CN218951492U - 一种真空镀膜腔室及其镀膜设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及高温热丝化学气相沉积设备领域，具体涉及一种真空镀膜腔室及其镀膜设备。本实用新型提供了一种真空镀膜腔室，包括：自动化上料装置、装载腔室、进料缓存腔室、工艺腔腔室、出料缓存腔室、卸载腔室、自动化下料装置和回传模块。采用卧式热丝结构方式，热丝呈水平排布，载板做水平运动，载板在工艺腔连续运动，进行动态镀膜工艺。热丝长度控制在150‑400mm，该长度范围内可避免因热丝加热伸长及重力变形，导致热丝中点到载板距离发生较大变化，加热前后距离变化量≤2mm。所述热丝工作温度1600‑2000℃，在此温度下高温分解反应气体。所述硅片表面温度180‑300℃，在此温度下，实现镀膜工艺。

Description

一种真空镀膜腔室及其镀膜设备

技术领域

本实用新型涉及高温热丝化学气相沉积设备领域，具体涉及一种真空镀膜腔室及其镀膜设备。

背景技术

现有PECVD设备，使用高频电源，电离工艺气体，沉积镀膜过程中会产生大量的损伤离子轰击薄膜表面。PECVD技术，由于电离的自身缺陷性，气体离化率偏低，气体利用率较低，造成气体使用成本较高。PECVD技术，沉积速率偏低，需要镀膜时间较长，增加设备运行节拍。PECVD设备需要使用高频电源及阻抗匹配器，该电气元件成本高昂，同时大面积的电场均均性较难控制，设备制造成本高，设备结构复杂程度高。

高温热丝化学气相沉积（Hot-WireAssisted CVD）设备，热丝材料以钨丝为例，热丝被加热至1400-1800℃，工艺气体分解，沉积镀膜。HWCVD技术拥有以下优点，没有大量高能离子轰击薄膜表面，成膜质量好；气体分解率高，为PECVD气体分解率5-10倍左右，气体利用效率高；沉积速率高，本征非晶硅膜（a-Si:H）沉积，PECVD沉积速率1nm/S，HWCVD沉积速率10nm/S；设备成本低，工艺腔室主要由腔体、热丝、传动、送气、排气系统组成，设备结构相对简单；工艺条件简单，主要参数变量为温度和气体流量，对工艺间距，敏感度低。

现有技术一，HWCVD设备，Cat-CVD技术，所述热丝设备，热丝垂直排布，载板和硅片也是垂直摆放，在腔体中直立运行。因大面积镀膜需求，载板长宽尺寸1000×1000mm-3000×3000mm，所述热丝长度较长，1000-3000mm范围，如果采用水平镀膜方式，在重力变形和高温膨胀双重加持下，热丝下垂变形量较大。以2000mm长热丝为例，热膨胀伸长量50mm左右，叠加重力下垂，中间最大变形量可达200mm左右。所述热丝至硅片的工艺距离120mm左右，所以在水平镀膜时该尺寸面积下，热丝根本无法使用。立式热丝，需要载板和硅片直立进入腔体，对自动化上下料，载板和硅片的平稳运行，都有较高要求。因自动化传输问题，现有Cat-CVD设备，基本无法量产，即使量产，硅片碎片率高居不下，损耗成本过高。目前采用水平排布的热丝设备都不能很好的解决长距离热丝下垂的问题，因此设计一种卧式连续镀膜热丝CVD设备是必要的。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种卧式连续镀膜热丝CVD设备，以解决上述问题。

为了实现上述目的，本实用新型实施例提供了一种真空镀膜腔室，包括工艺腔腔室，所述工艺腔腔室包括：腔体，以及位于所述腔体上方的上盖，所述腔体和所述上盖围设成一内腔；

多个均气室，各均气室固定设置在所述上盖上，各均气室位于均气室的内腔，各均气室沿所述上盖的长度方向等间距设置，所述均气室内适于流通工艺气体；

多个热丝组件，所述热丝组件位于所述均气室下方，且任一热丝组件对应一所述均气室；

载板，载板适于承载若干工件，所述载板位于所述热丝组件下方；其中

所述均气室向腔体内喷工艺气体时，所述热丝组件将所述均气室喷出的工艺气体加热分解，以使工艺气体分解后的自由基在工件表面沉积镀膜。均气室、热丝组件载板设置在腔体和上盖围成的封闭空间内，并通过热丝组件加热均气室喷出的工艺空气，来实现对工夹表面镀膜的效果。

进一步地，所述热丝组件包括两个支撑管和位于所述两个支撑管之间的呈水平排布的若干热丝，所述支撑管分布在所述均气室的两侧；

所述支撑管内部沿长度方向设置有导线，所述热丝的两端分别与所述导线连接，所述导线与供电电源电连接。通过支撑管来定位热丝，并通过供电电源来对热丝进行加热，以使热丝能够对均气室喷出的工艺气体进行加热分解。

进一步地，所述支撑管内还设有绝缘管，所述绝缘管内还设有支撑件，用于支撑所述导线；所述热丝的两端部分别穿过所述导线，通过锁紧件将所述热丝的端部与所述导线固定。通过绝缘管来隔绝支撑管和热丝。通过支撑件和锁紧件对导线和热丝进行定位。

进一步地，所述热丝的长度为150-400mm，相邻两热丝之间的间距为5-20mm。通过限制热丝的长度，以避免热丝过长引起重力变形。通过限制相邻热丝之间的距离，来确保热丝充分分解工艺气体。

进一步地，所述上盖上开设有通气管路，所述通气管路一端与所述均气室连通，另一端与一气源连通；

所述均气室朝向所述热丝组件的一侧开设有若干喷淋孔。气源能够向均气室内补充工艺气体，通过喷淋孔能够向热丝内喷工艺气体。

进一步地，所述腔体内还设置有若干冷却板，所述冷却板位于在所述载板下方。冷却板能够向工件引导热量，以冷却镀膜后的工件。

此外，本实用新型还提供了一种真空镀膜设备，包括上述的一种真空镀膜腔室。将上述种真空镀膜腔室应用在真空镀膜设备上。

进一步地，一种真空镀膜设备还包括依次设置的自动化上料装置、装载腔室、进料缓存腔室、出料缓存腔室、卸载腔室、自动化下料装置，所述工艺腔腔室位于所述进料缓存腔室和所述出料缓存腔室之间；装载有工件的所述载板在自动化上料装置、装载腔室、进料缓存腔室、工艺腔腔室、出料缓存腔室、卸载腔室、自动化下料装置内传输。通过卧式设置的连续的各个腔室，能够实现自动化的上料、镀膜以及下料过程。

进一步地，回传装置，连接所述自动化上料装置和所述自动化下料装置，用于将空载的所述载板从所述自动化下料装置回传至所述自动化上料装置。通过回传装置，能够将下料后的载板传送会自动化上料装置。

相对于现有技术，本实用新型实施例具有以下有益效果：1、采用卧式热丝结构方式，热丝呈水平排布，载板做水平运动，载板在工艺腔连续运动，进行动态镀膜工艺。2、热丝长度控制在150-400mm，该长度范围内可避免因热丝加热伸长及重力变形，导致热丝中点到载板距离发生较大变化，加热前后距离变化量≤2mm。3、所述热丝工作温度1600-2000℃，在此温度下高温分解反应气体。所述硅片表面温度180-300℃，在此温度下，实现镀膜工艺。4、所述热丝上方设置均气结构，工艺气体通过均气板，均均喷洒在热丝上，实现气流场均均性，进而实现镀膜均均性。5、所述工艺腔腔体，下方布置水冷板结构，可以对控制载板温度，防止其因热丝辐射，温度持续升高，导致硅片温升过高，无法控制。6、热丝组件，根据实际需求，可以排布1组或多组，热丝组件间距，刨除结构限制，尽量做到最小，这样可以最大程度利用腔体面积，缩减设备占地尺寸。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1示出了本实用新型的一种真空镀膜设备的结构示意图；

图2示出了本实用新型的一种真空镀膜腔室的结构示意图；

图3示出了图2中A部分的局部放大图；

图4示出了本实用新型的载板的俯视图；

图5示出了本实用新型支撑管的俯视图；

图6示出了本实用新型工艺腔腔室的俯视图。

图中：

1、自动化上料装置；2、装载腔室；3、进料缓存腔室；

4、真空镀膜腔室；41、腔体；42、上盖；43、均气室；44、热丝组件；441、支撑管；4411、绝缘管；4412、支撑件；4413、锁紧件；442、热丝；45、通气管路；46、气源；47、喷淋孔；48、冷却板；49、供电电源；

5、出料缓存腔室；6、卸载腔室；7、自动化下料装置；8、载板；81、单元格；9、回传装置；10、真空阀。

具体实施方式

现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。

实施例一

如图2至6所示，本实用新型提供了一种真空镀膜腔室，包括工艺腔腔室4，所述工艺腔腔室4包括：腔体41，以及位于所述腔体41上方的上盖42。上盖42适于盖合腔体41，以使腔体41和盒盖围设成一封闭的内腔。上盖42上设置有多个均气室43，均气室43与上盖42固定连接，各均气室43位于均气室43的内腔，且各均气室43沿上盖42的长度方向等间距设置，所述均气室43内适于流通工艺气体。本实施例中，工艺气体包括硅烷、磷烷、硼烷、氢气、二氧化碳等成分。多个热丝组件44，所述热丝组件44位于所述均气室下方，且任一热丝组件44对应一所述均气室。载板8，载板8适于承载若干工件，所述载板8位于所述热丝组件44下方。通过上述设置，使得所述均气室向腔体41内喷工艺气体时，所述热丝组件44将所述均气室喷出的工艺气体加热分解，以使工艺气体分解后的自由基在工件表面沉积镀膜。

为了实现上述均气室43向腔体41内喷工艺气体的功能，所述上盖42上开设有通气管路45，所述通气管路45一端与所述均气室43连通，另一端与一气源46连通。气源46内储存有工艺气体，并且气源46内设置有一气泵，以使气泵能够将气源46内的气体通过通气管路45通入均气室43内。此外，所述均气室43朝向所述热丝组件44的一侧开设有若干喷淋孔47。工艺气体进入均气室43内后，通过喷淋孔47向外喷出，从而实现均气室43向腔体41内喷工艺气体的功能。

所述热丝组件44，根据实际需求，可以排布1组或多组，图示中3组为示意图，不代表实际组数。所述热丝组件44间距，刨除结构限制，尽量做到最小，这样可以最大程度利用腔体41面积，缩减设备占地尺寸。

为了实现上述热丝组件44加热均气室43喷出的工艺气体的效果，所述热丝组件44包括两个支撑管441和位于所述两个支撑管441之间的呈水平排布的若干热丝442，所述支撑管441分布在所述均气室的两侧。所述支撑管441内部沿长度方向设置有导线，所述热丝442的两端分别与所述导线连接，所述导线与供电电源49电连接。供电电源49通过导线对热丝442进行加热。通过两支撑管441和若干热丝442形成一个设置在喷淋孔47下方的热丝442构成的网络，从喷淋孔47喷出的工艺气体经过热丝442构成的网络时，工艺气体被加热分解，形成自由基。本实施例中热丝材料可以为钨丝、钽丝等其他发热温度可以达到2000℃的导电材料之一，并且在热丝材料的工作温度为1600-2000℃，在此温度下高温分解反应气体。所述硅片表面温度180-300℃，在此温度下，实现镀膜工艺。

为了将热丝442固定在支撑管441内，以及防止热丝442向支撑管441导电。所述支撑管441内还设有绝缘管4411，热丝442设置在绝缘管4411内，以使绝缘管4411将支撑管441与热丝442隔绝，热丝442无法向支撑管441导电。所述绝缘管4411内还设有支撑件4412，用于支撑所述导线；所述热丝442的两端部分别穿过所述导线，通过锁紧件4413将所述热丝442的端部与所述导线固定。通过支撑件4412和锁紧件4413的设置，能够将导线固定在绝缘管4411内部，并将热丝442与导线固定连接。

此外，为了避免热丝442在两支撑管441之间由于长度过大，在自重下下垂过度，所述热丝442的长度为150-400mm，该长度范围内可避免因热丝加热伸长及重力变形，导致热丝中点到载板8距离发生较大变化，加热前后距离变化量≤2mm。同时，为了使得支撑管441之间的热丝442形成有效的网络，相邻两热丝442之间的间距为5-20mm。

为了对镀膜后的工件进行降温，所述腔体41内还设置有若干冷却板48，所述冷却板48位于在所述载板8下方。工艺气体分离形成的自由基镀膜到工件表面后，冷却板48能够传导工件上的热量，从而对工件进行降温。

实施例二

如图1至6所示，本实施例是在实施例一的基础上实施的，本实施例提供了一种真空镀膜设备，包括实施例一中所述的一种真空镀膜腔室。

本实施例所示的真空镀膜设备呈卧式结构，所述真空镀膜设备包括依次设置的自动化上料装置1、装载腔室2、进料缓存腔室3、出料缓存腔室5、卸载腔室6、自动化下料装置7。所述工艺腔腔室4位于所述进料缓存腔室3和所述出料缓存腔室5之间。装载有工件的所述载板8在自动化上料装置1、装载腔室2、进料缓存腔室3、工艺腔腔室4、出料缓存腔室5、卸载腔室6、自动化下料装置7内传输。自动化上料装置1、装载腔室2、进料缓存腔室3、工艺腔腔室4、出料缓存腔室5、卸载腔室6、自动化下料装置7一侧均设置有真空阀10，各真空阀10能够将对应的腔室内抽真空为10pa。

此外，本实施例所示的真空镀膜设备还包括回传装置9，连接所述自动化上料装置1和所述自动化下料装置7，用于将空载的所述载板8从所述自动化下料装置7回传至所述自动化上料装置1。

本实施例中工艺腔腔室4内布置传输滚轮，所述滚轮做旋转运动，带动所述载板8做直线运动，在工艺腔腔室4内运动。所述进料缓存腔室3内依次有两种速度滚轮，快速滚轮实现快速传递载板8，快速滚轮的速度为400-600mm/s，慢速滚轮实现工艺镀膜运行速度，慢速滚轮的速度10-30mm/s。出料缓存腔室5内依次有两种速度滚轮，慢速滚轮实现工艺镀膜运行速度，即速度为10-30mm/s，快速滚轮实现快速传递载板8，即速度为400-600mm/s。

本实施例中所述载板8材料为不锈钢、碳纤维、石墨或玻璃的其中一种，优选不锈钢材料。所述载板8形状为矩形，载板8内设置有单元格81，一个单元格81内设置有一个硅片。单元格81内可以兼容硅片整片尺寸为166mm、182mm、210mm，优选整片尺寸166mm，优选载板8容纳硅片数量5×10。同时可以兼容硅片半片尺寸166×83mm、182×91mm、210×105mm等规格尺寸。其中载板8可以选择镂空结构及实心结构，优选镂空结构。在结构可实现范围，包含但不局限与上述规格尺寸。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种真空镀膜腔室，其特征在于，所述真空镀膜腔室包括：

腔体(41)，以及位于所述腔体(41)上方的上盖(42)，所述腔体(41)和所述上盖(42)围设成一内腔；

多个均气室(43)，各均气室(43)固定设置在所述上盖(42)上，各均气室(43)位于均气室(43)的内腔，所述均气室(43)内适于流通工艺气体；

多个热丝组件(44)，所述热丝组件(44)位于所述均气室(43)下方，且任一热丝组件(44)对应一所述均气室(43)；

载板(8)，载板(8)适于承载若干工件，所述载板(8)位于所述热丝组件(44)下方；其中

所述均气室(43)向腔体(41)内喷工艺气体时，所述热丝组件(44)将所述均气室(43)喷出的工艺气体加热分解，以使工艺气体分解后的自由基在工件表面沉积镀膜。

2.如权利要求1所述的一种真空镀膜腔室，其特征在于，包括：

所述热丝组件(44)包括两个支撑管(441)和位于所述两个支撑管(441)之间的呈水平排布的若干热丝(442)，所述支撑管(441)分布在所述均气室(43)的两侧；

所述热丝(442)的两端分别与导线连接，所述导线与供电电源(49)电连接。

3.如权利要求2所述的一种真空镀膜腔室，其特征在于，包括

所述支撑管(441)内还设有绝缘管(4411)，所述绝缘管(4411)内还设有支撑件(4412)，用于支撑所述导线；所述热丝(442)的两端部分别穿过所述导线，通过锁紧件(4413)将所述热丝(442)的端部与所述导线固定。

4.如权利要求2所述的一种真空镀膜腔室，其特征在于，

所述热丝(442)的长度为150-400mm，相邻两热丝(442)之间的间距为5-20mm。

5.如权利要求1所述的一种真空镀膜腔室，其特征在于，

所述上盖(42)上开设有通气管路(45)，所述通气管路(45)一端与所述均气室(43)连通，另一端与一气源(46)连通；

所述均气室(43)朝向所述热丝组件(44)的一侧开设有若干喷淋孔(47)。

6.如权利要求1所述的一种真空镀膜腔室，其特征在于，

所述腔体(41)内还设置有若干冷却板(48)，所述冷却板(48)位于在所述载板(8)下方。

7.一种真空镀膜设备，其特征在于，包括如权利要求1-6任一权利要求所述的一种真空镀膜腔室。

8.如权利要求7所述的一种真空镀膜设备，其特征在于，还包括：

依次设置且连通的自动化上料装置(1)、装载腔室(2)、进料缓存腔室(3)、出料缓存腔室(5)、卸载腔室(6)、自动化下料装置(7)，所述真空镀膜腔室(4)位于所述进料缓存腔室(3)和所述出料缓存腔室(5)之间，所述真空镀膜腔室(4)分别与所述进料缓存腔室(3)和所述出料缓存腔室(5)连通；

装载有工件的所述载板(8)在自动化上料装置(1)、装载腔室(2)、进料缓存腔室(3)、真空镀膜腔室(4)、出料缓存腔室(5)、卸载腔室(6)、自动化下料装置(7)内传输。

9.如权利要求8所述的一种真空镀膜设备，其特征在于，还包括：

回传装置(9)，连接所述自动化上料装置(1)和所述自动化下料装置(7)，用于将空载的所述载板(8)从所述自动化下料装置(7)回传至所述自动化上料装置(1)。

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