CN102315087A - 表面处理装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种表面处理装置及其方法，该表面处理装置包括有工艺腔体、传输腔体以及等离子体产生装置。该工艺腔体，其提供一沉积制作工艺。该传输腔体，其耦接于该工艺腔体的一侧，该传输腔体上开设有一开槽以提供容置该等离子体产生装置。该等离子体产生装置产生等离子体并将等离子体导引至该传输腔体内。利用该表面处理装置，本发明更提供一种表面处理方法，当一基板在该工艺腔体内完成沉积制作工艺之后，由该工艺腔体进入该传输腔体的过程中，使该等离子体产生装置产生等离子体以对该沉积层进行表面平坦化处理。

Description

表面处理装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种表面处理装置，尤其是涉及一种利用等离子体对沉积层进行平坦化的一种表面处理装置及其方法。

背景技术

现有薄膜制作工艺中，在传输腔和工艺腔体中放置一等离子体产生装置。当基板传送至工艺腔体前，在传输中即时进行表面清洁、干式蚀刻、表面活化或改质等制作工艺。

例如以低压化学气相沉积(low pressure chemical vapor deposition，LPCVD)制作工艺中沉积的氧化锌(ZnO)薄膜时，由于氧化锌薄膜的表面形貌常成金字塔状，而形成尖锐的薄膜表面，因此会影响界面覆盖性与致密度，而不利后续元件制作工艺的制作，例如：硅薄膜太阳电池高转换效率的制作。

在现有技术中，例如：美国专利US.Pat.No.6,855,908揭露对于尚未进行制作工艺的基材进行处理的技术，其利用等离子体蚀刻的方式均匀基材表面，而使基材表面可以达到0.04-1.3nm/cm²的平坦度。在引证案中揭露出根据等离子体产生的功率以及电及大小对基材进行平坦化处理，以得到好的平坦度。另外，美国专利US.Pat.No.5,254,830则教导控制材料移除装置的技术，通过建立存储信息，利用等离子体化学蚀刻的机制去除基材超过变异量的位置上的材料以均匀硅基材或其上的氧化物层的厚度。另外，又如美国专利US.Pat.No.6,541,380则揭露一种等离子体蚀刻技术，其对于沉积于基材上的金属层或者是金属氧化物进行等离子体蚀刻，以去除对应掩模上的金属层或金属氧化物层。

此外，又如US.Pat.No.5,002,796或7,390,731也教导一种沉积技术，其在工艺腔体内设置等离子体产生装置以提高镀膜效率与降低镀膜温度。而在US.Pat.No.5,545,443则教导一种利用LPCVD沉积ZnO时，同时使用紫外线(UV)照射反应物，增加反应速率，并改善薄膜的电性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种表面处理装置及其方法，其在与工艺腔体相耦接的一传输腔体内设置有一等离子体产生装置，以对由该工艺腔体移动至传输腔体内的基板上的沉积层进行表面平坦化处理，以改善沉积层的表面特性，进而减少缺陷结构的发生。该等离子体产生装置可在真空腔体及大气环境之下使用。

本发明的另一目的在于提供一种表面处理装置及其方法，其利用长线型的等离子体产生装置，对由工艺腔体进入传输腔体内的一基板上的沉积层进行大面积的表面平坦化处理，以增加表面处理的效率。

为达上述目的，在一实施例中，本发明提供一种表面处理装置，其包括有：一工艺腔体，其提供一沉积制作工艺使一基板上形成一沉积层，该工艺腔体具有一第一开口；一传输腔体，其耦接于该工艺腔体的一侧，该传输腔体内具有一空间与该工艺腔体相连通，且其一侧具有一第二开口与该第一开口相对应，该传输腔体上开设有一开槽与该空间相连通，该传输腔体具有一传输装置以将该基板由该传输腔体输送至该工艺腔体或者是由该工艺腔体输送至该传输腔体；一等离子体产生装置，其设置于该开槽上；以及一控制单元，其与该等离子体产生装置电连接，该控制单元使该等离子体产生装置产生等离子体以对由该工艺腔体进入该传输腔体的一基板上的一沉积层进行表面平坦化处理。

在另一实施例中，本发明更提供一种表面处理方法，其包括有下列步骤：提供一表面处理装置，其包括有一工艺腔体、一传输腔体以及一等离子体产生装置，该传输腔体，其耦接于该工艺腔体的一侧，该传输腔体内具有一空间，该传输腔体上开设有一开槽与该空间相连通，该等离子体产生装置，其设置于该开槽上；经由该传输腔体提供一基板进入该工艺腔体内以对该基板进行一沉积制作工艺，使该基板上形成有一沉积层；在沉积制作工艺完毕之后，将该基板由该工艺腔体移动至该传输腔体；以及使该等离子体产生装置产生等离子体以对由该工艺腔体进入该传输腔体的该基板上的该沉积层进行表面平坦化处理。

附图说明

图1A为本发明的表面处理装置实施例立体示意图；

图1B为具有沉积层的基板示意图；

图1C为本发明的表面处理装置另一实施例示意图；

图2A与图2B为本发明的等离子体产生装置第一实施例剖面与立体分解示意图；

图2C为本发明的通孔布设示意图；

图3A与图3B为本发明的等离子体产生装置第二实施例剖面以及立体分解示意图；

图4A与图4B为本发明的表面处理装置对基板进行平坦化处理示意图；

图5为本发明的表面处理方法实施例流程示意图；

图6A与图6B为现有沉积制作工艺结果与利用本发明的表面处理方法所进行表面处理结果比较示意图。

主要元件符号说明

2-表面处理装置

20-工艺腔体

200-工艺空间

201-侧面

202-第一开口

21-传输腔体

210-空间

211-第二开口

212-板体

213-开槽

214-槽口

215-传输装置

22-等离子体产生装置

220-等离子体模块

2200-侧面

2201-负极座

2202-正极棒

2203-气体通道

2204-容置槽

2205-第一侧面

2206-通孔

2207-介电材料层

2208-第二侧面

2209-气体平衡槽

221-盖体

2210-进气孔

2211-凹槽

222-冷却单元

2220-冷却水道

223-固锁元件

224-等离子体模块

2240-负极座

2241-正极棒

2242-容置槽

2243、2244、2245-侧面

2246-第一气体通道

2247-第二气体通道

2248-通孔

225-盖板

2250-第一进气孔

2251-第二进气孔

226、227-板体

2260、2270-导引通道

23-控制单元

24-金属板

3-表面处理方法

30～33-步骤

90-基板

91-沉积层

92-等离子体

具体实施方式

为使贵审查委员能对本发明的特征、目的及功能有更进一步的认知与了解，下文特将本发明的装置的相关细部结构以及设计的理念原由进行说明，以使得审查委员可以了解本发明的特点，详细说明陈述如下：

请参阅图1A所示，该图为本发明的表面处理装置实施例立体示意图。该表面处理装置2包括有一工艺腔体20、一传输腔体21、一等离子体产生装置22以及一控制单元23。该工艺腔体20，其内具有一工艺空间200以提供容置一基板90，该工艺腔体20可以提供一沉积制作工艺，以使在该工艺腔体20内的基板90上形成如图1B所示的一沉积层91。在本实施例中，该沉积制作工艺可以为低压化学气相沉积(low pressure chemical vapordeposition，LPCVD)制作工艺，但不以此为限制，例如：等离子体辅助化学气相沉积(plasma-enhanced chemical vapor deposition，PECVD)或其他化学气相沉积制作工艺都可。此外，该沉积层91为金属氧化物层，本实施例中，该金属氧化物层为一氧化锌(ZnO)层，但不以此为限制。在该工艺腔体20的一侧面201上具有一第一开口202，其为该基材90的进出口。

该传输腔体21，其耦接于该工艺腔体20的一侧，该传输腔体21内具有一空间210与该工艺腔体20相连通。在本实施例中，该传输腔体21与该工艺腔体20对应的侧面上具有一第二开口211与该第一开口202相对应，使得基板90可以由该第二开口211通过该第一开口202，进而进入到该工艺腔体20内。该传输腔体21上方的板体212上开设有一开槽213与该空间210相连通。本实施例中，该开槽213内具有一槽口214提供该等离子体产生装置22通过而与该空间210相连通。该传输腔体21具有一传输装置215，其将该基板90由该传输腔体21输送至该工艺腔体20或者是由该工艺腔体20输送至该传输腔体21。该传输装置215可以为现有技术的任何传输机制，例如用输送带，机器手臂或者是可进行至少两个维度运动(如：前后移动以及升降移动)的传输台等。

该等离子体产生装置22，其设置于该开槽213上。该开槽213的构形配合该等离子体产生装置22的结构而定，而该开槽213的位置则根据需要而定，在本实施例中，该开槽213靠近于该第二开口211的位置上。此外，在本实施例中，该等离子体产生装置22为一线形等离子体产生装置，其可以在大气环境中或者是真空环境中产生等离子体。在另一实施例中，如图1C所示，为了增进该等离子体产生装置22产生等离子体的效果，在该传输腔体21内对应该等离子体产生装置22的位置上还具有一金属板24。

请参阅图2A与图2B所示，该图为本发明的等离子体产生装置第一实施例剖面与立体分解示意图。该等离子体产生装置22包括有一等离子体模块220，其具有负极座2201以及一正极棒2202，该负极座2201为一长方体且容置于如一A所示的开槽213内且通过该槽口214，该负极座2201具有多个第一气体通道2203以及与该多个第一气体通道2203相连通以及提供容置该正极棒2202的一容置槽2204，该容置槽2204在该负极座2201上的一第一侧面2205上具有一通孔2206，该正极棒2202的表面具有一介电材料层2207。本实施例中，该多个通孔2206呈现如图2C所示的两排的布设方式。要说明的是，该多个通孔2206也可以呈现一排以上的排列，其根据需求而定，并不以本实施例的图示为两排的限制。该正极棒2202的剖面可以圆形或者是半圆等形状，但不以此为限制，例如，也可以为具有至少两不相等曲率半径的截面形状。

此外，为了增加通过该第一气体通道2203而进入至该容置槽2204内与该正极棒2202产生等离子体反应的气体的均匀混合的效果，更进一步地，可以在该负极座2201相对于该第一侧面2205的一第二侧面2208上开设有至少一气体平衡槽2209，其与该多个第一气体通道2203相连通，该第二侧面2208上更设置有一盖体221，该盖体221对应该气体平衡槽2209的位置上开设有多个进气孔2210，其可以提供至少一种反应气体进入该等离子体模块220内。

当反应气体由该进气孔2210进入至该气体平衡槽2209，可通过气体平衡槽2209内预先混合均匀，再经过第一气体通道2203进入该容置槽2204，而让电极棒2202与负极座2201间的高电压解离反应气体而产生等离子体，进而通过通孔2206而离开该负极座2201。而该介电材料层2207可以减弱等离子体的强度，进而控制等离子体蚀刻材料的能力。在本实施例中，该盖体221对应该气体平衡槽2209的位置上也开设有凹槽2211。要说明的是该凹槽2211并非为必要的元件，可视状况而设。在该负极座2201位于该容置槽2204两侧的两侧面2200上更分别设置有一冷却单元222，每一冷却单元222具有至少一冷却水道2220。在本实施例中，每一冷却单元222具有一板体2221，其通过固锁元件223(例如：螺栓)固设于与负极座2201对应的侧面2200上。而冷却水道2220则开设于板体2221内。

请参阅图3A与图3B所示，该图为本发明的等离子体产生装置第二实施例剖面以及立体分解示意图。在本实施例中，该等离子体产生装置22同样具有一等离子体模块224，其具有一负极座2240以及一正极棒2241。该负极座2240上的容置槽2242以及正级棒2241的特征与前述的容置槽2204以及正极棒2202特征相同，因此在此不作赘述。在该负极座2240上的侧面2243、2244以及2245分别开设与该容置槽相连通的第一气体通道2246以及分别设置于该容置槽2242两侧的多个第二气体通道2247。容置槽2242与该负极座2240的一侧面间开设有通孔2248，以供等离子体通过。

该侧面2243上具有一盖板225，其上开设有多个第一进气孔2250以及多个位于该第一进气孔2250两侧的第二进气孔2251。该侧面2244与2245上分别固设一板体226与227，其分别具有一导引通道2260与2270。该多个第一进气孔2250与该第一气体通道2246相连通，而该多个第二进气通2251道则分别经由导引通道2260与2270与该多个第二气体通道2247相连通。

再回到图1A所示，该控制单元23，其与该等离子体产生装置22电连接，该控制单元23使该等离子体产生装置22产生等离子体以对由该工艺腔体20进入该传输腔体21的一基板90上的沉积层进行表面平坦化处理。在本实施例中，由于该等离子体产生装置22为线型的结构，因此当基板90通过该等离子体产生装置22时，如图4A所示，该等离子体产生装置22所产生的等离子体92可以扫描该基板90，使得等离子体92蚀刻沉积层91上凸出的沉积结构，进而形成如图4B的状态。在图4B中，可以看出沉积层91已经没有如图4A中凸出的尖锐的沉积结构。如图1A所示，另外，要说明的是，本实施例的等离子体产生装置22，并非只对沉积层进行等离子体蚀刻，以使沉积层表面平坦化，更进一步地，可以在基板90进入工艺腔体20前，在传输腔体21内传送的过程中，控制单元23启动等离子体产生装置22产生等离子体，当基板90通过等离子体产生装置22时，其所产生的等离子体可对该基板90进行清洁处理，使得后续在工艺腔体20内进行沉积制作工艺时，沉积效果可以更好。

请参阅图5所示，该图为本发明的表面处理方法实施例流程示意图。该方法3先以步骤30提供一表面处理装置。在本步骤中，该表面处理装置的结构如图1A或图1C所示的结构，在此不作赘述。接着进行步骤31，经由该传输腔体提供一基板进入该工艺腔体内以对该基板进行一沉积制作工艺，使该基板上形成有一沉积层。在本步骤中，请参阅图1A所示，该传输装置215从外部环境，例如卡匣或者是其他的装载基板的装置中取出待加工的基板，再经由该传输腔体21，将该基板91输送至工艺腔体20内。接着进行沉积制作工艺，本实施例的沉积制作工艺为LPCVD，但不以此为限制。在该基板91上形成一层沉积层之后，接着以步骤32，将该基板由该工艺腔体移动至该传输腔体。在本步骤中，以图1A为例，同样利用传输装置215将基板由该工艺腔体20内取出，而向该传输腔体21内移动。当基板91进入传输腔体21而与等离子体产生装置22对应时，则以步骤33使该等离子体产生装置产生等离子体，以对由该工艺腔体进入该传输腔体的该基板上的沉积层进行表面平坦化处理。此外，当该基板经由该传输腔体进入该工艺腔体内时，更包括有使该等离子体产生装置产生等离子体以对该基板表面进行清洁的步骤。

如图6A与图6B所示，该图为现有沉积制作工艺结果与利用本发明的图5的方法所进行表面处理结果比较示意图。其中图6A的部分是仅单纯进行低压气相沉积制作工艺的结果，由该图中可以发现沉积层的表面均方根(root mean square，RMS)值为34nm～42nm。经过了图5的表面处理流程之后，沉积层的表面平坦度结果如图6B所示，其均方根值为24nm～28nm，大幅度地改善沉积层表面的平坦度。形成图6B的等离子体产生装置所使用的电源为脉冲式直流电源，操作频率30kHz，等离子体产生装置与基板的距离为3mm，以定功率模式操作，电压为2kv。要说明的是，启动电压产生装置的电压与等离子体产生装置与沉积层间的距离有关，因此使用者是可视需要而决定相关的参数大小，并不以前述之值为限制。

以上所述的仅为本发明的实施例，当不能以之限制本发明范围。即大凡依本发明权利要求所做的均等变化及修饰，仍将不失本发明的要义所在，也不脱离本发明的精神和范围，故都应视为本发明的进一步实施状况。

Claims (21)

1.一种表面处理装置，其包括有：

工艺腔体，其提供一沉积制作工艺使一基板上形成一沉积层，该工艺腔体具有第一开口；

传输腔体，其耦接于该工艺腔体的一侧，该传输腔体内具有空间，其与该工艺腔体相连通，且其一侧具有第二开口，与该第一开口相对应，该传输腔体上开设有一开槽，与该空间相连通，该传输腔体具有传输装置，以将该基板由该传输腔体输送至该工艺腔体或者是由该工艺腔体输送至该传输腔体；

等离子体产生装置，其设置在该开槽上；以及

控制单元，其与该等离子体产生装置电连接，该控制单元使该等离子体产生装置产生等离子体以对由该工艺腔体进入该传输腔体的一基板上的一沉积层进行表面平坦化处理。

2.如权利要求1所述的表面处理装置，其中该等离子体产生装置为一线型等离子体产生装置，包括有等离子体模块，其具有负极座以及正极棒，该负极座为一长方体且容置于该开槽内，该负极座具有多个第一气体通道以及与该多个第一气体通道相连通以及提供容置该正极棒的一容置槽，该容置槽在该负极座上的第一侧面上具有至少一排通孔，其与该容置槽相连通，该正极棒的表面具有一介电材料层。

3.如权利要求2所述的表面处理装置，其中该负极座相对于该第一侧面的第二侧面上开设有至少一气体平衡槽，其与该多个第一气体通道相连通，该侧面上还设置有盖体，该盖体对应该气体平衡槽的位置上开设有多个进气孔。

4.如权利要求2所述的表面处理装置，其中该容置槽两侧面上还分别设置有多个第二气体通道。

5.如权利要求4所述的表面处理装置，其中该第一侧面上具有盖板，其上开设有多个第一进气孔以及多个第二进气孔，该多个第一进气孔与该第一气体通道相连通，而该多个第二进气孔则分别与该多个第二气体通道相连通。

6.如权利要求2所述的表面处理装置，其中该负极座在该容置槽两侧的侧面上还分别设置有冷却单元，每一冷却单元具有至少一冷却水道。

7.如权利要求1所述的表面处理装置，其中该传输腔体内对应该等离子体产生装置的位置上还具有金属板。

8.如权利要求1所述的表面处理装置，其中该控制单元在该基板进入该工艺腔体内之前，还包括有使该等离子体产生装置产生等离子体以对该基板表面进行清洁处理的步骤。

9.如权利要求1所述的表面处理装置，其中该沉积制作工艺为一低压化学气相沉积制作工艺。

10.如权利要求1所述的表面处理装置，其中该等离子体产生装置在真空或者是大气环境下产生等离子体。

11.如权利要求1所述的表面处理装置，其中该等离子体产生装置所使用的电源为脉冲式直流电源，操作频率30kHz，等离子体产生装置与该基板的距离为3mm，以定功率模式操作，电压为2kv。

12.一种表面处理方法，其包括有下列步骤：

提供一表面处理装置，其包括有工艺腔体、传输腔体以及等离子体产生装置，该传输腔体，其耦接于该工艺腔体的一侧，该传输腔体内具有空间，该传输腔体上开设有开槽，其与该空间相连通，该等离子体产生装置设置于该开槽上；

经由该传输腔体提供一基板进入该工艺腔体内以对该基板进行一沉积制作工艺，使该基板上形成有一沉积层；

在沉积制作工艺完毕之后，将该基板由该工艺腔体移动至该传输腔体；以及

使该等离子体产生装置产生等离子体以对由该工艺腔体进入该传输腔体的该基板上的该沉积层进行表面平坦化处理。

13.如权利要求12所述的表面处理方法，其中该等离子体产生装置包括有等离子体模块，其具有负极座以及正极棒，该负极座为一长方体且容置于该开槽内，该负极座具有多个第一气体通道以及与该多个第一气体通道相连通以及提供容置该正极棒的一容置槽，该容置槽在该负极座上的第一侧面上具有至少一排通孔，其与该容置槽相连通，该正极棒的表面具有一介电材料层。

14.如权利要求13所述的表面处理方法，其中该负极座相对于该第一侧面的第二侧面上开设有至少一气体平衡槽，其与该多个第一气体通道相连通，该侧面上还设置有盖体，该盖体对应该气体平衡槽的位置上开设有多个进气孔。

15.如权利要求13所述的表面处理方法，其中该容置槽两侧面上还分别设置有多个第二气体通道。

16.如权利要求15所述的表面处理方法，其中该第一侧面上具有盖板，其上开设有多个第一进气孔以及多个第二进气孔，该多个第一进气孔与该第一气体通道相连通，而该多个第二进气孔则分别与该多个第二气体通道相连通。

17.如权利要求13所述的表面处理方法，其中该容置槽两侧面上还分别设置有冷却单元，每一冷却单元具有至少一冷却水道。

18.如权利要求12所述的表面处理方法，其中该传输腔体内对应该等离子体产生装置的位置上还具有金属板。

19.如权利要求12所述的表面处理方法，其中在该基板经由该传输腔体进入该工艺腔体内时，还包括有使该等离子体产生装置产生等离子体以对该基板表面进行清洁处理的步骤。

20.如权利要求12所述的表面处理方法，其中该等离子体产生装置在真空或者是大气环境下产生等离子体。

21.如权利要求12所述的表面处理方法，其中该等离子体产生装置所使用的电源为脉冲式直流电源，操作频率30kHz，等离子体产生装置与该基板的距离为3mm，以定功率模式操作，电压为2kv。

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