DE102015110418A1

DE102015110418A1 - Verfahren, Beschichtungsanordnung und Prozessieranordnung

Info

Publication number: DE102015110418A1
Application number: DE102015110418.0A
Authority: DE
Inventors: Ekkehart Reinhold; Jörg Faber; Steffen Lessmann
Original assignee: Von Ardenne GmbH
Current assignee: Von Ardenne Asset GmbH and Co KG
Priority date: 2015-04-02
Filing date: 2015-06-29
Publication date: 2016-10-06

Abstract

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Beschichtungsanordnung (100, 300b, 600a) zum Beschichten eines Werkstücks in einem Beschichtungsbereich (113) Folgendes aufweisen: eine Materialdampfquelle (102) zum Erzeugen eines Stroms an Materialdampf in Richtung des Beschichtungsbereichs (113); eine Dampfseparationsplatte (106), welche zwischen der Materialdampfquelle (102) und dem Beschichtungsbereich (113) angeordnet ist; wobei die Dampfseparationsplatte (106) entlang einer Durchlassrichtung von einer Vielzahl Öffnungen durchdrungen ist, von denen zumindest mehrere Öffnungen (106o) eine Ausdehnung aufweisen können, die kleiner als eine Dicke der Dampfseparationsplatte (106) entlang der Durchlassrichtung ist, so dass die mehreren Öffnungen (106o) länglich geformt sind zum Abtrennen von Streudampf aus dem Strom an Materialdampf.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Beschichtungsanordnung und eine Prozessieranordnung.
Im Allgemeinen können Werkstücke prozessiert oder behandelt, z. B. bearbeitet, beschichtet, erwärmt, geätzt und/oder strukturell verändert werden. Ein Verfahren zum Beschichten (Beschichtungsverfahren) eines Substrats ist die physikalische Dampfabscheidung (PVD), welche auch als physikalische Gasphasenabscheidung bezeichnet wird. Dabei wird mittels einer Materialdampfquelle ein zu verdampfendes Material (das sogenannte Verdampfungsgut oder Targetmaterial) mithilfe physikalischer Verfahren in die Dampfphase (Gasphase) übergeführt, z. B. mittels einer so genannten Elektronenstrahlverdampfung (EB-PVD – electron beam physical vapor deposition). Im Allgemeinen wird das Verdampfungsgut aus einem so genannten Bevorratungs-Tiegel in den freien Raum hinein verdampft.
Das verdampfte Material kann anschließend zu einem Werkstück gebracht werden, an dem es sich anlagern und eine Schicht bilden kann. Beispielsweise kann das zu beschichtende Werkstück (kann auch als Substrat bezeichnet werden) in oder durch den erzeugten Materialdampf (anschaulich eine Dampfwolke) bewegt werden. Diese Beschichtungsverfahren sind für eine breite Palette von Materialien, welche verdampft werden sollen, und eine breite Palette an Werkstücken geeignet.
Werkstücke, bzw. zu beschichtende Flächen, mit einer Größe von mehr als 0,1 m² werden mittels der so genannten Großflächenbeschichtung, z. B. mittels Elektronenstrahlverdampfung, prozessiert. Beispielsweise kann das Werkstück bandförmig sein (z. B. eine Folie oder ein Blech) und mittels ausgedehnter Träger (Carrier) oder Rollen durch den Beschichtungsbereich transportiert werden. Dazu sollte die Materialdampfquelle für das Erzeugen einer entsprechend großen Dampfwolke ausgelegt sein. Mit anderen Worten sollte die Materialbevorratung für das Erzeugen von Quellverteilungen einer entsprechend großen Dampfwolke ausgelegt sein. Dabei kann es aufgrund der Anforderungen an das Endprodukt erforderlich sein, eine homogene Beschichtung zu gewährleisten, d. h. beispielsweise eine gleichmäßige Schichtdicke und/oder eine gleichmäßige Schichtzusammensetzung. Je größer die zu beschichtende Fläche (z. B. eines Werkstücks) ist, desto schwieriger ist es, eine homogene Beschichtung zu erreichen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird eine Beschichtungsanordnung bereitgestellt, welche anschaulich eine möglichst homogene Beschichtung ermöglicht. Beispielsweise kann eine möglichst große Homogenität der Schichtdickenquerverteilung (d. h. z. B. die Schichteigenschaften quer zur Transportrichtung) über die gesamte Beschichtungsbreite erreicht werden. Die Beschichtungsanordnung kann für Werkstücke, bzw. zu beschichtende Flächen, mit einer Größe von mehr als 0,1 m², d. h. für Großflächenbeschichtung, eingesetzt werden.
Ferner wird gemäß verschiedenen Ausführungsformen eine Beschichtungsanordnung bereitgestellt, welche anschaulich eine hohe Dampfausnutzung und/oder eine möglichst hohe Langzeitstabilität des Beschichtungsprozesses gewährleistet. Dies ermöglicht es, Kosten zu sparen, da weniger Verdampfungsgut benötigt wird, weniger Ausschuss produziert wird, welcher die Anforderungen an die Schichtqualität nicht erfüllt, und die Beschichtungsanordnung eine lange Standzeit aufweist, d. h. weniger gewartet werden muss.
Werden bereits vorhandene Strukturen, z. B. bereits vorhandene Schichten, welche z. B. strukturiert sind, wie z. B. Leiterbahnen oder Fotolackschichten, beschichtet, kann eine Beschichtung der Seitenflächen (den so genannten Flanken oder Steilflanken) der Strukturen unerwünscht sein. Beispielsweise wird bei einem so genannten Lift-off-Prozess eine auf dem Substrat befindliche Opferstruktur beschichtet, welche in einem späteren Prozessschritt abgelöst wird, z. B. mittels eines nasschemischen Verfahrens, so dass ein Teil der Beschichtung, welcher sich auf der Opferstruktur befindet, gemeinsam mit der Opferstruktur entfernt wird. Werden die Flanken der Opferstruktur, an denen z. B. ein Lösemittel angreift, zu stark beschichtet, kann ein An- und/oder Ablösen der Opferstruktur behindert sein oder werden. Dabei können Prozessfehler entstehen, z. B. dadurch, dass die Opferstruktur unvollständig entfernt wird oder die Beschichtung an den Steilflanken unvollständig entfernt wird (so genannte Gratbildung).
Bei solchen Lift-off-Prozessen kann es daher erforderlich sein, dass die Steilflanken der Opferstruktur möglichst wenig beschichtet werden. Herkömmliche Beschichtungsverfahren zum Erzeugen homogener Schichtdicken nutzen mehrere Quellen mit einer räumlichen Verteilung (so genannte Verdampfungsquellverteilungen), d. h. mehrere Bereiche, an denen Materialdampf (Materialdampfstrom) austritt. Dabei wird ausgenutzt, dass jede Quelle einen Materialdampfstrom mit einer breiten Verteilung an Bewegungsrichtungen (anders ausgedrückt mit einer großen Divergenz) erzeugt, wobei die Materialdampfströme zu einem Gesamtdampfstrom überlagert werden. Mit anderen Worten ermöglicht die Quellverteilung durch Superposition ihrer Dampfanteile (Materialdampfströme) eine räumlich und zeitlich einstellbare Schichtdickenverteilung. Die sich durch die überlagerten Materialdampfströme ergebenden Auftreffwinkel des Gesamtdampfstroms, der durch die Quellverteilung erzeugt wird, sind für Lift-off-Anwendungen ungeeignet. Reduziert man die Divergenz der Materialdampfströme muss herkömmlicherweise eine inhomogene Schichtdickenverteilung in Kauf genommen werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird eine Beschichtungsanordnung bereitgestellt, welche es ermöglicht, dass das Substrat anschaulich von Dampfteilchen getroffen wird, die im Wesentlichen senkrecht auf das Substrat auftreffen (d. h. im Wesentlichen parallel zur Substratnormalen). Anschaulich gesehen wird der Teil der Dampfteilchen, bzw. des Materialdampfes, dessen Bewegungsrichtung eine zu große Divergenz aufweist (so genannter Streudampf), von dem Materialdampfstrom abgetrennt (separiert). Mit anderen Worten wird der Teil des Materialdampfstromes, dessen Bewegungsrichtung-Charakteristik (z. B. dessen Bewegungsrichtung-Verteilung) eine Abweichung größer als eine vorgegebene Abweichung von der Substratnormalen aufweist, von dem Materialdampfstrom abgetrennt. Somit wird anschaulich erreicht, dass die Bewegungsrichtung, mit welcher verdampftes Material den Beschichtungsbereich erreicht, eine möglichst geringe Abweichung (Winkelabweichung) von der Substratnormalen aufweist, d. h. dass die Bewegungsrichtungen der Dampfteilchen, bzw. des Materialdampfes, anschaulich möglichst parallel zueinander sind.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Beschichtungsanordnung zum (z. B. flächigen) Beschichten eines Werkstücks in einem Beschichtungsbereich Folgendes aufweisen: eine Materialdampfquelle zum Erzeugen eines Stroms an Materialdampf in Richtung des Beschichtungsbereichs; eine Dampfseparationsplatte, welche zwischen der Materialdampfquelle und dem Beschichtungsbereich angeordnet ist; wobei die Dampfseparationsplatte entlang einer Durchlassrichtung von einer Vielzahl Öffnungen durchdrungen ist, von denen zumindest mehrere Öffnungen (d. h. eine Teilmenge der Vielzahl Öffnungen oder alle Öffnungen der Vielzahl Öffnungen) eine Ausdehnung aufweisen, die kleiner als eine Dicke der Dampfseparationsplatte entlang der Durchlassrichtung ist, so dass die mehreren Öffnungen länglich geformt sind zum Abtrennen von Streudampf aus dem Strom an Materialdampf. Die Ausdehnung der Öffnungen kann z. B. quer zu der Durchlassrichtung erstreckt sein.
Die mehreren Öffnungen können jeweils eine Ausdehnung aufweisen, die kleiner als eine Dicke der Dampfseparationsplatte entlang der Durchlassrichtung ist. Die Ausdehnung jeder Öffnung der mehreren Öffnungen kann kleiner als eine Dicke der Dampfseparationsplatte entlang der Durchlassrichtung. Die Ausdehnung kann von dem Querschnitt der mehreren Öffnungen quer zur Durchlassrichtung definiert sein oder werden. Die Ausdehnung kann z. B. quer zu Durchlassrichtung verlaufen (z. B. entlang des Querschnitts). Die mehreren Öffnungen können jeweils eine weitere Ausdehnung (quer zur Ausdehnung) aufweisen, die kleiner als eine Dicke der Dampfseparationsplatte entlang der Durchlassrichtung. Die weitere Ausdehnung jeder Öffnung der mehreren Öffnungen kann kleiner als eine Dicke der Dampfseparationsplatte entlang der Durchlassrichtung sein. Die weitere Ausdehnung kann von dem Querschnitt der mehreren Öffnungen quer zur Durchlassrichtung definiert sein oder werden. Die weitere Ausdehnung kann z. B. quer zu Durchlassrichtung verlaufen (z. B. entlang des Querschnitts). Die Ausdehnung und die weitere Ausdehnung können z. B. gleich groß sein, z. B. bei rundem Querschnitt oder quadratischem Querschnitt der mehreren Öffnungen, z. B. wenn die Ausdehnung ein Durchmesser ist.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Beschichtungsanordnung zum Beschichten geeignet sein, d. h. zum Bilden einer geschlossenen Schicht auf dem Substrat.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Ausdehnung der mehreren Öffnungen kleiner sein als eine Dicke der Dampfseparationsplatte entlang der Durchlassrichtung, z. B. kann die Ausdehnung weniger als ungefähr 99% der Dicke der Dampfseparationsplatte betragen, z. B. weniger als ungefähr 95%, z. B. weniger als ungefähr 90%, z. B. weniger als ungefähr 80%, z. B. weniger als ungefähr 50% (d. h. weniger als halb so groß), z. B. weniger als ungefähr 40%, z. B. weniger als ungefähr 30%, z. B. weniger als ungefähr 25%, z. B. weniger als ungefähr 10%, z. B. weniger als ungefähr 5%. Beispielsweise kann die Ausdehnung einen Wert in einem Bereich von ungefähr 1% bis ungefähr 75% der Dicke der Dampfseparationsplatte betragen, z. B. in einem Bereich von ungefähr 5% bis ungefähr 50% der Dicke der Dampfseparationsplatte, z. B. in einem Bereich von ungefähr 10% bis ungefähr 30% der Dicke der Dampfseparationsplatte.
Anschaulich können die Öffnungen so genannte Durchlasskanäle bilden, welche zum Hindurchlassen von Materialdampf durch die Dampfseparationsplatte hindurch dienen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die mehreren Öffnungen (mehreren Durchlasskanäle) in einem zweidimensionalen Muster (z. B. in Form eines Rasters), z. B. einem Array, angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich können die mehreren Öffnungen in mehreren Reihen angeordnet sein. Mit anderen Worten kann ein Durchlassbereich der Dampfseparationsplatte, entlang einer ersten Richtung (quer zur Durchlassrichtung) von Trennwänden separiert sein und entlang einer zweiten Richtung (quer zur Durchlassrichtung und quer zur ersten Richtung) von Trennwänden separiert sein, wobei die Trennwände die mehreren Öffnungen (zumindest entlang der ersten Richtung und zumindest entlang der zweiten Richtung) begrenzen. Beispielsweise können die Öffnungen von benachbarten Reihen versetzt zueinander angeordnet sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Ausdehnung, welche die mehreren Öffnungen aufweisen, eine Richtungsverteilung definieren, wobei der Streudampf, welcher (mittels der Dampfseparationsplatte) abgetrennt wird, eine Bewegungsrichtung außerhalb der Richtungsverteilung aufweisen kann. Mit anderen Worten kann Materialdampf, d. h. der Streudampf, welcher eine Bewegungsrichtung außerhalb der Richtungsverteilung (anschaulich mit zu großer Divergenz) aufweist, mittels der Dampfseparationsplatte von dem Strom an Materialdampf (welcher z. B. den Beschichtungsbereich erreicht) abgetrennt sein oder werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Abstand von benachbarten Öffnungen der mehreren Öffnungen zueinander kleiner sein, als deren Ausdehnung. Damit kann erreicht werden, dass sich Materialdampf, welcher jeweils von den benachbarten Durchgangsöffnungen hindurchgelassen wird, (z. B. teilweise) überlagert. Dies verbessert die Homogenität einer Beschichtung.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Materialdampfquelle Folgendes aufweisen: einen Behälter zum Aufnehmen eines zu verdampfenden Materials (aus welchem der Strom an Materialdampf erzeugt wird), d. h. zum Aufnehmen des Verdampfungsguts; wobei der Behälter eine Dampfaustrittsöffnung aufweist zum Herausbringen des Stroms an Materialdampf aus dem Behälter. Optional kann die Dampfaustrittsöffnung des Behälters eine Querschnittsfläche aufweisen, welche im Wesentlichen gleich oder kleiner ist als eine dazu parallele Querschnittsfläche der Dampfseparationsplatte. Damit kann erreicht werden, dass möglichst viel Materialdampf von der Dampfseparationsplatte beeinflusst wird.
Alternativ kann die Dampfaustrittsöffnung des Behälters eine Querschnittsfläche aufweisen, welche im Wesentlichen gleich oder größer sein als eine dazu parallele Querschnittsfläche der Dampfseparationsplatte. Anschaulich ist die Quellfläche größer oder gleichgroß wie die Dampfseparationsplatte. Damit kann eine etwa gleiche Dampfstromdichte in allen Öffnungen der Öffnungen erreicht werden, was eine homogene Beschichtung eines Substrats erleichtert.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Beschichtungsanordnung ferner aufweisen: einen Dampfausbreitungsbereich, welcher sich zwischen der Dampfseparationsplatte und dem Behälter erstreckt und durch welchen sich der Strom an Materialdampf hindurch ausbreitet; ein Gehäuse, welches den Dampfausbreitungsbereich begrenzt, wobei das Gehäuse eine Dampfeintrittsöffnung aufweist, welche in Richtung der Dampfaustrittsöffnung des Behälters ausgerichtet ist, und wobei das Gehäuse eine Dampfaustrittsöffnung aufweist, welche von der Dampfseparationsplatte abgedeckt ist. Beispielsweise kann das Gehäuse in körperlichem Kontakt zu dem Behälter, bzw. dessen Dampfaustrittsöffnung-Bereich, angeordnet sein. Optional kann die Dampfaustrittsöffnung des Gehäuses eine Querschnittsfläche aufweisen, welche im Wesentlichen gleich oder kleiner ist als eine dazu parallele Querschnittsfläche der Dampfseparationsplatte.
Alternativ kann die Dampfaustrittsöffnung des Gehäuses eine Querschnittsfläche aufweisen, welche im Wesentlichen gleich oder größer sein als eine dazu parallele Querschnittsfläche der Dampfseparationsplatte. Anschaulich ist die Gehäuse-Querschnittsfläche größer oder gleichgroß wie die Dampfseparationsplatte. Damit kann die Dampfseparationsplatte zur Substratbeschichtung voll ausgenutzt sein oder werden.
Mittels des Gehäuses kann verhindert werden, dass Materialdampf ungenutzt verloren geht, oder Materialdampf eine Prozessatmosphäre belastet, z. B. verunreinigt.
Die Dampfseparationsplatte und/oder eine Dampfaustrittsöffnung der Beschichtungsanordnung, z. B. des Behälters und/oder des Gehäuses, können eine Querschnittsfläche aufweisen, welche größer ist, als z. B. ungefähr 0,01 m², z. B. größer als ungefähr 0,1 m², z. B. größer als ungefähr 0,2 m², z. B. größer als ungefähr 0,5 m², z. B. größer als ungefähr 1 m², z. B. in einem Bereich von ungefähr 0,1 m² bis ungefähr 5 m², z. B. in einem Bereich von ungefähr 0,2 m² bis ungefähr 2 m², z. B. in einem Bereich von ungefähr 0,5 m² bis ungefähr 1 m² oder in einem Bereich von ungefähr 0,2 m² bis ungefähr 0,5 m². Die Materialdampfquelle kann gemäß verschiedenen Ausführungsformen in Form einer Flächenquelle ausgebildet sein, d. h. dass diese, z. B. deren Behälter und/oder das Gehäuse, eine Austrittsöffnung (Dampfaustrittsöffnung) aufweist, aus welcher Materialdampf austritt, welche von der Querschnittsfläche des Behälters und/oder des Gehäuses definiert ist, z. B. dieser im Wesentlichen entspricht oder mit dieser identisch ist.
Beispielsweise kann die Querschnittsfläche eine Länge (z. B. entlang einer Transportrichtung) in einem Bereich von ungefähr 0,1 m bis ungefähr 1 m aufweisen z. B. von ungefähr 0,3 m. Beispielsweise kann die Querschnittsfläche eine Breite (z. B. quer zu einer Transportrichtung) in einem Bereich von ungefähr 0,5 m bis ungefähr 5 m aufweisen z. B. ungefähr von 1 m. Die Querschnittsflächen der Dampfseparationsplatte, des Behälters und/oder des Gehäuses können z. B. im Wesentlichen gleich groß sein (d. h. weniger als ungefähr 20% voneinander abweichen, z. B. weniger als ungefähr 10%, als ungefähr 5%, z. B. weniger als ungefähr 1%)
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Beschichtungsanordnung ferner eine Temperatursteuervorrichtung aufweisen, welche zum Erwärmen und/oder zum Kühlen des Gehäuses eingerichtet ist, und/oder welche zum Erwärmen und/oder zum Kühlen der Dampfseparationsplatte eingerichtet ist.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Beschichtungsanordnung ferner eine Antriebsvorrichtung aufweisen, welche zum Bewegen der Dampfseparationsplatte eingerichtet ist.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Beschichtungsanordnung ferner eine beweglich gelagerte Blende (einen so genannten Shutter) aufweisen, welche eingerichtet ist, in einem Geschlossen-Zustand der Blende eine Ausbreitung von Materialdampf in den Beschichtungsbereich zu unterbrechen (z. B. zu verhindern).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Prozessieranordnung Folgendes aufweisen: eine Prozesskammer zum Prozessieren eines Werkstücks; mindestens eine an und/oder in der Prozesskammer befestigte Beschichtungsanordnung gemäß verschiedenen Ausführungsformen; eine in der Prozesskammer angeordnete Transportvorrichtung zum Transportieren des Werkstücks entlang einer Transportrichtung in dem Beschichtungsbereich und/oder durch den Beschichtungsbereich hindurch.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Dampfseparationsplatte derart relativ zu der Transportvorrichtung ausgerichtet sein, dass in Transportvorrichtung benachbarte Öffnungen der mehreren Öffnungen quer zur Transportrichtung versetzt zueinander angeordnet sind.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren zum Betreiben einer Beschichtungsanordnung Folgendes aufweisen: Erzeugen von Materialdampf mittels der Materialdampfquelle; und Transportieren eines Werkstücks durch den Beschichtungsbereich hindurch, während sich der Strom an Materialdampf in den Beschichtungsbereich ausbreitet. Alternativ oder zusätzlich kann das Transportieren eines Werkstücks durch den Beschichtungsbereich hindurch erfolgen während der Strom an Materialdampf in den Beschichtungsbereich unterbrochen ist.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren zum Beschichten eines Werkstücks in einem Beschichtungsbereich Folgendes aufweisen: Erzeugen eines Stroms an Materialdampf (z. B. mittels einer Materialdampfquelle), welcher einen ersten Materialdampf-Teilstrom und einen zweiten Materialdampf-Teilstrom aufweist, die einander (vollständig oder teilweise) überlagern, wobei der erste Materialdampf-Teilstrom eine erste Bewegungsrichtung-Charakteristik aufweist, welche innerhalb einer vorgegebenen Richtungsverteilung liegt, und der zweite Materialdampf-Teilstrom eine zweite Bewegungsrichtung-Charakteristik aufweist, welche außerhalb der vorgegebenen Richtungsverteilung liegt; und Abtrennen des zweiten Materialdampf-Teilstroms von dem Strom an Materialdampf (welcher den Beschichtungsbereich erreicht) mittels einer Dampfseparationsplatte (so dass z. B. hauptsächlich oder ausschließlich der erste Materialdampf-Teilstrom in den Beschichtungsbereich gelangt). Optional kann der zweite Materialdampf-Teilstrom zu der Materialdampfquelle zurückgeführt werden (Materialrückführung). Dazu kann der zweite Materialdampf-Teilstrom mittels der Dampfseparationsplatte in einen flüssigen Zustand überführt werden (z. B. durch Kühlung), z. B. anschaulich kondensieren. Der zweite Materialdampf-Teilstrom kann in flüssigem Zustand zu der Materialdampfquelle gebracht werden (anschaulich dieser zugeführt werden), z. B. in deren Behälter.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Beschichtungsanordnung zum Beschichten eines Werkstücks in einem Beschichtungsbereich Folgendes aufweisen: eine Materialdampfquelle zum Erzeugen von Materialdampf; eine Dampfseparationsplatte, welche entlang ihrer Dickenrichtung von einer Vielzahl von Durchlasskanälen durchdrungen ist; wobei zumindest mehrere Durchlasskanäle der Vielzahl von Durchlasskanälen eine Ausdehnung quer zu der Dickenrichtung aufweist, welche größer ist als eine Dicke der Dampfseparationsplatte, so dass sich schräg zu der Dickenrichtung bewegender Materialdampf (mit anderen Worten Streudampf) zumindest teilweise aufgefangen, z. B. adsorbiert, wird. Daher kann die Dampfseparationsplatte auch als Streudampfraster bezeichnet werden.
Der adsorbierte Materialdampf kann dann flüssig werden (kondensieren), d. h. in einen flüssigen Zustand überführt werden, in dem dieser z. B. wieder zu dem Verdampfungsgut zurückgeführt werden kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Durchgangsöffnungen in der Dampfseparationsplatte derart gebildet (z. B. ausgerichtet) sein, dass die Dickenrichtung der Dampfseparationsplatte mit der Durchlassrichtung übereinstimmt. Mit anderen Worten kann sich dann die Dampfseparationsplatte quer zu der Durchlassrichtung erstrecken (d. h. entlang einer Dampfseparationsplatte-Ebene quer zu der Durchlassrichtung).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Öffnungen, welche die Dampfseparationsplatte durchdringen (d. h. Durchgangsöffnung), eine Querschnittsfläche quer zu der Durchlassrichtung aufweisen, welche z. B. in Form von Dreiecken, Vierecken, Fünfecken, Sechsecken, Kreisen, Ovalen, Ellipsen oder in anderer Form gebildet ist.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen weist die Materialdampfquelle eine aus der folgenden Gruppe an Vorrichtungen auf: eine Thermisch-Verdampfungsvorrichtung; eine Elektronenstrahl-Verdampfungsvorrichtung (engl. electron beam evaporation), eine Laserstrahl-Verdampfungsvorrichtung (engl. pulsed laser deposition, pulsed laser ablation), eine Bogen-Verdampfungsvorrichtung (engl. arc evaporation, Arc-PVD), eine Molekularstrahlepitaxie-Verdampfungsvorrichtung (engl. molecular beam epitaxy), und/oder eine Ionenstrahl-Verdampfungsvorrichtung.
Mittels der Verdampfungsvorrichtung wird das Ausgangsmaterial (d. h. das Verdampfungsgut) in die Gasphase überführt (z. B. durch Ionenbeschuss oder Elektronenbeschuss).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Materialdampfquelle ferner eine Versorgungsvorrichtung aufweisen, welche eingerichtet ist, die Materialdampfquelle mit zu beschichtendem Material (Verdampfungsgut) zu versorgen, z. B. ohne den Betrieb unterbrechen zu müssen, d. h. während des Betriebs der Materialdampfquelle.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Dampfseparationsplatte die Austrittsöffnung der Materialdampfquelle, z. B. deren Behälter, und/oder die Austrittsöffnung des Gehäuses, teilweise oder vollständig abdecken.
Die Dampfseparationsplatte kann anschaulich als Parallelloch-Dampfseparator wirken, d. h. zum parallelisieren (analog zum kollimieren) der Richtungsverteilung von Materialdampf, welcher den Beschichtungsbereich erreicht. Anders ausgedrückt, kann die Richtungsverteilung von Materialdampf, welcher den Beschichtungsbereich erreicht, d. h. welcher die Dampfseparationsplatte durchdringt, aneinander ausgerichtet sein (d. h. die Divergenz der Bewegungsrichtungen kann reduziert sein oder werden), und z. B. im Wesentlichen (z. B. mit einer Winkelabweichung von weniger als 20°, z. B. weniger als 15°, z. B. weniger als 10°, z. B. weniger als 5°, z. B. weniger als 1° von der Durchlassrichtung) der Durchlassrichtung entsprechen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Dampfseparationsplatte in Form eines Gitters ausgebildet sein oder werden, wobei die Gitterwände (Trennwände) die Öffnungen, welche die Dampfseparationsplatte durchdringen (d. h. die Durchgangsöffnungen) begrenzen.
Die Trennwände der Dampfseparationsplatte (werden auch als Wandelemente bezeichnet) können in Form einer Folie, eines Blechs, einer Keramikstruktur (z. B. Keramikwände) oder einer Graphitstruktur (z. B. Graphitwände) ausgebildet sein oder werden, z. B. mit einer Wanddicke (d. h. mit einem Abstand zweier benachbarter Öffnungen zueinander) in einem Bereich von ungefähr 0,1 mm bis ungefähr 5 mm, z. B. in einem Bereich von ungefähr 0,2 mm bis ungefähr 4 mm, in einem Bereich von ungefähr 0,3 mm bis ungefähr 3 mm, z. B. in einem Bereich von ungefähr 0,4 mm bis ungefähr 2 mm, z. B. in einem Bereich von ungefähr 0,5 mm bis ungefähr 1 mm.
Die Dampfseparationsplatte kann eine Maschenweite aufweisen (analog zu einem Sieb), welches die Größe und Flächendichte der Öffnungen beschreibt. Die Maschenweite kann in Öffnungen pro cm angegeben sein oder werden, d. h. angeben, wie viele Öffnungen auf einer Strecke einer bestimmten Länge angeordnet sind. Beispielsweise kann die Maschenweite einen Wert in einem Bereich von 0,1/cm ungefähr bis ungefähr 5/cm aufweisen, z. B. in einem Bereich von 0,2/cm ungefähr bis ungefähr 1/cm.
Die Öffnungen können Hohlräume (auch als Durchlasskanäle bezeichnet) in der Dampfseparationsplatte bilden, durch welche sich Materialdampf ausbreiten kann und die Dampfseparationsplatte durchdringen kann, z. B. in Abhängigkeit von dessen Bewegungsrichtung.
Anschaulich kann die Dampfseparationsplatte zum Abtrennen von Materialdampf eingerichtet sein (dem so genannten Streudampf), dessen Bewegungsrichtung eine vordefinierte Richtungsverteilung überschreitet, d. h. dessen Bewegungsrichtung außerhalb einer vordefinierten Richtungsverteilung liegt. Damit kann z. B. erreicht werden, dass Materialdampf abgetrennt wird, dessen Bewegungsrichtung eine vorgegebene Abweichung von der Durchlassrichtung, bzw. von der Hauptbewegungsrichtung, überschreitet.
Mit anderen Worten kann die Dampfseparationsplatte zum Hindurchlassen von verdampftem Material (erster Materialdampfstrom) eingerichtet sein, dessen Bewegungsrichtung innerhalb der vorgegebenen Richtungsverteilung liegt, d. h. dessen Bewegungsrichtung eine vorgegebene Charakteristik (Bewegungsrichtung-Charakteristik) aufweist. Anders ausgedrückt kann Materialdampf, dessen Bewegungsrichtung die vorgegebene Charakteristik aufweist, durch die Dampfseparationsplatte hindurch gelangen.
Die Bewegungsrichtung, bzw. Bewegungsrichtung-Charakteristik, des Teils des Materialdampfes, welcher von der Dampfseparationsplatte hindurchgelassen wird (auch als erster Materialdampfstrom bezeichnet), kann von einer Ausdehnung (d. h. einer Öffnungsweite) der Durchgangsöffnungen und der Dicke der Dampfseparationsplatte definiert sein. Mit anderen Worten kann die Bewegungsrichtung-Charakteristik des ersten Materialdampfstroms von der Geometrie der Durchlasskanäle definiert sein oder werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Strom an Materialdampf um Materialdampfbestandteile (z. B. Streudampf) verringert werden, deren Bewegungsrichtung außerhalb einer Richtungsverteilung (z. B. außerhalb eines Winkelbereichs) liegt, welche von der Ausdehnung vorgegeben wird.
Die vorgegebene Richtungsverteilung, bzw. die vorgegebene Bewegungsrichtung-Charakteristik, kann eine Bewegungsrichtung-Schar beschreiben, welche relativ zu einer Bewegung-Hauptrichtung in einen Winkel aus einem Winkelbereich verläuft (wobei die Bewegungsrichtung-Schar Bewegungsrichtungen des hindurch gelassenen Materialdampfs aufweist). Mit anderen Worten kann die Bewegungsrichtung-Charakteristik eine Verteilung von Bewegungsrichtungen relativ zu einer Bewegung-Hauptrichtung beschreiben.
Die Dampfseparationsplatte kann derart eingerichtet sein, dass der erste Materialdampf-Teilstrom eine Bewegungsrichtung-Charakteristik mit einem Winkelbereich von ungefähr 0° bis ungefähr 45° aufweist, z. B. in einem Bereich von ungefähr 0° bis ungefähr 30°, z. B. in einem Bereich von ungefähr 0° bis ungefähr 20°, z. B. in einem Bereich von ungefähr 0° bis ungefähr 15°, z. B. in einem Bereich von ungefähr 0° bis ungefähr 10°, z. B. in einem Bereich von ungefähr 0° bis ungefähr 5°. Die Bewegungsrichturig-Charakteristik des zweiten Materialdampf-Teilstroms kann dazu passend den restlichen Winkelbereich bis 90° aufweisen.
Die Bewegung-Hauptrichtung des Materialdampfstroms kann von der Materialdampfquelle definiert sein oder werden. Die Bewegungsrichtung des ersten Materialdampf-Teilstroms kann von der Ausrichtung der Dampfseparationsplatte definiert sein oder werden, z. B. von der Durchlassrichtung, und kann beispielsweise im Wesentlichen der Durchlassrichtung entsprechen, oder kann z. B. mit dieser identisch sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Bewegung-Hauptrichtung von Materialdampf, z. B. des von der Materialdampfquelle erzeugten Materialdampfstroms, des ersten Materialdampf-Teilstroms oder des zweiten Materialdampf-Teilstroms, eine Richtung bezeichnen, in welche sich der Materialdampf (d. h. der Schwerpunkt der Bestandteile des Materialdampfs) im zeitlichen Verlauf bewegt, z. B. von der ersten Materialdampfquelle weg. Der Schwerpunkt des Materialdampfs (z. B. einer räumlichen Materialdampf-Verteilung) kann als ein mit der Masse der Bestandteile des Materialdampfs gewichtetes Mittel der Positionen der Bestandteile beschreiben. Mit anderen Worten kann eine Bewegung-Hauptrichtung der Richtung des gemittelten Impulses des Materialdampfs entsprechen. Beispielsweise kann Materialdampf, der zu einem Zeitpunkt mittels der Materialdampfquelle bereitgestellt ist oder wird oder der zu einem Zeitpunkt die Dampfseparationsplatte durchdringt, räumlich verteilt sein und eine räumliche Materialdampf-Verteilung bilden, wobei die räumliche Materialdampf-Verteilung einen Schwerpunkt aufweist, der im zeitlichen Verlauf (von dem Zeitpunkt an) von der Materialdampfquelle weg und in die Bewegung-Hauptrichtung strömt.
Die Bewegungsrichtung-Charakteristik von Materialdampf, z. B. des von der Materialdampfquelle erzeugten Materialdampfstroms, des ersten Materialdampf-Teilstroms oder des zweiten Materialdampf-Teilstroms, kann eine Richtungsverteilung beschreiben, in welche sich die Bestandteile des Materialdampfs bewegen.
Ein Beschichtungsabstand, z. B. ein Abstand der Materialdampfquelle, z. B. der Oberfläche des Verdampfungsguts oder der Dampfaustrittsöffnung des Behälters, zu dem Beschichtungsbereich und/oder zu dem Transportsystem (bzw. zu einem mittels des Transportsystems transportierten Substrats) kann in einem Bereich von ungefähr 0,1 m bis ungefähr 5 m liegen, z. B. in einem Bereich von ungefähr 0,5 m bis ungefähr 1 m.
Ein Abstand der Dampfseparationsplatte zu dem Beschichtungsbereich und/oder zu dem Transportsystem (bzw. zu einem mittels des Transportsystems transportierten Substrats) kann in einem Bereich von ungefähr 0,1 cm bis ungefähr 10 cm liegen, z. B. in einem Bereich von ungefähr 0,5 cm bis ungefähr 5 cm, z. B. in einem Bereich von ungefähr 0,5 cm bis ungefähr 1 cm.
Je größer die verdampfte Materialmenge (z. B. deren Masse) pro Zeit ist (Verdampfungsrate), d. h. je mehr Materialdampf erzeugt wird, umso größer kann die Beschichtungsrate sein, d. h. die Menge an Material, welche pro Zeit auf einem Substrat abgeschieden wird. Je größer die Verdampfungsrate ist, desto größer kann ein Abstand der Materialdampfquelle, z. B. der Oberfläche des Verdampfungsguts oder der Dampfaustrittsöffnung des Behälters, zu der Dampfseparationsplatte sein, welcher erforderlich ist. Anschaulich kann ein ausreichender Abstand der Materialdampfquelle zu der Dampfseparationsplatte notwendig sein, um ein Entspannen des Drucks in dem Materialdampfstrom zu ermöglichen und die Dampfquellverteilung zu homogenisieren. Der Abstand der Materialdampfquelle zu der Dampfseparationsplatte kann z. B. in einem Bereich von ungefähr 0,1 m bis ungefähr 5 m liegen, z. B. in einem Bereich von ungefähr 0,5 m bis ungefähr 1 m.
Wird eine geringe Beschichtungsrate verwendet, kann der Abstand der Materialdampfquelle zu der Dampfseparationsplatte kleiner gewählt werden, z. B. aus einem Bereich von ungefähr 0,5 cm bis ungefähr 10 cm. Wird eine geringe Bauhöhe der Beschichtungsanordnung benötigt, kann die Dampfseparationsplatte auch auf die Materialdampfquelle aufgesetzt sein oder werden, d. h. in körperlichem Kontakt zu dieser angeordnet sein oder werden, z. B. mit deren Behälter. Beispielsweise kann die Dampfseparationsplatte die Dampfaustrittsöffnung des Behälters abdecken, z. B. teilweise oder vollständig.
Die Dicke der Dampfseparationsplatte kann in einem Bereich von ungefähr 1 cm bis ungefähr 50 cm liegen, z. B. in einem Bereich von ungefähr 5 cm bis ungefähr 40 cm, z. B. in einem Bereich von ungefähr 10 cm bis ungefähr 30 cm, z. B. in einem Bereich von ungefähr 15 cm bis ungefähr 25 cm. Die Dicke der Dampfseparationsplatte kann die Länge der Durchgangsöffnungen (d. h. deren Ausdehnung entlang der Dickenrichtung, bzw. der Durchlassrichtung) definieren. Die Länge der Durchgangsöffnungen, bzw. der Durchlasskanäle, kann z. B. ungefähr der Dicke der Dampfseparationsplatte entsprechen.
Die Länge der Durchgangsöffnungen, bzw. die Dicke der Dampfseparationsplatte, kann derart gewählt sein oder werden, dass diese kleiner ist als die mittlere freie Weglänge der Bestandteile des Materialdampfes (Dampfbestandteile), z. B. der Atome oder Moleküle des Materialdampfes. Die mittlere freie Weglänge kann vom Druck des Materialdampfes definiert sein. Der Druck des Materialdampfes kann von der Menge an erzeugtem Materialdampf und/oder dem Prozessdruck (dem Druck der Prozessatmosphäre, in der die Beschichtungsanlage betrieben wird) beeinflusst sein oder werden.
Das Verdampfungsgut, d. h. das zu verdampfende Material, kann z. B. ein Metall, ein organisches Material, einen Kunststoff oder eine Keramik aufweisen. Wird ein anschaulich leicht klumpendes Material verwendet (z. B. ein Material, welches zum Agglomerieren neigt und/oder z. B. ein vorrangig sublimierendes Material), kann eine größere Ausdehnung der Durchgangsöffnungen benötigt werden, um deren Verstopfen zu verhindern. Lässt es sich nicht vermeiden, dass die Wandelemente der Dampfseparationsplatte beschichtet werden (d. h. eine parasitäre Beschichtung gebildet wird), so dass die Ausdehnung der Durchgangsöffnungen im Verlauf eines Beschichtungsprozesses abnimmt, kann dies mit einer höheren Verdampfungsrate kompensiert werden. Die parasitäre Beschichtung kann ebenso das Aspektverhältnis erhöhen, wodurch die Divergenz des ersten Materialdampf-Teilstroms kleiner wird.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
Es zeigen
1A eine Beschichtungsanordnung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Querschnittsansicht;
1B eine Beschichtungsanordnung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Detailansicht;
2A eine Dampfseparationsplatte gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Perspektivansicht;
2B einen Behälter gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Perspektivansicht;
2C eine Dampfseparationsstruktur gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Draufsicht;
3A eine Materialdampfquelle gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Querschnittsansicht oder einer schematischen Seitenansicht;
3B eine Beschichtungsanordnung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Querschnittsansicht;
4A bis 4D jeweils eine Dampfseparationsstruktur gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Draufsicht;
5A und 5B jeweils eine Beschichtungsanordnung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Querschnittsansicht oder eine schematischen Seitenansicht;
6A eine Beschichtungsanordnung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Perspektivansicht;
6B ein schematisches Diagramm eines Verfahrens gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
7 eine Prozessieranordnung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Querschnittsansicht oder einer schematischen Seitenansicht;
8A eine Bewegungsrichtung-Charakteristik oder eine Richtungsverteilung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Perspektivansicht;
8B ein Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem schematischen Ablaufdiagram; und
9 ein Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem schematischen Ablaufdiagram.
In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser bilden und in denen 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.
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.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird eine homogene Schichtdickenverteilung erreicht, welche im Wesentlichen durch senkrecht (z. B. auf ein Substrat oder eine Transportebene) auftreffende Dampfanteile gebildet wird. Zusätzlich wird anschaulich eine möglichst hohe Ausnutzung des Verdampfungsguts erreicht.
Zusätzlich wird eine Beschichtungsanordnung mit einem Tiegel- oder Speicherreservoir (Materialaufnahmebereich des Tiegels) bereitgestellt, welche anschaulich ausreichend groß ist, um anschaulich ausreichend Verdampfungsgut aufzunehmen, so dass ein langzeitstabiler und störungsfreier Beschichtungsprozess ermöglicht wird. Mit anderen Worten muss das Beschichten möglichst wenig unterbrochen werden, um Verdampfungsgut nachzufüllen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird eine Beschichtungsanordnung (wird auch als Verdampfereinrichtung bezeichnet) bereitgestellt, welche folgende Komponenten aufweist oder daraus besteht (vergleiche beispielsweise 6A): einen Behälter (kann auch als Verdampfergefäß bezeichnet werden), welcher optional mit einer Temperatursteuervorrichtung (z. B. einer Heizprozess-Baugruppe) versehen ist, einen umwandeten Dampfausbreitungsbereich (kann auch als Dampfausbreitungsraum bezeichnet werden), z. B. mittels eines Gehäuses umwandet, und eine Dampfseparationsplatte (kann auch als Dampfrichtungsgeber bezeichnet werden).
Das Verdampfergefäß dient zur Aufnahme einer ausreichenden Menge an Verdampfungsgut. Optional kann das Verdampfungsgut nachgeführt werden, z. B. mittels einer Versorgungsvorrichtung, welche dem Verdampfergefäß zu verdampfendes Material in Form eines Feststoffes, z. B. eines Stabs oder eines Drahts, oder in Form einer Flüssigkeit (d. h. mittels Flüssigbeschickung) oder in anderer Form zuführt.
1A veranschaulicht eine Beschichtungsanordnung 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Querschnittsansicht.
Die Beschichtungsanordnung 100 kann eine Materialdampfquelle 102 aufweisen, welche eingerichtet ist, einen Strom an Materialdampf 104 (Materialdampfstrom) in Richtung des Beschichtungsbereichs 113 zu erzeugen. Zusätzlich kann die Beschichtungsanordnung 100 eine Dampfseparationsplatte 106 aufweisen, welche zwischen der Materialdampfquelle 102 und dem Beschichtungsbereich 113 angeordnet ist.
Die Dampfseparationsplatte 106 kann von einer Vielzahl von Öffnungen 106o durchdrungen sein (Durchgangsöffnungen 106o), so dass diese einen Teil 114 des Materialdampfes (erster Materialdampf-Teilstrom) hindurch lässt. Mit anderen Worten kann ein Teil 114 des Materialdampfstroms 104 durch die Dampfseparationsplatte 106 hindurchwandern. Anschaulich dient die Dampfseparationsplatte 106 dazu, den Materialdampfstrom 104 in zumindest einen ersten Materialdampf-Teilstrom 114 und einen zweiten Materialdampf-Teilstrom (nicht dargestellt) zu separieren, wobei hauptsächlich oder lediglich der erste Materialdampf-Teilstrom 114 die Dampfseparationsplatte 106 passiert. Diese Separation kann auf Grundlage der Bewegungsrichtung-Charakteristik der Bestandteile (anschaulich der Dampfteilchen) erfolgen, welche den jeweiligen Materialdampf-Teilstrom bilden.
Der Materialdampfstrom 104, welcher von der Materialdampfquelle 102 erzeugt wird, kann eine Bewegungsrichtung-Charakteristik 104c (durch Pfeile 104c schematisch veranschaulicht) aufweisen. Die Bewegungsrichtung-Charakteristik 104c kann durch die Verteilung der Bewegungsrichtungen 104c der Bestandteile definiert sein, welche den Materialdampfstrom 104 bilden. Die Verteilung der Bewegungsrichtungen 104c kann im Mittel die Bewegung-Hauptrichtung (z. B. entgegen Richtung 105) definieren, in welche das Material (d. h. die Dampfteilchen) des Materialdampfstroms 104 strömen.
Der Materialdampfstrom 104 weist anschaulich einen ersten Materialdampf-Teilstrom 114 auf, welcher aus Materialdampfbestandteilen (anschaulich Dampfteilchen) gebildet wird, deren Bewegungsrichtung eine geringe Abweichung (Winkel-Abweichung innerhalb des Winkelbereichs) von der Bewegung-Hauptrichtung aufweist, und weist einen zweiten Materialdampf-Teilstrom auf, welcher aus Materialdampfbestandteilen gebildet wird, deren Bewegungsrichtung eine große Abweichung (Winkel-Abweichung außerhalb des Winkelbereichs) von der Bewegung-Hauptrichtung aufweist. Der erste Materialdampf-Teilstrom und der zweite Materialdampf-Teilstrom können einander (vollständig oder teilweise) überlagert sein und zusammen ein Teil des Materialdampfstroms 104 sein oder diesen bilden.
Die Bewegungsrichtung-Charakteristik 114c des ersten Materialdampf-Teilstroms 114, d. h. der Teil des Materialdampfstroms 104, welcher von der Dampfseparationsplatte 106 hindurchgelassen wird, wird von einer Ausdehnung 106w (Öffnungsweite 106w) der Vielzahl von Durchgangsöffnungen 106o, oder zumindest von einem Teil dieser, und einer Dicke 106d der Dampfseparationsplatte 106 definiert (vergleiche 1B).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Ausdehnung 106w kleiner sein die Dicke 106d.
1B veranschaulicht eine Beschichtungsanordnung, z. B. die in 1A veranschaulichte Beschichtungsanordnung 100 oder eine andere hierin beschriebene Beschichtungsanordnung, gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Detailansicht 111 (vergleiche 1A).
Die Materialdampfquelle 102 kann derart eingerichtet sein, dass die Bewegung-Hauptrichtung (z. B. aus Richtung 105) auf die Dampfseparationsplatte 106 gerichtet ist, z. B. entlang (d. h. parallel oder antiparallel zu) der Dickenrichtung (z. B. entlang Richtung 105) der Dampfseparationsplatte 106, mit anderen Worten quer (senkrecht) zu einer Dampfseparationsplatte-Ebene, entlang welcher die Dampfseparationsplatte längserstreckt ist.
Die Durchgangsöffnungen 106o der Dampfseparationsplatte 106 wirken anschaulich als Tunnel oder Kanäle (Durchlasskanäle), durch welche der erste Materialdampf-Teilstrom 114 hindurch gelassen wird. Die Bewegungsrichtung-Charakteristik 114c des ersten Materialdampf-Teilstroms 114, weist eine Richtungsverteilung auf, mit welcher sich die Bestandteile (Materialdampfbestandteile) des ersten Materialdampf-Teilstroms 114 bewegen.
Die Richtungsverteilung, mit welcher sich die Bestandteile des ersten Materialdampf-Teilstroms 114 bewegen (d. h. die Schar an Bewegungsrichtungen), weist einen maximalen Öffnungswinkel 114w (kann auch als Divergenz der Bewegungsrichtung oder Bewegungsrichtung-Charakteristik bezeichnet werden) auf, welcher von der Geometrie (kann auch als Aspektverhältnis bezeichnet werden) der Durchgangsöffnung 106o definiert wird, wie in 1B veranschaulicht ist. Die Bewegungsrichtung-Charakteristik 114c des ersten Materialdampf-Teilstroms 114 kann anschaulich als Mantelfläche (z. B. eines Kegels) mit dem Öffnungswinkel 114w verstanden werden, welcher die Richtungsverteilung, mit welcher sich die Bestandteile des ersten Materialdampf-Teilstroms 114 bewegen, einhüllt.
Ist die Bewegung-Hauptrichtung des Materialdampf-Teilstroms 114 beispielsweise senkrecht zu einer Dampfseparationsplatte-Ebene ausgerichtet, entspricht die Abweichung (Winkelabweichung) der Bewegungsrichtung-Charakteristik 114c des ersten Materialdampf-Teilstroms 114 dem halben Öffnungswinkel 114w. Der halbe Öffnungswinkel 114w (z. B. die Winkelabweichung der Bewegungsrichtungen des Materialdampf-Teilstroms 114 von der Bewegung-Hauptrichtung des Materialdampf-Teilstroms 114) kann einen Wert innerhalb des Winkelbereichs aufweisen, welcher vorangehend beschrieben ist.
Mit anderen Worten kann die Bewegungsrichtung-Charakteristik 114c des ersten Materialdampf-Teilstroms 114, welcher von der Dampfseparationsplatte hindurchgelassen wird, eine Abweichung von der Bewegung-Hauptrichtung aufweisen, welche kleiner ist als eine vorgegebene Abweichung (und z. B. in dem Winkelbereich liegt).
Der Öffnungswinkel 114w wird von dem Verhältnis der Dicke der Dampfseparationsplatte 106 (auch als Plattendicke h bezeichnet) zu der Ausdehnung 106w (auch als Tunneldurchmesser d oder Kanaldurchmesser d bezeichnet), dem so genannten Aspektverhältnis der Durchgangsöffnungen 106o, definiert.
Das Aspektverhältnis h/d (d. h. das Verhältnis Plattendicke h zu Tunneldurchmesser d) entspricht dem Tangens des halben Öffnungswinkel 114w. Das Aspektverhältnis kann beispielsweise größer sein als ungefähr 1, z. B. größer als ungefähr 1,5, z. B. größer als ungefähr 2, z. B. größer als ungefähr 2,5, z. B. größer als ungefähr 3, z. B. größer als ungefähr 3,5, z. B. größer als ungefähr 4, z. B. größer als ungefähr 4,5, z. B. größer als ungefähr 5, z. B. größer als ungefähr 5,5, z. B. größer als ungefähr 6, z. B. größer als ungefähr 6,5, z. B. größer als ungefähr 7, z. B. größer als ungefähr 7,5, z. B. größer als ungefähr 8, z. B. größer als ungefähr 8,5, z. B. größer als ungefähr 9, z. B. größer als ungefähr 9,5, z. B. größer als ungefähr 10.
Ist eine maximale Abweichung w (Winkelabweichung) der Richtung, mit der Dampfteilchen auf ein Substrat treffen, von der Substratnormalen erforderlich, d. h. der Winkelbereich, unter dem die Dampfabscheidung auf dem Substrat noch toleriert werden kann, kann diese maximale Abweichung anschaulich mittels eines geeigneten Aspektverhältnis der Dampfseparationsplatte erfüllt werden. Beispielsweise gilt d/h = tan w. Die Substratnormale kann z. B. die Hauptrichtung der Bewegungsrichtung-Charakteristik definieren.
Soll zum Beispiel ein Auftreffwinkel von ungefähr a = 80° (d. h. eine Winkelabweichung von der Substratnormalen von w = 10°) realisiert werden, kann das Aspektverhältnis (h/d = tan a = tan^–1 w) der Dampfseparationsplatte 106 (d. h. die Geometrie der Durchgangsöffnung 106o) mehr als ungefähr 5,5 betragen. Mit anderen Worten kann die Plattendicke 106d mehr als ungefähr 5,5-mal so groß sein wie die Ausdehnung 106w.
Wenn die Dampfseparationsplatte 106 beispielsweise eine Plattendicke 106d von ungefähr 500 mm aufweist, kann die Ausdehnung 106w in diesem Beispiel weniger als ungefähr 88 mm betragen. Anschaulich richten die Tunnel 106o den durch die Dampfseparationsplatte 106 hindurch gelangenden Dampf (Materialdampf) im Wesentlichen senkrecht (d. h. innerhalb der vorgegebenen Winkelbegrenzung 114w) auf das Substrat aus.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Aspektverhältnis der Durchgangsöffnung 106o, bzw. die Dampfseparationsplatte, derart eingerichtet sein, dass eine Winkelabweichung der Bewegungsrichtungen des Materialdampfes (welcher durch die Dampfseparationsplatte 106 hindurch gelangt) von der Durchlassrichtung (oder Substratnormalen) in einem Winkelbereich von ungefähr 0° bis ungefähr 45° liegt, z. B. in einem Bereich von ungefähr 0° bis ungefähr 30°, z. B. in einem Bereich von ungefähr 0° bis ungefähr 20°, z. B. in einem Bereich von ungefähr 0° bis ungefähr 15°, z. B. in einem Bereich von ungefähr 0° bis ungefähr 10°, z. B. in einem Bereich von ungefähr 0° bis ungefähr 5°.
Hierfür kann berücksichtigt werden, dass die freie Weglänge des Materialdampfes von dessen Druck definiert wird. Daher kann der Druck (Partialdruck) des Materialdampfstromes 104, welcher auf die Dampfseparationsplatte 106 zu strömt, so gewählt sein, dass die freie Weglänge des Materialdampfes ungefähr der Plattendicke 106d entspricht. Anschaulich kann der Druck des Materialdampfstromes 104 so gewählt sein, dass Stöße der Dampfteilchen und Streuung der Dampfteilchen möglichst vermieden werden.
Die Prozessbedingungen (d. h. die chemische Zusammensetzung des Materialdampfes und/oder dessen Temperatur) können bei der Materialauswahl für die Dampfseparationsplatte 106 (kann auch als Dampfrichtungsgeber bezeichnet werden) berücksichtigt werden.
Die Dampfseparationsplatte 106 kann ein Material, z. B. ein Metall, einen Kunststoff, eine Keramik oder ein Kohlenstoffmaterial (z. B. in Form von Graphit), aufweisen (z. B. damit beschichtet sein) oder daraus gebildet, welches z. B. unter den Prozessbedingungen inert ist, d. h. anschaulich möglichst wenig mit dem Materialdampf reagiert, d. h. möglichst wenig chemische Verbindungen, z. B. Legierungen oder flüchtige Gase, bildet. Das Material der Dampfseparationsplatte 106 kann eine Schmelztemperatur größer als die Schmelztemperatur (oder Sublimationstemperatur) des Verdampfungsguts aufweisen.
Beispielsweise kann die Dampfseparationsplatte 106 ein Metall aufweisen oder daraus gebildet sein, z. B. ein metallisches Element, wie Eisen (Fe), Aluminium (Al), Titan (Ti), Magnesium (Mg), Platin (Pt), Gold (Au), Silber (Ag), Wolfram (W), oder Chrom (Cr). Alternativ oder zusätzlich kann das Metall eine Metallverbindung (z. B. eine intermetallische Verbindung oder eine Legierung, wie z. B. eine Aluminiumlegierung oder Eisenlegierung) aufweisen oder daraus gebildet sein, z. B. eine Verbindung aus zumindest zwei metallischen Elementen, wie z. B. Aluminiumbronze oder Messing, oder z. B. eine Verbindung aus zumindest einem metallischen Element und mindesten einem nichtmetallischen Element, wie z. B. Stahl, z. B. rostfreier Stahl. Beispielsweise kann die Dampfseparationsplatte ein eisenhaltiges Material (z. B. Stahl) aufweisen oder daraus gebildet sein, welches mit einem Kunststoff (z. B. PTFE), einer Keramik (z. B. ein Oxid), Gold, Silber oder Platin beschichtet ist.
In 1B sind zwei benachbarte Durchgangsöffnungen der Vielzahl von Durchgangsöffnungen 106o veranschaulicht. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Abstand 106a der benachbarten Durchgangsöffnungen zueinander kleiner sein, als deren Ausdehnung 106w. Damit kann erreicht werden, dass sich Materialdampf, welcher jeweils von den benachbarten Durchgangsöffnungen hindurchgelassen wird, einander (z. B. teilweise) überlagert 114u.
Beispielsweise kann sich erstes verdampftes Material 114a, welches durch eine erste Durchgangsöffnung der benachbarten Durchgangsöffnungen hindurchgelassen wird mit zweitem verdampften Material 114b, welches durch eine zweite Durchgangsöffnung der benachbarten Durchgangsöffnungen hindurchgelassen wird, überlagern 114u.
Die Durchgangsöffnungen 106o (Dampfdurchlasskanäle) der Dampfseparationsplatte 106 können eine Eintrittsöffnung 116e aufweisen, welche sich auf einer der Materialdampfquelle zugewandten Seite (erste Seite) der Dampfseparationsplatte 106 befindet. Durch die Eintrittsöffnung 116e kann Materialdampf in die Durchgangsöffnungen 106o hinein gelangen. Ferner können die Durchgangsöffnungen 106o (Dampfdurchlasskanäle) der Dampfseparationsplatte 106 eine Austrittsöffnung 116a aufweisen, welche sich auf einer der Materialdampfquelle abgewandten Seite (zweite Seite) der Dampfseparationsplatte 106 befindet. Durch die Austrittsöffnung 116a kann Materialdampf aus den Durchgangsöffnungen 106o heraus gelangen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann für jede Durchgangsöffnung der Vielzahl Durchgangsöffnungen 106o, oder zumindest ein Teil der Vielzahl Durchgangsöffnungen 106o (z. B. die mehreren Durchgangsöffnungen 106o), die Fläche (Querschnittsfläche) der Eintrittsöffnung 116e im Wesentlichen der Fläche der Austrittsöffnungen 116a entsprechen. Beispielsweise kann ein Verhältnis der Flächen zueinander in einem Bereich von ungefähr 80% bis ungefähr 100% liegen, z. B. in einem Bereich von ungefähr 90% bis ungefähr 100%.
Die Ausdehnung 106w der Durchgangsöffnungen 106o kann z. B. entlang einer Oberfläche der Dampfseparationsplatte 106 definiert sein, z. B. auf der ersten Seite der Dampfseparationsplatte 106 oder der zweiten Seite der Dampfseparationsplatte 106. Beispielsweise kann die Ausdehnung 106w der Durchgangsöffnungen 106o von der größten Ausdehnung der Eintrittsöffnung 116e (d. h. von deren Querschnittsfläche) oder der größten Ausdehnung Austrittsöffnungen 116a (d. h. von deren Querschnittsfläche) definiert sein. Sind die Eintrittsöffnung 116e und die Austrittsöffnungen 116a unterschiedlich geformt oder weisen unterschiedliche Querschnittsflächen auf, kann die Ausdehnung 106w der Austrittsöffnungen von dem gemittelten Wert aus der größten Ausdehnung der Austrittsöffnungen 116a und der größten Ausdehnung der Eintrittsöffnung 116e definiert sein.
2A veranschaulicht eine Dampfseparationsplatte 106 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Perspektivansicht.
Die Dampfseparationsplatte 106 kann eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen 106o, z. B. mehr als 10, z. B. mehr als 20, z. B. mehr als 30, z. B. mehr als 50, z. B. mehr als 100, z. B. mehr als 200, z. B. mehr als 300, z. B. mehr als 500, z. B. mehr als 1000, z. B. mehr als 2000, z. B. mehr als 3000, z. B. mehr als 10000 aufweisen. Die Menge der Durchgangsöffnungen 106o richtet sich beispielsweise nach der Größe der Dampfseparationsplatte 106, d. h. nach deren Querschnittsfläche. Die Querschnittsfläche der Dampfseparationsplatte 106 kann von der Ausdehnung der Dampfseparationsplatte 106 entlang der Dampfseparationsplatte-Ebene, z. B. die von der Richtung 103 und Richtung 101 aufgespannte Ebene definiert sein.
Anschaulich können die Durchgangsöffnungen 106o möglichst nahe zueinander angeordnet werden, um eine möglichst große Packungsdichte zu erreichen. Die Packungsdichte beschreibt das Verhältnis der summierten Querschnittsfläche aller Durchgangsöffnungen 106o der Dampfseparationsplatte 106 (d. h. aller Durchgangsöffnungen der Vielzahl von Durchgangsöffnungen 106o oder zumindest der mehreren Durchgangsöffnungen 106o) zu der Querschnittsfläche der Dampfseparationsplatte 106. Die Packungsdichte kann im Fall von Durchgangsöffnungen 106o mit einer kreisförmigen Querschnittsfläche (d. h. mit einem runden Querschnitt), wie in 2A dargestellt ist, größer sein als ungefähr 50%, z. B. größer als ungefähr 60%, z. B. größer als ungefähr 70%, z. B. größer als ungefähr 75%. Je dünner das Material ist, welches zwei benachbarte Durchgangsöffnungen 106o voneinander trennt, d. h. je kleiner der Abstand der zwei benachbarter Durchgangsöffnungen 106o zueinander ist, desto größer kann die Packungsdichte sein.
Werden andere Formen für die Durchgangsöffnungen 106o verwendet (vergleiche beispielsweise 4A bis 4D), können auch größere Packungsdichten erreicht werden, z. B. mehr als ungefähr 60%, z. B. mehr als ungefähr 70%, z. B. mehr als ungefähr 75%, z. B. mehr als ungefähr 80%, z. B. mehr als ungefähr 85%, z. B. mehr als ungefähr 90%, z. B. mehr als ungefähr 95%.
Die Durchgangsöffnungen 106o können regelmäßig angeordnet sein oder werden, z. B. in zumindest eine Richtung regelmäßig, z. B. in zwei Richtung regelmäßig (d. h. ein regelmäßiges zweidimensionales Muster bilden), z. B. in Form eines Gitters (d. h. anschaulich, dass sich die Durchgangsöffnungen 106o auf den Gitterpunkten befinden).
2B veranschaulicht einen Behälter 202 (auch als Tiegel bezeichnet) gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Perspektivansicht.
Der Behälter 202 kann Teil einer Beschichtungsanordnung sein, z. B. einer der hierin beschriebenen Beschichtungsanordnungen. Der Behälter 202 kann einen Hohlraum 202b (Materialaufnahmebereich) aufweisen zum Aufnehmen eines zu verdampfenden Materials in dem Hohlraum 202b, d. h. eines Materials aus welchem der Materialdampfstrom erzeugt wird.
Ferner kann der Hohlraum 202b geöffnet 202o sein, z. B. zu einer Oberseite des Behälters 202 hin. Mit anderen Worten kann der Behälter 202 eine Öffnung 202o aufweisen, welche den Hohlraum 202b freilegt. Wird ein in dem Hohlraum 202b aufgenommenes Material verdampft kann das verdampfte Material (d. h. der Materialdampfstrom) durch die Öffnung 202o hindurch austreten, d. h. den Behälter 202 verlassen. Mit anderen Worten kann die Öffnung 202o als Dampfaustrittsöffnung dienen, aus dem der Materialdampfstrom herausgebracht wird.
Der Behälter 202 kann ein Material, z. B. ein Metall, einen Kunststoff, eine Keramik oder ein Kohlenstoffmaterial (z. B. in Form von Graphit), aufweisen (z. B. damit beschichtet sein) oder daraus gebildet, welches z. B. unter den Prozessbedingungen inert ist, d. h. anschaulich möglichst wenig mit dem Materialdampf reagiert, d. h. möglichst wenig chemische Verbindungen, z. B. Legierungen oder flüchtige Gase, bildet. Das Material des Behälters 202 kann eine Schmelztemperatur größer als die Schmelztemperatur (oder Sublimationstemperatur) des Verdampfungsguts aufweisen. Beispielsweise können der Behälter 202 und die Dampfseparationsplatte 106 dasselbe Material aufweisen oder daraus gebildet sein.
Der Behälter 202 (kann auch als Verdampfer-Gefäß bezeichnet werden) kann gekühlt oder ungekühlt betrieben werden. Beispielsweise kann der Behälter 202 mittels einer Temperatursteuervorrichtung 502 (vergleiche 5A) gekühlt sein oder werden, z. B. mittels einer Temperatursteuervorrichtung 502, welche eine Wasserkühlung aufweist oder daraus gebildet ist. Beispielsweise kann der Behälter 202 in Form eines wassergekühlten Kupfer-Tiegels ausgebildet sein oder werden. Alternativ kann der Behälter 202 in Form eines ungekühlten (anschaulich heiß betriebenen) Tiegels ausgebildet sein oder werden, welcher z. B. Graphit aufweist oder daraus gebildet ist.
2C veranschaulicht eine Dampfseparationsstruktur 106s gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Draufsicht.
Die Dampfseparationsstruktur 106s kann Teil einer Beschichtungsanordnung sein, z. B. einer der hierin beschriebenen Beschichtungsanordnungen. Anschaulich kann die Dampfseparationsstruktur 106s die Geometrie und Anordnung von Durchgangsöffnungen 106o bezeichnen, welche z. B. in einer Dampfseparationsplatte gebildet sind und von zumindest einem von Folgendem definiert sein oder werden: Ausdehnung der Durchgangsöffnungen 106o, Querschnittsform der Durchgangsöffnungen 106o, Abstand benachbarter Durchgangsöffnungen 106o, Maschenweite, Länge der Durchgangsöffnungen 106o (welche z. B. von der Dicke 106d der Dampfseparationsplatte definiert sein kann, z. B. dieser entsprechen kann).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Abstand 106a von benachbarten Durchgangsöffnungen der Vielzahl von Durchgangsöffnungen 106o zueinander kleiner sein, als deren Ausdehnung 106w, z. B. in Richtung des Abstands. Damit kann erreicht werden, dass sich Materialdampf, welcher jeweils durch benachbarte Durchgangsöffnungen hindurch gelangt, überlagert (vergleiche 1B).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Vielzahl an Durchgangsöffnungen 106o, oder zumindest ein Teil der Vielzahl an Durchgangsöffnungen 106o, ein Feld (Array) an Durchgangsöffnung bilden, z. B. ein flächenfüllendes Array.
Beispielsweise können die Durchgangsöffnung 106o in mehreren Reihen 116, 126 hintereinander (z. B. in Richtung 103 betrachtet) angeordnet sein. Eine Reihe kann anschaulich verstanden werden, dass mehrere Durchgangsöffnungen 106o entlang einer Richtung (entlang der Längserstreckung der Reihe, z. B. Richtung 101) hintereinander angeordnet sind. Mit anderen Worten kann die Reihe eine (z. B. im Wesentlichen oder vollständig linienförmige) geometrische Anordnung von Durchgangsöffnungen 106o beschreiben.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Durchgangsöffnungen 106o einer ersten Reihe 116 und die Durchgangsöffnungen 106o einer zweiten Reihe 126 quer zu der Längserstreckung der ersten Reihe 116 (alternativ quer zu der Längserstreckung der ersten Reihe 116) versetzt 106v zueinander angeordnet sein. Mit anderen Worten können die quer zu der Längserstreckung hintereinander liegenden Durchgangsöffnung 106o um eine Strecke 106v versetzt zueinander angeordnet sein. Die Strecke 106v kann eine Länge aufweisen, welche größer ist als der Abstand benachbarter Durchgangsöffnungen 106o zueinander. Beispielsweise kann die Strecke 106v eine Länge aufweisen in einem Bereich von ungefähr 30% bis ungefähr 70% der Ausdehnung 106w der Durchgangsöffnungen 106o, z. B. kann die Strecke 106v ungefähr die Hälfte der Ausdehnung 106w der Durchgangsöffnung 106o betragen.
Damit kann erreicht werden, dass jedes Flächenelement des Substrats die beabsichtigte Beschichtung erhält. Mit anderen Worten kann die Struktur der Durchgangsöffnungen 106o (Dampfseparationsstruktur 106s), d. h. z. B. deren Ausrichtung zueinander oder die Ausrichtung der Wandelemente 206w (Trennwände), welche jeweils benachbarte Durchgangsöffnungen 106o voneinander trennen, z. B. in eine Richtung (z. B. Richtung 103) versetzt zueinander (z. B. nicht hintereinander) angeordnet sein.
Somit kann erreicht werden, dass die Dampfseparationsstruktur 106s relativ zu einem transportierten Substrat so ausgerichtet werden kann, dass die Wandelemente 206w (Tunnelwände oder Lamellen) des, z. B. wabenförmigen, Arrays an Durchgangsöffnungen 106o nicht mit der Bewegungsrichtung des transportierten Substrats zusammenfallen (d. h. diese können schräg zu der Transportrichtung ausgerichtet sein). Dies kann durch die Wandelemente 206w hervorgerufene Abschattungen verringern oder kompensieren, so dass durch die Abschattungen hervorgerufene Gräben in einer Beschichtung reduziert oder verhindert werden können. Dies kann Beschichtungstäler vermeiden, d. h. eine homogenere Beschichtung ermöglichen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein erster Bereich der Dampfseparationsplatte 106 eine erste Dampfseparationsstruktur aufweisen und ein zweiter Bereich der Dampfseparationsplatte 106 kann eine zweite Dampfseparationsstruktur aufweisen. Die erste Dampfseparationsstruktur kann sich von der zweiten Dampfseparationsstruktur in zumindest einem von Folgendem unterscheiden: Ausdehnung der Durchgangsöffnungen 106o, Querschnittsform der Durchgangsöffnungen 106o, Abstand 106a benachbarter Durchgangsöffnungen 106o, Maschenweite, Länge der Durchgangsöffnungen 106o. Dies kann es ermöglichen, eine Beschichtung zu erreichen, welche mehrere Bereiche aufweist, die sich voneinander unterscheiden (z. B. in deren Schichteigenschaften), z. B. in der Schichtdicke oder der Flankenbeschichtung. Damit kann z. B. eine größere Bandbreite von Substraten oder Oberflächenstrukturen bearbeitet, z. B. beschichtet, werden.
3A veranschaulicht eine Materialdampfquelle 102 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Querschnittsansicht oder einer schematischen Seitenansicht.
Die Materialdampfquelle 102 kann eine Verdampfungsvorrichtung 302 aufweisen, welche eingerichtet ist, den Behälter 202 oder ein in dem Behälter 202 aufgenommenes Material (z. B. das Verdampfungsgut), zu erwärmen 310. Mit anderen Worten kann die Verdampfungsvorrichtung 302 dem Behälter 202, bzw. dem Verdampfungsgut, thermische Energie zuführen.
Die Verdampfungsvorrichtung 302 kann eine Konduktion-Heizvorrichtung 302, eine Induktion-Heizvorrichtung 302 oder eine Strahlungs-Heizvorrichtung 302 aufweisen oder daraus gebildet sein. Mit anderen Worten kann der Behälter 202 und/oder das Verdampfungsgut konduktiv, induktiv und/oder mittels Wärmestrahlung geheizt werden.
Alternativ oder zusätzlich kann die Verdampfungsvorrichtung 302 eine Strahlenkanone aufweisen oder daraus gebildet sein, welche einen Teilchenstrahl erzeugt, z. B. einen Ionenstrahl oder einen Elektronenstrahl (vergleiche z. B. 6A), und/oder welche einen Lichtstrahl (Laserstrahl) erzeugt. Alternativ oder zusätzlich kann die Verdampfungsvorrichtung 302 eine Elektrode zum Bilden eines Entladungsstroms (anders ausgedrückt eines Lichtbogens oder einer Bogenentladung) aufweisen oder daraus gebildet sein.
Mit anderen Worten kann die Verdampfungsvorrichtung 302 z. B. eine Ionenstrahlquelle (auch als Ionenstrahlkanone bezeichnet), eine Laserstrahlquelle (z. B. einen Laser), einen Lichtbogenerzeuger (auch als Lichtbogengenerator bezeichnet, aufweisend zumindest eine Elektrode) und/oder eine Elektronenstrahlquelle (auch als Elektronenstrahlkanone bezeichnet) aufweisen oder daraus gebildet sein.
3B veranschaulicht eine Beschichtungsanordnung 300b gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Querschnittsansicht.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann in dem Behälter 202, bzw. in dessen Hohlraum 202b, ein zu verdampfendes Material 202m (Verdampfungsgut) aufgenommen sein. Das Verdampfungsgut 202m kann verdampft werden und das verdampfte Material den Materialdampfstrom bilden, welcher sich mit einer Bewegungsrichtung-Charakteristik 104c in Richtung (in Hauptbewegungsrichtung, z. B. aus Richtung 105) des Dampfausbreitungsbereichs 302b ausbreitet.
Der Dampfausbreitungsbereich 302b kann sich zwischen der Dampfseparationsplatte 106 und dem Behälter 202 erstrecken. Mit anderen Worten kann sich verdampftes Material, welches den Materialdampfstrom bildet, durch den Dampfausbreitungsbereich 302b hindurch bewegen und zu der Dampfseparationsplatte 106 gelangen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Beschichtungsanordnung 300b ein Gehäuse 304 aufweisen, welches den Dampfausbreitungsbereich 302b (Dampfausbreitungsraum) begrenzt. Mit anderen Worten kann das Gehäuse 304 den Dampfausbreitungsbereich 302b umgeben und gegenüber einem Äußeren separieren. Dies ermöglicht es den Dampfausbreitungsbereich 302b zu begrenzen, so dass ein Verunreinigen der Umgebung verringert wird. Beispielsweise kann ungenutzter Materialdampf aufgefangen werden. Das Auffangen von Materialdampf (verdampftes Verdampfungsgut) vereinfacht die Wartung der Beschichtungsanordnung 300b. Optional kann aufgefangener Materialdampf, d. h. flüssiger, dort kondensierten Streudampf, in den Tiegel regeführt werden (Materialrückführung). Optional kann erreicht werden, dass möglichst viel verdampftes Material die Dampfseparationsplatte 106 erreicht. Dies erhöht die Ausnutzung des Verdampfungsguts 202m.
Das Gehäuse 304 kann eine Dampfeintrittsöffnung 304e aufweisen, welche in Richtung der Dampfaustrittsöffriung 202o des Behälters 202 ausgerichtet ist. Mit anderen Worten kann der aus dem Behälter 202 austretende Materialdampf in das Gehäuse 304 gelangen. Der Zwischenraum zwischen dem Gehäuse 304 und dem Behälter 202, z. B. ein Spalt dazwischen, kann gemäß verschiedenen Ausführungsformen abgedichtet sein, so dass anschaulich möglichst wenig Materialdampf entweicht. Beispielsweise können der Behälter 202 und das Gehäuse 304 in körperlichem (d. h. in physischem) Kontakt zueinander angeordnet sein.
Ferner kann das Gehäuse 304 eine Dampfaustrittsöffnung 304a aufweisen, aus welcher der Materialdampfstrom 104 aus dem Gehäuse 304 austritt. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Dampfaustrittsöffnung 304a des Gehäuses 304 mittels der Dampfseparationsplatte 106 abgedeckt sein, z. B. teilweise oder vollständig. Beispielsweise können das Gehäuse 304 und die Dampfseparationsplatte 106 in körperlichem Kontakt zueinander angeordnet sein oder werden.
Der umwandete Dampfausbreitungsbereich 302b kann anschaulich vermeiden, dass Materialdampf in beträchtlicher Weise in Richtungen aus der Beschichtungsanordnung 300b austritt, die nicht zur Beschichtung eines Substrats beitragen. Mit anderen Worten können so genannte Streudampfverluste, z. B. durch Materialrückführung, vermindert werden. Dies erhöht die Ausnutzung des Verdampfungsguts 202m, z. B. indirekt.
4A, 4B, 4C und 4D veranschaulichen jeweils eine Dampfseparationsstruktur 406a, 406b, 406c und 406d gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Draufsicht, analog zu der in 2C veranschaulichten Dampfseparationsstruktur 106s.
Die in 4A bis 4D veranschaulichten Dampfseparationsstrukturen 406a bis 406d können analog zu der vorangehenden Beschreibung eingerichtet sein und z. B. zusätzlich oder alternativ verwendet werden, z. B. für eine der hierin beschriebenen Beschichtungsanordnungen, bzw. Dampfseparationsplatten 106.
Im Allgemeinen kann die Form des Querschnitts (Querschnittsform) der Durchgangsöffnungen 106o (Tunnelquerschnitt) oder die Anordnung der Durchgangsöffnungen 106o zueinander von der jeweiligen Anwendung abhängig gewählt werden. Beispielsweise ist ein eckiger Querschnitt (eckige Querschnittsform) möglich, z. B. ein dreieckiger Querschnitt, wie in 4A veranschaulicht ist, ein viereckiger Querschnitt, wie in 4B veranschaulicht ist, oder z. B. ein sechseckiger Querschnitt (mit anderen Worten wabenförmig), wie in 4C veranschaulicht ist. Alternativ oder zusätzlich können diese auch miteinander kombiniert werden, z. B. können einige Durchgangsöffnungen 106o einen dreieckigen Querschnitt aufweisen und andere Durchgangsöffnungen 106o einen sechseckigen Querschnitt aufweisen.
Weist die Form des Querschnitts der Durchgangsöffnungen 106o, einen Umkreis auf (z. B. im Fall eines Dreiecks, eines Quadrats, eines Rechtecks oder eines regelmäßigen Sechsecks), kann die Ausdehnung 106w der Durchgangsöffnungen 106o von dem Umkreis definiert sein, z. B. von dessen Durchmesser. Im Fall einer runden Form des Querschnitts, wie in 4D veranschaulicht ist, kann die Ausdehnung 106w der Durchgangsöffnungen 106o von dem Durchmesser des runden Querschnitts definiert sein.
Alternativ, z. B. bei einer unregelmäßigen Form des Querschnitts, kann die Ausdehnung 106w der Durchgangsöffnungen 106o in die Richtung gemessen werden, in welche die Durchgangsöffnungen 106o die größte Ausdehnung aufweisen (z. B. auf der ersten Seite der Dampfseparationsplatte 106 oder der zweiten Seite der Dampfseparationsplatte 106). Beispielsweise kann die Ausdehnung der Durchgangsöffnungen 106o quer zu der Dickenrichtung der Dampfseparationsplatte 106 definiert sein.
Die Durchgangsöffnungen 106o der Dampfseparationsstrukturen 406a bis 406d können beispielsweise in einen plattenförmigen Träger gebildet sein oder werden, z. B. mittels eines Fräsprozesses oder mittels eines Bohrprozesses. Die Durchgangsöffnung 106o (Tunnel oder Kanäle) können die Dampfseparationsplatte, bzw. den plattenförmigen Träger, beispielsweise senkrecht zu deren Oberfläche durchdringen (d. h. es kann sich um eine senkrecht durchbrochene Platte 106 handeln).
Alternativ oder zusätzlich können längliche, z. B. streifenförmige, Trägerelemente zu einem Gewebe oder Gitter zusammengefügt sein oder werden, welche die Durchgangsöffnungen 106o umgeben, bzw. begrenzen. Die streifenförmigen Trägerelemente können zusammengefügt einen plattenförmigen Träger, d. h. eine Dampfseparationsplatte 106, bilden.
5A veranschaulicht eine Beschichtungsanordnung 500a gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Querschnittsansicht oder einer schematischen Seitenansicht.
Die Beschichtungsanordnung 500a kann eine Temperatursteuervorrichtung 502 aufweisen, welche eingerichtet ist, zumindest einen Teil der Beschichtungsanordnung 500a zu kühlen und/oder zu erwärmen, d. h. anders ausgedrückt dessen Temperatur zu steuern und/oder zu regeln.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Temperatursteuervorrichtung 502 eingerichtet sein, den Behälter 202, z. B. das Behältergehäuse (Verdampfergefäß), welches den Hohlraum 202b umgibt, zu erwärmen und/oder zu kühlen. Beispielsweise kann das Verdampfergefäß gekühlt oder ungekühlt betrieben werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Temperatursteuervorrichtung 502 eingerichtet sein das Gehäuse 304, z. B. dessen Gehäusewände, welche den Dampfausbreitungsbereich 302b umgeben, zu erwärmen oder zu kühlen.
Alternativ oder zusätzlich kann die Temperatursteuervorrichtung 502 eingerichtet sein die Dampfseparationsplatte 106, z. B. deren Wandelemente 206w, zu erwärmen oder zu kühlen. Die Wandelemente 206w, z. B. in Form von Waben, können somit heizbar oder kühlbar gestaltet sein oder werden.
Beispielsweise können die Gehäusewände und/oder die Dampfseparationsplatte 106 beheizt werden, damit der Dampf nicht kondensiert und/oder damit abgeschiedener Dampf flüssig wieder in das Verdampfergefäß oder in eine Auffängereinrichtung läuft. In die Auffängereinrichtung hinein laufendes Material kann nachfolgend dem Verdampfergefäß, bzw. dem Verdampfungsgut, wieder zugeführt werden. Damit kann ein Teil des Materials wiederverwendet, d. h. recycelt, werden. Dies erhöht die Ausnutzung des Verdampfungsguts 202m, z. B. indirekt.
Alternativ können die Gehäusewände und/oder die Dampfseparationsplatte aber auch gekühlt werden, wenn es sinnvoll und vorteilhaft ist, Prozesswärme abzuführen. Dies kann zum Beispiel der Fall sein, wenn Verdampfungsgut eine niedrige Verdampfungstemperatur hat, wie zum Beispiel, wenn das Verdampfungsgut Indium, Zinn, Blei, Gallium und/oder eine Mischung davon aufweist oder daraus gebildet ist. Dadurch kann verhindert werden, dass aufgefangenes und kondensiertes Verdampfungsgut leicht wieder re-verdampft. Alternativ oder zusätzlich kann das Kühlen der Wandelemente 206w ermöglichen, Kondensationswärme abzuführen. Dadurch kann der Prozess langzeitstabil sein.
Beispielsweise kann die Temperatursteuervorrichtung 502 eine oder mehrere Wandungen (z. B. gekühlte oder beheizte Wandungen) aufweisen, welchen thermische Energie zugeführt wird oder thermische Energie von diesen abgeführt wird, beispielsweise mittels eines flüssigen oder gasförmigen Speichermediums (z. B. eine Kühl-/Heizflüssigkeit), welche die Wandungen durchströmt.
Beispielsweise kann das gesamte System (d. h. zumindest der Behälter 202 und das Gehäuse 304) mittels einer gekühlten Wandung umgeben werden, z. B. gekapselt werden, um die thermische Belastung des Substrats anschaulich möglichst gering zu halten. Beispielsweise kann in diesem Fall die Dampfseparationsplatte 106 (z. B. oben) frei von gekühlten Wandungen bleiben, z. B. ausschließlich die Dampfseparationsplatte 106.
Alternativ oder zusätzlich kann die Dampfseparationsplatte 106, z. B. deren Trennwände 206w von einem Speichermedium durchströmt sein oder werden. Beispielsweise kann mittels gekühlter Wandelemente 206w verhindert werden, dass dem Substrat 702 thermische Energie mittels Wärmestrahlung zugeführt wird, welche von den Trennwänden 206w emittiert wird, d. h. die thermische Belastung des Substrats kann anschaulich möglichst gering gehalten werden. Mit anderen Worten kann von der Dampfseparationsplatte 106 emittierte Wärmestrahlung reduziert werden.
Zusätzlich kann die Temperatursteuervorrichtung 502 eine Kühlvorrichtung (z. B. eine Kältemaschine) und/oder eine Heizvorrichtung aufweisen zum Erwärmen oder zum Kühlen des Speichermediums oder der Wandungen. Zusätzlich kann die Temperatursteuervorrichtung 502 eine Steuerung aufweisen, welche die Kühlvorrichtung und/oder die Heizvorrichtung steuert.
Die Wandelemente 206w können in den Bereichen der Durchgangsöffnungen 106o, mit anderen Worten in den Tunnelbereichen, Strukturen aufweisen, die Reflexionen in Richtung Substrat entgegenwirken. Optional können Strukturen der Dampfseparationsplatte so ausgeführt werden, dass an den Tunnelwänden abgeschiedenes und zurückfließendes Material gesammelt und so rückgeführt wird, dass ein spontanes Abtropfen im Wesentlichen vermieden werden kann (z. B. mittels eines Auffängereinrichtung).
5B veranschaulicht eine Beschichtungsanordnung 500b gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Querschnittsansicht oder eine schematischen Seitenansicht.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Beschichtungsanordnung 500b optional eine beweglich gelagerte Blende 512 aufweisen. Die Blende 512 kann z. B. mittels eines Lagers, z. B. eines Gleitlagers oder eines Wälzlagers, z. B. verschiebbar und/oder drehbar gelagert sein (zum Öffnen und Schließen der Blende 512). Beispielsweise kann die Blende 512 in Form einer Klappe ausgebildet sein, welche z. B. um eine Richtung 103 (senkrecht zur Richtung 101 und zur Richtung 105) oder z. B. um die Richtung 105 drehbar gelagert ist. Alternativ kann die Blende 512 in Form eines Verschlusses ausgebildet sein, welcher entlang der Richtung 101 und/oder einer Richtung 103 verschiebbar eingerichtet ist, z. B. innerhalb einer Ebene, welche quer zur Richtung 105 verläuft.
Die Blende 512 kann somit in den Dampfausbreitungsbereich 302b hineingebracht werden (geschlossen werden), z. B. derart, dass diese in einem Geschlossen-Zustand zwischen der Materialdampfquelle 102 und dem Beschichtungsbereich 113, z. B. zwischen der Materialdampfquelle 102 und der Dampfseparationsplatte 106, positioniert ist oder wird. Damit kann erreicht werden, dass die Blende 512 in einem Geschlossen-Zustand der Blende 512 eine Ausbreitung von Materialdampf in den Beschichtungsbereich 113 verhindert. Mit anderen Worten kann eine Dampfausbreitung in den Beschichtungsbereich 113 mittels der Blende 512 unterbrochen sein oder werden.
Die Blende 512 kann ebenso aus den Dampfausbreitungsbereich 302b herausgebracht werden (geöffnet werden), z. B. so, dass diese in einem Offen-Zustand außerhalb des Bereichs zwischen der Materialdampfquelle 102 und dem Beschichtungsbereich 113, z. B. außerhalb des Bereichs zwischen der Materialdampfquelle 102 und der Dampfseparationsplatte 106, positioniert ist oder wird. In dem Offen-Zustand kann sich Materialdampf in den Beschichtungsbereich 113 ausbreiten, bzw. kann Materialdampf in den Beschichtungsbereich 113 strömen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Beschichtungsanordnung 500b optional eine Blende-Antriebsvorrichtung 514 aufweisen zum Bewegen der Blende 512. Die Blende-Antriebsvorrichtung 514 kann mit der Blende 512 gekuppelt sein, so dass diese die Blende 512 bewegen kann, z. B. verschieben, drehen oder schwenken kann. Die Antriebsvorrichtung 514 kann beispielsweise mit einer Steuervorrichtung (nicht dargestellt) gekoppelt sein oder werden, welche das Öffnen und Schließen der Blende 512 steuert oder regelt.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Beschichtungsanordnung 500b optional eine Antriebsvorrichtung 516 zum Bewegen der Dampfseparationsplatte 106 aufweisen, d. h. eine Dampfseparationsplatte-Antriebsvorrichtung 516. In diesem Fall kann die Dampfseparationsplatte 106 beweglich gelagert sein oder werden.
Die Dampfseparationsplatte 106 kann z. B. mittels eines Lagers, z. B. eines Gleitlagers oder eines Wälzlagers, z. B. verschiebbar und/oder drehbar gelagert sein. Beispielsweise kann die Dampfseparationsplatte 106 um eine Richtung 103 (senkrecht zur Richtung 101 und zur Richtung 105) oder um die Richtung 105 drehbar gelagert sein oder werden. Alternativ kann die Dampfseparationsplatte 106 entlang der Richtung 101 und/oder einer Richtung 103 verschiebbar eingerichtet sein, z. B. innerhalb einer Ebene, welche quer zur Richtung 105 verläuft.
Die Dampfseparationsplatte 106 kann relativ zu der Materialdampfquelle 102 und/oder dem Beschichtungsbereich 113 bewegt werden. Damit kann eine homogenere Beschichtung erreicht werden.
Alternativ kann die Dampfseparationsplatte 106 größer sein, als die Materialdampfquelle 102, d. h. dass die Fläche der Dampfseparationsstruktur 106s größer sein kann als die Dampfaustrittsfläche des Behälters 202, bzw. des Gehäuses 304. In dem Fall kann ebenso eine Bewegung der Dampfseparationsplatte 106 relativ zu der Materialdampfquelle 102 erfolgen. Dies ermöglicht es, die parasitäre Beschichtung pro Fläche der Dampfseparationsstruktur 106s zu verringern, so dass die Standzeit (unterbrechungsfreie oder wartungsfreie Betriebszeit) erhöht werden kann.
6A veranschaulicht eine Beschichtungsanordnung 600a gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Perspektivansicht.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird der obere Bereich der Beschichtungsanordnung 600a (Verdampfereinrichtung) von der Dampfseparationsplatte 106 gebildet, welche den Dampfausbreitungsbereich 302b im Wesentlichen abdeckt, z. B. abschließt. Die Dampfaustrittsöffnung des Behälters 202 kann z. B. eine Querschnittsfläche aufweisen, welche im Wesentlichen gleich oder größer ist als eine dazu parallele Querschnittsfläche der Dampfseparationsplatte 106 quer zu deren Dicke 106d.
Wie in 6A veranschaulicht ist, kann die Dampfseparationsplatte 106 eine Dampfseparationsstruktur 106s aufweisen wie hierin beschrieben ist, z. B. eine wabenartige Tunnelstruktur, z. B. analog zu der wie in 4C veranschaulichten Dampfseparationsstruktur.
Ferner kann die Materialdampfquelle 102 eine Verdampfungsvorrichtung in Form einer Elektronenstrahlquelle 604 aufweisen. Die Elektronenstrahlquelle 604 kann dem Behälter 202, bzw. dem Verdampfungsgut, thermische Energie zuführen.
Die Erhitzung des Verdampfungsguts kann beispielsweise mittels eines Elektronenstrahls (das so genannte Elektronenstrahlerhitzen) in direkter oder indirekter Weise erfolgen. Beim Elektronenstrahlerhitzen kann die Erzeugung der Dampfquellverteilung, d. h. der räumlichen Verteilung, mit der Materialdampf erzeugt wird, mit einer einzelnen Elektronenstrahlkanone 604 im Springstrahlverfahren oder alternativ mit mehreren Elektronenkanonen 604 erfolgen.
Dazu kann der Behälter 202 und/oder das Gehäuse 304, wie in 6A beispielhaft veranschaulicht ist, ein Öffnung 304o aufweisen, durch welche hindurch der Elektronenstrahl (oder ein anderer Strahl, z. B. ein Ionenstrahl oder ein Laserstrahl) in den Behälter 202, bzw. auf das Verdampfungsgut 202m, gelangen kann. Die Öffnung 304o kann anschaulich derart groß sein, dass ausreichend Raum bleibt, um den Elektronenstrahl in den Behälter 202, bzw. auf das Verdampfungsgut 202m, zu lenken.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Beschichtungsanordnung 600a eine Transportvorrichtung 602 aufweisen. Die Transportvorrichtung 602 kann ein Transportmittel aufweisen, z. B. in Form einer Transportplatte (d. h. ein ausgedehnter Träger, wird auch als Carrier bezeichnet) oder in Form von Transportrollen. Auf dem oder mittels des Transportmittels) kann ein Substrat transportiert werden. Ferner kann die Transportvorrichtung 602 einen dazu passenden Transportantrieb aufweisen, welcher das Transportmittel antreibt.
Ein Carrier kann einen Transportrahmen aufweisen oder daraus gebildet sein, in welchen ein Substrat oder mehrere Substrate derart eingelegt werden können, dass deren Unterseite im Wesentlichen frei über einer Materialdampfquelle 102 (Dampfquelle) transportiert und/oder beschichtet werden kann.
6B veranschaulicht ein schematisches Diagramm 600v eines Verfahrens gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
Das Verfahren kann ein Erzeugen eines Stroms an Materialdampf 104 aufweisen, z. B. mittels einer der hierin beschriebenen Materialdampfquellen 102. Der Strom an Materialdampf 104 kann eine Bewegungsrichtung-Charakteristik 104c, d. h. z. B. eine Richtungsverteilung, in welche sich Dampfbestandteile des Stroms an Materialdampf 104 bewegen, aufweisen. Der Strom an Materialdampf 104 kann sich in Richtung eines Beschichtungsbereichs 113 und/oder einer, z. B. in dem Beschichtungsbereich 113 angeordneten, Transportvorrichtung 602 bewegen. Mit anderen Worten kann die Materialdampfquelle 102 derart eingerichtet sein, dass der Strom an Materialdampf 104 eine Bewegung-Hauptrichtung (z. B. die gemittelte Bewegungsrichtung-Charakteristik 104c) aufweist, mit der Materialdampf in Richtung des Beschichtungsbereichs 113, bzw. in Richtung einer Transportvorrichtung 602, strömt.
Ein Teil der Dampfbestandteile, d. h. ein erster Materialdampf-Teilstrom, kann beispielsweise eine erste Bewegungsrichtung-Charakteristik aufweisen, welche innerhalb einer vorgegebene Richtungsverteilung liegt (z. B. einer Richtungsverteilung mit einem vorgegebenen Öffnungswinkel) und ein anderen Teil der Dampfbestandteile, d. h. ein zweiter Materialdampf-Teilstrom, kann eine zweite Bewegungsrichtung-Charakteristik aufweisen, welche außerhalb einer vorgegebenen Richtungsverteilung liegt. Der erste Materialdampf-Teilstrom und der zweite Materialdampf-Teilstrom können einander (vollständig oder teilweise) überlagern und überlagert den Strom an Materialdampf 104 teilweise oder vollständig bilden.
Das Verfahren kann ferner aufweisen, den zweiten Materialdampf-Teilstrom von dem Strom an Materialdampf 104 abzutrennen 606, d. h. zu separieren, z. B. mittels einer der hierin beschriebenen Dampfseparationsplatten 106. Somit kann anschaulich von dem Strom an Materialdampf 104 hauptsächlich oder ausschließlich der erste Materialdampf-Teilstrom 114 den Beschichtungsbereich 113 und/oder die Transportvorrichtung 602 erreichen, oder z. B. ein mittels der Transportvorrichtung 602 transportiertes Substrat (nicht dargestellt).
Damit kann erreicht werden, dass die Bewegungsrichtung-Charakteristik 114c des Teils 114 des Materialdampfes (welcher den Beschichtungsbereich 113 und/oder die Transportvorrichtung 602 erreicht, d. h. welcher von der Dampfseparationsplatte 106 hindurchgelassen wird, mit anderen Worten die Dampfseparationsplatte 106 passiert), eine erste Bewegungsrichtung-Charakteristik 114c aufweist, welche innerhalb der vorgegebenen Richtungsverteilung liegt. Beispielsweise kann die erste Bewegungsrichtung-Charakteristik 114c eine Abweichung von der Bewegung-Hauptrichtung aufweisen, welche kleiner ist als eine vorgegebene Abweichung.
Der zweite Materialdampf-Teilstrom 614, d. h. der Streudampf, kann optional an der Dampfseparationsplatte 106 kondensieren, z. B. an deren Wandelementen 206w, d. h. in einen flüssigen Zustand überführt werden. Die flüssigen Bestandteile des zweiten Materialdampf-Teilstroms 614 können z. B. der Materialdampfquelle 102 zugeführt werden.
Beispielsweise kann ein Substrat 702 durch den Beschichtungsbereich 113 hindurch transportiert werden, während sich Materialdampf in den Beschichtungsbereich 113 ausbreitet. Somit kann ein durchgehendes (dynamisches) Beschichten erfolgen. Mit anderen Worten kann das Substrat 702, während es beschichtet wird, durch den Beschichtungsbereich 113 bewegt werden.
Alternativ oder zusätzlich kann das Substrat für einen Zeitraum während des Beschichtens ortsfest verbleiben. Beispielsweise kann die Materialdampfausbreitung in den Beschichtungsbereich 113 unterbrochen sein oder werden während das Substrat bewegt wird. Somit kann ein abschnittsweises Beschichten erfolgen.
7 veranschaulicht eine Prozessieranordnung 700 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Perspektivansicht.
Die Beschichtungsanordnung 700 kann eine Prozesskammer 704 aufweisen zum Prozessieren eines Werkstücks 702. Ferner kann die Prozessieranordnung 700 mindestens eine an und/oder in der Prozesskammer 704 befestigte Beschichtungsanordnung gemäß verschiedenen Ausführungsformen aufweisen (z. B. wie vorangehend beschreiben wurde, z. B. die Beschichtungsanordnung 100, 300b, 600a).
Es versteht sich, dass die Prozesskammer 704 (z. B. eine Vakuumkammer) jede beliebige Prozesskammer 704 sein kann, welche den Betrieb der Prozessieranordnung 700 gewährleisten kann.
Dazu kann die Prozesskammer 704 derart eingerichtet sein, dass die Umgebungsbedingungen (die Prozessbedingungen) innerhalb der Prozessierkammer (z. B. Druck, Temperatur, Gaszusammensetzung, usw.) eingestellt oder geregelt werden können während des Prozessierens eines Werkstücks 702 in der Prozesskammer 704. Die Prozesskammer 704 kann beispielsweise ein Kammergehäuse aufweisen, welches luftdicht, staubdicht oder vakuumdicht eingerichtet sein oder werden kann, so dass innerhalb der Prozesskammer 704 eine Prozessatmosphäre mit einer vordefinierten Zusammensetzung oder einem vordefinierten Druck (z. B. gemäß einem Sollwert) eingestellt oder geregelt werden kann. Beispielsweise kann die Prozessatmosphäre in der Prozesskammer 704 ein Gas oder mehrere verschiedene Gase mit einem jeweiligen Partialdruck aufweisen. Ferner kann der Druck der Prozessatmosphäre innerhalb der Prozesskammer 704 kleiner sein als ein vordefinierter Grenzwert für den Druck.
Die Prozesskammer 704 (welche z. B. als Vakuumkammer betrieben werden kann) kann z. B. derart eingerichtet sein oder werden, dass ein Vakuum, d. h. ein Druck in einem Bereich von ungefähr 10 mbar bis ungefähr 1 mbar (mit anderen Worten Grobvakuum) innerhalb der Prozesskammer 704 erzeugt werden kann, oder ein Druck in einem Bereich von ungefähr 1 mbar bis ungefähr 10^–3 mbar (mit anderen Worten Feinvakuum), oder ein Druck in einem Bereich von ungefähr 10^–3 mbar bis ungefähr 10^–7 mbar (mit anderen Worten Hochvakuum) oder ein Druck von kleiner als Hochvakuum, z. B. kleiner als ungefähr 10^–7 mbar bereitgestellt sein oder werden kann.
Dazu kann eine Vakuumpumpenanordnung (nicht dargestellt) an die Prozesskammer 704 gekoppelt sein oder werden, wobei die Vakuumpumpenanordnung beispielsweise mindestens eine Vorvakuumpumpe und mindestens eine Hochvakuumpumpe aufweist.
Ferner kann die Prozessieranordnung 700 eine in der Prozesskammer 704 angeordnete Transportvorrichtung 602 aufweisen zum Transportieren des Werkstücks 702 (oder mehrerer Werkstücke 702) entlang einer Transportrichtung in dem Beschichtungsbereich 113 und/oder durch den Beschichtungsbereich 113 hindurch, z. B. durch die Vakuumprozesskammer 704 hindurch. Beispielsweise kann die Transportvorrichtung 602 derart eingerichtet sein, dass mittels der Transportvorrichtung 602 das Werkstück 702 in eine Richtung 103 (senkrecht zu einer von der Richtung 101 und der Richtung 105 aufgespannten Ebene) transportiert werden kann (Translationsbewegung) oder um eine Achse (z. B. um Richtung 105) rotiert werden kann (Rotationsbewegung). Beispielsweise weist die Transportvorrichtung 602 eine Vielzahl von Rollen oder Walzen auf.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Dampfseparationsplatte 106 derart relativ zu der Transportvorrichtung 602 ausgerichtet sein oder werden, dass in Transportvorrichtung (hintereinander liegende) benachbarte Durchgangsöffnungen 106o der mehreren Öffnungen (entlang einer Richtung) quer zur Transportrichtung versetzt zueinander angeordnet sind. Mit anderen Worten können zumindest ein Teil der Wandelemente 206w schräg zu der Transportrichtung verlaufen, z. B. ein Wandelement 206w, welches die benachbarte Durchgangsöffnungen 106o voneinander trennt.
Das Werkstück 702, bzw. das Substrat 702, kann z. B. plattenförmig oder bandförmig ausgebildet sein, z. B. in Form einer Gasplatte, einer Metallplatte oder eines Metallbandes oder einer Metallfolie (oder aus einem anderen Material, z. B. Kunststoff).
Das Werkstück 702 kann eine vorstrukturierte Oberfläche aufweisen, z. B. eine vorstrukturierte Lackschicht (z. B. eine Fotolackschicht, so genannter Resist) oder eine andere vorstrukturierte Schicht. Die vorstrukturierte Oberfläche kann beispielsweise Gräben und Plateaus aufweisen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Beschichten der Flanken der Gräben (anschaulich deren Seitenwände) der vorstrukturierten Oberfläche im Wesentlichen vermieden werden. Somit wird ermöglicht, dass nach dem Beschichten ein nasschemischer Prozess erfolgen kann, welcher die vorstrukturierte Schicht löst oder entfernt, z. B. teilweise oder vollständig. Je weniger die Flanken der vorstrukturierten Oberfläche beschichtet worden sind, umso besser kann der nasschemische Prozess anschaulich angreifen, bzw. wirken, z. B. schneller oder vollständiger.
Die Dampfseparationsplatte 106 kann optional relativ zum Substrat 702 bewegbar eingerichtet sein. Beispielsweise kann die Dampfseparationsplatte 106 horizontal, d. h. quer zu einer Richtung, entlang welcher sich Materialdampf in den Beschichtungsbereich 113 ausbreitet (z. B. parallel zu einer Substrattransportebene), bewegt werden.
Die Materialdampfquelle 102 kann optional geometrisch hinsichtlich der Form der Dampfseparationsstruktur 106 und der damit erzeugten Materialdampfquellverteilung an eine Translationsbewegung des Substrats 702 oder an eine Rotationsbewegung des Substrats 702 angepasst sein oder werden.
Die Materialdampfquelle 102 kann optional mit einer Blende (nicht dargestellt) kombiniert sein oder werden, die im Bedarfsfall eine Dampfausbreitung zum Substrat 702 startet und beendet (d. h. unterbricht oder beginnt/fortsetzt).
8A veranschaulicht eine Bewegungsrichtung-Charakteristik oder eine Richtungsverteilung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Perspektivansicht 800.
Die in 8A veranschaulichte Bewegungsrichtung-Charakteristik kann z. B. die Bewegungsrichtung-Charakteristik des Materialdampfstroms oder die Bewegungsrichtung-Charakteristik des ersten Materialdampfteilstroms beschreiben.
Eine Richtungsverteilung, bzw. eine Bewegungsrichtung-Charakteristik, kann durch eine Hauptrichtung 802 (Bewegung-Hauptrichtung) und einen Öffnungswinkel 802w (wird auch als Divergenz der Bewegungsrichtungen einer Bewegungsrichtung-Charakteristik bezeichnet) definiert sein. Der Öffnungswinkel 802w (vergleiche z. B. Öffnungswinkel 114w) kann gemäß verschiedenen Ausführungsformen einen Raumwinkel (einen dreidimensionalen Öffnungswinkel) definieren, wobei der Raumwinkel einen Anteil im Raum (Raumanteil) aufspannt, welcher von einer Mantelfläche 802m umgeben wird, z. B. einen kegelförmigen Raumanteil 802k, wie in 8A veranschaulicht ist. Die Mantelfläche 802m kann alternativ auch die Mantelfläche eines pyramidenförmigen Raumanteils 802k, eines tetraederförmigen Raumanteils 802k oder eines ellipsenkegelförmigen Raumanteils 802k sein (oder eines anders geformten Raumanteils 802k), abhängig von der Querschnittsfläche der Durchgangsöffnungen 106o.
Analog zu der Form der Querschnittsfläche der Durchgangsöffnungen 106o, bzw. Durchlasskanäle, kann der Raumanteil 802k (bzw. der Raumwinkel) eine dazu passend geformte Querschnittsfläche aufweisen, z. B. mit derselben Symmetrie wie die Querschnittsfläche (Querschnittsform) der Durchgangsöffnungen 106o.
Die Richtungsverteilung, bzw. die Bewegungsrichtung-Charakteristik (anschaulich die Dampfausbreitungscharakteristik, bzw. Dampfausbreitungsrichtung), kann Richtungen bzw. Bewegungsrichtungen aufweisen, deren Winkelabweichung bezüglich der Hauptrichtung 802 kleiner ist als der halbe Öffnungswinkel 802w. Mit anderen Worten lassen sich die Richtungen bzw. Bewegungsrichtungen der Richtungsverteilung, bzw. die Bewegungsrichtung-Charakteristik, durch Vektoren (Richtungsvektoren) beschreiben, deren Startpunkt auf dem Scheitelpunkt der Mantelfläche 802m, z. B. dem Scheitelpunkt des Kegels 802k, liegt, und welche innerhalb der Mantelfläche 802m liegen.
Anders ausgedrückt kann eine Bewegungsrichtung-Charakteristik die Richtungen (Vektoren) aufweisen (kann auch als Vektorschar verstanden werden, welche einen gemeinsamen Ursprungspunkt aufweisen), welche maximal um den halben Öffnungswinkel von der Hauptrichtung 802 (Hauptvektor) abweichen.
Die Hauptrichtung 802 der Bewegungsrichtung-Charakteristik des ersten Materialdampf-Teilstroms kann z. B. von einer Durchlassrichtung der Dampfseparationsplatte 106 definiert sein oder werden. Beispielsweise kann die Dampfseparationsplatte 106 derart ausgerichtet sein, dass die Durchlassrichtung der Dampfseparationsplatte 106 entlang der Substratnormalen oder entlang der Bewegung-Hauptrichtung (Hauptausbreitungsrichtung) des Materialdampfstroms 114 ausgerichtet ist. Alternativ oder zusätzlich kann die Materialdampfquelle derart ausgerichtet sein, dass die Bewegung-Hauptrichtung des Materialdampfstroms 114 entlang der Substratnormalen ausgerichtet ist. Die Richtung der Substratnormalen kann von einer der Materialdampfquelle 102 zugewandten Seite, z. B. der Oberfläche auf dieser Seite des Substrats 702 definiert sein oder werden, z. B. von der Seite, auf der die strukturierte Oberfläche angeordnet ist. Ist das Substrat 702 plattenförmig, kann die Substratnormale von einer Transportebene definiert sein oder werden (z. B. senkrecht dazu verlaufen), entlang der das Substrat 702 transportiert wird, wobei die Transportebene von einer Transportvorrichtung 602 definiert wird.
Im Gegensatz zu dem ersten Materialdampf-Teilstrom weist der zweite Materialdampf-Teilstrom eine Bewegungsrichtung-Charakteristik auf, deren Bewegungsrichtungen eine Abweichung (Winkelabweichung) von der Hauptrichtung 802 größer als der halbe Öffnungswinkel 802w aufweist. Anschaulich können dessen Bewegungsrichtungen außerhalb der Mantelfläche 802m liegen, z. B. außerhalb der von der Mantelfläche 802m aufgespannten Richtungsverteilung.
8B veranschaulicht ein Verfahren 800b gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem schematischen Ablaufdiagram. Das Verfahren 800b kann in 812 aufweisen, Materialdampf mittels einer Materialdampfquelle zu erzeugen, z. B. mittels einer der hierin beschriebenen Materialdampfquellen.
Ferner kann das Verfahren 800b in 814 aufweisen, ein Werkstück 702 durch den Beschichtungsbereich hindurch zu transportieren, während sich der Strom an Materialdampf in den Beschichtungsbereich ausbreitet und/oder während der Strom an Materialdampf in den Beschichtungsbereich unterbrochen ist (z. B. mittels einer Blende).
Optional kann das Werkstück 702 eine vorstrukturierte Oberfläche aufweisen, z. B. auf der der Materialdampf angelagert (anschaulich abgeschieden) wird zum Bilden einer Schicht (Beschichtung) aus dem angelagerten (anschaulich abgeschiedenen) Materialdampf auf der vorstrukturierten Oberfläche.
9 veranschaulicht ein Verfahren 900 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem schematischen Ablaufdiagram.
Das Verfahren 900 kann in 912 aufweisen, einen Strom an Materialdampf zu erzeugen, welcher einen ersten Materialdampf-Teilstrom und einen zweiten Materialdampf-Teilstrom aufweist, die einander überlagern (anschaulich durchdringen). Der erste Materialdampf-Teilstrom kann eine erste Bewegungsrichtung-Charakteristik aufweisen, welche innerhalb einer vorgegebenen Richtungsverteilung liegt, und der zweite Materialdampf-Teilstrom kann eine zweite Bewegungsrichtung-Charakteristik aufweisen, welche außerhalb einer vorgegebenen Richtungsverteilung liegt.
Beispielsweise kann der Strom an Materialdampf mittels einer der hierin beschriebenen Materialdampfquellen erzeugt werden.
Ferner kann das Verfahren 900 in 914 aufweisen den zweiten Materialdampf-Teilstrom von dem Strom an Materialdampf mittels einer Dampfseparationsplatte abzutrennen, z. B. mittels einer der hierin beschriebenen Dampfseparationsplatten.
Optional kann das Verfahren aufweisen aus dem Materialdampf des ersten Materialdampf-Teilstroms eine (z. B. geschlossene) Schicht auf dem Substrat 702 zu bilden (Materialdampf des ersten Materialdampf-Teilstroms auf dem Substrat anzulagern, anschaulich darauf abzuscheiden, zum Bilden einer Schicht). Mit anderen Worten kann das Substrat dann mit Materialdampf des ersten Materialdampf-Teilstroms beschichtet werden.
Optional kann das Substrat 702 eine strukturierte Oberfläche aufweisen, auf der die Schicht gebildet wird.

Claims

Beschichtungsanordnung (100, 300b, 600a) zum Beschichten eines Werkstücks in einem Beschichtungsbereich (113), die Beschichtungsanordnung aufweisend: – eine Materialdampfquelle (102) zum Erzeugen eines Stroms an Materialdampf in Richtung des Beschichtungsbereichs (113); – eine Dampfseparationsplatte (106), welche zwischen der Materialdampfquelle (102) und dem Beschichtungsbereich (113) angeordnet ist; – wobei die Dampfseparationsplatte (106) entlang einer Durchlassrichtung von einer Vielzahl Öffnungen durchdrungen ist, von denen zumindest mehrere Öffnungen (106o) eine Ausdehnung aufweisen, die kleiner als eine Dicke der Dampfseparationsplatte (106) entlang der Durchlassrichtung ist, so dass die mehreren Öffnungen (106o) länglich geformt sind zum Abtrennen von Streudampf aus dem Strom an Materialdampf.
Beschichtungsanordnung (100, 300b, 600a) gemäß Anspruch 1, wobei die mehreren Öffnungen (106o) in einem zweidimensionalen Muster angeordnet sind und/oder wobei die mehreren Öffnungen (106o) in mehreren Reihen angeordnet sind.
Beschichtungsanordnung (100, 300b, 600a) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Ausdehnung, welche die mehreren Öffnungen (106o) aufweisen, eine Richtungsverteilung definiert, und wobei der Streudampf, welcher abgetrennt wird, eine Bewegungsrichtung außerhalb der Richtungsverteilung aufweist.
Beschichtungsanordnung (100, 300b, 600a) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Abstand von benachbarten Öffnungen (106o) der mehreren Öffnungen (106o) zueinander kleiner ist, als deren Ausdehnung.
Beschichtungsanordnung (100, 300b, 600a) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, die Materialdampfquelle (102) aufweisend: – einen Behälter (202) zum Aufnehmen eines zu verdampfenden Materials; – wobei der Behälter (202) eine Dampfaustrittsöffnung aufweist zum Herausbringen des Stroms an Materialdampf aus dem Behälter (202).
Beschichtungsanordnung (100, 300b, 600a) gemäß Anspruch 5, die Beschichtungsanordnung (100, 300b, 600a) ferner aufweisend: – einen Dampfausbreitungsbereich, welcher sich zwischen der Dampfseparationsplatte (106) und dem Behälter (202) erstreckt und durch welchen sich der Strom an Materialdampf hindurch ausbreitet; – ein Gehäuse (304), welches den Dampfausbreitungsbereich begrenzt, wobei das Gehäuse (304) eine Dampfeintrittsöffnung aufweist, welche in Richtung der Dampfaustrittsöffnung des Behälters (202) ausgerichtet ist, und wobei das Gehäuse (304) eine Dampfaustrittsöffnung aufweist, welche von der Dampfseparationsplatte (106) abgedeckt ist.
Beschichtungsanordnung (100, 300b, 600a) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner aufweisend: eine Temperatursteuervorrichtung (502), welche zum Erwärmen und/oder zum Kühlen des Gehäuses (304) eingerichtet ist, und/oder welche zum Erwärmen und/oder zum Kühlen der Dampfseparationsplatte (106) eingerichtet ist.
Beschichtungsanordnung (100, 300b, 600a) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner aufweisend: eine Antriebsvorrichtung (516), welche zum Bewegen der Dampfseparationsplatte (106) eingerichtet ist.
Beschichtungsanordnung (100, 300b, 600a) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner aufweisend: eine beweglich gelagerte Blende (512), welche eingerichtet ist, in einem Geschlossen-Zustand der Blende (512) eine Ausbreitung von Materialdampf in den Beschichtungsbereich (113) zu unterbrechen.
Prozessieranordnung (700) aufweisend: – eine Prozesskammer (704) zum Prozessieren eines Werkstücks; – mindestens eine an und/oder in der Prozesskammer befestigte Beschichtungsanordnung (100, 300b, 600a) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9; – eine in der Prozesskammer (704) angeordnete Transportvorrichtung (602) zum Transportieren des Werkstücks entlang einer Transportrichtung in dem Beschichtungsbereich (113) und/oder durch den Beschichtungsbereich (113) hindurch.
Prozessieranordnung (700) gemäß Anspruch 10, wobei die Dampfseparationsplatte (106) derart relativ zu der Transportvorrichtung (602) ausgerichtet ist, dass in Transportrichtung benachbarte Öffnungen (106o) der mehreren Öffnungen (106o) quer zur Transportrichtung versetzt zueinander angeordnet sind.
Verfahren (800b) zum Betreiben einer Beschichtungsanordnung (100, 300b, 600a) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, das Verfahren aufweisend: – Erzeugen (812) von Materialdampf mittels der Materialdampfquelle (102); und – Transportieren (814) eines Werkstücks durch den Beschichtungsbereich (113) hindurch, während sich der Strom an Materialdampf in den Beschichtungsbereich (113) ausbreitet und/oder während der Strom an Materialdampf in den Beschichtungsbereich (113) unterbrochen ist.
Verfahren (900) zum Beschichten eines Werkstücks in einem Beschichtungsbereich (113), das Verfahren aufweisend: – Erzeugen (912) eines Stroms an Materialdampf, welcher einen ersten Materialdampf-Teilstrom und einen zweiten Materialdampf-Teilstrom aufweist, die einander überlagern, wobei der erste Materialdampf-Teilstrom eine erste Bewegungsrichtung-Charakteristik aufweist, welche innerhalb einer vorgegebenen Richtungsverteilung liegt, und der zweite Materialdampf-Teilstrom eine zweite Bewegungsrichtung-Charakteristik aufweist, welche außerhalb der vorgegebenen Richtungsverteilung liegt; und – Abtrennen (914, 606) des zweiten Materialdampf-Teilstroms von dem Strom an Materialdampf mittels einer Dampfseparationsplatte (106).