CN211005607U - 用于在真空中沉积薄膜涂层的直列式涂布机 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供一种用于在真空中沉积薄膜涂层的直列式涂布机。其创新在于：直列式涂布机的输送***用于将基板保持架在垂直于其轴的方向上同步和逐步地从室移动到室中，此外，在每个处理室中，输送***沿其旋转轴将基板保持架移动到工作区域；处理室具有朝向大气的附加容积，其尺寸由基板保持架的尺寸确定，并足以将技术装置和监测仪器放置在其中，并且基板保持架的旋转运动馈通装置具有与基板保持架的中心轴耦合的装置。在其第一变体中，基板保持架悬挂在其上的输送***的支撑框架可以配置为在水平和垂直位置中从室移动到室，而在其第二变体中，支撑框架配置为仅在垂直位置中移动，并且直列式涂布机另外包括基板保持架返回室。

Description

用于在真空中沉积薄膜涂层的直列式涂布机
技术领域
本实用新型提供一种在大规模生产中用于表面处理的技术设备，特别是用于具有特定光学、电学和其他特性的薄膜沉积的技术真空设备。
背景技术
本领域已知将薄膜沉积到待处理物品(基板)上的各种单元。
因此，例如，于1989年7月25日公布的专利US No.4851095描述了一种用于基板涂层的间歇鼓式装置，其包括圆柱形基板保持架，基板安装在成形表面上。已知装置中基板涂层的均匀性是通过借助于线性型技术装置在基板工作区的鼓旋转来提供的。
此外，根据2008年12月10日公布的实用新型专利RU No.78785，它还被称为技术自动化单元，其中，对于将薄膜沉积在基板上，后者安装在支撑架上，所述支撑架沿技术装置逐渐移动。
然而，本领域已知的用于沉积薄膜涂层的所有单元都具有共同的严重缺点，即：当用在批量生产时多层光学结构的沉积质量低；将几个层同时施加在基板两侧上时单元不适用；对不同操作模式的技术装置的使用存在严重限制。
所有这些缺点都是由于上述设备样本设计的概念局限性造成的。
用于具有特定光学、电学和其他特性的薄膜沉积的大规模生产直列式涂布机最接近如2014年2月20日公布的专利RU No.2 507 308中所述的发明所要求保护的物体的基本特征。
在现有技术中，基板放置在可旋转的圆柱形基板保持架上，所述基板保持架以相同的恒定线速度和旋转速度沿直列式涂布机的工作区域依次移动。在这种情况下，以基板保持架表面的每个点在通过工作区域时至少进行两次完整的旋转的方式来选择基板保持架的线性和旋转速度的比。
直列式涂布机包括锁、缓冲室、具有技术装置的至少一个处理室、基板保持架和输送***。每个基板保持架以可旋转圆筒的形式制成，并位于输送***的托架上，所述输送***安装用于以恒定线速度连续移动直列式涂布机的室。
然而，现有技术也具有不利的特点，即：不能对基板的两侧同时进行涂层；在直列式涂布机中将薄膜沉积在基板上的过程中技术和技术装置范围的限制；单元的不可接受尺寸(根据必要的处理室数量)和当试图使用直列式涂布机沉积具有数十层和数百层的结构时直列式涂布机的成本。
关于用于在真空中沉积薄膜涂层的直列式涂布机的设计变体的本实用新型的目的是消除所有上述不利特征。
实用新型的内容
这一目标是在根据第一设计变体的用于在真空中沉积薄膜涂层的直列式涂布机中实现的，其包括位于直列式涂布机的相对两端处的输入负载锁室和输出负载锁室；具有用于基板表面处理和将薄膜沉积在其上的技术装置的至少一个处理室；监测装置；沿直列式涂布机整个长度的直通输送***，具有以支撑框架形式制成并用于将基板保持架从室连续移动到室中的托架；真空门；基板安装在其成形表面上的可旋转基板保持架；处理室包括朝向大气的附加容积，其尺寸由基板保持架的尺寸确定，并足以将技术和监测装置放置在其中；处理室中的基板保持架的旋转运动馈通装置配备有将其与安装在基板保持架的旋转轴上并悬挂在支撑框架上的基板保持架的中心轴耦合的装置；其中，基板保持架具有开口端和封闭端，并且开口端朝向工作区域定向，并且其外切直径对应于基板保持架的最大外切直径；并且直列式涂布机的输送***同步且逐步地将基板保持架沿垂直于其旋转轴的方向从室移动到室中；此外，它还将基板保持架沿其在每个处理室中的旋转轴移动到工作区域。并且在根据第二变体的用于在真空中沉积薄膜涂层的直列式涂布机中，包括位于直列式涂布机一侧上的输入负载锁室和输出负载锁室；具有用于基板表面处理和将薄膜沉积在其上的技术装置的至少两个处理室；监测装置；沿直列式涂布机整个长度的直通输送***，具有以支撑框架形式制成并用于将基板保持架从室连续移动到室中的托架；测量基板保持架移动方向的返回室；真空门；基板安装在其成形表面上的可旋转基板保持架；处理室包括朝向大气的附加容积，其尺寸由基板保持架的尺寸确定，并足以将技术装置和监测装置放置在其中；处理室中的基板保持架的旋转运动馈通装置配备有将其与安装在基板保持架的水平旋转轴上并悬挂在配置为在垂直位置中移动的支撑框架上的基板保持架的中心轴耦合的装置；其中，基板保持架具有开口端和封闭端，并且开口端朝向工作区域定向，并且其外切直径对应于基板保持架的最大外切直径；并且直列式涂布机的输送***同步且逐步地将基板保持架沿垂直于旋转轴的方向从室移动到室中；并且此外，它将基板保持架沿其在每个处理室中的旋转轴移动到工作区域。
另外，在用于在真空中沉积薄膜涂层的直列式涂布机的第一变体中，输送***的支撑框架安装为能够：或者在水平位置从室移动到室中，基板保持架的旋转轴垂直定向，或者在垂直位置移动，基板保持架的旋转轴水平定向。
在两个变体中，处理室分成两个区域，即基板保持架的工作区域和移动区域，其中，刚性安装在输送***的支撑框架上的隔板将工作区域与移动区域分离开，并且基板保持架以旋转表面的形式制成，例如，穹顶、截头圆锥体或圆柱体。
此外，基板保持架的表面可以包括用于独立旋转基板的装置和用于安装基板的通孔。
另外，处理室的工作区域可以具有提供技术装置的气体隔离的元件，并且基板保持架的表面可以具有可以设计为可移动元件的用于基板的固定装置。
在两个直列式涂布机设计变体中，都使用了诸如蒸发器和/或磁控管和/或离子源和/或等离子体发生器的技术装置，并且都使用了诸如光传输/反射控制装置和/或石英涂层速率计等监测装置。
另外，直列式涂布机的第二变体，基板保持架以在其成形表面上具有通孔的圆柱体的形式制成，基板安装在所述通孔中；并且基板工作区域包括至少两个技术装置，用于同时将双面膜沉积在基板表面上。
附图说明
图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7示意性地示出了直列式涂布机的两个设计变体(图1、图2)、以及包括在使公布的直列式涂布机运行的两个变体中的组件，并解释了用于在真空中沉积薄膜涂层的直列式涂布机所提出的变体的操作。
具体实施方式
当前的用于在真空中沉积薄膜涂层的直列式涂布机(变体)包括：
1.输入负载锁室(load lock chamber)，
2.输出负载锁室，
3.处理室，
4.技术装置，
5.抽空单元，
6.基板，
7.用于安装基板的通孔，
8.基板保持架，
9.固定装置，
10.真空门，
11.输送***，
12.辊子，
13.直线运动导轨，
14.磁轴承，
15.支撑框架，
16工作区域，
17.处理室的附加体积，
18.分离隔断，
19.隔板，
20.旋转运动馈通装置(rotary motion feedthrough)，
21.中心轴，
22.耦合装置，
23.基板旋转装置，
24.加载台，
25.卸载台，
26.返回室，
27.返回模块，
28.移动区域，
29.等离子体发生器，
30.磁控管，
31.蒸发器。
为了确保根据第一变体(图1)的直列式涂布机的运行，所有室(输入负载锁室1、输出负载锁室2，以及所需数量的处理室3)必要时通过真空门10串联连接，以形成直列式涂布机，并配备有单独的直通输送***11、抽空单元5，并且在每个处理室3都配备有用于基板表面处理6、将薄膜沉积在其上的技术装置4和监测装置。而且，每个处理室3都包括带有耦合装置22的旋转运动馈通装置20(图3)。
直列式涂布机的室形成真空通道，其中布置直通输送***11，以确保固定在基板保持架8的成形表面上的基板6从一个处理室3移动到用于薄膜沉积的另一个处理室。
通常，线中的处理室3的数量由应用到基板6上的材料的厚度和成分来确定。
用于沉积薄膜的基板6放置在真空通道外，所述真空通道在基板保持架8的成形表面上的加载台24上，例如由通孔7制成。例如，使用基板固定装置固定基板(图4)。并且在卸载台25上，已完成的产品(具有沉积在其上的薄膜的基板6)被从基板保持架8上去除，并放置在输送盒中，以供进一步使用。
也就是说，用于将基板6固定在基板保持架8的成形表面上的装置9以可移动元件的形式制成，并且用于安装基板6的孔7的形式可以对应于放置在其中的基板的形式。
基板保持架8可以以旋转表面(例如，穹顶、截头圆锥体或圆柱体)的形式制成，并且包括开口端和封闭端，其中，基板保持架8的封闭端安装在其中心轴21上和基板保持架8的旋转轴上。在这种情况下，装置23可以安装在基板保持架8的成形表面上，提供基板6的额外独立旋转(图3、图4、图5、图6)。
基板保持架8的封闭端一侧上的中心轴21悬挂(cantilevered)在以输送***11的支撑框架15的形式制成的托架上，所述输送***包括安装在输送***11的辊子12上的直线运动导轨13。此外，支撑框架15的上部可以是用于穿过非接触式磁性支撑(允许将基板保持架8保持在垂直位置的磁轴承14)移动的磁性直线运动导轨(图3)。
输送***11允许基板保持架8朝向大气移动到处理室3的附加容积17中，在此大气中还提供基板保持架8的旋转运动馈通装置20，所述旋转运动馈通装置设置有将旋转运动馈通装置20与基板保持架8的中心轴21耦合的装置22。
而且，在处理室3中制成的附加容积17的尺寸对应于基板保持架8的尺寸，并且足以放置技术装置4和监测装置(图中未示出)。此外，还可以使用诸如透光装置/反射控制装置和/或石英涂层速率计的监测装置。
技术装置4和测试装置和测量装置放置在形成在处理室3中的附加容积17中，与输送***11定位在其处的处理室的部分分离的基板6工作区域16形成移动区域28(图3、图4、图6)。
处理室3与工作区域16和移动区域28的分离由刚性安装在支撑框架15上的隔板19提供(图5、图6)。当将薄膜沉积在基板6的表面上时，需要对处理室3进行这样的划分，以保护基板6的表面不受不希望的污染。应当注意，基板保持架8的开口端总是指向工作区域16，并且开口端的外切直径对应于基板保持8的最大外切直径。
直列式涂布机的输送***11配置为将基板保持架8在垂直于其旋转轴的方向上同步和逐步地从室移动到室中，此外，在每个处理室3中，输送***11提供将基板保持架8沿其旋转轴从移动区域28移动到工作区域16的能力。
根据所述直列式涂布机的第一变体，输送***11的支撑框架15可以安装为具有在水平和垂直位置从室移动到室中的能力。而且，基板保持架8的旋转轴分别垂直或水平定向。
可以使用位于基板保持架8开口端侧上的工作区域16中的技术装置4，如，蒸发器31和/或磁控管30和/或离子源和/或等离子体发生器29和/或加热装置等。
此外，在直列式涂布机的第一变体中，当例如穹顶(半球)或截头圆锥体形式的旋转表面用作基板保持架8时，提供基板6独立旋转的装置23可以安装在基板保持架8的成形表面上(图5、图6)。此外，基板独立旋转6的装置23也可以设置有夹具9。基板保持架8的这种设计方案使得有可能将高质量薄膜沉积在基板上，并确保其高均匀性。
当使用诸如蒸发器31的对坩埚进行间接加热并使用可再生量的薄膜沉积材料的技术装置4(图3)时，安装在工作区域16中的技术装置4的数量由基板保持架8的尺寸来确定。
加热装置一般位于基板保持架8内的工作区域16中，并且具有几个单元的监测装置可以安装在基板保持架8的内侧上和外侧上。
有可能在工作区域16中使用不同的技术装置4，使用这些装置需要最大程度地相互隔离。在这种情况下，使用各种元件，例如，提供技术装置的气体隔离。为了气体隔离，抽空单元5放置在附加容积17的壁上的技术装置之间，并且技术装置4通过结构元件(例如，分离隔断18)进一步分离(图7)。
因此，由于在一个处理室3中使用了各种技术装置，提供了沉积薄膜的过程可变性和低缺陷性。
直列式涂布机的第二设计变体(图2)与第一设计变体的不同之处在于，如果根据所选技术过程(technological process)的需要，它允许使用更多的处理室，所述处理室设置为使得它们形成由返回室26连接的两个涂布机轨道(直接和返回)。返回室26的使用允许输入负载锁室1和输出负载锁室2分别位于直列式涂布机的一侧上，其通过仅布置一个清洁区域A(图2)减少了生产区域的使用，并合理地将生产现场划分为直列式涂布机的清洁区域和服务区域。
清洁区域A是生产室的一部分，在生产室中控制气溶胶颗粒的浓度，并且建造和使用所述清洁区域是为了使室内颗粒的渗透、生成和积聚最小化，并且在生产室中监测诸如温度、湿度和压力的其他参数。
真空返回室26位于与清洁区域A相对的直列式涂布机的端部处，并配备有返回模块27(图2)。在清洁区域A中，在返回轨道的端部处，有返回模块27(图2)，用于使基板保持架8从返回轨道重新定向到另一个轨道(直接轨道)。
在直列式涂布机的第二变体中，支撑框架15安装为有可能在垂直位置移动，基板保持架8的旋转轴始终水平。
应该注意，在直列式涂布机的第二设计变体中，基板保持架8用作基板保持架，其旋转表面以圆柱体的形式制成，具有在支撑框架15的一侧上制成的一个封闭端，以及第二开放端；也就是说，例如磁控管30和蒸发器31(图3、图4)的处理装置4可以放置在基板保持架8的内侧和外侧，并且封闭端可以是盲板或者以金属板或辐条的形式。
假设基板6固定在圆柱基板保持架8的通孔7中，则技术装置4通常布置为使得从两侧(外部和内部)同时沉积基板6上的涂层。为此，使用至少两个技术装置4，其中一个位于基板保持架8的成形表面外侧，并且另一个位于内侧(图3、图4)。
在第一设计变体中，所提出的用于在真空中沉积薄膜涂层的直列式涂布机如下操作。
在直列式涂布机的输入端，通常有两个加载室，在涂布机的输出端有两个卸载室2，其中具有技术装置4和监测装置的处理室3沿直列式涂布机3的长度放置在输入负载锁室与输出负载锁室(在图中未示出)之间。此外，直列式涂布机中的处理室3的数量取决于指定的技术过程和直立式涂布机的所需的输出。
基板6放置在基板保持架8的成形表面上，基板保持架8使用夹具9在孔7中从封闭端侧悬挂到支撑框架15，或者在用于旋转基板的装置23中。
支撑框架15与基板保持架8一起送入到加载台24，所述支撑框架是输送***11的配备有安装在辊子12上的直线运动导轨13的一部分。
从加载台24，填充有基板6的基板保持架8穿过位于直列式涂布机入口处的真空门10，并在其中的大气压下进入第一输入负载锁室1。在这种情况下，第一与第二输入负载锁室1之间以及负载锁室与处理室之间的真空门关闭。在第一负载锁室1中，抽空单元5产生初步的低真空，由于为处理准备，这是必需的。
在第一输入负载锁室1的抽空结束时，打开输入负载锁室1之间的真空门10，并将具有基板保持架8的支撑框架15移动到第二输入负载锁室1，在所述第二输入负载锁室中抽空单元5产生高真空。在抽空过程中，真空门10在输入负载锁室1之间关闭，具有基板保持架8和基板6的下一个支撑框架15位于第一输入负载锁室1中，并且第一输入负载锁室1被抽空以获得低真空。
下面，为了简化描述，我们不再重复送入到直列式涂布机中的具有基板保持架8的每个后续支撑框架15位于前一个室中(图1、图2)。
用于基板的预处理装置(例如，清洁或加热装置)有时放置在输入负载锁室1中，这是技术过程中的第二个。
在这种情况下，第二输入负载锁室1将锁定功能与基板6的预处理组合，并且实际上，它是第一处理室3。
然后打开第二输入负载锁室1与处理室3之间的真空门，支撑框架15与基板保持架8移动到所述处理室中。关闭输入负载锁室1与处理室3之间的真空门10。使用输送***11的位于处理室3中的一部分，将具有基板保持架8的支撑框架15从移动区域28移动到位于设置在处理室3中的附加容积17中的工作区域16。此时，刚性连接到支撑框架15的隔板19邻近处理室的壁，并将工作区域16与移动区域28分离。旋转运动馈通装置20使用耦合装置22连接到基板保持架8的中心轴21。
在处理室3中，通过抽空单元5预产生并持续保持高真空。打开旋转运动馈通电机20，所述电机通过连接到中心轴21，旋转带有基板6的基板保持架8，并向安装在工作区域16中的处理单元4供电。
如果同时使用诸如等离子体发生器29和磁控管30的技术装置作为在一个处理室3中沉积薄膜的装置4，则使用抽空单元5和分离隔断18(图7)提供技术装置彼此的气体隔离。
当达到所需的薄膜厚度和成分时，在监测装置的指令下关闭处理装置4的电源，并停止基板保持架8的旋转。
使用输送***11将具有基板保持架8的支撑框架15从附加容积17转移到移动区域28的起始位置，并将基板保持架8的中心轴21与旋转运动馈通装置20解耦合。
在处理室3中完成将薄膜沉积在基板6上的处理之后，打开处理室3与输出负载锁室2之间的真空门10，并且具有基板保持架8的支撑框架15通过真空通道移动到输出负载锁室2，在此处预产生高真空，关闭处理室与输出负载锁室2之间的锁10。
此外，通过负载锁室2之间的真空门10，将支撑框架15移动到第二负载锁室2，并关闭输出负载锁室2之间的真空门。同时，一个输出负载锁室2被抽真空，恢复其中的高真空水平，并允许空气进入，以在位于直列式涂布机输出端处的另一个输出负载锁室2中达到大气压力。
通过直列式涂布机输出端处的真空门10将具有基板保持架8的支撑框架15移动到卸载台25，并关闭真空门10。
从基板保持架8上去除具有沉积在其上的薄膜的基板6，放置在输送盒(在附图中未示出)上，并输送到储存区域。
如果在直列式涂布机中使用几个处理室，则可以在每个处理室中应用不同成分的材料，需要使用各种气体。
安装在输送***11的支撑框架15上并将处理室3分成两个区域(基板保持架8的工作区域16和移动区域28)的隔板19帮助避免处理室3之间的不同工作气氛的混合。
同时，所有处理室的移动区域28形成了直列式涂层机的所谓的输送通道，直通输送***11位于所述输送通道中。由于没有向真空通道特定提供工作气体，因此自动解决了消除单独的处理室中的不同工作气体相互影响的任务，并且将强大的抽真空装置5安装在真空通道中，这保持了已知低于工作区域16中的压力的压力。
该过程持续进行，并且其实施中的非常重要的点是：当基板载体8连续地从一个室移动到另一个室时，直列式涂布机的输送***11允许基板保持架8在垂直于基板保持架8的旋转轴的方向上同步和逐步移动，并且同时，提供它们沿基板保持架的旋转轴移动到工作区域的可能性。
此外，在第一设计变体中，在直列式涂布机的操作中，如有必要，输送***11的支撑框架15可以在水平位置从室移动到室，基板保持架8的旋转轴垂直定向，或在垂直位置，基板保持架8的旋转轴水平定向。
如上所述，直列式涂布机可以包括几个处理室3，例如，用于沉积各种材料的复合膜或用于沉积大厚度薄膜。真空直列式涂布机的任何处理室3中的最长涂布时间被选作直列式涂布机的操作时间。
在这种情况下，所述直列式涂布机的膜沉积过程包括相同持续时间的几个连续步骤。步骤的长度等于节拍时间(takt time)。
在计划沉积整个薄膜时考虑到不同材料的成形速率和不同层的计算厚度的情况下，直列式涂布机具有最大的容量，即以最小的节拍运行。
直列式涂布机第二设计变体的操作不同于第一设计变体的操作，在第一设计变体中，仅圆柱形基板保持架8用作基板保持架8。在紧挨着输入负载锁室1的加载台24上，通过夹具9将基板6固定在圆柱形基板保持架8的通孔7中。在直列式涂布机的第二设计变体中，支撑框架15垂直定向，并且输送***11包括磁轴承14。
此外，根据第二设计变体，直列式涂布机由输送***的两条轨道(直接和返回)组成。此外，输入负载锁室1和输出负载锁室2位于直列式涂布机的一侧上，并且在相对侧上，放置真空返回室26，所述真空返回室包括用于将具有基板保持架8的支撑框架15从向前轨道移动到返回轨道的返回模块27。
支撑框架15被输送***11从加载台24移动通过位于直接轨道上的输入负载锁室1和处理室3的执行方式类似于在垂直于基板8旋转轴的方向上同步和逐步地移动的直列式涂布机的第一设计变体。与第一设计变体一样，输送***11在处理室3中提供了沿基板保持架8的旋转轴将基板保持架8从移动区域28移动到工作区域16的可能性。
在直接轨道的处理室3中完成将薄膜沉积在基板6上时，支撑框架15和基板保持架8一起进入返回室26，在此处返回模块27将具有基板保持架8的支撑框架15从直接轨道移动到返回轨道，并将它们定位在输送***11的返回轨道上。之后，将支撑框架15和基板保持架8一起移动到位于返回轨道上的处理室3，以进一步处理基板6，并且返回室的返回模块27返回到其初始位置。
在返回轨道上的处理室3中完成基板6的处理时，经由输送***11将支撑框架15和基板保持架8一起通过打开的真空门10移动到第一输出负载锁室2，并且在下一步骤移动到第二输出负载锁室(最后的输出负载锁室2)。在直列式涂布机操作的最后步骤，当沉积预定结构的薄膜时，将支撑框架15和基板保持架8一起移动到卸载台25，并关闭输出端处的真空门。
I.根据第一变体(图1)的直列式涂布机特定设计的实例。
根据第一设计变体所提出的直列式涂布机用于将具有光学结构的多层薄膜沉积在玻璃基板的表面上，即，用于大规模生产用于现代智能手机的照相和摄像机光学部件的切割和带通滤波器。
一个近红外滤波器的典型结构包含37层，总厚度大约为2242nm。作为层材料，使用以下化合物的组合：Si3N4(硅氮化物)，作为折射率高的层，SiO2(二氧化硅)，作为折射率低的层，Si(硅)，作为可见区中吸收率高、折射率高的层。
在光学薄膜涂层结构中共有37层：4层硅氮化物，总厚度约147nm，17层二氧化硅，总厚度约777nm，16层硅，总厚度约1318nm。
作为直列式涂布机的特定设计的实例，直列式涂布机被认为使用了以下装置：加载台24、第一和第二输入负载锁室1、第一和第二输出负载锁室2、卸载台25、不被真空门10分离的五个处理室3、圆柱形基板保持架8、使用夹具9安装在基板保持架8的通孔7中的光学玻璃工件形式的基板6(图1、图4)。
作为技术装置4，使用带有硅阴极的磁控管30、气体放电等离子体发生器29、基板加热器(图中未示出)、光控制装置形式的监测装置(图中未示出)。
直通输送***11包括支撑框架15和磁轴承14，所述支撑框架具有安装在导轨辊子12上的直线运动导轨13。
当基板保持架8位于处理室3的附加容积17中时，工作区域16中的磁控管30和等离子体发生器29布置为作用在基板保持架8的外表面上。
基板6的加热器(图中未示出)位于基板保持架8的内侧上，并且具有不同单元的监测装置位于基板保持架8的外侧和内侧上。也就是说，等离子体发生器29通过分离隔断18和涡轮分子泵5与磁控管30分离(图7)。
在技术过程中，当ICP装置(电感耦合等离子体)、氧气或氮气以稍低的压力((5-7)х10-1Pа)供应时，将压力约为(8-9)x10-1Pa的氩气供应到磁控管30的区域作为工作气体，并供应到气体放电等离子体发生器29的区域。
因此，实现了在磁控管的区域中几乎纯氩气作为工作气体的条件，从而由于磁控管30的溅射靶表面上出现了氧化膜，确保了硅的高溅射率和最小的电弧形成。由于没有由弧产生的微粒，它提供了非常低的缺陷层。
基板6单次穿过磁控管的区域，在其表面上形成厚度只有一纳米的纯硅层。当等离子体发生器29的气体放电区域穿过基板时，分别地，如果氧气被送入等离子体发生器区域29，则该层转化为二氧化硅，如果是氮气，则转化为硅氮化物。当氩的等离子体供应到发生器区域29时，在不改变其化学成分的情况下，对沉积硅的层施加能量效应。
因此，通过切换供应到特定处理室3中的等离子体发生器29区域的工作气体，此时形成层，其成分对应于进入最终薄膜过滤结构的材料之一。
由于薄膜结构的总厚度为2242nm，因此该结构中各个层的厚度从8nm变化到200nm，并且在这种情况下，不同材料的应用速率大致相等，使用五个处理室3，在每个处理室中基板具有相同的速度，薄膜层的包(packet)厚度大致相等。
对于所考虑的光学结构，这样的分割导致以下情况：在第一处理室3中，前12层的总厚度为447nm，在第二处理室中，接下来5层的总厚度为461nm，在第三处理室中，3层的总厚度为419nm，在第四处理室中，9层的总厚度为466nm，在第五处理室中，最后8层的厚度为449nm。
将膜沉积在安装在所述直列式涂布机上的基板保持架8上的基板6上包括以下相同持续时间的连续步骤。
步骤1
输送***11的支撑框架15送入到位于输入负载锁室1前面的加载台24。具有固定在其中的基板6的基板夹具9安装在通孔7中，所述通孔布置在基板保持架8的成形表面上。将空气引入到第一输入负载锁室1中，直到达到大气压力。在这种情况下，第一与第二负载锁室1之间的真空门10关闭。
步骤2
从加载台24侧打开第一负载锁室1的锁，将具有基板保持架8的支撑框架15与安装在其成形表面上的基板6一起移动到第一输入负载锁室1。关闭真空门10，并使用机械泵5抽出第一输入负载锁室1的空气量，以获得预真空。此时，加载台24包含具有基板保持架8的下一个支撑框架15，以安装基板6。
步骤3
打开第一与第二输入负载锁室1之间的真空门10，并将具有基板保持架8的支撑框架15移动到输入负载锁室1。此时，第二输入负载锁室1与下游处理室3之间的真空门10关闭。关闭第一与第二输入负载锁室1之间的锁，之后从第二输入负载锁室1排出空气，以获得高真空。
步骤4
打开第二输入负载锁室1与第一处理室3之间的真空门10。具有基板保持架8的支撑框架15和放置在基板保持架上的基板6进入下游处理室3。之后，关闭第二输入负载锁室1与第一处理室3之间的真空门10。处理室3的输送***11将具有基板保持架8的支撑框架15移入到附加容积17中，其中，安装在支撑框架15上的隔板19将处理室3中的工作区域16与移动区域28分离。旋转运动馈通装置20通过耦合装置22连接到基板保持架8的中心轴21，并且基板保持架8以每秒1至3转的频率旋转。
同时，将所需的气体供应到工作区域16。同时，将工作气体供应到等离子体发生器29的位置区域，而氩气在磁控管30的位置区域。在工作区域16中设置所需的工作压力，并通过打开加热装置并控制温度来将基板6加热到由技术过程确定的温度。将电源供应到磁控管和等离子体发生器29，并沉积第一层薄膜。
当达到沉积层所需的厚度时，在监测装置的指令下关闭磁控管30和等离子体发生器29的电源，并切换送入***，以改变等离子体发生器29区域中的工作气体的成分。之后，再次打开磁控管30和等离子体发生器29的电源，并沉积第二层薄膜。重复此操作顺序，直到所计划的膜结构的第十二层被沉积，并且基板6上的一组层的总厚度达到447nm。之后，关闭技术装置的电源，并关闭用于供应工作气体的阀。处理室3中的输送***11将具有基板保持架8的支撑框架15从位于附加容积17中的工作区域16移动到移动区域28，在所述移动区域中，基板保持架8的中心轴21与旋转运动馈通装置20解耦合。
步骤5、步骤6、步骤7、步骤8
通过输送***11，依次将具有基板保持架8的支撑框架15经由处理***从处理室3移动到下一个处理室，在每个步骤执行与步骤4相同的处理。
不同之处在于：在基板6上沉积5层，总厚度为461nm，在下一个处理室中沉积3层，总厚度为419nm，在第四处理室3中沉积9层，总厚度为466nm，在处理过程中的最后一个处理室(第五室)中沉积最后8层，总厚度为449nm。
步骤9
打开最后一个处理室3与输入负载锁室2之间的真空门10，将具有基板保持架8的支撑框架15从处理室3移动到第一输出负载锁室2，并关闭所述真空门10。
步骤10
打开输出负载锁室2之间的真空门10，并将支撑框架15和基板保持架8一起移动到下一个输出负载锁室2，关闭负载锁室之间的真空门。在邻近处理室3的输出负载锁室2中进行抽空到高真空，并允许空气通过到另一个输出负载锁室2，以获得大气压力。
步骤11
打开输出负载锁室2与卸载台25之间的真空门10，将具有基板保持架8的支撑框架15移动到卸载台25，并关闭直列式涂布机输出端处的真空门10。之后，通过机械泵将最后一个排气室2抽空到初步真空。
步骤12
将具有沉积了37层薄膜的基板6从基板保持架8上去除，放置在输送盒中，并运送至储存区域，以供进一步使用，然后使具有基板保持架8的支撑框架15返回到加载台24，在所述加载台，用基板6再次填充入基板保持架8的通孔7。
II.根据第二变体(图2、图3)的直列式涂布机特定设计的实例。
所述直列式涂布机的第二设计变体可以用于大规模生产异质结太阳能电池，以形成单晶硅晶片表面的光学窗口和铜金属化。
由于在异质结太阳能电池的制造技术中对最高允许处理温度有严格的限制(不高于200℃)的事实，不可能使用广泛使用的丝网印刷和燃烧高温含银膏的方法在硅晶片的前表面和后表面上产生金属接触。因此，使用焊接技术从太阳能电池组装太阳能电池板的企业不可以使用异质结太阳能电池，尽管事实上它们的效率和潜力明显高于具有基于焊接高温含银膏的金属化的其他类型的硅太阳能电池。
太阳能电池的已知结构包括一个硅晶片，使用真空PECVD(PECVD等离子体增强化学气相沉积)沉积方法在其两侧上沉积有两薄层非晶硅。每层的厚度不超过10至20nm。然后，在硅晶片的两侧上，通过PVD(PVD等离子体气相沉积)方法(通常是ITO(铟锡氧化物))将透明导电氧化物的层沉积在非晶层上。作为特定的技术方法，从合适成分的靶上进行磁控管溅射是最常用的。太阳能电池制造技术的下一个步骤是丝网印刷，使用昂贵的低温含银膏进行丝网印刷。
由于印刷触点不可能焊接，大多数太阳能电池板制造商不能使用通过所述技术获得的太阳能电池。为了避免在组装太阳能电池时使用焊接操作，应该使用特别昂贵的设备和材料。
制造太阳能电池的替代方法是使用所提出的直列式涂布机，在所述直列式涂布机中，在不中断真空循环的情况下，将厚度约为5μm的铜层应用到ITO表面，并且这些层由致密的薄锡膜来保护。
该掩模通过丝网印刷方法印刷在结构表面上，由此获得并在不受印刷掩模保护的位置渗出铜锡金属涂层。之后，从表面去除掩模材料。该过程成本低廉，并广泛应用于印刷电路板的生产中。由此产生的太阳能电池现在具有镀铜，这比含银电池便宜得多。此外，铜表面上的锡不仅可以保护其将用于焊接的表面，还可以作为焊接处理的镀锡模拟。
图2所示的直列式涂布机的第二变体可以用于通过ITO结构(～100nm)+Cu(～5000nm)+Sn(～700nm)沉积PVD。这种直列式涂布机包括成对布置在输送***11的直接和返回轨道上的八个处理室3。在工作区域16的第一和最后一个处理室3中，磁控管30用作处理装置4。在第一处理室中，磁控管30具有来自ITO材料的阴极，并且在最后一个处理室中，具有锡阴极。在其他处理室3中，蒸发器31作为技术装置4安装，其设计确保了可消耗铜材料的持续补充。具有蒸发器31的处理室3不使用真空门10相互连接。
工作区域16中的磁控管30和蒸发器31的布置方式为使其同时作用在圆柱形基板保持架8的外表面和内表面上。为此，至少两个技术装置4放置在基板保持架8的开口端侧上的工作区域16中。此外，一个技术装置4放置在基板保持架8的成形表面的外侧上，并且第二技术装置位于其内侧上(图3)。
氩气和氧气的混合物被供应到安装在第一处理室3中的磁控管30的位置区域，到约(8-9)×10-1Pa的压力，并且氩气被送入到最后一个处理室3中的磁控管30的区域，到相同压力。工作气体不供应到其他处理室，而铜的蒸发发生在5×10-3Pa的残余气体压力下的高真空中。因此，获得了铜的导电率最大地接近大块材料的导电率的条件。
基板6(即位于通孔7中基板保持架8的圆柱形表面上的硅板)同时从外侧和内侧用磁控管30或蒸发器31进行处理。在这种情况下，应用沉积材料(ITO、Cu、Sn)的层，其厚度由保持在该处理室3的溅射(蒸发)速度和圆柱形基板保持架8的旋转速度确定。沉积在基板6上的有限厚度的材料的每一层都由应用在基板保持架8一转中的大量子层组成。这允许在基板6的表面上形成具有最少数量的通孔(穿孔)的膜。
为了使直列式涂布机整个周期的工作时间最短，铜层的最终厚度(5000nm)最好分成六等份，六个处理室3分别用于六个等份。在这种情况下，每个部分的厚度将约为835nm，并且线路的循环时间将等于分别应用100nm ITO或835nm铜或700nm锡所需的三个时间之中的最大值。
根据第二设计变体的直列式涂布机中将膜沉积在基板6上的过程包括相同持续时间的16个连续步骤。在这种情况下，所有步骤的持续时间都是相等的，并且构成了直列式涂布机的循环时间。
步骤1
使用夹具9将硅晶片6固定在圆柱形基板保持架8的通孔中，之后将垂直定位的输送***11的支撑框架15提供给第一输入负载锁室1上游的加载台24。在第一输入负载锁室1中，将空气供应到大气压力，并关闭输入负载锁室之间的真空门10。
步骤2
打开加载台24与第一输入负载锁室1之间的真空门10，并将具有基板保持架8的支撑框架15移动到第一输入负载锁室1。之后，关闭加载台24侧上的真空门10，并使用机械泵5抽空第一输入负载锁室1的容积，以实现预真空。此时，加载台24包含具有固定在基板保持架8中的基板6的下一个支撑框架15。
步骤3
打开第一与第二输入负载锁室1之间的真空门10，并将支撑框架15与基板保持架8和具有安装在其成形表面上的基板6一起移动到下一个(第二)输入负载锁室1。关闭空气锁室1之间的真空门。在第二输入负载锁室1中，产生高真空，并将空气引入到前一输入负载锁室1。此时，关闭输入负载锁室与第一上游处理室3之间的真空门10。
步骤4
打开定位在第二输入负载锁室1与第一处理室3之间的真空门10。此时，关闭第一与第二处理室3之间的真空门10。将具有基板保持架8的支撑框架15移动到第一处理室3，并关闭真空门10。
位于处理室3内侧的输送***11将具有基板保持架8的支撑框架15移入到处理室3的空腔17中。此时，通过耦合装置22将旋转运动馈通装置20连接到基板保持架8的中心轴21。以每秒1-3转的频率旋转基板保持架8，然后按照所需比例向安装有磁控管30的工作区域16供应氩气和氧气。
在处理室3中，设置所需的操作压力，然后向磁控管30供电，并将100nm的ITO层沉积到硅晶片的两侧。
在由仪表装置控制的将膜沉积在基板上结束时，关闭磁控管30的电源，并关闭工作气体供应***至第一处理室3的阀，并将所述室抽空到高真空。
使用第一处理室3中的输送***11，将支撑框架15从空腔17的工作区域16移动到移动区域28，在所述移动区域中，使基板保持架8的中心轴21与旋转运动馈通装置20解耦合。
步骤5
打开第一与第二处理室3之间的真空门10，并将具有基板保持架8的支撑框架15移动到第二处理室3，并关闭真空门10。位于第二处理室3中的输送***11将具有基板保持架8的支撑框架15移入到附加容积17中。在旋转运动馈通装置通过耦合装置22连接到中心轴21之后，通过使用旋转运动馈通装置20，以每秒1-3圈的频率旋转基板保持架8，然后向蒸发器31供电，并将下一个膜层(即具有835nm厚度的铜层)同时沉积在ITO涂层基板6的两侧上。根据控制基板6涂层过程的监测装置的信号，关闭蒸发器31的电源，并将常规剂量的铜送入到蒸发器31的坩埚。使用输送***11将支撑框架15从附加容积17移到移动区域28，并将基板保持架8的中心轴21与旋转运动馈通装置20解耦合。
步骤6、步骤7
在这些步骤中，将支撑框架15移动到以下处理室中，重复与第五步骤类似的操作。
步骤8
将支撑框架15移动到返回室26。输送***的可移动部分是位于真空返回室26中的返回模块27，将具有基板保持架8的支撑框架15旋转180度，并将其定位在输送***11的返回轨道上。将具有基板保持架8的展开的支撑框架15移动到下一个处理室3，之后返回模块27返回到初始位置。
步骤9
在第五处理室3中，所有操作与步骤5类似。
步骤10、步骤11
将具有基板保持架8的支撑框架15移动到以下的上游处理室3，在此处以相同的方式重复与步骤5的操作类似的所有操作。
步骤12
打开第七与第八处理室3之间的真空门10。将具有基板保持架8的支撑框架15移动到第八处理室，关闭最后一个处理室3与输出负载锁室2之间的真空门10。在具有基板保持架8的支撑框架15容纳在最后一个处理室3中之后，关闭处理室3之间的真空门10。使用位于八个处理室3中的输送***11，将具有基板保持架8的支撑框架15移动到附加容积17，使用耦合装置22将旋转运动馈通装置20连接到基板保持架8的中心轴21，并以每秒1-3转的频率旋转基板保持架8。将氩气供应到工作区域16至所需压力，向磁控管30供电，并将700nm厚度的锡层沉积在已经沉积在硅晶片两侧上的铜层。之后，关闭磁控管30的电源，并关闭氩气供应***的阀，并抽空处理室3，以获得高真空。
步骤13
打开位于最后一个处理室3与输出负载锁室2之间的真空门。将具有基板保持架8的支撑框架15移动到输出负载锁室2，关闭处理室3与负载锁室2之间的真空门10。
步骤14
打开输出负载锁室2之间的锁，并将支撑框架15移动到最后一个输出负载锁室2，关闭输出负载锁室2之间的锁。在直列式涂布机的最后一个真空室(输出负载锁室2)中，引入空气以达到大气压力，抽空第二输出负载锁室2以达到高真空。
步骤15
打开输出负载锁室2与卸载台25之间的真空门10，将具有基板保持架8的支撑框架15移动到卸载台25，然后关闭真空门10，并使用机械泵5抽空最后一个下游输出负载锁室2，以达到初步真空。
步骤16
从基板保持架8上去除具有沉积在两侧上的薄膜ITO-Cu-Sn的成品硅板，并通过返回27模块使具有基板保持架8的支撑框架15返回到加载台24。
因此，所提出的设计用于在真空中将薄膜沉积在基板上的直列式涂布机变体使得用于大量沉积具有大量层的高质量薄膜的设备生产率可能提高，并使在基板两侧上同时沉积薄膜成为可能。这不仅提高了整体***性能，而且排除了在按顺序在其每侧上形成具有几微米厚度的涂层过程中基板的变形(例如，弯曲)。
在沉积数十层或数百层薄膜的情况下，本实用新型使减少使用的处理室的数量成为可能，这意味着它们提供了更紧凑的直列式涂布机，所述直列式涂布机不需要使用巨大的生产区域进行安装。
本实用新型在试生产中得到了验证，并取得了良好的效果。
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Claims (22)

1.用于在真空中沉积薄膜涂层的直列式涂布机，其包括：
位于所述直列式涂布机相对的两端处的输入负载锁室(1)和输出负载锁室(2)；
具有用于基板(6)表面处理和将薄膜沉积在基板上的处理装置(4)的至少一个处理室(3)；
监测装置；
沿所述直列式涂布机整个长度的直通输送***(11)，具有以支撑框架(15)形式制成的托架，所述支撑框架用于将可旋转基板保持架(8)从所述输入负载锁室连续移动到所述输出负载锁室中，所述可旋转基板保持架具有成形表面，基板安装在所述成形表面上；
真空门(10)；以及
所述基板保持架(8)的旋转运动馈通装置(20)，所述旋转运动馈通装置设置在处理室(3)中并且包括用于将其与基板保持架(8)的中心轴(21)耦合的耦合装置(22)，所述耦合装置安装在所述基板保持架的旋转轴上并悬臂支撑在所述支撑框架(15)上；
其特征在于，
所述至少一个处理室(3)包括附加容积(17)，所述附加容积(17)的尺寸由所述可旋转基板保持架(8)的尺寸确定，所述附加容积(17)足以安置所述处理装置(4)和所述监测装置；
所述至少一个处理室(3)分成工作区域(16)和移动区域(28)；
其中，所述基板保持架(8)具有开口端和封闭端，并且所述开口端朝向所述工作区域(16)定向，并且其外切直径对应于所述基板保持架(8)的最大外切直径；并且其中，所述直列式涂布机的输送***(11)适应于同步且逐步地将所述基板保持架沿垂直于所述基板保持架的旋转轴的方向从所述输入负载锁室移动到所述输出负载锁室中，并且其中，所述输送***适应于将所述基板保持架沿所述基板保持架在每个所述至少一个处理室中的旋转轴移动到所述工作区域。
2.如权利要求1所述的用于在真空中沉积薄膜涂层的直列式涂布机，其中，所述输送***(11)的支撑框架(15)配置为能够在水平位置中移动，所述基板保持架(8)的旋转轴垂直定向。
3.如权利要求1所述的用于在真空中沉积薄膜涂层的直列式涂布机，其中，所述输送***(11)的支撑框架(15)配置为能够在垂直位置中移动，所述基板保持架(8)的旋转轴水平定向。
4.如权利要求1所述的用于在真空中沉积薄膜涂层的直列式涂布机，其中，刚性安装在支撑框架(15)上的隔板(19)将所述工作区域与所述移动区域分离。
5.如权利要求1所述的用于在真空中沉积薄膜涂层的直列式涂布机，其中，所述基板保持架以旋转表面的形式制成。
6.如权利要求1所述的用于在真空中沉积薄膜涂层的直列式涂布机，其中，所述基板保持架以穹顶、截头圆锥体或圆柱体的形式制成。
7.如权利要求1所述的用于在真空中沉积薄膜涂层的直列式涂布机，其中，所述基板保持架的成形表面包括用于独立旋转所述基板的装置(23)。
8.如权利要求1所述的用于在真空中沉积薄膜涂层的直列式涂布机，其中，所述基板保持架的成形表面具有用于基板(6)安装的通孔(7)。
9.如权利要求5所述的用于在真空中沉积薄膜涂层的直列式涂布机，其中，所述基板保持架(8)以在其成形表面上具有通孔(7)的圆柱体的形式制成，并且其中，所述工作区域包括至少两个处理装置(4)，用于同时将双面膜沉积在所述基板(6)的表面上。
10.如权利要求1所述的用于在真空中沉积薄膜涂层的直列式涂布机，其中，所述至少一个处理室(3)的工作区域(16)具有提供所述处理装置的气体隔离的元件。
11.如权利要求1所述的用于在真空中沉积薄膜涂层的直列式涂布机，其中，所述基板保持架的表面具有用于所述基板的固定装置(9)。
12.如权利要求11所述的用于在真空中沉积薄膜涂层的直列式涂布机，其中，用于所述基板的所述固定装置(9)设计为可移动元件。
13.如权利要求1所述的用于在真空中沉积薄膜涂层的直列式涂布机，其中，所述处理装置(4)是蒸发器(31)和/或磁控管(30)和/或离子源和/或等离子体发生器(29)。
14.如权利要求1所述的用于在真空中沉积薄膜涂层的直列式涂布机，其中，所述监测装置是光传输/反射控制装置和/或石英涂层速率计。
15.如权利要求5或6所述的用于在真空中沉积薄膜涂层的直列式涂布机，其中，所述基板保持架的成形表面具有用于基板安装的通孔。
16.用于在真空中沉积薄膜涂层的直列式涂布机，其包括：
设置在所述直列式涂布机的输入端处的输入负载锁室(1)和设置在其输出端处的输出负载锁室(2)，其中，所述输入端和所述输出端设置在所述直列式涂布机的同一侧处；
至少两个处理室(3)，所述至少两个处理室包括用于基板(6)表面处理和将薄膜沉积在基板表面上的处理装置(4)；
监测装置；
沿所述直列式涂布机整个长度的直通输送***(11)，具有以支撑框架(15)形式制成的托架，所述支撑框架用于将可旋转基板保持架(8)从所述输入负载锁室连续移动到所述输出负载锁室中，所述可旋转基板保持架具有成形表面，基板安装在所述成形表面上；
返回室(26)，用于改变所述基板保持架(8)移动的方向；
真空门(10)；以及
所述基板保持架(8)的旋转运动馈通装置(20)，所述旋转运动馈通装置设置在处理室(3)中并且包括用于将其与基板保持架(8)的中心轴(21)耦合的耦合装置(22)，所述耦合装置安装在所述基板保持架(8)的水平旋转轴上并悬臂支撑在能够在垂直位置中移动的所述支撑框架(15)上；
其特征在于，
每个所述至少两个处理室(3)包括附加容积(17)，所述附加容积(17)的尺寸由所述可旋转基板保持架(8)的尺寸确定，所述附加容积(17)足以安置所述处理装置(4)和所述监测装置；
其中，所述至少两个处理室(3)分成工作区域(16)和移动区域(28)，
其中，所述基板保持架具有开口端和封闭端，并且所述开口端朝向所述工作区域(16)定向，并且其外切直径对应于所述基板保持架(8)的最大外切直径；并且其中，所述直列式涂布机的输送***(11)适应于同步且逐步地将所述基板保持架(8)沿垂直于所述基板保持架的旋转轴的方向从所述输入负载锁室移动到所述输出负载锁室中，并且其中，所述输送***适应于将所述基板保持架(8)沿所述基板保持架在每个所述至少两个处理室(3)中的旋转轴移动到所述工作区域(16)。
17.如权利要求16所述的用于在真空中沉积薄膜涂层的直列式涂布机，其中，刚性安装在支撑框架上的隔板将所述工作区域与所述移动区域分离。
18.如权利要求16所述的用于在真空中沉积薄膜涂层的直列式涂布机，其中，所述基板保持架以旋转表面的形式制成。
19.如权利要求16所述的用于在真空中沉积薄膜涂层的直列式涂布机，其中，所述基板保持架以穹顶、截头圆锥体或圆柱体的形式制成。
20.如权利要求16所述的用于在真空中沉积薄膜涂层的直列式涂布机，其中，所述基板保持架的成形表面包括用于独立旋转所述基板的装置。
21.如权利要求16所述的用于在真空中沉积薄膜涂层的直列式涂布机，其中，所述基板保持架的成形表面具有用于基板安装的通孔。
22.如权利要求16所述的用于在真空中沉积薄膜涂层的直列式涂布机，其中，每个所述至少两个处理室的工作区域具有提供所述处理装置的气体隔离的元件。
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