可准确调整温度的承载盘及薄膜沉积装置的制作方法

1.本发明有关于一种可准确调整温度的承载盘，尤指一种应用该承载盘的薄膜沉积装置，可依据量测的温度分别调整承载盘的各个区域的温度，使得承载盘可产生均匀且准确的温度。


背景技术：

2.化学气相沉积(cvd)、物理气相沉积(pvd)及原子层沉积(ald)皆是常用的薄膜沉积设备，并普遍被使用在集成电路、发光二极管及显示器等制程中。
3.沉积的设备主要包括一腔体及一承载盘，其中承载盘位于腔体内，并用以承载至少一晶圆。以物理气相沉积为例，腔体内需要设置一靶材，其中靶材面对承载盘上的晶圆。在进行物理气相沉积时，可将惰性气体及/或反应气体输送至腔体内，并分别对靶材及承载盘施加偏压，其中承载盘还会加热承载的晶圆。腔体内的惰性气体会因为高压电场的作用，形成离子化的惰性气体。离子化的惰性气体会受到靶材上的偏压吸引而轰击靶材。从靶材溅出的靶材原子或分子会受到承载盘上的偏压吸引，并沉积在加热的晶圆的表面，以在晶圆的表面形成薄膜。
4.具体而言，承载盘产生的偏压及温度的稳定度会对晶圆表面的薄膜沉积质量造成相当大的影响，为此如何使得承载盘产生稳定的温度及偏压，是薄膜沉积制程中重要的课题之一。


技术实现要素：

5.如先前技术所述，在进行沉积制程时通常需要通过加热承载盘，以在晶圆的表面沉积薄膜，并提高沉积在晶圆表面的薄膜的均匀度。为此本发明提出一种新颖的承载盘，主要依据温度感测单元量测的承载盘温度，分别调整承载盘不同区域的温度，使得承载盘可快速且准确的达到默认温度，以提高晶圆表面形成的薄膜的均匀度。
6.本发明的一目的，在于提出一种可准确调整温度的承载盘，主要包括至少一加热单元、至少一冷却单元、一导热盘及至少一温度感测单元。加热单元、导热盘及冷却单元以层迭方式设置，其中导热盘位于加热单元及冷却单元之间。加热单元较靠近承载盘承载的晶圆，并用以提高晶圆的温度，而冷却单元离承载盘承载的晶圆较远，并用以降低晶圆的温度。
7.此外导热盘包括至少一凸起部及/或至少一穿孔部及/或至少一凹陷部，使得冷却单元经由导热盘连接加热单元时，会在冷却单元及加热单元之间形成至少一隔离空间，以减少导热盘与加热单元及冷却单元之间的接触面积。通过导热盘的设置，可防止冷却单元由加热单元吸收过多的热量，而造成加热单元无法有效提高承载盘及晶圆的温度。
8.本发明的一目的，在于提出一种可准确调整温度的承载盘，主要包括至少一加热单元、至少一冷却单元及至少一温度感测单元，其中冷却单元包括一第一冷却管线。加热单元包括两个加热线圈，分别设置在承载盘的径向内侧区及径向外侧区。
9.一控制单元电性连接温度感测单元，并依据温度感测单元量测的温度及一默认温度，分别调整第一冷却管线输送的冷却流体的流量及/或温度，以及调整输入两个加热线圈的电源讯号的大小，使得承载盘快速且准确地达到默认温度。
10.本发明的一目的，在于提出一种可准确调整温度的承载盘，其中第一冷却管线分别连接一第一输入管线及一第一输出管线，并通过第一输入管线将一第一冷却流体输送至第一冷却管线，而后经由第一输出管线将第一冷却流体输出第一冷却管线。
11.此外，在第一输出管在线套设一冷却套管，其中冷却套管连接第二输入管线及第二输出管线。第二输入管线将一第二冷却流体输送至冷却套管，并经由第二输出管线将第二冷却流体输出冷却套管，以降低第一输出管线内的第一冷却流体的温度，使得连接第一输出管线的流量检测器不会因为第一冷却流体的温度过高而毁损。
12.为了达到上述的目的，本发明提出一种可准确调整温度的承载盘，包括：一承载单元，包括一承载面用以承载至少一晶圆；至少一加热单元，包括至少一第一加热线圈及至少一第二加热线圈，其中第一加热线圈设置于承载盘的一径向靠外侧区，而第二加热线圈则设置于承载盘的一径向靠内侧区，且第一加热线圈及第二加热线圈为独立加热；至少一冷却单元，包括至少一第一冷却管线用以输送一第一冷却流体，其中加热单元及冷却单元层迭设置，且加热单元较冷却单元靠近承载单元的承载面；一导热盘，位于冷却单元及加热单元之间，并包括至少一凸起部或至少一穿孔部或至少一凹陷部，使得设置在导热盘两侧的加热单元及冷却单元之间具有至少一隔离空间；至少一温度感测单元，设置于承载单元，并用以量测承载单元的温度；及一控制单元，电性连接温度感测单元，并依据温度感测单元量测的温度，调整输送至第一冷却管线的第一冷却流体的流量。
13.本发明提供一种薄膜沉积装置，包括：一腔体，包括一容置空间；一承载盘，位于容置空间内，包括：一承载单元，包括一承载面用以承载至少一晶圆；至少一加热单元，包括至少一第一加热线圈及至少一第二加热线圈，其中第一加热线圈设置于承载盘的一径向靠外侧区，而第二加热线圈则设置于承载盘的一径向靠内侧区，且第一加热线圈及第二加热线圈为独立加热；至少一冷却单元，包括至少一第一冷却管线用以输送一第一冷却流体，其中加热单元及冷却单元层迭设置，且加热单元较冷却单元靠近承载单元的承载面；一导热盘，位于冷却单元及加热单元之间，并包括至少一凸起部或至少一穿孔部或至少一凹陷部或至少一凹陷部，使得设置在导热盘两侧的加热单元及冷却单元之间具有至少一隔离空间；至少一温度感测单元，设置于承载单元，并用以量测承载单元的温度；及一控制单元，电性连接温度感测单元，并依据温度感测单元量测的温度，调整输送至第一冷却管线的第一冷却流体的流量；及至少一进气口，流体连接腔体的容置空间，并用以将一制程气体输送至容置空间。
14.所述的承载盘及薄膜沉积装置，其中冷却单元包括至少一第二冷却管线用以输送一第二冷却流体，第一冷却管线环绕设置在第二冷却管线的外侧。
15.所述的承载盘及薄膜沉积装置，包括一第一输入管线、一第一输出管线及一第一流量控制阀，第一输入管线及第一输出管线连接第一冷却管线，第一流量控制阀流体连接第一输入管线，而控制单元依据温度感测单元量测的温度控制第一流量控制阀，以调整第一输入管线输送至第一冷却管线的第一冷却流体的流量。
16.所述的承载盘及薄膜沉积装置，包括：一第一输入管线，连接第一冷却管线；一第
一输出管线，连接第一冷却管线，其中第一输入管线将第一冷却流体输入第一冷却管线，且第一冷却流体经由第一输出管线输出第一冷却管线；一冷却套管，设置在第一输出管在线，并接触第一输出管线；一第二输入管线，连接冷却套管；一第二输出管线，连接冷却套管，其中第二输入管线将一第二冷却流体输送至冷却套管，且第二冷却流体经由第二输出管线输出冷却套管，以通过冷却套管降低第一输出管线输出的第一冷却流体的温度。
17.所述的承载盘及薄膜沉积装置，其中控制单元依据温度感测单元感测的温度，分别调整输入第一加热线圈及第二加热线圈的一电源讯号的大小。
18.所述的薄膜沉积装置，包括一支撑件连接并驱动承载盘位移，而第一输入管线、第一输出管线、冷却套管、第二输入管线及第二输出管线位于支撑件内。
19.本发明的有益效果是：提供一种新颖的承载盘，主要依据温度感测单元量测的承载盘温度，分别调整承载盘不同区域的温度，使得承载盘可快速且准确的达到默认温度，以提高晶圆表面形成的薄膜的均匀度。
附图说明
20.图1为本发明可准确调整温度的承载盘一实施例的剖面示意图。
21.图2为本发明可准确调整温度的承载盘一实施例的剖面分解示意图。
22.图3为本发明可准确调整温度的承载盘一实施例的俯视透视图。
23.图4为本发明可准确调整温度的承载盘的导热盘一实施例的俯视图。
24.图5为本发明可准确调整温度的承载盘又一实施例的剖面示意图。
25.图6为本发明可准确调整温度的承载盘又一实施例的俯视透视图。
26.图7为本发明应用承载盘的薄膜沉积装置一实施例的剖面示意图。
27.附图标记说明：10-承载盘；101-径向靠外侧区；103-径向靠内侧区；11-承载单元；110-设置空间；111-承载面；115-底盘；12-晶圆；13-加热单元；131-第一加热线圈；133-第二加热线圈；14-导热盘；141-凸起部；142-隔离空间；143-穿孔部；15-冷却单元；151-第一冷却管线；1511-第一输入管线；1513-第一输出管线；153-第二冷却管线；161-第一流量控制阀；17-温度感测单元；171-第一温度感测单元；173-第二温度感测单元；18-导热气体输送管线；19-控制单元；20-薄膜沉积装置；21-腔体；211-进气口；212-进出料口；213-顶板；215-下腔体；217-绝缘部；23-支撑件；24-靶材；25-盖环；26-容置空间；27-挡件；271-环形凸缘；28-驱动单元；30-承载盘；35-冷却单元；351-第一冷却管线；3511-第一输入管线；3513-第一输出管线；3515-流量检测器；353-冷却套管；3531-第二输入管线；3533-第二输出管线。
具体实施方式
28.请参阅图1至图3，分别为本发明可准确调整温度的承载盘一实施例的剖面示意图、剖面分解示意图及俯视透视图。如图所示，承载盘10用以承载至少一晶圆12，主要包括一承载单元11、至少一加热单元13、一导热盘14、至少一冷却单元15、至少一温度感测单元17及一控制单元19，其中承载单元11包括一承载面111用以承载晶圆12，例如承载单元11可以是钛盘。加热单元13及冷却单元15层迭设置，而导热盘14则位于加热单元13及冷却单元15之间，其中加热单元13较冷却单元15靠近承载单元11的承载面111及承载的晶圆12。
29.加热单元13包括至少一第一加热线圈131及至少一第二加热线圈133，其中第一加热线圈131及第二加热线圈133可以是加热丝。在使用时可分别将一电流输入第一加热线圈131及第二加热线圈133，并通过第一加热线圈131及第二加热线圈133以电阻加热的方式加热承载盘10及/或承载单元11。在本发明另一实施例中，第一及第二加热线圈131/133可以是感应线圈。
30.承载盘10可为圆盘状，其中第一加热线圈131设置在承载盘10的一径向靠外侧区101，而第二加热线圈133则设置在承载盘10的一径向靠内侧区103，其中径向靠外侧区101及径向靠内侧区103的外观并不一定圆形或圆环状。
31.在实际应用时可将一第一电源讯号传送至第一加热线圈131，并将一第二电源讯号传送到第二加热线圈133，其中第一电源讯号及第二电源讯号可以是独立的讯号，并可分别调整第一加热线圈131及第二加热线圈133的加热效率，以改变承载盘10靠外侧(外圈)的径向靠外侧区101及靠内侧(内圈)的径向靠内侧区103的温度。
32.第一加热线圈131及第二加热线圈133可具有多个弯折部，以增加第一加热线圈131及第二加热线圈133与承载盘10的径向靠外侧区101及径向靠内侧区103的接触面积。
33.在实际应用时，部分的第一加热线圈131可能会延伸到径向靠内侧区103，而部分的第二加热线圈133则可能会延伸到径向靠外侧区101。因此本发明的权利范围并不局限在第一加热线圈131全部位于径向靠外侧区101，或第二加热线圈133全部位于径向靠内侧区103。
34.在本发明实施例中，冷却单元15包括一第一冷却管线151及一第二冷却管线153，其中第一冷却管线151位于承载盘10的径向靠外侧区101，而第二冷却管线153则位于承载盘10的径向靠内侧区103。第一冷却管线151及第二冷却管线153为管体，并用以输送冷却流体，例如水。在实际应用时，冷却单元15亦可只包括第一冷却管线151。
35.第一冷管线151及第二冷却管线153可为流体分离，其中第一冷却管线151用以输送一第一冷却流体，而第二冷却管线153则用以输送一第二冷却流体，并可分别控制输入第一冷却流体及第二冷却流体的流量，以调整第一冷却管线151及第二冷却管线153的冷却效率。
36.在本发明中主要在承载盘10上同时设置加热单元13及冷却单元15，因此可以较快的速度调整承载盘10的温度，不论是升温或降温。此外加热单元13通过第一及第二加热线圈131/133分别加热承载盘10不同区域的温度，而冷却单元15则通过第一及第二冷却管线151/153分别冷却承载盘10不同区域的温度，可使得承载盘10的温度更均匀及准确。
37.导热盘14位于冷却单元15及加热单元13之间，其中冷却单元15可经由导热盘14通过热传导的方式降低加热单元13及/或承载单元11的温度。导热盘14可以是热导率较高的材质，例如金属。
38.在实际应用时，冷却单元15往往会通过导热盘14由加热单元13及承载单元11吸收过多的热量，导致加热单元13无法有效提高承载单元11及晶圆12的温度。
39.为此本发明将导热盘14设计为具有至少一凸起部141及/或至少一穿孔部143及/或至少一凹陷部，如图4所示，其中凸起部141及/或至少一穿孔部143及/或至少一凹陷部设置在导热盘14与加热单元13及/或冷却单元15接触的表面上。通过在导热盘14上设置凸起部141及/或穿孔部143及/或至少一凹陷部，可使得设置在导热盘14两侧的冷却单元15及加
热单元13之间形成至少一隔离空间142，并减少冷却单元15与导热盘14的接触面积，及减少导热盘14与加热单元13的接触面积。
40.通过导热盘14的使用，可减少冷却单元15经由导热盘14从加热单元13及承载单元11吸收过多的热量，并有利于加热单元13提高承载单元11及/或晶圆12的温度。在实际应用时，可依据制程温度的需求，选择在导热盘14上设置不同数量及/或面积的凸起部141及/或穿孔部143，以改变导热盘14与冷却单元15及/或加热单元13的接触面积。
41.温度感测单元17设置在承载盘10内，并用以量测承载盘10的温度。具体而言，温度感测单元17可设置在承载单元11上，并靠近承载单元11的承载面111，以准确量测晶圆12的温度。
42.控制单元19电性连接温度感测单元17，并接收温度感测单元17量测的温度，其中控制单元19可以是计算机、微处理器等。此外控制单元19可依据温度感测单元17量测的温度，调整第一冷却管线151及/或第二冷却管线153的冷却流体的流量及/或温度，以降低径向靠外侧区101及径向靠内侧区103的温度。
43.在本发明一实施例中，第一冷却管线151流体连接一第一输入管线1511及一第一输出管线1513，其中第一输入管线1511将第一冷却流体输送至第一冷却管线151，而第一冷却管线151则将第一冷却流体输送至第一输出管线1513。第一输入管线1511可流体连接一第一流量控制阀161，而控制单元19可连接并控制第一流量控制阀161，并调整输送至第一冷却管线151的第一冷却流体的流量。具体而言，控制单元19可依据温度感测单元17量测的温度控制第一流量控制阀161，以调整第一输入管线1511输送至第一冷却管线151的第一冷却流体的流量。此外控制单元19亦可通过类似的构造及方式，调整输入第二冷却管线153的第二冷却流体的流量，并可分别降低承载盘10上不同区域的温度。
44.此外控制单元19亦可依据温度感测单元17量测的温度，调整输入第一加热线圈131及第二加热线圈133的电源讯号的大小，以分别调整第一加热线圈131及第二加热线圈133的加热效率。
45.在实际应用时可对控制单元19输入一默认温度，而控制单元19可依据默认温度及温度感测单元17量测的温度，调整第一冷却管线151及第二冷却管线153的冷却效率，并调整第一加热线圈131及第二加热线圈133的加热效率，使得承载盘10、承载单元11及晶圆12快速达到默认温度。
46.在本发明一实施例中，温度感测单元17的数量可为复数个，例如温度感测单元17的数量可为两个，其中第一及第二温度感测单元171/173分别设置在承载盘10及/或承载单元11的径向靠外侧区101及径向靠内侧区103。
47.在本发明一实施例中，承载单元11的外观可为罩体，并包括一设置空间110。加热单元13、导热盘14及/或冷却单元15可设置在承载单元11的设置空间110内，承载单元11可连接一底盘115，用以覆盖承载单元11的设置空间110，并将加热单元13、导热盘14及/或冷却单元15限制在承载单元11及底盘115之间的设置空间110内。
48.在本发明另一实施例中，承载盘10可于加热单元13及冷却单元15的下方设置一导电部，其中导电部可以是盘状的导体。导电部可连接一偏压电源，并通过偏压电源在导电部上形成偏压，以吸引晶圆12上方的电浆。偏压电源可以是交流电源或直流电源，并用以在导电部上形成交流偏压或直流偏压。在不同实施例中，亦可于导电部及加热单元13之间设置
一绝缘导热单元，以电性隔离加热单元13及导电部。
49.请参阅图5及图6，分别为本发明可准确调整温度的承载盘一实施例的剖面示意图及俯视透视图。如图所示，承载盘30用以承载至少一晶圆12，主要包括一承载单元11、至少一加热单元13、一导热盘14、至少一冷却单元35、至少一温度感测单元17及一控制单元19，其中承载单元11包括一承载面111用以承载晶圆12，例如承载单元11可以是钛盘。加热单元13及冷却单元35层迭设置，而导热盘14则位于加热单元13及冷却单元35之间，其中加热单元13较冷却单元35靠近承载单元11的承载面111及承载的晶圆12。
50.在本发明实施例中，冷却单元35包括第一冷却管线351，其中第一冷却管线351流体连接一第一输入管线3511及一第一输出管线3513，其中第一输入管线3511将第一冷却流体输送至第一冷却管线351，而第一冷却管线351则将第一冷却流体输送至第一输出管线3513。输送至第一冷却管线351的第一冷却流体经由导热盘14吸收加热单元13及承载单元11的热量，使得由第一输出管线3513出的冷却流体的温度会高于第一输入管线3511。
51.具体而言，本发明实施例的第一冷却管线351分布在承载单元11上的范围及/或面积较第一冷却管线151广，因此在本发明实施例中不需要设置第二冷却管线153。
52.在实际应用时，第一输出管线3513通常会流体连接一流量检测器3515，其中流量检测器3515用以检测第一输出管线3513上第一冷却流体的流量，以确保第一冷却流体在第一冷却管线351内正常流动。然而当第一输出管线3513内的第一冷却流体的温度过高时，往往会导致流量检测器3515损坏。
53.为了避免上述情形发生，本发明进一步在第一输出管线3513上设置一冷却套管353，并使得冷却套管353接触第一输出管线3513，其中冷却套管353连接一第二输入管线3531及一第二输出管线3533。第二输入管线3531将一第二冷却流体输送至冷却套管353，且第二冷却流体经由第二输出管线3533输出冷却套管353。位于冷却套管353内的第二冷却流体会接触第一输出管线3513，并通过热传导的方式吸收第一输出管线3513内的第一冷却流体的热量，以降低第一输出管线3153内的第一冷却流体的温度，并避免流量检测器3515损坏。
54.请参阅图7，为本发明应用承载盘的薄膜沉积装置一实施例的剖面示意图。如图所示，薄膜沉积装置20主要包括至少一承载盘10/30及一腔体21，其中腔体21包括一容置空间26，而承载盘10/30则位于容置空间26内，并用以承载至少一晶圆12。
55.在本发明一实施例中，薄膜沉积装置20可以是物理气相沉积装置，并于腔体21内设置一靶材24，其中靶材24面对承载盘10/30及/或晶圆12。在本新型一实施例中，腔体21可包括一顶板213及一下腔体215，其中顶板213通过一绝缘部217连接下腔体215，以在两者之间形成容置空间26，而靶材24则设置在顶板213并面对承载盘10/30及/或晶圆12。
56.腔体21设置至少一进气口211，其中进气口211流体连接腔体21的容置空间26，并用以将一制程气体输送至容置空间26内，以进行沉积制程，例如制程气体可以是惰性气体或反应气体。此外亦可于腔体21上设置一抽气口，并通过帮浦经由抽气口将腔体21内的气体抽出。
57.挡件27设置在腔体21的容置空间26内，并位于承载盘10/30的周围区域。具体而言，挡件27的一端连接腔体21，而另一端则形成一开口。在本发明一实施例中，挡件27未连接腔体21的一端可形成一环形凸缘271，其中环形凸缘271位于挡件27的开口周围，并可将
盖环25设置在挡件27的环形凸缘271上。
58.腔体21可包括一进出料口212，用以输送晶圆12。承载盘10/30可连接一支撑件23，其中驱动单元28通过支撑件23连接并驱动承载盘10/30相对于挡件27位移。在本发明一实施例中，可于支撑件23内设置复数个导电线路、第一/第二输入管线1511/3511/3531、冷却套管353、流量检测器3515、第一/第二输出管线1513/3513/3533、讯号传输线路及/或导热气体输送管线18，其中导电线路分别连接及输入电源讯号给第一加热线圈131及第二加热线圈133，而讯号传输线路则连接温度感测单元17及控制单元19。
59.在本发明实施例中，以物理气相沉积装置作为发明的实施例，但物理气相沉积装置并非本发明权利范围的限制，在实际应用时本发明所述的承载盘10/30亦可应用在化学气相沉积装置或原子层沉积装置上，基本上只要薄膜沉积装置的承载盘10/30需要加热及产生偏压，都适用本发明所述承载盘10/30。
60.本发明优点：
61.提供一种新颖的承载盘，主要依据温度感测单元量测的承载盘温度，分别调整承载盘不同区域的温度，使得承载盘可快速且准确的达到默认温度，以提高晶圆表面形成的薄膜的均匀度。
62.以上所述，仅为本发明的一较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，即凡依本发明申请专利范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的申请专利范围内。