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Die Erfindung betrifft eine Beschichtungsanordnung und ein Beschichtungsverfahren.
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Im Allgemeinen kann ein Substrat oder können gleichzeitig mehrere Substrate mittels einer Vakuumbeschichtungsanlage mit einem Material, einer Materialschicht und/oder einem Schichtstapel, aufweisend eine Mehrzahl von Schichten, beschichtet werden. Für eine großtechnische effiziente Umsetzung einer Vakuumbeschichtungsanlage kann beispielsweise ein chemisches oder physikalisches Gasphasenabscheidungsverfahren genutzt werden, wobei diese Verfahren an die jeweiligen zu beschichtenden Substrate und/oder genutzten Schichtmaterialien angepasst werden müssen. Ferner können beispielsweise Faktoren wie die abzuscheidende Schichtdicke der Materialien, die genutzten Beschichtungstemperaturen, die Größe der zu prozessierenden Substrate, die maximale Größe der Prozesskammer zum Beschichten der Substrate, aber auch wirtschaftliche Aspekte wie lange Standzeiten, hohe Produktivität, hohe Qualität und Ähnliches eine Rolle spielen. Verschiedene Abscheideverfahren, wie beispielsweise thermisches Verdampfen, Laserverdampfen, gepulste Laserdeposition, Elektronenstrahl-Verdampfen, können dabei punktförmige oder linienförmige Dampfquellen bereitstellen, mit denen flächige Substrate beschichtet werden sollen.
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Ein Aspekt verschiedener Ausführungsformen kann anschaulich darin gesehen werden, dass eine Beschichtungsanordnung bereitgestellt werden kann, welche eine verbesserte Anordnung von punktförmigen Dampfquellen relativ zu einem oder einer Mehrzahl von prozessierten Substraten aufweisen kann, so dass eine hohe Dampfausnutzung (beispielsweise von größer als ungefähr 20%, oder größer als ungefähr 40%, oder größer als ungefähr 50%) gewährleistet sein kann, und/oder so dass eine hohe Schichtdickenhomogenität (bzw. geringe räumliche Schichtdickenvariation, beispielsweise in einem Bereich von gleich oder kleiner als ungefähr 3%) auf der Oberfläche der zu beschichtenden Substrate gewährleistet sein kann, und/oder so dass das Aufwachsen einer Schicht auf einem Substrat positiv beeinflusst werden kann (beispielsweise können die chemischen oder physikalischen Eigenschaften der Schicht verbessert sein oder eine gewünschte Eigenschaft aufweisen), wobei das Schichtwachstum dadurch beeinflusst werden kann, dass das Schichtmaterial während des Beschichtungsprozesses im Wesentlichen senkrecht auf das Substrat auftrifft und auf dem Substrat abgeschieden wird. Ferner kann die Beschichtungsanordnung derart eingerichtet sein oder derart betrieben werden, dass beispielsweise das Schichtmaterial auf einem Substrat (z. B. auf der gesamten Fläche des Substrats oder der mehreren Substrate) zumindest im zeitlichen Mittel im Wesentlichen senkrecht auftrifft und abgeschieden wird, indem das Substrat oder die mehreren Substrate während des Beschichtens rotiert werden, beispielsweise um eine Achse durch den Schwerpunkt des jeweiligen Substrats senkrecht zur zu beschichtenden Substratoberfläche.
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Ferner kann ein weiterer Aspekt verschiedener Ausführungsformen anschaulich darin gesehen werden, dass eine Beschichtungsanordnung bereitgestellt werden kann, welche eine hohe Produktivität aufweisen kann, beispielsweise dadurch, dass großflächige Substrate (beispielsweise mit einer Kantenlänge von größer oder gleich 30 cm, oder von größer oder gleich 50 cm, oder von größer oder gleich 1 m) mittels punktförmiger Materialquellen (Dampfquellen) in einer In-Line-Vakuumbeschichtungsanlage beschichtet werden können, wobei die Substrate rotiert werden können und beispielsweise eine gleichförmige Substratbewegung durch die In-Line-Vakuumbeschichtungsanlage hindurch während des (beispielsweise gesamten) Beschichtungsvorgangs unterbrochen werden kann, so dass die Substrate stationär beschichtet werden können, aber dennoch die Vorzüge einer In-Line-Vakuumbeschichtungsanlage zum Tragen kommen können, beispielsweise ein hoher Substratdurchsatz und damit beispielsweise eine hohe Produktivität. Es versteht sich, dass dabei auch die entsprechend gewünschten Schichteigenschaften der abgeschiedenen Schichten, wie Schichtdicke, Schichtdickenhomogenität und/oder Schichtwachstum (Schichtmorphologie und/oder Schichtmikrostruktur) realisiert werden können.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Beschichtungsanordnung Folgendes aufweisen: eine Vakuumkammer; eine Positioniervorrichtung eingerichtet zum Aufnehmen und Positionieren von mindestens einem Substrat; mindestens eine erste Dampfquelle zum Beschichten eines aufgenommenen Substrats; und mindestens eine zweite Dampfquelle zum Beschichten des aufgenommenen Substrats, wobei die erste Dampfquelle zum Beschichten des aufgenommenen Substrats derart relativ zu der mindestens einen Positioniervorrichtung angeordnet sein kann, dass eine Material-Hauptemissionsrichtung der ersten Dampfquelle neben das aufgenommene Substrat gerichtet ist, und wobei die Positioniervorrichtung zum Rotieren des aufgenommenen Substrats eingerichtet sein kann.
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Anschaulich kann das derartige Nutzen mehrerer Dampfquellen, beispielsweise punktförmiger Dampfquellen, welche mittels eines Verdampfers oder mittels mehrerer Verdampfer erzeugt sein können oder werden können, ermöglichen, dass ein Substrat, welches sich zwar rotiert aber nicht translatorisch bewegt wird, homogen beschichtet werden kann. Mit anderen Worten kann beispielsweise realisiert werden, ein Substrat zu rotieren und den Materialdampf mittels mehrerer punktförmiger Dampfquellen bereitzustellen, wobei eine Dampfquelle nicht direkt auf das zu beschichtende Substrat gerichtet sein kann, so dass ein Substrat mit einer gleichmäßig dick über die Oberfläche verteilten Materialschicht beschichtet werden kann, wobei aufgrund der Rotation des Substrats gleichzeitig ein senkrechtes Schichtwachstum ermöglicht sein kann oder werden kann, da aufgrund der Rotation des Substrats das seitlich auftreffende Material mit entgegengesetzt seitlich auftreffendem Material kompensiert wird. Gleichzeitig kann eine derartige Beschichtungsanordnung eine Anordnung eines oder mehrerer Substrate in einer Ebene ermöglichen, so dass eine Integration in eine In-Line-Anlage möglich sein kann.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die zweite Dampfquelle zum Beschichten des aufgenommenen Substrats derart relativ zu der mindestens einen Positioniervorrichtung angeordnet sein, dass eine Material-Hauptemissionsrichtung der zweiten Dampfquelle auf das aufgenommene Substrat gerichtet ist.
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Eine Dampfquelle kann anschaulich ein lokal aufgeschmolzener Bereich eines Quellenmaterials (auch bezeichnet als Targetmaterial, Verdampfungsgut oder zu verdampfendes Material) sein, von dem aus Materialdampf desselben emittiert wird, beispielsweise aufgrund und/oder unterstützt von einem Vakuum, in welches sich der Materialdampf von der Quelle aus ausbreitet. Da sich der lokal aufgeschmolzene Bereich eines Quellenmaterials beispielsweise nicht in alle Raumrichtungen isotrop ausbreiten kann, beispielsweise weil das restliche nicht aufgeschmolzene Quellenmaterial die Dampfausbreitung entlang einer Richtung limitiert, kann sich der Materialdampf kugelförmig bzw. keulenförmig Ausbreiten. Dabei kann die Material-Hauptemissionsrichtung beispielsweise senkrecht zur Oberfläche einer Quelle gerichtet sein oder werden, oder beispielsweise durch Dampfaustrittsöffnungen und/oder Blenden in eine Material-Hauptemissionsrichtung gerichtet sein. Ferner kann die Material-Hauptemissionsrichtung auch anschaulich als statistisch gemittelte Bewegung der Dampfteilchen der Dampfkeule oder als Schwerpunktbewegung des sich ausbreitenden Materialdampfs verstanden werden.
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Ferner kann die Positioniervorrichtung zum Aufnehmen mehrerer Substrate eingerichtet sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Positioniervorrichtung zum Aufnehmen mehrerer Substrate eingerichtet sein, wobei die Positioniervorrichtung ferner derart eingerichtet sein kann, dass mehrere in der Positioniervorrichtung aufgenommene Substrate überlappungsfrei in Bezug auf die Dampfquellen oder entlang der Material-Hauptemissionsrichtung angeordnet sind. Mit anderen Worten können das eine oder die mehreren Substrate derart angeordnet sein, dass zumindest die zu beschichtende Oberfläche des einen oder der mehreren Substrate gegenüber den Dampfquellen frei liegt, und somit von einem emittierten Materialdampf der Dampfquelle erreicht werden kann.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Positioniervorrichtung ferner derart eingerichtet sein, dass die mehreren aufgenommenen Substrate in einer gemeinsamen Ebene liegen und/oder dass die zu beschichtenden Oberflächen der mehreren aufgenommenen Substrate parallel zueinander ausgerichtet sind. Diese Anordnung kann beispielsweise ermöglichen, dass die Substrate und/oder die Positioniervorrichtung mittels einer geeigneten Schleuse in eine Vakuumkammer hinein und/oder aus der Vakuumkammer heraus transportiert werden können, beispielsweise ohne dass die Vakuumkammer belüftet und/oder geöffnet werden muss (In-Line-Beschichtungsverfahren oder In-Line-Beschichtungskonzept).
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die mindestens eine erste Dampfquelle aus mehrere erste Dampfquellen aufweisen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die mindestens eine erste Dampfquelle aus mehreren ersten Dampfquellen bestehen. Die erste Dampfquelle kann beispielsweise als eine Hauptdampfquelle verstanden werden, wobei die Beschichtungsanordnung mehrere Hauptdampfquellen aufweisen kann, wobei jede dieser mehreren Hauptdampfquellen neben das eine oder die mehreren Substrate gerichtet sein kann (beispielsweise während des Beschichtens). Mit anderen Worten kann eine Hauptdampfquelle nicht direkt auf ein zu beschichtendes Substrat (z. B. während des Beschichtens) in der Vakuumkammer gerichtet sein.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die mindestens eine zweite Dampfquelle mehrere zweite Dampfquellen aufweisen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die mindestens eine zweite Dampfquelle aus mehreren zweiten Dampfquellen bestehen. Die zweite Dampfquelle kann beispielsweise als eine Nebendampfquelle verstanden werden, wobei die Beschichtungsanordnung mehrere Nebendampfquellen aufweisen kann, wobei jede dieser mehreren Nebendampfquellen auf (direkt auf) das eine oder die mehreren (z. B. auf eines der) aufgenommenen Substrate gerichtet sein kann (beispielsweise während des Beschichtens). Mit anderen Worten kann eine Nebendampfquelle direkt auf ein zu beschichtendes Substrat (z. B. während des Beschichtens) in der Vakuumkammer gerichtet sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann jedes in der Positioniervorrichtung aufgenommene Substrat von mindestens einer Nebendampfquelle bedampft werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Beschichtungsanordnung ferner derart eingerichtet sein, dass jedes in der Positioniervorrichtung aufgenommene Substrat von mindestens einer Nebendampfquelle bedampft wird, so dass beispielsweise die Anzahl der Nebendampfquellen in der Beschichtungsanlage größer oder gleich der Anzahl der zu beschichtenden Substrate sein kann.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Positioniervorrichtung einen Aufnahmebereich oder mehrere Aufnahmebereiche zum Aufnehmen des einen Substrats oder der mehreren Substrate aufweisen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Aufnahmebereich als ein Substrathalter bereitgestellt sein oder werden, wobei beispielsweise ein Substrat in den Substrathalter eingelegt werden kann und/oder beispielsweise mittels Klemmen gehalten und/oder befestigt werden kann.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Verdampfungsrate der mindestens einen zweiten Dampfquelle kleiner sein als eine Verdampfungsrate der mindestens einen ersten Dampfquelle. Somit kann anschaulich die erste Dampfquelle als Hauptdampfquelle verstanden werden, welche beispielsweise einen Großteil des Beschichtungsmaterials bereitstellt. Ferner kann die zweite Dampfquelle anschaulich als Nebendampfquelle verstanden werden, welche beispielsweise einen Schichtdickegradienten auf einem beschichteten Substrat ausgleichen kann, welcher von der Hauptdampfquelle verursacht wird.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Beschichtungsanordnung ferner eine Verdampferanordnung aufweisen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Beschichtungsanordnung die mindestens eine erste Dampfquelle und die mindestens eine zweite Dampfquelle aufweisen (oder die mehreren ersten Dampfquellen und die mindestens eine zweite Dampfquelle, oder die mindestens eine erste Dampfquelle und die mehreren zweiten Dampfquellen, oder die mehreren ersten Dampfquellen und die mehreren zweiten Dampfquellen). Ferner kann die Verdampferanordnung mindestens einen thermischen Verdampfer und/oder mindestens einen Elektronenstrahlverdampfer aufweisen. Mit anderen Worten können die Dampfquellen (die mindestens eine erste Dampfquelle und die mindestens eine zweite Dampfquelle, oder die mehreren ersten Dampfquellen und die mindestens eine zweite Dampfquelle, oder die mindestens eine erste Dampfquelle und die mehreren zweiten Dampfquellen, oder die mehreren ersten Dampfquellen und die mehreren zweiten Dampfquellen) mittels eines thermischen Verdampfers und/oder mittels eines Elektronenstrahlverdampfers bereitgestellt sein oder werden.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Positioniervorrichtung ferner zum Rotieren des in der Positioniervorrichtung aufgenommenen Substrats um mindestens eine Rotationsachse eingerichtet sein, wobei die mindestens eine Rotationsachse senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zu einer zu beschichtenden Substratoberfläche des aufgenommenen Substrats liegen kann. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Positioniervorrichtung ferner zum Rotieren der mehreren in der Positioniervorrichtung aufgenommenen Substrate um jeweils eine eigene Rotationsachse eingerichtet sein, wobei die Rotationsachse senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zu einer zu beschichtenden Substratoberfläche der aufgenommenen Substrate liegen kann.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Beschichtungsverfahren Folgendes aufweisen: das Positionieren von mindestens einem Substrat in einer Vakuumkammer; das Rotieren des mindestens einen Substrats um eine Achse senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zu einer zu beschichtenden Oberfläche des mindestens einen Substrats; und das Beschichten des mindestens einen rotierenden Substrats innerhalb der Vakuumkammer mittels mehrerer Dampfquellen, wobei mindestens eine erste Dampfquelle der mehreren Dampfquellen derart angeordnet und ausgerichtet sein kann, dass eine Material-Hauptemissionsrichtung der mindestens einen ersten Dampfquelle neben das mindestens eine zu beschichtende Substrat gerichtet ist.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Beschichtungsanordnung Folgendes aufweisen: eine Vakuumkammer; eine Positioniervorrichtung eingerichtet zum Aufnehmen und Positionieren von mehreren Substraten; mindestens eine erste Dampfquelle zum Beschichten von mehreren in der Positioniervorrichtung aufgenommenen Substraten; und mehrere zweite Dampfquellen zum Beschichten der mehreren in der Positioniervorrichtung aufgenommenen Substrate, wobei die mindestens eine erste Dampfquelle zum Beschichten der mehreren aufgenommenen Substrate derart relativ zu der mindestens einen Positioniervorrichtung angeordnet sein kann, dass eine Material-Hauptemissionsrichtung der ersten Dampfquelle neben die mehreren in der Positioniervorrichtung aufgenommenen Substrate gerichtet ist, und wobei die mehreren zweiten Dampfquellen zum Beschichten der mehreren aufgenommenen Substrate derart relativ zu der mindestens einen Positioniervorrichtung angeordnet sein können, dass eine Material-Hauptemissionsrichtung jeweils einer zweiten Dampfquellen der mehreren zweiten Dampfquellen auf jeweils ein aufgenommenes Substrat der mehreren in der Positioniervorrichtung aufgenommenen Substrate gerichtet ist, und wobei die Positioniervorrichtung zum Rotieren der in der Positioniervorrichtung aufgenommenen Substrate eingerichtet sein kann.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Anzahl an zweiten Dampfquellen größer oder gleich der Anzahl der in der Positioniervorrichtung aufgenommenen Substrate sein.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Beschichtungsanordnung ferner eine Heizstruktur aufweisen, so dass das mindestens eine in der Positioniervorrichtung aufgenommene Substrat erwärmt werden kann, beispielsweise vor und/oder während des Beschichtens des Substrats.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Positioniervorrichtung ein Antriebssystem aufweisen, so dass die Positioniervorrichtung durch eine Vakuumkammer hindurch transportiert werden kann und/oder so dass in der Positioniervorrichtung aufgenommene Substrate rotiert werden können.
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Ferner kann die Positioniervorrichtung mittels Stangen durch die Vakuumkammer hindurch transportiert und/oder geführt werden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
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Es zeigen
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1A bis 1F schematische Ansichten einer Beschichtungsanordnung 100, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
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2 beispielhaft ein Ablaufdiagramm für ein Beschichtungsverfahren, gemäß verschiedenen Ausführungsformen; und
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3A bis 3C jeweils eine Anordnung von in einer Positioniervorrichtung aufgenommenen Substraten relativ zu einer Dampfquellenanordnung, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
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In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügt Zeichnung Bezug genommen, die Teil dieser bildet und in der zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa „oben”, „unten”, ”vorne”, „hinten”, „vorderes”, „hinteres”, usw. mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Da Komponenten von Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.
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Ferner können die Figuren eine oder mehrere gepunktete Linien enthalten, welche beispielsweise Hilfslinien zur besseren Orientierung sein können und/oder beispielsweise helfen können, Bereiche zu veranschaulichen.
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Mittels der Richtungsangaben in den Zeichnungen, z. B. Richtung 101, Richtung 103 und Richtung 105 (oder x-Richtung, y-Richtung, z-Richtung) kann die Lagebeziehung der Zeichnungen zueinander veranschaulicht sein, wobei diese Richtungen als kartesisches Koordinatensystem verstanden werden können.
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Im Rahmen dieser Beschreibung werden die Begriffe ”verbunden”, ”angeschlossen” sowie ”gekoppelt” verwendet zum Beschreiben sowohl einer direkten als auch einer indirekten Verbindung, eines direkten oder indirekten Anschlusses sowie einer direkten oder indirekten Kopplung. In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.
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Das großtechnische Beschichten von Substraten kann beispielsweise in einer In-Line-Beschichtungsanlage (Durchlaufbeschichtungsanlage oder Reihenbeschichtungsanlage) durchgeführt werden, wobei eine hohe Produktivität und/oder Wirtschaftlichkeit ermöglicht sein kann. Beim Beschichten eines Substrats in einer herkömmlichen In-Line-Beschichtungsanlage kann die Schichtdicke einer Materialschicht, welche auf dem Substrat abgeschieden werden soll, limitiert sein, beispielsweise aufgrund des Zusammenspiels der Beschichtungszeit mit der Substrattransportgeschwindigkeit beim Transportieren des Substrats durch die In-Line-Beschichtungsanlage hindurch.
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Substrate, die beispielsweise mit einer dicken Materialschicht beschichtet werden sollen (beispielsweise mit einer Dicke von ungefähr 1 μm, oder mehr als 1 μm), können in einer Batch-Beschichtungsanlage (einer schubweise arbeitenden Beschichtungsanlage) beschichtet werden, bei der die Substrate nacheinander eingeschleust, prozessiert und wieder ausgeschleust werden, wobei das Vakuum beispielsweise unterbrochen werden muss (beispielsweise muss die Kammer zwischen dem Prozessieren aufeinanderfolgender Substrate belüftet werden).
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In dem Fall, dass beispielsweise für das Beschichten von großflächigen Substraten punktförmige Materialquellen genutzt werden, wie sie beispielsweise mittels eines thermischen Verdampfers oder eines Elektronenstrahlverdampfers erzeugt werden können, kann die Dicke der auf dem Substrat abgeschiedenen Materialschicht variieren und/oder einen Schichtdickegradienten aufweisen, da sich ein Material, das von einer punktförmigen Materialquelle emittiert wird, kugelförmig bzw. keulenförmig ausbreiten kann. Mit anderen Worten kann die räumliche Dampfdichteverteilung eines Materials, welches von einer punktförmigen Dampfquelle emittiert wird, inhomogen und/oder asymmetrisch sein, und daher kann eine Schicht auf einem Substrat in unterschiedlichen Bereichen verschiedene Schichtdicken aufweisen.
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Die Variation der Schichtdicke in verschiedenen Bereichen auf einem Substrat oder auch in Bezug auf verschiedene Bereiche auf mehreren gleichzeitig beschichteten Substraten kann hierin als Schichtdickenvariation bezeichnet werden. Eine hierin als „homogen” bezeichnete Schicht oder eine „homogen” abgeschiedene Schicht bzw. „homogen” aufgewachsene Schicht kann eine geringe Schichtdickenvariation aufweisen, beispielsweise kleiner oder gleich 15% der durchschnittlichen Schichtdicke der abgeschiedenen Schicht, oder kleiner oder gleich 13% der durchschnittlichen Schichtdicke der abgeschiedenen Schicht, oder kleiner oder gleich ±2% der durchschnittlichen Schichtdicke der abgeschiedenen Schicht. Ferner kann eine als „homogen” bezeichnete Schicht oder eine „homogen” abgeschiedene Schicht bzw. „homogen” aufgewachsene Schicht stöchiometrisch homogen sein, das heißt, dass die Materialzusammensetzung der Schicht in verschiedenen Bereichen der Schicht nur geringfügig variieren kann (beispielsweise ±1%, beispielsweise ±0,1%, beispielsweise ±0,01%, beispielsweise ±0,001%).
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In herkömmlichen Beschichtungsanlagen, in denen ebene (flächige) Substrate (beispielsweise Glasplatten oder Wafer) zum Beispiel auch in einem Substrathalter zum Beispiel in einem einmaligen Überlauf über eine stationäre Dampfquellenanordnung bewegt und so dynamisch beschichtet werden, sind der maximal möglichen Dampfausnutzung und der maximal erreichbaren Schichtdickenhomogenität Grenzen gesetzt. Bei sehr großen Schichtdicken (beispielsweise von mehr als ungefähr 1 μm) kann eine solche dynamische Beschichtung während einer einmaligen Durchfahrt des Substrats und/oder des Substrathalters durch den mit den Dampfquellen erzeugten Dampf hindurch ungeeignet sein, um eine ausreichende Schichtdickenhomogenität (beispielsweise mit einer Variation der Schichtdicke der auf dem Substrat abgeschiedenen Schicht von kleiner als ungefähr ±5%) und/oder eine ausreichende Dampfausnutzung (beispielsweise von mehr als ungefähr 20%) bereitzustellen.
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Ferner kann es bei herkömmlichen Verfahren zu einem asymmetrischen Wachstum (oder einem zur Substratnormalen verkippten Wachstum) der auf dem Substrat abgeschiedenen Schicht kommen, beispielsweise wenn die Schichtwachstumseigenschaften von dem jeweiligen Auftreffwinkel des Materialdampfs bei der Dampfabscheidung auf dem Substrat abhängig sind.
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Ferner können herkömmliche Beschichtungsanlagen für große Substrate, mit Dimensionen in der Größenordnung des Bedampfungsabstandes (Abstand zwischen Dampfquelle und der zu beschichtenden Oberfläche eines Substrats) und darüber hinaus, ungeeignet sein. Das Anpassen der Position eines Substrats an eine keulenförmige Dampfdichteverteilung einer punktförmigen Dampfquelle kann bei herkömmlichen Beschichtungsanlagen dazu führen, dass die Substrate beispielsweise nicht mehr in einer In-Line-Anlage prozessiert werden können, sondern schubweise (in einem Batch-Verfahren) in einer Vakuumkammer prozessiert werden müssen, beispielsweise aufgrund der komplexen räumlichen Anordnung der Substrate in der Vakuumkammer und/oder der räumlichen Anordnung der Substrate zueinander.
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Ferner kann das Anpassen der Position und Ausrichtung eines Substrats an eine Dampfdichteverteilung einer punktförmigen Dampfquelle bei großen Substraten in herkömmlichen Beschichtungsanlagen dazu führen, dass nur eine relativ geringe Dampfausnutzung erreicht werden kann, weil beispielsweise ein großer Dampfanteil direkt über der Quelle zur Substratbeschichtung nicht genutzt werden kann, da beispielsweise der Gradient der Dampfdichteverteilung senkrecht zur Hauptabstrahlrichtung oder Material-Hauptemissionsrichtung groß sein kann (beispielsweise kann die Dampfausbreitung in der Material-Hauptemissionsrichtung stark lokalisiert und/oder gerichtet sein, so dass eine größere Fläche sehr inhomogen beschichtet wird).
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Ferner können herkömmliche Anordnungen mit schräggestellten Substraten (bei denen mehrere Substrate in einer Vakuumkammer angeordnet sind, wobei die Substrate nicht in einer gemeinsamen Ebene liegen oder nicht parallel zueinander angeordnet sein können) neben der begrenzten Dampfausnutzung, im Allgemeinen nur in Batch-Anlagen untergebracht werden, weil ein Substrattransport im Vakuum in eine Beschichtungskammer hinein und/oder aus der Beschichtungskammer heraus große Öffnungen erfordern würde, deren vakuumtechnisches Abschotten zu aufwendig sein kann, so dass beispielsweise der Aufwand und der erzielbare Nutzen von konzeptionellen Erweiterungsmaßnahmen zur Produktivitätserhöhung nicht in einem akzeptablen Verhältnis zueinander stehen können.
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Batch-Anlagen können beispielsweise eine geringere Effizienz aufweisen und/oder eine geringere Produktivität ermöglichen, als eine In-Line-Anlage, da Batch-Anlagen beispielsweise beim Einschleusen und Ausschleusen der nacheinander prozessierten Substrate belüftet und wieder evakuiert werden müssen.
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Im Folgenden wird eine Beschichtungsanordnung bereitgestellt, welche das Beschichten eines Substrats oder mehrerer Substrate mit einer Materialschicht ermöglichen kann, wobei die auf dem Substrat abgeschiedene Materialschicht homogen sein kann (eine hohe Schichtdickenhomogenität aufweisen kann), und wobei gleichzeitig ein hoher Dampfausnutzungsgrad (die Relation zwischen auf den jeweiligen Substraten abgeschiedenem Material und verdampftem Material) ermöglicht sein kann, und bei der unterschiedliche Auftreffwinkel des verdampften Materials bei der Dampfabscheidung auf dem Substrat ausgeglichen werden (beispielsweise durch Rotation des Substrats), so dass eine im Wesentlichen senkrecht aufwachsende Schichtmorphologie über das gesamte Substrat hinweg erreicht werden kann. Ferner kann die Beschichtungsanordnung als eine In-line-Anlage bereitgestellt sein, so dass ein höherer Durchsatz (Anzahl an beschichteten Substraten pro Zeit) erzielt werden kann, als in herkömmlichen Anlagen.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird das mindestens eine zu beschichtende Substrat oder werden die mehreren zu beschichtenden Substrate rotiert, so dass für jede konzentrische Teilfläche des Substrats eine homogene Schichtdicke gewährleistet sein kann. Ferner kann die radiale Schichtdickenhomogenität mit einer geeigneten Verdampferanordnung (oder Anordnung von Dampfquellen) ermöglicht sein oder werden. In Verbindung mit einer geeigneten Dampfquellenkonfiguration kann die Substratrotation zu einer Richtungsvariation schräger Auftreffwinkel bei der Dampfabscheidung führen, so dass die aufwachsende Schichtmorphologie über das gesamte Substrat hinweg günstig beeinflusst werden kann, da sich die verschiedenen Auftreffwinkel zeitlich mitteln können, wodurch eine im Wesentlichen senkrecht aufwachsende Schicht gebildet werden kann.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Vakuumbeschichtung von einem Substrat oder von mehreren Substraten mittels Verdampfens erfolgen. Dabei kann das Verfahren entsprechend an das Verdampfungsgut angepasst sein, wobei beispielsweise verschiedene Möglichkeiten des Verdampfens bzw. des Energieeintrags in das zu verdampfende Material (in das Verdampfungsgut) genutzt werden können, beispielsweise thermisches Verdampfen mittels eines Wärmeeintrags in das Verdampfungsgut (z. B. mittels Heizens des Verdampfungsguts in einem Gefäß mit mindestens einer Dampfaustrittsöffnung) oder beispielsweise Elektronenstrahlverdampfen, wobei das Verdampfungsgut mittels eines Elektronenstrahl erwärmt und verdampft wird.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Verdampferanordnung eine hohe Abscheiderate bereitstellen. Dabei kann es jedoch aufgrund des hohen benötigten Leistungseintrags in das zu verdampfende Material notwendig sein, eine (punktförmige) Dampfquelle bereitzustellen.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann dabei das Verdampfungsgut in einem Gefäß oder Tiegel aufgenommen sein, wobei ein Teil des Verdampfungsguts in dem Gefäß oder Tiegel lokal aufgeschmolzen sein kann oder werden kann und beispielsweise eine punktförmige Dampfquelle bilden kann. Der Begriff punktförmige Dampfquelle kann sich beispielsweise darauf beziehen, dass die räumliche Ausdehnung der Dampfquelle klein gegenüber der entsprechend zu beschichtenden Fläche des Substrats ist. Ferner kann eine punktförmige Dampfquelle beispielsweise auf einer Oberfläche des Verdampfungsguts mittels eines Elektronenstrahls erzeugt werden, indem nur ein kleiner Bereich nahe der Oberfläche des Verdampfungsguts aufgeschmolzen wird, z. B. aufgrund eines lokalen Energieeintrages mittels des Elektronenstrahls in das Verdampfungsgut. Ferner kann eine punktförmige Dampfquelle mittels eines thermischen Verdampfers bereitgestellt sein oder werden, bei dem beispielsweise ein in einem Verdampfungsgefäß verdampftes Material aus einer Dampfaustrittsöffnung aus dem Verdampfungsgefäß heraustritt.
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Eine derartige punktförmige Dampfquelle kann beispielsweise einen Materialdampf erzeugen, welcher sich ausgehend von der Dampfquelle räumlich ausbreiten kann. Dabei kann die punktförmige Dampfquelle eine typische keulenförmige Dampfdichteverteilung des verdampften Materials im Raum erzeugen, wobei sich das verdampfte Material derart ausbreiten kann, dass eine Richtungskomponente der Bewegung des verdampften Materials senkrecht zur Oberfläche des Verdampfungsgut (beim Elektronenstrahlverdampfen) oder senkrecht zur Öffnungsfläche der Dampfaustrittsöffnung des Verdampfungsgefäßes (beim thermischen Verdampfen) gerichtet sein kann. Diese Richtungskomponente der Bewegung kann als Hauptabstrahlrichtung oder Hauptemissionsrichtung (Material-Hauptemissionsrichtung) der Dampfquelle bezeichnet werden. Die betrachteten Dampfquellen können im Wesentlichen nur eine Hauptemissionsrichtung aufweisen, bedingt durch den Aufbau und/oder die Konfiguration der Dampfquelle.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann demzufolge die Hauptabstrahlrichtung oder Hauptemissionsrichtung einer Dampfquelle mittels der Ausrichtung des Verdampfungstiegels (beim Elektronenstrahlverdampfen) oder mittels der Ausrichtung des Verdampfungsgefäßes (beim thermischen Verdampfen) festgelegt sein oder festgelegt werden.
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Ferner kann die Hauptabstrahlrichtung oder Hauptemissionsrichtung anschaulich als die Bewegungsrichtung des Schwerpunktes des verdampften Materials betrachtet werden, wobei sich die verschiedenen Richtungskomponenten quer zur Richtungskomponente der Bewegung des verdampften Materials (senkrecht zur Oberfläche des Verdampfungsgut (beim Elektronenstrahlverdampfen) oder senkrecht zur Öffnungsfläche der Dampfaustrittsöffnung des Verdampfungsgefäßes (beim thermischen Verdampfen)) herausmitteln kann.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Beschichtungsanordnung bereitgestellt sein, welche ein Material oder mehrere Materialien mittels einer Verdampferanordnung verdampft (evaporiert), wobei eine hohe Dampfausnutzung, eine hohe Schichtdickenhomogenität und ein hoher Substratdurchsatz (eine hohe Produktivität) ermöglicht sein können und wobei beim Beschichten die gewünschten Schichteigenschaften (z. B. eine im Wesentlichen senkrecht aufwachsende Schichtstruktur) realisiert werden können.
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1A und 1B zeigen beispielhafte schematische Ansichten einer Beschichtungsanordnung 100 (beispielsweise eine Seitenansicht oder Querschnittsansicht in 1A und eine Ansicht senkrecht dazu in 1B (beispielsweise von unten)), gemäß verschiedenen Ausführungsformen, aufweisend: eine Vakuumkammer 102, eine Positioniervorrichtung 104, ein in der Positioniervorrichtung 104 aufgenobstrat 106, eine mmenes Suerste Dampfquelle 108 (eine Hauptdampfquelle 108), eine zweite Dampfquelle 110 (eine Nebendampfquelle 110).
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann in der Vakuumkammer 102 ein Vakuum im Bereich des Grobvakuums, des Feinvakuums, des Hochvakuums oder des Ultrahochvakuums bereitgestellt sein oder werden. Ferner kann das Vakuum nötig sein, um eine Dampfquelle zu erzeugen und/oder eine Verdampferanordnung zu betreiben. Dabei kann das Vakuum mittels einer Vakuumpumpenanordnung bereitgestellt sein oder werden (nicht dargestellt), wobei die Vakuumpumpenanordnung beispielsweise mindestens eine Turbomolekularpumpe und eine Vorvakuumpumpe aufweisen kann. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Prozessdruck innerhalb der Vakuumkammer 102 dynamisch bereitgestellt sein oder werden, wobei während des Beschichtungsprozesses sowohl mindestens ein Gas in die Vakuumkammer 102 eingeleitet wird, als auch gleichzeitig Gas aus der Vakuumkammer 102 mittels der Vakuumpumpenanordnung abgepumpt wird. Dabei kann sich ein Gleichgewicht einstellen, welches den Prozessdruck festlegen kann. Der Gasfluss durch die Vakuumkammer 102 hindurch und/oder der Prozessdruck innerhalb der Vakuumkammer 102 kann dabei mittels Ventilen und/oder Sensoren geregelt und/oder gesteuert werden.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann mindestens ein Substrat 106 mittels einer Positioniervorrichtung 104 in die Vakuumkammer 102 eingebracht werden, in der Vakuumkammer 102 geführt und/oder transportiert werden, beispielsweise in einem Beschichtungsbereich der Vakuumkammer 102 positioniert werden. Ferner kann das Substrat 106 derart in der Positioniervorrichtung 104 aufgenommen sein, dass eine Seite oder Oberfläche 107 des Substrats 106 freiliegend ist, oder zumindest ein Bereich 107 des Substrats 106 in Richtung der Dampfquellen 108, 110 freiliegt. Es versteht sich, dass der freiliegende Bereich 107 des Substrats 106 die zu beschichtende Oberfläche 107 des Substrats 106 sein kann.
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Ferner kann die Positioniervorrichtung 104 derart eingerichtet sein, dass das Substrat 106 hängend transportiert wird. Das Substrat 106 kann beispielsweise in einen Rahmen eingelegt sein oder werden und/oder oder mittels Klemmen an der Positioniervorrichtung 104 befestigt sein oder werden.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein hängender Substrattransport notwendig sein, da eine Dampfquelle typischerweise nicht kopfüber erzeugt werden kann und/oder eine Verdampferanordnung beispielsweise nicht kopfüber betrieben werden kann, und weil das Substrat 106 gegenüber den Dampfquellen 108, 110 angeordnet sein sollte, so dass die freiliegende Oberfläche 107 des Substrats 106 mittels der Dampfquellen 108, 110 beschichtet werden kann.
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Wie bereits beschrieben, kann die erste Dampfquelle 108 eine erste Material-Hauptemissionsrichtung 109 aufweisen, wobei die erste Dampfquelle 108 derart relativ zur Positioniervorrichtung 104 (oder zu einem in der Positioniervorrichtung 104 aufgenommenen Substrat 106) angeordnet und/oder ausgerichtet sein kann, dass die erste Material-Hauptemissionsrichtung 109 der ersten Dampfquelle 108 neben das Substrat 106 gerichtet ist. Mit anderen Worten kann die erste Material-Hauptemissionsrichtung 108 der ersten Dampfquelle 108 auf einen Bereich 104z der Positioniervorrichtung 104 gerichtet sein, welcher seitlich neben dem in der Positioniervorrichtung 104 aufgenommenen Substrat liegen kann. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Bereich 104z seitlich versetzt sein oder entlang der Richtung 101 versetzt sein, beispielsweise senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zur ersten Material-Hauptemissionsrichtung 109 versetzt zu einem in der Positioniervorrichtung 104 aufgenommenen Substrat 106 sein.
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Anschaulich gesehen, soll die erste Dampfquelle 108 das Substrat 106 nicht direkt (z. B. nicht mit oder aus der Material-Hauptemissionsrichtung 109) beschichten, sondern die erste Material-Hauptemissionsrichtung 109 der ersten Dampfquelle 108 soll neben das Substrat 106 zeigen, so dass das Substrat 106 indirekt (z. B. durch oder aus der Material-Nebenemissionsrichtungen 109a) beschichtet wird (mit Material der Dampfquelle 108, welches sich beispielsweise abweichend zur Material-Hauptemissionsrichtung 109 ausbreitet). In dem Fall, dass mehrere Substrate gleichzeitig beschichtet werden sollen, kann die erste Material-Hauptemissionsrichtung 109 auf einen Bereich 104z zwischen den Substraten gerichtet sein bzw. nicht direkt auf ein Substrat 106 der mehreren Substrate gerichtet sein.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann mittels der beschriebenen Anordnung und Ausrichtung der ersten Dampfquelle 108 auf einem Substrat 106 eine Schicht abgeschieden werden, die einen monoton steigenden oder monoton fallenden Schichtdickegradienten aufweisen kann, wobei dieser Schichtdickegradient beispielsweise mittels der zweiten Dampfquelle 110 ausgeglichen werden kann, so dass eine homogene Schicht auf der Oberfläche 107 des Substrats 106 abgeschieden werden kann.
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Die zweite Material-Hauptemissionsrichtung 111 der zweiten Dampfquelle 110 kann direkt auf das Substrat 106 und/oder auf die freilegende Oberfläche 107 des Substrats 106 gerichtet sein, beispielsweise derart, dass der Materialdampf der ersten Dampfquelle 108 und der Materialdampf der zweiten Dampfquelle 110 zusammen mit einer Rotation des Substrats 106 um eine Achse senkrecht zur ersten Material-Hauptemissionsrichtung 109 oder senkrecht zur Substratoberfläche 107 das Substrat 106 homogen beschichtet oder beschichten kann.
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Die Ausrichtung und Anordnung der Dampfquellen und des Substrats 106 können ausgehend von der in 1 dargestellten Anordnung variiert sein oder werden, beispielsweise können die Dampfquellen seitlich verschoben sein oder werden, oder der Abstand der Dampfquellen 108, 110 zum Substrat 106 kann verändert sein oder werden, oder der Winkel zwischen der zu beschichtenden Substratoberfläche 107 und den Material-Hauptemissionsrichtungen 109, 111 der Dampfquellen 108, 110 kann verändert sein oder werden, ohne dass der Charakter der beschriebenen Beschichtung wesentlich verändert wird.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die erste Dampfquelle 108 ein thermischer Verdampfer 108 sein und/oder mittels eines thermischen Verdampfers bereitgestellt sein oder werden.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die zweite Dampfquelle 110 ein thermischer Verdampfer 110 sein und/oder mittels eines thermischen Verdampfers bereitgestellt sein oder werden.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Dampfquellen 108, 110 das gleiche Material bereitstellen bzw. den gleichen Materialdampf erzeugen. Ferner können auch sogenannte Gradientenschichten auf dem Substrat 106 erzeugt werden, wobei beispielsweise mittels der zweiten Dampfquelle 110 ein anderes Material verdampft werden kann als mit der ersten Dampfquelle 108.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die zweite Dampfquelle 110 mittels einer Steuervorrichtung oder Regelvorrichtung derart angepasst sein oder werden, dass die verdampfte Materialmenge eine homogene Schichtbildung auf dem Substrat 106 verursacht und/oder unterstützt.
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Es versteht sich, dass das zuvor beschriebene Substrat 106 nicht zu der Beschichtungsanordnung 100 an sich dazugehört, sondern mittels der Beschichtungsanordnung 100 prozessiert (beschichtet) wird oder werden kann. Es wird lediglich veranschaulicht, wie die Beschichtungsanordnung 100 konfiguriert sein kann, so dass ein Substrat 106 in der Positioniervorrichtung 104 aufgenommen und in der Vakuumkammer 102 mittels der Dampfquellen 108, 110 beschichtet werden kann. Anstelle des Substrats 106 kann auch analog ein Substrathalter 106 oder eine Haltevorrichtung 106 für ein Substrat oder für mehrere Substrate 106 beschrieben sein.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Positioniervorrichtung 104 ferner derart eingerichtet sein, dass ein Wafer, ein plattenförmiges Substrate oder Ähnliches in der Beschichtungsanordnung 100 prozessiert werden kann.
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1C zeigt beispielhaft eine schematische Seitenansicht oder Querschnittsansicht einer Beschichtungsanordnung 100, gemäß verschiedenen Ausführungsformen, analog zu der in 1A und 1B dargestellten Beschichtungsanordnung 100, wobei das Substrat 106 in einem Aufnahmebereich 104a der Positioniervorrichtung 104 aufgenommen sein kann oder werden kann.
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Ferner kann die erste Dampfquelle 108 ein Elektronenstrahlverdampfer 108 sein und/oder mittels eines Elektronenstrahlverdampfers bereitgestellt sein oder werden. Ferner kann die zweite Dampfquelle 110 ein Elektronenstrahlverdampfer 110 sein und/oder mittels eines Elektronenstrahlverdampfers bereitgestellt sein oder werden. Ferner können die erste Dampfquelle 108 und die zweite Dampfquelle 110 gemeinsam mittels eines Elektronenstrahlverdampfers bereitgestellt sein oder werden, wobei die Dampfquellen mittels eines oder mehrerer Elektronenstrahlen erzeugt werden können, so dass die Dampfquellen in dem Verdampfungsgut 112, welches beispielsweise in einem Tiegel 114 aufgenommen sein kann, erzeugt werden können.
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Wie bereits beschrieben, kann die erste Dampfquelle 108 eine erste Material-Hauptemissionsrichtung 109 aufweisen, wobei die erste Dampfquelle 108 derart relativ zur Positioniervorrichtung 104 (oder zu dem Aufnahmebereich 104a der Positioniervorrichtung 104 zum Aufnehmen eines Substrats 106) angeordnet und/oder ausgerichtet sein kann, dass die erste Material-Hauptemissionsrichtung 109 der ersten Dampfquelle 108 neben den Aufnahmebereich 104a gerichtet ist. Mit anderen Worten kann die erste Material-Hauptemissionsrichtung 108 der ersten Dampfquelle 108 auf einen Bereich 104z der Positioniervorrichtung 104 gerichtet sein, welcher seitlich neben dem Aufnahmebereich 104a liegen kann. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Bereich 104z seitlich versetzt zum Aufnahmebereich 104a sein, oder entlang der Richtung 101 zum Aufnahmebereich 104a versetzt sein, beispielsweise senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zur ersten Material-Hauptemissionsrichtung 109 zu einem in dem Aufnahmebereich 104a aufgenommenen Substrat 106 versetzt sein.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die zweite Material-Hauptemissionsrichtung 111 der zweiten Dampfquelle 110 direkt auf den Aufnahmebereich 104a und/oder auf ein in dem Aufnahmebereich 104a aufgenommenes Substrats 106 gerichtet sein, beispielsweise so dass der Materialdampf der ersten Dampfquelle 108 und der Materialdampf der zweiten Dampfquelle 110, zusammen mit einer Rotation des Aufnahmebereichs 104a mitsamt dem aufgenommenen Substrat 106, das in dem Aufnahmebereich 104a aufgenommene Substrat 106 homogen beschichtet.
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1D zeigt beispielhaft eine schematische Seitenansicht oder Querschnittsansicht einer Beschichtungsanordnung 100, gemäß verschiedenen Ausführungsformen, analog zu der in 1A und 1B und/oder 1C dargestellten Beschichtungsanordnung 100, wobei die Beschichtungsanordnung 100 ferner eine Vakuumpumpenanordnung 118 zum Evakuieren der Vakuumkammer 102 aufweist, sowie ein Eingangsventil 102a (oder eine Eingangsschleuse 102a) zum Transportieren des Substrats 106 mittels der Positioniervorrichtung 104 durch das Eingangsventil 102a hindurch in die Vakuumkammer 102 hinein, und ein Ausgangsventil 102b (oder eine Ausgangsschleuse 102b) zum Transportieren des Substrats 106 mittels der Positioniervorrichtung 104 durch das Ausgangsventil 102b hindurch aus der Vakuumkammer 102 heraus.
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Die Positioniervorrichtung 104 kann derart eingerichtet sein, dass diese in einer Position in der Vakuumkammer 102 in Ruhe ist, während das Beschichten des Substrats 106 erfolgt, beispielsweise in einer Position wie in 1C dargestellt ist. Dabei kann die Positioniervorrichtung 104 ferner an eine Versorgungsvorrichtung ankoppeln (nicht dargestellt), beispielsweise zeitlich begrenzt während des Beschichtens, wobei die Versorgungsvorrichtung derart eingerichtet sein kann, dass die Positioniervorrichtung 104 beispielsweise mit elektrischem Strom, Kühlwasser oder Ähnlichem versorgt werden kann oder versorgt wird.
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Ferner kann die Positioniervorrichtung 104, gemäß verschiedenen Ausführungsformen, mittels Stangen (Stinger) geführt werden, wobei die Positioniervorrichtung 104 auch mittels der Stangen mit elektrischem Strom, Kühlwasser oder Ähnlichem versorgt werden kann oder versorgt wird. Die Stangen können beispielsweise hohl sein, so dass im Inneren der Stangen die benötigten Medien für die Positioniervorrichtung 104 geführt werden können.
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1E und 1F zeigen beispielhaft zwei schematische Ansichten einer Beschichtungsanordnung 100 (in einer Seitenansicht oder Querschnittsansicht in 1E und in einer Ansicht senkrecht dazu in 1F), gemäß verschiedenen Ausführungsformen, analog zu der in 1A und 1B, in 1C und/oder in 1D dargestellten Beschichtungsanordnung 100, wobei die Beschichtungsanordnung 100 ferner derart eingerichtet sein kann, dass mehrere Substrate 106a, 106b mittels der Positioniervorrichtung 104 in der Vakuumkammer 102 positioniert werden können, so dass die mehreren Substrate 106a, 106b beispielsweise gleichzeitig mittels der Dampfquellen in der Vakuumkammer 102 beschichtet werden können.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Positioniervorrichtung 104 zum Aufnehmen von zwei oder mehr als zwei Substraten, z. B. drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht, neun, zehn, oder mehr als zehn Substrate, eingerichtet sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Positioniervorrichtung 104 eine entsprechende Anzahl an Aufnahmebereichen (z. B. Haltebereiche oder Rahmen) aufweisen, beispielsweise zwei Aufnahmebereiche 104a, 104b, oder mehr als zwei Aufnahmebereiche.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Positioniervorrichtung 104 zwischen den Aufnahmebereichen 104a, 104b einen Bereich 104z aufweisen, beispielsweise einen freien Raum, oder eine Lücke zwischen den Aufnahmebereichen. Mit anderen Worten können die in der Positioniervorrichtung 104 aufgenommenen Substrate 106a, 106b nebeneinander angeordnet sein, so dass die Substrate 106a, 106b entlang der seitlichen Richtung 101 nicht überlappen, beispielsweise entlang einer Richtung senkrecht zur ersten Material-Hauptemissionsrichtung 109. Die überlappungsfreie Anordnung der Substrate kann beispielsweise die ungehinderte Rotation der Substrate ermöglichen und/oder beispielsweise ein homogenes Beschichten der Substrate 106a, 106b in der Vakuumkammer 102 mittels der Dampfquellen 108, 110a, 110b.
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Die Beschichtungsanordnung kann eine weitere erste Dampfquelle oder eine weitere zweite Dampfquelle aufweisen.
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Wie in 1E veranschaulicht ist, können beispielsweise drei Dampfquellen in der Vakuumkammer 102 angeordnet und entsprechend ausgerichtet sein, beispielsweise eine erste Dampfquelle 108 (eine Hauptdampfquelle 108) und zwei zweite Dampfquellen 110a, 110b (zwei Nebendampfquellen 110a, 110b). Ferner kann die Beschichtungsanordnung 100 auch mehr als zwei Nebendampfquellen aufweisen, beispielsweise drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht, neun, zehn, oder mehr als zehn Nebendampfquellen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Beschichtungsanordnung 100 genauso viele Nebendampfquellen aufweisen, wie Aufnahmebereiche in der Positioniervorrichtung 104 oder wie in der Positioniervorrichtung 104 aufgenommene Substrate. Ferner kann die erste Nebendampfquelle 110a auf das erste Substrat 106a gerichtet sein und die zweite Nebendampfquelle 110b kann auf das zweite Substrat 106b gerichtet sein, wobei die Hauptdampfquelle 108 in einen Bereich 104z zwischen den Substraten 106a, 106b gerichtet sein kann, wie zuvor beschrieben.
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Ferner kann die Beschichtungsanordnung 100 derart eingerichtet sein, dass auch mehrere Nebendampfquellen auf ein Substrat 106 gerichtet sind (nicht dargestellt). Ferner kann die Beschichtungsanordnung 100 derart eingerichtet sein, dass weitere Hauptdampfquellen rechts und/oder links neben den Nebendampfquellen angeordnet und ausgerichtet sind (vgl. 3B).
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2 veranschaulicht beispielhaft ein schematisches Ablaufdiagramm für ein Beschichtungsverfahren oder ein Verfahren zum Betreiben der Beschichtungsanordnung 100, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
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Das Beschichtungsverfahren 200 kann aufweisen: in 210, das Positionieren von mindestens einem Substrat in einer Vakuumkammer; in 220, das Rotieren des mindestens einen Substrats um eine Achse senkrecht zu einer zu beschichtenden Oberfläche des mindestens einen Substrats; und, in 230, das Beschichten des mindestens einen rotierenden Substrats innerhalb der Vakuumkammer mittels mehrerer Dampfquellen, wobei mindestens eine erste Dampfquelle der mehreren Dampfquellen derart angeordnet und ausgerichtet ist, dass eine Material-Hauptemissionsrichtung der mindestens einen ersten Dampfquelle neben das mindestens eine zu beschichtende Substrat gerichtet ist.
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Das Beschichtungsverfahren 200 kann angepasst oder modifiziert werden oder sein, wie hierin beschrieben. Ferner kann das Beschichtungsverfahren 200 derart durchgeführt werden, wie es ein Gebrauch der hierin beschriebenen Beschichtungsanordnung 100 vorgibt.
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Das Beschichtungsverfahren 200 kann das Betreiben der Beschichtungsanordnung 100 aufweisen.
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Das Beschichtungsverfahren 200 kann ferner mindestens eins von Folgendem aufweisen: das Einbringen der Positioniervorrichtung 104 in die Vakuumkammer 102 (beispielsweise aufweisend mindestens ein in der Positioniervorrichtung 104 aufgenommenes Substrat 106); das Ankoppeln der Positioniervorrichtung 104 an eine Versorgungsvorrichtung innerhalb der Vakuumkammer 102, beispielsweise an einer Position, in der das mindestens eine aufgenommene Substrat 106 mittels der Dampfquellen beschichtet werden soll; das Aufheizen des mindestens einen in der Positioniervorrichtung 104 aufgenommenen Substrats 106; das Beschichten des mindestens einen in der Positioniervorrichtung 104 aufgenommenen Substrats 106, beispielsweise mittels Aktivierens der mindestens einen Hauptdampfquelle 108 und der mindestens einen Nebendampfquelle 110; das Entkoppeln der Positioniervorrichtung 104 von der Versorgungsvorrichtung; das Herausbringen der Positioniervorrichtung 104 aus der Vakuumkammer 102 nachdem das mindestens eine in der Positioniervorrichtung 104 aufgenommene Substrat 106 homogen beschichtet wurde.
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Die 3A bis 3C veranschaulichen ausgewählte Anordnungen mehrerer Substrate in der Vakuumkammer 102 der Beschichtungsanordnung 100, beispielsweise aufgenommen, transportiert, geführt und/oder positioniert mittels der Positioniervorrichtung 104 oder mittels mehrerer Positioniervorrichtungen, wobei die Substrate relativ zu den mehreren Dampfquellen angeordnet sind.
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3A veranschaulicht, analog zur vorangehenden Beschreibung, eine Anordnung von zwei Substraten 106a, 106b in einer Vakuumkammer 102 einer Beschichtungsanordnung 100, gemäß verschiedenen Ausführungsformen, in einer Draufsicht 300a und einer Seitenansicht 300b.
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Die Substrate können einen Durchmesser (oder Breite entlang der Richtung 101) von mehr als ungefähr 30 cm aufweisen, beispielsweise mehr als ungefähr 50 cm, beispielsweise mehr als ungefähr 1 m. Ferner können die Substrate 106a, 106b jeweils um eine Achse rotiert werden und/oder drehbar gelagert sein, beispielsweise kann die Drehachse parallel zur z-Richtung (parallel zu der ersten Hauptemissionsrichtung 109) sein. Dabei kann die Rotationsachse jeweils durch den Schwerpunkt des jeweiligen Substrats 106a, 106b verlaufen.
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Wie vorangehend beschrieben, kann die erste Material-Hauptemissionsrichtung 109 der ersten Dampfquelle 108 neben die Substrate 106a, 106b ausgerichtet sein. Ferner kann jeweils die erste zweite Dampfquelle 110a auf das erste Substrat 106a ausgerichtet sein, und die zweite zweite Dampfquelle 110b auf das zweite Substrat 106b. Die hier veranschaulichte rechtwinklige Ausrichtung muss nicht zwingend erforderlich sein.
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Es versteht sich, dass eine Dampfquelle (beispielsweise 110b) auch Material-Nebenemissionsrichtungen 113a aufweist, welche der keulenförmigen Ausbreitung des Materialdampfes der Dampfquelle entsprechen. Ausgehend von der Hauptdampfquelle 108 kann nur der Teil des Materialdampfes ein Substrat 106a, 106b erreichen, welcher sich entlang einer Material-Nebenemissionsrichtung ausbreitet. Dies kann auf mehreren Substraten 106a, 106b dazu führen, dass das Material der Hauptdampfquelle 108 einen monoton steigenden und/oder fallenden Dampfdichtegradienten über dem entsprechenden Substrat erzeugt, der aufgrund der Rotation der Substrate 106a, 106b eine rotationssymmetrische Schichtdickenverteilung auf den Substraten 106a, 106b erzeugen kann. Mittels des Materials der Nebendampfquellen kann die rotationssymmetrische Schichtdickenverteilung auf den Substraten 106a, 106b zu einer homogenen Schichtdickenverteilung ergänzt bzw. verändert werden.
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Im Folgenden werden verschiedene Modifikationen und Konfigurationen der Beschichtungsanordnung 100 und Details zur Anordnung mehrerer Substrate relativ zu mehreren Dampfquellen beschrieben, wobei sich die bezüglich der 1A bis 1F und 3A beschriebenen grundlegenden Merkmale und Funktionsweisen analog einbeziehen lassen. Ferner können die nachfolgend beschriebenen Merkmale und Funktionsweisen analog auf die in den 1A bis 1F und 3A beschriebene Beschichtungsanordnung 100 übertragen werden oder mit der in den 1A bis 1F und 3A beschriebenen Beschichtungsanordnung 100 kombiniert werden.
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Wie in 3B veranschaulicht ist, können mehrere Substrate (beispielsweise drei Substrate 106a, 106b, 106c) in der Beschichtungsanordnung 100 prozessiert werden. Die mehreren Substrate können in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sein. Mit anderen Worten kann die Positioniervorrichtung 104 derart eingerichtet sein, dass mehrere aufgenommene Substrate in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind. Ferner können mehrere Hauptdampfquellen 108a, 108b, 108c und mehrere Nebendampfquellen 110a, 110b, 110c in der Beschichtungsanordnung 100, wie zuvor beschrieben, angeordnet und ausgerichtet sein. Ferner kann relativ zu jedem Substrat 106a eine erste Hauptdampfquelle 108a und eine zweite Hauptdampfquelle 108b neben das Substrat 106a gerichtet sein. so dass sich eine symmetrische oder symmetrischere Materialdampfverteilung über dem entsprechenden Substrat 106a ergeben kann.
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Ferner kann der Abstand zwischen mindestens einem Substrat und der mindestens einen dazugehörigen Nebendampfquelle angepasst sein, so dass das Substrat homogen beschichtet werden kann. Der Dampfausnutzungsgrad kann verbessert sein, wenn mehrere Substrate gleichzeitig, wie beschrieben, in der Beschichtungsanordnung 100 beschichtet werden.
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Wie in 3C veranschaulicht ist, können mehrere Substrate, beispielsweise drei Substrate 106a, 106b, 106c um eine gemeinsame erste Dampfquelle 108 herum angeordnet sein, wobei jeweils eine erste Dampfquelle 110a, 110b, 110c auf das entsprechende Substrat 106a, 106b, 106c gerichtet sein kann. Diese symmetrische Anordnung kann beispielsweise einen hohen Dampfausnutzungsgrad aufweisen oder ermöglichen, beispielsweise von mehr als 40%, oder beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 40% bis 50%.
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Die mehreren Substrate 106a, 106b, 106c können derart nebeneinander angeordnet sein, bzw. die Positioniervorrichtung 104 kann derart eingerichtet sein, dass die Substrate 106a, 106b, 106c überlappungsfrei rotieren können, wie in 3C veranschaulicht ist. Die Rotationsachse kann dabei senkrecht zur Substratoberfläche durch den Substratschwerpunkt verlaufen.
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Eine Beschichtungsanordnung 100 kann bereitgestellt werden, aufweisend eine Positioniervorrichtung 104 zum Aufnehmen, Transportieren und/oder Positionieren mehrerer Substrate, wobei die Positioniervorrichtung 104 derart eingerichtet ist, dass mehrere aufgenommene Substrate über einem gemeinsamen Dampfquellensystem in einer gemeinsamen horizontalen Ebene rotieren können. Die Substrate können überlappungsfrei in einer gemeinsamen Ebene rotieren, aber jeweils um eine eigene Achse. Die Rotation der Substrate kann derart erfolgen, dass die Drehachse durch den Substratschwerpunkt verläuft. Aufgrund der Anordnung der Substrate in einer gemeinsamen Ebene kann eine einfache Beschichtungsanordnung 100 bereitgestellt sein. Ferner kann die Anordnung der Substrate in einer gemeinsamen Ebene die Konfiguration der Beschichtungsanordnung 100 als eine In-Line-Beschichtungsanlage ermöglichen.
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Ferner können die Substrate vor einer Beschichtung beispielsweise einer Vorbehandlung unterzogen werden, wobei die zu beschichtenden Substrat-Oberflächen zum Beispiel mit plasmaphysikalischen Methoden (Glimmen, Ätzen) behandelt werden können. Dazu kann die Beschichtungsanordnung 100 (oder eine In-Line-Beschichtungsanlage 100) zum Beispiel zusätzlich eine Vorbehandlungskammer aufweisen.
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Die Rotationsachse des Substrats kann im Wesentlichen parallel zur ersten Material-Hauptemissionsrichtung 109 verlaufen. Die Rotationsachse des Substrats kann im Wesentlichen senkrecht zur zu beschichtenden Oberfläche des aufgenommenen Substrats verlaufen.
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Die Beschichtungsanordnung 100 kann Folgendes aufweisen: mindestens eine erste Dampfquelle 108 (z. B. eine Hauptdampfquelle), deren Hauptbedampfungsrichtung 109 senkrecht auf die Substratebene gerichtet ist, aber deren Lot diese Ebene zwischen zwei oder mehreren Substraten durchstößt, wobei zwei oder mehrere Substrate um den Durchstoßpunkt herum angeordnet sein können, um eine im Vergleich zum Einzelsubstrat verbesserte Dampfausnutzung zu erreichen; und mehrere zweite Dampfquellen 110a, 110b (z. B. mehrere Nebendampfquellen) einstellbarer Intensität, deren Hauptbedampfungsrichtung 111a, 111b auf jeweils ein Substrat der mehreren Substrate gerichtet sein kann, um eine optimale Schichtdickenhomogenität des auf dem jeweiligen Substrat abgeschiedenen Materials zu bewirken.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können jeweils zwei oder mehr als zwei Substrate über einem gemeinsamen Dampfquellensystem angeordnet sein und beschichtet werden.
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Das Dampfquellensystem kann dabei drei Dampfquellen aufweisen, von denen die Hauptquelle genau mittig zwischen den Substraten auf der Verbindungslinie zwischen ihren Rotationsachsen angeordnet ist, und die beiden anderen Nebenquellen symmetrisch in einem bestimmten Abstand links und rechts der Hauptquelle angeordnet sind. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Dampfquellen ortsfest in der Vakuumkammer angeordnet sein. Mit anderen Worten können die Dampfquellen selbst keine Bewegung ausführen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Dampfintensitäten einstellbar sein und derart angepasst sein oder werden, dass die Schichtdickenhomogenität des abgeschiedenen Materials auf beiden Substraten optimal ist (vergleiche 3A).
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können mehrere Substrate gleichzeitig mittels der Beschichtungsanordnung 100 beschichtet werden, beispielsweise zwei, drei, vier, oder mehr als vier Substrate, so dass bei gleicher oder besserer Beschichtungshomogenität eine höhere Dampfausnutzung erreicht werden kann, als bei der Beschichtung eines einzelnen Substrats, wie beispielsweise in 3B dargestellt ist. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann beispielsweise der Abstand der Quellenebene (oder der Abstand der Dampfquellen) von der Substratebene (oder von den Substraten) etwa der Hälfte der Substratkantenlänge entsprechen, so dass beim Beschichten eines Einzelsubstrats mittels einer Beschichtungsanordnung 100 die entsprechende Dampfausnutzung ungefähr 20% betragen kann und eine Schichtdickenvariation über die gesamte beschichtete Oberfläche 107 des Substrats 106 von unter ±2% erreicht werden kann (vergleiche 1A und 1B). Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann beim Beschichten zweier Substrate (wie beispielsweise in 3A dargestellt ist) die entsprechende Dampfausnutzung ungefähr 40% betragen und eine Schichtdickenvariation von unter ±2% für beide Substrate erreicht werden.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können zwei Substratpaare (also 4 Substrate) mit einer analogen Quellenkonfiguration, wie beispielsweise in 3A dargestellt ist, symmetrisch um eine zentrale Hauptdampfquelle 108 angeordnet werden oder sein (beispielsweise anschaulich in Form eines vierblättrigen Kleeblatts), so dass der Substratdurchsatz bei der Beschichtung erhöht ist.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können drei oder mehr als drei rotierende Substrate (z. B. in einer Ebene) nebeneinander angeordnet sein oder werden, wobei jeweils mittig zwischen einem Substratpaar (zwischen zwei benachbarten Substraten) eine Hauptquelle 108 angeordnet sein kann und unter den Substraten mehrere Nebenquellen 110 angeordnet sein können, wie beispielsweise in 3B dargestellt ist. Ferner kann, gemäß verschiedenen Ausführungsformen, für die äußeren Substrate jeweils eine zusätzliche Hauptdampfquelle 108a erforderlich sein, so dass für alle Substrate die gleichen Bedingungen bereitgestellt sein können oder werden können.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können drei oder mehr als drei rotierende Substrate zentralsymmetrisch (anschaulich in der Art eines Kleeblattes) um einen gemeinsamen Mittelpunkt angeordnet sein (beispielsweise in einer gemeinsamen Ebene), wobei unterhalb des gemeinsamen Mittelpunkts die Hauptdampfquelle 108 angeordnet sein kann (vergleiche 3C). Dabei können beispielsweise die Nebenquellen 110a, 110b, 110c unter den jeweiligen Substraten 106a, 106b, 106c angeordnet sein, so dass jedes Substrat von einer Nebenquelle im gleichen Abstand von seinem Rotationsmittelpunkt zusätzlich beschichtet wird. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der seitliche Substratabstand zwischen den jeweiligen Substraten durch die Forderung der überlappungsfreien Rotation der Substrate begrenzt sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können, wie beispielsweise in 3C dargestellt ist, drei quadratische Substrate mittels der Beschichtungsanordnung beschichtet werden, wobei eine Dampfausnutzung von ungefähr 45% bis ungefähr 50% realisiert sein kann oder werden kann, unter Beibehaltung einer Schichtdickenvariation von kleiner als ungefähr ±2% für alle drei Substrate.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Substrat rückseitig beheizt werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann in den Dampfstrom ein Dotierdampf eingebracht werden.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Substrate auf einem Träger (Carrier) in die entsprechende Beschichtungsposition gebracht werden, wo sie während des Beschichtens bis zum Erreichen der Sollschichtdicke verweilen können (aber beispielsweise während des Beschichtens rotiert werden). Anschließend kann der Carrier (beispielsweise mit den Substraten) aus der Beschichtungszone heraus gebracht werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Bewegen des Carriers mittels Stangen oder mittels eines Rollenantriebs erfolgen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Substratrotation durch angedockte Kraftübertragungselemente (beispielsweise einer trennbaren Kupplung) ermöglicht sein oder werden.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können unterstützende Teilprozesse gleichfalls mittels einer angedockten Medienübertragungseinheit, welche beispielsweise elektrischen Strom und/oder Kühlwasser bereitstellen kann, gespeist werden.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann bei einer Bewegung des Carriers mittels Stangen die Antriebsübertragung und/oder Medienübertragung (z. B. elektrischer Strom und/oder Kühlwasser) mittels der Stangen bereitgestellt sein oder werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können bei einer Bewegung des Carriers mittels eines Rollenantriebs entsprechende Dockingeinheiten in der jeweiligen Halteposition geschlossen oder gelöst sein oder werden.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Eigenrotation eines Substrats dazu führen, dass unterschiedliche Auftreffwinkel bei der Dampfabscheidung auf dem Substrat ausglichen werden können, so dass eine im Wesentlichen senkrecht aufwachsende Schichtmorphologie über das gesamte Substrat hinweg erzeugt werden kann.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Substrat eine strukturierte Glasplatte oder eine Aluminiumplatte oder ein Wafer sein.
