[发明专利]直列式多腔叠层并行处理真空设备及其使用方法

说明书

 

技术领域：

本发明涉及一种太阳能电池及平板显示制造领域的一种真空成膜设备，尤其涉及一种直列式多腔叠层并行处理的真空设备及其使用方法。

 

定义：本文中所指的工艺时间是指基板在反应腔中的处理时间。

技术背景

在太阳能电池及平板显示制造领域中，等离子增强的化学气相沉积（PECVD）技术是一种最常见的硅薄膜沉积技术，它是一种在较低的压力下，利用电磁场产生放电，通过电子碰撞使通入气体分解成高活性的粒子，从而在基板表面发生化学反应而沉积薄膜的方法。PECVD技术可用于制备非晶硅、微晶硅、硅锗、氮化硅、氧化硅、氮氧化硅等薄膜，其在叠层硅薄膜电池、硅基异质结电池、OLED等相关领域都有着广泛应用。

一般来说，PECVD设备有两种常见的结构：一种是团簇式设备结构如中国专利CN202246859U所示，另一种是直列式设备结构，如中国专利CN202307808U所示。在实际的大规模工业生产中，为了能够增加产能和节省成本，人们多采用团簇式结构并对其不断改进，比如增加设备周边所挂腔体的数量（如可挂腔体3-8个）或者将多个反应腔体在竖直方向上堆叠（2-10个），均取得了较好的提高生产能力的效果，例如在中国专利CN202246859U中，如图1和图2所示，该团簇式的真空处理系统1包含了传输腔11以及呈星型设置在传输腔周围的加进片出片腔12以及三个反应腔13，并且反应腔13内包含有垂直堆叠的子反应腔231。

然而，在实践中这种团簇式的叠层设备结构只适合于工艺时间较长（大于10分钟）的薄膜沉积过程，这是因为：在PECVD设备中，基板的传送是通过机械手实现的，由于目前流行的平板显示第五代基板具有较大面积和较重质量的特点，所以机械手的搬运速度不能过快，否则极易造成抖动，致使对基板的定位不准确甚至会在搬运过程中产生碎片，同时，对于机械手的制造商而言，机械手搬运速度越快意味着对机械手的性能要求越高，相应地增加了机械手的制造成本。

考虑到上述原因，通常工业上针对基板面积大于0.6m²的叠层结构的PECVD系统中所采用的机械手，其每动作一次的时间约为10-20秒。这样对于团簇式结构的PECVD设备而言，由于机械手安装在设备中央的传输腔中，所以对于该设备每一次的PECVD成膜过程而言，机械手在该设备内共需要移动10次，其具体过程为：（1）传输腔内的机械手伸出至进片腔中准备抓取基板；（2）机械手抓取基板后从进片腔缩回至传输腔；（3）机械手在传输腔中旋转一定角度，使其从面对进片腔的方向旋转为面对反应腔的方向；（4）传输腔内的机械手携带基板将其送入反应腔；（5）机械手将基板放入反应腔后机械手从反应腔撤回至传输腔，基板则在反应腔内准备沉积薄膜；（6）反应腔内的薄膜沉积结束后，机械手再次从传输腔伸入反应腔中；（7）机械手抓取基板后再将其从反应腔运至传输腔中；（8）机械手在传输腔中旋转一定角度，使其从面对反应腔方向旋转为面对进片腔的方向；（9）机械手将基板从传输腔中运输至出片腔中；（10）机械手将基板放入出片腔后，机械手再从出片腔缩回至传输腔。可见，对应于该PECVD设备中的每一次PECVD成膜过程，传输腔内的机械手不得不运动10次，倘若机械手每运动一次耗时15秒，则每完成一次PECVD成膜过程，机械手的运动时间就会达到150秒。这对于某些成膜工艺时间较长的过程，例如非晶或者微晶薄膜太阳能电池中制备非晶硅薄膜或者微晶硅薄膜的工艺时间通常为5-30分，此时团簇式PECVD系统中机械手的运动时间相对于反应腔内的成膜工艺时间来说是适宜的。但是对于某些成膜工艺时间较短的过程，例如制备硅基异质结太阳能电池的工艺时间通常小于3分钟，此时机械手承载基板运动的150秒时间无疑就会成为影响PECVD设备产能的瓶颈，如何克服这个问题就成为目前亟待解决的问题。

 

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种直列式多腔叠层并行处理的真空设备，通过在直列式的真空设备反应腔内沿竖直方向堆叠多个子反应腔，在进片腔和出片腔内分别设置第一传输单元和第二传输单元，以及在子反应腔两侧分别设置开合装置，能够减少机械手搬运基板的次数，从而提高了设备的产能和生产效率，并且多腔叠层并行处理的设备结构也可以一次性完成多片基板成膜，从而进一步提高设备产能、加强设备集约程度和降低设备生产成本。