專利名稱：蒸發系統和方法
技術領域：
本發明實施例一般涉及薄膜沉積系統和用在形成薄膜的系統中的蒸發裝置。具體地，本發明涉及具有用于對要沉積到襯底上的沉積材料進行蒸發的蒸發坩堝的蒸發裝置。 除此之外，本發明涉及用于使用蒸發系統將薄膜沉積到襯底的方法。
背景技術：
用于將太陽能有效地轉換成電能的裝置正日益變得重要。這種能量轉換裝置可以基于薄膜太陽能電池，該薄膜太陽能電池能通過將適合的薄膜沉積到諸如晶片的襯底上而生產。當前的趨勢是提供形成在大襯底上的大面積太陽能電池。這些襯底可以通過適合于將不同的薄膜施加到襯底上的沉積設備而傳送。蒸發裝置可以用于正方用于在襯底上形成薄膜的沉積材料。具體地，例如，對于大面積太陽能電池，對于成分和層厚度期望良好的層均勻性。此外，用于制造薄膜裝置的制造成本需要減小，并且沉積材料需要以有效的方式利用。

發明內容
鑒于以上，提供根據獨立權利要求1的適合于將薄膜沉積到襯底的沉積系統和根據獨立權利要求15的用于將薄膜沉積到襯底的方法。根據一個實施例，提供一種適合于將薄膜沉積到襯底上的沉積系統，沉積系統包括適合于承載襯底的襯底托架；以及適合于將蒸發的沉積材料沿著主散發方向朝著襯底指向的至少一個傾斜的蒸發坩堝，其中，傾斜的蒸發坩堝的主散發方向與垂直于襯底的方向不同。根據另一實施例，提供用于將薄膜沉積到襯底上的方法，該方法包括提供至少一個蒸發坩堝，在至少一個蒸發坩堝的附近提供襯底托架，將襯底裝載到襯底托架上，并且從至少一個蒸發坩堝將沉積材料沿著與垂直于襯底的方向不同的主散發方向朝著襯底蒸發。


通過參照實施例對以上簡要概括的本發明進行更具體的描述，可以更詳細地理解本發明的上述特征的方式。附圖與本發明實施例相關，并在以下描述圖1以示意圖示出了以蒸氣錐蒸發沉積材料的蒸發坩堝，用于說明蒸發技術的原理；圖2是根據通常實施例適合于將薄膜沉積到襯底上的沉積系統的示意剖視圖，其中，圖示支撐在支撐單元中的一個蒸發坩堝。圖3是圖示要被涂覆的襯底的寬度上的膜厚度輪廓的圖；圖4是示出用于圖示通常實施例的原理的另一膜厚度輪廓的另一圖；圖5是示出又一膜厚度輪廓的又一圖；圖6是表示三個不同膜厚度輪廓的又一圖，用于比較根據另一通常實施例的沉積系統的不同蒸發布置。圖7是具有相對于與要被涂覆的襯底垂直的表面傾斜的若干蒸發坩堝的沉積系統的剖視圖；圖8是示出四個不同厚度輪廓的厚度分布圖，其用于比較設置在根據通常實施例的在圖7中示出的沉積裝置的不同蒸發坩堝布置；圖9是根據另一通常實施例具有若干蒸發坩堝的沉積系統的剖視圖；以及圖10是圖示根據通常實施例的用于將薄膜沉積到襯底上的方法的流程圖。
具體實施例方式現在將詳細參照本發明的各種實施例，各種實施例的一個或者多個示例圖示在附圖中。在以下對附圖的描述中，相同的參考編號表示相同的部件。一般地，僅僅描述各個實施例的不同之處。每個示例通過對本發明的說明而提供，并不是對本發明的限制。例如，圖示或者描述為一個實施例的一部分的特征能用在其他實施例上或者與其他實施例結合使用，以產生另一個實施例。本發明想要包括這樣的修改和變化。此處描述的實施例特別是指適合于將薄膜沉積在襯底上的沉積系統，其中，通常基于對沉積材料進行蒸發來將沉積材料沉積在襯底表面上。沉積系統包括具有若干蒸發坩堝的蒸發裝置。蒸發坩堝可以布置成使得可以實現沉積到襯底表面的層的良好的層均勻性。可以使用大面積襯底制造太陽能電池。這些襯底可以通過沉積系統在襯底傳送方向上傳送。襯底可以借助于襯底托架而被傳送，襯底托架適合于在傳送過程中和在沉積過程中保持襯底。襯底可以設置為借助于適合的襯底托架而被保持的各個晶片。此外，襯底可以設置為通過沉積系統的沉積區域而引導的金屬薄片(web)。例如，金屬薄片可以是通過沉積系統在襯底傳送方向上傳送的箔。根據此處描述的實施例，薄膜沉積系統可以包括圖1所示的若干蒸發坩堝201。蒸發坩堝201適合于沿著主散發方向301蒸發沉積材料。沉積材料被指向要被涂覆的襯底 (在圖1中未示出)，其中，蒸氣錐304從蒸發坩堝201沿著主散發方向301散發。根據由蒸發坩堝201提供的蒸汽錐304，可以限定孔角度305，要沉積到襯底上的材料在孔角度內從蒸發坩堝201散發。圖2是根據通常實施例的沉積系統100的剖視圖。要被蒸發裝置200蒸發的薄膜材料涂覆的襯底101被保持在襯底托架102處。蒸發裝置200可以包括若干蒸發坩堝201， 然而，在圖2中僅僅示出一個蒸發坩堝201。蒸發坩堝201由可傾斜的或者傾斜了的支撐單元204保持，可傾斜的或者傾斜了的支撐單元204適合于分別調節蒸發坩堝201的主散發方向301。因而，可以提供要被涂覆的襯底的表面法線與主散發方向301之間的傾斜角度 303。從圖2所示的示意設置可見，蒸發坩堝201的主散發方向301對由蒸發坩堝201蒸發的沉積材料沉積到襯底101上的位置有影響。如此處以下所示，通常可以線性地布置若干蒸發坩堝201，每個坩堝201提供各自主散發方向301。因而，層均勻性可以受到各個蒸發坩堝201的各自主散發方向301的適當調節的影響。此外，可以調節各個蒸發坩堝201的蒸氣錐304參見圖1)。通常，從蒸發坩堝201蒸發沉積材料可以包括空間地改變蒸發坩堝201的蒸氣錐304。根據通常實施例，主散發方向301可以在從相對于襯底101的表面法線302傾斜在-60°到+60°的范圍內的傾斜角度303，該傾斜角度通常在從-25°到+25°的范圍內， 更具體地，在從-15°到+15°的范圍內，甚至更具體地在從-5°到+5°的范圍內。此外， 根據另一實施例，可以在沉積處理之前調節蒸氣錐304。蒸發坩堝可以提供具有從1到5的范圍的余弦指數(cosine exponent)的蒸氣錐 304。通常，蒸氣錐304相對于蒸氣坩堝201的主散發方向301大致對稱地延伸。此處注意，蒸氣坩堝201可以相對于襯底101的表面法線302在兩個方向上傾斜， 即，除了圖2所示的順時針方向傾斜之外，可以提供逆時針方向傾斜(即，朝向圖2所示的表面法線302的左側)。為了更好地理解此處描述的通常的實施例，正的傾斜角度303定義為提供在附圖的順時針方向(即，圖2所示的方向)傾斜蒸發坩堝201的傾斜角度，而附圖中逆時針傾斜由負的傾斜角度303表示。通過相對于表面法線302傾斜可傾斜的支撐單元204，可以提供各自沉積方向 (即，蒸發坩堝201的主散發方向301)。此處注意，術語“垂直與襯底”表示相對于襯底101 的表面限定直角的表面法線302的方向。襯底101可以在與圖2的附圖平面垂直的方向上傳送。因而，通過傾斜蒸發坩堝 201，沉積材料沿著襯底101的寬度205指向，寬度坐標定位為沿著襯底101的一條邊與襯底傳送方向511垂直的方向。蒸發裝置200可以具有300mm以上的寬度，寬度通常在從約 500mm至4500mm的范圍內。圖3、圖4和圖5是用于說明通過蒸發裝置200沉積薄膜的原理的厚度分布圖500。 厚度分布圖500將沉積率502示出為襯底寬度坐標501的函數。沉積率以任意單位(a. u.) 給出，其中，襯底寬度坐標以毫米(mm)給出。因而，圖3、圖4和圖5的圖與具有0.5米的寬度的襯底相關。沿著襯底101的寬度坐標，布置各個蒸發坩堝201 (以下在圖7中示出)。 在提供圖3、圖4和圖5所示的沉積率的設置中，蒸發坩堝布置在特定的坩堝位置，坩堝位置具有彼此80mm的間隔。此處注意，多個蒸發坩堝201可以布置在相對于彼此距離固定的位置處，即，在從 20mm到IOOmm的范圍內的間距，并且通常蒸發坩堝201相對于彼此布置在約80mm的間距處。可選地，蒸發坩堝201可以布置在相對于彼此可變距離的位置處，即，兩個相鄰蒸發坩堝201之間的距離可以與其他兩個相鄰蒸發坩堝201之間的另一距離不同。根據圖3、圖4和圖5所示的圖，蒸發坩堝201布置在士40mm、士 120mm、士200mm 和的襯底寬度坐標處，其中，蒸發坩堝的最外位置未在圖3、圖4和圖5中示出。在下面，將參照圖3、4和5描述使用蒸發裝置200的具體蒸發處理。此處注意，圖3、圖4和圖 5所示的沉積率分布對應于膜厚度輪廓504，即，更高的沉積率502造成更大的膜厚度，反之亦然。根據能與其他實施例組合的通常實施例，襯底寬度205可以取適合于期望沉積處理的任何適合值，其中，蒸發坩堝201可以布置在相對于襯底101的全寬205的相對位置處， 例如，在與襯底101的全寬205的約0%、20%、40%、60%、80%和100%相對應的位置處。 根據另一實施例，多個蒸發坩堝201可以布置在相對于彼此的固定距離處，即在從襯底101 的全寬205的5%到50%的范圍內的間距處，通常在從全寬205的10%到25%的范圍內的間距處，并且更通常在全寬205的約20%的間距處。
根據通常實施例的沉積系統100被布置成使得襯底托架102與蒸發裝置200之間的距離在從50mm到400mm的范圍中，并且通常等于約200mm。此外，至少一個蒸發坩堝201 適合于提供具有在從1到5的范圍內的余弦指數的蒸氣錐。根據能與此處描述的其他實施例組合的其他通常實施例，蒸氣錐的范圍可以從3到4，更具體地可以具有約3. 5的值。此夕卜，從至少一個蒸發坩堝201蒸發沉積材料可以包括改變至少一個蒸發坩堝201的蒸氣錐。為了獲得圖3、圖4和圖5所示的膜厚度輪廓，假定蒸發坩堝201與要涂覆的襯底 101的表面之間的距離等于約200mm，并且蒸氣錐304的余弦指數(參見圖1)等于約3. 5。圖3示出了在基于具有十個單獨的蒸發坩堝201的蒸發裝置的沉積處理中獲得的膜厚度輪廓504，這十個單獨的蒸發坩堝沿著襯底寬度坐標501布置在80mm的間距處。層厚度不均勻性約為士 2.5%。圖4示出了另一膜厚度輪廓504，其中，兩個最外蒸發坩堝已經移除，使得僅僅通過八個蒸發坩堝201提供材料的蒸發。所得到的層厚度不均勻性相對于圖3所示的情況增大，達通常10%的層厚度不均勻性以及在襯底101的邊緣(士250mm)的大的厚度梯度。根據能與此處描述的其他實施例組合的通常實施例，最外蒸發坩堝的蒸發率比內部蒸發坩堝的蒸發率大在從5%到50%的范圍中的量，通常在從10%到30%的范圍中，并且更通常大約25%的量。圖5是厚度分布圖500，示出了已經通過將兩個最外蒸發坩堝201 的蒸發率增大達約25%而獲得的膜厚度輪廓504。因而，可以使用八個單獨的蒸發坩堝201 獲得士5%的厚度均勻性。如在圖5中所示，出現了在襯底101的左右邊緣處膜厚度的減小。此處注意，為了說明通常實施例的原理，適合于分別獲得圖3、4和5所示的膜厚度輪廓504的沉積系統100僅僅包括具有零度(0° )的傾斜角度303的蒸發坩堝201，即，各個蒸發坩堝201的主散發方向301與表面法線302 —致(未在圖3、4和5中示出)。圖6和圖7涉及能與此處描述的其他實施例組合的其他通常實施例。此處，各個蒸發坩堝201傾斜了相應的傾斜角度303，其中在以下表1中概括了用于獲得在襯底寬度上膜厚度輪廓的各個傾斜角度303。在圖6中，表示了三個不同的膜厚度輪廓，即，通過圖7 所示的蒸發裝置200的蒸發坩堝201a-201h的布置而獲得的第一膜厚度輪廓505、根據蒸發坩堝201的傾斜角度的不同布置而獲得的第二膜厚度輪廓506以及通過蒸發坩堝201的另一布置而獲得的第三膜厚度輪廓507。再次，如在圖4和圖5中所示的情況，提供八個單獨的蒸發坩堝201a-201h，各個的蒸發坩堝201的間隔約為80mm。如圖7所示，蒸發坩堝201a_201h分成兩組蒸發坩堝201，即，第一組202蒸發坩堝 201a-201d和第二組203蒸發坩堝201e_201h。各個蒸發坩堝201的傾斜角度由與各個蒸發坩堝201相對應的數字(以度數給出；° )來表示。如圖7所示，蒸發坩堝201的第一組202的蒸發坩堝201a、201b、201c和201d以及第二組203的蒸發坩堝201e、201f和201h 與垂直于襯底101并與襯底傳送方向511和襯底法線302(參見圖2)平行的平面對稱地布置。如以上所述，正角度在圖7中表示順時針方向的傾斜，而負角度在圖7中表示逆時針方向的傾斜。圖7所示的八個蒸發坩堝201a-201h的布置得到圖6所示的第一膜厚度輪廓505。與圖3、4和5所示的膜厚度輪廓相比，圖6所示的第一膜厚度輪廓505表示增大的層均勻性。通過八個蒸發坩堝201a-201h的各自的傾斜的動作，層厚度的不均勻性已經減小到約士2%。為了比較的目的，已經獲得圖6所示的第二膜厚度輪廓506和圖6所示的第三膜厚度輪廓507。第二膜厚度輪廓506對應于最外蒸發坩堝201a和201h朝著襯底101的邊緣傾斜達5°的角度，而已經通過以約10°的角度傾斜最外蒸發坩堝201a、201h獲得第三膜厚度輪廓507。圖8和圖9涉及另一通常實施例。為了比較，第一膜厚度輪廓505被表示在圖8 所示的厚度分布圖500中。此外，圖8中的圖包括已經在圖9圖示的布置中獲得的第五膜厚度輪廓509和第六膜厚度輪廓510。在圖6和圖8中表示的第一膜厚度輪廓505表示最低的膜厚度不均勻性，而膜厚度輪廓506、507(圖6)和508、509、510(圖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，通過分別朝著襯底101的邊緣傾斜蒸發坩堝201b和20lg，獲得在圖8中示出的第四膜厚度輪廓508。表1 用于獲得圖6和圖8中所示的膜厚度輪廓505-510的單獨蒸發坩堝 201a-201h的傾斜角度(度；。)；正的傾斜角度303被限定為沿著附圖中的順時針方向 (即，圖2所示的方向)提供蒸發坩堝201的傾斜的傾斜角度，而附圖中的逆時針方向由負傾斜角度303表示。
權利要求
1.一種用于將薄膜沉積到襯底上的沉積系統，所述沉積系統包括襯底托架，其適合于承載所述襯底；以及至少一個傾斜的蒸發坩堝，其適合于將所述沉積材料沿著主散發方向朝著所述襯底指向，其中所述傾斜的蒸發坩堝的所述主散發方向與垂直于所述襯底的方向不同。
2.根據權利要求1所述的沉積系統，包括至少兩個蒸發坩堝，其適合于將蒸發的沉積材料沿著各個主散發方向朝著所述襯底指向，其中，所述各個主散發方向彼此不同。
3.根據權利要求1或2所述的沉積系統，其中，至少兩個蒸發坩堝相對于垂直于所述襯底的平面對稱地布置。
4.根據權利要求1或2所述的沉積系統，其中，提供相對于彼此以在從20mm到IOOmm 范圍內的間距布置的多個蒸發坩堝，并且該多個蒸發坩堝通常以約80mm的間距布置。
5.根據權利要求1-或2所述的沉積系統，其中，多個蒸發坩堝沿著與所述襯底的傳送方向相垂直的直線布置。
6.根據權利要求1或2所述的沉積系統，其中，所述蒸發坩堝傾斜，使得所述主散發方向與所述襯底的法線形成在從-60度到+60度的范圍內的角度，該角度通常在從-25度到 +25度的范圍內，并且更通常在從-5度到+5度的范圍內。
7.根據權利要求4所述的沉積系統，其中，所述蒸發坩堝傾斜，使得所述主散發方向與所述襯底的法線形成在從-60度到+60度的范圍內的角度，該角度通常在從-25度到+25 度的范圍內，并且更通常在從-5度到+5度的范圍內。
8.根據權利要求5所述的沉積系統，其中，所述蒸發坩堝傾斜，使得所述主散發方向與所述襯底的法線形成在從-60度到+60度的范圍內的角度，該角度通常在從-25度到+25 度的范圍內，并且更通常在從-5度到+5度的范圍內。
9.根據權利要求或2所述的沉積系統，其中，所述蒸發坩堝適合于連續地傾斜。
10.根據權利要求1或2所述的沉積系統，其中，所述至少一個蒸發坩堝適合于提供具有在從1到5范圍內的余弦指數的蒸氣錐，該余弦指數通常在從3到4的范圍中，并且更通常為約3. 5。
11.根據權利要求1或2所述的沉積系統，還包括用于所述多個蒸發坩堝中的每一個的可傾斜的支撐單元，所述可傾斜的支撐單元適合于分別調整各個蒸發坩堝的主散發方向。
12.根據權利要求4所述的沉積系統，還包括用于所述多個蒸發坩堝中的每一個的可傾斜的支撐單元，所述可傾斜的支撐單元適合于分別調整各個蒸發坩堝的主散發方向。
13.根據權利要求5所述的沉積系統，還包括用于所述多個蒸發坩堝中的每一個的可傾斜的支撐單元，所述可傾斜的支撐單元適合于分別調整各個蒸發坩堝的主散發方向。
14.根據權利要求5所述的沉積系統，其中，提供偶數個蒸發坩堝，所述偶數個蒸發坩堝相對于由所述傳送方向和所述襯底的法線限定的平面對稱地布置。
15.一種將薄膜沉積到襯底上的方法，所述方法包括提供至少一個蒸發坩堝；在所述至少一個蒸發坩堝的附近提供襯底托架；將所述襯底裝載到所述襯底托架；并且從所述至少一個蒸發坩堝將沉積材料沿著與垂直于所述襯底的方向不同的主散發方向朝著所述襯底蒸發。
16.根據權利要求15所述的方法，其中，提供至少兩個蒸發坩堝，并且其中，所述至少兩個蒸發坩堝的所蒸發的沉積材料的所述主散發方向彼此不同。
17.根據權利要求15所述的方法，其中，所述主散發方向相對于所述襯底的法線傾斜達在從-45度到+45度的范圍內的角度，該角度通常在從-15度到+15度的范圍內，并且更通常在從-5度到+5度的范圍內。
18.根據權利要求16所述的方法，其中，所述主散發方向相對于所述襯底的法線傾斜達在從-45度到+45度的范圍內的角度，該角度通常在從-15度到+15度的范圍內，并且更通常在從-5度到+5度的范圍內。
19.根據權利要求15至18中任一項所述的方法，其中，所述襯底沿著傳送方向傳送，并且其中，沉積材料從相對于由所述傳送方向和所述襯底的法線限定的平面對稱布置的至少兩個蒸發坩堝蒸發。
20.根據權利要求15至18中任一項所述的方法，其中，從所述至少一個蒸發坩堝蒸發沉積材料包括空間地改變所述至少一個蒸發坩堝的蒸氣錐。
全文摘要
本發明提供一種蒸發系統和方法。蒸發系統適合于將薄膜沉積到襯底上。沉積系統包括適合于承載襯底的襯底托架和至少一個傾斜的蒸發坩堝。至少一個傾斜的蒸發坩堝適合于將蒸發的沉積材料沿著主散發方向朝著襯底指向。傾斜的蒸發坩堝的主散發方向與垂直于襯底的方向不同。
文檔編號C23C14/24GK102453872SQ201110343338
公開日2012年5月16日 申請日期2011年10月27日 優先權日2010年10月27日
發明者安德里亞斯·克勞普爾, 安德里亞斯·魯普, 斯萬·斯拉莫, 菲利普·瑪瑞爾 申請人:應用材料公司