TW201408811A - 多流向原子層沈積系統 - Google Patents
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Abstract
本創作以多流向原子層沈積系統取代一般單流向技術，主要是在原子層沈積過程中，藉由調整前驅物的流向，使前驅物能均勻分佈到工件表面，達到鍍膜品質穩定與均勻性；本創作主要作法是在原子層沈積系統的真空腔體內，設置四組前驅物進排氣孔及氣體檢測感應器，藉由進排氣孔的順序控制，以精密控制前驅物的流向，使前驅物能均勻分佈在工件表面，並監控前驅物排氣情形，以求達到良好鍍膜品質外，還可減少排氣孔堵塞，及有效節省材料。另本創作設計一可分離式角錐形外罩，當需3D立體元件鍍膜時，可快速更換外罩進行3D立體元件鍍膜。本創作經由改變管線設計配置，及修改製程腔體結構，增加多流向設計與3D立體元件鍍膜功能，將有效提升產品穩定、方便及實用性，並增加設備附加價值。
Description
本創作為原子層沈積系統的創新結構，將多流向設計與3D立體鍍膜功能做結合，以提升產品穩定、方便及實用性。主要做法為在四角方形真空腔體角落，各增設一組進排氣孔，且於進排氣孔附近各裝設氣體檢測感應器，使原子層沈積過程中，其前驅物的流動達到多流向的功效，還可監控前驅物排氣情形，以求達到良好鍍膜品質外，亦可減少排氣孔堵塞，並對進氣量進行警告與自動控制，可有效節省材料。本創作另有一可分離式角錐形外罩，於罩頂內設置一組前驅物進氣孔，當需要進行3D立體元件鍍膜時，可換上角錐形外罩，並連接預備之前驅物進氣管線，與原先下方的4組進排氣管線合併工作，產生由上而下的前驅物垂直流場，以便完成3D立體元件鍍膜，此創作有效提升產品穩定、方便及實用性，並增加設備附加價值。
原子層沈積(Atomic layer deposition，ALD)薄膜技術隨著半導體和面板產業的發展而進步神速，為因應產業的需求，開發出許多國產的原子層沈積系統，許多產品已愈來愈具國際競爭力。雖然我國在原子層沈積薄膜技術的發展，仍有許多瓶頸有待突破，尤其是真空技術方面，仍需要投入更多的研發。然而由於產業的群聚效應，使得原子層沈積系統蓬勃發展，極有
機會成為我國重要的精密設備產業。
水平式原子層沈積系統，如圖1所示，腔體內具備進氣與排氣孔，進氣孔1位於腔體上方，主要負責提供前驅物和高純度氮氣清潔；排氣孔2位於腔體下方，主要負責排除多餘前驅物。當前驅物氣體從進氣孔進入後，和試片進行化學吸附反應完後，再由排氣孔將多餘的前驅物排出，接著由進氣孔噴入高純度氮氣清潔腔體後，再進行下一個反應，如此不斷的循環累積，以達到鍍膜的效果。
此種水平式原子層沈積系統，經實驗結果發現，雖已達到良好鍍膜品質，但因僅有一進氣一排氣之單一流場方向，如圖2所示。此單一流場方向鍍膜均勻度仍有些微的差異，尤其是對於非對稱形狀的待鍍物件，差異更為明顯，且不適合用於立體物件鍍膜；而單一排氣孔的設計，有時會因為操作不慎，而通入過多的前驅物，結果抽出的前驅物於排氣閥門上反應鍍膜，造成閥門堵塞，失去排氣功能。故若能改變管線設計配置，及修改製程腔體結構，增加多流向設計和3D立體元件鍍膜功用，將能大幅提升原子層沈積系統於非對稱形狀的鍍膜效果和3D立體鍍膜的能力。
查專利201002854號「高速原子層沈積裝置及方法」，以及專利540093號「原子層沈積系統以及方法」等專利前案，係採用一進氣一排氣，或多進氣一排氣的流場方式沈積薄膜，而非本創作所提出的多流向3D原子層沈積系統。
為了讓原子層沈積系統達到多流向與3D立體鍍膜之功能，本創作於四角方形真空腔體角落各增設一組進排氣孔，且於各進排氣孔附近，裝設氣體檢測感應器，使其達到多流向原子層沈積功效，還可監控前驅物排氣情形，以求達到良好鍍膜品質外，還可減少排氣孔堵塞，並有效節省材料。本創作另有一可分離式角錐形外罩，於罩頂內設置一前驅物進氣孔，當需進行3D立體元件鍍膜時，可換上角錐形外罩，並連接預備之前驅物進氣管線，與原先下方的4組進排氣管線合併工作，產生由上而下的前驅物垂直流場，以便完成3D立體元件鍍膜。此創作有效提升產品穩定、方便及實用性，並增加設備附加價值。各結構設計功能如下：
(1)四角方形真空腔體：於腔體的4個角落分別各開設1組進排氣孔，以多流向進排氣控制，改良原子層沈積系統鍍膜品質，並可增加非對稱性試片的鍍膜均勻性。另於各進排氣孔附近安裝氣體檢測感應器，可監控前驅物排氣情形，並對進氣量進行警告與自動控制，可有效減少前驅物浪費和避免排氣閥門堵塞。
(2)分離式角錐形外罩：於罩頂內另設置一前驅物進氣孔，當需要進行3D立體元件鍍膜時，可換上角錐形外罩，並連接預備之前驅物進氣管線，與原先下方的4組進排氣管線合併工作，產生由上而下的前驅物垂直流場，以便完成3D立體
元件鍍膜。此創作可提升產品穩定、方便及實用性，並增加設備附加價值。
經由本創作的實施，將基本的水平式原子層沈積系統，擴充改良成可多流向控制、自動調整前驅物供應量，和具備3D立體元件鍍膜的原子層沈積功能結合為一系統，可大大提升設備的附加價值。本創作主要可以達到：
(1)多流向原子層沈積：多流向前驅物進排氣，可改良原子層沈積系統鍍膜品質，並增加非對稱性試片的鍍膜均勻性，操作與維護簡單、方便、迅速，適合一般廠商或小型實驗室進行研究發展與量產使用。
(2)減少前驅物浪費：於排氣口附近安裝氣體檢測感應器，監控前驅物排氣情形，對前驅物進氣量進行警告與自動控制，可有效減少前驅物浪費和避免排氣閥門堵塞。
(3)3D立體元件原子層沈積：可方便更換分離式角錐形外罩，且安裝過程簡易，僅需連接預備之前驅物進氣管線，與原先下方的4組進排氣管線合併工作，產生由上而下的前驅物垂直流場，以便完成3D立體元件鍍膜。此創作可提升產品穩定、方便及實用性，並增加設備附加價值。
以下結合附圖及實施例對本創作進一步詳細說明。請參閱圖3本實施例之多流向原子層沈積系統示意圖，包括控制面板3；該面板包括腔體溫度控制器31、管路溫度控制器32、前驅
物控制器33及緊急按鈕34，如圖4所示，原子層沈積系統控制面板4，和四角方形真空腔體5；該腔體5包括一載台50，用於放置試片51；及四組進排氣孔，分別是左上進氣孔52與左上排氣孔53、左下進氣孔54與左下排氣孔55、右上進氣孔56與右上排氣孔57，右下進氣孔58與右下排氣孔59，用於多流向前驅物進氣與排氣；和氣體檢測感應器6，用於監控前驅物排氣情形，結構圖如圖5所示。本創作另有一可分離式角錐形外罩7，於罩頂內另設置一角錐外罩之前驅物進氣孔8，如圖6所示，當需要進行3D立體元件鍍膜時，可換上角錐形外罩，並連接預備之前驅物進氣管線，與原先下方的4組進排氣管線合併工作，產生由上而下的垂直流場，以便完成3D立體元件鍍膜。各前驅物流場方向詳細實施情形和執行步驟如下：
(1)如圖7所示，將試片51放置載台50，由左上進氣孔52通入前驅物，與試片51反應後，於右下排氣孔59將多餘的前驅物排出，產生左上進右下出的前驅物流場1。
(2)如圖8所示，由右上進氣孔56通入前驅物，與試片51反應後，於左下排氣孔55將多餘的前驅物排出，產生右上進左下出的前驅物流場2。
(3)如圖9所示，由右下進氣孔58通入前驅物，與試片51反應後，於左上排氣孔53將多餘的前驅物排出，產生右下進左上出的前驅物流場3。
(4)如圖10所示，由左下進氣孔54通入前驅物，與試片51反應後，於右上排氣孔57將多餘的前驅物排出，產生左下進右上
出的前驅物流場4。
(5)如此不斷的持續進行原子層沈積週期循環，累積鍍膜至所需要的厚度後停止。
(6)如圖11所示，若待鍍物試片51為3D立體元件時，可換上角錐形外罩7，並連接預備之前驅物進氣管線，與原先下方的4組進排氣管線合併工作，產生由上而下的前驅物垂直流場，如圖12所示，以便完成3D立體元件鍍膜，
本創作的另一實施例如下，於四角方形真空腔體5四個角落各增設一組進排氣孔，當腔體通入前驅物與試片反應後，將形成前驅物流場1、前驅物流場2、前驅物流場3、前驅物流場4，共四組流場，如圖7~10所示。此多流向前驅物進排氣功用，可改良原子層沈積系統鍍膜品質，並增加非對稱性試片的鍍膜均勻性，操作與維護簡單、方便、迅速，適合一般廠商或小型實驗室進行研究發展與量產使用。
本創作的另一實施例如下，於四組進排氣孔附近各裝設氣體檢測感應器6，監控前驅物排氣情形，對前驅物進氣量進行警告與自動控制，可有效減少前驅物浪費和避免排氣閥門堵塞，因此本創作可大大節省材料與能源。
本創作又另一實施例如下，可分離式角錐形外罩7，於罩頂內另設置一前驅物進氣孔8，如圖6所示，當需要進行3D立體元件鍍膜時，可換上角錐形外罩，並連接預備之前驅物進氣管線，與原先下方的4組進排氣管線合併工作，產生由上而下
的前驅物垂直流場，如圖12所示，以便完成3D立體元件鍍膜，此創作可有效提升產品方便與實用性，並增加設備附加價值。
綜上所述，本創作可有效提升原子層沈積系統的附加功能，達到多流向和3D立體鍍膜。本創作於四角方形真空腔體四個角落各增設一組進排氣孔，當腔體通入前驅物與試片反應後，將形成前驅物流場1、前驅物流場2、前驅物流場3、前驅物流場4，共四組流場，如圖7~10所示。此多流向前驅物進排氣功用，可改良原子層沈積系統鍍膜品質，並增加非對稱性試片的鍍膜均勻性，操作與維護簡單、方便、迅速，適合一般廠商或小型實驗室進行研究發展與量產使用。而本創作於四組進排氣孔附近各別裝設氣體檢測感應器6，監控前驅物排氣情形，對前驅物進氣量進行警告與自動控制，可有效減少前驅物浪費和避免排氣閥門堵塞，因此本創作可大大節省材料與能源。本創作另有一可分離式角錐形外罩7，於罩頂內另設置一前驅物進氣孔8，當需要進行3D立體元件鍍膜時，可換上角錐形外罩，並連接預備之前驅物進氣管線，與原先下方的4組進排氣管線合併工作，產生由上而下的前驅物垂直流場，如圖12所示，以便完成3D立體元件鍍膜，此創作可有效提升產品穩定、方便及實用性，並增加設備附加價值，皆未曾見於各種文獻或成品中，具有新穎性。因此，本創作實已符合專利要件，特此提出專利申請。
1‧‧‧進氣孔
2‧‧‧排氣孔
3‧‧‧控制面板
31‧‧‧腔體溫度控制器
32‧‧‧管路溫度控制器
33‧‧‧前驅物控制器
34‧‧‧緊急按鈕
4‧‧‧原子沈積系統控制面板
5‧‧‧四角方形真空腔體
50‧‧‧載台
51‧‧‧試片
52‧‧‧左上進氣孔
53‧‧‧左上排氣孔
54‧‧‧左下進氣孔
55‧‧‧左下排氣孔
56‧‧‧右上進氣孔
57‧‧‧右上排氣孔
58‧‧‧右下進氣孔
59‧‧‧右下排氣孔
6‧‧‧氣體檢測感應器
7‧‧‧分離式角錐形外罩
8‧‧‧角錐形外罩之前驅物進氣孔
圖1：水平式原子層沈積系統示意圖。
圖2：單一流場示意圖。
圖3：多流向原子層沈積系統示意圖。
圖4：控制面板示意圖。
圖5：製程真空腔體內部結構示意圖。
圖6：可分離式角錐外罩示意圖。
圖7：左上進右下出-前驅物流場1示意圖。
圖8：右上進左下出-前驅物流場2示意圖。
圖9：右下進左上出-前驅物流場3示意圖。
圖10：左下進右上出-前驅物流場4示意圖。
圖11：3D立體鍍膜之可分離式角錐外罩示意圖。
圖12：垂直式流場示意圖。
1‧‧‧進氣孔
2‧‧‧排氣孔
3‧‧‧控制面板
31‧‧‧腔體溫度控制器
32‧‧‧管路溫度控制器
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4‧‧‧原子沈積系統控制面板
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50‧‧‧載台
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56‧‧‧右上進氣孔
57‧‧‧右上排氣孔
58‧‧‧右下進氣孔
59‧‧‧右下排氣孔
6‧‧‧氣體檢測感應器
7‧‧‧分離式角錐形外罩
8‧‧‧角錐形外罩之前驅物進氣孔
Claims (2)
- 一種多流向原子層沈積系統，包含：一四角方形真空腔體，內部含有四組進排氣孔，進行多流向進排氣控制，改良原子層沈積系統鍍膜品質，並可增加非對稱性試片的鍍膜均勻性；多組氣體檢測感應器，可監控前驅物排氣情形，對前驅物進氣量進行警告與自動控制，減少排氣孔堵塞；一分離式角錐形外罩，於罩頂內另設置一前驅物進氣孔，當需要進行3D立體元件鍍膜時，可換上角錐形外罩，並連接預備之前驅物進氣管線，與原先下方的四組進排氣管線合併工作，產生由上而下的前驅物垂直流場，以便完成立體元件鍍膜。
- 如申請專利範圍第1項所述之多流向原子層沈積系統，其進排氣孔的數量可視需求予以增加或減少，且其真空腔體的形狀可隨進排氣孔的配置而不同。
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