CN218969357U - 微波表面波等离子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种微波表面波等离子设备。该微波表面波等离子设备包括工艺腔室，工艺腔室内设置有介质板和若干微波缝隙天线系统，微波缝隙天线系统能够发射出在介质板表面且以表面波形式传波的微波；若干微波缝隙天线系统关于介质板对称设置，所产生的微波能够在介质板的表面耦合，以使得工艺腔室内的反应气体在介质板处产生均匀等离子体。通过将微波发射缝隙设置于介质板的侧面，使得微波在介质板表面以表面波的形式传播，能够使低压下的反应气体稳定地电离出等离子体，同时，由于若干微波缝隙天线系统关于介质板对称设置，使得微波耦合形成均匀的能量场，从而能够电离产生均匀的等离子体，满足沉积工艺的需求。

Description

微波表面波等离子设备

技术领域

本实用新型涉及气相沉积工艺技术领域，尤其涉及一种微波表面波等离子设备。

背景技术

微波能够促使反应气体的气体分子发生电离，形成等离子体，是薄膜沉积、微细加工和材料表面改性的常用技术手段。

申请号为200910203257.6的中国专利中公开了一种微波等离子处理装置以及微波的供给方法，其中，用于产生微波的缝隙天线沿垂直于介质板的方向发射微波，并在介质板的表面电离气体分子以形成等离子体。但是在该微波等离子处理装置中，等离子体的沉积或处理的面积小、均匀性差。

因此，亟需一种微波表面波等离子设备，以解决上述的技术问题。

实用新型内容

本实用新型的一个目的在于提出一种微波表面波等离子设备，能够在低压下具备产生稳定大面积均匀等离子体的能力。

为实现上述技术效果，本实用新型的技术方案如下：

微波表面波等离子设备，包括工艺腔室，所述工艺腔室内设置有介质板和若干微波缝隙天线系统，所述微波缝隙天线系统用于发射沿所述介质板表面且以表面波形式传播的微波；若干所述微波缝隙天线系统对称设置于所述介质板的两侧，若干所述微波缝隙天线系统所产生的微波能够在所述介质板的表面耦合。

可选地，所述微波表面波等离子设备包括进气系统，所述进气系统包括气体控制单元和喷淋管，所述气体控制单元用于控制反应气体的供应流量，所述喷淋管位于所述介质板下方，且所述喷淋管上设置有喷淋孔。

可选地，所述喷淋管包括第一喷淋管和第二喷淋管，所述第一喷淋管与所述介质板的间隔设置距离小于所述第二喷淋管与所述介质板的间隔设置距离。

可选地，所述工艺腔室中还设置有载板和传送系统，所述载板用于放置待处理的产品，所述传送系统用于驱动所述载板移动。

可选地，所述载板处设置有加热系统，所述加热系统用于加热所述产品。

可选地，所述喷淋管垂直于所述载板移动方向设置。

可选地，所述工艺腔室设置有抽气孔，所述抽气孔连通有抽气系统，所述抽气系统包括真空泵和抽真空阀。

可选地，所述抽气孔包括至少一个通槽，在所述载板的一侧设置有至少一个所述通槽，在所述载板的另一侧设置有至少一个所述喷淋管。

可选地，所述微波表面波等离子设备还包括气压测量系统，所述气压测量系统包括气压测量规管，所述气压测量规管连通至所述工艺腔室以检测所述工艺腔室内的气压。

可选地，所述工艺腔室还包括冷却气体进气口，所述进气系统能够通过所述冷却气体进气口对所述介质板进行风冷。

本实用新型的微波表面波等离子设备的有益效果在于：通过使得微波在介质板表面以表面波的形式传播，能够使反应气体稳定地电离出大面积等离子体，从而使得该微波表面波等离子设备具备在大面积需求环境下的工作能力。同时，由于若干微波缝隙天线系统关于介质板对称设置，使得在介质板表面传播的微波能够耦合以形成均匀的能量场，从而使得反应气体能够电离产生均匀的等离子体，优化了工艺腔室内等离子体的分布状态，有利于提高气相沉积工艺的质量和效果。

本实用新型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，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

图1是本实用新型的微波表面波等离子设备的正向示意图；

图2是本实用新型的微波表面波等离子设备的侧向示意图。

图中：

1、工艺腔室；11、抽气孔；2、介质板；3、微波缝隙天线系统；31、微波发射缝隙；4、进气系统；41、气体控制单元；42、喷淋管；421、喷淋孔；5、载板；6、传送系统；7、加热系统；8、抽气系统；81、真空泵；82、抽真空阀；9、气压测量系统；91、气压测量规管；

101、硅片；102、等离子体。

具体实施方式

为使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征，用于区别描述特征，无顺序之分，无轻重之分。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，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，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面参考图1至图2介绍本实用新型的微波表面波等离子设备。该微波表面波等离子设备具有工艺腔室1，工艺腔室1连通有进气系统4，进气系统4能够向工艺腔室1内输入反应气体，反应气体在工艺腔室1中受电离产生等离子体102，等离子体102则对放置在工艺腔室1中的待处理的产品进行薄膜沉积、微细加工或材料表面改性。

具体地，如图1至图2所示，该微波表面波等离子设备包括介质板2和若干微波缝隙天线系统3，介质板2呈水平状态安装在工艺腔室1中，介质板2的下表面与反应气体相接触。微波缝隙天线系统3具有微波电源、波导头、磁控管等组件，并设置有微波发射缝隙31，该微波发射缝隙31朝向介质板2的侧面设置，使得微波缝隙天线系统3所产生的微波能够沿介质板2表面以表面波形式传播，从而电离反应气体以产生等离子体102。相比于现有的缝隙天线沿垂直于介质板2的方向发射微波，以表面波形式在介质板2表面传播的微波，能够使反应气体在低压下稳定地电离产生等离子体102，从而使得该微波表面波等离子设备具备在大面积均匀需求环境下工作的能力。

当然，可以理解的是，基于不同的工艺目的(例如原位掺杂硼、磷)，以及不同类型的反应气体(例如Ar、H₂、O₃、O₂、N₂O、N₂、NH₃、SiH₄、TMA、TEOS等)，该微波表面波等离子设备需要在工艺腔室1中维持多个不同的气压值(包括在生产过程中调整至不同的气压值)，以满足不同产品、不同工艺的多种需求，因此在本实用新型中不具体限定工艺腔室1内的气压。优选地，微波发射缝隙31紧密贴合设置于介质板2的侧面，从而能够提高微波的利用率，减少微波的传播损耗。

更具体地，在本实施例中，如图1所示，介质板2的两侧同时布置一个微波缝隙天线系统3，且多个微波缝隙天线系统3的所产生的微波能够在介质板2表面耦合，从而形成均匀的能量场，使得反应气体产生均匀等离子体102。当然，在一些其他实施例中，也可以在介质板2的四个侧面均布置微波缝隙天线系统3，或者在介质板2的两侧各布置两个微波缝隙天线系统3，只要微波缝隙天线系统3能够关于介质板2对称设置，就能够使得微波缝隙天线系统3所产生的微波耦合，从而使得反应气体在介质板2处电离产生均匀的等离子体102，优化等离子体102在工艺腔室1内的分布状态，从而使得薄膜沉积、微细加工或材料表面改性等工艺能够取得更均匀、更优良的效果。可选地，介质板2的材质选用石英，厚度在2mm-14mm，能够取得较优的电离效果。

通过使得微波在介质板2表面以表面波的形式传播，能够使低压下的反应气体稳定地电离出等离子体102，从而使得该微波表面波等离子设备具备在大面积需求环境下的工作能力。同时，由于若干微波缝隙天线系统3关于介质板2对称设置，使得在介质板2表面传播的微波能够按照预设方式耦合，形成均匀的能量场，从而使得反应气体能够电离产生均匀的等离子体102，优化了工艺腔室1内等离子体102的分布状态，有利于提高气相沉积工艺的质量和效果。

可选地，在本实施例中，如图1所示，介质板2的下方设置有喷淋管42，喷淋管42与进气系统4相连接，喷淋管42上均布有若干喷淋孔421，在进气系统4中的气体控制单元41的控制下，能够将反应气体均匀地喷淋至工艺腔室1中，形成均匀进气，从而使得介质板2处能够存在均匀的反应气体，进而在耦合后的微波的电离作用下，进一步确保能够产生均匀的等离子体102。需要说明的是，对于一些内部气压分配不均的喷淋管42，还可以适应性地设置喷淋孔421的孔径和间距，以使得最终气体均匀分布。

进一步地，如图2所示，工艺腔室1内还包括有载板5，该载板5用于放置待处理的产品(例如硅片101)，且载板5可携带硅片101移动，喷淋管42则垂直于载板5移动方向设置，能够使得反应气体在工艺腔室1内分布更均匀。示例性地，在本实施例中，载板5移动方向的上游处设置有喷淋管42；可以理解的是，根据不同的生产需求，在一些并列的实施例中，也可以在载板5的上方，或者载板5移动方向的下游处设置喷淋管42，或者在载板5移动方向的上游处、载板5的上方以及载板5移动方向的下游处中的一个或多个位置同时设置多根喷淋管42。当然，可以理解的是，在一些特殊的实施例中，例如仅需要少量等离子体102或者能够及时补充介质板2处反应气体的情况下，即使采用非均匀进气的方式，由于介质板2表面的微波耦合，也能够产生一定量均匀分布的等离子体102，满足工艺需求。

优选地，介质板2的下方设置有多根喷淋管42，且多根喷淋管42至少包括第一喷淋管和第二喷淋管，第一喷淋管与介质板2之间间隔设置距离小于第二喷淋管与介质板2之间间隔设置距离，使得不同种类的反应气体能够在离介质板2不同距离处电离。示例性地，在气体控制单元41的控制下，将Ar、H₂、O₃、O₂、N₂O、N₂、NH₃等气体从距离介质板2较近的第一喷淋管中喷出，将SiH₄、TMA、TEOS等气体从距离介质板2较远的第二喷淋管中喷出，由于Ar、H₂、O₃、O₂、N₂O、N₂、NH₃等气体在电离后不易直接在介质板2表面附着成膜，而SiH₄、TMA、TEOS等气体则在电离后易直接成膜，因此需要通过分别从第一喷淋管喷出和第二喷淋管喷出，形成分层次的供应，从而形成直接等离子体和间接等离子体复合的状态结构，能够降低离子对产品表面的轰击损伤，同时延长介质板2的维护保养周期。

继续参考图1所示，在本实施例中，载板5下方设置有传送系统6，能够驱动载板5移动，从而使得载板5以及载板5上的产品能够流转于工艺腔室1内外，或者方便调整产品在工艺腔室1内的放置位置，从而便于该微波表面波等离子设备的使用。

示例性地，在本实施例中，如图2所示，传送系统6包括传送轮，传送轮可由陶瓷等耐高温材质制成，抵接于载板5的下方，能够驱动载板5移动。当然，在一些其他实施例中，还可以使用传送带等结构，只要能够驱动载板5移动，均属于本实用新型所要保护的范围之内。

可选地，微波表面波等离子设备还包括抽气系统8，工艺腔室1内具有抽气孔11，该抽气孔11与抽气系统8相连通，通过抽气可以使得工艺腔室1内的气压下降，以满足不同工艺、不同产品的生产需求。

示例性地，在本实施例中，参考图2所示，抽气孔11包括至少一个通槽，在载板5的一侧设置有至少一个所述通槽，在载板5的另一侧设置有至少一个喷淋管42，能够均匀地抽取反应后的气体，从而间接使得未反应的气体均匀分布，进一步确保工艺腔室1内能够产生均匀分布的等离子体102。示例性地，在本实施例中，在载板5移动方向的上游处设置有喷淋管42，在载板5移动方向的下游处设置有通槽，使得内部的气流能够均匀地流动经过硅片101。

可选地，在本实施例中，如图1所示，微波表面波等离子设备还包括气压测量系统9，气压测量系统9与工艺腔室1之间连通有气压测量规管91，能够便于操作人员实时测量工艺腔室1内的气压，从而满足对不同工艺、不同产品的生产需求。可选地，对于不同的气压，气压测量系统9可以采用电离规、电阻规或薄膜规，以确保能够气压测量系统9能够适用于不同的真空度。

可选地，在介质板2的上方还设置有冷却气体进气口，冷却气体进气口与进气系统4相连通，能够通过冷却气体对介质板2进行冷却，从而稳定介质板2的工作状态，延长介质板2的使用寿命。

可选地，微波表面波等离子设备还包括冷却腔室(图中未示出)，冷却腔室的腔壁表面设置有盘管，盘管中流动有冷却水，能够对反应后的产品进行冷却。当然，也可以在腔壁中设置夹层，在夹层中设置冷却水。优选地，还可以设置通气装置，向冷却腔室中通入冷却气体，例如CDA(干燥压缩空气)、氮气、氩气等进行冷却。

示例性地，在应用上述的微波表面波等离子设备时，以在光伏硅片101上沉积SiN_x薄膜为例。硅片101清洗烘干后，放置在载板5上(此时载板5在工艺腔室1外)，先通过传送系统6，将载板5和硅片101送进位于工艺腔室1上游的进料腔室内，对进料腔室抽气至0.5Pa以下，并通过加热系统7将硅片101加热到350℃，完成硅片101的工艺准备。

参照图1所示，硅片101的工艺准备完成后，通过传送系统6将载板5和硅片101从进料腔室运送至工艺腔室1中，启动抽气系统8，打开真空泵81和抽真空阀82，将工艺腔室1内抽至0.5Pa一下，并通过气压测量系统9进行监控。随后，通过进气系统4，在气体控制单元41的控制下分别通入总量1000sccm的NH₃及SiH₄，其中SiH₄的比例逐渐降低，以在硅片101表面形成梯度折射率，提高入射太阳光的透过率。通入反应气体后，根据气压测量系统9的检测值，人工或自动地调节抽真空阀82的开合度，使抽气量与进气量达到动态平衡，从而使工艺腔室1内部的气体维持在15Pa。

继续参照图1所示，启动微波缝隙天线系统3，将微波缝隙天线系统3的电源功率设置为2*4kW，将微波以表面波的形式馈入至介质板2表面，从而对反应气体进行放电电离，并在120秒后停止发射微波。加热系统7始终保持工作，以维持沉积工艺所需的温度要求。沉积完成之后，关闭进气系统4，并逐步加大抽气系统8的抽气功率，将工艺腔室1内的压力抽至0.5Pa，随后打开工艺腔室1后端的腔室门，将载板5以及沉积后的硅片101通过传送系统6，运送至位于工艺腔室1下游的冷却腔室。待硅片101的温度降低至150℃后，冲入氮气，使冷却腔室内的气压升至1个大气压，随后即可将硅片101传送出冷却腔室，准备出料。

在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、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实用新型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。

以上内容仅为本实用新型的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (10)

1.微波表面波等离子设备，其特征在于，包括工艺腔室(1)，所述工艺腔室(1)内设置有介质板(2)和若干微波缝隙天线系统(3)，所述微波缝隙天线系统(3)用于发射沿所述介质板(2)表面且以表面波形式传播的微波；若干所述微波缝隙天线系统(3)对称设置于所述介质板(2)的两侧，若干所述微波缝隙天线系统(3)所产生的微波能够在所述介质板(2)的表面耦合。

2.根据权利要求1所述的微波表面波等离子设备，其特征在于，所述微波表面波等离子设备包括进气系统(4)，所述进气系统(4)包括气体控制单元(41)和喷淋管(42)，所述气体控制单元(41)用于控制反应气体的供应流量，所述喷淋管(42)位于所述介质板(2)下方，且所述喷淋管(42)上设置有喷淋孔(421)。

3.根据权利要求2所述的微波表面波等离子设备，其特征在于，所述喷淋管(42)包括第一喷淋管和第二喷淋管，所述第一喷淋管与所述介质板(2)的间隔设置距离小于所述第二喷淋管与所述介质板(2)的间隔设置距离。

4.根据权利要求2所述的微波表面波等离子设备，其特征在于，所述工艺腔室(1)中还设置有载板(5)和传送系统(6)，所述载板(5)用于放置待处理的产品，所述传送系统(6)用于驱动所述载板(5)移动。

5.根据权利要求4所述的微波表面波等离子设备，其特征在于，所述载板(5)处设置有加热系统(7)，所述加热系统(7)用于加热所述产品。

6.根据权利要求4所述的微波表面波等离子设备，其特征在于，所述喷淋管(42)垂直于所述载板(5)移动方向设置。

7.根据权利要求4所述的微波表面波等离子设备，其特征在于，所述工艺腔室(1)设置有抽气孔(11)，所述抽气孔(11)连通有抽气系统(8)，所述抽气系统(8)包括真空泵(81)和抽真空阀(82)。

8.根据权利要求7所述的微波表面波等离子设备，其特征在于，所述抽气孔(11)包括至少一个通槽，在所述载板(5)的一侧设置有至少一个所述通槽，在所述载板(5)的另一侧设置有至少一个所述喷淋管(42)。

9.根据权利要求1所述的微波表面波等离子设备，其特征在于，所述微波表面波等离子设备还包括气压测量系统(9)，所述气压测量系统(9)包括气压测量规管(91)，所述气压测量规管(91)连通至所述工艺腔室(1)以检测所述工艺腔室(1)内的气压。

10.根据权利要求2所述的微波表面波等离子设备，其特征在于，所述工艺腔室(1)还包括冷却气体进气口，所述进气系统(4)能够通过所述冷却气体进气口对所述介质板(2)进行风冷。

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