TWI405261B - 乾蝕刻設備 - Google Patents

Description

乾蝕刻設備

本發明係關於一種乾蝕刻設備，尤其係關於一種能夠於基板表面形成均一型樣的乾蝕刻設備。

通常，具有半導體特性之太陽能電池可將光能轉化為電能。

下面，將對習知技術中太陽能電池之結構與原理進行簡單地描述。太陽能電池通常於PN接面結構中形成，在PN接面結構中，正極半導體(P型半導體)與負極半導體(N型半導體)形成接面。當太陽光線入射到具有PN接面結構之太陽能電池上時，由於太陽光線之能量可於此半導體中產生電洞(＋)與電子(-)。透過PN接面區域中所形成之電場的作用，電洞(＋)可向P型半導體漂移，而電子(-)可向N型半導體漂移，進而隨著電位的形成便可產生電能。

大體上，太陽能電池可分為：晶圓型太陽能電池與薄膜型太陽能電池。

其中，晶圓型太陽能電池係使用由半導體材料，如矽所製成之晶圓形成。而薄膜型太陽能電池係透過於玻璃基板上形成薄膜型半導體來製成。

對於晶圓型太陽能電池而言，其缺點在於這種晶圓型太陽能電池比薄膜型太陽能電池厚並且製造這種晶圓型太陽能電池需要使用價格昂貴的材料。然而，就效能而論，晶圓型太陽能電池優於薄膜型太陽能電池。

為了使晶圓型太陽能電池中的太陽光線吸收率達到最大，需要於晶圓型太陽能電池之基板表面中形成不平整的結構(或凹凸型樣)。

如果採用單晶體矽基板，可進行濕蝕刻，例如鹼性蝕刻藉以於單晶體矽基板之表面中形成不平整的結構(或型樣)。同時，如果採用多晶體矽基板，由於晶體分子以不同的晶向方向排列，因此難以透過鹼性蝕刻於多晶體矽基板之表面中形成不平整的結構(或型樣)。

此外，如果透過濕蝕刻來形成不平整的結構(或型樣)，基板的厚度會減小。因此，當進行濕蝕刻時需要採用厚的基板。但採用厚的基板會增加太陽能電池的生產成本。

因此，業內需要提供一種用於在基板之表面中均一地形成不平整結構的新方法，藉以無須考慮晶體分子之晶向方向。

當透過用於半導體裝置或平板顯示裝置之製造過程的濕蝕刻製程對基板進行蝕刻時，採用厚的基板會導致生產成本的增加。此外，其也難以於基板中形成均一的型樣。

綜上所述，當製造太陽能電池、半導體裝置或平板顯示裝置時，越發需要一種可於基板中形成均一型樣之方法。

因此，鑒於以上的問題，本發明之目的在於提供一種乾蝕刻設備，係能夠從實質上避免由於上述習知技術之局限及缺點而導致的一個或多個問題。

本發明之一目的在於提供一種乾蝕刻設備，係能夠於基板表面形成均一的型樣。

本發明之其他特徵和目的將在如下的說明書中部分地加以闡述，並且本發明的這些特徵和目的對於本領域的普通技術人員來說，其可以透過本發明如下的說明得以部分地理解或者可以從本發明的實踐中得出。本發明的目的和其他優點可以透過本發明所記載的說明書與申請專利範圍以及附圖中所特別指明的結構得以實現和獲得。

為了實現本發明的這些及其它優點且依照本發明之目的，現對本發明作具體化和概括性地描述，本發明所提供之一種乾蝕刻設備，係用以透過使用電漿於至少一個基板上進行蝕刻，此乾蝕刻設備包含：至少一個基板，係位於腔室內的托盤之上；基座，係配置於腔室內部並面對至少一個基板，用以供應高頻功率來形成電漿；接地部件，係配置於基座之下方並且不與基座相接觸；以及絕緣部件，係配置於基座與接地部件之間。

接地部件係由其中具有中心孔的矩形或圓形平板形成。

同時，接地部件包含網目部分。

接地部件還包含複數個排列成網格結構的開口。

接地部件係由矩形或圓形形狀的框架形成。

絕緣部件係由陶瓷或特夫綸材料形成。

絕緣部件包含：面對基座之中心部分的第一絕緣體；以及與第一絕緣體相接合的複數個第二絕緣體，其中，第二絕緣體可被彎曲藉以面對基座之側面及除了基座之中心部分以外的基座之其餘部分。

用以將第一絕緣體與第二絕緣體相互接合的部分以及用以將相鄰的第二絕緣體相互接合的部分上分別形成有階梯狀的表面，並且其中第一絕緣體與第二絕緣體係透過此階梯狀的表面相接合。

此外，此乾蝕刻設備還包含：配置於絕緣部件與基座之間的第一密封元件；以及配置於絕緣部件與接地部件之間的第二密封元件。

而且，此乾蝕刻設備還包含：基座支撐元件，係用以透過升高接地部件而將基座電性連接至基板之後表面；以及電極棒，係用以將高頻功率供應至基座，此電極棒係穿過基座支撐元件。

此基座支撐元件包含：第一支撐件，係藉由穿過腔室、接地部件及絕緣部件而與基座相連接；第二支撐件，係藉由穿過腔室而與接地部件相連接；以及板體，係與第一支撐件及第二支撐件相連接。

並且，用以支撐至少一個基板的托盤係可透過基座之上升而與基座電性連接。

此外，該乾蝕刻設備包含配置於腔室與板體之間的風箱。

此乾蝕刻設備還包含配置於腔室底面與接地部件之間的風箱。

此接地部件係可透過風箱而被接地。

可以理解的是，如上所述的本發明之概括說明和隨後所述的本發明之詳細說明均是具有代表性和解釋性的說明，並且是為了進一步揭示本發明之申請專利範圍。

現在，將結合附圖對本發明之較佳實施例進行詳細描述。其中，在這些圖示部分中所使用的相同的參考標號代表相同或同類部件。

以下，將結合附圖對本發明之乾蝕刻設備及其作業方法進行描述。

「第1圖」表示了依據本發明的一個實施例之乾蝕刻設備。

如「第1圖」所示，依據本發明之一個實施例之乾蝕刻設備100係包含：腔室110；至少一個基板130，係位於腔室110之內；基座160，係用以形成電漿來蝕刻基板130之表面；接地部件162，係配置於基座160之下方，用以防止基座160之下方發生異常的放電；絕緣部件164，係配置於基座160與接地部件162之間，用以將基座160與接地部件162相互絕緣；以及電極棒180，係用以為電漿供應高頻功率至基座160，此電極棒係藉由穿過接地部件162及絕緣部件164而與基座160電性連接。

腔室110配置有用於乾蝕刻製程(例如：反應離子蝕刻製程)之反應空間。在腔室110之前部安裝有蓮蓬頭120，藉以供應用於形成電漿的加工氣體至反應空間。為了將加工氣體均勻地供應至腔室110之內，蓮蓬頭120可配置有複數個擴散元件。例如，蓮蓬頭120可包含：第一擴散元件(附圖中未示出)，係用以首次擴散從反應空間外部供應之加工氣體；以及包含複數個擴散孔的第二擴散元件(附圖中未示出)，係用以再次擴散由第一擴散元件首次擴散的加工氣體至反應空間之內部。於此同時，第一擴散元件及第二擴散元件中的至少一個擴散元件將被旋轉。此加工氣體可為Cl2、SF6、NF3、HBr或者它們的混合物。如果需要，還可於其中加入Ar、O2、N2、He或它們的混合物。

至少一個基板130可位於介於蓮蓬頭120與基座160之間的反應空間中以使得此至少一個基板130面對基座160。如此，此至少一個基板130可為用於製造太陽能電池之基板或晶圓、用於製造半導體裝置之基板或晶圓、或者用於製造平板顯示裝置之基板或玻璃基板之中的任何一種。

此至少一個基板130可位於腔室110之內並且被放置於托盤140之上。托盤140可為矩形或圓形形狀，且托盤140可由金屬材料，例如鋁製成。也就是說，假如放置於托盤140之上的至少一個基板130為用於製造太陽能電池之基板或晶圓、或者用於製造平板顯示裝置之基板或晶圓，則此托盤140可為矩形形狀。而假如放置於托盤140之上的至少一個基板130為用於製造半導體裝置之基板或晶圓，那麼此托盤140可為圓形形狀。

同時，如果將複數個基板130放置於托盤140之上，則複數個基板130可以固定之間隔排列成矩陣結構，但並不以此結構為限。

依據本發明之一個實施例之乾蝕刻設備100還可進一步包含用於支撐托盤140之托盤支撐元件150。

腔室110之兩個側壁分別配置有兩個托盤支撐元件150，其中兩個托盤支撐元件150係平行排列。此托盤支撐元件150用以支撐透過托盤傳送設備經腔室入口(附圖中未示出)傳送至反應空間中的托盤140。同時，此托盤支撐元件150可為滾筒元件，而托盤傳送設備可為傳送機器人或傳送機。

基座160係位於腔室110之內以使得基座160面對托盤140之後表面。基座160透過使用由電極棒180供應之高頻功率而產生電漿，藉以對放置於托盤140之上的基板130之表面進行蝕刻。此基座160係與托盤140之形狀相同。

絕緣部件164係位於基座160與接地部件162之間，藉以使基座160之後表面及側面與接地部件162電性絕緣。為此，如「第2圖」所示，此絕緣部件164可包含：具有通孔210之第一絕緣體220；以及複數個與第一絕緣體220相接合之第二絕緣體230。

第一絕緣體220係位於面對基座160之中心部分的位置。

每一個第二絕緣體230係配置有：與除了基座160之中心部分之外的其餘部分相面對的水平部分；以及與基座160之側面相面對的垂直部分。

每一第二絕緣體230之水平部分係與相鄰的第二絕緣體230以及第一絕緣體220相接合。如此，將於第一絕緣體220與第二絕緣體230相互接合的部分，以及相鄰的第二絕緣體230相互接合的部分上形成至少一個階梯狀的表面240。此階梯狀的表面240能夠增加介於基座160與接地部件162之間的接地路徑，並且還能夠易於接合。

絕緣部件164可由陶瓷材料或特夫綸材料製成，其能夠增強產生於反應空間中的電漿之密度，並且還能夠防止異常的放電。較佳地而言，絕緣部件164係由特夫綸材料製成，但並不是必須的。特夫綸材料的電解質常量高於陶瓷材料的電解質常量。由於特夫綸材料具有高的電解質常量，因此儘管絕緣部件164的厚度很薄(例如，40mm或更薄)，但仍可實現高的絕緣效能。並且，由於特夫綸材料不會與蝕刻氣體發生反應，因而可使基座160中的凹陷減至最小。

與基座160之形狀相同的接地部件162係透過地面(附圖中未示出)電性接地。在普通的乾蝕刻設備中，係能夠於基座160中形成直接接地，因此會於基座160之下方產生異常的放電。然而，在本發明之乾蝕刻設備中，接地部件162係在位於基座160之下方時接地，因此其能夠防止於基座160之下方產生異常的放電。

如「第3圖」所示，本發明第一實施例之接地部件162可為具有中心孔312之矩形平板310，但並非以此結構為限。此接地部件162也可基於基座160之形狀而為圓形平板。

如「第4圖」所示，本發明第一實施例之接地部件162可進一步包含複數個排列成網格結構的開口314。在此實例中，每一開口314可為矩形形狀或圓形形狀。

於基座160與絕緣部件164之間配置有第一密封元件169a，並且於接地部件162於絕緣部件164之間配置有第二密封元件169b。在此實例中，第一密封元件169a與第二密封元件169b可分別為O形環，且第一密封元件169a可位於第一絕緣體220之上方。第一密封元件169a與第二密封元件169b將腔室110內的反應空間與外部大氣空間相隔絕。

基座160、接地部件162及絕緣部件164可透過連接元件(附圖中未示出)整合成一個主體，該主體中間具有第一密封元件169a及第二密封元件169b。

同時，依據本發明一實施例之乾蝕刻設備100還可包含基座支撐元件170及高頻功率供應器182。

此基座支撐元件170包含第一支撐件172、第二支撐件174及板體176。

第一支撐件172之一端透過依序穿過腔室110之底面、接地部件162之中心孔312及絕緣部件164之通孔210而與基座160之中心部分相連接；而第一支撐件172之另一端係與板體176相連接時支撐基座160之後表面。

第二支撐件174藉由穿過腔室110之底面而支撐接地部件162之後表面。為此，第二支撐件174可包含；上部支撐件174a，其連接至接地部件162且與接地部件162之間放置有第三密封元件178；側部支撐件174b，其從上部支撐件174a垂直地彎曲並與第一支撐件172相鄰；以及下部支撐件174c，其從側部支撐件174b彎曲並平行於上部支撐件174a，且下部支撐件174c連接至板體176且與板體176之間放置有第四密封元件179。同時，側部支撐件174b可配置有供第一支撐件172從中穿過之通孔。第三密封元件178與第四密封元件179可分別為O形環。

板體176用以支撐第一支撐件172之另一端以及第二支撐件174之下部支撐件174c。

上述的基座支撐元件170能夠支撐基座160，並可透過升降設備(附圖中未示出)使基座上升或者下降。同時，升降設備可於托盤140裝載於托盤支撐元件150之上或從托盤支撐元件150上卸載時，將基座支撐元件170升高至適於裝載或卸載托盤140之預定高度。當托盤140之裝載或卸載完成後，升降設備可升高基座支撐元件170以使得基座160與托盤140電性連接，藉以進行蝕刻製程。

高頻功率供應器182將高頻功率供應至藉由穿過基座支撐元件170而與基座160電性連接之電極棒180。當基座160透過基座支撐元件170與托盤140電性連接時，此高頻功率供應器182供應高頻功率至電極棒180藉以施加高頻功率至托盤140。

電極棒180係藉由穿過基座支撐元件170中的板體176及第一支撐件172而與基座160之中心部分電性連接。

依據本發明一實施例之乾蝕刻設備100還包含風箱190，藉以防止高頻功率供應器182及基座支撐元件170被曝露於腔室110之外部。

此風箱190係配置於腔室110之下表面與基座支撐元件170之板體176之間。此風箱190係由撓性材料製成，係能夠透過其收縮與伸長而防止高頻功率供應器182及基座支撐元件170被曝露於腔室110之外部。如「第5圖」所示，風箱190可配置於腔室110之內部底面與基座160之接地部件162之間。在此實例中，「第1圖」所示之第三密封元件178及第四密封元件179可被省略。因此，配置於腔室110之內的風箱190可減小乾蝕刻設備100之尺寸大小。

在「第5圖」中，接地部件162可透過風箱190而與外部地面接地。

「第6圖」表示了依據本發明第二實施例之接地部件的透視圖。

如「第6圖」所示，依據本發明第二實施例之接地部件162可配置有外部框架410、中心框架420及網目部分430。

外部框架410係對應於基座160之邊緣形成矩形形狀。「第6圖」表示了矩形形狀的外部框架410，但外部框架410之形狀並非僅限定為矩形形狀。如果基座160為圓形形狀，那麼外部框架410也可為圓形形狀。

中心框架420係形成於外部框架410之中以使得第一支撐件172穿過此中心框架420。而後，第二密封元件169b及第三密封元件178可分別配置於中心框架420之上表面與下表面之上，藉以將腔室110之內的反應空間與外部大氣空間相隔絕。

網目部分430係形成網目形式藉以將外部框架410與中心框架420相互連接。

「第7圖」表示了依據本發明第三實施例之接地部件的透視圖。

如「第7圖」所示，依據本發明第三實施例之接地部件162可形成與基座160之邊緣相重疊之矩形框架。而後，第二密封元件169b及第三密封元件178可分別配置於形成有矩形框架的接地部件162之上表面與下表面之上，藉以將腔室110之內的反應空間與外部大氣空間相隔絕。

「第8圖」表示了依據本發明第四實施例之接地部件的透視圖。

如「第8圖」所示，依據本發明第四實施例之接地部件162可形成與基座160之邊緣相重疊之圓形框架。而後，第二密封元件169b及第三密封元件178可分別配置於形成有圓形框架的接地部件162之上表面與下表面之上，藉以將腔室110之內的反應空間與外部大氣空間相隔絕。

現在，將結合「第9A圖」及「第9B圖」對本發明之乾蝕刻設備的作業過程進行說明。

如「第9A圖」所示，外部的托盤140係裝載於托盤支撐元件150之上。隨著升降設備被驅動，基座支撐元件170將下降以使得基座160被保持於預定的高度。

如「第9B圖」所示，當托盤140被托盤支撐元件150支撐時，基座160將按照升降設備之作業藉由基座支撐元件170之上升而被升高，藉以使基座160與托盤140之後表面電性連接。

當從高頻功率供應器182供應至電極棒180的高頻功率透過基座160被施加至托盤140，並且同時加工氣體從蓮蓬頭120被供應至反應空間之時，腔室110之反應空間中，即蓮蓬頭120與托盤140之間將產生電漿P。然後，透過加工氣體與藉由電漿P加速之電子之間的碰撞可產生離子與自由基，且產生的離子與自由基將進入到放置於托盤140之上的基板130之中，藉以進行蝕刻製程。

當蝕刻製程完成後，基座160將下降，並且藉由托盤支撐元件150支撐的托盤140將被卸載。

在本發明之乾蝕刻設備100中，接地部件162係配置於基座160之下方藉以防止基座160之下方發生放電，因此其能夠透過增加電漿密度而實現寬的加工邊限與均一的蝕刻。

同時，當製造晶圓型太陽能電池時，本發明之乾蝕刻設備100可用以於基板之表面形成不平整之結構(或凹凸型樣)以使得太陽光線吸收率達到最大。透過本發明之乾蝕刻設備100所進行之乾蝕刻製程，可於晶圓型太陽能電池之基板的表面均一地形成不平整之結構而無須考慮晶體分子之晶向方向。因此，本發明之乾蝕刻設備100能夠於製造晶圓型太陽能電池之過程中採用相對較薄的基板。

此外，當製造半導體裝置或平板顯示裝置時，也可使用本發明之乾蝕刻設備100來進行乾蝕刻製程。

綜上所述，由於本發明之乾蝕刻設備100包含配置於基座160之下方的接地部件162，因此其能夠防止基座160之下方發生異常的放電，進而能夠透過增加電漿密度而實現寬的加工邊限與均一的蝕刻。

並且，使用本發明之乾蝕刻設備100來進行乾蝕刻製程，還可於晶圓型太陽能電池之基板的表面均一地形成不平整之結構而無須考慮晶體分子之晶向方向。

雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。在不脫離本發明之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。

100．．．乾蝕刻設備

110．．．腔室

120．．．蓮蓬頭

130．．．基板

140．．．托盤

150．．．托盤支撐元件

160．．．基座

162．．．接地部件

164．．．絕緣部件

169a．．．第一密封元件

169b．．．第二密封元件

170．．．基座支撐元件

172．．．第一支撐件

174．．．第二支撐件

174a．．．上部支撐件

174b．．．側部支撐件

174c．．．下部支撐件

176．．．板體

178．．．第三密封元件

179．．．第四密封元件

180‧‧‧電極棒

182‧‧‧高頻功率供應器

190‧‧‧風箱

210‧‧‧通孔

220‧‧‧第一絕緣體

230‧‧‧第二絕緣體

240‧‧‧階梯狀的表面

310‧‧‧矩形平板

312‧‧‧中心孔

314‧‧‧開口

410‧‧‧外部框架

420‧‧‧中心框架

430‧‧‧網目部分

P‧‧‧電漿

第1圖表示了依據本發明的一個實施例之乾蝕刻設備。

第2圖表示了依據本發明的一個實施例之乾蝕刻設備中的絕緣部件的透視圖。

第3圖表示了依據本發明第一實施例之接地部件的透視圖。

第4圖表示了依據本發明第一實施例之另一接地部件的透視圖。

第5圖表示了依據本發明的另一個實施例之乾蝕刻設備。

第6圖表示了依據本發明第二實施例之接地部件的透視圖。

第7圖表示了依據本發明第三實施例之接地部件的透視圖。

第8圖表示了依據本發明第四實施例之接地部件的透視圖。

第9A圖及第9B圖表示了依據本發明之乾蝕刻設備的作業過程。

100．．．乾蝕刻設備

110．．．腔室

120．．．蓮蓬頭

130．．．基板

140．．．托盤

150．．．托盤支撐元件

160．．．基座

162．．．接地部件

164．．．絕緣部件

169a．．．第一密封元件

169b．．．第二密封元件

170．．．基座支撐元件

172．．．第一支撐件

174．．．第二支撐件

174a．．．上部支撐件

174b．．．側部支撐件

174c．．．下部支撐件

176．．．板體

178．．．第三密封元件

179．．．第四密封元件

180．．．電極棒

182．．．高頻功率供應器

190．．．風箱

Claims (15)

1. 一種乾蝕刻設備，係用以透過使用電漿於至少一個基板上進行蝕刻，係包含：至少一個基板，係位於一腔室內的托盤之上；一基座，係配置於該腔室內部並面對至少一個基板，用以供應高頻功率來形成電漿；一接地部件，係配置於該基座之下方並且不與該基座相接觸；以及一絕緣部件，係配置於該基座與該接地部件之間，其中該接地部件與該腔室之一底面保持一預定高度。
2. 如請求項第1項所述之乾蝕刻設備，其中該接地部件係由其中具有一中心孔的矩形或圓形平板形成。
3. 如請求項第1項或第2項所述之乾蝕刻設備，其中該接地部件包含一網目部分。
4. 如請求項第1項或第2項所述之乾蝕刻設備，其中該接地部件包含複數個排列成網格結構的開口。
5. 如請求項第1項所述之乾蝕刻設備，其中該接地部件係由矩形或圓形形狀的框架形成。
6. 如請求項第1項所述之乾蝕刻設備，其中該絕緣部件係由陶瓷或特夫綸材料形成。
7. 如請求項第1項或第6項所述之乾蝕刻設備，其中該絕緣部件 包含：一第一絕緣體，係面對該基座之中心部分；以及複數個第二絕緣體，係與該第一絕緣體相接合，其中該第二絕緣體係被彎曲藉以面對該基座之側面及除了該基座之中心部分以外的該基座之其餘部分。
8. 如請求項第7項所述之乾蝕刻設備，其中用以將該第一絕緣體與該第二絕緣體相互接合的部分以及用以將相鄰的第二絕緣體相互接合的部分上分別形成有階梯狀的表面，並且其中該第一絕緣體與該第二絕緣體係透過該階梯狀的表面相接合。
9. 如請求項第7項所述之乾蝕刻設備，還包含：一第一密封元件，係配置於該絕緣部件與該基座之間；以及一第二密封元件，係配置於該絕緣部件與該接地部件之間。
10. 如請求項第1項所述之乾蝕刻設備，還包含：一基座支撐元件，係用以透過升高該接地部件而將該基座電性連接至該基板之後表面；以及一電極棒，係用以將高頻功率供應至該基座，該電極棒係穿過該基座支撐元件。
11. 如請求項第10項所述之乾蝕刻設備，其中該基座支撐元件包含： 一第一支撐件，係藉由穿過該腔室、該接地部件及該絕緣部件而與該基座相連接；一第二支撐件，係藉由穿過該腔室而與該接地部件相連接；以及一板體，係與該第一支撐件及該第二支撐件相連接。
12. 如請求項第10項所述之乾蝕刻設備，其中用以支撐至少一個基板的該托盤係透過該基座之上升而與該基座電性連接。
13. 如請求項第11項所述之乾蝕刻設備，還包含：一風箱，係配置於該腔室與該板體之間。
14. 如請求項第1項所述之乾蝕刻設備，還包含：一風箱，係配置於該腔室之該底面與該接地部件之間。
15. 如請求項第14項所述之乾蝕刻設備，其中該接地部件係透過該風箱而被接地。