TWM625311U - 具有環形抽氣單元的薄膜沉積設備 - Google Patents

Abstract

本新型為一種具有環形抽氣單元的薄膜沉積設備，包括一腔體、一承載盤、一環形抽氣單元及一進氣單元，其中腔體包括一容置空間及一溝槽，溝槽環繞在容置空間的外圍。環形抽氣單元包括一環形主體、一環形蓋板及一環形遮擋件，其中環形主體包括一環形凹槽、至少一連接孔及複數個排氣孔。環形蓋板覆蓋環形凹槽，使得環形凹槽形成一環形通道，其中溝槽經由連接孔、環形通道及排氣孔連接容置空間。環形遮擋件位於環形通道內，並可相對於環形主體位移，以調整連接孔的面積及由排氣孔抽出的氣體流量，並在承載盤上形成穩定的流場。

Description

具有環形抽氣單元的薄膜沉積設備

本新型有關於一種具有環形抽氣單元的薄膜沉積設備，有利於在承載盤承載的晶圓上形成穩定的流場，並提高薄膜沉積的品質。

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晶圓表面的技術，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晶圓表面，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晶圓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晶圓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，並可在晶圓上形成薄膜。

在實際應用時，反應空間內前驅物的均勻分布，以及晶圓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，如何使得前驅物均勻的分布在晶圓上，以提高沉積在晶圓表面的薄膜品質，是目前業界努力的方向。本新型提出一種新穎的具有環形抽氣單元的薄膜沉積設備，可以在晶圓及承載盤的上方形成均勻且穩定的流場，以提高沉積在晶圓表面的薄膜品質。

本新型的一目的，在於提出一種具有環形抽氣單元的薄膜沉積設備，主要包括一腔體、一承載盤、一環形抽氣單元及一進氣單元，其中腔體包括一容置空間及一溝槽。溝槽為環狀體，並環繞設置在容置空間的外圍。

環形抽氣單元包括一環形主體及一環形蓋體，其中環形主體包括一環形凹槽、至少一連接孔及複數個排氣孔，排氣孔設置在環形主體的內側面，而連接孔則設置在環形主體的底面。環形蓋體用以覆蓋環形主體的環形凹槽，使得環形凹槽形成一環形通道。

在進行沉積的過程中，環形抽氣單元的排氣孔會位於承載盤的承載面及/或晶圓的周圍，並沿著承載盤的徑向將氣體經由排氣孔抽出容置空間，以在承載盤的承載面及/或晶圓的上表面成均勻的流場。

本新型的一目的，在於提出一種環形抽氣單元，主要包括一環形主體、一環形蓋板及一環形遮擋件，其中環形主體具有一環形凹槽。環形遮擋件位於環形凹槽內，而環形蓋板則覆蓋環形凹槽，使得環形凹槽形成一環形通道，其中環形遮擋件會位於環形通道內。

環形遮擋件連接一驅動桿，並透過驅動桿帶動環形遮擋件相對於環形主體位移，以改變環形主體上被環形遮擋件遮擋的連接孔的面積，並調整環形抽氣單元抽出容置空間內的氣體流量。

為了達到上述的目的，本新型提出一種具有環形抽氣單元的薄膜沉積設備，包括：一腔體，包括一容置空間及一溝槽，其中該溝槽位於該容置空間的外圍；一環形抽氣單元，包括：一環形主體，包括一環形凹槽、至少一連接孔及複數個排氣孔，其中該環形主體用以覆蓋該腔體的該溝槽；一環形蓋板，覆蓋該環形主體的該環形凹槽，使得該環形凹槽形成一環形通道，其中該環形通道經由該連接孔連接該溝槽，並經由該排氣孔連接該腔體的該容置空間；一環形遮擋件，位於該環形通道內，該環形遮擋件包括一從動嚙合單元，其中該從動嚙合單元連接一驅動桿的一主動嚙合單元，該驅動桿轉動時會帶動該環形遮擋件相對於該環形主體轉動，以調整該環形主體的該連接孔被該環形遮擋件所遮擋的面積；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，其中該環形主體的該排氣孔位於該承載盤的該承載面周圍；及一進氣單元，包括複數個進氣孔，其中該進氣孔朝向該承載盤的該承載面，並流體連接該腔體的該容置空間。

本新型提出另一種具有環形抽氣單元的薄膜沉積設備，包括：一腔體，包括一容置空間及一溝槽，其中該溝槽位於該容置空間的外圍；一環形抽氣單元，包括：一環形主體，包括一環形凹槽、至少一連接孔及複數個排氣孔，其中該環形主體用以覆蓋該腔體的該溝槽；一環形蓋板，覆蓋該環形主體的該環形凹槽，使得該環形凹槽形成一環形通道，其中該環形通道經由該連接孔連接該溝槽，並經由該排氣孔連接該腔體的該容置空間；一環形遮擋件，位於該環形通道內，該環形遮擋件連接一驅動桿，並透過該驅動桿帶動該環形遮擋件在該環形通道內相對於該環形主體升降，以調整該環形主體的該連接孔被該環形遮擋件所遮擋的面積；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，其中該環形主體的該排氣孔位於該承載盤的該承載面周圍；及一進氣單元，包括複數個進氣孔，其中該進氣孔朝向該承載盤的該承載面，並流體連接該腔體的該容置空間。

所述的具有環形抽氣單元的薄膜沉積設備，其中該環形抽氣單元的該複數個排氣孔高於該承載盤的該承載面。

所述的具有環形抽氣單元的薄膜沉積設備，其中該環形抽氣單元的該環形通道包括一第一環形空間及一第二環形空間，該第一環形空間位於該第二環形空間的徑向內側，且該第一環形空間的一第一高度大於該第二環形空間的一第二高度。

所述的具有環形抽氣單元的薄膜沉積設備，其中該第一環形空間經由該排氣孔連接該腔體的該容置空間，而該第二環形空間則經由該連接孔連接該腔體的該溝槽，且該第一環形空間的底部經由一環形斜面連接該第二環形空間的底部。

所述的具有環形抽氣單元的薄膜沉積設備，其中該環形抽氣單元的該環形主體包括一第一環形斜面，相對於該承載盤的一軸心傾斜，並朝向該進氣單元，該進氣單元包括一第二環形斜面環繞設置在該複數個進氣孔的周圍，其中該第一環形斜面及該第二環形斜面的傾斜角度相同，並用以對位該進氣單元及該環形抽氣單元。

請參閱圖1，為本新型具有環形抽氣單元的薄膜沉積設備一實施例的剖面分解示意圖。如圖所示，具有環形抽氣單元的薄膜沉積設備10主要包括一腔體11、一承載盤13、一環形抽氣單元15及一進氣單元17，其中腔體11包括一容置空間112及一溝槽12，溝槽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，而溝槽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，而溝槽12則為多邊形環狀體或管狀體。

如圖1所示，環形抽氣單元15包括一環形主體151及一環形蓋板153，其中環形主體151包括複數個排氣孔154、至少一連接孔156及一環形凹槽158。環形凹槽158設置在環形主體151的上表面，排氣孔154設置在環形主體151的內側面155，而連接孔156則設置在環形主體151的底部1511。環形主體151用以覆蓋腔體11的溝槽12，使得位於環形主體151的底度151的連接孔156連接溝槽12。

如圖2所示，環形蓋板153用以覆蓋環形主體151的環形凹槽158，使得環形凹槽158成為一環形通道152，其中環形通道152經由連接孔156連接溝槽12，並經由排氣孔154連接腔體11的容置空間112。在本新型一實施例中，環形通道152可包括一第一環形空間1521及一第二環形空間1523，其中第一環形空間1521位於第二環形空間1523的徑向內側。

第一環形空間1521的第一高度H1大於第二環形空間1523的第二高度H2，其中第一環形空間1521經由排氣孔154連接腔體11的容置空間112，而第二環形空間1523經由連接孔156連接溝槽12。此外第一環形空間1521的底部可經由一環形斜面連接第二環形空間1523的底部，以利於由排氣孔154進入環形通道152的氣體輸送至溝槽12。

在本新型一實施例中，環形抽氣單元15可包括一環形凸部157，其中環形凸部157連接內側面155，沿著環形抽氣單元15的徑向內側凸出內側面155，並在排氣孔154的下方形成一凸出的導引部。當承載盤13靠近環形抽氣單元15時，承載盤13的側面會貼近環形抽氣單元15的環形凸部157，以在容置空間112內定義出一反應空間，並可透過環形凸部157將晶圓14及/或承載盤13上方的氣體引導至排氣孔154。

如圖3所示，腔體11的溝槽12可經由一抽氣管線181連接一抽氣馬達18，其中抽氣馬達18經由抽氣管線181、溝槽12、環形通道152及排氣孔154抽出容置空間112內的氣體。在本新型一實施例中，排氣孔154可均勻分布在環形抽氣單元15的內側面155上。在不同實施例中，環形抽氣單元15不同區域的內側面155上可設置不同密度或孔徑的排氣孔154，例如排氣孔154在距離抽氣馬達18較遠的區域具有較高的設置密度或孔徑。

在對承載盤13承載的晶圓14進行沉積時，承載盤13會靠近環形抽氣單元15，使得環形抽氣單元15的排氣孔154位於承載盤13的承載面131周圍，其中排氣孔154沿著平行承載面131及/或沿著承載面131的徑向設置。

腔體11上可設置一晶圓進出口111，其中晶圓進出口111連接容置空間112，例如晶圓進出口111及抽氣馬達18分別設置在腔體11彼此面對的兩側。此外更可依據晶圓進出口111的位置調整溝槽12的深度，例如位於晶圓進出口111上方的溝槽12深度，小於與抽氣管線181相連接的溝槽12的深度。

如圖1所示，進氣單元17包括一擴散面171及複數個進氣孔172，其中進氣單元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。進氣單元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。在實際應用時可先將環形抽氣單元15設置在腔體11上，而後將進氣單元17設置在環形抽氣單元15及腔體11上，其中環形抽氣單元15會位於腔體11及進氣單元17之間。

由進氣單元17輸送至容置空間112的氣體或前驅物，會由環形抽氣單元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的上表面形成穩定且均勻的流場，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1及圖2所示，環形抽氣單元15可包括一第一環形斜面159，其中第一環形斜面159位於內側面155及環形蓋板153之間，相對於內側面155及/或承載盤13的軸心傾斜，並朝向進氣單元17。進氣單元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及/或複數個進氣孔172的周圍。第一環形斜面159及第二環形斜面173的傾斜角度相同，可用以對位進氣單元17及環形抽氣單元15，並提高進氣單元17及環形抽氣單元15接合的緊密度。

請參閱圖4、圖5及圖6，分別為本新型環形抽氣單元操作在遮擋狀態一實施例的剖面示意圖、操作在開啟狀態一實施例的剖面示意圖及環形抽氣單元的環形主體及環形遮擋件一實施例的俯視圖。如圖所示，環形抽氣單元15包括一環形主體151、一環形蓋板153及一環形遮擋件161，其中環形蓋板153連接環形主體151，並於兩者之間形成一環形通道152，而環形遮擋件161則位於環形通道152內。

環形遮擋件161位於環形主體151的連接孔156上方，在本新型一實施例中，環形遮擋件161上設置複數個開口1611，其中開口1611的數量可與環形主體151的連接孔156的數量相同。環形遮擋件161可相對於環形主體151轉動，以調整環形主體151的連接孔156被環形遮擋件161所遮擋的面積，並改變經由排氣孔154抽出的氣體流量。

具體而言，環形遮擋件161的開口1611可對準環形主體151的連接孔156，使得連接孔156不會被環形遮擋件161所遮擋，以提高經由排氣孔154抽出的氣體流量。在實際應用時可依據製程的條件，調整連接孔156的大小，以利於在晶圓14的表面形成均勻且穩定的流場。

如圖4及圖5所示，驅動桿163用以連接並驅動環形遮擋件161相對環形主體151轉動，例如環形遮擋件161可透過軸承連接環形主體151，並於環形遮擋件161上設置一從動嚙合單元1613，而驅動桿163上則設置對應的主動嚙合單元1631，例如主動嚙合單元1631為齒輪或鏈輪，而從動嚙合單元1613為齒條、齒輪或鏈條。當馬達帶動驅動桿163轉動時，便會驅動環形遮擋件161相對於環形主體151轉動，以調整被環形遮擋件161遮擋的連接孔156的面積。

如圖7及圖8所示，在本新型另一實施例中，環形遮擋件161可連接一驅動桿163，其中驅動桿163可連接一氣缸，並透過驅動桿163帶動環形遮擋件161相對於環形主體151升降，以調整被環形遮擋件161遮擋的環形主體151的連接孔156的面積。當環形遮擋件161遠離環形主體151時，可增加經由排氣孔154抽出的氣體流量。當環形遮擋件161靠近環形主體151時，則會降低經由排氣孔154抽出的氣體流量。

環形遮擋件161及驅動桿163皆設置在容置空間112的外部，並位於氣體傳輸路徑的下游。驅動桿163驅動環形遮擋件161位移時產生的污染微粒，會伴隨抽出的氣體經由溝槽12及抽氣管線181被抽氣馬達18導出，而不至於影響容置空間12的潔淨度。

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:具有環形抽氣單元的薄膜沉積設備 11:腔體 111:晶圓進出口 112:容置空間 12:溝槽 13:承載盤 131:承載面 14:晶圓 15:環形抽氣單元 151:環形主體 1511:底部 152:環形通道 1521:第一環形空間 1523:第二環形空間 153:環形蓋板 154:排氣孔 155:內側面 156:連接孔 157:環形凸部 158:環形凹槽 159:第一環形斜面 161:環形遮擋件 1611:開口 1613:從動嚙合單元 163:驅動桿 1631:主動嚙合單元 17:進氣單元 171:擴散面 172:進氣孔 173:第二環形斜面 18:抽氣馬達 181:抽氣管線 H1:第一高度 H2:第二高度

[圖1]為本新型具有環形抽氣單元的薄膜沉積設備一實施例的剖面分解示意圖。

[圖2]為本新型環形抽氣單元一實施例的剖面示意圖。

[圖3]為本新型具有環形抽氣單元的薄膜沉積設備一實施例的立體剖面示意圖。

[圖4]為本新型環形抽氣單元操作在遮擋狀態一實施例的剖面示意圖。

[圖5]為本新型環形抽氣單元操作在開啟狀態一實施例的剖面示意圖。

[圖6]為本新型環形抽氣單元的環形主體及環形遮擋件一實施例的俯視圖。

[圖7]為本新型環形抽氣單元操作在開啟狀態又一實施例的剖面示意圖。

[圖8]為本新型環形抽氣單元操作在遮擋狀態又一實施例的剖面示意圖。

151:環形主體

152:環形通道

153:環形蓋板

154:排氣孔

156:連接孔

161:環形遮擋件

1613:從動嚙合單元

163:驅動桿

1631:主動嚙合單元

Claims (10)

1. 一種具有環形抽氣單元的薄膜沉積設備，包括： 一腔體，包括一容置空間及一溝槽，其中該溝槽位於該容置空間的外圍； 一環形抽氣單元，包括一環形通道、一環形遮擋件、至少一連接孔及複數個排氣孔，其中該環形通道經由該連接孔連接該溝槽，並經由該排氣孔連接該腔體的該容置空間，該環形遮擋件位於該環形通道內，該環形遮擋件包括一從動嚙合單元； 一驅動桿，包括一主動嚙合單元連接該環形遮擋件的該從動嚙合單元，該驅動桿轉動時會帶動該環形遮擋件轉動，以調整該連接孔被該環形遮擋件所遮擋的面積； 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，其中該排氣孔位於該承載盤的該承載面周圍；及 一進氣單元，包括複數個進氣孔，其中該進氣孔朝向該承載盤的該承載面，並流體連接該腔體的該容置空間。
2. 如請求項1所述的具有環形抽氣單元的薄膜沉積設備，其中該環形抽氣單元的該複數個排氣孔高於該承載盤的該承載面。
3. 如請求項1所述的具有環形抽氣單元的薄膜沉積設備，其中該環形抽氣單元的該環形通道包括一第一環形空間及一第二環形空間，該第一環形空間位於該第二環形空間的徑向內側，且該第一環形空間的一第一高度大於該第二環形空間的一第二高度。
4. 如請求項3所述的具有環形抽氣單元的薄膜沉積設備，其中該第一環形空間經由該排氣孔連接該腔體的該容置空間，而該第二環形空間則經由該連接孔連接該腔體的該溝槽，且該第一環形空間的底部經由一環形斜面連接該第二環形空間的底部。
5. 如請求項1所述的具有環形抽氣單元的薄膜沉積設備，其中該環形抽氣單元包括一第一環形斜面，相對於該承載盤的一軸心傾斜，並朝向該進氣單元，該進氣單元包括一第二環形斜面環繞設置在該複數個進氣孔的周圍，其中該第一環形斜面及該第二環形斜面的傾斜角度相同，並用以對位該進氣單元及該環形抽氣單元。
6. 一種具有環形抽氣單元的薄膜沉積設備，包括： 一腔體，包括一容置空間及一溝槽，其中該溝槽位於該容置空間的外圍； 一環形抽氣單元，包括一環形通道、一環形遮擋件、至少一連接孔及複數個排氣孔，其中該環形通道經由該連接孔連接該溝槽，並經由該排氣孔連接該腔體的該容置空間，該環形遮擋件位於該環形通道內； 一驅動桿，連接並帶動該環形遮擋件在該環形通道內升降，以調整該連接孔被該環形遮擋件所遮擋的面積； 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，其中該排氣孔位於該承載盤的該承載面周圍；及 一進氣單元，包括複數個進氣孔，其中該進氣孔朝向該承載盤的該承載面，並流體連接該腔體的該容置空間。
7. 如請求項6所述的具有環形抽氣單元的薄膜沉積設備，其中該環形抽氣單元的該複數個排氣孔高於該承載盤的該承載面。
8. 如請求項6所述的具有環形抽氣單元的薄膜沉積設備，其中該環形抽氣單元的該環形通道包括一第一環形空間及一第二環形空間，該第一環形空間位於該第二環形空間的徑向內側，且該第一環形空間的一第一高度大於該第二環形空間的一第二高度。
9. 如請求項8所述的具有環形抽氣單元的薄膜沉積設備，其中該第一環形空間經由該排氣孔連接該腔體的該容置空間，而該第二環形空間則經由該連接孔連接該腔體的該溝槽，且該第一環形空間的底部經由一環形斜面連接該第二環形空間的底部。
10. 如請求項6所述的具有環形抽氣單元的薄膜沉積設備，其中該環形抽氣單元包括一第一環形斜面，相對於該承載盤的一軸心傾斜，並朝向該進氣單元，該進氣單元包括一第二環形斜面環繞設置在該複數個進氣孔的周圍，其中該第一環形斜面及該第二環形斜面的傾斜角度相同，並用以對位該進氣單元及該環形抽氣單元。

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