能產生氣幕的氣體噴灑裝置及其薄膜沉積裝置製造方法

2023-05-24 07:24:06

能產生氣幕的氣體噴灑裝置及其薄膜沉積裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種能產生氣幕的氣體噴灑裝置，包括一第一噴灑單元以及一第二噴灑單元。該第一噴灑單元提供噴灑一反應氣體以形成一工藝氣體區。該第二噴灑單元環設於該第一噴灑單元周圍，該第二噴灑單元具有一緩衝氣供應腔與一板體。該緩衝氣供應腔提供一緩衝氣體。該板體環設於該第一噴灑單元周圍，且具有多個通孔，以提供該緩衝氣體通過產生包圍在該反應氣體外圍的一氣幕。利用該能產生氣幕的氣體噴灑裝置，在另一實施例中，本發明還提供一種薄膜沉積裝置，通過該氣幕避免真空負壓對反應氣體直接影響，以延長反應氣體滯留時間，而提高氣體使用率與鍍膜效率。
【專利說明】能產生氣幕的氣體噴灑裝置及其薄膜沉積裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種氣體噴灑技術，特別是一種能產生氣幕的氣體噴灑裝置及其薄膜沉積裝置。
【背景技術】
[0002]有機金屬化學氣相沉積(metalorganic chemical vapor deposition,MOCVD)的氣體噴灑頭(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工藝腔體的上方，且含蓋置於腔體內部的晶片載盤。氣體噴灑頭由晶片載盤的上方，朝向晶片載盤上的晶片噴灑反應氣體。
[0003]MOCVD應用於發光二極體磊晶的工藝中，由氣體噴灑頭所噴灑出的反應氣體所具有的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的停滯時間，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。
[0004]公知的氣體噴灑頭，除了具有因腔體中央內的氣體濃度產生滯流現象，造成此中央區域不能用於沉積工藝的問題之外，還會影響到晶圓邊緣波長均勻度(wavelengthuniformity)分布。為了改善氣流場的均勻度，在現有技術中，有採取噴灑頭進氣及腔體側邊抽氣的方式控制氣體進出。
[0005]雖然，真空泵的抽氣雖可以改善氣流場均勻度，不過在工藝中，當反應氣體通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的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，反應氣體的濃度低，如此也會影響到晶圓邊緣波長均勻度分布。

【發明內容】

[0006]本發明提供一種能產生氣幕的氣體噴灑裝置及其薄膜沉積裝置，其在氣體噴灑裝置外圍設計氣幕，以局限住反應氣體以及控制反應氣體在工藝腔體內的濃度，使反應氣體於工藝腔體內的反應區停滯時間可以增加，以提升反應氣體利用率，提高沉積的鍍率與降低生產成本。
[0007]在一實施例中，本發明提供一種能產生氣幕的氣體噴灑裝置，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，以形成一工藝氣體區。該第二噴灑單元，其環設於該第一噴灑單元周圍，該第二噴灑單元還具有一緩衝氣供應腔以及一氣幕分布板。該緩衝氣供應腔，用以提供一緩衝氣體。該氣幕分布板，其與該緩衝氣供應腔連接且環設於該第一噴灑單元周圍，該氣幕分布板上具有多個通孔，以提供該緩衝氣體通過產生包圍該工藝氣體區外圍的一氣幕。
[0008]在另一實施例中，本發明提供一種薄膜沉積裝置，包括:一工藝腔體、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，其設置於該工藝腔體的上方用以提供噴灑一反應氣體進入該工藝腔體，以於該工藝腔體內形成一工藝氣體區。該真空泵，其與該工藝腔體耦接，以對該工藝腔體提供一真空負壓。該第二噴灑單元，其設置於該工藝腔體之上，且環設於該第一噴灑單元周圍，該第二噴灑單元還具有一緩衝氣供應腔以及一氣幕分布板。該緩衝氣供應腔，其用以提供一緩衝氣體。該氣幕分布板，其與該緩衝氣供應腔相連接且環設於該第一噴灑單元周圍，該氣幕分布板上具有多個通孔，以提供該緩衝氣體通過產生包圍該工藝氣體區的一氣幕。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1為本發明的能產生氣幕的氣體噴灑裝置實施例的剖面示意圖；
[0010]圖2A為第二噴灑單元的氣體分布板另一實施例的剖面圖；
[0011]圖2B為本發明的第二噴灑單元的氣體分布板另一實施例的俯視示意圖；
[0012]圖3為本發明整合該第一噴灑單元以及該第二噴灑單元的氣體分布板而成單一板體的實施例的俯視不意圖；
[0013]圖4為本發明的薄膜沉積裝置實施例的剖面示意圖；
[0014]第5A與5B圖為工藝空間內有無氣幕時的氣流流場示意圖；
[0015]圖6為本發明的薄膜沉積裝置另一實施例的剖面示意圖。
[0016]【主要元件符號說明】
[0017]2-氣體噴灑裝置
[0018]20-第一噴灑單元
[0019]200-反應氣供應腔
[0020]2000-空間
[0021]201-反應氣分布板 [0022]2010-通孔
[0023]202-管路
[0024]21-第二噴灑單元
[0025]210-緩衝氣供應腔
[0026]2100-空間
[0027]211-氣幕分布板
[0028]212、212a、212b-通孔
[0029]22-冷卻單元
[0030]23-板體
[0031]230-虛線
[0032]231、232-通孔
[0033]3-沉積裝置
[0034]30-工藝腔體
[0035]300-工藝空間
[0036]301-開口
[0037]31-真空泵
[0038]32-承載臺[0039]90-反應氣體
[0040]91-緩衝氣體
[0041]91a_螺旋氣流的氣幕
[0042]92-工藝氣體區
[0043]93-氣幕
[0044]94-基板
[0045]95-回流
【具體實施方式】
[0046]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，並參照附圖，對本發明作進一步的詳細說明。
[0047]請參閱圖1所示，該圖為本發明的能產生氣幕的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，以形成一工藝氣體區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以及一反應氣分布板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進入的該反應氣體90。該反應氣分布板201具有多個通孔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的外形輪廓，為圓形，該反應氣供應腔200以及該反應氣分布板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，雖然圖1中的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。
[0048]該第二噴灑單元21，其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，還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的有無以及設置的位置根據需求而定，並不以圖示的實施例為限制。
[0049]該第二噴灑單元21還具有一緩衝氣供應腔210以及一氣幕分布板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的下方連接有該氣幕分布板211。該氣幕分布板211環設於該第一噴灑單元20周圍，該氣幕分布板211上具有多個通孔212，以提供該緩衝氣體91通過產生包圍該工藝氣體區92外圍的一氣幕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。
[0050]在圖1中，該通孔212為垂直通孔，在本實施例中為平行於Z軸方向的垂直通孔。在另一實施例中，如圖2A所示，其為第二噴灑單元的氣體分布板另一實施例剖面圖。在本實施例中，該通孔212a為斜向通孔，與Z軸具有一夾角。圖2A的具有斜向通孔212a的氣幕分布板211所產生的氣幕為具有螺旋氣流的螺旋氣幕91a。前述圖1與圖2A所示的實施例中，通孔截面為圓形或者是多邊形。此外，如圖2B所示，該圖為本發明的第二噴灑單元的氣體分布板另一實施例俯視示意圖。在本實施例中，該通孔212b的截面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，該狹縫型截面的通孔212b同樣可以為如圖1所示的垂直形的通孔或者是如圖2A所示的具有斜角的通孔。
[0051]除此之外，如圖3所示，該圖為本發明整合該第一噴灑單元以及該第二噴灑單元的氣體分布板而成單一板體的實施例俯視不意圖。在本實施例中，主要是將屬於第一噴灑單元20的反應氣分布板201上的通孔2010以及第二噴灑單元21的氣幕分布板211上的通孔212 —起整合至板體23上。在虛線230內的區域所形成的通孔231對應至第一噴灑模塊20，以提供反應氣體通過；而在虛線230的外測的通孔232則對應第二噴灑模塊21以提供緩衝氣體通過。因此通過圖3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所形成的工藝氣體區的外圍形成氣幕。
[0052]請參閱圖4所示，該圖為本發明的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為機金屬化學氣相沉積的沉積裝置，但不以此為限制，例如也可以為電眾輔助化學氣相沉積(plasmaenhanced CVD, PECVD)的沉積裝置、大氣壓化學氣相沈積(atmosphericpressure CVD, APCVD)的沉積裝置、低壓化學氣相沈積((lowpressureCVD, PECVD)的沉積裝置等。該沉積裝置3包括一工藝腔體30、一真空泵31以及一氣體噴灑裝置2。該工藝腔體30內具有一工藝空間300，其內具有一承載臺32，其可以在該工藝腔體30內進行Z軸方向的升降移動。該承載臺32上提供承載工藝所需的基板94。在一實施例中，該基板94為發光二極體基板。該工藝腔體30的兩側具有開口 301以連接有該真空泵31。該真空泵31可以對該工藝腔體30內的工藝空間300提供一真空負壓。該氣體噴灑裝置2其設置於該真空腔體30的上方與該真空腔體30內的工藝空間300相連通。該氣體噴灑裝置2的結構如圖1所示，在此不做贅述。
[0053]接下來說明圖4的運作方式，該第一噴灑單元20，其由該工藝腔體30的上方提供噴灑一反應氣體90進入該工藝腔體30內的工藝空間300，以於該工藝空間300內形成一工藝氣體區92，此時 ，該真空泵31，對該工藝腔體30內的工藝空間300進行抽真空的動作，使該工藝空間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，通過該氣幕分布板211，經由多個通孔212，以提供該緩衝氣體91通過產生包圍該工藝氣體區92的一氣幕93。通過該氣幕93的隔離，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在工藝空間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在工藝空間300內的停滯時間增加，因此也增加了反應氣體90的使用率。
[0054]請參閱第5A與圖5B所示，該圖為工藝空間內有無氣幕時的氣流流場示意圖。其中，圖5A為工藝空間300於沒有氣幕的情況下所得的氣流流場示意圖，而圖5B則為工藝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的承載臺32旋轉而與大量反應氣體的氣流衝擊所造成的回流95現象。由於圖5A中並沒有氣幕，因此回流氣流受到負壓的吸引，而離開工藝腔體，進而減少於工藝腔體內滯留的時間。反之，在圖5B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的回流現象之外，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。請參閱圖6所示，該圖為本發明的薄膜沉積裝置另一實施例剖面示意圖。在本實施例中，基本上與圖4相似，差異的是本實施例的第一噴灑單元20的氣體分布板與該第二噴灑單元21的氣體分布板是整合單一的板體23。在本體23上通過兩個獨立的供氣管路提供反應氣體90經由通孔231而於工藝腔體30內形成工藝氣體區92以及提供緩衝氣體91經由通孔232而在工藝氣體區92外圍形成氣幕93。
[0055] 以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，並不用於限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。`
【權利要求】
1.一種能產生氣幕的氣體噴灑裝置，包括: 一第一噴灑單元，用以提供噴灑一反應氣體，以形成一工藝氣體區；以及 一第二噴灑單元，其環設於該第一噴灑單元周圍，該第二噴灑單元還具有: 一緩衝氣供應腔，用以提供一緩衝氣體；以及 一氣幕分布板，其與該緩衝氣供應腔連接且環設於該第一噴灑單元周圍，該氣幕分布板上具有多個通孔，以提供該緩衝氣體通過產生包圍該工藝氣體區外圍的一氣幕。
2.如權利要求1所述的能產生氣幕的氣體噴灑裝置，其中該緩衝氣體與該反應氣體相同。
3.如權利要求1所述的能產生氣幕的氣體噴灑裝置，其中該緩衝氣體為惰性氣體。
4.如權利要求1所述的能產生氣幕的氣體噴灑裝置，其中該第一噴灑單元還包括有: 一氣體分布板，其具有多個反應氣通孔；以及 一反應氣供應腔，其與該氣體分布板連接，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.如權利要求4所述的能產生氣幕的氣體噴灑裝置，其中該氣體分布板為圓形的氣體分布板，該反應氣供應腔為圓形的腔室。
6.如權利要求4所述 的能產生氣幕的氣體噴灑裝置,其中該氣體分布板與該氣幕分布板為一體成型的板體。
7.如權利要求1所述的能產生氣幕的氣體噴灑裝置，其中該通孔為垂直通孔。
8.如權利要求1所述的能產生氣幕的氣體噴灑裝置，其中該通孔為具有斜角的通孔，使該氣幕形成螺旋氣幕。
9.如權利要求1所述的能產生氣幕的氣體噴灑裝置，其中該通孔的截面為圓形或狹縫。
10.如權利要求1所述的能產生氣幕的氣體噴灑裝置，其中該第一噴灑單元與該第二噴灑單元之間還具有一循環冷卻單元，其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的外圍。
11.一種薄膜沉積裝置，包括: 一工藝腔體； 一第一噴灑單元，其設置於該工藝腔體的上方用以提供噴灑一反應氣體進入該工藝腔體，以於該工藝腔體內形成一工藝氣體區； 一真空泵，其與該工藝腔體耦接，以對該工藝腔體提供一真空負壓；以及一第二噴灑單元，其設置於該工藝腔體之上，且環設於該第一噴灑單元周圍，該第二噴灑單元還具有: 一緩衝氣供應腔，其用以提供一緩衝氣體；以及 一氣幕分布板，其與該緩衝氣供應腔相連接且環設於該第一噴灑單元周圍，該氣幕分布板上具有多個通孔，以提供該緩衝氣體通過產生包圍該工藝氣體區的一氣幕。
12.如權利要求11所述的薄膜沉積裝置，其中該緩衝氣體與該反應氣體相同。
13.如權利要求11所述的薄膜沉積裝置，其中該緩衝氣體為惰性氣體。
14.如權利要求11所述的薄膜沉積裝置，其中該第一噴灑單元還包括有: 一氣體分布板，其具有多個反應氣通孔；以及一反應氣供應腔，其與該氣體分布板連接，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.如權利要求14所述的薄膜沉積裝置，其中該氣體分布板為圓形的氣體分布板，該反應氣供應腔為圓形的腔室。
16.如權利要求14所述的薄膜沉積裝置,其中該氣體分布板與該氣幕分布板為一體成型的板體。
17.如權利要求11所述的薄膜沉積裝置，其中該通孔為垂直通孔。
18.如權利要求11所述的薄膜沉積裝置，其中該通孔為具有斜角的通孔，使該氣幕形成螺旋氣幕。
19.如權利要求11所述的薄膜沉積裝置，其中該通孔的截面為圓形或狹縫。
20.如權利要求11所述的薄膜沉積裝置，其中該第一噴灑單元與該第二噴灑單元之間還具有一循環冷卻單元，其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的 外圍。
【文檔編號】C23C16/455GK103805964SQ201210534969
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年12月12日 優先權日:2012年11月2日
【發明者】王慶鈞, 黃智勇, 林龔梁, 簡榮禎, 蔡陳德, 陳建志 申請人:財團法人工業技術研究院