DE102009040997A1 - High pressure vaporizing cell for coating a substrate, comprises an interior area that is suited to reject steam of coating materials and is formed in such a way that steam atoms do not strike down itself in the operation of the cell - Google Patents

High pressure vaporizing cell for coating a substrate, comprises an interior area that is suited to reject steam of coating materials and is formed in such a way that steam atoms do not strike down itself in the operation of the cell Download PDF

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    • 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
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/24—Vacuum evaporation
    • C23C14/243—Crucibles for source material

Abstract

The high pressure vaporizing cell (10) for coating a substrate (30) with aluminum, comprises an interior area (12) that is suited to reject steam of coating materials and is formed in such a way that steam atoms do not strike down itself in the operation of the vaporizing cell. The interior area has a vapor pressure of less than 10 ->7>at 20[deg] C and is coated with an anti-adhesive agent such as a synthesis oil. The synthesis oil is FOMBLIN(RTM:Functional perfluoropolyethers). The vaporizing cell is formed in rectangular-shaped manner. The high pressure vaporizing cell (10) for coating a substrate (30) with aluminum, comprises an interior area (12) that is suited to reject steam of coating materials and is formed in such a way that steam atoms do not strike down itself in the operation of the vaporizing cell. The interior area has a vapor pressure of less than 10 ->7>at 20[deg] C and is coated with an anti-adhesive agent such as a synthesis oil. The synthesis oil is FOMBLIN(RTM:Functional perfluoropolyethers). The vaporizing cell is formed in rectangular-shaped manner and the interior area is the base and the side interior wall of the vaporizing cell. An independent claim is included for a high pressure vaporizing cell system.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hochdruckverdampfungszelle, an deren Innenwänden sich der Dampf des Beschichtungsmaterials nicht niederschlagen kann, sondern reflektiert wird.The present invention relates to a high-pressure evaporation cell, on the inner walls of which the vapor of the coating material can not be precipitated, but is reflected.

Hochdruckverdampfungszellen dienen als Raum, in dem ein abzuscheidender Dampf für einen späteren Beschichtungsprozess angereichert wird. In Hochdruckverdampfungszellen können Substrate wie z. B. (Silizium-)Wafer beschichtet werden.High-pressure evaporation cells serve as a space in which a vapor to be deposited is enriched for a later coating process. In high-pressure evaporation cells substrates such. B. (silicon) wafer to be coated.

An derartige Beschichtungsprozesse werden hohe Anforderungen gestellt: Eine gute Homogenität der Schichtdicke und eine hohe Ausnutzung des Beschichtungsmaterials sind besonders wichtig, um sowohl eine gute Qualität bei der Beschichtung, als auch die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens zu gewährleisten.High demands are placed on such coating processes: good homogeneity of the layer thickness and high utilization of the coating material are particularly important in order to ensure both good coating quality and the economic viability of the process.

Zum Beispiel breitet sich bei der Verdampfung aus einer Quelle der schichtbildende Dampf keulenförmig aus. Auf einem ebenen, flächigen Substrat legt sich dieser Dampf dann gemäß einer cos2-Verteilung (unter Berücksichtigung des Winkels zwischen Probenort und der Vertikalen zur Quelle) nieder, wobei für diese Verteilung für kleine Verdampfungsraten cos2 und bei höheren Raten cosn mit n ≥ 2 gilt. Auf diese Weise kann ein Abstand zwischen Dampfquelle und Substrat ermittelt werden, ab dem eine Schichtgleichmäßgikeit von ±5% (z. B. bestimmbar über ein AFM, „atomic force microscope”) erreicht wird. Für n = 7 ergibt sich z. B. ein Abstand von 1300 mm. Die Dampfkeule breitet sich jedoch in den gesamten Halbraum über der Quelle aus und beschichtet die gesamte Prozesskammer. Aus einem Substratabstand von 1300 mm lässt sich für herkömmliche Anlagen eine Materialausbeute von weniger als 5% errechnen.For example, evaporation from one source causes the layer-forming vapor to spread in a club shape. On a flat, flat substrate, this vapor then settles according to a cos 2 distribution (taking into account the angle between the sample location and the vertical to the source), for this distribution cos 2 for small evaporation rates and cos n with n ≥ for higher rates 2 applies. In this way, it is possible to determine a distance between the vapor source and the substrate, from which a layer uniformity of ± 5% (eg determinable via an AFM, "atomic force microscope") is achieved. For n = 7, z. B. a distance of 1300 mm. However, the steam lobe spreads throughout the half space above the source and coats the entire process chamber. From a substrate distance of 1300 mm, a material yield of less than 5% can be calculated for conventional systems.

Neben dem Kostenaufwand, den diese geringe Materialausnutzung mit sich bringt, bedeutet dieser Verlust jedoch auch eine Fehlbeschichtung in Form einer Verschmutzung der Kammer. Je geringer die Materialausbeutung, desto häufiger muss eine Beschichtungsanlage gestoppt und v. a. deren Innenwände von Ablagerungen gereinigt werden. Somit nimmt die Verfügbarkeit der Maschine entsprechend mit der Materialausbeute ab oder zu.In addition to the cost of this low material utilization, however, this loss also means a faulty coating in the form of contamination of the chamber. The lower the material exploitation, the more frequently a coating system has to be stopped and v. a. whose inner walls are cleaned of deposits. Thus, the availability of the machine decreases or decreases accordingly with the material yield.

Existierende Verdampfungsanlagen arbeiten z. B. im Durchlaufverfahren. Hierbei werden Substrat und Dampfquelle relativ zueinander bewegt, so dass die Schichtdicke letztendlich aus der Geschwindigkeit der Relativbewegung resultiert. Bei einer gleichmäßigen Bewegung kann die Materialausbeutung in diesen Fällen allerdings nicht 50% übersteigen bei einer Schichtdickengleichmäßigkeit von 10%.Existing evaporation plants work z. B. in a continuous process. In this case, substrate and vapor source are moved relative to one another, so that the layer thickness ultimately results from the speed of the relative movement. In a uniform motion, however, the material exploitation in these cases can not exceed 50% with a layer thickness uniformity of 10%.

Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine hohe Schichtdickengleichmäßigkeit bei der Beschichtung von Substraten bei ebenfalls hoher Materialausbeute zu erreichen.It is therefore an object of the present invention to achieve a high layer thickness uniformity in the coating of substrates with likewise high material yield.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der Ansprüche gelöst.This object is solved by the subject of the claims.

Gemäß der Erfindung wird eine Hochdruckverdampfungszelle bereitgestellt, deren Innenwände geeignet sind, Dampf abzuweisen bzw. zu reflektieren, so dass eine ungewünschte Beschichtung der Innenwände während des Beschichtungsvorgangs eines Substrats minimiert wird.According to the invention, there is provided a high-pressure evaporation cell, the inner walls of which are capable of deflecting vapor so as to minimize unwanted coating of the inner walls during the coating process of a substrate.

Die Erfindung betrifft eine Hochdruckverdampfungszelle zur Beschichtung von Substraten, wobei eine Innenfläche der Hochdruckverdampfungszelle geeignet ist, Dampf abzuweisen.The invention relates to a high-pressure evaporation cell for coating substrates, wherein an inner surface of the high-pressure evaporation cell is suitable for rejecting steam.

Eine Hochdruckverdampfungszelle kann als Innenfläche z. B. einen Boden und/oder Seiteninnenwände aufweisen. An der Innenfläche der Zelle, die dem Boden gegenüberliegt, kann eine Halterung/ein Haltemechanismus für ein oder mehrere Substrate, die zu beschichten sind, vorgesehen sein. In einer besonderen Ausführungsform ist die Zelle quaderförmig.A high-pressure evaporation cell can be used as an inner surface z. B. have a bottom and / or side inner walls. On the inner surface of the cell opposite to the bottom, a holder / holding mechanism for one or more substrates to be coated may be provided. In a particular embodiment, the cell is cuboidal.

Dadurch dass die Innenfläche dampfabweisend ausgebildet ist, kann sich an ihr kein Dampf niederschlagen, so dass auftreffende Dampfatome wieder in den Innenraum der Zelle reflektiert werden. Somit kann sich die Dampfwolke in der Zelle gleichmäßiger verteilen. In einer besonderen Ausführungsform ist die einzige Fläche, auf der sich der Dampf niederschlagen kann, das zu beschichtende Substrat.Due to the fact that the inner surface is designed to be steam-repellent, steam can not precipitate on it, so that incident steam atoms are reflected back into the interior of the cell. Thus, the cloud of vapor in the cell can be distributed more evenly. In a particular embodiment, the only surface on which the vapor can precipitate is the substrate to be coated.

Auf diese Weise kann das Substrat gleichmäßiger beschichtet werden, und es findet keine Fehlbeschichtung in der Zelle statt. Zum Beispiel wird ermöglicht, dass eine Schichtdickengleichmäßigkeit von 5% bis 10% erreicht werden kann bei einer Materialausnutzung von über 70%, insbesondere über 80% und oft auch über 90%; theoretisch ist auch eine Materialausnutzung von bis zu 100% möglich. Dies stellt einen Vorteil gegenüber bestehenden Anlagen dar, deren theoretische Materialausnutzung bereits mit 50% limitiert ist.In this way, the substrate can be coated more uniformly and there is no false coating in the cell. For example, it is possible to achieve a layer thickness uniformity of 5% to 10% with a material utilization of over 70%, in particular over 80% and often also over 90%; theoretically, a material utilization of up to 100% is possible. This represents an advantage over existing systems whose theoretical material utilization is already limited to 50%.

Durch die somit viel geringere Zelleninnenraumverschmutzung wird eine hohe Verfügbarkeit der Hochdruckverdampfungszelle ermöglicht. Zudem sind nur geringere Abstände zwischen Substrat und Dampfquelle nötig, so dass ein kompakteres System zur Verfügung gestellt werden kann.As a result of the much lower cell interior contamination, a high availability of the high-pressure evaporation cell is made possible. In addition, only smaller distances between substrate and vapor source are needed, so that a more compact system can be provided.

Als Dampf für die Beschichtungen kommt z. B. Aluminium-Dampf (Al-Dampf) in Frage, z. B. wegen seiner guten elektrischen Leitfähigkeit.As a vapor for the coatings z. As aluminum vapor (Al-steam) in question, for. B. because of its good electrical conductivity.

Neben Aluminium können auch andere Stoffe eingesetzt werden, so z. B. Aluminiumoxid Al2O3, Aluminiumfluorid AlF3, Aluminium-Legierungen mit anderen Metallen, andere Reinmetalle oder andere Legierungen. So können z. B. durch Co-Verdampfen, d. h. gleichzeitiges Verdampfen verschiedener Materialien/Stoffe, auch entsprechende Verbindungen oder Legierungen erst bei der Schichtabscheidung gebildet werden. In addition to aluminum, other substances can be used, such. As aluminum oxide Al 2 O 3 , aluminum fluoride AlF 3 , aluminum alloys with other metals, other pure metals or other alloys. So z. B. by co-evaporation, ie simultaneous evaporation of various materials / substances, and corresponding compounds or alloys are formed only in the deposition of layers.

Generell kann jeder beliebige Stoff verwendet werden, der in die Dampfphase überführbar ist durch Erhitzen und entweder anschließendem Schmelzen und Verdampfen oder durch Sublimation. Grundsätzlich kann also jeder Stoff als Verdampfungsgut dienen, wobei Aluminium bevorzugt ist: z. B. kann eine Al-Schicht auf der Rückseite eines Wafers aufgebracht werden als Rückseitenkontakt.In general, any substance that can be converted into the vapor phase by heating and either subsequent melting and evaporation or by sublimation can be used. In principle, therefore, each substance can serve as evaporation, with aluminum being preferred: z. For example, an Al layer may be deposited on the backside of a wafer as back contact.

In einer Ausführungsform bildet das zu beschichtende Substrat den Deckel der Hochdruckverdampfungszelle. Der Deckel ist hierbei gegenüber dem Boden der Zelle angeordnet und an seinen Kanten mit den Seiteninnenwänden der Zelle fluiddicht (d. h. dicht gegenüber Flüssigkeiten und Gasen) verbunden.In one embodiment, the substrate to be coated forms the lid of the high-pressure evaporation cell. The lid is positioned opposite the bottom of the cell and fluid-tight (i.e., tight to liquids and gases) at its edges to the side inner walls of the cell.

Neben Substraten aus Silizium, z. B. für die Solarzellenproduktion, können in der Hochdruckverdampfungszelle auch andere Arten von Substraten verwendet und beschichtet werden, wie z. B. Glasflächen oder Folien.In addition to substrates of silicon, z. As for solar cell production, other types of substrates can be used and coated in the high-pressure evaporation cell, such. As glass surfaces or films.

Anstatt eines Substrates kann in einer Ausführungsform ein Substratträger für n × m Substrate vorgesehen sein, wobei dieser Träger dann den Zelldeckel bilden kann. Auf diese Weise können dann n × m Substrate gleichzeitig beschichtet werden. In einer besonderen Ausführungsform kann dann auch der Substratträger derart ausgebildet sein, dass er Dampf abweist, z. B. durch die Beschichtung mit einem Anti-Haft-Mittel oder durch andere Merkmale wie oben beschrieben.Instead of a substrate, in one embodiment, a substrate carrier for n × m substrates may be provided, which carrier may then form the cell lid. In this way, then n × m substrates can be coated simultaneously. In a particular embodiment, the substrate carrier can then be designed such that it repels steam, z. By coating with an anti-stick agent or by other features as described above.

In einer bevorzugten Ausführungsform existieren im Innenraum der Hochdruckverdampfungszelle außer dem Substrat keine weiteren Flächen, auf denen sich Dampf niederschlagen kann.In a preferred embodiment, there are no other surfaces in the interior of the high-pressure evaporation cell other than the substrate on which steam can precipitate.

Auf diese Weise wird ein gleichmäßig mit schichtbildendem Material gefülltes Volumen im Inneren der Zelle bei relativ hohem Druck (> 0,1 mbar) ermöglicht, so dass eine homogene Schichtdicke erzeugt werden kann.In this way, a uniformly filled with layer-forming material volume inside the cell at relatively high pressure (> 0.1 mbar) is made possible, so that a homogeneous layer thickness can be generated.

In einer Ausführungsform kann die Innenfläche, insbesondere eine Anti-Haft-Beschichtung der Innenfläche, einen Dampfdruck von weniger als 10–7 torr bei 20°C aufweisen.In one embodiment, the inner surface, in particular an anti-adhesion coating of the inner surface, may have a vapor pressure of less than 10 -7 torr at 20 ° C.

In einer Ausführungsform kann die Innenfläche mit einem Anti-Haft-Mittel beschichtet sein.In one embodiment, the inner surface may be coated with an anti-stick agent.

In einer Ausführungsform kann das Anti-Haft-Mittel ein synthetisches Öl sein.In one embodiment, the anti-stick agent may be a synthetic oil.

In einer Ausführungsform kann das synthetische Öl ein Perfluorpolyether, insbesondere FOMBLIN®, sein.In one embodiment, the synthetic oil may be a perfluoropolyether, in particular FOMBLIN ®, his.

Vorzugsweise wird ein Perfluorpolyether mit einem Dampfdruck von 4 × 10–8 torr (bei 20°C) verwendet.Preferably, a perfluoropolyether having a vapor pressure of 4 × 10 -8 torr (at 20 ° C) is used.

In einer Ausführungsform kann die Innenfläche der Boden und die Seiteninnenwände der Hochdruckverdampfungszelle sein und die Hochdruckverdampfungszelle insbesondere quaderförmig ausgebildet sein.In one embodiment, the inner surface of the bottom and the side inner walls of the high-pressure evaporation cell and the high-pressure evaporation cell may be formed in particular cuboid.

Der Boden der Hochdruckverdampfungszelle kann z. B. aus einem hitzebeständigen Material bestehen, z. B. aus Wolfram oder Molybdän.The bottom of the high-pressure evaporation cell can, for. B. made of a heat-resistant material, for. As tungsten or molybdenum.

Die Erfindung betrifft zudem ein Hochdruckverdampfungszellensystem mit einer Hochdruckverdampfungszelle wie oben diskutiert. Ferner umfasst das System einen Verdampfungstiegel, einen Heizer, der geeignet ist, den Verdampfungstiegel auf eine Temperatur von mindestens 1000°C, insbesondere auf mindestens 1200°C und auf mindestens 1500°C, zu erhitzen, und einen Haltemechanismus für das Substrat.The invention also relates to a high pressure evaporation cell system having a high pressure evaporation cell as discussed above. Further, the system comprises a vaporization crucible, a heater capable of heating the vaporization crucible to a temperature of at least 1000 ° C, especially at least 1200 ° C and at least 1500 ° C, and a holding mechanism for the substrate.

Für dieses Hochdruckverdampfungszellensystem können die gleichen Merkmale Anwendung finden und gelten die gleichen Definitionen und Beschreibungen wie oben im Zusammenhang mit der Hochdruckverdampfungszelle diskutiert. Der Haltemechanismus kann z. B. verhindern, dass das Substrat aufgrund eines Differenzrucks während des Verdampfens von > 0,1 mbar in der Zelle gegenüber 10–6 bis 10–5 mbar außerhalb der Zelle (falls sich die Zelle in der Vakuumkammer befindet) abhebt.For this high pressure evaporation cell system, the same features can apply and apply the same definitions and descriptions as discussed above in the context of the high pressure evaporation cell. The holding mechanism may, for. For example, to prevent the substrate from lifting off the cell (if the cell is in the vacuum chamber) due to a differential pressure during evaporation of> 0.1 mbar in the cell compared to 10 -6 to 10 -5 mbar.

In einer Ausführungsform kann das System einen sich in der Hochdruckverdampfungszelle befindenden Verschlussmechanismus für den Verdampfungstiegel umfassen, mit dem die Dampfzufuhr in die Hochdruckverdampfungszelle unterbrochen werden kann.In one embodiment, the system may include a vaporization crucible closure mechanism located in the high pressure vaporization cell for interrupting vapor delivery to the high pressure vaporization cell.

Der Verschlussmechanismus kann ein sich periodisch öffnender Mechanismus sein. Alternativ kann ein gepulster Verdampfer vorgesehen sein, wie in der DE-Patentanmeldung 10 2009 038 489.8 des gleichen Anmelders beschrieben.The shutter mechanism may be a periodically opening mechanism. Alternatively, a pulsed evaporator may be provided as in the US Pat DE patent application 10 2009 038 489.8 described by the same applicant.

Der Verdampfungstiegel kann zudem auch fest an die Hochdruckverdampfungszelle montiert sein. Er kann aus einem beheizbaren Reservoir (z. B. auf 1500°C) bestehen, das sich nach oben verjüngt und eine Durchgangsöffnung zur Zelle besitzt. In einer besonderen Ausführungsform kann die Temperatur entlang der Verjüngung erniedrigt werden, um die thermische Belastung der Verdampfungszelle zu minimieren. Auf diese Weise kann der gasförmige Stoff, der entlang der Verjüngung kondensiert, in das heiße Reservoir zurückfließen und neu verdampft werden.The evaporation crucible can also be firmly attached to the high-pressure evaporation cell be. It may consist of a heatable reservoir (eg at 1500 ° C), which tapers upwards and has a passage opening to the cell. In a particular embodiment, the temperature along the taper may be lowered to minimize thermal stress on the evaporation cell. In this way, the gaseous material that condenses along the taper can flow back into the hot reservoir and be re-evaporated.

In einer Ausführungsform kann das System ein Kühlsystem zur Kühlung der Innenfläche umfassen.In an embodiment, the system may include a cooling system for cooling the inner surface.

Durch die Kühlung der Innenflächen, z. B. des Bodens und/oder der Seiteninnenwände der Zelle, kann die Standzeit der Beschichtung der Zellinnenfläche erhöht werden. Insbesondere kann hierfür eine Wasserkühlung vorgesehen werden.By cooling the inner surfaces, z. As the bottom and / or the inner side walls of the cell, the life of the coating of the cell inner surface can be increased. In particular, a water cooling can be provided for this purpose.

In einer Ausführungsform kann die Innenfläche aus drehbar gelagerten Elementen aufgebaut sein.In one embodiment, the inner surface may be constructed of rotatably mounted elements.

Beispielsweise können die Seitenwände der Hochdruckverdampfungszelle durch ein Paket aus Rollen, die dicht aneinander liegen, gebildet werden. An der Außenseite der Zelle kann die Beschichtung der Seitenwände derart geschehen, dass diese Dampf abweisen, z. B. auch als Auffrischung der Beschichtung durch Verwendung einer Dosiernadel. Hierbei werden durch Drehung der Rollen nach innen die außerhalb der Zelle z. B. mit Anti-Haft-Mittel beschichteten Rollenabschnitte in den Innenraum der Zelle gebracht. Diese Rollenabschnitte fungieren dann als neue (frische) Innenfläche der Zelle. Anstatt einer Dosiernadel können hierfür auch Filzrollen oder Schwämme als Innenflächenbeschichtungsmechanismen eingesetzt werden, die mit dem Anti-Haft-Mittel getränkt sind und mit denen die Kammerwände bestrichen werden können.For example, the sidewalls of the high pressure evaporation cell may be formed by a package of rolls that are close together. On the outside of the cell, the coating of the side walls can be done so that they reject steam, z. B. as a refreshment of the coating by using a dispensing needle. Here, by rotation of the rollers inside the outside of the cell z. B. coated with anti-stick agent roller sections in the interior of the cell. These roller sections then function as a new (fresh) inner surface of the cell. Instead of a dispensing needle for this purpose also felt rolls or sponges can be used as Innenflächenbeschichtungsmechanismen that are impregnated with the anti-stick agent and with which the chamber walls can be painted.

In einer Ausführungsform kann das System ferner einen zweiten Verdampfungstiegel und einen Blinddeckel für die Hochdruckverdampfungszelle umfassen.In an embodiment, the system may further comprise a second vaporization crucible and a blind cap for the high pressure vaporization cell.

Zum Beispiel kann ein Anti-Haft-Mittel an die Innenfläche der Hochdruckverdampfungszelle aufgedampft werden. In diesem Fall kann die Bedampfung des Substrats unterbrochen werden und/oder es liegt dann kein Substrat auf der Zelle, sondern ein Blinddeckel.For example, an anti-stick agent may be vapor-deposited on the inner surface of the high-pressure evaporation cell. In this case, the evaporation of the substrate can be interrupted and / or there is then no substrate on the cell, but a blind cover.

In einer Ausführungsform kann das System ferner ein Prallbech in der Hochdruckverdampfungszelle zwischen dem Verdampfungstiegel und dem Haltemechanismus für das Substrat umfassen.In one embodiment, the system may further include a baffle in the high pressure evaporation cell between the vaporization crucible and the substrate holding mechanism.

Ein Prallblech kann z. B. das zu beschichtende Substrat vor Spritzern flüssigen Verdampfungsguts schützen. In einer besonderen Ausführungsform ist auch das Prallblech derart ausgebildet, dass es Dampf abweist, z. B. auf die Weise wie oben in Zusammenhang mit der Innenfläche der Hochdruckverdampfungszelle beschrieben. Zum Beispiel kann das Prallblech mit einem Anti-Haft-Mittel beschichtet sein.A baffle can z. B. protect the substrate to be coated from splashing liquid vapor. In a particular embodiment, the baffle plate is designed such that it repels steam, z. In the manner described above in connection with the inner surface of the high-pressure evaporation cell. For example, the baffle may be coated with an anti-stick agent.

In einer Ausführungsform können für das oben beschriebene System zudem die Konzepte hinsichtlich des Aufbaus der in den DE-Patentanmeldungen 10 2008 045 249.1 und 10 2009 018 700.6 beschriebenen Anlage übernommen werden.In one embodiment, in addition to the system described above, the concepts relating to the construction of the systems described in US Pat DE patent applications 10 2008 045 249.1 and 10 2009 018 700.6 be taken over described plant.

In einer Ausführungsform kann zudem ein Nachführmechanismus für das Beschichtungsmaterial, also z. B. für Aluminium in Form von Kugeln oder Draht, in dem System vorgesehen sein, wobei der Nachführmechanismus dann z. B. mit dem Verdampfungstiegel verbunden ist.In one embodiment, in addition, a tracking mechanism for the coating material, so z. B. for aluminum in the form of balls or wire, be provided in the system, wherein the tracking mechanism then z. B. is connected to the evaporation crucible.

In einer Ausführungsform kann das System ferner derart ausgebildet sein, dass das Substrat in der Zelle oben (als Deckel), unten (am oder als Boden) oder an der Seite (an der oder als Seiteninnenwand) platziert werden kann. In diesem Fall, kann der Dampf z. B. seitlich über ein gekrümmtes Rohr in die Zelle geleitet werden. Insbesondere kann dann auch das Rohr dampfabweisend ausgebildet sein, z. B. durch Beschichtung mit einem Anti-Haft-Mittel.In one embodiment, the system may further be configured such that the substrate may be placed in the cell at the top (as a lid), at the bottom (on or at the bottom), or at the side (at or as a side inner wall). In this case, the steam z. B. be passed laterally over a curved tube in the cell. In particular, then the tube may be formed vapor-repellent, z. B. by coating with an anti-stick agent.

Die Erfindung betrifft auch die Verwendung eines oben diskutierten Hochdruckverdampfungszellensystems zur Beschichtung eines Substrats mit Aluminiumdampf.The invention also relates to the use of a high-pressure evaporation cell system discussed above for coating a substrate with aluminum vapor.

Für dieses Beschichtungsverfahren unter der Verwendung des Hochdruckverdampfungszellensystems können die gleichen Merkmale Anwendung finden und gelten die gleichen Definitionen und Beschreibungen wie oben im Zusammenhang mit der Hochdruckverdampfungszelle und dem Hochdruckverdampfungszellensystem diskutiert.For this coating method using the high-pressure evaporation cell system, the same features can be applied and the same definitions and descriptions as discussed above in connection with the high-pressure evaporation cell and the high-pressure evaporation cell system apply.

In einer Ausführungsform wird das Hochdruckverdampfungszellensystem derart verwendet, dass eine statische Beschichtung ausgeführt wird, d. h. dass sich das mindestens eine zu beschichtende Substrat während des Beschichtungsverfahrens nicht bewegt.In one embodiment, the high pressure evaporation cell system is used such that a static coating is performed, i. H. that the at least one substrate to be coated does not move during the coating process.

Auf diese Weise können z. B. Gradientenbeschichtungen durchgeführt werden.In this way, for. B. gradient coatings are performed.

In einer alternativen Ausführungsform können allerdings auch dynamische Beschichtungsverfahren eingesetzt werden, z. B. für Folien.In an alternative embodiment, however, dynamic coating methods can also be used, for. B. for slides.

In einer Ausführungsform kann es auch vorteilhaft sein, anstatt einer vollflächigen Beschichtung ein Muster (z. B. Leiterbahnen) auf das Substrat aufzubringen. Dies kann z. B. durch eine entsprechende Maskierung der nicht zu beschichtenden Bereiche des Substrats erreicht werden. In üblichen Beschichtungsanlagen wird dies allerdings umso schneller unwirtschaftlich, je kleiner das Verhältnis der beschichteten zur nichtbeschichteten Fläche ist. In einer Ausführungsform der Erfindung kann eine Maskierung vorgesehen sein, die geeignet ist, Dampf abzuweisen. Dies kann – wie oben beschrieben – mit Hilfe eines Anti-Haft-Mittels geschehen. Auf diese Weise „verbraucht” hier die Maske kein Beschichtungsmaterial und weist zudem eine hohe Standzeit auf. In one embodiment, it may also be advantageous to apply a pattern (eg conductor tracks) to the substrate instead of a full-area coating. This can be z. B. be achieved by a corresponding masking of the non-coated areas of the substrate. In conventional coating systems, however, this becomes all the more quickly uneconomical the smaller the ratio of the coated to the uncoated surface. In one embodiment of the invention, a mask may be provided which is capable of rejecting steam. This can be done - as described above - with the help of an anti-stick agent. In this way, the mask "consumes" no coating material here and also has a long service life.

In einer Ausführungsform wird das Beschichtungsverfahren derart ausgeführt, dass sich die Hochdruckverdampfungszelle innerhalb einer Vakuumkammer mit einem Hintergrundruck von 10–6 bis 10–5 mbar befindet.In one embodiment, the coating process is performed such that the high pressure evaporation cell is within a vacuum chamber having a background pressure of 10 -6 to 10 -5 mbar.

Dadurch dass Aluminium eine hohe Reaktionsfähigkeit besitzt und leicht Verbindungen mit Sauerstoff aus der Luft oder Luftfeuchte eingeht, die Al-Schicht allerdings als Kontaktierung möglichst rein und mit hoher elektrischer Leitfähigkeit vorliegen muss, ist das Verfahren in einer Vakuumkammer wie oben beschrieben besonders vorteilhaft für die Beschichtung von reinem Aluminium auf das Substrat.Because aluminum has a high reactivity and easily forms compounds with oxygen from the air or atmospheric moisture, but the Al layer must be present as pure as possible and with high electrical conductivity, the method in a vacuum chamber as described above is particularly advantageous for the coating of pure aluminum on the substrate.

Die Erfindung wird im Folgenden mit Bezug auf die Figuren näher erläutert, die schematisch Hochdruckverdampfungszellen und die entsprechenden Hochdruckverdampfungszellensysteme zeigen.The invention will be explained in more detail below with reference to the figures which show schematically high-pressure evaporation cells and the corresponding high-pressure evaporation cell systems.

1 zeigt schematisch das Prinzip einer Verdampfungszelle in einem Hochdruckverdampfungszellensystem; 1 schematically shows the principle of an evaporation cell in a high-pressure evaporation cell system;

2 zeigt schematisch ein Verdampfungszellensystem mit alternativem Verdampfungstiegel; 2 schematically shows an evaporation cell system with alternative evaporation crucible;

3 zeigt schematisch ein Verdampfungszellensystem mit drehbaren Seitenwandelementen; 3 schematically shows an evaporation cell system with rotatable side wall elements;

4 zeigt schematisch ein Verdampfungszellensystem mit zwei Verdampfungstiegeln; 4 schematically shows an evaporation cell system with two evaporation crucibles;

5 zeigt schematisch ein Verdampfungszellensystem mit Prallblech; und 5 schematically shows an evaporation cell system with baffle plate; and

6 zeigt schematisch ein Verdampfungszellensystem mit gekrümmtem Dampfzuführrohr. 6 schematically shows an evaporation cell system with curved steam supply pipe.

In 1 wird beispielhaft das Prinzip einer Hochdruckverdampfungszelle gezeigt. Die Hochdruckzelle 10 ist hier ein quaderförmiger Kasten auf den das Substrat 30 als Deckel gelegt wird. Der Boden 12 enthält eine Öffnung in die über ein Rohr der Dampf eingeleitet wird. Dieses Rohr kann auch als Verdampfungstiegel 20 ausgebildet sein, der bei der Verwendung von Aluminium auf ca. 1500°C geheizt wird, um ausreichende Dampfmengen zu erzeugen. Der Boden 12 kann z. B. aus hitzebeständigem Material, z. B. Wolfram oder Molybdän, gefertigt sein. In einer Ausführungsform sind Boden 12 und Kastenwandung mit einem Anti-Haft-Mittel versehen und bilden die Innenfläche der Zelle 10. Das Dampfeinlassrohr 22 ist mit einem Verschlussmechanismus 14 ausgestattet, mit dem die Dampfzufuhr z. B. für den Zeitraum des Substrataustauschs unterbrochen werden kann. Um den Differenzdruck während des Verdampfens von > 0,1 mbar in der Zelle gegenüber 10–6 mbar außerhalb der Zelle (z. B. in einer Vakuumkammer, in der sich die Zelle befindet) zu kompensieren, verhindert ein Haltemechanismus 16 das Abheben des Substrats 30 von der Zelle 10. Zur Kühlung des Bodens 12 kann zudem eine Wasserkühlung 24 vorgesehen werden.In 1 the principle of a high-pressure evaporation cell is shown by way of example. The high pressure cell 10 Here is a cuboid box on which the substrate 30 is laid as a lid. The floor 12 contains an opening into which a steam pipe is introduced. This tube can also be used as an evaporation crucible 20 be formed, which is heated when using aluminum to about 1500 ° C to produce sufficient amounts of steam. The floor 12 can z. B. made of heat-resistant material, eg. As tungsten or molybdenum, be made. In one embodiment, soil is 12 and box wall provided with an anti-sticking agent and form the inner surface of the cell 10 , The steam inlet pipe 22 is with a locking mechanism 14 equipped with the steam supply z. B. can be interrupted for the period of substrate exchange. To compensate for the differential pressure during evaporation of> 0.1 mbar in the cell compared to 10 -6 mbar outside the cell (eg in a vacuum chamber in which the cell is located) prevents a holding mechanism 16 the lifting of the substrate 30 from the cell 10 , For cooling the soil 12 can also a water cooling 24 be provided.

2 zeigt beispielhaft, dass der Verdampfungstiegel 20 auch fest an die Zelle 10 montiert werden kann. Er kann z. B. aus einem geheizten Reservoir (z. B. beheizbar auf mindestens 1500°C bei Verwendung von Aluminium als Beschichtungsmaterial für das Substrat 30) bestehen, das sich nach oben hin verjüngt und eine Durchgangsöffnung zur Zelle 10 besitzt. Entlang der Verjüngung kann die Temperatur z. B. von 1400°C auf 700°C erniedrigt werden, um die thermische Belastung des Verdampfungszellensystems zu minimieren. Gasförmiges Beschichtungsmaterial, wie z. B. Aluminium, das entlang der Verjüngung kondensiert, kann in das heiße Reservoir zurückfließen und neu verdampft werden. Auch diese Ausführungsform enthält einen Mechanismus 14 zum An- und Abschalten der Dampfzufuhr in die Zelle 10. 2 shows by way of example that the evaporation crucible 20 also stuck to the cell 10 can be mounted. He can z. B. from a heated reservoir (eg., Heated to at least 1500 ° C when using aluminum as a coating material for the substrate 30 ), which tapers towards the top and a passage opening to the cell 10 has. Along the rejuvenation, the temperature z. B. be lowered from 1400 ° C to 700 ° C in order to minimize the thermal load of the evaporation cell system. Gaseous coating material, such. Aluminum, which condenses along the taper, can flow back into the hot reservoir and re-vaporize. This embodiment also contains a mechanism 14 to turn on and off the steam supply to the cell 10 ,

3 demonstriert beispielhaft einen Mechanismus zum Auffrischen einer Anti-Haft-Beschichtung an den Innenwänden einer Zelle 10. Beispielsweise können die Seitenwände durch ein Paket aus Rollen gebildet werden, die dicht aneinander liegen. An der Außenseite kann die Beschichtung z. B. durch eine Dosiernadel 18, die mit einem Vorratstank 19 für das Anti-Haft-Mittel verbunden ist, erneuert werden. Durch Drehung der Rollen nach innen in den Innenraum der Zelle 10 können die Rollenabschnitte, die außerhalb der Zelle 10 mit dem Anti-Haft-Mittel behandelt wurden, für weitere Substratbeschichtungen als dampfabweisende Innenfläche fungieren. Anstatt der Dosiernadel 18 können hierfür auch Filzrollen oder Schwämme eingesetzt werden, die mit dem Anti-Haft-Mittel getränkt sind und mit denen die Zellwände bestrichen werden können. 3 exemplifies a mechanism for refreshing an anti-stick coating on the inner walls of a cell 10 , For example, the side walls may be formed by a package of rollers that are close together. On the outside, the coating z. B. by a dispensing needle 18 that with a storage tank 19 for the anti-adhesive agent is renewed. By turning the rollers inwards into the interior of the cell 10 can be the roll sections that are outside the cell 10 treated with the anti-stick agent, act as a vapor-repellent inner surface for further substrate coatings. Instead of the dispensing needle 18 It is also possible to use felt rolls or sponges impregnated with the anti-adhesion agent and with which the cell walls can be coated.

4 zeigt eine alternative Möglichkeit zur Auffrischung der Anti-Haft-Beschichtung der Zellinnenwände: Das hier verwendete Anti-Haft-Mittel kann z. B. aufgedampft werden. In diesem Fall kann ein zweiter Verdampfungstiegel 40 in das Zellsystem integriert werden, mittels dem dann die Zelle 10 mit Anti-Haft-Mittel bedampft und beschichtet wird. Für die Erneuerung der Anti-Haft-Beschichtung kann das Verfahren zur Substratbeschichtung unterbrochen werden. Zum Beispiel liegt dann kein Substrat, sondern ein Blinddeckel 42 auf der Verdampfungszelle. 4 shows an alternative way of refreshing the anti-adhesion coating of the cell interior walls: The anti-adhesion agent used here may, for. B. are evaporated. In this case can a second evaporation crucible 40 integrated into the cell system, then the cell 10 steamed and coated with non-stick agent. For the renewal of the anti-adhesion coating, the process for substrate coating can be interrupted. For example, then there is no substrate, but a blind cover 42 on the evaporation cell.

In 5 ist eine Ausführungsform beispielhaft gezeigt, in der zusätzlich ein Prallblech 15 mit Anti-Haft-Beschichtung in der Sichtlinie Verdampfungstiegel 20 zu Substrat 30 angeordnet wurde, um das Substrat 30 vor Spritzern flüssigen Verdampfungsguts zu schützen.In 5 an embodiment is shown by way of example, in addition to a baffle plate 15 with anti-stick coating in the line of sight evaporation crucible 20 to substrate 30 has been arranged to the substrate 30 to protect against splashes of liquid vapor.

6 stellt beispielhaft dar, dass das Hochdruckverdampfungszellensystem in seiner Anordnung auch so gewählt werden kann, dass das Substrat 30 in der Zelle 10 oben, unten, oder an der Seite platziert werden kann. Die Zelle 10 ist geeignet, entsprechend positioniert zu werden, und der Dampf kann gegebenenfalls seitlich über ein gekrümmtes Rohr mit Anti-Haft-Beschichtung in die Zelle 10 geleitet werden. 6 exemplifies that the high pressure evaporation cell system can also be chosen in its arrangement so that the substrate 30 in the cell 10 can be placed above, below, or on the side. The cell 10 is suitable to be positioned accordingly, and the vapor may optionally laterally through a curved tube with anti-adhesive coating in the cell 10 be directed.

Die oben beschriebene Anti-Haft-Beschichtung vermeidet somit Fehlbeschichtungen in der Hochdruckverdampfungszelle und fuhrt zudem auch nicht zu einer Verunreinigung der aufzubringenden Schichten. Beim Beschichten eines Substrates mit Aluminium in einer mit FOMBLIN® behandelten Zelle konnten z. B. keine Rückstände von Fluor in der Aluminium-Schicht auf dem Substrat nachgewiesen werden.The anti-adhesion coating described above thus avoids false coatings in the high-pressure evaporation cell and also does not lead to contamination of the layers to be applied. When coating a substrate with aluminum in a treated FOMBLIN ® cell could z. B. no residues of fluorine in the aluminum layer can be detected on the substrate.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (16)

Hochdruckverdampfungszelle (10) zur Beschichtung von Substraten (30), wobei eine Innenfläche (12) der Hochdruckverdampfungszelle geeignet ist, Dampf des Beschichtungsmaterials abzuweisen.High-pressure evaporation cell ( 10 ) for coating substrates ( 30 ), wherein an inner surface ( 12 ) of the high pressure evaporation cell is capable of rejecting vapor of the coating material. Hochdruckverdampfungszelle nach Anspruch 1, wobei die Innenfläche (12) derart ausgebildet ist, dass bei Betrieb der Hochdruckverdampfungszelle Dampfatome sich nicht an dieser niederschlagen.High-pressure evaporation cell according to claim 1, wherein the inner surface ( 12 ) is designed such that during operation of the high-pressure evaporation cell steam atoms are not reflected at this. Hochdruckverdampfungszelle nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Innenfläche (12) einen Dampfdruck von weniger als 10–7 torr bei 20°C aufweist.High-pressure evaporation cell according to claim 1 or 2, wherein the inner surface ( 12 ) has a vapor pressure of less than 10 -7 torr at 20 ° C. Hochdruckverdampfungszelle nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Innenfläche (12) mit einem Anti-Haft-Mittel beschichtet ist.High-pressure evaporation cell according to claim 1, 2 or 3, wherein the inner surface ( 12 ) is coated with an anti-stick agent. Hochdruckverdampfungszelle nach Anspruch 4, wobei das Anti-Haft-Mittel ein synthetisches Öl ist.A high pressure evaporation cell according to claim 4, wherein the anti-stick agent is a synthetic oil. Hochdruckverdampfungszelle nach Anspruch 5, wobei das synthetische Öl ein Perfluorpolyether, insbesondere FOMBLIN®, ist.High-pressure evaporation cell according to claim 5, wherein the synthetic oil is a perfluoropolyether, in particular FOMBLIN ® . Hochdruckverdampfungszelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Innenfläche (12) der Boden und die Seiteninnenwände der Hochdruckverdampfungszelle ist und die Hochdruckverdampfungszelle insbesondere quaderförmig ausgebildet ist.High-pressure evaporation cell according to one of the preceding claims, wherein the inner surface ( 12 ) is the bottom and the side inner walls of the high-pressure evaporation cell and the high-pressure evaporation cell is formed in particular cuboid. Hochdruckverdampfungszellensystem mit einer Hochdruckverdampfungszelle (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das System ferner umfasst: einen Verdampfungstiegel (20), eine Heizeinrichtung, die geeignet ist, den Verdampfungstiegel auf eine Temperatur von mindestens 1000°C, insbesondere auf mindestens 1500°C, zu erhitzen, und einen Haltemechanismus (16) für das Substrat (30).High-pressure evaporation cell system with a high-pressure evaporation cell ( 10 ) according to any one of the preceding claims, the system further comprising: an evaporation crucible ( 20 ), a heating device which is suitable for heating the evaporation crucible to a temperature of at least 1000 ° C., in particular to at least 1500 ° C., and a holding mechanism ( 16 ) for the substrate ( 30 ). Hochdruckverdampfungszellensystem nach Anspruch 8 mit einem sich in der Hochdruckverdampfüngszelle (10) befindenden Verschlussmechanismus (14) für den Verdampfungstiegel (20), mit dem die Dampfzufuhr in die Hochdruckverdampfungszelle (10) unterbrochen werden kann.High-pressure evaporation cell system according to claim 8, having a housing in the high-pressure evaporation cell ( 10 ) closure mechanism ( 14 ) for the evaporation crucible ( 20 ), with which the steam supply into the high-pressure evaporation cell ( 10 ) can be interrupted. Hochdruckverdampfungszellensystem nach Anspruch 8 oder 9 mit einem Kühlsystem (24) zur Kühlung der Innenfläche (12).High-pressure evaporation cell system according to claim 8 or 9 with a cooling system ( 24 ) for cooling the inner surface ( 12 ). Hochdruckverdampfungszellensystem nach Anspruch 8, 9 oder 10, wobei die Innenfläche (12) aus drehbar gelagerten Elementen aufgebaut ist.High-pressure evaporation cell system according to claim 8, 9 or 10, wherein the inner surface ( 12 ) is constructed of rotatably mounted elements. Hochdruckverdampfungszellensystem nach Anspruch 11, ferner umfassend einen Innenflächenbeschichtungsmechanismus (18), der geeignet ist, die drehbar gelagerten Elemente der Innenfläche (12) außerhalb der Hochdruckverdampfungszelle (10) zu beschichten.A high-pressure evaporation cell system according to claim 11, further comprising an inner surface coating mechanism ( 18 ), which is suitable, the rotatably mounted elements of the inner surface ( 12 ) outside the high-pressure evaporation cell ( 10 ) to coat. Hochdruckverdampfungszellensystem nach einem der Ansprüche 8 bis 12, ferner umfassend einen zweiten Verdampfungstiegel (40) und einen Blinddeckel (42) für die Hochdruckverdampfungszelle.High-pressure evaporation cell system according to one of claims 8 to 12, further comprising a second evaporation crucible ( 40 ) and a blind cover ( 42 ) for the high-pressure evaporation cell. Hochdruckverdampfungszellensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 13, ferner umfassend ein Prallbech (15) in der Hochdruckverdampfungszelle (10), zwischen dem Verdampfungstiegel (20) und dem Haltemechanismus (16) für das Substrat (30).High-pressure evaporation cell system according to one of the preceding claims 8 to 13, further comprising a baffle cup ( 15 ) in the high-pressure evaporation cell ( 10 ), between the evaporation crucible ( 20 ) and the holding mechanism ( 16 ) for the substrate ( 30 ). Verwendung des Hochdruckverdampfungszellensystems nach einem der Ansprüche 8 bis 14 zur Beschichtung eines Substrats (30) mit Aluminiumdampf.Use of the high-pressure evaporation cell system according to one of Claims 8 to 14 for coating a substrate ( 30 ) with aluminum vapor. Verwendung des Hochdruckverdampfungszellensystems nach einem der Ansprüche 8 bis 14, wobei bei der Beschichtung des Substrats eine anti-haft-beschichtete Maske, insbesondere zur Erzeugung einer strukturierten Schicht, verwendet wird.Use of the high-pressure evaporation cell system according to one of claims 8 to 14, wherein an anti-stick-coated mask, in particular for producing a structured layer, is used in the coating of the substrate.
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