CN115961265A - 一种大面积卧式cat-cvd镀膜腔室及设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及镀膜设备相关技术领域，具体涉及一种大面积卧式CAT‑CVD镀膜腔室及设备，包括一腔体，以及位于腔体上方的上盖，所述腔体与所述上盖围设一真空内腔，所述上盖的上方设置有出气喷淋板，所述出气喷淋板下方设有多个钨丝，所述钨丝通过多个悬挂组件连接所述出气喷淋板，所述出气喷淋板和所述钨丝分别位于所述真空内腔内。本发明通过分段支撑和配重件来拉伸钨丝，解决了卧式结构钨丝在高温环境下带来的下垂问题，实现了钨丝和载板间的相互平行，保证了优异膜厚均匀性所需的等间距。通过匀气板和出气喷淋板相结合的进气模块，以及在载板的硅片槽周围均匀开孔的设计，实现了工艺气体气流场的均匀性，最终达到优异的镀膜均匀性。

Description

一种大面积卧式CAT-CVD镀膜腔室及设备

技术领域

本发明涉及镀膜设备相关技术领域，具体涉及一种大面积卧式CAT-CVD镀膜腔室及设备。

背景技术

CAT-CVD设备为催化化学气相沉积设备（催化化学气相沉积设备(catalyticchemical vapor deposition，简称CAT-CVD），利用高温的催化材料把达到催化材料表面的工艺气体热分解为镀膜所需的原子基团，原子基团扩散移动，在硅片表面沉积上所需的膜层。在光伏异质结镀膜应用中，CAT-CVD镀膜设备的反应原料气体为SiH₄，催化材料通常为钨丝,当工艺气体与钨丝接触后，在钨丝高温的分解下，生成Si和H原子，CAT-CVD镀膜设备对工艺气体的催化裂解远远高于PECVD设备。由于催化钨丝表面温度高，反应物不会在钨丝表面沉积，会继续与未反应的SiH₄进行反应，与PECVD设备相比，更大的几率生成SiH₃,而SiH₃通常被认为是优质非晶硅薄膜和微晶硅薄膜的重要组成部分。由于钨丝高温易膨胀下垂断裂和钨丝需要保持水平不下垂来保证工艺性能，传统的CAT-CVD基本都为立式结构，但立式CAT-CVD镀膜设备，造成硅片上下料困难，同时镀膜膜厚均匀性差，导致CAT-CVD镀膜设备成熟应用很少。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种大面积卧式CAT-CVD镀膜腔室及设备。

实现本发明目的的技术方案是：

一种大面积卧式CAT-CVD镀膜腔室，包括一腔体，以及位于腔体上方的上盖，所述腔体与所述上盖围设一真空内腔，所述上盖的上方设置有出气喷淋板，所述出气喷淋板下方水平设有多个钨丝，所述钨丝通过多个悬挂组件连接所述出气喷淋板，所述出气喷淋板和所述钨丝分别位于所述真空内腔内。

上述技术方案所述钨丝的首尾两端穿过所述腔体的侧壁，与外部电源连通；所述钨丝的中部穿设一配重件，以使所述钨丝呈U型结构结构。

上述技术方案所述出气喷淋板上设置有托板，所述托板位于所述悬挂组件和所述配重件之间，所述钨丝穿设所述托板。

上述技术方案所述悬挂组件包括固定件和与所述固定件连接的支撑件，所述钨丝搁置于所述支撑件，所述支撑部设有阻挡部，用于限制所述钨丝脱离所述支撑件。

上述技术方案所述固定件和所述支撑件均由绝缘材质构成。

上述技术方案所述上盖上设有至少一个进气通道，所述进气通道与所述出气喷淋板连通，所述出气喷淋板远离所述上盖的一侧设有多个出气孔。

上述技术方案所述腔体侧壁上对称设有传输机构，所述传输机构上设置有载板，所述载板位于所述钨丝的下方，所述载板阵列均布有硅片槽，位于所述硅片槽的四周均布有载板气孔。

上述技术方案所述腔体所述载板采用耐高温的碳纤维复合材料。

上述技术方案所述腔体的底部设有升降台，所述升降台位于所述载板的下方。所述升降台设有静电卡盘。

上述技术方案所述腔体底部设有抽真空装置。

一种大面积卧式CAT-CVD镀膜设备，包括所述的一种大面积卧式CAT-CVD镀膜腔室。

采用上述技术方案后，本发明具有以下积极的效果：

（1）本发明设计一种大面积卧式CAT-CVD镀膜设备，通过悬挂组件和配重件来拉伸钨丝，解决了卧式结构钨丝在高温环境下带来的下垂问题，保证了工艺的性能的同时，降低了断裂的风险，保证了优异膜厚均匀性所需的等间距。同时，可以应用于大面积的场合，提高产能，提升设备性价比。

（2）本发明通过匀气板和出气喷淋板相结合的进气模块，以及在载板的硅片槽周围均匀开孔的设计，实现了工艺气体气流场的均匀性，最终达到优异的镀膜均匀性。

（3）载板，使用耐高温的碳纤维复合材料，来降低载板的受热膨胀，解决高温环境带来的载板下垂问题，实现了催化钨丝和载板间的相互平行，保证了优异膜厚均匀性所需的等间距。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中A的放大示意图；

图3为载板、钨丝、固定框的结构示意图；

图4为图3中B的放大示意图；

图5为挂钩的结构示意图。

图中：腔体300、上盖100、真空内腔200、出气喷淋板1、钨丝3、悬挂组件2、导电端子31、电源32、配重件5、托板6、匀气板7、托板延伸板61、连接件20、固定件21、支撑件27、放置部26、阻挡部28、弧形入口29、 进气通道101、出气孔11、传输机构8、载板4、硅片槽41、载板气孔42、升降台9、抽真空装置301、第一空腔22、第二体空腔23、第一通孔24、第二通孔25。第一悬挂组件21、第二悬挂组件22。

实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖 直”、“水平”、“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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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。

实施例

见图1至图3，本发明提供一种大面积卧式CAT-CVD镀膜腔室，包括一腔体300，以及位于腔体300上方的上盖100，腔体300与上盖100围设一真空内腔200，上盖100的上方设置有出气喷淋板1，出气喷淋板1下方水平设有多个钨丝3，钨丝通过多个悬挂组件2连接出气喷淋板1，出气喷淋板1和钨丝3分别位于真空内腔200内。

本实施例为本发明的基础实施例，钨丝3用以加热催化工艺气体，为了防止钨丝3在大面积卧式CAT-CVD镀膜设备中下垂，出气喷淋板1使用多个悬挂组件2分段地支撑钨丝3，这里的支撑是指钨丝3穿过悬挂组件2并被悬挂组件2勾住。悬挂组件2的设计，在高温下能够保持钨丝3水平、不下垂，保证了工艺的性能的同时，降低了断裂的风险。悬挂组件2数量的多少，根据钨丝3的长度进行调整，在此不做具体阐述。

在本实施例中，为了适配大面积卧式CAT-CVD镀膜设备，钨丝3可以是单根钨丝设置，钨丝3的首尾两端穿过腔体300的侧壁，与外部电源32连通；钨丝3的中部穿设一配重件5，以使钨丝3呈U型结构结构，其U形可以减少电源接线。以图3为例，呈U型结构结构的钨丝3设有5个，多个钨丝3水平设置，可使钨丝3距离载板4（水平传送）的间距相等，以为实现硅片表面均匀镀膜提供保障。当然，可以理解的是，其具体数量可以根据实际情况进行调整，此处不应做过多限制。当钨丝3发热膨胀时，钨丝3沿长度方向，在多个悬挂组件2之间自由水平延伸，通过配重件5的自重的向下作用力，将分段置于悬挂组件2的钨丝3拉直拉平，实现了钨丝3和载板4间的相互平行，保证了优异膜厚均匀性所需的等间距。每根钨丝3穿设配重件5，即从配重件5的中部穿过，以使单根钨丝整体上呈U型结构机构，如图1所示，配重件5与电源32分别位于钨丝3的两侧。配重件5呈长条状，通过调节配重件5的长度，调整同一条钨丝3经过配重件5弯折后形成的两条钨丝之间的间距。

整根钨丝3的两端通过导电端子31，和电源32连通，使钨丝达到1800℃左右的高温。每根钨丝3，在U型结构的长度方向，有一定数量、相互间隔一定距离的悬挂组件2，把钨丝3勾住，钨丝从中穿过，悬挂组件2为一种耐高温材料，当钨丝3发热膨胀时，钨丝3沿长度方向，可以在悬挂组件2中自由延伸；因为U型结构结构的钨丝3U型结构结构的一端穿设配重件5，当钨丝在悬挂组件2内时，不会下垂，而是依然会保持水平，配重件5带着U型结构钨丝3的一端随着自重下移，根据计算，已经知道下移的最大量，同时设计有托板6，起到支撑配重件5的作用，而不会继续拉紧钨丝，保证了钨丝持续水平的同时，解决了钨丝持续受拉、断裂的问题，保证了良好的膜厚均匀性。

在本实施例中，腔体300固定连接有导电端子31，导电端子31线路连接于电源32和多个钨丝3。每个U形的钨丝配合两个导电端子后线路连接于电源32，多个U形的钨丝分别配合两个导电端子后并联于电源32。

上盖100上设有至少一个进气通道101，进气通道101与出气喷淋板1连通，出气喷淋板1远离上盖100的一侧设有多个出气孔11。出气孔11可以使得工艺气体喷射到下方的钨丝3表面，高温（1800℃）钨丝把工艺气体分解，最终在下方的载板4上的硅片表面形成优质非晶硅薄膜和微晶硅薄膜。

具体地，进气部分，上盖100、匀气板7、出气喷淋板1，两两相互间形成独立的气体扩散空间；再通过匀气板7、出气喷淋板1上设计的一定规律分布的出气孔，实现2次均匀地气体流通扩散，最终均匀地扩散到下方的几组钨丝3表面；同时钨丝3下方的载板4上设计有载板气孔41，载板气孔42地分布在每个硅片槽41的四周，可以使工艺气体均匀地通过载板4流通下去，通过进气、出气2方面的均匀设计，实现了硅片表面均匀地接收到工艺气体；保证了良好的膜厚均匀性。

在本实施例中，出气喷淋板1上设置有托板6，托板6位于悬挂组件2和配重件5之间，钨丝3穿设托板6。结合图1、图2、图5所示，靠近配重件5设置的悬挂组件有两个，分别为第一悬挂组件21和第二悬挂组件22，在第一悬挂组件21与配重件5之间的钨丝3穿设托盘6，托盘6的顶部设置在出气喷淋板1上，同理，在第一悬挂组件22与配重件5之间的钨丝3穿设另一托盘6，托盘6的顶部也设置在出气喷淋板1上，托板6设有通孔用以便于钨丝3贯穿后进行放置。

进一步地，托板6还连接有托板延伸板61，托板延伸板61位于配重件5的下方。根据计算，已知钨丝3下移的最大量，托板延伸板61用以起到支撑配重件5的作用，使得配重件5不会继续拉紧钨丝3，保证了钨丝3持续水平的同时，解决了钨丝3持续受拉、断裂的问题，保证了良好的膜厚均匀性。

在本实施例中，上盖100和出气喷淋板1之间连接有匀气板7。匀气板7用以实现工艺气体的均匀流通扩散。

在本实施例中，腔体300的内部设有传输机构8，传输机构8可以是设置在腔体侧壁上的传输滚轮，载板4置于传输机构8上。传输机构8用以将载板4输送至腔体300的内部。

在本实施例中，腔体300的底部设有升降台9，升降台9位于载板4的下方。升降台9用以将载板4上升至工艺需要的高度。升降台9上设计有静电卡盘（内设冷却器，主要起到降温的目的）功能，静电卡盘功能可以使载板4维持在工艺所需的温度，避免了因为钨丝辐射导致的过高温度，同时升降台9，可以自由的调节钨丝3至载板4之间的距离，大大的增大了有效的工艺空间，使设备满足不断进度的工艺技术需求。升降台9可以设置避让口（图中未示出），可以让传输机构8通过。

腔体300侧壁上对称设有传输机构8，传输机构8上设置有载板4，载板4位于钨丝3的下方，载板4阵列均布有硅片槽41，硅片槽41的四周均布有载板气孔42。硅片槽41用以间隔阵列放置待镀膜的硅片，适合工业化高生产率的作业。载板气孔42均匀地分布在每个硅片槽41的四周，配合匀气板7和出气喷淋板1，在抽真空装置301的作用下，可以使工艺气体更加均匀地通过载板4流通下去，实现了硅片表面均匀地接收到工艺气体。

载板4上每个放置硅片的硅片槽41的周围都布置有载板气孔42，当工艺气体通过钨丝3，再达到载板4上硅片表面时，除了载板4整体四周与腔体侧壁的空隙流道对工艺气体有排气抽力，工艺气体通过载板气孔42形成的气体流道也会对工艺气体有排气抽力作用，而且某个硅片槽41周围的载板气孔42形成的气体流道不仅对此硅片槽41本身上方的反应气有排气抽力作用，对附近硅片槽41上方的工艺气体都会有不同角度的排气抽力作用；在载板4整体腔体侧壁的空隙流道和载板4上的硅片槽41上分布的载板气孔42形成的流道的共同下，使经过钨丝3表面后的气体成本均匀的扩散到载板4上各个区域，保证了硅片槽4上的硅片，优异的镀膜均匀性，最终保证了电池片良好的转化效率。

载板4优选使用碳纤维复合材料，碳纤维材料的热膨胀系数很小，在工艺温度范围内，几乎不会产生膨胀变形，同时碳纤维的密度低而弹性模量相对很大，具备优异的刚性；使用碳纤维材质，可以保证相同的尺寸下，更小的自重下垂变形，和受热膨胀变形，保证了载板的平整性，进而保证了载板至钨丝间的距离，保证了载板4上硅片镀膜的均匀性。

腔体300底部设有抽真空装置301，为工艺气体流通提供动力，即可为在载板4整体腔体侧壁的空隙流道和载板4上的硅片槽41上分布的载板气孔42形成的流道提供排气抽力。

实施例

见图1、图3、图4、图5，本实施例与实施例1的不同之处在于悬挂组件2包括固定件21和与固定件21连接的支撑件27，钨丝3搁置于支撑件27，支撑部设有阻挡部28，用于限制钨丝3脱离支撑件27。悬挂组件2包括固定件21，固定件21为方体结构，中部开设有第一空腔22，底部开设有第二空腔23，沿固定件21高度方向，开设有第一通孔24和第二通孔25，第一通孔24从固定件21的顶部贯穿至第一空腔22，第一通孔24用于安装连接件20，以使悬挂组件2设置在喷淋出气孔1上，第二通孔23贯穿第一空腔22和第二空腔23，第二通孔23连通第一空腔22和第二空腔23，第二通孔23用于将支撑件27安装在固定件21上，例如将螺钉穿设第二通孔25,固定位于第二空腔23中的支撑件27，第一空腔25用于提供安装空间，便于使悬挂组件2安装在出气喷淋板1上，便于安装支撑件27与固定件21，使27便于拆卸和更换。第二空腔23为放置部分支撑件27的空间，另外，为加固支撑，在第二空间23内还设有支撑台40，可先件支撑件27嵌入到支撑台40 ，然后在通过螺钉固定支撑件27，固定在固定件21上。

另外的一种连接方式：在第一空腔22和第二空腔23内预设螺母（图中未示出），将连接件20从第一通孔24插入第一空腔22与螺母进行螺纹连接，螺栓柱20穿过第一挂钩主体空腔22的螺母后继续向下，直至穿过第二通孔25后，进入第二空腔23并与其内部的螺母进行螺纹连接固定。

支撑件27部分嵌入固定件21，部分用于支撑钨丝3，支撑件27上设有放置部26，与放置部26一体设置有凸起的阻挡部28，阻挡部28顶部设有弧形入口29。钨丝3可以从弧形入口29进入，然后置于放置部26，阻挡部28高于放置部26，可以防止钨丝3从放置部26滑脱。另外，弧形入口29处，放置部26的两侧局部和阻挡部28的弧形重合，能够尽可能地减少上放置钨丝3的面积，防止钨丝3因过多地放置于放置部26而降低钨丝3的发热效率。

当安装钨丝时，稍微弯曲钨丝，使钨丝通过支撑件27的弧形入口29进入，当钨丝进入到放置部26内部时，由于挂钩本身的刚性和弹性，钨丝自然伸直，原来的弧形入口29结合阻挡部28，用于限制钨丝3的移动，这样就可以使钨丝很好的约束在放置部26中，解决了常规设计需要额外固定零件但又空间受限的问题。

在进行工艺反应时钨丝温度过高（1800℃），常规固定用的标准紧固件无法承受此1，而且为了工艺气体能很均匀的分布到钨丝的每个位置，需要挂钩越小越好，和钨丝的接触面越小越好，同时安装方便。

固定件21和支撑件27均由绝缘材质构成，优选为耐高温的材质，以防止在高温的腔室内损坏。

实施例

见图1至图5，本发明还提供了一种大面积卧式CAT-CVD镀膜设备，包括上述实施1或实施例2中的大面积卧式CAT-CVD镀膜腔室。

大面积卧式CAT-CVD镀膜设备包括多个腔室，每个腔室对硅片进行不同的处理，其中的一个腔室为大面积卧式CAT-CVD镀膜腔室，本腔室可以对硅片的表面进行镀膜，根据想设备内通入气体的不同，以及设备工艺参数的调整，可以形成非晶硅薄膜、也可以形成微晶硅薄膜。以形成电池片的组成中的层状结构。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种大面积卧式CAT-CVD镀膜腔室，其特征在于：包括一腔体（300），以及位于腔体（300）上方的上盖（100），所述腔体（300）与所述上盖（100）围设一真空内腔（200），所述上盖（100）的上方设置有出气喷淋板（1），所述出气喷淋板（1）下方水平设有多个钨丝（3），所述钨丝通过多个悬挂组件（2）连接所述出气喷淋板（1），所述出气喷淋板（1）和所述钨丝（3）分别位于所述真空内腔（200）内。

2.根据权利要求1所述的一种大面积卧式CAT-CVD镀膜腔室，其特征在于：所述钨丝（3）的首尾两端穿过所述腔体（300）的侧壁，与外部电源（32）连通；所述钨丝（3）的中部穿设一配重件（5），以使所述钨丝（3）呈U型结构结构。

3.根据权利要求2所述的一种大面积卧式CAT-CVD镀膜腔室，其特征在于：所述出气喷淋板（1）上设置有托板（6），所述托板（6）位于所述悬挂组件（2）和所述配重件（5）之间，所述钨丝（3）穿设所述托板（6）。

4.根据权利要求1所述的一种大面积卧式CAT-CVD镀膜腔室，其特征在于：所述悬挂组件（2）包括固定件（21）和与所述固定件（21）连接的支撑件（27），所述钨丝（3）搁置于所述支撑件（27），所述支撑部设有阻挡部（28），用于限制所述钨丝（3）脱离所述支撑件（27）。

5.根据权利要求4所述的一种大面积卧式CAT-CVD镀膜腔室，其特征在于：所述固定件（21）和所述支撑件（27）均由绝缘材质构成。

6.根据权利要求1所述的一种大面积卧式CAT-CVD镀膜腔室，其特征在于：所述上盖（100）上设有至少一个进气通道（101），所述进气通道（101）与所述出气喷淋板（1）连通，所述出气喷淋板（1）远离所述上盖（100）的一侧设有多个出气孔（11）。

7.根据权利要求1所述的一种大面积卧式CAT-CVD镀膜腔室，其特征在于：所述腔体（300）侧壁上对称设有传输机构（8），所述传输机构（8）上设置有载板（4），所述载板（4）位于所述钨丝（3）的下方，所述载板（4）阵列均布有硅片槽（41），所述硅片槽（41）的四周均布有载板气孔（42）。

8.根据权利要求7所述的一种大面积卧式CAT-CVD镀膜腔室，其特征在于：所述载板（4）采用耐高温的碳纤维复合材料。

9.根据权利要求7所述的一种大面积卧式CAT-CVD镀膜腔室，其特征在于：所述腔体（300）的底部设有升降台（9），所述升降台（9）设有静电卡盘，所述升降台（9）位于所述载板（4）的下方。

10.一种大面积卧式CAT-CVD镀膜设备，其特征在于：包括如权利要求1-9任一所述的一种大面积卧式CAT-CVD镀膜腔室。

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