CN102459694A - 涂布设备和涂布方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及涂布设备，其包括至少一个接收部，该接收部可以被抽空并且用于接收基底，至少一个气体供应装置，通过该气体供应装置至少一种气态前体可被引入至接收部，和至少一个可加热的活化部件，该活化部件具有可预定的纵向区域并且通过至少一个专用的机械固定装置相对于接收部几乎不可移动地被固定。通过至少两个接触部件电流被供应到活化部件，至少一个该接触部件被设计成与活化部件在多个改变的接触点上接触。本发明还涉及相应的涂布方法。

Description

涂布设备和涂布方法
技术领域
本发明涉及涂布设备，其包括至少一个接收部，该接收部可以被抽空并且用于接收基底，至少一个气体供应装置，通过该气体供应装置至少一种气态前体可被引入至接收部，和至少一个可加热的活化部件，该活化部件具有可预定的纵向区域(longitudinal extent)并且通过至少一个专用的机械固定装置相对于接收部几乎不可移动地被固定。本发明还涉及相应的涂布方法。
背景技术
根据现有技术，本文开头所提及的类型的涂布设备旨在于通过热线(hot
wire)活化的化学蒸汽沉积来涂布基底。所沉积的涂层可包括例如碳、硅、或锗。相应地，气态前体可以包括例如，甲烷、甲硅烷、单锗、氨或者三甲基硅烷。
K.Honda，K.Ohdaira和H.Matsumura，Jpn.J.App.Phys.，Vol.47，No.5，公开了使用本文开头所提及的类型的涂布设备以沉积硅。出于该目的，硅烷(SiH4)通过气体供应设备作为前体被供应。根据现有技术，前体在活化部件的被加热的钨表面被解离和活化，从而在基底上沉积一层硅或一包含硅的层。
然而，所引用的现有技术的缺点在于活化部件的材料与前体发生不期望的反应，特别是在活化部件的较冷的夹点处。例如，使用硅烷化合物作为前体可能导致在活化部件上形成硅化物相。
在反应期间产生的硅化物相通常导致活化部件体积的变化，并且与起始材料相比是脆性的，不能承受太大的机械力，而且它们通常显示出改变的电阻。这带来的效果是活化部件通常在操作数个小时后已经损坏。例如，在接收部中活化部件可能在机械应力下被使用，而且在该机械应力的影响下破裂。为了防止在机械应力下活化部件的破裂，现有技术提出用惰性气体冲洗夹点。尽管现有技术未显示服务寿命被延长到一定的程度，但是当进行相对长的涂布工艺或者进行多次一个个紧接着的较短的涂布工艺时这仍然是不够的。而且，使用的惰性气体影响涂布工艺。
发明内容
因此，本发明的目的是延长用于热线活化的化学蒸汽沉积的涂布设备中的活化部件的使用寿命且不会不利地影响涂布工艺。本发明的目的还在于增加该工艺的稳定性和/或简化工艺控制。
根据本发明，所述目的通过根据权利要求1的涂布设备和权利要求8的涂布方法而实现。
根据本发明，提出以本身已知的方法将待涂布的基底引入至可以被抽空的接收部。该接收部例如可以包括铝、高级别的钢、铯和/或玻璃。接收部以本身已知的方法，例如通过金属或者聚合物的密封部件，或者通过熔焊和钎焊或者铜焊的连接件，以大致不透气的方式封闭。该接收部可以通过真空泵抽空。
具有预定的分压的至少一种气态前体通过气体供应装置被引入到所述的接收部中。例如，所述气态前体可包括甲烷、硅烷、锗、氨、三甲基硅烷、氧和/或氢。
为了沉积一个层，设置在接收部内部空间中的至少一个活化部件被加热。特别地，活化部件的加热可以通过电子冲击加热和/或电阻加热而进行。活化部件大致包括耐熔金属，例如示例性的钼、铌、钨或者钽，或者这些金属的合金。此外，所述活化部件可包括其它化学元素，这些化学元素要么代表不可避免的杂质，或者，作为合金成分，使得活化部件的属性适于期望的属性。所述活化部件可采取线、板、管、圆筒和/或其它更复杂的几何结构。
在活化部件的表面，气态前体的分子至少部分地分解或者激发。所述的激发和/或分解可能由于活化部件表面的催化性得以增强。以这种方式活化的分子抵达基底的表面，在那里它们形成期望的涂层。此外，气态前体的分子可至少部分地与活化部件的材料反应。取决于活化部件的温度，激发和/或分解和/或与活化部件材料的反应可以得以抑制或者加速。
为了供应电流到活化部件，提供至少两个接触部件，活化部件可以通过所述接触部件连接到电流或者电压源。在具有匀质材料组分和恒定横截面的活化部件中，当电流流动通过时贮存的热能沿着其纵向区域被均一引入。
由于接触部件增强的导热性和/或增强的热耗散，活化部件在接触部件附近的部分可能具有与距离接触部件更远的部分相比较低的温度。在这种情况中，活化部件中接触部件附近部分的温度可能降低很多以致活化部件的材料优先地进行与前体的化学反应。例如，包括钨的活化部件可能会和包含硅的前体形成钨-硅化物相。
为了解决这个问题，本发明提出通过至少一个活动的接触部件在多个改变的接触点上接触活化部件。这样，接触部件的移动伴随着活化部件上具有降低的温度的那些点的移动。结果，在涂布处理的整个持续时间内，活化部件并不经历不期望的相变或者在同一点上的这样的相变加速。在本发明的一些实施方式中，如果已经以不期望的方式被改变的活化部件的表面区域或者局部部分随后被加热至升高的温度的话，最初发生的不期望的相变，例如，碳化物或者硅化物的形成，也可能被逆转。以这种方法，活化部件的寿命如期望地得以延长。
根据本发明，不断改变的接触点的形成通过接触部件的运动而产生，而活化部件保持相对于周围的接收部是固定的。在该描述的意义上，当活化部件由于热膨胀而经历小的长度变化时，活化部件也是固定不动的。根据本发明，活化部件不会通过活动紧固部件而运动。
在本发明的一些实施方式中，长型活化部件可以具有比用于活化前体的区域更大的长度。通过移置接触部件，活化部件的不断改变的局部部分被加热。在此，接触部件可以在相同方向上移置，以使得设置在接触部件之间的被加热的局部部分在每种情形下保持恒定。这简化了活化部件的电控。
在本发明的一种实施方式中，接触部件可包括多个接触杆，所述接触杆沿着活化部件的纵向长度设置，并且能够向着活化部件移动。以这种方法接触部件不必一定在活化部件的纵向长度的方向移动。而是，移动多个接触杆中的至少一个接触杆在向着活化部件或者抬离活化部件的方向移动就足够了，所述的移动方向是大致垂直于活化部件的纵向的。这允许以简单且可靠的方式实现在活化部件上局部地改变接触点。
在本发明的一些实施方式中，活化部件可包括至少一根导线。在本发明的意义上，导线可以具有圆形、椭圆形或者多边形的横截面。以这种方式，活化部件的表面与体积之比可以得以增大。在本发明的一些实施方式中，这样一个活化部件可以经由至少一个辊导引或者转向。辊可以是接触部件的同时通过电流或电压源电接触活化部件的一部分。
附图说明
下面将基于示例性实施方式和附图更详细地解释本发明，这并不限制本发明的总体构思。在附图中：
图1示出根据本发明的涂布装置的基本结构。
图2示出根据本发明提出的活化部件的示例性实施方式。
图3示出根据本发明提出的另一活化部件的示例性实施方式。
图4示出两个接触部件，其每个包括多个接触杆。
具体实施方式
图1示出涂布装置1的横截面。涂布装置1包括接收部10，该接收部例如由高级别的钢、铝、玻璃或者这些材料的组合形成。接收部10与周围环境以大致不透气的方式封闭。真空泵(未示出)可以经由泵凸缘103连接。例如，接收部10可以被抽空到小于100毫巴、小于10-2毫巴或者小于10-6毫巴的压力。
在接收部10内部具有保持装置104，在该保持装置中可以安装基底30。基底30可例如由玻璃、硅、塑料、陶瓷、金属或者合金组成。基底可以是半导体晶片、方框(pane)或者工具。它可以具有平面的或者弯曲的表面。前述材料在此给出仅仅是举例。本发明并不教导作为一个原则将特定的基底用于提供解决方案。在涂布装置1的操作过程中，涂层105沉积在基底30上。
涂层105的组分受所选择的气态前体影响。在本发明的一种实施方式中，前体可包括甲烷，以至于涂层105包括金刚石碳或者菱形碳。在本发明的另一实施方式中，前体可包括甲硅烷和/或单锗，以至于涂层包括晶体的硅和/或锗或者非晶硅和/或锗。
气态前体经由至少一个气体供应装置20被引入接收部10内部。气体供应装置20从储运容器21获得气态前体。控制阀22影响从储运容器21获得的前体的量。如果涂层105是由若干不同的前体形成的，储运容器21可包括已制备好的气体混合物，或者可提供若干气体供应装置20，每个气体供应装置将混合前体的一种组分引入接收部10中。
经由控制阀22供应给气体供应装置20的前体的量经由控制装置101进行监控。控制装置101以一个通过测量装置100获得的分压或者绝对压力的实际值供应。
对于气态前体的活化，可以使用活化装置40。活化部件40包括例如金属片或者导线形式的一个或多个催化活化表面。例如，活化部件40可包括钨、钼和铌和/或钽。
活化部件40紧固到至少一个保持部件44。保持部件44固定活化部件40在可预定的位置和/或用可预定的机械应力。至少一个保持部件可以电绝缘的方式装配，以使得活化部件至少部分地具有可预定的电压。
在活化部件操作过程中，在接收部10内部形成活化带50，其中前体的分解的和/或激发的成分能够被检测到。活化部件40的表面的活性在与室温相比升高的温度下实现。为了加热活化部件40，根据图1可以想象到提供至少两个电接触部件43。通过接触部件43，活化部件的至少一端可以通过真空密闭的贯通部(leadthrough)108连接到能量源107。在这种情况中，活化部件40的加热是由电阻加热进行的。如果活化部件包括匀质材料并具有均一厚度，沿着活化部件的纵向长度x引入的加热能量E为常数： ∂ E ∂ x = const . .
由于保持部件和/或接触部件43的热传导和/或热辐射，如果加热能量在导线的长度上大致恒定，活化部件40的温度从几何中心到周边降低。在这种情况中，活化部件40的材料以加速的速率与气态前体反应以形成不期望的相例如碳化物和/或硅化物和/或锗化物所处的温度可以在接触部件43附近得以建立。
为了最小化前体在活化部件上的有害影响，根据图1提出使用活化部件40，该活化部件的几何尺寸大于活化带50的尺寸。活化部件40通过保持部件44以电绝缘的方式安装在接收部10内部。两个接触部件43定位为例如通过辊、滚子、滑动接触部件或者类似部件与活化部件40接触。
接触部件43可沿着传送方向49运动，所述传送方向沿着活化部件40的纵向长度运转。在如图1所示的实施方式中，两个接触部件43都沿着活化部件40移动。在这种情况中，移动可在相同的方向发生，以使得活化部件40的限制在接触部件43之间的部分保持大致恒定，或者运动以相反的方向或者以不相关的方式发生，以使得通过接触部件43限制的部分在横向可变。接触部件43沿着传送方向49的移动可以是谐调的或者非谐的，并且连续或者间断地发生。
接触部件43的运动具有这样的效果：在接触部件43在活化部件40上的接触点附近形成的较低温度的位置可以局部变化。以这种方法，前体在活化部件40上的有害影响在活化部件的更大的表面区域上分布，以使得活化部件的整体寿命得以延长。在本发明的一些实施方式中，可以额外地提供，在存在前体和低温的情形下损坏的区域可以通过移开接触部件43时升高温度而再生，在该区域接触部件43不期望的相经历更新反应。
图2以更详细的示意图示出活化部件40的示例性实施方式。在本发明的这个实施方式中，活化部件40的活化表面通过导线41形成，该导线41例如包括钨、铌、钼或者钽。图2还示出两个保持部件44，活化部件40固定在该两个保持部件44之间。保持部件44可以以绝缘方式接收活化部件40。活化部件在保持部件44上的紧固可以例如通过箝拉、焊接或者通过弹簧执行。以这种方法，在活化部件40中的机械应力可以保持恒定。
两个接触部件43保持在不同的电势被用于导线41的接触。不同的电势具有这样的效果：可以用于加热导线41的电流流动通过接触部件43之间的导线41。导线41和接触部件43之间的电接触通过辊46进行。辊46可转动地安装在辊承载器47上。辊46可沿着它的圆周表面具有凹槽，该凹槽可以接收导线41并保证可靠的电接触从而导线41不会跑离辊46。具有良好的导电性通过具有差的导热性的材料，例如高级别的钢，可以用于辊46。
辊承载器47沿着传送方向49移动，所述传送方向49大致平行于导线41。为了这个目的，辊承载器47可例如通过导轨、导引柱、齿条或者螺纹杆导引。辊承载器47的运动可以从活化部件40的一端到另一端以不断变化的方向或者单向地发生。
活化部件40的另一示例性实施方式示出在图3中。图3再一次示出导线41，导线41通过两个保持部件44机械地固定。靠着导线41的是两个接触部件43，该接触部件具有例如滑动接触部。滑动接触部例如可以通过逆着导线41的弹力导引，以为了保证恒定的挤压力。
根据图3，接触部件43b沿着平行于导线41的运动方向49导引。以这种方法，接触点可以沿着导线41位移，以使得具有最低温度的局部部分沿着导线41改变。
在图3的左侧示出的接触部件43a在大致垂直于导线41的纵向长度的方向运动。以这种方法，接触部件43可以接触或不接触导线41。如果接触部件43已经从导线41抬离，电路经由导电保持部件44a断开。以这种方法，在导线41上的接触点可以断续地变化，要么特定于保持部件44a的端点上，要么特定于接触部件43a的顶部。
图4示出两个接触部件43，这两个接触部件每个包括多个接触杆45。接触杆45沿着活化部件40或者导线41的纵向长度设置。接触杆45被可置换地安装在一个大致垂直于导线41的纵向长度的运动方向上。接触杆45可以例如通过向着着导线41的弹力沿着这个运动方向被导引。通过移动至少一个接触杆，在导线41上的接触位置可以以离散步骤改变。不需要的接触杆45可以从导线41抬离，以使得它们并不形成热桥。以这种方法，导线41的温度可以保持受控以使得不期望的、有害的相不能短时间地在一个点上形成。
根据本发明，当然如图2-4所示的特征还可以进行组合，以这种方式获得活化部件的其它实施方式。因此，上面的描述不应视为限制性的，而是解释性的。其后的权利要求应当理解为意味着，提及的特征存在于本发明的至少一种实施方式中。这并不排除其它特征的存在。在权利要求中限定“第一”特征和“第二”特征的地方，该指定用于在两个相同的特征之间进行区分，并不给予它们任何的优先级。

Claims (13)

1.涂布设备(1)，其包括至少一个接收部(10)，该接收部(10)可以被抽空并且用于接收基底(30)，至少一个气体供应装置(20，21，22)，通过该气体供应装置(20，21，22)至少一种气态前体可被引入至接收部(10)，和至少一个可加热的活化部件(40)，该活化部件(40)具有预定的纵向区域并且通过至少一个专用的机械固定装置(44)相对于接收部(10)几乎不可移动地被固定，其特征在于，通过至少两个接触部件(43)将电流供应至活化部件，而且所述接触部件(43)中的至少一个被设计成能够与活化部件(40)在多个改变的接触点处接触。
2.根据权利要求1所述的涂布设备(1)，其特征在于所述接触部件(43)包括多个接触杆(45)，该接触杆(45)沿活化部件(40)的纵向区域设置，并且可以朝活化部件(40)移动。
3.根据权利要求1或2所述的涂布设备(1)，其特征在于所述活化部件(40)包括至少一根导线(41)。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的涂布设备(1)，其特征在于所述接触部件(43)包括至少一个辊(46)，所述辊(46)是用于与活化部件(40)接触。
5.根据权利要求3或4中任一项所述的涂布设备(1)，其特征在于所述导线(41)被引导多次通过活化区域(50)。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的涂布设备(1)，其特征在于沿着活化部件(40)的所述纵向区域设置有可分别施加可预定的电势差的多个接触部件(43)。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的涂布设备(1)，其特征在于机械固定装置(44)是电绝缘的。
8.基底(30)的涂层(105)的制备方法，其中将基底引入接收部(10)，该接收部(10)可以被抽空，将至少一种气态前体通过至少一个气体供应装置(20，21，22)引入至接收部(10)中，并通过至少一个电加热的活化部件(40)活化，通过至少两个接触部件(43)将电流供应至活化部件(40)，其特征在于，所述活化部件(40)几乎固定地设置在所述接收部中，并且所述接触部件(43)中的至少一个和所述活化部件(40)之间发生相对运动。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于以振荡的方式进行所述运动。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其中，所述接触部件(43)包括多个接触杆(45)，该接触杆(45)沿活化部件(40)的所述纵向区域设置，并且可以交替地朝活化部件(40)移动。
11.根据权利要求8-10中任一项所述的方法，其中，所述活化部件(40)包括至少一根导线(41)。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述导线(41)多次通过活化区域(50)。
13.根据权利要求8-12中任一项所述的方法，其中，沿活化部件(40)的所述纵向区域设置的多个接触部件(43)与活化部件(40)接触，并且各个接触部件(43)上施加了预定的电势差。
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