TWI496199B - 在晶圓上沈積薄膜的反應器 - Google Patents

在晶圓上沈積薄膜的反應器 Download PDF

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Description

在晶圓上沈積薄膜的反應器
本發明有關於一種在晶圓上沈積薄膜的裝置，且特定而言，有關於一種可減少反應器(reactor)內部污染(contamination)的在晶圓上沈積薄膜的裝置。
隨著半導體裝置規模之縮小化，對超薄膜(ultra thin film)之要求正不斷提高。同時，由於接觸孔(contact hole)尺寸降低，臺階覆蓋(step coverage)之相關問題變得嚴重。作為一種可克服這些問題的新的沈積技術，原子層沈積(atomic layer deposition，ALD)方法正日漸興起。通常，ALD方法指一種薄膜形成方法，其中分別提供各別之源氣體(source gas)，藉由表面飽和(surface saturation)之源氣體來形成薄膜。為了穩定維持ALD，將第一源氣體及第二源氣體分別提供至反應器中，以使得它們在基板上方之沈積空間內不發生混合。
美國專利第5,730,802號揭示一種薄膜沈積裝置及其方法。其中，反應器以隔板(partition plate)分隔，由氣體供應入口(gas supply inlet)將第一材質氣體、第二材質氣體以及隔離氣體(separation gas)從氣體注入單元(gas injection unit)分別提供至以隔板分隔之反應器的空間，當基板支持件(substrate holder)轉動時，可形成原子層。
上述美國專利中揭示之薄膜沈積裝置的結構如圖1所示。
請參閱圖1，薄膜沈積裝置1包括反應器10、可轉動地設置於反應器10中之基板支持件20、原料氣體供給入口30和40、隔離氣體供應入口50，以及用於防止原料氣體混合之隔板60。當藉由基板支持件20之轉動通過原料氣體供給入口30、40以及隔離氣體供應入口50以一定之時間間隔將原料氣體及隔離氣體分別提供至基板W上時，實施原子層沈積。
藉由隔板60和沖洗氣體(purge gas)，薄膜沈積裝置1可防止原料氣體在基板W上混合，然而，在排氣操作(exhaust operation)期間，未反應的原料氣體有可能會在反應器10中混合。如果在排氣操作期間未反應的原料氣體在反應器10中混合，將會產生不需要的副產物(by－product)。由於所產生之副產物通常為固態，其會污染反應器10內部。
同時，當泵(pump)運轉不當或停止運轉時，這些副產物有可能回流至反應器中或是引發故障(malfunction)。同時，如果這些副產物嚴重堆積在排氣路徑(exhaust path)，將會導致排氣路徑堵塞。當出現上述問題時，需對泵進行拆卸以移除(remove)相關之副產物或是對泵進行更換(exchange)。同時，亦需要更換排氣路徑或移除在排氣路徑上之副產物。為了應對此維護工作，需要耗費大量精力及時間，此對於半導體裝置大規模的製造將成為障礙因素(hindrance factor)。
此外，副產物在泵之後的排氣路徑上顯示出一種實質 上的低流動速率(flow rate)。即，當此等未反應之副產物從泵轉移至洗氣器(scrubber)時，它們是處於大氣壓(atmospheric pressure)和室溫的環境下，因此依照原料氣體之種類，其有可能在洗氣器中出現爆炸等情形。因而，副產物將導致排氣路徑維護上之困難。
本發明提供一種在晶圓上沈積薄膜的裝置，其可防止源氣體在反應器中混合。
根據本發明之範例性實施例，一種沈積薄膜的裝置包括：反應器；基板支撐單元(substrate support unit)，可轉動地安裝於反應器內部並提供多個基板承載部份(substrate loading part)，多個基板承載部份上分別裝載多個基板(substrate)；氣體注入單元(gas injection unit)，包括多個源氣體注入器(source gas injector)，以提供至少二種不同的源氣體至基板支撐單元上，且多個沖洗氣體注入器(purge gas injector)設置於多個源氣體注入器之間，以提供用以沖洗源氣體之沖洗氣體至基板支撐單元上，多個源氣體注入器及多個沖洗氣體注入器徑向地安裝在基板支撐單元上；以及，排氣單元(exhaust unit)，設置為環狀，以圍繞基板支撐單元之外周(outer circumference)，且排氣單元包括：排氣通道(exhaust channel)，具有多個排氣口以引導並將至少二種源氣體排出至反應器外部，以及多個隔板，安裝於排氣通道內且將排氣通道區隔為多個彼此隔離之排氣通路(exhaust passage)，藉此，以不同之路徑將多個源氣體注入 器所提供之至少二源氣體排出至外部。
根據本發明之另一種範例性實施例，一種沈積薄膜的裝置包括：反應器；基板支撐單元，可轉動地安裝於反應器內部並提供多個基板承載部份，多個基板承載部份上分別承載多個基板；氣體注入單元，包括多個源氣體注入器，以提供至少二種不同的源氣體至基板支撐單元上，且多個沖洗氣體注入器設置於多個源氣體注入器之間，以提供沖洗各源氣體之沖洗氣體至基板支撐單元上，多個源氣體注入器及多個沖洗氣體注入器徑向地安裝在基板支撐單元上；以及排氣單元，設置為環狀，以圍繞基板支撐單元之外周，且排氣單元包括：排氣通道，構造為引導並將至少二種源氣體排出至反應器外部；以及多個排氣口，以排出至少二種源氣體，其中，至少多個排氣口的其中之一設置為鄰接於各個源氣體注入器。
根據本發明之又一種範例性實施例，一種沈積薄膜的裝置包括：多個處理室(process chamber)，各多個處理室包括：i)反應器；ii)基板支撐單元，可轉動地安裝於反應器內並提供多個基板承載部份，多個基板承載部份上分別承載多個基板；iii)氣體注入單元，包括多個源氣體注入器，以提供至少二種不同的源氣體至基板支撐單元上，且多個沖洗氣體注入器設置於多個源氣體注入器之間，以提供沖洗源氣體之沖洗氣體至基板支撐單元上，多個源氣體注入器及多個沖洗氣體注入器徑向地安裝在基板支撐單元上；以及，iv)排氣單元，設置為環狀，以圍繞基板支撐單元之外周，且排氣單元包括：具有多 個排氣口之排氣通道，以引導並將至少二種源氣體排出至反應器外部；多個隔板，安裝於排氣通道內且將排氣通道區隔為多個彼此隔離之排氣通路，藉此，以不同之路徑將多個源氣體注入器所提供之至少二種源氣體排出至外部；以及，多個泵，構造為將多個處理室中之氣體排出至外部，其中，各多個泵連接於各多個處理室之多個排氣通路的至少其中之一，以排出相同類型之氣體。
根據本發明之又一種範例性實施例，一種沈積薄膜的裝置包括：多個處理室，各多個處理室包括：i)反應器；ii)基板支撐單元，可轉動地安裝於反應器內並提供多個基板承載部份，多個基板承載部份上分別承載多個基板；iii)氣體注入單元，包括多個源氣體注入器，以提供至少二種不同的源氣體至基板支撐單元上，且多個沖洗氣體注入器設置於多個源氣體注入器之間，以提供沖洗源氣體之沖洗氣體至基板支撐單元上，多個源氣體注入器及多個沖洗氣體注入器徑向地安裝在基板支撐單元上；以及，iv)排氣單元，設置為環狀，以圍繞基板支撐單元之外周，且排氣單元包括：排氣通道，構造為引導並將至少二種源氣體排出至反應器外部；多個排氣口，以排出至少二種源氣體；以及，多個泵，構造為將多個處理室中之氣體排出至外部，其中多個排氣口的至少其中之一設置為鄰接於各個源氣體注入器，由此使各別之源氣體注入器所供應之源氣體以不同之排氣口排出至外部；且各多個泵連接於各多個處理室之多個排氣口的至少其中之一，以排出相同類型之氣體。
【有利的效果】
根據範例性實施例，採用具有獨立排氣通路之排氣單元可有效防止源氣體在反應器內部混合，因而可降低沈積薄膜的裝置之污染。
根據另一種範例性實施例，形成鄰接於各別之源氣體注入器的排氣口，以有效防止源氣體在反應器內部混合，因而可降低沈積薄膜的裝置之污染。
藉此，提供數量與源氣體數量相同之排氣線路(exhaust line)及泵，以防止源氣體在排氣線路及反應器內部混合，因而可節省管理排氣路徑所需之精力與成本。
同時，在兩個或更多的處理室中採用相同之源氣體時，可利用單一的泵排出相同之源氣體，由此可節省成本。
下文將根據附圖及範例性實施例來對本發明進行詳細闡述。然而，本發明不僅限於說明書所示之範例性實施例，其實際應用可以有多種不同之形式。此等實施例用以對本發明進行完整和詳細之說明，以使熟識本領域之技藝者瞭解本發明。
圖2是根據本發明實施例之沈積薄膜的裝置之示意圖，圖3是圖2之III－III線的截面圖，圖4是圖2之IV－IV線的截面圖。
請參閱圖2至圖4，根據本發明範例性實施例之沈積薄膜的裝置100包括反應器200、基板支撐單元210、氣體注入單元220、排氣單元230、二個泵240a、240b以及二個洗氣器250a、250b。
反應器200包括底部201、外壁202以及上板203。底部201為圓板狀，外壁202自底部201的圓周邊界向上垂直延伸，其外形呈柱狀。外壁202具有裝載通道(loading passage)(圖未示)，藉由裝載通道來裝載或卸載基板W。上板203為圓板狀，其可拆卸地耦接於外壁202之上端。當上板203耦接於外壁202之上端時，於反應器200中形成一空間。特定而言，在基板支撐單元210上方形成薄膜沈積空間205，下文將對此進行詳細說明，其位於基板支撐單元210與氣體注入單元220之間。密封元件(圖未示)，例如圓形墊圈，置於上板203的底部表面與外壁202的上端之間，以密封反應器200中形成之空間。
基板支撐單元210位於反應器200中，其包括基座(susceptor)212、多個基板承載部份213、軸(shaft)211，以及加熱器(圖未示)。
基座212形成為圓板狀，且可轉動地設置於反應器200中。基座212中形成六個基板承載部份213。如圖3所示，基板承載部份213環繞周圍而設於基板支撐單元210上，且基板W分別裝載於各別之基板承載部份213上。
軸211之一端耦接於基座212之底部表面，軸211之另一端穿出反應器200並連接於轉動驅動裝置(rotation driving means)，例如，馬達(圖未示)。相應地，當軸211轉動時，基座212針對如圖2中虛線所示之轉動的中軸A而轉動。同時，軸211連接於升降驅動裝置(ascending and descending driving means)，其可提高或下調基座212之 位置。升降驅動裝置例如可包括馬達、齒輪總成(圖未示)或類似物。加熱器(圖未示)埋置於基座212下方，以控制基板W之溫度。
氣體注入單元220耦接於基板支撐單元210上方之上板203上，其包括氣體注入器270a、270b及270c。按照供應氣體之類型，氣體注入器270a、270b及270c可分為第一源氣體注入器270a、第二源氣體注入器270b，以及沖洗氣體注入器270c。第一源氣體注入器270a提供第一源氣體(例如矽烷(SiH4 ))至基板支撐單元210上。第二源氣體注入器270b提供第二源氣體(例如氧氣(O2 ))至基板支撐單元210上。沖洗氣體注入器270c提供沖洗氣體，用以沖洗基板支撐單元210上之第一源氣體與第二源氣體。即，第一源氣體注入器270a與第二源氣體注入器270b為注入源氣體之裝置，以在基板W上沈積薄膜。沖洗氣體注入器270c為注入沖洗氣體之單元，以沖洗薄膜沈積空間205中剩餘之未反應的源氣體，因而可防止這些剩餘的氣體在基板支撐單元210上發生混合。各氣體注入器270a、270b及270c可製成蓮蓬頭(shower head)之形狀。
如圖4所示，第一源氣體注入器270a，第二源氣體注入器270b以及沖洗氣體注入器270c徑向地環繞周圍而設於氣體注入單元220上。在圖4所示之十個氣體注入器270a、270b及270c中，用於注入第一源氣體之第一源氣體注入器270a與用於注入第二源氣體之第二源氣體注入器270b設置於相對側，以防止第一及第二源氣體互相混 合。此外，在第一及第二源氣體注入器270a、270b之間的四個相鄰之沖洗氣體注入器270c以及另外四個相鄰之沖洗氣體注入器270c亦分別設置於相對側，以防止第一及第二源氣體相互混合。根據供應的源氣體之數量，有可能無需使用上述的一些沖洗氣體注入器270c。
因而，提供沖洗氣體以防止氣體注入單元220提供的不同的源氣體在基板W上混合。然而，設置於第一及第二源氣體注入器270a、270b之間的沖洗氣體注入器270c難以防止第一源氣體與第二源氣體在基板支撐單元210之中心區域彼此相互混合。因而，如圖2與圖4所示，中心沖洗氣體注入器260安裝於氣體注入單元220的中心部份，用以提供沖洗氣體(用於沖洗第一源氣體與第二源氣體)至基板支撐單元210上。中心沖洗氣體注入器260所提供的沖洗氣體防止第一源氣體與第二源氣體在基板支撐單元210的中心部份混合。中心沖洗氣體注入器260亦可製成蓮蓬頭之形狀。
當位於上述構造之氣體注入單元220下方的、其上裝載有基板W之基板支撐單元210轉動時，第一源氣體、沖洗氣體以及第二源氣體周期性地施加至基板W上，以進行原子層沈積。
源氣體也可變為電漿，以透過氣體注入單元22來提供。在此，電漿可在安裝於反應器200外部之電漿發生器(圖未示)中產生。電漿亦可在提供至基板支撐單元210上之前在氣體注入單元220內部生成。
圖5是局部剖視透視圖，說明根據本發明範例性實施例之沈積薄膜的裝置的排氣單元230之示意結構。圖6是圖2之VI－VI線的截面圖。圖6中，為了更清楚地說明排氣單元230與氣體注入單元220之配置，以虛線將擋板(baffle)231的進氣口236a、236b以及氣體注入單元220與隔板235及排氣口238a、238b一同顯示。
排氣單元230構造為用以排出剩餘在反應器200中之氣體。請參閱圖2、圖5及圖6，排氣單元230包括排氣通道237、隔板235及擋板231。
排氣通道237由外壁202、內壁233以及底部201來定義。特定而言，外壁202指反應器200之外壁的內表面，其外形呈環狀。
在本發明範例性實施例中，底部201指反應器200之底面。底部201為呈圓板狀的一體結構，且以內壁233分隔為兩個區域，即：內壁233外部的低輪狀區域239與內壁233內部的中心區域232。低輪狀區域239是指自外壁202水平地突出以形成環狀之區域，中心區域232是指自低輪狀區域239延伸之區域。於中心區域232之中央形成貫穿孔234，以供軸211從中穿過。同時，二排氣口238a、238b對稱地形成於低輪狀區域239之相對側。
內壁233自低輪狀區域239垂直朝上延伸，且於基板支撐單元210與外壁202之間與外壁202間隔一預定距離，以具有環狀。外壁202與內壁233之上表面包括階梯部份(stepped portion)以接收擋板231，下文將對此進行說 明。
隔板235設於外壁202與內壁233之間，以將排氣通道237隔離為二單獨之排氣通道237a、237b。即：二隔板235設置於排氣通道237內之相對側。在本實施例中，第一及第二源氣體注入器270a、270b設置於氣體注入單元220之中心的相對側。隔板235設置於沖洗氣體注入器270c周邊之下方，遠離第一及第二源氣體注入器270a、270b。較佳地，隔板235設置為實質上垂直於穿過第一及第二源氣體注入器270a、270b中心之虛線，且設於氣體注入單元220的平面之下，如圖6中所示。排氣口238a、238b設置於以隔板235區隔之低輪狀區域239的相應截面上。較佳地，排氣口238a設置於第一源氣體注入器270a之周邊下方，另一排氣口238b設置於第二源氣體注入器270b之周邊下方，如圖6中所示。因此，由於第一源氣體與第二源氣體被引入相應之排氣通道237a、237b中，且排氣通道237a、237b以隔板235相隔離，因而第一及第二源氣體不會相互混合。
擋板231為環狀板，且放置於位於外壁202與內壁233上表面的階梯部份上，以覆蓋排氣通道237a、237b開放的上表面。多個以預定間距間隔的進氣口236a、236b穿過擋板231，以將氣體輸入排氣通道237a、237b。由此，藉由控制擋板231中進氣口236a、236b之尺寸與數量，使得對排氣流量與反應器200之內部壓力的控制變為可能。由於氣體是藉由泵240a、240b通過排氣口238a、238b而被泵 送，下文對此將進行說明，且沖洗氣體之注入可防止源氣體的擴散，第一源氣體注入器270a提供的第一源氣體藉由與第一源氣體注入器270a相鄰之進氣口236而引入至排氣通道237a。類似地，第二源氣體藉由與第二源氣體注入器270b相鄰之進氣口236b而引入至排氣通道237b。
上述構造之排氣單元230提供二單獨的流動通道。即：排氣單元230提供以隔板235分隔之第一排氣通路及第二排氣通路。第一排氣通路由設置於隔板235一側之擋板231中的進氣口236a、排氣通道237a以及進氣口236a下方之排氣口238a而形成。類似的，第二排氣通路以設置於隔板235一側之擋板231中的進氣口236b、排氣通道237b以及進氣口236b下方之排氣口238b而形成。
請再參閱圖2，二個泵240a、240b構造為將未反應之氣體排出反應器200之外。第一泵240a連接於第一排氣通路，第二泵240b則連接於第二排氣通路。由於第一及第二泵240a、240b以上述方式連接，因而可消除第一及第二源氣體在反應器200內部與反應器200外部彼此混合之可能性。第一源氣體與第二源氣體可僅藉由一個泵而由反應器200排出。即便是僅採用一個泵之情形下，第一源氣體與第二源氣體亦不會在反應器200中相互混合。
在排氣路徑上，二個洗氣器250a、250b設置於泵240a、240b之後，以過濾廢氣。在第一源氣體的排氣路徑上，第一洗氣器250a設置於第一泵240a之後，以過濾第一源氣體；在第二源氣體的排氣路徑上，第二洗氣器250b 設置於第二泵240b之後，以過濾第二源氣體。由於不同的泵240a、240b連接於不同之洗氣器250a、250b，在整個排氣通路上徹底排除了第一及第二源氣體之間彼此混合之可能性。因此，可以降低用於控制排氣路徑所需消耗的精力及成本。
在下文中，將對根據本實施例之沈積薄膜的裝置的排氣方法進行說明。為了便於說明，構成第一排氣通路之進氣口、排氣通道以及排氣口分別是指第一進氣口236a、第一排氣通道237a及第一排氣口238a。類似地，構成第二排氣通路之進氣口、排氣通道以及排氣口分別是指第二進氣口236b、第二排氣通道237b以及第二排氣口238b。第一進氣口236a設置於第一氣體注入器270a下方，第二進氣口236b設置於第二氣體注入器270b下方。
第一源氣體由第一氣體注入器270a提供，第二源氣體由第二氣體注入器270b提供。同時，藉由沖洗氣體注入器270c及中心沖洗氣體注入器260而提供該沖洗氣體。由於第一源氣體、第二源氣體以及沖洗氣體以上述方式提供，且基板支撐單元210同時轉動，第一源氣體與第二源氣體被周期性地提供至基板W上，用以沈積薄膜。
部分未參與沈積薄膜的第一源氣體藉由第一排氣通路而排出。即：第一源氣體藉由位於第一源氣體注入器270a下方之第一進氣口236a而引入至第一排氣通道237a，隨後經由第一排氣口238a而由反應器200排出。第一泵240a連接於第一排氣口238a，以促進第一源氣體之排出。由反 應器200排出的第一源氣體由第一洗氣器250a進行過濾。類似地，未參與沈積薄膜的一部分第二源氣體藉由第二排氣通路排出。即：第二源氣體藉由位於第二源氣體注入器270b下方之第二進氣口236b而引入至第二排氣通道237b，然後經由第二排氣口238b而由反應器200排出。第二泵240b連接於第二排氣口238b，以促進第二源氣體的排出。由反應器200排出之第二源氣體由第二洗氣器250b進行過濾。
該沖洗氣體可經由第一排氣通路與第二排氣通路的任意其中之一而排出。更詳細而言，經由二組鄰接於第一源氣體注入器270a之二個沖洗氣體注入單元270c提供的沖洗氣體，藉由第一排氣通路而排出；經由二組鄰接於第二源氣體注入器270b之二個沖洗氣體注入單元270c提供的沖洗氣體，藉由第二排氣通路而排出。由此，第一源氣體與第二源氣體不會在反應器200中相互混合。並且，第一源氣體與第二源氣體在反應器外部的排氣線路中(例如泵及洗氣器)也不會相互混合。此外，它們在基板支撐單元210之中心部份的上方也不會混合，因為沖洗氣體從中心沖洗氣體注入器260提供至此中心部份。
雖然根據上文之說明，排氣單元的底部描述為位於反應器底面的平面，然而本發明中並不限於此。例如，排氣單元的底部也可處於高於反應器底面的平面，且其亦可自外壁部份突出為環狀。此外，根據上文之說明，隔板是與反應器一體形成的，然而本發明並不限於此。例如，隔板 亦可從擋板之底部朝下方延伸。當隔板與反應器一體形成時，較難於控制隔板之數量。然而，當以擋板取代反應器，將隔板整合於擋板時，易於根據源氣體之種類與數量來對隔板之數量進行控制。並且，雖然根據上文之說明，排氣口是形成於排氣單元之底部，然而本發明並不限於此。例如，排氣口亦可穿出反應器之外壁，即：貫穿外壁之內表面與外表面。
雖然根據上文之說明，排氣單元230除了擋板231之外的部份是與反應器一體形成的，然而排氣單元亦可作為獨立之元件，耦接於反應器200，如圖7及圖8所示。
圖7為說明沈積薄膜的裝置之排氣單元230’之示意結構的透視圖，圖8為圖7中VIII－VIII線之截面圖。
請參閱圖7與圖8，排氣單元230’包括擋板231、內圓周部份310、外圓周部份320、底部330，以及二個隔板235。排氣單元230’設於基板支撐單元210的外表面與反應器200之外壁202的內表面之間。外圓周部份320耦接於反應器200之外壁202的內表面，內圓周部份310耦接於基板支撐單元210的外表面。除了圖5及圖6中的內壁233、外壁202及底部201是與反應器200一體形成的不同處之外，內圓周部份310、外圓周部份320以及底部330的說明與圖5及圖6中的相關說明相同。在圖5至圖6以及圖7至圖8中，相似的元件符號代表相似的元件。
圖9為描繪根據本發明另一範例性實施例之沈積薄膜的裝置之示意結構的截面圖。
請參閱圖9，根據本發明另一範例性實施例之沈積薄膜的裝置110包括反應器400、基板支撐單元410、氣體注入單元420、排氣單元430、二個泵440a及440b，以及二個洗氣器450a、450b。
根據本發明圖9所示之範例性實施例之沈積薄膜的裝置的反應器400、基板支撐單元410以及氣體注入單元420分別對應於圖1所示範例性實施例之沈積薄膜的裝置的反應器200、基板支撐單元210以及氣體注入單元220。
圖10說明沈積薄膜的裝置之排氣單元430之示意結構的局部剖面透視圖，圖11為圖9中XI－XI線的截面圖。為了清楚說明排氣單元430與氣體注入單元420之配置關係，以虛線將氣體注入單元420之進氣口436a，436b以及擋板431來與排氣口438a、438b一併顯示。
排氣單元430構造為用以排出反應器400內之剩餘氣體，且其包括排氣通道437及擋板431，請參閱圖9、圖10及圖11所示。
排氣通道437被外壁402、內壁433以及底部401圍繞。更詳細而言，外壁402是指反應器400之外壁的內表面，且為環狀。
本發明的範例性實施例中，底部401是指反應器400的底面，且為一體化之構造並為圓板狀。底部401以內壁433分為兩個區域，即：內壁433外部的低輪狀區域439以及內壁433內部的中心區域432。低輪狀區域439是指自外壁402水平地突出為環狀之區域，中心區域432是指 自低輪狀區域439延伸之區域。中心區域432之中央形成貫穿孔434，以供軸411從中穿過。同時，二個排氣口438a、438b形成於低輪狀區域439中，以穿透低輪狀區域439之頂面與底面。
排氣口438a、438b設置為鄰接於相應之源氣體注入器470a、470b，由此使提供至相應之源氣體注入器470a、470b的源氣體可通過鄰接於源氣體注入器470a、470b之排氣口438a、438b而排出至反應器400之外。根據本發明範例性實施例的沈積薄膜的裝置，其中，源氣體注入器470a、470b設置於氣體注入單元420中央之相對側，與圖2之範例性實施例之沈積薄膜的裝置100的源氣體注入器270a、270b相似。如圖11所示，排氣口438a、438b之一(例如排氣口438a)設置於第一氣體注入器470a下方，另一排氣口(例如排氣口438b)設置於第二氣體注入器470b下方。
如果排氣單元430構造為上述之方式，由第一氣體注入器470a提供的第一源氣體被引入至排氣通道437，然後經鄰接於第一氣體注入器470a的排氣口438a而排出至反應器400的外部。由第二氣體注入器470b提供的第二源氣體被引入至排氣通道437，然後經鄰接於第二氣體注入器470b的排氣口438b而排出至反應器400的外部。在這一點上，由於排氣口438a、438b以泵440a、440b來進行泵送，第一源氣體不會從與鄰接於第一氣體注入器470a之排氣口438a相對設置的排氣口438b中排出，下文將對此進行說明。同樣，第二源氣體不會從與鄰接於第二氣體注入 器470b之排氣口438b相對設置的排氣口438a中排出。相應地，第一源氣體與第二源氣體分別以不同路徑排出，因此它們不會在反應器400中混合。
即使沖洗氣體注入器470c所提供之沖洗氣體與源氣體混合亦不會產生反應。因而，採用排氣口438a、438b中的哪一個排氣口來排出沖洗氣體皆可。
內壁433自低輪狀區域439垂直朝上延伸，且其設置為位於基板支撐單元410與外壁402之間的環形，以和外壁402間隔一預定距離。外壁402之上表面與內壁433具有各別的階梯部分，其上可安裝一擋板431。
呈環板狀之擋板431安裝於外壁402及內壁433之階梯部分上，以覆蓋排氣通道437之開放的上表面。擋板431具有穿過其上表面與下表面之進氣口436a，436b，以沿著擋板431之上表面以預定的角度間隔將氣體引入至排氣通道437。當擋板431以上述方式安裝，其可藉由調節擋板431中進氣口436a，436b之尺寸及數量來控制排氣流動速率。
經由第一氣體注入器470a而提供的第一源氣體由進氣口436a引入至排氣通道437，進氣口436a形成於第一氣體注入器470a及鄰接於第一氣體注入器470a的排氣口438a之間。同樣，第二氣體注入器470b提供的第二源氣體由進氣口436b引入至排氣通道437，進氣口436b形成於第二氣體注入器470b與鄰接於第二氣體注入器470b之排氣口438b之間。在這一點上，由於排氣口438a、438b 由泵440a、440b來泵送，下文將對此進行說明，且沖洗氣體可防止源氣體擴散，因而第一源氣體不會經由進氣口436b而引入至排氣通道437中，其通過鄰接於第一氣體注入器470a且與進氣口436b相對之進氣口436a而引入。同樣，第二源氣體不會經由進氣口436a而引入至排氣通道437，其通過鄰接於第二氣體注入器470b且與進氣口436a相對之進氣口436b而引入。
因此，本發明的範例性實施例中，第一氣體注入器470a所提供之第一源氣體經由進氣口436a及鄰接於第一氣體注入器470a之排氣口438a而排出。同樣，第二氣體注入器470b所提供之第二源氣體經由進氣口436b及鄰接於第二氣體注入器470b之排氣口438b而排出。
請再參閱圖9，二泵440a、440b將反應器400中之未反應的氣體排出至反應器400的外部。第一泵440a安裝為連接於排氣口438a，排氣口438a鄰接於第一氣體注入器470a的周圍，第二泵440b安裝為連接於排氣口438b，排氣口438b鄰接於第二氣體注入器470b的周圍。而且，第一泵440a與第二泵440b可安裝為提供相同之抽氣功率(suction power)，以使第一源氣體在反應器400中不與第二源氣體混合。如果二個泵440a、440b以上述方式安裝，第一源氣體與第二源氣體在反應器400內部及外部均不混合。然而，僅採用一個泵連接於所有的排氣口438a、438b亦可將引入至排氣單元430之第一源氣體與第二源氣體排出至反應器400外部。即使沈積薄膜的裝置110僅採用一 個泵，源氣體亦不會在反應器400中混合。
在排氣路徑上，二個洗氣器450a、450b安裝於泵440a、440b之後，以過濾廢氣。在第一源氣體之排氣路徑上，第一洗氣器450a設置於第一泵440a之後，以過濾第一源氣體；在第二源氣體的排氣路徑上，第二洗氣器450b設置於第二泵440b之後，以過濾第二源氣體。因此，如果洗氣器450a、450b與相應的泵440a、440b一對一地對應安裝時，在整個排氣路徑上的源氣體均不會相互混合，因而可徹底地降低管理排氣路徑所需耗費之精力與成本支出。
下文中，將說明根據本發明的範例性實施例之具有上述結構之沈積薄膜的裝置110的排氣方法。為了便於說明，將鄰接於第一氣體注入器470a之進氣口及排氣口分別稱為第一進氣口436a及第一排氣口438a。將鄰接於第二氣體注入器470b之進氣口及排氣口分別稱為第二進氣口436b及第二排氣口438b。
第一源氣體藉由第一氣體注入器470a而提供，第二源氣體藉由第二氣體注入器470b而提供。沖洗氣體藉由沖洗氣體注入器470c及中心沖洗氣體注入器460而提供。由於基板支撐單元410在提供第一及第二源氣體與沖洗氣體之時轉動，第一及第二源氣體周期性地提供至基板W上，以沈積薄膜。
部分未參與薄膜沈積的第一源氣體藉由第一進氣口436a而引入至排氣通道437，且被引入至排氣通道437的 第一源氣體再次藉由第一排氣口438a而排出至反應器400外部。第一源氣體排出至反應器400外部所經之路徑稱之為第一排氣通路。第一泵440a連接於第一排氣口438a，以使第一源氣體被順利排出。被排出至反應器400之外的第一源氣體經由第一洗氣器450a而過濾。同樣，部分未參與薄膜沈積的第二源氣體藉由第二進氣口436a而引入至排氣通道437，且被引入至排氣通道437之第二源氣體再次藉由第二排氣口438b而排出至反應器400外部。第二源氣體排出至反應器400外部所經之路徑稱之為第二排氣通路。第二泵440b連接於第二排氣口438b，以使第二源氣體被順利排出。被排出至反應器400之外的第二源氣體經由第二洗氣器450b而過濾。在這一點上，第一泵440a與第二泵440b較佳地安裝為提供相同之抽氣功率(suction power)，以使第一源氣體與第二源氣體在排氣通道437中不彼此混合。
並且，沖洗氣體可藉由第一排氣口438a及第二排氣口438b的任意其中之一而排出。更詳細而言，安裝於第一氣體注入器470a兩側之二個沖洗氣體注入器470c所提供之沖洗氣體藉由第一排氣口438a而排出，位於第二氣體注入器470c兩側之二個沖洗氣體注入器470c所提供之沖洗氣體藉由第二排氣口438b而排出。
藉此，第一及第二源氣體在反應器400內部及設置於反應器400外部的排氣線路中均不會出現混合，此排氣線路例如為泵440a、440b、洗氣器450a、450b等。另一方 面，由於沖洗氣體從中心沖洗氣體注入器460提供，即使通過基板支撐單元410之中心區域，源氣體與沖洗氣體也不會混合，因而中心沖洗氣體注入器460所提供之沖洗氣體可藉由第一排氣口438a與第二排氣口438b而排出。
雖然上述之範例性實施例中，排氣單元之底部與反應器之底面相同，然而本發明並不限於此。例如，排氣單元之底部可自反應器之底面向上安裝，遠離並與反應器之底面相間隔，並自反應器之外壁突出以具有環狀。同時，雖然上述之範例性實施列中，排氣口是形成於排氣單元之底部，然而本發明並不限於此。例如，排氣口可形成於反應器之外壁上，貫穿反應器之外壁的內表面與外表面。
如上所述，排氣單元430構造為使得除了擋板431之外的其餘部份與反應器400一體化，然而如圖12及圖13所示，排氣單元430亦可為獨立於反應器400的獨立部份，並耦接於反應器400。
圖12為說明根據另一範例性實施例之沈積薄膜的裝置之排氣單元430’之示意結構的透視圖，圖13為圖12中沿著XIII－XIII線之截面圖。
請參閱圖12及圖13，排氣單元430’包括擋板431、內圓周部份510、外圓周部份520以及底部530。排氣單元430’設於基板支撐單元410的外表面與反應器402之外壁400的內表面之間。相應地，外圓周部份520耦接於反應器402之外壁400的內表面，內圓周部份510耦接於基板支撐單元410的外表面。除了圖10及圖11中內壁433、 外壁402及底部401是與反應器400一體形成之差異外，內圓周部份510、外圓周部份520以及底部530之說明與圖10及圖11中之說明相同。在圖10至圖11以及圖12至圖13中，相似的元件符號代表相似的元件。
雖然在上文所述之範例性實施例中，安裝有中心沖洗氣體注入器260，460，以防止源氣體在基板支撐單元210、410之中心區域混合，然而本發明並不限於此。圖14是說明根據本發明另一範例性實施例之沈積薄膜的裝置的截面圖。
如圖14所示，為了防止在基板支撐單元210、410之中心區域的源氣體混合，氣體注入單元220、420可包括位於其中心之突出部份(protruding portion)610，此突出部份610相對於底面朝下突出。基板支撐單元210、410可包括插槽部份(insertion groove portion)620，插槽部份620位於與突出部份610相對應之位置，以將氣體注入單元220、420之突出部份610接收於基板支撐單元210、410內。在此結構中，突出部份610之外側壁表面與基板支撐單元210、410之插槽部份620之間具有一些空間，因而當基板支撐單元210、410轉動時，插置於插槽部份620中的突出部份610不會對氣體注入單元220、420造成影響。因而，氣體注入單元220、420之突出部份610可在物理上(physically)防止源氣體在基板支撐單元210、410中心區域混合。在此情形下，多個氣體注入器270，470放射狀地居中設置於突出部份610上，且多個基板承載部份213，413 放射狀地居中設置於插槽部份620上。圖2、圖9及圖14中相似之元件符號的相關說明在此不再贅述。
同時，相反地，當插槽部份形成於氣體注入單元220、420內，且突出部份形成於基板支撐單元210、410上時，亦可取得相同之效果。
圖15是說明根據本發明另一範例性實施例之沈積薄膜的裝置之排氣線路的示意結構的圖示。
請參閱圖15，根據另一範例性實施例之沈積薄膜的裝置包括多個處理室800、第一泵840a以及第二泵840b。
處理室800包括反應器、基板支撐單元、氣體注入單元及排氣單元。圖15之處理室800的反應器、基板支撐單元以及氣體注入單元與圖2及圖9中之相應元件具有相同的主要結構與功效。圖15之處理室800的排氣單元可為圖2之排氣單元230與圖9之排氣單元430中的任一個。
為了將供應至各處理室800的第一源氣體排出至反應器外部，第一泵840a安裝為連接於各處理室800之第一排氣通路810。為了將供應至各處理室800的第二源氣體排出至反應器外部，第二泵840b安裝為連接於各處理室800之第二排氣通路820。即：通常可採用單個泵及洗氣器來排出相同類型之源氣體，以此而節省維護成本。
雖然範例性實施例之沈積薄膜的裝置中提供兩種類型之源氣體並執行薄膜沈積方法，然而本發明並不限於此。例如，當提供多於三種類型之源氣體且執行薄膜沈積方法時，可達成相似之功效。然而，為了注入三種類型以上的 源氣體，除了第一氣體注入器270a，470a與第二氣體注入器270b，470b之外，氣體注入單元220、420更包括另一源氣體注入器，且同時更包括位於源氣體注入器之間的另一沖洗氣體注入器。
根據範例性實施例之沈積薄膜的裝置中的排氣單元230可具有數量與源氣體數量相同之隔離的獨立排氣通路，以排出各別之源氣體。為此，排氣單元230需包括另一隔板。根據另一範例性實施例之沈積薄膜的裝置中的排氣單元430具有另一源氣體注入器及另一排氣口，此另一源氣體注入器及另一排氣口形成為鄰接於源氣體注入器。並且，為了防止源氣體在排氣線路上混合，更提供其它的泵及洗氣器，且該些其它的泵及洗氣器之數量分別等於源氣體之數量。當提供四種類型以上之源氣體時，可進一步另外提供上述之各元件。
雖然本發明已以特定實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。因而，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
1‧‧‧薄膜沈積裝置
10‧‧‧反應器
20‧‧‧基板支持件
30、40‧‧‧原料氣體供給入口
50‧‧‧隔離氣體供應入口
60‧‧‧隔板
100、110‧‧‧沈積薄膜的裝置
200、400‧‧‧反應器
201、401‧‧‧底部
202、402‧‧‧外壁
203、403‧‧‧上板
205、405‧‧‧薄膜沈積空間
210、410‧‧‧基板支撐單元
211、411‧‧‧軸
212、412‧‧‧基座
213、413‧‧‧基板承載部份
220、420‧‧‧氣體注入單元
230、230'、430、430'‧‧‧排氣單元
231、431‧‧‧擋板
232、432‧‧‧中心區域
233、433‧‧‧內壁
234、434‧‧‧貫穿孔
235、435‧‧‧隔板
236a、436a‧‧‧第一進氣口
236b、436b‧‧‧第二進氣口
237、437‧‧‧排氣通道
237a、437a‧‧‧第一排氣通道
237b、437b‧‧‧第二排氣通道
238a、438a‧‧‧第一排氣口
238b、438b‧‧‧第二排氣口
239、439‧‧‧低輪狀區域
240a、440a、840a‧‧‧第一泵
240b、440b、840b‧‧‧第二泵
250a、450a‧‧‧第一洗氣器
250b、450b‧‧‧第二洗氣器
260、460‧‧‧中心沖洗氣體注入器
270a、470a‧‧‧第一源氣體注入器
270b、470b‧‧‧第二源氣體注入器
270c、470c‧‧‧沖洗氣體注入單元
310、510‧‧‧內圓周部份
320、520‧‧‧外圓周部份
330、530‧‧‧底部
610‧‧‧突出部份
620‧‧‧插槽部份
800‧‧‧處理室
810‧‧‧第一排氣通路
820‧‧‧第二排氣通路
A‧‧‧轉動的中軸
W‧‧‧基板
圖1是習知用於ALD之薄膜沈積裝置的示意圖。
圖2是根據本發明範例性實施例之沈積薄膜的裝置之示意圖。
圖3是沿著圖2之III－III線的截面圖，說明根據本發明範例性實施例之沈積薄膜的裝置之基板支撐單元及擋 板。
圖4是沿著圖2之IV－IV線的截面圖，說明根據本發明範例性實施例之沈積薄膜的裝置之氣體注入單元。
圖5是說明根據本發明範例性實施例之沈積薄膜的裝置之排氣單元之示意結構的局部剖面透視圖。
圖6是沿著圖2之VI－VI線的截面圖，說明根據本發明範例性實施例之沈積薄膜的裝置之排氣單元的示意結構。
圖7是說明根據本發明範例性實施例之沈積薄膜的裝置之排氣單元之示意結構的透視圖。
圖8是沿著圖7之VIII－VIII線的截面圖，說明根據本發明範例性實施例之沈積薄膜的裝置之排氣單元的示意結構。
圖9是根據本發明另一範例性實施例之沈積薄膜的裝置之示意圖。
圖10為描繪根據本發明另一實施例之沈積薄膜的裝置之排氣單元之示意結構的局部剖面透視圖。
圖11是沿著圖9之XI－XI線的截面圖，說明根據本發明另一範例性實施例之沈積薄膜的裝置之排氣單元的示意結構。
圖12是說明根據本發明另一實施例之沈積薄膜的裝置之排氣單元之示意結構的透視圖。
圖13是沿著圖9之XIII－XIII線的截面圖，說明根據本發明另一範例性實施例之沈積薄膜的裝置之排氣單元的 示意結構。
圖14是根據本發明另一範例性實施例之沈積薄膜的裝置之示意圖。
圖15是說明根據本發明額外實施例之沈積薄膜的裝置之排氣線路結構的示意圖。
100‧‧‧沈積薄膜的裝置
200‧‧‧反應器
201‧‧‧底部
202‧‧‧外壁
203‧‧‧上板
205‧‧‧薄膜沈積空間
210‧‧‧基板支撐單元
211‧‧‧軸
212‧‧‧基座
213‧‧‧基板承載部份
220‧‧‧氣體注入單元
230‧‧‧排氣單元
231‧‧‧擋板
233‧‧‧內壁
236a‧‧‧第一進氣口
236b‧‧‧第二進氣口
237a‧‧‧第一排氣通道
237b‧‧‧第二排氣通道
238a‧‧‧第一排氣口
238b‧‧‧第二排氣口
240a‧‧‧第一泵
240b‧‧‧第二泵
250a‧‧‧第一洗氣器
250b‧‧‧第二洗氣器
260‧‧‧中心沖洗氣體注入器
270a‧‧‧第一源氣體注入器
270b‧‧‧第二源氣體注入器
A‧‧‧轉動中軸
W‧‧‧基板

Claims (13)

  1. 一種沈積薄膜的裝置，包括：反應器；基板支撐單元，可轉動地安裝於所述反應器內部並設有多個基板承載部份，所述多個基板承載部份上分別裝載多個基板；氣體注入單元，包括多個源氣體注入器，以提供至少二種不同的源氣體至所述基板支撐單元上，且多個沖洗氣體注入器設置於所述多個源氣體注入器之間，以提供沖洗所述源氣體之沖洗氣體至所述基板支撐單元上，所述多個源氣體注入器及所述多個沖洗氣體注入器徑向地安裝在所述基板支撐單元上；排氣單元，呈環狀設置以圍繞所述基板支撐單元之外周，且所述排氣單元包括：排氣通道，具有多個排氣口以引導並將所述至少二種源氣體排出至反應器外部，以及多個隔板，安裝於所述排氣通道內且將所述排氣通道區隔為多個彼此隔離之排氣通路，藉此以不同路徑而將所述多個源氣體注入器所提供之所述至少二種源氣體排出至所述外部；以及多個泵，連接於所述各別之排氣通路，以將引入至所述各別之排氣通路內的所述氣體排出至所述反應器的外部。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述之沈積薄膜的裝置，其中以所述反應器之外壁、環形底部以及環形內壁來圍繞並形成所述排氣通道，所述環形底部從所述反應器之外壁朝向所述基板支撐單元而延伸，所述環形內壁設置於所述基板支撐單元與所述反應器之外壁之間，且自所述環形底部朝上延伸並與所述反 應器之外壁間隔一預定距離。
  3. 根據申請專利範圍第2項所述之沈積薄膜的裝置，其中所述隔板與所述外壁、所述內壁以及所述底部一體形成。
  4. 根據申請專利範圍第1項或第2項所述之沈積薄膜的裝置，其中所述排氣單元更包括環狀擋板，用以覆蓋所述排氣通道之開放的上表面並具有多個進氣口，所述多個進氣口穿過所述擋板之上表面與下表面，以將所述至少二種源氣體引入至所述排氣通道中。
  5. 根據申請專利範圍第4項所述之沈積薄膜的裝置，其中所述隔板與所述擋板一體形成。
  6. 一種沈積薄膜的裝置，包括：反應器；基板支撐單元，可轉動地安裝於所述反應器內部並設有多個基板承載部份，所述多個基板承載部份上分別承載多個基板；氣體注入單元，包括多個源氣體注入器，以提供至少二種不同的源氣體至所述基板支撐單元上，且多個沖洗氣體注入器設置於所述多個源氣體注入器之間，以提供沖洗所述源氣體之沖洗氣體至所述基板支撐單元上，所述多個源氣體注入器及所述多個沖洗氣體注入器徑向地安裝在所述基板支撐單元上；排氣單元，呈環狀設置以圍繞所述基板支撐單元之外周，且所述排氣單元包括：排氣通道，構造為引導並排出所述至少二種源氣體至所述反應器之外部；以及多個排氣口，以排出所 述至少二種源氣體，其中，所述多個排氣口的至少其中之一設置為鄰接於各所述多個源氣體注入器；以及多個泵，連接於所述各別之排氣口。
  7. 根據申請專利範圍第6項所述之沈積薄膜的裝置，其中以所述反應器之外壁、環形底部以及環形內壁來圍繞並形成所述排氣通道，所述環形底部從所述反應器之外壁朝向所述基板支撐單元而延伸，所述環形內壁設置於所述基板支撐單元與所述反應器之外壁之間，且自所述環形底部朝上延伸並與所述反應器之外壁間隔一預定距離。
  8. 根據申請專利範圍第6項或第7項所述之沈積薄膜的裝置，其中所述多個源氣體注入器以一預定角度間隔而設置於所述氣體注入單元的中心附近，且所述排氣口設置於各多個源氣體注入器之下方區域。
  9. 根據申請專利範圍第6項或第7項所述之沈積薄膜的裝置，其中所述排氣單元更包括環狀擋板，用以覆蓋所述排氣通道之開放的上表面並具有多個進氣口，所述多個進氣口穿過所述擋板之上表面與下表面，由此將所述至少二種源氣體引入至所述排氣通道中。
  10. 根據申請專利範圍第1、2、6或7項所述之沈積薄膜的裝置，其中所述氣體注入單元更包括中心沖洗氣體注入器，所述中心沖洗氣體注入器設置於所述源氣體注入器之中心並徑向地排列，以注入所述沖洗氣體來沖洗所述源氣體，由此使所述至少二源種氣體不會在所述基板支撐單元的上方混合。
  11. 根據申請專利範圍第1、2、6或7項所述之沈積薄膜的裝置，其中所述氣體注入單元與所述基板支撐單元中之一具有形成於其中心處之突出部份，另一具有插槽部份以接收所述突出部份。
  12. 一種沈積薄膜的裝置，包括：多個處理室，各所述多個處理室包括：i)反應器；ii)基板支撐單元，可轉動地安裝於所述反應器內並設有多個基板承載部份，所述多個基板承載部份上分別承載多個基板；iii)氣體注入單元，包括多個源氣體注入器，以提供至少二種不同的源氣體至所述基板支撐單元上，且多個沖洗氣體注入器設置於所述多個源氣體注入器之間，以提供沖洗所述源氣體之沖洗氣體至所述基板支撐單元上，所述多個源氣體注入器及所述多個沖洗氣體注入器徑向地安裝在所述基板支撐單元上；以及iv)排氣單元，呈環狀設置以圍繞所述基板支撐單元之外周，且所述排氣單元包括：排氣通道，具有多個排氣口以引導並將所述至少二種源氣體排出至反應器的外部；多個隔板，安裝於所述排氣通道內且將所述排氣通道區隔為多個彼此隔離之排氣通路，藉此，以不同之路徑將所述多個源氣體注入器所提供的所述至少二種源氣體排出至所述外部；多個泵，構造為將所述多個處理室中之所述氣體排出至所 述外部，其中，各所述多個泵連接於各所述多個處理室之所述多個排氣通路的至少一排氣通路，以排出相同類型之氣體。
  13. 一種沈積薄膜的裝置，包括：多個處理室，各所述多個處理室包括：i)反應器；ii)基板支撐單元，可轉動地安裝於所述反應器內並設有多個基板承載部份，所述多個基板承載部份上分別承載多個基板；iii)氣體注入單元，包括多個源氣體注入器，以提供至少二種不同的源氣體至所述基板支撐單元上，且多個沖洗氣體注入器設置於所述多個源氣體注入器之間，以提供沖洗所述源氣體之沖洗氣體至所述基板支撐單元上，所述多個源氣體注入器及所述多個沖洗氣體注入器徑向地安裝在所述基板支撐單元上；以及iv)排氣單元，呈環狀設置以圍繞所述基板支撐單元之外周，且所述排氣單元包括：排氣通道，構造為引導並排出所述至少二種源氣體至所述反應器之外部；以及多個排氣口，以排出所述至少二種源氣體；以及多個泵，構造為將所述多個處理室中之所述氣體排出至所述外部，其中所述多個排氣口的至少其中之一設置為鄰接於各所述多個源氣體注入器，由此使所述各別之源氣體注入器所供應 之所述源氣體以不同之排氣口而排出至所述外部；以及各所述多個泵連接於各所述多個處理室之所述多個排氣口的至少一排氣口，以排出相同類型之氣體。
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