专利名称：涂布设备和涂布方法
技术领域：
本发明涉及涂布设备，其包含至少一个用于接收基材的可抽真空的接收装置、至少一个可将至少一种气态前体导入接收装置中的气体供应装置以及至少一个具有可预先确定的纵向长度并利用至少一个所属的机械固定装置加以固定的可加热的活化元件。此夕卜，本发明还涉及相应的涂布方法。
背景技术：
前述类型的涂布设备根据现有技术用于利用热丝活化的化学气相沉积涂布基材。沉积的层例如可以包含碳、硅或锗。相应地，气态前体例如可以包含甲烷、单硅烷、单锗烷、氨或三甲基硅烷。K. Honda, K. Ohdaira 和 H. Matsumura 的 Jpn. J. App. Phys.，Vol. 47, No. 5 公开了 一种用于沉积硅的前述类型的涂布设备。为此，利用气体供应装置供应硅烷(SiH4)作为前体。根据现有技术，使前体在活化元件的加热的钨表面上分解及活化，从而可以在基材上沉积娃层或者包含娃的层。然而，所引用的现有技术的缺点在于，尤其是在活化元件的较冷的紧固位置上，活化元件的材料与前体发生非期望的反应。例如，使用硅烷化合物作为前体，会导致在活化元件上形成硅化物相。在反应期间产生的硅化物相通常导致活化元件的体积变化，与起始材料相比是脆的，机械可承受性低，并且通常具有改变的电阻。这导致，活化元件通常在运行几小时之后已经损坏。例如，活化元件可以在机械预应力下在接收装置中使用，并且在该机械预应力的影响下发生破裂。为了避免活化元件在机械预应力下发生破裂，现有技术建议用惰性气体冲洗紧固位置。虽然现有技术表明在有限的程度上延长了使用寿命，但是在实施比较长时间的涂布方法时或者依次连续地实施多次较短时间的涂布方法时这仍然是不足的。此外，所用的惰性气体影响该涂布方法。
发明内容
因此，本发明的目的在于，延长在用于热丝活化的化学气相沉积的涂布设备中的活化元件的使用寿命，而不会对该涂布方法产生负面影响。此外，本发明的目的还在于，提高过程稳定性和/或简化过程控制。该目的是通过根据权利要求I的涂布设备以及根据权利要求10的涂布方法实现的。根据本发明建议，以本身已知的方式将待涂布的基材引入可抽真空的接收装置中。接收装置例如可以由铝、特种钢、陶瓷和/或玻璃组成。接收装置以本身已知的方式例如通过由金属或聚合物制成的密封元件或者通过焊接连接和钎焊连接而基本上气密性地封闭。接收装置可以利用真空泵抽真空。通过气体供应装置将至少一种具有可预先确定的分压的气态前体引入接收装置中。前体例如可以包含甲烷或其他烃类、硅烷、锗烷、氨、三甲基硅烷、氧和/或氢。为了沉积层，加热至少一个设置在接收装置的内部空间中的活化元件。在本发明的一些实施方案中，可以通过电子轰击加热和/或电阻加热而对活化元件进行加热。活化元件主要包含耐火金属。其可以选自以下组中钥、铌、钨、钽或这些金属的合金。此外，活化元件可以包含其他的化学元素，其是不可避免的杂质或者作为合金成分使活化元件的特性适应于所期望的特性。活化元件可以采用线、板、管、圆柱体和/或其他更复杂的几何形状。在活化元件的表面上，气态前体的分子被至少部分地分解或激活。激活和/或分解可以通过活化元件的表面的催化特性加以促进。以此方式活化的分子到达基材的表面，并在此形成所期望的涂层。此外，气态前体的分子可以至少部分地与活化元件的材料反应。取决于活化元件的温度，激活和/或分解和/或与活化元件的材料的反应可以被抑制或者促进。 为了向活化元件供应电流，设置至少两个接触元件，利用其可以将活化元件连接至电流源或电压源。将在电流流过时储存的热能均匀地沿着纵向长度引入具有均匀的材料组成和恒定的横截面的活化元件中。由于接触元件具有提高的热导率和/或提高的散热性，与距接触元件的距离更大的区段相比，活化元件在接近接触元件的区段内可以具有更低的温度。在此情况下，在接近接触元件的区段内，活化元件的温度可以降低至使活化元件的材料与前体优选发生化学反应的程度。例如，包含钨的活化元件可以与包含硅的前体形成钨-硅化物相。为了解决该问题，根据本发明建议，利用可移动的固定装置移动活化元件经过位置固定的接触元件，从而使其在改变的接触位置上接触活化元件。通过相对移动，使得活化元件具有降低的温度的位置伴随着接触元件移动。由此，在涂布方法的整个过程中，活化元件不在相同的位置发生非期望的相变或者促进该相变。在本发明的一些实施方案中，还可以使首先发生的非期望的相变例如碳化物或硅化物的形成发生逆转，条件是随后将活化元件以非期望的方式发生转化的表面区域或部分区段加热至提高的温度。以此方式可以延长活化元件的使用寿命。根据本发明通过活化元件的移动形成改变的接触位置，活化元件的移动是通过固定装置的移动实现的，而接触元件相对于周围的接收装置保持不移动。在本说明书的意义上，接触元件即使在其由于热膨胀发生小幅长度改变或者包含可以补偿热膨胀的保持装置时仍然不移动。在本发明的一些实施方案中，与用于使前体活化的区域相比，在长度上变形的活化元件可以具有更长的长度。但是活化元件总是完全地设置在接收装置中，并且例如不容纳在储存器内。通过移动活化元件，加热活化元件的各个改变的部分区段。因为接触元件以位置固定的方式设置，所以设置在接触元件之间的经加热的部分区段保持不变。以此方式简化了动力消耗和/或活化元件温度的电动调节。活化元件相对于接触元件的移动是通过固定装置的平移和/或固定装置的旋转实现的。在后一情况下，活化元件可以形成为无末端的环或回线。在本发明的一些实施方案中，活化元件可以包含至少一根线材。在本发明的意义上，线材可以具有圆形、椭圆形或多边形的横截面。以此方式可以增大活化元件的表面积与体积的比例。在本发明的一些实施方案中，该活化元件可以经由至少一个滚筒引导或弄弯。滚筒可以是接触元件和/或固定装置的部件。下面应当依照实施例和附图更详细地阐述本发明，并不限制本发明的一般思想。
图I所示为根据本发明的涂布设备的基本结构。图2所示为以无末端的方式引导通过活性区的活化元件的俯视图。图3所示为根据本发明所建议的活化元件的实施例，其中移动是通过固定装置的平移实现的。图4所示为一个实施方案，其中引导可移动的活化元件经过多个位置固定的接触元件。
具体实施例方式图I所示为通过涂布设备I的截面图。涂布设备I包含例如由特种钢、铝、玻璃或这些材料的组合制成的接收装置10。接收装置10相对于周围环境基本上气密性地封闭。可以经过泵法兰103连接真空泵(未示出)。接收装置10例如可以抽真空至小于10°mbar、小于lCr2mbar或者小于ICT6Inbar的压力。在接收装置10内具有保持装置104，可以将基材30保持在其上。基材30例如可以由玻璃、硅、塑料、陶瓷、金属或合金组成。基材可以是半导体晶片、建筑玻璃或工具。其可以具有平坦或弯曲的表面。所述材料在此仅以示例性的方式加以描述。本发明并没有教导将特定基材的使用作为提供解决方案的原则。在涂布设备I运行时，在基材30上沉积涂层 105。通过选择气态前体影响涂层105的组成。在本发明的一个实施方案中，前体可以包含甲烷，从而使涂层105包含金刚石或类金刚石碳。在本发明的另一个实施方案中，前体可以包含单硅烷和/或单锗烷，从而使涂层包含结晶的或非晶的硅和/或锗。通过至少一个气体供应装置20将气态前体引入接收装置10的内部。气体供应装置20从储存容器21取得气态前体。可以通过控制阀22影响从储存容器21取得的前体的量。若涂层105由多种不同的前体构成，则储存容器21可以包含准备好的气体混合物，或者可以设置多个气体供应装置20，它们各自将构成前体的一种成分引入接收装置10中。通过控制阀22供应至气体供应装置20的前体的量通过控制装置101加以监控。控制装置101由测量装置100提供分压和绝对压力的实际值。为了使气态前体活化,提供活化元件40。活化元件40具有一个或多个催化活性的表面，例如以金属板或线的形式。活化元件40例如可以包含钨、钥、铌和/或钽。在活化元件运行时，在接收装置10内形成活性区50，在其中可以检测到前体的经分解和/或激活的成分。活化元件40被固定在至少一个固定装置44上。固定装置44将活化元件40引导至可预先确定的位置和/或施加可预先确定的机械应力。至少一个固定装置44可以电绝缘的方式构成，以对活化元件至少部分地施加可预先确定的电势。在与室温相比提高的温度下实现活化元件40的表面的活化。为了加热活化元件40，根据图I设置至少两个电接触元件43。至少一个接触元件43可以通过真空密封的绝缘套管108连接至电源107。在此情况下，通过电阻加热而对活化元件40进行加热。若活化元件由均匀的材料组成并且具有均匀的厚度，则沿着活化元件的纵向长度X引入的加热功率E是恒定的
手=常数。
dx由于固定装置44和/或接触元件43的热传导和/或热散逸，若加热功率在线材的长度上是基本上恒定的，则活化元件40的温度从几何中心向边缘降低。在此，在接触元件43附近可以出现活化元件40的材料与气态前体以加快的速度反应生成非期望的相的温度，例如碳化物和/或硅化物和/或锗化物。
为了使前体对活化元件的有害影响最小化，根据图I建议使用其几何尺寸大于活性区50的尺寸的活化元件40。活化元件40利用固定装置44以电绝缘的方式安装在接收装置10内。两个接触元件43例如经过滚筒、辊、滑动触头或类似元件与活化元件40接触。接触元件43基本上位置固定地安装在接收装置中。接触元件43的间距确定活化元件40通过电流加热的部分区段的长度。固定装置44是沿着传输方向49可移动的，其在一些实施方案中可以沿着活化元件40的纵向长度运行。固定装置44沿着传输方向49的移动可以是谐振的或非谐的，并且可以连续地或者间断式地进行。固定装置44的移动的作用是，在接触元件43在活化元件40上的接触位置附近产生较低温度的位置是局部可改变的。以此方式将前体对活化元件40的有害影响分散到活化元件的更大的表面区域或纵向区段，从而总体上延长了活化元件的使用寿命。此外，在本发明的一些实施方案中，通过对活化元件40的非期望的相实施恢复反应，使在存在前体的情况下于低温下损坏的区域在移走接触元件43时通过升高温度而再生。图2显示了活化元件40的另一个实施方案。在本发明的该实施方案中，通过例如包含钨、铌、钥或钽的线材41形成活化元件40的活性表面。横截面可以是多边形或者是圆形的，从而可以产生带状的视觉印象。根据图2的活化元件40包含三根线材41a、41b和41c。例如通过点焊使每根单独的线材的末端彼此连接，从而获得无末端的回线。每个无末端的回线经由两个滚筒46引导，它们形成接触元件43和保持元件44。两个属于线材41a、41b或41c的滚筒46处于不同的电势，从而使加热线材41的电流流过各个线材41。以此方式在线材41a、41b和41c与基材30的表面之间再次形成活性区50，在其中可以检测到用于沉积层的经分解和/或激活的分子。由于经过滚筒46导出热量，线材41的温度从活性区的中心向具有滚筒46的边缘区域降低。为了延缓或避免线材41的变脆或破裂，建议例如通过电动机或弹簧拉伸装置依次设置至少一个滚筒46。以此方式，使线材41循环地通过具有最少热量导出和最高温度的在活性区50的中心的区域以及具有最大热量导出和最低温度的在滚筒46处的区域。以此方式，在接近滚筒46的较冷的区域内形成的非期望的碳化物相、锗化物相或硅化物相可以在活性区50的中心再次减少。但是，至少线材41在其整个长度上进行均匀的反应，从而延长了其直至发生机械损坏的使用寿命。通过线材的均匀老化，其电学特性仅缓慢地改变，从而可以使对涂布过程的控制简单化。根据图3的实施方案显示了活化元件40，其包含处于三个不同的移动相位的线材41。在图3上部所示的第一位置，固定装置44位于由线200显示的中性位置。将提供活化元件40的活性表面的线材41在固定装置44之间拉紧。两个固定装置44的间距基本上是恒定的，但是在一些实施方案中该间距可以在小范围内改变以补偿热膨胀。在此情况下，例如通过至少一个弹簧整合确保线材41的恒定机械应力的装置。如连同图I已述，设置两个接触元件43，其基本上位置固定地设置在接收装置内。在所示的情况下，接触元件43包含以可旋转的方式固定在滚筒保持装置47上的滚筒46。在滚筒的圆周面上可以引入沟槽，以避免线材41从滚筒46掉下。通过电源107在两个接触元件46上施加电势差。电路通过线材41闭合，从而使活化元件40的加热的部分区段位于接触元件之间。
从图3的中间图可以看出，固定装置44可以沿着移动方向49从中性位置向左移动。由此使活化元件的加热的及因此活性的部分区段移动。然而，部分区段的总长度保持恒定，从而使得能够简单地控制温度或功率需求。以此方式，将前体对活化元件40的有害影响分散到活化元件的更大的表面区域或纵向区段，从而总体上延长了活化元件的使用寿命。此外，在本发明的一些实施方案中，通过对活化元件40的非期望的相实施恢复反应，使在存在前体的情况下于低温下损坏的区域在移走接触元件43时通过升高温度而再生。从图3的下部图可以看出，在达到末端位置时，移动方向可以逆转，从而使固定装置44向右移动。由此又使活化元件的加热的及因此活性的部分区段移动。然而，部分区段的总长度及其相对于接收装置的相对位置保持恒定。在达到图中所示的末端位置之后，移动方向可以再次改变，从而循环地经过图3中所示的位置。在此，可以连续地或非连接地移动。根据图4的实施方案显示了活化元件40，其包含处于三个不同的移动相位的线材41。在图4a所示的第一位置，固定装置44位于中性位置。将提供活化元件40的活性表面的线材41在固定装置44之间拉紧。两个固定装置44的间距基本上是恒定的，如连同图3所述。活化元件40经过四个接触元件43或两对接触元件引导，它们基本上位置固定地设置在接收装置内。在所示的情况下，接触元件43包含以可旋转的方式安装的滚筒46。在滚筒的圆周面上可以引入沟槽，以避免线材41从滚筒46掉下。通过未示出的电源分别在两个接触元件43上施加电势差，从而在两个接触元件43之间的每个部分区段中提供可预先确定的电功率。电路通过线材41闭合，从而使活化元件40的加热的部分区段位于接触元件之间。在各个最外侧的接触元件43与固定装置44之间存在未加热的部分区段。从图4b可以看出，固定装置44可以沿着移动方向49从中性位置向左移动。由此使活化元件的加热的及因此活性的部分区段移动。然而，部分区段的总长度保持恒定，从而使得能够简单地控制温度或功率需求。同样地使得在接收装置中部分区段的位置及因此活性区50的位置保持恒定。仍然将前体对活化元件40的有害影响分散到活化元件的更大的表面区域或纵向区段，从而总体上延长了活化元件的使用寿命。此外，在本发明的一些实施方案中，通过对活化元件40的非期望的相实施恢复反应，使在存在前体的情况下于低温下损坏的区域在移走接触元件43时通过升高温度而再生。从图4c可以看出，在达到末端位置时，移动方向可以逆转，从而使固定装置44向右移动。由此又使活化元件的加热的及因此活性的部分区段移动。然而，部分区段的总长度及其相对于接收装置的相对位置保持恒定。在达到图中所示的末端位置之后，移动方向可以再次改变，从而循环地经过图4a至4c中所示的位置。在此，可以连续地或非连接地移动。在一些实施方案中，活化元件的全部长度应当设置在接收装置内，并以基本上拉直的方式运行。由此可以将全部可供使用的长度循环地用于使气相活化，而不必将线材41缠绕在储存器中或者从储存器解下。由此可以提高该设备的可靠性。不言自明地，还可以组合在图I至4中所示的特征，从而以此方式获得根据本发明的活化元件或所建议的涂布设备的其他实施方案。因此，以上描述不应看作是限制，而是作为示例。下面的权利要求书应当理解为，所述特征存在于本发明的至少一个实施方案中。这 并不排除其他特征的存在。若权利要求定义“第一”和“第二”特征，则这些标记用于区分两个同类特征，而不赋予它们任何优先级。
权利要求
1.涂布设备(I)，其包含至少ー个用于接收基材(30)的可抽真空的接收装置(10)、至少ー个用于将至少ー种气态前体导入接收装置(10)中的气体供应装置(20，21，22)以及至少ー个具有可预先确定的纵向长度并利用至少ー个所属的机械固定装置(44)加以固定的可加热的活化元件(40)，其特征在于，经由至少两个接触元件(43)向活化元件(40)供应电流，其中以相对于接收装置(10)几乎不移动的方式固定接触元件(43)，及以相对于接收装置可移动的方式设置活化元件(40)。
2.根据权利要求I的涂布设备(I)，其特征在于，活化元件的纵向长度完全设置在接收装置中。
3.根据权利要求I或2的涂布设备(I)，其特征在干，活化元件(40)包含至少ー根线材(41)。
4.根据权利要求I至3之ー的涂布设备(I)，其特征在于，接触元件(43)包含至少ー个用于与活化元件(40)接触的滚筒(46)。
5.根据权利要求3或4的涂布设备(1)，其特征在于，线材(41)被引导多次通过活性区(50)。
6.根据权利要求I至5之ー的涂布设备(I)，其特征在干，多个接触元件(43)沿着活化元件(40)的纵向长度排列，它们均施加有可预先确定的电势差。
7.根据权利要求I至6之ー的涂布设备(I)，其特征在于，机械固定装置(44)是电绝缘的。
8.根据权利要求I至7之ー的涂布设备(I)，其特征在于，活化元件(40)是通过机械固定装置(44)的平移移动而相对于接收装置进行移动。
9.根据权利要求I至7之ー的涂布设备(I)，其特征在于，活化元件(40)是通过机械固定装置(44)的转动而在接收装置内进行移动。
10.用于制造基材(30)的涂层(105)的方法，其中将基材引入可抽真空的接收装置(10)中，通过至少ー个气体供应装置(20，21，22)将至少一种气态前体引入接收装置(10)中，并利用至少ー个电加热的活化元件(40)加以活化，其中利用至少两个接触元件(43)向活化元件(40)供应电流，其特征在于，将至少ー个接触元件(43)几乎位置固定地设置在接收装置中，并且活化元件(40)相对于接收装置移动。
11.根据权利要求10的方法，其特征在于，所述移动以振荡的方式进行。
12.根据权利要求10或11的方法，其中活化元件(40)通过机械固定装置(44)的转动而在接收装置中移动。
13.根据权利要求10至12之一的方法，其中活化元件(40)通过机械固定装置(44)的平移移动而相对于接收装置移动。
14.根据权利要求10至13之一的方法，其中活化元件(40)包含至少ー根线材(41)。
15.根据权利要求14的方法，其中线材(41)多次通过活性区(50)。
16.根据权利要求10至15之一的方法，其中多个接触元件(43)沿着活化元件(40)的纵向长度与其接触，并且每个接触元件(43)均施加有可预先确定的电势差。
全文摘要
本发明涉及涂布设备，其包含至少一个用于接收基材的可抽真空的接收装置、至少一个可将至少一种气态前体导入接收装置中的气体供应装置以及至少一个具有可预先确定的纵向长度并利用至少一个所属的机械固定装置加以固定的可加热的活化元件，其中经由至少两个接触元件向活化元件供应电流，其中以相对于接收装置几乎不移动的方式固定接触元件，及以相对于接收装置可移动的方式设置活化元件。此外，本发明还涉及相应的涂布方法。
文档编号C23C16/46GK102803557SQ201080024724
公开日2012年11月28日 申请日期2010年5月17日 优先权日2009年6月2日
发明者T·哈里希, M·赫费尔, A·劳卡特, L·舍费尔, M·阿尔姆加特 申请人:费劳恩霍夫应用研究促进协会