CN105555002A - 一种动态平行板等离子体发生器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种动态平行板等离子体发生器，技术方案如下，其包括腔体、射频电源一、射频电源二、导电接触装置、第一电极、可移动的第二电极，所述腔体两侧相对位置上各设有开口，所述射频电源一与第一电极相连，所述射频电源二通过导电接触装置与可移动第二电极连接，所述动态的可移动的第二电极与第一电极形成平行板电容式的双频等离子体发生器。
Description
技术领域
本发明涉及动态的等离子体发生器，具体实现了等离子体的纵向能量调节的等离子体发生装置，及其加工方法。
背景技术
等离子体发生器(plasmagenerator)是用人工方法获得等离子体的装置。等离子体由自然产生的称为自然等离子体(如北极光和闪电)，由人工产生的称为实验室等离子体。实验室等离子体是在有限容积的等离子体发生器中产生的。它相当于一个电力加强的化学反应体系，常常被用于化学气相沉积镀膜、反应离子刻蚀等工艺产生各种特别效果，在光伏、半导体、液晶显示等领域有广泛的应用。
在科学技术和工业领域应用较多的发生器有电弧等离子体发生器(又称等离子体喷枪、电弧加热器)、工频电弧等离子体发生器、高频感应等离子体发生器、低气压等离子体发生器、燃烧等离子体发生器五类。最典型的为电弧、高频感应、低气压等离子体发生器三类。它们的放电特性分别属于弧光放电、高频感应弧光放电和辉光放电等类型。
其中平行板型等离子体发生器是一种比较典型的高频感应辉光放电型等离子体发生器，它的射频能量是经过一对板状呈电容方式布置的电极耦合到等离子放电腔中的。
中国专利CN1607889A提到用射频电源激发等离子体，可以解决能耗及耗材等问题，同时该专利提到的平行板方式的等离子发生器在本领域有很多应用，如应用材料、周星、IPS等均有采用平行板电容式方式的等离子发生器。
常州比太科技有限公司(申请号CN103972015A)提出一种链式条件下的双频等离子发生器实现了链式条件下使用的射频等离子体发生器，实现了链式生产，增加了工艺的调整空间。该专利需要至少两组静止的平行电极板，第一电极板置于导电载板上方，连接高频射频电源，第二电极板置于导电载板下方，连接低频射频电源，所述第二电极板与导电载板通过至少一个导电滚轮或导电刷连接。
类似专利CN1607889A所述的平行板式等离子发生器的两个平行板都是静态的，在产能提升和自动化便利性方面都有非常明显的限制。类似申请号CN103972015A所述的等离子体发生器，因为有固定的第二电极板的存在，为了保证第二电极板与腔底不放电，同时为了保证第二电极板下方泵口不被堵到以保证泵的抽速，工艺腔的深度必须足够深，因此在腔体制作时需要消耗更多的材料及加工费用，另外为了达到同样的抽气效果，有可能需要选择更高规格的泵组。与此同时，CN103972015A所述的等离子体发生器只适合对载板上表面的基板进行镀膜或刻蚀工艺，如果改成下镀膜或下刻蚀方式，腔体的深度需要进一步加深，这将进一步增加设备成本。
发明内容
1、本发明所要解决的技术问题
本发明旨在解决上述缺陷，提供一种动态平行板等离子体发生器，保证产能提升和自动化便利性以及等离子体的能量在横向和纵向调节的方便。
2、本发明提供的技术方案
一种动态平行板等离子体发生器，其包括腔体、射频电源一、射频电源二、导电接触装置、第一电极、可移动的第二电极，所述腔体两侧相对位置上各设有一个开口，所述射频电源一与第一电极相连，所述射频电源二通过导电接触装置与可移动第二电极连接，所述动态的可移动的第二电极与第一电极形成平行板电容式的双频等离子体发生器。
射频电源一可以从腔体上方、下方、前侧、后侧或者腔体的其他部位，进入腔体内，与腔体内的第一电极连接，射频电源二可以从腔体上方、下方、前侧、后侧或者腔体的其他部位，进入腔体内，与腔体内的可移动的第二电极连接。
所述第一电极为动态平行板等离子发生器的电极板；所述第一电极为一个电极板或者是由多个电极板依次排列组成的电极板组。
所述第二电极为动态平行板等离子发生器的电极板，第二电极为一个电极板或者是由多个电极板依次排列组成的电极板组。
作为优选的技术方案，可移动的第二电极板为导电载板，同时，所述待加工基片固定于导电载板上；导电载板具有两个功能，既充当第二电极板，又替代了原有的承载台，具有承载待加工基片的承载功能。通过该创新点的设计，省去了现有技术中的下电极板，节约了腔体的空间。
通过导电载板，增加所述动态平行板等离子发生器内的等离子体的纵向能量的可调度，调节等离子体的纵横比。
腔体两侧相对位置设有开口，用于导电载板的进出；导电载板置于传动装置上，在传动装置的作用下，导电载板在腔体内动态移动。通过上述导电载板的动态移动，可以提高原子层沉积的效率。
所述射频电源二的导电材料或导线从腔体外部进入腔体内通过导电接触装置与导电载板相连。本发明专利中对导电接触装置的定义如下，其具有以下两个功能：一是可以导电，将射频电源二的电流引入导电载板上，二是具有将导电载板与传动装置进行可相对移动的连接的功能，即通过导电接触装置可以实现导电载板与传动装置的相对运动。
其中，导电接触装置可以为以下几种技术方案，但是不限于以下所列明的技术方案，只要是可以实现传动装置与导电载板的可相对移动的连接且能够实现导电的功能的方案，都落入了本技术方案所概括的导电接触装置的范围。
所述射频电源二与导电载板相连的导电接触装置为导电轴承，导电轴承连接射频电源二与导电载板，导电载板通过导电轴承，可以相对于传动装置移动。
所述射频电源二与导电载板相连的导电接触装置为导电滚轮，导电滚轮连接射频电源二与导电载板，导电载板通过导电滚轮，可以相对于传动装置移动。
所述射频电源二与导电载板相连的导电接触装置为导电弹片及滚轮，导电弹片通过滚动的与腔体绝缘的滚轮与导电载板有效接触。
滚轮为导电型滚轮时，射频电源二与导电滚轮连接，导电滚轮连接导电弹片，导电弹片与导电载板连接。
滚轮为绝缘型滚轮时，射频电源二与导电弹片连接，导电弹片与导电载板连接。
所述射频电源二与导电载板相连的导电接触装置为导电弹片及滚轴，导电弹片通过滚动的与腔体绝缘的轴与导电载板有效接触。
滚轴为导电型滚轴时，射频电源二与导电轴连接，导电滚滚轴连接导电弹片，导电弹片与导电载板连接。
滚轴为绝缘型滚轴时，射频电源二与导电弹片连接，导电弹片与导电载板连接。
所述射频电源二与导电载板相连的导电接触装置为导电片及滚轮，导电片通过滚动的与腔体绝缘的滚轮与导电载板有效接触。
滚轮为导电型滚轮时，射频电源二与导电滚轮连接，导电滚轮连接导电片，导电片与导电载板连接。
滚轮为绝缘型滚轮时，射频电源二与导电片连接，导电片与导电载板连接。
所述射频电源二与导电载板相连的导电接触装置为导电片及滚轴，导电片通过滚动的与腔体绝缘的滚轴与导电载板有效接触。
滚轴为导电型滚轴时，射频电源二与导电滚轴连接，导电滚轴连接导电片，导电片与导电载板连接。
滚轴为绝缘型滚轴时，射频电源二与导电片连接，导电片与导电载板连接。
所述射频电源二与导电载板相连的导电接触装置为导电棒及滚轮，导电棒通过滚动的与腔体绝缘的滚轮与导电载板有效接触。
滚轮为导电型滚轮时，射频电源二与导电滚轮连接，导电滚轮连接导电棒，导电棒与导电载板连接。
滚轮为绝缘型滚轮时，射频电源二与导电棒连接，导电棒与导电载板连接。
所述射频电源二与导电载板相连的导电接触装置为导电棒及滚轴，导电棒通过滚动的与腔体绝缘的滚轴与导电载板有效接触。
滚轴为导电型滚轴时，射频电源二与导电滚轴连接，导电滚轴连接导电棒，导电棒与导电载板连接。
滚轴为绝缘型滚轴时，射频电源二与导电棒连接，导电棒与导电载板连接。
电极板与导电载板的位置是相对的，例如，所述电极板位于腔体内的上部，在导电载板的上方；或者，所述电极板位于腔体内的下部，在导电载板的下方。
本发明中的装置可以单独镀膜或者刻蚀待加工基板的正面或者背面，也可以同时镀膜或者刻蚀待加工基板的正面和背面。
在同时镀膜或者刻蚀待加工基板的正面和背面时，导电载板为镂空的，所述导电载板通过固定装置将待加工基板固定在镂空的导电载板上。
该等离体发生器的其加工方法为，采用上述的动态平行板等离子体发生器，将待加工的基板与导电载板相固定，导电载板置于传动装置上，导电载板随传动装置的运动，进入腔体内；
射频电源一的频率范围是1-100MHz，功率可以是0-100kW可调，射频电源二的频率范围是0-1MHz，功率可以是0-100kW可调。
在真空腔体中通入工艺气体，保证压力在100Pa以内，然后分别开启射频电源一和射频电源二产生等离子体的反应氛围。放有待加工基板的导电载板从真空腔室的一侧进入等离子体区域，此时射频电源二的能量将通过导电接触装置直接传递到导电载板上，直至导电载板离开离子源区域时导电载板才完全脱离导电接触装置。
在反应过程中，通过调节射频电源一的功率，等离子体在平行于导电载板平面方向(横向)和垂直于导电载板平面方向(纵向)的能量将同时改变，通过调节射频电源二的功率时，仅垂直于导电载板平面方向的能量发生改变，二平行于导电载板平面方向的等离子体能量改变较少，从而比仅有一个射频电源一时多了独立调节纵向能量的方法，进而改变纵横比以获得更好的加工质量。
在腔体内的等离子体的作用下对基板进行镀膜或刻蚀加工；
其中：
当需要对基板上表面进行加工时，将基板固定在导电载板上表面或者导电载板的基板槽内；
当需要对基板下表面进行加工时，将基板固定在导电载板下表面或者导电载板的基板槽内；
当需要对基板的上、下表面同时进行加工时，将基板固定在镂空的导电载板上。
3、采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：
本发明的技术方案在保证产能提升和自动化便利性以及等离子体在横向和纵向调节的方便性的优点下，同时使腔室深度减小20％以上，腔体制造成本降低20％以上、泵的成本降低10％以上，同时这种方式既可以上镀膜(或刻蚀)、也可以下镀膜(或刻蚀)以及同时上镀膜(或刻蚀)和下镀膜(或刻蚀)。
通过该发明的技术方案，通过减小了腔体，可以选用小型号的泵，节约了泵的成本。
附图说明
图1为动态平行板等离子体发生器的第一个实施方案—导电弹簧与导电载板连接的示意简图。
图2为动态平行板等离子体发生器的第二个实施方案—导电棒/导电滚轮与导电载板连接的示意简图。
图3为动态平行板等离子体发生器的第三个实施方案—待加工基本的下表面加工的示意简图。
1-射频电源一；2-射频电源二；3-电极板；4-导电载板；5-导电接触装置；6-待加工基板；7-滚轮。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体的实施例，对本发明作详细描述。
实施例1
如下图1所示是本发明的其中一个案例，在可供导电载板4进出(图1中举例为左进右出)的等离子体发生器的腔室中，靠近腔体顶部是一个或一组电极板3，分别与射频电源一1连接，使电极板3接收来自射频电源一1的能量；射频电源二2通过导电材料连接若干导电接触装置5，本实施例中，导电接触装置5为导电弹簧，通过控制导电弹簧的高度，使其能够与运动(或静止)的导电载板4有效接触，这样射频电源二2的能量可以直接输入到导电载板4上，动态(或静态)的导电载板4与电极板3形成平行板电容式的双频等离子体发生器。
导电载板的上表面承载待加工的基体从左进入等离子体区域完成镀膜或刻蚀，然后从右边离开等离子体区域。
实施例2
与方案一相类似同样可以实现上镀膜(上刻蚀)的另一种方案如下图，是在可供导电载板4进出(图中举例为左进右出)的腔室中，靠近腔体顶部是一个或一组电极板3，分别与射频电源一1连接，使电极板3接收来自射频电源一1的能量；射频电源二2通过导电材料连接导电棒5-1，导电棒5-1与滚动的导电滚轮7(与腔体绝缘)有效接触，导电滚轮7再与导电载板4有效接触，这样射频电源二2的能量可以输入到导电载板4上，动态(或静态)的导电载板4与电极板3形成平行板电容式的双频等离子体发生器。导电载板的上表面承载待加工的基体从左进入等离子体区域完成镀膜或刻蚀，然后从右边离开等离子体区域。
实施例3
与实施例2的区别点在于，射频电源二2通过导电材料连接导电片，导电片与滚动的导电滚轮7(与腔体绝缘)有效接触，导电滚轮7再与导电载板4有效接触，这样射频电源二2的能量可以输入到导电载板4上，动态(或静态)的导电载板4与电极板3形成平行板电容式的双频等离子体发生器。
本事实例中，用导电片替代了实施例2中的导电棒。
实施例4
与实施例2的区别点在于，导电棒5-1与滚动的导电滚轴(与腔体绝缘)有效接触，导电滚轴再与导电载板4有效接触，这样射频电源二2的能量可以输入到导电载板4上，动态(或静态)的导电载板4与电极板3形成平行板电容式的双频等离子体发生器。
本实施例中，用导电滚轴代替了导电滚轮。
实施例5
该实施例说明本发明实现下镀膜或下刻蚀的方法举例(如图3)，电极板3处在导电载板4的下方，射频电源二2的导电材料(导线)可以从腔体上部进入腔体并通过侧壁绕到载板下方，然后可以通过类似实施例1-4的技术方案使其与导电载板4导通。当然，射频电源二2的能量也可以仍然从腔体下方进入腔体，该技术方案中导电载板4为镂空的结构。镂空的导电载板4靠顶针或其他结构将待加工基板6托在载板镂空的位置，导电载板4带着待加工的基体从左进入等离子体区域完成基体下表面的镀膜或刻蚀，然后从右边离开等离子体区域。
以上示意性地对本发明的创造及其实施方式进行了描述，本发明的保护范围包括但不限于上述的描述。附图中所示的也只是本发明创造的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受到本发明的启示，在不脱离本发明的创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与本发明的技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本专利的保护范围。
Claims (9)
1.一种动态平行板等离子体发生器，其包括腔体、射频电源一、射频电源二、导电接触装置、第一电极、可移动的第二电极，所述腔体两侧相对位置上各设有开口，其特征在于，所述射频电源一与第一电极相连，所述射频电源二通过导电接触装置与可移动第二电极连接，所述动态的可移动的第二电极与第一电极形成平行板电容式的双频等离子体发生器。
2.根据权利要求1所述的一种动态平行板等离子体发生器，其特征在于：所述第一电极为一个电极板或者是由多个电极板依次排列组成的电极板组。
3.根据权利要求1所述的一种动态平行板等离子体发生器，其特征在于：可移动的第二电极为导电载板，同时所述待加工基片固定于导电载板上，通过导电载板调节所述动态平行板等离子发生器内的等离子体的纵向能量及调节等离子体的纵横比。
4.根据权利要求3所述的一种动态平行板等离子体发生器，其特征在于：腔体两侧相对位置设有开口，用于导电载板的进出；导电载板置于传动装置上，在传动装置的作用下，导电载板在腔体内动态移动。
5.根据权利要求4所述的一种动态平行板等离子体发生器，其特征在于：所述射频电源二与导电载板相连的导电接触装置为导电轴承或导电滚轮。
6.根据权利要求4所述的一种动态平行板等离子体发生器，其特征在于：所述射频电源二与导电载板相连的导电接触装置为导电片及滚轮，导电片通过滚动的与腔体绝缘的滚轮与导电载板有效接触。
7.根据权利要求4所述的一种动态平行板等离子体发生器，其特征在于：所述射频电源二与导电载板相连的导电接触装置为导电棒及滚轮，导电棒通过滚动的与腔体绝缘的滚轮与导电载板有效接触。
8.根据权利要求3至7中的任一项所述的一种动态平行板等离子体发生器，其特征在于：所述第一电极板位于腔体内的上部，在导电载板的上方。
9.根据权利要求3至7中的任一项所述的一种动态平行板等离子体发生器，其特征在于：所述第一电极板位于腔体内的下部，在导电载板的下方，所述导电载板为镂空形状，待加工基板固定在镂空的导电载板上。
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