TWI486477B - Chemical vapor deposition equipment and its vehicles - Google Patents

Description

化學氣相沉積設備及其載具

本發明是關於一種沉積設備，特別是指一種以化學氣相的技術在一撓性基板上形成一大面積沉積膜之化學氣相沉積設備，以及該沉積設備之載具。

化學氣相沉積(Chemical Vapor Deposition，簡稱CVD)是一種用來產生純度高、性能好的固態材料的化學技術，半導體產業經常以此技術來成長薄膜，以下謹以利用CVD來製造石墨烯為例，但本發明之使用領域並不以此為限。

參閱圖1，是一種習知沉積設備1之簡單示意圖，該沉積設備1可在一基板11上生成一沉積膜12，該基板11一般為例如銅箔之金屬薄膜(薄片)。而該沉積設備1包含一個中空且管狀的腔體13、一個賦予該腔體13熱源的加熱裝置(圖未示，一般裝設在腔體13的外部)，以及一個擺放在該腔體13之一反應室131內並用來承載該基板11的板狀載具15。製造時，將例如甲烷之碳源、氫氣及惰性氣體送入該反應室131內，藉由熱源使碳源裂解並沉積在該基板11上，最後生成該沉積膜12。

習知化學氣相沉積設備1是以該板狀載具15來承載該基板11，此種加工方式受限於該管狀之腔體13內部的空間，故長成的沉積膜12的面積很小，即在相同之加工條件及加工溫度下，此種習知沉積設備1所形成的沉積膜12的面 積小，既不符合經濟效益，在運用上也受到很大的限制。

參閱圖2，是另一種習知的沉積設備2，該沉積設備2可在一撓性基板21上形成一沉積膜22，該沉積設備2亦包含一個管狀之腔體23，所述腔體23具有一個截面為圓形之反應室231，而該沉積設備2還包含一個可供該撓性基板21披覆的圓筒載具24。利用圖2之沉積設備2所長成之沉積膜22雖然可由圖1的平面擴增到圓筒狀，但是該項技術仍然無法充分運用該反應室231的內部空間，本發明即針對前述缺失作改良。

本發明之目的是提供一種在相同加工條件下，可以提高沉積膜之面積的化學氣相沉積設備，以及該沉積設備的載具。

本發明之化學氣相沉積設備可供一片撓性基板架設，並且在該撓性基板上長成一個沉積膜，該沉積設備包含：一個包括一個反應室的腔體，以及一個用來承載該撓性基板並位在該腔體之反應室內部的載具，該載具包括至少一個載座單元，以及數個安裝在該載座單元上並使該撓性基板以一中心線為中心由內往外層層捲繞的撐持件。

本發明的有益功效在於：藉由該載座單元及該等撐持件之配合，可以讓該撓性基板以多層捲繞的方式架設，故本發明可在相同加工條件下提高沉積膜之面積。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在 以下配合參考圖式之數個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

在本發明被詳細描述之前，要注意的是，在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖3、4、5，本發明化學氣相沉積設備之一第一較佳實施例適合供一片撓性基板61架設，並且在該撓性基板61上長成一個沉積膜62，所述沉積設備包含：一個中空管狀之腔體31、一個提供該腔體31反應所需熱源的加熱裝置(圖未示)、一個輸送反應氣體的輸送管33，以及一個供所述撓性基板61架設的載具34。該腔體31具有一個圓筒狀的反應室311，所述載具34是用來承載該撓性基板61，並位在該腔體31之反應室311內，該撓性基板61並可沿著該載具34之一中心線340由內往外層層間隔環繞。

本實施例之載具34包括：兩個間隔設置的載座單元4，以及數個可拆解地撐設在該等載座單元4之間的撐持件5，每個載座單元4都具有左右套接的一個第一載座41、一第二載座42、一第三載座43。該第一載座41具有一個第一中心部411、數個由該第一中心部411往徑向外端突出且等角度設置的第一臂部412，以及一個由該第一中心部411沿著該中心線340突出的插桿部410，每個第一臂部412都具有一個鄰近末端的第一插孔413。

而該第二載座42具有一個第二中心部421，以及數支等角度地由該第二中心部421往徑向外端突出的第二臂部422，每個第二臂部422都具有一個鄰近末端的第二插孔 423，而該第二中心部421具有一個供該第一載座41之插桿部410以連動方式穿插的插設孔420。本實施例該第三載座43亦具有一個第三中心部431，以及數支等角度地由該第三中心部431往徑向外端突出的第三臂部432，每個第三臂部432都具有一個鄰近末端的第三插孔433，而該第三中心部431具有一個插設孔430。

又本實施例之該等第三臂部432的長度L1大於該等第二臂部422的長度L2，且該等第二臂部422的長度L2大於該等第一臂部412的長度L3。而該第一載座41之插桿部410同時穿過該第二載座42之插設孔420及該第三載座43之插設孔430，並定位該第一載座41、第二載座42及第三載座43之間的相對角度。而該等撐持件5是可取下地安裝在該等載座單元4上相對應之第一插孔413、第二插孔423及第三插孔433間。

本實施例之載具34在組裝時，先將該等撐持件5的其中數個架設在該等載座單元4上左右對應之第一插孔413間，之後將該等載座單元4之第二載座42分別套裝在該第一載座41之插桿部410上，同時將該等撐持件5的另外數支架設在該等第二載座42之第二插孔423間，以此類推，該等載座單元4之第三載座43也是穿套在該第一載座41之插桿部410上，而所述撐持件5的另外數支也是架設在該等載座單元4之第三載座43的第三插孔433間。

架設後，該撓性基板61是由最內層之該等撐持件5逐漸地往外捲繞，即圍繞該中心線340捲繞為內外的三層。 捲繞後該撓性基板61及載具34一齊送入該腔體31之反應室311內進行沉積加工，即可在該撓性基板61上長成該沉積膜62。附帶說明的是，本實施例之沉積設備在使用時，沉積的物質可能沉積在該撓性基板61的內表面及外表面，但由於在運用時該撓性基板61之內表面的沉積物質可以被洗除，故在製造時即使該撓性基板61的內表面可能附著有沉積物質，並不會影響物品的運用性。

參閱圖6，本發明化學氣相沉積設備之一第二較佳實施例的構造與第一較佳實施例類似，不同之處在於：第一較佳實施例之載座單元4的第二載座42、該第一載座41及該第三載座43錯開，即該第一載座42之該等第一臂部412與該第三載座43之第三臂部432重疊，而該第二載座42之該等第二臂部422與該等第一及第三臂部412、432錯開。本發明該第二較佳實施例之第一載座41的第一臂部412、第二載座42之第二臂部422及第三載座43之第三臂部432是左右重疊。

參閱圖7，本發明化學氣相沉積設備之一第三較佳實施例的構造與第一較佳實施例類似，且該載具34亦包括兩個間隔設置的載座單元4、一個連接該等載座單元4的中心連桿7，以及數支架設在該等載座單元4之間的撐持件5，每個載座單元4都具有一個第一載座41，該第一載座41具有一個第一中心部411，以及數個等角度且由該第一中心部411往徑向外端突出的第一臂部412，每個第一臂部412都具有數個由內往外排列的第一插孔413，所述撐持件5是插 設在該等載座單元4上相對設置的第一插孔413間。

參閱圖8、9，本發明化學氣相沉積設備之一第四較佳實施例之載具34包括一個載座單元4，以及數個安裝在該載座單元4上並內外設置的撐持件5，該等撐持件5皆為弧形之板材，並具有一弧形的撐持面51。而該載座單元4具有一個中心桿部44，以及數個由該中心桿部44往徑向外端突出的支撐臂部45，所述撐持件5是分別安裝在該等支撐臂部45上。當該撓性基板61捲繞在該等撐持件5之撐持面51上時，可由中心桿部44開始捲繞，並圍繞該載具34之中心線340且由內往外捲繞，藉此達到讓該撓性基板61以內外多層捲繞方式架設的目的。

參閱圖10，本發明化學氣相沉積設備之一第五較佳實施例之載具34包括數根撐持件5，以及一個將該等撐持件5串接的載座單元4。其中，該載座單元4包括左右間隔的一第一載座41及一第二載座42，該第一載座41及該第二載座42是選擇耐高溫的織品或纖維材料製成，而該等撐持件5是石英材料製成，即該等撐持件5及該載座單元4共同組合形成一個竹蓆狀的結構。使用時，撓性基板(圖未示)可直接鋪在竹蓆狀之載具34的表面，接著以捲壽司方式由一端開始往另一端捲繞，藉此達到讓該撓性基板61以內外多層捲繞方式架設的目的。

參閱圖11，本發明化學氣相沉積設備之一第六較佳實施例之載具34與第五較佳實施例類似，不同之處在於：該載座單元4是一種耐溫多孔纖維布(網)，而該等撐持件5是 彼此平行地穿設在該載座單元4上。使用時，該撓性基板(圖未示)亦直接鋪在耐溫多孔纖維布(網)形式的載座單元4的表面，接著一樣以捲壽司方式由一端開始往另一端捲繞，藉此達到讓該撓性基板(圖未示)以內外多層捲繞方式架設的目的。由於該多孔纖維布(網)之孔洞結構之載座單元4，可以讓反應氣體到達撓性基板(圖未示)的表面，故本發明可以獲得均勻大面積的沉積膜。

由以上說明可知，本發明該載具34的設計，可以將原本只能平躺或者捲成圓筒狀之撓性基板61捲繞成內外設置的數層，故在相同加工條件下，架設在該載具34上之撓性基板61的面積可以較習知者擴充很多，因此，本發明之沉積設備不僅適合用來製作大尺寸的沉積膜62，也可以在相同加工條件下提高沉積膜62之成型面積，並降低生產時的成本。

在此同時，在化學氣相沉積的領域中，該腔體31之反應室311內的溫度梯度，對於合成例如石墨烯之沉積膜62的品質扮演了非常重要的角色。即優異的熱擴散情形，可以使該腔體31之反應室311內的金屬觸媒(即撓性基板61)獲得更好的溫度均勻性，藉由均勻的溫度分布，可以在該撓性基板61上得到較高品質的沉積膜62。而本發明各個較佳實施例都可以利用該載具34，將該金屬的撓性基板61捲曲成內外多層的捲繞狀，該撓性基板61可以更有效的吸收熱輻射，所以相較之下，本發明只需要較少的熱源，即可得到相同的結果。依發明人實際測試結果顯示，當該撓性 基板61為金屬銅，而長成的沉積膜62為石墨烯時，該製程溫度可由習知的1000℃下修至950℃，故本發明之沉積設備不僅可以得到高品質的沉積膜62，亦具有節省能源的功效。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

31‧‧‧腔體

311‧‧‧反應室

33‧‧‧輸送管

34‧‧‧載具

340‧‧‧中心線

4‧‧‧載座單元

41‧‧‧第一載座

410‧‧‧插桿部

411‧‧‧第一中心部

412‧‧‧第一臂部

413‧‧‧第一插孔

42‧‧‧第二載座

420‧‧‧插設孔

421‧‧‧第二中心部

422‧‧‧第二臂部

423‧‧‧第二插孔

43‧‧‧第三載座

430‧‧‧插設孔

431‧‧‧第三中心部

432‧‧‧第三臂部

433‧‧‧第三插孔

44‧‧‧中心桿部

45‧‧‧支撐臂部

5‧‧‧撐持件

51‧‧‧撐持面

61‧‧‧撓性基板

62‧‧‧沉積膜

7‧‧‧中心連桿

L1‧‧‧長度

L2‧‧‧長度

L3‧‧‧長度

圖1是一種習知沉積設備之示意圖；圖2是另一種習知沉積設備之示意圖；圖3是本發明沉積設備之一第一較佳實施例的元件相對關係示意圖；圖4是該第一較佳實施例之一未完整的立體分解圖，說明該沉積設備之一載具；圖5是該第一較佳實施例之一局部組合剖視圖，說明該載具與一撓性基板的相對關係；圖6是一類似圖5的局部組合剖視圖，說明本發明沉積設備之一第二較佳實施例；圖7是一類似圖4的未完整的立體分解圖，說明本發明沉積設備之一第三較佳實施例；圖8是本發明沉積設備之一第四較佳實施例的一未完整的立體圖，說明該沉積設備之載具；圖9是該第四較佳實施例的一未完整的側視圖，說明 該載具與該撓性基板的相對關係；圖10是本發明沉積設備之一第五較佳實施例的一未完整立體圖，說明該沉積設備之載具；及圖11是本發明沉積設備之一第六較佳實施例的一未完整立體圖，說明該沉積設備之載具。

31‧‧‧腔體

311‧‧‧反應室

33‧‧‧輸送管

34‧‧‧載具

340‧‧‧中心線

4‧‧‧載座單元

41‧‧‧第一載座

42‧‧‧第二載座

43‧‧‧第三載座

5‧‧‧撐持件

Claims (14)

1. 一種化學氣相沉積設備，可供一撓性基板架設，並且在該撓性基板上長成一沉積膜，該沉積設備包含：一腔體，包括一反應室；及一載具，供所述撓性基板捲繞，並擺放在該腔體之反應室內，該載具包括至少一個載座單元，以及數個安裝在該載座單元上並使該撓性基板圍繞著一中心線由內往外層層捲繞的撐持件。
2. 如請求項1所述之化學氣相沉積設備，其中，該載具包括兩個間隔設置的載座單元，每個載座單元都具有一個第一載座，該第一載座具有一個第一中心部，以及數個由該第一中心部往徑向外端延伸的第一臂部，每個第一臂部都具有數個第一插孔，而該等撐持件是架設在該等載座單元上對應之第一插孔間。
3. 如請求項1所述之化學氣相沉積設備，其中，該載具包括兩個載座單元，每個載座單元都具有一個第一載座，以及一個與該第一載座插接的第二載座，該第一載座具有一個第一中心部，以及數個由該第一中心部往徑向外端延伸的第一臂部，每個第一臂部都具有一個鄰近末端的第一插孔，而該第二載座具有一個第二中心部，以及數個由該第二中心部往徑向外端延伸的第二臂部，每個第二臂部都具有一個鄰近末端的第二插孔，該等第二臂部的長度大於該等第一臂部的長度，而該等撐持件是各別地架設在該等載座單元對應之第一插孔以及第二插孔 之間。
4. 如請求項3所述之化學氣相沉積設備，其中，該等載具單元還具有一個與該第一載座插接的第三載座，該第三載座具有一個第三中心部，以及數個由該第三中心部往徑向外端延伸的第三臂部，上述第三臂部的長度大於該等第二臂部的長度，每個第三臂部都具有一個鄰近末端並可供該等撐持件的其中之一插設的第三插孔。
5. 如請求項4所述之化學氣相沉積設備，其中，該等載座單元之第一載座還具有一個由該第一中心部突出的插桿部，而該第二載座之第二中心部具有一個供所述插桿部以不轉動方式插設的插設孔，該第三載座之第三中心部具有一個供所述插桿部以不轉動方式插設的插設孔。
6. 如請求項1所述之化學氣相沉積設備，其中，該載具之載座單元具有一個中心桿部，以及數個由該中心桿部往徑向外端突出的支撐臂部，而該等撐持件是分別安裝在該載座單元之該等支撐臂部上，並包括一個弧形並用來撐持該撓性基板的撐持面。
7. 如請求項1所述之化學氣相沉積設備，其中，該載座單元包括一第一載座，以及一個與該第一載座間隔設置並共同架設該等撐持件的第二載座，該第一載座及該第二載座是選擇耐高溫的織品或纖維材料製成。
8. 如請求項1所述之化學氣相沉積設備，其中，該載座單元是一個耐溫多孔纖維布(網)結構。
9. 一種化學氣相沉積設備的載具，可供一撓性基板捲繞地 架設，並包括：至少一個載座單元；及數個撐持件，安裝在該載座單元上，並使撓性基板圍繞一中心線由內往外層層捲繞。
10. 如請求項9所述的化學氣相沉積設備的載具，其中，該載具之載座單元具有一個中心桿部，以及數個由該中心桿部往徑向外端突出的支撐臂部，而該等撐持件是分別安裝在該載座單元之該等支撐臂部上，並包括一個弧形並用來撐持該撓性基板的撐持面。
11. 如請求項9所述的化學氣相沉積設備的載具，包括兩個間隔設置的載座單元，每個載座單元都具有一個第一載座，該第一載座具有一個第一中心部，以及數個由該第一中心部往徑向外端延伸的第一臂部，每個第一臂部都具有數個第一插孔，而該等撐持件是架設在該等載座單元對應之第一插孔間。
12. 如請求項9所述的化學氣相沉積設備的載具，其中，該等載座單元都具有一個第一載座、一個與該第一載座插接的第二載座，以及一個與該第一載座插接的第三載座，該第一載座具有一個第一中心部，以及數個由該第一中心部往徑向外端延伸的第一臂部，每個第一臂部都具有一個鄰近末端的第一插孔，而該第二載座具有一個第二中心部，以及數個由該第二中心部往徑向外端延伸的第二臂部，每個第二臂部都具有一個鄰近末端的第二插孔，該第三載座具有一個第三中心部，以及數個由該第 三中心部往徑向外端延伸的第三臂部，每個第三臂部都具有一個鄰近末端並可供該等撐持件的其中之一插設的第三插孔，該等第二臂部的長度大於該等第一臂部的長度，上述第三臂部的長度大於該等第二臂部的長度，而該等撐持件是各別地架設在該等載座單元上對應之第一插孔、第二插孔以及第三插孔之間。
13. 如請求項9所述的化學氣相沉積設備的載具，其中，該載座單元包括一第一載座，以及一個與該第一載座間隔設置並共同架設該等撐持件的第二載座，該第一載座及該第二載座是選擇耐高溫的織品或纖維材料製成。
14. 如請求項9所述的化學氣相沉積設備的載具，其中，該載座單元是一個耐溫多孔纖維布(網)結構。