CN102888596A - 腔室装置及具有该腔室装置的等离子体处理设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了腔室装置及具有该腔室装置的等离子体处理设备。腔室装置包括：腔室本体，所述腔室本体内限定有腔室；第一和第二射频电极板，所述第一和第二射频电极板分别设在所述腔室本体的第一和第二侧且暴露到所述腔室内，所述第一和第二射频电极板分别与所述腔室本体绝缘；和载板，所述载板设在所述腔室内且接地以用作接地电极板，所述载板具有分别与所述第一和第二射频电极板相对且用于承载晶片的第一和第二侧面。根据本发明的腔室装置，可以显著地减少乃至彻底避免工艺过程中产生的颗粒、以及长时间运行后第一和第二射频电极板剥落的颗粒落于晶片表面，从而可以显著改善处理后的晶片的质量。此外，整个腔室装置结构紧凑、产能高。

Description

腔室装置及具有该腔室装置的等离子体处理设备
技术领域
本发明涉及腔室装置及具有该腔室装置的等离子体处理设备。
背景技术
随着等离子体(Plasma)技术的不断发展，等离子体装置已经被广泛地应用于制造集成电路(IC)或光伏(PV)产品的制造工艺中。
光伏产品制造过程中用到的平板式等离子体增强化学气相沉积(PECVD)设备根据成膜方式的不同主要分为直接法和间接法两种，这两种设备都是通过平板式载板载置硅片。
其中，间接法的载板不接地，只起到传输作用，电极板接高频或者微波，离子放电空间中就结合成减反膜并由扩散作用沉积在硅片表面上。间接法多为下镀膜方式，镀膜时硅片放在腔室顶部，等离子体源在下面，成膜面朝下，这种设备虽然产能相对较高，但由于只能实现表面钝化，所以限制了短路电流的进一步提升。
直接法的载板位于上下电极之间，或直接接地作为下极板，上电极接中频或者射频，在上电极和载板之间形成等离子体。虽然直接法相对于间接法而言其短路电流较高从而成膜相对更致密，但直接法为了载板接地，都是采用向上镀膜的方式，成膜表面朝上，在工艺过程中产生的颗粒、以及长时间运行后上电极剥落的颗粒会掉落到成膜表面上，影响电池片的外观和质量。
图4为目前晶硅太阳能电池生产中常用的平板式直接法上镀膜PECVD装置示意图。工艺气体通过上极板210’上的进气孔进入腔室内部，射频电源900’通过上极板210’向腔室内部提供能量，下极板300’作为晶片的载体直接接地，也可另接射频电源(图中未示出)，在上极板210’和下极板300’之间产生射频电场以将工艺气体激发成等离子体，从而对放置于下极板300’上的晶片进行等离子体处理，反应后的气体通过排气口排出腔室外。
根据上述现有的平板式直接法上镀膜PECVD装置，在镀膜处理过程中产生的颗粒、以及长时间运行后上电极剥落的颗粒会掉落到成膜表面上，从而影响电池片的外观和质量。此外，为了获得较大的产能，其中的载板的面积通常较大，一般可以放置几十甚至上百片太阳能电池片，因此设备占地面积较大，维护困难。而且，受原材料与加工能力的限制，载板与腔体不能无限制增大，从而也就导致在产能的提高上存在上限。
发明内容
本发明旨在至少解决上述技术问题之一。
为此，本发明的一个目的在于提出一种产能高、晶片处理品质高的腔室装置。
本发明的另一个目的在于提出一种等离子体处理设备。
根据本发明实施例的腔室装置，包括：腔室本体，所述腔室本体内限定有腔室；第一和第二射频电极板，所述第一和第二射频电极板分别设在所述腔室本体的横向上的第一和第二侧且暴露到所述腔室内，所述第一和第二射频电极板分别与所述腔室本体绝缘；和载板，所述载板设在所述腔室内且接地以用作接地电极板，所述载板具有分别与所述第一和第二射频电极板相对设置且用于承载晶片的第一和第二侧面。
根据本发明实施例的腔室装置，由于第一和第二射频电极板分别设于腔室本体的横向上的第一和第二侧(即第一和第二射频电极板不处于水平面内)，且与第一和第二射频电极板分别对应的、用作接地电极的载板的用于承载晶片的第一和第二侧面也不处于水平面内(例如垂直于水平面或与水平面呈一定角度)，从而可以显著地减少乃至彻底避免工艺过程中产生的颗粒、以及长时间运行后第一和第二射频电极板沉积的颗粒剥落于晶片表面，这种结构设计使得上述颗粒大部分乃至全部掉落至腔室底部，从而可以显著改善处理后的晶片质量。此外，由于同时设有第一和第二射频电极，整个腔室装置结构更加紧凑，因此相比于现有的腔室装置而言，在大致相同的占地面积的情况下能够显著地提高产能。此外，在相同产能的情况下，设备更紧凑，维护起来更加方便。
另外，根据本发明上述实施例的腔室装置，还可以具有如下附加的技术特征：
所述载板可以为中空的框架。
可选地，所述载板和所述腔室本体均具有梯形环状横截面或矩形环状横截面。
根据本发明的一些实施例，所述腔室本体的第一侧壁上设有第一开口，所述腔室本体的第二侧壁上设有第二开口，所述第一开口由第一侧盖封盖，所述第二开口由第二侧盖封盖，其中所述第一射频电极板设在第一侧盖内且通过第一隔离垫与所述第一侧盖绝缘，所述第二射频电极板设在第二侧盖内且通过第二隔离垫与所述第二侧盖绝缘。
可选地，所述第一侧盖相对于所述腔室本体可枢转以打开和封闭所述第一开口，且所述第二侧盖相对于所述腔室本体可枢转以打开和封闭所述第二开口。
根据本发明的一些实施例，所述载板的第一侧面和第二侧面上分别设有用于固定晶片的固定部件。
可选地，所述固定部件的与所述载板相邻的一端设有斜面。
根据本发明的一些实施例，该腔室装置还包括设置在所述腔室内的传动装置，所述传动装置位于所述载板的下方用于将所述载板移入和移出所述腔室。
在本发明的一些示例中，所述传动装置包括：传动轴，所述传动轴设在所述腔室内，且所述传动轴的两端分别延伸到所述腔室外面；磁流体轴承，所述磁流体轴承分别设在所述传动轴的两端用于可旋转地支撑所述传动轴并将所述传动轴与所述腔室本体之间密封；传动轮，所述传动轮安装在所述传动轴上且支撑所述载板；和驱动装置，所述驱动装置与所述传动轴相连以驱动所述传动轴和所述传动轮一起旋转从而将所述载板移入和移出所述腔室。
此外，为了实现上述目的，根据本发明第二方面实施例的等离子体处理设备包括：腔室装置，所述腔室装置为根据本发明第一方面任一实施例所述的腔室装置；射频电源，所述射频电源与所述腔室装置中的第一射频电极板和第二射频电极板相连；第一和第二加热元件，所述第一加热元件设在所述第一射频电极板的外侧且所述第二加热元件设在所述第二射频电极板的外侧。
可选地，在所述第一加热元件外侧设有防止第一加热元件产生的热量向外辐射的第一隔热板，在所述第二加热元件外侧设有防止第二加热元件产生的热量向外辐射的第二隔热板。
根据本发明的一些实施例，该等离子体处理设备还包括接地部件，所述接地部件安装在所述腔室本体的顶壁和底壁的外表面上并延伸至所述腔室内用于分别将所述腔室本体的顶壁和底壁接地。
根据本发明实施例的等离子体处理设备可以是PECVD设备。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明实施例的等离子体处理设备的安装状态示意图；
图2是根据本发明实施例的等离子体处理设备的分解状态示意图；
图3是根据本发明一个实施例的等离子体处理设备中的载板的第二侧面的局部示意图；和
图4是现有的等离子体处理设备的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面参考图1～图3描述根据本发明实施例的腔室装置。
需要理解的是，根据本发明实施例的腔室装置例如可以是等离子体处理设备中的腔室装置。
根据本发明实施例的腔室装置，包括腔室本体100、第一射频电极板210、第二射频电极板220以及载板300。
具体而言，腔室本体100内限定有腔室C。第一射频电极板210和第二射频电极板220分别设在腔室本体100的横向上的第一侧(即图1的左侧)和第二侧(即图1的右侧)且暴露到腔室C内，第一射频电极板210和第二射频电极板220分别与腔室本体100绝缘。载板300设在腔室C内以用作接地电极板，载板300具有分别与第一射频电极板210和第二射频电极板220相对设置且用于承载晶片409的第一侧面310和第二侧面320。
根据本发明上述实施例的腔室装置，由于第一射频电极板210和第二射频电极板220分别设在腔室本体100的横向上的第一侧和第二侧(即第一射频电极板210和第二射频电极板220不处于水平面内)，且与第一射频电极板210和第二射频电极板220分别对应的、用作接地电极的载板300的用于承载晶片409的第一侧面310和第二侧面320也不处于水平面内(例如垂直于水平面或与水平面呈一定角度)，可以显著地减少乃至彻底避免工艺过程中产生的颗粒、以及长时间运行后第一射频电极板210和第二射频电极板220上沉积的颗粒剥落至晶片409表面，这种结构设计使得上述颗粒大部分乃至全部掉落至腔室C底部，从而可以显著改善处理后的晶片409质量。此外，由于同时设有第一射频电极210和第二射频电极220，整个腔室装置结构更加紧凑，因此相比于现有的腔室装置而言，在大致相同的占地面积的情况下能够显著地提高产能。此外，在相同产能的情况下，设备更紧凑，维护起来更加方便。
为了降低用作接地电极的载板300的热容量同时实现设备的轻型化，载板300可以为中空的框架。
可选地，载板300和腔室本体100均具有梯形环状横截面(如图1和图2所示)或矩形环状横截面(未图示。此时，载板300垂直于水平面)。
优选地，梯形环状截面的侧边与底边的夹角在85°到90°之间，由此即可以极大限度地减少落在晶片409表面的颗粒，同时也可以使晶片409在重力的作用下与载板300(亦即接地极板)的侧面保持紧密接触，从而有利于提高晶片的工艺品质。
在本发明的一个实施例中，如图2所示，腔室本体100的第一侧上设有第一开口，腔室本体100的第二侧上设有第二开口，所述第一开口由第一侧盖110封盖，所述第二开口由第二侧盖120封盖，其中第一射频电极板210设在第一侧盖110内且通过第一隔离垫410与第一侧盖110绝缘，第二射频电极板220设在第二侧盖120内且通过第二隔离垫420与第二侧盖120绝缘。由此，如图2所示，在需要对第一射频电极板110、第二射频电极板120进行维护时，只需分别打开第一侧盖110、第二侧盖120进行维护即可，从而使维护更方便。
进一步，第一侧盖110相对于腔室本体100可枢转以打开和封闭所述第一开口，且第二侧盖120相对于腔室本体100可枢转以打开和封闭所述第二开口。由此，在维护时，无需将第一侧盖110、第二侧盖120拆卸下来，而只需使其分别相对于腔室本体100枢转(例如绕第一侧盖110、第二侧盖120的一端向下向外侧旋转、或向上向外侧旋转)即可，从而使操作更方便。
需要理解的是，第一隔离垫410、第二隔离垫420例如可以为陶瓷、树脂等绝缘材料。
在本发明的一些实施例中，在载板300的第一侧面310(未图示)和第二侧面320(参考图3)上分别设有用于固定晶片409的固定部件500。进一步，支撑件500与载板300相邻的一端设有用于与晶片409保持良好接触的斜面501。由此，能够使晶片409更好的与载板300接触，从而提高晶片409在传输过程中稳定性的同时有利于提高晶片409表面成膜处理的品质。
在本发明的一些实施例中，该腔室装置还包括设置在腔室C内的传动装置600。该传动装置600位于载板300的下方用于将载板300移入和移出所述腔室。
在本发明的一些示例中，如图1所示，传动装置600包括传动轴610、磁流体轴承620传动轮630和驱动装置(未图示)。
具体而言，传动轴610设在腔室C内，且传动轴610的两端分别延伸到腔室C外面。
磁流体轴承620分别设在传动轴610的两端用于可旋转地支撑传动轴610并将传动轴610与腔室本体100之间密封。
传动轮630安装在传动轴610上且支撑载板300。需要理解的是，为了提高载板300的稳定性可以设有多个传动轮630，例如图1中示出了具有2个传动轮630的情况。
所述驱动装置与传动轴610相连以驱动传动轴610和传动轮620一起旋转从而将载板300移入和移出腔室C。
由此，在实现腔室C内的密封的同时可以方便地将载板300移入和移出腔室C。
下面参考图1描述根据本发明实施例的等离子体处理设备。
根据本发明实施例的等离子体处理设备，例如可以为PECVD设备。
根据本发明实施例的等离子体处理设备包括腔室装置、射频电源900以及第一加热元件710和第二加热元件720。其中，所述腔室装置为参考上述任一实施例描述的腔室装置。射频电源900与所述腔室装置中的第一射频电基板110和第二射频电极板120相连以提供用于晶片处理时所需要的功率。第一加热元件710设在第一射频电极板210的外侧且所述第二加热元件720设在第二射频电极板220的外侧。
在本发明的一些实施例中，在第一加热元件710外侧设有防止第一加热元件710产生的热量向外辐射的第一隔热板810，在第二加热元件720外侧设有防止第二加热元件720产生的热量向外辐射的第二隔热板820。例如，如图1所示，在本发明的一个示例中，第一加热元件710设在第一侧盖110中，与第一射频电极板110相邻且位于其外侧(即远离腔室C内的一侧)，而在第一加热元件710的外侧设有第一隔热板810。关于第二加热元件720和第二隔热板820，可以采用同样的结构。由此，可以进一步提高加热效率、降低能耗。
在本发明的一些实施例中，该等离子体处理设备还包括接地部件350。具体而言，接地部件350安装(例如通过波纹管340)在腔室本体100的顶壁和底壁的外表面上并延伸至所述腔室内用于分别将载板300的顶壁和底壁接地。由此，通过波纹管340既实现了接地部件350与腔室本体100之间的真空密封，同时又可实现接地部件350的直线运动以响应于载板300的传入和输出。
可选地，在腔室本体100的顶壁和底壁上分别设有进气口和出气口，也可以在腔室本体100的顶壁上设有出气口而在其底壁上设有进气口。由此，从上至下的气流或从下至上的气流更有利于带走晶片处理过程中所产生的颗粒以及射频基板上由于长期使用而剥落的颗粒。
下面描述利用本发明实施例的等离子体处理设备处理晶片的流程。
首先，通过传动装置将载板300(即接地电极)及晶片409传入到腔室C内。此后，接地部件350通过直线运动连接到载板300的顶壁和底壁上以保证载板的接地良好。待对腔室C进行抽真空处理后，工艺气体以一定的流量从进气口进入腔室C内并最终从排气口排出腔室C外。此后，通过第一加热元件710和第二加热元件720使整个腔室内的环境维持在所需的温度，并通过射频电源900将射频能量分别加载到第一射频电极板210和第二射频电极板220上，从而将位于第一射频电极板210与载板300的第一侧面310之间以及位于第二射频电极板220与载板300的第二侧面320之间的气体激发成等离子体态以对晶片进行镀膜处理。
根据本发明实施例的等离子体处理设备，由于采用了参考本发明上述实施例描述的腔室装置，因此具有晶片处理质量高、产能高、便于维护的优点。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (13)

1.一种腔室装置，其特征在于，包括：
腔室本体，所述腔室本体内限定有腔室；
第一和第二射频电极板，所述第一和第二射频电极板分别设在所述腔室本体的横向上的第一和第二侧且暴露到所述腔室内，所述第一和第二射频电极板分别与所述腔室本体绝缘；和
载板，所述载板设在所述腔室内以用作接地电极板，所述载板具有分别与所述第一和第二射频电极板相对设置且用于承载晶片的第一和第二侧面。
2.根据权利要求1所述的腔室装置，其特征在于，所述载板为中空的框架。
3.根据权利要求2所述的腔室装置，其特征在于，所述载板和所述腔室本体均具有梯形环状横截面或矩形环状横截面。
4.根据权利要求1所述的腔室装置，其特征在于，所述腔室本体的第一侧壁上设有第一开口，所述腔室本体的第二侧壁上设有第二开口，所述第一开口由第一侧盖封盖，所述第二开口由第二侧盖封盖，其中所述第一射频电极板设在第一侧盖内且通过第一隔离垫与所述第一侧盖绝缘，所述第二射频电极板设在第二侧盖内且通过第二隔离垫与所述第二侧盖绝缘。
5.根据权利要求4所述的腔室装置，其特征在于，所述第一侧盖相对于所述腔室本体可枢转以打开和封闭所述第一开口，且所述第二侧盖相对于所述腔室本体可枢转以打开和封闭所述第二开口。
6.根据权利要求1所述的腔室装置，其特征在于，所述载板的第一侧面和第二侧面上分别设有用于固定晶片的固定部件。
7.根据权利要求6所述的腔室装置，其特征在于，所述固定部件与所述载板相邻的一端设有斜面。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的腔室装置，其特征在于，还包括设置在所述腔室内的传动装置，所述传动装置位于所述载板的下方用于将所述载板移入和移出所述腔室。
9.根据权利要求8所述的腔室装置，其特征在于，所述传动装置包括：
传动轴，所述传动轴设在所述腔室内，且所述传动轴的两端分别延伸到所述腔室外面；
磁流体轴承，所述磁流体轴承分别设在所述传动轴的两端用于可旋转地支撑所述传动轴并将所述传动轴与所述腔室本体之间密封；
传动轮，所述传动轮安装在所述传动轴上且支撑所述载板；和
驱动装置，所述驱动装置与所述传动轴相连以驱动所述传动轴和所述传动轮一起旋转从而将所述载板移入和移出所述腔室。
10.一种等离子体处理设备，其特征在于，包括：
腔室装置，所述腔室装置为根据权利要求1-9中任一项所述的腔室装置；
射频电源，所述射频电源与所述腔室装置中的第一射频电极板和第二射频电极板相连；和
第一和第二加热元件，所述第一加热元件设在所述第一射频电极板的外侧且所述第二加热元件设在所述第二射频电极板的外侧。
11.根据权利要求10所述的等离子体处理设备，其特征在于，在所述第一加热元件外侧设有防止第一加热元件产生的热量向外辐射的第一隔热板，在所述第二加热元件外侧设有防止第二加热元件产生的热量向外辐射的第二隔热板。
12.根据权利要求10所述的等离子体处理设备，其特征在于，还包括接地部件，所述接地部件安装在所述腔室本体的顶壁和底壁的外表面上并延伸至所述腔室内用于分别将所述载板的顶壁和底壁接地。
13.根据权利要求12所述的等离子体处理设备，其特征在于，所述等离子体处理设备为PECVD设备。
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