CN101855707A - 等离子处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明目的在于提供一种等离子处理装置，其对平面状被处理基体进行等离子处理，离子的利用效率及均匀性优良、且生产性高。本发明的等离子处理装置包含：真空容器(11)；一个或多个的天线支撑部(等离子产生机构支撑部)(12)，其向真空容器(11)的内部空间(111)内突出而设置；高频天线(等离子产生机构)(13)，分别安装于天线支撑部(12)；以及一对的基体保持部(16)，其在真空容器(11)内夹着天线支撑部(12)而设置，用以保持平面状的被处理基体(21)。

Description

等离子处理装置
技术领域
本发明涉及产生等离子、并使用该离子在平面状被处理基体进行沉积处理或蚀刻处理等的等离子处理装置。
背景技术
等离子处理装置广泛地用于半导体基板、太阳能电池用基板、显示器用基板等的制造。例如，在玻璃基板的表面产生含硅的等离子，而在玻璃基板上沉积硅薄膜而得到太阳能电池用基板。在下义中，将被实施等离子处理的基体(上述例子中的玻璃基板)称为被处理基体。
近年来，上述各种基板的面积持续增大，而这些基板中，有必要对一片基板的整面施以均等的处理。例如在太阳能电池用基板的情况中，一片的基板是被划分为多个单元(cell)，在各单元的硅薄膜的膜厚等的品质必须尽量落在既定的范围内。因此，在等离子处理装置内所产生的等离子的密度分布，无论被处理基体如何的大型化、即等离子产生区域如何的大型化，必须要求其是落于一定的范围内。
在等离子处理装置中，具有电子回旋共振方式(electron cyclotronresonance；ECR)等离子、微波式等离子方式、感应耦合型(inductivelycoupled)等离子、电容耦合型(capacitive coupling)等离子方式等等。例如在下列的专利文献1中，公开了在位于真空容器外侧的顶部上表面搭载一个螺旋状感应线圈的感应耦合型等离子处理装置。在感应耦合型等离子处理装置中，将气体导入真空容器的内部，藉由使高频电流流经高频天线(感应线圈)，而在真空容器的内部产生感应电场。藉由此感应电场将电子加速，使此电子与气体分子撞击，藉此使气体分子离子化而产生等离子。在专利文献1所记载的等离子处理装置中，对应基板的大型化，必须加大螺旋状线圈。然而，仅是单纯地将其扩大，亦仅仅单纯地扩大了其中心部与周边部的等离子密度差，因此无法满足前述的在整面的等离子密度均匀性的基准。还有，一旦将天线大型化，天线的导体就会变长，因此而形成驻波使高频电流的强度分布不均，其结果有使等离子密度分布不均之虞(参照非专利文献1)。
在下列专利文献2及非专利文献1中，记载了将多个高频天线安装在真空容器的内壁的多天线形态的感应耦合式等离子处理装置。在此装置中，藉由适当地设定多个天线的配置，可以控制真空容器内的等离子的分布。另外，可以缩短各个天线的导体长度，而可以防止驻波所造成的不良影响。因为以上的理由，下列专利义献2及非专利文献1所公开的等离子处理装置可以比先前的等离子处理装置产生均匀性更高的等离子。
[专利文献1]特开2000-058297号公报(第[0026]-[0027]段、图1)
[专利文献2]特开2001-035697号公报(第[0050]段、图11)；
[非专利文献1]節原祐一著：“次世代メ一トルサィズ大面積プロセス用プラズマ源”、Journal of Plasma and Fusion Research、第81卷第2号第85-93页、2005年2月发行
藉由专利文献2及非专利文献1所记载的等离子处理装置，提高了真空容器内的等离子密度的均匀性，但是所产生的等离子约有一半向安装其天线的内壁扩散，而非向真空容器的中心侧扩散，所以无法在等离子处理中被利用。还有，在对被处理基体进行成膜的等离子CVD装置中，由等离子所产生的原子团(radical)(薄膜前驱体)约有一半会成为附着于真空容器内壁的微粒(particle)，若上述附着颗粒落在被处理基体上则为薄膜品质不佳的原因。因此，有必要定期进行真空容器内的清洁，由此会降低装置的运转率。另外，由于需要大量使用高价的清洁用气体，而会提高装置的运转成本。
另外，随着需处理的基体逐渐朝向大面积发展，另一方面，对于在被处理基体的整面的处理品质(沉积厚度、密度等)的均匀性的基准渐趋严格，产生了更进一步的提升等离子的均匀性的需要。
发明内容
本发明所欲解决的问题在于对平面状被处理基体进行等离子处理的装置，即提供被处理基体等离子的利用效率及均匀性优良、可降低成本、且产能高的等离子处理装置。
为了解决上述问题，本发明的等离子处理装置，其特征为包含：
a)真空容器：
b)等离子产生机构支撑部，其设置为向上述真空容器的内部空间内突出；
c)等离子产生机构，安装于上述等离子产生机构支撑部；以及
d)一对的基体保持部，将在上述真空容器内夹着上述等离子产生机构支撑部而设置，用以保持平面状被处理基体。
上述等离子产生机构是使真空容器内的气体分子留着而产生等离子的元件。有许多元件可作为等离子产生机构，而可以将高频天线作为其代表例。另外，也可以将在微波导波管(microwave waveguide tube)设置了狭缝的元件或高频电极等作为等离子产生机构。
在本发明中，“等离子产生机构支撑部，其设置为向内部空间内突出”，亦包含纵(横)向跨越内部空间的等离子产生机构支撑部。
在本发明的等离子处理装置中，由于等离子产生机构安装在向上述真空容器的内部空间内突出而设置的等离子产生机构支撑部，与专利文献2及非专利文献1所公开的等离子处理装置一般将等离子产生机构(高频天线)安装在真空容器的内壁的情况相比，可以缩小安装等离子产生机构的部分的总面积。因此，藉由本发明的等离子处理装置，不但可以提升等离子的利用效率，还可以减少等离子CVD装置中的附着于真空容器的内壁的堆积物。其结果，可以减少内壁的清洁频率，并可以提升装置的运转率，还可以降低运转成本。
另外在本发明中，藉由等离子产生机构支撑部的使用，可以将等离子产生机构安装在内部空间的任意位置。因此，可以将等离子产生机构安装到上述真空容器的内部空间的中心附近，而不像上述专利文献2及非专利文献1所公开的装置一般仅仅安装于内部空间的周边。藉此，可以更均等地将等离子产生机构配置于大面积的半导体装置用基板、太阳能电池用基板、显示器用基板等的平面状被处理基体的整面，而可以在更广的空间生成均匀性更高的等离子。因此，可以在大面积的被处理基体的全面进行高均匀性的蚀刻或沉积等的等离子处理。
还有，在本发明中，由于使用一对的基体保持部来分别保持平面状被处理基体，而可以同时处理2片的平面状被处理基体，与现有技术相比可以将产能提升。另外，由于是将平面状被处理基体配置在等离子产生机构支撑部的两侧，与现有技术一般仅仅配置一片平面状被处理基体的情况相比，可减少被真空容器内壁所消耗的等离子，因此可以更进一步地减少等离子的浪费，并可以提高能源或资源的利用效率。
本发明的等离子处理装置可以是用于在太阳能电池用玻璃基板(被处理基体)上制造硅薄膜。
目前，寻求在一边为1米以上的玻璃基板上制作太阳能电池用的硅薄膜。在非多天线形态的现有的等离子处理装置中，有必要使用长度与上述基板的大小同样程度的天线。在此情况下，若是使用常用的频率为13.56MHz的高频，会在天线导体形成驻波，因此会有发生真空容器内的等离子密度偏差的问题之虞。相对于此，藉由多天线形态，由于每个天线导体会比现有技术的天线导体要短，可以确实地防止驻波的形成。
如此一来，藉由本发明，在多天线形态中，由于可以在更广的空间内形成均匀性更高的等离子，而可以制造在膜厚的均匀性等的方面的品质更高、且面积更大的太阳能电池用硅薄膜。
附图说明
图1是本发明的等离子处理装置的一实施例的纵剖面图。
图2是本实施例的等离子处理装置的与图1的剖面正交的纵剖面图。
符号的说明
10-等离子处理装置
11-真空容器
111-内部空间
12-天线支撑部(等离子产生机构支撑部)
13-高频天线(等离子产生机构)
14-电源
15-阻抗匹配器
16-基体保持部
21-平面状被处理基体(玻璃基板)
具体实施方式
以图1及图2来说明本发明的等离子处理装置的一实施例。本实施例的等离子处理装置用于处理大面积的平面状被处理物，因此为了防止平面状被处理物的挠曲，而以将平面状被处理物垂直立起的状态进行处理。
本实施例的等离子处理装置10具有与现有技术相同的真空容器11，如图1所示，四个天线支撑部(等离子产生机构支撑部)12设置于此真空容器11，并从真空容器11的上下开始，向其内部空间111内突出。在各个天线支撑合12设置四个高频天线(等离子产生机构)13，合计在真空容器11内设置十六个高频天线13。藉此，在图1的纸面(此处称为“天线设置面”)内，在纵向与横向大致等间隔地设置十六个高频天线13。每一个高频天线13在线状导体的2处弯成直角而成的矩形平面状的天线，其平面与天线设置面一致。
各个天线支撑部12是内部中空的薄的长方体的形状。在本实施例中，在每个天线支撑部12各设置一个电源14，安装于各个天线支撑部12的高频天线13与该电源14并联连接。另外，在每一个电源14与高频天线13之间，各设置一个阻抗匹配器15。连接阻抗匹配器15与各个高频天线13的线路设置于天线支撑部12的空洞内。天线支撑部12的空洞内部也可以与真空容器11连通、或是相反地与外部(大气)连通。
如图2所示，设置2个基体保持部16夹着高频天线13及天线支撑部12。在各个基体保持部16，垂直保持一片平面状被处理基体21。藉此，2个平面状被处理基体21与天线设置面及高频天线13的平面平行，而可以薄化本等离子处理装置10的厚度。
另外，在本等离子处理装置10中，设置有用于对内部空间111排气的真空泵与用于导入等离子原料气体的气体导入口。
接下来以在玻璃基板上制造太阳能电池用的硅薄膜的情况为例，说明本实施例的等离子处理装置10的作动。首先，将玻璃基板(平面状被处理基体)21一片一片地安装在2个基体保持部16。接下来使用真空泵对内部空间111进行排气之后，从气体导入口导入作为等离子原料气体的硅烷(silane)与氢的混合气体。然后，从电源14对高频天线13供应频率13.56MHz的高频电力，而在真空容器11内产生等离子。藉此，离子原料的气体的分子离子化后的等离子离子堆积在玻璃基板，而形成硅薄膜。
在本实施例的等离子处理装置10中，由于是将高频天线13安装于天线支撑部12，因而可以到其中央附近为止配置高频天线13。藉此，与现有技术仅将高频天线设置于真空容器的内壁的情况相比，可以形成均匀性更高的等离子。另外，由于可以相对地缩小安装天线的部分的面积，与将高频天线13安装于真空容器11的壁面的情况相比，可以减少朝向安装面那一侧的等离子损失。
藉由设置2片的平面状被处理基体21而将天线支撑部12夹置于其间，可以同时对2片平面状被处理基体21进行等离子处理，而提高生产效率。另外，由于这2片的平面状被处理基体21的等离子处理条件大致相同，亦可以缩小2片平面状被处理基体21的品质差异。还有，由于在平面状的高频天线13的两侧所产生的等离子分别用于处理2片平面状被处理基体21，可以更加提高等离子利用效率及能源效率。与此同时，与仅有一片平面状被处理基体21的情况相比，减少了到达真空容器11的内壁的等离子，而进一步地减少了等离子的浪费，而可以提升能源或资源的利用效率。
本发明的等离子处理装置并不限于上述实施例的装置。
例如，在本实施例中的天线支撑部12的个数为2个，但是对应于被处理基体的形状或大小等，亦可以仅使用一个的天线支撑合12、亦可以使用三个以上的天线支撑部12。另外，关于在一个电源14所安装的高频天线13的个数及全体装置所使用的电源14的个数，亦可以依据高频天线13的耗电量等考量作适当分配。除了上述矩形的高频天线13之外，亦可以使用将线状的导体弯曲成U字型或半圆形而成的平面状天线。
在上述实施例中，将平面状的高频天线13与平面状被处理基体21平行配置，但是亦可以将平面状的高频天线13相对于平面状被处理基体21倾斜而配置。
另外，在上述实施例中使用将平面状被处理基体21垂直保持于基体保持部16的装置，但是亦可以使平面状被处理基体21为从垂直多少倾斜的状态，亦可以将其保持在垂直以外的方向(例如水平方向)。

Claims (5)

1.一种等离子处理装置，其特征在于，
包含：
a)真空容器；
b)等离子产生机构支撑部，其设置为向所述真空容器的内部空间内突出；
c)等离子产生机构，其安装于所述等离子产生机构支撑部；以及
d)一对的基体保持部，其在所述真空容器内以夹着所述等离子产生机构支撑部的方式设置，用以保持平面状被处理基体。
2.根据权利要求1所述的等离子处理装置，其特征在于，
所述等离子产生机构为高频天线。
3.根据权利要求2所述的等离子处理装置，其特征在于，
所述高频天线是在平面内将线状的导体弯曲而成的平面高频天线，该平面高频天线与所述平面状被处理基体大致平行地配置。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的等离子处理装置，其特征在于，
所述基体保持部将所述平面状被处理基体以立起的状态进行保持。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的等离子处理装置，其特征在于，
所述基体保持部对太阳能电池用玻璃基板进行保持。
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