TWI463923B - Plasma processing device - Google Patents

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Description

電漿處理裝置
本發明係有關於產生電漿、並使用此電漿在平面狀的被處理基體進行沈積處理或蝕刻處理等的電漿處理裝置。
電漿處理裝置是廣泛地用於半導體基板、太陽電池用基板、顯示器用基板等的製造。例如，在玻璃基板的表面產生含矽的電漿，而在玻璃基板上沈積矽薄膜而得到太陽電池用基板。在下文中，受到電漿處理的基體(上述例子中的玻璃基板)，是稱為被處理基體。
近年來，上述各種基板的面積持續增大，而上述基板中，有必要對一片基板的全面施以均等的處理。例如在太陽電池用基板的情況中，一片的基板是被劃分為複數個單元(cell)，在各單元的矽薄膜的膜厚等的品質必須儘量落在既定的範圍內。因此，在電漿處理裝置內所產生的電漿的密度分佈，無論被處理基體如何的大型化、即是電漿產生區如何的大型化，必須要求其是落於一定的範圍內。
在電漿處理裝置中，具有電子迴旋共振式(electron cyclotron resonance；ECR)電漿、微波式電漿、感應耦合式(inductively coupled)電漿、電容耦合式(capacitive coupling)電漿等等。例如在下列的專利文獻1中，揭露了在位於真空容器外側的頂部上表面搭載一個螺旋狀感應線圈的感應耦合式電漿處理裝置。在感應耦合式電漿處理裝置中，是將氣體導入真空容器的內部，藉由使高頻電流流經高頻天線(感應線圈)，而在真空容器的內部產生感應電場。藉由此感應電場將電子加速，使此電子與氣體分子撞擊，藉此使氣體分子成為帶電離子狀態而產生電漿。在專利文獻1所揭露的電漿處理裝置中，因應基板的大型化，必須加大螺旋狀線圈。然而，僅是單純地將其擴大，亦僅僅單純地擴大了其中心部與周邊部的電漿密度差，因此無法滿足前述的全面性的電漿密度均一性的基準。還有，一旦將天線大型化，天線的導體就變長了，因此而形成駐波而使高頻電流的強度分佈不均，其結果是有使電漿密度分佈不均之虞(參照非專利文獻1)。
在下列專利文獻2及非專利文獻1中，是揭露將複數個高頻天線安裝在真空容器的內壁的多天線形態的感應耦合式電漿處理裝置。在此裝置中，藉由適當地設定複數個天線的配置，可以控制真空容器內的電漿的分佈。另外，可以縮短各個天線的導體長度，而可以防止駐波所造成的不良影響。因為以上的理由，下列專利文獻2及非專利文獻1所揭露的電漿處理裝置可以比先前的電漿處理裝置產生均一性更高的電漿。
【專利文獻1】特開2000-058297號公報(第[0026]~[0027]段、圖1)
【專利文獻2】特開2001-035697號公報(第[0050]段、圖11)
【非專利文獻1】節原裕一著：「次世代公尺尺寸大面積製程用電漿源」、Journal of Plasma and Fusion Research、第81卷第2號第85~93頁、2005年2月發行
藉由專利文獻2及非專利文獻1所揭露的電漿處理裝置，是提高了真空容器內的電漿密度的均一性，但是所產生的電漿約有一半是向安裝其天線的內壁擴散、而非向真空容器的中心側擴散，所以無法用於電漿處理。還有，在對被處理基體進行薄膜沈積的電漿CVD裝置中，由電漿所產生的原子團(radical)(薄膜前驅體)約有一半會成為附著於真空容器內壁的微粒(particle)，若上述附著顆粒落在被處理基體上則為薄膜品質不佳的原因。因此，有必要定期進行真空容器內的清潔，此一清潔步驟會降低裝置的稼動率。另外，由於需要大量使用高價的清潔用氣體，而會提高裝置的運轉成本。
另外，隨著需處理的基體逐漸朝向大面積發展，對於被處理基體全面性的處理品質(沈積厚度、密度等)的均一性的基準漸趨嚴格，產生了更進一步的必要來提升電漿的均一性。
本發明所欲解決的問題在於對平面狀的被處理基體進行電漿處理的裝置，即提供被處理基體電漿的利用效率及均一性優良、可降低成本、且產能高的電漿處理裝置。
為了解決上述問題，本發明之電漿處理裝置，其特徵為包含：
a)一真空容器；
b)一電漿產生器支撐部，其設置是突出於上述真空容器的內部空間內；
c)一電漿產生器，安裝於上述電漿產生器支撐部；以及
d)一對的基體固定部，將位於上述真空容器內的上述電漿產生器支撐部夾置於其間，用以固定平面狀的被處理基體。
上述電漿產生器是使真空容器內的氣體分子成為帶電離子狀態而產生電漿的元件。有許多元件可作為電漿產生器，而可以將高頻天線作為其代表例。另外，也可以將在微波導波管(microwave waveguide tube)設置狹縫的元件或高頻電極等作為電漿產生器。
在本發明中，「一電漿產生器支撐部，其設置是突出於上述真空容器的內部空間內」，亦包含縱(橫)向跨越上述內部空間的電漿產生器支撐部。
在本發明之電漿處理裝置中，由於電漿產生器是安裝在突出於上述真空容器的內部空間內而設置的電漿產生器支撐部，與專利文獻2及非專利文獻1所揭露的電漿處理裝置一般將電漿產生器(高頻天線)安裝在真空容器的情況相比，可以縮小安裝電漿產生器的部分的總面積。因此，藉由本發明之電漿處理裝置，不但可以提升電漿的利用效率，還可以減少附著於電漿CVD裝置中的真空容器的內部的堆積物。其結果，可以減少內壁的清潔頻率，並可以提升裝置的稼動率，還可以降低運轉成本。
另外在本發明中，藉由電漿產生器支撐部的使用，可以將電漿產生器安裝在上述真空容器的內部空間的任意位置。因此，甚至可以將電漿產生器安裝於上述真空容器的內部空間的中心附近，而不像上述專利文獻2及非專利文獻1所揭露的裝置一般僅僅安裝於內部空間的周邊。藉此，可以更均等地將電漿產生器配置於大面積的半導體裝置用基板、太陽電池用基板、顯示器用基板等的平面狀被處理基體的全面，而可以在更廣的空間生成均一性更高的電漿。因此，可以在大面積的被處理基體的全面進行高均一性的蝕刻或沈積等的電漿處理。
還有在本發明中，由於使用一對的基體固定部來分別固定平面狀的被處理基體，而可以同時處理二片的平面狀的被處理基體，與習知技術相比可以將產能提升。另外，由於是將平面狀的被處理基體配置在電漿產生器支撐部的二側，與習知技術一般僅僅配置一片平面狀的被處理基體的情況相比，可減少被真空容器內壁所消耗的電漿，因此可以更進一步地減少電漿的浪費，並可以提高能源或資源的利用效率。
本發明之電漿處理裝置可以是用於在太陽電池用玻璃基板(被處理基體)上製造矽薄膜。
目前，是需要在一邊為1公尺以上的玻璃基板上製作太陽電池用的矽薄膜。在非多天線形態的習知的電漿處理裝置中，有必要使用長度與上述基板的尺寸同樣程度的天線。此一情況，若是使用常用的頻率為13.56MHz的高頻，會在天線導體形成駐波，因此會有發生真空容器內的電漿密度不均的問題之虞。相對於此，藉由多天線形態，由於每個天線導體會比習知技術的天線導體要短，可以確實地防止駐波的形成。
如此一來，藉由本發明，在多天線形態中，由於可以在更廣的空間內形成均一性更高的電漿，而可以製造在膜厚的均一性等的方面的品質更高、且面積更大的太陽電池用矽薄膜。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：以第1圖及第2圖來說明本發明之電漿處理裝置的一實施例。本實施例之電漿處理裝置是用於處理大面積的平面狀的被處理基體，因此為了防止平面狀的被處理基體的軸向變形，而以將平面狀的被處理基體垂直立起的狀態進行處理。
本實施例之電漿處理裝置10具有與習知技術相同的真空容器11，如第1圖所示，四個天線支撐部(電漿產生器支撐部)12設置於此一真空容器11，並從真空容器11的上下開始，突出於其內部空間111之內。在各個天線支撐部12設置四個高頻天線(電漿產生器)13，合計在真空容器11內設置十六個高頻天線13。藉此，在圖1的紙面(此處稱為「天線設置面」)內，是在縱向與橫向大致等間隔地設置十六個高頻天線13。每一個高頻天線13是在線狀導體的二處彎成直角而成的矩形平面狀的天線，其平面的配置是與天線設置面一致。
各個天線支撐部12是內部中空的薄的直方體的形狀。在本實施例中，是在每個天線支撐部12各設置一個電源14，而安裝於各個天線支撐部12的高頻天線13，是與其電源14並列並連接。另外，在每一個電源14與高頻天線13之間，各設置一個阻抗整合器15。阻抗整合器15與各個高頻天線13連接的線路是設置於天線支撐部12的空洞內。天線支撐部12的空洞內部是可以與真空容器11連通、或是相反地與外部(大氣)連通。
如第2圖所示，設置二個基體固定部16，將高頻天線13及天線支撐部12夾置於其間。在各個基體固定部16，是垂直固定一片平面狀被處理基體21。藉此，二個平面狀被處理基體21是與天線設置面及高頻天線13的平面平行，而可以薄化本電漿處理裝置10的厚度。
另外，在本電漿處理裝置10中，設置有用於對內部空間111排氣的真空幫浦與用於導入電漿的原料氣體的氣體導入口。
接下來以在玻璃基板上製造太陽電池用的矽薄膜的情況為例，說明本實施例之電漿處理裝置10的作動。首先，將玻璃基板(平面狀被處理基體)21一片一片地安裝在二個基體固定部16。接下來使用真空幫浦對內部空間111進行排氣之後，從氣體導入口導入作為電漿原料氣體的矽烷(silane)與氫的混合氣體。然後，從電源14對高頻天線13供應頻率13.56MHz的高頻電力，而在真空容器11內產生電漿。藉此，使電漿原料的氣體分子成為帶電離子狀態的電漿離子堆積在玻璃基板，而形成矽薄膜。
在本實施例的電漿處理裝置10中，由於是將高頻天線13安裝於天線支撐部12，而可以將高頻天線13配置於其中央附近。藉此，與習知技術僅將高頻天線設置於真空容器的內壁的情況相比，可以形成均一性更高的電漿。另外，由於可以相對地縮小安裝天線的部分的面積，與將高頻天線13安裝於真空容器11的牆面的情況相比，可以減少朝向安裝面那一側的電漿損失。
藉由設置二片的平面狀被處理基體21而將天線支撐部12夾置於其間，可以同時對二片平面狀被處理基體21進行電漿處理，而提高生產效率。另外，由於這二片的平面狀被處理基體21的電漿處理條件大致相同，亦可以縮小二片平面狀被處理基體21的品質差異。還有，由於在平面狀的高頻天線13的二側所產生的電漿是分別用於處理二片平面狀被處理基體21，可以更加提高電漿利用效率及能源效率。與此同時，與僅有一片平面狀被處理基體21的情況相比，減少了到達真空容器11的內壁的電漿，而進一步地減少了電漿的浪費，而可以提升能源或資源的利用效率。
本發明之電漿處理裝置並不限於上述實施例之裝置。
例如，在本實施例中的天線支撐部12的個數為二個，但是對應於被處理基體的形狀或大小等，亦可以僅使用一個的天線支撐部12、亦可以使用三個(含)以上的天線支撐部12。另外，關於在一個電源14所安裝的高頻天線13的個數及全體裝置所使用的電源14的個數，亦可以依據高頻天線13的耗電量等考量作適當分配。除了上述矩形的高頻天線13之外，亦可以使用將線狀的導體彎曲成U字型或半圓形而成的平面狀天線。
在上述實施例中，是將平面狀的高頻天線13與平面狀被處理基體21平行配置，但是亦可以將平面狀的高頻天線13對平面狀被處理基體21傾斜而配置。
另外，在上述實施例中是使用將平面狀被處理基體21垂直固定於基體固定部16的裝置，但是亦可以使平面狀被處理基體21些微地偏離垂直的狀態，亦可以將其固定在垂直以外的方向(例如水平方向)。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10．．．電漿處理裝置
11．．．真空容器
12．．．天線支撐部(電漿產生器支撐部)
13．．．高頻天線(電漿產生器)
14．．．電源
15．．．阻抗整合器
16．．．基體固定部
21．．．平面狀被處理基體(玻璃基板)
111．．．內部空間
第1圖是顯示本發明之電漿處理裝置的一實施例的縱剖面圖。
第2圖是顯示本實施例之電漿處理裝置之與第1圖的剖面正交的縱剖面圖。
10．．．電漿處理裝置
11．．．真空容器
12．．．天線支撐部
13．．．高頻天線
14．．．電源
15．．．阻抗整合器
111．．．內部空間

Claims (5)

  1. 一種電漿處理裝置，其特徵為包含：a)一真空容器；b)一對的基體固定部，其設置在該真空容器內，用以平行地固定二片平面狀被處理基體；c)一電漿產生器支撐部，其設置是在上述一對的基體固定部之間，以平行於固定在上述基體固定部的上述平面狀被處理基體的方向，從該真空容器的壁突出；以及d)一電漿產生器，其由複數個感應耦合式高頻天線構成，該些感應耦合式高頻天線以與平行於固定在上述基體固定部的上述平面狀被處理基體的方向、也就是該電漿產生器支撐部從該真空容器的壁突出的方向交叉的方向突出的方式安裝於該電漿產生器支撐部，且該些感應耦合式高頻天線配置在平行於上述平面狀被處理基體的同一面上。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電漿處理裝置，其中該電漿產生器為一高頻天線。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之電漿處理裝置，其中該高頻天線是在一平面內將線狀的導體彎曲而成的一平面高頻天線，該平面高頻天線的配置是大致與該平面狀的被處理基體平行。
  4. 如申請專利範圍第1至3項任一項所述之電漿處理裝置，其中該基體固定部是將該平面狀的被處理基體固定在直立的狀態。
  5. 如申請專利範圍第1至3項任一項所述之電漿處理 裝置，其中該基體固定部是固定一太陽電池用玻璃基板。
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