TWI409356B - 一種薄膜沈積裝置及其沈積方法 - Google Patents

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Description

一種薄膜沈積裝置及其沈積方法
本發明提供一種薄膜沈積裝置及其沈積方法，更特定而言，提供一種經由將源氣及反應氣體分離排出用來防止源氣及反應氣體互相混合以能提高薄膜之沈積品質的薄膜沈積裝置及其沈積方法。
為了在半導體晶圓或玻璃等基板上沈積預定厚度之薄膜一般使用薄膜沈積方法例如利用物理衝突，例如濺鍍(sputtering)之物理氣相沈積方法(PVD：Physical Vapor Deposition)及利用化學反應之化學氣相沈積方法(CVD：Chemical Vapor Deposition)。
化學氣相沈積方法含有大氣壓化學氣相沈積方法(APCVD：Atmospheric Pressure CVD)、低壓化學氣相沈積方法(LPCVD：Low Pressure CVD)、電漿增強化學氣相沈積方法(Plasma Enhanced CVD)，其中該電漿增強化學氣相沈積方法係最常用的，因為其具有在低溫下可進行沈積且薄膜形成速度快之優點。
然而，隨著半導體裝置之外觀設計規定(Design Rule)大幅減少，需要具有微細樣式之薄膜且薄膜形成區域之階梯亦增大。因而不僅可將原子層單位之薄膜之微細樣式形成得均勻同時亦具有良好階梯覆蓋性(step coverage)之原子層沈積方法(ALD：atomic layer deposition)正在被應用及發展。即其在半導體製造工程中柵極氧化膜、電容介電膜及 擴散防止膜等薄膜沈積製程中被利用。
ALD方法自利用氣體分子之間的化學反應之態樣而言與一般化學氣相沈積方法相似。普通化學氣相沈積方法經由將複數氣體分子同時注入至反應室將發生在晶圓上部之反應產生物沈積在晶圓上，而原子層沈積方法經由將一個氣體注入至反應室後淨化(purge)且在加熱之晶圓上部留下物理吸附後注入另外氣體沈積僅產生在該晶圓上之化學反應產生物。
因為經由原子層沈積方法實現之薄膜之階梯覆蓋性良好，尤其其可形成不純物含量十分低的純粹薄膜，因此ALD方法很受歡迎。
然而，由於先前薄膜沈積裝置之供給氣體之噴射器高速旋轉著噴射不同反應氣體及吹掃氣體，反應氣體之間互相混合使反應氣體濃度變淡且會導致不必要的反應而惡化基板之沈積品質。
為了防止反應氣體之間的互相反應，有些方法提出在反應室周圍形成多個排氣孔，但該等方法亦不能夠阻止不同反應氣體之間的混合。
此外，為了防止反應氣體之間的互相混合亦可在反應室內形成多個分離室且將不同反應氣體及吹掃氣體提供至各個分離室內，但該方法會導致工程時間過長使生產效率變低及反應室之結構變複雜等問題，因為其需要將反應氣體及吹掃氣體按次序沈積在基板上。
此外，不同反應氣體之間的反應所形成之粒子會導致基 板之沈積品質下降，而且不能有效地去除其粒子。即在向反應室下部排氣時不能排除的在基板上部存在之粒子等不純物會被排氣中產生之氣流在基板表面上導致留下痕跡之可能性。
並且，先前薄膜沈積裝置具有因粒子等不純物而導致使用壽命變短的問題。
為了解決該等先前技術之問題，本發明提供一種經由將殘存在反應室內之源氣及反應氣體分離排出可防止被排出之氣體之間的不必要反應之薄膜沈積裝置及其方法。
並且，本發明提供一種經由在源氣存在之區域與反應氣體存在之區域之間形成吹掃氣體及分離區域來分離排出源氣及吹掃氣體可使反應室之結構簡易化之薄膜沈積裝置及其方法。
此外，本發明提供一種經由分離排出源氣及反應氣體來阻止粒子等不純物之產生可防止真空抽氣器之損傷及延長使用壽命之薄膜沈積裝置及其方法。
並且，本發明提供一種經由沿反應室內牆形成有結構之隔壁且形成在反應室周圍之排氣孔被隔壁分成源氣排氣孔及反應氣體排氣孔可減少源氣與反應氣體之間的互相反應之薄膜沈積裝置及其方法。
此外，本發明提供一種經由將含有源氣排氣線及反應氣體排氣線之分離排氣單元形成在反應室上部，即可使源氣與反應氣體之間的反應形成粒子等不純物能被迅速地去除 且可防止因粒子而使基板表面受損傷之薄膜沈積裝置及其方法。
總之，本發明提供一種可提高基板沈積薄膜品質之薄膜沈積裝置及其方法。
本發明提供一種薄膜沈積裝置，其包括：反應室；可旋轉地裝載在該反應室內且安裝至少一個基板之基座；裝載在該反應室上部而將複數氣體分別提供給該反應室內之氣體供給單元；與提供該複數氣體之各個區域之邊界相對應裝載在該基座上且具備排出周圍氣體之排氣線之分離排氣單元；及對該分離排氣單元提供吸入力之真空抽氣單元。
經由所述之結構，可將殘存之源氣及反應氣體分離排出且防止源氣與反應氣體之間的互相反應。
其中，該等排氣線將該反應室之內部區分成源氣區域、反應氣體區域及吹掃氣體區域，其中該源氣區域及該反應氣體區域被該吹掃氣體區域互相隔離。
如此，因為在該源氣區域與該反應氣體區域之間該吹掃氣體區域起分離該源氣區域與該反應氣體區域之分離區域的作用，因此可有效地分離排氣之源氣與反應氣體之間的混合。
並且，該等排氣線吸入及排出安裝在該基座上面之基板上存在之不純物或粒子。即向與該基板相反的方向吸入及排出粒子或不純物可防止因在不純物排出過程中產生之不純物等對基板表面之損傷。
此外，最佳包括連接該分離排氣單元之該等排氣線及該 真空抽氣單元之吐出線，其中該吐出線之一端經由該氣體供給單元之上部與該等排氣線相連接且其另一端與該真空抽氣單元相連接。其用來向該反應室之上部排出殘存之源氣及反應氣體，且使該反應室內之排氣結構簡易化。
並且，亦可包括形成在該反應室邊緣上且與該真空抽氣單元相連接之排氣孔。經由將該排氣孔形成在該反應室邊緣上可有效地分離排出在離該等排氣線較遠處存在之反應室下部之源氣及反應氣體。
其中在該反應室內可形成防止向該基座周圍排出之氣體互相混合之隔壁。此時，該隔壁位於該等排氣線之間，最佳面對面地形成在至少兩個地方。經由形成有結構之隔壁，可防止經由排氣孔排出之源氣與反應氣體之間的混合。
此外，其中該氣體供給單元按次序包括提供源氣之源氣區域、提供吹掃氣體之第一吹掃氣體區域、提供反應氣體之反應氣體區域及提供吹掃氣體之第二吹掃氣體區域，其中該分離排氣單元包括與該源氣區域以及該第一吹掃氣體區域及該第二吹掃氣體區域之邊界相對應形成在該氣體供給單元底面上的源氣排氣線，及與該反應氣體區域以及該第一吹掃氣體區域及該第二吹掃氣體區域之邊界相對應形成在該氣體供給單元底面上的反應氣體排氣線。
經由上述結構，無結構之隔壁亦可防止殘存之源氣與反應氣體之間的混合，且使該反應室之內部結構簡易化。
並且，最佳其中與該源氣區域、該反應氣體區域以及該 第一吹掃氣體區域及該第二吹掃氣體區域相對應之該氣體供給單元含有向該反應室內噴射氣體之複數氣體噴射孔。即在該氣體供給單元中形成複數氣體噴射孔，該氣體供給單元可為噴淋頭(shower head)。
其中該源氣排氣線覆蓋該源氣區域與該第一吹掃氣體區域之間的邊界及該源氣區域與該第二吹掃氣體區域之間的邊界而被形成，其中該反應氣體排氣線覆蓋該反應氣體區域與該第一吹掃氣體區域之間的邊界及該反應氣體區域與該第二吹掃氣體區域之間的邊界而被形成。
此外，可包括形成在該氣體供給單元上且其一端與該源氣排氣線相連接之第一吐出線及一端與該反應氣體排氣線相連接之第二吐出線，其中該真空抽氣單元包括與該第一吐出線之另一端相連接之第一真空抽氣器及與該第二吐出線之另一端相連接之第二真空抽氣器。
並且，可包括用來與該源氣區域相對應形成在該反應室之邊緣上且與該第一真空抽氣器相連接之第一排氣孔；及用來與該反應氣體區域相對應形成在該反應室之邊緣上且與該第二真空抽氣器相連接之第二排氣孔。經由分離該第一排氣孔及該第二排氣孔之形成位置可防止經由該第一排氣孔及該第二排氣孔排出之源氣與反應氣體之間的混合。
最佳在該反應室內形成用來防止該源氣與該反應氣體之間的混合之隔壁，其中該隔壁位於該第一吹掃氣體區域及該第二吹掃氣體區域上。
此外，該源氣排氣線排出該源氣及吹掃氣體，且該反應 氣體排氣線排出該反應氣體及吹掃氣體。即利用在該反應室內氣體較少或沒有之區域可分離該源氣區域及該反應氣體區域，不需要形成另外有結構之隔壁。
另外，本發明亦提供一種薄膜沈積方法，其包括：按次序形成向反應室上部供給源氣之源氣區域、供給吹掃氣體之第一吹掃氣體區域、供給反應氣體之反應氣體區域及供給吹掃氣體之第二吹掃氣體區域；在該反應室內旋轉安裝至少一個基板之基座；經由該源氣區域、該反應氣體區域以及該第一吹掃氣體區域及該第二吹掃氣體區域向該基板上供給該源氣、該反應氣體及該吹掃氣體；經由利用與該源氣區域以及該第一吹掃氣體區域及該第二吹掃氣體區域之邊界相對應形成在該氣體供給單元底面上之源氣排氣線且與該反應氣體區域以及該第一吹掃氣體區域及該第二吹掃氣體區域之邊界相對應在該氣體供給單元底面上形成反應氣體排氣線以將周圍氣體自該反應室中排出。
本發明特定示例性實施例將結合附圖進行詳細說明。然而，本發明不僅限於該等實施例。
在說明本發明時，為了使本發明之要點清楚，對公知之功能或結構之說明將被省略。
圖1係示出根據本發明實施例之薄膜沈積裝置之縱向剖面圖，且圖2係示出根據圖1之切斷線II-II所示之根據本發明一實施例之分離排氣單元形成之氣體供給單元之剖面圖，且圖3係示出根據圖1之切斷線II-II所示之根據本發明 一實施例之薄膜沈積裝置之反應室內部與分離排氣單元之間的關係之剖面圖。
如圖1所示，根據本發明之一個實施例之薄膜沈積裝置100包括形成反應房間R之反應室110；可旋轉地裝載在反應室110內且安裝至少一個基板W之基座120；裝載在反應室110上部而將複數氣體分別提供給該反應房間R內之氣體供給單元130；與提供該複數氣體之各個區域之邊界相對應裝載在基座120上且具備排出周圍氣體之排氣線141、142之分離排氣單元140；形成在反應室110之邊緣上之排氣孔111；及對分離排氣單元140提供吸入力之真空抽氣單元150。
其中，該複數氣體包括源氣SG、反應氣體RG及吹掃氣體PG，排氣線141、142由源氣排氣線141及反應氣體排氣線142組成，其中源氣排氣線141及反應氣體排氣線142互相面對面且空間隔離地形成。
經由上述結構，可分離殘存之源氣SG及反應氣體RG而進行排氣且可防止源氣SG與反應氣體RG之互相混合。
反應室110係含有在內部沈積反應發生之反應房間R之圓筒形容器，在開口之上端配置氣體供給單元130。如此，經由反應室110及氣體供給單元130互相結合可形成作為封閉空間之反應房間R。
反應室110之反應房間R自氣體供給單元130之角度視之最佳為圓形。反應房間R之形狀可保證氣體供給單元130或基座120之順利旋轉運動。
另外，在反應房間R之下部設置圓板形基座120。如圖1所示，基座120與貫穿在反應室110之下部中央部分而被形成之旋轉軸121相連接且可旋轉地設置在反應房間R內。而氣體供給單元130被旋轉可能會使源氣SG與反應氣體RG互相反應，因此亦最佳在根據本發明之實施例之薄膜沈積裝置100中旋轉基座120。
在基座120上安裝欲沈積之基板W，而如圖3所示安裝之基板W在基座120上空間隔離被配置。參考圖3，四個基板W安裝在基座120上，但基板W之數量在此僅係一個示例，根據基板W及反應房間R之大小可設置6個或8個等多個基板W。
其中，基座120之邊緣與反應室110之內牆之間最佳空間隔離。即反應室R之大小大於基座120之大小時效果最佳。因為基座120大於或等於反應房間R時，在基座120旋轉時反應空間R之內牆與基座120會發生衝突，因衝突產生之微細粒子會惡化薄膜沈積品質。
此外，基座120不僅可旋轉而且亦可上下運作。即根據氣體供給單元130與基板W之間的空間反應狀態或成膜品質會變化，最佳經由上下調整基座120找到一個最優反應位置。
並且，在基座120下部可安裝加熱基板W之加熱器123以使反應房間R之內部溫度成為最優反應溫度。
加熱器123起著將基板W加熱至可充分進行反應之溫度的功能，有時可添加用來將反應室110或反應房間R之內部 加熱至反應溫度之另外的加熱器。
加熱器123自反應室R之底面中空間隔離而被形成，而為了有效地加熱基板W最佳將加熱器123設置在比反應房間R之底面更靠近基座120的地方。若加熱器123與反應房間R之底面之間的空間減少，則可獲得反應房間R被加熱器123直接加熱之效果。如此則不需要設置用來加熱反應房間R之另外的加熱器。
在用來加熱反應房間R設置另外加熱器時，考慮裝載之便利及反應房間R之大小等可將加熱器以預定空間隔離附著在反應室110之外面上。
在基座120與反應室R之內牆之間形成之空間可形成隔壁112a、112b。自物理態樣而言，隔壁112a、112b作為結構隔壁分離反應房間R之內部空間。涉及隔壁112a、112b之內容將作進一步說明。
在反應房間R之底面上形成多個排氣孔111。排氣孔111在沈積反應後將殘存在反應室R內之氣體排至反應室110外部，對此亦將進一步闡述。
下面經由參考附圖，詳細說明用來將氣體供給至反應房間R內部及排氣之氣體供給單元130。
參考圖1及圖2，形成反應房間R之頂板之氣體供給單元130為圓盤形狀，朝向反應房間R之氣體供給單元130之內面及底面上形成分離排氣單元140及用來供給氣體之氣體噴射孔131a至131d。
其中，氣體噴射孔131a至131d包括源氣噴射孔131a、反 應氣體噴射孔131b及吹掃氣體噴射孔131c、131d，其為多個微細孔或噴射洞且均勻地形成在氣體供給單元130之內面。如此，經由形成複數氣體噴射孔131a至131d氣體供給單元130可起到噴淋頭的作用。
此時，源氣噴射孔131a形成在源氣區域SA中，反應氣體噴射孔131b形成在反應氣體區域RA中，吹掃氣體噴射孔131c、131d形成在第一吹掃氣體區域PA1及第二吹掃氣體區域PA2中。
源氣區域SA、反應氣體區域RA及吹掃氣體區域PA1、PA2被分離排氣單元140之源氣排氣線141及反應氣體排氣線142區分。
分離排氣單元140形成在氣體供給單元130之內面上，用來分離及排出殘存之氣體或未反應之源氣及反應氣體。
其中，源氣排氣線141及反應氣體排氣線142將反應室110內部分成源氣區域SA、反應氣體區域RA以及第一吹掃氣體區域PA1及第二吹掃氣體區域PA2，且源氣區域SA及反應氣體區域RA被第一吹掃氣體區域PA1及第二吹掃氣體區域PA2互相分離。為此，第一吹掃氣體區域PA1及第二吹掃氣體區域PA2最佳形成在源氣排氣線141與反應氣體排氣線142之間。
因為在源氣區域SA與反應氣體區域RA之間形成第一吹掃氣體區域PA1及第二吹掃氣體區域PA2可減少排氣之源氣與反應氣體之間的混合。
源氣排氣線141及反應氣體排氣線142或者互相面對面或 者互相背靠面形成或者為了確保源氣區域SA及反應氣體區域RA之空間而具有"V"形。
如圖2所示，源氣排氣線141及反應氣體排氣線142以氣體供給單元130之中央部分為中心具有"V"形以使氣體供給單元130之內部分成4個區域。
然而，源氣排氣線141之曲折部分即交點與反應氣體排氣線142之曲折部分互相空間隔離，嚴格而言，氣體供給單元130之內部被分成3個區域。因此，第一吹掃氣體區域PA1及第二吹掃氣體區域PA2將反應房間R之內部分成源氣區域SA及反應氣體區域RA。
雖然圖2所示之源氣排氣線141及反應氣體排氣線142具有"V"形，但其形狀不限於此形狀，可為半圓形或半橢圓形等多種形狀，涉及源氣排氣線141及反應氣體排氣線142之變形例將參考圖4及圖5作進一步闡述。
源氣排氣線141及反應氣體排氣線142經由將另外管形部件裝載在氣體供給單元130之內面而被形成，亦可經由將管形槽形成在氣體供給單元130之內面而被配置。
用來吸入氣體之多個吸入孔141a、142a沿排氣線141、142之縱向方向形成在源氣排氣線141及反應氣體排氣線142中，且為了在氣體供給單元130上設置排氣線141、142，可將多個結合孔141b、142b形成在吸入孔141a、142a之外部上。可經由考慮排氣效率來選擇吸入孔141a、142a之數量、大小及形成位置。且，吸入孔141a、142a可並非孔眼而具有狹長裂口形狀等。
由於在源氣排氣線141之兩側存在源氣及吹掃氣體，源氣排氣線141吸入及排出源氣及吹掃氣體，而由於在反應氣體排氣線142之兩側存在反應氣體及吹掃氣體，反應氣體排氣線142吸入及排出反應氣體及吹掃氣體。即如圖2之實線箭頭符號所示在排氣線141、142兩側存在之氣體可同時吸入及排出。
在吹掃氣體區域PA1、PA2上存在之吹掃氣體不僅經由源氣排氣線141而且亦可經由反應氣體排氣線142進行排氣。即源氣排氣線141排出源氣及吹掃氣體且反應氣體排氣線142排出反應氣體及吹掃氣體。
因此，在吹掃氣體區域PA1、PA2之中央部分上可形成較少或幾乎不存在吹掃氣體之區域(參考點虛線部分)。其區域可被稱為分離區域SS(Separating Section)，其分離區域SS可形成在源氣排氣線141與反應氣體排氣線142之間或者形成在源氣排氣線141及反應氣體排氣線142之下部。
即使分離區域SS並非視覺上能被認知之結構上或物理上之隔壁，但分離區域SS仍可防止源氣與反應氣體互相混合。即不具備結構或物理上之隔壁亦可獲得相同效果。
如此，經由形成不具備結構之隔壁之分離區域SS亦可防止殘存之源氣與反應氣體之間的互相混合且可使反應室110之反應房間R之內部結構簡易化。
此外，源氣排氣線141及反應氣體排氣線142與形成在氣體供給單元130之外部上之吐出線161、162相連接。吐出線161、162可包括與源氣線141相連接之第一吐出線161及 與反應氣體排氣線142相連接之第二吐出線162。
其中，第一吐出線161及第二吐出線162之一端貫穿於氣體供給單元130來分別與源氣排氣線141及反應氣體排氣線142相連接，其另一端位於反應房間R之一側經由反應室110與真空抽氣單元150相連接。其目的係為了向反應房間R之上部排出殘存之源氣及反應氣體等，因此可使反應房間R之內部結構簡易化。
更特定而言，在氣體供給單元130之中央部分上貫穿形成第一連接孔133及第二連接孔134，在氣體供給單元130之一側邊緣上貫穿形成第三連接孔135及第四連接孔136。源氣排氣線141經由氣體供給單元130之外部與第一連接孔133及第三連接孔135相連接，且反應氣體排氣線142與第二連接孔134及第四連接孔136相連接。
此外，與第三連接孔135及第四連接孔136分別相連通之第一吐出端口113a及第二吐出端口113b形成在反應室110之一側邊緣上。因此僅在氣體供給單元130之上部吐出線161、162向外部露出，而在反應室110之側面其不向外部露出。如此，吐出線161、162經由穿過反應室110來與真空抽氣單元150相連接可使含有吐出線161、162之全部排氣線變得更加堅固。
因為若在吐出線161、162中向反應室110之外部露出之部分過多會因與外部裝置之間的衝突而使吐出線受損傷之可能性增大，因此最佳儘量將吐出線安裝在反應室110內部。
如此，經由將結構上具有大體積及佔據較大空間之排氣部件形成在反應房間R外部，可容易地製作氣體供給單元130且減少反應室110之大小。
並且，在反應房間R底面之邊緣上可形成多個排氣孔111。排氣孔111可包括形成在與源氣區域SA相對應部分上之第一排氣孔111a及形成在與反應氣體區域RA相對應之部分上之第二排氣孔111b。其中，第一排氣孔111a及第二排氣孔111b最佳形成在基座120之下部上。
如圖3所示，經由在源氣排氣線141之兩個終端之間形成第一排氣孔111a，在反應氣體排氣線142之兩個終端之間形成第二排氣孔111b，空間上分離第一排氣孔111a及第二排氣孔111b，可減少源氣及反應氣體經由排氣孔111排氣時的互相混合。
其中，為了詳細說明由源氣排氣線141及反應氣體排氣線142形成之反應房間R之內部區域，在圖3中將與源氣排氣線141及反應氣體142相對應之部分表示為點線。
此外，在反應室110及反應房間R之內側面可形成用來防止源氣與反應氣體之間的混合之隔壁112a、112b。此時，隔壁112a、112b位於源氣排氣線141與反應氣體排氣線142之間，最佳在至少2個地方以互相面對面的方式形成。
參考圖3，隔壁112a、112b形成在經由氣體供給單元130之中央部分的線上及與吹掃氣體區域PA1、PA2相對應之部分上。源氣排氣線141、源氣區域SA及第一排氣孔111a可位於連接隔壁112a、112b之虛線之一側，且反應氣體排 氣線142、反應氣體區域RA及第二排氣孔111b可位於其另一側。如此，經由在反應房間R內形成有結構之隔壁112a、112b可防止經由排氣孔111a、111b排氣之源氣與反應氣體之間的混合。
排氣孔111a、111b可以分離區域SS或物理上之隔壁112a、112b為基準互相對稱地形成。
如圖1所示，隔壁112a、112b具有與反應房間R之高度基本相同之高度，而隔壁112a、112b具有接近源氣排氣線141及反應氣體排氣線142之位置之高度即足夠。
此外，圖1所示之點線箭頭符號指代氣體之流動方向，自此方向可知道排出之氣體經由反應房間R之上部排氣。
如此，經由將反應後殘存之源氣及反應氣體經由反應室110或反應房間R之上部排出，即使源氣與反應氣體互相混合而形成粒子等不純物，亦可減少因不純物使基板W之表面損傷而造成之薄膜品質降低之影響。
並且，經由向反應室之上部分離及排出殘存之源氣及反應氣體，可減少排氣時在基板W上之微細結構中暫留下來的粒子等且在排出粒子等過程中可減少因碰到基板W之表面而造成薄膜品質降低之影響。即在源氣排氣線141及反應氣體排氣線142經由基板W之上部時，經由將在基板W之上部微細空間或結構之間存在之粒子等經由排氣線141、142清除至反應房間R外部，可防止基板W之沈積品質惡化。
如圖3所示，真空抽氣單元150可包括與第一排氣孔111a 及第一吐出線161相連接之第一真空抽氣器151及與第二排氣孔111b及第二吐出線162相連接之第二真空抽氣器152。因而，不僅在反應室110內部並且在其外部上亦可將源氣及反應氣體之排氣結構形成為分離形式以防止源氣與反應氣體之間的混合。
其中可進一步包括將第一排氣孔111a及第一真空抽氣器151連接之第一真空線171及將第二排氣孔111b及第二真空抽氣器152連接之第二真空線172。
下面進一步說明根據本發明一個實施例之薄膜沈積裝置100中之氣體供給單元130之變形例。
圖4係示出圖2所示之氣體供給單元之變形例之示圖，且圖5係示出圖2所示之氣體供給單元之另一變形例之示圖。
圖4示出與圖1所示之基座120相面對之氣體供給單元130'之內面，位於基座120之上部大致呈圓形之源氣排氣線141'及反應氣體排氣線142'形成在氣體供給單元130'上。
其中，源氣排氣線141'及反應氣體排氣線142'可為多個。在源氣排氣線141'及反應氣體排氣線142'中可形成用來排氣之排氣狹長裂口141c、142c。排氣槽可替代排氣狹長裂口141c、142c而被形成。
此外，在源氣排氣線141'圍繞之部分上形成源氣區域SA，且在反應氣體排氣線142'圍繞之部分上形成反應氣體區域RA。此時，在源氣排氣線141'及反應氣體排氣線142'之外部上形成第一吹掃氣體區域PA1及第二吹掃氣體區域PA2。
並且，第一吐出線161'及源氣排氣線141'相連接，且第二吐出線162'及反應氣體排氣線142'相連接。
經由利用吹掃氣體區域PA1、PA2分離源氣區域SA及反應氣體區域RA可在分離及排氣源氣及反應氣體的過程中防止源氣與反應氣體之間的混合。
此外，參考示出另外變形例之圖5，位於基座120之上部大致呈輻射狀之源氣排氣線141"及反應氣體排氣線142"形成在氣體供給單元130"上。源氣排氣線141"及反應氣體排氣線142"最佳至少形成為2個。
其中，在氣體供給單元130"之中央部分上可形成與源氣排氣線141"及反應氣體排氣線142"之一端分別連接之連接線145。在源氣排氣線141"及反應氣體排氣線142"中可分別形成用來排氣之排氣槽141d、142d。排氣狹長裂口(未示出)可替代排氣槽141d、142d而被形成。
此外，在源氣排氣線141"之間形成源氣區域SA，且在反應氣體排氣線142"之間形成反應氣體區域RA。此時，在源氣排氣線141"與反應氣體排氣線142"之間分別形成第一吹掃氣體區域PA1及第二吹掃氣體區域PA2。
並且，第一吐出線161"及第二吐出線162"與連接線145相連接。其中，連接線145最佳與用來在連接線145內防止源氣與反應氣體之間的混合之分離板145a相連接。
經由上述結構，利用吹掃氣體區域PA1、PA2可分離源氣區域SA及反應氣體區域RA且在排氣時可防止源氣與反應氣體之間的混合。
參考圖6可瞭解源氣排氣線141及反應氣體排氣線142之剖面形狀。在氣體供給單元130內凹入形成的槽可形成排氣線141、142。該結構具有將吸入排出氣體之範圍增大之優點。
由於氣體如圖6之實線箭頭符號所示之方向排出，隔壁112a之兩側存在之吹掃氣體被排出後分離區域SS形成在隔壁112a附近。
雖然在圖6中排氣線141、142係氣體供給單元130下面之凹入部分，但其並不限於此形狀，可具有平板形或凹入曲面形或凹入多角形之形狀。
下面參考圖7進一步說明根據本發明一實施例之薄膜沈積裝置100之沈積方法及排氣方法。圖7係示出根據圖1所示之薄膜沈積裝置之每個階段之運作狀態之示圖。
圖7示出隨著基座120之旋轉在每個階段中基板W與源氣排氣線141及反應氣體排氣線142之相對位置變化。
在基板W安裝在基座120後，基座120及基板W被與旋轉軸121(參考圖1)相連接之驅動單元(未示出)驅動而進行旋轉。此時，經由氣體供給單元130，源氣、反應氣體及吹掃氣體同時供給。其中，基板W按次序旋轉接觸源氣、吹掃氣體、反應氣體及吹掃氣體以完成一個週期(cycle)。
為了便於理解，基於在圖7所示之基板中最左邊示出之基板進行闡述。如圖7(a)所示，在反應室內安裝在基座120上之基板W旋轉，首先接觸源氣使其沈積在基板W之表面上。
然後，如圖7(b)所示，基板W經由吹掃氣體且殘存之源氣經由源氣排氣線141排氣。此時，由於在基板W上存在之不純物或粒子等可與源氣一起經由源氣排氣線141向氣體供給單元130之上部排出，因此可減少因不純物或粒子等造成之基板W之表面損傷。
其後，經由反應氣體在基板W之表面上進行化學沈積，可形成期待之薄膜(參考在圖7(a)中自左邊至第二示出之基板)。
最後，經由反應氣體去除殘存之反應氣體(參考在圖7(b)中自左邊至第二示出之基板)。此時，在基板W上存在之不純物或粒子等可與反應氣體一起經由反應氣體排氣線142排出至氣體供給單元130之上部。
經由如此過程來完成基板上之薄膜，基座120旋轉著排出在反應室內殘存之氣體。此時，經由源氣排氣線141可排出殘存之源氣及吹掃氣體，且經由反應氣體排氣線142可排出反應氣體及吹掃氣體。
並且，在反應房間R之邊緣上殘存之氣體經由排氣孔111a、111b排出，而經由排氣孔111a、111b排出之氣體被隔壁112a、112b互相分離及排氣。
經由排氣線141、142及排氣孔111a、111b分離及排氣之源氣及反應氣體利用第一真空抽氣器151及第二真空抽氣器152可完全被排出。總之，殘存之源氣及反應氣體可完全分離及獨立排氣。
此外，根據本發明之一個實施例之薄膜沈積方法包括： 按次序形成向反應室110之上部供給源氣之源氣區域SA、供給吹掃氣體之第一吹掃氣體區域PA1、供給反應氣體之反應氣體區域RA及供給吹掃氣體之第二吹掃氣體區域PA2；旋轉在反應室110內安裝至少一個基板W之基座120；經由源氣區域SA、反應氣體區域RA以及該第一吹掃氣體區域PA1及該第二吹掃氣體區域PA2向基座120上供給該源氣、該反應氣體及該吹掃氣體；及經由利用與源氣區域SA以及該第一吹掃氣體區域PA1及該第二吹掃氣體區域PA2之邊界相對應形成在氣體供給單元130底面上之源氣排氣線141及與反應氣體區域RA以及第一吹掃氣體區域PA1及第二吹掃氣體區域PA2之邊界相對應形成在氣體供給單元130底面上之反應氣體排氣線142自反應室110中排出周圍氣體。
如上所述之薄膜沈積裝置係自原子層沈積裝置之角度來說明，但其當然亦可適用於化學氣相沈積裝置等，自多種角度而言其應被理解為係可掌握本發明之技術思想或最小之技術之一，其並不限於本發明。
如上所述，本發明經由具備分離排氣單元可防止殘存之源氣與反應氣體之間互相混合而進行不必要的反應且能防止在基板以外的地方沈積反應物。
並且，本發明不需要在反應室內設置用來分離源氣及反應氣體而排氣之有結構之隔壁，因此可使反應室之內部結構簡易化。
此外，本發明經由防止殘存之源氣與反應氣體之間的混 合來減少粒子等不純物之產生可提高薄膜之品質。
本發明經由向反應室之上部分離及排出源氣及反應氣體可減少排氣時在基板上之微細結構之間粒子等殘存，且可降低在排出粒子等過程中因粒子碰到基板表面而造成之薄膜品質惡化之影響。
並且，本發明經由排氣線及排氣孔之形成位置分成源氣區域及反應氣體區域可雙重阻止源氣與反應氣體之間的混合。
此外，本發明可減少因粒子等不純物對真空抽氣器之損傷且因此可延長真空抽氣器之使用壽命。
儘管已經參照本發明之特定示例性實施例顯示及描述了本發明，但熟習此項技術者應理解，在不脫離由申請專利範圍定義之本發明之精神及範疇的情況下，可對其進行形式及細節上的各種改變。因此，熟習此項技術者在本發明之範疇內可基於本發明之原則進行各種變化及修改。
100‧‧‧薄膜沈積裝置
110‧‧‧反應室
111a‧‧‧第一排氣孔
111b‧‧‧第二排氣孔
111‧‧‧排氣孔
112a‧‧‧隔壁
112b‧‧‧隔壁
113a‧‧‧第一吐出端口
113b‧‧‧第二吐出端口
120‧‧‧基座
121‧‧‧旋轉軸
123‧‧‧加熱器
130‧‧‧氣體供給單元
130'‧‧‧氣體供給單元
130"‧‧‧氣體供給單元
131a‧‧‧源氣噴射孔
131b‧‧‧反應氣體噴射孔
131c‧‧‧吹掃氣體噴射孔
131d‧‧‧吹掃氣體噴射孔
133‧‧‧第一連接孔
134‧‧‧第二連接孔
135‧‧‧第三連接孔
136‧‧‧第四連接孔
140‧‧‧分離排氣單元
141a‧‧‧吸入孔
141b‧‧‧結合孔
141c‧‧‧排氣狹長裂口
141d‧‧‧排氣槽
141‧‧‧源氣排氣線
141'‧‧‧源氣排氣線
141"‧‧‧源氣排氣線
142a‧‧‧吸入孔
142b‧‧‧結合孔
142c‧‧‧排氣狹長裂口
142d‧‧‧排氣槽
142‧‧‧反應氣體排氣線
142'‧‧‧反應氣體排氣線
142"‧‧‧反應氣體排氣線
145a‧‧‧分離板
145‧‧‧連接線
150‧‧‧真空抽氣單元
151‧‧‧第一真空抽氣器
152‧‧‧第二真空抽氣器
161‧‧‧第一吐出線
161'‧‧‧第一吐出線
161"‧‧‧第一吐出線
162‧‧‧第二吐出線
162'‧‧‧第二吐出線
162"‧‧‧第二吐出線
171‧‧‧第一真空線
172‧‧‧第二真空線
PA1‧‧‧第一吹掃氣體區域
PA2‧‧‧第二吹掃氣體區域
R‧‧‧反應房間
RA‧‧‧反應氣體區域
SA‧‧‧源氣區域
SS‧‧‧分離區域
W‧‧‧基板
圖1係示出根據本發明實施例之薄膜沈積裝置之縱向剖面圖；圖2係示出根據圖1之切斷線II-II所示之根據本發明一實施例之分離排氣單元形成之氣體供給單元的剖面圖；圖3係示出根據圖1之切斷線II-II所示之根據本發明一實施例之薄膜沈積裝置之反應室內部與分離排氣單元之間的關係之剖面圖；圖4係示出圖2所示之氣體供給單元之變形例之示圖； 圖5係示出圖2所示之氣體供給單元之另一變形例之示圖；圖6係示出根據圖1之切斷線Ⅳ-Ⅳ所示之根據本發明一實施例之具有分離排氣單元之薄膜沈積裝置之運作原理的剖面圖；圖7，包含圖7(a)及圖7(b)，係示出根據圖1所示之薄膜沈積裝置之每個階段之運作狀態之示圖。
100‧‧‧薄膜沈積裝置
110‧‧‧反應室
111‧‧‧排氣孔
112a‧‧‧隔壁
112b‧‧‧隔壁
120‧‧‧基座
121‧‧‧旋轉軸
123‧‧‧加熱器
130‧‧‧氣體供給單元
150‧‧‧真空抽氣單元
161‧‧‧第一吐出線
162‧‧‧第二吐出線
R‧‧‧反應房間
W‧‧‧基板

Claims (14)

  1. 一種薄膜沈積裝置，其包括：反應室；可旋轉地裝載在該反應室內且安裝至少一個基板之基座；裝載在該反應室上部而將複數氣體分別提供給該反應室內之氣體供給單元；與提供該複數氣體之各個區域之邊界相對應裝載在該基座上且具備排出周圍氣體之排氣線的分離排氣單元；及對該分離排氣單元提供吸入力之真空抽氣單元。
  2. 如請求項1之薄膜沈積裝置，其中該等排氣線將該反應室之內部區分成源氣區域、反應氣體區域及吹掃氣體區域，其中該源氣區域及該反應氣體區域被該吹掃氣體區域互相隔離。
  3. 如請求項2之薄膜沈積裝置，其中該等排氣線吸入及排出安裝在該基座上面之至少一個基板上存在的不純物或粒子。
  4. 如請求項1之薄膜沈積裝置，其進一步包括連接該分離排氣單元之該等排氣線及該真空抽氣單元之吐出線，其中該吐出線的一端經由該氣體供給單元之上部與該等排氣線相連接且其另一端與該真空抽氣單元相連接。
  5. 如請求項1之薄膜沈積裝置，其進一步包括形成在該反應室之邊緣上且與該真空抽氣單元相連接之排氣孔。
  6. 如請求項5之薄膜沈積裝置，其中在該反應室內形成防 止向該基座周圍排出之氣體混合之隔壁。
  7. 如請求項1之薄膜沈積裝置，其中該氣體供給單元按次序包括提供源氣之源氣區域、提供吹掃氣體之第一吹掃氣體區域、提供反應氣體之反應氣體區域及提供吹掃氣體之第二吹掃氣體區域，其中該分離排氣單元包括與該源氣區域以及該第一吹掃氣體區域及該第二吹掃氣體區域之邊界相對應形成在該氣體供給單元底面上的源氣排氣線，及與該反應氣體區域以及該第一吹掃氣體區域及該第二吹掃氣體區域之邊界相對應形成在該氣體供給單元底面上的反應氣體排氣線。
  8. 如請求項7之薄膜沈積裝置，其中與該源氣區域、該反應氣體區域以及該第一吹掃氣體區域及該第二吹掃氣體區域相對應的該氣體供給單元含有向該反應室內噴射氣體之複數氣體噴射孔。
  9. 如請求項8之薄膜沈積裝置，其中該源氣排氣線覆蓋該源氣區域與該第一吹掃氣體區域之間的邊界及該源氣區域與該第二吹掃氣體區域之間的邊界而被形成，其中該反應氣體排氣線覆蓋該反應氣體區域與該第一吹掃氣體區域之間的邊界及該反應氣體區域與該第二吹掃氣體區域之間的邊界而被形成。
  10. 如請求項7之薄膜沈積裝置，其進一步包括形成在該氣體供給單元上且其一端與該源氣排氣線相連接之第一吐出線及一端與該反應氣體排氣線相連接之第二吐出線，其中該真空抽氣單元包括與該第一吐出線之另一端相連 接之第一真空抽氣器及與該第二吐出線之另一端相連接之第二真空抽氣器。
  11. 如請求項10之薄膜沈積裝置，其進一步包括用來與該源氣區域相對應形成在該反應室之邊緣上且與該第一真空抽氣器相連接之第一排氣孔；及用來與該反應氣體區域相對應形成在該反應室之邊緣上且與該第二真空抽氣器相連接之第二排氣孔。
  12. 如請求項10之薄膜沈積裝置，在該反應室內形成用來防止該源氣與該反應氣體之間的混合之隔壁，其中該隔壁位於該第一吹掃氣體區域及該第二吹掃氣體區域上。
  13. 如請求項7之薄膜沈積裝置，該源氣排氣線排出該源氣及該吹掃氣體，且該反應氣體排氣線排出該反應氣體及該吹掃氣體。
  14. 一種薄膜沈積方法，其包括：按次序形成向反應室上部供給源氣之源氣區域、供給吹掃氣體之第一吹掃氣體區域、供給反應氣體之反應氣體區域及供給吹掃氣體之第二吹掃氣體區域；在該反應室內旋轉安裝至少一個基板之基座；經由該源氣區域、該反應氣體區域以及該第一吹掃氣體區域及該第二吹掃氣體區域向該至少一個基板上供給該源氣、該反應氣體及該吹掃氣體；及經由與該源氣區域以及該第一吹掃氣體區域及該第二吹掃氣體區域之邊界相對應在該氣體供給單元底面上形成源氣排氣線且與該反應氣體區域以及該第一吹掃氣體 區域及該第二吹掃氣體區域之邊界相對應在該氣體供給單元底面上形成反應氣體排氣線以將周圍氣體自該反應室中排出。
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