CN117568784A - 一种沉积腔体和沉积设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种沉积腔体和沉积设备，属于沉积系统技术领域，沉积腔体包括：壳体，所述壳体内设置有：沉积腔；排气通道，所述排气通道位于沉积腔的外侧，且所述排气通道具有排气口和出气口；所述排气口和沉积腔之间连通，而出气口设置在排气通道的下部；供气管，所述供气管的输出端设置在沉积腔内；承载体，所述承载体位于沉积腔中；其中，所述承载体具有一个或若干个容置单元，每个容置单元可容置衬底，且容置单元和所述供气管的输出段端对应，以使得所述供气管输出的反应气体进入容置单元；以及加热件，所述加热件设置在沉积腔中，且加热件设置在承载体的外侧；达到沉积设备能批量处理衬底的技术效果。

Description

一种沉积腔体和沉积设备

技术领域

本发明涉及沉积系统技术领域，尤其涉及一种沉积腔体和沉积设备。

背景技术

薄膜沉积技术广泛用于微电子器件，TFT，太阳电池。在真空腔室中，通入化学反应气体，通过热能或等离子体能来分解化学分子，在衬底表面形成薄膜。对于太阳能应用，应大幅增加产出，以降低成本。

业界使用的两种平台：第一种是晶圆放在载板上的平板式单腔体；第二种是批量处理，晶圆放在石英管中的石英或石墨舟上。批量处理平台在太阳能行业中占主导地位。但现有的批量处理平台为石英管单内腔体形式，为提高产量，石英管的直径变得越来越大，导致管内硅片温度及气流分布不均匀。太阳电池硅片为方形，而石英管为圆形，导致腔体空间利用率不高，当硅片尺寸增大，其腔体布局和上下料形式进一步制约了产量。

所以，现有技术的技术问题在于：如何使得沉积设备能批量处理衬底。

发明内容

本申请实施例提供一种沉积腔体和沉积设备，解决了现有技术中如何使得沉积设备能批量处理衬底的技术问题；达到沉积设备能批量处理衬底的技术效果。

本申请实施例提供一种沉积腔体，所述沉积腔体包括：壳体，所述壳体内设置有：沉积腔；排气通道，所述排气通道位于沉积腔的外侧，且所述排气通道具有排气口和出气口；所述排气口和沉积腔之间连通，而出气口设置在排气通道的下部；供气管，所述供气管的输出端设置在沉积腔内；承载体，所述承载体设置有一组或多组，所述承载体位于沉积腔中；其中，所述承载体具有一个或若干个容置单元，每个容置单元可容置衬底，且容置单元和所述供气管的输出段端对应，以使得所述供气管输出的反应气体进入容置单元；以及加热件，所述加热件设置在沉积腔中，且加热件设置在承载体的外侧。

作为优先，所述沉积腔细分为多个，且多个沉积腔分别和供气管的输出端连通。

作为优先，所述加热件相对于多个沉积腔分化为多个部分，以使得多个沉积腔的温度可控制。

作为优先，所述加热件具体为两种形式之一，在第一种形式中，加热件分为主加热部和辅加热部，所述主加热部作用在多个沉积腔，所述辅加热部对应主加热部所作用的多个沉积腔中的一个或几个沉积腔；在第二种形式种，所述加热件分为多个独立的部分，每个部分的加热件作用在一个或几个沉积腔上。

作为优先，所述供气管的输出端从上向下设置在沉积腔内，且所述供气管的输出端上设置有多个排气孔，排气孔对应容置单元上的衬底，以使得反应气体以平行衬底表面的形式流过；多个所述沉积腔沿供气管的输出端的长度方向排列(即相对于壳体从上向下排列)。

作为优先，所述沉积腔体还包括：前门，所述前门设置在壳体上，且所述前门相对于沉积腔可开闭；此外，所述承载体包括：固定柱；承载板，所述承载板设置有多片，多片承载板叠放固定在所述固定柱上，且相邻承载板之间形成一可容置衬底的容置单元；其中，所述承载体具体为两种形式之一，在第一种形式下，所述承载体固定不动，承载体上的容置单元朝向所述前门，通过前门使得衬底可置入到容置单元中；在第二种形式下，多组所述承载体一直线排列(一直线的方向垂直于前门和后门)，或者多组所述承载体以一矩形方阵排列，承载体可以移出腔体实现装卸衬底。以使得承载体的容置单元均平行设置，以便衬底可以放置在容置单元的电极上。

作为优先，所述加热件还包括：射频发生器，所述射频发生器的电极接头设置在承载体的底部，或者所述射频发生器的电极接头设置在沉积腔后部的腔壁相对于承载体的一侧。

一种沉积设备，所述沉积设备包括：沉积腔体；交互台，所述交互台用于交互衬底；以及第一机械手，所述第一机械手设置在沉积腔体和交互台之间，通过第一机械手使得衬底在沉积腔体和交互台之间运动。

作为优先，所述第一机械手具体为一单臂单层、单臂多层、多臂单层或多臂多层的结构。

作为优先，所述沉积腔体设置有多个，且多个沉积腔体对应所述第一机械手分散设置。

本申请中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种技术效果：

1、本申请中，通过优化沉积腔体内部的承载体布局形式，并改进反应气体进出沉积腔的形式，改良加热件相对于多个承载体的布局位置，达到多个承载体围绕供气管分布，加热件位于沉积腔内部且环绕承载体设计的方案，使得沉积设备中的承载体数量增加，且对于多个承载体的反应气体输入均匀，温度控制灵活，解决了现有技术中如何使得沉积设备能批量处理衬底的技术问题；达到沉积设备能批量处理衬底的技术效果。

2、本申请中，承载体的容置单元设置成朝向前门，有利于在不取出承载体的情况下，利用第一机械手进行上下料；避免相对于沉积腔体直接整取整放承载体导致的热量流失，缩短重新加热承载体的时间，降低重新加热承载体所需的能量。

3、本申请中，优选将第一机械手设置成多臂多层形式，有利于提高其取放衬底的效率；且第一机械手的具体取放形式，可以是吸盘吸附结构，也可以是托盘承托形式。

附图说明

图1为本申请中沉积设备的俯视向结构示意图；

图2为本申请中另一种沉积设备的俯视向结构示意图；

图3为本申请中沉积腔体的主视向剖视结构示意图；

图4为本申请中沉积腔体的俯视向结构示意图；

图5为另一种本申请中沉积腔体的俯视向结构示意图；

图6为本申请中承载体的主视向结构示意图；

图7为本申请中又一种沉积腔体的主视向剖视结构示意图；

图8为本申请中沉积设备的轴测向结构示意图；

图9为本申请中另一种沉积设备的轴测向结构示意图。

附图标记：100、沉积腔体；110、壳体；111、沉积腔；111a、第一沉积腔；111b、第二沉积腔；112、排气通道；1121、排气口；1122、出气口；120、供气管；130、加热件；140、承载体；141、承载板；142、固定柱；143、接触点；144、容置单元；150、前门；160、后门；200、第一机械手；200a、机械手一；200b、机械手二；210、第一臂体；300、交互台；400、第二机械手；500、衬底。

具体实施方式

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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申请和简化描述，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申请的限制。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

一种沉积腔体100，参考说明书附图1-3，用于衬底500沉积薄膜；沉积腔体100包括：壳体110、供气管120、承载体140以及加热件130，壳体110内设置有沉积腔111和排气通道112，供气管120的输出端设置在沉积腔111内，加热件130和承载体140均位于沉积腔111中，且加热件130环绕承载体140，具体反应依靠通入的反应气体以及辉光放电来实现。

在一个实施例中，参考说明书附图4，供气管的输出端从上向下设置在沉积腔111内，且供气管的输出端上设置有多个排气孔；承载体140设置有多组，且多组承载体140以供气管120的输出端为中心分散排布；且加热件130设置在沉积腔111中，且加热件130设置在承载体140的外侧，对承载体140进行加热。

在另一个实施例中，部分或者全部参考上一个实施例中的结构形式。参考说明书附图5，承载体140位于供气管的一侧，若有多组承载体140，则多组承载体140沿供气管120设置，且承载体140中的每层容置单元144和供气管120的排气孔对应(一对一对应，一对多对应，或者是多对一对应)，以使得供气管120可以输出的反应气体可以横扫过过每层容置单元，为每层容置单元中的衬底沉积提供基础；而加热体130的位置设置，也可以为加热件130设置在沉积腔111中，且加热件130设置在承载体140的外侧，对承载体140进行加热。当然，基于反应气体流动均匀性的考虑，供气管120从排气孔流动的路径需要限制在一个短路径的范围内，如现有横置式石墨舟就套用本方案，就会出现反应气体在石墨舟上的分布不均，导致前后衬底沉积不均的问题。而本申请将承载体140竖向设置，即容置单元竖向叠放设计，一层为一个容置单元，每层的横截面积小，达到反应气体流动扩散到一层容置单元的路径短，时间少。

壳体110，参考说明书附图2-3，作为沉积设备的框架，构建可密闭腔室和可密闭通道。壳体110为一金属材质，如铜、不锈钢或是铝等；壳体110内部为沉积腔111，壳体110的外部为排气通道112；排气通道112位于沉积腔111的外侧，且排气通道112具有排气口1121和出气口1122；排气口1121和沉积腔111之间连通，而出气口1122设置在排气通道112的下部，用于将用过的反应气体排出。

将传统圆柱形的石英管改成金属材质的壳体110，以便于构建出横截面为矩形的沉积腔111，以便于提高方形硅片衬底500在沉积腔111内的空间利用率；且金属壳体110可以构建出尺寸更大的沉积腔111，以容置更多数量的承载体140；换言之，改进了石英管，以便于使得承载体140单层容置多个大尺寸的衬底500成为现实。且将石英管改成金属壳体110后，可以便捷的设置前门150，使得承载体140直接对外敞开；使得在衬底500上下料的过程中，不需要移动承载体140，直接进出衬底500即可，便于保留承载体140的温度，缩短二次工作时加热承载体140的时间。

关于沉积腔111，沉积腔111可以是一整体，也可以细分为多个小型且独立的沉积腔111，如附图7中，细分为从上向下分隔为第一沉积腔111a、第二沉积腔111b。在为多个沉积腔111时，每个沉积腔111中设置有承载体140，多个沉积腔111分别和供气管120的输出端连通，且优选多个沉积腔111沿供气管的输出端的长度方向排列。需要说明的是，基于承载体140的形式和沉积腔111的区域大小，排气口可以适应性的调整大小，做到沉积腔111内的反应气体可有序外排。

关于供气管120，供气管120用于为承载体140供气，使得承载体140中容置的衬底上沉积上薄膜；供气管120可以是一带若干通孔的平板状，用于以线横扫的方式向对应的衬底输入反应气体；供气管还可以是若干根管体，若干根管体在衬底的一个方向上均匀排布(可以是一直线排列，也可以是前后交错式排列)，使得反应气体横扫过衬底表面。

具体的供气管120的排布方向，决定本装置中反应气体的流动方向；参考说明书附图4，反应气体的流动方向可以是从中间向两侧的承载体140流动；参考说明书附图5，反应气体的流动方向可以是从沉积腔体100的后侧向前侧流动，当然，反应气体的流动方向从沉积腔体100的前侧向后侧流动也是可行的。

通过优化承载体140布局形式，并改进反应气体进出沉积腔111的形式，改良加热件130相对于多个承载体140的布局位置，达到多个承载体140分布在供气管120左右俩侧，加热件130位于沉积腔111内部且环绕承载体140设计的方案，使得沉积设备中的承载体140数量增加，且对于多个承载体140的反应气体输入均匀，温度控制灵活。

在设计多个承载体140时，参考说明书附图8和9，可以设置成承载体140横置在沉积腔体100(此时沉积腔体100设置有若干个)中，采用抽出沉积腔体100中的承载体140的方式进行上下料。具体承载体140的沉积单元可以是横置的，也可以是竖置的；其中横置的有利于放置薄的大尺寸硅片。

此外，参考说明书附图8，壳体110的前后还可设置前门150和后门160，前门150、后门160相对于沉积腔111可开闭，前门150用于衬底500的进出，或者前门用于承载体移出腔体；后门160用于设备的维护和维修。关于前门150的设计，为了便于第一机械手200的进出，优选设置为对开门形式，以便于将壳体110的前侧面完全打开，使得承载体140的容置单元144完全露出。且为了进出衬底500，部分加热件130可以设置可开闭的前门150上，打开前面150，即可露出承载体140的容置单元144。

承载体140，参考说明书附图6，承载板140用于承载薄片状的衬底500，承载体140包括固定柱142和承载板141，承载板141设置有多片，多片承载板141叠放固定在固定柱142上，且相邻承载板141之间形成一可容置衬底500的容置单元144；此外，固定柱142电绝缘相邻两承载板141，相隔的承载板141连接于同一接触点143，并连接在电源的正负端，以使得承载体140和外部电源连接；且为薄膜沉积提供条件。其中，承载板141可以是石墨，也可以是导电的金属。

为了提高承载体140的承载能力，优选对容置单元144进行改进，将承载板的尺寸进行扩大，使得单层的容置单元144可容纳二片、三片、四片、六片或更多片的衬底；又或是增加单层中容置单元144的数量。具体的扩容形式，示例性的，每层设置有可容置四个衬底500的容置单元144，容置单元144中的四个衬底500相互之间保留有间隙，以避免衬底500之间的碰撞。

在本申请中，关键在于承载体140在沉积腔体100中的位置设置，或者说是特定情况下的承载体140朝向设置。承载体140具体为两种形式之一，在第一种形式下，承载体140连接一动作机构，如转动机构，或外部取放装置，使得承载体140可移出，满足取放衬底500，承载体140上的容置单元144朝向沉积腔体100的前门150；在第二种形式下，如附图1所示，单层容置单元144的各个容置衬底区域相互独立，且适应性优化第一机械手200以及调整第一机械手200的高度，以便于第一机械手200进入容置单元并一次性向容置单元144的各个区域进行取放衬底500的动作。当然上述的两种形式也可同时具备，以在多个承载体140组合时，保证衬底上下的便捷性。

加热件130，用于加热，营造高温环境。加热件130基于沉积腔111和承载体140的布局，分为两大类，第一类是所有承载体140在一个沉积腔111中，加热件130对整个大的沉积腔111进行加热；第二类是沉积腔111划分为多个小腔体，加热件130相对于多个沉积腔111分化为多个部分，以使得多个沉积腔111的温度可控制。具体形式有多种，如，在第一种形式中，加热件130分为主加热部和辅加热部，主加热部作用在多个沉积腔111，辅加热部对应主加热部所作用的多个沉积腔111中的一个或几个沉积腔111；在第二种形式种，加热件130分为多个独立的部分，每个部分的加热件130作用在一个或几个沉积腔111上。上述的两种形式上，加热件130具体可以是电阻加热丝，也可以是其他加热器件。

此外，加热件130还可以包括射频发生器，将射频发生器和电阻丝一同使用。基于沉积腔111内不同的机构形式，射频发生器的电极接头可以设置在承载体140的底部，或者射频发生器的电极接头设置在沉积腔111的腔壁后部相对于承载体140的一侧，如本沉积腔体100的后门160一侧。

需要说明的是，本申请中加热体130位于反应气体的流动范围内，相较于传统的加热体130设置在沉积腔111外部；本申请中的方案中，加热体130对承载体140的加热速度更快，且温度更加稳定。

一种沉积设备，参考说明书附图1和3，沉积设备包括沉积腔体100、交互台300以及第一机械手200，沉积腔体100设置有多个；交互台300设置一个或多个，用于交互衬底500；多个沉积腔体100和交互台300相对于第一机械手200分散设置，且第一机械手200的工作范围覆盖全部的沉积腔体100和交互台300，通过第一机械手200使得衬底500在沉积腔体100和交互台300之间运动。当然在设置多个第一机械手200的情况下，只需要多个第一机械手200的综合工作范围覆盖全部的沉积腔体100和交互台300即可。

可以理解的，第一机械手200具体为一单臂单层、单臂多层、多臂单层或多臂多层的结构，具体对衬底的拿取形式，可以是承载形式，也可以是吸盘吸附形式；示例性的，每一容置单元144，可容置四片衬底，第一机械手200为双臂五十层形式，双臂的意思为具有两个第一臂体210，五十层的意思为一个第一臂体210可以同时作用在五十层的容置单元上；换言之双臂五十层的第一机械手200可以同时作用在两个承载体140各五十层的容置单元144上，即同时可操作400片衬底，效率非常高。在一个实施例中，第一机械手200为双臂多层机械手，沉积腔体100沿第一机械手200左右分布为两组，第一机械手200可以一次性拿取沉积腔体100多层容置单元中的衬底500；而交互台300位于第一机械手200的前方，且交互台300的外侧还可以设置一和外界交互的第二机械手400。

此外，还可以设置两组第一机械手200，具体参考说明书附图2，取名为机械手一200a和机械手二200b；为了进一步提高效率，机械手一200a准备好需置入的衬底500，在机械手二200b取出容置单元144的衬底500后，移开机械手二200b并移入机械手一200a，将机械手一200a已准备好的衬底500快速置入容置单元144中，进一步缩短沉积腔体100的开门时间。

工作原理：

沉积腔体100内设置有多个承载体140，且每个承载体的每层容置单元可以容置多个衬底，以扩大沉积设备的处理量；且为多个承载体140适配性的设置供气管120和加热件130，以达到沉积所需的条件。

此外，在上下料的形式上也做改进，从传统的取放整个承载体140，改为承载体140固定，仅对衬底500进行上下料操作，避免取出承载体140而导致其热量快速丧失，缩短二次加热承载体140的时间。

技术效果：

1、本申请中，通过优化沉积腔体100内部的承载体140布局形式，并改进反应气体进出沉积腔111的形式，改良加热件130相对于多个承载体140的布局位置，达到多个承载体140围绕供气管120分布，加热件130位于沉积腔111内部且环绕承载体140设计的方案，使得沉积设备中的承载体140数量增加，且对于多个承载体140的反应气体输入均匀，温度控制灵活，解决了现有技术中如何使得沉积设备能批量处理衬底500的技术问题；达到沉积设备能批量处理衬底500的技术效果。

2、本申请中，承载体140的容置单元144设置成朝向前门150，有利于在不取出承载体140的情况下，利用第一机械手200进行上下料；避免相对于沉积腔体100直接整取整放承载体140导致的热量流失，缩短重新加热承载体140的时间，降低重新加热承载体140所需的能量。

3、本申请中，优选将第一机械手200设置成多臂多层形式，有利于提高其取放衬底500的效率；且第一机械手200的具体取放形式，可以是吸盘吸附结构，也可以是托盘承托形式。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种沉积腔体，其特征在于，所述沉积腔体包括：

壳体，所述壳体内设置有：

沉积腔；

排气通道，所述排气通道位于沉积腔的外侧，且所述排气通道具有排气口和出气口；所述排气口和沉积腔之间连通，而出气口设置在排气通道的下部；

供气管，所述供气管的输出端设置在沉积腔内；

承载体，所述承载体设置有一组或多组，所述承载体位于沉积腔中；其中，所述承载体具有一个或若干个容置单元，每个容置单元可容置衬底，且容置单元和所述供气管的输出段端对应，以使得所述供气管输出的反应气体进入容置单元；以及

加热件，所述加热件设置在沉积腔中，且加热件设置在承载体的外侧。

2.如权利要求1所述的沉积腔体，其特征在于，所述沉积腔细分为多个，且多个沉积腔分别和供气管的输出端连通。

3.如权利要求2所述的沉积腔体，其特征在于，所述加热件相对于多个沉积腔分化为多个部分，以使得多个沉积腔的温度可控制。

4.如权利要求3所述的沉积腔体，其特征在于，所述加热件具体为两种形式之一，在第一种形式中，加热件分为主加热部和辅加热部，所述主加热部作用在多个沉积腔，所述辅加热部对应主加热部所作用的多个沉积腔中的一个或几个沉积腔；在第二种形式种，所述加热件分为多个独立的部分，每个部分的加热件作用在一个或几个沉积腔上。

5.如权利要求2所述的沉积腔体，其特征在于，所述供气管的输出端从上向下设置在沉积腔内，且所述供气管的输出端上设置有多个排气孔；多个所述沉积腔沿供气管的输出端的长度方向排列。

6.如权利要求1所述的沉积腔体，其特征在于，所述沉积腔体还包括：

前门，所述前门设置在壳体上，且所述前门相对于沉积腔可开闭；

此外，所述承载体包括：

固定柱；

承载板，所述承载板设置有多片，多片承载板叠放固定在所述固定柱上，且相邻承载板之间形成一可容置衬底的容置单元；

其中，所述承载体具体为两种形式之一，在第一种形式下，所述承载体固定不动，以使得承载体上的容置单元朝向所述前门，通过前门使得衬底可置入到容置单元中；在第二种形式下，多组所述承载体一直线排列，或者多组所述承载体以一矩形方阵排列。

7.如权利要求1所述的沉积腔体，其特征在于，所述加热件还包括：

射频发生器，所述射频发生器的电极接头设置在承载体的底部，或者所述射频发生器的电极接头设置在沉积腔后部的腔壁相对于承载体的一侧。

8.一种沉积设备，其特征在于，所述沉积设备包括：

沉积腔体，所述沉积腔体如权利要求1-7中任意一项所述；

交互台，所述交互台用于交互衬底；以及

第一机械手，所述第一机械手设置在沉积腔体和交互台之间，通过第一机械手使得衬底在沉积腔体和交互台之间运动。

9.如权利要求8所述的沉积设备，其特征在于，所述第一机械手具体为一单臂单层、单臂多层、多臂单层或多臂多层的结构。

10.如权利要求9所述的沉积设备，其特征在于，所述沉积腔体设置有多个，多个沉积腔体对应所述第一机械手分散设置，且多个沉积腔体在第一机械手的工作范围内。