等離子體處理設備及其下電極機構的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種用于等離子體處理設備的下電極機構，包括：下電極底板、接地柱支撐件、接地柱、載板支撐件、載板和加熱器，其中，下電極底板接地。接地柱支撐件位于下電極底板的上方，并沿著豎直方向可升降。接地柱的上端與載板支撐件連接，接地柱的下端與接地柱支撐件連接。載板支撐件位于接地柱支撐件的上方，載板支撐件接地且與接地柱電絕緣。載板支撐在載板支撐件上，且通過載板支撐件直接接地。以及加熱器設置在載板支撐件和接地柱支撐件之間。根據本發明實施例的下電極機構，接地電流路徑簡單，且重復性高，解決了下電極接地不良的問題。本發明還公開了一種具有上述下電極機構的等離子體處理設備。
【專利說明】等離子體處理設備及其下電極機構
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體設備制造領域，尤其是涉及一種等離子體處理設備及其下電極機構。
【背景技術】
[0002]目前的太陽能行業等離子體增強化學氣相沉積系統(PECVD系統)的工藝腔室中，如圖6所示，腔室底板202做了接地處理，電位與地相同，接地柱204、氣缸201及用于支撐接地柱的接地柱支撐件207組成下電極升降裝置，且接地柱204通過接地線203和腔室底板202相連。載板205放置在接地柱204上面，從而使得載板205接地。加熱器支撐件208支撐加熱器206以對進入到工藝腔室內的特定氣體進行加熱。工藝腔室在真空環境下，通入的特定氣體在加熱到特定的溫度后，被電離成為等離子體，這些等離子體在晶片的表面生成所需的膜結構。
[0003]在整個工藝過程中，工藝腔室內部溫度均勻性、氣流均勻性、下電極接地均勻性對晶片的鍍膜工藝有著決定性的影響，均勻的工藝環境才能保證等離子體的均勻性，進而才能保證鍍膜的均勻性，因此下電極接地均勻性是該設備的重要技術環節之一。同時，下電極升降模塊在升降過程中需要完全水平定位，這樣才能保證其與上電極之間各個位置的間距完全一致，這也是鍍膜均勻的必要條件之一。
[0004]因為加工精度以及受熱膨脹的原因，每個接地柱的高度都是有差異的，為保證所有接地柱都與載板接觸良好，如圖7所示，現有的接地柱204與載板205之間通過接地柱連接桿301相連，接地柱連接桿301的頂端設置有接地柱端蓋303且上端套設有高溫彈簧302。接地柱端蓋303可以沿著接地柱連接桿301做軸向滑動，當接地柱204拖起載板205時，金屬導電材質的高溫彈簧302因受力而壓縮，高的接地柱受力大，接地柱端蓋303滑到下限位，使上端面與載板205接觸。低的接地柱受力小，雖然接地柱端蓋落不到下限位，但因受彈簧的推力，其上端面也能與載板接觸，從而實現所有接地柱都能與載板接觸，進而保證了流經載板的電流路徑為:沿著接地柱端蓋303、金屬導電材質的高溫彈簧302、接地柱連接桿301、接地柱204、接地柱支撐件207與腔室底板202接地。
[0005]但現有技術的缺點是:1、接地柱支撐件熱變形嚴重，導致部分接地柱高度不一致，部分接地柱和載板接觸不良，造成工藝時載板與反應腔內零件之間放電、打火。2、接地柱結構復雜，由于接地柱端蓋、接地柱連接桿和接地柱支撐件在加工、安裝調試及高溫受熱變形上所產生的誤差，使得電流所走的路徑不一樣，導致電勢分布不均勻。3、金屬導電材質的高溫彈簧為開環連接，彈簧會產生電感。影響接地效果。4、接地柱支撐件通過接電線與腔室底板接地，但當載板經長時間工藝過程后，載板的上下表面會鍍上一層絕緣的SiNx膜，使得載板的下電極作用削減甚至喪失，導致RF直接與下蓋放電，影響晶片鍍膜質量。
【發明內容】
[0006]本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。[0007]為此，本發明的一個目的在于提出一種接地路徑簡單且重復性高的用于等離子體處理設備的下電極機構。其能夠在保證下電極升降高度可以準確調節的同時，還能夠保證其接地的均勻性。
[0008]本發明的另一個目的在于提出一種具有上述下電極機構的等離子體處理設備。
[0009]根據本發明第一方面實施例的用于等離子體處理設備的下電極機構，包括:下電極底板、接地柱支撐件、接地柱、載板支撐件、載板和加熱器，其中，所述下電極底板接地；所述接地柱支撐件位于所述下電極底板的上方，并沿著豎直方向可升降；所述接地柱的上端與所述載板支撐件連接，所述接地柱的下端與所述接地柱支撐件連接；所述載板支撐件位于所述接地柱支撐件的上方，所述載板支撐件接地且與所述接地柱電絕緣；所述載板支撐在所述載板支撐件上，且通過所述載板支撐件直接接地；以及所述加熱器設置在所述載板支撐件和所述接地柱支撐件之間。
[0010]根據本發明的下電極機構，通過將載板放置在載板支撐件上，且載板支撐件接地，載板支撐件與接地柱電絕緣，從而使得通過載板的電流經過載板支撐件直接接地，保證了接地電流路徑簡單且重復性高，解決了載板接地不良的問題，使得載板上的電勢分布均勻，減少了工藝時載板與等離子體處理設備內的零件之間的打火放電，提高了設備穩定性和產品良率。且該載板支撐件有良好的平面度，使得載板與上電極之間各個位置的間距完全一致，載板與載板支撐件有良好的接觸，從而保證了待加工晶片的鍍膜均勻性，保證了待加工晶片的鍍膜質量。
[0011]另外，根據本發明的下電極機構還具有如下附加技術特征:
[0012]進一步地，所述下電極機構還包括:至少一個斜圈彈簧導電觸頭，所述斜圈彈簧導電觸頭設置在所述載板支撐件的上表面上，以使所述載板和所述載板支撐件電連接。從而保證了載板與載板支撐件能夠充分接觸且導電良好。
[0013]在本發明的一些實施例中，所述接地柱支撐件通過多個驅動器而被驅動沿著豎直方向可升降，且所述驅動器與所述接地柱支撐件電絕緣。從而使得接地柱支撐件結構簡單，且通過驅動器與接地柱支撐件電絕緣，`進一步保證了接地電流路徑簡單，重復性高。
[0014]進一步地，當所述載板支撐件的變形量為，厚度為Cl1，所述接地柱支撐件的變形量為f2，厚度為d2，且變形量和厚度滿足比例關系時，所述載板支撐件與所述接地柱支撐件的熱變形方向相反且應力相同，其中=E1為載板支撐件的彈性模量，E2為接地柱支撐件的彈性模量。從而保證了載板支撐件有良好的平面度。
[0015]具體地，所述載板支撐件上形成有與所述接地柱對應的第一沉頭孔，所述載板支撐件通過套設有第一陶瓷套筒的第一螺桿連接至所述接地柱的頂部。從而保證了載板支撐件與接地柱電絕緣，且使得載板支撐件與接地柱之間連接簡單、可靠。
[0016]進一步地，所述接地柱還包括:第一陶瓷墊片，所述第一陶瓷墊片套設在所述接地柱的頂部，使所述載板支撐件與所述接地柱電絕緣。從而進一步保證了載板支撐件與接地柱電絕緣。
[0017]具體地，所述驅動器為驅動汽缸，且所述接地柱支撐件上形成有分別與所述驅動汽缸對應的第二沉頭孔，且所述接地柱支撐件通過第二螺桿連接至所述驅動汽缸的活塞桿，且所述第二螺桿上依次套設有第二陶瓷套筒和第二陶瓷墊片，以將所述接地柱支撐件與所述汽缸的活塞桿電絕緣。從而保證了接地柱支撐件與驅動器電絕緣，且使得接地柱支撐件與驅動器之間連接簡單、可靠。
[0018]進一步，所述下電極機構還包括陶瓷帽，所述陶瓷帽的邊沿與所述第二陶瓷墊片相連，以蓋住所述第二螺桿的頂部。從而進一步保證了接地柱支撐件與驅動器電絕緣。
[0019]根據本發明第二方面實施例的等離子體處理設備，包括:真空腔室；設置在所述真空腔室中的上電極機構；以及如本發明第一方面實施例所述的下電極機構，所述下電極機構設置在所述真空腔室內且與所述上電極機構相對。
[0020]根據本發明的等離子體處理設備，下電極機構和上電極機構之間的各個位置的間距相同，且下電極機構接地效果好，載板上的電勢分布均勻，進而可以提高對晶片進行鍍膜的均勻性，且降低了設備成本。
[0021]可選地，所述等離子體處理設備為等離子體增強化學氣相沉積設備。
[0022]本發明的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發明的實踐了解到。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]本發明的上述和/或附加的方面和優點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
[0024]圖1為根據本發明實施例的下電極機構的主視圖；
[0025]圖2為圖1所示的下電極機構中的多個斜圈彈簧導電觸頭放置在載板支撐件上時的俯視圖；
[0026]圖3為圖1所示的下電極`機構中的載板支撐件與接地柱的連接處的剖切示意圖；
[0027]圖4為圖1所示的下電極機構中的接地柱支撐件與驅動器的連接處的剖切示意圖；
[0028]圖5為圖1所示的下電極機構中的接地柱支撐件和載板支撐件受熱變形時的示意圖；
[0029]圖6為現有的下電極機構的示意圖；和
[0030]圖7為圖6所示的下電極機構中的載板與接地柱的連接處的示意圖。
【具體實施方式】
[0031]下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。
[0032]在本發明的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底” “內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。
[0033]在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。此外，在本發明的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。
[0034]下面參考圖1-圖5描述根據本發明第一方面實施例的一種用于等離子體處理設備的下電極機構100，該下電極機構100設在等離子體處理設備內，且與設在等離子體處理設備內的上電極機構(圖未示出)共同作用以對放置在下電極機構100上的待加工晶片(圖未示出)進行工藝處理。該下電極機構100可應用于太陽能電池生產薄膜生長工藝環節，同時還可用于對多點對地電阻(或接觸)的均勻性要求較高的【技術領域】。
[0035]如圖1所示，根據本發明實施例的用于等離子體處理設備的下電極機構包括:下電極底板1、接地柱支撐件2、接地柱4、載板支撐件3、載板5和加熱器6。其中，下電極底板I接地。接地柱支撐件2位于下電極底板I的上方，并沿著豎直方向可升降。載板支撐件3位于接地柱支撐件2的上方，并通過設置在接地柱支撐件2上的多個接地柱4支撐，載板支撐件3接地且與接地柱4電絕緣，換言之，接地柱4的上端與載板支撐件3連接，接地柱4的下端與接地柱支撐件2連接。載板5支撐在載板支撐件3上，且通過載板支撐件3直接接地。加熱器6設置在載板支撐件3和接地柱支撐件2之間。在圖1的示例中，載板支撐件3通過接地線17與下電極底板I相連，從而實現載板支撐件3接地的目的。
[0036]其中，載板5為下電極，并做接地處理，此時載板5的電位與地相同，同時對上電極做通電處理，上電極和載板5之間形成電勢差，以將通入到等離子體處理設備內的工藝氣體電離成等離子體，這些等離子體在待加工晶片的表面生成膜結構。
[0037]載板5放置在載板支撐件3上，載板支撐件3由多個接地柱4支撐，多個接地柱4設置在接地柱支撐件2上。由于載板支撐件3接地，且載板支撐件3與接地柱4電絕緣，從而使得流經載板5的電流經過載板支撐件3直接接地，保證了接地電流路徑簡單且重復性聞。
[0038]由于加熱器6設置在載板支撐件3和接地柱支撐件2之間，即載板支撐件3和接地柱支撐件3分布在加熱器6的兩側。從熱力學角度分析，由于受加熱器6的溫度影響，載板支撐件3上冷下熱，即載板支撐件3的上表面溫度小于下表面溫度，發生凹向變形，即如圖5所示，載板支撐件3向上彎曲變形，此時設載板支撐件3的變形量為，厚度為屯。接地柱支撐件2上熱下冷，即接地柱支撐件2的上表面溫度大于下表面溫度，發生凸向變形，即如圖5所示，接地柱支撐件2向下彎曲變形，此時設接地柱支撐件2的變形量為f2，厚度為d2。載板支撐件3與接地柱支撐件2的熱變形方向相反，當應力相同時，變形量f和厚度d滿足f1/f2=ΛΥΕΑ3，(E1為載板支撐件3的彈性模量，E2為接地柱支撐件2的彈性模量)比例關系時，熱變形可以互相抵消，保證了載板支撐件3有良好的平面度。
[0039]根據本發明實施例的下電極機構100，通過將載板5放置在載板支撐件3上，且載板支撐件3接地，載板支撐件3與接地柱4電絕緣，從而使得通過載板5的電流經過載板支撐件3直接接地，保證了接地電流路徑簡單且重復性高，解決了載板5接地不良的問題，使得載板5上的電勢分布均勻，減少了工藝時載板5與等離子體處理設備內的零件之間的打火放電，提高了設備穩定性和產品良率。且該載板支撐件3有良好的平面度，使得載板5與上電極之間各個位置的間距完全一致，載板5與載板支撐件3有良好的接觸，從而保證了待加工晶片的鍍膜均勻性，保證了待加工晶片的鍍膜質量。
[0040]進一步地，如圖2所示，下電極機構100還包括:至少一個斜圈彈簧導電觸頭7，斜圈彈簧導電觸頭7設置在載板支撐件3的上表面上，以使載板5和載板支撐件3電連接。該斜圈彈簧導電觸頭7能在較大范圍的工作變形情況下仍可保持幾乎恒定的彈簧接觸應力，并可補償大面積的結合公差及表面不平，且斜圈彈簧導電觸頭7電阻低、多點接觸，與高性能的傳導材料能保證良好的導電性。從而保證了載板5與載板支撐件3能夠充分接觸且導電良好。
[0041]具體地，接地柱支撐件2通過多個驅動器8而被驅動沿著豎直方向可升降，且驅動器8與接地柱支撐件2電絕緣。從而使得接地柱支撐件2結構簡單，且通過驅動器8與接地柱支撐件2電絕緣，進一步保證了接地電流路徑簡單，重復性高。
[0042]如圖4所示，進一步地，驅動器8為驅動汽缸，且接地柱支撐件2上形成有分別與驅動汽缸8對應的第二沉頭孔20，且接地柱支撐件2通過第二螺桿13連接至驅動汽缸8的活塞桿80，且第二螺桿13上依次套設有第二陶瓷套筒14和第二陶瓷墊片15，以將接地柱支撐件2與汽缸8的活塞桿80電絕緣。從而保證了接地柱支撐件2與驅動器8電絕緣，且使得接地柱支撐件2與驅動器8之間連接簡單、可靠。
[0043]進一步，如圖4所示，下電極機構100還包括陶瓷帽16，陶瓷帽16的邊沿與第二陶瓷墊片15相連，以蓋住第二螺桿13的頂部。從而進一步保證了接地柱支撐件2與驅動器8電絕緣。
[0044]在本發明的一些實施例中，如圖1所示，下電極機構100還包括加熱器支撐件9，加熱器支撐件9設置在下電極底板I上，用于電絕緣地支撐加熱器6。從而可便于放置加熱器6且使得加熱器6位于載板支撐件3和接地柱支撐件2之間。在圖1的示例中，加熱器支撐件9與下電極底板I之間通過絕緣件18相連，從而實現電絕緣。
[0045]根據本發明的一些實施例，如圖3所示，`載板支撐件3上形成有與接地柱4對應的第一沉頭孔30，載板支撐件3通過套設有第一陶瓷套筒10的第一螺桿11連接至接地柱4的頂部。進一步地，下電極機構100還包括第一陶瓷墊片12，第一陶瓷墊片12套設在接地柱4的頂部且位于載板支撐件3和接地柱4的頂部之間，使載板支撐件3與接地柱4電絕緣。從而保證了載板支撐件3與接地柱4電絕緣，且使得載板支撐件3與接地柱4之間連接簡單、可靠。
[0046]根據本發明第二方面實施例的等離子體處理設備，包括:真空腔室(圖未示出)、上電極機構和下電極機構100，其中，上電極機構設置在真空腔室中，下電極機構100為根據本發明第一方面實施例的下電極機構100，下電極機構100設置在真空腔室內且與上電極機構相對。
[0047]真空腔室在真空環境下通入工藝氣體，工藝氣體在被加熱到預設溫度后，被射頻電離成為等離子體。這些等離子體在放置在載板5上的晶片的表面生成所需的膜結構。由于本發明上述實施例提供的下電極機構100在升降過程中可以實現水平定位，從而可以保證與上電極機構之間各個位置的間距時一致的，且該下電極機構100的接地路徑簡單且重復性高，使得下電極機構100接地均勻，進而可以提高利用等離子體處理設備對載板5上的晶片進行鍍膜的均勻性。
[0048]在本發明的一個實施例中，等離子體處理設備可以為等離子體增強化學氣相沉積設備。
[0049]根據本發明實施例的等離子體處理設備，下電極機構100和上電極機構之間的各個位置的間距相同，且下電極機構100接地效果好，載板5上的電勢分布均勻，進而可以提高對晶片進行鍍膜的均勻性，且降低了設備成本。
[0050]在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示意性實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。
[0051]盡管已經示出和描述了本發明的實施例，本領域的普通技術人員可以理解:在不脫離本發明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發明的范圍由權利要求及其等同物限定。
【權利要求】
1.一種下電極機構，其特征在于，包括:下電極底板、接地柱支撐件、接地柱、載板支撐件、載板和加熱器，其中， 所述下電極底板接地； 所述接地柱支撐件位于所述下電極底板的上方，并沿著豎直方向可升降； 所述接地柱的上端與所述載板支撐件連接，所述接地柱的下端與所述接地柱支撐件連接； 所述載板支撐件位于所述接地柱支撐件的上方，所述載板支撐件接地且與所述接地柱電絕緣； 所述載板支撐在所述載板支撐件上，且通過所述載板支撐件直接接地；以及 所述加熱器設置在所述載板支撐件和所述接地柱支撐件之間。
2.根據權利要求1所述的下電極機構，其特征在于，所述下電極機構還包括: 至少一個斜圈彈簧導電觸頭，所述斜圈彈簧導電觸頭設置在所述載板支撐件的上表面上，以使所述載板和所述載板支撐件電連接。
3.根據權利要求1所述的下電極機構，其特征在于，所述接地柱支撐件通過多個驅動器而被驅動沿著豎直方向可升降，且所述驅動器與所述接地柱支撐件電絕緣。
4.根據權利要求1所述的下電極機構，其特征在于，當所述載板支撐件的變形量為f1;厚度為Cl1，所述接地柱支撐件的變形量為f2，厚度為d2，且變形量和厚度滿足AA2=E2Cl23/E1Cl13比例關系時，所述載板支撐件與所述接地柱支撐件的熱變形方向相反且應力相同，其中A1為載板支撐件的彈性模量，E2為接`地柱支撐件的彈性模量。
5.根據權利要求1所述的下電極機構，其特征在于，所述載板支撐件上形成有與所述接地柱對應的第一沉頭孔，所述載板支撐件通過套設有第一陶瓷套筒的第一螺桿連接至所述接地柱的頂部。
6.根據權利要求1所述的下電極機構，其特征在于，所述接地柱包括:第一陶瓷墊片，所述第一陶瓷墊片套設在所述接地柱的頂部，使所述載板支撐件與所述接地柱電絕緣。
7.根據權利要求3所述的下電極機構，其特征在于，所述驅動器為驅動汽缸，且所述接地柱支撐件上形成有分別與所述驅動汽缸對應的第二沉頭孔，且所述接地柱支撐件通過第二螺桿連接至所述驅動汽缸的活塞桿，且所述第二螺桿上依次套設有第二陶瓷套筒和第二陶瓷墊片，以將所述接地柱支撐件與所述汽缸的活塞桿電絕緣。
8.根據權利要求7所述的下電極機構，其特征在于，所述下電極機構還包括陶瓷帽，所述陶瓷帽的邊沿與所述第二陶瓷墊片相連，以蓋住所述第二螺桿的頂部。
9.一種等離子體處理設備，其特征在于，包括: 真空腔室； 設置在所述真空腔室中的上電極機構；以及 如權利要求1-8中任一項所述的下電極機構，所述下電極機構設置在所述真空腔室內且與所述上電極機構相對。
10.根據權利要求9所述的等離子體處理設備，其特征在于，所述等離子體處理設備為等離子體增強化學氣相沉積設備。
【文檔編號】C23C16/50GK103866296SQ201210538842
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2012年12月13日 優先權日:2012年12月13日
【發明者】李萌 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