Способ и устройство для контроля процесса покрытия методом осаждения

Номер патента: 23563

Опубликовано: 30.06.2016

Авторы: Раяла Маркку, Тикканен Юха

Скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Способ контроля процесса покрытия методом осаждения из паровой фазы, при котором осуществляют мониторинг концентрации ультратонких частиц, включающий зарядку частиц и измерение электрического тока, возникающего вследствие движения заряженных частиц, и на основе этого мониторинга регулируют в режиме реального времени по меньшей мере один из параметров процесса, влияющих на образование частиц.

2. Способ по п.1, в котором измерение электрического тока включает измерение электрического тока, возникающего вследствие движения заряженных частиц, без захвата этих заряженных частиц.

3. Способ по п.1 или 2, включающий измерение концентрации ультратонких частиц путем отбора измеряемого потока частиц, смешивания этого измеряемого потока, по существу, с чистым заряженным газом и измерения тока, возникающего вследствие движения частиц.

4. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором процесс покрытия является процессом химического осаждения из паровой фазы (CVD).

5. Способ по п.4, в котором процесс покрытия является процессом химического осаждения из паровой фазы в открытой атмосфере с участием аэрозоля.

6. Способ по любому из пп.1-3, в котором процесс покрытия является процессом послойного атомного осаждения (ALD).

7. Способ по любому из предшествующих пунктов, включающий регулировку концентрации смеси прекурсора на основе сигнала мониторинга частиц.

8. Способ по любому из предшествующих пунктов, включающий регулировку, по меньшей мере, температуры одного из прекурсоров на основе измеренной концентрации частиц.

9. Способ по п.6, включающий мониторинг концентрации ультратонких частиц в процессе по меньшей мере одного цикла прекурсора.

10. Способ по любому из пп.6-9, включающий мониторинг концентрации ультратонких частиц в процессе цикла продувки.

11. Способ по любому из пп.6-10, в котором регулировка продолжительности цикла продувки основана на измеренной концентрации частиц.

12. Способ по любому из предшествующих пунктов, включающий регулировку температуры по меньшей мере части поверхности реакционной камеры на основе измеренной концентрации частиц.

13. Способ по любому из предшествующих пунктов, используемый для получения покрытий на стекле, по существу, не имеющих дымчатости.

14. Способ по любому из предшествующих пунктов, используемый для получения дымчатых прозрачных покрытий на основе оксидов на стекле.

15. Устройство для контроля процесса покрытия методом осаждения из паровой фазы, содержащее средство (13) для мониторинга концентрации ультратонких частиц, включающее средства для зарядки частиц и измерения электрического тока, возникающего вследствие движения заряженных частиц, и средство (14) для регулировки в режиме реального времени по меньшей мере одного из параметров процесса на основе этого мониторинга.

16. Устройство по п.15, в котором средство для мониторинга концентрации ультратонких частиц выполнено с возможностью измерения электрического тока, возникающего вследствие движения заряженных частиц, без захвата этих частиц.

17. Устройство по п.15 или 16, включающее средство для измерения концентрации частиц путем отбора измеряемого потока, смешивания этого измеряемого потока, по существу, с чистым заряженным газом и измерения тока, возникающего вследствие движения частиц.

Текст

Смотреть все

СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПРОЦЕССА ПОКРЫТИЯ МЕТОДОМ ОСАЖДЕНИЯ Изобретение относится к способу и устройству для контроля процесса покрытия методом осаждения, при котором по меньшей мере на одном из этапов процесса покрытия методом осаждения по меньшей мере один из прекурсоров покрытия или продуктов реакции содержит газ,пар или аэрозоль. Способ включает в себя мониторинг ультратонких частиц и регулировку по меньшей мере одного из параметров процесса на основе этого мониторинга. Устройство содержит средство (13) для мониторинга ультратонких частиц и средство (14) для регулировки по меньшей мере одного из параметров процесса на основе этого мониторинга. Область техники Настоящее изобретение относится к способу контроля процесса покрытия различных подложек(субстратов). Способ в соответствии с настоящим изобретением основан на мониторинге ультратонких частиц и регулировке одного или нескольких параметров процесса на основе этого мониторинга. Изобретение также относится к устройству для контроля процесса покрытия различных подложек методом осаждения. Предшествующий уровень техники Существует множество способов получения различных покрытий на различных подложках. В большой группе процессов покрытия по меньшей мере часть материала, подлежащего осаждению, или его прекурсоров на некотором этапе процесса находятся в газовой, паровой или аэрозольной фазе, причем под аэрозолем подразумевается смесь газа и частиц, содержащая твердую или жидкую фазу или их смесь. Метод химического осаждения из паровой фазы (CVD - от англ. Chemical Vapor Deposition) часто применяют для получения покрытий на различных подложках, таких как металл, керамика или стекло. ВCVD процессе соединения (прекурсоры) испаряются в реакторе, который равномерно распыляет полученную газовую смесь над подложкой. Реакция в газовой фазе осуществляется вблизи от горячей поверхности. В реактор могут быть поданы как газы, так и жидкости. Существуют различные варианты метода CVD, включая, например, усиленный плазмой CVD (PECVD - от англ. Plasma Enhanced Chemical(CCVD -от англ. Combustion CVD) и модифицированный CVD (MCVD - от англ. Modified CVD). CVD процесс можно осуществлять как при атмосферном давлении, так и в вакууме. В процессах изготовления стекла обычно применяют CVD процесс при атмосферном давлении (APCVD - от англ. Atmospheric Pressure CVD). В производстве листового стекла возможно применение CVD процесса либо в неавтономных системах, например на флоат-линиях, или в автономных системах, либо в отдельных системах нанесения покрытий или в системах, интегрированных в линии обработки стекла, например на линиях закалки стекла. Покрытия, получаемые методом CVD, включают в себя, но без ограничения, покрытия, отражающие инфракрасное излучение, для низкоэмиссионного (low-e) и солнцезащитного остекления, противоотражающие покрытия, самоочищающиеся и гидрофильные покрытия, прозрачные проводящие покрытия на основе оксидов для фотогальванического стекла. Послойное атомное осаждение (ALD - от англ. Atomic Layer Deposition) является методом осаждения тонкой пленки, основанным на последовательном применении газофазного химического процесса. В большинстве ALD реакций применяют два вещества, обычно называемые прекурсорами. Эти прекурсоры вступают в реакцию с поверхностью поочередно, последовательно. Вследствие многократного воздействия прекурсоров на поверхность роста осуществляется осаждение тонкой пленки. В процессе пиролиза пульверизованного слоя прекурсоры распыляют каплями и направляют на поверхность стекла, подлежащего покрытию, для получения покрытия. Распылитель обычно производит туман, т.е. капли, средний размер которых составляет приблизительно 100 мкм. Недостатком покрытия методом пиролиза пульверизованного слоя является низкая скорость роста покрытия, вследствие того,что капли жидкости, принесенные к поверхности стекла, образуют на этой поверхности жидкую пленку. Пиролизация и испарение жидкой пленки осуществляются медленно. Низкая скорость роста ограничивает применение этого способа покрытия во многих областях. Согласно методу nAERO, разработанному Beneq Oy, Финляндия, прекурсоры покрытия распыляют в камеру осаждения в виде капель жидкости, типичный средний диаметр которых (на основе численной концентрации) составляет менее 10 мкм и предпочтительно менее 3 мкм, и, таким образом, получают аэрозоль (смесь жидких частиц и газа). Капли направляют к поверхности стеклянной подложки, подлежащей покрытию. Стеклянную подложку вводят в процесс покрытия при такой температуре, что тепловая энергия стеклянной подложки способна испарять капли, по существу, вблизи поверхности стеклянной подложки до вхождения капель в контакт с поверхностью. Таким образом, подачу прекурсора осуществляют как в процессе пиролиза пульверизованного слоя, а рост покрытия осуществляется как вCVD процессе. Преимущество процесса nAERO состоит в том, что он сочетает преимущества процессов пиролиза пульверизованного слоя и CVD, таким образом, позволяя получить улучшенный процесс покрытия. Метод nAERO можно применять как неавтономно, так и автономно. Физическое осаждение из паровой фазы (PVD - от англ. Physical vapor deposition) является общим термином, применяемым для обозначения любого из многочисленных методов осаждения тонких пленок путем конденсации испаренной фазы материала на различные поверхности. Способ покрытия включает в себя только физические процессы, такие как высокотемпературное вакуумное испарение или бомбардировка плазмой, и не включает в себя химической реакции на поверхности, подлежащей покрытию, как при химическом осаждении из паровой фазы. Импульсное лазерное осаждение (PLD - от англ. Pulsed Laser Deposition) является методом PVD,при котором луч мощного импульсного лазера фокусируют в вакуумной камере, таким образом, что он ударяет по материалу-мишени, подлежащему осаждению. Этот материал испаряется с мишени в плазменном факеле, который осаждает его на подложку в виде тонкой пленки. Этот процесс может быть осуществлен в сверхвысоком вакууме или в присутствии фонового газа, например кислорода, который обычно применяют при осаждении оксидов для полного окисления осажденных пленок. Термическое напыление может обеспечить получение толстых покрытий (толщина в диапазоне приблизительно от 20 мкм до нескольких мм, в зависимости от процесса и исходного материала) на большой площади при высокой скорости осаждения. Материалы покрытия, пригодные для термического напыления, включают в себя металлы, сплавы, керамику, пластики и композиционные материалы. Их подают в виде порошка или проволоки, нагревают до расплавленного или полурасплавленного состояния и разгоняют по направлению к подложкам в виде частиц микрометровых размеров. В качестве источника энергии для термического напыления обычно применяют сгорание или электродуговой разряд. Полученные покрытия изготовлены путем аккумуляции многочисленных распыленных частиц. Поверхность можно не подвергать значительному нагреву, что позволяет наносить покрытие на горючие материалы. Вообще говоря, скорость и эффективность различных процессов покрытия зависят от нескольких факторов, таких как тепло- и массообмен в зоне покрытия. Реакции в процессах типа CVD часто являются сложными, и процесс очень трудно отслеживать и контролировать путем управления с обратной связью. Таким образом, моделирование, в особенности на основе вычислительной динамики жидкости и газа, часто используется для симуляции потоковых, тепловых и кинетических явлений. Параметры осаждения, полученные на основе такой имитации и экспериментов, затем приводят к соответствующим и надежным значениям. Обычно применение прекурсора в CVD процессе малоэффективно. Одной из причин низкой эффективности является то, что в CVD процессе обычно не допускаются газофазные реакции. В результате газофазных реакций в CVD процессе образуются ультратонкие частицы, которые могут осаждаться на покрытие, ухудшая его качество. Поскольку покрытия стекла являются узко специфицированными, например, как в стандарте ASTM 1376-03, осажденные частицы могут вызывать производственные потери. Частицы вызывают рассеяние света, часто называемое дымчатостью. Хотя обычно дымчатость покрытия нежелательное явление, для некоторых видов фотогальванического стекла она желательна. Таким образом, контроль дымчатости покрытий для стекла является одним из основных параметров для стеклянных изделий с покрытием, полученным методом CVD. В ALD процессе обычно не допускается образование частиц. Последовательный процесс обычно включает в себя этап продувки между циклами разных прекурсоров для предотвращения нежелательного образования частиц. С увеличением размера ALD реактора очень важно получить возможность уменьшения продолжительности циклов, включая цикл продувки. В PVD процессах предпочтительно иметь возможность отслеживать образование частиц, в особенности ультратонких частиц, в ходе процесса, чтобы получать данные о показателях процесса. В настоящее время не существует способа прямого контроля для контроля процессов покрытия, в которых прекурсор или продукт реакции на некотором этапе процесса находится в газовой, паровой или аэрозольной фазе, путем применения данных измерения частиц, рожденных в процессе покрытия. Таким образом, существует потребность в таком способе прямого контроля. Сущность изобретения Задачей настоящего изобретения является обеспечение способа, устраняющего недостатки предшествующего уровня техники. Способ контроля процесса покрытия методом осаждения согласно изобретению можно применять в таких процессах покрытия, где по меньшей мере на одном из этапов процесса покрытия методом осаждения по меньшей мере один из прекурсоров покрытия содержит газ, пар или аэрозоль. Способ включает в себя мониторинг ультратонких частиц и регулировку по меньшей мере одного из параметров процесса на основе этого мониторинга. Процесс покрытия методом осаждения может являться, например, процессом химического осаждения из паровой фазы (CVD), процессом nAERO, процессом осаждения путем сжигания прекурсоров в открытой атмосфере или процессом послойного атомного осаждения (ALD). В процессах осаждения CVD, nAERO или путем сжигания прекурсоров в открытой атмосфере результаты мониторинга частиц можно применять для регулировки, например, концентрации смеси прекурсора, температуры по меньшей мере одного из прекурсоров или расхода по меньшей мере одного из прекурсоров или дополнительного материала, такого как дополнительный газ или пар. В ALD процессе результаты мониторинга частиц можно применять, например, для регулировки расхода материалов, температур, давления и длительности импульсов (например, продолжительности цикла продувки). Результаты мониторинга частиц в различных процессах покрытия можно применять для регулировки температуры по меньшей мере части реакционной камеры. Способ в соответствии с изобретением может быть применен, например, в производстве, по существу, не имеющих дымчатости или дымчатых прозрачных проводящих покрытий на основе оксидов на стекле. Такие покрытия требуются, например, в производстве фотоэлектрических модулей или энергосберегающего остекления. Изобретение также относится к устройству для контроля процесса покрытия методом осаждения,-2 023563 содержащему средство (13) для мониторинга ультратонких частиц и средство (14) для регулировки по меньшей мере одного из параметров процесса на основе этого мониторинга. Способ в соответствии с изобретением основан на измерении, по меньшей мере, ультратонких частиц предпочтительно на выходе из камеры осаждения покрытия и применении по меньшей мере одного сигнала от измерительного устройства для регулировки по меньшей мере одного из параметров процесса покрытия. Другой задачей настоящего изобретения является обеспечение способа контроля CVD процесса. Способ в соответствии с изобретением основан на измерении, по меньшей мере, ультратонких частиц предпочтительно на выходе из камеры осаждения CVD и применении по меньшей мере одного сигнала измерения для регулировки по меньшей мере одного из параметров CVD процесса. Ещ одной задачей настоящего изобретения является обеспечение способа контроля ALD процесса. Способ в соответствии с изобретением основан на измерении, по меньшей мере, ультратонких частиц предпочтительно на выходе из камеры осаждения ALD, предпочтительно в процессе циклов осаждения по меньшей мере одного из прекурсоров или в процессе цикла продувки и применении по меньшей мере одного сигнала измерения для регулировки по меньшей мере одного из параметров ALD процесса. Ещ одной задачей настоящего изобретения является обеспечение способа контроля процесса осаждения методом пиролиза пульверизованного слоя (SP - от англ. Spray Pyrolysis). Способ в соответствии с изобретением основан на измерении, по меньшей мере, ультратонких частиц предпочтительно на выходе из камеры осаждения SP и применении по меньшей мере одного сигнала измерения для регулировки по меньшей мере одного из параметров SP процесса. Ещ одной задачей настоящего изобретения является обеспечение способа контроля процессаnAERO. Способ в соответствии с изобретением основан на измерении, по меньшей мере, ультратонких частиц предпочтительно на выходе из камеры осаждения nAERO и применении по меньшей мере одного сигнала измерения для регулировки по меньшей мере одного из параметров процесса nAERO. Ещ одной задачей настоящего изобретения является обеспечение способа контроля PVD процесса. Способ в соответствии с изобретением основан на измерении, по меньшей мере, ультратонких частиц предпочтительно на выходе из камеры осаждения PVD и применении по меньшей мере одного сигнала измерения для регулировки по меньшей мере одного из параметров PVD процесса. Ещ одной задачей настоящего изобретения является обеспечение способа контроля процесса термического напыления (TS - от англ. Thermal Spraying). Способ в соответствии с изобретением основан на измерении, по меньшей мере, ультратонких частиц предпочтительно на выходе из камеры осаждения TS и применении по меньшей мере одного сигнала измерения для регулировки по меньшей мере одного из параметров TS процесса. Под ультратонкими частицами подразумеваются частицы, средний диаметр которых составляет менее 100 нм. Такие частицы образуются, например, при изготовлении покрытий на основе оксида олова из монобутилтрихлорида олова (n-C4H9SnCl3, МВТС - от англ. monobutyltintrichloride), в особенности, если температура газа превышает 500 С. Помимо ультратонких частиц, обычно называемых частицами "нуклеационной моды", в CVD процессе могут существовать частицы большего размера, называемые частицами "аккумуляционной моды". Ультратонкие частицы невозможно отслеживать или измерять при помощи обычных оптических инструментов. Применение измерительного устройства для ультратонких частиц для контроля процесса требует, по существу, непрерывной работы измерительного устройства и измерения ультратонких частиц в режиме реального времени. Примером такого измерительного устройства является электрический импактор низкого давления ELPI производства, например, компании Dekati Oy, Финляндия. В ELPI широко известный импакторный метод сочетается с зарядкой частиц и электрическим детектированием. Это позволяет получить надежный инструмент для точного измерения в режиме реального времени распределения частиц по размерам в широком диапазоне размеров и концентраций. ELPI также можно применять для измерения распределения частиц по зарядам в режиме реального времени и для осуществления гравиметрических импакторных измерений. Однако ELPI является сложным измерительным оборудованием, требующим частой очистки и технического обслуживания. Предпочтительный способ мониторинга концентрации частиц на выходе из устройства осаждения покрытий использует эффективное смешивание содержащего частицы и заряженного чистого газа в эжекторе. Основной поток эжектора состоит, по существу, из чистого ионизированного газового потока."По существу чистый" означает, что концентрация частиц в ионизированном газе настолько мала, что не оказывает отрицательного влияния на процесс мониторинга. Скорость чистого воздуха предпочтительно является звуковой или близка к звуковой, но можно применять и более низкие скорости. Основной поток вызывает всасывание в канал бокового потока и, таким образом, измеряемый поток (образец для анализа) из содержащего частицы газа всасывается в мониторинговое устройство. Ионизированный чистый газ образует основной поток, а измеряемый поток образует боковой поток. Предпочтительно основной поток должен быть как можно слабее. Эффективное смешивание позволяет конструировать маленькие измери-3 023563 тельные устройства с коротким временем отклика, которое является большим преимуществом для контроля процесса покрытия. Эжектор эффективен для смешивания основного и бокового потоков, в особенности при закрученном основном потоке. В эжекторе подачу основного и бокового потоков предпочтительно осуществляют рядом друг с другом, что значительно улучшает однородность и скорость смешивания. Для эффективного измерения предпочтительным может являться переключение или модулирование среднего потока, и,таким образом, измерение в режиме переменного, а не постоянного тока. Ионы, не прикрепленные к частицам, должны быть удалены после смешивания. Ионы удаляют при помощи ионной ловушки; механизм удаления может быть электрическим, магнитным или диффузионным, возможно также сочетание этих механизмов. Частицы нуклеационной моды также могут быть захвачены ионной ловушкой, если напряжение ловушки повышено до соответствующего значения, причем абсолютное напряжение зависит, например, от геометрии ионной ловушки, скорости газового потока и т.д. Размер захваченных частиц может быть дополнительно увеличен путем повышения напряжения ловушки. Таким образом, это позволяет осуществить захват при помощи, например, трех разных уровней напряжения, что обеспечивает показания распределения по размеру частиц аккумуляционной моды, которые предпочтительно могут быть использованы для оценки, например, массовой или численной концентрации. Измерение электрического тока, соответствующего разным уровням напряжения ионной ловушки, позволяет оценить разные параметры нуклеационной моды и аккумуляционной моды, такие как концентрацию и средний размер частиц. Напряжение ионной ловушки можно переключать или модулировать по меньшей мере между двумя разными уровнями напряжения. В особенности при мониторинге потоков горячих газов, таких как отходящие газы CVD процесса,концентрация частиц в измерительном устройстве может меняться по мере того, как охлаждающий газ генерирует частицы нуклеационной моды. Как указано выше, ионную ловушку можно регулировать до достаточно высокого уровня напряжения для захвата этих частиц нуклеационной моды, и, таким образом, частицы, образованные в самом измерительном устройстве, не оказывают отрицательного влияния на результат измерения. Предпочтительным для ионизации чистого газа является применение коронного разрядника. Предпочтительно чистый газ подают с высокой скоростью вблизи коронного разрядника, так что коронирующая игла или ее эквивалент защищены потоком чистого газа. Высокоскоростной газовый поток также повышает ионизацию и снижает потери ионов на стенки устройства и т.п. Ионизацию чистого газа можно также осуществлять при помощи искрового разряда, тепловой эмиссии, поверхностного заряда или ионизирующего излучения. Мониторинг электрического заряда, несомого частицами, осуществляют путем измерения электрического тока, возникающего вследствие движения частиц. Этот способ измерения тока известен из предшествующего уровня техники, и в сочетании с настоящим изобретением он обеспечивает преимущество, устраняя необходимость захвата заряженных частиц. Сигнал от измерительного устройства, полученный от измерения частиц, применяют в процессе покрытия для контроля одного или нескольких параметров процесса. Эти параметры включают в себя расход прекурсоров, расход дополнительного газа, температуры прекурсора и газа, давление на выходе и т.п. Краткое описание графических материалов Ниже настоящее изобретение будет описано подробно со ссылками на прилагаемые чертежи. На фиг. 1 представлен один из вариантов осуществления настоящего изобретения, объясняющий способ в соответствии с настоящим изобретением на примере его применения для изготовления прозрачной проводящей оксидной пленки методом CVD. На фиг. 2 представлен один из вариантов осуществления настоящего изобретения, объясняющий способ в соответствии с настоящим изобретением на примере его применения для модификации поверхности стекла при помощи процесса осаждения путем сжигания прекурсоров в открытой атмосфере. Подробное описание предпочтительных вариантов изобретения Для ясности на чертежах представлены только детали, необходимые для понимания настоящего изобретения. Структуры и детали, не являющиеся необходимыми для понимания изобретения и понятные специалисту в данной области техники, не представлены на чертежах, чтобы подчеркнуть отличительные признаки изобретения. Ниже будет приведено описание изобретения на примере оборудования для CVD процесса. Однако,специалисту в данной области техники ясно, что подобное описание применимо к подобным процессам осаждения, таким как пиролиз пульверизованного слоя или nAERO. На фиг. 1 представлено оборудование 1 для CVD процесса с участием аэрозоля, содержащее средство 2 для распыления жидкого прекурсора 3, причем распыление предпочтительно осуществляют при помощи двухжидкостного распылителя, в котором разность скоростей между потоками жидкого прекурсора 3 и распыляющего газа 4 генерирует капли 5. Капли 5 подают через отверстие 6 в реакционную камеру 7 CVD, в которой они испаряются. Дополнительные газы 8, которые могут участвовать или не участвовать в реакции образования пленки, подают в реакционную камеру 7 через отверстие 6. При изго-4 023563 товлении прозрачных проводящих покрытий на основе оксида олова на стекле 9 источником жидкости является оловосодержащий прекурсор, предпочтительно монобутилтрихлорид олова (n-C4H9SnCl3,MBTC), который вступает в реакцию с водяным паром и выделяющим кислород оксидом олова, этаном и хлористым водородом, C4H9SnCl3+Н 2 О+1/2 О 2=SnO2+С 2 Н 4+3HCl. По мере распространения прекурсора 3 и газов 4 и 8 в камере 7 они нагреваются в результате теплообмена между газами/парами и стенками 10 камеры и стеклом 9. Если газы/пары нагреваются до температуры, превышающей некоторое пороговое значение, обычно составляющее приблизительно 300 С, оксид олова или промежуточный твердый продукт запускает реакцию в газовой фазе, приводящую к генерации частиц нуклеационной моды, т.е. ультратонких частиц 11. Если эти частицы 11 находятся в реакционной камере 7 в течение длительного времени (т.е. при низкой скорости распространения газа/пара в камере), в камере могут существовать также частицы аккумуляционной моды. Частицы следуют за газовым потоком к выходу 12 из реакционной камеры. Датчик 13 частиц, измеряющий, по меньшей мере, ультратонкие частицы, находится в контакте с выходом 12, так что измеряемый поток проходит через датчик 13 частиц. Действие датчика 13 частиц предпочтительно основано на измерении заряда частиц и тока, поскольку эти датчики частиц, главным образом, измеряют поверхностную площадь частиц и, таким образом, чувствительны к ультратонким частицам. По меньшей мере один сигнал от измерительного устройства подается на блок 14 управления. На основе измеренного значения блок 14 управления регулирует по меньшей мере один из параметров процесса. Блок управления может контролировать, например, расход прекурсора 3 путем управления насосом Р, расход распыляющего газа 4 путем управления регулятором массового расхода MFC (от англ.- Mass Flow Controller), расход дополнительного газа 8 путем управления регулятором массового расходаMFC, температуру прекурсора 3, температуру распыляющего газа 4, температуру распыляющего газа 8,температуру по меньшей мере части реакционной камеры 7 путем управления нагревательным блоком 15, давление на выходе 12 или другие параметры, относящиеся к рождению частиц в газовой фазе. Например, при обнаружении нежелательных частиц на выходе из камеры блок управления может увеличить объемный расход дополнительного газа 8, таким образом, уменьшая время пребывания в камере,что снижает образование частиц в газовой фазе. Повышение температуры газа или поверхностей камеры увеличивает образование частиц, а снижение давления на выходе уменьшает образование частиц и т.д. Если необходимо получить дымчатое покрытие, предпочтительным может являться увеличение образования частиц в реакционной камере. Следовательно, требуется регулировка параметров процесса,противоположная описанной выше. Как уже было сказано, осаждение покрытия методом ALD включает в себя цикл продувки между циклами прекурсора. Например, для получения стеклянных продуктов повышенной прочности стеклянные подложки помещали в реакционную камеру Beneq TFS500 реактора послойного атомного осаждения(ALD). Размеры стеклянных подложек 1 составляли 25,476,21,2 мм. Стеклянные подложки покрывали оксидом алюминия путем попеременного воздействия на подложки прекурсорами, в качестве которых применяли газообразный триметилалюминий (ТМА - от англ.Trimethylaluminium) и воду. По существу, нейтральный газ-носитель применяли для переноса паров прекурсора в реакционную камеру от их источников соответственно. Продолжительность импульсов (воздействия) ТМА и воды составляла 1,2 и 0,8 с соответственно. После каждого импульса прекурсора применяли этап продувки для продувки реакционного пространства от этого прекурсора при помощи газаносителя для следующего импульса (воздействия) прекурсора. Эти импульсы и этапы продувки были достаточно продолжительными для обеспечения роста, по существу, однородной и конформной пленки вследствие самоограничивающихся поверхностных реакций. Температура реакционной камеры реактораALD составляла приблизительно 200 С, т.е. значительно ниже температуры стеклования (размягчения) для предметных стекол. Общая толщина выращенного покрытия на основе оксида алюминия составляла приблизительно 20 нм и была получена при помощи 180 циклов роста (или ALD циклов) при доминирующих режимах процесса. Измеренная разнотолщинность покрытия составляла менее 3% на одной стеклянной подложке. После по меньшей мере одного цикла осаждения прекурсора, например, ТМА цикла, или в процессе цикла продувки отходящие газы проходили через датчик 13 частиц, и выходной сигнал датчика 13 частиц мог быть применен для контроля продолжительности цикла продувки. Под "покрытием" в соответствии с настоящим изобретением понимается также модификация поверхности, которая может быть осуществлена материалом покрытия. На фиг. 2 представлен один из вариантов осуществления настоящего изобретения, в котором способ в соответствии с изобретением применяют для контроля процесса осаждения путем сжигания прекурсоров в открытой атмосфере. Поверхность стеклянного продукта 9 нагревали газовой горелкой 102, направляющей поток 103, нагретый путем конвекции, к поверхности стекла 9. Это обеспечило создание температурного градиента AT стеклянного продукта 9, за счет которого на поверхности стеклянного продукта 9 был образован слой 104, имеющий изменяющуюся вязкость. Тонкие частицы 11, диаметр которых предпочтительно составлял менее 1 мкм,более предпочтительно менее 300 нм и наиболее предпочтительно менее 100 нм, переносили к слою 104. Тонкие частицы 11 были получены, например, способом распыления, раскрытом в патенте ФинляндииFI98832, путем применения устройства 108 пламенного напыления жидкости, в котором тонкие частицы рождаются из жидких и газообразных исходных материалов 107 при помощи пламени 106. Тонкие час-5 023563 тицы 11 проникают в поверхностный слой 104 стеклянного продукта 9, имеющий изменяющуюся вязкость, и перемещаются в нем в результате броуновского движения, образуя слой, состоящий из тонких частиц 109. Из тонких частиц 109 отдельного слоя материал 110 растворяется и диффундирует в слой 104 стеклянного продукта 9, подлежащего модификации. После охлаждения слой 104 затвердевает, создавая, таким образом, на поверхности стеклянного продукта бесступенчато изменяемый слой. Предпочтительным является конвекционный нагрев поверхности стеклянного продукта 9, поскольку конвекционный теплообмен, главным образом, нагревает поверхностный слой 104 стеклянного продукта 9, таким образом, придавая стеклянному слою бесступенчато изменяемую вязкость. Однако, специалисту в данной области техники ясно, что поверхность стеклянного продукта можно также нагревать при помощи теплового излучения. Наиболее предпочтительным является нагрев поверхности продукта газовыми горелками, установленными, по существу, перпендикулярно поверхности, наиболее эффективно с применением водорода в качестве топливного и кислорода в качестве окисляющего газа. Из тонких частиц 109 материал 110 диффундирует и растворяется в стекле, окружающем частицы. Однако, максимальное количество материала 110, которое может быть растворено, определяется пределом растворимости жидкости 104 для материала 109. Кроме того, растворение и диффузия являются явлениями, зависящими от времени t, и если стекло 104 затвердевает раньше, чем весь материал 110 растворится из тонких частиц 109, коллоидные частицы остаются внутри материала. Таким образом, в любом случае предпочтительно иметь возможность контроля параметров процесса, таких как скорость подачи прекурсора, на основе результатов измерения, полученных от датчика 13 частиц. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения блок 14 управления регулирует массовый расход прекурсора, содержащего металлосодержащий прекурсор для рождения частиц 11. В соответствии с сущностью настоящего изобретения могут быть созданы различные варианты его осуществления. Таким образом, представленные примеры не следует рассматривать как ограничивающие, и варианты осуществления изобретения могут меняться без отклонения от сущности настоящего изобретения, ограниченной прилагаемой формулой изобретения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ контроля процесса покрытия методом осаждения из паровой фазы, при котором осуществляют мониторинг концентрации ультратонких частиц, включающий зарядку частиц и измерение электрического тока, возникающего вследствие движения заряженных частиц, и на основе этого мониторинга регулируют в режиме реального времени по меньшей мере один из параметров процесса, влияющих на образование частиц. 2. Способ по п.1, в котором измерение электрического тока включает измерение электрического тока, возникающего вследствие движения заряженных частиц, без захвата этих заряженных частиц. 3. Способ по п.1 или 2, включающий измерение концентрации ультратонких частиц путем отбора измеряемого потока частиц, смешивания этого измеряемого потока, по существу, с чистым заряженным газом и измерения тока, возникающего вследствие движения частиц. 4. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором процесс покрытия является процессом химического осаждения из паровой фазы (CVD). 5. Способ по п.4, в котором процесс покрытия является процессом химического осаждения из паровой фазы в открытой атмосфере с участием аэрозоля. 6. Способ по любому из пп.1-3, в котором процесс покрытия является процессом послойного атомного осаждения (ALD). 7. Способ по любому из предшествующих пунктов, включающий регулировку концентрации смеси прекурсора на основе сигнала мониторинга частиц. 8. Способ по любому из предшествующих пунктов, включающий регулировку, по меньшей мере,температуры одного из прекурсоров на основе измеренной концентрации частиц. 9. Способ по п.6, включающий мониторинг концентрации ультратонких частиц в процессе по меньшей мере одного цикла прекурсора. 10. Способ по любому из пп.6-9, включающий мониторинг концентрации ультратонких частиц в процессе цикла продувки. 11. Способ по любому из пп.6-10, в котором регулировка продолжительности цикла продувки основана на измеренной концентрации частиц. 12. Способ по любому из предшествующих пунктов, включающий регулировку температуры по меньшей мере части поверхности реакционной камеры на основе измеренной концентрации частиц. 13. Способ по любому из предшествующих пунктов, используемый для получения покрытий на стекле, по существу, не имеющих дымчатости. 14. Способ по любому из предшествующих пунктов, используемый для получения дымчатых прозрачных покрытий на основе оксидов на стекле. 15. Устройство для контроля процесса покрытия методом осаждения из паровой фазы, содержащее средство (13) для мониторинга концентрации ультратонких частиц, включающее средства для зарядки частиц и измерения электрического тока, возникающего вследствие движения заряженных частиц, и средство (14) для регулировки в режиме реального времени по меньшей мере одного из параметров процесса на основе этого мониторинга. 16. Устройство по п.15, в котором средство для мониторинга концентрации ультратонких частиц выполнено с возможностью измерения электрического тока, возникающего вследствие движения заряженных частиц, без захвата этих частиц. 17. Устройство по п.15 или 16, включающее средство для измерения концентрации частиц путем отбора измеряемого потока, смешивания этого измеряемого потока, по существу, с чистым заряженным газом и измерения тока, возникающего вследствие движения частиц.

МПК / Метки

МПК: C23C 16/52, C23C 16/455, B05D 1/02, C23C 14/52, C23C 14/54, C03C 17/00, C23C 4/00, B05D 1/10

Метки: процесса, способ, устройство, контроля, покрытия, методоm, осаждения

Код ссылки

<a href="http://easpatents.com/8-23563-sposob-i-ustrojjstvo-dlya-kontrolya-processa-pokrytiya-metodom-osazhdeniya.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Способ и устройство для контроля процесса покрытия методом осаждения</a>

Похожие патенты