CN111254419A - 用于沉积法镀膜的设备及控制镀膜厚度的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及测量系统技术领域，提供了用于沉积法镀膜的设备及控制镀膜厚度的系统和方法。该控制镀膜厚度的系统包括电容装置、电容值测量模块、控制器和设于镀膜设备的沉积气阀门；电容装置设于镀膜设备内并与电容值测量模块相连；电容值测量模块与控制器相连，电容值测量模块用于测量电容装置的电容值并将电容值发送给控制器，控制器用于将接收到的电容值与预设电容阈值比较，若接收到的电容值大于预设电容阈值，则控制沉积气阀门停止向镀膜槽内通入沉积气。由于在镀膜设备内设置了电容装置，在镀膜设备通入沉积气的过程中可以通过电容值来检测镀膜厚度，从而实现对镀膜厚度的控制。

Description

用于沉积法镀膜的设备及控制镀膜厚度的系统和方法
技术领域
本发明涉及测量系统技术领域，尤其涉及用于沉积法镀膜的设备及控制镀膜厚度的系统和方法。
背景技术
沉积法镀膜工艺是指利用化学气体或蒸汽在基质表面反应合成涂层或纳米材料的工艺，是半导体工业中应用最为广泛的用来沉积多种材料的技术，在晶体硅上沉积氮化硅膜就是一个很好的例子。晶体硅材料是一种半导体材料，太阳能电池发电原理主要就是利用这种半导体的光电效应，太阳光照射到晶体硅材料表面时会发生反射和折射，因此照射到硅材料表面的光不能充分被吸收，为了最大限度地减少反射损失，可以采用在电池上镀一层或多层折射率和厚度与电池匹配的减反射膜来提高电池的转化效率。目前的沉积法镀膜工艺是通过对通入的沉积气的流量和时间进行控制从而间接控制镀膜厚度，导致镀膜厚度不能精确控制，只能保持在一个大致范围，导致晶体硅的镀膜厚度不能被严格控制，影响了成品的质量。
发明内容
本发明的目的是提供一种在能够在沉积法镀膜过程中实现对镀膜厚度控制的控制镀膜厚度的系统及方法。
为解决上述技术问题，本发明的第一个方面提供了一种控制镀膜厚度的系统，包括电容装置、电容值测量模块、控制器和设于镀膜设备的沉积气阀门；所述电容装置设于所述镀膜设备内并与所述电容值测量模块相连，所述电容装置用于将镀膜厚度的变化转换为电容值的变化；所述电容值测量模块与所述控制器相连，所述电容值测量模块用于测量所述电容装置的电容值并将所述电容值发送给所述控制器，所述控制器用于将接收到的电容值与预设电容阈值比较，若接收到的电容值大于预设电容阈值，则控制所述沉积气阀门停止向所述镀膜设备内通入沉积气。
在一个实施例中，所述电容装置包括相间隔且相平行设置的两个金属片；所述控制器包括镀膜厚度分析模块，所述控制器与显示模块相连，所述镀膜厚度分析模块用于根据所述电容值计算镀膜厚度，所述显示模块用于显示所述镀膜厚度。
在一个实施例中，所述金属片可拆卸地设于所述镀膜设备内。
在一个实施例中，所述电容装置还包括绝缘支架，所述金属片设于所述绝缘支架，所述镀膜设备的内侧壁设有与所述绝缘支架相配合的固定插口。
在一个实施例中，所述绝缘支架由聚偏氟乙烯制成。
本发明的第二个方面提供了一种用于沉积法镀膜的设备，包括前述控制镀膜厚度的系统。
本发明的第三个方面提供了一种控制镀膜厚度的方法，使用前述控制镀膜厚度的系统来控制沉积法镀膜工艺的镀膜厚度，所述方法包括：
控制沉积气阀门向镀膜设备中通入沉积气；
接收电容值测量电路测得的电容值；
将接收到的电容值与预设电容阈值比较，若接收到的电容值大于预设电容阈值，则控制镀膜设备停止向镀膜槽内通入沉积气。
本发明的第四个方面提供了一种控制镀膜厚度的方法，使用前述控制镀膜厚度的系统来控制沉积法镀膜工艺的镀膜厚度，所述方法包括：
控制沉积气阀门向镀膜设备中通入沉积气；
接收电容值测量电路测得的电容值；
将接收到的电容值与预设电容阈值比较，若接收到的电容值大于预设电容阈值，则控制镀膜设备停止向镀膜槽内通入沉积气；
根据电容值与镀膜厚度的关系公式确定镀膜厚度；
控制显示模块显示所述镀膜厚度。
在一个实施例中，所述电容值与镀膜厚度的关系公式为：
Figure BDA0002372308420000031
其中，h2是镀膜厚度，S为平行板电容装置两个极板的正对面积，C1为初始电容值，C2为电容值测量电路测得的电容值，ε为真空绝对介电常数，ε′为沉积气的绝对介电常数。
本发明的有益效果是：由于在镀膜设备内设置了电容装置，在镀膜设备通入沉积气的过程中可以通过电容值来检测镀膜厚度，从而实现对镀膜厚度的控制。
附图说明
图1为本发明实施例的电容装置的结构示意图；
图2是本发明实施例的平行固定板的结构示意图；
图3是本发明实施例的固定插口的结构示意图；
附图标记说明，1、连接板；2、金属片；3、平行固定板；4、插头；5、导线；6、固定插口；7、槽。
具体实施方式
为使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合发明中的附图，对发明中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于发明保护的范围。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的系统或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
本发明实施例提供一种控制镀膜厚度的系统，包括电容装置、电容值测量模块、控制器和设于镀膜设备的沉积气阀门；电容装置设于镀膜设备内并与电容值测量模块相连，电容装置的电容值随着镀膜厚度的变化而变化，电容装置用于将镀膜厚度的变化转换为电容值的变化；电容值测量模块与控制器相连，电容值测量模块用于测量电容装置的电容值并将电容值发送给控制器，控制器用于将接收到的电容值与预设电容阈值比较，若接收到的电容值大于预设电容阈值，则控制沉积气阀门停止向镀膜设备内通入沉积气。
通过将接收到的电容值与预设电容阈值比较来控制沉积气阀门的原理是：在沉积气阀门向镀膜设备的槽内通入沉积气并开始沉积镀膜的过程中，电容装置的两个电极板同样被进行沉积，导致电容装置的电容值不断增大，当沉积气在电极板上产生的沉积厚度与需要的镀膜厚度一致时，即可控制沉积气阀门停止向镀膜设备内通入沉积气。
由于电容装置的两极板的沉积厚度越大，电容值测量装置测得的电容装置的电容值越大，因此预设电容阈值可以根据试验测定。
在一个实施例中，电容装置包括相间隔且相平行设置的两个金属片；控制器包括镀膜厚度分析模块，控制器与显示模块相连，镀膜厚度分析模块用于根据电容值计算镀膜厚度，显示模块用于显示镀膜厚度。
由于，该实施例中的电容装置包括相间隔且相平行设置的两个金属片，因此该电容装置构成了平行板电容装置，该实施例中的预设电容阈值可以通过反复试验测定。
而镀膜厚度可以用以下公式计算出：
Figure BDA0002372308420000051
其中，h2是镀膜厚度，S为平行板电容装置两个极板的正对面积，C1为初始电容值，C2为电容值测量电路测得的电容值，ε为真空绝对介电常数，ε′为沉积气的绝对介电常数。
在一个实施例中，金属片可拆卸地设于镀膜设备内。
在一个实施例中，电容装置还包括绝缘支架，金属片设于绝缘支架，镀膜设备的内侧壁设有与绝缘支架相配合的固定插口。
在一个实施例中，绝缘支架由聚偏氟乙烯，即PVDF材料制成。
如图1、图2和图3所示，在一个实施例中，两个平行固定板3和连接两个平行固定板3的连接板1构成了U形的绝缘支架，两个平行固定板3各自嵌有一块金属片2，两块金属片2构成一个电容装置，连接板1设有插头4；为了方便使用，在镀膜设备内表面上制作一个长方体形状的槽7，槽7内设有可以与插头4配合的固定插口6。金属片2的形状可以是圆形的或是矩形的；为便于计算，两个金属片2的位置关系优选为相互平行且对齐。
在一个实施例中，两个平行固定板3的尺寸均为30mm×20mm×10mm，连接板1尺寸为20mm×20mm×10mm，槽7的尺寸为20mm×20mm×30mm。
在一个实施例中，金属片2通过连接导线5连接电容测量装置，金属片2和导线5均处于平行固定板3的内部且被平行固定板5密封。这样可以防止外部气体进入内部沉积，以免影响测量效果。
在一个实施例中，每一个平行固定板3由同样大小的两块板材组合而成，每一个板材的内部设有契合槽，金属片2及处于平行固定板3内的部分连接导线5处于契合槽中。
本发明实施例还提供一种用于沉积法镀膜的设备，包括前述控制镀膜厚度的系统。
在一个实施例中，该用于沉积法镀膜的设备用于为单晶硅材料镀减反膜。
本发明实施例还提供一种控制镀膜厚度的方法，使用控制镀膜厚度的系统来控制沉积法镀膜工艺的镀膜厚度；
该控制镀膜厚度的系统包括电容装置、电容值测量模块、控制器和设于镀膜设备的沉积气阀门；电容装置设于镀膜设备内并与电容值测量模块相连；电容值测量模块与控制器相连，电容值测量模块用于测量电容装置的电容值并将电容值发送给控制器，控制器用于将接收到的电容值与预设电容阈值比较，若接收到的电容值大于预设电容阈值，则控制沉积气阀门停止向镀膜设备内通入沉积气；
该控制镀膜厚度的方法包括：
控制沉积气阀门向镀膜设备中通入沉积气；
接收电容值测量电路测得的电容值；
将接收到的电容值与预设电容阈值比较，若接收到的电容值大于预设电容阈值，则控制镀膜设备停止向镀膜槽内通入沉积气。
本发明实施例还提供一种控制镀膜厚度的方法，使用控制镀膜厚度的系统来控制沉积法镀膜工艺的镀膜厚度；
该控制镀膜厚度的系统包括电容装置、电容值测量模块、控制器和设于镀膜设备的沉积气阀门；电容装置设于镀膜设备内并与电容值测量模块相连；电容值测量模块与控制器相连，电容值测量模块用于测量电容装置的电容值并将电容值发送给控制器，控制器用于将接收到的电容值与预设电容阈值比较，若接收到的电容值大于预设电容阈值，则控制沉积气阀门停止向镀膜设备内通入沉积气；电容装置包括相间隔且相平行设置的两个金属片；控制器包括镀膜厚度分析模块，控制器与显示模块相连，镀膜厚度分析模块用于根据电容值计算镀膜厚度，显示模块用于显示镀膜厚度；
该控制镀膜厚度的方法包括：
控制沉积气阀门向镀膜设备中通入沉积气；
接收电容值测量电路测得的电容值；
将接收到的电容值与预设电容阈值比较，若接收到的电容值大于预设电容阈值，则控制镀膜设备停止向镀膜槽内通入沉积气；
根据电容值与镀膜厚度的关系公式确定镀膜厚度；
控制显示模块显示镀膜厚度。
在一个实施例中，电容值与镀膜厚度的关系公式为：
Figure BDA0002372308420000081
其中，h2是镀膜厚度，S为平行板电容装置两个极板的正对面积，C1为初始电容值，C2为电容值测量电路测得的电容值，ε为真空绝对介电常数，ε′为沉积气的绝对介电常数。
该电容值与镀膜厚度的关系公式的推导过程如下：
对平行板电容装置来，其电容满足如下公式：
Figure BDA0002372308420000082
初始状态时，该平行板电容装置的两极板之间无气体也没有沉积产生的镀膜(平行板电容装置之间为真空)，平行板电容装置初始电容值C1满足
Figure BDA0002372308420000083
因此，
Figure BDA0002372308420000084
其中，d1沉积法镀膜工序开始前平行板电容装置两个极板间的距离，S为平行板电容装置两个极板的正对面积，ε为真空绝对介电常数。由于沉积的镀膜相当于是高电阻的导电性物质，因此，在两个极板上镀膜后，两极板之间的距离变小了。
当平行板电容装置内部充入了沉积气，并沉积形成镀膜时，极板之间的距离从d1变为d2。平行板电容装置实时测量的电容值C2满足
Figure BDA0002372308420000091
其中，ε’为沉积气的绝对介电常数。
转换后，
Figure BDA0002372308420000092
由于平行板电容装置的内部两个平行板都会发生沉积，产生镀膜，所以每个电极板上的镀膜厚度为h2(由于沉积作用，如晶体硅硅片等基板的表面的镀膜厚度等于每个平行板上的镀膜厚度h2)满足
Figure BDA0002372308420000093
由于沉积过程中沉积气始终充满平行板电容，因此沉积气的介电常数ε’是一个与沉积气类型有关的常数，沉积气类型不变，沉积气介电常数ε’不变，可以通过预测测定得到
虽然上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种控制镀膜厚度的系统，其特征在于，包括电容装置、电容值测量模块、控制器和设于镀膜设备的沉积气阀门；所述电容装置设于所述镀膜设备内并与所述电容值测量模块相连，所述电容装置用于将镀膜厚度的变化转换为电容值的变化；所述电容值测量模块与所述控制器相连，所述电容值测量模块用于测量所述电容装置的电容值并将所述电容值发送给所述控制器，所述控制器用于将接收到的电容值与预设电容阈值比较，若接收到的电容值大于预设电容阈值，则控制所述沉积气阀门停止向所述镀膜设备内通入沉积气。
2.根据权利要求1所述的控制镀膜厚度的系统，其特征在于，所述电容装置包括相间隔且相平行设置的两个金属片；所述控制器包括镀膜厚度分析模块，所述控制器与显示模块相连，所述镀膜厚度分析模块用于根据所述电容值计算镀膜厚度，所述显示模块用于显示所述镀膜厚度。
3.根据权利要求2所述的控制镀膜厚度的系统，其特征在于，所述金属片可拆卸地设于所述镀膜设备内。
4.根据权利要求3所述的控制镀膜厚度的系统，其特征在于，所述电容装置还包括绝缘支架，所述金属片设于所述绝缘支架，所述镀膜设备的内侧壁设有与所述绝缘支架相配合的固定插口。
5.根据权利要求4所述的控制镀膜厚度的系统，其特征在于，所述绝缘支架由聚偏氟乙烯制成。
6.一种用于沉积法镀膜的设备，其特征在于，包括权利要求1至5中任一项所述的控制镀膜厚度的系统。
7.一种控制镀膜厚度的方法，其特征在于，使用如权利要求1至权利要求5中任一项的系统来控制沉积法镀膜工艺的镀膜厚度，包括：
控制沉积气阀门向镀膜设备中通入沉积气；
接收电容值测量电路测得的电容值；
将接收到的电容值与预设电容阈值比较，若接收到的电容值大于预设电容阈值，则控制镀膜设备停止向镀膜槽内通入沉积气。
8.一种控制镀膜厚度的方法，其特征在于，使用如权利要求2至权利要求5中任一项的系统来控制沉积法镀膜工艺的镀膜厚度，包括：
控制沉积气阀门向镀膜设备中通入沉积气；
接收电容值测量电路测得的电容值；
将接收到的电容值与预设电容阈值比较，若接收到的电容值大于预设电容阈值，则控制镀膜设备停止向镀膜槽内通入沉积气；
根据电容值与镀膜厚度的关系公式确定镀膜厚度；
控制显示模块显示所述镀膜厚度。
9.根据权利要求8所述的控制镀膜厚度的方法，其特征在于，所述电容值与镀膜厚度的关系公式为：
Figure FDA0002372308410000021
其中，h2是镀膜厚度，S为平行板电容装置两个极板的正对面积，C1为初始电容值，C2为电容值测量电路测得的电容值，ε为真空绝对介电常数，ε′为沉积气的绝对介电常数。
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