用于将源材料引入薄膜气相沉积设备的供给系统及工艺的制作方法

专利名称：用于将源材料引入薄膜气相沉积设备的供给系统及工艺的制作方法
技术领域：
本发明大体涉及薄膜沉积系统领域，其中，诸如半导体层的薄膜层沉积到传送穿 过系统的基底上。更具体而言，本发明涉及供给系统，其构造成用以自动地将源材料引入气 相沉积设备，而不中断真空工艺。
背景技术：
基于与硫化镉(CdS)配对的碲化镉(CdTe)作为光反应成分的薄膜光伏(PV)模块 (也称为"太阳能电池板")在行业中获得了广泛的认可和关注。CdTe是具有尤其适于将 太阳光线(太阳能)转换成电力的特征的半导体材料。例如，CdTe具有1. 45eV的能量带 隙，这就使其能够比历史上用于太阳能电池应用的较低带隙(l.leV)的半导体材料从太阳 光谱中转换更多的能量。另外，相比于较低带隙的材料，CdTe在较少光照的条件或漫射光 条件下转换能量，且因此相比于其它常规材料，在一天期间或多云情况下具有更长的有效 转换时间。使用CdTe PV模块的太阳能系统在每瓦产生功率的成本方面通常认作是成本效 益最合算的市售系统。然而，CdTe不具有优点，可持续的商业开发和接受太阳能作为工业 功率或住宅功率的辅助来源或主要来源，取决于以较大的规模和成本效益合算的方式制造 有效的PV模块的能力。某些因素在模块的成本和功率产生能力方面极大地影响CdTe PV模块的效率。例 如，CdTe相对昂贵，且因此材料的有效利用(即，最少浪费)是主要的成本因素。此外，以 经济上明显的商业规模处理较大基底的能力是关键考虑。CSS (近空间升华)是一种公知的用于制造CdTe模块的商业气相沉积工艺。例如， 参考美国专利No. 6，444，043和美国专利No. 6，423，565。在CSS工艺中的气相沉积腔室内， 基底引至以相对较小的距离(即，大约2mm至3mm)与CdTe源相对的相对位置处。CdTe材 料升华且沉积到基底的表面上。在上文引用的美国专利No. 6，444，043的CSS系统中，CdTe 材料为粒状形式，且保持在气相沉积腔室内的加热容器中。升华的材料移动穿过定位在容 器上的盖体中的孔，且沉积到固定的玻璃表面上，固定的玻璃表面以最小的可能距离(Imm 至2mm)保持在盖体框架的上方。盖体加热至大于容器的温度。尽管存在对于公知的CSS工艺的优点，但该系统本来就是分批工艺，其中，玻璃基 底引入气相沉积腔室中，在该腔室内保持有限的时间段，在此时间段中形成了膜层，且随后 引出该腔室。系统更适于表面面积相对较小的基底的分批处理。该工艺必须周期性地中断， 以便再填充CdTe源，这对大规模生产工艺不利。因此，在该行业中不断地需要改善的气相沉积设备，用于经济上可行地大规模生 产有效的PV模块，尤其是CdTe模块。本发明涉及出于此目的的供给系统。

发明内容
本发明的方面和优点将在以下说明中部分地阐述，或可从该说明中清楚，或可通 过本发明的实践来学习。
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根据本发明的方面，提供了供给系统的实施例，其用于连续地供给测定用量 (dose)的源材料至气相沉积设备中的沉积头部，其中，源材料升华且作为薄膜沉积在基底 上，基底例如为光伏(PV)模块基底。“薄"膜在本领域中通常认为是厚度小于10微米 (μ m)。供给系统包括可再填充的批量材料料斗，以及设置成用以从料斗接收源材料的上用 量杯。下用量杯设置在真空锁定腔室内，且从上用量杯接收测定用量的源材料。转移机构 设置在真空锁定腔室下方，以从下用量杯接收测定用量的源材料。转移机构构造成用以将 源材料转移至下游沉积头部，用于随后升华且沉积到基底上，同时隔离沉积头部内的较高 的工艺温度，且阻挡升华气体在供给系统内向上游行进的运动(扩散)。上述供给系统的实施例的变型和改进在本发明的范围和精神内，且可在本文中进 一步描述。本发明还涵盖了用于将升华的源材料作为薄膜真空沉积到传送穿过设备的基底 上的气相沉积设备的各种实施例。气相沉积设备的特定实施例包括沉积头部，其中，供应至 其中的源材料在高温和真空的状态下升华。传送器组件能够操作地设置在沉积头部下方， 以将基底传送穿过设备，同时升华的源材料的薄膜沉积到基底的上表面上。供给系统与沉 积头部一起构造以连续地将测定用量的源材料供给到其中。该供给系统可包括可再填充的 批量材料料斗，以及设置成用以从料斗接收源材料的上用量杯。下用量杯设置在真空锁定 腔室内，且从上用量杯接收测定用量的源材料。转移机构设置在真空锁定腔室下方，以从下 用量杯接收测定用量的源材料。转移机构构造成用以将源材料转移至下游沉积腔室，用于 随后升华且沉积到基底上，同时隔离沉积头部内的较高的工艺温度，且阻挡升华气体在供 给系统内向上游行进的运动(扩散)。上述气相沉积设备的实施例的变型和改进在本发明的范围和精神内，且可在本文 中进一步描述。本发明还涵盖用于将源材料连续地供应至气相沉积设备而不中断设备中的真空 沉积工艺的工艺的各种实施例，其中，源材料升华且作为薄膜沉积到传送穿过气相沉积设 备的基底上。在特定的实施例中，该工艺包括产生测定量的源材料，例如来自于可再填充的 供应料斗。源材料然后移动穿过真空平衡工艺，其可包括将测定量的源材料移动到真空锁 定腔室中，其中，真空压力与下游沉积头部中的真空平衡。源材料然后转移到沉积头部中， 同时保持真空且不中断沉积头部内的升华工艺。上述工艺的实施例的变型和改进在本发明的范围和精神内，且可在本文中进一步 描述。参照以下说明和所附权利要求，本发明的这些及其它特征、方面和优点将会得到 更好地理解。


在参照附图的说明书中阐明了本发明包括其最佳模式的完整和实现的公开内容， 在附图中图1为可具有气相沉积设备的实施例的系统的平面视图，该气相沉积设备具有根 据本发明方面的源材料供给系统；图2为源材料供给系统的特定实施例的局部横截面视图3至图5为转移机构的实施例的横截面顺序操作视图；图6为处于第一操作构造的输送机构的实施例的透视图；图7为处于第二操作构造的图6的输送机构的透视图；以及图8为根据本发明的方面的源材料系统的备选实施例的局部横截面视图。零件清单10系统12真空腔室14基底16加热器模块18加热器20冷却模块22后加热模块24传送器系统26负载传送器28负载模块30缓冲模块32粗真空泵34阀36促动机构38精真空泵40真空泵42离开缓冲模块44离开锁定模块46离开传送器48传送器50控制器52系统控制器54传感器60气相沉积设备62沉积头部64沉积腔室66容器68端壁72分配器73排放器端口74热电偶76端壁78分配歧管80上壳部件
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82下壳部件
86通路
88分配板
90司板
92促动机构
100供给系统
102料斗
103出口
104上用量杯
106下用量杯
108真空锁定腔室
110上游真空锁定阀
112下游真空锁定阀
114溢流收集件
115漏斗
116槽
118"rm
120振动槽
122封壳
124过滤器
126通风吸力器
128填充端口
130外部源
132转移机构
134本体
136入口
138出口
140第一柱体
142第二柱体
144第一柱体凹口
146第二柱体凹口
148释放机构
150门
152真空泵
154第三阀
156供给器秤
158泵端口
160供给管路
162空气系统
164输送机构166门168杆件170加热器
具体实施例方式现将详细地参照本发明的实施例，其中的一个或多个实例在附图中示出。各实例 均是以本发明的说明来提供的，而并不限制本发明。实际上，对于本领域的技术人员显而易 见的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中产生各种修改和变型。例 如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可与另一个实施例一起使用，以产生又一个 实施例。因此，所意图的是，本发明包含属于所附权利要求及其等同物的范围内的这些修改 和变型。图1示出了气相沉积系统10的实施例，其可具有根据本发明的方面的源材料供给 系统100，具体作为气相沉积设备或模块60的构件。系统10构造成用于将薄膜层沉积到光 伏(PV)模块基底14(下文称为"基底")上。例如，该薄膜可为碲化镉(CdTe)膜层。如 上文所述，本领域中通常认为PV模块基底上的"薄"膜层大致小于大约10微米(μ m)。应 当认识到的是，本供给系统100不限于在图1中所示的系统10中使用，而是可结合到构造 成用于将薄膜层气相沉积到PV模块基底14或其它基底上的任何适合的工艺线中。为了参照和理解可使用本源材料供给系统100的环境，下文描述了图1中的系统 10，后面是供给系统100的详细说明。参看图1，示例性实施例10包括由多个互连模块限定的真空腔室12。多个互连加 热器模块16限定真空腔室12的预热区段，基底14传送穿过预热区段，且在传送到气相沉 积设备60中之前加热至期望温度。各模块16均可包括多个独立受控的加热器18，其中加 热器限定多个不同的加热区。特定的加热区可包括一个以上的加热器18。真空腔室12还包括在气相沉积设备60下游的真空腔室12内的多个互连冷却模 块20。冷却模块20在真空腔室12内限定冷却区段，其中，在基底14从系统10移除之前， 容许以受控的冷却速率来冷却具有沉积于其上的升华的源材料薄膜的基底14。各模块20 均可包括强制冷却系统，其中，诸如激冷水、制冷剂或其它介质的冷却介质穿过与模块20 一起构造的冷却盘管泵送。在系统10的所示实施例中，至少一个后加热模块22紧接地定位在气相沉积设备 60的下游并且在冷却模块20之前。当基底14的前部区段传送离开气相沉积设备60时， 它移动到后加热模块22中，该后加热模块22将基底14的温度保持为与气相沉积设备60 内的基底14的剩余部分相同的温度。这样，在基底14的后部区段仍在气相沉积设备60内 时，基底14的前部区段就不容许冷却。如果基底14的前部区段在其离开设备60时容许冷 却，则就会沿基底14纵向地产生不均勻的温度。这种情况可导致基底由于热应力破裂。如图1中示意性所示，供给系统100与气相沉积设备60 —起构造以供应诸如粒状 CdTe的源材料。供给系统100供应源材料，而不会中断设备60内的连续气相沉积工艺或基 底14穿过设备60的传送。仍参看图1，单独的基底14最初放置在负载传送器沈上，且随后移动到包括负载
8模块观和缓冲模块30的进入真空锁定站点中。“粗"(即，最初的)真空泵32与负载模 块观一起构造以抽取初始真空，而"精"(即，最终的)真空泵38与缓冲模块30—起构 造以将缓冲模块30中的真空基本上提高至真空腔室12内的真空。阀34(例如，闸型狭缝 阀或旋转型挡板阀)能够操作地设置在负载传送器26与负载模块28之间，在负载模块28 与缓冲模块30之间，以及在缓冲模块30与真空腔室12之间。这些阀34由马达或其它类 型的促动机构36顺序地促动，以便将处于大气压力的基底14以分步方式引入真空腔室12， 而不会影响腔室12内的真空。离开真空锁定站点构造在最后的冷却模块20的下游，且与上述进入真空锁定站 点基本上相反地操作。例如，离开真空锁定站点可包括离开缓冲模块42和下游的离开锁定 模块44。顺序地操作的阀34设置在缓冲模块42与最后一个冷却模块20之间，在缓冲模块 42与离开锁定模块44之间，以及在离开锁定模块44与离开传送器46之间。精真空泵38 与离开缓冲模块42 —起构造，而粗真空泵32与离开锁定模块44 一起构造。泵32，38和阀 34以分步方式顺序地操作以将基底14从真空腔室12移出至系统10外的大气压力，而不会 损失真空腔室12内的真空状态。系统10还包括传送器系统，其构造成移动基底14进入、穿过和离开真空腔室12。 在所示的实施例中，该传送器系统包括多个单独地控制的传送器48，其中各种模块中的各 个均包括一个传送器48。应当认识到的是，各种模块中的传送器48的类型或构造可变化。 在所示的实施例中，传送器48为具有从动辊子的辊式传送器，其受到控制以便实现基底14 穿过相应的模块和整个系统10的期望的传送速率。气相沉积设备60可包括专用传送器系统M，其特别地设计成用以传送基底穿过 设备60，用于将升华的源材料有效地沉积到基底14的表面上。如上所述，系统10中的各种模块和相应的传送器中的各个均独立地受到控制来 执行特定的功能。对于这种控制，各独立模块均可具有与其一起构造的相关的独立控制器 50，以控制相应模块的独立功能。如图1中所示，多个控制器50继而可与中央系统控制器 52通信。中央系统控制器52可监测和控制(经由独立的控制器50)任何一个模块的功能， 以便在基底14穿过系统10的工艺中实现整体期望的加热速率、沉积速率、冷却速率、基底 传送速度等。参看图1，对于独立的相应传送器48的独立控制，各模块均可包括任何方式的主 动或被动传感器M，其在基底传送穿过模块时检测基底14的存在。传感器M与相应的模 块控制器50通信，模块控制器50继而又与中央控制器52通信。这样，独立的相应传送器 48可受到控制以确保在基底14之间保持适当的间距，且基底14以期望的恒定传送速率传 送进入、穿过和离开真空腔室12。气相沉积设备60可采用本发明的范围和精神内的各种构造和操作原理，且通常 构造成用于将诸如CdTe的升华的源材料作为薄膜气相沉积到PV模块基底14上。在图1 中所示的系统10的实施例中，设备60为包括壳体的模块，在壳体中包含内部构件，包括安 装在传送器组件M上方的真空沉积头部62 (图2)。参看图2和图8，更为详细地绘出了沉积头部62。沉积头部62限定内部真空沉 积腔室64，其中，容器66构造成用于经由供给管路从供给系统100接收粒状源材料(未示 出)，供给管路连接到设置于沉积头部62的顶壁中的开口中的分配器72上。分配器72包括多个排出端口 73，其构造成用以将粒状源材料均勻地分配到容器66中。在所示的实施例中，至少一个热电偶74在操作上设置成穿过沉积头部62的顶壁， 以监测容器66附近或容器66中的头部腔室内的温度。容器66具有形状和构造使得容器66的端壁68与沉积头部62的端壁76间隔开。 容器66的侧壁邻近且紧邻沉积头部62的侧壁(图2的视图中不可见)，使得相应侧壁之间 存在很小的间隙。利用该结构，在系统的操作中，升华的源材料将流出，且在容器66的端壁 68上向下流动，作为蒸气的前帘(curtain)和后帘(图2中未示出)。很少的升华的源材 料将在容器66的侧壁上流动。将会认识到的是，这样，升华的源材料将横跨基底14的宽度 均勻地分配并且从而产生均勻的覆层。加热分配歧管78设置在容器66的下方，且可具有蛤壳构造，该蛤壳构造包括上壳 部件80和下壳部件82。配合的壳部件80，82限定空腔，加热器元件设置在该空腔中。这 样，加热器元件的封闭防止了升华气体与加热器元件之间发生任何潜在反应。加热器元件 将分配歧管78加热至足以间接地加热容器66内的源材料来导致源材料升华的程度。由分 配歧管78产生的热量还有助于防止升华的源材料外镀到沉积头部62的构件上。出于此目 的，附加的加热器元件还可设置在沉积头部62外。期望地，沉积头部62内的最冷的构件为 传送穿过其中的基底14的上表面，以便确保升华的源材料主要镀在基底上。参看图2和图8，加热分配歧管78包括限定为穿过其中的多个通路86。这些通路 具有形状和构造以便朝下方的基底14均勻地分配升华的源材料。分配板88设置在歧管78的下方，在下方基底14的上表面的水平面上方的限定距 离处。分配板88包括穿过其中的孔或通路的样式，其以进一步确保升华的源材料的分配均 勻性的方式来进一步分配穿过分配歧管78的升华的源材料。如前文所述，升华的源材料的大部分将作为蒸气的前帘和后帘流出容器66。尽管 这些蒸气帘将在穿过分配板88之前沿纵向方向扩散至一定程度，但应当认识到的是，不可 能实现升华的源材料沿纵向方向的均勻分配。换言之，相比于分配板的中部，更多的升华的 源材料将通过分配板88的纵向端部区段进行分配。然而，如上文所述，由于系统10以不停 的恒定线速度传送基底14穿过气相沉积设备60，故基底14的上表面将暴露于相同的沉积 环境下，与沿设备60的纵向方面的蒸气分配的任何不均勻性无关。分配歧管78中的通路 和分配板88中的孔确保在气相沉积设备60的横向方面中的升华的源材料的均勻分配。只 要保持蒸气的均勻横向方面，则均勻的薄膜层就沉积到基底14的上表面上。如图8中所示，可能期望的是在容器66与分配歧管78之间包括碎屑防护件89。 该防护件89包括限定为穿过其中的相对较大的孔(与分配板88相比)，且用于保持由可从 沉积头部62内的表面上除去的固体源材料间接地形成的任何物件，免于穿过且可能干扰 沉积头部62的另一构件的操作。在另一实施例中，可能期望的是使孔很小，或使用细筛网， 以便防止甚至很小的固体源材料颗粒或粒子穿过。图2的实施例包括设置在分配歧管78上方的可动闸板90。该闸板90包括限定 为穿过其中的多个通路，其在处于闸板90的第一操作位置时与分配歧管78中的通路对齐， 使得升华的源材料自由流过闸板90，且流过分配歧管78用于随后穿过板88进行分配。闸 板90可移动至第二操作位置，其中，通路与分配歧管78中的通路未对准。在该构造中，升 华的源材料被阻挡穿过分配歧管78，并且基本上包含在沉积头部腔室62的内部容积内。
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任何适合的促动机构92可构造成用于使闸板90在第一操作位置与第二操作位置 之间移动。在所示的实施例中，促动机构92包括杆件和将杆件连接到间板90上的任何种 类的适合联接件。杆件通过位于沉积头部62外的任何种类的机构在外部旋转。间板90特 别有益之处在于，出于许多原因，升华的源材料可快速地且容易地包含在沉积头部62内， 且被防止穿过至基底14上方的沉积区域。例如，这在系统10的启动期间是期望的，此时头 部腔室内的蒸气浓度积聚到足够的程度来开始沉积工艺。同样，在系统的停机期间，所期望 的是将升华的源材料保持在沉积头部62内，以防止材料外镀到传送器或设备60的其它构 件上。图1示出了供给系统100的实施例，其构造成用于将测定用量的源材料连续地供 给至沉积头部62。为了获得沉积到基底14上的薄膜层的一致厚度和质量，所期望的是连续 地供给且在沉积头部62内保持设定的材料水平。供给系统100包括批量材料料斗102，其 具有尺寸和形状用于接收固体形式的源材料，固体形式例如为粒状、球状或粉末形式。如上 文所述，源材料可为CdTe，其最终在沉积头部62的腔室64中升华，且作为薄膜层沉积在下 方基底14(图1)上。在所示的实施例中，料斗102具有带放大入口的大致截断的形状或漏 斗形状，该入口从诸如罐体或桶体的外部供应源130中接收源材料，该外部供应源130配合 至填充端口 128。料斗102渐缩至出口 103。来自于料斗102的源材料沉积到输送机构164内，该输送机构164将源材料传送 至上用量杯104。在所示的实施例中，输送机构164包括振动槽120，其以预定频率振动，以 便可靠地且一致地使粒状源材料沿槽120的长度移动。在典型的操作中，振动将促动达特 定的时间间隔，其中间隔之间有停顿。如下文所述，时间间隔将根据需要来设定，以便匹配 下游的用量杯104的填充容量。具体参看图6和图7，振动槽120将源材料传送至上用量杯104上方的位置处。例 如，用量杯104可限定为溢流槽116的上部中的端部打开的柱体。杯104具有内部容积，使 得在杯104充满时，精确测定用量的源材料包含在杯104内。用量杯104可构造成在需要 不同总体用量速率的情况下容积可调。溢流槽116期望作为额外的保护来防止过大用量和 导致供给系统100的下游构件的故障。一旦杯已经充分地填充有源材料，则释放机构148与上用量杯104 —起构造来从 杯104中释放源材料。释放机构148可采用各种构造。在所示的实施例中，释放机构148包 括安装到可旋转的杆件168上的铰链板或活板门166。板166抵靠上用量杯104的打开端 部(底部)偏压，并且一旦杯104填充有源材料，杆件168就旋转至图7中所示的位置来从 杯104中释放源材料且进入漏斗115或其它适合形状的接收器。杆件168可由马达或其它 促动机构以适合的时间和间隔驱动，以在上真空锁定阀110开启且下用量杯106准备接收 材料时，确保以与供给顺序中的点同步的方式将测定用量的源材料连续且循环地传送(下 落)到漏斗115中。溢流槽116设置在斜面处，以便从上用量杯104的顶部溢流的任何源材料沿槽116 向下滑动且进入收集盘118中。盘118可周期性地移开，以便收集和再循环溢流的CdTe材 料。又参看图2，封壳122限定围绕料斗102和供给系统100的各种其它构件的受控空 间。封壳122由限定围绕构件的基本上密封的环境的任何适合结构形成。吸力经由通风吸力器1 保持在封壳122的内部容积中，该通风吸力器1 通过入口过滤器IM将空气吸 入封壳122中。穿过封壳122的这些通风空气流确保了任何源材料粉尘或其它粒子由外部 通风系统捕获并且过滤，以便不对工作环境带来环境问题或健康问题。仍参看图2，可能期望的是包括与料斗102—起构造的称重秤156用于各种控制功 能。例如，称重秤156可用于控制从外部源130供应到料斗102中的源材料量，尤其是由于 料斗102从封壳122外不可见。称重秤156还可用于计算平均用量重量，且保持对沉积系 统内正在进行的源材料消耗的记录。下用量杯106设置在真空锁定腔室108中的上用量杯104的下游。下用量杯106 从上用量杯104中接收测定用量的源材料，且最后以不中断沉积头部62内的真空或沉积工 艺的方式向下游转移测定用量的材料。上用量杯104设计成小于下用量杯106，以确保下用 量杯106不会过度填充，过度填充可导致下游真空锁定阀由于源材料粒子对阀的污染而造 成的故障。在图2中所示的实施例中，真空锁定腔室108限定在上游真空锁定阀110与下 游真空锁定阀112之间。这些真空锁定阀110，112可为常规的闸式真空阀，其例如由外部 空气供应源162、马达驱动器或其它适合的促动部件促动。在操作中，上真空锁定阀110最初开启，且下真空锁定阀112关闭。来自于上用量 杯104的测定用量的源材料行进穿过漏斗接收器115，穿过上真空锁定阀110，且进入下用 量杯106中。此时，上真空锁定阀110关闭，通过真空泵或泵152的任何适合的组合在阀 110，112之间的腔室或空间中抽吸真空，真空泵或泵152通过与腔室108—起构造的真空端 口 158抽吸。例如，真空泵构造152可包括最初的或"粗"泵，其在腔室108内抽吸最初的 真空，以及"精"泵，其在腔室108内抽吸最终的真空，其基本上匹配下游沉积头部62内的 真空。在此方面，可使用任何适合的真空泵构造。在特定实施例中，阀110，112构造为双重 密封的闸阀。当真空压力在真空锁定腔室108与下游沉积头部62之间平衡时，下游真空锁定阀 112就开启，且下用量杯106旋转以倾倒源材料，源材料通过重力传送至下游转移机构132。 在较短的时间延迟之后，下用量杯106旋转至其竖直位置，且下真空锁定阀112关闭。真空 锁定腔室108然后通风，且一旦该腔室处于大气压力，则上真空锁定阀110就开启，且该循 环对于来自上用量杯104的另一用量的源材料进行重复。在图2中所示的实施例中，其中，使用真空锁定阀112(其中阀110和112为双重 密封闸阀)，所期望的是利用在闸阀110和112的相对两个密封件之间的真空泵送，以提供 附加的可靠性，以便在偶然的源材料粒子由于闸阀座中的一个或两个而导致泄漏的情况下 使得能够继续操作。这通常称为"差动泵送"。转移机构132设置在真空锁定腔室108的下方，以从下用量杯106中接收测定用 量的源材料。转移机构132构造成用以将源材料转移至下游沉积头部62，而不会干扰沉积 头部62内的真空或沉积工艺。图3至图5中绘出的转移机构132的特定实施例为气动装 置，其经由任何适当构造的空气系统162(图2)供应有促动空气。机构132包括限定入口 136的本体134，入口 136对齐用于通过下游真空锁定阀112从下用量杯106接收测定用量 的源材料。本体134限定出口 138，其与沉积头部62的顶壁中的填充端口结构对齐。如上 文所述，源材料引入沉积头部62，且由分配部件72分配到容器66中。又参看图3至图5，转移机构132包括构造在本体134内的第一可旋转柱体140和
12第二可旋转柱体142。第一可旋转柱体140包括限定在其圆周部分中的扇形凹口 144。同 样，第二可旋转柱体142包括限定在其圆周部分中的扇形凹口 146。图3示出了相应的柱体 140，142的初始启动位置，其中，第一柱体140中的凹口 144面朝上，且接收传送穿过下游阀 112的源材料。第二柱体142中的凹口 146相对于第一柱体140的外圆周在九点钟的位置 处。第一柱体140在凹口 146内顺时针旋转，直到第一柱体140中的凹口 144与第二柱体 142中的凹口 146相对地对齐，如图4中所示。参看图5，当第二柱体142在凹口 144内逆时 针旋转直到其相应的凹口 146处于六点钟位置时，第一柱体140保持在图4的位置，其中， 第一柱体140的相应的凹口 144处于三点钟位置。应当容易认识到的是，第二柱体142在 其从图4中所示位置旋转至图5中所示位置时，旋转进入第一柱体140的凹口 144。因此， 源材料就从第一柱体140转移至第二柱体146。当第二柱体142中的凹口 146到达如图5 中所示的六点钟位置时，源材料就通过重力传送至本体134中的出口 138。柱体140和142 然后通过相反顺序重置到它们在图3中所示的相应启动位置。在旋转柱体140，142与本体134之间以及在相应的凹口 144，146内的相对较小 的间隙确保在操作期间转移机构132的移动表面基本上自清洁。还应当认识到的是，柱 体140，142的顺序操作防止来自于沉积头部62的任何升华的源材料向上游行进穿过转移 机构132，其中，任何这种气体随着时间将外镀，且可能阻塞或以另外的方式妨碍供给系统 100的操作。应当认识到的是，转移机构132的顺序完全独立于由阀112执行的用量顺序。另 外，应当注意的是，在短期内，转移机构132可在过多材料堆叠在入口 136内和入口 136上 的情况下操作。这可为机构的正常操作状态。然而，为了防止材料长期累积堆叠在入口 136 上方，这最终可导致供给系统堵塞，平均来说，转移机构132将比上用量杯104更快且更高 处理量地进行操作。可能期望的是，将转移机构132的底部保持在相对较高的温度下，例如，大于 600°C，以防止来自于沉积头部62的源材料在出口 138中、周围或下方的任何冷凝和积聚。 出于此目的，加热器170可构造成围绕本体134的底部。应当认识到的是，由于转移机构132必须在其中操作的高操作温度，耐火级金属 和其它材料可用于机构132的各种构件的构造。这些金属和材料例如可包括钼、钨、碳化 钨、陶瓷、石墨、不锈钢合金等。在相关的意义上，可能期望保持转移机构132的上部处于较冷的温度，以便转移 穿过其中的粒状源材料在引入沉积头部62之前不会升华。尽管附图中未示出，但出于此目 的，可能期望将外部冷却供应至转移机构132的上部。例如，这种冷却可为围绕本体134的 上部接合的激冷水管线、强制空气冷却、被动辐射冷却或任何其它适合类型的冷却构造。应当认识到的是，柱体140，142可通过任何适合的促动机构操作。在特定的实施 例中，柱体的旋转可由通过外部空气系统162供应功率的曲柄臂和推杆来实现，外部空气 系统162可包括与各相应柱体140，142相关的空气缸。在备选实施例中，柱体140，142可以 以单方向旋转方式由使用坐标和顺序间歇运动的一个或多个马达驱动器促动，同时仍提供 前文所述的必需自清洁功能。另一实施例可使用与间隙马达驱动器一起的具有多个扇形凹 口的柱体140，142。又一其它实施例可利用单方向连续旋转运动，由此，两个柱体140，142 的外部形状适当地设计成提供升华气体阻挡和自清洁功能所需的小间隙。
图8示出了供给系统100的备选实施例，其使用附加的下游真空锁定阀154，其可 为上文关于图2的实施例所述的相同类型的差动泵送闸阀。利用该布置，附加阀IM将期 望地包括在其相对的阀座(密封件)之间的差动泵送。该构造在上游供给系统构件移除用 于维修或其它程序时将容许最低的下游阀IM来充分地保持下游沉积头部62中真空的密 封。本发明还涵盖用于将源材料连续地供应至气相沉积设备而不中断真空沉积工艺 的各种工艺实施例，其中，源材料升华且作为薄膜沉积到传送穿过气相沉积设备的基底上。 应当认识到的是，工艺实施例可由任何适合构造的供给系统设备或构件来执行。工艺实施 例不限于上述系统实施例。在特定实施例中，该工艺包括产生来自于可再填充的供应料斗的测定量源材料， 以及将测定量源材料移动到真空锁定腔室中。腔室内的压力然后与下游沉积腔室中的真空 平衡。一旦真空压力平衡，则测定量的源材料就转移到下游真空沉积腔室中。这样，腔室内 的真空压力就不由向腔室内再供应源材料的工艺中断。因此，沉积腔室内的升华工艺就可 连续地进行，且不会为了周期性再供应源材料而中断。通过使连续用量的源材料进入沉积 腔室中，驻留在沉积腔室内的总材料体积就可保持相对恒定，从而使工艺条件能够更好控 制用于在基底上产生更一致的膜。在独特的实施例中，该工艺可包括通过上游和下游真空锁定阀的顺序操作将源材 料移入和移出真空锁定腔室。该工艺可还包括将测定量的源材料从真空锁定腔室移动且进入转移机构，其中， 转移机构循环地操作以将源材料转移到下游沉积腔室内，同时阻挡沉积腔室中的升华的源 材料向上游移动穿过转移机构。尽管已经参照具体示例性实施例及其方法来详细描述了本主题，但将理解的是， 本领域技术人员将在对前文取得理解时可容易地制作出这种实施例的变更、变型和等同布 置。因此，本公开内容的范围是作为示例，而非作为限制，并且本主题公开不排除包括对本 领域普通技术人员容易显而易见的对本主题的这种改进、变型和/或附加。
权利要求
1.一种用于连续地供给测定用量的源材料至气相沉积设备(60)的供给系统(100)，其 中，所述源材料升华且作为薄膜沉积到基底(14)上，所述系统包括批量材料料斗(102)；上用量杯(104)，其设置成用于从所述料斗接收源材料；下用量杯(106)，其设置在真空锁定腔室(108)中以从所述上用量杯接收测定用量的 源材料；以及转移机构(132)，其设置在所述真空锁定腔室下方以从所述下用量杯接收所述测定用 量的源材料，所述转移机构构造成用于将所述源材料转移至下游沉积头部(62)，同时隔离 所述沉积头部内的沉积状态并且阻挡升华源向上游扩散到所述供给系统。
2.根据权利要求1所述的供给系统(100)，其特征在于，所述真空锁定腔室(108)限定 在上游真空锁定阀(110)与下游真空锁定阀(112)之间。
3.根据权利要求1或2所述的供给系统(100)，其特征在于，还包括设置在所述料斗 (102)与所述上用量杯(104)之间的输送机构(164)，所述输送机构能够操作以将计算量的 所述源材料重复地输送到所述上用量杯。
4.根据权利要求3所述的供给系统(100)，其特征在于，所述转移机构(132)还包括具 有入口(136)和出口(138)的本体(134)，以及与所述入口对齐的第一柱体(140)和与所 述出口对齐的第二柱体(142)，所述第一柱体和所述第二柱体具有限定于其中的扇形凹口 (144，146)，所述第一柱体和所述第二柱体能够顺序地旋转，使得来自于所述入口的源材料 由所述第一柱体凹口(144)接收，并且利用所述第一柱体的旋转转移到所述第二柱体凹口 (146)，所述第二柱体随后能够旋转以将所述第二柱体凹口中的源材料输送至所述出口，所 述凹口旋转地偏移，使得所述柱体在所述柱体的所有能够旋转位置阻挡在所述出口与所述 入口之间的升华的源材料的扩散。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的供给系统(100)，其特征在于，还包括与所述 上用量杯(104) —起构造的释放机构(148)，所述释放机构能够在所述上用量杯填充有所 述测定量的源材料之后促动，以将所述源材料传递到所述真空锁定腔室(108)中的所述下 用量杯(106)。
6.一种气相沉积设备(60)，用于将升华的源材料作为薄膜真空沉积到传送穿过所述 气相沉积设备的基底(14)上，包括沉积头部(62)，其限定沉积腔室(64)，供应至所述沉积腔室(64)的源材料在所述沉积 腔室(64)中升华；传送器组件(M)，其能够操作地设置在所述沉积头部的下方，以将基底传送穿过所述 设备，同时升华的源材料的薄膜沉积在所述基底的上表面上；供给系统(100)，其与所述沉积头部一起构造以向所述沉积头部连续地供给测定用量 的源材料，所述供给系统根据权利要求1至5中的任一项。
7.一种用于连续地供应源材料至气相沉积设备(60)而不中断沉积腔室(64)中的真空 沉积工艺的工艺，其中，所述源材料升华并且作为薄膜沉积到传送穿过所述气相沉积设备 的基底(14)上，所述工艺包括产生测定量的源材料；移动所述测定量的源材料通过真空平衡工艺，以匹配下游真空沉积腔室(64)中的真空；将所述测定量的源材料转移到所述真空沉积腔室中，同时保持所述真空沉积腔室内的 真空，并且不中断所述真空沉积腔室内的升华工艺。
8.根据权利要求7所述的工艺，其特征在于，所述真空平衡工艺包括移动所述测定量 的源材料穿过真空锁定腔室(108)，以及使所述真空锁定腔室内的真空与下游真空沉积腔 室中的真空平衡。
9.根据权利要求7或8所述的工艺，其特征在于，还包括将所述测定量的源材料从所述 真空锁定腔室移动且进入转移机构(132)，以及使所述转移机构循环地操作，以将所述源材 料转移到所述沉积腔室中，同时阻挡所述沉积腔室中的升华的源材料向上游扩散穿过所述 转移机构。
10.根据权利要求7至9中的任一项所述的工艺，其特征在于，所述产生步骤和所述转 移步骤在操作上彼此独立，所述转移步骤以高于所述产生步骤的源材料处理量进行操作。
全文摘要
本发明涉及用于将源材料引入薄膜气相沉积设备的供给系统及工艺。供给系统(100)和相关工艺构造成用以将测定用量的源材料连续地供给到气相沉积设备(60)中，其中，源材料升华且作为薄膜沉积在基底(14)上。该系统包括批量材料料斗(102)，以及设置成用以从料斗接收源材料的上用量杯(104)。下用量杯(106)设置在真空锁定腔室(108)中，以从上用量杯(104)接收测定用量的源材料。转移机构(132)设置在真空锁定腔室的下方，以从下用量杯(106)接收测定用量的源材料，且将源材料转移至下游沉积头部(62)，同时隔离沉积头部(62)内的沉积状态和升华的源材料。
文档编号H01L31/18GK102121094SQ201110007599
公开日2011年7月13日 申请日期2011年1月7日 优先权日2010年1月7日
发明者C·拉思韦格, E·J·利特尔, M·J·帕沃尔, M·W·里德 申请人:初星太阳能公司