CN102148304B - 制膜系统及制膜方法 - Google Patents

Abstract

一种制膜系统及制膜方法，所述制膜系统包括用以容纳液体的容器、用以排除该液体的排水装置、设于该容器内的环型件、设于该容器内且承载至少一基板的承载件以及成膜材料；于制膜过程中，令该承载件位于该液体中，而令该环型件浮于该液体上，当在该液体上形成由纳米球构成的膜状物时，该膜状物位于该环型件的环内，再移除该液体，以令该膜状物配合该环型件下移而形成于该基板上，从而通过该环型件的设置，以避免现有技术中纳米球碰触容器的内壁而易破裂等问题。

Description

制膜系统及制膜方法

技术领域

本发明涉及一种制膜系统及制膜方法，特别是涉及一种制备光电元件的系统。

背景技术

目前代表性的半导体光电元件，例如发光二极管(LED)、太阳能电池等，针对效能而言，其光电转换效率为非常重要的效能指标；因平整光滑面对光具有较高的反射率，而不利于光线进出元件，导致转换效率低，故目前业界通常的做法是在元件表面制作不平整的凹凸微结构，以有效提高元件效能；因此，该光电元件表面的粗糙度对转换效率具有相当程度的影响。一般而言，该表面微结构可分为有序及无序，该无序微结构可通过化学蚀刻达成，而该有序微结构可通过光阻微影法达成。

现有光阻微影法是在晶圆表面形成作为光罩的干膜，再利用曝光、显影形成光罩开孔以露出该晶圆的部分表面，接着在该光罩开孔中进行微蚀刻，令外露的晶圆表面呈不规则面，最后再移除该干膜。但是，现有光阻微影法不仅工艺时间长且干膜成本高，又干膜易造成污染，故遂发展出由纳米球构成的光罩，以取代干膜，不仅成本低且有效降低污染，并且工艺时间短。

现有由纳米球构成的光罩是通过浸入拉起式制作而成，其制造工艺是先于一容器中装满含有多个纳米球的液体，再将晶圆置入液体中，以令该纳米球集结于该晶圆表面上，最后将晶圆拉起，以令该纳米球吸附于该晶圆表面上，从而形成由该纳米球构成的光罩。但是，因晶圆拉升的速度将影响光罩的紧密度，若拉升速度过快，该纳米球尚未附着于该晶圆表面上，将造成光罩具有大缺口，导致后续蚀刻时将形成大凹陷而非微结构；若拉升速度过慢，该纳米球将堆叠数层于该晶圆表面上，导致光罩难以形成缝隙，以致于后续蚀刻时将难以形成微结构。故遂发展出不需考虑晶圆拉升速度的制法。

请参阅图1A至图1E，为现有纳米球微影法的一制膜方法。如图1A所示，提供一直径15cm圆形容器10，再将水100注入该容器10；如图1B及图1C所示，接着，通过注射针头或是吸量管接触水面，以沿水面注入具有多个纳米球301的乙醇水溶液300a(浓度为10％或8％)，令各该纳米球301松散布设于水面上，且该乙醇水溶液300a推挤各该纳米球301向容器10边缘移动，令各该纳米球301集结形成具有开口302的膜状物30’，从而供作为所需的光罩薄膜；如图1D所示，将为1cm²的晶圆(wafer)的基板3由开口302进入该容器10的水100中，且该基板3表面正对接触于该膜状物30’的下方，令该膜状物30’结合至该基板3表面上；如图1E所示，最后，将该基板3向上移出水面，以令该基板3的表面具有作为光罩的膜状物30’，后续即可进行蚀刻表面以粗糙化的制造工艺。

但是，上述现有纳米球微影法虽不需考虑晶圆拉升速度的制法，却无法在大面积的晶圆上制作光罩，而仅能于1cm²小面积的晶圆上制作光罩，导致无法满足可具选择性的需求。

再者，该容器10水面上的膜状物30’需留下一些空间(如开口302)以释放压力，因此在水面上不能放满纳米球301，否则该纳米球301会碰触容器10的内壁10a而破裂，故该纳米球301的布设面积最多仅能占70％的水面，以致于无法制作大面积晶圆所需的光罩。若该纳米球301布满水面，在图1D所示的步骤，该基板3则需破坏该膜状物30’进入水100中，导致该膜状物30’产生如晶格裂缝的结构受损，将影响纳米球301的附着力。

因此，如何避免现有技术中上述的种种问题，实已成目前急欲解决的问题。

发明内容

鉴于上述现有技术的种种缺陷，本发明的目的是提供一种制膜系统及制膜方法，用以避免现有技术中承载件容易破坏膜状物的问题，同时还能一次制作至少一大面积晶圆的光罩，而满足可具选择性的需求。

为达到上述目的，本发明提供一种制膜系统，包括：容器，容纳有液体；排水装置，用以排除该液体；环型件，以上下移动自如方式设于该容器内，并浮于该液体上；承载件，设于该容器内的液体中，且该承载件用以承载至少一基板；以及成膜材料，注入于该容器内的液体表面，以形成膜状物，且令该膜状物的边缘接触该环型件的内径缘。

前述的制膜系统可还包括输送装置，用以容纳成膜材料，且该输送装置具有注射单元，以将该成膜材料注入该容器中。

前述的制膜系统中，该排水装置包括有贯穿该容器的排水孔、开闭该排水孔的孔塞；亦或包括连接该排水孔导引流向的排水管及控制流量的止水阀；此外，该排水装置可还包括蒸发器。又该排水装置可包括进入该容器中抽水的管体。

前述的制膜系统可还包括分离结构，用以分离该承载件与该容器，该分离结构具有设于该承载件上的夹持部，供机器手臂夹持该承载件而分离该承载件与该容器，且该容器与该承载件之间具有空隙，以利于该机器手臂夹持该承载件。

本发明还提供一种制膜方法，是以上述制膜系统制膜的方法，包括：将液体注入该容器，以令该环型件浮于该液体上，而该承载件位于该液体中；在该液体面上注入成膜材料，而在该液体上面的环型件内形成膜状物，且该膜状物的边缘接触该环型件的内径缘；以及移除该液体，以令该膜状物配合该环型件下移而形成于该承载件及设于该承载件上的该基板上。

本发明的制膜系统与方法中，该容器可为圆形、六角形或多边形；该环型件是以片状为佳，且该环型件的外径侧对应该容器的内壁；该承载件的轮廓对应该环型件的内径缘，且形成该承载件的材料是以亲水性材料或不锈钢为佳，又较佳地，该承载件的表面为粗糙面。

在一具体实施例中，该基板为晶圆。

前述的制法中，当设置该环型件于该容器内时，该环型件的外径侧接触该容器的内壁。

前述的制法中，当设置该承载件与环型件于该容器内后，该承载件的轮廓接触该环型件的内径缘。

在本发明的一具体实施例中，该液体为水；该膜状物是以沉积方式形成于该基板上，且该成膜材料包含纳米球与醇类水溶液。

前述的制法中，还包括通过输送装置将该成膜材料输送至该容器内，且该输送装置具有注射单元，以将该成膜材料注入该容器中。

前述的制法中，移除该液体的方式为虹吸法，且还包括在移除该液体后，使用蒸发器干燥该膜状物。

前述的制法还包括在移除该液体后，通过分离结构分离该承载件与该容器。

由上可知，本发明通过该环型件的设置，有效避免该纳米球碰触该容器的内壁而破裂，且该纳米球是形成于该环型件的环内，从而可依需求制作大面积晶圆所需的光罩。

再者，本发明先在该容器底部设置承载件，再在水面上形成膜状物，不仅避免该承载件破坏膜状物，且膜状物不需形成用以设置承载件的开口，从而提升该纳米球的布设面积。又通过该承载件的设计，可一次制作至少一大面积晶圆的光罩，有效满足可具选择性的需求。

附图说明

图1A至图1E为显示现有纳米球微影的制膜方法示意图。

图2为本发明制膜系统的立体分解示意图。

图3A至图3E为显示本发明制膜方法的示意图。

图4A至图4C为本发明制膜系统的不同实施例的立体示意图，其中，图4B’为剖视示意图。

主要元件符号说明：

10、20、20’    容器

10a、20a        内壁

100             水

2               制膜系统

200             液体

21、21’        环型件

21a             外径侧

21b             内径缘

22、22’、22”  承载件

22a             轮廓

220             开孔

221             缺口

23              输送装置

230             注射单元

24、24’        排水装置

240             排水孔

241             孔塞

242             通孔

243             管体

25              分离结构

250             机器手臂

251             夹持部

2521            伸缩件

2531            翻转载盘

3               基板

3a              成膜材料

30、30’        膜状物

30a             边缘

300             醇类水溶液

300a            乙醇水溶液

301             纳米球

302             开口

w               宽度

具体实施方式

以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图2，为本发明所提供的制膜系统2；请一并参阅图3A至图3E，为应用该制膜系统2的制膜方法；再请一并参阅图4A至图4C，为该制膜系统2的其他实施例。本发明的薄膜可作为蚀刻遮罩或其他用途使用，制造工艺中使用纳米球自组的技术，不需使用具有毒性的干膜、及曝光等制造工艺设备。

如图2及图3A所示，本发明的制膜系统2是供在例如为两时晶圆(wafer)的基板3上制作例如光罩的薄膜，且该基板3可用于LED装置，该制膜系统2包括：容器20、环型件21以及承载件22；该制膜系统2的组设顺序是先将该环型件21设于该容器20内，再将承载至少一基板3的承载件22设于该容器20内；该组设顺序反之亦然。

所述的容器20是以圆形为佳，而六角形或多边形亦可，而所述的环型件21为片状且宽度w约为5mm，该环型件21的外径侧21a是对应该容器20的内壁20a，且较佳而言，当设置该环型件21于该容器20内时，该环型件21的外径侧21a是稍稍接触该容器20的内壁20a。

所述的承载件22为直径约20cm的圆盘，其表面为粗糙面，且形成该承载件22的材料为亲水性材料或不锈钢，但不以此为限。该承载件22的轮廓22a是对应该环型件21的内径缘21b，且较佳而言，当设置该承载件22与环型件21于该容器20内后，该承载件22的轮廓22a接触该环型件21的内径缘21b。

又该承载件22的承载方式繁多，在本实施例中，是在该承载件22上形成多个对应该基板3的开孔220，以通过该开孔220卡置该基板3，而令该承载件22可承载多个基板3；另外，该开孔220的数量可依基板3的数量需求作设计，在此并无特定限制。

如图3B所示，将例如水等液体200注入该容器20内，以令该环型件21浮于该液体200上，而该承载件22位于该液体200中。但是，该液体200并无特定种类，例如可使用水，但是本发明对于水的洁净程度具特别要求，无法使用日常生活中所用的自来水。

如图3C所示，将成膜材料3a注入该容器20内，以在该液体200上形成由该成膜材料3a构成的薄的膜状物30，且该膜状物30是位于该环型件21的环内，故该膜状物30的边缘30a接触该环型件21的内径缘21b。

所述的成膜材料3a包含纳米球301与表面张力足以使成膜材料3a成膜的醇类水溶液300，例如乙醇(乙醇的表面张力为22mN/m，一比一混合的乙醇水溶液的表面张力约为30mN/m)，该膜状物30是由该纳米球301密集排列所组成，且可选择性地通过提供分散该纳米球301的醇类水溶液300，以令该纳米球301可随该醇类水溶液300均匀布设于水上。

较佳而言，该制膜系统2还包括一容纳该成膜材料3a的输送装置23，例如具有注射单元230的针筒，以将该成膜材料3a沿该水面注入该容器20中，且该醇类水溶液300浮于该液体200上，以令多个纳米球301集结成该膜状物30而浮于该液体200上。

本发明通过该环型件21的设置，有效避免该纳米球301碰触该容器20的内壁20a而破裂，且该环型件21为极薄程度的片状，在本实施例中，该环形件21的厚度约0.5mm，而该纳米球的直径约1微米(μm)；若该环型件21过厚，该纳米球301可能沿该环型件21的内径缘21b壁面向上附着，导致该膜状物30的边缘发生翘曲现象，因而导致该膜状物30破裂。

再者，该环型件21的宽度w远小于该容器20的尺寸，令该环型件21的环中空处面积接近该容器20的尺寸，使该纳米球301的布设面积远大于现有技术，在本实施例中达占95％的水面，从而可依需求制作大面积晶圆所需的薄膜。

又，本发明先在该容器20底部设置承载件22及基板3，再在水面上形成该膜状物30，故不会有例如现有技术将基板置入水中而破坏膜状物的情况，有效避免该膜状物30的结构受损，且避免破坏纳米球301的附着力。

另外，先在该容器20底部设置承载件22及基板3也可避免现有技术的形成开口以放置基板的情况，故该基板3的设置不会影响水面上的纳米球301布设面积，因而该纳米球301可尽量布满该环型件21的环中空处。

如图3D所示，移除该液体200及醇类水溶液300，以令该膜状物30配合该环型件21下移而沉积于该承载件22及基板3上；其中，该环型件21下移至该容器20底部，使该环型件21的内径缘21b接触该承载件22的轮廓22a，而该膜状物30因位于该环型件21的环内，故该膜状物30仅下移至该基板3上。

移除该液体200及醇类水溶液300的方式繁多，例如吸取等。较佳而言，如图2的制膜系统2，该容器20在底部设有液体200及醇类水溶液300排除用的排水装置24，该排水装置24包括有贯穿该容器的排水孔240、开闭该排水孔240的孔塞241；但是，也可使用连接该排水孔240导引流向的排水管(图未示)及控制开度大小的止水阀(图未示)，以控制流量。在本实施例中，是使该孔塞241脱离该容器20的排水孔240，该液体200及醇类水溶液300将由该排水孔240排出该容器20而流入该排水管。

再者，该排水装置24也可包括具有蒸发器(图未示)，以蒸发位于该膜状物30、环型件21及承载件22上的残余液体、或可不需设置该排水孔240而直接蒸发该液体200及醇类水溶液300。

又在一实施例中，如图4A所示，该排水装置24’可包括形成于该环形件21’上的通孔242、及经过该通孔242进入该容器20中的管体243，以通过虹吸法抽水，也可利用泵抽水。

另外，也可在该容器20的内缘形成槽沟(图未示)，以令该管体243沿该槽沟进入该容器20中，且该环形件21抵靠该容器20的内缘，以在该容器20内不旋转；再者，该容器20内缘非完整圆形弧面将有扰流效果，可减少从注水至水停止流动的时间，且使用内缘六角形的容器，配合外六角内圆形的环形件也可有类似效果。

如图3E所示，分离该承载件22与该容器20，以由该承载件22上取出表面具有膜状物30的基板3，且分离该承载件22与该容器20的方式繁多，例如由该容器20中倒出该承载件22；较佳而言，如图4B及图4B’的制膜系统2还包括分离结构25，以通过该分离结构25分离该承载件22’与容器20’。

在本实施例中，该分离结构25具有设于该承载件22’上且为穿孔状的夹持部251，以通过机器手臂250穿设该夹持部251，而将该承载件22’夹出该容器20’，令该承载件22’与该容器20’分离。在本实施例中，机器手臂250可具有，例如，伸缩件2521及可翻转地连接该伸缩件2521的翻转载盘2531，该伸缩件2521可自机器手臂250一端伸出并向承载件22’外围移动以供翻转载盘2531撑起承载件22’。但是，该机器手臂250也可由具有夹取功能或任何具有其他功能的结构取代，并无特别限制。

再者，若要使用机器手臂250取出承载件22’，该容器20’仅接触该承载件22’的外围，该承载件22’中间下方与该容器20’之间则具有空隙，以利于该机器手臂250抬起该承载件22’；又该容器20’底部可如图4B’所示的圆锥形，于其他的实施方式中，该容器20’底部也可为圆柱型。

由于本发明先在该容器20底部设置承载件22及基板3，故可避免该膜状物30的结构受损，因此，通过该承载件22的设计，即可在大面积的晶圆上制作光罩，且可一次制作多个晶圆的光罩，有效满足可具选择性的需求。

又当取出该承载件22后，若在该膜状物30及承载件22上发现残余液体，也可继续通过蒸发方式移除液体，以令该基板3上保持干燥。

另外，如图4C所示，可在该承载件22”上形成连通该开孔220的缺口221，当该承载件22”与该容器20分离后，以通过该缺口221而便于取出卡置于该开孔220中的基板3。

综上所述，本发明通过该环型件的设置，有效避免该纳米球碰触该容器的内壁而破裂，且该纳米球是形成于该环型件的环内，从而可依需求制作大面积晶圆所需的光罩。

再者，本发明先在该容器底部设置承载件，再在水面上形成膜状物，不仅避免该承载件破坏膜状物，且膜状物不需形成用以设置承载件的开口，从而提升该纳米球的布设面积。又通过该承载件的设计，可一次制作至少一大面积晶圆的光罩，有效满足可具选择性的需求。

上述实施例是用以例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修改。因此本发明的权利保护范围，应以权利要求书的范围为依据。

Claims (30)

1.一种制膜系统，其特征在于，包括：

容器，容纳有液体；

排水装置，连通该容器，用以排除该液体；

环型件，以上下移动自如方式设于该容器内，并浮于该液体上；

承载件，设于该容器内的液体中，且该承载件用以承载至少一基板；以及

成膜材料，注入于该容器内的液体表面而浮于该液体上，以形成膜状物，且令该膜状物的边缘接触该环型件的内径缘。

2.根据权利要求1所述的制膜系统，其特征在于，该容器为圆形或多边形。

3.根据权利要求2所述的制膜系统，其特征在于，该多边形为六角形。

4.根据权利要求1所述的制膜系统，其特征在于，该环型件为片状。

5.根据权利要求1所述的制膜系统，其特征在于，该环型件的外径侧对应该容器的内壁。

6.根据权利要求1或5所述的制膜系统，其特征在于，形成该承载件的材料为亲水性材料。

7.根据权利要求1所述的制膜系统，其特征在于，该基板为晶圆。

8.根据权利要求1所述的制膜系统，其特征在于，该成膜材料包含纳米球与醇类水溶液。

9.根据权利要求8所述的制膜系统，其特征在于，还包括输送装置，用以容纳成膜材料，以将该成膜材料输送至该容器内，令该成膜材料形成该膜状物。

10.根据权利要求9所述的制膜系统，其特征在于，该输送装置具有注射单元，以将该成膜材料注入该容器中。

11.根据权利要求1所述的制膜系统，其特征在于，该排水装置包括有贯穿该容器的排水孔、开闭该排水孔的孔塞。

12.根据权利要求1所述的制膜系统，其特征在于，该排水装置包括有贯穿该容器的排水孔、连接该排水孔导引流向的排水管、及控制流量的止水阀。

13.根据权利要求11或12所述的制膜系统，其特征在于，该排水装置还包括蒸发器。

14.根据权利要求1所述的制膜系统，其特征在于，该排水装置包括进入该容器中的管体。

15.根据权利要求1所述的制膜系统，其特征在于，还包括分离结构，用以分离该承载件与该容器。

16.根据权利要求15所述的制膜系统，其特征在于，该分离结构具有设于该承载件上的夹持部，供机器手臂夹持该承载件以分离该承载件与该容器。

17.根据权利要求16所述的制膜系统，其特征在于，该容器与该承载件之间具有空隙，以利于该机器手臂夹持该承载件。

18.一种制膜方法，是以权利要求1所述的制膜系统制膜的方法，其特征在于，包括：

将液体注入该容器，以令该环型件浮于该液体上，而该承载件位于该液体中；

在该液体面上注入成膜材料，而在该液体上面的环型件内形成膜状物，且该膜状物的边缘接触该环型件的内径缘；以及

移除该液体，以令该膜状物配合该环型件下移而形成于该承载件及设于该承载件上的该基板上。

19.根据权利要求18所述的制膜方法，其特征在于，该容器为圆形或多边形。

20.根据权利要求19所述的制膜方法，其特征在于，该多边形为六角形。

21.根据权利要求18所述的制膜方法，其特征在于，该环型件为片状。

22.根据权利要求18所述的制膜方法，其特征在于，该环型件的外径侧对应该容器的内壁。

23.根据权利要求18所述的制膜方法，其特征在于，形成该承载件的材料为亲水性材料。

24.根据权利要求18所述的制膜方法，其特征在于，该基板为晶圆。

25.根据权利要求18所述的制膜方法，其特征在于，该液体为水。

26.根据权利要求18所述的制膜方法，其特征在于，该膜状物是以沉积方式形成于该基板上。

27.根据权利要求18所述的制膜方法，其特征在于，该成膜材料包含纳米球与醇类水溶液。

28.根据权利要求27所述的制膜方法，其特征在于，还包括通过输送装置将该成膜材料输送至该容器内。

29.根据权利要求28所述的制膜方法，其特征在于，该输送装置具有注射单元，以将该成膜材料注入该容器中。

30.根据权利要求18所述的制膜方法，其特征在于，还包括在移除该液体后，以蒸发器干燥该膜状物。

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