TWI470106B - 多腔體薄膜沈積裝置及其抽氣模組 - Google Patents

Description

多腔體薄膜沈積裝置及其抽氣模組

  本發明是關於一種多腔體薄膜沈積裝置及其抽氣模組。

    薄膜沈積(Thin Film Deposition)可應用於各種物品或元件，例如半導體元件等的表面處理；它是一種在各種材料例如金屬、超硬合金、陶瓷及晶圓基板的表面上，成長一或多層同質或異質材料薄膜的製程。

    依據沈積過程是否含有化學反應，薄膜沈積可區分為物理氣相沈積(Physical Vapor Deposition，簡稱PVD)及化學氣相沈積(Chemical Vapor Deposition，簡稱CVD)。

    隨著沈積技術及沈積參數差異，所沈積薄膜的結構可能是「單晶」、「多晶」、或「非結晶」的結構。單晶薄膜的沈積在積體電路製程中特別重要，稱為「磊晶」(epitaxy)。磊晶成長的半導體薄膜的主要優點是：因為在沈積過程中可直接摻雜施體或受體，因此可精確控制薄膜中的「摻質分佈」(dopant profile)，並且不包含氧與碳等雜質。

    金屬有機化學氣相沈積(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition，簡稱MOCVD)，其原理是利用承載氣體(carrier gas)攜帶氣相反應物，或是前驅物進入裝有晶圓的腔體中，晶圓下方的承載盤(susceptor)以特定加熱方式(例如高週波感應或電阻)加熱晶圓及接近晶圓的氣體使其溫度升高，而高溫會觸發單一或是數種氣體間的化學反應式，使通常為氣態的反應物被轉換為固態的生成物，並沈積在晶圓表面上。

    當以MOCVD方法形成各種元件，例如發光二極體時，元件的良率、產率、品質與製程息息相關，而製程的品質取決於反應器(reactor)內部氣體流場的穩定性、溫度控制、氣體控制等等因素，其中各因素對於沉積物的均勻性(uniformity)均有重大影響。

    由於MOCVD是在高溫的環境下進行化學反應，而高溫所產生的自然對流與抽氣系統所產生的強制對流，皆是影響沈積物均勻性的重要因素；因此，如何同時維持高抽氣能力以及沈積物的均勻性，並兼顧降低成本與容易清理，是目前業界努力研究的方向。

    本發明係關於一種適用於多腔體薄膜沈積裝置的抽氣模組，特別是一種具有高抽氣能力、均勻氣體流場、低成本，以及方便維護的抽氣模組。

    本發明一實施例提供一種適用於一多腔體薄膜沈積裝置之抽氣模組，其主要包含一匯流腔體與複數個抽氣管。匯流腔體的上部截面積大於匯流腔體的下部截面積。每一抽氣管的一端連接一反應腔體、另一端連接匯流腔體上部的一入口。藉此，抽氣模組操作時可以產生一漩渦式的流場，以便於提供每一個反應腔體強度相似的抽氣能力。

 

    以下將詳述本案的各實施例，並配合圖式作為例示。除了這些詳細描述之外，本發明還可以廣泛地施行在其他的實施例中，任何所述實施例的輕易替代、修改、等效變化都包含在本案的範圍內，並以之後的專利範圍為準。在說明書的描述中，為了使讀者對本發明有較完整的瞭解，提供了許多特定細節；然而，本發明可能在省略部分或全部這些特定細節的前提下，仍可實施。此外，眾所周知的步驟或元件並未描述於細節中，以避免造成本發明不必要之限制。圖式中相同或類似之元件將以相同或類似符號來表示。特別注意的是，圖式僅為示意之用，並非代表元件實際的尺寸或數量，除非有特別說明。

    圖1A與圖1B顯示本發明一實施例的抽氣模組1，其中圖1A為立體示意圖，圖1B為俯視圖。本發明實施例所提供的抽氣模組1，適用於一種多腔體薄膜沈積裝置。在本實施例，多腔體薄膜沈積裝置係一種用於有機金屬化學氣相沈積(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition， MOCVD)的薄膜沈積裝置，但不限於此。

    參見圖1A與圖1B，抽氣模組1主要包含一匯流腔體10以及複數個抽氣管12。由上方俯視觀察匯流腔體10，其形狀近似一圓形；另外，匯流腔體10可具有一上部102與一下部104，且上部102的截面積大於下部104的截面積。複數個抽氣管12連接匯流腔體10與反應腔體14，其中，每一抽氣管12的一端連接多腔體薄膜沈積裝置的一反應腔體14(reactor)，另一端以切線方向連接位於上部102的一入口106。

    另外，於本實施例，匯流腔體10尚包含一出口108位於下部104的下方，且出口108連接一排氣管16，其連接一鼓風機(fan)或泵(圖中未顯示)。值得注意的是，在其他實施例，出口108可位於匯流腔體10的其他位置或方向，例如出口108與排氣管16是呈水平設置。

    藉此，抽氣模組1操作時，匯流腔體10內會產生一漩渦的氣體流場，使提供每一反應腔體14強度相似的抽氣能力，將各反應腔體14的排出氣體(exhaust gas)均勻地抽出，以便於提高每一反應腔體14內之氣體流場的均勻性，進而提高所沈積薄膜的均勻性。

    於習知技術中，多腔體薄膜沈積裝置的每一反應腔體透過一抽氣管個別連接一氣體處理系統，其用於抽出並處理所連接反應腔體的排出氣體。因為排出氣體可能包含未反應的氣體反應物、前驅物、固體生成物、塵粒等，並可能沈積在反應腔體或抽氣管的管壁，而沈積在後者可能會導致個別氣體處理系統的抽氣能力產生變化，使其所連接反應腔體內的氣體流場不同於其他反應腔體，造成產品均勻性不佳。

    反之，本發明抽氣模組1將所有反應腔體14的排出氣體，透過個別的抽氣管12以切線方向連接於共同的匯流腔體10，搭配下方抽氣，使匯流腔體10內形成一個「漩渦」的氣場，加上匯流腔體10上寬下窄的形狀，使壓力與抽氣速度產生變化，產生一個結構夠強的氣場，使各反應腔體內的排出氣體被均勻抽出，如此可避免因為管道汙染使得不同反應腔體具有相異的抽氣能力。

    根據本發明，匯流腔體10可為一體成形或是以多部件組合而成。在本實施例，匯流腔體10係為一體成形，且匯流腔體10具有碗狀弧面或是倒置圓錐弧面。在另一實施例，匯流腔體係藉由一頂部元件與一底部元件組合而成，其中，頂部元件具有圓柱狀弧面，底部元件具有碗狀弧面或是倒置圓錐弧面；在另一實施例，頂部元件具有碗狀弧面或是倒置圓錐弧面，底部元件具有圓柱狀弧面。另外，於另一實施例，可再包含一氣體洗滌器(scrubber，圖中未顯示)連接於上述鼓風機或泵之後。

    在上述實施例，反應腔體14的數量為四個，但不限於此。本發明所提供的抽氣模組適用於任何具有兩個反應腔體以上的薄膜沉積裝置。圖2A與圖2B顯示根據本發明另一實施例的抽氣模組2，其與圖1A與1B實施例的不同處在於，本實施例之多腔體薄膜沉積裝置具有3個反應腔體14，因此匯流腔體10具有3個入口106透過抽氣管12分別連接一反應腔體14；其餘結構細節與變化與前述實施例相同，不再贅述。

    圖3為一方塊圖顯示根據本發明另一實施例多腔體薄膜沈積裝置，其包含如圖2A、2B所示的抽氣模組2。另外，在每一反應腔體14內具有一晶圓載具142其上方承載許多晶圓(圖中未顯示)，以及一驅動模組144用於驅動晶圓載具142。一進氣管線18提供薄膜沈積所需一或多種氣體，並透過設置於每一反應腔體14前的一氣體控制器20控制流量。在薄膜沈積後，每一反應腔體14的排出氣體經由抽氣管12集中於匯流腔體。

    除了提供強大、穩定、均勻的抽氣能力，本發明的抽氣模組僅使用單一匯流腔體處理所有反應腔體的排出氣體，因此可省下許多設備成本與維修成本。

    以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明之申請專利範圍；凡其他未脫離發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請專利範圍內。

1．．．抽氣模組

2．．．抽氣模組

10．．．匯流腔體

12．．．抽氣管

14．．．反應腔體

16．．．排氣管

18．．．進氣管線

20．．．氣體控制器

102．．．上部

104．．．下部

106．．．入口

108．．．出口

142．．．晶圓載具

144．．．驅動模組

圖1A顯示本發明一實施例抽氣模組的立體示意圖；

圖1B顯示圖1A的俯視圖；

圖2A顯示本發明另一實施例抽氣模組的立體示意圖；
圖2B顯示圖2A的俯視圖；以及
圖3顯示根據本發明另一實施例具有抽氣模組之多腔體薄膜沈積裝置的方塊圖。

1．．．抽氣模組

10．．．匯流腔體

12．．．抽氣管

14．．．反應腔體

16．．．排氣管

102．．．上部

104．．．下部

106．．．入口

108．．．出口

Claims (17)

1. 一種適用於一多腔體薄膜沈積裝置之抽氣模組，包含：
       一匯流腔體(collecting chamber)，且該匯流腔體的上部截面積大於該匯流腔體的下部截面積；以及
       複數個抽氣管，連接於該匯流腔體，其中每一該抽氣管的一端連接該多腔體薄膜沈積裝置的一反應腔體，另一端連接該匯流腔體的上部的一入口；藉此，該抽氣模組操作時於該匯流腔體內產生一漩渦式的流場，以便於提供每一該反應腔體強度相似的抽氣能力。
   
   
2. 如申請專利範圍第1項的抽氣模組，其中該匯流腔體的俯視形狀近似一圓形，且每一該抽氣管的另一端以切線方向連接該匯流腔體上部的一入口。
   
   
3. 如申請專利範圍第1項的抽氣模組，其中該匯流腔體係為一體成形或是多部件組合而成。
   
   
4. 如申請專利範圍第3項的抽氣模組，其中該匯流腔體係為一體成形，且該匯流腔體具有碗狀弧面或是倒置圓錐弧面。
   
   
5. 如申請專利範圍第3項的抽氣模組，其中該匯流腔體係藉由一頂部元件與一底部元件組合而成。
   
   
6. 如申請專利範圍第5項的抽氣模組，其中該頂部元件具有圓柱狀弧面，該底部元件具有碗狀弧面或是倒置圓錐弧面。
   
   
7. 如申請專利範圍第5項的抽氣模組，其中該頂部元件具有碗狀弧面或是倒置圓錐弧面，該底部元件具有圓柱狀弧面。
   
   
8. 如申請專利範圍第1項的抽氣模組，其中該匯流腔體的下部包含一出口，該出口連接一排氣管。
   
   
9. 如申請專利範圍第1項的抽氣模組，該多腔體薄膜沈積裝置係一種用於有機金屬化學氣相沈積(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition， MOCVD)的薄膜沈積裝置。
10. 一種多腔體薄膜沈積裝置，包含：
        複數個反應腔體，其中每一反應腔體包含一晶圓載具以及一驅動模組，該晶圓載具用於承載複數個晶圓，該驅動模組用於驅動該晶圓載具；
        一進氣管線，提供每一反應腔體之薄膜沈積所需的氣體；
        一抽氣模組，包含：
    　 　 一匯流腔體，且該匯流腔體的上部截面積大於該匯流腔體的下部截面積；以及
           複數個抽氣管，連接於該匯流腔體，其中每一該抽氣管的一端連接一個該反應腔體，另一端連接該匯流腔體的上部的一入口；藉此，該抽氣模組操作時於該匯流腔體內產生一漩渦式的流場，以便於提供每一該反應腔體強度相似的抽氣能力。
    
    
11. 如申請專利範圍第10項的多腔體薄膜沈積裝置，其中該匯流腔體的俯視形狀近似一圓形，且每一該抽氣管的另一端以切線方向連接該匯流腔體上部的一入口。
    
    
12. 如申請專利範圍第10項的多腔體薄膜沈積裝置，其中該匯流腔體係為一體成形或是多部件組合而成。
    
    
13. 如申請專利範圍第12項的多腔體薄膜沈積裝置，其中該匯流腔體係為一體成形，且該匯流腔體具有碗狀弧面或是倒置圓錐弧面。
    
    
14. 如申請專利範圍第12項的多腔體薄膜沈積裝置，其中該匯流腔體係藉由一頂部元件與一底部元件組合而成。
    
    
15. 如申請專利範圍第14項的多腔體薄膜沈積裝置，其中該頂部元件具有圓柱狀弧面，該底部元件具有碗狀弧面或是倒置圓錐弧面。
    
    
16. 如申請專利範圍第14項的多腔體薄膜沈積裝置，其中該頂部元件具有碗狀弧面或是倒置圓錐弧面，該底部元件具有圓柱狀弧面。
    
    
17. 如申請專利範圍第10項的多腔體薄膜沈積裝置，其中該匯流腔體的下部包含一出口，該出口連接一排氣管。