CN108425105A - 一种原子层沉积在线监控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种原子层沉积在线监控系统，所述监控系统设有检测元件、信号转化装置、信号处理系统和工艺控制系统；所述检测元件设置在原子层沉积设备的气流流动处；所述检测元件与信号转化装置连接，信号转化装置将检测元件的信号进行转化处理；信号处理系统与信号转化装置和工艺控制系统连接，信号转化装置将实时工艺状态传送到信号处理系统；工艺控制系统将实时的理论工艺状态传送到信号处理系统，信号处理系统将实时工艺状态和理论工艺状态的拟合，实时监控工艺状态。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池制造设备的技术领域,具体涉及在线监测及记录原子层沉积的工艺稳定性的装置。
背景技术
原子层沉积(Atomic layer deposition，ALD)是一种可以将物质以单原子膜形式一层一层的镀在基底表面的方法。原子层沉积与普通的化学气相沉积有相似之处。但在原子层沉积过程中，新一层原子膜的化学反应是直接与之前一层相关联的，这种方式使每次反应只沉积一层原子。此沉积技术最初是在20世纪70年代由芬兰的科学家提出。
当前,原子层沉积(ALD)技术作为最先进的薄膜沉积技术之一，已广泛应用于国外先进的高科技制造业。随着现代科学技术的不断发展，ALD在工业量产上的运用也日趋成熟，但对于ALD量产设备工业稳定性的有效监控及记录至今仍然不够完善，在生产线上只能靠对结果的分析才能发现设备工艺出现问题，对风险的监控既被动又拖延，且维护过程死板，无法根据实际工艺长期情况进行有针对性、合理地维护，所以急需有效的在线监控系统来对产线上的设备进行工艺稳定性的监控及长期纪录。
发明内容
本发明是针对原子层沉积设备，用椭偏仪、质谱仪、折射仪、X射线荧光光谱分析仪、石英秤、X射线质谱仪等设备，对原子层沉积设备的工艺过程进行在线监控，并建立长期的数据库统计，便于操作者进行在线产线监测、问题跟踪、工艺稳定性分析以及针对性地维护。
原子层沉积在线监控系统技术方案如下：所述监控系统设有检测元件、信号转化装置、信号处理系统和工艺控制系统；
所述检测元件设置在原子层沉积设备的气流流动处；
所述检测元件与信号转化装置连接，信号转化装置将检测元件的信号进行转化处理；
信号处理系统与信号转化装置和工艺控制系统连接，信号转化装置将实时工艺状态传送到信号处理系统；工艺控制系统将实时的理论工艺状态传送到信号处理系统，信号处理系统将实时工艺状态和理论工艺状态的拟合，实时监控工艺状态。
所述在线监控系统设有报警系统，信号处理系统监测到实时工艺状态和理论工艺状态的拟合出现异常，启动报警系统。
所述信号处理系统记录工艺状态并储存数据，进行整体趋势分析，并根据整体趋势情况设定维护提醒。
信号处理系统根据检测元件的监测，对每日样品进行标准偏差的估算，并记录在中心数据处理系统中，通过观察每日样品标准偏差图来分析不合格品情况以及维修情况。
所述在线监控系统设有中心数据处理系统，信号处理系统与中心数据处理系统连接，中心数据处理系统记录信号处理系统的数据。
所述检测元件设置在原子层沉积设备的反应腔内或者设置在真空泵与反应腔连接的管道内，或者设置在其他任何有反应腔内的气流流动的地方。优选地检测元件可以在反应腔内任何位置，也可以在抽离反应腔后的泵管内任何位置。检测元件根据需要可以设置1个或者多个。
所述信号转化装置将检测元件的物理变化特性转化为电信号，通过电路反馈到信号处理系统，实时工艺状态与理论工艺状态拟合，实时显示工艺状态的状况，显示现有工艺状态是否处于正常的范围内或者出现偏离。
所述信号转化装置为椭偏仪、质谱仪、折射仪、X射线荧光光谱分析仪、石英秤、X射线质谱仪中的一种或者多种组合。
本发明专利的核心优点：
实时监控设备的ALD镀膜工艺过程并与理论工艺过程对比，并根据拟合度设定报警值，便于及时发现并处理问题。本发明尤其适用于ALD镀膜工艺的量产过程的监控。
对量产过程工艺进行数据记录，便于在结果出现问题时进行跟踪调查。
对量产过程工艺进行数据记录，便于建立数据库并进行长期工艺稳定性分析。
对量产过程工艺进行数据记录，便于根据数据库中工艺的变化趋势进行合理地维护。
附图说明
图1为一种原子层沉积在线监控系统实施例1的示意图。
图2为一种原子层沉积在线监控系统实施例2的示意图。
图3为一种原子层沉积在线监控系统实施例1中在正常情况下的工艺状态与理论状态的拟合。
图4为一种原子层沉积在线监控系统实施例1中在异常情况下的工艺状态与理论状态的拟合。
图5为一种原子层沉积在线监控系统实施例1对每日样品进行标准偏差的估算形成的标准偏差图。
图6为一种原子层沉积在线监控系统实施例2中在正常情况下的工艺状态与理论状态的拟合。
图7为一种原子层沉积在线监控系统实施例2中在异常情况下的工艺状态与理论状态的拟合。
图8为一种原子层沉积在线监控系统实施例2对每日样品进行标准偏差的估算形成的标准偏差图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施例做进一步的说明。
实施例1：
如图1所示，所述监控系统设有检测元件、信号转化装置、信号处理系统和工艺控制系统及中心数据处理系统；检测元件设置在泵(真空泵)与反应腔连接的泵腔管内，真空泵抽取反应腔内的反应气体，原子层沉积过程中，此真空泵一直处于工作状态，反应腔内的气体一直会流经泵腔管。
在量产工艺过程中，信号转化装置为质谱仪，质谱仪将通过法兰接口与腔泵管连接，相关粒子通过时进入检测元件，按质荷比依次进入检测元件，通过信号转换装置将物理信号转换为电信号；并通过信号处理系统绘制成质谱图，最终记录在中心数据处理系统中。
在正常情况下，信号处理系统绘制成的图像将与工艺控制系统提供工艺参数形成的理论图像进行拟合，如图3所示。
若出现拟合异常，则信号处理系统将通过处理分析MSE值后反馈到工艺控制系统进行报警，如图4情况拟合出现明显偏离则系统将报警。
信号处理系统还将对每日样品进行标准偏差的估算，并转向中心数据处理体统记录，如图5。图5中的点为检测所得的数据，质谱仪检测的是相对含量，每一个点代表一个批次所测的数据，不同批次形成如图所示数据图，中间的灰线为理论值；U1、L1为控制限，若点超出U1、L1则可判断出现异常；U2、L2为规格限，若点超出L2、U2则可直接判定为不合格品。通过图表整体趋势观察，若整体出现规律性地向上或向下趋势且将要超出U1或L1，则可判断设备需要进行维修。(备注：U是up的缩写，代表是上限，L是low的缩写，代表下限，其中+代表在理论值上面，-代表是理论值在下面)
实施例2：
如图2所示，所述监控系统设有检测元件、信号转化装置、信号处理系统和工艺控制系统及中心数据处理系统；检测元件设置在反应腔内。
在量产工艺过程中，信号转化装置采用椭偏仪，将光源、检测元件以及其他辅助设施固定在设备内部，光源经过干涉后的光线通入检测元件，通过信号转换装置将光转换为电信号；并通过信号处理系统绘制成膜厚变化图。最终记录在中心数据处理系统中。
在正常情况下，信号处理系统绘制成的图像将与工艺控制系统提供工艺参数形成的理论图像进行拟合，如图6；
若出现拟合异常，则信号处理系统将通过处理分析MSE值后反馈到工艺控制系统进行报警，如图7情况拟合出现明显偏离则系统将报警。
信号处理系统还将对每日样品进行标准偏差的估算，并转向中心数据处理体统记录，如图8。
如图8所示，椭偏仪检测的是厚度，每一个点代表一个批次所测的数据，不同批次形成如图所示数据图，中间的线为理论值；U1、L1为控制限，若点超出U1、L1则可判断出现异常；U2、L2为规格限，若点超出U2、L2则可直接判定为不合格品。通过图表整体趋势观察，若整体出现规律性地向上或向下趋势且将要超出U1或L1，则可判断设备需要进行维修。(备注：U是up的缩写，代表是上限，L是low的缩写，代表下限，其中+代表在理论值上面，-代表是理论值在下面)
实施例3：
实施例3与实施例1和2的区别在于，检测元件为压电材料，信号转化装置为由振荡线路、频率计数器以及控制器组成，信号转换装置的作用是将压电材料上的物理变化转换为可识别的电信号；压电材料设置在原子层沉积设备的气流流动处，原子层沉积在压电材料上，压电材料产生压电效应，压电材料将物理变化转换为电信号，并将电信号传送到信号处理系统；工艺控制系统将实时的理论工艺状态传送到信号处理系统，信号处理系统将实时工艺状态和理论工艺状态的拟合，实时监控工艺状态，当信号处理系统监测到实时工艺状态与理论工艺状态存在偏离，偏离达到预定的值时，信号处理系统会反馈到工艺控制系统，启动报警系统；当偏离超过某预定的值，信号处理系统会反馈到工艺控制系统，工艺控制系统会采取相应的措施，例如停止原子层沉积等。
Claims (9)
1.一种原子层沉积在线监控系统，其特征在于：
所述监控系统设有检测元件、信号转化装置、信号处理系统和工艺控制系统；
所述检测元件设置在原子层沉积设备的气流流动处；
所述检测元件与信号转化装置连接，信号转化装置将检测元件的信号进行转化处理；
信号处理系统与信号转化装置和工艺控制系统连接，信号转化装置将实时工艺状态传送到信号处理系统；工艺控制系统将实时的理论工艺状态传送到信号处理系统，信号处理系统将实时工艺状态和理论工艺状态的拟合，实时监控工艺状态。
2.根据权利要求1所述的一种原子层沉积在线监控系统，其特征在于：所述在线监控系统设有报警系统，信号处理系统监测到实时工艺状态和理论工艺状态的拟合出现异常，启动报警系统。
3.根据权利要求1所述的一种原子层沉积在线监控系统，其特征在于：所述信号处理系统记录工艺状态并储存数据，进行整体趋势分析，并根据整体趋势情况设定维护提醒。
4.根据权利要求1所述的一种原子层沉积在线监控系统，其特征在于：信号处理系统根据检测元件的监测，对每日样品进行标准偏差的估算，并记录在中心数据处理系统中，通过观察每日样品标准偏差图来分析不合格品情况以及维修情况。
5.根据权利要求1所述的一种原子层沉积在线监控系统，其特征在于：所述在线监控系统设有中心数据处理系统，信号处理系统与中心数据处理系统连接，中心数据处理系统记录信号处理系统的数据。
6.根据权利要求1至5任一项所述的一种原子层沉积在线监控系统，其特征在于：所述检测元件设置在原子层沉积设备的反应腔内或者设置在气体抽离反应腔后的气流流动环境中。
7.根据权利要求6所述的一种原子层沉积在线监控系统，其特征在于：所述检测元件设置1～N个(N≥2)。
8.根据权利要求1所述的一种原子层沉积在线监控系统，其特征在于：所述信号转化装置将检测元件的物理变化特性转化为电信号。
9.根据权利要求1或8所述的一种原子层沉积在线监控系统，其特征在于：所述信号转化装置为椭偏仪、质谱仪、折射仪、X射线荧光光谱分析仪、石英秤、X射线质谱仪中的一种或者多种组合。
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