TWI564419B

TWI564419B - Film forming apparatus and film forming method

Info

Publication number: TWI564419B
Application number: TW103134086A
Authority: TW
Inventors: Qian-Cheng Guo; zheng-zhong Li; meng-qi Li; zheng-rong He
Priority date: 2014-09-30
Filing date: 2014-09-30
Publication date: 2017-01-01
Also published as: TW201612340A

Description

薄膜形成設備及薄膜形成方法

本發明係與薄膜形成有關，特別是指一種薄膜形成設備與薄膜形成方法。

習知薄膜形成設備及薄膜形成方法，例如Vitex Systems公司開發以多層有機無機交錯堆疊的複合膜Barix^TM以達到阻氣性和柔軟度皆優異之薄膜。

不過，此複合膜必須分別於無機膜的濺鍍腔體和有機膜的蒸鍍腔體鍍製，有腔體汙染、製程複雜、有機/無機介面接著性與有機和無機膜之純度等問題。

因此，已知薄膜形成設備及薄膜形成方法的缺失仍然有待改進。

有鑑於此，本發明之主要目的在於提供一種薄膜形成設備及薄膜形成方法，其使用有機無機材料混合於同一腔體中鍍製阻水性與柔軟度皆優異之單層膜。

為達成上述目的，本發明所提供的一種薄膜形成設備，包含有一腔體具有一容室可抽真空；一載台設於該腔體的容室，供裝設待鍍物；一供氣裝置對該腔體的容室提供氧氣及/或氬氣；一有機單體供應裝置係對該腔體的容室提供有機單體；一濺鍍槍設於該腔體的容室；一靶材設於該腔體的容室，供該濺鍍槍對其施加電源。

為達成上述目的，本發明亦提供一種使用所述薄膜形成設備的薄膜形成方法。

本發明薄膜形成設備及薄膜形成方法，以射頻磁控電漿轟擊矽靶材，在2×10^-3Torr壓力下通入氬氣(工作氣體)及氧氣(反應氣體)；同時，於同一電漿區通入有機單體六甲基矽氧烷(HMDSO)，使其產生電漿聚合反應，碎裂之有機結構與上述逸出靶材之矽原子或氧化矽混合摻雜，共同沉積氧化矽摻碳(SiOx：C)薄膜。

有關本發明所提供之薄膜形成設備及薄膜形成方法的詳細構造及特點，將於後續的實施方式中予以詳盡描述。然而，本技術領域中具有通常知識者理應瞭解，該等詳細說明以及實施本發明所列舉的特定實施例，僅用於說明本發明，並非用以限制本發明的專利申請範圍。

(10)‧‧‧腔體

(11)‧‧‧容室

(20)‧‧‧載台

(30)‧‧‧供氣裝置

(40)‧‧‧有機單體供應裝置

(50)‧‧‧加熱控制器

(60)‧‧‧濺鍍槍

(70)‧‧‧靶材

(80)‧‧‧匹配網路

(90)‧‧‧射頻產生器

第1圖係本發明一較佳實施例的結構示意圖。

申請入首先在此說明，於通篇說明書中所指之內、外、上、下等有關方向性的形容詞，皆是以本發明圖式中的方向為基準。

以下將藉由所列舉之實施例配合隨附之圖式，詳細說明本發明的技術內容及特徵，其中：如第1圖所示，本發明一較佳實施例之薄膜形成設備，包含有：一腔體(10)，具有一容室(11)可抽真空。

一載台(20)，設於該腔體(10)的容室(11)，供裝設待鍍物。其中，該載台(20)係可位移及/或旋轉。

一供氣裝置(30)，藉由兩流量控制器(Mass flow control，MFC)分別對該腔體(10)的容室(11)提供氧氣及/或氬氣。

一有機單體供應裝置(40)，以一流量控制器(Mass flow control，MFC)對該腔體(10)的容室(11)提供有機單體；於本實施例中，該有機單體係使用六甲基矽氧烷(Hexamethyldisiloxane，HMDSO)。

一加熱控制器(50)(Heat controller)，對該有機單體供應裝置(40)控制加熱。

一靶材(70)，係無機材料，於本例中係為矽靶材，設於該腔體(10)的容室(11)。

一濺鍍槍(60)，設於該腔體(10)的容室(11)，供對裝設於其上的靶材(70)施加電源發射電漿。

一匹配網路(80)(matching networks或matching box)，連接該濺鍍槍(60)。

以及一射頻產生器(90)(Rf generator)，連接該匹配網路(80)。藉此，構成電漿輔助化學氣相沉積(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD)。

使用所述薄膜形成設備的薄膜形成方法，玆說明如下：本例中，使用之機台為磁控濺鍍系統外加一組有機氣體進料系統，內含一支直徑為3吋之磁控濺鍍槍，靶材與待鍍物的位置於7.5~9.5cm間調整。載台旋轉速度為60rpm。抽氣系統由前段的機械幫浦(Mechanical Pump)及魯氏幫浦(Roots Pump)和後段的油擴散幫浦(Diffusion Pump)所構成。電源使用13.6kHz的交流電源導入至靶材上。鍍膜過程所通入之氧氣及/或氬氣如示意圖右上角分別由流量控制器(Mass flow control，MFC)調控流量 0~30sccm進入腔體。有機單體六甲基矽氧烷(HMDSO)裝盛於加熱布包附之瓶內，加熱器加熱瓶子促使內部六甲基矽氧烷(HMDSO)飽和蒸汽壓經由管線及流量控制器進入腔內濺鍍電漿區。六甲基矽氧烷(HMDSO)流經之管線以加熱線纏繞並加熱至50℃以上避免有機單體殘留於管壁。

膜層鍍製，其步驟及說明如下：

A.當腔體(10)真空度低於7×10^-6Torr，開啟六甲基矽氧烷(HMDSO)管線之手動閥與流量控制器(全開)，使幫浦抽有機管線及瓶內氣體。由於六甲基矽氧烷(HMDSO)在無塵室24℃恆溫下飽和蒸氣壓為40Torr，因此微量六甲基矽氧烷(HMDSO)會流入腔體(10)，使最低真空度提高至1.5×10^-5Torr。

B.開啟有機管線加熱器，使管路溫度維持在50℃，瓶子溫度維持在53-71℃(因所需最大流量不同而調整)，調控流量控制器(MFC)控制六甲基矽氧烷(HMDSO)進入腔體(10)之流量。

C.通入10sccm氧氣(從二氧化矽遲滯曲線得到矽靶完全氧化之最適流量)及30sccm氬氣(為流量控制器(MFC)最大流量值)，調控幫浦與腔體(10)間的抽氣門閥，使腔體壓力維持於2×10^-3Torr。

D.啟動載台旋轉，打開電源供應器開關，設定輸出瓦數值，將電漿點起進行預濺鍍(Pre-sputtering)以清除表面之原生氧化層及雜質。此時，調整該匹配網路(80)之電容、電感值，使反射功率值為零，即產生最大輸出功率。

E.預濺鍍三分鐘後，開啟載台與靶材間之一擋板(shutter)，使膜沉積於待鍍物上。鍍膜過程中，記錄溫度、腔體壓力、直流補償偏壓(dc bias)及上述各樣參數值。

藉此，本實施例使用射頻磁控濺鍍搭配有機單體六甲基矽氧烷(HMDSO)於待鍍物上沉積氧化矽摻碳薄膜阻障層。磁控濺鍍槍、矽靶材及通入之氬氣、氧氣在2×10^-2 Torr腔體壓力下以高密度電漿進行濺鍍，同時打斷六甲基矽氧烷(HMDSO)單體鍵結，與其共同反應聚合沉積高緻密性薄膜。

本例中，以100W射頻能量、10sccm氧氣、30sccm氬氣及4sccm六甲基矽氧烷(HMDSO)成功鍍製一緻密性高、孔洞性低、光穿透率高於90%、膜厚50nm的薄膜阻障層，其水氣穿透率可達7.6×10^-2g/m²/day，約為目前以六甲基矽氧烷(HMDSO)製備氧化矽單層膜之WVTR(Water Vapor Transmission Rate，水蒸氣透濕量)最佳值0.3g/m²/day的四分之一。

本鍍膜系統中，矽靶逸出之矽原子少數與氧結合，多數與碳結合，形成較多線狀結構，因而沉積出孔洞性少且化學性質接近聚合物之薄膜。

除了前述的實施方式之外，本發明亦可任意搭配或替換實施以下各種態樣：例如，將矽靶材(70)換成鈦靶材，使用與前述完全相同之參數，調變六甲基矽氧烷(HMDSO)流量並量測穿透率、傅立葉變換紅外光譜(FTIR)、X射線光電子能譜(X-ray photoelectron spectroscopy，簡稱XPS)，以分析光性及膜層化學組成。氧氣流量同樣設定為10sccm，此值亦落在二氧化鈦(TiO₂)遲滯區線之完全氧化區間。

或者，有機單體除了六甲基矽氧烷(Hexamethyldisiloxane，HMDSO)或四乙氧矽烷(Tetraethoxysilane，TEOS)以外，其還可為壓克力(Acrylic)、乙醯基三甲基矽烷(Acetyltrimethylsilane，ATMS)或四甲基二乙烯基二矽氧烷(Divinyltetramethyldisiloxane，DVTMDSO)；無機材料可為氧化鋁 (Al₂O₃)、矽氧化物(SiOx)或矽氮化物(SiNx)。

以上所述的任何實施態樣及特徵，均可一者或多者互相搭配使用，均可達成本發明之目的。

綜合前述，本發明薄膜形成設備及薄膜形成方法，其使用有機無機材料混合於同一腔體中鍍製阻水性與柔軟度皆優異之單層膜，因此確實達成本發明之目的。