УСТАНОВКА ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ТОНКИХ ПЛЕНОК ПОВЕРХНОСТНЫХ ДИФФУЗАНТОВ НА КРЕМНИЕВЫЕ ПЛАСТИНЫ

Полезная модель относится к полупроводниковой технологии, а именно к установкам для формирования тонких пленок поверхностных диффузантов на кремниевых пластинах при изготовлении солнечных элементов (СЭ) и может быть использована в полупроводниковой и электронной промышленности.
Известна установка конвейерного типа модели "SCHILLER AUTOMATION" GmbH & Со. Kg. (Германия, рекламный проспект прилагается) предназначенная для нанесения слоев на обе стороны кремниевых пластин, содержащая конвейерные тракты для перемещения пластин, устройства загрузки-выгрузки, роторный кантователь пластин, реакционные камеры, системы питания и управления, вентиляции и подачи чистого воздуха. Вся система окружена герметичным стеклянным боксом, внутри которого обеспечиваются необходимые параметры атмосферной среды.
Однако предлагаемая полезная модель имеет существенные отличия от существующего прототипа.
Например: устройство загрузки прототипа представляет собой несущую металлическую раму, на которой установлена столешница из нержавеющей стали. На столешнице сверху, над прямоугольными окнами установлены направляющие обоймы из полимерного материала, в которые оператором закладываются кремниевые пластины в стопках по 200-500 штук (толщина каждой пластины - 0,2 мм, соответственно высота стопки 40-100 мм.)
Снизу стопки удерживаются плоскостью толкателей, которые пошагово перемещают вверх каждую из стопок по мере загрузки пластин на конвейер. Перемещение пластин из стопки на резиновые пассики конвейера осуществляется манипуляторами на основе вакуумной присоски.
Основным недостатком известной установки является контакт присоски с рабочей стороной пластины, при котором привносятся примеси материала присоски и другие загрязнения, недопустимые для процессов микроэлектроники, что снижает КПД и процент выхода годных структур.
В предлагаемой полезной модели перемещение пластин из стопки на конвейер и другие перевалочные операции выполняются манипуляторами-перекладчиками кремниевых пластин, работающими по принципу Бернулли, а именно, над стопкой пластин, в фиксированной точке зависает плоская чашка-захват, в центре которой изнутри расположено малое отверстие круглой формы, через которое под давлением подается чистый воздух или азот. Струя этого газа над верхней стороной первой в стопке пластины создает пониженное давление, тем более низкое, чем выше скорость обтекаемого поверхность газа. Разность давлений снизу и сверху пластины отделяет ее из стопки и удерживает в чашке, которая перемещается с помощью привода в нужную точку над конвейером. Прекращение подачи газа "отпускает" пластину из чашки на место на конвейере. Подобным образом, с помощью манипуляторов, работающих по принципу Бернулли, в предполагаемой полезной модели производятся все операции, необходимые для загрузки, выгрузки и кантования пластин. Пластина в этих процессах уже не касается рабочими поверхностями посторонних предметов, она удерживается в газовом потоке. Возможно касание торцевыми (нерабочими частями) краями пластин материала чашки, что не загрязняет поверхности пластин.
В установке прототипе применены пассиковые системы перемещения пластин. Резиновые бесконечные шнуры приводятся в движение ведущими роликами, а направляются и сохраняют натяжение - направляющими. От перемещения пластин в стороны от линии тракта, параллельно пассикам, установлены боковые ограничители. Недостатком такой конструкции трактов перемещения является контакт поверхностей пластин с материалами пассиков, генерация пыли при проскальзывании и т.п. процессы.
В отличие от прототипа, в конструкции предлагаемой полезной модели конвейерные тракты под процессы нанесения диффузантов выполнены в виде сетчатой ленты из коррозионно-стойкого материала. На ленте закреплены отдельные для каждой пластины подложки, изготовленные из карбида кремния и имеющие полированную плоскость, на которую укладывается пластина. Прижатие пластины к этой плоскости подложки (в процессе нанесения диффузанта в высоковольтном электростатическом поле) электростатическими силами обеспечивает чистоту обратной стороны пластины при проведении первого процесса нанесения - для нанесения на нее другого вещества второго процесса нанесения другого диффузанта после кантования.
Для нанесения пленок на обратную сторону кремниевых пластин в прототипе предусмотрен кантователь пластин представляющий собой поворотный барабан в форме катушки с боковыми стенками. Стенки выполнены с четырьмя радиальными попарными прорезями.
В каждую пару поочередно подается пластина, после чего барабан вращается на 90°. Пластина переворачивается на обратную сторону после двух поворотов барабана.
Недостатком такой конструкции прототипа является генерация пыли при трении кромок пластин, перемещаемых в прорези стенок барабана.
В предлагаемой полезной модели устройство для кантования пластин (кантователь) лишено такого недостатка, т.к. переворачивание пластины реализуется бесконтактным манипулятором, работающим по принципу Бернулли, в котором пластина удерживается потоком воздуха в чашке манипулятора без контакта с чашкой, а чашка с удерживаемой в ней пластиной поворачивается сразу на 180°, после чего пластина укладывается уже на обратную сторону после прекращения подачи в чашку сжатого воздуха. Контакта и трения при этом не происходит, следовательно, нет генерации пыли в рабочем пространстве, что снижает привносимую дефектность.
Задача полезной модели - повышение качества нанесения тонких пленок поверхностных диффузантов на кремниевые пластины.
Технический результат достигается тем, что в установке для нанесения тонких пленок поверхностных диффузантов на кремниевые пластины, содержащей два многорядных конвейера имеющих конвейерные тракты для перемещения пластин, устройства для загрузки, выгрузки и кантования кремниевых пластин, две камеры напыления, нагрева и сушки, систему автоматизированного управления технологическим процессом, включающую контроллеры управления приводными механизмами соединенными с компьютером и дисплеем, устройства загрузки, выгрузки и кантования кремниевых пластин снабжены бесконтактными манипуляторами-перекладчиками, работающими по принципу Бернулли, содержащими плоскую чашку-захват, в центре которой изнутри выполнено малое отверстие для подачи под давлением чистого воздуха, при этом чашка установлена с возможностью перемещения в нужную точку на конвейере при помощи приводного механизма, а конвейерные тракты для перемещения пластин многорядных тактовых конвейеров выполнены в виде сетчатой ленты из коррозионно-стойкого материала, причем на ленте закреплены отдельные для каждой кремниевой пластины подложки изготовленные из чистого карбида кремния со шлифованной поверхностью под укладку пластин, а камеры напыления выполнены из диэлектрического коррозионно-стойкого материала в виде полых корпусов, в верхней части которых расположено отверстие для установки форсунок распыления, а снизу торцевых стенок выполнены входные и выходные окна для входа и выхода конвейера с пластинами, при этом прямоугольные камеры нагрева и сушки пластин оснащены инфракрасными нагревателями, установленными на входной стенке для сушки пленок на пластинах входящих из камеры напыления после нанесения диффузантов, кроме того, установка снабжена системой очистки конвейера и удаления избытка диффузантов, включающей ванны с поддержанием уровня рециркулирующего химического раствора, вентиляционной системой и системой сушки, при этом конвейеры размещены с возможностью прохождения отмывки в ваннах расположенных ниже уровня рабочей плоскости подложек, а система автоматизированного управления технологическим процессом снабжена блоком управления ультразвуковым распылителем и электронным высоковольтным блоком для создания высоковольтного электростатического потенциала между распылителем и подложками конвейера.
На фигуре 1 изображена общая схема установки;
на фиг.2 - схема конвейерных трактов с установленными на них подложками.
Установка для нанесения тонких пленок поверхностных диффузантов на кремниевые пластины представляет собой сборную стационарную конструкцию, содержащую два многорядных тактовых конвейера 1, 2 имеющие конвейерные тракты 3 для перемещения пластин, на которых установлены подложки 4 из чистого электропроводного материала, например, из карбида кремния, устройства 5, 6, 7 загрузки, выгрузки и кантования кремниевых пластин с манипуляторами-перекладчиками 8, 9, 10, 11 камеры 12, 13 напыления с механическим или ультразвуковым распылителями 14, 15 для одного и другого видов диффузанта, камеры 16, 17 нагрева и сушки, поворотный механизм 18, кассеты-контейнеры 19, 20, системы очистки 21, 22 конвейеров 1, 2 и удаления избытка диффузантов, снабженные вентиляционной системой 23, 24.
Кроме того, установка содержит систему 25 автоматизированного управления технологическим процессом, включающую контроллеры управления приводными механизмами, насосами, температурным режимом и вентиляцией, соединенными с центральным промышленным компьютером и дисплеем, а также электронный высоковольтный блок 26 - для создания электростатического потенциала 60-70 кВ между распылителями 14, 15 и подложками 4 конвейера 1 в двух рабочих зонах и электронный блок 27 управления ультразвуковыми распылителями 14, 15 регулирующим режимы ультразвуковых головок, распыляющих диффузант (жидкие композиции) в объемах двух камер 12, 13 напыления.
Манипуляторы перекладчики 8, 9, 10, 11 кремниевых пластин работают по принципу Бернулли. Над стопкой пластин в фиксированной точке зависает плоская чашка 28 - захват, в центре которой изнутри имеется малое отверстие 29 круглой формы, через которое под давлением подается чистый воздух или азот. Разность давлений снизу и сверху отделяет пластину из стопки и удерживает в чашке 28, которая перемещается с помощью приводного механизма в нужную точку над конвейером или поворачивается на 180° для отпускания пластины или укладывания на обратную сторону после прекращения подачи в чашку сжатого воздуха.
Ковейерные тракты 3 конвейеров 1, 2 выполнены в виде сетчатой ленты 30 из коррозионно-стойкого материала.
Камеры 12, 13 напыления выполнены из диэлектрического коррозионно-стойкого материала в виде полых корпусов, в верхней части которых расположено отверстие для распылителя 14 (форсунок распыления). Боковые стенки снизу имеют входные и выходные окна для входа и выхода конвейера 1 с пластинами.
Камеры 16, 17 нагрева и сушки пластин оснащены инфракрасными нагревателями (на общей схеме не показано) расположенными на выходной стенке для сушки пленок на пластинах выходящих из камеры 11 напыления после нанесения диффузантов.
Установка снабжена системой 21, 22 очистки конвейера 1 и удаления избытка диффузантов. Система 21, 22 очистки включает ванну 32, 33, в которой поддерживается необходимый уровень рециркулирующего химического раствора (плавиковой кислоты, воды) вентиляционную систему 23, 24 и систему сушки, которая осуществляет сушку конвейера струей горячего воздуха.
Конвейеры 1 размещены с возможностью прохождения отмывки и сушки в ваннах 32, 33 расположенных ниже уровня рабочей плоскости подложек 4.
Установка работает следующим образом. Загрузка кремниевых пластин из контейнера 19 выполняется бесконтактно автоматическим манипулятором-перекладчиком 7. Уложенные на подложку 4 конвейера 1 пластины перемещаются в зону камеры 12 напыления, в которую подается в виде аэрозоля жидкий диффузант после ультразвукового распыления наносимых жидких композиций (диффузантов) распылителем 14 с последующим (в период паузы) электростатическим осаждением распыленной до высокодисперсных аэрозолей жидкости на поверхность кремниевой пластины путем одно- или многократного высоковольтного разряда. Причем количество разрядов в единицу времени точно регулируется в зависимости от требуемой толщины наносимого диффузанта и согласуется с паузами и перемещениями конвейера. Разряд обеспечивает мгновенное перемещение и осаждение частиц аэрозоля на поверхность кремниевых пластин и подложку 4. При этом другая сторона пластин, обращенная и прижатая электростатическими силами к подложке, остается чистой. Последующий такт прохождения конвейера 1 обеспечивает прохождение пластинами зоны нагрева и сушки в камере 16, оснащенной инфракрасными нагревателями для сушки поверхности кремниевых пластин после нанесения жидкой композиции. Выходящие из камеры 16 сушки пластины автоматически переворачиваются и перекладываются на второй конвейер 2 устройством кантования 7 или кантователем, оснащенным двумя автоматическими манипуляторами 9, 10 и поворотным механизмом 18. Далее пластины уложенные на подложку второго контейнера 2 чистой стороной вверх, проходят аналогичные процессы нанесения другого жидкого диффузанта, сушки и отжига. После этого происходит выгрузка кремниевых пластин в кассету 20 с помощью манипулятора 11.
Синхронизация работы всех систем в установке осуществляется системой 25 автоматизированного управления. При этом блоки 26, 27 ультразвукового распыления и создания высокого электростатического поля имеют собственные источники питания и управления, соединенные с общей системой 25 автоматизированного управления.