CN109246919B - 一种可变形电极及其应用设备、使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及等离子体技术领域，尤其是涉及一种可变形电极及其应用设备、使用方法。该可变形电极包括：电极盘、变形调节件和等离子体传感器；所述变形调节件设置于所述电极盘的第一端面，以使所述电极盘于其直径位置形成若干个变形调节点位；所述等离子体传感器设置于所述电极盘的第二端面，且与各个所述变形调节点位一一对应。本发明能够通过灵活地改变电极形状，从而获得大范围均匀等离子体，结构简单，操作方便，利于推广与应用。

Description

一种可变形电极及其应用设备、使用方法

技术领域

本发明涉及等离子体技术领域，尤其是涉及一种可变形电极及其应用设备、使用方法。

背景技术

容性耦合辉光放电等离子体广泛应用于大面积等离子体增强化学气相沉积和等离子体刻蚀等加工过程，典型如集成电路芯片制造、平面显示屏制造、太阳能电池板制造等。在这些产业中，激烈的市场竞争迫使制造商想尽各种办法最大限度地降低成本和提高生产效率。其中一个直接的方法是使用更大尺寸的衬底来提高批处理量,例如：集成电路芯片制造中所用的晶圆直径已经从3英寸增大到了12英寸，显示屏制造中更是普遍使用1米以上的玻璃衬底。另一个方面是通过采用更高的放电频率获得更高的等离子体密度(容性耦合辉光放电的等离子体密度具有随放电频率的升高而升高的特性)，以提高加工效率，缩短加工周期。然而，随着被加工衬底尺寸的增大和放电电极的相应增大，等离子体的均匀性变得难以满足，而伴随更高频率放电所产生的驻波效应更进一步加剧了等离子体的不均匀性，这个问题限制了更大尺寸被加工衬底的使用和批处理量的进一步提高。

目前，造成等离子体不均匀的根本原因是电场分布不均匀，而影响电场分布的因素主要有电极电导率、电极边缘效应、驻波效应和等离子体的作用等。现有技术能够针对某种特定的工作条件通过设计腔体和电极的结构和尺寸获得较为均匀的等离子体，但是当工作条件改变时等离子体均匀性就会变差。现有用于改善等离子体均匀性的各种技术的一个共同点是固定的放电结构设计，包括腔体、电极结构、放电间隙等，这些技术通常只能针对某种特定的放电条件获得较为均匀的等离子体，而不能在放电条件发生改变时通过自身调节来保持等离子体的均匀性。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本申请的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可变形电极及其应用设备、使用方法，以解决现有技术中存在的因为固定式放电结构设计而不能在放电条件发生改变时通过自身调节来保持等离子体均匀性的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种可变形电极，其包括：电极盘、变形调节件和等离子体传感器；所述变形调节件设置于所述电极盘的第一端面，以使所述电极盘于其直径位置形成若干个变形调节点位；所述等离子体传感器设置于所述电极盘的第二端面，且与各个所述变形调节点位一一对应。

作为一种进一步的技术方案，所述电极盘包括：电极芯以及若干个依次同心套设于所述电极芯的导电带环。

作为一种进一步的技术方案，所述导电带环和所述电极芯分别对应设置有宽度相同的槽孔；所述导电带环与电极芯装配之后，各个槽孔构成所述电极盘上的一通径槽。

作为一种进一步的技术方案，所述变形调节件包括：变形片以及若干个沿所述变形片间隔分布的销钉；所述变形片设置于所述电极盘的通径槽内；若干个所述销钉分别铰接于所述变形片，且每个所述销钉对应构成一个变形调节点位。

作为一种进一步的技术方案，所述变形片的材质为弹性金属。

作为一种进一步的技术方案，所述导电带环的材质为金属或导电陶瓷。

作为一种进一步的技术方案，所述销钉的材质为绝缘材料或金属。

作为一种进一步的技术方案，所述等离子体传感器为光敏器件或光纤探头或静电探针。

第二方面，本发明还提供一种应用上面所述可变形电极的设备，其包括：对向电极和电源；所述电源用于将输出电压施加于所述电极盘与所述对向电极之间。

第三方面，本发明又提供一种根据所述可变形电极的使用方法，其包括：调节所述变形调节件使所述电极盘面远离/靠近对向电极以减弱/增强电场强度使放电减弱/增强，直到各等离子体传感器的输出值最接近平均值为止。

采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

本发明提供的可变形电极及其应用设备、使用方法，能够通过灵活地改变电极形状，从而获得大范围均匀等离子体，结构简单，操作方便，利于推广与应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的电极盘的分体结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的电极盘装配后的结构示意图；

图3为本发明实施例一提供的可变形电极的结构示意图；

图4为本发明实施例一提供的可变形电极第一种变形的侧视图；

图5为本发明实施例一提供的可变形电极第二种变形的侧视图；

图6为本发明实施例一提供的可变形电极第三种变形的侧视图；

图7为本发明实施例二提供的可变形电极与电源、对向电极三者之间的第一种连接示意图；

图8为本发明实施例二提供的可变形电极与电源、对向电极三者之间的第二种连接示意图。

图标：1：导电带环；2：电极芯；3：电极盘；4：变形片；5：销钉；6：等离子体传感器；7：对向电极；8：电源；9：基片。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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”、“第三”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；可以是机械连接，也可以是电连接；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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

实施例一

结合图1至图3所示，本实施例提供一种可变形电极，其包括：电极盘3、变形调节件和等离子体传感器6；电极盘3为可变形的放电结构，变形调节件设置于电极盘3的第一端面，以使电极盘3于其直径位置形成若干个变形调节点位(即，变形调节件用于在电极盘3上形成若干个变形调节点位，各个变形调节点位沿电极盘3的直径分布，可使电极盘3发生弯曲变形)；等离子体传感器6设置于电极盘3的第二端面(电极盘3的第一端面与第二端面正反对应设置，其中，电极盘3的第二端面为放电面)，且各个等离子体传感器6与各个变形调节点位一一对应(等离子体传感器6与变形调节点位相对应设置)。

本实施例中，对于电极盘3而言，可以优选地设置为一种可变形的电极盘结构。该电极盘3包括：电极芯2以及若干个依次同心套设于电极芯2的导电带环1。也就是说，一组导电带环1一个套一个地套在一起并套在一个电极芯2外构成电极盘3。

对于导电带环1的数量可以不受限制，可根据实际情况灵活设置。具体的，该导电带环1和电极芯2分别对应设置有宽度相同的槽孔；导电带环1与电极芯2装配之后，各个槽孔构成电极盘3上的一通径槽(可以为沿电极盘3一直径方向形成的卡槽，用于安装变形片4)。当然，对于槽孔的宽度可视变形片4的宽度进行设置，其具体尺寸不再一一举例。优选的，导电带环1的材质为金属或导电陶瓷。

本实施例中，变形调节件可以理解为用于带动电极盘3进行变形的器件，其具体形式并不局限于某一种特定形式。以其中一种优选的形式举例说明：

该变形调节件包括：变形片4以及若干个沿变形片4间隔分布的销钉5；该变形片4设置于电极盘3的通径槽内；若干个销钉5分别铰接于变形片4，且每个销钉5对应构成一个变形调节点位。

优选的，变形片4的材质为弹性金属。

优选的，销钉5的材质为绝缘材料或金属。此外，销钉5的数量可为5个。当然，销钉5也可以设计为其他数量。其中，当销钉5的数量为5个时，对应的等离子体传感器6的数量也为5个。

本实施例中，在电极盘3的放电面上与销钉5对应的位置安装有等离子体传感器6，用来测量等离子体强度；优选的，等离子体传感器6是光敏器件或光纤探头或静电探针。调节销钉5的位置使变形片4产生变形，变形片4连带电极盘3变形。具体结合图4至图6所示，本实施例中，销钉5的不同位置组合分别使电极盘3向上弯曲、向下弯曲、边缘向上中部向下弯曲。

实施例二

本实施例二还提供一种应用上述实施例一中可变形电极的设备。当然，本实施例二包括实施例一所公开的技术内容，本实施例二与实施例一相同的技术内容不再赘述，以下叙述本实施例二与实施例一的区别之处。

该设备还包括：对向电极7和电源8；所述电源8用于将输出电压施加于所述电极盘3与所述对向电极7之间，以使所述电极盘3放电产生等离子体。优选的，电源8是直流电源8或脉冲电源8或中频电源8或射频电源8。

该可变形电极的具体实施方式可以有两种。

其一例如：电极盘3与对向电极7之间连接电源8；电源8是直流电源8或脉冲电源8或中频电源8或射频电源8；电源8的输出端连接在电极盘3的变形片4上；电源8的输出端电压通过变形片4传递到各导电带环1和电极芯2上从而使整个电极盘3处于高电位；电源8的接地端连接在对向电极7上并共同接地，以使电源8的输出电压加在电极盘3与对向电极7之间放电产生等离子体；被处理的基片9置于对向电极7上；变形片4上铰接有销钉5；由于销钉5连接处于高电位的电极盘3，销钉5使用陶瓷、聚四氟等绝缘材料制成以保证安全；在电极盘3的放电面上与各销钉5对应的位置安装有等离子体传感器6用来测量等离子体强度；等离子体传感器6是光敏器件或光纤探头或静电探针。放电过程中读取各等离子体传感器6的输出值并计算平均值；对于输出值高于平均值的等离子体传感器6，移动与其对应的销钉5使该处电极盘3面远离对向电极7以减弱此处电场强度使放电减弱，对于输出值低于平均值的等离子体传感器6，移动与该等离子体传感器6对应的销钉5使该处电极盘3面靠近对向电极7以增强此处电场强度使放电增强，直到各等离子体传感器6的输出值最接近平均值(即标准差最小)为止，获得均匀的等离子体。在本实施方式中，基片9置于接地的对向电极7上，离子轰击能量低，适用于避免高能离子轰击的镀膜条件，如有机基片9、外延生长、聚合物薄膜沉积等。另外，在本实施方式中，对向电极7接地，便于在对向电极7下方安装加热器或致冷器，通过加热或致冷对向电极7使基片9加热或致冷，满足特定温度下薄膜沉积或刻蚀的需要。

其二例如：电极盘3与对向电极7之间连接电源8；电源8是直流电源8或脉冲电源8或中频电源8或射频电源8；电源8的输出端连接在对向电极7上使对向电极7处于高电位，电源8的接地端连接在电极盘3上并共同接地，以使电源8的输出电压加在对向电极7与电极盘3之间放电产生等离子体；被处理的基片9置于对向电极7上；变形片4上铰接有销钉5；销钉5使用金属制成；在电极盘3的放电面上与各销钉5对应的位置安装有等离子体传感器6，用来测量等离子体强度；等离子体传感器6是光敏器件或光纤探头或静电探针。放电过程中读取各等离子体传感器6的输出值并计算平均值；对于输出值高于平均值的等离子体传感器6，移动与其对应的销钉5使该处电极盘3面远离对向电极7以减弱此处电场强度使放电减弱，对于输出值低于平均值的等离子体传感器6，移动与该等离子体传感器6对应的销钉5使该处电极盘3面靠近对向电极7以增强此处电场强度使放电增强，直到各等离子体传感器6的输出值最接近平均值(即标准差最小)为止，获得均匀的等离子体。在本实施方式中，基片9置于处于高电位的对向电极7上，离子轰击能量高，适用于需要高能离子轰击的镀膜或刻蚀条件，如非晶薄膜沉积、合金薄膜沉积、离子刻蚀等。

实施例三

本实施例三又提供一种根据可变形电极的使用方法，其包括：调节变形调节件使电极盘3面远离/靠近对向电极7以减弱/增强电场强度使放电减弱/增强，直到各等离子体传感器6的输出值最接近平均值为止。具体方法内容可详见实施例二中的描述，此处不再赘述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种可变形电极，其特征在于，包括：电极盘、变形调节件和等离子体传感器；所述变形调节件设置于所述电极盘的第一端面，以使所述电极盘于其直径位置形成若干个变形调节点位；所述等离子体传感器设置于所述电极盘的第二端面，且与各个所述变形调节点位一一对应；所述电极盘包括：电极芯以及若干个依次同心套设于所述电极芯的导电带环；所述导电带环和所述电极芯分别对应设置有宽度相同的槽孔；所述导电带环与电极芯装配之后，各个槽孔构成所述电极盘上的一通径槽；所述变形调节件包括：变形片以及若干个沿所述变形片间隔分布的销钉；所述变形片设置于所述电极盘的通径槽内；若干个所述销钉分别铰接于所述变形片，且每个所述销钉对应构成一个变形调节点位；

所述等离子体传感器为光敏器件或光纤探头或静电探针。

2.根据权利要求1所述的可变形电极，其特征在于，所述变形片的材质为弹性金属。

3.根据权利要求1所述的可变形电极，其特征在于，所述导电带环的材质为金属或导电陶瓷。

4.根据权利要求1所述的可变形电极，其特征在于，所述销钉的材质为绝缘材料或金属。

5.一种应用权利要求1-4中任一项所述可变形电极的设备，其特征在于，包括：对向电极和电源；所述电源用于将输出电压施加于所述电极盘与所述对向电极之间。

6.根据权利要求1-4中任一项所述可变形电极的使用方法，其特征在于，包括：调节所述变形调节件使所述电极盘面远离/靠近对向电极以减弱/增强电场强度使放电减弱/增强，直到各等离子体传感器的输出值最接近平均值为止。