能产生气幕的气体喷洒装置及其薄膜沉积装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种能产生气幕的气体喷洒装置，包括一第一喷洒单元以及一第二喷洒单元。该第一喷洒单元提供喷洒一反应气体以形成一工艺气体区。该第二喷洒单元环设于该第一喷洒单元周围，该第二喷洒单元具有一缓冲气供应腔与一板体。该缓冲气供应腔提供一缓冲气体。该板体环设于该第一喷洒单元周围，且具有多个通孔，以提供该缓冲气体通过产生包围在该反应气体外围的一气幕。利用该能产生气幕的气体喷洒装置，在另一实施例中，本发明还提供一种薄膜沉积装置，通过该气幕避免真空负压对反应气体直接影响，以延长反应气体滞留时间，而提高气体使用率与镀膜效率。
【专利说明】能产生气幕的气体喷洒装置及其薄膜沉积装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种气体喷洒技术，特别是一种能产生气幕的气体喷洒装置及其薄膜沉积装置。
【背景技术】
[0002]有机金属化学气相沉积(metalorganic chemical vapor deposition,MOCVD)的气体喷洒头(showerhead)设计是影响气流场均匀与镀膜速率的主要因素。目前气体喷洒头设计主要为设置在工艺腔体的上方，且含盖置于腔体内部的芯片载盘。气体喷洒头由芯片载盘的上方，朝向芯片载盘上的芯片喷洒反应气体。
[0003]MOCVD应用于发光二极管磊晶的工艺中，由气体喷洒头所喷洒出的反应气体所具有的气流场的均匀与停滞时间将是决定发光二极管色温(LED binning)与降低成本节能的关键技术之一。当腔体内的反应气体浓度均匀，且可以延长反应气体的停滞时间，将可使反应气体提高利用率，提高MOCVD薄膜镀率速度，达到节能与降低成本要求。
[0004]公知的气体喷洒头，除了具有因腔体中央内的气体浓度产生滞流现象，造成此中央区域不能用于沉积工艺的问题之外，还会影响到晶圆边缘波长均匀度(wavelengthuniformity)分布。为了改善气流场的均匀度，在现有技术中，有采取喷洒头进气及腔体侧边抽气的方式控制气体进出。
[0005]虽然，真空泵的抽气虽可以改善气流场均匀度，不过在工艺中，当反应气体通过气体喷洒头喷洒至芯片上时 ，由于真空泵的运作，会很快将反应气体抽离，如此反会造成反应气体在腔体内的反应区滞流时间缩短。当反应气体无法于反应腔体内停滞，而被真空泵抽离腔体时，即会降低反应气体使用率，进而影响镀膜效率。此外，腔体内越靠近抽气位置的区域，反应气体的浓度低，如此也会影响到晶圆边缘波长均匀度分布。
【发明内容】
[0006]本发明提供一种能产生气幕的气体喷洒装置及其薄膜沉积装置，其在气体喷洒装置外围设计气幕，以局限住反应气体以及控制反应气体在工艺腔体内的浓度，使反应气体于工艺腔体内的反应区停滞时间可以增加，以提升反应气体利用率，提高沉积的镀率与降低生产成本。
[0007]在一实施例中，本发明提供一种能产生气幕的气体喷洒装置，包括有一第一喷洒单元以及依第二喷洒单元。该第一喷洒单元，用以提供喷洒一反应气体，以形成一工艺气体区。该第二喷洒单元，其环设于该第一喷洒单元周围，该第二喷洒单元还具有一缓冲气供应腔以及一气幕分布板。该缓冲气供应腔，用以提供一缓冲气体。该气幕分布板，其与该缓冲气供应腔连接且环设于该第一喷洒单元周围，该气幕分布板上具有多个通孔，以提供该缓冲气体通过产生包围该工艺气体区外围的一气幕。
[0008]在另一实施例中，本发明提供一种薄膜沉积装置，包括:一工艺腔体、一第一喷洒单元、一真空泵以及一第二喷洒单元。第二喷洒单元该第一喷洒单元，其设置于该工艺腔体的上方用以提供喷洒一反应气体进入该工艺腔体，以于该工艺腔体内形成一工艺气体区。该真空泵，其与该工艺腔体耦接，以对该工艺腔体提供一真空负压。该第二喷洒单元，其设置于该工艺腔体之上，且环设于该第一喷洒单元周围，该第二喷洒单元还具有一缓冲气供应腔以及一气幕分布板。该缓冲气供应腔，其用以提供一缓冲气体。该气幕分布板，其与该缓冲气供应腔相连接且环设于该第一喷洒单元周围，该气幕分布板上具有多个通孔，以提供该缓冲气体通过产生包围该工艺气体区的一气幕。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1为本发明的能产生气幕的气体喷洒装置实施例的剖面示意图；
[0010]图2A为第二喷洒单元的气体分布板另一实施例的剖面图；
[0011]图2B为本发明的第二喷洒单元的气体分布板另一实施例的俯视示意图；
[0012]图3为本发明整合该第一喷洒单元以及该第二喷洒单元的气体分布板而成单一板体的实施例的俯视不意图；
[0013]图4为本发明的薄膜沉积装置实施例的剖面示意图；
[0014]第5A与5B图为工艺空间内有无气幕时的气流流场示意图；
[0015]图6为本发明的薄膜沉积装置另一实施例的剖面示意图。
[0016]【主要元件符号说明】
[0017]2-气体喷洒装置
[0018]20-第一喷洒单元
[0019]200-反应气供应腔
[0020]2000-空间
[0021]201-反应气分布板 [0022]2010-通孔
[0023]202-管路
[0024]21-第二喷洒单元
[0025]210-缓冲气供应腔
[0026]2100-空间
[0027]211-气幕分布板
[0028]212、212a、212b-通孔
[0029]22-冷却单元
[0030]23-板体
[0031]230-虚线
[0032]231、232-通孔
[0033]3-沉积装置
[0034]30-工艺腔体
[0035]300-工艺空间
[0036]301-开口
[0037]31-真空泵
[0038]32-承载台[0039]90-反应气体
[0040]91-缓冲气体
[0041]91a_螺旋气流的气幕
[0042]92-工艺气体区
[0043]93-气幕
[0044]94-基板
[0045]95-回流
【具体实施方式】
[0046]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
[0047]请参阅图1所示，该图为本发明的能产生气幕的气体喷洒装置实施例剖面示意图。该气体喷洒装置2包括有一第一喷洒单元20以及一第二喷洒单元21。该第一喷洒单元20，用以提供接收并喷洒一反应气体90，以形成一工艺气体区92。在本实施例中，该第一喷洒单元20包括有一反应气供应腔200以及一反应气分布板201。该反应气供应腔200内具有一空间2000以提供接收经由至少一管路202进入的该反应气体90。该反应气分布板201具有多个通孔2010，可以提供该反应气体90流出而喷洒至基板上。在本实施例中，该第一喷洒单元20的外形轮廓，为圆形，该反应气供应腔200以及该反应气分布板201亦成圆形的结构。要说明的是，虽然本实施例中的第一喷洒单元20为圆形，但并不以该形状为限制。此外，虽然图1中的第一喷洒单元仅供应一种反应气体，但并不以此为限制，例如:该第一喷洒单元也可以为提供多种反应气体的气体喷洒单元。
[0048]该第二喷洒单元21，其环设于该第一喷洒单元20周围。在本实施例中，由于该第一喷洒单元20为圆形，因此该第二喷洒单元21成一环状而与该第一喷洒单元20相耦接。此外，在该第一喷洒单元20与该第二喷洒单元21之间，还可以设置有一冷却单元22，以对该第一喷洒单元20进行冷却。要说明的是，该冷却单元22的有无以及设置的位置根据需求而定，并不以图示的实施例为限制。
[0049]该第二喷洒单元21还具有一缓冲气供应腔210以及一气幕分布板211。该缓冲气供应腔210环设于该第一喷洒单元20周围，其内具有一空间2100，用以接收一缓冲气体91。该缓冲气供应腔210的下方连接有该气幕分布板211。该气幕分布板211环设于该第一喷洒单元20周围，该气幕分布板211上具有多个通孔212，以提供该缓冲气体91通过产生包围该工艺气体区92外围的一气幕93。该缓冲气体91可以选择为与反应气体90相同的气体，或者是不与反应气体90互相反应的气体或者是惰性气体，例如:氮气或氦气等，但不以此为限。
[0050]在图1中，该通孔212为垂直通孔，在本实施例中为平行于Z轴方向的垂直通孔。在另一实施例中，如图2A所示，其为第二喷洒单元的气体分布板另一实施例剖面图。在本实施例中，该通孔212a为斜向通孔，与Z轴具有一夹角。图2A的具有斜向通孔212a的气幕分布板211所产生的气幕为具有螺旋气流的螺旋气幕91a。前述图1与图2A所示的实施例中，通孔截面为圆形或者是多边形。此外，如图2B所示，该图为本发明的第二喷洒单元的气体分布板另一实施例俯视示意图。在本实施例中，该通孔212b的截面为狭缝型的截面结构，同样也可以产生气幕的效果。要说明的是，该狭缝型截面的通孔212b同样可以为如图1所示的垂直形的通孔或者是如图2A所示的具有斜角的通孔。
[0051]除此之外，如图3所示，该图为本发明整合该第一喷洒单元以及该第二喷洒单元的气体分布板而成单一板体的实施例俯视不意图。在本实施例中，主要是将属于第一喷洒单元20的反应气分布板201上的通孔2010以及第二喷洒单元21的气幕分布板211上的通孔212 —起整合至板体23上。在虚线230内的区域所形成的通孔231对应至第一喷洒模块20，以提供反应气体通过；而在虚线230的外测的通孔232则对应第二喷洒模块21以提供缓冲气体通过。因此通过图3所示的整合型板体23，可以让缓冲气体通过通孔232，而在反应气体通过通孔231所形成的工艺气体区的外围形成气幕。
[0052]请参阅图4所示，该图为本发明的薄膜沉积装置实施例剖面示意图。该气体沉积装置3，在本实施例中沉积装置为机金属化学气相沉积的沉积装置，但不以此为限制，例如也可以为电衆辅助化学气相沉积(plasmaenhanced CVD, PECVD)的沉积装置、大气压化学气相沈积(atmosphericpressure CVD, APCVD)的沉积装置、低压化学气相沈积((lowpressureCVD, PECVD)的沉积装置等。该沉积装置3包括一工艺腔体30、一真空泵31以及一气体喷洒装置2。该工艺腔体30内具有一工艺空间300，其内具有一承载台32，其可以在该工艺腔体30内进行Z轴方向的升降移动。该承载台32上提供承载工艺所需的基板94。在一实施例中，该基板94为发光二极管基板。该工艺腔体30的两侧具有开口 301以连接有该真空泵31。该真空泵31可以对该工艺腔体30内的工艺空间300提供一真空负压。该气体喷洒装置2其设置于该真空腔体30的上方与该真空腔体30内的工艺空间300相连通。该气体喷洒装置2的结构如图1所示，在此不做赘述。
[0053]接下来说明图4的运作方式，该第一喷洒单元20，其由该工艺腔体30的上方提供喷洒一反应气体90进入该工艺腔体30内的工艺空间300，以于该工艺空间300内形成一工艺气体区92，此时 ，该真空泵31，对该工艺腔体30内的工艺空间300进行抽真空的动作，使该工艺空间300内具有真空负压。该第二喷洒单元21，提供缓冲气体91经由该缓冲气供应腔2100，通过该气幕分布板211，经由多个通孔212，以提供该缓冲气体91通过产生包围该工艺气体区92的一气幕93。通过该气幕93的隔离，可以避免真空泵31所产生的抽真空的负压吸力直接对反应气体产生影响，以增加反应气体90在工艺空间300内的停滞时间。另外，由于气幕93的屏蔽效果，可以使得经由该第一喷洒单元20所喷洒的反应气体90可以保持向下而垂直地流向该基板94表面，使得反应气体90可以充分与基板94表面接触，而不会直接受真空泵31所产生的真空负压影响，进而增加反应气体90在基板94的停滞时间，而增加镀膜率。也因为反应气体90在工艺空间300内的停滞时间增加，因此也增加了反应气体90的使用率。
[0054]请参阅第5A与图5B所示，该图为工艺空间内有无气幕时的气流流场示意图。其中，图5A为工艺空间300于没有气幕的情况下所得的气流流场示意图，而图5B则为工艺空间在有气幕作用下的气流流场示意图。在图5A中，可以看出在没有气幕作用下，反应气体90因为承载基板94的承载台32旋转而与大量反应气体的气流冲击所造成的回流95现象。由于图5A中并没有气幕，因此回流气流受到负压的吸引，而离开工艺腔体，进而减少于工艺腔体内滞留的时间。反之，在图5B中，可以看出，以垂直气幕93除了减缓因为基板94旋转与大量气流冲击所造成的回流现象之外，气幕93作用可使反应气体停留时间延长，有助于提升气体使用率与镀率。请参阅图6所示，该图为本发明的薄膜沉积装置另一实施例剖面示意图。在本实施例中，基本上与图4相似，差异的是本实施例的第一喷洒单元20的气体分布板与该第二喷洒单元21的气体分布板是整合单一的板体23。在本体23上通过两个独立的供气管路提供反应气体90经由通孔231而于工艺腔体30内形成工艺气体区92以及提供缓冲气体91经由通孔232而在工艺气体区92外围形成气幕93。
[0055] 以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。`
【权利要求】
1.一种能产生气幕的气体喷洒装置，包括: 一第一喷洒单元，用以提供喷洒一反应气体，以形成一工艺气体区；以及 一第二喷洒单元，其环设于该第一喷洒单元周围，该第二喷洒单元还具有: 一缓冲气供应腔，用以提供一缓冲气体；以及 一气幕分布板，其与该缓冲气供应腔连接且环设于该第一喷洒单元周围，该气幕分布板上具有多个通孔，以提供该缓冲气体通过产生包围该工艺气体区外围的一气幕。
2.如权利要求1所述的能产生气幕的气体喷洒装置，其中该缓冲气体与该反应气体相同。
3.如权利要求1所述的能产生气幕的气体喷洒装置，其中该缓冲气体为惰性气体。
4.如权利要求1所述的能产生气幕的气体喷洒装置，其中该第一喷洒单元还包括有: 一气体分布板，其具有多个反应气通孔；以及 一反应气供应腔，其与该气体分布板连接，该反应气供应腔提供该反应气体进入而经由该反应气通孔排出。
5.如权利要求4所述的能产生气幕的气体喷洒装置，其中该气体分布板为圆形的气体分布板，该反应气供应腔为圆形的腔室。
6.如权利要求4所述 的能产生气幕的气体喷洒装置,其中该气体分布板与该气幕分布板为一体成型的板体。
7.如权利要求1所述的能产生气幕的气体喷洒装置，其中该通孔为垂直通孔。
8.如权利要求1所述的能产生气幕的气体喷洒装置，其中该通孔为具有斜角的通孔，使该气幕形成螺旋气幕。
9.如权利要求1所述的能产生气幕的气体喷洒装置，其中该通孔的截面为圆形或狭缝。
10.如权利要求1所述的能产生气幕的气体喷洒装置，其中该第一喷洒单元与该第二喷洒单元之间还具有一循环冷却单元，其环设于该第一喷洒单元外围，该第二喷洒单元环设于该循环冷却单元的外围。
11.一种薄膜沉积装置，包括: 一工艺腔体； 一第一喷洒单元，其设置于该工艺腔体的上方用以提供喷洒一反应气体进入该工艺腔体，以于该工艺腔体内形成一工艺气体区； 一真空泵，其与该工艺腔体耦接，以对该工艺腔体提供一真空负压；以及一第二喷洒单元，其设置于该工艺腔体之上，且环设于该第一喷洒单元周围，该第二喷洒单元还具有: 一缓冲气供应腔，其用以提供一缓冲气体；以及 一气幕分布板，其与该缓冲气供应腔相连接且环设于该第一喷洒单元周围，该气幕分布板上具有多个通孔，以提供该缓冲气体通过产生包围该工艺气体区的一气幕。
12.如权利要求11所述的薄膜沉积装置，其中该缓冲气体与该反应气体相同。
13.如权利要求11所述的薄膜沉积装置，其中该缓冲气体为惰性气体。
14.如权利要求11所述的薄膜沉积装置，其中该第一喷洒单元还包括有: 一气体分布板，其具有多个反应气通孔；以及一反应气供应腔，其与该气体分布板连接，该反应气供应腔提供该反应气体进入而经由该反应气通孔排出。
15.如权利要求14所述的薄膜沉积装置，其中该气体分布板为圆形的气体分布板，该反应气供应腔为圆形的腔室。
16.如权利要求14所述的薄膜沉积装置,其中该气体分布板与该气幕分布板为一体成型的板体。
17.如权利要求11所述的薄膜沉积装置，其中该通孔为垂直通孔。
18.如权利要求11所述的薄膜沉积装置，其中该通孔为具有斜角的通孔，使该气幕形成螺旋气幕。
19.如权利要求11所述的薄膜沉积装置，其中该通孔的截面为圆形或狭缝。
20.如权利要求11所述的薄膜沉积装置，其中该第一喷洒单元与该第二喷洒单元之间还具有一循环冷却单元，其环设于该第一喷洒单元外围，该第二喷洒单元环设于该循环冷却单元的 外围。
【文档编号】C23C16/455GK103805964SQ201210534969
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2012年12月12日 优先权日:2012年11月2日
【发明者】王庆钧, 黄智勇, 林龚梁, 简荣祯, 蔡陈德, 陈建志 申请人:财团法人工业技术研究院