发明内容
本发明提供一种改变工艺区域的气体分布的等离子体处理装置。
为解决改变工艺区域的气体分布问题,本发明提供一种等离子体处理装置,包括处理腔,所述处理腔包括顶壁、与所述顶壁相对的底壁以及形成于所述顶壁与底壁之间的侧壁,所述处理腔的腔壁上设置有进气装置,所述侧壁上形成有排气口,所述处理腔内包括一工艺区域,所述工艺区域和所述排气口之间设置有排气装置,所述排气装置至少包括第一排气装置和第二排气装置;所述第一排气装置用于将等离子体限制在所述工艺区域;所述第二排气装置用于改变工艺区域的气体分布。
可选地,所述第一排气装置靠近所述工艺区域设置,所述第二排气装置靠近含有排气口的侧壁设置。
可选地,所述第一排气装置包括第一排气板,所述第一排气板上设置有多个第一开孔。
可选地,包绕所述第一开孔的最小圆直径不大于2mm。
进一步地,所述第一开孔成矩阵或蜂窝状排列。
可选地,所述第一开孔为宽度不大于2mm的窄长狭孔。
可选地,所述第一排气板包括第一梳形板和第二梳形板,所述第一梳形板和所述第二梳形板相互啮合构成所述窄长狭孔。
可选地,任意相邻两个所述第一开孔的间隔小于2mm。
可选地,所述多个第一开孔均匀分布在所述第一排气板。
可选地,所述第二排气装置包括第二排气板,所述第二排气板上设置有第二开孔;靠近所述排气口的第二开孔之间的间距大于远离所述排气口的第二开孔之间的间距,或靠近所述排气口的第二开孔的孔径小于远离所述排气口的第二开孔的孔径。
可选地,所述第一开孔的孔径小于第二开孔的孔径,所述第一开孔之间的间距小于第二开孔之间的间距。
可选地,所述第二开孔孔径大于或等于2mm且小于或等于10mm。
可选地,所述第二排气装置的材料为耐高温的材料。
可选地,所述第二排气装置的材料为陶瓷。
可选地,所述第一排气装置的材料为金属。
可选地,所述第一排气装置的材料为铝或不锈钢。
可选地,所述排气装置还包括位于第一排气装置和第二排气装置之间的第三排气装置,所述第三排气装置上设置有多个第三开孔,所述第三排气装置用于改变工艺区域的气体分布。
可选地,所述处理腔还包括框架,所述顶壁、所述底壁和所述侧壁固定在所述框架,所述设置有排气口的侧壁通过连接结构固定到所述框架,所述排气装置夹置于所述侧壁与所述框架之间。
可选地,所述等离子体处理装置为用于制造薄膜太阳能电池的等离子体增强型化学气相沉积装置。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:
1.所述等离子体处理装置中设置有排气装置,所述排气装置包括用于将等离子体限制在所述工艺区域的第一排气装置,用于改变工艺区域的气体分布的第二排气装置,所述排气装置在防止等离子体离开工艺区域的同时还可以根据需求改变工艺区域气体的分布。
2.所述等离子体处理装置中设置有排气装置,所述排气装置包括用于将等离子体限制在所述工艺区域的第一排气装置,用于改变工艺区域的气体分布的第二排气装置,由于对具有限制等离子体的第一排气装置和具有均气功能的第二排气装置有截然不同的要求,因此将二者分离可以降低排气装置的加工难度,扩大了排气装置材料的选择范围,从而可以降低制造成本。
3.可选方案中,所述第一排气装置靠近所述工艺区域,所述第二排气装置靠近含有排气口的侧壁,可以防止工艺区域的等离子体到达第二排气装置而造成等离子体对第二排气装置的腐蚀,还可以使等离子体集中在工艺区域用于完成薄膜沉积以避免反应气体的浪费,此外,还可以防止位于第一排气装置和第二排气装置之间的等离子体使反应气体发生反应而造成薄膜沉积,以便于等离子体处理装置的维护。
4.可选方案中,靠近工艺区域的第一排气装置上设置有均匀分布的第一开孔,可以使反应气体在到达第二排气装置之前,预先进行均匀处理,进一步提高等离子体处理装置中气体分布的均匀性。
5.可选方案中,所述第二排气装置上设置有第二开孔,靠近所述排气口的第二开孔之间的间距大于远离所述排气口的第二开孔之间的间距,或靠近所述排气口的第二开孔的孔径小于远离所述排气口的第二开孔的孔径;在排气口对应位置处设置孔径较小的第二开孔或者设置间距较大的第二开孔,可以使靠近排气口和远离排气口位置处的气阻更均匀,从而克服了因排气口附近气流较大造成的工艺区域气体分布不均的问题。
6.可选方案中,所述第二排气装置的材料为耐高温的材料,可以提高排气装置的寿命。
7.可选方案中,所述排气装置还包括位于第一排气装置和第二排气装置之间的第三排气装置,所述第三排气装置上设置有多个第三开孔,所述第三排气装置用于改变工艺区域的气体分布,所述排气装置可以进一步提高等离子体处理装置中工艺区域气体分布的均匀性。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明,但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施,因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
本发明提供一种等离子体处理装置,包括处理腔,所述处理腔包括顶壁、与所述顶壁相对的底壁以及形成于所述顶壁与底壁之间的侧壁,所述处理腔的腔壁上设置有进气装置,所述侧壁上形成有排气口,所述处理腔内包括一工艺区域,所述工艺区域和所述排气口之间设置有排气装置,所述排气装置至少包括第一排气装置和第二排气装置;所述第一排气装置用于将等离子体限制在所述工艺区域;所述第二排气装置用于改变工艺区域的气体分布。
所述等离子体处理装置中设置有排气装置,所述排气装置包括用于将等离子体限制在所述工艺区域的第一排气装置、用于改变工艺区域的气体分布的第二排气装置,所述排气装置在防止等离子体离开工艺区域的同时还可以根据需求改变工艺区域气体的分布。
下面结合具体实施例对本发明的技术方案做详细说明。
结合参考图2和图3分别示出了本发明等离子体处理装置第一实施例的侧视图和剖视图。本实施例以用于制造薄膜太阳能电池的等离子体增强化学气相沉积装置(PlasmaEnhancedChemicalVaporDeposition,PECVD)为例,但是本发明并不限制于此。
本实施例等离子体处理装置包括:处理腔100、电源103、上电极101、下电极102、排气装置108。其中:
所述处理腔100包括顶壁、与所述顶壁相对的底壁以及形成于所述顶壁与底壁之间的侧壁。在所述处理腔100内并在所述顶壁与所述底壁之间具有一工艺区域,在薄膜沉积的工艺过程中,所述工艺区域形成等离子体促使反应气体发生化学反应。
所述处理腔100的腔壁还设置有进气装置104,所述进气装置104用于向处理腔100内通入反应气体,例如在制造薄膜太阳能电池的工艺过程中,为了形成非晶硅或微晶硅薄膜,可以通过所述进气装置104向处理腔100内通入包括氢气和硅烷的反应气体。本实施例中,所述进气装置104设置于处理腔100的顶壁,但是本发明并不限制于此,所述进气装置104还可以设置于处理腔100的其他腔壁,如设在所述处理腔100的侧壁;
所述处理腔100还设置有排气口105,用于将处理腔100内反应后的气体从处理腔100排出,本实施例中,所述排气口105设置于处理腔100的侧壁,此处将设置有所述排气口105的一对相对的侧壁称为第一侧壁,另一对没有设置排气口105的相对的侧壁为第二侧壁,优选地,所述排气口105位于所述第一侧壁的中心位置。所述上电极101位于处理腔100内,优选地,所述上电极101悬挂于进气装置104的下方,所述上电极101与位于处理腔100外的电源103相连,所述电源103用于向上电极101加载射频信号。
所述下电极102位于处理腔100内并与所述上电极101相对设置,所述下电极102连接于地端,在等离子体处理的过程中,基板被设置在所述下电极102面向所述上电极101的一侧。
在以等离子体增强化学气相沉积方法沉积非晶硅薄膜或微晶硅薄膜的过程中,将玻璃基板置于所述下电极102上,向所述处理腔100中通入反应气体,比如硅烷及氢气,电源103向上电极101通入射频信号以产生辉光放电,从而在工艺区域形成等离子体,所述等离子体中的电子与硅烷反应产生活性基,所述活性基促使反应气体进行化学反应,在所述玻璃基板上形成非晶硅或微晶硅薄膜。此过程需要将反应气体通过进气装置104通入到处理腔100内,并在化学反应后,将剩余气体通过排气口105排出处理腔100外。
所述排气装置108设置于所述工艺区域和所述排气口105之间,在本实施例中,所述排气装置108平行所述第一侧壁设置。
本实施例中,所述排气装置108包括靠近所述工艺区域的第一排气装置106和靠近所述第一侧壁的第二排气装置107。
具体地,所述第一排气装置106可以为第一排气板,参考图4,示出了本发明等离子体处理装置中第一排气板第一实施例的结构示意图。所述第一排气板上设置有多个第一开孔109,优选地,包绕所述第一开孔109的最小圆直径不大于2mm。优选地,任意相邻两个第一开孔109的间隔小于2mm,从而可以起到良好地限制等离子体的作用,避免等离子体通过第一开孔109离开工艺区域。
优选地,所述多个第一开孔109均匀分布在所述第一排气板,具体地,所述多个第一开孔109可以成矩阵或蜂窝状排列,从而均匀分布于第一排气板。
参考图5,示出了本发明等离子体处理装置中第一排气板第二实施例的结构示意图。所述第一排气板上设置有多个第一开孔109,所述第一开孔109为宽度不大于2mm的窄长狭孔。可选地,所述第一排气板可以包括第一梳形板和第二梳形板,所述窄长狭孔由所述第一梳形板和所述第二梳形板相互啮合而形成。
继续参考图2和图3,所述第二排气装置107用于使工艺区域的气体分布均匀,所述第二排气装置107可以为第二排气板,其上设置有第二开孔110。由于靠近排气口105的气流大于远离排气口105的气流,所以为获得均匀的气体分布,靠近所述排气口105的第二开孔110的孔径需小于远离所述排气口105的第二开孔110的孔径或靠近所述排气口105的第二开孔110之间的间距大于远离所述排气口105的第二开孔110之间的间距,从而使排气装置108上的气体阻力更均匀,进而使工艺区域的气体分布均匀。
在本实施例中,靠近排气口105未设置第二开孔110,也就是说靠近排气口105的第二开孔110的孔径为零,而在远离排气口105的位置处设置具有一定孔径的第二开孔110,这样使靠近所述排气口105的第二开孔110的孔径小于远离所述排气口105的第二开孔110的孔径,从而改变工艺区域气体的分布,使工艺区域的气体分布均匀。
在其他实施例中,还可以使靠近所述排气口105的第二开孔110之间的间距大于远离所述排气口105的第二开孔110之间的间距。这样远离排气口105的第二开孔110的排布密度大于靠近排气口105的第二开孔110的排布密度,可以使靠近排气口105和远离排气口105位置处的气阻更均匀,从而克服了因排气口105附近气流较大造成的工艺区域气体分布不均的问题。
优选地,所述第一开孔109的孔径小于第二开孔110的孔径,所述第一开孔109之间的间距小于第二开孔110之间的间距。所述第一排气装置106可以在气体到达第二排气装置107之前使气体预先均匀化,进一步提高等离子体处理装置中气体分布的均匀性。
优选地,所述第二开孔110的孔径大于或等于2mm且小于或等于10mm。
本发明等离子体处理装置中通过第一排气装置106实现对等离子体的限制作用,通过第二排气装置107实现均匀工艺区域气体的功能,由于对具有限制等离子体的第一排气装置106和具有均气功能的第二排气装置107有截然不同的结构要求和工艺要求,因此将二者分离可以降低排气装置108的加工难度,扩大了排气装置108材料的选择范围,从而可以降低制造成本。
具体地,所述第一排气装置106的材料为金属,金属材料的第一排气装置106可以对等离子体起到良好的限制效果。
优选地,所述第一排气装置106的材料为铝,这主要是因为铝材料价格低廉、使用普遍,可以降低生产成本。此外,所述第一排气装置106的材料还可以是不锈钢等其他材料。
由于等离子体装置会在高温条件下沉积薄膜,优选地,所述第二排气装置107的材料为耐高温材料,从而可以提高排气装置108的寿命。具体地,所述第二排气装置107的材料可以是陶瓷等耐高温材料。需要说明的是,所述处理腔100还可以包括框架(图未示),所述处理腔100的顶壁和侧壁均固定于所述框架,设置有排气口105的侧壁通过连接结构固定到所述框架,所述排气装置108可以夹置于所述侧壁与所述框架之间,从而固定于工艺区域和设置有排气口105的侧壁之间,但是本发明对排气装置108的固定方式并不限制于此。
参考图6,示出了本发明等离子体处理装置第二实施例的剖视图,本实施例等离子体处理装置与第一实施例等离子体处理装置相同之处不再赘述,本实施例与上述实施例的区别之处在于:
工艺区域和排气口205之间的排气装置208中除了包括靠近工艺区域的第一排气装置206、靠近包含排气口205的第一侧壁的第二排气装置207之外,还可以包括位于所述第一排气装置206和第二排气装置207之间的第三排气装置211。优选地,所述第三排气装置211可以平行于所述第一排气装置206或所述第二排气装置207。
所述第三排气装置211可以改变工艺区域的气体分布,具体地,所述第三排气装置211可以为第三排气板,所述第三排气板上设置有多个第三开孔212。
具体地,所述第三排气装置211与第一实施例的第二排气装置107(或者本实施例的第二排气装置207)改变工艺区域气体分布的原理相同;所述第三排气装置211与第一实施例的第二排气装置107(或者本实施例的第二排气装置207)的结构类似,在此不再赘述。
需要说明的是,在本实施例中,所述第二排气装置207除了在远离排气口205的位置处设置了第一子开孔209之外,还可以在靠近排气口205的位置处设置第二子开孔210,所述第二子开孔210的孔径小于第一子开孔209的孔径。
这样在气体通过第二排气装置207时,由于第二排气装置207靠近排气口205的第二子开孔210的孔径较小,而远离排气口205的第一子开孔209的孔径较大,可以使靠近排气口205和远离排气口205位置处的气阻更均匀,从而克服了因排气口205附近气流较大造成的工艺区域气体分布不均的问题。
需要说明的是,在上述实施例中,用于将等离子体限制在工艺区域的第一排气装置设置于靠近所述工艺区域的位置,而用于改变工艺区域的气体分布的第二排气装置设置于靠近含有排气口的侧壁的位置,但是本发明并不限制于此,在其他实施例中,所述用于将等离子体限制在工艺区域的第一排气装置还可以设置于靠近含有排气口的侧壁的位置,而用于改变工艺区域的气体分布的第二排气装置设置于靠近所述工艺区域的位置。这样,工艺区域中的反应气体先通过第二排气装置,由所述第二排气装置改变气体分布,之后经所述反应气体再依次通过第一排气装置、排气口而排出等离子体处理装置;而工艺区域中的等离子体通过第二排气装置之后,再由第一排气装置实现等离子体限制,虽然有少量等离子体进入到第二排气装置和第一排气装置之间,但是仍然减少了等离子体离开工艺区域的几率,起到了将等离子体限制在工艺区域的作用。
还需要说明的是,所述第一排气装置靠近所述工艺区域设置,而所述第二排气装置靠近含有排气口的侧壁设置,一方面可以防止工艺区域的等离子体到达第二排气装置而造成等离子体对第二排气装置的腐蚀,另一方面还可以使等离子体集中在工艺区域用于完成薄膜沉积以避免反应气体的浪费,此外,还可以防止位于第一排气装置和第二排气装置之间的等离子体使反应气体发生反应而造成薄膜沉积,以便于等离子体处理装置的维护,因此,所述第一排气装置靠近所述工艺区域设置,而所述第二排气装置靠近含有排气口的侧壁设置的技术方案为更优选的技术方案。
综上,本发明提供了一种等离子体处理装置,所述等离子体处理装置中设置有排气装置,所述排气装置包括用于将等离子体限制在所述工艺区域的第一排气装置,用于改变工艺区域的气体分布的第二排气装置,所述排气装置在防止等离子体离开工艺区域的同时还可以根据需求改变工艺区域气体的分布。
所述等离子体处理装置中设置有排气装置,所述排气装置包括用于将等离子体限制在所述工艺区域的第一排气装置,用于改变工艺区域的气体分布的第二排气装置,由于对具有限制等离子体的第一排气装置和具有均气功能的第二排气装置有截然不同的要求,因此将二者分离可以降低排气装置的加工难度,扩大了排气装置材料的选择范围,从而可以降低制造成本。
所述第一排气装置靠近所述工艺区域,所述第二排气装置靠近含有排气口的侧壁,可以防止工艺区域的等离子体到达第二排气装置而造成等离子体对第二排气装置的腐蚀,还可以使等离子体集中在工艺区域用于完成薄膜沉积以避免反应气体的浪费,此外,还可以防止位于第一排气装置和第二排气装置之间的等离子体使反应气体发生反应而造成薄膜沉积,以便于等离子体处理装置的维护。
靠近工艺区域的第一排气装置上设置有均匀分布的第一开孔,可以使反应气体在到达第二排气装置之前,预先进行均匀处理,进一步提高等离子体处理装置中气体分布的均匀性。
所述第二排气装置上设置有第二开孔,靠近所述排气口的第二开孔之间的间距大于远离所述排气口的第二开孔之间的间距,或靠近所述排气口的第二开孔的孔径小于远离所述排气口的第二开孔的孔径;在排气口对应位置处设置孔径较小的第二开孔或者设置间距较大的第二开孔,可以使靠近排气口和远离排气口位置处的气阻更均匀,从而克服了因排气口附近气流较大造成的工艺区域气体分布不均的问题。
所述第二排气装置的材料为耐高温的材料,可以提高排气装置的寿命。
所述排气装置还包括位于第一排气装置和第二排气装置之间的第三排气装置,所述第三排气装置上设置有多个第三开孔,所述第三排气装置用于改变工艺区域的气体分布,所述排气装置可以进一步提高等离子体处理装置中工艺区域气体分布的均匀性。
虽然本发明已以较佳实施例披露如上,但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员,在不脱离本发明的精神和范围内,均可作各种更动与修改,因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。