专利名称：薄膜工艺设备及其制作方法
薄膜工艺设备及其制作方法技术领域
本发明是有关于一种薄膜工艺设备及薄膜制作方法，特别是有关于一种薄膜工艺设备中的供气结构，通过此供气结构的设计，可使薄膜工艺设备中的反应气体均匀混合并且加速完成反应。
背景技术：
随着半导体工艺技术的演进，已有愈来愈多的产品需要使用薄膜工艺设备， 在衬底上成长一层薄膜。然而，目前主要用来成长薄膜的方法有几种，包括蒸镀法 (spattering)、层积法(depositing)及金属有机物化学气相沉积技术(MOCVD)等。特别是在太阳能光电相关产业中，大都使用金属有机物化学气相沉积技术来成长薄膜，这是因为金属有机物化学气相沉积技术(MOCVD)具有如下的优点
(I)用于生长化合物半导体材料的各成分和掺杂剂都是以气态方式通入反应室， 而金属有机物化学气相沉积技术可以通过精确控制气态源的流量和通断时间来控制生成薄膜的成分、掺杂浓度、厚度等，适于生长薄层和超薄层材料。
(2)由于生长化合物半导体材料时，需要控制反应室中各种气体的反应时间，而金属有机物化学气相沉积技术可以在反应室中改变化合物成分和掺杂浓度，适于进行异质结构和超晶格、量子阱的生长。
(3)由于薄膜生长是以热解化学反应的方式进行的，而金属有机物化学气相沉积技术可以通过控制反应源气流和温度分布来达到薄膜生长的均匀性，因此，金属有机物化学气相沉积技术适于多片和大片的生长薄膜，便于工业化大批量生产。
(4)由于金属有机物化学气相沉积技术，因为没有等离子体(plasma)反应，反应炉体对真空度的规格要求较低，反应室的结构较简单，因此可以降低设备的成本。
由于金属有机物化学气相沉积技术具有上述优点，使得金属有机物化学气相沉积技术相关技术及设备发展愈益蓬勃。然而，金属有机物化学气相沉积技术的主要方法是将金属有机物气体在气态下与别的气体混合并反应，由于各种不同的气体是由不同的供气口提供，使得各种不同的气体经由不同的供气口将各种气体送至反应室中进行反应，因此在反应室的设计上，需要考虑供气结构上供气口的设计、供气口相比于衬底(substrate)的相对距离及与加热温度间互相的配合，这三大因素对于金属有机物化学气相沉积技术的最后形成薄膜的性质优劣，具有决定性影响。
请参考图1a为一种现有技术的薄膜工艺设备的示意图，而图1b则为一种供气结构上供气口的传统设计示意图；由图1a中可看出薄膜工艺设备的反应室200中的气体224 及223是由供气结构221上的不同供气口提供并喷至反应室200中；而一般的在供气结构 221上的供气口设计为正交或交错排列，如图1b所示。然而，这种正交或交错排列的供气方式，大都无法有效将不同气体混合均匀 ；现举一例说明若以交错排列方式将二乙基锌 (DEZn(g))气体与水(H2Ow)气体在反应室中进行反应时，则会在反应室中于两种气体混合时才会生成氧化锌(ZnO)及乙炔(C2H6);很明显地，由于供气口的设计因素，造成两气体的气流混合的区域不大，如图1c中的影线所示；使得气体在反应室中无法达到最佳的混合及反应结果，且产生的乙炔气由于具可燃性，为等待清除废气，为清除乙炔气也增加气体均匀性控制的困难度。因此，在现有的薄膜工艺设备中的供气结构可以有改善的空间。发明内容
为了解决上述问题，本发明的一主要目的是在薄膜工艺设备中，设计一种新的供气结构，使得不同气体出气后，能混合更均匀，以利于增加气体混合和反应效果，使得生成薄膜膜质及均匀性更好。
本发明的另一主要目的是在薄膜工艺设备中，设计一种可以上下或左右移动的供气结构及可上下移动的载盘，借此可调整供气结构与衬底(substrate)的距离,进一步控制薄膜生成状况，使得生成薄膜效果更好。
本发明的再一主要目的是针对每一薄膜工艺设备，提供一可上下移动的加热机构，针对载盘进行加热与保温，同时可保温位于其上的衬底(substrate)，使反应得以顺利进行。
本发明还有另一主要目的是提供一种新式供气结构，在喷气过程中，可同时移除废气，节省清除废气所需成本。
本发明的还有另一主要目的是提供一薄膜工艺设备，其中包含一传感器，使得在生成薄膜过程中，得以实时监测成膜进度，以利于有效控制，使得生成薄膜效果更好。
本发明的再一主要目的在于提供一薄膜制作方法，经由本薄膜制作方法，可使得最后成膜效果更好，且简化流程，更有利于使用者方便使用。
为达上述目的，本发明提供一种薄膜工艺设备，包括用于承载一个衬底的一载盘；一个反应室，为一密闭空间并具有一顶部及相对该顶部的一底部；一个供气机构，配置于反应室内的顶部，具有一对相互隔离的供气口，可通过相互隔离的供气口向下喷出不同的气体；及一输送机构，配置于反应室内的底部，供输送载盘及衬底至反应室中；其中此薄膜工艺设备的特征在于供气机构为一同心圆结构的供气口。
本发明接着提供一种薄膜工艺设备，包括用于承载一个衬底的一载盘；一个反应室，为一密闭空间且具有一顶部及相对该顶部的一底部；一个供气机构，配置于反应室内的顶部，此供气机构是由多个具有同心圆结构的供气口所组成，每一同心圆结构的供气口的同心圆结构间是相互隔离，可通过每一同心圆结构的供气口向下喷出气体，同心圆内环及外环则各喷出不同气体；及一个输送机构，配置于反应室内的底部，供输送载盘及衬底至反应室10中。
本发明接着再提供一种薄膜工艺系统，包括用于承载一个衬底的一载盘；一个第一反应室，此第一反应室配置一加温设备；一个第二反应室，经由一阀门与第一反应室隔离，此第二反应室具有一个顶部及相对顶部的底部；一个第三反应室，经由另一阀门与第二反应室隔离，用于提供一降温环境；一个输送机构，配置于第一反应室、第二反应室及第三反应室内，用于输送载盘及衬底通过这些反应室；其中薄膜工艺系统的特征在于一供气机构，配置于第二反应室内的顶部，而供气机构是由多个具有同心 圆结构的供气口所组成， 每一同心圆结构的供气口的同心圆结构间是相互隔离，可通过每一同心圆结构的供气口向下喷出气体，同心圆内环及外环则各喷出不同气体。
本发明接着再提供一种用于沉积一薄膜于衬底上的薄膜制作方法，包括提供一载盘，用于承载一个衬底；提供一反应室，为一密闭空间，具有一顶部及相对顶部的一底部； 提供一供气机构，配置于反应室内的顶部，供气机构具有至少一对相互隔离的同心圆结构供气口，可通过每一同心圆结构的供气口向下喷出气体，同心圆内环及外环则各喷出不同气体；提供一输送机构，配置于反应室内的底部，供输送载盘及衬底至反应室中，以使衬底与对相互隔离的同心圆结构供气口分别向下所喷出的不同的气体进行反应。
经由本发明所提供的薄膜工艺设备及薄膜制作方法，其通过薄膜工艺设备的供气机构的为一同心圆结构的供气口的结构设计，可有效将反应气体混合均匀，且可控制供气口与衬底间距，及衬底温度，进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种薄膜使用。
图1a为现有技术示意图。
图1b为现有技术的供气结构的供气口示意图。
图1c为现有技术的供气结构的供气口的气流混合状态示意图。
图2a为本发明的薄膜工艺设备的供气机构的供气口剖面图。
图2b为本发明的薄膜工艺设备的供气机构的供气口下视图。
图2c为本发明的薄膜工艺设备的由多个供气口所形成的供气机构剖面图。
图3为本发明的供气机构的供气口的气流混合状态示意图。
图4a为本发明的载板设计的一实施例示意图。
图4b为本发明的载板设计的另一实施例示意图。
图4c为本发明的载板设计的另一实施例示意图。
图5a为本发明的薄膜工艺设备的一实施例示意图。
图5b为本发明的薄膜工艺设备的另一实施例示意图。
图6a为本发明的供气机构的移动方式示意图。
图6b为本发明的供气机构的另一移动方式不意图。
图7a为本发明的加热机构的载台示意图。
图7b为本发明的加热机构的载台俯视图。
图8a为本发明的加热机构的载台的垂直剖面的一实施例示意图。
图8b为本发明的加热机构的载台的垂直剖面的另一实施例示意图。
图9为本发明的薄膜工艺设`备的厚度控制装置及传感器示意图。
图1Oa为本发明的薄膜工艺设备的一实施例的侧视示意图。
图1Ob为本发明的薄膜工艺设备的一实施例的俯视示意图。
图1la为本发明的薄膜工艺设备的另一实施例的侧视示意图。
图1lb为本发明的薄膜工艺设备的另一实施例的俯视示意图。
图12a为本发明的薄膜工艺设备的另一实施例的侧视示意图。
图12b为本发明的薄膜工艺设备的另一实施例的俯视示意图。
图13a为本发明的薄膜工艺设备的另一实施例的侧视示意图。
图13b为本发明的薄膜工艺设备的另一实施例的俯视示意图
图14为本发明的薄膜工艺系统的一实施例示意图。图15为本发明的薄膜制作方法的示意图主要元件符号说明薄膜工艺设备1第一薄膜工艺设备 la第二薄膜工艺设备 lb第三薄膜工艺设备 lc第四薄膜工艺设备 Id薄膜制作方法2反应室10传动机构11，22供气机构20，20a，20b供气口21容置空间211，212，213内圆管 214第一流道2141外圆管215第二流道 2151外壳216通孔217，218，219载板22a，22b输送机构 30载盘31滚动装置 32衬底33加热机构 40载台41储存区42加热器43油源区 44温度控制器45循环管路 46厚度控制装置50传感器 51步骤1501、1502、1503、150具体实施例方式由于本发明主要公开一种关于薄膜工艺设备1及薄膜制作方法2的基本构造及功 能，为便于说明，后续是以一种金属有机物化学气相沉积技术(M0CVD)进行说明；同时，在后续的金属有机物化学气相沉积技术都将以MOCVD来表示，以增加说明书的阅读性。其中有关于金属有机物化学气相沉积技术所形成的薄膜工艺设备I的基本构造及其作用，已为相关技术领域普通技术人员所能明了，因此以下文中的说明，仅针对与本发明的薄膜工艺设备I及薄膜制作方法2的特征处进行详细说明。同时，以下文中所对照的附图，是表达与本发明特征有关的结构示意，因此未依据实际尺寸绘制，事先叙明。
首先，请一并参考图2a至第2c图，其中图2a为本发明的薄膜工艺设备中的供气机构的供气口的下视图；图2b为本发明的薄膜工艺设备的供气机构的供气口的剖面图；图 2c为本发明的薄膜工艺设备的由多个供气口所形成的供气机构的剖面图。如图2a所示， 由图中可看出，本发明所提供的供气机构20是将供气口 21设计为同心圆状，其是由内圆管 214所形成的第一流道2141、外圆管215所形成的第二流道2151以及包覆内圆管214及外圆管215的外壳216所组成。很明显地，本发明的供气机构20可以将不同气体分别从内圆管214与外圆管215所组成的第一流道2141及第二流道2151喷出。举一实施例说明若要成长一层氧化锌(ZnO)薄膜时，可以在本实施例的第一流道2141提供二乙基锌(DEZnw) 气体，而在第二流道2151则提供水(H2Ow)的气体；当然，也可以是将第一流道2141改为提供水(Η20ω)的气体，而第二流道2151则改为二乙基锌(DEZn(g))气体，对此，本发明并不加以限定反应气体从任一流道出口喷出；举另一实施例说明如下若要成长一层二氟化镁薄膜(MgF2)薄膜作为ARC防反射镀层(Ant1-reflective coating)时,可以在本实施例的第一流道2141提供双(甲基环戊二烯)镁气体(Mg(CH3C5H4)2w)，而在第二流道2151则提供四氟化碳(CF4(g))的气体；当然，也可以是将第一流道2141改为提供四氟化碳(CF4(g))的气体，而第二流道2151则改为双(甲基环戊二烯)镁气体(Mg(CH3C5H4)2w)，对此，本发明并不加以限定反应气体从任一流道出口喷出，且也不限制成长任一种薄膜使用。例如二氟化镁 (MgF2)的ARC防反射镀层(ARC film)成膜时，所需的金属有机物镁(Metal-organic Mg) 来源及氟素(F)来源气体可为以下所列双(环戊二烯)镁(Mg(C5H5)2)、双(环戊二烯)镁的异三十烷溶液(Mg (C5H5) 2in C3tlH62)、双(甲基环戊二烯)镁(Mg(CH3C5H4)2)、双(异丙基环戊二烯基)镁(MgQ-C3H7C5H4)2)、双(甲基环戊二烯基)镁(Mg(CH3C5H4)2);下述则为氟素来源气体的种类四氟化碳(CF4)、四氟乙烯(C2F4)、六氟乙烷(C2F6)、八氟丙烷(C3F8)、三氟化氮(NF3)、氟气(F2)、氟化氢(HF)、三氟化氯(ClF3)。
因此本发明的供气机构20通过其供气口 21同心圆状设计，可有效增加反应气体混合的效果，其混合效果如图3中的斜线处所示，因此明显改善现有技术两气体的气流混合的区域太小的现象。进一步而言，本发明还可以通过控制供气机构20的供气口 21与衬底33间的距离，事先计算出同心圆供气 口 21的气体混合状态，以利于寻找最合适的反应操作距离，有效使得反应气体生成薄膜效果更好，此部分将于后续部分说明。
接着，由图2b的剖面图可看出，本发明的供气机构20的同心圆状供气口 21，是以两不同长度圆管组合而成，分别为内圆管214及外圆管215组成，且内圆管214长度略长于外圆管215,而内圆管214的外径小于外圆管215的内径,举一实例说明内圆管214 的内径为0· 6 1. Omm,内圆管214的外径为1· 6 2. Omm,夕卜圆管215的内径为3· O 4.Omm,外圆管215的外径为4· O 5. 0mm。此外，两管材质可以是由不锈钢(SUS304、 SUS316、SUS316L)、碳复合材料(Carbon Composite)或石墨(Graphite)所选出；而在一优选的实施例中，本发明的供气机构20的内圆管214及外圆管215的表面都经由钻石化碳(Diamond-Like Carbon ;DLC)、二氧化硅(SiO2)或碳化硅(SiC)处理过，有效改变其表面特性，使更为致密，而不会被反应气体腐蚀。
请再参考图2b，内圆管214及外圆管215两管的另一出口都与不同反应气体流路相连接，其中内圆管214所形成的第一流道2141的一端是供气口 21的喷出口，而相对供气口 21的另一端是与气体容置空间211相通，因此气体可经由通孔217被导入至容置空间 211中，当容置空间211充满气体之后，气体再经由第一流道2141由供气口 21喷出气体; 而外圆管215所形成的第二流道2151的一端是供气口 21的另一喷出口，而相对供气口 21 的另一端是与另一气体容置空间212相通，因此气体可经由通孔218被导入至容置空间212 中，当容置空间212充满气体之后，气体再经由第二流道2151由供气口 21喷出气体；由于内圆管214及外圆管215是隔离的，使得不同的反应气体不会在供气机构20内部互相接触，因此不会有产生反应的危险性。很明显地，不相通的内圆管214及外圆管215所通入的气体必须等到经由第一流道2141及第二流道2151喷出后，方才开始混合。
此外，本发明还可以在供气机构20中增加一个容置空间213，其主要目的是在必要时，可将一热源经由通孔219送至容置空间213中，使得容置空间213具有保温的功能； 因此，可以通过此容置空间213的设计，对通过第二流道2151的气体提供一热源，得使通过第二流道2151的气体的喷出温度维持在一温度范围；例如将通过第二流道2151的气体的喷出温度保持在约60 70°C ;此目的可以避免气体在反应后，在供气口 21的第一流道 2141及第二流道2151的出口处产生微尘的沉降或凝结，或粉尘堆积等现象，而使得第一流道2141及第二流道2151的出口被阻塞，而影响出气效率、成膜质量、成膜均匀性，及成膜速率。另外，在容置空间213提供热源的方式，可以通入较高温的热源(例如热气、热水或热油等)或是在容置空间213装设加热装置等，本发明也不加以限制。此外，由于衬底33 的表面需要达到特定温度后，才能进行反应；因此为增加混合气体在衬底33表面的反应时间，本发明的另一加热方式是对衬底33进行加温，然而，有关对衬底33升温与维持，将在后段详细描述。
再接着，请参考图2c，为本发明的薄膜工艺设备的由多个供气口所形成的供气机构剖面图。如图2c所示，本发明的具有多个供气口 21所形成的供气机构20，其是将多个图 2b中的供气口 21并行地连接在一起，以形成具有多个供气口 21的供气机构20。很明显地， 在本实施例中，具有多个供气口 21的供气机构20是由一个第一容置空间211、多个第二容置空间212以及多个第三容置空间213所形成，并经由第一容置空间211及多个第二容置空间212与多个第 一流道2141以及多个第二流道2151相通；其中，多个供气口 21中的每一个第二容置空间212是相连通的，同时每一个第三容置空间213也是相连通的，故气体可经由通孔218被导入至每一个第二容置空间212中，并当第二容置空间212充满气体之后， 气体再经由每一个第二流道2151由每一个供气口 21喷出气体；同样地,在必要时,可将一个热源经由通孔219送至每一个第三容置空间213中，使得每一个第三容置空间213都具有保温的功能，可得使通过每一个第二流道2151的气体之喷出温度维持在一个温度范围； 此外，另一气体也可以经由通孔217被导入至第一容置空间211中，并当第一容置空间211 充满气体之后，气体再经由每一个第一流道2141由每一个供气口 21喷出气体。很明显地， 在本实施例中，其可以执行较大面积的薄膜工艺。
请再参考图3，其为本发明的具有一个供气机构的供气口的气流混合状态示意图。由图3中可看出，两反应气体当离开供气机构20的供气口 21后，即开始混合，且经由适当地设计与测量结果，可以设定成在混合气体当到达衬底33位置时，已为混合区域中的反应气体已混合在良好状态，更有利于反应生成薄膜。
接着,请参考图4a,是本发明的供气机构的另一实施例的示意图。如图4a所示,本实施例是将多个同心圆供气口 21配置于一载板22a上，以组合成一个条状的供气机构20a ； 同样地，通过前述的同心圆供气口 21的结构，可以通过内圆管214及外圆管215的不同气体流路的设计，而可将一种气体经由通孔217导入至容置空间211中，当容置空间211充满气体之后,气体再经由每一个第一流道2141自供气口 21喷出气体；同时,也可将一种气体经由通孔218导入至容置空间212中，当容置空间212充满气体之后，气体再经由每一个第二流道2151自供气口 21喷出气体。很明显地，本发明对于形成的供气机构20a的数量并不加以限制；同时，对多个同心圆之间的距离也不加以限制，而可以依据使用者的需求，而予以配置多个同心圆状的供气结构。
再接着,请参考图4b,是本发明的供气机构的另一实施例的示意图。如图4b所示， 本实施例是将多个同心圆供气口 21配置于一平面载板22b上，以组合成一个平面式的供气机构20b ;由于，多个同心圆的供气口 21结构与前述相同，因此不再加以赘述。由于，多个同心圆的供气口 21结构与前述相同，因此不再加以赘述。但要强调，在图4a，图4b，及图4c 的实施例中，由于要将气体通过第一流道2141时，其气体的通孔217可以不止一个，其可以依据使用者需求而增加，本发明也不加以限制。
再接着,请参考图4c,是本发明的供气机构的另一实施例的示意图。如图4c所示， 本实施例是将多个同心圆供气口 21配置于一平面载板22b上，以组合成一个平面式的供气机构20b，由图4c可看出与图4b的实施例差异处在于供气口 21的相对位置，但是由于多个同心圆的供气口 21结构与前述相同，因此不再加以赘述。但要强调，在图4a，图4b，及图4c 的实施例中，由于要将气体通过第一流道2141时，其气体的通孔217可以不止一个，其可以依据使用者需求而增加，本发明也不加以限制。
再接着，请参考图5a，其为本发明的薄膜工艺设备的一实施例示意图。如图5a所示，本发明的薄膜工艺设备I主要是用来沉积一个薄膜层在一个衬底33上；此薄膜工艺设备I包括一个反应室10，为一密闭空间，可在真空环境下提供反应气体在反应室10内反应以生成薄膜；一个供气机构20，配置于反应室10中的顶部上，此供气机构20具有同心圆的供气口 21，因此可通过供气机构20的同心圆的供气口 21向下喷出反应气体；一个输送机构30，其是由多个配置于反应室10内底部的滚动装置32(例如一种滚轮)所组成；以及一个载盘(tray) 31，用于承载一衬底33，其与滚动装置32接触并通过滚动装置32往A 方向移动，用于将载盘31及衬底33送入薄膜工艺设备I中。
请再参考图5a，本发明的薄膜工艺设备I的制造方法的步骤包括，首先，将衬底33 置放在载盘31上；接着，将载盘31通过滚动装置32往A方 向移动，用于将载盘31及衬底 33送入薄膜工艺设备I的反应室10中；在将薄膜工艺设备I上的阀门(未显示在图中) 关紧密封，进行抽真空步骤，以使反应室10内保持在一真空状态；再接着，经由供气机构20 的同心圆供气口 21喷出将反应气体喷出，并使反应气体在衬底33上开始反应并生成薄膜。 很明显地，本实施例的特征即是通过供气机构20的同心圆供气口 21喷出反应气体；例如 供气机构20的第一流道2141提供二乙基锌(DEZnw)气体，而在第二流道2151则提供水(H20(g))的气体，也可以在第一流道2141提供水(H2Ow)的气体，第二流道2151提供二乙基锌(DEZnw)气体；通过此同心圆供气口 21的设计，可有效增加反应气体的混合区域及效果，其混合区域如图3中的斜线处所示，因此明显改善现有技术两气体的气流混合区域太小的现象。
本发明的薄膜工艺设备I中输送机构30的滚动装置32设计，其可是顺时针及逆时针两方向回转，因此载盘31及衬底33可以往A方向移动或B方向移动，且滚动装置32 的速度也为可控，用来间接控制反应气体在衬底33上成膜速度及成膜的厚度；例如若成膜速率较快时，可将滚动装置32的速度增快，以控制成膜的厚度；反之若成膜速率较慢时， 可将滚动装置32的速度减慢。
本发明的薄膜工艺设备I中供气机构20可以移动，其可以在反应室10中沿A方向移动或B方向进行左右移动，如图6a所示；同时，供气机构20也可以在反应室10中沿X 方向移动或Y方向进行上下移动，如图6b所示；其中A方向及B方向与X方向及Y方向是相互垂直的。同样地，可通过对供气机构20移动的控制，使得本发明的成膜速度及成膜的厚度可以控制的更精准。此外，带动供气机构20移动的方式，可以是步进马达(未显示在图中)。很明显地，前述的供气机构20a的实施例也适用在反应室10中沿A方向移动或B 方向进行左右移动、也可以沿X方向移动或Y方向进行上下移动。
再接着，请参考图5b，其为本发明的薄膜工艺设备的另一实施例示意图。如图5b 所示，本实施例的薄膜工艺设备1，包括一个反应室10，为一密闭空间，可在真空环境下提供反应气体在反应室10内反应以生成薄膜；一个供气机构20b，配置于反应室10中的顶部上，此供气机构20b为一配置有多个同心圆供气口 21的一平面载板22b，因此可通过供气机构20b的同心圆的供气口 21向下喷出反应气体；一个输送机构30，其是由多个配置于反应室10内底部的滚动装置32所组成；以及一个载盘31，用于承载一衬底33，其与滚动装置32 接触并通过滚动装置32往A方向移动，用于将载盘31及衬底33送入薄膜工艺设备I中。 由于图5b与图5a间的差异处在于图5b中的供气机构20b为一配置有多个同心圆供气口 21的一平面载板22b，因此供气机构20b可以通过供气机构20b的同心圆的供气口 21向下喷出反应气体，来提供一个面积的成膜；因此，在图5b的实施例中，供气机构20b只需要对 X方向移动或Y方向进行上下的移动，即可达到对成膜速度及成膜的厚度的精准控制。而图 5b其它的制造步骤与图5a的实施方式相同，因此不再赘述。
请参考图7a及图7b，其为本发明的具有加热机构的薄膜工艺设备的实施例示意图，其中图7a为加热机构40在薄膜工艺设备I中的移动位置示意图(在图中未显示滚动装置32);而图7b为相对图7a的俯视图。如图7a所示，当输送机构30被送至反应室10内， 之后，可移动的加热机构40即会与载盘31接触，是通过加热机构40的载台41与载盘31 接触，其中，加热机构40的载台41还可以具有上下移动(即在X方向移动或Y方向移动) 的功能，将载盘31及位于载盘31上的衬底33向供气机构20的同心圆供气口 21处移动； 可通过对载台41位置的移动来控制衬底33向供气机构20的同心圆供气口 21间的距离， 来达到控制成膜速度及成膜的厚度。此外，也可由图7b中可看出，载盘31是通过滚动装置 32滚动方式，往前或往后输送移动，图中虚线部位为载台41的大小示意，也就是与载盘31 接触范围的示意图。
再接着，为了增加混合气体在衬底33表面的反应时间，需要将衬底33加热；因此本实施例的加热机构40即具有加热保温及上下移动功能，除可以由载台41的上下移动来带动载盘31及衬底33在反应室10中上下移动，因此可在成膜过程中控制供气口 21与衬底33间的距离，使得可有效控制薄膜生长的效果外；加热机构40还具有加热的功能，其结构说明如下。
请参考图8a，为本发明的加热机构的一实施例的剖面示意图。如图8a所示，加热机构40为一中空的构造，即在加热机构40中形成一个储存区42，此储存区42可以容置或储存一热源；例如本实施的热源是使用一种油，其经一个加热器43对油源区44的油进行加热后，将被加热后的油送至储存区42中，使得加热机构40的载台41温度升高；当载台 41升起并与载盘31接触后，即可将热由载盘31传递到衬底33上，使得衬底33的表面温度升高。因此当加热机构40中的储存区42持续处于油浴保温状态中时，即能维持衬底33 的表面在一定温度范围，可让两混合气体在载台41附近反应，以增加混合气体在衬底33表面的反应时间。当然，在本实施例中，是通过一个温度控制器45来控制油温。在此要强调， 本发明是以控制油温来进行对衬底33加热的目的，是因为对油温的控制精确度可以达到 ±0.5°C;同时，油温还可以被加热至最高温可至350°C，因此适合于生成氧化锌(ZnO)薄膜时的工艺(因于生成氧化锌(ZnO)薄膜的操作温度为180 230°C )。因此本发明即是使用油具有温度控制的精确度并且可以提供较高的温度操作区间的特性，使得本实施例通过对衬底33的表面温度的精确控制，可让薄膜成长的厚度精准控制。此外，本发明并不限制对油源区44的油进行加热的方式，也可以选择卤素灯、辐射增温、电阻抗型加温等方式加 热。
请再参考图8b，为本发明的加热机构的另一实施例的垂直剖面示意图。如图8b所示，本实施例的加热机构40中配置有循环管路46，此循环管路46的一端是与油源区44相通，而循环管路46的另一端是与油源区44连接。因此油源区44的油经加热器43加热后， 再经由泵(pump)输送至循环管路46，在循环管路46中绕一圈后回至油源区44后，再经加热器43加热；同时，本实施例还安装一温度控制器45，因此对温度低或高进行设定及控制， 以增加温度精确度。经此则加热后的油可在循环管路46中循环流动，因此可使载台41维持在设定温度，同时载台41上的衬底33也可维持在设定温度。
请参考图9，为本发明的薄膜工艺设备的厚度控制装置及传感器示意图。如图9所示，本实施例的薄膜工艺设备I的顶端安装了至少一个传感器(sensor) 51,传感器51排列可以是呈间隔排列方式；本实施例的感测方式是以雷射或特定波长范围的光束(未显示在图中)照射衬底33后，传感器51侦测衬底33的反射光信号，并将反射光信号传送至厚度控制装置50后，厚度控制装置50根据反射光信号即可精确地计算出目前薄膜成长的厚度或膜质的特性；若当计算出薄膜厚度较低时会增加两个反应气体的供给量，以加快薄膜成长的速率；若当计算出薄膜厚度较高时，则会减少两个反应气体的供给量，以减缓薄膜成长的速率。以及膜质发生变动时，可以改变两个反应气体的供给量比例或调整温度控制器藉以微调加热器的温度，达到微调膜质至最佳化的状态。通过此厚度控制装置50以及传感器 51的配置，使得使用者可以方便地设定及控制薄膜成长的反应速率。
接着，将本发明前述的功能进行完整的操作说明。首先，请参考图1Oa及图10b，为本发明的薄膜工艺设备一实施例的侧视示意图，而图1Ob则为图1Oa的俯视示意图。如图1Oa所示，薄膜工艺设备I包括一个反应室10，为一密闭空间，可在真空环境下提供反应气体在反应室10内反应以生成薄膜；一个供气机构20，配置于反应室10中的顶部上，此供气机构20具有同心圆的供气口 21，因此可通过供气机构20的同心圆的供气口 21向下喷出反应气体；一个输送机构30，其是由多个配置于反应室10内底部的滚动装置32所组成；以及一个载盘31，用于承载一衬底33，其与滚动装置32接触并通过滚动装置32往A方向移动， 用于将载盘31及衬底33送入薄膜工艺设备I中。在本实施例中，其适用供气机构20 (即图2a的供气机构)及供气机构20a(即图4a的供气机构)，其可通过在反应室10顶部上配置的第一传动机构22 (例如步进马达)，使得供气机构20及供气机构20a可以在第一方向上向前及向后移动；同时，也可再通过在反应室10顶部上配置的第二传动机构11 (例如步进马达)，使得供气机构20及供气机构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动；也就是本实施例的供气机构20及供气机构20a可以经由传动机构11、 22的带动，使得供气机构20及供气机构20a可以在反应室10顶部的水平位置上进行前后左右的移动，使其移动范围可以涵盖载盘31及衬底33。同时，在本实施例中，还可以提供一个加热机构40，通过此加热机构40的载台41 (未显示在图1Oa中，但请参考图7a)与载盘31接触，除了可以对位于载盘31上的衬底33加热外，也可以将载盘31及衬底33升高， 使得衬底33与供气机构20及供气机构20a间的距离缩小，来达到控制薄膜的成长。在此要强调，图1Oa及图1Ob中的传动机构11、22是使用既有的技术来达成，因此未对传动机构 11、22的结构作详细的说明，然此并不会对本发明的技术手段及特征造成影响。
请再参考图1la及图11b，其中图1la为本发明的薄膜工艺设备的另一实施例的侧视示意图，而图1lb则为图1la的俯视示意图。本实施例的图1la是在图1Oa的实施例中， 再增加供气机构20及供气机构20a可以在反应室10的X方向移动或Y方向移动的功能， 使得本实施例的薄膜工艺设备I更具有控制薄膜成长的能力。同样地，在图1la及图1lb 中的传动机构11、22以及带动供气机构20及供气机构20a在X方向移动及Y方向移动的机构，都是使用即有的技术来达成，因此未对传动机构11、22以及带动供气机构20及供气机构20a在X方向移动及Y方向移动的机构的结构作详细的说明，然此并不会对本发明的技术手段及特征造成影响。
请参考图12a及图12b，为本发明的薄膜工艺设备的另一实施例的侧视示意图，图 12b则为图12a实施例的俯视示意图。如图12a所示,本实施例的薄膜工艺设备I,包括 一个反应室10，为一密闭空间，可在真空环境下提供反应气体于反应室10内反应以生成薄膜；一个供气机构20b，配置于反应室10中的顶部上，此供气机构20b为一配置有多个同心圆供气口 21的一平面载板22b，因此可通过供气机构20b的同心圆的供气口 21向下喷出反应气体；一个输送机构30，其是由多个配置于反应室10内底部的滚动装置32所组成；以及一个载盘31，用于承载一衬底33，其与滚动装置32接触并通过滚动装置32往A方向移动，用于将载盘31及衬底33送入薄膜工艺设备I中；其中本实施例的供气机构20b为一个配置有多个同心圆供气口 21的一平面载板22b，因此供气机构20b可以通过供气机构20b 的同心圆的供气口 21向下喷出反应气体，来提供一个面积的成膜；同时，在本实施例 中，还可以提供一个加热机构40，通过此加热机构40的载台41 (未显示在图12a中，但请参考图 7a)与载盘31接触，除了可以对位于载盘31上的衬底33加热外，也可以将载盘31及衬底 33升高，使得衬底33与供气机构20b间的距离缩小，来达到控制薄膜的成长。
请参考图13a及图13b，为本发明的薄膜工艺设备的另一实施例的侧视示意图，图 13b则为图13a实施例的俯视示意图。本实施例的图13a是在图12a的实施例中，再增加对供气机构20b在反应室10的X方向移动或Y方向移动的功能，也同时可以调整衬底33与供气机构20b间的距离，使得本实施例的薄膜工艺设备I可以缩短薄膜成长的时间。
请再参考图14，为本发明的薄膜工艺系统的一实施例示意图。如图14所示，本发明的薄膜工艺系统是将多个薄膜工艺设备I相连接并组成一完整机台。首先，将衬底33放置于载盘31上，其中衬底33的大小为从300 X 300mm至2200 X 2500mm的玻璃衬底33 ;之后，将载盘31及衬底33由方向A送进第一薄膜工艺设备la，接着，在反应室10中先以卤素灯(lamp)辐射加温方式，将衬底33加热至约140 220°C，在此加热的同时，第二薄膜工艺设备lb、第三薄膜工艺设备lc、第四薄膜工艺设备Id以真空泵抽至真空状态约O. OlTorr 以下，且每一薄膜工艺设备I间都是以闸阀相间隔，具良好隔绝性，当闸阀关闭后，不同薄膜工艺设备I间并不会互相影响，所生成薄膜也不会互相污染。接着，本实施例以生成氧化锌(ZnO)薄膜为例，来说明薄膜工艺系统的操作过程。当衬底33进入第二薄膜工艺设备Ib 时，两种反应气体分别为二乙基锌(DEZnw)及水(H2Ow)且经由供气机构20的同心圆供气口 21喷入反应室10内部空间；当此处供气机构20的为供气机构20b的平板设计，则每一个同心圆供气口 21待闸阀关闭后，即开始出气混合反应成膜；若此处的供气机构20为条状结构的供气机构20a时，则每一个同心圆供气口 21会先于载盘31上进行预喷动作，待气流混合呈稳定态后，才开始喷出两种反应气体在衬底33上成膜，此时衬底33的表面温度可以由加热机构40的载台41 (未显示在图14中，但请参考图7a)与载盘31接触，加热并维持约140 200°C，以使反应气体在衬底33上生成氧化锌(ZnO)薄膜；当侦测到氧化锌(ZnO) 薄膜的厚度到达设定值后，则停止出气并离开第二薄膜工艺设备Ib进入第三薄膜工艺设备Ic ;此时，即可根据第三薄膜工艺设备Ic中所供应的不同反应气体的种类、喷气速率及衬底33温度设定，即可改生成不同种类的薄膜；例如以Mg(CH3C5H4)2ig)(双(甲基环戊二烯)镁)及四氟化碳(CF4tg))反应生成二氟化镁薄膜(MgF2)薄膜；同样地，待第三薄膜工艺设备Ic成长完成后，即可再进入第四薄膜工艺设备ld，以成长另一薄膜层；由于各薄膜工艺设备I间彼此独立，因此并不互相影响，因此可依使用者安排，生成工艺所需薄膜。当薄膜生长完成后，此时进入最后一个薄膜工艺设备1，在此单元中以加入氮气(N2)方式，予以降温至约30 60°C，并供后续处理，且在任一薄膜工艺设备I其中的供气机构20，均可以上下或左右移动，同时加热机构40的载台41也可以升高或降低，借此来对供气机构20供气口 21与衬底33间距离配置薄膜成长的厚度做最佳的控制，以利于生成高质量的薄膜。
本发明还具一特出优异点，陈述如下以生成氧化锌(ZnO)薄膜为例，当二乙基锌 (DEZnw)及水(H2Ow)反应后除生成氧化锌(ZnO)外，同时会产生乙炔气体，为待清除废气， 传统方式必需加强真空抽气，但抽气过强会影响反应气体气流的均匀性，本发明的供气机构20的同心圆供气口 21结构，则由于混合良好缘故，因此虽同样有乙炔气体生成，但每一同心圆供气口 21就如一 风扇般，不断喷出反应气体，有效取代了乙炔的位置，使得乙炔气体的排除过程不会影响成膜均匀性，且清除更为简易，此点也为本发明的一大优点。
本发明同时提供一种用于沉积生成薄膜于衬底33上的薄膜制作方法2，薄膜制作方法2包括步骤1501 :提供一反应室10，形成一密闭空间，供反应气体在反应室10内反应并生成薄膜；步骤1502 :提供一供气机构20，安置于反应室10内上部，可通过供气口 21向下喷反应气体，其中供气机构20的供气口 21呈同心圆状；步骤1503 :提供一输送机构30， 安置于反应室10内下部，供输送衬底33使用；及步骤1504 :提供一加热机构40，安置于输送机构30下方,一面与输送机构30底面相接触，以加热衬底33。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非用于限定本发明的申请专利权利；同时以上的描述，对于熟知本技术领域的普通技术人员应可·明了及实施，因此其它未脱离本发明所公开的精神下所完成的等同改变或修饰，均应包含在权利要求中。·
权利要求
1.一种薄膜工艺设备，包括 一载盘，用于承载一衬底； 一反应室，为一密闭空间，具有一顶部及相对该顶部的一底部； 一供气机构，配置于该反应室内的该顶部，具有一对相互隔离的供气口，可通过该对相互隔离的供气口向下喷出不同的气体；及 一输送机构，配置于该反应室内的该底部，供输送该载盘及该衬底至该反应室中； 其中该供气机构的为一同心圆结构的供气口。
2.一种薄膜工艺设备，其特征在于，包括 一载盘，用于承载一衬底； 一反应室，为一密闭空间，具有一顶部及相对该顶部的一底部； 一供气机构，配置于该反应室内的该顶部，该供气机构是由多个具有同心圆结构的供气口所组成，每一该同心圆结构的供气口的同心圆结构间是相互隔离，可通过每一该同心圆结构的供气口向下喷出不同的气体；及 一输送机构，配置于该反应室内的该底部，供输送该载盘及该衬底至该反应室中。
3.根据权利要求1或2所述的薄膜工艺设备，其特征在于，该供气机构被一传动机构带动在该顶部的两侧间移动。
4.根据权利要求1或2所述的薄膜工艺设备，其特征在于，该供气机构被一传动机构带动在该顶部与该底部之间移动。
5.根据权利要求2所述的薄膜工艺设备，其特征在于，该多个具有同心圆结构的供气口所组成的该供气机构为一条状结构。
6.根据权利要求5所述的薄膜工艺设备，其特征在于，该条状结构的供气机构被一传动机构带动在该顶部的两侧间移动。
7.根据权利要求5所述的薄膜工艺设备，其特征在于，该条状结构的供气机构被一传动机构带动在该顶部与该底部之间移动。
8.根据权利要求2所述的薄膜工艺设备，其特征在于，该多个具有同心圆结构的供气口所组成的该供气机构为一平板结构。
9.根据权利要求8所述的薄膜工艺设备，其特征在于，该平板结构的供气机构经由一传动机构带动在该顶部与该底部之间移动。
10.根据权利要求1所述的薄膜工艺设备，其特征在于，该同心圆结构的供气口是由一内圆管形成一第一流道，一外圆管形成一第二流道以及包覆该内圆管及该外圆管的一外壳所组成。
11.根据权利要求10所述的薄膜工艺设备，其特征在于，该第一流道的一端与该供气口相通，而该第一流道的另一端是与一第一容置空间相通。
12.根据权利要求10所述的薄膜工艺设备，其特征在于，该第二流道的一端与该供气口相通，而该第二流道的另一端是与一第二容置空间相通。
13.根据权利要求10的薄膜工艺设备，其特征在于，其进一步包括一第三容置空间，该第三容置空间与该第二容置空间及该外圆管相邻。
14.根据权利要求1或2所述的薄膜工艺设备，其特征在于，其进一步在该反应室的该顶部上配合多个感应装置。
15.一种用于在一衬底上沉积一薄膜的薄膜制作方法，其特征在于，包括 提供一载盘，且该载盘承载一衬底； 提供一反应室，为一密闭空间，具有一顶部及相对该顶部的一底部； 提供一供气机构，配置于该反应室内的该顶部，该供气机构具有至少一对相互隔离的同心圆结构供气口，可通过每一该对相互隔离的同心圆结构供气口分别向下喷出不同的气体； 提供一输送机构，配置于该反应室内的该底部，供输送该载盘及该衬底至该反应室中，以使该衬底与该对相互隔离的同心圆结构供气口分别向下所喷出的不同的气体进行反应。
16.根据权利要求15所述的薄膜制作方法,其特征在于,该供气机构被一传动机构带动在该顶部的两侧间移动。
17.根据权利要求15所述的薄膜制作方法，其特征在于，该供气机构被一传动机构带动在该顶部与该底部之间移动。
18.—种薄膜工艺系统,包括 一载盘，用于承载一衬底； 一第一反应室，该第一反应室配置一加温设备； 一第二反应室，经由一阀门与该第一反应室隔离，该第二反应室具有一顶部及相对该顶部的一底部； 一第三反应室，经由另一阀门与该第二反应室隔离，用于提供一降温环境； 一输送机构，配置于该第一反应室、该第二反应室及该第三反应室内，用于输送该载盘及该衬底通过这些反应室； 其中该薄膜工艺系统的特征在于 一供气机构，配置于该第二反应室内的该顶部，该供气机构是由多个具有同心圆结构的供气口所组成，每一该同心圆结构的供气口的同心圆结构间是相互隔离，可通过每一该同心圆结构的供气口向下喷出不同的气体。
19.根据权利要求18所述的薄膜工艺系统,其特征在于,该供气机构被一传动机构带动在该顶部的两侧间移动。
20.根据权利要求18所述的薄膜工艺系统，其特征在于，该供气机构被一传动机构带动在该顶部与该底部之间移动。
全文摘要
本发明是有关于一种薄膜工艺设备及一种薄膜制作方法，该薄膜工艺设备包括一个反应室、一个供气机构及一个输送机构，本发明的技术特征在于供气机构的供气口呈同心圆状。通过此设计可使得不同气体出气后，能混合更均匀，以利于增加气体反应效果，使得生成薄膜效果更好。
文档编号C23C16/455GK103031534SQ20111030388
公开日2013年4月10日 申请日期2011年9月28日 优先权日2011年9月28日
发明者萧盈诗, 吉村俊秋 申请人:核心能源实业有限公司, 吉村俊秋