TWI755329B - 往復式旋轉cvd設備及應用方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種往復式旋轉CVD設備及應用方法，包括腔體，晶圓加熱基座，旋轉裝置，所述旋轉裝置位於所述腔體外，包括旋轉動力機構及旋轉密封機構，所述旋轉密封機構包括旋轉件及固定件；其中，所述固定件與所述腔體固定密封連接，所述旋轉件與所述晶圓加熱基座固定密封連接，且所述旋轉件與所述固定件活動密封連接，且所述旋轉件與所述旋轉動力機構相連接，以通過所述旋轉動力機構帶動所述旋轉件及晶圓加熱基座進行往復式旋轉運行。本發明通過旋轉裝置的旋轉，可改善晶圓圓周方向上薄膜沉積的均勻性，降低設備及晶圓製造成本。

Description

往復式旋轉CVD設備及應用方法
本發明屬於化學氣相沉積技術以及半導體設備製造領域，具體涉及一種往復式旋轉CVD設備及應用方法。
化學氣相沉積(CVD，Chemical Vapor Deposition)是半導體工業中廣泛應用的用來沉積薄膜的技術，CVD設備包括反應腔和晶圓加熱基座，當將兩種或兩種以上氣態原材料導入反應腔時，氣態原材料相互之間發生化學反應，形成一種新的材料並沉積到加熱基座晶圓的表面上，形成一層沉積薄膜。
隨著氣相沉積技術的發展，CVD設備功能愈發成熟和完善，為適應目前半導體行業對高品質、高效率、低成本以及適應大尺寸晶圓(如晶圓尺寸為300mm等)製程的不斷追求，提高晶圓上CVD薄膜沉積的均勻性尤為重要，獲得具有良好均勻性的高品質沉積薄膜的製程相對複雜。反應腔內反應氣體流動的方向和分佈情況、反應腔內的壓力分佈情況、晶圓的加熱溫度場情況、反應腔排出氣體的流動方向、反應腔中外加等離子體場的強度和作用範圍分佈情況等因素，都會對晶圓表面上沉積薄膜的速度、沉積薄膜的組分和沉積薄膜的性質造成影響。反應腔內各參數的分佈的不均勻性，使晶圓表面上沉積的薄膜產生厚度不均勻、組分不均勻、物理特性不均勻等不良現象。而造成反應腔內 的各種狀態的不一致，包括設計上的，如晶圓的傳送通道在腔體上的某一個局部位置、排氣通道在腔體上的不均勻分佈等，以及製造和安裝上的，如反應腔內的各個零部件的中心在實際安裝中不可能完全對準等。
在薄膜沉積的過程中，由於待沉積薄膜的晶圓是放在基座上的，因此若基座能夠沿著中心軸自轉，則晶圓同樣會隨著基座一同旋轉，從而在晶圓的圓周方向上可獲得薄膜沉積的平均效果，由此可以消除反應腔內部各處在局部狀況上的差異所造成的薄膜沉積的差異，從而通過晶圓的旋轉操作，是較為有效的提高晶圓沉積薄膜均勻性的辦法。旋轉基座需要解決技術應用上的挑戰，如常用的電阻型晶圓加熱基座需要輸入加熱電流，且需要即時的測量加熱過程中的溫度變化，因此電源線和測溫熱電偶線的連接就是必不可少的；晶圓加熱基座的底部通常還需要採用密封圈進行密封，為了保證密封的可靠，因此晶圓加熱基座需設置冷卻通道，如水冷卻通道，因此進水管、出水管的連接就是必不可少的。當晶圓加熱基座旋轉起來後，與晶圓加熱基座相連接的電線及冷卻通道則會發生纏繞問題。
為解決與晶圓加熱基座相連接的電線及冷卻通道發生纏繞的問題，可採用滑動連接方式連接導線及採用轉動連接方式連接冷卻通道，但這種連接方式會使得設備結構變複雜，增加設備成本，且會帶來電氣連接可靠性低，溫度測量準確性低等新的問題，如電氣接觸有可能隨著接觸面的磨損/氧化而不可靠，有可能隨著彈簧接觸力的大小而改變接觸電阻，有可能無法良好的進行電氣遮罩而產生/接受干擾信號等等。尤其對於PECVD設備而言，射頻激發的等離子的穩定運行非常關鍵，晶圓加熱基座作為一個電極需要滿足對於高頻和高 功率射頻的可靠接地，因此若晶圓加熱基座的旋轉採用滑動連接方式，則會對射頻系統需要的可靠電氣連接產生非常不利的影響。
若通過將晶圓加熱基座的加熱器與基座相分離的方式設計旋轉CVD設備，即將加熱器設計為位置固定，而將基座設計為可旋轉，從而加熱器的電源導線不會由於旋轉而纏繞起來。但由於加熱器不是包裹在基座內，加熱器就不可避免的要接觸到腔體內薄膜沉積過程中的各種化學反應氣體，以及在清洗腔體時用的清洗氣體，這些腐蝕性氣體對於加熱器本身的正常使用壽命會是非常不利的，且如果為了調節晶圓的位置，而升高基座，則基座與加熱器之間的距離就會增加，基座的溫度就會隨著距離的增加而下降，這時就要靠基座上測溫熱電偶的信號回饋，來改變加熱器的溫度，以進行補償，從而增加了整個調節過程的時間，影響薄膜沉積的速度，且由於需要測量基座的溫度，如果把測溫熱電偶放在基座上，熱電偶的導線還是會由於基座的旋轉而發生纏繞，如果測溫熱電偶不直接與基座接觸，則雖不會發生導線纏繞，但是測溫的準確性就會是個新的問題。
因此，提供一種往復式旋轉CVD設備及應用方法，以在晶圓表面上獲得具有良好均勻性的高品質的沉積薄膜，實屬必要。
鑒於以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在於提供一種往復式旋轉CVD設備及應用方法，在進行薄膜沉積過程中，通過旋轉裝置的往復式旋轉，可改善晶圓圓周方向上薄膜沉積的均勻性，且在電氣連接上，可避免採用滑動連接方式，仍然採用導線固定連接，在冷卻通道連接上，可避免採用轉 動連接方式，仍然採用通道固定連接。因此，由於避免採用滑動/轉動連接，從而可簡化設備結構，節約安裝空間，保證設備可靠性，降低設備成本，方便設備的安裝和維護。本發明可用于解決現有技術中CVD設備難以在晶圓表面上獲得具有良好均勻性的高品質的沉積薄膜的問題。為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種往復式旋轉CVD設備，該往復式旋轉CVD設備包括：腔體，晶圓加熱基座，旋轉裝置；該晶圓加熱基座位於該腔體內，且該晶圓加熱基座進行往復式旋轉運行的角度θ的範圍包括0°<θ
Figure 110119283-A0305-02-0007-1
360°；該晶圓加熱基座進行往復式旋轉運行的方式包括自起始位置按順時針旋轉運行θ1角度，再按照逆時針旋轉運行θ2角度，以通過N
Figure 110119283-A0305-02-0007-2
1次往復式旋轉，返回起始位置；或自起始位置按逆時針旋轉運行θ1角度，再按照順時針旋轉運行θ2角度，以通過N
Figure 110119283-A0305-02-0007-3
1次往復式旋轉，返回起始位置，且往復式旋轉運行中的旋轉速度為獨立控制的速度；該旋轉裝置位於該腔體外，包括旋轉動力機構及旋轉密封機構，該旋轉密封機構包括旋轉件及固定件；其中，該固定件與該腔體固定密封連接，該旋轉件與該晶圓加熱基座固定密封連接，且該旋轉件與該固定件活動密封連接，且該活動密封與該腔體內反應氣體之間隔離，且該旋轉件與該旋轉動力機構相連接，以通過該旋轉動力機構帶動該旋轉件及晶圓加熱基座進行往復式旋轉運行。
可選地，該旋轉密封機構為磁流體旋轉密封機構，同時涵蓋磁耦合旋轉密封機構及密封圈旋轉密封機構等常見旋轉密封機構。
可選地，該旋轉件與該固定件通過軸承進行活動連接，且該軸承包括徑向軸承及端面軸承。該旋轉件包括第一端、第二端及位於該第一端與第二端之間的側壁，且該旋轉件包括內部冷卻通道，其中，該第一端與該晶圓加 熱基座固定密封連接，該內部冷卻通道的進出口位於該第二端，且該內部冷卻通道覆蓋該第一端及側壁；該內部冷卻通道內通入的冷卻物質包括冷卻氣體或冷卻液體。
可選地，該往復式旋轉CVD設備還包括位於該腔體內的吹掃氣體導流環，且該吹掃氣體導流環與該晶圓加熱基座之間具有狹縫通道，該狹縫通道的寬度W的範圍包括0mm<W
Figure 110119283-A0305-02-0008-4
1mm，該狹縫通道的長度L的範圍包括L
Figure 110119283-A0305-02-0008-5
5mm，通過該吹掃氣體導流環提供自該吹掃氣體導流環經該旋轉密封機構及狹縫通道至該腔體的吹掃排出氣體。
可選地，該吹掃氣體導流環還包括氣孔，該氣孔均勻分佈，以使得該吹掃排出氣體在徑向上均勻分佈流出。
可選地，還包括與該腔體及固定件密封連接的波紋管，及位於該腔體外與該固定件固定連接的升降動力機構；該升降動力機構包括驅動馬達及傳動連接件，且該驅動馬達包括伺服馬達。
可選地，該旋轉動力機構包括驅動馬達及傳動連接件，該驅動馬達包括伺服馬達，該傳動連接件包括皮帶或齒輪。
可選地，該晶圓加熱基座內的部件通過供源線與該腔體外的對應部件連接，其中，該供源線包括加熱器的電源線、測溫熱電偶的連接線、接地線、水管及氣管中的一種，該供源線從該晶圓加熱基座的底部引出，或該供源線的外部連接插座安裝在該晶圓加熱基座的底部。
可選地，上述往復式旋轉CVD設備包括PECVD、SACVD、LPCVD及MOCVD中的一種。
本發明還提供一種往復式旋轉CVD設備的應用方法： 提供上述任一往復式旋轉CVD設備；將晶圓置於該晶圓加熱基座上，且該晶圓與該晶圓加熱基座進行同步往復式旋轉運行，該往復式旋轉運行的角度θ的範圍包括0°<θ
Figure 110119283-A0305-02-0009-6
360°，以進行薄膜沉積。
本發明還提供一種往復式旋轉CVD設備的應用方法：提供上述任一往復式旋轉CVD設備；將晶圓置於該晶圓加熱基座上，且該晶圓與該晶圓加熱基座進行同步往復式旋轉運行，以進行薄膜沉積；在該薄膜沉積過程中，停止該往復式旋轉，分離該晶圓與該晶圓加熱基座，並將該晶圓加熱基座旋轉φ角度，將該晶圓放回到該晶圓加熱基座上，以使該晶圓與該晶圓加熱基座之間具有相對偏轉的該φ角度，且該φ角度的範圍包括0°<φ
Figure 110119283-A0305-02-0009-7
360°；繼續該晶圓與該晶圓加熱基座進行同步往復式旋轉運行，以進行薄膜沉積。
如上該，本發明的往復式旋轉CVD設備及應用方法，包括旋轉裝置，在進行薄膜沉積過程中，通過旋轉裝置的旋轉，改善晶圓圓周方向上薄膜沉積的均勻性；通過準確的旋轉速度、旋轉方向和旋轉角度的控制，在最優的角度範圍內往復旋轉晶圓，且將往復式旋轉的角度限制在不超過360°，達到最佳薄膜沉積均勻性；通過旋轉裝置的往復式旋轉，可有效解決旋轉過程中的電氣連接和冷卻連接問題，實現簡單可靠的電氣和冷卻連接。
本發明的往復式旋轉CVD設備及應用方法可補償由於反應腔設計、製造及安裝調試等原因所造成的薄膜沉積不均勻的問題，可進一步精簡反 應腔的設計，且製造/安裝/維護可變得相對容易，從而在提高薄膜沉積均勻性的同時，可進一步的降低設備及晶圓製造成本。
101:腔體
102:晶圓加熱基座
103:供源線
104:通道閥門
105:晶圓傳送通道
106:節流閥
107:勻氣裝置
108:擋板圈
109:波紋管
110:射頻電源
120:吹掃氣體導流環
130:狹縫通道
121:氣孔
201:驅動馬達
202:旋轉密封機構
2021:旋轉件
2022:固定件
2023:軸承
20231:徑向軸承
20232:端面軸承
2024:磁流體液
2025:間隙
2026:固定件支撐部
203:傳動連接件
204:內部冷卻通道
300:晶圓
401:進反應腔的反應氣體
402:出反應腔的物質
500:密封圈
600:法蘭
700:升降動力機構
801:吹掃進入氣體
802:吹掃排出氣體
901:內部冷卻通道的進口
902:內部冷卻通道的出口
A、B:區域
a:內部冷卻通道第一端
b:內部冷卻通道第二端
c:內部冷卻通道側壁
R1:逆時針旋轉
R2:順時針旋轉
O1:參考點
O2:晶圓加熱基座參考點
O3:晶圓參考點
圖1顯示為實施例中的一種往復式旋轉CVD設備的結構示意圖。
圖2顯示為圖1中A區域的局部放大結構示意圖。
圖3顯示為旋轉件中的內部冷卻通道的結構示意圖。
圖4顯示為圖2中B區域的局部放大結構示意圖。
圖5顯示為實施例中的往復式旋轉CVD設備進行往復式旋轉運行的示意圖。
圖6顯示為實施例中的另一種往復式旋轉CVD設備的結構示意圖。
圖7顯示為實施例中的晶圓與晶圓加熱基座之間的位置關係的結構示意圖。
圖8顯示為圖7中的晶圓與晶圓加熱基座之間相對偏轉φ角度後的位置關係的結構示意圖。
以下通過特定的具體實例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地瞭解本發明的其他優點與功效。本發明還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基於不同觀點與應用，在沒有背離本發明的精神下進行各種修飾或改變。
如在詳述本發明實施例時，為便於說明，表示元件結構的剖面圖會不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是示例，其在此不應限制本發明保護的範圍。此外，在實際製作中應包含長度、寬度及深度的三維空間尺寸。
為了方便描述，此處可能使用諸如“之下”、“下方”、“低於”、“下面”、“上方”、“上”等的空間關係詞語來描述附圖中所示的一個元件或特徵與其他元件或特徵的關係。將理解到，這些空間關係詞語意圖包含使用中或操作中的元件的、除了附圖中描繪的方向之外的其他方向。此外，當一層被稱為在兩層“之間”時，它可以是所述兩層之間僅有的層，或者也可以存在一個或多個介於其間的層。
在本申請的上下文中，所描述的第一特徵在第二特徵“之上”的結構可以包括第一和第二特徵形成為直接接觸的實施例，也可以包括另外的特徵形成在第一和第二特徵之間的實施例，這樣第一和第二特徵可能不是直接接觸。
需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發明的基本構想，遂圖式中僅顯示與本發明中有關的組件而非按照實際實施時的元件數目、形狀及尺寸繪製，其實際實施時各元件的型態、數量及比例可為一種隨意的改變，且其元件佈局型態也可能更為複雜。
針對現有的CVD設備難以在晶圓表面上獲得具有良好均勻性的高品質的沉積薄膜的問題，本實施例提供一種往復式旋轉CVD設備及應用方法，在進行薄膜沉積過程中，通過旋轉裝置的旋轉，以改善晶圓圓周方向上薄膜沉積的均勻性；通過準確的旋轉速度、旋轉方向和旋轉角度的控制，在最優的角度範圍內往復旋轉晶圓，且將往復式旋轉的角度限制在不超過360°，達到最 佳薄膜沉積均勻性；通過旋轉裝置的往復式旋轉，可有效解決旋轉過程中的電氣連接和冷卻連接問題，實現簡單可靠的電氣和冷卻連接。本實施例的往復式旋轉CVD設備及應用方法，可補償由於反應腔設計上的原因、製造上的原因及安裝調試上的原因等所造成的薄膜沉積不均勻的問題，因此，反應腔的設計可以進一步的精簡，製造/安裝/維護可以變得相對容易，從而在提高薄膜沉積均勻性的同時，可進一步的降低設備以及晶圓製造的成本。
參閱圖1-圖6，本實施例提供一種往復式旋轉CVD設備，該往復式旋轉CVD設備包括腔體101、晶圓加熱基座102及旋轉裝置。其中，該晶圓加熱基座102位於該腔體101內，用以承載晶圓300；該旋轉裝置位於該腔體101外，包括旋轉動力機構及旋轉密封機構202，該旋轉密封機構202包括旋轉件2021及固定件2022；其中，該固定件2022與該腔體101固定密封連接，該旋轉件2021與該晶圓加熱基座102固定密封連接，且該旋轉件2021與該固定件2022活動密封連接，且該旋轉件2021與該旋轉動力機構相連接，以通過該旋轉動力機構帶動該旋轉件2021及晶圓加熱基座102進行往復式旋轉運行。
作為示例，該晶圓加熱基座102包括內部冷卻通道(未圖示)，該內部冷卻通道內通入的冷卻物質包括冷卻氣體或冷卻液體。
具體地，參閱圖1，由於薄膜沉積或薄膜生長需要在一定的高溫下進行，因此該晶圓加熱基座102帶有加熱功能，其中，該晶圓加熱基座102的底部通過密封圈500與該旋轉件2021固定密封連接，以便於安裝和取下該晶圓加熱基座102，且為了提高該晶圓加熱基座102的底部密封可靠性，該晶圓加熱基座102優選帶有降溫功能，即該晶圓加熱基座102包括該內部冷卻通道，且該內部冷卻通道內通入的冷卻物質可包括如冷卻氣體或冷卻液體，如壓縮空氣、液 氮、氦氣、冷卻水、酒精型冷卻液等，以降低對該密封圈500的作用溫度，延長該密封圈500的使用壽命，提高密封效果。為降低成本及提高操作的便捷性，本實施例中，該冷卻物質採用冷卻水，但並非局限於此。
其中，該晶圓加熱基座102的內部的部件需要與供源線103相連接，以通過該供源線103與該腔體101外的對應部件連接。該供源線103可包括為該晶圓加熱基座102的加熱器提供電源的電源線、用於測溫的測溫熱電偶的連接線、接地線、用於提高該晶圓加熱基座102底部密封可靠性的水管及用於吸附該晶圓300或用於降溫的氣管中的一種等。該供源線103可從該晶圓加熱基座102的底部引出，或該供源線103的外部連接插座(未圖示)可安裝在該晶圓加熱基座102的底部，該供源線103的種類及安裝方式，可根據具體需要進行選擇。
其中，該腔體101用以提供進行薄膜沉積的真空密封反應腔，該腔體101上設置有通道閥門104及晶圓傳送通道105，以通過該通道閥門104及晶圓傳送通道105進行該晶圓300的傳送，有關該通道閥門104及晶圓傳送通道105的個數及分佈此處不作過分限制，可根據需要進行設定。與沉積的薄膜的材料有關的化學反應氣體401從反應腔的頂部輸入，為控制及調節該反應氣體401，該反應氣體401優選採用流量控制器(未圖示)進行調節和控制，但並非局限於此。為提高作用於該晶圓300表面的該反應氣體401的均勻性，優選該腔體101內設置有勻氣裝置107，以使得該反應氣體401可均勻的流向該晶圓300的表面，以在該晶圓300的表面形成均勻的薄膜。其中，參與反應後的該反應氣體401以及反應中生成的副產物等物質402，從該腔體101的側面或底部設置的排氣通道(未圖示)通過真空泵(未圖示)排出，且優選在該排氣通道與該真空泵中間具有 一個調壓用的調壓閥，如節流閥106，以通過該節流閥106控制排氣的速度，從而控制該腔體101內的壓力。
進一步的，為了引導該反應氣體401的氣流分佈、改變氣流方向，以及阻擋薄膜在該腔體101的腔壁上沉積反應物，優選該腔體101內具有環繞該腔體101側壁的擋板圈108。有關該擋板圈108的形貌、尺寸可根據需要進行設置，此處不作過分限制。
作為示例，該旋轉密封機構202包括磁流體旋轉密封機構、磁耦合旋轉密封機構及密封圈旋轉密封機構中的一種。
具體地，本實施例中，該旋轉密封機構202採用磁流體旋轉密封機構，但並非局限於此，如當旋轉速度較低時，亦可採用更加簡單的密封圈旋轉密封機構代替，但密封圈旋轉密封機構存在磨損的問題，真空度不容易保證；或採用具有更高的真空度的磁耦合旋轉密封機構代替，但是磁耦合旋轉密封機構結構複雜，且體積大。因此，該旋轉密封機構202的具體種類，可根據製程的需求進行選擇，此處不做過分限制。
作為示例，該旋轉件2021與該固定件2022通過軸承2023進行活動連接，且該軸承2023包括徑向軸承20231及端面軸承20232。
具體地，參閱圖2顯示為圖1中A區域的局部放大結構示意圖，該磁流體旋轉密封機構包括具有同心軸的該旋轉件2021與該固定件2022，且該旋轉件2021與該固定件2022通過該徑向軸承20231及端面軸承20232進行活動連接，且通過固定件支撐部2026實現該旋轉件2021、固定件2022及軸承2023的固定連接，且通過該軸承2023可以使該旋轉件2021環繞同心軸進行相對的轉動。其中，該徑向軸承20231及端面軸承20232這兩個不同形式的軸承的組合，可以 進一步保證該旋轉件2021及固定件2022的同心度和支撐能力，以進行精確可靠的相對轉動，使得該旋轉件2021在該旋轉動力機構的帶動下可自由轉動。該旋轉件2021與該固定件2022之間設計有一個間隙2025，以保證該旋轉件2021在旋轉時，不會與該固定件2022接觸，從而可避免產生摩擦或者卡住的現象，但是該間隙2025會連通該腔體101的內部和外部，從而需要進行密封。由於磁流體液2024具有可靠的密封性，可以實現較高的真空度，且當轉速較高或者較低的情況下，都能可靠的密封，完全滿足CVD設備對於真空度的需求，因此，在該間隙2025中通過注入該磁流體液2024，可實現良好的密封，但該旋轉密封機構202的具體結構及密封方式並非局限於此。
作為示例，該旋轉件2021包括第一端a、第二端b及位於該第一端a與第二端b之間的側壁c，且該旋轉件2021包括內部冷卻通道204，其中，該第一端a與該晶圓加熱基座102固定密封連接，該內部冷卻通道204的進口901及出口902位於該第二端b，且該內部冷卻通道204覆蓋該第一端a及側壁c；該內部冷卻通道204內通入的冷卻物質包括冷卻氣體或冷卻液體。
具體地，參閱圖3，由於該旋轉件2021的第一端a是與該晶圓加熱基座102通過該密封圈500進行固定密封連接的，因此，該晶圓加熱基座102的熱量會傳導到該旋轉件2021上。因此，當在該旋轉件2021內設置覆蓋該第一端a的該內部冷卻通道204後，可通過該冷卻物質進一步的降低該旋轉件2021的溫度，以提高該密封圈500的密封效果，且降低該密封圈500的損耗，節約成本。進一步的，由於該磁流體液2024需要在一定的溫度範圍內工作，溫度不能超出上限，因此，當在該旋轉件2021內設置覆蓋該側壁c的該內部冷卻通道204後，可通過該冷卻物質降低該旋轉件2021的溫度，以保證該磁流體液2024的正常工作溫 度。其中，該冷卻物質可採用如壓縮空氣、液氮、氦氣、冷卻水、酒精型冷卻液等。為降低成本及提高操作的便捷性，本實施例中，該冷卻物質採用冷卻水，但並非局限於此。其中，優選該內部冷卻通道204採用蛇形管，以使得該第一端a及側壁c均覆蓋有該內部冷卻通道204，進一步的優選該冷卻物質的溫度為-30℃~100℃，如10℃、20℃、30℃等，以起到良好的密封效果，具體可根據需要進行設定及選擇。
作為示例，該往復式旋轉CVD設備還包括位於該腔體101內的吹掃氣體導流環120，且該吹掃氣體導流環120與該晶圓加熱基座102之間具有狹縫通道130，該狹縫通道130的寬度W的範圍包括0mm<W
Figure 110119283-A0305-02-0016-8
1mm，該狹縫通道的長度L的範圍包括L
Figure 110119283-A0305-02-0016-9
5mm，通過該吹掃氣體導流環120提供自該吹掃氣體導流環120經該旋轉密封機構202及狹縫通道130至該腔體101的吹掃排出氣體802。
具體地，通過該吹掃氣體導流環120可形成氣壓差，以確保進該吹掃氣體導流環120的吹掃進入氣體801，經該旋轉密封機構202及該狹縫通道130後，形成出該狹縫通道130的吹掃排出氣體802，再吹向該腔體101，從而通過該吹掃排出氣體802及該狹縫通道130可進一步形成隔離通道，避免外來物質，如該磁流體液2024等，進入該腔體101。參閱圖2及圖4，該磁流體液2024用於真空密封，其直接暴露在該腔體101的氣氛中，通過該吹掃氣體導流環120可有效防止該磁流體液2024接觸到該腔體101內的進行化學反應的該反應氣體401。其中，該吹掃氣體導流環120可固定於該固定件2022上，通過該吹掃排出氣體802進行該腔體101內的該反應氣體401與該述磁流體液2024的隔離，且優選該吹掃進入氣體801選用惰性氣體，如N2或者He等，具體可根據不同的CVD製程要求來選擇適當的該吹掃進入氣體801，以避免噴出該狹縫通道130的該吹掃 排出氣體802進入該腔體101後與該反應氣體401混合，影響沉積薄膜的品質。其中，優選該狹縫通道130的寬度W的範圍包括0mm<W
Figure 110119283-A0305-02-0017-10
1mm，如0.5mm、0.8mm等，該狹縫通道130的長度L的範圍包括L
Figure 110119283-A0305-02-0017-11
5mm，如6mm、10mm等，以滿足設計需求，並提供均勻分佈的該吹掃排出氣體802。本實施例中，該狹縫通道130的寬度W=0.5mm、L=5mm，但並非局限於此，可根據需要進行選擇。
進一步的，該吹掃氣體導流環120包括氣孔121，該氣孔121均勻分佈，以使得該吹掃進入氣體801在徑向上均勻分佈流出；優選該氣孔121與該旋轉件2021及固定件2022之間的該間隙2025位於同一垂線上。
具體地，參閱圖4，顯示為圖2中B區域的局部放大結構示意圖，為了使得該吹掃進入氣體801均勻的吹出，設計了該氣孔121，該吹掃進入氣體801從介面進入到一個環形的槽中，槽的底部設置有若干均勻分佈的該氣孔121，以通過該氣孔121起到節流的功能，使得該吹掃進入氣體801均勻分佈的流出，形成均勻分佈的吹掃排出氣體802，以通過該吹掃排出氣體802形成壓力差，形成屏障，阻止外部物質進入該腔體101，且避免該磁流體液2024接觸到該腔體101內的該反應氣體401。當優選該氣孔121與該間隙2025位於同一垂線上時，可進一步的提高隔離效果。有關該氣孔121的形貌、分佈此處不作過分限制，可根據需要進行設定。
作為示例，還包括與該腔體101及固定件2022密封連接的波紋管109，及位於該腔體101外與該固定件2022連接的升降動力機構700；該升降動力機構700包括驅動馬達及傳動連接件(未圖示)，該驅動馬達包括伺服馬達。
具體地，參閱圖1及圖6，顯示為本實施例中的兩種往復式旋轉CVD設備的結構示意圖，其中，區別主要在於，圖1中的該往復式旋轉CVD設備 包括該波紋管109及升降動力機構700，以通過該波紋管109及升降動力機構700實現該晶圓加熱基座102的升降，以對該晶圓300的高度進行調節，但並非局限於此，如圖6，當該往復式旋轉CVD設備的該晶圓加熱基座102的高度為固定時，就可以去掉該波紋管109及升降動力機構700，這時該固定件2022則可通過法蘭600直接安裝在該腔體101上。
作為示例，該旋轉動力機構包括驅動馬達201及傳動連接件203，該驅動馬達201包括伺服馬達，該傳動連接件203包括皮帶或齒輪。
具體地，本實施例中，該固定件2022通過該法蘭600固定在該升降動力機構700上，該升降動力機構700固定在該腔體101上，該旋轉件2021通過皮帶或者齒輪傳動連接到該驅動馬達201上，由該驅動馬達201帶動旋轉，且由於該晶圓加熱基座102與該旋轉件2021通過該密封圈500密封固定連接，從而通過該驅動馬達201可帶動該晶圓加熱基座102的運行。本實施例中，該驅動馬達201優選該伺服馬達，以精確地控制該晶圓加熱基座102轉動的方向、速度和到達的角度位置等，但並非局限於此。
作為示例，該晶圓加熱基座102進行往復式旋轉運行的角度θ的範圍包括0°<θ
Figure 110119283-A0305-02-0018-12
360°，其中，優選θ包括90°、180°及360°。該晶圓加熱基座102的旋轉角度被限制在360°範圍內，這是通過安裝在該驅動馬達201上的機電裝置，以及該旋轉件2021上的機電裝置實現，以保證設備在正常旋轉範圍內運行。對於旋轉範圍進行限定的具體實施例本處不展開描述。
具體地，參閱圖5，在實際薄膜沉積應用中，需要根據該腔體101的設計情況，選擇該晶圓加熱基座102進行往復式旋轉的角度，如該晶圓加熱基座102進行往復式旋轉運行的角度θ可以是90°、180°、270°、360°，或者小於360 °範圍內的任意角度θ。由於角度θ是可選可調的，使用者可根據設備特點及每一種薄膜沉積製程特點，確定最優的旋轉角度θ的範圍，達到最佳薄膜均勻性，而且在一個薄膜沉積的過程中，可以選擇一次或者多次的往復式旋轉，確定最優的往復式旋轉次數，達到最佳薄膜均勻性，還可在薄膜沉積過程中，通過改變該晶圓300與該晶圓加熱基座102的相對角度位置，以取得最佳薄膜沉積均勻性。
作為示例，該晶圓加熱基座102進行往復式旋轉運行的方式包括自起始位置按順時針旋轉R2運行θ角度，再按照逆時針旋轉R1運行θ角度返回起始位置；或自起始位置按逆時針旋轉R1運行θ角度，再按照順時針旋轉R2運行θ角度返回起始位置，其中，往復式旋轉運行中的旋轉速度為獨立控制的速度。
具體地，參閱圖5，晶圓加熱基座參考點O2以參考點O1作為起始位置，開始運行，其可以順時針旋轉R2或者逆時針旋轉R1進行旋轉，這兩種旋轉方向在改善薄膜沉積均勻性的效果上都是一樣的，因此可往復旋轉，沒有轉動方向上的限制。其次根據需要，往復式旋轉運行的次數M的範圍可包括M
Figure 110119283-A0305-02-0019-13
1，如10次、20次、100次等，此處不作限制。由於該晶圓加熱基座102不是連續的旋轉，因此，該供源線103不會因旋轉而發生纏繞現象，因此就可以避免在電氣連接中加入滑動接觸式電氣連接及避免在冷卻通道連接中加入轉動式冷卻管接頭連接等。
作為示例，該晶圓加熱基座102進行往復式旋轉運行的方式可包括自起始位置按順時針旋轉運行θ1角度，再按照逆時針旋轉運行θ2角度，以通過N
Figure 110119283-A0305-02-0019-14
1次往復式旋轉，返回起始位置；或自起始位置按逆時針旋轉運行θ1角 度，再按照順時針旋轉運行θ2角度，以通過N
Figure 110119283-A0305-02-0020-15
1次往復式旋轉，返回起始位置，且往復式旋轉運行中的旋轉速度為獨立控制的速度。
具體地，當θ1等於θ2時，即為進行N=1的往復式旋轉，以返回起始位置，此處不作贅述；當θ1不等於θ2時，該晶圓加熱基座102可自起始位置按順時針旋轉R2運行θ1角度，再按照逆時針旋轉R1運行θ2角度，而後再按順時針旋轉R2運行θ2角度，之後再按照逆時針旋轉R1運行θ1角度，從而通過N=2的往復式旋轉，以返回起始位置，但並非局限於此，如N的取值可根據需要設置為3、4、5、10等，以完成自起始位置到返回起始位置的一次往復式迴圈運行，具體運行方式可根據需要進行選擇。其中，往復式旋轉運行中的旋轉速度可通過如控制器等進行獨立控制，以具有不同的運行速度，從而可進一步的提高沉積薄膜的均勻性及品質，擴大該往復式旋轉CVD設備的應用範圍。
作為示例，該往復式旋轉CVD設備包括PECVD、SACVD、LPCVD及MOCVD中的一種。
本實施例還提供一種往復式旋轉CVD設備的應用方法，具體包括：提供上述往復式旋轉CVD設備；將晶圓300置於該晶圓加熱基座102上，且該晶圓300與該晶圓加熱基座102進行同步往復式旋轉運行，以進行薄膜沉積，具體操作步驟此處不作贅述。
本實施例還提供一種往復式旋轉CVD設備的應用方法，與上述應用方法不同的是，該晶圓300與該晶圓加熱基座102根據需要進行同步往復式旋 轉運行，並且在該薄膜沉積過程中，改變該晶圓300與該晶圓加熱基座102之間的角度對應關係。具體包括：提供上述往復式旋轉CVD設備；將晶圓300置於該晶圓加熱基座102上，且該晶圓300與該晶圓加熱基座102進行同步往復式旋轉運行，以進行薄膜沉積；在該薄膜沉積過程中，停止該往復式旋轉，分離該晶圓300與該晶圓加熱基座102，並將該晶圓加熱基座102旋轉φ角度，將該晶圓300放回到該晶圓加熱基座102上，以使該晶圓300與該晶圓加熱基座102之間具有相對偏轉的該φ角度，且該φ角度的範圍包括0°<φ
Figure 110119283-A0305-02-0021-16
360°；繼續進行該加熱基座的往復式旋轉，繼續進行薄膜沉積。
具體地，參閱圖7及圖8，在薄膜沉積過程中，由於該晶圓加熱基座102具有加熱功能，存在該晶圓加熱基座102本身溫度不均勻等狀況，造成該晶圓300溫度分佈不均勻等，通過單獨將該晶圓加熱基座102旋轉φ角度的方式，改變該晶圓300放在該晶圓加熱基座102上的相對角度，改變該晶圓300的溫度分佈不均勻的相對位置。參閱圖7至圖8，晶圓參考點O3始終在9點鐘位置，開始時，晶圓加熱基座參考點O2可在6點鐘位置，在完成了一部分的薄膜沉積時，可把該晶圓300取出，以分離該晶圓300及該晶圓加熱基座102，根據需要可控制該晶圓加熱基座102旋轉如180°，從而該晶圓加熱基座參考點O2就到了12點鐘位置，使該晶圓300與該晶圓加熱基座102之間具有相對偏轉的該φ角度，此時，再把該晶圓300放到該晶圓加熱基座102上，完成其餘的薄膜沉積。從而通過改變該晶圓300與該晶圓加熱基座102的相對角度，以補償由於該晶圓加熱基座102本身溫度不均勻等所造成的如該晶圓300溫度不均勻而產生的影響。常用的相對 角度的旋轉可包括如90°，180°等，但是並不限於特定的次數及特定的角度及速度等。
具體地，本實施例中，優選該往復式旋轉CVD設備為較為廣泛應用的PECVD，但並非局限於此，該往復式旋轉CVD設備還可為如SACVD、LPCVD及MOCVD等該晶圓300放在該晶圓加熱基座102上進行薄膜沉積的CVD設備。
綜上所述，本發明的往復式旋轉CVD設備及應用方法，包括旋轉裝置，在進行薄膜沉積過程中，通過旋轉裝置的旋轉，改善晶圓圓周方向上薄膜沉積的均勻性；通過準確的旋轉速度、旋轉方向和旋轉角度的控制，在最優的角度範圍內往復旋轉晶圓，且將往復式旋轉的角度限制在不超過360°，達到最佳薄膜沉積均勻性；通過旋轉裝置的往復式旋轉，可有效解決旋轉過程中的電氣連接和冷卻連接問題，實現簡單可靠的電氣和冷卻連接。
本發明的往復式旋轉CVD設備及應用方法可補償由於反應腔設計、製造及安裝調試等原因所造成的薄膜沉積不均勻的問題，可進一步精簡反應腔的設計，且製造/安裝/維護可變得相對容易，從而在提高薄膜沉積均勻性的同時，可進一步的降低設備及製造成本。
上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及範疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發明的權利要求所涵蓋。
101       腔體 102       晶圓加熱基座 104       通道閥門 105       晶圓傳送通道 106       節流閥 107       勻氣裝置 108       擋板圈 109       波紋管 110       射頻電源 201       驅動馬達 202       旋轉密封機構 2021     旋轉件 2022     固定件 2023     軸承 2025     間隙 203       傳動連接件 300       晶圓 401       進反應腔的反應氣體 402       出反應腔的物質 500       密封圈 600       法蘭 700       升降動力機構 A          區域

Claims (13)

  1. 一種往復式旋轉CVD設備，其中，該往復式旋轉CVD設備包括：腔體，晶圓加熱基座及旋轉裝置；該晶圓加熱基座位於該腔體內，且該晶圓加熱基座進行往復式旋轉運行的角度θ的範圍包括0°<θ
    Figure 110119283-A0305-02-0026-17
    360°；該晶圓加熱基座進行往復式旋轉運行的方式包括自起始位置按順時針旋轉運行θ1角度，再按照逆時針旋轉運行θ2角度，以通過N
    Figure 110119283-A0305-02-0026-18
    1次往復式旋轉，返回起始位置；或自起始位置按逆時針旋轉運行θ1角度，再按照順時針旋轉運行θ2角度，以通過N
    Figure 110119283-A0305-02-0026-19
    1次往復式旋轉，返回起始位置，且往復式旋轉運行中的旋轉速度為獨立控制的速度；該旋轉裝置位於該腔體外，包括旋轉動力機構及旋轉密封機構，該旋轉密封機構包括旋轉件及固定件；其中，該固定件與該腔體固定密封連接，該旋轉件與該晶圓加熱基座固定密封連接，且該旋轉件與該固定件活動密封連接，且該旋轉件與該旋轉動力機構相連接，以通過該旋轉動力機構帶動該旋轉件及晶圓加熱基座進行往復式旋轉運行；該往復式旋轉CVD設備還包括位於該腔體內的吹掃氣體導流環，且該吹掃氣體導流環與該晶圓加熱基座之間具有狹縫通道，該狹縫通道的寬度W的範圍包括0mm<W
    Figure 110119283-A0305-02-0026-20
    1mm，該狹縫通道的長度L的範圍包括L
    Figure 110119283-A0305-02-0026-21
    5mm，通過該吹掃氣體導流環提供自該吹掃氣體導流環經該旋轉密封機構及狹縫通道至該腔體的吹掃排出氣體。
  2. 如請求項1所述的往復式旋轉CVD設備，其中，該旋轉密封機構包括磁流體旋轉密封機構、磁耦合旋轉密封機構及密封圈旋轉密封機構中的一種。
  3. 如請求項1所述的往復式旋轉CVD設備，其中，該旋轉件與該固定件通過軸承進行活動連接，且該軸承包括徑向軸承及端面軸承。
  4. 如請求項1所述的往復式旋轉CVD設備，其中，該旋轉件包括第一端、第二端及位於該第一端與第二端之間的側壁，且該旋轉件包括內部冷卻通道，其中，該第一端與該晶圓加熱基座固定密封連接，該內部冷卻通道的進出口位於該第二端，且該內部冷卻通道覆蓋該第一端及側壁；該內部冷卻通道內通入的冷卻物質包括冷卻氣體或冷卻液體。
  5. 如請求項1所述的往復式旋轉CVD設備，其中，該吹掃氣體導流環還包括氣孔，該氣孔均勻分佈，以使得該吹掃排出氣體在徑向上均勻分佈流出。
  6. 如請求項1所述的往復式旋轉CVD設備，其中，還包括與該腔體及固定件密封連接的波紋管，及位於該腔體外與該固定件固定連接的升降動力機構；該升降動力機構包括驅動馬達及傳動連接件，且該驅動馬達包括伺服馬達。
  7. 如請求項1所述的往復式旋轉CVD設備，其中，該旋轉動力機構包括驅動馬達及傳動連接件，該驅動馬達包括伺服馬達，該傳動連接件包括皮帶或齒輪。
  8. 如請求項1所述的往復式旋轉CVD設備，其中，該晶圓加熱基座內的部件通過供源線與該腔體外的對應部件連接，其中，該供源線包括加熱器的電源線、測溫熱電偶的連接線、接地線、水管及氣管中的一種，該供源線從該晶圓加熱基座的底部引出，或該供源線的外部連接插座安裝在該晶圓加熱基座的底部。
  9. 如請求項1~8中任一項所述的往復式旋轉CVD設備，其中，該往復式旋轉CVD設備包括PECVD、SACVD、LPCVD及MOCVD中的一種。
  10. 一種往復式旋轉CVD設備的應用方法，其中，提供如請求項1~8中任一項所述往復式旋轉CVD設備；以及將晶圓置於該晶圓加熱基座上，且該晶圓與該晶圓加熱基座進行同步往復式旋轉運行，以進行薄膜沉積。
  11. 一種往復式旋轉CVD設備的應用方法，其中，提供如請求項9所述往復式旋轉CVD設備；以及將晶圓置於該晶圓加熱基座上，且該晶圓與該晶圓加熱基座進行同步往復式旋轉運行，以進行薄膜沉積。
  12. 一種往復式旋轉CVD設備的應用方法，其中：提供如請求項1~8中任一項所述往復式旋轉CVD設備，將晶圓置於該晶圓加熱基座上，且該晶圓與該晶圓加熱基座進行同步往復式旋轉運行，以進行薄膜沉積；在該薄膜沉積過程中，停止該往復式旋轉，分離該晶圓與該晶圓加熱基座，並將該晶圓加熱基座旋轉φ角度，將該晶圓放回到該晶圓加熱基座上，以使該晶圓與該晶圓加熱基座之間具有相對偏轉的該φ角度，且該φ角度的範圍包括0°<φ
    Figure 110119283-A0305-02-0028-22
    360°；以及繼續該晶圓與該晶圓加熱基座進行同步往復式旋轉運行，以進行薄膜沉積。
  13. 一種往復式旋轉CVD設備的應用方法，其中：提供如請求項9所述往復式旋轉CVD設備， 將晶圓置於該晶圓加熱基座上，且該晶圓與該晶圓加熱基座進行同步往復式旋轉運行，以進行薄膜沉積；在該薄膜沉積過程中，停止該往復式旋轉，分離該晶圓與該晶圓加熱基座，並將該晶圓加熱基座旋轉φ角度，將該晶圓放回到該晶圓加熱基座上，以使該晶圓與該晶圓加熱基座之間具有相對偏轉的該φ角度，且該φ角度的範圍包括0°<φ
    Figure 110119283-A0305-02-0029-24
    360°；以及繼續該晶圓與該晶圓加熱基座進行同步往復式旋轉運行，以進行薄膜沉積。
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