CN110867403B - 一种基片加热系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基片加热系统，包括基片承载舟和快速加热装置，所述基片承载舟由多个舟片并排布置，相邻两个舟片之间具有舟片间隙，所述舟片用于装载基片，所述快速加热装置包括多列铠装电加热丝，每列铠装电加热丝对应一个舟片间隙，各列铠装电加热丝插入对应的舟片间隙内。本发明首次提出通过设置与基片承载舟的舟片间隙匹配的快速加热装置，直接在基片承载舟内部快速加热，大幅提升了基片承载舟和基片的升温速率，既保证了基片承载舟整体受热均匀性，又减少了工艺过程中的升温时间，进而缩短单次工艺时间，有效提升了单台设备的产能和整舟的基片薄膜颜色外观及膜厚的一致性。

Description

一种基片加热系统

技术领域

本发明涉及半导体、太阳能电池制备领域，尤其涉及一种基片加热系统。

背景技术

半导体、太阳能电池等行业内通常会用到如CVD(化学气相沉积)、PVD(物理气相沉积)、扩散炉、氧化退火炉等设备在基片表面沉积薄膜。基片通常装载在基片载具中被送入设备的密闭腔室，在一定的温度(如200℃～500℃)通入工艺气体发生化学反应，在基片表面沉积特定的薄膜结构。工艺过程中的密闭腔室需要恒定在一定的温度，现有的加热方式通常是腔室内壁或外壁电阻丝加热、红外灯管加热，电阻丝叠加红外灯管加热。密闭腔室的材质为石英、金属或者其它，基片(电池片)形状通常为圆形、方形或其它，基片载具结构(石墨舟)接近于圆柱体或者长方体。基片载具通常位于密闭腔室的中部区域，加热器件通常位于密闭腔室内壁或外壁，即热源位于距离基片载具一定距离的外侧。现有的加热方式中可能将电阻丝或红外灯管辅助加热装置置于基片载具的局部某些位置，如上方、下方、四周。

第一组工艺结束时，热状态的基片载具从密闭腔室中取出，腔室门打开损失部分热量，热状态的基片载具带走部分热量，密闭腔室内需迅速回升到一定温度。第二组工艺开始时，常温状态的基片载具被送入密闭腔室中，腔室门打开损失部分热量，常温的基片载具进入腔室吸走部分热量，基片表面沉积薄膜前需迅速回升到一定温度，现有的加热方式会有如下缺点：

(1)基片及基片载具距热源一定的距离或者仅位于加热载具局部某些位置，如上方、下方或四周，通过传导、辐射和热对流传热，载具周围温度上升快，中间区域温度上升慢，受热不均匀会造成中间区域基片薄膜厚度与四周位置薄膜厚度不一致，降低了整舟膜层颜色外观和膜厚的一致性等。

(2)现有加热方式基片及基片载具升温慢，整体受热不均匀以致需要更长的恒温时间等待基片载具中间温度与四周温度达到一致，回温过程约占总工艺时间的45％左右，降低了单台设备的产能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种直接插入基片承载舟、快速对基片加热的基片加热系统。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种基片加热系统，包括基片承载舟和快速加热装置，所述基片承载舟由多个舟片并排布置，相邻两个舟片之间具有舟片间隙，所述舟片用于装载基片，所述快速加热装置包括多列铠装电加热丝，每列铠装电加热丝对应一个舟片间隙，各列铠装电加热丝插入对应的舟片间隙内。

作为上述技术方案的进一步改进，所述多列铠装电加热丝由一根铠装电加热丝呈蛇形布置形成。

作为上述技术方案的进一步改进，所述快速加热装置沿基片承载舟的长度方向分为多段，每段包括多列铠装电加热丝，每段铠装电加热丝形成一个温控区，每个温控区配设一温度检测元件。

作为上述技术方案的进一步改进，每段的多列铠装电加热丝由一根铠装电加热丝呈蛇形布置形成。

作为上述技术方案的进一步改进，所述铠装电加热丝包括金属保护管、绝缘层和发热体组成，所述发热体套于金属保护管内，通过绝缘层与金属保护管隔开。

作为上述技术方案的进一步改进，每组铠装电加热丝通过固定条固定在一个平面内。

作为上述技术方案的进一步改进，所述快速加热装置还包括安装基板，所述安装基板设有多个间隔并排布置的立板，所述立板的数量与铠装电加热丝的组数相同，每组铠装电加热丝通过安装条固定在对应的立板上。

作为上述技术方案的进一步改进，所述安装条与立板之间通过螺栓连接。

作为上述技术方案的进一步改进，所述基片加热系统还包括移动模组，所述移动模组包括X轴移动模组、Y轴移动模组和Z轴移动模组，所述快速加热装置设于Y轴移动模组上，所述Y轴移动模组设于X轴移动模组上，所述X轴移动模组设于Z轴移动模组上。

作为上述技术方案的进一步改进，所述基片加热系统还包括加热腔室，所述基片承载舟位于加热腔室内，所述加热腔室具有可供快速加热装置进出的出入口，所述出入口设有盖板。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的基片加热系统，首次提出通过设置与基片承载舟的舟片间隙匹配的快速加热装置，直接在基片承载舟内部快速加热，大幅提升了基片承载舟和基片的升温速率，既保证了基片承载舟整体受热均匀性，又减少了工艺过程中的升温时间，进而缩短单次工艺时间，有效提升了单台设备的产能和整舟的基片薄膜颜色外观及膜厚的一致性。

附图说明

图1是本发明的基片加热系统的主视结构示意图(快速加热装置插入前)。

图2是本发明的基片加热系统的侧视结构示意图(快速加热装置插入前)。

图3是本发明的基片加热系统的主视结构示意图(快速加热装置插入后)。

图4是本发明的基片加热系统的侧视结构示意图(快速加热装置插入后)。

图5是本发明中每段铠装电加热丝的结构示意图。

图6是本发明中每列铠装电加热丝绕制的结构示意图。

图7是本发明中铠装电加热丝的截面结构示意图。

图8是本发明中快速加热装置在移动模组上的安装结构示意图。

图9是图8的A处放大图。

图中各标号表示：

1、基片承载舟；11、舟片；12、舟片间隙；2、快速加热装置；21、铠装电加热丝；211、金属保护管；212、绝缘层；213、发热体；22、固定条；23、安装基板；24、立板；25、安装条；26、螺栓；3、移动模组；301、滑块；31、X轴移动模组；32、Y轴移动模组；33、Z轴移动模组；4、连接板。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1至图9所示，本实施例的基片加热系统，包括基片承载舟1和快速加热装置2，基片承载舟1由多个舟片11并排布置，相邻两个舟片11之间具有舟片间隙12，舟片11用于装载基片(图中未示出)，每个舟片11的两面都装载基片，最外侧的两个舟片11仅内侧面上装载基片。快速加热装置2包括多列铠装电加热丝21，每列铠装电加热丝21对应一个舟片间隙12，在使用时，各列铠装电加热丝21同时插入对应的舟片间隙12内，对舟片11上的基片进行加热。通过设置与基片承载舟1的舟片间隙匹配的快速加热装置2，直接在基片承载舟1内部快速加热，大幅提升了基片承载舟1和基片的升温速率，既保证了基片承载舟1整体受热均匀性，又减少了工艺过程中的升温时间，进而缩短单次工艺时间，有效提升了单台设备的产能和整舟的基片薄膜颜色外观及膜厚的一致性。

本实施例中，快速加热装置2沿基片承载舟1的长度方向分为多段，每段包括多列铠装电加热丝21，每段铠装电加热丝21形成一个温控区，每个温控区由一根铠装电加热丝21呈蛇形布置形成。每个温控区配设一温度检测元件，温度检测元件优选为热电偶，通过热电偶进行对各个温区进行温度测量，并与系统的温控装置连接。需要说明的是，除本实施例外，快速加热装置2也可以不分段，仅分为多列，多列为一个整体，由一根铠装电加热丝21呈蛇形布置形成。

本实施例中，铠装电加热丝21包括金属保护管211、绝缘层212和发热体213组成，发热体213套于金属保护管211内，通过绝缘层212与金属保护管211隔开。铠装电加热丝21经过高密度压缩而成，具有耐压、抗震、可挠、节能、高不渗透、耐辐射、防爆、安全可靠、安装方便、机械强度高、使用寿命长等优点。铠装电加热丝21的外径范围在1-5mm之内，可自由弯曲，在基片承载舟1内部狭小的空间中也能安装使用，能较大面积发热，发热体升温速度快，热效率高，使得基片承载舟1升温速率提升，受热更加均匀。铠装电加热丝21的形状可根据基片承载舟1结构形式定制，通常是由简单的单根加热丝弯曲成基片承载舟1所需形状或通过阵列组合而成，绕制的层数根据需要制作。需要说明的是，铠装电加热丝21整体为圆管形，在其他实施例中，也可以是方形或其他形状。另外根据基片和基片承载舟1结构形式的不同，每组铠装电加热丝21绕制的形状可以是方形或可以是圆形或其它形状，但在本实施例中，舟片间隙12主要呈方形，相应的每组铠装电加热丝21绕制成方形。

本实施例中，快速加热装置2还包括安装基板23，安装基板23设有多个间隔并排布置的立板24，立板24的数量与铠装电加热丝21的组数相同，每组铠装电加热丝21通过安装条25固定在对应的立板24上，优选的，安装条25与立板24之间通过螺栓26连接。每组铠装电加热丝21通过固定条22固定在一个平面内，可防止铠装电加热丝21受热产生较大的弯曲变形，固定条22设置多个，上下平行间隔布置。

本实施例中，基片加热系统还包括移动模组3，移动模组3包括X轴移动模组31、Y轴移动模组32和Z轴移动模组33，X轴移动模组31、Y轴移动模组32和Z轴移动模组33上均设有滑块301，快速加热装置2的安装基板23通过连接板4安装于Y轴移动模组32的滑块301上，Y轴移动模组32设于X轴移动模组31的滑块301上，X轴移动模组31设于Z轴移动模组33的滑块301上。快速加热装置2与移动模组3结合，可实现快速加热装置2在笛卡尔坐标系X、Y、Z轴三个方向的直线运动。需要说明的是，X轴移动模组31、Y轴移动模组32和Z轴移动模组33之间的安装方式不受限制，只要能实现快速加热装置2三个方向自由运动即可，也可以是其中两种或三种的组合，移动模组3的结构不限定电机、丝杠模组、皮带模组、齿轮齿条模组、联轴器等部件组合实现加热装置在笛卡尔坐标系X、Y、Z轴三个方向的直线运动。

本实施例中，基片加热系统还包括加热腔室(图中未示出)，加热腔室具有可供快速加热装置2进出的出入口使用时，出入口设有盖板。使用时，基片承载舟1放于加热腔室内，将通过移动模组3的Z轴移动模组33将快速加热装置2下降从出入口进入加热腔室，通过X轴移动模组31、Y轴移动模组32调节位置，使得快速加热装置2插入基片承载舟1内。本实施例中，以基片加热系统在加热腔室内使用为例，需要说明的是，在其他实施例中，基片加热系统置于外部空气环境中使用也是可以的。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (7)

1.一种基片加热系统，其特征在于：包括基片承载舟(1)和快速加热装置(2)，所述基片承载舟(1)由多个舟片(11)并排布置，相邻两个舟片(11)之间具有舟片间隙(12)，所述舟片(11)用于装载基片，每个舟片11的两面都装载基片，最外侧的两个舟片11仅内侧面上装载基片，所述快速加热装置(2)包括多列铠装电加热丝(21)，每列铠装电加热丝(21)对应一个舟片间隙(12)，各列铠装电加热丝(21)插入对应的舟片间隙(12)内；所述基片加热系统还包括移动模组(3)，所述移动模组(3)包括X轴移动模组(31)、Y轴移动模组(32)和Z轴移动模组(33)，所述快速加热装置(2)设于Y轴移动模组(32)上，所述Y轴移动模组(32)设于X轴移动模组(31)上，所述X轴移动模组(31)设于Z轴移动模组(33)上；每列铠装电加热丝(21)通过固定条(22)固定在一个平面内，所述快速加热装置(2)还包括安装基板(23)，所述安装基板(23)设有多个间隔并排布置的立板(24)，所述立板(24)的数量与铠装电加热丝(21)的组数相同，每列铠装电加热丝(21)通过安装条(25)固定在对应的立板(24)上，每列铠装电加热丝(21)相对立板(24)是悬空的。

2.根据权利要求1所述的基片加热系统，其特征在于：所述多列铠装电加热丝(21)由一根铠装电加热丝(21)呈蛇形布置形成。

3.根据权利要求1所述的基片加热系统，其特征在于：所述快速加热装置(2)沿基片承载舟(1)的长度方向分为多段，每段包括多列铠装电加热丝(21)，每段铠装电加热丝(21)形成一个温控区，每个温控区配设一温度检测元件。

4.根据权利要求3所述的基片加热系统，其特征在于：每段的多列铠装电加热丝(21)由一根铠装电加热丝(21)呈蛇形布置形成。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的基片加热系统，其特征在于：所述铠装电加热丝(21)包括金属保护管(211)、绝缘层(212)和发热体(213)组成，所述发热体(213)套于金属保护管(211)内，通过绝缘层(212)与金属保护管(211)隔开。

6.根据权利要求1所述的基片加热系统，其特征在于：所述安装条(25)与立板(24)之间通过螺栓(26)连接。

7.根据权利要求1至4任意一项所述的基片加热系统，其特征在于：所述基片加热系统还包括加热腔室，所述基片承载舟(1)位于加热腔室内，所述加热腔室具有可供快速加热装置(2)进出的出入口，所述出入口设有盖板。

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