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1. Technisches Gebiet und Problemstellung
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Die Erfindung umfasst ein Verfahren zur kontinuierlichen oder gepulsten Hochratenbeschichtung von Substraten und beschreibt beispielhafte Vorrichtungen, wie dieses Verfahren umgesetzt werden kann. Das Verfahren stellt eine Form der Vakuumbedampfung dar, die sehr hohe Abscheideraten bei hoher Schichtdickenhomogenität und Materialausbeute erlaubt.
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Viele Beschichtungsmaterialien weisen eine hohe chemische Reaktivität auf, die sie mit Atmosphärenbestandteilen wie Sauerstoff und Wasser reagieren lässt, so dass sie nur unter geeigneten Hochvakuumbedingungen abgeschieden werden können, um eine zumindest partielle Oxidation zu verhindern. Zu diesen Materialien zählen generell die Elemente der ersten drei Hauptgruppen des Periodensystems, von denen Aluminimum und Magnesium besonders hohe technische Bedeutung zukommt. Aber auch viele Übergangsmetalle der Nebengruppen oder seltenen Erden weisen eine sehr hohe Affinität zu Sauerstoff auf und haben in atomarer Form ein sehr hohes Reduktionspotenzial. Über die reinen Elemente hinaus, gibt es zudem eine unüberschaubare Vielzahl anorganischer und organischer chemischer Verbindungen, die bei Kontakt mit Sauerstofft, Wasserdampf oder anderen sauerstoffhaltigen Agenzien chemisch reagieren und verändert werden.
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Auf Grund dieser hohen Reaktivität scheiden viele gängige Hochraten-Beschichtungsverfahren wie die Spraypyrolyse, chemische Gasphasenabscheidung (CVD) oder Sol-Gel Prozesse für die Beschichtung aus. Sputtertechniken (Katodenzerstäubung) sind zumindest für viele Metalle verfügbar, arbeiten jedoch mit einem hochreaktiven Prozessgasplasma, in dem selbst Spuren von Sauerstoff mit dem Beschichtungsmaterial reagieren. Aus diesem Grund ist auch beim Sputtern nur ein geringer Restgasdruck (< 10–5 Pa) zulässig und es müssen sehr reine Prozessgase verwendet werden. Zudem kommt es durch das Plasma unmittelbar vor der zu beschichtenden Oberfläche zu einem hohen Wärmeeintrag ins Substrat, der in vielen Fällen unerwünscht ist.
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Der extreme Hochratenbereich > 100 nm/s ist selbst bei Metallen mit Sputtern nicht zugänglich.
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Eine hervorragende Alternative stellt deshalb in vielen Fällen das Hochratenverdampfen im Hochvakuum dar. Dabei wird das Beschichtungsmaterial durch Energieeintrag so stark aufgeheizt, dass es in die Dampfphase übergeht. Gemäß dem Stand der Technik kann das Erhitzen beispielsweise durch thermischen Kontakt mit einem beheizten Tiegel, direkten Stromfluss, Strahlung, Induktion oder einen Elektronenstrahl oder Lichtbogen erfolgen. Der Dampf breitet sich im Hochvakuum (< 10–3 Pa) ballistisch aus, da es aufgrund dar großen freien Weglänge kaum zu Stoßprozessen mit dem Restgas kommt.
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Mit dem Vakuumverdampfen können sehr hohe Abscheideraten am Substrat erreicht werden und selbst große Flächen lassen sich bei entsprechendem Abstand zur Quelle homogen beschichten. Bei ballistischer Dampfausbreitung verhält sich die effektive Beschichtungsrate R am Substrat umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstandes d zur Quelle, d. h. R ∝ d–2. Die Raten- und Schichtdickenverteilung auf dem Substrat folgt damit rein geometrischen Gesetzmäßigkeiten und wird üblicherweise durch ein cosnφ-Gesetz beschrieben. Bei niedrigen Raten und im Falle einer planen Substrat- und Quellenfläche ist n = 4. Bei hohen Raten befindet man sich bereits im Bereich der Knudsenströmung und es kommt aufgrund der in den oberen Halbraum gerichteten Geschwindigkeitsverteilung und von Stößen der Dampfmoleküle untereinander zu einem Jeteffekt, der die Dampfverteilung zusätzlich bündelt, so dass n > 4 beobachtet wird.
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Die Winkelverteilung und die Forderung nach Schichtdickenhomogenität innerhalb einer tolerierbaren Schwankungsbreite, legen den nutzbaren Winkelbereich fest. Zusammen mit der Substratgröße folgt damit der Mindestabstand, der zwischen Quelle und Substrat eingehalten werden muss. Alles Material das in den nicht akzeptablen Winkelbereich hineindampft, geht der Beschichtung verloren, reduziert die Ausbeute und stellt eine unerwünschte Verschmutzung dar. Die Forderung nach Homogenität läuft also der nach hoher Abscheiderate und Materialausbeute zuwider.
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Die Erfindung löst diesen Widerspruch dadurch, dass das verdampfte Beschichtungsmaterial, das zunächst nicht auf die Substratoberfläche gerichtet ist, wieder in den Beschichtungsbereich zurückgestreut und damit die Verlustrate gering gehalten wird. Der Raum vor dem Substrat ist so gestaltet, dass sich ein hoher Dampfdruck aufbauen kann, so dass die mittlere freie Weglänge deutlich kleiner wird, als die geometrischen Dimensionen des Beschichtungsraums und intensive Streuung zur Homogenisierung der Richtungsverteilung im Dampf führt.
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Für die Hochratenbeschichtung werden typischerweise Dampfdrücke > 10 Pa und damit mittlere freie Weglängen im Millimeterbereich angestrebt. Dies kann zumindest kurzzeitig durch gepulstes Verdampfen einer gewünschten Materialmenge erreicht werden.
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Die Offenlegungsschrift
DE 1 621 271 A betrifft ein Verfahren zu Oberflächenmetallisierung eines Körpers durch Kondensation eines im Vakuum verdampften Metalls. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Erzeugung eines Dampfes aus einem Überzugsmetall, wobei der Dampf frei von in dem Überzugsmetall eingeschlossenen Partikeln ist.
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Die
US 4 022 928 A offenbart ein Beschichten einer Oberfläche mit einer Perfluorpolyether-Verbindung. Dadurch wird verhindert, dass sich dampfförmiges Material auf diese Oberflächen im Vakuum absetzen kann. Die Perfluorpolyether-Schutzschicht kann durch Verdampfen, Sprühen oder Aufschleudern im Vakuum oder bei Atmosphärenbedingungen aufgebracht werden, oder kann durch ein Fluid oder eine thixotrope Paste mittels etwa eines Druckprozesses aufgebracht werden.
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In der Veröffentlichung „High-rate vapor deposition and large system for coating processes” von S. Schiller, G, Beister, U. Heisig arid H. Foerster in J. Vac. Sci. Technol. A 5(4), Jul/Aug 1987, S. 2239–2245 werden Untersuchungen zum hochratigen Elektronenstrahl-Verdampfen und zum Hochraten-Sputtern vorgestellt.
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Die
EP 0 795 890 A2 offenbart eine Zerstäubungsvorrichtung für reaktive Beschichtungen von Substraten, wobei der Zerstäubungselektrode zugeführte elektrische Leistung zwischen zwei Werten pendelt. Die beiden Leistungswerte werden dabei so gewählt, dass sich bei gleichem Reaktivgasfluss das Target der Zerstäubungselektrode beim ersten Leistungswert im metallischen Mode befindet, während es sich beim zweiten Leistungswert im oxidischen Mode befindet.
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Die
DE 101 53 760 A1 betrifft ein Verfahren zur Herstellung von UV-absorbierender transparenter Abriebsschutzschichten durch Vakuumbeschichtung, bei dem gleichzeitig oder unmittelbar nacheinander mindestens eine anorganische Verbindung, die Schichten mit hoher Abriebfestigkeit bildet und eine anorganische Verbindung, die Schichten mit hoher UV-Absorption bildet, die jeweils durch reaktive oder teilreaktive plasmagestützte Hochratenbedampfung auf einem Substrat abgeschieden werden.
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2. Beschreibung der Erfindung
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Beim klassischen Hochvakuumverdampfen arbeitet man im Bereich der Molekularatrömung unterhalb 10–2 Pa, d. h. die mittlere freie Weglänge f der Dampfmoleküle ist groß oder vergleichbar mit der geometrischen Dimension L des Behälters bzw. der Vakuumkammer. In diesem Bereich breitet sich der Dampf ballistisch aus und die Dampfverteilung gehorcht rein geometrischen Gesetzmäßigkeiten. Im darüber liegenden Druckbereich bis ca. 1 Pa schließt sich die Knudsenströmung an, in der die mittlere freie Weglänge f bei 0,01 L bis 0,1 L liegt. Sie stellt den Übergangsbereich dar, in dem bereits Streuprozesse die Dynamik des Dampfes beeinflussen. Im Bereich der Hochratenbeschichtung mit Kondensationsraten oberhalb 10–100 nm/s verlässt man den Bereich der klassischen physikalischen Beschichtung und gelangt in den Bereich der viskosen Strömung oberhalb 1 Pa, in dem sich der Dampf wie ein strömendes Fluid verhält und sich durch makroskopische Zustandsgrößen beschreiben lässt. Die Klassifizierung folgt dabei ”Wutz Handbuch Vakuumtechnik”, Karl Jousten (Hrsg.) 9. überarbeitete Auflage ISBN-10 3-8348-0133-X.
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Das grundsätzliche, technische Problem der Hochratenbeschichtung besteht demnach darin, eine viskose Strömung innerhalb einer Hochvakuumumgebung bereitzustellen.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch gelöst, dass die Beschichtung innerhalb einer Art Druckkammer in der Hochvakuumkammer stattfindet. Das Volumen innerhalb dieser Druckkammer definiert den Beschichtungsraum.
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Die Vorrichtung zur Hochratenbedampfung im Hochvakuum umfasst einen im wesentlichen geschlossenen Beschichtungsraum, der durch mindestens eine Verdampferquelle mit dem Dampf eines Beschichtungsmaterials gespeist wird. Der Beschichtungsraum wird zumindest einseitig durch das zu beschichtende Substrat begrenzt. Um im Beschichtungsraum einen möglichst hohen Dampfdruck von vorzugsweise > 10 Pa aufbauen zu können, muss der Materialverlust aus diesem Raum möglichst gering gehalten werden. Der Begriff „im wesentlichen geschlossen” bedeutet deshalb in diesem Zusammenhang, dass der Gesamtquerschnitt aller Öffnungen des Beschichtungsraums, durch die Dampf entweichen kann, weniger als 10% der Beschichtungsfläche des Substrats ausmacht. Zudem müssen alte Flächen, die nicht beschichtet werden sollen, so beschaffen sein, dass der Dampf auf ihnen nicht kondensieren kann und in den Beschichtungsraum hinein zurückgestreut wird.
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Diese Anordnung ist schematisch in 1 skizziert. Innerhalb des Beschichtungsraums oder an diesen angeflanscht, befindet sich ein Dampferzeuger, der das Beschichtungsmaterial vom festen oder flüssigen Zustand in die Dampfphase überführt. Möglichkeiten zur Verdampfung sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt, z. B. Heizung durch Strahlung, Stromfluss, Lichtbogen, Elektronenstrahl oder elektromagnetische Wechselfelder. Die Wände der Beschichtungskammer und alle Ein- bzw. Anbauten, die den Dampf zurückstreuen und auf denen die Kondensation des Dampfes verhindert werden soll, werden entweder mit einer Anti-Haftbeschichtung versehen oder geeignet temperiert. In letzterem Fall wird die Oberfläche auf einer Temperatur gehalten, bei der der Dampfdruck des Beschichtungsmaterials oberhalb von dem im Beschichtungsraum liegt. Dies erscheint allerdings nur dann praktikabel, wenn das Beschichtungsmaterial bereits bei geringer Temperatur einen hohen Dampfdruck entwickelt. Die beheizten Wände stellen aufgrund der geschlossenen Anordnung einen heißen Halbraum vor dem Substrat dar, dessen Strahlung einen zusätzlichen Wärmeeintrag auf das Substrat darstellt. Deshalb muss in jedem Fall abgeschätzt werden, ob dieser Wärmeeintrag tolerierbar ist oder gegebenenfalls über eine aktive Substratkühlung abgeführt werden muss.
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Die zweckmäßigere und elegantere Lösung des Problems besteht in einer Anti-Haftbeschichtung, die auch bei niedrigen Temperaturen die Kondensation bzw. das Anhaften des Beschichtungsmaterials verhindert. Solche Anti-Haftbeschichtungen sind z. B. aus der
US 4,022,925 A bekannt. Dort verhindern langkettigen Perfluorpolyether (PFPE) die Kondensation diverser Metalle auf den behandelten Oberflächen. Um eine Kontamination der Beschichtung durch das Anti-Haftmaterial zu vermeiden, empfiehlt sich eine Anti-Haftbeschichtung aus einem Perfluorpolyether, dessen Dampfdruck bei Raumtemperatur unterhalb von 10
–5 Pa liegt. Besonders bevorzugt sollte der Dampfdruck unter 10
–3 Pa liegen.
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Da der Dampfdruck mit der Temperatur ansteigt, sind in einer bevorzugten Ausführungsform alle mit dem Anti-Haftmittel beschichteten Oberflächen aktiv gekühlt.
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In dieser Anordnung kondensiert das Beschichtungsmaterial wunschgemäß im wesentlichen nur noch auf der Substratoberfläche, die die einzige Materialsenke im Beschichtungsraum darstellt, ohne die Wände zu kontaminieren. Dadurch lässt sich eine sehr hohe Materialausbeute und geringe Verschmutzung umliegender Teile gewährleisten. Der Materialverlust entspricht dem Flächenverhältnis von parasitär beschichteten Teilen und Öffnungen zu Substratoberfläche.
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Der dynamische Dampfdruckverlauf im Beschichtungsraum lässt sich klassisch wie bei jeder Gasströmung durch Materialzufluss (Quelle) und -abfluss (Kondensation auf dem Substrat) berechnen. Die Obergrenze des Drucks im Beschichtungsraum ist gegeben durch den Dampfdruck bei Quellentemperatur. Dieser kann problemlos im Bereich von 10–100 Pa liegen. Die Kondensationsrate auf dem Substrat hängt naturgemäß ebenfalls von dessen Temperatur ab. Typischerweise ist das Substrat deutlich kälter als die Verdampferquelle. Da die Kondensationsrate exponentiell mit dem Temperaturabstand wächst, stellt das Substrat eine sehr effektive Materialsenke dar und saugt das Material praktisch wie ein Schwamm aus dem Beschichtungsraum auf. Dadurch lassen sich auf dem Substrat sehr hohe Kondensationsraten > 10 nm/s bzw. extrem hohe Raten > 100 nm/s und extrem kurze Prozesszeiten im Bereich einiger Sekunden erzielen.
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Die beschichteten Substrate müssen bei dieser Prozessführung mit kurzer Taktzeit gegen neue ausgewechselt werden. Da das Substrat den Beschichtungsraum verschließt, entweicht beim Wechsel in kontinuierlichem Betrieb dampfförmiges Beschichtungsmaterial. Ist die Wechselzeit kurz (< 10%) gegenüber der Beschichtungszeit, ist der Verlust gegebenenfalls akzeptabel. Wird ein Kurztaktbetrieb angestrebt, so empfiehlt sich der gepulste Betrieb der Verdampferquelle. Durch gepulste Freisetzung von Dampf lässt sich innerhalb des Beschichtungsraums zumindest kurzzeitig ein Dampfdruckniveau > 10 Pa aufrecht erhalten, das um mehrere Größenordnungen über dem des umgebenden Vakuums liegt und extrem hohe Dampfkondensationsraten > 100 nm/s auf dem Substrat ermöglicht.
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Innerhalb weniger Sekunden, bevorzugt in weniger als zehn Sekunden, wird dabei die gesamte für die Beschichtung nötige Materialmenge verdampft. Um die Zeitkonstanten, die durch die thermische Trägheit des Verdampfers gegeben sind, möglichst gering zu halten, wird dabei bevorzugt nur das notwendige Beschichtungsmaterial erhitzt. Dazu eigenen sich z. B. besonders Lichtbogenentladungen, elektromagnetische Hochfrequenz- oder Laserpulse, oder ein modulierter Elektronenstrahl. Das Beschichtungsmaterial muss in diesem Fall immer wieder nachgeführt werden. Besteht die Materialquelle aus einer kontinuierlich operierenden Effusionszelle, so kann diese durch einen Deckel periodisch geöffnet und verschlossen werden, um einen getakteten Betrieb zu realisieren. Allerdings müssen in diesem Falle auch ähnliche Maßnahmen (Beheizung, Anti-Haftbeschichtung) wie bei den Kammerwänden ergriffen werden, um eine Bedampfung des Deckels zu verhindern.
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Obwohl das Verfahren eine echte Hochvakuumbeschichtung darstellt, denn der Restgasdruck im System liegt unter 10–3 Pa, ist der Beschichtungsraum während der Beschichtungsphase mit einer relativ dichten Dampfwolke gefüllt. Durch die häufigen Kollisionen der Dampfmoleküle untereinander und mit den Wänden, geht die ursprüngliche Richtungsinformation bei Emission aus der Quelle sehr schnell verloren und es kommt zu einer weitestgehend isotropen Richtungsverteilung im Dampf. Die Schichtdickenvariationen über die Substratoberfläche sind entsprechend geringer. Zudem können innerhalb des Beschichtungsraums Blenden oder Schirme zur Führung des Dampfes und/oder zum Schutz des Substrats und/oder zur Homogenisierung der Schichtdicke auf dem Substrat vorgesehen werden. So kann man z. B. durch einen Schirm verhindern, dass Material auf der direkten Sichtlinie von der Quelle zum Substrat gelangt (vgl. 2). Sollten beim schnellen Verdampfen aus der Quelle Spritzer oder größere Partikel entweichen, kann dieser Schirm auch einer unerwünschten Verschmutzung des Substrats durch diese Partikel vorbeugen oder zur Abschirmung der thermischer Strahlung aus der Verdampferquelle dienen. Selbstverständlich müssen für diese Abschirmungen oder Blenden dieselben Vorkehrungen getroffen werden, wie für alle anderen Oberflächen, die nicht beschichtet werden sollen. Entweder müssen sie auf entsprechend hoher Temperatur gehalten werden oder vollständig mit einer Anti-Haftschicht überzogen und aktiv gekühlt werden.
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3. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die folgende begleitenden Figuren näher erläutert:
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1. Schematischer Aufbau der Anordnung zum Hochdruckverdampfen
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2: Hochdruckverdampfer mit Abschirmblech zum Ausblenden der direkten Sichtlinie von der Quelle zum Substrat
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3: Hochdruckverdampfer mit angeflanschter Effusionszelle
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4 Lichtbogenverdampfer mit Elektrodenmaterialzuführung als Quelle im Hochdruckverdampfer
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5 Hochdruckverdampferanordnung mit Laser- oder E-Strahl beheizter Quelle mit Materialnachfüllung
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Beschichtungsraum
- 2
- Kammerwand
- 3
- Verdampfungsquelle
- 4
- Substrat
- 5
- Kühl- oder Heizelemente
- 6
- Blende, Schirm
- 7
- Effusionszelle
- 8
- Deckel der Effusionszelle
- 9
- Lichtbogen
- 10
- Nachführbare Metallelektroden
- 11
- Nachfüllbares Verdampfungsmaterial
- 12
- Laser- oder Elektronenstrahl
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4. Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen und bevorzugter Ausführungsformen
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Im Folgenden sollen einige bevorzugte Ausführungsformen des Hochdruckverdampfers detaillierter beschreiben werden.
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1 zeigt eine Schemaskizze des Hochdruckverdampfers. Der Beschichtungsraum (1) wird durch Wände (2) und zumindest einseitig durch das zu beschichtende Substrat (4) begrenzt. Diese Anordnung kann sich ihrerseits innerhalb einer Hochvakuumkammer befinden, die über geeignete Pumpen auf einen angemessenen Hintergrundsdruck < 10–3 Pa abgepumpt werden kann, so dass sich vor der Beschichtung nur noch Spuren von Sauerstoff oder Wasserdampf in der Kammer befinden. Innerhalb des Beschichtungsraums oder mit diesem verbunden befindet sich mindestens eine Verdampferquelle (3), die das Beschichtungsmaterial in die Dampfphase überführt. Alle Flächen, die nicht beschichtet werden sollen, müssen einen sehr geringen Haftkoeffizienten für den Dampf aufweisen.
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Für Beschichtungsmaterialien, die bereits bei moderaten Temperaturen einen hohen Dampfdruck entwickeln, kann die Kondensation dadurch unterbunden werden, dass man diese Flächen so temperiert, dass der Dampfdruck dort höher liegt, als der innerhalb des Beschichtungsraums.
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In einem konkreten Beispiel soll Magnesium als Metall auf einem Halbleitersubstrat als elektrisch leitfähige Kontaktierungsschicht abgeschieden werden. Die Wände der Beschichtungskammer (2) werden dazu mittels Heizelementen (5) auf einer Temperatur oberhalb von 550°C gehalten, während die Temperatur des Substrates während des Prozesses nicht über 250°C steigt. Dadurch scheidet sich der Magnesiumdampf praktisch quantitativ auf der Substratoberfläche ab. Die Wände werden nicht beschichtet. Ganz analog kann man beispielsweise für viele organische Substanzen vorgehen, solange sie an den beheizten Wänden nicht thermisch zerfallen (Pyrolyse).
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Die meisten technisch interessanten Metalle wie Aluminium, Chrom, Kupfer oder Edelmetalle weisen jedoch erst bei Temperaturen oberhalb 1000°C einen Dampfdruck > 10 Pa auf. In diesen Fällen ist das Beheizen der Wände nicht praktikabel. Es empfiehlt sich deshalb, den Haftungskoeffizienten durch eine Anti-Haftbeschichtung herabzusetzen. Geeignete Beschichtungen bestehen vorzugsweise aus langkettigen PFPE-Verbindungen (Handelsname z. B. Fomblin). Um den Dampfdruck der PFPE-Beschichtung niedrig zu halten und die Wärmestrahlung aus der Verdampferquelle abzuführen, werden die damit beschichteten Teile vorzugsweise aktiv gekühlt. Bei der Wandtemperierung (5) kann es sich also auch um Kühlelemente, z. B. wasserdurchflossenen Leitungen handeln. Das Wandmaterial (2) sollte in diesem Fall aus einem Material bestehen, das die Wärme gut leitet. Bevorzugt werden Materialien mit einem Wärmeleitungskoeffizienten λ > 80 W/(m·K), wie Aluminium, Kupfer und Legierungen dieser Metalle.
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Um die Schichtdickenverteilung auf dem Substrat zu homogenisieren, kann es zweckmäßig sein, im Beschichtungsraum Blenden oder Schirme (6) anzubringen. Dies ist beispielhaft in 2 gezeigt, in der ein Schirm die direkte Sichtlinie von der Quelle zum Substrat ausblendet. Das Beschichtungsmaterial kann also nur durch Streuung auf indirektem Weg zum Substrat gelangen. Eine solche Blende kann ebenfalls die Verschmutzung des Substrats oder Wärmeeintrag aus der Quelle verhindern. Blenden können in beliebigen geometrischen Formen, z. B. auch als Lochbleche ausgebildet sein. Da sie nicht beschichtet werden sollen, sind sie wie die Kammerwand je nach Prozessführung mit einer Heizung oder mit einer Anti-Haftschicht und einer Kühlung (nicht gezeigt) versehen.
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Da Öffnungen des Beschichtungsraums mit dem Substrat um das Beschichtungsmaterial konkurrieren und zu einer Verringerung der Ausbeute führen, sollten sich die Verdampferquellen bevorzugt innerhalb des Beschichtungsraums befinden oder unmittelbar an diesen angeschlossen sein. Um einen langfristigen Betrieb zu gewährleisten, müssen diese Verdampfer zudem entweder ein großes Materialvolumen aufweisen, oder von außen beschickt werden. Im Folgenden sind beispielhaft einige bevorzugte Konfigurationen beschrieben. 3 zeigt eine handelsübliche, beheizte Effusionszelle mit begrenztem Materialvolumen (7), die direkt an den Beschichtungsraum angeflanscht ist. Sie wird auf hoher Temperatur gehalten und gibt das Material mit hohem Dampfdruck ab. Um einen gepulsten Betrieb zu realisieren, kann die heiße Effusionszelle (7) mit einem Deckel (8) geöffnet und geschlossen werden. Um die Beschichtung des Deckels zu vermeiden, muss dieser wie die Kammerwände oder Schirme auf hoher Temperatur gehalten oder mit einer Anti-Haftschicht versehen werden.
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Zum Verdampfen von Metallen innerhalb des Beschichtungsraums kann auch ein Lichtbogenverdampfer (9) eingesetzt werden, dessen Elektroden nachgeführt werden können. Dies ist beispielhaft in 4 dargestellt. Das Beschichtungsmaterial wird in Form von zwei Drähten oder Stäben (10) durch Buchsen in der Kammerwand in den Beschichtungsraum eingeführt, die bis auf einen schmalen Schlitz aneinander angenähert werden. Durch Anlegen einer Hochspannung bzw. eines Hochspannungspulses wird ein Überschlag gezündet, an dessen Fußpunkten Elektrodenmaterial verdampft und damit einen leitfähigen Gaskanal erzeugt. Dieser ermöglicht einen hohen Stromfluss zwischen den Elektroden und der entstehende Lichtbogen sorgt für ein gleichmäßiges Abdampfen des Elektrodenmaterials. Die Elektroden (10) werden nachgeführt bis die gewünschte Materialmenge verdampft wurde und der Lichtbogen z. B. durch Unterbrechung der Stromzufuhr oder Vergrößerung des Elektrodenabstandes gelöscht wird. In dieser Anordnung befinden sich außer dem Beschichtungsmaterial in Form der Elektroden, keine weiteren Komponenten der Quelle im Beschichtungsraum. Das Material wird durch den Stromfluss selektiv an der Spitze der Elektroden erhitzt und sehr effizient verdampft.
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Eine weitere beispielhafte Anordnung ist in 5 abgebildet. In diesem Fall wird das Beschichtungsmaterial (11) durch eine Buchse in der Wand des Beschichtungsraums zugeführt. Zum Aufheizen und Verdampfen des nachfüllbaren Materialvorrats dient ein leistungsgeregelter, energiereicher Laser- oder Elektronenstrahl (12), der außerhalb des Beschichtungsraums erzeugt wird und durch eine möglichst kleine Öffnung in der Kammerwand auf das Beschichtungsmaterial gelenkt wird. Auch in dieser Anordnung ist durch Modulation der Strahlleistung ein gepulster Betrieb möglich.
