CN111850477A - 一种均匀镀膜的装置以及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种均匀镀膜的装置以及方法，该装置包括：点蒸发源阵列、加热组件、膜层监控机构和加热控制机构；点蒸发源阵列包括多个均匀排布的点蒸发源，在每个点蒸发源的外部设置加热组件；膜层监控机构包括：厚度测量器，用于监测基板的膜层厚度，成分分析器，用于监测基板的膜层成分，以及与厚度测量器和成分分析器连接的控制器，用于根据膜层厚度和膜层成分得到各个点蒸发源的蒸发量；加热控制机构与控制器和加热组件连接，用于根据蒸发量，控制加热组件对每个点蒸发源的加热输出功率。本发明通过设置多个均匀排布的点蒸发源，能够实现大面积的均匀镀膜，并通过实时监测数据，精确控制蒸发材料的蒸发量，提高了蒸发材料的有效利用率。

Description

一种均匀镀膜的装置以及方法

技术领域

本发明涉及蒸发镀膜技术领域，尤其涉及一种均匀镀膜的装置以及方法。

背景技术

蒸发镀膜常称真空镀膜。真空镀膜设备，是用于在高真空的条件下，加热金属或非金属材料的靶材，使其以原子团或离子等形式被蒸发，并在镀件表面凝结成薄膜的一种设备。

现有的薄膜太阳能电池，主要采用真空镀膜设备进行制备。在薄膜太阳能电池的制备过程中，若靶材蒸汽在镀件表面沉积的厚度差较大，会造成产品品质不均匀，膜层厚度的均匀性决定了整批次生产的薄膜太阳能电池的成品率。

在实际生产中，通常将真空镀膜设备中的蒸发源设置为点蒸发源或线性蒸发源，进行薄膜太阳能电池的制备。但是设置点蒸发源对太阳能电池基板进行蒸发镀膜，无法保证靶材蒸汽能够均匀地喷射至待蒸镀的镀件表面；而采用线性蒸发源难以实现机械调节，机械加工完成后的线性蒸发源，难以根据镀膜过程中膜层的实时性能参数进行位置调节。

发明内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种均匀镀膜的装置以及方法，能够对真空镀膜的膜层厚度进行均匀性调整，从而提高工作效率和产品良率。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

本发明的一方面，提供了一种均匀镀膜的装置。

本发明提供的一种均匀镀膜的装置，设于蒸发镀膜腔内并位于基板传送带的下方，其特征在于，该装置包括：点蒸发源阵列、加热组件、膜层监控机构和加热控制机构；

所述点蒸发源阵列包括多个均匀排布的点蒸发源，在每个所述点蒸发源的外部设置所述加热组件；

所述膜层监控机构包括：厚度测量器，用于监测基板的膜层厚度，成分分析器，用于监测基板的膜层成分，以及与厚度测量器和成分分析器连接的控制器，用于根据所述膜层厚度和膜层成分得到各个所述点蒸发源的蒸发量；

所述加热控制机构与所述控制器和所述加热组件连接，用于根据所述蒸发量，控制所述加热组件对每个所述点蒸发源的加热输出功率。

本发明的另一方面，还提供了一种均匀镀膜的方法。

本发明提供的一种均匀镀膜的方法，包括：

将基板传送至蒸发镀膜腔内；

加热控制机构以初始加热输出功率控制加热组件对各个点蒸发源进行加热；

厚度测量器采集基板的膜层厚度数据并传输至控制器，成分分析器采集基板的膜层成分数据并传输至控制器；

控制器根据膜层厚度数据和膜层成分数据，得到各个点蒸发源的蒸发量数据并传输至加热控制机构；

加热控制机构根据所述蒸发量数据，对各个点蒸发源的加热组件加热输出功率进行调整；

加热组件根据加热控制机构调整后的加热输出功率，对各个点蒸发源进行加热。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过设置多个均匀排布的点蒸发源，根据基板上实时测量的已镀制的膜层情况，调整并控制各个点蒸发源对应的蒸发量，能够实现大面积的均匀镀膜，从而克服点蒸发源所造成的镀膜均匀性不足的缺陷。

本发明通过设置厚度测量器和成分分析器，对基板的实时膜层厚度数据和膜层成分数据进行监测，从而利用控制器根据膜层厚度数据和膜层成分数据之间的对应关系，对点蒸发源阵列中的各个点蒸发源的实时蒸发量进行适应性调整。

本发明能够根据所监测到的实时数据，对蒸发材料的蒸发量进行快速精确的控制，从而实现对基板上所镀制的膜层性能的精确控制，解决了线性蒸发源不能单独进行局部镀膜参数调节的缺陷，并提高了蒸发材料的有效利用率。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明实施例一提供的一种均匀镀膜的装置的结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的一种均匀镀膜的装置的点蒸发源机构结构示意图；

图3为本发明实施例一提供的一种均匀镀膜的装置的点蒸发源示意图一；

图4为本发明实施例一提供的一种均匀镀膜的装置的点蒸发源示意图二；

图5为本发明实施例一提供的一种均匀镀膜的装置的喷嘴排布示意图；

图6为本发明实施例一提供的一种均匀镀膜的装置的隔离板设置示意图；

图7为本发明实施例二提供的一种均匀镀膜的方法的处理流程图；

图中：

11-点蒸发源机构，2-膜层监控机构，3-加热控制机构；

11-腔室，111-蒸发平面，12-点蒸发源阵列，121-坩埚，122-喷管，123-喷嘴，13-加热组件，14-隔离板；

21-厚度测量器，22-成分分析器，23-控制器；

4-蒸发镀膜腔；

5-基板传送带；

6-基板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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的限制。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“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，或一体地连接；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，可以是两个元件内部的连通。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中的具体含义。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

实施例一

本发明实施例提供了一种均匀镀膜的装置，可对基板实现大面积的均匀镀膜，并根据膜层的厚度和成分数据调整蒸发源的蒸发量，实现镀膜工艺的实时控制调整。

本发明实施例提供的一种均匀镀膜的装置的结构示意图如图1-6所示，该装置设于蒸发镀膜腔内并位于基板传送带的下方。

该实施例提供的一种均匀镀膜的装置，包括：设有点蒸发源阵列和加热组件的点蒸发源机构、膜层监控机构和加热控制机构；点蒸发源阵列包括多个均匀排布的点蒸发源，在每个点蒸发源的外部设置加热组件；膜层监控机构包括：厚度测量器、成分分析器和控制器，厚度测量器用于监测基板的膜层厚度，成分分析器用于监测基板的膜层成分，以及与厚度测量器和成分分析器连接的控制器，用于根据膜层厚度和膜层成分得到各个点蒸发源的蒸发量；加热控制机构与控制器和加热组件连接，用于根据蒸发量，控制加热组件对每个点蒸发源的加热输出功率。

该装置各部件的具体内容如下：

(1)点蒸发源机构

如图2所示，点蒸发源机构1包括：腔室11、点蒸发源阵列12、加热组件13和隔离板14，点蒸发源阵列12和加热组件13设于腔室11内，隔离板14置于腔室11的上表面。

腔室11主要是用于容置点蒸发源阵列和加热组件的结构。示例地，可以将腔室整体设为立方体结构、柱体结构或棱柱体结构以及其他不规则形状的结构。

腔室11设有一个蒸发平面111，该蒸发平面111与基板传送带5所在平面平行，并在蒸发平面111上设有多个均匀排布的连通孔，多个连通孔包括两个和两个以上的连通孔。连通孔设置的具体位置与点蒸发源一一对应，位于各个点蒸发源上方。各个连通孔的间距相同，连通孔的排布方式与各个点蒸发源的排布方式相对应。腔室11设于基板传送带5的下方，本实施例中的装置是用于对位于腔室11上方的基板进行蒸发镀膜，将腔室11的顶面设为蒸发平面111，蒸发平面111位于基板传送带5所在平面的正下方。一般地，基板传送带5所在平面为水平面，因此，蒸发平面111是水平的。

可选地，腔室11是具有一个水平的蒸发平面111的结构，可以将腔室11设为顶面为水平面，下部为半圆柱体或不规则形状的异形结构。

点蒸发源阵列12是排列为阵列结构的点蒸发源集合。具体地，点蒸发源阵列12包括：多个均匀列排布的点蒸发源和多个均匀行排布的点蒸发源。根据对列排布和行排布的点蒸发源数量进行调整，即可以将多个点蒸发源形成不同的阵列结构。具体地，调整每一列或每一行具体所排布的点蒸发源个数，所形成的阵列结构可以是矩形阵列，也可以是环形阵列、菱形阵列或者其他不规则形状的阵列。

在该实施例中，将沿着垂直基板6运动方向的排布设为列排布，并将沿着基板6运动方向的排布设为行排布。则点蒸发源阵列12包括：沿垂直基板6运动方向列排布的点蒸发源，以及沿基板6运动方向行排布的点蒸发源。其中，同一列排布的点蒸发源中放置同一种蒸发材料；同一行排布的点蒸发源中以预设的顺序依次放置不同蒸发材料。在该实施例中，根据所需制备的镀膜基板的具体需求，在同一行排布的点蒸发源依次放置蒸发材料。在相邻的两个点蒸发源中所设置的蒸发材料可以是相同的，也可以是不同的。

在一些实施方式中，如图3所示，点蒸发源可以包括：坩埚121、喷管122和喷嘴123，其中，喷管122的一端连通坩埚121，另一端连接喷嘴123。

坩埚121是用于容置蒸发材料，并对蒸发材料进行蒸发的部件。具体地，可以将坩埚设置为圆柱体或其他柱体结构。坩埚121为可拆卸结构，在需要进行蒸发材料的补充时，可以将坩埚121从腔室11内拆卸出来，向其中添加蒸发材料后再安装到腔室11内的对应位置。为了对蒸发材料可进行高温加热操作，且避免坩埚121与蒸发材料发生反应，需要采用耐高温和耐腐蚀的材质制备坩埚121。示例地，坩埚121的制备材料可以采用裂解氮化硼(PBN)等材质。

喷管122，用于传输和引导坩埚121内蒸发的蒸发材料从喷嘴123处向外蒸发。为了避免喷管122与蒸发材料发生反应，可采用耐高温和耐腐蚀的裂解氮化硼(PBN)材质制备喷管122。

喷嘴123用于将坩埚121内蒸发的蒸发材料喷向基板6。喷嘴123固定在蒸发平面111上并对准基板6。具体地，喷嘴123与蒸发平面111上的连通孔一一对应；可选地，可将喷嘴123与连通孔固定连接。喷嘴123的形状可设为圆孔形或喇叭状；示例地，可以将喷嘴123设为喇叭状的结构，以将蒸发材料喷射为球面分布，增大蒸发材料的喷射面积。为了避免喷嘴123与蒸发材料发生反应，可采用耐高温和耐腐蚀的裂解氮化硼(PBN)材质制备喷嘴123。

在一些实施方式中，如图4所示，点蒸发源也可以只包括：坩埚121和喷嘴123，其中，喷嘴123设于坩埚121的上方。坩埚121可以设置为一种圆罐结构，并在圆罐结构的坩埚121顶部设置一个喇叭状的喷嘴123，以使坩埚121内部已蒸发的蒸发材料能够快速喷出，并将蒸发材料喷射为一个近似球面的分布。

如图5所示，喷嘴123在蒸发平面111上排布为阵列形式，沿垂直基板6运动方向列排布，并沿基板6运动方向行排布。

在一些实施方式中，加热组件13包覆于每个坩埚121的外部，将整个坩埚121完全包裹，用于根据加热控制机构设定的初始加热输出功率和经过调整的实时加热输出功率，对坩埚121进行加热。

可选地，加热组件13还可以包覆于每个坩埚121和喷管122的外部，对坩埚121和喷管122进行加热。

在一些实施方式中，如图6所示，在列排布的点蒸发源之间设有隔离板14，即在每一列的喷嘴123与相邻列的喷嘴123之间加设一块隔离板14。隔离板14设于蒸发平面111上，用于隔离不同列的喷嘴123所喷出的蒸发材料，从而防止不同的蒸发材料相互污染。隔离板14的顶部与基板传送带5之间留有间隙，将蒸发平面111到基板传送带5之间的间距设为L，则可以将隔离板14的高度H设置为比L小1-5mm。

(2)膜层监控机构

膜层监控机构2，包括：厚度测量器21、成分分析器22和控制器23，控制器23与厚度测量器21和成分分析器22连接，还与加热控制机构3连接。

厚度测量器21，是用于对基板的膜层厚度进行监测的部件。在蒸发镀膜腔4内可设置多个厚度监测点，并在这些厚度监测点放置厚度测量器21，具体地，可以将厚度测量器21分布于靠近基板的位置，或者，将厚度测量器21分布于喷嘴上方一定距离的位置。厚度测量器21的具体尺寸较小，不会对蒸发到基板6上的蒸发材料进行阻挡。厚度测量器21主要是利用石英晶体的压电效应和质量负荷效应两个效应，当发生机械变形时，产生压电现象，从而通过测量厚度测量器21的频率或与频率有关的参量的变化而监控淀积的薄膜的厚度。厚度测量器21可以将所监测到的膜层厚度数据传输至控制器23。可选地，在该实施例中，厚度测量器21具体可以是QCM(Quartz Crystal Microbalance，石英晶体微天平)仪器。

成分分析器22，是用于对基板的膜层成分进行监测的部件。成分分析器22可以设置在蒸发平面111上，对位于蒸发平面111上方的基板进行测量。该实施例中，可以根据具体需求，在蒸发平面111设置多个监测点，从而在这些监测点放置成分分析器22。具体地，成分分析器22可以设于蒸发镀膜腔4的出口处，即将成分分析器22放置在蒸发平面111靠近蒸发镀膜腔4出口的一端，对已经完成镀膜的基板6部分进行膜层成分监测，并将所监测到的膜层成分数据传输至控制器23。从而实现利用该膜层成分数据，对还未完成镀膜的基板6部分进行镀膜指导，实时调整点蒸发源的蒸发量。可选地，在该实施例中，成分分析器22具体可以是XRF(X Ray Fluorescence，X射线荧光光谱分析)仪器。

控制器23，用于连接厚度测量器21和成分分析器22，从而获取到基板6的膜层厚度数据和膜层成分数据，并根据膜层厚度数据和膜层成分数据进行分析，得到各个点蒸发源的蒸发量数据，并将各个点蒸发源的蒸发量数据传输至加热控制机构。

(3)加热控制机构

加热控制机构3，主要是对包覆于各个点蒸发源外部的加热组件13的加热输出功率进行控制，从而对加热组件13内的各个坩埚121中蒸发材料的蒸发量进行控制。

加热控制机构3包括两个子模块：初始加热子模块和实时加热子模块，在不同情况下，分别采用不同的子模块进行工作。

可选地，当基板6被基板传送带5刚送进蒸发镀膜腔4内时，加热控制机构3启动初始加热子模块，对设于各个点蒸发源外部的加热组件13，设有对应的初始加热输出功率；根据该初始加热输出功率，各点蒸发源向基板6蒸发对应蒸发量的蒸发材料。

可选地，当基板6上已镀制了一层膜层，且基板6的部分已被基板传送带5传送至蒸发镀膜腔4出口处，加热控制机构3启动实时加热子模块。传送至蒸发镀膜腔4出口处的基板6部分，被监测到已镀制的膜层成分，以及利用蒸发镀膜腔4内的厚度测量器21监测到已镀制的膜层厚度，从而根据膜层监控机构2的处理，得到各个点蒸发源的实时蒸发量数据，调整各个加热组件13对应的加热输出功率，使加热组件13根据调整后的加热输出功率进行工作，从而实时调整各个点蒸发源的蒸发量。

实施例二

该实施例提供了一种均匀镀膜的方法，利用实施例一中所述的装置，对进入蒸发镀膜腔4内的基板6进行镀膜，并采用闭环控制实时调整镀膜装置的工作参数，实现镀膜过程的精确调整。

该实施例提供的一种均匀镀膜的方法的处理流程图如图7所示，该方法具体如下：

步骤S210：将基板传送至蒸发镀膜腔内。

基板6被基板传送带5传送至蒸发镀膜腔4内。

步骤S220：加热控制机构以初始加热输出功率控制加热组件对各个点蒸发源进行加热。

对初始进入蒸发镀膜腔4内的基板6，加热组件13根据加热控制机构3预设的初始加热输出功率，对各个点蒸发源的坩埚121进行加热。

步骤S230：厚度测量器采集膜层厚度数据并传输至控制器，成分分析器采集膜层成分数据并传输至控制器。

在基板6的一部分已被镀制上蒸发材料时，通过厚度测量器21采集基板6的膜层厚度数据传输至控制器23，以及通过成分分析器22采集基板6的膜层成分数据传输至控制器23。

步骤S240：控制器根据膜层厚度数据和膜层成分数据，得到各个点蒸发源的蒸发量数据并传输至加热控制机构。

步骤S250：加热控制机构根据蒸发量数据，对各个点蒸发源的加热输出功率进行调整。

步骤S260：加热组件根据加热控制机构设定的加热输出功率，对各个点蒸发源进行加热。

包覆于各个点蒸发源外部的加热组件13，根据加热控制机构实时调整的加热输出功率，对各个点蒸发源的坩埚121进行加热。

综上所述，本发明提供了一种均匀镀膜的装置以及方法，将该均匀镀膜的装置设于蒸发镀膜腔内并位于基板传送带的下方，该装置包括：该装置包括：点蒸发源阵列、加热组件、膜层监控机构和加热控制机构；点蒸发源阵列包括多个均匀排布的点蒸发源，在每个点蒸发源的外部设置加热组件；膜层监控机构包括：厚度测量器，用于监测基板的膜层厚度，成分分析器，用于监测基板的膜层成分，以及与厚度测量器和成分分析器连接的控制器，用于根据膜层厚度和膜层成分得到各个点蒸发源的蒸发量；加热控制机构与控制器和加热组件连接，用于根据蒸发量，控制加热组件对每个点蒸发源的加热输出功率。本发明能够根据所监测到的实时数据，对蒸发材料的蒸发量进行快速精确的控制，从而实现对基板上所镀制的膜层性能的精确控制，解决了线性蒸发源不能单独进行局部镀膜参数调节的缺陷，并提高了蒸发材料的有效利用率。

以上描述仅为本发明的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (8)

1.一种均匀镀膜的装置，设于蒸发镀膜腔内并位于基板传送带的下方，其特征在于，该装置包括：点蒸发源阵列、加热组件、膜层监控机构和加热控制机构；

所述点蒸发源阵列包括多个均匀排布的点蒸发源，在每个所述点蒸发源的外部设置所述加热组件；

所述膜层监控机构包括：厚度测量器，用于监测基板的膜层厚度，成分分析器，用于监测基板的膜层成分，以及与厚度测量器和成分分析器连接的控制器，用于根据所述膜层厚度和膜层成分得到各个所述点蒸发源的蒸发量；

所述加热控制机构与所述控制器和所述加热组件连接，用于根据所述蒸发量，控制所述加热组件对每个所述点蒸发源的加热输出功率。

2.根据权利要求1所述的均匀镀膜的装置，其特征在于，该装置还包括：腔室，所述腔室设有一个蒸发平面，所述蒸发平面与基板传送带所在平面平行，在所述蒸发平面上设有多个连通孔，所述连通孔位于各个所述点蒸发源的上方；

所述点蒸发源阵列和所述加热组件排布在所述腔室内；

所述成分分析器设于所述蒸发平面上。

3.根据权利要求2所述的均匀镀膜的装置，其特征在于，所述点蒸发源阵列，包括：沿垂直基板运动方向列排布的点蒸发源，以及沿基板运动方向行排布的点蒸发源；

同一列排布的点蒸发源中放置同一种蒸发材料；

同一行排布的点蒸发源中以预设的顺序依次放置不同蒸发材料。

4.根据权利要求3所述的均匀镀膜的装置，其特征在于，所述点蒸发源包括：坩埚、喷管和喷嘴，所述喷管的一端连通所述坩埚，另一端连接所述喷嘴；

所述坩埚，用于对蒸发材料进行蒸发；

所述喷嘴与所述连通孔一一对应，用于将所述坩埚内蒸发的蒸发材料喷向基板。

5.根据权利要求4所述的均匀镀膜的装置，其特征在于，该装置还包括：在列排布的点蒸发源之间设有隔离板，所述隔离板设于所述蒸发平面上，用于隔离不同列的喷嘴所喷出的蒸发材料。

6.根据权利要求4所述的均匀镀膜的装置，其特征在于，所述加热组件包覆于每个所述坩埚的外部，用于根据所述加热控制机构设定的加热输出功率，对所述坩埚进行加热。

7.根据权利要求6所述的均匀镀膜的装置，其特征在于，所述加热控制机构包括：

初始加热子模块，对设于点蒸发源外部的加热组件，设有对应的初始加热输出功率；

实时加热子模块，用于根据所述控制器中得到的各个点蒸发源的蒸发量，调整各个所述加热组件的加热输出功率。

8.一种均匀镀膜的方法，采用权利要求1-7任一项所述的装置，其特征在于，该方法包括：

将基板传送至蒸发镀膜腔内；

加热控制机构以初始加热输出功率控制加热组件对各个点蒸发源进行加热；

厚度测量器采集基板的膜层厚度数据并传输至控制器，成分分析器采集基板的膜层成分数据并传输至控制器；

控制器根据膜层厚度数据和膜层成分数据，得到各个点蒸发源的蒸发量数据并传输至加热控制机构；

加热控制机构根据所述蒸发量数据，对各个点蒸发源的加热组件加热输出功率进行调整；

加热组件根据加热控制机构调整后的加热输出功率，对各个点蒸发源进行加热。

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