浮法在线化学汽相淀积镀膜技术手册.docx

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浮法在线化学汽相淀积镀膜技术手册

浮法在线化学汽相淀积镀膜

技术手册

秦皇岛玻璃工业研究设计院

一九九六年五月

一、化学汽相淀积法镀膜原理

化学汽相淀积（CVD）工艺已成为膜制备方法中很重要的一类。

本质上，CVD是一种材料的合成法。

在这种方法中蒸汽相成份以化学方法反应形成固体薄膜，作为一种固相反应产物凝结在衬底上。

反应应该接近或就在衬底表面上发生（复相反应），而且不应在气相下发生，以免粉末状淀积生成。

反应的活化，可以用各种方法实现。

已经观察到，工艺参数如衬底温度、气相压强、反应物的浓度、流率等，对淀积膜的性质有显著的影响。

大约在五十年前，当耐熔化合物如金属碳化物、氮化物、硅化物、硼化物、氧化物以及它们的混合相进入广泛技术应用时，化学蒸汽淀积才开始对薄膜技术发生重要影响。

今天薄膜技术的应用已扩展到制备金属膜和合金膜、元素半导体膜和化合物半导体膜、超导体膜、耐熔和硬质材料膜、透明导体膜及其它特殊膜。

考虑下述三种分解反应：

Ni（CO）4200-300℃Ni+4CO

SiH4800-1300℃Si+2H2

CH41000-2000℃C+2H2

显然，膜淀积要求相当高的温度，对衬底的高温加热，会导致大量的不必要的热损伤，这与材料的种类有关，温度也影响膜的结构。

业已知道，高温时形成的淀积层一般是多晶，而在相对低的温度如600℃以下时，淀积的材料趋向于非晶态，它的结构是不稳定的。

在400℃以上温度退火它将会重新结晶形成晶粒，并由此引起电阻率、折射率、光吸收、自旋密度和介电常数等性能的变化。

与此相反，在600℃以上淀积的多晶硅膜则是稳定的。

620℃淀积的多晶硅膜经过退火，温度上升到1000℃在电子显微镜下观察，没有观察到其结构有明显变化，在1100℃是才略有改变。

这表明用SiH4作为反应气体，在620℃以上淀积的多晶硅膜结构上是稳定的。

二、工艺技术参数

1、镀膜位置温度：

板下锡液温度625±5℃

2、玻璃拉引速度：

180—395m/h360m/h是为最佳值

3、经过减压器反应气体SiH4、C2H2的压力为0.25Mpa

4、反应器工作时底面石墨距玻璃板面1.5~3mm

5、反应气体原料配比：

表1

SiH4（M/h）

C2H2（M/h）

N2（M/h）

T（%）

B-20

2.85

0.22

20±3

B-25

2.7

0.22

25±3

B-30

2.7

0.22

0.8

30±3

C-30

2.55

0.2

30±3

C-35

2.0

0.2

35±3

C-40

1.85

0.2

40±3

注：

B系列，本体玻璃为蓝色，C系列，本体玻璃为白色。

三、镀膜设备简介

镀膜设备主要包括三个部分：

供配气系统、镀膜机组及辅助设备。

1、供配气系统：

供配气系统主要由汇流排、配气柜和气体输送管路组成。

汇流排采用40升钢瓶盛装、贮存、输送反应气体和清洗气体。

硅烷采用2×6瓶位汇流排，6个瓶为一组，两组硅烷切换可实现更换气瓶不影响生产线上的连续生产。

硅烷汇流排设有高压、低压压力监测、显示、报警和高压自动紧急切断；乙烯采用2×1瓶位，乙烯汇流排设有高压、低压压力监测、显示、报警和高压自动紧急切断；另设氮气汇流排，用于清洗汇流排及管路。

将硅烷、乙烯、氮气经减压器减压，送入配气柜进行配气。

配气柜由1个混合器、2个质量流量控制器、1个电远传转子流量计、2个玻璃转子流量计、2个压力表、4个过滤器、若干阀门及若干管件利用铜管组合而成。

配气柜主要作用是调节反应器气体的配比及混合均化。

配好的气体分两路从锡槽两侧进入反应器，进入反应器之前锡槽底部都设置两个膨胀箱，以使反应气体更加。

硅烷、乙烯设有流量监测、显示、报警及控制。

2、镀膜机组：

镀膜机组主要设备有反应器、排气装置、大车、双梁车和升降台。

反应器：

反应器由水冷梁、石墨和四个轮子组成。

石墨固定在水冷梁上，以形成镀膜气体通过的U形通道。

四个轮子安装于水冷梁的轮轴上，支承反应器和在双梁车的水冷轨道上行走。

在镀膜操作时，反应器一端穿过锡槽，横跨锡槽空间，且反应器石墨底面距玻璃板表面很近，锡槽内宽2.4—4米，这要求反应器具有良好的刚性来保证石墨底面与玻璃板表面平行。

通过挠度计算和水冷梁结构的合理设计，使反应器的挠度仅为0.5毫米。

镀膜气体通过水冷梁内部气室冷却，防止镀膜气体在到达玻璃板表面之前温度过高分解造成膜面颜色不均匀。

当调配好的镀膜气体均等的以一定速度进入反应器的两个进气口时，经过反应器气室出口的特殊喷嘴，使镀膜气体稳定地分解淀积在玻璃原板上，形成颜色均匀的膜层。

排气装置：

排气装置与反应器连为一体，排气装置上有一能形成均等负压的狭缝，以使废气均匀排出。

锡槽两侧各设一个引设器，通过调整压缩空气量来调整排气负压，排气负压设有监测、显示。

大车：

大车在非镀膜操作时承载双梁车、反应器和排气装置，在镀膜操作时使双梁车顺利通过锡槽，与锡槽另一侧的升降台衔接，形成横跨锡槽可升降的水冷梁。

它主要由上部框架、底座、行走和升降机构、反应器行走机构和反应器调弯等组成。

锡槽池壁上沿距玻璃板面30—40毫米，在镀膜操作时反应器石墨底面距玻璃很近，这就要求支承反应器和排气装置的大车和升降台具有调节反应器石墨底面与玻璃板面距离的性能，并能够实现精密调节和快速升降的功能。

为了达到这种要求，在大车（和升降台）底座上设计了升降机，通过连杆将升降机和减速机连接、减速机与电机的传动以及电磁离合器的设计，实现了手动精密调节和电动快速升降。

并通过控制系统实现大车和升降台的同步操作、单独操作。

由于锡槽侧墙开口周围环境温度很高，为了便于操作所设计的控制系统，可在控制室可现场操作大车、升降台的升降。

双梁车：

双梁车主要是在镀膜操作时支撑反应器和排气装置。

在反应器进入锡槽前，双梁车要穿过锡槽与升降台衔接，形成锡槽内连续轨道。

双梁车有电动行走机构。

升降台：

升降台主要是通过驱动升降电机承接从锡槽另一侧过来的双梁车水冷轨道，同时将反应器升高或降低到合适的位置或镀膜位置。

可与大车同步操作。

3、控制系统：

控制系统包括供配气系统的控制、大车、双梁车、反应器、升降台的控制及排气负压监测和工业电视观测。

控制方案采用自动和手动两种控制方法，在自动控制中，主要采用可编程序控制器PLC控制。

手动控制和PLC自动控制可单独对整个镀膜系统进行操作。

4、辅助设备：

辅助设备主要包括压缩空气、照明边封、专用装配工具。

压缩空气用于排气负压调整和排气装置清扫气缸。

从压缩空气主管道引气到稳压罐（约1m3），稳压罐减压后引到锡槽两侧镀膜位置，大车侧设两个接头，用于引射器和清扫气缸。

镀膜生产前，在靠近镀膜位置上游及下游锡槽边封处各放置一个观察边封，在锡槽两侧的观察边封上各装一个电视摄像头，使镀膜操作观察方便。

专用装配工具有喷嘴夹块固定规和狭缝规，均用于反应器的安装。

四、产品性能

1、产品品种：

镀膜产品分为两个系列，以宝石蓝玻璃为基片的称B系列，以白玻璃为基片的称C系列，B系列三种产品B-20、B-25、B-30，透射为浅灰绿色，反射为蓝色。

C系列三种产品C-30、C-35、C-40，透射为浅茶色，反射为银白色。

表2

类别

代号

透光率

外观性能

白镀膜玻璃（5mm）

C-30

30±3%

透射为浅茶色，反射为银白色

C-35

35±5%

C-40

40±5%

宝石蓝镀膜玻璃（5mm）

B-20

20±3%

透射为浅灰绿色，反射为蓝色

B-25

25±3%

B-30

30±3%

2、光学性能：

表3

性能

白镀膜玻璃（5mm）

C-30

宝石蓝镀膜玻璃（5mm）

B-20

可见光反射率

45±5%

48±5%

可见光透射率

30±3%

20±3%

太阳光反射率

35±5%

36±5%

太阳光透射率

35±5%

33±5%

3、耐化学浸蚀性：

符合美国爱可太阳能产品公司企业标准，即5%HCl、5%HNO3、5%H2SO4或者20%NaOH和普通氨水分别浸泡1小时后取出，颜色无变化。

强化搞碱性试验：

在1NNaOH溶液中煮沸40分钟取出，膜面无变化。

4、耐磨性：

符合美国爱可太阳能公司企业标准，即用Toble研磨机磨300转后，可见光透过率ΔT≤8%。

5、均匀性：

符合国家《热反射玻璃》标准（报批稿），色差ΔT≤4NBS。

6、外观：

色彩均匀性、膜层变色、针孔和斑点均符合美国爱可太阳能产品公司企业标准。

7、发雾性：

在温度40、湿度90%条件下存放48小时取出，膜面无变化。

8、钢化性：

镀膜产品经过太原平板玻璃厂钢化车间平钢化炉整板钢化，膜面无变化，证明该产品可钢化处理。

9、热弯性：

该产品经太原玻璃厂做锅盖热弯，膜面无变化，证明该产品可热弯。

五、镀膜生产时出现问题的处理方法

1、沿反应器石墨底面溢出棕色气体是由于排气量不足，应将引射器的压缩空气量开大。

2、玻璃板面出现边部颜色淡，中间深或有鱼鳞状不均匀现象，可能是排气抽力过大，应将引射器的压缩空气关小。

3、玻璃板面出现很细纵向条纹时，先检验反应器石墨上游趾及中心块是否有损伤。

若有损伤，及时补修或更换，若不是由此所至，可能是反应器喷嘴局部堵塞所至，应及时清洗喷嘴或更换。

4、若玻璃板膜面出现斑点，是镀膜位置温度过高，应及时采取措施，使玻璃板面温度降至镀膜适宜温度。

5、玻璃板面出现划伤，是有硬物滞留在反应器石墨底面，应立即升起反应器，清理掉硬物。

6、玻璃板面出现白雾，反应器在锡槽内稳定时间不够或玻璃板温度过高。

7、若玻璃板面镀膜深度在宽度方向上由一边向另一边逐渐由浓变淡，可能是反应器底面距玻璃面一边高一边低造成的，或是锡槽本身横向温差所致，应及时调整。

六、生产条件

1、锡槽两侧镀膜操作孔（300mm高×900mm宽）。

2、至锡槽的纯氮气管道一条，出口端压力≥1000mmH2O，用量10m3/h。

3、压力空气管道引至锡槽出口处两侧，设稳压罐一个，配有安全阀及调压阀。

压力≥3Kg/cm2，用量1m3/min。

4、锡槽两侧冷却水用量：

50m3/h，压力≥2Kg/cm2。

5、镀膜位置温度偏差：

纵向应小于5℃，横向应小于10℃。

玻璃带偏置≤50mm。

6、操作观察孔4个。

7、供气站房间一间（最小8×4米）。

8、汇流排固定架。

9、排气管道（2”或3”）。

七、工艺流程图

见附页。

八、质量检测

产品质量检测项目主要有光学性能、耐磨性、耐化学浸蚀性、色差及外观质量等，分别按国内有关标准进行测试。

详见《质量检测及检测标准》。

外观质量检测。

还要进行耐化学浸蚀强化试验，取5050mm样片，放在煮沸的1NnaOH溶液中30分钟膜面不脱落则为合格。

浮法在线化学汽相淀积镀膜

安全规程

秦皇岛玻璃工业研究设计院

一九九六年五月

浮法在线汽相淀积镀膜玻璃生产所有原料有SiH4、C2H4和N2。

均以40升钢瓶装，SiH4为易燃性气体，在空气中能自燃。

瓶装压力为5Mpa。

C2H4为易爆性气体，在空气中含量达到燃烧限遇明火能引起爆炸。

装瓶压力为3.3~4Mpa，低温下为液体。

N2为15Mpa高压气体。

硅烷和乙烯两种气体在供气站中分室布置，不能同时放在一个房间，供气站必须有良好的通风及防火防爆设施。

一、安全规程

1、供气站内严禁明火，室内门窗全部为钢口窗，并且贴上防金属碰撞的橡胶条。

供气站内备有硅化干粉灭火器和1211灭火器。

2、室内照明全部采用防爆灯，照明电线与SiH4管道、C2H4管道相距就大于1.5米，开关安于室外。

3、排风机全部使用防爆轴流风机。

4、各种管道涂成不同的颜色以便区分，硅烷管道涂成红色，乙烯管道涂成褐色，氮气管道涂成黄色。

5、耐压试验及气密性试验：

管道安装后要进行严密性试验。

以氮气进行严密性试验。

硅烷、