TW201718932A - 帶遮擋板的限流環裝置與化學氣相沉積設備及其調節方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種帶遮擋板的限流環裝置與化學氣相沉積設備及其調節方法，在反應腔內將耐熱材料製成的遮擋板設置在限流環內側及托盤外側之間，藉由遮擋板將限流環內表面的全部或局部進行遮蔽，以阻擋從被加熱的托盤射向被冷卻的限流環的熱輻射，並藉由遮擋板、遮擋板與托盤的組合或遮擋板與限流環的組合，構成引導化學氣相沉積製程所需製程氣體在反應腔內流通的空間。本發明藉由限流環內側的遮擋板阻擋來自托盤的高溫熱輻射，抑制反應副產物沉積，降低功耗，並實現對反應腔內的溫場及流場的調節，有效改善製程反應處理效果。

Description

帶遮擋板的限流環裝置與化學氣相沉積設備及其調節方法

本發明有關於化學氣相沉積設備及其調節方法，特別有關於包括金屬有機化學氣相沉積設備領域的一種帶有遮擋板的限流環裝置，及其對化學氣相沉積製程進行調節的方法。

化學氣相沉積(CVD)設備，尤其是金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)設備，用於將固體材料沉積在晶圓上。這種材料一般包括週期表中第III族欄和第V族欄的元素（被稱為III-V材料，但也包括II-VI材料）的化合物。更可以將諸如矽(Si)、碳化矽(SiC)、氧化鋅(ZnO)等材料沉積在晶圓或其它表面上。在商業上，這些設備用於製造固態（半導體）微電子裝置、光學裝置和光電（太陽能）裝置以及其它電子或光電子材料和裝置。

如第1圖所示，在習知MOCVD設備的反應腔10內，托盤40放置於旋轉軸60上，藉由托盤40對其上表面的凹口中放置的一個或多個晶圓（未示出）進行承載；該托盤40由其下方的加熱器50加熱至所需的溫度（例如約1000℃）。反應腔10設有上蓋20；MOCVD處理所需的複數種製程氣體由上蓋20的氣體接口進入該反應腔10內，藉由圍繞在托盤40外側的限流環30對製程氣體的流場進行一定限制，將製程氣體的氣流引導到托盤40和托盤40承載晶圓上進行化學反應以形成沉積薄膜；之後，使用真空泵將反應後的氣體（及反應副產物等）從反應腔10底部的抽氣孔排出反應腔10。

反應腔10內設計合適的氣體流場及溫場時，才能使反應腔10內部的反應過程平穩進行。然而，限流環30內部通常分佈有冷卻液的管道，冷卻液通過上蓋20相應的冷卻液接口被導入到限流環30內，對限流環30進行冷卻。限流環30冷卻後的溫度（例如約100℃以下）與被加熱後的托盤40溫度有很大差異，使得從高溫托盤40上方經過的製程氣體在到達托盤40外側的限流環30附近時被快速冷卻，凝結產生固體狀態的反應副產物並沉積在限流環30表面；沉積的反應副產物較為疏鬆，容易結片掉落而堵塞抽氣孔，進而影響反應腔10內原先的流場，進而影響正常的製程。並且，低溫的限流環30還對溫場產生影響，在托盤40的中心到邊緣產生溫度梯度，令位於托盤40邊緣的溫度低於托盤40中心的溫度，導致位於托盤40不同區域的晶圓的反應結果不一致。此外，限流環30直接接受托盤40的熱輻射，再依靠持續輸送冷卻液進行降溫，會增加設備的功耗。

本發明的目的在於提供一種化學氣相沉積設備中帶有遮擋板的限流環裝置，及藉由該裝置對化學氣相沉積製程進行的調節方法，藉由限流環內側的遮擋板阻擋來自托盤的高溫熱輻射，抑制反應副產物沉積，降低功耗，並實現對反應腔內的溫場及流場的調節，有效改善製程反應處理效果。

為了達到上述目的，本發明提供一種帶遮擋板的限流環裝置，其包含限流環及遮擋板。限流環環繞設置在托盤的外側，限流環內包括冷卻液管道。耐熱材料製成的遮擋板設置在限流環的內側及托盤的外側之間，遮擋板藉由固定裝置固定連接到限流環，並且遮擋板與其遮蔽的限流環之間存在間隙，藉由遮擋板將限流環內表面的下部進行遮蔽，以阻擋從托盤到限流環的熱輻射，並構成引導製程氣體流通的空間。

較佳地，遮擋板遮蔽了限流環中從對應於托盤所在水平位置附近的部位至延伸到托盤下方的部位。

較佳地，遮擋板與限流環之間的固定裝置為鎖緊螺釘；鎖緊螺釘穿透遮擋板連接至限流環或穿透限流環連接至遮擋板。

較佳地，固定裝置由隔熱材料製成，或者由鎖緊螺釘和隔熱基板組合製成，使得遮擋板與限流環之間的溫度差大於100度，隔熱材料的導熱係數小於0.5w/(m.k)。

較佳地，遮擋板的耐熱材料是石英、陶瓷、石墨、鎢或鉬。

較佳地，引導製程氣體流通的空間，包含由限流環在托盤上方延伸部位的內表面所圍成的區域，或者由遮擋板在托盤上方延伸部位的內表面所圍成的區域，將製程氣體引導至托盤表面；或由遮擋板對應托盤水平位置附近及延伸到托盤下方部位的內表面與托盤外邊緣之間的間隙，形成使反應後氣體離開托盤表面的氣體流通路徑。

本發明另提供一種化學氣相沉積設備，化學氣相沉積設備設置的反應腔中，包含上述的帶遮擋板的限流環裝置；反應腔中，托盤放置於旋轉軸上在製程處理時由旋轉軸帶動旋轉；托盤上表面設有放置至少一個晶圓的凹口；托盤下方設有加熱器；反應腔設有上蓋，上蓋設有供製程氣體進入反應腔內的氣體接口，及供冷卻液流入限流環內冷卻液管道的冷卻液接口；耐熱材料製成的遮擋板位於限流環的內側及托盤的外側之間，藉由遮擋板將限流環內表面的下部進行遮蔽，以阻擋從托盤到限流環的熱輻射；反應腔內的製程氣體經過遮擋板與托盤的組合構成的空間，向下流到設於反應腔底部的抽氣孔。

本發明更提供一種化學氣相沉積設備的調節方法，化學氣相沉積設備包括反應腔，反應腔內包括位於底部的基座，基座內包括旋轉軸和支撐在旋轉軸頂部的托盤，托盤上表面固定有複數個晶圓，化學氣相沉積設備頂部更包括進氣裝置，使得製程氣體從上向下流向托盤上表面，限流環環繞進氣裝置和托盤之間的反應空間，由耐熱材料製成的遮擋板設置在限流環內側及托盤外側之間，藉由遮擋板將限流環內表面的下部進行遮蔽，遮擋板遮蔽了限流環中從對應於托盤水平位置附近及延伸到托盤下方的部位；控制限流環具有第一溫度，使得製程氣體在流向晶圓表面上方過程中，製程氣體不會提前分解和反應；控制晶圓表面具有第二溫度，製程氣體到達托盤及晶圓表面後，使製程氣體達到第二溫度並開始進行反應處理；第二溫度高於第一溫度；控制遮擋板具有第三溫度，使得反應後的氣體在離開托盤及晶圓表面到達托盤外邊緣附近時不會大量形成沉積物，並藉由遮擋板內表面與托盤外邊緣之間的間隙流通直至被抽排出反應腔；第三溫度高於第一溫度低於第二溫度。

較佳地，進氣裝置和托盤之間的反應空間進一步包括位於上方的氣體擴散空間和位於下方且貼近托盤上表面的反應空間，在氣體擴散空間內製程氣體逐漸擴散混合，到達反應空間時製程氣體發生反應形成所需的沉積物質，遮擋板上端高度位於反應空間的上端，以使得流經限流環的製程氣體不會提前分解，流經遮擋板的製程氣體不會發生大量污染物沉積。

較佳地，反應空間的上端位於托盤上表面上方3至30mm處。

與習知技術相比，本發明藉由在限流環內側增加遮擋板（可全部遮擋或部分遮擋限流環），使熱輻射直接作用在遮擋板上，從而提高了副反應物沉積溫度，可以有效抑制或改善副反應物沉積。限流環由於有遮擋板的作用，受到的熱輻射會大大減少，可以減少冷卻劑的流量進而節省了設備的功耗。藉由改變遮擋板的厚度、內外間距等，可以控制限流環的溫度進而調整內部溫場。較佳示例中，只遮擋限流環的下部分，可以在限流環內表面得到上冷下熱的效果，藉由上冷下熱的溫場顯著的改善流場。

本發明提供一種限流環裝置，適用於各種化學氣相沉積(CVD)設備，尤其是金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)設備。如第2圖所示的一種MOCVD設備，設有反應腔10，反應腔10設有上蓋20，其在進行製程處理的過程中使反應腔10內保持真空密封，該上蓋20處還設有各種製程氣體的接口及冷卻液的接口。在反應腔10內設有托盤40，其上表面設有一個或多個凹口；一個或多個晶圓置於相應的凹口（圖未示出）中，由托盤40進行承載；該托盤40由其下方的加熱器50加熱至所需的溫度（例如約1000℃）。MOCVD處理所需的若干種製程氣體經由上蓋20處的氣體接口進入反應腔10內，藉由限流環30等引導到被加熱的托盤40及托盤40承載的晶圓上，在高溫條件下開始進行化學反應，從而在晶圓上形成沉積薄膜。托盤40放置於旋轉軸60上，在進行製程反應時旋轉軸60帶動托盤40旋轉，使製程氣體在托盤40及晶圓表面均勻地混合及分佈。藉由真空泵，將反應後的氣體從反應腔10底部的抽氣孔排出反應腔10外。

其中，限流環30用於限制製程氣體的流場，從而在托盤40及晶圓表面獲得更好的製程氣流。限流環30的內部分佈有冷卻液的管道，冷卻液通過上蓋20相應的冷卻液接口被導入到限流環30內，對限流環30進行冷卻（限流環30冷卻後的溫度例如約100℃以下）。限流環30通常以金屬材料製成，具有很好的熱導率。第2圖中示例的限流環30，位於反應腔10腔壁的內側、托盤40的外側，並從托盤40上方一定距離延伸到托盤40下方一定距離，使得製程氣體自上蓋20的下方擴散到托盤40及晶圓表面，並引導反應後的氣體離開托盤40表面至流動到反應腔10底部排出。可以根據實際的應用需求設計限流環30的具體形狀及佈置位置；僅作為一種示例，第2圖中所示的限流環30在托盤40上方延伸的部分大致為直筒型，內徑基本一致；而在托盤40下方延伸的部分則大致為喇叭型，內徑逐漸擴大。

本發明在CVD設備（如MOCVD設備）中設置有一種遮擋板70，用來實現對反應腔10內的氣場和/或溫場的調節控制。該遮擋板70位於限流環30的內側、托盤40的外側；遮擋板70以各種耐高溫材料製成，例如包含但不限於石英、陶瓷、石墨、鎢、鉬等。遮擋板70的熱導率低，能夠有效地阻擋托盤40向限流環30的高溫輻射，提高反應副產物的沉積溫度，抑制或改善反應副產物的沉積；並且，可以抑制或減緩限流環30的升溫，減少限流環30中冷卻液的使用，降低設備功耗。

遮擋板70可以與限流環30內側的形狀相匹配。例如，第2圖的示例中遮擋板70上部大致為直筒型，內徑基本一致；而遮擋板70下部則大致為喇叭型，內徑逐漸擴大。遮擋板也可以與限流環30內側的形狀不完全匹配。例如在其他示例中，可以使遮擋板73整體呈上下內徑一致的直筒型（如第6圖），或整體呈內側上小下大（或上大下小，如第7圖遮擋板74內側區域所示）的喇叭型，等等。

遮擋板的外表面可以緊靠著限流環30的內表面（圖未示出）。或者，也可以使遮擋板的外表面與限流環30的內表面之間相互隔開一定距離，避免遮擋板與限流環30直接接觸進行熱傳遞。通常遮擋板或其局部到限流環30的間隙91寬度增加，則阻擋高溫熱輻射的效果更好，但可能會有一部分製程氣體流入遮擋板與限流環30之間；反之，遮擋板或其局部到限流環30的間隙91寬度減小，則阻擋高溫熱輻射的效果減弱，但可以減少或避免製程氣體流入間隙91中。優選的，可以使遮擋板與限流環30之間的間隙寬度在1~2mm。

又或者，在一些不同的示例中，遮擋板的外表面與限流環30的內表面之間、在對應遮擋板的軸向上（或圓周上）的不同位置，可以具有相同的間距或具有不同的間距。以軸向為例，遮擋板上部與限流環30上部之間的間距，可以小於（或大於）遮擋板下部與限流環30下部之間的間距（如第6及7圖，但不限於此）。遮擋板/限流環的上部指其各自在托盤40上方延伸的部分，遮擋板/限流環的下部指其各自在托盤40下方延伸的部分。

第3及6圖等一些示例中，遮擋板70、73各處內表面與外表面之間的厚薄基本相同。在其他示例中，也可以使遮擋板74上下各處（或圓周上各處）的厚薄不相同（如第7圖）。通常遮擋板或其局部的厚度92增加，則阻隔高溫熱輻射的效果更好；反之，遮擋板或其局部的厚度92減小，則阻隔高溫熱輻射的效果較弱（如對比第4及8圖）。

在不同示例中，遮擋板可以本身是一個完整的環狀結構，也可以是由一些例如（在圓周上分佈的）弧段或（軸向分佈的）環帶等各種結構，相互組合後才形成環狀結構。又例如，完整或組合的遮擋板70、73、74，可以上下延伸、圍繞限流環30內側，將限流環30內側的全部表面覆蓋（如第3、6及7圖）；或者，可以僅在限流環30內側的一部分表面覆蓋遮擋板71、72、75（如第4、5及8圖）。

遮擋板可以是一個獨立的結構，藉由適當的連接件，將遮擋板與上蓋20，或反應腔10的腔壁（或底部）等連接；或者，遮擋板也可以藉由適當的連接件，與限流環30進行固定連接（優選地是連接後仍保持遮擋板與限流環30之間有間隙91）。例如，設置水平和/或豎直方向的鎖緊螺釘80（如第5圖），穿透遮擋板連接至限流環30（或穿透限流環30連接至遮擋板）。又例如，可以在遮擋板的底部形成向外側延伸的延伸段，使其位於限流環30的底部下方，作為供鎖緊螺釘80連接的位置。類似地，還可以在遮擋板頂部形成類似用於連接鎖緊螺釘的延伸段。鎖緊螺釘80最佳的是有隔熱材料或者保溫材料製成，比如導熱係數低於0.5w/(m.k)的陶瓷材料，或者是有金屬螺釘和低導熱係數材料製成的基板組合而成，這樣可以減少遮擋板與限流環之間的熱量流動，最終使得遮擋板在沉積過程中保持相對較高的溫度，限流環保持較低溫度，兩者的溫度差可以保持在100度以上。

藉由上述各種示例的獨立或組合運用，例如藉由配置不同結構的遮擋板（或結構可變化的遮擋板、或組裝輔助的零部件使其結構不同的遮擋板等），從而能夠在CVD設備（如MOCVD設備）中，尤其是其他部件無需改變的情況下，實現不同的溫場及氣場的調節效果，以適應各種不同的製程處理需求。遮擋板結構的不同，可以體現為遮擋板或其局部位置的以下一種或多種因素的不同，但不限於這些因素：形狀構造、內外表面之間厚薄、外表面到限流環間距、材料，等等。

本發明中，藉由遮擋板的內側形成能夠引導製程氣體流動的空間，包含但不限於：由遮擋板上部的內表面所圍成的區域（如第10圖上方流場示意），將製程氣體從上蓋20引導至托盤40及晶圓表面；和/或，由遮擋板下部的內表面與托盤40外側邊緣之間形成的間隔空隙，形成使反應後離開托盤40表面的製程氣體被底部真空泵排走的氣體流通路徑（如第10圖右方流場示意）。

遮擋板（或其局部各處）內徑的不同，可以對製程氣體流向托盤/晶圓表面或離開托盤/晶圓表面的流通路徑進行調節。包含但不限於：例如，藉由遮擋板上部的內徑調整，對製程氣體引導到的托盤40及晶圓表面上的位置進行控制，比方使遮擋板上部的內表面所圍區域的中心偏離托盤40中心而使製程氣體最先到達的位置不是對應托盤40的中心，又比方使遮擋板上部的內徑略小於托盤40直徑而產生將製程氣體先聚攏在對應托盤40中心的區域再擴散到邊緣區域，等等。又例如，遮擋板下部的內表面與托盤40外側邊緣之間形成的間距93的大小，一定程度上對製程氣體排氣的速率也起到相應的調整作用。

除了直接替換為內徑尺寸不同的遮擋板以外，還可以藉由在限流環30上組裝內外表面之間厚度92不同的（或設置/調整外表面至限流環30間隙91不同的）遮擋板，來對遮擋板內側製程氣體的流動空間進行調整。作為示例，假設換上的是厚度92增加（而保持與限流環30的間隙91不變）的遮擋板，則相當於使遮擋板內側的空間變小；又假設換上的是外表面與限流環30的間隙91增加（而保持厚度92不變）的遮擋板，也相當於使遮擋板內側的空間變小，實現對製程氣體流通範圍或路徑的調節。其他諸如遮擋板的厚度92或間隙91減小，或厚度92與間隙91均有變化時的氣場調節情況，可以根據上述進行推導及試驗，不一一列舉。

本發明中由於採用耐高溫、熱導率低的遮擋板，對限流環30內表面的全部或局部進行遮蔽，阻擋了來自被加熱托盤40的高溫熱輻射，以使被遮擋的限流環30部位的溫度提升被抑制或減緩（減少冷卻液使用及降低功耗），並達到對反應腔10內溫場調整的效果。與直接接觸到被冷卻的限流環30導致從高溫托盤40附近離開的製程氣體的溫度驟降（約1000℃跌至約100℃）而產生反應副產物的情況相比，由於本發明中遮擋板表面的溫度高於限流環30，使得從托盤40離開的製程氣體接觸到托盤40附近的遮擋板時溫度的變化比較小，因而不容易產生反應副產物。

根據上文描述可知，在不同的示例中，假設換上的是厚度92增加（而保持外表面與限流環30的間隙91不變）的遮擋板，或是外表面與限流環30的間隙91增加（而保持厚度92不變）的遮擋板，則阻擋高溫熱輻射的效果相對更好。此外，假設厚度92及外表面間隙91不變，而遮擋板的內表面至托盤40外邊緣間距93增加，則受到的高溫熱輻射減少，及使遮擋板的溫度提升較慢。並且，可以考慮使用熱導率、熱容量等參數不同的其他耐高溫材料來製成遮擋板，以適應不同的應用情況。其他諸如遮擋板的厚度92、內/外間距93減小，或者厚度92、內/外間距93、材料等有配合變化時的調節情況，可以根據上述進行推導及試驗，不一一列舉。

考慮到從高溫托盤40處離開的反應後氣體會接觸冷卻的限流環30，反應後氣體在流動過程中溫度突降而產生疏鬆的副產物，因此可以主要將遮擋板佈置於與托盤40外邊緣對應的區域（如第4、5及8圖），或集中將該區域對應的遮擋板的局部進行厚度（如第8圖）、間距等調整，以實現調整反應腔10內溫場的效果。藉由遮擋板的設置可以使得反應後氣體從反應區域到達下方基座外壁和反應腔內壁圍繞而成的排氣區域之前仍然處於相對高溫，比如200度以上，這樣反應後的製程氣體中的大量分解後的有機分子不會因低溫而發生重新聚合，由於遮擋板具有更高的溫度，即使發生了少量沉積也會是緻密沉積物，不容易脫落形成顆粒污染物，進而影響後續製程的質量。藉由位於反應腔頂部的進氣裝置，製程氣體從上至下的流向托盤上表面的晶圓，限流環圍繞的空間可以分為上部的氣體擴散空間，和下部貼近托盤上表面的反應空間本發明遮擋板的上端與托盤上表面的反應空間。在氣體擴散空間中大量製程氣體在向下擴散中發生混合擴散，但是溫度不能過高以防止製程氣體提前反應不利於沉積形成的材料質量，因此對應的，限流環內壁需要處於低溫狀態，所以上部的限流環沒有被遮擋板蓋住。反應空間貼近托盤上表面，根據反應腔具體設計參數的不同有不同的分佈，通常是在托盤表面上方10mm內，或者30mm內，最佳的是3mm內，在反應空間內製程氣體被加熱到反應所需的溫度，形成穩定緻密的沉積材料層，反應後的氣體被高速旋轉的托盤驅動向外圍水平流動。所以遮擋板與反應空間的分佈相對應，這樣才能獲得最佳的處理效果，遮擋板的上端高度設計可以略高於托盤上表面，但是也不能太高到達上方的氣體擴散空間，遮擋板的下端可以向下延伸到托盤下表面以下，以不影響氣體流速為宜。如第4圖所示的一個優選示例中，遮擋板71主要從托盤40所在水平位置附近延伸到托盤40下方一定距離（在托盤40上方沒有或僅有小距離的延伸）。即，由限流環30上部的內側形成將製程氣體從上蓋20引導至托盤40及晶圓表面的空間（第10圖上方流場示意）。在此處由於製程氣體直接與被冷卻的限流環30上部接觸，在流通到托盤40之前製程氣體的溫度較低不會開始化學反應（第9圖上方溫場示意），直到製程氣體到達托盤40及晶圓表面附近時溫度提升才開始反應以形成製程需要的沉積薄膜。

並且，由遮擋板71下部的內側配合托盤40外邊緣，構成引導溫度升高的反應後氣體離開托盤40被抽排出反應腔10的氣體流通路徑（第10圖右方流場示意，第9圖右方溫場示意）。本例中遮擋板71上部空缺而使限流環30上部暴露出來，然而托盤40至限流環30上部距離較遠，所以限流環30上部受到的熱輻射有限，升溫影響不明顯。遮擋板71下部對限流環30下部進行遮蔽，有效阻擋托盤40對限流環30下部的高溫熱輻射，也防止升溫的反應後氣體與低溫的限流環30下部接觸，以抑制反應副產物沉積。

在相同的基準氣流條件下（如第13圖所示托盤表面薄膜生長率分佈示例），第9及10圖是設置如第4圖所示局部的遮擋板71時，在反應腔內（僅示出右半部分）的溫度分佈示意圖及流場分佈示意圖。第11及12圖是沒有設置遮擋板71時，在反應腔內（僅示出右半部分）的溫度分佈示意圖及流場分佈示意圖。從第10及12圖的流場分佈對比圖中可以發現，本發明設置了遮擋板不僅可以改善限流環內壁下半部的污染物沉積，還能明顯改善遮擋板下方排氣通道內的氣流流場分佈。第10圖中，部分反應後氣體高速流向低溫的限流環被迅速降溫並折射向下進入基座外側壁與反應腔內側壁之間的排氣通道。另一部分反應氣體沒有與限流環接觸之間轉向向下流，仍然保持高溫，兩股氣流在向下流動過程中會互相干擾最終形成如第12圖所示的渦流。渦流的形成會使得排氣流量的減少，而且由於渦流具有不穩定性和分佈的不均勻性，所以會間接導致托盤上表面的氣流分佈也不均勻。同時渦流會將部分沉積在排氣通道上的污染物重新向上吹送到上方形成污染，而且反應氣體在排氣通道內的流動時間會增加，更多的污染物會沉積下來，增加了打開反應腔進行清理的頻率和成本。從第10圖可見應用本發明的遮擋板後氣流流場中的渦流消失了，上述各種由渦流帶來的問題也得到了有效解決。採用本發明結構的限流環下部設置遮擋板可以使得托盤邊緣到遮擋板之間的溫度分佈更均勻，不會發生溫度突變，進一步的使得氣流分佈也得到改善，避免了渦流的產生。

第9圖中與符號100對應的限流環位置被遮擋，使得反應腔內與符號100相對應的區域（與遮擋板71內側區域）的溫度相比第11圖中相應區域有顯著提升，壓強調整了約2Torr，這使旋轉穩定性得以增加，並使得第9圖右方所示反應腔底部抽氣口之前的回流區域相比第11圖減少。因此，本發明對反應腔內進行CVD（如MOCVD）製程處理時的溫場及流場具有很好的調節作用。

儘管本發明的內容已經藉由上述實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發明的限制。在本發明所屬領域具通常知識者閱讀了上述內容後，對於本發明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發明的保護範圍應由所附的申請專利範圍來限定。

10‧‧‧反應腔
20‧‧‧上蓋
30‧‧‧限流環
40‧‧‧托盤
50‧‧‧加熱器
60‧‧‧旋轉軸
70、71、72、73、74、75‧‧‧遮擋板
91‧‧‧間隙
92‧‧‧厚度
93‧‧‧間距

第1圖是習知金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)設備及其中限流環裝置的結構示意圖。 第2圖是本發明所述之MOCVD設備及其中限流環裝置的結構示意圖。 第3至8圖是本發明中遮擋板在不同實施例下的結構示意圖。 第9圖是設置如第4圖所示之遮擋板時，在反應腔內右半部分的溫場示意圖。 第10圖是設置如第4圖所示之遮擋板時，在反應腔右半部分的流場示意圖。 第11圖是沒有設置遮擋板時，在反應腔內右半部分的溫場示意圖。 第12圖是沒有設置遮擋板時，在反應腔內右半部分的流場示意圖。 第13圖是托盤表面薄膜生長率分佈示意圖，體現了第9至12圖中的基準氣流條件。

10‧‧‧反應腔

20‧‧‧上蓋

30‧‧‧限流環

40‧‧‧托盤

50‧‧‧加熱器

60‧‧‧旋轉軸

70‧‧‧遮擋板

Claims (10)

1. 一種帶遮擋板的限流環裝置，其包含： 限流環，其環繞設置在托盤的外側，該限流環內包括冷卻液管道；以及 耐熱材料製成的遮擋板，其設置在該限流環的內側及該托盤的外側之間，該遮擋板藉由固定裝置固定連接到該限流環，並且該遮擋板與其遮蔽的該限流環之間存在間隙，藉由該遮擋板將該限流環內表面的下部進行遮蔽，以阻擋從該托盤到該限流環的熱輻射，並構成引導製程氣體流通的空間。
2. 如申請專利範圍第1項所述之帶遮擋板的限流環裝置，其中該遮擋板遮蔽了該限流環中從對應於該托盤所在水平位置附近的部位至延伸到該托盤下方的部位。
3. 如申請專利範圍第1項所述之帶遮擋板的限流環裝置，其中該遮擋板與該限流環之間的該固定裝置為鎖緊螺釘，該鎖緊螺釘穿透該遮擋板連接至該限流環或穿透該限流環連接至該遮擋板。
4. 如申請專利範圍第1項所述之帶遮擋板的限流環裝置，其中該固定裝置由隔熱材料製成，或者由鎖緊螺釘和隔熱基板組合製成，使得該遮擋板與該限流環之間的溫度差大於100度，該隔熱材料的導熱係數小於0.5w/(m.k)。
5. 如申請專利範圍第1項所述之帶遮擋板的限流環裝置，其中該遮擋板的該耐熱材料是石英、陶瓷、石墨、鎢或鉬。
6. 如申請專利範圍第1或2項所述之帶遮擋板的限流環裝置，其中該引導製程氣體流通的空間，包含由該限流環在該托盤上方延伸部位的內表面所圍成的區域，或者由該遮擋板在該托盤上方延伸部位的內表面所圍成的區域，將製程氣體引導至該托盤表面，或該遮擋板對應該托盤水平位置附近及延伸到該托盤下方部位的內表面與該托盤外邊緣之間的間隙，形成使反應後氣體離開該托盤表面的氣體流通路徑。
7. 一種化學氣相沉積設備，其中該化學氣相沉積設備設置的反應腔中，包含如申請專利範圍第1至6項中之任意一項所述之帶遮擋板的限流環裝置，該反應腔中，該托盤放置於旋轉軸上在製程處理時由該旋轉軸帶動旋轉，該托盤上表面設有放置至少一個晶圓的凹口，該托盤下方設有加熱器，該反應腔設有上蓋，該上蓋設有供製程氣體進入該反應腔內的氣體接口，及供冷卻液流入該限流環內該冷卻液管道的冷卻液接口，該耐熱材料製成的該遮擋板位於該限流環的內側及該托盤的外側之間，藉由該遮擋板將該限流環內表面的下部進行遮蔽，以阻擋從該托盤到該限流環的熱輻射，該反應腔內的製程氣體經過該遮擋板與該托盤的組合構成的空間，向下流到設於該反應腔底部的抽氣孔。
8. 一種化學氣相沉積設備的調節方法，其中該化學氣相沉積設備包括反應腔，該反應腔內包括位於底部的基座，該基座內包括旋轉軸和支撐在該旋轉軸頂部的托盤，該托盤上表面固定有複數個晶圓，該化學氣相沉積設備頂部更包括進氣裝置，使得製程氣體從上向下流向該托盤上表面，限流環環繞該進氣裝置和該托盤之間的反應空間，由耐熱材料製成的遮擋板設置在該限流環內側及該托盤外側之間，藉由該遮擋板將該限流環內表面的下部進行遮蔽， 該遮擋板遮蔽了該限流環中從對應於該托盤水平位置附近及延伸到該托盤下方的部位，該化學氣相沉積設備的調節方法包含下列步驟： 控制該限流環具有第一溫度，使得製程氣體在流向該晶圓表面上方過程中，製程氣體不會提前分解和反應； 控制該晶圓表面具有第二溫度，製程氣體到達該托盤及該晶圓表面後，使製程氣體達到第二溫度並開始進行反應處理，該第二溫度高於該第一溫度；以及 控制該遮擋板具有第三溫度，使得反應後的氣體在離開該托盤及該晶圓表面到達該托盤外邊緣附近時不會大量形成沉積物，並藉由該遮擋板內表面與該托盤外邊緣之間的間隙流通直至被抽排出該反應腔，該第三溫度高於該第一溫度且低於該第二溫度。
9. 如申請專利範圍第8項所述之化學氣相沉積設備的調節方法，其中該進氣裝置和該托盤之間的該反應空間進一步包括位於上方的氣體擴散空間和位於下方且貼近該托盤上表面的反應空間，在該氣體擴散空間內製程氣體逐漸擴散混合，到達該反應空間時製程氣體發生反應形成所需的沉積物質，該遮擋板上端高度位於該反應空間的上端，以使得流經該限流環的製程氣體不會提前分解，流經該遮擋板的製程氣體不會發生大量污染物沉積。
10. 如申請專利範圍第9項所述之化學氣相沉積設備的調節方法，其中該反應空間的上端位於該托盤上表面上方3至30mm處。