TWI408248B - Temperature Control Device for Surface Temperature of Substrate in CVD Reactor - Google Patents

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TWI408248B TW097121045A TW97121045A TWI408248B TW I408248 B TWI408248 B TW I408248B TW 097121045 A TW097121045 A TW 097121045A TW 97121045 A TW97121045 A TW 97121045A TW I408248 B TWI408248 B TW I408248B
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Description

CVD反應器中基板表面溫度之控溫裝置
本發明係有關一種CVD反應器，其包括複數個在可旋轉的基板座上被動態氣墊所支撐的轉盤，每一氣墊各由可個別控制的氣流所構成，而每一氣流皆可配合溫度測量裝置測得的表面溫度而被個別的調整件所調整。
DE 100 56 029 A1及EP 1 335 997 B1提出該種CVD反應器。此種裝置基本上設有一個圓盤形基板座，其水平面上設有複數個凹槽，凹槽內各容置一個轉盤，轉盤上可放置一或數個基板，基板可在反應室中被塗佈薄膜，尤其是半導體薄膜，而構成薄膜的材料係被一個進氣機構輸入反應室中。諸轉盤各被一個氣墊撐起，氣體流到轉盤下側與凹槽底部之間隙中，而使得轉盤旋轉。基板座下方設有一個加熱裝置，其由下方加熱基板座。各轉盤藉熱傳導及熱輻射而亦被加熱。轉盤表面溫度及轉盤上之基板的表面溫度，係被一個溫度測量裝置所監控。增加或減少構成氣墊之氣流而改變氣墊高度，可調整表面溫度。如此可改變轉盤與凹槽底部間之熱傳輸縫隙。
EP 1 335 997 B1提出一種方法，其藉改變氣墊高度而調整溫度。氣流可藉一質流控制器而調整。
DE 10 2006 018 514 A1提出一種控制反應室中基板表面溫度之裝置。其不改變氣墊高度，而是改變混合氣體的組成成分。其中一氣體具高熱傳導性，另一氣體則具低熱 傳導性。
DE 103 23 085 A1提出一種CVD塗佈裝置，其在反應器殼體內設有可旋轉的載板，其承載有複數個基板座，而此等基板座則各承載一個基板。
DE 101 33 914 A1提出一種反應室，其底板具有可被個別驅動的部份。一個共同的氣體輸入管連接基板座之氣體通道系統。該氣體通道系統可將氣體分配到不同的室中，其內部各放置一個基板座，基板座係被氣墊撐起。
DE 100 43 600 A1提出一種塗佈裝置，其在反應器殼體內設有可旋轉的載板，而載板具複數個衛星式環繞載板旋轉中心的容置室，其內各容置一個基板座。
EP 0 242 898 B1提出一種CVD反應器之基板座，基板在塗佈時被旋轉。
上述裝置的每一轉盤皆設有個別的輸入管，其係由外部連接至反應器殼體，因為，由質流控制器所構成的調整件係附屬於一個固定的氣體混合系統。此種裝置尚須使基板座對其軸旋轉，故需要複雜的氣體輸入管，因為，複數個位在反應器外部之固定輸入管需與基板座一起旋轉的輸入管互相對應。
本發明之目的在於改良此種裝置。
此目的係由申請專利範圍所述之發明所達成，申請專利範圍第2至12項為申請專利範圍第1項之附屬項。其亦可為獨立或與其他申請專利範圍相組合。
依據本發明，調整件與基板座一起旋轉。此處，調整件附屬於一個承載著基板座的載板。在本發明另一實施例中，一個共同的氣體輸入管連接到載板。載板可具有一個與基板座一起旋轉的部分、及一個對反應器殼體固定的部分。共同的氣體輸入管附屬於該固定部份。共同的氣體輸入管可通到一個氣體分配室，而個別的輸入管係由該氣體分配室連接至各調整件。每一調整件各延伸出一個輸入管，其係將氣流輸送至一個凹槽，而凹槽中放置一個轉盤，其係被個別的氣流所構成的氣墊撐起。調整件較佳為閥門。由於閥門與基板座係一起旋轉，故其需要特殊的控制。該控制可利用遙控或滑動接點。若該調整件需供電，則可利用感應或同樣利用滑動接點。閥門較佳可在無電流時保持在其位置。輸入管中可設有一個壓力控制器，以使共同的輸入管中的壓力保持恆定。本發明方法之特徵在於：多個環形圍繞基板座中心而排列的轉盤之表面溫度，可以用唯一的溫度測量裝置機械式地依序測量。同樣地，亦可依序改變構成各個氣墊的氣流。是故，氣墊高度以一定間隔被依序改變，相對於相當緩慢的溫度變化，而該調整間隔時間極短。載板可具有一個設在反應器殼體內的部分、及一個設在反應器殼體外的部分。閥門較佳為附屬於載板之設在反應器殼體外的部分，即，被驅動旋轉的部分。載板亦可具有一個固定部份，其設置共同的輸入管。
在一較佳實施例中，調整件行星式環繞著載板之旋轉軸。
同樣地，輸入管亦行星式環繞著該中心，亦即，具相同的 角度。載板可設有一個中空軸，基板座抵靠載板上側邊緣。中空軸中插入一個芯體，共同的氣體輸入管設在其上。氣體分配室可以環形式構成，其壁由芯體及輸入管所構成。環形室可設在中空軸與芯體之軸承縫隙中。為了樞設中空軸而設有一個軸承殼，其係與反應器殼體固定連接。中空軸在芯體與軸承之間旋轉。並設有適當的軸承及密封件，以使中空軸軸承處的反應器外部與內部之間確保氣密。
以下將依據附圖詳細說明本發明之實施例。
CVD反應器具有一個反應器殼體，圖1顯示其下壁11，殼體內部為氣體及壓力密封。反應器殼體11內部設有一個進氣機構24，其具有圖中未示出而位在水平面上的氣體流出孔，反應氣體可由該氣體流出孔流入進氣機構24下方的反應室25中。反應室25底部由基板座1之表面所構成。基板座1由石墨製成，可對軸線Z旋轉。
如圖4及圖1所示，基板座1具有複數個轉盤2，其係由圓形石墨元件所構成，且置於基板座1之凹槽中。每一凹槽的底部連接一根輸入管26，氣流係經由該輸入管被輸送至轉盤2下側與凹槽底部的間隙中。該氣流構成一個氣墊，使得轉盤2與底部形成有一段距離。輸入凹槽之氣流使得凹槽中的轉盤2旋轉。
進氣機構24上方的開口32中設有一個溫度感測器4，例如，高溫計(pyrometer)。該溫度感測器4位在轉盤2 正上方，其與轉軸Z間之徑向距離與轉盤相同，故，溫度感測器4可測量轉盤2之表面溫度、或轉盤2上一或多個基板之表面溫度。表面溫度會隨氣墊3高度而改變。
基板座1下方為加熱裝置27，其可是一個輻射加熱裝置、或一個射頻加熱裝置。該加熱裝置首先加熱基板座1下側。熱藉由熱傳導而傳輸至氣墊，再藉由熱傳導或熱輻射而通過氣墊3構成的縫隙，傳輸至轉盤2。氣墊3的高度可影響熱傳輸。
氣墊3之高度受到輸入管26輸入的氣流流量所左右。氣流可被閥門5調整。閥門5之調整係依據溫度感測器4所測得的溫度。閥門5較佳為一個在無電流時可保持在其位置的閥門。其可利用圖中未示出的滑動接點或遙控而保持在其位置上。當溫度感測器4測得轉盤2之表面溫度且需要改變其溫度時，可調整閥門5。
基板座1放置在載板6上。載板6具有一個中空軸31，基板座1抵靠載板上側邊緣。中空軸31內環形圍繞著轉軸Z，設有氣體輸入管12，而構成氣墊3的載氣，例如，氮或氫，係經由閥門5而被輸送至基板座1之通道26。
中空軸31樞設在一個與反應器殼體11固定連接的軸承殼20上。軸承殼20具一個內部空間，其內設有兩個旋轉軸承29、30，而兩個旋轉軸承之間設有一個密封件28。
中空軸31之由軸承殼20下側伸出的部分，除了從動輪21外，尚承載著複數個閥門5。閥門5環繞著轉軸Z均勻分佈，亦即，行星式分佈。中空軸31中，平行於軸向的 氣體輸入管12，尚設有輸入管9，該輸入管係將氣體由氣體分配室8輸送至閥門5。
中空軸31內設有芯體13，其係與反應器殼體11固定連接，並承載有驅動馬達23，而該驅動馬達具一個驅動輪22，其可經由圖中未示出的傳動皮帶驅動從動輪21旋轉。中空軸31及其所承載的閥門5於是便對轉軸Z旋轉，而帶動基板座1，故，基板座1可相對於固定的進氣機構24旋轉。
芯體13之外壁部分14構成一個環繞芯體的環形內壁，而此環形室構成為氣體分配室8。環形室8之朝外的壁15，係由中空軸31之內壁所構成。氣體分配室8之環形的上、下壁二者則由密封件16、17所構成，該密封件係設在軸承18上方及軸承19下方。
芯體13設有共同的輸入管7，其係在芯體13頂端連接一條氣體輸送管。輸入管7首先平行於轉軸Z。輸入管7之一個徑向凸起，與氣體分配室8之內壁14之一個開口相連接。與內壁14相對置的外壁15設有各個輸入管9之開口，而流入氣體分配室8的氣體係經由該等開口流至閥門5。輸入管9首先為徑向，接著平行於轉軸Z延伸。
如圖6所示，共同的輸入管7中的壓力可被壓力控制器10保持恆定。共同的輸入管7中尚設有一個流量測量器FM。產生氣墊3的氣體除了上述之氮及氫外，尚可為稀有氣體或其他可使用之氣體。
與基板座1一起旋轉的閥門5可被氣流連續通過。為 此，氣流之輸入係利用圖中未示出的芯體13與中空軸31及軸承殼20與中空軸31之間的滑動接點。但，閥門5亦可被感應式地供給能量。此外，閥門亦可被週期性地供給電能。
所有揭示特徵本身皆具有發明性質。本發明揭示之特徵完全包含於本案之申請專利範圍中。
1‧‧‧基板座
2‧‧‧轉盤
3‧‧‧氣墊
4‧‧‧溫度感測器；溫度測量裝置
5‧‧‧閥門；調整件
6‧‧‧載板
7‧‧‧輸入管
8‧‧‧氣體分配室；環形室
9‧‧‧輸入管
10‧‧‧壓力控制器
11‧‧‧(反應器)殼體；(殼體)下壁
12‧‧‧輸入管
13‧‧‧芯體
14‧‧‧(芯體)外壁；(氣體分配室、環形室)內壁
15‧‧‧(環形室)外壁
16‧‧‧密封件
17‧‧‧密封件
18‧‧‧軸承
19‧‧‧軸承
20‧‧‧軸承殼
21‧‧‧從動輪
22‧‧‧驅動輪
23‧‧‧驅動馬達
24‧‧‧進氣機構
25‧‧‧反應室
26‧‧‧輸入管；通道
27‧‧‧加熱裝置
28‧‧‧密封件
29‧‧‧旋轉軸承
30‧‧‧旋轉軸承
31‧‧‧中空軸
32‧‧‧開口
FM‧‧‧流量測量器
Z‧‧‧(基板座)中心；(轉)軸；軸線
圖1係本發明CVD反應器沿圖3線I-I之剖面圖。
圖2係圖3線II-II之剖面圖。
圖3係圖1線III-III之剖面圖。
圖4係基板座箭頭IV方向之俯視圖。
圖5係軸承殼與驅動馬達之立體圖。
圖6係氣流之示意圖。
5‧‧‧閥門；調整件
13‧‧‧芯體

Claims (12)

  1. 一種CVD反應器，其包括複數個在可旋轉基板座(1)上被動態氣墊(3)所支撐的轉盤(2)，每一氣墊(3)各由可個別控制的氣流所構成，而每一氣流皆可配合溫度測量裝置(4)測得的表面溫度而被個別的調整件(5)所調整，並包括一個承載著基板座(1)且與基板座(1)一起旋轉的載板(6)，其特徵為：設有一個連接到載板(6)的共同的氣體輸入管(7)，其係與設在載板(6)上的調整件(5)輸入構成氣墊的氣流。
  2. 如申請專利範圍第1項之CVD反應器，其中，共同的氣體輸入管(7)通到氣體分配室(8)，而個別的輸入管(9)由該氣體分配室連接至各調整件(5)。
  3. 如申請專利範圍第2項之CVD反應器，其中，調整件為閥門(5)，可利用遙控或滑動接點而由外部操控。
  4. 如申請專利範圍第3項之CVD反應器，其中，閥門在無電流時保持在其位置。
  5. 如申請專利範圍第2項之CVD反應器，其中，共同的輸入管(7)中設有壓力控制器(10)，以使共同的輸入管(7)中之壓力保持恆定。
  6. 如申請專利範圍第1項之CVD反應器，其中，設有溫度測量裝置(4)，可依序測量多個環形圍繞著基板座(1)中心(Z)而排列的轉盤(2)之表面溫度，以依序改變氣墊(3)之氣流。
  7. 如申請專利範圍第1項之CVD反應器，其中，載板(6) 基本上設在反應器殼體(11)內部。
  8. 如申請專利範圍第7項之CVD反應器，其中，載板(6)之承載著閥門(5)的部分係位在反應器殼體(11)外部。
  9. 如申請專利範圍第7項之CVD反應器，其中，輸入管(9、12)及調整件(5)行星式環繞著載板(6)之旋轉軸(Z)。
  10. 如申請專利範圍第2項之CVD反應器，其中，載板(6)具有中空軸(31)，其內部容置有設置共同輸入管(7)的芯體(13)。
  11. 如申請專利範圍第10項之CVD反應器，其中，中空軸(31)樞設在一個與反應器殼體(11)固定連接的軸承殼(20)內部空間中。
  12. 如申請專利範圍第1項之CVD反應器，其中，氣體分配室(8)為一個由芯體(13)與中空軸(31)所構成的環形室。
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