DE102010041380A1

DE102010041380A1 - Verdampfereinrichtung für eine Beschichtungsanlage

Info

Publication number: DE102010041380A1
Application number: DE102010041380A
Authority: DE
Inventors: Carsten Deus; Harald Dr. Gross; Jörk RICHTER
Original assignee: Von Ardenne Anlagentechnik GmbH
Current assignee: Von Ardenne Anlagentechnik GmbH
Priority date: 2009-09-25
Filing date: 2010-09-24
Publication date: 2011-04-28
Also published as: DE102010041376A1

Abstract

Vorgeschlagen wird eine Verdampfereinrichtung zur Abscheidung von Bedampfungsmaterial auf Substrate, die mindestens einen beheizbaren Primärverdampfer sowie mindestens einen mit dem mindestens einen Primärverdampfer dampfleitend verbundenen, beheizbaren Dampfverteiler umfasst, wobei der Dampfverteiler im Inneren eine k-fach hierarchisch binär verzweigte Dampfkanalstruktur aufweist, welche den einlassseitig in den Dampfverteiler eingeleiteten Dampfstrom auf 2^k Dampfaustrittsöffnungen gleichmäßig verteilt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verdampfereinrichtung für eine Beschichtungsanlage.
Der Begriff physikalische Gasphasenabscheidung (engl. physical vapor deposition, PVD) bezeichnet eine Gruppe von vakuumbasierten Beschichtungsverfahren, bei denen die Schicht durch Kondensation eines Materialdampfes des Ausgangsmaterials gebildet wird.
Diese Verfahren laufen wie folgt ab:
Dampferzeugung der schichtbildenden Teilchen,
Transport des Dampfes zum Substrat,
Kondensation des Dampfes auf dem Substrat und Schichtbildung.
Zu den PVD-Verfahren zählt unter anderem das thermische Verdampfen. Dabei wird das Ausgangsmaterial auf Temperaturen erhitzt, bei denen aufgrund des erhöhten Dampfdruckes im Vakuum nennenswerte Verdampfung einsetzt. Das verdampfte Material wandert von der Verdampfungsquelle durch die Vakuumkammer zu dem gegenüberliegenden Substrat. Der Materialdampf schlägt sich dort nieder und bildet eine dünne Schicht.
Zur Durchführung thermischer Verdampfungsverfahren wird eine Verdampfereinrichtung zur Abscheidung von Bedampfungsmaterial auf Substrate vorgeschlagen, die einen Primärverdampfer sowie einen mit dem Primärverdampfer dampfleitend verbundenen Dampfverteiler umfasst.
Nach dem Stand der Technik bekannt sind Linearverdampfer mit Dampfverteiler in Form von Düsenrohren mit etwa kreisförmigem Querschnitt, wie beispielhaft in DE 101 28 091 oder WO 2009/010468 A1 beschrieben wird. Andere Verdampfungseinrichtungen nach dem Stand der Technik verwenden Dampfverteiler mit etwa quadratischem Querschnitt, wobei Dampfaustrittsöffnungen etwa in der Mitte einer der Seiten des Quadrates vorgesehen sind, wie zum Beispiel in WO 2006/046998 oder WO 2008/041671 aufgeführt ist.
Die bekannten Einrichtungen haben den Nachteil, dass eine gleichmäßige Verteilung des Dampfes auf alle Dampfaustrittsöffnungen nur näherungsweise dadurch erreicht werden kann, dass die Summe der Leitwerte der Dampfaustrittsöffnungen deutlich (etwa 100fach) kleiner als der Leitwert des Innenraumes des Verteilers entlang der Längsachse gewählt werden. Diese notwendige Dimensionierung führt zu einerseits wegen der oberen Grenze für die Leitwerte der Dampfaustrittsöffnungen zu einer nachteiligen Limitierung der bei einem bestimmten Dampfdruck erreichbaren Verdampfungsrate oder andererseits wegen der gegenteiligen Forderung nach einem vergleichsweise hohen Leitwert des Innenraumes in der Längsdimension des Dampfverteilers zu verhältnismäßig hohen Abmessungen des Dampfverteilers, welche sich nachteilig auf die Einbausituation und auf realisierbare Abstände zwischen benachbarten Verdampfern und/oder zwischen Verdampfer und Substrat auswirken.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine Verdampfereinrichtung anzugeben, die bei geringen Quer-Abmessungen des Dampfverteilers eine vollkommen gleichmäßige Verteilung des Dampfstromes auf viele Auslassöffnungen ermöglicht
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Verdampfereinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in der Beschreibung und den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Vorgeschlagen wird eine Verdampfereinrichtung zur Abscheidung von Bedampfungsmaterial auf Substrate, die mindestens einen beheizbaren Primärverdampfer sowie mindestens einen mit dem mindestens einen Primärverdampfer dampfleitend verbundenen, beheizbaren Dampfverteiler umfasst, wobei der Dampfverteiler im Inneren eine k-fach hierarchisch binär verzweigte Dampfkanalstruktur aufweist, welche den einlassseitig in den Dampfverteiler eingeleiteten Dampfstrom auf 2^k Dampfaustrittsöffnungen gleichmäßig verteilt.
Der Begriff der binär verzweigten Struktur lehnt sich dabei an den aus der Graphentheorie bekannten Begriff des Binärbaums an. Bei den hier betrachteten binär verzweigten Strukturen handelt es sich um eine Struktur, bei der jeder Knoten einer Knotenebene genau zwei Unterknoten auf der nächst höheren Knotenebene besitzt und jeder Weg zwischen den Knoten zweier benachbarter Knotenebenen gleich lang ist. Die Verzweigung der Struktur findet jeweils zwischen zwei Knotenebenen statt. Dieser Zwischenraum zwischen zwei Knotenebenen wird nachfolgend als Verzweigungsstufe bezeichnet. Eine binäre Struktur mit k Knotenebenen oberhalb der Wurzel des Binärbaums (0-te Knotenebene) weist demgemäß stets k Verzweigungsstufen auf.
In derartigen Dampfverteilern wird ein Dampfstrom in mindestens einer Verzweigungsstufe zu Teilströmen verzweigt, wobei die Anzahl der eine Verzweigungsstufe verlassenden Teilströme (d. h. die Anzahl der Kindknoten) doppelt so groß ist wie die Anzahl der in diese Verzweigungsstufe eingeführten Teilströme (d. h. die Anzahl der Elternknoten). Ein Dampfstrom, der in einen Dampfverteiler mit k Verzweigungsstufen eingespeist wird, verlässt den Dampfverteiler demzufolge in Form von 2^k (= 2^k) Teilströmen.
Verschiedene Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Verdampfereinrichtung werden vorgeschlagen, bei denen vorgesehen ist, dass die binären Verzweigungen jeweils symmetrisch ausgeführt sind, oder/und dass der Dampfverteiler zumindest teilweise aus elektrisch leitfähiger Keramik besteht und durch direkten Stromdurchgang geheizt wird, oder/und dass der Dampfverteiler aus elektrisch nicht leitfähiger Keramik besteht und durch eingebettete Heizelemente geheizt wird, oder/und dass der Dampfverteiler zumindest teilweise aus einem Material besteht, welches S-SiC enthält, oder/und dass der Dampfverteiler in der Dimension senkrecht zur Substratbewegungsrichtung und senkrecht zur Substratnormale größer als die Breite der zu beschichtenden Substrate dimensioniert ist, oder/und dass der Primärverdampfer in der Dimension senkrecht zur Substratbewegungsrichtung und senkrecht zur Substratnormalen größer als die halbe Breite der zu beschichtenden Substrate dimensioniert ist, oder/und dass die Verbindung zwischen Primärverdampfer und Dampfverteiler etwa der Mitte der zu beschichtenden Substrate gegenübersteht, oder/und dass der Dampfverteiler äußerlich die Form eines zylindrischen Rohres aufweist, oder/und dass der Dampfverteiler äußerlich die Form eines Rohres mit etwa quadratischem Querschnitt aufweist, oder/und dass die Substratnormale etwa senkrecht zur Erdanziehung orientiert ist, oder/und dass die Substratnormale etwa parallel zur Erdanziehung orientiert ist, oder/und dass die zu beschichtenden Substrate bandförmig sind und über eine temperierte Walze geführt werden, oder/und dass die zu beschichtenden Substrate bandförmig sind und über eine gekühlte Walze geführt werden, oder/und dass die zu beschichtenden Substrate bandförmig sind und über eine geheizte Walze geführt werden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und einer zugehörigen Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige
1 ein Ausführungsbeispiel eines Dampfverteilers einer erfindungsgemäßen Verdampfereinrichtung.
Auf einem Primärverdampfer 1 ist ein Dampfverteiler 2 angeordnet und dampfleitend mit dem Primärverdampfer 1 verbunden, indem eine Dampfeintrittsöffnung 4 dem im Primärverdampfer 1 angeordneten Verdampfungsgut zugewandt ist, so dass der Dampf in den Dampfverteiler 2 eintreten kann.
Im Innern des Dampfverteilers 2 ist eine binäre Dampfkanalstruktur 3 angeordnet, bei der der eine Dampfkanal der Dampfeintrittsöffnung 4 in drei Verzweigungsstufen (k = 3) zu acht Kanälen (2^k = 2^3 = 8) verzweigt werden, die in acht Dampfaustrittsöffnungen 5 münden. Die binäre Struktur 3 ist symmetrisch. Es versteht sich von selbst, dass diese Ausführung der binären Struktur 3 mit nur drei Verzweigungsstufen rein beispielhaft ist, und dass in großen Beschichtungsanlagen Dampfverteiler 2 mit deutlich mehr Verzweigungsstufen sinnvoll sein können.
Bezugszeichenliste

1: Primärverdampfer
2: Dampfverteiler
3: binäre Dampfkanalstruktur
4: Dampfeintrittsöffnung
5: Dampfaustrittsöffnungen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10128091 [0006]
WO 2009/010468 A1 [0006]
WO 2006/046998 [0006]
WO 2008/041671 [0006]

Claims

Verdampfereinrichtung zur Abscheidung von Bedampfungsmaterial auf Substrate, umfassend mindestens einen beheizbaren Primärverdampfer (1) sowie mindestens einen mit dem mindestens einen Primärverdampfer (1) dampfleitend verbundenen, beheizbaren Dampfverteiler (2), dadurch gekennzeichnet, dass der Dampfverteiler (2) im Inneren eine k-fach hierarchisch binär verzweigte Dampfkanalstruktur (3) aufweist, welche den einlassseitig in den Dampfverteiler (2) eingeleiteten Dampfstrom auf 2^k Dampfaustrittsöffnungen (5) gleichmäßig verteilt.
Verdampfereinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die binären Verzweigungen jeweils symmetrisch ausgeführt sind.
Verdampfereinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampfverteiler (2) zumindest teilweise aus elektrisch leitfähiger Keramik besteht und durch direkten Stromdurchgang geheizt wird.
Verdampfereinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampfverteiler (2) aus elektrisch nicht leitfähiger Keramik besteht und durch eingebettete Heizelemente geheizt wird.
Verdampfereinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampfverteiler (2) zumindest teilweise aus einem Material besteht, welches S-SiC enthält.
Verdampfereinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampfverteiler (2) in der Dimension senkrecht zur Substratbewegungsrichtung und senkrecht zur Substratnormale größer als die Breite der zu beschichtenden Substrate dimensioniert ist.
Verdampfereinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Primärverdampfer (1) in der Dimension senkrecht zur Substratbewegungsrichtung und senkrecht zur Substratnormalen größer als die halbe Breite der zu beschichtenden Substrate dimensioniert ist.
Verdampfereinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen Primärverdampfer (1) und Dampfverteiler (2) etwa der Mitte der zu beschichtenden Substrate gegenübersteht.
Verdampfereinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampfverteiler (2) äußerlich die Form eines zylindrischen Rohres aufweist.
Verdampfereinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampfverteiler (2) äußerlich die Form eines Rohres mit etwa quadratischem Querschnitt aufweist.
Verdampfereinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Substratnormale etwa senkrecht zur Erdanziehung orientiert ist.
Verdampfereinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Substratnormale etwa parallel zur Erdanziehung orientiert ist.