向可移动等离子体电极单元无接触地供应高频电压的等离子体处理设备和用于运行这种等离子体处理设备的方法技术

本发明专利技术涉及一种等离子体处理设备，在其中，等离子体电极单元可移入处理室并从其移出并且在其中由发生器提供的高频功率借助一个或多个电磁场并且无欧姆电接触地传输到等离子体电极单元上。为此等离子体处理设备具有传输装置，其具有设置在处理室内并且可产生电磁场的初级耦合部件。等离子体电极单元具有次级耦合部件，其与等离子体电极单元固定连接并且适合于接收电磁场并将其转换成交流电功率。此外，提出一种用于运行这种等离子体处理设备的方法。

Contactless supply of high frequency voltage plasma treatment equipment to movable plasma electrode units and methods for operating such plasma treatment equipment

The invention relates to a plasma processing device in which the plasma electrode unit can be moved into and out of the processing chamber and in which the high frequency power provided by the generator is transmitted to the plasma electrode unit by means of one or more electromagnetic fields without ohmic electric contact. For this reason, the plasma treatment equipment has a transmission device, which has a primary coupling component set in the treatment room and can generate electromagnetic field. The plasma electrode unit has a secondary coupling component, which is fixed to the plasma electrode unit and suitable for receiving electromagnetic field and converting it into AC power. In addition, a method for operating the plasma treatment equipment is proposed.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】向可移动等离子体电极单元无接触地供应高频电压的等离子体处理设备和用于运行这种等离子体处理设备的方法
本专利技术涉及一种向可移动等离子体电极单元无接触地供应高频电压的等离子体处理设备，该等离子体电极单元适合于——尤其是在真空中——产生电容耦合等离子体。此外，本专利技术还涉及一种用于运行这种等离子体处理设备的方法。
技术介绍
等离子体工艺例如在太阳能电池制造、微电子器件或基板表面(如玻璃)精制中用于沉积或去除层或颗粒、用于掺杂层(如通过等离子体浸没离子注入)或用于清洁或激活基板表面。在电容耦合等离子体中，待处理基板处于两个等离子体电极之间的空间中，其中，至少一个所述等离子体电极被供应高频电压。在此，基板可通过与等离子体电极之一的直接接触被加载电压。这特别适合于这样的等离子体处理设备，在其中，一个或多个基板在处理室中位置固定地设置在等离子体电极之一上。对于基板运动通过等离子体处理区的设备、即所谓的在线设备，已知向基板电容地供应电压，但在此等离子体电极本身固定设置并且通过固定触点与电源连接。这种设备例如在DE4301189A1和DE102010060762A1中被描述。为了在等离子体处理期间增加基板的通过量，使用批处理系统，在其中同时处理多个基板。在此基板可以待处理表面并排或上下叠置设置。在此基板分别设置在等离子体电极对的电极之间，所述电极彼此电隔离并且与电压馈线这样连接，使得可在每一个等离子体电极对之间电容地产生一个等离子体。当基板上下叠置时，在一个等离子体电极单元中有高达200个电极——每个电极通常以3至30mm的距离彼此平行设置——交替与至少两个电压馈线之一连接，其中至少一个电压馈线与安装在等离子体处理设备外部的电压电源的高频发生器连接。所述至少两个电压馈线中的一个也可接地。由DE19808206A1已知一种等离子体处理设备，在其中，等离子体电极单元保持在处理室内并且等离子体电极单元和基板载体仅在基板载体被送入等离子体处理室之后才相互定位，使得在等离子体电极对的电极之间分别设有一个基板。因此，例如可借助固定安装的、穿过等离子体处理室壁的同轴贯穿件来实现等离子体电极单元的电压供应。例如在DE102008019023A1中描述了另一种批处理系统，在其中等离子体电极单元设置在基板载体(Plasmaboat)中并且与其一起移入或移出处理室。一旦基板载体连同放置在等离子体电极单元中的基板被送入等离子体处理设备中，建立等离子体电极单元的两个电压馈线与高频发生器之间的电连接。在DE102008019023A1的基板载体中借助插头-插座-连接来建立电连接，一旦基板载体在等离子体处理设备中处于预定位置中，则借助进给装置将插头从下方插入位于基板载体上的插座中。为了建立欧姆电接触，使用常见的接触材料，只要它们可用于等离子体工艺的工艺环境中、尤其是可在200至500℃的温度下使用。例如由石墨制成的触点对已证明是有效的。在其中在位于可动基板载体上的接触部与安装在处理室中的接触部之间产生直接的机械连接和欧姆电接触的这种和其它机械触点，通常具有104个开关周期范围内的开关寿命并且因此在基板于处理室内的处理时间很短时必须非常频繁地、例如在3周之后就被维修或更换。在传输高频电压或电流(例如13.56MHz)时，机械开关触点的负荷更大，因此使用寿命更短。此外，用于传输高频电压的机械触点的技术实现要比低频电压更昂贵。
技术实现思路
因此，本专利技术的任务在于提供一种等离子体处理设备，在所述等离子体处理设备中，等离子体电极单元可移入和移出等离子体处理设备并且在其中等离子体电极单元被供应高频电压，使得可克服或减少现有技术的缺点。该任务通过根据权利要求1的等离子体处理设备和根据权利要求14的用于运行这种等离子体处理设备的方法来解决。优选实施方式在从属权利要求中给出。根据本专利技术的等离子体处理设备包括处理室、等离子体电极单元和传输装置。等离子体电极单元包括至少一个等离子体电极对，其包括第一等离子体电极和第二等离子体电极，它们平行、彼此相对置并且彼此电隔离地设置。术语“等离子体电极单元”在此应理解为等离子体电极对的任何布置方式，在其中，等离子体电极对的所有第一等离子体电极通过欧姆接触彼此导电连接并且等离子体电极对的所有第二等离子体电极通过欧姆接触彼此导电连接。等离子体电极单元适合于移入处理室并从其移出，在此优选等离子体电极单元作为整体移入或移出并移动。等离子体电极单元例如可以是基板载体的一部分，使得可借助在处理室中在等离子体电极对的等离子体电极之间产生并维持的等离子体来处理一个或多个基板，在此每个基板设置在一个等离子体电极对的等离子体电极之间。术语“处理”可理解为在基板表面上施加或形成层，从基板表面去除层或颗粒、掺杂层或清洁或激活基板表面。为了产生和/或维持等离子体，当等离子体电极单元在处理室中处于处理位置时，通过传输装置为等离子体电极单元的等离子体电极提供所需的、来自设置在等离子体处理设备外部的发生器、尤其是高频发生器的电功率。传输装置在此至少部分设置在处理室中。传输装置的一些部件、如用于使高频功率匹配等离子体处理设备中存在的条件、如压力、温度和气体组成的装置(其通常称为匹配箱)优选位于处理室外部。根据本专利技术的等离子体处理设备的特征在于，传输装置具有设置在处理室内的初级耦合部件，等离子体电极单元具有次级耦合部件，其与等离子体电极单元固定连接。在此分别这样设置初级耦合部件和次级耦合部件，使得它们适合于将由发生器提供的高频功率借助电磁场并且无欧姆电接触地传输到等离子体电极单元、优选等离子体电极单元的每个等离子体电极上。换句话说，高频功率由传输装置无接触地传输到等离子体电极单元上，术语“无接触”理解为没有直接的欧姆电接触。在此省却了现有技术中在传输装置和等离子体电极单元之间的所需的至少一个欧姆接触点，由此大大避免了该触点基于机械磨损或形成电弧等产生的损坏。通过根据本专利技术借助电磁场无接触地传输高频功率，可通过初级耦合部件和次级耦合部件之间可能的物理距离实现几乎无磨损的功率传输，由此可实现等离子体处理设备更长的使用寿命和因此更低的维护成本。根据本专利技术的无接触传输的优点在传输10kHz至100MHz范围内的高频功率、优选大于1MHz的频率下尤为明显。具有如此高频率的功率很难通过欧姆接触传输。因此在根据本专利技术的等离子体处理设备中也可进行这样的等离子体处理，其需要高的激发频率来产生和维持等离子体，如非晶硅沉积。初级耦合部件和次级耦合部件包括用于产生电磁场或用于将该场转换成交流电功率的电感或电容元件。这些电感和电容元件可这样集成在传输装置的匹配箱中或等离子体电极单元的电路中，使得其上的有功功率下降最小并且因此在等离子体电极单元的等离子体电极对的等离子体电极之间提供最大有功功率以产生和维持等离子体。优选这样构造等离子体电极单元的等离子体电极，使得它们在等离子体电极单元处于处理位置时关于地电位隔离地设置在等离子体处理设备中。此外，这样构造初级耦合部件和次级耦合部件，使得它们适合于将高频功率关于地电位对称地供应给等离子体电极单元的彼此相配的等离子体电极、即特定等离子体电极对的等离子体电极。因此向特定等离子体电极对的不同等离子体电极馈入偏移180°的高频电压。从而在所述等离子体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.等离子体处理设备，包括：处理室、等离子体电极单元和至少部分设置在处理室中的传输装置，所述等离子体电极单元包括至少一个等离子体电极对，该等离子体电极对包括两个平行、彼此相对置并且彼此电隔离的等离子体电极，所述等离子体电极单元适合于移入处理室并从处理室移出，所述传输装置适合于当等离子体电极单元在处理室中处于处理位置时传输来自发生器的、在等离子体电极单元的等离子体电极对的等离子体电极之间产生和维持等离子体所需的电功率，所述发生器设置在处理室外部，其特征在于，‑所述传输装置具有设置在处理室内的初级耦合部件；‑所述等离子体电极单元具有次级耦合部件，所述次级耦合部件与等离子体电极单元固定连接；并且‑初级耦合部件和次级耦合部件设置成，使得初级耦合部件和次级耦合部件适合于将由发生器提供的高频电功率借助一个或多个电磁场且无欧姆电接触地传输到等离子体电极单元上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.05.20 EP 16170628.81.等离子体处理设备，包括：处理室、等离子体电极单元和至少部分设置在处理室中的传输装置，所述等离子体电极单元包括至少一个等离子体电极对，该等离子体电极对包括两个平行、彼此相对置并且彼此电隔离的等离子体电极，所述等离子体电极单元适合于移入处理室并从处理室移出，所述传输装置适合于当等离子体电极单元在处理室中处于处理位置时传输来自发生器的、在等离子体电极单元的等离子体电极对的等离子体电极之间产生和维持等离子体所需的电功率，所述发生器设置在处理室外部，其特征在于，-所述传输装置具有设置在处理室内的初级耦合部件；-所述等离子体电极单元具有次级耦合部件，所述次级耦合部件与等离子体电极单元固定连接；并且-初级耦合部件和次级耦合部件设置成，使得初级耦合部件和次级耦合部件适合于将由发生器提供的高频电功率借助一个或多个电磁场且无欧姆电接触地传输到等离子体电极单元上。2.根据权利要求1所述的等离子体处理设备，其特征在于，所传输的高频电功率具有在10kHz至100MHz范围内的频率。3.根据权利要求1或2所述的等离子体处理设备，其特征在于，-等离子体电极单元的等离子体电极构造成，使得它们在等离子体电极单元处于处理位置时关于地电位隔离地设置在等离子体处理设备中；并且-初级耦合部件和次级耦合部件适合于将高频功率关于地电位对称地供应给等离子体电极单元的彼此相配的等离子体电极。4.根据权利要求1至3中任一项所述的等离子体处理设备，其特征在于，所述等离子体处理设备还包括进给装置，所述进给装置适合于当等离子体电极单元在处理室中处于处理位置时使初级耦合部件朝向次级耦合部件方向运动或远离次级耦合部件运动。5.根据权利要求1至4中任一项所述的等离子体处理设备，其特征在于，所述初级耦合部件具有至少一个初级线圈并且次级耦合部件具有至少一个次级线圈，每个次级线圈与一个初级线圈相配并且次级线圈的一端与等离子体电极对的一个等离子体电极导电连接并且该次级线圈的另一端与同一等离子体电极对的另一等离子体电极导电连接，所述至少一个初级线圈适合于借助由发生器提供的高频功率产生电磁场并且所述至少一个次级线圈适合于接收由所述至少一个初级线圈产生的电磁场。6.根据权利要求5所述的等离子体处理设备，其特征在于，所述至少一个初级线圈中的至少一个初级线圈以及与所述初级线圈相配的至少一个次级线圈构造为扁平线圈。7.根据权利要求5所述的等离子体处理设备，其特征在于，所述至少一个初级线圈中的至少一个初级线圈以及与所述初级线圈相配的至少一个次级线圈构造为圆柱形线圈。8.根据权利要求5至7中任一项所述的等离子体处理设备，其特征在于，至少次级线圈由在真空条件下耐热性高达至少450℃并且导电率至少为10+7S/m的材料制成。9.根据权利要求1至4中任一项所述的等离子体处理设备，其特征在于，所述初级耦合部件具有至少两个初级电极并且次级耦合部件具有至少两个次级电极，每个次级电极与一个特定的初级电极相配并且适合于与该初级电极形成电容器，并且第一电容器的初级电极与发生器的一个端子导电连接并且第二电容器的初级电极与...

【专利技术属性】
技术研发人员：H·施勒姆，M·克尔，U·沙伊特，E·安佐格，D·德克尔，
申请(专利权)人：迈尔博尔格德国有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE