TW200539243A - Method to manufacture a wafer-shaped working-parts on the basis of a dielectric substrate and vacuum-processing equipment for said method - Google Patents
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Description
20Q539243 秦 九、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明以一種以介電質基板爲主的晶圓形工件之製造方 法作爲開始,其包含電漿處理室中的加工過程,電漿處理 室形成在真空容器中二個相面對的電極面之間。 定義 > 我們定義一種可自由地承受電漿處理室之加工所用的表 面爲”電極面”。 在作爲本發明開始的上述方法中,在電極面之間產生一 種高頻電場且因此在供應一種反應氣體之處理室中可設定 一種高頻電漿放電,其中一個電極面由介電材料所構成且 其上施加一種高頻電位,其沿著表面而以預設之可變化的 形式而分佈著。電漿處理室中電場的分佈藉由電位分佈而 在介電質之電極面上調整。本發明所開始之方法中,利用 > 基板以形成介電質之電極面,或該基板配置在以金屬形成 的第二電極面上。此外,在面對基板的電極面上該反應氣 體由一種開口圖樣而導入至處理室中。 【先前技術】 最近幾年中,吾人更努力地在包含反應性高頻電漿促進之 方法下製成較大的晶圓形工件,另一方面可降低成本。使 用高頻電漿促進之方法(PhtECVD)以進行基板塗層或作爲反 應性高頻電漿促進之蝕刻方法。上述的努力過程在製造液 晶顯示器(LCD),TFT-或電漿顯示器以及光電池領域(特別是 在太陽電池製造的領域)中特別明顯。 ⑧ 200539243 在藉由上述高頻電漿促進的反應性方法以進行各製造方 法時,使用平行相面對的平面金屬電極,其在真空容器中 分別具有一種面向處理室的平坦電極面且施加高頻電場以 激發電漿,此時可觀察到”隨著基板變大及/或激發頻率fHf 變高,真空容器的尺寸以基板俯視圖而言已不再居次要地 位”。這特別是以所使用的位於真空中的電磁場之波長作爲 觀點時即可得知。真空室中高頻電場之分佈(看成平行於電 極面)變成不均勻且有一部份是與平均値顯著地不同,這樣 會造成已定位在其中一個電極面上的工件之不均勻的加 工:蝕刻時會造成蝕刻作用不均勻地分佈著,塗層時例如 層厚度,層材料-化學計量等等亦會不均勻。加工中上述各 種明顯的不均勻性對某些應用是不允許的,特別是在製造 上述的液晶顯示器(LCD),TFT-或電漿顯示器以及光電池(特 別是太陽電池)時更是不容許有明顯的不均勻性。容器之尺 寸或大小越接近容器中的電場之波長時,則此種不均勻性 越明顯。 爲了解決上述的問題,原則上各種不同的解法已爲人所 知。 由US 6 631 692及US-A-2003/0089314中已知在二個互相 面對的金屬電極面之間形成電漿處理室且因此對互相面對 的金屬電極面中的一個或二個進行造型。 金屬電極面(其位於另一電極面上之基板的對面)或已施 加基板的電極面或二個相面對的金屬電極面是以凹形方式 形成。此種先前已爲人所知的設計顯示在第1圖中,其中 ⑧ 200539243 la和lb:表示經由處理室PR而互相面對的金屬電極面, 高頻電場E施加在電極面之間;
Er,Ec :於周邊和中央所產生的相對應的電場。 解決上述問題之實際之其它解法在與本發明爲同一申請 人之US 6 22 8 43 8中已爲人所知,本發明亦由該文件開始 著手。依據US 6 22 8 43 8之設計上的原理首先應依據第2 圖來說明,第2圖當然是該文件中未揭示的實施形式,但 其應作爲解說的基本。相面對的一電極面2a例如已顯示是 金屬性者。反之,第二電極面2b由介電材料(例如,一種以 平面方式形成的介電質薄板4)所構成。沿著介電質電極面 2b而形成一種電位分佈Φ 2b,在處理室PR中二個電極面2a 和2b之間儘管有定値的間距,但電位分佈Φ 2b該仍可造成 所期望的局部性電場分佈,例如,邊緣區中的電場Er較中 央區中的電場Ec還大。這例如可像第2圖中所示的形式來 達成,此時一種高頻產生器6經由不同的電容元件CR,Cc 依據所期望的分佈而耦合至介電質板4。上述專利文件中所 依據的原理顯示在第2圖中所示(但未揭示在上述之US 6 2 2 8 4 3 8中)之實施例中,須選取該耦合電容Cr,使其電容 値較中央電容Cc者還大。須依據US 6 228 43 8來形成各電 容匕或Cc:,如第3圖所示。設有一種介電質8,其一方面 形成第2圖的電極面2b,且同時由於其相對於金屬耦合面 1〇(其依據第2圖來設置)之局部性改變的厚度d而形成局部 性改變的電容CR,c。因此,如第4圖所示,介電質8藉由固 體介電質而形成或藉由一種在金屬賴合面10和形成電極面 200.539243 2b所用的介電質板4之間已抽成真空-或已塡入氣體之中空 區8a而形成。重要的是最後所述的中空區8a中不會形成電 漿放電。 【發明內容】 本發明由第2圖至第4圖中所所示的已爲人所知的依據 US 6 228 43 8之方式開始。在此種方式中現在會有以下的問 題:一種即將處理的基板應定位在處理室PR的何處,即, 應定位在介電質電極面2b上或在金屬電極面2a上。在上述 的US 6 22 8 43 8中已揭示使介電質基板定位在電極面2b上 或電極面2a上。反之,具有導電性表面的基板定位在金屬 電極面2a上(第35頁第2欄及以後數欄)。 此外,由上述文件中已知將一種反應氣體導入至處理室 中,且由一種開口圖樣而分佈在面對即將處理的基板之電 極面上。若第3或4圖之介電質基板定位在電極面2b上, 則具有氣體導引作用的開口圖樣須設置在金屬電極面2a之 此側上。若基板配置在金屬電極面2a上,則反應氣體用的 開口圖樣須設置在介電質之電極面2b上。由第4圖可輕易 得知,中空區8a用作平衡室且反應氣體首先經由具有耦合 面10的金屬耦合配置而導入至平衡室8a中且經由介電質板 4中所設置的開口圖樣而導入至處理室中。當然,亦能以介 電質固體塡入該中空區8a中,以形成該介電質電極面2b 一 體 另氣 的應 同反 不以 料而 材線 該管 與的 份佈 部分。 一 已上 少由樣 至經圖 匕巨一 1 Μ 一 種 ί 口 多;開 或8的 種區過 1 空經 或中所 料至體 材應固 的供至 用料應 所材供 200539243 基本上以下述方式開始,即,依據第3或4圖使介電質8 或8a和將該反應氣體導入至處理室中所用的開口圖樣相組 合成唯一的電極配置時在費用上較依據第3圖將該開口圖 樣設置在電極面2a上且使即將處理的基板定位在介電質電 極面2b或甚至藉由介電質基板本身來形成該介電質電極面 2b時貴很多。 _ 已顯示有利的是:使以開口圖樣來進行的氣體導入措施和 對電場有影響的措施在功能上相分離,即,通常都可將該 待處理的基板定位在介電質電極面2b上或藉由基板以形成 介電質電極面2b之至少一部份且藉由金屬電極面2a上的開 口圖樣以造成氣體導入時的特性。 本發明的目的是提供一種以介電質基板爲主的晶圓形工 件的製造方法,藉此可使用一種基本上由US 6 228 43 8中 已爲人所知的方法來製成一種設有特殊層的工件。此種已 > 製成的晶圓形工件特別適合用作太陽電池。這以下述方式 來達成,即,介電質基板在上述的高頻電漿處理室中進行 處理之前首先至少以區段方式塗佈一種層材料,其比 (specific)電阻p適合下式: 10'5Qcm^ p ^ lO 'Qcm 且該層之面電阻Rs適合下式: 0< Rs^ 104Ω □ 然後該已塗層的基板定位在金屬電極面上且在電漿處理 室中以反應性電漿促進方式而被蝕刻或被塗層。如上所 述,在先前已知的方法中雖然氣體導入措施和電場影響措 ⑧ -10- 200539243 施在功能上相分離且先前由於構造上的原因而力求使此二 種措施配屬於各別的電極面,但現在已顯示的事實是:只 有當塗層之後基板在電漿處理室中定位在金屬電極面上且 電場影響措施和反應氣體經由上述開口圖樣之導入過程在 介電質電極面上(或面中)相組合來完成時,介電質基板之預 塗層和上述之層以及先前已知之PhtECVD-方法的組合才會 成功。 即,已可確認的是:在介電質基板以特定的層來塗佈之 後,只有上述的基板定位過程會達到效果且先前被視爲有 缺點的功能上的組合因此必須在介電質電極面上達成。 又,藉由上述方式就高頻電漿處理方式而言可有利地達成 一種高的可變性(flexibility)。至於電漿處理室中電場分佈 措施-或氣體導入措施的作用,其不會影響各別的處理過 程:這與先前已以特定的層來塗佈的介電質基板是否被蝕 刻或被塗層無關,且另外亦與是否藉由PHfECVD-方法而在 介電質中塗佈至高導電性爲止時的事實無關。 如上所述,本發明的範圍中介電質基板首先塗佈一種材 料,其比(specific)電阻p較傳統上稱爲”金屬”或”導電材料’, 之比電阻高很多。因此,傳統導電材料(例如,金,銀,銅, 鋁)之比電阻是在1·7χ10_6Ω(:ηι至2·7χ10·6Ωοιώ之範圍中。 定義 面電阻R s是由比電阻Ρ和層厚度之商而得,其大小是以 符號□來表示之Ω。 上述之層之面電阻Rs因此與材料和層厚度都有關係。 ⑧ -11- 200539243 依據本發明,方法之選取不但與介電質基板之表面是否已 預先塗佈一種導電性較高之材料或導電性較低的材料有 關,而且亦與上述各材料中該層之面電阻Rs之大小有決定 性的關係。 在本發明之方法的實施形式中,高頻電位在介電質電極面 上的分佈以及反應氣體導入至處理室中是以下述方式來達 成:介電質電極面藉由一種介電質板配置之面向處理室的 表面來形成,其背面與一種金屬耦合面形成一種室,其中 該背面與該耦合面之距離沿著該耦合面而改變且該室中的 反應氣體繼續經由板配置中所設置的開口圖樣而導入至處 理室中。一種電漿激發用的高頻信號施加至該耦合面和另 一導電性的電極面上。 藉由金屬耦合面和介電質板配置之背面之間的距離之變 化,則可達成第2圖所示的電容分佈且該背面和金屬耦合 電極面之間的室空間同時用作該反應氣體用的分配室。該 反應氣體經由開口圖樣而流入至處理室中的介電質板配置 中。本申請案中當提及”反應氣體”時,以下的說明中亦指 一種具有一種或多種反應氣體的之氣體混合物。 由第2圖可知,上述的介電質板配置與其藉由其厚度所共 同決定的電容値形成第2圖所示之耦合電容Cr或Cc之一部 份。因此,在一種實施形式中,可使用一種厚度分佈可變 化的介電質板配置。但在另一種實施形式中使用一種厚度 至少近似固定値的介電質板配置。又,在另一(即,第三種) 實施形式中,介電質電極面上的電位分佈由中央向其周圍 ⑧ -12 - 200539243 而逐漸增加至近似於該耦合面上的電位。這在金屬耦合面 和介電質板配置之背面之間形成上述之室時例如是以下述 方式達成:金屬耦合面和介電質板配置之背面之間的距離 在周圍區域中選擇成較中央區域中者還小及/或介電質板配 置之厚度在周圍區域中設計成較中央區域中者還小。 電容値在中央區域中選擇成較周圍區域中者還小。 經由該室(第4圖之8a)而形成上述之電容時是以下述方式 來達成,即, a) 金屬耦合面基本上以平面方式構成,厚度固定的介電 質板配置由處理室觀看時是成凸形的; b) 厚度固定的介電質板配置以平面方式構成,耦合面由 處理室觀看時是成凹形的; c) 耦合面以凹形方式構成,介電質板配置之背面是平坦 的且由處理室觀看時介電質電極面是成凹形的;
d) 耦合面基本上以平面方式構成,介電質板配置之平坦 I 的背面平行於耦合面,且由處理室觀看時介電質板配置具 有凸形的電極面; e) 耦合面以平面方式構成,電極面亦同,但板背面由處 理室觀看時是成凸形的。 若未設有上述之室,則例如該耦合面和電極面可以是平行 的,介於其間的固體介電質之介電常數向著周圍方向而逐 漸增加。 就處理室中電場分佈之最佳化以及另一方面就處理室中 氣體導入方向之分佈而言,其明顯地都存在著一種高的可 ⑧ -13- 200539243 •變性。雖然在同一個電極配置上可達成電場分佈措施和氣 體分佈措施,但此二種分佈之數値可分別被最佳化。例如, 上述之各種方式可完全地混用或相組合。例如,耦合面基 本上可以平面方式構成,厚度可改變的介電質板配置由處 理室觀看時可具有凹形的背面和凸形的電極面。此外,此 行之專家已了解的是:介電質板配置之介電常數亦可作爲 第2圖所示的電容分佈用的另一種設計値,或使用該電容 I 分佈作爲設計値。沿著介電質板配置而選取不同的材料, 則介電質電極面上的電容分佈和電位分佈除了會受到距離-或厚度上的變化所影響之外亦會受到不同的材料所影響。 特別是介電質電極面可選擇成平面狀且平行於另一界定 該處理室所用的電極,使電漿處理室在垂直於電極面的方 向中有固定的深度。此種較佳之實施形式以下述方式來達 成:金屬耦合面由處理室觀看時是以凹形方式形成,板配 置的背面以平面方式形成;或介電質板配置之背面由處理 b 室觀看時是以凸形方式形成,耦合面以平面方式形成;或 沿著介電質板配置或電極面而使用介電常數不同的材料, 在平面式金屬耦合面和與其平行的平面式板背面中,周圍 區域中所使用的材料之介電常數較中央區域中者還大。 若考慮以本發明的方法特別是對較大的基板(其外周的大 小至少是0.5米)只依本發明的方式來進行塗層且使該基板 承受高頻電漿處理,則可知上述介電質板配置之寬度隨著 開口圖樣和該室形成時所作的設定過程是昂貴的。 因此,在本發明的一種實施形式中,介電質板配置藉由瓷 ⑧ -14- 200539243 磚來形成。這些瓷碍可相對於金屬耦合面之中央而在位置 上相隔開地安裝著。於是可使介電質電極面在瓷磚發生熱 變形時亦不會變形,否則對處理室中的電場分佈-以及亦可 能對反應氣體之導入造成負面的影響。此外,由介電常數 不同,厚度不同且厚度外形亦不同之各種不同材料所構成 之瓷磚可彈性地用來適當地形成所期望的板特性,藉由上 述各種材料的互相重疊和多層式的配置,則可形成凸形或 凹形的電極面或形成上述配置的背面。 此處須再強調,只要一種室形成時,則重要的是在金屬耦 合面和介電質板配置之背面之間所形成的此種室中須防止 各種寄生式電漿放電的發生,寄生式電漿放電會使該室作 爲平面分佈之耦合電容用的功效消失。此種功效就像此行 的專家已知者一樣可藉由金屬耦合面和介電質板配置之背 面之間的距離的測定來確保,每種情況下此種距離都小於 各別的過程中一種有效的暗區距離。 在本發明的方法的另一實施形式中,板配置之背面至金屬 耦合面之距離是在一種等級(較佳是在多個等級)中變化及/ 或該板的厚度是在一種等級(較佳是在多個等級)中變化。此 種實施形式例如可藉由使用重疊的瓷磚以構成介電質板配 置來達成或使用多個瓷磚層(其層數可局部性地改變)來達 成。 在另一種實施形式中,板配置的背面至金屬耦合面之距離 可持續地改變及/或板配置的厚度可持續地改變。此種形式 在使用平面式介電質板配置時被使用,其中該介電質板配 ⑧ -15- 20Q539243 置具有定値的厚度且金屬耦合面由處理室觀看時以凹形方 式形成。 在本發明的製造方法之另一種實施形式中,特別是在太陽 電池的製造方法中,介電質基板在電漿處理室中處理之前 塗佈一種導電性的氧化物,其較佳是一種導電性的透明氧 化物。此種在處理過程前所完成的塗層例如可藉由反應性 磁控管濺鍍來達成。更有利的是該介電質基板可塗佈以下 各種材料中的至少一種:ζ η 0,I η〇2,S η 0 2。這些材料因此另 外進行摻雜或未進行摻雜,該塗層的厚度D適合在以下的 範圍中: 10 nm(奈米)SDS5 μιη(微米)。 上述材料在給定的厚度範圍中所形成之塗層就比電阻ρ 和面電阻R s而言滿足上述特定的層特性。 然後’此種已塗層的基板藉由電漿處理室中的處理過程以 進行反應性蝕刻及/或進行塗層。較佳是使用以下各種氣體 中的至少一種以作爲反應氣體·· ΝΗ3,N2, SF6,CF4,Cl2,〇2, F2,CH4,矽烷,二矽烷,h2,膦,二硼烷,三甲基硼,NF3。 例如,沈積以下各層: 層: 所使用的反應氣體: 不定形矽(a-Si) SiH4, H2 η-摻雜的不定形矽(a-Si) SiH4,H2,PH3 P-摻雜的不定形矽(a-Si) SiH4,H2,TMB,CH4 微晶粒形的矽 SiH4, H2 就反應性蝕刻而言,例如可使用SF6和〇2相混合的氣體 ⑧ -16- 200539243 以作爲反應氣體。 此外,較佳是以頻率fHf的高頻電場來激發,該fHf適合處 於以下的範圍中: 10 MHz ^ fHf ^ 500 MHz 或 13 MHz ^ ^ 70 MHz 所製成的工件可更佳地具有一種外周半徑,其至少是0.5 ’米。 本發明的方法之範圍中所使用的真空處理裝置具有 •真空容器,其位於真空處理裝置中 •第一平面式金屬電極面, •面向第一平面式金屬電極面的第二介電質電極面,其形 成介電質板配置的一個表面, •面向介電質板配置之背面的金屬耦合面, _ •分別位於耦合面上和第一電極面上的電性終端, •氣體導引系統,其經由該耦合面和板配置的開口之已分 佈的圖樣。 本發明的真空處理裝置的特徵是板配置由多個瓷磚所形 成。 本發明所使用的真空處理裝置之實施形式另外又針對此 行的專家而揭示在本發明申請專利範圍各項中及以下的說 明書中。 【實施方式】 本發明以下將依據圖式和實施例來說明。 -17- 200539243 第5圖顯示一種依據功能方塊所顯示的本發明之製造方 法之流程。介電質基板100在第一真空塗層站1〇2 (例如, 一種作爲反應性磁控管濺鍍用的站)上至少一部份塗佈一種 層,該層之材料所具有的比電阻p適合以下的範圍: 1〇'5Ω cm^ ρ ^ ΙΟ^Ω cm 且該層之面電阻Rs位於以下的範圍中: 0 < Rs ^ ΙΟ'4 Ω □ t 下限可接近0,此乃因面電阻Rs是與所沈積的層的厚度 有關。該層的厚度Ds較佳是依據下述範圍來選取 10 nm^Ds^5 μιη 特別是,當已沈積的層材料在特佳情況時是導電性氧化物 (C〇),因此,其可能是一種透明的導電性氧化物(TC〇)時層 的厚度Ds更應選在上述的範圍中。這些材料in〇2,Zn〇, Sn〇2中之至少一種須沈積在介電質基板100上且進行摻雜 > 或亦可未摻雜。然後,已塗層的介電質基板104在該站105 上受到一種反應性高頻電漿處理步驟,即,受到一種 PHfECVD_處理步驟或一種反應性高頻電漿促進之蝕亥[J步 驟。於是形成一種工件1 06,其特別適合用作太陽電池。 基板100以及亦爲本發明所製成的基板106較佳是具有一 種至少0.25米的外周半徑Ru,其外周直徑是〇.5米,如第 5圖中已形成之任意之工件W上所示者。 第6圖係本發明依據第5圖所使用之站或真空處理裝置 1 05之第一實施形式的已簡化的橫切面圖。一種金屬真空容 器105a具有一種平坦的基面3,其面向內部區且形成第一
-18- 200539243 . » 電極面EF!,其上放置著由介電質材料所構成的基板104, 以上述的層材料來對該基板進行塗層7。 一種電極配置9面對著該設有塗層7之基板1 04或面對著 第一電極面EF1而安裝著。該電極配置9形成第二電極面 E F 2 〇 第二電極面EF2(本例子中是平面式且面對該電極面EF〇 由介電質板配置27之表面所形成。介電質板配置27之背面 > ER與金屬耦合面KF —起形成一種室10。因此,本例子中 該耦合面KF形成一種導入模10,其由處理室PR觀看時以 凹形方式添加至金屬板1 4中。本例子中所示的導入模1 0 如第7圖所示是長方形者且使耦合面KF和介電質板配置27 之背面ER之間的距離d形成一種分佈,其以跳躍之方式在 該導入模1 〇中由〇跳躍至定値的距離。第7圖中以虛線來 顯示該基板104。一種高頻產生器13經由金屬板14而與耦 合面KF相連接,高頻產生器13又與一種通常已處於參考 I 電位上的電極面EF!相連接。 由氣體儲存區1 5使反應氣體Gr或反應氣體混合物和情況 需要時一種加工氣體G a (例如,氬)經由管線分配系統1 7而 供應至板1 4後側的前室1 9中。前室1 9 一方面藉由一種相 對於容器1 05 a使該板1 4隔開所用的支件1 8來形成邊緣, 且另一方面是由板14之背面和該容器105a之面向金屬電極 面正面壁21所形成。板14具有一種氣體導引孔25 所經過的圖樣。 板14中的氣體導引孔25較佳是以對齊之方式在開口 29 ⑧ -19· 200539243 中經由介電質板配置2 7而繼續延伸。板配置2 7在本例子中 由陶瓷(例如,Ah〇3)所構成。 藉由產生器13經由該耦合面KF而在處理室PR中形成一 種高頻電漿放電Hf。 因此,由金屬耦合面KF經由第6圖中虛線所示的平面式 分佈的電容C可實現介電質電極面EF2和一種如上所述的已 適當地預設的電位分佈。 I 選取下述範圍中的激發頻率fHf : 10 MHz ^ fHf ^ 500 MHz 特別是 13 MHz ^ fHf S 70 MHz 基板104之外周直徑至少是0.5米且可至5米或更大。 本實施形式中該距離d依據第6圖由0跳躍至1 mm(毫 米)。 如上所述,在本發明的裝置之仍將詳述的不同形式中該室 I 10在距離d之設計方式上不是由0跳躍至一固定的數値’ 而是使該距離d最佳化,該距離以一種特定的分佈而決定 性地決定了一種對電場分佈具有決定性的電容分佈。該距 離d是與頻率有關且在0.0 5 mm至50 mm之範圍中選取, 使室10中不會產生電漿。藉由產生器13以較佳方式使每基 板面積上所供應的功率是10至5000W/m2。 就基板104之Ph「ECVD-塗層而言,較佳是使用以下各種 氣體中的至少一種以作爲反應氣體·_ NH3, N2, SFs CF4, C12, 〇2, F2, CH4,矽烷,H2,膦,二硼烷,三甲基硼。 -20- 200539243 l » 流經系統1 5,1 7且最後由開口 29出來的整個氣流例如在 每平方米的基板面積上的數値是介於0.05和10 slm/m2之 間。 上述的數値特別適合反應性高頻電漿促進之塗層。 就以下的硏究而言設定下述各種參數: 基板尺寸:1.1x1.25 m2 依據第6圖之導入模深度d : 1 mm 總壓力:0.22毫巴(mbar) 基板每一面積之功率:280 W/m2 基板材料:浮動玻璃,其具有的比導電率是·· 10·15 (Ω m)1 預施加的塗層:In〇2,以錫來摻雜。 塗層的面電阻Rs : 3 Ω □ 反應氣體·砂院與Η 2相混合^ Η2中已稀釋之矽烷:50% 每單位面積之總氣流:〇. 7 5 s 1 m / m2 上述之硏究將依據第6或7圖之裝置組態來進行。 當第6圖之配置上使用該未具備導入模1〇之板14且該板 14具有一種平坦的金屬面直接面對電極面Eh以用作電極 面時,第8圖中顯示所獲得的相對於層厚度平均値之層厚 度分佈(以奈米表示),其是在工件之二個長方形的對角線上 所測得者且作爲參考。 第9圖亦作爲參考,其顯示一種類似於第8圖之結果,其 是導入第5圖所示的未塗層的介電質基板1〇〇(即,浮動玻 璃基板)以作爲待塗層的工件時所測得者。 ⑧ -21- 200539243 此外,就像第8圖中所進行的測量一樣’形成一種未具備 導入模10的板14且在處理室PR中形成一個電極。反之’ 一種對應於該導入模1 0的導入模設置在基板下方的基面3 上。 當像第9圖一樣使用在裝置組態上時’第1 〇圖以類似的 方式顯示其結果且亦作爲參考’即’利用該導入模10在基 面3上由基板所覆蓋且藉由板1 4之受到處理室PR所作用 之平坦表面來形成第二電極面,以對該已預塗層之基板 104(即,已以In〇2來預塗層之浮動玻璃基板)進行加工。 由此可得到以下的結果: -由第8圖:由於處理室PR中不均勻的電場分佈,所造成 的塗層厚度分佈亦成不可接受地不均勻。 -由第9圖:當待處理的基板是純介電質時,承載工件用 的電極(3)上的導入模可大大地使電場分佈獲得改良且因此 使層厚度分佈均勻。 -由第10圖:當工件由本發明中之已預塗層的基板104所 構成時,對第9圖之純介電質工件而言可使層厚度分佈獲 得顯著改良所用的配置會造成一種不可接受的層厚度分 佈。 但現在若依據本發明使上述已預塗層的基板例如以第6 圖之裝置來進行塗層,則可造成第11圖中所示的良好的層 厚度分佈。 顯然,令人驚異的是雖然層材料(In〇2)有高的比電阻 (P )’但只有本發明所建議的方式才適合用來在工件上達成 -22- 200539243 均勻的有效之層厚度分佈。 第1 2圖顯示另一較佳的實施形式中一種進行本發明的處 理方法或此方法所用的第5圖之裝置1 〇 5之已簡化的另一較 佳的實施形式。已預塗層的基板1 04又置放在平坦的第一電 極面EFi上。與高頻產生器13相連接的金屬耦合面KF對該 處理室PR連續地以凹形方式形成。 介電質板配置2 7之一側形成平坦之介電質電極面EF2, 其具有定値的厚度且同樣具有平坦的背面ER。第1 2圖中經 由介電質板配置27之開口圖樣未顯示在圖中。介電質板配 置27具有之厚度D較佳是在以下的範圍中: 0.01 mm^D^5 mm 定義 本發明中所謂”介電質板配置”是指一種以平面方式在二 維空間中延伸的以箔形式至板形式來表示之介電質構成 物。由於介電質板配置27之電容是與耦合面KF和介電質 板之背面ER之間的電容相串聯,則在較薄的介電質板配置 27中所形成的可能較大(視情況而定)的板電容只會不明顯 地影響由該室1 0a所產生的小電容。 第13圖顯示第12圖中以”A”所示的配置。由此可知:在 第1 2圖之實施形式中以及本發明其它全部的實施形式中, 經由金屬板1 4a之孔25之至少一部份可與經由介電質板配 置27之開口 29 (未顯示)相對齊且另外至少一部份可具有幾 乎相同的開口橫切面。 雖然第1 2圖中的耦合面KF可持續地彎曲,但亦可輕易 -23- 200539243 地以一段或多段方式來形成。如上所述,可使用陶瓷(例如, Ah〇3)作爲可承受高溫負載,侵蝕性化學大氣,高真空和電 漿之板配置2 7之材料。依據製程在情況需要時亦可使用其 它介電質材料,其包括耐高溫的具有開口圖樣的介電箔。 上述的介電質板配置2 7如第1 4圖所示可由多個相隔開的 上下重疊之板配置27a,27b來取代,板配置27a,27b由介 電質間隔支件來互相定位。全部之這些單一板27a,27b都 具有開口圖樣,其類似於第6圖或第1 2,1 3圖之開口 29。 各單一板27a,27b之厚度可選擇成介於〇.〇1和5 mm之間。 第15(a)至15(f)圖顯示多種可能的由金屬耦合面KF和介 電質電極面EF2所構成的配置,其全部都可使處理室PR中 周圍區域中的電場相對於中央區域中的電場而被增強。 第15(a)圖中金屬耦合面KF是平坦的。介電質板配置27 相對於處理室PR而言是成凸形的且具有定値的厚度D。耦 合面KF由於其金屬特性而可在施加高頻電位時用作具有一 種φ KF之等電位面。在第一近似中,第15(a)圖之配置可以 下述方式來思考: 在每一體積元素dV上沿著該室10而形成電容C!。和C27 之串聯電路,如第15(a)圖之左方所示。當電容Cm由耦合 面KF和介電質板配置27之背面ER之間的可變距離以及該 室10中之氣體之介電常數來決定時,則由於固定之厚度D 和板配置27之介電常數ε而使電容C27局部性地保持定値。 通常,板材料之介電常數較該室1〇中的氣體的介電常數 大很多。因此,特別是在薄的板配置27中與Ci。相串聯的 200539243 電容C27至少在第一近似中可忽略。在介電質電極面EF2之 周圍區域中由於逐漸減小的距離d而使C 1。通常變成較大。 因此,沿著電極面E F 2之電位分佈Φ E F 2可局部性地以周圍 區域上的近似値來近.似於耦合面KF之電位Φ KF。於是,經 由處理室PR且在電極面EF2之周圍區域中,幾乎全部的電 位差都位於電位Φ 〃和施加在相對電極面 EFi上的電位之 間。在電極面EF2之中央區域中,C!。由於較大的距離d而 > 小於周圍區域中之電容。因此會有一種較大的高頻電壓降 且在該處此電位Φ 會相對於該電位Φ KF而加倍地下降。 於是,現在經由處理室PR而在該中央區域中會存在一種相 對於周圍區域已變小的電場。 由第15(a)圖觀之且在考慮該室1〇對該由開口圖樣(未顯 示)經由介電質板配置27而供應至處理室PR之反應氣體而 言是用作壓力平衡室之情況下,顯然藉由使用一種箔形式 之耐高溫之板配置27時由於處理室和該室1 〇之間的壓力差 而可有利地建立凸形之形式。 第15(b)圖顯示一種平坦之金屬耦合面KF。介電質板配置 27具有一種相對於處理室PR成凸形的背面ER,反之,電 極面EF2是平坦的且與耦合面KF相平行。由於介電質板配 置27之材料通常有較高的介電常數£ ,則周圍區域中的電 容C27會影響電容Cl()(請參閱第15(心圖)。雖然該配置27有 聿父大的厚度’但該處只有很小的電容,使第l5(b)圖之實施 形式中局部性可改變的電容C i。主要是存在於串聯電路中且 就像先前所述一樣主要是處理室Pr中的電場分佈會受到影 ⑧ -25- 200539243 第15(c)圖之實施形式中顯示一種平坦之耦合面KF。介電 質板配置27具有定値的厚度,但其由不同介電常數ea至 ed之不同材料以區段方式形成。室10此處可不需要。 板材料之介電常數ε向著周圍而逐漸增大,因此以第15(a) 圖之等效圖來觀看時C27會增大。本實施形式中,由室10 所形成的電容C i。是局部性具有定値者。此處若介電質板配 置27之定値的厚度選擇成足夠大,則朝向周圍區域而變大 的電容C27在與Ci〇所形成的串聯電路中成爲主要的電容而 可達成上述的效應:電極面EF2之邊緣區域中處理室PR中 的電場減弱的程度較中央區域中者還小,此處具有ε d之 C 2 7較具有ε a之C 1。還小。 第15(d)圖顯示上述第6圖或第12圖之情況。 第15(e)顯示一種平坦的耦合面KF。介電質板配置27具 有-種平行於耦合面KF之平坦的背面E,但介電質電極面 EF2由處理室PR觀看時成凸形。由直至目前所述者此行之 專家可輕易得知:依照所選取的板厚度和板材料-介電常 數,則處理室PR中可達成一種和目前爲止所述者相同的電 場補償效應。 第15(f)圖顯示該耦合面KF和電極面EF2相對於處理室PR 而言都是成凹形的,但板配置27之背面ER是平坦的。 若板配置27之介電常數較該室10中的氣體之介電常數大 很多,則此處Ci〇成爲主要的電容而可在處理室PR中達成 所期望的電場分佈。 •26- 20.0539243 由第15(a)至15(f)圖可知:特別是對介電質電極面EF2之 形式而言可達成高的可變性。第丨5圖所不的各種形式可由 此行的專家輕易地辨認且可相組合,例如,不同的材料可 設在板配置2 7上且與可變的厚度相組合等等’這樣可使設 計上的回旋餘地更加提高。如上所述,室1 〇可不需要且電 容分佈只藉由板配置27來達成。 若考慮該反應氣體由室1 〇經由設在板配置27上的開口圖 樣而導入至處理室中且另又考慮所期望的電場補償措施可 廣泛地與電極面EF2之形式無關而被實現’則顯然處理室 PR中的氣體導出方向以及處理室PR中的電場所受的影響 可同時各別地被最佳化。 在形成介電質板配置27時須考慮:在處理過程中該板配 置27會受到特別高的溫度。因此,須考慮介電質板配置27 和由其所固定之形成該耦合面KF所用的板1 4之間的熱膨 脹差異。此外,另外須考慮以上述的裝置來處理大的(或很 大的)基板104。此種尺寸的介電質板配置之製成及其安裝 在每一種情況下因此都應可吸收熱膨脹和收縮而不變形, 特別是在該配置27不是一種箔形式而是一種固定的介電質 板(例如,由Al2〇3之類的陶瓷所構成)時會發生問題。 在一種較佳的實施形式中,固定的配置27(如第16圖所示 者)是由多個介電質(較佳是陶瓷)瓷磚所組成。第16圖中顯 示此種瓷磚及其安裝之俯視圖和橫切面圖。各別的瓷磚50 如圖所示較佳是長方形或正方形且例如由ai2〇3之類的陶瓷 材料所製成,瓷磚50基本上藉由介電質間隔螺栓52(例如 200539243 陶瓷螺栓)而定位在中央以及藉由介電質墊片5 4以相對於
該耦合面KF而定位在板104上。因此,可確保該耦合面KF 和形成該板配置27所用的瓷磚50之背面ER之間的相對距 離。瓷磚50支撐在周圍且儘管在熱負載下仍不會發生應力 而可在全部的側面上自由地膨脹,瓷磚5 0可相對於耦合面 KF而導引至支撐銷56上。瓷磚50藉由導引銷58以對抗旋
轉而定位在長孔導引件59中。瓷磚50設有一種第16圖中 I 未顯示的開口圖樣,其在情況需要時可藉由各瓷磚50之間 的間隙來擴充。這些瓷磚50在情況需要時亦可重疊。這些 瓷磚可設有一層或設有多個層,情況需要時可局部性地改 變,且在不同的區域中可使用不同的陶瓷材料,特別是使 用具有不同介電常數之陶瓷材料。於是可在介電質板配置 27上彈性地實現不同的造型和材料外形(profile)。 第17(a)至17(f)圖顯示第15(a)至15(f)圖之組態,其較佳
是依據第16圖而藉由瓷磚來構成。因此,只有直接面對該 I 耦合面K F之瓷碍須依據第1 7圖而受到支撐’處理室此側 所鄰接的瓷磚層安裝在其下方的瓷磚上。藉由查看第17 U) 至17(f)圖,則此行的專家可輕易地了解第15(a)至15(f)圖 之組態如何地以上述較佳的瓷磚構成方式來構成。因此, 以上述之開口圖樣之槪念而言’須確保該處理室中一種依 所期望的大小而分佈的氣體噴入’這是藉由使用各瓷磚之 間仍保留之曲折複雜的通道來達成及/或設置多個經由瓷磚 5 0之額外的孔或開口(未顯示)來達成。 瓷磚之厚度Dk較佳是選擇成: ⑧ -28- 200539243 0.1 mm^DK^2 mm 利用本發明的製造方法或本發明所用的裝置,則只須塗佈 特殊的導電層,然後藉由高頻電漿促進之反應方法所進行 的表面處理(特別是進行塗層)即可製成均勻之大的(或很大 的)介電質基板,特別是在大型工業上製成大型至很大型的 太陽電池。 【圖式簡單說明】 第1圖先前已爲人所知的電漿處理室。 第2圖文件US 6228 43 8中電漿處理室之實施形式。 第3圖文件US 6228 438中設有介電質8時的圖解。 第4圖係第3圖中形成介電質8時的圖解。 第5圖依據功能方塊所顯示的本發明之製造方法之流程。 第6圖本發明的製造方法的範圍中所使用之真空處理裝置 之實施形式的已簡化的橫切面圖。 第7圖係第6圖的裝置中所使用的耦合面之已簡化的俯視 圖。 第8圖使用傳統式相面對的平面金屬電極進行pHfECVD-塗層時,由於長方形介電質基板上的對角線膨脹所 造成的層厚度分佈的一種參考例。 第9圖類似於第8圖之參考例,其是直接定位在凹形之金 屬電極面上方的介電質基板上的層厚度分佈。 第1 〇圖其是類似於第8,9圖的另一參考例,其結果是依 據第9圖的方式而得,但是在一種依據本發明所述 之已塗佈InO2-層之基板上所測得者。 ⑧ -29- 20Q539243 第1 1圖依據本發明之方法所達成的層厚度-分佈形式。 第1 2圖在另一較佳的實施形式中一種進行本發明的方法 所用的本發明的裝置之已簡化的圖解。 第13圖係第12圖中以”A”所示的區域之圖解,其用來說 明另一較佳的實施例。 第14圖其類似於第12圖且顯示本發明所用的裝置的另一 實施形式。 第15(a)至15(f)圖其顯示多種可能的選擇,藉由適當地形 成介電質板配置和金屬耦合面,以便在處理室中使 電場可在周圍提高。 第1 6圖瓷磚詳細之較佳的安裝方式,以便在金屬耦合面 上形成介電質板配置。 第17圖係第15圖中所示的各種可能性的達成方式,其中 藉由瓷磚來構成介電質板。 【主要元件之符號說明】 ⑧ 3 基面 8 介電質 8a 中空區 9 電極配置 10 室 13 高頻產生器 14 金屬板 15 氣體儲存區 17 管線分配系統 -30- 200539243 18 支 件 19 前 室 2 1 正 面 壁 25 氣 體 導 引 開 □ 27 介 電 質 板 配 置 29 開 □ 50 瓷 碍 52 間 隔 螺 栓 54 墊 片 100 介 電 質 基 板 102 真 空 塗 層 站 104 介 電 質 基 板 105 真 空 處 理 裝 置 105a 真 空 容 器 106 工 件
Claims (1)
- 200539243 十、申請專利範圍: 1. 一種以介電質基板(100)爲主之晶圓形工件之製造方法,其 包含一處理室(PR)中的加工過程,該處理室(PR)在真空容 器中形成在二個相面對的電極面(2a; EF!,2b; EF2)之間, 在該二個電極面之間產生一種高頻電場且因此在被供應 一種反應氣體的處理室(PR)中形成高頻電漿放電,其中一 電極面(2b, EF2)由介電材料所構成,該電極面上施加一種 高頻電位(Φ 2b) ’其具有沿著該電極面而改變的電位分佈 ,且該處理室(PR)中電場的分佈是藉由介電質電極面(2b, EF2)上的電位分佈(Φ 2b)來調整,因此,以基板來形成介電 質電極面(2b,EF2)或該基板配置在以金屬構成的另一電 極面(2a,EF!)上,另外在面對該基板之電極面上由開口圖 樣(29)使該反應氣體導入至處理室(PR)中,其特徵爲··介 電質基板(100)在該電漿處理室(PR)中加工之前至少以區 段方式來塗佈一種層材料,該層材料之比電阻p適合 10'5Qcm^ p ^ lO^Qcm 且該層之面電阻Rs位於以下的範圍中: 0 < Rs ^ ΙΟ4 Ω □ 該已塗層的基板定位在金屬電極面(2a,EF!)上且在電漿 處理室(PR)中以反應性電漿促進方式而被蝕刻或被塗層。 2. 如申請專利範圍第1項之製造方法,其中高頻電位之分佈 和反應氣體導入至該處理室中是以下述方式來達成,即, 介電質電極面(EF2)由平坦式介電質配置(27)之面向該處 理室之表面所形成,其背面(ER)及金屬耦合面(KF)形成該 200539243 Κ 1 室(10),其中該背面(ER)至金屬耦合面(KF)之距離(d)沿著 該面而變化及/或該平坦式介電質配置(27)之厚度(D)沿著 該面而變化及/或該平坦式介電質配置(27)之介電常數沿 著該面而變化,反應氣體繼續導入至該室(10)中且經由平 坦式介電質配置(27)中所設置的開口圖樣(29)而進入該處 理室(PR)中,其中該金屬耦合面(KF)和另一金屬電極面 (EF!)之間繼續施加一種高頻信號。 3. 如申請專利範圍第2項之製造方法,其中使用一種厚度(D) 至少幾乎是定値的平坦式介電質配置(27)。 4. 如申請專利範圍第2項之製造方法,其中使用一種厚度分 佈可變化的平坦式介電質配置(27)。 5 ·如申請專利範圍第1至4項中任一項之製造方法,其中介 電質電極面(2b,EF2)上的電位分佈(φ 2b)相對於與耦合面 (KF)上的電位之差異而言在中央的差異値較在周圍區域 中的差異値還大。 6. 如申請專利範圍第2項之製造方法,其中介電質電極面 (EFO上的電位分佈由中央向其周圍發展,在周圍區域中接 近該耦合面(KF)的電位,此時介電質配置(27)之背面(ER) 和周圍上的耦合面(KF)之間的距離選擇成較中央區中者 還小及/或平坦式介電質配置(27)在周圍區域中的厚度選 擇成較中央區中者還小及/或平坦式介電質配置(27)之材 料之介電常數在周圍區域中選擇成較該介電質電極面之 中央區域中者還大。 7. 如申請專利範圍第6項之製造方法,其中 ⑧ -33- 200539243 » I a) 金屬耦合面(KF)基本上以平面方式構成,厚度(D)固定 的介電質板配置(27)由處理室觀看時是成凸形的;或 b) 厚度(D)固定的介電質板配置(27)以平面方式構成’耦 合面(KF)由處理室觀看時是成凹形的;或 c) 耦合面(KF)以凹形方式構成,介電質板配置(27)之背 面(ER)是平坦的且由處理室觀看時介電質電極面是成凹形 的; d) 耦合面基本上以平面方式構成,介電質板配置之平坦 的背面平行於耦合面,且由處理室觀看時介電質板配置具 有凸形的電極面; e) 耦合面以平面方式構成,電極面亦同,但介電質板配 置之背面由處理室觀看時是成凸形的。 8. 如申請專利範圍第2至7項中任一項之製造方法,其中介 電質板配置(27)由介電質(較佳是陶瓷)瓷磚(50)所形成。 9. 如申請專利範圍第8項之製造方法,其中瓷磚(50)之至少 一部份在相對於金屬耦合面(KF)之中央而言是定位在距 離(52)處而安裝著。 1 〇·如申請專利範圍第2至9項中任一項之製造方法,其中 介電質板配置(27)之背面(ER)至金屬耦合面(KF)之距離較 佳是在多個等級中變化及/或該介電質板配置(27)之厚度 (D)較佳是在多個等級中變化。 1 1 ·如申請專利範圍第2至9項中任一項之製造方法,其中 介電質板配置(27)之背面(ER)至金屬耦合面(KF)之距離較 佳是連續地變化及/或該介電質板配置(27)之厚度(D)較佳 200539243 是連續地變化。 1 2.如申請專利範圍第丨至π項中任一項之製造方法,其中 介電質基板(100)首先以導電性的氧化物來塗佈且隨後在 電漿處理室中受到加工(104)。 1 3 ·如申請專利範圍第丨2項之製造方法,其中選取一種透明 材料作爲導電性之氧化物。 1 4 ·如申請專利範圍第1至Η項中任一項之製造方法,其中 介電質基板(100)以Zn〇,In〇2, Sn〇2中的至少一種材料來 摻雜或未摻雜以進行塗層且然後在該處理室(PR)中受到加X。 1 5 ·如申請專利範圍第1至14項中任一項之製造方法,其中 介電質基板(100)在電漿處理室中受到加工之前塗佈一種 由層材料所構成的層,該層材料之厚度Ds是在以下的範 圍中: 10nm€Ds‘5um。 1 6.如申請專利範圍第1至1 5項中任一項之製造方法,其中 該反應氣體含有以下各種氣體中的至少一種:NH3,N2, SF6,CF4,Cl2,〇2,F2,CH4,砂院,二砂院,H2,膦,二硼 烷,三甲基硼,NF3。 1 7 ·如申請專利範圍第1至1 6項中任一項之製造方法,其中 高頻電場以頻率fHf來激發且該頻率fHf適合以下的範圍: 10 MHz ^ fnr ^ 500 MHz 特別是 13 MHz ^ fnr ^ 70 MHz 18·如申請專利範圍第1至17項中任一項之製造方法,其中 ⑧ -35- 200539243 ► · 該基板之外周直徑至少是0.5米。 19.如申請專利範圍第2項之製造方法,其中該室中以固體介 電質塡入。 20·如申請專利範圍第19項之製造方法,其中該固體介電質 沿著介電質電極面而改變其介電常數。 2 1 .如申請專利範圍第1 9項之製造方法,其中使用介電質電 極面之介電質作爲固體介電質。 22.—種真空處理裝置,其包含: •真空谷器(105a) ’其中有一第一平面式金屬電極面 (EFi), •面向第一平面式金屬電極面的第二介電質電極面 (EF2),其形成介電質板配置(27)的一個表面, •面向介電質板配置(27)之背面(ER)的金屬耦合面(KF), •分別位於耦合面(KF)上和第一電極面(EFi)上的電性終 七山 m , •氣體導引系統(17),其經由該耦合面(KF)和板配置(27) 的開口(29)之已分佈的圖樣, 其特徵爲:平坦式介電質板配置(27)是由多個瓷磚(50)所 形成。 2 3.如申請範圍第22項之真空處理裝置,其中瓷磚(50)之至 少一部份藉由至少配置在瓷碍中央附近的介電質支件(52) 而固定在金屬耦合面(KF)上。 24.如申請範圍第22或23項之真空處理裝置,其中瓷磚(50) 以平面方式形成介電質電極面(EF2)或由第一電極面觀看 200539243 β 時成爲凹形或凸形。 2 5.如申請範圍第22至24項中任一項之真空處理裝置,其中 該耦合面(KF)由第一介電質電極面(EF〇觀看時成步,級片犬 或連續地以凹形方式形成。 26·如申請範圍第22至25項中任一項之真空處理裝置,其中 該金屬耦合面(KF)上設有氣體導入開口,其主要開p的數 目是與圖樣的開口(29)相同且較佳是具有相同的開□丰黃 _ 切面。 27. 如申請範圍第22至26項中任一項之真空處理裝置,其中 瓷磚(5 0)之至少一部份藉由至少一導引銷(5 8)而在長孔導 引件(59)中對抗旋轉而固定著。 28. 如申請範圍第22至27項中任一項之真空處理裝置,其中 瓷磚(5 0)之至少一部份藉由間隔銷(56)以相對於耦合面而 支撐著且在其面膨脹方向中可相對於該耦合面而自由移 動。 ⑧ -37-
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