TWI432600B - 表面處理裝置及其方法 - Google Patents

Description

表面處理裝置及其方法

本發明係有關一種表面處理裝置，尤其是指一種利用電漿對沉積層進行平坦化之一種表面處理裝置及其方法。

習用薄膜製程中，在傳輸腔和製程腔體中放置一電漿產生裝置。當基板傳送至製程腔體前，在傳輸中即時進行表面清潔、乾式蝕刻、表面活化或改質等製程。

例如以低壓化學氣相沉積(low pressure chemical vapor deposition,LPCVD)製程中沉積的氧化鋅(ZnO)薄膜時，由於氧化鋅薄膜之表面形貌常成金字塔狀，而形成尖銳的薄膜表面，因此會影響界面覆蓋性與緻密度，而不利後續元件製程的製作，例如：矽薄膜太陽電池高轉換效率的製作。

在習用技術中，例如：美國專利US.Pat.No.6,855,908揭露對於尚未進行製程的基材進行處理的技術，其係利用電漿蝕刻的方式均勻基材表面，而使基材表面可以達到0.04-1.3 nm/cm² 的平坦度。在引證案中揭露出根據電漿產生的功率以及電及大小對基材進行平坦化處理，以得到好的平坦度。另外，美國專利US.Pat.No.5,254,830則教導控制材料移除裝置的技術，藉由建立記憶資訊，利用電漿化學蝕刻的機制去除基材超過變異量之位置上的材料以均勻矽基材或其上之氧化物層的厚度。另外，又如美國專利US.Pat.No.6,541,380則揭露一種電漿蝕刻技術，其係對於沉積於基材上的金屬層或者是金屬氧化物進行電漿蝕刻，以去除對應遮罩上的金屬層或金屬氧化物層。

此外，又如US.Pat.No.5,002,796或7,390,731也教導一種沉積技術，其係在製程腔體內設置電漿產生裝置以提高鍍膜效率與降低鍍膜溫度。而在US.Pat.No.5,545,443則教導一種利用LPCVD沉積ZnO時，同時使用紫外線(UV)照射反應物，增加反應速率，並改善薄膜的電性。

本發明提供一種表面處理裝置及其方法，其係於與製程腔體相耦接之一傳輸腔體內設置有一電漿產生裝置，以對由該製程腔體移動至傳輸腔體內之基板上的沉積層進行表面平坦化處理，以改善沉積層之表面特性，進而減少缺陷結構的發生。該電漿產生裝置可於真空腔體及大氣環境之下使用。

本發明提供一種表面處理裝置及其方法，其係利用長線型的電漿產生裝置，對由製程腔體進入傳輸腔體內之一基板上之沉積層進行大面積的表面平坦化處理，以增加表面處理之效率。

在一實施例中，本發明提供一種表面處理裝置，其係包括有：一製程腔體，其係提供一沉積製程使一基板上形成一沉積層，該製程腔體具有一第一開口；一傳輸腔體，其係耦接於該製程腔體之一側，該傳輸腔體內具有一空間與該製程腔體相連通，且其一側具有一第二開口與該第一開口相對應，該傳輸腔體上開設有一開槽與該空間相連通，該傳輸腔體具有一傳輸裝置以將該基板由該傳輸腔體輸送至該製程腔體或者是由該製程腔體輸送至該傳輸腔體；一電漿產生裝置，其係設置於該開槽上；以及一控制單元，其係與該電漿產生裝置電性連接，該控制單元使該電漿產生裝置產生電漿以對由該製程腔體進入該傳輸腔體之一基板上之一沉積層進行表面平坦化處理。

在另一實施例中，本發明更提供一種表面處理方法，其係包括有下列步驟：提供一表面處理裝置，其係包括有一製程腔體、一傳輸腔體以及一電漿產生裝置，該傳輸腔體，其係耦接於該製程腔體之一側，該傳輸腔體內具有一空間，該傳輸腔體上開設有一開槽與該空間相連通，該電漿產生裝置，其係設置於該開槽上；經由該傳輸腔體提供一基板進入該製程腔體內以對該基板進行一沉積製程，使該基板上形成有一沉積層；於沉積製程完畢之後，將該基板由該製程腔體移動至該傳輸腔體；以及使該電漿產生裝置產生電漿以對由該製程腔體進入該傳輸腔體之該基板上之該沉積層進行表面平坦化處理。

為使　貴審查委員能對本發明之特徵、目的及功能有更進一步的認知與瞭解，下文特將本發明之裝置的相關細部結構以及設計的理念原由進行說明，以使得　審查委員可以了解本發明之特點，詳細說明陳述如下：請參閱圖一A所示，該圖係為本發明之表面處理裝置實施例立體示意圖。該表面處理裝置2包括有一製程腔體20、一傳輸腔體21、一電漿產生裝置22以及一控制單元23。該製程腔體20，其內具有一製程空間200以提供容置一基板90，該製程腔體20可以提供一沉積製程，以使在該製程腔體20內的基板90上形成如圖一B所示之一沉積層91。在本實施例中，該沉積製程係可以為低壓化學氣相沉積(low pressure chemical vapor deposition,LPCVD)製程，但不以此為限制，例如：電漿輔助化學氣相沉積(plasma-enhanced chemical vapor deposition,PECVD)或其他化學氣相沉積製程都可。此外，該沉積層91係為金屬氧化物層，本實施例中，該金屬氧化物層係為一氧化鋅(ZnO)層，但不以此為限制。在該製程腔體20之一側面201上具有一第一開口202，其係為該基材90的進出口。

該傳輸腔體21，其係耦接於該製程腔體20之一側，該傳輸腔體21內具有一空間210與該製程腔體20相連通。在本實施例中，該傳輸腔體21與該製程腔體20對應之側面上具有一第二開口211與該第一開口202相對應，使得基板90可以由該第二開口211通過該第一開口202，進而進入到該製程腔體20內。該傳輸腔體21上方之板體212上開設有一開槽213與該空間210相連通。本實施例中，該開槽213內具有一槽口214提供該電漿產生裝置22通過而與該空間210相連通。該傳輸腔體21具有一傳輸裝置215，其係將該基板90由該傳輸腔體21輸送至該製程腔體20或者是由該製程腔體20輸送至該傳輸腔體21。該傳輸裝置215可以為習用技術之任何傳輸機制，例如用輸送帶，機器手臂或者是可進行至少兩個維度運動(如：前後移動以及升降移動)的傳輸台等。

該電漿產生裝置22，其係設置於該開槽213上。該開槽213的構形係配合該電漿產生裝置22的結構而定，而該開槽213之位置則根據需要而定，在本實施例中，該開槽213係靠近於該第二開口211之位置上。此外，在本實施例中，該電漿產生裝置22係為一線形電漿產生裝置，其係可以在大氣環境中或者是真空環境中產生電漿。在另一實施例中，如圖一C所示，為了增進該電漿產生裝置22產生電漿的效果，在該傳輸腔體21內對應該電漿產生裝置22之位置上更具有一金屬板24。

請參閱圖二A與圖二B所示，該圖係為本發明之電漿產生裝置第一實施例剖面與立體分解示意圖。該電漿產生裝置22包括有一電漿模組220，其係具有負極座2201以及一正極棒2202，該負極座2201係為一長方體且容置於如一A所示之開槽213內且通過該槽口214，該負極座2201具有複數個第一氣體通道2203以及與該複數個第一氣體通道2203相連通以及提供容置該正極棒2202之一容置槽2204，該容置槽2204於該負極座2201上之一第一側面2205上具有一通孔2206，該正極棒2202之表面具有一介電材料層2207。本實施例中，該複數個通孔2206係呈現如圖二C所示之兩排的佈設方式。要說明的是，該複數個通孔2206亦可以呈現一排以上的排列，其係根據需求而定，並不以本實施例之圖示為兩排之限制。該正極棒2202之剖面係可以圓形或者是半圓等形狀，但不以此為限制，例如，亦可以為具有至少兩不相等曲率半徑的截面形狀。

此外，為了增加通過該第一氣體通道2203而進入至該容置槽2204內與該正極棒2202產生電漿反應之氣體的均勻混合的效果，更進一步地，可以在該負極座2201相對於該第一側面2205之一第二側面2208上開設有至少一氣體平衡槽2209，其係與該複數個第一氣體通道2203相連通，該第二側面2208上更設置有一蓋體221，該蓋體221對應該氣體平衡槽2209之位置上開設有複數個進氣孔2210，其係可以提供至少一種反應氣體進入該電漿模組220內。

當反應氣體由該進氣孔2210進入至該氣體平衡槽2209，可藉由氣體平衡槽2209內預先混合均勻，再經過第一氣體通道2203進入該容置槽2204，而讓電極棒2202與負極座2201間的高電壓解離反應氣體而產生電漿，進而藉由通孔2206而離開該負極座2201。而該介電材料層2207可以減弱電漿的強度，進而控制電漿蝕刻材料的能力。在本實施例中，該蓋體221對應該氣體平衡槽2209之位置上也開設有凹槽2211。要說明的是該凹槽2211並非為必要之元件，可視狀況而設。在該負極座2201位於該容置槽2204兩側的兩側面2200上更分別設置有一冷卻單元222，每一冷卻單元222具有至少一冷卻水道2220。在本實施例中，每一冷卻單元222具有一板體2221，其係藉由固鎖元件223(例如：螺栓)固設於與負極座2201對應之側面2200上。而冷卻水道2220則開設於板體2221內。

請參閱圖三A與圖三B所示，該圖係為本發明之電漿產生裝置第二實施例剖面以及立體分解示意圖。在本實施例中，該電漿產生裝置22同樣具有一電漿模組224，其係具有具有一負極座2240以及一正極棒2241。該負極座2240上之容置槽2242以及正級棒2241之特徵係與前述之容置槽2204以及正極棒2202特徵相同，因此在此不作贅述。在該負極座2240上的側面2243、2244以及2245分別開設與該容置槽相連通的第一氣體通道2246以及分別設置於該容置槽2242兩側的複數個第二氣體通道2247。容置槽2242與該負極座2240之一側面間開設有通孔2248，以供電漿通過。

該側面2243上具有一蓋板225，其上開設有複數個第一進氣孔2250以及複數個位於該第一進氣孔2250兩側之第二進氣孔2251。該側面2244與2245上分別固設一板體226與227，其係分別具有一導引通道2260與2270。該複數個第一進氣孔2250與該第一氣體通道2246相連通，而該複數個第二進氣通2251道則分別經由導引通道2260與2270與該複數個第二氣體通道2247相連通。

再回到圖一A所示，該控制單元23，其係與該電漿產生裝置22電性連接，該控制單元23使該電漿產生裝置22產生電漿以對由該製程腔體20進入該傳輸腔體21之一基板90上之沉積層進行表面平坦化處理。在本實施例中，由於該電漿產生裝置22係為線型的結構，因此當基板90通過該電漿產生裝置22時，如圖四A所示，該電漿產生裝置22所產生的電漿92可以掃描該基板90，使得電漿92蝕刻沉積層91上凸出的沉積結構，進而形成如圖四B之狀態。在圖四B中，可以看出沉積層91已經沒有如圖四A中凸出的尖銳之沉積結構。如圖一A所示，另外，要說明的是，本實施例之電漿產生裝置22，並非只對沉積層進行電漿蝕刻，以使沉積層表面平坦化，更進一步地，可以在基板90進入製程腔體20前，在傳輸腔體21內傳送的過程中，控制單元23啟動電漿產生裝置22產生電漿，當基板90通過電漿產生裝置22時，其所產生的電漿可對該基板90進行清潔處理，使得後續在製程腔體20內進行沉積製程時，沉積效果可以更好。

請參閱圖五所示，該圖係為本發明之表面處理方法實施例流程示意圖。該方法3先以步驟30提供一表面處理裝置。在本步驟中，該表面處理裝置的結構係如圖一A或圖一C所示的結構，在此不作贅述。接著進行步驟31，經由該傳輸腔體提供一基板進入該製程腔體內以對該基板進行一沉積製程，使該基板上形成有一沉積層。在本步驟中，請參閱圖一A所示，該傳輸裝置215從外部環境，例如卡匣或者是其他的裝載基板的裝置中取出待加工之基板，再經由該傳輸腔體21，將該基板91輸送至製程腔體20內。接著進行沉積製程，本實施例之沉積製程係為LPCVD，但不以此為限制。在該基板91上形成一層沉積層之後，接著以步驟32，將該基板由該製程腔體移動至該傳輸腔體。在本步驟中，以圖一A為例，同樣利用傳輸裝置215將基板由該製程腔體20內取出，而向該傳輸腔體21內移動。當基板91進入傳輸腔體21而與電漿產生裝置22對應時，則以步驟33使該電漿產生裝置產生電漿，以對由該製程腔體進入該傳輸腔體之該基板上之沉積層進行表面平坦化處理。此外，當該基板經由該傳輸腔體進入該製程腔體內時，更包括有使該電漿產生裝置產生電漿以對該基板表面進行清潔之步驟。

如圖六A與圖六B所示，該圖係為習用沉積製程結果與利用本發明之圖五的方法所進行表面處理結果比較示意圖。其中圖六A的部份是僅單純進行低壓氣相沉積製程的結果，由該圖中可以發現沉積層的表面均方根(root mean square,RMS)值為34nm~42nm。經過了圖五的表面處理流程之後，沉積層的表面平坦度結果如圖六B所示，其均方根值為24nm~28nm，大幅的改善沉積層表面的平坦度。形成圖六B的電漿產生裝置所使用的電源為脈衝式直流電源，操作頻率30kHz，電漿產生裝置與基板的距離為3mm，以定功率模式操作，電壓為2kv。要說明的是，啟動電壓產生裝置的電壓係與電漿產生裝置與沉積層間的距離有關，因此使用者是可視需要而決定相關的參數大小，並不以前述之值為限制。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例，當不能以之限制本發明範圍。即大凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化及修飾，仍將不失本發明之要義所在，亦不脫離本發明之精神和範圍，故都應視為本發明的進一步實施狀況。

2．．．表面處理裝置

20．．．製程腔體

200．．．製程空間

201．．．側面

202．．．第一開口

21．．．傳輸腔體

210．．．空間

211．．．第二開口

212．．．板體

213．．．開槽

214．．．槽口

215．．．傳輸裝置

22．．．電漿產生裝置

220．．．電漿模組

2200．．．側面

2201．．．負極座

2202．．．正極棒

2203．．．氣體通道

2204．．．容置槽

2205．．．第一側面

2206．．．通孔

2207．．．介電材料層

2208．．．第二側面

2209．．．氣體平衡槽

221．．．蓋體

2210．．．進氣孔

2211．．．凹槽

222．．．冷卻單元

2220．．．冷卻水道

223．．．固鎖元件

224．．．電漿模組

2240．．．負極座

2241．．．正極棒

2242．．．容置槽

2243、2244、2245．．．側面

2246．．．第一氣體通道

2247．．．第二氣體通道

2248．．．通孔

225．．．蓋板

2250．．．第一進氣孔

2251．．．第二進氣孔

226、227．．．板體

2260、2270．．．導引通道

23．．．控制單元

24．．．金屬板

3．．．表面處理方法

30~33．．．步驟

90．．．基板

91．．．沉積層

92．．．電漿

圖一A係為本發明之表面處理裝置實施例立體示意圖。

圖一B係為具有沉積層之基板示意圖。

圖一C係為本發明之表面處理裝置另一實施例示意圖。

圖二A與圖二B係為本發明之電漿產生裝置第一實施例剖面與立體分解示意圖。

圖二C係為本發明之通孔佈設示意圖。

圖三A與圖三B係為本發明之電漿產生裝置第二實施例剖面以及立體分解示意圖。

圖四A與圖四B係為本發明之表面處理裝置對基板進行平坦化處理示意圖。

圖五係為本發明之表面處理方法實施例流程示意圖。

圖六A與圖六B係為習用沉積製程結果與利用本發明之表面處理方法所進行表面處理結果比較示意圖。

2．．．表面處理裝置

20．．．製程腔體

200．．．製程空間

201．．．側面

202．．．第一開口

21．．．傳輸腔體

210．．．空間

211．．．第二開口

212．．．板體

213．．．開槽

214．．．槽口

215．．．傳輸裝置

22．．．電漿產生裝置

23．．．控制單元

90．．．基板

Claims (21)

1. 一種表面處理裝置，其係包括有：一製程腔體，其係提供一沉積製程使一基板上形成一沉積層，該製程腔體具有一第一開口；一傳輸腔體，其係耦接於該製程腔體之一側，該傳輸腔體內具有一空間與該製程腔體相連通，且其一側具有一第二開口與該第一開口相對應，該傳輸腔體上開設有一開槽與該空間相連通，該傳輸腔體具有一傳輸裝置以將該基板由該傳輸腔體輸送至該製程腔體或者是由該製程腔體輸送至該傳輸腔體；一電漿產生裝置，其係設置於該開槽上；以及一控制單元，其係與該電漿產生裝置電性連接，該控制單元使該電漿產生裝置產生電漿以對由該製程腔體進入該傳輸腔體之一基板上之一沉積層進行表面平坦化處理。
2. 如申請專利範圍第1項所述之表面處理裝置，其中該電漿產生裝置，係為一線型電漿產生裝置，其係包括有一電漿模組，其係具有負極座以及一正極棒，該負極座係為一長方體且容置於該開槽內，該負極座具有複數個第一氣體通道以及與該複數個第一氣體通道相連通以及提供容置該正極棒之一容置槽，該容置槽於該負極座上之一第一側面上具有一至少一排通孔與該容置槽相連通，該正極棒之表面具有一介電材料層。
3. 如申請專利範圍第2項所述之表面處理裝置，其中該負極座相對於該第一側面之一第二側面上開設有至少一氣體平衡槽，其係與該複數個第一氣體通道相連通，該側面上更設置有一蓋體，該蓋體對應該氣體平衡槽之位置上開設有複數個進氣孔。
4. 如申請專利範圍第2項所述之表面處理裝置，其中該容置槽兩側面上更分別設置有複數個第二氣體通道。
5. 如申請專利範圍第4項所述之表面處理裝置，其中該第一側面上具有一蓋板，其上開設有複數個第一進氣孔以及複數個第二進氣孔，該複數個第一進氣孔與該第一氣體通道相連通，而該複數個第二進氣孔則分別與該複數個第二氣體通道相連通。
6. 如申請專利範圍第2項所述之表面處理裝置，其中該負極座於該容置槽兩側之側面上更分別設置有一冷卻單元，每一冷卻單元具有至少一冷卻水道。
7. 如申請專利範圍第1項所述之表面處理裝置，其中該傳輸腔體內對應該電漿產生裝置之位置上更具有一金屬板。
8. 如申請專利範圍第1項所述之表面處理裝置，其中該控制單元係於該基板進入該製程腔體內之前，更包括有使該電漿產生裝置產生電漿以對該基板表面進行清潔處理之步驟。
9. 如申請專利範圍第1項所述之表面處理裝置，其中該沉積製程係為一低壓化學氣相沉積製程。
10. 如申請專利範圍第1項所述之表面處理裝置，其中該電漿產生裝置係於真空或者是大氣環境下產生電漿。
11. 如申請專利範圍第1項所述之表面處理裝置，其中該電漿產生裝置所使用的電源為脈衝式直流電源，操作頻率30kHz，電漿產生裝置與該基板的距離為3mm，以定功率模式操作，電壓為2kv。
12. 一種表面處理方法，其係包括有下列步驟：提供一表面處理裝置，其係包括有一製程腔體、一傳輸腔體、一電漿產生裝置以及一控制單元，該傳輸腔體，其係耦接於該製程腔體之一側，該傳輸腔體內具有一空間，該傳輸腔體上開設有一開槽與該空間相連通，該電漿產生裝置，其係設置於該開槽上，該控制單元係與該電漿產生裝置電性連接；經由該傳輸腔體提供一基板進入該製程腔體內以對該基板進行一沉積製程，使該基板上形成有一沉積層；於沉積製程完畢之後，將該基板由該製程腔體移動至該傳輸腔體；以及該控制單元使該電漿產生裝置產生電漿以對由該製程腔體進入該傳輸腔體之該基板上之該沉積層進行表面平坦化處理。
13. 如申請專利範圍第12項所述之表面處理方法，其中該電漿產生裝置包括有一電漿模組，其係具有負極座以及一正極棒，該負極座係為一長方體且容置於該開槽內，該負極座具有複數個第一氣體通道以及與該複數個第一氣體通道相連通以及提供容置該正極棒之一容置槽，該容置槽於該負極座上之一第一側面上具有至少一排通孔與該容置槽相連通，該正極棒之表面具有一介電 材料層。
14. 如申請專利範圍第13項所述之表面處理方法，其中該負極座相對於該第一側面之一第二側面上開設有至少一氣體平衡槽，其係與該複數個第一氣體通道相連通，該側面上更設置有一蓋體，該蓋體對應該氣體平衡槽之位置上開設有複數個進氣孔。
15. 如申請專利範圍第13項所述之表面處理方法，其中該容置槽兩側面上更分別設置有複數個第二氣體通道。
16. 如申請專利範圍第15項所述之表面處理方法，其中該第一側面上具有一蓋板，其上開設有複數個第一進氣孔以及複數個第二進氣孔，該複數個第一進氣孔與該第一氣體通道相連通，而該複數個第二進氣孔則分別與該複數個第二氣體通道相連通。
17. 如申請專利範圍第13項所述之表面處理方法，其中該容置槽兩側面上更分別設置有一冷卻單元，每一冷卻單元具有至少一冷卻水道。
18. 如申請專利範圍第12項所述之表面處理方法，其中該傳輸腔體內對應該電漿產生裝置之位置上更具有一金屬板。
19. 如申請專利範圍第12項所述之表面處理方法，其中於該基板經由該傳輸腔體進入該製程腔體之前，更包括由該控制單元使該電漿產生裝置產生電漿以對該基板表面進行清潔處理之步驟。
20. 如申請專利範圍第12項所述之表面處理方法，其中該 電漿產生裝置係於真空或者是大氣環境下產生電漿。
21. 如申請專利範圍第12項所述之表面處理方法，其中該電漿產生裝置所使用的電源為脈衝式直流電源，操作頻率30kHz，電漿產生裝置與該基板的距離為3mm，以定功率模式操作，電壓為2kv。