TWI539024B - 沉積系統、具有調整機構之沉積系統轉子模組及增進沉積系統轉子模組動平衡之方法 - Google Patents

Description

沉積系統、具有調整機構之沉積系統轉子模組及增進沉積系統轉子模組動平衡之方法

本發明係有關於一種增進轉子模組動平衡之調整機構，特別是有關於一種增進沉積系統轉子模組動平衡之調整機構。

半導體製程中的薄膜沉積製程例如或化學氣相沉積製程係在具有噴灑頭（showerhead）的反應室進行。半導體晶圓係置於一具有加熱功能的可旋轉晶圓載台，而噴灑頭則噴淋製程所需的反應氣體進入反應室內以及晶圓載台上的半導體晶圓之上。當例如含有欲沉積材料之前驅物氣體的反應氣體透過噴氣頭噴淋至半導體晶圓上，反應室內進行一化學反應，因此形成薄膜於半導體晶圓上。在化學反應過程中，反應室內必須維持高溫以進行化學反應。

以有機化學氣相製程為例，噴灑頭結合晶圓承載台、筒型轉子模組以進行磊晶製程。III族及V族氣體從噴灑頭噴灑出後於空中進行混合與化學反應，之後繼續行進至承載台表面完成所有的化學反應，然後沉積於承載台表面。在磊晶製程期間，筒型轉子模組以固定的轉速進行旋轉，使得III族及V族氣體得以均勻混合，而且承載台表面之溫度均一性得以達成。

然而，一般筒型轉子模組是由主軸、轉盤、筒型轉子及承載台組成。其中轉盤鎖固於主軸上為一組結構，再鎖固於轉盤上。承載台直接置放於筒型轉子上。這種以多個零件鎖固組合而成加上為一種支撐在下部、重心在上部的頭重腳輕的結構，將使得筒型轉子模組的偏心或不平衡必然存在。

因此筒型轉子模組旋轉的轉速通常必須小於100 rpm (60 rpm以下較佳) ，以避免筒型轉子模組於高速旋轉時發生搖晃與振動，進而造成旋轉的承載台的水平與搖晃程度超出公差範圍，最終將致使承載台表面的氣流場與溫度場不均勻現象發生，因而失去晶圓表面磊晶的均勻特性。因此，筒型轉子模組的轉速若要提升至300 rpm或更高轉速，則必須調整筒型轉子模組以達動平衡。

因此，本發明提出一種沉積系統筒型轉子模組之調整機構，以增進沉積系統筒型轉子模組的動平衡。

本發明提出一種沉積系統，包含包圍一製程空間的反應室、噴灑頭及具有一調整機構之轉子模組。轉子模組包含主軸、轉盤、至少一轉子、鉗環及承載台，轉盤鎖固於主軸上，轉子鎖固於鉗環上，再鎖固於轉盤上。承載台設置於轉子上，轉盤具有以對稱方式排列之複數個螺絲孔與複數個滑塊，每一螺絲孔可供鎖入一配重物，每一滑塊可徑向移動至一鎖固位置。承載台則位於噴灑頭下方以及反應室內。

本發明同時提出一種沉積系統轉子模組之調整機構，包含一轉盤及複數個滑塊。轉盤鎖固於一主軸上，轉盤上設置有至少一轉子與一承載台，承載台設置於轉子上，轉盤具有以對稱方式排列之複數個螺絲孔，每一螺絲孔可供鎖入一配重物。滑塊以對稱方式排列於轉盤，每一滑塊可徑向移動至鎖固位置。

本發明另外提出一種增進沉積系統轉子模組動平衡之方法，包含以下步驟。首先提供一具有一調整機構之轉子模組，包含一主軸、一轉盤、至少一轉子、一鉗環及一承載台，轉盤鎖固於主軸上，轉子鎖固於鉗環上，再鎖固於轉盤上，承載台設置於轉子上，轉盤具有以對稱方式排列之複數個螺絲孔與複數個滑塊，每一螺絲孔可供鎖入一配重物，每一滑塊可徑向移動至一鎖固位置。接著轉動轉子模組並量測轉子模組之動平衡。然後根據轉子模組之動平衡量測結果徑向調整至少一滑塊之一位置。接著根據轉子模組之動平衡量測結果於轉盤之至少一螺絲孔內旋入配重物。鉗環亦包含複數個以對稱方式排列之螺絲孔，每一螺絲孔可供鎖入一配重物。最後根據轉子模組之動平衡量測結果於鉗環之至少一螺絲孔內旋入配重物。

以下將完成針對本發明的特定實施例參考內容。本發明的一些實施例將詳細描述如下。這些實施例的範例係伴隨著圖式以進行說明。然而，除了如下描述外，本發明還可以廣泛地在其他的實施例施行，且本發明的範圍並不受實施例之限定。相反地，本發明的範圍實包含符合本發明實施例的替換、修改及等效實施例並以之後的本發明的申請專利範圍為準。在以下的說明敘述中，提出的許多特定細節以使本發明能更被透徹了解。但本發明仍可在沒有部分或全部特定細節的情況下實施。此外習知的製程步驟及元件在此並不詳細描述以避免不必要混淆本發明焦點。

本發明之一實施例提供一種具有調整機構之沉積系統轉子模組。必須了解的是本發明之具有調整機構之轉子模組可用於任何具有包圍一製程空間之反應室的沉積系統，因此在此處將不會特別描述沉積系統與其反應室之特定的實例。沉積系統可進一步包含其他對於本領域具一般技藝者而言係顯而易見的所需的元件。不過與轉子模組相關的元件將於以下的敘述中提及。

第一圖顯示本發明一實施例之沉積系統轉子模組的截面圖。沉積系統之轉子模組包含主軸110、轉盤(rotor plate)120、轉子環(rotor ring) 210、鉗環 (clamping ring) 220、下轉子(lower rotor)230、上轉子(upper rotor)240及承載台(susceptor) 300。轉盤120鎖固於主軸110上，構成一組轉軸結構10。下轉子230、上轉子240鎖固於轉子環210、鉗環  220上成為一組轉子結構20，再鎖固於轉盤120上。承載台300直接以固定夾(Clip)於置放上轉子240上。

於沉積系統中，承載台300承載複數個工作件，例如晶圓，但不限於晶圓，並位於噴灑頭(Showerhead)下方。沉積反應氣體從噴灑頭噴灑出後於承載台300上方進行混合與化學反應，之後繼續於承載台300表面完成所有的化學反應，然後沉積於承載台300上之工作件表面。於本發明一實施例中，沉積系統包含一有機化學氣相沉積系統，在晶圓表面磊晶製程期間，噴灑頭於承載台300上方噴灑出III族及V族氣體，同時轉子模組以固定的轉速進行旋轉，使得III族及V族氣體得以均勻混合並進行反應。

第二圖顯示本發明一實施例之沉積系統轉子模組的前視圖，而第三圖為第二圖中轉子模組沿B-B線的截面圖。如第三圖所示，轉盤120具有複數個螺絲孔120a，以圓形對稱方式排列。鉗環 220亦具有複數個螺絲孔220a，以圓形對稱方式排列。轉盤120之螺絲孔120a與鉗環 220之螺絲孔220a係用於鎖入選定質量的配重物或法碼(未圖示)以平衡轉子模組的轉動平衡。轉盤120上同時具有滑塊121、固定螺絲122與滑軌槽120b，滑軌槽120b旁具有位置刻度120c，上滑塊121具有位置標記121a，同樣用於平衡轉子模組的轉動平衡。轉盤120之螺絲孔120a與鉗環 220之螺絲孔220a、法碼及轉盤120上之滑塊121與滑軌槽120b則構成轉子模組的調整機構。

第四圖至第五圖顯示本發明一實施例之滑塊調整機構。第四圖顯示本發明一實施例之滑塊調整機構的俯視圖。如第四圖所示，轉盤120具有滑軌槽120b，滑軌槽120b中具有上滑塊121、固定螺絲122。滑軌槽120b旁具有位置刻度120c，上滑塊121具有位置標記121a。當固定螺絲122鎖緊時即能將上滑塊121 固定。於一實施例中，對照第三圖所示，滑軌槽與滑塊呈夾角120度分佈，一共三組。於其他實施例中，複數滑軌槽與滑塊不限於三組，其間夾角角度呈均勻分佈 。例如五組滑軌槽與滑塊，其間夾角角度呈60度分佈。

第五圖顯示本發明一實施例之滑塊調整機構沿E-E線的截面圖。如第五圖所示，上滑塊121與下滑塊123位於轉盤120滑軌槽120b，上滑塊121具有螺絲用通孔，下滑塊123具有螺牙孔，固定螺絲122穿越上滑塊121與下滑塊123，上滑塊121與下滑塊123間夾著滑軌槽120b的隔層。當固定螺絲122鎖緊時即能將上滑塊121與下滑塊123 固定。

第六圖至第七圖顯示本發明另一實施例之滑塊調整機構。第六圖顯示本發明另一實施例之滑塊調整機構的俯視圖。如第六圖所示，轉盤120上具有滑軌124，滑軌124上具有滑塊125，滑塊125上具有螺牙孔，螺牙孔內具有鎖固螺絲126。鎖固螺絲126鎖緊時能將滑軌124與滑塊125逼緊固定。滑軌124旁具有位置刻度124a。於一實施例中，對照第三圖所示，滑軌與滑塊呈夾角120度分佈，一共三組。於其他實施例中，複數滑軌與滑塊不限於三組，其間夾角角度呈均勻分佈 。例如四組滑軌槽與滑塊，其間夾角角度呈90度分佈。

第七圖顯示本發明另一實施例之滑塊調整機構沿F-F線的截面圖。如第七圖所示，利用鎖固螺絲126鎖入滑塊125內的螺牙，使滑塊125固定於轉盤120上之滑軌124。鎖固螺絲126穿越滑塊125，當鎖固螺絲126鎖緊時即能使滑塊125與滑軌124抵緊 固定。

於本發明一實施例中，利用轉子模組調整機構調整轉子模組動平衡係由以下步驟執行。裝機時，首先裝上馬達、引入(feedthrough)、主軸110、轉盤120、轉子環210、鉗環220、下轉子230及上轉子240 。於高轉速時，以動平衡量測機量測之後，先行以調整上滑塊121與下滑塊123的位置，進行動平衡較大的調整，並鎖緊固定螺絲122，將上滑塊121與下滑塊123固定於滑軌槽120b中。於高轉速時，以動平衡量測機量測之後，於轉盤120特定螺絲孔120a內旋入特定質量的法碼進行較細微的調整，此時尚未裝上承載台300。當把承載台300裝上之後，於高轉速時調整承載台300的水平與搖晃程度(Leveling 與 Wobbling)進入規格容許範圍中，此時以動平衡量測機量測之後，若發現有旋轉不穩定增大時，可於鉗環220特定螺絲孔220a內旋入特定質量的法碼，進行較細微的調整。當把線組(Bus Bar)及加熱器(Heater)模組裝入之後，於高轉速時動平衡不會因線組及加熱器模組的裝入而有變化。但是，當要因應製程結果的調整，而調整承載台300的水平與搖晃程度時，此時必須再次以動平衡量測機量測，若發現有旋轉不穩定增大時，可於鉗環220特定螺絲孔220a內旋入特定質量的法碼，進行較細微的調整。

雖然已描述本發明之特定實施例，熟悉此技藝之人士均可明瞭仍有其他實施例與上述特定實施例等效。因此，必須理解的是本發明不受限於上述特定實施例，本發明之範圍係由以下之申請專利範圍界定。

10 轉軸結構 110主軸 120轉盤 120a螺絲孔 120b滑軌槽 120c位置刻度 121上滑塊 121a位置標記 122固定螺絲 123下滑塊 124滑軌 124a位置刻度 125滑塊 126鎖固螺絲 20轉子結構 210轉子環 220鉗環 220a螺絲孔 230下轉子 240上轉子 300承載台

本發明的特徵可藉由實施例說明而得到更深入的了解，實施例均伴隨所附圖式。值得注意的是，儘管所附圖式僅顯示本發明典型的實施例，但並不限制本發明的範圍，而本發明包含其他等效實施例。 第一圖顯示本發明一實施例之沉積系統轉子模組的截面圖。 第二圖顯示本發明一實施例之沉積系統轉子模組的前視圖。 第三圖為第二圖中轉子模組沿B-B線的截面圖。 第四圖顯示本發明一實施例之滑塊調整機構的俯視圖。 第五圖顯示本發明一實施例之滑塊調整機構沿E-E線的截面圖。 第六圖顯示本發明另一實施例之滑塊調整機構的俯視圖。 第七圖顯示本發明另一實施例之滑塊調整機構沿F-F線的截面圖。

120轉盤 120a螺絲孔 120b滑軌槽 120c位置刻度 121上滑塊 121a位置標記 122固定螺絲 220鉗環 220a螺絲孔

Claims (20)

1. 一種沉積系統，包含： 一包圍一製程空間的反應室； 一噴灑頭；及 一具有一調整機構之轉子模組，包含一主軸、一轉盤、至少一轉子、一鉗環及一承載台，該轉盤鎖固於該主軸上，該轉子鎖固於該鉗環上，再鎖固於該轉盤上，該承載台設置於該轉子上，該轉盤具有以對稱方式排列之複數個螺絲孔與複數個滑塊，每一該螺絲孔可供鎖入一配重物，每一該滑塊可徑向移動至一鎖固位置； 其中該承載台位於該噴灑頭下方以及該反應室內。
2. 如申請專利範圍第1項所述之沉積系統，其中該沉積系統包含一金屬有機化學氣相沉積系統。
3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該轉子包含一下轉子與一上轉子，該承載台設置於該上轉子上，該下轉子鎖固於該鉗環上，再鎖固於該轉盤上。
4. 如申請專利範圍第1項所述之沉積系統，更包含一轉子環，該轉子鎖固於該轉子環與該鉗環上。
5. 如申請專利範圍第1項所述之沉積系統，其中該鉗環 包含複數個以對稱方式排列之螺絲孔，每一該螺絲孔可供鎖入一配重物。
6. 如申請專利範圍第1項所述之沉積系統，其中該轉盤更包含複數個固定螺絲與複數個滑軌槽，每一固定螺絲用於固定每一滑塊於每一該滑軌槽，每一該滑軌槽之至少一側具有一位置刻度，每一該滑塊上具有一位置標記。
7. 如申請專利範圍第6項所述之沉積系統，其中該滑塊包含一上滑塊與一下滑塊於每一該滑軌槽，每一該上滑塊具有一螺絲用通孔，每一該下滑塊具有一螺牙孔，該固定螺絲穿越該上滑塊與該下滑塊，該上滑塊與該下滑塊間夾著該滑軌槽之一隔層，當該固定螺絲鎖緊時將該上滑塊與該下滑塊 固定。
8. 如申請專利範圍第1項所述之沉積系統，其中該轉盤上更包含複數個滑軌與複數個鎖固螺絲，每一該滑塊位於每一該滑軌上，每一該滑塊上具有一螺牙孔以鎖入該鎖固螺絲，該鎖固螺絲鎖緊時將該滑軌與該滑塊逼緊固定，每一該滑軌旁具有一位置刻度。
9. 如申請專利範圍第1項所述之沉積系統，其中該螺絲孔係以圓形對稱方式排列。
10. 如申請專利範圍第1項所述之沉積系統，其中該滑塊之間之一夾角角度呈均勻分佈 。
11. 一種沉積系統轉子模組之調整機構，包含 一轉盤，該轉盤鎖固於一主軸上，該轉盤上設置有至少一轉子與一承載台，該承載台設置於該轉子上，該轉盤具有以對稱方式排列之複數個螺絲孔，每一該螺絲孔可供鎖入一配重物；及 複數個滑塊，以對稱方式排列於該轉盤，每一該滑塊可徑向移動至一鎖固位置。
12. 如申請專利範圍第11項所述之調整機構，更包含一鉗環，該轉子鎖固於該鉗環上，再鎖固於該轉盤上，該鉗環包含複數個以對稱方式排列之螺絲孔，每一該螺絲孔可供鎖入一配重物。
13. 如申請專利範圍第11項所述之調整機構，其中該轉盤更包含複數個固定螺絲與複數個滑軌槽，每一固定螺絲用於固定每一滑塊於每一該滑軌槽，每一該滑軌槽之至少一側具有一位置刻度，每一該滑塊上具有一位置標記。
14. 如申請專利範圍第13項所述之調整機構，其中該滑塊包含一上滑塊與一下滑塊於每一該滑軌槽，每一該上滑塊具有一螺絲用通孔，每一該下滑塊具有一螺牙孔，該固定螺絲穿越該上滑塊與該下滑塊，該上滑塊與該下滑塊間夾著該滑軌槽之一隔層，當該固定螺絲鎖緊時將該上滑塊與該下滑塊 固定。
15. 如申請專利範圍第11項所述之調整機構，其中該轉盤上更包含複數個滑軌與複數個鎖固螺絲，每一該滑塊位於每一該滑軌上，每一該滑塊上具有一螺牙孔以鎖入該鎖固螺絲，該鎖固螺絲鎖緊時將該滑軌與該滑塊逼緊固定，每一該滑軌旁具有一位置刻度。
16. 如申請專利範圍第11項所述之調整機構，其中每二相鄰該滑塊之間之一夾角為60度 。
17. 一種增進沉積系統轉子模組動平衡之方法，包含： 提供一具有一調整機構之轉子模組，包含一主軸、一轉盤、至少一轉子、一鉗環及一承載台，該轉盤鎖固於該主軸上，該轉子鎖固於該鉗環上，再鎖固於該轉盤上，該承載台設置於該轉子上，該轉盤具有以對稱方式排列之複數個螺絲孔與複數個滑塊，每一該螺絲孔可供鎖入一配重物，每一該滑塊可徑向移動至一鎖固位置； 轉動該轉子模組並量測該轉子模組之動平衡；及 根據該轉子模組之動平衡量測結果徑向調整至少一該滑塊之一位置。
18. 如申請專利範圍第17項所述之方法，更包含根據該轉子模組之動平衡量測結果於該轉盤之至少一該螺絲孔內旋入該配重物。
19. 如申請專利範圍第17項所述之方法，其中該鉗環包含複數個以對稱方式排列之螺絲孔，每一該螺絲孔可供鎖入一配重物。
20. 如申請專利範圍第19項所述之方法，更包含根據該轉子模組之動平衡量測結果於該鉗環之至少一該螺絲孔內旋入該配重物。