專利名稱：一種上電極及應用該上電極的等離子體加工設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及微電子技術領域，具體涉及一種上電極及應用該上電極的等離子體加工設備。
背景技術：
等離子體增強化學氣相沉積(PlasmaEnhanced Chemical Vapor Deposition,以下簡稱PECVD)技術是被廣泛用于低溫沉積高質量薄膜的一種方法。目前工業生產上，大面積非晶硅薄膜太陽電池的制備主要采用大面積平行板電極PECVD設備。圖1是常用的大面積平行板電極PECVD設備。請參閱圖1，該設備包括反應腔室1，在反應腔室I內部的靠上位置設置有與射頻電源2相連接的上電極13，上電極13為空腔結構，在上電極13的 上極板靠近中心的位置設置有進氣通道12，在其下極板上設有多個氣孔(圖中未示出)。在反應腔室I的底部且與上電極13相對的位置設有下電極14。在工藝過程中，工藝氣體首先通過進氣通道12進入上電極13的空腔11內，然后經氣孔進入反應腔室I。射頻電源2通過上電極13向反應腔室I內部提供能量，即，射頻電源2在上電極13和下電極14之間產生射頻電場，通過射頻電場將工藝氣體激發形成等離子體，然后對放置于下極板14上的晶片等被加工工件進行鍍膜。在實際生產過程中，由于上電極13的結構較大，且工藝氣體僅能通過設置在上電極13中心位置的進氣通道12進入空腔11內，因此工藝氣體擴散到空腔11邊緣部分的時間較長，導致工藝氣體在空腔11內的分布不均勻，這必然使工藝氣體在工藝腔室I中的分布不均勻，從而影響了 PECVD設備的加工均勻性。此外，由于駐波效應，上述上電極13容易導致射頻電源2饋入反應腔室的能量分布不均勻，從而影響上電極13和下電極14之間電場分布的均勻性，進而導致薄膜沉積的不均勻。
發明內容
為解決上述現有技術的不足，本發明提供一種上電極及應用該上電極的等離子體加工設備，其不僅能夠提高反應腔室內的工藝氣體的分布均勻性，而且能夠提高射頻電源饋入反應腔室的能量分布均勻性，從而提高等離子體加工設備的加工均勻性。為實現本發明的目的而提供一種上電極，包括上極板、與所述上極板相對的下極板以及連接板，所述上極板、下極板和連接板形成空腔，在所述下極板上設置有貫穿其厚度的氣孔，其中，在所述上極板和下極板之間設有導體環，所述導體環將所述空腔分成沿其徑向方向分布的多個環形子腔室，導體環上有連通各環形子腔室的徑向通孔，而且在所述上極板上與每個所述環形子腔室對應的位置設有一個或多個進氣通道。優選地，所述導體環與所述上極板或下極板為一體結構，即所述導體環為設置在所述上極板或下極板上的凸部。其中，在所述上極板和下極板之間設有多個所述導體環，且所述多個導體環的中心線與所述空腔的中心線重合。
其中，所述導體環在上電極所在平面上的投影的形狀與所述連接板在上電極所在平面上的投影的形狀相似。其中，所述連接板在上電極所在平面上的投影的形狀為圓環形，對應地，所述導體環在上電極所在平面上的投影的輪廓為圓環形。其中，所述上極板的直徑為380 420mm，所述上極板和下極板之間的距離為18 22mm，在所述空腔內設有一個所述導體環，且所述導體環的外徑尺寸為28 32mm，其內徑尺寸為20 24mm。其中，所述上極板的直徑為480 520mm，所述上極板和下極板之間的距離為8 12mm，在所述空腔內設有一個所述導體環，且所述導體環的外徑尺寸為140 160mm，其內徑尺寸為132 152mm。其中，所述上極板的直徑為580 620mm，所述上極板和下極板之間的距離為22 26mm，在所述空腔內設有一個所述導體環，且所述導體環的外徑為尺寸為180 200mm，其內徑尺寸為172 192mm。其中，所述連接板在上電極所在平面上的投影的形狀為多邊環形，對應地，所述導體環在上電極所在平面上的投影的形狀為多邊環形。其中，所述連接板在上電極所在平面上的投影的形狀為四方環形，對應地，所述導體環在上電極所在平面上的投影的形狀為四方環形。其中，所述導體環采用 鋁、銅或鋁合金制作而成。本發明還提供一種等離子體加工設備，其包括反應腔室，在所述反應腔室內部的靠上位置設置有上電極，在所述反應腔室的底部且與上電極相對的位置設有下電極，所述上電極采用了本發明提供的所述上電極。本發明具有以下有益效果本發明提供的上電極，其借助設置在上極板和下極板之間的導體環，將上電極內的空腔分成沿其徑向方向分布的多個環形子腔室，導體環上有連通各環形子腔室的徑向通孔，并通過設置在上極板上與每個環形子腔室對應位置處的一個或多個進氣通道，使氣體通過上述一個或多個進氣通道分別進入對應的環形子腔室中，并在環形子腔室間流動趨于均勻，從而使氣體在空腔內各個區域的分布趨于均衡，以提高氣體在工藝腔室中的分布均勻性，從而提高了等離子體加工設備的加工均勻性。而且，通過上述導體環在上極板和下極板之間的連接，使射頻電源自上極板饋入的能量能夠較為均勻地向下極板分散，從而提高了饋入能量在上電極中的分布均勻性，進而提高了上電極和下電極之間電場分布的均勻性，提高了薄膜沉積的均勻性。本發明提供的等離子體加工設備，其采用本發明提供的上電極，提高了工藝氣體在工藝腔室中的均勻性，從而提高了等離子體加工設備的加工均勻性。而且，通過上述導體環在上極板和下極板之間的連接，使射頻電源自上極板饋入的能量能夠較為均勻地向下極板分散，從而使上電極和下電極之間電場分布的均勻，進而提高薄膜沉積的均勻性。
圖1為常用的大面積平行板電極PECVD設備；圖2a為本發明提供的上電極正視剖面圖2b為本發明提供的上電極俯視剖面圖；圖3a為直徑為400mm的上電極設置導體環前后的電場分布均勻性的曲線對比圖；圖3b為直徑為500mm的上電極設置導體環前后的電場分布均勻性的曲線對比圖；圖3c為直徑為600mm的上電極設置導體環前后的電場分布均勻性的曲線對比圖；以及圖4為本發明提供的方形上電極的俯視剖面圖。
具體實施例方式為使本領域的技術人員更好地理解本發明的技術方案，下面結合附圖來對本發明提供的上電極及等離子體加工設備進行詳細闡明。圖2a為本發明提供的上電極正視剖面圖。圖2b為本發明提供的上電極俯視剖面圖。請一并參閱圖2a和圖2b，本實施例提供的上電極，包括上極板30、下極板33以及連接板35，其中，上極板30與下極板33相對設置，且其在上電極所在平面上投影的形狀為圓形；連接板35設置在上極板30和下極板33之間且靠近上極板30和下極板33的邊緣位置處，用以連接上極板30和下極板33。上極板30、下極板33以及連接板35形成一空腔。連接板35在上電極所在平面上投影的形狀為圓環形。在上極板30上設有向空腔內通入氣體的進氣通道31，在下極板30上設置有貫穿其厚度的氣孔34，氣孔34均勻分布在下極板30上，空腔內的氣體自氣孔34噴出。在空腔內上極板30和下極板33之間設置有一個導體環40，其采用鋁、銅或鋁合金等導體材料制作而成。導體環40在上電極所在平面上的投影的形狀與連接板35在上電極所在平面上的投影的形狀相似，即導體環40在上電極所在平面上的投影的形狀為圓環形，并且導體環40的中心線與空腔的中心線重合。并且，導體環40分別與上極板30和下極板33連接，一方面可以使自上極板30饋入的饋入能量能夠較均勻地向下極板33分散，從而可以使饋入能量在上電極中均勻分布，進而可以提高上電極和下電極之間電場分布的均勻性，提高薄膜沉積的均勻性。另一方面，導體環40將空腔分成沿其徑向方向分布的第一環形子腔室5和第二環形子腔室6，且各環形子腔室間通過導體環上的徑向通孔41保持連接。在上極板30上分別與第一環形子腔室5和第二環形子腔室6對應的位置處設有多個進氣通道31，氣體通過多個進氣通道31分別進入第一環形子腔室5和第二環形子腔室6中。由于氣體由不同的進氣通道31進入第一環形子腔室5 (空腔中心區域)和第二環形子腔室6 (空腔邊緣區域)，這有利于對進入到空腔內各個區域的氣體進行控制，使氣體在空腔內的各個區域的分布趨于均勻，從而提高氣體在空腔內的分布均勻性，這又使得氣體能夠均勻地自設置在下極板33上的氣孔34噴出。需要說明的是，在本實施例中，在上極板30和下極板33之間設置了一個導體環40，但在實際應用中，還可在上極板30和下極板33之間設置多個導體環40，且多個導體環40的中心線與空腔的中心線重合，從而將空腔分隔成更多個環形子腔室。還需要說明的是，在本實施例中，導體環40為分別與上極板30和下極板33相互獨立的分體結構，但在實際應用中并不局限于此，導體環40還可以為與上極板30或下極板33連為一體的一體結構，即在上極板30或下極板33上設有與其連接為一體的凸部，并通過凸部與下極板33或上極板30連接，借助凸部將上極板30和下極板33之間的空腔分隔為多個環形子腔室，這同樣能夠實現本發明的目的。另外，一體結構凸部不僅能夠使導體環40與上電極的連接更加穩固，從而提高上電極結構的穩定性，而且可以減少上電極的加工工序，提高加工上電極的效率。還需要說明的是，在本實施例中，連接板35在上電極所在平面上的投影的形狀為圓環形，對應的，導體環40在上電極所在平面上投影的形狀為圓環形。在實際應用中，連接板35在上電極所在平面上的投影的形狀與上電極在其平面上的投影的形狀對應，而導體環40在上電極所在平面上投影的形狀與連接板35在上電極所在平面上的投影的形狀對應。例如，如果上電極在其所在平面上的投影的形狀為橢圓環形、多邊環形等其它形狀時，連接板35和導體環40在上電極所在平面上投影的形狀也對應地為橢圓環形、多邊環形。事實上，導體環40在上電極所在平面上投影的形狀只需與連接板35在上電極所在平面上的投影的形狀相同或相似即可。例如，圖4為本發明提供的方形上電極的俯視剖面圖。如圖4所示，連接板7在上電極所在平面上投影的形狀為四方形，對應的，導體環8在上電極所在平面上投影的形狀為四方環形。優選地，導體環8的四個環壁平行于對應的連接板7的四個環壁。另外，導體環40的數量、尺寸、環間距離等參數是決定上、下電極之間電場分布的均勻性的重要參數，需要根據上電極的尺寸來確定。本實施例提供三組導體環40的參數，并對三組導體環前后的上、下電極板之間的電場分布的均勻性分別進行了對比。具體如下第一組導體環參數當上電極在其所在平`面上投影的形狀為圓形，且上極板的直徑為380 420mm時，上極板和下極板之間的距離為18 22mm，在空腔內設有一個導體環，且導體環的外徑尺寸為28 32_，其內徑尺寸為20 24_。圖3a為直徑為400mm的上電極設置導體環前后的電場分布均勻性的曲線對比圖。在圖3a中，橫坐標為射頻電源向上電極饋入的激發頻率(單位為MHz);縱坐標為上、下電極之間電場分布的不均勻性系數。曲線上節點為空心圓形的第一曲線為在空腔內設置導體環前的上、下電極之間電場分布的不均勻性；曲線上節點為星形的第二曲線為在空腔內設置導體環后的上、下電極之間電場分布的不均勻性。從圖3a中可以看出，在激發頻率為13. 6 100. OMHz的范圍內，第一曲線的上、下電極之間電場分布的不均勻性系數的范圍在O. 045 O. 055，第二曲線的上、下電極之間電場分布的不均勻性系數的范圍在O. 022 O. 032。由此可知，第二曲線上的點均位于對應的與之激發頻率相同的第一曲線上的點的下方，即在激發頻率相同時，在空腔內設置導體環后的上、下電極之間電場分布的不均勻性有了明顯的降低。第二組導體環參數當上電極在其所在平面上投影的形狀為圓形，且上極板的直徑為480 520mm時，上極板和下極板之間的距離為8 12mm，在空腔內設有一個導體環，且導體環的外徑尺寸為140 160mm，其內徑尺寸為132 152mm。圖3b為直徑為500mm的上電極設置導體環前后的電場分布均勻性的曲線對比圖。在圖3b中，曲線的橫、縱坐標以及第一曲線和第二曲線所表示的含義與圖3a相同，在此不再贅述。從圖3b中可以看出，在激發頻率為13. 6 100. OMHz的范圍內，第一曲線的上、下電極之間電場分布的不均勻性系數的范圍在O. 018 O. 035，第二曲線的上、下電極之間電場分布的不均勻性系數的范圍在O. 011 O. 032。由此可知，第二曲線上的點均位于對應的與之激發頻率相同的第一曲線上的點的下方，即在激發頻率相同時，在空腔內設置導體環后的上、下電極之間電場分布的不均勻性有了明顯的降低。第三組導體環參數當上電極在其所在平面上投影的形狀為圓形，且上極板的直徑為580 620mm時，上極板和下極板之間的距離為22 26mm，在空腔內設有一個導體環，且導體環的外徑為尺寸為180 200mm，其內徑尺寸為172 192mm。圖3c為直徑為600mm的上電極設置導體環前后的電場分布均勻性的曲線對比圖。在圖3c中，曲線的橫、縱坐標以及第一曲線和第二曲線所表示的含義與圖3a相同，在此不再贅述。從圖3c中可以看出，在激發頻率為13. 6 100. OMHz的范圍內，第一曲線的上、下電極之間電場分布的不均勻性系數的范圍在O. 068 O. 105，第二曲線的上、下電極之間電場分布的不均勻性系數的范圍在O. 0028 O. 058。由此可知，第二曲線上的點均位于對應的與之激發頻率相同的第一曲線上的點的下方，即在激發頻率相同時，在空腔內設置導體環后的上、下電極之間電場分布的不均勻性有了明顯的降低。綜上所述，本實施例提供的上電極，其借助設置在上極板和下極板之間的導體環，將上電極內的空腔分成沿其徑向方向分布的多個環形子腔室，導體環上有連通各環形子腔室的徑向通孔，并通過設置在上極板上與每個環形子腔室對應位置處的一個或多個進氣通道，使氣體在空腔內各個區域的分布趨于均衡，這提高了氣體在工藝腔室中的分布均勻性，從而提高了等離子體加工設備的加工均勻性。而且，通過上述導體環在上極板和下極板之間的連接，提高了饋入能量 在上電極中的分布均勻性，從而提高了上電極和下電極之間電場分布的均勻性，進而提高了薄膜沉積的均勻性。本實施例還提供了一種等離子體加工設備，包括反應腔室，在反應腔室內部的靠上位置設置有上電極，在反應腔室的底部且與上電極相對的位置設有下電極，上電極與射頻電源連接，用于在上電極和下電極之間產生射頻電場，以激發工藝氣體而形成等離子體，從而對放置于下極板上的晶片等被加工工件進行鍍膜。本實施例中，上電極采用上述實施例提供的上電極。本實施例提供的等離子體加工設備，由于采用了上述實施例提供的上電極，不僅可以提高氣體在工藝腔室中均勻性，從而可以提高等離子體加工設備的加工均勻性；而且，可以使上電極和下電極之間電場分布的均勻，從而可以提高薄膜沉積的均勻性。可以理解的是，以上實施方式僅僅是為了說明本發明的原理而采用的示例性實施方式，然而本發明并不局限于此。對于本領域內的普通技術人員而言，在不脫離本發明的精神和實質的情況下，可以做出各種變型和改進，這些變型和改進也視為本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種上電極，包括上極板、與所述上極板相對的下極板以及連接板，所述上極板、下極板和連接板形成空腔，在所述下極板上設置有貫穿其厚度的氣孔，其特征在于，在所述上極板和下極板之間設有導體環，所述導體環將所述空腔分成沿其徑向方向分布的多個環形子腔室，導體環上有連通各環形子腔室的徑向通孔，而且在所述上極板上與每個所述環形子腔室對應的位置設有一個或多個進氣通道。
2.根據權利要求1所述的上電極，其特征在于，所述導體環與所述上極板或下極板為一體結構，即所述導體環為設置在所述上極板或下極板上的凸部。
3.根據權利要求1所述的上電極，其特征在于，在所述上極板和下極板之間設有多個所述導體環，且所述多個導體環的中心線與所述空腔的中心線重合。
4.根據權利要求1所述的上電極，其特征在于，所述導體環在上電極所在平面上的投影的形狀與所述連接板在上電極所在平面上的投影的形狀相似。
5.根據權利要求4所述的上電極，其特征在于，所述連接板在上電極所在平面上的投影的形狀為圓環形，對應地，所述導體環在上電極所在平面上的投影的輪廓為圓環形。
6.根據權利要求5所述的上電極，其特征在于，所述上極板的直徑為380 420mm，所述上極板和下極板之間的距離為18 22mm，在所述空腔內設有一個所述導體環，且所述導體環的外徑尺寸為28 32mm，其內徑尺寸為20 24mm。
7.根據權利要求5所述的上電極，其特征在于，所述上極板的直徑為480 520mm，所述上極板和下極板之間的距離為8 12mm，在所述空腔內設有一個所述導體環，且所述導體環的外徑尺寸為140 160mm，其內徑尺寸為132 152mm。
8.根據權利要求5所述的上電極,其特征在于,所述上極板的直徑為580 620mm,所述上極板和下極板之間的距離為22 26mm，在所述空腔內設有一個所述導體環，且所述導體環的外徑為尺寸為180 200mm，其內徑尺寸為172 192mm。
9.根據權利要求4所述的上電極，其特征在于，所述連接板在上電極所在平面上的投影的形狀為多邊環形，對應地，所述導體環在上電極所在平面上的投影的形狀為多邊環形。
10.根據權利要求9所述的上電極，其特征在于，所述連接板在上電極所在平面上的投影的形狀為四方環形，對應地，所述導體環在上電極所在平面上的投影的形狀為四方環形。
11.根據權利要求1所述的上電極，其特征在于，所述導體環采用鋁、銅或鋁合金制作而成
12.—種等離子體加工設備，其包括反應腔室，在所述反應腔室內部的靠上位置設置有上電極，在所述反應腔室的底部且與上電極相對的位置設有下電極，其特征在于，所述上電極采用權利要求1-11中任意一項所述的上電極。
全文摘要
本發明提供一種上電極及應用該上電極的等離子體加工設備，所述上電極包括上極板、與所述上極板相對的下極板以及連接板，所述上極板、下極板和連接板形成空腔，在所述下極板上設置有貫穿其厚度的氣孔，其中，在所述上極板和下極板之間設有導體環，所述導體環將所述空腔分成沿其徑向方向分布的多個環形子腔室，導體環上有連通各環形子腔室的徑向通孔，而且在所述上極板上與每個所述環形子腔室對應的位置設有一個或多個進氣通道。該上電極不僅能夠提高反應腔室內的工藝氣體的分布均勻性，而且能夠提高射頻電源饋入反應腔室的能量分布均勻性，從而提高等離子體加工設備的加工均勻性。
文檔編號C23C16/505GK103031543SQ20111030333
公開日2013年4月10日 申請日期2011年9月30日 優先權日2011年9月30日
發明者王鍇, 韋剛 申請人:北京北方微電子基地設備工藝研究中心有限責任公司