TWI534960B - 一具有動態流體閥的基材處理裝置及其操作方法 - Google Patents

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Description

一具有動態流體閥的基材處理裝置及其操作方法
本發明有關基材處理的領域，且更特別地係，關於一種具有動態流體閥的基材處理裝置及其操作方法，供將處理空間大氣與外部大氣分離，允許基材在其間交換。
一基材處理裝置可包括一處理空間，在操作期間，可保持氣體大氣進入且從其可分別***及取回基材。處理空間大氣的特徵典型可具有不同於裝置外部大氣的特徵。處理空間大氣可例如不同於外部大氣的化學成份、溫度及/或壓力。
在一處理空間大氣維持的壓力係不同於外部大氣的情況，其間的任何開放式連接會受到壓力差，導致從較高壓力的大氣驅駛大氣流體經過連接而至較低壓力的大氣。此一大氣液體流可能導致接受大氣的污染且導致供應大氣的消耗。此外，經由開放式連接，在外部與處理空間之間交換的基材亦會受到壓力差。雖然壓力差可能相對較小，但是可能仍具有對基材明顯的影響。如果基材的質量亦較小，且基材係非接觸處理(即是沒有機械接觸抑制其運動)，此會特別明顯。
為了避免外部大氣與處理空間大氣混合，當其間同時允許基材交換時，外部可照慣例經由一空氣鎖或類似裝置連接處理空間。一空氣鎖可提供一中間空間以選擇性與外部及處理空間流通。因此，基材可經由中間空間在外部與處理空間之間交換，不必使外部空間與處理空間彼此直接開放式互 通。藉著使中間空間產生適度壓力，空氣鎖亦可避免基材受到壓力差，即是，避免同時在不同端受到不同壓力。不過，空氣鎖等的缺點在於其操作相對緩慢。此部分係因其機械本質，且部分在於設計上係針對外部與處理空間之間的單個或整批交換基材。因此，空氣鎖的使用會伴隨裝置生產能力的不利影響。即是，空氣鎖會限制基材***處理空間或從其取回的速率。
本發明的一目的是要提供一裝置及一方法以克服或緩和一或多個上述問題，以在含不同壓力大氣的的外部與處理空間之間進行開放式互通，此開放式互通允許基材在外部與處理空間之間持續交換。
本發明之一態樣係針對一基材處理裝置。該裝置包括一處理空間、與壓力調節機構，其係設置成將在該處理空間的處理空間大氣維持在一處理空間大氣壓力，其係不同於在該基材處理裝置外部的外部大氣之一外部大氣壓力。該裝置更包括在通道方向延伸的一通道，經由通道，該基材處理裝置的外部能與處理空間進行開放式互通，而且其中基材可在外部與處理空間之間交換。該裝置亦包括交換流體注入構件，其係設置成將交換流體注入在至少一交換流體注入點的通道，如此促成交換流體流延伸過通道的至少一部份。該流係平行於該通道方向並導向外部，其情況係在外部大氣壓力大於處理空間大氣壓力；或導向處理空間，其情況係在外部大氣壓力小於處理空間大氣壓力；及至少一交換流體排出通道，以從該通道排出該交換流體，該交換流體排出通道位於 至少一交換流體注入點的下游；藉該通道內的壓力分佈局部或全部補償該處理空間與該外部之間的壓力差，該通道內的壓力分佈關聯於選擇由至少一該注入點所注入的該交換流體。。
交換流體注入構件可包括一交換流體注入通道，其終止在交換流體注入點。交換流體注入通道的至少一下游部分(即是相鄰交換流體注入點的一部分)可包括用通道方向的一銳角(最好在0-45度範圍)，使得注入通道的交換流體會以較高壓力大氣方向的速度分量添加。
本發明之另一態樣係針對前述該基材處理裝置提供一操作方法。該方法包括提供處理空間大氣在一處理空間大氣壓力，及提供外部大氣在一外部大氣壓力，其係不同於該處理空間大氣壓力。該方法亦包括提供一通道，外部大氣經由此通道係與處理空間大氣進行開放式互通，而且基材經由此通道可在外部大氣與處理空間大氣之間交換。該方法更包括注入交換流體至在至少一交換流體注入點的通道，如此促使交換流體流延伸過通道的至少一部份。該流係導向外部，其情況係在外部大氣壓力大於處理空間大氣壓力；或導向處理空間，其情況係在大氣壓力小於處理空間大氣壓力；提供至少一交換流體排出通道，並藉該交換流體排出通道排出該通道內的該交換流體，該交換流體排出通道位於至少一交換流體注入點的下游；藉該通道內的壓力分佈局部或全部補償該處理空間與該外部之間的壓力差，該通道內的壓力分佈關聯於選擇由至少一該注入點所注入的該交換流體。
本發明特徵為互接外部大氣與處理空間大氣的通道。該 通道在操作期間可為機械性「打開」，促使基材在兩大氣間自由交換。
為了避免跨通道的壓力差無法控制使來自外部大氣的大氣流體流驅駛向處理空間大氣，或反之亦然，一交換流體會注入通道。此能以導向高壓大氣的交換流體流透過通道的至少一部分之方式加以促成。例如，在處理空間大氣維持在相對外部大氣的超壓情況，交換流體係注入通道流向處理空間。交換流體如此相對流至跨通道的壓力差。注入的交換流體流過通道會逐漸減慢，而其(靜態)壓力會增加，直到最後失去其動力為止。此滯留可在任何想要的點上發生，例如在接近通道一端的點，其中交換流體可擴散至個別的大氣或排出。應瞭解的是交換流體流係佔用通道的至少一部分，藉此決定壓力分佈。藉由謹慎選擇注入參數，諸如注入交換流體的流率，跨通道的壓力差可藉由通道內的壓力分佈予以局部或整個補償/取消。因此，可調節高壓大氣的大氣流體流向低壓大氣的自然趨向。
除了決定在通道的至少一部分的壓力分佈之外，交換流體流亦促成在經由通道交換的基材拉曳。基材的拖曳力係相對導至跨通道的壓力差。因此，拖曳力可緩和基材上的壓力差影響，且可甚至取消或克服此現象。例如，在處理空間大氣維持在相對外部大氣的超壓情況，仍保持在通道的基材上的淨力(但是兩端保持在個別的大氣)可導向處理空間，即使跨基材的壓力差迫使其向外至外部。拖曳力如此可用來促使基材***較高壓力處理。關於此及其他目的拖曳力使用將在下面描述。
關於在本說明書使用的術語，應注意下列各項。術語「靜壓力」表示流體的熱力學壓力；在流體流動的情況，流體中的任何點的值可藉由連同該點的移動加以測量，如此與其呈「靜態」關係。術語「動態壓力」與「滯留壓力」係與非壓縮性流體流的柏努俐方程式(Bernoulli’s equation)有關，且當流體靜止時，從流動流體的動能轉換成一壓力增加而發生。對於非壓縮性流，動態壓力係等於靜態壓力與滯留壓力之間的差。在技術中，「動態壓力」有時稱為「碰撞壓力」，特別是當討論可壓縮性流時。本說明書係只利用術語「動態壓力」的觀念。其次，「滯留壓力」係流體流中某滯留點上的靜態壓力，即是速度為零的流體中的某點壓力。
雖然交換流體不需要非壓縮性液體，但是可遵守適用於非壓縮性流體的定律，以在許多情況能有良好的近似值。在本說明書中，交換流體因此會以非壓縮性流術語處理。特別地係，在滯留壓力、靜態壓力與非壓縮性流的動態壓力之間的關係將假設適用於交換流體。在假設不能維持非壓縮性流行的情況，本說明書的術語將視為用於技術中已知可壓縮性流理論的對應觀念。
此外，在本說明書中，術語「大氣」意欲包括任何局部流體，典型為任何意欲化學成份的氣體、質量或媒體。在此，術語「大氣」不認為只是大量空氣。其中本說明書適用大氣等的「壓力」，從「靜態」或「動態」的觀點沒有進一步規格，本說明書適用靜態壓力，其典型為相鄰通道的個別端的一點。術語「開放式互通」表示機械式循環或密封的任何連接。用語「實質相等」通常表示「等於指定量±20%範圍/在 其範圍內」，其中需定量解釋。
根據本發明的細述，該通道可包括一滯流區(或通道部分)，其位在至少一注入點的下游，滯流區可進一步連接至一交換流體排出通道(例如在一端提供)。為了清楚，應注意，在此「下游」表示通道的交換流體流的方向。
通道係在外部與處理空間之間形成一開放式連接。因此，行經通道且具有足夠動力的交換流體流可被迫至外部或處理空間(不管兩者中哪一者係具有最高壓力的大氣)，且如此在停止或滯留前，定義流體流的目標方向。如果交換流體流會在外部大氣或處理空間大氣滯留，交換流體將隨後在其擴散。雖然此不必然是一問題，但實質意欲使交換流動保持與外部大氣及/或處理空間大氣分離。此可藉由將通道的一部分指定為一滯流區及提供此部分具有一交換流體排出通道予以促成。操作期間，滯流區可形成只是該點上游的位置，其中交換流體流會遇到最高壓力的大氣，且至少侷部會滯留。為了避免在滯流區累積交換流體(其將會伴隨該發生滯留點的上游後退)，提供交換流體排出通道。此通道係設置成將交換流體從滯流區排出至一適當位置。
根據本發明的一具體實施例，交換流體排出通道可連接至交換流體注入構件，使得在操作期間，從滯流區排出的交換流體會供給交換流體注入構件供注入通道。
交換流體如此會循環：在交換流體注入構件注入交換流體至通道之後，交換流體會流至產生滯流的滯留區，而且其中隨後經由交換流體排出通道排回至交換流體注入構件。在 本發明的一些具體實施例中，特別將空氣當作交換流體的這些應用，交換流體的循環路徑可包括外部大氣。交換流體排出通道可例如與外部進行開放式互通，且設置成將交換流體從滯流區排放至外部，而交換流體注入構件可設置成從外部取回交換流體。如一以空氣為主的具體實施例免除沿著密封循環路徑傳送選定交換流體的準確密封循環路徑的需要。
根據進一步細述，交換流體注入構件可設置成以交換流體流經通道會在滯流區發生滯留的此流率，使交換流體注入通道。
交換流體流滯留發生的位置可藉由選擇交換流體注入通道的流率加以決定。通常，較高注入流率將促成進一步下游滯留位置。流率可選擇使得交換流體流的滯留發生在滯流區。在此情況，滯流區的壓力將決定在滯留壓力，其實質等於外部大氣壓力與處理空間壓力的較大一者。此允許滯流區當作一動態流體閥使用，其會從較高壓力大氣關閉通道。
交換流體注入通道的流率選擇在注射時需要選擇交換流體的靜態壓力與動態壓力。在本發明的一具體實施例中，交換流體注入構件可設置成在靜態壓力上注入交換流體，其實質等於外部大氣壓力與處理空間壓力的較小一者。在另一具體實施例中，交換流體注入構件可設置成在動態壓力上注入交換流體，其實質等於外部大氣壓力與處理空間壓力間的絕對差。
此一靜態與動態壓力的選擇可確保通道的動態平衡，其平衡可能交換流體流、及外部與處理空間大氣間的最佳分 離。在注入點，可採用靜態壓力，且交換流體的壓力可實質等於較低大氣壓力的壓力。在流體流滯留的地方，流體流的動能可轉換成熱力學壓力，如此產生一滯留壓力，其實質等於較高大氣壓力的壓力。因此，跨通道的壓力差可藉由通道的交換流體流取得平衡，有效使通道無法由來自相鄰大氣的液體進入。
根據本發明的深入細述，通道可在一通道方向延伸，且交換流體注入構件可設置成促使一實質層交換流體流，其導向係實質平行該通道方向。
當通道用來交換基材時，一些基材可能易碎，通道內的流體系可能最好是層結構(相對於亂流)。此外，交換流體的流可最好在平行通道方向的方向上延伸，即是沿著基材透過通道傳輸的方向，如此避免不平衡的過流部件造成基材重荷及/或將基材推向或接觸通道的界壁。
在本發明的一具體實施例中，通道可由至少一上通道壁與一下通道壁形成界限，且上通道壁與下通道壁二者可具有至少一交換流體注入通道。上通道壁的至少一交換流體注入通道可設置成提供給一上交換流體軸承，而下通道壁的至少一交換流體注入點可設置成提供給一下交換流體軸承。該交換流體軸承可設置成在其間浮動支承及適應一基材。因此，通道可設置成在外部與處理空間之間進行非接觸交換基材，在相對端緩衝及承載基材，以避免機械接觸通道的任何界壁。
本發明的上述及其他特徵與效益可從以下本發明特定 具體實施例及連同附圖的詳細描述更瞭解，其只是說明而不是限制本發明。
根據本發明的裝置結構將在下面概括描述。因此，請即參考圖1顯示的示例性具體實施例，其構成一空間原子層沈積(Atomic Layer Deposition，ALD)裝置(1)，供處理浮動支承半導體基材(10)。圖1為示例性ALD裝置(1)的一部分縱截面圖，其包括一交換單元(100)及連接至其的一處理通道(200)。
交換單元(100)可包括一主體(102)。主體(102)可定義通道(104)的至少一部分，經由此部分，裝置(1)的外部(2)可與一處理空間(202)進行開放式互通，且經由此部分，例如一矽晶圓的基材(10)可在外部(2)與處理空間(202)之間交換。通道(104)可在通道方向P延伸。交換單元(100)的主體(102)定義的通道(104)部分是由一上通道壁(110)、一下通道壁(120)、與兩側面通道壁(未在圖顯示)界定範圍。上通道壁(110)與下通道壁(120)可為水平方向、相互平行且略微隔開，例如0.5-1mm(公釐)，使得一實質平坦或平面基材(10)(具有例如0.1-0.8mm(公釐)厚度且方向平行上通道壁(110)與下通道壁(120))可跨通道(104)而不會接觸通道壁。當然，主體(102)定義通道(104)部分的精確尺寸通常取決於裝置(1)的類型與待處理的基材(10)類型。例如，在具有4-5mm(公釐)厚度的玻璃板待處理而不是矽晶圓的情況，上通道壁(110)與下通道壁(120)之間的間隙將會較大。
上通道壁(110)與下通道壁(120)二者可具有至少一交 換流體注入通道(112、122)，其終止在通道(104)的一交換流體注入點。為了要將一意欲方向速度分量給予待注入通道(104)的交換流體，交換流體注入通道(112、122)、或相鄰交換流體注入點的至少一些部分可在與通道方向P有關的適當角度上取向。例如，在圖1的示例性具體實施例中，處理空間(202)的大氣要維持在相對於外部(2)的大氣超壓狀態。在通道(104)促成的交換流體流因此導向處理空間(202)，即是至右邊。相鄰交換流體注入點的交換流體注入通道(112、122)的一些部分如此能以一銳角取向，最好是在0-45度範圍角度，且與通道方向P有關，使得注入的交換流體在較高壓力的大氣(即是處理空間大氣)方向添加一速度分量。
交換流體注入通道(112、122)之每一者可連接至交換流體流供應構件(114、124)，諸如一泵或一氣體流量控制器。交換流體流供應構件(114、124)可設置成提供以選定的流率使交換流體流經個別的交換流體注入通道(112、122)。為了這個目的，交換流體流供應構件能以任何適當方法供給交換流體。交換流體可例如從外部(2)的大氣取回(諸如圖1的具體實施例)，經由一閉迴路接收或從一(受壓)交換流體貯槽或容器取回。
在交換單元(100)的主體(102)與處理隧道(200)的結構之間，存在一垂直延伸間隙(106)。間隙(106)形成一交換流體排出通道，提供通道(104)與外部(2)之間的開放式連接。為了清楚，應注意，在圖1的具體實施例中，通道(104)延伸超過交換單元(100)的主體(102)；即是，通道(104)從外 部(2)(在左)延伸，經過交換單元(100)的主體(102)及朝向右邊，直至處理空間(202)。交換流體排出通道(106)連接至通道(104)與一點(108)，該點可位在跨通道(104)與交換流體排出通道(106)。在圖1的具體實施例中，該點(108)可選定為一滯流區，其功能將在以下說明。
根據本發明的裝置(1)可更包括一處理通道(200)，基材(10)(最好是連續基材的一部份)能經由此以線性方式傳遞。即是，基材(10)可經由交換單元(100)***處理通道(200)，其係單向傳遞至處理通道的出口，出口可具有類似顯示一者的另一交換單元。或者，處理通道(200)可具有一終端，且基材(10)可從處理通道(200)的所述交換單元(100)進行雙向運動，朝向盡頭，及回到交換單元(100)。如果一裝置要有相當小的底面積，最好是此一替代雙向系統。雖然處理通道(200)本身可為直線，但不必然需此情況。
處理通道(200)可包括四壁：一上壁(210)、一下壁(220)、與兩側或邊壁(未在圖顯示)。上壁(210)與下壁(220)可水平取向，相互平行且略微隔開，例如0.5-1mm(公釐)，使得具例如0.1-0.8mm(公釐)厚度且方向平行上壁(210)與下壁(220)之一實質平坦或平面基材(10)可適應其間而不致碰觸上下壁。方向實質垂直且相互平行的側壁可互接側邊的上壁(210)與下壁(220)。側壁能以略微大於待處理基材(10)寬度的距離隔開，例如其寬度加上0.1-3mm(公釐)。因此，可定義處理通道(200)的壁及形成延長處理通道空間(202)的界限，其具有通道長度的每單位相對小容積，且可調適在通道縱向連續配置的一或多個基材(10)。
上通道壁(210)與下通道壁(220)二者可具有複數個氣體注入通道(212、222)。在上與下通道壁(210、220)之任一者的氣體注入通道(212、222)可配置成其至少一些分散在通道(200)長度的意欲長度。氣體注入通道(212、222)可例如配置在想像矩形網格的角落上，例如25mm(公釐)x 25mm(公釐)網格，使得氣體注入通道係規則性分佈在分別上與下通道壁(210、220)的整個內表面上，兩者在縱與橫方向。
氣體注入通道(212、222)可連接至氣體源，最好使在相同隧道壁(210、222)且在相同縱向位置的氣體注入通道連接至相同氣體或氣體混合的氣體源。為了ALD目的，在下通道壁(210)與上通道壁(220)之至少一者的氣體注入通道(212、222)可(從通道的縱向看)連續連接至第一前驅氣體源、一淨化氣體源、一第二前驅氣體源與一淨化氣體源，如此產生一處理通道段(204)，使用上包括連續(隧道寬)氣域，其分別包括一第一前驅氣體、一淨化氣體、一第二前驅氣體與一淨化氣體。應瞭解，此一通道段(204)係符合一ALD沈積週期。因此，多通道段(204)可沿著處理通道(200)縱向連續配置，以沉積想要的薄膜厚度。處理通道(200)中的不同通道段(204)可(但不必要)包括相同前驅氣體的組合。不同組成的通道段(204)可例如用來沈積混合薄膜。
共用處理通道的相同縱向位置但位在相對通道壁(210、220)的相對氣體注入通道(212、222)是否連接至相同氣體成份的氣體源係取決於裝置(1)的想要設置。在想要雙端沈積的情況，即是行經過處理通道(200)的一基材(10)的上表面(10a)與下表面(10b)二者的ALD處理，相對的氣體注 入通道(212、222)可連接至相同氣體源。或者，在想要單端沈積的情況，即是只有一待處理基材(10)的上表面(10a)與下表面(10b)之一者的ALD處理，在面對待處理基材表面的通道壁(210、220)的氣體注入通道(212、222)可選擇性連接至一反應性與一惰性氣體源，而在另一通道壁的氣體注入通道可全部連接至一惰性氣體源。
在圖1的示例性具體實施例中，上壁(210)的氣體注入通道(212)係連續連接至三甲基鋁(Al2(CH3)2，TMA)源、一氮(N2)氣源、一水(H2O)源、與一氮氣源，如此形成一連串相同通道段(204)，適於進行氧化鋁(Al2O3)原子層沈積週期。對照下，下通道壁(220)的氣體注入通道(222)係全部連接至一氮氣源。因此，示例性裝置(1)係設置維持一上沉積氣體軸承與一下非沉積氣體軸承，整個設置成在一通過的浮動支承基材(10)的上表面(10a)上進行單端沈積。
處理通道(200)的側壁之每一者可沿著其整個長度或一部分具有複數個排氣通道，其係設置成從處理空間排出處理氣體。排氣通道可連接至及排入在處理隧道外部提供的排氣導管。在裝置(1)設置成進行ALD的情況，排出的氣體可包括無反應性前驅氣體量。因此，不想要將與相互不同反應性氣域有關的排氣通道連接至相同排氣導管(其可能無意間導致化學氣相沈積)。不同排氣導管可如此提供給不同前驅氣體。應瞭解，連接氣體注入通道(212、222)的氣體源、與排氣通道可一起調節理程空間(202)的壓力。
裝置(1)的一般操作如下所述，從交換單元(100)開始。
使用上，上與下通道壁(110、120)的交換流體注入通道(112、122)二者係注入交換流體至通道(104)。在圖1的具體實施例中，此交換流體為氣體，其藉由交換流體流供應構件(114、124)從外部大氣取回。
注入時，交換流體的流率可選擇使其靜態壓力實質等於外部大氣壓力，而其動態壓力係實質等於外部大氣壓力與處理空間大氣壓力之間的絕對差。此暗示交換流體的滯留壓力實質等於處理空間大氣壓力。一旦交換流體注入通道(104)，便會流向處理空間(202)。不過，經由相當窄通道(104)進入處理空間(202)可藉由處理空間(202)的大氣壓力而避免。此壓力要等於交換流體流的滯留壓力，其造成交換流體流在點(108)附近滯流，該點係位於處理空間(202)的入口。由於交換流體注入的連續性及外部大氣與滯留交換流體間的壓力差，所以交換流體本質會經由交換流體排出通道(106)排放至外部(2)，其為先前取出。應瞭解，由於壓力平衡，事實上沒有流體交換發生在滯流區(108)與處理空間(202)之間。處理空間(202)如此實際與外部(2)密封，不必使用機械閉鎖構件，而仍可經由通道(104)交換基材(10)。
基材(10)可例如經由通道(104)***處理空間(202)。當基材(10)移入通道(104)，可適應在上與下交換流體軸承之間。這些流體軸承係藉著經由分別在上通道壁(110)與下通道壁(120)的交換流體注入通道(112、122)注入的交換流體而提供。流動軸承可緩和基材(10)，及在上主表面(10a)與下主表面(10b)上運用拖曳力，藉此在處理空間(202)的方向面對基材。
在注入交換流體的滯留壓力選擇實質等於處理空間大氣壓力的情況，基材(10)上施加的拖曳力無法足以克服跨通道(104)的壓力差影響，此取決於裝置(1)及其工作參數的準確設置，諸如處理空間大氣的壓力。即是，由於交換流體的流動，所以基材(10)上施加的拖曳力不足以克服壓力差的影響及在基材(10)上提供一淨向心力，即是一力導向處理空間(202)。在此一情況，交換流體注入通道(104)的流率可增加，以提高基材(10)上的向心拖曳力，如此更促進其***通道200。不需要永久提高與上述平衡情況有關的流率，但是只可施加在實際交換，例如基材(10)的***或取出。
改變交換流體注入通道(104)的流率影響將參考圖2說明。圖2為包含測量數據的圖式，其說明在交換流體注入交換單元(104)的通道(104)的容積氣體流率、與在處理通道空間(202)的壓力分佈之間的關係，可從交換單元(100)向內看出。圖2列出10個不同情況的壓力分佈，包括8個不同交換流體注入流率。每個壓力分佈包括六個壓力數據點。壓力數據是在通道(104)或處理空間(202)不存在任何基材下獲得。
標示「氣閥打開」的壓力分佈屬於沒有交換流體注入通道(104)的情況。由於在與外部(2)有關的處理空間(202)容積內約3.4mbar(即是340Pa)的超壓，所以存在來自處理空間(202)的大氣流體流出。此流出本質上會伴隨壓力降。藉由機械式關閉通道(104)可停止大氣流體的流出，如標示「機械式關閉氣閥」的壓力分佈所示。如果通道(104)為機械式關閉，處理空間(202)的壓力沿著其長度係實質一致。 不過，現階段在外部(2)與處理空間(202)之間的基材(10)交換是不可能。
圖2說明平衡情況，其中如果交換流體係以每分鐘145標準公升(standard liters per minute，slm)流率注入通道(104)，存在沒有壓力梯度使大氣流體驅出或驅入處理空間(202)。在此流率，交換流體的滯留壓力係實質等於處理空間大氣的壓力。試驗已指出，在145slm流率，在延伸過通道(104)的基材(10)上的交換流體流所運用的拖曳力係不足以在基材上提供淨向心力。
為了促使基材(10)***處理空間(202)，交換流體注入的流率可增加。應注意，此流率可直接與交換流體的滯留壓力有關，因為其顯示注入時的交換流體的流率係(好的近似值)與動態壓力的平方根成比例。增加交換流體的注入流率如此相對增加其滯留壓力。
圖2說明185slm、210slm、230slm與260slm的流率在基材上產生足夠的拖曳力將基材向內驅駛。此增加的流率(相對於提供平衡情況的145slm)會伴隨交換流體流入處理空間(202)；即是交換流體流的滯留點位於處理空間。此需求不會是問題。從圖2很清楚，交換流體貫穿處理空間(202)的影響本質上會受限於處理隧道(200)的第一公尺。在這一點上，為了要避免干擾處理空間(202)的任何沈積處理，相鄰交換單元(100)的處理隧道(200)的最初部分可為一非沉積部分，例如針對預加熱一***的基材(10)，或針對處理後冷卻一基材(10)。
應瞭解，基材「拖曳入」處理空間(202)的設置明顯可促進基材***。不僅可克服需要機械力使基材(10)進入，且有助於使基材加速至可行經處理通道(200)的至少初速。藉由同樣方式，利用在處理通道(200)的一端/出口上提供的一交換單元(100)可減慢表徵基材(10)。在此出口，跨通道(104)的差異壓力通常迫使一基材(10)以高速離開處理空間(202)。此可藉由在基材(10)上提供相對取向的拖曳力加以避免，其優點係減輕或平衡壓力差的影響。在避免壓力差受到從處理空間(202)「送出」一基材(10)中，低於145slm的流率(諸如50slm與100slm)最好在交換基材(10)期間能夠避免，此指出，入口的基材(10)「加速」與處理通道(200)出口的「減速」係意謂「交換流體流方向的加速」。因此，「加速」可實際解釋為根據牛頓第二定律的物體淨力的影響。
為了更加完整，應注意，每分鐘1標準公升表示溫度0℃時的流體1dm3流率，且每60秒有1.01325巴/1大氣/1.01325 105Pa壓力。
請即注意處理隧道(200)的操作。使用上，上壁(210)與下壁(220)的氣體注入通道(212、222)二者係注入氣體至處理隧道空間202。每個氣體注入通道(212、222)可注入由其連接的氣體源提供的氣體。如果裝置(1)可在大氣與非大氣壓力上操作，氣體注入可在任何適當壓力上發生。不過，為了要使真空泵的提供變成多餘，及避免外部大氣流體進入處理空間(202)的意外洩漏，處理空間的壓力最好保持在略超過大氣壓力。因此，氣體注入的壓力可發生在略高於大氣壓力，例如在1-2mbar(即是100-200Pa)的超壓。在較低壓 力維持在側壁提供的排氣導管的情況，例如大氣壓力，注入通道空間(202)的氣體本質會橫向流動，行進至處理通道的縱向。
在基材(10)呈現在上壁(210)與下壁(220)間的情況，藉由上壁(210)的氣體注入通道(212)注入隧道空間(202)的氣體可在上壁與基材的上表面(10a)之間橫向流動，如此提供一上氣體軸承。同樣地，藉由下壁(220)的氣體注入通道(222)注入隧道空間(202)的氣體會在下壁與基材(10)的下表面(10b)之間橫向流動，有效提供一下氣體軸承。下與上氣體軸承可一起包括及浮動支承基材(10)。
為了要在基材(10)上沉積薄膜，基材可移過處理隧道空間(202)。基材(10)的移動能以任何適當方式促成，藉由接觸與非接觸兩方法。非接觸方法較佳，有很多理由，主要原因係供驅動基材的可磨損機械零件典型使裝置的設計複雜化及增加維護的必要性。推進基材(10)的非接觸方法可包括：藉由透過氣體注入通道(212、220)促成的傳導氣體流的推進，其係以與一傳輸方向有關的角度置放，使得注入的氣體流在此傳輸方向具有一切線分量；藉由電力及/或磁力的推進；藉由引力(藉由使整個處理通道(200)與水平呈傾斜加以促成)的推進；及任何其他適當方法。
不論選擇什麼方法驅動基材(10)，必須謹慎處理，確保促成適當的基材傳輸速度。在圖1的ALD裝置中，基材(10)的傳輸速度最好可在通過特定前驅氣域時，一塊基材表面區域有足夠長時間暴露在前驅物，以確保完全飽和。一更長的前驅物區域通常允許較高的傳輸速度，反之亦然。不過，應 注意，飽和時間取決於待使用前驅物的本質、及取決於個別區域的前驅物濃度。
基材移過圖1的處理通道空間(202)時，其上表面(10a)會是條狀暴露於在該等連續配置及跨過氣域之每一者中出現的氣禮。假設正確選擇氣域與個別氣體的配置，一隧道段(204)的行進相當於使基材(10)經歷一原子層沈積週期。由於隧道(200)可包括想要的許多隧道段(204)，所以任意厚度的薄膜可於跨隧道期間在基材(10)上生長。處理隧道(200)的線性本質更允許連續待處理基材(140)流，如此可實現一具可感受生產能力的原子層沈積裝置(1)。
雖然本發明的示例性具體實施例已在前面部分參考附圖描述，但是應明白，本發明未侷限於這些具體實施例。從研究附圖、揭示、及文後申請專利範圍，實施申請專利發明的所屬技術領域專業人士應可瞭解及達成揭示具體實施例的變化。在本說明書中參考的「一具體實施例」係意謂與本發明的至少一具體實施例包括的具體實施例有關描述的特別特性、結構或特徵。因此，在本說明書中不同地方出現的用語「在一具體實施例中」不必然全參考相同具體實施例。此外，應注意，一或多個具體實施例的特別特性、結構或特徵能以任何適當方法組合，形成未明確描述具體實施例的新特性、結構或特徵。
1‧‧‧基材處理裝置
2‧‧‧外部
10‧‧‧基材
10a‧‧‧基材上表面
10b‧‧‧基材下表面
102‧‧‧交換單元的主體
104‧‧‧通道
106‧‧‧交換流體排出通道
108‧‧‧滯流區
110‧‧‧上通道壁
112‧‧‧上通道壁的交換流體注入通道
114‧‧‧交換流體流供應構件
120‧‧‧下通道壁
122‧‧‧下通道壁中的交換流體注入通道
124‧‧‧交換流體流供應構件
200‧‧‧處理隧道
202‧‧‧處理隧道空間
204‧‧‧處理隧道段
210‧‧‧上隧道壁
212‧‧‧上隧道壁的氣體注入通道
220‧‧‧下隧道壁
222‧‧‧下隧道壁的氣體注入通道
P‧‧‧通道方向
圖1係以縱截面側視圖示意性說明根據本發明的一示例性基材處理裝置，包括一基材交換單元(在左)與一處理通道(在右)；及 圖2為含測量數據的圖示，其說明流體注入交換單元通道的容積氣流率、與處理通道空間的壓力分佈間的關係，可從交換單元向內看出。
1‧‧‧基材處理裝置
2‧‧‧外部
10‧‧‧基材
10a‧‧‧基材上表面
10b‧‧‧基材下表面
102‧‧‧交換單元的主體
104‧‧‧通道
106‧‧‧交換流體排出通道
108‧‧‧滯流區
110‧‧‧上通道壁
112‧‧‧上通道壁的交換流體注入通道
114‧‧‧交換流體流供應構件
120‧‧‧下通道壁
122‧‧‧下通道壁中的交換流體注入通道
124‧‧‧交換流體流供應構件
200‧‧‧處理隧道
202‧‧‧處理隧道空間
204‧‧‧處理隧道段
210‧‧‧上隧道壁
212‧‧‧上隧道壁的氣體注入通道
220‧‧‧下隧道壁
222‧‧‧下隧道壁的氣體注入通道
P‧‧‧通道方向

Claims (15)

  1. 一種基材處理裝置(1)，其包括：一處理空間(202)；壓力調節構件，其設置成將該處理空間中的處理空間大氣維持在處理空間大氣壓力，其係不同於該基材處理裝置外部(2)的外部大氣的外部大氣壓力；一通道(104)，延伸於一通道方向，該基材處理裝置的外部(2)可經由該通道與該處理空間(202)進行開放式互通，且基材(10)可經由該通道在該外部與該處理空間之間交換；交換流體注入構件(114、124；112、122)，其設置成選擇地注入交換流體至在至少一交換流體注入點的通道(104)，如此促成交換流體流延伸過通道的至少一部份，其中該流係平行於該通道方向並導向：外部，其情況係外部大氣壓力大於處理空間大氣壓力；或處理空間，其情況係外部大氣壓力小於處理空間大氣壓力；及至少一交換流體排出通道，以從該通道排出該交換流體，該交換流體排出通道位於至少一交換流體注入點的下游；藉該通道內的壓力分佈局部或全部補償該處理空間與該外部之間的壓力差，該通道內的壓力分佈關聯於選擇由至 少一該注入點所注入的該交換流體。
  2. 如請求項1所述之基材處理裝置，其中該交換流體注入構件(114、124；112、122)係設置成以操作期間延伸過通道的基材(10)加速至交換流體流方向之此一流率，以注入交換流體至該通道(104)，不管由於外部大氣壓力與處理空間大氣壓力之間的差，形成跨通道的相對導向壓力差。
  3. 如請求項1或2所述之基材處理裝置，其中該通道(104)包括一滯流區(108)，其位於至少一注入點的下游，滯流區係連接至該交換流體排出通道(106)。
  4. 如請求項3所述之基材處理裝置，其中該交換流體排出通道(106)係連接至該交換流體注入構件(114、124；112、122)，使得在操作期間，從該滯流區(108)排放的交換流體係供應給該交換流體注入構件，供注入通道(104)。
  5. 如請求項3所述之基材處理裝置，其中該交換流體注入構件(114、124；112、122)係配置成以交換流體流過滯流區(108)的通道滯流之此一流率，注入交換流體至該通道(104)。
  6. 如請求項1所述之基材處理裝置，其中該交換流體注入構件(114、124；112、122)係設置成以實質等於外部大氣壓力與處理空間壓力之較小一者的靜態壓力，注入交換流體。
  7. 如請求項1或6所述之基材處理裝置，其中該交換流體注入構件(114、124；112、122)係設置成以實質等於外部大氣壓力與處理空間壓力之間的絕對差之動態壓力，注入交 換流體。
  8. 如請求項1所述之基材處理裝置，其中該通道(104)係以一通道方向(P)延伸，而且其中該等交換流體注入構件(114、124；112、122)係設置成促使一層交換流體流實質平行該通道方向。
  9. 如請求項1或8所述之基材處理裝置，其中該通道(104)係由至少一上通道壁(110)與一下通道壁(120)形成界限，而且其中上與下通道壁二者具有至少一交換流體注入通道(112、122)，其中在上通道壁(110)的至少交換流體注入通道(112)係設置成提供一上交換流體軸承，而在下通道壁(120)的至少一交換流體注入通道(122)係設置成提供一下交換流體軸承，該交換流體軸承係設置成在其間浮動支承及適應一基材(10)。
  10. 如請求項1所述之基材處理裝置，其中該壓力調節構件係設置成維持一處理空間大氣壓力，其係大於外部大氣壓力。
  11. 如請求項1或10所述之基材處理裝置，其更包括：一處理通道，該處理通道包括一下通道壁(220)、一上通道壁(210)、與兩側隧道壁，其中該等隧道壁形成處理空間(202)的界限，其係以一隧道方向延伸，且設置成適應至少一實質平面基材(10)，其方向係平行該上隧道壁與該下隧道壁；及一第一複數個氣體注入通道(212)，其係在該上隧道壁提供；及一第二複數個氣體注入通道(222)，其係在該下隧 道壁提供，其中該等在上通道壁的氣體注入通道係設置成提供一上氣體軸承，而該等在下隧道壁的氣體注入通道係設置成提供一下氣體軸承，該等氣體軸承係設置成在其間浮動支承及適應該基材(10)。
  12. 一種操作如請求項1所述之基材處理裝置的方法，其包括：提供處理空間大氣在一處理空間大氣壓力；提供外部大氣在一外部大氣壓力，其係不同於該處理空間大氣壓力；提供一通道(104)，外部大氣可經由該通道與處理空間大氣進行開放式互通，而且基材經由該通道可在外部大氣與處理空間大氣之間交換；注入一交換流體至在至少一交換流體注入點的通道，如此促成交換流體流延伸過該通道的至少一部份，其中該流係導向：外部，其情況係外部大氣壓力大於處理空間大氣壓力；或處理空間，其情況係外部大氣壓力小於處理空間大氣壓力；提供至少一交換流體排出通道，並藉該交換流體排出通道排出該通道內的該交換流體，該交換流體排出通道位於至少一交換流體注入點的下游；藉該通道內的壓力分佈局部或全部補償該處理空間與 該外部之間的壓力差，該通道內的壓力分佈關聯於選擇由至少一該注入點所注入的該交換流體。
  13. 如請求項12所述之方法，其中該交換流體係以延伸過通道的基材(10)加速至交換流體流的方向之此一流率以注入通道(104)，不管由於外部大氣壓力與處理空間大氣壓力之間的差，形成跨通道的相對導向壓力差。
  14. 如請求項12或13所述之方法，其中該交換流體係以實質等於外部大氣壓力與處理空間壓力之較小一者的靜態壓力，注入通道。
  15. 如請求項12或13所述之方法，其中該交換流體係以實質等於外部大氣壓力與處理空間壓力之間的絕對差之動態壓力注入。
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