TW200811310A - Apparatus for chemical gas phase thin film sedimentation - Google Patents

Description

200811310 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種化學氣相薄膜沈積設備，尤指一種 適用於具氣體預熱、基材加熱、及電場與磁場控制結構之 5 化學氣相薄膜沈積設備。 【先前技術】

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20 熱線化學氣相沈積（Hot Filament Chemical Vapor Deposition，簡稱HFCVD)係屬於化學氣相沈積之一種， 因熱線化學氣相沈積具有覆蓋性佳、薄膜均勻度優良、純 度高、以及可沈積大面積基材等諸多優點，故廣泛應用在 製作如鑽石薄膜、多晶矽等材料上。 熱線化學氣相沈積之基本原理，係透過設置在反應腔 體内之熱線（HGt Filament)，利用其表面之高溫，將通過孰 線之反應氣體高溫裂解、或激發解離，使原子在基材上沈 積形成薄膜。 在實際的製程應用上，反應腔體内部之基材反應溫度 需控制在一特定溫度範圍之製程條件内，且對氣體經由高 溫裂解所形成原子之分佈條件也有—定之限制，其在基材 =積出的薄膜純度、厚度、及均句性等品質參數才能 獲传控制。 線來加熱，不僅所 ，因此整體製程極 然而，若僅藉由在反應腔體内的熱 需時間甚長，且也需要提高熱線之溫度 為費時，效率不佳。 5 200811310 力埶雨、去i解、、上述的問題，亦有將氣體先預熱，再盘埶線 加熱兩者相互搭配組合，妒 丹/、熱綠 是有限，仍舊衫完人解;賴所提高之溫度還 膜厚度之不均料等^決：：體基材製程㈣、及基材鑛 間。 f ’並非十分理想，仍有改進之空 、發明、人緣因於此，本於積極發明之精神，虽思-種可 ^解決上述問題之具氣體職及基材加熱結構之化學氣相 涛膜沈積設備’幾經研究實驗終至完成此項嘉惠世人之本 發明。 【發明内容】 本發明係關於-種化學氣相薄膜沈積設備，包括有： 一腔體一氣體管路加熱器、—基材承置座、—承置座加 熱器、複數條熱線、以及一電場與一磁場裝置。其中腔體 15係包括有-内容空間、一進氣管路、及一排氣口，進氣管 路並包括一出口，該出口係位於内容空間内。氣體管路加 • 熱斋係設置於進氣管路之外週面；而基材承置座則設置於 該内容空間内。至於承置座加熱器係設置於基材承置座之 外週面，複數條熱線係設置於内容空間内，並鄰近該基材 20 承置座。而磁場裝置係設置於該基材承置座之相對兩側， 可配置於腔體内側或腔體外側之上下兩侧或左右兩側。 藉此，氣體管路加熱器可將氣體預熱，而承置座加熱 器、及複數條熱線則可對置放於基材承置座上之基材加 熱，經由此多種不同加熱方式，可使氣體、及基材之加熱 200811310 速度增快，減少鍍膜時間，增加鍍膜效率，並配合基材承 置座一側之磁場裝置，可提高腔體内之氣體離子化濃度， 俾可增加基材鍍膜厚度之均勻性。 此外上述腔體之進氣管路係可為一蛇管式進氣管 5路’俾可藉由管路長度之增長，而增加氣體之預熱效果， 當然也可為其他等效形狀之管路形狀。 另外，上述之氣體管路加熱器係可設置於腔體之内容 空間内，當然也可設置於腔體之外側。亦即可將進氣管路、 *及氣體管路加熱器皆設置於腔體内，於腔體内預熱，或將 10進軋官路、及氣體管路加熱器皆設置於腔體之外侧，於腔 體外預熱。 又，上述氣體管路加熱器係設置於進氣管路之出口處 外週面，俾可發揮最大之氣體預熱效果。 再者，本發明進氣管路之出口處可更包括一噴灑裝 15置I係叹置於腔體進氣管路之出口處，俾可讓氣體平均 分佈於基材上，增加鍍膜厚度之均勻性。 # 此外，本發明進氣管路之出口處也可更包括一分流導 •管，其似置於腔體進氣管路之出口處，俾當鍍膜之基材 為複數個時，可藉由該分流導管將氣體平均分佈於每一基 2〇 材上，以增加鍍膜厚度之均勻性。 土 另外，上述腔體進氣管路之出口處係可設置於腔體之 頂端，使氣體由腔體之頂端進入，而腔體之排氣口係可設 置於腔體之底部，使氣體由腔體之底部排出 在腔體之内容空_之分佈肖 7 200811310 再者’本發明可更包括一旋轉驅動裝置，其係設置於 上述基材承置座之下方，用以驅動該基材承置座旋轉。俾 當基材承置座上置放一較大尺寸之待鍍膜基材時，該基材 係屬在腔體内旋轉。而當基材承置座上置放複數個較小尺 5 寸之待鑛膜基材時，該基材屬係在腔體内移動。 此外’上述之磁場裝置係可設置於基材承置座之左、 右二側’也可設置於基材承置座之上、下二侧。另外磁場 裝置可設置於腔體之内容空間内，也可設置於該腔體之外 I 側’皆可提高腔體内之氣體離子化濃度，以增加基材鍍膜 ίο ^5*度之均勻性。 另外’本發明可更包括至少一電源供應器，其係用以 電性連接下列至少其一：上述之氣體管路加熱器、承置座 加熱器、複數條熱線、及磁場裝置，即本發明可以一電源 供應器分別供應上述各元件之電力，或以複數電源供應器 15 各別提供上述各元件之電力。 再者，本發明可更包括一電極柵網、及一偏壓電源供 • 應器，該電極柵網係設置於腔體之内容空間内，該偏壓電 f供應器係電性連接該電極柵網、及該基材承置座。俾可 藉由忒偏壓電源供應器使該電極柵網、及該基材承置座產 20 ·生相對電極，可提高氣體離子化之濃度，增加基材之鍵膜 均勻性。 ' 此外，本發明可更包括一偏壓電源供應器，其係電性 連接上述之複數條熱線、及基材承置座，藉由該偏壓電源 8 200811310 及該基材承置座產生相對電極 ，增加基材之鍍膜均勻性。 【實施方式】 、為本考x月車又佳的實施例，進一步詳述本發明的特 點及功效。惟，纺堃给二 ^ ^ ^ % μ專只轭細節僅係用於說明本發明之特點 而非以侷限本發明之範脅。 ' 尸圖1係本發明—種具氣體預熱及基材加熱結構之化學 乳相薄膜沈積設備之第一較 币敉彳土灵靶例之不意圖。本實施例 包括有：一腔體10、一教麫瞢 孔媸&路加熱态3、一基材承置座9、 一承置座加熱器4、一旌錄酿私壯 、θ 铍轉驅動裝置91、複數條熱線2、一 磁場裝置8、以及四組電源供應器61，62,63,64。 15 供應器使該複數條熱線、 可提高氣體離子化之濃度 如圖1所示，上述之腔體10包括有一内容空間u、—進 氣管路12、及一排氣口 13。其中’該進氣管路U包括有— 入口 121、及—出口 122。在本實施例中，進氣管路12之出 口 122係位於腔體1G之内容空間叫，進氣管路12之出口 122處並位於腔體10内容空間”之頂端，即氣體係由腔體1〇 之頂端進入。排氣口13則位於腔體1〇内容空間^之底部， 即氣體係由腔體H)之底部排出’使氣體在腔體ig之内容空 間U内之分佈均勻性提高。且在本實施例中，腔體1〇之= 氣管路12係為-直管式進氣管路12。又，進氣管路12之出 口122處並裝置有一喷灑裝置7,俾可讓氣體平均分佈於基 材1上，可增加鏡膜厚度之均勻性。 20 200811310 此外’上述之氣體管路加熱器3係設置於腔體1〇之内容 空間11内，並位於該進氣管路12之出口 122處外週面，即進 氣管路12之氣體係於腔體1 〇之内容空間11内預熱。 另外’如圖1所示，上述之基材承置座9係設置於腔體 5 10之内容空間11内，基材承置座9上設置有一待鑛膜加工之 基材1。又，上述之旋轉驅動裝置91係設置於基材承置座9 下方，用以驅動基材承置座9旋轉。至於上述之承置座加熱 器4係設置於基材承置座9之外週面，用以對基材i加熱。在 馨本實施中，基材承置座9上係置放一較大尺寸之待鍍膜加工 10 之基材1，藉由旋轉驅動裝置91驅動該基材承置座9旋轉， 該基材1係在腔體10内旋轉，可增加基材丨上鏡膜厚度之均 勻性。 再者，如圖1所示，上述之複數條熱線2係設置於腔體 10之内容空間11内，並於基材承置座9所置放基材i之表面 15形成鐘覆面，用以對基材1加熱。至於上述之磁場裝置8也 係3又置於腔體10之内容空間11内，並位於該基材承置座9之 φ 左、右二側，可提高腔體10内之氣體離子化濃度。 此外，前述之四組電源供應器61，62,63,64係分別電性 連接氣體管路加熱器3、承置座加熱器4、複數條熱線2、及 20 磁場裝置8，用以提供上述裝置之電力。 藉此，本實例可藉由氣體管路加熱器3先將進氣管路12 内之氣體預熱、承置座加熱器4對基材承置座9上之基材；^^ 熱、及複數條熱線2對基材1加熱等多種加熱方式，並配合 基材承置座9左、右二侧磁場裝置8，可提高腔體丨〇内之氣 200811310 體離子化濃度，可增加基材1鍍膜厚度之均勻性，並使氣 體、及基材1之加熱速度增快，減少鍍膜時間，增加鍍膜效 率。在本實施中，進行鑽石薄膜鍍覆時，氣體管路加熱器3 係先將進氣管路12内之氣體預熱到，承置座 5加熱裔4係對基材承置座9加熱到300。C至1 〇〇〇。c，而複數條 熱線2加熱到1800°C至2400°C。 圖2係本發明之第二較佳實施例之示意圖。如圖2所 m 示，本實施例與第一實施例之結構大致相同，其差異僅是 馨本實施例之腔體10之進氣管路12係為一蛇管式進氣管路 10 I23，俾可藉由官路長度之增長，而增加氣體之預熱效果， 且進氣官路12之出口 122處並裝設有一分流導管71。在本實 施中，基材承置座9上係置放三個較小尺寸之待鍍膜加工之 基材111，藉由旋轉驅動裝置91驅動基材承置座9旋轉，三 個基材111係在腔體10内移動，可增加基材U1上鍍膜厚度 15 之均勻性。 本貫施例藉由多種加熱方式，並配合基材承置座9左、 • 右二側之磁場裝置8，也可達到第一實施例之提高腔體10内 之氣體離子化濃度，可增加基材111鍍膜厚度之均句性，並 使乳體、及基材11 加熱速度增快，減少鍍膜時間，增加 20 鍍膜效率等功效。 圖3係本發明之第三較佳實施例之示意圖。如圖3所 不，本貫施例與第一實施例之結構大致相同，其差異僅是 本貫施例較第一實施例多裝設有一偏壓電源供應器52，其 係電性連接該複數條熱線2、&該基材承置座9,可藉由偏 11 200811310 壓電源供應器52使該複數條熱線2、及該基材承置座9產生 相對電極，而提高氣體離子化之濃度，增加基材之鍍膜均 句性。 本實施例藉由多種加熱方式，並配合基材承置座9左、 5 右二侧之磁場裝置8、及複數條熱線2與基材承置座9產生相 對電極，也可達到第一實施例之提高腔體1〇内之氣體離子 化濃度，可增加基材！鍍膜厚度之均勻性，並使氣體、及基 材1之加熱速度增快，減少鑛膜時間，增加鍵膜效率等功效。 馨圖4係本發明之第四較佳實施例之示意圖。如圖4所 1〇示，本實施例與第一實施例之結構大致相同，其差異僅是 本實施例較第一實施例多裝設有一電極柵網5、及一偏壓電 源供應斋51 ’且磁場裝置81係設置於該腔體1〇之外側，而 非設置於腔體10之内容空間。其中，該電極柵網5係設 置於腔體10之内容空間丨丨内，該偏壓電源供應器51係電性 15連接该電極栅網5、及該基材承置座9，可藉由偏壓電源供 應器51使該電極栅網5、及該基材承置座9產生相對電極， _ 而提高氣體離子化之濃度，增加基材之鍍膜均勻性。 本實施例藉由多種加熱方式，並配合基材承置座9左、 右二側之磁場裝置81、及電極栅網5與基材承置座9產生相 20對電極，也可達到第一實施例之提高腔體1〇内之氣體離子 化濃度，可增加基材丨鍍膜厚度之均勻性，並使氣體、及基 材1之加熱速度增快，減少鍍膜時間，增加鍍膜效率等功效。 12 200811310 ’本發明所 ’而非僅限 上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已 主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準 於上述貫施例。 、 【圖式簡單說明】

10 圖1係本發明第一較佳實施例之示意圖。 圖2係本發明第二較佳實施例之示意圖。 圖3係本發明第三較佳實施例之示意圖。 圖4係本發明第四較佳實施例之示意圖。

【主要元件符號說明】 1 基材 11 内容空間 121 入口 123 蛇管式進氣管路 2 熱線 4 承置座加熱器 51，52偏壓電源供應器 7 喷灑裝置 8,81 磁場裝置 91 旋轉驅動裝置 10 腔體 12 進氣管路 122 出π 13 排氣口 3 氣體管路加熱器 5 電極栅網 61，62, 63, 64 電源供 71 分流導管 9 基材承置座 13

Claims (1)

1. 200811310 十、申請專利範圍： 1· 一種化學氣相薄膜沈積設備，包括： 一腔體’其係包括一内容空間、一進氣管路、及一排 氣口，該進氣管路包括一出口，該出口係位於該内容空間 5 内； 一氣體管路加熱器，係設置於該進氣管路之外週面； 一基材承置座，係設置於該内容空間内； 一承置座加熱器，係設置於該基材承置座之外週面； 複數條熱線，係設置於該内容空間内，並鄰近該基材 10 承置座；以及 1 一磁場裝置，係設置於該基材承置座之相對兩側。 2·如申請專利範圍第1項所述之化學氣相薄膜沈積設 備，其中，該進氣管路係為一蛇管式進氣管路。 3·如申請專利範圍第1項所述之化學氣相薄膜沈積設 IS備，其中，該氣體管路加熱器係設置於該進氣管路之外週 面、且位於該内容空間内。 4. 如申請專利範圍第3項所述之化學氣相薄膜沈積設 備，其中，該氣體管路加熱器係設置於該出口處。 5. 如申請專利範圍第丨項所述之化學氣相薄膜沈積設 2〇備’其更包括-噴麗裝置，其係設置於該進氣管路之該出 口處。 6. 如申請專利範圍第丨項所述之化學氣相薄膜沈積設 備’其更包括-分流導管，其係設置於該進氣管路之 口處〇 山 200811310 =如申請專利範圍第丨項所述之化學氣相薄膜沈積設 ’/、更包括一旋轉驅動裝置，其係設置於該基材承置座 下方，用以驅動該基材承置座旋轉。 ，8·如申請專利範圍第所述之化學氣相薄膜沈積設 5備’其中，該磁場裝置係設置於該腔體之左、右兩側。 9·如申請專利範圍第1項所述之化學氣相薄膜沈積設 備’其中，該磁場裝置係設置於該内容空間内。 10.如申請專利範圍第丨項所述之化學氣相薄膜沈積設 備’其中’該磁場裝置係設置於該腔體之外側。 10 u.如申請專利範圍第1項所述之化學氣相薄膜沈積設 備，其更包括至少一電源供應器，其係用以電性連接下列 至少其一：該氣體管路加熱器、該承置座加熱器、該複數 條熱線、及該磁場裝置。 12·如申請專利範圍第丨項所述之化學氣相薄膜沈積設 備，其更包括一電極柵網、及一偏壓電源供應器，該電極 柵網係设置於該内容空間内，該偏壓電源供應器係電性連 接该電極彳冊網、及該基材承置座。 13.如申請專利範圍第1項所述之化學氣相薄膜沈積設 備，其更包括一偏壓電源供應器，其係電性連接該複數條 20 熱線、及該基材承置座。 15