一种LPCVD设备在线等离子清洗装置及清洗方法与流程

本发明属于lpcvd设备干法清洗，具体涉及一种lpcvd设备在线等离子清洗装置及清洗方法。

背景技术：

1、采用lpcvd制备非晶硅的过程中，由于lpcvd管式设备采用的石英管与非晶硅的热膨胀系数差异大，在石英管壁上沉积有较厚的非晶硅薄膜后，在热应力的作用下，石英管很容易发生破裂，具有加大的安全风险，需要定期对石英管进行更换，这就导致石英管的更换成本提高，进而造成太阳能电池的制造成本提高。此外，目前lpcvd设备普遍采用的是多管集成的形式，一台设备上集成有5管或6管lpcvd反应炉，对石英管进行拆装会导致设备的运行时间减少，且拆装比较困难。由于石英管长时间在高温下运行，如果要对其进行拆下清洗，需要对其降温，此时石英管表面的非晶硅和石英之间热应力差异极容易导致石英管碎裂，存在安全风险。

2、现有技术中石英管的清洗主要还是采用化学溶液清洗，即将石英管长时间浸入到酸性溶液或碱性溶液中对其表面的薄膜或污染物进行清洗，然后对其进行漂洗和烘干。这种方法需要将石英管从设备上拆下来，且清洗漂洗和烘干过程所需时间较长，时效性差。因此，在topcon太阳能电池领域中lpcvd设备上石英管的清洗并不适用，目前lpcvd设备中对石英管的处理都是使用达到寿命后直接进行更换，这导致石英管需求量激增，石英管的价格飞涨，进一步提高了topcon太阳能电池的制造成本，且造成了较大的浪费。

3、中国专利[cn202320357616]公开了一种lpcvd石英管清洗装置，包括：反应腔体以及分别设置在反应腔体两端的炉口法兰和炉尾法兰；炉尾法兰上设有抽气管、引电口和进气口，引电口用于安装引电组件，引电组件分别与反应腔体内的放电装置和射频组件连接，进气口用于安装进气管，进气管用于输送氟化物气体至反应腔体内，在放电装置的激发下，氟化物气体被分解出氟离子，氟离子与反应腔体内壁上的非晶硅层进行反应，以清除非晶硅层；抽气管与真空泵连接，用于实现废气从反应腔体内抽除。该技术方案中采用的是将放电装置放入石英腔室内部进行放电，将氟化气体电离成氟离子从而达到清洗石英管的目的。但是这种方法同样需要对设备进行拆装，在需要清洗的时候，将放电装置放入石英管中，并安装电极杆等，且采用的是电容耦合等离子放电的形式，放电的等离子体密度较低，这可能会导致清洗的速度较慢。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构紧凑、便于维护、清洗效率高且有利于提高设备产能的lpcvd设备在线等离子清洗装置及清洗方法。

2、为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

3、一种lpcvd设备在线等离子清洗装置，包括：加热炉体、炉口门板、石英反应炉、电极引入插座、电极柱、石英管、炉门、i cp发生器、炉尾门板和抽气管；所述加热炉体同轴嵌套在石英反应炉外周，用于对石英反应炉进行加热，以实现石英反应炉内进行非晶硅薄膜沉积工艺；所述石英反应炉的炉口设有炉口门板和炉门组件，所述炉门组件上设有进气孔，以实现工艺气体输送至石英反应炉内，所述炉尾门板上设有与真空泵连接的抽气管，以用于排出石英反应炉内的气体；所述炉口门板上设有与射频电源组件连接的电极引入插座，所述炉门组件上设有电极柱和i cp发生器，所述电极柱的一端与i cp发生器连接，所述icp发生器环绕在石英管进气端的外周，石英管的排气端沿着轴向贯穿炉门组件；

4、当炉门组件开启时，电极柱与电极引入插座相互分离；当炉门组件关闭时，电极柱插入电极引入插座内，以实现i cp发生器与射频电源组件连接，且石英管的排气端延伸至石英反应炉内，通过向石英管内通入氟化物气体，并开启射频电源组件，在i cp发生器的作用下，氟化物气体在石英管中形成含氟等离子体，并流入石英反应炉内，与石英反应炉内壁上的非晶硅进行反应，以实现石英反应炉在线清洗。

5、作为本发明的进一步改进，所述i cp发生器包括上线圈法兰、进气管、铜线圈和下线圈法兰；所述石英管进气端的外周沿长度方向绕设有多匝铜线圈，且铜线圈两侧分别通过上线圈法兰和下线圈法兰固定在石英管外周，所述石英管的进气端与进气管连通，以实现氟化物气体输送至石英管内。

6、作为本发明的进一步改进，所述铜线圈为空心线圈，且空心线圈的两端均设有水冷接头，通过水冷接头实现冷却水在空心线圈内循环，以冷却铜线圈。

7、作为本发明的进一步改进，所述i cp发生器还包括隔离条和紧固螺母；多根隔离条沿着石英管的长度方向设置在上线圈法兰与下线圈法兰之间，且隔离条的两端分别通过紧固螺母与上线圈法兰和下线圈法兰连接固定。

8、作为本发明的进一步改进，所述加热炉体的长度小于石英反应炉的长度，加热炉体的两端与石英反应炉的炉口和炉尾之间均套设有保温棉圈和保温棉托，并通过炉口门板和炉尾门板进行固定。

9、作为本发明的进一步改进，所述炉门组件包括石英炉门和不锈钢炉门，所述石英炉门与不锈钢炉门通过石英炉门上的压环拼接在一起，且石英炉门在内，不锈钢炉门在外。

10、作为本发明的进一步改进，所述炉门组件还包括和炉门支撑座和多根炉门支撑杆，所述炉门支撑杆的一端与不锈钢炉门连接固定，炉门支撑杆的另一端与炉门支撑座连接固定。

11、作为本发明的进一步改进，所述石英炉门和不锈钢炉门上安装有碳化硅桨，所述碳化硅桨用于承载石英舟，以实现石英舟进出石英反应炉内；碳化硅桨的桨盒连接炉门支撑座上，并将炉门支撑座与推舟机构进行连接，推舟机构用于控制碳化硅桨和炉门组件的进退，从而控制石英舟的进出和炉口的开闭。

12、作为本发明的进一步改进，所述炉尾门板上还设有补气管和内热偶；所述补气管用于向石英反应炉内补充工艺气体，所述内热偶用于监测石英反应炉内的温度。

13、作为一个总的技术构思，本发明还提供了一种基于上述lpcvd设备在线等离子清洗装置的清洗方法，包括以下步骤：

14、步骤s1、当石英反应炉内壁上的非晶硅厚度超过预设值时，利用推舟机构关上炉门，通过抽气管和真空泵开始抽真空；

15、步骤s2、当石英管内的压力抽至1pa以下时，通过进气管通入氟化物气体，使得石英管内的压力保持在1～100pa；

16、步骤s3、向i cp发生器的铜线圈上施加射频电源，其中，电源频率为13.56mhz，电源功率为500～5000w；

17、步骤s4、在i cp发生器的作用下，石英管内产生氟等离子体和活性自由粒子，并通过真空泵远程传输到石英反应炉内，氟等离子及活性自由粒子与石英反应炉内表面的掺杂非晶硅薄膜发生化学反应，形成si f4和挥发性副产物；

18、步骤s5、通过真空泵抽出石英反应炉中反应形成的si f4和挥发性副产物；

19、步骤s6、将射频电源在预设功率下保持60～300min，以确保石英反应炉内壁上的非晶硅清洗完全；

20、步骤s7、清洗完成后，关闭射频电源，并停止通气，抽真空后充入氮气至常压，打开炉门以查看清洗效果。

21、作为本发明的进一步改进，所述步骤s2中，氟化物气体为cf4与o2的混合气体或sf6与ar的混合气体或nf3与ar的混合气体，气体总流量为100～5000sccm；所述步骤s3中，射频电源采用阶梯式升功率方式。

22、与现有技术相比，本发明的优点在于：

23、1、本发明的lpcvd设备在线等离子清洗装置，通过将加热炉体同轴嵌套在石英反应炉外周，实现了对石英反应炉进行均匀加热；通过在石英反应炉的炉口设有炉口门板和炉门组件，利用炉门组件上的进气孔实现了工艺气体输送至石英反应炉内，利用炉尾门板上的抽气管连接真空泵，实现了石英反应炉内的气体排出；与此同时，炉口门板上设有与射频电源组件连接的电极引入插座，炉门组件上设有相互连接电极柱和i cp发生器，将i cp发生器环绕在石英管进气端的外周，石英管的排气端则是沿着轴向贯穿炉门组件；当炉门组件开启时，电极柱与电极引入插座相互分离，此时i cp发生器是不工作的；当炉门组件关闭时，电极柱插入电极引入插座内，即实现了i cp发生器与射频电源组件连接，石英管的排气端延伸至石英反应炉内，通过向石英管内通入氟化物气体，并开启射频电源组件，在i cp发生器的作用下，氟化物气体在石英管中形成含氟等离子体，并流入石英反应炉内，刻蚀性氟等离子体均匀的分布于整个石英反应炉中，与石英反应炉内壁上的非晶硅进行反应，实现了石英反应炉在线清洗。

24、2、本发明的清洗方法，采用干法等离子体清洗技术，通过电感耦合等离子生成技术将包括nf3或cf4或sf6等氟化气体进行电离得到高密度等含f高能活性等离子体，然后引入石英反应炉中，与炉壁的非晶硅或氧化硅薄膜进行反应，得到挥发性的气态物质，从而实现了石英反应炉的快速清洗，同时也可以将石英舟放置于石英反应炉内进行同步清洗，可以在不拆装石英管的情况下实现了石英反应炉的清洗，从而提高石英反应炉的使用寿命，降低了topcon太阳能电池的使用成本。此外，石英反应炉清洗完成后，不需要进行额外的处理就可以直接进行非晶硅沉积，从而大大提升了清洗效率，提高了时效性；不需要高浓度的酸碱溶液，没有废液的处理成本。