TW201005115A - Arrangement for coating a substrate - Google Patents

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201005115 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明有關於-種如請求項1前言所述之用於基板鑛 ^ 膜的設備。 【先前技術】 在 US 4401052、DE10224908 Α1、EP 1357200 A1 等專 利中，已揭示以硫化鎘、硫化鋅鎘或以有機發光二極體 (Orgamc Light Emitting Diode，OLED)物質為鍍膜材料的 設備。在這些文獻中所揭示的材料是先以汽化器加以蒸 發，之後再鍍覆在基板上。 然而，以這種設備無法蒸發鹼金族或鹼土族金屬因 為這些金屬具有高反應性，並會與玻璃或水形成化合 物。在鹼金族和鹼土族金屬中，特別讓人感興趣的是鋰 金屬，因其可用來製造緩慢放電的電池和充電電池。 癱 現代化的鋰電池係於1991年被首次引入市場。在此電 池中’ Li離子在石墨陽極（LixC6)和層狀氧化物 (Lu-jMC)2)陰極之間進行交換，TM為過锻金屬，即鈷、 鎳、或偶爾可為錳。在平均電壓為3 8 V時，能量密度 接近於180 Whkg 1，此約為早期錯酸電池的5倍。 鋰電池領域最近的發展涉及使用奈米材料。此外，也 有人從事包含氧陰極和鋰陽極的鋰氧電池的研究。 Armand and J. -M Tarascon: Building Better Batteries,

Nature, Vol.451，7, Febr. 2008, pp.652-657) 〇 3 201005115 鋰電池也被製造成薄膜電池（wo 02/099910 A1，pl， lines 17-20)。薄膜電池是以濺鍍方式應用。在濺鍍時， 離子（例如，正磷酸鋰）被沉積在基板上。也可經由反應 性滅鍵來賤鍵形成LixPx〇Nz的電解質層。 以電漿輔‘助化學氣相沉積（plasma_Enhanced chemieal Vapor· Deposition，PECVD)的方式，將Si〇2和鋰薄膜鍍在 基板上的方法也為已知（US 6177142 Bl)。 使用電子束汽化器，將Li-Co-〇鍈鍍在基板上的方法 也為已知（JP 2003-234100)。 其匕已知在基板上製造鋰或鋰合金薄膜的設備為在真 空中，將在坩堝中的鋰進行汽化（jp 2〇〇2 2〇616〇)。 最後，薄膜形成設備（具有一可形成真空或降壓狀態的 薄膜形成腔室）中所使用之薄膜形成源為已知，且薄膜形 成材料經由昇華或汽化，而在基板丄形成薄膜（Ep 1584 705 A)。這種薄膜形成源更包含：位於薄膜形成腔室中 的排放口（朝向基板的薄膜形成表面）、位於薄膜形成腔 室外部的材料供應部份，且包含裝有形成薄膜材料的材 料谷器。薄膜形成源中也具有將排放口與材料供應部份 連結起來的排放通道，彼此之間具有緊密的氣體連接關 係。 【發明内容】 本發明所提供之基板鍍膜設備，致力於解決當鍍膜材 料為具有化學反應性的鹼金屬和鹼土金屬時所產生之問 201005115 題。 、個問題可依據包含申請專利範圍第1項所述之特徵 - 的設備加以解決。 ‘ 本發明可達成的特殊優點包含，可對汽化坩堝進行再 補充或更換’且不會產生危險。這對於欲）汽化高反應性 材料（例如，鋰）而言，特別重要，因這些材料不可被接 觸也不可暴露於一般的大氣、氧氣和水之中。 • 因而，本發明有關於一種經由蒸氣分配器而在基板上 進行鍍骐的設備。蒸氣分配器經由饋入系統與汽化坩堝 連結。在坩堝和饋入系統之間至少設有一閥門。位於腔 室中的汽化坩堝可利用氣體源和真空幫浦，經由真空閥 門進行抽空或充氣。 【實施方式】 第1圖為可用於一真空腔室的蒸氣饋入系統i。在圖 # 中，可明顯看出真空腔室的腔壁2。這種真空腔室的詳 細内容揭示在專利號DE 10224908 A1的第13圖中。 蒸氣饋入系統1包含垂直方向的汽化管3，其對面設 有欲進仃鍍膜之基板4。汽化管3具有數個線性垂直安 置的汽化器喷嘴，並與入口管5相連接，入口管5與汽 化s 3彼此成直角方式設置。汽化管3因此可做為蒸氣 分配器。位於坩堝容座8中的圓筒形汽化坩堝7，與汽 化管3平行且與入口管5垂直，若欲汽化的反應材料為 鋰，則所使用的坩堝7為不鏽鋼、鈦、或鉬。在汽化坩 5 201005115 ^之下為具有活塞Η)的汽虹9。在第ι囷中的汽化掛 禍7位於較低的位置，…可經由活塞⑺升高或降 低。活塞10的側面為真空間門11,_室12可經由真 空間門U進行抽空和充氣’在-實例中，係以保護性氣 體進行充氣。 然而’因為並非僅有堆瑪7會與反應材料接觸，所以 整個蒸氣饋入系統必須包含不會與此材料進行反應的相 對惰性材料。 在坩堝腔室12中具有一線性導引器31，用以穩定坩 場腔室12。在線性導引器31中，設有一與汽化掛塌7 相連接的導引元件32。藉由延著線性導弓丨器31移動導 m，汽化掛蜗7也隨之延著線性導引器31進行 移動（即’箭頭33和34的方向）。 % 經由分離闕門13的協助（在第1圖為緊閉的狀態）’掛 禍腔室12和掛瑪7可脫離入口管5。分離間Η η位於 圈25之上入口官5包含方向向下的連接配件14。 在第1 ®中也可看到加熱用料15。連接配件14可由 活塞17的一端16進行封閉。這個連接配件14更包含一 個半球狀部份19(a calotte-shaped part 19)，可以銜接汽 化掛禍7的上冑18。活塞17是連接到H，並透過 此汽缸甞移動此活塞17。透過汽缸35可為空氣作動 汽虹。 在坩堝腔室12之中，可發現被裝在活塞10上面的支 撐裝置36。一彎曲狀的熱耦44從真空密封功率 201005115 5〇(power feedthrough)開 、 續從纏繞於支擇配件3 6， 並終止於㈣7底部的刻痕5卜經由熱_44，可測量片 化掛禍7的底部溫度。熱輕44的螺旋狀彎曲，—端固= 於功率導引50上，另—端固定於支律配件％上以容 ::瑪7從一較低位置被抬升到-較高位置。如第2圖 螓 騫 =示。…與…可藉由活塞1〇，分別朝向箭 碩33和34的方向移動。 圖中也可見手套箱4〇的側壁6，手套箱利封 化掛祸7和汽化器腔室⑴藉由手套箱4〇，可在 填：性氣體存在下，進行汽化_ 7的更換或是材料的 之年峑在一實例中，保護性氣體可為氬氣。第1圖所示 乎套箱40僅為部份簡圏。 第二：更繪示了麼力f"8 ’適以測量汽化坩堝7的堡 制器到設定值時’即可經由一控 圖中未繪不）來開啟或關閉分離閥門13。 2第1圖中也可發現冷卻口 37(僅示出—部份卜這種 :可：Γ::應單元連接(在第1圖中未緣示)，冷卻方 這種：卻：t。如果需要，可以這種方式來冷卻外殼… 第夏圖中给 經由—元件（例如’一條橡皮管（未於 冷式，供^示)）而連接至供應單元。如果冷卻方法為水 、’’早元可為一般的水路連接。 第 2 in _ ㈣7由:示為與第1圖相同的裝置，然而其中的汽化 了頁端的部/ 1〇升起’特別的一點在於，汽化掛瑪7最 习18,可插入在連接配件14的最底端的部份 7 201005115 内因連接配件14最底端部份被設計成半球狀，汽 化掛瑪7最頂端的部份18於此會成為球狀。分離間門 1 3此時為開啟。 ㈣加熱系統20圍繞在汽化掛禍7的周圍。此㈣加 熱系統 20 是遠接$,丨_ , , i 例積分微分（pr0p0rti0nai IDerivative，PID)控制器21，pm控制器η與逮 度擷取器22連接。速度擷取器22具有一測量裝置23, 例如振篕晶片或是發射光譜儀。這種測量裝置Μ可操取 從汽化管3至基板4的材料蒸發速率。為了此目的在 汽化管3中裝置了一個特別的喷嘴24,可產生與基板4 之鑛膜速率成比例的速率訊號。基 干礼现泰乳氣流經由喷嘴24到 達測量元件23。經由這種方式’掛禍加熱系統20可成 為一鍵膜速率的方程式。在piD控制器21上也可設置一 標準值。PID控制器也可以使用其它的控制器取代。 PID控制器為一般基本型態的控制器，包含pD(比例微分） 控制器和1(積分）控制器的平行電路，其同時具有早期干 擾物質的偵測、快速校正和去除標準偏差等特性：但如 果控制的製程包含了失效時間（dead time)，就不可以使 用PID控制器（因為其具有D(微分）元件）。 々由汽化管3經由垂直線性裝置上的孔洞所發出來的蒸 氣’象徵性地以箭頭26表示。這些孔洞的設計方式為可 達成高蒸氣速度和均勻的鍍膜。在一實例中，孔洞的直 徑為1 mm至4 mm，且間距為5 mm至3〇 mm。為了補 償在基板4邊緣區域膜厚的減少，在此處所裝置的孔洞 8 201005115 或喷嘴口’彼此之間可以更靠近，例如，間距只有其它 孔洞-半的距離。除了圓錐型的孔洞 用 長的孔洞或其它型式的開… 也了使用延 第3圖表示了與第】圖相同的裝置，然而具有兩個分 離閥門13和27’兩者皆為緊閉。兩個分離閥門。和27 可在保護性氣體存在之下更易於更換汽化_ 7。上方 分離閥門13可將鍍膜腔室28與大氣壓力29分離，而下 方分離閥門27可將_室8(則呆護性氣體填充）與大氣 壓力29分離。分離閥門27位於墊圈25之上。 分離閥Η 27的外殼必須被設計成真空密封然而闕門 的閘門只需要防止漏氣。因為當以大氣將坩堝7充氣之 後’與周圍空氣之間就沒有壓差，因此閥門27的閘門不 需要吸收任何因真空所產生的力量。 圖中所表示之》飞化坩堝7位於較低位置。坩堝腔 室12經由真空閥門11進行抽真空或充氣，在一實例中， 、保護H氣體進行充氣。真空閥門η與氣體源和真空幫 浦的連接關係未於圖巾繪示。在—實财，氣體源和真 工幫浦可選擇性地與了形管及合適安裝的閥門連接以 軟性波浪狀管路導引至閥門u。 一為了坩堝腔室12中移除汽化坩堝了，腔室進行了充 氣°在手套箱4G中’可對汽化㈣7進行裝填或更換。 手套箱4G此時處於具有保護性氣體（例如，氬氣）的情況 下。 在第4圖的繪示中’汽化坩堝7經由軌遒30被帶到遠 201005115 離汽化腔室的位置。其進 汽化腔室12。在it個位U且 的方向移動 在坆個位置較易於 或裝填。上方分離閥門13此時為：：甜：7的更換 〜呀馮緊閉，所以汽仆狀— 持在真空狀態下。此時的真空未被破壞。 至維 可瞭解的是，㈣7的更換或裝填僅能於間門 啟的狀態下進行。汽化㈣7必需以手套箱40封圍二 並在其中填入保護性氣體。

如在第4圖中所示，汽化㈣7位於較低位置。掛禍 腔室12可獨立地經由真空閥門u進行抽空或充氣，不 會對真空歸造成影響。汽化_7與㈣腔室12被放 入手套箱40中。汽化坩堝7在此被移除並以新的汽化坩 禍更換’或疋進行汽化掛禍7的填充。 在以汽化材料填充掛禍7之後，分離閥門以進行密閉 且進行坩堝腔室12抽空。，之後，坩堝腔室12和汽化坩 堝7延著軌道30,朝著箭頭42的方向，移動回到後方 的位置。在分離閥門13和27之間的連接完成真空密閉， 並且坩堝腔室12進行柚空之後，分離閥門13和27即可 開啟。之後，汽化坩堝7以箭頭33的方向移動到上方位 置。 依據其它的具體實施例（未繪示），手套箱4〇可與鍍膜 裝置分離。在這種例子中，於保護性氣體存在的情況下， 坩堝7與墊圈25和一合適鎖定裝置（未繪示），被從坩堝 腔室12中移動至如第4圖所示之拉出的位置（即，從軌 道30昇起）’此時閥門27為緊閉。鎖定機制將坩堝7固 201005115 定在墊圈25或墊圈25的凸緣上。坩堝7以這種方式在 密閉狀態下，移動至旁邊的手套箱4〇。於是，坩堝7可 在閥門27密閉狀態下進行選擇性的清理或再填充。

前述製程適用於玻璃基板的鍍膜。然而也可利用其在 200 mm或300 mm直徑的矽晶圓之上進行鍍臈，其中基 板的牦架可裝上一或數片基板。第4圖中未繪示基板的 托架。對於所有擺放在托架上的基板，進行均勻鍍臈之 基板必要高度h，可經由汽化管3的長度進行調整。 此外，合成材料或軟性的金屬基板也可使用這個設 備，例如EP 1589130 A1專利中之第3圖所示的例子。 在這個已知的設備中，只有蒸氣分配器管路和蒸氣出口 喷嘴’且其需要水平設置並與薄板平行。 需要瞭解的是，除了擺放一個坩堝之外，也可擺放輿 個掛堝，並可以EP 1357200 A1所描述的方式進行連接 在此技術中具有通常知識者可瞭解，本發明可進行各 種變化、替換、使用與設置’以達成與這裡所述之具葡 實施方式實質相同的結果。所以，本發明並不限於所捐 供之具體實施例。本發明應包含申請專利範圍中之具有 相同範圍和精神之各種變化、改造、和直它裝 ’、 【圖式簡單說明】 ^ ° 且可進一步 本發明之具體實施方式以特徵方式描敘 以圖示方式詳細描述。在圖中所表示為. 第1圖為分離閥門緊閉時之蒸氣饋入系統 201005115 第2圖為依據第1圖所繪示之，具有PID控制器之蒸 氣饋入系統，此分離閥門為開啟； 第3圖為具有兩個分離閥門的蒸氣饋入系統； 第4圖為依據第3圖所繪示之蒸氣饋入系統，分離閥 門緊閉且汽化坩堝為側向移動。 【主要元件符號說明】

1 蒸氣館入系統 24 喷嘴 2 腔壁 25 墊圈 3 汽化管 26 箭頭 4 基板 27 分離閥門 5 入口管 28 鍍膜腔室 6 側壁 29 大氣壓力 7 汽化坩堝 30 軌道 8 坩堝室 31 線性導引 9 汽缸 32 導引元件 10 活塞 33 箭頭 11 真空閥門 34 箭頭 12 坩堝腔室 35 汽缸 13 分離閥門 36 支撐裝置 14 連接配件 37 冷卻口 15 外罩 38 氣壓計 16 端 39 箭頭 12 201005115 17 活塞 40 手套箱 18 部份 41 外殼 19 部份 42 箭頭 20 财禍加熱系統 44 熱耦 21 PID控制器 50 功率導引 22 速率擷取器 51 刻痕 23 測量裝置 ❹ φ 13

Claims (1)

1. 201005115 七、申請專利範圍： 1. 一種經由—蒸氣分配3! A ^ ^ 时 ^ 盗而在一基板上進行鍍膜的 設備，該療氣分配器經由_ λ 盗上由入口連接一汽化坩堝，其中 該掛瑪和該入口之間設有至少 Θ王夕一閥門，且該汽化坩堝位 於一腔室甲’該腔室可經， 、、i由一真空閥門加以抽空或充 腔室，以填充或更換 氣，此設備特徵在於提供一分離式 該汽化坩堝。 申請專利範圍第1項所述之設備，特徵在於該 蒸氣分配器為一線性蒸氣分配器。 f請專利範圍第1項所述之設備，特徵在於該 汽化掛禍可朝向該入口移動或遠離該入口。 +中請專利範圍第1項所述之設備，特徵在於位 於該汽化坩堝和該入口之間的該閥門，與該入口相關連。 申請專利範圍第1項所述之設備，特徵在於設 有-與該腔室相關連的第二閥門。 申明專利範圍第5項所述之設備，特徵在於該 第二閥門可與該汽化坩堝及該腔室一起移動。 201005115 7.如申請專利範圍第1項所、班 七a^ 所述之攻備，特徵在於具 有一測量裝置，適以測量汽化迷率，且該測量裝置與一 調節器連接’用以調控—加熱系統以加熱該汽化掛禍。 8·如申請專利範圍第i項所述之設備，特徵在於該 基板是位於該腔室内。 ❿ 中請專利範圍第1項所述之設備，特徵在於該 Η化掛禍是位於該腔室外。 1〇.如中請專利範圍第1項所述之設備，特徵在於該 蒸氣分配器包含至少—噴嘴’蒸氣可經由該喷嘴而蒸發 至一測量裝置上。 11·如申請專利範圍第1項所述之設備，特徵在於該 蒸氣饋入系統與該坩堝包含一不會與即將汽化之材料發 生化學反應的材料^ 12. 如申請專利範圍第6項所述之設備，特徵在於該 移動係延著一轨道進行。 13. 如申請專利範圍第1項所述之設備，特徵在於該 腔至為一手套箱。 15 201005115 14. 如申請專利範圍第7項所述之設備，特徵在於該 調節器為一 PID控制器。 15. 如申請專利範圍第2項所述之設備，特徵在於該 線性蒸氣分配器具有複數個開口，位於至少一線上，且 直徑約為1 mm至4 mm。 16. 如申請專利範圍第6項所述之設備，特徵在於該 坩堝可經由該分離式閥門來關閉，且該坩堝可由該軌道 上移除。 17.如申請專利範圍第15項所述之設備，特徵在於該 些開口為孔洞。 18·如申請專利範圍第15項所述之設備，特徵在於該 些開口為狹縫。 19·如申請專利範圍第Η項 巧所述之§又備，特徵在於位 於該蒸氣分配器邊緣處之該此 爽 < 通些開口的排列較緊密。 20.如申請專利範圍第〗項 其拓勹 斤述之s又備，特徵在於該 基板包、玻璃 '合成材料或金屬。 21. —種以申請專利範圍第五 20項中任〜項所述之 設 16 201005115 備來製造複數個具有鍍膜之基板的方法。 22. -種如中請專利範圍第21項所述之具有鑛膜之 基板的用途，其可用來製造鋰電池。

   认-種經由—蒸氣分配器而在一基板上進行鍛膜的 設備，其經由一入口連接一汽化坩堝，其中該坩堝和該 入口之間設有至少一_，且該汽化坩塌位於一腔室 :，其中該腔室可經由一真空閣門進行抽空或充氣該 儀特徵在於提供-第二閥門，其與該掛瑪腔室相關連。

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