CN102108503A - 一种接地/支撑装置及应用该装置的等离子体处理设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于等离子体处理设备的载板接地/支撑装置，包括刚性的支撑柱、载板接触部和弹性部件。其中，载板接触部位于支撑柱的顶端，用以对所述等离子体处理设备中的载板进行支撑并使其电接地；弹性部件在压力作用下其高度可在弹性范围内发生变化，从而使接地/支撑装置的整体高度发生变化。此外，本发明还提供一种等离子体处理设备，包括工艺腔室、设置于工艺腔室内的载板以及设置于载板下方的多个上述本发明提供的接地/支撑装置。本发明提供的接地/支撑装置及等离子体处理设备能够克服载板不共面等的问题，对载板进行有效的接地和支撑。

Description

一种接地/支撑装置及应用该装置的等离子体处理设备

技术领域

本发明涉及微电子技术领域，具体地，涉及一种接地/支撑装置及应用该装置的等离子体处理设备。

背景技术

太阳能电池的诞生，使人类能够将太阳能直接转化为电能而加以利用。随着太阳能电池生产工业的发展，如何提高太阳能电池的质量进而提高光电转化效率已经成为相关企业所面临的新课题。因此，就需要本领域技术人员不断对现有设备和工艺作出改进才能适应新的市场要求。

在太阳能电池的生产过程中，常需要在晶片表面进行薄膜沉积的工艺。这是一项非常关键的工艺环节，目前，这一工艺多采用等离子体增强化学气相沉积(Plasma Enhanced Chemical VaporDeposition，以下简称PECVD)设备来完成。如图1所示，为一种目前常用的PECVD设备的原理示意图。该PECVD设备包括：腔室上盖1、工艺腔室6、设置于腔室6内的进气管路2、上电极3、载板4(这里，载板同时作为下电极使用)以及多个用于支撑载板的刚性支撑装置5。其工艺过程为，先将腔室6抽真空，然后沿进气管路2向腔室6内注入工艺气体，工艺气体在特定的温度下，被RF(RadioFrequency，射频)电离成等离子体状态，借助这些等离子体而在晶片表面生成所需的膜结构。

在上述沉积过程中，薄膜的质量将受到多种因素的影响，这些因素包括气体温度、气体分布均匀性、载板接地均匀性以及载板定位的水平度等等。目前，对载板进行定位和接地的功能都是由刚性支撑装置来完成的，因此，刚性支撑装置是一个非常关键的组件，其结构是否合理对晶片的镀膜质量将起到决定性的作用。

请参阅图2，为上述PECVD设备所采用的刚性支撑装置5的结构示意图。如图所示，该刚性支撑装置5包括一个刚性的支撑柱7和与支撑柱7刚性连接的接触部件8。这种结构的刚性支撑装置5在实际应用中存在以下问题：首先，如果不能将所有的刚性支撑装置5的顶端调平的话，部分刚性支撑装置5将会处于悬空状态而无法接触到载板，因此载板的重量只能由少数几个刚性支撑装置5来承担，最终造成载板水平度下降、升降不平稳等的问题；并且，由于刚性支撑装置5同时还起到对载板接地的功能，如果载板各区域得不到均匀而完整的支撑，那么刚性支撑装置5所接触的载板区域的接地效果势必要好于悬空区域，进而会导致载板各区域的电荷分布不均匀的问题；而无论是载板升降不平稳还是接地不均匀都将影响到最终的产品质量。

为此，技术人员提出一种改进的刚性支撑装置5结构。如图3所示，为一种高度可调的刚性支撑装置5结构。其在图2所示结构的基础上，在支撑柱7的下端通过螺纹连接在腔室6的底部，并且在腔室6底板的上下均设有锁紧螺母9，这样可通过螺纹调节支撑柱7的高度，当调整好后拧紧锁紧螺母9使其定位。

但是，对图3所示的刚性支撑装置进行高度调节需要进行反复调整，整个过程效率很低，而随着设备运行中温度、受力等情况的变化，以及设备老化带来的形变和偏差，需要经常校准并重新调整高度，不仅非常繁琐而且严重影响生产效率。有时，即使在常温条件下调整好了高度，当设备在高温运行时，相关部件由于受热发生形变，还是会造成各个刚性支撑装置不能均匀接触载板，同样产生支撑和接地不均匀的问题。并且，由于载板尺寸较大(约1500mm×2000mm)的缘故，载板在加工过程中难免有误差，即使加工误差很小，载板也会因自身挠度等因素而产生一定的形变或者安装误差等，这些因素都会造成载板下表面(即接地面)发生不共面的情况。因此，即使各个刚性支撑装置的顶端完全平齐也不能保证最终载板的支撑和接地效果。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种接地/支撑装置，其能够对载板进行有效的支撑和接地。

为解决上述问题，本发明还提供一种应用上述接地/支撑装置的等离子体处理设备，其同样能够对载板进行有效的支撑和接地。

为此，本发明提供一种用于等离子体处理设备的接地/支撑装置，包括支撑柱，弹性部件以及可导电的载板接触部。载板接触部位于支撑柱的顶端，以对等离子体处理设备中的载板进行支撑并使其电接地；弹性部件在压力作用下其高度可在弹性范围内发生变化，并使接地/支撑装置的整体高度发生变化。

其中，弹性部件可设置于支撑柱的上部和/或下部。

其中，支撑柱在靠近其顶部的位置处具有弹性部件支撑部，弹性部件的底端位于该弹性部件支撑部之上，并且该弹性部件顶端与载板接触部的底端相接触，而该弹性部件底端经由弹性部件支撑部而与支撑柱相接触。

其中，弹性部件支撑部是与支撑柱形成为一体的突起和/或凸台；或者弹性部件支撑部是另外安装设置在支撑柱上的螺钉和/或螺栓。

优选的，弹性部件以及载板接触部底端均为环状，并自下而上依次套在支撑柱的顶部直至弹性部件接触到弹性部件支撑部；弹性部件与载板接触部的底端可相对于支撑柱而滑动，以在载板接触部承受来自上方的压力时，借助于弹性部件的弹性而使载板接触部的底端以及弹性部件沿支撑柱向下滑动，并使载板接触部顶端的位置发生改变。

其中，弹性部件包括高温弹簧、气缸、液压缸。

其中，弹性部件为可用于480～650℃工艺温度的弹性部件。

优选的，还包括导电部件，导电部件一端连接载板接触部，另一端直接接地或者与支撑柱相连而经由支撑柱接地。

优选的，还包括限位部件，限位部件设置在支撑柱顶端，用以防止载板接触部与支撑柱彼此脱离。

优选的，在载板接触部的顶端还设置有可导电的接触面板，接触面板顶端端面的面积大于载板接触部顶端端面的面积，载板接触部经由接触面板而对载板进行支撑并使其电接地。

优选的，在接触面板靠近边缘的位置处设置有至少两圈凹槽。

此外，本发明还提供一种等离子体处理设备，包括工艺腔室及设置于工艺腔室内的载板，在载板的下方设置有上述本发明提供的接地/支撑装置，用以对载板进行均匀地支撑和电接地。

其中，在载板下方还设置有至少三个与接地/支撑装置间隔排列的刚性支撑装置，并且刚性支撑装置中的至少三个均匀分布在载板下方的边缘区域。

其中，刚性支撑装置的顶端高度介于接地/支撑装置顶端高度的可变范围之间。

优选的，所述等离子体处理设备为等离子体增强化学气相沉积设备。

本发明具有下述有益效果：

本发明提供的用于等离子体处理设备的接地/支撑装置，包括刚性的支撑柱、弹性部件和设置在支撑柱顶端的载板接触部。借助上述弹性部件，本发明提供的接地/支撑装置在受到压力作用时其顶端高度可在一定范围内发生变化。因此，在使用该接地/支撑装置对载板进行支撑定位和接地时，即使存在各个接地/支撑装置的顶端未完全平齐或者载板表面水平度差等的问题，也能够保证所有的接地/支撑装置均能与载板发生有效接触，从而使载板得到均匀支撑。而且，在得到良好支撑的同时，载板上的各个区域均能被有效接地，从而使载板各处的电荷均匀分布，进而获得良好的加工质量。

本发明提供的等离子体处理设备，包括工艺腔室及设置于工艺腔内的载板，在载板的下方设置有多个上述本发明提供的接地/支撑装置。该接地/支撑装置的顶端高度可在一定范围内发生弹性变化，因此能够有效使载板的各个区域均获得有效的支撑和接地，从而获得稳定的工艺环境，并最终提高产品的加工质量。

附图说明

图1为目前一种常用的等离子体处理设备的结构示意图；

图2为图1所示的等离子体处理设备所采用的刚性支撑装置的结构示意图；

图3为另一种目前常用的刚性支撑装置的结构示意图；

图4为本发明提供的接地/支撑装置的第一种具体实施方式的结构示意图；

图5为本发明提供的接地/支撑装置的第二种具体实施方式的结构示意图；以及

图6为本发明提供的等离子体处理设备一种具体实施方式的结构示意图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的接地/支撑装置及应用该接地/支撑装置的等离子体处理设备进行详细描述。

本发明提供的接地/支撑装置包括刚性的支撑柱，可导电的载板接触部和弹性部件。其中，刚性支撑柱为接地/支撑装置的主体部件；载板接触部位于支撑柱的顶端，用以对等离子体处理设备中的载板进行支撑并使其电接地；弹性部件在压力作用下其高度可在弹性范围内发生变化，并使所述接地/支撑装置的整体高度发生变化。在实际应用中，为了确保上述接地/支撑装置在高温工艺中保持较好的稳定性，该弹性部件还应能保证在被用于480～650℃甚至400～800℃的工艺环境中时，依然能够保持原有的弹力性能。该弹性部件可以采用多种结构来实现其功能，例如弹簧、气缸或液压缸等。该弹性部件可以被设置在支撑柱的任意位置，例如支撑柱的上部和/或下部均可。为了增强接地/支撑装置整体的稳定性，可以将弹性部件设置在支撑柱的顶部。

请参阅图4，为本发明提供的用于等离子体处理设备的接地/支撑装置的第一种具体实施方式的结构示意图。该接地/支撑装置包括刚性的支撑柱7，可导电的载板接触部10和弹性部件11，支撑柱7靠近顶端的位置处设置有弹性部件支撑部。

具体地，支撑柱7靠近顶端的位置处直径较小，弹性部件11以及载板接触部10均为环状(这里，可以仅将载板接触部10的底端设置为环状，而其顶端并无特殊要求)，并自下而上依次套在支撑柱7的顶部直至弹性部件11的底端接触到弹性部件支撑部；载板接触部10中心的通孔为阶梯孔，顶端的孔径较大，底端的孔径较小但稍大于支撑柱7顶部的直径从而与支撑柱7实现间隙配合。这样，弹性部件11与载板接触部10的底端可相对于支撑柱7而滑动，当载板接触部10承受来自其上方的压力时，将压力作用于弹性部件11，弹性部件11受压后被压缩而使载板接触部10的底端以及弹性部件11在支撑柱7向下滑动，从而使载板接触部10顶端的位置发生改变。

弹性部件支撑部在支撑弹性部件11和载板接触部10的同时，可起到限定弹性部件11的底端在支撑柱7上的位置的作用。这里，所述弹性部件支撑部的作用是仅限定弹性部件11底端在支撑柱7上的向下的可活动位置，即，弹性部件11仅能在支撑柱7上自该弹性部件支撑部以上的区域内活动。因此，只要能实现这种功能的结构或凸状物均可作为弹性部件支撑部，例如可以是在支撑柱7上形成为一体的突起和/或凸台；也可以是安装设置在支撑柱7上的螺钉和/或螺栓；当然，还可以将支撑柱7设置成阶梯轴的形状，并使其靠近顶端的部分直径较小，这样阶梯轴上的阶梯端面即可作为弹性部件支撑部；或者，将支撑柱7顶端部分设置为一种圆台形结构(所谓圆台形是指，用一个平行于圆锥底面的平面去截圆锥，底面与截面之间的部分即为圆台)，从而利用该圆台形结构中直径的位置限定弹性部件11的位置。

本实施方式中，弹性部件11为一种弹簧结构，其设置于支撑柱7的顶部，并且位于载板接触部10和支撑柱7之间。具体地，弹簧的一端被限定在支撑柱7靠近顶端的位置处，另一端弹性地支撑在载板接触部10的底端。这里，支撑柱7上的弹性部件支撑部将限制弹簧的可活动范围；同时可在载板接触部10底端设置弹簧安装槽，使弹簧与载板接触部10的接触位置更加可靠。这里，弹性部件支撑部在支撑柱7上的位置要符合这样的要求，即：当弹簧处于最大压缩量时，仍应当保证载板接触部10的顶端始终高于支撑柱7的顶端，或者，至少是使载板接触部10与支撑柱7的顶端平齐。为了保证在高温下的工作稳定性，弹簧采用一种由特定材料制成的高温弹簧。

此外，当弹簧处于自然长度时，有可能将载板接触部10顶出支撑柱7的顶端，为了限制载板接触部10的位置，在支撑柱7顶端设置一个限位部件，用以防止载板接触部10脱离支撑柱7。具体地，可以在支撑柱7顶端的中心位置设置螺孔，并安装与该螺孔相配合的限位螺钉12，使该限位螺钉12的螺帽直径介于载板接触部10的上、下端的孔径之间。需要指出的是，安装限位部件后，应当保证在弹簧最大压缩量时，载板接触部10的顶端高度大于或等于该限位部件的顶端高度。还需要指出的是，本实施方式中仅仅以限位螺钉12作为限位部件的方案为例加以说明，但是本发明并不仅限于此。众所周知，可起到限位作用的机械结构非常多，例如还可以使支撑柱7顶端具有一体成型的限位结构，同样可防止载板接触部10脱离支撑柱7的顶部。因此，在本发明基础上做出的任何改变都应视为本发明的保护范围。

另外，为了保证载板接触部10与支撑柱7之间具有良好的电连接，可以为接地/支撑装置设置导电部件，使该导电部件一端连接载板接触部10，另一端与支撑柱7相连而经由支撑柱7接地或者直接接地。该导电部件例如可以采用导线或导电簧片等任何导电性能良好的元器件来实现其功能，本实施方式中，采用导线13作为导电元件。该导线13的材料可以选用导电性能良好的铜线并设置成可伸缩的弯折结构，以避免在弹簧压缩和伸长时断开。导线13通过螺钉分别与载板接触部10和支撑柱7固定连接，不过其固定方式并不局限于此，还可通过例如焊接等的多种常用方式来实现。其实，即使没有上述导线13，本发明提供的接地/支撑装置中的载板接触部10和支撑柱7同样可经由弹簧电连接而实现接地，但是，由于弹簧的结构为螺旋形，在通电时容易产生电感效应，而通过导线13可以将弹簧短路，从而避免这一问题，保证良好的接地效果。

在实际应用时，要支撑一块载板需要对应载板的不同区域设置多个均匀排列的接地/支撑装置。由于载板自身的加工误差或者工艺当中受到温度等环境因素的影响，载板表面的平面度将会下降，此时，本发明提供的接地/支撑装置，借助设置在载板接触部和支撑柱之间的弹性部件11，能够在一定范围内自动调节自身的高度，从而始终与载板保持紧密的贴合状态。因此，使得载板在升降过程中，得到均匀的支撑力，从而使其具有较高的水平度；同时，其各个区域均能通过接地/支撑装置获得良好的接地效果，使载板各区域的电荷能够均匀分布，进而有效提高产品质量。

请参阅图5，为本发明提供的接地/支撑装置的第二种具体实施方式的结构示意图。本实施方式中，在上述图4所示的接地/支撑装置的载板接触部10的顶端增加了一个接触面板14。该接触面板14的上端面的面积大于载板接触部19上端面的面积，载板接触部10经由该接触面板14对载板4进行支撑并使其电接地，从而有效增大接地/支撑装置与载板4的接触面积，进而可避免因载板接触部10与载板4接触面积较小而可能造成虚接等的问题。具体地，该接触面板14为直径大于载板接触部10外径的圆形，在所述接触面板14靠近边缘的位置处还设置有两圈凹槽，本实施方式中的凹槽截面为V形，该V形槽为两个同心的圆形，当然，实际应用时，该凹槽的截面可以为任意形状。设置凹槽的目的在于，防止工艺气体渗透到接触面板14和载板4之间的空隙中，而对该接触面板14造成腐蚀或在接触面板14的表面形成镀膜，进而造成载板4接地电阻值升高等的问题。而设置两圈V形槽可以充分阻止工艺气体渗入接触面板14和载板4之间的空隙，即使少量气体进入第一条V形槽内，其气体压力也已经被明显削弱，则第二条V形槽足以阻止气体进一步的渗透；而当气体压力过高时，则可以设置两条以上这样的V形槽来达到阻止气体渗透的目的。当然，对于上述图4所示的第一种实施方式，同样可以在载板接触部10的上端面加工多条这样的凹槽来防止气体的渗透。

本实施方式中，上述接触面板14设有可与所述载板接触部10相连接的连接部。具体地，在接触面板14的下端面设置一个直径与载板接触部10上端孔径相当的圆形凸台，并分别在该圆形凸台和载板接触部10上端的孔上加工螺纹，从而利用该螺纹使接触面板14与载板接触部10之间固定连接。当然，在实际应用中，还可以将接触面板14设置为与载板接触部10一体成型的结构，或者采用具有较大接触面积并设置有凹槽的载板接触部10。

本实施方式中，导线13的连接方式同图4所示实施方式相同，在实际应用中，也可以将导线13连接在接触面板14和支撑柱7之间或者连接在接触面板14和地之间，并且同时设置两条或多条导线13，以获得更好的接地效果。

另外，为提高上述接地/支撑装置的使用寿命和抗腐蚀性能，可以采用诸如SUS316等的材料作为支撑柱7、载板接触部10以及接触面板14等零件的加工材料，并且对各个零件的表面进行镀镍处理。

综上所述，本发明提供的接地/支撑装置，由支撑柱、载板接触部以及设置在支撑柱和载板接触部之间的弹性部件11和导电部件构成。借助弹性部件11使的接地/支撑装置在支撑载板的同时能够在一定范围内弹性调节自身的高度，这样，位于载板各个位置的接地/支撑装置均能与载板保持良好的接地和支撑，从而提高在工艺过程中对载板4平面度的容错率，同时保证了对载板4各个区域的有效接地。其次，在一个优选实施方式中，在载板接触部10的顶端增设一个具有较大接触面积并具有防止气体渗透功能凹槽的接触面板14，进一步提高支撑的稳定性和接地的有效性。再次，采用抗腐蚀性能较好的SUS316材料作为本发明中接地/支撑装置的加工材料，同时对零件表面采取镀镍处理，能够大大增强材料的防腐蚀能力，从而可应对PECVD设备复杂的工艺环境，有效地提高了设备的使用寿命。

另外，本发明还提供了一种等离子体处理设备，包括：工艺腔室及设置于工艺腔室内的载板，并且在载板下方均匀地设置多个上述本发明所提供的接地/支撑装置，用以对载板进行均匀地接地和支撑。

请参阅图6，为本发明提供的等离子体处理设备的一个具体实施方式。该等离子体处理设备为一种PECVD设备，其可用于太阳能电池生产中的薄膜沉积工艺当中。如图，在该设备的工艺腔室1内设置有载板4，在载板4下方均匀地设置多个接地/支撑装置15和至少三个刚性支撑装置5，所述刚性支撑装置5与接地/支撑装置15间隔排列。本实施方式中，根据三点确定一个平面的原理，刚性支撑装置5中的至少三个均匀分布在载板4下方的边缘区域。其中，上述接地/支撑装置15的顶端应当高于刚性支撑装置5的顶端，并且二者的高度差应当小于接地/支撑装置15的弹性变化范围，即，刚性支撑装置5的顶端高度应当介于接地/支撑装置15顶端高度的可变范围之间。这样设置可以确保所有的刚性装置5和接地/支撑装置15均能有效接触到载板4。当然，在本发明提供的等离子体处理设备中，也可以全部采用接地/支撑装置15对载板4进行支撑并使其电接地。

本发明提供的等离子体处理设备，由于采用了上述本发明所提供的接地/支撑装置，并且将接地/支撑装置与刚性支撑装置间隔设置，从而能够有效解决载板不平的问题，使载板各区域均获得良好的受力支撑和接地效果，并最终提高产品的加工质量。

需要指出的是，本发明所提供的接地/支撑装置及应用该装置的等离子体处理设备不仅可应用于太阳能电池生产中的PECVD薄膜沉积工艺，其同样能够被用于其它对接地(或接触)和支撑均匀性要求较高的生产设备及工业领域当中。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (15)

1.一种用于等离子体处理设备的接地/支撑装置，包括支撑柱，其特征在于，还包括弹性部件以及可导电的载板接触部，所述载板接触部位于支撑柱的顶端，以对所述等离子体处理设备中的载板进行支撑并使其电接地；所述弹性部件在压力作用下其高度可在弹性范围内发生变化，并使所述接地/支撑装置的整体高度发生变化。

2.根据权利要求1所述的接地/支撑装置，其特征在于，所述弹性部件可设置于所述支撑柱的上部和/或下部。

3.根据权利要求2所述的接地/支撑装置，其特征在于，所述支撑柱在靠近其顶部的位置处具有弹性部件支撑部，所述弹性部件的底端位于该弹性部件支撑部之上，并且该弹性部件顶端与所述载板接触部的底端相接触，而该弹性部件底端经由所述弹性部件支撑部而与所述支撑柱相接触。

4.根据权利要求3所述的接地/支撑装置，其特征在于，所述弹性部件支撑部是与所述支撑柱形成为一体的突起和/或凸台；或者所述弹性部件支撑部是另外安装设置在所述支撑柱上的螺钉和/或螺栓。

5.根据权利要求3所述的接地/支撑装置，其特征在于，所述弹性部件以及载板接触部底端均为环状，并自下而上依次套在所述支撑柱的顶部直至所述弹性部件接触到所述弹性部件支撑部；所述弹性部件与载板接触部的底端可相对于所述支撑柱而滑动，以在所述载板接触部承受来自上方的压力时，借助于弹性部件的弹性而使载板接触部的底端以及弹性部件沿所述支撑柱向下滑动，并使载板接触部顶端的位置发生改变。

6.根据权利要求2所述的接地/支撑装置，其特征在于，所述弹性部件包括高温弹簧、气缸、液压缸。

7.根据权利要求6所述的接地/支撑装置，其特征在于，所述弹性部件为可用于480～650℃工艺温度的弹性部件。

8.根据权利要求3所述的接地/支撑装置，其特征在于，还包括导电部件，所述导电部件一端连接所述载板接触部，另一端直接接地或者与所述支撑柱相连而经由支撑柱接地。

9.根据权利要求4所述的接地/支撑装置，其特征在于，还包括限位部件，所述限位部件设置在支撑柱顶端，用以防止所述载板接触部与所述支撑柱彼此脱离。

10.根据权利要求9所述的接地/支撑装置，其特征在于，在所述载板接触部的顶端还设置有可导电的接触面板，所述接触面板顶端端面的面积大于载板接触部顶端端面的面积，所述载板接触部经由所述接触面板而对所述载板进行支撑并使其电接地。

11.根据权利要求10所述的接地/支撑装置，其特征在于，在所述接触面板靠近边缘的位置处设置有至少两圈凹槽。

12.一种等离子体处理设备，包括工艺腔室及设置于工艺腔室内的载板，其特征在于，在所述载板的下方设置有多个如权利要求1-11中任意一项所述的接地/支撑装置，用以对载板进行均匀地支撑和电接地。

13.根据权利要求12所述的等离子体处理设备，其特征在于，在所述载板下方还设置有至少三个与所述接地/支撑装置间隔排列的刚性支撑装置，并且所述刚性支撑装置中的至少三个均匀分布在所述载板下方的边缘区域。

14.根据权利要求13所述的等离子体处理设备，其特征在于，所述刚性支撑装置的顶端高度介于所述接地/支撑装置顶端高度的可变范围之间。

15.根据权利要求12-14中任意一项所述的等离子体处理设备，其特征在于，所述等离子体处理设备为等离子体增强化学气相沉积设备。

Images