專利名稱：等離子體處理方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種利用兩個具有不同頻率的高頻電源生成等離子體的等離子體處理方法。本發(fā)明還涉及到一種通過利用一預(yù)定的指令序列來控制電源作用過程而自動控制起始放電的方法。本發(fā)明可有效應(yīng)用于光電部件的基于卷裝進出系統(tǒng)的批量生產(chǎn)。
一般都知道，諸如化學(xué)氣相淀積(CVD)、蝕刻或者拋光之類的等離子體處理是通過向一真空室施加超高頻波或者甚高頻波(VHF)，同時用射頻波(RF)對一基體或該真空室中的空間施加一射頻(RF)偏壓而生成等離子體來實現(xiàn)的。
作為這樣的等離子體處理，有一種基于利用RF偏壓的超高頻等離子體CVD的淀積膜方法被應(yīng)用于光電部件的制造。例如，作為一種啟動超高頻等離子體放電的方法，第6-51228號日本公開專利申請披露了一種在維持低壓的條件下向放電區(qū)引入原料氣體，并同時向所述放電區(qū)施加超高頻能量和RF能量以啟動放電的方法。在此現(xiàn)有技術(shù)中，所述RF電源用作對由超高頻波生成的等離子體的偏壓，以改善淀積膜的質(zhì)量。與直流(DC)偏壓相比，RF偏壓不容易產(chǎn)生火花放電。由于更高頻的能量可以施加于等離子體，可以獲得高質(zhì)量的淀積膜。
近年來也在研究利用VHF頻段的高頻的VHF等離子體CVD。例如，如同在第7-245269號日本公開專利申請中所描述的，根據(jù)VHF等離子體CVD方法，在高處理速率的情況下，能夠在具有較大面積的基體上均一地形成一層淀積膜。在這個頻段，原料氣體的利用效率要高于在RF等離子體CVD方法中的利用效率，因此可以提高淀積膜的成膜速率。另外，由于VHF放電與超高頻放電相比拓寬了放電條件(壓強、施加的電源、原料氣體的組成，等等)的范圍，控制淀積膜質(zhì)量的自由度就增加了。VHF等離子體CVD適于無定形硅膜的淀積。尤其是，在淀積微晶硅膜時，在成膜條件方面具有大自由度的VHF等離子體CVD可被用來最優(yōu)化晶粒直徑和晶粒邊界結(jié)構(gòu)，因此可以得到高質(zhì)量的淀積膜。
作為一種利用超高頻等離子體CVD或者RF等離子體CVD來制造大面積光電部件的方法，第4400409號美國專利和第3-30419號日本公開專利申請公開了一種光電部件制造方法及其利用卷裝進出系統(tǒng)的生產(chǎn)設(shè)備。在所述設(shè)備中，布置有一系列輝光放電區(qū)。一具有所需寬度的足夠長的帶狀基體，在其縱向方向上沿依次通過各輝光放電區(qū)的路徑而被連續(xù)不斷地傳送，從而連續(xù)不斷地形成各具有一個半導(dǎo)體結(jié)的光電部件。
第7-41954號日本公開專利申請公開了一種在不用RF偏壓的超高頻等離子體處理設(shè)備中通過探測等離子體放電的停止而自動恢復(fù)等離子體放電的方法。在這種方法中，放電停止狀態(tài)是通過監(jiān)測放電空間中的壓強、放電反射波功率、放電空間的電勢或者放電空間中的電流值而被探測到的。為了恢復(fù)放電，要施加比放電維持功率大的超高頻能量，或者要使真空室中的壓強低于放電維持壓強。
但是，在自動啟動/維持等離子體放電的過程中，存在下列問題(1)、當首先利用一第一高頻電源啟動等離子體放電時，在施加一個合適強度的第二高頻電源的同時，必須向放電區(qū)施加比成膜時更強的第一高頻電源。如果電源施加的順序或者調(diào)節(jié)所述第二高頻電源的阻抗匹配的時間控制不合適，就可能在放電區(qū)產(chǎn)生火花放電，或者所述阻抗匹配可能偏移，從而使放電停止。這就使得難以平穩(wěn)地啟動放電。事實上，放電的啟動依賴于操作者的經(jīng)驗，而具有高度可再現(xiàn)性的啟動超高頻等離子體放電的方法是不確定的。為此原因，很難設(shè)計出自動控制設(shè)備。
(2)、如果在利用所述第一高頻電源啟動等離子體放電之后，放電由于某些原因而在成膜過程中停止，由于上述(1)所述的原因，有時候放電難以重新啟動。這樣，由于放電的重啟動要花時間，就會在淀積膜中產(chǎn)生缺陷，這就導(dǎo)致產(chǎn)量的下降。
(3)、如果要通過向一個放電區(qū)施加來自多個施壓裝置的所述第一和/或第二高頻電源來均一地形成大面積淀積膜，由其中一個施壓裝置所引起的放電可能停止。
如果放電部分停止，淀積膜的厚度就會變得不均一，或者小于預(yù)期厚度，這也會導(dǎo)致產(chǎn)量的降低。
本發(fā)明還要解決另一個問題。當使用基于卷裝進出系統(tǒng)的等離子體CVD設(shè)備制造光電部件時，由于沿縱向方向排列了許多放電區(qū)，設(shè)備顯得十分笨重。另外，原料氣體供應(yīng)系統(tǒng)、排放系統(tǒng)和電源系統(tǒng)也顯得復(fù)雜。為了改善光電部件的可再現(xiàn)性和設(shè)備的可操作性，設(shè)備的操作最好要盡可能地自動化。如果要批量生產(chǎn)光電部件以降低制造成本，最基本的是要自動操作整套設(shè)備，以提高操作效率或者產(chǎn)量。
本發(fā)明的一個目的是提供一種利用一個第一高頻電源(例如超高頻或者VHF)，同時利用一個第二高頻電源(例如RF)作為偏壓，從而自動平穩(wěn)地啟動等離子體放電的等離子體處理設(shè)備。本發(fā)明的另一個目的是提供一種能夠通過探測處理過程中的放電停止而自動重啟動放電的等離子體處理設(shè)備。本發(fā)明還有一個目的，這就是，在處理過程中，在測量等離子體強度的同時利用一自動裝置不時地調(diào)節(jié)一第一高頻電源的作用，從而維持穩(wěn)定的等離子體處理。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，它提供了一種利用一第一高頻電源和一個頻率低于該第一高頻電源的第二高頻電源進行等離子體處理的方法，該方法包括放電啟動步驟、調(diào)節(jié)步驟和等離子體處理步驟。所述放電啟動步驟是指，通過一阻抗匹配電路向一處理室中饋送比處理過程中的功率要低的所述第二高頻電源，然后再向該處理室饋送功率比處理過程中高的所述第一高頻電源，以生成等離子體。所述調(diào)節(jié)步驟是指，減小所述第一高頻電源的強度，使之接近處理過程中的值，提高所述第二高頻電源的強度，也使之接近處理過程中的值，然后再調(diào)節(jié)所述第一高頻電源的強度，以獲得一預(yù)定值的等離子體強度。所述等離子體處理步驟是指，使所述阻抗匹配電路進行一次匹配操作，同時調(diào)節(jié)所述第一高頻電源的值，以獲得一個處理過程中的理想等離子體強度值，從而對一待處理的基體進行等離子體處理。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，它提供了一種等離子體處理設(shè)備，該設(shè)備包括一個等離子體處理室，向所述等離子體處理室饋送一第一高頻電源的裝置，向所述等離子體處理室饋送頻率比所述第一高頻電源低的一第二高頻電源的裝置，向所述等離子體處理室中引入處理氣體的裝置，降低等離子體處理室中的壓強的裝置，測量在等離子體處理室中生成的等離子體強度的測量裝置，以及一個控制等離子體放電的放電控制裝置。其中，所述放電控制裝置包括控制所述放電啟動步驟、所述調(diào)節(jié)步驟和所述等離子體處理步驟的裝置。所述放電啟動步驟是指，通過一阻抗匹配電路向所述處理室中饋送比處理過程中的功率要低的所述第二高頻電源，然后再向該處理室饋送功率比處理過程中高的所述第一高頻電源，以生成等離子體。所述調(diào)節(jié)步驟是指，減小所述第一高頻電源的強度，使之接近處理過程中的值，提高所述第二高頻電源的強度，也使之接近處理過程中的值，然后再調(diào)節(jié)所述第一高頻電源的強度，以獲得一預(yù)定值的等離子體強度。所述等離子體處理步驟是指，使所述阻抗匹配電路進行一次匹配操作，同時調(diào)節(jié)所述第一高頻電源的值，以獲得一個處理過程中的理想等離子體強度值，從而對一待處理的基體進行等離子體處理。
在等離子體處理步驟中，如果探測到了等離子體放電的停止，最好將所述阻抗匹配電路設(shè)置到初始狀態(tài)，重新進行所述放電啟動步驟。為此，本發(fā)明的設(shè)備最好具有相應(yīng)的探測和控制裝置。


圖1是一方框圖，示出了本發(fā)明的一等離子體放電控制裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，所述控制裝置的目的是為了使成膜設(shè)備自動化；圖2是一簡要剖面圖，示出了一個本發(fā)明的等離子體處理設(shè)備；圖3A和圖3B是用以闡釋示于圖1中的等離子體控制裝置的運作的流程圖；圖4是一簡要剖面圖，示出了本發(fā)明的所述等離子體處理設(shè)備應(yīng)用于一卷裝進出處理系統(tǒng)的一個例子；圖5是一簡要剖面圖，示出了一光電部件；圖6是一簡要平面圖，用以闡釋一個使用VHF的設(shè)備。
下面參照附圖描述本發(fā)明的一個最佳實施例。
在本實施例中，超高頻波被用作第一高頻波，RF被用作第二高頻波。即使VHF被用作所述第一高頻波，也可以獲得與前一情形相同的效果。在本說明書中，RF的意思是一種頻率從1MHz(含)到20MHz(不含)的高頻波。VHF的意思是一種頻率從20MHz(含)到1GHz(不含)的高頻波。超高頻波的意思是一種頻率從1GHz(含)到10GHz(不含)的高頻波。
圖1是一方框圖，示出了本發(fā)明的一等離子體放電控制裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，所述控制裝置的目的是為了使成膜設(shè)備自動化。一放電控制裝置101具有一輸入電路、一輸出電路和一計算器(圖中均未示出)。所述輸入電路與一探測器107及一用來控制整個設(shè)備的成膜控制裝置100相連，所述探測器107用來探測因?qū)⑹┘佑谝黄珘簵l109的電壓中的DC成分接地而從探測器中流過的電流值Idc。所述輸出電路與一作為生成所述第一高頻波的裝置的超高頻發(fā)生器104、一作為生成所述第二高頻波的裝置的RF發(fā)生器105、一匹配電路106、一質(zhì)量流控制器(以下簡稱MFC)103和一排放調(diào)節(jié)閥108相連接。
所述放電控制裝置101具有調(diào)節(jié)作用于一放電區(qū)102的所述超高頻電源和RF電源、調(diào)節(jié)氣流速率及排放閥開放度的功能，并具有切換所述匹配電路的固定操作和自動匹配操作的功能。所述偏壓條109與所述匹配電路106的輸出端子相連。下面參照附圖2描述用以實現(xiàn)本發(fā)明的等離子體處理方法的等離子體處理設(shè)備的一個特定實施例。
在一真空室201中有一幾乎為平行六面體形狀的成膜室202構(gòu)成的一放電區(qū)203和一基體200。所述基體200可以為帶狀。在此，基體200沿垂直于圖2紙面的方向而被傳送。所述真空室201和成膜室202電連接，并設(shè)置為大地電勢。
在本設(shè)備中，有一個用來將所述帶狀基體加熱到所需成膜溫度的基體加熱器204、一個用來從一供氣裝置(圖中未示出)向所述成膜室引入原料氣體的原料氣體輸入管205、一個用來通過一排放裝置例如真空泵(圖中未示出)排空所述成膜室的排放管206、一個可以調(diào)節(jié)排放率的排放調(diào)節(jié)閥207、從一超高頻發(fā)生器208向所述成膜室饋送超高頻電源的電極209，和一個從一RF發(fā)生器210向等離子體施加所述RF偏壓的偏壓條212。
在所述RF發(fā)生器210和所述偏壓條212之間連有一匹配電路211。通過改變兩個匹配和調(diào)諧參數(shù)，可以調(diào)節(jié)所述RF發(fā)生器和所述偏壓條之間的阻抗匹配。所述匹配電路211還具有靠自身自動調(diào)節(jié)參數(shù)以進行匹配操作的功能。
所述成膜室202在其側(cè)表面部分地具有網(wǎng)篩狀孔洞。等離子體和電磁波能夠被限制在該成膜室202中，而被離解的原料氣體可以被排出。
在所述匹配電路211和所述偏壓條212之間連接有一Idc探測器216。該Idc探測器216由一扼流圈213和一電阻器214構(gòu)成。如上所述，作用于所述偏壓條212的DC成分的電流值作為輸出電壓被輸出到一Idc輸出口215。所述RF電源作用于所述偏壓條212。由于電子的質(zhì)量遠遠小于離子類的質(zhì)量，在RF電場的力的作用下，大量的電子到達所述偏壓條。當該偏壓條處于DC不接地狀態(tài)時，該偏壓條就被充電而具有負電勢。當只有DC成分通過所述扼流圈213接地時，一電流(Idc)就流向所述扼流圈213。所述電流值Idc幾乎與等離子體的電離度成正比，因此該電流值Idc就可以被視為等離子體強度。流向扼流圈213的所述DC電流的電流值Idc被一電阻器214轉(zhuǎn)換為電壓，并被輸出到所述Idc輸出口215，因此所述Idc探測器就可測得等離子體強度。當所述Idc探測器被用作一個放電起始探測裝置時，就對其設(shè)置一個閾值。如果電流值Idc超過該閾值，就表明放電已經(jīng)開始。如果電流值Idc等于或小于該閾值，就可以確定，放電已停止或者已部分停止。
示于圖2中的設(shè)備通過兩個電極209而實施超高頻電源等離子體放電。通過使用多個電極從多個方向施加超高頻能量，成膜區(qū)可以被擴大，而同時仍可保持基體200膜特性的均一(對于帶狀基體，則指在寬度方向上的膜特性)。在使用多個電極時，不是全部，但部分電極觸發(fā)的放電等離子體可能會消失。此時，等離子體強度就降低，從而降低來自Idc探測器的輸出值。如果已經(jīng)對該電流值Idc設(shè)置了一個閾值，就可以探測出來等離子體已經(jīng)部分消失。
圖3A和圖3B是流程圖，示出了示于圖1中的放電控制裝置101的運作，下面參照圖1進行描述。
(預(yù)備階段)在步驟1，一開始信號從成膜控制裝置100被發(fā)送到放電控制裝置101。
在步驟2，處理過程等待，直到除那些受放電控制裝置101控制的參數(shù)之外的成膜參數(shù)都被準備好。例如，處理過程等待，直到所述帶狀基體的溫度、原料氣體的流速及放電區(qū)中的壓強均達到規(guī)定值。
在步驟3，所述匹配電路106的匹配和調(diào)諧參數(shù)被初始化并固定。初始值根據(jù)穩(wěn)定成膜狀態(tài)下的最終阻抗匹配來確定，并預(yù)先通過試驗而測得。當匹配電路106的參數(shù)在開始放電的初始階段被固定時，放電就不會因為自動匹配操作的失靈而停止。另外，當匹配電路106的參數(shù)被初始化時，阻抗幾乎在放電開始后立即就匹配。由于上述原因，就可以具有高再現(xiàn)性地平穩(wěn)地啟動放電。
(放電階段)在步驟4，從RF發(fā)生器105提高或施加作用于偏壓條109的RF能量。此時的RF功率被稱為期望值1。在對超高頻放電適合的成膜條件下，只有RF電源，放電是不會發(fā)生的。為此，在此時刻，大多數(shù)輸入的RF能量被反射到所述RF發(fā)生器105那側(cè)。
在步驟5，向所述成膜室202施加一超高頻能量。在步驟8，如果所測得的電流值Idc超過閾值1，就表明放電已經(jīng)開始。在步驟5，有效的超高頻功率逐漸上升，直到放電開始。
下面基于圖2描述放電開始的過程。通過原料氣體輸入管205，一種原料氣體被導(dǎo)入放電區(qū)203。控制所述排放調(diào)節(jié)閥207的開放度，以將放電區(qū)203中的壓強控制在預(yù)定值。首先，向所述偏壓條212施加少量的RF能量。最好，只施加相當于成膜功率10％以下的能量。然后，從電極209施加超高頻能量。其功率與成膜時的功率相同或者更大，以生成等離子體。等離子體是否已開始生成可以通過一個等離子體強度測量裝置(將在下文予以描述)予以確認。在等離子體生成之后，立即施加一個比成膜時更強的超高頻電源。如果在此時刻提高所述RF偏壓，就容易發(fā)生火花放電，等離子體就容易消失。為了防止這種情況，在此時刻不提高所述RF偏壓。
在步驟6，當在所施加的超高頻電源達到最大值后預(yù)定的時間已經(jīng)屆滿時，若放電仍未開始，就可以判定，在這種成膜條件下難以產(chǎn)生放電。在步驟7，為使放電更容易，提高放電區(qū)102中的壓強?？捎袃煞N技術(shù)用來提高所述壓強。一種技術(shù)是，調(diào)節(jié)MFC103，以提高引入放電區(qū)102的原料氣體的流速。當使用多種原料氣體時，任何氣體的流速都可以提高。特別地，最好提高氫氣的流速，因為即使其流速被提高，所測得的電流值Idc的變化量也很小。另一種技術(shù)是，降低所述排放調(diào)節(jié)閥108的開放度，以提高放電區(qū)102中的壓強。
(調(diào)節(jié)階段)如果放電開始后探測到所測量的電流值Idc超過了閾值1，就在步驟9中調(diào)節(jié)MFC103，以調(diào)節(jié)氣體流速，或者調(diào)節(jié)所述排放調(diào)節(jié)閥108的開放度，從而將所述壓強恢復(fù)到規(guī)定值。
在步驟10，有效的超高頻功率被逐漸降到期望值2。期望值2可能等于在穩(wěn)定放電成膜狀態(tài)下所施加的功率。但是，這一階段只是過渡階段，而為了防止放電停止，所述超高頻功率最好稍大于成膜時的功率。更具體的，所述超高頻功率最好為成膜時功率的100-200％，更好地，為120-180％。此值是用試驗確定的。
在步驟11，有效的超高頻功率被逐漸升到期望值3。期望值3最好等于在穩(wěn)定放電成膜狀態(tài)下所施加的功率。但是，為了防止非正常放電，此值可以稍小。更具體地，RF功率為成膜時的功率的70-100％。在所述超高頻功率降低以后，升高所述RF功率。通過這個處理過程，可以維持穩(wěn)定的放電而防止火花放電。
在步驟12，控制等離子體強度。在步驟13，調(diào)節(jié)有效的超高頻功率，以使之接近成膜時的期望值。或者使之落在該期望值的100-150％的范圍之內(nèi)。為控制等離子體強度，可以有兩種方法。第一種方法是，調(diào)節(jié)所述輸入超高頻功率，以使測得的電流值Idc接近期望值3。第二種方法是，調(diào)節(jié)所述輸入超高頻功率，以使其有效值[=(輸入功率-反射功率)]接近期望值4。使用上述方法之一，就可以降低所述超高頻功率。
在此時刻，RF阻抗匹配具有臨時性的初值，該匹配不是理想的而只是暫時的。因此，為了防止放電停止，最好將等離子體強度調(diào)節(jié)得稍高于成膜時的期望值，具體地，為該期望值的100-150％。如圖2所示，當從多個電極209施加超高頻電源時，合適地調(diào)節(jié)所述各電極所施加的有效超高頻功率的比例，從而使淀積膜的厚度和質(zhì)量均一化。
在步驟14，將所述RF功率調(diào)節(jié)到成膜時的期望值。同時，將匹配電路106從固定操作轉(zhuǎn)換到自動匹配操作。自動匹配所述RF發(fā)生器和載荷之間的阻抗的方法被廣泛地使用。在本發(fā)明中，當所述RF被施加到超高頻或者VHF等離子體上作為偏壓電源時，從超高頻或者VHF等離子體的生成到等離子體的穩(wěn)定之間，等離子體是不穩(wěn)定的，因此所述RF的自動匹配變得不穩(wěn)定。通過在等離子體穩(wěn)定后，即，在為獲得成膜時的理想超高頻功率而作的調(diào)節(jié)完成之后啟動自動匹配操作，所述匹配電路就可以一直穩(wěn)定運作。
(穩(wěn)定放電階段)在步驟15，調(diào)節(jié)超高頻功率以最終將等離子體強度設(shè)定為成膜時的理想值。等離子體強度控制方法與步驟12是相同的。在成膜過程中，等離子體強度一直被測量，以使測量電流值Idc達到期望值4，或者使所述有效超高頻功率達到期望值5。在步驟17，調(diào)節(jié)所述輸入超高頻功率。
在步驟16，如果Idc探測器在成膜過程中發(fā)現(xiàn)放電已停止，流程就轉(zhuǎn)回步驟3，以重新啟動放電。設(shè)定有閾值2，當測量電流值Idc小于該閾值2時，就可以判斷放電已經(jīng)停止。
如果Idc探測器107確認放電已經(jīng)在穩(wěn)定放電階段停止，流程就返回放電階段，以重新啟動放電。通過這種處理流程，可以實現(xiàn)連續(xù)不斷的成膜操作，而不會讓連續(xù)成膜設(shè)備停下。
(終止階段)在步驟18，從成膜控制裝置100接收到一成膜終止指令。在步驟19，放電控制裝置101被關(guān)閉，以停止超高頻電源和RF偏壓電源。
在步驟20，一指示放電控制裝置101的操作結(jié)束的信號被返回成膜控制裝置100。
(在光電部件上的應(yīng)用)下面參照附圖4描述本發(fā)明的方法應(yīng)用于一個卷裝進出式等離子體CVD設(shè)備以制造一種具有一個p-型結(jié)的光電部件的例子。
參附圖4，所述等離子體CVD設(shè)備具有一個帶狀基體400、一個供料室401、一個供料軸402、一個接收室403、一個接收軸404、一個第一滲雜層形成室405、一個i-型層形成室406、一個第二滲雜層形成室407、一個基體加熱器408、若干氣體加熱器409、若干氣封門410、若干原料氣體輸入管411、若干封門氣體輸入管412、若干排氣口413、若干排放調(diào)節(jié)閥414、若干輸送輥415、若干陰極416、若干RF發(fā)生器417、一個超高頻發(fā)生器418、一個波導(dǎo)管419、若干超高頻電極420和一個偏壓條421。所述i-型層形成室406裝有一個成膜室422，在其中，通過超高頻等離子體CVD方法而形成淀積膜。所述滲雜層形成室405和407裝有成膜室423和424，在其中分別用RFCVD方法形成淀積膜。所述形成室405到407分別具有放電區(qū)425到427。
所述形成室401、403和405到407通過氣封門410連接在一起。帶狀的基體400被從供料室401輸送到接收室403，其間通過三個淀積膜形成室405到407。從而，在所述帶狀基體400上就形成了一個三層次功能淀積膜，即一種用于具有p-型結(jié)構(gòu)的光電部件的半導(dǎo)體膜。
最好，所述帶狀基體400在形成半導(dǎo)體膜所需的溫度下不產(chǎn)生變形和畸變，并具有理想的強度和導(dǎo)電率。考慮到成本和儲存空間，所述帶狀基體最好盡可能薄，前提是具有足夠的強度以便即使在輸送過程中受到拉張力作用也能保持其形狀。所述帶狀基體的寬度不受特別的限制。該寬度是根據(jù)半導(dǎo)體膜成膜裝置和成膜室的大小確定的。盡管所述帶狀基體的長度不受特別的限制，但其長度最好能夠允許將其裝到滾筒上。長的帶狀基體可以通過例如焊接而連成更長的基體。
在所述形成室405到407中，所述帶狀基體400用所述基體加熱器408加熱到預(yù)定的成膜溫度。從供氣裝置(圖中未示出)通過所述原料氣體輸入管411輸入的原料氣體被輸送到所述放電區(qū)425到427，并由排放裝置(圖中未示出)從所述排氣口413排出。當通過所述排放調(diào)節(jié)閥414調(diào)節(jié)排放速率時，就可以分別在放電區(qū)425到427中維持理想的壓強。
在利用超高頻CVD方法的形成室406中的所述放電區(qū)426中，具有從所述超高頻發(fā)生器418通過波導(dǎo)管419向原料氣體施加超高頻能量的電極420，以及向等離子體施加RF能量的偏壓條421。在所述放電區(qū)426，通過離解所提供的原料氣體的超高頻CVD方法而形成一層淀積膜。由于使用了兩個電極420，淀積膜特性在所述帶狀基體400寬度方向上的均一性得到了改善。為了描述的方便，所述兩個電極420的方向?qū)⒈环謩e稱為前側(cè)和后側(cè)。
在使用RFCVD方法的形成室405和407中的每一放電區(qū)425和427中，裝有向原料氣體施加RF能量的陰極416，在其中，通過RFCVD方法而形成淀積膜。從所述原料氣體輸入管411引入的原料氣體用所述氣體加熱器409加熱，以改善淀積膜的特性。通過用加熱器408和409加熱所述成膜室422到424，在成膜之前，所述成膜室422到424可以被烘干而減少其中的雜質(zhì)氣體。
氣封門410用來分隔形成室401、403和405到407，以便通過所述形成室401、403和405到407連續(xù)不斷地傳送所述帶狀基體400。為了形成多層具有不同組成的高質(zhì)量薄膜，從所述封門氣體輸入管412引入一種封門氣體，以防止鄰近形成室中的不同原料氣體相互混合，因此空氣也能被隔離。作為封門氣體，使用的是氫氣、氦氣或者氬氣。
上述設(shè)備中的原料氣體供氣裝置(圖中未示出)、排放裝置(圖中未示出)、基體加熱器408、氣體加熱器409、RF發(fā)生器417、超高頻發(fā)生器418和用來輸送帶狀基體的一個馬達(圖中未示出)由一成膜控制裝置(圖中未示出)來控制，該控制裝置比如是一個序列發(fā)生器或者計算機，能夠基于程序進行自動操作。
下面參照附圖4描述所述自動操作中的步驟。其上繞有帶狀基體400的供料軸402被裝在供料室401中。空的接收軸404安裝在接收室403中。所述成膜室422到424的清潔與維護是在空氣中進行的。此后，自動處理過程就開始了(1)排放過程用排放裝置將所有形成室401、403和405到407中的壓強降到約1乇。
(2)加熱過程用基體加熱器408和氣體加熱器409將成膜室422到424加熱到預(yù)定的溫度。該加熱過程是為了烘干的目的，以消除其中的水分和雜質(zhì)氣體，后者比如是從成膜室422到424和形成室405到407的室壁吸收的氧。
(3)成膜過程從所述原料氣體輸入管411和所述封門氣體輸入管412引入原料氣體和封門氣體。在所述成膜室422到424中開始等離子體放電，同時帶狀基體400按預(yù)定的速率被傳送，從而在該帶狀基體400上連續(xù)不斷地淀積薄膜。在此過程中，在所述形成室406中，運行本發(fā)明的上述超高頻放電控制裝置，以自動啟動超高頻等離子體放電。當所述帶狀基體被所述接收軸404收卷到一預(yù)定位置時，所有等離子體放電均被停止?；w輸送也被停止。
(4)冷卻過程所述成膜室422到424被冷卻到能夠進行清潔與維護的溫度。在成膜過程中，有時候會在所述成膜室422到424中淀積一種可燃的副反應(yīng)產(chǎn)物。為了防止在開啟成膜室時發(fā)生燃燒，成膜室要預(yù)先冷卻。
(5)換氣過程在將所述形成室401、403和405到407向空氣開啟前，用氮氣替換所述形成室中的原料氣體。
(6)放氣過程向所述形成室401、403和405到407引入氮氣，直到其中的壓強等于大氣壓強。
完成上述自動過程后，被所述接收軸接收的帶狀基體400被取出。此后，用一淀積膜裝置(圖中未示出)在該帶狀基體400上淀積一層透明的電極膜，這樣就制成了薄膜光電部件。
本發(fā)明也可以應(yīng)用于等離子體CVD以外的等離子體處理，例如等離子體蝕刻，等等。
(例1)使用示于圖4中的具有示于圖1中的自動控制裝置的卷裝進出式等離子體CVD設(shè)備，按照示于圖3A和圖3B的流程在下述條件下進行自動處理，從而在一帶狀基體上形成一種p-型無定形硅光電部件。下面參照圖3A、3B和圖4詳細描述。在本例中，所述第一高頻電源用的是超高頻電源，所述第二高頻電源用的是RF電源。
作為帶狀基體400，用的是寬度為350mm、長度為300m、厚度為0.2mm的SUS430。該基體是這樣制備的利用一種卷裝進出式濺鍍膜裝置(圖中未示出)在所述帶狀基體400上淀積一層鋁薄膜(厚度0.1μm)和一層作為背反射層的氧化鋅(ZnO)薄膜(厚度1.0μm)。
所述帶狀基體400這樣安裝，以使得能夠從供料室401供料，可以從接收室403接收，并在其間通過三個成膜室405到407。
利用排放裝置(圖中未示出)通過所述排放調(diào)節(jié)閥414排出所述形成室401、403和405到407中的氣體，使其中的壓強約為1乇。當排氣過程進行時，氦氣從所述氣體輸入管411和412分別以100sccm的速率流動。通過利用一氣壓計(圖中未示出)測量所述形成室401、403和405到407中的壓強并控制所述排放調(diào)節(jié)閥414，所述壓強被維持在1.0乇。另外，基體加熱器408和氣體加熱器409被加熱到300℃。維持上述狀態(tài)，進行5小時的烘烤，以消除其中的雜質(zhì)氣體。
然后，停止氣體輸入管411和412中的氦氣供應(yīng)。具有示于表1中的組成的原料氣體從一氣體混合器(圖中未示出)通過原料氣體輸入管411流入所述成膜室422到424。氫氣則從封門氣體輸入管412流向氣封門。所述帶狀基體400的傳送速率為1000mm/min。至于高頻電源施加裝置，在利用超高頻CVD的成膜室422中，是從一發(fā)生頻率為2.45GHz的超高頻發(fā)生器418通過波導(dǎo)管419和超高頻電極420而向所述成膜區(qū)施加超高頻波的。所述偏壓電源是從發(fā)生頻率為13.56MHz的RF發(fā)生器417通過一匹配電路428作用于所述偏壓條421的。作為偏壓條421，所使用的是直徑為20mm、長度為30cm的SUS340柱形條。在使用RFCVD的成膜室423和424中，RF電源從所述RF發(fā)生器417通過匹配電路428作用于陰極416。等離子體放電在放電區(qū)425到427中啟動，從而在所述帶狀基體400上連續(xù)不斷地形成一層n-型無定形硅膜、一層i-型無定形硅鍺膜和一層p-型微晶硅膜。在穩(wěn)定成膜過程中每一成膜室中的成膜條件示于表1中。
在本例中，在成膜過程的示于圖3B中的步驟15到17中的等離子體強度控制是通過調(diào)節(jié)輸入超高頻功率而將測量電流值Idc(期望值4)維持于3.5A而實現(xiàn)的。探測等離子體的消失的測量電流值Idc(閾值2)設(shè)定在3.0A。在等離子體生成前施加的高頻偏壓功率(期望值1)被設(shè)定在50W。第一次生成等離子體時的有效超高頻功率在前側(cè)和后側(cè)均約為800W。此時的測量電流值Idc為2.0A，因此探測等離子體的生成的測量電流值Idc(閾值1)設(shè)定在1.5A。
在步驟6中，難以生成等離子體的等待時間設(shè)定為5秒。但是，在本例中，由于等離子體在5秒內(nèi)就生成了，步驟7沒有執(zhí)行。在前側(cè)和后側(cè)，期望值2均為300W，期望值3為800W。
成膜過程連續(xù)不斷地進行了約5小時。在總長為300m的帶狀基體的250m長的部分上形成了一個具有p-型結(jié)的半導(dǎo)體層。其上鍍上了半導(dǎo)體層的所述250m長的部分稱為有效區(qū)。
在上述流程中其上形成了半導(dǎo)體層的所述帶狀基體被從接收室403中取出。通過一個濺鍍膜形成裝置(圖中未示出)，又向其上鍍了一層ITO(氧化錫銦)透明導(dǎo)電膜(厚度800)。此后，在輸出時用切割器(圖中未示出)將該帶狀基體400切割為100mm長的片段，從而制得樣品。在每一基體上網(wǎng)板印刷銀涂料而形成一集電極，從而制得一示于圖5的簡要剖面圖中的光電部件。在圖5中，該部件包括一基體500、一背反射層501、一n-型半導(dǎo)體層502、一i-型半導(dǎo)體層503、一p-型半導(dǎo)體層504、一ITO透明導(dǎo)電層505和集電極506。
通過向該基體上照射AM值為1.5、能量密度為100mW/cm2的模擬日光而測量其光電轉(zhuǎn)換效率，可測定所得到的光電部件的特性。表2示出了測定結(jié)果。從所述帶狀基體的250m的有效區(qū)中，每隔10m抽取樣品進行測量。26個樣品中每一樣品的特性的最大值和最小值的差異被用來測定均一性。所述樣品的有效面積為350mm×100mm。
除開由于成膜過程中等離子體的消失而造成的缺陷淀積區(qū)之外的部分的比率，即無缺陷部分的比率被測定，作為無缺陷單位比。還計數(shù)了等離子體消失的次數(shù)。
(比較例1)在比較例1中，成膜是按照與例1相同的程序進行的，但沒有使用示于圖1中的放電控制裝置101。使用了與表1所示相同的成膜條件。比較例1與例1在下述方面不同超高頻發(fā)生器、RF發(fā)生器、MFC和排放調(diào)節(jié)閥是手工控制的，匹配電路106被設(shè)置為一直進行自動匹配操作?；谂c例1相同的方法進行了特性測定。
表1
表2
上述試驗揭示了下述事實(1)在比較例1中，當?shù)入x子體在成膜過程中已消失時，放電重啟動操作是用手工完成的。另外，匹配電路106的運作變得不穩(wěn)定，因此重啟動放電費時。這就增多了缺陷區(qū)，因此無缺陷單位比降低了。從放電的起始到穩(wěn)定，平均時間為180秒。在例1中，放電重啟動平穩(wěn)進行。從開始到穩(wěn)定的平均時間為40秒，因此無缺陷單位比提高了。
(2)在比較例1中，在成膜過程中，通過目視確認測量電流值Idc來調(diào)節(jié)有效超高頻功率。因此，不可能進行等離子體強度的精確調(diào)節(jié)，這導(dǎo)致均一性降低。在例1中，測量電流值Idc通過放電控制裝置101被反饋到有效超高頻功率。因此，提高了等離子體強度的精確性，從而提高了均一性。
(例2)在例2中，為在圖3B所示的步驟15到17的成膜過程中控制等離子體強度，調(diào)節(jié)輸入超高頻功率，以將有效超高頻功率(期望值5)維持在250W。設(shè)備的布置與例1相同。穩(wěn)定成膜時的成膜條件示于表3中。
在例2中，即使在超高頻功率達到電源的最大輸出值5秒鐘以后，步驟6中也沒有開始放電。在步驟7中，可以通過將氫氣流速提高到1500sccm而啟動放電。此時放電區(qū)中的壓強為15毫乇。此后，在步驟9，氫氣流速減小到表1所示的值。用與例1相同的方法進行特性測定。
(比較例2)在比較例2中，成膜是按照與例2相同的程序進行的，但沒有使用示于圖1中的放電控制裝置101。使用了與表3所示相同的成膜條件。比較例2與例2在下述方面不同超高頻發(fā)生器、RF發(fā)生器、MFC和排放調(diào)節(jié)閥是手工控制的，匹配電路106被設(shè)置為一直進行自動匹配操作?；谂c例1相同的方法進行了特性測定。
表3
表4
上述試驗揭示了下述事實。例2中的均一性比比較例2中的均一性要高。即使在將有效超高頻功率設(shè)置為一恒定值的情況下調(diào)節(jié)等離子體強度，從成膜過程的初始階段到最后階段，都能獲得穩(wěn)定的特性。另外，從放電的起始到穩(wěn)定，比較例2中的平均時間為190秒，例2中的平均時間則為40秒。因此，例2中的缺陷區(qū)減少了，這導(dǎo)致無缺陷單位比的改善。
(例3)
在例3中，等離子體處理中的第一高頻波為VHF。下面將參照圖6描述與圖4中的設(shè)備相比的不同之處。圖4和圖6中，相同的編號表示相同的部分，它們的詳細描述在此就省略了。圖6是一簡要平面圖，用于說明替代圖4中的成膜室422及其相關(guān)部件的成膜室601。如圖6所示，以發(fā)生頻率為100MHz的VHF發(fā)生器602代替了超高頻發(fā)生器418。一共軸電纜603和一匹配電路604代替了波導(dǎo)管419。另外，用一桿狀天線代替了電極420。該桿狀天線605具有與偏壓條421相同的大小和形狀，并與偏壓條421平行地設(shè)置于放電區(qū)606中。在所述帶狀基體的傳送方向上，所述天線和偏壓條421間的間隔為15mm。設(shè)備中的其余部分與例1中相同。穩(wěn)定成膜時的成膜條件示于表5中。
在例3中，為控制圖3中的步驟15到17的等離子體強度，調(diào)節(jié)所述輸入VHF功率，以將測量電流值Idc(期望值4)維持在3.0A。閾值1被設(shè)定為1.0A，閾值2被設(shè)定為2.5A，偏壓電源的期望值1被設(shè)定為50W?；谂c例1相同的方法進行了特性測定。表6示出了測定結(jié)果。
(比較例3)在比較例3中，成膜是按照與例3相同的程序進行的，但沒有使用示于圖1中的放電控制裝置101。使用了與表5所示相同的成膜條件。比較例3與例3在下述方面不同VHF發(fā)生器、RF發(fā)生器、MFC和排放調(diào)節(jié)閥是手工控制的，匹配電路106被設(shè)置為一直進行自動匹配操作?；谂c例1相同的方法進行了特性測定。表6示出了測定結(jié)果。
表5
表6
上述試驗揭示了下述事實(1)在比較例3中，當?shù)入x子體在成膜過程中已消失時，放電重啟動操作是用手工完成的。另外，匹配電路106的運作變得不穩(wěn)定，因此重啟動放電費時。這就增多了缺陷區(qū)，因此無缺陷單位比降低了。從放電的起始到穩(wěn)定，平均時間為200秒。在例3中，放電重啟動平穩(wěn)進行。從開始到穩(wěn)定的平均時間為30秒，因此無缺陷單位比提高了。
(2)在比較例3中，在成膜過程中，通過目視確認測量電流值Idc來調(diào)節(jié)有效VHF功率。因此，不可能進行等離子體強度的精確調(diào)節(jié)，這導(dǎo)致均一性降低。在例3中，測量電流值Idc通過放電控制裝置被反饋到有效VHF功率。因此，提高了等離子體強度的精確性，從而提高了均一性。
根據(jù)本發(fā)明，利用自動裝置，等離子體放電能夠具有高度再現(xiàn)性地自動地平穩(wěn)啟動。即使放電停止，它又可以迅速重啟動。這種方法在基于帶狀基體制造光電部件的設(shè)備中的應(yīng)用可以允許進行全自動操作，結(jié)果將提高光電部件的生產(chǎn)率，降低成本。另外，在這個帶狀基體上，可以獲得穩(wěn)定的光電部件特性。由于缺陷區(qū)可以減到最少，產(chǎn)量因此得以提高。
權(quán)利要求
1.一種利用一第一高頻電源和一個頻率低于該第一高頻電源的第二高頻電源進行等離子體處理的方法，該方法包括放電啟動步驟，即通過一阻抗匹配電路向一處理室中饋送比處理過程中的功率要低的所述第二高頻電源，然后再向該處理室饋送功率比處理過程中高的所述第一高頻電源，以生成等離子體；調(diào)節(jié)步驟，即減小所述第一高頻電源的強度，使之接近處理過程中的值，提高所述第二高頻電源的強度，也使之接近處理過程中的值，然后再調(diào)節(jié)所述第一高頻電源的強度，以獲得一預(yù)定值的等離子體強度；和等離子體處理步驟，即，使所述阻抗匹配電路進行一次匹配操作，同時調(diào)節(jié)所述第一高頻電源的值，以獲得一個處理過程中的理想等離子體強度值，從而對一待處理的基體進行等離子體處理。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還進一步包括步驟當在所述等離子體處理步驟中探測到等離子體放電的停止時，將所述阻抗匹配電路設(shè)置為初始狀態(tài)，并重新返回所述放電啟動步驟。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述調(diào)節(jié)步驟包括將所述第一高頻電源降到處理時的值的100-200％，將所述第二高頻電源升到處理時的值的70-100％。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述調(diào)節(jié)步驟包括將等離子體強度的預(yù)定值設(shè)定為處理過程中的理想等離子體強度值的100-150％。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還進一步包括通過測定在大地電勢和施加所述第二高頻電源的裝置之間流動的電流的DC成分而測定所述等離子體強度。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還進一步包括通過測定所述第一高頻電源的輸入功率和反射功率之間的差值而測定所述等離子體的強度。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述放電啟動步驟包括提高一種處理氣體的輸入量，以提高所述處理室中的壓強，然后生成等離子體。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述放電啟動步驟包括，減小一排放調(diào)節(jié)閥的開放度，從而提高所述處理室中的壓強，然后生成等離子體。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述阻抗匹配電路的一種初始狀態(tài)與等離子體處理步驟中所述第二高頻電源的反射功率取最小值時的匹配電路的一種狀態(tài)相同。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述放電啟動步驟、調(diào)節(jié)步驟和等離子體處理步驟按所述順序自動進行。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在放電啟動步驟中饋送的所述第二高頻電源的強度不高于在等離子體處理步驟中所饋送的所述第二高頻電源的強度的10％。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一高頻電源是具有超高頻段頻率或者VHF頻率的高頻電源。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二高頻電源是具有RF頻率的高頻電源。
14.一種等離子體處理設(shè)備，該設(shè)備包括一個等離子體處理室，向所述等離子體處理室饋送一第一高頻電源的裝置，向所述等離子體處理室饋送頻率比所述第一高頻電源低的一第二高頻電源的裝置，向所述等離子體處理室中引入處理氣體的裝置，降低等離子體處理室中的壓強的裝置，測量在等離子體處理室中生成的等離子體強度的測量裝置，以及一個控制等離子體放電的放電控制裝置，其中，所述放電控制裝置包括控制下述步驟的裝置放電啟動步驟，即通過一阻抗匹配電路向所述處理室中饋送比處理過程中的功率要低的所述第二高頻電源，然后再向該處理室饋送功率比處理過程中高的所述第一高頻電源，以生成等離子體；調(diào)節(jié)步驟，即減小所述第一高頻電源的強度，使之接近處理過程中的值，提高所述第二高頻電源的強度，也使之接近處理過程中的值，然后再調(diào)節(jié)所述第一高頻電源的強度，以獲得一預(yù)定值的等離子體強度；和等離子體處理步驟，即，使所述阻抗匹配電路進行一次匹配操作，同時調(diào)節(jié)所述第一高頻電源的值，以獲得一個處理過程中的理想等離子體強度值，從而對一待處理的基體進行等離子體處理。
15.如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其特征在于，它還包括探測等離子體處理步驟中等離子體放電的停止的裝置，以及，當所述探測裝置探測等離子體處理步驟中等離子體放電的停止時，將所述阻抗匹配電路設(shè)置到初始狀態(tài)并控制重新返回所述放電啟動步驟的裝置。
16.如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其特征在于，所述調(diào)節(jié)步驟包括當把所述第一高頻電源的強度減到接近處理過程中的值時，將所述第一高頻電源控制為處理時的值的100-200％的裝置，以及，當把所述第二高頻電源的強度增到接近處理過程中的值時，將所述第二高頻電源控制為處理時的值的70-100％的裝置。
17.如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其特征在于，所述調(diào)節(jié)步驟包括將等離子體強度的預(yù)定值控制為處理過程中的理想等離子體強度值的100-150％的裝置。
18.如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其特征在于，還進一步包括通過測定在大地電勢和施加所述第二高頻電源的裝置之間流動的電流的DC成分而測定所述等離子體強度的裝置。
19.如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其特征在于，還進一步包括通過測定所述第一高頻電源的輸入功率和反射功率之間的差值而測定所述等離子體的強度的裝置。
20.如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其特征在于，還包括在所述放電啟動步驟中提高一種處理氣體的輸入量，以提高所述處理室中的壓強，然后生成等離子體的裝置。
21.如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其特征在于，還包括在所述放電啟動步驟中，減小一排放調(diào)節(jié)閥的開放度，從而提高所述處理室中的壓強，然后生成等離子體的裝置。
22.如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其特征在于，所述阻抗匹配電路處于一種初始狀態(tài)，該狀態(tài)設(shè)定為在等離子體處理步驟中所述第二高頻電源的反射功率取最小值時的狀態(tài)。
23.如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其特征在于，所述放電控制裝置控制下述步驟按所述順序自動進行放電啟動步驟、調(diào)節(jié)步驟和等離子體處理步驟。
24.如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其特征在于，還進一步包括控制在放電啟動步驟中饋送的所述第二高頻電源的強度不高于在等離子體處理步驟中所饋送的所述第二高頻電源的強度的10％的裝置。
25.如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其特征在于，所述提供第一高頻電源的裝置包括提供超高頻段頻率或者VHF頻率的高頻電源裝置。
26.如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其特征在于，所述第二高頻電源裝置是具有RF頻率的高頻電源裝置。
27.如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其特征在于，所述提供第一高頻電源的裝置具有多個電極。
28.如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其特征在于，所述提供第一高頻電源的裝置具有一根天線。
29.一種等離子體處理設(shè)備，包括相互連接的多個等離子體處理設(shè)備，并包括至少一個如權(quán)利要求14所述的等離子體處理設(shè)備，其中，一待處理的帶狀基體穿過所述多個等離子體處理設(shè)備。
全文摘要
一種等離子體處理方法,包括步驟:通過阻抗匹配電路向處理室中饋送比處理過程中的功率要低的第二高頻電源,然后再向該處理室饋送功率比處理過程中高的第一高頻電源,以生成等離子體;減小所述第一高頻電源的強度,使之接近處理過程中的值,提高所述第二高頻電源的強度,也使之接近處理過程中的值,然后再調(diào)節(jié)所述第一高頻電源的強度,以獲得預(yù)定值的等離子體強度;使所述阻抗匹配電路進行一次匹配操作,同時調(diào)節(jié)所述第一高頻電源的值,以獲得一個處理過程中的理想等離子體強度值。
文檔編號C23C16/50GK1212456SQ9810896
公開日1999年3月31日 申請日期1998年5月22日 優(yōu)先權(quán)日1997年5月22日
發(fā)明者森山公一朗, 青田幸人, 金井正博, 大利博和 申請人:佳能株式會社