TWI323292B - - Google Patents

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1323292 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 具直立錢覆面及動力源控制加熱線之化學氣相薄膜沈積設 5 備。 【先前技術】 熱線化學氣相沈積（Hot Filament CVD，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 10盍性佳、薄膜均勻度優良、純度高、以及可沈積大面積基 材荨諸多優點，故廣泛應用在製作如鑽石薄膜、多晶石夕等 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（Hot Filament)，利用其表面之高溫，將通過熱 15線之反應氣體高溫裂解、或激發解離，使原子在基板上沈 積形成薄膜。 在貫際的製程應用上，反應腔體内部之基板反應溫度 需控制在最佳的製程條件内，其所沈積出的薄膜純度、厚 度、及均勻性等品質參數才能獲得控制。 2〇 $而，纟反應腔體内的熱、線，其表面；显度有時會高達 2400 c以上，在如此溫度變化的情形下，熱線會自然伸長， 且可能因為反應氣流的吹入而產生晃動，因而左右偏移擺 動，導致薄膜沈積厚度不均，甚或熱線斷裂碰觸基材使基 材破裂。 5

10 15 、為了解決上述的問題，亦有將基材、及熱線垂直設置， 以抵銷熱線因重力而自然下垂，因而碰觸基材之習知技 衬」而又p艮於熱線本身之承受力不一，經過高溫後熱線 Μ π 體内氣流擾動料因素影響，仍舊無法 完全解決控制熱線伸長之問題，故仍有改進之空間。 【發明内容】 本發明第一種型式係有關於一種具直立鍍覆面及動力 源控制加熱線之化學氣相薄膜沈積設備，其包括有一腔 體、至少二電極、複數條熱線、及一旋轉動力源。豆中， 腔體具有一内容空間、及一内承置面，内承置面上係垂直 設置有欲進行化學氣相沈積作業之至少-基材，每-基材 係包括至少-側鑛膜面，每一基材係直立設置於多層熱線 之間，可同時進行單侧鍍臈面或兩侧鍍膜面之鍍膜。另至 少二電極係設置於腔體之内容空間内，且此至少二電極係 包括至少-旋轉電極。此外，每—熱線兩端係分別設置於 該至夕一電極上’並相互平行形成—直立錢覆面，該等敛 線係分別具有—特践力，並與上述至少-基材之側鍵膜 面間隔-特定轉。又旋轉動力㈣設置於旋轉電極上， 並可促使旋轉電極朝教方向旋轉，進而保持每—熱線之 特定張力维持不變。 错此’當熱線因溫度變化而伸長時， 轉拉樓，保持每一熱線之特定張力不變， 可由旋轉電極旋 避免熱線鬆弛而 20 受腔體内乳流吹拂，因而左右擾動影響鑛覆效果甚或碰 觸基材而使基材破裂。 此外，上述之旋轉動力源係可採用電動馬達、氣壓缸、 液壓缸、或其他等效之旋轉動力。當，然本發明也可以彈簧、 站碼取代旋轉動力源，也可保持每—熱線之特定張力維持 不變’避免熱線鬆他而受腔體内氣流吹拂，因而左右擾動 影響鑛覆絲，甚或碰觸基材而使基材破裂。 另外’本發明更可包括一控制器，其係直接控制該旋 轉動力源輸出—旋轉動力，以驅動旋轉電極旋轉拉撐因溫 度變化而伸長之熱線。 再者’本發明更可包括有至少一感測器，其係可感測 熱線與基材之特定距離之變化，並輸出—感測訊號。該至 V感測器係可採用光學感測器、熱電偶感測器、或盆他 等效之感測裝置。 此外’本發明更可包括—控制器，其係可接收感測器 之感測訊號，it而控制旋轉動力源。又感測器之感測訊號 f可ΐ接回饋至旋轉動力源進行控制，較採用彈簧或結碼 等僅單向控制熱線而沒有回饋訊號之技術更能確保熱線與 基材可維持一特定距離。 ^ 另外本發明更可包括有至少一應力感測器，其係感 測上述熱線之特定張力’並輸出—感測訊號。X，前述之 感測訊號可傳輪至一控制器，藉由控制器進而控制旋轉動 力源’或亦可未經控制器而直接回饋至旋轉動力源進行控 再者，本發明之每一熱線係可包括 ΛΛ ^ ^ 條較細之埶 絲，當採用複數條熱絲時，該等熱絲係可相互絞合成…、 ，之熱線，藉：增加熱線之抗拉強度、剛性，使：不易： 1 :並強化其高溫之物理性能’增加熱量分佈之穩定性， 即增加熱安定性，可減少熱線之膨脹或收縮。 又，本發明之複數條熱線係可水平平行設置，也可直 立平行設置，當然也可採其他等效之設置方式。 【貫施方式】 以下為本發明較佳的實施例，進一步詳述本發明的特 2及功效。惟，該等實施細節僅係用於說 而非以侷限本發明之範"之特點 請先參閱圖1係本發明之第一較佳實施例之示意圖，圖 5 Α係為圖丨之熱線的局部放大示意圖。 ^如圖1所示，本實施例具有一腔體1，其係包括一内容 空間11、及一内承置面12。内承置面12上係直立設置有欲 進行艘膜作業之-基材9,基材9可具有單側或二側 9卜 此外，在内容空間11内直立設置有二電極2,2丨。在本 實施例中，右側係為一旋轉電極21，該旋轉電極21係設置 在旋轉動力源3之上，並可接收旋轉動力源3之旋轉動力 而進行旋轉。 如圖1所示，四條熱線4之兩端係分別設置於固定式電 極2、及旋轉電極21上，並相互平行形成一與設備底槽垂直 鑛覆面母熱線4係分別具有一特定張力，並與基材9 之側鍍膜面91間隔一特定距離⑴。此外，如圖5a所示，在 本實施例中，每一熱線4係由三條線徑較小之熱絲衡斤共 同以合而成’藉以增加熱線4之抗拉強度、剛性，使其不易 斷裂’並強化其高溫之物理性能’增加熱量分佈之穩定性， 即增加熱安定性’可減少熱線4之膨脹或收縮。 力外，在本實施例中，旋轉動力源3係採用一電動馬達 以輪出一旋轉動力，當然，視不同設計或其他需要’亦可 採用氣脉、液壓紅、或其他等效之旋㈣力裝置，於此 ^再加以贅述。此外’旋轉電極21上係裝設有-應力感測 ，994，其係可感测設置於旋轉電極21上之每—熱線4之特 f張力、’並輸出-感測訊號至外部之-控制器101進行運 :’透過控制器1〇1進行運算後，可控制旋轉動力源3所輸 之方疋轉動力’進而促使旋轉電極21朝特定方向旋轉，以 維持每一熱線4之特定張力保持一定值。 藉此’ §熱線4因溫度變化而伸長時，可由旋轉電極以 旋轉拉樓，維持每—熱線4之張力而不產生下垂之現象並 進而維持每一熱線4與基材9之側錢膜面W特定距細， 避免熱線4鬆弛而受腔體内氣流吹拂，因而左右擾動影響鑛 膜效果，甚或碰觸基材9 ,而使基材9破裂。 圖2係本發明第二較佳實施例之示意圖。本實施例之熱 線41與第較佳實施例相同，亦係平行於腔體μ之内承置 :121 ’腔體10内亦具有一内容空間iu，然而本實施例旋 轉電極211所組設之方向則與第-較佳實施例不同。 1323292 如圖2所示，本實施例與第一較佳實施例之差異係本實 施例之旋轉電極211係共有三個，且係平行設置於内承置面 121，而其相對側之固定式之電極2〇也有三個，且本實施例 所共同設置之熱線41係呈三層且相互平行。在本實施例 5中，每一個旋轉電極2Π上共設置有六條熱線41，而基材9 之二側鍍膜面911則位於該三層且每層皆有六條熱線41之 間。如此一來，如圖2所示左側之基材9，可同時進行二側 鍍膜面911之鍍膜作業；亦可如圖2所示右側之基材9,係由 二基材9疊合，各自進行單一側鍍膜面911之鍍膜作業。 10 在本實施例中，旋轉動力源301係採用電動馬達，並電 連接至外部之控制器1〇2以進行控制，控制器1〇2可透過内 邛儲存之函式運算處理，進而控制旋轉動力源3〇1所輸出之 旋轉動力，進而促使旋轉電極211朝特定方向旋轉，以維持 每一熱線41之特定張力保持一定值，故本實施例當熱線4ι 15因溫度變化而伸長時，可藉由旋轉電極211旋轉拉撐，維持 每一熱線41之張力而不產生下垂之現象，可進而維持每— 熱線41與基材9之侧鍍膜面911之特定距離D2，避免熱線q 鬆弛而受腔體内氣流吹拂，因而左右擾動影響鍍膜效果， 甚或碰觸基材9，而使基材9破裂，故亦能達成如同第—較 20佳實施例所提及之各種功效，且本實施例能一次進行多片 基材9之鍍膜作業。 圖3係本發明之第三較佳實施例之示意圖，圖5b係為圖 3之熱線的局部放大示意圖。 如圖3所不’本實施例具有一腔體5,腔體5包括有一内 容空間51、及一内承置面52。該内承置面52上係直立設置 有-欲進行鑛覆作業之基材6,基材6可具有單側或二側鑛 臈面61 〇 5 &外’在内容空間51内水平設置有二電極7,71。在本 貫施例中，上側係為一旋轉電極71，其係位於固定式之電 極7之上方，且旋轉電極7卜端係設置在一旋轉動力源州 上’並可接收旋轉動力源991之旋轉動力，旋轉動力源991 並電連接至外部-控制器992。本實施例之旋轉動力源991 1〇係採用電動馬達以輸出一旋轉動力，當然，視不同設計或 其他需要’亦可採用氣壓缸、液壓缸、或其他等效之旋轉 動力輸出裝置，於此不再加以贅述。 如圖3所示，八條熱線8之兩端係分別設置於固定式電 極7、及旋轉電極71上，並相互平行形成一與設備底槽垂直 15之鍍覆面，每一熱線8係由旋轉電極71朝下延伸，並分別與 基材6之侧鍍膜面61間隔一特定距離〇3，且每一熱線8係分 別具有一特定張力。此外’如圖5B所示，每一條熱線8係由 線徑較小之二條熱絲8〇1所共同絞合而成，藉以增加熱線8 之抗拉強度、剛性，使其不易斷裂，並強化其高溫之物理 20性能，增加熱量分佈之穩定性，即增加熱安定性，可減少 熱線8之膨脹或收縮。 另外’二感測器99係設置於内容空間51内，其係感測 基材6之側鐘膜面61至每一熱線8之間之特定距離狀態〇3之 變化’並輸出一感測訊號至外部之一控制器992進行運算。 1323292 本實施例之感測器99係採用光學感測器，當然亦可採用紅 外線感測器、或採用張力感測器直接感測熱線8之張力= 化、或其他等效之感測裝置，端視設計者之自身需要而可 自行加以變化，於此不再贅述。 5 在本實施例中，感測器99之感測訊號係傳輪至外部之 .控制器992，並透過控制器992所儲存之資料進行内部^示 運算，以控制旋轉動力源991作動輸出一旋轉動力’並使= φ 轉電極71朝特定方向旋轉’進而保持每-熱線8之特定張力 不變。 10 藉此，當腔體5内之熱線8因為受到鍍覆作業之化學反 - 應所產生之溫度變化而伸長時，可由旋轉電極71旋轉拉 . 冑保持每—熱線8之特定張力不變，並進而維持每一熱線 8與基材6之側朗面61之特定距離D3，避免熱線8鬆弛而受 15 腔體内氣流吹拂，因而左右擾動影響鍍覆效果，甚或碰觸 基材6，而使基材6破裂。 圖4係本發明第四較佳實施例之示意圖。本實施例之結 構與第三較佳實施例大致相同，唯本實施例係能同時鑛覆 多片基材60。 如圖4所示，本貫施例係具有三個旋轉電極1與三個 固定式之電極70所共同構成之二個鑛覆區間，二片基材6〇 齡別立設在二健覆區間内。且每—旋轉電極期上分 別設置有六條熱線81，其係朝下延伸，熱線8ι之另一端則 固設在固定式之電極7〇上。 12 丄奶292 此外，如圖4所示’每一旋轉電極7〇1之一端係設置在 旋轉動力源995上，並可接收旋轉動力源995之旋轉動力 而自由旋轉。本實施例之旋轉動力源995係採用電動馬達。 二組成對之感測器990 ’係能感測每一熱線81之溫度變 化，並輸出一感測訊號。在本實施例中，感測器99〇係採用 熱電偶感測器，感測器99〇之感測訊號傳輸至外部一控制器 993，透過控制器993所儲存之資料進行内部函示運算，以 控制旋轉動力源995作動輸出旋轉動力，並使旋轉電極7〇1 朝特定方向旋轉，進而保持每一熱線81之特定張力不變。 故本實施例除了能達成第三較佳實施例之可維持每一 熱線81與基材60之侧鍍膜面601之特定距離D4,避免熱線81 鬆弛而受腔體内氣流吹拂，因而左右擾動影響鍍覆效果， 甚或碰觸基材60而使基材60破裂之功效外，更能同時進行 多片基材60之鍍膜作業，大幅縮短所需工時，增進效率。 上述實施例僅係為了方便說明而舉例，本發明所主張 之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上" 述實施例。 【圖式簡單說明】 20 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圓。 圖5A係圖1之熱線局部放大示意圖。 13 1323292 圖5B係圖3之熱線局部放大示意圖。

【主要元件符號說明】 I, 10,5 腔體 II, 51 内容空間 2,20,7,70 電極 4,41，8,81 熱線 401,801 熱絲 6,60,9 基材

Dl, D2, D3, D4 特定距離 101,102,992,993 控制器 12,121,52 内承置面 21，211,701，71 旋轉電極 3,301，991，995旋轉動力源 61,91,911 側鍍臈面 99,990,994 感測器

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Claims (1)

1323292 十、申請專利範圍： p 1.種具直立鑛覆面及動力源控制加熱線之化學氣 相薄膜沈積設備，包括： _腔體’其係包括一内容空間、及一内承置面，該内 5承置面上係直立設置有至少一基材； 至v —電極’其係組設於該内容空間内，該至少二電 極包括至少一旋轉電極； • 複數條熱線，其兩端係分別設置於該至少二電極上， 並相互平行形成一直立鍍覆面，該等熱線係分別具有一特 10定張力，並與該至少一基材間隔一特定距離；以及 方疋轉動力源，其係促使該至少一旋轉電極朝特定方 - 向旋轉，進而保持該等熱線之特定張力不變。 2_如申請專利範圍第丨項所述之化學氣相薄膜沈積設 備，該旋轉動力源係選自下列群組至少其中之一：電動馬 15 達、氣壓缸、及液壓缸。 # 3.如申請專利範圍第丨項所述之化學氣相薄膜沈積設 備八更包括至少一光學感測器，其係感測該特定距離之 變化，並輪出一感測訊號。 如申凊專利範圍第3項所述之化學氣相薄膜沈積設 20備八更包括一控制器，其係接收該感測訊號，進而控制 該旋轉動力源。 5·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，該感測訊號係直接控制該旋轉動力源。 15 1323292 6. 如申請專利範圍第丨項所述之化學氣相薄膜沈積設 備，其更包括至少一熱電偶感測器，其係感測該等熱線之 溫度變化，並輸出一感測訊號。 7. 如申請專利範圍第5項所述之化學氣相薄膜沈積設 5備，其更包括一控制器，其係接收該感測訊號，進而控制 該旋轉動力源。 工 8·如申請專利範圍第5項所述之化學氣相薄膜沈積設 備，其中，該感測訊號係直接控制該旋轉動力源。 9. 如申請專利範圍第丨項所述之化學氣相薄膜沈積設 10備，其更包括至少一應力感測器，其係感測該特定張力之 變化，並輸出一感測訊號。 、 10. 如申請專利範圍第7項所述之化學氣相薄膜沈積設 備，其更包括-控制器，其係接收該感測訊號，進而 該旋轉動力源》 工 15 11.如申請專利範圍第7項所述之化學氣相薄膜沈積設 備，其中，該感測訊號係直接控制該旋轉動力源。 I2·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’每一熱線係包括複數條熱絲，該等熱絲係相互 絞合成為該熱線。 13. 如申請專利範圍第1項所述化學 、 1 4〜丨^予虱相溽膜沈積設 備’〃、中’該複數條熱線係水平平行設置。 14. 如申請專利範圍第1項所述化學 址廿山 予礼相缚膜沈積設 備’其中’該複數條熱線係直立平行設置。 16