用于在真空室内固定反应器的托架的制作方法

专利名称：用于在真空室内固定反应器的托架的制作方法
技术领域：
本发明涉及为固定真空室内的反应器而设置的托架，具体地涉及为固定真空室内的PECVD反应器而设置的托架 。本发明还涉及包括所述托架的真空室。
背景技术：
在薄膜硅光伏电池制造中，最常见的硅沉积工艺是例如等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)。例如，在具有两个电极的平行板反应器内，借助HF电压点燃等离子体。包括像硅烷(经常稀释在氢气中)这样的气体硅，能实现不同结晶度的硅层的沉积，但必须控制某些工艺参数，例如压力、气体混合物、功率和工艺温度。等离子体反应器的变热基本上是由于等离子体放电产生的。为了避免待处理的基板过热，在反应器设计中经常需集成冷却装置。而在下文中，“温度控制” 一词，既指冷却又指加热。薄膜硅太阳能电池的常见制造方法需要一个或多个PECVD步骤，在这些PECVD步骤中硅被沉积到基板上，例如玻璃基板。图I示出了用于制造薄膜太阳能电池的装置的示意图。该装置包括一个具有外壳2的公共真空室1，其中堆叠的等离子体反应器4被设置在以钢板3构成的托架之间，并且连接到该托架上。这种构造也称为Plasmabox原理。当前，多达10个反应器4共用一个真空室I，这显著地提高了这种PECVD工具的生产能力。这种也被称为ΚΑΙ-PECVD的沉积工具系统可从Oerlikon Solar购买到。对于单个反应器4，以至于一堆反应器4来说，重要的是如何在外壳2内将它们正确地定位在周围的真空室I中。由于需要将反应器4保持在一定的工艺温度下，所以需要提供散热片和限定的温度环境。此外，还必须将反应器4安装和固定在真空外壳2内。图2示出了现有技术的被设置成容纳10个反应器4的堆叠结构的透视图。在图2中省略了反应器4本身。在这种设计中，将反应器4设置成既被一体化的钢板3承载和支撑，还额外对温度控制介质(例如水、蒸汽、油等)提供通道。根据图2，设置有11块板3，这11块板3借助位于堆叠结构边角的四根柱5而被堆叠在一起。钢板3或者其内部设有温度控制介质的通道可以通过连接器6连接在一起，为此设置引导件7用于将温度控制介质从连接器6引导到钢板3的通道内。此外，钢板3可以设有凹槽8和空腔9，以提供用于附加功能的空间，例如用于安装工具或装货/卸货机器人的空间。由于结构原因，根据现有技术的堆叠反应器难于制造。像加固肋或加劲杆这样的加固装置，在没有增加室I的总体积的情况下，不可浪费各个反应器间的过多空间。因此，难以满足平整性要求。像深孔钻削这样的昂贵制造方法以及生产过程中的几个平整步骤导致其组件十分昂贵。此外，根据现有技术的方案，该装置很重，需要大规模的设备来运输和安装该堆叠结构。为了成就太阳能技术，例如使其经济上切实可行，减少对制造设备的资金开支是十分重要的。此外，制造设备的材料节省，使制造太阳能面板消耗的灰色能源减少
发明内容
本发明的目的是提供一种被构造用于在真空室(I)内固定反应器，尤其是PECVD反应器而设置的托架，所述托架克服了上面阐述的缺陷中至少一个缺陷。本发明的具体目的是提供一种被构造用于在真空室(I)内固定反应器，尤其是PECVD反应器而设置的具有有限重量的托架。这些目的是通过其权利要求I的托架实现的。有利的和优选的实施方案在从属权利要求中给出。本发明涉及一种为固定真空室内的反应器(具体是PECVD反应器)而设置的托架，所述托架包括框架，所述框架由至少两根外梁和多个横梁构成，至少两根外梁彼此相对布置，其中所述外梁和所述横梁形成隔室，在所述隔室内设置温度控制元件。根据本发明，提供一种不是由连贯的钢板构成的托架，而是所述托架被形成为分别由梁或型材构成的框架，所述框架作为基础结构。所述框架提供足够的结构强度和稳定性，导致所述托架对于例如PECVD用途来说足够稳定。·所述框架包括至少两根外梁或边梁，至少两根外梁或边梁分别限定所述框架的至少两个边缘，这些边缘是所述框架的相对两个边。此外，提供横梁，所述横梁优选基本上垂直于所述外梁而排列成行，并且被固定到所述外梁上。因此，所述外梁通过所述横梁互相连接。由梁构成的所述框架被配置成承载或支撑反应器的形式，例如PECVD反应器。因此，梁可以具有引导所述反应器的凹槽并可有更多的凹槽或空腔，以提供所述反应器的附加功能的空间(例如用于基板处理或基板安装用途)。在所述框架的区间(即在各个梁之间)形成隔室，所述隔室用于设置温度控制元件。这些温度控制元件可以用于调整所述真空室内的适合温度，因此调整所述反应器周围的温度。例如，根据所期望的应用，可以冷却或加热所述真空室内部或所述反应器本身。因此所述温度控制元件可以是导入温度控制介质的温度控制通道的形式。因此，温度控制的功能可以通过在分别由型材或梁构成的所述框架内嵌入的薄的元件实现。所述温度控制元件没必要对所述框架的结构稳定性起作用，而是由主框架支撑和固定位置。因此，根据本发明的托架，其可区分和分隔用于反应器的固定装置的功能以及用于控制所述反应器温度的温度控制元件的功能。根据本发明的包括由各个梁和分别位于所述梁之间或所述框架内部的温度控制元件构成的框架，可以比图2中示出的具有一体化板的现有技术的托架重量轻50%以上。例如，对于承载10个反应器的堆叠结构来说，重量减少可以是2. 800kg以上。显而易见，这种重量的减少对包括本发明的托架的真空室提供了改进的和成本节省的生产工艺。在本发明的优选实施方案中，提供一个或多个对角梁，每个对角梁优选连接到外梁和横梁上。如果需要，可以添加这些梁，以便增强刚度以及因此增强本发明的托架的结构完整性。所述对角梁可以分别从所述托架的一个边角或框架的一个边角延伸到相对的边角上。在本发明的又一优选的实施方案中，梁由不锈钢或铝构成。详细地说，所有梁(即所述外梁、所述横梁以及所述对角梁)由上面指出的材料构成是优选的。可以对这些材料进行选择，以进一步降低所述托架的重量，如果梁由铝材构成，那么情况即是如此。此外，梁可以具有特别改进的结构完整性，从而使其具有稳定性。如果梁由不锈钢构成，那么情况基本如此。在本发明的又一优选的实施方案中，所述温度控制元件包括两个平行板，这两个平行板在梁之间延伸，于贴近梁的地方对其外侧加以密封，并且具有入口和出口，所述入口和所述出口用于引导温度控制介质，具体用于引导温度控制液体。这是十分简单的用于形成所述温度控制元件的构造，也适合于形成托架的堆叠结构。此外，由于整个板均可对周围环境的加热或冷却起作用，从而特别改进了该实施方案的温度控制元件的有效性。此外，所述温度控制元件通过单侧箍具或通过使用弹性夹具连接到梁上是优选的。这些实施方案表现出下面的积极作用，即所述温度控制元件以这种方式贴附于由梁构成的框架上，使得它们能展开来而又不负面地影响所述框架的结构完整性，因此不负面地影响全体反应器托架的结构完整性。所以，可以进一步提高本发明的托架的稳定性以及可靠性。在本发明的又一优选的实施方案中，所述框架具有> Im2的尺寸。因此根据本发 明的托架对于具有这些尺寸的反应器和基板来说是特别优选的。尤其在有可能出现松垮下垂等问题时，必须寻求解决办法并加以补偿，或者使其避免发生。根据该实施方案，这些问题十分容易解决。此外，本发明涉及真空室，具体涉及PECVD室，其中该室包括上面阐释的本发明的一个或多个托架。因此，如上所述的真空室具有如本发明的托架所描述的优点。因此，根据本发明的真空室其重量减轻，因此可以容易地和节省成本地被制造。根据本发明的真空室的优选实施方案中，提供多个托架，所述多个托架连接到多根柱上并且形成托架的堆叠结构。尤其是，通过提供多个托架，可以实现生产能力的提高，使得生产工艺达到充分有效性，例如本发明的真空室内执行的PEVCD工艺即是。此外，通过形成所述托架连接到多根柱上的堆叠结构以及该堆叠结构的结构完整性，因此能够提高堆叠结构的稳定性。因而，所谓“柱”，就是指所述托架可以固定到其上的任何加长的连接器。


图I示出现有技术用于太阳能电池制造的装置的示意图；图2示出现有技术的可预见容纳10个反应器的堆叠结构的透视简图；图3a示出本发明的托架实施方案的俯视透视简图；图3b示出图3a实施方案中各个必要构件的略图；图4a示出本发明托架的实施方案的仰视透视简图；图4b示出图4a实施方案中各个必要构件的略图；图5示出本发明托架堆叠结构的俯视透视简图。
具体实施例方式下面描述本发明的固定装置或托架10。详细地说，托架10被设置用于在真空室内固定反应器，例如等离子体反应器，尤其是PECVD平行板反应器。反应器可以是现有技术中已知的一种，其可以包括用于冷却或加热基板的温度控制设备，而在下面的图中并未示出。根据本发明的托架10在图3a、3b以及图4a、4b中详细地示出。其包括分别在托架10的两个相对的外边缘上布置的至少两根边梁或外梁11以及被安装到所述外梁11上的两根以上的若干横梁12。因此，外梁11和横梁12相应地形成了网格或框架，该网格或框架也可以由四根外梁11和一系列的横梁12形成。横梁12可以彼此相对平行布置或以十字交叉方式布置。在第一种情况下，横梁可以垂直于外梁11布置。如果需要，可以相应地添加对角梁或对角杆或斜撑杆，以便提高刚度。然而，实际上使用尽可能少以及尽可能相同的部件是优选的。此外，对于外梁11、横梁12以及对角梁来说，使用相同的型材是优选的。优选地，外梁11、横梁12以及对角梁可以由挤压成型铝材或不锈钢制成。它们可以通过螺纹连接、焊接连接或别的适合的连接方式彼此固定或连接。为了进一步降低成本，框架或外梁11、横梁12分别可以由涂覆有保护涂层而不受蚀刻气体影响的铸钢制成或者由铸铝制成。能够看出，外梁11、横梁12以及可能附加的对角梁在它们之间相应地形成隔室13或空腔。因此，隔室13为形成在外梁11和横梁12之间的空间。根据本发明，隔室13 (优 选每一个隔室13)被用来容纳温度控制元件。各温度控制元件优选串联连接。它们可被设计为例如两块平行的薄板或两个薄片，这两块平行的薄板或两个薄片例如由不锈钢制成，通过例如焊接在它们的边缘以及外梁11和横梁12处密封，从而形成空腔。它们可以包括用于温度控制介质的入口和出口，该温度控制介质用于控制温度。详细地说，适合的温度控制介质可以是流体，例如水、蒸汽或油。例如，6个巴的工作压力和4升/分钟的流速可能较适宜。据此，在例如PECVD工艺下的工作状况中，基板的温度能保持在150°C到300°C之间。可替换地，还可以将管道布置为扁平盘管，而该扁平盘管可以连接到由导热材料制成的扁平板上。设计基本上扁平的冷却板或加热板的其它方法可以包括使用无源的(即吸收或补偿)设备、电加热/冷却元件或者甚至向反应器顶部或底部分别引导冷却气体的分配网格。在外梁11和横梁12的凹槽或空腔中可以集成连接导管、线缆或其它管路以及控制单元(例如用于现场温度测量的控制单元)。优选地，所述温度控制元件贴附到外梁11和横梁12的框架上，以使得它们能够展开而不对整个托架10的结构完整性产生负面影响。这可以通过例如单侧钳具或弹性夹具来实现。优选地，温度控制元件被设计成允许和/或将温度控制在100°C到300°C之间，优选150°C到300°C之间，更优选地设置在180°C到250°C之间。具有高辐射率的涂层可提高辐射热的吸收并且相应地提高散热器或温度控制元件的性能。根据本发明的托架10必须承受温度控制介质(例如水、蒸汽、油)以及相应地在PECVD工艺中可能出现的清洗气体或蚀刻气体(经常可能包括氟自由基)的腐蚀作用。在本发明的优选实施例中，框架的尺寸范围> lm2。在特别优选的实施例中，框架的尺寸为I. 4m2。该托架10则针对具有彡Im2尺寸，尤其I. 4m2尺寸的基板而设计。将托架10设计成用于容纳多个反应器，例如PECVD反应器。反应器可以不是真空密封的，但是允许在专用的小体积内控制等离子体参数。每个反应器具有其自己的电连接器以及工作气体供给。PECVD或蚀刻处理的残留物通过连接到公共外壳上的泵(本身未示出)除去。为将反应器引导到期望的位置，框架(例如横梁12)可以具有凹槽14，在凹槽14内可以放置与反应器相应的突起。凹槽14在图3a中示出。可替换地或者额外地，可以设置导轨15，以便用于将反应器安装或悬吊在托架10内。导轨15在图4b中示出，并且其可以形成为例如U型梁。因此，反应器能稳定地安装在各个反应器托架10的上方。在此情况下，反应器可以稳置在凹槽14内。此外，反应器还可以稳定地安装在各个反应器托架10的下方。在此情况下，反应器可以放置在导轨15上。此外，在凹槽14和/或导轨15附近，外梁11和横梁12可以配备有更多的凹槽或空腔，以提供用于附加功能的空间，例如用于安装工具或装货/卸货机器人的空间。托架10可以配备有固定装置16。由于固定装置16,可以形成托架10的堆叠结构17被放置在真空室内。在此情况下，堆叠结构17包括本发明的多个上述托架10。这种堆叠结构17在图5中示出。图5中示出的堆叠结构17是通过(或基于)柱18建立起来的，柱 18通过所述固定装置16而连接多个托架10，优选地，柱18连接到各个托架10的边角上。托架10可以通过连接器19连接起来，在连接器19上设置数个引导件20，以便将温度控制介质引导到托架10的各个通道内并且进一步引导到温度控制元件内。因此，容纳10个反应器的堆叠结构17包括11个反应器托架10。这些托架10可以由四根柱18和固定装置16固定，这四根柱18和固定装置16优选地由不锈钢制成，例如高等级的或高质量的钢。优选地，所述不锈钢具有非常低的线性膨胀系数，以便减少反应器堆叠结构的长度变化。根据图5，每个反应器托架10在纵向具有两根外梁11，在横向上具有六根横梁12。外梁11和横梁12都是由不锈钢制成的并且用螺钉拧在一起。反应器本身(未示出)能够通过将它们放入相邻的托架10之间而被插入到堆叠结构17内。在优选的实施例中，以悬吊的方式设置反应器。这可以例如通过安装到反应器托架10下方的导轨15 (例如呈U型梁形式)实现，这可以在图4b中看出。通过适合的相配部件，能够实现类似抽屉的设计，因此还简化了反应器的组装、更换和/或维修。由于每个反应器可以独立于其他反应器来设计，因此反应器独立地包含电极(例如板状电极)、气体分配喷头和基板支架，反应器托架10的温度控制功能影响每个反应器的两侧，并因此可以精确地控制反应器的温度。每个单独的托架10的温度控制元件可以通过例如引导件21串联起来或并联起来。因此，主温度控制介质供给通路靠近柱19中的一个来设置是有利地，这可以在图5中看出。不应将上述示例理解为限制性的，本发明的模块化组件能够与不同的基板尺寸和其它数量的梁一起使用，而不偏离本发明的范围。尽管已在附图和前面的描述中详细地图示和描述了本发明，但是上述图示和描述应认为是说明性的或者示例性的，而不是限制性的，本发明并不局限于所公开的实施方案。本领域的技术人员在实施所要求保护的本发明时，能够从附图、本公开和所附权利要求的研读中理解和实现所公开的实施例的其它变化。在权利要求中，词语“包括”不排除其它要素或步骤，并且不定冠词“a”或“an”也不排除代表多个。仅要强调的事实是，在互不相同的从属权利要求中记载的某些手段并不表示不能使用这些手段的组合并具有优势。权利要求中的任何附图标记不应解释为用于限制范围。附图标记说明I真空室2 外壳
3 钢板4反应器5 柱6连接器7引导件8 凹槽
9 空腔10 托架11 外梁12 横梁13 隔室14 凹槽15 导轨16固定装置17堆叠结构18 柱19连接器20引导件21引导件
权利要求
1.一种托架，其被构造用于在真空室(I)内固定反应器，尤其是用于固定PECVD反应器，所述托架(10)包括 框架，所述框架由至少两根彼此相对布置的外梁(11)和多根横梁(12)构成，其中所述外梁(11)和所述横梁(12)形成隔室(13)，在所述隔室(13)内设置温度控制元件。
2.根据前一权利要求所述的托架，其中梁(11、12)由不锈钢或铝材制成。
3.根据前述权利要求中任一项所述的托架，其中所述温度控制元件包括两个平行板，所述两个平行板在所述梁(11、12)之间延伸并且于梁(11、12)处对其外侧加以密封，所述温度控制元件还具有用于弓I导温度控制介质，尤其是温度控制液体的入口和出口。
4.根据前述权利要求中任一项所述的托架，其中所述温度控制元件通过单侧钳具或通过使用弹性夹具连接至所述梁(11、12 )。
5.根据前述权利要求中任一项所述的托架，其中所述框架具有>Im2的尺寸。
6.一种真空室，特别是PECVD室，其中所述室(I)包括前述权利要求中任一项所述的托架(10)中的一个或多个。
7.根据权利要求6所述的真空室，其中设置有多个托架(10)，所述多个托架(10)连接至多根柱(18)并且形成托架(10)的堆叠结构(17)。
全文摘要
本发明提供了一种被构造用于在真空室(1)内固定反应器，尤其是PECVD反应器的托架。该托架(10)包括由至少两根彼此相对布置的外梁(11)和多根横梁(12)构成的框架，其中外梁(11)和横梁(12)形成隔室(13)，在隔室中设置温度控制元件。根据本发明的托架(10)具有减轻的重量并可节省生产成本。
文档编号C23C16/458GK102803556SQ201180006134
公开日2012年11月28日 申请日期2011年1月12日 优先权日2010年1月14日
发明者爱德华·伊利尼奇, 安德烈亚斯·迈尔 申请人:欧瑞康太阳能股份公司(特吕巴赫)