TWM627275U

TWM627275U - 一種射頻線圈與反應空間彼此獨立的電漿增強式薄膜沉積裝置

Info

Publication number: TWM627275U
Application number: TW110214600U
Authority: TW
Inventors: 林俊成
Original assignee: 天虹科技股份有限公司
Priority date: 2021-12-07
Filing date: 2021-12-07
Publication date: 2022-05-21

Abstract

本新型為射頻線圈與反應空間彼此獨立的電漿增強式薄膜沉積裝置，包括腔體、承載件、電極件、噴灑頭、環狀隔離單元及射頻線圈，腔體包括容置空間，承載件位於容置空間內具有承載面，並透過承載面承載至少基板。電極件設置於承載件下或下方，且耦接直流或射頻電源。噴灑頭流體連接容置空間，噴灑頭的出氣口朝承載面。環狀隔離單元包括設置空間，承載件、噴灑頭及環狀隔離單元在容置空間內定義反應空間，設置空間與容置空間彼此獨立，噴灑頭提供前驅物至反應空間，射頻線圈設置於設置空間內且耦接射頻電源，對基板進行電漿增強式薄膜沉積製程。

Description

一種射頻線圈與反應空間彼此獨立的電漿增強式薄膜沉積裝置

本新型有關於一種射頻線圈與反應空間彼此獨立的電漿增強式薄膜沉積裝置，尤指一種射頻線圈與反應空間彼此獨立的電漿增強式原子層沉積裝置，其將設置射頻線圈的環狀隔離單元與噴灑頭及承載件定義出反應空間，且使射頻線圈與反應空間彼此獨立。

電漿增強式原子層沉積(PEALD)是常用的薄膜沉積設備，並普遍被使用在積體電路、發光二極體及顯示器等製程中。由於需要在低於前驅物裂解溫度及/或晶圓損傷溫度的相對低溫下達到提升反應速度等功效，往往採用電漿促進薄膜沉積的速度及/或均勻性。

為了減少晶圓直接接觸電漿所帶來的損傷，另一類型的電漿反應器因而產生，此類型的設計被稱為遠端電漿(remote plasma)。然而，在使用遠端電漿的情況下，尤其是遠端電漿通常須通過噴灑頭的高深寬比出氣口(也就是噴灑頭的出氣口相當狹長)的情況下，往往會遭遇遠端電漿在通過出氣口後於反應空間衰減的問題，以致遠端電漿輔助沉積的效果大受影響。

如先前技術所述，習用的電漿增強式薄膜沉積裝置所使用遠端電漿在通過噴灑頭的高深寬比出氣口之後，往往造成遠端電漿的衰減，從而影響製程的效果。為此本新型提出一種新穎的射頻線圈與反應空間彼此獨立的電漿增強式薄膜沉積裝置，透過環狀隔離單元、噴灑頭及承載件定義出反應空間。而環狀隔離單元用以設置射頻線圈，使射頻線圈與反應空間彼此獨立，以在反應空間中產生及/或增強電漿，進而提升製程的效果。

本新型的一目的，在於提供一種射頻線圈與反應空間彼此獨立的電漿增強式薄膜沉積裝置，包括一腔體、一承載件、一電極件、一噴灑頭、一環狀隔離單元及一射頻線圈，其中承載件、噴灑頭及環狀隔離單元在容置空間內定義出一反應空間，設置射頻線圈的設置空間與放置晶圓的容置空間彼此獨立，噴灑頭用以提供至少一前驅物至反應空間，射頻線圈設置於環狀隔離單元的設置空間內，射頻線圈耦接一射頻電源。因此，彼此獨立的設置空間與容置空間能避免射頻線圈與反應空間相互污染。

在實際應用時，腔體包括一容置空間，承載件位於容置空間內具有一承載面，並透過承載面承載至少一基板，電極件設置於承載件下或下方，且電極件耦接一直流電源或射頻電源，噴灑頭流體連接容置空間且以複數個出氣口朝向承載件的承載面。所述的射頻線圈與反應空間彼此獨立的電漿增強式薄膜沉積裝置包括至少一進氣管線穿過蓋板或腔體，並經由進氣管線將一氣體輸送至環狀隔離單元的設置空間。藉此，可視製程需要改變環狀隔離單元的設置空間中的氣體條件。所述的環狀隔離單元具有一開口，設置空間經由開口流體連接設置空間外部的一大氣環境。

可選擇地，環狀隔離單元為一體成形的陶瓷環、一金屬氧化物環或一金屬氮化物環。藉由一體成形的環狀隔離單元，本新型能以無縫隙的環狀隔離單元而更好地避免射頻線圈與反應空間相互污染。

1:射頻線圈與反應空間彼此獨立的電漿增強式薄膜沉積裝置

10:腔體

100:容置空間

101:本體

1010:承載部

1011:腔體開口

102:蓋板

11:承載件

110:承載面

12:噴灑頭

121:出氣口

1210:出氣位置

122:輸入管線

13:環狀隔離單元

130:開口

131:內牆

132:外牆

133:底面

1331:溝槽

134:密封蓋

135:固定件

1351:凹部

14:射頻線圈

15:射頻電源

16:功率計

17:匹配器

18:光放射光譜視埠

19:進氣管線

2:基板

20:腔體

200:容置空間

201:本體

2011:腔體開口

23:環狀隔離單元

230:開口

231:內牆

233:底面

24:電極件

25:直流電源或射頻電源

H:水平面

R:反應空間

S:設置空間

[圖1]為本新型第一實施例的射頻線圈與反應空間彼此獨立的電漿增強式薄膜沉積裝置的剖面示意圖。

[圖2]為本新型第二實施例的射頻線圈與反應空間彼此獨立的電漿增強式薄膜沉積裝置的剖面示意圖。

[圖3]為本新型第三實施例的射頻線圈與反應空間彼此獨立的電漿增強式薄膜沉積裝置的剖面示意圖。

[圖4]為本新型第四實施例的射頻線圈與反應空間彼此獨立的電漿增強式薄膜沉積裝置的剖面示意圖。

[圖5]為本新型第五實施例的射頻線圈與反應空間彼此獨立的電漿增強式薄膜沉積裝置的剖面示意圖。

[圖6]為本新型第六實施例的射頻線圈與反應空間彼此獨立的電漿增強式薄膜沉積裝置的剖面示意圖。

[圖7]為本新型第七實施例的射頻線圈與反應空間彼此獨立的電漿增強式薄膜沉積裝置的剖面示意圖。

[圖8]為本新型第八實施例的射頻線圈與反應空間彼此獨立的電漿增強式薄膜沉積裝置的一實施型態的剖面示意圖。

[圖9]為本新型射頻線圈與環狀隔離單元設置結構的立體示意圖。

[圖10]為本新型射頻線圈與環狀隔離單元設置結構的俯視圖。

請參閱圖1，其為本新型第一實施例的射頻線圈與反應空間彼此獨立的電漿增強式薄膜沉積裝置1的剖面示意圖。如圖1所示，射頻線圈與反應空間彼此獨立的電漿增強式薄膜沉積裝置1包括一腔體10、一承載件11、一電極件24、一噴灑頭12(showerhead)、一環狀隔離單元13以及一射頻線圈14。

腔體10包括一容置空間100。承載件11位於容置空間100內具有一承載面110，並透過承載面110承載至少一基板2。噴灑頭12流體連接容置空間100，噴灑頭12具有複數個出氣口121，該些出氣口121朝向承載件11的承載面110。環狀隔離單元13包括一設置空間S。特別地，承載件11、噴灑頭12及環狀隔離單元13在容置空間100內定義出一反應空間R，設置空間S與容置空間100彼此獨立，噴灑頭12用以提供至少一前驅物至反應空間R。射頻線圈14設置於環狀隔離單元13的設置空間S內，射頻線圈14耦接一射頻電源15。

詳細而言，噴灑頭12位於反應空間R的上方，承載件11位於反應空間R的下方，而環狀隔離單元13環繞反應空間R的外側。耦接射頻電源15的射頻線圈14提升離子與電子在電漿內的碰撞頻率，以達到增加電漿內離子的目的，進而促進噴灑頭12的出氣口121所流出的一氣態流體成為電漿態，及/或維持電漿的穩定，從而輔助前驅物於承載面110的基板2上反應，進一步形成原子層級的一薄膜。在其它的實施例中，氣態流體可為一滌洗氣體。另外，電極件24(例如一電極盤)設置於承載件11下或下方，且電極件24耦接一直流電源或射頻電源25。

在可行的實施例中，設置空間S與容置空間100之間以環狀隔離單元13分開而彼此獨立。進一步而言，環狀隔離單元13為一陶瓷環、一金屬氧化物環或一金屬氮化物環，更進一步而言，環狀隔離單元13為一體成形的陶瓷環、一金屬氧化物環或一金屬氮化物環。舉例而言，金屬氧化物環的材質為氧化鋁，而金屬氮化物環的材質為氮化鋁。

一般而言，反應空間R為一柱狀空間。可行地，射頻線圈14的設置位置位於反應空間R的側面的任一位置的水平面上。進一步而言，射頻線圈14的設置位置對齊反應空間R的上緣，也就是對應出氣口121的出氣位置1210。

舉例而言，基板2為一晶圓，電極件24下或下方至少依序層疊設置一絕緣件(一絕緣盤)及/或一加熱器。噴灑頭12除了用以提供至少一前驅物至反應空間R以外，噴灑頭12更提供一空氣、一滌洗氣體及/或一電漿態氣體等。而射頻電源15至射頻線圈14之間至少依序耦接一功率計16及一匹配器(matching box)17。

在一可行的實施例中，腔體10包括一本體101及一蓋板102，本體101具有一承載部1010及一腔體開口1011，其中腔體開口1011連通容置空間100，而承載部1010則凸出或凹入本體101，並用以承載環狀隔離單元13，而蓋板102覆蓋本體101的腔體開口1011，並在本體101及蓋板102之間形成容置空間100。進一步而言，環狀隔離單元13包括：一內牆131、一外牆132及一底面133。內牆131環繞設置在反應空間R的外側，外牆132環繞設置在內牆131的外側，其中腔體10的蓋板102連接內牆131及外牆132的一端。底面133連接於內牆131及外牆132的另一端，並設置在本體101的承載部1010上，其中蓋板102、內牆131、外牆132及底面133之間形成設置空間S。通過將蓋板102連接內牆131及外牆132的一端，且通過將底面133連接於內牆131及外牆132的另一端，本新型的射頻線圈與反應空間彼此獨立的電漿增強式薄膜沉積裝置1(環狀隔離單元13與容置空間100之間完全分開而彼此獨立)能更好地避免環狀隔離單元13與容置空間100之間因縫隙產生沉積物，進而導致製程中發生電弧的問題。顯然地，在選擇環狀隔離單元13為一體成形的陶瓷環、一金屬氧化物環或一金屬氮化物環的情況下，一體成形的環狀隔離單元13的表面能完全避免因環狀隔離單元13的組件結合所造成的縫隙，並避免於縫隙產生沉積物進而導致製程中發生電弧的問題，而一體成形的環狀隔離單元13的表面的沉積物也能在清潔階段輕易移除。

詳細而言，蓋板102可具有其他開口，以設置從外界連通容置空間100的管線、設備等，例如噴灑頭12、氣體管線、感測器等，或者噴灑頭12進一步深入容置空間100，以使噴灑頭12的輸入管線122插置於其他開口。而本體101也可具有其他開口，以設置從外界連通容置空間100的管線、設備等，例如氣體管線、感測器、光放射光譜(OES)視埠等，其中，光放射光譜視埠18設置在對應於基板2的側邊的本體101。而蓋板102直接連接及/或壓設於內牆131及外牆132的一端。進一步而言，一密封件，例如一O形環，設置於內牆131及外牆132的一端或蓋板102，以使內牆131及外牆132的一端與蓋板102將密封件壓設其中。

具體而言，如圖1所示，本體101具有一定厚度，承載部1010於本體101設置一環形凹部，以形成承載部1010，用以承載環狀隔離單元13，其中承載部1010全部承載或部分承載環狀隔離單元13的底面133。進一步而言，腔體10的蓋板102連接內牆131及外牆132的一端，底面133連接於內牆131及外牆132的另一端，以將環狀隔離單元13全部或部分嵌入承載部1010與蓋板102之間構成的空間中，並於蓋板102、內牆131、外牆132及底面133之間形成設置空間S。

在另一可行的實施例中，本實施例與上述實施例的差異在於，本體101的至少一部分側壁向環狀隔離單元13的外牆132的相反方向彎折外擴，以使承載部1010凸出本體101。同樣地，承載部1010全部承載或部分承載環狀隔離單元13的底面133，且腔體10的蓋板102連接內牆131及外牆132的一端。底面133連接於內牆131及外牆132的另一端，以將環狀隔離單元13全部或部分嵌入承載部1010與蓋板102之間構成的空間中，並於蓋板102、內牆131、外牆132及底面133之間形成設置空間S。需注意的是，以下圖2至圖5的其它實施例中的承載部1010是以圖1說明，惟可以本可行的實施例的承載部1010設置方式合理推廣至圖2至圖5的其它實施例中。

在另一可行的實施例中，如圖2所示，本實施例與第一實施例的差異在於，本新型第二實施例的射頻線圈與反應空間彼此獨立的電漿增強式薄膜沉積裝置1更包括至少一進氣管線19穿過蓋板102，並經由進氣管線19將一氣體輸送至環狀隔離單元13的設置空間S。進一步地，進氣管線19供應氮氣等流體進入設置空間S。更進一步地，進氣管線19設置有至少一閥門。

在另一可行的實施例中，如圖3所示，本實施例與第一實施例的差異在於，本新型第三實施例的射頻線圈與反應空間彼此獨立的電漿增強式薄膜沉積裝置1的環狀隔離單元13更包括一密封蓋134，其中密封蓋134連接內牆131及外牆132的另一端，並在密封蓋134、內牆131、外牆132及底面133之間形成設置空間S。也就是蓋板102透過密封蓋134連接及/或壓設於內牆131及外牆132的另一端。進一步而言，一密封件設置於內牆及外牆132的另一端或密封蓋134，以使內牆131及外牆132的另一端與密封蓋134將密封件壓設其中。

在另一可行的實施例中，如圖4所示，本實施例與第三實施例的差異在於，本新型第四實施例的射頻線圈與反應空間彼此獨立的電漿增強式薄膜沉積裝置1更包括至少一進氣管線19穿過密封蓋134，並經由進氣管線19將一氣體輸送至環狀隔離單元13的設置空間S。進一步地，進氣管線19供應氮氣等流體進入設置空間S。更進一步地，進氣管線19設置有至少一閥門。合理地，進氣管線19更穿過蓋板102。

在另一可行的實施例中，如圖5所示，本實施例與第一實施例的差異在於，本新型第五實施例的射頻線圈與反應空間彼此獨立的電漿增強式薄膜沉積裝置1的環狀隔離單元13具有一開口130，設置空間S經由開口130流體連接設置空間S外部的一大氣環境。詳細而言，蓋板102具有的一貫通部分從鄰接開口130處向上貫通蓋板102，且貫通部分對應至少一部分開口130，以使設置空間S依序經由開口130及貫通部分而流體連接設置空間S外部的一大氣環境。

請參閱圖6，其為本新型第六實施例的射頻線圈與反應空間彼此獨立的電漿增強式薄膜沉積裝置1的剖面示意圖。如圖6所示，本新型第六實施例與第一實施例的差異在於第一實施例環狀隔離單元13替換為包括一內牆231及一底面233的環狀隔離單元23，且將腔體10的結構替換為一腔體20。

詳細而言，內牆231環繞設置在反應空間R的外側，並連接腔體20，而底面233連接內牆231及腔體20，並在底面233、內牆231及腔體20之間形成設置空間S。另外，腔體20並未設置一承載部1010及蓋板102，且以腔體20(此情況下也稱本體201)直接連接內牆231及底面233，從而以腔體20的本體201、內牆231及底面233組成設置空間S。其中，容置空間100替換為容置空間200，腔體開口1011替換為腔體開口2011。通過將腔體20連接內牆231及底面233，本新型的射頻線圈與反應空間彼此獨立的電漿增強式薄膜沉積裝置1(環狀隔離單元13與容置空間100之間完全分開而彼此獨立)能更好地避免環狀隔離單元13與容置空間100之間因縫隙產生沉積物，進而導致製程中發生電弧的問題。顯然地，在選擇環狀隔離單元13為一體成形的陶瓷環、一金屬氧化物環或一金屬氮化物環的情況下，一體成形的環狀隔離單元13的表面能完全避免因環狀隔離單元13的組件結合所造成的縫隙，並避免於縫隙產生沉積物進而導致製程中發生電弧的問題，而一體成形的環狀隔離單元13的表面的沉積物也能在清潔階段輕易移除。

在另一可行的實施例中，如圖7所示，本實施例與第六實施例的差異在於，本新型第七實施例的射頻線圈與反應空間彼此獨立的電漿增強式薄膜沉積裝置1更包括至少一進氣管線19穿過腔體20，並經由進氣管線19 將一氣體輸送至環狀隔離單元23的設置空間S。進一步地，進氣管線19供應氮氣等流體進入設置空間S。更進一步地，進氣管線19設置有至少一閥門。

在另一可行的實施例中，如圖8所示，本實施例與第六實施例的差異在於，本新型第八實施例的射頻線圈與反應空間彼此獨立的電漿增強式薄膜沉積裝置1的環狀隔離單元23具有一開口230，設置空間S經由開口230流體連接設置空間S外部的一大氣環境。詳細而言，一貫通部分從內牆231連接腔體20端的水平面H向上貫通腔體20，且貫通部分對應至少一部分開口230，以使設置空間S依序經由開口230及貫通部分而流體連接設置空間S外部的一大氣環境。進一步而言，貫通部分在腔體20的一些地方仍有連結部以使相對環狀隔離單元23的腔體20的內側部分橋接相對環狀隔離單元23的腔體20的外側部分。

在另一實施例中，一貫通部分從底面233連接腔體20端的垂直面側向貫通腔體20，且貫通部分對應至少一部分開口230，以使設置空間S依序經由開口230及貫通部分流體連接設置空間S外部的一大氣環境。進一步而言，貫通部分在一些地方仍有連結部以使相對環狀隔離單元23的腔體20的上部部分橋接相對環狀隔離單元23的腔體20的下部部分。

在另一可行的實施例中，如圖9及圖10所示，其分別為本新型射頻線圈14與環狀隔離單元13設置結構的立體示意圖及俯視圖。其中，底面133形成一溝槽1331，用於設置射頻線圈14，其中射頻線圈14的一部分位於溝槽1331中。另外，底面133上設置一固定件135，以固定射頻線圈14於底面133及/或溝槽1331。進一步而言，固定件135包括一凹部1351，以容納射頻線圈14的另一部分。

值得注意的是，環狀隔離單元23的底面233也可形成一溝槽，用於設置射頻線圈14，而射頻線圈14及固定件的設置詳細方式則如上所述。

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。