TWM591992U

TWM591992U - 用於在真空中沉積薄膜塗層的直列式塗布機

Info

Publication number: TWM591992U
Application number: TW108204142U
Authority: TW
Inventors: 弗拉基米爾傑科夫萊維奇石里波夫; 雅分亞麗山德羅維奇卡古洛夫; 謝爾蓋帕夫洛維奇瑪麗雪夫
Original assignee: 白俄羅斯商伊扎維克技術公司
Priority date: 2019-04-03
Filing date: 2019-04-03
Publication date: 2020-03-11

Abstract

本創作提供一種用於在真空中沉積薄膜塗層的技術設備。塗布機的輸送系統用於將基板保持架在垂直於其軸的方向上同步和逐步地從室移動到室中，此外，在每個處理室中，輸送系統沿其旋轉軸將基板保持架移動到工作區域；處理室具有朝向大氣的凹處，其尺寸由基板保持架的尺寸確定，並足以將處理裝置和監測儀器放置在其中，並且基板保持架的旋轉運動饋通裝置具有與基板保持架的中心軸耦合的裝置。

Description

用於在真空中沉積薄膜塗層的直列式塗布機

本創作提供一種在大規模生產中用於表面處理的技術設備，特別是用於具有特定光學、電學和其他特性的薄膜沉積的技術真空設備。

本領域已知將薄膜沉積到待處理物品(基板)上的各種單元。

因此，例如，於1989年7月25日公佈的專利US No.4851095描述了一種用於基板塗層的間歇鼓式裝置，其包括圓柱形基板保持架，基板安裝在成形表面上。已知裝置中基板塗層的均勻性是通過藉助於線性型處理裝置在基板工作區的鼓旋轉來提供的。

此外，根據2008年12月10日公佈的實用新型專利RU No.78785，它還被稱為技術自動化單元，其中，對於將薄膜沉積在基板上，後者安裝在支撐架上，所述支撐架沿處理裝置逐漸移動。

然而，本領域已知的用於沉積薄膜塗層的所有單元都具有共同的嚴重缺點，即：當用在批量生產時多層光學結構的沉積品質低；將幾個層同時施加在基板兩側上時單元不適用；對不同操作模式的處理裝置的使用存在嚴重限制。

所有這些缺點都是由於上述設備樣本設計的概念局限性造成的。

用於具有特定光學、電學和其他特性的薄膜沉積的大規模生產直列式塗布機最接近如2014年2月20日公佈的專利RU No.2 507 308中所述的發明所要求保護的物體的基本特徵。

在先前技術中，基板放置在可旋轉的圓柱形基板保持架上，所述基板保持架以相同的恆定線速度和旋轉速度沿直列式塗布機的工作區域依次移動。在這種情況下，以基板保持架表面的每個點在通過工作區域時至少進行兩次完整的旋轉的方式來選擇基板保持架的線性和旋轉速度的比。

直列式塗布機包括鎖、緩衝室、具有處理裝置的至少一個處理室、基板保持架和輸送系統。每個基板保持架以可旋轉圓筒的形式製成，並位於輸送系統的托架上，所述輸送系統安裝用於以恆定線速度連續移動直列式塗布機的室。

然而，先前技術也具有不利的特點，即：不能對基板的兩側同時進行塗層；在直列式塗布機中將薄膜沉積在基板上的過程中技術和處理裝置範圍的限制；單元的不可接受尺寸(根據必要的處理室數量)和當試圖使用直列式塗布機沉積具有數十層和數百層的結構時直列式塗布機的成本。

關於用於在真空中沉積薄膜塗層的直列式塗布機的設計變體所提出的本創作的目的是消除所有上述不利特徵。

這一目標是在根據第一設計變體的用於在真空中沉積薄膜塗層的直列式塗布機中實現的，其包括位於直列式塗布機的相對兩端處的輸入負載鎖室和輸出負載鎖室；具有用於基板表面處理和將薄膜沉積在其上的處理裝置的至少一個處理室；監測裝置；沿直列式塗布機整個長度的直通輸送系統，具有以支撐框架形式製成並用於將基板保持架從室連續移動到室中的托架；真空門；基板安裝在其成形表面上的可旋轉基板保持架；處理室包括朝向大氣的凹處，其尺寸由基板保持架的尺寸確定，並足以將技術和監測裝置放置在其中；處理室中的基板保持架的旋轉運動饋通裝置配備有將其與安裝在基板保持架的旋轉軸上並懸掛在支撐框架上的基板保持架的中心軸耦合的裝置；其中，基板保持架具有開口端和封閉端，並且開口端朝向工作區域定向，並且其外切直徑對應於基板保持架的最大外切直徑；並且直列式塗布機的輸送系統同步且逐步地將基板保持架沿垂直於其旋轉軸的方向從室移動到室中；此外，它還將基板保持架沿其在每個處理室中的旋轉軸移動到工作區域。並且在根據第二變體的用於在真空中沉積薄膜塗層的直列式塗布機中，包括位於直列式塗布機一側上的輸入負載鎖室和輸出負載鎖室；具有用於基板表面處理和將薄膜沉積在其上的處理裝置的至少兩個處理室；監測裝置；沿直列式塗布機整個長度的直通輸送系統，具有以支撐框架形式製成並用於將基板保持架從室連續移動到室中的托架；測量基板保持架移動方向的返回室；真空門；基板安裝在其成形表面上的可旋轉基板保持架；處理室包括朝向大氣的凹處，其尺寸由基板保持架的尺寸確定，並足以將處理裝置和監測裝置放置在其中；處理室中的基板保持架的旋轉運動饋通裝置配備有將其與安裝在基板保持架的水平旋轉軸上並懸掛在配置為在垂直位置中移動的支撐框架上的基板保持架的中心軸耦合的裝置；其中，基板保持架具有開口端和封閉端，並且開口端朝向工作區域定向，並且其外切直徑對應於基板保持架的最大外切直徑；並且直列式塗布機的輸送系統同步且逐步地將基板保持架沿垂直於旋轉軸的方向從室移動到室中；並且此外，它將基板保持架沿其在每個處理室中的旋轉軸移動到工作區域。

另外，在用於在真空中沉積薄膜塗層的直列式塗布機的第一變體中，輸送系統的支撐框架安裝為能夠：或者在水平位置從室移動到室中，基板保持架的旋轉軸垂直定向，或者在垂直位置移動，基板保持架的旋轉軸水平定向。

在兩個變體中，處理室分成兩個區域，即基板保持架的工作區域和移動區域，其中，剛性安裝在輸送系統的支撐框架上的隔板將工作區域與移動區域分離開，並且基板保持架以旋轉表面的形式製成，例如，穹頂、截頭圓錐體或圓柱體。

此外，基板保持架的表面可以包括用於獨立旋轉基板的裝置和用於安裝基板的通孔。

另外，處理室的工作區域可以具有提供處理裝置的氣體隔離的元件，並且基板保持架的表面可以具有可以設計為可移動元件的用於基板的固定裝置。

在兩個直列式塗布機設計變體中，都使用了諸如蒸發器和/或磁控管和/或離子源和/或電漿發生器的處理裝置，並且都使用了諸如光傳輸/反射控制裝置和/或石英塗層速率計等監測裝置。

另外，直列式塗布機的第二變體，基板保持架以在其成形表面上具有通孔的圓柱體的形式製成，基板安裝在所述通孔中；並且基板工作區域包括至少兩個處理裝置，用於同時將雙面膜沉積在基板表面上。

1:輸入負載鎖室

2:輸出負載鎖室

3:處理室

4:處理裝置

5:抽空單元

6:基板

7:通孔

8:基板保持架

9:固定裝置

10:真空門

11:輸送系統

12:輥子

13:直線運動導軌

14:磁軸承

15:支撐框架

16:工作區域

17:凹處

18:分離隔斷

19:隔板

20:旋轉運動饋通裝置

21:中心軸

22:耦合裝置

23:基板旋轉裝置

24:載入台

25:卸載台

26:返回室

27:返回模組

28:移動區域

29:電漿發生器

30:磁控管

31:蒸發器

A:清潔區域

圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6、圖7示意性地示出了直列式塗布機的兩個設計變體(圖1、圖2)、以及包括在使公佈的直列式塗布機運行的兩個變體中的組件，並解釋了用於在真空中沉積薄膜塗層的直列式塗布機所提出的變體的操作。

當前的用於在真空中沉積薄膜塗層的直列式塗布機(變體)包括：1.輸入負載鎖室(load lock chamber)，2.輸出負載鎖室，3.處理室， 4.處理裝置，5.抽空單元，6.基板，7.用於安裝基板的通孔，8.基板保持架，9.固定裝置，10.真空門，11.輸送系統，12.輥子，13.直線運動導軌，14.磁軸承，15.支撐框架，16工作區域，17.處理室的凹處，18.分離隔斷，19.隔板，20.旋轉運動饋通裝置(rotary motion feedthrough)，21.中心軸，22.耦合裝置，23.基板旋轉裝置，24.載入台，25.卸載台，26.返回室，27.返回模組，28.移動區域， 29.電漿發生器，30.磁控管，31.蒸發器。

為了確保根據第一變體(圖1)的直列式塗布機的運行，所有室(輸入負載鎖室1、輸出負載鎖室2，以及所需數量的處理室3)必要時通過真空門10串聯連接，以形成直列式塗布機，並配備有單獨的直通輸送系統11、抽空單元5，並且在每個處理室3都配備有用於基板6表面處理和將薄膜沉積在其上的處理裝置4和監測裝置。而且，每個處理室3都包括帶有耦合裝置22的旋轉運動饋通裝置20(圖3)。

直列式塗布機的室形成真空通道，其中布置直通輸送系統11，以確保固定在基板保持架8的成形表面上的基板6從一個處理室3移動到用於薄膜沉積的另一個處理室。

通常，線中的處理室3的數量由應用到基板6上的材料的厚度和成分來確定。

用於沉積薄膜的基板6放置在真空通道外，所述真空通道在基板保持架8的成形表面上的載入台24上，例如由通孔7製成。例如，使用基板固定裝置固定基板(圖4)。並且在卸載台25上，已完成的產品(具有沉積在其上的薄膜的基板6)被從基板保持架8上去除，並放置在輸送盒中，以供進一步使用。

也就是說，用於將基板6固定在基板保持架8的成形表面上的固定裝置9以可移動元件的形式製成，並且用於安裝基板6的通孔7的形式可以對應於放置在其中的基板的形式。

基板保持架8可以以旋轉表面(例如，穹頂、截頭圓錐體或圓柱體)的形式製成，並且包括開口端和封閉端，其中，基板保持架8的封閉端安裝在其中心軸21上和基板保持架8的旋轉軸上。在這種情況下，基板旋轉裝置23可以安裝在基板保持架8的成形表面上，提供基板6的額外獨立旋轉(圖3、圖4、圖5、圖6)。

基板保持架8的封閉端一側上的中心軸21懸掛(cantilevered)在以輸送系統11的支撐框架15的形式製成的托架上，所述輸送系統包括安裝在輸送系統11的輥子12上的直線運動導軌13。此外，支撐框架15的上部可以是用於穿過非接觸式磁性支撐(允許將基板保持架8保持在垂直位置的磁軸承14)移動的磁性直線運動導軌(圖3)。

輸送系統11允許基板保持架8朝向大氣移動到處理室3的凹處17中，在此大氣中還提供基板保持架8的旋轉運動饋通裝置20，所述旋轉運動饋通裝置設置有將旋轉運動饋通裝置20與基板保持架8的中心軸21耦合的耦合裝置22。

而且，在處理室3中製成的凹處17的尺寸對應於基板保持架8的尺寸，並且足以放置處理裝置4和監測裝置(圖中未示出)。此外，還可以使用諸如透光裝置/反射控制裝置和/或石英塗層速率計的監測裝置。

處理裝置4和測試裝置和測量裝置放置在形成在處理室3中的凹處17中，與輸送系統11定位在其處的處理室的部分分離的基板6工作區域16形成移動區域28(圖3、圖4、圖6)。

處理室3與工作區域16和移動區域28的分離由剛性安裝在支撐框架15上的隔板19提供(圖5、圖6)。當將薄膜沉積在基板6的表面上時，需要對處理室3進行這樣的劃分，以保護基板6的表面不受不希望的污染。應當注意，基板保持架8的開口端總是指向工作區域16，並且開口端的外切直徑對應於基板保持架8的最大外切直徑。

直列式塗布機的輸送系統11配置為將基板保持架8在垂直於其旋轉軸的方向上同步和逐步地從室移動到室中，此外，在每個處理室3中，輸送系統11提供將基板保持架8沿其旋轉軸從移動區域28移動到工作區域 16的能力。

根據所述直列式塗布機的第一變體，輸送系統11的支撐框架15可以安裝為具有在水平和垂直位置從室移動到室中的能力。而且，基板保持架8的旋轉軸分別垂直或水平定向。

可以使用位於基板保持架8開口端側上的工作區域16中的處理裝置4，如，蒸發器31和/或磁控管30和/或離子源和/或電漿發生器29和/或加熱裝置等。

此外，在直列式塗布機的第一變體中，當例如穹頂(半球)或截頭圓錐體形式的旋轉表面用作基板保持架8時，提供基板6獨立旋轉的基板旋轉裝置23可以安裝在基板保持架8的成形表面上(圖5、圖6)。此外，基板6獨立旋轉的基板旋轉裝置23也可以設置有固定裝置9(夾具)。基板保持架8的這種設計方案使得有可能將高品質薄膜沉積在基板上，並確保其高均勻性。

當使用諸如蒸發器31的對坩堝進行間接加熱並使用可再生量的薄膜沉積材料的處理裝置4(圖3)時，安裝在工作區域16中的處理裝置4的數量由基板保持架8的尺寸來確定。

加熱裝置一般位於基板保持架8內的工作區域16中，並且具有幾個單元的監測裝置可以安裝在基板保持架8的內側上和外側上。

有可能在工作區域16中使用不同的處理裝置4，使用這些裝置需要最大程度地相互隔離。在這種情況下，使用各種元件，例如，提供處理裝置的氣體隔離。為了氣體隔離，抽空單元5放置在凹處17的壁上的處理裝置之間，並且處理裝置4通過結構元件(例如，分離隔斷18)進一步分離(圖7)。

因此，由於在一個處理室3中使用了各種處理裝置，提供了沉積薄膜的過程可變性和低缺陷性。

直列式塗布機的第二設計變體(圖2)與第一設計變體的不同之處在於，如果根據所選技術過程(technological process)的需要，它允許使用更多的處理室，所述處理室設置為使得它們形成由返回室26連接的兩個塗布機軌道(直接和返回)。返回室26的使用允許輸入負載鎖室1和輸出負載鎖室2分別位於直列式塗布機的一側上，其通過僅布置一個清潔區域A(圖2)減少了生產區域的使用，並合理地將生產現場劃分為直列式塗布機的清潔區域和服務區域。

清潔區域A是生產室的一部分，在生產室中控制氣溶膠顆粒的濃度，並且建造和使用所述清潔區域是為了使室內顆粒的滲透、生成和積聚最小化，並且在生產室中監測諸如溫度、濕度和壓力的其他參數。

真空返回室26位於與清潔區域A相對的直列式塗布機的端部處，並配備有返回模組27(圖2)。在清潔區域A中，在返回軌道的端部處，有返回模組27(圖2)，用於使基板保持架8從返回軌道重新定向到另一個軌道(直接軌道)。

在直列式塗布機的第二變體中，支撐框架15安裝為有可能在垂直位置移動，基板保持架8的旋轉軸始終水平。

應該注意，在直列式塗布機的第二設計變體中，基板保持架8用作基板保持架，其旋轉表面以圓柱體的形式製成，具有在支撐框架15的一側上製成的一個封閉端，以及第二開放端；也就是說，例如磁控管30和蒸發器31(圖3、圖4)的處理裝置4可以放置在基板保持架8的內側和外側，並且封閉端可以是盲板或者以金屬板或輻條的形式。

假設基板6固定在圓柱基板保持架8的通孔7中，則處理裝置4通常布置為使得從兩側(外部和內部)同時沉積基板6上的塗層。為此，使用至少兩個處理裝置4，其中一個位於基板保持架8的成形表面外側，並且另一個位於內側(圖3、圖4)。

在第一設計變體中，所提出的用於在真空中沉積薄膜塗層的直列式塗布機如下操作。

在直列式塗布機的輸入端，通常有兩個載入室，在塗布機的輸出端有兩個輸出負載鎖室2，其中具有處理裝置4和監測裝置的處理室3沿直列式塗布機的長度放置在輸入負載鎖室與輸出負載鎖室(在圖中未示出)之間。此外，直列式塗布機中的處理室3的數量取決於指定的技術過程和直立式塗布機的所需的輸出。

基板6放置在基板保持架8的成形表面上，基板保持架8使用固定裝置9在通孔7中從封閉端側懸掛到支撐框架15，或者在用於旋轉基板的基板旋轉裝置23中。

支撐框架15與基板保持架8一起送入到載入台24，所述支撐框架是輸送系統11的配備有安裝在輥子12上的直線運動導軌13的一部分。

從載入台24，填充有基板6的基板保持架8穿過位於直列式塗布機入口處的真空門10，並在其中的大氣壓下進入第一輸入負載鎖室1。在這種情況下，第一與第二輸入負載鎖室1之間以及負載鎖室與處理室之間的真空門關閉。在第一輸入負載鎖室1中，抽空單元5產生初步的低真空，由於為處理準備，這是必需的。

在第一輸入負載鎖室1的抽空結束時，打開輸入負載鎖室1之間的真空門10，並將具有基板保持架8的支撐框架15移動到第二輸入負載鎖室1，在所述第二輸入負載鎖室中抽空單元5產生高真空。在抽空過程中，真空門10在輸入負載鎖室1之間關閉，具有基板保持架8和基板6的下一個支撐框架15位於第一輸入負載鎖室1中，並且第一輸入負載鎖室1被抽空以獲得低真空。

下面，為了簡化描述，我們不再重複送入到直列式塗布機中的具有基板保持架8的每個後續支撐框架15位於前一個室中(圖1、圖2)。

用於基板的預處理裝置(例如，清潔或加熱裝置)有時放置在輸入負載鎖室1中，這是技術過程中的第二個。

在這種情況下，第二輸入負載鎖室1將鎖定功能與基板6的預處理組合，並且實際上，它是第一處理室3。

然後打開第二輸入負載鎖室1與處理室3之間的真空門，支撐框架15與基板保持架8移動到所述處理室中。關閉輸入負載鎖室1與處理室3之間的真空門10。使用輸送系統11的位於處理室3中的一部分，將具有基板保持架8的支撐框架15從移動區域28移動到位於設置在處理室3中的凹處17中的工作區域16。此時，剛性連接到支撐框架15的隔板19鄰近處理室的壁，並將工作區域16與移動區域28分離。旋轉運動饋通裝置20使用耦合裝置22連接到基板保持架8的中心軸21。

在處理室3中，通過抽空單元5預產生並持續保持高真空。打開旋轉運動饋通裝置20，所述裝置通過連接到中心軸21，旋轉帶有基板6的基板保持架8，並向安裝在工作區域16中的處理裝置4供電。

如果同時使用諸如電漿發生器29和磁控管30的處理裝置作為在一個處理室3中沉積薄膜的處理裝置4，則使用抽空單元5和分離隔斷18(圖7)提供處理裝置彼此的氣體隔離。

當達到所需的薄膜厚度和成分時，在監測裝置的指令下關閉處理裝置4的電源，並停止基板保持架8的旋轉。

使用輸送系統11將具有基板保持架8的支撐框架15從凹處17轉移到移動區域28的起始位置，並將基板保持架8的中心軸21與旋轉運動饋通裝置20解耦合。

在處理室3中完成將薄膜沉積在基板6上的處理之後，打開處理室3與輸出負載鎖室2之間的真空門10，並且具有基板保持架8的支撐框架15通過真空通道移動到輸出負載鎖室2，在此處預產生高真空，關閉處理室與輸出負載鎖室2之間的真空門10。

此外，通過輸出負載鎖室2之間的真空門10，將支撐框架15移動到第二輸出負載鎖室2，並關閉輸出負載鎖室2之間的真空門。同時，一個輸出負載鎖室2被抽真空，恢復其中的高真空水平，並允許空氣進入，以在位於直列式塗布機輸出端處的另一個輸出負載鎖室2中達到大氣壓力。

通過直列式塗布機輸出端處的真空門10將具有基板保持架8的支撐框架15移動到卸載台25，並關閉真空門10。

從基板保持架8上去除具有沉積在其上的薄膜的基板6，放置在輸送盒(在附圖中未示出)上，並輸送到儲存區域。

如果在直列式塗布機中使用幾個處理室，則可以在每個處理室中應用不同成分的材料，需要使用各種氣體。

安裝在輸送系統11的支撐框架15上並將處理室3分成兩個區域(基板保持架8的工作區域16和移動區域28)的隔板19幫助避免處理室3之間的不同工作氣氛的混合。

同時，所有處理室的移動區域28形成了直列式塗層機的所謂的輸送通道，直通輸送系統11位於所述輸送通道中。由於沒有向真空通道特定提供工作氣體，因此自動解決了消除單獨的處理室中的不同工作氣體相互影響的任務，並且將強大的抽空單元5安裝在真空通道中，這保持了已知低於工作區域16中的壓力的壓力。

該過程持續進行，並且其實施中的非常重要的點是：當基板保持架8連續地從一個室移動到另一個室時，直列式塗布機的輸送系統11允許基板保持架8在垂直於基板保持架8的旋轉軸的方向上同步和逐步移動，並且同時，提供它們沿基板保持架的旋轉軸移動到工作區域的可能性。

此外，在第一設計變體中，在直列式塗布機的操作中，如有必要，輸送系統11的支撐框架15可以在水平位置從室移動到室，基板保持架 8的旋轉軸垂直定向，或在垂直位置，基板保持架8的旋轉軸水平定向。

如上所述，直列式塗布機可以包括幾個處理室3，例如，用於沉積各種材料的複合膜或用於沉積大厚度薄膜。真空直列式塗布機的任何處理室3中的最長塗布時間被選作直列式塗布機的操作時間。

在這種情況下，所述直列式塗布機的膜沉積過程包括相同持續時間的幾個連續步驟。步驟的長度等於節拍時間(takt time)。

在計畫沉積整個薄膜時考慮到不同材料的成形速率和不同層的計算厚度的情況下，直列式塗布機具有最大的容量，即以最小的節拍運行。

直列式塗布機第二設計變體的操作不同於第一設計變體的操作，在第一設計變體中，僅圓柱形基板保持架8用作基板保持架8。在緊挨著輸入負載鎖室1的載入台24上，通過固定裝置9將基板6固定在圓柱形基板保持架8的通孔7中。在直列式塗布機的第二設計變體中，支撐框架15垂直定向，並且輸送系統11包括磁軸承14。

此外，根據第二設計變體，直列式塗布機由輸送系統的兩條軌道(直接和返回)組成。此外，輸入負載鎖室1和輸出負載鎖室2位於直列式塗布機的一側上，並且在相對側上，放置真空返回室26，所述真空返回室包括用於將具有基板保持架8的支撐框架15從向前軌道移動到返回軌道的返回模組27。

支撐框架15被輸送系統11從載入台24移動通過位於直接軌道上的輸入負載鎖室1和處理室3的執行方式類似於在垂直於基板保持架8旋轉軸的方向上同步和逐步地移動的直列式塗布機的第一設計變體。與第一設計變體一樣，輸送系統11在處理室3中提供了沿基板保持架8的旋轉軸將基板保持架8從移動區域28移動到工作區域16的可能性。

在直接軌道的處理室3中完成將薄膜沉積在基板6上時，支撐框架15和基板保持架8一起進入返回室26，在此處返回模組27將具有基板保持架8的支撐框架15從直接軌道移動到返回軌道，並將它們定位在輸送系統11的返回軌道上。之後，將支撐框架15和基板保持架8一起移動到位於返回軌道上的處理室3，以進一步處理基板6，並且返回室的返回模組27返回到其初始位置。

在返回軌道上的處理室3中完成基板6的處理時，經由輸送系統11將支撐框架15和基板保持架8一起通過打開的真空門10移動到第一輸出負載鎖室2，並且在下一步驟移動到第二輸出負載鎖室(最後的輸出負載鎖室2)。在直列式塗布機操作的最後步驟，當沉積預定結構的薄膜時，將支撐框架15和基板保持架8一起移動到卸載台25，並關閉輸出端處的真空門。

I.根據第一變體(圖1)的直列式塗布機特定設計的實例。

根據第一設計變體所提出的直列式塗布機用於將具有光學結構的多層薄膜沉積在玻璃基板的表面上，即，用於大規模生產用於現代智慧手機的照相和攝像機光學部件的切割和帶通濾波器。

一個近紅外濾波器的典型結構包含37層，總厚度大約為2242nm。作為層材料，使用以下化合物的組合：Si₃N₄(矽氮化物)，作為折射率高的層，SiO₂(二氧化矽)，作為折射率低的層，Si(矽)，作為可見區中吸收率高、折射率高的層。

在光學薄膜塗層結構中共有37層：4層矽氮化物，總厚度約147nm，17層二氧化矽，總厚度約777nm，16層矽，總厚度約1318nm。

作為直列式塗布機的特定設計的實例，直列式塗布機被認為使用了以下裝置：載入台24、第一和第二輸入負載鎖室1、第一和第二輸出負載鎖室2、卸載台25、不被真空門10分離的五個處理室3、圓柱形基板保持架8、使用固定裝置9安裝在基板保持架8的通孔7中的光學玻璃工件形式的基板6(圖1、圖4)。

作為處理裝置4，使用帶有矽陰極的磁控管30、氣體放電電漿發生器29、基板加熱器(圖中未示出)、光控制裝置形式的監測裝置(圖中未示出)。

直通輸送系統11包括支撐框架15和磁軸承14，所述支撐框架具有安裝在導軌輥子12上的直線運動導軌13。

當基板保持架8位於處理室3的凹處17中時，工作區域16中的磁控管30和電漿發生器29布置為作用在基板保持架8的外表面上。

基板6的加熱器(圖中未示出)位於基板保持架8的內側上，並且具有不同單元的監測裝置位於基板保持架8的外側和內側上。也就是說，電漿發生器29通過分離隔斷18和渦輪分子泵5與磁控管30分離(圖7)。

在技術過程中，當ICP裝置(電感耦合電漿)、氧氣或氮氣以稍低的壓力((5-7)x10^-1Pa)供應時，將壓力約為(8-9)x10^-1Pa的氬氣供應到磁控管30的區域作為工作氣體，並供應到氣體放電電漿發生器29的區域。

因此，實現了在磁控管的區域中幾乎純氬氣作為工作氣體的條件，從而由於磁控管30的濺射靶表面上出現了氧化膜，確保了矽的高濺射率和最小的電弧形成。由於沒有由弧產生的微粒，它提供了非常低的缺陷層。

基板6單次穿過磁控管的區域，在其表面上形成厚度只有一奈米的純矽層。當電漿發生器29的氣體放電區域穿過基板時，分別地，如果氧氣被送入電漿發生器29區域，則該層轉化為二氧化矽，如果是氮氣，則轉化為矽氮化物。當氬的電漿供應到電漿發生器29區域時，在不改變其化學成分的情況下，對沉積矽的層施加能量效應。

因此，通過切換供應到特定處理室3中的電漿發生器29區域的工作氣體，此時形成層，其成分對應於進入最終薄膜過濾結構的材料之一。

由於薄膜結構的總厚度為2242nm，因此該結構中各個層的厚度從8nm變化到200nm，並且在這種情況下，不同材料的應用速率大致相等，使用五個處理室3，在每個處理室中基板具有相同的速度，薄膜層的包(packet)厚度大致相等。

對於所考慮的光學結構，這樣的分割導致以下情況：在第一處理室3中，前12層的總厚度為447nm，在第二處理室中，接下來5層的總厚度為461nm，在第三處理室中，3層的總厚度為419nm，在第四處理室中，9層的總厚度為466nm，在第五處理室中，最後8層的厚度為449nm。

將膜沉積在安裝在所述直列式塗布機上的基板保持架8上的基板6上包括以下相同持續時間的連續步驟。

步驟1

輸送系統11的支撐框架15送入到位於輸入負載鎖室1前面的載入台24。具有固定在其中的基板6的固定裝置9安裝在通孔7中，所述通孔布置在基板保持架8的成形表面上。將空氣引入到第一輸入負載鎖室1中，直到達到大氣壓力。在這種情況下，第一與第二輸入負載鎖室1之間的真空門10關閉。

步驟2

從載入台24側打開第一輸入負載鎖室1的鎖，將具有基板保持架8的支撐框架15與安裝在其成形表面上的基板6一起移動到第一輸入負載鎖室1。關閉真空門10，並使用抽空單元5(機械泵)抽出第一輸入負載鎖室1的空氣量，以獲得預真空。此時，載入台24包含具有基板保持架8的下一個支撐框架15，以安裝基板6。

步驟3

打開第一與第二輸入負載鎖室1之間的真空門10，並將具有基板保持架8的支撐框架15移動到輸入負載鎖室1。此時，第二輸入負載鎖室 1與下游處理室3之間的真空門10關閉。關閉第一與第二輸入負載鎖室1之間的鎖，之後從第二輸入負載鎖室1排出空氣，以獲得高真空。

步驟4

打開第二輸入負載鎖室1與第一處理室3之間的真空門10。具有基板保持架8的支撐框架15和放置在基板保持架上的基板6進入下游處理室3。之後，關閉第二輸入負載鎖室1與第一處理室3之間的真空門10。處理室3的輸送系統11將具有基板保持架8的支撐框架15移入到凹處17中，其中，安裝在支撐框架15上的隔板19將處理室3中的工作區域16與移動區域28分離。旋轉運動饋通裝置20通過耦合裝置22連接到基板保持架8的中心軸21，並且基板保持架8以每秒1至3轉的頻率旋轉。

同時，將所需的氣體供應到工作區域16。同時，將工作氣體供應到電漿發生器29的位置區域，而氬氣在磁控管30的位置區域。在工作區域16中設置所需的工作壓力，並通過打開加熱裝置並控制溫度來將基板6加熱到由技術過程確定的溫度。將電源供應到磁控管和電漿發生器29，並沉積第一層薄膜。

當達到沉積層所需的厚度時，在監測裝置的指令下關閉磁控管30和電漿發生器29的電源，並切換送入系統，以改變電漿發生器29區域中的工作氣體的成分。之後，再次打開磁控管30和電漿發生器29的電源，並沉積第二層薄膜。重複此操作順序，直到所計畫的膜結構的第十二層被沉積，並且基板6上的一組層的總厚度達到447nm。之後，關閉處理裝置的電源，並關閉用於供應工作氣體的閥。處理室3中的輸送系統11將具有基板保持架8的支撐框架15從位於凹處17中的工作區域16移動到移動區域28，在所述移動區域中，基板保持架8的中心軸21與旋轉運動饋通裝置20解耦合。

步驟5、步驟6、步驟7、步驟8

通過輸送系統11，依次將具有基板保持架8的支撐框架15經由處理系統從處理室3移動到下一個處理室，在每個步驟執行與步驟4相同的處理。

不同之處在於：在基板6上沉積5層，總厚度為461nm，在下一個處理室中沉積3層，總厚度為419nm，在第四處理室3中沉積9層，總厚度為466nm，在處理過程中的最後一個處理室(第五室)中沉積最後8層，總厚度為449nm。

步驟9

打開最後一個處理室3與輸入負載鎖室1之間的真空門10，將具有基板保持架8的支撐框架15從處理室3移動到第一輸出負載鎖室2，並關閉所述真空門10。

步驟10

打開輸出負載鎖室2之間的真空門10，並將支撐框架15和基板保持架8一起移動到下一個輸出負載鎖室2，關閉負載鎖室之間的真空門。在鄰近處理室3的輸出負載鎖室2中進行抽空到高真空，並允許空氣通過到另一個輸出負載鎖室2，以獲得大氣壓力。

步驟11

打開輸出負載鎖室2與卸載台25之間的真空門10，將具有基板保持架8的支撐框架15移動到卸載台25，並關閉直列式塗布機輸出端處的真空門10。之後，通過機械泵將最後一個輸出負載鎖室2抽空到初步真空。

步驟12

將具有沉積了37層薄膜的基板6從基板保持架8上去除，放置在輸送盒中，並運送至儲存區域，以供進一步使用，然後使具有基板保持架8的支撐框架15返回到載入台24，在所述載入台，用基板6再次填充入基板保持架8的通孔7。

II.根據第二變體(圖2、圖3)的直列式塗布機特定設計的實例。

所述直列式塗布機的第二設計變體可以用於大規模生產異質結太陽能電池，以形成單晶矽晶片表面的光學視窗和銅金屬化。

由於在異質結太陽能電池的製造技術中對最高允許處理溫度有嚴格的限制(不高於200℃)的事實，不可能使用廣泛使用的絲網印刷和燃燒高溫含銀膏的方法在矽晶片的前表面和後表面上產生金屬接觸。因此，使用焊接技術從太陽能電池組裝太陽能電池板的企業不可以使用異質結太陽能電池，儘管事實上它們的效率和潛力明顯高於具有基於焊接高溫含銀膏的金屬化的其他類型的矽太陽能電池。

太陽能電池的已知結構包括一個矽晶片，使用真空PECVD(PECVD電漿增強化學氣相沉積)沉積方法在其兩側上沉積有兩薄層非晶矽。每層的厚度不超過10至20nm。然後，在矽晶片的兩側上，通過PVD(PVD電漿氣相沉積)方法(通常是ITO(銦錫氧化物))將透明導電氧化物的層沉積在非晶層上。作為特定的技術方法，從合適成分的靶上進行磁控管濺射是最常用的。太陽能電池製造技術的下一個步驟是絲網印刷，使用昂貴的低溫含銀膏進行絲網印刷。

由於印刷觸點不可能焊接，大多數太陽能電池板製造商不能使用通過所述技術獲得的太陽能電池。為了避免在組裝太陽能電池時使用焊接操作，應該使用特別昂貴的設備和材料。

製造太陽能電池的替代方法是使用所提出的直列式塗布機，在所述直列式塗布機中，在不中斷真空循環的情況下，將厚度約為5μm的銅層應用到ITO表面，並且這些層由緻密的薄錫膜來保護。

該掩模通過絲網印刷方法印刷在結構表面上，由此獲得並在不受印刷掩模保護的位置滲出銅錫金屬塗層。之後，從表面去除掩模材料。該過程成本低廉，並廣泛應用於印刷電路板的生產中。由此產生的太陽能電池現在具有鍍銅，這比含銀電池便宜得多。此外，銅表面上的錫不僅可以保護其將用於焊接的表面，還可以作為焊接處理的鍍錫模擬。

圖2所示的直列式塗布機的第二變體可以用於通過ITO結構(~100nm)+Cu(~5000nm)+Sn(~700nm)沉積PVD。這種直列式塗布機包括成對布置在輸送系統11的直接和返回軌道上的八個處理室3。在工作區域16的第一和最後一個處理室3中，磁控管30用作處理裝置4。在第一處理室中，磁控管30具有來自ITO材料的陰極，並且在最後一個處理室中，具有錫陰極。在其他處理室3中，蒸發器31作為處理裝置4安裝，其設計確保了可消耗銅材料的持續補充。具有蒸發器31的處理室3不使用真空門10相互連接。

工作區域16中的磁控管30和蒸發器31的布置方式為使其同時作用在圓柱形基板保持架8的外表面和內表面上。為此，至少兩個處理裝置4放置在基板保持架8的開口端側上的工作區域16中。此外，一個處理裝置4放置在基板保持架8的成形表面的外側上，並且第二處理裝置位於其內側上(圖3)。

氬氣和氧氣的混合物被供應到安裝在第一處理室3中的磁控管30的位置區域，到約(8-9)×10^-1Pa的壓力，並且氬氣被送入到最後一個處理室3中的磁控管30的區域，到相同壓力。工作氣體不供應到其他處理室，而銅的蒸發發生在5×10^-3Pa的殘餘氣體壓力下的高真空中。因此，獲得了銅的導電率最大地接近大塊材料的導電率的條件。

基板6(即位於通孔7中基板保持架8的圓柱形表面上的矽板)同時從外側和內側用磁控管30或蒸發器31進行處理。在這種情況下，應用沉積材料(ITO、Cu、Sn)的層，其厚度由保持在該處理室3的濺射(蒸發)速度和圓柱形基板保持架8的旋轉速度確定。沉積在基板6上的有限厚度的材料的每一層都由應用在基板保持架8一轉中的大量子層組成。這允許在基板6的表面上形成具有最少數量的通孔(穿孔)的膜。

為了使直列式塗布機整個週期的工作時間最短，銅層的最終厚度(5000nm)最好分成六等份，六個處理室3分別用於六個等份。在這種情況下，每個部分的厚度將約為835nm，並且線路的循環時間將等於分別應用100nm ITO或835nm銅或700nm錫所需的三個時間之中的最大值。

根據第二設計變體的直列式塗布機中將膜沉積在基板6上的過程包括相同持續時間的16個連續步驟。在這種情況下，所有步驟的持續時間都是相等的，並且構成了直列式塗布機的循環時間。

步驟1

使用夾具9將矽晶片6固定在圓柱形基板保持架8的通孔中，之後將垂直定位的輸送系統11的支撐框架15提供給第一輸入負載鎖室1上游的載入台24。在第一輸入負載鎖室1中，將空氣供應到大氣壓力，並關閉輸入負載鎖室之間的真空門10。

步驟2

打開載入台24與第一輸入負載鎖室1之間的真空門10，並將具有基板保持架8的支撐框架15移動到第一輸入負載鎖室1。之後，關閉載入台24側上的真空門10，並使用抽空單元5抽空第一輸入負載鎖室1的容積，以實現預真空。此時，載入台24包含具有固定在基板保持架8中的基板6的下一個支撐框架15。

步驟3

打開第一與第二輸入負載鎖室1之間的真空門10，並將支撐框架15與基板保持架8和具有安裝在其成形表面上的基板6一起移動到下一個(第二)輸入負載鎖室1。關閉輸入負載鎖室1之間的真空門。在第二輸入負載鎖室1中，產生高真空，並將空氣引入到前一輸入負載鎖室1。此時，關閉輸入負載鎖室與第一上游處理室3之間的真空門10。

步驟4

打開定位在第二輸入負載鎖室1與第一處理室3之間的真空門10。此時，關閉第一與第二處理室3之間的真空門10。將具有基板保持架8的支撐框架15移動到第一處理室3，並關閉真空門10。

位於處理室3內側的輸送系統11將具有基板保持架8的支撐框架15移入到處理室3的凹處17(空腔)中。此時，通過耦合裝置22將旋轉運動饋通裝置20連接到基板保持架8的中心軸21。以每秒1-3轉的頻率旋轉基板保持架8，然後按照所需比例向安裝有磁控管30的工作區域16供應氬氣和氧氣。

在處理室3中，設置所需的操作壓力，然後向磁控管30供電，並將100nm的ITO層沉積到矽晶片的兩側。

在由儀錶裝置控制的將膜沉積在基板上結束時，關閉磁控管30的電源，並關閉工作氣體供應系統至第一處理室3的閥，並將所述室抽空到高真空。

使用第一處理室3中的輸送系統11，將支撐框架15從凹處17的工作區域16移動到移動區域28，在所述移動區域中，使基板保持架8的中心軸21與旋轉運動饋通裝置20解耦合。

步驟5

打開第一與第二處理室3之間的真空門10，並將具有基板保持架8的支撐框架15移動到第二處理室3，並關閉真空門10。位於第二處理室3中的輸送系統11將具有基板保持架8的支撐框架15移入到凹處17中。在旋轉運動饋通裝置通過耦合裝置22連接到中心軸21之後，通過使用旋轉運動饋通裝置20，以每秒1-3圈的頻率旋轉基板保持架8，然後向蒸發器31供電，並將下一個膜層(即具有835nm厚度的銅層)同時沉積在ITO塗層基板6 的兩側上。根據控制基板6塗層過程的監測裝置的訊號，關閉蒸發器31的電源，並將常規劑量的銅送入到蒸發器31的坩堝。使用輸送系統11將支撐框架15從凹處17移到移動區域28，並將基板保持架8的中心軸21與旋轉運動饋通裝置20解耦合。

步驟6、步驟7

在這些步驟中，將支撐框架15移動到以下處理室中，重複與第五步驟類似的操作。

步驟8

將支撐框架15移動到返回室26。輸送系統的可移動部分是位於真空返回室26中的返回模組27，將具有基板保持架8的支撐框架15旋轉180度，並將其定位在輸送系統11的返回軌道上。將具有基板保持架8的展開的支撐框架15移動到下一個處理室3，之後返回模組27返回到初始位置。

步驟9

在第五處理室3中，所有操作與步驟5類似。

步驟10、步驟11

將具有基板保持架8的支撐框架15移動到以下的上游處理室3，在此處以相同的方式重複與步驟5的操作類似的所有操作。

步驟12

打開第七與第八處理室3之間的真空門10。將具有基板保持架8的支撐框架15移動到第八處理室，關閉最後一個處理室3與輸出負載鎖室2之間的真空門10。在具有基板保持架8的支撐框架15容納在最後一個處理室3中之後，關閉處理室3之間的真空門10。使用位於八個處理室3中的輸送系統11，將具有基板保持架8的支撐框架15移動到凹處17，使用耦合裝置22將旋轉運動饋通裝置20連接到基板保持架8的中心軸21，並以每秒1-3轉的頻率旋轉基板保持架8。將氬氣供應到工作區域16至所需壓力，向磁控管30供電，並將700nm厚度的錫層沉積在已經沉積在矽晶片兩側上的銅層。之後，關閉磁控管30的電源，並關閉氬氣供應系統的閥，並抽空處理室3，以獲得高真空。

步驟13

打開位於最後一個處理室3與輸出負載鎖室2之間的真空門。將具有基板保持架8的支撐框架15移動到輸出負載鎖室2，關閉處理室3與負載鎖室2之間的真空門10。

步驟14

打開輸出負載鎖室2之間的鎖，並將支撐框架15移動到最後一個輸出負載鎖室2，關閉輸出負載鎖室2之間的鎖。在直列式塗布機的最後一個真空室(輸出負載鎖室2)中，引入空氣以達到大氣壓力，抽空第二輸出負載鎖室2以達到高真空。

步驟15

打開輸出負載鎖室2與卸載台25之間的真空門10，將具有基板保持架8的支撐框架15移動到卸載台25，然後關閉真空門10，並使用機械泵5抽空最後一個下游輸出負載鎖室2，以達到初步真空。

步驟16

從基板保持架8上去除具有沉積在兩側上的薄膜ITO-Cu-Sn的成品矽板，並通過返回模組27使具有基板保持架8的支撐框架15返回到載入台24。

因此，所提出的設計用於在真空中將薄膜沉積在基板上的直列式塗布機變體使得用於大量沉積具有大量層的高品質薄膜的設備生產率可能提高，並使在基板兩側上同時沉積薄膜成為可能。這不僅提高了整體系統性能，而且排除了在按順序在其每側上形成具有幾微米厚度的塗層過程中基板的變形(例如，彎曲)。

在沉積數十層或數百層薄膜的情況下，本創作使減少使用的處理室的數量成為可能，這意味著它們提供了更緊湊的直列式塗布機，所述直列式塗布機不需要使用巨大的生產區域進行安裝。

本創作在試生產中得到了驗證，並取得了良好的效果。

參考文獻

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