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DE102011053050A1 - Apparatus for coating substrate during manufacturing of copper indium gallium selenide semiconductors for thin film solar cell, for photovoltaic applications, has material source for coating material that reaches substrate in liquid phase - Google Patents

Apparatus for coating substrate during manufacturing of copper indium gallium selenide semiconductors for thin film solar cell, for photovoltaic applications, has material source for coating material that reaches substrate in liquid phase Download PDF

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Publication number
DE102011053050A1
DE102011053050A1 DE102011053050A DE102011053050A DE102011053050A1 DE 102011053050 A1 DE102011053050 A1 DE 102011053050A1 DE 102011053050 A DE102011053050 A DE 102011053050A DE 102011053050 A DE102011053050 A DE 102011053050A DE 102011053050 A1 DE102011053050 A1 DE 102011053050A1
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DE
Germany
Prior art keywords
substrate
coating
coating material
mass flow
temperature
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102011053050A
Other languages
German (de)
Inventor
Dieter Schmid
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
DSETEC GMBH & CO. KG, DE
Original Assignee
Dsetec & Co KG GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dsetec & Co KG GmbH filed Critical Dsetec & Co KG GmbH
Priority to DE102011053050A priority Critical patent/DE102011053050A1/en
Priority to PCT/EP2012/066424 priority patent/WO2013030088A1/en
Priority to EP12750595.6A priority patent/EP2748839A1/en
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    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/10—Semiconductor bodies
    • H10F77/12—Active materials
    • H10F77/126—Active materials comprising only Group I-III-VI chalcopyrite materials, e.g. CuInSe2, CuGaSe2 or CuInGaSe2 [CIGS]
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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    • C23C14/58—After-treatment
    • C23C14/5846—Reactive treatment
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    • H10P14/203—
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Abstract

The apparatus (100) has a substrate (20) temporarily supported at a substrate position (22) in a process region (10). A material source (50) is provided for a coating material (60) that is guided to the substrate position in mass flow (62), where the coating material reaches the substrate in a liquid phase. Temperature of the substrate is adjustable in a predetermined temperature range targeted by vapor phase condensation of the coating material. An adjusting device (70) adjusts or controls concentration and/or amount of the coating material at the substrate position. An independent claim is also included for a method for coating a substrate with a coating material.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Beschichtung eines Substrats nach den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.The invention relates to a device and a method for coating a substrate according to the preambles of the independent claims.

Es ist bekannt, beispielsweise bei der Herstellung von chalkogenhaltigen Dünnschicht-Solarzellen, Chalkogene wie etwa Selen oder Schwefel, in eine auf einem Substrat abgeschiedene metallische Precursorschicht mit Metallen wie etwa Kupfer, Indium, Gallium, Aluminium, Zink, Zinn einzudiffundieren und zu reagieren. Bei der Reaktion der Konstituenten wird ein so genannter kompensierter Halbleiter gebildet, der nicht durch Fremdelemente dotiert ist, sondern über Leerstellen der Chalkogene und/oder vertauscht besetzte Gitterplätze der Metalle im gebildeten Halbleitergitter. Die Dichte der Leerstellen und damit wesentliche Eigenschaften des halbleitenden Materials, lässt sich durch die Aktivität der Chalkogene steuern.It is known, for example, in the production of chalcogen-containing thin-film solar cells, chalcogens such as selenium or sulfur, diffuse into a substrate deposited on a metallic precursor layer with metals such as copper, indium, gallium, aluminum, zinc, tin and react. In the reaction of the constituents, a so-called compensated semiconductor is formed, which is not doped by foreign elements, but via vacancies of the chalcogens and / or exchanged occupied lattice sites of the metals in the formed semiconductor lattice. The density of vacancies and thus essential properties of the semiconducting material can be controlled by the activity of the chalcogens.

Derartige Reaktionen können nicht nur im Vakuum, sondern auch unter Atmosphärenbedingungen ablaufen und erfolgen üblicherweise in einem Ofen mit einem mehr oder weniger abgeschlossenen Reaktionsraum. Dort wird ein Substrat mit aufgebrachten Precursorschichten und Selen oder Schwefel auf Temperaturen um 500°C aufgeheizt und während der Reaktion auf erhöhter Temperatur gehalten.Such reactions can occur not only in a vacuum but also under atmospheric conditions and usually take place in an oven with a more or less complete reaction space. There, a substrate with applied precursor layers and selenium or sulfur is heated to temperatures around 500 ° C and maintained at elevated temperature during the reaction.

Ein derartiges Verfahren ist z.B. aus der EP 2 144 296 A1 bekannt. Als wichtige Voraussetzung für die Homogenität der sich bildenden Halbleiterschicht wird eine Kondensation des Dampfs auf dem Substrat unterbunden. Hierzu wird die Substrattemperatur so gewählt, dass der Partialdruck des Selens bzw. Schwefels über dem Substrat stets geringer ist als dessen Dampfdruck bei der aktuellen Substrattemperatur. Der Partialdruck wird dabei über die Temperatur der Selen- bzw. Schwefelquelle eingestellt.Such a method is for example from EP 2 144 296 A1 known. As an important prerequisite for the homogeneity of the semiconductor layer that forms, condensation of the vapor on the substrate is prevented. For this purpose, the substrate temperature is chosen so that the partial pressure of the selenium or sulfur over the substrate is always lower than its vapor pressure at the current substrate temperature. The partial pressure is adjusted via the temperature of the selenium or sulfur source.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein schnelles, effizientes und präzises Verfahren zur Beschichtung eines Substrats, insbesondere zur Beschichtung mit Chalkogen, anzugeben.The object of the invention is to provide a fast, efficient and precise method for coating a substrate, in particular for coating with chalcogen.

Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine hierzu geeignete Vorrichtung zu schaffen.Another object is to provide a device suitable for this purpose.

Die Aufgaben werden durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.The objects are achieved by the features of the independent claims. Favorable embodiments and advantages of the invention will become apparent from the further claims, the description and the drawings.

Die Erfindung geht aus von einer Beschichtungsvorrichtung zur Beschichtung eines Substrats mit einem Beschichtungsmaterial, insbesondere mit einem Chalkogen, umfassend einen Prozessbereich in der wenigstens zeitweise das Substrat an einer Substratposition gelagert ist, sowie eine Materialquelle für das Beschichtungsmaterial, das in einem Massestrom zur Substratposition leitbar ist.The invention is based on a coating apparatus for coating a substrate with a coating material, in particular with a chalcogen, comprising a process area in which the substrate is at least temporarily stored at a substrate position, and a material source for the coating material, which can be conducted in a mass flow to the substrate position ,

Es wird vorgeschlagen, dass das Beschichtungsmaterial in einer Flüssigphase auf das Substrat abscheidbar ist. Vorteilhaft kann die Beschichtungsanlage so ausgebildet sein, dass das Beschichtungsmaterial wahlweise in einer Flüssigphase oder in einer Gasphase mit dem Substrat in Kontakt bringbar ist.It is proposed that the coating material can be deposited on the substrate in a liquid phase. Advantageously, the coating system can be designed such that the coating material can be brought into contact, optionally in a liquid phase or in a gas phase, with the substrate.

Die Erfindung geht weiterhin aus von einem Verfahren zur Beschichtung eines Substrats mit einem Beschichtungsmaterial, insbesondere mit einem Chalkogen, in einem Prozessbereich, in der wenigstens zeitweise das Substrat an einer Substratposition gelagert wird, wobei das Beschichtungsmaterial in einem Massestrom von einer Materialquelle zur Substratposition geleitet wird.The invention is furthermore based on a method for coating a substrate with a coating material, in particular with a chalcogen, in a process area in which the substrate is stored at least temporarily at a substrate position, the coating material being conducted in a mass flow from a material source to the substrate position ,

Es wird vorgeschlagen, dass das Beschichtungsmaterial in einer Flüssigphase auf dem Substrat abgeschieden wird. It is proposed that the coating material be deposited in a liquid phase on the substrate.

Insbesondere kann die am Substrat bereitgestellte Konzentration und/oder Menge des Beschichtungsmaterials einstellbar oder regelbar sein. In particular, the concentration and / or amount of the coating material provided on the substrate can be adjustable or controllable.

Dadurch, dass das Beschichtungsmaterial in einer Flüssigphase auf das Substrat gelangt, kann vorteilhaft eine hohe chemische Aktivität insbesondere von Chalkogenen in der Flüssigphase erreicht werden. Durch eine etwaige Regelung der Konzentration und/oder Menge des Massestroms an der Substratposition kann über die Zahl der Leerstellen die Eigenschaften des gebildeten Halbleiters gezielt eingestellt werden. Günstigerweise kann die Aktivität aktiv beeinflusst werden. Es kann ferner gezielt vorgegeben werden, welcher Reaktionspfad bei der Schichtbildung eingeschlagen wird, nämlich ob eine Festkörper-Flüssigphasen-Reaktion oder eine Festkörper-Gasphasen-Reaktion erfolgt.Due to the fact that the coating material reaches the substrate in a liquid phase, advantageously a high chemical activity, in particular of chalcogens in the liquid phase, can be achieved. By a possible regulation of the concentration and / or amount of the mass flow at the substrate position, the properties of the semiconductor formed can be adjusted in a targeted manner via the number of vacancies. Conveniently, the activity can be actively influenced. It can also be specified specifically, which reaction path is taken in the formation of layers, namely whether a solid-liquid phase reaction or a solid-state gas-phase reaction takes place.

Durch das Ablagern des Beschichtungsmaterials auf dem Substrat mittels Dampfphasenkondensation kann ferner eine Substrattemperatur in einem vorgegebenen Bereich gezielt durch die Dampfphasenkondensation eingestellt werden. Vorteilhaft kann die Substrattemperatur an der Substratoberfläche durch die Dampfphasenkondensation homogenisiert werden. In kalten Bereichen kondensiert mehr Beschichtungsmaterial, so dass dort mehr Kondensationswärme eingetragen wird, während in wärmeren Oberflächen bereichen weniger Kondensation stattfindet und weniger Kondensationswärme in das kondensierende Beschichtungsmaterial eingetragen wird. Dies ist ganz besonders für großflächige Substrate vorteilhaft, insbesondere bei der Herstellung von Chalkogen-Halbleitern für Photovoltaikanwendungen, bei denen die elektrischen Eigenschaften extrem von der lokalen Substrattemperatur bei der Herstellung der Halbleiter abhängen.By depositing the coating material on the substrate by means of vapor phase condensation, furthermore, a substrate temperature in a predetermined range can be adjusted in a targeted manner by the vapor phase condensation. Advantageously, the substrate temperature can be homogenized on the substrate surface by the vapor phase condensation. In cold areas more coating material condenses, so there is added more heat of condensation, while in warmer surfaces areas less Condensation takes place and less heat of condensation is introduced into the condensing coating material. This is particularly advantageous for large area substrates, particularly in the manufacture of chalcogen semiconductors for photovoltaic applications, where the electrical properties are extremely dependent on the local substrate temperature in the manufacture of the semiconductors.

Gemäß einer günstigen Ausgestaltung kann eine Substrattemperatur des Substrats in einem vorgegebenen Temperaturbereich gezielt durch eine Dampfphasenkondensation des Beschichtungsmaterials auf dem Substrat einstellbar sein. Das Substrat kann bis nahe an die gewünschte Substrattemperatur geheizt werden. Die Restenergie, um eine gewünschte Endtemperatur zu erreichen, kann über Kondensationswärme eingebracht werden. In anderen Worten, es erfolgt ein Vorheizen des mit den Precursor-Metallen beschichteten Substrats, dann erfolgt mit der Dampfphasenkondensation die Fein-Justage und Homogenisierung.According to a favorable embodiment, a substrate temperature of the substrate in a predetermined temperature range can be specifically adjusted by a vapor-phase condensation of the coating material on the substrate. The substrate can be heated to near the desired substrate temperature. The residual energy to reach a desired final temperature can be introduced via condensation heat. In other words, there is a preheating of the substrate coated with the precursor metals, then takes place with the vapor phase condensation, the fine adjustment and homogenization.

Durch die an der Substratposition bereitgestellte, eingestellte oder geregelte Konzentration und/oder Menge des Beschichtungsmaterials kann gezielt vorgegeben werden, welcher Reaktionspfad bei der Schichtbildung eingeschlagen wird, nämlich ob eine Festkörper-Flüssigphasen-Reaktion oder eine Festkörper-Gasphasen-Reaktion erfolgt. Die Menge und/oder Konzentration des Beschichtungsmaterials kann insbesondere völlig unabhängig von einer Wandtemperatur in einer Umgebung der Substratposition gewählt werden, indem über ein Rückkopplungssignal eine Regelung der Menge und/oder Konzentration erfolgt. Eine unerwünschte Kondensation überschüssigen Beschichtungsmaterials an Wandungen oder einem etwaigen Abgassystem des Prozessbereichs kann vermieden oder zumindest vermindert werden, indem die Prozessparameter geeignet gewählt werden. Damit können Unterbrechungen von Beschichtungsprozessen zur Wartung, insbesondere zur Entfernung parasitärer Ablagerungen des Beschichtungsmaterials, vermindert werden.By the set or regulated concentration and / or amount of the coating material provided at the substrate position, it can be specified in a specific manner which reaction path is taken during the layer formation, namely whether a solid-liquid-phase reaction or a solid-state gas-phase reaction takes place. In particular, the amount and / or concentration of the coating material can be selected completely independently of a wall temperature in an environment of the substrate position by controlling the amount and / or concentration via a feedback signal. An undesirable condensation of excess coating material on walls or any exhaust system of the process area can be avoided or at least reduced by suitably selecting the process parameters. This can interruptions of coating processes for maintenance, in particular for the removal of parasitic deposits of the coating material can be reduced.

Die Erfindung ist besonders geeignet zur Herstellung von Halbleitern, die Elemente der Gruppe 16 (auch bekannt als Chalkogene, wie etwa Selen oder Schwefel), und Elementen der Gruppen 11 und 13, insbesondere Kupfer, Aluminium, Indium, Gallium, aufweisen. Die Bezeichnung der Gruppen bezieht sich auf die gegenwärtig gültige IUPAC Nomenklatur. Gruppe 11 entspricht der früheren CAS-Gruppe IB (Kupfer-Gruppe), Gruppe 13 der früheren CAS-Gruppe IIIA (Bor-Gruppe) und Gruppe 16 der früheren CAS-Gruppe VIA (Sauerstoff-Gruppe). Solche Halbleiter sind auch unter dem Begriff Chalkopyrit-Halbleiter bekannt. Ferner eignet sich die Erfindung auch zur Herstellung von Kesterit-Halbleitern wie Cu(Zn,Sn)Se,S, bei denen Elemente der Gruppe 13, insbesondere Indium und Gallium, durch Elemente der Gruppen 12 und 14, insbesondere Zink und Zinn, ersetzt sind.The invention is particularly suitable for the preparation of semiconductors having Group 16 elements (also known as chalcogens, such as selenium or sulfur) and Group 11 and 13 elements, especially copper, aluminum, indium, gallium. The names of the groups refer to the current IUPAC nomenclature. Group 11 corresponds to the former CAS group IB (copper group), group 13 of the former CAS group IIIA (boron group) and group 16 of the former CAS group VIA (oxygen group). Such semiconductors are also known by the term chalcopyrite semiconductor. Furthermore, the invention is also suitable for the production of kesterite semiconductors such as Cu (Zn, Sn) Se, S, in which elements of group 13, in particular indium and gallium, by elements of groups 12 and 14, in particular zinc and tin, are replaced ,

So kann vorteilhaft, etwa bei der Herstellung von chalkogenhaltigen Halbleitern, die Dichte der Gruppe-16-Elemente im Gitter des zu bildenden Halbleiters gezielt über deren Verfügbarkeit und chemische Aktivität bei der Reaktion der Einzelkomponenten zum halbleitenden Material eingestellt und insbesondere geregelt werden. Die Verfügbarkeit der Gruppe-16-Elemente kann vorteilhaft auch über den zeitlichen Verlauf der Reaktion zwischen den Konstituenten gezielt eingestellt werden.Thus, advantageously, for example in the production of chalcogen-containing semiconductors, the density of the group 16 elements in the lattice of the semiconductor to be formed can be specifically adjusted and in particular regulated by their availability and chemical activity in the reaction of the individual components to the semiconducting material. The availability of the group 16 elements can advantageously also be adjusted in a targeted manner over the time course of the reaction between the constituents.

Im Stand der Technik ist es üblich, Chalkogen im Überschuss anzubieten. Durch die Einstellung des Taupunkts bzw. die Regelung des Taupunkts des zur Reaktion bereitgestellten Beschichtungsmaterials ist dies nicht notwendig.It is common in the art to provide excess chalcogen. It is not necessary to adjust the dew point or to control the dew point of the coating material provided for the reaction.

Die Substratposition kann als stationäre Position im Prozessbereich ausgebildet sein oder auch nichtstationär über einen Bereich ausgebildet sein, etwa in der Art eines Transportbandes, welches das Substrat durch den Prozessbereich transportiert. Der Prozessbereich entspricht dann einem Durchlaufofen mit einer Transportvorrichtung für ein oder mehrere Substrate. Vorteilhaft können der Prozessbereich und die Materialquelle in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein. Überschüssiges, im Prozessbereich nicht verbrauchtes Beschichtungsmaterial kann aus dem Prozessbereich zurück zur Materialquelle geleitet und wieder verwendet werden. Verluste an Beschichtungsmaterial können praktisch auf das Ein- und Ausschleusen von Substraten beschränkt werden, wobei zweckmäßigerweise diese Verluste durch geeignete Kondensationsfallen oder dergleichen weiter minimiert werden können. Gleichzeitig kann das Beschichtungsmaterial stets in ausreichender Menge im Prozessbereich bereitgestellt werden. The substrate position may be formed as a stationary position in the process area or may be non-stationary formed over a range, such as in the manner of a conveyor belt, which transports the substrate through the process area. The process area then corresponds to a continuous furnace with a transport device for one or more substrates. Advantageously, the process area and the material source can be arranged in a common housing. Excess coating material not used in the process area can be routed out of the process area back to the material source and reused. Losses of coating material can be practically limited to the inflow and outfeed of substrates, which expediently these losses can be further minimized by suitable condensation traps or the like. At the same time, the coating material can always be provided in sufficient quantity in the process area.

Die Materialquelle stellt das Beschichtungsmaterial zur Verfügung, so dass dieses in den Prozessbereich gelangen kann. Die Materialquelle kann ein Behälter mit einer Schmelze an Beschichtungsmaterial sein, aus der das Beschichtungsmaterial verdampft wird, und/oder sie kann einen Flashverdampfer umfassen, und/oder sie kann ein umlaufendes Band umfassen, das aus einer Schmelze Beschichtungsmaterial aufnimmt und als Dampf abgibt. Dazu kann das Band an geeigneter Stelle lokal erhitzt werden. Denkbar sind auch andere bekannte Materialquellen. Der Fachmann wird eine geeignete Variante oder Kombination von Varianten entsprechend den gegebenen Verhältnissen auswählen.The material source provides the coating material so that it can enter the process area. The source of material may be a container having a melt of coating material from which the coating material is evaporated, and / or may comprise a flash evaporator, and / or may comprise a circulating belt which receives coating material from a melt and releases it as a vapor. For this purpose, the tape can be locally heated at a suitable location. Also conceivable are other known material sources. The person skilled in the art will select a suitable variant or combination of variants according to the given conditions.

Gemäß einer günstigen Weiterbildung kann die Einstelleinrichtung dazu ausgebildet sein, einen Sättigungsgrad des Massestroms an Beschichtungsmaterial bereitzustellen. Günstigerweise kann hiermit die Verfügbarkeit des Beschichtungsmaterials am Substrat über den Sättigungsgrad definiert eingestellt werden. Der Sättigungsgrad kann definiert auf einen gewünschten Wert von 0% bis 100% eingestellt werden. According to a favorable development, the adjusting device can be designed to have a To provide saturation of the mass flow of coating material. Conveniently, the availability of the coating material can be set defined on the substrate on the degree of saturation hereby. The saturation level can be defined to a desired value of 0% to 100%.

Gemäß einer günstigen Weiterbildung kann die Einstelleinrichtung in einem Strömungspfad des Massestroms zwischen der Materialquelle und dem Prozessbereich angeordnet sein. Dies erlaubt beispielsweise die Bereitstellung des Beschichtungsmaterials aus einer Materialquelle, die unabhängig von der Einstelleinrichtung für die Menge und/oder Konzentration des Beschichtungsmaterials am Substrat bzw. im Prozessbereich ist. Beispielsweise kann die Materialquelle praktisch ungeregelt sein, während die Konzentration und/oder Menge des Beschichtungsmaterials unabhängig davon mit hoher Genauigkeit eingestellt oder geregelt werden kann.According to a favorable development, the adjusting device can be arranged in a flow path of the mass flow between the material source and the process area. This allows, for example, the provision of the coating material from a material source which is independent of the setting device for the amount and / or concentration of the coating material on the substrate or in the process area. For example, the material source may be virtually unregulated, while the concentration and / or amount of the coating material may be adjusted or regulated independently with high accuracy.

Gemäß einer günstigen Weiterbildung kann die Einstelleinrichtung eine Kühleinrichtung zum Abkühlen des Massestroms umfassen. Die Kühleinrichtung ermöglicht ein gezieltes Entfernen von Beschichtungsmaterial aus dem Massestrom. Durch die Temperatur der Kühleinrichtung kann die Menge und/oder Konzentration des Beschichtungsmaterials im Massestrom reproduzierbar verändert werden. Vorteilhaft kann ein Taupunkt des Beschichtungsmaterials im Massestrom eingestellt, insbesondere geregelt werden. Vorteilhaft ist die Temperatur der Kühleinrichtung einstellbar, z.B. regelbar oder steuerbar. Die Kühleinrichtung kann ein Kanalsystem umfassen, dessen Wände mit einem Kühlmedium kühlbar sind.According to a favorable development, the setting device may comprise a cooling device for cooling the mass flow. The cooling device allows targeted removal of coating material from the mass flow. Due to the temperature of the cooling device, the amount and / or concentration of the coating material in the mass flow can be reproducibly changed. Advantageously, a dew point of the coating material can be adjusted in the mass flow, in particular regulated. Advantageously, the temperature of the cooling device is adjustable, e.g. adjustable or controllable. The cooling device may comprise a channel system whose walls can be cooled with a cooling medium.

Gemäß einer günstigen Weiterbildung kann die Einstelleinrichtung eine Heizeinrichtung zum Erwärmen des Massestroms umfassen. Zweckmäßigerweise kann dabei die Heizeinrichtung stromab der Kühleinrichtung angeordnet sein. Durch die Heizeinrichtung kann der Massestrom unabhängig von der Menge und/oder Konzentration des Beschichtungsmaterials im Massestrom auf eine geeignete Temperatur für eine Reaktion im Substratbereich eingestellt werden. Die Menge und/oder Konzentration kann insbesondere völlig unabhängig von einer Wandtemperatur in einer Umgebung der Substratposition gewählt werden.According to a favorable development, the setting device may comprise a heating device for heating the mass flow. Conveniently, the heating device can be arranged downstream of the cooling device. The heating device allows the mass flow to be set to a suitable temperature for a reaction in the substrate region, irrespective of the amount and / or concentration of the coating material in the mass flow. The amount and / or concentration can in particular be selected completely independently of a wall temperature in an environment of the substrate position.

Gemäß einer günstigen Weiterbildung kann die Einstelleinrichtung eine Taupunktregelung des Massestroms umfassen. Insbesondere kann der Taupunkt des Beschichtungsmaterials eingestellt oder geregelt werden. Als Taupunkttemperatur bzw. als Taupunkt bezeichnet man die Temperatur, bei der sich auf einem Substrat (bei vorhandener Feuchte) ein Gleichgewichtszustand an kondensierender und verdunstender Flüssigkeit einstellt. Mit anderen Worten ist die Taupunkttemperatur die Temperatur, bei der gerade eine Kondensatbildung der Flüssigkeit einsetzt. Vorteilhaft kann beispielsweise eine hundertprozentige Sättigung des Beschichtungsmaterials nach der Kühleinrichtung der Einstelleinrichtung erreicht werden.According to a favorable development, the setting device may comprise a dew point control of the mass flow. In particular, the dew point of the coating material can be adjusted or regulated. The dew point temperature or dew point is the temperature at which a state of equilibrium of condensing and evaporating liquid is established on a substrate (in the presence of moisture). In other words, the dew point temperature is the temperature at which a condensation of the liquid is beginning. Advantageously, for example, one hundred percent saturation of the coating material after the cooling device of the adjustment device can be achieved.

Vorteilhaft kann durch eine Festlegung des Taupunkts des Massestroms, insbesondere eines Gemischs aus Trägergas und Beschichtungsmaterial, vorgegeben werden, bis zu welcher Substrattemperatur das Beschichtungsmaterial auf dem Substrat kondensieren kann, damit eine vorteilhafte Flüssigphasen-Festkörper-Reaktion der Konstituenten an der Oberfläche des Substrats erfolgen kann. Das Beschichtungsmaterial wird in der Materialquelle beispielsweise verdampft und nimmt dabei nichtfühlbare Wärme auf. Kondensiert das Beschichtungsmaterial auf dem Substrat, so wird die zum Verdampfen aufgewandte Verdampfungswärme in Form einer betragsmäßig gleichen Kondensationswärme wieder frei. Vorteilhaft wird durch die Kondensation des Beschichtungsmaterials auf der Substratoberfläche über Kondensationswärme direkt Energie auf die Substratoberfläche übertragen, womit einerseits etwaige Temperaturinhomogenitäten ausgeglichen werden können, andererseits eine Optimierung der Substrattemperatur zumindest an der Substratoberfläche möglich ist.Advantageously, by fixing the dew point of the mass flow, in particular a mixture of carrier gas and coating material, it can be predetermined up to what substrate temperature the coating material can condense on the substrate so that an advantageous liquid-solid reaction of the constituents on the surface of the substrate can take place , The coating material is evaporated in the material source, for example, and absorbs non-sensible heat. If the coating material condenses on the substrate, the heat of vaporization expended for evaporation is released again in the form of a heat of condensation equal in magnitude. Advantageously, energy is transferred directly to the substrate surface through the condensation of the coating material on the substrate surface via condensation heat, whereby on the one hand any temperature inhomogeneities can be compensated, on the other hand optimizing the substrate temperature at least at the substrate surface is possible.

Besonders günstig kann sich ein Taupunktsensor an die Kühleinrichtung der Einstelleinrichtung anschließen. Der Taupunktsensor kann eine glänzende bzw. reflektierende Oberfläche aufweisen. Die Oberfläche kann über ein Temperiersystem temperaturvariabel sein. Dies erlaubt einerseits das Einstellen eines Temperaturgradienten entlang der Oberfläche. Andererseits kann die Oberfläche homogen auf eine vorgegebene Temperatur eingestellt werden. Der Reflexionsgrad der Oberfläche kann ausgewertet und zur Detektion des Taupunkts eingesetzt werden. Über den Reflexionsgrad kann die Kühleinrichtung geregelt werden. Die Kombination aus Kühleinrichtung, welche die Temperatur des Massestroms bestimmt, und Taupunktsensor erlaubt somit eine exakte Regelung der Menge und/oder Konzentration des Beschichtungsmaterials im Massestrom.A dew point sensor can be connected to the cooling device of the adjusting device in a particularly favorable manner. The dew point sensor may have a glossy or reflective surface. The surface can be temperature-variable via a temperature control system. On the one hand, this allows the setting of a temperature gradient along the surface. On the other hand, the surface can be adjusted homogeneously to a predetermined temperature. The reflectance of the surface can be evaluated and used to detect the dew point. About the reflectance, the cooling device can be controlled. The combination of cooling device, which determines the temperature of the mass flow, and dew point sensor thus allows an exact control of the amount and / or concentration of the coating material in the mass flow.

Durch die Heizeinrichtung stromab der Kühleinrichtung kann die Temperatur des Massestroms unabhängig vom Sättigungsgrad an Beschichtungsmaterial im Massestrom eingestellt werden.By the heater downstream of the cooling device, the temperature of the mass flow can be adjusted regardless of the degree of saturation of coating material in the mass flow.

Gemäß einer günstigen Weiterbildung kann eine Fördereinrichtung, insbesondere eine Umwälzeinrichtung, vorgesehen sein, um den Massestrom von der Materialquelle wenigstens zur Substratposition zu bewegen. Insbesondere kann die Fördereinrichtung stromab der Substratposition vorgesehen sein. Vorteilhaft können zwei Fördereinrichtungen, z.B. Ventilatoren, vorgesehen sein, von denen eine vor und eine nach dem Reaktionsraum angeordnet ist. Damit kann eine bessere Gleichmäßigkeit der Verteilung des Massestroms erreicht werden. Die eine Fördereinrichtung saugt, die andere drückt den Massestrom. Es können auch mehrere Fördereinrichtungen vorgesehen sein, z.B. am Ausgang des Taupunktreglers und der nachfolgender Heizeinrichtung sowie am Verbindungskanal zwischen Prozessbereich und Materialquelle. Die Fördereinrichtung gewährleistet vorteilhaft, dass Beschichtungsmaterial in ausreichender Menge über der Substratposition vorhanden ist. In einer einfachen Variante ist ein Rotor in einem Verbindungskanal zwischen Prozessbereich und Materialquelle vorgesehen, der von außen angetrieben ist und die Menge an im Umlauf befindlichen Massestrom beeinflusst. Welle und Rotorblätter sind vorzugsweise aus einem chemisch inerten Material gebildet. Eine Umwälzung kann auch über eine Mehrzahl von Verbindungskanälen zwischen Prozessbereich und Materialquelle erfolgen, wobei in mehreren oder allen Verbindungskanälen ein Rotor vorgesehen sein kann. Die Fördereinrichtung bestimmt das Angebot an Beschichtungsmaterial an der Substratoberfläche. Mit Vorteil kann die Fördereinrichtung regelbar oder steuerbar sein. According to a favorable development, a conveying device, in particular a circulating device, can be provided in order to move the mass flow from the material source at least to the substrate position. In particular, the conveyor may be provided downstream of the substrate position. Advantageously, two conveyors, For example, fans, be provided, one of which is arranged before and after the reaction space. Thus, a better uniformity of the distribution of the mass flow can be achieved. The one conveyor sucks, the other pushes the mass flow. It is also possible to provide a plurality of delivery devices, for example at the outlet of the dew point controller and the subsequent heating device and at the connection channel between the process region and the material source. The conveyor advantageously ensures that coating material is present in sufficient quantity above the substrate position. In a simple variant, a rotor is provided in a connection channel between the process area and the material source, which is driven from the outside and influences the amount of circulating mass flow. Shaft and rotor blades are preferably formed of a chemically inert material. A circulation can also take place via a plurality of connection channels between the process area and the material source, it being possible for a rotor to be provided in several or all connection channels. The conveyor determines the supply of coating material on the substrate surface. Advantageously, the conveyor can be controlled or controlled.

Gemäß einer günstigen Weiterbildung kann in einem Strömungspfad des Massestroms stromab der Substratposition und stromauf der Materialquelle eine Heizeinrichtung angeordnet sein. Hiermit lässt sich eine Kondensation des Beschichtungsmaterials auf dem Rückweg zur Materialquelle vermeiden. Verluste an Beschichtungsmaterial können verringert werden.According to a favorable development, a heating device can be arranged downstream of the substrate position and upstream of the material source in a flow path of the mass flow. This can be a condensation of the coating material on the way back to avoid material source. Losses of coating material can be reduced.

Gemäß einer günstigen Weiterbildung kann der Massestrom ein Trägergas aufweisen. Zweckmäßigerweise ist das Trägergas ein Inertgas, insbesondere Stickstoff oder dergleichen.According to a favorable development, the mass flow may comprise a carrier gas. Conveniently, the carrier gas is an inert gas, in particular nitrogen or the like.

Gemäß einer günstigen Weiterbildung kann eine Heizeinrichtung für das Substrat vorgesehen sein. Das Substrat kann im Wesentlichen unabhängig von der Temperatur des Massestroms auf eine geeignete Temperatur eingestellt werden. Bei Eintritt des Substrats in den Prozessbereich kann die Temperatur der Substratoberfläche unterhalb des Taupunkts des Massestroms bzw. Beschichtungsmaterials im Massestrom sein. Das Beschichtungsmaterial kondensiert dann unmittelbar auf der Substratoberfläche. Die Menge des Kondensats kann insbesondere über eine Regelung der Menge und/oder Konzentration des Beschichtungsmaterials an der Substratposition, insbesondere über eine Taupunktregelung, eingestellt werden. Ein zusätzlicher oder alternativer günstiger Regelparameter ist die Substrattemperatur beim Einbringen in den Prozessbereich selbst. Die Reaktion zwischen dem Beschichtungsmaterial, z.B. Chalkogen, und einer etwaigen Precursorschicht, z.B. einer Schicht mit einem oder mehreren von Cu, In, Ga, Al, Zn, Sn, kann über die Substrattemperatur beeinflusst, insbesondere gesteuert, werden. Günstigerweise kann durch den oder die Regelparameter die Zeitdauer der Festkörper-Flüssigphasenreaktion zwischen flüssigem (kondensiertem) Beschichtungsmaterial und festem Precursormaterial auf dem Substrat genau definiert werden. Dabei kann gegebenenfalls die Reaktion von der Festkörper-Flüssigphasenreaktion in eine Festkörper-Gasphasenreaktion überführt werden. Dies kann wiederum über z.B. die Wahl des Taupunkts des Massestroms bzw. des Beschichtungsmaterials erfolgen und über einen Verlauf der Substrattemperatur während der Reaktion definiert und exakt eingestellt werden.According to a favorable development, a heating device can be provided for the substrate. The substrate may be adjusted to a suitable temperature substantially independently of the temperature of the mass flow. When the substrate enters the process area, the temperature of the substrate surface may be below the dew point of the mass flow or coating material in the mass flow. The coating material then condenses directly on the substrate surface. The amount of condensate can be adjusted in particular by controlling the amount and / or concentration of the coating material at the substrate position, in particular via a dew point control. An additional or alternative favorable control parameter is the substrate temperature when placed in the process area itself. The reaction between the coating material, e.g. Chalcogen, and any precursor layer, e.g. A layer having one or more of Cu, In, Ga, Al, Zn, Sn may be influenced, in particular controlled, via the substrate temperature. Conveniently, the duration of the solid state liquid phase reaction between liquid (condensed) coating material and solid precursor material on the substrate can be precisely defined by the one or more control parameters. In this case, if appropriate, the reaction of the solid-liquid phase reaction can be converted into a solid-state gas phase reaction. This in turn can be done via e.g. the choice of the dew point of the mass flow or of the coating material takes place and be defined and adjusted precisely over a course of the substrate temperature during the reaction.

Nach abgeschlossener Reaktion zwischen den Konstituenten auf der Substratoberfläche kann das Substrat noch im Prozessbereich verweilen. Ist dabei die Substrattemperatur hoch genug, kann eine weitere Kondensation bzw. Rekondensation von Beschichtungsmaterial wirksam unterbunden werden.After completion of the reaction between the constituents on the substrate surface, the substrate can still dwell in the process area. If the substrate temperature is high enough, a further condensation or recondensation of coating material can be effectively prevented.

Gemäß einer günstigen Weiterbildung kann die Menge des an dem Substrat bereitgestellten Beschichtungsmaterials durch eine Geschwindigkeit des Massestroms eingestellt werden. Hierzu kann vorteilhaft die Fördereinrichtung eingesetzt werden und entsprechend gesteuert oder geregelt werden.According to a favorable development, the amount of coating material provided on the substrate can be adjusted by a speed of the mass flow. For this purpose, advantageously, the conveyor can be used and controlled or regulated accordingly.

Vorrichtung und Verfahren sind insbesondere zur Herstellung von CIGS-Halbleitern für Photovoltaikanwendungen geeignet.Apparatus and methods are particularly suitable for the production of CIGS semiconductors for photovoltaic applications.

Zeichnungdrawing

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.Further advantages emerge from the following description of the drawing. In the drawings, embodiments of the invention are shown. The drawings, the description and the claims contain numerous features in combination. The person skilled in the art will expediently also consider the features individually and combine them into meaningful further combinations.

Es zeigen in schematischer Darstellung beispielhaft:In a schematic representation, by way of example:

1 eine Ausgestaltung einer günstigen Beschichtungsvorrichtung nach der Erfindung; 1 an embodiment of a favorable coating device according to the invention;

2 eine Ausgestaltung einer vorteilhaften Einstelleinrichtung nach der Erfindung; 2 a configuration of an advantageous adjusting device according to the invention;

3a, 3b verschiedene Ansichten einer günstigen Ausgestaltung eines Kühlelements; und 3a . 3b different views of a favorable embodiment of a cooling element; and

4 eine Ausgestaltung eines vorteilhaften Taupunktsensors nach der Erfindung. 4 an embodiment of an advantageous dew point sensor according to the invention.

Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention

In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen.In the figures, the same or similar components are numbered with the same reference numerals. The figures are merely examples and are not intended to be limiting.

1 zeigt zur Illustration der Erfindung in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel einer günstigen Beschichtungsvorrichtung 100 zur Beschichtung eines Substrats 20 mit einem Beschichtungsmaterial 60. Das Beschichtungsmaterial 60 ist in der folgenden Beschreibung ein Chalkogen, insbesondere Selen und/oder Schwefel, das mit einem oder mehreren Metallen wie Kupfer, Indium, Gallium, Aluminium, Zink, Zinn zu einem CIGS-Halbleiter reagiert. Es können jedoch auch andere Stoffe vorgesehen sein. Denkbar sind auch z.B. Kesterit-Verbindungen wie Cu(Zn,Sn)Se,S anstatt Chalkopyrite, wobei ZnSn dabei das teure Ga und In ersetzt. 1 shows to illustrate the invention in a schematic representation of an embodiment of a cheap coating device 100 for coating a substrate 20 with a coating material 60 , The coating material 60 For example, in the following description, a chalcogen, especially selenium and / or sulfur, will react with one or more metals such as copper, indium, gallium, aluminum, zinc, tin to form a CIGS semiconductor. However, other substances may be provided. Also conceivable are, for example, kesterite compounds such as Cu (Zn, Sn) Se, S instead of chalcopyrite, with ZnSn replacing the expensive Ga and In.

Die Beschichtungsvorrichtung 100 weist ein Gehäuse 16 auf mit einem Innenraum 18, der in verschiedene Bereiche 18a, 18b, 18c, 18d unterteilt ist. Im ersten Bereich 18a ist eine beheizbare Materialquelle 50 angeordnet, in welcher ein Beschichtungsmaterial 60 bereitgestellt wird. Das Beschichtungsmaterial 60 wird von der Materialquelle 50 in einen Massestrom 62 abgegeben, der die verschiedenen Bereiche 18a–18d durchläuft. Der Massestrom 62 ist insbesondere ein Gemisch aus einem inerten Trägergas 64 und dem Beschichtungsmaterial 60. The coating device 100 has a housing 16 on with an interior 18 that in different areas 18a . 18b . 18c . 18d is divided. In the first area 18a is a heatable material source 50 arranged in which a coating material 60 provided. The coating material 60 gets from the material source 50 in a mass flow 62 delivered the different areas 18a - 18d passes. The mass flow 62 is in particular a mixture of an inert carrier gas 64 and the coating material 60 ,

Im zweiten Bereich 18b ist eine Einstelleinrichtung 70 angeordnet, mit der eine Menge und/oder eine Konzentration des Beschichtungsmaterials 60 im Massestrom 62 einstellbar oder regelbar ist, der an einer Substratposition 22 bereitstellbar ist.In the second area 18b is an adjustment device 70 arranged with the amount and / or concentration of the coating material 60 in the mass flow 62 is adjustable or adjustable, at a substrate position 22 is available.

Im dritten Bereich 18c ist ein Prozessbereich 10 angeordnet mit der Substratposition 22, an der ein Substrat 20 gelagert ist. Das Substrat 20 steht vereinfachend für ein einziges Substrat oder eine Mehrzahl von Substraten. Beispielsweise kann das Substrat aus Glas, Metall, Halbleiter, Kunststoff oder dergleichen sein. Die Substratposition 22 kann stationär sein oder eine Transporteinrichtung aufweisen, mit der das Substrat 20 durch den Prozessbereich 10 bewegt wird, z.B. ein Transportband. Das Substrat 20 kann selbst ein Band sein (z.B. Stahl, Titan oder ein Kunststoff wie Polyimid). Dann wird das Band direkt beschichtet und durch den Prozessbereich geschickt. Das Substrat 20 kann insbesondere mit einer weiteren Komponente beschichtet sein, in diesem Zusammenhang auch als Precursorschicht bezeichnet. Die Precursorschicht kann insbesondere eine oder mehreren Schichten von beispielsweise Kupfer, Gallium, Indium sein. Diese kann in einer separaten Anlage auf das Substrat 20 abgeschieden werden, beispielsweise über PVD- oder CVD-Verfahren (PVD = Physical Vapour Deposition, CVD = Chemical Vapour Deposition). Ein weiteres Verfahren zum Aufbringen der Precursorschichten kann z.B. Siebdruck sein. Dabei werden die aufzubringenden Materialien, z.B. eines oder mehrere von Cu, Ga, In, Al, Zn, Sn, in einem Lösemittel (z.B. Harz oder komplexe organische Verbindungen) dispergiert, beispielsweise in Form von Nanopartikeln, auf das Substrat aufgebracht und anschließend getrocknet, um das Lösemittel wieder vollständig zu entfernen. Vorteilhaft ist insbesondere eine Beschichtung mittels Kathodenzerstäubung. Denkbar ist jedoch auch eine Kopplung einer solchen Anlage mit der Beschichtungsvorrichtung 100.In the third area 18c is a process area 10 arranged with the substrate position 22 at which a substrate 20 is stored. The substrate 20 is simplistic for a single substrate or a plurality of substrates. For example, the substrate may be made of glass, metal, semiconductor, plastic or the like. The substrate position 22 may be stationary or have a transport device, with which the substrate 20 through the process area 10 is moved, for example, a conveyor belt. The substrate 20 can itself be a band (eg steel, titanium or a plastic such as polyimide). Then the tape is coated directly and sent through the process area. The substrate 20 may in particular be coated with a further component, in this context also referred to as a precursor layer. The precursor layer may in particular be one or more layers of, for example, copper, gallium, indium. This may be in a separate attachment to the substrate 20 be deposited, for example via PVD or CVD (PVD = Physical Vapor Deposition, CVD = Chemical Vapor Deposition). Another method for applying the precursor layers may be screen printing, for example. In this case, the materials to be applied, for example one or more of Cu, Ga, In, Al, Zn, Sn, dispersed in a solvent (eg resin or complex organic compounds), for example in the form of nanoparticles, applied to the substrate and then dried, to completely remove the solvent again. In particular, a coating by means of cathode sputtering is advantageous. However, it is also conceivable to couple such a system with the coating device 100 ,

Die Substratposition 22 ist mit einer Heizeinrichtung 30 versehen, mit welcher eine gewünschte Substrattemperatur des Substrats 20 einstellbar ist. Ferner kann eine Temperiereinrichtung 32 vorgesehen sein, mit der der Prozessbereich 10 oder weitere Bereiche des Gehäuses 16 temperiert werden kann. Die Temperiereinrichtung 32 kann auch alternativ oder zusätzlich über Substratbereich ragen und zur Oberflächenheizung verwendet werden.The substrate position 22 is with a heater 30 provided with which a desired substrate temperature of the substrate 20 is adjustable. Furthermore, a tempering device 32 be provided with the the process area 10 or other areas of the housing 16 can be tempered. The tempering device 32 may also alternatively or additionally protrude over substrate area and be used for surface heating.

Im vierten Bereich 18d ist eine Fördereinrichtung 40 angeordnet, beispielsweise eine Umwälzeinrichtung zur Umwälzung des Massestroms 62 im Gehäuse 16, z.B. ein Rotor. Zwischen der Fördereinrichtung 40 und der Materialquelle 50 ist eine Heizeinrichtung 34 angeordnet, die den Massestrom 62 auf eine Temperatur erwärmen kann, die eine Kondensation des Beschichtungsmaterials 60 aus dem Massestrom 62 zwischen Heizeinrichtung 34 und Materialquelle 50 verhindert. Es gelingt eine nahezu vollständige Rückführung des Beschichtungsmaterials 60 im Massestrom 62 zur Materialquelle 50.In the fourth area 18d is a conveyor 40 arranged, for example, a circulation device for circulating the mass flow 62 in the case 16 , eg a rotor. Between the conveyor 40 and the material source 50 is a heating device 34 arranged the mass flow 62 can heat to a temperature which is a condensation of the coating material 60 from the mass flow 62 between heater 34 and material source 50 prevented. It succeeds in a nearly complete recycling of the coating material 60 in the mass flow 62 to the material source 50 ,

Der Innenraum 18 kann mit einer Innenwand 14 begrenzt sein, so dass die Bereiche 18a–18d praktisch als miteinander verbundene Kanäle ausgebildet sein können. Vorteilhaft kann im Innenraum 18 eine sauerstofffreie Atmosphäre eingestellt sein. Die Beschichtung des Substrats 20 mit Beschichtungsmaterial 60 kann bei atmosphärischen oder quasiatmosphärischen Druckbedingungen erfolgen, insbesondere in einem Druckbereich zwischen 1 mbar und 1500 mbar, beispielsweise zwischen 500 mbar und 1500 mbar. The interior 18 can with an inner wall 14 be limited so the areas 18a - 18d can be practically designed as interconnected channels. Advantageously, in the interior 18 be set to an oxygen-free atmosphere. The coating of the substrate 20 with coating material 60 can be carried out at atmospheric or quasi-atmospheric pressure conditions, in particular in a pressure range between 1 mbar and 1500 mbar, for example between 500 mbar and 1500 mbar.

Die Materialquelle 50 kann ein Behälter sein, in dem das Beschichtungsmaterial 60 verflüssigt und verdampft wird. Denkbar ist auch, das Beschichtungsmaterial 60 aus der Flüssigphase schubweise mit einem Flashverdampfer schlagartig zu verdampfen. Ebenso kann das Beschichtungsmaterial 60 über ein umlaufendes Band (nicht dargstellt) aus der Schmelze entnommen werden und verdampft werden. Auch andere Varianten der Materialquelle 50 sind denkbar.The material source 50 may be a container in which the coating material 60 is liquefied and evaporated. It is also conceivable, the coating material 60 evaporate abruptly from the liquid phase in batches with a flash evaporator. Likewise, the coating material 60 via a circulating belt (not dargstellt) are removed from the melt and evaporated. Also other variants of the material source 50 are conceivable.

Das Gehäuse 16 kann von einem weiteren Gehäuse 12 umgeben sein, das die einzelnen Bereiche 18a–18d des Innenraums 18 und Temperiereinrichtungen 32 einschließt. Zum Einschleusen und Ausschleusen des Substrats 20 in den Innenraum 18 kann eine Schleuseneinrichtung (nicht dargestellt) vorgesehen sein. Gegebenenfalls kann dort eine geeignete Kondensationseinrichtung (nicht dargestellt) vorgesehen sein, um einen Verlust an Massestrom 62 aus dem Prozessbereich 10 zu vermeiden. The housing 16 can from another case 12 Be surrounded by the individual areas 18a - 18d of the interior 18 and tempering equipment 32 includes. For introducing and removing the substrate 20 in the interior 18 a lock device (not shown) may be provided. Optionally, there may be provided a suitable condensation device (not shown) to prevent loss of mass flow 62 from the process area 10 to avoid.

2 zeigt in schematischer Darstellung die Einstelleinrichtung 70 der 1. Die Einstelleinrichtung 70 dient dazu, einen Sättigungsgrad des Massestrom 62 an Beschichtungsmaterial 60 bereitzustellen. Hierzu umfasst die Einstelleinrichtung 70 eine (beispielsweise regelbare) Kühleinrichtung 72 zum Abkühlen des Massestroms 62. Mit der Kühleinrichtung 72 kann beispielsweise ein Sättigungsgrad von 100% eingestellt werden. Jedoch kann auch gezielt ein geringerer Sättigungsgrad eingestellt werden. 2 shows a schematic representation of the adjustment 70 of the 1 , The adjustment device 70 serves to saturate the mass flow 62 on coating material 60 provide. For this purpose, the adjusting device comprises 70 a (for example controllable) cooling device 72 for cooling the mass flow 62 , With the cooling device 72 For example, a saturation level of 100% can be set. However, also a targeted lower saturation level can be set.

Stromab der der Kühleinrichtung 72 ist in der Einstelleinrichtung 70 eine Heizeinrichtung 74 zum Erwärmen des Massestroms 62 angeordnet. Mit der Heizeinrichtung 74 kann die Temperatur des Massestroms 62 unabhängig vom Sättigungsgrad des Massestroms 62 eingestellt werden.Downstream of the cooling device 72 is in the adjuster 70 a heating device 74 for heating the mass flow 62 arranged. With the heater 74 can the temperature of the mass flow 62 regardless of the degree of saturation of the mass flow 62 be set.

Die Kühleinrichtung 72 kann beispielsweise ein Kanal oder Kanalsystem sein, dessen Wände gekühlt werden. In der Kühleinrichtung 72 erfolgt eine Thermalisierung des gesättigten Massestroms (z.B. Selen-Dampf). Die Kühlung der Kanalwände kann z.B. durch in den Kanalwänden befindliche Bohrungen stattfinden, die mit einem kühlenden Medium (Gas oder Flüssigkeit) durchströmt sind. Die Einstellung der Temperatur kann durch die Menge und/oder Temperatur des Mediums erfolgen. Eine gleichmäßige Kühlung des Massestroms 62 kann durch geeignete Homogenisierungszonen in der Kühleinrichtung 72 erfolgen. Diese können z.B. durch eine Abfolge von engen und weiten Kanalzonen realisiert sein. Durch die sequentielle Entspannung und Kompression des Massestroms 62 wird dieser räumlich homogenisiert und darüber ein Temperaturausgleich im Massestrom 62 bewirkt. The cooling device 72 may be, for example, a channel or duct system whose walls are cooled. In the cooling device 72 Thermalisation of the saturated mass flow (eg selenium vapor) takes place. The cooling of the channel walls can take place, for example, through bores located in the channel walls, through which a cooling medium (gas or liquid) flows. The adjustment of the temperature can be done by the amount and / or temperature of the medium. A uniform cooling of the mass flow 62 can by suitable homogenization zones in the cooling device 72 respectively. These can be realized, for example, by a sequence of narrow and wide channel zones. By the sequential relaxation and compression of the mass flow 62 this is spatially homogenized and about a temperature compensation in the mass flow 62 causes.

Optional kann auch eine Kühlung auf eine feste Temperatur erfolgen (z.B. mittels einer Wasserkühlung) und eine darauf folgende Heizeinrichtung geregelt sein. Optionally, cooling may also be to a fixed temperature (e.g., by means of water cooling) and a subsequent heater controlled.

Die Kühleinrichtung 72 („Taupunktregler“) kann in einer günstigen Ausgestaltung, die in den 3a und 3b dargestellt ist, aus einer Platte 72a bestehen, etwa aus einer Grafitplatte, die sehr viele Stege oder Kanäle K aufweist und daher eine große Oberfläche für thermische Stöße hat. Diese Platte 72a („Taupunktelement“) wird von der einen Seite durch einen Kühler 72b gekühlt, von der anderen wird dagegen durch eine Heizeinrichtung 72c geheizt. Damit lässt sich bei einer konstanten Kühlleistung durch eine variable Heizleistung die Temperatur der Kühleinrichtung 72 einstellen. Mit dieser Anordnung kann auch bei hohen Temperaturen gearbeitet werden (z.B. um einen Taupunkt bei 450°C einzustellen), bei dem kein Medium wie z.B. Thermoöl verfügbar ist, das in diesem Bereich noch arbeitet. Mit einem gut leitfähigen Material für die Platte 72a, wie z.B. Graphit, das von der einen Seite gekühlt von der andern Seite geheizt wird, ist die Temperatur der Kühleinrichtung 72 bzw. der Platte 72a innerhalb einer geringen Toleranz auf ca. 5–10° genau einstellbar und regelbar. Kondensiertes Selen (oder Schwefel) kann abtropfen und in die Materialquelle 50 Tank zurückfließen.The cooling device 72 ("Dew point control") can be used in a favorable configuration, which in the 3a and 3b is shown from a plate 72a consist of, for example, a graphite plate, which has a very large number of webs or channels K and therefore has a large surface for thermal shocks. This plate 72a ("Dew point element") is from the one side by a cooler 72b cooled by the other, however, by a heating device 72c heated. This allows the temperature of the cooling device at a constant cooling capacity by a variable heat output 72 to adjust. This arrangement can be used even at high temperatures (eg to set a dew point at 450 ° C), in which no medium such as thermal oil is available, which still works in this area. With a good conductive material for the plate 72a , such as graphite, which is cooled from one side cooled from the other side, is the temperature of the cooling device 72 or the plate 72a within a small tolerance to approx. 5-10 ° exactly adjustable and adjustable. Condensed selenium (or sulfur) can drip off and into the material source 50 Return the tank.

Die Endtemperatur des aus der Einstelleinrichtung 70 austretenden Massestroms 62 wird dann durch das Verhältnis von fest eingestellter Kühlung der Kühleinrichtung 72 und regelbarer Heizung definiert eingestellt.The final temperature of the adjustment 70 exiting mass flow 62 is then determined by the ratio of fixed cooling of the cooling device 72 and adjustable heating defined.

Die Heizung 74 (2) heizt nun das definierte Gasgemisch des Massestroms 62 (1) mit definiertem Taupunkt auf, was den Taupunkt jedoch nicht verändert. Trifft der Massestrom 62 auf eine Oberfläche, gilt der Taupunkt, der in der Kühleinrichtung 72 eingestellt wurde.The heating system 74 ( 2 ) now heats the defined gas mixture of the mass flow 62 ( 1 ) with a defined dew point, which does not change the dew point. Meets the mass flow 62 on a surface, the dew point that applies in the cooling device applies 72 was set.

Etwaig vorhandene Temperatursensoren, wie etwa Thermoelemente, sind in der schematischen Darstellung der Einstelleinrichtung 70 nicht dargestellt. Diese können zur Messung und zur Regelung der Temperatur der Kühleinrichtung und/oder der Heizeinrichtung genutzt werden.Any existing temperature sensors, such as thermocouples, are in the schematic representation of the adjustment 70 not shown. These can be used to measure and control the temperature of the cooling device and / or the heater.

Mit Vorteil stellt die Einstelleinrichtung 70 eine Taupunktregelung des Massestroms 62 dar. Hierzu kann ein Taupunktsensor 80 vorgesehen sein, der in 4 näher erläutert ist.Advantageously, the adjustment 70 a dew point control of the mass flow 62 For this purpose, a dew point sensor 80 be provided in the 4 is explained in more detail.

Der Taupunktsensor 80 weist in der gezeigten Ausgestaltung einen Träger 82 mit einer glänzenden bzw. reflektierenden Oberfläche 84 auf. Die Oberfläche 84 kann über ein Temperiersystem 86 temperaturvariabel sein, insbesondere kann ein Temperaturgradient entlang der Oberfläche 84 eingestellt werden. Alternativ kann die Oberfläche 84 eine konstante Temperatur aufweise. Der Reflexionsgrad der Oberfläche 84 kann ausgewertet und zur Detektion des Taupunkts eingesetzt werden. Der Reflexionsgrad kann beispielsweise aus einer Intensität eines an der Oberfläche 84 reflektierten Laserstrahls L_o im Vergleich mit der Intensität eines einfallenden Laserstrahls L_i bestimmt werden. Ist die Oberfläche 84 mit mehr oder weniger auskondensiertem Beschichtungsmaterial 60 belegt, ändert sich die Intensität des reflektierten Laserstrahls L_o entsprechend.The dew point sensor 80 has a carrier in the embodiment shown 82 with a shiny or reflective surface 84 on. The surface 84 can via a tempering system 86 be temperature variable, in particular, a temperature gradient along the surface 84 be set. Alternatively, the surface 84 a constant temperature. The reflectance of the surface 84 can be evaluated and used to detect the dew point. The reflectance may be, for example, an intensity of one at the surface 84 reflected laser beam L_o be determined in comparison with the intensity of an incident laser beam L_i. Is the surface 84 with more or less condensed coating material 60 occupied, the changes Intensity of the reflected laser beam L_o accordingly.

Über den Reflexionsgrad kann die Kühleinrichtung 72 (2) geregelt werden. Die Kombination aus Kühleinrichtung 72, welche die Temperatur des Massestroms 62 (1) bestimmt, und Taupunktsensor 80 erlaubt somit eine exakte Regelung der Menge und/oder Konzentration des Beschichtungsmaterials 60 im Massestrom 62.About the reflectance, the cooling device 72 ( 2 ) be managed. The combination of cooling device 72 , which is the temperature of the mass flow 62 ( 1 ) and dew point sensor 80 thus allows an exact control of the amount and / or concentration of the coating material 60 in the mass flow 62 ,

Bei hundertprozentiger Sättigung am Ausgang der Kühleinrichtung 72 ergibt sich automatisch der Taupunkt, sofern keine nachfolgenden Flächen unter dieser Temperatur liegen. Der Taupunktsensor 80 erlaubt vorteilhaft zusätzlich eine Regelung, die jedoch nicht zwingend notwendig ist. Fehlt die Regelmöglichkeit, dann wird der Taupunkt lediglich eingestellt.At one hundred percent saturation at the outlet of the cooling device 72 the dew point automatically results if no subsequent surfaces are below this temperature. The dew point sensor 80 advantageously also allows a regulation, which is not absolutely necessary. If the control option is missing, the dew point is only set.

Durch die Taupunktregelung gelingt es, den Prozessbereich 10 in 1 ständig in einem regelbaren Verhältnis von Beschichtungsmaterial 60 und Trägergas 64 zu halten. Insbesondere ist die Konzentration an Beschichtungsmaterial 60, z.B. Selen und/oder Schwefel, kontrolliert geregelt. Dies gilt ebenso für die Temperatur des Massestroms 62. Im Gegensatz dazu muss im Stand der Technik stets mit einem Überschuss an Selen und/oder Schwefel gearbeitet werden mit entsprechenden Verlusten an diesen Materialien, um eine ausreichende elektrische Qualität des durch die Reaktion zu bildenden Halbleiters zu erreichen.The dew point control succeeds in the process area 10 in 1 constantly in an adjustable ratio of coating material 60 and carrier gas 64 to keep. In particular, the concentration of coating material 60 , eg selenium and / or sulfur, controlled controlled. This also applies to the temperature of the mass flow 62 , In contrast, in the prior art always an excess of selenium and / or sulfur must be used with corresponding losses of these materials in order to achieve a sufficient electrical quality of the semiconductor to be formed by the reaction.

Durch das regelbare Gleichgewicht kann vorgegeben werden, ob die Reaktion des Beschichtungsmaterials 60, mit der Precursorschicht als Festkörper-Dampfphasen-Reaktion oder als Festkörper-Gasphasen-Reaktion erfolgt. Dies kann wahlweise eingestellt werden.Due to the controllable balance can be specified whether the reaction of the coating material 60 , takes place with the precursor layer as a solid-vapor phase reaction or as a solid-state gas-phase reaction. This can be optionally set.

Am Ende der Reaktion nach der Beschichtung des Substrats 20 mit Beschichtungsmaterial 60, wenn die Metalle der Precursorschicht auf dem Substrat 20 sich mit dem Beschichtungsmaterial vollständig in eine CIGS-Halbleiter umgewandelt haben und dessen elektrisch Eigenschaften optimal eingestellt sind, kann die Konzentration des Beschichtungsmaterials 60 im Massestrom 62 soweit heruntergeregelt werden, dass eine unkontrollierte Kondensation des Beschichtungsmaterials 60 auf der Oberfläche des neu gebildeten Halbleiters vermieden werden kann. Eine Nachbehandlung der Oberfläche ist daher nicht notwendig. Ferner kann verhindert werden, dass durch undefinierte Konzentrationsverhältnisse von Trägergas 64 zu Beschichtungsmaterial 60 parasitäre Kondensationen an unerwünschten Stellen im Prozessbereich 10 bzw. im Innenraum 18 der Beschichtungsvorrichtung 100 stattfinden. Der gesamte Prozessbereich 10 kann frei von Kondensat des Beschichtungsmaterials 60 gehalten werden. Eine aufwändige Reinigung der Innenwände kann entfallen.At the end of the reaction after coating the substrate 20 with coating material 60 when the metals of the precursor layer on the substrate 20 can be completely converted into a CIGS semiconductor with the coating material and whose electrical properties are optimally adjusted, the concentration of the coating material 60 in the mass flow 62 so far down regulated that an uncontrolled condensation of the coating material 60 can be avoided on the surface of the newly formed semiconductor. Aftertreatment of the surface is therefore not necessary. Furthermore, it can be prevented by undefined concentration ratios of carrier gas 64 to coating material 60 parasitic condensation at undesirable locations in the process area 10 or in the interior 18 the coating device 100 occur. The entire process area 10 may be free from condensate of the coating material 60 being held. A complex cleaning of the inner walls can be omitted.

Sollen zwei verschiedene Beschichtungsmaterialien 60 abgeschieden werden, etwa Selen und Schwefel, können zwei Materialquellen 50 vorgesehen sein mit zwei separaten Einstelleinrichtungen 70, die z.B. in getrennten Bereichen des Innenraums 18 angeordnet sind. Konzentration und/oder Menge des jeweiligen Materials im jeweiligen Massestrom 62 kann durch die separaten Einstelleinrichtungen 70 eingestellt oder geregelt werden. Die Abscheidung des Beschichtungsmaterials 60 kann insbesondere sequentiell erfolgen.Shall have two different coating materials 60 can be deposited, such as selenium and sulfur, two sources of material 50 be provided with two separate adjustment 70 , for example, in separate areas of the interior 18 are arranged. Concentration and / or amount of the respective material in the respective mass flow 62 can through the separate adjustment 70 be set or regulated. The deposition of the coating material 60 can be done in particular sequentially.

Gemäß der Erfindung wird einerseits erreicht, dass der Massestrom 62 mit definiertem Sättigungsgrad des Beschichtungsmaterials 60 sowie Temperatur und Konzentration des Beschichtungsmaterials 60 exakt eingestellt oder geregelt werden. Das Gleichgewicht im Prozessbereich 10 ist sichergestellt, unabhängig von sonstigen Eigenschaften des Prozessbereichs 10, wie z.B. Wandtemperatur. Andererseits kann durch Kondensation des Beschichtungsmaterials 60 auf dem Substrat 20, welche durch die Substrattemperatur steuerbar ist, und über die Kondensationswärme zusätzlich Reaktionsenergie eingebracht und die Oberflächentemperatur homogenisiert werden.According to the invention, on the one hand, it is achieved that the mass flow 62 with a defined degree of saturation of the coating material 60 and temperature and concentration of the coating material 60 be set or regulated exactly. The balance in the process area 10 is ensured regardless of other properties of the process area 10 , such as wall temperature. On the other hand, by condensation of the coating material 60 on the substrate 20 , Which is controllable by the substrate temperature, and additionally introduced via the heat of condensation reaction energy and the surface temperature are homogenized.

Gleichgewicht bedeutet hierbei, dass die Temperatur des Massestroms 62 im Prozessbereich 10 und die Konzentration des Beschichtungsmaterials 60 definiert ist. Zusätzlich kann über eine geregelte Einstellung der Substrattemperatur während der Reaktion der Ablauf der Reaktion gesteuert werden. Ferner kann über die Fördergeschwindigkeit des Massestroms 62 die absolute Menge des Beschichtungsmaterials 60 und damit das Gleichgewicht beeinflusst werden.Balance here means that the temperature of the mass flow 62 in the process area 10 and the concentration of the coating material 60 is defined. In addition, via a controlled adjustment of the substrate temperature during the reaction, the course of the reaction can be controlled. Furthermore, via the conveying speed of the mass flow 62 the absolute amount of the coating material 60 and thus the balance can be influenced.

Ein beispielhafter Verfahrensablauf zur Herstellung einer CIGS-Halbleiterschicht ist im folgenden anhand der Beschichtungsvorrichtung 100 in 1 dargestellt. An exemplary method sequence for producing a CIGS semiconductor layer is described below with reference to the coating device 100 in 1 shown.

Aus der Materialquelle 50 wird ein gesättigter Chalkogen-Dampf, beispielsweise mit einer Temperatur von mindestens 500°C, bereitgestellt. Im Innenraum 18 befindet sich außer dem Chalkogen-Dampf (Beschichtungsmaterial 60) noch ein (insbesondere inertes) Trägergas 64, etwa Stickstoff, das mit dem Chalkogen-Dampf einen Massestrom 62 bildet. Ein Rest-Sauerstoffgehalt ist sinnvollerweise möglichst gering, vorzugsweise unterhalb von 100 ppm, bevorzugt unterhalb von 50 ppm. Der Massestrom 62 wird der Kühleinrichtung 72 der Einstelleinrichtung 70 zugeführt, welches optional regelbar in seiner Temperatur sein kann. Vorteilhaft ist der Massestrom 62 nach der Einstelleinrichtung 70 hundertprozentig gesättigt an Beschichtungsmaterial 60. Im Prozessbereich 10 ist ein Substrat 20 mit einer Precursorschicht beispielsweise aus den Metallen Kupfer, Indium, Gallium an seiner Substratposition 22 angeordnet, wobei eine Schleuseneinrichtung zum Einschleusen und/oder Ausschleusen des Substrats nicht dargestellt ist. Das Substrat 20 weist eine geeignete Substrattemperatur auf, vorzugsweise unterhalb des Taupunkts.From the material source 50 For example, a saturated chalcogen vapor, for example at a temperature of at least 500 ° C, is provided. In the interior 18 is except the chalcogen vapor (coating material 60 ) nor a (in particular inert) carrier gas 64 , such as nitrogen, which is a mass flow with the chalcogen vapor 62 forms. A residual oxygen content is usefully as low as possible, preferably below 100 ppm, preferably below 50 ppm. The mass flow 62 becomes the cooling device 72 the adjusting device 70 fed, which can be optionally adjustable in its temperature. The mass flow is advantageous 62 after the adjustment 70 100% saturated on coating material 60 , In the process area 10 is a substrate 20 with a precursor layer, for example, of the metals copper, indium, gallium at its substrate position 22 arranged, wherein a lock device for introducing and / or rejecting the substrate is not shown. The substrate 20 has a suitable substrate temperature, preferably below the dew point.

Anschließend an die Kühleinrichtung 72 kann in der Heizeinrichtung 74 der Massestrom 62 auf Prozesstemperatur erhitzt werden, unabhängig von der Chalkogen-Menge und der Chalkogen-Konzentration, und den Prozesserfordernissen angepasst werden. Die Eigenschaften des Massestroms 62 bezüglich des Kondensationsverhaltens des Chalkogens wird ausschließlich in der Kühleinrichtung 72 festgelegt. Strömt der Massestrom 62 über eine Fläche mit einer Temperatur unterhalb des Taupunkts, kondensiert das Chalkogen an der Fläche. Die Differenz zwischen der Substrattemperatur und eingestelltem Taupunkt bestimmt die Abscheiderate des Beschichtungsmaterials 60, d.h. des Chalkogens.After the cooling device 72 can in the heater 74 the mass flow 62 be heated to process temperature, regardless of the amount of chalcogen and the chalcogen concentration, and adapted to the process requirements. The properties of the mass flow 62 with respect to the condensation behavior of the chalcogen is exclusively in the cooling device 72 established. The mass flow flows 62 over an area with a temperature below the dew point, the chalcogen condenses on the surface. The difference between the substrate temperature and the set dew point determines the deposition rate of the coating material 60 ie the chalcogen.

Zur Ausbildung bestimmter Schichteigenschaften ist es dabei gewünscht, dass an der Substratoberfläche eine Reaktion mit dem vorzugsweise in flüssiger Form angebotenen Chalkogen stattfindet. Dadurch kommt es zu einer hohen Aktivität des Chalkogens an der Grenzfläche zwischen den Metallen und dem Chalkogen, was die Bildung bevorzugter Phasen begünstigt. Bei der Festkörper-Flüssigphasen-Reaktion kommt es bevorzugt zur Bildung von binärem Kupferselenid Cu2Se. Dieses entsteht praktisch nicht bei einer Festkörper-Gasphasen-Reaktion. Das Cu2Se zeigt bei der Phasenumwandlung der Metalle mit Selen zu halbleitendem CIGS günstige Eigenschaften. So führt Cu2Se zur Bildung von größeren CIGS-Kristalliten und zu Material mit günstigeren elektrische Eigenschaften. In order to form certain layer properties, it is desirable that a reaction with the chalcogen preferably in liquid form take place on the substrate surface. This leads to a high activity of the chalcogen at the interface between the metals and the chalcogen, which promotes the formation of preferred phases. The solid-liquid-phase reaction preferably results in the formation of binary copper selenide Cu 2 Se. This practically does not arise in a solid-state gas-phase reaction. The Cu 2 Se shows favorable properties in the phase transformation of the metals with selenium to semiconducting CIGS. Thus, Cu 2 Se leads to the formation of larger CIGS crystallites and to material with more favorable electrical properties.

Bei einer unter atmosphärischen Druckbedingungen ablaufenden Reaktion von metallischen Precursorn mit Chalkogen zu CIGS kann die Bildung des günstigen Cu2Se nicht erzwungen werden, indem etwa mit Kupferüberschuss gearbeitet wird, da der Gehalt an Kupfer im Precursor zwangsläufig festgelegt ist und im Unterschuss vorliegt, bezogen auf eine stöchiometrische Verbindung Cu(In,Ga)(S,Se)2. Durch die Steuerung der Aktivität des Chalkogens, d.h. der Steuerung der Aktivität von Selen und/oder Schwefel, kann die Reaktion jedoch über die Zwischenbildung von Cu2Se erreicht werden, die auf dem Substrat 20 ablaufen kann, das nach der Beschichtung, gegebenenfalls nach einer Verweilzeit, wieder von der Substratposition 22 bzw. aus dem Prozessbereich 10 entfernt werden kann.At a running under atmospheric pressure conditions of metallic precursor with chalcogen to CIGS the formation of cheap Cu 2 Se can not be enforced by working with about copper excess, since the content of copper in the precursor is inevitably fixed and is present in deficit, based on a stoichiometric compound Cu (In, Ga) (S, Se) 2 . However, by controlling the activity of the chalcogen, ie, controlling the activity of selenium and / or sulfur, the reaction can be achieved via the intermediation of Cu 2 Se present on the substrate 20 can run off, after the coating, optionally after a residence time, again from the substrate position 22 or from the process area 10 can be removed.

Günstige Parameter sind beispielsweise
Substrattemperaturbereich: 430°C...600°C
Einschleustemperaturbereich des Substrates 20 (Anfangstemperatur für die Dampfphasenkondensation im Reaktionsraum): 250°C...470°C
Zeit: 30s...120s (typisch 60s) für die Taktzeit, d.h. Verweilzeit im Reaktionsraum
Temperatur der Kühleinrichtung 72: 400°C...520°C
Temperatur des Heizeinrichtung 74: 450°C...600°C
Temperatur der Temperiereinrichtung 32: > 500°C; stets größer als der Taupunkt
Temperatur der Heizeinrichtung 34: > 500°C
Temperatur der Materialquelle 50: > 500°C, insbesondere > 600°C; bevorzugt: um 620°C.Cheap parameters are for example
Substrate temperature range: 430 ° C ... 600 ° C
Intake temperature range of the substrate 20 (Initial temperature for the vapor phase condensation in the reaction space): 250 ° C ... 470 ° C
Time: 30s ... 120s (typically 60s) for the cycle time, ie residence time in the reaction space
Temperature of the cooling device 72 : 400 ° C ... 520 ° C
Temperature of the heater 74 : 450 ° C ... 600 ° C
Temperature of the tempering device 32 :> 500 ° C; always greater than the dew point
Temperature of the heater 34 :> 500 ° C
Temperature of the material source 50 :> 500 ° C, in particular> 600 ° C; preferred: around 620 ° C.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 2144296 A1 [0004] EP 2144296 A1 [0004]

Claims (17)

Beschichtungsvorrichtung (100) zur Beschichtung eines Substrats (20) mit einem Beschichtungsmaterial (60), insbesondere mit einem Chalkogen, umfassend einen Prozessbereich (10) in der wenigstens zeitweise das Substrat (20) an einer Substratposition (22) gelagert ist, sowie eine Materialquelle (50) für das Beschichtungsmaterial (60), das in einem Massestrom (62) zur Substratposition (22) leitbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichtungsmaterial (60) in einer Flüssigphase auf das Substrat (20) gelangt. Coating device ( 100 ) for coating a substrate ( 20 ) with a coating material ( 60 ), in particular with a chalcogen, comprising a process area ( 10 ) in which at least at times the substrate ( 20 ) at a substrate position ( 22 ), and a material source ( 50 ) for the coating material ( 60 ), which in a mass flow ( 62 ) to the substrate position ( 22 ) is conductive, characterized in that the coating material ( 60 ) in a liquid phase onto the substrate ( 20 ). Beschichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Substrattemperatur des Substrats (20) in einem vorgegebenen Temperaturbereich gezielt durch eine Dampfphasenkondensation des Beschichtungsmaterials (60) auf dem Substrat (20) einstellbar ist.Coating device according to claim 1, characterized in that a substrate temperature of the substrate ( 20 ) in a predetermined temperature range targeted by a vapor phase condensation of the coating material ( 60 ) on the substrate ( 20 ) is adjustable. Beschichtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einstelleinrichtung (70) vorgesehen ist, mit der eine an der Substratposition (22) bereitgestellte Konzentration und/oder Menge des Beschichtungsmaterials (60) einstellbar oder regelbar ist. Coating device according to claim 1 or 2, characterized in that an adjusting device ( 70 ) is provided, with the one at the substrate position ( 22 ) provided concentration and / or amount of the coating material ( 60 ) is adjustable or adjustable. Beschichtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstelleinrichtung (70) in einem Strömungspfad (18, 18b) des Massestroms (62) zwischen der Materialquelle (50) und dem Prozessbereich (10) angeordnet ist, und durch den der Massestrom (62) von der Materialquelle (50) zur Substratposition (22) führbar ist.Coating device according to one of the preceding claims, characterized in that the adjusting device ( 70 ) in a flow path ( 18 . 18b ) of the mass flow ( 62 ) between the material source ( 50 ) and the process area ( 10 ), and by which the mass flow ( 62 ) from the material source ( 50 ) to the substrate position ( 22 ) is feasible. Beschichtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstelleinrichtung (70) eine Kühleinrichtung (72) zum Abkühlen des Massestroms (62) umfasst und/oder dass die Einstelleinrichtung (70) eine Heizeinrichtung (74) zum Erwärmen des Massestroms (62) umfasst. Coating device according to one of the preceding claims, characterized in that the adjusting device ( 70 ) a cooling device ( 72 ) for cooling the mass flow ( 62 ) and / or that the adjusting device ( 70 ) a heating device ( 74 ) for heating the mass flow ( 62 ). Beschichtungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung (72) eine Platte (72a) umfasst, die zwischen einer Kühleinrichtung (72b) und einer Heizeinrichtung (72c) angeordnet ist.Coating device according to claim 5, characterized in that the cooling device ( 72 ) a plate ( 72a ) between a cooling device ( 72b ) and a heating device ( 72c ) is arranged. Beschichtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstelleinrichtung (70) eine Taupunktregelung des Massestroms (62) umfasst.Coating device according to one of the preceding claims, characterized in that the adjusting device ( 70 ) a dew point control of the mass flow ( 62 ). Beschichtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fördereinrichtung (40) vorgesehen ist, um den Massestrom (62) von der Materialquelle (50) wenigstens zur Substratposition (22) zu bewegen. Coating device according to one of the preceding claims, characterized in that a conveyor device ( 40 ) is provided to the mass flow ( 62 ) from the material source ( 50 ) at least to the substrate position ( 22 ) to move. Beschichtungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung (40) stromab der Substratposition (22) vorgesehen ist.Coating device according to claim 8, characterized in that the conveying device ( 40 ) downstream of the substrate position ( 22 ) is provided. Beschichtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Strömungspfad (18, 18d) des Massestroms (62) stromab der der Substratposition (22) und stromauf der Materialquelle (50) eine Heizeinrichtung (34) angeordnet ist.Coating device according to one of the preceding claims, characterized in that in a flow path ( 18 . 18d ) of the mass flow ( 62 ) downstream of the substrate position ( 22 ) and upstream of the material source ( 50 ) a heating device ( 34 ) is arranged. Beschichtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Massestrom (62) ein Trägergas (64) aufweist.Coating device according to one of the preceding claims, characterized in that the mass flow ( 62 ) a carrier gas ( 64 ) having. Beschichtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Heizeinrichtung (30) für das Substrat (20) vorgesehen ist.Coating device according to one of the preceding claims, characterized in that a heating device ( 30 ) for the substrate ( 20 ) is provided. Verfahren zur Beschichtung eines Substrats (20) mit einem Beschichtungsmaterial (60), insbesondere mit einem Chalkogen, in einem Prozessbereich (10), in der wenigstens zeitweise das Substrat (20) an einer Substratposition (22) gelagert wird, wobei das Beschichtungsmaterial (60) in einem Massestrom (62) von einer Materialquelle (50) zur Substratposition (22) geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichtungsmaterial (60) in einer Flüssigphase auf dem Substrat (20) abgeschieden wird. Method for coating a substrate ( 20 ) with a coating material ( 60 ), in particular with a chalcogen, in a process area ( 10 ), in which at least at times the substrate ( 20 ) at a substrate position ( 22 ), the coating material ( 60 ) in a mass flow ( 62 ) from a material source ( 50 ) to the substrate position ( 22 ), characterized in that the coating material ( 60 ) in a liquid phase on the substrate ( 20 ) is deposited. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Substrattemperatur des Substrats (20) in einem vorgegebenen Temperaturbereich gezielt durch eine Dampfphasenkondensation des Beschichtungsmaterials (60) auf das Substrat (20) eingestellt wird.Method according to claim 13, characterized in that a substrate temperature of the substrate ( 20 ) in a predetermined temperature range targeted by a vapor phase condensation of the coating material ( 60 ) on the substrate ( 20 ) is set. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine an der Substratposition (22) bereitgestellte Konzentration und/oder eine Menge des Beschichtungsmaterials (62) eingestellt oder geregelt wird.Method according to claim 13 or 14, characterized in that one at the substrate position ( 22 ) and / or an amount of the coating material ( 62 ) is set or regulated. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Sättigungsgrad des Massestroms (62) an Beschichtungsmaterial (60) eingestellt oder geregelt wird.Method according to one of claims 13 to 15, characterized in that the degree of saturation of the mass flow ( 62 ) to coating material ( 60 ) is set or regulated. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Massestrom (62) auf eine gewünschte Temperatur eingestellt wird.Method according to one of claims 13 to 16, characterized in that the mass flow ( 62 ) is set to a desired temperature.
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