CN204211823U - Pecvd装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种能够降低生产成本的PECVD装置。该装置包括设置有炉门的真空沉积室，真空沉积室内设有石墨舟，所述真空沉积室上设置有开关装置，所述开关装置包括底座，所述底座的上表面设置有可移动平台以及第一驱动装置，所述可移动平台的上表面设置有可移动式支架以及第二驱动装置，所述可移动式支架上固定有支撑杆，所述支撑杆的上端固定在炉门上。由于该开关装置采用平移的方式，相比于旋转打开炉门的方式，其第一驱动装置承受的负荷较小，因而，不容易损坏第一驱动装置，能够延长第一驱动装置的使用寿命，不需要频繁更换，可以大大降低生产成本。适合在太阳能电池硅片加工设备领域推广应用。

Description

PECVD装置

技术领域

本实用新型涉及太阳能电池硅片加工设备领域，尤其是一种PECVD装置。

背景技术

由于太阳光照射到太阳能电池的硅片上，其中一部分太阳光会被反射，即使对将硅表面设计成绒面，虽然入射光会产生多次反射可以增加光的吸收率，但是，还是会有一部分的太阳光会被反射，为了减少太阳光的反射损失，通常所采取的办法是在太阳能电池的硅片表面覆盖一层减反射膜，这层薄膜可以减少太阳光的反射率，增加光电转换效率，在晶体硅表面淀积减反射膜技术中，氮化硅膜具有高绝缘性、化学稳定性好、致密性好、硬度高等特点，同时具有良好的掩蔽金属和水离子沉积的能力，从而被广泛采用。

在晶体硅太阳能电池制造过程中，制备氮化硅膜通常采用等离子体增强化学气相沉积法，简称为PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)，PECVD是利用强电场使所需的气体源分子电离产生等离子体，等离子体中含有很多活性很高的化学基团，这些基团经过经一系列化学和等离子体反应，在硅片表面形成固态薄膜。

目前，在晶体硅太阳能电池制造过程中，用于制备氮化硅膜的装置主要包括设置有炉门的真空沉积室，真空沉积室内设有石墨舟，硅片放置于石墨舟上，真空沉积室上设有进气口与排气口，所述进气口上连接有用于通入制程气体的进气管，所述排气口上连接有排放管，排放管末端连接有真空泵，真空泵的进口与排放管的出口相连，真空泵的出口连接有尾排管，所述制程气体是指在氮化硅膜制备过程中用于反应的气体，一般情况下，在氮化硅膜制备过程中所使用的制程气体主要有以下两种：氨气、氢化硅(硅烷)，该氮化硅膜制备装置的工作过程如下：将各种制程气体分别通过不同的进气管通入真空沉积室内，不同的制程气体在真空沉积室内混合后并且在真空沉积室内电离成离子，经过多次碰撞产生大量的活性基，逐步附着在太阳能电池硅片的表面，形成一层SixNy薄膜。这种PECVD装置在实际使用过程中存在以下问题：首先，由于PECVD装置的炉门通常较重，人工打开或关闭较为困难，为了将方便将石墨舟放入真空沉积室内和从真空沉积室内取出，通常在炉门上都设置有用于打开或关闭炉门的开关装置，现有的开关装置包括一个前进电机和一个旋转电机，前进电机用于将炉门与真空沉积室接触与分离，旋转电机用于将炉门旋转到炉口的侧面，让出了进出真空沉积室的空间，前进电机通过一根推拉杆与炉门相连，旋转电机通过一根旋转杆与炉门相连，这种开关装置在使用过程中，存在以下问题：这种结构的开关装置，旋转电机与炉门分别位于旋转杆的两端，这就使得旋转电机需要提供很大的旋转力矩才能使炉门转动，旋转电机承受的旋转力矩较大，电机的负荷较大，很容易将旋转电机烧坏，旋转电机的使用寿命较短，需要频繁的更换电机，不但影响生产的正常进行，同时也大大增加了生产成本；其次，在PECVD装置工作的过程中，真空沉积室内的温度需保持在一个稳定的范围内，由于现有的PECVD装置都是直接将氨气、氢化硅的混合气直接通入真空沉积室内，由于氨气、氢化硅的温度较低，一般接近室温，当二者进入温度高达400摄氏度的高温环境后，势必会对真空沉积室内的温度造成较大的影响，如果真空沉积室内温度波动变化较大会导致最后形成的氮化硅膜质量层次不齐，影响电池片的转换效率；再者，现有的PECVD装置在沉积过程中产生的尾气都是在真空泵的作用下，依次沿排放管、真空泵、尾排管排放到外界，由于沉积过程中硅烷有一部分不能完全反应，没有反应的硅烷和尾气混合在一起排出，硅烷气体遇到空气就会自燃，由于尾气在排放管以及真空泵内都不会遇到空气，也就不会发生自燃，但是一旦尾气进入尾排管后，由于尾排管与外界空气连通，因此，进入尾排管的尾气中含有的硅烷很容易自燃，使得尾排管经常着火，严重时还会导致尾排管爆炸，造成生产事故，其安全性较差；另外，现有的PECVD装置在进行沉积工艺之前需要先利用真空泵将真空沉积室内抽至一定的真空度，然后再进行沉积工艺，在沉积工艺过程中，真空泵一直工作其目的一是为了保证真空沉积室内保持一定的真空度，同时也将沉积产生的尾气排出，由于现有的PECVD装置的真空泵与真空沉积室的排气口之间只有一根内径为60mm左右的排放管，该排放管内径较粗，在沉积工艺之前将真空沉积室内抽真空时效果较好，但是，在沉积工艺过程中，由于排放管内径较粗，会将真空沉积室内的制程气体快速的抽走，有些制程气体还未来的及反应便被真空泵抽走，这样便需要通入大量的制程气体才能保证沉积反应的正常进行，容易造成制程气体的浪费，致使生产成本增加。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能够降低生产成本的PECVD装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：该PECVD装置，包括设置有炉门的真空沉积室，真空沉积室内设有石墨舟，硅片放置于石墨舟上，真空沉积室上设有进气口与排气口，所述进气口上连接有用于通入制程气体的进气管，所述排气口上连接有排放管，排放管末端连接有真空泵，真空泵的进口与排放管的出口相连，真空泵的出口连接有尾排管，所述真空沉积室上设置有用于打开或关闭炉门的开关装置，所述开关装置包括底座，所述底座的上表面设置有可移动平台以及用于驱动可移动平台沿水平方向移动的第一驱动装置且可移动平台的移动方向与真空沉积室轴向方向互相垂直，所述可移动平台的上表面设置有可移动式支架以及用于推动可移动式支架沿真空沉积室轴向方向移动的第二驱动装置，所述可移动式支架上固定有支撑杆，所述支撑杆的上端固定在炉门上。

进一步的是，所述第一驱动装置、第二驱动装置均为气缸。

进一步的是，所述进气管与进气口之间设置有气体混合装置，所述气体混合装置包括芯体、壳体，芯体设置在壳体内，芯体表面开有螺旋槽，所述螺旋槽的内壁与壳体的内壁围成封闭的螺旋式气体通道，所述螺旋式气体通道的一端与进气管相连，另一端与真空沉积室上设置有的进气口相连，所述壳体的外表面设置有加热装置。

进一步的是，所述加热装置包括一层加热棉与一层绝热布，所述加热棉与绝热布之间设置有加热电阻丝，所述加热电阻丝与电源相连。

进一步的是，所述真空泵的出口与尾排管之间设置有硅烷燃烧室。

进一步的是，在真空泵的出口与尾排管之间设置一个内径为150mm-300mm不锈钢圆筒形成所述的硅烷燃烧室。

进一步的是，所述圆筒的外表面设置有多个紧固圈，相邻的紧固圈之间通过金属条连接在一起。

进一步的是，所述真空泵的进口与排气口之间设置有旁路管，所述旁路管上设置有用于使旁路管导通或关闭的旁通阀，所述排放管上设置有用于使排放管导通或关闭的工艺阀，所述排放管的内径为50mm-70mm，所述旁路管的内径为15mm-25mm。

进一步的是，所述排放管的内径为60mm，所述旁路管的内径为20mm。

进一步的是，所述工艺阀、旁通阀均为电磁阀，所述工艺阀上连接有第一触发式开关，所述旁通阀上连接有第二触发式开关，所述真空沉积室内设置有真空计，还包括控制器，所述第一触发式开关、第二触发式开关、真空计分别与控制器电连接。

本实用新型的有益效果是：该PECVD装置所使用的开关装置在打开炉门时，首先启动第二驱动装置，使可移动式支架沿真空沉积室轴向方向移动，由于炉门通过支撑杆与可移动式支架固定，因而可移动式支架移动时会带动炉门沿真空沉积室轴向方向移动，从而使炉门与真空沉积室分离，然后启动第一驱动装置，第一驱动装置驱动可移动平台沿水平方向移动且可移动平台的移动方向与真空沉积室轴向方向互相垂直，因此，可移动平台会带动第二驱动装置、可移动式支架、支撑杆、炉门同时移动，使炉门让开进出真空沉积室的空间，方便操作人员将石墨舟放入真空沉积室内；当需要关闭炉门时，首先启动第一驱动装置，第一驱动装置推动可移动平台移动，可移动平台带动第二驱动装置、可移动式支架、支撑杆、炉门同时移动，使炉门移动到与炉门口对应的位置，然后启动第二驱动装置，使可移动式支架前移，可移动式支架移动时会带动炉门移动，从而使炉门与真空沉积室接触将炉门口封闭，由于该开关装置均采用平移的方式，相比于旋转打开炉门的方式，其第一驱动装置承受的负荷较小，因而，不容易损坏第一驱动装置，能够延长第一驱动装置的使用寿命，不需要频繁更换，减少了购买第一驱动装置所需的费用，可以大大降低生产成本，同时，不需要频繁更换零部件，也保证了生产的正常进行。

附图说明

图1是本实用新型PECVD装置的结构示意图；

图2是本实用新型PECVD装置的侧视图；

图中标记为：炉门1、真空沉积室2、石墨舟3、进气口4、排气口5、进气管6、排放管8、真空泵9、尾排管10、开关装置11、底座110、可移动平台111、第一驱动装置112、可移动式支架113、第二驱动装置114、支撑杆115、气体混合装置12、芯体121、壳体122、螺旋槽123、加热棉124、绝热布125、加热电阻丝126、硅烷燃烧室13、旁路管14、旁通阀15、工艺阀16、第一触发式开关17、第二触发式开关18、真空计19、控制器20。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进一步说明。

如图1、2所示，该PECVD装置，包括设置有炉门1的真空沉积室2，真空沉积室2内设有石墨舟3，硅片放置于石墨舟3上，真空沉积室2上设有进气口4与排气口5，所述进气口4上连接有用于通入制程气体的进气管6，所述排气口5上连接有排放管8，排放管8末端连接有真空泵9，真空泵9的进口与排放管8的出口相连，真空泵9的出口连接有尾排管10，所述真空沉积室2上设置有用于打开或关闭炉门1的开关装置11，所述开关装置11包括底座110，所述底座110的上表面设置有可移动平台111以及用于驱动可移动平台111沿水平方向移动的第一驱动装置112且可移动平台111的移动方向与真空沉积室2轴向方向互相垂直，所述可移动平台111的上表面设置有可移动式支架113以及用于推动可移动式支架113沿真空沉积室2轴向方向移动的第二驱动装置114，所述可移动式支架113上固定有支撑杆115，所述支撑杆115的上端固定在炉门1上。该PECVD装置所使用的开关装置11在打开炉门1时，首先启动第二驱动装置114，使可移动式支架113沿真空沉积室2轴向方向移动，由于炉门1通过支撑杆115与可移动式支架113固定，因而可移动式支架113移动时会带动炉门1沿真空沉积室2轴向方向移动，从而使炉门1与真空沉积室2分离，然后启动第一驱动装置112，第一驱动装置112驱动可移动平台111沿水平方向移动且可移动平台111的移动方向与真空沉积室2轴向方向互相垂直，因此，可移动平台111会带动第二驱动装置114、可移动式支架113、支撑杆115、炉门1同时移动，使炉门1让开进出真空沉积室2的空间，方便操作人员将石墨舟3放入真空沉积室2内；当需要关闭炉门1时，首先启动第一驱动装置112，第一驱动装置112推动可移动平台111移动，可移动平台111带动第二驱动装置114、可移动式支架113、支撑杆115、炉门1同时移动，使炉门1移动到与炉门1口对应的位置，然后启动第二驱动装置114，使可移动式支架113前移，可移动式支架113移动时会带动炉门1移动，从而使炉门1与真空沉积室2接触将炉门1口封闭，由于该开关装置11均采用平移的方式，相比于旋转打开炉门1的方式，其第一驱动装置112承受的负荷较小，因而，不容易损坏第一驱动装置112，能够延长第一驱动装置112的使用寿命，不需要频繁更换，减少了购买第一驱动装置112所需的费用，可以大大降低生产成本，同时，不需要频繁更换零部件，也保证了生产的正常进行。

为了使炉门1与真空沉积室2实现软接触，避免炉门1在关闭时与真空沉积室2相撞对真空沉积室2造成损伤，所述第一驱动装置112、第二驱动装置114均为气缸，而且采用气缸可以持续不断的给炉门1提供推力，使炉门1关闭的更密闭。

所述进气管6与进气口4之间设置有气体混合装置12，所述气体混合装置12包括芯体121、壳体122，芯体121设置在壳体122内，芯体121表面开有螺旋槽123，所述螺旋槽123的内壁与壳体122的内壁围成封闭的螺旋式气体通道，所述螺旋式气体通道的一端与进气管6相连，另一端与真空沉积室2上设置有的进气口4相连，所述壳体122的外表面设置有加热装置。通过在进气管6与进气口4之间设置气体混合装置12，使得两种制程气体充分混合均匀后，再通入真空沉积室2内进行反应，这样真空沉积室2内各处的沉积气体浓度都相同，可以使真空沉积室2内不同地方的硅片形成的氮化硅膜均匀性大大提高，能够大大提高产品质量，由于在壳体122的外表面设置有加热装置，加热装置可以对两种制程气体的混合气体进行加热，避免温度较低的制程气体对真空沉积室2内的温度造成较大的影响，在氮化硅膜制备装置工作的过程中，可以保证真空沉积室2内的温度保持在一个稳定的范围内，使得最后形成的氮化硅膜质量均匀一致，保持电池片的转换效率。

所述加热装置可以采用现有的各种加热设备，比如蒸汽加热、烘烤加热等，作为优选的方式是：所述加热装置包括一层加热棉124与一层绝热布125，所述加热棉124与绝热布125之间设置有加热电阻丝126，所述加热电阻丝126与电源相连，这种加热装置结构简单，只需在壳体122外表面包括一层加热棉124与一层绝热布125，在加热棉124与绝热布125之间设置有加热电阻丝126即可，制作成本较低，同时加热效果也较好。

进一步的是，所述真空泵9的出口与尾排管10之间设置有硅烷燃烧室13。通过真空泵9的出口与尾排管10之间设置硅烷燃烧室13，使得氮化硅膜制备装置在沉积过程中产生的尾气都是在真空泵9的作用下，依次沿排放管8、真空泵9、硅烷燃烧室13、尾排管10排放到外界，由于尾气在排放管8以及真空泵9内都不会遇到空气，也就不会发生自燃，因而，尾气从真空泵9排出后进入硅烷燃烧室13便会与空气接触，尾气中含有的硅烷就会在硅烷燃烧室13内发生自燃，尾气在硅烷燃烧室13内将其含有的硅烷燃烧殆尽后再进入尾排管10，进入尾排管10的尾气由于不含有硅烷也就不会发生自燃，避免了尾排管10经常着火的危险情况发生，其安全性大大提高。

所述硅烷燃烧室13可以采用结构强度较大的筒体制成，且要有足够大的空间，作为优选的，在真空泵9的出口与尾排管10之间设置一个内径为150mm-300mm不锈钢圆筒形成所述的硅烷燃烧室13，该方式结构简单，改造方便，便于加工和维护。

为了进一步提高圆筒的结构强度，所述圆筒的外表面设置有多个紧固圈，相邻的紧固圈之间通过金属条连接在一起。

另外，所述真空泵9的进口与排气口5之间设置有旁路管14，所述旁路管14上设置有用于使旁路管14导通或关闭的旁通阀15，所述排放管8上设置有用于使排放管8导通或关闭的工艺阀16，所述排放管8的内径为50mm-70mm，所述旁路管14的内径为15mm-25mm。通过设置旁路管14，使得真空泵9的进口与排气口5之间形成两条通道，在进行沉积工艺之前需要将真空沉积室2内抽至一定的真空度时，将旁通阀15关闭，将工艺阀16打开，这样可以将真空沉积室2内快速的抽至一定的真空度，当抽真空完毕后进入沉积工艺阶段时，将工艺阀16关闭并将旁通阀15打开，在沉积工艺过程中，真空泵9一直工作其目的一是为了保证真空沉积室2内保持一定的真空度，同时也将沉积产生的尾气排出，由于旁路管14的内径较小只有排放管8内径的三分之一左右，这样真空泵9在工作时，抽取的气体量就大大减小，可以使得真空沉积室2内的制程气体有足够的时间反应，同时向真空沉积室2内的通入的制程气体量也大大减小，避免了制程气体不必要的浪费，可以降低生产成本。

进一步的，为了使真空沉积室2内能够快速的抽至一定的真空度，同时也避免真空泵9超负荷运转，所述排放管8的内径优选为60mm，为了使真空沉积室2内的的制程气体充分反应同时也能够保证沉积工艺的效果，所述旁路管14的内径优选为20mm。

再者，为了使工艺阀16、旁通阀15能够自动控制，实现无人操作，所述工艺阀16、旁通阀15均为电磁阀，所述工艺阀16上连接有第一触发式开关17，所述旁通阀15上连接有第二触发式开关18，所述真空沉积室2内设置有真空计19，还包括控制器20，所述第一触发式开关17、第二触发式开关18、真空计19分别与控制器20电连接，当真空泵9开始工作时，控制器20控制第一触发式开关17使旁通阀15关闭旁路管14闭合，控制第二触发式开关18使工艺阀16打开排放管8导通，真空泵9持续工作，真空计19用来测量真空沉积室2内的真空度并将测得的真空值传递给控制器20，当控制器20检测到真空计19的数值达到规定要求时，控制器20控制第一触发式开关17使旁通阀15打开旁路管14导通，控制第二触发式开关18使工艺阀16关闭排放管8闭合，此时进入沉积工艺阶段，整个过程无需人工对工艺阀16和旁通阀15进行控制，实现了无人操作。

Claims (10)

1.PECVD装置，包括设置有炉门(1)的真空沉积室(2)，真空沉积室(2)内设有石墨舟(3)，硅片放置于石墨舟(3)上，真空沉积室(2)上设有进气口(4)与排气口(5)，所述进气口(4)上连接有用于通入制程气体的进气管(6)，所述排气口(5)上连接有排放管(8)，排放管(8)末端连接有真空泵(9)，真空泵(9)的进口与排放管(8)的出口相连，真空泵(9)的出口连接有尾排管(10)，所述真空沉积室(2)上设置有用于打开或关闭炉门(1)的开关装置(11)，其特征在于：所述开关装置(11)包括底座(110)，所述底座(110)的上表面设置有可移动平台(111)以及用于驱动可移动平台(111)沿水平方向移动的第一驱动装置(112)且可移动平台(111)的移动方向与真空沉积室(2)轴向方向互相垂直，所述可移动平台(111)的上表面设置有可移动式支架(113)以及用于推动可移动式支架(113)沿真空沉积室(2)轴向方向移动的第二驱动装置(114)，所述可移动式支架(113)上固定有支撑杆(115)，所述支撑杆(115)的上端固定在炉门(1)上。

2.如权利要求1所述的PECVD装置，其特征在于：所述第一驱动装置(112)、第二驱动装置(114)均为气缸。

3.如权利要求2所述的PECVD装置，其特征在于：所述进气管(6)与进气口(4)之间设置有气体混合装置(12)，所述气体混合装置(12)包括芯体(121)、壳体(122)，芯体(121)设置在壳体(122)内，芯体(121)表面开有螺旋槽(123)，所述螺旋槽(123)的内壁与壳体(122)的内壁围成封闭的螺旋式气体通道，所述螺旋式气体通道的一端与进气管(6)相连，另一端与真空沉积室(2)上设置有的进气口(4)相连，所述壳体(122)的外表面设置有加热装置。

4.如权利要求3所述的PECVD装置，其特征在于：所述加热装置包括一层加热棉(124)与一层绝热布(125)，所述加热棉(124)与绝热布(125)之间设置有加热电阻丝(126)，所述加热电阻丝(126)与电源相连。

5.如权利要求4所述的PECVD装置，其特征在于：所述真空泵(9)的出口与尾排管(10)之间设置有硅烷燃烧室(13)。

6.如权利要求5所述的PECVD装置，其特征在于：在真空泵(9)的出口与尾排管(10)之间设置一个内径为150mm-300mm不锈钢圆筒形成所述的硅烷燃烧室(13)。

7.如权利要求6所述的PECVD装置，其特征在于：所述圆筒的外表面设置有多个紧固圈，相邻的紧固圈之间通过金属条连接在一起。

8.如权利要求7所述的PECVD装置，其特征在于：所述真空泵(9)的进口与排气口(5)之间设置有旁路管(14)，所述旁路管(14)上设置有用于使旁路管(14)导通或关闭的旁通阀(15)，所述排放管(8)上设置有用于使排放管(8)导通或关闭的工艺阀(16)，所述排放管(8)的内径为50mm-70mm，所述旁路管(14)的内径为15mm-25mm。

9.如权利要求8所述的PECVD装置，其特征在于：所述排放管(8)的内径为60mm，所述旁路管(14)的内径为20mm。

10.如权利要求9所述的PECVD装置，其特征在于：所述工艺阀(16)、旁通阀(15)均为电磁阀，所述工艺阀(16)上连接有第一触发式开关(17)，所述旁通阀(15)上连接有第二触发式开关(18)，所述真空沉积室(2)内设置有真空计(19)，还包括控制器(20)，所述第一触发式开关(17)、第二触发式开关(18)、真空计(19)分别与控制器(20)电连接。