CN111477582A - 硅片的工艺腔体、硅片加工设备和硅片加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种硅片的工艺腔体、硅片加工设备和硅片加工方法，其中，工艺腔体包括：壳体，内有腔室；真空门阀，载板，通过真空门阀进出腔室，载板用于承载硅片；传输组件，用于传输载板；在载板进出方向上，腔室的两侧，分别设有多个顶升装置。通过本发明的技术方案，将顶升装置设置在腔室的两侧，并设置了的传输组件，便于载板在工艺腔体内往复传输，减少了载板的传输时长和周转时长，有利于缩短非工艺时间，还减少了载板和大气的接触，提升了载板温度的稳定性和载板的洁净度，有利于提升生产效率和产品质量。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池生产技术领域，具体而言，涉及一种硅片的工艺腔体、一种硅片加工设备和一种硅片加工方法。
背景技术
在太阳能电池的硅片批量薄膜制备过程中，需要将多片硅片放置在载板上，然后载板进入工艺设备完成硅片薄膜的沉积。
目前载板在大气环境中完成硅片装载后进设备到完成硅片沉膜工艺，然后再出到外部大气进行硅片卸载，载板要经过从低温到高温再到低温的循环，这样大量散热降温后重新进入腔体加热造成能耗的极大浪费，且很难保证每块载板出来到大气环境的降温一致，这样每块载板的温度一致性很难保证，对于工艺的稳定性非常不利，对载板重新加热还延长了非工艺时间，降低了生产效率；另外，载板反复出入设备外部的大气环境，粉尘颗粒、水气等会漂浮到载板上，造成对硅片的污染和后续工艺的干扰，不利于产品质量和性能，另外，一些工艺腔体中，载板的顶升机构设置在腔体中央，这种结构不便于设置下层载板传输的空间，降低了生产效率。
发明内容
本发明旨在至少改善现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。
有鉴于此，本发明的一个目的在于提供一种硅片的工艺腔体。
本发明的另一个目的在于提供一种硅片加工设备。
本发明的又一个目的在于提供一种硅片加工方法。
为了实现上述目的，本发明第一方面的技术方案提供了一种硅片的工艺腔体，包括：壳体，壳体内设有腔室；真空门阀，壳体的两侧分别设有真空门阀，真空门阀用于密封腔室；载板，通过真空门阀进出腔室，载板用于承载硅片；传输组件，设于腔室内，传输组件用于传输载板；加热板，加热板用于承载带有硅片的载板，并加热载板；顶升装置，与加热板相连，并用于顶升加热板；其中，在载板的进出方向上，腔室的两侧，分别设有多个顶升装置。
在该技术方案中，在壳体的两侧分别设置真空门阀，便于密封工艺腔体，进而可以对工艺腔体进行抽真空处理，减少腔室内的热对流，从而便于保持载板、硅片温度的稳定性，还便于保持腔室内的洁净度，从而减少硅片的污染，提升工艺处理效果；传输组件的设置，可以让载板在工艺腔体内自动流转，顶升装置设置在两侧，有利于设置多层或多排的传输组件，在有限空间内提升载板传输和周转的效率，减少非工艺时间，提升产品生产效率，而且载板可以通过两侧的顶升装置之间的间隙进行传输。
载板可以通过真空门阀进出腔室，使得载板可以通过传输组件移动到其它工艺腔室，从而使硅片进入到不同的工艺腔体中进行加工，中间过程不需要更换载板，有利于保持硅片温度的稳定性；加热板的设置，便于通过加热使载板保持稳定的温度，从而提升硅片温度的稳定性和一致性；顶升装置顶升加热板，且由于加热板承载带有硅片的载板，使载板可随加热板一起升降，便于保持对载板的持续加热，确保载板和硅片的温度稳定性；腔室的两侧设有顶升装置，载板可以顺利地通过两侧的顶升装置之间的间隙，实现载板在工艺腔体和其它工艺腔室之间传输的目的，且顶升装置设置在腔室的两侧，有利于设置多层或多排的传输组件，便于满载的载板和空载的载板分别流转，从而提升生产效率，减少非工艺时间；多个顶升装置的设置，有利于提升升降加热板时的平衡性，减少载板发生歪斜而导致硅片掉落等事故。
在上述技术方案中，传输组件包括：第一传输装置，用于传输载板；第二传输装置，用于传输载板，第二传输装置设于第一传输装置的底部，且第一传输装置和第二传输装置的传送方向相反。
在上述技术方案中，顶升装置的一部分伸出壳体外；工艺腔体还包括：伺服电机，设于壳体外，并与顶升装置连接，伺服电机用于驱动顶升装置；相互连接的传动连杆和转向器，每个顶升装置通过传动连杆、转向器与伺服电机连接；或相互连接的同步带和转向器，每个顶升装置通过同步带、转向器与伺服电机连接。
在上述技术方案中，顶升装置包括顶升柱；波纹管，设于腔室内，且顶升柱的一部分设于波纹管内，波纹管用于密封顶升柱；顶升柱的另一部分伸出壳体，并与伺服电机连接，伺服电机用于驱动顶升柱升降。
在上述技术方案中，顶升装置包括凸轮和动密封，凸轮和伺服电机连接，动密封用于密封凸轮。
在上述任一项技术方案中，硅片的工艺腔体还包括：加热板支撑块和隔热垫块，设于顶升装置和加热板之间，且隔热垫块设于加热板支撑块和隔热垫块之间，加热板支撑块用于支撑加热板，隔热垫块用于隔热。
在上述任一项技术方案中，传输组件包括多个滚轮或皮带输送机构；或传输组件包括机械手、第一支撑装置和第二支撑装置，第一支撑装置和第二支撑装置均用于支撑载板，机械手用于移动载板。
在上述任一项技术方案中，硅片的工艺腔体还包括：电极单元，设于腔室的顶部，电极单元用于加工硅片。
本发明第二方面的技术方案提供了一种硅片加工设备，包括：装卸腔体，用于提供硅片的装卸空间；上述第一方面中任一项技术方案的硅片的工艺腔体，工艺腔体的至少一端连接有装卸腔体；运料装置，可进出装卸腔体，运料装置用于运输硅片；装卸装置，设于装卸腔体内，装卸装置用于在运料装置和工艺腔体的载板之间装卸硅片；第三传输装置，设于装卸腔体内，第三传输装置用于和工艺腔体的第一传输装置传输载板；第四传输装置，设于装卸腔体内，第四传输装置用于和工艺腔体的第二传输装置传输载板；载板换位装置，用于在第三传输装置和第四传输装置之间传输载板，或在第一传输装置和第二传输装置之间传输载板。
在该技术方案中，通过采用上述任一项技术方案的硅片的工艺腔体，从而具有了上述技术方案的全部有益效果，在此不再赘述；通过运料装置、装卸装置的设置，便于将硅片运输到装卸腔体中进行装卸，使载板不需要流转至硅片加工设备外，减少了和外界大气的接触，从而有利于提升载板和载板上的硅片的温度稳定性和清洁度；通过设置第三传输装置、第四传输装置以及载板换位装置，便于实现载板在硅片加工设备内的循环流转，有利于提升载板的流转效率，节省非工艺时间。
具体地，运料装置可进出装卸腔体，使得载板可以留在装卸腔体中，避免与外部大气接触，即载板可以不再到大气环境中装卸硅片，而是在装卸腔体中进行硅片的装卸，因此减少了载板到大气环境中导致温度大幅降低的情况，有利于载板保持原有的温度，从而减少对加热的需求，有利于节省能源，减少浪费；且由于载板能够保持原有的温度，或者只有少量的降温，这样还可以减少加热时长，有利于缩短非工艺时间，从而提升生产效率；载板能够保持原有的温度，或仅有少量降温，还有利于多块载板能够保持较为一致的温度，从而有利于提升载板上的硅片温度的一致性，有利于提升硅片加工质量的稳定性；另外，载板不需要到大气环境中进行硅片的装卸，还可以减少载板上附着的粉尘颗粒、水气等杂物，从而减少对硅片的污染，更有利于提升产品质量和性能。
本发明第三方面的技术方案提供了一种硅片加工方法，用于上述第二方面中的硅片加工设备，包括：获取硅片加工指令；根据硅片加工指令，控制第一运料装置运载硅片进入第一装卸腔体内；控制第一装卸腔体内的装卸装置将第一运料装置上的硅片传输到位于第三传输装置上的载板上；控制第三传输装置将载板传输到工艺腔体的第一传输装置上，执行硅片的工艺处理；在完成工艺处理后，控制第一传输装置将载板传输至第二装卸腔体内的第三传输装置上；控制第二装卸腔体内的装卸装置将载板上的硅片传输至第二运料装置上；控制第二运料装置将硅片运出第二装卸腔体，并控制第二装卸腔体内的载板换位装置运动，将空载的载板从第三传输装置运输至第二装卸腔体内的第四传输装置上；控制第二装卸腔体内的第四传输装置反向将载板从第二装卸腔体，经工艺腔体内的第二传输装置，传输至第一装卸腔体内的第四传输装置上；控制第一装卸腔体内的载板换位装置将载板从第四传输装置传输至第三传输装置上。
在上述技术方案中，通过在装卸腔体内装卸硅片，使载板不需要流转至硅片加工设备外，减少了和外界大气的接触，从而有利于提升载板和载板上的硅片的温度稳定性和清洁度；通过在工艺腔体的两端分别进行硅片在载板上的装运和卸载，并在硅片加工设备内部通过第一传输装置、第二传输装置、第三传输装置、第四传输装置以及载板换位装置进行载板的循环，一方面可以保证实现载板在硅片加工设备内的循环流转，还有利于提升载板的流转效率，节省非工艺时间。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1是本发明的一个实施例的工艺腔体和工艺腔体外的载板的纵向剖视结构示意图；
图2是本发明的一个实施例的工艺腔体的纵向剖视结构示意图；
图3是本发明的一个实施例的工艺腔体的横向剖视结构示意图；
图4是图3中A部的局部放大结构示意图；
图5是本发明的一个实施例的工艺腔体的横向剖视结构示意图；
图6是图5中B部的局部放大结构示意图；
图7是本发明的一个实施例的工艺腔体的局部立体结构示意图；
图8是本发明的一个实施例的工艺腔体的横向剖视结构示意图；
图9是图8中C部的局部放大结构示意图；
图10是本发明的一个实施例的工艺腔体的横向剖视结构示意图；
图11是图10中D部的局部放大结构示意图；
图12是本发明的一个实施例的工艺腔体的局部立体结构示意图；
图13是本发明的一个实施例的硅片加工设备的纵向剖视结构示意图；
图14是本发明的一个实施例的硅片加工设备的装卸腔体的局部剖视结构示意图；
图15是本发明的一个实施例的硅片加工方法的工艺流程示意图。
其中，图1至图14中的附图标记与部件名称之间的对应关系为：
10工艺腔体，110壳体，120真空门阀，130载板，140第一传输装置，150第二传输装置，160加热板，170顶升柱，172波纹管，174伺服电机，176传动连杆，178转向器，180凸轮，182动密封，184加热板支撑块，186隔热垫块，188电极单元，20第一装卸腔体，200第一挂具，201第二挂具，202硅片顶升机构，204载板顶升机构，206第三传输装置，208第四传输装置，22第二装卸腔体，30硅片。
具体实施方式
为了可以更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
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他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
下面参照图1至图15描述本发明的一些实施例。
近年来太阳能电池技术飞速发展，尤其薄膜硅/晶体硅异质结电池(HIT，Heterojunction with intrinsic Thinlayer，采用HIT结构的硅太阳能电池)的前景已被各大厂商和行业专家所看重，因为该技术将第一代单晶硅技术和第二代薄膜硅电池技术相结合，使电池转换效率有了极大的提升，并且该技术还具备双面结构、温度系数低(在高温下也能有效的输出)、整个工艺过程步骤少、低温工艺过程、高稳定性等诸多特点将成为未来太阳能电池技术的主要发展方向。
要完成硅片的批量薄膜制备，需要将多片硅片放置在载板上，然后载板进入工艺设备(PECVD，Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，等离子体增强化学的气相沉积法)完成硅片薄膜的沉积；HIT技术不同于非晶硅电池制备的本征层(I层)和掺杂层(P层或N层)的膜层厚度大于200nm，异质结硅基太阳能的非晶硅钝化层(I层)和掺杂层(P层或N层)的膜层厚度都相对很薄，大约5nm至10nm。这样使得沉积薄膜的时间非常短，如何提高工艺沉膜时间在节拍时间内的占比是释放设备产能的关键所在，而如何减少非工艺时间是提高产能充分发挥设备能力和成本降低的关键所在，其中如何减少载板的加热时间对于产能的提升尤为重要。
目前主流的HIT PECVD载板从在大气环境中完成硅片装载后进设备到完成硅片沉膜工艺然后出到外部大气进行硅片卸载，载板要经过从低温到高温再到低温的循环，载板要大量散热降温后重新进入腔体加热造成能耗的极大浪费，并且很难保证每块载板出来到大气环境的降温一致，这样每块载板的温度一致性很难保证，对于工艺的稳定性非常不利。如何保证载板在循环使用过程的温度保持(降温少)对于工艺稳定性和能耗降低也尤为重要。
HIT技术不同于传统晶硅电池采用扩散方法来制备PN结，而是在硅片表面制备PN结，因此对于硅片表面的状态要求极高，这样对完成制绒后的硅片至PECVD工段处理全部完成的整个过程对硅片表面的保护，以及对于最终的产品质量都是及其关键。其中一个很重要的环节就是载板对硅片表面的污染，如何保持载板在循环使用过程中的洁净就显得很重要。
传统的HIT PECVD通常都将放置有硅片的载板从大气环境经进片腔进入设备，然后经过进片腔的大气与真空隔离，使载板进入真空环境中，经过预加热然后进入一个或多个工艺腔进行相应膜层制备，承载有完成膜层制备的载板通过出片腔重新进入到大气环境进行硅片卸载，完成硅片卸载的空载板可以通过在设备下方的返回传输通道或者设备侧方的返回传输通道返回到硅片上料区以进行载板的循环使用。载板在进入大气化境中会受到空气对流散热影响，以及载板返回传输通道路径较长，并且载板从出到大气环境后往往需经过多个工位的等待才能重新返回到设备中，周期时间太长，所以载板会降温非常明显。通常的会从出设备的大约180℃经过大气环境下的循环后降低到50℃左右。载板承载硅片进行下一次工艺前有需要重新快速加热造成能耗的浪费。载板从真空环境重新进入到大气环境后，粉尘颗粒会漂浮到载板上，且载板会重新吸附大气环境中的气体和水气造成对硅片的污染和后续工艺的干扰，不利于产品质量和性能的提升和稳定。
为了解决上述HIT电池在PECVD工段制备存在的上述问题，本发明提供了一种PECVD设备的工艺腔体，采用这种工艺腔体的PECVD设备，可实现载板始终在真空腔内保持循环使用。
如图1至图12所示，根据本发明第一方面提出的一个实施例的硅片的工艺腔体10，包括壳体110、真空门阀120、载板130、传输组件、加热板160和顶升装置。
具体地，壳体110内设有腔室，如图2所示，壳体110的两侧分别设有真空门阀120，真空门阀120用于密封腔室；载板130通过真空门阀120进出腔室，载板130用于承载硅片；传输组件设于腔室内，并用于传输载板130；如图2、图3和图4所示，加热板160也设置在腔室内，加热板160用于承载带有硅片的载板130，并加热带有硅片的载板130；顶升装置，与加热板160相连，并用于顶升加热板160；其中，在载板130进出方向上，腔室的两侧，分别设有多个顶升装置。
在该实施例中，在壳体110的两侧分别设置真空门阀120，便于密封工艺腔体10，进而可以对工艺腔体10进行抽真空处理，减少腔室内的热对流，从而便于保持载板130、硅片温度的稳定性，还便于保持腔室内的洁净度，从而减少硅片的污染，提升工艺处理效果；传输组件的设置，可以让载板130在工艺腔体内自动流转，顶升装置设置在两侧，有利于设置多层或多排的传输组件，在有限空间内提升载板130传输和周转的效率，减少非工艺时间，提升产品生产效率；且载板130可以通过两侧的顶升装置之间的间隙进行传输，避免和顶升装置发生干涉。
载板130可以通过真空门阀120进出腔室，使得载板130可以通过传输组件移动到其它工艺腔室，从而使硅片进入到不同的工艺腔体10中进行加工，中间过程不需要更换载板130，有利于保持硅片温度的稳定性；加热板160的设置，便于通过加热使载板130保持稳定的温度，从而提升硅片温度的稳定性和一致性；顶升装置顶升加热板160，且由于加热板160承载带有硅片的载板130，使载板130可随加热板160一起升降，便于保持对载板130的持续加热，确保载板130和硅片的温度稳定性；腔室的两侧分别设有顶升装置，载板130可以顺利地通过两侧的顶升装置之间的间隙，实现载板130在工艺腔体10和其它工艺腔室之间传输的目的，且顶升装置设置在腔室的两侧，有利于设置多层或多排的传输组件，便于满载的载板和空载的载板分别流转，从而提升生产效率，减少非工艺时间；多个顶升装置的设置，有利于提升升降加热板160时的平衡性，减少载板130发生歪斜而导致硅片掉落等事故。
可以理解，载板130的进出方向，是指两个真空门阀120之间的连线所指示的方向，也即是指一个真空门阀120到另一个真空门阀120的方向；在载板130的进出方向上，腔室的两侧，分别设有多个顶升装置，也就是说，在载板130的进出方向的横向上，腔室的两侧，分别设有多个顶升装置；也可以理解为，腔室具有前侧和后侧，前侧和后侧各设有一个真空门阀120，载板130的进出方向，也就是腔室的前后方向；相对于前侧和后侧，腔室还具有左侧和右侧，在载板130的进出方向上，腔室的两侧分别设有多个顶升装置，也就可以理解为，腔室的左侧设有多个顶升装置，腔室的右侧也设有多个顶升装置。
在上述实施例中，在载板130进出方向的横向上，分别位于腔室两侧的顶升装置之间的距离，大于载板130在进出方向的横向上的宽度，也就是说，在载板130进出方向的横向上，一侧的顶升装置，和另一侧的顶升装置之间的距离，大于载板130在进出方向的横向上的宽度，以便于载板130的传输，避免发生干涉。
进一步地，在上述实施例中，传输组件包括：第一传输装置140，用于传输载板130；第二传输装置150，用于传输载板130，第二传输装置150设于第一传输装置140的底部，且第一传输装置140和第二传输装置150的传送方向相反，这样便于将带有硅片30的载板130和空载的载板130分开运输，第一传输装置140可以用于传输带有硅片30的载板130，第二传输装置150用于传输空载的载板130；当然，也可以将带有待加工的硅片30的载板130和带有已加工的硅片30的载板130分开运输，例如第一传输装置140用于传输带有待加工硅片30的载板130，而第二传输装置150用于传输带有已加工硅片30的载板130。
如图3和图5所示，在上述实施例中，硅片的工艺腔体10还包括：伺服电机174，设于壳体110外，与顶升装置连接，伺服电机174用于驱动顶升装置。
在该实施例中，采用伺服电机174驱动顶升装置，有利于提升设备的自动化水平。
如图3所示，在上述实施例中，硅片的工艺腔体10还包括：相互连接的传动连杆176和转向器178，每个顶升装置通过传动连杆176、转向器178与伺服电机174连接，这样既可以减少伺服电机174的数量，采用一个伺服电机174即可驱动多个顶升装置，还可以确保多个顶升装置同步升降，从而有利于确保载板130的平衡，避免升降过程发生歪斜而导致硅片掉落。
具体地，每个顶升装置上连接有传动连杆176，伺服电机174上设有传动连杆176，顶升装置上连接的传动连杆176，和伺服电机174上的传动连杆176，通过转向器178连接，使得伺服电机174的转矩可以通过转向器178转向后，再通过传动连杆176传递给顶升装置，使顶升装置动作，驱动加热板160带动载板130升降。
在另一些实施例中，每个顶升装置上连接有同步带，伺服电机174上也设有同步带，顶升装置上连接的同步带，和伺服电机174上的同步带，通过转向器178连接，这样的结果，同样可以保证多个顶升装置的同步升降。
如图3和图4所示，在上述任一项实施例中，顶升装置包括顶升柱170；波纹管172，设于腔室内，且顶升柱170的一部分设于波纹管172内，波纹管172用于密封顶升柱170；顶升柱170的另一部分伸出壳体110，并与伺服电机174连接，伺服电机174用于驱动顶升柱170升降。
在该实施例中，通过设置波纹管172和顶升柱170，使得顶升柱170升降过程中都在波纹管172中进行，有利于减少顶升柱170升降时因摩擦磨损而产生的细小颗粒掉落到腔室中，从而减少对硅片的污染，有利于提升产品质量和性能，且顶升柱170沿直线运动，推动加热板160和载板130升降，这样顶升柱170的运动方向和加热板160的升降方向一致，便于减少顶升柱170的侧向受力，提升载板130升降过程中的平稳度和平衡性，减少硅片受到的振动；顶升柱170的一部分输出壳体110外与伺服电机174连接，即伺服电机174设置在壳体110外，便于减小壳体110的体积而减小其占用的空间，还可以缩小壳体110内的腔室容积，减少腔室抽真空的工作量，也有利于保持载板130和硅片温度的稳定性。
图3和图4示出了顶升柱170的下降状态，此时波纹管172被压缩；图5和图6示出了顶升柱170的上升状态，此时波纹管172舒张。
如图8至图12所示，在上述任一项实施例中，顶升装置包括凸轮180和动密封182，凸轮180和伺服电机174连接，动密封182用于密封凸轮180，这样的结构顶升装置占用的空间小，有利于减小腔室容积，降低抽真空的难度，有利于保持腔室内的真空状态。
图8和图9示出了凸轮180转动使加热板160上升的状态；图10和图11示出了凸轮180转动使加热板160下降的状态。
如图4、图7、图12所示，在上述任一项实施例中，硅片的工艺腔体10还包括：加热板支撑块184和隔热垫块186，设于顶升装置和加热板160之间，且隔热垫块186设于加热板支撑块184和隔热垫块186之间，加热板支撑块184用于支撑加热板160，隔热垫块186用于隔热。
在该实施例中，通过设置加热板支撑块184，便于增加顶升装置和加热板160的接触面积，从而提升对加热板160和载板130支撑的稳定性；通过设置隔热垫块186，有利于减少顶升装置和加热板160之间的热量传递，既可以提升加热板160上的温度的均匀性，从而提升载板130温度的均匀性，还可以减少热量损失，减少能源浪费，实现节能降耗。
如图1和图2所示，在上述任一项实施例中，传输组件包括多个滚轮，多个滚轮分为上下两层，上层的多个滚轮构造出第一传输装置140，下层的多个滚轮构造出第二传输装置150；每层的多个滚轮在腔体内，以一个真空门阀120到另一个真空门阀120之间的连线为对称轴对称布设，通过固定装置与腔体的壁固定连接，且至少上层的滚轮均具有收缩功能，滚轮既可以实现传输载板130的功能，又可以对载板130进行支撑，而且承载能力强，便于支撑体积较大的载板130，还可以减少部件数量，简化腔室内的结构，且滚轮传输的方式，滚轮自身在原地进行转动，不需要额外的活动空间，还有利于减少壳体110所占用的空间；另外，滚轮可以单独驱动，也可以通过传动件同步滚动，驱动方式灵活，易于维护。
在另一些实施例中，传输组件包括皮带输送机构，且传输组件的第一传输装置140和第二传输装置150均为皮带输送机构，同样可以对载板130进行传输，又对载板130进行支撑，且不需要额外的活动空间。
在又一些实施例中，第一传输装置140和第二传输装置150均为机械手，这样可以直接抓取载板130，进一步地，机械手还可以在一定程度上替代顶升装置，同样起到减少部件的作用，可以理解，采用机械手时，传输组件还包括：第一支撑装置和第二支撑装置，第一支撑装置用于支撑带有硅片的载板130，第二支撑装置用于支撑空载的载板130，且第二支撑装置设于第一支撑装置的底部，这样可以通过第一支撑装置和第二支撑装置临时支撑载板130，便于机械手切换载板130。
如图2所示，在上述任一项实施例中，硅片的工艺腔体10还包括电极单元188，设于腔室的顶部，电极单元188用于加工硅片。
如图13所示，本发明第二方面的实施例提供了一种硅片加工设备，包括：第一装卸腔体20，和第二装卸腔体22，均用于提供硅片的装卸空间；上述第一方面中任一项实施例的硅片的工艺腔体10，工艺腔体10有多个，多个工艺腔体10中，位于工艺路线起始端的工艺腔体10连接有第一装卸腔体20，位于工艺路线末端的工艺腔体10连接有第二装卸腔体22；运料装置，包括第一挂具200和第二挂具201，第一挂具可进出第一装卸腔体20，第二挂具201可进出第二装卸腔体22，运料装置用于运输硅片30；装卸装置，例如硅片顶升机构202，第一装卸腔体20和第二装卸腔体22内均设有硅片顶升机构202，硅片顶升机构202用于在运料装置和工艺腔体10的载板之间装卸硅片30；第三传输装置206，第一装卸腔体20和第二装卸腔体22内均设有第三传输装置206，第三传输装置206用于和工艺腔体10的第一传输装置140传输载板130；第四传输装置208，第一装卸腔体20和第二装卸腔体22内均设有第四传输装置208，第四传输装置208用于和工艺腔体10的第二传输装置150传输载板130，对应地，第四传输装置208设置在第三传输装置206的底部；载板换位装置，例如载板顶升机构204，第一装卸腔体20和第二装卸腔体22内均设有载板顶升机构204，载板顶升机构204用于在第三传输装置206和第四传输装置208之间传输载板。
在该实施例中，通过采用上述任一项技术方案的硅片30的工艺腔体10，从而具有了上述技术方案的全部有益效果，在此不再赘述；通过运料装置、装卸装置的设置，便于将硅片30运输到第一装卸腔体20或第二装卸腔体22中进行装卸，使载板不需要流转至硅片加工设备外，而是在硅片加工设备的真空环境中循环使用，减少了和外界大气的接触，从而有利于提升载板和载板上的硅片30的温度稳定性和清洁度；通过设置第三传输装置206、第四传输装置208以及载板换位装置，便于实现载板在硅片加工设备内的真空环境中的循环流转，有利于提升载板的流转效率，节省非工艺时间。
可以理解，运料装置并不仅限于第一挂具200和第二挂具201，也可以是吸盘、机械手中的任意一种；同样地，装卸装置也不仅限于硅片顶升机构202，也可以是机械手、吸盘等；载板换位装置也可以是机械手、吸盘或其它运输机构。
具体地，第一挂具200可进出第一装卸腔体20，第二挂具201可进出第二装卸腔体22，使得载板130可以留在硅片加工设备中，避免与外部大气接触，即载板130可以不再到大气环境中装卸硅片20，而是在第一装卸腔体20或第二装卸腔体22中进行硅片30的装卸，因此减少了载板130到大气环境中导致温度大幅降低的情况，有利于载板130保持原有的温度，从而减少对加热的需求，有利于节省能源，减少浪费；且由于载板130能够保持原有的温度，或者只有少量的降温，这样还可以减少加热时长，有利于缩短非工艺时间，从而提升生产效率；载板130能够保持原有的温度，或仅有少量降温，还有利于多块载板130能够保持较为一致的温度，从而有利于提升载板130上的硅片温度的一致性，有利于提升硅片加工质量的稳定性；另外，载板130不需要到大气环境中进行硅片的装卸，还可以减少载板130上附着的粉尘颗粒、水气等杂物，从而减少对硅片30的污染，更有利于提升产品质量和性能。
如图14所示，更具体地，在上述实施例中，装卸装置包括硅片顶升机构202，可升降地设置，硅片顶升机构202用于托举硅片30，并在运料装置和载板130之间转载硅片30；这样可以通过硅片顶升机构202先将运料装置上的硅片30进行托举，使得硅片30脱离运料装置，再通过载板顶升机构204升起载板130，同时硅片顶升机构202下降，使得硅片30落到载板130上，实现硅片30在运料装置和载板130之间的转载；可以理解，在载板130上设有多个通孔，以避让硅片顶升机构202上的顶升立柱。
载板顶升机构204带动着空载的载板向上运动过程中，第一传输装置140进行收缩，当载板130高于第一传输装置140的位置时，第一传输装置140伸出，载板顶升机构204下降，使载板130落到第一传输装置140上，以便进行下一步传输，将硅片30传送到下一个腔室。
在另一些实施例中，多个工艺腔体10相互连接，且仅有工艺路线的起始端的工艺腔体10连接有第一装卸腔体20，工艺路线末端的工艺腔体10中设有载板换位装置，也就是载板顶升机构204，用于在第一传输装置140和第二传输装置150之间传输载板130，完成工艺处理的硅片30随着载板130一起反向回传到工艺路线起始端的工艺腔体10中，再回到第一装卸腔体20，然后通过第一装卸腔体20内的载板换位装置将传输到第四传输装置208上的载板130，再传输到第三传输装置206上，再通过装卸装置(硅片顶升机构202)，将硅片30从载板130上取下，送至第二挂具201上。
在另一些实施例中，工艺腔体10只有一个，工艺腔体10的两端分别设有第一装卸腔体20和第二装卸腔体22。
可以理解，第一装卸腔体20和第二装卸腔体22的结构相同，只是位置不同。
如图15所示，本发明第三方面的实施例提供了一种硅片加工方法，用于上述第二方面中的硅片加工设备，包括：
步骤S100：获取硅片加工指令；
步骤S102：根据硅片加工指令，控制第一挂具运载硅片进入第一装卸腔体内；
步骤S104：控制第一装卸腔体内的硅片顶升机构将第一挂具上的硅片传输到位于第三传输装置上的载板上；
步骤S106：控制第三传输装置将载板传输到工艺腔体的第一传输装置上，执行硅片的工艺处理；
步骤S108：在完成工艺处理后，控制第一传输装置将载板传输至第二装卸腔体内的第三传输装置上；
步骤S110：控制第二装卸腔体内的硅片顶升机构将载板上的硅片传输至第二挂具上；
步骤S112：控制第二挂具将硅片运出第二装卸腔体，并控制第二装卸腔体内的载板顶升机构运动，将空载的载板从第三传输装置运输至第二装卸腔体内的第四传输装置上；
步骤S114：控制第二装卸腔体内的第四传输装置反向将载板从第二装卸腔体，经工艺腔体内的第二传输装置，传输至第一装卸腔体内的第四传输装置上；
步骤S116：控制第一装卸腔体内的载板顶升机构将载板从第四传输装置传输至第三传输装置上。
在上述实施例中，通过在装卸腔体内装卸硅片，使载板不需要流转至硅片加工设备外，减少了和外界大气的接触，从而有利于提升载板和载板上的硅片的温度稳定性和清洁度；通过在工艺腔体的两端分别进行硅片在载板上的装运和卸载，并在硅片加工设备内部通过第一传输装置、第二传输装置、第三传输装置、第四传输装置以及载板顶升机构进行载板的循环，一方面可以保证实现载板在硅片加工设备内的循环流转，还有利于提升载板的流转效率，节省非工艺时间。
为了进一步理解本发明，结合图13对采用本发明内容实现的载板真空腔体内部循环产线做必要阐述。硅片30放置到载板130上，或者从载板130上卸载完成膜层沉积的硅片，都分别在硅片装载真空腔(第一装卸腔体20)和硅片真空卸载腔(第二装卸腔体22)下进行。
如图14所示，以进行硅片30放置到载板130为例，在大气下装载硅片30的第一挂具200进入到硅片30的装载真空腔，然后硅片顶升机构202上升，将硅片30顶升托举，脱离第一挂具200的支撑面，第一挂具200从硅片的装载真空腔(第一装卸腔体20)退出，硅片顶升机构202下降，同时载板顶升机构204上升，一次性将硅片30落到载板130凹槽内，实现硅片30装载到载板130的目的。硅片30在硅片卸载腔(第二装卸腔体22)完成卸载的方式可以动作反序实现。这样载板130就在硅片装载真空腔和硅片真空卸载腔区间内实现真空内传输的循环使用，保持载板130不再出大气环境。
根据本申请提出的具体实施例的硅片的工艺腔体10，具有以下特点：
(1)加热板160的顶升装置设置在侧面，留出下层载板130传输空间。
(2)上下双层滚轮，也就是第一传输装置和第二传输装置，可实现上下两块载板130同时传输。
(3)由于加热板160的顶升装置放置于侧面，在上层载板130被加热板160顶升后达到工艺位进行工艺沉积时，下层同时可以存放一块载板130。
(4)下层作为载板130返回的传输通道，使得载板130在真空腔内完成硅片卸载后，空载板130可以通过下层的滚轮回流到真空的工艺腔体10内进行上片。
(5)载板130循环过程中始终处于真空腔体内，载板130的温度得到有效保持，载板130不会再吸附大气环境的气体，也避免大气粉尘对载板130洁净度的影响。
第一具体实施例：
如图1和图2所示，工艺腔体10具备上下两层传输装置，可以用例如滚轮或者皮带等传输方式，在载板130传入进入工艺腔体10前，进出工艺腔体10的两侧真空门阀120打开，顶升上层载板130的加热板160降至低于上层的第一传输装置140。
如1图所示，上层的载板130承载有将进入工艺腔体10进行膜层沉积的硅片30，沿空心箭头所示的方向，从左侧向右，进入工艺腔体10，下层的载板130卸载完硅片，处于空载状态，沿虚线空心箭头所示的方向，从右侧向左进入工艺腔体10。两层载板130可同时通过传输装置进入到工艺腔体10中，即上层的载板130通过第一传输装置140从左侧进入到工艺腔体10中，下层的载板130通过第二传输装置150从右侧进入到工艺腔体10中；然后工艺腔体10两侧的真空门阀120关闭，顶升装置带动加热板160上升，将第一传输装置140上的载板130托起到膜层沉积位(工艺位)高度，工艺位的高度位置是可以通过加热板160的升降高度位置进行调节的，如图2所示，此高度位置决定载板130与上面射频电极板，也就是与电极单元188的距离D，距离D的大小关系到最终的沉膜质量。
可以理解，工艺腔体10内的载板130的传输也可以依靠设置在工艺腔体10两侧单元中的机械手来完成，图2中所示出的第一传输装置140和第二传输装置150所在的位置，可以只设置第一支撑装置和第二支撑装置来分别替代第一传输装置140和第二传输装置150。
如图3至图6所示，在工艺腔体10内，腔室的两侧设置同步升降顶升柱170，以实现载板130升降的方案，四个(可多个)的顶升柱170分别用四个波纹管172与真空腔体实现动态真空密封，四个顶升柱170通过加热板支撑块184和隔热垫块186对加热板160进行支撑，同步顶升传动机构位于大气环境，即传动连杆176和转向器178；为了保证四个顶升柱170的同步运行，本具体实施例采用一个伺服电机174通过传动连杆176和动力换向器以及升降器来实现四个顶升柱170的同步升降。
四个同步顶升柱170在载板130宽度方向(垂直于载板130传输方向，或者说是进出方向)留出的空间大于载板130的宽度，使得载板130可以利用此空间进行传输。
第二具体实施例：
如图8至图12所示，设置在腔室两侧的四个(可多个)凸轮180通过加热板支撑块184和隔热垫块186对加热板160进行支撑。四个凸轮180同步转动来实现载板130的不同高度位置。凸轮180的旋转可以是每个凸轮180单独由一个伺服电机174驱动，或者外部通过传动连杆176、同步带等实现动力传动，这样由一个伺服电机174驱动即可实现同步升降功能。凸轮180旋转动密封182可以用磁流体密封或者橡胶密封圈动密封182方式。载板130的传输路径和方式等和第一具体实施例一致，不再做重复阐述。
以上结合附图详细说明了本发明的技术方案，通过本发明的技术方案，将顶升装置设置在腔室的两侧，并设置了的传输组件，便于载板在工艺腔体内往复传输，减少了载板的传输时长和周转时长，有利于缩短非工艺时间，还减少了载板和大气的接触，提升了载板温度的稳定性和载板的洁净度，从而有利于提升生产效率和产品质量。
在本发明中，术语“第一”、“第二”、仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”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和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。
在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明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一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种硅片的工艺腔体，其特征在于，包括：
壳体，所述壳体内设有腔室；
真空门阀，所述壳体的两侧分别设有所述真空门阀，所述真空门阀用于密封所述腔室；
载板，通过所述真空门阀进出所述腔室，所述载板用于承载硅片；
传输组件，设于所述腔室内，所述传输组件用于传输所述载板；
加热板，所述加热板用于承载带有硅片的所述载板，并加热所述载板；
顶升装置，与所述加热板相连，并用于顶升所述加热板；
其中，在所述载板的进出方向上，所述腔室的两侧，分别设有多个所述顶升装置。
2.根据权利要求1所述的硅片的工艺腔体，其特征在于，
所述传输组件包括：第一传输装置，用于传输所述载板；
第二传输装置，用于传输所述载板，所述第二传输装置设于所述第一传输装置的底部，且所述第一传输装置和所述第二传输装置的传送方向相反。
3.根据权利要求2所述的硅片的工艺腔体，其特征在于，还包括：
伺服电机，与所述顶升装置连接，所述伺服电机用于驱动所述顶升装置；
相互连接的传动连杆和转向器，每个所述顶升装置通过所述传动连杆、所述转向器与所述伺服电机连接；或
相互连接的同步带和转向器，每个所述顶升装置通过所述同步带、所述转向器与所述伺服电机连接。
4.根据权利要求3所述的硅片的工艺腔体，其特征在于，
所述顶升装置包括顶升柱；
波纹管，设于所述腔室内，且所述顶升柱的一部分设于所述波纹管内，所述波纹管用于密封所述顶升柱；
所述顶升柱的另一部分伸出所述壳体，并与所述伺服电机连接，所述伺服电机用于驱动所述顶升柱升降。
5.根据权利要求3所述的硅片的工艺腔体，其特征在于，
所述顶升装置包括凸轮和动密封，所述凸轮和所述伺服电机连接，所述动密封用于密封所述凸轮。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的硅片的工艺腔体，其特征在于，还包括：
加热板支撑块和隔热垫块，设于所述顶升装置和所述加热板之间，且所述隔热垫块设于所述加热板支撑块和所述隔热垫块之间，所述加热板支撑块用于支撑所述加热板，所述隔热垫块用于隔热。
7.根据权利要求1-5中任一项所述的硅片的工艺腔体，其特征在于，
所述传输组件包括多个滚轮或皮带输送机构，或
所述传输组件包括机械手、第一支撑装置和第二支撑装置，所述第一支撑装置和所述第二支撑装置均用于支撑所述载板，所述机械手用于移动所述载板。
8.根据权利要求1-5中任一项所述的硅片的工艺腔体，其特征在于，还包括：
电极单元，设于所述腔室的顶部，所述电极单元用于加工所述硅片。
9.一种硅片加工设备，其特征在于，包括：
装卸腔体，用于提供硅片的装卸空间；
权利要求1-8中任一项所述的硅片的工艺腔体，所述工艺腔体的至少一端连接有所述装卸腔体；
运料装置，可进出所述装卸腔体，所述运料装置用于运输所述硅片；
装卸装置，设于所述装卸腔体内，所述装卸装置用于在所述运料装置和所述工艺腔体的载板之间装卸所述硅片；
第三传输装置，设于所述装卸腔体内，所述第三传输装置用于和所述工艺腔体的第一传输装置传输所述载板；
第四传输装置，设于所述装卸腔体内，所述第四传输装置用于和所述工艺腔体的第二传输装置传输所述载板；
载板换位装置，用于在所述第三传输装置和所述第四传输装置之间传输所述载板，或在所述第一传输装置和所述第二传输装置之间传输所述载板。
10.一种硅片加工方法，用于权利要求9所述的硅片加工设备，其特征在于，包括：
获取硅片加工指令；
根据所述硅片加工指令，控制第一运料装置运载硅片进入第一装卸腔体内；
控制第一装卸腔体内的装卸装置将所述第一运料装置上的硅片传输到位于第三传输装置的载板上；
控制第三传输装置将所述载板传输到工艺腔体的第一传输装置上，执行所述硅片的工艺处理；
在完成工艺处理后，控制第一传输装置将所述载板传输至第二装卸腔体内的第三传输装置上；
控制所述第二装卸腔体内的装卸装置将所述载板上的所述硅片传输至第二运料装置上；
控制所述第二运料装置将所述硅片运出所述第二装卸腔体，并控制所述第二装卸腔体内的载板换位装置运动，将空载的所述载板从所述第三传输装置运输至所述第二装卸腔体内的第四传输装置上；
控制所述第二装卸腔体内的第四传输装置反向将所述载板从所述第二装卸腔体，经所述工艺腔体内的第二传输装置，传输至所述第一装卸腔体内的所述第四传输装置上；
控制所述第一装卸腔体内的所述载板换位装置将所述载板从所述第四传输装置传输至所述第三传输装置上。
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|---|---|---|---|
| CN202010470568.5A CN111477582A (zh) | 2020-05-28 | 2020-05-28 | 硅片的工艺腔体、硅片加工设备和硅片加工方法 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023020454A1 (zh) * | 2021-08-18 | 2023-02-23 | 北京北方华创微电子装备有限公司 | 半导体腔室及半导体工艺设备 |
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2020
- 2020-05-28 CN CN202010470568.5A patent/CN111477582A/zh active Pending
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