TWI524387B - Film forming apparatus - Google Patents
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Description
本發明係關於使用電漿於基板形成薄膜之薄膜形成裝置。
從前，為了於基板形成薄膜使用了CVD(化學氣相沉積；Chemical Vapor Deposition)裝置。特別是使用CVD裝置把用於薄膜太陽電池的非晶質矽薄膜形成於玻璃基板的製程受到矚目。在非晶質矽薄膜之形成，例如將單矽烷(SiH4)電漿化，於玻璃基板上形成非晶質矽薄膜。近年來，薄膜太陽電池用面板往大型化發展，期待著在大型面板上形成均一的非晶質矽薄膜。因此，在電漿CVD裝置，必須要均一地形成高密度電漿。
例如，作為電漿CVD裝置之一例，於電漿生成室內設置複數根高頻天線，以該高頻天線對該電漿生成室內氣體施加高頻電力使產生誘導結合型電漿的電漿生成方法及電漿生成裝置係屬已知(專利文獻1)。
該電漿生成方法及電漿生成裝置，對於複數根高頻天線之中至少一部份之複數根高頻天線，係以依序鄰接而且以各相鄰者成為彼此對向的並列配置的方式設置的。進而，此複數根高頻天線，係以該順序鄰接而且以各相鄰者成為彼此對向的並列配置的方式設置的。藉由控制此高頻天線之各個施加的高頻電壓之相位而控制誘導結合電漿之電子溫度。
此外，具備真空容器、與設於前述真空容器的壁面之開口部、以及以氣密地覆蓋前述開口部的方式被安裝的板狀之高頻天線導體之電漿生成裝置係屬已知(專利文獻2)。
該電漿生成裝置，因為是在電漿生成裝置的開口部被安裝高頻天線導體的構造，所以可以跨寬廣範圍生成均一性高的電漿。
[專利文獻1]日本專利特開2007-149639號公報
[專利文獻2]WO2009/142016A1
圖4(a)係簡化使用前述之板狀的高頻天線導體之電漿成膜裝置之一例之構成之說明圖。圖4(a)所示之電漿成膜裝置100，電極板102被設於成膜容器104的成膜室外之隔壁106的開口部，在隔壁106之面向成膜空間之側的面上設有介電體108。在介電體108之對向的位置，被配置供形成薄膜之用的玻璃基板G。玻璃基板G，被載置於設在加熱器110上的承受器112。
圖4(b)係於成膜空間生成磁場的電極板102之概略立體圖。電極板102，如圖4(b)所示，為板狀之電極。電極板102之一方端面，被連接於數十MHz之高頻電源，電極板102之另一方端面被接地。在電極板102，電流流往X方向。與使用藉由前述相互鄰接的複數之高頻天線所生成的高電壓來生成電漿的裝置不同，使用此電極板102生成電漿的方式，是使用生成的磁場來生成電漿。
但是，藉由此電極板102生成的電漿密度，要形成非晶質矽薄膜並不充分，會有成膜速度很慢的問題。此外，藉由對複數根高頻天線供給高頻電力使產生誘導結合型電漿之前述公知的電漿生成方法及電漿生成裝置也有無法均一地生成充分的電漿密度的問題。
在此，本發明為了解決前述問題，以提供可以在使用電漿於基板形成薄膜時，使電漿密度均一而效率佳地進行薄膜的形成之薄膜形成裝置為目的。
本發明之一態樣，係於基板形成薄膜之薄膜形成裝置，具有：具備在減壓狀態於基板形成薄膜之成膜空間的成膜容器，於前述成膜容器的前述成膜空間內導入薄膜用原料氣體的原料氣體導入部，於前述成膜空間，使用前述薄膜用原料氣體生成電漿的電漿電極部；前述電漿電極部，為電流由一方端面流至另一方端面之板構件，具備具前述板構件之電流流動方向在途中屈曲而相互平行的去程部分與回程部分之電極板作為電漿生成用電極。
此時，前述去程部分的長度與前述回程部分的長度為相等是較佳的。
此外，前述去程部分與前述回程部分具有相同寬幅，前述去程部分與前述回程部分的間隔距離，為前述去程部分與前述回程部分的寬幅的1～1.6倍是較佳的。
前述電極板的厚度比0.2mm更大是較佳的。
此外，亦可以是前述電極板之第1主面係以朝向前述成膜空間的方式配置，於前述第1主面之去程部分與回程部分，設有複數沿著電流方向延伸的溝狀之凹部。
此外，前述電極板之第1主面係以朝向前述成膜空間的方式配置，於與前述第1主面對向的第2主面，具備沿著與前述電流方向直交的方向延伸的凹凸是較佳的。此時，前述凹凸，最好是藉由立設於前述第2主面的複數板構件形成的。
在前述之薄膜形成裝置，可以使生成的電漿密度均一化，效率佳地進行薄膜的形成。
以下，針對本發明之薄膜形成裝置進行詳細說明。
圖1係顯示本發明之一實施型態之薄膜形成裝置10的構成之概略圖。
圖1所示之薄膜形成裝置10，係使用生成的電漿，於基板形成薄膜之CVD裝置。薄膜形成裝置10，係藉由藉著流過電極板的電流而產生的磁場，來產生電漿的方式。此方式，與藉由單極天線等之天線元件等的共振而產生的高電壓來產生電漿的方式不同。
以下，使用作為薄膜形成非晶質矽薄膜之例，說明薄膜形成裝置10。
薄膜形成裝置10，具有：供電單元12、成膜容器14、氣體供給部16、氣體排氣部18。
供電單元12，具有：高頻電源22、高頻纜線24、匹配箱26、傳送線28、29(參照圖2(a))、與電極板30。
高頻電源22，例如將10～1000W數十MHz之高頻電力供電給電極板30。匹配箱26，係以使透過高頻纜線24提供的電力效率佳地供給至電極板30的方式來整合阻抗。匹配箱26，具備設置了電容及電感等元件的公知的整合電路。
由匹配箱26延伸的傳送線28，例如為具備一定寬幅的銅板狀之傳送電路，可以往電極板30流通數個安培的電流。傳送線29，由電極版30延伸而被接地。
電極板30，係被固定在後述的隔壁32上的板構件，此板構件之第1主面係以朝向成膜容器14內的成膜空間對隔壁32平行地配置的。電極板30，沿著傳送線28連接的端面與傳送線29連接的端面之間的板構件的長邊方向傳送電流。電極板30，成為電流的流動方向在途中屈曲成匚字形狀。針對此點稍後詳述。
成膜容器14，於容器內具有內部空間38，內部空間38藉由隔壁32區分為上部空間與下部之成膜空間40。成膜容器14，例如，以鋁等材質形成而以能夠使內部空間38減壓至0.1～100Pa的狀態的方式被密閉。於成膜容器14的上部空間，具有匹配箱26、傳送線28、29、與電極板30。於面對隔壁32的上部空間之側，被固定著電極板30。於電極板30的周圍，設有供與周圍的隔壁32絕緣之用的絕緣構件34。另一方面，於面對隔壁32的成膜空間40之側，設有介電體36。於介電體36，例如使用石英板。設置介電體36，是為了防止電漿導致電極板30的腐蝕，而且為了效率佳地往電漿供給電磁能量。
於成膜容器14的成膜空間40，設有加熱器42、承受器44、與升降機構46。
加熱器42，將載置於承受器44的玻璃基板20加熱至特定的溫度，例如250℃程度。
承受器44，載置玻璃基板20。
升降機構46，使載置玻璃基板20的承受器44與加熱器42一起，自由地升降於成膜空間40內。在成膜製程階段，以接近於電極板30的方式，將玻璃基板20設置於特定的位置。
氣體供給部16，具有氣罐48、與流量控制器50。
氣罐48，貯藏薄膜用原料氣體之單矽烷氣體(SiH4)。
流量控制器50係調整單矽烷氣體的流量之部分。例如可以因應於被形成的膜之膜厚或膜質等的結果而調整單矽烷氣體的流量。單矽烷氣體，由成膜容器14的成膜空間40之側壁被供給至成膜空間40內。
氣體排氣部18，具有由成膜空間40內的側壁延伸的排氣管，及渦輪式分子泵52、以及無油乾式真空幫浦54。無油乾式真空幫浦54，粗抽成膜空間40內，渦輪式分子泵52則將成膜空間40內的壓力維持於特定的減壓狀態。渦輪式分子泵52與無油乾式真空幫浦54，以排氣管連接。
圖2(a)係使用於供電單元12的電極板30之一例之立體圖。
電極板30，係電流由一方端面30a流往另一方端面30b的長尺寸狀之板構件，成U字形狀。亦即，電極板30，其一部分在板構件的長邊方向的途中屈曲180度，具有相互平行的去程部分30c與回程部分30d。電極板30，作為電漿生成用電極來使用。
電極板30，例如使用銅、鋁等。
電極板30的去程部分30c的端面30a透過匹配箱26、傳送線28接受供電。回程部分30d，透過傳送線29接地。
去程部分30c之長度，亦即，由端面30a到屈曲部的長度，與回程部分30d之長度，亦即由屈曲部到端面30b的長度為相同者是較佳的。這是為了後使後述的電漿密度均一的緣故。
此外，去程部分30c與回程部分30d具有相同的寬幅(圖中X方向的寬幅)。去程部分30c與回程部分30d的間隔距離d，為去程部分30c與回程部分30d之寬幅的1～1.6倍，在生成均一的磁場以生成均一的電漿這方面是較佳的。
圖3(a)、(b)係說明電極板與生成的電漿的電子密度的關係之圖。
替代圖1所示的薄膜形成裝置10的電極板30而使用圖3(a)所示的電極板60時，導入單矽烷(1.3Pa)的成膜空間40內生成的電漿的電子密度，成為圖3(b)所示之值。
電極板60，與電極版30不同，是不具有屈曲部的延伸於一方向的電極板。此時，對電極板60的端面60a賦予1kW之高頻電力(13.56～60MHz)，端面60b被接地。
亦即，如圖3(b)所示，在接地側(端面60b之側)電子密度高，而在供電側(端面60a之側)電子密度低。關於其理由還不是很清楚，但推論應該是在接地側根據藉著電流產生的磁場而生成的電漿(起因於電流的電漿)佔支配地位，相對於此，在供電側藉由高電壓生成的電漿(起因於電壓的電漿)佔支配地位的緣故。應該是在供電側，因高電壓的緣故，電子能量低，高密度的電漿不容易生成的緣故。
亦即，在電極板30，利用在接地側電漿密度變高，而如圖2(a)所示，藉由使用匚字形狀的電極板30，混合著供電側的電漿密度低的區域，與接地側之電漿密度高的區域，而生成平均的電漿密度。而且，去程部分30c與回程部分30d的電流方向為相反，藉由這些的電流而生成的電磁場，於離開電極板30距離d的部分，磁場會被加算。結果，在成膜空間40形成均一的磁場。亦即，藉由使用使去程部分30c與回程部分30d的長度約略相等的匚字形狀的電極板30，可以使去程部分30c與回程部分30d的電漿密度的高低平均化，可以達成均一的電漿密度。
又，流於電極板30的電流的表層，係依存於電極板30的電阻率、流過的電流的頻率，以極電極板30的透磁率而定。例如，以銅或鋁為電極板30的材質，使電流的頻率為數十MHz的場合，表層的深度大約為0.1mm程度。亦即，考慮到流動於第1主面(圖2(a)中的朝向電極板30的下側之板面)30a與第2主面(圖2(a)中的朝向電極板30的上側之板面)的表層之電流，電極板20的厚度以比0.2mm更厚為較佳。
圖2(b)，係顯示與圖2(a)所示的電極板30不同型態的電極板56之立體圖。
電極板56，係電流由一方端面56a流往另一方端面56b的長尺寸狀之板構件，成U字形狀。亦即，電極板56，具有板構件的長邊方向的途中屈曲而相互平行的去程部分56c與回程部分56d。電極板56，作為電漿生成用電極來使用。
於電極板56的去程部分56c及回程部分56d之第1主面(圖2(b)中之電極板56的下側之面)56e，具備複數具有延伸於電流的流動方向之一定深度及寬幅的溝狀之凹部58。因此，電極板56，第1主面56e的表面積比與第1主面56e相反之側的第2主面(圖2(b)中之朝向電極板56的上側之板面)之表面積更大。流過電極板56的高頻電流藉由表面效果聚集於第1主面56e、第2主面之表層。但是，第1主面56e，與第2主面相比表面積大，所以流過第1主面56e的表層之電流，與第2主面相比是比較大的。因此，藉由流過第1主面56e的表層的電流，被形成於成膜空間40內的磁場，比不設凹部58的電極板相比變得更大。因此，藉由磁場產生的電漿被高密度化。而且，使用電極板56生成磁場的緣故，薄膜形成裝置10可以在寬廣範圍生成均一的磁場，結果，可以於寬廣範圍生成高密度的電漿。
圖4，係與圖2(a)所示的電極板30不同的電極板62之立體圖。電極板62，與電極板30同樣成U字形狀。亦即，電極板62，具有板構件的長邊方向的途中屈曲而相互平行的去程部分與回程部分。電極板62，作為電漿生成用電極來使用。
電極板62之與朝向成膜空間40的第1主面62a對向的第2主面62b，延伸於對電流流動的X方向直交的方向上之複數鰭狀的薄板構件62c於去程部分與回程部分分別為一定的高度一定的間隔立起設置著。於第2主面62b之側設薄板構件62c，是為了藉由使電流流動方向的剖面積在第2主面62b之側大幅變化，而使電阻變大。因此，與第2主表面62b相比電阻較小的第1主面62a電流變得容易流過。亦即，使流至第1主面62a的電流大，而藉由流至第1主面62a的電流，使形成於成膜空間40內的磁場，可以比從前更大。
此外，薄板構件62c在散熱使由於電流流過電極板62所產生的熱這一點上也是有效的。又，於電極板62之第2主面62b，不限於設置薄板構件62c，只要具備沿著與電流流動的方向直交的方向延伸的凹凸即可。於電極板62，設置至少使流過第2主面62b的表層之電流的電阻增大的凹凸為佳。
圖5，係與圖2(b)所示的電極板56不同的電極板64之立體圖。電極板64，與電極板56同樣成U字形狀。亦即，電極板64，具有板構件的長邊方向的途中屈曲而相互平行的去程部分與回程部分。電極板64，作為電漿生成用電極來使用。
電極板64之第1主面64a，與設於圖2(b)所示的電極板56的第1主面56e之凹部58同樣，具備延伸於電流流動的X方向之具有一定深度及寬幅的溝狀之複數凹部。因此，與第1變形例同樣，第1主面64a，與第2主面64b相比表面積大，流過第1主面64a的表層之電流，與第2主面64b相比是較大的。另一方面，於第2主面64b，延伸於對電流流動的X方向直交的方向上之複數鰭狀的薄板構件64c於去程部分與回程部分分別為一定的高度一定的間隔立起設置著。因此，與第2變形例同樣，因為電流流動方向的剖面積在第2主面64b之側大幅變化，所以第2主面64b之電阻變大。因此，與第1主面64a的表面積效果配合更進一步使電流容易流至第1主面64a。亦即，藉由使流至第1主面64a的電流變大，使形成於成膜空間40內的磁場，可以比從前更大。
此外，薄板構件64c在散熱使由於電流流過電極板64所產生的熱這一點上也是有效的。又，於電極板62之第2主面62b，不限於設置薄板構件62c，只要具備沿著與電流流動的X方向直交的方向延伸的凹凸即可。於電極板62，設置至少使流過第2主面62b的表層之電流的電阻增大的凹凸為佳。
在前述第1變形例及第3變形例，設於第1主面的凹部的深度及寬幅為一定，但凹部的深度或是寬幅隨場所而不同亦可。例如，於第1主面在電流不易流動的部分，以使電流容易流過的方式使表面積增大地改變凹部的深度或者寬幅亦可。
在前述第2變形例及第3變形例，鰭狀薄板構件的高度及間隔為一定，但薄板構件的高度或是間隔隨場所而不同亦可。例如，於第1主面在電流不易流過的部分，以使流過第2主面的表層之電流的電阻變大而增大第1主面的電流的方式，改變薄板構件的高度或間隔亦可。
如以上所述，在供生成電漿而使用的長尺寸狀的板構件之電極板，電流由一方端面流往另一方端面。此電極板，具有在此長邊方向的途中屈曲而相互平行的去程部分與回程部分。因此，可以使電漿密度均一化。
以上，詳細說明了本發明之薄膜形成裝置，但本發明之薄膜形成裝置不以前述實施型態為限，在不逸脫本發明的主旨之範圍內，當然可以進行種種改良或變更。
10．．．薄膜形成裝置
12．．．供電單元
14，104．．．成膜容器
16．．．氣體供給部
18．．．氣體排氣部
20．．．玻璃基板
22．．．高頻電源
24．．．高頻纜線
26．．．匹配箱
28，29．．．傳送線
30，56，60，62，64，102．．．電極板
30a，30b，56a，56b，60a，60b．．．端面
30c、56c．．．去程部分
30d，56d．．．回程部分
32，106．．．隔壁
34．．．絕緣構件
36，108．．．介電體
38．．．內部空間
40．．．成膜空間
42，110．．．加熱器
44，112．．．承受器
46．．．升降機構
48．．．氣罐
50．．．流量控制器
52．．．渦輪式分子泵
54．．．無油乾式真空幫浦
58．．．凹部
56e，62a，64a．．．第1主面
62b，64b．．．第2主面
62c，64c．．．薄板構件
100．．．電漿成膜裝置
圖1係顯示相關於本發明之一實施型態之薄膜形成裝置的構成之概略圖。
圖2(a)係使用於圖1所示的薄膜形成裝置的電極板之一例之立體圖，(b)係與(a)所示的電極板不同的第1變形例之立體圖。
圖3(a)、(b)係說明電極板與生成的電漿的電子密度的關係之圖。
圖4係顯示與本實施型態的電極板不同的第2變形例之立體圖。
圖5係顯示與本實施型態的電極板不同的第3變形例之立體圖。
圖6(a)、(b)係說明使用於從前的薄膜形成裝置之電極板之例之圖。
28，29．．．傳送線
30，56．．．電極板
30a，30b，56a，56b．．．端面
30c、56c．．．去程部分
30d，56d．．．回程部分
56e．．．第1主面
58．．．凹部
d．．．間隔距離
Claims (6)
- 一種薄膜形成裝置，係於基板形成薄膜之薄膜形成裝置，其特徵為具有：具備在減壓狀態於基板形成薄膜之成膜空間的成膜容器，於前述成膜容器的前述成膜空間內導入薄膜用原料氣體的原料氣體導入部，於前述成膜空間，使用前述薄膜用原料氣體生成電漿的電漿電極部；前述電漿電極部，為電流由一方端面流至另一方端面之板構件，具備具前述板構件之電流流動方向在途中屈曲而相互平行的去程部分與回程部分之電極板作為電漿生成用電極；前述去程部分與前述回程部分具有相同寬幅，前述去程部分與前述回程部分的間隔距離，為前述去程部分與前述回程部分的寬幅的1~1.6倍。
- 一種薄膜形成裝置，係於基板形成薄膜之薄膜形成裝置，其特徵為具有：具備在減壓狀態於基板形成薄膜之成膜空間的成膜容器，於前述成膜容器的前述成膜空間內導入薄膜用原料氣體的原料氣體導入部，於前述成膜空間，使用前述薄膜用原料氣體生成電漿的電漿電極部； 前述電漿電極部，為電流由一方端面流至另一方端面之板構件，具備具前述板構件之電流流動方向在途中屈曲而相互平行的去程部分與回程部分之電極板作為電漿生成用電極；前述電極板之與電流方向平行的第1主面係以朝向前述成膜空間的方式配置，於前述第1主面之去程部分與回程部分，設有複數沿著電流方向延伸的溝狀之凹部。
- 一種薄膜形成裝置，係於基板形成薄膜之薄膜形成裝置，其特徵為具有：具備在減壓狀態於基板形成薄膜之成膜空間的成膜容器，於前述成膜容器的前述成膜空間內導入薄膜用原料氣體的原料氣體導入部，於前述成膜空間，使用前述薄膜用原料氣體生成電漿的電漿電極部；前述電漿電極部，為電流由一方端面流至另一方端面之板構件，具備具前述板構件之電流流動方向在途中屈曲而相互平行的去程部分與回程部分之電極板作為電漿生成用電極；前述電極板之第1主面係以朝向前述成膜空間的方式配置，於與前述第1主面對向的第2主面，具備沿著與前述電流方向直交的方向延伸的凹凸。
- 如申請專利範圍第3項之薄膜形成裝置，其中前述 凹凸，係藉由立設於前述第2主面的複數板構件形成的。
- 如申請專利範圍第1~4項之任一項之薄膜形成裝置，其中前述去程部分的長度與前述回程部分的長度為相等。
- 如申請專利範圍第1~4項之任一項之薄膜形成裝置，其中前述電極板的厚度比0.2mm更大。
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