CN100587109C - 在基质上涂敷涂层的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了在基质上涂覆涂层的方法和装置，其中和基质相对，安置至少两个扩展热等离子体(ETP)源，其给基质提供了涂层，其中该基质位于加工间中，在该间中的压力低于ETP源中载气的压力，所述载气通过源被导入到加工间中，并且形成扩展等离子体，其中由每一源提供的涂层具有某些涂覆分布曲线，例如Gaussian沉积分布曲线的层厚度，并且其中选择不同的加工参数，从而在涂覆加工后，添加沉积分布曲线在基质的相关部分上产生基本上均一的涂层厚度。优选地，选择和/或设置同时产生等离子体的源之间的距离使得扩展等离子体基本上不彼此影响。
Description
本发明涉及在基质上涂敷涂层的方法和装置。
尤其是，本发明涉及通过大量扩展的热等离子体源在具有相当大表面的基质上涂敷涂层。因此基质的表面会大到不能被单源覆盖。从现有技术来看，已知多种方案通过ETP源涂敷具有大表面的基质。在这方面，例如参见EP-A-0297637，其中清楚显示可以在单进程室中安置多源。此外，参见DE-19610015A1，其中公开了在单程式室中利用多ETP源覆盖移动的基质带。
US-6,397,776B1也描述了通过多ETP源在大的表面上沉积涂层的装置。然而，在这些出版物中都没有显示如何可以在基质的相关部分获得均一层厚的涂层。例如，US-6,397,776B1忽视了ETP源的等离子体烟流将互相干扰并且将彼此推开的事实。由于这个现象，已经发现在源之间出现了干扰类沉积模式，因此层厚不均一。相应出版物中包括的测定的表格显示了相当大的层厚差别。
DE-19610015A1的图1清楚显示在校直源之间有距离因此用这样方式获得的涂层轨道彼此并不接触。由此，可以得出结论在这个安置中的等离子体烟流彼此并不互相干扰。
然而，获得部分尚未用涂层覆盖的传输基质的问题在于由第二排源完全并且均匀地覆盖涂层。在如图1所示的方式中，当某些部分基质在经过第一排源后仍然完全暴露时，就不可能获得均一层厚。
基质表面上的温差还可以引起涂敷的涂层的层厚的差别。
本发明涉及可以实际上由此获得均一层厚的方法以及装置。
为了该目的，本发明提供了在基质上涂敷涂层的方法，其中和基质相对，安置至少两个扩展热等离子体(ETP)源，其给基质提供了涂层，该基质位于加工间中，在该间中的压力低于ETP源中载气的的压力，所述载气通过该源被导入到加工间中，并且形成扩展等离子体，由每一源涂敷的涂层具有根据某些沉积分布曲线，例如Gaussian沉积分布曲线的层厚，以及选择不同的加工参数，从而在涂覆加工后，添加沉积分布曲线在基质的相关部分上产生基本上均一的涂层厚度。
本发明进一步提供了进行本发明方法的装置，该装置提供有围绕加工间的加工室，在加工室中产生低压的泵装置，至少两个扩展热等离子体(ETP)源，由此将载气提供给压力高于加工间压力的加工间，由此形成扩展等离子体，以及运载至少一种基质的基片座，由每一具有根据某些涂覆分布曲线，例如Gaussian沉积分布曲线的层厚度的源涂敷的涂层，以及可设定的不同的加工参数，从而在涂覆加工后，添加沉积分布曲线在至少一种基质的相关的部分上产生基本上均一的涂层厚度。
具有环形溢出口的源的沉积分布曲线，该沉积分布曲线通常是循环对称的Gaussian沉积分布曲线，给设定方法的人提供了关于单源的层厚组合物的信息。这种沉积分布曲线依赖于多种加工参数，诸如例如源中载气的压力，加工室中的压力，源中的电弧流量，源本身的设计，从源到基质的距离以及类似的参数。对于单源而言，可以利用多种涂覆分布曲线确定不同的加工参数。当使用超过一个源时，当沉积加工后在基质上添加不同的涂覆分布曲线在基质的相关部分表面上产生平坦曲线时，将获得基本上均一的层厚。如上文所述，基质本身的温差还可以产生涂层厚度的差别。其它加工条件还可以产生理论上难以预测的层厚差异。
根据本发明的进一步详述，这些不能较好预测的层厚差异可以在涂覆加工后获得的层的基质表面上进行测定，然后调整加工参数减少所观察到的厚度变化。
根据本发明的进一步详述，层厚的测定可以联机自动进行并且还可以自动进行加工参数的校正。然而，由操作者脱机测定并且由该操作者手工调整加工参数也在本发明的范围内。
该测定可以通过层测厚计，脱机或联机(自动)直接进行。
此外，可以进行间接测量，其具有使层的受损危险最小化的附加优点。间接测量可以是光学测量，其可以基于透射或反射。对于基本上透明的物体，例如窗口屏幕，通过物体的光透射提供了有关层厚以及关于表面上的层的均匀性或均一性的信息。此外，可以获得关于已经涂敷的层的光学特性的信息。对于不透明物体，诸如例如太阳能电池，电池的颜色提供了关于层厚的信息。通过用具有特定波长的光扫描太阳能电池的表面，可以确定表面上颜色的均一性。
对于能够导电的层而言，表面上两个或多个点之间的电阻测定可以提供有关层厚的均匀性或均一性的信息。
因为基质在沉积方法期间大都加热，基质的温度测量还可以提供关于层厚的均匀性或均一性的信息。
根据本发明的进一步详述，当选择的一个加工参数是同时产生等离子体烟流的源之间的距离时，选择或者设定该距离使得扩展的等离子体基本上不彼此影响，在等离子体烟流的形状意义上基本上相当于另外的相应加工操作条件下相应加工室中单等离子体烟流的形状。由于同时接通的ETP源的距离如此之大以至于扩展等离子体不彼此影响，并未发生上述起因于彼此特别靠近安置的源之间相互作用的干扰类沉积分布曲线。由此沉积分布曲线保持彼此分离因此为了获得均一或平坦的沉积分布曲线的理论上的添加实际上产生实际上的均一层厚。
根据本发明更进一步的详述，利用固定的基质，可以交替接通最邻近的源。因此，该源实际上可以彼此接近地安置，但是最邻近源被阻止同时接通，因此实现了最邻近源的等离子体烟流不能彼此影响，因为它们从未同时出现。当然，用这种批量生产，首先将形成存在峰值以及空穴的涂层。随后，当首先关掉的邻近源被接通并且首先接通的源被关掉时，涂层中的空穴将被逐步填满并且由此可以获得基本上均一的层厚，而不干扰发生在其中的现象。
根据本发明方法可选择的更进一步的详述，在传输方向相对于源移动基质，而同时接通所有的源，选择邻近源之间的交互距离使得扩展等离子体基本上在基本上相当于相应加工室中单等离子体烟流的形状的形状意义上不彼此影响，而在传输方向至少一个源位于其他源的后面或者前面，横切于传输方向的方向中的源的位置可使三个源之一的投影位置位于其它两个源的投影位置之间的中间。
根据进一步的详述，使用其中提供有三个源的方法获得需要其中纵向最小使用的间隔的实际设计，所述三个源位于虚部三角形的角顶上，两个角顶位于横切扩展穿过传输方向的虚线上并且第三角顶与两个其它角顶距离相等。
根据本发明更进一步的详述，装置的特征在于源相对于加工室在横切于传输方向的方向可滑行地安装。通过这种装置，通过取得大量样品，当在横切于基质传输方向观察的层厚出现变化时，增减源之间的距离可以简单地获得均一层厚。如上文所示，还可以联机以及自动取得样品，并且还可以基于联机测定的层厚自动校正源之间的距离。
任选地，该装置的特征在于源可倾斜安装在加工室上，从而可以改变相对于基质的多种等离子体烟流的流出角度。
根据更进一步的详述，该装置进一步提供有用于改变优选彼此独立地改变电弧流量，多个ETP源中载气的压力，和/或加工室中的压力的控制。本发明将基于参考附图的装置的典型的实施方案进行进一步的描述，其中：
图1显示了处理基质装置的透视图；
图2显示了三个三角形构造安置的源的沉积分布曲线；
图3显示了三个可滑动安置的源的顶部平面视图；
图4显示了三角形构造安置的源的顶部平面视图的简图；
图5显示了排成一行的三个源的顶部平面视图的简图；并且
图6显示了大量可以交替接通的源的顶部平面视图的简图。
图1显示了用于处理基质的装置的透视图，该装置描述在欧洲专利申请03076554.9中，其内容在此处引入。显示的装置提供有大量加工室40，41，42和在传输壳中扩展的输送系统，所述传输壳提供有可在轨道上活动的载体，由此将进行涂层处理的基质可以沿着加工室40，41，42向前移动。如提及的欧洲专利申请中所述，在加工室中，可以进行PECVD加工，其中应用例如由扩展热等离子体源组成。与所提及的欧洲专利申请相比，本申请的图1显示每一加工室提供有三个PECVD源，尤其是ETP源。
为了在传输基质上获得均一层厚，重要的是选择加工室中的不同加工参数使得在涂覆加工后，添加沉积分布曲线在相关的基质部分上产生基本上均一的涂层厚度。在这里，一个加工参数是同时产生等离子体烟流的源之间的距离，选择和/或者设定该距离使得扩展的等离子体基本上不彼此影响，即在等离子体烟流的形状意义上基本上对应于另外相应加工操作条件下相应加工室中单等离子体烟流的形状。
图2显示了三个源的沉积分布曲线的形状。该源具有环形的等离子体溢出口，因此在传输基质上产生的沉积分布曲线是Gaussian分布曲线。很清楚，可以获得具有正确的位置的源以及具有正确沉积分布曲线形状的产生的沉积分布曲线，其在基质的相关的部分产生均一层厚。在这里，沉积分布曲线的宽度例如可以受到各源中使用的电弧流量的影响。此外，沉积分布曲线的形状可以受源中载气的压力以及加工室中压力的影响。优选地，源中载气的压力每源可控，更具体地说彼此独立。虽然源B1和B2的沉积分布曲线之间存在一些重叠，重叠部分很少以至于源B1和B2的等离子体烟流不彼此推开或以类似于层厚组合物中的干扰模式彼此影响。源B1和B2的沉积分布曲线之间的轻微重叠实际上有助于产生的层厚的均匀性，其似乎源于添加沉积分布曲线。
图3显示了三个ETP源的布置的顶部平面视图，至少装上这些源的源板和位于这些源上游的基质以及位于这些覆盖有涂层的源下游的基质。此外对每一源显示了相应的沉积分布曲线。很清楚，源板在横切于传输方向T的方向可滑行安置，从而可以调整多种沉积分布曲线之间的距离以便在基质上获得均一层厚的涂层。任选地，还可以可倾斜安置源。如上文所示，源的下游，测量装置可以通过可以测定刚涂敷的涂层的其安置测量装置。根据测量结果，可以自动或手动调整源的位置，任选地其它加工参数。很显然，在不移动基质的变体中，在加工室中安置测量装置观察基质不同部分上的层厚。
图4以及5还尤其阐明了权利要求4以及13的术语。两个图都显示了一组三个源B1，B2，B3以及在源B1-B3以下传输方向T移动的基质S。在图4的典型实施方案中，源B1，B2，B3位于虚部三角形的角顶上。两个角顶位于横切于传输方向T扩展的虚线M上。其上安置源B3的第三角顶与两个其它角顶A2，A3距离相等。其适用于图4和图5，图4中源B3以及图5中源B2的两个源之一安置在其他源的后面。横切于传输方向的方向的源B1，B2，B3的位置可以使得横切于传输方向T扩展的虚线L上的三个源的相邻投影P1，P2，P3使得三个源P3之一的投影位置位于其它两个源的投影位置PI，P2之间的中间。与图5相比图4的典型的实施方案的优点为涂敷相应的涂层所需的传输长度D最小。
图6显示了大量源1-41的安置的典型的实施方案，该源位于虚部格栅的角顶上。相应的安置尤其设计用于涂敷位于相对源的固定的基质。如果同时接通所有的源，它们的等离子体烟流将彼此影响，在涂敷的层厚中产生干扰类模式。通过首先接通由偶数命名的源然后关闭，之后接通奇数的源，将首先实现形成具有峰值和空穴的涂层，逐步在第二沉积步骤中填充空穴，因此最终结果是获得具有基本上均一层厚的涂层。换句话说，交替接通相邻源，该术语也包括仅仅通过两步的变体，即首先接通奇数的源(为了清楚由正方形命名)并且，在第二步骤，接通偶数的源(为了清楚由环型命名)，在第二步骤中，关掉奇数源。
很显然本发明不局限于所述的典型的实施方案，可以在本发明的范围内进行多种改变。
Claims (34)
1.在基质上涂覆涂层的方法，其中和基质相对，安置至少两个扩展热等离子体源，其给基质提供涂层，其中该基质位于加工室中，在该室中的压力低于载气的扩展热等离子体源的压力，所述载气通过源被导入到加工室中，并且形成扩展等离子体，其中由每一源提供的涂层具有根据某种沉积分布曲线的层厚度，并且其中选择不同的加工参数从而在涂覆加工后，添加沉积分布曲线在基质的相关部分上产生均一的涂层厚度，一个待选择的加工参数是同时产生等离子体烟流的源之间的距离，其中选择和/或者设定该距离使得扩展的等离子体不彼此影响，等离子体烟流的形状对应于另外相应加工操作条件下相应加工室中单等离子体烟流的形状。
2.根据权利要求1的方法，其中在涂覆加工后在获得的层的基质表面上测定厚度变化，其中，随后调整加工参数减少所观察到的厚度变化。
3.根据权利要求1或2的方法，其中相对于源固定基质，并且其中交替接通最邻近的源。
4.根据权利要求1或2的方法，其中，在传输方向相对于源移动基质，其中同时接通所有的源，并且其中选择邻近源之间的交互距离使得扩展等离子体不彼此影响，等离子体烟流的形状对应于相应加工室中单等离子体烟流的形状，其中在传输方向观察的至少一个源位于其他源的后面或者前面，并且其中横切于传输方向的方向中的源的位置使得横切于传输方向扩展的虚线上三个源的相邻投影位于其它两个源之间的中间。
5.根据权利要求4的方法，其中将三个源提供位于虚部三角形的角顶上，其中两个角顶位于横切于传输方向扩展的虚线上并且其中第三角顶与其它两个角顶距离相等。
6.根据权利要求5的方法，其中用于影响产生的层厚均匀性的待选择并且取决于其它加工参数待改变的一个加工参数是多个扩展热等离子体源的电弧流量。
7.根据权利要求5的方法，其中选择位于第三角顶上的源的电弧流量低于其它两个源的电弧流量。
8.根据权利要求1或2的方法，其中用于影响产生的层厚均匀性的待选择并且取决于其它加工参数待改变的一个加工参数是源中载气的压力。
9.根据权利要求1或2的方法，其中用于影响产生的层厚均匀性的待选择并且取决于其它加工参数待改变的一个加工参数是源的交互位置。
10.根据权利要求1或2的方法，其中用于影响产生的层厚均匀性的待选择并且取决于其它加工参数待改变的一个加工参数是相对于基质等离子体烟流的流出角度。
11.根据权利要求2的方法，其中自动进行层厚的测定。
12.根据权利要求2的方法，其中通过光学测量进行层厚的测定。
13.根据权利要求2的方法，其中通过层上两个或多个点之间的电阻测定进行层厚的测定。
14.根据权利要求2的方法，其中通过层测厚计进行层厚的测定。
15.根据权利要求2的方法，其中通过基质表面上的温度测量进行层厚的测定。
16.根据权利要求1的方法，其中所述某种沉积分布曲线包括Gaussian沉积分布曲线。
17.用于进行上述权利要求任一项的方法以在基质上形成涂层的装置，该装置提供有围绕加工间的方法室，在加工室中产生低压的泵装置，至少两个扩展热等离子体源，由此将载气提供给压力高于加工室压力的加工室，由此形成扩展等离子体，以及装载至少一种基质的基片座，其中由每一源涂敷的涂层具有某种沉积分布曲线的层厚度，以及其中能够设定不同的加工参数从而在涂覆加工后，添加沉积分布曲线在至少一种基质的相关部分上产生均一的涂层厚度，一个待选择的加工参数是同时产生等离子体烟流的源之间的距离，其中选择和/或者设定该距离使得扩展的等离子体不彼此影响，等离子体烟流的形状对应于另外相应加工操作条件下相应加工室中单等离子体烟流的形状。
18.根据权利要求17的装置，其中该装置提供有用于测定基质表面上层厚变化的测量装置，其中该装置提供有取决于由测量装置测定的层厚变化自动设定至少一个待设定的加工参数的控制。
19.根据权利要求17或18的装置，其中相对于源固定基质，并且其中能够交替接通最邻近的源。
20.根据权利要求17或18的装置，其中在传输方向相对于源移动安置基质，其中同时接通所有的源，并且其中选择邻近源之间的交互距离使得扩展等离子体在不彼此影响，等离子体烟流的形状对应于相应加工室中单等离子体烟流的形状，其中在传输方向观察的至少一个源位于其他源的后面或者前面，并且其中横切于传输方向的方向中的源的位置能够使横切于传输方向扩展的虚线上三个源的相邻投影使得三个源之一的投影位置位于其它两个源之间的中间。
21.根据权利要求20的装置，其中将三个源提供位于虚部三角形的角顶上，其中两个角顶位于横切于传输方向扩展的虚线上并且其中第三角顶与其它两个角顶距离相等。
22.根据权利要求21的装置，其中源能够相对于加工室滑动。
23.根据权利要求22的装置，其中对于其中基质在相对于源的传输方向移动的变体而言，该源在横切于传输方向的方向滑动。
24.根据权利要求17-18任一项的装置，其中在加工室上倾斜安装源，因此相对于基质的等离子体烟流的角度是可变的。
25.根据权利要求17-18任一项的装置，提供有设置用于改变多种扩展热等离子体源的电弧流量的控制。
26.根据权利要求17-18任一项的装置，提供有设置用于改变多种扩展热等离子体源中载气的压力的控制。
27.根据权利要求18的装置，其中自动进行层厚的测定。
28.根据权利要求18的装置，其中用于测定基质的表面上层厚变化的测量装置包括光学测量装置。
29.根据权利要求18的装置，用于测定基质的表面上层厚变化的测量装置包括用于层上两或多个点之间电阻测定的电阻测定装置。
30.根据权利要求18的装置，用于测定基质的表面上层厚变化的测量装置包括层测厚计。
31.根据权利要求18的装置，用于测定基质的表面上层厚变化的测量装置包括用于基质表面的的温度测量的温度测量装置。
32.根据权利要求25的装置，所述控制被设置用于彼此独立地改变多种扩展热等离子体源的电弧流量。
33.根据权利要求26的装置，所述控制被设置用于彼此独立地改变多种扩展热等离子体源中载气的压力。
34.根据权利要求17的装置，其中所述某种沉积分布曲线包括Gaussian沉积分布曲线。
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