專利名稱：常壓等離子發(fā)生裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種等離子發(fā)生裝置，尤指一種常壓等離子發(fā)生裝置。
背景技術(shù)：
等離子體被稱為物質(zhì)的第四態(tài)。眾所周知，在氣壓恒定的條件下， 處于熱平衡的固體隨著溫度升高會變成液體。如果溫度繼續(xù)升高，液體就 會變成氣體。當(dāng)氣體溫度足夠高時(shí)，氣體中的分子就會分解為原子氣。除 了偶爾發(fā)生碰撞之外，這些原子會在空間中隨機(jī)地向各個(gè)方向自由運(yùn)動。 如果溫度再進(jìn)一步升高，原子就會分解為帶電的自由粒子(電子和正離 子)，此時(shí)物質(zhì)進(jìn)入等離子狀態(tài)。
由于等離子放電可以產(chǎn)生具有化學(xué)活性的物質(zhì)，所以被廣泛用于材 料表面的處理。在集成電路制造工藝中，等離子可用于對晶圓表面進(jìn)行刻
蝕、沉積、注入等處理。具體來說，例如通過CF4等離子放電對硅晶圓表 面進(jìn)行刻蝕從而將掩膜板上的圖形轉(zhuǎn)移到硅晶圓上，通過02等離子體放 電在硅晶圓上形成二氧化硅薄膜，通過BF4等離子放電向硅晶圓中摻雜硼 原子等。
等離子體表面處理工藝的另一主要應(yīng)用領(lǐng)域是薄膜太陽能電池的制 造。薄膜太陽能電池被稱為第二代太陽能電池，其彌補(bǔ)了傳統(tǒng)的單晶硅電 池制造成本高的缺陷，因此近年來薄膜太陽能電池取得了飛速發(fā)展。典型 的薄膜太陽能電池包括多晶硅薄膜太陽能電池和非晶硅薄膜太陽能電池。 制造上述兩種薄膜太陽能電池時(shí)均可采用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積 (PECVD)工藝對襯底進(jìn)行鍍膜。制造多晶硅薄膜電池時(shí)，使SiH2Cl2、 SiHCl3、 SiCU或SiH4等原料氣體產(chǎn)生等離子放電，并使反應(yīng)生成的多晶硅 沉積在加熱的Si、 Si02、 Si3N4等襯底材料上從而形成薄膜。同樣地，制 造非晶硅薄膜太陽能電池時(shí)，使經(jīng)H2稀釋的SiKU產(chǎn)生等離子放電，并使 反應(yīng)生產(chǎn)的非晶硅沉積在玻璃、不銹鋼片等村底上從而形成薄膜。
現(xiàn)有技術(shù)中的等離子發(fā)生裝置的基本模型如圖l所示，其包括一腔體10，于腔體10內(nèi)設(shè)有連接到射頻電源11的二金屬平板電極12、 12，， 待處理的襯底放置于其中一平板電極12上。腔體10的側(cè)壁上還開設(shè)有進(jìn) 氣口 13以及出氣口 14。配合使用輸氣裝置(圖中未示)將原料氣體經(jīng)由 進(jìn)氣口 13向腔體10內(nèi)輸送，配合使用泵浦裝置(圖中未示)將內(nèi)廢氣經(jīng) 由出氣口 14/人腔體10內(nèi)抽出。通過射頻電源11的激勵，可4吏腔體10 內(nèi)部在低壓、真空的工作環(huán)境下使二金屬平板電極12、 12，間的原料氣體 產(chǎn)生等離子放電，從而對基片表面進(jìn)行處理。
然而，上述裝置的結(jié)構(gòu)不能滿足在正常大氣壓的工作環(huán)境下進(jìn)行等 離子放電。其原因在于，在低壓條件下(p-lmTorr lTorr)，腔體10內(nèi)原 料氣體溫度可以保持在200 500°C,而在高壓條件下(p二760Torr),腔體 10內(nèi)原料氣體溫度可以達(dá)到IOOO(TC。因此，不僅會對等離子發(fā)生裝置本 身造成損壞，同時(shí)還會使二金屬平板電極產(chǎn)生金屬污染物，從而對原料氣 體造成污染。
因此，為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，出現(xiàn)了一種新的適合用于 常壓下的等離子發(fā)生裝置，如圖2所示。該等離子發(fā)生裝置20包括單端 開口的二石英管21、 22， 一感應(yīng)線圈23， 一用于向石英管21內(nèi)部輸送原 料氣體的第一輸氣管24, —用于向石英管22內(nèi)部輸送冷卻氣體的第二輸 氣管25。該石英管22有間隙地套設(shè)于石英管21夕卜，且二石英管21、 22 的開口端方向相同。該感應(yīng)線圈23螺旋纏繞于石英管22的外管壁。通過 在感應(yīng)線圈23兩端連接電源裝置(圖中未示)，從而使石英管21內(nèi)部的 原料氣體產(chǎn)生等離子放電，所產(chǎn)生的反應(yīng)生成物通過石英管21的開口端 沉積在村底表面。如前所述，在常壓的工作環(huán)境下，原料氣體由于產(chǎn)生等 離子放電會使其達(dá)到相當(dāng)高的溫度，因此在石英管22中通入冷卻氣體可 降低石英管21的溫度，從而達(dá)到冷卻的效果。
然而，雖然上述等離子發(fā)生裝置20能夠在一定程度上降低了石英管 21的管壁溫度，但是僅靠冷卻氣體對充滿高溫原料氣的石英管21進(jìn)行降 溫的效果有限。另一方面，在薄膜太陽能電池的制造中，待鍍膜的玻璃村 底通常具有一定面積(一般長為125厘米、寬為30厘米)，但等離子發(fā) 生裝置20中石英管21、 22的開口端呈圓形，因此限制了等離子發(fā)生裝置 20在玻璃襯底上一次鍍膜的面積，且不能均勻地進(jìn)行鍍膜，從而降低了 制造薄膜太陽能電池的效率和質(zhì)量。
鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，有必要提出一種新的技術(shù)方案以克服上
5述缺陷。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提供一種常壓等離子發(fā)生裝置，利用三層石英 管的設(shè)計(jì)從而達(dá)到有效降低最內(nèi)層石英管內(nèi)等離子氣體的溫度，增加常壓 等離子發(fā)生裝置的一次作業(yè)面積，以及使對物體表面的處理更均勻的功 效。
達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的主要技術(shù)手段在于，提供一種常壓等離
子發(fā)生裝置，包括單端開口的第一石英管、第二石英管、第三石英管， 該第二石英管有間隙地套設(shè)于該第 一 石英管外，該第三石英管有間隙地套 設(shè)于該第二石英管外，且第一、第二、第三石英管的開口方向相同； 一用 于向該第一石英管內(nèi)部輸送原料氣體的第一輸氣管，從外向內(nèi)分別穿過第 三、第二、第一石英管的封閉端； 一用于向該第二石英管內(nèi)部輸送冷卻氣 體的第二輸氣管，穿設(shè)于第二石英管的管壁； 一用于向第三石英管內(nèi)輸送 額外冷卻流體的第三輸氣管，穿設(shè)于第三石英管的管壁； 一感應(yīng)線圈，螺
旋纏繞于該第二石英管或第三石英管的外表面； 一利用電感耦合原理使第 一石英管內(nèi)部產(chǎn)生等離子體的電源裝置，該電源裝置的二電極分別與該感 應(yīng)線圈的兩端連接。
通過上述技術(shù)方案，可以有效地降低最內(nèi)層石英管內(nèi)等離子氣體的溫 度，從而避免了石英管和待處理材料表面的損壞。
進(jìn)一步地，所述第一石英管的橫截面的長度遠(yuǎn)大于寬度。通過上述裝 置，可有效地增加常壓等離子發(fā)生裝置的一次作業(yè)面積，且均勻地對物體 表面進(jìn)行處理，從而提高工作效率和質(zhì)量。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中等離子發(fā)生裝置的基本模型示意圖； 圖2為現(xiàn)有技術(shù)中常壓等離子發(fā)生裝置的示意圖； 圖3為本發(fā)明的常壓等離子發(fā)生裝置一實(shí)施例的示意圖； 圖4為本發(fā)明的常壓等離子發(fā)生裝置一實(shí)施例的剖視圖； 圖5為本發(fā)明的常壓等離子發(fā)生裝置另一實(shí)施例的剖視圖；以及 圖6為本發(fā)明的常壓等離子發(fā)生裝置中石英管管口形狀的實(shí)施例示 意圖。
具體實(shí)施方式

如圖3、圖4為本發(fā)明常壓等離子發(fā)生裝置30的一實(shí)施例，其包括 第一石英管31、第二石英管32、第三石英管33、第一輸氣管34、第二輸 氣管35、第三輸氣管36、感應(yīng)線圈37。
三石英管31、 32、 33是具有一封閉端和一開口端即管口的透明管體。 第一石英管31用于容納進(jìn)行等離子放電的原料氣體，第二、第三石英管 32、 33用于容納冷卻氣體。其中，第三石英管33的尺寸最大、第二石英 管32尺寸居中、第一石英管31尺寸最小。第三石英管33有間隙地套設(shè) 于第二石英管32外，第二石英管32有間隙地套設(shè)于第一石英管31外， 且三石英管31、 32、 33的管口方向一致，用于向待處理材料如硅晶圓或 玻璃襯底的表面進(jìn)行例如等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)等處理。
第一輸氣管34,其一端依次穿過石英管33、 32、 31的封閉端并插進(jìn) 第一石英管31的內(nèi)部，用于向第一石英管31內(nèi)部空間輸送如SiH2Cl2、 SiHCl3、 SiCU、 SiH4等用于進(jìn)行等離子放電的原料氣體。
第二輸氣管35，其一端依次穿過石英管33、 32的側(cè)壁并插進(jìn)第二石 英管32和第一石英管31之間形成的間隙中，用于向第二石英管32內(nèi)部 輸送冷卻氣體，并使冷卻氣體貼近第一石英管31的外管壁流動。該冷卻 氣體為不與上述原料氣體產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)的惰性氣體。如前所述，由于本發(fā)
明的常壓等離子發(fā)生裝置30是在正常大氣壓(p=760Torr)的條件下使原 料氣體產(chǎn)生等離子，會使等離子的溫度達(dá)到IOOOO'C，因此通過向第二石 英管32內(nèi)部輸送冷卻氣體，可降低第一石英管31的管壁溫度，從而避免 原料氣體產(chǎn)生的等離子過熱。另一方面，由于冷卻氣體與原料氣體不會發(fā) 生化學(xué)反應(yīng)，因此冷卻氣體猶如一道氣墻包裹在原料氣體產(chǎn)生的等離子外 部，從而避免了在對硅晶圓或玻璃襯底進(jìn)行例如PECVD等處理時(shí)第一石 英管31管口的等離子向四處擴(kuò)散以降低處理的效果。所述冷卻氣體不僅 可以沿第二石英管32的軸向輸入管中，而且可以以螺旋流向輸入第二石 英管32中，從而減少了于第一石英管31管口處的冷卻氣體與原料氣體的 混合。
第三輸氣管36,其一端穿過第三石英管33側(cè)壁并插進(jìn)第三石英管 33和第二石英管32之間形成的間隙中，用于向第三石英管33內(nèi)部輸送 額外的冷卻氣體，并使冷卻氣體貼近第二石英管32的外管壁流動，從而對第二石英管32和第一石英管31進(jìn)行進(jìn)一步地冷卻，從而大幅降低了原 料氣體所產(chǎn)生的等離子的溫度。所述額外的冷卻氣體是與第一石英管31 中原料氣體及第二石英管32中冷卻氣體不產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)的惰性氣體或水 冷液體。此外，第三輸氣管36還可向第三石英管33和第二石英管32之 間的間隙中輸送水冷液，并且配合使用泵浦裝置從而亦能實(shí)現(xiàn)上述進(jìn)一步 冷卻的效果。額外的冷卻氣體亦可采用上述軸向式和螺旋式的輸送方法。
一感應(yīng)線圈37螺旋纏繞于靠近第三石英管33封閉端的外管壁處， 于本實(shí)施例中，所述感應(yīng)線圈37的匝數(shù)為3,并且所述第一石英管31的 封閉端位于靠近感應(yīng)線圈37的第一匝處。該感應(yīng)線圈37的兩端還分別與 電源裝置(圖中未示)的二極相連，所述電源裝置可采用頻率為13.56MHz 的射頻電源。根據(jù)電感耦合等離子體原理(ICP),感應(yīng)線圈37在電源裝 置的激勵下，會使石英管33中的原料氣體發(fā)生電離，從而形成等離子體。
圖5顯示了本發(fā)明常壓等離子發(fā)生裝置30的另一實(shí)施例。于該實(shí)施 例中，常壓等離子發(fā)生裝置30的結(jié)構(gòu)與前一實(shí)施例的區(qū)別在于，感應(yīng)線 圈37螺旋纏繞于靠近第二石英管33封閉端的外管壁處。
在上述兩個(gè)實(shí)施例中，本實(shí)用新型的常壓等離子發(fā)生裝置30采用了 具有矩形橫截面的石英管31、 32、 33,并且其橫截面的長度遠(yuǎn)大于寬度， 從而克服現(xiàn)有技術(shù)中由于石英管的橫截面為圓形，進(jìn)行PECVD等處理的 一次作業(yè)面積小且處理不均勻的缺陷。如圖6所示，所述石英管31、 32、 33可采用不同的橫截面形狀，例如A為本實(shí)施例中的石英管管口形狀， 其為圓矩形；B為梭形；C為骨形。此外，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以容易地 想到的是所述石英管31、 32、 33的橫截面還可采用矩形(圖中未示)。
使用常壓等離子發(fā)生裝置30對材料表面進(jìn)行處理時(shí)，例如在薄膜太 陽能電池的制造中，對玻璃襯底進(jìn)行鍍膜時(shí)，為了進(jìn)一步增加常壓等離子 發(fā)生裝置30—次鍍膜的面積，可將復(fù)數(shù)個(gè)常壓等離子發(fā)生裝置30并排設(shè) 置使其管口覆蓋整個(gè)玻璃襯底，并將玻璃村底在常壓等離子發(fā)生裝置30 的開口處進(jìn)行相對運(yùn)動，從而使整個(gè)玻璃襯底上沉積一層利用常壓等離子 發(fā)生裝置30產(chǎn)生的等離子。
8
權(quán)利要求1. 一種常壓等離子發(fā)生裝置，包括單端開口的第一石英管及第二石英管，該第二石英管有間隙地套設(shè)于該第一石英管外，且第一、第二石英管的開口方向相同；一用于向該第一石英管內(nèi)部輸送原料氣體的第一輸氣管，從外向內(nèi)分別穿過第二石英管和第一石英管的封閉端；一用于向該第二石英管內(nèi)部輸送冷卻氣體的第二輸氣管，穿設(shè)于第二石英管的管壁；其特征在于，該等離子發(fā)生裝置還包括一單端開口的第三石英管，其有間隙地套設(shè)于該第二石英管外，且第三石英管開口方向與第一、第二石英管的開口方向相同，該第一輸氣管從第三石英管的封閉端穿過；一用于向第三石英管內(nèi)輸送額外冷卻流體的第三輸氣管，穿設(shè)于第三石英管的管壁；一感應(yīng)線圈，螺旋纏繞于該第三石英管的外表面；一利用電感耦合原理使第一石英管內(nèi)部產(chǎn)生等離子體的電源裝置，該電源裝置的二電極分別與該感應(yīng)線圈的兩端連接。
2. 如權(quán)利要求1所述的常壓等離子發(fā)生裝置，其特征在于，所述第 一石英管的管口橫截面的長度大于寬度。
3. 如權(quán)利要求2所述的常壓等離子發(fā)生裝置，其特征在于，所述第 一石英管的橫截面為矩形、圓矩形、梭形或骨形。
4. 如權(quán)利要求3所述的常壓等離子發(fā)生裝置，其特征在于，所述冷 卻氣體為惰性氣體，所述額外冷卻流體是惰性氣體或水冷液體。
5. 如權(quán)利要求4所述的常壓等離子發(fā)生裝置，其特征在于，所述第 一石英管的封閉端位于接近于感應(yīng)線圈的第 一 匝處。
6. —種常壓等離子發(fā)生裝置，包括單端開口的第一石英管及第二 石英管，該第二石英管有間隙地套設(shè)于該第一石英管外，且第一、第二石 英管的開口方向相同；一用于向該第一石英管內(nèi)部輸送原料氣體的第一輸 氣管，從外向內(nèi)分別穿過第二石英管和第一石英管的封閉端；一用于向該 第二石英管內(nèi)部輸送冷卻氣體的第二輸氣管，穿設(shè)于第二石英管的管壁； 其特征在于，該等離子發(fā)生裝置還包括一單端開口的第三石英管，其有間隙地套設(shè)于該第二石英管外，且第三石英管開口方向與第一、第二石英管的開口方向相同，該第一輸氣管從第三石英管的封閉端穿過；一用于向第三石英管內(nèi)輸送額外冷卻流體的第三輸氣管，穿設(shè)于第三石英管的管壁；一感應(yīng)線圈，螺旋纏繞于該第二石英管的外表面；一利用電感耦合原理使第 一石英管內(nèi)部產(chǎn)生等離子體的電源裝置，該電源裝置的二電極分別與該感應(yīng)線圈的兩端連接。
7. 如權(quán)利要求6所述的常壓等離子發(fā)生裝置，其特征在于，所述第 一石英管的橫截面的長度遠(yuǎn)大于寬度。
8. 如權(quán)利要求7所述的常壓等離子發(fā)生裝置，其特征在于，所述第 一石英管的橫截面為矩形、圓矩形、梭形或骨形。
9. 如權(quán)利要求8所述的常壓等離子發(fā)生裝置，其特征在于，所述冷 卻氣體為惰性氣體，所述額外冷卻流體是惰性氣體或水冷液體。
10. 如權(quán)利要求9所述的常壓等離子發(fā)生裝置，其特征在于，所述 第 一石英管的封閉端位于接近于感應(yīng)線圈的第 一匝處。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種常壓等離子發(fā)生裝置，包括一第一石英管；一第二石英管，有間隙地套設(shè)于該第一石英管外；一第三石英管，該第三石英管有間隙地套設(shè)于該第二石英管外，且三石英管的開口方向相同；一感應(yīng)線圈，纏繞于該第二或第三石英管外表面；一連接于該感應(yīng)線圈的兩端電源裝置；一用于向該第一石英管內(nèi)部輸送原料氣體的第一輸氣管；一用于向該第二石英管內(nèi)部輸送冷卻氣體的第二輸氣管；一用于向第三石英管內(nèi)輸送額外冷卻流體的第三輸氣管。通過上述技術(shù)方案，可以能有效地降低最內(nèi)層石英管內(nèi)等離子氣體的溫度，并可有效地增大常壓等離子發(fā)生裝置的一次作業(yè)面積，從而提高了工作效率。
文檔編號C23C16/513GK201313936SQ20082015577
公開日2009年9月23日 申請日期2008年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月21日
發(fā)明者西蒙·I·塞利斯特 申請人:上海興燃能源技術(shù)有限公司