CN117286477A - Rpd镀膜装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种RPD镀膜装置，包括镀膜室、炉膛、等离子体发生器、传送机构与输气机构，输气机构包括输气主体，输气主体位述炉膛朝向传送机构的一侧，输气主体具有排气孔，排气孔用于朝向炉膛排放反应气体，输气主体具有沿炉膛与传送机构的排布方向贯穿的反应腔。本发明将输气主体设置于靠近靶锭的高温升华区域，排气孔朝向炉膛扩散反应气体，反应气体扩散至炉膛中央附近，借由炉膛的高热促进反应气体中氧气的解离，可以有效提升氧气的解离度以及在待镀基板上分布的均匀度，降低因离子受到磁场的作用而偏向造成待镀基板上薄膜的不同区块含氧比例不均匀的影响，进而提高待镀基板上所沉积的薄膜的厚度与方阻的均匀性。

Description

RPD镀膜装置

技术领域

本发明涉及太阳能光伏镀膜技术领域，尤其涉及一种RPD镀膜装置。

背景技术

RPD(Reactive Plasma Deposition)等离子体沉积镀膜的原理是采用等离子束轰击靶锭表面，在真空环境下，升华的靶材离子在等离子体区域被激活而形成离子态，并与通入的反应气体反应形成沉积在衬底表面的薄膜；相关技术中，不同的反应气体的离化率具有差异，如氧气的解离度远不及其他气体，由于气体离子在镀膜腔体内受到磁场的影响而偏向，造成衬底上薄膜沉积的区块含氧比例不均，影响薄膜沉积的厚度及方阻的均匀性。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种RPD镀膜装置，能够提升氧气的解离度，以及薄膜的沉积厚度与方阻的均匀性。

根据本发明实施例中的RPD镀膜装置，包括：

镀膜室，内部具有真空腔；

炉膛，部分位于所述真空腔内，用于装载并加热靶锭；

等离子体发生器，位于所述镀膜室的侧部，并向所述真空腔内发射等离子束；

传送机构，用于装载待镀基板，所述传送机构与所述炉膛相对设置；

输气机构，所述输气机构包括输气主体，所述输气主体位于所述炉膛朝向所述传送机构的一侧，所述输气主体具有排气孔，所述排气孔用于朝向所述炉膛排放反应气体，所述输气主体具有沿所述炉膛与所述传送机构的排布方向贯穿的反应腔。

根据本发明实施例的RPD镀膜装置，至少具有如下有益效果：

本发明的实施例中将输气主体设置于靠近靶锭的高温升华区域，且排气孔朝向炉膛扩散反应气体，反应气体从输气主体排出后扩散至炉膛中央附近，借由炉膛的高热促进反应气体中氧气的解离，可以有效提升氧气的解离度以及在待镀基板上分布的均匀度，降低因离子受到磁场的作用而偏向造成待镀基板上薄膜的不同区块含氧比例不均匀的影响，进而提高待镀基板上所沉积的薄膜的厚度与方阻的均匀性。

根据本发明的一些实施例，所述输气主体呈环形，且位于所述炉膛的正上方。

根据本发明的一些实施例，所述输气主体至少包括呈环形、螺旋形、曲线形或网格形的输气部。

根据本发明的一些实施例，所述排气孔设置于所述输气主体朝向炉膛的一侧，并朝向所述炉膛的中心。

根据本发明的一些实施例，所述输气主体环绕于等离子束的外围。

根据本发明的一些实施例，在所述炉膛与所述传送机构的排布方向上，所述输气主体位于所述等离子体发生器与所述炉膛之间。

根据本发明的一些实施例，所述输气机构可转动和/或可移动连接于所述镀膜室的内壁。

根据本发明的一些实施例，所述RPD镀膜装置还包括补偿板，所述补偿板凸出设置于所述镀膜室至少一侧的内壁，相对的所述补偿板之间或者所述补偿板与相对的所述镀膜室的内壁之间限定出镀膜口，所述待镀基板于所述镀膜口处裸露。

根据本发明的一些实施例，所述输气机构还包括支撑主体，所述支撑主体可拆卸连接于所述镀膜室的内壁，所述支撑主体与所述输气主体连接。

根据本发明的一些实施例，所述镀膜室的内壁覆盖有遮板，所述输气机构还包括支撑主体，所述支撑主体安装于所述遮板，所述支撑主体与所述输气主体连接。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分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

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：

图1为本发明RPD镀膜装置一个实施例的工作示意图；

图2为本发明RPD镀膜装置一个实施例的立体示意图；

图3为输气机构一个实施例的示意图；

图4为输气部不同实施例的示意图。

附图标记：

待镀基板10，镀膜室100，真空腔110，遮板120，镀膜口130，补偿板140，炉膛200；等离子体发生器300；传送机构400；输气机构500，输气主体510，排气孔511，反应腔512，输气部513，支撑主体520；靶锭600。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右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。

在本发明的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“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示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者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。

对于RPD镀膜设备而言，等离子发生器将氩气解离呈氩离子，以激发出大量的电子，靶锭作为阳极，使电子在磁场与电场作用下进入镀膜腔体内，并向靶锭偏转，形成高密度的电子束，电子束被束导器聚焦于炉膛中的靶锭表面，靶锭被加热后直接升华呈气相，气相的粒子经过等离子区时，靶材分子与电子碰撞，分子键断开，离化出原子，使气相粒子解离成离子态，并与通入镀膜腔体内的气体发生反应，反应后沉积于基板形成薄膜。反应气体同样会在等离子区发生解离，且反应气体通常包括多种气体，不同气体在镀膜腔体内的离化率不同，以反应气体包括氧气与氩气为例，电子的能量不足以激发氧原子解离，因此氧的离化率比其他原子被解离的离化率低很多，氧原子与氧离子在衬底表面上参与沉积的分布不同，氧气分布较薄的区域的方阻较低，氧气分布较厚的区域的方阻较高，造成薄膜上方阻分布的差异，基于离化率的差异，不同的反应气体的离子分布到衬底上时会有不同的浓度分布，导致所沉积的薄膜厚度在不同区域存在差别，不能保证衬底上薄膜厚度及方阻的均匀性。

参照图1至图3，RPD镀膜装置包括镀膜室100、炉膛200、等离子体发生器300、传送机构400与输气机构500，镀膜室100的内部具有真空腔110，为待镀基板10提供真空镀膜环境，炉膛200的至少部分位于真空腔110内，炉膛200用于装载并加热靶锭600，将靶锭600置于镀膜室100内部的镀膜氛围内，等离子体发生器300位于镀膜室100的侧部，并用于向真空腔110内发射等离子束，等离子束作用于靶锭600，使靶锭600粒子升华；传送机构400用于装载待镀基板10，传送机构400与炉膛200相对设置，从而，装载于炉膛200内的靶锭600所升华的粒子可以直接朝向待镀基板10沉积，缩短靶材分子的运动距离，降低靶材分子在运动过程中受到的扰动对待镀基板10镀膜厚度的影响；输气机构500用于向真空腔110内输送反应气体，输气机构500包括输气主体510，输气主体510设置于镀膜室100的内部，并位于炉膛200朝向传送机构400的一侧，输气主体510具有排气孔511，反应气体经排气孔511朝向炉膛200扩散，并通入真空腔110内，输气主体510具有沿炉膛200与传送机构400的排布方向贯穿的反应腔512，用于供升华或反应后的粒子、离化后的原子、未离化的气体分子、电子等穿过反应腔512向镀膜基板沉积。

靶锭600作为阳极且能够被加热，由等离子体发生器300发出的高密度等离子束在磁场与电场的加持下，在进入真空腔110后转向并向靶锭600偏转，并在移动过程中形成等离子区域，等离子束汇聚于炉膛200中的靶锭600表面，靶锭600表面加热并被轰击而升华呈气相的靶材粒子，靶材粒子经过等离子区域与等离子束中的电子碰撞而被解离呈离子态，并与通入的反应气体在等离子区域发生反应。本申请中将输气主体510设置于靠近靶锭600的高温升华区域，且排气孔511朝向炉膛200扩散反应气体，反应气体从输气主体510排出后扩散至炉膛200中央附近，借由炉膛200的高热促进反应气体中氧气的解离，可以有效提升氧气的解离度以及在待镀基板10上分布的均匀度，降低因离子受到磁场的作用而偏向造成待镀基板10上薄膜的不同区块含氧比例不均匀的影响，进而提高待镀基板10上所沉积的薄膜的厚度与方阻的均匀性。

另外，将输气主体510设置于炉膛200与传送机构400之间，可以避免输气主体510与炉膛200同电位，造成等离子束汇聚而形成干扰。

参照图4，输气主体510至少包括呈环形、螺旋形、曲线型或者网格形的输气部513，排气孔511设置于输气部513上。如图4中的(a)图，输气部513呈螺旋形时，相邻圈之间的间隙形成反应腔512，排气孔511设置为沿输气部513的螺旋方向延伸的狭缝，或者排气孔511设置有多个，并沿输气部513的螺旋方向间隔排布，从而，从排气孔511排出的反应气体具有较大的分布范围，并能够扩散至炉膛200朝向传送机构400一侧的不同区域，且反应腔512不会阻挡反应中各粒子的沉积。或者，如图4中的(b)图，输气部513呈网格形，并在不同的网格处贯穿形成多个反应腔512，排气孔511设置为沿输气部513的交叉方向延伸的狭缝，或者排气孔511设置有多个，并沿输气部513的交叉方向间隔排布；或者，如图4中的(c)图，输气部513呈曲线形，输气部513包括多个连续的曲线段，在某一方向上并排的曲线段之间具有间隙并形成反应腔512，排气孔511设置为沿输气部513的延伸方向延伸的狭缝，或者，排气孔511设置有多个，并沿输气部513的延伸方向间隔排布。或者，如图4中的(d)图，输气部513呈环形，且输气部513设置有多个，相邻输气部513相互嵌套，相邻输气部513之间具有间隙并形成反应腔512，每一输气部513上均设有排气孔511，排气孔511设置为沿输气部513的延伸方向延伸的狭缝，或者排气孔511设置有多个，并沿输气部513的延伸方向间隔排布。

需要说明的是，输气主体510的内部具有供反应气体流动的通道，通道与排气孔511连通，反应气体在输气主体510内具有一定的流动压力。排气孔511设置为狭缝形态时，反应气体在经过排气孔511时得到加速，具有朝向炉膛200流动的冲力，使反应气体能够最大化的靠近炉膛200高热区域，促进反应气体内的氧气的解离；另外，排气孔511设置有多个，且沿输气部513的延伸方向间隔排布时，反应气体可以经排气孔511均匀地向炉膛200扩散，一方面提高反应气体中氧气的解离度，另一方面，使解离后的反应气体的粒子均匀分布，避免离子因受到磁场作用而偏向，在待镀基板10的不同区域沉积的比例不均。

本申请的一个实施例中，如图3所示，输气主体510呈环形，输气主体510可以是闭合或者非闭合结构，即，输气主体510设置为封闭的环形，或者开放的半环形，输气主体510呈环形时，其截面可以是圆、椭圆或多边形。可以理解的，由于输气主体510设置为环形，可以最大化的对等离子区域内的粒子向待镀基板10的沉积进行避让，减少对反应气体粒子及靶材粒子的拦截，使各粒子在待镀基板10不同区域的沉积比例更为均匀。进一步的，圆柱形的靶锭600在升华后所形成粒子分布于一倒锥形区域内，在一个实施例中，输气主体510设置为圆环形，以匹配靶材粒子的分布形态，便于解离后的反应气体粒子与靶材粒子发生反应。

对于卧式RPD镀膜装置而言，输气主体510位于炉膛200的正上方，靶锭600在水平方向上位于炉膛200的中心，等离子体发生器300所发出的等离子束从镀膜室100的侧部进入真空腔110内，并向下偏转，并喷向炉膛200中央靶锭600的高温表面，靶锭600表面升华的离子向上沉积，并在等离子区内与等离子束中的电子碰撞、解离。输气主体510设置为圆环形，并且输气主体510的中心与炉膛200的中心共线，使从输气主体510内排出的反应气体能够均匀扩散至炉膛200中心区域，并受高热而充分解离。

输气机构500还包括支撑主体520，支撑主体520的一端连接于输气主体510，连接于镀膜室100的内壁，支撑主体520可以沿竖直方向或者水平方向延伸。如，支撑主体520沿竖直方向延伸，支撑主体520的底端连接于镀膜室100底部的内壁，支撑主体520的顶端与输气主体510连接并支撑输气主体510，以将输气主体510架设于炉膛200的上方；或者，支撑主体520沿水平方向延伸，支撑主体520的一端连接于镀膜室100侧部的内壁，支撑主体520的另一端与输气主体510连接，支撑主体520呈悬臂状态，将输气主体510悬置于炉膛200的上方。

支撑主体520的内部具有供反应气体流动的通道，且该通道与输气主体510内部的通道连通。当输气主体510设置为环形时，输气主体510由一根中空管折弯形成，输气主体510的一端与支撑主体520的端部连接，且内部通道相互连通，另一端悬置；或者，支撑主体520设置有两个，两个支撑主体520分别连接于输气主体510的两端，其中一个支撑主体520向输气主体510内通入反应气体，反应气体流经输气主体510，并通过排气孔511向外扩散，剩余的反应气体经另一支撑主体520回流。如此，反应气体从支撑主体520向输气主体510传输，并由输气主体510与支撑主体520连接的一端向另一端流动，反应气体的流动路径是单向的，避免分别从输气主体510的两端同时输入反应气体，造成两股气流在输气主体510内碰撞、形成紊流，导致反应气体无法均匀扩散。

排气孔511设置于输气主体510朝向炉膛200的一侧，并朝向炉膛200的中心，如此，从排气孔511排出的反应气体能够朝向炉膛200的中心扩散，并直接喷向炉膛200中央的靶锭600表面，借助高热、高动能促进解离。需要说明的是，对于卧式RPD镀膜装置且输气主体510不属于单独的环形结构，当多个排气孔511未设置于具有同一半径的圆周上时，位于不同圆周上的排气孔511在径向上与炉膛200中心的距离不同，排气孔511的倾斜角度也不同，以使每一位置的排气孔511均朝向炉膛200中心；可以理解的，在炉膛200的径向上(即卧式RPD镀膜装置的水平方向)，距离炉膛200中心较远的排气孔511朝向炉膛200中心倾斜的角度较大，距离炉膛200中心较近的排气孔511朝向炉膛200中心倾斜的角度偏小。

另外，反应气体传输过程中由输气主体510的一端流动至另一端，反应气体的流动路径设置为输气主体510的延伸轨迹或者由靠近支撑主体520的一侧流动至远离支撑主体520的一侧，定义反应气体最先流动至输气主体510的位置的为近端，反应气体最晚流动至输气主体510的位置为远端，反应气体在近端处的气体浓度、流量大于反应气体在远端处的气体浓度、流量，为使输气主体510每一排气孔511排出的反应气体的量保持一致，设置位于远端的排气孔511排布较为密集，位于近端的排气孔511排布较为稀疏，或者位于远端的排气孔511的内径大于位于近端的排气孔511的内径。

可以理解的，在炉膛200与传送机构400的排布方向上，输气主体510应位于等离子体发生器300与炉膛200之间，从而，等离子体发生器300所发出的等离子束在向靶锭600偏转时，在炉膛200的上方(炉膛200朝向传送机构400的一侧)形成等离子区，输气主体510位于等离子区域内，从输气主体510内扩散出的反应气体能够借助炉膛200的高温，并与等离子区域内的电子充分接触、碰撞，并进行解离，以提高反应气体的解离度，使解离后的反应气体粒子与靶材粒子充分反应，并快速向待镀基板10沉积。

另外，输气主体510环绕于等离子束的外围，由于输气主体510排出的反应气体朝向炉膛200中央扩散，因此反应气体的扩散方向恰好朝向等离子区，从而反应气体能够与等离子束内电子碰撞并进行解离，提高反应气体中氧气的解离度。可以理解的，等离子束偏转后朝下喷向靶锭600时，等离子束的直径逐渐收缩，将输气主体510设置于等离子束的外围，一方面使反应气体具有较大的扩散范围和扩散量，另一方面，使反应气体在等离子区内充分反应，保证解离率。

在一个实施例中，输气机构500可转动和/或可移动连接于镀膜室100的内壁，输气机构500与镀膜室100的连接方式可以但不限于在镀膜室100的内壁安装驱动机构，输气机构500与驱动机构连接，驱动机构能够驱动输气机构500转动和/或移动，驱动机构设置为旋转电机、直线电机、滚珠丝杆、马达等动力部件或者多个动力部件的组合；或者，输气机构500以可拆卸的方式安装于镀膜室100的内壁，通过拆装输气机构500使输气机构500相对镀膜室100的内壁移动和/或转动，该可拆卸连接方式不限于螺纹连接、卡接等。通过转动和/或移动输气机构500，可以改变输气主体510的位置以及倾斜角度，进而改变反应气体的扩散方向及扩散区域，以匹配氧气的解离与分布需求，使解离区域内具有较高的氧气浓度，最大化的促进氧气的解离，均化待镀基板10上薄膜的方阻分布。

进一步的，支撑主体520的一端与输气主体510连接，另一端可拆卸连接于镀膜室100的内壁，以将输气主体510置于炉膛200的上方，并能够通过拆装支撑主体520对输气机构500进行清洗、更换等后期维护。

本申请的一个实施例中，镀膜室100的内壁覆盖有遮板120，遮板120与镀膜室100的内壁可拆卸连接，遮板120用于遮挡镀膜室100的内壁，避免镀膜室100的内壁受到气体沉积的污染，支撑主体520安装于遮板120，通过拆装遮板120，可以同时对遮板120与输气机构500进行更换，并在喷砂清洁后备用，使RPD镀膜装置的后期维护更加便利。

传送机构400设置为能够对待镀基板10进行输送，使待镀基板10依次经过镀膜室100进行镀膜，传送机构400的传动方式不限于滚轮、皮带等。镀膜室100朝向炉膛200的侧壁呈开放状态，使待镀基板10朝向炉膛200的表面裸露，供反应气体粒子以及靶材粒子反应后向待镀基板10表面沉积。靶锭600与位于靶锭600正上方的待镀基板10的区域之间的距离较短，与待镀基板10边缘之间的距离较长，因此待镀基板10中心区域的沉积膜厚相较于边缘的沉积膜厚较厚，容易造成薄膜沉积厚度不均；基于此，本申请中RPD镀膜装置还包括补偿板140，补偿板140凸出设置于镀膜室100至少一侧的内壁，相对的补偿板140之间或者补偿板140与相对的镀膜室100的内壁之间限定出镀膜口130，待镀基板10能够裸露于镀膜口130。使待镀基板10所裸露的区域集中于炉膛200的正上方，随着待镀基板10的持续移动，反应气体粒子与靶材粒子能够始终向待镀基板10位于炉膛200正上方的区域沉积，提高薄膜厚度的均匀性。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (10)

1.RPD镀膜装置，其特征在于，包括：

镀膜室，内部具有真空腔；

炉膛，部分位于所述真空腔内，用于装载并加热靶锭；

等离子体发生器，位于所述镀膜室的侧部，并向所述真空腔内发射等离子束；

传送机构，用于装载待镀基板，所述传送机构与所述炉膛相对设置；

输气机构，所述输气机构包括输气主体，所述输气主体位于所述炉膛朝向所述传送机构的一侧，所述输气主体具有排气孔，所述排气孔用于朝向所述炉膛排放反应气体，所述输气主体具有沿所述炉膛与所述传送机构的排布方向贯穿的反应腔。

2.根据权利要求1所述的RPD镀膜装置，其特征在于，所述输气主体呈环形，且位于所述炉膛的正上方。

3.根据权利要求1所述的RPD镀膜装置，其特征在于，所述输气主体至少包括呈环形、螺旋形、曲线形或网格形的输气部。

4.根据权利要求1所述的RPD镀膜装置，其特征在于，所述排气孔设置于所述输气主体朝向炉膛的一侧，并朝向所述炉膛的中心。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的RPD镀膜装置，其特征在于，所述输气主体环绕于等离子束的外围。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的RPD镀膜装置，其特征在于，在所述炉膛与所述传送机构的排布方向上，所述输气主体位于所述等离子体发生器与所述炉膛之间。

7.根据权利要求1所述的RPD镀膜装置，其特征在于，所述输气机构可转动和/或可移动连接于所述镀膜室的内壁。

8.根据权利要求1所述的RPD镀膜装置，其特征在于，所述RPD镀膜装置还包括补偿板，所述补偿板凸出设置于所述镀膜室至少一侧的内壁，相对的所述补偿板之间或者所述补偿板与相对的所述镀膜室的内壁之间限定出镀膜口，所述待镀基板于所述镀膜口处裸露。

9.根据权利要求1所述的RPD镀膜装置，其特征在于，所述输气机构还包括支撑主体，所述支撑主体可拆卸连接于所述镀膜室的内壁，所述支撑主体与所述输气主体连接。

10.根据权利要求1所述的RPD镀膜装置，其特征在于，所述镀膜室的内壁覆盖有遮板，所述输气机构还包括支撑主体，所述支撑主体安装于所述遮板，所述支撑主体与所述输气主体连接。