TW201511063A - 基底處理系統中之粗糙化矽襯墊 - Google Patents

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Abstract

一種例如是離子植入系統、沈積系統和蝕刻系統的基底處理系統，其具有粗糙化矽襯墊。矽襯墊是用可以產生細部表面特徵的化學加工來粗糙化，像是微角錐，其高度可以小於二十微米。這些微角錐已經比一般在石墨襯墊中常見的粗糙化特徵更小，儘管事實如此，粗糙化的矽能夠保留沈積的鍍膜且避免剝落。一種在這些基底處理系統上執行預防性保養的方法亦被提出。

Description

基底處理系統中之粗糙化矽襯墊
本發明的示範實施例是有關於一種用於加襯及粗糙化基底處理系統的部件的方法及裝置。
半導體、太陽能電池(Solar Cells)或其他種類的基底可以在不同的基底處理系統中處理，像是離子植入系統、沈積系統和蝕刻系統。一些離子植入系統可以包括離子源、提取電極、質量分析儀、準直磁鐵，一個或多個加速或減速台以及容納基底的處理腔。沈積系統可以包括離子源、靶材以及配置在處理腔中的基底。像是內壁、電極、絕緣體及其他配置於這些系統中的元件常出現裂化或被鍍膜的徵象。這可以是由於兩個不同原因。舉例來說，離子或其他材質可以沈積在這些元件上。另外元件本身在被充能的離子撞擊時會產生顆粒，導致下游的污染。舉例來說，質量分析儀的內壁可以被充能的離子撞擊，導致構成質量分析儀的材質的濺射。此外，像是在離子源中釋放出的更上游的材質可以被沈積並鍍膜在質量分析儀的內壁上。在形成足夠厚度的一層 後，這鍍膜會剝落而導致下游的污染。在其他實施例中，這些接近基底的區域中的，這些元件上可以形成薄膜光阻。
目前，通常由石墨製作的襯墊來解決這些問題。石墨是碳基。因此，就算襯墊受到濺射，釋放的碳對配置於下游的元件和基底來說可具有最小的影響。此外，石墨可以由機械式粗糙化來形成粗糙的內表面。粗糙化石墨可具有深度約0.3公釐的表面特徵。鍍膜在襯墊的沈積材質良好地黏附在此粗糙化表面，因此減少剝落的可能性。
然而，石墨的缺點是在充能離子撞擊時會有粒子化的傾向。這可能是由石墨的微結構所導致，其為微小碳粒子在非結晶碳基質中結合在一起的集合。因此，如果有一種襯墊及粗糙化方法可以抗粒子化且不容許沈積的鍍膜剝落，同時可用於離子植入系統中的話會是有幫助的。
本發明提供一種例如是離子植入系統、沈積系統和蝕刻系統的具有粗糙化矽襯墊的基底處理系統。矽襯墊是用可以產生細部特徵的化學加工來粗糙化，像是微角錐，其高度可以小於二十微米。這些微角錐已經比一般在石墨襯墊中常見的粗糙化特徵更小，儘管事實如此，粗糙化的矽能夠保留沈積的鍍膜且避免剝落。
在本發明的一實施例中，提出一種基底處理系統，其包 括具有多個腔壁且有基底配置其中的處理腔、和處理腔相通的進給氣體源、由進給氣體產生電漿的電漿產生器、以及配置於處理腔的至少一腔壁的表面上的矽襯墊，其中矽襯墊朝向處理腔的內側的表面粗糙化。粗糙化矽襯墊可具有高度小於二十微米的多個微角錐。
在本發明的另一實施例中，提出一種離子植入系統，其包括離子源、有基底配置其中的處理腔、以及配置於系統中的矽襯墊，其中矽襯墊的表面粗糙化。粗糙化矽襯墊可具有高度小於二十微米的多個微角錐。
在本發明的另一實施例中，提出一種束線(beamline)離子植入系統，其包括離子源、配置於離子源外以吸引自離子源中產生的離子來形成離子束的電極、讓離子束通過的質量分析儀、位於質量分析儀的輸出端以允許具有所需荷質比的離子通過的分析孔徑、位於離子束的路徑使離子束聚焦的聚焦元件、有基底配置其中的處理腔、以及配置於環繞分析孔徑的外殼上或聚焦元件上的矽襯墊，其中矽襯墊面對離子束的表面被化學粗糙化，以致粗糙化的表面包括高度小於二十微米的多個微角錐。
100‧‧‧外罩
105‧‧‧氣體源
110‧‧‧離子源
115‧‧‧源襯套
120‧‧‧電極
121‧‧‧汲取電極
122‧‧‧抑制電極
125‧‧‧絕緣操縱組件
130‧‧‧汲取離子束
140‧‧‧質量分析儀
144‧‧‧四極透鏡、離子聚焦鏡
145‧‧‧分析孔徑
150‧‧‧分析後離子束
170‧‧‧加速或減速台
180‧‧‧基底支撐物
185‧‧‧處理腔
190‧‧‧基底
195‧‧‧襯墊
200‧‧‧系統
205‧‧‧腔
207‧‧‧壁
210‧‧‧進氣口
211‧‧‧進給氣體源
220‧‧‧射頻天線
225‧‧‧介電窗
230‧‧‧平台
250‧‧‧電漿
251‧‧‧靶材
255‧‧‧離子
260‧‧‧基底
275‧‧‧控制器
280‧‧‧腔電源供應器
281‧‧‧偏壓電源供應器
282‧‧‧電源供應器
290‧‧‧襯墊
為了更好地理解本發明，參照通過引用結合到本文的附圖，附圖包括： 圖1根據本發明的一實施例展示代表性的離子植入系統。
圖2表示矽襯墊的表面的放大圖。
圖3根據本發明的另一實施例展示代表性的離子植入系統。
圖4表示代表性的沈積和蝕刻系統。
圖1根據本發明的一實施例表示可使用的代表性離子植入系統。在此系統中有離子源110，其和進給氣體源105相通。進給氣體自進給氣體源105供給到離子源110。進給氣體可以是任何適合的氣體。舉例來說，在一些實施例中，可以用像是三氟化硼(BF3)或乙硼烷(diborane)的含硼氣體。在其他實施例中，可以用像是磷化氫(PH3)的含磷氣體。
在本發明的一實施例中，離子源110可包括間接加熱陰極(Indirectly Heated Cathode,IHC)儲藏在鎢腔中。此離子源110可以被容納於更大的外罩100中。一般當離子源110以大量的電壓偏壓時，可能需要使離子源110和外罩100彼此電性獨立。這可以藉由源襯套115達成。
離子源110外是一個或多個電極120，其以適當的偏壓來吸引離子源110產生的離子。這些離子被電極120吸引並穿透電極120。在一些實施例中，可以有多個電極120像是汲取電極(extraction electrode)121和抑制電極(suppression electrode)122。這些電極120可以具有不同電壓，也因此必須是彼此電性獨 立。這些可以藉由保持電極120的電壓的絕緣操縱組件125的使用來達成。
汲取離子束130可接著進入質量分析儀140。離子束流過質量分析儀裡的導管(Guide tube)(未繪示)。在一些實施例中，像是四極透鏡(quadrupole lens)144或離子聚焦鏡(Einzel lens)的聚焦元件可以被用來使離子束聚焦。分析孔徑145配置在質量分析儀140的輸出端，其僅取出具有所需荷質比的離子。僅具有所需離子的分析後離子束150，接著被注入到可以被設置在基底支撐物180上的基底190。在一些實施例中，一個或多個加速或減速台170可以利用來調整分析後離子束150的速度。這些加速或減速台170可以接近處理腔185配置。基底190和基底支撐物180可以被配置在處理腔185中。
本發明所屬技術領域中具有通常知識者可以認定其他沒有繪示於圖1的元件也可以是離子植入系統的一部分。本發明所屬技術領域中具有通常知識者也可以認定圖1中像是質量分析儀140或加速或減速台170的各種各樣的元件可以不用被用在某些離子植入系統中。
像是質量分析儀140的壁這種特別易受濺射或鍍膜影響的區域可以有襯墊。其他易受影響的區域可包含像是四極透鏡及離子聚焦鏡144這種聚焦元件的襯墊，以及加速或減速電極組件，其中離子束鄰近襯墊材料行進。根據一實施例，襯墊195可以不是石墨而是矽。矽具有數個優點。第一，矽很低廉、容易取得且 可以得到非常高的純度。此外，可以和被處理的基底具有相同的材質。因此，任何由襯墊195產生的粒子造成最小的污染。此外，矽相較於石墨傾向產生較少的粒子。
儘管有這些優點，不幸的是拋光後的矽不善於留住或保持沈積的材質。此外，矽不像是石墨，矽非常難以機械式粗糙化表面。因此，鍍膜材料自拋光的矽襯墊的剝落會是問題。
不像是習知的石墨襯墊，本揭露的矽襯墊195是利用化學處理來粗糙化。本發明所使用的粗糙化的定義為襯墊表面的缺陷的引入，進而增加表面積。因此，粗糙化是用來使襯墊的表面粗糙。此表面積的增加改善了襯墊留住鍍膜材料的能力。此外，上述缺陷提供一些結構可以讓鍍膜材料吸附其上。舉例來說，鍍膜材料可以更輕易地吸附在相鄰的微角錐之間所形成的凹陷中。粗糙化可以以機械手段或化學手段完成。此粗糙化或粗糙的表面配置於系統中以便面對系統的內壁。
在一實施例中，提供一種按離子植入系統被加襯墊的面積或區域的大小來製作的矽薄板。在其他實施例中，矽薄板具有已知或特定的大小，且多個薄板被用來形成所需大小的襯墊，其用來加襯於所需區域。
矽襯墊195配置在植入系統的元件上。如上所述，這些襯墊可以被配置在質量分析儀140、環繞分析孔徑145的外殼、處理腔壁的壁上、聚焦元件、電極或其他區域上。在一些實施例中，因為矽比較不可能會粒子化，這些矽襯墊可以被配置在離子植入 系統中被暴露以受到大量的或強烈的離子束撞擊的區域中。在一些實施例中，矽襯墊195被放置在像是沒有接電的電極這種沒有電性偏壓的元件上。
然而，在其他實施例中，像是質量分析儀140這種被加襯的元件可以被一電壓偏壓。換句話說，矽襯墊可以被配置在有電性偏壓的表面上。因為矽是天生不導電的，矽襯墊可以被摻雜來使襯墊成為導電的。舉例來說，矽襯墊的硼或磷的摻雜可以減少整體電阻值(bulk resistivity)至10歐姆-公分以下。
在任何這些實施例中，襯墊195被應用以致於(100)結晶表面被暴露於離子束。此參照為暴露面的表面被像是氫氧化鈉或氫氧化鋇的氫氧化物處理。此處理造成矽襯墊195的暴露面上的微角錐的形成。此處理過表面的放大代表圖展示於圖2。圖中所見的微角錐可以是約5微米高。在其他實施例中，這些微角錐可以是約10微米高。在其他實施例中，這些微角錐可以高到20微米。此外，如圖2所示，這些微角錐的高度及間隔是不規則的，使得微角錐在高度上有變化。同樣地，這些微角錐之間的間隔也可以有變化。換句話說，矽的化學粗糙化所產生的表面特徵可以小於傳統粗糙化石墨襯墊上的表面特徵約50倍。意外的是，這些粗糙化表面比切過的或是拋光過的矽可以更強韌地留住沈積材料，並像粗糙化更深的石墨襯墊一樣留住沈積材料。
因此，在一實施例中，離子植入系統包括至少一表面，其有用經過化學粗糙化來產生粗糙的暴露面的矽襯墊來加襯。此 化學處理可以透過暴露於像是熱氫氧化物溶液這種氫氧化物來完成。
儘管圖1及上述揭露內容敘述一束線離子植入系統，粗糙化矽襯墊可以被應用在其他離子植入系統中。舉例來說，圖3展示基底處理系統200。在一實施例中，此基底處理系統200可以是電漿摻雜(Plasma doping,PLAD)植入系統。在本實施例中，電漿參雜植入系統200包含由數個可以由石墨、矽、碳化矽(silicon carbide)或其他適合材料所形成的壁207所定義的腔205。可以透過進氣口210供給容納於進給氣體源211的進給氣體至此腔205。此進給氣體可以被電漿產生器充能。在一些實施例中，射頻天線(RF antenna)220或其他機械裝置被用來產生電漿250。射頻天線220和提供電源給射頻天線220的射頻電源供應器(未繪示)之間有電子通信。像是石英或氧化鋁窗這種的介電窗225可以被配置在射頻天線220和植入腔205的內壁之間。系統200也包含控制器275。控制器275可接收來自各種系統及元件的輸入訊號並提供輸出訊號來個別控制上述的系統及元件。
電漿250中帶正電離子255藉由腔205(其定義電漿250的電位)和基底260的電位差來被基底260吸引。在一些實施例中，壁207可以比基底260有更多的正偏壓。舉例來說，壁207可以是電性連接至正電偏壓的腔電源供應器280。在本實施例中，基底260連接至平台230，其與偏壓電源供應器281連接，其以低於供應至腔電源供應器280的電壓偏壓。在某些實施例中，偏壓 電源供應器281可以維持在接地電位。在第二實施例中，腔電源供應器280可以接地，同時偏壓電源供應器281可以以負電壓偏壓。儘管此二實施例敘述基底260或壁207的任一是在接地電位，其並非必須的。只要壁207被任何大於施加於平台230的電壓偏壓，來自電漿250的離子255就會被基底260吸引。
襯墊290可以例如是沿著壁207的內壁配置在腔205之中。襯墊290可以被膠黏或黏附到腔壁207，以致於襯墊的(100)結晶表面面向腔205的內壁。換句話說，此(100)結晶表面暴露於腔205中所產生的鍍膜材料。如上所述，矽襯墊290在和電性偏壓的腔壁使用時，可以在安裝前被摻雜物摻雜來降低整體電阻值。
展示於圖4的系統可以被用來當作沈積或蝕刻腔。此系統300與圖3所展示的類似。具有相同功能的元件被給予相同的標號且不再重複敘述。低溫沈積系統可屬於物理氣相沈積(Physical Vapor Deposition,PVD)或電漿增益型化學氣相沈積(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition,PECVD)二種的其中一種。
物理氣相沈積又稱為原子濺鍍，其使用要沈積的材料的靶材251並利用電源供應器282來提供負電位給靶材251。真空處理腔可以是圖4中的腔205，其同時容納用以接收鍍膜的靶材251和基底260。腔205用一氣體(一般是氬)填補至幾千托(torr)。由電源供應器282施加於靶材251的電位產生氣體的電漿250，且 電漿250中的正離子被靶材251吸收並用足夠能量來撞擊出靶材251的原子。這些原子自靶材251噴射並以形成餘弦分佈形狀的軌道往全方向移動，並撞擊腔壁207、保護襯墊290及基底260。因此，在本實施例中，有加偏壓的靶材251可以被當作電漿產生器。在一些實施例中，在沈積製程(離子輔助沈積)的過程一般可以引入Kauffman型的離子源來以離子衝擊基底260。物理氣相沈積一般被用於像是以鋁、銅、鎳和鈦的金屬鍍膜來形成積體電路中的接點及接線。
電漿增強型化學氣相沈積(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition,PECVD)利用具有所欲沈積的材料的處理氣體來沈積，因此不包含圖4所示的靶材251和電源供應器282。電漿250在真空處理腔205中由電漿產生器產生，像是可以利用射頻天線220(請見圖3)將射頻功率的電感或電容耦合至處理氣體中。電漿250導致處理氣體分離，也導致包括基底260的全部暴露表面被鍍膜。一實例是藉由四氫矽(SiH4)的分離來沈積非晶矽。混合的處理氣體也可以被用來沈積像是氮化矽(Si3N4)或二氧化矽(SiO2)的化合物。電漿化學氣相沈積一般被用在形成介電鍍膜來當作積體電路中的阻礙或夾層介電質(interlevel dielectrics)。
在另一實施例中，圖4的腔可以被用來產生一蝕刻站。在電漿或乾式蝕刻中，電漿產生器可以被電容耦合到腔205。舉例來說，射頻功率透過電容耦合被傳遞到基底260。真空處理腔205為了「濺鍍蝕刻」的製程而填入惰性氣體(一般是氬)或為了「反 應離子蝕刻」的製程而填入反應氣體(三氟化氮(NF3)、四氟化碳(CF4)或反應氣體的混合)。自基底260移除的材料可以沈積在腔壁207和襯墊290上，並可以和反應氣體形成揮發性化合物而被排出。
如同所有的襯墊，最終在所有這些實施例中，在襯墊上增長的鍍膜必須被移除。這些粗糙化矽襯墊可以允許基底處理系統比先前可能在需要預防保養之前維持更久的運作。此外，這些粗糙化矽襯墊的清理可以較傳統的石墨襯墊不繁瑣且困難較低。根據一實施例，可以使用像是去離子水和異丙醇(isopropyl alcohol,IPA)的混合物這種用來移除特定膜層的清潔劑。在另一實施例中，噴砂處理可以被利用來移除鍍膜。此噴砂處理製程可以是乾式或濕式製程。在一些實施例中，此清潔製程可以移除矽襯墊的紋理。在這些實施例中，襯墊的粗糙程度可以藉由將暴露表面暴露於另一化學加工而恢復，像是此處所述暴露到熱氫氧化物溶液。因此，第一清理步驟已經完成，其可以是物理性(亦即噴砂)或化學性的(亦即清潔劑)。在這之後，清理過的襯墊接著暴露到重新粗糙化襯墊的化學加工。因此，儘管在一清理循環之後，矽襯墊的紋理可以被快速且經濟的恢復。
矽襯墊的粗糙化移除約5-10微米的材料。因矽襯墊可已是介於0.5到3釐米(比粗糙化所移除的深度厚數百倍)，襯墊可以在需要更換之前被重建(亦即重新粗糙化)很多次。因此，矽襯墊可以在其使用壽命結束前承受多次預防保養。
本公開的範圍並不局限於本文所述的具體實施例。實際上，通過前面的描述和附圖，除了本文所述的之外，本公開的其他各個實施例以及對本公開的修改也將是本領域的技術人員顯而易見的。因此，這類其他實施例和修改預計落入本公開的範圍之內。此外，雖然本文中為了特定目的而在具體環境的具體實現的上下文中描述了本公開，但是本領域的技術人員將會知道，其有用性不限於此，並且本公開可為了任何數量的目的而在任何數量的環境中有利地實現。相應地，下面提出的權利要求應當根據本文所述的本公開的全面範圍和精神來理解。
100‧‧‧外罩
105‧‧‧氣體源
110‧‧‧離子源
115‧‧‧源襯套
120‧‧‧電極
121‧‧‧汲取電極
122‧‧‧抑制電極
125‧‧‧絕緣操縱組件
130‧‧‧汲取離子束
140‧‧‧質量分析儀
144‧‧‧四極透鏡、離子聚焦鏡
145‧‧‧分析孔徑
150‧‧‧分析後離子束
170‧‧‧加速或減速台
180‧‧‧基底支撐物
185‧‧‧處理腔
190‧‧‧基底
195‧‧‧襯墊

Claims (15)

  1. 一種基板處理系統，包括：處理腔，具有多個腔壁，基板配置其中；進給氣體源，其和所述處理腔相通；電漿產生器，由所述進給氣體產生電漿；以及矽襯墊，配置於所述處理腔的所述腔壁的至少一者的表面上，其中所述矽襯墊朝向所述處理腔的內側的表面粗糙化。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的基板處理系統，其中所述矽襯墊的所述粗糙化的表面包括高度小於二十微米的多個微角錐。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的基板處理系統，其中所述微角錐具有不同的高度。
  4. 如申請專利範圍第2項所述的基板處理系統，其中所述微角錐之間具有不同的間隙。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的基板處理系統，其中所述矽襯墊的所述粗糙化的表面包括化學處理表面。
  6. 一種離子植入系統，包括：離子源；處理腔，其中配置有基板；以及矽襯墊，配置於所述系統中，其中所述矽襯墊的表面粗糙化。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的離子植入系統，其中所述矽襯墊配置於所述系統暴露於重離子束撞擊的區域。
  8. 如申請專利範圍第6項所述的離子植入系統，更包括位於 質量分析儀裡面的導管，其中所述矽襯墊配置在所述質量分析儀的所述導管中。
  9. 如申請專利範圍第6項所述的離子植入系統，更包括聚焦元件，其中所述矽襯墊配置於所述聚焦元件上。
  10. 如申請專利範圍第6項所述的離子植入系統，更包括加速或減速電極組件，其接近所述處理腔配置，其中所述矽襯墊配置在所述加速或減速電極組件上。
  11. 如申請專利範圍第6項所述的離子植入系統，更包括分析孔徑，其接近所述質量分析儀的輸出端配置，其中所述矽襯墊配置在所述分析孔徑上。
  12. 如申請專利範圍第6項所述的離子植入系統，其中所述矽襯墊的所述有粗糙化的表面包括高度小於二十微米的多個微角錐。
  13. 如申請專利範圍第6項所述的離子植入系統，其中所述矽襯墊配置在電性偏壓的表面上，其中摻雜所述矽襯墊以便減少其整體電阻值。
  14. 如申請專利範圍第6項所述的離子植入系統，其中所述矽襯墊的所述有粗糙化的表面包括化學處理表面。
  15. 一種束線離子植入系統，包括：離子源；電極，配置於所述離子源外以吸引所述離子源中產生的離子來形成離子束； 質量分析儀，所述離子束通過所述質量分析儀；分析孔徑，位於所述質量分析儀的輸出端以允許具有所需荷質比的離子通過；聚焦元件，位於所述離子束的路徑中使所述離子束聚焦；處理腔，基板配置其中；以及矽襯墊，配置於環繞所述分析孔徑的外殼上或所述聚焦元件上，其中所述矽襯墊面對所述離子束的表面被化學粗糙化，以致所述粗糙化的表面包括高度小於二十微米的多個微角錐。
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