CN118434906A - 涂覆源、涂覆设备以及用于涂覆基板的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于涂覆设备的涂覆源、一种具有这种涂覆源的涂覆设备以及一种使用这种涂覆源来涂覆基板的方法。

Description

涂覆源、涂覆设备以及用于涂覆基板的方法

技术领域

本发明涉及一种用于涂覆设备的涂覆源、包括这种涂覆源的涂覆设备以及一种使用这种涂覆源来涂覆基板的方法。

背景技术

例如，当利用物理或化学气相沉积法来涂覆大型玻璃基板或大型载体上的多个Si晶片时，通常使用具有坩埚的涂覆源，其中待汽化的材料被加热到一定程度，使其汽化并可用于涂覆。这种涂覆源例如US 6,559,065 B2、JP2012-216373A、DE24 30 653A1和US 3,984,585中已知的。然而，使用这种涂覆源时，总是会出现这样的问题：汽化材料会沉积在坩埚的不同部分，特别是在出口开口区域，从而可能损害涂层的质量，或者在自上而下汽化源的情况下，还可能导致粘附在出口开口区域中的材料落到基板表面上。DE 10021530C1、DE4422697 C1和WO 2014/168352 A1中公开了其他涂覆源。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种涂覆源、一种涂覆设备和一种涂覆方法，用以克服这个问题。这个问题由独立权利要求的标的来解决。根据本发明标的的优选特征在从属权利要求中进行了描述。

因此，本发明涉及一种用于涂覆设备的涂覆源，其中涂覆源包括用于汽化涂覆材料的坩埚和用于汽化的涂覆材料的至少一个出口开口。涂覆源包括用于加热坩埚和/或涂覆材料的第一加热源和用于加热至少一个出口开口的第二加热源。

换句话说，本发明尤其基于提供两个独立的加热源，以便能够彼此独立地控制坩埚和/或涂覆材料的温度，以及另一方面控制出口开口的温度。这样做可以确保，例如，在涂覆工艺期间出口开口被加热到这样的程度，即可以有效地防止涂覆材料在出口开口的区域中沉积。替代地或补充地，用于加热至少一个出口开口的第二加热源还可用于清洁出口开口，例如在涂覆工艺之后，通过大幅加热来清洁出口开口。

第一加热源可以例如包括集成到坩埚壁中的一个或多个加热元件和/或一个或多个第一红外(IR)辐射源。优选地，第二加热源为一个或多个第二IR辐射源。

优选地，坩埚用盖子闭合。第一和/或第二IR辐射源优选地布置在所述闭合的坩埚外部，其中盖子对于第一和/或第二IR辐射源的IR辐射至少是半透明的。优选地，盖子在0.5μm至5.0μm的波长范围内具有至少5％，更优选地至少10％，并且特别优选地至少20％的平均透射率。这是为了确保一方面来自IR辐射源的足够的辐射能穿过盖子到达涂覆材料或出口开口，另一方面，盖子吸收足够的辐射能以使其内部足够热以防止涂覆材料沉积。

优选地，至少一个出口开口布置在坩埚的第一侧上，优选地下侧上，并且盖子关闭坩埚的第二相对侧。坩埚下侧是指在涂覆工艺期间使用涂覆源时坩埚朝下的一侧。一个或多个可闭合开口可以设置在盖子上，用于用涂覆材料填充坩埚。这些可闭合开口优选地布置在第一和/或第二IR辐射源之间，使得可以在不拆除IR辐射源或从坩埚上移除盖子的情况下用涂覆材料(重新)填充坩埚。

优选地，第一和第二加热源可以彼此独立地操作。如果第一和/或第二加热源包括多个IR辐射源，那么在各个IR辐射源还可以彼此独立地操作的情况下可能更加有利。

优选地，坩埚形成引导部分，汽化的涂覆材料通过所述引导部分被引导至至少一个出口开口。优选地，第二加热源也适于加热这个引导部分。由于在常规的涂覆源中，涂覆材料通常也沉积在这个引导部分的区域中，因此这一布置可用于防止这种沉积或清洁引导部分，例如在涂覆工艺之后。特别优选地，第二加热源适于特定地且选择性地加热至少一个出口开口和/或引导部分。这可以通过例如第二加热源包括可以聚焦在不同区的一个或多个IR辐射源来实现。或者，第二加热源也可具有可彼此单独控制的多个IR辐射源，使得通过打开或关闭一个或多个IR辐射源，可有针对性地仅加热至少一个出口开口或仅加热引导部分或同时加热至少一个出口开口和引导部分。

优选地，引导部分包括导热性较差的材料层，其中优选地，通过所述层的导热率最多10W/m·K，更优选地最多5W/m·K，并且特别优选地最多1W/m·K。例如，如果引导部分邻近由第一加热源特别强烈加热的坩埚区域(例如，接收涂覆材料的坩埚区域)，那么这种导热性较差的材料层可能有利。于是，导热性差的材料层能够有助于一方面更好地调节涂覆材料的温度，另一方面更好地调节引导部分的温度。出于类似的原因，引导部分可能优选地包括一层IR辐射反射材料，其中所述层在0.5μm至5.0μm的波长范围内优选地具有至少30％，更优选地至少50％，并且特别优选地至少70％的平均反射率。这层IR辐射材料还可以改善涂覆源内温度平衡的控制，例如通过确保第二加热源主要加热出口开口，并且其辐射能不会导致引导部分过度加热。

还优选的是，引导部分的内横截面沿着至少一个出口开口的方向逐渐变细。这有利于汽化的涂覆材料的材料流动。然而，具体地，这样的锥形确保了第二加热源发射的一部分辐射能也影响到引导部分的表面。使用这个锥形的角度，还可以调整引导部分的表面所吸收的辐射能的比例。优选地，锥形的切线与垂直线之间的角度为2°至30°之间，更优选地4°至20°之间，特别优选地6°至10°之间。

此外，可在至少一个出口开口的前方(即，在内部)布置针对IR辐射的掩模件。这个掩模件还可以改善涂覆源内的温度平衡。出于同样的原因，可以在至少一个出口开口周围的区域中布置针对热传导和/或IR辐射的掩模件。此外，可以在至少一个出口开口周围的区域中布置用于加热和/或冷却的附加装置。由于在某些涂覆工艺中，待涂覆的基板非常接近涂覆源的出口开口，并且在涂覆工艺期间基板被大幅加热，因此基板本身可充当加热源，这使得有必要掩模热辐射和/或使用冷却装置。

优选地，坩埚内装有待汽化的涂覆材料，特别优选地汽化温度最高1000℃的材料，并且特别优选地下列材料中的一种或多种的组合：Se、CdTe、CdSe、CdS、PbI₂、KCl、NaCl、RbF和/或CsCl。

根据本发明的涂覆源可用于各种各样的涂覆工艺。因此，设想至少一个出口开口包括以下出口开口之一或其组合：点状开口；多个点状开口，优选地沿着直线或锯齿线排列，其中点状开口可以具有相同的尺寸或不同的尺寸；狭缝状开口，优选地具有直线或锯齿线的形状；多个狭缝状开口，其中狭缝状开口可以具有相同的尺寸或不同的尺寸和/或具有相同的形状或不同的形状。

本发明还涉及一种具有如上文所描述的涂覆源的涂覆设备。涂覆设备特别优选地适用于从上方涂覆基板。

此外，本发明涉及一种使用如上文所描述的涂覆源来涂覆基板的方法。在方法中，将待涂覆的基板定位于涂覆源下方，并利用涂覆源来涂覆基板。在涂覆工艺期间，基板可以相对于涂覆源静止不动。或者，在涂覆工艺期间，基板可以相对于涂覆源移动，反之亦然。

本发明提供若干优势。通过在坩埚区外部设计具有附加的直接加热选项的涂覆源，坩埚填充物的加热在时间和几何形状上与出口开口的加热分开。这样可以在工艺之前/之后通过加热来清洁开口，并可以在工艺期间通过凝结点快速控制。也被直接加热的半透明盖子由于温度高于凝结点而保持清洁，并充当材料蒸汽的热镜。为此，可以使用PVD/CSS方法来静态和动态地获得均匀且特别清洁的涂层。尤其是在待涂覆表面朝上的涂覆工艺中，也可以防止污染。本发明还可以特别有利地应用于大面积(至少1m²)已涂覆或未涂覆的玻璃基板、大型载体上的Si片的涂覆，或者也可以是中型格式上其他基板的涂覆。

附图说明

下文参考附图更详细地描述本发明的优选实施方案。附图显示：

图1是根据优选实施方案的涂覆源的示意纵向截面；

图2是根据另一优选实施方案的涂覆源的示意纵向截面；

图3是根据另一优选实施方案的涂覆源的示意纵向截面；

图4是根据另一优选实施方案的涂覆源的示意纵向截面；

图5是根据另一优选实施方案的涂覆源的示意纵向截面；

图6是根据另一优选实施方案的涂覆源的示意纵向截面；

图7是根据另一优选实施方案的涂覆源的示意纵向截面；

图8是根据另一优选实施方案的涂覆源的透视局部截面图；

图9是根据图8的涂覆源的纵向截面；

图10是根据另一优选实施方案的涂覆源的透视局部截面；

图11是根据图10的涂覆源的纵向截面；

图12是根据图10的涂覆源的横截面；

图13是根据另一优选实施方案的涂覆源的透视局部截面图；

图14是根据图13的涂覆源的局部横截面图；以及

图15是根据图13的涂覆源的横截面图。

具体实施方式

图1示意性地显示根据本发明的优选实施方案的涂覆源1的纵向截面。涂覆源1包括用于汽化涂覆材料3的坩埚2和用于汽化的涂覆材料3a、3b的至少一个出口开口4，其中涂覆源1包括用于加热坩埚2和涂覆材料3的第一加热源5a、5b、5c、5d以及用于加热至少一个出口开口4的第二加热源6。在所示的优选实施方案中，第一加热源包括集成到坩埚壁中的几个加热元件5c和5d以及两个第一IR辐射源5a和5b。但是，可替代地，可以仅设置集成到坩埚壁中的一个或多个加热元件5c和/或5d，或者仅设置一个或多个第一IR辐射源5a和/或5b。

在所示的优选实施方案中，第二加热源6由单独的IR辐射源组成，所述单独的IR辐射源可独立于两个IR辐射源5a和5b而操作。这使得出口开口的温度能够独立于坩埚剩余部分的温度并且特别是涂覆材料3的温度而调节。如果出口开口4的温度足够高，那么汽化的涂覆材料3a将沿着图1中的箭头移动并通过出口开口4离开坩埚2，而涂覆材料3a不会在出口开口4的区域中凝结。然后，汽化的涂覆材料3a以涂覆锥3b的形式从出口开口4出现，以涂覆涂覆源1下方的未示出的基板。

利用辐射源5a、5b和6进行的加热是通过半透明盖子9进行的，半透明盖子9用于闭合坩埚2。由于盖子9是半透明的，足够的辐射能可以穿过盖子9，以充分加热涂覆材料3并充分加热出口开口4。另一方面，IR辐射源5a、5b和6发射的部分辐射能也被盖子9吸收，因此盖子9加热到一定的程度，使得没有汽化的涂覆材料3a凝结在所述盖子上。此外，这一布置确保了自清洁效果：如果涂覆材料3a沉积在盖子9的内部，那么其IR辐射透射会自动减少，这会导致盖子9进一步升温并且沉积的材料再次汽化。

在所示的优选实施方案中，坩埚2形成引导部分8，汽化的涂覆材料3a通过所述引导部分8被引导至至少一个出口开口4。为了防止汽化的涂覆材料3a沉积在所述引导部分8的表面上，第二加热源6优选地适合于也加热所述引导部分8。在根据图1的优选实施方案中，这是通过这样的事实来实现的：引导部分的内横截面朝向至少一个出口开口4逐渐变细，并且选择IR辐射源6的辐射角，使得发射的IR辐射的一部分撞击在引导部分8的表面上。

在所示的优选实施方案中，出口开口4不直接由坩埚2的坩埚壁形成。而是在坩埚2的底侧设置有板7，其中形成了出口开口4。坩埚2通常由石墨制成，而板7可以由以下材料中的一种或多种组合制成：CFC、石墨、陶瓷、玻璃、金属。

图2至图7显示了根据本发明的涂覆源的其他优选实施方案，每个实施方案与根据图1的涂覆源仅在少数特征上不同。因此，图2和图7中的相同特征不再标有对应的附图标号。

在图2所示的实施方案中，引导部分8包括导热性较差的材料层10。这个层10用于确保布置在这个层10后面的坩埚部分变得比出口开口4更热，这些坩埚部分一方面形成引导部分8，另一方面也形成用于供应涂覆材料3的壁区域。

在根据图3的实施方案中，在至少一个出口开口4的前方布置有针对IR辐射的掩模件11。在所示的实施方案中，这个掩模件11由两个掩模板组成，也是为了确保出口开口4比其上方的坩埚部分更冷。

在根据图4的实施方案中，在坩埚2的底侧上在至少一个出口开口4周围的区域中布置有防止热传导和/或IR辐射的掩模件12a。例如，这个掩模件可以是掩模板12a，为了确保出口开口4的底侧或形成出口开口的板7比上侧更冷。

替代地或补充地，可以在至少一个出口开口4周围的区域中布置用于加热和/或冷却的附加装置12b，如图5中示意性地示出的。

在图6所示的实施方案中，坩埚2的盖子9上设置有可闭合开口13，用于使用涂覆材料来填充坩埚。优选地，第一IR辐射源5a和5b被布置成使得可闭合开口13可触及并且可以在不拆除IR辐射源5a和5b的情况下打开。为此，在图6所示的实施方案中，图1中的第一IR辐射源5a和5b均分别被两个第一IR辐射源5a和5b所取代，使得在两个相邻的第一IR辐射源5a和5b之间分别保持对可闭合开口13的触及，并且仍然可以确保均匀的辐射曝光。

优选地，第二加热源6适于特定地且选择性地加热至少一个出口开口4和/或引导部分8。为此，例如可以使用具有对应的聚焦和调光装置的可锁定IR辐射源6，这允许有针对性地改变辐射角α，如图7所示。或者，也可设置多个独立可控的第二IR辐射源6，使用所述辐射源可选择性地加热出口开口4和/或引导部分8。

当然，图2至图7中单独显示的各个附加特征也可以在同一个实施方案中彼此组合。最终，所有这些特征的目的都是为了能够尽可能具体地控制涂覆源内的温度平衡。因此，各种特征的组合有利地相互作用，以允许更加具体的控制。

图8和图9分别以透视局部截面图和纵向截面图显示了根据本发明的涂覆源的优选实施方案。图8和图9的实施方案大致对应于根据图1的布置。然而，在图8和图9的情况下，图1的概念针对点源实现，这导致了圆形对称布置，并且意味着根据图1的两个单独的第一IR辐射源5a和5b在根据图8和图9的实施方案中形成单个圆形布置的IR辐射源5a。然而，在这个实施方案中，还提供了进一步向内并向上移位的第一IR辐射源5b。

当然，在本文的上下文中，术语“点源”不应以严格的数学意义来理解，因为出口开口4不是点状的，而是具有延伸的圆盘形状。

至于其余部分，参考图1所讨论的特征基本上与图8和图9中的对应特征相对应。此外，在第一和第二加热源的上方还设置有两个掩模板11(类似于图3)和附加盖14。根据图8和图9的实施方案，还存在附加的加热或冷却元件12b(见图5)。此外，第一加热源的加热元件5e部分地延伸到引导部分8中。

在图10至图15中，根据图1的概念是通过不同版本的线性源来实现的。因此，第一和第二IR辐射源5a、5b和6是细长的线性IR发射器，与图8和图9中的圆形布置相反。例如，可以由同样的线性引导部分8形成用于接收涂覆材料的两个单独的线性区域，如图10至图12可见。或者，这两个用于接收涂覆材料的区域可以在纵向末端通过曲线相互连接，如图13至图15可见。后一布置尤其有利于在线源的边际区域实现均匀的温度分布以及因此良好的涂层质量。

辐射源5a、5b和6还可以根据坩埚的几何形状分配加热功率，例如作为线性IR双源：一个加热线圈作为连续线圈，另一个加热线圈由两段、三段或更多段具有不同加热功率的段组成。这样，坩埚的四个壁都可以从上方均匀加热，并且与出口开口分开加热。同样，坩埚盖子上方的所有IR源都可以根据需要进行分段，从而设计出传送的表面功率分布。

Claims (23)

1.一种用于涂覆设备的涂覆源，其中所述涂覆源包括用于汽化涂覆材料的坩埚和用于汽化的涂覆材料的至少一个出口开口，其中所述涂覆源包括用于加热所述坩埚和/或所述涂覆材料的第一加热源和用于加热所述至少一个出口开口的第二加热源。

2.如权利要求1所述的涂覆源，其中所述第一加热源包括集成到所述坩埚壁中的一个或多个加热元件和/或一个或多个第一IR辐射源。

3.如前述权利要求中任一项所述的涂覆源，其中所述第二加热源包括一个或多个第二IR辐射源。

4.如权利要求2或3所述的涂覆源，其中所述坩埚用盖子闭合，所述第一和/或所述第二IR辐射源布置在所述闭合的坩埚外部，并且所述盖子对于所述第一和/或所述第二IR辐射源的IR辐射至少是半透明的，其中所述盖子在0.5μm至5.0μm的波长范围内优选地具有至少5％，更优选地至少10％，并且特别优选地至少20％的平均透射率。

5.如权利要求4所述的涂覆源，其中所述至少一个出口开口布置在所述坩埚的第一侧上，优选地下侧上，并且所述盖子闭合所述坩埚的第二相对侧。

6.如权利要求4或5所述的涂覆源，其中一个或多个可闭合开口设置在所述盖子中，用于使用涂覆材料来填充所述坩埚。

7.如前述权利要求中任一项所述的涂覆源，其中所述第一和所述第二加热源可以彼此独立地操作。

8.如前述权利要求中任一项所述的涂覆源，其中所述坩埚形成引导部分，所述汽化的涂覆材料通过所述引导部分被引导至所述至少一个出口开口。

9.如权利要求8所述的涂覆源，其中所述第二加热源适用于加热所述引导部分。

10.如权利要求9所述的涂覆源，其中所述第二加热源适合于特定地和选择性地加热所述至少一个出口开口和/或引导部分。

11.如权利要求8至10中任一项所述的涂覆源，其中所述引导部分包括一层导热性较差的材料，其中优选地通过所述层的导热率最多10W/m·K，甚至更优选地最多5W/m·K，特别优选地最多1W/m·K。

12.如权利要求8至11中任一项所述的涂覆源，其中所述引导部分包括一层IR辐射反射材料，其中所述层在0.5μm至5.0μm的波长范围内优选地具有至少30％，更优选地至少50％，并且特别优选地至少70％的平均反射率。

13.如权利要求8至12中任一项所述的涂覆源，其中所述引导部分的内横截面部分朝向所述至少一个出口开口逐渐变细。

14.如前述权利要求中任一项所述的涂覆源，其中针对IR辐射的掩模件布置在所述至少一个出口开口的前方。

15.如前述权利要求中任一项所述的涂覆源，其中针对热传导和/或IR辐射的掩模件布置在所述至少一个出口开口周围的区域中。

16.如前述权利要求中任一项所述的涂覆源，其中用于加热和/或冷却的附加装置布置在所述至少一个出口开口周围的区域中。

17.如前述权利要求中任一项所述的涂覆源，其中待汽化的涂覆材料布置在所述坩埚中，所述待汽化的涂覆材料优选地汽化温度最高1,000℃的材料，特别优选地以下材料中的一种或多种的组合：Se、CdTe、CdSe、CdS、PbI₂、KCl、NaCl、RbF和/或CsCl。

18.如前述权利要求中任一项所述的涂覆源，其中所述至少一个出口开口包括以下出口开口之一或其组合：点状开口；多个点状开口，优选地沿着直线或锯齿线排列，其中所述点状开口可以具有相同的尺寸或不同的尺寸；狭缝状开口，优选地具有直线或锯齿线的形状；多个狭缝状开口，其中所述狭缝状开口可以具有相同的尺寸或不同的尺寸和/或具有相同的形状或不同的形状。

19.一种具有如前述权利要求中任一项所述的涂覆源的涂覆设备。

20.如权利要求19所述的涂覆设备，其中所述涂覆设备适合于从上方涂覆基板。

21.一种使用如权利要求1至18中任一项所述的涂覆源来涂覆基板的方法，其中所述方法包括：

将待涂覆的基板定位在如权利要求1至18中任一项所述的涂覆源下方，并且使用所述涂覆源来涂覆基板。

22.如权利要求21所述的方法，其中在涂覆期间所述基板相对于所述涂覆源处于静止状态。

23.如权利要求21所述的方法，其中在涂覆期间所述基板相对于所述涂覆源移动，反之亦然。