CN103167716A - 直立式电浆产生装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直立式电浆产生装置，包括一第一腔体，至少两个第二腔体、至少两个电极板，至少两个导体屏蔽结构，搭配至少一射频功率源。通过至少两个导体屏蔽结构，本发明直立式电浆产生装置能达成同时实现多片基板的电浆制程，并具有可消除多腔室间的气流与射频干扰的功效，以适用于各种薄膜材料的沉积。

Description

直立式电浆产生装置

技术领域

本发明涉及一种产生电浆的装置，更特别涉及一种直立式电浆产生装置，能达成同时生产多片基板的目标，并具有可消除多腔室之间射频干扰的功效。

背景技术

在今日半导体制程技术中，电浆可进行非常有效的电浆辅助化学气相蒸镀(plasma-assisted chemical vapor deposition)、电浆辅助蚀刻(plasma-assisted etching)、以及电浆高分子化(plasma polymerization)等薄膜制程及蚀刻工作。现今多种产业皆运用到电浆制程技术，如太阳能厂以及晶圆厂。例如，在太阳能电池中的传统微晶硅质薄膜的制程方式，即是在电浆增强型化学式气相沉积(Plasma enhance chemical vapor deposition，PECVD)制程中通入大量氢气与硅烷做稀释，再反应形成微晶硅质薄膜，藉以提升硅薄膜太阳能电池的效率与产能的目标。

在电浆增强型化学式气相沉积制程中，电浆由射频功率所激发，而电浆中的射频频率的提升可以增加镀膜速率。当欲镀膜的基板面积增大时，在其上传递的射频电磁波将会因相位变化造成电场的变动，相对地也影响了电浆的均匀性及后续镀膜的品质。尤其是在今日薄膜液晶显示器(Thin film transistorliquid crystal display，TFT LCD)厂与太阳能厂，其所使用的镀膜基板多为一平方公尺以上的大面积玻璃基板时，射频电磁波在腔体的不稳定将会严重影响组件量产的效率及成本。

参照美国专利中6,228,438号，标题为应用于大面积基板的电浆反应器(Plasma reactor for the treatment of large size substrates)，其公开了一种透镜型电极板。该电极板表面以高斯椭圆函数分布以匹配电场分布，产生一均匀电浆。然而该案中所公开的设备并无法运用在直立电极式腔体以缩小设备所占面积。鉴于提高产能需求，有需提出一种直立式电浆产生结构装置以达到降低成本的目标。

另参照中国专利201183822Y号，标题为薄膜沉积装置，其公开了一种多片基板式直立式电浆产生装置，该装置可以以直立式腔体进行至少两个基板的电浆制程，具有节省成本的功效。然而该装置易使各电浆产生区域间产生射频功率干扰情形，影响制程质量，此外亦会产生高温的电弧放电现象并损伤设备。为改善此现象，因此有需要提出一种具有良好屏蔽效能的腔体设计方式。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷和不足，本发明的主要目的在于提供一种直立式电浆产生装置，达成同时生产多片基板的目标，且能消除多腔室间的干扰的创新保护方式，以改善气流与射频互扰的情形。

为达到上述主要目的，本发明采用以下技术方案：

一种直立式电浆产生装置，通过该装置可达到以直立式腔体进行多片式生产，该装置包括：一第一腔体；至少两个第二腔体；至少两个导体屏蔽结构；至少两个电极板以及至少一射频功率源。第一腔体的外表面电性地接地，第一腔体设有一第一进气口及第一出气口，第一进气口用以通入制程气体，第一出气口用以排出气体。第二腔体配置于第一腔体的内部，其外面皆电性接地并连接至第一腔体的外表面，第二腔体皆设有一第二进气口，用以将来自第一腔体的第一进气口通入的气体引入至第二腔体中以产生电浆。导体屏蔽结构配置于第二腔体的第二进气口与第二出气口，其具有至少两个孔洞，用以排出制程气体，且孔洞呈周期性排列，用以屏蔽第二腔体的射频电场。电极板，设置于第二腔体中，用以承载制程时的基板。射频功率源，电性连接电极板，用以提供一射频电流至电极板，以使得第二腔体中能够产生电浆。

根据本发明的一特征，其中导体屏蔽结构上的孔洞可以选自正方形，长方形或圆形的结构之一，且孔洞的间距小于射频电流的操作频率的对应波长的二十分的一波长。

本发明直立式电浆产生装置具有以下功效：

1.以导体屏蔽结构有效阻挡第二腔体中的射频电场外泄至非电浆产生区域，减少电浆生成物的污染以及避免产生电弧放电损伤设备；

2.导体屏蔽结构可有效阻挡多片生产时，各电浆制程区域间的射频电场互扰，可提高电浆制程的稳定性；以及

3.导体屏蔽结构可同时提供基板上的气体一均匀的流场分布，可使基板上具有均匀的电浆密度。

以直立式腔体形式达成多片基板同时生产的目标，并且改善各电浆腔室间射频干扰的情形。

为让本发明的目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举数个较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

图1为本发明直立式电浆产生装置的结构示意图。

图2为本发明的第一实施例的结构示意图。

图3a为本发明的第二实施例的结构示意图。

图3b为本发明的第三实施例的结构示意图。

图4为本发明的第四实施例的结构示意图。

图5为本发明的第五实施例的结构示意图。

【主要组件符号说明】

100：直立式电浆产生装置  130：电极板        210：金属网

110：第一腔体            140：基板          211：金属网格

111：第一进气孔          150：射频功率源    310：气体分散板

112：第一出气孔          151：阻抗匹配器    410：射频功率源

120：第二腔体            152：射频传输线    411：阻抗匹配器

121：第二进气孔          160：真空源        412：射频传输线

122：导体屏蔽结构        170：气体分散板    510：接地单元

123：孔洞

具体实施方式

现请参照图1，本发明直立式电浆产生装置100，包括：第一腔体110，至少两个第二腔体120，至少两个导体屏蔽结构122，至少两个电极板130，以及至少一射频功率源150。

第一腔体110的外表面电性接地，使第一腔体成为一零电位的物体，其可将电场屏蔽于第一腔体110中，以防止电场外泄而与直立式电浆产生装置100外的电子仪器产生干扰而影响其运作。第一腔体110的表面上具有第一进气口111及第一出气口112，如图所示，第一进气口111及第一出气口112在该第一腔体的表面处于相对的位置上。其中第一进气口111用以连接一制程气体源，用以通入制程气体，而第一出气口112用以排出气体。

在第一腔体110中，配置有至少两个第二腔体120以作为电浆制程区域。为达到与第一腔体110所具有的屏蔽电场功效，第二腔体120的外表面亦需电性地接地，其接地方式可藉由将其与第一腔体110的外表面电性地连接而达成。

为产生电浆，第二腔体120皆具有第二进气口121，亦即每一个第二腔体120皆具有独立的第二进气口121。第二进气口用以将第一进气口111通入的气体引入第二腔体120中以产生电浆。第二腔体120皆具有具有第二出气口122，亦即每一个第二腔体120皆具有独立的第二出气口122。第二腔体120的制程残余气体经第二出气口122，从第一出气口112排出。

在第二腔体120中，配置至少两个电极板130，亦即每一个第二腔体120皆具有独立地至少有一电极板130，该电极板130用以呈载制程基板140，使直立式电浆产生装置100可对基板140进行一蚀刻、一沉积薄膜或一表面改质制程。基板140选自于玻璃、石英、塑料、透明可挠性基板所组成族群中的任何一种材料。为了得到较佳的透光特性与较低的制造成本，可采用透光性较佳的玻璃。

在直立式电浆产生装置100中，的电浆产生所需能量由一射频功率源150提供，射频功率源150产生一射频电流。射频功率源150，设置在第一腔体110的外部，电性地连接电极板130，用以提供射频电流于电极板130上传导，以产生射频电场以解离第二腔体120内的制程气体，以产生电浆。

在本发明实施例中，射频电流的频率在10至150MHz之间，该射频电流的频率的较佳选择为40.68MHz。电极板130为可呈载基板面积为五代玻璃面板以上的需求，电极板130的面积介于864cm2至60000cm2的间。为有效维持电浆制程所需的真空环境以及排出电浆制程进行后所存残余的气体，第二腔体120具有导体屏蔽结构122。

现请参照图2，其所示为本发明第一实施例示意图，其用以具体显示第二腔体120的结构。导体屏蔽结构122配置于第二腔体120的一表面，更清楚地说，配置于第二腔体的第二进气口与第二出气口，其具有至少两个孔洞123，用以排出制程气体，且该孔洞呈周期性排列，用以屏蔽第二腔体的射频电场并提供基板上的气体一均匀的流场分布，可使基板上具有均匀的电浆密度。至少两个孔洞123可用以排出电浆制程残余的气体。为使电浆不产生于第二腔体120之外，孔洞123为周期性排列，用以屏蔽解离气体的射频电场发散出第二腔体120之外。发散的射频电场会造成以下现象：产生电浆于第一腔体110与第二腔体120之间，产生电浆生成物污染；并于第一腔体110与第二腔体120间的区域，产生电弧放电，该现象造成的高温现象易损坏装置。为使导体屏蔽结构122达到屏蔽电场的功效，其厚度的设计介于2mm至10mm的间，其中导体屏蔽结构122的孔洞123可以选至正方形，长方形或圆形的结构之一。导体屏蔽结构上的孔洞较佳选择为圆形的结构。由于射频电流的操作频率在10至150MHz之间。导体屏蔽结构上的孔洞的直径小于射频电流的操作频率对应波长的十五分之一，其中该对应波长定义为光速除以该射频电流的频率。导体屏蔽结构上的孔洞的间距小于射频电流的操作频率的对应波长的二十分的一波长。

本发明第一实施例中，导体屏蔽结构122以具有孔洞123的金属板实现，该金属板厚度为2mm，其中孔洞123的间距为1100mm，孔洞123直径为440mm。

为达到使电浆制程区域产生一稳定的电浆场，本发明的实施例中，第二腔体120还可以包括一气体分散板170以作为扰流板，其设置于第二腔体120的上方处，覆盖住第二进气口121上方，该气体分散板170具有至少两组孔洞，可通过孔洞的大小及位置调整气体流入第二腔体120的速率及流量，使电极板130两侧的电浆产生区域具有相同的气流状态。

现请参照图3a，其所示为本发明第二实施例结构示意图，其中导体屏蔽结构122可以金属网210达到相同功效，金属网格211的结构参数与第一实施例相同，网格面积需等同于孔洞面积。金属网210的线径等同于导体屏蔽结构122的厚度，其介于2mm至10mm之间。

现请参照图3b，其所示为本发明第三实施例结构示意图，金属网210可以额外增加至少两片气体分散板310以达到调整第二腔体120中气流场状态的功效。

本发明直立式电浆产生装置包括一真空源170，设置于第一腔体110的外部，与第一腔体110有一管路(未标示)连接，通过该管路用以将第一腔体110内部的气体抽出，并可控制第二腔体120的压力值介于0.01～760托耳(Torr)之间。

本发明所公开的该直立式电浆产生装置100还包括一阻抗匹配器151，电性地连接于射频功率源150与电极板130之间。由射频功率源150往第一腔体110看进去的阻抗称为一馈入阻抗。阻抗匹配器151用以将射频功率源150的阻抗匹配至馈入阻抗。藉此使射频电流传输路径上的射频阻抗匹配，达成最大传输效益。

在本发明直立式电浆产生装置100中，其中第一腔体110、第二腔体120、电极板130、导体屏蔽结构122的材质选自：镍、金、银、钛、铜、钯、不锈钢、铍铜合金、铝、被覆铝及其组合所构成的群组。

现请参照图4，其为本发明第四实施例结构示意图，为使第二腔体120间不互相产生射频互扰现象，因至少两组导体屏蔽结构122的使用可使第二腔体120内的射频电场于穿过导体屏蔽结构122后大幅降低，因此可视为独立单元而不产生互扰的作用，因此可使用13.56MHz及40.68MHz两种不同频率的射频系统，其分别为射频功率源150、阻抗匹配器151以及射频功率源410、阻抗匹配器411、传输线412，对应于该些电极板120，用以得到更高的制程自由度。需注意，阻抗匹配器151、射频功率源150与电极板130间的电性连接由使用一射频传输线152所达成，而该阻抗匹配器411、射频功率源410与电极板130间的电性连接由使用一射频传输线412所达成，且射频传输线152及射频传输线412的阻抗介于10至75奥姆之间，较佳的阻抗为50奥姆。

现请参照图5，其为本发明的第五实施例示意结构图，为达到较高产量，使用四组第二腔体120以呈载更多制程基板。需注意的是，为使导体屏蔽结构122第二腔体120具有较佳射频电场屏蔽效果，需使其在设备体积增大时依然具有良好电性接地特性，而不被射频电流所产生的寄生电感及电容特性所影响，可以至少两个接地单元510电性连接导体屏蔽结构122。还可以至少两个接地单元510电性连接第二腔体120以达到较佳功效。需注意的是，接地单元510间的距离不超过射频电流操作频率的对应波长的十五分之一，以使接地单元510间不因距离过长产生寄生电感效应影响接地电位。

综上所知，本发明直立式电浆产生装置具有以下功效：

1.以导体屏蔽结构有效阻挡射频电场外泄至非电浆产生区域，减少电浆生成物的污染以及避免产生电弧放电损伤设备；

2.于多片生产时，导体屏蔽结构可有效阻挡各电浆制程区域间的射频电场互扰，提高电浆制程的稳定性；以及

3.导体屏蔽结构可同时提供基板上的气体一均匀的流场分布，可使基板上具有均匀的电浆密度。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种直立式电浆产生装置，其特征在于，包括：

一第一腔体，该腔体的外表面电性地接地，该腔体设有一第一进气口及第一出气口，该第一进气口用以通入制程气体，第一出气口用以排出气体；

至少两个第二腔体，配置于第一腔体的内部，第二腔体的外面皆电性接地并连接至第一腔体的外表面，第二腔体皆设有一第二进气口，用以将来自第一腔体的第一进气口通入的气体引入至第二腔体中以产生电浆；至少两个导体屏蔽结构，配置于第二腔体的第二进气口与第二出气口，其具有至少两个孔洞，用以排出制程气体，且该孔洞呈周期性排列，用以屏蔽第二腔体的射频电场；

至少两个电极板，设置于第二腔体中，用以承载制程时的基板；以及至少一射频功率源，电性连接电极板，用以提供一射频电流至电极板，以使得第二腔体中能够产生电浆。

2.根据权利要求1所述的直立式电浆产生装置，其特征在于，所述直立式电浆产生装置还包括一真空源，设置于腔体外部，与腔体有一管路连接，通过该管路用以将腔体内部的气体抽出，并控制腔体的压力值位于0.01～760托耳(Torr)之间。

3.根据权利要求1所述的直立式电浆产生装置，其特征在于，所述导体屏蔽结构具一厚度，该厚度介于2mm至10mm之间。

4.根据权利要求1所述的直立式电浆产生装置，其特征在于，所述导体屏蔽结构上的孔洞为至正方形，长方形或圆形的结构之一。

5.根据权利要求1所述的直立式电浆产生装置，其特征在于，所述导体屏蔽结构上的孔洞为圆形的结构。

6.根据权利要求1所述的直立式电浆产生装置，其特征在于，所述射频电流的操作频率在10至150MHz之间。

7.根据权利要求5所述的直立式电浆产生装置，其特征在于，所述导体屏蔽结构上的孔洞的直径小于射频电流的操作频率对应波长的十五分之一，其中该对应波长定义为光速除以射频电流的频率。

8.根据权利要求1所述的直立式电浆产生装置，其特征在于，所述导体屏蔽结构上的孔洞的间距小于该射频电流的操作频率的对应波长的二十分之一波长。

9.根据权利要求1所述的直立式电浆产生装置，其特征在于，所述电极板的面积介于864cm2至50400cm2之间。

10.根据权利要求1所述的直立式电浆产生装置，其特征在于，所述第二腔体还包括一气体分散板，覆盖住第二进气口上方，具有至少两组孔洞。

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