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TWI480417B - 具氣幕之氣體噴灑裝置及其薄膜沉積裝置 - Google Patents

具氣幕之氣體噴灑裝置及其薄膜沉積裝置 Download PDF

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TWI480417B
TWI480417B TW101140760A TW101140760A TWI480417B TW I480417 B TWI480417 B TW I480417B TW 101140760 A TW101140760 A TW 101140760A TW 101140760 A TW101140760 A TW 101140760A TW I480417 B TWI480417 B TW I480417B
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hole
air curtain
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Ching Chiun Wang
Chih Yung Huang
Kung Liang Lin
Jung Chen Chien
Chen Der Tsai
Chien Chih Chen
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Ind Tech Res Inst
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Description

具氣幕之氣體噴灑裝置及其薄膜沉積裝置
本發明係為一種氣體噴灑技術，尤其是指一種具氣幕之氣體噴灑裝置及其薄膜沉積裝置。
有機金屬化學氣相沉積(metal organic chemical vapor deposition,MOCVD)之氣體噴灑頭(showerhead)設計是影響氣流場均勻與鍍膜速率的主要因素。目前氣體噴灑頭設計主要為設置在製程腔體之上方，且含蓋置於腔體內部之晶片載盤。氣體噴灑頭由晶片載盤之上方，朝向晶片載盤上的晶片噴灑反應氣體。
MOCVD應用於發光二極體磊晶的製程中，由氣體噴灑頭所噴灑出的反應氣體所具有之氣流場的均勻與停滯時間將是決定發光二極體色溫(LED binning)與降低成本節能的關鍵技術之一。當腔體內的反應氣體濃度均勻，且可以延長反應氣體之停滯時間，將可使反應氣體提高利用率，提高MOCVD薄膜鍍率速度，達到節能與降低成本要求。
習知之氣體噴灑頭，除了具有因腔體中央內之氣體濃度產生滯流現象，造成此中央區域不能用於沉積製程的問題之外，還會影響到晶圓邊緣波長均勻度(wavelength uniformity)分佈。為了改善氣流場的均勻度，在習用技術中，有採取噴灑頭進氣及腔體側邊抽氣的方式控制氣體進出。
雖然，真空泵的抽氣雖可以改善氣流場均勻度，不過 在製程中，當反應氣體透過氣體噴灑頭噴灑至晶片上時，由於真空泵的運作，會很快將反應氣體抽離，如此反會造成反應氣體在腔體內之反應區滯流時間縮短。當反應氣體無法於反應腔體內停滯，而被真空泵抽離腔體時，即會降低反應氣體使用率，進而影響鍍膜效率。此外，腔體內越靠近抽氣位置的區域，反應氣體之濃度低，如此也會影響到晶圓邊緣波長均勻度分佈。
本揭露提供一種具氣幕之氣體噴灑裝置及其薄膜沉積裝置，其係在氣體噴灑裝置外圍設計氣幕，以侷限住反應氣體以及控制反應氣體在製程腔體內之濃度，使反應氣體於製程腔體內之反應區停滯時間可以增加，藉以提升反應氣體利用率，提高沉積之鍍率與降低生產成本。
在一實施例中，本揭露提供一種具氣幕之氣體噴灑裝置，包括有一第一噴灑單元以及依第二噴灑單元。該第一噴灑單元，用以提供噴灑一反應氣體，以形成一製程氣體區。該第二噴灑單元，其係環設於該第一噴灑單元周圍，該第二噴灑單元更具有一緩衝氣供應腔以及一氣幕分佈板。該緩衝氣供應腔，用以提供一緩衝氣體。該氣幕分佈板，其係與該緩衝氣供應腔連接且環設於該第一噴灑單元周圍，該氣幕分佈板上具有複數個通孔，以提供該緩衝氣體通過產生包圍該製程氣體區外圍之一氣幕。
在另一實施例中，本揭露提供一種薄膜沉積裝置，包括：一製程腔體、一第一噴灑單元、一真空泵以及一第二 噴灑單元。第二噴灑單元該第一噴灑單元，其係設置於該製程腔體之上方用以提供噴灑一反應氣體進入該製程腔體，以於該製程腔體內形成一製程氣體區。該真空泵，其係與該製程腔體耦接，以對該製程腔體提供一真空負壓。該第二噴灑單元，其係設置於該製程腔體之上，且環設於該第一噴灑單元周圍，該第二噴灑單元更具有一緩衝氣供應腔以及一氣幕分佈板。該緩衝氣供應腔，其係用以提供一緩衝氣體。該氣幕分佈板，其係與該緩衝氣供應腔相連接且環設於該第一噴灑單元周圍，該氣幕分佈板上具有複數個通孔，以提供該緩衝氣體通過產生包圍該製程氣體區之一氣幕。
請參閱第1圖所示，該圖係為本發明之具氣幕之氣體噴灑裝置實施例剖面示意圖。該氣體噴灑裝置2包括有一第一噴灑單元20以及一第二噴灑單元21。該第一噴灑單元20，用以提供接收並噴灑一反應氣體90，以形成一製程氣體區92。在本實施例中，該第一噴灑單元20包括有一反應氣供應腔200以及一反應氣分佈板201。該反應氣供應腔200內具有一空間2000以提供接收經由至少一管路202進入之該反應氣體90。該反應氣分佈板201具有複數個通孔2010，可以提供該反應氣體90流出而噴灑至基板上。在本實施例中，該第一噴灑單元20之外形輪廓，係為圓形，該反應氣供應腔200以及該反應氣分佈板201亦成圓形的結構。要說明的是，雖然本實施例中的第一噴灑單元20為圓形，但並不以 該形狀為限制。此外，雖然第1圖中之第一噴灑單元僅供應一種反應氣體，但並不以此為限制，例如：該第一噴灑單元也可以為提供多種反應氣體的氣體噴灑單元。
該第二噴灑單元21，其係環設於該第一噴灑單元20周圍。在本實施例中，由於該第一噴灑單元20為圓形，因此該第二噴灑單元21成一環狀而與該第一噴灑單元20相耦接。此外，在該第一噴灑單元20與該第二噴灑單元21之間，更可以設置有一冷卻單元22，以對該第一噴灑單元20進行冷卻。要說明的是，該冷卻單元22之有無以及設置之位置係根據需求而定，並不以圖示之實施例為限制。
該第二噴灑單元21更具有一緩衝氣供應腔210以及一氣幕分佈板211。該緩衝氣供應腔210環設於該第一噴灑單元20周圍，其內具有一空間2100，用以接收一緩衝氣體91。該緩衝氣供應腔210之下方連接有該氣幕分佈板211。該氣幕分佈板211環設於該第一噴灑單元20周圍，該氣幕分佈板211上具有複數個通孔212，以提供該緩衝氣體91通過產生包圍該製程氣體區92外圍之一氣幕93。該緩衝氣體91可以選擇為與反應氣體90相同的氣體，或者是不與反應氣體90互相反應的氣體或者是惰性氣體，例如：氮氣或氦氣等，但不以此為限。
在第1圖中，該通孔212係為垂直通孔，在本實施例中係為平行於Z軸方向的垂直通孔。在另一實施例中，如第2A圖所示，其係為第二噴灑單元之氣體分佈板另一實施例剖面圖。在本實施例中，該通孔212a係為斜向通孔，與Z軸具有一夾角。第2A圖之具有斜向通孔212a之氣幕分佈板211 所產生的氣幕係為具有螺旋氣流的螺旋氣幕91a。前述第1圖與第2A圖所示的實施例中，通孔截面為圓形或者是多邊形。此外，如第2B圖所示，該圖係為本發明之第二噴灑單元之氣體分佈板另一實施例俯視示意圖。在本實施例中，該通孔212b的截面係為狹縫型的截面結構，同樣也可以產生氣幕的效果。要說明的是，該狹縫型截面之通孔212b同樣可以為如第1圖所示之垂直形的通孔或者是如第2A圖所示之具有斜角的通孔。
除此之外，如第3圖所示，該圖係為本發明整合該第一噴灑單元以及該第二噴灑單元之氣體分佈板而成單一板體之實施例俯視示意圖。在本實施例中，主要是將屬於第一噴灑單元20之反應氣分佈板201上之通孔2010以及第二噴灑單元21之氣幕分佈板211上之通孔212一起整合至板體23上。在虛線230內的區域所形成的通孔231係對應至第一噴灑模組20，以提供反應氣體通過；而在虛線230之外測的通孔232則對應第二噴灑模組21以提供緩衝氣體通過。因此透過第3圖所示的整合型板體23，可以讓緩衝氣體通過通孔232，而在反應氣體通過通孔231所形成的製程氣體區之外圍形成氣幕。
請參閱第4圖所示，該圖係為本發明之薄膜沉積裝置實施例剖面示意圖。該氣體沉積裝置3，在本實施例中沉積裝置係為機金屬化學氣相沉積之沉積裝置，但不以此為限制，例如也可以為電漿輔助化學氣相沉積(plasma enhanced CVD,PECVD)之沉積裝置、大氣壓化學氣相沈積(atmospheric pressure CVD,APCVD)之沉積裝置、低壓化 學氣相沈積((low pressure CVD,PECVD)之沉積裝置等。該沉積裝置3包括一製程腔體30、一真空泵31以及一氣體噴灑裝置2。該製程腔體30內具有一製程空間300，其內具有一承載台32，其係可以在該製程腔體30內進行Z軸方向的升降移動。該承載台32上提供承載製程所需的基板94。在一實施例中，該基板94係為發光二極體基板。該製程腔體30之兩側具有開口301以連接有該真空泵31。該真空泵31可以對該製程腔體30內之製程空間300提供一真空負壓。該氣體噴灑裝置2其係設置於該真空腔體30之上方與該真空腔體30內之製程空間300相連通。該氣體噴灑裝置2之結構係如第1圖所示，在此不做贅述。
接下來說明第4圖之運作方式，該第一噴灑單元20，其係由該製程腔體30之上方提供噴灑一反應氣體90進入該製程腔體30內的製程空間300，以於該製程空間300內形成一製程氣體區92，此時，該真空泵31，對該製程腔體30內的製程空間300進行抽真空的動作，使該製程空間300內具有真空負壓。該第二噴灑單元21，提供緩衝氣體91經由該緩衝氣供應腔2100，通過該氣幕分佈板211，經由複數個通孔212，以提供該緩衝氣體91通過產生包圍該製程氣體區92之一氣幕93。藉由該氣幕93之隔離，可以避免真空泵31所產生的抽真空的負壓吸力直接對反應氣體產生影響，以增加反應氣體90在製程空間300內的停滯時間。另外，由於氣幕93的屏蔽效果，可以使得經由該第一噴灑單元20所噴灑的反應氣體90可以保持向下而垂直地流向該基板94表面，使得反應氣體90可以充分與基板94表面接觸，而不會直接 受真空泵31所產生的真空負壓影響，進而增加反應氣體90在基板94的停滯時間，而增加鍍膜率。也因為反應氣體90在製程空間300內的停滯時間增加，因此也增加了反應氣體90的使用率。
請參閱第5A與5B圖所示，該圖係為製程空間內有無氣幕時的氣流流場示意圖。其中，第5A圖為製程空間300於沒有氣幕的情沉下所得的氣流流場示意圖，而第5B圖則為製程空間在有氣幕作用下的氣流流場示意圖。在圖5A中，可以看出在沒有氣幕作用下，反應氣體90因為承載基板94之承載台32旋轉而與大量反應氣體之氣流衝擊所造成之迴流95現象。由於第5A圖中並沒有氣幕，因此迴流氣流受到負壓的吸引，而離開製程腔體，進而減少於製程腔體內滯留的時間。反之，在第5B圖中，可以看出，以垂直氣幕93除了減緩因為基板94旋轉與大量氣流衝擊所造成之迴流現象之外，氣幕93作用可使反應氣體停留時間延長，有助於提升氣體使用率與鍍率。請參閱第6圖所示，該圖係為本發明之薄膜沉積裝置另一實施例剖面示意圖。在本實施例中，基本上與第4圖相似，差異的是本實施例之第一噴灑單元20之氣體分佈板與該第二噴灑單元21之氣體分佈板係整合單一的板體23。在本體23上透過兩個獨立的供氣管路提供反應氣體90經由通孔231而於製程腔體30內形成製程氣體區92以及提供緩衝氣體91經由通孔232而在製程氣體區92外圍形成氣幕93。
唯以上所述之具體實施例，僅係用於例釋本發明之特點及功效，而非用於限定本發明之可實施範疇，於未脫離 本發明上揭之精神與技術範疇下，任何運用本發明所揭示內容而完成之等效改變及修飾，均仍應為下述之申請專利範圍所涵蓋。
2‧‧‧氣體噴灑裝置
20‧‧‧第一噴灑單元
200‧‧‧反應氣供應腔
2000‧‧‧空間
201‧‧‧反應氣分佈板
2010‧‧‧通孔
202‧‧‧管路
21‧‧‧第二噴灑單元
210‧‧‧緩衝氣供應腔
2100‧‧‧空間
211‧‧‧氣幕分佈板
212、212a、212b‧‧‧通孔
22‧‧‧冷卻單元
23‧‧‧板體
230‧‧‧虛線
231、232‧‧‧通孔
3‧‧‧沉積裝置
30‧‧‧製程腔體
300‧‧‧製程空間
301‧‧‧開口
31‧‧‧真空泵
32‧‧‧承載台
90‧‧‧反應氣體
91‧‧‧緩衝氣體
91a‧‧‧螺旋氣流的氣幕
92‧‧‧製程氣體區
93‧‧‧氣幕
94‧‧‧基板
95‧‧‧迴流
第1圖係為本發明之具氣幕之氣體噴灑裝置實施例剖面示意圖。
第2A圖係為第二噴灑單元之氣體分佈板另一實施例剖面圖。
第2B圖係為本發明之第二噴灑單元之氣體分佈板另一實施例俯視示意圖。
第3圖係為本發明整合該第一噴灑單元以及該第二噴灑單元之氣體分佈板而成單一板體之實施例俯視示意圖。
第4圖係為本發明之薄膜沉積裝置實施例剖面示意圖。
第5A與5B圖係為製程空間內有無氣幕時的氣流流場示意圖。
第6圖係為本發明之薄膜沉積裝置另一實施例剖面示意圖。
2‧‧‧氣體噴灑裝置
20‧‧‧第一噴灑單元
200‧‧‧反應氣供應腔
2000‧‧‧空間
201‧‧‧反應氣分佈板
2010‧‧‧通孔
202‧‧‧管路
21‧‧‧第二噴灑單元
210‧‧‧緩衝氣供應腔
2100‧‧‧空間
211‧‧‧氣幕分佈板
212‧‧‧通孔
22‧‧‧冷卻單元
90‧‧‧反應氣體
91‧‧‧緩衝氣體
92‧‧‧製程氣體區
93‧‧‧氣幕

Claims (20)

  1. 一種具氣幕之氣體噴灑裝置，包括：一第一噴灑單元，用以提供噴灑一反應氣體，以形成一製程氣體區；以及一第二噴灑單元，其係環設於該第一噴灑單元周圍，該第二噴灑單元更具有：一緩衝氣供應腔，用以提供一緩衝氣體；以及一氣幕分佈板，其係與該緩衝氣供應腔連接且環設於該第一噴灑單元周圍，該氣幕分佈板上具有複數個通孔，以提供該緩衝氣體通過產生包圍該製程氣體區外圍之一氣幕。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之具氣幕之氣體噴灑裝置，其中該緩衝氣體與該反應氣體相同。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之具氣幕之氣體噴灑裝置，其中該緩衝氣體係為惰性氣體。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之具氣幕之氣體噴灑裝置，其中該第一噴灑單元更包括有：一氣體分佈板，其係具有複數個反應氣通孔；以及一反應氣供應腔，其係與該氣體分佈板連接，該反應氣供應腔提供該反應氣體進入而經由該反應氣通孔排出。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之具氣幕之氣體噴灑裝置，其中該氣體分佈板係為圓形之氣體分佈板，該反應氣供應腔係為圓形之腔室。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之具氣幕之氣體噴灑裝 置，其中該氣體分佈板與該氣幕分佈板係為一體成型之板體。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之具氣幕之氣體噴灑裝置，其中該通孔係為垂直通孔。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之具氣幕之氣體噴灑裝置，其中該通孔係為具有斜角之通孔，使該氣幕形成螺旋氣幕。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之具氣幕之氣體噴灑裝置，其中該通孔之截面係為圓形或狹縫。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之具氣幕之氣體噴灑裝置，其中該第一噴灑單元與該第二噴灑單元之間更具有一循環冷卻單元，其係環設於該第一噴灑單元外圍，該第二噴灑單元環設於該循環冷卻單元之外圍。
  11. 一種薄膜沉積裝置，包括：一製程腔體；一第一噴灑單元，其係設置於該製程腔體之上方用以提供噴灑一反應氣體進入該製程腔體，以於該製程腔體內形成一製程氣體區；一真空泵，其係與該製程腔體耦接，以對該製程腔體提供一真空負壓；以及一第二噴灑單元，其係設置於該製程腔體之上，且環設於該第一噴灑單元周圍，該第二噴灑單元更具有：一緩衝氣供應腔，其係用以提供一緩衝氣體；以及一氣幕分佈板，其係與該緩衝氣供應腔相連接且環設於該第一噴灑單元周圍，該氣幕分佈板上具有複數 個通孔，以提供該緩衝氣體通過產生包圍該製程氣體區之一氣幕。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之薄膜沉積裝置，其中該緩衝氣體與該反應氣體相同。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之薄膜沉積裝置，其中該緩衝氣體係為惰性氣體。
  14. 如申請專利範圍第11項所述之薄膜沉積裝置，其中該第一噴灑單元更包括有：一氣體分佈板，其係具有複數個反應氣通孔；以及一反應氣供應腔，其係與該氣體分佈板連接，該反應氣供應腔提供該反應氣體進入而經由該反應氣通孔排出。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之薄膜沉積裝置，其中該氣體分佈板係為圓形之氣體分佈板，該反應氣供應腔係為圓形之腔室。
  16. 如申請專利範圍第14項所述之薄膜沉積裝置，其中該氣體分佈板與該氣幕分佈板係為一體成型之板體。
  17. 如申請專利範圍第11項所述之薄膜沉積裝置，其中該通孔係為垂直通孔。
  18. 如申請專利範圍第11項所述之薄膜沉積裝置，其中該通孔係為具有斜角之通孔，使該氣幕形成螺旋氣幕。
  19. 如申請專利範圍第11項所述之薄膜沉積裝置，其中該通孔之截面係為圓形或狹縫。
  20. 如申請專利範圍第11項所述之薄膜沉積裝置，其中該第一噴灑單元與該第二噴灑單元之間更具有一循環冷 卻單元，其係環設於該第一噴灑單元外圍，該第二噴灑單元環設於該循環冷卻單元之外圍。
TW101140760A 2012-11-02 2012-11-02 具氣幕之氣體噴灑裝置及其薄膜沉積裝置 TWI480417B (zh)

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