專利名稱：具有冷卻的背板的pecvd工藝腔室的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實施例是有關(guān)于等離子增強化學(xué)氣相沉積腔室，并且特別是有關(guān)于在合適基板上沉積半導(dǎo)體材料以形成光伏特電池的期間的腔室內(nèi)溫度控制。
背景技術(shù)：
用于在基板上沉積半導(dǎo)體材料的等離子增強化學(xué)氣相沉積(PECVD)腔室為此技 藝所公知。美國專利US 6，477，980與美國專利公開案號US2006/0060138A1顯示這樣的 PECVD腔室的實例，其各自被并入本文以作為參考。等離子工藝包括供應(yīng)一工藝氣體混合物 到真空等離子腔室，并且接著施加電磁能以激發(fā)工藝氣體至等離子狀態(tài)。等離子會將氣體 混合物分解成離子物種，其中離子物種在合適的基板上執(zhí)行期望的沉積。擴散器表面與基板表面之間的空間能夠被均勻地維持住是重要的，以確保得以適 當?shù)卦诨迳铣练e材料。若擴散器在沉積工藝期間翹曲或下垂，則工藝無法產(chǎn)生期望的均 勻沉積。在PECVD期間，腔室內(nèi)溫度為300°C至450°C或更高，并且會使擴散器變形，尤其是 在使用2200mmX2600mm的大面積基板時。為了使擴散器穩(wěn)定，已經(jīng)提供一中央支撐構(gòu)件， 其中該中央支撐構(gòu)件延伸在背板與擴散器之間。背板在截面是比擴散器更厚，因而提供實 質(zhì)靜態(tài)的支撐。此外，對于中央支撐構(gòu)件或替代地，背板可以具有多個繞著中心區(qū)域形成的 孔，每一孔適于接收一螺紋支撐件，其中該螺紋支撐件用于與擴散器中的相應(yīng)匹配部分耦 合。已經(jīng)觀察到的是，若等離子的持續(xù)時間有限，則這些支撐件非常成功。然而，當在PECVD 腔室中于等離子中產(chǎn)生的高溫下沉積相當厚的半導(dǎo)體材料層時，諸如需要用來形成光伏特 電池的本質(zhì)層時，已經(jīng)觀察到背板本身會下垂、翹曲或變得不穩(wěn)定，進而使得擴散器移動， 因此破壞了擴散器表面與基板表面之間的分隔均勻性。于是，此技藝存在一種提供一設(shè)備的需求，該設(shè)備用于穩(wěn)定化且冷卻背板以確保 在基板表面上的材料沉積均勻性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明大致上是有關(guān)于一種用以在玻璃基板上沉積非晶或微晶硅以制造太陽能 伏特電池的等離子增強化學(xué)氣相沉積腔室。腔室包括背板，背板具有至少一流體接收導(dǎo)管 以接收冷卻流體而將腔室內(nèi)由等離子產(chǎn)生的熱移除。在一實施例中，本發(fā)明提供一種用以在玻璃基板上沉積非晶或微晶硅的等離子增 強化學(xué)氣相沉積腔室。腔室包含冷卻的背板，其被該腔室所承載；以及擴散器，其用以提 供工藝氣體，該擴散器是與該背板保持熱傳送接觸。在另一實施例中，本發(fā)明提供一種用以在玻璃基板上沉積非晶或微晶硅的等離子 增強化學(xué)氣相沉積腔室。腔室包含背板，其被該腔室所承載；分離板，其具有流體接收導(dǎo) 管用以將來自流體源的冷卻流體循環(huán)，該分離板被固定到該背板且與該背板保持熱傳送接 觸；以及擴散器，其用以提供工藝氣體，該擴散器是與該背板和該分離板保持熱傳送接觸。在又另一實施例中，本發(fā)明提供一種等離子增強化學(xué)氣相沉積腔室。腔室包含蓋體；背板，其與該蓋體耦接，該背板具有與其保持熱傳送接觸的流體接收導(dǎo)管用以將來自流 體源的冷卻流體循環(huán)；框架結(jié)構(gòu)，其與該背板和該蓋體耦接，該框架結(jié)構(gòu)包含多個腳件， 其與該蓋體耦接且由該蓋體延伸；橋組件，其橫跨該背板且與該些腳件耦接，該橋組件具有 中心區(qū)域；以及支撐環(huán)，其通過至少一第一固定件在該中心區(qū)域與該背板耦接，并且該支撐 環(huán)通過至少一第二固定件與該中心區(qū)域耦接；擴散器，其用以提供工藝氣體，該擴散器是與 該背板保持熱傳送接觸。


本發(fā)明之前述特征、詳細說明可以通過參照實施例而更加了解，其中一些實施例 是繪示在附圖中。然而，應(yīng)了解，附圖僅繪示本發(fā)明的典型實施例，因而不會限制本發(fā)明范 圍，本發(fā)明允許其它等效的實施例。圖1為根據(jù)本發(fā)明原理所建構(gòu)的等離子增強化學(xué)氣相沉積腔室的截面圖。圖2為一部分的等離子增強化學(xué)氣相沉積腔室的截面圖，其例示這樣結(jié)構(gòu)的另一 實施例。圖3為根據(jù)本發(fā)明原理所建構(gòu)的背板的俯視圖。圖4為沿著圖3的線4-4的截面圖。圖5是繪示根據(jù)本發(fā)明另一實施例一種用以冷卻背板的替代性實施例結(jié)構(gòu)。圖6為本發(fā)明的進一步實施例的部分截面圖。圖7為根據(jù)本發(fā)明所建構(gòu)的又另一替代性實施例結(jié)構(gòu)的部分截面圖。圖8為根據(jù)本發(fā)明原理所建構(gòu)的一替代性等離子增強化學(xué)氣相沉積腔室的截面 圖。主要組件符號說明5 氣體源6 端口10腔室側(cè)壁11底部12基板支撐件14基板15擴散器重心支撐件16覆板17氣體塊18排出管道19縱向孔19a斜向孔20擴散器21大容室22孔洞23小容室24等離子源25接地28背板29真空泵30 蓋體34、35、37、38、41 介電間隙物45,46 0形環(huán)55上唇部57可彎曲懸掛件 60-76流體導(dǎo)管78流體源79連接器80 處理區(qū)域81 表面82熱交換器100腔室
102開口103背板框架結(jié)構(gòu)104氣體輸送組件106孔108螺紋化支撐件110穿孔112孔洞114螺紋116管狀分隔件118蓋板120夾持件122螺絲1240 形環(huán)126 墊圈128調(diào)整構(gòu)件130流體導(dǎo)管132流體導(dǎo)管134桿136升降系統(tǒng)142耦接支撐件144橋組件145腳件146錨接螺栓148支撐環(huán)150螺栓1δ2孔洞154流體導(dǎo)管156輸入端口158輸出端口160頂表面162定位板或條164管子166溝槽170背板172-180 槍鉆孔182 堵塞184堵塞186堵塞188進入點190進入點192、194 箭頭200 背板202擴散器204螺栓206背板208擴散器240薄片金屬支撐件332基板接收表面340動態(tài)溫度控制構(gòu)件
具體實施例方式本發(fā)明的實施例大體上提供一種等離子增強化學(xué)氣相沉積腔室，其中背板被用來支撐擴散器，并且背板被建構(gòu)成具有至少一流體導(dǎo)管以與背板保持熱傳送接觸。流體經(jīng)由 導(dǎo)管被循環(huán)，并且流體被引入導(dǎo)管時的溫度是比其被移出導(dǎo)管時的溫度更低，藉此將沉積工藝期間由等離子產(chǎn)生的熱從背板移除。透過將熱從背板移除，背板變得更穩(wěn)定，并且因 而使擴散器保持冷卻以及對準基板，使得由于等離子反應(yīng)而在基板上所沉積的材料是均勻 的。圖1為適于等離子增強化學(xué)氣相沉積(PECVD)工藝的腔室100的截面圖，其中該腔室100用以在大面積玻璃基板上制造各種組件。一種可以被使用的適當PECVD設(shè)備是可 由美國加州圣大克勞拉市(Santa Clara)的應(yīng)用材料公司(Applied Materials, Inc.)獲 得。雖然下文將指PECVD設(shè)備，應(yīng)當了解的是本發(fā)明也能同樣被應(yīng)用到其它處理腔室(包 括其它制造商所制造的處理腔室)。腔室100用來形成在大面積基板上形成結(jié)構(gòu)與組件， 其中該大面積基板是用于平面面板顯示器基板、太陽能電池數(shù)組光伏特電池的制造。本發(fā)明特別用在形成非晶、多晶或微晶硅的P-I-N結(jié)構(gòu)，以用在光伏特電池或串疊光伏特電池(tandem photovoltaic cell)。腔室100是由一腔室側(cè)壁10、一底部11、一用于支撐大面積基板14的基板支撐件 12(例如載座)構(gòu)成。腔室100也具有一端口 6，例如狹縫閥，其通過選擇性開啟與關(guān)閉以 促進大面積基板的傳送。腔室100也包括一上蓋，上蓋具有環(huán)繞一進氣岐管的一排出管道 18，其中該進氣岐管是由一覆板16、一第一板(例如背板28)與一第二板(例如氣體散布 板，諸如擴散器20)構(gòu)成。擴散器20可以是任何實質(zhì)平坦的實體，其提供多個通道以用于 一種或多種來自氣體源5的工藝氣體，其中該氣體源5耦接到腔室100。擴散器20位在基 板14上方，并且通過至少一個支撐構(gòu)件被垂直地懸掛，其中該支撐構(gòu)件在此實施例中為一 擴散器重心支撐件15。在此實施例中，擴散器20也通過一可彎曲懸掛件57被支撐在排出 管道18的上唇部55。美國專利案號US 6，477，980詳細地揭示一可彎曲懸掛件的實例，其 在公元2002年11月12日被授予而具有發(fā)明名稱「Flexibly Suspended GasDistribution Manifold for a Plasma Chamber」以及在此被并入本文以作為參考。可彎曲懸掛件57適 于從擴散器20的邊緣支撐擴散器20，并且允許擴散器20的膨脹與收縮。擴散器20的其它 邊緣懸掛件能夠與擴散器重心支撐件15 —同被使用，并且擴散器重心支撐件15可以在不 含有邊緣懸掛件下被使用。例如，擴散器20得以利用無法彎曲的支撐件在其周圍被支撐， 或者在其邊緣沒有被支撐。擴散器重心支撐件15可以耦接到氣體源5，氣體源5供應(yīng)工藝 氣體到裝設(shè)在支撐件15上的一氣體塊17。氣體塊17經(jīng)由支撐件15內(nèi)的一縱向孔19與擴 散器20連通，并且供應(yīng)工藝氣體到擴散器20內(nèi)的多個孔洞22。擴散器重心支撐件15是一大致的對稱體，其耦接到背板28。背板28為一大致的 平板，其在中心區(qū)域具有一合適的孔以用于接收擴散器重心支撐件15，并且在其周圍通過 排出管道18被支撐。背板28在其周圍的背板28與排出管道18的接合點處被合適的0形 環(huán)45、46密封住，該些0形環(huán)45、46可保護腔室100內(nèi)部隔開外界環(huán)境且避免工藝氣體的 泄漏。擴散器重心支撐件15從背板28向上延伸，穿過覆板16中一合適的孔。在此實施例 中，接附擴散器20的重心支撐件15是適于維持其在大面積基板14及基板支撐件12上方位 置的實質(zhì)靜態(tài)，而基板支撐件12是適于升高與降低基板14至且自一傳送及處理位置。美 國專利公開案號US2066/0060138A1揭示擴散器重心支撐件的實例，其在此被并入本文以 作為參考。在操作時，當腔室100已經(jīng)被真空泵29唧筒抽吸到適當?shù)膲毫?，工藝氣體即從氣 體源5流出。一或多種工藝氣體行經(jīng)穿過氣體塊17、穿過縱向孔19、穿過斜向孔19a，并且 被沉積在背板28與擴散器20之間建立的一大容室21中以及在擴散器20內(nèi)的一小容室 23中。接著，一或多種工藝氣體從大容室21與小容室23行經(jīng)穿過擴散器20內(nèi)的多個孔 洞22，以在擴散器20下方的區(qū)塊建立一處理區(qū)域80。在操作時，大面積基板14被升高至 其處理區(qū)域80，并且等離子激發(fā)氣體被沉積到大面積基板14上以在其上形成結(jié)構(gòu)。通過耦 接到腔室100的等離子源24，可以在處理區(qū)域80中形成一等離子。等離子源24較佳為一 射頻(RF)功率源。RF功率源可以電感地或電容地耦接到腔室100。雖然等離子源24在此 實施例中被顯示為耦接到重心支撐件15，等離子源24可以耦接到腔室100的其它部分。擴散器20是由導(dǎo)電材料制成或被涂覆以導(dǎo)電材料，因此其在腔室100內(nèi)可以作為 一電極。此外，基板支撐件12可以連接到一接地25，因此其在腔室100內(nèi)也可以作為一電極。被選用于擴散器20的材料可以包括鋼、鈦、鋁、或上述組合，并且表面得以被研磨或陽 極化。擴散器20可以由一或多個接合在一起且適于輸送工藝氣體的部件制成，并且通過介 電間隙物34、35、37、38與41電絕緣隔開腔室排出管道18與壁10。雖然背板28非常厚實，長時間(在此期間等離子必須被維持以沉積相當厚的本質(zhì) 區(qū)域)足以增加背板28的溫度，并且會達到背板在其中心開始翹曲或下垂的程度。這樣的 下垂也會使得擴散器20下垂，而造成擴散器不再位于距基板14固定距離的狀況，因此使得 沉積于其上的材料的均勻性受到干擾。為了避免這樣的下垂，在如圖1顯示的實施例中，數(shù) 個流體導(dǎo)管60-76被設(shè) 置在背板28的上表面29。每一導(dǎo)管60-76與背板28熱傳送接觸， 以將熱從背板28移除。這些導(dǎo)管連接到一流體源78，并且來自流體源78的流體被傳送到 這些導(dǎo)管60-76且從這些導(dǎo)管60-76被傳送回流體源78 (如連接器79所示)。導(dǎo)管可以是 任何希望的平行的形狀以及從流體源78輸送流體且將流體返回到流體源78?；蛘?，根據(jù)一 不同的實施例，導(dǎo)管60-76實際上可以是單一導(dǎo)管，其以蜿蜒或迂回方式沿著表面81行進， 組件符號60-76所顯示者為單一導(dǎo)管的截面。這些導(dǎo)管可以是由導(dǎo)熱材料(例如銅)制成 的管體。根據(jù)流體源78的內(nèi)容物，一熱交換器82可以被使用且被耦接到連接器79 (如圖 所示)，藉此輸送穿越背板28的流體，以在流體返回到流體源78之前經(jīng)由熱交換器82來移 除熱。熱交換器是被設(shè)計成提供恒定溫度與流速的連續(xù)的熱傳送流體流。在一實施例中， 流體可以是全氟化碳(perfluorocarbon)，諸如Galden 流體。熟習(xí)此技藝的人士應(yīng)當了 解的是，通常熱交換器82是僅在流體為昂貴且無法排送到大氣的氣體或流體時才使用。下 文將進一步討論且描述導(dǎo)管以及由背板所累積熱的移除。圖2顯示PECVD腔室的替代性實施例。圖2為腔室100內(nèi)擴散器20的部分截面 圖。腔室具有一覆板16，覆板16在中心區(qū)域具有至少一開口 102，開口 102適于接收一氣 體輸送組件104。氣體輸送組件104用來接收一種或多種來自氣體源5的工藝氣體，并且經(jīng) 由孔106輸送工藝氣體到大容室21。接著，工藝氣體可以行經(jīng)穿過擴散器20中的多個孔 洞22到一處理區(qū)域80。如同其它實施例，擴散器20適于耦接到一等離子源24，以在處理 區(qū)域80中產(chǎn)生一等離子。腔室100具有多個螺紋化支撐件108 (例如螺栓)，其延伸穿過一第一板(例如背 板28)到一第二板(例如擴散器20)。氣體輸送組件104能夠與背板28 —體形成，或者背 板28能夠適于經(jīng)由背板28中的穿孔110接收氣體輸送組件104。螺紋化支撐件108可以 由展現(xiàn)高張力且阻止與工藝化學(xué)物發(fā)生反應(yīng)的材料來制造，例如不銹鋼、鈦鋁合金、或其組 合。螺紋化支撐件108可以由前述任何材料制成，并且可以進一步被涂覆以一防工藝涂覆 物(例如鋁)。背板28在中心區(qū)域具有多個形成穿過其間的孔洞112。每一螺紋化支撐件 108具有螺紋，并且一部分的螺紋114適于被擴散器20中的一媒合部(例如螺紋)接收， 其中該媒合部是相應(yīng)于背板28中的多個孔洞112。擴散器20中的螺紋被配置在合適的孔 中，其中該孔不會干擾擴散器20中的多個孔洞22。圖上也顯示一管狀分隔件116與一蓋 板118，蓋板118是覆蓋住每一管狀分隔件116。蓋板118賦予了螺紋支撐件108的進出， 并且與管狀分隔件116 —起提供了隔絕外界環(huán)境的密封。蓋板118可以通過任何公知方法 (例如蓋板118上方的夾持件120)來密封，并且通過螺絲122被固定到覆板16，其中0形 環(huán)124設(shè)置在其之間。應(yīng)當注意，在此實施例中，氣體輸送組件104在腔室100中的位置為靜態(tài)且通過任何公知方法被密封隔離外界環(huán)境。在操作時，螺紋化支撐件108經(jīng)由孔洞112被插入管狀分隔件116中，并且螺紋114嚙合到擴散器20中相應(yīng)的螺紋。螺紋化支撐件108被旋轉(zhuǎn)，以調(diào)整擴散器20的平面 方位。在此實施例中，擴散器20的中心區(qū)域被背板28限制住垂直移動，其中該垂直移動是 被設(shè)計以對于力量(諸如重力、真空與熱)展現(xiàn)更高的容忍度。背板28可能屈服于這些力 量，但不會到達擴散器20所承受的程度。依此方式，擴散器20會呈現(xiàn)由前述力量造成的變 形，但此變形可以被背板28有效地吸收(toll)。也可以構(gòu)想出的是，力量參數(shù)可以被預(yù)先 決定，必且背板28與擴散器20中的任何公知變形可以通過螺紋化支撐件108的調(diào)整來抑 制。擴散器20得以被調(diào)整成允許部分變形，但允許的變形被停止在當螺紋化支撐件108到 達一機械限制的點(例如接觸一止件，在此實例中為墊圈126)。螺紋化支撐件108被耦接 在擴散器20與背板28之間。背板28的截面是比擴散器20更厚，因而提供了實質(zhì)靜態(tài)的 支撐點。由于相對厚度以及擴散器20中的穿孔，擴散器20相對于背板28更富有延展性， 其中該些穿孔通過調(diào)整螺紋化支撐件108的長度可以允許擴散器輪廓的調(diào)整。在另一態(tài)樣中，至少一調(diào)整構(gòu)件128 (例如間隙物)可以被用來維持擴散器20與 背板28之間的靜態(tài)距離，藉此利用螺紋化支撐件108來固定調(diào)整構(gòu)件128。在此實施例中， 通過改變該至少一調(diào)整構(gòu)件128的厚度，擴散器20可以被形成為展現(xiàn)一期望的水平輪廓。 該至少一調(diào)整構(gòu)件128可以比較厚以在被安裝時對于擴散器20中心部分形成一外凸的水 平輪廓，或者比較薄以形成一內(nèi)凹的水平輪廓。然后，螺紋化支撐件108可以被旋入擴散器 20內(nèi)，以固定調(diào)整構(gòu)件128。雖然圖上僅顯示一調(diào)整構(gòu)件128，本發(fā)明不被受限于此，并且本 發(fā)明可以使用任何數(shù)目的調(diào)整構(gòu)件128，例如每一螺紋化支撐件108可以具有一耦接其上 的調(diào)整構(gòu)件。當使用調(diào)整構(gòu)件128時，擴散器20于響應(yīng)于力量(例如熱、壓力與重力)時 的垂直移動被限制在背板28的任何移動。圖8為根據(jù)本發(fā)明原理所建構(gòu)的等離子增強化學(xué)氣相沉積腔室的替代性實施例 的截面圖。腔室100大致包括一背板框架結(jié)構(gòu)103、多個腔室側(cè)壁10、一底部11、一擴散器 22以及一基板支撐件12，其界定一工藝容積106。基板支撐件12包括一基板接收表面332 用于支撐基板，以及一桿134其耦接至一升降系統(tǒng)136以升高或降低該基板支撐件12?；?板支撐件12也可以包括加熱與/或冷卻構(gòu)件，以將基板支撐件12維持在希望的溫度。擴 散器22也可以通過一或多個耦接支撐件142耦接至背板28，以避免下垂與/或控制擴散器 22的筆直度/彎曲度。在一實施例中，可以使用十二個耦接支撐件142。耦接支撐件142可 以包括一固設(shè)機制，例如一螺帽與螺栓組件。背板28的邊緣可以停置在一蓋體30上。背 板28的中心部分可以由一支撐環(huán)148來支撐，其中該支撐環(huán)148從一橋組件144的中心區(qū) 域懸掛。一或多個錨接螺栓146可以從橋組件144向下延伸至一支撐環(huán)148。支撐環(huán)148 可以通過一或多個螺栓150與背板28耦接。橋組件144的縱向部分可以橫跨背板28的寬 度，橋組件144的邊緣可以被一或多個與蓋體30耦接的腳件145支撐。在此描述的框架結(jié) 構(gòu)是被配置成背板的中心區(qū)域與支撐環(huán)耦接，支撐環(huán)可將背板維持在實質(zhì)平面方位以及因 此避免背板28下垂。美國專利申請案號US 12/307，885詳細地揭示橋組件的實例，其在此 被并入本文以作為參考。然而，已經(jīng)觀察到，即使具有橋組件144或額外的支撐件108以及前述的調(diào)整構(gòu)件 或間隙物，處理區(qū)域80中等離子將造成背板28不希望的移動。所以，在一實施例中，腔室更包括流體導(dǎo)管，諸如圖2所示的流體導(dǎo)管130與132，來自流體源的冷卻流體是以圖1所 述方式被循環(huán)通過流體導(dǎo)管。冷卻流體(例如液體或氣體)通過導(dǎo)管130與132的循環(huán)可 以將多余的熱從背板28移除，因而允許將背板28保持在一穩(wěn)定位置，所以擴散器可以維持 通過使用調(diào)整構(gòu)件128所建立的希望的水平輪廓。如前所述，流體導(dǎo)管130與132可以具 有任何形狀，例如可以是平行的導(dǎo)管或可以是單一串聯(lián)導(dǎo)管，其沿著背板28的上表面形成 蜿蜒或迂回路徑。如圖2所示，導(dǎo)管130與132可以是管子，其設(shè)置在背板28的上表面中 的溝槽內(nèi)，管子與背板28保持熱傳送接觸。此外，導(dǎo)管可以由導(dǎo)熱材料制成(諸如銅)，以 進一步增加熱傳送效果。其它實施例中(如圖8所示)可以觀察到類似的流體導(dǎo)管特征?，F(xiàn)參照圖3，其顯示根據(jù)本發(fā)明原理且在被安裝到第1和2圖所示且所述的PECVD腔室之前所建構(gòu)的背板28的俯視圖。圖3的背板28為典型的背板，如同圖2的PECVD腔室 中所示者。背板28包括一中央開口 150，中央開口 150適于接收工藝氣體輸送組件104 (如 圖2所示)。如前所述，數(shù)個孔洞152圍繞開口 150，并且該些孔洞152適于接收螺紋化支 撐件108。額外的這樣的孔洞152是圍繞開口150且從開口 150向外設(shè)置，并且亦適于接收 螺紋化支撐件108，因此對于擴散器22提供了額外的散布支撐件。流體導(dǎo)管154具有一輸入端口 156與一輸出端口 158，圖上顯示流體導(dǎo)管154被配置成以蜿蜒或迂回路徑沿著背板28的頂表面160行進。流體(諸如液體或氣體)的來源 是接附至輸入端口 156，并且來源加壓造成的結(jié)果或通過泵或類似這樣的結(jié)構(gòu)，適當?shù)膲毫?被供應(yīng)到輸入端口 156，以使流體循環(huán)通過導(dǎo)管154，流出輸出端口 158或返回流體源，并且 依據(jù)所使用的流體而定而被排放到大氣或通過一熱交換器且最終返回到來源。流體在背板 28的實質(zhì)上表面160的部分通過導(dǎo)管154是可以將PECVD腔室的處理區(qū)域80中的等離子 所產(chǎn)生的過量的熱移除。被移除的過量的熱足以將基板14維持在低于約240°C的溫度，或 較佳為約200°C。導(dǎo)管154的一形式是在背板28的上表面160提供連續(xù)的溝槽，該連續(xù)溝槽界定了 流體欲行進的路徑。在溝槽形成之后，一管子(較佳為連續(xù))被置放在溝槽內(nèi)，并且多個定 位板或條(如組件符號162所示)被設(shè)置在多個間斷的位置處，其中該些間斷位置是沿著 管子長度而分隔開，以將管子固定在溝槽內(nèi)以及使管子與背板28的上表面160保持熱傳送 接觸。圖4顯示管子164，管子164被設(shè)置在溝槽166內(nèi)，并且一定位板162被設(shè)置在管 子164的頂部上方且被固定到背板28的上表面160。如圖4所示，管子164的表面是沿著 與各定位板或條162彼此接觸的區(qū)域被平坦化，或者較佳地，管子164的表面可以在板162 被組裝到背板28的表面160上之前被平坦化。定位板162能夠以任何此技藝公知的方式， 諸如焊接、螺絲、螺栓等，被固定到表面160上?，F(xiàn)參照圖5，其顯示一替代性方式，其中流體導(dǎo)管是被形成在背板中。如圖所示， 背板170包括多個槍鉆孔172-180，該些槍鉆孔172-180形成在背板170的本體中。如圖 所示，孔172與孔174、178相交，并且孔174與孔176相交，并且孔178與孔180相交。孔 172的進入點是被堵塞如組件符號182所顯示，孔178的進入點是被堵塞如組件符號184所 顯示，孔174的進入點是被堵塞如組件符號186所顯示。對于前述互連的孔所形成的連續(xù) 流體導(dǎo)管，孔176的進入點188是形成一入口端口，而孔180的進入點190是形成一出口端 口。雖然圖5例示單一、連續(xù)的槍鉆流體管道，應(yīng)當了解，可以通過以槍鉆穿過背板170的整個長度或?qū)挾葋硇纬蓴?shù)個平行的流體管道，或者可以形成數(shù)個其它與圖5孔互連的孔以 提供一或多個串聯(lián)的流體管道，其得以形成通過背板170的本體的連續(xù)或迂回的路徑。如 前所述，流體是通過從一來源(圖5未示出)流進入口端口 188且流出出口端口 190 (如箭 頭192與194所示)被循環(huán)，以將處理太陽能伏特面板期間PECVD腔室的處理區(qū)域80內(nèi)的 等離子所產(chǎn)生的多余的熱移除。根據(jù)本發(fā)明原理所建構(gòu)的冷卻背板的另一實施例，圖5的板170可以是隔開背板28的不連續(xù)的材料板。此不連續(xù)的材料板可以在其中形成關(guān)于圖5的槍鉆孔且可以被互連 以提供連續(xù)的流體導(dǎo)管，或者可以是數(shù)個平行的導(dǎo)管，以使冷卻流體在其內(nèi)通過。替代地， 分離且不連續(xù)的板可以具有多個管子，該些管子設(shè)置在前述關(guān)于第4和5圖的溝槽內(nèi)。無 論如何，接著，分離且不連續(xù)的板可以通過依需要的螺栓、焊接、螺絲或其它固定件被固定 到背板28。分離且不連續(xù)的板必須與背板保持熱傳送接觸，以如前述使循環(huán)通過導(dǎo)管的流 體能將過量的熱從背板移除。替代地，可以形成數(shù)個這樣的不連續(xù)的板，并且在預(yù)選擇的位 置處將其接附到背板。欲被循環(huán)通過導(dǎo)管的流體，無論是通過管子或槍鉆孔，可以是如前敘述的氣體或 液體。較佳地，若流體為液體，根據(jù)一較佳實施例，液體為去離子水或乙二醇(glycol)。若 欲被循環(huán)的流體為氣體，則較佳地，氣體為干空氣或氮氣。當使用熱交換器時，流體可以是 全氟化碳(perfluorocarbon)，諸如Galden 流體。根據(jù)本發(fā)明原理，可以使用其它液體與 氣體，只要該液體或氣體能夠?qū)⑦^量的熱從腔室移除以維持背板于穩(wěn)定狀態(tài)即可。本文已經(jīng)敘述了一種具有冷卻的背板的PECVD腔室以形成用于光伏特電池或串 疊光伏特電池(tandem photovoltaic cell)的非晶、多晶或微晶硅的P_I_N結(jié)構(gòu)，該背板 適于將腔室中于沉積工藝期間由等離子所產(chǎn)生的不希望的熱移除，因此過量的熱是通過將 冷卻流體(例如液體或氣體)通過適當?shù)牧黧w導(dǎo)管而被移除，其中該流體導(dǎo)管是與背板維 持熱傳送接觸。為了將高處理溫度對于非晶或微晶硅沉積造成的熱損壞減到最小，在一實施例 中，PECVD腔室更被提供有能夠動態(tài)控制基板支撐件溫度于恒溫的基板支撐件12。將基板 維持在實質(zhì)恒溫是重要的，這是因為太陽能電池制造中諸如微晶硅具有較低的吸收系數(shù)且 無法在高速下進行沉積。更高的RF功率密度(例如約0. 5ff/cm2或lW/cm2)可以增加微晶 硅的沉積速率，但是沉積溫度也會被增加而損壞了太陽能電池效能，這是因為相鄰層次間 的摻雜質(zhì)會擴散到其它層次。故，將基板維持在低于特定數(shù)值的溫度(例如240°C)是有利 的，其中在此溫度下?lián)诫s質(zhì)會擴散進入其它層次。在圖8所示的實施例中，基板支撐件12包括一基板接收表面332用于支撐基板 14，以及一桿134其耦接至一升降系統(tǒng)136以升高或降低該基板支撐件?；逯渭?2包 括一動態(tài)溫度控制構(gòu)件340以將基板維持在希望的溫度，其中該動態(tài)溫度控制構(gòu)件340是 由一加熱與/或冷卻構(gòu)件所構(gòu)成。在操作時，基板支撐件12的溫度可被動態(tài)溫度控制構(gòu)件 340動態(tài)地控制，因此基板支撐件12是先被加熱到用于非晶或微晶硅沉積的開始的溫度。 一旦沉積工藝開始了，一等離子在處理腔室中被形成，其中該等離子會隨著沉積工藝進行 造成基板溫度升高。為了補償由等離子造成的熱，動態(tài)溫度控制構(gòu)件340可以漸漸地減少 被輸送到基板支撐件的加熱輸出的量，同時漸漸地增加被輸送到基板支撐件的冷卻輸出， 并且然后提供恒定冷卻輸出以將基板支撐件維持在恒溫。
一或多個熱電耦可以設(shè)置在處理腔室中與/或內(nèi)嵌在基板支撐件內(nèi)，以提供基板 的實時(real time)溫度測量，從而使控制器能夠控制輸送到載座(susc印tor)的加熱輸 出與冷卻輸出。實時回饋可以允許基板支撐件的動態(tài)溫度控制，以在本質(zhì)微晶硅沉積期間 將基板維持在實質(zhì)恒溫。沉積溫度可以被預(yù)選擇，以將膜品質(zhì)與微晶硅沉積速率增到最大， 而不會劣化太陽能電池。美國專利申請案號US 11/876，130詳細地討論了一種具有動態(tài)溫 度控制構(gòu)件的基板支撐件的實例，其在此被并入本為以作為參考。除了如前述使冷卻流體在背板中循環(huán)且動態(tài)地控制基板支撐件溫度于恒溫的外，已經(jīng)觀察到在特定狀況下，較佳是直接從擴散器提供熱傳送路徑到根據(jù)本發(fā)明原理的冷卻 的背板?，F(xiàn)參照圖6，其例示在擴散器與背板之間達成一熱傳送路徑的一實施例。如圖所 示，背板200直接被拴緊到擴散器，如螺栓204所示，其中該螺栓204是穿過背板200且進 入擴散器202的邊緣。背板200能夠以前述關(guān)于第4或6圖的實施例的方式來建構(gòu)。擴散 器能夠以前述關(guān)于圖1的方式來建構(gòu)且作動?，F(xiàn)參照圖7，其例示在擴散器與根據(jù)本發(fā)明原理所建構(gòu)的冷卻的背板之間提供一 熱傳送路徑的替代性實施例。如圖所示，背板206通過一薄片金屬支撐件240連接至擴散 器208，薄片金屬支撐件240也建立了可彎曲/可撓的連接以在擴散器與背板之間提供差異 的熱膨脹與收縮。應(yīng)當了解，可以使用金屬支撐件的其它形狀或尺寸以提供有效的熱傳送 路徑。無論背板如何連接至擴散器，增加背板與擴散器之間的有效接觸面積已被觀察到是 將熱從擴散器移除的一種有效率方式。這是因為擴散器的設(shè)計比背板復(fù)雜得多，使得難以 將冷卻導(dǎo)管設(shè)置在擴散器內(nèi)。此外，擴散器是在其周圍被擴散器重心支撐件或被邊緣支撐 件所支撐，并且無法經(jīng)由薄的邊緣支撐件來有效地冷卻擴散器。所以，較佳是不要在擴散器 邊緣處鉆較少的螺栓孔，以增加背板與擴散器之間的接觸面積。替代地，圍繞擴散器周圍的 一面對面接觸件可以被用來增加背板與擴散器之間的有效接觸面積。例如，通過將薄片金 屬支撐件的各端焊接到背板與擴散器，可以提供熱傳送接觸。應(yīng)當了解，也能夠以任何此技 藝中公知方式使背板與擴散器被固定，而不干擾氣體分布，以增加有效接觸面積而將熱從 擴散器移除。通過圖6或圖7所示的替代性實施例，或面對面接觸件中的熱傳送接觸件的應(yīng)用， 經(jīng)由冷卻流體的使用(其會通過形成在背板內(nèi)的流體管道)，如前述所建構(gòu)的冷卻的背板 得以將處理腔室內(nèi)由等離子產(chǎn)生的過量的熱從擴散器與背板移除。雖然上文是著重在本發(fā)明的實施例，在不脫離本發(fā)明的基本范圍可以構(gòu)想出本發(fā) 明的其它與進一步實施例，并且本發(fā)明范圍是由權(quán)利要求所決定。
權(quán)利要求
一種用以在玻璃基板上沉積非晶或微晶硅的等離子增強化學(xué)氣相沉積腔室，其包含冷卻的背板，其被該腔室所承載；以及擴散器，其用以提供工藝氣體，該擴散器是與該背板保持熱傳送接觸。
2.如權(quán)利要求1所述的腔室，其中該冷卻的背板在其內(nèi)設(shè)置有流體接收導(dǎo)管，用以將 來自流體源的冷卻流體循環(huán)，并且該流體接收導(dǎo)管與該背板保持熱傳送接觸。
3.如權(quán)利要求1所述的腔室，其中該熱傳送接觸是由連接于該背板與該擴散器之間的 薄片金屬支撐件所提供。
4.如權(quán)利要求2所述的腔室，其中該流體接收導(dǎo)管為導(dǎo)熱管子，其被設(shè)置在該背板的 上表面的溝槽內(nèi)。
5.如權(quán)利要求4所述的腔室，其中該溝槽是界定橫越該背板上表面的連續(xù)且彎曲的路徑。
6.如權(quán)利要求5所述的腔室，更包含多個定位板，其隔開地被設(shè)置在該溝槽上方且被 固定到該背板表面。
7.如權(quán)利要求6所述的腔室，其中該管子沿著與各定位板彼此接觸的區(qū)域被平坦化。
8.一種用以在玻璃基板上沉積非晶或微晶硅的等離子增強化學(xué)氣相沉積腔室，其包含背板，其被該腔室所承載；分離板，其具有流體接收導(dǎo)管用以將來自流體源的冷卻流體循環(huán)，該分離板被固定到 該背板且與該背板保持熱傳送接觸；以及擴散器，其用以提供工藝氣體，該擴散器是與該背板和該分離板保持熱傳送接觸。
9.如權(quán)利要求8所述的腔室，更包含可移動的基板支撐件，其具有動態(tài)溫度控制構(gòu)件。
10.如權(quán)利要求8所述的腔室，其中該流體接收導(dǎo)管為導(dǎo)熱管子，其被設(shè)置在該分離板 的上表面的溝槽內(nèi)。
11.如權(quán)利要求10所述的腔室，其中該溝槽界定橫越該分離板上表面的連續(xù)且彎曲的 路徑。
12.如權(quán)利要求11所述的腔室，更包含多個定位板，其隔開地被設(shè)置在該溝槽上方且 被固定到該分離板表面。
13.如權(quán)利要求12所述的腔室，其中該管子沿著與各定位板彼此接觸的區(qū)域被平坦化。
14.如權(quán)利要求8所述的腔室，其中該熱傳送接觸由連接于該背板與該擴散器之間的 薄片金屬支撐件所提供。
15.如權(quán)利要求14所述的腔室，其中該薄片金屬支撐件是以增加該擴散器與該背板之 間有效接觸面積的方式被固定到該擴散器與該背板。
16.如權(quán)利要求15所述的腔室，其中該薄片金屬支撐件的各端是通過焊接被固定到該 擴散器與該背板周圍處。
17.如權(quán)利要求8所述的腔室，更包含熱交換器，其耦接至該流體接收導(dǎo)管與該流體 源，以在該冷卻流體返回該流體源之前降低該冷卻流體的溫度。
18.一種等離子增強化學(xué)氣相沉積腔室，其包含蓋體；背板，其與該蓋體耦接，該背板具有與其保持熱傳送接觸的流體接收導(dǎo)管用以將來自 流體源的冷卻流體循環(huán)；框架結(jié)構(gòu)，其與該背板和該蓋體耦接，該框架結(jié)構(gòu)包含 多個腳件，其與該蓋體耦接且由該蓋體延伸；橋組件，其橫跨該背板且與該些腳件耦接，該橋組件具有中心區(qū)域；以及 支撐環(huán)，其通過至少一第一固定件在該中心區(qū)域與該背板耦接，并且該支撐環(huán)通過至 少一第二固定件與該中心區(qū)域耦接；擴散器，其用以提供工藝氣體，該擴散器是與該背板保持熱傳送接觸。
19.如權(quán)利要求18所述的腔室，其中該至少一第一固定件更包含 多個螺栓，其延伸穿過該支撐環(huán)與該背板。
20.如權(quán)利要求18所述的腔室，更包含可移動的基板支撐件，其具有動態(tài)溫度控制構(gòu)件。
21.如權(quán)利要求18所述的腔室，其中該熱傳送接觸是由連接于該背板與該擴散器之間 的薄片金屬支撐件所提供。
22.如權(quán)利要求21所述的腔室，其中該薄片金屬支撐件的各端是通過焊接被固定到該 擴散器與該背板周圍處。
23.如權(quán)利要求18所述的腔室，其中該流體接收導(dǎo)管為導(dǎo)熱管子，其被設(shè)置在該背板 的上表面的溝槽內(nèi)。
24.如權(quán)利要求23所述的腔室，其中該溝槽界定橫越該背板上表面的連續(xù)且彎曲的路徑。
25.如權(quán)利要求24所述的腔室，更包含多個定位板，其隔開地被設(shè)置在該溝槽上方且 被固定到該背板表面。
26.如權(quán)利要求25所述的腔室，其中該管子沿著與各定位板彼此接觸的區(qū)域被平坦化。
全文摘要
本發(fā)明大致上是有關(guān)于一種用以在一玻璃基板上沉積非晶或微晶硅以制造太陽能伏特電池的等離子增強化學(xué)氣相沉積腔室。腔室包括一背板，背板具有至少一流體接收導(dǎo)管以接收冷卻流體而將腔室內(nèi)由等離子產(chǎn)生的熱移除，藉此穩(wěn)定化且冷卻該背板，以確保基板表面上的材料沉積的均勻性。
文檔編號C23C16/458GK101802272SQ200880108199
公開日2010年8月11日 申請日期2008年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月19日
發(fā)明者J·M·懷特, R·L·蒂納, 崔壽永 申請人:應(yīng)用材料股份有限公司