CN103972015A - 链式条件下的双频等离子发生器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及太阳能的技术领域，尤其涉及一种链式条件下的双频等离子发生器。工艺腔内设有第一电极板和第二电极板，工艺腔两端设有导电载板入出的开口，第一电极板置于导电载板上方，第二电极板置于导电载板下方，第一电极板连接高频射频电源，第二电极板连接低频射频电源，第二电极板与导电载板通过至少一个导电滚轮或导电刷连接。这种链式条件下的双频等离子发生器的结构简单，低频电源通过导电轮传到导电载板上，从而使基板上的偏压强度可调，设置缓冲区，可以形成连续不间断生产的链式条件，提高了生产效率。

Description

链式条件下的双频等离子发生器

技术领域

本发明涉及一种链式条件下的在真空装置内对工件基板进行处理的方法和装置，尤其涉及一种链式条件下的双频等离子发生器。

背景技术

等离子体是气体在电场作用下放电的一种现象，等离子发生器（又称等离子源）是在一定气体流量、压力、温度、激发功率等条件下产生等离子体的一种装置。它相当于一个电力加强的化学反应体系，对化学气相沉积镀膜、化学表面刻蚀产生各种特别效果，被广泛应用于包括半导体，液晶显示、太阳能电池电子材料的生产。

目前市场上有单频等离子发生器和多频等离子发生器。单频等离子发生器通常是在平行板电极一板上接射频电源，另一板接地。多频等离子反生器通常是在平行板电极一板上接一种射频电源，另一板电极上接另一种射频电源。其中一种射频电源是高频（1到60MHZ），另一种射频电源是低频（0-1MHZ）。需要加工的基板（例如太阳能电池硅片，液晶显示玻璃板等）放置在其中一块电极板上。利用双频电源可以控制基板上的偏压，从而改变离子轰击表面的速度，达到特别的工艺效果。

中国专利CN101656200B公开了一种多频等离子体刻蚀反应器，包括采用不同频率的电能来激发等离子体从而使得由数个频率所致的等离子体的激发同时地导致数个不同的现象发生于等离子体内的步骤，其中这些现象影响入射在该工件上的等离子体的离子能量、等离子体的离子密度和等离子体化学性质。

中国专利CN1543662A公开了一种具有可调双频分压的等离子体反应器，提供一种用于处理基板衬底的设备和方法，包括第一电极的室，设置在所述室内并提供第二电机的衬底支架，第一电极或第二电极连接的低频射频电源，并且与一个或多个所述电机之间的可变阻抗元件连接。

中国专利CN101866809A公开了一种具有响应多个RF频率的等离子体处理器，一种处理工件的等离子体处理器包括具有频率2MHz、27 MHz、60 MHz的源，他们由三个匹配网络施加于包含工件的真空腔中的电极。可选择地由第四匹配网络将60 MHz施加于第二电极。

这些等离子发生器的缺陷是：射频电源所加的电极板同时为放置需处理工件（硅片）的载板，因此整个反应过程只能在载板处于静态的条件下完成，当工艺完成后，载板需要取出，载板的进出过程浪费了工艺时间。所以，为了提高生产力（单位时间里处理硅片能力），载板必须做得很大，放置大量硅片，这种大型设备成本就很高,而且均匀性比较难控制。

发明内容

本发明旨在解决上述缺陷，提供一种链式条件下的双频等离子发生器。

为了克服背景技术中存在的缺陷，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种链式条件下的双频等离子发生器包括装载台、装载腔、工艺腔、卸载腔、卸载台和下传输系统，所述装载腔的一边设有第一门阀，装载腔另一边设有第二门阀，卸载腔的一边设有第三门阀，卸载腔的另一边设有第四门阀，工艺腔前端设有缓冲腔一，卸载腔的前端设有缓冲腔二，所述工艺腔内设有第一电极板和第二电极板，工艺腔两端设有导电载板入出的开口，所述第一电极板置于导电载板上方，所述第二电极板置于导电载板下方，所述第一电极板连接高频射频电源，所述第二电极板连接低频射频电源，所述第二电极板与导电载板通过至少一个导电滚轮或导电刷连接。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述工艺腔连接真空泵。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述第一电极板是由至少1个导电板平行排列而成，每个导电板分别连接到高频射频电源上。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述高频射频电源的频率范围是1~60MHz。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述第二电极板是由至少1个导电板平行排列而成，导电板之间由导电线连接。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述第一电极板和第二电极板可以由铝、石墨、钢等导电材料制造而成。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述低频射频电源的频率范围是0~1MHz或直流电源。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述第一电极板与工艺腔上表面连接，或者突出于工艺腔上表面。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述工艺腔上设有通气气管。

本发明的有益效果是：这种链式条件下的双频等离子发生器的结构简单，低频电源通过导电轮传到导电载板上，从而使基板上的偏压强度可调，设置缓冲区，可以形成连续不间断生产的链式条件，提高了生产效率。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明工艺腔的结构示意图；

其中：101、装载台，102、第一门阀，103、装载腔，104、第二门阀，105、缓冲腔一，106、双频等离子发生器，107、工艺腔，108、缓冲腔二，109、第三门阀，110、卸载腔，111、第四门阀，112、卸载台，113、下传输系统，114、载板，201、导电载板，202、导电滚轮或导电刷等，203、高频射频电源，204、第一电极板，205、第二电极板，206、低频射频电源，207、真空泵。

具体实施方式

如图1和图2所示，这种链式条件下的双频等离子发生器由装载台101、第一门阀102、装载腔103、第二门阀104、缓冲腔一105、双频等离子发生器106、工艺腔107、缓冲腔二108、第三门阀109、卸载腔110、第四门阀111、卸载台112、下传输系统113、载板114、导电载板201、导电滚轮202、高频射频电源203、第一电极板204、第二电极板205、低频射频电源206和真空泵207这些部件组成。

如图1所示，是一种链式条件下的双频等离子发生器整体结构图，包括装载台101、装载腔103、缓冲腔一105、工艺腔107、缓冲腔二108、卸载腔110、卸载台112和下传输系统113等主要工位，其中第一门阀102隔断装载腔103与外界气氛，第二门阀104隔断装载腔103和缓冲腔一105，第三门阀109隔断缓冲腔二108和卸载腔110，第四门阀111隔断卸载腔110和外界气氛，缓冲腔一105、工艺腔107和缓冲腔二108之间可不用门阀隔断。

根据工艺需要还可以在装载腔103、缓冲腔一105、工艺腔107等工位安装加热系统，在缓冲腔二108和卸载腔110安装冷却系统。

装载台101用于通过人工或机器将待加工的基板放到载板114上，有时也用于将加工完的基板从载板114上卸下。装载腔103处于大气压状态，第一门阀102将会打开，此时载板114可以快速进入到装载腔103内，然后关闭第一门阀102开始抽气。当装载腔103压力抽到与工艺腔107一致或更低时打开第二门阀104，载板114快速从装载腔103移动到缓冲腔一105，之后关闭第二门阀104。当载板114完全进入缓冲腔一105以后，将以设定的工艺速度从缓冲腔一105经过工艺腔107最终移动到缓冲腔二108，并在经过工艺腔107中的双频等离子发生器区域106时完成对基板的加工。等载板114完全进入缓冲腔二108，第三门阀109将开启（此时卸载腔110的压力与工艺腔107一致或更低），然后载板114迅速从缓冲腔二108移动到卸载腔110并关闭第三门阀109。待卸载腔110回填到大气压以后，第四门阀111开启并将载板114送出到卸载台112。处理好的基板可以在卸载台112被取出，也可以在装载台101被取出。最后，载板114进入下传输系统113被重新送回到装载台101等待下一个循环。多块载板114先后完成以上动作就可以形成连续不间断生产的链式条件。

图2是工艺腔107的结构示意图，包括第一电极板204和第二电极板205，第一电极板204和第二电极板205置于有真空泵207抽真空的工艺腔107内。第一电极板204置于导电载板201上方，第二电极板205板置于导电载板201下方，第一电极板204连接高频射频电源203，第二电极板205连接低频射频电源206，第二电极板205与导电载板201通过至少1个导电滚轮或导电刷等202连接。

工艺腔107内由一对平行板组成，平行板的第一电极板204连接高频射频电源203，高频射频电源203的电极频率范围是1~60MHz，第二电极板205连接低频射频电源206，其频率范围是0~1MHz或直流电源，第二电极板205与导电载板201通过一个或多个导电滚轮或导电刷等202连接。气体可以在第一电极板204设计规则气孔通气，也可以另外安装带孔气管通气。导电载板201可以从真空装置207的一端进入，经过等离子发生器区域，再从工艺腔107的另一端离开。

本发明的第一电极板204是由至少1个导电板平行排列而成，每个导电板分别连接到高频射频电源203上。第二电极板205是由至少个导电板平行排列而成，导电板之间有导电线连接，几个导电板共同连接到一个低频射频电源206上。第一电极板204和第二电极板205都可以由铝、石墨、钢等导电材料制造而成。

第一电极板204和第二电极板205是固定不动的，导电载板201是可以运动、也可以不运动的。由于有导电滚轮或导电刷202的设计，保证了导电载板201在运动过程中能够与低频射频电源206稳定接触，从而确保工件在反应过程中的稳定性，同时避免静态工艺对产能的浪费。导电载板201和导电滚轮或导电刷等202都可以由铝、石墨、钢等导电材料制造而成。

如图2所示，导电载板201从工艺腔107的一端进入后，通过至少1个导电滚轮或导电刷202与第二电极板205连接，当导电载板201进入第一电极板204和第二电极板205区域时，导电载板201上的需要加工的基板（例如太阳能电池硅片，液晶显示玻璃板等）被等离子体反应，从而获得需要的器件结构，在导电载板201完全离开等离子体区域以后脱离导电滚轮或导电刷202并从工艺腔107的另一端离开。多块导电载板201依次经过等离子体区域，从而形成不间断生产的链式条件。

工艺腔107内通入工艺气体，将导电载板201上的需要加工的基板被等离子体反应，其工艺气体可以通过第一电极板（204）进入离子源区。工艺气体也可以通过工艺腔107上设有通气气管进入。

实施列一：

反应等离子（RIE）法在晶硅太阳能电池表面的干法制绒具体操作是：带有硅片的导电载板201在真空中按一定的速度经过等离子发生器，同时，工艺腔107内SF6和O2的混合气体在高频和低频射频激发下形成等离子体。其中产生的F元素可以与Si反应生成气态的SiFx并被真空泵抽走。由于有SO2、SiO2等形成的自掩膜层的存在，F对硅片表面选择性刻蚀使得在硅片表面形成反射率更低的绒面。

在实施过程中，SF6可以改成CF4、C2F6、C3F8、F2等，氧气可以改成N2O，同时可以通入第三种气体，N2，Ar，He，Cl2等以改变黑硅的表面状态。

低频电源通过导电滚轮或导电刷等传到导电载板上，从而使硅片上的偏压强度可调，进而可以控制打到硅片表面的等离子体浓度和密度，改变绒面结构。

下面是一个具体应用实例的工艺条件：

SF6：1000sccm；

O2：500sccm；

带速：120cm/min；

高频功率：1200W；

高频频率：13.6 Mhz；

低频功率：1000W；

低频频率：600khz；

工艺压力：10-40Pa；

上述条件是根据1米长的电极板得出的，所得硅片反射率是6%。上述气流和功率和其它条件随着离子源的长度和黑硅的需要可以适当变化。带速可以根据硅片黑度来决定。

实施列二：

在真空镀膜（PECVD）上的应用方法可以是：带有基板的导电载板201在真空中按一定的速度经过等离子发生器，同时，工艺腔107内SiH4和N2的混合气体在高频和低频射频激发下形成等离子体。其中Si元素和N元素结合形成SixNy沉积在基板表面，其余气态物质被真空泵抽走。

气体也可用其它气体取代。例如N2可以改成NH3，也可以同时通入SiH4、NH3和N2，以调节SixNy的沉积速度和组分。

低频电源通过导电轮传到导电载板上，从而使硅片上的偏压强度可调，进而可以控制SixNy膜的沉积速度和深度，改变成膜质量。

下面是一个具体应用实例的工艺条件：

SiH4：400sccm；

N2: 4000sccm；

带速：80cm/min；

高频功率：1200W；

高频频率：13.6 Mhz；

低频功率：600W；

低频频率：600khz；

工艺压力：80Pa；

上述条件是根据1米长的电极板得出的，上述气流和功率和其它条件随着离子源的长度和折射率的的需要可以适当变化。带速可以根据膜厚来决定。

Claims (7)

1.一种链式条件下的双频等离子发生器，包括装载台（101）、装载腔（103）、工艺腔（107）、卸载腔（110）、卸载台（112）和下传输系统（113），所述装载腔（103）的一边设有第一门阀（102），装载腔（103）另一边设有第二门阀（104），卸载腔（110）的一边设有第三门阀（109），卸载腔（110）的另一边设有第四门阀（111），其特征在于：所述工艺腔（107）前端设有缓冲腔一（105），卸载腔（110）的前端设有缓冲腔二（108），所述工艺腔（107）内设有第一电极板（204）和第二电极板（205），工艺腔（107）两端设有导电载板（201）入出的开口，所述第一电极板（204）置于导电载板（201）上方，所述第二电极板（205）置于导电载板（201）下方，所述第一电极板（204）连接高频射频电源（203），所述第二电极板（205）连接低频射频电源（206），所述第二电极板（205）与导电载板（201）通过至少一个导电滚轮或导电刷（202）连接。

2.如权利要求1所述的链式条件下的双频等离子发生器，其特征在于：所述工艺腔（107）连接真空泵（207）。

3.如权利要求1所述的链式条件下的双频等离子发生器，其特征在于：所述第一电极板（204）是由至少1个导电板平行排列而成，每个导电板分别连接到高频射频电源（203）上。

4.如权利要求1所述的链式条件下的双频等离子发生器，其特征在于：所述高频射频电源（203）的频率范围是1~60MHz。

5.如权利要求1所述的链式条件下的双频等离子发生器，其特征在于：所述第二电极板（205）是由至少1个导电板平行排列而成，导电板之间由导电线连接。

6.如权利要求1所述的链式条件下的双频等离子发生器，其特征在于：所述第一电极板（204）和第二电极板（205）可以由铝、石墨、钢等导电材料制造而成。

7.如权利要求1所述的链式条件下的双频等离子发生器，其特征在于：所述低频射频电源（206）的频率范围是0~1MHz或直流电源。