TWI580807B - 蒸鍍設備與利用此設備之蒸鍍方法 - Google Patents

Description

蒸鍍設備與利用此設備之蒸鍍方法

本發明是有關於一種蒸鍍設備與利用此設備之一種蒸鍍方法，且特別是有關於一種具有流體擾動裝置之蒸鍍設備與蒸鍍方法。

蒸鍍製程是一種廣泛應用的薄膜沉積技術。現有的蒸鍍設備包括蒸鍍腔室、設置於蒸鍍腔室內的承載裝置以及與承載裝置相對的蒸鍍源。蒸鍍源可承載有蒸鍍材料。進行蒸鍍製程時，會以加熱的方式讓蒸鍍材料揮發或是昇華並以蒸鍍粒子的形式填充在蒸鍍腔室中。同時，承載裝置上裝設有待蒸鍍的待鍍物時，填充於蒸鍍腔室中的蒸鍍粒子即可在待鍍物表面累積而後形成蒸鍍鍍膜。

蒸鍍鍍膜的厚度可以藉由調整蒸鍍製程的各種參數來調整。例如，蒸鍍時間、待鍍物與蒸鍍源之間的距離、蒸鍍源被加熱的溫度等。惟，當所要得到的蒸鍍鍍膜的厚度較薄(例如形成原子層)時，仍容易存在有鍍膜緻密性不佳的問題。

本發明之目的在於解決蒸鍍機台製作原子層薄膜緻密性不佳問題，以提供蒸鍍空間一擾動流體的方式，來增加之蒸鍍源材料的粒子動能與通量，可增加蒸鍍源材料的有效利用率，減少加熱之高能量造成材料裂解等。本發明係利用流體擾動裝置，在蒸鍍空間內，朝向待鍍物注入經擾動後的流體，流體擾動裝置設置於蒸鍍設備內，包括有多個噴頭，注入經擾動後的流體，藉以增加蒸鍍膜材料之粒子動能與通量；多個噴頭係傾斜一角度，有效引導蒸鍍膜材料之粒子往承載裝置聚集，進而提升材料利用率與蒸鍍速續，並提高鍍膜緻密性。

根據本發明之一方面，提出一種蒸鍍設備，包括一蒸鍍腔室，一蒸鍍源，一承載裝置以及一流體擾動裝置；蒸鍍腔室具有一蒸鍍空間，蒸鍍源設置於蒸鍍空間中的下方，蒸鍍源適於容納蒸鍍源材料；承載裝置以一參考軸為中心、可旋轉地設置於蒸鍍空間中的上方，且與蒸鍍源相對；承載裝置適於承載待鍍物並使待鍍物位於蒸鍍源與承載裝置之間；流體擾動裝置適於在蒸鍍空間中，朝向承載裝置注入一經擾動後的流體。

根據本發明之一方面，提出一種蒸鍍方法，包括利用一蒸鍍設備，設置一蒸鍍源於一蒸鍍腔室之一蒸鍍空間內，且位於蒸鍍空間中的下方，蒸鍍源適於容納一蒸鍍源材料；設置一承載裝置，以一參考軸為中心、可旋轉地設置於蒸鍍空間中的上方，且與蒸鍍源相對，承載裝置適於承載一待鍍物並使待鍍物位於蒸鍍源與承載裝置之間；以及設置一流體擾動裝置，適於在蒸鍍空間內，朝向承載裝置注入一經擾動後的流體；其中，流體擾動裝置包括多個噴頭，該些噴頭以該參考軸為中心呈對稱排列設置，且各該噴頭設置為朝向一注入方向注入該經擾動後的流體，該注入方向與該參考軸相交一角度，使經擾動後的流體朝向承載裝置的周邊行進。

為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉諸項實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

以下係提出實施例進行詳細說明，實施例僅用以作為範例說明，並非用以限縮本發明欲保護之範圍。

請參照圖1，依照本發明一實施例之蒸鍍設備。本發明揭露一種蒸鍍設備100，其如圖1的立體圖與圖2的側視示意圖所示，包括蒸鍍腔室110、蒸鍍源120、承載裝置130以及流體擾動裝置140。蒸鍍腔室110定義出蒸鍍空間S。蒸鍍源120設置於蒸鍍腔室110的一端、也就是蒸鍍空間S中的下方，且承載裝置130與蒸鍍源120相對而設。承載裝置130設置於蒸鍍空間S中的上方，用以承載一待鍍物10。待鍍物10安置於承載裝置130上並面向蒸鍍源120。流體擾動裝置140用以朝向蒸鍍空間S注入經擾動後的流體GA並使得擾動流體GA朝向承載裝置130的周邊行進。

一般來說，承載裝置130上可以裝載一或多個待鍍物10，使待鍍物10位於蒸鍍源120與承載裝置130之間。承載裝置130適於以一參考軸AX為軸心旋轉，使得待鍍物10沿著圍繞參考軸AX的環狀路徑被移動。同時，參考軸AX可以通過蒸鍍源120的設置位置，或也可隨不同需求而改變蒸鍍源120的設置位置。在一實施例中，蒸鍍源120包括一坩堝，坩堝於朝向乘載裝置方向具有一開口用以容納蒸鍍源材料。蒸鍍源並包括一加熱部用以加熱蒸鍍源材料，蒸鍍源材料可昇華或揮發成蒸鍍粒子(例如為氣態)，且蒸鍍粒子遠離蒸鍍源120並朝向承載裝置130移動以達到待鍍物10表面。此時，承載裝置130的轉動使得待鍍物10在圍繞參考軸AX的環形路徑上被移動，有助於待鍍物10在不同區域接觸到蒸鍍粒子，而避免因為蒸鍍粒子在不同區域的分布濃度不同導致蒸鍍均勻性不佳。在這樣的蒸鍍製程下，單靠蒸鍍源120的加熱來促使蒸鍍粒子朝向待鍍物10運動，則形成於待鍍物10表面的蒸鍍鍍膜的緻密性不一定可符合需求。因此，蒸鍍設備100中還設置有流體擾動裝置140，來輔助提高蒸鍍粒子的動能與動量，以提升所形成的蒸鍍鍍膜的緻密性。

具體來說，流體擾動裝置140可朝向蒸鍍空間S注入經擾動後的流體GA並使流體GA朝向承載裝置130的周邊行進，使得蒸鍍粒子以參考軸AX為中心被集中朝向承載裝置130行進，也就是朝向待鍍物10行進。又，流體擾動裝置140朝向蒸鍍空間S注入經擾動後的流體GA，流體GA朝向承載裝置130行進中時與蒸鍍粒子相碰觸而使蒸鍍粒子的動能與動量提升。也就是說，本實施例設置有流體擾動裝置140，使得蒸鍍粒子到達待鍍物10表面而形成的蒸鍍鍍膜可以具有更好的緻密性。

以下進一步搭配圖式來說明流體擾動裝置140的設置及其實施方式。

首先，如圖1與圖2所示，參考軸AX通過蒸鍍源120所在位置，流體擾動裝置140可以包括多個噴頭142，這些噴頭142以參考軸AX為中心成點對稱的方式設置，同時，蒸鍍源120的設置位置可以在兩噴頭142的中心點處，也就是說，兩噴頭142與蒸鍍源120的距離相同。當噴頭142的數量大於兩個時，蒸鍍源120的設置位置可以為在多個噴頭142所圍出的幾何形狀的中心處，多個噴頭142與蒸鍍源120的距離相同，多個噴頭142彼此之間的距離也相同。

各個噴頭142設置為朝向一注入方向注入經擾動後的流體GA，各個注入方向與參考軸AX相交一角度θ，使得各個經擾動後的流體GA均主要地朝向該承載裝置130的周邊行進。在一實施例中，角度θ也就是各個噴頭142的傾斜角度。由於蒸鍍腔室110的尺寸與形狀設計以及各構件之間的相對距離可以依照不同的製程需求調整，因此噴頭142的傾斜角度可以依據所要的注入方向而調整，同時，角度θ也可依據不同需求而改變。在本實施例中，角度θ為0度到15度之間，且不為0度。

當承載裝置130上設置有待鍍物10時，各個噴頭142的傾斜角度(也就是各個注入方向、或也就是各個經擾動後的流體GA的行進方向)例如可以設計為對準待鍍物10行進。當隨著製程需求而在承載裝置130上由承載裝置130的中心向外依序放置有多排待鍍物10時，各個噴頭142的傾斜角度(也就是各個注入方向、或也就是各個經擾動後的流體GA的行進方向)可以對準位於最外側的待鍍物10行進。在蒸鍍過程中，經擾動後的流體GA可形成包圍於待鍍物10周邊的氣體屏障，讓蒸鍍粒子在氣體屏障下，以參考軸AX為中心被集中朝向承載裝置130行進，也就是朝向待鍍物10行進，並且蒸鍍粒子獲得較高的動能與動量。如此一來，到達待鍍物10表面的蒸鍍粒子可以形成緻密性較大的蒸鍍鍍膜。

請參照圖3A至圖3D，為本發明之噴頭的實施方式示意圖。如圖3A的立體透視圖所示，噴頭142A的內部具有至少一流 道22A，噴頭142A並具有入口部1421以及出口部1422，入口部連接於流道22A及一流體供應源(未繪示)，出口部1422連接於流道22A且位於噴頭142A相對於入口部1421的另一端，出口部1422較入口部1421靠近承載裝置130。在圖3A的實施例中，噴頭142A之出口部1422更具有一葉片32A，係可旋轉地設置於出口部1422，適於使經擾動後的流體GA經過流道22A以及葉片32A後注入蒸鍍腔室S。

圖3B與圖3C為不同流道實施方式的剖面圖。如圖3B的立體透視圖所示，流道22A可以是立體螺旋狀管道，又如圖3C的剖面圖所示，流道22A可以是曲線形管道。

在一實施例中，如圖3D的上視圖所示，流體擾動裝置130之各個噴頭142A的內部可具有多個流道22A，各個流道22A的實施方式也可以是圖3B的立體螺旋狀管道或是圖3C的曲線形管道。

本發明之流體擾動裝置的噴頭具有流道設計，使得流體依序經過噴頭之入口部、流道以及出口部後，成為經擾動後的流體進入蒸鍍空間中。

請參照圖4A至圖4D，為本發明之噴頭的另一實施方式示意圖。如圖4A的立體透視圖所示，噴頭142B的內部具有流道22B，噴頭142B並具有入口部1421以及出口部1422，入口部連接於流道22B及一流體供應源(未繪示)，出口部1422連接於流道22B且位於噴頭142B相對於入口部1421的另一端，出口部1422 較入口部1421靠近承載裝置130。在本實施例中，流道22B包括複數側壁擋件42B，各個側壁擋件42B係以連接部421B連接設置於流道22B之內壁，各個側壁擋件42B並具有朝向流道22B中心軸的端部422B。在圖4C的實施方式中，每一側壁擋件的端部422B與出口部1422的距離小於其連接部421B與出口部1422的距離。

請再參見圖4A與圖4D，流道22B更具有立體螺旋狀擋件52B，適於使複數側壁擋件42B位於立體螺旋狀擋件52B與流道22B的內壁之間，如圖4D所示，側壁擋件的端部422B係與立體螺旋狀擋件52B交錯設置。複數側壁擋件42B與立體螺旋狀擋件52B適於使流體經過流道22B後，成為經擾動後的流體進入蒸鍍空間中。

在另一實施例中，本發明之流體擾動裝置的噴頭具有至少一流道，並具有一旋轉軸，當流體經過旋轉的流道後，成為經擾動後的流體進入蒸鍍空間中。

本發明之流體擾動裝置所注入的經擾動後的流體可以是鈍氣、惰性氣體或是不容易與蒸鍍粒子產生反應的氣體。此外，可以對流體擾動裝置進行加熱或是對流體進行加熱，使得注入於蒸鍍空間內的經擾動後的流體的溫度大致與蒸鍍空間內部的溫度相仿。又例如，注入於蒸鍍空間內的經擾動後的流體的溫度至少為室溫。在一實施例中，流體擾動裝置可具有一流體加熱元件(未繪示)，適於在注入蒸鍍空間S前加熱經擾動後的流體；又，流體加熱元件可以是一加熱環(未繪示)，套設於各個噴頭。

利用上述實施例所揭露的蒸鍍設備，進行蒸鍍的方法如下。首先，在蒸鍍空間內的下方設置蒸鍍源，蒸鍍源容納蒸鍍源材料；設置承載裝置，承載裝置係以一參考軸為中心、可旋轉地設置於蒸鍍空間中的上方，且與蒸鍍源相對，承載裝置用以承載待鍍物並使待鍍物位於蒸鍍源與承載裝置之間；設置流體擾動裝置，適於在蒸鍍空間內，朝向該承載裝置注入經擾動後的流體。

本發明上述實施例所揭露之蒸鍍設備與蒸鍍方法，具有流體擾動裝置之噴頭設計，使流體透過噴頭後成為經擾動的流體並注入蒸鍍空間，使蒸鍍源粒子的動能與動量增加，並導引蒸鍍源粒子行進至承載裝置上產生鍍膜，可提升蒸鍍源材料的利用率，並提升所形成之蒸鍍鍍膜的緻密性。

綜上所述，雖然本發明已以諸項實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。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。

100‧‧‧蒸鍍設備

110‧‧‧蒸鍍腔室

120‧‧‧蒸鍍源

130‧‧‧乘載裝置

140‧‧‧流體擾動裝置

142、142A、142B‧‧‧噴頭

1421‧‧‧入口部

1422‧‧‧出口部

10‧‧‧待鍍物

22A、22B‧‧‧流道

32A‧‧‧葉片

42B‧‧‧側壁擋件

421B‧‧‧連接部

422B‧‧‧端部

52B‧‧‧立體螺旋狀擋件

S‧‧‧蒸鍍空間

AX‧‧‧參考軸

GA‧‧‧經擾動後的流體

圖1繪示依照本發明一實施例的示意圖。 圖2繪示依照本發明一實施例的側視示意圖。 圖3A至圖3D繪示噴頭之實施方式的示意圖。 圖4A至圖4D繪示噴頭之另一實施方式的示意圖。

100‧‧‧蒸鍍設備

110‧‧‧蒸鍍腔室

120‧‧‧蒸鍍源

130‧‧‧乘載裝置

140‧‧‧流體擾動裝置

142‧‧‧噴頭

10‧‧‧待鍍物

S‧‧‧蒸鍍空間

AX‧‧‧參考軸

GA‧‧‧經擾動後的流體

Claims (32)

1. 一種蒸鍍設備，包括：一蒸鍍腔室，具有一蒸鍍空間；一蒸鍍源，設置於該蒸鍍空間中的下方，該蒸鍍源適於容納一蒸鍍源材料；一承載裝置，以一參考軸為中心、可旋轉地設置於該蒸鍍空間中的上方，且與該蒸鍍源相對，該承載裝置適於承載一待鍍物並使該待鍍物位於該蒸鍍源與該承載裝置之間；以及一流體擾動裝置，適於在該蒸鍍空間中，朝向該承載裝置注入一經擾動後的流體；其中，該流體擾動裝置包括多個噴頭，該些噴頭以該參考軸為中心呈對稱排列設置，且各該噴頭設置為朝向一注入方向注入該經擾動後的流體，該注入方向與該參考軸相交一角度，使該經擾動後的流體朝向該承載裝置行進。
2. 如申請專利範圍第1項所述的蒸鍍設備，其中，該參考軸通過該蒸鍍源的設置位置，該角度為0度到15度之間，且不為0度。
3. 如申請專利範圍第1項所述的蒸鍍設備，其中，各該噴頭具有至少一流道。
4. 如申請專利範圍第3項所述的蒸鍍設備，其中，該流道為一立體螺旋狀管道。
5. 如申請專利範圍第3項所述的蒸鍍設備，其中，該流道為一曲線形管道。
6. 如申請專利範圍第3項所述的蒸鍍設備，其中，該流道包括複數側壁擋件，該些側壁擋件係以一連接部連接設置於該流道之內壁，該些側壁擋件具有朝向該注入方向之一端部，該端部與該承載裝置的距離係小於該連接部與該承載裝置的距離。
7. 如申請專利範圍第6項所述的蒸鍍設備，其中，該流道更包括一立體螺旋狀擋件，適於使該些側壁擋件位於該立體螺旋狀擋件與該內壁之間，且該些側壁擋件之端部係與該立體螺旋狀擋件交錯設置。
8. 如申請專利範圍第3項所述的蒸鍍設備，其中，各該噴頭具有入口部與出口部，入口部係連接該流道及一流體供應源，該出口部係連接於該流道且位於該噴頭相對於該入口部的另一端，該出口部較該入口部靠近該承載裝置。
9. 如申請專利範圍第8項所述的蒸鍍設備，其中，各該噴頭具有一葉片，係可旋轉地設置於該出口部。
10. 如申請專利範圍第1項所述的蒸鍍設備，其中，各該噴頭具有一旋轉軸。
11. 如申請專利範圍第1項所述的蒸鍍設備，其中，該流體擾動裝置具有一流體加熱元件，適於在注入該蒸鍍空間熱該經擾動後的流體。
12. 如申請專利範圍第11項所述的蒸鍍設備，其中，該流體加熱元件係為一加熱環，套設於各該噴頭，適於在注入該蒸鍍空間前加熱該經擾動後的流體。
13. 如申請專利範圍第1項所述的蒸鍍設備，其中，該承載裝置適於以該參考軸為中心旋轉，使該待鍍物沿一環狀路徑移動。
14. 如申請專利範圍第1項所述的蒸鍍設備，其中，該蒸鍍源包括一坩堝，該坩堝用以容納該蒸鍍源材料，適於使該蒸鍍源材料揮發成蒸鍍粒子而鍍於該待鍍物。
15. 如申請專利範圍第1項所述的蒸鍍設備，其中，該蒸鍍源包括一加熱部，用以加熱該蒸鍍源材料。
16. 如申請專利範圍第1項所述的蒸鍍設備，其中，該經擾動後的流體為鈍氣。
17. 一種蒸鍍方法，係利用如申請範圍第1項所述之蒸鍍設備，該蒸鍍方法包括：設置一蒸鍍源於一蒸鍍腔室之一蒸鍍空間內，且於該蒸鍍空間中的下方，該蒸鍍源適於容納一蒸鍍源材料；設置一承載裝置，該承載裝置以一參考軸為中心、可旋轉地設置於該蒸鍍空間中的上方，且與該蒸鍍源相對，該承載裝置適於承載一待鍍物並使該待鍍物位於該蒸鍍源與該承載裝置之間；以及設置一流體擾動裝置，適於在該蒸鍍空間內，朝向該承載裝置注入一經擾動後的流體； 其中，該流體擾動裝置包括多個噴頭，該些噴頭以該參考軸為中心呈對稱排列設置，且各該噴頭設置為朝向一注入方向注入該經擾動後的流體，該注入方向與該參考軸相交一角度，使該經擾動後的流體朝向該承載裝置行進。
18. 如申請專利範圍第17項所述的蒸鍍方法，其中，該參考軸通過該蒸鍍源的設置位置，該角度為0度到15度之間，且不為0度。
19. 如申請專利範圍第17項所述的蒸鍍方法，其中，各該噴頭具有至少一流道。
20. 如申請專利範圍第19項所述的蒸鍍方法，其中，該流道為一立體螺旋狀管道。
21. 如申請專利範圍第19項所述的蒸鍍方法，其中，該流道為一曲線形管道。
22. 如申請專利範圍第19項所述的蒸鍍方法，其中，該流道包括複數側壁擋件，該些側壁擋件係以一連接部連接設置於該流道之內壁，該些側壁擋件具有朝向該注入方向之一端部，該端部與該承載裝置的距離係小於該連接部與該承載裝置的距離。
23. 如申請專利範圍第22項所述的蒸鍍方法，其中，該流道更包括一立體螺旋狀擋件，適於使該些側壁擋件位於該立體螺旋狀擋件與該內壁之間，且該些側壁擋件之端部係與該立體螺旋狀擋件交錯設置。
24. 如申請專利範圍第19項所述的蒸鍍方法，其中，各該噴頭具有入口部與出口部，入口部係連接該流道及一流體供應源，該出口部係連接於該流道且位於該噴頭相對於該入口部的另一端，該出口部較該入口部靠近該承載裝置。
25. 如申請專利範圍第24項所述的蒸鍍方法，其中，各該噴頭具有一葉片，係可旋轉地設置於該出口部。
26. 如申請專利範圍第17項所述的蒸鍍方法，其中，各該噴頭具有一旋轉軸。
27. 如申請專利範圍第17項所述的蒸鍍方法，其中，該流體擾動裝置具有一流體加熱元件，適於在注入該蒸鍍空間前加熱該經擾動後的流體。
28. 如申請專利範圍第27項所述的蒸鍍方法，其中，該流體加熱元件係為一加熱環，套設於各該噴頭，適於在注入該蒸鍍空間前加熱該經擾動後的流體。
29. 如申請專利範圍第17項所述的蒸鍍方法，其中，該承載裝置適於以該參考軸為中心旋轉，使該待鍍物沿一環狀路徑移動。
30. 如申請專利範圍第17項所述的蒸鍍方法，其中，該蒸鍍源包括一坩堝，該坩堝用以容納該蒸鍍源材料，適於使該蒸鍍源材料揮發成蒸鍍粒子而鍍於該待鍍物。
31. 如申請專利範圍第17項所述的蒸鍍方法，其中，該蒸鍍源包括一加熱部，用以加熱該蒸鍍源材料。
32. 如申請專利範圍第17項所述的蒸鍍方法，其中，該經擾動後的流體為鈍氣。