CN203432567U - 一种磁控溅射自动测量控制膜厚装置 - Google Patents

一种磁控溅射自动测量控制膜厚装置 Download PDF

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刘林
檀玉珩
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Abstract

本实用新型的一种磁控溅射自动测量控制膜厚装置，包括膜厚测量仪和主控制器，所述膜厚测量仪连接有设置在靶室内靶材下方的石英振荡测试探头，所述膜厚测量仪的信号输出端连接主控制器的信号输入端，主控制器的信号输出端连接靶材电源、气体流量控制器和芯片传送控制器。本实用新型的有益效果是：可以节约靶材，在沉积后期可以自动提高芯片运行速度，使芯片的沉积膜厚有更好的同一性，在沉积前期也可以非常大的减少预溅射时间，减少了调试时间与RS测试时间，在生产的过程中也可实时检测磁控溅射的速率，及时调整各项参数，节约在线检测的人力，适用于大规模生产，提高了珍贵靶材的利用率。

Description

一种磁控溅射自动测量控制膜厚装置
技术领域
本实用新型属于真空镀膜技术领域，用于太阳能薄膜电池生产工序中，特别涉及磁控溅射自动测量控制膜厚装置。
背景技术
在太阳能电池中，薄膜电池具有更强的弱光效应，廉价的制备材料，更佳的视觉效果及易于大规模连续化生产等优点，在光伏建筑一体化(BIPV)中具有广阔的发展前景。对于Si基薄膜电池来说，背电极的导电性能及膜层结构在整个电池的工艺中处于一个非常重要的地位，Si基薄膜电池背电极利用磁控溅射技术（magnetron sputtering，简称PVD）制备，背电极材料多为ZnO/Al或ZnO/Ag/NiCr/Al等，背电极收集Si层光电转换产生的电荷，将电流导出，如何能够把电流顺利更少损失的引出，这就要对背电极的各个膜层之间的厚度有个精确的控制，才能够完成。
在现有的背电极制备过程中，有采用蒸发镀与磁控溅射镀或E电子回旋镀等不同工艺，而磁控溅射镀，以沉积速度快与膜层较均匀而占有大部分的镀膜设备的市场。但因为磁控溅射本身的工艺问题，工件在沉积时一直是运动的，与靶材到工件之间距离较小，而使膜厚的测量无法实现，最常用的方法是在工件上放上一小块载玻片，在沉积完成后对载玻片进行测量膜厚，然后再进行相关的工艺调整，这种方式无法达到一种快速调整的要求，并且在测试的过程中要浪费工件与靶材。从测量到出结果然后到调整到需要的膜厚需要很长时间，并且最后不一事实上能调整到所需要的膜厚。并且在这个过程中需要专业的或有经验的人来调整，对于人力资源的浪费也显而易见的。
发明内容
为解决以上技术上的不足，本实用新型提供了一种效率高，控制精确的磁控溅射自动测量控制膜厚装置。
本实用新型是通过以下措施实现的：
本实用新型的一种磁控溅射自动测量控制膜厚装置，包括膜厚测量仪和
主控制器，所述膜厚测量仪连接有设置在靶室内靶材下方的石英振荡测试探头，所述膜厚测量仪的信号输出端连接主控制器的信号输入端，主控制器的信号输出端连接靶材电源、气体流量控制器和芯片传送控制器。
上述靶室内靶材下方设置有遮罩，遮罩下方设置有芯片导轮，遮罩中部设置有可容芯片导轮或石英振荡测试探头伸出的长条形孔槽。
上述石英振荡测试探头位于长条形孔槽正下方并且外套有螺纹套管，所述螺纹套管连接有竖直的螺纹底座，螺纹套管通过传送带连接有升降伺服电机，所述螺纹底座和升降伺服电机下方连接有滑块，所述滑块上部螺纹连接有平行于长条形孔槽的丝杠，所述丝杠端部连接有平移伺服电机，丝杠下方平行设置有导轨，滑块的下端设置有与导轨配合的滑槽，升降伺服电机和平移伺服电机连接主控制器。
本实用新型的有益效果是： 可以节约靶材，在沉积后期可以自动提高芯片运行速度，使芯片的沉积膜厚有更好的同一性，在沉积前期也可以非常大的减少预溅射时间，减少了调试时间与RS测试时间，在生产的过程中也可实时检测磁控溅射的速率，及时调整各项参数，节约在线检测的人力，适用于大规模生产，提高了珍贵靶材的利用率。
附图说明
图1 为本实用新型的结构示意图。
图2为本实用新型的部分放大结构示意图。
图3为本实用新型的电气部分框图。
其中：1靶室，2靶材，3石英振荡测试探头，4滑块，5平移伺服电机，6丝杠，7导轨，8芯片导轮，9遮罩，10螺纹套管，11螺纹底座，12传送带。
具体实施方式
如图1、2、3所示，本实用新型的一种磁控溅射自动测量控制膜厚装置，
包括膜厚测量仪和主控制器，膜厚测量仪连接有设置在靶室1内靶材2下方的石英振荡测试探头3，膜厚测量仪的信号输出端连接主控制器的信号输入端，主控制器的信号输出端连接靶材2电源、气体流量控制器和芯片传送控制器。石英振荡测试探头3根据石英振荡原理，实时测量当前磁控溅射的溅射速率，膜厚测量仪计算出当前的膜厚，通过当前膜厚与预设膜厚之间的量化关系，主控制器通过控制靶材2电源、气体流量控制器和芯片传送控制器，自动调整靶材2的溅射功率或芯片在溅射时的运行速度或者溅射时的气体压力来调整溅射速率，以达到让溅射膜厚与所需膜厚一致的理想状态。在控制系统中采用三种模式：速度优先模式、靶材2功率优先模式、气体压力优先模式，如此设计可以符合不同工艺调整要求，让工艺调整更便捷。
为了避免整个探测系统被沉积上膜层，靶室1内靶材2下方设置有遮罩9，遮罩9下方设置有芯片导轮8，遮罩9中部设置有可容芯片导轮8或石英振荡测试探头3伸出的长条形孔槽。石英振荡测试探头3位于长条形孔槽正下方并且外套有螺纹套管10，螺纹套管10连接有竖直的螺纹底座11，螺纹套管10通过传送带12连接有升降伺服电机。石英振荡测试探头3可升降，测试时升出长条形孔槽，可以使石英振荡测试探头3的受膜面与生产时的芯片保持同等水平位置，这样所测的结果更接近于芯片的实际膜厚。使调整的数据更接近理想状态。
螺纹底座11和升降伺服电机下方连接有滑块4，滑块4上部螺纹连接有平行于长条形孔槽的丝杠6，丝杠6端部连接有平移伺服电机5，丝杠6下方平行设置有导轨7，滑块4的下端设置有与导轨7配合的滑槽，升降伺服电机和平移伺服电机5连接主控制器。石英振荡测试探头3在测量时，运行的速度与当前溅射系统芯片运行速度保持一致，在测量结束后，保持一种高速返回到原点。可以尽可能满足不同产品的需求。
使用时，开启磁控溅射系统，当靶材2功率，芯片传送速度，溅射气体压力正常后，此时石英振荡测试探头3处在靶材2遮罩9下方，启动升降伺服电机，使石英振荡测试探头3伸出长条形孔槽并升到与芯片同水平位置，通过平移伺服电机5带动丝杆，使滑块4以与芯片同等速度运行进行测量，当石英振荡测试探头3运行到末端，探头下降到原位置，平移伺服电机5带动丝杆，使滑块4以高速运动模式回到滑块4原点。同时在这个过程中，膜厚测量仪根据石英振荡测试探头3的信号测量出此次受膜厚度，并发送给主控制器，主控制器与预设膜厚做量化处理，最后通过比率来相对应调整靶材2功率、芯片运行速度或气体压力，以实现下一过程芯片沉积的厚度符合要求。
不仅可以实现实时在线测量结果反馈，而且可以自动分析并自动控制所需沉积膜层的厚度，只要设定好要沉积的膜厚，基本不需要专业人员进行测量分析，大大节约了人力资源。并且因为在线自动测量与自动控制，节约了靶材2的预溅射时间与RS测试时间，节约了靶材2的消耗，达到溅射就能出成品的理想效果。
以上所述仅是本专利的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本专利的保护范围。

Claims (3)

1.一种磁控溅射自动测量控制膜厚装置，其特征在于：包括膜厚测量仪和主控制器，所述膜厚测量仪连接有设置在靶室内靶材下方的石英振荡测试探头，所述膜厚测量仪的信号输出端连接主控制器的信号输入端，主控制器的信号输出端连接靶材电源、气体流量控制器和芯片传送控制器。
2.根据权利要求1所述磁控溅射自动测量控制膜厚装置，其特征在于：所述靶室内靶材下方设置有遮罩，遮罩下方设置有芯片导轮，遮罩中部设置有可容芯片导轮或石英振荡测试探头伸出的长条形孔槽。
3. 根据权利要求1所述磁控溅射自动测量控制膜厚装置，其特征在于：所述石英振荡测试探头位于长条形孔槽正下方并且外套有螺纹套管，所述螺纹套管连接有竖直的螺纹底座，螺纹套管通过传送带连接有升降伺服电机，所述螺纹底座和升降伺服电机下方连接有滑块，所述滑块上部螺纹连接有平行于长条形孔槽的丝杠，所述丝杠端部连接有平移伺服电机，丝杠下方平行设置有导轨，滑块的下端设置有与导轨配合的滑槽，升降伺服电机和平移伺服电机连接主控制器。
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