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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren
zum Verdampfen einer Vorläufersubstanz
("Precursor") und zum Heranführen der
verdampften Vorläufersubstanz
an ein in einer Reaktionskammer angeordnetes, zu beschichtendes
Substrat nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 13. Die Erfindung
betrifft ferner ein Beschichtungssystem unter Verwendung einer solchen
Verdampfungsvorrichtung bzw. eines solchen Verdampfungsverfahrens.
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Eine
derartige Vorrichtung sowie ein derartiges Verfahren sind beispielsweise
aus der
DE 197 30 119
A1 bekannt. Das bekannte Verfahren dient zur Herstellung
von Dünnfilmen
aus oxidischer Keramik durch Abscheiden von Metalloxiden auf einer
Oberfläche
des Substrats. Die bekannte Vorrichtung umfasst einen Verdampfer
zum Verdampfen der Vorläufersubstanz
und eine mit dem Verdampfer verbundene Leitung, durch welche hindurch
die verdampfte Vorläufersubstanz
in die Reaktionskammer hinein und an das Substrat herangeführt wird.
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Der
für den
Verdampfungsprozess bestimmende Parameter ist die Temperatur der
Vorläufersubstanz
sowie die Temperatur der verdampften Vorläufersubstanz auf ihrem Weg
vom Verdampfer zum Substrat. Während
des Transports der Vorläufersubstanz
von der Verdampfungszone zur Abscheidungszone (Substratoberfläche) sollte
die verwendete chemische Spezies jedoch nicht allzu hohen Temperaturen
ausgesetzt sein, da dies zu einer unerwünschten Deposition innerhalb
der Vorrichtung noch vor Erreichen des Substrats führen kann.
Die Temperatur während
dieses Transports sollte jedoch auch nicht unter die Verdampfungstemperatur
absinken, weil in diesem Fall eine Rekondensation auftreten kann. Diese
Problematik ist in der Praxis gut handhabbar für stabile Chemikalien, bei
denen die Verdampfungstemperatur und die Reaktionstemperatur sehr verschieden
sind.
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Diese
Problematik wird jedoch kritisch, wenn weniger stabile Vorläufersubstanzen
zum Einsatz kommen sollen.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung sowie
ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit denen
insbesondere auch weniger stabile Vorläufersubstanzen zuverlässig verdampft
und an das zu beschichtende Substrat herangeführt werden können. Ferner
soll ein Beschichtungssystem, insbesondere ein CVD-Beschichtungssystem,
geschaffen werden, das einen einfachen Aufbau aufweist und zudem
eine präzise
Temperaturkontrolle der Vorläufersubstanz sowie
der verdampften Vorläufersubstanz
(d.h. des Precursor-Dampfes)
ermöglicht.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 bzw. 16 sowie durch ein Verfahren
nach Anspruch 13. Die abhängigen
Ansprüche
betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
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Für die Erfindung
wesentlich ist, dass die Temperatur der Vorläufersubstanz sowie der verdampften
Vorläufersubstanz
und gegebenenfalls vorgesehener Beimischungen während des Transports zum Substrat
präzise
definiert bzw. eingestellt werden kann. Bei der erfindungsgemäßen Verdampfungsvorrichtung
sind der Verdampfer und (zumindest) ein verdampferseitiger Abschnitt
der Leitung in einer von einem Temperierungsfluid durchströmbaren Temperierungskammer
angeordnet. Dabei wird die dem Verdampfer zugeführte Vorläufersubstanz durch entsprechende
Temperaturwahl des Temperierungsfluids auf Verdampfungstemperatur
erwärmt. Bei
dem erfindungsgemäßen Verdampfungsverfahren
ist dementsprechend vorgesehen, dass der Verdampfer und ein verdampferseitiger
Abschnitt der Leitung in einer von einem Temperierungsfluid durchströmten Temperierungskammer
entsprechend temperiert werden.
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Mit
der Erfindung können
insbesondere auch "sensible" Vorläufersubstanzen
zuverlässig
verdampft und an dem zu beschichtenden Substrat zur Reaktion gebracht
werden. Die Erfindung beseitigt daher die bei kommerziell erhältlichen
Verdampfern auftretenden Probleme und ist gut geeignet zur Schaffung
von abgeschiedenen Schichten hoher Qualität.
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Der
erfindungsgemäße Verdampfer
ist universell einsetzbar, beispielsweise in Beschichtungssystemen
bzw. Beschichtungsanlagen zur Abscheidung von dünnen Schichten durch chemische
Reaktion (CVD, "chemical
vapour deposition").
Die Reaktanden (Vorläufersubstanz)
können
hierbei in fester, viskoser oder flüssiger Form im Verdampfer vorliegen bzw.
dem Verdampfer zugeführt
werden. In an sich bekannter Weise kann die Verdampfung der Vorläufersubstanz
in ein so genanntes Trägergas
erfolgen, um einen kontrollierbaren Dampffluss mit einer kontrollierbaren
Konzentration an Vorläufersubstanz (und
gegebenenfalls weiteren Beimischungen) zu erzielen. Darüber hinaus
ist die Erfindung z. B. auch für alle
Abwandlungen bzw. Weiterbildungen von CVD-Verfahren, z. B. MOCVD-Verfahren,
plasmagesteigerte bzw. plasmaunterstützte CVD-Verfahren (PECVD bzw.
PACVD) geeignet. Letztere Verfahren sind dadurch gekennzeichnet,
dass in der Reaktionskammer ein Plasma gezündet wird, z. B. durch Anlegen
eines starken elektrischen Feldes, welches eine gewünschte chemische
Reaktion bewirkt, beispielsweise ein Aufbrechen von chemischen Bindungen des
Reaktiongases, so dass dabei entstehende Radikale sich auf dem Substrat
niederschlagen und dort eine chemische Abscheidereaktion bewirken.
Dadurch kann im Allgemeinen eine höhere Abscheiderate bei geringerer
Substrattemperatur als mit CVD erreicht werden.
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Bei
dem zu beschichtenden Substrat kann es sich beispielsweise um ein
Werkstück
handeln, dessen Oberfläche
wenigstens bereichsweise vor der Verwendung des Werkstücks mit
einer oder mehreren dünnen
Schichten versehen werden soll, beispielsweise zur gezielten Beeinflussung
mechanischer, elektrischer oder optischer Eigenschaften.
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In
einer Ausführungsform
ist z. B. die Schaffung von Titanoxidbeschichtungen vorgesehen,
wobei z. B. Vorläufersubstanzen
enthaltend Titan(IV)isopropoxid, Titan(IV)ethoxid, Titantetrachlorid und
Titantetradimethylaminopropanol zum Einsatz kommen können.
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Abhängig von
der konkreten Beschichtungsmethode kann die Abscheidungstemperatur
bzw. Substrattemperatur etwa der Verdampfungstemperatur der Vorläufersubstanz
entsprechen, oder aber z. B. nennenswert darüber liegen.
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Der
erfindungsgemäße Verdampfer
ist vorteilhaft für
industrielle Beschichtungssysteme einsetzbar, bei welchen die Reaktionskammern
z. B. von metallischen Reaktoren großer Volumina gebildet werden
und/oder in denen ein besonders niedriger Druck (Vakuum) herrscht.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
sind Umwälzmittel
zum Umwälzen
des Temperierungsfluids in der Temperierungskammer vorgesehen. Durch
diese Maßnahme
kann besonders gut eine definierte Temperatur des Verdampfers sowie
der mit dem Verdampfer verbundenen Leitung aufrechterhalten werden.
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In
einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Umwälzmittel
eine außerhalb
der Temperierungskammer angeordnete Umwälzpumpe umfassen. Besonders
bevorzugt ist am Pumpenausgang eine Heizeinrichtung vorgesehen,
mittels welcher eine gewünschte
Temperatur des Temperierungsfluids eingestellt, insbesondere geregelt
wird. Während
des Beschichtungsprozesses kann die Temperatur des Temperierungsfluids
z. B. auf eine konstante Temperatur geregelt werden.
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In
einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Strömungsrate bzw. Umwälzrate des
Temperierungsfluids steuerbar ist. Bei Verwendung besonders empfindlicher
Vorläufersubstanzen
und/oder bei einer Beschichtungsvorrichtung mit relativ hohem Wärmeverlust
kann durch eine Erhöhung
der Umwälzrate vorteilhaft
eine vorbestimmte Temperierungsfluidtemperatur besser aufrechterhalten
werden. In diesem Zusammenhang ist es auch von Vorteil, wenn das
Temperierungsfluid eine nennenswerte Wärmeleitfähigkeit besitzt.
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Als
Temperierungsfluid eignet sich z. B. Haake Badflüssigkeit, welche für Vorläufersubstanzen der
hier interessierenden Art mit einer Temperatur im Bereich von etwa
30 °C bis
200 °C durch
die Apparatur gepumpt wird.
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In
einer insbesondere für
industrielle Anwendungen bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen,
dass Vorläufersubstanzen
auch während
des Beschichtungsprozesses dem Verdampfer zugeführt werden können. Der
erfindungsgemäße Verdampfer kann
hierfür
z. B. eine Pumpe zum Fördern
der Vorläufersubstanz
zu einem Zufuhranschluss des Verdampfers aufweisen, wobei auch diese
Pumpe bevorzugt außerhalb
der Temperierungskammer angeordnet wird. In diesem Fall ist die
Temperierungskammer mit einer geeigneten Durchführung ("port")
auszustatten. Die geeignete Bauart der Vorläufersubstanzpumpe hängt von
der Konsistenz der Vorläufersubstanz
ab. Insbesondere für
in flüssiger
Form bereitgestellte Vorläufersubstanzen
eignen sich Verdrängerpumpen
wie z. B. Peristaltikpumpen, mittels welchen die betreffenden Vorläufersubstanzen
aus einem jeweiligen Vorrat zum Verdampfer gefördert werden.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
des Verdampfungsverfahrens wird während des Verdampfens neue
Vorläufersubstanz
zum Verdampfer zugeführt.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
ist in der Temperierungskammer wenigstens ein Temperatursensor angeordnet,
der z. B. zur Regelung der Temperierungsfluidtemperatur verwendet
werden kann.
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Auch
können
in der Temperierungskammer ein oder mehrere Drucksensoren angeordnet
sein, sei es zur Kontrolle bzw. Einstellung eines Temperierungsfluidsdrucks
oder, was in der Praxis besonders vorteilhaft ist, zur Kontrolle
bzw. Einstellung von Drücken
innerhalb des Verdampfers und/oder innerhalb von Leitungen für die Vorläufersubstanz
und/oder Beimischungen.
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Bevorzugt
wird der Vorläufersubstanz
ein Trägergas
zugeführt,
beispielsweise direkt am Verdampfer und/oder in der vom Verdampfer
zur Reaktionskammer bzw. in die Reaktionskammer hineinführenden
Leitung.
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Für viele
Beschichtungsverfahren eignet sich als Trägergas z. B. Argon, Stickstoff,
Helium oder ein Gemisch aus mehreren dieser Gase.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
mündet
die mit dem Verdampfer verbundene Leitung noch innerhalb der Temperierungskammer
in einen Rohrstutzen, der aus der Temperierungskammer heraus und
in die Reaktionskammer hinein ragt und z. B. relativ knapp bis an
das zu beschichtende Substrat heranreicht. Im Verlauf dieser Leitung
oder bevorzugt im Bereich eines solchen Rohrstutzens wird üblicherweise
ein Reaktivgas (z. B. Sauerstoff) zugeführt werden, welches auf bekannte
Weise an der chemischen Abscheidereaktion an der Substratoberfläche beteiligt
ist.
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In
einer Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Beschichtungssystems,
das den voranstehend beschriebenen Verdampfer umfasst, ist beispielsweise
vorgesehen, dass die mit dem Verdampfer verbundene Leitung an einem
innerhalb der Temperierungskammer befindlichen, ersten Rohrende einmündet und
die verdampfte Vorläufersubstanz (mit
gegebenenfalls beigemischtem Trägergas)
an dem entgegengesetzten zweiten Rohrende wieder austritt, welches
sich in der Reaktionskammer, bevorzugt unmittelbar dem zu beschichtenden
Substrat benachbart, befindet. Die Einmündung der Leitung kann z. B.
im Bereich der Stirnseite des ersten Rohrendes vorgesehen sein,
z. B. durch eine Durchführung
durch das ansonsten verschlossene erste Rohrende hindurch. Sofern
der an dieser Stelle in das Rohr eingeleiteten verdampften Vorläufersubstanz nicht
bereits sämtliche
für den
Beschichtungsprozess vorgesehene Beimischungen beigemischt sind,
können
diese z. B. ebenfalls im Bereich der Stirnseite des ersten Rohrendes
(durch entsprechende Durchführungen
hindurch) in das Rohr eingeleitet werden, so dass die Vermischung
innerhalb des Rohrs erfolgt.
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Hinsichtlich
der zuverlässigen
Heranführung der
verdampften Vorläufersubstanz
und etwaiger Beimischungen, insbesondere in Form eines Reaktivgases,
an das zu beschichtende Substrat ist es nicht nur von Vorteil, wenn
die Vorläufersubstanz bzw.
das betreffende Gasgemisch wenigstens abschnittsweise gemeinsam
durch das (bevorzugt temperierte) Rohr hindurchströmen, sondern
vor dem Einleiten in das Rohr, einzeln oder bereits als Gemisch(e),
durch eine oder mehrere entsprechende Leitungen durch das Innere
der Temperierungskammer geführt
werden, um die Temperatur der Beimischungen an die Temperatur der
verdampften Vorläufersubstanz
anzupassen.
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Als
Material für
sämtliche
im Inneren der Temperierungskammer angeordnete Leitungen eignet
sich z. B. Glas oder Metall.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist im Verlauf der mit dem Verdampfer verbundenen Leitung ein steuerbares
Ventil, bevorzugt Proportionalventil, angeordnet.
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Ein
reaktionskammerseitiger Abschnitt der Leitung kann z. B. als doppelwandiges
Rohr mit einem von einem Temperierungsfluid durchströmbaren Zwischenraum
ausgebildet sein bzw. in ein solches Rohr münden.
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Das
durch den Zwischenraum des doppelwandigen Rohrs strömende Temperierungsfluid,
bei welchem es sich im einfachsten Fall um dasselbe Temperierungfluid
handelt, welches auch durch die Temperierungskammer strömt, durchströmt diesen Zwischenraum
bevorzugt in Richtung von einem substratseitigen Rohrbereich (z.
B. Rohrende) zu einem temperierungskammerseitigen Rohrbereich (z.
B. Rohrende innerhalb der Temperierungskammer). In diesem Fall kann
z. B. vorgesehen sein, dass das Temperierungsfluid, welches den
Zwischenraum des doppelwandigen Rohrs durchströmt hat, unmittelbar in die
Temperierungskammer austritt.
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Die
erwähnte
Durchströmungsrichtung
des Rohrzwischenraums (entgegengesetzt zur Strömungsrichtung der Abscheidungsreaktanden)
bewirkt vorteilhaft einen Temperaturgradienten entlang des Rohres,
bei welchem das substratseitige Rohrende eine (geringfügig) höhere Temperatur
aufweist als der Rest des Rohrs.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist vorgesehen, dass sich das doppelwandige Rohr aus dem Inneren
der Temperierungskammer heraus in die Reaktionskammer einer Beschichtungsanlage bzw.
eines Beschichtungssystems hinein erstreckt, wobei die Rohrmündung in
der Reaktionskammer nahe dem in der Reaktionskammer gelagerten Substrat
angeordnet ist.
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Die
Temperierungskammer kann mit einer oder mehreren Durchführungen
versehen sein, beispielsweise einer oben bereits erwähnten Durchführung zum
Auffüllen
des Verdampfers mit Vorläufersubstanz
mittels einer außerhalb
angeordneten Vorläufersubstanzpumpe.
Insbesondere bei Vorläufersubstanzen,
die zunächst
in fester Form vorliegen, kann eine solche Beschickung des Verdampfers auch
vorteilhaft über
eine in einem oberen Bereich der Temperierungskammer angeordnete
Durchführung
erfolgen, die über
eine Beschickungsleitung mit dem darunter angeordneten Verdampfer
verbunden ist. Bei festen oder flüssigen Vorläufersubstanzen kann damit unter
Umständen
auf eine eigene Vorläufersubstanzpumpe
verzichtet werden. Auf diese Weise kann der Verdampfer kontinuierlich
befüllt
werden, ohne dass der Verdampfer bzw. das Beschichtungssystem auseinander
gelegt werden müssen.
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Der
durch das umgebende Temperierungsfluid bewirkte (und gegebenenfalls
auch durch eine z. B. elektrische Heizeinrichtung unterstützbare)
Verdampfungsprozess kann z. B. in einem Glasbehältnis des Verdampfers stattfinden.
In einer Ausführungsform
ist vorgesehen, dass der Dampfdruck in der Verdampfungszone kleiner
als 10-1 mbar ist. Der Druck in der Reaktionskammer
ist typischerweise um mehrere Größenordnungen
kleiner zu wählen,
z. B. kleiner als 10-5 mbar.
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Das
erfindungsgemäße Beschichtungssystem
weist den Vorteil auf, dass durch die Temperierung mittels Temperierungsfluid,
welches in einer bevorzugten Ausführungsform das doppelwandige Rohr
und die Temperierungskammer durchströmt, sich die Gefahr von "kalten Stellen" auf dem Weg vom
Verdampfer zum Substrat drastisch reduziert. Ferner ist von Vorteil,
dass bei dem erfindungsgemäßen Beschichtungssystem
der Pfad von der Verdampfungszone zur Depositionszone wesentlich
kürzer,
als bei bekannten Anordungen ist, was die Temperaturregelung der
verdampften Vorläufersubstanz vereinfacht,
da Störeinflüsse minimiert
werden.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf
die beigefügte
Zeichnung weiter beschrieben. Es zeigt:
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1 eine
schematisch Darstellung einer erfindungsgemäßen Beschichtungsapparatur
umfassend eine Verdampfungsvorrichtung gemäß eines Ausführungsbeispiels
der Erfindung.
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1 zeigt
eine insgesamt mit 1 bezeichnete erfindungsgemäße Beschichtungsapparatur
zur Beschichtung eines in einer Reaktionskammer 3 angeordneten
Substrats bzw. Bauteil 5 unter Verwendung einer Vorläufersubstanz
("Precursor") 7. Diese Beschichtung
kann z. B. gemäß eines
an sich bekannten CVD-Verfahrens
erfolgen, beispielsweise zur Herstellung einer dünnen Titanoxidschicht an einer
Oberfläche
des Substrats 5.
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Die
Beschichtungsapparatur 1 umfasst eine Verdampfungsvorrichtung 10,
die zum Verdampfen der Vorläufersubstanz 7 und
zum Heranführen
der verdampften Vorläufersubstanz
an das in der Reaktionskammer 3 angeordnete, zu beschichtende
Substrat 5 dient.
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Die
Verdampfungsvorrichtung 10 umfasst einen Verdampfer 12 zum
Verdampfen der Vorläufersubstanz 7 und
eine mit dem Verdampfer 12 verbundene Leitung 14,
durch welche hindurch die verdampfte Vorläufersubstanz in die Reaktionskammer 3 hinein – entlang
des Inneren eines Rohres 38 – an das Substrat 5 herangeführt wird.
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Der
als Glasbehälter
ausgeführte
Verdampfer 12 kann hierbei vorteilhaft auch während des
Beschichtungsprozesses mit der Vorläufersubstanz 7 beschickt
werden. Zu diesem Zweck ist ein Pumpsystem 16 umfassend
eine Peristaltikpumpe 18 vorgesehen, mittels welcher die
z. B. in flüssiger
Form vorliegende Vorläufersubstanz 7,
wie dargestellt, aus einem Vorratsbehälter in den Verdampfer 12 hinein
gefördert
wird.
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Die
Verwendung der peristaltischen Pumpe 18 ist hier sehr vorteilhaft,
weil damit problemlos die Förderung
einer flüssigen
oder pastösen
Vorläufersubstanz 7 in
das Vakuum des Verdampfers 12 bewerkstelligt werden kann.
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Die
Beschickung des Verdampfers 12 kann alternativ oder zusätzlich wie
dargestellt ferner durch eine weitere Beschickungsleitung 20 erfolgen.
Ein Zerlegen der Apparatur 1 zwecks Auffüllung des
Verdampfers 12, wie es bisher erforderlich war, ist somit nicht
notwendig.
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Über ein
Trägergasventil 22 wird
im Betrieb der Beschichtungsapparatur 1 ferner ein Trägergas (z.
B. Argon, Stickstoff, Helium) in den Verdampfer 12 eingeleitet,
so dass ein kontrollierbarer bzw. kontrollierter Dampffluss in der
nachfolgend noch beschriebenen Leitungsanordnung vom Verdampfer 12 in
die Reaktionskammer 3 hinein geschaffen wird.
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Zur
Steuerung des Beschichtungsprozesses dient ferner ein Leitungsventil 24 im
Verlauf der Leitung 14, welches über eine Ventilbetätigungseinrichtung 26 betätigbar ist.
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Ferner
erkennt man in 1 ein Reaktivgasventil 28, über welches
dem Trägergas-Vorläufersubstanz-Gemisch
in kontrollierter Weise noch ein Reaktivgas (z. B. Sauerstoff) zugeführt wird,
welches auf bekannte Weise an der Abscheidungsreaktion beteiligt
ist.
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Ein
Teil der beschriebenen Komponenten, insbesondere der Verdampfer 12 und
ein verdampferseitiger Abschnitt der Leitung 14, sind in
einer von einem Temperierungsfluid durchströmbaren (vgl. Pfeile) Temperierungskammer 30 angeordnet.
Während
des Betriebs der Beschichtungsapparatur 1 wird in geregelter
Weise ei ne vorbestimmte Temperierungsfluidtemperatur innerhalb der
Temperierungskammer 30 aufrechterhalten. Diese Temperatur
ist einerseits so hoch gewählt,
dass die Vorläufersubstanz 7 im
Verdampfer 12 verdampft, andererseits jedoch so niedrig,
dass keine unerwünschte
Deposition der Vorläufersubstanz
auf dem Weg zum Substrat 5 erfolgt. Zu diesem Zweck ist
eine Umwälz-
und Heizeinrichtung 32 vorgesehen, mittels welcher das
Temperierungsfluid umgewälzt
und in geregelter Weise temperiert wird. Als Grundlage dieser Temperaturregelung
dienen Sensorsignale, die im dargestellten Ausführungsbeispiel von zwei Temperatursensoren 34 und 36 gewonnen
werden, von denen der eine im oberen Bereich des Verdampfers 12,
jedoch außerhalb
dieses Verdampfers, und der andere im unteren Bereich des Verdampfers 12,
jedoch innerhalb desselben angeordnet ist.
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Wie
bereits erwähnt
ermöglicht
die Verwendung des Pumpsystems 16 eine Befüllung des
Verdampfers 12 mit der Vorläufersubstanz 7, ohne
dass hierfür
die Verdampfungsvorrichtung 10 zerlegt werden muss bzw.
von der Reaktionskammer 3 entkoppelt werden muss. Es ist
vorteilhaft eine Befüllung während des
Beschichtungsprozesses möglich,
was im Prinzip die Abscheidung einer unbegrenzten Menge der Vorläufersubstanz
ermöglicht.
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Die
Leitung 14 mündet
in ein Rohr 38, das doppelwandig ausgebildet, wobei diese
Mündungsstelle
bzw. das entsprechende Rohrende in die Temperierungskammer 30 hineinragt
und ein entgegengesetztes, substratseitiges Rohrende in die unmittelbar
benachbart der Temperierungskammer 30 angeordnete Reaktionskammer 3 hineinragt
und bis knapp vor das Substrat 5 reicht.
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Im
Betrieb der Beschichtungsanlage bzw. Apparatur 1 wird die
Vorläufersubstanz 7 aus
dem Vorrat mittels der Pumpe 18 in das Verdampfungsbehältnis 12 befördert. Innerhalb
dieses Behältnisses 12 verdampft
die Vorläufersubstanz
auf Grund des entsprechend temperieten Temperierungsfluids und vermischt
sich mit dem zugeführten
Trägergas. Wenn
das Leitungsventil 24 geöffnet ist, wird der Vorläufersubstanzdampf
in die Reaktionskammer 3 (Vakuumkammer) eingeleitet und
trifft im Bereich des doppelwandigen Rohrs 38 auf das ebenfalls
abschnittweise durch die Temperierungskammer 30 hindurchgeführte Reaktivgas.
Das Gemisch aus verdampfter Vorläufersubstanz,
Trägergas
und Reaktivgas strömt
durch das mittels Temperierungsfluid auf konstanter Temperatur gehaltene
Rohr 38, wobei das Temperierungsfluid durch die Wand des
Rohres 38 strömt
(s. Pfeile), und erreicht die Abscheidungszone, in welcher eine
chemische Abscheidungsreaktion an der Oberfläche des auf Abscheidetemperatur
erwärmte
Substrats 5 stattfindet.
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Der
Temperierungsfluidfluss verläuft
ausgehend von der Umwälz-
und Heizeinrichtung 32, wie dargestellt, zunächst durch
eine (untere) Durchführung
der Temperierungskammer 30 hindurch, durch eine Leitung 40 (die
in einem Zwischenraum der Wandung des doppelwandigen Rohrs 38 angeordnet ist)
zum substratseitigen Rohrende, dann in umgekehrter Strömungsrichtung
durch den Zwischenraum der Rohrwandung zurück und unmittelbar in die Temperierungskammer 30,
und von dort aus – nach
Befüllung
der Temperierungskammer 30 bzw. nach Umspülen des
Verdampfers 12 – über eine
weitere (obere) Durchführung
zurück
zur Umwälz- und Heizeinrichtung 32.
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Im
dargestellten Ausführungsbeispiel
ist die Temperaturdifferenz zwischen den beiden Enden des Rohrs 38 kleiner
als 1K (abhängig
von der Strömungsgeschwindigkeit
des Temperierungsfluids). Da das Temperierungsfluid am substratseitigen
Ende des Rohrs 38 in den Rohrzwischenraum ausgelassen wird
und dann in Richtung zur Verdampfungszone (d.h. bis in die Temperierungskammer 30)
hin strömt,
ergibt sich eine geringere Temperatur am verdampfungsseitigen Rohrende,
wodurch die Gefahr von "kalten
Stellen" im Rohrverlauf
beseitigt ist.
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In
diesem Zusammenhang ist es auch vorteilhaft, wenn wie dargestellt
eine relativ kurze Distanz zwischen den Verdampfungs- und Abscheidungszonen
vorgesehen ist.
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Der
Gasfluss durch die Leitung 14 kann in an sich bekannter
Weise durch eine Messeinrichtung erfasst und mittels des als Proportionalventil
ausgebildeten Leitungsventils 24 in gewünschter Weise eingestellt werden.
In entsprechender Weise kann auch der Trägergasfluss durch das Trägergasventil 22 und in
der Folge die Konzentration der einzelnen Gaskomponenten des dem
Rohr 38 zugeführten
Gemisches eingestellt werden.
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Die
Integration mehrerer Temperatursensoren in verschiedenen Teilen
der Apparatur 1 ermöglicht
eine extrem genaue Überwachung
der Temperatur bzw. von Temperaturgradienten. Im dargestellten Beispiel
ist zusätzlich
zu den Temperatursensoren 34 und 36 auch noch
ein weiterer Temperatursensor 42 am substratseitigen Rohrende
angeordnet.
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Alle
Temperatursensoren 34, 36, 42 können in
einfacher Weise z. B. als Thermopaare ausgebildet sein, deren Sensorleitungen
durch eigens vorgesehene oder durch die bereits beschriebenen Durchführungen
hindurch aus der Temperierungskammer 30 herausgeführt werden.
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Es
hat sich herausgestellt, dass mit der beschriebenen Beschichtungsapparatur 1 eine
sehr präzise
Steuerung der Temperatur der Vorläufersubstanz sowie der Temperatur
des Vorläufersubstanzdampfes
von dessen Weg vom Verdampfer zum Substrat erreicht werden kann,
z. B. mit Abweichungen in der Größenordnung
von weniger als 1K. Die Gesamtkonstruktion ist relativ einfach und
auf Grund der Beschickungsmöglichkeiten
des Verdampfers während des
Beschichtungsprozesses sowie auf Grund der zuverlässigen Temperierung
für einen
industriellen Einsatz besonders gut geeignet. Hierbei können insbesondere
auch "schwierig
handhabbare" Vorläufersubstanzen
verwendet werden, die bei größeren Temperaturtoleranzen
im System ansonsten zur Rekondensation und/oder Degradation neigen.
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Da
diejenigen Komponenten, welche den vom Verdampfer 12 zum
Substrat 5 führenden
Pfad begrenzen, allesamt in innigem Kontakt mit einem temperierten
und umgewälzten
Fluid stehen, ist die Gefahr von zu heißen oder zu kalten Punkten
entlang dieses Pfads wirksam minimiert. Die dargestellte Apparatur 1 eignet
sich sowohl für
feste als auch flüssige
Vorläufersubstanzen,
welche in automatisierter Weise durch die jeweiligen Durchführungen
hindurch von außen
in den Verdampfer 12 hinein gefördert werden können.