CN111270209B - 一种蒸汽溅射装置及控制系统、控制方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种蒸汽溅射装置及控制系统、控制方法，蒸汽溅射装置包括：工艺腔室，工艺腔室包括多个设定区域；采集装置，采集装置用于采集每个设定区域内溅射元素的含量和待引入元素的含量；输送管道，输送管道用于向工艺腔室内输送待引入元素的蒸汽，输送管道包括进气口以及多组出气口，多组出气口分别与工艺腔室内不同的设定区域连通；调节阀，多组出气口均设置有调节阀。本申请实施例的蒸汽溅射装置，通过分区检测各设定区域的待引入元素的蒸汽含量，并进行分区导入和调节，可实现对工艺腔室内不同设定区域的待引入元素的含量的调节，可提高待引入元素在形成的薄膜中分布的均匀性，进而提高通过该蒸汽溅射装置形成的膜层的均匀性。
Description
技术领域
本申请涉及真空镀膜技术领域，具体涉及一种蒸汽溅射装置及控制系统、控制方法。
背景技术
铜铟镓硒太阳电池是一种薄膜太阳能电池，铜铟镓硒太阳电池包括吸收层，该吸收层为多元半导体化合物薄膜，该多元半导体化合物薄膜具有光吸收系数高、光电转换效率高，具有敏感的元素配比和复杂的多层结构等特点。
目前常用的多元半导体化合物薄膜为铜铟镓硒(CIGS)薄膜，铜铟镓硒(CIGS)薄膜的制备工艺是采用真空溅射-硒化法；例如通常是使用铜铟镓(CIG)合金靶，通过铜铟镓(CIG)合金靶溅射形成预制膜，再导入硒蒸汽对该预制膜进行Se化形成铜铟镓硒(CIGS)薄膜。在Se化形成铜铟镓硒(CIGS)薄膜过程中，为提高所制备薄膜的质量，有必要提高Se元素在铜铟镓硒(CIGS)薄膜中分布的均匀性。
发明内容
本申请的一实施例提供一种蒸汽溅射装置，包括：
工艺腔室，所述工艺腔室包括多个设定区域；
采集装置，所述采集装置用于采集每个所述设定区域内溅射元素的含量和待引入元素的含量；
输送管道，所述输送管道用于向所述工艺腔室内输送待引入元素的蒸汽，所述输送管道包括进气口以及多组出气口，多组所述出气口分别与所述工艺腔室内不同的所述设定区域连通；
调节阀，多组所述出气口均设置有所述调节阀。
本申请的另一实施例提供一种蒸汽溅射控制系统，用于蒸汽溅射装置，其中所述蒸汽溅射装置包括：工艺腔室，所述工艺腔室包括多个设定区域；输送管道，所述输送管道用于向所述工艺腔室内输送待引入元素的蒸汽，所述输送管道包括进气口以及多组出气口，多组所述出气口分别与所述工艺腔室内不同的所述设定区域连通；调节阀，多组所述出气口均设置有所述调节阀，所述蒸汽溅射控制系统包括：
采集装置，用于采集每个所述设定区域内溅射元素的含量和待引入元素的含量；
控制器，用于根据所述采集装置采集的数据确定所述工艺腔室的每个设定区域的参考比值，并根据该设定区域的参考比值对该设定区域连通的一组出气口的调节阀的开度进行控制；所述参考比值为每个所述设定区域内待引入元素的含量和溅射元素的含量的比值。
本申请的又一实施例提供一种蒸汽溅射控制方法，包括：
采集工艺腔室的每个设定区域内溅射元素的含量和待引入元素的含量；
根据采集到的每个所述设定区域内待引入元素的含量和溅射元素的含量，确定各设定区域的参考比值，并根据该设定区域的参考比值对该设定区域连通的一组出气口的调节阀的开度进行控制；所述参考比值为每个所述设定区域内待引入元素的含量和溅射元素的含量的比值；所述出气口设置于向每个所述设定区域输送所述待引入元素的蒸汽的输送管道上。
有益效果：
本申请实施例提供的蒸汽溅射装置，将工艺腔室分成多个不同的设定区域，通过设置的输送管道可以向工艺腔室内不同的设定区域分别输送待引入元素的蒸汽，通过设置的采集装置可以采集每个设定区域内溅射元素的含量和待引入元素的含量，并可以根据需要通过调节不同设定区域对应的调节阀的开度，来调节输送至不同设定区域的待引入元素的蒸汽的流量，如此可实现工艺腔室内不同设定区域的待引入元素的含量的调节，进而调节每个设定区域内待引入元素的含量和溅射元素的含量的比值，可提高待引入元素在形成的薄膜中分布的均匀性，进而提高通过该蒸汽溅射装置形成的膜层的均匀性。
本申请实施例提供的蒸汽溅射控制系统，控制器根据采集装置采集的数据确定工艺腔室各设定区域的参考比值，并根据所述参考比值对相应的设定区域连通的一组出气口的调节阀的开度进行控制，如此，便于实现工艺腔室内不同设定区域的待引入元素的含量的自动调节和控制。
本申请实施例提供的蒸汽溅射控制方法，通过分区采集工艺腔室各设定区域的待引入元素的含量和溅射元素的含量，并根据各设定区域的参考比值对相应设定区域连通的一组出气口的调节阀的开度进行控制，从而控制各设定区域的待引入元素的含量，如此，可根据实际需要对工艺腔室不同设定区域的待引入元素的含量，进行分区调节和控制，进而可提高待引入元素在形成的薄膜中分布的均匀性，最终提高通过该方法形成的膜层的均匀性。
附图说明
附图用来提供对本申请实施例技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请实施例的技术方案，并不构成对本申请实施例技术方案的限制。
图1为本申请提供的蒸汽溅射装置的一种结构示意图；
图2为本申请提供的蒸汽溅射装置的另一种结构示意图；
图3为本申请一实施例的蒸汽溅射装置的输送管道的结构示意图；
图4为本申请另一实施例的蒸汽溅射装置的输送管道的结构示意图；
图5为本申请又一实施例的蒸汽溅射装置的输送管道的结构示意图；
图6为本申请一实施例的蒸汽溅射控制系统应用于蒸汽溅射装置的连接关系示意图；
图7为本申请一实施例的蒸汽溅射控制方法的流程框图；
附图标记为：1、光谱仪，2、第二采光镜头，3、第一采光镜头s1，4、第一采光镜头s2，5、第一采光镜头s3，6、工艺腔室，7、出气口C1，8、出气口B1，9、出气口A1，10、控制器，11、进气口，12、主管道，13、分支管道，14、调节阀，15、导向管道，16、出气口，17、输送管道，18、采集装置，19、电机，20、蒸汽溅射装置，21、第一采光镜头，22、加热装置，23、冷却装置，24、温度检测器，Q、设定区域，Q1、上部设定区域，Q2、中部设定区域，Q3、下部设定区域，M、参考区域，M1、左参考区域，M2、中一参考区域，M3、中二参考区域，M4、右参考区域。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本申请的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部。
如图1和图3所示，本申请的实施例提供一种蒸汽溅射装置，该蒸汽溅射装置包括：工艺腔室6，采集装置18、输送管道17以及调节阀14，其中工艺腔室6包括多个设定区域Q；采集装置18用于采集每个设定区域Q内溅射元素的含量和待引入元素的含量；输送管道17用于向工艺腔室6内输送待引入元素的蒸汽，输送管道17包括进气口11以及多组出气口16，多组出气口16分别与工艺腔室6内不同的设定区域Q连通；多组出气口16均设置有调节阀14。
本实施例中，工艺腔室6的每个设定区域Q为虚拟划分的区域，实质上工艺腔室6的每个设定区域Q之间并无任何结构进行间隔区分。工艺腔室6为发生溅射镀膜的场所，工艺腔室6内设置有溅射镀膜用的靶材，靶材数目可根据需要设置，比如设置四个，靶材为溅射元素的材料源，本申请中的溅射元素指的是溅射镀膜工艺中靶材溅射出的粒子的元素。
本实施例中，工艺腔室6的一个设定区域Q连通一个或多个出气口16，该一个或多个出气口16称之为一组出气口16。一组出气口16设置的调节阀14用于调节该组出气口16的待引入元素的蒸汽的流量。一组出气口16设置的调节阀14的数目可以是一个，也可以是多个，一个调节阀14可以设置为调节一组出气口16中的一个出气口16的流量，也可以设置为调节一组出气口16中的两个或三个或其他数目的出气口16的流量，实际操作中可根据需要设置。
本申请实施例提供的蒸汽溅射装置，将工艺腔室6分成多个不同的设定区域Q，通过设置的输送管道17可以向工艺腔室6内不同的设定区域Q分别输送待引入元素的蒸汽，通过设置的采集装置18，可以采集每个设定区域Q(如图1中所示的上部设定区域Q1，中部设定区域Q2和下部设定区域Q3)内溅射元素的含量和待引入元素的含量，并可以根据需要通过调节不同设定区域Q对应的调节阀14的开度，来调节输送至不同设定区域Q的待引入元素的蒸汽的流量，如此，通过分区检测各设定区域Q的待引入元素的蒸汽含量，并进行分区导入和调节，可实现对工艺腔室6内不同设定区域Q的待引入元素的含量的调节，进而可以调节每个设定区域Q内待引入元素的含量和溅射元素的含量的比值。本申请实施例提供的蒸汽溅射装置，可应用于溅射镀膜过程需引入蒸汽元素的薄膜制备中，用以提高待引入元素在形成的薄膜中分布的均匀性，进而提高通过该蒸汽溅射装置形成的膜层的均匀性。
如图3和图4所示，输送管道17包括主管道12、与主管道12连通的多个分支管道13、以及导向管道15，其中，主管道12可以水平设置，多个分支管道13可以沿主管道12的长度方向间隔设置，且每个分支管道13沿竖直方向设置，主管道12上设有进气口11，进气口11与待引入元素的蒸汽源连通，每个分支管道13连通一个导向管道15，导向管道15可以垂直于分支管道13设置，也可以不垂直设置，每个导向管道15上设有一个出气口16和一个调节阀14；或者，至少一个分支管道13连通多个导向管道15，每个导向管道15上设有一个出气口16和一个调节阀14，一个分支管道13所连通的多个导向管道15的出气口16可以在竖直方向上间隔设置。比如，如图4所示，分支管道13设置为5个，导向管道15设置为15个，每个分支管道13均连通3个导向管道15，每个导向管道15上设有一个出气口16和一个调节阀14，则上述结构可形成15个出气口16，15个出气口16可以阵列设置于工艺腔室6内。本实施例的上述输送管道17的设置方式，可以对工艺腔室6的竖直方向和水平方向上的不同区域内通入的待引入元素的蒸汽的量分别独立输入和控制，使得待引入元素的蒸汽在工艺腔室6内分布更均匀。
如图5所示，在其他示例中，输送管道17包括主管道12、与主管道12连通的多个分支管道13(图中示出了五个分支管道13)，其中，主管道12和每个分支管道13均垂直设置，主管道12上设有进气口11，进气口11与待引入元素的蒸汽源连通，每个分支管道13设有调节阀14和出气口16，各分支管道13的出气口16分别与工艺腔室6的不同设定区域Q连通；或者，输送管道17还包括导向管道15(图中未示出)，每个分支管道13连通多个导向管道15，每个导向管道15上设有一个出气口16和一个调节阀14。
本实施例中，对输送管道17的结构以及调节阀14的设置位置不作局限，只要满足工艺腔室6的每个设定区域Q均连通至少一个出气口16，并且与每个设定区域Q连通的至少一个出气口16(即一组出气口16)的流量可通过相应的调节阀14调节即可，也即只要满足输送到每个设定区域Q的待引入元素的蒸汽的流量可独立调节即可。
本申请中的采集装置18的具体结构可以有多种，可选的，如图1所示，采集装置18包括光谱仪1和与光谱仪1连接的多组第一采光镜头21，多组第一采光镜头21用于分别采集多个设定区域Q的光谱，光谱仪1用于根据各组第一采光镜头21采集的光谱得到各设定区域Q的元素成分含量。其中，一组第一采光镜头21可以包括一个或多个第一采光镜头21，一组第一采光镜头21用于采集工艺腔室6的一个设定区域Q的光谱。比如，一组第一采光镜头21包括一个第一采光镜头21，该第一采光镜头21用于采集一个设定区域Q的光谱，光谱仪1可根据该第一采光镜头21所采集的光谱得到对应的一个设定区域Q的元素成分含量；当一组第一采光镜头21包括两个及以上数目的第一采光镜头21时，光谱仪1可根据该组第一采光镜头21中各个第一采光镜头21所采集的光谱，分析得到各光谱的元素成分含量，进而可得到该组第一采光镜头21所对应的一个设定区域Q的元素成分含量。
本申请提供的一可选实施方式中，如图1和图2所示，多组第一采光镜头21在竖直方向上间隔设置，多组第一采光镜头21用于分别采集工艺腔室6沿竖直方向分成的多个设定区域Q的光谱；比如，可以设置三组第一采光镜头21，每组第一采光镜头21包括一个第一采光镜头21，三个第一采光镜头21(如图1中所示的第一采光镜头s1、第一采光镜头s2，第一采光镜头s3)可以在工艺腔室6的侧壁上沿竖直方向间隔设置，第一采光镜头s1、第一采光镜头s2，第一采光镜头s3分别对应工艺腔室6内的上部设定区域Q1、中部设定区域Q2和下部设定区域Q3，并分别采集对应的设定区域Q的光谱，光谱仪1根据三个采光镜头21采集的光谱得到工艺腔室6内上部设定区域Q1、中部设定区域Q2和下部设定区域Q3三个设定区域的元素成分含量。
本申请提供的另一种可选的实施方式中，多组第一采光镜头21在水平方向上间隔设置，多组第一采光镜头21用于分别采集工艺腔室6沿水平方向分成的多个设定区域Q的光谱；比如，可以设置三组第一采光镜头21，每组第一采光镜头21包括一个第一采光镜头21，三个第一采光镜头21可以在工艺腔室6的顶部沿水平方向间隔设置，三个第一采光镜头21分别对应工艺腔室6内的左、中、右三个设定区域Q，并采集左、中、右三个设定区域Q的光谱，光谱仪1根据三个第一采光镜头21采集的光谱得到工艺腔室6内左、中、右三个设定区域Q的元素成分含量。
需要说明的，本实施例中，第一采光镜头21的组数以及设置位置不作局限，其设置位置可根据工艺腔室6内设定区域Q的划分方式进行设置，其组数可根据设定区域Q的数目设置，可以是两组、三组、四组、五组或者更多组数。
如图2和图4所示，示例性地，多组出气口16中至少有一组出气口16包括多个出气口16；蒸汽溅射装置还包括与光谱仪1连接的多组第二采光镜头2，多组第二采光镜头2设于工艺腔室6内，多组第二采光镜头2用于分别采集多个参考区域M的光谱，多个设定区域Q与多个参考区域M呈横纵交叉状，光谱仪1根据各组第二采光镜头2采集的光谱得到相应参考区域M的元素成分含量。比如，设置三组第一采光镜头21，每组第一采光镜头21包括一个第一采光镜头21，三个第一采光镜头21可以在工艺腔室6的侧壁上沿竖直方向间隔设置，三个第一采光镜头21分别对应工艺腔室6内沿竖直方向分成的上部设定区域Q1、中部设定区域Q2和下部设定区域Q3，三个第一采光镜头21分别采集对应设定区域Q的光谱；第二采光镜头2设置为四组，每组第二采光镜头2包括一个第二采光镜头2，四个第二采光镜头2可以在工艺腔室6的顶部沿水平方向间隔设置，四个第二采光镜头2分别对应工艺腔室6内沿水平方向分成的左参考区域M1、中一参考区域M2、中二参考区域M3、右参考区域M4四个参考区域M，四个第二采光镜头2分别采集对应的参考区域M的光谱；光谱仪1根据各个第一采光镜头21，以及各个第二采光镜头2采集的光谱得到各光谱的元素成分含量，从而得到各设定区域Q和各参考区域M的元素成分含量。
如图6所示，蒸汽溅射装置还包括多个电机19，多个电机19用于分别调节各设定区域Q对应的调节阀14的开度。其中，根据实际需要，电机19可通过传动机构来调节对应的调节阀14的开度。在其他实施例中，电机19也可以由其他的阀门驱动机构代替，只要能调节对应的调节阀14的开度即可。采用电机19作为调节调节阀14开度的动力装置，便于实现调节阀14的自动化控制。
如图5所示，一种可选的实施方式中，蒸汽溅射装置还包括：温度检测器24，温度检测器24用于检测输送管道17内的温度；加热装置22，加热装置22用于对输送管道17加热。其中，加热装置22可以设置在输送管道17的上部或者其周围其他位置，加热装置22可以将输送管道17内的待引入元素的蒸汽加热到需要的温度，以使待引入元素的蒸汽在进入工艺腔室6内时达到需要的工艺温度。
如图5所示，蒸汽溅射装置还包括：冷却装置23，冷却装置23用于对输送管道17冷却。其中，冷却装置23还可以设置为对待引入元素的蒸汽的原料罐进行冷却，冷却装置23可以采用冷却介质管路，设置在原料罐以及输送管道17上或者其周围。正常溅射镀膜过程中，工艺腔室6内部温度过高(约880℃)，冷却装置23可降低输送管道17的周围温度，减少对外部线路及装置的影响，在溅射镀膜结束时，开启冷却装置23也可以防止调节阀14的阀体与阀芯粘结一起；镀膜结束时，打开冷却装置23，可首先对待引入元素的蒸汽的原料罐进行冷却，使输送管道17内的待引入元素的蒸汽回流到原料罐内，避免引入元素的蒸汽凝结在输送管道17内，影响设备下一次的运行。
如图6所示，本申请的实施例还提供了一种蒸汽溅射控制系统，用于蒸汽溅射装置20，其中蒸汽溅射装置20包括：工艺腔室6，工艺腔室6包括多个设定区域Q；输送管道17，输送管道17用于向工艺腔室6内输送待引入元素的蒸汽，输送管道17包括进气口11以及多组出气口16，多组出气口16分别与工艺腔室6内不同的设定区域Q连通；调节阀14，多组出气口16均设置有调节阀14；针对上述结构的蒸汽溅射装置20，本申请中提供的蒸汽溅射控制系统包括：采集装置18和控制器10，采集装置18用于采集每个设定区域Q内溅射元素的含量和待引入元素的含量；控制器10用于根据采集装置18采集的数据确定工艺腔室6的每个设定区域Q的参考比值，并根据该设定区域Q的参考比值对该设定区域Q连通的一组出气口的调节阀14的开度进行控制；其中上述参考比值为每个设定区域Q内待引入元素的含量和溅射元素的含量的比值。
本实施例中，采集装置18可以采用本申请前文的蒸汽溅射装置中的采集装置，本申请提供的蒸汽溅射控制系统可以应用于本申请前文记载的蒸汽溅射装置。
本申请实施例提供的蒸汽溅射控制系统，控制器10根据采集装置采集的数据确定工艺腔室6各设定区域Q的参考比值，并根据参考比值对相应的设定区域Q连通的一组出气口的调节阀14的开度进行控制，如此，便于实现工艺腔室6内不同设定区域Q的待引入元素的含量的自动调节和控制。本申请提供的蒸汽溅射控制系统，通过分区检测每个设定区域Q的待引入元素的蒸汽含量，并进行分区导入和控制，使待引入元素的蒸汽在每个设定区域Q的含量可实现独立调节和控制。
本实施例中，溅射元素可能是一种也可能是多种，当溅射元素是多种时，这些溅射元素在工艺腔室6内的含量比例可能是恒定的，因此，上述待引入元素的含量与溅射元素的含量的比可以是指：待引入元素的含量与任一种溅射元素的含量的比，或者是待引入元素的含量与任意两种或两种以上溅射元素的含量之和的比。例如：当溅射元素为a、b、c三种，待引入元素为D一种时，则，待引入元素的含量与溅射元素的含量的比(即参考比值)可以是指下面7种比值中的任意一种：D/a、D/b、D/c、D/(a+b)、D/(a+c)、D/(b+c)、D/(a+b+c)。
当本申请提供的蒸汽溅射控制系统所应用的蒸汽溅射装置还包括多个电机19，多个电机19用于分别调节各设定区域Q对应的调节阀14的开度时；本申请提供的蒸汽溅射控制系统内的控制器10用于根据每个设定区域Q的参考比值和预设值的差值，确定该设定区域Q对应的电机19的转动圈数，并控制电机19转动该转动圈数，以将该设定区域Q对应的调节阀14调节到所需的开度。其中，所述的该设定区域Q对应的调节阀14即为该设定区域Q连通的一组出气口16上设置的调节阀14。上述电机19可以采用步进电机，步进电机可以使调节阀14的开度被精确调节。上述预设值可以是预先设定的一个固定值，也可以是根据预先设定的公式实时计算得到的一个数值。
实际操作中，当各设定区域Q的参考比值被控制为相同的预设值时，可以使待引入元素的蒸汽在工艺腔室6内各设定区域Q的密度更均匀，如此使得所制备的薄膜其各处的元素比例更为均匀，提高所制备薄膜的质量。
可选的，采集装置18包括光谱仪1和与光谱仪1连接的多组第一采光镜头21，多组第一采光镜头21用于分别采集工艺腔室6的多个设定区域Q的光谱，光谱仪1用于根据各组第一采光镜头21采集的光谱得到各设定区域Q的元素成分含量。本实施例的采集装置18可以采用本申请前文的蒸汽溅射装置的采集装置。
示例性地，当本申请提供的蒸汽溅射控制系统应用的蒸汽溅射装置中，蒸汽溅射装置如下列结构时：
蒸汽溅射装置所包含的多组出气口16中至少有一组出气口16包括多个出气口16；蒸汽溅射装置还包括与光谱仪1连接的多组第二采光镜头2，多组第二采光镜头2设于工艺腔室6内，多组第二采光镜头2用于分别采集多个参考区域M的光谱，多个设定区域Q与多个参考区域M呈横纵交叉状，光谱仪1根据各组第二采光镜头2采集的光谱得到相应参考区域M的元素成分含量；
控制器对每个出气口16的控制为：控制器10对该设定区域Q连通的一组出气口16中的每一个出气口16，根据该设定区域Q的参考比值，以及该出气口16所在参考区域M(一个出气口16可以在一个参考区域M内，也可以位于两个参考区域M的交界处即同时在两个参考区域M内)的比值，对该出气口16的调节阀14的开度进行控制；参考区域M的比值为根据参考区域M对应的一组第二采光镜头2所采集光谱确定的待引入元素的含量与溅射元素的含量的比。
当出气口16所在参考区域M为一个时，控制器10对该设定区域Q连通的一组出气口16中的每一个出气口16，根据该设定区域Q的参考比值P1，以及该出气口16所在参考区域M的比值P2，对该出气口16的调节阀14的开度进行控制；当出气口16所在参考区域M为两个时，控制器10对该设定区域Q连通的一组出气口16中的每一个出气口16，根据该设定区域Q的参考比值P1、该出气口16所在其中一参考区域M的比值P2，以及该出气口16所在另一参考区域M的比值P3，对该出气口16的调节阀14的开度进行控制。例如，当出气口16所在参考区域M为一个时，可以根据P1和P2加权平均得到的比与预设值之差确定该出气口16对应的调节阀14的开度。在其他实施例中，控制器10对同一个设定区域Q连通的多个出气口16(一组出气口16)的调节阀14，均根据该设定区域Q的参考比值P1进行控制，比如将各出气口16的调节阀14调节为相同的开度。
如图1所示，工艺腔室6内自上而下分为上部设定区域Q1、中部设定区域Q2和下部设定区域Q3，每个设定区域Q连通五个出气口16，即工艺腔室6内连通共15个出气口16，每个出气口16由对应的一个调节阀14来调节其流量(即每个设定区域Q对应五个调节阀14)，每个调节阀14可通过一个电机19(可采用步进电机)-传动机构来调节其开度，即15个调节阀通过15个电机19分别控制。工艺腔室6顶部安装四个第二采光镜头2，四个第二采光镜头2分别采集左参考区域M1、中一参考区域M2、中二参考区域M3、右参考区域M4四个参考区域M(即四个纵向区域)的光谱，侧面上、中、下部安装三个第一采光镜头21，三个第一采光镜头21分别采集上部设定区域Q1、中部设定区域Q2和下部设定区域Q3)的光谱。
上述光谱仪1可采用AVAVTES光谱仪，由其内部的分光系统、探测接收系统对7个采光镜头采集的光谱进行分析，从而获得各设定区域Q和各参考区域M的元素成分含量。光谱仪1将分析出的结果通过数据接口，反馈到控制器10，其中，控制器10可采用1756-L6x，内部进行数据转换。由控制器1756-L6x输出指令，通过RS485进行数据转换，通过对应端口去连接电机19。
需要说明的是，与同一设定区域Q对应的五个调节阀14、可以根据侧面对应的一个第一采光镜头21所采集的数据被控制为同样的开度，也可以被控制为不同的开度。当控制调节为不同的开度时，除了参考与设定区域Q对应的侧部的一个第一采光镜头21采集的数据外，还参考工艺腔室6顶部的四个第二采光镜头2采集的数据。
作为一种实施方式，15个出气口可以阵列排布，顶部的四个第二采光镜头2分别与相邻两列出气口16之间的区域对应，具体操作中，顶部四个第二采光镜头2还可与工艺腔室6内的四个靶材对应设置。如此，将同一设定区域Q的每个调节阀14的开度设置为与侧部对应的一个第一采光镜头21和顶部对应的一个或两个第二采光镜头2采集的数据有关，每个调节阀14的开度通过与其对应的步进电机(即指电机19)的转动圈数控制。
本实施例的蒸汽溅射控制系统以铜铟镓硒薄膜制备为例说明，工艺腔室6内溅射元素为铜、铟、镓，待引入元素为硒，预设值可以为0.5-3，比如为0.5、0.8、2.0、3.0，预设值的具体数值可根据实际情况设置。
下面给出一种采用加权平均法计算与同一设定区域Q的五个调节阀14对应的各步进电机的转动圈数的方法。需要说明的是，同一设定区域Q的五个调节阀14对应的各步进电机的转动圈数的计算方法也可采用其他算法进行计算，本申请不作限制。
如图2所示，与工艺腔室6的上部设定区域Q1对应的五个出气口16分别为A1、A2、A3、A4和A5，与工艺腔室6的中部设定区域Q2对应的五个出气口16分别为B1、B2、B3、B4和B5，与工艺腔室6的下部设定区域Q3对应的五个出气口16分别为C1、C2、C3、C4和C5；s1、s2、s3分别代表与工艺腔室6上部设定区域Q1，中部设定区域Q2和下部设定区域Q3，三个设定区域Q分别对应的侧部的三个第一采光镜头21；t1、t2、t3和t4分别代表工艺腔室6顶部的四个第二采光镜头2，则：
A1出气口的调节阀14对应的步进电机的转动圈数RA1＝mA1*EA1*|W(1)s1/W(2)s1-R|+nA1*FA1*|W(1)t1/W(2)t1-R|；
其中，mA1、nA1代表权重系数，mA1+nA1＝1，mA1或nA1可根据经验和/或调试确定其数值；EA1、FA1为比例系数，可根据经验和/或调试确定其数值；R为预设值；W(1)s1/W(2)s1代表s1采光镜头采集的工艺腔室的上部设定区域Q1内待引入元素含量与溅射元素含量的比；W(1)t1/W(2)t1代表t1采光镜头采集的左参考区域M1内待引入元素含量与溅射元素含量的比；
A2出气口的调节阀14对应的步进电机的转动圈数RA2＝mA2*EA2*|W(1)s1/W(2)s1-R|+nA2*FA2*|W(1)t1/W(2)t1-R|+gA2*HA2*|W(1)t2/W(2)t2-R|；
其中，mA2、nA2和gA2代表权重系数，mA2+nA2+gA2＝1，mA2、nA2或gA2可根据经验和/或调试确定其数值；EA2、FA2、HA2为比例系数，可根据经验和/或调试确定其数值；R为预设值；W(1)s1/W(2)s1代表s1采光镜头采集的工艺腔室的上部设定区域Q1内待引入元素含量与溅射元素含量的比；W(1)t1/W(2)t1代表t1采光镜头采集的工艺腔室的左参考区域M1内待引入元素含量与溅射元素含量的比；W(1)t2/W(2)t2代表t2采光镜头采集的工艺腔室的中一参考区域M2内待引入元素含量与溅射元素含量的比；
……
A5出气口的调节阀14对应的步进电机的转动圈数RA5＝mA5*EA5*|W(1)s1/W(2)s1-R|+nA5*FA5*|W(1)t4/W(2)t4-R|；
其中，mA5、nA5代表权重系数，mA5+nA5＝1，mA5或nA5可根据经验和/或调试确定其数值；EA5、FA5为比例系数，可根据经验和/或调试确定其数值；R为预设值；W(1)s1/W(2)s1代表s1采光镜头采集的工艺腔室的上部设定区域Q1内待引入元素含量与溅射元素含量的比；W(1)t4/W(2)t4代表t4采光镜头采集的工艺腔室的右参考区域内待引入元素含量与溅射元素含量的比；
如此，可计算出分别与A1、A2、A3、A4和A5五个出气口的调节阀14对应的五个步进电机的转动圈数。
同理，与工艺腔室6的中部设定区域Q2对应的五个出气口B1、B2、B3、B4和B5的五个调节阀14对应的五个步进电机的转动圈数的计算方法，以及与工艺腔室6的下部设定区域Q3对应的五个出气口C1、C2、C3、C4和C5的五个调节阀14对应的五个步进电机的转动圈数的计算方法均可采用上述的加权平均法计算得到。
如图7所示，本申请的实施例还提供了一种蒸汽溅射控制方法，包括：
步骤S1:采集工艺腔室6的每个设定区域Q内溅射元素的含量和待引入元素的含量；
步骤S2:根据采集到的每个设定区域Q内待引入元素的含量和溅射元素的含量，确定各设定区域Q的参考比值，并根据该设定区域Q的参考比值对该设定区域Q连通的一组出气口16的调节阀14的开度进行控制；参考比值为每个设定区域Q内待引入元素的含量和溅射元素的含量的比值；出气口16设置于向每个设定区域Q输送待引入元素的蒸汽的输送管道17上。
上述步骤S1中：根据该设定区域Q的参考比值对该设定区域Q连通的一组出气口16的调节阀14的开度进行控制，具体包括：根据该设定区域Q的参考比值和预设值的差值，确定该设定区域Q对应的电机19的转动圈数，并控制电机19转动该转动圈数，以将该设定区域Q连通的一组出气口16的调节阀14调节到所需的开度。
本实施例的蒸汽溅射控制方法可与本申请前文的蒸汽溅射控制系统和蒸汽溅射装置结合使用，蒸汽溅射控制方法的实施例可参考本申请前文的蒸汽溅射控制系统中给出的实施例。
在采集工艺腔室6的每个设定区域Q内溅射元素的含量和待引入元素的含量过程中，本申请提供的控制方法还包括：对待引入元素的蒸汽进行加热。对待引入元素的蒸汽进行加热可使得待引入元素的蒸汽进入工艺腔室6时达到所需的工艺温度。
本申请的蒸汽溅射装置及控制系统和控制方法，可应用于铜铟镓硒薄膜太阳电池的铜铟镓硒薄膜制备工艺中。工艺腔室6内溅射元素为铜、铟、镓，待引入元素为硒。实际操作中，工艺腔室6内设置溅射靶材，溅射靶材可以为铜、铟、镓三种金属的合金，硒蒸汽通过输送管道17引入至工艺腔室6内并参与到溅射镀膜过程中，从而在衬底材料上得到含有铜、铟、镓、硒四种元素的铜铟镓硒薄膜。其中，输送管道17的进气口11可以与硒罐连通，硒罐内放置硒固体，并在硒罐底部设置加热装置，以将硒固体加热产生硒蒸汽。通过使硒蒸汽在工艺腔室6内不同设定区域Q内分布均匀，可使得所制备的铜铟镓硒薄膜各处的硒元素的比例更为一致，有利于提高铜铟镓硒薄膜的光电转换效率。
虽然本申请所揭示的实施方式如上，但其内容只是为了便于理解本申请的技术方案而采用的实施方式，并非用于限定本申请。任何本申请所属技术领域内的技术人员，在不脱离本申请所揭示的核心技术方案的前提下，可以在实施的形式和细节上做任何修改与变化，但本申请所限定的保护范围，仍须以所附的权利要求书限定的范围为准。
Claims (14)
1.一种蒸汽溅射装置，其特征在于，包括：
工艺腔室，所述工艺腔室包括多个设定区域；
采集装置，所述采集装置用于采集每个所述设定区域内溅射元素的含量和待引入元素的含量；
输送管道，所述输送管道用于向所述工艺腔室内输送待引入元素的蒸汽，所述输送管道包括进气口以及多组出气口，多组所述出气口分别与所述工艺腔室内不同的所述设定区域连通；
调节阀，多组所述出气口均设置有所述调节阀。
2.如权利要求1所述的蒸汽溅射装置，其特征在于，
所述采集装置包括光谱仪和与所述光谱仪连接的多组第一采光镜头，多组所述第一采光镜头用于分别采集多个所述设定区域的光谱，所述光谱仪用于根据各组所述第一采光镜头采集的光谱得到各所述设定区域的元素成分含量。
3.如权利要求2所述的蒸汽溅射装置，其特征在于，
多组所述第一采光镜头在竖直方向上间隔设置，多组所述第一采光镜头用于分别采集所述工艺腔室沿竖直方向分成的多个所述设定区域的光谱；或者，多组所述第一采光镜头在水平方向上间隔设置，多组所述第一采光镜头用于分别采集所述工艺腔室沿水平方向分成的多个所述设定区域的光谱。
4.如权利要求3所述的蒸汽溅射装置，其特征在于，
多组所述出气口中至少有一组所述出气口包括多个出气口；所述蒸汽溅射装置还包括与所述光谱仪连接的多组第二采光镜头，多组所述第二采光镜头设于所述工艺腔室内，多组所述第二采光镜头用于分别采集多个参考区域的光谱，多个所述设定区域与多个所述参考区域呈横纵交叉状，所述光谱仪根据各组所述第二采光镜头采集的光谱得到相应所述参考区域的元素成分含量。
5.如权利要求1所述的蒸汽溅射装置，其特征在于，所述蒸汽溅射装置还包括多个电机，多个所述电机用于分别调节各设定区域对应的所述调节阀的开度。
6.如权利要求1～5任一项所述的蒸汽溅射装置，其特征在于，所述蒸汽溅射装置还包括：
温度检测器，所述温度检测器用于检测所述输送管道内的温度；
加热装置，所述加热装置用于对所述输送管道加热；和/或，
所述蒸汽溅射装置还包括：冷却装置，所述冷却装置用于对所述输送管道冷却。
7.一种蒸汽溅射控制系统，用于蒸汽溅射装置，其中所述蒸汽溅射装置包括：工艺腔室，所述工艺腔室包括多个设定区域；输送管道，所述输送管道用于向所述工艺腔室内输送待引入元素的蒸汽，所述输送管道包括进气口以及多组出气口，多组所述出气口分别与所述工艺腔室内不同的所述设定区域连通；调节阀，多组所述出气口均设置有所述调节阀，其特征在于，所述蒸汽溅射控制系统包括：
采集装置，用于采集每个所述设定区域内溅射元素的含量和待引入元素的含量；
控制器，用于根据所述采集装置采集的数据确定所述工艺腔室的每个设定区域的参考比值，并根据该设定区域的参考比值对该设定区域连通的一组出气口的调节阀的开度进行控制；所述参考比值为每个所述设定区域内待引入元素的含量和溅射元素的含量的比值。
8.如权利要求7所述的蒸汽溅射控制系统，其特征在于，所述蒸汽溅射装置还包括：多个电机，多个所述电机用于分别调节各设定区域对应的所述调节阀的开度；
所述控制器用于根据每个设定区域的参考比值和预设值的差值，确定该设定区域对应的电机的转动圈数，并控制所述电机转动所述转动圈数，以将该设定区域对应的调节阀调节到所需的开度。
9.如权利要求7所述的蒸汽溅射控制系统，其特征在于，
所述采集装置包括光谱仪和与所述光谱仪连接的多组第一采光镜头，多组所述第一采光镜头用于分别采集所述工艺腔室的多个所述设定区域的光谱，所述光谱仪用于根据各组所述第一采光镜头采集的光谱得到各所述设定区域的元素成分含量。
10.如权利要求9所述的蒸汽溅射控制系统，其特征在于，
所述蒸汽溅射装置中，多组所述出气口中至少有一组出气口包括多个出气口；所述蒸汽溅射装置还包括与所述光谱仪连接的多组第二采光镜头，多组所述第二采光镜头设于所述工艺腔室内，多组所述第二采光镜头用于分别采集多个参考区域的光谱，多个所述设定区域与多个所述参考区域呈横纵交叉状，所述光谱仪根据各组所述第二采光镜头采集的光谱得到相应所述参考区域的元素成分含量；
所述控制器对该设定区域连通的一组出气口中的每一个出气口，根据该设定区域的参考比值，以及该出气口所在参考区域的比值，对该出气口的调节阀的开度进行控制；所述参考区域的比值为根据所述参考区域对应的一组第二采光镜头所采集光谱确定的待引入元素的含量与溅射元素的含量的比。
11.一种蒸汽溅射控制方法，其特征在于，包括：
采集工艺腔室的每个设定区域内溅射元素的含量和待引入元素的含量；
根据采集到的每个所述设定区域内待引入元素的含量和溅射元素的含量，确定各设定区域的参考比值，并根据该设定区域的参考比值对该设定区域连通的一组出气口的调节阀的开度进行控制；所述参考比值为每个所述设定区域内待引入元素的含量和溅射元素的含量的比值；所述出气口设置于向每个所述设定区域输送所述待引入元素的蒸汽的输送管道上。
12.如权利要求11所述的蒸汽溅射控制方法，其特征在于，
所述根据该设定区域的参考比值对该设定区域连通的一组出气口的调节阀的开度进行控制，包括：
根据该设定区域的参考比值和预设值的差值，确定该设定区域对应的电机的转动圈数，并控制所述电机转动所述转动圈数，以将该设定区域连通的一组出气口的调节阀调节到所需的开度。
13.如权利要求11所述的蒸汽溅射控制方法，其特征在于，
所述采集工艺腔室的每个设定区域内溅射元素的含量和待引入元素的含量过程中，所述控制方法还包括：对待引入元素的蒸汽进行加热。
14.如权利要求11-13任一项所述的蒸汽溅射控制方法，其特征在于，
所述工艺腔室内溅射元素为铜、铟、镓，所述待引入元素为硒。
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