CN102365711A - 原料供应单元、用于供应原料的方法以及薄膜沉积装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种原料供应单元和一种用于供应原料的方法。所述原料供应单元包括：罐，用以存储原材料；喷射器，与所述罐连通，用以喷射自所述罐蒸发的所述原材料；高频线圈部件，环绕于所述罐的外侧；以及电阻型加热部件，设置于所述喷射器的外侧。由于将高频感应加热方法和电阻型加热方法结合起来对拟供应的原材料进行蒸发，所以可以使用大量的原材料，并且薄膜的厚度和质量可易于控制。

Description

原料供应单元、用于供应原料的方法以及薄膜沉积装置

技术领域

本发明涉及一种原料供应单元，更具体而言，涉及一种用以蒸发原材料以及供应该原材料的原料供应单元、一种用于供应原料的方法以及一种薄膜沉积装置。

背景技术

太阳能电池是利用光伏效应将光能转换成电能的半导体器件，近来因矿物燃料的耗竭而受到越来越多的关注。具体而言，例如铜铟镓硒(copperindium gallium selenide；CIGS)薄膜太阳能电池或碲化镉(cadmiumtelluride；CdTe)太阳能电池等复合薄膜太阳能电池可通过相对简单的制造工艺制成，并且其制造成本较低。另外，此种复合薄膜太阳能电池的光转换效率与其他相关技术太阳能电池的光转换效率相同。因此，人们对复合薄膜太阳能电池非常关注，将其视为下一代太阳能电池。

由于有机发光器件(organic light emitting device；OLED)是不同于液晶显示器件的自发光器件，所以它们不需要背光(backlight)，因而它们的功率消耗较低。此外，由于有机发光器件具有宽的视角(viewingangle)和高的响应速度，所以包含有机发光器件的显示器件会显示具有宽的视角的改进的图像并且没有余残像(residual image)。

同时，在制造太阳能电池和有机发光器件中所使用的无机薄膜和金属薄膜可用作太阳能电池的吸光/透光层和电极，或用作有机发光器件的电子注入层(electron injection layer；EIL)或阴极。此类无机薄膜和金属薄膜可通过例如电阻加热型真空沉积方法、溅镀(sputtering)方法、化学气体沉积(chemical vapor deposition；CVD)方法以及高频感应加热方法等工艺来制造。通常，此类过程可选择性地用于形成无机薄膜和金属薄膜。

然而，由于电阻加热型真空沉积方法这一相关技术方法的原材料输入容量有限，所以生产率较低。另外，由于工艺方向(process direction)仅限于向上型(upward type)，所以当基板面积增大时，基板的下垂也增加。另外，由于溅镀方法有巨大的碰撞能量，所以在制造有机发光器件时，底层的有机薄膜会遭到损坏，从而降低器件特性。此外，由于在制造例如复合薄膜太阳能电池等太阳能电池器件时难以同时沉积各种不同材料，所以难以使用各种不同材料的组合沉积来改善太阳能电池器件的特性。另外，高频感应加热方法使用大量的原材料来提高生产率，但原材料的蒸发密度不均匀，并且蒸发品质较低，使得难以控制薄膜的厚度和品质。

发明内容

技术问题

本发明提供一种原料供应单元、一种用于供应原料的方法以及一种薄膜沉积装置，其使用大量原材料并且有利于控制薄膜的厚度和品质。

本发明还提供一种原料供应单元、一种用于供应原料的方法以及一种薄膜沉积装置，由于其并不将通过该原料供应单元的沉积方向限定于特定方向，因而能够防止宽基板的下垂。

问题解决方案

根据例示性实施例，一种原料供应单元包括：罐，用以存储原材料；喷射器，与罐连通，用以喷射自罐蒸发的原材料；高频线圈部件，环绕于罐的外侧；以及电阻型加热部件，设置于喷射器的外侧。

高频线圈部件可包括：导体管，具有线圈形状并环绕于罐的外侧；以及冷却介质，在导体管中循环。

导体管可由铜形成。

喷射器可包括：连通通道，设置于喷射器的本体中，以使自罐蒸发的原材料流动；以及多个喷射孔，连接至连通通道并开口于本体外。

喷射孔可具有喷射喷嘴形状，所述喷射喷嘴形状突出预定的长度。

电阻型加热部件可环绕喷射器的整个外侧区域中的至少一个。

可于电阻型加热部件的外侧设置冷却构件。

冷却构件可环绕喷射器的整个外侧区域中的至少一个。

根据另一例示性实施例，一种用于供应原料的方法包括：在罐中填充原材料；通过高频感应加热来蒸发原材料；以及通过电阻型加热来进一步蒸发原材料，所述原材料流经连接至罐的喷射器。

该方法可进一步包括将通过电阻型加热而蒸发的原材料以线或平面形状喷射于基板上。

高频感应加热及电阻型加热可包括对供应原材料时所经过的外部空间进行冷却。

根据又一例示性实施例，一种薄膜沉积装置包括：腔室；基板支撑部件，设置于腔室中，用以支撑基板；以及原料供应单元，面朝基板，用以供应原材料至基板，其中该原料供应单元包括：第一蒸发部件，用以通过高频感应加热对原材料进行初次蒸发；以及第二蒸发部件，用以通过电阻型加热对经第一蒸发部件蒸发的原材料进行二次蒸发。

第一蒸发部件可包括：罐，用以存储原材料；以及高频线圈部件，环绕于罐的外侧。

高频线圈部件可包括：导体管，具有线圈形状并环绕于罐的外侧；以及冷却介质，在导体管中循环。

第二蒸发部件可包括：喷射器，用以喷射蒸发的原材料；以及电阻型加热部件，设置于喷射器的外侧。

可于电阻型加热部件的外侧设置冷却构件。

本发明的有益效果

根据本发明，由于将高频感应加热方法和电阻型加热方法结合起来对拟供应的原材料进行蒸发，所以可使用大量的原材料，并且薄膜的厚度和品质可易于控制。

另外，由于通过原料供应单元的沉积方向不限定于特定方向，所以在执行该工艺时，可根据基板的面积来选择最佳方向。因此，即使当使用具有大面积的基板时，也可选择向下的沉积方向以防止基板的下垂，从而在基板上形成高品质的薄膜。

附图说明

通过结合附图进行的以下说明，可以更详细地了解例示性实施例，附图中：

图1为根据例示性实施例的包括原料供应单元的薄膜沉积装置的示意图；

图2为根据例示性实施例的原料供应单元的透视图；

图3为图2中所示原料供应单元沿Y轴截取的剖视图；

图4为图2中所示原料供应单元沿X轴截取的剖视图；以及

图5和图6为显示根据例示性实施例的原料供应单元的工艺方向的示意图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图对具体实施例进行详细说明。然而，本发明可实施为不同的形式，而不应将其视为仅限于本文所述的实施例。而是，提供这些实施例是为了使本发明的揭露内容详尽且完整，并且可以将本发明的范围完全传达给所属领域的技术人员。通篇中，相同的参考编号指代相同的元件。

图1为根据例示性实施例的包括原料供应单元的薄膜沉积装置的示意图。图2为根据例示性实施例的原料供应单元的透视图。图3为图2中所示原料供应单元沿Y轴截取的剖视图。图4为图2中所示原料供应单元沿X轴截取的剖视图。在图3和图4中，已将外壳自图2所示原料供应单元移除。

参见图1至图4，该薄膜沉积装置包括：腔室100；基板支撑部件410，设置于腔室100中，用以支撑基板G；原料供应单元500，面朝基板G，用以供应原材料至基板G；以及基板移动构件420，用于基板支撑部件410与原料供应单元500之间的相对移动。此外，该薄膜沉积装置可包括基板加热构件430，用以将支撑于基板支撑部件410上的基板G加热到预定温度。

腔室100具有中空的圆柱体形状或四方盒形状，并且为处理基板G提供预定的反应空间。然而，腔室100的形状并不限于此，因而腔室100可具有对应于基板G的形状的任何形状。举例而言，在本实施例中，腔室100具有四方盒形状，以对应于作为基板G的四方玻璃基板。腔室100的侧壁上设置有闸门200，用以装载和卸载基板G，腔室100的下壁(lowerwall)上设置有排气部件300，用于形成真空和内部排气。闸门200可由狭缝阀(slit valve)构造而成，而排气部件300可由真空泵构造而成。尽管腔室100被例示为单一本体，但腔室100可包括具有敞开的上部的单独下部腔室、以及盖住该下部腔室的单独腔室盖。

基板支撑部件410设置于腔室100的下部空间，并用于支撑装载在腔室100中的基板G。基板支撑部件410的放置有基板G的表面(即基板支撑部件410的上表面)设置有用于固定所放置的基板G的构件，例如，设置有各种夹持构件中的一种，这些夹持构件利用例如机械力、真空吸力以及静电力等力来固持基板G，或者基板支撑部件410的所述表面可设置有例如夹钳(clamp)等固持构件。尽管图中未示出，但可在基板支撑部件410的上部设置荫罩(shadow mask)，从而防止薄膜形成于基板G的边缘处，或者从而使形成于基板上的薄膜具有预定的图案。当然，荫罩可独立于基板支撑部件410安装，使荫罩由腔室100的内侧壁支撑。

基板移动构件420设置于基板支撑部件410的下侧，以垂直地和水平地传送和旋转基板支撑部件410。举例而言，基板移动构件420包括传送带421和驱动轮422，驱动轮422用以控制传送带412的左右运动，以使由传送带421的上表面支撑的基板支撑部件410沿左右方向往复运动。单个基板支撑部件410设置于腔室100中，但本发明并不限于此。因此，也可于腔室100中设置多个基板支撑部件。此外，单个基板G设置于基板支撑部件410中，但本发明并不限于此。因此，也可于基板支撑部件410中设置多个基板。

基板加热构件430可设置于基板移动构件420的下面，以将放置于基板支撑部件410上的基板G加热至预定温度。基板加热构件430对放置于基板支撑部件410上的基板G施加预定的热量，以提高与沉积于基板G上部上的沉积材料的反应性，并且基板加热构件430可由例如电阻加热器和灯加热器(lamp heater)等各种加热构件其中之一构造而成。

原料供应单元500设置在腔室100的上部，面朝由基板支撑部件410所支撑的基板G并供应蒸发的原材料至基板G。原料供应单元500包括一个或多个原料供应单元510、520及530，原料供应单元510、520及530可在同一水平或垂直平面上彼此间隔相同的距离。

原料供应单元510、520及530各自包括：罐511，用以存储原材料S；喷射器512，与罐511连通，用以喷射在罐511处蒸发的原材料S；加热部件513和514，用以将罐511和喷射器512加热至预定的温度；以及外壳600，包围住罐511、喷射器512以及加热部件513和514。具体而言，加热部件513和514包括高频线圈部件和电阻型加热部件，该高频线圈部件也用参考编号513表示并环绕于罐511的外侧，而该电阻型加热部件也用参考编号514表示并设置于喷射器512的外侧。在这种情况下，罐511和高频线圈部件513构成第一蒸发部件，以利用高频感应加热对原材料进行初次加热，而喷射器512和电阻型加热部件514构成第二蒸发部件，以利用电阻型加热对经第一蒸发部件蒸发的原材料进行二次加热。

罐511具有带有一开口侧的盒形状或圆柱体形状，并填充拟沉积于基板G上的薄膜的原材料。在本实施例中，举例而言，粉末型无机原料填充于罐511中以于基板G上形成无机薄膜。喷射器512具有杆(bar)形状，自罐511的一侧水平地延伸预定长度。喷射器512可根据工艺方向而垂直地或倾斜地延伸，并且具有点型喷射结构(point-type injectionstructure)或平面型喷射结构(plane-type injection structure)，而非线型喷射结构(line-type injection structure)(例如杆形状的喷射结构)。在罐511处蒸发的原材料S所进入的连通通道512a设置于喷射器512的本体中。自连通通道512a延伸并向外开口的多个喷射孔512b设置于喷射器512的本体的外表面上。可对喷射孔512b的位置和数目加以控制，以喷射蒸气状态的原材料S至基板G。喷射孔512b可具有喷射喷嘴形状，此喷射喷嘴形状自喷射器512的本体向外突出预定的长度。因此，在罐511处蒸发的原材料S流经喷射器512的连通通道512a，并通过喷射器512的喷射孔512b均匀地喷射至基板G的上部。

高频线圈部件513包括导体管513a以及冷却介质513b，导体管513a具有线圈形状并环绕于罐511的外侧，而冷却介质513b在导体管513a中循环。导体管513a可以是具有高电导率的铜管，而冷却介质513b可以是水。冷却介质513b在施加有高频波的导体管513a中循环，以防止导体管513a过热，并同时防止散发至导体管513a外部的热量改变腔室100中的不同工艺条件。

电阻型加热部件514环绕于处于喷射孔512b外的喷射器512外部区域中的至少一部分。电阻型加热部件514进一步加热(二次蒸发)由于受到高频线圈部件513加热而在罐511处蒸发并流至喷射器512的连通通道512b的原材料S。因此，沿连通通道512b流动的原材料S的蒸发状态得以维持，并且蒸发密度和蒸发品质可进一步得到提高。冷却构件515可设置于电阻型加热部件514的外侧，以防止电阻型加热部件514改变腔室100中的工艺条件。举例而言，在本实施例中，使冷却水515b在其中进行循环的冷却管515a设置于电阻型加热部件514的外侧。

外壳600包括第一外壳610和第二外壳620，第一外壳610用以容纳罐511和高频线圈部件513，而第二外壳620用以容纳喷射器512、电阻型加热部件514、以及冷却构件515。第二外壳620具有灯罩形状，在设置有喷射器512的喷射孔512b的一侧开口，并因此能够将所蒸发和喷射的原材料S供应至设置有基板G的一侧。

由于如上所述加以构造的原料供应单元500具有有利于蒸发大量原料的高频感应加热方法的特性、以及有利于对所蒸发原料的品质进行控制的电阻型加热方法的特性，所以可迅速且连续地形成高品质薄膜，而不会因频繁补充原料而导致工艺过程中止。

现在将参照图1至图4对包括原料供应单元500的薄膜沉积装置的运行进行说明。

首先，当基板G装载到腔室100中并放置于基板支撑部件410上时，使基板加热构件430工作以将基板G加热至预定的工艺温度。然后，基板传送构件420使基板G沿左右方向往复运动，并且原料供应单元510、520及530各自喷射蒸气状态的原材料S至基板G的上表面。在原料供应单元510、520及530中的每一者中，高频线圈部件513均将罐511加热至预定温度，使得原材料S在罐511中进行初次蒸发。蒸发的原材料S沿连接至罐511的喷射器512中的连通通道512a流动。此时，由于设置在喷射器512外侧的电阻型加热部件514所提供的热量使沿连通通道512a流动的原材料S二次蒸发，所以蒸发密度更均匀，并且蒸发品质进一步提高。因此，原材料通过喷射器512的喷射孔512b以均匀的蒸发密度和提高的蒸发品质进行喷射，以于基板G上形成具有均匀厚度的高品质薄膜。

这样，原料供应单元500使用高频感应加热方法来对罐511的原材料进行初次蒸发，并使用电阻型加热方法来对在罐511处蒸发并流入喷射器512的原材料进行二次蒸发，并随后将原材料喷射于基板G上。因此，可以实现高频感应方法的特性(即快速蒸发大量原料)，从而防止因原料频繁补充而导致的工艺过程中止，并防止因蒸发延迟而导致的工艺过程延迟。另外，由于可以保持电阻型加热方法的特性(即蒸发品质均匀)，所以可有利于调整薄膜的厚度，并且可形成高品质薄膜。

原料供应单元500以向下的方式进行构造，以将原材料供应至基板G的上部。因此，基板G的整个下表面可由基板支撑部件410的上表面稳定地支撑住。即使当基板G具有大的面积时，基板G实质上也不会下垂。当然，由于原料供应单元500的位置在本发明中并无限制，所以工艺方向并不限于向下的方式。亦即，参照图5，原料供应单元500可以向上的方式设置，以在基板G的下侧供应原材料。另外，参照图6，原料供应单元500可以横向的方式进行构造，以在垂直设置的基板G的侧面供应原材料。图5和图6为显示根据例示性实施例的原料供应单元的工艺方向的示意图。

如上所述，由于包括原料供应单元500的薄膜沉积装置的沉积方向并无限制，所以可以根据基板的特性而自由地选择所需要的工艺方向。

尽管上文已参考具体实施例对原料供应单元、用于供应原料的方法、以及薄膜沉积装置进行了说明，但原料供应单元、用于供应原料的方法、以及薄膜沉积装置并不限定于此。因此，所属领域的技术人员容易理解，可在不背离由随附权利要求书所界定的本发明精神和范围的条件下对这些具体实施例进行各种修改和改动。

Claims (16)

1.一种原料供应单元，包括：

罐，用以存储原材料；

喷射器，与所述罐连通，用以喷射自所述罐蒸发的所述原材料；

高频线圈部件，环绕于所述罐的外侧；以及

电阻型加热部件，设置于所述喷射器的外侧。

2.如权利要求1所述的原料供应单元，其特征在于，所述高频线圈部件包括：

导体管，具有线圈形状并环绕于所述罐的所述外侧；以及

冷却介质，在所述导体管中循环。

3.如权利要求2所述的原料供应单元，其特征在于，所述导体管是由铜形成。

4.如权利要求1所述的原料供应单元，其特征在于，所述喷射器包括：

连通通道，设置于所述喷射器的本体中，以使自所述罐蒸发的所述原材料流动；以及

多个喷射孔，连接至所述连通通道并开口于所述本体外。

5.如权利要求1所述的原料供应单元，其特征在于，所述喷射器包括：

连通通道，设置于所述喷射器的本体中，以使自所述罐蒸发的所述原材料流动；以及

多个喷射孔，连接至所述连通通道并开口于所述本体外，

其中所述喷射孔具有喷射喷嘴形状，所述喷射喷嘴形状突出预定的长度。

6.如权利要求1所述的原料供应单元，其特征在于，所述电阻型加热部件环绕所述喷射器的整个外侧区域中的至少一个。

7.如权利要求1所述的原料供应单元，其特征在于，于所述电阻型加热部件的外侧设置冷却构件。

8.如权利要求7所述的原料供应单元，其特征在于，所述冷却构件环绕所述喷射器的整个外侧区域中的至少一个。

9.一种用于供应原料的方法，所述方法包括：

在罐中填充原材料；

通过高频感应加热来蒸发所述原材料；以及

通过电阻型加热来进一步蒸发所述原材料，所述原材料流经连接至所述罐的喷射器。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括将通过所述电阻型加热而蒸发的所述原材料以线或平面形状喷射于基板上。

11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述高频感应加热及所述电阻型加热包括对供应所述原材料时所经过的外部空间进行冷却。

12.一种薄膜沉积装置，包括：

腔室；

基板支撑部件，设置于所述腔室中，用以支撑基板；以及

原料供应单元，面朝所述基板，用以供应原材料至所述基板，

其中所述原料供应单元包括：

第一蒸发部件，用以通过高频感应加热对所述原材料进行初次蒸发；以及

第二蒸发部件，用以通过电阻型加热对经所述第一蒸发部件蒸发的所述原材料进行二次蒸发。

13.如权利要求12所述的薄膜沉积装置，其特征在于，所述第一蒸发部件包括：

罐，用以存储所述原材料；以及

高频线圈部件，环绕于所述罐的外侧。

14.如权利要求13所述的薄膜沉积装置，其特征在于，所述高频线圈部件包括：

导体管，具有线圈形状并环绕于所述罐的所述外侧；以及

冷却介质，在所述导体管中循环。

15.如权利要求12所述的薄膜沉积装置，其特征在于，所述第二蒸发部件包括：

喷射器，用以喷射所述蒸发的原材料；以及

电阻型加热部件，设置于所述喷射器的外侧。

16.如权利要求15所述的薄膜沉积装置，其特征在于，于所述电阻型加热部件的外侧设置冷却构件。

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