TW201918583A - 薄膜形成方法以及薄膜形成裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明之課題係提供一種薄膜形成方法以及薄膜形成裝置，用以形成具有良好電氣特性且含有氧化銦的薄膜。本發明之解決手段係於洗淨後的基板的表面塗布含有氧化銦前驅體的塗布液且於基板上形成塗布膜。一邊冷卻該基板一邊於大氣環境氣體中對塗布膜照射紫外線且使氧化銦前驅體光學性地活性化。此外，將紫外線照射處理後的基板加熱且使氧化銦前驅體熱性地活性化。藉由將基板冷卻且不加熱塗布膜地對該塗布膜照射紫外線，而可形成具有良好電氣特性且含有氧化銦的薄膜。

Description

薄膜形成方法以及薄膜形成裝置
本發明係關於一種薄膜形成方法以及薄膜形成裝置，係用以形成使用於半導體用途且含有氧化銦的薄膜。
典型而言，為了成膜氧化銦等的金屬氧化物的薄膜係使用濺射(sputter)技術。濺射技術中，係於真空腔室(vacuum chamber)內使氬等的離子衝擊靶，使被打出的粒子堆積於基板的表面而成膜薄膜。但是，濺射技術係需要產生高真空的裝置，且尚存有在成膜金屬氧化膜的情形中發生氧缺損而使薄膜的特性降低的缺點。另外，於濺射技術中亦存有難以調整薄膜的組成比例的問題。
因此，檢討使用液相法製造金屬氧化物的薄膜。例如，於專利文獻1、2提案有一種技術，係將含有氧化銦前驅體的組成物塗布於基板上，對該組成物照射預定波長範圍的紫外線後，將組成物熱性地變換為氧化銦含有層。
[先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：國際公開第2011/073005號公報。
專利文獻2：國際公開第2012/062575號公報。
然而，如專利文獻1、2所揭示，已發現若只是單純地將紫外線照射於含有氧化銦前驅體的組成物且熱性地變換，則會產生形成的氧化銦含有層不具有充分良好之電氣特性的問題。
本發明係有鑑於上述課題而研發，目的為提供一種薄膜形成方法以及薄膜形成裝置，用以形成具有良好電氣特性且含有氧化銦的薄膜。
為了解決上述課題，方案1的發明係用以形成含有氧化銦的薄膜的薄膜形成方法，係具有：塗布工序，係將含有氧化銦前驅體的塗布液塗布於基板且於前述基板上形成塗布膜；光活性化工序，係一邊冷卻前述基板一邊對前述塗布膜照射紫外線且使前述氧化銦前驅體光學性地活性化；以及熱活性化工序，係於前述光活性化工序之後將前 述基板加熱且使前述氧化銦前驅體熱性地活性化。
另外，方案2的發明係如方案1的發明所記載之薄膜形成方法，其中於前述光活性化工序中一邊將前述基板維持於10℃以上50℃以下一邊對前述塗布膜照射紫外線。
另外，方案3的發明係如方案1或方案2的發明所記載之薄膜形成方法，其中於前述光活性化工序中對前述塗布膜照射波長200nm以下的紫外線。
另外，方案4的發明係用以形成含有氧化銦的薄膜的薄膜形成裝置，係具有：塗布處理部，係將含有氧化銦前驅體的塗布液塗布於基板且於前述基板上形成塗布膜；光照射處理部，係對前述塗布膜照射紫外線且使前述氧化銦前驅體光學性地活性化；以及熱處理部，係將在前述光照射處理部使前述氧化銦前驅體被光學性地活性化的前述基板加熱且使前述氧化銦前驅體熱性地活性化；前述光照射處理部係具有用以冷卻前述基板的冷卻部，前述光照射處理部係一邊冷卻前述基板一邊對前述塗布膜照射紫外線。
另外，方案5的發明係如方案4的發明所記載之薄膜形成裝置，其中前述冷卻部係將前述基板維持在10℃以上50℃以下。
另外，方案6的發明係如方案4或方案5的發明所記載之薄膜形成裝置，其中前述光照射處理部係對前述塗布膜照射波長200nm以下的紫外線。
依據方案1至方案3的發明，由於將含有氧化銦前驅體的塗布液塗布於基板，一邊冷卻基板一邊對塗布膜照射紫外線且使氧化銦前驅體光學性地活性化後，將基板加熱且使氧化銦前驅體熱性地活性化，故可形成具有良好電氣特性且含有氧化銦的薄膜。
依據方案4至方案6的發明，由於將含有氧化銦前驅體的塗布液塗布於基板，一邊冷卻基板一邊對塗布膜照射紫外線且使氧化銦前驅體光學性地活性化，將該基板加熱且使氧化銦前驅體熱性地活性化，故可形成具有良好電氣特性且含有氧化銦的薄膜。
1‧‧‧薄膜形成裝置
10‧‧‧搬送機器人
20‧‧‧洗淨處理部
30‧‧‧塗布處理部
40‧‧‧乾燥處理部
50‧‧‧光照射處理部
51‧‧‧腔室
52‧‧‧燈房
53‧‧‧UV燈
54‧‧‧反射器
55‧‧‧台座
56‧‧‧冷卻機構
57‧‧‧搬出搬入口
58‧‧‧腔室窗
60‧‧‧熱處理部
W‧‧‧基板
圖1為顯示本發明之薄膜形成裝置的整體要部構成的圖。
圖2為顯示光照射處理部之構成的圖。
圖3為顯示圖1的薄膜形成裝置中的處理程序的流程圖。
圖4為顯示紫外線照射時的溫度給予氧化銦含有層的 電氣特性的影響的圖。
以下，參照圖式詳細說明本發明的實施形態。
圖1為顯示本發明之薄膜形成裝置的整體要部構成的圖。本發明之薄膜形成裝置1係用以於基板的表面形成含有氧化銦的薄膜的裝置。作為處理對象的基板可為玻璃基板亦可為半導體晶圓(本實施形態中為矩形的玻璃基板)。另外，作為處理對象的基板的形狀、尺寸並無特別限定而可適宜決定。薄膜形成裝置1係具有洗淨處理部20、塗布處理部30、乾燥處理部40、光照射處理部50、熱處理部60以及搬送機器人10。
洗淨處理部20係用以在薄膜形成處理之前先洗淨基板的表面之處理部。洗淨處理部20係包含1個以上的習知的洗淨單元，前述習知的洗淨單元係用以藉由藥液洗淨基板的表面之藥液洗淨單元或用以藉由刷(brush)機械性地去除汙染物質之刷洗淨單元等。另外，洗淨處理部20亦可為一併含有用以對洗淨後的基板施以純水沖洗處理之沖洗單元以及用以乾燥基板之乾燥單元。此外，洗淨處理部20亦可為含有用以對基板的表面照射紫外線並分解去除汙染物質的UV(ultraviolet；紫外線)洗淨單元。
塗布處理部30係用以於基板的表面塗布含有氧化銦前驅體的塗布液並於基板上形成該塗布液的塗布膜之處理部。作為塗布處理部30，可採用例如細縫塗布機(slit coater)或旋轉塗布機(spin coater)等，前述細縫塗布機係使噴出塗布液的細縫噴嘴(slit nozzle)對於以靜止狀態被保持的基板以一定速度掃描且塗布塗布液；前述旋轉塗布機係一邊使基板旋轉一邊對該基板的旋轉中心噴出塗布液使塗布液於基板表面擴散。
乾燥處理部40係用以使形成於基板上的塗布膜乾燥之處理部。乾燥處理部40係包含用以將塗布處理後的基板收容於減壓至例如未滿大氣壓的減壓腔室內使塗布膜乾燥之乾燥單元。但是，由於被包含於塗布膜的氧化銦前驅體係藉由加熱而進行反應，故無法使用用以施加熱使塗布膜乾燥之乾燥單元作為乾燥處理部40。
光照射處理部50係用以對形成於基板上的塗布膜照射紫外線且使氧化銦前驅體光學性地活性化之處理部。圖2係顯示光照射處理部50之構成的圖。光照射處理部50係具有腔室51與燈房(lamp house)52。燈房52係挾著腔室窗58地設置於腔室51的上側。
腔室51係金屬製(例如不鏽鋼製)的殼體。於腔室51的上側開口部裝設有腔室窗58而被閉塞。構成腔室51的 頂部的腔室窗58係藉由石英形成的板狀構件，作為使從燈房52的UV燈53射出的紫外線透過至腔室51內的石英窗而發揮功能。腔室窗58亦可由在紫外線域之透過特性優良的合成石英形成。
於腔室51的內側設置有台座(stage)55。台座55係由熱傳導性優良的金屬材料(例如鋁)形成的載置臺。亦可於台座55的上表面設置有省略圖示的微小的支持銷或用以將基板W真空吸附的吸附孔。
於台座55的內部內建有冷卻機構56。作為冷卻機構56，可使用例如用以使被調溫至預定溫度的恆溫水循環的機構或珀爾帖(peltier)元件等。冷卻機構56係將台座55調溫至預定溫度。而且，亦可於台座55設置有用以控制冷卻機構56的溫度感測器(例如熱電偶(thermocouple))。
另外，於腔室51的側壁面的一部分形成有搬出搬入口57。搬出搬入口57係藉由省略圖示的擋門開閉。於該擋門開放搬出搬入口57時，搬送機器人10可經由搬出搬入口57進行往腔室51內搬入基板W以及從腔室51搬出基板W。
設置於腔室51之上側的燈房52係於燈房52的內側具有複數個(例如4個)UV燈53與反射器(reflector)54。UV燈53係用以放射預定波長的紫外線之燈。作為UV燈53，可 使用例如準分子(eximer)UV燈或低壓水銀燈。準分子UV燈係用以使藉由施加高頻、高電壓而被激發的放電氣體返回基底狀態時發生遠紫外線(準分子光)之燈。準分子UV燈係放射波長172nm的紫外線。另一方面，低壓水銀燈係用以利用藉由水銀蒸氣中的電弧(arc)放電發生的光放射之燈，尤其是點燈中的水銀蒸氣壓為100Pa以下的低壓。低壓水銀燈係放射波長185nm以及波長254nm的紫外線。亦即，UV燈53無論是準分子UV燈或低壓水銀燈之任一者皆放射波長200nm以下的遠紫外線。
以將複數個UV燈53之整體覆蓋的方式設置的反射器54係將從UV燈53射出的紫外線反射至腔室51側。從UV燈53射出的紫外線係透過腔室窗58且於腔室51內照射於載置在台座55的基板W之表面。
回到圖1，熱處理部60係用以將塗布膜所包含的氧化銦前驅體被光學性地活性化的基板W加熱且使基板W的氧化銦前驅體被熱性地活性化之處理部。作為熱處理部60，可使用用以藉由將例如熱風送風而將基板W加熱之熱處理爐。熱處理部60係將基板W加熱至約350℃。
另外，搬送機器人10係對於洗淨處理部20、塗布處理部30、乾燥處理部40、光照射處理部50以及熱處理部60依序搬送基板W。此外，本實施形態中雖藉由搬送機器 人10搬送基板W，但亦可將從洗淨處理部20至熱處理部60為止設置成直列式(in-line type)。
接下來，說明具有上述構成的薄膜形成裝置1中的處理程序。圖3係顯示薄膜形成裝置1中的處理程序的流程圖，亦即顯示本發明之薄膜形成方法之程序的流程圖。
首先，基板W被搬送機器人10搬入至洗淨處理部20，進行該基板W的洗淨處理(步驟S1)。於搬入至洗淨處理部20前的基板W之表面形成有電晶體等元件之圖案(pattern)。洗淨處理部20係使用藥液等於基板W的表面實施洗淨處理，去除汙染物質。洗淨處理部20亦可為對基板W的表面照射紫外線將汙染物質分解去除的方式。
接下來，搬送機器人10將洗淨處理結束的基板W從洗淨處理部20搬出且搬入至塗布處理部30。塗布處理部30係將含有氧化銦前驅體的塗布液塗布於基板W且於基板W上形成該塗布液的塗布膜(步驟S2)。在此，所謂「氧化銦前驅體」係指藉由活性化而變化為氧化銦的物質，例如可例示為銦鹵代醇鹽(Indium halogen alkoxide)(一般式InX(OR)2，式中R為烷(alkyl)基及/或烷氧(alkoxyalkyl)基，X為F(氟)、Cl(氯)、Br(溴)或I(碘))。使此種氧化銦前驅體分散於溶劑或分散媒體中而構成塗布液。作為溶劑或分散媒體，可使用醇(alcohol)、甲苯(toluene)、二甲苯(xylene)、 乙醚(diethylether)等。
塗布處理部30係將該塗布液塗布於基板W且形成塗布膜。於基板W上係以均一的膜厚形成有含有氧化銦前驅體的塗布膜。塗布處理部30中的剛塗布後的塗布膜係含有大量溶劑的濕潤狀態。
接下來，搬送機器人10將形成有塗布膜的基板W從塗布處理部30搬出且搬入至乾燥處理部40。乾燥處理部40係使形成於基板W上的含有氧化銦前驅體的塗布膜乾燥(步驟S3)。具體而言，乾燥處理部40係在減壓下使塗布膜所包含的溶劑蒸發而使塗布膜乾燥。藉由溶劑蒸發，塗布膜的膜厚係較乾燥前明顯地減少，乾燥後的塗布膜的膜厚係約10nm。此外，步驟S3的乾燥處理亦可為在常壓之大氣環境氣體中自然乾燥。即使是在常壓下，揮發性的溶劑仍會以比較短的短時間蒸發，為了使塗布膜乾燥，以乾燥處理部40進行的減壓乾燥中需要約1分鐘，相對於此，即使是自然乾燥也只需要約5分鐘進行乾燥。
接下來，搬送機器人10將乾燥後的基板W從乾燥處理部40搬出且搬入至光照射處理部50。光照射處理部50係對形成於基板W上的塗布膜照射紫外線且使塗布膜所包含的氧化銦前驅體光學性地活性化(步驟S4)。藉由搬送機器人10被搬入至光照射處理部50之腔室51內的基板W 係以水平姿勢被載置於台座55的上表面。然後，從UV燈53對被載置於台座55的基板W之表面照射波長200nm以下的遠紫外線。紫外線照射係在使腔室51內成為常壓的大氣環境氣體的狀態進行。亦即，紫外線照射係在含有氧的環境氣體中執行。
另外，於本實施形態中，可一邊藉由內建於台座55的冷卻機構56將基板W冷卻一邊對基板W上的塗布膜照射紫外線。由於UV燈53係於發光時發熱，故成為不僅將紫外線亦會將輻射熱向基板W放射。在不冷卻基板W而僅單純地從UV燈53對基板W照射紫外線的情形中，會藉由來自UV燈53的輻射熱而使基板W升溫為60℃至70℃左右。本實施形態中，一邊藉由冷卻機構56將基板W冷卻並將基板W的溫度維持於10℃至50℃，一邊對基板W上的塗布膜照射紫外線。光照射處理部50中的對基板W的紫外線照射時間為10分鐘以下。藉由對塗布膜照射紫外線，而使塗布膜中所包含的氧化銦前驅體被光學性地活性化。此外，對於一邊將基板W冷卻一邊對塗布膜照射紫外線的技術意義將於後述。
之後，搬送機器人10將紫外線照射處理結束的基板W從光照射處理部50搬出且搬入至熱處理部60。熱處理部60係對基板W施行加熱處理且使基板W上的塗布膜所包含的氧化銦前驅體熱性地活性化(步驟S5)。熱處理部60中 的加熱處理亦為在大氣環境氣體中亦即含氧的環境氣體中進行。熱處理部60係將基板W以約350℃加熱30分鐘至1小時左右。藉由基板W上的塗布膜在大氣環境氣體中被加熱，而使塗布膜中所包含的氧化銦前驅體熱性地活性化而生成氧化銦。結果，成為藉由上述之一連串的處理而於基板W上形成含有氧化銦的薄膜。
如上所述，於本實施形態中，對形成有含有氧化銦前驅體的塗布膜的基板W照射紫外線且使氧化銦前驅體光學性地活性化後，將該基板W加熱且使氧化銦前驅體熱性地活性化而生成氧化銦。在此，亦可推想若一邊對塗布膜照射紫外線一邊一併進行基板W的加熱處理，則可同時進行塗布膜所包含的氧化銦前驅體的光學性地活性化與熱性地活性化，可減少處理工序並且亦可縮短處理時間而可提高產量(throughput)。
然而，經本案發明人等進行精心調查後，研究證明了若對含有氧化銦前驅體的塗布膜一邊照射紫外線一邊同時進行加熱處理，則所形成的含有氧化銦的薄膜無法獲得良好的電氣特性。圖4係顯示紫外線照射時的溫度給予氧化銦含有層的電氣特性的影響的圖。於圖4的橫軸顯示有對塗布膜的紫外線照射時間，於縱軸顯示有所形成的氧化銦含有層的載體(carrier)移動度。
如圖4所示，若將含有氧化銦前驅體的塗布膜維持於23℃(室溫)並且對該塗布膜照射紫外線，則藉由約40秒的紫外線照射，氧化銦含有層的載體移動度到達大概8cm2/Vs。另外，即使在含有氧化銦前驅體的塗布膜為40℃的情形中，若使對該塗布膜的紫外線照射時間成為60秒左右，則氧化銦含有層的載體移動度到達大概8cm2/Vs。
相對於此，在一邊將含有氧化銦前驅體的塗布膜加熱至100℃以上一邊對該塗布膜照射紫外線的情形中，即使延長紫外線照射時間，氧化銦含有層的載體移動度仍只能到達4cm2/Vs左右。亦即，從圖4可知，若一邊將含有氧化銦前驅體的塗布膜加熱一邊對該塗布膜照射紫外線，則相較於不加熱塗布膜地照射紫外線的情形，氧化銦含有層的載體移動度明顯降低，無法獲得充分良好的電氣特性。
本發明係基於上述見解而完成，一邊冷卻形成有含有氧化銦前驅體的塗布膜的基板W一邊對該塗布膜照射紫外線且使氧化銦前驅體光學性地活性化後，加熱基板W且使氧化銦前驅體熱性地活性化。亦即，將氧化銦前驅體的活性化分割為光學性地活性化與熱性地活性化的2階段進行。然後，於進行氧化銦前驅體的光學性地活性化時，不將塗布膜加熱地對該塗布膜照射紫外線。
如上所述，在沒有冷卻基板W地從UV燈53對基板W 照射紫外線的情形中，因來自UV燈53的輻射熱而使基板W被升溫為60℃至70℃左右。因此，一邊藉由冷卻機構56將基板W冷卻且將基板W的溫度維持在10℃以上50℃以下，一邊對基板W上的塗布膜照射紫外線。在基板W的溫度超過50℃的狀態下，若對基板W上的塗布膜照射紫外線，則所形成的含有氧化銦的薄膜的載體移動度不會變得充分高。另一方面，若將基板W的溫度冷卻到成為未滿10℃，則環境氣體中的水分會凝結於該基板W而產生結露。因此，必須使照射紫外線進行光學性地活性化時的基板W的溫度成為10℃以上50℃以下。
如本實施形態所述，一邊將形成有含有氧化銦前驅體的塗布膜的基板W冷卻且將基板W的溫度維持在10℃以上50℃以下一邊對該塗布膜照射紫外線且使氧化銦前驅體光學性地活性化後，加熱基板W且使氧化銦前驅體熱性地活性化，藉此可形成具有良好電氣特性且含有氧化銦的薄膜。另外，藉由照射波長200nm以下的保有能量大的遠紫外線，而可將氧化銦前驅體有效率地活性化。此外，由於不會如濺射技術般地需要高價的真空設備，故可抑制成膜成本的上升。若與濺射技術比較，則本發明之技術可將所需要的電力抑制較低並且亦可大幅削減所需要的氣體量而可減低環境負荷。
以上，雖針對本發明的實施形態說明，但本發明可在 不脫離其主旨的前提下進行上述以外的各種變更。例如，亦可在步驟S4的一邊將基板W冷卻一邊對塗布膜照射紫外線的工序與步驟S5的將基板W加熱的工序之間執行一邊將基板W升溫一邊對塗布膜照射紫外線的工序。
另外，亦可於腔室51設置有用以供給氮氣以及氧氣的供氣機構與用以將內部環境氣體排氣的排氣機構，成為在腔室51內形成氮與氧的混合環境氣體的狀態下進行紫外線照射。由於從UV燈53照射的波長200nm以下的遠紫外線會被氮分子以及氧分子吸收，故從提高紫外線的照射效率的觀點來看較佳為使腔室51成為真空，但由於使氧化銦前驅體光學性地活性化需要氧，故在含有氧的環境氣體中執行紫外線照射。
(產業可利用性)
本發明之技術適合形成用於TFT(thin film transistor；薄膜電晶體)等之製造、電氣特性優良且含有氧化銦的薄膜。

Claims (6)

  1. 一種薄膜形成方法，係用以形成含有氧化銦的薄膜，前述薄膜形成方法係具有：塗布工序，係將含有氧化銦前驅體的塗布液塗布於基板且於前述基板上形成塗布膜；光活性化工序，係一邊冷卻前述基板一邊對前述塗布膜照射紫外線且使前述氧化銦前驅體光學性地活性化；以及熱活性化工序，係於前述光活性化工序之後將前述基板加熱且使前述氧化銦前驅體熱性地活性化。
  2. 如請求項1所記載之薄膜形成方法，其中於前述光活性化工序中一邊將前述基板維持於10℃以上50℃以下一邊對前述塗布膜照射紫外線。
  3. 如請求項1或2所記載之薄膜形成方法，其中於前述光活性化工序中對前述塗布膜照射波長200nm以下的紫外線。
  4. 一種薄膜形成裝置，係用以形成含有氧化銦的薄膜，前述薄膜形成裝置係具有：塗布處理部，係將含有氧化銦前驅體的塗布液塗布於基板且於前述基板上形成塗布膜；光照射處理部，係對前述塗布膜照射紫外線且使前述氧化銦前驅體光學性地活性化；以及熱處理部，係將在前述光照射處理部使前述氧化銦前驅體被光學性地活性化的前述基板加熱且使前述 氧化銦前驅體熱性地活性化；前述光照射處理部係具有用以冷卻前述基板的冷卻部，前述光照射處理部係一邊冷卻前述基板一邊對前述塗布膜照射紫外線。
  5. 如請求項4所記載之薄膜形成裝置，其中前述冷卻部係將前述基板維持在10℃以上50℃以下。
  6. 如請求項4或5所記載之薄膜形成裝置，其中前述光照射處理部係對前述塗布膜照射波長200nm以下的紫外線。
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