具有下吹管线的原子层沉积设备

技术领域

本发明有关于一种具有下吹管线的原子层沉积设备，有利于在粉末的表面形成厚度均匀的薄膜。

背景技术

奈米颗粒(nanoparticle)一般被定义为在至少一个维度上小于100奈米的颗粒，奈米颗粒与宏观物质在物理及化学上的特性截然不同。一般而言，宏观物质的物理特性与本身的尺寸无关，但奈米颗粒则非如此，奈米颗粒在生物医学、光学和电子等领域都具有潜在的应用。

量子点(Quantum Dot)是半导体材料的奈米颗粒，目前研究的半导体材料为II-VI材料，如ZnS、CdS、CdSe等，其中又以CdSe最受到瞩目。量子点的尺寸通常在2至50奈米之间，量子点被紫外线照射后，量子点中的电子会吸收能量，并从价带跃迁到传导带。被激发的电子从传导带回到价带时，会通过发光释放出能量。

量子点的能隙与尺寸大小相关，量子点的尺寸越大能隙越小，经照射后会发出波长较长的光，量子点的尺寸越小则能隙越大，经照射后会发出波长较短的光。例如5到6奈米的量子点会发出橘光或红光，而2到3奈米的量子点则会发出蓝光或绿光，当然光色还需取决于量子点的材料组成。

应用量子点的发光二极体(LED)产生的光接近连续光谱，同时具有高演色性，并有利于提高发光二极体的发光品质。此外亦可透过改变量子点的尺寸调整发射光的波长，使得量子点成为新一代发光装置及显示器的发展重点。

量子点虽然具有上述的优点及特性，但在应用或制造的过程中容易产生团聚现象。此外量子点具有较高的表面活性，并容易与空气及水气发生反应，进而缩短量子点的寿命。

具体来说，将量子点制作成为发光二极体的密封胶时，可能会产生团聚效应，而降低量子点的光学性能。此外，量子点在制作成发光二极体的密封胶后，外界的氧或水气仍可能会穿过密封胶而接触量子点的表面，导致量子点氧化，并影响量子点及发光二极体的效能或使用寿命。量子点表面的缺陷及悬空键(dangling bonds)亦可能造成非辐射复合(non-radiative recombination)，同样会影响量子点的发光效率。

目前业界主要透过原子层沉积(atomic layer deposition，ALD)在量子点的表面形成一层奈米厚度的薄膜，或者是在量子点的表面形成多层薄膜，以形成量子井结构。

原子层沉积可以在基板上形成厚度均匀的薄膜，并可有效控制薄膜的厚度，理论上亦适用于三维的量子点。量子点静置在承载盘时，相邻的量子点之间会存在接触点，使得原子层沉积的前驱物气体无法接触这些接触点，并导致无法在所有的奈米颗粒的表面皆形成厚度均匀的薄膜。

发明内容

为了解决上述先前技术的问题，本发明提出一种具有下吹管线的原子层沉积设备，可于原子层沉积制程中充份搅拌粉末，使得粉末扩散到真空腔体的反应空间的各个区域，以利于在各个粉末的表面上形成厚度均匀的薄膜。

本发明的一目的，在于提供一种具有下吹管线的原子层沉积设备，主要包括一驱动单元、一轴封装置及一真空腔体，其中驱动单元经由轴封装置连接并带动真空腔体转动。真空腔体包括一反应空间及一下吹管线，其中反应空间用以容置复数颗粉末，而下吹管线则连接反应空间，并朝向反应空间的底部或侧壁。

轴封装置内设置至少一抽气管线、至少一进气管线及至少一非反应气体输送管线，其中非反应气体输送管线连接真空腔体的下吹管线，并经由下吹管线将一非反应气体气体吹向反应空间的底部或侧壁，以吹动沉积在反应空间的底部的粉末。此外真空腔体转动到特定角度时，非反应气体输送管线才会连通真空腔体的下吹管线，使得下吹管线固定朝反应空间内的特定角度或位置吹出非反应气体。

本发明的一目的，在于提供一种具有下吹管线的原子层沉积设备，包括一转接空间设置于真空腔体及/或轴封装置，其中非反应气体输送管线经由转接空间连接真空腔体的下吹管线。转接空间的截面积大于非反应气体输送管线及下吹管线，以利于非反应气体输送管线经由转接空间对准下吹管线，并将非反应气体经由转接空间输送至下吹管线。

此外转接空间可为环状的空间，并环绕在轴封装置的内管体周围，其中非反应气体输送管线可经由环状的转接空间将非反应气体持续输送至下吹管线，使得下吹管线可以持续将非反应气体输送至真空腔体的反应空间内，并吹向反应空间的各个方位。

本发明的一目的，在于提供一种具有下吹管线的原子层沉积设备，其中设置在轴封装置内的非反应气体输送管线用以连接真空腔体的下吹管线，并于非反应气体输送管线及下吹管线的连接位置的两侧分别设置一密封环。

为了达到上述的目的，本发明提出一种具有下吹管线的原子层沉积设备，包括：一驱动单元；一轴封装置，连接驱动单元；一真空腔体，连接轴封装置，驱动单元通过轴封装置带动真空腔体转动，真空腔体包括：一反应空间，用以容置复数颗粉末，其中粉末受到重力作用沉积在反应空间的一底部；及一下吹管线，连接反应空间，并朝向反应空间的底部；至少一抽气管线，位于轴封装置内，流体连接真空腔体的反应空间，并用以抽出反应空间内的一气体；至少一进气管线，位于轴封装置内，流体连接真空腔体的反应空间，并用以将一前驱物气体输送至反应空间；及至少一非反应气体输送管线，位于轴封装置内，并用以连接真空腔体的下吹管线，其中非反应气体输送管线用以将一非反应气体经由下吹管线输送至反应空间，以吹向反应空间的底部。

所述的具有下吹管线的原子层沉积设备，其中轴封装置包括一外管体及一内管体，外管体包括一容置空间用以容置内管体，而内管体则包括至少一连接空间用以容置抽气管线、进气管线及非反应气体输送管线。

所述的具有下吹管线的原子层沉积设备，其中非反应气体输送管线包括一分枝部，分枝部贯穿内管体，并用以连接下吹管线。

所述的具有下吹管线的原子层沉积设备，其中真空腔体或内管体包括一转接空间，非反应气体输送管线经由转接空间连接下吹管线，转接空间的一截面积大于非反应气体输送管线及下吹管线。

所述的具有下吹管线的原子层沉积设备，其中转接空间为一环状体，环绕在内管体的周围。

所述的具有下吹管线的原子层沉积设备，包括一第一密封环位于内管体与真空腔体之间。

所述的具有下吹管线的原子层沉积设备，包括一第二密封环位于外管体与真空腔体之间，其中非反应气体输送管线与下吹管线的连接位置位于第一密封环与第二密封环之间。

所述的具有下吹管线的原子层沉积设备，其中真空腔体包括一盖板及一腔体，盖板的一内表面覆盖腔体以在两者之间形成反应空间，并于盖板的内表面设置一监控晶圆。

所述的具有下吹管线的原子层沉积设备，包括一延伸管体连接进气管线，延伸管体位于真空腔体的反应空间内。

所述的具有下吹管线的原子层沉积设备，包括至少一固定单元用以将真空腔体固定在轴封装置上，连接单元解除锁固后，真空腔体由轴封装置卸下。

本发明的有益效果是：在真空腔体上设置一下吹管线，其中下吹管线朝向反应空间的底部，并用以吹动沉积在反应空间底部的粉末，以利于在粉末的表面形成厚度均匀的薄膜。

附图说明

图1为本发明具有下吹管线的原子层沉积设备一实施例的立体示意体。

图2为本发明具有下吹管线的原子层沉积设备一实施例的剖面示意图。

图3为本发明具有下吹管线的原子层沉积设备的轴封装置一实施例的剖面示意图。

图4为本发明具有下吹管线的原子层沉积设备又一实施例的剖面示意图。

图5为本发明具有下吹管线的原子层沉积设备又一实施例的剖面示意图。

图6为本发明具有下吹管线的原子层沉积设备又一实施例的剖面示意图。

图7为本发明具有下吹管线的原子层沉积设备又一实施例的剖面示意图。

图8为本发明具有下吹管线的原子层沉积设备又一实施例的分解剖面示意图。

附图标记说明：10-具有下吹管线的原子层沉积设备；11-真空腔体；111-盖板；1111-内表面；112-固定单元；113-腔体；114-凹部；115-监控晶圆；116-底部；117-下吹管线；12-反应空间；121-粉末；13-轴封装置；131-外管体；132-容置空间；133-内管体；134-连接空间；139-过滤单元；14-齿轮；15-驱动单元；161-第一密封环；163-第二密封环；171-非反应气体输送管线；1711-分枝部；172-延伸管体；1721-出气孔；173-进气管线；175-加热器；177-抽气管线；179-温度感测单元；18-转接空间。

具体实施方式

请参阅图1、图2及图3分别为本发明具有下吹管线的原子层沉积设备一实施例的立体示意图、剖面示意图及具有下吹管线的原子层沉积设备的轴封装置的剖面示意图。如图所示，具有下吹管线的原子层沉积设备10主要包括一真空腔体11、一轴封装置13及一驱动单元15，其中驱动单元15通过轴封装置13连接并带动真空腔体11转动。

真空腔体11内具有一反应空间12，用以容置复数颗粉末121，其中真空腔体11静置时，粉末121会受到重力作用沉积在反应空间12的底部。粉末121可以是量子点(QuantumDot)，例如ZnS、CdS、CdSe等II-VI半导体材料，而形成在量子点上的薄膜可以是三氧化二铝(Al2O3)。真空腔体11可包括一盖板111及一腔体113，其中盖板111的一内表面1111用以覆盖腔体113，并在两者之间形成反应空间12。

在本发明一实施例中，可于盖板111的内表面1111设置一监控晶圆115，当盖板111覆盖腔体113时，监控晶圆115会位于反应空间12内。在反应空间12内进行原子层沉积时，监控晶圆115的表面会形成薄膜。在实际应用时可进一步量测监控晶圆115表面的薄膜厚度与粉末121表面的薄膜厚度，并计算出两者之间的关系。而后便可通过量测监控晶圆115表面的薄膜厚度，换算出粉末121表面的薄膜厚度。

轴封装置13包括一外管体131及一内管体133，其中外管体131具有一容置空间132，而内管体133则具有一连接空间134，例如外管体131及内管体133可为空心柱状体。外管体131的容置空间132用以容置内管体133，其中外管体131及内管体133同轴设置。轴封装置13可以是一般常见的轴封或磁流体轴封，主要用以隔离真空腔体11的反应空间12与外部的空间，以维持反应空间12的真空。

驱动单元15连接轴封装置13的一端，并通过轴封装置13带动真空腔体11转动，例如通过外管体131连接真空腔体11，并通过外管体131带动真空腔体11转动。

驱动单元15可连接并带动外管体131及真空腔体11以同一方向持续转动，例如顺时针或逆时针方向持续转动。在本发明一实施例中，驱动单元15可为马达，通过至少一齿轮14连接外管体131，并经由齿轮14带动外管体131及真空腔体11相对于内管体133转动。

内管体133的连接空间134内可设置至少一非反应气体输送管线171、至少一进气管线173、一加热器175、一抽气管线177及/或一温度感测单元179，如图2及图3所示。

抽气管线177流体连接真空腔体11的反应空间12，并用以抽出反应空间12内的气体，使得反应空间12为真空状态，以进行原子层沉积制程。具体而言抽气管线177可连接一帮浦，并通过帮浦抽出反应空间12内的气体。

进气管线173流体连接真空腔体11的反应空间12，并用以将一前驱物气体或一非反应气体输送至反应空间12，其中非反应气体可以是氮气或氩气等惰性气体。例如进气管线173可通过阀件组连接一前驱物气体储存槽及一非反应气体储存槽，并通过阀件组将前驱物气体输送至反应空间12内，使得前驱物气体沉积粉末121表面。在实际应用时，进气管线173可能会将一载送气体(carrier gas)及前驱物气体一起输送到反应空间12内。而后通过阀件组将非反应气体输送至反应空间12内，并通过抽气管线177抽气，以去除反应空间12内的前驱物气体。在本发明一实施例中，进气管线173可连接复数个分枝管线，并分别通过各个分枝管线将不同的前驱物气体依序输送至反应空间12内。

此外进气管线173可增大输送至反应空间12的非反应气体的流量，并通过非反应气体吹动反应空间12内的粉末121，使得粉末121受到非反应气体的带动，而扩散到反应空间12的各个区域。

本发明所述的真空腔体11包括一下吹管线117，其中下吹管线117连接反应空间12，并朝向真空腔体11及反应空间12的底部或侧面，例如下吹管线117可相对于真空腔体11及/或轴封装置13的轴心倾斜。在本发明一实施例中，反应空间12可近似一圆柱体或多边形柱状体，包括两个底面及一个侧面，其中两个底面彼此面对，而侧面则连接两个底面。

非反应气体输送管线171用以连接真空腔体11的下吹管线117，并经由下吹管线117将一非反应气体输送至反应空间12内，以搅拌反应空间12内的粉末121。具体而言，下吹管线117可用以朝反应空间12的侧面及/或底部喷出非反应气体，由以吹动受到重力作用而沉积在反应空间12的底部的粉末121。

在本发明一实施例中，非反应气体输送管线171的设置方向大致与轴封装置13的轴向平行，并具有一分枝部1711。分枝部1711靠近内管体133连接真空腔体11的一端，其中分枝部1711贯穿内管体133，并用以连接下吹管线117，例如分枝部1711沿着轴封装置13的径向设置。

当轴封装置13的外管体131带动真空腔体11转动时，真空腔体11的下吹管线117会相对于轴封装置13的内管体133及非反应气体输送管线171转动。在本发明一实施例中，当下吹管线117转动到一特定角度时，下吹管线117才会连接非反应气体输送管线171，使得非反应气体可由非反应气体输送管线171输送至下吹管线117。

在本发明一实施例中，进气管线173及非反应气体输送管线171都可以用以将非反应气体输送至反应空间12，其中进气管线173输送的非反应气体的流量较小，主要用以去除反应空间12内的前驱物气体，而非反应气体输送管线171输送的非反应气体的流量较大，主要用以吹动反应空间12内的粉末121。

本发明的驱动单元15带动外管体131及真空腔体11转动时，内管体133及其内部的非反应气体输送管线171、抽气管线177及进气管线173不会随着转动，有利于提高进气管线173及/或非反应气体输送管线171输送至反应空间12的非反应气体及/或前驱物气体的稳定度。

加热器175用以加热连接空间134及内管体133，并通过加热器175加热内管体133内的抽气管线177、进气管线173及/或非反应气体输送管线171。温度感测单元179则用以量测加热器175或连接空间134的温度，以得知加热器175的工作状态。当然在真空腔体11的内部、外部或周围通常会设置另一个加热装置，其中加热装置邻近或接触真空腔体11，并用以加热真空腔体11及反应空间12。

在本发明一实施例中，如图4所示，轴封装置13及/或真空腔体11之间可设置至少一个密封环，例如第一密封环161及/或第二密封环163，其中非反应气体输送转线171与下吹管线117的连接位置位于两个密封环之间。

在实际应用时，第一密封环161位于内管体133及真空腔体11之间，而第二密封环163位于外管体131及真空腔体11之间，其中第一密封环161为一动态密封环，而第二密封环163为一静态密封环。例如第一密封环161可套设在内管体133上，并为铁氟龙O型环(Teflonoring)，而第二密封环163则为橡胶制的O型环。轴封装置13与真空腔体11之间具有第一及第二密封环161/163仅为本发明一实施例，在不同实施例中轴封装置13与真空腔体11之间可仅设置第一密封环161，便可达到密封反应空间12的目的。

在本发明一实施例中，真空腔体11或轴封装置13之间可设置一过滤单元139，其中设置在内管体133内的抽气管线177、进气管线173及/或非反应气体输送管线171经由过滤单元139流体连接真空腔体11的反应空间12。

在本发明一实施例中，如图5所示，进气管线173可由内管体133的连接空间134延伸至真空腔体11的反应空间12，并在真空腔体11的反应空间12内形成一延伸管体172。延伸管体172的端部及/或管壁上可设置至少一出气孔1721，延伸管体172可经由出气孔1721将前驱物气体或非反应气体输送至反应空间12。

在本发明一实施例中，如图6所示，非反应气体输送管线171及下吹管线117之间可设置一转接空间18，其中转接空间18可设置在轴封装置13的内管体133及/或真空腔体11上，并有利于对位非反应气体输送管线171及下吹管线117。转接空间18的截面积大于非反应气体输送管线171及下吹管线117，当真空腔体11相对于轴封装置13的内管体133转动时，非反应气体输送管线171可经由转接空间18流体连接下吹管线117。

转接空间18可以是下吹管线117的一部分，使得下吹管线117连接非反应气体输送管线171的位置具有较大的截面积，例如下吹管线117连接非反应气体输送管线171的一端为喇叭状。在本发明另一实施例中，转接空间18可为一环状体，并环绕在内管体133的周围，使得设置在内管体133的非反应气体输送管线171可经由环状的转接空间18持续连接下吹管线117，并经由下吹管线117持续将非反应气体输送置反应空间12，例如输出的非反应气体会随着下吹管线117转动，并吹向反应空间12的不同角度。

在本发明一实施例中，如图7及图8所示，真空腔体11及轴封装置13可被设计为两个独立的构件。在进行原子层沉积时，如图7所示，可将真空腔体11连接轴封装置13，并通过固定单元112固定真空腔体11及轴封装置13，例如固定单元112为螺丝，使得驱动单元15可通过轴封装置13带动真空腔体11转动。在完成原子层沉积后，可解除固定单元112的锁固，并将真空腔体11由轴封装置13上卸下。

在本发明一实施例中，如图8所示，真空腔体11的底部116可设置一凹部114，并于凹部114内设置第一密封环161。轴封装置13的内管体133部分凸出外管体131，并于外管体131连接真空腔体11的底部116的一侧设置第二密封环163。

凸出的内管体133插入真空腔体11的凹部114时，凸出的内管体133会压迫凹部114内的第一密封环161，而真空腔体11的底部116或凹部114则会压迫设置在轴封装置13的外管体131上的第二密封环163。上述第一密封环161、第二密封环163及/或凹部114的数量及设置位置仅为本发明一具体实施例，并非本发明权利范围的限制。

在本发明一实施例中，凹部114可由真空腔体11的底部116延伸至反应空间12内，而轴封装置13的内管体133则由外管体131的容置空间132延伸至外部，并凸出轴封装置13及外管体131。连接真空腔体11及轴封装置13时，凸出轴封装置13的内管体133可用以插入凹部114，其中轴封装置13的内管体133会由外管体131的容置空间132延伸至真空腔体11的凹部114及/或反应空间12。

本发明优点：

在真空腔体上设置一下吹管线，其中下吹管线朝向反应空间的底部，并用以吹动沉积在反应空间底部的粉末，以利于在粉末的表面形成厚度均匀的薄膜。

以上所述，仅为本发明的一较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，即凡依本发明申请专利范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的申请专利范围内。