DE102012109626A1

DE102012109626A1 - Verfahren und Vorrichtung zur langzeitstabilen Beschichtung mittels Verdampfung

Info

Publication number: DE102012109626A1
Application number: DE201210109626
Authority: DE
Inventors: Ekkehart Reinhold; Dr. Faber Jörg
Original assignee: Von Ardenne Anlagentechnik GmbH
Current assignee: Von Ardenne GmbH
Priority date: 2012-10-10
Filing date: 2012-10-10
Publication date: 2014-04-10

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Beschichtung von Substraten 1 mittels Verdampfung, indem in der Verdampfungsoberfläche 21 des in einem Tiegel 11 vorgehaltenen Verdampfungsguts 20 eine Dampfquelle 24 ausgebildet wird und ein Substrat 1 in die von der Dampfquelle 24 aufsteigende Dampfwolke gebracht wird, wobei sich der Dampf auf dem Substrat 1 als Schicht niederschlägt. Um den Abstand zwischen der Verdampfungsoberfläche 21 und dem Substrat 1 mit einfachen technischen Mitteln konstant zu halten, ohne Verdampfungsmaterial fortlaufend nachzuführen, wird dieser Bedampfungsabstand 22 eingestellt, indem während der Verdampfung in Abhängigkeit von der Menge des verdampften Materials die Höhe der Verdampfungsoberfläche 21 im Tiegel 11 und/oder die mittlere Höhe des Substrats 1 über der Verdampfungsoberfläche 21 eingestellt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung von Substraten mittels Verdampfung, wobei Verdampfungsgut in einem Tiegel zumindest partiell erhitzt und verdampft wird und ein Substrat in der damit gebildeten Dampfwolke durch Kondensation des Dampfes beschichtet wird. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens.
Die Beschichtung von Substraten, insbesondere von großflächigen, auch bandförmigen Substraten ist ein etabliertes Verfahren, bei dem, häufig innerhalb einer einstellbaren Prozessatmosphäre, auf der Oberfläche des in einem Tiegel vorgehaltenen Verdampfungsguts eine punkt-, flächen- oder linienförmige Dampfquelle des auf dem Substrat abzuscheidenden Dampfes erzeugt wird. Die Dampfquelle ist der sublimierende Teil des Verdampfungsguts oder der Bereich des geschmolzenen Verdampfungsguts, von dem eine zur Substratbeschichtung dienende Dampfwolke aufsteigt. Häufig, insbesondere beim Elektronenstrahlverdampfen mit gezielt einstellbarer Dampfquellengeometrie, ist dies nur ein begrenzter Bereich innerhalb eines Schmelzsees, der sich im Verdampfungsgut mehr oder weniger groß ausbildet oder mitunter auch das gesamte Verdampfungsgut umfasst, letzteres z.B. bei der thermischen Verdampfung. Ein Substrat wird in die von der Dampfquelle aufsteigende Dampfwolke gebracht und stationär oder während seiner Bewegung durch die Dampfwolke beschichtet.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des Beschichtungsverfahrens umfasst eine Substrathalterung zur Halterung des zu beschichtenden Substrats, was auch dessen Positionierung und gegebenenfalls auch dessen Transport einschließt, eine Verdampfungseinrichtung zur Verdampfung des Verdampfungsguts und ein Tiegelsystem zur Aufnahme von Verdampfungsgut, welches dem Substrat gegenüber liegend angeordnet ist. Als Verdampfungseinrichtung sind verschiedene Vorrichtungen bekannt, die unter Vakuum oder Umgebungsdruck arbeiten. Bei der Elektronenstrahlverdampfung beispielsweise wird das Verdampfungsgut infolge einer definierten Ablenkung eines Elektronenstrahls auf dessen Oberfläche unter Vakuum verdampft. Auch thermische Verdampfer sind bekannt, in welchen das Verdampfungsgut mittels Widerstandsheizer verdampft wird.
Das Verfahren und die Vorrichtung dienen dazu, auf großflächigen Substraten Schichten von Elementen und Verbindungen mit gleichmäßiger Schichtdicke aufzubringen. Z.B. kann es sich um bandförmige oder eine kontinuierliche Abfolge einzelner Substrate, gegebenenfalls auch großer Breite handeln, die kontinuierlich bzw. quasikontinuierlich an der Beschichtungsquelle vorbei bewegt werden.
Häufig ist es wichtig, wenn sich die Schmelzseeoberfläche, die eine oder mehr Dampfquellen umfasst oder die Dampfquelle darstellt, nur in einem sehr begrenzten Rahmen infolge der Abnahme des Verdampfungsguts innerhalb des Tiegels absenkt, so dass der Abstand zwischen Verdampfungsgut und Substrat möglichst konstant bleibt. Mit der Erhöhung des Abstandes zwischen Substrat und Schmelzseeoberfläche ändern sich der Dampfausnutzungsgrad, die das Substrat erreichende Dampfdichteverteilung und folglich auch die Schichtdickenverteilung auf dem Substrat. Dies ist insbesondere für mehrschichtige optische Schichtsysteme zu vermeiden, bei denen die Funktionalität an die mitunter sehr geringen Schichtdicken der Einzelschichten geknüpft ist. Auch bei der Elektronenstrahlverdampfung führt die Absenkung der Schmelzseeoberfläche aufgrund der damit einhergehenden Änderung der Geometrie Auftreffpunktes des Elektronenstrahls zu nachteiligen Effekten.
Um das Absenken der Schmelzseeoberfläche einzudämmen oder zu vermeiden, erfolgt in verschiedenen Vorrichtungen ein Nachführen des Verdampfungsguts während der Verdampfung. Beispielsweise wird stangenförmiges Verdampfungsmaterial von unten in den Tiegel in einer der Verdampfungsrate angepassten Geschwindigkeit oder diskontinuierlich nachgeführt. Nachteilig ist es, dass das Verdampfungsgut in Stangenform vorliegen muss und zwar mit einem bestimmten Durchmesser, der angepasst ist an den materialabhängigen Schmelzbereich. Bekannt sind auch Nachführungen mittels drahtförmigen Verdampfungsguts oder Schüttguts oder ähnliches über die Oberfläche des Verdampfungsguts. Diese Möglichkeit bietet sich jedoch nur, wenn sich eine großflächige Schmelze ausbildet, durch die die Schmelzseeoberfläche eingeebnet wird. Nachführungen von Verdampfungsgut führen jedoch regelmäßig zu Verspritzungen und thermischen Instabilitäten innerhalb der Schmelze und damit zu erheblichen Schwankungen in der Verdampfungsrate.
Eine Konstanthaltung des Abstandes zwischen Substrat und Schmelzseeoberfläche allein mit dem im Tiegel vorgehaltenen Verdampfungsguts und damit ohne Materialnachführung wird in der DE 601 10 510 T2 beschrieben. Darin wird der Tiegel mit einer geeigneten Verfahreinrichtung in Richtung des Substrats in Abhängigkeit von der Verdampfung angehoben. Jedoch sind Tiegelverfahreinrichtungen insbesondere technisch sehr aufwändig.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine dazu verwendbare Vorrichtung anzugeben, die es gestatten, den Abstand zwischen Substrat und Schmelzseeoberfläche, nachfolgend auch als Bedampfungsabstand bezeichnet, allein mit dem im Tiegel vorgehaltenen Verdampfungsgut auch für lange Prozesszyklen und großflächige Substrate konstant zu halten und zwar unabhängig von Art und Schmelzverhalten des Verdampfungsguts und mit geringem technischem Aufwand im Vergleich zu den bekannten Lösungen.
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine dafür verwendbare Vorrichtung nach Anspruch 10 beschrieben. Die jeweils darauf bezogenen abhängigen Ansprüche stellen vorteilhafte Ausgestaltungen dar.
Das nachfolgend beschriebene Verfahren und die Vorrichtung stellen einfache Möglichkeiten der Einstellung des Abstandes der Schmelzseeoberfläche zum Substrat während der Verdampfung zur Verfügung. Lediglich zur begrifflichen Unterscheidung soll nachfolgend die Schmelzseeoberfläche, die nicht durch Materialzuführung während der Verdampfung geändert wird, als Verdampfungsoberfläche bezeichnet sein.
Während des erfindungsgemäßen Verdampfungsverfahrens wird entweder die Verdampfungsoberfläche und mit dieser die Dampfquelle innerhalb des Tiegels angehoben oder falls erforderlich auch abgesenkt. Oder es wird die mittlere Höhe des Substrats über der Verdampfungsoberfläche eingestellt, wobei der Begriff der mittleren Oberfläche auch einschließt, dass das Substrat zumindest im Bereich über der Verdampfungsoberfläche nicht parallel dazu verläuft sondern leicht gekippt sein kann. Alternativ sind auch beide Varianten miteinander zu kombinieren.
Beide Alternativen gestatten eine technisch einfacher realisierbare Variation des Bedampfungsabstandes, die keine Verfahreinrichtung für das gesamte Tiegelsystem oder die gesamte Substrathalterung erfordert. Lediglich einzelne Komponenten des Tiegelsystems oder der Substrathalterung werden bewegt, wobei in den das Tiegelsystem betreffenden Alternativen der zwangsläufige Ausgleich der Schmelzseeoberfläche aufgrund einer für die jeweilige Ausgestaltung der Erfindung ausreichend großflächigen Schmelze genutzt wird.
Die Einstellung des Bedampfungsabstandes erfolgt aufgrund einer Bewegung einer Komponente des Tiegelsystems und/oder der Substrathalterung, so dass diese Bewegung mittels geeigneter direkter oder indirekter Messmethoden z.B. zur Messung geometrischer Abstände kontrolliert und gesteuert oder in einen Regelkreis zur Einhaltung des Bedampfungsabstandes eingebundene werden kann. Alternativ sind auch andere Prozessparameter dafür verwendbar, die Rückschlüsse auf den Bedampfungsabstand liefern.
Entsprechend alternativer Ausgestaltungen der Erfindung kann das Anheben der Verdampfungsoberfläche die gesamte Oberfläche betreffen oder nur die in einem Teiltiegel befindliche Verdampfungsoberfläche. Zu diesem Zweck weist das Tiegelsystem der Beschichtungsvorrichtung zwei oder mehr Teiltiegel auf, deren Teilvolumina für den Ausgleich der Schmelze miteinander in Verbindung stehen. Bei einem derartigen Tiegelsystem werden, wenn z.B. zwei Teiltiegel angeordnet sind, an einem Teiltiegel Manipulationen ausgeführt, die die Verdampfungsoberfläche im ersten Teiltiegel verändern. Umfasst das Tiegelsystem mehr als zwei Teiltiegel, kann sowohl die Manipulation als auch die Änderung der Verdampfungsoberfläche lediglich einen Teiltiegel betreffen oder mehr.
Entsprechend einer weiteren Ausführung der Erfindung ist die Verdampfungsoberfläche innerhalb eines Tiegels zu heben oder zu senken, indem ein Verdrängungskörper, der Teil des Tiegelsystems sein kann, in den geschmolzenen Teil des Verdampfungsguts mehr oder weniger tief eingetaucht wird. Es ist dabei selbstverständlich, dass sich der Verdrängungskörper inert gegenüber der Schmelze verhält. Über die Gestaltung des Verdrängungskörpers hinsichtlich Material, Größe und Geometrie kann eine einfache und ausreichende Anpassung an das Schmelzverhalten des Verdampfungsguts, an das jeweils verwendete Verdampfungsverfahren und an die erforderliche Präzision der Einstellung des Bedampfungsabstandes vorgenommen werden.
In gleicher Weise kann der Verdrängungskörper auch in einen Teiltiegel getaucht werden, so dass im anderen Teiltiegel die Verdampfungsoberfläche steigt oder sinkt. Diese Alternative ist insbesondere dann anwendbar, wenn das gesamte Verdampfungsgut geschmolzen vorliegt. Auf diese Weise kann die Beeinflussung der Dampfquelle durch eine Bewegung des Verdrängungskörpers vermindert werden.
Alternativ kann ein Teiltiegel auch gehoben oder gesenkt werden, so dass sich infolge des damit initiierten Niveauausgleichs des flüssigen Verdampfungsguts in beiden Tiegeln die Verdampfungsoberfläche in einem anderen Teiltiegel hebt oder senkt. Dabei wird nur der Teiltiegel bewegt, welcher nicht an der Verdampfung teilnimmt, sondern lediglich Verdampfungsgut in flüssiger Form vorhält. Dieser Teiltiegel wird zur Unterscheidung als Reservoirtiegel bezeichnet. Der andere Teiltiegel, welcher der Bedampfung dient, wird als Verdampfertiegel bezeichnet.
Alternativ zu einem Heben und Senken eines Teiltiegels können auch beide Teiltiegel gemeinsam um einen im Verdampfertiegel liegenden Drehpunkt geschwenkt werden, so dass ein dem Heben und Senken eines Teiltiegels vergleichbarer Effekt erzielt wird.
Auch in dieser Alternative werden Verdampfungsoberfläche und Dampfquelle, im Vergleich zu den bekannten Verfahren zur Nachführung, in wesentlich geringerem Maße beeinflusst. Derartige Ausgestaltungen sind beispielsweise dann von Vorteil, wenn größere Mengen an Verdampfungsgut zu bevorraten sind, da lediglich ein Teil des Verdampfungsguts und Tiegels bewegt werden muss oder, im Falle des Schwenkens des Tiegels, ein Fixpunkt zur Verfügung steht.
Entsprechend einer Ausgestaltung der für die Beschichtung verwendeten Vorrichtung weisen die Teiltiegel unterschiedliche Teilvolumina auf. Das heißt, sie können unterschiedliche Mengen von flüssigem Verdampfungsgut aufnehmen. Über das Größenverhältnis der Teilvolumina kann die Regelungsgüte für die Höhe der Verdampfungsoberfläche im Verdampfertiegel und die erforderliche Hubhöhe für den Reservoirtiegel variiert werden. So bewirkt in einem Tiegelsystem mit z.B. zwei Teiltiegeln ein Reservoirtiegel, der größer ist als der Verdampfertiegel, dass geringere Hubhöhen des Reservoirtiegels im Vergleich dazu höhere Differenzen in der Höhe der Verdampfungsoberfläche erzielbar sind und umgekehrt.
Eine Trennung der Funktion beider Teiltiegel kann je nach den Ausgestaltungsmöglichkeiten des Tiegelsystems durch eine geeignete räumliche Trennung erfolgen, oder durch eine Abschirmung des Reservoirtiegels z.B. durch geeignete Blenden. Auf diese Weise werden die umgebenden Einbauten in der Verdampfungsvorrichtung vor unerwünschter Beschichtung geschützt und unerwünschte Verluste des Dampfes können vermindert werden. Beispielsweise kann eine Blende, die den Reservoirtiegel abdeckt, erwärmt sein, um die Kondensation des Dampfes an der Blende zu vermeiden.
In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens kann der Bedampfungsabstand eingestellt werden, indem bei bandförmigen Substraten eine oder mehr substratführende Rollen in Bezug auf die Verdampfungsoberfläche abgesenkt oder angehoben werden, wobei die zu beschichtende Substratoberfläche der Absenkung der Verdampfungsoberfläche zumindest in dem Bereich nachgeführt wird, wo die Beschichtung erfolgt. Das schließt ein, dass sich die betreffende Rolle oder Rollen selbst entweder im Beschichtungsbereich befinden oder außerhalb davon liegen.
Die Einstellung des Bedampfungsabstandes durch ein Heben oder Senken des Substrats ist für die verschiedensten Verdampfungsquellen anwendbar, z.B. auch dort, wo kein ausreichend großes Schmelzsee im Verdampfungsgut ausgebildet ist, bei sublimierenden oder kleinflächigen Verdampfungsquellen.
Der Begriff der substratführenden Rolle schließt die verschiedenen bekannten Formen von Rollen ein, die für die Führung bandförmiger Substrate zur Beschichtung verwendet werden. So sind aus den so genannten Rollcoatern auch Walzen oder Trommeln bekannt, die über eine lange Substrattransportstrecke im Kontakt zum Substrat stehen und sich auch im Beschichtungsbereich befinden. Je nach Durchmesser ist die Substratkrümmung im Beschichtungsbereich kleiner oder größer. Aufgrund der großen Kontaktfläche zwischen Substrat und Mantelfläche dieser substratführenden Rollen können sie auch weitere Funktionen übernehmen, z.B. die Kühlung des Substrats. Ein anderes Prinzip verwendet Rollen, die zumindest im Beschichtungsbereich im Abstand zueinander angeordnet sind, so dass das Substrat im freien Überlauf über die Verdampfungsquelle bewegt und beschichtet wird.
Die Nachführung des Bedampfungsabstands erfolgt in Abhängigkeit von der Art des Substrattransports und der Art der verwendeten substratführenden Rollen auf verschiedene Weise. Liegt der Verdampfungsoberfläche einer große Rolle, Walze oder Trommel gegenüber, über welche das Substrat anliegend geführt wird, wird diese Walze abgesenkt oder angehoben. Wird das Substrat über zwei oder mehr zueinander beabstandete Rollen geführt, kann eine oder alle im Beschichtungsbereich liegenden Rollen gesenkt oder gehoben werden.
Dabei ist es für solche Fälle, in denen ein Kippen des Substrats relativ zur Verdampfungsoberfläche tolerierbar ist, möglich, dass das Substrat über der Verdampfungsoberfläche geneigt in Bezug auf diese Fläche verläuft.
Befindet sich eine substratführende Rolle im Einflussbereich der Verdampfungsquelle, wird diese üblicherweise von einer ungewollten Beschichtung durch die Anordnung von Blenden geschützt. Um ein Heben oder Senken der Rolle zu ermöglichen, müssen die Blenden derart gestaltet sind, dass sie die Bewegung gestatten. Dazu können die Blenden mit ausreichendem Abstand fest installiert oder zur Konstanthaltung des Beschichtungsbereichs bewegbar sein. In gleicher Weise ist ein Senken oder Anheben des Substrats im Beschichtungsbereich allgemein auch für Blenden zu berücksichtigen, die unabhängig von einer Rolle den Beschichtungsbereich begrenzt
Für die beschriebenen drei Möglichkeiten der Einstellung des Bedampfungsabstandes, das Heben und Senken zumindest eines Teiltiegels eines mehrteiligen Tiegelsystems, die Verwendung eines Verdrängungskörpers und dem Heben und Senken des Substrats, können auch in verschiedenen Kombinationen miteinander verwendet werden.
Entsprechend alternativer Ausgestaltungen kann die Einstellung des Bedampfungsabstandes kontinuierlich erfolgen oder diskontinuierlich. Die Wahl einer der beiden Alternativen hängt insbesondere davon ab, welche Toleranzen in der Schichtdicke und gegebenenfalls auch Schichtzusammensetzung tolerierbar sind und welche Mittel zum Heben oder Senken der verschiedenen, oben genannten Komponenten der Beschichtungsvorrichtung zur Verfügung stehen. Im Vergleich zur kontinuierlichen Einstellung des Bedampfungsabstandes ist die schrittweise Korrektur meist mit einer einfacheren Konstruktion mit geringerem technischem und regelungstechnischem Aufwand verknüpft. Dafür sind jedoch größere Schwankungen in den Schichteigenschaften hinzunehmen.
Für das Anheben der verschiedenen, oben genannten Komponenten der Beschichtungsvorrichtung zum Zweck der Veränderung des Bedampfungsabstandes sind in Abhängigkeit von der Prozessumgebung und der Zugänglichkeit zum Tiegelsystem oder von der Tiegelgröße verschiedene alternative Antriebsmechanismen verwendbar. Ein motorischer Antrieb ist beispielsweise bei komplexen Tiegelsystemen mit großem Gewicht verwendbar und insbesondere auch für eine kontinuierliche Abstandskorrektur geeignet.
Auch hydraulische oder pneumatische Antriebe eignen sich für solche Anwendungen. Diese sind jedoch mit einem größeren technischen Aufwand verknüpft, wenn sie im Vakuum eingesetzt werden, beispielsweise zur Abdichtung der Antriebskomponenten selbst gegenüber Vakuum oder zur Realisierung von Durchführungen von Getriebekomponenten in die Vakuumkammer. Antriebe mittels Federkraft oder einer Wippe sind unter den verschiedensten Bedingungen einfach zu realisieren und ermöglichen, wie die anderen Antriebe auch, eine ausreichend sensible Steuerung sowie die Einbindung in einen Regelkreis zur Einstellung des Bedampfungsabstandes in Abhängigkeit von dessen Messung.
Vorteilhaft ist die Einstellung eines näherungsweise konstanten mittleren Bedampfungsabstandes auf Basis seiner messtechnischen Überwachung entweder durch ungeregelte Nachführung der bewegbaren abstandskorrigierenden Mittel oder durch geregelte Nachführung der abstandskorrigierenden Mittel. Beispielsweise kann die Abstandseinstellung direkt an die Lastabnahme im Tiegelsystem gekoppelt sein. Die zu messende Größe, z.B. die Lastabnahme, kann ergänzend auch zur Bestimmung der Ver- und Bedampfungsrate genutzt werden.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigt
1 eine Ausgestaltung der Verdampfungsvorrichtung mit zwei Teiltiegeln,
2 eine Ausgestaltung der Verdampfungsvorrichtung mit einem Tiegel und einem Verdrängungskörper im Tiegel und
3 eine Ausgestaltung der Verdampfungsvorrichtung für bandförmige Substrate.
1 zeigt die wesentlichen Komponenten einer Vorrichtung zur Beschichtung von Substraten 1 mittels Verdampfung. Eine solche Verdampfungsvorrichtung kann in einer Verdampfungskammer (nicht dargestellt) mit vor- und nachgelagerten Abschnitten einer im Durchlaufprinzip arbeitenden Beschichtungsanlage angeordnet sein, die unter Vakuum oder unter Umgebungsdruck arbeitet. Die dargestellte Verdampfungsvorrichtung dient beispielhaft der Vakuumbeschichtung von Substraten 1 im kontinuierlichen Verfahren mittels Elektronenstrahlverdampfen. Grundsätzlich sind das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung auch für andere Verdampfungsverfahren anwendbar.
Die Verdampfungsvorrichtung umfasst ein übliches Tranpsortsystem, welches Rollen 2 oder Walzen 2 umfasst zum Halten und Transportieren der, im Ausführungsbeispiel plattenförmigen, Substrate 1 in der beziehungsweise durch die Verdampfungskammer. Die Substrattransportrichtung 3 ist in 1 durch einen Pfeil dargestellt.
Unterhalb der Ebene, in welcher die Substrate 1 durch die Verdampfungskammer bewegt werden, ist ein Tiegelsystem 10 mit zwei Teiltiegeln 12 angeordnet. Sie enthalten beide geschmolzenes Verdampfungsgut 20. Sie enthalten Verdampfungsgut 20 in einer solchen Menge, dass die Beschichtung eines vordefinierten, großen Loses von Substraten 1 ohne Nachführung von Verdampfungsmaterial erfolgen kann. Beide Teiltiegel 12 sind durch eine Rinne 13 miteinander verbunden, so dass ein Anheben oder Absenken eines der Teiltiegel 12 zu einem Niveauausgleich der Oberflächen des Verdampfungsguts in beiden Teiltiegeln 12 führt.
Einer der Teiltiegel 12 ist derart angeordnet, dass die zu beschichtenden Oberflächen der Substrate 1 der Oberfläche des in diesem Teiltiegel 12 befindlichen Verdampfungsguts 15 gegenüber liegt. Dieser ist der Verdampfertiegel 14, von welchem das dampfförmige Verdampfungsgut 20 auf die Substrate 1 gelangt. Die Oberfläche des darin befindlichen Verdampfungsguts 20 ist die Verdampfungsoberfläche 21. In der Verdampfungsoberfläche 21 ist eine kleinflächige Dampfquelle 24 ausgebildet. Der Abstand von Verdampfungsoberfläche 21 und Dampfquelle 24 ist zur gegenüber liegenden, zu beschichtenden Unterseite der Substrate 1 (Bedampfungsabstand 22) einzustellen. Die Höhenposition des Verdampfertiegels 14 selbst, relativ zum Substrat 1, ist konstant, was durch ein als Dreieck dargestelltes Auflager gekennzeichnet sein soll.
Der zweite Teiltiegel 12, der Reservoirtiegel 15, ist abseits des Beschichtungsbereichs, in welchem sich der Dampf auf dem Substrat 1 niederschlägt, angeordnet. Er kann ergänzend auch durch Blenden (nicht dargestellt) zum Beschichtungsbereich abgeschirmt sein.
Der Reservoirtiegel 15 weist größeres Teilvolumen auf als der Verdampfertiegel 14. Im Ausführungsbeispiel ist das Verhältnis ca. 4:1. Das gestattet es, bereits durch ein geringes Anheben des Reservoirtiegels 15 die Verdampferoberfläche 21 im Verdampfertiegel 14 deutlich zu heben beziehungsweise durch ein Absenken des Reservoirtiegels 15 zu senken. Im Ausführungsbeispiel erfolgt ein diskontinuierliches Anheben der Verdampfungsoberfläche 21, um die Materialabname im Verdampfertiegel 14 infolge der Verdampfung auszugleichen, so dass der Bedampfungsabstand 22 im Mittel während des Verdampfungsprozesses konstant bleibt. Das Anheben der Verdampfungsoberfläche kann alternativ auch kontinuierlich und synchronisiert zur Materialverdampfung erfolgen.
Das Schmelzen des Verdampfungsguts 20 erfolgt mit einer Verdampfungseinrichtung, vorliegend mittels einer Elektronenstrahlkanone 26, mit der ein Elektronenstrahl 25 erzeugt und auf das Verdampfungsgut 20 gelenkt wird. Der Elektronenstrahl 25 wird entsprechend ausgelenkt, so dass das Verdampfungsgut 20 in beiden Teiltiegeln 12 zugleich erhitzt und im Verdampfertiegel 14 die Dampfquelle 24 ausgebildet wird. Alternativ können auch zwei Elektronenstrahlkanonen 26, eine für jeden Teiltiegel 12, oder andere der bekannten Möglichkeiten zur Erwärmung des Verdampfungsguts 20 und Ausbildung der Dampfquelle 24 verwendet werden. Das dampfförmige Material breitet sich von der Dampfquelle 24 in einer Dampfwolke zum Substrat 1 hin aus und schlägt sich darauf nieder. Im Beschichtungsbereich erfolgt eine freie Ausdehnung der Dampfwolke (nicht dargestellt), wobei sich aus der Dampfquellerzeugung eine an den Beschichtungsbereich angepasste geeignete Dampfstromdichteverteilung ergibt.
Das Ausführungsbeispiel gemäß 2 weist eine Verdampfungsvorrichtung vergleichbar der zu 1 beschriebenen auf. Soweit beide Ausführungsformen übereinstimmen, wird auf die Beschreibung zu 1 verwiesen. Die Verdampfungsvorrichtung der 2 unterscheidet sich von der in 1 durch die Verwendung nur eines Tiegels 11, der in seiner Höhe zum Substrat 1 fix ist, in Verbindung mit einem im Tiegel 11 heb- und senkbaren Verdrängungskörper 16.
Der Tiegel 11 ist wie oben beschrieben der Verdampfertiegel 14 unter dem jeweils zu beschichtenden Substrat angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Beschichtungsbereich durch Blenden 23 begrenzt, z.B. zur Abschirmung von Randbereichen der Dampfwolke (nicht dargestellt) zur weiteren Homogenisierung der Schichtverteilung.
Zum Anheben der Verdampfungsoberfläche 21 im Tiegel 11 zum Zweck des Ausgleichs des Materialverbrauchs wird ein Verdrängungskörper 16, z.B. kontinuierlich tiefer in das vollständig geschmolzene Verdampfungsgut 20 getaucht. Der Verdrängungskörper 16 ist mit einem zentralen Durchgang 17 ausgestattet, durch den der Elektronenstrahl 25 auf das Verdampfungsgut 20 zu dessen Erwärmung und zur Ausbildung der Dampfquelle 24 trifft.
Im Ausführungsbeispiel gemäß 3 wird ein bandförmiges Substrat 1 beschichtet und dazu im Bereich der Verdampfungsvorrichtung über zwei Führungsrollen 2 des Transportsystems in Substrattransportrichtung 3 durch die Vorrichtung transportiert und dabei beschichtet.
Das Tiegelsystem 10 umfasst hier einen in seiner Höhe zum Substrat 1 fixen Tiegel 11. Die Einstellung des Bedampfungsabstandes 22 erfolgt in dieser Ausgestaltung durch ein Anheben und Senken des Substrats 1 im Beschichtungsbereich mittels der Führungsrollen 2. In Abhängigkeit von der sinkenden Verdampfungsoberfläche 21 werden die beiden Führungsrollen 2 gemeinsam gesenkt. Alternativ kann auch nur eine der beiden Rollen 2 abgesenkt werden, so dass Verdampfungsoberfläche 21 und Substrat 1 im Beschichtungsbereich nicht mehr parallel zueinander verlaufen. Diese Alternative ist gestrichelt dargestellt.
Bezugszeichenliste

1: Substrat
2: Rollen, Walzen, Führungsrollen
3: Substrattransportrichtung
10: Tiegelsystem
11: Tiegel
12: Teiltiegel
13: Rinne
14: Verdampfertiegel
15: Reservoirtiegel
16: Verdrängungskörper
17: Durchgang
20: Verdampfungsgut
21: Verdampfungsoberfläche
22: Bedampfungsabstand
23: Blende
25: Elektronenstrahl
26: Elektronenstrahlkanone

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 60110510 T2 [0007]

Claims

Verfahren zur Beschichtung von Substraten (1) mittels Verdampfung, indem in der Oberfläche des in einem Tiegel (11) vorgehaltenen Verdampfungsguts (20), nachfolgend als Verdampfungsoberfläche (21) bezeichnet, eine Dampfquelle (24) ausgebildet wird und ein Substrat (1) in die von der Dampfquelle (24) aufsteigende Dampfwolke gebracht wird, wobei sich der Dampf auf dem Substrat (1) als Schicht niederschlägt, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen der Verdampfungsoberfläche (21) und dem Substrat (1), nachfolgend als Bedampfungsabstand (22) bezeichnet, eingestellt wird, indem während der Verdampfung in Abhängigkeit von der Menge des verdampften Materials die Höhe der Verdampfungsoberfläche (21) im Tiegel (11) und/oder die mittlere Höhe des Substrats (1) über der Verdampfungsoberfläche (21) eingestellt wird.
Verfahren zur Beschichtung von Substraten (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der Verdampfungsoberfläche (21) im Tiegel (20) eingestellt wird, indem in einem Teiltiegel (12) eines mehrteilig ausgebildeten Tiegels (11), dessen Teilvolumina miteinander in Verbindung stehen, die Verdampfungsoberfläche (21) abgesenkt oder angehoben wird.
Verfahren zur Beschichtung von Substraten (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der Verdampfungsoberfläche (21) im Tiegel (11) eingestellt wird, indem ein Verdrängungskörper (16) in den Schmelzsee des Verdampfungsguts (20) eingetaucht und die Eintauchtiefe eingestellt wird.
Verfahren zur Beschichtung von Substraten (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teiltiegel (12) eines mehrteilig ausgebildeten Tiegels als Verdampfertiegel (14) der Verdampfung und ein weiterer Teiltiegel (12) als Reservoirtiegel (15) der Bevorratung von flüssigem Verdampfungsgut dient und der Reservoirtiegel (15) gehoben oder gesenkt wird.
Verfahren zur Beschichtung von Substraten (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teiltiegel (12) eines mehrteilig ausgebildeten Tiegels als Verdampfertiegel (14) der Verdampfung und ein weiterer Teiltiegel (12) als Reservoirtiegel (15) der Bevorratung von flüssigem Verdampfungsgut dient und dass Verdampfertiegel (14) und Reservoirtiegel (15) gemeinsam um einen im Verdampfertiegel (14) liegenden Drehpunkt geschwenkt werden.
Verfahren zur Beschichtung von Substraten (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (1) gegenüber dem Dampf eines Teiltiegels (12) abgeschirmt wird.
Verfahren zur Beschichtung von Substraten (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Höhe eines bandförmigen Substrats (1) über der Verdampfungsoberfläche (21) eingestellt wird, indem das Substrat (1) mittels einer substratführenden Rolle (2) oder mehr substratführender Rollen (2) in Bezug auf die Verdampfungsoberfläche (21) abgesenkt oder angehoben wird.
Verfahren zur Beschichtung von Substraten (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine substratführende Rolle (2) derart abgesenkt oder angehoben wird, dass das Substrat (1) über der Verdampfungsoberfläche (21) geneigt dazu verläuft.
Verfahren zur Beschichtung von Substraten (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bedampfungsabstand (22) kontinuierlich oder diskontinuierlich eingestellt wird.
Vorrichtung zur Beschichtung von Substraten (1) mittels Verdampfung, eine Substrathalterung zur Halterung des zu beschichtenden Substrats (1), ein Tiegelsystem (10) zum Vorhalten von Verdampfungsgut (20) und eine Verdampfungseinrichtung zur Ausbildung einer Dampfquelle (24) in der Oberfläche des in einem Tiegel (11) vorgehaltenen Verdampfungsguts, nachfolgend als Verdampfungsoberfläche (21) bezeichnet, umfassend, wobei die Verdampfungsoberfläche (21) dem Substrat gegenüber liegend angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Tiegelsystem (10) und/oder die Substrathalterung Mittel aufweist zur Einstellung der Höhe der Verdampfungsoberfläche (21) im Tiegel (11) und/oder der mittleren Höhe des Substrats (1) über der Verdampfungsoberfläche (21).
Vorrichtung zur Beschichtung von Substraten (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Tiegelsystem (10) zumindest zwei Teiltiegel (12) umfasst, deren Teilvolumina miteinander in Verbindung stehen.
Vorrichtung zur Beschichtung von Substraten (1) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Tiegelsystem (10) einen in einen Tiegel (11) tauchbaren Verdrängungskörper (16) aufweist.
Vorrichtung zur Beschichtung von Substraten (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teiltiegel (12) eines mehrteilig ausgebildeten Tiegels als Verdampfertiegel (14) der Verdampfung und ein weiterer Teiltiegel (12) als Reservoirtiegel (15) der Bevorratung von flüssigem Verdampfungsgut dient und der Reservoirtiegel (15) in Bezug auf die Verdampfungsoberfläche (21) hebbar oder senkbar ist.
Vorrichtung zur Beschichtung von Substraten (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teiltiegel (12) eines mehrteilig ausgebildeten Tiegels als Verdampfertiegel (14) der Verdampfung und ein weiterer Teiltiegel (12) als Reservoirtiegel (15) der Bevorratung von flüssigem Verdampfungsgut (20) dient und dass Verdampfertiegel (14) und Reservoirtiegel (15) gemeinsam um einen im Verdampfertiegel (14) liegenden Drehpunkt schwenkbar sind.
Vorrichtung zur Beschichtung von Substraten (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Teiltiegel (12) unterschiedlich große Teilvolumina aufweisen.
Vorrichtung zur Beschichtung von Substraten (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teiltiegel (12) eine Blende (13) aufweist zur Abschirmung gegenüber einem Substrat (1).
Vorrichtung zur Beschichtung von Substraten (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Substrathalterung eines bandförmigen Substrats (1) eine substratführende Rolle (2) zur Halterung und/oder Führung bandförmiger Substrate (1) aufweist, welche in Richtung zur Verdampfungsoberfläche (21) verschiebbar ist.
Vorrichtung zur Beschichtung von Substraten (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Wippe oder motorisch oder hydraulisch oder pneumatisch oder mittels Federkraft angetriebene Mittel zur Bewegung eines Verdrängungskörpers (16), eines Teiltiegels (12) oder einer substratführenden Rolle (2) aufweist.