專利名稱：用于在薄膜氣相沉積裝置中計量粒狀源材料的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及薄膜沉積系統(tǒng)的領(lǐng)域，在該薄膜沉積系統(tǒng)中，諸如半導(dǎo)體層的薄膜層沉積在被傳送通過該系統(tǒng)的基底上。更特定而言，本發(fā)明涉及供給系統(tǒng)中的計量裝置，該供給系統(tǒng)配置成將粒狀源材料自動地導(dǎo)入氣相沉積裝置中而不中斷真空過程。
背景技術(shù)：
基于與硫化鎘(CdS)配對的碲化鎘(CdTe)作為光反應(yīng)成分的薄膜光伏(PV)模塊(也稱為“太陽電池板”)在工業(yè)中正獲得廣泛的認可和興趣。CdTe是具有特別適合用于將日光(太陽能)轉(zhuǎn)化為電的性能的半導(dǎo)體材料。使用CdTe PV模塊的太陽能系統(tǒng)在每瓦產(chǎn)生的功率的成本方面通常被認為是最具成本效益的市場可得到的系統(tǒng)。然而，CdTe的優(yōu)點經(jīng)不起考驗，可持續(xù)的商業(yè)開發(fā)和接受太陽能作為工業(yè)或居民用電的補充來源或主要來源取決于以較大規(guī)模并以具成本效益的方式生產(chǎn)高效PV模塊的能力?！つ承┮蛩卦谀K的成本和發(fā)電能力方面極大地影響CdTe PV模塊的效益。例如，CdTe是相對昂貴的，并且因此該材料的高效利用(即最低浪費)是主要成本因素。此外，以經(jīng)濟上合理的商業(yè)規(guī)模加工相對較大的基底的能力是至關(guān)重要的考慮因素。在真空下將粒狀CdTe材料供給到經(jīng)加熱的氣相沉積頭中的一個固有問題是，劑量不規(guī)則可導(dǎo)致隨后形成在玻璃基底上的薄膜層的不規(guī)則。例如，過大的劑量可導(dǎo)致CdTe蒸氣的升華和作為結(jié)果的在基底上的擴散，從而波動到產(chǎn)生薄膜不規(guī)則的這種程度。因此，在工業(yè)中持續(xù)地存在著對于用于在PV模塊特別是CdTe模塊的大規(guī)模生產(chǎn)中向氣相沉積裝置供給粒狀源材料的裝置和方法的改進的需要。本發(fā)明涉及服務(wù)于該目的的供給系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的方面和優(yōu)點將部分地闡述在下文的描述中，或者根據(jù)該描述可能是明顯的，或者可通過實踐本發(fā)明來學(xué)習(xí)。根據(jù)本發(fā)明的方面，提供了供給系統(tǒng)的一實施例，用于將測定劑量的源材料連續(xù)地供給至氣相沉積裝置中的沉積頭，源材料在氣相沉積裝置中升華并作為薄膜沉積在諸如光伏(PV)模塊基底的基底上?！氨　蹦ぴ诒绢I(lǐng)域中一般理解為厚度小于10微米(μ )。該供給系統(tǒng)包括可再填充的散料料斗以及布置成從該料斗接收源材料并將該源材料移送到真空鎖定室中的上劑料容器。移送機構(gòu)布置在真空鎖定室的下游，并且配置成將源材料移送到下游的沉積頭，同時隔離沉積頭內(nèi)的沉積狀態(tài)并阻止升華的材料向上游擴散到供給系統(tǒng)。計量機構(gòu)可操作地布置在真空鎖定室與移送機構(gòu)之間，并且包括布置成從下劑料容器接收源材料的接收器，該接收器具有出口。計量機構(gòu)中的靜止排出端口從接收器出口軸向地偏移。具有貫通其限定的通路的往復(fù)式遞送部件布置在接收器下方，并且可控驅(qū)動裝置配置成使該遞送部件在該通路與接收器出口對準(zhǔn)的負載位置和該通路與排出端口對準(zhǔn)的排出位置之間沿往復(fù)路徑移動。這樣，經(jīng)由計量機構(gòu)從下劑料容器移送到移送機構(gòu)的源材料的量是通路的體積和遞送部件的往復(fù)速率的函數(shù)。在一特定實施例中，接收器是漏斗且遞送部件是在漏斗的出口下方沿往復(fù)路徑移動的板或其它形狀的部件。任何合適的驅(qū)動機構(gòu)可與遞送部件一起配置。在一特定實施例中，驅(qū)動機構(gòu)是氣
動活塞/缸配直。
沖程限制器在用于檢測接收器的過滿狀態(tài)的位置可操作地配置在遞送部件上并且稍微限制遞送部件的全沖程直到過滿狀態(tài)被清除，其中受限制的沖程仍從通路排出全部量的源材料。在一特定實施例中，沖程限制器是機械探頭/傳感器，其布置在接收器上方的位置，以便接合接收器中的溢流源材料并因此限制遞送部件的全沖程直到源材料退至接收器的上唇部下方。在又一實施例中，計量機構(gòu)可包括檢測遞送部件在全沖程中何時已循環(huán)的沖程傳感器。該沖程傳感器可與驅(qū)動部件一起配置。例如，該傳感器可以是定位成檢測氣動遞送部件中的空氣活塞的全范圍移動的限制開關(guān)?？刂破骺膳c沖程傳感器和下劑料容器通信，其中，在從沖程傳感器接收到限定數(shù)量的全沖程信號后，控制器向劑料容器發(fā)送控制信號，以將測定劑量的源材料遞送到接收器。在該供給系統(tǒng)內(nèi)，下劑料容器可布置在真空鎖定室中，該真空鎖定室可由可按順序操作的真空鎖定閥限定。計量機構(gòu)和移送機構(gòu)位于真空鎖定室的下游。在一特定實施例中，下游移送機構(gòu)可包括具有入口和出口的主體以及與入口對準(zhǔn)的第一缸和與出口對準(zhǔn)的第二缸。第一缸和第二缸具有限定在其中的扇形凹部并可按順序旋轉(zhuǎn)，使得來自入口的源材料由第一缸凹部接收且通過第一缸的旋轉(zhuǎn)而移送到第二缸凹部。第二缸可隨后旋轉(zhuǎn)而將第二缸凹部中的源材料遞送到出口。凹部旋轉(zhuǎn)地偏移，使得缸阻止了出口和入口之間的升華的源材料在缸的所有可旋轉(zhuǎn)位置的擴散。本發(fā)明還涵蓋了一種配置成用于將測定劑量的粒狀材料從第一位置移送到第二位置的獨立計量機構(gòu)。該計量機構(gòu)可在期望移送計量劑量的源材料的任何應(yīng)用或加工線中具有實用性，并且不局限于在氣相沉積系統(tǒng)中的應(yīng)用。該計量機構(gòu)包括布置成從第一位置接收粒狀材料的帶出口的接收器。排出端口從該接收器出口軸向地偏移。具有貫通其限定的通路的往復(fù)式遞送部件由可控驅(qū)動裝置(例如氣動驅(qū)動裝置)以往復(fù)方式在該通路與接收器出口對準(zhǔn)的負載位置和該通路與排出端口對準(zhǔn)的排出位置之間驅(qū)動。通過這種配置，從第一位置移送到第二位置的粒狀材料的量是通路的體積和遞送部件的往復(fù)速率的函數(shù)。該計量機構(gòu)可包括任何上述特征，包括沖程限制器和與控制器一起配置的全沖程傳感器。本發(fā)明還涵蓋了一種氣相沉積裝置，其用于將升華的源材料作為薄膜真空沉積在傳送通過該裝置的基底上。該裝置包括沉積頭和傳送器組件，沉積頭限定了沉積室，供應(yīng)至沉積頭的源材料在該沉積室中升華，傳送器組件可操作地布置在沉積頭下方，以傳送基底通過該裝置，同時將升華的源材料的薄膜沉積到基底的上表面上。提供了一種用于計量到沉積頭的源材料的供給系統(tǒng)。該供給系統(tǒng)可與上述和下文更詳細描述的實施例一致。上述供給系統(tǒng)、計量機構(gòu)以及氣相沉積裝置的實施例的變型和修改在本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)并且可在本文中進一步描述。參考下文的描述和所附權(quán)利要求，本發(fā)明的這些及其它的特征、方面和優(yōu)點將變得更好理解。


本發(fā)明的全面且能夠?qū)崿F(xiàn)的公開，包括其最佳模式，闡述在參考了附圖的說明書中，在附圖中
圖I是可并入氣相沉積裝置的實施例的系統(tǒng)的平面圖，該氣相沉積裝置并入了根據(jù)本發(fā)明的方面的源材料供給系統(tǒng)；
圖2是源材料供給系統(tǒng)的一特定實施例的局部截面 圖3是計量機構(gòu)的一實施例的外部透視 圖4是計量機構(gòu)的一實施例的截面圖；以及 圖5是移送機構(gòu)的一實施例的截面圖。 構(gòu)件列表
10系統(tǒng)
12真空室 14基底 16加熱器模塊 18加熱器 20冷卻模塊 22后加熱模塊 24傳送器系統(tǒng) 26負載傳送器 28負載模塊 30緩沖模塊 32低真空泵 34 閥
36致動機構(gòu) 38聞?wù)婵绽? 40真空泵 42出口緩沖模塊 44出口鎖定模塊 46出口傳送器 48傳送器 50控制器 52系統(tǒng)控制器 54傳感器 60氣相沉積裝置 62沉積頭 64沉積室 66容器72分配器73排出端口74熱電偶76端壁78分配歧管80上殼部件82下殼部件88分配板90閘板92致動機構(gòu)100供給系統(tǒng)
102料斗(hopper)
103出口
104上劑料容器106下劑料杯108真空鎖定室110上游真空鎖定閥112下游真空鎖定閥
115漏斗(funnel)
116溜槽(chute)
118盤
120振動溜槽122封罩124過濾器
126 通風(fēng)抽吸器(vent suction)
128填充端口
130外部源
132移送機構(gòu)
134主體
136 入口
138 出口
140 第一缸(cylinder)
142第二缸144第一缸凹部146第二缸凹部148釋放機構(gòu)150加熱器154維護閥
156 給料器秤盤(feeder scale)162空氣系統(tǒng) 164輸送機構(gòu) 166門 170加熱器 200計量機構(gòu) 202外罩 204 人口 206 出口 208接收器 212 出口 214排出端口 216遞送部件 220板
222驅(qū)動裝置 223空氣管 224缸 226活塞 227 O形環(huán) 228連桿 229真空膜盒 230沖程限制器 232臂
234 鼻部(nose)
236壁 238控制器 240沖程傳感器。
具體實施例方式現(xiàn)在將詳細地提及本發(fā)明的實施例，這些實施例的一個或更多示例在附圖中示出。以本發(fā)明的解釋而不是本發(fā)明的限制的方式提供每個示例。事實上，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言顯而易見的是，在不脫離本發(fā)明的范圍或 精神的情況下，可以在本發(fā)明中做出各種修改和變型。例如，作為一個實施例的部分示出或描述的特征可用于另一實施例而得到又一實施例。因此，當(dāng)落入所附權(quán)利要求及其等同的范圍內(nèi)時，本發(fā)明意圖涵蓋這樣的修改和變型。本發(fā)明的方面涉及于2010年I月7日提交的共同未決的序列號為12/683,831的美國專利申請的主題，該申請為所有目的通過引用并入本文中。圖I示出了可并入根據(jù)本發(fā)明的方面的源材料供給系統(tǒng)100的氣相沉積系統(tǒng)10的實施例，該源材料供給系統(tǒng)100特別地作為氣相沉積裝置或模塊60的構(gòu)件。系統(tǒng)10配置成用于將薄膜層沉積在光伏(PV)模塊基底14(在下文中稱為“基底”)上。該薄膜可以是例如碲化鎘(CdTe)、硫化鎘(CdS)、其它半導(dǎo)體材料或者需要精確的體積計量的其它加工材料的膜層。如所述，在本領(lǐng)域中一般認為PV模塊基底上的“薄”膜層通常小于約10微米(μ m)。應(yīng)當(dāng)意識到，所提出的供給系統(tǒng)100并不限于用在圖I所示的系統(tǒng)10中，而是可以并入到配置成用于將薄膜層氣相沉積到PV模塊基底14或其它基底上的任何合適的加工線中。為了參照并理解可以使用所提出的源材料供給系統(tǒng)100的環(huán)境，下文描述了圖I的系統(tǒng)10，隨后是供給系統(tǒng)100的詳細描述。參照圖1，示范性系統(tǒng)10包括由多個互連模塊限定的真空室12，所述多個互連模塊包括限定了預(yù)熱區(qū)段的加熱器模塊16 (帶有受控加熱器18)，基底14被傳送通過該預(yù)熱區(qū)段并在傳送到氣相沉積裝置60中之前被加熱到期望溫度。氣相沉積裝置60下游的多個互連冷卻模塊20在真空室12內(nèi)限定了冷卻區(qū)段，在該冷卻區(qū)段中允許具有沉積在其上的升華的源材料的薄膜的基底14在從系統(tǒng)10被移除之前以受控冷卻速率冷卻。在圖示的系統(tǒng)10的實施例中，至少一個后加熱模塊22直接位于氣相沉積裝置60·的下游和冷卻模塊20之前，以在基底被傳送出裝置60時將基底14的溫度維持在與基底14在氣相沉積裝置60內(nèi)的剩余部分基本上相同的溫度。仍參照圖1，單獨的基底14最初被安放在負載傳送器26上，且隨后移動到包括負載模塊28和緩沖模塊30的入口真空鎖定站中?！暗汀?即初始)真空泵32、“高”(即最終)真空泵38以及閥34(帶有致動機構(gòu)36)與用于將基底14從負載傳送器26通過負載模塊28和緩沖模塊30移動到真空室12中而不影響室12內(nèi)的真空的模塊一起配置。高真空泵40和維持泵(process pump) 41維持真空室12中的真空狀態(tài)。出口真空鎖定站配置在最末冷卻模塊20的下游，且基本上以與上文所述的入口真空鎖定站相反的方式運行。例如，出口真空鎖定站可包括出口緩沖模塊42、下游出口鎖定模塊44、按順序運行的閥34以及出口傳送器46，該出口傳送器46連同高真空泵38和低真空泵32 —起運行，以將基底14逐步地從真空室12移出到系統(tǒng)10外部的大氣壓而不損失真空室12內(nèi)的真空狀態(tài)。系統(tǒng)10還包括傳送器系統(tǒng)，該傳送器系統(tǒng)配置成將基底14移動到真空室12內(nèi)、通過真空室12以及從真空室12出來。在圖示的實施例中，該傳送器系統(tǒng)包括多個單獨受控的傳送器48，其中各個模塊中的每一個均包括傳送器48之一。氣相沉積裝置60可包括專用傳送器系統(tǒng)24，該專用傳送器系統(tǒng)24被具體設(shè)計成傳送基底通過裝置60，用于將升華的源材料高效地沉積到基底14的表面上。如所述，系統(tǒng)10中的各個模塊和相應(yīng)傳送器中的每一個均被獨立地控制以執(zhí)行特定功能。對于這種控制，單獨的模塊中的每一個均可具有與其一起配置的相關(guān)聯(lián)的獨立控制器50，以控制相應(yīng)模塊的各個功能。多個控制器50繼而可與中央系統(tǒng)控制器52通信，如圖I中所示。中央系統(tǒng)控制器52可監(jiān)測并控制(經(jīng)由獨立控制器50)模塊中的任一個的功能，以便在通過系統(tǒng)10對基底14進行處理時實現(xiàn)全部期望的加熱速率、沉積速率、冷卻速率、基底傳送速度等。參照圖1，為了單獨的相應(yīng)傳送器48的獨立控制，模塊中的每一個均可包括任何方式的有源或無源傳感器54，其在基底14被傳送通過模塊時檢測它們的存在。傳感器54與相應(yīng)的模塊控制器50通信，模塊控制器50繼而與中央控制器52通信。這樣，單獨的相應(yīng)傳送器48可被控制，以確保維持基底14之間的適當(dāng)間距并以期望的恒定或可變的傳送速率將基底14傳送至真空室12中、通過真空室12以及從真空室12出來。真空沉積裝置60可采取在本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)的各種配置和操作原理，并且通常配置成用于將升華的源材料(如CdTe)作為薄膜氣相沉積在PV模塊基底14上。在圖I所示的系統(tǒng)10的實施例中，裝置60是包括外殼的模塊，內(nèi)部構(gòu)件，包括安裝在傳送器組件24上方的真空沉積頭62 (圖2)，被容納在該外殼中。參照圖2，沉積頭62限定了內(nèi)部真空沉積室64，在其中容器66被配置成用于經(jīng)由供給管從供給系統(tǒng)100接收粒狀源材料(未示出)，該供給管連接到布置在沉積頭62的頂壁中的開口中的分配器72 (帶有排出端口 73)。熱電偶74在操作上布置成穿過沉積頭62的頂壁，以監(jiān)測與容器66相鄰或在容器66中的頭室內(nèi)的溫度。 受熱分配歧管78布置在容器66下方，并且可具有包括上殼部件80和下殼部件82的蛤殼型配置。匹配的殼部件80、82限定了在其中布置加熱元件的空腔，加熱元件將分配歧管78加熱到足以間接地加熱容器66內(nèi)的源材料而導(dǎo)致源材料升華的程度(連同可圍繞沉積頭62的額外加熱元件)。受熱分配歧管78包括用于朝下方的基底14均勻地分配升華的源材料的貫通其限定的多個通路。分配板88在下方基底14的上表面的水平面上方的限定距離處布置在歧管78下方，并且包括貫通其的某種樣式的孔或通路，這些孔或通路以確保升華的源材料的分配的進一步均勻的方式進一步分配經(jīng)過分配歧管78的升華的源材料。此外，分配板88從分配歧管78接收熱量到足以防止源材料在分配板88上凝結(jié)和積聚的程度，從而防止穿過板88的通路的堵塞。仍參照圖2，可移動閘板90布置在分配歧管78上方。該閘板90包括貫通其限定的多個通路，在閘板90的第一操作位置，這些通路與分配歧管78中的通路對準(zhǔn)，使得升華的源材料自由地流動通過閘板90并通過分配歧管78，以隨后穿過板88而分配。閘板90可移動到第二操作位置，在該第二操作位置，通路與分配歧管78中的通路未對準(zhǔn)。在該配置中，升華的源材料被阻止經(jīng)過分配歧管78，并且基本上被包含在沉積頭62的內(nèi)部體積內(nèi)。任何合適的致動機構(gòu)92可配置成用于使閘板90在第一和第二操作位置之間移動。如在圖I中概略示出的，供給系統(tǒng)100與氣相沉積裝置60 —起配置，以供應(yīng)源材料，諸如粒狀CdTe。供給系統(tǒng)100供應(yīng)源材料而不中斷裝置60內(nèi)的連續(xù)氣相沉積過程或基底14穿過裝置60的傳送。為了獲得沉積在基底14上的薄膜層的一致厚度和品質(zhì)，期望連續(xù)地供給并維持沉積頭62內(nèi)的材料的設(shè)定水平。參照圖2，在圖示的實施例中，供給系統(tǒng)100包括散料(bulk material)料斗102，其具有用于接收處于固體形式(如粒狀、丸狀或粉末形式)的源材料的大小和形狀。如上所述，源材料例如可以是CdTe，其最終在沉積頭62的室64中升華并作為薄膜層沉積在下方的基底14上(圖I)。在圖示的實施例中，料斗102具有大體截頂形狀或漏斗形狀，帶有從外部供應(yīng)130 (如罐或鼓)接收源材料的匹配至填充端口 128的擴大入口。料斗102漸縮至出口 103。來自料斗102的源材料沉積在輸送機構(gòu)164中，該輸送機構(gòu)164將源材料傳送到上劑料容器104，該上劑料容器104可以是杯形部件。在圖示的實施例中，輸送機構(gòu)164包括振動溜槽120，該振動溜槽120以預(yù)定頻率振動，以便使粒狀源材料可靠且一致地沿著溜槽120的長度移動。在典型的運行中，將以特定的時間間隔激活振動，在間隔之間有停頓。將按需要設(shè)定時間間隔，以匹配下游劑料杯104的填充容量，如下文所述。輻射式加熱器159可布置在振動溜槽120上方并且可用于在粒狀源材料沿振動溜槽120移動時“烘烤”該粒狀源材料。該過程用于從源材料除去任何過量水分，以便減小這種水分可能對最終沉積過程產(chǎn)生的任何不利影響。振動溜槽120將源材料傳送到上劑料容器104上方的位置。劑料容器104例如可以被限定為溢流溜槽116的上部中的端部開口的缸。容器104具有內(nèi)部體積，使得當(dāng)容器
104滿時在容器104內(nèi)包含精確測定劑量的源材料。劑料容器104可以配置成在需要不同的總劑量大小的情況下體積是可調(diào)的。溢流溜槽116作為對抗劑量過大和導(dǎo)致供給系統(tǒng)100的下游構(gòu)件的故障的額外保護是理想的。收集盤118配置成收集來自溢流溜槽116的材料。釋放機構(gòu)148與上劑料容器104配置在一起，從而一旦容器已被源材料足夠地填 充便從容器104釋放源材料。釋放機構(gòu)148可采取各種配置，并且在圖示的實施例中包括安裝在可旋轉(zhuǎn)桿上的鉸接板或活板門(trap door) 166。板166靠著上劑料容器104的開口端(底部)偏置，并且一旦容器104被源材料填滿，板166便旋轉(zhuǎn)而將源材料從容器104釋放到漏斗115或其它適當(dāng)形狀的接收器中。板166可以由馬達或其它致動機構(gòu)在適當(dāng)?shù)臅r間和間隔驅(qū)動，以確保當(dāng)上真空鎖定閥110打開時測定劑量的源材料以與供給順序的時點同步的方式被連續(xù)且循環(huán)地傳送(下落)到漏斗115中。再次參照圖2，封罩122限定了圍繞料斗102和供給系統(tǒng)100的各種其它構(gòu)件的受控空間。封罩122由限定了圍繞構(gòu)件的基本上密封的環(huán)境的任何合適結(jié)構(gòu)形成。經(jīng)由通風(fēng)抽吸器126在封罩122的內(nèi)部體積中維持抽吸，通風(fēng)抽吸器126將空氣通過入口過濾器124抽入封罩122中。這種通過封罩122的通風(fēng)氣流確保了任何源材料灰塵或其它顆粒被外部通風(fēng)系統(tǒng)捕集并過濾，從而在工作環(huán)境中不存在環(huán)境或健康擔(dān)憂。仍參照圖2，可能期望包括與料斗102—起配置用于各種控制功能的重量秤盤156。例如，重量秤盤156可用于控制從外部源130供應(yīng)到料斗102中的源材料的量，特別是因為料斗102從封罩122的外側(cè)是不可見的。重量秤盤156還可用于計算平均劑量重量并保持沉積系統(tǒng)內(nèi)持續(xù)進行的源材料消耗的跟蹤。下劑料容器(“杯”)106布置在上劑料杯104下游的真空鎖定室108中。下劑料杯106從上劑料杯104接收測定劑量的源材料，并最終以不中斷沉積頭62內(nèi)的真空或沉積過程的方式將該測定劑量的材料移送到下游。上劑料杯104設(shè)計成小于下劑料杯106，以確保下劑料杯106不會過滿，這種過滿可能導(dǎo)致下游真空鎖定閥由于閥被源材料顆粒污染而失效。在圖2所示的實施例中，真空鎖定室108被限定在上游真空鎖定閥110與下游真空鎖定閥112之間。圖2的實施例還包括在真空鎖定閥112下游的維護閥154。維護閥154可以在沉積頭62的連續(xù)真空運行期間用于為定期清潔而隔離真空鎖定閥112和上游供給系統(tǒng)100的所有部分，而不需要使沉積頭62通氣到大氣并中斷沉積涂覆過程。這些真空鎖定閥110、112和維護閥154可以是由例如外部空氣供應(yīng)162、馬達驅(qū)動裝置或其它合適致動部件致動的常規(guī)閘式真空閥。在操作中，上真空鎖定閥110最初打開，下真空鎖定閥112關(guān)閉，并且維護閥154保持打開。來自上劑料杯104的測定劑量的源材料行進通過漏斗接收器115，穿過上真空鎖定閥110，并進入下劑料杯106中。在該點，上真空鎖定閥110關(guān)閉并且由通過與室108一起配置的真空端口 158進行抽吸的一個或多個真空泵152的任何合適組合在閥110、112之間的室或空間中抽真空。例如，真空泵配置152可包括在室108中抽初始真空的初始或“粗”泵，以及在室108中抽吸與下游沉積頭62內(nèi)的真空基本上匹配的最終真空的“細”或“高真空”泵。在這方面可以利用任何合適的真空泵配置。在特定實施例中，閥110、112被配置為雙重密封閘閥。當(dāng)真空壓力在真空鎖定室108與下游沉積頭62之間已經(jīng)相等時，下真空鎖定閥112打開且下劑料杯106旋轉(zhuǎn)而傾倒源材料，源材料借助重力被傳送到下游的計量機構(gòu)200 (下文更詳細地描述)。在短時間延遲之后，下劑料杯106旋轉(zhuǎn)至其直立位置且下真空鎖定閥112關(guān)閉。真空鎖定室108然后通風(fēng)，并且一旦該室處于大氣壓，上真空鎖定閥110便打開并且該循環(huán)針對來自上劑料杯104的另一劑源材料而重復(fù)。在其中利用了真空鎖定閥112 (閥110、112和154為雙重密封閘閥)的圖2所示的實施例中，期望在閘閥110、112和154關(guān)閉時利用它們的相對的兩個密封件之間的真空泵送來提供額外的可靠性，以通過閘閥座中的一個或兩個在意外的源材料顆粒導(dǎo)致泄漏的 情況下使連續(xù)運行成為可能。這通常被稱為“差別泵送”。如在圖3和圖4中更詳細地示出的，計量機構(gòu)200布置在下劑料杯106的下游，以接收測定劑量的源材料并最終以受控的排出速率將源材料移送到下游的移送機構(gòu)132。圖3和圖4描繪了計量機構(gòu)200的實施例。在該實施例中，機構(gòu)200包括限定了入口 204和出口 206的外罩202，入口 204用于從上游的上劑料容器104接收源材料，源材料以受控速率通過出口 206排出到下游的移送機構(gòu)132。計量機構(gòu)200包括接收器208，在圖示的實施例中，該接收器208是具有出口 212的漏斗形部件。接收器208布置成從入口 204接收源材料。計量機構(gòu)200包括布置在接收器208下方的往復(fù)式遞送部件216。在圖示的實施例中，往復(fù)式遞送部件216由具有限定在其中的通路218的軸、板或其它形狀的部件220限定。通路218具有用于在圖4所示的軸220的負載位置從接收器208接收限定量的源材料的具體體積。排出端口 214被靜止地限定在外罩202內(nèi)并從接收器208的出口 212軸向地偏移。排出端口 214與出口 206連通?？煽仳?qū)動裝置222與計量機構(gòu)200 —起配置成使遞送部件216在如由圖4中的箭頭所示的往復(fù)式來回路徑中移動。因此，參照圖4，在遞送部件216的負載位置，通路218從接收器208接收源材料的裝料。遞送部件216隨后被驅(qū)動裝置222向右驅(qū)動直到通路218在遞送部件216的全沖程中與排出端口 214對準(zhǔn)。在該排出位置，通路218內(nèi)的源材料通過排出端口 214下落并通過出口 206排出到下游的移送機構(gòu)132。應(yīng)當(dāng)意識到，任何方式的合適的驅(qū)動機構(gòu)222可配置成為遞送部件216提供往復(fù)驅(qū)動。在圖示的實施例中，驅(qū)動裝置222是氣動裝置，其中活塞226在缸224內(nèi)沿往復(fù)路徑被驅(qū)動?？諝夤?23設(shè)置在活塞226的相對側(cè)，以沿任一方向驅(qū)動活塞。在其它實施例中，驅(qū)動裝置222可以是電馬達、液壓系統(tǒng)、電子機械系統(tǒng)等，并且圖中所示和文中所述的氣動驅(qū)動裝置僅僅是為了說明的目的。再次參照圖4，應(yīng)當(dāng)意識到，任何方式的連桿228可配置在活塞226的驅(qū)動端和軸220之間，如圖中大體所示。還可以提供各種O形環(huán)密封件227，以適應(yīng)連桿在外罩202內(nèi)的往復(fù)運動。還可以在外罩202內(nèi)的構(gòu)件周圍提供真空膜盒229，以幫助確保在該裝置的輸送源材料的操作端中維持真空。在圖中所示的獨特實施例中，計量機構(gòu)200可包括沖程限制器230，其用于在接收器208內(nèi)檢測到過滿狀態(tài)時防止軸220的全沖程。該沖程限制器230可以是任何合適的感知裝置，諸如光學(xué)檢測器，或其它合適的電子探測器。在圖中所示的實施例中，沖程限制器230是包括在其一端具有傳感器鼻部234的臂232的機械裝置。臂232通過任何合適的機械連接連結(jié)到驅(qū)動遞送部件216的連桿，以便連同遞送部件216移動。臂232和鼻部234稍微布置在接收器208的頂部上方。如果在接收器208內(nèi)產(chǎn)生源材料的過滿狀態(tài)，則源材料將在接收器的上唇部上方延伸并且將在臂232沿往復(fù)路徑移動時由鼻部234接合。源材料將變成“卡”在鼻部234與外罩202的壁236中的在接收器208的上唇部上方延伸的任意一個之間，因此將防止遞送部件216的全沖程直到溢流的源材 料通過下落到接收器208中而被清除。這樣，防止了軸220的全沖程，但是通路218仍將在接收器出口 212內(nèi)完全對準(zhǔn)，從而仍完成源材料到通路218中的全部移送。在多個沖程后，溢流的源材料減少并且遞送部件216將再次行進全沖程。仍參照圖4，可以由與可控裝置222 —起配置的任何方式的沖程傳感器240來檢測遞送部件216的部分沖程。例如，在驅(qū)動裝置222是氣動驅(qū)動活塞226的實施例中，可以提供限制開關(guān)作為沖程傳感器240，其可由活塞226中的磁環(huán)觸發(fā)。這些傳感器被定位成使得由源材料的溢流狀態(tài)導(dǎo)致的遞送部件216的部分沖程將不會被檢測到，但是全沖程將會被檢測到。參照圖2，控制器238可設(shè)置成與沖程傳感器240以及上劑料容器104和下劑料容器106通信。控制器可配置成使得在從沖程傳感器240接收到限定數(shù)量的全沖程信號之后，控制器238將向下劑料容器106發(fā)送控制信號，以將下一測定劑量的源材料遞送到接收器208中。因此，來自上劑料容器106的配料是“按需的”，并且防止了源材料在計量機構(gòu)200上方的過度累積?？刂破?38還可與空氣源162、閘閥110、112以及移送機構(gòu)132控制通信，以如文中所述對構(gòu)件進行協(xié)調(diào)且順序的控制?？刂破?38也可以是整體系統(tǒng)控制器52 (圖I)的構(gòu)件或者配置成與系統(tǒng)控制器52通信。應(yīng)當(dāng)意識到，本發(fā)明還涵蓋如文中所述的獨立計量機構(gòu)200，其配置成用于將測定劑量的粒狀材料從第一位置移送到第二位置。換言之，在某些實施例中，計量機構(gòu)并不限于用作氣相沉積裝置中的供給系統(tǒng)的構(gòu)件，并且可在期望計量測定劑量的粒狀材料的任何系統(tǒng)中具有實用性。還應(yīng)當(dāng)意識到，在本發(fā)明的另外方面，如例如在圖I中所述的氣相沉積裝置可包括利用如文中所述的計量機構(gòu)200的供給系統(tǒng)。移送機構(gòu)132布置在計量機構(gòu)下方，以從計量機構(gòu)200接收測定劑量的源材料。移送機構(gòu)132配置成將源材料移送到下游的沉積頭62而不中斷沉積頭62內(nèi)的真空或沉積過程。圖5中所示的移送機構(gòu)132的一特定實施例是經(jīng)由任何恰當(dāng)配置的空氣系統(tǒng)162 (圖2)被供應(yīng)致動空氣的氣動致動的裝置。機構(gòu)132包括主體134，該主體134限定了對準(zhǔn)以從計量機構(gòu)200接收測定劑量的源材料的入口 136。主體134限定了與沉積頭62的頂壁中的填充端口結(jié)構(gòu)對準(zhǔn)的出口 138。如上所述，源材料被導(dǎo)入沉積頭62中并由分配部件72分配到容器66中。仍參照圖5，移送機構(gòu)132包括配置在主體134內(nèi)的第一可旋轉(zhuǎn)缸140和第二可旋轉(zhuǎn)缸142。第一可旋轉(zhuǎn)缸140包括在限定其周邊部分中的扇形凹部144。同樣，第二可旋轉(zhuǎn)缸142包括限定在其周邊部分中的扇形凹部146。圖5示出了相應(yīng)缸140、142的初始起動位置，其中第一缸140中的凹部144面向上并接收被傳送通過下游閥112和計量機構(gòu)200的源材料。第二缸142中的凹部146在9點鐘位置靠著第一缸140的外周。在操作中，第一缸140在凹部146內(nèi)順時針旋轉(zhuǎn)，直到第一缸140中的凹部144與第二缸142中的凹部146相反地對準(zhǔn)。第一缸140被維持在該位置， 當(dāng)?shù)诙?42在凹部144內(nèi)逆時針旋轉(zhuǎn)時，第一缸140的相應(yīng)的凹部144處于3點鐘位置，直到第二缸142的相應(yīng)的凹部146處于6點鐘位置。應(yīng)當(dāng)容易意識到，當(dāng)?shù)谝桓?40旋轉(zhuǎn)到六點鐘位置時，第二缸142旋轉(zhuǎn)到第一缸140的凹部144中。因此，源材料從第一缸140移送到第二缸146。當(dāng)?shù)诙?42中的凹部146到達6點鐘位置時，源材料借助重力被輸送到主體134中的出口 138。缸140和142然后以相反的順序重置到它們在圖3中示出的相應(yīng)起動位置。旋轉(zhuǎn)的缸140、142與主體134之間以及相應(yīng)凹部144、146內(nèi)的相對較小的間隙確保了在運行期間移送機構(gòu)132的移動表面基本上自清潔。還應(yīng)當(dāng)意識到，缸140、142的順序操作防止了來自沉積頭62的任何升華的源材料自由地向上游行進越過移送機構(gòu)132，其中任何這種氣體將隨著時間推移析出并且有可能堵塞或以其它方式妨礙供給系統(tǒng)100的運行。應(yīng)當(dāng)意識到，移送機構(gòu)132的順序完全獨立于如由閥112執(zhí)行的配料順序。此外，應(yīng)當(dāng)注意到，就短期而言，移送機構(gòu)132可以對堆積在入口 136內(nèi)和上方的過量材料進行操作。這可能是該機構(gòu)的正常運行狀態(tài)。然而，為了防止材料在入口 136上方的長期累積堆積(其最終將導(dǎo)致供給系統(tǒng)的卡住)，應(yīng)該如上所述控制上游計量機構(gòu)200的產(chǎn)量，以限制源材料在移送機構(gòu)132中的過度累積?？赡芷谕麑⒁扑蜋C構(gòu)132的底部維持在相對較高的溫度，例如大于600°C，以防止來自沉積頭62的源材料在出口 138中、出口 138周圍或出口 138下方的任何凝結(jié)和累積。為了該目的，可以在主體134的底部周圍配置加熱器170。應(yīng)當(dāng)意識到，缸140、142的操作可以由任何合適的致動機構(gòu)來進行。在一特定實施例中，缸的旋轉(zhuǎn)可以通過由外部空氣系統(tǒng)162提供動力的曲柄臂和推桿來完成，該外部空氣系統(tǒng)162可包括與每個相應(yīng)的缸140、142相關(guān)聯(lián)的氣缸。在一替代實施例中，缸140、142可由一個或更多馬達驅(qū)動裝置使用協(xié)調(diào)和順序的間歇運動同時仍提供前文所述的必要的自清潔功能以單向旋轉(zhuǎn)方式致動。另一實施例可利用具有多個扇形凹部的缸140、142以及間歇馬達驅(qū)動裝置。再一實施例可利用單向連續(xù)旋轉(zhuǎn)運動，由此，兩個缸140、142的外部形狀被適當(dāng)設(shè)計成提供升華的氣體阻塞和自清潔功能所需的小間隙。雖然已參考其具體示范性實施例和方法描述了所提出的主題，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會意識到，通過獲得前文的理解，可容易地產(chǎn)生此類實施例的變更、變型和等同方案。因此，本公開的范圍是以示例的方式而非以限制的方式，并且主題公開不排除包括如對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言容易顯而易見的所提出主題的此類修改、變型和/或增加。
權(quán)利要求
1.一種計量機構(gòu)(200)，配置成用于將測定劑量的粒狀材料從第一位置移送到第二位置，所述計量機構(gòu)(200)包括接收器(208)，其布置成從所述第一位置接收粒狀材料，所述接收器具有出口(212);排出端口(214)，其從所述接收器出口軸向地偏移；往復(fù)式遞送部件(216)，其具有貫通其限定的通路；以及可控驅(qū)動裝置(222)，其配置成使所述遞送部件在負載位置和排出位置之間沿往復(fù)路徑移動，在所述負載位置，所述通路與所述接收器出口對準(zhǔn)，在所述排出位置，所述通路與所述排出端口對準(zhǔn)； 其中，從所述第一位置移送到所述第二位置的粒狀材料的量是所述通路的體積和所述遞送部件的往復(fù)速率的函數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的計量機構(gòu)(200)，其特征在于，所述接收器(208)包括漏斗并且所述遞送部件(216)包括在所述漏斗下方的往復(fù)路徑中的可移動部件，并且還包括沖程限制器(230)，所述沖程限制器(230)在用于檢測所述接收器的過滿狀態(tài)且允許所述遞送部件的僅僅部分沖程直到所述過滿狀態(tài)被清除的位置布置在所述遞送部件(216)上，所述部分沖程仍從所述通路排出全部量的源材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的計量機構(gòu)(200)，其特征在于，所述沖程限制器(230)包括機械傳感器(232，234)，所述機械傳感器(232，234)布置在所述接收器(208)上方的位置，以便被來自所述接收器的溢流粒狀材料接合。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的計量機構(gòu)(200)，其特征在于，所述計量機構(gòu)(200)還包括檢測所述遞送部件(216)的全沖程的全沖程傳感器(240)，并且還包括與所述全沖程傳感器通信的控制器(238)，其中，在從所述全沖程傳感器接收到限定數(shù)量的全沖程信號后，所述控制器發(fā)送控制信號以導(dǎo)致額外的粒狀材料沉積在所述接收器中。
5.一種供給系統(tǒng)(100)，用于向氣相沉積裝置￠0)連續(xù)地供給測定計量的源材料，所述系統(tǒng)包括 散料料斗(102);上劑料容器(104)，其布置成從所述料斗接收源材料；移送機構(gòu)(132)，其布置在所述劑料容器的下游，所述移送機構(gòu)配置成將所述源材料移送到下游的沉積頭(62)，同時隔離所述沉積頭內(nèi)的沉積狀態(tài)并阻止升華的源向上游擴散到所述供給系統(tǒng)；根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的計量機構(gòu)(200)，其可操作地布置在所述移送機構(gòu)的上游。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的供給系統(tǒng)(100)，其特征在于，所述驅(qū)動裝置(222)包括帶有氣動活塞(226)的氣動驅(qū)動裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的供給機構(gòu)(100)，其特征在于，所述遞送部件(216)包括在所述接收器下方的往復(fù)路徑中的可移動部件，并且還包括沖程限制器(230)，所述沖程限制器(230)在用于檢測所述接收器(208)的過滿狀態(tài)且允許所述遞送部件的僅僅部分沖程直到所述過滿狀態(tài)被清除的位置布置在所述遞送部件上，所述部分沖程仍從所述通路排出全部量的源材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求5至7中的任一項所述的供給系統(tǒng)(100)，其特征在于，所述沖程限制器(230)包括布置在所述接收器(208)上方的位置的機械傳感器(232，234)，所述機械傳感器(232，234)接合來自所述接收器的溢流源材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的供給系統(tǒng)(100)，其特征在于，所述供給系統(tǒng)(100)還包括檢測所述遞送部件(216)的全沖程的全沖程傳感器(240)以及與所述全沖程傳感器和所述劑料容器(104)通信的控制器(238)，其中，在從所述全沖程傳感器接收到限定數(shù)量的全沖程信號后，所述控制器向所述劑料容器發(fā)送控制信號以將測定劑量的源材料遞送至所述接收器。
10.根據(jù)權(quán)利要求5至9中的任一項所述的供給系統(tǒng)(100)，其特征在于，所述供給系統(tǒng)(100)還包括布置在所述上劑料容器(104)下游的真空鎖定室(108)中的下劑料容器(106)，所述真空鎖定室由能夠按順序操作的真空鎖定閥(110，112)限定，所述計量機構(gòu)(200)配置成用于從所述下劑料容器(106)接收源材料，并且所述供給系統(tǒng)(100)還包括可致動維護閥(154)，所述可致動維護閥(154)布置在所述計量機構(gòu)的上游，以使所述真空鎖定室在定期維護程序期間與所述計量機構(gòu)隔離。
11.根據(jù)權(quán)利要求5至10中的任一項所述的供給系統(tǒng)(100)，其特征在于，所述移送機構(gòu)(132)還包括具有入口(136)和出口(138)的主體(134)以及與所述入口對準(zhǔn)的第一缸(140)和與所述出口對準(zhǔn)的第二缸(142)，所述第一缸和第二缸具有限定在其中的扇形凹部(144，146)，并且所述第一缸和第二缸能夠按順序旋轉(zhuǎn)，使得來自所述入口的源材料被所述第一缸凹部接收并通過所述第一缸的旋轉(zhuǎn)而移送到所述第二缸凹部，所述第二缸隨后能夠旋轉(zhuǎn)而將所述第二缸凹部中的源材料遞送到所述出口，所述凹部旋轉(zhuǎn)地偏移，使得所述缸阻止所述出口和所述入口之間的升華的源材料在所述缸的所有可旋轉(zhuǎn)位置的擴散。
12.—種氣相沉積裝置(60)，用于將升華的源材料作為薄膜真空沉積在被傳送通過所述氣相沉積裝置的基底(14)上，所述氣相沉積裝置￠0)包括沉積頭(62)，其限定了沉積室(64)，供應(yīng)至所述沉積頭￠2)的源材料在所述沉積室￠2)中升華；傳送器組件(24)，其可操作地布置在所述沉積頭下方，以在升華的源材料的薄膜沉積到所述基底的上表面上的同時傳送基底通過所述裝置；根據(jù)權(quán)利要求5至11中的任一項所述的供給系統(tǒng)(100)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的氣相沉積裝置(60)，其特征在于，所述接收器(208)包括漏斗并且所述遞送部件(216)包括在所述漏斗下方的往復(fù)路徑中的可移動部件，并且還包括沖程限制器(230)，所述沖程限制器(230)在用于檢測漏斗的過滿狀態(tài)且允許所述遞送部件的僅僅部分沖程直到所述過滿狀態(tài)被清除的位置布置在所述遞送部件上，所述部分沖程仍從所述通路排出全部量的源材料。
14.一種方法，用于將來自處于大氣狀態(tài)的散料供應(yīng)(102)的源材料連續(xù)地供給到氣相沉積裝置(60)，同時維持所述氣相沉積裝置中的真空沉積狀態(tài)，所述方法包括按順序?qū)碜陨⒘瞎?yīng)(102)的多劑粒狀源材料傳送到真空鎖定室(108)中；在所述真空鎖定室中抽真空并在下一劑源材料導(dǎo)入所述真空鎖定室中之前將每一劑源材料從所述真空鎖定室移送到下游的移送機構(gòu)(132);以及將源材料從所述移送機構(gòu)移送到下游的沉積頭(62)，同時維持所述沉積頭內(nèi)的真空沉積狀態(tài)并阻止升華的源材料通過所述移送機構(gòu)向上游擴散。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法還包括計量所述真空鎖定室(108)和所述移送機構(gòu)(132)之間的源材料，使得遞送到所述移送機構(gòu)的源材料的劑量不同于從所述真空鎖定室遞送來的源材料的劑量。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于在薄膜氣相沉積裝置中計量粒狀源材料的裝置。具體而言，一種計量機構(gòu)被配置成用于將測定劑量的粒狀材料從第一位置移送到第二位置，并且特別適合于在氣相沉積裝置中計量源材料。接收器布置成從第一位置接收粒狀材料。排出端口從該接收器的出口軸向地偏移。由可控驅(qū)動裝置使具有貫通其限定的通路的往復(fù)式遞送部件在該通路與接收器出口對準(zhǔn)的負載位置和該通路與排出端口對準(zhǔn)的排出位置之間沿往復(fù)路徑移動。從第一位置移送到第二位置的粒狀材料的量是通路的體積和遞送部件的往復(fù)速率的函數(shù)。
文檔編號C23C14/06GK102912299SQ20121027440
公開日2013年2月6日 申請日期2012年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月3日
發(fā)明者E.J.利特爾 申請人:初星太陽能公司