设备，其中抽气环包括一个或多个连接孔，抽气环的环形通道经由连接孔连接腔体的抽气通道，其中基板进出口上方的连接孔的设置密度或孔径大于连接管线上方的连接孔的设置密度或孔径。

所述的用以改善基板温度分布的沉积设备，其中承载盘连接一线性致动器，并通过线性制动器驱动承载盘靠近或远离扩散单元，承载盘靠近扩散单元并定义出反应空间。

所述的用以改善基板温度分布的沉积设备，其中抽气环的排气孔、环形通道及抽气通道形成一抽气路径，并经由抽气路径抽出反应空间内的前驱物，而环形加热器与抽气路径独立。

所述的用以改善基板温度分布的沉积设备，其中抽气环包括一第一环形斜面，相对于承载盘的一轴心倾斜，并朝向扩散单元，扩散单元包括一第二环形斜面环绕设置在复数个进气孔的周围，其中第一环形斜面及第二环形斜面的倾斜角度相同，并用以对位扩散单元及抽气环。

所述的用以改善基板温度分布的沉积设备，其中抽气环包括一环形凸部，连接环形内墙并位于排气孔的下方。

本实用新型的有益效果是：提供一种新颖的用以改善基板温度分布的沉积设备，可以在基板及承载盘的上方形成均匀且稳定的流场，并可大幅改善基板温度的均匀度，以利于在基板的表面形成厚度均匀的薄膜。

附图说明

图1为本实用新型用以改善基板温度分布的沉积设备一实施例的剖面分解示意图。

图2为本实用新型用以改善基板温度分布的沉积设备的抽气环及环形加热器一实施例的剖面示意图。

图3为本实用新型用以改善基板温度分布的沉积设备的承载台及环形加热器一实施例的俯视图。

图4为本实用新型用以改善基板温度分布的沉积设备操作在进出料状态一实施例的剖面示意图。

图5为本实用新型用以改善基板温度分布的沉积设备操作在沉积状态一实施例的剖面示意图。

图6为习用的沉积设备的承载盘一实施例的温度分布示意图。

图7为本实用新型用以改善基板温度分布的沉积设备的承载盘一实施例的温度分布示意图。

附图标记说明：10-用以改善基板温度分布的沉积设备；11-腔体；111-基板进出口；112-容置空间；113-环形承载部；114-抽气通道；116-反应空间；12-抽气马达；121-连接管线；13-承载盘；131-承载面；1311-中央区域；1313-外围区域；133-加热单元；135-线性致动器；14-基板；15-抽气环；151-环形外墙；152-环形通道；153-环形内墙；154-排气孔；155-底部；156-连接孔；157-第一环形斜面；159-环形凸部；17-环形加热器；19-扩散单元；191-扩散面；193-进气孔；195-第二环形斜面；G-间距；P1-抽气路径。

具体实施方式

请参阅图1，为本实用新型用以改善基板温度分布的沉积设备一实施例的剖面分解示意图。如图所示，用以改善基板温度分布的沉积设备10主要包括一腔体11、一承载盘13、一抽气环15、一环形加热器17及一扩散单元19，其中腔体11包括一容置空间112及一抽气通道114，抽气通道114位于容置空间112的外围。承载盘13位于容置空间112内，并包括一承载面131用以承载至少一基板14。

在本实用新型一实施例中，腔体11的容置空间112近似圆柱体，而抽气通道114则为环状体或管状体，并环绕设置在容置空间112的外侧。在本实用新型另一实施例中，容置空间112可为多边形体，而抽气通道114则为多边形管状体。

如图2所示，抽气环15为环状体，并包括一环形外墙151及一环形内墙153，其中环形内墙153位于环形外墙151的内侧，并于环形外墙151及环形内墙153之间形成一环形通道152。

环形内墙153上设置复数个排气孔154，其中排气孔154流体连接环形通道152及腔体11的容置空间112，并且排气孔154环绕设置在承载盘13的131承载面的周围。抽气环15的底部155设置至少一连接孔156，例如连接孔156与排气孔154之间的夹角约为90度，当抽气环15连接腔体11时，位于底部155的连接孔156会连接抽气通道114。环形通道152经由连接孔156连接114抽气通道，并经由排气孔154连接容置空间112。

在本实用新型一实施例中，抽气环15可包括一环形凸部159，其中环形凸部159连接环形内墙153，并沿着抽气环15的径向内侧凸出环形内墙153。环形凸部159位在排气孔154的下方，当承载盘13靠近抽气环15时，承载盘13的侧面会贴近抽气环15的环形凸部159，使得承载面131位于环形凸部159的径向内侧，并可通过环形凸部159将基板14及/或承载盘13上方的气体引导至排气孔154。

如图1及图3所示，承载盘13的承载面131可被定义为一中央区域1311及一外围区域1313，其中外围区域1313环绕在中央区域1311的外侧，例如中央区域1311为圆形，而外围区域1313为环形。承载盘13连接一加热单元133，例如加热单元133可以是加热线圈，其中加热单元133位于承载盘13的承载面131下方，并用以加热承载面131承载的基板14。

外围区域1313下方的加热单元133的设置密度通常较中央区域1311低，且加热单元133只能由单侧加热承载盘13的外围区域1313，例如由承载面131的径向内侧朝径向外侧的方向加热外围区域1313，使得外围区域1313温度上升的速度较中央区域1311缓慢。

此外，承载面131的外围区域1313靠近承载盘13的侧表面，与容置空间112的接触面积较大，使得外围区域1313的热量会以较快的速度传递至容置空间112，导致外围区域1313的温度低于中央区域1311。

为了改善承载盘13的外围区域1313温度较低的问题，本实用新型进一步提出在抽气环15的下方设置一环形加热器17，例如加热线圈，其中环形加热器17环绕设置在承载盘13的外围区域1313周围，并用以加热承载盘13的外围区域1313，使得承载盘13的中央区域1311及外围区域1313的温度相近。

在设置时可依据承载盘13的承载面131的面积，选择适当大小的环形加热器17，并可改变承载盘13与环形加热器17之间的间距G，以调整环形加热器17加热外围区域1313的效率。例如环形加热器17的内缘可对齐抽气环15的环形凸部159内缘。

在本实用新型一实施例中，环形加热器17及抽气环15可以是两个独立的构件，其中环形加热器17可接触抽气环15的底部。在本实用新型另一实施例中，可将环形加热器17整合在抽气环15内部，使得两者成为单一构件，例如可将环形加热器17整合在抽气环15的环形凸部159。

如图1所示，腔体11可包括一环形承载部113位于抽气通道114的内侧，其中环形承载部113为设置在腔体上的环形凹槽，可用以承载环形加热器17，而抽气环15则设置在环形加热器17上。

扩散单元19包括一扩散面191及复数个进气孔193，其中扩散单元19连接腔体11时，扩散面191及设置在扩散面191的进气孔193会朝向承载盘13的承载面131及/或基板14。扩散单元19的进气孔193流体连接容置空间112，并用以将气体或前驱物输送至基板14的上方。

如图1及图2所示，抽气环15包括一第一环形斜面157，其中第一环形斜面157连接环形内墙153，相对于承载盘13的一轴心及环形内墙153倾斜，并朝向扩散单元19。扩散单元19包括一第二环形斜面195环绕设置在复数个进气孔193的周围，其中第一环形斜面157及第二环形斜面195的倾斜角度相同，并用以对位扩散单元19及抽气环15。

如图4及图5所示，本实用新型所述用以改善基板温度分布的沉积设备10可操作在进出料状态及沉积状态。腔体11包括一基板进出口111，其中基板进出口111位于抽气通道114的下方。此外抽气通道114可经由一连接管线121连接一抽气马达12，其中连接管线121及基板进出口111彼此面对，并分别设置在腔体11或抽器通道114的两侧。

在本实用新型一实施例中，连接管线121连接的抽气通道114的高度，可大于基板进出口111上方的抽气通道114的高度。此外基板进出口111上方的连接孔156的设置密度或孔径，可大于连接管线121上方的连接孔156的设置密度或孔径。

承载盘13可连接一线性致动器135，例如气缸，其中线性制动器135用以驱动承载盘13靠近或远离扩散单元19。如图4所示，当线性制动器135带动承载盘13远离扩散单元19，并切齐基板进出口111时，可通过一机械手臂经由基板进出口111将基板14输送至承载盘13的承载面131上，或者是将承载盘13承载的基板14输送至腔体11的外部。

如图5所示，当线性制动器135带动承载盘13朝扩散单元19位移时，承载盘13会接近抽气环15，例如承载盘13的侧表面与抽气环15之间仅具有一很小的间隙。腔体11、承载盘13、抽气环15及/或扩散单元19在容置空间112内区隔出一反应空间116，并在反应空间116内对基板14进行薄膜沉积，其中环形加热器17位于反应空间116外部。

在进行薄膜沉积的过程中，扩散单元19的进气孔193用以将气体及/或前驱物输送至反应空间116，并经由排气孔154、环形通道152及抽气通道114形成一抽气路径P1。抽气路径P1用以将反应空间116内的气体及/或前驱物抽出，以在承载盘13的承载面131及基板14的上形成稳定及均匀的流场。

具体而言，在沉积过程中环形加热器17与反应空间116及/或抽气路径P1独立，使得经由抽气路径P1导出反应空间116的气体不会直接接触环形加热器17，避免环形加热器17的热量被流动的气体带走。环形加热器17可以稳定加热承载盘13的外围区域1313，并提高承载盘13的承载面131及基板14的温度均匀性。

此外在沉积状态下，抽气环15的复数个排气孔154会环绕设置在承载盘13的承载面131周围，其中排气孔154的高度略高于或等于承载面131，或约略与基板14的上表面等高，以利于经由排气孔154抽出反应空间116内的气体，并在基板14的表面形成均匀且稳定的流场。

图6为先前技术的承载盘的承载面的温度分布状态图，其中承载面131的外围区域1313的温度明显低于中央区域1311的温度，例如当中央区域1311的温度提高到摄氏538到545度之间时，外围区域1313的温度仅提高到摄氏526至533度之间。相较之下，图7为本实用新型的承载盘的承载面的温度分布状态图，可明显看出抽气环15搭配环形加热器17的设置，可有效提高承载面131的外围区域1313的温度，使得外围区域1313的温度与中央区域1311的温度相近，例如当中央区域1311的温度提高到摄氏538到545度之间时，外围区域1313的温度亦会提高到摄氏533至538度之间。如此一来承载盘13将可以均匀的加热承载的基板14，使得基板14整体的温度更为均匀，并有利于在基板14的表面形成厚度均匀的薄膜。

以上所述者，仅为本实用新型之一较佳实施例而已，并非用来限定本实用新型实施之范围，即凡依本实用新型申请专利范围所述之形状、构造、特征及精神所为之均等变化与修饰，均应包括于本实用新型之申请专利范围内。

本实用新型优点：

提供一种新颖的用以改善基板温度分布的沉积设备，可以在基板及承载盘的上方形成均匀且稳定的流场，并可大幅改善基板温度的均匀度，以利于在基板的表面形成厚度均匀的薄膜。

以上所述，仅为本实用新型的一较佳实施例而已，并非用来限定本实用新型实施的范围，即凡依本实用新型申请专利范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本实用新型的申请专利范围内。

Claims (10)

1.一种用以改善基板温度分布的沉积设备，其特征在于，包括：

一腔体，包括一容置空间及一抽气通道，该抽气通道位于该容置空间外围；

一承载盘，位于该容置空间内，并包括一承载面用以承载至少一基板，其中该承载面包括一中央区域及一外围区域，该外围区域环绕在该中央区域的外侧；

一加热单元，连接该承载盘，并用以加热该承载面承载的该基板；

一抽气环，包括一环形外墙、一底部及一环形内墙，该环形内墙位于该环形外墙的内侧，而该底部则位于该环形外墙与该环形内墙之间，其中该环形内墙设置复数个排气孔，环绕设置在该承载盘的该承载面的周围，该环形外墙及该环形内墙之间具有一环形通道，而该底部则设置复数个连接孔，该环形通道经由该连接孔连接该抽气通道，并经由该排气孔连接该容置空间；

一扩散单元，包括复数个进气孔，朝向该承载盘的该承载面，其中该扩散单元、该承载盘及该抽气环在该容置空间内定义出一反应空间，该扩散单元的该进气孔将至少一前驱物输送至该反应空间，并经由该排气孔及该环形通道输送至该抽气通道；及

一环形加热器，位于该抽气环的下方，环绕设置在该承载盘的该外围区域周围，并用以加热该承载盘的该外围区域，其中该环形加热器位于该反应空间外。

2.根据权利要求1所述的用以改善基板温度分布的沉积设备，其特征在于，其中该环形加热器整合在该抽气环的内部。

3.根据权利要求1所述的用以改善基板温度分布的沉积设备，其特征在于，其中该腔体包括一环形承载部位于该抽气通道的内侧，该环形承载部用以承载该环形加热器，而该排气环则设置在该环形加热器上。

4.根据权利要求1所述的用以改善基板温度分布的沉积设备，其特征在于，包括一基板进出口位于该抽气通道的下方，及一连接管线连接该抽气通道。

5.根据权利要求4所述的用以改善基板温度分布的沉积设备，其特征在于，其中该连接管线连接的该抽气通道的高度大于该基板进出口上方的该抽气通道的高度。

6.根据权利要求4所述的用以改善基板温度分布的沉积设备，其特征在于，其中该基板进出口上方的该连接孔的设置密度或孔径大于该连接管线上方的该连接孔的设置密度或孔径。

7.根据权利要求4所述的用以改善基板温度分布的沉积设备，其特征在于，其中该承载盘连接一线性致动器，并通过该线性制动器驱动该承载盘靠近或远离该扩散单元，该承载盘靠近该扩散单元并定义出该反应空间。

8.根据权利要求1所述的用以改善基板温度分布的沉积设备，其特征在于，其中该抽气环的该排气孔、该环形通道及该抽气通道形成一抽气路径，并经由该抽气路径抽出该反应空间内的该前驱物，而该环形加热器与该抽气路径独立。

9.根据权利要求1所述的用以改善基板温度分布的沉积设备，其特征在于，其中该抽气环包括一第一环形斜面，相对于该承载盘的一轴心倾斜，并朝向该扩散单元，该扩散单元包括一第二环形斜面环绕设置在该复数个进气孔的周围，其中该第一环形斜面及该第二环形斜面的倾斜角度相同，并用以对位该扩散单元及该抽气环。

10.根据权利要求1所述的用以改善基板温度分布的沉积设备，其特征在于，其中该抽气环包括一环形凸部，连接该环形内墙并位于该排气孔的下方。

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