TW201340201A - 聚光型太陽能電池電漿蝕刻方法及設備 - Google Patents

Abstract

一種以鍺晶圓製備聚光型太陽能電池時使用的電漿蝕刻設備，包含可控制地封閉而成預定蝕刻環境的反應腔室、接地電極、與接地電極分隔相對設置的支持電極、連通反應腔室而提供蝕刻氣體輸入的氣體供應器，及施加電能於接地電極與支持電極的供電裝置；支持電極具有供鍺晶圓固置的工作平台及由絕緣材料構成的限位環，並將鍺晶圓以限位環圈設固置且貼觸於工作平台上，供電後配合接地電極和支持電極使蝕刻氣體形成電漿而對鍺晶圓表面的膜層進行乾式蝕刻，改善現有鍺晶圓只能用濕式蝕刻進行而會有蝕刻定義出的圖案不夠精確的問題。

Description

聚光型太陽能電池電漿蝕刻方法及設備

本發明是有關於一種蝕刻設備與蝕刻方法，特別是指一種應用於以鍺晶圓製備聚光型太陽能電池時使用的電漿蝕刻設備與進行電漿蝕刻的方法。

相較於傳統燃煤或核能發電，太陽能電池(solar cell)是利用光電效應直接將太陽能轉換為電能且不會伴隨溫室效應氣體的產生或廢料處理問題，而提供一種安全自主又環保的電力來源。

為提高太陽能電池的發電效能，一種聚光型太陽能電池(Concentrated Photovoltaic,CPV)被提出，此種太陽能電池可吸收強度極強的光線進而藉此提升發電效能，而這類形的聚光型太陽能電池通常是用導電性、導熱性較佳的鍺晶圓進行製備得到的。

惟，以鍺晶圓製造聚光型太陽能電池結構的製程中，由於鍺屬於類金屬材料、導電性高，因此在以電漿進行乾式蝕刻(Dry etching)時的電位差會令鍺晶圓表面產生放電現象而發生異常電流增大、導致電極與晶圓嚴重毀損的問題產生；此外，若以光阻作為蝕刻時的遮罩(mask)，亦會因異常電流的產生而令光阻碳化，進而無法順利進行圖案的定義，所以，現今以鍺晶圓製備聚光型太陽能電池的製程仍無法利用電漿進行乾式蝕刻，而只能使用濕式蝕刻(Wet etching)對膜層進行圖形定義來避免發生上述異常情形。

然而，眾所周知的是，濕式蝕刻屬於等方向性蝕刻，所以對於側向蝕刻的控制不易，容易產生底切(under cut)的現象而令定義出的圖案形狀、大小失準，同時，濕式蝕刻亦會產生大量廢液、造成環境負擔，除此之外，目前用於鍺晶圓的濕式蝕刻皆需要作業人員全程手動操作以控制整體蝕刻過程，不但耗費人力，亦因人為操作無法準確地確保每次的蝕刻完全相同。

因此，本發明之目的，即在提供一種可以應用於聚光型太陽能電池的鍺晶圓上的膜層進行乾式蝕刻的電漿蝕刻設備。

另外，本發明又一目的，即在提供一種對聚光型太陽能電池的鍺晶圓上的膜層進行電漿蝕刻的方法。

於是，本發明一種電漿蝕刻設備，包含一反應腔室、一接地電極、一支持電極、一氣體供應器，及一供電裝置。

該反應腔室是可控制地封閉而成預定蝕刻環境，令鍺晶圓在該封閉的反應腔室中進行電漿蝕刻。

該接地電極位於該反應腔室中且被接地。

該支持電極位於該反應腔室中並與該接地電極分隔相對設置，包括一供鍺晶圓固置的工作平台及一由絕緣材料構成的限位環，該限位環圈設該鍺晶圓而使該鍺晶圓相反於該膜層的底面與該工作平台相接觸且相對該工作平台固定不動。

該氣體供應器與該反應腔室相連通地設置，而提供一蝕刻氣體進入該反應腔室中。

該供電裝置與該接地電極和支持電極電連接，並可分別對該接地電極和支持電極施加電能，且當施加電能時，配合該接地電極和支持電極使該蝕刻氣體形成電漿，而對該鍺晶圓的膜層進行電漿蝕刻

再者，本發明一種對鍺晶圓表面材料進行電漿蝕刻的方法，包含以下步驟：

(A)　先於一鍺晶圓的一頂面形成一膜層。

(B)　將該形成有膜層的鍺晶圓固置於一位於一反應腔室中的支持電極上，並用一由絕緣材料構成的限位環圈設該鍺晶圓使該鍺晶圓藉該限位環而以相反於該頂面的一底面貼觸且置放於該支持電極的一工作平台上。

(C)　用一氣體供應器輸入一蝕刻氣體於該反應腔室中且令該反應腔室成預定蝕刻環境。

(D)　以一供電裝置施加電能於該支持電極及一與該支持電極間隔設置且接地的接地電極，藉該支持電極與該接地電極配合使該蝕刻氣體形成電漿而對該鍺晶圓的膜層進行電漿蝕刻。

本發明之功效在於：提供一種具有絕緣性質的限位環的電漿蝕刻設備，藉由該限位環圈設且包圍鍺晶圓的側周面，並使鍺晶圓底面貼靠於支持電極的工作平台，而使得由類金屬材料構成、高導電性的鍺晶圓在電漿蝕刻進行時所外露的整體表面積降低，因此不會產生異常放電現象，而可以順利用電漿進行乾式蝕刻而定義出精確的圖案。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

在本發明被詳細描述之前，要注意的是，在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖1，本發明電漿蝕刻設備之一較佳實施例包含一反應腔室1、分別設置於該反應腔室1中的一接地電極2與一支持電極3、一與該反應腔室1相連通的氣體供應器4，及一與該接地電極2和支持電極3電連接的供電裝置5，而能對一形成於用以製備聚光型太陽能電池的鍺晶圓6的一頂面61上的膜層7進行電漿蝕刻。

該反應腔室1是可開啟地封閉而供一待蝕刻的鍺晶圓6置入，並成實質密閉空間而建立出一個溫度、壓力適當的電漿蝕刻環境。

該接地電極2與支持電極3位於該反應腔室1中並分隔相對而成平行板電極結構；該接地電極2與該供電裝置5電連接並接地以提供一個穩定的電位；該支持電極3包括一供鍺晶圓6固置的工作平台31，及一可分離地設置於該工作平台31上的限位環32，該工作平台31以高導電性的材料構成並電連接於該供電裝置5，使得該供電裝置5能施加電能於該工作平台31上以提供一相對於該接地電極2的偏壓；該限位環32由絕緣材料構成並將待蝕刻的鍺晶圓6圈設包圍、令該鍺晶圓6的側周面被緊密包覆不外露，並使該鍺晶圓6相反於該膜層7的一底面62與該工作平台31相接觸且相對該工作平台31固定不動，其中，該絕緣的限位環32材料可以選自於石英(Quartz)、藍寶石(Sapphire)或陶瓷材料(Ceramic)，而本實施例中是以石英為實施態樣。

該氣體供應器4連通該反應腔室1，提供一蝕刻氣體進入該反應腔室1中。

該供電裝置5提供電力於該接地電極2、支持電極3，而在該接地電極2、支持電極3之間形成預定的電磁場，令該反應腔室1中的蝕刻氣體在預定的溫度、壓力、電場下形成電漿，而對該鍺晶圓6的膜層7進行蝕刻，於本實施例中，以該供電裝置5提供射頻(Radio Frequency,RF)電力於該接地電極2、支持電極3作說明。

接著，再透過利用上述本發明電漿蝕刻設備的較佳實施例對鍺晶圓進行電漿蝕刻的方法的說明，當可對本發明更加清楚明白。

參閱圖2，首先，在該用以製備聚光型太陽能電池的鍺晶圓6的頂面61形成該膜層7，更詳細地說，在此是以太陽能電池中的抗反射用鍍膜的圖案化製程為實施說明，先在該頂面61構成一欲進行圖形定義的抗反射膜71，該抗反射膜71的材料是選自於氧化鈦、氧化矽、氮化矽、或氮氧化矽其中一種，再於該抗反射膜71上藉由黃光微影製程用光阻形成一具有預定圖案的光阻圖案膜72，使該抗反射膜71和該光阻圖案膜72構成該膜層7。

配合參閱圖1的設備示意圖，接著將該形成有膜層7的鍺晶圓6用該絕緣材料構成的限位環32圈設後，以底面62貼觸該工作平台31地固置於上述本發明電漿蝕刻設備的較佳實施例的該支持電極3上。

再來由該氣體供應器4輸入由四氟化碳(CF₄)、三氟甲烷(CHF₃)、六氟化硫(SF₆)、氧(O₂)以及氦(He)混成的蝕刻氣體於該反應腔室1中，並控制混合氣體在該反應腔室1中的壓力、成分比例以達到所要求的蝕刻效果。

然後以該供電裝置5施加電能於該支持電極3與接地電極2，藉該支持電極3與該接地電極2電位差的配合使得該支持電極3與該接地電極2之間產生電磁場，進而令該蝕刻氣體形成電漿後而對該鍺晶圓6的膜層7進行乾式蝕刻，即可製作得到圖案精確的抗反射膜71。

補充說明的是，在本發明電漿蝕刻設備的較佳實施例中，是以Tegal 901系列的乾蝕刻機台為主體而對該Tegal 901系列機台中供鍺晶圓6放置的電極部位進行改造，而構成本較佳實施例具有反應腔室1、接地電極2與一支持電極3、氣體供應器4，及供電裝置5的電漿蝕刻設備，且利用此設備進行上述該鍺晶圓6的膜層7的蝕刻時，是將供電裝置5的輸出功率設定為100~300W，並控制充滿於該反應腔室1中的蝕刻氣體壓力為150~500毫托(mt)後而能順利地對該由氧化鈦、氧化矽、氮化矽、或氮氧化矽其中一種材料組成的抗反射膜71進行蝕刻並依光阻圖案膜72的預定圖形移除部分結構而得到平整、精確的圖案。

由前述說明可知，該待蝕刻的鍺晶圓6是用本發明電漿蝕刻設備的較佳實施例的絕緣的限位環32緊密環圍其側周面，並以底面62貼靠工作平台31，因此，鍺晶圓6曝露於蝕刻環境中的表面積將有效減少而改善因電位差導致的異常放電現象，進而避免電極毀損與光阻碳化，而能順利、精確地以電漿完成膜層7的圖形定義；此外，值得一提的是，整個用電漿進行乾式蝕刻過程並沒有需要作業人員以經驗判斷、控制的部分，而是依固定製程在機台上設定好參數後進行自動化操作，因此可以大幅避免濕式蝕刻的製程問題。

綜上所述，本發明主要是提出一種具有由絕緣材料構成、用於圈設鍺晶圓、使鍺晶圓表面曝露減少的限位環的電漿蝕刻設備，而能防止以電漿對鍺晶圓進行乾式蝕刻時會因電極電位差而引起的異常放電的現象，進而能對鍺晶圓使用電漿進行使產生圖案精確的乾式蝕刻，改善以往鍺晶圓只能用濕式蝕刻定義圖案，而有圖案精確度不足、需要大量人工操作等問題，進一步提升整體製程綜效，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

1．．．反應腔室

2．．．接地電極

3．．．支持電極

31．．．工作平台

32．．．限位環

4．．．氣體供應裝置

5．．．供電裝置

6．．．鍺晶圓

61．．．頂面

62．．．底面

7．．．膜層

71．．．抗反射膜

72．．．光阻圖案膜

圖1是一剖面圖，說明本發明電漿蝕刻設備的一較佳實施例；及

圖2是一剖面流程圖，說明一鍺晶圓的膜層的電漿蝕刻製程。

1．．．反應腔室

2．．．接地電極

3．．．支持電極

31．．．工作平台

32．．．限位環

4．．．氣體供應器

5．．．供電裝置

6．．．鍺晶圓

61．．．頂面

62．．．底面

7．．．膜層

Claims (8)

1. 一種電漿蝕刻設備，對一用以製備聚光型太陽能電池的鍺晶圓的一膜層進行電漿蝕刻，包含：一反應腔室，可控制地封閉而成預定蝕刻環境；一接地電極，位於該反應腔室中且被接地；一支持電極，位於該反應腔室中並與該接地電極分隔相對設置，包括一供鍺晶圓固置的工作平台，及一由絕緣材料構成的限位環，該限位環圈設該鍺晶圓而使該鍺晶圓相反於該膜層的底面與該工作平台相接觸且相對該工作平台固定不動；一氣體供應器，連通該反應腔室而提供一蝕刻氣體進入該反應腔室中；及一供電裝置，與該接地電極和支持電極電連接並施加電能，且當施加電能時，配合該接地電極和支持電極使該反應腔室中的蝕刻氣體形成電漿，而對該鍺晶圓的膜層進行電漿蝕刻。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之電漿蝕刻設備，其中，該限位環緊密環圍該鍺晶圓的側周面而使該鍺晶圓側周面不外露。
3. 依據申請專利範圍第2項所述之電漿蝕刻設備，其中，該限位環是選自以下所成的群組所構成：石英、陶瓷材料，及藍寶石。
4. 一種對一用以製備聚光型太陽能電池的鍺晶圓表面材料進行電漿蝕刻的方法，包含：(A)於該鍺晶圓的一頂面形成一膜層；(B)將該形成有該膜層的鍺晶圓固置於一位於一反應腔室中的支持電極上，並用一絕緣材料構成的限位環圈設該鍺晶圓使該鍺晶圓藉該限位環而以相反於該頂面的一底面貼觸該支持電極的一工作平台上；及(C)用一氣體供應器輸入一蝕刻氣體於該反應腔室中；(D)以一供電裝置施加電能於該支持電極及一與該支持電極間隔設置且接地的接地電極，藉該支持電極與該接地電極配合使該反應腔室中的蝕刻氣體形成電漿，而對該鍺晶圓的膜層進行電漿蝕刻。
5. 依據申請專利範圍第4項所述之進行電漿蝕刻的方法，其中，該步驟(B)中的該限位環緊密環圍該鍺晶圓的側周面而使該鍺晶圓側周面不外露。
6. 依據申請專利範圍第5項所述之進行電漿蝕刻的方法，其中，該步驟(B)中的限位環是選自以下所成的群組：石英、陶瓷材料及藍寶石。
7. 依據申請專利範圍第6項所述之進行電漿蝕刻的方法，其中，該步驟(A)是先選自以下所成的群組為材料在該鍺晶圓的頂面構成一抗反射膜：氧化鈦、氧化矽、氮化矽，及氮氧化矽，接著，再於該抗反射膜上用光阻形成一光阻圖案膜，使該抗反射膜和該光阻圖案膜構成該膜層。
8. 依據申請專利範圍第7項所述之進行電漿蝕刻的方法，其中，該步驟(C)中該氣體供應器朝該反應腔室輸入的蝕刻氣體是由四氟化碳、氧、六氟化硫、氦，以及三氟甲烷的混合氣體所構成。