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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Verteilen eines Fluids auf einem Substrat, auf ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Vorrichtung, auf ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Vorrichtung, auf ein entsprechendes Computerprogramm sowie auf ein entsprechendes Speichermedium.
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Die
DE 1947 484 A offenbart eine Taumeleinrichtung zur Beschichtung von Bildschirmen mit thixotropen Stoffen.
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Die
DE 10 2006 007 446 B3 beschreibt eine Beschichtungseinrichtung zur Herstellung von CIGS-Dünnschichtsolarzellen (CIGS = Copper indium gallium selenide; „Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid“, auch CuInGaSe genannt). Hierbei werden auf einem CuInGaSe-Absorbermaterial als p-Halbleiter Cadmiumsulfidschichten (CdS) als n-Halbleiter gebildet. Diese Schichten sind üblicherweise 40 bis 80 Nanometer dick und werden in einem zehn Minuten dauernden CBD-Prozess (CBD = chemical bath deposition; „chemische Badabscheidung“) erzeugt. Diese Schicht kann auch als Pufferschicht bezeichnet werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz eine Vorrichtung zum Verteilen eines Fluids auf einem Substrat, ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Vorrichtung, ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Vorrichtung, ein entsprechendes Computerprogramm sowie schließlich ein entsprechendes Speichermedium gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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Der vorliegende Ansatz schafft eine Vorrichtung zum Verteilen eines Fluids auf einem Substrat, wobei die Vorrichtung folgende Merkmale aufweist:
eine Aufnahmeplatte zum Aufnehmen des Substrats und des Fluids; eine Translationseinheit, die mit der Aufnahmeplatte gekoppelt oder koppelbar ist und ausgebildet ist, um die Aufnahmeplatte entlang einer ersten Achse der Aufnahmeplatte und einer von der ersten Achse abweichenden zweiten Achse der Aufnahmeplatte in eine alternierende translatorische Bewegung zu versetzen, um das Fluid auf dem Substrat zu verteilen; und
eine Bewegungseinheit, die mit der Aufnahmeplatte gekoppelt oder koppelbar ist und ausgebildet ist, um die Aufnahmeplatte um eine von der ersten Achse und der zweiten Achse abweichende dritte Achse der Aufnahmeplatte in eine alternierende rotatorische Bewegung und/oder entlang der dritten Achse in eine alternierende Hubbewegung zu versetzen, um das Fluid auf dem Substrat zu verteilen.
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Unter einem Fluid kann ein Reagenz, etwa in Form einer Lösung, zum Bewirken einer chemischen Reaktion verstanden werden. In dem Fluid kann beispielsweise Cadmiumsulfid, Zinksulfid oder Indiumsulfid gelöst sein. Beispielsweise können mittels des Fluids dünne Schichten aus Cadmiumsulfid, Zinksulfid bzw. Indiumsulfid auf dem Substrat abgeschieden werden. Unter einem Substrat kann beispielsweise ein Halbleitermaterial verstanden werden, auf dem mittels Abscheidung weitere Halbleiterschichten hergestellt werden können. Unter einer Aufnahmeplatte kann eine Platte verstanden werden, auf der das Substrat fixiert werden kann, um das Fluid gleichmäßig auf der Oberfläche des Substrats zu verteilen. Unter einer Translationseinheit kann eine Linearführungsstruktur verstanden werden, die eine alternierende translatorische Bewegung der Aufnahmeplatte entlang zwei voneinander abweichender Bewegungsachsen ermöglicht. Bei der ersten und der zweiten Achse handelt es sich beispielsweise um eine Quer- und eine Längsachse der Aufnahmeplatte. Die Translationseinheit kann beispielsweise als Kreuztisch ausgeführt sein, auf dem die Aufnahmeplatte entlang der ersten und der zweiten Achse verschoben werden kann. Unter einer Bewegungseinheit kann beispielsweise ein höhenverstellbarer Drehtisch verstanden werden, um die Aufnahmeplatte in eine alternierende Drehbewegung um eine von der ersten und zweiten Achse abweichende dritte Achse der Aufnahmeplatte und/oder in eine alternierende Hubbewegung entlang der dritten Achse zu versetzen. Unter einer dritten Achse kann etwa eine Hochachse der Aufnahmeplatte verstanden werden. Beispielsweise kann der Drehtisch hierbei auf dem Kreuztisch befestigt sein, sodass die alternierende translatorische Bewegung mit der alternierenden rotatorischen Bewegung und/oder der alternierenden Hubbewegung kombiniert werden kann.
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Der vorliegende Ansatz beruht auf der Erkenntnis, dass ein Fluid auf einem Substrat sehr gleichmäßig verteilt werden kann, indem das Substrat in oszillierende translatorische Bewegungen, oszillierende rotatorische Bewegungen und/oder oszillierende Hubbewegungen versetzt wird.
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Infolge einer solchen kontinuierlichen translatorischen und rotatorischen Bewegung des Substrats um mindestens eine Achse können bei einem Abscheidungsprozess, insbesondere bei großen Substraten, gleiche lokale Geschwindigkeiten einer in Bewegung versetzten Fluidschicht sichergestellt werden. Somit kann ein sehr homogenes Schichtwachstum erreicht werden.
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Gemäß einer Ausführungsform des vorliegenden Ansatzes kann die Translationseinheit ausgebildet sein, um die Aufnahmeplatte unter Verwendung einer vorgegebenen Sinusfunktion und/oder einer vorgegebenen Rechteckfunktion und/oder einer vorgegebenen Sägezahnfunktion in die alternierende translatorische Bewegung zu versetzen. Dadurch kann die translatorische Bewegung effizient an äußere Randbedingungen wie etwa eine Größe und Form des Substrats oder einen Füllstand des Fluids angepasst werden, um ein gleichmäßiges Aufbringen des Fluids zu gewährleisten.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des vorliegenden Ansatzes kann die Aufnahmeplatte ausgebildet sein, um auf eine vorgegebene Temperatur gebracht zu werden insbesondere wobei die Aufnahmeplatte eine Temperiereinheit aufweist, die ausgebildet ist, um die Aufnahmeplatte auf eine vorbestimmte Temperatur zu temperieren. Beispielsweise kann die Aufnahmeplatte eine temperierbare Platte umfassen, auf die das Substrat aufgebracht werden kann. Somit kann das Substrat kontrolliert auf eine für einen Abscheidungsprozess erforderliche Reaktionstemperatur gebracht werden.
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Ferner kann die Aufnahmeplatte mit einer Neigeeinheit gekoppelt oder koppelbar sein. Hierbei kann die Neigeeinheit ausgebildet sein, um die Aufnahmeplatte um die erste Achse und/oder die zweite Achse zu neigen. Unter einer Neigeeinheit, auch Nivelliereinrichtung genannt, kann eine Einheit zum Verkippen der Aufnahmeplatte um die erste und/oder die zweite Achse verstanden werden. Beispielsweise kann die Neigeeinheit zwei Spindeln sowie ein Kugelgelenk umfassen. Auf der Neigeeinheit können beispielsweise die Translationseinheit und die Bewegungseinheit aufgebaut sein. Mittels der Neigeeinheit kann ein Neigungswinkel des Substrats schnell und einfach verändert werden, beispielsweise um Fertigungstoleranzen des Substrats beim Verteilen des Fluids auf der Substratoberfläche auszugleichen.
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Des Weiteren kann eine Haube vorgesehen sein, die ausgebildet ist, um die Aufnahmeplatte fluiddicht abzudecken, insbesondere um eine Reaktionskammer zum Abscheiden einer Schicht auf dem Substrat mittels des Fluids zu bilden. Unter einer Haube kann ein gewölbtes Abdeckelement verstanden werden, das auf die Aufnahmeplatte aufgesetzt werden kann. Durch das Bilden einer fluiddichten Reaktionskammer mithilfe einer solchen Haube können konstante Reaktionsbedingungen für eine Abscheidung von Schichten auf dem Substrat sichergestellt werden.
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Darüber hinaus kann die Vorrichtung eine Fluidbereitstellungseinheit umfassen, die ausgebildet ist, um das Fluid in die Reaktionskammer einzuleiten und/oder aus der Reaktionskammer auszuleiten. Unter einer Fluidbereitstellungseinheit kann beispielsweise eine Anordnung aus Leitungen und Düsen verstanden werden. Mittels der Fluidbereitstellungseinheit kann das Fluid kontrolliert und gleichmäßig auf das Substrat aufgebracht werden. Vorteilhafterweise kann die Fluidbereitstellungseinheit zusätzlich ausgebildet sein, um die Reaktionskammer mit einer Reinigungsflüssigkeit zu fluten.
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Der vorliegende Ansatz schafft des Weiteren ein Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung gemäß einer vorangehend beschriebenen Ausführungsformen, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
Bereitstellen der Aufnahmeplatte, der Translationseinheit und der Bewegungseinheit; und
Koppeln der Aufnahmeplatte mit der Translationseinheit und der Bewegungseinheit, um eine alternierende translatorische Bewegung der Aufnahmeplatte entlang der ersten Achse und der zweiten Achse, eine alternierende rotatorische Bewegung der Aufnahmeplatte um die dritte Achse und/oder eine alternierende Hubbewegung der Aufnahmeplatte entlang der dritten Achse zu ermöglichen.
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Ferner schafft der vorliegende Ansatz ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung gemäß einer vorangehend beschriebenen Ausführungsformen, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
Anordnen des Substrats auf der Aufnahmeplatte;
Aufbringen des Fluids auf das Substrat; und
Versetzen der Aufnahmeplatte in eine alternierende translatorische Bewegung entlang der ersten Achse und der zweiten Achse, in eine alternierende rotatorische Bewegung um die dritte Achse und/oder in eine alternierende Hubbewegung entlang der dritten Achse, um das Fluid auf dem Substrat zu verteilen.
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Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner eine Vorrichtung, die ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form einer Vorrichtung kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
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Unter einer Vorrichtung kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Vorrichtung beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
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Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der hier beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
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Schließlich schafft der vorliegende Ansatz ein maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm gemäß einer hier beschriebenen Ausführungsform.
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Der hier vorgestellte Ansatz wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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2 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
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3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 100 umfasst eine Aufnahmeplatte 105, eine Translationseinheit 110, eine Bewegungseinheit 115 sowie eine Neigeeinheit 120. Die Translationseinheit 110, die Bewegungseinheit 115 und die Neigeeinheit 120 sind in 1 schematisch als Platten dargestellt. Auf der Neigeeinheit 120 ist die Translationseinheit 110 angeordnet. Auf der Translationseinheit 110 ist die Bewegungseinheit 115 angeordnet. Die Aufnahmeplatte 105 ist auf der Bewegungseinheit 115 befestigt. Auf der Aufnahmeplatte 105 ist ein Substrat 122 fixiert.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Aufnahmeplatte 105 mit einer Heizplatte 125 ausgeführt. Hierbei ist das Substrat 122 auf die Heizplatte 125 aufgebracht. Die Heizplatte 125 ist ausgebildet, um das Substrat 122 auf eine zum Durchführen einer chemischen Badabscheidung erforderliche Temperatur zu bringen.
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Ferner ist die Aufnahmeplatte 105 durch eine Haube 130 fluiddicht abgedeckt, um eine Reaktionskammer 135 zum Durchführen der chemischen Badabscheidung zu bilden.
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Die Haube 130 ist mit mehreren Düsen 140 ausgeführt, die über eine Leitung 145 fluidisch miteinander verbunden sind. Die Düsen 140 sind beispielhaft in regelmäßigem Abstand an einer der Aufnahmeplatte 105 gegenüberliegenden Wandfläche der Haube 130 ausgebildet. Durch die Leitung 145 kann ein Fluid 150 zu den Düsen 140 geleitet werden. Die Düsen 140 sind ausgebildet, um eine vorgegebene Menge des Fluids 150 auf das Substrat 122 aufzubringen, sodass das Substrat 122 mit dem Fluid 150 bedeckt ist.
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Die Neigeeinheit 120 ist ausgebildet, um die Aufnahmeplatte 105 entlang einer Achse rx und einer Achse ry zu neigen. Die Translationseinheit 110 ist ausgebildet, um die Aufnahmeplatte 105 entlang einer Achse X und einer Achse Y in eine alternierende translatorische Bewegung zu versetzen. Hierbei kann die Achse X mit der Achse rx und die Achse Y mit der Achse ry identisch sein. Die Bewegungseinheit 115 ist ausgebildet, um die Aufnahmeplatte 105 um eine Achse rz in eine alternierende rotatorische Bewegung und entlang einer Achse Z in eine alternierende Hubbewegung zu versetzen. Die Achse rz kann mit der Achse Z identisch sein.
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Mittels der alternierenden Bewegungen entlang der Achsen X, Y, Z sowie um die Achse rz wird das Fluid 150 homogen auf dem Substrat 122 verteilt. Mittels eines in dem Fluid 150 gelösten Stoffes können nun im Rahmen der chemischen Badabscheidung dünne Schichten auf dem Substrat 122 erzeugt werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird in einer Einrichtung 100 eine bereits vorprozessierte Solarzelle als Substrat 122 auf eine Heizplatte 125 gelegt und mit einer dicht schließenden Haube 130 abgedeckt. Die Haube 130 und eine Substratoberfläche bilden hierbei ein Prozessvolumen, auf das dünne Filme aus einer wässrigen Prozesslösung 150 aufgebracht werden können.
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Durch intensive Bewegungsmuster kann eine gute Durchmischung der Prozesslösung 150 für einen Stoffaustausch einer chemischen Abscheidung ohne die Notwendigkeit einer Pumpvorlage mit Umwälzeinrichtung erreicht werden. In dem Prozess wird beispielsweise Cadmiumsulfid auf die Substratoberfläche abgeschieden.
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Die Bewegungseinrichtung 100 ist ausgebildet, um ebene Substrate 122 wie beispielsweise Solarzellen oder ähnliche Substrate zu beschichten. Eine Abscheidung der Substrate 122 aus Fluiden 150 kann mittels eines definierten lokalen Stoffaustauschs und einer über das gesamte Substrat 122 gleichen lokalen Geschwindigkeitsverteilung des Fluids 150 erfolgen.
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Bei herkömmlichen Vorrichtungen erfolgt eine Verteilung des Fluids 150 beispielsweise durch eine Kippbewegung um mindestens eine Achse. Hierbei können sich insbesondere bei großen Substraten 122 stark unterschiedliche lokale Geschwindigkeiten der in Bewegung versetzten Fluidschicht 150 ergeben.
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Die resultierenden Geschwindigkeiten sind ein Ergebnis der Stoffkenngrößen, insbesondere aus Füllstand, Bewegungsamplitude und Bewegungsfrequenz, die sich bei herkömmlichen Systemen nur bedingt kontrollieren und definiert einstellen lassen. Das Erzielen von Mindestgeschwindigkeiten ist zwar möglich, jedoch kann eine zulässige Fluidhöchstgeschwindigkeit nicht gleichzeitig, insbesondere nicht an jedem Ort, eingehalten werden. Insbesondere cadmiumsulfidfreie Prozesse, bei denen beispielsweise Zinksulfid (ZnS) oder Indiumsulfid (In2S3) in wässriger Lösung verwendet werden, erfordern jedoch zur Herstellung homogener Schichten eine enge und gleichmäßige lokale Geschwindigkeitsverteilung.
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Eine Verteilung erfolgt normalerweise mittels Taumelbewegungen, insbesondere um Achsen parallel zu einer Substratebene. Da die Kippbewegung, genauer eine phasenverschobene Kippbewegung beider Achsen, in einer kreisenden Bewegung resultiert, können identische Bedingungen nur bei runden Substraten 122 in Längs- und Querrichtung des Substrats 122 gewährleistet werden. Bei quadratischen Substraten 122 und insbesondere bei rechteckigen Substraten 122 mit einem Seitenverhältnis größer gleich √2 zu 1 gelingt es nur schwer, in Längs- und Querrichtung vergleichbare Bewegungsmuster zu verwenden, die fluiddynamisch ähnliche Bedingungen garantieren. Ecken und Randbereiche können sich hierbei als besonders kritisch erweisen.
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Im Gegensatz zu herkömmlichen Vorrichtungen können mittels der in 1 gezeigten Vorrichtung 100 jeweils oben liegende Flächenanteile des Substrats 122, insbesondere eines zu beheizenden Substrats 122, zuverlässig vor einem Abtrocknen geschützt werden, vor allem auch dann, wenn die Verteilbewegungen eine Amplitude aufweisen, die größer ist als eine verwendete Füllhöhe des Fluids 150.
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Dadurch, dass eine lokal stark schwankende Füllhöhe vermieden wird, kann eine erprobte Sensorik bestehend aus pH-Elektrode, Temperaturmessung auf einer Substratoberseite oder Trübungssensoren verwendet werden. Somit kann neben einem effizienten und störunanfälligen Monitoring im Prozess eine einfache Nachregelung der Prozesslösung 150 realisiert werden.
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Mittels der Vorrichtung 100 kann im Vergleich zu herkömmlichen Ansätzen ferner eine Beschichtungsgeschwindigkeit erhöht werden, indem Nebenzeiten, wie sie etwa zum Befüllen und Entleeren eines Beschichtungsbereiches oder einer Beschichtungskammer 135 erforderlich sind, reduziert werden. Ebenso kann Zeit beim Reinigen und Entleeren eingespart werden. Im Gegensatz dazu wird eine Flüssigkeit üblicherweise erst gleichmäßig durchmischt und verteilt, beispielsweise mithilfe einer Kippeinrichtung.
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Um eine schnellere Abscheidung und damit eine kürzere Gesamtreaktionszeit zu erreichen, findet die Reaktion unter möglichst homogenen Bedingungen statt, sodass beispielsweise ein zeitliches Mitteln von lokaler Füllhöhe, Konzentration oder Geschwindigkeit keine lokal herrschenden Ungleichmäßigkeiten durch nicht homogenes Schichtwachstum aufzeigt.
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Durch lokal gleiche Geschwindigkeiten wird auch eine gleichmäßige Sedimentation von Partikeln sichergestellt. Somit wird verhindert, dass Partikel zum einen undefiniert in Schwebe gehalten werden und zum anderen undefiniert sedimentieren.
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Die Vorrichtung 100 ermöglicht eine homogene Geschwindigkeitsverteilung über die gesamte Substratoberfläche. Ferner können mit der Vorrichtung 100 geringere Füllstände verwendet werden. Die Vorrichtung 100 ermöglicht zudem eine homogene Beschichtung von Substraten 122 mit einem Verhältnis von Länge zu Breite von größer gleich 1 zu √2. Da starke Kippbewegungen vermieden werden, wird ein Abtrocknen von Teilbereichen der Substratoberfläche verhindert. Durch die Verwendung kleiner Bewegungsumfänge kann auch ein Platzbedarf der Vorrichtung 100 verringert werden. Ein Kippen ist insbesondere zum Nivellieren der Flüssigkeitsoberfläche notwendig. Des Weiteren können die Reaktionszeiten verkürzt werden, da beispielsweise ein zeitliches Mitteln von Zeitdauer und Bewegungsform „nach links kippen“ gegenüber einer Gesamtprozessdauer entfällt. Auch ein Durchmischen auf der Substratoberfläche ist nicht mehr notwendig. Die Vorrichtung 100 ermöglicht zudem eine geregelte Zudosierung durch einen gleichbleibenden lokalen Fluidfüllstand. Es kann somit kontinuierlich Fluid 150 gezogen, regeneriert und wieder zugegeben werden. Auch die Sedimentation von Partikeln kann dadurch gezielt eingestellt werden. Beispielsweise ist die Vorrichtung 100 als Beschichtungseinrichtung zur Entwicklung cadmiumsulfidfreier Schichten realisiert.
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Eine Bewegungseinrichtung 100 zum homogenen Abscheiden dünnster Schichten aus einer Lösung 150 umfasst gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine aus zwei Spindeln und einem Kugelgelenk bestehende Nivelliereinrichtung 120, die in einem Maschinengestell befestigt ist. Die Nivelliereinrichtung 120 ermöglicht ein Verkippen um die Achse rx und ry. Somit kann das zu beschichtende Substrat 122 horizontal ausgerichtet werden und eventuell vorhandene Fertigungstoleranzen im Substrat 122 ausgeglichen werden.
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Auf der Nivelliereinrichtung 120 ist eine Vorrichtung in Form eines Kreuztischs 110 angeordnet. In Richtung der Achse X oder der Achse Y lassen sich insbesondere oszillierende Bewegungsmuster einleiten. Optional sind die Bewegungsmuster durch eine Sinus-, Rechteck- oder Sägezahnfunktion vorgegeben. Hierdurch kann eine Oberseite des Kreuztischs 110 Hin-und-her-Bewegungen in zwei zueinander nicht parallele Richtungen ausführen. In geeigneter Kombination sind auch kreisende Bewegungen darstellbar. Dabei sind sowohl eine Amplitude als auch eine Frequenz wählbar. Unterschiedliche Richtungen sind nach einem Phasenwinkel einstellbar.
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Auf dem Kreuztisch 110 ist eine Dreheinrichtung 115 angebracht. Die Dreheinrichtung 115 ist ausgebildet, um oszillierende Bewegungen um die Hochachse rz oder in Richtung der Hochachse Z, also beispielsweise senkrecht zur Substratoberfläche, zu ermöglichen. Diese dritte Bewegungsachse rz, Z kann mit den beiden in horizontaler Richtung eingeleiteten Bewegungsmustern gekoppelt oder davon unabhängig sein. Den Abschluss der Bewegungseinrichtung 100 bildet eine temperierbare Platte 125, auf der das Substrat 122 beispielsweise mechanisch oder mittels Vakuum fixiert ist.
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2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 200 zum Herstellen einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren 200 umfasst einen Schritt 205 des Bereitstellens der Aufnahmeplatte, der Translationseinheit und der Bewegungseinheit. Ferner umfasst das Verfahren 200 einen Schritt 210 des Koppelns der Aufnahmeplatte mit der Translationseinheit und der Bewegungseinheit, um eine alternierende translatorische Bewegung der Aufnahmeplatte entlang der ersten Achse und der zweiten Achse, eine alternierende rotatorische Bewegung der Aufnahmeplatte um die dritte Achse und/oder eine alternierende Hubbewegung der Aufnahmeplatte entlang der dritten Achse zu ermöglichen.
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3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 300 zum Betreiben einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren 300 umfasst einen Schritt 305 des Anordnens des Substrats auf der Aufnahmeplatte. In einem weiteren Schritt 310 erfolgt das Aufbringen des Fluids auf das Substrat. Schließlich umfasst das Verfahren 300 einen Schritt 315 des Versetzens der Aufnahmeplatte in eine alternierende translatorische Bewegung entlang der ersten Achse und der zweiten Achse, in eine alternierende rotatorische Bewegung um die dritte Achse und/oder in eine alternierende Hubbewegung entlang der dritten Achse, um das Fluid auf dem Substrat zu verteilen.
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Gemäß einem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird auf das Substrat 122 bzw. die Temperiereinheit 125 dichtend eine Haube 130 gesetzt. Hierbei bilden die Seitenwände der Haube 130 mit der Substratoberseite ein Prozessvolumen 135. In dieses Prozessvolumen 135 wird nun eine vorgemischte und gegebenenfalls temperierte Reaktionslösung 150 eingebracht. Das Einbringen kann dabei über einfache Leitungen 145, Düsen 140 oder sonstige Zuteileinrichtungen erfolgen.
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Eine lokale Durchmischung wird durch kleine Bewegungsamplituden, insbesondere aus dem Kreuztisch 110, realisiert. Durch Reaktion oder Sedimentation feinster Partikel wird nun das Substrat 122 bei konstanter Fluidfilmdicke gleichmäßig beschichtet.
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In die Beschichtungskammer 135 wird schließlich ein für den Prozess benötigtes Stoffgemisch zugegeben. Nach Beschichten des Substrats 122 wird die Reaktion durch Verdünnen oder Zugabe eines Stoffs verlangsamt oder beendet.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird mittels einer Bewegungseinrichtung 100 zum Beschichten von Substraten 122 eine Fluidmischung 150 zur Abscheidung in einem dünnen Film auf das Substrat 122 gegeben. Hierbei wird das Substrat 122 zunächst horizontal ausgerichtet und für eine gleichmäßige lokale Fluidgeschwindigkeit anschließend in einem Winkel kleiner gleich 30 Grad zur horizontalen Substratoberfläche in mindestens eine Richtung X, Y in Bewegungen versetzt.
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Die Bewegungseinrichtung 100 ist ferner ausgebildet, um das Substrat 122 zunächst horizontal auszurichten und anschließend um eine Achse rz, die gegen eine Lotrechte des Substrats 122 kleiner gleich 30 Grad geneigt ist, oszillierend in Bewegungen zu versetzen.
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Die Bewegungen in einem Winkel kleiner gleich 30 Grad zur horizontalen Substratoberfläche und die Bewegungen um die Achse rz können miteinander kombiniert werden.
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Hierbei kann das Substrat 122 mittels zweier Spindeln und eines Kugelgelenks nivelliert werden.
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Zur Korrektur von Unebenheiten in der Substratoberfläche bei gleichzeitig sehr dünnen Fluidfilmen kann im Prozess eine Nachnivellierung um beispielsweise kleiner 5 Grad durchgeführt werden.
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Beispielsweise ist eine Dicke des Substrats 122 im Vergleich zu einer Länge und Höhe des Substrats 122 kleiner 1 zu 10. Ein Länge-zu-Breite-Verhältnis ist beispielsweise größer gleich 1 zu √2.
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Hierbei ist die Bewegungseinrichtung 100 optional mit einer beheizbaren Grundplatte 105 oder einer temperierten Substrataufnahme realisiert sein.
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Die Bewegungseinrichtung 100 ist beispielsweise ausgebildet, um Cadmiumsulfidbeschichtungen, cadmiumsulfidfreie Beschichtungen oder Zinksulfidbeschichtungen durchzuführen.
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Eine Amplitude der Bewegungen liegt beispielsweise zwischen 0,1 cm und 10 cm. Eine Frequenz der Bewegungen liegt beispielsweise zwischen 0,01 Hz und 10000 Hz, insbesondere aber zwischen 0,1 Hz und 10 Hz.
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Optional ist die Bewegungseinrichtung 100 mit einer Abdeckhaube 130 realisiert, deren Wände und/oder deren Decke beheizbar ist, um Kondensation oder Wärmeverlust zu vermeiden.
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Zur Zudosierung oder als Reinigungseinrichtung kann die Bewegungseinrichtung 100 zusätzlich mit Düsen oder Düsenstöcken ausgestattet sein. Zum Reinigen kann die Bewegungseinrichtung 100 geflutet werden.
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Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden.
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Ferner können die hier vorgestellten Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.
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Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 1947484 A [0002]
- DE 102006007446 B3 [0003]
