本发明专利技术公开了一个用于同时在许多个大面积基板上镀膜的等离子体增强化学气相沉积（ＰＥＣＶＤ）设备和方法。多个基板被放置在由多个间隔平行、交错排列的激发电极和接地电极组成的长方形等离子箱中，所有相邻相反电极之间一致均匀地形成多个等离子体区域。所有等离子箱中大面积电极表面被用于在单一真空室ＰＥＣＶＤ系统中大量、相同、固定且成批的镀膜。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术公开了一种真空镀膜设备，特别涉及到在一种大面积基板上生产低成本、高产量薄膜的批量处理式的PECVD设备和方法。技术背景传统的等离子体增强化学气相沉积(PECVD)系统被设计成，在将电能用电容耦合的方式 导入一对平行电极的辉光放电结构中，每个激发电极(power electrode,供能电极，亦称阴极 或负极)都提供一个、而且通常只有一个相应的镀膜表面。图8显示的就是这类传统的平行电 极辉光放电(PECVD)沉积设备。以图8为例在PECVD系统的真空室40之中，置有两个 平板式的极性相反的电极，分别为激发电极48和接地电极47，这两个平行电极保持一个适 当的距离(通常在l-5厘米之间)，它们之间的区域45是等离子体的激发形成区。进气口41 和出气口 42分别被用来为等离子体区提供源气体和排出反应后的气体。 一个被用于镀膜的基 板43被放置在一个电极之上，是接地电极47的表面，其背面置有一个加热器44。如果使用 直流辉光放电(DC glow-discharge)镀膜，则基板必须至少部分导电。当使用更广为采用的交流 电来激发等离子体时，例如射频(RF)激发，平行电极板结构被认作是电容耦合等离子体方法。 当源气流方向是侧路径时，绝缘基板可被放置在一或两个电极之上。但是,对于大面积镀膜来 说，传统的平行电极等离子体反应器一次只能处理一块放置在接地电极上的基板，因为如图 8所示，喷淋板49(喷头)通常被放置在一个多孔激发电极48的后面来均匀分布引入的反应气 体，有时还有一个将激发电极置于其中的开口箱46，来控制等离子体区域和源气体流向。这 个开口箱46与雅克史密特在美国专利号为4798739和4989543的专利中提出的置于密封真空 室里的封闭等离子体反应器的概念相类似。一些大面积或巨大的薄膜光电子器件；例如平板显示器，目前在以数个单个基板化学气 相沉积室构成的簇形PECVD设备中形成，如由应用材料公司提供的设备(见美国专利号 6444277、 6338874、 6468601、 6352910和5788778,后三个专利被转让给了 AKT公司)，或者 使用多室结构的叠制型多个反应箱，如由Unaxis Baizers公司制造的设备(见美国专利号 6673255、 6296735和5515986)。许多日本公司用极其复杂的串接式多室等离子体化学气相沉 积设备在大面积玻璃基板上生产非晶硅薄膜太阳能电池。所有上述情况中，在任何所给的反 应箱中在所给时间内用一个可以产生等离子体区域的激发电极，且每次只为一个大面积基板镀膜。运行多个单独的等离子体反应器(并非本专利技术将要阐述的在单个反应器中建立多个等 离子体区域)使Unaxis的设备可以同时在多个基板上镀膜。这些应用于大面积镀膜的商业 PECVD系统本身很复杂、占体积大并且非常昂贵。它们不适用于大规模薄膜器件(如基于氢 化硅光伏模块)的低成本、高产量生产。降低薄膜半导体光电器件的生产成本关键是要开发 简单、灵活并有效的方法制造大面积、均匀、可靠、低成本、高产量的真空镀膜技术。比起 普通的线型或簇形设备，根据本专利技术的批量处理正好提供了这些优势。Zoltan J. Kiss博士在美国专利号4576830中提出的"载体箱"概念可以同时给四块基板 镀膜，镀膜在由一个激发电极和两个作为载体箱侧壁的接地电极构成的可移动的载体箱内进 行，载体箱被放置在比它更大的真空室中。虽然这种方法提供了非常高的内部电极表面区域 利用率，但是很有必要增加每个载体箱中基板的数量，从而提高PECVD系统的生产力。多 个载体箱依次排列拓展了上述由一个射频激发电极组成的载体箱概念，每一个载体箱具有自 己的沉积空间和喷淋板(Dae-Won Kim,美国专利号为6079358)。这种设计相当复杂，它要求 基板定时在每次沉积过程前后被单个移进或移出反应器。其它
技术介绍
的公开包括用于在多 个硅片双面上同时沉积薄膜的使用多个极高频激发电极的PECVD设备(美国专利号为 7047卯3)，用多节电极连接到普难电源上，在多个硅片上沉积薄膜(A. Sherman, 77h'" So/W F///wVol. 113,p.l35, 1984)，同时给许多被放置在两个年行电极板之间的垂直小基板镀膜(美 国专利号为4987004)。这些PECVD反应器的设计适用于处理限量的相对小的基板(大部分 用于微电子电路的硅片，例如电脑芯片)，而不适用于大面积基板上的PECVD过程。因此， 很有必要寻求一种适合于多个大面积基板同时镀膜的低成本、高产量、对于即定真空室体积 具有最大可镀膜表面积的镀膜设备。
技术实现思路
基于上述考虑，申请人拟订了本专利技术的首要目的提供一个PECVD镀膜设备，用它可 以将许多巨大的基板同时在一个放置在真空室里的、单独固定、相对紧凑的反应器中镀膜。 本专利技术的另一个目的是，提供一个髙产量的大面积PECVD镀膜系统。 本专利技术的进一步目的是，提供一个等离子体设备，在其中镀膜区域的交叉污染减少了， 非掺杂型和掺杂型半导体薄膜，例如氢化硅薄膜，都可以在单个真空室中使用一个固定的相 同的等离子箱沉积。为了达到上述目的，本专利技术创造了一种给大面积基板镀膜的高产设备和方法，根据本发 明，在一个更大的真空室中操作的成批式(分批式)PECVD反应器(以下简称为等离子箱), 被设计成在单个等离子箱中包含多个平行激发电极和接地电极的样式。每个激发电极由一个专门的电源独立供能。本专利技术的等离子箱既作为基板的支撑介质，又为材料沉积生成等离子 体的实际主体。每一个激发电极可以同时用来给与电极面积相近的4块基板镀膜。激发电极 可以通过同时或单独或以任意组合方式供能而产生同样理想的镀膜结果。对于含有N个(N-2、 3、 4、 5、 6...12...16...)激发电极的等离子箱，和电极面积相近的4N个基板可以在一个单独 的等离子箱中被同时镀膜。本专利技术的等离子箱是一个放置在更大的真空室中的箱状等离子体反应器。等离子箱主要 由多个、垂直放置的、互相平行的、等间距的矩形电极板构成。矩形电极板由激发电极和接 地电极(正负电极板)、 一个装配在这样的电极板上的喷淋板、垂直于电极板的前后门(终端 档板)和电极排列底部的其它支持零部件和滚轮组成。绝缘体被用来断开激发电极与等离子 箱中其它部件的电力联系，等离子箱的底部是开口的。，接地电极的大小相同，大于0.6平方 米(6000平方厘米)，激发电极的大小相同，大于0.5平方米，每个都独立与一个外置供电 单元和一个相应的阻抗匹配器相连接。大面积基板被放置在等离子箱中的所有相对电极的每 个表面上。使用高频PECVD镀膜过程，可以一个最佳成批处理模式同时在所有基板上完成。 此外，独立激发电极可以通过任意的组合形式，同时给多个基板镀膜。任何激发电极两側的两个等离子体区域可以同时均匀的在4块与电极面积相近的基板上 镀膜。因此，可被同时处理的、与电极大小相似的基板总数是等离子箱中激发电极数量的4 倍。例如，如果等离子箱中放置了8个激发电极，那么最多可同时在32块基板上镀膜。当所有的电极平坦表面被基板覆盖，掺杂气体的污染会大大减少，从而使在等离子箱中 相继形成的由掺杂的和非掺杂的薄膜组成的光电器件的制备成为现实。所专利技术本文档来自技高网...
【技术保护点】
一个等离子箱，用于在多个近距离相临区域形成同时低压辉光放电，其特征在于：由以下部分组成： ａ）多个接地电极，具有两个平坦的互相平行的表面，表面积不小于０．６平方米，安装在所述等离子箱中，并且任意两个相邻电极具有相同的预置距离； ｂ）多个激发电极，具有两个平坦的互相平行的表面，表面积不小于０．５平方米，安装在所述等离子箱中，并且与所述等离子箱的其它部分绝缘。所述多个接地电极和所述多个激发电极被平行交替放置，并与相邻电极保持相等的预置距离； ｃ）多个连接在所述激发电极上，且为所述激发电极独立供能的被屏蔽电缆； ｄ）一对外壁，由最外侧的所述接地电极组成； ｅ）一对前后门，具有两个平坦的互相平行的表面，和所述一对外壁垂直连接； ｆ）一个喷淋板，和所述多个接地电极、所述多个激发电极、所述一对外壁和所述一对后门垂直相连，其作用是将源气体混合物引入到所述多个接地电极和多个激发电极之间的等离子体区域中； ｇ）一个底部支撑结构，它由多个金属柱和其它组成部分组成，用于支撑并固定所述等离子箱的其它部分，通过它可以在某个地方或其它物体之上安装所述等离子箱，并且让所述等离子箱能够被移动； ｈ）多个穿过所述底部支撑结构，可以将通过所述等离子体区域的废气混合物排除的中空部分； ｉ）通过电接地和电连接，将所述多个接地电极、所述一对外壁、所述一对前后门、所述喷淋板和所述底部支撑结构维持在同等接地电势上； ｊ）将用于镀膜的基板固定在所述多个接地电极、多个激发电极和一对外壁表面的手段； ｋ）保持用于镀膜的基板与所述等离子箱其它部分电绝缘的手段。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李沅民，马昕，
申请(专利权)人：北京行者多媒体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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