专利名称：蒸发系统和方法
技术领域：
本发明实施例一般涉及薄膜沉积系统和用在形成薄膜的系统中的蒸发装置。具体地，本发明涉及具有用于对要沉积到衬底上的沉积材料进行蒸发的蒸发坩埚的蒸发装置。 除此之外，本发明涉及用于使用蒸发系统将薄膜沉积到衬底的方法。
背景技术：
用于将太阳能有效地转换成电能的装置正日益变得重要。这种能量转换装置可以基于薄膜太阳能电池，该薄膜太阳能电池能通过将适合的薄膜沉积到诸如晶片的衬底上而生产。当前的趋势是提供形成在大衬底上的大面积太阳能电池。这些衬底可以通过适合于将不同的薄膜施加到衬底上的沉积设备而传送。蒸发装置可以用于正方用于在衬底上形成薄膜的沉积材料。具体地，例如，对于大面积太阳能电池，对于成分和层厚度期望良好的层均勻性。此外，用于制造薄膜装置的制造成本需要减小，并且沉积材料需要以有效的方式利用。
发明内容
鉴于以上，提供根据独立权利要求1的适合于将薄膜沉积到衬底的沉积系统和根据独立权利要求15的用于将薄膜沉积到衬底的方法。根据一个实施例，提供一种适合于将薄膜沉积到衬底上的沉积系统，沉积系统包括适合于承载衬底的衬底托架；以及适合于将蒸发的沉积材料沿着主散发方向朝着衬底指向的至少一个倾斜的蒸发坩埚，其中，倾斜的蒸发坩埚的主散发方向与垂直于衬底的方向不同。根据另一实施例，提供用于将薄膜沉积到衬底上的方法，该方法包括提供至少一个蒸发坩埚，在至少一个蒸发坩埚的附近提供衬底托架，将衬底装载到衬底托架上，并且从至少一个蒸发坩埚将沉积材料沿着与垂直于衬底的方向不同的主散发方向朝着衬底蒸发。
通过参照实施例对以上简要概括的本发明进行更具体的描述，可以更详细地理解本发明的上述特征的方式。附图与本发明实施例相关，并在以下描述图1以示意图示出了以蒸气锥蒸发沉积材料的蒸发坩埚，用于说明蒸发技术的原理；图2是根据通常实施例适合于将薄膜沉积到衬底上的沉积系统的示意剖视图，其中，图示支撑在支撑单元中的一个蒸发坩埚。图3是图示要被涂覆的衬底的宽度上的膜厚度轮廓的图；图4是示出用于图示通常实施例的原理的另一膜厚度轮廓的另一图；图5是示出又一膜厚度轮廓的又一图；图6是表示三个不同膜厚度轮廓的又一图，用于比较根据另一通常实施例的沉积系统的不同蒸发布置。图7是具有相对于与要被涂覆的衬底垂直的表面倾斜的若干蒸发坩埚的沉积系统的剖视图；图8是示出四个不同厚度轮廓的厚度分布图，其用于比较设置在根据通常实施例的在图7中示出的沉积装置的不同蒸发坩埚布置；图9是根据另一通常实施例具有若干蒸发坩埚的沉积系统的剖视图；以及图10是图示根据通常实施例的用于将薄膜沉积到衬底上的方法的流程图。
具体实施例方式现在将详细参照本发明的各种实施例，各种实施例的一个或者多个示例图示在附图中。在以下对附图的描述中，相同的参考编号表示相同的部件。一般地，仅仅描述各个实施例的不同之处。每个示例通过对本发明的说明而提供，并不是对本发明的限制。例如，图示或者描述为一个实施例的一部分的特征能用在其他实施例上或者与其他实施例结合使用，以产生另一个实施例。本发明想要包括这样的修改和变化。此处描述的实施例特别是指适合于将薄膜沉积在衬底上的沉积系统，其中，通常基于对沉积材料进行蒸发来将沉积材料沉积在衬底表面上。沉积系统包括具有若干蒸发坩埚的蒸发装置。蒸发坩埚可以布置成使得可以实现沉积到衬底表面的层的良好的层均勻性。可以使用大面积衬底制造太阳能电池。这些衬底可以通过沉积系统在衬底传送方向上传送。衬底可以借助于衬底托架而被传送，衬底托架适合于在传送过程中和在沉积过程中保持衬底。衬底可以设置为借助于适合的衬底托架而被保持的各个晶片。此外，衬底可以设置为通过沉积系统的沉积区域而引导的金属薄片(web)。例如，金属薄片可以是通过沉积系统在衬底传送方向上传送的箔。根据此处描述的实施例，薄膜沉积系统可以包括图1所示的若干蒸发坩埚201。蒸发坩埚201适合于沿着主散发方向301蒸发沉积材料。沉积材料被指向要被涂覆的衬底 (在图1中未示出)，其中，蒸气锥304从蒸发坩埚201沿着主散发方向301散发。根据由蒸发坩埚201提供的蒸汽锥304，可以限定孔角度305，要沉积到衬底上的材料在孔角度内从蒸发坩埚201散发。图2是根据通常实施例的沉积系统100的剖视图。要被蒸发装置200蒸发的薄膜材料涂覆的衬底101被保持在衬底托架102处。蒸发装置200可以包括若干蒸发坩埚201， 然而，在图2中仅仅示出一个蒸发坩埚201。蒸发坩埚201由可倾斜的或者倾斜了的支撑单元204保持，可倾斜的或者倾斜了的支撑单元204适合于分别调节蒸发坩埚201的主散发方向301。因而，可以提供要被涂覆的衬底的表面法线与主散发方向301之间的倾斜角度 303。从图2所示的示意设置可见，蒸发坩埚201的主散发方向301对由蒸发坩埚201蒸发的沉积材料沉积到衬底101上的位置有影响。如此处以下所示，通常可以线性地布置若干蒸发坩埚201，每个坩埚201提供各自主散发方向301。因而，层均勻性可以受到各个蒸发坩埚201的各自主散发方向301的适当调节的影响。此外，可以调节各个蒸发坩埚201的蒸气锥304参见图1)。通常，从蒸发坩埚201蒸发沉积材料可以包括空间地改变蒸发坩埚201的蒸气锥304。根据通常实施例，主散发方向301可以在从相对于衬底101的表面法线302倾斜在-60°到+60°的范围内的倾斜角度303，该倾斜角度通常在从-25°到+25°的范围内， 更具体地，在从-15°到+15°的范围内，甚至更具体地在从-5°到+5°的范围内。此外， 根据另一实施例，可以在沉积处理之前调节蒸气锥304。蒸发坩埚可以提供具有从1到5的范围的余弦指数(cosine exponent)的蒸气锥 304。通常，蒸气锥304相对于蒸气坩埚201的主散发方向301大致对称地延伸。此处注意，蒸气坩埚201可以相对于衬底101的表面法线302在两个方向上倾斜， 即，除了图2所示的顺时针方向倾斜之外，可以提供逆时针方向倾斜(即，朝向图2所示的表面法线302的左侧)。为了更好地理解此处描述的通常的实施例，正的倾斜角度303定义为提供在附图的顺时针方向(即，图2所示的方向)倾斜蒸发坩埚201的倾斜角度，而附图中逆时针倾斜由负的倾斜角度303表示。通过相对于表面法线302倾斜可倾斜的支撑单元204，可以提供各自沉积方向 (即，蒸发坩埚201的主散发方向301)。此处注意，术语“垂直与衬底”表示相对于衬底101 的表面限定直角的表面法线302的方向。衬底101可以在与图2的附图平面垂直的方向上传送。因而，通过倾斜蒸发坩埚 201，沉积材料沿着衬底101的宽度205指向，宽度坐标定位为沿着衬底101的一条边与衬底传送方向511垂直的方向。蒸发装置200可以具有300mm以上的宽度，宽度通常在从约 500mm至4500mm的范围内。图3、图4和图5是用于说明通过蒸发装置200沉积薄膜的原理的厚度分布图500。 厚度分布图500将沉积率502示出为衬底宽度坐标501的函数。沉积率以任意单位(a. u.) 给出，其中，衬底宽度坐标以毫米(mm)给出。因而，图3、图4和图5的图与具有0.5米的宽度的衬底相关。沿着衬底101的宽度坐标，布置各个蒸发坩埚201 (以下在图7中示出)。 在提供图3、图4和图5所示的沉积率的设置中，蒸发坩埚布置在特定的坩埚位置，坩埚位置具有彼此80mm的间隔。此处注意，多个蒸发坩埚201可以布置在相对于彼此距离固定的位置处，即，在从 20mm到IOOmm的范围内的间距，并且通常蒸发坩埚201相对于彼此布置在约80mm的间距处。可选地，蒸发坩埚201可以布置在相对于彼此可变距离的位置处，即，两个相邻蒸发坩埚201之间的距离可以与其他两个相邻蒸发坩埚201之间的另一距离不同。根据图3、图4和图5所示的图，蒸发坩埚201布置在士40mm、士 120mm、士200mm 和的衬底宽度坐标处，其中，蒸发坩埚的最外位置未在图3、图4和图5中示出。在下面，将参照图3、4和5描述使用蒸发装置200的具体蒸发处理。此处注意，图3、图4和图 5所示的沉积率分布对应于膜厚度轮廓504，即，更高的沉积率502造成更大的膜厚度，反之亦然。根据能与其他实施例组合的通常实施例，衬底宽度205可以取适合于期望沉积处理的任何适合值，其中，蒸发坩埚201可以布置在相对于衬底101的全宽205的相对位置处， 例如，在与衬底101的全宽205的约0%、20%、40%、60%、80%和100%相对应的位置处。 根据另一实施例，多个蒸发坩埚201可以布置在相对于彼此的固定距离处，即在从衬底101 的全宽205的5%到50%的范围内的间距处，通常在从全宽205的10%到25%的范围内的间距处，并且更通常在全宽205的约20%的间距处。
根据通常实施例的沉积系统100被布置成使得衬底托架102与蒸发装置200之间的距离在从50mm到400mm的范围中，并且通常等于约200mm。此外，至少一个蒸发坩埚201 适合于提供具有在从1到5的范围内的余弦指数的蒸气锥。根据能与此处描述的其他实施例组合的其他通常实施例，蒸气锥的范围可以从3到4，更具体地可以具有约3. 5的值。此夕卜，从至少一个蒸发坩埚201蒸发沉积材料可以包括改变至少一个蒸发坩埚201的蒸气锥。为了获得图3、图4和图5所示的膜厚度轮廓，假定蒸发坩埚201与要涂覆的衬底 101的表面之间的距离等于约200mm，并且蒸气锥304的余弦指数(参见图1)等于约3. 5。图3示出了在基于具有十个单独的蒸发坩埚201的蒸发装置的沉积处理中获得的膜厚度轮廓504，这十个单独的蒸发坩埚沿着衬底宽度坐标501布置在80mm的间距处。层厚度不均勻性约为士 2.5%。图4示出了另一膜厚度轮廓504，其中，两个最外蒸发坩埚已经移除，使得仅仅通过八个蒸发坩埚201提供材料的蒸发。所得到的层厚度不均勻性相对于图3所示的情况增大，达通常10%的层厚度不均勻性以及在衬底101的边缘(士250mm)的大的厚度梯度。根据能与此处描述的其他实施例组合的通常实施例，最外蒸发坩埚的蒸发率比内部蒸发坩埚的蒸发率大在从5%到50%的范围中的量，通常在从10%到30%的范围中，并且更通常大约25%的量。图5是厚度分布图500，示出了已经通过将两个最外蒸发坩埚201 的蒸发率增大达约25%而获得的膜厚度轮廓504。因而，可以使用八个单独的蒸发坩埚201 获得士5%的厚度均勻性。如在图5中所示，出现了在衬底101的左右边缘处膜厚度的减小。此处注意，为了说明通常实施例的原理，适合于分别获得图3、4和5所示的膜厚度轮廓504的沉积系统100仅仅包括具有零度(0° )的倾斜角度303的蒸发坩埚201，即，各个蒸发坩埚201的主散发方向301与表面法线302 —致(未在图3、4和5中示出)。图6和图7涉及能与此处描述的其他实施例组合的其他通常实施例。此处，各个蒸发坩埚201倾斜了相应的倾斜角度303，其中在以下表1中概括了用于获得在衬底宽度上膜厚度轮廓的各个倾斜角度303。在图6中，表示了三个不同的膜厚度轮廓，即，通过图7 所示的蒸发装置200的蒸发坩埚201a-201h的布置而获得的第一膜厚度轮廓505、根据蒸发坩埚201的倾斜角度的不同布置而获得的第二膜厚度轮廓506以及通过蒸发坩埚201的另一布置而获得的第三膜厚度轮廓507。再次，如在图4和图5中所示的情况，提供八个单独的蒸发坩埚201a-201h，各个的蒸发坩埚201的间隔约为80mm。如图7所示，蒸发坩埚201a_201h分成两组蒸发坩埚201，即，第一组202蒸发坩埚 201a-201d和第二组203蒸发坩埚201e_201h。各个蒸发坩埚201的倾斜角度由与各个蒸发坩埚201相对应的数字(以度数给出；° )来表示。如图7所示，蒸发坩埚201的第一组202的蒸发坩埚201a、201b、201c和201d以及第二组203的蒸发坩埚201e、201f和201h 与垂直于衬底101并与衬底传送方向511和衬底法线302(参见图2)平行的平面对称地布置。如以上所述，正角度在图7中表示顺时针方向的倾斜，而负角度在图7中表示逆时针方向的倾斜。图7所示的八个蒸发坩埚201a-201h的布置得到图6所示的第一膜厚度轮廓505。与图3、4和5所示的膜厚度轮廓相比，图6所示的第一膜厚度轮廓505表示增大的层均勻性。通过八个蒸发坩埚201a-201h的各自的倾斜的动作，层厚度的不均勻性已经减小到约士2%。为了比较的目的，已经获得图6所示的第二膜厚度轮廓506和图6所示的第三膜厚度轮廓507。第二膜厚度轮廓506对应于最外蒸发坩埚201a和201h朝着衬底101的边缘倾斜达5°的角度，而已经通过以约10°的角度倾斜最外蒸发坩埚201a、201h获得第三膜厚度轮廓507。图8和图9涉及另一通常实施例。为了比较，第一膜厚度轮廓505被表示在图8 所示的厚度分布图500中。此外，图8中的图包括已经在图9图示的布置中获得的第五膜厚度轮廓509和第六膜厚度轮廓510。在图6和图8中表示的第一膜厚度轮廓505表示最低的膜厚度不均勻性，而膜厚度轮廓506、507(图6)和508、509、510(图8)表示更大的膜厚度不均勻性。如在以下所示的表1中概括的，通过分别朝着衬底101的边缘倾斜蒸发坩埚201b和20lg，获得在图8中示出的第四膜厚度轮廓508。表1 用于获得图6和图8中所示的膜厚度轮廓505-510的单独蒸发坩埚 201a-201h的倾斜角度(度；。)；正的倾斜角度303被限定为沿着附图中的顺时针方向 (即，图2所示的方向)提供蒸发坩埚201的倾斜的倾斜角度，而附图中的逆时针方向由负倾斜角度303表示。
权利要求
1.一种用于将薄膜沉积到衬底上的沉积系统，所述沉积系统包括衬底托架，其适合于承载所述衬底；以及至少一个倾斜的蒸发坩埚，其适合于将所述沉积材料沿着主散发方向朝着所述衬底指向，其中所述倾斜的蒸发坩埚的所述主散发方向与垂直于所述衬底的方向不同。
2.根据权利要求1所述的沉积系统，包括至少两个蒸发坩埚，其适合于将蒸发的沉积材料沿着各个主散发方向朝着所述衬底指向，其中，所述各个主散发方向彼此不同。
3.根据权利要求1或2所述的沉积系统，其中，至少两个蒸发坩埚相对于垂直于所述衬底的平面对称地布置。
4.根据权利要求1或2所述的沉积系统，其中，提供相对于彼此以在从20mm到IOOmm 范围内的间距布置的多个蒸发坩埚，并且该多个蒸发坩埚通常以约80mm的间距布置。
5.根据权利要求1-或2所述的沉积系统，其中，多个蒸发坩埚沿着与所述衬底的传送方向相垂直的直线布置。
6.根据权利要求1或2所述的沉积系统，其中，所述蒸发坩埚倾斜，使得所述主散发方向与所述衬底的法线形成在从-60度到+60度的范围内的角度，该角度通常在从-25度到 +25度的范围内，并且更通常在从-5度到+5度的范围内。
7.根据权利要求4所述的沉积系统，其中，所述蒸发坩埚倾斜，使得所述主散发方向与所述衬底的法线形成在从-60度到+60度的范围内的角度，该角度通常在从-25度到+25 度的范围内，并且更通常在从-5度到+5度的范围内。
8.根据权利要求5所述的沉积系统，其中，所述蒸发坩埚倾斜，使得所述主散发方向与所述衬底的法线形成在从-60度到+60度的范围内的角度，该角度通常在从-25度到+25 度的范围内，并且更通常在从-5度到+5度的范围内。
9.根据权利要求或2所述的沉积系统，其中，所述蒸发坩埚适合于连续地倾斜。
10.根据权利要求1或2所述的沉积系统，其中，所述至少一个蒸发坩埚适合于提供具有在从1到5范围内的余弦指数的蒸气锥，该余弦指数通常在从3到4的范围中，并且更通常为约3. 5。
11.根据权利要求1或2所述的沉积系统，还包括用于所述多个蒸发坩埚中的每一个的可倾斜的支撑单元，所述可倾斜的支撑单元适合于分别调整各个蒸发坩埚的主散发方向。
12.根据权利要求4所述的沉积系统，还包括用于所述多个蒸发坩埚中的每一个的可倾斜的支撑单元，所述可倾斜的支撑单元适合于分别调整各个蒸发坩埚的主散发方向。
13.根据权利要求5所述的沉积系统，还包括用于所述多个蒸发坩埚中的每一个的可倾斜的支撑单元，所述可倾斜的支撑单元适合于分别调整各个蒸发坩埚的主散发方向。
14.根据权利要求5所述的沉积系统，其中，提供偶数个蒸发坩埚，所述偶数个蒸发坩埚相对于由所述传送方向和所述衬底的法线限定的平面对称地布置。
15.一种将薄膜沉积到衬底上的方法，所述方法包括提供至少一个蒸发坩埚；在所述至少一个蒸发坩埚的附近提供衬底托架；将所述衬底装载到所述衬底托架；并且从所述至少一个蒸发坩埚将沉积材料沿着与垂直于所述衬底的方向不同的主散发方向朝着所述衬底蒸发。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，提供至少两个蒸发坩埚，并且其中，所述至少两个蒸发坩埚的所蒸发的沉积材料的所述主散发方向彼此不同。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，所述主散发方向相对于所述衬底的法线倾斜达在从-45度到+45度的范围内的角度，该角度通常在从-15度到+15度的范围内，并且更通常在从-5度到+5度的范围内。
18.根据权利要求16所述的方法，其中，所述主散发方向相对于所述衬底的法线倾斜达在从-45度到+45度的范围内的角度，该角度通常在从-15度到+15度的范围内，并且更通常在从-5度到+5度的范围内。
19.根据权利要求15至18中任一项所述的方法，其中，所述衬底沿着传送方向传送，并且其中，沉积材料从相对于由所述传送方向和所述衬底的法线限定的平面对称布置的至少两个蒸发坩埚蒸发。
20.根据权利要求15至18中任一项所述的方法，其中，从所述至少一个蒸发坩埚蒸发沉积材料包括空间地改变所述至少一个蒸发坩埚的蒸气锥。
全文摘要
本发明提供一种蒸发系统和方法。蒸发系统适合于将薄膜沉积到衬底上。沉积系统包括适合于承载衬底的衬底托架和至少一个倾斜的蒸发坩埚。至少一个倾斜的蒸发坩埚适合于将蒸发的沉积材料沿着主散发方向朝着衬底指向。倾斜的蒸发坩埚的主散发方向与垂直于衬底的方向不同。
文档编号C23C14/24GK102453872SQ201110343338
公开日2012年5月16日 申请日期2011年10月27日 优先权日2010年10月27日
发明者安德里亚斯·克劳普尔, 安德里亚斯·鲁普, 斯万·斯拉莫, 菲利普·玛瑞尔 申请人:应用材料公司