TWI493070B - Gas diffusion chamber - Google Patents

Description

氣體擴散室

本發明係有關於一種氣體擴散室，特別是有關於一種用以將薄膜沉積在基板上的氣體擴散室。

不論是半導體的薄膜製程、平面顯示器(flat panel display,FPD)製程或是太陽電池成膜製程中，化學氣相沉積(CVD)扮演著舉足輕重的角色，其主要功能是將特殊反應氣體通入真空腔體中，可同時利用電漿加速氣體的化學反應，於基材表面沉積薄膜，而在CVD製程參數，腔體流場是影響鍍膜結果的關鍵因素之一。

台灣公告號TW 405026提出了一種用於半導體裝置之製造的氣體擴散器及具有該擴散器的反應爐。該擴散器以氣密汽缸形式呈現，其中成形一中空部及設置向上開口的進氣口使氣體可流進中空部，及一圓盤形擴散板設置於其底側附有複數噴嘴供導引及控制氣體之流出中空部，此處擴散板於徑向方向由中心開始厚度增加，使氣體通過其中之噴嘴長度隨著於徑向方向距擴散板中心距離之增加而增加。因為噴嘴出口與晶圓的距離縮短，因此可隨噴嘴出口之氣體噴射速度增加而保持恆定或提昇。

台灣公告號TW M299917提出了一種用於具有蓋板之電漿處理室的氣體分配板組件，包含：一擴散板，具有：一上游側、一面向處理區的下游側、及多數氣體通道，形 成穿過該擴散板；及一檔板，放置於處理室的蓋板與擴散板之間，具有多數孔，由檔板上表面延伸至下表面，其中該等孔具有至少兩側。該檔板的該等孔分為小針孔及大針孔，該小針孔係用以允許足夠的氣體混合物通過，該大針孔用以改良整個基板的處理均勻性。

台灣申請號TW 201134979提出了一種氣體分佈噴灑模組，可使氣體充分的混合，解決氣體噴灑到基板之不均勻性，透過一種鍍膜設備其中的氣體分佈噴灑模組，包括第一、第二、第三與第四擴散板，可使得氣體分佈噴灑模組與上述基板之間的距離拉近、增加鍍膜效率。

但是，上述三篇專利前案的進氣方式都採用垂直式的進氣方式，但該方式最大的問題在於氣體被導入腔體後，通常是立即被四周圍的抽氣區帶走，並在距離抽氣區最遠的中央處形成局部滯流區，而該區域在成膜時膜厚往往相對厚於或薄於一般平均值，所以會造成基板中央處與基板周圍成膜分佈不均之型態。因此，氣流垂直的氣進方式與流道幾何結構，是導致化學氣相沉積無法有效的在成膜基板上被均勻分配，而氣流的分配不均是根本問題。

因此，便有需要提供一種化學氣相沉積用之氣體擴散室，能夠解決前述的問題。

本發明的目的在於，提供一種能大幅被擴散與混合的氣體擴散室。

為達成上述目的，本發明提出一種用以將一薄膜沉積在一基板上之氣體擴散室，包括：一腔體；一基板區，位在該腔體內部，用以承載該基板；至少二個進氣端，相對設置在該腔體的兩側，用以向該基板區區域提供氣體；以及至少二個抽氣端，相對設置在該腔體的另兩側，用以從該基板區區域抽出氣體，且該些抽氣端抽出氣體的方向與該腔體內部之底面平行；其中，抽出氣體方向與提供氣體方向互相垂直。

本發明是以一種水平兩對向進氣端的進氣設計，搭配兩對向鄰側抽氣端之狹窄型的抽氣設計，當氣體被導入腔體後，能大幅被擴散與混合。

因此，腔體內部的流道設計與安排上，透過改變氣流進入腔體的主流場結構，方可使被抽氣端帶走的氣流能更有效、更均勻混合進行化學氣相沉積，進而使薄膜沉積均勻性提升。

為了讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯，下文將配合所附圖示，作詳細說明如下。

圖1為本發明實施例之氣體擴散室之立體透視圖。圖2為本發明實施例之氣體擴散室之上視圖。圖3為圖2之AA’剖線圖。圖4為圖2之BB’剖線圖。請同時參閱圖1~圖4，該氣體擴散室100用以將一薄膜沉積在一基板210上，該氣體擴散室100包括：一腔體110、一基板區120、二個抽氣端、二個進氣端及一補氣端130。為方便說明， 二個抽氣端分別為第一抽氣端141及第二抽氣端142。二個進氣端分別為第一進氣端151及第二進氣端152。

該基板區120位在該腔體110內部，用以承載該基板210。在本發明實施例中，該基板區120有一基板加熱裝置121，且該基板加熱裝置121具有一基板加熱凹陷區122。該基板加熱凹陷區122用以放置該基板210，使該基板210不會在該腔體110內部凸出。該基板加熱裝置121可對該基板210進行加熱動作。

二個進氣端151、152相對設置在該腔體110的兩側，用以向該基板區210區域提供氣體。在本發明實施例中，第一進氣端151設置在該腔體110內部之左側面113，第二進氣端152設置在該腔體110內部之右側面114，可用以同時向該基板區120區域提供氣體。請同時參閱圖5，為本發明擴散板示意圖，為了使氣體的流速及流量更加穩定，在該些進氣端151、152到基板區120之間可設置一擴散板160，且該擴散板160上具有多數個孔洞161，可為矩陣或交錯的方式排列，該擴散板160的設置並不限制本發明的專利實施之範圍。

二個抽氣端141、142相對設置在該腔體110的另兩側，用以從該基板區120區域抽出氣體。在本發明實施例中，該第一抽氣端141設置在該腔體110內部之前側面115，該第二抽氣端142設置在該腔體110內部之後側面116，且第一抽氣端141及第二抽氣端142位在該基板區120的中線兩端，使該些抽氣端141、142的抽出氣體方向 與該些進氣端151、152的提供氣體方向互相垂直，且該些抽氣端141、142抽出氣體的方向與該腔體110內部之底面112平行。

第一抽氣端141及第二抽氣端142由一總抽氣端180控制第一抽氣端141及第二抽氣端142在抽氣時的流速及流量。

請同時參閱圖6，該第一抽氣端141與該腔體110的前側面115的連接處以弧角設計，能使腔體110內的氣體流進第一抽氣端141時，能更加平順，使腔體110氣體200(圖中以箭頭表示氣體及氣體的流向)的流速及流量更加穩定。同樣地，該第二抽氣端142與該腔體的後側面的連接處也以弧角設計。該第一抽氣端141及該第二抽氣端142用以從該基板區120方向抽出氣體，且抽氣端141、142的截面積介在該些進氣端151、152的截面積的0.08倍到0.14倍之間。

該補氣端130為長條狀，設置在該腔體110內部之頂面111，並位在該基板區120之正上方，且沿著該基板區120的中線。請同時參閱圖7，該補氣端130具有多數孔洞131，該些孔洞131可為矩陣或交錯的方式排列，且每一該孔洞之孔深在1~5(mm)之間，孔徑在0.5~1(mm)之間，可使從補氣端130送出的氣體的流速及流量更加穩定。

第一進氣端151、第二進氣端152及補氣端130可由一系統之MFC(Mass Flow rate Controller，質流量控制器)來各別控制要進氣的流速或流量。

舉例來說：以一般2.5代的基板為例，基板尺寸為300×300(mm)，因此氣體擴散室100的長寬高為500×500×60(mm)。氣體擴散室100的腔體110長a寬b介在500~320(mm)，高度c為25(mm)。基板區120的面積需大於基板尺寸，因此基板區120的長d寬e可為320×320(mm)。該些進氣端151、152面積的長度與腔體110的長度a同樣介在320~500(mm)，該些進氣端151、152的寬度與腔體110高度c同樣為25(mm)。該些抽氣端141、142面積的寬度f為32~50(mm)，意即由中央處向兩側約延伸16~25(mm)，該些抽氣端141、142的高度與腔體110高度f同樣為25(mm)。該些補氣端151、152面積的長度與腔體110的長度a同樣介在320~500(mm)，補氣端130的寬度g為60(mm)，意即由中央處向兩側約延伸30(mm)。

假設，該氣體擴散室用於電漿增強化學氣相沉積(Plasma-Enhanced CVD,PECVD)時，在腔體內部需要再增加一上電極板及一下電極板，並分別設置在該腔體的頂面及底面，而腔體的高度就定義為從上電極板到下電極板的距離，因此本發明的氣體擴散室能因應不同的化學氣相沉積製程作相對應的改變，化學氣相沉積製程可為：常壓化學氣相沉積(Atmospheric Pressure CVD,APCVD)、低壓化學氣相沉積(Low-pressure CVD,LPCVD)、電漿增強化學氣相沉積、有機金屬化學氣相沉積(Metalorganic chemical vapor deposition,MOCVD)，等不同的化學氣相沉積製程。

本發明是以一種水平兩對向進氣端的進氣設計，搭配 兩對向鄰側抽氣端之狹窄型的抽氣設計，當氣體被導入腔體後，能大幅被擴散與混合。再者，本發明針對兩對向進氣設計在中間處可能會形成局部停滯區，所以再導入腔體上緣補氣端之局部進氣，以避免氣流停滯所衍生的均勻問題，但補氣端所扮演角色僅為輔助功能，所以將形成一長條狀，可使腔體頂面之孔洞需求大幅減少，進而減少加工製作及維護成本。

因此，腔體內部的流道設計與安排上，透過改變氣流進入腔體的主流場結構，方可使被抽氣端帶走的氣流能更有效、更均勻混合進行化學氣相沉積，進而使薄膜沉積均勻性提升。

綜上所述，乃僅記載本發明為呈現解決問題所採用的技術手段之實施方式或實施例而已，並非用來限定本發明專利實施之範圍。即凡與本發明專利申請範圍文義相符，或依本發明專利範圍所做的均等變化與修飾，皆為本發明專利範圍所涵蓋。

100‧‧‧氣體擴散室

110‧‧‧腔體

111‧‧‧頂面

112‧‧‧底面

113‧‧‧左側面

114‧‧‧右側面

115‧‧‧前側面

116‧‧‧後側面

120‧‧‧基板區

121‧‧‧基板加熱裝置

122‧‧‧基板加熱凹陷區

130‧‧‧補氣端

131‧‧‧孔洞

141‧‧‧第一抽氣端

142‧‧‧第二抽氣端

151‧‧‧第一進氣端

152‧‧‧第二進氣端

160‧‧‧擴散板

161‧‧‧孔洞

180‧‧‧總抽氣端

200‧‧‧氣體

210‧‧‧基板

a‧‧‧腔體長度距離

b‧‧‧腔體寬度距離

c‧‧‧腔體高度距離

d‧‧‧基板區長度距離

e‧‧‧基板區寬度距離

f‧‧‧抽氣端寬度距離

g‧‧‧補氣端寬度距離

圖1為本發明實施例之氣體擴散室之立體透視圖；圖2為本發明實施例之氣體擴散室之上視圖；圖3為圖2之AA’剖線圖；圖4為圖2之BB’剖線圖；圖5為擴散板之部份放大圖；圖6為第一抽氣端之部份放大圖；以及圖7為補氣端的出風口之部份放大圖。

100‧‧‧氣體擴散室

120‧‧‧基板區

130‧‧‧補氣端

141‧‧‧第一抽氣端

142‧‧‧第二抽氣端

151‧‧‧第一進氣端

152‧‧‧第二進氣端

180‧‧‧總抽氣端

Claims (10)

1. 一種用以將一薄膜沉積在一基板上之氣體擴散室，包括：一腔體；一基板區，位在該腔體內部，用以承載該基板；至少二個進氣端，相對設置在該腔體的兩側，用以向該基板區區域提供氣體；以及至少二個抽氣端，相對設置在該腔體的另兩側，用以從該基板區區域抽出氣體，且該些抽氣端抽出氣體的方向與該腔體內部之一底面平行；其中，抽出氣體方向與提供氣體方向互相垂直。
2. 如申請專利範圍第1項所述之氣體擴散室，其中該些抽氣端的截面積介在該些進氣端的截面積的0.08倍到0.14倍之間。
3. 如申請專利範圍第1項所述之氣體擴散室，其中該抽氣端設置在該腔體的側面上，且該抽氣端與該腔體的側面的連接處以弧角設計。
4. 如申請專利範圍第1項所述之氣體擴散室，其中該些抽氣端位在該基板區的中線兩端，並設置在該腔體側面上。
5. 如申請專利範圍第1項所述之氣體擴散室，其中該些進氣端到基板區之間設置一擴散板，且該擴散板上具有多數個孔洞。
6. 如申請專利範圍第1項所述之氣體擴散室，更包括一補 氣端，位在該基板區之正上方。
7. 如申請專利範圍第6項所述之氣體擴散室，其中該補氣端為長條狀，沿著該基板區的中線，並設置在該腔體之一頂面上。
8. 如申請專利範圍第6項所述之氣體擴散室，其中該補氣端具有多數孔洞。
9. 如申請專利範圍第8項所述之氣體擴散室，其中每一該孔洞之孔深在1~5(mm)之間。
10. 如申請專利範圍第8項所述之氣體擴散室，其中每一該些孔洞之孔徑在0.5~1(mm)之間。