TWI747281B - 薄膜沉積旋轉盤系統 - Google Patents

Abstract

本發明為一種薄膜沉積旋轉盤系統，包括一機台上設有至少一晶圓凹座，其內設有一碟盤，且碟盤上設有晶圓容置槽。碟盤中央更穿設有晶圓升降裝置，其包括一頂柱穿設在一套管內。機台上更設有一第一輸氣通道，以輸送氣體至套管的輸氣穿孔中，令套管內的頂柱根據氣體之流量大小升降，以將晶圓容置槽上的晶圓頂出。機台上更設有一排氣通道，當頂柱位於套管內之高度超過排氣穿孔時，氣體可由套管上的排氣穿孔排出至排氣通道，以調節頂柱的升降高度，等到流量與頂柱的高度平衡後，機械手臂即可進入夾取晶圓。本發明有助於機械手臂取放晶圓，有效因應自動化生產的需求，提升生產效率。

Description

薄膜沉積旋轉盤系統

本發明係有關一種晶圓鍍覆之技術，特別是指一種薄膜沉積旋轉盤系統。

半導體元件的製程會經過黃光、蝕刻、擴散再進入到薄膜的生成。半導體晶圓在薄膜沉積製程中，係將晶圓設置在真空反應腔內的晶圓承載系統上，以利用氣體噴射器將反應的氣體水平噴射至晶圓上，以利用加熱至高溫500˚C以上引起的物理或化學反應，從而在晶圓上沉積薄膜。

晶圓承載系統包括一大承載盤，大承載盤上更設有複數小承載盤。在沉積的過程中，為了達到加熱均勻性，大承載盤會緩慢旋轉，轉速為60rpm以下。除此之外，小承載盤（又稱碟盤）也會相對旋轉，小承載盤的轉速視薄膜成長速率而定，通常為50rpm以上，透過大小承載盤的旋轉能令晶圓達到成長均勻厚度薄膜的目的。

目前一般小承載盤設計如第一圖所示，當晶圓90開始要成長薄膜時，旋轉小承載盤96，以帶動晶圓90做360度旋轉。旋轉的機制係透過導入氣流至導氣管92後至二導氣管開口920排出，以將承載晶圓90的小承載盤96浮起，且藉由一前一後特殊設計的二導氣管開口920，可引導氣流流動，帶動浮起的小承載盤96旋轉，最後氣流由排氣孔94排出。透過此機制可令晶圓90旋轉以均勻接受氣體噴射器98噴出的氣體，以達到成長均勻厚度之薄膜的目的。

但目前承載晶圓系統的設計，晶圓90與小承載盤96之間沒有縫隙，使得機械手臂沒有空間可深入小承載盤96中擷取晶圓90，無法因應自動化生產需求，令生產效率無法有效的提升。

有鑑於此，本發明遂針對上述習知技術之缺失，提出一種薄膜沉積旋轉盤系統，以有效克服上述之該等問題。

本發明之主要目的在提供一種薄膜沉積旋轉盤系統，其結構僅透過氣體的控制，即可令晶圓推升至碟盤外，可有助於機械手臂取放晶圓，以因應自動化生產的需求，能有效提升生產效率。

為達上述之目的，本發明提供一種薄膜沉積旋轉盤系統，包括一機台上設有至少一晶圓凹座，晶圓凹座內設有一碟盤，碟盤上設有一晶圓容置槽。一晶圓升降裝置穿設於碟盤中央。機台上更設有一第一輸氣通道，第一輸氣通道並連通晶圓凹座之空間，以輸送氣體至晶圓升降裝置底部，令晶圓升降裝置根據氣體之流量升降。一排氣通道設置在機台上，並連通晶圓凹座之空間，令氣體由排氣通道排出，以調節晶圓升降裝置。

在本實施例中，該晶圓升降裝置更包括一套管及一頂柱，套管設置在晶圓凹座上，且套管上具有一輸氣穿孔，及至少一排氣穿孔位於套管靠近頂部的位置，且排氣穿孔連通輸氣穿孔。頂柱則穿設在套管之輸氣穿孔中，且頂柱上設有一晶圓承載座，當第一輸氣通道輸送氣體至晶圓升降裝置底部時，可令頂柱因氣體之流量而上升，當頂柱位於套管內之高度超過排氣穿孔時，氣體可由排氣穿孔排出至晶圓凹座之空間，再由排氣通道排出，以調節晶圓升降高度裝置。

在本實施例中，薄膜沉積旋轉盤系統更包括一第二輸氣通道設置在機台上，第二輸氣通道更透過至少二輸氣口連通晶圓凹座之空間，當第二輸氣通道通過至少二輸氣口輸入氣體至晶圓凹座之空間時，能舉升並旋轉碟盤，且氣體可由排氣通道排出。

在本實施例中，碟盤上更設有一晶圓承載座凹槽，晶圓承載座凹槽吻合頂柱之晶圓承載座的形狀，當碟盤上升時可一併升舉頂柱。

在本實施例中，晶圓凹座上更設有一頂柱容置凹槽以容置頂柱，且頂柱容置槽連通第一輸氣通道。

在本實施例中，頂柱底部設有一支撐桿。

在本實施例中，碟盤上且位於套管之排氣穿孔之一側更設有排氣間隙，令排氣穿孔可排氣至排氣通道。

在本實施例中，薄膜沉積旋轉盤系統更包括一氣體輸出裝置，其連通第一輸氣通道與第二輸氣通道，以輸出氣體至第一輸氣通道與第二輸氣通道。

底下藉由具體實施例詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。

本發明之薄膜沉積旋轉盤系統之結構僅透過氣體的控制，即可令晶圓推升至碟盤外，有助於機械手臂取放晶圓，因應自動化生產的需求，能有效提升生產效率。

為能更加瞭解如何達到上述功效，在此詳述薄膜沉積旋轉盤系統之實施方式。首先請參照第二圖與第三圖，薄膜沉積旋轉盤系統1之結構包括一機台10可為大承載盤，機台10上設有至少一晶圓凹座12，晶圓凹座12內可供設置一碟盤14，且碟盤14上設有一晶圓容置槽140，以供放置晶圓（圖中未示）。一晶圓升降裝置20穿設於碟盤14中央，且晶圓升降裝置20同時位於晶圓凹座12上的頂柱容置凹槽120內，其中晶圓升降裝置20之結構包括一套管22及一頂柱24，套管22設置在晶圓凹座12上，套管22上具有一輸氣穿孔220，及至少一排氣穿孔222位於套管22靠近頂部的位置，且垂直並連通於輸氣穿孔220。除此之外，碟盤14上且位於套管22之排氣穿孔222之一側更設有排氣間隙16，令排氣穿孔222能有效排氣。頂柱24則是穿設在套管22之輸氣穿孔220中，且位於晶圓凹座12上的頂柱容置凹槽120內，頂柱24更包括一上頂柱240設置在一下頂柱242上，其中上頂柱240設有一晶圓承載座244，下頂柱242設置在頂柱容置凹槽120內，且下頂柱242下設有一支撐桿246，以預留頂柱容置凹槽120的空間，以便氣體輸入將頂柱24升起。

機台10上更設有一第一輸氣通道30，第一輸氣通道30連通晶圓凹座12的頂柱容置凹槽120，以連通至套管22之輸氣穿孔220，且第一輸氣通道30可連接一氣體輸出裝置（圖中未示），令氣體輸出裝置可輸送氣體至輸氣穿孔220中，令輸氣穿孔220內的頂柱24根據氣體之流量升降。

機台10上更設有一排氣通道40，排氣通道40連通晶圓凹座12之空間，當頂柱24位於套管22內之高度超過套管22上的排氣穿孔222時，氣體可由排氣穿孔222排出至晶圓凹座12之空間，再由排氣通道40排出，以調節氣體之流量調節頂柱24升降之高度。晶圓凹座12上且位於晶圓升降裝置20外環設有一排氣凹槽122，排氣凹槽122連通排氣通道40，且排氣凹槽122可呈放射狀排氣凹槽122，以利氣體由排氣通道40排出。

本發明之薄膜沉積旋轉盤系統1除了具第一輸氣通道30，能利用氣體流量將頂柱24舉升之外，本實施例更具有將碟盤14旋轉之排氣結構。請配合參照第二圖與第四圖以詳細說明將碟盤14旋轉之排氣結構，如圖所示，機台10上更設有一第二輸氣通道50設置在機台10上，第二輸氣通道50透過至少二輸氣口52連通至晶圓凹座12之空間，且二輸氣口52分別在晶圓凹座12至少兩側設置，晶圓凹座12上更設有至少二氣流通道54，分別連通輸氣口，在本實施例中，具有三輸氣口52及三氣流通道54，且氣流通道54以放射狀排列設置在晶圓凹座12上。第二輸氣通道50更連接氣體輸出裝置（圖中未示），令氣體輸出裝置可輸出氣體至第二輸氣通道50。當第二輸氣通道50通過二輸氣口52輸入氣體至氣流通道54，並流動晶圓凹座12之空間時，透過氣體的流量能舉升碟盤14，搭配氣流通道54放射狀排列設置，能產生旋轉氣流，令碟盤14旋轉。且由於排氣通道40連通晶圓凹座12之空間，因此第二輸氣通道50排出的氣體也可由排氣通道40排出。除此之外，碟盤14上表面設有一晶圓承載座凹槽142，晶圓承載座凹槽142係吻合頂柱24之晶圓承載座244之形狀，因此當碟盤14上升時可一併將頂柱24升舉。

接下來請參照第五圖，以說明本實施例在晶圓上沉積薄膜之使用狀態。在晶圓上沉積薄膜時，晶圓60係置放在碟盤14上的晶圓容置槽140內，接著控制連通機台10上第二輸氣通道40的氣體輸出裝置（圖中未示）輸出氣體，令氣體輸入第二輸氣通道50，氣體再透過二輸氣口52流入連通至晶圓凹座12之空間，令承載晶圓60的碟盤14受氣體流量上升，由於碟盤14上表面設有晶圓承載座凹槽142吻合頂柱24之晶圓承載座244之形狀，因此當碟盤14上升時可一併將頂柱24之上頂柱240與下頂柱242分開，僅將上頂柱240與碟盤14升起。再者，因輸氣口52係分別在晶圓凹座12至少兩側設置及放射狀排列設置氣流通道54的設置，同時氣體由排氣通道40排出，搭配排氣通道40外的放射狀排氣凹槽122的形狀，能產生旋轉氣流令碟盤14旋轉。碟盤14帶動晶圓60穩定轉動後，即可控制氣體噴射器62噴射沉積薄膜的氣體，令氣體均勻的噴塗在轉動的晶圓60上，以完成沉積薄膜的動作。

接下來請配合參照第六圖，沉積薄膜的動作完成後，氣體輸出裝置停止輸出氣體至第二輸氣通道50，令碟盤14下降至晶圓凹座12。接著即可控制氣體輸出裝置將氣體輸入至第一輸氣通道中30，令氣體輸入至頂柱容置凹槽120中，由於支撐桿246的設置，令頂柱容置凹槽120中留有空隙供氣體輸入，頂柱24即可根據氣體之流量升起，藉此將設置於晶圓承載座244上的晶圓頂起離開碟盤14，此時即可控制一自動化擷取設備，如機器手臂擷取晶圓60，以有效自動化，提升晶圓生產效率。

接著請參照第七圖，以說明如何控制頂柱24升降高度，頂柱24升降的高度將由流經第一輸氣通道30氣體流量及排氣穿孔222受遮蔽面積而決定。詳細來說，當經由第一輸氣通道30流入氣體越少時，頂柱24相對升舉的高度不高，使得排氣穿孔222被遮蔽越多。反之，第一輸氣通道30流入的氣體越多，頂柱24將越被推升，但當頂柱24上升的高度超過套管22內排氣穿孔222的高度時，頂柱24就無法遮蔽排氣穿孔222，此時輸入頂柱容置凹槽120的氣體即可由排氣穿孔222排出，這種機制能夠控制並把頂柱24平衡在我們設定的位置，當輸入與排出的流量到達到平衡時，頂柱24不會再往上推升，藉此達到限位的效果。當氣體由排氣穿孔222排出時，氣體可由套管22與碟盤14之間排氣間隙16流動至晶圓凹座12的空間中，再由排氣通道40排出。

綜上所述，本發明之結構僅透過氣體的控制，即可令晶圓推升至碟盤外，有助於機械手臂取放晶圓，因應自動化生產的需求，能有效提升生產效率。

唯以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍。故即凡依本發明申請範圍所述之特徵及精神所為之均等變化或修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

1…薄膜沉積旋轉盤系統 10…機台 12…晶圓凹座 120…頂柱容置凹槽 122…排氣凹槽 14…碟盤 140…晶圓容置槽 142…晶圓承載座凹槽 16…排氣間隙 20…晶圓升降裝置 22…套管 220…輸氣穿孔 222…排氣穿孔 24…頂柱 240…上頂柱 242…下頂柱 244…晶圓承載座 246…支撐桿 30…第一輸氣通道 40…排氣通道 50…第二輸氣通道 52…輸氣口 54…氣流通道 60…晶圓 62…氣體噴射器 90…晶圓 92…導氣管 920…導氣管開口 94…排氣孔 96…小承載盤 98…氣體噴射器

第一圖為習知承載晶圓系統示意圖。 第二圖係為本發明立體示意圖。 第三圖係為本發明第一輸氣通道側面示意圖。 第四圖係為本發明第二輸氣通道側面示意圖。 第五圖係為本發明驅動碟盤旋轉狀態示意圖。 第六圖與第七圖係為本發明驅動晶圓升降裝置連續狀態示意圖。

1…薄膜沉積旋轉盤系統 10…機台 12…晶圓凹座 120…頂柱容置凹槽 122…排氣凹槽 14…碟盤 140…晶圓容置槽 142…晶圓承載座凹槽 16…排氣間隙 20…晶圓升降裝置 22…套管 220…輸氣穿孔 222…排氣穿孔 24…頂柱 240…上頂柱 242…下頂柱 244…晶圓承載座 246…支撐桿 30…第一輸氣通道 40…排氣通道

Claims (11)

1. 一種薄膜沉積旋轉盤系統，包括：一機台，其上設有至少一晶圓凹座；一碟盤，設置在該晶圓凹座內，該碟盤上設有一晶圓容置槽；一晶圓升降裝置，穿設於該碟盤中央，該晶圓升降裝置包括：一套管，設置在該晶圓凹座上，且該套管上具有一輸氣穿孔，及至少一排氣穿孔位於該套管靠近頂部的位置，且排氣穿孔連通輸氣穿孔；及一頂柱，穿設在該套管之該輸氣穿孔中，且該頂柱上設有一晶圓承載座；其中該第一輸氣通道可輸送氣體至該晶圓升降裝置底部，令該頂柱根據氣體之流量上升，且當該頂柱位於該套管內之高度超過該排氣穿孔時，氣體可由該排氣穿孔排出至該晶圓凹座之空間，再由該排氣通道排出，以調節氣體之流量限制該頂柱升降之高度；一第一輸氣通道，設置在該機台上，並連通該晶圓凹座之空間，以輸送氣體至該晶圓升降裝置底部，令該晶圓升降裝置升降；以及一排氣通道，設置在該機台上，並連通該晶圓凹座之空間，令該氣體由該排氣通道排出，以調節晶圓升降裝置升降高度。
2. 如請求項1所述之薄膜沉積旋轉盤系統，更包括一第二輸氣通道設置在該機台上，該第二輸氣通道更透過至少二輸氣口連通該晶圓凹座之空間，當該第二輸氣通道通過該至少二輸氣口輸入氣體至該晶圓凹座之空間時，能舉升並旋轉該碟盤，該氣體可由該排氣通道排出。
3. 如請求項2所述之薄膜沉積旋轉盤系統，其中該晶圓凹座上更設有至少二氣流通道，分別連通該二輸氣口，且該二氣流通道以放射狀排列設置在該晶圓凹座上。
4. 如請求項2所述之薄膜沉積旋轉盤系統，其中該碟盤上更設有一晶圓承載座凹槽，其吻合該頂柱之該晶圓承載座之形狀，當該碟盤上升時可一併升舉該頂柱。
5. 如請求項1所述之薄膜沉積旋轉盤系統，該頂柱更包括一上頂柱設置在一下頂柱上。
6. 如請求項1所述之薄膜沉積旋轉盤系統，其中該晶圓凹座上更設有一頂柱容置凹槽以容置該頂柱，且該頂柱容置槽連通該第一輸氣通道。
7. 如請求項1所述之薄膜沉積旋轉盤系統，其中該頂柱底部設有一支撐桿。
8. 如請求項1所述之薄膜沉積旋轉盤系統，其中該碟盤上且位於該套管之該排氣穿孔之一側更設有排氣間隙，令該排氣穿孔可排氣至該排氣通道。
9. 如請求項1所述之薄膜沉積旋轉盤系統，其中該排氣穿孔係垂直該輸氣穿孔設置。
10. 如請求項2所述之薄膜沉積旋轉盤系統，更包括一氣體輸出裝置，連通該第一輸氣通道與該第二輸氣通道，以輸出氣體至該第一輸氣通道與該第二輸氣通道。
11. 如請求項1所述之薄膜沉積旋轉盤系統，其中該晶圓凹座上，且位於該晶圓升降裝置外環設有一排氣凹槽，其連通該排氣通道。

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