TW201303065A - 鍍膜用噴灑頭以及鍍膜裝置 - Google Patents
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Abstract
一種鍍膜用噴灑頭及具有該鍍膜用噴灑頭之鍍膜裝置，係用以於基材上進行鍍膜，其中，該鍍膜用噴灑頭包含：噴灑頭本體；前驅物通道，係設置於該噴灑頭本體之中央區域，用以將前驅物流體噴灑至該基材上，使該前驅物流體與該基材表面產生反應；抽氣通道，係設置於該噴灑頭本體，位於該前驅物通道之外周側，用以抽取該前驅物流體與該反應後之殘餘物；以及氣幕通道，係設置於該噴灑頭本體，位於該抽氣通道之外周側，用以向該基材噴送隔離氣體，俾於該基材承載盤與該鍍膜用噴灑頭間形成圍護製程反應區之封閉流場，使前驅物流體與該反應後之殘餘物不會外洩。
Description
本發明係關於一種鍍膜用噴灑頭以及鍍膜裝置，尤指一種可於基材和基材承載盤上形成封閉流場之鍍膜用噴灑頭，以及應用該鍍膜用噴灑頭之鍍膜裝置。
原子層沈積技術的原理是令製程用氣體與材料表面進行化學沈積反應，以於材料表面鍍上厚度為原子等級的薄膜。
如歐洲第2249379A2號專利案、美國第2007/0259110A1號專利案、以及美國第20060196418號專利案所示的鍍膜技術，係先將大量的晶圓設置於封閉的反應室內，接著令第一前驅物充滿整個反應室以使第一前驅物得沈積於所有的晶圓表面上，之後，再對反應室進行抽氣程序以將殘餘之第一前驅物抽出，而於該抽氣程序完成後，再令第二前驅物充滿整個反應室以使第二前驅物可再沈積於已沈積有第一前驅物之晶圓表面，接著再次進行抽氣程序以將殘餘的第二前驅物抽出。
惟，上揭專利案所揭露之技術雖可達成大量生產的目的，但由於反應室的體積通常相當大，不但所需花費的前驅物量相當大，且亦需要耗費大量的時間來進行抽氣程序，是以成為製造廠商的成本負擔無法降低的主因。
又，美國第7153542專利案係揭露一種將第一前驅物以及第二前驅物以分站的形式輪流沈積於晶圓上的技術，其係於旋轉工作台上方設置複數個可噴灑前驅物的工作站，並以不同的工作站來輪流噴灑第一前驅物及第二前驅物，以於晶圓表面上完成鍍膜。
然而，此專利案所揭示的技術卻面臨著無法完全移除殘留的前驅物與副產物的問題。具體來說，由於其係以不同的工作站來分別噴灑第一及第二前驅物至晶圓上，但在噴灑、沈積前驅物的過程中，卻僅提供了一道粗略的屏障，所以無法充分阻隔前驅物的擴散，俾使得不同工作站所噴灑之前驅物會發生彼此混合的情形。而假設於噴灑第二前驅物之工作站中仍存有上一個工作站所噴灑之第一前驅物，則第一前驅物與第二前驅物因化學反應而生成的副產物會造成各種鍍膜缺陷，進而影響鍍膜的均勻性和品質。
因此，如何克服上述缺陷，實已成為目前亟待解決的問題。
鑒於上述之缺點，本發明之主要目的係在於提供一種可快速、均勻地完成鍍膜製程，同時避免前驅物彼此交互反應而產生鍍膜缺陷的製程技術。
為達成上述目的及其他目的，本發明遂提供一種鍍膜用噴灑頭，係用以於具有製程反應區之基材上進行鍍膜，該鍍膜用噴灑頭包含：噴灑頭本體；前驅物通道，係設置於該噴灑頭本體之中央區域，用以供前驅物流體經由該前驅物通道噴灑至該基材上，使該前驅物與該基材表面產生反應；抽氣通道，係設置於該噴灑頭本體，位於該前驅物通道之外周側，用以抽取該前驅物流體與該基材表面反應後之殘餘物；以及氣幕通道，係設置於該噴灑頭本體，位於該抽氣通道之外周側，用以供隔離氣體經由該氣幕通道噴送至該基材和用以承載該基材之基材承載盤上，俾於該基材承載盤與該鍍膜用噴灑頭間形成圍護該基材上之該製程反應區之封閉流場，使前驅物流體與該反應後之殘餘物不會外洩。
本發明復提供一種鍍膜裝置，係用以於基材上進行鍍膜，包含基材承載盤，係用以載置待鍍膜之基材並進行旋轉；以及鍍膜用噴灑頭，係對應於該基材承載盤上之各基材而設於基材承載盤之上方，該鍍膜用噴灑頭包括：噴灑頭本體；前驅物通道，係設置於該噴灑頭本體之中央區域，用以供前驅物流體經由該前驅物通道噴灑至該基材上，使該前驅物與該基材表面產生反應；抽氣通道，係設置於該噴灑頭本體，位於該前驅物通道之外周側，用以抽取該前驅物流體與該基材表面反應後之殘餘物；及氣幕通道，係設置於該噴灑頭本體，位於該抽氣通道之外周側，用以供隔離氣體經由該氣幕通道噴送至該基材和該基材承載盤上，俾於該基材承載盤與該鍍膜用噴灑頭間形成圍護該基材上之該製程反應區之封閉流場。
綜上所述，本發明之鍍膜用噴灑頭及鍍膜裝置藉由前驅物通道、抽氣通道及氣幕通道的協同運作，可於噴灑前驅物的製程中形成封閉的流場，藉此避免前驅物外洩及副產物的生成，徹底解決習知的種種鍍膜製程與裝置缺失。
以下係藉由特定的具體實施型態說明本發明之實施方式，熟悉此技術之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之其他優點與功效。本發明亦可藉由其他不同的具體實施型態加以施行或應用。圖示參考編號標誌為類似元件。
請一併參閱第1A至第1C圖，以瞭解本發明之鍍膜用噴灑頭的技術特徵，其中，第1A圖係為本發明之鍍膜用噴灑頭1之上視結構示意圖，第1B圖係為第1A圖之鍍膜用噴灑頭1之另一實施形態，第1C圖係為沿著線段AA之剖面示意圖。
於此先提出說明，本發明之鍍膜用噴灑頭係可應用於原子層磊晶(Atomics Layer Epitaxy，ALE/ALD)製程中，以於具有製程反應區之基材上完成鍍膜程序。而所述的基材係可為軟性或硬性，例如為各種形狀的玻璃基板或是晶圓。
如圖所示，鍍膜用噴灑頭1係包含噴灑頭本體、前驅物通道11、抽氣通道12及氣幕通道13。
前驅物通道11，係設置於該噴灑頭本體之中央區域，用以供前驅物流體經由該前驅物通道11噴灑至基材W上，使該前驅物流體與該基材W表面產生反應。而所述的前驅物流體，係可為原子層磊晶製程中使用之前驅物流體。
抽氣通道12，係可為封閉型通道，且設置於該噴灑頭本體，位於前驅物通道11之外周側，用以於前驅物通道11噴灑出之前驅物流體於基材W表面上完成化學沈積後，將殘餘的反應物予以抽除。
氣幕通道13，係可為封閉型通道，且設置於該噴灑頭本體，位於抽氣通道12之外周側，用以供隔離氣體經由氣幕通道13噴送至該基材W和用以承載基材W之基材承載盤，噴送例如為氮氣之隔離氣體至該基材W和基材承載盤表面，俾藉由噴出之隔離氣體於該基材承載盤W與該鍍膜用噴灑頭1間形成圍護基材W上之製程反應區之封閉流場，以充分確保前驅物通道11所噴灑出之前驅物流體，以及前驅物流體於基材W上完成化學沈積後所生的殘餘反應物不會發生外洩的情形。
於本實施形態中，前驅物通道11、抽氣通道12、及氣幕通道13的開口形狀可相應地進行調整。舉例來說，如第2A圖所示，前驅物通道11之開口端可形成為漸縮形，以更快速地將前驅物流體噴灑至基材W上。再如第2B圖所示，氣幕通道13之開口端亦可形成為漸縮形，以將隔離氣體更快速地噴灑至基材W上。又如第2C圖所示，抽氣通道12之開口端更可形成為漸擴狀，以提供更佳的抽除效果。而抽氣通道12除了可用以將前驅物流體與基材W反應後之殘餘物抽除外，亦可適度地吸取氣幕通道13噴灑出之隔離氣體。
另外，鍍膜用噴灑頭1復可設置有前驅物供應源、抽吸泵裝置、及氣幕用氣體供應源。其中，該前驅物供應源係連通於前驅物通道11，藉以對前驅物通道11供應前驅物流體；該抽吸泵裝置係連通於抽氣通道12，用以提供抽取動力以從抽氣通道12抽除由前驅物通道11噴出但未與基材W反應之前驅物流體，及與基材W反應後所產生之殘餘物；該氣幕用氣體供應源係連通於氣幕通道13，用以對氣幕通道13供給氣幕用氣體。
請再一併參閱第3A及3B圖，以充分瞭解本發明之鍍膜裝置，其中，第3A圖係為本發明之鍍膜裝置之結構示意圖，第3B圖係為第3A圖沿著線段BB所視之結構示意圖。而本發明之鍍膜裝置係可應用於原子層磊晶(Atomics Layer Epitaxy，ALE/ALD)製程中，以於基材上進行鍍膜程序。當然，而所述的基材係可為軟性或硬性，例如為各種形狀的玻璃基板或是晶圓。
如圖所示，鍍膜裝置3係可設置有反應腔體30、基材承載盤31、第一鍍膜用噴灑頭32、及第二鍍膜用噴灑頭33。需注意的是，所述之第一鍍膜用噴灑頭32及第二鍍膜用噴灑頭33之結構特徵，係得參照前述之鍍膜用噴灑頭1。
基材承載盤31，係設置於反應腔體30內，用以承載待鍍膜之複數個基材W，並可於原子層磊晶製程中進行等速或非等速的水平旋轉。於本實施例中，基材承載盤31係可設計為以轉軸來驅動而進行水平旋轉之形態。
第一鍍膜用噴灑頭32，係設置於反應腔體30之內壁，且位於基材承載盤31上方，包括：第一噴灑頭本體；第一前驅物通道(參照鍍膜用噴灑頭1之前驅物通道11)，係設置於該第一噴灑頭本體之中央區域，可用以將原子層磊晶製程之第一前驅物流體噴灑至位於第一鍍膜用噴灑頭32下方之基材W上，使第一前驅物流體與該基材W表面產生反應；第一抽氣通道(參照鍍膜用噴灑頭1之抽氣通道12)，係設置於該第一噴灑頭本體，位於該第一前驅物通道之外周側，用以抽除該第一前驅物流體與位於第一鍍膜用噴灑頭32下方之基材W表面反應後之殘餘物；及第一氣幕通道(參照鍍膜用噴灑頭1之氣幕通道13)，係設置於該第一噴灑頭本體，位於該第一抽氣通道之外周側，用以噴灑例如為氮氣之第一隔離氣體至基材承載盤，俾於第一鍍膜用噴灑頭32下方之基材承載盤與該第一鍍膜用噴灑頭32間形成圍護該基材W之製程反應區之封閉流場。
第二鍍膜用噴灑頭33，係設置於反應腔體30之內壁，且位於該基材承載盤31上方，並位於第一鍍膜用噴灑頭32之側邊，而該第二鍍膜用噴灑頭33包括：第二噴灑頭本體；第二前驅物通道(參照鍍膜用噴灑頭1之前驅物通道11)，係設置於該第二噴灑頭本體之中央區域，可用以將原子層磊晶製程之第二前驅物流體噴灑至位於第二鍍膜用噴灑頭33下方之基材W上，使第二前驅物流體與該基材W表面產生反應；第二抽氣通道(參照鍍膜用噴灑頭1之抽氣通道12)，係設置於該第二噴灑頭本體，位於第二前驅物通道之外周側，用以抽除第二前驅物流體與位於第二鍍膜用噴灑頭33下方之基材W表面反應後之殘餘物；及第二氣幕通道(參照鍍膜用噴灑頭1之氣幕通道13)，係設置於該第二噴灑頭本體，位於該第二抽氣通道之外周側，用以噴灑例如為氮氣之第二隔離氣體至該基材承載盤，俾於位於第二鍍膜用噴灑頭33下方之基材承載盤與第二鍍膜用噴灑頭33間形成圍護該基材W上之製程反應區之封閉流場。
實際進行製程時，基材承載盤31可於製程過程中進行等速或非等速的水平旋轉，以令基材W先通過第一鍍膜用噴灑頭32下方，藉此利用第一鍍膜用噴灑頭32噴灑出之第一前驅物流體於基材W表面進行第一道的化學氣相沈積，以形成第一層之薄膜，接著，再將形成有第一層之薄膜之基材W移動至第二鍍膜用噴灑頭33下方，以利用第二鍍膜用噴灑頭33噴灑出之第二前驅物流體於基材W表面上進行第二道的化學氣相沈積，以形成第二層之薄膜。而於整體的製程中，反應腔體30內係可藉由第一鍍膜用噴灑頭32及第二鍍膜用噴灑頭33持續的噴灑與抽取，維持在常壓或稍微低於常壓之狀態。
值得一提的是，鍍膜裝置3還可包含加熱裝置34，該加熱裝置34係設置於反應腔體30內，且位於該基材承載盤31之下方，用以對基材承載盤31承載之基材W進行加熱。該加熱裝置34係可為射頻(RF)或紅外線(IF)之非接觸式加熱器，且可內建有熱電偶(thermal couple)以及熱感應器(thermal sensor)，以進行溫度之調節與監控。
再者，鍍膜裝置中除了設置第一鍍膜用噴灑頭32及第二鍍膜用噴灑頭33之外，另可選擇性地設置有隔離氣體噴灑頭35。參考第3C圖所示之鍍膜裝置3’，其與第3A、3B圖所示之鍍膜裝置3之差別在於復包括了隔離氣體噴灑頭35，該隔離氣體噴灑頭35係可設置於第二鍍膜用噴灑頭33之側邊，用以噴灑例如氮氣之第三隔離氣體至隔離氣體噴灑頭35下方之基材承載盤上。具體來說，隔離氣體噴灑頭35可於基材W通過第一鍍膜用噴灑頭32及第二鍍膜用噴灑頭33後，再提供進一步的隔離效果。而隔離氣體噴灑頭35之細部結構，亦可設計為鍍膜用噴灑頭1之形式，只是設定成不噴灑出任何的前驅物流體。當然，於本實施形態中，鍍膜用噴灑頭32、33亦可設置有前述之前驅物供應源、抽吸泵裝置、及氣幕用氣體供應源。
又如第4A及第4B圖所示，鍍膜裝置之基材承載盤係另可設計為循環式的形態。具體來說，於第4A圖所示之實施形態中，基材承載盤31’係設計為以輸送帶(conveyer)來驅動以進行水平旋轉之形式，而於輸送帶之兩端係可包含加速裝置(未圖示)，用以加速基材W之移動循環速度，避免製程過程中發生阻塞的情形。而於第4B圖所示之實施形態中，基材承載盤31”係可設計為以鏈條鏈輪421來驅動以進行水平旋轉之形式，且係利用支柱(Pin)422來配合支撐基材。實際實施時，所述的基材承載盤更可以精密捲繞對位技術(Roll-to-Roll)來予以進行設計。
綜上所述，藉由前驅物通道、抽氣通道與氣幕通道的協同運作，本發明不僅可避免不同的前驅物間發生交互反應，免除副產物的生成，降低各種微粒汙染的機會，進而解決習知的各種鍍膜缺陷。此外，藉由多對鍍膜用噴灑頭形成封閉流場來輪流噴灑前驅物流體之設計，本發明更大大地縮短了製程所需的時間，進而提高鍍膜效率，降低廠商的製程成本。
上述實施型態僅例示性說明本發明之原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟習此項技藝之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施型態進行修飾與改變。因此，本發明之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所列。
1．．．鍍膜用噴灑頭
11．．．前驅物通道
12．．．抽氣通道
13．．．氣幕通道
3、3’．．．鍍膜裝置
30．．．反應腔體
31、31’、31”．．．基材承載盤
32．．．第一鍍膜用噴灑頭
33．．．第二鍍膜用噴灑頭
34．．．加熱裝置
35．．．隔離氣體噴灑頭
421．．．鏈條鏈輪
422．．．支柱
AA、BB．．．線段
W．．．基材
第1A圖係為本發明之鍍膜用噴灑頭之一上視結構示意圖；
第1B圖係為本發明之鍍膜用噴灑頭之另一上視結構示意圖；
第1C圖係為第1A圖沿著線段AA所視之結構示意圖；
第2A圖係為第1C圖所示之鍍膜用噴灑頭之另一結構示意圖；
第2B圖係為第1C圖所示之鍍膜用噴灑頭之又一結構示意圖；
第2C圖係為第1C圖所示之鍍膜用噴灑頭之再一結構示意圖；
第3A圖係為本發明之鍍膜裝置之結構示意圖；
及3B圖係為第3A圖沿著線段BB所視之結構示意圖；
及3C圖係為第3B圖所示之鍍膜裝置之另一結構示意圖；
第4A圖係為本發明之基材承載盤之另一結構示意圖；以及
第4B圖係為本發明之基材承載盤之又一結構示意圖。
1．．．鍍膜用噴灑頭
11．．．前驅物通道
12．．．抽氣通道
13．．．氣幕通道
Claims (19)
- 一種鍍膜用噴灑頭，係用以於具有製程反應區之基材上進行鍍膜，該鍍膜用噴灑頭包含：噴灑頭本體；前驅物通道，係設置於該噴灑頭本體之中央區域，用以供前驅物流體經由該前驅物通道噴灑至該基材上，使該前驅物流體與該基材表面產生反應；抽氣通道，係設置於該噴灑頭本體，位於該前驅物通道之外周側，用以抽取該前驅物流體與該基材表面反應後之殘餘物；以及氣幕通道，係設置於該噴灑頭本體，位於該抽氣通道之外周側，用以供隔離氣體經由該氣幕通道噴送至該基材和用以承載該基材之基材承載盤上，俾於該基材承載盤與該鍍膜用噴灑頭間形成圍護該基材上之該製程反應區之封閉流場。
- 如申請專利範圍第1項所述之鍍膜用噴灑頭，其中，該隔離氣體係為氮氣。
- 如申請專利範圍第1項所述之鍍膜用噴灑頭，其中，該基材係為晶圓或玻璃基板。
- 如申請專利範圍第1項所述之鍍膜用噴灑頭，其中，該氣幕通道之開口端係形成為漸縮形。
- 如申請專利範圍第1項所述之鍍膜用噴灑頭，其中，該抽氣通道之開口端係形成為漸擴形。
- 如申請專利範圍第1項所述之鍍膜用噴灑頭，其中，該前驅物通道之開口端係形成為漸縮形。
- 如申請專利範圍第1項所述之鍍膜用噴灑頭，其中，該抽氣通道復用以抽取該氣幕通道噴送出之隔離氣體。
- 如申請專利範圍第1項所述之鍍膜用噴灑頭，其中，該抽氣通道及氣幕通道係為封閉型通道。
- 一種鍍膜裝置，係用以於具有製程反應區之基材上進行鍍膜，包含：基材承載盤，係用以載置待鍍膜之基材並進行旋轉；以及鍍膜用噴灑頭，係對應載置於該設置於該基材承載盤上之各基材而設於基材承載盤之上方，包括：噴灑頭本體；前驅物通道，係設置於該噴灑頭本體之中央區域，用以供前驅物流體經由該前驅物通道噴灑至該基材上，使該前驅物流體與該基材表面產生反應；抽氣通道，係設置於該噴灑頭本體，位於該前驅物通道之外周側，用以抽取該前驅物流體與該基材表面反應後之殘餘物；及氣幕通道，係設置於該噴灑頭本體，位於該抽氣通道之外周側，用以供隔離氣體經由該氣幕通道噴送至該基材和該基材承載盤上，俾於該基材承載盤與該鍍膜用噴灑頭間形成圍護該基材上之該製程反應區之封閉流場。
- 如申請專利範圍第9項所述之鍍膜裝置，其中，該鍍膜用噴灑頭係具有兩個或兩個以上。
- 如申請專利範圍第9項所述之鍍膜裝置，復包含加熱裝置，係設置於該基材承載盤下方。
- 如申請專利範圍第11項所述之鍍膜裝置，其中，該加熱裝置係為射頻或紅外線之非接觸式加熱器。
- 如申請專利範圍第11項所述之鍍膜裝置，其中，該加熱裝置復包含熱電偶以及熱感應器。
- 如申請專利範圍第9項所述之鍍膜裝置，其中，該基材承載盤係為轉軸式承載盤或循環式承載盤。
- 如申請專利範圍第14項所述之鍍膜裝置，其中，該循環式承載盤係為以輸送帶進行循環或以鏈條鏈輪進行循環之結構者。
- 如申請專利範圍第9項所述之鍍膜裝置，其中，在該鍍膜用噴灑頭之側邊係選擇性地設置有用以噴灑隔離氣體至該基材上之隔離氣體噴灑頭。
- 如申請專利範圍第16項所述之鍍膜裝置，其中，該隔離氣體係為氮氣。
- 如申請專利範圍第9項所述之鍍膜裝置，其中，該基材係為晶圓或玻璃基板。
- 如申請專利範圍第9項所述之鍍膜用噴灑頭，其中，該抽氣通道及氣幕通道係為封閉型通道。
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