TW200907084A - Vacuum evaporation apparatus for solid materials - Google Patents

Description

200907084 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於-種固態材料用真空蒸發 利範圍第1項所定義。 如^寻 5 10 15 【先前技術】 在現在的能源研究中，-個重要的目標是找出低的成 本就能夠將太陽光轉換成電流的方法，相較於―般的太陽 能電池，薄膜太陽能電池確實有較低的成本。 “例如，這些薄膜能夠利用韻的程序或是固態材料的 瘵鍍方式在基板上生成。一連續的真空金屬蒸發裝置，其 有一覆蓋的基板在真空腔室中移動（us 4,88〇,96〇)。一微粒 狀的沉積材料被儲存在封閉的儲藏所，儲藏所的最低部利 用-平板使其形成封閉的空間。Ί線連接平板到闕門， -關閉加，、、、到/皿度且用以沉積薄膜之蒸錢的掛禍供應開 口。使用至少-電磁的控制裝置使平板可以轉動，進而打 量粉末掉人㈣後’平板和閱門即再移至關閉 的位置。網狀遮蔽物之尺寸小於掛禍中沉積材料之微粒尺 寸，其坩僅允許蒸氣通過，以後續沉積於基板上。 此外在此描述一種用以塗佈基板的裝置，其裝置包 括有-蒸發源和散佈蒸發材料至基板上的一系統(d e i 〇 2 24 908 A1)。用以散佈的系統更包括有-線源（line source)， 其中，戎線源和該基板能夠彼此相對的移動。 20 200907084 (FR 2 456 M4)揭示一種方法，其係於真空中，藉由蒸 發及N蒸發機中基礎產物之用量供應，將半導體層沉積於二 基板上。產物是週期性的供應4-_蒸發機纽被加献 至低於基礎產物之沸點溫度，且載入蒸發機主要反應部份 5之連續塗佈所需用量，而直到下一次載入時間τ之間，該用 量必須足以達到完整的蒸發作用。然而，其存在著一個問 題，當產物被蒸發時，幾乎無法在短時間下停止蒸發這 是因為材料需要一些時間來冷卻。 因此，本發明的目的係為解決上述的問題。 ) 本發明的申請專利範圍第1項的特徵可解決上述問題。 【發明内容】 本發明係有關於-種固態材料用蒸發裝置，例如，將 15 广:叫塗佈於基板上。固態材料係經由—進料源而置 =一掛财。在此㈣中，該材料會在某—溫度條 晋，如銓徉其—^ 何种之熔點。藉由一傳輸裝 f一如輸送官，該溶化的材料會流入第二掛禍中，在此， 在南於材料沸點之溫度下，材料會蒸發至基板上。為了& 在短時間内(較佳係⑴分鐘)停止蒸發， 置 於傳輸裝置，以冷卻材料至炫點冰r ^ P扁置权置 於肚罢“ 叶至熔點外。藉由該冷卻裝置，傳 輸裝置中的材料可在很短的時間内冷卻至㈣外。 【實施方式】 20 200907084 圖式1為固態材料用之蒸發裝置〗及基板2的透視圖。嗲 基板2(如玻璃基板）係相對於裝置丨而分別於7或8的方向^ 動。裝置1包括有-外罩3’其外罩具有固定腳，使其能夠 穩固的站立。囷1僅顯示固定腳4、5、6。 5 一補充裝置9設置於外罩3的上端，其具有—頂部1〇、 一中間部位11和-底部12。中間部位u是一密閉的真空部 且提供-補充閥門14。-可移動的蓋子13設置於頂部_ 上端。若需提供固態材料（例如硒）於頂部丨〇時，其蓋子U 可被移動。 10 然而，在頂部10填滿上述固態材料之前，閥門14必需 關閉。然後，氣體（例如，空氣或氮氣）經由一輸送管（未顯 不於圖1中）而充滿頂部10。在頂部1〇充滿氣體之後，移動 蓋子13並將該固態材料裝入頂部1〇中。 之後，將蓋子13移至原位並閂住，而頂部1〇利用幫浦 15 (未顯示在圖1中）清空。該頂部10在此便可作為固態材料之 儲藏部。 來自於頂部10的固態材料量能夠經由補充閥門14來調 節，如此一來，在其到達外罩3内部之前，僅有固定量之固 態材料可通至底部12。 W 外罩3係經由一管子或輸送管連接至幫浦系統，如此便 可於外罩3形成真空態。幫浦系統未顯示在圖丨中。裝置i 更包括有第一和第二組設凸緣16,17。在設置有輸送管i5 之外罩壁相對邊上能看到另一輸送管18。此輸送管可提供 冷卻媒介，例如：水、熱油、氣體等等。 200907084 第三組設凸緣19係設置於組設凸緣17上，其藉由一固 定蒸發輸送管20之固定裝置21來固定蒸發輸送管20。蒸發 輸送管20本身即具有一固定裝置22，其係被固定在組設凸 緣19的固定裝置21。這兩個固定裝置形成一固定器23。雖 5然圖1中僅顯示一個固定器23,但蒸發輸送管20可藉由一個 以上的固定器23而固定在組設凸緣13。然而，由於蒸發輸 送管20的重量，固定器可被省略。 厂 此蒸發輸送管20係設置於裝置24上，該裝置内設置有 蒸發材料用之坩堝，其未顯示在圖！中。蒸發輸送管2〇更具 10有一蓋子25，其係經由一環狀物26連接至蒸發輸送管20， 且利用閂鎖27閂住，例如，一螺絲。 如圖1所示，蒸發輸送管2〇藉由一環狀物28(其亦包括 門鎖29)而固定於該裝置2心蒸發輸送管2〇係設置於該裝 置24，使得輸送管2〇的蒸氣只能藉由蒸發輸送管2〇的散佈 15 系統（其未顯示於圖式1)而離開。 裝置24連接至裝置31的突狀物30,用以固定經由一輸 ί ^ 送管32而設置於外罩3内的坩堝。 ^圖2顯示圖1之裝置丨的Α方向示圖（無基板）。設置於組 設凸緣19之蒸發輸送管2〇係藉由環狀物28及閂鎖29而連接 〇並固疋於裝置24。蒸發輸送管20包括有孔洞33至38，其形 成線性散佈系統39，藉此，蒸氣可由蒸發輸送管別離開 而移向基板。之後，蒸氣便凝結於該基板上而形成一薄膜。 圖3係圖1裝置1的B-B截面圖。補充裝置9係裝設在外 罩3的一壁40上。頂部1〇係作為固態材料之儲存室，例如 200907084 硒。於補充裝置9下方，有一儲存容器41設置於具有輸送管 42的外罩3中，而源自補充裝置9之材料可藉此導至熔化用 的掛堝43中。 在圖3中，儲存容器41具有漏斗狀之主體結構。此外， 輸送管42和補充器48係設置在於外罩3的内部。此補充器 48，例如螺旋形運輸裝置，係作為將固態材料從儲存容器 41供應到輸送管42的一裝置。 10 15 熔化用的坩堝43係設置在裝置31中，用以固定坩堝 43。坩堝43可藉由中間空間46之兩壁44,45間的熱油來加 熱。其熱油也可以電阻加熱器和電感線圈來取代加熱。坩 堝43的頂端提供有—蓋子47。但當冷卻程序開始時，該中 間空間46歸演迅速停玉之角色，料行冷卻，如同其提 供一冷卻媒介的路徑，例如水。 圖3更顯示具有㈣輸送管49之輸送管32，其中較佳係 裝設有-電阻加熱器。然而，電阻加熱器並未顯示在圖3 中。此輸送管32連接至具有__料43。此掛㈣包 括有液態材料64。在㈣堝5时，設置有—加埶器，較佳 為電阻加熱器。内部輸送管49、輸送管”和該掛禍5〇 43 係由合適的金屬、陶竟或石墨所組成。内部輸送管爾 速關閉裝置51所圍繞’以形成冷卻輸送管，用以冷卻在輸 送管49中熔化的材料。然而，當加熱程序發生時，這些迅 速關閉裝置係作為加熱媒介之路秤， 51係用以冷卻輸送管49中熔化的㈣例=熱油。關閉裝置 的兩側。 的材抖，其設置於突出物30 20 200907084 另一用以冷卻的關閉裝置52亦裝設為輸送管圍繞掛渦 50外部四周之形式。蒸發輸送管20係設置於固定坩堝5〇的 裝置24的頂端。 此蒸發輸送管20包括具有散佈系統39之第一内部輸送 5 管53，其顯示於基板2通過裝置1之該側。内部輸送管53被 至少一半輸送管所圍繞。在圖3中，内部輸送管53係被兩個 半輸送管54,55所圍繞。此設置可如DE 1〇2 24 9〇8 A1之圖7 所式。内部輸送管53一般具有高溫加熱裝置，例如電阻加 熱器，如此一來，内部輸送管53之内部56的蒸氣將無法凝 10 結。 在圖3中，顯示有一區隔壁68，其係經由條狀物69而連 接至坩堝43之壁44。此區隔壁68係避免材料掉入坩堝“内 的液態材料65中，以免内部輸送管49區域中之液態材料發 生…、法控制之冷卻結果。條狀物69和區隔壁可由坩堝的 15相同材料所組成，例如，適合的金屬、石墨或陶瓷。 可應用溫度檢測裝置來控制裝置1之溫度，據此，坩堝 43及5〇、輸送管49和輸送管则部的材料溫度可獲控制。 因此每可將溫度控制☆製程每一階段所需之溫度。 當開始塗佈步驟時，補充裝置9的頂部被填滿用以塗佈 所用的材料。如果材料為栖，其較佳為細粒狀。 掊吉^開補充閱門14，可將材料加至儲存容器41中，且保 祜值:狀態、:將補充閱門14關閉’而材料將利用補充器48 送到輸送管42，最終落入掛禍43。在此掛堝43中，材 200907084 料被熔化，掛禍43具有高於該固態材料溶點的溫度。在石西 之例子中其度僅需微高於其溶點1。 落入坩堝43之材料量可藉由補充器料來控制，其可自 動運轉’以致於在掛堝43,5〇中補充量的變動可維持在最 5小。於全部程序中，外罩3及具有蓋子13於其頂狀補充裝 置9中都能為穩定真空態。 备忒加熱程序開始時，將熱油通過關閉裝置46、51、 52。熱油係扮演加熱媒介。因此，坩堝43及5〇及輸送管的 中之材料可藉由熱油而被加熱。 10 材料一旦進入坩堝43便熔化，如此—來，其可通過輸 送管49並進入該坩堝5〇。在此坩堝5〇中，其溫度高出許多， 以將液態材料64轉換成其氣態形式，例如蒸氣。此蒸氣上 升到蒸發輸送管20的内部56，並經由線性散佈系統39而離 開該輸送管20。妓，當基板2通過該裝置㈣，蒸氣移往 15基板2的方向，以產生一層的該材料。設置於内部輸送管53 之加熱器將阻礙該蒸氣在内部輸送管53的表面或在散佈系 統39的孔洞凝結。 當程序停止時，將加熱器關閉，並打開用以冷卻的迅 速關閉裝置51及52，據此，冷卻媒介，例如水、熱油、氣 20體’將通過該些用來冷卻的關閉裝置46、51、52，進而使 材料冷卻下來。為了使坩堝5〇中之熔化材料可快速冷卻， 掛禍50中不能有太多的液態材料64是很重要的。因此，掛 塥50的體積相較於坩堝43是十分小的。 12 200907084 將时禍43中的材料洽卻到低於熔點的溫度是很重要 的。在材料冷卻之後，將冷卻媒介由關閉裝置5丨及52中移 除’使關閉裝置51及52能夠再次填滿氣體，其氣體相較於 冷卻媒介具有較低的熱容。 5 由於蒸發輸送管20可藉由移除凸緣19而輕易移除，故 亦容易清理裝置。之後，可將凸緣16及17移除，使外罩3 兩邊能夠打開。. 由於所有裝置包括有用以迅速連接之扣爪，故裝置1 亦易於維修。因此，裝置9易於交換。在清理裝置丨之後， 10 便可使用新的不同材料重新開始新的塗佈程序。 補充裝置9可包括具有如四節的星狀補充器。其中一節 係被設置於閥門14之上，而節中沒有材料。 藉由關閉閥門14並使頂部1〇排氣，便可進行補充程 序。接著，將蓋子13由裝置9移除，並將固態材料補充至頂 15部1〇。之後，將蓋子13移至原處，並藉由幫浦（圖3未示）， 使頂部10排氣。在恢復裝置9之頂部10與外罩3間之壓力 後，便可打開閥門14。 藉由旋轉星狀補充器，材料落到閥門丨4的開口，據此， 材料便可藉由儲存容器41而落入掛禍43中。之後，再將閥 2〇 門14關閉。 補充裝置9亦可包括有一杯狀補充器，其具有至少一杯 狀物。此至少一杯狀物可被傾覆，如同坩堝般。 利用蓋子13封閉裝置9後，將閥門14關閉，並使頂部1 〇 排氣。再將蓋子13移除，而該至少一杯狀物填滿材料。將 13 200907084 • 冑置9排氣後，再將蓋子置放於裝置9之頂部，並打開闕門 14。接著’傾覆該至少一杯狀物，而材料經由閥門14之開 口而落入外罩3的儲存容器41中。其經由輸送管42而最後到 達掛堝43。 5 裝置9更可包括一容器補充器，其具有-旋轉舉起裝置 和一具有一補充籃的舉起裝置。 當補充程序開始時，將閥門14關閉，且使裝置9排氣。 接著，將裝置9舉起並轉移至一邊。將補充籃放下，以另一 填滿材料的籃子與該籃子交換。之後，利用旋轉舉起裝置， 10將籃子拉進裝置9中。將裝置9置於閥門14之樞軸上，進而 置放於閥門14上。接著，使裝置排氣並打開閥門，使材料 能夠放置於坩堝43中。 在此實施例中，材料可為細粒狀的硒。 圖4顯示圖3裝置1之實施例中之部份放大圖示。其顯示 15坩堝50被輸送管57、58、59、60所圍繞，而輸送管為裝置 24中用以冷卻之關閉裝置52。蒸發輸送管2〇係設置於具有 坩堝50的裝置24頂端。此輸送管2〇具有線性散佈系統39， 其具有開口 61、62、63，蒸氣能夠經由開口離開蒸發輸送 管20。坩堝50經由圍繞有外部管線32之内部管線49而連接 20 到坩堝43。再如圖4所示，輸送管49係被關閉冷卻裝置51 所圍繞。藉由輸送管49而與坩堝50隔開之坩堝43係由相同 於輸送管49和坩堝50之材料所組成。然而，輸送管的和坩 堝50,43可使用不同的材料形成。輸送管49和坩堝“，们較 佳係用石墨、陶竞或一合適的金屬所組成。 14 200907084 如圖3所示’可看見藉由條狀物69而與坩堝43連接之區 隔壁68。坩區隔壁68和條狀物69可使用和坩堝43相同的材 料組成。 由於可藉由閥門14(未顯示在圖4中）及補充器48(亦未 5 顯示在圖4中）’利用電腦自動控制固態材料量，故液態材 料70,65 ’例如硒，在兩個坩堝50,43中有相當的等級。然 而，坩堝50的體積相較於坩堝43的體積是較小許多。 可設置一遮擋物於坩堝52上來取代迅速關閉裝置 46,5 1，52，用掛以避免蒸氣從蒸發輸送管2〇離開。然而， 10 尤其係使用砸作為材料之例子中，由於场具有高蒸氣壓， 因此很難去避免硒通過遮擋物。如此設置之架構將變得複 雜。因此’較佳係使用關閉裝置46,51,52。 【圖式簡單說明】 15 依據以下的描述來解釋本發明之圖式。 圖1係用於固態材料之真空蒸發裝置與用以塗佈之基板透 視圖。 圖2係圖1裝置之Α方向示圖（無基板）。 圖3係圖1裝置之B-B截面圖。 20 圖4係圖1裝置的另一個實施例的部份示圖。 【主要元件符號說明】 蒸發裝置1 基板2 ., ^ 15 200907084 固定腳4,5,6 方向7,8 補充裝置9 頂部10 中間部位11 底部12 蓋子 13,25,47 閥門14 凸緣 16,17,19 輸送管 18,32,42,54,55 蒸發輸送管20 固定裝置21, 22 固定器23 裝置24,31 環狀物26 閂鎖27,29 環狀物28 突狀物30 孔洞 33,34,35,36,37,38 壁 40,44,45 補充容器41 坩堝43,50 補充器48 中間空間46 内部輸送管49,53 液態材料64,65,70 關閉裝置51，52 區隔壁68 條狀物69 開口 61，62,63 内部56 輸送管 15,57,58,59,60 16

Claims (1)

1. 200907084 5 Γ ΙΟ 15 十、申請專利範圍： 1· -種固態材料用之真空蒸發裝置J，包括： 一坩堝50，用以使至少一材料蒸發； -散佈純39,用錢佈該至少—蒸發㈣至 上；以及 双 至少—元件46，似1，用以冷卻該至少-材料至其炼點夕卜， 其特徵在於補充裝置9係設置於該裝置丨，以提供 〜至少一固態材料予該掛禍43。 / 2·如申°月專利範圍第1項所述之真空蒸發裝置1，其特 徵在於，該裝置1包括有用以熔化該至少-材料之-第二掛 塥43和用以蒸發該至少—材料之—第二掛禍心 3·如申吻專利範圍第2項所述之真空蒸r〇： 罝1 46， 4.如申請專利範圍第i項及第2項所述之真空蒸發農 ’其特徵在於，該第一坩堝43係設置於該至少一元件 以冷卻該至少一材料。 20 罝1 52， 5·如申請專㈣圍^項及第2項所述之真空蒸發裳，其特徵在於，該第二坩堝5〇係設置於該至少—元件 以冷卻該至少一材料。 ㈤6.如中請專利範圍第旧至第3項所述之真空蒸發裝 且1 ’其特徵在於，該傳輸裝置49係設置於該至少一元 51 ’以冷卻該至少一材料。 17 200907084 徵在項所述之真空蒸發裝罝〗，其特 之間。 M2係設置於該掛堝43與該補充裝置9 5 10 15 20 8.如申請專利範圍第7項所述之真空 徵在於，該傳輸裝系統41，42包括有一補充器仏/、特 徵在^ ^料·㈣1項所述之真空蒸發裝E1，其特 徵在於，該補充裝置9包括有一補充閥門14。 徵在Γ.如申清專利範圍第2項所述之真空蒸發裝罝1，其特 徵在於，該坩堝50包括有一加熱器。 ^如申凊專利範圍第2項所述之真空蒸發裝置1，其特 徵在於，該坩堝43包括有一加熱器。 12.如申請專利範圍第3項所述之真空蒸發裝罝卜 徵在於，該傳輸裝置49包括有一加熱器。 ,13.如申凊專利範圍第丨項所述之真空蒸發裝罝1，发特 徵在於’用以冷卻該至少—材料之該些元件51，52包料至 少一輸送管57-60。 14. 如申請專利範圍第13項所述之真空蒸發裝罝丨，其 特徵在於，用以冷卻該至少一材料之該些元件51，52為一輸 送管系統。 15. 如申請專利範圍第8項及第9項所述之真空蒸發裝 旦1，其特徵在於，該補充器48和該閥門i 4建立一控制系 統’以維持坩堝43,50中該填充波動的變化達最小。 、 16. 如申請專利範圍第10項、第U項及第12項所述之真 空蒸發裝罝1，其特徵在於，該加熱器為一阻抗加熱器。 18 200907084 如申請專利範圍第U項所述之真办 特徵在於，該加熱器為一電感。 二’·、發裝罝1，其 5 如申請專利範圍第丨丨項所述之 特徵在於，⑽禍43利用熱油加熱。4發裝罝1，其 19•如申料·圍以項所述 徵在於，該至少一材料為砸。 …、發農且卜其特 2〇.如申請專利範圍第〗項所述 徵在於，心㈣其特 亦作為加熱該至少-材料之元件。…-元件物1 微在=^^第戰述之真_裝罝卜其特 用以冷部之該些元件46,52,51為迅速關閉裝置。 10