制膜系統及制膜方法

2023-06-11 07:27:06 1

專利名稱：制膜系統及制膜方法
技術領域：
本發明涉及一種制膜系統及制膜方法，特別是涉及一種製備光電元件的系統。
背景技術：
目前代表性的半導體光電元件，例如發光二極體(LED)、太陽能電池等，針對效能 而言，其光電轉換效率為非常重要的效能指標；因平整光滑面對光具有較高的反射率，而不 利於光線進出元件，導致轉換效率低，故目前業界通常的做法是在元件表面製作不平整的 凹凸微結構，以有效提高元件效能；因此，該光電元件表面的粗糙度對轉換效率具有相當程 度的影響。一般而言，該表面微結構可分為有序及無序，該無序微結構可通過化學蝕刻達 成，而該有序微結構可通過光阻微影法達成。現有光阻微影法是在晶圓表面形成作為光罩的幹膜，再利用曝光、顯影形成光罩 開孔以露出該晶圓的部分表面，接著在該光罩開孔中進行微蝕刻，令外露的晶圓表面呈不 規則面，最後再移除該幹膜。但是，現有光阻微影法不僅工藝時間長且幹膜成本高，又幹膜 易造成汙染，故遂發展出由納米球構成的光罩，以取代幹膜，不僅成本低且有效降低汙染， 並且工藝時間短。現有由納米球構成的光罩是通過浸入拉起式製作而成，其製造工藝是先於一容器 中裝滿含有多個納米球的液體，再將晶圓置入液體中，以令該納米球集結於該晶圓表面上， 最後將晶圓拉起，以令該納米球吸附於該晶圓表面上，從而形成由該納米球構成的光罩。但 是，因晶圓拉升的速度將影響光罩的緊密度，若拉升速度過快，該納米球尚未附著於該晶圓 表面上，將造成光罩具有大缺口，導致後續蝕刻時將形成大凹陷而非微結構；若拉升速度過 慢，該納米球將堆疊數層於該晶圓表面上，導致光罩難以形成縫隙，以致於後續蝕刻時將難 以形成微結構。故遂發展出不需考慮晶圓拉升速度的製法。請參閱圖IA至圖1E，為現有納米球微影法的一制膜方法。如圖IA所示，提供一直 徑15cm圓形容器10，再將水100注入該容器10 ；如圖IB及圖IC所示，接著，通過注射針頭 或是吸量管接觸水面，以沿水面注入具有多個納米球301的乙醇水溶液300a(濃度為10% 或8% )，令各該納米球301鬆散布設於水面上，且該乙醇水溶液300a推擠各該納米球301 向容器10邊緣移動，令各該納米球301集結形成具有開口 302的膜狀物30』，從而供作為所 需的光罩薄膜；如圖ID所示，將為Icm2的晶圓(wafer)的基板3由開口 302進入該容器10 的水100中，且該基板3表面正對接觸於該膜狀物30』的下方，令該膜狀物30』結合至該基 板3表面上；如圖IE所示，最後，將該基板3向上移出水面，以令該基板3的表面具有作為 光罩的膜狀物30』，後續即可進行蝕刻表面以粗糙化的製造工藝。但是，上述現有納米球微影法雖不需考慮晶圓拉升速度的製法，卻無法在大面積 的晶圓上製作光罩，而僅能於Icm2小面積的晶圓上製作光罩，導致無法滿足可具選擇性的需求。再者，該容器10水面上的膜狀物30』需留下一些空間(如開口 302)以釋放壓力， 因此在水面上不能放滿納米球301，否則該納米球301會碰觸容器10的內壁IOa而破裂，故該納米球301的布設面積最多僅能佔70%的水面，以致於無法製作大面積晶圓所需的光 罩。若該納米球301布滿水面，在圖ID所示的步驟，該基板3則需破壞該膜狀物30』進入 水100中，導致該膜狀物30』產生如晶格裂縫的結構受損，將影響納米球301的附著力。因此，如何避免現有技術中上述的種種問題，實已成目前急欲解決的問題。

發明內容
鑑於上述現有技術的種種缺陷，本發明的目的是提供一種制膜系統及制膜方法， 用以避免現有技術中承載件容易破壞膜狀物的問題，同時還能一次製作至少一大面積晶圓 的光罩，而滿足可具選擇性的需求。為達到上述目的，本發明提供一種制膜系統，包括容器，容納有液體；排水手段， 用以排除該液體；環型件，以上下移動自如方式設於該容器內，並浮於該液體上；承載件， 設於該容器內的液體中，且該承載件用以承載至少一基板；以及成膜材料，注入於該容器內 的液體表面，以形成膜狀物，且令該膜狀物的邊緣接觸該環型件的內徑緣。前述的制膜系統可還包括輸送裝置，用以容納成膜材料，且該輸送裝置具有注射 單元，以將該成膜材料注入該容器中。前述的制膜系統中，該排水手段包括有貫穿該容器的排水孔、開閉該排水孔的孔 塞；亦或包括連接該排水孔導引流向的排水管及控制流量的止水閥；此外，該排水手段可 還包括蒸發器。又該排水手段可包括進入該容器中抽水的管體。前述的制膜系統可還包括分離結構，用以分離該承載件與該容器，該分離結構具 有設於該承載件上的夾持部，供機械手臂夾持該承載件而分離該承載件與該容器，且該容 器與該承載件之間具有空隙，以利於該機器手臂夾持該承載件。本發明還提供一種制膜方法，是以上述制膜系統制膜的方法，包括將液體注入該 容器，以令該環型件浮於該液體上，而該承載件位於該液體中；在該液體面上注入成膜材 料，而在該液體上面的環型件內形成膜狀物，且該膜狀物的邊緣接觸該環型件的內徑緣；以 及移除該液體，以令該膜狀物配合該環型件下移而形成於該承載件及設於該承載件上的該 基板上。本發明的制膜系統與方法中，該容器可為圓形、六角形或多邊形；該環型件是以片 狀為佳，且該環型件的外徑側對應該容器的內壁；該承載件的輪廓對應該環型件的內徑緣， 且形成該承載件的材料是以親水性材料或不鏽鋼為佳，又較佳地，該承載件的表面為粗糙在一具體實施例中，該基板為晶圓。前述的製法中，當設置該環型件於該容器內時，該環型件的外徑側接觸該容器的內壁。前述的製法中，當設置該承載件與環型件於該容器內後，該承載件的輪廓接觸該 環型件的內徑緣。在本發明的一具體實施例中，該液體為水；該膜狀物是以沉積方式形成於該基板 上，且該成膜材料包含納米球與醇類水溶液。前述的製法中，還包括通過輸送裝置將該成膜材料輸送至該容器內，且該輸送裝 置具有注射單元，以將該成膜材料注入該容器中。
前述的製法中，移除該液體的方式為虹吸法，且還包括在移除該液體後，使用蒸發 器乾燥該膜狀物。前述的製法還包括在移除該液體後，通過分離結構分離該承載件與該容器。由上可知，本發明通過該環型件的設置，有效避免該納米球碰觸該容器的內壁而 破裂，且該納米球是形成於該環型件的環內，從而可依需求製作大面積晶圓所需的光罩。再者，本發明先在該容器底部設置承載件，再在水面上形成膜狀物，不僅避免該承 載件破壞膜狀物，且膜狀物不需形成用以設置承載件的開口，從而提升該納米球的布設面 積。又通過該承載件的設計，可一次製作至少一大面積晶圓的光罩，有效滿足可具選擇性的 需求。


圖IA至圖IE為顯示現有納米球微影的制膜方法示意圖。圖2為本發明制膜系統的立體分解示意圖。圖3A至圖3E為顯示本發明制膜方法的示意圖。圖4A至圖4C為本發明制膜系統的不同實施例的立體示意圖，其中，圖4B』為剖視 示意圖。主要元件符號說明
10、20、20，容器
10a、20a內壁
100水
2制膜系統
200液體
21,21'環型件
21a外徑側
21b內徑緣
22、22，、22」承載件
22a輪廓
220開孔
221缺口
23輸送裝置
230注射單元
24,24'排水手段
240排水孔
241孔塞
242通孔
243管體
25分離結構
250機器手臂
251夾持部
3a252125313
伸縮件 翻轉載盤 基板
成膜材料30、3030a300300a301302w
膜狀物 邊緣
醇類水溶液 醇水溶液
納米球
開口
寬度
具體實施例方式以下通過特定的具體實施例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明 書所揭示的內容輕易地了解本發明的其他優點及功效。請參閱圖2，為本發明所提供的制膜系統2 ；請一併參閱圖3A至圖3E，為應用該制 膜系統2的制膜方法；再請一併參閱圖4A至圖4C，為該制膜系統2的其他實施例。本發明 的薄膜可作為蝕刻遮罩或其他用途使用，製造工藝中使用納米球自組的技術，不需使用具 有毒性的幹膜、及曝光等製造工藝設備。如圖2及圖3A所示，本發明的制膜系統2是供在例如為兩時晶圓(wafer)的基板 3上製作例如光罩的薄膜，且該基板3可用於LED裝置，該制膜系統2包括容器20、環型件 21以及承載件22 ；該制膜系統2的組設順序是先將該環型件21設於該容器20內，再將承 載至少一基板3的承載件22設於該容器20內；該組設順序反之亦然。所述的容器20是以圓形為佳，而六角形或多邊形亦可，而所述的環型件21為片狀 且寬度w約為5mm，該環型件21的外徑側21a是對應該容器20的內壁20a，且較佳而言，當 設置該環型件21於該容器20內時，該環型件21的外徑側21a是稍稍接觸該容器20的內 壁 20a。所述的承載件22為直徑約20cm的圓盤，其表面為粗糙面，且形成該承載件22的 材料為親水性材料或不鏽鋼，但不以此為限。該承載件22的輪廓2 是對應該環型件21 的內徑緣21b，且較佳而言，當設置該承載件22與環型件21於該容器20內後，該承載件22 的輪廓2 接觸該環型件21的內徑緣21b。又該承載件22的承載方式繁多，在本實施例中，是在該承載件22上形成多個對應 該基板3的開孔220，以通過該開孔220卡置該基板3，而令該承載件22可承載多個基板3 ； 另外，該開孔220的數量可依基板3的數量需求作設計，在此並無特定限制。如圖;3B所示，將例如水等液體200注入該容器20內，以令該環型件21浮於該液 體200上，而該承載件22位於該液體200中。但是，該液體200並無特定種類，例如可使用 水，但是本發明對於水的潔淨程度具特別要求，無法使用日常生活中所用的自來水。如圖3C所示，將成膜材料3a注入該容器20內，以在該液體200上形成由該成膜 材料3a構成的薄的膜狀物30，且該膜狀物30是位於該環型件21的環內，故該膜狀物30的邊緣30a接觸該環型件21的內徑緣21b。所述的成膜材料3a包含納米球301與表面張力足以使成膜材料3a成膜的醇類水 溶液300，例如乙醇(乙醇的表面張力為22mN/m，一比一混合的乙醇水溶液的表面張力約為 30mN/m)，該膜狀物30是由該納米球301密集排列所組成，且可選擇性地通過提供分散該納 米球301的醇類水溶液300，以令該納米球301可隨該醇類水溶液300均勻布設於水上。較佳而言，該制膜系統2還包括一容納該成膜材料3a的輸送裝置23，例如具有注 射單元230的針筒，以將該成膜材料3a沿該水面注入該容器20中，且該醇類水溶液300浮 於該液體200上，以令多個納米球301集結成該膜狀物30而浮於該液體200上。本發明通過該環型件21的設置，有效避免該納米球301碰觸該容器20的內壁20a
而破裂，且該環型件21為極薄程度的片狀，在本實施例中，該環形件21的厚度約0. 5mm，而
該納米球的直徑約1微米(μ m)；若該環型件21過厚，該納米球301可能沿該環型件21的
內徑緣21b壁面向上附著，導致該膜狀物30的邊緣發生翹曲現象，因而導致該膜狀物30破 m農。再者，該環型件21的寬度w遠小於該容器20的尺寸，令該環型件21的環中空處 面積接近該容器20的尺寸，使該納米球301的布設面積遠大於現有技術，在本實施例中達 佔95%的水面，從而可依需求製作大面積晶圓所需的薄膜。又，本發明先在該容器20底部設置承載件22及基板3，再在水面上形成該膜狀物 30，故不會有例如現有技術將基板置入水中而破壞膜狀物的情況，有效避免該膜狀物30的 結構受損，且避免破壞納米球301的附著力。另外，先在該容器20底部設置承載件22及基板3也可避免現有技術的形成開口 以放置基板的情況，故該基板3的設置不會影響水面上的納米球301布設面積，因而該納米 球301可儘量布滿該環型件21的環中空處。如圖3D所示，移除該液體200及醇類水溶液300，以令該膜狀物30配合該環型件 21下移而沉積於該承載件22及基板3上；其中，該環型件21下移至該容器20底部，使該 環型件21的內徑緣21b接觸該承載件22的輪廓22a，而該膜狀物30因位於該環型件21的 環內，故該膜狀物30僅下移至該基板3上。移除該液體200及醇類水溶液300的方式繁多，例如吸取等。較佳而言，如圖2的 制膜系統2，該容器20在底部設有液體200及醇類水溶液300排除用的排水手段M，該排 水手段M包括有貫穿該容器的排水孔M0、開閉該排水孔240的孔塞Ml ；但是，也可使用 連接該排水孔240導引流向的排水管(圖未示)及控制開度大小的止水閥(圖未示)，以控 制流量。在本實施例中，是使該孔塞241脫離該容器20的排水孔M0，該液體200及醇類水 溶液300將由該排水孔240排出該容器20而流入該排水管。再者，該排水手段M也可包括具有蒸發器(圖未示)，以蒸發位於該膜狀物30、環 型件21及承載件22上的殘餘液體、或可不需設置該排水孔240而直接蒸發該液體200及 醇類水溶液300。又在一實施例中，如圖4A所示，該排水手段24』可包括形成於該環形件21』上的 通孔對2、及經過該通孔242進入該容器20中的管體M3，以通過虹吸法抽水，也可利用泵 抽水。另外，也可在該容器20的內緣形成槽溝(圖未示)，以令該管體243沿該槽溝進入該容器20中，且該環形件21抵靠該容器20的內緣，以在該容器20內不旋轉；再者，該容 器20內緣非完整圓形弧面將有擾流效果，可減少從注水至水停止流動的時間，且使用內緣 六角形的容器，配合外六角內圓形的環形件也可有類似效果。如圖3E所示，分離該承載件22與該容器20，以由該承載件22上取出表面具有膜 狀物30的基板3，且分離該承載件22與該容器20的方式繁多，例如由該容器20中倒出該 承載件22 ；較佳而言，如圖4B及圖4B』的制膜系統2還包括分離結構25，以通過該分離結 構25分離該承載件22』與容器20』。在本實施例中，該分離結構25具有設於該承載件22』上且為穿孔狀的夾持部251， 以通過機器手臂250穿設該夾持部251，而將該承載件22』夾出該容器20』，令該承載件22』 與該容器20』分離。在本實施例中，機器手臂250可具有，例如，伸縮件2521及可翻轉地連 接該伸縮件2521的翻轉載盤2531，該伸縮件2521可自機器手臂250 —端伸出並向承載件 22』外圍移動以供翻轉載盤2531撐起承載件22』。但是，該機器手臂250也可由具有夾取 功能或任何具有其他功能的結構取代，並無特別限制。再者，若要使用機械手臂250取出承載件22』，該容器20』僅接觸該承載件22』的 外圍，該承載件22』中間下方與該容器20』之間則具有空隙，以利於該機器手臂250抬起該 承載件22』 ；又該容器20』底部可如圖4B』所示的圓錐形，於其他的實施方式中，該容器20』 底部也可為圓柱型。由於本發明先在該容器20底部設置承載件22及基板3，故可避免該膜狀物30的 結構受損，因此，通過該承載件22的設計，即可在大面積的晶圓上製作光罩，且可一次製作 多個晶圓的光罩，有效滿足可具選擇性的需求。又當取出該承載件22後，若在該膜狀物30及承載件22上發現殘餘液體，也可繼 續通過蒸發方式移除液體，以令該基板3上保持乾燥。另外，如圖4C所示，可在該承載件22」上形成連通該開孔220的缺口 221，當該承 載件22」與該容器20分離後，以通過該缺口 221而便於取出卡置於該開孔220中的基板3。綜上所述，本發明通過該環型件的設置，有效避免該納米球碰觸該容器的內壁而 破裂，且該納米球是形成於該環型件的環內，從而可依需求製作大面積晶圓所需的光罩。再者，本發明先在該容器底部設置承載件，再在水面上形成膜狀物，不僅避免該承 載件破壞膜狀物，且膜狀物不需形成用以設置承載件的開口，從而提升該納米球的布設面 積。又通過該承載件的設計，可一次製作至少一大面積晶圓的光罩，有效滿足可具選擇性的 需求。上述實施例是用以例示性說明本發明的原理及其功效，而非用於限制本發明。任 何本領域技術人員均可在不違背本發明的精神及範疇下，對上述實施例進行修改。因此本 發明的權利保護範圍，應以權利要求書的範圍為依據。
權利要求
1.一種制膜系統，其特徵在於，包括 容器，容納有液體；排水手段，用以排除該液體；環型件，以上下移動自如方式設於該容器內，並浮於該液體上； 承載件，設於該容器內的液體中，且該承載件用以承載至少一基板；以及 成膜材料，注入於該容器內的液體表面，以形成膜狀物，且令該膜狀物的邊緣接觸該環 型件的內徑緣。
2.根據權利要求1所述的制膜系統，其特徵在於，該容器為圓形、六角形或多邊形。
3.根據權利要求1所述的制膜系統，其特徵在於，該環型件為片狀。
4.根據權利要求1所述的制膜系統，其特徵在於，該環型件的外徑側對應該容器的內壁。
5.根據權利要求1或4所述的制膜系統，其特徵在於，形成該承載件的材料為親水性材料。
6.根據權利要求1所述的制膜系統，其特徵在於，該基板為晶圓。
7.根據權利要求1所述的制膜系統，其特徵在於，該成膜材料包含納米球與醇類水溶液。
8.根據權利要求7所述的制膜系統，其特徵在於，還包括輸送裝置，用以容納成膜材 料，以將該成膜材料輸送至該容器內，令該成膜材料形成該膜狀物。
9.根據權利要求8所述的制膜系統，其特徵在於，該輸送裝置具有注射單元，以將該成 膜材料注入該容器中。
10.根據權利要求1所述的制膜系統，其特徵在於，該排水手段包括有貫穿該容器的排 水孔、開閉該排水孔的孔塞。
11.根據權利要求1所述的制膜系統，其特徵在於，該排水手段包括有貫穿該容器的排 水孔、連接該排水孔導引流向的排水管、及控制流量的止水閥。
12.根據權利要求10或11所述的制膜系統，其特徵在於，該排水手段還包括蒸發器。
13.根據權利要求1所述的制膜系統，其特徵在於，該排水手段包括進入該容器中的管體。
14.根據權利要求1所述的制膜系統，其特徵在於，還包括分離結構，用以分離該承載 件與該容器。
15.根據權利要求14所述的制膜系統，其特徵在於，該分離結構具有設於該承載件上 的夾持部，供機械手臂夾持該承載件以分離該承載件與該容器。
16.根據權利要求15所述的制膜系統，其特徵在於，該容器與該承載件之間具有空隙， 以利於該機器手臂夾持該承載件。
17.一種制膜方法，是以權利要求1所述的制膜系統制膜的方法，其特徵在於，包括 將液體注入該容器，以令該環型件浮於該液體上，而該承載件位於該液體中；在該液體面上注入成膜材料，而在該液體上面的環型件內形成膜狀物，且該膜狀物的 邊緣接觸該環型件的內徑緣；以及移除該液體，以令該膜狀物配合該環型件下移而形成於該承載件及設於該承載件上的 該基板上。
18.根據權利要求17所述的制膜方法，其特徵在於，該容器為圓形、六角形或多邊形。
19.根據權利要求17所述的制膜方法，其特徵在於，該環型件為片狀。
20.根據權利要求17所述的制膜方法，其特徵在於，該環型件的外徑側對應該容器的內壁。
21.根據權利要求17所述的制膜方法，其特徵在於，形成該承載件的材料為親水性材料。
22.根據權利要求17所述的制膜方法，其特徵在於，該基板為晶圓。
23.根據權利要求17所述的制膜方法，其特徵在於，該液體為水。
24.根據權利要求17所述的制膜方法，其特徵在於，該膜狀物是以沉積方式形成於該基板上。
25.根據權利要求17所述的制膜方法，其特徵在於，該成膜材料包含納米球與醇類水 溶液。
26.根據權利要求25所述的制膜方法，其特徵在於，還包括通過輸送裝置將該成膜材 料輸送至該容器內。
27.根據權利要求沈所述的制膜方法，其特徵在於，該輸送裝置具有注射單元，以將該 成膜材料注入該容器中。
28.根據權利要求17所述的制膜方法，其特徵在於，還包括在移除該液體後，以蒸發器 乾燥該膜狀物。
全文摘要
一種制膜系統及制膜方法，所述制膜系統包括用以容納液體的容器、用以排除該液體的排水手段、設於該容器內的環型件、設於該容器內且承載至少一基板的承載件以及成膜材料；於制膜過程中，令該承載件位於該液體中，而令該環型件浮於該液體上，當在該液體上形成由納米球構成的膜狀物時，該膜狀物位於該環型件的環內，再移除該液體，以令該膜狀物配合該環型件下移而形成於該基板上，從而通過該環型件的設置，以避免現有技術中納米球碰觸容器的內壁而易破裂等問題。
文檔編號H01L31/18GK102148304SQ20101011394
公開日2011年8月10日 申請日期2010年2月9日 優先權日2010年2月9日
發明者葉政果 申請人:和椿科技股份有限公司