CN103510071A

CN103510071A - 用于奇数个处理模块的均等气体分配的系统、方法及装置

Info

Publication number: CN103510071A
Application number: CN201310246762.5A
Authority: CN
Inventors: 卡尔-汉斯·吴; 埃德温·平克
Original assignee: TEL Solar AG
Current assignee: TEL Solar AG
Priority date: 2012-06-21
Filing date: 2013-06-20
Publication date: 2014-01-15

Abstract

一种用于奇数个处理模块的均等气体分配的系统、方法及装置。用于将不同的处理气体供应至使用期望数量个质量流量控制器（MFC）的奇数个处理室的管道布置。该管道布置可以实现并且确保到奇数个处理室的均匀气体分配。此外，该管道布置被配置成将气体盒与多个真空处理模块（PM）连接并且包括用于处理气体供应的管道部分和用于H₂O供应的管道部分。管道布置可以实施成不具有任何孔。

Description

用于奇数个处理模块的均等气体分配的系统、方法及装置

相关申请的交叉引用

本申请要求于2012年6月21日提交的美国临时专利申请No.61/662,428的优先权，其全部内容通过引用合并到本申请中。

技术领域

光电器件或太阳能电池是将光转换成电能的器件。薄膜太阳能电池是太阳能电池，其中所有的功能层是通过沉积技术构建在支承衬底上的。如果为薄膜硅太阳能电池，则可以通过如PVD、CVD、PECVD、LPCVD等真空沉积法来沉积电极和pin层。功能层之一是透明导电氧化物（TCO）层，其可以通过低压化学气相沉积（LPCVD）处理来沉积在衬底上。

定义

“处理”从本发明的意义上来讲包括作用在衬底上的任何化学、物理或机械效应。

“衬底”从本发明的意义上来讲是待在处理装置中处理的组件、部件或工件。衬底包括但不限于具有矩形、正方形或圆形形状的扁平、板状部件。在优选实施例中，本发明实际处理尺寸大于1平方米的平面衬底，如薄玻璃板。

“处理模块”是一种封装体，其中可以在低于环境大气压的压力下对衬底进行处理。

“CVD”化学气相沉积是使得能够在加热衬底上进行层沉积的一种已知技术。将通常为液体或气体的前体材料馈送至处理系统，在处理系统中前体的热反应导致层的沉积。“LPCVD”是低压CVD的共用术语。

“DEZ”-二乙基锌是用于在真空处理设备中产生TCO层的前体材料。

“TCO”代表透明导电氧化物，因此“TCO”层是透明导电层。

无论是CVD、LPCVD、等离子体增强CVD（PECVD）还是PVD（物理气相沉积），针对在真空处理设备中沉积的膜，在本公开内容中都互换地使用术语层、涂层、沉积和膜。

太阳能电池或光电电池（PV电池）是一种电气组件，其能够将光（例如，阳光）通过光电效应直接转换成电能。

薄膜太阳能电池在通常意义上包括在支承衬底上由夹在两个电极或电极层之间的半导体化合物的薄膜沉积建立的至少一个p-i-n结。p-i-n结或薄膜光电转换单元可以包括夹在p掺杂型和n掺杂型半导体化合物层之间的本征半导体化合物层。术语“薄膜”表示所提到的层通过如PEVCD、CVD、PVD等处理沉积为薄层或薄膜。薄层可以表示厚度小于等于10μm的层，包括那些厚度小于2μm的层。

背景技术

TCO层的沉积可以在具有多个（例如，六个）真空处理模块（PM）的真空系统中进行。在后台处理系统中，可以使用n个顺序地链接的处理室来在每个处理室中沉积总体厚度的1/n（直列式沉积系统）。各种处理气体（DEZ、H₂O、H₂、B₂H₆）的品质和量是对于所需的层的品质的重要处理参数。为了实现所期望的层的品质，每个室中的处理气体的相同比率和气体的相同量可以是必需的。否则，例如层的总体厚度或层的电阻（Rsq）会受到影响。

对于不同气体的气体流量的控制，可以使用能够安装在气体盒中的质量流量控制器（MFC）。可能期望尽可能少地使用MFC。为了确保处理气体的均等分配（即，相同的比率和相同的量），需要合适的管道设计。本发明涉及这样一种管道系统及其方法：其能够提供上述处理气体的均等分配。

对于TCO层的沉积，需要不同的气体（DEZ、H₂O、H₂、B₂H₆），必须以特定比率来混合这些气体。为此，可以使用气体盒，其可以通过MFC控制不同的气体流量并且能够混合这些气体。管道可以将气体盒与PM连接并且确保气体供应。

由于DEZ和H₂O的化学反应，当混合H₂O时，必须将H₂O单独供应至PM以避免管道的阻塞。DEZ和H₂O至ZnO的反应可以限制在PM，该反应是沉积TCO层所需要的。

从而，在气体盒中仅会混合DEZ、H₂和B₂H₆（可以将混合物称为处理气体）。如上面提到的，需要将H₂O单独供应至PM并且将在PM中混合。因此，有两个管道连接至每个PM，一个管道用于处理器体，一个管道用于H₂O。

可能期望减小MFC的数量。因此，需要通过管道来确保所需的均等气体分配。

在特定的实施例中，一个PM是自治的并且可以利用与剩余的PM不同的参数来供应。

所提出的管道设计可以以TCO涂层系统来实现。

现有技术中已知的缺点

在6PM室设计中，其中PM之一为自治并且独立可控，并且其他5个PM必须遵循统一的配方，分离的室配备有4个MFC（4种不同的气体）并且对于5个剩余的PM有4个MFC。因此，MFC的总数量为8个。

由于DEZ MFC的最大流量的限制（例如，最大为3slm），其小于5个室所需的流量，所以在一种变型中安装有第二DEZ MFC。在该变型中，H₂O和处理气体管道的设计不能实现成均等的。

发明内容

本发明涉及一种管道布置，其用于将不同的处理气体供应至使用期望数量个MFC的奇数个处理室。根据本发明的该管道布置的实施例可以实现到奇数个处理室的均匀气体分配。

附图说明

结合在本说明书并且构成本说明书的一部分的附图示出了一种或更多种实施例，并且连同说明书一起对这些实施例进行说明。上述附图不必按比例绘制。在附图中示出的任何值维度仅出于说明的目的并且可以代表或可以不代表实际或优选的值或维度。在合适的地方，可以不示出一些或全部特征以有助于对潜在特征的描述。在附图中：

图1示出了根据本发明的一个示例的管道布置的框图；

图2是根据本发明的管道布置的示意性表示；

图3是根据本发明的实施例的管道布置的一部分的示意性表示；

图4是根据本发明的实施例的管道布置的一部分的示意性表示；

图5是根据本发明的实施例的管道布置的一部分的示意性表示；

图6是根据本发明的实施例的管道布置的一部分的示意性表示；

图7是根据本发明的实施例的管道布置的一部分的示意性表示。

具体实施方式

下面结合附图所提出的描述意在作为本发明的各种实施例的描述并且不是必需地意在仅表示其中可能实施本发明的一个或多个实施例。在特定情况下，该描述包括出于提供对本发明的理解的特定细节。但是，对于本领域技术人员很明显的是，本发明可以在没有这些特定细节的情况下来实施。在一些情况下，可以在框图中示出一些结构和组件以避免模糊所公开的主题的概念。

另外地，应当注意，如在本说明书和所附权利要求中使用的，除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式“一个（a）”“一个（an）”和“该（the）”包括多个对象。即，除非另外清楚地指出，否则如在本文中所使用的字“一个（a）”和“一个（an）”等包含“一个或更多个”的含义。此外，本发明及其实施例意在覆盖修改和变型。例如，应当理解，可能在本文中使用的词语如“左边”、“右边”、“顶部”、“底部”、“前面”、“背面”、“侧面”、“高度”、“长度”、“宽度”、“上部”、“下部”、“内部”、“外部”、“里面”、“外面”等仅仅描述参考点而不将本发明限制于任何具体的方位或配置。此外，词语如“第一”、“第二”、“第三”等仅仅标识本文所公开的多个部分、组件、布置和/或参考点之一，并且类似地不将本发明限制于任何具体的配置、方位、数量或顺序。

根据本发明的管道布置能够将气体盒与多个PM连接。根据本发明的管道布置可以包括针对处理气体供应的管道部分和针对H₂O供应的管道部分。此外，该管道布置可以实施成不具有任何孔。该管道布置可以实施为不具有任何孔的原因是基于DEZ蒸汽的物理属性。具体地，DEZ可以分解并且生成粒子，其可以阻塞孔。因此，根据本发明的不包括孔的管道布置可以防止阻塞孔问题。

图1示出了根据本发明的实施例的管道布置。具体地，图1示出：可以给PM1和剩余的PM（PM2至PM6）分离地供应处理气体和H₂O。这样的分离气体供应能够使得在PM1和剩余的PM（PM2至PM6）中运行不同的处理。每个处理空间中的气体流量可以通过每种气体的一个MFC来调整，除了DEZ流量，例如，由于MFC的最大可用流量（例如，最大为3slm）。可以在气体盒内混合用于处理气体的不同的气体。因此，有两个管道连接至每个PM，一个管道用于处理气体，一个管道用于H₂O（参见图1）。

为了提供均等的气体量PM2至PM6，管道的长度是强制性参数，其又意味着气体流量会受到对应管道的几何形状的影响。

图2示意性地示出了对于5个PM（PM2至PM6）的H₂O管道部分。如所示出的，来自气体盒的主供应线路被分成两条子供应线路L₄和L₅（图2）。子供应线路L₅向SUB1（图5）供应H₂O，L₄向SUB2（图6）提供H₂O。

不均等数量个子供应线路能够在SUB1和SUB2中产生压力差。压力差的原因是子供应线路中的压降，这是由于不同数量个连接的室（等同于不同的流动阻力）。对于子供应线路的这种不等气体供应比率可以直接由主供应之后的管道（图2中的L₄和L₅）的长度来补偿。

对于该管道长度的配置，需要根据图2的边界条件。

L₃＝L₆-L₁ 等式1

L - L_{2} = \frac{1}{3} L

等式2

L_{5} = \frac{5}{2} L - L_{4}

等式3

L_{7} = \frac{1}{2} L

等式4

对于该管道配置，可以形成针对不同路径中的流量的不同等式。

对于路径1中的流量：

PATH1＝(L₅·2F)+(L₆·2F)+(L₇·F) 等式5

对于路径2中的流量：

PATH 2 = (L_{4} \cdot 3 F) + (L_{3} \cdot 3 F) + (L_{2} \cdot \frac{3}{2} F) + (L_{1} \cdot \frac{3}{2} F) + ((L - L_{2}) \cdot F)

等式6

由于每个PM具有相同的流量F，所以两个路径中的摩擦损失应该相等：

PATH1=PATH2

(L_{5} \cdot 2 F) + (L_{6} \cdot 2 F) + (L_{7} \cdot F) =

(L_{4} \cdot 3 F) + (L_{3} \cdot 3 F) + (L_{2} \cdot \frac{3}{2} F) + (L_{1} \cdot \frac{3}{2} F) + ((L - L_{2}) \cdot F)

等式7

根据等式1、等式2、等式3和等式4：

L_{4} = \frac{5}{6} L + \frac{3}{10} L_{1} - \frac{1}{5} L_{6}

等式8

等式8描述了不同的管道长度之间的比率。不同的长度可以提供子供应线路中的正确的气体比率。

在图5和图6中分别示出了在子供应线路之后到两个PM和三个PM的气体分配。

图5示出了到PM2至PM3的供应。注意，由于两个PM中的均等气体量，SUB1可以具有对称的管道配置。

图6示出了用于三个PM的气体分配。具体地，可以将供应线路分成具有相同长度的两个管道以创建其中管道具有不同长度的配置，其中可以通过等式2来限定该长度以向三个PM提供相同的气体量。

可选地，上面描述的对于H₂O的相同管道布置可以用于DEZ供应线路。可以由MFC DEZ(2)（图1）供给的PM2至PM3可以具有例如SUB1的管道配置（图5），由MFC DEZ(3)供给的PM4至PM6可以具有例如SUB2的布置（图6）。

图7示出了移除PM之一的情况，其意味着4个PM由处理气体和H2O来供给。由于为偶数个PM，所以管道布置是对称的。因此，仅需要限定参数a和b。

现已描述了本发明的实施例，对于本领域技术人员应该明显的是，前述内容仅是示意性并且是非限制性的，仅以示例的方式来提出。因此，尽管在本文中已经讨论和示出了具体的配置，但是还可以采用其他配置。有多种修改和其他实施例（例如，组合、重布置等）可以根据本公开内容来实现且位于本领域的普通技术之一的范围内，并且被认为落入本公开主题及其任何等同方案的范围内。可以在本发明的范围内对本公开实施例的特征进行组合、重布置、省略等。此外，有时可以优点突出地使用特定的特征而不对应地使用其他特征。从而，申请者意在包括位于本发明的精神和范围内的所有替代、修改、等同方案和变型。

Claims

1.一种装置，包括：

奇数个三个或更多个处理模块，其被配置成根据处理衬底的暴露表面的实质上相同的处理条件来进行操作，所述处理条件包括到每个处理模块的处理气体的流量；以及

第一气体管道分支网络，其被布置成使所述处理气体的第一组分流动至所述奇数个三个或更多个处理模块中的每一个处理模块，

其中所述第一气体管道分支网络包括：

第一共用入口点，所述处理气体的所述第一组分从所述第一共用入口点被分配至所述奇数个三个或更多个处理模块，所述第一共用入口点耦接到至少一个质量流量控制器的出口，以及

多个分支，其具有相对于相邻处理模块上的第一相同参考点之间的间距而设计的管道长度，使得所述处理气体的基本上均等流量的所述第一组分从所述第一共用入口点传递至所述奇数个三个或更多个处理模块中的每一个处理模块处的排放点。

2.根据权利要求1所述的装置，还包括：

第二气体管道分支网络，其被布置成使所述处理气体的第二组分流动至所述奇数个三个或更多个处理模块中的每一个处理模块，

其中所述第二气体管道分支网络包括：

第二共用入口点，所述处理气体的所述第二组分从所述第二共用入口点被分配至所述奇数个三个或更多个处理模块，所述第二共用入口点耦接到至少一个质量流量控制器的出口，以及

多个分支，其具有相对于相邻处理模块上的第二相同参考点之间的间距而设计的管道长度，使得所述处理气体的基本上均等流量的所述第二组分传递至所述奇数个三个或更多个处理模块中的每一个处理模块。

3.根据权利要求2所述的装置，还包括：

加载锁定室，其耦接至所述奇数个三个或更多个处理模块并且被配置成在真空下向所述奇数个三个或更多个处理模块提供一个或多个衬底，

其中所述奇数个三个或更多个处理模块被配置成在直列式真空沉积系统中串联地操作。

4.根据权利要求3所述的装置，还包括：

处理气体供应系统，其被配置成供应所述处理气体的所述第一组分和所述处理气体的所述第二组分。

5.根据权利要求4所述的装置，其中所述处理气体的所述第一组分包括金属有机膜前体。

6.根据权利要求4所述的装置，其中，所述处理气体的所述第一组分包括二乙基锌（DEZ），并且所述处理气体的所述第二组分包括水。

7.根据权利要求6所述的装置，其中所述处理气体的所述第一组分包括含氢气体、含硼气体或含氢气体和含硼气体两者。

8.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一气体管道分支网络的气体管道分支具有相同的横截面积。

9.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一气体管道分支网络被设计配置成从所述第一共用入口点至所述奇数个三个或更多个处理模块中的每一个处理模块处的所述排放点具有基本上相同的压降。

10.一种用于衬底的直列式真空处理的装置，包括：

至少一个加载锁定室；

第一处理模块，其被配置成根据处理衬底的暴露表面的第一处理条件来进行操作，所述第一处理条件包括到所述第一处理模块的第一处理气体的流量；

奇数个三个或更多个第二处理模块，其被配置成根据处理衬底的暴露表面的实质上相同的第二处理条件来进行操作，所述第二处理条件包括到所述第二处理模块中的每一个处理模块的第二处理气体的流量；以及

第一气体管道分支网络，其被布置成使所述第二处理气体的第一组分流动至所述奇数个三个或更多个第二处理模块中的每一个处理模块，

其中所述第一气体管道分支网络包括：

第一共用入口点，所述第二处理气体的所述第一组分从所述第一共用入口点被分配至所述奇数个三个或更多个第二处理模块，所述第一共用入口点耦接到至少一个质量流量控制器的出口，以及

多个分支，其具有相对于相邻的第二处理模块上的相同参考点之间的间距而设计的管道长度，使得所述第二处理气体的基本上均等流量的第一组分传递至所述奇数个三个或更多个第二处理模块中的每一个处理模块。

11.根据权利要求10所述的装置，还包括：

第二气体管道分支网络，其被布置成使所述第二处理气体的第二组分流动至所述奇数个三个或更多个第二处理模块中的每一个处理模块，

其中所述第二气体管道分支网络包括：

第二共用入口点，所述第二处理气体的所述第二组分从所述第二共用入口点被分配至所述奇数个三个或更多个第二处理模块，所述第二共用入口点耦接到至少一个质量流量控制器的出口，以及

多个分支，其具有相对于相邻的第二处理模块上的第二相同参考点之间的间距而设计的管道长度，使得所述第二处理气体的基本上均等流量的所述第二组分传递至所述奇数个三个或更多个第二处理模块中的每一个处理模块。

12.根据权利要求10所述的装置，其中所述奇数个三个或更多个第二处理模块被布置为在所述第一处理模块之后并且与所述第一处理模块直列。

13.根据权利要求10所述的装置，还包括：

衬底传送系统，其被配置成从所述第一处理模块向所述奇数个三个或更多个第二处理模块传送一个或多个衬底，所述衬底传送系统包括可伸缩的轮或滚筒，

其中每个所述处理模块包括衬底夹具和起模顶杆组件，所述起模顶杆组件被配置成在所述衬底夹具与所述可伸缩的轮或滚筒之间竖直地平移所述一个或多个衬底。

14.根据权利要求13所述的装置，还包括：

返回衬底传送系统，其被配置成通过所述衬底传送系统沿着与所述一个或多个衬底的传送相关联的方向相反的方向返回所述一个或多个衬底，所述返回衬底传送系统布置在所述第一处理模块和所述奇数个三个或更多个第二处理模块的所述直列式布置的下方或上方。

15.根据权利要求14所述的装置，还包括：

升降机，其在所述衬底传送系统与所述返回衬底传送系统之间竖直地平移所述一个或多个衬底。