電漿產生裝置的製作方法

2023-10-20 08:54:47 1

專利名稱：電漿產生裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及ー種電漿產生裝置，且特別涉及ー種具有均勻流場分布的電漿產生裝置，其通過擾流単元與擾流單元的設置，腔體內能提供較均勻的電漿密度，進而提升製程穩定度。
背景技術：
在今日半導體製程技術中，電漿可進行非常有效的電漿輔助化學氣相蒸鍍、plasma-assisted chemical vapor deposition)、電架袖助蝕刻(,plasma-assisted etching)、以及電眾高分子化(plasma polymerization)等薄膜製程及蝕刻工作。而現今多種產業皆運用到電漿製程技術，如太陽能廠以及晶圓廠。例如太陽能電池中的傳統微晶矽質薄膜太陽能電池的製程方式，即通常先以電漿增強型化學式氣相沉積製程(Plasmaenhance chemical vapor deposition,PECVD)中通入大量氫氣與娃燒做稀釋，再經由反應形成微晶矽質薄膜而提升其各項電特性以達到高效率產能的目標。在以往的薄膜製程中，各種的原料及氣體會被送入反應室內，有些氣體只是做為轟擊靶材的介質，有些氣體會和原料反應，並且沉積在基板上，其中會和原料反應的反應性氣體，其送入反應腔室的均勻度會影響鍍膜的均勻度及厚度，因此，這類型的鍍膜設備會設置氣體分配裝置，目的是讓氣體均勻送入該反應腔室內，並且防止氣體在送入該反應腔室時產生波動、湍流或者對流漩渦，相關的技術文獻如CN101068950A、CN101624722A、CN101949007A。隨著前述幾種製程中電漿頻率的提升，其鍍膜速率也隨之增加。然而當欲鍍膜的基板面積增大時，在其上傳遞的電磁波將會因其相位變化造成電場的變動，相對地也影響了電漿的均勻性及鍍膜的效率。尤其是在今日鍍膜基板尺寸由昔知的八時、十二時晶圓增大到今日的薄膜液晶顯不器(Thin film transistor liquid crystal display,TFT LCD)廠、太陽能廠發展中的一平方公尺以上的大面積玻璃基板吋，該問題將會嚴重影響量產的效率及成本。此外，隨著進行鍍膜加工的基板増大的趨勢，相配合的氣體分配裝置也需要作配合的改變，才能讓大面積的基板在鍍膜時產生較佳均勻性及厚度控制性。
發明內容針對現有技術存在的缺陷和不足，本實用新型的主要目的在於提供ー種電漿產生裝置，能提供較均勻的電漿密度，進而提升製程穩定度。為達到上述目的，本實用新型採用以下技術方案—種電漿產生裝置，包括一第一腔體；至少兩個第二腔體；ー氣體分散組件；至少兩個屏蔽單元；一擾流單元；至少兩個電極板以及至少ー射頻電流源。其中，第一腔體的外表面電性接地，且具有一第一進氣ロ及一第一出氣ロ，其中第一進氣ロ用以通入製程氣體，第一出氣ロ則用以排出製程氣體；第二腔體，配置於第一腔體的內部，其具有一第二進氣ロ，其中第二進氣ロ通過第一進氣ロ引入製程氣體；氣體分散組件，配置於第二腔體中且鄰近於第二進氣ロ，由至少兩個中空圓柱體與至少兩個中空錐體組合而成，中空圓柱體用以控制氣體流速，中空錐體則用以達到均勻擴散氣體的功效；屏蔽單元，配置於第二腔體中，具有至少兩個第一孔洞，用以排出第二腔體的製程氣體；擾流單元，配置於第二腔體中且鄰近於屏蔽単元，具有至少兩個第二孔洞，用以調整通入第二腔體的製程氣體的速率及流量；電極板，配置於第二腔體的內部，用以呈載至少ー製程基板，其中電極板的面積介於864平方公分至50400平方公分之間；以及至少ー射頻電流源，設置於第一腔體外部，電性連接電極板，用以提供一射頻電流以產生電漿於第二腔體內。其中，氣體分散組件可同時包括至少兩段不同直徑的中空圓柱體與中空錐體，直徑較小部分具有高流速，直徑較大部分則具有低流速。根據本實用新型的又一特徵，中空錐體可通過改變錐度的方式調整氣體通過後的分布均勻性。本實用新型的電漿產生裝置具有以下功效I.擾流單元可使単一腔體中至少兩個電漿產生區皆具有等量的氣體，可使至少兩 個電漿產生區中具有相同的電漿密度，藉以提高製程穩定度；以及2.可同時提供基板上的氣體ー均勻的流場分布，可使基板上具有均勻的電漿密度；以及3.以屏蔽単元有效阻擋射頻電場外洩至非電漿產生區域，減少電漿生成物的汙染以及避免產生電弧放電損傷設備。為讓本實用新型的目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉數個較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

為讓本實用新型的上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式的說明如下圖I為本實用新型的電漿產生裝置。圖2a為本實用新型的氣體分散組件的結構示意圖(一)。圖2b為本實用新型的氣體分散組件的結構示意圖(ニ)。圖2c為本實用新型的氣體分散組件的結構示意圖(三)。圖3a為本實用新型的第一實施例示意圖。圖3b為本實用新型的第二實施例示意圖。圖4為本實用新型的第三實施例示意圖。圖5為本實用新型的第四實施例示意圖。主要組件符號說明100:電漿產生裝置 110:第一腔體111:第一進氣ロ112:第一出氣ロ112a:真空源120 :至少兩個第二腔體121:第二進氣ロ130 :氣體分散組件131 :至少兩個中空圓柱體132 :至少兩個中空錐體140 :至少兩個屏蔽單元 141 :至少兩個第一孔洞150 :擾流單元151 :至少兩個第二孔洞 160 :至少兩個電極板170:射頻電流源171 :阻抗匹配器180 :基板[0030]210:金屬網211 :金屬網格510:至少兩個接地單元具體實施方式
現請參照圖1，其所示為本實用新型的電漿產生裝置100，其包括第一腔體110，至少兩個第二腔體120，氣體分散組件130，至少兩個屏蔽單元140，擾流單元150，至少兩個電極板160，以及至少ー射頻電流源170。第一腔體110的外表面電性接地，亦即是使第一腔體110成為ー零電位的物體，其可屏蔽電場於第一腔體110中，以防止電場外洩而與電漿產生裝置100外的電子儀器產生幹擾而影響其運作。第一腔體110具有第一進氣ロ 111及第一出氣ロ 112，其中第一進氣ロ111用以連接一製程氣體源，用以通入製程氣體，而第一出氣ロ 112用以排出氣體。第一腔體110中配置至少兩個第二腔體120以作為電漿製程區域，為達到與第一腔體110所具有的屏蔽電場功效，其亦需電性接地，可通過將其與第一腔體110電性連接而達成。為產生電漿於第二腔體120中，第二腔體120具有第二進氣ロ 121。第二進氣ロ121用以將第一進氣ロ 111通入的氣體引入第二腔體120中以產生電漿。此外，第二腔體120中配置至少兩個電極板160，用以呈載製程基板180，使電漿產生裝置100可對基板180進行ー蝕刻、ー沉積薄膜或一表面改質製程。需注意的是，基板180選自於玻璃、石英、塑料、透明可撓性基板所組成族群中的任何ー種材料。為了得到較佳的透光特性與較低的製造成本，可採用透光性較佳的玻璃。該電漿產生裝置100中的電漿產生所需能量通過ー射頻電流源170所提供的射頻電流所產生。射頻電流源170電性連接至少兩個電極板160，用以提供射頻電流於電極板160上傳導以產生射頻電場以解離至少兩個第二腔體120內的製程氣體，以產生電漿。於本實用新型實施例中，射頻電流的頻率在10至150MHz之間。電極板160為可呈載基板面積為五代玻璃面板以上的需求，電極板160的面積介於864平方公分至60000平方公分之間。氣體分散組件130，配置於第二腔體120中且鄰近於第二進氣ロ 121。該氣體分散組件130由至少兩個中空圓柱體131與至少兩個中空錐體132組合而成，中空圓柱體131用以控制氣體流速，中空錐體132則用以達到均勻擴散氣體的功效，如圖2a與2b所示。需注意的是，中空圓柱體131的大小可依腔體尺寸作流量調節。其中，若中空圓柱體131的孔徑較小可增強氣體流量，以增加氣體由腔體上部至腔體底部的流動能力，使該腔體上下兩部分的流速及流場狀況可相等，如圖2a所示。此外，亦有同均勻分配通路的相同效果，有利於更大範圍內將氣體均勻分配。該氣體分散組件130電性連接第二腔體，具有一接地電位。值得注意的是，請配合參照圖2c，於本實用新型的另ー實施例中氣體分散組件130亦可同時包括多段不同直徑的中空圓柱體131a、131b、131c與131d與中空錐體132組合而成，直徑較小部分具有高流速，直徑較大部分則具有低流速。作此設計的原因主要要平衡中空圓柱體131a、131b、131c與131d中間與兩側邊緣流出到中空錐體132前的氣體流量。此外，中空錐體132亦可通過改變錐度的方式精確地調整氣體通過後的分布均勻性。另ー方面，為有效維持電漿製程所需的真空環境以及排出電漿製程進行後殘餘的氣體，第二腔體120具有至少兩個屏蔽單元140。現請參照圖3a，其所示為本實用新型的第一實施例示意圖，其用以具體顯示第二腔體120於本實用新型的實施態樣。屏蔽單元140配置於第二腔體120的一表面，具有至少兩個第一孔洞141，其可用以排出電漿製程殘餘的氣體。為使電漿不產生於第二腔體120之外，需使該些第一孔洞141呈周期性排列，用以屏蔽解離氣體的射頻電場發散出第二腔體120之外。發散的射頻電場會造成以下現象產生電漿於第一腔體110與第二腔體120之間，產生電漿生成物汙染；於第一腔體110與第二腔體120間的區域，產生電弧放電，該現象造成的高溫現象易損壞裝置。為使屏蔽單元140達到屏蔽電場的功效，需使其厚度介於2mm至IOmm之間，其中至少兩個第一孔洞141的直徑需小於射頻電流操作頻率的五十分之一波長，且第一孔洞141間距小於二十分之一波長。注該波長定義為光速除以該射頻電流的頻率。本實用新型第一實施例中，屏蔽單元140以具有至少兩個第一孔洞141的金屬板實現，該金屬板厚度為2mm,其中至少兩個第一孔洞141的間距為1100mm,直徑為440mm。為達到使電漿製程區域產生ー穩定的電漿場，本實用新型的實施例中，還可以添加一氣體分散板(未繪製)於氣體分散組件130上方，氣體分散板亦具有至少兩組孔洞，可通過孔洞的大小及位置調整氣體流入第二腔體120的速率及流量，使至少兩個電極板160兩側的電漿產生區域具有相同的氣流狀態。現請參照圖3b，其所示為本實用新型第二實施例示意圖，其中屏蔽單元140可以金屬網210達到相同功效，金屬網格211的結構參數與第一實施例相同，網格面積需等同於 孔洞面積。金屬網210的線徑等同於屏蔽單元140的厚度，其介於2mm至IOmm之間。此夕卜，本實用新型第三實施例中，該金屬網210可以額外増加至少兩片擾流平板211a以達到調整第二腔體120中氣流場狀態的功效。需注意的是，本實用新型電漿產生裝置包括一真空源112a，其與屏蔽單元140連接，用以控制第一腔體110與第二腔體120的壓カ值位於
O.5-760 託耳(Torr)之間。擾流單元150配置於第二腔體120中且鄰近於屏蔽単元140，具有至少兩個第二孔洞151，用以進ー步地調整通入第二腔體120的製程氣體的速率及流量。本實用新型電漿產生裝置100還包括一阻抗匹配器171，電性連接於射頻電流源170與電極板160之間，用以匹配射頻電流源170的阻抗至電極板160的饋入阻抗，使射頻電流傳輸路徑上無阻抗不匹配現象，造成射頻功率的損失。阻抗匹配器171、射頻電流源170與電極板160間的電性連接由使用一射頻傳輸線所達成，且該射頻傳輸線的阻抗為50奧姆。於本實用新型電漿產生裝置100中，其中第一腔體110、第二腔體120、電極板160、屏蔽單元140的材質選自鎳、金、銀、鈦、銅、鈀、不鏽鋼、鈹銅合金、鋁、被覆鋁及其組合所構成的群組。現請參照圖4，其為本實用新型的第三實施例示意圖，通過ー為使至少兩個第ニ腔體120間不互相產生射頻互擾現象，現請配合參照圖3，其所示為本實用新型的第二實施例示意圖，因至少兩個屏蔽單元140的使用可第二腔體120內的射頻電場於穿過屏蔽單元140後大幅降低，因此可將視為獨立単元而不產生互擾的作用，因此可使用13. 56MHz及40. 68MHz兩種不同頻率的射頻電流，其分別為射頻電流源170、阻抗匹配器171以及另一射頻電流源170a與阻抗匹配器171a，對應於電極板160，用以得到更高的製程自由度。現請參照圖5，其為本實用新型的第四實施例示意圖，為達到較高產量，使用四組第二腔體120以呈載更多製程基板。需注意的是，為使屏蔽單元140於第二腔體120具有較佳射頻電場屏蔽效果，需使其在設備體積增大時依然具有良好電性接地特性，而不被射頻電流所產生的寄生電感及電容特性所影響，可以至少兩個接地単元510電性連接屏蔽單元140。還可以至少兩個接地單元510電性連接第二腔體120以達到較佳功效。需注意的是，且接地単元510之間距離不超過射頻電流操作頻率的1/15波長，以使該接地単元510間不因距離過長產生寄生電感效應影響接地電位。I.擾流單元可使単一腔體中至少兩個電漿產生區皆具有等量的氣體，可使至少兩個電漿產生區中具有相同的電漿密度，藉以提高製程穩定度；以及2.可同時提供基板上的氣體ー均勻的流場分布，可使基板上具有均勻的電漿密度；以及3.以屏蔽単元有效阻擋射頻電場外洩至非電漿產生區域，減少電漿生成物的汙染以及避免產生電弧放電損傷設備。以上所述，僅為本發明的具體實施方式
，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵 蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應所述以權利要求的保護範圍為準。
權利要求1.ー種電眾產生裝置,其包括 一第一腔體，該第一腔體的外表面電性接地，且具有一第一進氣ロ及一第一出氣ロ，其中第一進氣ロ用以通入製程氣體，第一出氣ロ則用以排出製程氣體； 至少兩個第二腔體，配置於第一腔體的內部，其具有一第二進氣ロ，其中第二進氣ロ通過該第一進氣ロ引入製程氣體； ー氣體分散組件，配置於第二腔體中且鄰近於第二進氣ロ，由至少兩個中空圓柱體與至少兩個中空錐體組合而成，中空圓柱體用以控制氣體流速，中空錐體則用以達到均勻擴散氣體的功效； 至少兩個屏蔽單元，配置於第二腔體中，具有至少兩個第一孔洞，用以排出第二腔體的製程氣體； 一擾流單元，配置於第二腔體中且鄰近於屏蔽単元，具有至少兩個第二孔洞，用以調整通入第二腔體的製程氣體的速率及流量； 至少兩個電極板，配置於第二腔體的內部，用以呈載至少ー製程基板，其中電極板的面積介於864平方公分至50400平方公分之間；以及 至少ー射頻電流源，設置於第一腔體外部，電性連接電極板，用以提供一射頻電流以產生電漿於第二腔體內； 其中，該氣體分散組件可同時包括多段不同直徑的中空圓柱體與中空錐體組合而成，直徑較小部分具有高流速，直徑較大部分則具有低流速。
2.根據權利要求I所述的電漿產生裝置，其特徵在於，所述電漿產生裝置還包括一真空源，設置於第一腔體外部，與第一腔體有一管路連接，通過該管路用以將第一腔體內部的氣體抽出，並可控制第一腔體的壓カ值位於O. 5至760託耳(Torr)之間。
3.根據權利要求I所述的電漿產生裝置，其特徵在於，所述氣體分散組件電性連接第ニ腔體，具有一接地電位。
4.根據權利要求I所述的電漿產生裝置，其特徵在於，所述第一孔洞呈周期性排列，用以屏蔽射頻電場，且第一孔洞的直徑小於射頻電流操作頻率的五十分之一波長；以及第一孔洞間距小於二十分之一波長。
5.根據權利要求I所述的電漿產生裝置，其特徵在於，所述中空錐體通過改變錐度的方式調整氣體通過後的分布均勻性。
6.根據權利要求I所述的電漿產生裝置，還包括至少ー阻抗匹配器，電性連接於射頻電流源與電極板之間。
7.根據權利要求6所述的電漿產生裝置，其特徵在於，所述阻抗匹配器、該射頻電流源與電極板間的電性連接系由使用一射頻傳輸線所達成，且該射頻傳輸線的阻抗為50奧姆。
8.根據權利要求I所述的電漿產生裝置，其特徵在於，所述屏蔽単元的第一孔洞的形式選自金屬板與金屬網之一。
9.根據權利要求I所述的電漿產生裝置，其特徵在於，所述射頻電流的頻率在10至150MHz 之間。
專利摘要本實用新型公開了一種電漿產生裝置，其主要包括一第一腔體；至少兩個第二腔體；一氣體分散組件；至少兩個屏蔽單元；一擾流單元；至少兩個電極板以及至少一射頻電流源。通過該擾流單元與擾流單元的設置，該電漿產生裝置的腔體可提供較均勻的電漿密度，進而提升製程穩定度。
文檔編號H05H1/46GK202535628SQ20122007436
公開日2012年11月14日 申請日期2012年3月1日 優先權日2012年3月1日
發明者葉昌鑫, 李炳寰, 楊主見, 黃俊凱, 黃維致 申請人:亞樹科技股份有限公司