TWM624598U - 薄膜沉積設備 - Google Patents

Abstract

本新型為一種薄膜沉積設備，包括一腔體、一承載盤、一抽氣環及一擴散單元，其中承載盤位於腔體的一容置空間內。腔體包括一環形抽氣通道環繞設置在容置空間的外圍，其中環形抽氣通道具有一第一、一第二及一第三抽氣區。第一抽氣區經由第二抽氣區連接第三抽氣區，其中第三抽氣區的高度大於第一抽氣區。抽氣環包括複數個排氣孔及一環形通道，其中排氣孔位於承載盤的周圍，可將容置空間內的氣體依序經由排氣孔、環形通道及環形抽氣通道排出，並有利於在承載盤上形成穩定的流場，以提高薄膜沉積的均勻度。

Description

薄膜沉積設備

本新型有關於一種薄膜沉積設備，有利於在承載盤承載的晶圓上形成穩定的流場，並提高薄膜沉積的均勻度。

隨著積體電路技術的不斷進步，目前電子產品朝向輕薄短小、高性能、高可靠性與智能化的趨勢發展。電子產品中電晶體的微縮技術至關重要，隨著電晶體的尺寸縮小，可減少電流傳輸時間及降低耗能，以達到快速運算及節能的目的。在現今微小化的電晶體中，部分關鍵的薄膜幾乎僅有幾個原子的厚度，而原子層沉積製程則是發展這些微量結構的主要技術之一。

原子層沉積製程是一種將物質以單原子的形式一層一層地鍍於基板表面的技術，原子層沉積的主要反應物有兩種化學物質，通常被稱作前驅物，並將兩種前驅物依序傳送至反應空間內。

具體而言，先將第一前驅物輸送至反應空間內，使得第一前驅物被導引至基板表面，化學吸附的過程直至表面飽和時就自動終止。將清潔氣體輸送至反應空間內，並抽出反應空間內的氣體，以去除反應空間內殘餘的第一前驅物。將第二前驅物注入反應空間，使得第二前驅物與化學吸附於基板表面的第一前驅物反應生成所需薄膜，反應的過程直至吸附於基板表面的第一前驅物反應完成為止。之後再將清潔氣體注入反應空間，以去除反應空間內殘餘的第二前驅物。透過上述步驟的反覆進行，並可在基板上形成薄膜。

在實際應用時，反應空間內前驅物的均勻分布，以及基板的溫度都會對原子層沉積的薄膜均勻度造成相當大的影響，為此各大製程設備廠莫不極盡所能的改善擴散機構，以提高原子層沉積製程的品質。

如先前技術所述，習用的薄膜沉積設備往往無法使得前驅物均勻的分布在基板上，而影響沉積在基板表面的薄膜品質。為此本新型提出一種新穎的薄膜沉積設備，可以在基板及承載盤的上方形成均勻且穩定的流場，以利於在基板的表面形成厚度均勻的薄膜。

本新型的一目的，在於提出一種薄膜沉積設備，主要包括一腔體、一承載盤、一抽氣環及一擴散單元，其中腔體包括一容置空間及一環形抽氣通道。環形抽氣通道為環狀體，並環繞設置在容置空間的外圍。抽氣環包括複數個排氣孔及一環形通道，其中排氣孔連接環形通道，使得容置空間依序經由排氣孔及環形通道連接環形抽氣通道。

複數個排氣孔可均勻分布在承載盤的周圍，而環形抽氣通道則包括一第一抽氣區、一第二抽氣區及一第三抽氣區，其中第三抽氣區的高度大於第一抽氣區，並經由第二抽氣區連接第一抽氣區。第二抽氣區的高度由第一抽氣區朝第三抽氣區的方向逐漸增加，有利於將第一抽氣區的氣體經由第二抽氣區傳送到第三抽氣區。

透過本新型所述環形抽氣通道及抽氣環的特殊設計，有利於將腔體的容置空間內的氣體排出，並在承載盤承載的基板上形成均勻且穩定的流場，以在基板的表面沉積厚度均勻的薄膜。

本新型的一目的，在於提出一種薄膜沉積設備，其中抽氣環的環形通道經由複數個連接孔連接環形抽氣通道，並可依據腔體的環形抽氣通道的構造調整排氣孔及/或連接孔的設置密度或孔徑。

具體而言，位於第一抽氣區上方的排氣孔及/或連接孔的設置密度或孔徑，可大於位於第三抽氣區上方的排氣孔及/或連接孔的設置密度或孔徑，而位於第二抽氣區上方的排氣孔及/或連接孔的設置密度或孔徑則介於兩者之間。透過上述的設計，容置空間內的氣體或前驅物會在晶圓的上表面，約略沿著承載盤的徑向擴散至承載面周圍的排氣孔，以在晶圓的上表面形成均勻且穩定的流場。

為了達到上述的目的，本新型提出一種薄膜沉積設備，包括：一腔體，包括一容置空間及一環形抽氣通道，環形抽氣通道位於容置空間外圍，其中環形抽氣通道包括一第一抽氣區、一第二抽氣區及一第三抽氣區，其中第一抽氣區的一第一高度小於第三抽氣區的一第三高度，而第二抽氣區位於第一抽氣區及第三抽氣區之間，第二抽氣區的一第二高度由第一抽氣區朝第三抽氣區的方向逐漸增加；一承載盤，位於容置空間內，並包括一承載面用以承載至少一晶圓；一抽氣環，包括：一環形外牆；一環形內牆，位於環形外牆的內側，並位於承載盤的周圍，其中環形外牆及環形內牆之間具有一環形通道，流體連接腔體的環形抽氣通道；複數個排氣孔，設置在環形內牆，並流體連接環形通道及容置空間，其中複數個排氣孔環繞設置在承載盤的承載面的周圍；及一擴散單元，包括：一擴散面，面對承載盤的承載面；複數個進氣孔，設置在擴散面，並流體連接腔體的容置空間。

所述的薄膜沉積設備，包括一抽氣馬達連接環形抽氣通道的第三抽氣區，而腔體則包括一晶圓進出口，連接容置空間，晶圓進出口位於第一抽氣區的下方。

所述的薄膜沉積設備，其中抽氣環包括一個或多個連接孔，抽氣環的環形通道經由連接孔連接腔體的環形抽氣通道。

所述的薄膜沉積設備，其中第一抽氣區上方的連接孔的設置密度或孔徑大於第三抽氣區上的連接孔的設置密度或孔徑。

所述的薄膜沉積設備，其中抽氣環的複數個排氣孔高於承載盤的承載面。

所述的薄膜沉積設備，包括一傳輸管線流體連接擴散單元，傳輸管線包括一傳輸空間及一導流單元，其中導流單元設置在傳輸管線的傳輸空間內，並應傳輸空間區分為一第一傳輸空間及一第二傳輸空間，第二傳輸空間連接擴散單元，其中導流單元包括複數個穿孔，連接第一傳輸空間及第二傳輸空間。

所述的薄膜沉積設備，包括一凸起部設置在導流單元連接第一傳輸空間的一表面，而穿孔則環繞設置在凸起部的周圍，並相對於導流單元連接第一傳輸空間的表面傾斜。

所述的薄膜沉積設備，其中抽氣環包括一第一環形斜面位於環形外牆內側，相對於承載盤的一軸心傾斜，並朝向擴散單元，擴散單元包括一第二環形斜面環繞設置在擴散面的周圍，其中第一環形斜面及第二環形斜面的傾斜角度相同，並用以對位擴散單元及抽氣環。

所述的薄膜沉積設備，其中第一抽氣區上方的排氣孔的設置密度或孔徑大於第三抽氣區上方的排氣孔的設置密度或孔徑。

所述的薄膜沉積設備，其中第二抽氣區包括至少一傾斜面或一弧面，連接第一抽氣區及第三抽氣區的一底部。

請參閱圖1及圖2，分別為本新型薄膜沉積設備一實施例的剖面示意圖及立體剖面示意圖。如圖所示，薄膜沉積設備10主要包括一腔體11、一承載盤13、一抽氣環15及一擴散單元17，其中腔體11包括一容置空間112及一環形抽氣通道12，環形抽氣通道12位於容置空間112的外圍。承載盤13位於容置空間112內，並包括一承載面131用以承載作為基板的至少一晶圓14。

在本新型一實施例中，腔體11的容置空間112近似圓柱體，而環形抽氣通道12則為環狀體或管狀體，並環繞設置在容置空間112的外側。在本新型另一實施例中，容置空間112可為多邊形體，而環形抽氣通道12則為多邊形管狀體。

如圖3及圖4所示，環形抽氣通道12包括一第一抽氣區121、一第二抽氣區123及一第三抽氣區125，其中第一抽氣區121是具有第一高度H1的部分環形通道，第二抽氣區123是具有第二高度H2的部分環形通道，而第三抽氣區125則是具有第三高度H3的部分環形通道。第一抽氣區121經由第二抽氣區123連接第三抽氣區125，以形成環狀的環形抽氣通道12。

第一抽氣區121的第一高度H1小於第三抽氣區125的第三高度H3，而第二抽氣區123的第二高度H2則由第一抽氣區121朝第三抽氣區125方向逐漸增加。具體而言，第二抽氣區123可包括一傾斜面1231或一弧面1233，其中傾斜面1231或弧面1233連接第一抽氣區121及第三抽氣區125的底部。

如圖1所示，擴散單元17包括一擴散面171及複數個進氣孔172，其中擴散單元17連接腔體11時，擴散面171及設置在擴散面171的進氣孔172會朝向承載盤13的承載面131及/或晶圓14。擴散單元17的進氣孔172流體連接容置空間112，並用以將氣體或前驅物輸送至晶圓14的上方。

請配合參閱圖5，抽氣環15為環狀體，並包括一環形外牆151及一環形內牆153，其中環形內牆153位於環形外牆151的徑向內側，並於環形外牆151及環形內牆153之間形成一環形通道152，例如環形外牆151可為較大的圓柱體，環形內牆153則為較小的圓柱體。

環形內牆153環繞設置在承載盤13的承載面131周圍，並於環形內牆153上設置複數個排氣孔154，其中排氣孔154流體連接環形通道152及腔體11的容置空間112。具體而言，在對承載盤13上的晶圓14進行沉積時，排氣孔154會環繞設置在承載盤13的承載面131及/或晶圓14的周圍。

如圖1所示，由擴散單元17輸送至容置空間112的氣體或前驅物，會由抽氣環15的排氣孔154排出容置空間112，其中氣體或前驅物會在承載盤13的承載面131及/或晶圓14的上表面，約略沿著承載盤13的徑向擴散至承載面131周圍的排氣孔154。如此一來將可以在承載盤13的承載面131及/或晶圓14的表面形成均勻且穩定的流場，並有利於在晶圓14的表面沉積厚度均勻的薄膜，例如在沉積過程中排氣孔154可高於承載盤13的承載面131，或約略與晶圓14的上表面的高度相近。

如圖5所示，抽氣環15位於擴散單元17及腔體11之間，在本新型一實施例中，抽氣環15可包括一第一環形斜面155，其中第一環形斜面155位於環形外牆151的內側，相對於環形內牆153及/或承載盤13的軸心傾斜，並朝向擴散單元17。擴散單元17可包括一第二環形斜面173，其中第二環形斜面173環繞設置在擴散面171的周圍。第一環形斜面155及第二環形斜面173的傾斜角度相同，可用以對位擴散單元17及抽氣環15，並可提高擴散單元17及抽氣環15接合的緊密度。

此外抽氣環15亦可包括一個或多個連接孔156，例如連接孔156可設置在抽氣環15的環形底部157，並流體連接環形通道152。在將抽氣環15設置在腔體11時，位於抽氣環15環形底部157的連接孔156會對準環形抽氣通道12，使得腔體11的環形抽氣通道12經由連接孔156連接抽氣環15的環形通道152。連接孔156可以是複數個穿孔，亦可以是一環狀或部分環狀的穿孔。

在本新型一實施例中，複數個排氣孔154可均勻分布在抽氣環15的環形內牆153上，而複數個連接孔156則均勻分布在抽氣環15的環形底部157。

如圖2及圖5所示，在本新型另一實施例中，可依據腔體11的環形抽氣通道12的構造調整排氣孔154及/或連接孔156的面積或設置密度，以改變承載盤13的承載面131及/或晶圓14的上表面的流場。例如位於第一抽氣區121上方的排氣孔154及/或連接孔156的設置密度或孔徑，可大於位於第三抽氣區125上方的排氣孔154及/或連接孔156的設置密度或孔徑，而位於第二抽氣區123上方的排氣孔154及/或連接孔156的設置密度或孔徑則介於兩者之間，例如第二抽氣區123上方的排氣孔154及/或連接孔156的設置密度可由第一抽氣區121朝第三抽氣區125的方向遞減。具體而言，位於第一抽氣區121上方相鄰的排氣孔154及/或連接孔156之間的間距，會小於位於第三抽氣區125上方相鄰的排氣孔154及/或連接孔156之間的間距。當然上述排氣孔154及/或連接孔156的設置密度或孔徑的調整僅為本新型一實施例，並不為本新型權利範圍的限制。

透過本新型所述的環形抽氣通道12的特殊設計，不僅有利於在晶圓14的表面形成均勻的氣場，同時亦方便配置薄膜沉積設備10的管線。具體而言，抽氣馬達16可經由第三抽氣區125流體連接環形抽氣通道12，而晶圓進出口111則設置在第一抽氣區121的下方，並連接容置空間112。

如圖1所示，擴散單元17流體連接一傳輸管線19，其中傳輸管線19用以將氣體或前驅物輸送至擴散單元17，並經由擴散單元17的進氣孔172輸送至腔體11的容置空間112。

如圖6所示，傳輸管線19包括一傳輸空間192用以輸送氣體，並可於傳輸空間192內設置一導流單元191。導流單元191可將傳輸空間192區分為一第一傳輸空間1921及一第二傳輸空間1923，其中第二傳輸空間1923連接擴散單元17。導流單元191包括複數個穿孔1912，連接第一傳輸空間1921及第二傳輸空間1923。

此外導流單元191可包括一凸起部1911，其中凸起部1911設置在導流單元191連接第一傳輸空間1921的一表面，而穿孔1912則環繞設置在凸起部1911的周圍，並相對於導流單元191連接第一傳輸空間1921及第二傳輸空間1932的表面傾斜。

在實際應用時可將氣體或電漿輸送至傳輸管線19的第一傳輸空間1921，氣體或電漿會以凸起部1911為中心在第一傳輸空間1921內旋轉，並經由導流單元191的複數個穿孔1912輸送至第二傳輸空間1923，使得第二傳輸空間1923內的氣體或電漿形成以傳輸管線19的軸心為旋轉中心的漩渦。

以上所述者，僅為本新型之一較佳實施例而已，並非用來限定本新型實施之範圍，即凡依本新型申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本新型之申請專利範圍內。

10:薄膜沉積設備 11:腔體 111:晶圓進出口 112:容置空間 12:環形抽氣通道 121:第一抽氣區 123:第二抽氣區 1231:傾斜面 1233:弧面 125:第三抽氣區 13:承載盤 131:承載面 14:晶圓 15:抽氣環 151:環形外牆 152:環形通道 153:環形內牆 154:排氣孔 155:第一環形斜面 156:連接孔 157:環形底部 16:抽氣馬達 17:擴散單元 171:擴散面 172:進氣孔 173:第二環形斜面 19:傳輸管線 191:導流單元 1911:凸起部 1912:穿孔 192:傳輸空間 1921:第一傳輸空間 1923:第二傳輸空間 H1:第一高度 H2:第二高度 H3:第三高度

[圖1]為本新型薄膜沉積設備一實施例的剖面示意圖。

[圖2]為本新型薄膜沉積設備一實施例的立體剖面示意圖。

[圖3]為本新型薄膜沉積設備一實施例的立體分解示意圖。

[圖4]為本新型薄膜沉積設備的腔體一實施例的俯視圖及腔體的環形抽氣通道一實施例的透視圖。

[圖5]為本新型薄膜沉積設備一實施例的分解剖面示意圖。

[圖6]為本新型薄膜沉積設備的傳輸管線一實施例的立體剖面示意圖。

10:薄膜沉積設備

11:腔體

111:晶圓進出口

112:容置空間

121:第一抽氣區

125:第三抽氣區

13:承載盤

131:承載面

15:抽氣環

152:環形通道

154:排氣孔

156:連接孔

16:抽氣馬達

Claims (10)

1. 一種薄膜沉積設備，包括： 一腔體，包括一容置空間及一環形抽氣通道，該環形抽氣通道位於該容置空間外圍，其中該環形抽氣通道包括一第一抽氣區、一第二抽氣區及一第三抽氣區，其中該第一抽氣區的一第一高度小於該第三抽氣區的一第三高度，而該第二抽氣區位於該第一抽氣區及該第三抽氣區之間，該第二抽氣區的一第二高度由該第一抽氣區朝該第三抽氣區的方向逐漸增加； 一承載盤，位於該容置空間內，並包括一承載面用以承載至少一晶圓； 一抽氣環，包括： 一環形外牆； 一環形內牆，位於該環形外牆的內側，並位於該承載盤的該承載面的周圍； 一環形底部，位於該環形外牆及該環形內牆之間，其中該環形外牆、該環形內牆及環形底部之間具有一環形通道，流體連接該腔體的該環形抽氣通道； 複數個排氣孔，設置在該環形內牆，並流體連接該環形通道及該容置空間，其中該複數個排氣孔環繞設置在該承載盤的該承載面的周圍；及 一擴散單元，包括： 一擴散面，面對該承載盤的該承載面； 複數個進氣孔，設置在該擴散面，並流體連接該腔體的該容置空間。
2. 如請求項1所述的薄膜沉積設備，包括一抽氣馬達連接該環形抽氣通道的該第三抽氣區，而該腔體則包括一晶圓進出口，連接該容置空間，該晶圓進出口位於該第一抽氣區的下方。
3. 如請求項1所述的薄膜沉積設備，其中該抽氣環的該環形底部包括一個或多個連接孔，該抽氣環的該環形通道經由該連接孔連接該腔體的該環形抽氣通道。
4. 如請求項3所述的薄膜沉積設備，其中該第一抽氣區上方的該連接孔的設置密度或孔徑大於該第三抽氣區上的該連接孔的設置密度或孔徑。
5. 如請求項1所述的薄膜沉積設備，其中該抽氣環的該複數個排氣孔高於該承載盤的該承載面。
6. 如請求項1所述的薄膜沉積設備，包括一傳輸管線流體連接擴散單元，該傳輸管線包括一傳輸空間及一導流單元，其中該導流單元設置在該傳輸管線的該傳輸空間內，並應該傳輸空間區分為一第一傳輸空間及一第二傳輸空間，該第二傳輸空間連接該擴散單元，其中該導流單元包括複數個穿孔，連接該第一傳輸空間及該第二傳輸空間。
7. 如請求項6所述的薄膜沉積設備，包括一凸起部設置在該導流單元連接該第一傳輸空間的一表面，而該穿孔則環繞設置在該凸起部的周圍，並相對於該導流單元連接該第一傳輸空間的該表面傾斜。
8. 如請求項1所述的薄膜沉積設備，其中該抽氣環包括一第一環形斜面位於該環形外牆內側，相對於該承載盤的一軸心傾斜，並朝向該擴散單元，該擴散單元包括一第二環形斜面環繞設置在該擴散面的周圍，其中該第一環形斜面及該第二環形斜面的傾斜角度相同，並用以對位該擴散單元及該抽氣環。
9. 如請求項1所述的薄膜沉積設備，其中該第一抽氣區上方的該排氣孔的設置密度或孔徑大於該第三抽氣區上方的該排氣孔的設置密度或孔徑。
10. 如請求項1所述的薄膜沉積設備，其中該第二抽氣區包括至少一傾斜面或一弧面，連接該第一抽氣區及該第三抽氣區的一底部。

Images