CN102605349B - 一种基片加热装置 - Google Patents

Abstract

一种基片加热装置，包括箱体和基片载板加热架。所述的基片载板加热架安装在所述的箱体内。所述的基片载板加热架上有多个插槽。基片载板加热架安装在两条相对平行的导轨上，在水平方向上往复运动。需要加热的基片通过固定螺钉及基片载板插槽固定在基片载板上，再将基片载板插入基片载板加热架插槽中进行加热。本发明采用电加热方式加热，适用于对批次基片进行同时加热。

Description

一种基片加热装置

技术领域

本发明涉及一种真空镀膜设备，特别涉及基片镀膜前加热装置。

背景技术

真空镀膜设备的使用广范分布于各行各业，镀膜前基片的加热非常重要，若加热均匀性差，会严重影响所镀或所沉积的薄膜的光学、电学及物理性能。无论是工业设备还是研发设备，为达到加热均匀性，基本采用每次只加热单片基片的方式，效率较低，不便于连续批量工作。基片的加热原理主要是靠红外电磁波辐射。基片材料本身对加热效率起决定作用。材料的热容度好，加热效率就高，反之则低。在工业化生产中，对基片加热有不同方式：有直接进行加热的，也有间接加热的。

以工业化薄膜太阳能电池生产为例，其基片大部分采用玻璃，加热方式既有堆栈式预加热，也有单片直接加热；堆栈式预加热较典型的，当属硅基薄膜产线的单室多片系统；主要方式有两种。方法一是将玻璃基片插入预热炉内的堆栈式插槽上，将玻璃基片加热到较高温度，再从堆栈式插槽上取下，装入薄膜沉积腔中的堆栈式插槽上去沉积硅基薄膜，此方式的缺陷是在高温时移动玻璃基片，碎片率很高，已很少被采用。方法二是将基片插入堆栈式基片架，再将堆栈式基片架装入一周围完全密闭的金属盒中，对整个金属盒进行加热，然后将金属盒再装入薄膜沉积腔进行薄膜沉积；此方式的缺陷是首先要加热金属盒，再将热量传导给基片，要达到加热温度就需要很长时间，而且金属盒的高温还会造成对其移动的不便。例如，已授权的中国专利：CN 2931495Y，采用的就是此加热方式。

在研发设备中一般采用单片直接加热方式对基片进行加热，可获得极好的加热均匀性。其过程是先将基片装入装片腔内，经过高真空后，转进薄膜沉积腔再进行加热。装片腔一般不对基片进行加热，只进行一定温度的烘烤，可装入基片数量各有不同。基片一般是装在基片在板上，再放入真空腔抽真空和烘烤；一定时间后在传送到沉积腔，进行升温。基片载板有两个作用，其一是固定基片，其二是给基片提供一均匀温度场保证基片温度均匀。基片温度均匀可使沉积在基片上的薄膜均匀性得到保证，进而提高薄膜的光学及电学性能。此方式也存在一些不足，在沉积腔中加热会使整个的薄膜沉积过程时间较长，不利于不同实验条件的数据优化。如中国专利CN 101220468A。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术在基片加热方面温度不均匀、时间较长等的不足，提出一种基片加热装置。本发明的基片加热装置加热时间短、效率高，可提供具有均匀温度的用于薄膜沉积的基片。

本发明基片加热装置属于真空加热装置，需要与其它真空设备配套使用。

本发明加热装置包括箱体和基片载板加热架。

所述的箱体的外形为方箱，其材质为不锈钢。

在所述的箱体的一个立面上开有用于装卸基片载板的真空密封门，真空密封门上设有一观察窗，用于观察加热装置内部情况。观察窗的下方装有一磁力推杆，用于将装有基片的基片载板从加热装置内传递到其它真空腔设备中。在所述的箱体与真空密封门相对的另一立面上装有真空阀门，该真空阀门用于与其它真空腔设备对接及传递基片载板；在与真空密封门相邻的所述的箱体立面上装有一手动旋转柄，手动旋转柄与一螺纹杆的一端连接，螺纹杆由支架支撑固定，螺纹杆的另一端与置于所述的箱体内的基片载板加热架连接，螺纹杆与箱体间通过不锈钢波纹管实现真空密封。通过旋转手动旋转柄，可使箱体内基片载板加热架在水平方向上往复运动。箱体底部有一用于抽真空的排气口，排气口安装有用于连接真空泵及封闭真空的真空阀。

所述的箱体内部装有一个基片载板加热架，基片加热架上有多个插槽。基片载板加热架安装在两条相对平行的导轨上；每条导轨由定轨及动轨组成，其中定轨固定在箱体内的底部，位于排气口上方。定轨为凹型，用于支撑基片载板加热架。动轨固定在基片载板加热架的底部，为凸型，与定轨的凹型相配合。定轨两端分别装有基片载板加热架限位装置。基片载板加热架在螺纹杆推动下可在水平方向上依托导轨进行往复运动。基片载板加热架的每个插槽一次只能插入一块基片载板，插槽间带有加热器，加热器为铠装电加热丝，铠装电加热丝用卡子固定在支撑板上，支撑板位于两相邻基片载板加热架的插槽之间，铠装电加热丝通有低压电。需要加热的基片通过固定螺钉及基片载板插槽固定在基片载板上，再将基片载板插入基片载板加热架插槽中进行加热，采用温控仪对加热温度进行控制。

箱体内壁上衬有两层隔热板。隔热板采用不锈钢薄板，不锈钢薄板两面抛光处理，以达到更好隔热效果。隔热板之间以及其与方箱内壁间间隔不大于10mm。

达到加热温度的基片，通过手动旋转柄、磁力杆、磁钢、基片载板的配合，传递出箱体。

本发明的优势如下：

1.采用电加热方式，加热时间短；

2.在每个基板间均装有电加热器，提高了加热效率；

3.基片装在基片载板上，提高了加热均匀性；

4.可对一个批次的基片进行加热；

5.基片传递采用手动方式，成本低，便于维护；

6.加热装置装有隔热内衬，降低了红外辐射造成的能耗；

7.可避免在沉积腔加热带来的污染。

附图说明

图1基片加热装置俯视图，图中：1手动旋转柄，2固定件，3支撑架，4不锈钢波纹管密封，5加热装置外壳，17基片出口真空阀门，18基片加热装置门锁紧旋钮，19观察窗，20磁力杆，21磁钢，22基片加热装置门；

图2基片加热装置侧面剖视图，图中：1手动旋转柄，2固定件，3支撑架，4不锈钢波纹管密封，5加热装置外壳，6隔热内衬，7基片载板插槽，8加热器，9加热器接线，10基片载板插槽箱滑轨定轨，11基片插槽箱限位装置，12基片插槽箱滑轨支撑架，13基片加热装置支撑面，14加热装置真空排气口；15不锈钢波纹管；

图3基片载板示意图，图中：23与磁力杆连接柱，24基片固定螺钉孔，25基片位置；

图4基片载板侧视图，图中：23与磁力杆连接柱，24基片固定螺钉，26基片插槽；

图5基片加热装置传递示意图，图中：1手动旋转柄，3支撑架，7基片载板插槽，10基片载板插槽箱滑轨定轨，17基片出口真空阀门，19观察窗，20磁力杆，21磁钢，27基片插槽箱移动方向，28磁钢运动方向；

图6基片加热装置内部磁力杆示意图，图中：20磁力杆，29磁力杆与基片载板连接环；

图7磁力杆与基片载板对接示意图，图中：20磁力杆，29磁力杆与基片载板连接环，23基片载板与磁力杆连接柱，24基片固定螺钉孔；

图8基片载板插槽示意图，图中：7基片载板插槽；

图9滑轨连接示意图，图中：10基片插槽箱滑轨定轨，32基片插槽箱滑轨动轨；

图10基片加热装置加热器示意图，图中：30铠装加热丝，31铠装加热丝支撑板，33铠装加热丝固定卡。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。

本发明基片加热装置主要包括箱体和基片载板加热架。

所述的箱体的外形为方箱，其材质为不锈钢。

如图1、2所示，在所述的箱体的一个立面上开有用于装卸基片载板的真空密封门22，真空密封门22上设有一观察窗19，用于观察加热装置内部情况；观察窗19的下方装有一磁力推杆20，磁力推杆20上装有一磁钢21；真空密封门22上还设有真空密封门锁紧旋钮18。在与真空密封门22相对的所述的箱体的另一立面上装有基片出口真空阀门17。在与真空密封门22相邻的所述的箱体的立面上装有一手动旋转柄1，手动旋转柄1与一螺纹杆的一端连接，螺纹杆通过支架撑3及固定件2支撑、固定，螺纹杆的另一端与置于所述的加热装置箱体内的基片载板加热架连接，螺纹杆与箱体间通过不锈钢波纹管15实现真空密封。

在所述的箱体内部装有一个多插槽的基片载板加热架。基片载板加热架安装在两条相对平行的导轨上。如图9所示，每条导轨由定轨10及动轨32组成，其中定轨10固定在箱体内的底部、位于排气口14上方，定轨10为凹型；动轨32固定在基片载板加热架的底部，为凸型，与定轨10的凹型相配合。定轨10的两端分别装有基片载板加热架限位装置11；基片载板加热架在螺纹杆推动下可在水平方向上依托定轨10进行往复运动，如图2所示。基片载板加热架的每个基片载板插槽7一次只能插入一块基片载板。插槽间装有加热器8，加热器8选用铠装电加热丝30。如图10所示，铠装电加热丝30用卡子33固定在支撑板31上。支撑板31位于两相邻基片载板插槽7之间，铠装电加热丝30通有低压电；基片载板插入基片载板加热架插槽中进行加热。

在所述的箱体内壁上衬有两层隔热内衬6，隔热内衬6采用不锈钢薄板，不锈钢薄板两面抛光处理，两层隔热内衬之间，以及隔热内衬与方箱内壁间间隔不大于10mm，如图1所示。

如图3、图4所示，工作时，将基片插入装到基片载板的基片插槽26中，旋紧基片固定螺钉24，使基片与基片载板具有良好的物理接触，以保证加热均匀性；打开方箱门22，将装有基片的基片载板完全插入基片载板加热架的基片载板插槽7中，如图8所示；关闭方箱门22，旋紧方箱门锁紧旋钮18，如图1、图5所示；通过排气口14给方箱抽真空，如图2所示；真空到后，打开加热器8电源，开始加热；温度到后，通过手动旋转柄1、磁钢21、磁力杆20、与磁力杆连接柱23、观察窗19的相互配合，将基片载板传递到其它真空设备中，如图3、图4、图5、图6、图7所示；传递过程如下：

1、打开基片出口真空阀门17，如图1、图5所示；

2、旋转手动旋转柄1，并通过观察窗19进行观察，如图1、图5、图6、图7所示；使基片加热架延滑轨方向移动，如图5、图9所示；并使基片加热架中基片载板位置与磁力杆20相对应，如图5所示；

3、推动磁钢21，使磁力杆20接近基片载板与磁力杆连接柱23，如图3、图4、图5、图6、图7所示；

4、如图6、图7所示，通过旋转及推拉磁钢21，最终使基片载板连接环29与基片载板连接柱23对接；

5、继续推动磁钢21，基片载板被磁力杆21从基片加热架中推出，穿过基片出口真空阀门17，离开加热方箱5，进入其它真空设备中。

Claims (3)

1.一种基片加热装置，包括箱体（5）和基片载板加热架，其特征在于，所述的基片载板加热架安装在所述的箱体内，所述的基片载板加热架上有多个插槽；基片载板加热架安装在两条相对平行的导轨上，在水平方向上往复运动；待加热的基片通过固定螺钉及基片载板插槽固定在基片载板上，基片载板插入基片载板加热架插槽中加热；所述的基片载板加热架的插槽间装有加热器（8），加热器（8）选用铠装电加热丝（30）；铠装电加热丝（30）用卡子（33）固定在支撑板（31）上；支撑板（31）位于两相邻基片载板插槽（7）之间，铠装电加热丝（30）通有低压电；所述的箱体的一个立面上开有用于装卸基片载板的真空密封门（22），真空密封门（22）上设有一观察窗（19）；观察窗（19）的下方装有磁力推杆（20），磁力推杆（20）上装有磁钢（21）；真空密封门（22）上还设有真空密封门锁紧旋钮（18）；在与真空密封门（22）相对的所述的箱体的另一立面上装有基片出口真空阀门（17）；在与真空密封门（22）相邻的所述的箱体的立面上装有手动旋转柄（1），手动旋转柄（1）与一螺纹杆的一端连接，螺纹杆通过支架撑（3）及固定件（2）支撑、固定；螺纹杆的另一端与置于所述的加热装置箱体内的基片载板加热架连接，螺纹杆与箱体间通过不锈钢波纹管（15）实现真空密封。

2.根据权利要求1所述的基片加热装置，其特征在于，每条所述的导轨由定轨（10）及动轨（32）组成；所述的定轨（10）固定在所述的箱体内的底部，位于排气口（14）上方；定轨（10）为凹型；动轨（32）固定在基片载板加热架的底部，为凸型，与凹型的定轨（10）相配合；定轨（10）的两端分别装有基片载板加热架限位装置（11）；基片载板加热架在螺纹杆推动下在水平方向上依托定轨（10）往复运动。

3.根据权利要求1所述的基片加热装置，其特征在于，所述的箱体内壁上衬有两层隔热内衬（6），隔热内衬（6）采用不锈钢薄板，不锈钢薄板两面抛光；两层隔热内衬之间，以及隔热内衬与方箱内壁间的间隔不大于10mm。

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