Защитный экран для электрода реактора плазмохимического осаждения Российский патент 2017 года по МПК C23C16/458 C23C16/54 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к средствам защиты, в частности к устройствам защиты нижнего электрода реактора плазмохимического осаждения из газовой фазы.

Уровень техники

В настоящее время для пассивации поверхности кремниевых пластин при производстве солнечных модулей используется метод плазмохимического осаждения из газовой фазы. В частности этот способ используется для осаждения слоев аморфных, микро- и нанокристаллических материалов, например аморфного кремния, на различные подложки.

В процессе производства подложки или держатели подложек (далее подложки) загружаются в реактор и устанавливаются на нижний электрод. Нижний электрод реактора плазмохимического осаждения обычно выполняется из алюминиевых сплавов, (например, электрод реактора установки плазмохимического осаждения KAI 1200 производства компании Oerlikon (см. [1] WO 2015070967, МПК С23С 14/06, опубл. 21.05.2015). При этом нижний электрод выполняет функцию стола, на который укладываются подложки во время плазмохимического процесса (см. [2] RU 2300158, МПК H01L 21/3065, опубл. 27.05.2007).

Недостатком известных способов, когда подложка укладывается на электрод, является то, что температура подложек, загружаемых в реактор, как правило, значительно отличается от температуры реактора и температуры нижнего электрода. В результате этого, в процессе нахождения на нижнем электроде, подложка нагревается и испытывает линейное тепловое расширение. В связи с тем, что между подложкой, загруженной в реактор, и электродом существует трение, это повреждает нижний электрод реактора, в результате появляются царапины. Также при использовании стеклянных подложек при их нагреве возможен бой. Осколки стекла, образовавшиеся в результате боя, могут также повредить поверхность электрода. Решение данной проблемы может заключаться в установке защитного экрана между подложкой и электродом.

Из уровня техники известен способ изготовления полупроводниковой подложки для автоэмиссионного катода (см. [2] RU 2524353, МПК H01L 21/28, опубл. 27.07.2014). Способ реализуется следующим образом. Верхний и нижний электроды изготавливались из меди и платины соответственно. Со стороны, где имеет место контакт кремниевой пластины с раствором электролита, она прижимается через резиновое уплотнение к стенке электрохимической ячейки. В стенке ячейки и в резиновом уплотнении изготавливались отверстия для прохождения излучения от источника, которые при сборке совмещались. С обратной по отношению к электрохимической ячейки стороны кремниевая пластина находится в контакте с медным электродом.

Известен реактор для плазмохимического осаждения веществ из газовой фазы ([3] RU 2258763, МПК H01L 21/28, опубл. 27.07.2014), предназначенный для нанесения декоративных покрытий на изделия из стекла, керамики. Реактор содержит вакуумную камеру с электродом и нагревателем внутри нее и ВЧ-генератор. Подготовленные изделия устанавливают на электрод, нагревают в вакуумной камере и откачивают из нее воздух. На электрод подают напряжение с ВЧ-генератора. В результате действия высокочастотного разряда на молекулы газа происходит их диссоциация и осаждение на горячую поверхность изделий. Недостаток описанного устройства, как указано ранее - укладка подложки непосредственно на электрод, что приводит к повреждению нижнего электрода реактора, происходит механическое его повреждение, появляются царапины.

Сущность изобретения

Задачей заявленного изобретения является защита электрода реактора плазмохимического осаждения от повреждений.

Техническим результатом является снижение износа электрода реактора плазмохимического осаждения.

Технический результат достигается за счет защитного экрана для электрода реактора плазмохимического осаждения, выполненного металлическим, толщиной от 10 до 1000 микрометров с габаритными размерами, соответствующими размерам подложки или электрода плазмохимического реактора, и имеющего отверстия в местах расположения отверстий на электроде реактора плазмохимического осаждения и выполняющего защитную функцию.

Технический результат также достигается тем, что экран содержит дополнительное защитное покрытие, повышающее износостойкость.

Технический результат также достигается тем, что экран содержит дополнительное защитное покрытие, повышающее химическую стойкость.

Технический результат также достигается тем, что экран выполнен из цельного металлического листа или экран выполнен из отдельных металлических составных элементов.

Краткое описание чертежей

Фигура 1 - общий вид защитного экрана.

Фигура 2 - разрез общего вида по сечению А-А.

Позиции, указанные на фигурах:

1 - Электрод реактора; 2 - Защитный экран; 3 - Держатель подложек; 4 - Подъемный палец (пин, элемент подъемного механизма).

Осуществление изобретения

Защитный экран нижнего электрода реактора плазмохимического осаждения из газовой фазы необходим для защиты электрода от механических повреждений в процессе эксплуатации.

Защитный экран (2) для электрода реактора (1) плазмохимического осаждения выполняют металлическим, толщиной от 10 до 1000 мкм. Нижний предел объясняется механическими свойствами. Более тонкие материалы могут не выдержать механических нагрузок. Верхний предел, в нашем случае, определен минимизацией влияния на зазор между электродами. Размер и форма экрана определяются конфигурацией подложки (3) или электрода (1). Экран может выполняться из цельного металлического листа или из отдельных металлических составных элементов. Подразумевается, что если поверхность электрода большая, то можно восполнить экран из сегментов (составных элементов), и заменять при износе можно тоже сегменты.

На поверхности листа присутствуют отверстия, совпадающие или больше, чем отверстия на электроде (необходимые, например, для механизма поднятия подложки). Отверстия в экране расположены в местах расположения отверстий на электроде реактора. Диаметр отверстий и габариты выбираются таким образом, чтобы не нарушать работу реактора. После установки защитного экрана в реактор, отверстия на поверхности электрода не должны быть заблокированы. Элементы подъемных механизмов (4), например подъемные пальцы, должны свободно проходить через отверстия или вырезы защитного экрана, не задирать и не смещать его. Толщина защитного экрана выбирается так, чтобы минимизировать влияние данной модификации реактора на разряд плазмы. Поверхность защитного экрана может иметь покрытие, повышающие какие-либо его свойства, например износостойкость или химическую стойкость.

Защитный экран для электрода реактора плазмохимического осаждения укладывается на поверхность электрода таким образом, чтобы отверстия защитного экрана и электрода совпали.

Экран может иметь дополнительные защитные покрытия, например, из нитрида кремния, карбида кремния, Al₂O₃, никелирование, повышающие износостойкость.

Также экран может иметь дополнительное защитное покрытие для повышения химической стойкости, на пример из Al₂O₃, никелирование, нитрид кремния, оксид кремния.

Пример

Были изготовлены защитные экраны для установки плазмохимического осаждения из газовой фазы. Защитный экран был изготовлен в трех исполнениях, из различных материалов: алюминиевый сплав, нержавеющая сталь, титановый сплав.

Установка защитного экрана проводилась в реактор, путем укладки на нижний электрод. Дополнительные средства для фиксации защитного экрана не применялись. На поверхности нижнего электрода реактора присутствовали отверстия для подъемных пальцев. В связи с этим экран был изготовлен с отверстиями, большего диаметра, чем диаметр отверстий для подъемных пальцев в нижнем электроде, при этом центры отверстий нижнего электрода и защитного экрана совпадали. Свободная работа подъемных пальцев необходима, для корректной работы загрузочной системы установки, в которой применялся защитный экран.

Схематическое изображение нижнего электрода реактора плазмохимического осаждения с установленным защитным экраном представлено на фигуре 1. В процессе загрузки в реактор на специализированных загрузочных вилах загружается подложка, после этого выдвигаются подъемные пальцы, приподнимающие подложку над вилами. За счет того, что в защитном экране электрода в местах расположения подъемных пальцев присутствуют соответствующие отверстия, подъемные пальцы могут свободно проходить через низ. После того, как вилы загрузочного механизма убираются из реактора, подъемные пальцы задвигаются, опуская подложку на поверхность защитного экрана. Совместное расположение подложки, защитного экрана, нижнего электрода и подъемных пальцев представлено на фигуре 2.

Испытания защитных экранов из алюминиевого сплава, нержавеющей стали и титанового сплава показали, что все эти материалы пригодны для применения в качестве защитного электрода реактора. При применении данных защитных экранов повреждений, характерных для повреждений от трения подложки о поверхность электрода в процессе теплового расширения, на поверхности нижнего электрода не наблюдалось.

Применение защитного экрана решает:

1. проблему механического износа электрода, возникающего от воздействия подложек на поверхность электрода при контакте и при линейном тепловом расширении.

2. проблему влияния материала электрода на свойства получаемых в плазмохимическом процессе материалов.

3. Проблему образования фторида алюминия в процессе очистки реактора от образовавшегося в процессе работы кремния (в случае если реактор используется для получения слоев кремния, производится периодическая очистка стенок реактора, как правило, с применением трифторида азота).

В случае износа защитный экран может быть легко заменен, без необходимости сложных калибровок и настроек реактора, как в случае замены электрода или, а в некоторых случаях, всего реактора установки, при его износе.

Изобретение относится к средствам защиты, в частности к устройствам защиты нижнего электрода реактора плазмохимического осаждения из газовой фазы. Защитный экран для электрода реактора плазмохимического осаждения, который выполнен металлическим, толщиной от 10 до 1000 микрометров с габаритными размерами, соответствующими размерам электрода плазмохимического реактора, и имеющего отверстия в местах расположения отверстий на электроде реактора плазмохимического осаждения. В частных случаях осуществления изобретения указанный экран содержит дополнительное защитное покрытие, выполненное из нитрида кремния или карбида кремния, или оксида алюминия, или выполненное никелированием для повышения износостойкости или для повышения химической стойкости. Экран может быть выполнен из цельного металлического листа или из отдельных металлических составных элементов. Обеспечивается снижение износа электрода реактора плазмохимического осаждения. 4 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 пр.

1. Защитный экран для электрода реактора плазмохимического осаждения, выполненный металлическим, толщиной от 10 до 1000 микрометров с габаритными размерами, соответствующими размерам электрода плазмохимического реактора, и имеющего отверстия в местах расположения отверстий на электроде реактора плазмохимического осаждения.

2. Защитный экран по п. 1, отличающийся тем, что он содержит дополнительное защитное покрытие, выполненное из нитрида кремния или карбида кремния, или оксида алюминия, или выполненное никелированием для повышения износостойкости.

3. Защитный экран по п. 1, отличающийся тем, что он содержит дополнительное защитное покрытие, выполненное из оксида алюминия или нитрида кремния, или оксида кремния, или выполненное никелированием для повышения химической стойкости.

4. Защитный экран по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что он выполнен из цельного металлического листа.

5. Защитный экран по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что он выполнен из отдельных металлических составных элементов.