TWI509697B - 具氣簾之可移動微腔室系統 - Google Patents

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TWI509697B
TWI509697B TW102143304A TW102143304A TWI509697B TW I509697 B TWI509697 B TW I509697B TW 102143304 A TW102143304 A TW 102143304A TW 102143304 A TW102143304 A TW 102143304A TW I509697 B TWI509697 B TW I509697B
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Description

具氣簾之可移動微腔室系統
本發明係關於一種微腔室，特別是關於一種可具有氣簾之可移動微腔室系統。
傳統用在半導體製造之製程腔室系統相當巨大且為固定不動的，此外也必須充填入遠大於在一晶圓基板表面實施一特定製程步驟所需的反應物或氣體。再者，某些氣體種類具有腐蝕性，其他氣體種類則具有毒性，因此最小量的使用此種氣體是較佳的。
目前為止，微腔室系統的發展係如美國專利號第5,997,963號專利所揭露。此微腔室系統具有一體積相當小的腔室(微腔室)，其將一製程氣體密封在微腔室中來執行加工。
此種微腔室系統已被證明適用於在室溫下執行的傳導半導體製程，相同的微腔室系統無法有效應用在高溫半導體製程的應用，例如晶圓的雷射退火，其需要提高基板溫度提高以活化退火製程。特別的是，高基板溫度引起的熱變形將導致使用在微腔室系統中的氣體軸承失效。
一種具有氣簾之可移動微腔室系統在此被揭露。微腔室系統具有一頂部構件與一可移動載台組件，頂部構件具有一光入口特徵，可移動載台組件支撐所欲加工的基板。可移動載台組件係相對於頂部構件而設置，以定義一微腔室與一微腔室周邊間隙。惰性氣體流入周邊微腔室溝槽而在微腔室外(亦即相鄰於載台組件之外周緣)形成氣簾。當可移動載台組件相對於頂部構件移動時，氣簾實質上避免了環境中的反應氣體進入微腔室中。
在本發明之其中一概念係為一微腔室系統，其用以加工一基板且所述基板不會暴露於存在微腔室外之環境之反應氣體。所述系統具有一頂部構件，其具有至少一光入口特徵。所述系統也具有一載台組件，支撐所述基板。所述載台組件相對於頂部構件設置以定義一微腔室與一微腔室周邊間隙。所述載台組件具有一外周緣且可相對所述頂部構件移動。微腔室包含一氣體，所述氣體包含一選擇量之反應氣體或者無實質量之反應氣體。所述系統具有至少一氣體供應系統，氣體連接於該載台組件。所述氣體供應系統設置以維持來自所述氣體供應系統之氣體流入微腔室周邊間隙，以於相鄰於載台組件之外周緣處形成一氣簾。當載台組件相對於頂部構件移動時，所述氣簾實質上避免環境之反應氣體進入微腔室中。
本發明之另一概念係上述微腔室系統中，至少一光入口特徵包含至少一穿孔與一窗口。
本發明之另一概念係上述微腔室系統中，至少 一光入口特徵係設置以允許至少一雷射光束穿過頂部構件而抵達基板。
本發明之另一概念係上述微腔室系統中，所述氣體係選自氮氣、氬氣、氦氣、氖氣及其組合所構成之群組。
本發明之另一概念係上述微腔室系統中，所述反應氣體係為氧氣。
本發明之另一概念係上述微腔室系統中，至少一氣體供應系統供應所述氣體至該微腔室。
本發明之另一概念係上述微腔室系統中，載台組件包含一冷卻夾具組件。
本發明之另一概念係上述微腔室系統中，頂部構件係被冷卻。
本發明之另一概念係上述微腔室系統中，載台組件包含一環狀構件，部份地定義微腔室周邊間隙，環狀構件包含一開孔陣列，開孔陣列維持了來自至少一氣體供應系統之氣體流入微腔室周邊間隙。
本發明之另一概念係上述微腔室系統中，微腔室周邊間隙具有一寬度，該寬度係在0.01mm至2mm之範圍中。
本發明之另一概念係上述微腔室系統中，微腔室周邊間隙具有一寬度，該寬度係在0.1mm至1mm之範圍中。
本發明之另一概念係上述微腔室系統中，載台組件具有相對於頂部構件之一最大速度VM ，進入微腔室周邊 間隙之氣體具有一氣體速度VG ，且VG >VM 。
本發明之另一概念係一種加工一基板且所述基板不會暴露於存在微腔室外之環境之反應氣體的方法，所述方法包含於微腔室中支撐所述基板於一可移動載台組件上。微腔室係藉由一固定頂部構件以及所述可移動載台組件所定義。可移動載台組件具有一環狀構件，環狀構件與固定頂部構件共同定義微腔室周邊間隙。可移動載台組件還具有一外周緣。所述方法更包含導入一第一氣體至微腔室中，所述第一氣體包含一選擇量之反應氣體或者無實質量之反應氣體。所述方法還包含經由環狀構件導入一第二氣體至微腔室周邊間隙以於相鄰於可移動載台組件之外周緣處形成一氣簾。所述方法還包含相對於所述固定頂部構件移動所述可移動載台組件。氣簾在可移動載台組件之移動過程中，避免環境之反應氣體進入微腔室中。
本發明之另一概念係上述方法中，第一氣體與第二氣體係為相同的氣體。
本發明之另一概念係上述方法中，更包含以至少一雷射光束加工基板，所述雷射光束穿過環境而經由頂部構件之至少一光入口特徵進入微腔室中。
本發明之另一概念係上述方法中，至少一雷射光束包含至少一退火雷射光束。
本發明之另一概念係上述方法中，至少一雷射光束與微腔室中之選擇量之反應氣體反應而修飾所述基板。
本發明之另一概念係上述方法中，至少一光入 口特徵包含至少一穿孔與一窗口。
本發明之另一概念係上述方法中，可移動載台組件具有相對於固定頂部構件之一最大速度VM ，所述方法更包含提供提供氣體以一氣體速度VG 進入微腔室周邊間隙，且VG >VM 。
本發明之另一概念係上述方法中，微腔室周邊間隙具有一寬度，所述寬度係在0.01mm至2mm之範圍中。
本發明之另一概念係上述方法中，微腔室周邊間隙具有一寬度，所述寬度係在0.1mm至1mm之範圍中。
本發明之另一概念係上述方法中，第一氣體與第二氣體係選自氮氣、氬氣、氦氣、氖氣及其組合所構成之群組。
本發明之另一概念係上述方法中，可移動載台組件包含一加熱夾具，所述方法更包含以加熱夾具加熱所述基板。
本發明之另一概念係上述方法中，更包含冷卻可移動載台組件與固定頂部構件。
本發明之另一概念係一種加工一基板且所述基板不會暴露於存在一微腔室外之一環境之一反應氣體的方法。所述方法包含於微腔室中支撐所述基板於一可移動載台組件上。所述微腔室係藉由一固定頂部構件以及可移動載台組件所定義。所述可移動載台組件具有一外周緣與一環狀構件，所述環狀構件與固定頂部構件共同定義所述微腔室周邊間隙。所 述方法還包含於微腔室中形成一真空。所述方法更包含經由環狀構件導入一氣體至微腔室周邊間隙以於相鄰於所述外周緣處形成一氣簾。用以形成氣簾之所述氣體包含一選擇量之反應氣體或者無實質量之反應氣體。所述真空用以自微腔室周邊間隙吸取一部分的氣體至微腔室中。所述方法還包含相對於所述固定頂部構件移動所述可移動載台組件，其中所述氣簾避免環境之反應氣體進入微腔室中。
其餘特徵以及優點將於以下的書面說明中提出，且某種程度上對於所述技術領域中具有通常知識者而言，在其依據本發明之說明書、申請專利範圍與圖示而執行實施例之後，當可立即明瞭。應當理解的是，前述發明說明以及以下的實施方式純屬例示並意圖提供能夠了解申請專利範圍之特性的架構或綜合概述。
8‧‧‧環境
10‧‧‧系統
100‧‧‧支撐表面
102‧‧‧內壁
104‧‧‧氣體流道
120‧‧‧可移動載台
122‧‧‧上表面
124‧‧‧下表面
126‧‧‧定位器
128‧‧‧可移動載台組件
129‧‧‧外周緣
130‧‧‧平台
132‧‧‧上表面
150‧‧‧環狀構件
152‧‧‧上表面
154‧‧‧下表面
155‧‧‧內表面
156‧‧‧外緣
158‧‧‧氣簾區域
162‧‧‧流道
164‧‧‧開孔
20‧‧‧頂部構件
22‧‧‧上表面
24‧‧‧下表面
26‧‧‧外緣
200‧‧‧氣體供應系統
202‧‧‧氣體
202C‧‧‧氣簾
204‧‧‧氣體源
210‧‧‧流動控制裝置
250‧‧‧冷卻劑供應系統
252‧‧‧冷卻劑
256‧‧‧冷卻劑流道
260‧‧‧真空系統
270‧‧‧氣體感測器
272‧‧‧氣體偵測頭
30‧‧‧光入口特徵
30A‧‧‧第一光入口特徵
30B‧‧‧第二光入口特徵
32‧‧‧窗口
300‧‧‧控制單元
304‧‧‧D/A轉換器
310‧‧‧微控制器
40‧‧‧雷射光束
40A‧‧‧第一雷射光束
40B‧‧‧第二雷射光束
50‧‧‧基板
52‧‧‧上表面
54‧‧‧下表面
56‧‧‧外緣
60‧‧‧夾具
62‧‧‧上表面
64‧‧‧下表面
66‧‧‧外緣
70‧‧‧微腔室
80‧‧‧絕熱層
90‧‧‧冷卻裝置
92‧‧‧上表面
94‧‧‧下表面
96‧‧‧外緣
98‧‧‧凹部
AR‧‧‧箭頭
CX‧‧‧X-中心線
CZ‧‧‧Z-中心線
D1‧‧‧距離
G1‧‧‧間隙
G2‧‧‧間隙
G3‧‧‧微腔室周邊間隙
P1‧‧‧位置
P2‧‧‧位置
P3‧‧‧位置
SG‧‧‧氣體偵測訊號
S1D‧‧‧第一數位控制訊號
S1A‧‧‧第一類比控制訊號
S2D‧‧‧第二數位控制訊號
S2A‧‧‧第二類比控制訊號
S3D‧‧‧第三數位控制訊號
S3A‧‧‧第三類比控制訊號
S4D‧‧‧第四數位控制訊號
S4A‧‧‧第四類比控制訊號
S5D‧‧‧第五數位控制訊號
S5A‧‧‧第五類比控制訊號
VG ‧‧‧氣體速度
VM ‧‧‧最大速度
WG1 ‧‧‧寬度
WG2 ‧‧‧寬度
WG3 ‧‧‧寬度
第1A圖係一微腔室系統之具體實施例的剖面(x-z平面)示意圖；第1B圖係第1A圖之微腔室系統之微腔室主要元件的剖面爆炸圖；第2A圖係第1A圖之微腔室系統之俯視圖，其具有一光入口特徵，所述光入口特徵係為位在頂部構件之一單穿孔的形式；第2B圖係為第1A圖之微腔室之另一實施例的俯視圖，其中頂部構件包含一光入口特徵，所述光入口特徵係為二穿孔的形式；第3圖係為第1A圖之微腔室之詳細剖面圖；第4A圖與第4B圖係為夾具組件以及環狀構件之一例示配置的俯視圖；第4C圖係微腔室之局部的放大剖面圖，其顯示環狀構件之上部以及位在環狀購件上表面之一例示的流道與開孔；第5A圖至第5C圖係第3圖之微腔室系統之側視圖，其顯示一載台組件相對於頂部構件的移動，所述移動係以箭頭AR標示；第6圖係氣體速度VG (m/s)對氣體流量(每分鐘標準公升或SLM)在不同寬度WG3 ，亦即0.2mm、0.4mm、0.6mm 與0.8mm，之下的曲線圖，其中一例示之最大載台組件速度VM (m/s)在圖中係以虛線標示在0.5m/s；及第7圖近似於第3圖，其顯示一例示的微腔室系統，其中微腔室系統包含一光入口特徵，所述光入口特徵係為位在頂部構件之一窗口的形式而非一或多個穿孔。
現在詳細參考本發明之目前較佳實施例，該等實施例之實例說明於隨附圖式中。在可能時，貫穿該等圖式使用相同參考數字及符號來指代相同或相似部分。
申請專利範圍被併入至此詳細描述內且構成此詳細描述之部分。
某些坐標軸係標示於部分圖中做為參考之用而非意圖限制本發明於特定方向或方位。
第1A圖係一微腔室系統(系統)10之具體實施例的剖面(x-z平面)示意圖。第1B圖係第1A圖之系統10之主要元件的爆炸圖。第2A圖係第1A圖之系統10之俯視圖，其中直線1-1係第1圖之剖面示意圖之剖面線。
系統10具有沿著Z方向之一Z-中心線CZ以及沿著X方向之一X-中心線CX。系統10位在一環境8中，環境8可包含至少一反應氣體，例如氧氣。環境8也可以包含非反應氣體，例如氖氣或氬氣，或者包含穩定氣體，例如氮氣。
系統10包含一頂部構件20，其具有一上表面22、一下表面24以及一外緣26。在一範例中，頂部構件20係為矩形且具有相互平行的上表面22與下表面24。在一範例中，頂部構件20係被冷卻，以下會較詳細地說明。在一範例中，頂部構件20包含至少一光入口特徵30，其允許至少一雷射光束40穿過頂部構件20。在一範例中， 至少一光入口特徵30包含一或多個穿孔，而在以下如第7圖所示之另一範例中，光入口特徵30可以包含至少一窗口。
系統10也包含一夾具60，其具有一上表面62、一下表面64與一外緣66。夾具60大致為圓柱狀，中心對準Z-中心線CZ，同時上表面62相鄰且平行於頂部構件20之下表面24。夾具60的上表面62以及頂部構件20之下表面24係以一距離D1相間隔的，D1係在50μm至1mm之範圍中，因而定義具有所述距離(高度)之微腔室70。
夾具60之上表面62設置以支撐一半導體基板(基板)50，基板50具有一上表面52、一下表面54與一外緣56。在一範例中，基板50係為矽晶圓。基板50可以為已被加工而形成半導體裝置之一產品晶圓，且正要進一步被雷射光束40所加工。基板50係如第2A圖之一虛線圓所示。在一範例中，夾具60係被加熱，且在更進一步的範例中，夾具60係被設置以加熱晶圓50至大約400℃之一晶圓溫度TW 。在一範例中，至少一雷射光束40包含一或多道退火雷射光束，亦即一或多道雷射光束可以對基板50執行一退火製程，例如，摻質擴散。
系統10也包含一絕熱層80，其具有一上表面82、一下表面84以及一外緣86。絕熱層80係設置以緊鄰夾具60之下表面64，以使絕熱層80與其熱交換。在一範例中，絕熱層80係為玻璃、陶瓷材料或間隙。在一範例中， 絕熱層80之上表面82係與夾具60之下表面64緊密接觸。
系統10也包含一冷卻裝置90，其設置以熱管理夾具60所產生的熱，以及入射於基板50上之雷射光束40所產生的熱。一例示的冷卻裝置90係包含一上表面92、一下表面94與一外緣96。冷卻裝置90包含一凹部98，其由一支撐表面100與一內壁102所定義。凹部98設置以匹配於絕熱層80與夾具60，因而絕熱層80係被支撐表面100所支撐。在一範例中，冷卻裝置90之內壁102、絕熱層80之外緣86與夾具60之外緣66定義一間隙G1。在進一步的範例中，冷卻裝置90包含一或多個氣體流道104，其提供從支撐表面100至下表面94之氣體流動路徑，因而進入間隙G1之微腔室70中的氣體202可以經由冷卻裝置90之下表面94流出微腔室70。絕熱層80也可以是一氣體間隙。
系統10也包含一可移動載台120，其具有一上表面122與一下表面124。系統10更包含一環狀構件150，其鄰設於冷卻裝置90之外緣96。環狀構件150具有一本體151且包含一上表面152、一下表面154、一內表面155與一外緣156。夾具60、絕熱層80與冷卻裝置90的組合構成夾具組件68。夾具組件68、可移動載台120以及環狀構件150的組合構成可移動載台組件128。頂部構件20係為固定且相對於可移動載台組件128。可移動載台組件128具有一外周緣129，其在一範例中係部分由環狀構件150之外緣156所定義。
可移動載台120以其上表面122支撐冷卻裝置90。可移動載台120係可操作地連接於一定位器126，其設置以使可移動載台120移動並於需要時固定可移動載台120。定位器126也追蹤相對於一參考位置之可移動載台120位置。可移動載台120係可操作地被一平台130所支撐，平台130具有允許可移動載台120於XY平面移動之一上表面132。
頂部構件20之下表面24、環狀構件150之外緣156以及平台130之上表面132定義一氣簾區域158。
在一範例中，可移動平台120與夾具60係整合為一單件式或者一雙件式可移動夾具，可操作地連接於定位器126。頂部構件20在X方向上足夠長而使夾具60可以相對頂部構件20移動，因而雷射光束40可以對基板50之整個上表面52曝照。
第4A圖與第4B圖係為基板50、夾具60以及環狀構件150之俯視圖。環狀構件150係相對冷卻裝置90而配置，因而環狀構件150之內表面155係相鄰於冷卻裝置90之外緣96，且於內表面155與外緣96之間定義一環狀間隙G2。在一範例中，環狀間隙G2係聯通於外界(亦即環境8)。在一範例中，環狀間隙G2之寬度WG2 係在0.5mm至2mm之範圍間。如第4C圖所示，環狀構件150之上表面152以及頂部構件20之下表面24定義一微腔室周邊間隙G3，其具有一寬度WG3 。在一範例中，寬度WG3 係在0.01mm至2mm之範圍間，而在另一範例中，寬度WG3 係在0.1mm至1mm之範圍間。因為微腔室周邊間隙G3係沿著微腔室70的周圍故如此命名。
系統10也包含至少一氣體供應系統200以及至少一冷卻劑供應系統250。在一範例中，第一氣體供應系統200係設置以提供氣體202至微腔室70，而另一氣體供應系統200係設置以提供氣體202至環狀構件150。在一實施態樣中，不同的氣體供應系統200供應不同的氣體202，而在另一實施態樣中則是供應相同的氣體202。
在一實施態樣中，單一氣體供應系統200係被使用來提供氣體202至微腔室70及環狀構件150。在一範例中，微腔室70包含氣體202，且在環境8中實質上沒有反應氣體。所述「實質上沒有反應氣體」係指沒有足夠的反應氣體足以對微腔室70中對基板50所執行的製程產生實質的影響。一例示的氣體202可以包含一或多種惰性氣體，例如氖氣、氬氣、氦氣與氮氣。在一範例中，氣體202由一或多種惰性氣體所組成。在另一範例中，氣體202包含一選擇量之至少一反應氣體，例如氧氣。
需注意的是，在氣體202中使用具有一選擇量之反應氣體例如氧氣，仍需要避免存在於環境8中之相同的反應氣體進入微腔室70中，以使微腔室70中的反應氣體總量不會改變。在一範例中，氣體202中之選擇量的反應氣體與至少一雷射光束40反應以修飾基板50。
環狀構件150係設置以控制進入微腔室周邊間隙G3之氣體202的流動而於相鄰於環狀構件150之外緣 156處形成一氣簾202C，如第5A圖至第5C圖所示。每個冷卻劑供應系統250係設置以控制冷卻劑252的流動，冷卻劑252可以是水或者水與甘油的混和物。
系統10也包含一控制單元300，可操作地連接於氣體供應系統200以及冷卻劑供應系統250，且設置以控制前述系統200與系統250的操作以形成氣簾202C，如下所述。系統10也包含一真空系統260，氣體連接於微腔室70，例如經由至少一氣體流道104。真空系統260可用以在微腔室70中形成一真空。
第3圖係為一例示之系統10之詳細的示意圖。第3圖之系統10包含第一光入口特徵30A與第二光入口特徵30B，其係位於頂部構件20之穿孔的形式。第2B圖近似於第2A圖，且為第3圖之系統10的俯視圖，其顯示第一光入口特徵30A與第二光入口特徵30B。在一範例中，第一光入口特徵30A與第二光入口特徵30B係集中在X-中心線CX上，X-中心線CX係在任一尺寸之Z-中心線CZ上。
在一範例中，第一光入口特徵30A與第二光入口特徵30B具有一矩形截面，且在X-Z平面上係從頂部構件20之上表面22朝下表面24內傾。第一光入口特徵30A與第二光入口特徵30B的尺寸被控制而可使第一雷射光束40A與第二雷射光束40B穿過頂部構件20。在第一雷射光束40A與第二雷射光束40B以相對於Z-中心線CZ一角度入射頂部構件20之範例中，第一光入口特徵30A與第二 光入口特徵30B之個別的角度可以被作成大致匹配於第一雷射光束40A與第二雷射光束40B的入射角。在此需注意的是，第一光入口特徵30A與第二光入口特徵30B可以被設置以讓第一雷射光束40A與第二雷射光束40B在基板50上重疊。
環狀構件150包含位於本體151中的流道162，其氣體連通地連接於在環狀構件150上表面152之開孔164。在一範例中，開孔164係配置於靠近環狀構件150之外緣156。第4A圖係為夾具組件68之一例示配置的俯視圖，其中環狀構件150環繞冷卻裝置90的外緣96，冷卻裝置90與環狀構件150係為環狀。第4B圖近似於第4A圖且顯示了另一種例示的配置，其中冷卻裝置90與環狀構件150具有更為矩形(例如具有圓角的矩形)的形狀。在第4A圖與第4B圖之範例中，相較於環狀構件的內表面155，環狀構件150之開孔164係配置的較靠近環狀構件150的外緣156。
第4C圖係為系統10之一部分的放大剖面圖，顯示沿著一例示流道162之環狀構件150的上部。流道162沿著環狀構件150之至少一部份分布。第4C圖也顯示其中一開孔164，其連接流道162至環狀構件150的上表面152。
在環狀構件150之一例示配置中，每英寸具有5至50個開孔。開孔164之一例示的尺寸(直徑)係在0.02英吋至0.05英吋之間。
在一範例中，每一氣體供應系統包含一氣體源 204，氣體連接於一流動控制裝置210。流動控制裝置210氣體連接於微腔室70，例如第一光入口特徵30A與第二光入口特徵30B之相對側，如第3圖之範例所示。在一範例中，第一與第二氣體源204被加壓且供應氣體202，例如氮氣、氬氣、氦氣等。在一範例中，流動控制裝置係為質量流控制器或調節器。
在一範例中，二氣體供應系統200係被用以提供氣體202至微腔室70，而一第三氣體供應系統係氣體連接於環狀構件150。特別的是，第三氣體供應系統200具有一第三氣體源204氣體連接於一第三流動控制裝置210，且進一步氣體連接於環狀構件150之輸出流道162。在一範例中，第三氣體源204係被加壓且供應氣體202，且其與其他氣體供應系統200所供應的氣體相同。
在一範例中，系統10也包含一氣體感測器270，其包含位於微腔室70中之一氣體偵測頭272。氣體感測器270設置以偵測反應氣體(例如氧氣)的存在，系統10係被設計以實質上避免環境8中的反應氣體進入微腔室70中。
在一範例中，控制單元300包含一數位轉類比(D/A)的轉換器304，電性連接於一微處理器控制器(微控制器)310。D/A轉換器304也電性連接於系統10之流動控制裝置210。微控制器310也電性連接於氣體感測器270且接收一氣體偵測訊號SG，氣體偵測訊號SG代表被氣體感測器270所偵測到之一或多種氣體。
在一範例中，頂部構件20包含一或多個冷卻劑流道256流體連接於冷卻劑供應系統250。一或多個冷卻劑流道256係設置以使冷卻劑252循環於整個頂部構件20以冷卻頂部構件20。環狀構件150以及冷卻裝置90也包含流體連接於個別的冷卻劑供應系統250之冷卻劑流道250，其維持冷卻劑252流過環狀構件150與冷卻裝置90。
在系統10的操作中，微控制器310啟動氣體202的流動，使氣體202從個別的氣體供應系統200進入微腔室70以及進入微腔室周邊間隙G3。其可藉由微控制器310發送一第一數位控制訊號S1D至D/A轉換器304，D/A轉換器304將第一數位控制訊號S1D轉換為一第一類比控制訊號S1A。第一類比控制訊號S1A被提供給第一與第二流動控制裝置210，其調整從第一與第二氣體供應系統200流至微腔室70之氣體202的量。其將微腔室70注滿氣體202。氣體感測器270用以確認微腔室70中的氣氛係由氣體202所構成而沒有包含實質量之不想要的反應氣體，例如氧氣。
同時，微控制器發送一第二數位訊號S2D至D/A轉換器304，D/A轉換器304將第二數位控制訊號S2D轉換為一第二類比控制訊號S2A。第二類比控制訊號S2A被提供給氣體連接於環狀構件150之一第三流動控制裝置210。其用以調整從相對應氣體源204流到微流道162且離開環狀構件150之開孔164的氣體量。離開開孔164之氣體202流入微腔室周邊間隙G3。大部分離開開孔164且流 入微腔室周邊間隙G3之氣體202從微腔室70流走且湧入氣簾區域158中，因而形成氣簾202C，如第5A圖至第5C圖所示。
在此要注意的是微腔室周邊間隙G3的寬度WG3 的範圍係遠大於傳統微腔室之氣體軸承間隙的寬度，如前述美國專利第5,997,963號專利所揭露，其中氣體軸承間隙的寬度係在5微米或如此的等級。963專利之氣體軸承係透過氣壓所提供的反向力量與真空吸力二者的組合來在近距離下支撐頂部構件。雖然氣體軸承間隙提供有效的方法來使微腔室與周遭環境隔離，但其主要功用係藉由使用氣動壓力來提供一個滑動間隙。氣體軸承間隙係藉由在氣體壓力與真空拉力之間取得平衡所形成。所述間隙通常很小且因為表面缺陷與壓力擾動可以進一步地被減少。
微腔室周邊間隙G3的尺寸(寬度)WG3 係由環狀構件150與頂部構件20之間之機械上的間隙所定義而成。微腔室周邊間隙G3的尺寸(寬度)WG3 係遠大於氣體軸承，例如大約是100倍。此外，微腔體周邊間隙G3實質上與頂部構件20之表面缺陷或平坦度變化無關，因為平坦度變化或表面缺陷相對於微腔體周邊間隙G3僅是很小的比例。
因此，氣體軸承需要彼此相對之一對表面都必須十分平坦且一致，以避免表面接觸與彼此相互損害。在具有氣體軸承之微腔室之一範例中，若是氣體軸承被施加大量的熱以及激烈的溫度梯度，氣體軸承之彼此相對的表 面可能因為熱變形而不再能維持所需的平坦度。
同時，在一範例中，微控制器310透過驅動二個流體連接於頂部構件20與冷卻裝置90之冷卻劑供應系統250，來啟動頂部構件20中與冷卻裝置90中之冷卻劑252的流動。所述驅動係使用第三數位訊號S3D與第四數位訊號S4D來完成。若需要的話，也可以將上述訊號傳送至D/A轉換器304來轉換成類比訊號。
在一範例中，真空系統260係用以於微腔室70中產生一真空，且氣體202係流入微腔室周邊間隙G3。微腔室70中所產生的真空用以吸引一部分的氣體202至微腔室70中，而不需從不同的氣體供應系統200將氣體202流入微腔室70中。
一旦氣體202流入微腔室70以及微腔室周邊間隙G3中被建立，以及頂部構件20與冷卻裝置90中的冷卻劑循環也被建立，定位器126被控制訊號S5D所驅動而移動可移動載台120。第一雷射光束40A與第二雷射光束40B穿過相對應的第一光入口特徵30A與第二光入口特徵30B，且由於基板50相對於第一雷射光束40A與第二雷射光束40B移動，第一雷射光束40A與第二雷射光束40B掃過基板50之表面52。第5A圖至第5C圖為系統10的側視圖，其顯示可移動載台組件128相對於頂部構件20的移動，如箭頭AR所標示。
當可移動載台組件128與被夾具60所支撐之基板50相對於頂部構件20來回相對移動，氣體202從開孔164流 入微腔室周邊間隙G3而隨即從微腔室70離開。當氣體202離開微腔室周邊間隙G3且流入氣簾區域158時，氣體202的流動變為紊亂。氣體202在氣簾區域158形成氣簾202C以阻擋環境8中任何反應氣體或氣體進入。同時，部分微腔室70中的氣體202流入間隙G1與G2而導引至環境8，如圖所示，一或多個氣體流道104氣體連接於環狀間隙G2。
第5A圖顯示可移動載台組件128係在位置P1且沿著負X方向移動，雷射光束40A與40B入射在靠近基板50上表面52的左緣處。第5B圖顯示可移動載台組件128係位在位置P2其大約位在掃描路徑的中途，且仍在沿著X方向移動，雷射光束40A與40B入射在大約基板50上表面52的中間處。第5C圖顯示可移動載台128係在位置P3其位在掃描路徑的終點，可移動載台先減速、停止然後在朝反方向(正X方向)加速到一最大速度VM 。前述過程在反方向的各位置亦重複進行。
在一範例中，可移動載台120係設置以沿Y方向移動夾具60，使得雷射光束40A與40B可以掃描基板50前一次未掃過的部份。可移動載台組件128在位置P1與P3之間來回移動，加速減速，且在掃描過程中達到前述之最大速度VM 。
系統10形成可避免環境8中一或多種氣體進入微腔室70中之氣簾202C的能力，是可移動載台5之最大速度VM 、氣體202離開流道164的速度VG 以及微腔室周邊間隙G3之寬度WG3 的函數。第6圖係氣體速度VG (m/s)對氣體流量(每分鐘標準公升或SLM)在不同寬度WG3 ， 亦即0.2mm、0.4mm、0.6mm與0.8mm，之下的曲線圖。可移動載台組件128的最大速度VM (m/s)在圖中係以虛線標示在0.5m/s。
為了避免環境8中一或多種反應氣體進入微腔室70，氣體速度VG 必須大於可移動載台組件128的最大速度VM 。第6圖指出，對於最大速度VM 等於0.5m/s的情況，微腔室周邊間隙G3之寬度WG3 不能大於0.6mm。
因為氣體202的質量係遠小於系統10中的移動機構，加速與減速的慣性效應可以忽略，且在系統10啟動與停止時，氣體流動的態樣並未觀察到顯著差異。
第7圖係為系統10之一示意圖，其近似於第3圖，但並非如第3圖之光入口特徵30A與30B般為穿孔，第7圖之頂部構件20具有單一穿孔且以一窗口32密封。窗口32在雷射光束40A與40B之波長下係實質上透明。在一範例中，窗口32係為熔融石英(fused quartz)。頂部構件20的冷卻可用來冷卻窗口32。在一範例中，頂部構件20可包含不同形式的光入口特徵30，例如一穿孔與一窗口32。
第7圖中之系統10之窗口32的設計適用於低雷射功率的應用，且具有減少氣體消耗的益處也提供基板50較高程度的保護。當導入微腔室70中的氣體202可能對人體有害的情況，這樣的設計也特別有用。窗口32可用來限制可能離開微腔室70而進入環境8之氣體202的量。
本發明的技術內容已經以實施例揭露如上，然 其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神所作些許之更動與潤飾，皆應涵蓋於本發明的範疇內，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。
8‧‧‧環境
10‧‧‧系統
104‧‧‧氣體流道
120‧‧‧可移動載台
126‧‧‧定位器
130‧‧‧平台
150‧‧‧環狀構件
155‧‧‧內表面
156‧‧‧外緣
158‧‧‧氣簾區域
20‧‧‧頂部構件
22‧‧‧上表面
24‧‧‧下表面
26‧‧‧外緣
200‧‧‧氣體供應系統
202‧‧‧氣體
250‧‧‧冷卻劑供應系統
252‧‧‧冷卻劑
260‧‧‧真空系統
30‧‧‧光入口特徵
300‧‧‧控制單元
40‧‧‧雷射光束
50‧‧‧基板
60‧‧‧夾具
70‧‧‧微腔室
80‧‧‧絕熱層
90‧‧‧冷卻裝置
AR‧‧‧箭頭
CZ‧‧‧Z-中心線
D1‧‧‧距離
G1‧‧‧間隙
G2‧‧‧間隙
G3‧‧‧微腔室周邊間隙
WG2 ‧‧‧寬度
WG3 ‧‧‧寬度

Claims (39)

  1. 一種微腔室系統，用以加工一基板且該基板不會暴露於一環境之一反應氣體，該微腔室系統包含：一頂部構件，具有至少一光入口特徵；一載台組件，支撐該基板，該載台組件具有一外周緣且相對於該頂部構件設置以定義一微腔室與一微腔室周邊間隙，其中該微腔室周邊間隙具有一寬度，該寬度係在0.01mm至2mm之範圍中，該載台組件可相對於該頂部構件移動，其中該微腔室包含一氣體，該氣體包含一選擇量之該反應氣體或者無實質量之該反應氣體；及至少一氣體供應系統，氣體連接於該載台組件，設置以維持來自該至少一氣體供應系統之氣體流入該微腔室周邊間隙，惟有當該載台組件相對於該頂部構件移動時，始於相鄰於該載台組件之該外周緣處形成一氣簾，且該氣簾實質上避免該環境之該反應氣體進入該微腔室。
  2. 如請求項1所述之微腔室系統，其中該至少一光入口特徵包含至少一穿孔與一窗口。
  3. 如請求項1所述之微腔室系統，其中該至少一光入口特徵係設置以允許至少一雷射光束穿過該頂部構件而抵達該基板。
  4. 如請求項1所述之微腔室系統，其中該氣體係選自氮氣、氬氣、氦氣、氖氣及其組合所構成之群組。
  5. 如請求項1所述之微腔室系統，其中該反應氣體係為氧氣。
  6. 如請求項1所述之微腔室系統，其中該至少一氣體供應系統供應該氣體至該微腔室。
  7. 如請求項1所述之微腔室系統，其中該載台組件包含一冷卻夾具組件。
  8. 如請求項7所述之微腔室系統，其中頂部構件係被冷卻。
  9. 如請求項1所述之微腔室系統，其中該載台組件包含一環狀構件，部份地定義該微腔室周邊間隙，該環狀構件包含一開孔陣列，該開孔陣列維持了來自該至少一氣體供應系統之該氣體流入該微腔室周邊間隙。
  10. 如請求項1所述之微腔室系統，其中微腔室周邊間隙具有一寬度，該寬度係在0.1mm至1mm之範圍中。
  11. 如請求項1至10任一項所述之微腔室系統，其中該載台組件沿X方向或Y方向上具有相對於該頂部構件之一最大速度VM ，進入該微腔室周邊間隙之該氣體具有一氣體速度VG ，且VG >VM 。
  12. 一種加工一基板且該基板不會暴露於存在一微腔室外之一環境之一反應氣體的方法，該方法包含：於該微腔室中支撐該基板於一可移動載台組件上，其中該微腔室係藉由一固定頂部構件以及該可移動載台組件所定義，該可移動載台組件具有一外周緣與一環狀構件，該環狀構件與該固定頂部構件共同定義該微腔室周邊間隙；導入一第一氣體至該微腔室中，該第一氣體包含一選擇量之該反應氣體或者無實質量之該反應氣體；經由該環狀構件導入一第二氣體至該微腔室周邊間隙；及相對於該固定頂部構件移動該可移動載台組件，以 使該第二氣體於該可移動載台組件之該外周緣處形成一氣簾；其中該氣簾在該可移動載台組件之移動過程中，避免該環境之該反應氣體進入該微腔室中。
  13. 如請求項12所述之方法，其中該第一氣體與該第二氣體係為相同的氣體。
  14. 如請求項12所述之方法，更包含：以至少一雷射光束加工該基板，該雷射光束穿過該環境而經由該頂部構件之至少一光入口特徵進入該微腔室。
  15. 如請求項14所述之方法，其中該至少一雷射光束包含至少一退火雷射光束。
  16. 如請求項14所述之方法，其中該至少一雷射光束與該微腔室中之該選擇量之該反應氣體反應而修飾該基板。
  17. 如請求項14所述之方法，其中該至少一光入口特徵包含至少一穿孔與一窗口。
  18. 如請求項12所述之方法，其中該可移動載台組件沿X方向或Y方向上具有相對於該固定頂部構件之一最大速度VM ，該方法更包含提供該氣體以一氣體速度VG 進入該微腔室周邊間隙，且VG >VM 。
  19. 如請求項12所述之方法，其中該微腔室周邊間隙具有一寬度，該寬度係在0.01mm至2mm之範圍中。
  20. 如請求項19所述之方法，其中該微腔室周邊間隙具有一寬度，該寬度係在0.1mm至1mm之範圍中。
  21. 如請求項12所述之方法，其中該第一氣體與該第二氣體係 選自氮氣、氬氣、氦氣、氖氣及其組合所構成之群組。
  22. 如請求項12所述之方法，其中該可移動載台組件包含一加熱夾具，該方法更包含以該加熱夾具加熱該基板。
  23. 如請求項12所述之方法，更包含冷卻該可移動載台組件與該固定頂部構件。
  24. 一種加工一基板且該基板不會暴露於存在一微腔室外之一環境之一第一氣體的方法，該方法包含：於該微腔室中支撐該基板於一可移動載台組件上，其中該微腔室係藉由一固定頂部構件以及該可移動載台組件鎖定義，該可移動載台組件具有一外周緣與一環狀構件，該環狀構件與該固定頂部構件共同定義該微腔室周邊間隙；於該微腔室中形成一真空；經由該環狀構件導入一第二氣體至該微腔室周邊間隙；導入一第三氣體至該微腔室，其中該第三氣體包含至少一反應氣體；相對於該固定頂部構件移動該可移動載台組件，以使該第二氣體於相鄰於該可移動載台組件之該外周緣處形成一氣簾，其中該氣簾避免該環境之該第一氣體進入該微腔室中；及以一第一雷射光束經由該固定頂部構件之一光入口特徵進入該微腔室以曝照該基板，且在該微腔室中之該第三氣體的該至少一反應氣體修飾該基板。
  25. 如請求項24所述之方法，其中該第三氣體的該至少 一反應氣體包含氧氣。
  26. 如請求項24所述之方法，其中該第一氣體包含氧氣，且該第三氣體的該至少一反應氣體包含氧氣。
  27. 如請求項24所述之方法，其中該第二氣體係由氮氣、氬氣、氦氣、氖氣或其組合所構成。
  28. 如請求項24所述之方法，其中該微腔室周邊間隙具有一寬度，該寬度係在0.01mm至2mm之範圍中。
  29. 如請求項24所述之方法，其中該微腔室周邊間隙具有一寬度，該寬度係在0.1mm至1mm之範圍中。
  30. 如請求項24所述之方法，更包含：以一第二雷射光束經由該固定頂部構件之該光入口特徵或經由該固定頂部構件之另一光入口特徵進入該微腔室以照射該基板與該微腔室中之該第三氣體的該至少一反應氣體，且該第二雷射光束與該微腔室中之該第三氣體的該至少一反應氣體反應而修飾該基板。
  31. 一種於一微腔室中加工一基板而無須變動該微腔室中一選擇量之一第一氣體的方法，其中該微腔室位於包含該第一氣體的一環境中，該方法包含：於該微腔室中支撐該基板於一可移動載台組件上，其中該微腔室係藉由一固定頂部構件以及該可移動載台組件所定義，該可移動載台組件具有一外周緣與一環狀構件，該環狀構件與該固定頂部構件共同定義一微腔室周邊間隙；導入該選擇量之該第一氣體至該微腔室中； 經由該環狀構件導入一第二氣體至該微腔室周邊間隙；及相對於該固定頂部構件移動該可移動載台組件，以使該第二氣體於相鄰於該外周緣處形成一氣簾，其中該氣簾實質上避免該環境之該第一氣體進入該微腔室中，且避免改變導入至該微腔室中之該選擇量之該第一氣體。
  32. 如請求項31所述之方法，其中該第一氣體包含氧氣。
  33. 如請求項31所述之方法，其中該第一氣體係由氧氣組成。
  34. 如請求項31所述之方法，其中該第二氣體包含至少一惰性氣體。
  35. 如請求項31所述之方法，其中該第二氣體係由一或多種惰性氣體所組成。
  36. 如請求項31所述之方法，其中該微腔室周邊間隙具有一寬度，該寬度係在0.01mm至2mm之範圍中。
  37. 如請求項31所述之方法，其中該微腔室周邊間隙具有一寬度，該寬度係在0.1mm至1mm之範圍中。
  38. 如請求項31所述之方法，更包含：導引至少一雷射光束經由該固定頂部構件之至少一光入口特徵進入該微腔室以照射該基板，且在該微腔室中之該至少一第一反應氣體修飾該基板。
  39. 如請求項31所述之方法，其中該可移動載台組件沿X方向或Y方向上具有相對於該固定頂部構件之一最 大速度VM ，進入該微腔室周邊間隙之該第二氣體具有一氣體速度VG ，且VG >VM 。
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