DE102005027382B4 - Evaporator boat for a device for coating substrates - Google Patents

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Abstract

Verdampferschiffchen für eine Vorrichtung zum Beschichten von Substraten in einer Vakuumbeschichtungskammer, wobei das Verdampferschiffchen durch direkten Stromdurchgang beheizbar ist und eine Verdampfungsfläche (1) aufweist, welche sich über eine Fläche der Breite (B) und eine Länge (L) des Verdampferschiffchens erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass über einem Bereich der Fläche von mehr als 25% die Verdampfungsfläche (1) konvex gewölbt ist.Evaporator boat for a device for coating substrates in a vacuum coating chamber, wherein the evaporator boat is heated by direct passage of current and having an evaporation surface (1) which extends over a surface of the width (B) and a length (L) of the evaporator boat, characterized in that over a region of the area of more than 25% the evaporation surface (1) is convexly curved.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verdampferschiffchen für eine Vorrichtung zum Beschichten von Substraten, welches durch direkten Stromdurchgang beheizbar ist und eine sich über eine Länge und Breite des Verdampferschiffchens erstreckende Verdampfungsfläche aufweist.The The invention relates to an evaporator boat for a device for coating of substrates which can be heated by direct passage of current is and over a length and evaporator boat width extending evaporation surface has.

Verdampferschiffchen werden zum Verdampfen von Metallen in Hochvakuum-Bedampfungsanlagen eingesetzt, beispielsweise zum Beschichten von Folien mit Aluminium, Aluminiumlegierungen oder Kupfer. Sie bestehen aus elektrisch leitfähigen Keramiken, beispielsweise aus Titandiborid (TiB2), Bornitrid (BN), Borcarbid (B4C), Siliziumcarbid (SiC) oder Aluminiumnitrid oder Mischungen dieser Werkstoffe, die durch direkten Stromdurchgang widerstandsbeheizt werden und dabei auf Temperaturen um etwa 1450°C aufgeheizt werden. Ein Draht aus dem zu verdampfenden Metall wird der Oberseite, d. h. der Verdampfungsfläche des erhitzten Verdampferschiffchen zugeführt, auf der Keramik-Verdampfungsfläche geschmolzen und im Vakuum verdampft. In den Beschichtungsanlagen sind in der Regel mehrere Verdampferschiffchen angeordnet, um eine Beschichtung über eine größere Fläche eines Substrates zu ermöglichen.Evaporator boats are used for evaporating metals in high-vacuum vapor deposition systems, for example, for coating films with aluminum, aluminum alloys or copper. They consist of electrically conductive ceramics, for example of titanium diboride (TiB 2 ), boron nitride (BN), boron carbide (B 4 C), silicon carbide (SiC) or aluminum nitride or mixtures of these materials, which are resistance-heated by direct passage of current and thereby to temperatures of about Be heated to 1450 ° C. A wire of the metal to be vaporized is fed to the top surface, ie the evaporation surface of the heated evaporator boat, melted on the ceramic evaporation surface and evaporated in vacuo. In the coating plants a plurality of evaporator boats are usually arranged to allow a coating over a larger area of a substrate.

Bekannte Verdampferschiffchen weisen eine langgestreckte rechteckförmige Verdampfungsfläche und einen flachen, rechteckigen Verdampferquerschnitt auf. Die Breite und Länge der Verdampfungsfläche sind in Abhängigkeit von der erforderlichen Aufdampfrate festgelegt. Typische Längen betragen ca. 100 bis 500 mm bei einem Verdampferquerschnitt mit einer Breite von 20–45 mm und einer Höhe von ca. 10 mm. Die Verdampfungsfläche kann auch durch eine in die langgestreckte rechteckförmige Oberseite eingebrachte Vertiefung zur Aufnahme des zu verdampfenden Schmelzgutes gebildet werden, um ein Überlaufen der Schmelze an den seitlichen Kanten zu verhindern. In der Regel werden die Verdampferschiffchen an ihren Schmal- bzw. Stirnseiten in Spannbacken befestigt (Endeinspannung), wobei die Spannbacken mit den elektrischen Zuleitungen verbunden sind. Verdampferschiffchen mit rechteckförmigen Verdampferquerschnitten sind zwar kostengünstig zu fertigen und weisen eine relativ gute mechanische Stabilität auch bei hohen Temperaturen auf, haben jedoch einen großen Energieverbrauch zum Aufheizen.Known Evaporator boats have an elongated rectangular evaporation surface and a flat, rectangular evaporator cross section. The width and length the evaporation surface are dependent set by the required vapor deposition rate. Typical lengths are approx. 100 to 500 mm in an evaporator cross-section with a width from 20-45 mm and a height of about 10 mm. The evaporation surface can also be replaced by an in the elongated rectangular top introduced recess for receiving the melted material to be evaporated be formed to overflow to prevent the melt at the lateral edges. Usually be the evaporator boats at their narrow or end faces in Clamping jaws fastened (Endinspannung), whereby the clamping jaws with the electrical leads are connected. evaporation with rectangular Although evaporator sections are inexpensive to manufacture and have a relatively good mechanical stability even at high temperatures, but have a big one Energy consumption for heating.

Zur Reduzierung des Energieverbrauchs und zur weiteren Optimierung der Verdampferschiffchen wurden bereits in der US 4089643 A dreieckförmige, in der US 2996412 A und DE 203 09 444 U1 trapezförmige, in der DE 198 23 908 A ellipsenförmige und in der DE 195 45 914 C1 t-förmige Verdampferquerschnitte vorgeschlagen. Die Verdampfungsfläche wird dabei jeweils durch die größte ebene Fläche des Verdampferschiffchens oder eine in diese Fläche eingebrachten Vertiefung gebildet, damit möglichst viel Schmelzgut verdampft werden kann.To reduce energy consumption and to further optimize the evaporator boats were already in the US 4089643 A triangular, in the US 2996412 A and DE 203 09 444 U1 trapezoidal, in the DE 198 23 908 A elliptical and in the DE 195 45 914 C1 T-shaped evaporator cross sections proposed. The evaporation surface is formed in each case by the largest flat surface of the evaporator boat or a recess introduced into this surface, so that as much as possible melted material can be evaporated.

Weitere Lösungen sehen eine Vergrößerung des Verdampferquerschnitts im Bereich der Drahtzuführung vor, wodurch die Temperatur in diesem Bereich geringer ist, als auf der restlichen Verdampfungsfläche, um die Bildung von Spritzern zu vermeiden. In der DE 41 39 792 A1 weist das Verdampferschiffchen dazu eine Verbreiterung der Verdampfungsfläche im mittleren Bereich auf. In der EP 1 327 699 B1 ist dazu eine rechteckförmige Vertiefung zur Aufnahme des zu verdampfenden Schmelzgutes mit einer aus der Vertiefung ragenden, den Verdampferquerschnitt im Bereich der Drahtzuführung vergrößernden Schmelzinsel vorgesehen. Diese Lösungen vergrößern jedoch den Aufwand zur Herstellung der Verdampferschiffchen.Further solutions provide an enlargement of the evaporator cross-section in the area of the wire feed, whereby the temperature in this area is lower than on the remaining evaporation area in order to avoid the formation of splashes. In the DE 41 39 792 A1 has the evaporator boat to a broadening of the evaporation surface in the middle region. In the EP 1 327 699 B1 For this purpose, a rectangular depression for receiving the meltable material to be vaporized is provided with a melt island protruding from the depression and enlarging the evaporator cross section in the region of the wire feed. However, these solutions increase the cost of producing the evaporator boats.

Aus Patent Abstracts of Japan zu JP 05182196 A ist bereits ein hohles Verdampferschiffchen bekannt, welches einen trapezförmigen Querschnitt mit einer verringerten oberen Apertur aufweist.From Patent Abstracts of Japan to JP 05182196 A A hollow evaporator boat is already known, which has a trapezoidal cross-section with a reduced upper aperture.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfach zu fertigendes Verdampferschiffchen mit geringem Energieverbrauch und möglichst großer Verdampfungsfläche zur Verfügung zu stellen.task The invention is an easy to manufacture evaporator boat with low energy consumption and the largest possible evaporation area for disposal to deliver.

Die Lösung der Aufgabe gelingt mit einem Verdampferschiffchen gemäß Anspruch 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.The solution the task is successful with an evaporator boat according to claim 1. Further advantageous embodiments are the respective dependent claims remove.

Das erfindungsgemäße Verdampferschiffchen für eine Vorrichtung zum Beschichten von Substraten in einer Vakuumbeschichtungskammer ist durch direkten Stromdurchgang beheizbar und weist eine Verdampfungsfläche auf, welche sich über eine Breite und eine Länge des Verdampferschiffchens erstreckt, wobei in einem Bereich von mehr als 25%, bezogen auf eine ebene Grundrissfläche gleicher Länge und Breite, die Verdampfungsfläche konvex gewölbt ist. Dabei ist es nicht zwingend erforderlich, dass sich die Verdampfungsfläche über die Gesamtlänge und/oder Gesamtbreite des Verdampferschiffchens erstreckt.The Evaporator boats according to the invention for one Apparatus for coating substrates in a vacuum coating chamber is heatable by direct passage of electricity and has an evaporation surface, which are over a width and a length extends the evaporator boat, wherein in a range of more than 25%, based on a flat floor plan of the same length and Width, the evaporation surface convex arched is. It is not absolutely necessary that the evaporation surface on the overall length and / or overall width of the evaporator boat extends.

Im Grundriss weist die Verdampfungsfläche vorzugsweise eine langgestreckte rechteckige Form auf. Grundrissformen, die davon abweichen, beispielsweise rhomboidförmige Grundrissflächen der Verdampfungsflächen, liegen jedoch ebenfalls im Rahmen der Erfindung.in the Plan view, the evaporation surface is preferably an elongated rectangular shape on. Floor plans that deviate from it, for example, rhomboid plan surfaces of the evaporation surfaces lie however, also within the scope of the invention.

In einfachen, vorteilhaften Ausführungsformen der Erfindung ist der Verdampferquerschnitt des Verdampferschiffchens im konvex gewölbten Bereich der Verdampfungsfläche dreieckförmig oder trapezförmig, wobei sich die Verdampfungsfläche aus mehreren ebenen Teilflächen zusammensetzen kann oder der Verdampferquerschnitt des Verdampferschiffchens im konvex gewölbten Bereich ist halbellipsenförmig. Als Verdampferquerschnitt wird dabei sowohl der Schnitt durch das Verdampferschiffchen entlang der Länge als auch der Schnitt durch das Verdampferschiffchen entlang Breite des Verdampferschiffchens definiert. Vorzugsweise ist die konvexe Wölbung im Verdampferquerschnitt entlang der Breite des Verdampferschiffchens ausgebildet.In simple, advantageous embodiments of the invention, the evaporator cross-section of Evaporator boat in the convex curved portion of the evaporation surface triangular or trapezoidal, wherein the evaporation surface may be composed of a plurality of planar partial surfaces or the evaporator cross section of the evaporator boat in the convexly curved portion is a semi-ellipse. As the evaporator cross-section while both the section through the evaporator boat along the length and the section through the evaporator boat along the width of the evaporator boat is defined. Preferably, the convex curvature is formed in the evaporator cross-section along the width of the evaporator boat.

Der konvex gewölbte Bereich der Verdampfungsfläche erstreckt sich vorzugsweise über die gesamte Länge und/oder Breite der Verdampfungsfläche, so dass sich eine, gegenüber einer ebenen Fläche gleicher Länge und Breite wesentlich vergrößerte Verdampfungsfläche ergibt. Der Energieverbrauch zum Aufheizen wird gegenüber bekannten Verdampferschiffchen, welche eine ebene Verdampfungsfläche gleicher Größe aufweisen, wesentlich verringert und die Produktlebensdauer des Verdampfers verlängert.Of the convex arched Area of the evaporation surface preferably extends over the entire length and / or width of the evaporation surface, so that one, opposite to a flat surface same length and width substantially increased evaporation area results. The energy consumption for heating is compared to known evaporator boats, which a flat evaporation surface have the same size, significantly reduced and the product life of the evaporator extended.

In weiteren einfachen Ausführungen, in denen sich die Verdampfungsfläche über die gesamte Länge und Breite des Verdampferschiffchens erstreckt, ist der entlang der Breite der Verdampfungsfläche verlaufende Verdampferquerschnitt über die gesamte Breite des Verdampfungsfläche konvex gewölbt, wobei der Verdampferquerschnitt über die gesamte Länge des Verdampferschiffchens gleich ist. Ein Abtropfen des geschmolzenen zu verdampfenden Materials wird durch die stark erhitzten unteren seitlichen Kanten verhindert. Weiterhin ergeben sich dadurch einfach zu fertigende Formen des Verdampferschiffchens.In other simple versions, in which the evaporation surface over the whole length and width of the evaporator boat is along the width of the evaporation surface extending evaporator cross section over the entire width of the Evaporation surface convex, wherein the evaporator cross section over the entire length the evaporator boat is the same. A dripping of the melted Vaporizing material is due to the highly heated lower side Prevents edges. Furthermore, this results in easy to manufacture Shapes of the evaporator boat.

In weiteren vorteilhaften Ausführungsformen weist das Verdampferschiffchen entlang der Längsseiten der Verdampfungsfläche verlaufende, vorzugsweise rechteckförmige, Seitenränder auf, die dazu geeignet sind, ein seitliches Abtropfen von noch nicht verdampften Material zu verhindern. Zusätzlich oder alternativ kann an den Stirnseiten des Verdampferschiffchens ebenfalls ein Seitenrand ausgebildet sein, der ein einfaches Einspannen des Verdampferschiffchens ermöglicht.In further advantageous embodiments the evaporator boat running along the longitudinal sides of the evaporation surface, preferably rectangular, margins on which are suitable, a lateral dripping off not yet prevent evaporated material. Additionally or alternatively on the front sides of the evaporator boat also a side edge be formed, the simple clamping of the evaporator boat allows.

Die Verdampferschiffchen bestehen vorzugsweise aus leitfähigen Keramiken, beispielsweise aus Titandiborid (TiB2), Bornitrid (BN), Borcarbid (B4C), Siliziumcarbid (SiC) oder Aluminiumnitrid oder Mischungen dieser Werkstoffe. Für eine bessere Benetzbarkeit wird die Oberfläche der Verdampfungsfläche mit an sich bekannten Methoden vorbehandelt. Diese Methoden beinhalten beispielsweise eine chemische, thermische und/oder mechanische Oberflächenvorbehandlung.The evaporator boats are preferably made of conductive ceramics, for example of titanium diboride (TiB 2 ), boron nitride (BN), boron carbide (B 4 C), silicon carbide (SiC) or aluminum nitride or mixtures of these materials. For better wettability, the surface of the evaporation surface is pretreated by methods known per se. These methods include, for example, chemical, thermal and / or mechanical surface pretreatment.

Die Erfindung wird im weiteren an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In 1 sind dazu beispielhaft verschiedene Formen von Verdampferschiffchen dargestellt. In den beispielhaften Verdampferschiffchen sind jeweils 100% der ebenen Grundrissfläche (L·B) der Verdampfungsfläche 1 konvex gewölbt.The invention will be explained in more detail with reference to exemplary embodiments. In 1 For example, different forms of evaporator boats are shown. In the exemplary evaporator boats, in each case 100% of the flat plan area (L * B) of the evaporation surface 1 convex arched.

In den 1a) bis c) sind Verdampferschiffchen dargestellt, bei denen sich die Verdampfungsfläche 1 über die Gesamtlänge und Gesamtbreite des Verdampferschiffchens erstreckt, so dass die Länge der konvex gewölbten Verdampfungsfläche L der Gesamtlänge des Verdampferschiffchens entspricht und die Breite der konvex gewölbten Verdampfungsfläche B der Gesamtbreite des Verdampferschiffchens entspricht, wobei ein entlang der Breite der Verdampfungsfläche 1 verlaufender dreieckförmiger Verdampferquerschnitt 2a, trapezförmiger Verdampferquerschnitt 2b oder halbellipsenförmiger Verdampferquerschnitt 2c ausgebildet ist, welcher über die Gesamtlänge des Verdampferschiffchens gleich ist. Das Verdampferschiffchen in 2a) mit einem dreieckförmigen Verdampferquerschnitt 2a weist dabei eine zweiteilige Verdampfungsfläche 1 auf und das Verdampferschiffchen in 2b) mit einem trapezförmigen Verdampferquerschnitt 2b weist dabei eine dreiteilige Verdampfungsfläche 1 auf. Über die Höhe des Verdampferquerschnitts H wird zum einen die Richtung bestimmt, in welche das zu verdampfende Material abgedampft wird und zum anderen die Größe der Querschnittsfläche bei vorgegebener Querschnittsform. Dabei kann mit verringerter Querschnittsfläche eine höhere Temperatur bei gleichem Energieeintrag erzielt werden. Aus den Darstellungen der 1 wird ersichtlich, dass die erfindungsgemäßen Verdampferschiffchen gegenüber einem Verdampfer mit rechteckförmigen Verdampferquerschnitt mit gleicher Länge und Breite (gestrichelte Linie), eine vergrößerte Verdampfungsfläche 1 sowie einen verringerten Verdampferquerschnitt 2a, 2b, 2c aufweisen. Daraus ergibt sich eine wesentlich erhöhte Abdampfrate des zu verdampfenden Materials bei verringertem Energieverbrauch, wobei gleichzeitig weniger keramisches Material für die Herstellung des Verdampfers benötigt wird.In the 1a ) to c) evaporator boats are shown, in which the evaporation surface 1 extends over the entire length and overall width of the evaporator boat, so that the length of the convexly curved evaporation surface L corresponds to the total length of the evaporator boat and the width of the convexly curved evaporation surface B corresponds to the total width of the evaporator boat, along the width of the evaporation surface 1 extending triangular evaporator cross section 2a , Trapezoidal evaporator cross-section 2 B or semi-elliptical evaporator cross-section 2c is formed, which is the same over the entire length of the evaporator boat. The evaporator boat in 2a ) with a triangular evaporator cross section 2a has a two-part evaporation surface 1 on and the evaporator boat in 2 B ) with a trapezoidal evaporator cross-section 2 B has a three-part evaporation surface 1 on. The height of the evaporator cross-section H determines, on the one hand, the direction in which the material to be vaporized is evaporated and, on the other hand, the size of the cross-sectional area for a given cross-sectional shape. It can be achieved with reduced cross-sectional area a higher temperature with the same energy input. From the representations of 1 It can be seen that the evaporator boats according to the invention over an evaporator having a rectangular evaporator cross section with the same length and width (dashed line), an increased evaporation area 1 and a reduced evaporator cross-section 2a . 2 B . 2c exhibit. This results in a significantly increased evaporation rate of the material to be evaporated with reduced energy consumption, at the same time less ceramic material is needed for the production of the evaporator.

11
VerdampfungsflächeEvaporation surface
2a2a
dreieckförmiger Verdampferquerschnitttriangular evaporator cross section
2b2 B
trapezförmiger VerdampferquerschnittTrapezoidal evaporator cross-section
2c2c
halbellipsenförmiger Verdampferquerschnittsemi-elliptical evaporator cross-section
LL
Länge der VerdampfungsflächeLength of Evaporation surface
BB
Breite der Verdampfungsfläche/des Verdampferquerschnittswidth the evaporation surface / of Evaporator section
HH
Höhe des VerdampferquerschnittsHeight of the evaporator cross section

Claims (10)

Verdampferschiffchen für eine Vorrichtung zum Beschichten von Substraten in einer Vakuumbeschichtungskammer, wobei das Verdampferschiffchen durch direkten Stromdurchgang beheizbar ist und eine Verdampfungsfläche (1) aufweist, welche sich über eine Fläche der Breite (B) und eine Länge (L) des Verdampferschiffchens erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass über einem Bereich der Fläche von mehr als 25% die Verdampfungsfläche (1) konvex gewölbt ist.Evaporator boat for a device for coating substrates in a vacuum coating chamber, wherein the evaporator boat is heated by direct passage of current and a evaporation surface ( 1 ) which extends over an area of width (B) and a length (L) of the evaporator boat, characterized in that over a range of the area of more than 25% the evaporation area ( 1 ) is convexly curved. Verdampferschiffchen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdampferschiffchen im konvex gewölbten Bereich einen dreieckförmigen Verdampferquerschnitt (2a) aufweist.Evaporator boat according to claim 1, characterized in that the evaporator boat in the convexly curved region a triangular evaporator cross-section ( 2a ) having. Verdampferschiffchen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdampferschiffchen im konvex gewölbten Bereich einen trapezförmigen Verdampferquerschnitt (2b) aufweist.Evaporator boat according to claim 1, characterized in that the evaporator boat in the convexly curved region has a trapezoidal evaporator cross-section ( 2 B ) having. Verdampferschiffchen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Verdampferschiffchen im konvex gewölbten Bereich einen halbellipsenförmigen Verdampferquerschnitt (2c) aufweist.Evaporator boat according to claim 1, characterized in that evaporator boats in the convexly curved region a semi-elliptical evaporator cross-section ( 2c ) having. Verdampferschiffchen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der konvex gewölbte Bereich über die gesamte Länge (L) der Verdampfungsfläche (1) erstreckt.Evaporator boat according to one of the preceding claims, characterized in that the convexly curved region over the entire length (L) of the evaporation surface ( 1 ). Verdampferschiffchen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der konvex gewölbte Bereich über die gesamte Breite (B) der Verdampfungsfläche (1) erstreckt.Evaporator boat according to one of the preceding claims, characterized in that the convexly curved region over the entire width (B) of the evaporation surface ( 1 ). Verdampferschiffchen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdampferschiffchen Seitenränder aufweist, welche zumindest entlang der Länge (L) der Verdampfungsfläche (1) ausgebildet sind.Evaporator boat according to one of the preceding claims, characterized in that the evaporator boat has side edges which at least along the length (L) of the evaporation surface ( 1 ) are formed. Verdampferschiffchen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Seitenrand einen rechteckförmigen Querschnitt aufweist.Evaporator boat according to claim 7, characterized in that that the side edge has a rectangular cross-section. Verdampferschiffchen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdampferschiffchen eine elektrisch leitfähige Keramik umfasst.Evaporator boat to one of the preceding Claims, characterized in that the evaporator boat is an electrical conductive Ceramic includes. Verdampferschiffchen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramik Titandiborid (TiB2), Bornitrid (BN), Borcarbid (B4C), Siliziumcarbid (SiC), Aluminiumnitrid oder Mischungen dieser Werkstoffe umfasst.Evaporator boat according to claim 9, characterized in that the ceramic titanium diboride (TiB 2 ), boron nitride (BN), boron carbide (B 4 C), silicon carbide (SiC), aluminum nitride or mixtures of these materials.
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