TWI495757B - 薄膜製程設備及其製作流程 - Google Patents

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TWI495757B
TWI495757B TW100133379A TW100133379A TWI495757B TW I495757 B TWI495757 B TW I495757B TW 100133379 A TW100133379 A TW 100133379A TW 100133379 A TW100133379 A TW 100133379A TW I495757 B TWI495757 B TW I495757B
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Ying Shih Hsiao
Toshiaki Yoshimura
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Kern Energy Entpr Co Ltd
Toshiaki Yoshimura
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    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
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Description

薄膜製程設備及其製作流程
本發明係有關於一種薄膜製程設備及薄膜製作方法，特別是有關於一種薄膜製程設備中的供氣結構，藉由此供氣結構之設計，可使薄膜製程設備中的反應氣體均勻混合並且加速完成反應。
隨著半導體製程技術的演進，已有愈來愈多的產品需要使用薄膜製程設備，在基板上成長一層薄膜。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)及有機金屬化學氣相沈積技術(MOCVD)等。特別是在太陽能光電相關產業中，大都使用有機金屬化學氣相沈積技術來成長薄膜，這是因為有機金屬化學氣相沈積技術(MOCVD)具有如下之優點：
(1)用於生長化合物半導體材料的各成分和掺雜劑都是以氣態方式通入反應室，而有機金屬化學氣相沈積技術可以通過精確控制氣態源的流量和通斷時間來控制生成薄膜的成分、掺雜濃度、厚度等，適於生長薄層和超薄層材料。
(2)由於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，而有機金屬化學氣相沈積技術可以在反應室中改變化合物成分和掺雜濃度，適於進行異質結構和超晶格、量子阱的生長。
(3)由於薄膜生長是以熱解化學反應的方式進行的，而有機金屬化學氣相沈積技術可以藉由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，有機金屬化學氣相沈積技術適於多片和大片的生長薄膜，便於工業化大批量生產。
(4)由於有機金屬化學氣相沈積技術，因為沒有電漿(plasma)反應，反應爐體對真空度的規格要求較低，反應室的結構較簡單，故可以降低設備之成本。
由於有機金屬化學氣相沈積技術具有上述優點，使得有機金屬化學氣相沈積技術相關技術及設備發展愈益蓬勃。然而，有機金屬化學氣相沈積技術之主要方法是將有機金屬氣體於氣態下與別的氣體混合並反應，由於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之設計、供氣口相較於基板(substrate)的相對距離及與加熱溫度間互相之配合，這三大因素對於有機金屬化學氣相沈積技術的最後形成薄膜之性質優劣，具有決定性影響。
請參考第1a圖為一種先前技術的薄膜製程設備之示意圖，而第1b圖則為一種供氣結構上供氣口之傳統設計示意圖；由第1a圖中可看出薄膜製程設備的反應室200中的氣體224及223是由供氣結構221上的不同供氣口提供並噴至反應室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，如第1b圖所示。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；現舉一例說明：若以交錯排列方式將二乙基鋅(DEZn(g))氣體與水(H2O(g))氣體在反應室中進行反應時，則會在反應室中於兩種氣體混合時才會生成氧化鋅(ZnO)及乙炔(C2H6)；很明顯地，由於供氣口之設計因素，造成兩氣體之氣流混合的區域不大，如第1c圖中的影線所示；使得氣體在反應室中無法達到最佳之混合及反應結果，且產生之乙炔氣由於具可燃性，為待清除廢氣，為清除乙炔氣也增加氣體均勻性控制的困難度。因此，在現有的薄膜製程設備中的供氣結構是可以有改善的空間。
為了解決上述問題，本發明之一主要目的是於薄膜製程設備中，設計一種新的供氣結構，使得不同氣體出氣後，能混合更均勻，俾利於增加氣體混合暨反應效果，使得生成薄膜膜質及均勻性更佳。
本發明之另一主要目的是於薄膜製程設備中，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，藉此可調整供氣結構與基板(substrate)的距離，進一步控制薄膜生成狀況，使得生成薄膜效果更佳。
本發明之再一主要目的是針對每一薄膜製程設備，提供一可上下移動的加熱機構，針對載盤進行加熱與保溫，同時可保溫位於其上之基板(substrate)，使反應得以順利進行。
本發明還有另一主要目的是提供一種新式供氣結構，於噴氣過程中，可同時移除廢氣，節省清除廢氣所需成本。
本發明之還有另一主要目的是提供一薄膜製程設備，其中包含一感測器，使得於生成薄膜過程中，得以即時監測成膜進度，俾利於有效控制，使得生成薄膜效果更佳。
本發明之再一主要目的在於提供一薄膜製作流程，經由本薄膜製作流程，可使得最後成膜效果更佳，且簡化流程，更有利於使用者方便使用。
為達上述目的，本發明提供一種薄膜製程設備，包括：用以承載一個基板的一載盤；一個反應室，為一密閉空間並具有一頂部及相對該頂部之一底部；一個供氣機構，係配置於反應室內之頂部，具有一對相互隔離的供氣口，可透過相互隔離的供氣口向下噴出不同的氣體；及一輸送機構，係配置於反應室內之底部，供輸送載盤及基板至反應室中；其中此薄膜製程設備之特徵在於：供氣機構之為一同心圓結構之供氣口。
本發明接著提供一種薄膜製程設備，包括：用以承載一個基板的一載盤；一個反應室，係為一密閉空間且具有一頂部及相對該頂部之一底部；一個供氣機構，係配置於反應室內之頂部，此供氣機構是由複數個具有同心圓結構之供氣口所組成，每一同心圓結構之供氣口之同心圓結構間是相互隔離，可透過每一同心圓結構之供氣口向下噴出氣體，同心圓內環及外環則各噴出不同氣體；及一個輸送機構，係配置於反應室內之底部，供輸送載盤及基板至反應室10中。
本發明接著再提供一種薄膜製程系統，包括：用以承載一個基板的一載盤；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之底部；一個第三反應室，經由另一閥門與第二反應室隔離，用以提供一降溫環境；一個輸送機構，係配置於第一反應室、第二反應室及第三反應室內，用以輸送載盤及基板通過每一至該反應室；其中薄膜製程系統之特徵在於：一供氣機構，係配置於第二反應室內之頂部，而供氣機構是由複數個具有同心圓結構之供氣口所組成，每一同心圓結構之供氣口之同心圓結構間是相互隔離，可透過每一同心圓結構之供氣口向下噴出氣體，同心圓內環及外環則各噴出不同氣體。
本發明接著再提供一種用以沉積一薄膜於基板上的薄膜製作方法，包括：提供一載盤，用以承載一個基板；提供一反應室，係為一密閉空間，具有一頂部及相對頂部之一底部；提供一供氣機構，係配置於反應室內之頂部，供氣機構具有至少一對相互隔離的同心圓結構供氣口，可透過每一同心圓結構之供氣口向下噴出氣體，同心圓內環及外環則各噴出不同氣體；提供一輸送機構，係配置於反應室內之底部，供輸送載盤及基板至反應室中，以使基板與對相互隔離的同心圓結構供氣口分別向下所噴出之不同的氣體進行反應。
經由本發明所提供之薄膜製程設備及薄膜製作方法，其藉由薄膜製程設備之供氣機構之為一同心圓結構之供氣口之結構設計，可有效將反應氣體混合均勻，且可控制供氣口與基板間距，及基板溫度，進一步可控制薄膜生成情形及其生成效率，使薄膜生成效果更佳，俾利於使用者生成各式薄膜使用。
由於本發明主要係揭露一種關於薄膜製程設備1及薄膜製作流程2的 基本構造及功能，為便於說明，後續是以一種有機金屬化學氣相沈積技術(MOCVD)進行說明；同時，在後續的有機金屬化學氣相沈積技術都將以MOCVD來表示，以增加說明書的閱讀性。其中有關於有機金屬化學氣相沈積技術所形成的薄膜製程設備1之基本構造及其作用，已為相關技術領域具有通常知識者所能明瞭，故以下文中之說明，僅針對與本發明之薄膜製程設備1及薄膜製作流程2之特徵處進行詳細說明。同時，以下文中所對照之圖式，係表達與本發明特徵有關之結構示意，故未依據實際尺寸繪製，合先敘明。
首先，請一併參考第2a圖至第2c圖，其中第2a圖為本發明之薄膜製程設備中的之供氣機構之供氣口之下視圖；第2b圖為本發明之薄膜製程設備之供氣機構之供氣口之剖面圖；第2c圖，為本發明之薄膜製程設備之由多個供氣口所形成之供氣機構之剖面圖。如第2a圖所示，由圖中可看出，本發明所提供之供氣機構20是將供氣口21設計為同心圓狀，其是由內圓管214所形成之第一流道2141、外圓管215所形成之第二流道2151以及包覆內圓管214及外圓管215的外殼216所組成。很明顯地，本發明之供氣機構20可以將不同氣體分別從內圓管214與外圓管215所組成之第一流道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(DEZn(g))氣體，而在第二流道2151則提供水(H2O(g))之氣體；當然，也可以是將第一流道2141改為提供水(H2O(g))之氣體，而第二流道2151則改為二乙基鋅(DEZn(g))氣體，對此，本發明並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抗反射鍍層(Anti-reflective coating)時，可以在本實施例的第一流道2141提供雙(甲基環戊二烯)鎂氣體(Mg(CH3C5H4)2(g))，而在第二流道2151則提供四氟化碳(CF4(g))之氣體；當然，也可以是將第一流道2141改為提供四氟化碳(CF4(g))之氣體，而第二流道2151則改為雙(甲基環戊二烯)鎂氣體 (Mg(CH3C5H4)2(g))，對此，本發明並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)之ARC抗反射鍍層(ARC film)成膜時，所需的有機金屬鎂(Metal-organic Mg)來源及氟素(F)來源氣體可為以下所列：雙(環戊二烯)鎂(Mg(C5H5)2)、雙(環戊二烯)鎂之異三十烷溶液(Mg(C5H5)2 in C30H62)、雙(甲基環戊二烯)鎂(Mg(CH3C5H4)2)、雙(異丙基環戊二烯基)鎂(Mg(i-C3H7C5H4)2)、雙(甲基環戊二烯基)鎂(Mg(CH3C5H4)2)；下述則為氟素來源氣體之種類：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)。
故本發明之供氣機構20藉由其供氣口21同心圓狀設計，可有效增加反應氣體混合之效果，其混合效果如第3圖中的斜線處所示，故明顯改善先前技術兩氣體之氣流混合的區域太小的現象。進一步而言，本發明還可以藉由控制供氣機構20之供氣口21與基板33間之距離，事先計算出同心圓供氣口21之氣體混合狀態，俾利於尋找最適反應操作距離，有效使得反應氣體生成薄膜效果更佳，此部份將於後續說明。
接著，由第2b圖之剖面圖可看出，本發明之供氣機構20之同心圓狀供氣口21，是以兩不同長度圓管組合而成，分別為內圓管214及外圓管215組成，且內圓管214長度略長於外圓管215，而內圓管214的外徑小於外圓管215的內徑，舉一實例說明：內圓管214之內徑為：0.6~1.0mm，內圓管214之外徑為：1.6~2.0mm，外圓管215之內徑為：3.0~4.0mm，外圓管215之外徑為：4.0~5.0mm。此外，兩管材質可以是由不鏽鋼(SUS304、SUS316、SUS316L)、碳複合材料(Carbon Composite)或石墨(Graphite)所選出；而在一較佳之實施例中，本發明之供氣機構20之內圓管214及外圓管215之表面皆經由鑽石化碳(Diamond-Like Carbon；DLC)、二氧化矽(SiO2)或碳化矽(SiC)處理過，有效改變其表面特性，使更為緻密，而不會被反應氣體腐蝕。
請再參考第2b圖，內圓管214及外圓管215兩管之另一出口皆與不同反應氣體流路相連接，其中內圓管214所形成之第一流道2141之一端是供氣口21的噴出口，而相對供氣口21之另一端是與氣體容置空間211相通，故氣體可經由通孔217被導入至容置空間211中，當容置空間211充滿氣體之後，氣體再經由第一流道2141由供氣口21噴出氣體；而外圓管215所形成之第二流道2151之一端是供氣口21的另一噴出口，而相對供氣口21之另一端是與另一氣體容置空間212相通，故氣體可經由通孔218被導入至容置空間212中，當容置空間212充滿氣體之後，氣體再經由第二流道2151由供氣口21噴出氣體；由於內圓管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內部互相接觸，故不會有產生反應之危險性。很明顯地，不相通的內圓管214及外圓管215所通入的氣體必須等到經由第一流道2141及第二流道2151噴出後，方才開始混合。
此外，本發明還可以在供氣機構20中增加一個容置空間213，其主要目的是於必要時，可將一熱源經由通孔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，可以藉由此容置空間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的氣體之噴出溫度維持在一溫度範圍；例如：將通過第二流道2151的氣體之噴出溫度保持在約60~70℃；此目的可以避免氣體於反應後，於供氣口21之第一流道2141及第二流道2151之出口處產生微塵的沉降或凝結，或粉塵堆積等現象，而使得第一流道2141及第二流道2151之出口被阻塞，而影響出氣效率、成膜品質、成膜均勻性，及成膜速率。另外，於容置空間213提供熱源之方式，可以通入較高溫的熱源(例如：熱氣、熱水或熱油等)或是於容置空間213裝設加熱裝置等，本發明也不加以限制。此外，由於基板33之表面需要達到特定溫度後，才能進行反應；故為增加混合氣體於基板33表面的反應時間，本發明之另一加熱方式是對基板33進行加溫，然而，有關對基板33升溫與維持，將於後段詳細描述。
請再參考第3圖，其為本發明之具有一個供氣機構之供氣口之氣流混合狀態示意圖。由第3圖中可看出，兩反應氣體當離開供氣機構20之供氣口21後，即開始混合，且經由適當地設計與量測結果，可以設定成在混合氣體當到達基板33位置時，已為混合區域中的反應氣體已混合在良好狀態，更有利於反應生成薄膜。
接著，請參考第4a圖，係本發明之供氣機構的另一實施例之示意圖。如第4a圖所示，本實施例是將多個同心圓供氣口21配置於一載板22a上，以組合成一個條狀的供氣機構20a；同樣地，藉由前述之同心圓供氣口21之結構，可以藉由內圓管214及外圓管215的不同氣體流路的設計，而可將一種氣體經由通孔217導入至容置空間211中，當容置空間211充滿氣體之後，氣體再經由每一個第一流道2141自供氣口21噴出氣體；同時，也可將一種氣體經由通孔218導入至容置空間212中，當容置空間212充滿氣體之後，氣體再經由每一個第二流道2151自供氣口21噴出氣體。很明顯地，本發明對於形成之供氣機構20a的數量並不加以限制；同時，對多個同心圓之間的距離也不加以限制，而可以依據使用者的需求，而予以配置多個同心圓狀之供氣結構。
再接著，請參考第4b圖，係本發明之供氣機構的另一實施例之示意圖。如第4b圖所示，本實施例是將多個同心圓供氣口21配置於一平面載板22b上，以組合成一個平面式的供氣機構20b；由於，多個同心圓之供氣口21結構與前述相同，故不再加以贅述。由於，多個同心圓之供氣口21結構與前述相同，故不再加以贅述。但要強調，在第4a圖，第4b圖，及第4c圖的實施例中，由於要將氣體通過第一流道2141時，其氣體之通孔217可以不止一個，其可以依據使用者需求而增加，本發明也不加以限制。
再接著，請參考第4c圖，係本發明之供氣機構的另一實施例之示意圖。如第4c圖所示，本實施例是將多個同心圓供氣口21配置於一平面載 板22b上，以組合成一個平面式的供氣機構20b，由第4c圖可看出與第4b圖的實施例差異處在於供氣口21的相對位置，但是由於多個同心圓之供氣口21結構與前述相同，故不再加以贅述。但要強調，在第4a圖，第4b圖，及第4c圖的實施例中，由於要將氣體通過第一流道2141時，其氣體之通孔217可以不止一個，其可以依據使用者需求而增加，本發明也不加以限制。
再接著，請參考第5a圖，其為本發明之薄膜製程設備之一實施例示意圖。如第5a圖所示，本發明之薄膜製程設備1主要是用來沉積一個薄膜層於一個基板33上；此薄膜製程設備1包括：一個反應室10，係為一密閉空間，可於真空環境下提供反應氣體於反應室10內反應以生成薄膜；一個供氣機構20，係配置於反應室10中的頂部上，此供氣機構20具有同心圓之供氣口21，故可透過供氣機構20之同心圓之供氣口21向下噴出反應氣體；一個輸送機構30，其是由多個配置於反應室10內底部的滾動裝置32(例如：一種滾輪)所組成；以及一個載盤(tray)31，用以承載一基板33，其與滾動裝置32接觸並藉由滾動裝置32往A方向移動，用以將載盤31及基板33送入薄膜製程設備1中。
請再參考第5a圖，本發明之薄膜製程設備1的製造方法之步驟包括，首先，將基板33置放於載盤31上；接著，將載盤31藉由滾動裝置32往A方向移動，用以將載盤31及基板33送入薄膜製程設備1的反應室10中；於將薄膜製程設備1上的閥門(未顯示於圖中)關緊密封，進行抽真空步驟，以使反應室10內保持在一真空狀態；再接著，經由供氣機構20的同心圓供氣口21噴出將反應氣體噴出，並使反應氣體於基板33上開始反應並生成薄膜。很明顯地，本實施例之特徵即是藉由供氣機構20的同心圓供氣口21噴出反應氣體；例如：供氣機構20之第一流道2141提供二乙基鋅(DEZn(g))氣體，而在第二流道2151則提供水(H2O(g))之氣體，也可以在第一流道2141提供水(H2O(g))之氣體，第二流道2151提供二乙基鋅(DEZn(g)) 氣體；藉由此同心圓供氣口21之設計，可有效增加反應氣體的混合區域及效果，其混合區域如第3圖中的斜線處所示，故明顯改善先前技術兩氣體之氣流混合區域太小的現象。
本發明之薄膜製程設備1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迴轉，故載盤31及基板33可以往A方向移動或B方向移動，且滾動裝置32之速度亦為可控，用來間接控制反應氣體於基板33上成膜速度及成膜之厚度；例如：若成膜速率較快時，可將滾動裝置32之速度增快，以控制成膜之厚度；反之若成膜速率較慢時，可將滾動裝置32之速度減慢。
本發明之薄膜製程設備1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，如第6a圖所示；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，如第6b圖所示；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，可藉由對供氣機構20移動的控制，使得本發明之成膜速度及成膜之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(未顯示於圖中)。很明顯地，前述之供氣機構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，請參考第5b圖，其為本發明之薄膜製程設備之另一實施例示意圖。如第5b圖所示，本實施例之薄膜製程設備1，包括：一個反應室10，係為一密閉空間，可於真空環境下提供反應氣體於反應室10內反應以生成薄膜；一個供氣機構20b，係配置於反應室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，故可透過供氣機構20b之同心圓之供氣口21向下噴出反應氣體；一個輸送機構30，其是由多個配置於反應室10內底部的滾動裝置32所組成；以及一個載盤31，用以承載一基板33，其與滾動裝置32接觸並藉由滾動裝置32往A方向移 動，用以將載盤31及基板33送入薄膜製程設備1中。由於第5b圖與第5a圖間的差異處在於第5b圖中的供氣機構20b為一配置有多個同心圓供氣口21的一平面載板22b，故供氣機構20b可以透過供氣機構20b之同心圓之供氣口21向下噴出反應氣體，來提供一個面積的成膜；因此，在第5b圖的實施例中，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之厚度的精準控制。而第5b圖其他的製造步驟與第5a圖之實施方式相同，故不再贅述。
請參考第7a圖及第7b圖，其為本發明之具有加熱機構之薄膜製程設備的實施例示意圖，其中第7a圖為加熱機構40在薄膜製程設備1中之移動位置示意圖(於圖中未顯示滾動裝置32)；而第7b圖為相對第7a圖之上視圖。如第7a圖所示，當輸送機構30被送至反應室10內，之後，可移動的加熱機構40即會與載盤31接觸，是藉由加熱機構40的載台41與載盤31接觸，其中，加熱機構40的載台41還可以具有上下移動(即於X方向移動或Y方向移動)的功能，將載盤31及位於載盤31上的基板33向供氣機構20之同心圓供氣口21處移動；可藉由對載台41位置的移動來控制基板33向供氣機構20之同心圓供氣口21間的距離，來達到控制成膜速度及成膜之厚度。此外，也可由第7b圖中可看出，載盤31是藉由滾動裝置32滾動方式，往前或往後輸送移動，圖中虛線部位為載台41之大小示意，亦即與載盤31接觸範圍之示意圖。
再接著，為了增加混合氣體於基板33表面的反應時間，需要將基板33加熱；故本實施例之加熱機構40即具有加熱保溫及上下移動功能，除可以由載台41之上下移動來帶動載盤31及基板33於反應室10中上下移動，故可於成膜過程中控制供氣口21與基板33間之距離，使得可有效控制薄膜生長之效果外；加熱機構40還具有加熱之功能，其結構說明如下。
請參考第8a圖，為本發明之加熱機構之一實施例之剖面示意圖。如第8a圖所示，加熱機構40為一中空之構造，即在加熱機構40中形成一個儲 存區42，此儲存區42可以容置或儲存一熱源；例如：本實施之熱源是使用一種油，其經一個加熱器43對油源區44的油進行加熱後，將被加熱後的油送至儲存區42中，使得加熱機構40的載台41溫度升高；當載台41升起並與載盤31接觸後，即可將熱由載盤31傳遞到基板33上，使得基板33的表面溫度升高。故當加熱機構40中的儲存區42持續處於油浴保溫狀態中時，即能維持基板33的表面在一定溫度範圍，可讓兩混合氣體於載台41附近反應，以增加混合氣體於基板33表面的反應時間。當然，在本實施例中，是藉由一個溫度控制器45來控制油溫。在此要強調，本發明係以控制油溫來進行對基板33加熱之目的，是因為對油溫的控制精確度可以達到±0.5℃；同時，油溫還可以被加熱至最高溫可至350℃，故適合於生成氧化鋅(ZnO)薄膜時之製程(因於生成氧化鋅(ZnO)薄膜之操作溫度為180~230℃)。故本發明即是使用油具有溫度控制的精確度並且可以提供較高的溫度操作區間之特性，使得本實施例藉由對基板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，本發明並不限制對油源區44的油進行加熱之方式，也可以選擇鹵素燈、輻射增溫、電阻抗型加溫等方式加熱。
請再參考第8b圖，為本發明之加熱機構之另一實施例之垂直剖面示意圖。如第8b圖所示，本實施例的加熱機構40中配置有循環管路46，此循環管路46的一端是與油源區44相通，而循環管路46的另一端是與油源區44連接。故油源區44的油經加熱器43加熱後，再經由泵(pump)輸送至循環管路46，於循環管路46中繞一圈後回至油源區44後，再經加熱器43加熱；同時，本實施例還安裝一溫度控制器45，故對溫度低或高進行設定及控制，以增加溫度精確度。經此則加熱後之油可於循環管路46中循環流動，故可使載台41維持在設定溫度，同時載台41上之基板33也可維持在設定溫度。
現將本發明之油浴加熱法與傳統之電阻絲加熱法優異處予以詳述如 下：若為300mm×300mm大小基板33，採用傳統電阻絲加熱法若設定溫度為200℃時，此時量測基板33的溫度區間介於189.5~201.5℃之間，需花極高成本才能達溫度區間介於190~201℃之間；若為1000mm×1000mm大小以上的基板33，由於基板33面積加大，造成控溫更為不易，若同樣設定溫度為200℃時，此時若量測基板33的溫度區間介於187~203℃之間，同樣需花極高成本下才能讓溫度區間介於189.5~201.5℃之間，而本發明所採用之油浴控溫法，可節省控溫成本，且不因基板33大小而增加成本，且能有效將基板33溫度控制在±0.5℃，較先前基板33加熱方式有明顯改良，且進一步循環管路46之設計更使得供油浴使用油循環流動，使得油浴溫度更為均勻，且由於循環流動因素，故供油浴之油不易變質，能增加使用壽命。
請參考第9圖，為本發明之薄膜製程設備之厚度控制裝置及感測器示意圖。如第9圖所示，本實施例之薄膜製程設備1之頂端安裝了至少一個感測器(sensor)51，感測器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範圍之光束(未顯示於圖中)照射基板33後，感測器51偵測基板33的反射光訊號，並將反射光訊號傳送至厚度控制裝置50後，厚度控制裝置50根據反射光訊號即可精確地計算出目前薄膜成長之厚度或膜質之特性；若當計算出薄膜厚度較低時會增加兩個反應氣體之供給量，以加快薄膜成長之速率；若當計算出薄膜厚度較高時，則會减少兩個反應氣體之供給量，以減緩薄膜成長之速率。以及膜質發生變動時，可以改變兩個反應氣體之供給量比例或調整溫度控制器藉以微調加熱器之溫度，達到微調膜質至最佳化的狀態。藉由此厚度控制裝置50以及感測器51之配置，使得使用者可以方便地設定及控制薄膜成長之反應速率。
接著，將本發明前述之功能進行完整之操作說明。首先，請參考第10a圖及第10b圖，為本發明之薄膜製程設備一實施例之側視示意圖，而第10b圖則為第10a圖之上視示意圖。如第10a圖所示，薄膜製程設備1包括：一個反應室10，係為一密閉空間，可於真空環境下提供反應氣體於反 應室10內反應以生成薄膜；一個供氣機構20，係配置於反應室10中的頂部上，此供氣機構20具有同心圓之供氣口21，故可透過供氣機構20之同心圓之供氣口21向下噴出反應氣體；一個輸送機構30，其是由多個配置於反應室10內底部的滾動裝置32所組成；以及一個載盤31，用以承載一基板33，其與滾動裝置32接觸並藉由滾動裝置32往A方向移動，用以將載盤31及基板33送入薄膜製程設備1中。在本實施例中，其適用供氣機構20(即第2a圖之供氣機構)及供氣機構20a(即第4a圖之供氣機構)，其可藉由在反應室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後移動；同時，也可再藉由在反應室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；亦即本實施例之供氣機構20及供氣機構20a可以經由傳動機構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後左右的移動，使其移動範圍可以涵蓋載盤31及基板33。同時，在本實施例中，還可以提供一個加熱機構40，藉由此加熱機構40之載台41(未顯示於第10a圖中，但請參考第7a圖)與載盤31接觸，除了可以對位於載盤31上的基板33加熱外，也可以將載盤31及基板33升高，使得基板33與供氣機構20及供氣機構20a間的距離縮小，來達到控制薄膜之成長。在此要強調，第10a圖及第10b圖中的傳動機構11、22是使用既有之技術來達成，故未對傳動機構11、22之結構作詳細之說明，然此並不會對本發明之技術手段及特徵造成影響。
請再參考第11a圖及第11b圖，其中第11a圖為本發明之薄膜製程設備之另一實施例之側視示意圖，而第11b圖則為第11a圖之上視示意圖。本實施例之第11a圖是於第10a圖之實施例中，再增加供氣機構20及供氣機構20a可以在反應室10之X方向移動或Y方向移動之功能，使得本實施例之薄膜製程設備1更具有控制薄膜成長之能力。同樣地，於第11a圖及第11b 圖中的傳動機構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方向移動之機構，都是使用即有之技術來達成，故未對傳動機構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方向移動之機構之結構作詳細之說明，然此並不會對本發明之技術手段及特徵造成影響。
請參考第12a圖及第12b圖，為本發明之薄膜製程設備之另一實施例之側視示意圖，第12b圖則為第12a圖實施例之上視示意圖。如第12a圖所示，本實施例之薄膜製程設備1，包括：一個反應室10，係為一密閉空間，可於真空環境下提供反應氣體於反應室10內反應以生成薄膜；一個供氣機構20b，係配置於反應室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，故可透過供氣機構20b之同心圓之供氣口21向下噴出反應氣體；一個輸送機構30，其是由多個配置於反應室10內底部的滾動裝置32所組成；以及一個載盤31，用以承載一基板33，其與滾動裝置32接觸並藉由滾動裝置32往A方向移動，用以將載盤31及基板33送入薄膜製程設備1中；其中本實施例之供氣機構20b為一個配置有多個同心圓供氣口21的一平面載板22b，故供氣機構20b可以透過供氣機構20b之同心圓之供氣口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，藉由此加熱機構40之載台41(未顯示於第12a圖中，但請參考第7a圖)與載盤31接觸，除了可以對位於載盤31上的基板33加熱外，也可以將載盤31及基板33升高，使得基板33與供氣機構20b間的距離縮小，來達到控制薄膜之成長。
請參考第13a圖及第13b圖，為本發明之薄膜製程設備之另一實施例之側視示意圖，第13b圖則為第13a圖實施例之上視示意圖。本實施例之第13a圖是於第12a圖之實施例中，再增加對供氣機構20b在反應室10之X方向移動或Y方向移動之功能，也同時可以調整基板33與供氣機構20b 間的距離，使得本實施例之薄膜製程設備1可以縮短薄膜成長的時間。
請再參考第14圖，為本發明之薄膜製程系統之一實施例示意圖。如第14圖所示，本發明之薄膜製程系統是將多個薄膜製程設備1相連接並組成一完整機台。首先，將基板33放置於載盤31上，其中基板33之大小為從300×300mm至2200×2500mm之玻璃基板33；之後，將載盤31及基板33由方向A送進第一薄膜製程設備1a為，接著，於反應室10中先以鹵素燈(lamp)輻射加溫方式，將基板33加熱至約140~220℃，在此加熱的同時，第二薄膜製程設備1b、第三薄膜製程設備1c、第四薄膜製程設備1d以真空泵抽至真空狀態約0.01Torr以下，且每一薄膜製程設備1間皆是以閘閥相間隔，具良好隔絕性，當閘閥關閉後，不同薄膜製程設備1間並不會互相影響，所生成薄膜亦不會互相汙染。接著，本實施例以生成氧化鋅(ZnO)薄膜為例，來說明薄膜製程系統之操作過程。當基板33進入第二薄膜製程設備1b時，兩種反應氣體分別為二乙基鋅(DEZn(g))及水(H2O(g))且經由供氣機構20之同心圓供氣口21噴入反應室10內部空間；當此處供氣機構20之為供氣機構20b之平板設計，則每一個同心圓供氣口21待閘閥關閉後，即開始出氣混合反應成膜；若此處之供氣機構20為條狀結構之供氣機構20a時，則每一個同心圓供氣口21會先於載盤31上進行預噴動作，待氣流混合呈穩定態後，才開始噴出兩種反應氣體於基板33上成膜，此時基板33之表面溫度可以由加熱機構40之載台41(未顯示於第14圖中，但請參考第7a圖)與載盤31接觸，加熱並維持約140~200℃，以使反應氣體於基板33上生成氧化鋅(ZnO)薄膜；當偵測到氧化鋅(ZnO)薄膜之厚度到達設定值後，則停止出氣並離開第二薄膜製程設備1b進入第三薄膜製程設備1c；此時，即可根據第三薄膜製程設備1c中所供應之不同反應氣體之種類、噴氣速率及基板33溫度之設定，即可改生成不同種類的薄膜；例如：以Mg(CH3C5H4)2(g)(雙(甲基環戊二烯)鎂)及四氟化碳(CF4(g))反應生成二氟化鎂薄膜(MgF2)薄膜；同樣地，待第三薄膜製程設備1c成長完成後，即可 再進入第四薄膜製程設備1d，以成長另一薄膜層；由於各薄膜製程設備1間彼此獨立，故並不互相影響，故可依使用者安排，生成製程所需薄膜。當薄膜生長完成後，此時進入最後一個薄膜製程設備1，於此單元中以加入氮氣(N2)方式，予以降溫至約30~60℃，並供後續處理，且於任一薄膜製程設備1其中之供氣機構20，均可以上下或左右移動，同時加熱機構40之載台41也可以升高或降低，藉此來對供氣機構20供氣口21與基板33間距離配置薄膜成長之厚度做最佳之控制，俾利於生成高品質之薄膜。
本發明還具一特出優異點，陳述如下：以生成氧化鋅(ZnO)薄膜為例，當二乙基鋅(DEZn(g))及水(H2O(g))反應後除生成氧化鋅(ZnO)外，同時會產生乙炔氣體，為待清除廢氣，傳統方式必需加強真空抽氣，但抽氣過強會影響反應氣體氣流之均勻性，本發明之供氣機構20之同心圓供氣口21結構，則由於混合良好緣故，故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，使得乙炔氣體之排除過程不會影響成膜均勻性，且清除更為簡易，此點亦為本發明之一大優點。
本發明同時提供一種用以沉積生成薄膜於基板33上的薄膜製作流程2，薄膜製作流程2包括：步驟1501：提供一反應室10，係形成一密閉空間，供反應氣體於反應室10內反應並生成薄膜；步驟1502：提供一供氣機構20，係安置於反應室10內上部，可透過供氣口21向下噴反應氣體，其中供氣機構20之供氣口21係呈同心圓狀；步驟1503：提供一輸送機構30，係安置於反應室10內下部，供輸送基板33使用；及步驟1504：提供一加熱機構40，係安置於輸送機構30下方，一面與輸送機構30底面相接觸，以加熱基板33。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，並非用以限定本發明之申請專利權利；同時以上的描述，對於熟知本技術領域之專門人士應可明瞭及實施，因此其他未脫離本發明所揭示之精神下所完成的等效改變或修飾，均 應包含在申請專利範圍中。
1‧‧‧薄膜製程設備
1a‧‧‧第一薄膜製程設備
1b‧‧‧第二薄膜製程設備
1c‧‧‧第三薄膜製程設備
1d‧‧‧第四薄膜製程設備
2‧‧‧薄膜製作流程
10‧‧‧反應室
11,22‧‧‧傳動機構
20,20a,20b‧‧‧供氣機構
21‧‧‧供氣口
211,212,213‧‧‧容置空間
214‧‧‧內圓管
2141‧‧‧第一流道
215‧‧‧外圓管
2151‧‧‧第二流道
216‧‧‧外殼
217,218,219‧‧‧通孔
22a,22b‧‧‧載板
30‧‧‧輸送機構
31‧‧‧載盤
32‧‧‧滾動裝置
33‧‧‧基板
40‧‧‧加熱機構
41‧‧‧載台
42‧‧‧儲存區
43‧‧‧加熱器
44‧‧‧油源區
45‧‧‧溫度控制器
46‧‧‧循環管路
50‧‧‧厚度控制裝置
51‧‧‧感測器
1501、1502、1503、1504‧‧‧步驟
第1a圖 為先前技術示意圖。
第1b圖 為先前技術之供氣結構之供氣口示意圖。
第1c圖 為先前技術之供氣結構之供氣口之氣流混合狀態示意圖。
第2a圖 為本發明之薄膜製程設備之供氣機構之供氣口剖面圖。
第2b圖 為本發明之薄膜製程設備之供氣機構之供氣口下視圖。
第2c圖 為本發明之薄膜製程設備之多個供氣口所形成之供氣機構剖面圖。
第3圖 為本發明之供氣機構之供氣口之氣流混合狀態示意圖。
第4a圖 為本發明之載板設計之一實施例示意圖。
第4b圖 為本發明之載板設計之另一實施例示意圖。
第4c圖 為本發明之載板設計之另一實施例示意圖。
第5a圖 為本發明之薄膜製程設備之一實施例示意圖。
第5b圖 為本發明之薄膜製程設備之另一實施例示意圖。
第6a圖 為本發明之供氣機構之移動方式示意圖。
第6b圖 為本發明之供氣機構之另一移動方式示意圖。
第7a圖 為本發明之加熱機構之載台示意圖。
第7b圖 為本發明之加熱機構之載台上視圖。
第8a圖 為本發明之加熱機構之載台之垂直剖面之一實施例示意 圖。
第8b圖 為本發明之加熱機構之載台之垂直剖面之另一實施例示意圖。
第9圖 為本發明之薄膜製程設備之厚度控制裝置及感測器示意圖。
第10a圖 為本發明之薄膜製程設備之一實施例之側視示意圖。
第10b圖 為本發明之薄膜製程設備之一實施例之上視示意圖。
第11a圖 為本發明之薄膜製程設備之另一實施例之側視示意圖。
第11b圖 為本發明之薄膜製程設備之另一實施例之上視示意圖。
第12a圖 為本發明之薄膜製程設備之另一實施例之側視示意圖。
第12b圖 為本發明之薄膜製程設備之另一實施例之上視示意圖。
第13a圖 為本發明之薄膜製程設備之另一實施例之側視示意圖。
第13b圖 為本發明之薄膜製程設備之另一實施例之上視示意圖
第14圖，為本發明之薄膜製程系統之一實施例示意圖。
第15圖 為本發明之薄膜製作流程之示意圖
1‧‧‧薄膜製程設備
10‧‧‧反應室
20‧‧‧供氣機構
21‧‧‧供氣口
30‧‧‧輸送機構
31‧‧‧載盤
32‧‧‧滾動裝置
33‧‧‧基板

Claims (18)

  1. 一種薄膜製程設備，包括：一載盤，具有一第一面及一相對該第一面之一第二面，而該第一面用以承載一基板；一反應室，係為一密閉空間，具有一頂部及相對該頂部之一底部；一供氣機構，係配置於該反應室內之該頂部；及一輸送機構，係配置於該反應室內之該底部的兩側邊上，供輸送該載盤及該基板至該反應室中；一加熱機構，係配置於該反應室內之該底部的兩側邊之間，係與該載盤該第二面相接觸，用以加熱該基板，其中該加熱機構內部具有一儲存區，且該儲存區中配置一循環管路及一泵，藉由該泵來將熱油輸送至該循環管路中。
  2. 一種薄膜製程設備，包括：一載盤，具有一第一面及一相對該第一面之一第二面，而該第一面用以承載一基板；一反應室，係為一密閉空間，具有一頂部及相對該頂部之一底部，該反應室之該頂部上配合複數個感應裝置；一供氣機構，係配置於該反應室內之該頂部，該供氣機構被一傳動機構帶動於該頂部之兩側間或該頂部與該底部之間移動；及一輸送機構，係配置於該反應室內之該底部的兩側邊上，供輸送該載盤及該基板至該反應室中；一加熱機構，係配置於該反應室內之該底部的兩側邊之間，係與該載盤該第二面相接觸，且該加熱機構被一傳動機構帶動於該反應室之該頂部與該底部之間移動。
  3. 依據申請專利範圍第2項所述之薄膜製程設備，其中該加熱機構內 部具有一儲存區。
  4. 依據申請專利範圍第3項所述之薄膜製程設備，其中該加熱機構之該儲存區中儲存熱油。
  5. 依據申請專利範圍第3項所述之薄膜製程設備，其中該加熱機構中配置一循環管路及一泵，藉由該泵來將熱源輸送至該循環管路中。
  6. 依據申請專利範圍第1項所述之薄膜製程設備，其中該供氣機構被一傳動機構帶動於該頂部之兩側間移動。
  7. 依據申請專利範圍第1項所述之薄膜製程設備，其中該供氣機構被一傳動機構帶動於該頂部與該底部之間移動。
  8. 依據申請專利範圍1項所述之薄膜製程設備，其進一步於該反應室之該頂部上配合複數個感應裝置。
  9. 一種用以沉積一薄膜於一基板上的薄膜製作流程，包括：提供一載盤，其具有一第一面及一相對該第一面之一第二面，而該第一面用以承載一基板；提供一反應室，係為一密閉空間，具有一頂部及相對該頂部之一底部；提供一供氣機構，係配置於該反應室內之該頂部，可透過該供氣機構向下噴出不同的氣體；提供一輸送機構，係配置於該反應室內之該底部的兩側邊上，供輸送該載盤及該基板至該反應室中；提供一加熱機構，係配置於該反應室內之該底部的兩側邊之間，係與該載盤該第二面相接觸，用以加熱該基板，其中該加熱機構內部具有一儲存區，且該儲存區中配置一循環管路及一泵，藉由該泵來將熱油輸送至該循環管路中。
  10. 依據申請專利範圍第9項所述之薄膜製作流程，其中該供氣機構被 一傳動機構帶動於該頂部之兩側間移動。
  11. 依據申請專利範圍第9項所述之薄膜製作流程，其中該供氣機構被一傳動機構帶動於該頂部與該底部之間移動。
  12. 依據申請專利範圍第9項所述之薄膜製作流程，其中該加熱機構被一傳動機構帶動於該反應室之該頂部與該底部之間移動。
  13. 一種薄膜製程系統，包括：一載盤，具有一第一面及一相對該第一面之一第二面，而該第一面用以承載一基板；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之一底部；一第三反應室，經由另一閥門與該第二反應室隔離，用以提供一降溫環境；一輸送機構，係配置於該第一反應室、該第二反應室及該第三反應室內之該底部的兩側邊上，用以輸送該載盤及該基板通過每一該反應室；其中該薄膜製程系統之特徵在於：一供氣機構，係配置於該第二反應室內之該頂部，可透過該供氣機構向下噴出不同的氣體；一加熱機構，係配置於該第二反應室內之該底部的兩側邊之間，係與該載盤該第二面相接觸，用以加熱該基板。
  14. 依據申請專利範圍第13項所述之薄膜製程系統，其中該加熱機構內部具有一熱源儲存區。
  15. 依據申請專利範圍第13項所述之薄膜製程系統，其中該加熱機構中配置一循環管路及一泵，藉由該泵來將熱源輸送至該循環管路中。
  16. 依據申請專利範圍第13項所述之薄膜製程系統，其中該加熱機構被 一傳動機構帶動於該第二反應室之該頂部與該底部之間移動。
  17. 依據申請專利範圍第13項所述之薄膜製程系統，其中該供氣機構被一傳動機構帶動於該頂部之兩側間移動。
  18. 依據申請專利範圍第13項所述之薄膜製程系統，其中該供氣機構被一傳動機構帶動於該頂部與該底部之間移動。
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