具有轉動型加熱器的cvd裝置及其控制方法
2023-07-23 14:35:21
專利名稱：具有轉動型加熱器的cvd裝置及其控制方法
技術領域：
本發明大體上涉及一種具有轉動型加熱器的化學氣相沉積(CVD )裝 置，更具體地，涉及這樣一種CVD裝置，該CVD裝置包括用於使轉動型
加熱器轉動的馬達和用於檢測該加熱器的位置的位置傳感器組件，從而當 在晶片上沉積薄膜時，通過轉動加熱器，在晶片上形成一致的沉積厚度。
背景技術：
一般地，在晶片上形成薄膜的方法分成採用粒子間的物理石並撞的物理 氣相沉積(PVD)方法——例如濺塗法，以及通過化學反應在晶片上形成 薄膜的化學氣相沉積(CVD)方法。CVD方法應用更廣泛，因為其在薄 膜厚度的一致性和薄膜的階梯覆蓋特性方面與PVD方法相比更為優秀。
現在，將在如下參照圖1描述傳統的CVD裝置。
參照圖l,傳統的CVD裝置包括腔室C,其中提供晶片W的沉積 空間；噴頭，用於將反應氣體噴射到腔室中；以及加熱器H，其設置在腔 室內，用於加熱放置在其上的晶片W從而允許在晶片上沉積薄膜。
當在晶片W上沉積薄膜時，加熱器H上升。為此，使加熱器H抬起 和降低，即通過具有進給螺杆的進給部分30進行上下移動。
在具有上述構造的情況下，通過使用反應氣體的化學反應，在放置在 上升的加熱器H上的晶片W上沉積薄膜。
然而，在CVD方法中，還存在的問題在於當反應氣體的流動在反應 室中處於不平衡狀態時，沉積在晶片上的薄膜的厚度隨著晶片整個表面上 各個位置而變化，這導致在整個晶片表面上所形成的薄膜具有不均勻的厚 度。
發明內容
因此，本發明致力於解決在現有技術中出現的上述問題，並且本發明 的目的是提供一種化學氣相沉積(CVD )裝置，其允許在沉積時儘管在反
應室中及反應氣體不均勻流動，仍可通過轉動加熱器而4吏沉積在晶片上的薄 膜厚度得以均勻地形成。
上述目的通過化學氣相沉積(CVD)裝置實現，該化學氣相沉積 (CVD)裝置包括加熱器轉動部分，該加熱器轉動部分包括用於產生轉 動力以使轉動型加熱器轉動的馬達；用於傳遞從該馬達產生的轉動力的轉 動軸；以及安裝在該轉動軸頂端上的轉動臺架，用於承受轉動軸的轉動力 以轉動加熱器。
如上所述，本發明的化學氣相沉積(CVD)裝置的有益效果在於，其 包括用於轉動加熱器的馬達和用於檢測加熱器的指向位置的位置傳感器 組件，從而在沉積時儘管反應氣體不均勻流入到反應室中，仍可通過轉動 加熱器而能夠使沉積在晶片上的薄膜厚度一致，並且能夠確保在沉積過程 開始和結束時晶片的指向位置彼此相同。
此外，晶片的指向位置在沉積過程的開始和結束時彼此相同，從而使 晶片在加熱器上沿預定方向定向。
圖1是示出根據現有技術的傳統化學氣相沉積(CVD )裝置的概念視
圖2是示出根據本發明的化學氣相沉積(CVD)裝置的概念視圖3是示出根據本發明的CVD裝置的腔室支撐部分的概念視圖4是示出根據本發明的CVD裝置的加熱器轉動部分的概念視圖5和6是示出根據本發明的密封構件的概念視圖7是示出根據本發明的CVD裝置的轉動密封軸的放大立體圖8是示出根據本發明的CVD裝置的位置傳感器組件的放大立體圖9是示出根據本發明的CVD裝置的控制構造的概念視圖；以及
圖10是示出控制根據本發明的CVD裝置以執行使用該CVD裝置的 沉積過程的控制過程的流程圖。
具體實施例方式
下面，將參照附圖詳細描述本發明。
本發明涉及一種CVD裝置，其允許在沉積時沉積在晶片上的薄膜的 厚度得以均勻地形成，而不管>^應室內的>^應氣體為不均勻流動。如圖2 所示，本發明的CVD裝置包括Jl應室C，其中設置有晶片W的沉積空 間；加熱器H,其設置在反應室C內，用於加熱放置在其上的晶片W;加 熱器支撐部分200，用於支撐加熱器H;腔室支撐部分IOO，用於支撐反 應室C;加熱器轉動部分300,其連接到加熱器支撐部分200的下端部分， 用於轉動加熱器H;以及進給部分400,用於允許加熱器H上升和下降。
進給部分400包括用於產生轉動力的進給馬達440;連接到*馬 達440、用於承受進給馬達的轉動力以將該轉動力轉變成用以進行上下移 動的力的進給螺杆420和進給板420;以及用於穩固地固定進給螺杆420 的保持架。
現在，將在如下參照圖3描述才艮據本發明的CVD裝置的腔室支撐部 分IOO。
圖3中，僅示出了腔室支撐部分100的構造，而省去其它組成元件以 方便解釋。
參照圖3,腔室支撐部分100用於支撐>^應室C,並且連接部分112 設置在反應室C的底端表面處。在反應室C和連接部分112之間，通過使 用O型圏而設置有密封構件(已示出，但未由附圖標記表示)。
在連接部分112的下部"i殳置有波紋管111,所述波紋管111適於隨著 加熱器H的抬起和降低而相應於加熱器豎向移動距離(length)的變化而 彈性地調節長度。在波紋管111的底表面處設置有基座部分113，從而被 夾持在進給部分400的進給板430中(見圖2 )。
下部支撐件115設置在基座部分113的底表面處。
氣密性密封構件114設置在下部支撐件115的內周壁處，從而緊密地 接觸轉動密封軸的外周表面，因而保持氣密，將在稍後對此進行描述。
此時，0型圏可用作氣密性密封構件114。
沉積過程在反應室C內在具有氣密性密封構件114的上述構造的情況下進行。
在反應室C、設置在反應室C內的加熱器H、用於支撐加熱器H的 加熱器支撐部分200、用於支撐^Jt室C的腔室支撐部分IOO、用於轉動 加熱器H的加熱器轉動部分300以及用於允許加熱器H如上所述地上升 和下降的進給部分400中，將在如下參照圖4對加熱器轉動部分300進行 描述。
首先，加熱器轉動部分300包括用於將轉動力供應到加熱器H以轉動 加熱器H的馬達310。可控伺服馬達用作馬達310,以在下述某一位置使 加熱器H停止運行。
馬達310的轉動力傳遞到轉動軸330，接著傳遞到轉動臺架340,從 而4吏得固定地安裝在轉動臺架340上的加熱器支撐部分200轉動，由此轉 動加熱器H。
此時，例如聯軸節或凸緣等的連接構件311優選地安裝在轉動軸330 和馬達310之間。
同時，轉動密封軸341安裝在轉動臺架340的底表面處，從而緊密地 接觸氣密性密封構件114以保持氣密。
下面將參照圖5和6描述氣密性密封構件114。
如圖5所示，用作氣密性密封構件114的典型的O型圏與轉動密封軸 341緊密接觸。
然而，當O型圏大致緊密地接觸轉動體時，與轉動體的接觸面積相比， 由於其相對較大的接觸面積的原因，所述O型圏可能出現與耐久性相關的 問題。
為克服上述問題，如圖6所示，優選地使用X形圏來代替O型圏。
X形圏與O型圏相比具有較小的接觸面積，從而產生相對較小的摩擦 力，因而在抗磨損方面得到增強。
現在，將在如下參照圖7描述氣密性密封構件114與其緊密地接觸的 轉動密封軸341。
如圖7所示，轉動密封軸341形成為圓柱形狀，4吏得其內部中空，以 允許轉動軸330從其中穿過而插入。而且，轉動軸341在其內以穿透的方式形成有緊固孔341 a,用於允許緊固元件342從其中穿過而插入。
因此，緊固元件342經由轉動密封軸341的緊固孔341a穿過以穿透 的方式形成於轉動臺架340內的緊固孔340a，使得轉動密封軸341穩固地 固定到轉動臺架340。
在具有上述構造的情況下，當轉動軸330由於馬達310的驅動力而轉 動時，轉動臺架340轉動。此時，轉動密封軸341也與轉動臺架340—起 轉動，其中，轉動密封軸穩固地固定到轉動臺架340同時與氣密性密封構 件114緊密地接觸。此外，轉動密封軸341轉動，其中，所述轉動密封軸 341抵靠著氣密性密封構件114從而保持氣密。
同時，轉動密封軸341優選地由選自下列組中的任一種材料製成特 氟龍聚四氟乙烯(PTFE)、聚醚醚酮(PEEK)、不鏽鋼和鋁。
特氟龍聚四氟乙烯(PTFE)適合用作本發明的轉動密封軸341的材 料，因為其是具有極佳耐久性的化學特性的氟樹脂，即包含氟的塑料。
此外，聚醚醚酮(PEEK)—即不溶於通常溶劑的無定形樹脂一是一 種具有極佳的抗磨損和自潤滑特性的材料。聚醚醚酮(PEEK)也適合用 作根據本發明的轉動密封軸341的材料。
此外，由於不鏽鋼或鋁也具有極佳的抗磨損性，因此也可用作本發明 的轉動密封軸341的材料。
同時，如上所述，在本發明的沉積過禾呈期間，加熱器H轉動。此時， 在沉積過程的開始和結束時加熱器H的位置非常重要。原因在於晶片W 在加熱器H上沿預定方向定向。
即，要求晶片W在沉積過程的開始和結束時的指向位置應該彼此相 同。為此，由位置傳感器組件320來滿足所述要求。
現在，將在下面參照圖8描述位置傳感器組件320。
如圖8所示，在轉動軸330的側部安裝有位置傳感器組件320，包括 盤狀指向位置指示構件321，用於在轉動時指示加熱器H的指向位置；以 及指向位置識別傳感器322，用於識別加熱器H由位置指示傳感器321所 指示的指向位置。
由此，當加熱器H在沉積過程開始時的指向位置已經由位置傳感器組 件320識別後，在沉積過程中加熱器H在其起始指向位置處停止轉動，使得位於加熱器H上的晶片W在沉積過程開始時和在沉積過程結束時沿相 同方向定向。
同時，位置傳感器組件320能夠由發光二極體(LED )及光電二極體 構造而成。即，當指向位置指示構件上已經形成裂縫後，光線從發光二極 管中發出，從而從其中穿過。此時，M光二極體發出的光線由光電二極 管識別。因而，將晶片W在來自於發光二極體的光線達到位置傳感器組件 320的裂縫時的指向位置設定為起始位置後，則當裂縫在沉積過程結束時 返回到其最初指向位置、然後穿過裂縫的LED光線由光電二極體感測到 時，即能夠認為晶片W返回到其最初指向位置。
此外，位置傳感器組件320可釆用磁鐵傳感器。即在磁鐵安裝在指向 位置指示構件321上後，可測量由磁鐵感應生成的電流從而感測晶片W的 指向位置。
同時，位置傳感器組件320可採用紅外傳感器。即，在將當紅外傳感 器發出的光線中斷時的位置設定為晶片W的最初指向位置之後，則在感測 到紅外傳感器的紅外光線再次中斷時，即能夠認為晶片W返回到其最初指 向位置。
通過位置傳感器組件的上述構造，能夠將晶片W在沉積過程開始和 結束時的指向位置設定為彼此相同。
下面將參照圖9描述用於對晶片在沉積過程開始和結束時的指向位置 進行控制的系統和方法。
參照圖9，圖中示出控制系統500,包括氣體控制部分510,用於控 制氣體的供應；位置傳感器控制部分520，用於接收來自於位置傳感器組 件320且指示出晶片W在加熱器H上的指向位置的信息的信號；加熱器 控制部分530;加熱器電源540;進給馬達控制部分550,用於控制進給馬 達440;和馬達控制部分560,用於控制轉動加熱器H的馬達310。
受控制系統要求的沉積過程如下進行。
現在，將在如下參照圖10描述使用控制系統500控制根據本發明的 化學氣相沉積(CVD)裝置的方法。
參照圖10，首先，在加熱器抬起步驟S610，當開始沉積過程時，中 央處理單元(CPU) 570將控制信號傳送到進給馬達440，鍋/f吏進給馬達的轉動力傳遞到進給螺杆420,從而向上移動進給板430，以抬起加熱器H。 此後，在氣體供應開始步驟S620， CPU570將控制信號傳送到氣體控制部 分510，促使氣體供應部分G供應氣體。然後，在轉動開始步驟S630, CPU570將控制信號傳送到馬達控制部分560，從而轉動加熱器H。此時， 在加熱器H轉動的同時，進行沉積過程。
在氣體供應停止步驟S640中，在沉積過程已經終止後，CPU570將 控制信號傳送到氣體控制部分510，促使氣體供應部分G停止供應氣體。
此後，在指向位置確i人和轉動停止步驟S650， CPU570從位置傳感器 控制部分520接收控制信號，以確認加熱器H是否定位在沉積過程開始時 的指向位置，如果加熱器H定位在沉積過程開始時的指向位置，則將控制 信號傳送到馬達控制部分560，以促4吏馬達控制部分560使加熱器H停止 轉動。
即，如上所述，在加熱器H轉動的同時進行沉積過程，在沉積過程的 開始和結束時，晶片W在加熱器H上的指向位置必須彼此相同。為了確 認這種情況，當加熱器H停止轉動時，確認加熱器H定位在沉積過程開 始時的指向位置。
最後，在加熱器降低步驟S666， CPU570將控制信號傳送到進給馬達 控制部分550，以促使進給馬達440將反向轉動力傳遞到進給螺杆420,以 促使進給板430向下移動從而降低加熱器H。因而，完成CVD裝置的一 系列控制過考呈。
同時，加熱器H的轉動通過馬達控制部分560進行控制。在此情形下， 優選地對加熱器H的轉動速度進行逐步控制。
即，當加熱器H開始轉動時，為了裝置的穩定性並避免不當操作，使 加熱器H從較低速度到較高速度逐步加速是有效的控制方法。
此外，在沉積過程結束時，加熱器H以恆定速率減速而停止，而不是 瞬時停止，這有助於確認加熱器H在停止時是否定位在沉積過程開始時的 指向位置。
如上所述，本發明的化學氣相沉積(CVD)裝置的有益效果在於，其 包括用於轉動加熱器的馬達和用於檢測加熱器的指向位置的位置傳感器 組件，從而儘管反應氣體不均勻地i認到反應室內，仍可通過轉動加熱器而
能夠在沉積時使沉積在晶片上的薄膜厚度一致，並且能夠確保晶片在沉積 過程開始和結束時的指向位置彼此相同。
此外，在沉積過程開始和結束時，晶片的指向位置彼此相同，從而使 晶片在加熱器上沿預定方向定向。
儘管已經結合目前被認為是可實施的示例性實施方式描述了本發明， 應該理解的是，本發明不限制於所公開的實施方式，而是相反，用於覆蓋 包括在所附的權利要求的精神和範圍內的多種改型和等同形式。
權利要求
1.一種具有轉動型加熱器的化學氣相沉積(CVD)裝置，包括反應室(C)，其中設置有晶片(W)的沉積空間；腔室支撐部分(100)，用於支撐反應室(C)；噴頭，用於將反應氣體噴射到反應室(C)中；加熱器(H)，其設置在反應室(C)內，用於加熱放置在其上的晶片(W)；加熱器支撐部分(200)，用於支撐加熱器(H)，其中，CVD裝置還包括加熱器轉動部分(300)，其包括用於產生轉動力以轉動加熱器(H)的馬達(310)；轉動軸(330)，用於傳遞由馬達產生的轉動力；和轉動臺架(340)，其安裝在轉動軸(330)的頂端上，用於承受轉動軸(330)的轉動力以轉動加熱器(H)。
2. 如權利要求1所述的化學氣相沉積(CVD)裝置，其中，所述腔 室支撐部分(100)包括波紋管(111),其適於隨著加熱器(H)的抬起和降低而相應於加熱 器豎向移動距離的變化而彈性地調節長度；連接部分(112)，其設置在反應室(C)和波紋管(111)之間；基座部分(U3)，其安裝在波紋管(111)的底表面處，從而被夾持在 進給部分(400)的進給板(430)中；以及下部支撐件(115)，其安裝在基座部分(113)的底表面處，用於支撐 基座部分，下部支撐件具有"^殳置在其內周壁處的氣密性密封構件(114)， 從而保持氣密。
3. 如權利要求1所述的化學氣相沉積(CVD)裝置，其中，轉動密 封軸(341)安裝在轉動臺架(340)的底表面處，從而緊密地接觸氣密性 密封構件(114)以保持氣密，並且隨著轉動臺架(340)的轉動而同步地 轉動。
4.如權利要求3所述的化學氣相沉積(CVD)裝置，其中，所述轉 動密封軸(341)形成為圓柱形狀，j吏得其內部中空，以允"^午轉動軸(330) 從其中穿過而插入，並且所述轉動密封軸(341)具有以穿透的方式形成在 其內的緊固孔，以允許緊固元件(342)從其中穿過而插入。
5. 如權利要求3所述的化學氣相沉積(CVD)裝置，其中，所述轉 動密封軸(341)由選自下列組中的任一種材料製成特氟龍，聚四氟乙烯(PTFE)、聚醚醚酮(PEEK)、不鏽鋼和鋁。
6. 如權利要求1所述的化學氣相沉積(CVD)裝置，其還包括位置 傳感器組件(320)，該位置傳感器組件(320)安裝在轉動軸(330)的側 部並包括盤狀指向位置指示構件(321),用於在轉動時指示加熱器H的 指向位置；以及指向位置識別傳感器(322)，用於識別加熱器(H)由位 置指示傳感器(321)所指示的指向位置。
7. —種通過使用控制系統(500 )控制如權利要求1 - 6所述的化學氣 相沉積(CVD)裝置的方法，該控制系統(500)包括氣體控制部分(510),用於控制氣體從氣體供應部分(G)的供應和 中斷；位置傳感器控制部分(520),用於接收來自於位置傳感器組件(320) 且指示出晶片(W)在加熱器(H)上的指向位置的信息的信號；加熱器控制部分(530);加熱器電源(540);進給馬達控制部分(550),用於控制進給馬達(440);和 馬達控制部分(560)，用於控制轉動加熱器(H)的馬達(310); 該方法包括下列步驟加熱器上升步驟(S610)，其中當開始沉積過程時，中央處理單元 (CPU,570)將控制信號傳送到進給馬達(440)，以促〗吏進給馬達的轉動 力傳遞到進給螺杆(420 ),從而向上移動進給板(430)以抬起加熱器(H);氣體供應開始步驟(S620 )，其中CPU (570 )將控制信號傳送到氣體控制部分(510)，以允許氣體供應部分供應氣體；轉動開始步驟(S630 )，其中CPU (570 )將控制信號傳送到馬達控制 部分(560)，以轉動加熱器(H);氣體供應停止步驟(S640 )，其中在沉積過程已經終止後，CPU (570) 將控制信號傳送到氣體控制部分(510)，以促使氣體供應部分(G)停止供應氣體；指向位置確認和轉動停止步驟(S650 ),其中CPU (570 )從位置傳感 器控制部分(520)接收控制信號，以確認加熱器(H)是否定位在沉積過 程開始時的指向位置，如果加熱器(H)定位在沉積過程開始時的指向位 置，則將控制信號傳送到馬達控制部分(560),以促使馬達控制部分(560) 使加熱器(H)停止轉動；以及加熱器降低步驟(S660 )，其中CPU (570 )將控制信號傳送到進給馬 達控制部分(550 )，以促使進給馬達(440 )將反向轉動力傳遞到進給螺杆 (420)，以促使進給板(430)向下移動從而降低加熱器(H)。
8.如權利要求7所述的方法，其中，轉動開始步驟(S630)包括使 加熱器(H)從較低速度到較高速度逐步加速以使加熱器(H)開始轉動， 並且指向位置確認和轉動停止步驟(S650)包括使加熱器(H)從較高速 度到較低速度逐步減速以使加熱器(H)停止。
9.如權利要求7所述的方法，其中，加熱器(H)的轉速介於2 JL/ 秒到15力秒的範圍內。
全文摘要
本發明涉及一種具有轉動型加熱器的化學氣相沉積(CVD)裝置。具體地，本發明的CVD裝置的有益效果在於，其包括用於轉動加熱器的馬達和用於檢測加熱器的指向位置的位置傳感器組件，使得在沉積時沉積在晶片上的薄膜能夠通過加熱器的轉動而形成一致的厚度，而不管反應氣體不均勻地流入到反應室中，並且能夠確保晶片在沉積過程開始和結束時的指向位置彼此相同，從而使晶片在加熱器上沿預定方向定向。
文檔編號H01L21/205GK101203941SQ200680022407
公開日2008年6月18日 申請日期2006年6月23日 優先權日2005年6月24日
發明者嚴枰鎔 申請人:株式會社Eugene科技