TWI759935B - 可吹動粉末的原子層沉積裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種可吹動粉末的原子層沉積裝置，主要包括一真空腔體、一軸封裝置及一驅動單元，其中驅動單元透過軸封裝置帶動真空腔體轉動。軸封裝置包括一外管體及一內管體，其中內管體設置在外管體的容置空間內。至少一抽氣管線及至少一進氣管線位於內管體內，其中進氣管線由內管體延伸置反應空間內，並用以將一非反應氣體輸送至反應空間，以吹動反應空間內的粉末。
Description
本發明有關於一種可吹動粉末的原子層沉積裝置，其中至少一進氣管線由軸封裝置延伸至真空腔體的反應空間內，並用以將一非反應氣體輸送至反應空間，以吹動反應空間內的粉末。
奈米顆粒(nanoparticle)一般被定義為在至少一個維度上小於100奈米的顆粒，奈米顆粒與宏觀物質在物理及化學上的特性截然不同。一般而言，宏觀物質的物理特性與本身的尺寸無關，但奈米顆粒則非如此，奈米顆粒在生物醫學、光學和電子等領域都具有潛在的應用。
量子點(Quantum Dot)是半導體的奈米顆粒，目前研究的半導體材料為II-VI材料，如ZnS、CdS、CdSe等，其中又以CdSe最受到矚目。量子點的尺寸通常在2至50奈米之間，量子點被紫外線照射後，量子點中的電子會吸收能量，並從價帶躍遷到傳導帶。被激發的電子從傳導帶回到價帶時，會通過發光釋放出能量。
量子點的能隙與尺寸大小相關，量子點的尺寸越大能隙越小，經照射後會發出波長較長的光，量子點的尺寸越小則能隙越大，經照射後會發出波長較短的光。例如5到6奈米的量子點會發出橘光或紅光，而2到3奈米的量子點則會發出藍光或綠光，當然光色取決於量子點的材料組成。
應用量子點的發光二極體(LED)產生的光可接近連續光譜，同時具有高演色性，並有利於提高發光二極體的發光品質。此外亦可透過改變量子點的尺寸調整發射光的波長，使得量子點成為新一代發光裝置及顯示器的發展重點。
量子點雖然具有上述的優點及特性，但在應用或製造的過程中容易產生團聚現象。此外量子點具有較高的表面活性，並容易與空氣及水氣發生反應，進而縮短量子點的壽命。
具體來說，將量子點製作成為發光二極體的密封膠時，可能會產生團聚效應，而降低了量子點的光學性能。此外，量子點在製作成發光二極體的密封膠後，外界的氧或水氣仍可能會穿過密封膠而接觸量子點的表面，導致量子點氧化，並影響量子點及發光二極體的效能或使用壽命。量子點的表面缺陷及懸空鍵(dangling bonds)亦可能造成非輻射復合(nonradiative recombination)，同樣會影響量子點的發光效率。
目前業界主要透過原子層沉積(atomic layer deposition，ALD)在量子點的表面形成一層奈米厚度的薄膜，或者是在量子點的表面形成多層薄膜，以形成量子井結構。
原子層沉積可以在基板上形成厚度均勻的薄膜，並可有效控制薄膜的厚度，理論上亦適用於三維的量子點。量子點靜置在承載盤時，相鄰的量子點之間會存在接觸點，使得原子層沉積的前驅物無法接觸這些接觸點，並導致無法在所有的奈米顆粒的表面皆形成厚度均勻的薄膜。
為了解決上述先前技術面臨的問題，本發明提出一種可吹動粉末的原子層沉積裝置，其中至少一進氣管線由軸封裝置延伸至真空腔體的反應空間內，並透過進氣管線吹出的非反應氣體吹動反應空間內的粉末，以利於在各個粉末的表面上形成厚度均勻的薄膜。
本發明的一目的，在於提供一種可吹動粉末的原子層沉積裝置，主要包括一驅動單元、一軸封裝置及一真空腔體，其中真空腔體具有一柱狀的反應空間。柱狀的反應空間包括兩個底面及至少一側面，其中側面連接兩個底面。設置在軸封裝置內的進氣管線延伸至反應空間，並朝反應空間的側面延伸，使得進氣管線的出風口靠近位在真空腔體下半部的粉末，並有利於以進氣管線輸出的非反應氣體吹動粉末。
此外透過溫度感測單元量測粉末的溫度時，可透過進氣管線輸送的非反應氣體吹動並揚起反應空間內的粉末，使得溫度感測單元可正確的量測粉末的溫度。
本發明的一目的，在於提供一種可吹動粉末的原子層沉積裝置，其中進氣管線由軸封裝置延伸至反應空間內，並在反應空間內形成一延伸管線。延伸管線的出風口的延伸線與反應空間的側面具有一夾角，並朝反應空間的斜下方的方向輸出非反應氣體，以吹動反應空間內的粉末。
本發明的一目的，在於提供一種可吹動粉末的原子層沉積裝置，其中延伸管線穿過內管體或內管體上的過濾單元，並延伸至真空腔體的反應空間。此外延伸管線朝反應空間的側面延伸，其中延伸管線的出風口朝向軸封裝置或蓋板，並朝軸封裝置或蓋板的方向吹出非反應氣體。
為了達到上述的目的，本發明提出一種可吹動粉末的原子層沉積裝置，包括：一真空腔體，包括一反應空間用以容置複數個粉末；一軸封裝置，包括一外管體及一內管體，其中外管體具有一容置空間，用以容置內管體；一驅動單元，透過軸封裝置連接真空腔體，並經由軸封裝置帶動真空腔體轉動；至少一抽氣管線，位於內管體內，流體連接真空腔體的反應空間，並用以抽出反應空間內的一氣體；及至少一進氣管線，由內管體延伸至反應空間內，並朝反應空間的一表面的方向延伸，用以將一非反應氣體輸送至反應空間，其中非反應氣體用以吹動反應空間內的粉末。
所述的可吹動粉末的原子層沉積裝置，其中反應空間包括兩個底面及至少一側面，側面連接兩個底面，而進氣管線朝反應空間的側面的方向延伸。
所述的可吹動粉末的原子層沉積裝置，其中進氣管線包括至少一非反應氣體輸送管線，由內管體延伸至反應空間內，並朝反應空間的側面的方向延伸，用以將非反應氣體輸送至反應空間，以非反應氣體吹動反應空間內的粉末。
所述的可吹動粉末的原子層沉積裝置，其中非反應氣體輸送管線包括一延伸管線，延伸管線位於反應空間內，並朝反應空間的側面的方向延伸。
所述的可吹動粉末的原子層沉積裝置，其中延伸管線包括一出風口朝向軸封裝置的方向，並由出風口輸出非反應氣體以吹動反應空間內的粉末。
所述的可吹動粉末的原子層沉積裝置，其中真空腔體包括一腔體及一蓋板，蓋板用以覆蓋腔體，並在兩者之間形成反應空間，而延伸管線包括一出風口朝向蓋板的方向，並由出風口輸出非反應氣體以吹動反應空間內的粉末。
所述的可吹動粉末的原子層沉積裝置，其中進氣管線將一前驅物輸送至反應空間。
所述的可吹動粉末的原子層沉積裝置，其中內管體由外管體的容置空間延伸至真空腔體的反應空間，並在反應空間內形成一凸出管部。
所述的可吹動粉末的原子層沉積裝置，其中延伸管線穿過凸出管部的內管體，並朝反應空間的側面的方向延伸。
所述的可吹動粉末的原子層沉積裝置，包括一過濾單元位於內管體連接反應空間的一端，抽氣管線經由過濾單元流體連接反應空間，而延伸管線穿過過濾單元，並朝反應空間的側面的方向延伸。
10:可吹動粉末的原子層沉積裝置
11:真空腔體
111:蓋板
1111:內表面
113:腔體
115:監控晶圓
12:反應空間
121:粉末
122:底面
124:側面
13:軸封裝置
130:凸出管部
131:外管體
132:容置空間
133:內管體
134:連接空間
139:過濾單元
14:齒輪
15:驅動單元
16:加熱裝置
171:抽氣管線
172:延伸管線
1721:出風口
173:進氣管線
175:非反應氣體輸送管線
177:加熱器
179:溫度感測單元
191:承載板
193:固定架
195:連接軸
[圖1]為本發明可吹動粉末的原子層沉積裝置一實施例的立體示意圖。
[圖2]為本發明可吹動粉末的原子層沉積裝置一實施例的剖面示意圖。
[圖3]為本發明可吹動粉末的原子層沉積裝置的軸封裝置一實施例的剖面示意圖。
[圖4]為本發明可吹動粉末的原子層沉積裝置又一實施例的剖面示意圖。
[圖5]為本發明可吹動粉末的原子層沉積裝置又一實施例的剖面示意圖。
[圖6]為本發明可吹動粉末的原子層沉積裝置又一實施例的剖面示意圖。
請參閱圖1、圖2及圖3，分別為本發明可吹動粉末的原子層沉積裝置一實施例的立體示意圖、剖面分解示意圖及可吹動粉末的原子層沉積裝置的軸封裝置一實施例的剖面示意圖。如圖所示，可吹動粉末的原子層沉積裝置10主要包括一真空腔體11、一軸封裝置13及一驅動單元15，其中驅動單元15透過軸封裝置13連接真空腔體11，並帶動真空腔體11轉動。
真空腔體11內具有一反應空間12，用以容置複數個粉末121，其中粉末121可以是量子點(Quantum Dot)，例如ZnS、CdS、CdSe等II-VI半導體材料，而形成在量子點上的薄膜可以是三氧化二鋁(Al2O3)。真空腔體11可包括一蓋板111及一腔體113，其中蓋板111的一內表面1111用以覆蓋腔體113，並在兩者之間形成反應空間12。
在本發明一實施例中，可於蓋板111的內表面1111設置一監控晶圓115，當蓋板111覆蓋腔體113時，監控晶圓115會位於反應空間12內。在反應空間12內進行原子層沉積時，監控晶圓115的表面會形成薄膜。在實際應用時可進一步量測監控晶圓115表面的薄膜厚度與粉末121表面的薄膜厚
度，並計算出兩者之間的關係。而後便可透過量測監控晶圓115表面的薄膜厚度，換算出粉末121表面的薄膜厚度。
軸封裝置13包括一外管體131及一內管體133，其中外管體131具有一容置空間132，而內管體133則具有一連接空間134，例如外管體131及內管體133可為空心柱狀體。外管體131的容置空間132用以容置內管體133，其中外管體131及內管體133同軸設置。軸封裝置13可以是一般常見的軸封或磁流體軸封，主要用以隔離真空腔體11的反應空間12與外部的空間，以維持反應空間12的真空。
驅動單元15連接軸封裝置13的一端，並透過軸封裝置13帶動真空腔體11轉動，例如透過外管體131連接真空腔體11，並透過外管體131帶動真空腔體11轉動。此外驅動單元15並未連接內管體133，因此驅動單元15帶動外管體131及真空腔體11轉動時，內管體133不會隨著轉動。
驅動單元15可帶動外管體131及真空腔體11以同一方向持續轉動，例如順時針或逆時針方向持續轉動。在不同實施例中，驅動單元15可帶動外管體131及真空腔體11以順時針的方向旋轉一特定角度後，再以逆時針的方向旋轉特定角度，例如特定角度可為360度。真空腔體11轉動時，會攪拌反應空間12內的粉末121，以利於粉末121均勻受熱並與前驅物或非反應氣體接觸。
在本發明一實施例中，驅動單元15可為馬達，透過至少一齒輪14連接外管體131，並經由齒輪14帶動外管體131及真空腔體11相對於內管體133轉動。
內管體133的連接空間134內可設置至少一抽氣管線171、至少一進氣管線173、至少一非反應氣體輸送管線175、一加熱器177及/或一溫度感測單元179，如圖2及圖3所示。
抽氣管線171流體連接真空腔體11的反應空間12，並用以抽出反應空間12內的氣體，使得反應空間12為真空狀態，以進行原子層沉積製程。具體而言抽氣管線171可連接一幫浦，並透過幫浦抽出反應空間12內的氣體。
進氣管線173流體連接真空腔體11的反應空間12，並用以將一前驅物或一非反應氣體輸送至反應空間12，其中非反應氣體可以是氮氣或氬氣等惰性氣體。例如進氣管線173可透過閥件組連接一前驅物儲存槽及一非反應氣體儲存槽，並透過閥件組將前驅物輸送至反應空間12內，使得前驅物沉積粉末121表面。在實際應用時，進氣管線173可能會將一載送氣體(carrier gas)及前驅物一起輸送到反應空間12內。而後透過閥件組將非反應氣體輸送至反應空間12內，並透過抽氣管線171抽氣，以去除反應空間12內的前驅物。在本發明一實施例中，進氣管線173可連接複數個分枝管線，並分別透過各個分枝管線將不同的前驅物依序輸送至反應空間12內。
此外進氣管線173可增大輸送至反應空間12的非反應氣體的流量，並透過非反應氣體吹動反應空間12內的粉末121，使得粉末121受到非反應氣體的帶動，而擴散到反應空間12的各個區域。
在本發明一實施例中，進氣管線173可包括至少一非反應氣體輸送管線175流體連接真空腔體11的反應空間12，並用以將一非反應氣體輸送至反應空間12，例如非反應氣體輸送管線175可透過閥件組連接一氮氣儲存
槽，並透過閥件組將氮氣輸送至反應空間12。非反應氣體用以吹動反應空間12內的粉末121，配合驅動單元15驅動真空腔體11轉動，可有效且均勻的翻攪反應空間12內的粉末121，並在各個粉末121的表面沉積厚度均勻的薄膜。
可吹動粉末的原子層沉積裝置10的進氣管線173及非反應氣體輸送管線175都用以將非反應氣體輸送至反應空間12，其中進氣管線173輸送的非反應氣體的流量較小，主要用以去除反應空間12內的前驅物，而非反應氣體輸送管線175輸送的非反應氣體的流量較大，主要用以吹動反應空間12內的粉末121。
具體而言，進氣管線173及非反應氣體輸送管線175將非反應氣體輸送至反應空間12的時間點不同，因此在實際應用時可不設置非反應氣體輸送管線175，並調整進氣管線173在不同時間點輸送的非反應氣體的流量。當要去除反應空間12內的前驅物時，可降低進氣管線173輸送至反應空間12的非反應氣體的流量，而要吹動反應空間12內的粉末121時，則增加進氣管線173輸送至反應空間12的非反應氣體的流量。
本發明的驅動單元15帶動外管體131及真空腔體11轉動時，內管體133及其內部的抽氣管線171、進氣管線173及/或非反應氣體輸送管線175不會隨著轉動，有利於提高進氣管線173及/或非反應氣體輸送管線175輸送至反應空間12的非反應氣體及/或前驅物的穩定度。
加熱器177用以加熱連接空間134及內管體133，並透過加熱器177加熱內管體133內的抽氣管線171、進氣管線173及/或非反應氣體輸送管線175，以提高抽氣管線171、進氣管線173及/或非反應氣體輸送管線175內的
氣體的溫度。例如可提高進氣管線173輸送至反應空間12的非反應氣體及/或前驅物的溫度，並可提高非反應氣體輸送管線175輸送至反應空間12的非反應氣體的溫度。使得非反應氣體及/或前驅物進入反應空間12時，不會造成反應空間12的溫度大幅下降或改變。此外可透過溫度感測單元179量測加熱器177或連接空間134的溫度，以得知加熱器177的工作狀態。當然在真空腔體11的內部、外部或周圍通常會設置另一個加熱裝置16，如圖5所示，其中加熱裝置16鄰近或接觸真空腔體11，並用以加熱真空腔體11及反應空間12。
在本發明實施例中，進氣管線173及/或非反應氣體輸送管線175由軸封裝置13的內管體133延伸至真空腔體11的反應空間12內，並朝反應空間12的一表面的方向延伸。例如進氣管線173及/或非反應氣體輸送管線175由內管體133的連接空間134延伸至真空腔體11的反應空間12，其中延伸至反應空間12的進氣管線173及/或非反應氣體輸送管線175可被定義為一延伸管線172。
在本發明一實施例中，反應空間12可為柱狀體，並包括兩個底面122及至少一側面124，其中側面124連接兩個底面122。位於反應空間12內的進氣管線173、非反應氣體輸送管線175及/或延伸管線172，朝反應空間12的側面124方向延伸，例如朝位於反應空間12下半部的側面124延伸。
延伸管線172可包括一出風口1721，其中出風口1721朝向軸封裝置13，並由出風口1721朝軸封裝置13的方向吹出非反應氣體以吹動粉末121。如圖2所示，在本發明一實施例中，部分的延伸管線172的外觀近似U字型，並包括三個分段及兩個轉折角，其中轉折角約為90度。延伸管線172
的第一分段連接內管體13內的進氣管線173及/或非反應氣體輸送管線175，並朝蓋板111或反應空間12的底面122的方向延伸。延伸管線172的第二分段連接第一分段，其中第二分段與第一分段之間具有一轉折角，且第二分段朝反應空間12的側面124的方向延伸。延伸管線172的第三分段連接第二分段，並朝反應空間12的另一底面122或軸封裝置13的方向延伸。
在不同實施例中，延伸管線172的第二分段與第三分段之間的轉折角可大於90度，使得出風口1721的延伸線與反應空間12的側面124具有一夾角，並朝向反應空間12的斜下方的方向輸出非反應氣體，以吹動反應空間12內的粉末121，如圖5及圖6所示。圖5的出風口1721朝軸封裝置13的方向，而圖6的出風口1721則朝蓋板111的方向。
在本發明一實施例中，延伸管線172可為一直線，例如延伸管線172僅包括一個分段，並由軸封裝置13朝蓋板111的方向延伸，以縮短延伸管線172的出風口1721與蓋板111之間的距離。此外延伸管線172可為弧狀，而轉折角為圓角。在本發明另一實施例中，延伸管線172包括四個分段及三個轉折角，如圖5所示。此外延伸管線172亦可包括兩個分段及一個轉折角，如圖6所示。具體而言，延伸管線172的分段及轉折角的數量及角度並非本發明權利範圍的限制。
一般而言，內管體133連接反應空間12的一端可設置一過濾單元139，其中內管體133內的抽氣管線171、進氣管線173及/或非反應氣體輸送管線175經由過濾單元139流體連接真空腔體11的反應空間12。
透過過濾單元139的設置，可避免抽氣管線171抽出反應空間12內的氣體時，將反應空間12內的粉末121一併抽出，亦可避免粉末121由進
氣管線173及/或非反應氣體輸送管線175離開反應空間12，而造成粉末121的損耗。
在本發明一實施例中，延伸管線172可穿過過濾單元139，並延伸至反應空間12，其中延伸管線172的出風口1721朝向軸封裝置13，如圖2所示。在本發明另一實施例中，延伸管線172穿過過濾單元139，並延伸至反應空間12，其中延伸管線172的出風口1721朝向蓋板111，如圖4所示。
在本發明一實施例中，軸封裝置13的內管體133可由外管體131的容置空間132延伸至真空腔體11的反應空間12，使得內管體133在反應空間12內形成一凸出管部130。延伸管線172可穿過凸出管部130上的內管體133，並朝反應空間12的側面124的方向延伸，其中延伸管線172的出風口1721可朝向軸封裝置13或蓋板111，如圖5及圖6所示。
在實際應用時，可調整延伸管線172的出風口1721的高度，或者是控制反應空間12內粉末121的量，使得真空腔體11靜置不轉動時，反應空間12內的粉末121不會覆蓋延伸管線172的出風口1721，以減少粉末121的損耗。此外可於延伸管線172的出風口1721設置另一過濾單元，以進一步減少粉末121的損耗。
在本發明另一實施例中，延伸管線172可持續將非反應氣體輸送至反應空間12，並可調整非反應氣體的流量。具體而言，延伸管線172輸出非反應氣體的模式可包括攪動模式及一般模式，在攪動模式下延伸管線172輸出的非反應氣體的流量較大，並可以輸出的非反應氣體攪動反應空間12內的粉末121。在一般模式下延伸管線172輸出的非反應氣體的流量較小，可能無法攪動反應空間12內的粉末121，但在一般模式下輸出的非反應氣體
會在延伸管線172的出風口1721形成正壓，以防止粉末121由出風口1721進入延伸管線172。
在本發明一實施例中，可吹動粉末的原子層沉積裝置10亦可包括一承載板191及至少一固定架193，其中承載板191可為一板體，用以承載驅動單元15、真空腔體11及軸封裝置13。例如承載板191連接驅動單元15，並透過驅動單元15連接軸封裝置13及真空腔體11。此外軸封裝置13及/或真空腔體11亦可透過至少一支撐架連接承載板191，以提高連接的穩定度。
承載板191可透過至少一連接軸195連接固定架193，其中固定架193的數量可為兩個，並分別設置在承載板191的兩側。承載板191可以連接軸195為軸心相對於固定架193轉動，以改變驅動單元15、軸封裝置13及真空腔體11的仰角，以利於在各個粉末121的表面形成厚度均勻的薄膜。
以上所述者，僅為本發明之一較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，即凡依本發明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，均應包括於本發明之申請專利範圍內。
10:可吹動粉末的原子層沉積裝置
11:真空腔體
111:蓋板
1111:內表面
113:腔體
115:監控晶圓
12:反應空間
121:粉末
122:底面
124:側面
13:軸封裝置
131:外管體
132:容置空間
133:內管體
134:連接空間
139:過濾單元
14:齒輪
15:驅動單元
171:抽氣管線
172:延伸管線
1721:出風口
173:進氣管線
175:非反應氣體輸送管線
177:加熱器
Claims (10)
- 一種可吹動粉末的原子層沉積裝置，包括：一真空腔體，包括一反應空間用以容置複數個粉末；一軸封裝置，包括一外管體及一內管體，其中該外管體具有一容置空間，用以容置該內管體；一驅動單元，透過該軸封裝置的該外管體連接該真空腔體，並經由該外管體帶動該真空腔體轉動，而該內管體不會隨著該外管體轉動；至少一抽氣管線，位於該內管體內，流體連接該真空腔體的該反應空間，並用以抽出該反應空間內的一氣體；及至少一進氣管線，由該內管體延伸至該反應空間內，並朝該反應空間的一表面的方向延伸，用以將一非反應氣體輸送至該反應空間，其中該非反應氣體用以吹動該反應空間內的該粉末。
- 如請求項1所述的可吹動粉末的原子層沉積裝置，其中該反應空間包括兩個底面及至少一側面，該側面連接該兩個底面，而該進氣管線朝該反應空間的該側面的方向延伸。
- 如請求項2所述的可吹動粉末的原子層沉積裝置，其中該進氣管線包括至少一非反應氣體輸送管線，由該內管體延伸至該反應空間內，並朝該反應空間的該側面的方向延伸，用以將該非反應氣體輸送至該反應空間，以該非反應氣體吹動該反應空間內的該粉末。
- 如請求項3所述的可吹動粉末的原子層沉積裝置，其中該非反應氣體輸送管線包括一延伸管線，該延伸管線位於該反應空間內，並朝該反應空間的該側面的方向延伸。
- 如請求項4所述的可吹動粉末的原子層沉積裝置，其中該延伸管線包括一出風口朝向該軸封裝置的方向，並由該出風口輸出該非反應氣體以吹動該反應空間內的該粉末。
- 如請求項4所述的可吹動粉末的原子層沉積裝置，其中該真空腔體包括一腔體及一蓋板，該蓋板用以覆蓋該腔體，並在兩者之間形成該反應空間，而該延伸管線包括一出風口朝向該蓋板的方向，並由該出風口輸出該非反應氣體以吹動該反應空間內的該粉末。
- 如請求項1所述的可吹動粉末的原子層沉積裝置，其中該進氣管線將一前驅物輸送至該反應空間。
- 如請求項4所述的可吹動粉末的原子層沉積裝置，其中該內管體由該外管體的該容置空間延伸至該真空腔體的該反應空間，並在該反應空間內形成一凸出管部。
- 如請求項8所述的可吹動粉末的原子層沉積裝置，其中該延伸管線穿過該凸出管部的該內管體，並朝該反應空間的該側面的方向延伸。
- 如請求項4所述的可吹動粉末的原子層沉積裝置，包括一過濾單元位於該內管體連接該反應空間的一端，該抽氣管線經由該過濾單元流體連接該反應空間，而該延伸管線穿過該過濾單元，並朝該反應空間的該側面的方向延伸。
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