CN102842636B - 用于化学气相沉积系统的基板加热基座 - Google Patents
用于化学气相沉积系统的基板加热基座 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种用于化学气相沉积系统的基板加热基座，其包括上表面，待处理基板设置在所述上表面上，所述上表面包括中心部分和围绕所述中心部分的边缘部分，所述上表面的边缘部分的表面粗糙度大于或等于Rz30μm且小于或等于Rz50μm。本发明可有效增加薄膜在边缘部分的粘附力，防止边缘部分上的薄膜脱落后影响沉积工艺。
Description
技术领域
本发明涉及设备制造领域，特别涉及一种用于化学气相沉积系统的基板加热基座。
背景技术
在诸多的太阳能电池应用技术中，薄膜太阳能电池因其无污染，能耗少，成本低廉，可以大规模生产等一系列优点，而被广泛应用于航空、航天以及人们的日常生活中。常见的薄膜太阳能电池包括：非晶硅薄膜太阳电池，非晶微晶叠层薄膜太阳能电池，铜铟镓硒薄膜太阳电池和碲化镉薄膜太阳电池。在公开号为CN101027749A和CN101226967A的中国发明专利文件中，揭示了现有技术的薄膜太阳能电池的形成方法。
以非晶硅薄膜太阳电池形成方法为例，制造非晶硅薄膜太阳电池的一个重要工艺环节是在大面积基板上沉积透明导电氧化物(TCO，transparentconductive oxide)薄膜；考虑到基板面积和成本的问题，通常非晶硅薄膜太阳电池的基板选用玻璃材质的基板。所述透明导电氧化物薄膜通常作为非晶硅薄膜太阳能电池的电极，所述透明导电氧化物通常为氧化锌。
现有技术中，沉积薄膜太阳能电池的TCO薄膜的主要设备是化学气相沉积系统是制备。如图1所示，现有技术中化学气相沉积系统包括：反应腔110、喷淋组件120和基板加热基座130，其中：所述喷淋组件120设置在所述反应腔110顶部，所述基板加热基座130与所述喷淋组件120相对设置。所述喷淋组件120用于将包含气态的二乙基锌(DEZ，diethylzinc)和水蒸汽的反应气体传输至喷淋组件120和基板加热基座130之间的反应区；所述基板加热基座130用于支撑基板100且对基板100进行加热。所述基板加热基座130，包括基座131和电热丝132，其中，所述电热丝132是镶嵌于所述基座131内部的；所述基座131具有一上表面，基板100被设置在该上表面。当电热丝132通电后即被加热，通过基座131将设置在其上表面的基板100均匀加热，使所述基板100达到并维持150℃到250℃之间的某一预定反应温度，所述反应气体在所述基板100表面进行反应，从而在所述基板100表面上沉积氧化锌薄膜。
沉积TCO薄膜时，将基板100放置在所述基板加热基座130上，所述基板加热基座130将所述基板100加热到一定的温度，且保持所述基板100的温度；反应气体通过喷淋组件120进入反应腔110内，并在被加热的基板100表面发生热反应，以在基板100的表面沉积一层薄膜。
但是现有技术在对基板进行加热的过程中存在以下问题：由于基板加热基座的边缘暴露在反应气体中，且基板加热基座的边缘具有使反应气体反应成膜的温度，因此在基板加热基座的边缘部分也会沉积薄膜，且该沉积在基板加热基座边缘部分上的薄膜很容易从所述基板加热基座脱落，并在反应腔中形成粉尘，进而影响基板上的薄膜沉积。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于化学气相沉积系统的基板加热基座，可以降低沉积在基板加热基座边缘部分的薄膜脱落的可能性。
为解决上述问题，本发明提供了一种用于化学气相沉积系统的基板加热基座，所述基板加热基座包括上表面，所述上表面用于放置待处理基板，所述上表面包括中心部分和围绕所述中心部分的边缘部分，所述上表面的边缘部分的表面粗糙度大于或等于Rz30μm且小于或等于Rz50μm。
优选地，基板放置在所述上表面时，所述上表面的边缘部分与所述基板之间存在间隔。
优选地，所述上表面的边缘部分与所述基板之间的间隔大于或等于0.1mm且小于或等于2mm。
优选地，所述上表面的边缘部分与所述基板之间的间隔大于0.5mm且小于1.5mm。
优选地，所述基板加热基座包括：中心加热器和可拆卸的边缘加热器，所述中心加热器包括所述上表面的中心部分，所述边缘加热器包括所述上表面的边缘部分，所述边缘加热器能独自从所述装置中移除或更换。
优选地，所述上表面的边缘部分远离所述上表面的中心部分的外边缘到所述上表面的中心部分边缘的垂直距离取值范围为大于或等于9mm且小于或等于13mm。
优选地，所述边缘加热器对基板的加热温度高于所述中心加热器对基板的加热温度。
优选地，其中所述边缘加热器对基板的加热温度与所述中心加热器对基板的加热温度之差与所述上表面的边缘部分与所述基板之间的间隔成正相关。
优选地，所述边缘加热器对基板的加热温度与所述中心加热器对基板的加热温度之差大于或等于5℃且小于或等于10℃。
优选地，所述中心加热器对基板的加热温度取值范围为大于或等于150℃且小于或等于250℃。
优选地，所述中心加热器包括：基座和设置在所述基座中的加热元件。
优选地，所述基座为碳基座、碳化硅基座或铝基座，所述加热元件为电阻丝、石英加热管或陶瓷加热片。
优选地，所述边缘加热器为电阻加热棒。
优选地，所述边缘加热器包括导热棒；所述导热棒通过设置在所述导热棒与所述上表面相反一侧的加热板上进行加热。
优选地，所述导热棒的材质包括不锈钢或铝。
优选地，所述加热板是所述中心加热器延伸而成的边缘平板，所述导热棒设置在所述边缘平板上，所述边缘平板支撑并加热所述导热棒。
优选地，所述中心加热器具有至少两个加热区，其中，所述边缘平板的加热温度高于所述中心加热器其他部分的加热温度。
优选地，所述基板加热基座还包括：温度监控装置，用于检测所述中心加热器和所述边缘加热器的温度，且控制所述边缘加热器的温度高于所述中心加热器的温度。
优选地，所述温度监控装置包括：第一温度传感器，设置在所述中心加热器上，用于检测所述中心加热器的温度；第二温度传感器，设置在所述边缘加热器上，用于检测所述边缘加热器的温度；控制单元，电连接所述第一温度传感器、所述第二温度传感器、所述边缘加热器和所述中心加热器，根据所述中心加热器的温度和所述边缘加热器的温度，控制所述中心加热器的温度或所述边缘加热器的温度，使所述边缘加热器的温度高于所述中心加热器的温度。
优选地，所述化学气相沉积系统用于在基板上沉积TCO膜。
与现有技术相比，本发明装置具有以下优点：
1)所述基板加热基座用于化学气相沉积系统中，其面对基板的上表面包括中心部分和围绕所述中心部分的边缘部分，由于所述上表面的边缘部分的表面粗糙度大于或等于Rz30μm且小于或等于Rz50μm，因此可有效增加沉积在上表面的边缘部分薄膜与所述基板加热基座的粘附力，防止沉积在所述边缘部分的薄膜脱落。
2)基板放置在所述上表面时，所述上表面的边缘部分与所述基板之间存在间隔，从而可以在边缘部分上表面沉积的薄膜的厚度使得其上表面与中心部分的上表面齐平时，才对基板加热基座进行清洗或更换，因此延长了维护周期。
3)所述上表面的边缘部分与所述基板之间的间隔大于0.5mm且小于1.5mm，从而在保证正常薄膜沉积的情况下，可以对几千片基板进行沉积后，才会使得边缘部分上表面沉积的薄膜与中心部分的上表面齐平，且基本能保证所述基板中心部分和边缘部分的温度均匀性。
4)所述基板加热基座包括：中心加热器和设置在所述中心加热器周围的边缘加热器，由于在基板上沉积薄膜的过程中，通常只会在基板加热基座的边缘区域沉积薄膜，又因为，所述可拆卸的边缘加热器能独自从所述装置中移除或更换，因此可以仅对边缘加热器进行清洗或更换，减小了维护的时间，降低了维护的成本。
5)由于反应气体的运动影响(可参阅图1所示)，容易造成基板边缘的温度损失较大，即基板边缘温度远低于基板中间部分的温度；又由于基板加热基座的边缘部分沉积有薄膜，因而会影响基板加热基座对基板边缘的加热效果，使得基板边缘温度更低，从而就会导致基板边缘和中间部分薄膜沉积不均匀；本发明中所述边缘加热器的温度高于所述中心加热器的温度，即采用多区控温方式，从而补偿玻璃基板边缘温度的损失，使玻璃基板表面均匀加热。
6)所述中心加热器包括：基座和设置在所述基座中的加热元件，所述基座为铝基座，充分利用铝材质优越的导热性，使中心加热器快速对玻璃基板的中心区域进行加热。
7)所述边缘加热器包括：导热棒，所述导热棒的材质为不锈钢，充分利用不锈钢材质抗酸，且易于清洗的特性，使得对边缘加热器的维护更方便。
8)所述基板加热基座还包括：温度监控装置，用于检测所述中心加热器和所述边缘加热器的温度，从而更精确地控制所述边缘加热器的温度高于所述中心加热器的温度。
9)所述加热板是所述中心加热器底部延伸而成的边缘平板，所述导热棒设置在所述边缘平板上，所述边缘平板支撑并加热所述导热棒，从而使得基板加热基座的整体移动更方便。
附图说明
图1是现有技术中化学气相沉积系统的结构示意图；
图2是本发明实施例1提供的基板加热基座的结构示意图；
图3是本发明实施例2提供的基板加热基座的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
正如背景技术部分所述，现有基座在对基板进行加热以沉积薄膜的过程中，由于基板加热基座的边缘暴露在反应气体中，且基板加热基座的边缘具有使反应气体反应成膜的温度，因此在基板加热基座的边缘部分也会沉积薄膜，且该沉积在基板加热基座上表面的边缘部分上的薄膜很容易从所述基板加热基座脱落，并在反应腔中形成粉尘，最终影响基板上的薄膜沉积。
为克服上述缺陷，本发明提供了一种用于化学气相沉积系统的基板加热基座，其包括上表面，所述上表面用于放置待处理基板，所述上表面包括中心部分和围绕所述中心部分的边缘部分，所述上表面的边缘部分的表面粗糙度大于或等于Rz30μm且小于或等于Rz50μm，因此可有效增加薄膜在边缘部分的粘附力，防止沉积在基板加热基座上表面的边缘部分上的薄膜脱落，并影响薄膜沉积的质量。
下面以设置在化学气相沉积系统的反应腔中用于沉积TCO薄膜的基板加热基座为例，结合附图进行详细说明。
实施例1
图2是本实施例基板加热基座的结构示意图。如图2所示，基板100设置在基板加热基座上，本实施例所述的基板加热基座包括上表面，待处理基板100设置在所述上表面，所述上表面包括中心部分210a和围绕所述中心部分210a的边缘部分220a，且所述上表面的边缘部分220a的表面粗糙度大于或等于Rz30μm且小于或等于Rz50μm。
其中，所述表面粗糙度是以上表面的微观不平度十点高度作为衡量标准的。所述上表面的表面粗糙度大于或等于Rz30μm且小于或等于Rz50μm，即指所述上表面的边缘部分220a的微观不平度十点高度的取值范围为大于或等于30μm且小于或等于50μm，如：30μm、35μm、40μm、45μm或50μm等。
由于所述边缘部分220a暴露在反应气体中，且所述边缘部分220a具有使反应气体反应成膜的温度，因此在所述边缘部分220a也会沉积薄膜。本实施例通过提高所述边缘部分220a的表面粗糙度，从而可以有效增加薄膜在边缘部分220a的粘附力，防止沉积在基板加热基座上表面的边缘部分220a上的薄膜脱落。
由于所述中心部分210a上一般不会沉积薄膜，因此本实施例对所述中心部分210a的表面粗糙度没有限制。
其中，当基板100放置在所述上表面时，所述上表面的边缘部分220a与所述基板100之间存在间隔H。本实施例中所述上表面的边缘部分220a与所述基板100之间的间隔H大于或等于0.1mm且小于或等于2mm，如：0.1mm、0.5mm、1mm、1.6mm或2mm等。优选地，所述上表面的边缘部分220a与所述基板100之间的间隔H大于0.5mm且小于1.5mm。如当所述上表面的边缘部分220a与所述基板100之间的间隔为1mm时，则在对约1700片基板100进行TCO薄膜沉积后，所述上表面的边缘部分220a才会与所述上表面的中心部分210a的上表面齐平，即至少在对约1700片基板进行TCO薄膜沉积后，才会使得边缘部分上表面沉积的薄膜与中心部分的上表面齐平，且基本能保证所述基板100中心部分和边缘部分的温度均匀性。
具体地，所述基板加热基座包括：中心加热器210A和可拆卸的边缘加热器220A，所述中心加热器210A包括所述上表面的中心部分210a，所述边缘加热器220A包括所述上表面的边缘部分220a，所述边缘加热器220A能独自从所述装置中移除或更换。由于在薄膜沉积过程中，只会在边缘加热器220A的上表面形成薄膜，而不会在中心加热器210A上形成薄膜，且所述边缘加热器220A能独自从所述装置中移除或更换，因此可以仅对边缘加热器220A进行清洗或更换即可，减小了维护的时间，降低了维护的成本。
所述边缘加热器220A上表面的边缘部分远离所述上表面的中心部分的边缘到所述上表面的中心部分边缘的垂直距离L取值范围为大于或等于9mm且小于或等于13mm，如：9mm、10mm、11mm、12mm或13mm等。为了将所述基板100设置所述基板加热基座上时无需精确对准，所述基板加热基座的上表面一般大于所述基板100，即所述边缘加热器220A的远离所述中心加热器210A的边缘与所述基板230的边缘未齐平。
所述边缘加热器220A的温度高于所述中心加热器210A的温度。具体地，所述边缘加热器220A的温度与所述中心加热器210A的温度之差大于或等于5℃且小于或等于10℃。如：5℃、6℃、7℃、8℃、9℃或10℃等。本实施例采用中心区域和边缘区域的两区控温方式，从而补偿基板100边缘温度的损失，使基板100能够均匀受热。本实施例中基板100被加热后的温度取值范围为大于或等于150℃且小于或等于250℃，因此所述中心加热器210A的温度取值范围为大于或等于150℃且小于或等于250℃，从而所述边缘加热器220A的温度取值范围为大于或等于155℃且小于或等于260℃。
本实施例中所述边缘加热器220A的温度与所述中心加热器210A的温度之差与所述上表面的边缘部分220a与所述基板100之间的间隔成正相关，即所述上表面的边缘部分220a与所述基板100之间的间隔越大，所述边缘加热器220A的温度与所述中心加热器210A的温度之差越大。如：当所述上表面的边缘部分220a与所述基板100之间的间隔为2mm时，所述边缘加热器220A的温度与所述中心加热器210A的温度之差可以为10℃；当所述上表面的边缘部分220a与所述基板100之间的间隔为1mm时，所述边缘加热器220A的温度与所述中心加热器210A的温度之差可以为8℃；当所述上表面的边缘部分220a与所述基板100之间的间隔为0.1mm时，所述边缘加热器220A的温度与所述中心加热器210A的温度之差可以为5℃。
所述中心加热器210A包括：基座和设置在所述基座中的加热元件(图中未示出)，本实施例中所述基座为铝基座，所述加热元件为电阻丝。本实施例通过所述电阻丝发热，利用铝材质优越的导热性，通过铝基座的热传递对基板100进行加热，以提升加热的速度，提高加热效率。需要说明的是，在本发明的其他实施例中，所述基座还可以是碳基座或碳化硅基座等，所述加热元件还可以是石英加热管或陶瓷加热片等，其都不脱离本发明的精神。
所述边缘加热器220A为电阻加热棒。
作为优选的实施方案，本实施例提供的基板加热基座还包括：温度监控装置(图中未示出)，用于检测所述中心加热器210A和所述边缘加热器220A的温度，且控制所述边缘加热器220A的温度高于所述中心加热器210A的温度。
具体地，所述温度监控装置包括：第一温度传感器，设置在所述中心加热器210A上，用于检测所述中心加热器210A的温度；第二温度传感器，设置在所述边缘加热器220A上，用于检测所述边缘加热器220A的温度；控制单元，电连接所述第一温度传感器、所述第二温度传感器、所述边缘加热器220A和所述中心加热器210A，根据所述中心加热器210A的温度和所述边缘加热器220A的温度，控制所述中心加热器210A的温度或所述边缘加热器220A的温度，使所述边缘加热器220A的温度高于所述中心加热器210A的温度。本实施例通过温度监控装置可以更精确地控制所述边缘加热器220A的温度高于所述中心加热器210A的温度，如：使所述边缘加热器220A的温度与所述中心加热器210A的温度之差为5℃、6℃、7℃、8℃、9℃或10℃等。
本实施例提供的用于化学气相沉积系统的基板加热基座，由于所述上表面的边缘部分220a的表面粗糙度大于或等于Rz30μm且小于或等于Rz50μm，因此可有效增加薄膜在边缘部分220a的粘附力，防止沉积在基板加热基座上表面的边缘部分220a上的薄膜脱落。采用中心加热器210A对基板100的中心区域进行加热，采用可方便拆洗的边缘加热器220A对基板100的边缘区域进行加热，且在基板100的上方充入反应气体，以在基板100上形成TCO薄膜。即使经过一段时间，在边缘加热器220A的边缘形成TCO薄膜，也可以单独对边缘加热器220A进行清洗或更换，从而减小了维护的时间，降低了维护的成本。
实施例2
如图3所示，本实施例提供的基板加热基座与实施例1的区别在于，所述边缘加热器220A是导热棒，所述导热棒通过设置在所述导热棒与所述上表面相反一侧的加热板加热；所述加热板是所述中心加热器210A底部延伸而成的边缘平板，所述导热棒设置在所述边缘平板上，所述边缘平板支撑并加热所述导热棒，从而使得基板加热基座的整体移动更方便。
需要说明的是，在本发明的其他实施例中，所述边缘加热器220A还可以包括导热棒之外的其他导热装置，在此不应严格限制本发明的保护范围。
其中，所述导热棒的材质为不锈钢或铝。优选地，所述导热棒的材质为不锈钢，以充分利用不锈钢材质抗酸、且易于清洗的特性，使得对边缘加热器220A的维护更方便。
本实施例提供的基板加热基座，同样采用中心加热器210A对基板100的中心区域进行加热，采用可方便拆洗的边缘加热器220A对基板100的边缘区域进行加热，且在基板100的上方充入反应气体，以在基板100上形成TCO薄膜。即使经过一段时间，在边缘加热器220A的边缘形成TCO薄膜，也可以单独对边缘加热器220A进行清洗或更换，从而减小了维护的时间，降低了维护的成本。优选地，在本实施方式中，所述边缘平板的加热温度高于所述中心加热器210A其他部分的加热温度。所述边缘平板对所述导热棒进行加热，使得所述导热棒对基板的加热温度高于所述中心加热器210A对基板的加热温度。
需要说明的是，本发明实施例提供的基板加热基座并不限于沉积TCO膜时对基板进行加热。
虽然本发明己以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (19)
1.一种用于化学气相沉积系统的基板加热基座，所述基板加热基座包括上表面，所述上表面用于放置待处理基板，所述上表面包括中心部分和围绕所述中心部分的边缘部分，其特征在于，所述上表面的边缘部分的表面粗糙度大于或等于Rz30μm且小于或等于Rz50μm；基板放置在所述上表面时，所述上表面的边缘部分与所述基板之间存在间隔。
2.如权利要求1所述的基板加热基座，其特征在于，所述上表面的边缘部分与所述基板之间的间隔大于或等于0.1mm且小于或等于2mm。
3.如权利要求2所述的基板加热基座，其特征在于，所述上表面的边缘部分与所述基板之间的间隔大于0.5mm且小于1.5mm。
4.如权利要求1至3中任意一项所述的基板加热基座，其特征在于，所述基板加热基座包括：中心加热器和可拆卸的边缘加热器，所述中心加热器包括所述上表面的中心部分，所述边缘加热器包括所述上表面的边缘部分，所述边缘加热器能独自从所述基板加热器中移除或更换。
5.如权利要求4所述的基板加热基座，其特征在于，所述上表面的边缘部分远离所述上表面的中心部分的外边缘到所述上表面的中心部分边缘的垂直距离取值范围为大于或等于9mm且小于或等于13mm。
6.如权利要求4所述的基板加热基座，其特征在于，所述边缘加热器对基板的加热温度高于所述中心加热器对基板的加热温度。
7.如权利要求6所述的基板加热基座，其特征在于，其中所述边缘加热器对基板的加热温度与所述中心加热器对基板的加热温度之差与所述上表面的边缘部分与所述基板之间的间隔成正相关。
8.如权利要求6所述的基板加热基座，其特征在于，所述边缘加热器对基板的加热温度与所述中心加热器对基板的加热温度之差大于或等于5℃且小于或等于10℃。
9.如权利要求6所述的基板加热基座，其特征在于，所述中心加热器对基板的加热温度取值范围为大于或等于150℃且小于或等于250℃。
10.如权利要求4所述的基板加热基座，其特征在于，所述中心加热器包括：基座和设置在所述基座中的加热元件。
11.如权利要求10所述的基板加热基座，其特征在于，所述基座为碳基座、碳化硅基座或铝基座，所述加热元件为电阻丝、石英加热管或陶瓷加热片。
12.如权利要求4所述的基板加热基座，其特征在于，所述边缘加热器为电阻加热棒。
13.如权利要求4所述的基板加热基座，其特征在于，所述边缘加热器包括导热棒；所述导热棒通过设置在所述导热棒与所述上表面相反一侧的加热板上进行加热。
14.如权利要求13所述的基板加热基座，其特征在于，所述导热棒的材质包括不锈钢或铝。
15.如权利要求13所述的基板加热基座，其特征在于，所述加热板是所述中心加热器延伸而成的边缘平板，所述导热棒设置在所述边缘平板上，所述边缘平板支撑并加热所述导热棒。
16.如权利要求15所述的基板加热基座，其特征在于，所述边缘平板的加热温度高于所述中心加热器其他部分的加热温度。
17.如权利要求6所述的基板加热基座，其特征在于，还包括：温度监控装置，用于检测所述中心加热器和所述边缘加热器的温度，且控制所述边缘加热器的温度高于所述中心加热器的温度。
18.如权利要求17所述的基板加热基座，其特征在于，所述温度监控装置包括：第一温度传感器，设置在所述中心加热器上，用于检测所述中心加热器的温度；第二温度传感器，设置在所述边缘加热器上，用于检测所述边缘加热器的温度；控制单元，电连接所述第一温度传感器、所述第二温度传感器、所述边缘加热器和所述中心加热器，根据所述中心加热器的温度和所述边缘加热器的温度，控制所述中心加热器的温度或所述边缘加热器的温度，使所述边缘加热器的温度高于所述中心加热器的温度。
19.如权利要求1所述的基板加热基座，其特征在于，所述化学气相沉积系统用于在基板上沉积TCO膜。
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