TW201334213A - 處理太陽能電池晶圓的靜電吸盤 - Google Patents

Abstract

本發明揭示之靜電吸盤尤為適合在高生產率下製造基板。本發明之吸盤可用以製造大型基板或同時製造數個小型基板。例如，本發明之實施例可用以同時製造多數太陽能電池，並提供高生產率。一靜電吸盤主體利用有充足熱質量之鋁質主體製成，以控制該吸盤之升溫，並陽極氧化該主體之上表面。一陶瓷邊框包圍該吸盤之主體，以保護吸盤主體不受電漿腐蝕。如有必要，並提供導電接點，以提供偏壓至該晶圓。該接點穿過該陽極氧化層而外露。

Description

處理太陽能電池晶圓的靜電吸盤

本案主張美國臨時專利申請案(Provisional Application)61/554,457號，申請日2011年11月1日之優先權，該案的全部內容併入本案作為參考。

本發明涉及太陽能電池之加工及，特別是，在太陽能電池加工腔室內支撐晶圓之靜電吸盤。

用以製造太陽能電池之加工腔室，如電漿腔室，與用以製造積體電路(integrated circuits,IC)之腔室有相同基本元件，但有不同的工程及經濟需求。例如，當腔室用以製造IC時，每小時有幾十個晶圓的生產量，但用以製造太陽能電池之腔室，則需每小時有幾千個晶圓的生產量。另一方面，太陽能電池加工系統的購買及操作成本，則必須控制在非常低的程度。

加工系統利用靜電吸盤在加工期間，支撐該晶圓以製造IC及太陽能電池。然而，太陽能電池系統所使用的靜電吸盤，成本只能達到製造IC用的靜電吸盤成本的幾分之一，但因太陽能電池製造系統高產量之需求，反而必須耐受更高之使用率。並且，在IC系統內，該靜電吸盤為固 定的，在某些太陽能電池製造系統則為可移動的。因此，無法提供冷卻液體之接點，以致於該吸盤不可能有主動性的熱控制。

在製造太陽能電池還有其他多樣步驟，需將該晶圓暴露至電漿下。在特定加工步驟中，需利用腐蝕性氣體形成該電漿，但腐蝕性氣體卻會攻擊支撐該晶圓之吸盤的暴露部份。因此，該吸盤之另一需求為可承受該電漿的腐蝕攻擊。

因此，現今技術需要的是一生產成本低廉之靜電吸盤，可在不需主動性冷卻下忍受高利用率，並能抵抗電漿腐蝕的影響。

以下發明簡述提供作為對本發明數種面向及技術特徵之基本理解。發明簡述並非對本發明之廣泛介紹，也因此並非用來特別指出本發明之關鍵性或是重要元件，也非用來界定本發明之範圍。其唯一目的僅在以簡單之方式展示本發明之數種概念，並作為以下發明詳細說明之前言。

本發明揭示一靜電吸盤，尤為適合在高生產率下製造基板。本發明揭示之吸盤可用以一次製造一個基板，或同時在數個吸盤上製造數個基板。例如，已揭示之實施例可用以同時製造多數太陽能電池，以提供高生產率。

本發明數個實施例提供一靜電吸盤，設計成可以耐受高生產率之加工，如用在太陽能製造系統的生產量，並可抵抗腐蝕性電漿。已揭示之實施例利用熱質量及製程循環的特性，以熱控制該吸盤，並無須用到主動性/液體冷卻。

根據已揭示之實施例，一靜電吸盤主體利用鋁構成，並有足 夠的熱質量以控制該吸盤之升溫。該鋁製主體之上表面作陽極化，以耐受高利用率。一陶瓷邊框圍繞該吸盤之主體周圍，以保護其免於電漿腐蝕。如有必要，亦可提供導電接點以提供偏壓至晶圓。該接點穿過該陽極氧化後外露。

105、305、405‧‧‧主體

110‧‧‧陽極氧化鋁層

115‧‧‧陶瓷層、陶瓷邊框、陶瓷側邊

120、620‧‧‧基底

130、252、254‧‧‧接點

132、142、342‧‧‧絕緣套管

134、344‧‧‧接點桿

144‧‧‧導電桿

201、202‧‧‧傳輸帶

203‧‧‧傳輸裝置

204‧‧‧傳送裝置

205‧‧‧吸附吸盤、撿拾吸盤

208‧‧‧閘門

210、220、692‧‧‧軌道

215‧‧‧吸盤

217、685‧‧‧載具

225‧‧‧靜電晶圓吸附頭

230‧‧‧加工腔室

240‧‧‧返回模組、返回通道

250、255‧‧‧升降機

258、350‧‧‧晶圓

310‧‧‧上部陽極氧化層

311‧‧‧底部陽極氧化層

312‧‧‧側邊陽極氧化層

315‧‧‧氧化鋁陶瓷盒

320、420、520‧‧‧基底盤

322、422、522‧‧‧絕緣盤

370‧‧‧螺紋孔

415‧‧‧陶瓷邊框

580‧‧‧溝槽

690、695‧‧‧滾輪

694‧‧‧永久磁鐵

696‧‧‧線圈

698‧‧‧真空隔牆

所附的圖式納入本件專利說明書中，並成為其一部份，是用來例示數種實施例，並與本案的說明內容共同用來說明及展示本發明的原理。圖式的目的只在以圖形方式例示本發明實施例的主要特徵。圖式並不是用來顯示實際上的範例的全部特徵，也不是用來表示其中各元件之相對尺寸，或其比例。

圖1A顯示根據本發明一實施例之靜電吸盤主要元件示意圖，另圖1B顯示沿著圖1A中之A-A線所見之部份截面圖。

圖1C顯示製造圖1A及1B中之吸盤之加工流程圖。

圖2顯示利用本發明一實施例之吸盤加工基板之電漿腔室之實例。

圖3A顯示根據本發明另一實施例之靜電吸盤之主要元件示意圖，另圖3B顯示沿著圖3A中之A-A線所見之部份截面圖。

圖4A顯示根據本發明又一實施例之靜電吸盤之主要元件示意圖，另圖4B顯示沿著圖4A中之A-A線所見之部份截面圖。

圖5A顯示根據再一實施例之靜電吸盤之主要元件示意圖，另圖5B顯示沿著圖5A中之A-A線所見之部份截面圖。

圖6顯示根據本發明一實施例之靜電吸盤之主要元件及載具示意圖。

以下將參照圖式說明根據本發明實施例的靜電吸盤數種技術特徵。以下所述的實施例將包括靜電吸盤、使用該靜電吸盤之加工系統，並製作用來生產例如太陽能電池之靜電吸盤之方法。

圖1A顯示根據本發明一實施例之靜電吸盤之主要元件之概要圖，而圖1B為沿著沿著圖1A中之A-A線所見之部份截面圖。該吸盤主體105由鋁板製成，並配置成具有充足的熱質量，以控制該吸盤在電漿加工期間之加熱。該吸盤主體105之上表面作陽極化，以形成電性絕緣的陽極氧化鋁層110。該吸盤之側邊以陶瓷層或邊框115包覆。陶瓷層115可為陶瓷塗覆，施用於該鋁製主體之4側邊全部，例如，使用標準電漿噴灑塗層或其他已知之方法。在圖1A及1B所顯示之實施例中，該鋁製主體105製作於一陶瓷【浴缸】內，使鋁製主體105之全部4側及底部皆被該陶瓷邊框115包覆。該主體105黏結在該陶瓷邊框115。該陶瓷邊框115之頂部與該陽極氧化鋁層110之頂部為同高度。同時，該吸盤尺寸設成使吸盤吸附的晶圓延伸超出陶瓷側邊115，以覆蓋該陶瓷側邊115的頂部。如同圖1A中虛線所示的晶圓150外形。

該吸盤附著到一基底120，是由一絕緣或導電材料製成。一孔洞形成並通過該基底120，且一絕緣套管142位於其中。一導電接點桿144通過該絕緣套管122，以與該鋁製主體105形成電性接觸。導電桿144用以傳導高電壓電位，以產生吸附力，吸附該晶圓。

在某些加工腔室內需要加偏壓於該加工後晶圓，以從該電漿吸引離子至該晶圓。為此，有接點130之該吸盤可用以傳送電位偏壓至該晶圓。每一絕緣套管132形成一通過該基底120及該主體105之接點130。 一彈性偏壓或可伸縮(未描繪)之接點桿134通過該絕緣套管132。

該保護用的陶瓷邊框415由如氧化鋁、碳化矽、氮化矽等材料製成。該陶瓷材料之選擇取決於在電漿內之氣體種類及該加工後晶圓可能蒙受之污染而定。

圖1A及1B所描繪之設計較現今技術之吸盤有一定的優勢。例如，因其設計簡單，生產成本低廉。並且，該陽極化表面可以耐受重複使用，同時該陶瓷邊框保護該陽極氧化層與該吸盤之主體不受電漿腐蝕。因為該陶瓷邊框設計成比吸盤吸附的晶圓稍小，該陶瓷邊框因受晶圓覆蓋，因此可預防該吸盤/陶瓷邊框之邊緣遭電漿攻擊。

圖1C顯示描繪於圖1A及1B中之吸盤之加工流程圖。在步驟161，將一鋁塊加工以形成該吸盤之主體105。在步驟162，該鋁製主體之上表面利用標準陽極氧化加工。在步驟163製作陶瓷邊框115，在步驟164，將該鋁製主體黏結在該陶瓷邊框115。在步驟165，將該主體及該邊框之組件黏結在一基底120。在步驟166，將各種電性接點及絕緣套管貼附於該吸盤。

圖2顯示利用圖1A及1B描繪之吸盤之電漿系統一實例之截面示意圖。因為圖2用以提供利用可傳輸靜電吸盤之應用例，與該功能無關之元件即未顯示在圖中。在圖2顯示之加工腔室230可為任一電漿加工腔室，如蝕刻、電漿輔助化學氣相沈積(PECVD)、物理氣相沈積(PVD)等用途的腔體。

下述為利用圖2之實施例加工之一種處理順序。該晶圓258以一送入傳輸帶202運送至該系統。在此實施例中，是將數個晶圓258並排 擺放，方向與傳輸帶運送方向垂直。例如，三個晶圓258可並排，如放大圖中所示，該圖為在傳輸帶上之基板的俯瞰圖，其箭頭顯示傳送之方向。

一晶圓傳送裝置204用以從該傳輸帶202拾取該晶圓258，轉送至該加工吸盤215上。在此例子中，該傳送裝置204使用一靜電吸附吸盤205，可沿著軌道210移動，並利用靜電吸力吸附一或多個晶圓，例如，一列3個晶圓，並傳送該晶圓至該加工吸盤215。在此實施例中是使用3個加工吸盤215，以接收由撿拾吸盤205支持之3個基板。如圖2所示，在裝載站C上完成裝載該晶圓至該加工吸盤215上。接著經由閘門208傳輸該貼附於載具217之加工吸盤115至該第一加工腔室230內。

該加工腔室藉由閘門208與該裝載站並其他腔室隔離。閘門208大幅限縮與連接腔室的導通，允許在腔室內進行個別的壓力及氣體控制，而不需使用真空閥與O形圈密封。在此例子中，只用到一個單一加工腔室230。然而，如此行業人士可知，可增加一系列的其他腔室，以使該基板可從一腔室，經由置於兩個腔室間之隔離閘門208移至下一個腔室(未描繪)。

一旦吸盤215已位於該處理腔室230內，可藉由接點252及254使接點桿134及144通電，以供應所需之電壓電位。接著開始電漿處理，並對該基板加工。等到在一系列腔室之最後一個腔室內加工完成時，最後一個閘門208即開啟並傳送該吸盤215至該載具217上，以到達該卸載站H。

在該卸載站H，一晶圓傳輸裝置203用以從該吸盤215上卸載該晶圓，並轉送該晶圓至卸載傳輸帶201。傳輸裝置203使用一靜電晶圓吸附頭225，該吸附頭225與該吸附吸盤205一樣可在軌道220上移動。該 吸附頭225利用靜電力從加工吸盤215轉送晶圓至送出傳輸帶201。晶圓送出傳輸帶201從該吸附頭225接收該晶圓，並傳輸至其他下游加工程序。

其後，該吸盤215即藉由升降機250下降，並藉由吸盤返回模組240傳輸至升降機255。升降機255將該吸盤送回至平台C，以接收另一批晶圓。如上述可知，本發明使用數個加工吸盤，以使每一加工站常時裝載有晶圓，且加工腔室也常時在使用中，以加工晶圓。換言之，當一組吸盤離開加工腔室，進入加工站H時，另一組也從加工站C進入該腔室，而另有再一組則從升降機255移動進入加工站C。同時，在此實施例中，在該升降機250及255將吸盤於加工階段與返回階段間移送之過程中，升降機可以主動的使處理用吸盤215降溫，例如使用熱沉。另一種方式，或者可額外增加的方式則是利用冷卻站J，藉由將該吸盤接觸至一熱沉的方式，冷卻該吸盤。該加工吸盤215即從卸載站H經由位在加工階段區下方之返回通道240，返回至裝載站C。

在每個升降機上及在每個加工腔室內，皆有可以連接至該吸盤之電性接點252，以提供靜電吸附晶圓。換言之，如上所述，因為該吸盤皆為可傳送，該吸盤上並無永久連接處。因此，在此實施例中，加工站C及H及每一加工腔室230皆包括電接點252，以藉由接點144傳輸電位至該吸盤，並使其能以靜電吸附。如有必要，可選用將DC偏壓接點254配備於每一加工腔室230，以供應晶圓DC偏壓。換言之，就某些製程而言，除了電漿RF功率外，亦使用DC偏壓以控制電漿對晶圓上之離子轟擊。該DC電位藉由接點134耦接至該晶圓，晶圓從接點254接收該DC偏壓。

因此，如上所見，圖2所描繪之該系統可利用數個加工吸盤 215，其可連續從裝載站C移出，經過一連串加工腔室230，抵達一卸載位置H。該加工腔室230藉由閘門208可各自抽真空並與其他腔室分離，且與該裝載及卸載區域分離。閘門208提供個別腔室的真空及電漿區域分隔。此設計可達成各別加工區的氣體物種個別化與氣壓控制個別化的目的。為求簡化，圖2只顯示一加工腔室230，但該系統可另以一系列之腔室串連連結，以使一吸盤離開一腔室後，直接進入第二腔室。

該吸盤經由位在處理腔室230下方的真空通道240，從該卸載站H返回至該裝載站C。該吸盤在該系統內路徑一再循環，使其無法配備任何固定的連結，如電線、氣體管線或冷卻管線。供偏壓與吸附力的接點是提供在每一吸盤停放位置。吸盤藉由在該卸載及裝載升降機250及255上並/或冷卻站J，分別地進行主動冷卻來達到冷卻效果。在此例子中，該吸盤的冷卻是以機械方式由冷卻的熱沉箝住的方式為之。

在圖2之實例中，在加工過程中每一加工腔室都使用數個吸盤215，故可同時對多數的基板作電漿加工。在此實施例中，晶圓是藉由數個個別之吸盤支持而可同時加工，例如，使用3個並排之吸盤。在一特定例子中，每一腔室是建置成可保持一列共3個吸盤，以同時加工此3個晶圓。當然，也可能使用其他的排列方式，例如，一2x3陣列之吸盤等。

圖3A為根據本發明另一實施例而描繪一靜電吸盤之該主要組件之示意圖，而圖3B則描繪沿著A-A線所見之部份截面圖。圖3A與3B中，與圖1B與圖1A中類似的元件，均標示相同參考號碼，但其百位數不同。如圖3A可見，並無提供偏壓直接接點至該晶圓350。反而，從該電漿至該吸盤提供電容耦接，以提供RF路徑至該吸盤，及提供偏壓至該晶圓。

該靜電吸盤之結構將參考圖3B來解說。此實施例之吸盤是以成形機器加工製成鋁製主體305。接著將該主體305之整體表面陽極氧化，以提供硬質的絕緣表面，如圖中上部陽極氧化層310、底部陽極氧化層311及側邊陽極氧化層312所顯示。該陽極氧化鋁製主體黏著到一例如氧化鋁陶瓷盒315上，作為一絕緣體，並保護該陽極氧化鋁製主體之側邊不受電漿腐蝕。該陶瓷盒黏著至一絕緣盤322，可由聚酰亞胺、Kapton®等材質製成。該絕緣盤322之厚度取決於其材料之介電常數，以能提供所需之RF功率電容耦接至該基底盤320為目的。基底盤320由鋁製成並也已陽極氧化，且用以從該電漿電容耦接RF。該耦接之量部分取決於該絕緣盤322之特性，例如其厚度及介電常數。同時，替代性方法是不使用絕緣盤，而是將該盒315之底盤製成較厚，以提供相同的絕緣特性。同時，提供螺紋孔370，以將該吸盤附著於一載具，如下所述。

如上所述，該鋁製主體305全部側邊皆已陽極氧化。因此，為與該接點桿344達成電性連接，須從該鋁製主體底部上之接點區域移除該陽極氧化層。除此之外，在該已移除陽極氧化之區域，電鍍上一層導電層，例如，鎳、鉻等。將該接點桿344插入至該絕緣套管342內後，即可接觸到該已電鍍之導電層並維持良好的電性連接。

如上所述，為製造簡易、成本低且可傳輸之吸盤，並無偏壓功率提供至該晶圓之接點，且無提供冷卻。並且，不像生產半導體所用的吸盤，其中該已裝載之晶圓為圓形，在此該晶圓為方形，以符合太陽能電池製程需求。因此，該電漿於該晶圓上可為極不均勻，導致對該晶圓之加工也不均勻。圖4A及4B描繪之實施例設計以克服此電漿之不均勻性。

圖4A及4B所描繪之吸盤結構與圖3A及3B的吸盤相似，且圖4A及4B中與圖3A及3B中相似的元件，均標示相同參考號碼，但其百位數不同。然而，為克服電漿之不均勻性，圖4A及4B之實施例中，該絕緣盤422有一不平坦之下表面，並該基底盤之上表面有一匹配表面。在圖4A及4B之實施例中，該絕緣盤422之下表面為凸出表面，而該基底盤420之上表面則為一匹配的下凹形狀。也就是，該絕緣盤之邊緣比其中間處還薄。因此，降低該吸盤邊緣與該主體405與該基板盤420間之絕緣性，以使耦接至該邊緣部份的RF較中間部份為多，以提高電漿的均勻性。

該電漿之不均勻性可藉由其他方法改善。例如，該絕緣盤可以製成具有變化的介電常數，以使在該盤中間的介電常數比在邊緣還高。例如，該絕緣盤也可以形成一系列圈環，每一個環使用不同介電常數的材料製成。圖5A及5B描繪另一種替代性的做法。圖5A及5B中與圖3A及3B中類似的元件，均標示相同參考號碼，但其百位數不同。如圖5B所示，一系列之溝槽580形成於該絕緣盤522之一表面上。該溝槽可降低該絕緣盤522之介電絕緣，並能用低介電質材料或導體填滿，端看該絕緣需求。例如，該溝槽可使用相同於上述用以黏結該絕緣盤522至該基底盤520的黏著劑填滿，如Kapton®或導電黏著劑。

圖6描繪一利用上述任一吸盤在一電漿加工系統之設置示意圖，該系統可如圖2所示。一般而言，吸盤連接至一載具685，例如將該基底620以螺釘固定至該載具685。該載具685有一組垂直方向之滾輪690及一組平行方向之滾輪695，兩者設計成可在軌道692上滾動。在此實施例中，驅動力是由一線性馬達提供。該線性馬達部分位於真空中之載體上， 部分位於真空外的真空隔牆698之外。例如，可使用一系列之線圈696位於隔牆698外之大氣環境中，一系列之永久磁鐵694位於該載具之底部，形成該線性馬達。

必須說明的是，以上所述之方法及技術本質上並不限於任何特定之裝置，且可以任何適用之元件組合加以達成。此外，各種態樣之泛用性裝置也可適用在所述之發明中。本發明既已利用特定之實施例說明如上，上述之說明目的僅在例示本發明。於此行業具有普通知識、技術之人士，不難由以上之說明，衍伸出其他不同組合，而實現本發明之內容。

此外，其他實現本發明的方法對於習於斯藝之人士，也可從本案的專利說明書進行考慮，並實施所述的本發明內容，而加以達成。本發明所述的實施例所使用的數種面向及/或元件，都可以單獨使用，也可以任何方式結合。本說明書及其圖式都只能作為例示之用，本發明真正的範圍與精神，只能由以下的申請專利範圍所規範。

105‧‧‧主體

110‧‧‧陽極氧化鋁層

115‧‧‧陶瓷層、陶瓷邊框、陶瓷側邊

120‧‧‧基底

130‧‧‧接點

132、142‧‧‧絕緣套管

134‧‧‧接點桿

144‧‧‧導電桿

Claims (23)

1. 一用於電漿加工腔室之靜電吸盤，包括：一有一陽極氧化上表面之鋁製吸盤主體；一陶瓷邊框，包圍並黏結該鋁製主體；高壓電性接點，電性連接至該鋁製主體。
2. 如申請專利範圍第1項的靜電吸盤，更包括一陶瓷盤，黏結至該鋁製主體之下表面。
3. 如申請專利範圍第2項的靜電吸盤，其中該陶瓷盤與該陶瓷邊框形成一體，形成一盒體，且該鋁製主體黏結於該盒內。
4. 如申請專利範圍第3項的靜電吸盤，其中該邊框之上表面與該陽極氧化上表面齊平。
5. 如申請專利範圍第2項的靜電吸盤，更包括一基底，貼附於該陶瓷盤之下表面。
6. 如申請專利範圍第2項的靜電吸盤，更包括一絕緣盤，貼附於該陶瓷盤之下表面，及一基底，貼附於該絕緣盤之下表面。
7. 如申請專利範圍第6項的靜電吸盤，其中該絕緣盤配置成可變更RF電源至該基底之電容耦接。
8. 如申請專利範圍第6項的靜電吸盤，其中該絕緣盤有一不均勻之厚度。
9. 如申請專利範圍第6項的靜電吸盤，其中該絕緣盤邊緣比其中心還薄。
10. 如申請專利範圍第6項的靜電吸盤，其中該絕緣盤在一表面上 有數個溝槽。
11. 如申請專利範圍第1項的靜電吸盤，其中該邊框構成比要在該靜電吸盤上加工之晶圓稍小之尺寸。
12. 如申請專利範圍第1項的靜電吸盤，更包括吸附接點，該接點與該鋁製主體絕緣，並延伸穿過該陽極氧化上表面。
13. 如申請專利範圍第1項的靜電吸盤，其中該陶瓷邊框包括氧化鋁。
14. 一種電漿加工腔室，包括：一腔室包覆，建置成可維持真空環境及支持電漿於其內，並有一裝載埠及一卸載埠；一傳輸裝置，用以經由該裝載埠傳送至少一載具進入該加工包覆內，並經由該卸載埠傳送該至少一載具離開該加工包覆；一由該傳輸裝置傳輸之載具，該載具有一靜電吸盤貼附於其上，該吸盤包括一鋁製主體及一陶瓷邊框，黏結於該鋁製主體。
15. 如申請專利範圍第14項的電漿加工腔室，更包括一高壓電性接點，提供於該腔室內，並耦接DC電壓至該鋁製主體。
16. 如申請專利範圍第15項的電漿加工腔室，其中該鋁製主體包括一陽極氧化上表面。
17. 如申請專利範圍第16項的電漿加工腔室，其中該吸盤更包括吸附接點，與該鋁製主體電性絕緣，並延伸穿過該陽極氧化表面。
18. 如申請專利範圍第14項的電漿加工腔室，其中該傳輸裝置配 置以同時傳輸數個裝有靜電吸盤之載具至該腔室包覆，並其中該腔室包覆配製以同時電漿加工數個位於該數個靜電吸盤上之基板。
19. 一用以製造一靜電吸盤的方法，包括：加工一有一上表面，用以接受一基板之鋁製吸盤主體；陽極氧化該鋁製吸盤主體，至少包括其上表面；形成一陶瓷層於該鋁製吸盤主體之所有側邊；及形成一電性接點至該鋁製主體。
20. 如申請專利範圍第19項的方法，其中該形成一陶瓷層之步驟包括用陶瓷材料塗覆該鋁製吸盤主體之側邊。
21. 如申請專利範圍第19項的方法，其中該形成一陶瓷層之步驟包括製造一陶瓷邊框並黏結該鋁製吸盤主體至該陶瓷邊框。
22. 如申請專利範圍第21項的方法，其中該陶瓷邊框與一陶瓷盤製成一體，以形成一盒體，且其中該鋁製主體黏結於該盒內，更包括形成一絕緣盤及黏結該絕緣盤於該盒下表面之步驟。
23. 如申請專利範圍第22項的方法，更包括形成一基底並貼附該基底於該絕緣盤下表面之步驟。