CN207877856U - 一种原子层沉积自动镀膜装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种原子层沉积自动镀膜装置，包括ALD反应器及自动上下料系统，所述自动上下料系统包括桨、抓舟机械手、舟平台滑动组件、载板、抓舟取盖天车、载具平移部组、硅片转移机构、花篮平移部组、花篮及舟；采用本实用新型的技术方案，可连续生产的ALD薄膜镀膜装置，自动化上下料系统使得硅片进入ALD反应器或者由ALD反应器取出，全部由机械完成，实现了自动化，避免了人工操作的繁琐重复的工序，大大提高了工作效率，完全满足光伏电池大批量工业化生产的要求。
Description
技术领域
本实用新型涉及到镀膜技术领域，具体涉及到可批量化、自动化进行原子层沉积镀膜装置。
背景技术
原子层沉积(Atomic layer deposition，ALD)技术是一个以表面化学气相反应为基础的薄膜沉积技术。它通过将两种以上的化学气体前驱物分开导入反应腔，使得每一种前驱物在基地表面分别发生充分饱和的表面化学反应，其间对饱和表面反应后的气相反应产物及未反应的气体吹扫干净，因此可以将物质以单原子膜形式镀在基底表面，并对所沉积的薄膜的厚度及均匀度精确控制在原子层厚度范围内。
ALD技术最早称为Atomic Layer Epitaxy,(ALE),是由芬兰科学家在1970年代提出(US 4058430)，主要用于制备电致发光薄膜的应用。但是由于时代的局限性，该技术的其它应用在较长一段时间内受到限制。另一方面，半导体产业正在遵循摩尔定律的指导不断朝高性能、小型化发展。到1990年代末，随着半导体工艺技术持续推进，功能的提升成为半导体制造业技术的关键。芯片尺寸及线宽的不断缩小和器件结构的深宽比不断增加，使得对于薄膜工艺的厚度均匀性及质量的要求日渐升高。传统的薄膜沉积技术，包括物理气相沉积(Physical Vapor Deposition,PVD)、化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition)等已无法在一些关键生产步骤有效地精确控制薄膜特性及满足日益严苛的工艺技术要求。因此ALD在非平面复杂结构及三维结构表面形成高质量、无针孔、保形性薄膜等独特性能就体现出来。从2000年代开始,ALD技术成功用于45nm技术结点的高介电金属闸极，使得在国际尖端半导体行业逐渐形成工业化,并成为半导体工业进一步发展所必需的关键技术，促使了微电子制造的一次革命。当前,原子层沉积(ALD)技术作为最先进的薄膜沉积技术之一，已广泛应用于先进的微电子、显示器、MEMS、感应器等制造业。
在光伏领域，ALD薄膜钝化技术可用于提高晶硅太阳能电池的光电转换效率，例如在PERC，PERL，PERT等电池结构中均有应用。虽然原子层沉积技术不断发展，原子层沉积设备也在不断改进，然而，大批量工业生产仍缺乏有效解决方案。
专利号2012210091352.3，名称为原子层沉积&生产线”其公开了基板的装载与传输(待加工的基板3被所述装卸元件7装载于基板承载装置2，并被进一步装载到所述基板送料系统1，由所述基板送料系统1送入所述预热腔室4，在预热腔室4中，所述加热系统受所述控制与检测系统12控制，将基板3加热到反应需要的温度，具体见说明书第47段)，但是其技术方案属于板式沉积方式，硅片平放在板上，每次工艺所能处理的硅片有限，不能满足镀膜的批量化和自动化的要求。
实用新型内容
在光伏领域，ALD薄膜钝化技术可用于提高晶硅太阳能电池的光电转换效率，其在PERC，PERL，PERT等电池结构中均有应用。然而，ALD薄膜的大批量工业生产仍缺乏有效解决方案，本实用新型公开了一种全自动，可连续生产的ALD薄膜镀膜装置，完全满足光伏电池大批量工业化生产的要求。
本实用新型公开了一种原子层沉积自动镀膜装置，包括ALD反应器及自动上下料系统，所述自动上下料系统包括：
花篮，花篮内放置硅片；
花篮平移部组，将花篮在硅片转移机构处至上下料机最右端的上料处移转；上下料既可以是人工操作也可以是与自动化搬运小车对接；
硅片转移机构，设置于花篮平移部组的上方，硅片转移机构将硅片在舟与花篮之间转移；
舟平台滑动组件，其设置在ALD反应器的前端，其将舟在抓舟机械手下方的工位与抓舟取盖天车下方的工位之间移动；
载具平移部组，其平行设置在舟平台滑动组件的两侧，舟在载具平移部组上平行放置；
抓舟取盖天车，其设置在载具平移部组上方，其将舟在舟平台滑动组件与载具平移部组之间搬运。
桨，设置在舟平台滑动组件的一侧，桨伸入ALD反应器腔体内将舟取出及放入；
抓舟机械手，设置在舟平台滑动组件的另一侧与桨相对，其抓取桨上的舟放置在舟平台滑动组件上，或者抓取舟平台滑动组件上的舟放置在桨上；
舟，舟内放置的硅片，舟进入ALD反应器内的腔体，在腔体内进行镀膜反应。
舟平台滑动组件上设有放置舟的载板，舟平台滑动组件设有左、右两工位，左工位位于抓舟机械手下方，右工位位于抓舟取盖天车下方，舟随载板左右平移在左、右两工位之间转换。
所述抓舟机械手和桨配合，将载有未镀膜硅片的舟从舟平台滑动组件上搬运至ALD反应器中或者将载有镀膜硅片的舟从ALD反应器中搬运至舟平台滑动组件上。
所述硅片转移机构，将花篮中的待镀膜硅片吸取后转移运送至载具平移部组处，并将其插入到位于载具平移部组上的舟中或者将舟中的镀膜后硅片吸取转移至花篮中。
载具平移部组设置两个，一个用于放置载有已镀膜硅片的舟，另一个放置待镀膜硅片的舟。
本实用新型对ALD反应器也做了进一步的改进，其方案如下：
ALD反应器包括抽气系统、反应腔体、电控系统、水冷系统和化学源系统，所述抽气系统为至少一个反应腔体抽真空，保持反应腔体的真空度；所述电控系统控制管式原子层沉积系统；水冷系统对至少一个反应腔体进行冷却；化学源系统为至少一个反应腔体提供反应原料。
原子层沉积自动镀膜装置还设有至少两个可同时进行镀膜的ALD反应器，所述自动上下料系统可对应至少一套ALD反应器。
两个以上ALD反应腔体可在水平或垂直方向平行叠加。
本实用新型的有益效果，本实用新型的技术方案公开了一种全自动，可连续生产的ALD薄膜镀膜装置，自动化上下料系统使得硅片进入ALD反应器或者由ALD反应器取出，全部由机械完成，实现了自动化，避免了人工操作的繁琐重复的工序，大大提高了工作效率，完全满足光伏电池大批量工业化生产的要求。
附图说明
图1是一种原子层沉积自动镀膜装置的俯视图。
图2是一种原子层沉积自动镀膜装置的舟平台滑动组件与载具平移部组的示意图。
图3是一种原子层沉积自动镀膜装置(未示出自动上下料机)的示意图。
附图中附图标记对应的零件为：ALD反应器1、桨2、抓舟机械手3、舟平台滑动组件4、载板41、抓舟取盖天车5、载具平移部组6、硅片转移机构7、花篮平移部组8、花篮81、舟9。
具体实施方式
下面结合附图1-3和具体实施例对本实用新型进行具体的说明。
如下对系统的描述中将以图1中的上下对应原子层沉积镀膜系统的前后(因为图1是原子层沉积镀膜系统的俯视示意图)，垂直纸面向外对应原子层沉积镀膜系统中的上，反之对应下。
如图1所示，原子层沉积镀膜系统从左向右依次为ALD反应器1，自动上下料系统，ALD反应器1中反应腔室为一个或一个以上，每个腔室配有单独的腔门，各个腔室之间的镀膜互不干扰，硅片经自动上下料系统被送入或者抬出ALD反应器1，在ALD反应器1中进行镀膜。
自动上下料系统，将待镀膜硅片放入ALD反应器1的反应腔体中，或者是将已经镀膜完成的硅片从ALD反应器1的反应腔体中取出。
自动上下料系统主要包括桨2、抓舟机械手3、舟平台滑动组件4、抓舟取盖天车5、载具平移部组6、硅片转移机构7、花篮平移部组8、花篮81、舟9。
花篮81内放置硅片；花篮81放置在花篮平移部组8上，其将花篮81在硅片转移机构7处至上下料机最右端的上料处移转；上下料既可以是人工操作也可以是与自动化搬运小车对接。硅片转移机构7，设置于花篮平移部组8的上方，硅片转移机构7将硅片在舟9与花篮81之间转移。本实施例中，花篮平移部组8成对设置，其反应在图1中，就是前后并列的设置，分别放置盛待镀膜载片的花篮和盛镀膜后的载片的花篮。
舟平台滑动组件4，其设置在ALD反应器1的前端，具体到本实施例中，设置在ALD反应器1的右侧，舟平台滑动组件4设有两个工位，一个工位在抓舟机械手3下方，另一个工位在抓舟取盖天车5下方，舟平台滑动组件可以在两个工位之间往复移动，其将舟9在抓舟机械手3下方的工位与抓舟取盖天车5下方的工位之间移动。本实施例中，舟平台滑动组件4成对设置，分别放置待镀膜载片的舟和镀膜后的载片的舟，其反应在图1中，就是前后并列的设置。
载具平移部组6，其对称设置在舟平台滑动组件4的两侧，舟在载具平移部组上平行放置。本实施例中，载具平移部组6也是成对设置，分别设置在舟平台滑动组件4的两侧，分别放置待镀膜载片的舟和镀膜后的载片的舟。
抓舟取盖天车5，其设置在载具平移部组6上方，其将舟9在舟平台滑动组件4与载具平移部组6之间搬运。
桨2，设置在舟平台滑动组件4的一侧，桨2伸入ALD反应器腔体内将舟取出及放入；
抓舟机械手3，设置在舟平台滑动组件4的另一侧与桨2相对，其抓取桨2上的舟9放置在舟平台滑动组件4上，或者抓取舟平台滑动组件4上的舟放置在桨2上；
舟9，舟9内放置的硅片，舟9进入ALD反应器内的腔体，在腔体内进行镀膜反应。
ALD反应器1的右侧设置舟平台滑动组件4，舟平台滑动组件4上设有载板41，载板41能够左右平移在左(在抓舟机械手3下方)、右(另一个工位在抓舟取盖天车5下方)两工位之间转换。
抓舟机械手3和桨2配合以将舟9从舟平台滑动组件4上搬运至ALD反应器1中或者从ALD反应器1中搬运至舟平台滑动组件4上，所述舟9中载有已镀膜或未镀膜的硅片。
硅片转移机构7，将花篮81中的待镀膜硅片吸取后转移运送至载具平移部组6处，并将其插入到位于载具平移部组6上的舟9中或者将舟9中的镀膜后硅片吸取转移至花篮81中。
载具平移部组6设置两个，一个用于放置载有已镀膜硅片的舟9，另一个放置待镀膜硅片的舟9。
如图2中所示，舟平台滑动组件4的载板41上前后侧分设有两个载舟工位(两载舟工位如图2中虚线所示，图2中的载板41上并未画出舟9)，用于错开上料。
如图2中所示，在两载具平移部组6的右侧中部设置有花篮平移部组8，前述的花篮平移部组8中有两个花篮81用以将未镀膜的硅片运输至硅片转移机构7处以上料或者将镀膜完毕的硅片从硅片转移机构7处运输至系统最右端上料位置下料，前述的硅片转移机构7位于花篮平移部组8左侧上方，其可以将花篮81中的硅片吸取后转移运送至载具平移部组6处，并将其插入到位于载具平移部组6上的舟9(载具)中或者将舟9中的硅片吸取转移至花篮81中。
工作流程如下：
镀膜完成之后，原子层沉积自动镀膜装置的工作流程如下：
如图1所示，当硅片在ALD反应器1中完成镀膜后，ALD反应器腔门打开，桨2深入到ALD反应器腔中，将载有硅片的舟9抬出，每个腔中同时放置两个舟9进行镀膜，两舟9的上侧还设有盖，随后，抓舟机械手3抓取桨2上的舟9，并将其放置在下侧的舟平台滑动组件4的一个载舟工位上，与其前后并列的另一载舟工位上有舟，舟内载有未镀膜的硅片。
当前，舟平台滑动组件4位于抓舟机械手3下方的工位上，桨2与抓舟机械手3配合将与其前后并列的另一载舟工位上有舟，搬运至ALD反应器1中，舟内放置待镀膜硅片，反应器腔门关闭，进行镀膜。
舟平台滑动组件4向右运动至其抓舟取盖天车5下方的工位，载有硅片的舟9在此处进行冷却，待冷却至预定温度时(或者冷却固定时间后)，抓舟取盖天车5先将舟上的盖子取下，并一直保持抓取这个盖子，舟上设置盖子的目的是为了镀膜过程中，使反应气体更加集中在舟内的载片周围。抓舟取盖天车5将镀膜完成并已经冷却后的舟搬运至一侧载具平移部组6上，被放置在载具平移部组6上的舟9随载具平移部组6移动至硅片转移机构7处，硅片转移机构7吸取舟9上的已经镀膜完成的硅片，放置在花篮移动部组8的花篮81中，盛放镀膜完成硅片的花篮81随花篮移动部组8移动至下料处，人工或者机械手将花篮81搬下自动上下料系统。
未镀膜硅片进入ALD反应器内的进行镀膜反应的工作流程如下：
未镀膜载片放置在花篮81中，由人工或者机械手放置在花篮平移部组8上，花篮平移部组8带着花篮81向硅片转移机构7方向移动，至硅片平移机构7处，停止移动，由硅片平移机构7吸取花篮81内的硅片，将硅片放置在载具平移部组6上的舟9内，载具平移部组6带着装载未镀膜载片的舟9向抓舟取盖天车5的方向移动，至抓舟取盖天车5的位置，停止移动。抓舟取盖天车5将载具平移部组6上的舟抓取后，放置在舟平台滑动组件4上；抓舟取盖天车5将盖盖在这两舟之上。带有盖的舟随载板41在舟平台滑动组件4上移动，移动到抓舟机械手3下方。
载有未镀膜的硅片的舟等待ALD反应器某腔中硅片镀膜完毕、开仓，ALD反应器开仓后，桨2和抓舟机械手3先配合将镀膜完毕的舟9搬运至载板41的空载载舟工位，随后将载有需镀膜的硅片的舟搬运至ALD反应器腔中进行镀膜。
本实施例中，硅片转移机构7不断的交替的对两侧的载具平移部组6上的舟9下料、上料，抓舟取盖天车5不断交替的转移镀膜完成或者未镀膜的舟在载具平移部组6与舟平台滑动组件4上，本实施例中上料与下料对称设置的，组成一个即有上料又有下料的循环往复的自动上下料系统。
如图3所示，ALD反应器1包括抽气系统1-5，本实施例中设有三个反应腔体1-1,1-2,1-3，本实施例中三个反应腔体为垂直叠加，从上至下，分别为反应腔体1-1、反应腔体1-2，反应腔体1-3；电控系统1-6、水冷系统1-7和化学源系统1-8。
抽气系统1-5为至少一个反应腔体抽真空，保持反应腔体的真空度；所述电控系统1-6控制管式原子层沉积系统；水冷系统1-7对至少一个反应腔体进行冷却；化学源系统1-8为至少一个反应腔体提供反应原料。
Claims (8)
1.一种原子层沉积自动镀膜装置，包括ALD反应器及自动上下料系统，其特征在于，所述自动上下料系统包括：
花篮，花篮内放置硅片；
花篮平移部组，将花篮在硅片转移机构处至上下料机最右端的上料处移转；花篮的上下料可采用人工操作或与自动化搬运小车对接；
硅片转移机构，设置于花篮平移部组的上方，硅片转移机构将硅片在舟与花篮之间转移；
舟平台滑动组件，其设置在ALD反应器的前端，其将舟在抓舟机械手下方的工位与抓舟取盖天车下方的工位之间移动；
载具平移部组，其平行设置在舟平台滑动组件的两侧，舟在载具平移部组上平行放置；
抓舟取盖天车，其设置在载具平移部组上方，其将舟在舟平台滑动组件与载具平移部组之间搬运；
桨，设置在舟平台滑动组件的一侧，桨伸入ALD反应器腔体内将舟取出及放入；
抓舟机械手，设置在舟平台滑动组件的另一侧与桨相对，其抓取桨上的舟放置在舟平台滑动组件上，或者抓取舟平台滑动组件上的舟放置在桨上；
舟，舟内放置的硅片，舟进入ALD反应器内的腔体，在腔体内进行镀膜反应。
2.根据权利要求1所述的一种原子层沉积自动镀膜装置，其特征在于：所述舟平台滑动组件上设有放置舟的载板，舟平台滑动组件设有左、右两工位，左工位位于抓舟机械手下方，右工位位于抓舟取盖天车下方，舟随载板左右平移在左、右两工位之间转换。
3.根据权利要求1所述的一种原子层沉积自动镀膜装置，其特征在于：所述抓舟机械手和桨配合，将载有未镀膜硅片的舟从舟平台滑动组件上搬运至ALD反应器中或者将载有镀膜硅片的舟从ALD反应器中搬运至舟平台滑动组件上。
4.根据权利要求1所述的一种原子层沉积自动镀膜装置，其特征在于：所述硅片转移机构，将花篮中的待镀膜硅片吸取后转移运送至载具平移部组处，并将其插入到位于载具平移部组上的舟中或者将舟中的镀膜后硅片吸取转移至花篮中。
5.根据权利要求1所述的一种原子层沉积自动镀膜装置，其特征在于：所述载具平移部组设置两个，一个用于放置载有已镀膜硅片的舟，另一个放置待镀膜硅片的舟。
6.根据权利要求1所述的一种原子层沉积自动镀膜装置，其特征在于：所述ALD反应器包括抽气系统、反应腔体、电控系统、水冷系统和化学源系统，所述抽气系统为至少一个反应腔体抽真空，保持反应腔体的真空度；所述电控系统控制管式原子层沉积系统；水冷系统对至少一个反应腔体进行冷却；化学源系统为至少一个反应腔体提供反应原料。
7.根据权利要求6所述的一种原子层沉积自动镀膜装置，其特征在于：所述原子层沉积自动镀膜装置还设有至少两个可同时进行镀膜的ALD反应器，所述自动上下料系统可对应至少一套ALD反应器。
8.根据权利要求7所述的一种原子层沉积自动镀膜装置，其特征在于：所述两个以上ALD反应腔体可在水平或垂直方向平行叠加。
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Cited By (2)
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 214028 No.11 Lijiang Road, Xinwu District, Wuxi City, Jiangsu Province Patentee after: Jiangsu micro nano technology Co.,Ltd. Address before: 214028, No. four, No. 7 Road, Wuxi New District, Jiangsu Patentee before: JIANGSU LEADMICRO NANO-EQUIPMENT TECHNOLOGY Ltd. |
|
| CP03 | Change of name, title or address | ||
| AV01 | Patent right actively abandoned |
Granted publication date: 20180918 Effective date of abandoning: 20231103 |
|
| AV01 | Patent right actively abandoned |
Granted publication date: 20180918 Effective date of abandoning: 20231103 |
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| AV01 | Patent right actively abandoned | ||
| AV01 | Patent right actively abandoned |