專利名稱:薄膜工藝設備及其制作方法
薄膜工藝設備及其制作方法技術領域
本發(fā)明是有關于一種薄膜工藝設備及薄膜制作方法,特別是有關于一種薄膜工藝設備中的供氣結構,通過此供氣結構的設計,可使薄膜工藝設備中的反應氣體均勻混合并且加速完成反應。
背景技術:
隨著半導體工藝技術的演進,已有愈來愈多的產(chǎn)品需要使用薄膜工藝設備, 在襯底上成長一層薄膜。然而,目前主要用來成長薄膜的方法有幾種,包括蒸鍍法 (spattering)、層積法(depositing)及金屬有機物化學氣相沉積技術(MOCVD)等。特別是在太陽能光電相關產(chǎn)業(yè)中,大都使用金屬有機物化學氣相沉積技術來成長薄膜,這是因為金屬有機物化學氣相沉積技術(MOCVD)具有如下的優(yōu)點
(I)用于生長化合物半導體材料的各成分和摻雜劑都是以氣態(tài)方式通入反應室, 而金屬有機物化學氣相沉積技術可以通過精確控制氣態(tài)源的流量和通斷時間來控制生成薄膜的成分、摻雜濃度、厚度等,適于生長薄層和超薄層材料。
(2)由于生長化合物半導體材料時,需要控制反應室中各種氣體的反應時間,而金屬有機物化學氣相沉積技術可以在反應室中改變化合物成分和摻雜濃度,適于進行異質(zhì)結構和超晶格、量子阱的生長。
(3)由于薄膜生長是以熱解化學反應的方式進行的,而金屬有機物化學氣相沉積技術可以通過控制反應源氣流和溫度分布來達到薄膜生長的均勻性,因此,金屬有機物化學氣相沉積技術適于多片和大片的生長薄膜,便于工業(yè)化大批量生產(chǎn)。
(4)由于金屬有機物化學氣相沉積技術,因為沒有等離子體(plasma)反應,反應爐體對真空度的規(guī)格要求較低,反應室的結構較簡單,因此可以降低設備的成本。
由于金屬有機物化學氣相沉積技術具有上述優(yōu)點,使得金屬有機物化學氣相沉積技術相關技術及設備發(fā)展愈益蓬勃。然而,金屬有機物化學氣相沉積技術的主要方法是將金屬有機物氣體在氣態(tài)下與別的氣體混合并反應,由于各種不同的氣體是由不同的供氣口提供,使得各種不同的氣體經(jīng)由不同的供氣口將各種氣體送至反應室中進行反應,因此在反應室的設計上,需要考慮供氣結構上供氣口的設計、供氣口相比于襯底(substrate)的相對距離及與加熱溫度間互相的配合,這三大因素對于金屬有機物化學氣相沉積技術的最后形成薄膜的性質(zhì)優(yōu)劣,具有決定性影響。
請參考圖1a為一種現(xiàn)有技術的薄膜工藝設備的示意圖,而圖1b則為一種供氣結構上供氣口的傳統(tǒng)設計示意圖;由圖1a中可看出薄膜工藝設備的反應室200中的氣體224 及223是由供氣結構221上的不同供氣口提供并噴至反應室200中;而一般的在供氣結構 221上的供氣口設計為正交或交錯排列,如圖1b所示。然而,這種正交或交錯排列的供氣方式,大都無法有效將不同氣體混合均勻 ;現(xiàn)舉一例說明若以交錯排列方式將二乙基鋅 (DEZn(g))氣體與水(H2Ow)氣體在反應室中進行反應時,則會在反應室中于兩種氣體混合時才會生成氧化鋅(ZnO)及乙炔(C2H6);很明顯地,由于供氣口的設計因素,造成兩氣體的氣流混合的區(qū)域不大,如圖1c中的影線所示;使得氣體在反應室中無法達到最佳的混合及反應結果,且產(chǎn)生的乙炔氣由于具可燃性,為等待清除廢氣,為清除乙炔氣也增加氣體均勻性控制的困難度。因此,在現(xiàn)有的薄膜工藝設備中的供氣結構可以有改善的空間。發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題,本發(fā)明的一主要目的是在薄膜工藝設備中,設計一種新的供氣結構,使得不同氣體出氣后,能混合更均勻,以利于增加氣體混合和反應效果,使得生成薄膜膜質(zhì)及均勻性更好。
本發(fā)明的另一主要目的是在薄膜工藝設備中,設計一種可以上下或左右移動的供氣結構及可上下移動的載盤,借此可調(diào)整供氣結構與襯底(substrate)的距離,進一步控制薄膜生成狀況,使得生成薄膜效果更好。
本發(fā)明的再一主要目的是針對每一薄膜工藝設備,提供一可上下移動的加熱機構,針對載盤進行加熱與保溫,同時可保溫位于其上的襯底(substrate),使反應得以順利進行。
本發(fā)明還有另一主要目的是提供一種新式供氣結構,在噴氣過程中,可同時移除廢氣,節(jié)省清除廢氣所需成本。
本發(fā)明的還有另一主要目的是提供一薄膜工藝設備,其中包含一傳感器,使得在生成薄膜過程中,得以實時監(jiān)測成膜進度,以利于有效控制,使得生成薄膜效果更好。
本發(fā)明的再一主要目的在于提供一薄膜制作方法,經(jīng)由本薄膜制作方法,可使得最后成膜效果更好,且簡化流程,更有利于使用者方便使用。
為達上述目的,本發(fā)明提供一種薄膜工藝設備,包括用于承載一個襯底的一載盤;一個反應室,為一密閉空間并具有一頂部及相對該頂部的一底部;一個供氣機構,配置于反應室內(nèi)的頂部,具有一對相互隔離的供氣口,可通過相互隔離的供氣口向下噴出不同的氣體;及一輸送機構,配置于反應室內(nèi)的底部,供輸送載盤及襯底至反應室中;其中此薄膜工藝設備的特征在于供氣機構為一同心圓結構的供氣口。
本發(fā)明接著提供一種薄膜工藝設備,包括用于承載一個襯底的一載盤;一個反應室,為一密閉空間且具有一頂部及相對該頂部的一底部;一個供氣機構,配置于反應室內(nèi)的頂部,此供氣機構是由多個具有同心圓結構的供氣口所組成,每一同心圓結構的供氣口的同心圓結構間是相互隔離,可通過每一同心圓結構的供氣口向下噴出氣體,同心圓內(nèi)環(huán)及外環(huán)則各噴出不同氣體;及一個輸送機構,配置于反應室內(nèi)的底部,供輸送載盤及襯底至反應室10中。
本發(fā)明接著再提供一種薄膜工藝系統(tǒng),包括用于承載一個襯底的一載盤;一個第一反應室,此第一反應室配置一加溫設備;一個第二反應室,經(jīng)由一閥門與第一反應室隔離,此第二反應室具有一個頂部及相對頂部的底部;一個第三反應室,經(jīng)由另一閥門與第二反應室隔離,用于提供一降溫環(huán)境;一個輸送機構,配置于第一反應室、第二反應室及第三反應室內(nèi),用于輸送載盤及襯底通過這些反應室;其中薄膜工藝系統(tǒng)的特征在于一供氣機構,配置于第二反應室內(nèi)的頂部,而供氣機構是由多個具有同心 圓結構的供氣口所組成, 每一同心圓結構的供氣口的同心圓結構間是相互隔離,可通過每一同心圓結構的供氣口向下噴出氣體,同心圓內(nèi)環(huán)及外環(huán)則各噴出不同氣體。
本發(fā)明接著再提供一種用于沉積一薄膜于襯底上的薄膜制作方法,包括提供一載盤,用于承載一個襯底;提供一反應室,為一密閉空間,具有一頂部及相對頂部的一底部; 提供一供氣機構,配置于反應室內(nèi)的頂部,供氣機構具有至少一對相互隔離的同心圓結構供氣口,可通過每一同心圓結構的供氣口向下噴出氣體,同心圓內(nèi)環(huán)及外環(huán)則各噴出不同氣體;提供一輸送機構,配置于反應室內(nèi)的底部,供輸送載盤及襯底至反應室中,以使襯底與對相互隔離的同心圓結構供氣口分別向下所噴出的不同的氣體進行反應。
經(jīng)由本發(fā)明所提供的薄膜工藝設備及薄膜制作方法,其通過薄膜工藝設備的供氣機構的為一同心圓結構的供氣口的結構設計,可有效將反應氣體混合均勻,且可控制供氣口與襯底間距,及襯底溫度,進一步可控制薄膜生成情形及其生成效率,使薄膜生成效果更好,以利于使用者生成各種薄膜使用。
圖1a為現(xiàn)有技術示意圖。
圖1b為現(xiàn)有技術的供氣結構的供氣口示意圖。
圖1c為現(xiàn)有技術的供氣結構的供氣口的氣流混合狀態(tài)示意圖。
圖2a為本發(fā)明的薄膜工藝設備的供氣機構的供氣口剖面圖。
圖2b為本發(fā)明的薄膜工藝設備的供氣機構的供氣口下視圖。
圖2c為本發(fā)明的薄膜工藝設備的由多個供氣口所形成的供氣機構剖面圖。
圖3為本發(fā)明的供氣機構的供氣口的氣流混合狀態(tài)示意圖。
圖4a為本發(fā)明的載板設計的一實施例示意圖。
圖4b為本發(fā)明的載板設計的另一實施例示意圖。
圖4c為本發(fā)明的載板設計的另一實施例示意圖。
圖5a為本發(fā)明的薄膜工藝設備的一實施例示意圖。
圖5b為本發(fā)明的薄膜工藝設備的另一實施例示意圖。
圖6a為本發(fā)明的供氣機構的移動方式示意圖。
圖6b為本發(fā)明的供氣機構的另一移動方式不意圖。
圖7a為本發(fā)明的加熱機構的載臺示意圖。
圖7b為本發(fā)明的加熱機構的載臺俯視圖。
圖8a為本發(fā)明的加熱機構的載臺的垂直剖面的一實施例示意圖。
圖8b為本發(fā)明的加熱機構的載臺的垂直剖面的另一實施例示意圖。
圖9為本發(fā)明的薄膜工藝設`備的厚度控制裝置及傳感器示意圖。
圖1Oa為本發(fā)明的薄膜工藝設備的一實施例的側(cè)視示意圖。
圖1Ob為本發(fā)明的薄膜工藝設備的一實施例的俯視示意圖。
圖1la為本發(fā)明的薄膜工藝設備的另一實施例的側(cè)視示意圖。
圖1lb為本發(fā)明的薄膜工藝設備的另一實施例的俯視示意圖。
圖12a為本發(fā)明的薄膜工藝設備的另一實施例的側(cè)視示意圖。
圖12b為本發(fā)明的薄膜工藝設備的另一實施例的俯視示意圖。
圖13a為本發(fā)明的薄膜工藝設備的另一實施例的側(cè)視示意圖。
圖13b為本發(fā)明的薄膜工藝設備的另一實施例的俯視示意圖
圖14為本發(fā)明的薄膜工藝系統(tǒng)的一實施例示意圖。圖15為本發(fā)明的薄膜制作方法的示意圖主要元件符號說明薄膜工藝設備1第一薄膜工藝設備 la第二薄膜工藝設備 lb第三薄膜工藝設備 lc第四薄膜工藝設備 Id薄膜制作方法2反應室10傳動機構11,22供氣機構20,20a,20b供氣口21容置空間211,212,213內(nèi)圓管 214第一流道2141外圓管215第二流道 2151外殼216通孔217,218,219載板22a,22b輸送機構 30載盤31滾動裝置 32襯底33加熱機構 40載臺41儲存區(qū)42加熱器43油源區(qū) 44溫度控制器45循環(huán)管路 46厚度控制裝置50傳感器 51步驟1501、1502、1503、150具體實施例方式由于本發(fā)明主要公開一種關于薄膜工藝設備1及薄膜制作方法2的基本構造及功 能,為便于說明,后續(xù)是以一種金屬有機物化學氣相沉積技術(M0CVD)進行說明;同時,在后續(xù)的金屬有機物化學氣相沉積技術都將以MOCVD來表示,以增加說明書的閱讀性。其中有關于金屬有機物化學氣相沉積技術所形成的薄膜工藝設備I的基本構造及其作用,已為相關技術領域普通技術人員所能明了,因此以下文中的說明,僅針對與本發(fā)明的薄膜工藝設備I及薄膜制作方法2的特征處進行詳細說明。同時,以下文中所對照的附圖,是表達與本發(fā)明特征有關的結構示意,因此未依據(jù)實際尺寸繪制,事先敘明。
首先,請一并參考圖2a至第2c圖,其中圖2a為本發(fā)明的薄膜工藝設備中的供氣機構的供氣口的下視圖;圖2b為本發(fā)明的薄膜工藝設備的供氣機構的供氣口的剖面圖;圖 2c為本發(fā)明的薄膜工藝設備的由多個供氣口所形成的供氣機構的剖面圖。如圖2a所示, 由圖中可看出,本發(fā)明所提供的供氣機構20是將供氣口 21設計為同心圓狀,其是由內(nèi)圓管 214所形成的第一流道2141、外圓管215所形成的第二流道2151以及包覆內(nèi)圓管214及外圓管215的外殼216所組成。很明顯地,本發(fā)明的供氣機構20可以將不同氣體分別從內(nèi)圓管214與外圓管215所組成的第一流道2141及第二流道2151噴出。舉一實施例說明若要成長一層氧化鋅(ZnO)薄膜時,可以在本實施例的第一流道2141提供二乙基鋅(DEZnw) 氣體,而在第二流道2151則提供水(H2Ow)的氣體;當然,也可以是將第一流道2141改為提供水(Η20ω)的氣體,而第二流道2151則改為二乙基鋅(DEZn(g))氣體,對此,本發(fā)明并不加以限定反應氣體從任一流道出口噴出;舉另一實施例說明如下若要成長一層二氟化鎂薄膜(MgF2)薄膜作為ARC防反射鍍層(Ant1-reflective coating)時,可以在本實施例的第一流道2141提供雙(甲基環(huán)戊二烯)鎂氣體(Mg(CH3C5H4)2w),而在第二流道2151則提供四氟化碳(CF4(g))的氣體;當然,也可以是將第一流道2141改為提供四氟化碳(CF4(g))的氣體,而第二流道2151則改為雙(甲基環(huán)戊二烯)鎂氣體(Mg(CH3C5H4)2w),對此,本發(fā)明并不加以限定反應氣體從任一流道出口噴出,且也不限制成長任一種薄膜使用。例如二氟化鎂 (MgF2)的ARC防反射鍍層(ARC film)成膜時,所需的金屬有機物鎂(Metal-organic Mg) 來源及氟素(F)來源氣體可為以下所列雙(環(huán)戊二烯)鎂(Mg(C5H5)2)、雙(環(huán)戊二烯)鎂的異三十烷溶液(Mg (C5H5) 2in C3tlH62)、雙(甲基環(huán)戊二烯)鎂(Mg(CH3C5H4)2)、雙(異丙基環(huán)戊二烯基)鎂(MgQ-C3H7C5H4)2)、雙(甲基環(huán)戊二烯基)鎂(Mg(CH3C5H4)2);下述則為氟素來源氣體的種類四氟化碳(CF4)、四氟乙烯(C2F4)、六氟乙烷(C2F6)、八氟丙烷(C3F8)、三氟化氮(NF3)、氟氣(F2)、氟化氫(HF)、三氟化氯(ClF3)。
因此本發(fā)明的供氣機構20通過其供氣口 21同心圓狀設計,可有效增加反應氣體混合的效果,其混合效果如圖3中的斜線處所示,因此明顯改善現(xiàn)有技術兩氣體的氣流混合的區(qū)域太小的現(xiàn)象。進一步而言,本發(fā)明還可以通過控制供氣機構20的供氣口 21與襯底33間的距離,事先計算出同心圓供氣 口 21的氣體混合狀態(tài),以利于尋找最合適的反應操作距離,有效使得反應氣體生成薄膜效果更好,此部分將于后續(xù)部分說明。
接著,由圖2b的剖面圖可看出,本發(fā)明的供氣機構20的同心圓狀供氣口 21,是以兩不同長度圓管組合而成,分別為內(nèi)圓管214及外圓管215組成,且內(nèi)圓管214長度略長于外圓管215,而內(nèi)圓管214的外徑小于外圓管215的內(nèi)徑,舉一實例說明內(nèi)圓管214 的內(nèi)徑為0· 6 1. Omm,內(nèi)圓管214的外徑為1· 6 2. Omm,夕卜圓管215的內(nèi)徑為3· O 4.Omm,外圓管215的外徑為4· O 5. 0mm。此外,兩管材質(zhì)可以是由不銹鋼(SUS304、 SUS316、SUS316L)、碳復合材料(Carbon Composite)或石墨(Graphite)所選出;而在一優(yōu)選的實施例中,本發(fā)明的供氣機構20的內(nèi)圓管214及外圓管215的表面都經(jīng)由鉆石化碳(Diamond-Like Carbon ;DLC)、二氧化硅(SiO2)或碳化硅(SiC)處理過,有效改變其表面特性,使更為致密,而不會被反應氣體腐蝕。
請再參考圖2b,內(nèi)圓管214及外圓管215兩管的另一出口都與不同反應氣體流路相連接,其中內(nèi)圓管214所形成的第一流道2141的一端是供氣口 21的噴出口,而相對供氣口 21的另一端是與氣體容置空間211相通,因此氣體可經(jīng)由通孔217被導入至容置空間 211中,當容置空間211充滿氣體之后,氣體再經(jīng)由第一流道2141由供氣口 21噴出氣體; 而外圓管215所形成的第二流道2151的一端是供氣口 21的另一噴出口,而相對供氣口 21 的另一端是與另一氣體容置空間212相通,因此氣體可經(jīng)由通孔218被導入至容置空間212 中,當容置空間212充滿氣體之后,氣體再經(jīng)由第二流道2151由供氣口 21噴出氣體;由于內(nèi)圓管214及外圓管215是隔離的,使得不同的反應氣體不會在供氣機構20內(nèi)部互相接觸,因此不會有產(chǎn)生反應的危險性。很明顯地,不相通的內(nèi)圓管214及外圓管215所通入的氣體必須等到經(jīng)由第一流道2141及第二流道2151噴出后,方才開始混合。
此外,本發(fā)明還可以在供氣機構20中增加一個容置空間213,其主要目的是在必要時,可將一熱源經(jīng)由通孔219送至容置空間213中,使得容置空間213具有保溫的功能; 因此,可以通過此容置空間213的設計,對通過第二流道2151的氣體提供一熱源,得使通過第二流道2151的氣體的噴出溫度維持在一溫度范圍;例如將通過第二流道2151的氣體的噴出溫度保持在約60 70°C ;此目的可以避免氣體在反應后,在供氣口 21的第一流道 2141及第二流道2151的出口處產(chǎn)生微塵的沉降或凝結,或粉塵堆積等現(xiàn)象,而使得第一流道2141及第二流道2151的出口被阻塞,而影響出氣效率、成膜質(zhì)量、成膜均勻性,及成膜速率。另外,在容置空間213提供熱源的方式,可以通入較高溫的熱源(例如熱氣、熱水或熱油等)或是在容置空間213裝設加熱裝置等,本發(fā)明也不加以限制。此外,由于襯底33 的表面需要達到特定溫度后,才能進行反應;因此為增加混合氣體在襯底33表面的反應時間,本發(fā)明的另一加熱方式是對襯底33進行加溫,然而,有關對襯底33升溫與維持,將在后段詳細描述。
再接著,請參考圖2c,為本發(fā)明的薄膜工藝設備的由多個供氣口所形成的供氣機構剖面圖。如圖2c所示,本發(fā)明的具有多個供氣口 21所形成的供氣機構20,其是將多個圖 2b中的供氣口 21并行地連接在一起,以形成具有多個供氣口 21的供氣機構20。很明顯地, 在本實施例中,具有多個供氣口 21的供氣機構20是由一個第一容置空間211、多個第二容置空間212以及多個第三容置空間213所形成,并經(jīng)由第一容置空間211及多個第二容置空間212與多個第 一流道2141以及多個第二流道2151相通;其中,多個供氣口 21中的每一個第二容置空間212是相連通的,同時每一個第三容置空間213也是相連通的,故氣體可經(jīng)由通孔218被導入至每一個第二容置空間212中,并當?shù)诙葜每臻g212充滿氣體之后, 氣體再經(jīng)由每一個第二流道2151由每一個供氣口 21噴出氣體;同樣地,在必要時,可將一個熱源經(jīng)由通孔219送至每一個第三容置空間213中,使得每一個第三容置空間213都具有保溫的功能,可得使通過每一個第二流道2151的氣體之噴出溫度維持在一個溫度范圍; 此外,另一氣體也可以經(jīng)由通孔217被導入至第一容置空間211中,并當?shù)谝蝗葜每臻g211 充滿氣體之后,氣體再經(jīng)由每一個第一流道2141由每一個供氣口 21噴出氣體。很明顯地, 在本實施例中,其可以執(zhí)行較大面積的薄膜工藝。
請再參考圖3,其為本發(fā)明的具有一個供氣機構的供氣口的氣流混合狀態(tài)示意圖。由圖3中可看出,兩反應氣體當離開供氣機構20的供氣口 21后,即開始混合,且經(jīng)由適當?shù)卦O計與測量結果,可以設定成在混合氣體當?shù)竭_襯底33位置時,已為混合區(qū)域中的反應氣體已混合在良好狀態(tài),更有利于反應生成薄膜。
接著,請參考圖4a,是本發(fā)明的供氣機構的另一實施例的示意圖。如圖4a所示,本實施例是將多個同心圓供氣口 21配置于一載板22a上,以組合成一個條狀的供氣機構20a ; 同樣地,通過前述的同心圓供氣口 21的結構,可以通過內(nèi)圓管214及外圓管215的不同氣體流路的設計,而可將一種氣體經(jīng)由通孔217導入至容置空間211中,當容置空間211充滿氣體之后,氣體再經(jīng)由每一個第一流道2141自供氣口 21噴出氣體;同時,也可將一種氣體經(jīng)由通孔218導入至容置空間212中,當容置空間212充滿氣體之后,氣體再經(jīng)由每一個第二流道2151自供氣口 21噴出氣體。很明顯地,本發(fā)明對于形成的供氣機構20a的數(shù)量并不加以限制;同時,對多個同心圓之間的距離也不加以限制,而可以依據(jù)使用者的需求,而予以配置多個同心圓狀的供氣結構。
再接著,請參考圖4b,是本發(fā)明的供氣機構的另一實施例的示意圖。如圖4b所示, 本實施例是將多個同心圓供氣口 21配置于一平面載板22b上,以組合成一個平面式的供氣機構20b ;由于,多個同心圓的供氣口 21結構與前述相同,因此不再加以贅述。由于,多個同心圓的供氣口 21結構與前述相同,因此不再加以贅述。但要強調(diào),在圖4a,圖4b,及圖4c 的實施例中,由于要將氣體通過第一流道2141時,其氣體的通孔217可以不止一個,其可以依據(jù)使用者需求而增加,本發(fā)明也不加以限制。
再接著,請參考圖4c,是本發(fā)明的供氣機構的另一實施例的示意圖。如圖4c所示, 本實施例是將多個同心圓供氣口 21配置于一平面載板22b上,以組合成一個平面式的供氣機構20b,由圖4c可看出與圖4b的實施例差異處在于供氣口 21的相對位置,但是由于多個同心圓的供氣口 21結構與前述相同,因此不再加以贅述。但要強調(diào),在圖4a,圖4b,及圖4c 的實施例中,由于要將氣體通過第一流道2141時,其氣體的通孔217可以不止一個,其可以依據(jù)使用者需求而增加,本發(fā)明也不加以限制。
再接著,請參考圖5a,其為本發(fā)明的薄膜工藝設備的一實施例示意圖。如圖5a所示,本發(fā)明的薄膜工藝設備I主要是用來沉積一個薄膜層在一個襯底33上;此薄膜工藝設備I包括一個反應室10,為一密閉空間,可在真空環(huán)境下提供反應氣體在反應室10內(nèi)反應以生成薄膜;一個供氣機構20,配置于反應室10中的頂部上,此供氣機構20具有同心圓的供氣口 21,因此可通過供氣機構20的同心圓的供氣口 21向下噴出反應氣體;一個輸送機構30,其是由多個配置于反應室10內(nèi)底部的滾動裝置32(例如一種滾輪)所組成;以及一個載盤(tray) 31,用于承載一襯底33,其與滾動裝置32接觸并通過滾動裝置32往A 方向移動,用于將載盤31及襯底33送入薄膜工藝設備I中。
請再參考圖5a,本發(fā)明的薄膜工藝設備I的制造方法的步驟包括,首先,將襯底33 置放在載盤31上;接著,將載盤31通過滾動裝置32往A方 向移動,用于將載盤31及襯底 33送入薄膜工藝設備I的反應室10中;在將薄膜工藝設備I上的閥門(未顯示在圖中) 關緊密封,進行抽真空步驟,以使反應室10內(nèi)保持在一真空狀態(tài);再接著,經(jīng)由供氣機構20 的同心圓供氣口 21噴出將反應氣體噴出,并使反應氣體在襯底33上開始反應并生成薄膜。 很明顯地,本實施例的特征即是通過供氣機構20的同心圓供氣口 21噴出反應氣體;例如 供氣機構20的第一流道2141提供二乙基鋅(DEZnw)氣體,而在第二流道2151則提供水(H20(g))的氣體,也可以在第一流道2141提供水(H2Ow)的氣體,第二流道2151提供二乙基鋅(DEZnw)氣體;通過此同心圓供氣口 21的設計,可有效增加反應氣體的混合區(qū)域及效果,其混合區(qū)域如圖3中的斜線處所示,因此明顯改善現(xiàn)有技術兩氣體的氣流混合區(qū)域太小的現(xiàn)象。
本發(fā)明的薄膜工藝設備I中輸送機構30的滾動裝置32設計,其可是順時針及逆時針兩方向回轉(zhuǎn),因此載盤31及襯底33可以往A方向移動或B方向移動,且滾動裝置32 的速度也為可控,用來間接控制反應氣體在襯底33上成膜速度及成膜的厚度;例如若成膜速率較快時,可將滾動裝置32的速度增快,以控制成膜的厚度;反之若成膜速率較慢時, 可將滾動裝置32的速度減慢。
本發(fā)明的薄膜工藝設備I中供氣機構20可以移動,其可以在反應室10中沿A方向移動或B方向進行左右移動,如圖6a所示;同時,供氣機構20也可以在反應室10中沿X 方向移動或Y方向進行上下移動,如圖6b所示;其中A方向及B方向與X方向及Y方向是相互垂直的。同樣地,可通過對供氣機構20移動的控制,使得本發(fā)明的成膜速度及成膜的厚度可以控制的更精準。此外,帶動供氣機構20移動的方式,可以是步進馬達(未顯示在圖中)。很明顯地,前述的供氣機構20a的實施例也適用在反應室10中沿A方向移動或B 方向進行左右移動、也可以沿X方向移動或Y方向進行上下移動。
再接著,請參考圖5b,其為本發(fā)明的薄膜工藝設備的另一實施例示意圖。如圖5b 所示,本實施例的薄膜工藝設備1,包括一個反應室10,為一密閉空間,可在真空環(huán)境下提供反應氣體在反應室10內(nèi)反應以生成薄膜;一個供氣機構20b,配置于反應室10中的頂部上,此供氣機構20b為一配置有多個同心圓供氣口 21的一平面載板22b,因此可通過供氣機構20b的同心圓的供氣口 21向下噴出反應氣體;一個輸送機構30,其是由多個配置于反應室10內(nèi)底部的滾動裝置32所組成;以及一個載盤31,用于承載一襯底33,其與滾動裝置32 接觸并通過滾動裝置32往A方向移動,用于將載盤31及襯底33送入薄膜工藝設備I中。 由于圖5b與圖5a間的差異處在于圖5b中的供氣機構20b為一配置有多個同心圓供氣口 21的一平面載板22b,因此供氣機構20b可以通過供氣機構20b的同心圓的供氣口 21向下噴出反應氣體,來提供一個面積的成膜;因此,在圖5b的實施例中,供氣機構20b只需要對 X方向移動或Y方向進行上下的移動,即可達到對成膜速度及成膜的厚度的精準控制。而圖 5b其它的制造步驟與圖5a的實施方式相同,因此不再贅述。
請參考圖7a及圖7b,其為本發(fā)明的具有加熱機構的薄膜工藝設備的實施例示意圖,其中圖7a為加熱機構40在薄膜工藝設備I中的移動位置示意圖(在圖中未顯示滾動裝置32);而圖7b為相對圖7a的俯視圖。如圖7a所示,當輸送機構30被送至反應室10內(nèi), 之后,可移動的加熱機構40即會與載盤31接觸,是通過加熱機構40的載臺41與載盤31 接觸,其中,加熱機構40的載臺41還可以具有上下移動(即在X方向移動或Y方向移動) 的功能,將載盤31及位于載盤31上的襯底33向供氣機構20的同心圓供氣口 21處移動; 可通過對載臺41位置的移動來控制襯底33向供氣機構20的同心圓供氣口 21間的距離, 來達到控制成膜速度及成膜的厚度。此外,也可由圖7b中可看出,載盤31是通過滾動裝置 32滾動方式,往前或往后輸送移動,圖中虛線部位為載臺41的大小示意,也就是與載盤31 接觸范圍的示意圖。
再接著,為了增加混合氣體在襯底33表面的反應時間,需要將襯底33加熱;因此本實施例的加熱機構40即具有加熱保溫及上下移動功能,除可以由載臺41的上下移動來帶動載盤31及襯底33在反應室10中上下移動,因此可在成膜過程中控制供氣口 21與襯底33間的距離,使得可有效控制薄膜生長的效果外;加熱機構40還具有加熱的功能,其結構說明如下。
請參考圖8a,為本發(fā)明的加熱機構的一實施例的剖面示意圖。如圖8a所示,加熱機構40為一中空的構造,即在加熱機構40中形成一個儲存區(qū)42,此儲存區(qū)42可以容置或儲存一熱源;例如本實施的熱源是使用一種油,其經(jīng)一個加熱器43對油源區(qū)44的油進行加熱后,將被加熱后的油送至儲存區(qū)42中,使得加熱機構40的載臺41溫度升高;當載臺 41升起并與載盤31接觸后,即可將熱由載盤31傳遞到襯底33上,使得襯底33的表面溫度升高。因此當加熱機構40中的儲存區(qū)42持續(xù)處于油浴保溫狀態(tài)中時,即能維持襯底33 的表面在一定溫度范圍,可讓兩混合氣體在載臺41附近反應,以增加混合氣體在襯底33表面的反應時間。當然,在本實施例中,是通過一個溫度控制器45來控制油溫。在此要強調(diào), 本發(fā)明是以控制油溫來進行對襯底33加熱的目的,是因為對油溫的控制精確度可以達到 ±0.5°C;同時,油溫還可以被加熱至最高溫可至350°C,因此適合于生成氧化鋅(ZnO)薄膜時的工藝(因于生成氧化鋅(ZnO)薄膜的操作溫度為180 230°C )。因此本發(fā)明即是使用油具有溫度控制的精確度并且可以提供較高的溫度操作區(qū)間的特性,使得本實施例通過對襯底33的表面溫度的精確控制,可讓薄膜成長的厚度精準控制。此外,本發(fā)明并不限制對油源區(qū)44的油進行加熱的方式,也可以選擇鹵素燈、輻射增溫、電阻抗型加溫等方式加 熱。
請再參考圖8b,為本發(fā)明的加熱機構的另一實施例的垂直剖面示意圖。如圖8b所示,本實施例的加熱機構40中配置有循環(huán)管路46,此循環(huán)管路46的一端是與油源區(qū)44相通,而循環(huán)管路46的另一端是與油源區(qū)44連接。因此油源區(qū)44的油經(jīng)加熱器43加熱后, 再經(jīng)由泵(pump)輸送至循環(huán)管路46,在循環(huán)管路46中繞一圈后回至油源區(qū)44后,再經(jīng)加熱器43加熱;同時,本實施例還安裝一溫度控制器45,因此對溫度低或高進行設定及控制, 以增加溫度精確度。經(jīng)此則加熱后的油可在循環(huán)管路46中循環(huán)流動,因此可使載臺41維持在設定溫度,同時載臺41上的襯底33也可維持在設定溫度。
請參考圖9,為本發(fā)明的薄膜工藝設備的厚度控制裝置及傳感器示意圖。如圖9所示,本實施例的薄膜工藝設備I的頂端安裝了至少一個傳感器(sensor) 51,傳感器51排列可以是呈間隔排列方式;本實施例的感測方式是以雷射或特定波長范圍的光束(未顯示在圖中)照射襯底33后,傳感器51偵測襯底33的反射光信號,并將反射光信號傳送至厚度控制裝置50后,厚度控制裝置50根據(jù)反射光信號即可精確地計算出目前薄膜成長的厚度或膜質(zhì)的特性;若當計算出薄膜厚度較低時會增加兩個反應氣體的供給量,以加快薄膜成長的速率;若當計算出薄膜厚度較高時,則會減少兩個反應氣體的供給量,以減緩薄膜成長的速率。以及膜質(zhì)發(fā)生變動時,可以改變兩個反應氣體的供給量比例或調(diào)整溫度控制器藉以微調(diào)加熱器的溫度,達到微調(diào)膜質(zhì)至最佳化的狀態(tài)。通過此厚度控制裝置50以及傳感器 51的配置,使得使用者可以方便地設定及控制薄膜成長的反應速率。
接著,將本發(fā)明前述的功能進行完整的操作說明。首先,請參考圖1Oa及圖10b,為本發(fā)明的薄膜工藝設備一實施例的側(cè)視示意圖,而圖1Ob則為圖1Oa的俯視示意圖。如圖1Oa所示,薄膜工藝設備I包括一個反應室10,為一密閉空間,可在真空環(huán)境下提供反應氣體在反應室10內(nèi)反應以生成薄膜;一個供氣機構20,配置于反應室10中的頂部上,此供氣機構20具有同心圓的供氣口 21,因此可通過供氣機構20的同心圓的供氣口 21向下噴出反應氣體;一個輸送機構30,其是由多個配置于反應室10內(nèi)底部的滾動裝置32所組成;以及一個載盤31,用于承載一襯底33,其與滾動裝置32接觸并通過滾動裝置32往A方向移動, 用于將載盤31及襯底33送入薄膜工藝設備I中。在本實施例中,其適用供氣機構20 (即圖2a的供氣機構)及供氣機構20a(即圖4a的供氣機構),其可通過在反應室10頂部上配置的第一傳動機構22 (例如步進馬達),使得供氣機構20及供氣機構20a可以在第一方向上向前及向后移動;同時,也可再通過在反應室10頂部上配置的第二傳動機構11 (例如步進馬達),使得供氣機構20及供氣機構20a可以在水平方向上相互正交的第二方向上向左及向右移動;也就是本實施例的供氣機構20及供氣機構20a可以經(jīng)由傳動機構11、 22的帶動,使得供氣機構20及供氣機構20a可以在反應室10頂部的水平位置上進行前后左右的移動,使其移動范圍可以涵蓋載盤31及襯底33。同時,在本實施例中,還可以提供一個加熱機構40,通過此加熱機構40的載臺41 (未顯示在圖1Oa中,但請參考圖7a)與載盤31接觸,除了可以對位于載盤31上的襯底33加熱外,也可以將載盤31及襯底33升高, 使得襯底33與供氣機構20及供氣機構20a間的距離縮小,來達到控制薄膜的成長。在此要強調(diào),圖1Oa及圖1Ob中的傳動機構11、22是使用既有的技術來達成,因此未對傳動機構 11、22的結構作詳細的說明,然此并不會對本發(fā)明的技術手段及特征造成影響。
請再參考圖1la及圖11b,其中圖1la為本發(fā)明的薄膜工藝設備的另一實施例的側(cè)視示意圖,而圖1lb則為圖1la的俯視示意圖。本實施例的圖1la是在圖1Oa的實施例中, 再增加供氣機構20及供氣機構20a可以在反應室10的X方向移動或Y方向移動的功能, 使得本實施例的薄膜工藝設備I更具有控制薄膜成長的能力。同樣地,在圖1la及圖1lb 中的傳動機構11、22以及帶動供氣機構20及供氣機構20a在X方向移動及Y方向移動的機構,都是使用即有的技術來達成,因此未對傳動機構11、22以及帶動供氣機構20及供氣機構20a在X方向移動及Y方向移動的機構的結構作詳細的說明,然此并不會對本發(fā)明的技術手段及特征造成影響。
請參考圖12a及圖12b,為本發(fā)明的薄膜工藝設備的另一實施例的側(cè)視示意圖,圖 12b則為圖12a實施例的俯視示意圖。如圖12a所示,本實施例的薄膜工藝設備I,包括 一個反應室10,為一密閉空間,可在真空環(huán)境下提供反應氣體于反應室10內(nèi)反應以生成薄膜;一個供氣機構20b,配置于反應室10中的頂部上,此供氣機構20b為一配置有多個同心圓供氣口 21的一平面載板22b,因此可通過供氣機構20b的同心圓的供氣口 21向下噴出反應氣體;一個輸送機構30,其是由多個配置于反應室10內(nèi)底部的滾動裝置32所組成;以及一個載盤31,用于承載一襯底33,其與滾動裝置32接觸并通過滾動裝置32往A方向移動,用于將載盤31及襯底33送入薄膜工藝設備I中;其中本實施例的供氣機構20b為一個配置有多個同心圓供氣口 21的一平面載板22b,因此供氣機構20b可以通過供氣機構20b 的同心圓的供氣口 21向下噴出反應氣體,來提供一個面積的成膜;同時,在本實施例 中,還可以提供一個加熱機構40,通過此加熱機構40的載臺41 (未顯示在圖12a中,但請參考圖 7a)與載盤31接觸,除了可以對位于載盤31上的襯底33加熱外,也可以將載盤31及襯底 33升高,使得襯底33與供氣機構20b間的距離縮小,來達到控制薄膜的成長。
請參考圖13a及圖13b,為本發(fā)明的薄膜工藝設備的另一實施例的側(cè)視示意圖,圖 13b則為圖13a實施例的俯視示意圖。本實施例的圖13a是在圖12a的實施例中,再增加對供氣機構20b在反應室10的X方向移動或Y方向移動的功能,也同時可以調(diào)整襯底33與供氣機構20b間的距離,使得本實施例的薄膜工藝設備I可以縮短薄膜成長的時間。
請再參考圖14,為本發(fā)明的薄膜工藝系統(tǒng)的一實施例示意圖。如圖14所示,本發(fā)明的薄膜工藝系統(tǒng)是將多個薄膜工藝設備I相連接并組成一完整機臺。首先,將襯底33放置于載盤31上,其中襯底33的大小為從300 X 300mm至2200 X 2500mm的玻璃襯底33 ;之后,將載盤31及襯底33由方向A送進第一薄膜工藝設備la,接著,在反應室10中先以鹵素燈(lamp)輻射加溫方式,將襯底33加熱至約140 220°C,在此加熱的同時,第二薄膜工藝設備lb、第三薄膜工藝設備lc、第四薄膜工藝設備Id以真空泵抽至真空狀態(tài)約O. OlTorr 以下,且每一薄膜工藝設備I間都是以閘閥相間隔,具良好隔絕性,當閘閥關閉后,不同薄膜工藝設備I間并不會互相影響,所生成薄膜也不會互相污染。接著,本實施例以生成氧化鋅(ZnO)薄膜為例,來說明薄膜工藝系統(tǒng)的操作過程。當襯底33進入第二薄膜工藝設備Ib 時,兩種反應氣體分別為二乙基鋅(DEZnw)及水(H2Ow)且經(jīng)由供氣機構20的同心圓供氣口 21噴入反應室10內(nèi)部空間;當此處供氣機構20的為供氣機構20b的平板設計,則每一個同心圓供氣口 21待閘閥關閉后,即開始出氣混合反應成膜;若此處的供氣機構20為條狀結構的供氣機構20a時,則每一個同心圓供氣口 21會先于載盤31上進行預噴動作,待氣流混合呈穩(wěn)定態(tài)后,才開始噴出兩種反應氣體在襯底33上成膜,此時襯底33的表面溫度可以由加熱機構40的載臺41 (未顯示在圖14中,但請參考圖7a)與載盤31接觸,加熱并維持約140 200°C,以使反應氣體在襯底33上生成氧化鋅(ZnO)薄膜;當偵測到氧化鋅(ZnO) 薄膜的厚度到達設定值后,則停止出氣并離開第二薄膜工藝設備Ib進入第三薄膜工藝設備Ic ;此時,即可根據(jù)第三薄膜工藝設備Ic中所供應的不同反應氣體的種類、噴氣速率及襯底33溫度設定,即可改生成不同種類的薄膜;例如以Mg(CH3C5H4)2ig)(雙(甲基環(huán)戊二烯)鎂)及四氟化碳(CF4tg))反應生成二氟化鎂薄膜(MgF2)薄膜;同樣地,待第三薄膜工藝設備Ic成長完成后,即可再進入第四薄膜工藝設備ld,以成長另一薄膜層;由于各薄膜工藝設備I間彼此獨立,因此并不互相影響,因此可依使用者安排,生成工藝所需薄膜。當薄膜生長完成后,此時進入最后一個薄膜工藝設備1,在此單元中以加入氮氣(N2)方式,予以降溫至約30 60°C,并供后續(xù)處理,且在任一薄膜工藝設備I其中的供氣機構20,均可以上下或左右移動,同時加熱機構40的載臺41也可以升高或降低,借此來對供氣機構20供氣口 21與襯底33間距離配置薄膜成長的厚度做最佳的控制,以利于生成高質(zhì)量的薄膜。
本發(fā)明還具一特出優(yōu)異點,陳述如下以生成氧化鋅(ZnO)薄膜為例,當二乙基鋅 (DEZnw)及水(H2Ow)反應后除生成氧化鋅(ZnO)外,同時會產(chǎn)生乙炔氣體,為待清除廢氣, 傳統(tǒng)方式必需加強真空抽氣,但抽氣過強會影響反應氣體氣流的均勻性,本發(fā)明的供氣機構20的同心圓供氣口 21結構,則由于混合良好緣故,因此雖同樣有乙炔氣體生成,但每一同心圓供氣口 21就如一 風扇般,不斷噴出反應氣體,有效取代了乙炔的位置,使得乙炔氣體的排除過程不會影響成膜均勻性,且清除更為簡易,此點也為本發(fā)明的一大優(yōu)點。
本發(fā)明同時提供一種用于沉積生成薄膜于襯底33上的薄膜制作方法2,薄膜制作方法2包括步驟1501 :提供一反應室10,形成一密閉空間,供反應氣體在反應室10內(nèi)反應并生成薄膜;步驟1502 :提供一供氣機構20,安置于反應室10內(nèi)上部,可通過供氣口 21向下噴反應氣體,其中供氣機構20的供氣口 21呈同心圓狀;步驟1503 :提供一輸送機構30, 安置于反應室10內(nèi)下部,供輸送襯底33使用;及步驟1504 :提供一加熱機構40,安置于輸送機構30下方,一面與輸送機構30底面相接觸,以加熱襯底33。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例,并非用于限定本發(fā)明的申請專利權利;同時以上的描述,對于熟知本技術領域的普通技術人員應可·明了及實施,因此其它未脫離本發(fā)明所公開的精神下所完成的等同改變或修飾,均應包含在權利要求中。·
權利要求
1.一種薄膜工藝設備,包括 一載盤,用于承載一襯底; 一反應室,為一密閉空間,具有一頂部及相對該頂部的一底部; 一供氣機構,配置于該反應室內(nèi)的該頂部,具有一對相互隔離的供氣口,可通過該對相互隔離的供氣口向下噴出不同的氣體;及 一輸送機構,配置于該反應室內(nèi)的該底部,供輸送該載盤及該襯底至該反應室中; 其中該供氣機構的為一同心圓結構的供氣口。
2.一種薄膜工藝設備,其特征在于,包括 一載盤,用于承載一襯底; 一反應室,為一密閉空間,具有一頂部及相對該頂部的一底部; 一供氣機構,配置于該反應室內(nèi)的該頂部,該供氣機構是由多個具有同心圓結構的供氣口所組成,每一該同心圓結構的供氣口的同心圓結構間是相互隔離,可通過每一該同心圓結構的供氣口向下噴出不同的氣體;及 一輸送機構,配置于該反應室內(nèi)的該底部,供輸送該載盤及該襯底至該反應室中。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的薄膜工藝設備,其特征在于,該供氣機構被一傳動機構帶動在該頂部的兩側(cè)間移動。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的薄膜工藝設備,其特征在于,該供氣機構被一傳動機構帶動在該頂部與該底部之間移動。
5.根據(jù)權利要求2所述的薄膜工藝設備,其特征在于,該多個具有同心圓結構的供氣口所組成的該供氣機構為一條狀結構。
6.根據(jù)權利要求5所述的薄膜工藝設備,其特征在于,該條狀結構的供氣機構被一傳動機構帶動在該頂部的兩側(cè)間移動。
7.根據(jù)權利要求5所述的薄膜工藝設備,其特征在于,該條狀結構的供氣機構被一傳動機構帶動在該頂部與該底部之間移動。
8.根據(jù)權利要求2所述的薄膜工藝設備,其特征在于,該多個具有同心圓結構的供氣口所組成的該供氣機構為一平板結構。
9.根據(jù)權利要求8所述的薄膜工藝設備,其特征在于,該平板結構的供氣機構經(jīng)由一傳動機構帶動在該頂部與該底部之間移動。
10.根據(jù)權利要求1所述的薄膜工藝設備,其特征在于,該同心圓結構的供氣口是由一內(nèi)圓管形成一第一流道,一外圓管形成一第二流道以及包覆該內(nèi)圓管及該外圓管的一外殼所組成。
11.根據(jù)權利要求10所述的薄膜工藝設備,其特征在于,該第一流道的一端與該供氣口相通,而該第一流道的另一端是與一第一容置空間相通。
12.根據(jù)權利要求10所述的薄膜工藝設備,其特征在于,該第二流道的一端與該供氣口相通,而該第二流道的另一端是與一第二容置空間相通。
13.根據(jù)權利要求10的薄膜工藝設備,其特征在于,其進一步包括一第三容置空間,該第三容置空間與該第二容置空間及該外圓管相鄰。
14.根據(jù)權利要求1或2所述的薄膜工藝設備,其特征在于,其進一步在該反應室的該頂部上配合多個感應裝置。
15.一種用于在一襯底上沉積一薄膜的薄膜制作方法,其特征在于,包括 提供一載盤,且該載盤承載一襯底; 提供一反應室,為一密閉空間,具有一頂部及相對該頂部的一底部; 提供一供氣機構,配置于該反應室內(nèi)的該頂部,該供氣機構具有至少一對相互隔離的同心圓結構供氣口,可通過每一該對相互隔離的同心圓結構供氣口分別向下噴出不同的氣體; 提供一輸送機構,配置于該反應室內(nèi)的該底部,供輸送該載盤及該襯底至該反應室中,以使該襯底與該對相互隔離的同心圓結構供氣口分別向下所噴出的不同的氣體進行反應。
16.根據(jù)權利要求15所述的薄膜制作方法,其特征在于,該供氣機構被一傳動機構帶動在該頂部的兩側(cè)間移動。
17.根據(jù)權利要求15所述的薄膜制作方法,其特征在于,該供氣機構被一傳動機構帶動在該頂部與該底部之間移動。
18.—種薄膜工藝系統(tǒng),包括 一載盤,用于承載一襯底; 一第一反應室,該第一反應室配置一加溫設備; 一第二反應室,經(jīng)由一閥門與該第一反應室隔離,該第二反應室具有一頂部及相對該頂部的一底部; 一第三反應室,經(jīng)由另一閥門與該第二反應室隔離,用于提供一降溫環(huán)境; 一輸送機構,配置于該第一反應室、該第二反應室及該第三反應室內(nèi),用于輸送該載盤及該襯底通過這些反應室; 其中該薄膜工藝系統(tǒng)的特征在于 一供氣機構,配置于該第二反應室內(nèi)的該頂部,該供氣機構是由多個具有同心圓結構的供氣口所組成,每一該同心圓結構的供氣口的同心圓結構間是相互隔離,可通過每一該同心圓結構的供氣口向下噴出不同的氣體。
19.根據(jù)權利要求18所述的薄膜工藝系統(tǒng),其特征在于,該供氣機構被一傳動機構帶動在該頂部的兩側(cè)間移動。
20.根據(jù)權利要求18所述的薄膜工藝系統(tǒng),其特征在于,該供氣機構被一傳動機構帶動在該頂部與該底部之間移動。
全文摘要
本發(fā)明是有關于一種薄膜工藝設備及一種薄膜制作方法,該薄膜工藝設備包括一個反應室、一個供氣機構及一個輸送機構,本發(fā)明的技術特征在于供氣機構的供氣口呈同心圓狀。通過此設計可使得不同氣體出氣后,能混合更均勻,以利于增加氣體反應效果,使得生成薄膜效果更好。
文檔編號C23C16/455GK103031534SQ20111030388
公開日2013年4月10日 申請日期2011年9月28日 優(yōu)先權日2011年9月28日
發(fā)明者蕭盈詩, 吉村俊秋 申請人:核心能源實業(yè)有限公司, 吉村俊秋