Установка плазменного осаждения и способ изготовления солнечных элементов

Установка плазменного осаждения и способ изготовления солнечных элементов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Перекрестные ссылки на родственные заявки

Это изобретение испрашивает преимущество согласно предварительной заявке на получение патента США № 60/791883, поданной 14 апреля 2006 г. и предварительной заявке на получение патента США № 60/815575, поданной 22 июня 2006 г. Эти изобретения в их целостности включены в настоящее описание посредством этой ссылки.

Область техники

Настоящее изобретение относится к способу изготовления фотоэлектрических модулей или солнечных элементов.

Проблема

Так как цена на нефть продолжает расти и другие энергетические источники остаются ограниченными, а также есть растущее воздействие на глобальное потепление от выделений при сжигании ископаемого топлива. Есть необходимость искать и применять альтернативные энергетические источники, такие как солнечная энергия, так как она свободна от газообразного диоксида углерода и его не генерирует. С этой целью многие страны повышают свои инвестиции в безопасные и надежные долгосрочные источники питания, особенно "зеленые" или "чистые" энергетические источники. Однако несмотря на то, что солнечный элемент, также известный как фотоэлектрические элемент или модули, совершенствовали в течение многих лет, он имел очень ограниченное применение, так как затраты на производство таких элементов или модулей по-прежнему высоки, что делает затруднительной их конкуренцию с энергией, производимой ископаемым топливом.

Сегодня солнечный элемент на монокристаллическом кремнии имеет наилучшую эффективность преобразования энергии, но также имеет наиболее высокие производственные затраты. Альтернативно, тонкопленочный кремний, хотя не имеет такую же высокую эффективность как элемент на монокристаллическом кремнии, он значительно дешевле в производстве. Поэтому есть возможность для понижения стоимости генерации фотоэлектрической мощности. Другие типы тонкопленочных материалов, таких как медь-индий-галлий-диселенид (CIGS) также показали обещающие результаты при низких затратах с эффективностями, достигающими монокристаллический кремний, но все еще достаточно низкими, чтобы конкурировать эффективно с ископаемым топливом.

Часть причины производственных расходов состоит в том, что скорости осаждения в таких продолжительных по времени процессах являются низкими. Например, типичный процесс для силана в плазме тлеющего разряда в присутствии высоких концентраций газа водорода с образованием желательного кремниевого слоя достигает скорости осаждения приблизительно 20 А/с или 0,12 мкм/мин. Для другого примера плазменное химическое осаждение из паровой фазы, ("CVD" - Сhemical Vapor Deposition) метод, для образования высококачественного кремниевого слоя i-типа достигает объявленной скорости осаждения приблизительно 15 А/с или 0,09 мкм/мин. Еще для другого примера, типичный метод химической газотранспортной реакции ("CVT" - Сhemical Vapor Transport), который использует йодные пары в качестве транспортной среды для осаждения поликристаллического кремния, достигал скоростей роста пленки вплоть до приблизительно 3 мкм/мин.

Подобно технологиям кремниевых солнечных элементов, были сделаны усилия по производству солнечных элементов типа CIGS с применением разных технологий. В одной такой попытке солнечные элементы типа CIGS производят по двухэтапному процессу с использованием различных структур походных веществ, который известен как технология селенирования. Сделаны попытки усовершенствования технологии селенирования. В одной попытке известен двухэтапный процесс, использующий технологию магнетронного распыления с конвейерной системой для изготовления тонкой пленки. В другой попытке использовали процесс газофазной рекристаллизации для изготовления CIGS пленок. Процесс рекристаллизации был применен в качестве второго этапа процесса, и он заменил процесс селенирования, что сообщалось предшествующими уровнями техники. Еще в другой попытке CIGS пленка производили с использованием электрохимического осаждения в растворе, которое следовало за нанесением покрытия осаждением из паров. По этой технологии получили солнечный элемент CIGS типа с суммарной эффективностью преобразования 13,6%.

В добавление к усилиям, чтобы эффективно производить вышеупомянутые типы солнечных элементов, дополнительные усилия были затрачены на эффективное производство других типов солнечных элементов, таких как многопереходные солнечные элементы. Эти типы солнечных элементов имеют конструкцию из составных слоев с разными материалами. Разные материалы имеют разные запрещенные энергетические зоны, и они будут поглощать солнечную энергию различных длин волн. Таким образом, такие типы солнечных элементов покрывают более широко солнечный спектр и могут улучшать эффективность солнечного элемента. Некоторые усилия были затрачены на то, чтобы эффективно получать такие типы солнечных элементов. В одном таком усилии многопереходные солнечные элементы производят с аморфным кремнием и медь-индий-диселенидом (CIS - Copper Indium diselenide) и их сплавами. Однако такой производственный процесс является очень сложным и нуждается в оборудовании различных видов, таким образом, делая его дорогостоящим для производства этих типов солнечных элементов. Несколько примеров получения слоев CIS или CIGS заключают в себе проведение осаждения этих слоев путем выращивания из раствора, металлизации или напыления. Также, слои кремния осаждают путем усовершенствованного плазмохимического осаждения из паровой фазы.

Как указано выше, чтобы изготовить тонкопленочные солнечные элементы требуется технология осаждения, чтобы осадить требуемые слои, и наиболее эффективным путем снижения производственных затрат является повышение скорости осаждения. Наилучшей объявленной скоростью осаждения для усиленного плазмой химического осаждения из паров ("PECVD - Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition") является примерно 5 А/с, и скорость осаждения из силана для плазмы тлеющего разряда составляет 20 А/с.

К тому же, в дополнение к медленным скоростям другой медленный этап процесса, находящийся обычно в производстве солнечных элементов, заключает в себе введение легирующих примесей p-типа и n-типа для образования p-n перехода полупроводникового материала. Этот этап обычно выполняют чрезвычайно медленно в диффузионных печах после того, как тонкопленочный слой был уже осажден, таким образом дополнительно замедляя общий процесс эффективного получения солнечных элементов.

Кроме этого, относительно процесса изготовления CIGS-тонких пленок, процесс обыкновенно использует два, или более, этапов. Целью дополнительных этапов процесса является осаждение или регулирование этих элементов для достижения желательного или оптимального структурного соотношения и фазовой структуры CIGS-тонких пленок. На первом этапе использовали различные технологии для наращивания требуемой толщины пленки с концентрацией, относительно близкой к желаемой величине. Комбинация этих этапов препятствует эффективному процессу изготовления CIGS-тонких пленок.

Информацию, относящуюся к попыткам, направленным на эти проблемы, можно найти в патентах США №№ 5646050, выданном 08 июля 1997 Ли (Li) с соавторами, 5942049, выданном 24 августа 1999 Ли (Li) с соавторами; 6100466, выданном 08 августа 2000 Нишимото (Nishimoto); 6214706, выданном 10 апреля 2001 Мадану (Madan) с соавторами; 6281098, выданном 28 августа 2001 Вангу (Wang) с соавторами; 5141564, выданном 25 августа 1992 Чену (Chen) с соавторами; 4798660, выданном 17 января 1989 Эрмеру (Ermer) с соавторами; 4915745, выданном 10 апреля 1990 Поллоку (Pollock) с соавторами; 6048442, выданном 11 апреля 2000 Кушия (Kushiya) с соавторами; 6258620, выданном 10 июля 2001 Морелю (Morel) с соавторами; 6518086, выданном 11 февраля 2003 Беку (Beck) с соавторами; 5045409, выданном 03 сентября 1991 Эберспакеру (Eberspacker) с соавторами; 5356839, выданном 18 октября 1994 Татлу (Tuttle) с соавторами; 5441897, выданном 15 августа 1995 Нуфи (Noufi) с соавторами; 5436204, выданном 25 июля 1995 Албину (Albin) с соавторами; 5730852, выданном 24 марта 1998 Бхаттачария (Bhattacharya) с соавторами; 5804054, выданном 08 сентября 1998 Бхаттачария (Bhattacharya), с соавторами; 5871630, выданном 16 февраля 1999 Бхатачария (Bhattacharya) с соавторами; 5976614, выданном 02 ноября 1999 Бхатачария (Bhattacharya) с соавторами; 6121541, выданном 19 сентября 2000 Ария (Arya); и 6368892, выданном 09 апреля 2002 Ария (Arya).

Решение

Вышеописанные проблемы решают и достигают технического развития при помощи установки плазменного осаждения и способа изготовления солнечных элементов, раскрытых в этой заявке. Новый процесс использует индуктивно связанную плазменную горелку для изготовления тонкопленочных солнечных элементов. Он имеет более высокую скорость осаждения, и он может быть конструктивно выполнен как непрерывный поточный процесс, таким, что он может разительно снизить производственные затраты для тонкой пленки. При использовании конвейерной системы для непрерывной обработки на автоматической линии этот процесс может осадить требуемую тонкую пленку на подложке, такой как стекло, гибкий металл или высокотемпературные полимерные материалы.

Новый процесс осаждения индуктивно связанной плазмы обеспечивает, в известной мере, более высокую скорость осаждения, ведущую к довольно заметному снижению производственных затрат. Другим главным аспектом новой установки плазменного осаждения и способа изготовления солнечных элементов является одновременное введение такого положительно и/или отрицательно легирующего материала во время тонкопленочного осаждения, который исключает другой очень медленный и дорогостоящий процесс на этапах производства.

Одним преимуществом индуктивно связанной плазменной горелки является очень высокая скорость осаждения ("DR" - deposition rate). Для дополнительной эффективности и сбережения производственных затрат одна или более индуктивно связанных плазменных горелок могут быть сгруппированы вместе для обеспечения комплекта индуктивно связанных плазменных горелок для образования модуля осаждения, объединенного с конвейерной системой. Это легко, даже универсальная промышленная установка с высокими скоростями осаждения и выпуска.

Кроме этого, новая установка плазменного осаждения и способ изготовления солнечных элементов могут легко ввести желательные материалы в подходящий модуль осаждения и осадить желательный слой на одной конвейерной системе, так как подложка двигается из одного модуля осаждения или камеры осаждения в другой модуль осаждения или камеру осаждения. Альтернативно, новая установка плазменного осаждения и способ изготовления солнечных элементов обеспечивают для солнечных элементов ввод и повторный ввод в такие же модули осаждения, так как в каждом цикле вводят различные химические продукты.

Дополнительно, при легировании тонкой пленки с помощью такой новой установки плазменного осаждения и способа изготовления солнечных элементов достигается прямое регулирование распределения примесей и лучший концентрационный профиль, чем типичным диффузионным процессом. Установка и способ могут также значительно влиять на эффективность экономии энергии и химические и физические свойства. Более того, применение процесса осаждения вместо диффузионного процесса для изготовления легированных тонких пленок p-типа или n-типа не только обеспечивает лучшее регулирование и более однородное распределение легирующих примесей, но это также исключает двухэтапный процесс, давая более высокую производительность.

Также, новая установка плазменного осаждения и способ изготовления солнечных элементов решают задачи получения высококачественного солнечного элемента, что включает в себя оптимизацию качества слоя i-типа. Новая установка плазменного осаждения и способ изготовления солнечных элементов обеспечивают такие требования - легированные пленки p-типа и n-типа для низкого контактного сопротивления, высокой контактной разности потенциалов и высокой прозрачности для уменьшения ненужных оптических потерь.

По одному признаку новая установка плазменного осаждения и способ изготовления солнечных элементов могут использовать материалы, которые содержат заданные элементы медь, индий, галлий, а также селен, которые вводят в плазменную струю для образования тонкой пленки CIGS. По другому признаку установка плазменного осаждения и способ изготовления солнечных элементов могут должным образом использовать рассчитанное соотношение меди, галлия и селена для введения в плазменную струю и образования CIGS - тонкой пленки.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 иллюстрирует вид сбоку в разрезе установки плазменного осаждения для изготовления солнечных элементов согласно варианту воплощения настоящего изобретения;

Фиг.2 иллюстрирует вид сверху установки плазменного осаждения, показывая соседние ряды горелок плазменного осаждения относительно подложки согласно варианту воплощения настоящего изобретения;

Фиг.3 иллюстрирует вид сверху установки плазменного осаждения, включающей в себя камеру осаждения согласно варианту воплощения настоящего изобретения;

Фиг.4 иллюстрирует вид сверху установки плазменного осаждения, показывая соседние ряды горелок плазменного осаждения относительно подложки согласно варианту воплощения настоящего изобретения;

Фиг.5 иллюстрирует вид сверху установки плазменного осаждения, показывая соседние ряды горелок плазменного осаждения относительно подложки согласно варианту воплощения настоящего изобретения;

Фиг.6 иллюстрирует блок-схему процесса изготовления солнечных элементов согласно варианту воплощения настоящего изобретения;

Фиг.7 иллюстрирует блок-схему другого процесса изготовления солнечных элементов согласно варианту воплощения настоящего изобретения; и

Фиг.8 иллюстрирует блок-схему другого процесса изготовления солнечных элементов согласно другому варианту воплощения настоящего изобретения.

Подробное описание чертежей

Фиг.1 иллюстрирует вариант воплощения 100 установки плазменного осаждения, включающей в себя индуктивно связанную плазменную горелку 102, размещенную над подложкой 104, которая опирается на конвейер 106. В этом варианте воплощения индуктивно связанная плазменная горелка 102 предусмотрена спускающейся для проведения осаждения продукта реакции на подложке 104. В другом варианте воплощения индуктивно связанная плазменная горелка 102 может быть предназначена или ориентирована другим образом или в другом направлении относительно подложки 104. Индуктивно связанная плазменная горелка 102 состоит из двух кварцевых трубок: наружной кварцевой трубки 108 и более короткой внутренней кварцевой трубки 110, которые показаны прикрепленными к камере 112 из нержавеющей стали.

Конвейер 106 имеет продольную ось, которая определяется как совпадающая с направлением стрелок, показанных на фигуре 3. Конвейер 106 может быть стационарной платформой или движущимся конвейером. Предпочтительно, он обеспечивает опору для одной или нескольких подложек 104 и подводит их к индуктивно связанной плазменной горелке на желательном расстоянии согласно применяемой индуктивно связанной плазменной горелке. Дополнительно, конвейер 106 может двигать подложки 104 на расстояние вдоль продольной оси конвейера до прекращения движения для осаждения продукта реакции, который еще будет описан ниже.

Типично, диаметр и высота, или длина наружной кварцевой трубки 108 и внутренней кварцевой трубки 110 могут быть любого размера, чтобы соответствовать желательному применению наружной кварцевой трубки 108 и внутренней кварцевой трубки 110. Предпочтительно, внутренняя кварцевая трубка 110 имеет более короткую длину, чем наружная кварцевая трубка 108. Также, наружная кварцевая трубка 108 предпочтительно имеет диаметр в интервале от примерно 50 миллиметров ("мм") до примерно 90 мм и высоту - в интервале от 180 мм до примерно 400 мм. Более предпочтительно, диаметр наружной кварцевой трубки 108 составляет примерно 70 мм с высотой или длиной примерно 200 мм. Предпочтительно, внутренняя кварцевая трубка 110 имеет диаметр в интервале от примерно 50 мм до примерно 70 мм и высоту в интервале от примерно 120 мм до примерно 180 мм. Более предпочтительно, диаметр внутренней кварцевой трубки 110 составляет примерно 60 мм с высотой примерно 150 мм.

Индуктивно связанная плазменная горелка 102 еще заключает в себе медную индукционную катушку 114, которую располагают вокруг нижней части наружной кварцевой трубки 108. Катушка 114 содержит ряд витков 116, имеющих диаметр приблизительно в интервале от примерно 56 мм до примерно 96 мм. Предпочтительно ряд витков 116 имеет диаметр примерно 82 мм. Типично, ряд витков 116 размещают отдельно друг от друга на достаточном расстоянии, чтобы обеспечить работу индуктивно связанной плазменной горелки 102. Предпочтительно, ряд витков 116 размещен на 6 мм отдельно друг от друга. Кроме этого, зазор между наружной кварцевой трубкой 108 и катушкой 114 может быть в интервале от примерно 2 мм до примерно 10 мм. Также, расстояние между самой нижней частью катушки 114 и подложкой 104 обозначено как "L", которое заключено в интервале от примерно 30 мм до примерно 55 мм.

Индуктивно связанная плазменная горелка 102 дополнительно включает в себя пару отверстий 118 для ввода пробы, которые связаны с линией химического источника исходного материала (не показано), несущих источник исходных материалов химических продуктов в индуктивно связанную плазменную горелку 102. При использовании внутренней кварцевой трубки 110 рабочий газ будет иметь характер закрученного потока. Источник химических продуктов для осаждения полупроводникового тонкопленочного материала, такого как кремний, будут вводить через отверстия 118 для ввода проб, которые предпочтительно располагают близкими к нижней стороне индуктивно связанной плазменной горелки 102 и нацеленными по направлению к положению V=0 по той же причине, как раскрыто в патенте США № 6253580, выданному Гускову (Gouskov) с соавторами и патенте США № 6536240, выданному Гускову (Gouskov) с соавторами, которые оба включены в настоящее описание к качестве ссылки. В одном варианте воплощения отверстия 118 для ввода проб соединяют с индуктивно связанной плазменной горелкой 102. В другом варианте воплощения отверстия 118 для ввода проб не соединяют с индуктивно связанной плазменной горелкой, но соединяют с другим конструктивным элементом настоящего изобретения, как описано в настоящем описании. В одном варианте воплощения индуктивно связанная плазменная горелка 102 является индуктивно связанной плазменной горелкой. Отверстия 118 для ввода проб включают в себя кварцевый трубопровод, предпочтительно имеющий диаметр в интервале от примерно 3 мм до примерно 10 мм, более предпочтительно, примерно 5 мм, хотя может быть использован трубопровод с диаметрами других размеров с индуктивно связанной плазменной горелкой 102. В этом варианте воплощения пара инжекционных отверстий 118 размещена диаметрально противоположно друг другу. В другом варианте воплощения настоящего изобретения могут быть использованы три или больше отверстий, симметрично расположенных.

Дополнительно, индуктивно связанная плазменная горелка 102 заключает в себе входные патрубки 120 плазменного газа, которые соединяют с линией подачи плазменного газа (не показано), несущие плазменный газ к индуктивно связанной плазменной горелке 102. Входные патрубки 120 плазменного газа входят в индуктивно связанную плазменную горелку 102 по существу на такой же высоте. Предпочтительно, эти входные патрубки 120 плазменного газа включают в себя трубопровод из нержавеющей стали, имеющий диаметр 5 мм, хотя диапазон диаметров удовлетворяет этой цели.

Индуктивно связанную плазменную горелку 102 также обеспечивают подводом 122 охладителя и выходом 124 охладителя. Во время использования охладитель, такой как вода, проходит через подвод 122 охладителя, циркулирует внутри камеры 112 из нержавеющей стали, и выходит через выход 124 охладителя. Подвод 122 охладителя и выход 124 охладителя предпочтительно сформированы из нержавеющей стали и имеют, например, диаметр 5 мм.

Входные патрубки 120 плазменного газа, подвод 122 охладителя и выход 124 охладителя все предпочтительно сформировано в камере 112 из нержавеющей стали. Камера 112 представляет собой квадратный блок из нержавеющей стали со стороной 80 мм и имеющий высоту, например, приблизительно 40 мм. Камеру 112 монтируют на поддерживающей стойке (не показано).

Высокочастотный генератор (не показан) электрически соединен с катушкой 114, питая ее с переменным напряжением на выходе вплоть до 60 кВт с частотой 528±0,13 МГц. В варианте воплощения генератор - это модель № IG 60/5000, производимая компанией Fritz Huettinger Electronic GmbH, Германия. Генератор управляется источником питания с 50 Гц, 3 фазами, 380 В для возбуждения индуктивно связанной плазменной горелки 102.

Для того чтобы покрыть более широкую полосу осаждения, группу индуктивно связанных плазменных горелок 102 помещают вместе для образования модуля осаждения 200. Фиг.2 показывает вариант воплощения 200 модуля осаждения, который состоит из комплекта индуктивно связанных плазменных горелок 102. В дополнение к высокой скорости осаждения, модуль осаждения 200 обеспечивает одинаковую толщину осаждения. Для примера, модуль осаждения 200 состоит из индуктивно связанных плазменных горелок 102, имеющих диаметр 70 мм и двух меньших индуктивно связанных плазменных горелок 102', имеющих диаметр 35 мм. В этом варианте воплощения модуль осаждения 200 будет производить осаждение одинаковой толщины на ширине в 240 мм. В модуле осаждения могут быть использованы другие компоновки и размеры индуктивно связанных плазменных горелок 102 для обеспечения желательной ширины осаждения для конкретного применения.

В одном варианте воплощения индуктивно связанные плазменные горелки 102 имеют один ряд. В другом варианте воплощения факелы 102 индуктивно связанной плазмы имеют два или более рядов и размещены в шахматном порядке, как показано на фиг.2 для перекрывания или для обеспечения плоскостного осаждения продукта реакции на подложке 104. Как можно видеть, эти ряды предпочтительно перпендикулярны продольной оси конвейера 106. В другом варианте воплощения настоящего изобретения ряды располагают в другой конфигурации для обеспечения плоского осаждения продукта реакции на подложке 104.

Модули осаждения 200 могут быть размещены на расстоянии, как показано дополнительно на фиг.3 или они могут быть соседними друг другу в зависимости от желательного применения. К тому же, каждый модуль осаждения 200 может осаждать отдельный продукт реакции на конкретной подложке 104 до того, как подложка двигается к последующему модулю осаждения 200 для проведения осаждения идентичного или другого продукта реакции, или продукта реакции. В одном варианте один модуль осаждения может осаждать один тип материала или продукт реакции, и другой модуль осаждения 200 может осаждать другой тип материала или продукт реакции. Для наращивания толщины слоя могут быть использованы многочисленные модули 200 для осаждения одного и того же материала. В зависимости от конструктивного исполнения, могут быть осаждены материалы с собственной проводимостью или легированные из разных модулей осаждения 200, которые размещают прямо над конвейером 106.

Фиг.3 иллюстрирует вариант воплощения 300 установки плазменного осаждения, заключающей в себе камеру осаждения 302 для вмещения множества модулей осаждения 200. Этот вариант воплощения обеспечивает непрерывный процесс осаждения, из-за числа модулей осаждения 200, которые располагают вдоль конвейера 106. Стрелки указывают продольное направление движения 314 конвейера 106. Четыре модуля осаждения 200 выстраивают в линию внутри камеры осаждения для обеспечения непрерывного, последовательного процесса. Камера осаждения 302 заключает в себе вход 304 и выход 306. Расположенным на входе 304 является входной газонепроницаемый занавес 308, и расположенным на выходе 306 является выходной газонепроницаемый занавес 310 для изолирования внешней среды от внутренности камеры осаждения 302. Вход 304 и выход 306 могут быть любой формы или конструктивного исполнения для приспособления к желательному применению. Газонепроницаемые занавеси 308 и 310 предпочтительно включают в себя инертный газ, такой как аргон. Некоторые дополнительные, показательные газы включают гелий, неон, криптон, ксенон, радон, а также азот.

Камера осаждения 302 дополнительно заключает в себя систему 312 выпуска отработанных газов, имеющую выпускные отверстия (не показано) для удаления побочных газов, сбросов, и частиц из камеры осаждения 302. Система 312 выпуска отработанных газов регулирует парциальное давление внутри камеры осаждения 302 для гарантирования оптимальных условий осаждения. Регулирование парциального давления внутри камеры осаждения 300 может дополнительно заключать в себе обеспечение давления ниже атмосферного, такого как вакуум. В другом варианте воплощения парциальное давление может контролироваться при атмосферном давлении или близко к нему. Любое число выпускных отверстий может быть задействовано по желанию для конкретного применения. Предпочтительно, для защиты работников камеру осаждения 302 делают из взрывобезопасных материалов и также экранирующего радиочастоты материала.

Ссылаясь на фиг.4 и 5, иллюстрируют вариант воплощения 400 и вариант воплощения 500 модуля осаждения, который состоит из комплекта индуктивно связанных плазменных горелок 102. Как показано модуль осаждения состоит из пяти индуктивно связанных плазменных горелок 102, имеющих диаметр 70 мм. Другие компоновки и размеры индуктивно связанных плазменных горелок 102 могут быть использованы для обеспечения желательной ширины осаждения для отдельного применения. Например, модуль осаждения 500 состоит из трех индуктивно связанных плазменных горелок 102, имеющих диаметр 70 мм. В этих вариантах воплощения модули осаждения 400 и 500 будут давать ширину осаждения приблизительно 240 мм с одинаковой толщиной.

В одном варианте воплощения модуль осаждения может заключать в себе один ряд индуктивно связанных плазменных горелок 102. В другом варианте воплощения модуль осаждения может заключать в себе несколько рядов индуктивно связанных плазменных горелок 102. Модули осаждения 400 и 500 заключают в себе два ряда индуктивно связанных плазменных горелок 102, которые размещают в шахматном порядке для перекрывания, как показано на фиг.4 и 5, таким образом, обеспечивая плоскостное осаждение продукта реакции на подложке 104. Как можно видеть, эти ряды индуктивно связанных плазменных горелок 102 являются по существу перпендикулярными продольной оси конвейера 106. В другом варианте воплощения настоящего изобретения ряды индуктивно связанных плазменных горелок 102 могут быть расположены в другой конфигурации для обеспечения желательного результата осаждения продукта реакции на подложку 104.

В модуле осаждения 400, как показано на фиг.4, две индуктивно связанные плазменные горелки 102 показаны позади трех индуктивно связанных плазменных горелок 102 относительно продольного направления движения 314 конвейера 106. Межосевое расстояние между двумя задними индуктивно связанными плазменными горелками 102 показано как расстояние 402, и межосевое расстояние между тремя передними индуктивно связанными плазменными горелками 102 как расстояние 404. Дополнительно, межосевое расстояние между двумя рядами индуктивно связанных плазменных горелок 102 показано как расстояние 406. В одном варианте воплощения расстояния 402 и 404 составляют приблизительно 80 мм, и расстояние 406 составляет приблизительно 100 мм. К тому же, при амплитуде колебаний или расстоянии 408 (обсуждаемого дополнительно ниже), составляющим приблизительно 80 мм, обеспечивается 320 мм итоговой ширины равномерного осаждения. Это составляет на 30% больше по ширине, чем, предварительно достигнутая, с меньшим числом индуктивно связанных плазменных горелок.

Аналогично, в модуле осаждения 500, показанном на фиг.5, один индуктивно связанная плазменная горелка 102 показан позади двух индуктивно связанных плазменных горелок 102 относительно продольного направления движения 314 конвейера 106. Межосевое расстояние между двумя передними индуктивно связанными плазменными горелками 102 показано как расстояние 502. К тому же, межосевое расстояние между двумя рядами индуктивно связанных плазменных горелок 102 показано как расстояние 504. В одном варианте воплощения расстояние 502 составляет приблизительно 80 мм, и расстояние 504 составляет приблизительно 100 мм. Отмечено, что из-за применения в модуле осаждения 500 меньше индуктивно связанных плазменных горелок 102 по сравнению с модулями осаждения 200 и 400 промежуток между индуктивно связанными плазменными горелками 102 больше. К тому же, при амплитуде колебаний или расстоянии 508 (обсуждаемых дополнительно ниже), составляющим приблизительно 80 мм, обеспечивается 240 мм итоговой ширины равномерного осаждения. Этот вариант воплощения обеспечивает приблизительно такую же ширину осаждения, как в варианте воплощения 200, но с меньшим числом индуктивно связанных плазменных горелок 102.

Для обеспечения одинакового по толщине осаждаемого покрытия подложки 104 модули осаждения 400 и 500 колеблются в направлении 408, которое по существу перпендикулярно к продольному направлению движения 314 конвейера 106. Таким образом, индуктивно связанные плазменные горелки 102 модулей осаждения 400 и 500 колеблются взад и вперед поперек подложки 104, так как она опирается и движется вдоль продольного направления движения 314 конвейера 106. В одном аспекте модули осаждения 400 и 500 остаются на фиксированном расстоянии от подложки 104 во время ее колебательного движения. В другом аспекте расстояние между модулями осаждения 400 и 500 и подложкой 104 может быть переменным. Это покрытие колебательного осаждения дает возможность использовать меньше индуктивно связанных плазменных горелок 102 во время операции осаждения. При использовании меньше индуктивно связанных плазменных горелок 102, индуктивно связанные плазменные горелки 102 могут быть размещены отдельно друг от друга на больших расстояниях, если сравнить с промежутком индуктивно связанных плазменных горелок 102 модуля осаждения 200.

Колебательное и возвратно-поступательное движение задают для обеспечения оптимального осаждения продукта реакции на подложке 104. Такое колебательное и возвратно-поступательное движение имеет амплитуду и скорость, которые меняют или фиксируют, что обеспечить желательные условия осаждения. Амплитуда колебательного движения модулей осаждения 400 и 500 обычно определяется как расстояние, на которое они колеблются или двигаются из стороны в сторону в перпендикулярном направлении 408 относительно конвейера 106 или подложки 104. Предпочтительно, что модуль осаждения 400 будет колебаться или возвратно-поступательно двигаться с амплитудой, равной расстоянию 402 или 404, в зависимости от того, которое больше. Что касается модуля осаждения 500, то он будет колебаться или возвратно-поступательно двигаться с амплитудой, равной расстоянию 502. Эти показательные амплитуды и другие амплитуды могут быть использованы для достижения желательного результата осаждения.

Дополнительно, модули осаждения 400 и 500 будут колебаться и возвратно-поступательно двигаться с желательной частотой. Частота обычно определяется числом колебаний взад и вперед модулей 400 и 500 поперек подложки 104 или конвейера в заданное время. Кроме этого, из-за колебательного и возвратно-поступательного движений модули осаждения будут перемещаться взад и вперед поперек подложки 104 или конвейера 106 с желательной скоростью.

Кроме этого, скорость и частота колебательного движения может еще определяться скоростью конвейера 106. Например, если скорость конвейера 106 понижается, тогда скорость и частота колебательного движения может также быть сниженной. Наоборот, если скорость конвейера 106 повышается, тогда скорость и частота колебательного движения может также быть повышенной. Более того, если скорость конвейера 106 изменяют, в то время как скорость и частота колебательного движения остаются фиксированными, тогда будет достигнута различная толщина продукта реакции на подложке 104. Также, если используют меньше индуктивно связанных плазменных горелок 102 в отдельном модуле осаждения, тогда его амплитуда в поперечном направлении 408 может быть больше. Наоборот, если используют больше индуктивно связанных плазменных горелок 102 в отдельном модуле осаждения, тогда его амплитуда в перпендикулярном направлении 408 может быть меньше.

Будучи объединенными, эти характеристики колебательного движения вдоль перпендикулярного направления 408 обеспечивают желательный результат осаждения продукта реакции на подложке 104. Эти характеристики задаются или регулируются до или во время процесса осаждения для достижения желательных результатов осаждения. Например, модуль осаждения 400 заключает в себе меньше индуктивно связанных плазменных горелок 102, чем модуль осаждения 500. Таким образом, интервал между расстояниями 502 и 504 может быть больше, чем между расстояниями 402, 404, 406 модуля осаждения 400. Из-за того, что такие расстояния больше и меньше индуктивно связанных плазменных горелок 102, колебательное движение модуля осаждения 500 может иметь скорость и частоту больше, чем модуль осаждения 400. Все эти характеристики колебательного движения могут быть оптимизированы для отдельного применения, чтобы обеспечить осаждение продукта реакции оптимальной толщины на отдельной подложке 104. Типично, амплитуда равняется расстоянию, на которое перемещаются модули осаждения 400 и 500, как описано в настоящем описании, и тактовая частота равняется времени полного колебательного цикла. Таким образом, скорость колебания может быть вычислена делением амплитуды на тактовую частоту.

Расстояния 402, 404 и 406 могут быть также разными в зависимости от нескольких факторов, включающих желательные скорость осаждения и покрытие, осаждаемую толщину, одинаковость осаждения по толщине, скорость конвейера 106, число применяемых индуктивно связанных плазменных горелок 102, ориентацию индуктивно связанных плазменных горелок 102 и подобное. Подобно, расстояния 502 и 504 могут быть такими же или другими в зависимости от этих факторов.

Модули осаждения 400 и 500 могут быть размещены отдельно на расстоянии подобно модулям осаждения 200, как показано на фигуре 3, или они могут быть соседними друг другу в зависимости от желательного применения. Кроме этого, каждый модуль осаждения 200, 400, а также 500, может осаждать отдельный продукт реакции на отдельную подложку 104, до того как подложка двигается к последующему модулю осаждения 200 для проведения осаждения идентичного или другого продукта реакции или продукта реакции. В одном варианте воплощения один модуль осаждения - 200, 400, а также 500 - может осаждать другой тип материала или продукта реакции. Чтобы нарастить толщину слоя, может быть использовано множество модулей осаждения 200, 400, а также 500, для осаждения такого же материала. В зависимости от конструктивного исполнения, материалы с собственной проводимостью или легированные могут быть осаждены из других модулей осаждения 200, 400, а также 500, которые размещают прямо над конвейером 106.

Еще в другом варианте воплощения настоящего изобретения ряды каждого модуля осаждения могут колебаться или возвратно-поступательно двигаться относительно друг друга. Например, обращаясь к фиг.4, три передних индуктивно связанных плазменных горелки 102, которые содержатся в переднем ряду, могут колебаться или возвратно-поступательно двигаться относительно двух индуктивно связанных плазменных горелок 102 заднего ряда модуля осаждения 400. В одном аспекте три передних индуктивно связанных плазменных горелки 102 остаются стационарными, в то время как две задние индуктивно связанные плазменные горелки колеблются или возвратно-поступательно двигаются на расстоянии или с амплитудой 402. В другом аспекте три передних индуктивно связанных плазменных горелки 102 могут колебаться или возвратно-поступательно двигаться на расстоянии или с амплитудой 404, в то время как две задние индуктивно связанные плазменные горелки 102 остаются стационарными. Еще в другом аспекте передние три индуктивно связанные плазменные горелки 102 могут колебаться или двигаться возвратно-поступательно на половине расстояния или амплитуды 404, в то время как две задние индуктивно связанные плазменные горелки 102 колеблются или