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TWI449121B - 調節基板溫度之基板支撐件及其應用 - Google Patents

調節基板溫度之基板支撐件及其應用 Download PDF

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TWI449121B
TWI449121B TW096128739A TW96128739A TWI449121B TW I449121 B TWI449121 B TW I449121B TW 096128739 A TW096128739 A TW 096128739A TW 96128739 A TW96128739 A TW 96128739A TW I449121 B TWI449121 B TW I449121B
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Description

調節基板溫度之基板支撐件及其應用
本發明之實施例大體上係關於基板之處理，而更精確地，係關於調節製程腔室中之基板溫度的基板支撐組件。更明確地說，本發明係關於可用於，諸如化學氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、蝕刻及其他基板處理反應之方法及設備，以沉積、蝕刻、或退火處理(anneal)基板材料。
欲將一薄膜層沉積在一基板上，通常將基板支撐於一沉積製程腔室中並加熱基板至一高溫，例如攝氏數百度。將氣體或化學藥品注入製程腔室，且發生一化學及/或物理反應以在基板上沉積一薄膜層。薄膜層可為介電層、半導體層、金屬層、或任何其他的含矽層。
可由電漿或其他熱源輔助沉積製程。舉例來說，在處理半導體基板或玻璃基板之電漿輔助化學氣相沉積(plasma－enhanced chemical vapor deposition)製程腔室中，可藉由將基板曝露於電漿及/或以製程腔室中之熱源加熱基板來保持基板溫度處在一所欲之高沉積溫度。熱源之一實例包含在基板支撐結構內嵌入一熱源或加熱元件，基板支撐結構一般在基板處理期間支承基板。
在沉積期間，基板表面上之溫度均勻性對確保沉積於其上之薄膜層品質是重要的。隨著基板尺寸變得非常大，基板支撐結構之尺寸必須要更大，且在加熱基板至一所欲之沉積溫度時產生許多問題。舉例來說，沉積玻璃基板(例如，用於薄膜電晶體或液晶顯示器製造的大面積玻璃基板)之期間，可觀察到基板支撐結構之不欲之彎曲及不均勻的基板加熱。
一般而言，當幾度的溫差效應在居中的沉積溫度範圍內是更為引人注意時，在高沉積溫度下達到基板表面之溫度均勻性比起保持基板於一居中的沉積溫度更為容易。舉例來說，與要求400℃之沉積溫度的薄膜層相比，基板表面之5℃的溫度變化將更大程度地影響要求150℃之沉積溫度所沉積之薄膜層的品質。
因此，需要一提升製程腔室內之基板表面的溫度均勻性之改進的基板支撐件。
本發明之實施例提供具有一經改進之基板支撐組件(在基板處理期間調節基板溫度)的製程腔室。在一實施例中，提供在製程腔室內支撐大面積基板之基板支撐組件。基板支撐組件包含一導熱本體；一基板支撐表面，其係位於導熱本體之一表面上且適以於其上支撐大面積基板；一或多個加熱元件，其係嵌入導熱本體內；及二或多個冷卻通道，其係嵌入導熱本體內以與一或多個加熱元件共面。
本發明之另一實施例提供適以在製程腔室內支撐大面積基板之基板支撐組件。基板支撐組件包含一導熱本體；一基板支撐表面，其係位於導熱本體之表面上且適以於其上支撐大面積基板；一或多個加熱元件，其係嵌入導熱本體內；及二或多個分支的冷卻通路，其適於以相等的總長度(L1 ＝L2 ...＝LN )嵌入導熱本體內。
在另一實施例中，適於在製程腔室內支撐大面積基板之基板支撐組件可包含一導熱本體；一基板支撐表面，其係位於導熱本體之表面上且適於在其上支撐大面積基板；及一或多個通道，其係嵌入導熱本體內，且適於以所欲之溫度設定點使一流體流動於其中以加熱及/或冷卻基板支撐表面。在此實施例中，一或多個嵌入導熱本體內之冷卻/加熱通道可為不同長度以涵蓋基板支撐表面之全部面積的加熱及/或冷卻。
在另一實施例中，提供處理基板之設備。該設備包含一製程腔室；一基板支撐組件，其係配置於製程腔室中且適於在其上支撐基板；及一氣體分配板組件，其係配置於製程腔室中以在基板支撐組件上方傳送一或多個製程氣體。
在尚有另一實施例中，提供保持製程腔室內之大面積基板之溫度的方法。該方法包含在製程腔室之基板支撐組件之基板支撐表面上準備大面積基板；使冷卻流體在二或多個冷卻通道中流動；調整用於一或多個加熱元件之第一電源及用於二或多個冷卻通道之第二電源；及保持大面積基板之溫度。
本發明之實施例大致上提供一基板支撐組件，以在一製程腔室內提供均勻的加熱與冷卻。舉例來說，本發明之實施例可用於處理太陽能電池(solar cell)。本發明者已發現在太陽能電池之形成中，當於基板上沉積並形成微晶矽期間，控制基板溫度是絕不可少的，因為偏離一所欲之溫度將大大地影響膜性質。此問題對厚基板來說更為艱難，因為基板厚度亦影響基板溫度之熱調節。某些基板材料(例如，太陽能電池之基板)本質上厚於習知的基板材料，且更難以達成基板的溫度調節。加熱較厚的基板至所欲之沉積溫度要耗費更長時間，且一旦將基板加熱至一高溫，則須耗費更長時間來冷卻較厚的基板。因此，大大地影響到一製程溫度內之基板處理產量。可利用預熱基板來增加基板處理之產量。不過，當利用電漿來輔助沉積玻璃基板(例如，用於薄膜太陽電池製造之大面積玻璃基板，其可能較其他玻璃基板更厚且尺寸更大)時，必須在製程腔室內小心地調整基板溫度。電漿之存在會不欲地增加已預熱之基板溫度超過設定的沉積溫度。因此，需要有效的基板溫度控制。
第1圖為系統200之一實施例的橫剖面示意圖。本發明在下文參照一化學氣相沉積系統作說明式的敘述，此系統適以處理大面積基板，例如，一電漿輔助化學氣相沉積(PECVD)系統，其可由加州聖克拉拉之應用材料公司(Applied Materials，Inc.)之一部門(AKT)購得。不過，須了解本發明在其他系統配置中具有其實用性，例如，蝕刻系統、其他化學氣相沉積系統、及任何其他需要腔室內部基板溫度調節之系統，並包含那些適以處理圓形基板之系統。預期其他製程腔室，包含那些來自其他製造商者，可用於實行本發明。
系統200大致上包含製程腔室202，其耦合至傳送一或多種來源化合物及/或前驅物之氣體源204，例如，含矽化合物供應源、含氧化合物供應源、含氮化合物供應源、氫氣供應源、含碳化合物供應源等等及/或上述之組合。製程腔室202具有部分地界定處理容積212之壁206及底部208。一般係透過壁206中之一埠及一閥(未顯示)來存取處理容積212，其幫助基板240移動進入及離開製程腔室202。壁206支撐蓋部組件210，其包含一泵浦室214，其將處理容積212耦合至一排氣埠(其包含不同的泵浦構件，未顯示)以由製程腔室202排出任何氣體及處理副產品。
蓋部組件210一般包含進入埠280，由氣體源204提供之處理氣體係透過此埠引入製程腔室202中。進入埠280亦耦合至清潔源282，以提供一清潔劑(例如，解離的氟)進入製程腔室202並由氣體分配板組件218移除沉積副產品及膜。
氣體分配板組件218係耦合於蓋部組件210之內側220。氣體分配板組件218一般係適以實質上遵循基板240之輪廓，舉例來說，大面積玻璃基板之多邊形及晶圓之圓形。氣體分配板組件218包含穿孔區216，製程前驅物及其他由氣體源204供應之氣體透過此區傳送至處理容積212。氣體分配板組件218之穿孔區216係適以提供均勻分配之氣體通過氣體分配板組件218進入製程腔室202。氣體分配板組件218一般係包含自吊架板260懸掛下來之擴散板258。複數個氣體通道262係穿過擴散板258而形成以允許一預定的氣體分佈通過氣體分配板組件218進入處理容積212。關於半導體晶圓製造，擴散板258可為圓形；關於玻璃基板(例如，平面顯示器、OLED、及太陽能電池等等之基板)的製造，擴散板258可為多邊形(例如，矩形)。
擴散板258可配置於基板240上方，並由一擴散器重力支撐件垂直懸掛。在一實施例中，擴散板258係由蓋部組件210之吊架板260透過彈性懸掛257支撐。彈性懸掛257適於由擴散板258之邊緣支撐擴散板258以允許擴散板258之伸長及縮短。彈性懸掛257可具有用於幫助擴散板258之伸長及縮短之不同配置。彈性懸掛257之一範例由2002年11月12日核發之發明名稱為「Flexibly Suspended Gas Distribution Manifold for a Plasma Chamber」之美國專利第6,477,980號詳細揭示，且其全文併入於此以供參照。
吊架板260以一間隔關係(因此界定其之間的空間(plenum)264)保持擴散板258與蓋部組件210之內側220。空間264允許氣體流過蓋部組件210以均勻地分配至擴散板258之整個寬度，以便在中央穿孔區216上方均勻提供氣體，並使氣體以一均勻分佈流過氣體通道262。
基板支撐組件238係配置於製程腔室202之內部中心。基板支撐組件238在處理期間支撐基板240(例如，一玻璃基板等等)。基板支撐組件238通常為接地，以致電源222供應給位於蓋部組件210與基板支撐組件238(或其他位於腔室之蓋部組件內或接近此處之電極)間之氣體分配板組件218之射頻功率，可激發處理容積212中基板支撐組件238及氣體分配板組件218之間存在之氣體。
來自電源222之射頻功率通常係選擇與基板尺寸相稱者以增強化學氣相沉積製程。在一實施例中，約400W或更大之射頻功率(例如，介於約2000W至約4000W或介於約10000W至約20000W)可施加至電源222以在處理容積212中產生一電場。舉例來說，可使用約0.2瓦/平方公分或更大的功率密度(例如，介於約0.2瓦/平方公分至約0.8瓦/平方公分，或約0.45瓦/平方公分)以與本發明之低溫基板沉積方法相容。電源222及匹配網路(未顯示)在處理容積212中自前驅物氣體產生並維持製程氣體之電漿。可使用較佳的13.56 MHz高頻射頻功率，但這並非關鍵性，而亦可使用較低的頻率。另外，可藉由覆蓋陶質材料或電鍍鋁材料來保護腔室壁。
系統200亦可包含控制器290，其適於執行本文所述之受軟體控制的基板處理方法。控制器290係包含以連接並控制系統200之不同構件的功能，例如電源供應、升降馬達、加熱源、氣體注入及冷卻流體注入之流量控制器、真空泵浦、及其他相關的腔室及/或處理功能。控制器290典型包含中央處理單元(CPU)294、支援電路296、及記憶體292。CPU 294可為電腦處理器之任何類型之一，其可用於一工業設定中以控制不同腔室、設備、及腔室之週邊設備。
控制器290執行儲存於記憶體292中之系統控制軟體，記憶體292可為硬碟驅動機，並可包含類比及數位輸入/輸出板、介面板、及步進馬達控制板(stepper motor controller board)。一般係用光學及/或磁性感應器來移動及測定可移動之機械組件的位置。記憶體292、任何軟體、或任何耦接於CPU 294之電腦可讀式媒體可為一或多個立即可用之記憶體裝置，例如，用於局部或遠端記憶體儲存之隨機存取記憶體(RAM)、唯讀記憶體(ROM)、硬碟、CD、軟碟、或任何其他數位儲存類型。支援電路296耦合至CPU 294並以習知方式支援CPU 294。這些電路包含快取、電源供應、時鐘電路、輸入/輸出電路系統、子系統等等。
可利用控制器290來控制配置於系統上之基板溫度，包含任何沉積溫度、基板支撐之加熱、及/或基板之冷卻。亦利用控制器290來控制製程腔室202執行之處理/沉積時間、打出電漿之時序、在製程腔室內保持溫度控制等。
製程腔室之基板支撐組件
基板支撐組件238係耦合至軸242並連接至一升降系統(未顯示)以在一升高的處理位置(如所示)及一降低的基板傳送位置間移動基板支撐組件238。軸242同時提供用在基板支撐組件238及製程腔室202之其他構件間的電與熱電偶(thermocouple)導線。風箱246係耦合至基板支撐組件238以提供處理容積212及製程腔室202之外部大氣間的真空密封，並幫助基板支撐組件238之垂直移動。
基板支撐組件238之升降系統通常經過調整以最佳化處理期間基板240及氣體分配板組件218間之間隔，例如約400密爾(mil)或更大。調整間隔之能力可在廣範圍之沉積條件上最佳化製程，同時保持大基板之面積上所欲之膜均勻性。適於由本發明受惠之基板支撐組件在1998年12月1日核發給White等人之普通讓渡之美國專利第5,844,205號；2000年3月7日核發給Sajoto等人之美國專利第6,035,101號中敘述，兩者之全文皆併入於此以供參照。
基板支撐組件238包括一導熱本體224，其具有一基板支撐表面234以於基板製程過程中在處理容積212內支撐基板於其上。導熱本體224可由一金屬或金屬合金材料(提供熱能傳導性)製成。在一實施例中，導熱本體224係由鋁材料所製成。然而，可以使用其他適當之材料。
基板支撐組件238同時支撐遮蔽框架(shadow frame)248，其在基板處理期間限制配置於基板支撐表面234上之基板240。一般說來，遮蔽框架248防止基板240之邊緣及基板支撐組件238處之沉積，且基板240不會粘於基板支撐組件238。當基板支撐組件238位於較低的非處理位置(未顯示)時，遮蔽框架248通常沿著腔室本體之內壁放置。當基板支撐組件238如第1圖所示位於較高的處理位置時，遮蔽框架248可藉由將一或多個在遮蔽框架248上之對準凹槽與一或多個對準插針272匹配而與基板支撐組件238之導熱本體224嚙合並對準。一或多個對準插針272適於通過一或多個位於導熱本體224之周圍上或接近導熱本體224之周圍之對準插針孔304。一或多個對準插針272可選擇性地由支撐插針板254支撐以使其在基板載入及卸載期間可與導熱本體224一起移動。
基板支撐組件238具有複數個配置穿過其間之基板支撐插針孔228，其接受複數個基板支撐插針250。基板支撐插針250一般係由陶質或電鍍鋁組成。基板支撐插針250可由支撐插針板254相對於基板支撐組件238致動，以自支撐表面230伸出，從而以分隔關係將基板放置到基板支撐組件238。或者，可能沒有一升降板，則當基板支撐組件238位置降低時，基板支撐插針250可由製程腔室202之底部208伸出。
溫度受控之基板支撐組件238亦可包含一或多個電極及/或加熱元件232，其耦合至一或多個電源274以可控地加熱基板支撐組件238及放置於其上之基板240至一預定的溫度範圍。一般而言，在一CVD製程中，一或多個加熱元件232將基板240保持在至少高於室溫之均一溫度下，例如約攝氏60度或更高，一般係介於約攝氏80度到至少約攝氏460度，此依欲沉積在基板上之材料之沉積處理參數而定。在一實施例中，一或多個加熱元件232係嵌入於導熱本體224內。
第2A至2B圖說明導熱本體224方面配置一或多個加熱元件232之平面圖。在一實施例中，加熱元件232可包含外加熱元件232A及內加熱元件232B，其適以沿著基板支撐組件238之內與外凹槽區域運轉。外加熱元件232A可透過軸242進入導熱本體224，以一或多個外迴圈環繞導熱本體224之一外周，並透過軸242離開。同樣地，內加熱元件232B可透過軸242進入導熱本體224，以一或多個內迴圈環繞導熱本體224之一中央區域，並透過軸242離開。
如第2A及2B圖所示，內加熱元件232B及外加熱元件232A可為同一構造，且僅在長度及對於基板支撐組件238之部分的定位相異。可於基板支撐組件內製造內加熱元件232B及外加熱元件232A，以在欲配置於軸242之中空核心內部之適當端上形成至一或多個加熱元件管中。各加熱元件及加熱元件管可包含嵌入其中之一導體引線或一加熱器線圈。另外，亦可使用其他加熱元件、加熱管線圖案或配置。舉例來說，一或多個加熱元件232亦可位於導熱本體224之後側或藉由一加緊板(clamp plate)夾鉗於導熱本體224上。一或多個加熱元件232可以電阻加熱或藉由其他加熱方法加熱至約80℃或更高的預定溫度。
另外，位於導熱本體224中之內加熱元件232B及外加熱元件232A之布線可為大體上稍微平行之雙重迴圈，如第2A圖所示。或者，內加熱元件232B可為小葉狀迴圈以稍微均勻地覆蓋平板狀結構之表面，如第2B圖所示。此雙重迴圈圖案在導熱本體224上提供大致上為軸向對稱之溫度分佈，同時容許表面邊緣處較大的熱損失。一般說來，可使用一或多個熱電偶330於基板支撐組件238內。在一實施例中，使用兩個熱電偶，例如，一個用於中央區域而一個用於導熱本體224之外周。在另一實施例中，使用四個熱電偶，期由導熱本體224之中央向四個角落延伸。
用於顯示器應用之導熱本體224可為正方形或矩形之形狀，如此處所示。支撐基板240(例如，玻璃面板)之基板支撐組件238之示範尺寸可包含約30英吋之寬度及約36英吋之長度。不過，本發明之平板狀結構的尺寸並非限制，且本發明包含其他形狀，例如，圓形或多邊形。在一實施例中，導熱本體224為矩形之形狀，並具有約26.26英吋之寬度及約32.26英吋或更大之長度，其容許用於平板顯示器之玻璃基板的處理上達約570 mm×720 mm或更大之尺寸。在另一實施例中，導熱本體224為矩形之形狀，並具有，舉例來說，由約80英吋至100英吋之寬度及，舉例來說，由約80英吋至約120英吋之長度。如一範例，約95英吋寬×約108英吋長之矩形導熱本體可用於處理，例如，約2200 mm×2600 mm或更大尺寸之玻璃基板。在一實施例中，導熱本體224係與基板240之形狀共形，且可為較大尺寸以圍繞基板240之面積。在另一實施例中，導熱本體224之尺寸及大小可較小，但仍與基板240之形狀共形。
基板支撐組件238可包含額外的構件，其適於留存並對準基板240。舉例來說，導熱本體224可包含一或多個基板支撐插針孔228，其讓複數個基板支撐插針250穿過其間且基板支撐插針250適於在導熱本體224上方之一小距離處支撐基板240。基板支撐插針250可位於接近基板240之周圍處，以不妨礙傳送機械手臂的情況下，幫助配置於製程腔室202外部之傳送機械手臂或其他傳送機制放置或移去基板240。在一實施例中，基板支撐插針250可由絕緣材料製成，例如陶質材料、電鍍氧化鋁材料等等，以在基板處理期間提供電絕緣但仍可導熱。基板支撐插針250可選擇性地由支撐插針板254支撐，以致基板支撐插針250在基板支撐組件238內部可移動以在基板載入及卸載期間升降基板240。或者，基板支撐插針250可固定於腔室底部，而導熱本體224可垂直移動以使基板支撐插針250通過。
在另一實施例中，當將基板240放置於導熱本體224之基板支撐表面234上時，加熱元件232或外加熱元件232A之至少一外迴圈係適以對準基板240之一外緣。舉例來說，當導熱本體224之尺寸大於基板240之尺寸時，可在不妨礙導熱本體224上之一或多個插針孔(例如，基板支撐插針孔228或對準插針孔304)之位置的情況下，配置外加熱元件232A之位置以包圍基板240之周圍。
如第2A及2B圖所示，本發明之一實施例提供位於圍繞一或多個基板支撐插針孔228處之外加熱元件232A，其遠離導熱本體224之中心，且不妨礙一或多個基板支撐插針孔228之位置，從而不妨礙用於支撐基板240邊緣之基板支撐插針250之位置。另外，本發明之另一實施例提供位於一或多個基板支撐插針孔228與導熱本體224之外邊緣間之外加熱元件232A，以提供對基板240之邊緣及周圍之加熱。
基板支撐組件之冷卻結構
如早先所提到的，在大面積基板之基板處理期間，大面積基板之溫度調節及保持會產生問題。因此，除加熱外，可能需要額外的基板冷卻以達到均勻的基板溫度分佈圖。根據本發明之一或多個實施態樣，基板支撐組件238另可包含嵌入導熱本體224內之冷卻結構310。
第3A至3F圖說明基板支撐組件238之導熱本體224中的冷卻結構310之示範配置。冷卻結構310包含一或多個冷卻通道，其適以保持溫度控制並補償基板處理期間發生之溫度變化，例如，當射頻電漿產生於製程腔室202內時，溫度之增加或突跳(spike)。舉例來說，可有一冷卻通道適以冷卻基板240之左側，而另一冷卻通道適以冷卻基板之右側。冷卻結構310可耦合至一或多個電源374並適以在基板處理期間有效調節基板溫度。
在一實施例中，冷卻通道係嵌入導熱本體224內且係適以與一或多個加熱元件共面。在另一實施例中，各冷卻通道可分支為二或多個冷卻通路。舉例來說，如第3A至3F圖所示，各冷卻通道可包含冷卻通路310A、310B、310C，其適於涵蓋基板支撐表面234之全部面積的冷卻。另外，嵌入導熱本體內之冷卻通路310A、310B、310C可彼此共面。再者，冷卻通路310A、310B、310C可製造於與加熱元件232A、232B相同平面之近處周圍。
冷卻通路310A、310B、310C之形狀可使其適於改變，如第3A至3F圖示範所示。總體來說，冷卻通路310A、310B、310C可成螺旋、成圈、彎曲、層層卷繞、及/或直線配置。舉例來說，冷卻通路310A可較接近外加熱元件，冷卻通路310C可以彎曲形狀較接近內加熱元件，而冷卻通路310B可為圈狀並位於冷卻通路310A及冷卻通路310C之間。
在一實施例中，冷卻通路310A、310B、310C可由單一點入口(例如，入口312)延伸並進入單一點出口(例如，出口314)，以便由軸242延伸並進入軸242，如第3A至3E圖示範所示。不過，入口312及出口314之位置並未受限，且可位於導熱本體224及/或軸242內。舉例來說，亦可使用一或多個入口及一或多個出口將冷卻通道分支為一或多個冷卻通路310A、310B、310C，如第3F圖示範所示。因此，本發明之一實施例藉由使冷卻通路聚集為單一入口及單一出口而在多個冷卻通路存在時提供單一點冷卻控制。舉例來說，相同入口－出口群組內之分支冷卻通路可由一簡單的開/關控制來控制。另外，分支冷卻通路可如圖所示般以鏡像分為兩個群組。因此，這些冷卻通路之設計提供對冷卻結構內部之冷卻流體壓力、流體流量率、流體阻力的較佳控制。在一實施例中，可以受控的相等壓力、相等長度、及/或相等阻力在冷卻通路內部流動冷卻流體。
在另一實施例中，各冷卻通路310A、310B、310C之總長度(L)彼此相同，導致相等的總長度(L1 ＝L2 ...＝LN )。另外，本發明之一實施例提供在冷卻通路310A、310B、310C內部流動之冷卻流體可以相等的流速配置。因此，如第3A至3F圖之例示，一或多個冷卻通路310A、310B、310C之結構及圖案可在基板支撐組件238之基板支撐表面234的全部面積上傳送冷卻流體時提供相等的分佈及相等的阻力。
冷卻通路310A、310B、310C之直徑並未受限，且可為任何適當的直徑，例如介於約1 mm至約15 mm，例如約9 mm。冷卻通路310A、310B、310C之結構可為分佈於內加熱元件232B及外加熱元件232A之間的，舉例來說，凹槽、通道、舌狀物(tongue)、凹口等。冷卻通路310A、310B、310C係預期位於相對靠近導熱本體224之一熱地區或熱區處以改善基板支撐組件之總體溫度均勻性。
如第3F圖所示，在一替代的實施例中，冷卻及/或加熱基板支撐表面至一所欲之溫度設定點與基板之溫度調節可由一或多個嵌入導熱本體內之冷卻/加熱通道提供。舉例來說，可藉由一流體再循環單元以所欲般加熱及/或冷卻一流體，且經過加熱/冷卻之流體可在一或多個通道內部流動以加熱及/或冷卻基板支撐表面。另外，流體再循環單元可位於導熱本體外部並連接至一或多個通道，以調整在一或多個通道內部流動之流體溫度至所欲之溫度設定點。
在一實施例中，於一或多個通道及流體再循環單元間流動之流體可為，舉例來說，加熱的油、加熱的水、冷卻的油、冷卻的水、加熱的氣體、冷卻的氣體、及上述之組合。所欲之溫度設定點可有所變化，舉例來說，約80℃或更大之溫度，例如由約100℃至約200℃。
在另一實施例中，流體再循環單元可包含一溫度控制單元，其係適以加熱及/或冷卻流體並調節流體溫度至所欲之溫度設定點。在溫度控制單元中經過加熱及/或冷卻至所欲之溫度設定點的流體可再循環至嵌入基板支撐組件之導熱本體中之一或多個通道。在另一實施例中，一或多個嵌入導熱本體內之冷卻/加熱通道可有不同或相同的長度以涵蓋基板支撐表面之全部面積的加熱及/或冷卻。在又另一實施例中，一或多個通道另可各自包含二或多個分支通路，其適於涵蓋基板支撐表面之全部面積的加熱及冷卻。
第4圖提供具有配置為共面之冷卻結構310及加熱元件的基板支撐組件之一示範實施例。舉例來說，冷卻通路310A、310B、310C適於使之齊平，例如使之形成在與加熱元件相同平面「A」之近處周圍，以在基板處理期間保持較佳的溫度控制。
可藉由此技術中在一導熱本體內部形成通道及通路之已知技術來形成冷卻通路310A、310B、310C。舉例來說，冷卻結構310及/或冷卻通路310A、310B、310C可由鍛造兩片導熱平板使之在對應位置上共同具有凹槽來製造，如此通道及通路由匹配的凹槽形成。冷卻通道及通路在它們一形成於導熱本體內後便加以密封以確保較佳的導熱性並防止冷卻流體滲露。
其他用於形成加熱元件、冷卻通道及冷卻通路之技術，例如，銲接、鍛接、摩擦攪拌銲接(friction stir welding)、爆炸耦合(explosive bounding)、電子束銲接、及磨耗(abrasion)亦可使用。本發明之另一實施例提供在導熱本體224之製造期間，兩片在其表面上具有部分凹槽、凹口、通道及通路之導熱平板藉由等張壓縮(isostatic compression)而壓縮或壓緊在一起，如此可以均勻壓緊的方式形成加熱元件、冷卻通道及冷卻通路。另外，用於一或多個加熱元件之一或多個冷卻通道及冷卻通路之迴圈、管道系統、或通道可使用任何已知的結合技術，例如銲接、噴砂、高壓結合、黏接、鍛造等製造並結合於基板支撐組件238之導熱本體224中。
冷卻結構310及冷卻通路310A、310B、310C可由與導熱本體224相同之材料製成，例如鋁材料。或者，冷卻結構310及冷卻通路310A、310B、310C可由與導熱本體224相異之材料製成。舉例來說，冷卻結構310及冷卻通路310A、310B、310C可由提供熱導熱性之金屬或金屬合金材料製成。在另一實施例中，冷卻通道136由不鏽鋼材料製成。不過，亦可使用其他適當的材料或配置。
可流入冷卻結構及/或冷卻通路之冷卻流體包含(但不限於)清潔乾燥的空氣、壓縮空氣、氣體材料、氣體、水、冷卻劑、液體、冷卻油、及其他適當的冷卻氣體或液體材料。較佳的是使用氣體材料。適當的氣體材料可包含清潔乾燥的空氣、壓縮空氣、已過濾的空氣、氮氣、氫氣、惰性氣體(例如，氬氣、氦氣等)、及其他氣體。即使冷卻水可有利地加以使用，使氣體材料在一或多個冷卻通道及冷卻通路之內部流動比在其中使冷卻水流動卻更為有利，因為氣體材料可在沒有濕氣滲漏影響處理基板及腔室組件上之沉積薄膜之可能性的情況下，以較寬的溫度範圍提供冷卻能力。舉例來說，冷卻流體(例如，約10℃至約25℃溫度之氣體材料)可用來使其流入一或多個冷卻通道及冷卻通路，並提供由室溫高至約200℃或更高的高溫之溫度冷卻控制，而冷卻水通常操作介於20℃至約100℃間。
除了一或多個耦合至冷卻結構310以在基板處理期間調節基板之冷卻的電源374外。其他控制器(例如，流體流量控制器)亦可用於控制及調節進入冷卻結構310之不同冷卻流體或氣體之流速及/或壓力。其他流動控制組件可包含一或多個流體流動注入閥。另外，當基板由加熱元件加熱及/或在腔室閒置時間期間，可用一受控的流速操作流至冷卻通道及冷卻通路內部之冷卻流體以在基板處理期間控制冷卻效率。舉例來說，對一直徑約9 mm之示範的冷卻通道，約25 psi至約100 psi之壓力(例如，約50 psi)可用於使一氣體冷卻材料流動。因此，使用本發明具有加熱元件及冷卻結構之基板支撐組件238，基板之溫度可保持固定，並保持基板的全部大表面面積之均勻溫度分佈。
基板支撐組件238之導熱本體224的溫度可由一或多個配置於基板支撐組件238之導熱本體224中之熱電偶監控。在導熱本體224上方之基板的軸向對稱溫度分佈通常係觀察到具有一溫度圖案，其特徵為與一中央軸等距離之所有點大致上是一致的；中央軸係垂直基板支撐組件238之平面，並延伸穿過基板支撐組件238之中心，且平行基板支撐組件238之軸242(並配置於軸242內部)。
保持基板溫度
第5A圖為在製程腔室內控制基板溫度之一示範方法500的流程圖。在操作中，於步驟510處，基板係放置於製程腔室內之基板支撐組件的基板支撐表面上。在基板處理前及/或期間，基板支撐組件之導熱本體頂部上之基板支撐表面的溫度保持在約400℃或更低之設定溫度點，例如介於約80℃至約400℃，或介於約100℃至約200℃。在步驟520處，使冷卻流體、氣體、或空氣流入冷卻結構之冷卻通道中。舉例來說，冷卻流體可以固定的流速流至嵌入基板支撐組件之導熱本體中之一或多個冷卻通道中。在一實施例中，冷卻結構包含二或多個長度相等之分支冷卻通路，且在長度相等之分支的冷卻通路中流動之冷卻流體可保持於固定的流速以涵蓋基板支撐表面之全部面積之冷卻。
基板之溫度可保持在一基板處理工作方式必需的所欲之不同溫度設定點及/或範圍。舉例來說，在基板處理期間，可有不同的基板處理溫度設定點用於不同所欲之持續期間。
在步驟530處，本發明之一實施例提供加熱元件之電源和冷卻結構及/或冷卻通道之電源係經過調整，如此可在一所欲之持續期間內漿基板支撐組件之基板支撐表面上的基板溫度保持在所欲之溫度範圍。舉例來說，可藉由調整連接至加熱元件之電源的功率來調整加熱元件之加熱效率。如另一範例，可藉由調整連接至冷卻結構之電源的功率及/或調整在其中流動之冷卻流體的流速來調整冷卻結構元件之冷卻效率。如另一範例，可藉由將其開啟及/或關斷之組合來調整加熱元件及冷卻通道之電源。
第5B圖說明根據本發明之一實施例，加熱元件之電源和冷卻通道之電源的開啟與關斷之不同組合以控制製程腔室內部之基板溫度。可在基板處理及/或非處理時間期間(例如，在感生電漿時，或任何由電漿能量產生之額外熱能導向基板上時)利用各組合，來調整及保持基板支撐組件之基板支撐表面的溫度，以防止基板表面上任何的溫度突跳或變化。
舉例來說，可在基板處理與/或在腔室閒置、非處理、或腔室清潔/維修期間藉由開啟流動冷卻流體之電源而使冷卻氣體流入冷卻通道。另外，可微調加熱元件及冷卻結構之不同電源的功率輸出。
在一實施例中，可將整個基板表面上之基板溫度保持在約100℃至約200℃的固定製程溫度。因此，控制器290內之軟體設計需要一或多個控制迴圈以調整加熱及/或冷卻效率。在運作中，可將基板支撐組件之一或多個加熱元件設定在約150℃之設定溫度點，而將具有約16℃或其他適當溫度之清潔乾燥空氣或壓縮空氣的氣體冷卻材料以固定的流速流入冷卻通道以保持基板支撐組件之基板支撐表面的溫度。當電漿或額外的熱源位於製程腔室內靠近基板支撐表面頂部處時，使用約50 psi壓力之冷卻材料的固定流動係經過測試以保持基板支撐表面之溫度固定在約150℃且約＋/－2℃之表面溫度均勻性。經過測試，甚至約300℃之額外熱源的存在將不影響基板支撐表面之溫度，如此基板支撐表面係經測試，藉由使約16℃之輸入溫度的冷卻流體在本發明之冷卻通道內流動而保持基板支撐表面之溫度固定在約150℃。冷卻後及流出基板支撐組件後之冷卻氣體經過測試，其輸出溫度約為120℃。因此，在本發明之冷卻通道內部流動的冷卻氣體呈現非常有效的冷卻效應，其反映在冷卻氣體之輸出溫度及輸入溫度之間大於100℃之差異。
表1說明保持基板支撐組件之基板支撐表面的溫度之一範例，基板支撐組件具有多個電源(將開啟或關斷)，其係配備以分別點燃(ignite)電漿及調整外加熱器、內加熱器、及冷卻結構。冷卻結構可具有多個在相同群組中受控之冷卻通路(例如，C1 、C2 、CN ，係由一單一入口－出口群組分支)。
儘可能地在接近基板支撐表面之外緣處形成外加熱器以對抗輻射損失。內加熱器對達到初始的設定溫度點來說是有用的。顯示兩個加熱元件係作為說明之用。然而，可使用多個加熱元件來控制基板支撐組件之導熱本體的溫度。另外，內加熱元件及外加熱元件可運作於不同溫度。在一實施例中，外加熱元件運作的溫度高於內加熱元件之設定溫度。當外加熱元件運作於較高溫度時，接近外加熱元件處可有一熱區，而可開啟耦合至冷卻結構之電源以流入冷卻流體。以此方式在基板上產生一大致上均勻的溫度分佈。
因此，配置一或多個加熱元件及一或多個冷卻通道及冷卻通路於基板支撐組件中以保持基板支撐表面為400℃或更低之均勻溫度，例如，介於約100℃至約200℃。來例來說，可藉由電源274來調整加熱元件之加熱效率，而可藉由電源374及/或在冷卻結構中流動之冷卻流體的流速來調整冷卻結構之冷卻效率，例如，一雙向加熱－冷卻溫度控制。
因此，基板支撐組件及放置於其上之基板係受控制地保持在一所欲之設定溫度點。使用本發明之基板支撐組件，在可於基板支撐組件238之導熱本體224上觀察到設定溫度點約＋/－ 5℃或更少之溫度均勻性。甚至在製程腔室已處理多個基板後，可觀察到約＋/－ 2℃或更少之製程設定溫度點的可重複性。在一實施例中，基板溫度可保持固定，其具有約＋/－ 10℃溫度之正規化溫度變化，例如，約＋/－ 5℃之溫度變化。
另外，一基座支撐板可置於導熱本體下方以提供基板支撐組件及在其上之基板結構性支撐以防止它們由於重力及高溫而偏斜，並確保導熱本體及基板之間的相對均勻及可重複的接觸。因此，本發明之基板支撐組件238中之導熱本體提供具有加熱及冷卻能力的簡單設計以控制大面積基板之溫度。
在一實施例中，基板支撐組件238適於處理一矩形基板。用於平板顯示器之矩形基板的表面面積一般是大的，舉例來說，約300 mm乘以約400 mm或更大之矩形，例如，約370 mm×約470 mm或更大。製程腔室202、導熱本體224、及製程腔室202之相關組件的尺寸並未受限，且通常成比例地大於欲在製程腔室202中處理之基板240的大小及尺寸。舉例來說，當處理具有約370 mm至約2160 mm之寬度及約470 mm至約2460 mm之長度的大面積方形基板時，導熱本體可包含約430 mm至約2300 mm之寬度及約520 mm至約2600 mm之長度，而製程腔室202可包含約570 mm至約2360 mm之寬度及約570 mm至約2660 mm之長度。如另一範例，基板支撐表面可具有約370 mm×約470 mm或更大之尺寸。
對平板顯示器應用來說，基板可包含在可見光譜中大致上為光學通透之材料，舉例來說，玻璃或透明塑膠。舉例來說，對薄膜電晶體應用來說，基板可為具有高度光學透明度之大面積玻璃基板。然而，本發明同樣可應用至任何形式及大小之基板處理。本發明之基板可為圓形、方形、矩形、或多邊形以用於平板顯示器製造。另外，本發明適用於製造任何裝置之基板，例如，平板顯示器(FPD)、軟性顯示器、有機發光二極體(OLED)顯示器、軟性有機發光二極體(FOLED)顯示器、高分子發光二極體(PLED)顯示器、液晶顯示器(LCD)、有機薄膜電晶體、主動矩陣、被動矩陣、頂部發光裝置、底部發光裝置、太陽能電池、太陽能面板等，且可位於矽晶圓、玻璃基板、金屬基板、塑膠薄膜(例如，聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate,PET)、聚萘二甲酸乙二脂(polyethylene naphthalate,PEN)等)、塑膠環氧薄膜(plastic epoxy film)之任一者上。本發明尤其適合低溫PECVD製程，例如那些用於製造軟性顯示器裝置且在基板處理期間需要溫度冷卻控制之技術。
第6A圖說明可製造於在此所述之基板上的薄膜電晶體(TFT)結構之橫剖面示意圖。常見的TFT結構為反向通道蝕刻(back channel etch,BCE)逆疊積型(inverted staggered)(或底部閘極(bottom gate))的TFT結構。BCE製程可提供閘極介電質(氮化矽(SiN))及本質和n＋摻雜之非晶矽薄膜在基板上之沉積，例如，選擇性地在相同的PECVD抽氣運轉中。基板101可包含在可見光譜中大致上為光學通透之材料，舉例來說，玻璃或透明塑膠。基板101可具有不同形狀或尺寸。一般而言，對TFT應用來說，基板為具有大於約500 mm2 之表面面積的玻璃基板。
閘極電極層102形成於基板101上。閘極電極層102包含一導電層，其控制電荷載子在TFT內之移動。閘極電極層102可包含一金屬，例如，鋁(Al)、鎢(W)、鉻(Cr)、鉭(Ta)、或上述之組合等。可使用習知的沉積、微影、及蝕刻技術來形成閘極電極層102。在基板101和閘極電極層102之間，可有一選擇性的絕緣材料，例如，二氧化矽(SiO2 )或氮化矽(SiN)，其亦可使用此處所述之PECVD系統之一實施例來形成。接著使用習知技術對閘極電極層102進行微影圖案化及蝕刻以界定閘極電極。
閘極介電層103形成於閘極電極層102上。閘極介電層103可為二氧化矽(SiO2 )、氮氧化矽(SiON)、或氮化矽(SiN)，其係使用根據本發明之PECVD系統的一實施例來沉積。閘極介電層103可形成至一約100至約6000之厚度範圍。
半導體層104形成於閘極介電層103上。半導體層104可包含多晶矽(polysilicon)或非晶矽(α－Si)，其可使用此發明中之PECVD系統的一實施例或此技術中已知之其他常用方法來沉積。半導體層104可沉積至一約100至約3000之厚度範圍。
摻雜半導體層105形成於半導體層104之上方。摻雜半導體層105可包含n型(n＋)或P型(p＋)摻雜多晶矽(polysilicon)或非晶矽(α－Si)，其可使用併入本發明之PECVD系統的一實施例或在此技術中已知之常用方法來沉積。摻雜半導體層105可沉積至一約100至約3000之厚度範圍。摻雜半導體層105之一範例為n＋摻雜α－Si薄膜。使用習用技術來對半導體層104及摻雜半導體層105進行微影圖案化及蝕刻以界定這兩個薄膜在閘極介電絕緣體上方之一台面，其亦用作儲存電容介電質。摻雜半導體層105直接接觸半導體層104之部分，形成一半導體接面。
接著將導電層106沉積在曝露表面上。導電層106可包含一金屬，例如，鋁(Al)、鎢(W)、鉬(Mo)、鉻(Cr)、鉭(Ta)、或上述之組合等等。可使用習知的沉積技術來形成導電層106。對導電層106及摻雜半導體層105兩者進行微影圖案化以界定TFT之源極和汲極接觸。
之後，可沉積鈍化層107。鈍化層107一致地覆蓋曝露表面。鈍化層107通常為一絕緣體，並可包含，舉例來說，二氧化矽(SiO2 )或氮化矽(SiN)。可使用諸如PECVD或其他在此技術中已知之習用方法來形成鈍化層107。可沉積鈍化層107至一約1000至約5000之厚度範圍。接著使用習用技術對鈍化層107進行微影圖案化及蝕刻以在鈍化層中打開接觸孔。
接著通透導體層108係經沉積及圖案化以與導電層106接觸。通透導體層108包含在可見光譜中大致上為光學通透並可導電之材料。通透導體層108可包含，諸如氧化銦錫(indium tin oxide,ITO)或氧化鋅。藉由習知的微影及蝕刻技術來完成通透導體層108之圖案化。可使用併入本發明之電漿輔助化學氣相沉積(PECVD)系統的一實施例來沉積用於液晶顯示器(或平板顯示器)中之摻雜或未摻雜(本質)非晶矽(α－Si)、二氧化矽(SiO2 )、氮氧化矽(SiON)、及氮化矽(SiN)薄膜。
第6B圖描述根據本發明之一實施例，可製造於在此所述之基板上的矽式薄膜太陽能電池600之示範橫剖面圖。基板601可加以使用，並可包含在可見光譜中大致上為光學通透之材料，例如，玻璃或透明塑膠。基板601可具有不同形狀或尺寸。基板601可為金屬、塑膠、有機材料、矽、玻璃、石英、或聚合物等其他適當材料之薄板。基板601可具有大於約1平方公尺之表面面積，例如，大於約500 mm2 。舉例來說，適於太陽能電池製造之基板601可為具有大於約2平方公尺之表面面積的玻璃基板。
如第6B圖所示，傳送導電氧化物層602可沉積於基板601上。一選擇性的介電層(未顯示)可沉積在基板601及傳送導電氧化物層602間。舉例來說，選擇性的介電層可為氮氧化矽(SiON)或二氧化矽(SiO2 )層。傳送導電氧化物層602可包含(但不限於)至少一氧化物層，此氧化物層係由二氧化錫(SnO2 )、氧化銦錫(ITO)、氧化鋅(ZnO)、或上述之組合所構成的群組中選出。可藉由此處所述之CVD製程、PVD製程、或其他適當的沉積製程來沉積傳送導電氧化物層602。舉例來說，可藉由具有預定的薄膜特性之反應式濺鍍沉積製程來沉積傳送導電氧化物層602。基板溫度係控制於約攝氏150度及約攝氏350度間。詳細的製程及薄膜特性要求詳細揭示於2006年12月21日由Li等人提出申請之發明名稱為「Reactive Sputter Deposition of a Transparent Conductive Film」之美國專利申請案第11/614,461號，其全文併入於此以供參照。
光電轉換單元614可形成於基板601之一表面上。光電轉換單元614一般包含p型半導體層604、n型半導體層608、及作為光電轉換層之本質型(intrinsic type,i型)半導體層606。可由例如非晶矽(a－Si)、多晶矽(poly－Si)、及微晶矽(μ c－Si)之一材料構成P型半導體層604、n型半導體層608、及本質型(i型)半導體層606，且厚度介於約5 nm及約50 nm間。
在一實施例中，可藉由此處所述之方法及設備來沉積p型半導體層604、本質型(i型)半導體層606、及n型半導體層608。沉積製程期間，基板溫度係保持在一預定範圍內。在一實施例中，基板溫度係保持在低於約攝氏450度，以便允許利用具有低熔點之基板(例如，鹼性玻璃、塑膠及金屬)。在另一實施例中，製程腔室中之基板溫度係保持在介於約攝氏100度至約攝氏450度間之範圍。在又另一實施例中，基板溫度係保持在約攝氏150度至約攝氏400度之範圍內，例如，攝氏350度。
在處理期間，將一氣體混合物流入製程腔室並用於形成一射頻(RF)電漿及沉積物，舉例來說，一p型微晶矽層。在一實施例中，氣體混合物包含矽烷系(silane－based)氣體、第III族摻雜氣體、及氫氣(H2 )。矽烷系氣體之適當範例包含(但不限於)矽甲烷(SiH4 )、二矽乙烷(Si2 H6 )、四氟化矽(SiF4 )、四氯化矽(SiCl4 )、二氯矽烷(SiH2 Cl2 )等等。第III族摻雜氣體可為一含硼氣體，其係由硼酸三甲酯(trimethylborate,TMB)、二硼烷(B2 H6 )、BF3 、B(C2 H5 )3 、BH3 及B(CH3 )3 所組成之群組中選出。保持矽烷系氣體、第III族摻雜氣體、及氫氣之間的氣體供應比例以控制氣體混合物之反應作用，藉此允許在p型微晶矽層中形成所欲比例的結晶及摻雜物濃度。在一實施例中，矽烷系氣體為SiH4 ，而第III族摻雜氣體為B(CH3 )3 。SiH4 氣體可為1 sccm/L及約20 sccm/L。可以介於約5 sccm/L及500 sccm/L間之流速提供氫氣。可以介於約0.001 sccm/L及約0.05 sccm/L間之流速提供B(CH3 )3 。保持製程壓力介於約1 Torr至約20 Torr間，舉例來說，大於約3 Torr。可提供介於約15毫瓦/平方公分(milliWatts/cm2 )至約200毫瓦/平方公分間之射頻功率給噴頭(showerhead)。
可選擇性地在提供給製程腔室202之氣體混合物中包含一或多種惰性氣體。惰性氣體可包含(但不限於)鈍氣(noble gas)，例如氬、氦、氙等等。可以介於0 sccm/L及約200 sccm/L間之流量率提供惰性氣體給製程腔室202。具有大於1平方公尺之上表面面積之基板的處理間隔係控制於約400密爾及約1200密爾間，舉例來說，介於約400密爾及約800密爾，例如500密爾。
i型半導體層606可為一無摻雜之矽系薄膜，其在受控的製程條件下沉積以提供具有改進的光電轉換效率之薄膜特性。在一實施例中，i型半導體層可由i型多晶矽(poly－Si)、i型微晶矽(μ c－Si)、或i型非晶矽薄膜(a－Si)組成。在一實施例中，用於沉積，舉例來說，一i型非晶矽薄膜之基板溫度係保持在小於約攝氏400度，例如位於約攝氏150度至約攝氏400度之範圍內，例如攝氏200度。詳細製程及薄膜特性要求詳細揭示於2006年6月23日由Choi等人提出申請之發明名稱為「Method and Apparatus for Depositing a Microcrystalline Silicon Film For Photovoltaic Device」之美國專利申請案第11/426,127號，其全文併入於此以供參照。可使用此處所述之方法及設備來沉積i型非晶矽薄膜，舉例來說，藉由以約20：1或更小的比率提供具有氫氣之氣體混合物給矽烷氣體。可以介於約0.5 sccm/L及約7 sccm/L間之流速提供矽烷氣體。可以介於約5 sccm/L及約60 sccm/L間之流速提供氫氣。可提供介於15毫瓦/平方公分及約250毫瓦/平方公分之射頻功率給噴頭。腔室壓力可保持在約0.1 Torr及20 Torr間，例如在約0.5 Torr及約5 Torr間。本質型非晶矽層之沉積速率可為約100/分或更快。
n型半導體層608可為，舉例來說，非晶矽層，其可在與i型及n型半導體層相同或相異之製程腔室中沉積。舉例來說，可選擇一V族元素摻雜至一半導體層形成一n型層。在一實施例中，可由非晶矽薄膜(a－Si)、多晶矽薄膜(poly－Si)、及微晶矽薄膜(μ c－Si)製造n型半導體層608，且其厚度介於約5 nm及約50 nm間。舉例來說，可由摻雜磷之非晶矽組成n型半導體層608。
在處理期間，將氣體混合物流入製程腔室並用於形成射頻電漿及沉積n型非晶矽層608。在一實施例中，氣體混合物包含矽烷系氣體、第V族摻雜氣體、及氫氣(H2 )。矽烷系氣體之適當範例包含(但不限於)矽甲烷(SiH4 )、二矽乙烷(Si2 H6 )、四氟化矽(SiF4 )、四氯化矽(SiCl4 )、二氯矽烷(SiH2 Cl2 )等等。第V族摻雜氣體可為一含磷氣體，其係由PH3 、P2 H5 、PO3 、PF3 、PF5 及PCl3 組成之一群組中選出。保持矽烷系氣體、第V族摻雜氣體、及氫氣之間的氣體供應比例以控制氣體混合物之反應作用，藉此允許在n型非晶層608中形成所欲之摻雜物濃度。在一實施例中，矽烷系氣體為矽甲烷(SiH4 )，而第V族摻雜氣體為PH3 。可以介於約1 sccm/L及約10 sccm/L間之流速提供矽甲烷(SiH4 )氣體。可以介於約4 sccm/L及約50 sccm/L間之流速提供氫氣。可以介於約0.0005 sccm/L及約0.0075 sccm/L間之流速提供PH3 。換句話說，如果在一載氣(例如，氫氣)中，以0.5%莫爾(molar)或體積濃度來提供磷化氫(phosphine)，則可以介於約0.1 sccm/L及約1.5 sccm/L間之流速提供摻雜物/載氣混合物。可提供介於約15毫瓦/平方公分及約250毫瓦/平方公分間之射頻功率給噴頭。腔室壓力可保持在約0.1 Torr及20 Torr間，較佳地係介於約0.5 Torr及約4 Torr間。n型非晶矽緩衝層之沉積速率可為約200/分或更快。
選擇性地，可在提供給製程腔室202之氣體混合物中包含一或多種惰性氣體。惰性氣體可包含(但不限於)鈍氣，例如氬、氦、氙等等。可以介於0 sccm/L及約200 sccm/L間之流量率提供惰性氣體給製程腔室202。在一實施例中，具有大於1平方公尺之上表面面積之基板的處理間隔係控制於約400密爾及約1200密爾間，舉例來說，介於約400密爾及約800密爾，例如500密爾。
在一實施例中，控制用於沉積一n型非晶層之基板溫度低於沉積p型非晶層及i型非晶層之溫度。由於已經以所欲之結晶體積及薄膜特性將i型非晶層沉積於基板上，可執行一相對較低的製程溫度來沉積n型非晶層以防止下方的矽層遭受熱損壞及晶粒重建。在一實施例中，以低於約攝氏350度之溫度控制基板溫度。在另一實施例中，以介於約攝氏100度及約攝氏300度間之溫度控制基板溫度，例如介於約攝氏150度及約攝氏250度間，舉例來說，約攝氏200度。
可將背側電極616配置在光電轉換單元614上。在一實施例中，可由包含傳送導電氧化物層610及導電層612之堆疊薄膜形成背側電極616。可由與傳送導電氧化物層602類似之材料製造傳送導電氧化物層610。傳送導電氧化物層610之適當材料包含(但不限於)二氧化錫(SnO2 )、氧化銦錫(ITO)、氧化鋅(ZnO)、或上述之組合。導電層612可包含一金屬材料，其包含(但不限於)鈦、鉻、鋁、銀、金、銅、鉑、及上述之組合與合金。可由CVD製程、PVD製程、或其他適當的沉積製程沉積傳送導電氧化物層610及導電層612。
由於傳送導電氧化物層610係沉積在光電轉換單元614上，故使用一相對低的製程溫度來防止光電轉換單元614中之含矽層的熱損壞及不欲之晶粒重建。在一實施例中，控制基板溫度介於約攝氏150度及約攝氏300度間，例如介於約攝氏200度及約攝氏250度間。或者，可以相反的順序進行沉積來製成此處所述之光電壓裝置或太陽能電池。舉例來說，可在形成光電轉換單元614前先將背側電極616沉積於基板601上。
雖然第6B圖之實施例描述單一接面之光電轉換單元形成於基板601上，但在光電轉換單元614上可形成不同數目的光電轉換單元(例如，多於一個)以符合不同的製程要求及裝置效能。
在操作過程中，可由環境提供光(例如，陽光或其他光子)給太陽能電池，且光電轉換單元614可吸收光能並透過形成於光電轉換單元614中之p－i－n接面將能量轉換為電能，從而產生電流或能量。
雖然數個體現本發明之教義之較佳的實施例已詳細顯示及敘述，那些熟悉此技術者可立即設計許多其他經過變化，但仍體現這些教義的實施例。另外，雖然前文直指本發明之實施例，本發明之其他及進一步的實施例可在不偏離其基本範圍的情況下加以設計，且其範圍係由下文之專利申請範圍所決定。
 第1圖
200．．．系統
202．．．製程腔室
204．．．氣體源
206．．．壁
208．．．底部
210．．．蓋部組件
212．．．處理容積
214．．．泵浦室
216．．．穿孔區
218．．．氣體分配板組件
220．．．內側
222．．．電源
224．．．導熱本體
228．．．基板支撐插針孔
230．．．支撐表面
232．．．加熱元件
234．．．基板支撐表面
238．．．基板支撐組件
240．．．基板
242．．．軸
246．．．風箱
248．．．遮蔽框架
250．．．基板支撐插針
254．．．支撐插針板
257．．．彈性懸掛
258．．．擴散板
260．．．吊架板
262．．．氣體通道
264．．．空間
272．．．對準插針
274．．．電源
280．．．進入埠
282．．．清潔源
290．．．控制器
292．．．記憶體
294．．．中央處理單元(CPU)
296．．．支援電路
310．．．冷卻結構
374．．．電源
第2A圖
224．．．導熱本體
228．．．插針孔
232A．．．加熱元件
232B．．．加熱元件
240．．．基板
304．．．對準插針孔
第2B圖
224．．．導熱本體
228．．．插針孔
232A．．．加熱元件
232B．．．加熱元件
240．．．基板
304．．．對準插針孔
第3A圖
232A．．．加熱元件
232B．．．加熱元件
238．．．基板支撐組件
310．．．冷卻結構
310A．．．冷卻通路
310B．．．冷卻通路
310C．．．冷卻通路
312．．．入口
314．．．出口
330．．．熱電偶
第3B圖
232A．．．加熱元件
232B．．．加熱元件
238．．．基板支撐組件
310．．．冷卻結構
310A．．．冷卻通路
310B．．．冷卻通路
310C．．．冷卻通路
312．．．入口
314．．．出口
330．．．熱電偶
第3C圖
232A．．．加熱元件
232B．．．加熱元件
238．．．基板支撐組件
310．．．冷卻結構
310A．．．冷卻通路
310B．．．冷卻通路
310C．．．冷卻通路
312．．．入口
314．．．出口
330．．．熱電偶
第3D圖
232A．．．加熱元件
232B．．．加熱元件
238．．．基板支撐組件
310．．．冷卻結構
310A．．．冷卻通路
310B．．．冷卻通路
310C．．．冷卻通路
312．．．入口
314．．．出口
330．．．熱電偶
第3E圖
232A．．．加熱元件
232B．．．加熱元件
238．．．基板支撐組件
310．．．冷卻結構
310A．．．冷卻通路
310B．．．冷卻通路
310C．．．冷卻通路
312．．．入口
314．．．出口
330．．．熱電偶
第3F圖
238．．．基板支撐組件
310．．．冷卻結構
310A．．．冷卻通路
310B．．．冷卻通路
310C．．．冷卻通路
330．．．熱電偶
第4圖
A．．．相同平面
232A．．．加熱元件
232B．．．加熱元件
234．．．基板支撐表面
238．．．基板支撐組件
242．．．軸
310A．．．冷卻通路
310B．．．冷卻通路
310C．．．冷卻通路
第5A圖
500．．．示範方法
510．．．步驟
520．．．步驟
530．．．步驟
第6A圖
100．．．製程腔室
101．．．基板
102．．．閘極電極層
103．．．閘極介電層
104．．．半導體層
105．．．摻雜半導體層
106．．．導電層
107．．．鈍化層
108．．．通透導體層
第6B圖
601．．．基板
602．．．傳送導電氧化物層
604．．．p型半導體層
606．．．本質型(i型)半導體層
608．．．n型半導體層
610．．．傳送導電氧化物層
612．．．導電層
614．．．光電轉換單元
616．．．背側電極
因此，可詳細了解上文敘述之本發明的特性，上文簡短總結之本發明更具體的敘述，可藉由參照實施例而獲得，其中一些實施例在附加圖式中說明。然而，須注意附加圖式僅說明本發明之典型的實施例，因此不能視為對其範圍之限制，因為本發明可承認其他等效之實施例。
第1圖為具有本發明之基板支撐組件之一實施例的示範性製程腔室之橫剖面示意圖。
第2A圖描述根據本發明之一實施例之基板支撐組件的水平剖面頂視圖。
第2B圖描述根據本發明之一實施例之基板支撐組件的水平剖面頂視圖。
第3A圖描述本發明之基板支撐組件之一實施例的水平剖面頂視圖。
第3B圖描述本發明之基板支撐組件之另一實施例的水平剖面頂視圖。
第3C圖描述本發明之基板支撐組件之另一實施例的水平剖面頂視圖。
第3D圖描述本發明之基板支撐組件之另一實施例的水平剖面頂視圖。
第3E圖描述本發明之基板支撐組件之另一實施例的水平剖面頂視圖。
第3F圖描述根據本發明之一實施例之基板支撐組件的水平剖面頂視圖。
第4圖描述根據本發明之一實施例之基板支撐組件的橫剖面示意圖。
第5A圖為根據本發明之一實施例，用於控制製程腔室內部之基板溫度的方法之一實施例的流程圖。
第5B圖說明根據本發明之一實施例，用於控制製程腔室內部之基板溫度的加熱元件電源及冷卻通道電源之開啟及關斷的不同組合。
第6A圖描述根據本發明之一實施例，一底部閘極薄膜電晶體結構之示範橫剖面示意圖。
第6B圖描述根據本發明之一實施例，一薄膜太陽電池結構之示範橫剖面示意圖。
200．．．系統
202．．．製程腔室
204．．．氣體源
206．．．壁
208．．．底部
210．．．蓋部組件
212．．．處理容積
214．．．泵浦室
216．．．穿孔區
218．．．氣體分配板組件
220．．．內側
222．．．電源
224．．．導熱本體
228．．．基板支撐插針孔
230．．．支撐表面
232．．．加熱元件
234．．．基板支撐表面
238．．．基板支撐組件
240．．．基板
242．．．軸
246．．．風箱
248．．．遮蔽框架
250．．．基板支撐插針
254．．．支撐插針板
257．．．彈性懸掛
258．．．擴散板
260．．．吊架板
262．．．氣體通道
264．．．空間
272．．．對準插針
274．．．電源
280．．．進入埠
282．．．清潔源
290．．．控制器
292．．．記憶體
294．．．中央處理單元(CPU)
296．．．支援電路
310．．．冷卻結構
374．．．電源

Claims (15)

  1. 一種適於支撐一大面積基板之設備，該設備包含：一基板支撐組件，該基板支撐組件具有一導熱本體，其中該導熱本體具有一矩形形狀與一基板支撐表面，該導熱本體具有鏡像的一第一半部與一第二半部，該導熱本體之各個半部具有：一內加熱元件與一外加熱元件，該內加熱元件與該外加熱元件係嵌入該導熱本體內，該內加熱元件具有一第一長度與一第一圖案，該外加熱元件具有一第二長度與一第二圖案，該第二長度不同於該第一長度且該第二圖案不同於該第一圖案；及一冷卻通道，該冷卻通道嵌入該導熱本體內以與該內加熱元件與該外加熱元件共面，且該冷卻通道位於該內加熱元件與該外加熱元件之間，其中該冷卻通道具有：二或多個分支通路，其中該二或多個分支通路具有相同長度但具有不同的圖案，且該二或多個分支通路設以在輸送冷卻流體橫跨該整個基板支撐表面中提供實質上相等的分佈與實質上相等的阻力；一單一點入口；及一單一點出口，其中所有分支通路耦合於該單一點入口與單一點出口之間。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之設備，其中冷卻流體係適以在該二或多個分支冷卻通路中以相等的流速流動。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之設備，其中由冷卻氣體、冷卻液體、水、清潔乾燥的空氣、壓縮空氣、冷卻油、及上述之組合所構成之群組中選出的冷卻流體係在該冷卻通道內部流動。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之設備，其中該冷卻通道係由選自下列所構成之群組的一技術加以形成：鍛造、銲接、摩擦攪拌銲接(friction stir welding)、爆炸耦合(explosive bounding)、電子束銲接(e-beam welding)、磨耗(abrasion)、及上述之組合。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之設備，其中該基板支撐表面係適於支撐約370mm×約470mm或更大尺寸之一大面積基板。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之設備，其中該基板支撐組件係設以支撐一或多個大面積矩形基板以製造選自下列所構成之群組的裝置：太陽能電池、太陽能面板、平板顯示器(FPD)、軟性顯示器、有機發光二極體(OLED) 顯示器、軟性有機發光二極體(FOLED)顯示器、高分子發光二極體(PLED)顯示器、液晶顯示器(LCD)、有機薄膜電晶體、主動矩陣、被動矩陣、頂部發光裝置、底部發光裝置、及上述之組合。
  7. 一種適於在一製程腔室中支撐一大面積基板之基板支撐組件，該基板支撐組件包含：一導熱本體，該導熱本體具有一矩形形狀與一基板支撐表面，該導熱本體具有鏡像的一第一半部與一第二半部，該導熱本體之各個半部具有：一或多個加熱元件，該一或多個加熱元件係嵌入該導熱本體內，其中該各個半部之一或多個加熱元件係鏡像且各個加熱元件具有一第一端與一第二端，該第一端與該第二端配置於該導熱本體之實質中心附近；及一或多個冷卻通道，該一或多個冷卻通係嵌入該導熱本體內，其中該各個半部之一或多個冷卻通道係鏡像，該一或多個冷卻通道係經配置以與該一或多個加熱元件實質共面，且該一或多個加熱元件之至少一者或該一或多個冷卻通道之至少一者具有至少一實質平行於該導熱本體之一側的一部分，其中該各個半部之一或多個冷卻通道具有：二或多個分支通路，其中該二或多個分支通路具有相同長度但具有不同的圖案，且該二或多個分支 通路設以在輸送冷卻流體橫跨該整個基板支撐表面中提供實質上相等的分佈與實質上相等的阻力；一單一點入口；及一單一點出口，其中所有分支通路耦合於該單一點入口與單一點出口之間。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之組件，更包含一流體再循環單元，該流體再循環單元連接至該一或多個通道且位於該導熱本體外部，以調整在該一或多個通道內部流動之流體的溫度至該所欲之溫度設定點。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之組件，其中該流體係在該一或多個通道及該流體再循環單元間流動，且該流體係選自下列所構成之群組：加熱的油、加熱的水、冷卻的油、冷卻的水、加熱的氣體、冷卻的氣體、及上述之組合。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之組件，其中該一或多個通道內部之流體係在一介於約100℃至約200℃之所欲溫度設定點下流動。
  11. 一種處理一大面積基板之設備，該設備包含：一製程腔室； 一基板支撐組件，該基板支撐組件適於支撐該大面積基板，且該基板支撐組件包含：一導熱本體，該導熱本體具有一基板支撐表面，該基板支撐表面上適於支撐該大面積基板，其中該導熱本體具有鏡像的一第一半部與一第二半部，該導熱本體之各個半部具有：一內加熱元件與一外加熱元件，該內加熱元件與該外加熱元件係嵌入該導熱本體內，該內加熱元件具有一第一長度與一第一圖案，該外加熱元件具有一第二長度與一第二圖案，該第二長度不同於該第一長度且該第二圖案不同於該第一圖案；及一冷卻通道，該冷卻通道係嵌入該導熱本體內以與該內加熱元件與該外加熱元件共面，且該冷卻通道位於該內加熱元件與該外加熱元件之間，其中該冷卻通道具有：二或多個分支通路，其中該二或多個分支通路具有相同長度但具有不同的圖案，且該二或多個分支通路設以在輸送冷卻流體橫跨該整個基板支撐表面中提供實質上相等的分佈與實質上相等的阻力；一單一點入口；及一單一點出口，其中所有分支通路耦合於該單一點入口與單一點出口之間；及 一氣體分配板組件，該氣體分配板組件係配置於該製程腔室中以在該基板支撐組件上方傳送一或多種製程氣體。
  12. 一種在一製程腔室內維持一大面積基板之溫度的方法，該方法包含：在該製程腔室之一基板支撐組件的一基板支撐表面上準備該大面積基板，該基板支撐組件包含：一導熱本體，該導熱本體具有一矩形形狀且該導熱本體上具有一適於支撐該大面積基板之基板支撐表面，其中該導熱本體具有鏡像的一第一半部與一第二半部，該導熱本體之各個半部具有：一內加熱元件與一外加熱元件，該內加熱元件與該外加熱元件係嵌入該導熱本體內，該內加熱元件具有一第一長度與一第一圖案，該外加熱元件具有一第二長度與一第二圖案，該第二長度不同於該第一長度且該第二圖案不同於該第一圖案；及一冷卻通道，該冷卻通道係嵌入該導熱本體內以與該內加熱元件與該外加熱元件共面，且該冷卻通道位於該內加熱元件與該外加熱元件之間，其中該冷卻通道具有：二或多個分支通路，其中該二或多個分支通路具有相同長度但具有不同的圖案，且該二或多個分支通路設以在輸送冷卻流體橫跨該整個基 板支撐表面中提供實質上相等的分佈與實質上相等的阻力；一單一點入口；及一單一點出口，其中所有分支通路耦合於該單一點入口與單一點出口之間；及使一冷卻流體在該冷卻通道內流動；及調整該一或多個加熱元件之一第一電源及該冷卻通道之一第二電源，並維持該大面積基板之溫度。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之方法，其中該大面積基板之溫度係藉由該第一電源及該第二電源之開啟/關斷的一組合而保持固定。
  14. 如申請專利範圍第12項所述之方法，其中該大面積基板之溫度係保持在一溫度設定點，該溫度設定點係介於約100℃至約200℃間，並具有在該溫度設定點上約+/-5℃之溫度一致性。
  15. 如申請專利範圍第12項所述之方法，其中由冷卻氣體、冷卻液體、水、清潔乾燥的空氣、壓縮空氣、冷卻油、及上述之組合所構成的群組中選出的冷卻流體係在該二或多個分支冷卻通路內以相等的流速流動。
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