PECVD1

2020-11-24 来源：小侦探旅游网

操作手册

LPS 1 等离子体发射源生产商： Roth & Rau AG Gewerbering 3 D-09337 Hohenstein-Ernstthal OT Wuestenbrand Germany 目录 1

安 1.1

全

指

示

„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 3 介

绍

„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„

„„ 3 1.2

安

全

标

志

„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 3

描

述

„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„

4 概

要

„„ 2.1

„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 4 2.2

线型微波等离子体发射源类型

„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 5 2.3

线

型

微

波

等

离

子

体

的

产

生

„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 6

技 3.1

术

数

据

„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9 概

要

„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 9 3.2

性

能

„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 10 3.3

电

气

数

据

„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 10 3.4

连

接

„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„

„„ 10 3.4.1 气

体

连

接

„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 10 3.4.2 水

路

连

接

„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 10

组

装

„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„

备

维

护

„„ 5

设 5.1

„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12 石

英

管

的

拆

卸

„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 13

积

罩

的

拆

卸

5.2 沉

„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 15 5.3

等

离

子

体

发

射

源

的

清

洗

„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 16 5.4

沉

积

罩

的

替

换

„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 17 5.5

玻

璃

石

英

管

的

替

换

„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 17 5.6

安

全

性

能

„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 21

备

配

件

„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„

22 介

绍

„„ 6.1

„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 22 6.2

备

配

件

清

单

„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„

推

荐

备

配

件

„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„27

配图目录图图

：

线

型

微

波

的

图

解

和

部

件

图

„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 4 2

：

线

型

微

波

等

离

子

体

发

射

源

的

工

作

原

理

„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 5

图3：配备一个石英管的LPS1型微波等离子体发射源的典型断面图图图

„„„„„„„„„„„„„ 5 4

：

线

型

微

波

等

离

子

体

产

生

的

原

理

„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 6 5

：

以

时

间

为

函

数

的

典

型

的

脉

冲

微

波

„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 7

图6：覆膜均匀性和沉积率的独立控制效果示意图图图图

„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 8 7

：

SiNA

型

LPS1

等

离

子

体

发

射

源

的

尺

寸

图

„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 9 8

：

SiNA

型

LPS1

线

型

等

离

子

体

发

射

源

„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 11 9

：

SiNA

系

统

中

整

合

的

小

型

微

波

发

射

头

（

head）„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 13

图10：在工作位置和维护位置配有铜质天线的小型微波发射头

„„„„„„„„„„„„„„„ 13

图11：完整的等离子体发射源（左图）和没有横向沉积罩的等离子体发射源（右图）„„„„„„ 图图

：

卡

口

锁

定

机

械

装

置

„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 14 13

：

设

备

维

护

位

置

时

的

卡

口

锁

定

机

械

装

置

„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 14

图14：防护罩固定器专用的特殊工具（左图）设备维护和工艺操作时的位置

„„„„„„„„„ 15

图15：关闭的氨气吹淋喷头孔（左图）部分关闭的硅烷气体吹淋喷头孔（右图）„„„„„„„„

图16：工艺反应仓仓壁上的微波发射头法兰接口图

„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 16 17

：

所

有

装

配

部

件

的

正

确

顺

序

图图图图图图

„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 17 18

：

铝

质

罩

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中

的

装

配

部

件

„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 18 19

：

将

石

英

管

挤

压

进

准

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好

的

铝

质

罩

帽

„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 18 20

：

完

整

的

石

英

管

的

剖

面

图

„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 18 21

：

准

备

好

的

微

波

传

送

系

统

„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 19

：

完

整

的

微

波

传

送

系

统

„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 19 23

：

带

有

环

形

封

口

的

铝

制

罩

帽

„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 20

图24：SiNA系统中卡口密封处作为气体泄露指示标志的SiO沉积层

配表目录表

：

安

全

符

号

的

描

述

„„„„„„„„„„„„„ 20

„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 3

表2：不同等离子体长度（0.1mbar）的Si3N4沉积所用的典型的微波功率（MW-Power）表表表表

„„„„„ 7

：

装

配

部

件

的

功

能

表

„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 17

：

石

英

玻

璃

管

的

规

格

„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 19

：

备

配

件

清

单

„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 22 6

：

补

充

的

推

荐

备

配

件

清

单

„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 27

1 安全指示 1.1 介绍

该手册包含了LPS1线型微波等离子体发射源的安装，操作和维护的指导。在安装和调试LPS1之前请仔细阅读该手册。

1.2 安全标志

警告!

这个标志表明有对人的生命和健康有明确的伤害和损伤

的危险。

警告!

这个标志表明有微波辐射的风险

微波泄漏极限

根据最新的科学研究以及目前各个国家正在进行的调查总结，在正常的操作条件下，任何可与人接近的部件在5

厘米距离之内的微波密度不得超过5毫瓦/平方厘米

（5Mw/cm²）的强度。

50厘米以上的距离范围也不能超过这个极限值。

警告!

这个标志表明有热的表面

警告!

这个标志表明有电击的风险

注意安全！

佩戴安全护目镜！

注意安全！

穿着安全手套！

注意安全！

佩戴防护面具！

2 描述 2.1 概要

由于电子空穴对再次结合而造成的硅片表面的缺陷被一层薄薄的氮化硅所覆盖（钝化）后可以增加太阳能电池的效率。

氮化硅层的硬度，化学稳定性和沉积作用过程中形成的反射指数梯度使其成为电池片的具有保护性能的减反射膜。

微波等离子体具有一些显著而突出的等离子体特性，如当离子和电子层低于10个电子伏特（eV）时的高带电性水平（high charge carrier concentrations），这种等离子十分适合于需要不能有明显离子冲击的薄膜沉积技术。

多晶硅电池片表面的等离子沉积的钝化的Si3N4 层在离子冲击过程中不会引起表面的缺陷就是一个很好的例子。

原理上说，在大规模等离子生产中有四种方法介入等离子体。（1）通过喇叭形天线传送微波至等离子体（2）通过电介质窗将微波传送至等离子体

（3）通过一套λ/4 天线将微波传送至等离子体（4）通过同轴石英管将微波传送至等离子体

前三种方法在明确的本身的位置将微波传送至等离子体，因此相同性质下的大规模等离子体只能在距离微波输入很远的距离内观察。同轴系统激活在石英管上的表面波，可以产生高度均匀的微波等离子体。这样可以在几米范围内产生线型尺寸的大规模微波等离子体。

该优势技术应用在Roth&Rau公司的SiNA的in-line系列上，我公司使用的是LPS1型线型微波等离子体发射源。

图1：线型微波的图解和部件图（英文注释见第6章中的备配件清单）

2.2 线型微波等离子体发射源类型

图2表现的是一个典型的线型微波等离子体发射源，在科技文献中常被称为“二极等离子线”（Duo-Plasmaline），因为该发射源的两端各有一个微波发射器。

图2：线型微波等离子体发射源的工作原理

宽度为100mm,长度达到1m（等离子体发射源的长度），这是这种等离子体的典型尺寸，就像图2所示，基片悬挂（或躺在上面——取决于所使用的系统）在载片器上经过等离子体并达到完美的均匀性。安置2个或更多的线型等离子体发射源平行排列在一起可以还可以获得更高的沉积率。

然而，由于所需载片传送系统的特点，多等离子体发射源的宽度受到一定的限制，解决对于包含在石英管内的线型等离子体发射源的这个问题一个好的折衷方法可以在图3中显示出来。

图3：配备一个石英管的LPS1型微波等离子体发射源的典型断面图

在科技文献中所描述的LPS1型等离子体发射源和“等离子体线”式发射源之间最大的区别是前者附加的磁力系统，这为发射源带来了两个方面的优势。

1）等离子体仓壁上所产生的电磁吸持（magnetic confinement）减少了带电的微粒（charged

particle）而尽可能地增加了等离子体的磁通量。

2）尽管磁场的强度与ECR状态（87mT）有很大距离,但它还是大大增强和稳定了石英管外部

的导体等离子体。

2.3 线型微波等离子体的产生

这些发射源产生均匀的线型等离子体的过程并不是表面上那么简单，如图4所示。

图4：线型微波等离子体产生的原理

图4表现的是等离子体带电体密度（Charge Carrier density）n(z)是如何取决于Z-方向（等离子体轴）中等离子体发射源两端输入微波功率的量。

首先，我们考虑当只有左微波发射器打开至微波功率P1位置时，会发现在等离子体密度n1(z)会产生微波密度的线性的衰减，那是因为沿着石英管方向会有微波功率的损耗。同样的，在只有右微波发射器打开至微波功率P2位置时也会有同样的现象发生。

如果左右两个微波发射器同时打开，所产生的微波密度n(z)将是两个密度曲线之和。现在让我们研究一下图4所示的情况。

单个微波发射器本身不能产生完全覆盖整个石英管长度的等离子曲线的，因此总的等离子曲线不均等同于两个等离子曲线之和。如图4a)所示，P1+P2< Popt

两端的微波功率必须持续增加直到达到图4b)中所示的情况（P1+P2< Popt），这样才能达到总的等离子曲线的均等。而如果两端的微波功率继续增加将会导致微波系统中产生更多过量的微波。

因此，输入的微波功率是由所选择的工艺气体和石英管的长度决定的，表2总结了所需的微波功率（见峰值功率，Ppeak）

微波峰值功率（kW）平均微波功率（kW）允许最高平均微波功率（kW）

I=400-600mm

2.2 1.1 2.0

I=600-800mm

2.9 1.5 2.5

I=800-1000mm

3.5 1.8 3.0

表2：不同等离子体长度（0.1mbar）的Si3N4沉积所用的典型的微波功率（MW-Power）根据表2所示，1米长的线型等离子体发射源两端各需要最高将近4kW的微波功率，然而这大大超过了一个石英管所能允许的最大微波功率的值（石英管会有热变形的风险）。为了解决这个问题，我们应用了微波脉冲（pulsed microwaves）的概念，图5显示了新型的MUEGGE电子公司（德国）发明的新型的微波发射器所产生的典型的脉冲式微波。

图5：以时间为函数的典型的脉冲微波

等离子体打开的时间以ton 表示，关闭的时间以toff表示，由于这些时间均可以毫秒计算，因此可以产生1Hz到1000Hz之间的脉冲频率。

而典型的脉冲频率为50Hz或100Hz。

微波峰值功率Ppeak 的计算值是在产生一个均等的等离子体的效果下特定的值（见图4的讨论）。为了控制沉积率，微波功率的平均值可以根据不同的脉冲时间而变化。此外，通过这个方法可以保证在相对较高的峰值功率水平下，微波功率的平均值可以保持在石英管发热极限之下。公式2就说明对应的微波功率的平均值。

图6表现了该效果。

图6左边的图表现了的以下情况下沿着发射源轴向的Si3N4的曲线分布：

Ppeak =2 × 800W,

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