DE102015117182A1 - Method and device for evaporating material - Google Patents
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- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/24—Vacuum evaporation
- C23C14/246—Replenishment of source material
Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verdampfen von Material, bei dem eine bestimmte Menge Verdampfungsmaterial als Schüttgut bereitgestellt wird, wobei das Verdampfungsmaterial erst konditioniert und dann verdampft wird, wobei nur eine Teilmenge der bereitgestellten Menge von Verdampfungsmaterial konditioniert wird und dann die konditionierte Teilmenge verdampft wird, sowie eine Vorrichtung zum Verdampfen von Material, umfassend einen Verdampfertiegel zur Aufnahme von Verdampfungsmaterial sowie eine Energiequelle zum gerichteten Energieeintrag in das Verdampfungsmaterial, wobei der Verdampfertiegel so angeordnet ist, dass eine Oberfläche von auf oder in dem Verdampfertiegel bereitgestelltem Verdampfungsmaterial gegenüber der Horizontalen geneigt ist.The invention relates to a process for vaporizing material in which a certain amount of vaporization material is provided as bulk material, wherein the vaporization material is first conditioned and then vaporized, wherein only a subset of the provided amount of vaporization material is conditioned and then the conditioned subset is evaporated, and an apparatus for vaporizing material, comprising an evaporator crucible for receiving evaporating material, and an energy source for directing energy input into the evaporating material, wherein the evaporator crucible is arranged such that a surface of evaporating material provided on or in the evaporator crucible is inclined to the horizontal.
Description
Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zum Verdampfen von Material. The invention relates to methods and apparatus for evaporating material.
Es werden Verfahren und Vorrichtungen zum Verdampfen verschiedener Materialien im Vakuum angegeben, wobei unter dem Begriff „Verdampfen“, abhängig von dem zu verdampfenden Material, auch Sublimation verstanden werden soll. Beispielsweise werden Verfahren und Vorrichtungen zum Verdampfen von als Schüttgut vorliegendem Verdampfungsmaterial, beispielsweise Oxiden und Oxidmischungen wie TiOx, SiOx, ZrO, NbOx, CrOx sowie Metallen und Metalllegierungen angegeben. There are given methods and apparatus for vaporizing various materials in a vacuum, wherein the term "evaporation", depending on the material to be evaporated, and sublimation should be understood. For example, methods and devices for evaporating present as bulk evaporating material, such as oxides and oxide mixtures such as TiOx, SiOx, ZrO, NbOx, CrOx and metals and metal alloys are given.
Bei der thermischen Verdampfung von Beschichtungsmaterial mit Hilfe von lokalem Energieeintrag (z.B. mittels Elektronenstrahl) gibt es unterschiedliche Möglichkeiten, lange Kampagnendauern zu realisieren. Neben der Bevorratung von Verdampfungsmaterial in großen Verdampfertiegeln ist die Nachfütterung bzw. Nachführung von Material in geeigneter Form möglich. In vielen Fällen ist es notwendig, die Dampfquelle nahezu ortsfest im Bezug zu einem Ziel-Flächenbereich (auch als Beschichtungsfenster bezeichnet) zu halten, um Schwankungen der Beschichtungsrate zu vermeiden. So hat es sich bewährt, Verdampfungsmaterial in großen Verdampfertiegeln in einem Vorprozess zu konditionieren und dann durch geeignete Bewegungen eines Verdampfertiegels das konditionierte Verdampfungsmaterial abzutragen. Nachteil dieser Anordnung ist das meist recht große Volumen des Verdampfertiegels, was lange Konditionierungszeiten erforderlich macht, zu einer hohen thermischen Trägheit führt und außerdem durch die große, dem Substrat zugewandte Verdampfungsmaterialfläche zu einer starken thermischen Substratbelastung führt. Alternativ kann für Materialien, die in definierter Stabform hergestellt werden können, die Methode des umgekehrten Strangnachschubs eingesetzt werden, wobei ein Stab von unten in den Verdampfertiegel eingeführt wird. Für einige Materialien ist die Herstellung geeigneter Formstücke aber so aufwendig, dass sie nur als Stück- bzw. Schüttgut preiswert zur Verfügung stehen. Man kann das Schüttgut von oben in die Schmelze zuführen. Dabei treten aber immer Spritzer auf, was eine Unterbrechung des Beschichtungsversuchs erforderlich macht. Es ist auch bekannt, dass einige Materialien mit relativ niedrigen Leistungen verdampft werden können, indem sie als Schüttgut direkt in einen waagerecht stehenden, rotierenden, wassergekühlten Kupfertiegel, der rinnenförmig ausgeführt ist, eingebracht und mittels Elektronenstrahl vollständig verdampft werden. Dabei muss der Elektronenstrahl den Verdampfertiegel direkt beaufschlagen, was den maximal möglichen Energieeintrag deutlich begrenzt. In the thermal evaporation of coating material by means of local energy input (e.g., electron beam), there are various ways to realize long campaign durations. In addition to the storage of evaporation material in large evaporator crucibles, the Nachfütterung or tracking of material in a suitable form is possible. In many cases, it is necessary to keep the vapor source almost stationary with respect to a target area (also referred to as a coating window) to avoid variations in coating rate. Thus, it has proven useful to condition evaporation material in large vaporizer crucibles in a pre-process and then to remove the conditioned vaporizing material by suitable movements of an evaporator crucible. Disadvantage of this arrangement is the usually quite large volume of the evaporator crucible, which makes long conditioning times required, leads to a high thermal inertia and also leads to a strong thermal substrate load by the large, the substrate facing evaporation material surface. Alternatively, for materials that can be made in a defined rod shape, the reverse strand replenishment method can be used, with a rod inserted from below into the vaporizer crucible. For some materials, however, the production of suitable shaped pieces is so complicated that they are only available inexpensively as bulk or bulk material. You can feed the bulk material from above into the melt. However, splashes always occur, which makes it necessary to interrupt the coating test. It is also known that some materials can be evaporated at relatively low powers by being introduced as bulk material directly into a horizontal, rotating, water-cooled copper crucible, which is channel-shaped, and completely vaporized by electron beam. In this case, the electron beam must act on the evaporator crucible directly, which limits the maximum possible energy input significantly.
Ziel der Erfindung ist es, den bekannten Stand der Technik zu verbessern und Verfahren und Einrichtungen vorzuschlagen, bei denen Schüttgut dem Verdampfungsprozess so zugeführt wird, dass eine stabile, kontinuierliche Verdampfung über lange Zeiträume mit hohen Raten möglich ist und dabei einerseits große, aufzuheizende Mengen Verdampfungsmaterial vermieden werden und andererseits eine Unterbrechung des Verdampfungsprozesses zum Konditionieren nicht mehr erforderlich ist. The aim of the invention is to improve the known state of the art and to propose methods and devices in which bulk material is supplied to the evaporation process so that a stable, continuous evaporation over long periods of high rates is possible and on the one hand large amounts of vaporization material to be heated be avoided and on the other hand, an interruption of the evaporation process for conditioning is no longer necessary.
Dafür wird zunächst ein Verfahren zum Verdampfen von Material vorgeschlagen, bei dem eine bestimmte Menge Verdampfungsmaterial als Schüttgut bereitgestellt wird, wobei das Verdampfungsmaterial in einem verbundenen Prozess erst konditioniert und dann verdampft wird, wobei nur eine Teilmenge der bereitgestellten Menge von Verdampfungsmaterial dem Prozess aus einem Vorratsgefäß zugeführt und konditioniert wird und dann die konditionierte Teilmenge verdampft wird. For this purpose, a method for evaporating material is first proposed, in which a certain amount of evaporation material is provided as bulk material, wherein the evaporation material is first conditioned in a connected process and then evaporated, wherein only a subset of the provided amount of evaporation material to the process from a storage vessel is supplied and conditioned and then the conditioned subset is evaporated.
Im Gegensatz zu bekannten Lösungen, bei denen stets die gesamte Menge des beispielsweise in einem Verdampfungstiegel bereitgestellten Verdampfungsmaterials konditioniert wird, obwohl zu jedem Zeitpunkt nur ein relativ geringer Anteil aktuell verdampft wird, wird demnach bei der vorgeschlagenen Lösung stets nur eine geringe Teilmenge des bereitgestellten Verdampfungsmaterials konditioniert. Die gesamte Energiemenge, die in dem bereitgestellten Verdampfungsmaterial enthalten ist und sich möglicherweise negativ auf den Gesamtprozess auswirken kann, ist dadurch signifikant geringer als bei bekannten Verfahren. Ein wesentlicher Vorteil besteht in der dadurch erreichbaren Zeiteinsparung, weil die Konditionierung simultan neben der Verdampfung erfolgen kann. Die meist sehr zeitaufwändige Konditionierung des gesamten Verdampfungsguts vor der Verdampfung kann entfallen. In contrast to known solutions in which always the entire amount of, for example, provided in an evaporation crucible evaporation material is conditioned, although at any time only a relatively small proportion is currently evaporated, therefore, in the proposed solution always only a small subset of the provided evaporation material is conditioned , The total amount of energy contained in the provided evaporating material and possibly having an adverse effect on the overall process is thereby significantly lower than in known processes. A significant advantage is the time savings that can be achieved because the conditioning can take place simultaneously with the evaporation. The most time-consuming conditioning of the entire vaporization before evaporation can be omitted.
Gemäß verschiedenen Ausgestaltungen des vorgeschlagenen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass die konditionierte Teilmenge des bereitgestellten Verdampfungsmaterials nur einen Bruchteil der insgesamt bereitgestellten Menge von Verdampfungsmaterial darstellt, wobei der Bruchteil weniger als die Hälfte, weiter bevorzugt weniger als ein Viertel, weiter bevorzugt weniger als ein Zehntel, weiter bevorzugt weniger als ein Hundertstel der bereitgestellten Menge von Verdampfungsmaterial beträgt. Dabei ist das Verfahren umso effektiver und umso weniger die Ergebnisse des Verfahrens beeinträchtigend, je geringer die Teilmenge des konditionierten Verdampfungsmaterials relativ zur Menge des bereitgestellten Verdampfungsmaterials ist. According to various embodiments of the proposed method, it can be provided that the conditioned subset of the provided evaporation material represents only a fraction of the total amount of evaporation material provided, the fraction being less than half, more preferably less than a quarter, more preferably less than one tenth, more preferably less than one-hundredth of the amount of evaporation material provided. In this case, the lower the subset of conditioned vaporization material relative to the amount of vaporization material provided, the more effective the method, and the less detrimental the results of the process.
Gemäß verschiedenen Ausgestaltungen des vorgeschlagenen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass ein Abstand zwischen einem Verdampfungsort und einem Niederschlagsort, d.h. dem Ort, an dem sich beispielsweise ein zu bedampfendes Substrat befindet oder an dem es, beispielsweise in einer Substrattransportebene, vorbeibewegt wird, konstant gehalten wird. Hierdurch werden einerseits besonders homogene Beschichtungsergebnisse erzielt. Änderungen und Driften des Beschichtungsergebnisses durch abstandsabhängige Prozessgrößen (z.B. Beschichtungsrate, Auftreffbereich der Energiequelle) können vermieden werden. Andererseits werden die negativen Beeinträchtigungen durch Sekundäreffekte (z.B. Belastung des Substrats durch Wärmestrahlung, Sekundärelektronen), die von dem konditionierten Anteil des bereitgestellten Verdampfungsmaterials auf zu behandelnde Substrate ausgehen können, einerseits konstant und andererseits so gering wie möglich gehalten. According to various embodiments of the proposed method can be provided that a distance between a Place of evaporation and a place of precipitation, ie the place where, for example, a substrate to be vaporized is located or at which it is moved, for example, in a substrate transport plane, is kept constant. As a result, on the one hand particularly homogeneous coating results are achieved. Changes and drifts in the coating result due to distance-dependent process variables (eg coating rate, impact area of the energy source) can be avoided. On the other hand, the adverse effects of secondary effects (eg, thermal stress on the substrate, secondary electrons), which may emanate from the conditioned portion of the evaporation material provided on substrates to be treated, are both constant and minimized.
Gemäß verschiedenen Ausgestaltungen des vorgeschlagenen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass Verdampfungsmaterial in einem Verdampfertiegel bereitgestellt wird, an einem unveränderlichen Verdampfungsort ein lokaler Energieeintrag in eine Teiloberfläche des Verdampfungsmaterials erfolgt und der Verdampfertiegel so bewegt wird, dass während der Bewegung fortlaufend neues Verdampfungsmaterial konditioniert wird und anschließend das konditionierte Verdampfungsmaterial verdampft wird. According to various embodiments of the proposed method it can be provided that evaporation material is provided in an evaporator crucible, a local energy input into a partial surface of the evaporation material takes place at a fixed evaporation location and the evaporator crucible is moved so that during the movement continuously new evaporation material is conditioned and subsequently the conditioned evaporation material is evaporated.
Dies bedeutet, dass einerseits die Energiequelle, beispielsweise eine Elektronenstrahlkanone, fest verbaut sein kann und keinerlei weitere Einrichtungen zur großräumigen Bewegung des Auftrefforts des Elektronenstrahls benötigt werden, und andererseits, dass stets die nur nächste für die Verdampfung benötigte Teilmenge von Verdampfungsmaterial konditioniert werden muss, die anschließend direkt verdampft werden kann. Nicht zuletzt dadurch kann das Verfahren sehr energieeffizient durchgeführt werden. This means that, on the one hand, the energy source, for example an electron beam gun, can be permanently installed and no further means for large-scale movement of the impact of the electron beam are needed, and on the other hand, that always only the next required for the evaporation subset of evaporation material must be conditioned can then be evaporated directly. Not least because of this, the process can be carried out very energy efficient.
Gemäß verschiedenen Ausgestaltungen des vorgeschlagenen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass Verdampfungsmaterial in einem Verdampfertiegel bereitgestellt wird, wobei der Verdampfertiegel in einer gegenüber der Horizontalen geneigten Richtung bewegt oder/und um eine gegenüber der Vertikalen geneigte Achse gedreht wird. Insbesondere bei einer translatorischen Bewegung des Verdampfungstiegels in einer gegenüber der Horizontalen geneigten Richtung kann weiter vorgesehen sein, dass das Verdampfungsmaterial an einem Verdampfungsort verdampft wird, der an der höchsten Stelle des auf dem Verdampfertiegel angeordneten Verdampfungsmaterials angeordnet ist. Bei einem beispielsweise ringförmigen Verdampfertiegel, der um eine gegenüber der Vertikalen geneigte Achse gedreht wird, kann die Verdampfung beispielsweise zwischen der höchsten und der tiefsten Stelle der Tiegeloberfläche erfolgen. In diesem Fall verbleibt nach dem Durchlaufen des Verdampfungsortes in der Regel Verdampfungsmaterial im Tiegel. Dieses Verdampfungsmaterial erreicht erst nach einer weiteren Drehung, beispielsweise um etwa 90°, den höchsten Punkt der Tiegelrotation. According to various embodiments of the proposed method it can be provided that evaporation material is provided in an evaporator crucible, wherein the evaporator crucible is moved in a direction inclined relative to the horizontal or / and rotated about an axis inclined relative to the vertical. In particular, in the case of a translatory movement of the evaporation crucible in a direction inclined with respect to the horizontal, it can further be provided that the evaporation material is vaporized at an evaporation location which is arranged at the highest point of the evaporation material arranged on the evaporator crucible. In an example, annular evaporator crucible, which is rotated about an axis inclined relative to the vertical, the evaporation can be carried out for example between the highest and the lowest point of the crucible surface. In this case, evaporating material usually remains in the crucible after passing through the evaporation location. This evaporation material reaches only after another rotation, for example, by about 90 °, the highest point of the crucible rotation.
Hierdurch wird es möglich, dass sowohl die Konditionierung als auch die Verdampfung einerseits an einem festen Ort stattfinden können und andererseits der Energieeintrag in das Verdampfungsmaterial von dessen der Energiequelle zugewandter Oberfläche aus sehr weit in die Tiefe reicht. Auch diese Maßnahme trägt erheblich dazu bei, dass das vorgeschlagene Verfahren äußerst energieeffizient ist. Außerdem wird eine größere Querschnittsfläche des zugeführten Materials erreicht, als bei horizontaler Zuführung. Gemäß verschiedenen Ausgestaltungen des vorgeschlagenen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass Verdampfungsmaterial durch eine Bewegung eines Verdampfungsmaterial enthaltenden Verdampfertiegels oder/und durch eine Geschwindigkeit einer Bewegung eines Verdampfungsmaterial enthaltenden Verdampfertiegels einem Verdampfungsort so zugeführt wird, dass verdampftes Verdampfungsmaterial überwiegend in einer vorgebbaren Verdampfungsrichtung abgegeben wird. This makes it possible that both the conditioning and the evaporation can take place on the one hand at a fixed location and on the other hand, the energy input into the evaporation material from its surface facing the energy source extends very far into the depth. This measure also contributes significantly to the fact that the proposed method is extremely energy efficient. In addition, a larger cross-sectional area of the supplied material is achieved than with horizontal feed. According to various embodiments of the proposed method it can be provided that evaporation material is supplied to a vaporization site by movement of an evaporator crucible containing evaporation material and / or by a velocity of movement of an evaporator crucible containing vaporization material such that vaporized vaporization material is discharged predominantly in a predeterminable evaporation direction.
Durch diese Maßnahme ist es möglich, die Richtung, in der sich die verdampften Anteile des Verdampfungsmaterials von dem Verdampfertiegel abgegeben werden, gezielt zu beeinflussen. Mit anderen Worten ist es hierdurch möglich, beispielsweise einen im Wesentlichen vertikal nach oben gerichteten Dampfstrahl zu erzeugen. Dies ist insbesondere dann nützlich, wenn beispielsweise plattenförmige Substrate in horizontaler Lage im Bereich der Vorrichtung angeordnet sind oder werden oder an der Vorrichtung vorbeibewegt werden, auf die der erzeugte Dampfstrahl trifft, wobei sich die Dampfteilchen auf der Oberfläche des Substrats niederschlagen und so eine dünne Oberflächenbeschichtung auf den Substraten ausbilden. Ebenso ist es möglich, beispielsweise einen im Wesentlichen horizontal gerichteten Dampfstrahl zu erzeugen. Dies ist insbesondere dann nützlich, wenn beispielsweise plattenförmige Substrate in vertikaler Lage im Bereich der Vorrichtung angeordnet sind oder werden oder an der Vorrichtung vorbeibewegt werden, auf die der erzeugte Dampfstrahl trifft, wobei sich die Dampfteilchen auf der Oberfläche des Substrats niederschlagen und so eine dünne Oberflächenbeschichtung auf den Substraten ausbilden. By this measure, it is possible to specifically influence the direction in which the vaporized portions of the evaporation material are discharged from the evaporator crucible. In other words, it is thereby possible to produce, for example, a substantially vertically upward steam jet. This is particularly useful when, for example, plate-like substrates are or are placed in a horizontal position in the region of the device or are passed by the device hit by the generated vapor jet, whereby the vapor particles deposit on the surface of the substrate and thus a thin surface coating form on the substrates. It is also possible, for example, to generate a substantially horizontally directed steam jet. This is particularly useful when, for example, plate-shaped substrates are or are placed in a vertical position in the region of the device or past the device encountered by the generated vapor jet, the vapor particles depositing on the surface of the substrate and thus a thin surface coating form on the substrates.
Gemäß verschiedenen Ausgestaltungen des vorgeschlagenen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass Verdampfungsmaterial in oder auf einem Verdampfertiegel bereitgestellt wird und an einem entfernt von einem Verdampfungsort angeordneten Nachfüllort Verdampfungsmaterial nachgefüllt wird. According to various embodiments of the proposed method, it can be provided that evaporation material is provided in or on an evaporator crucible and that refilling material is replenished at a refilling location arranged away from an evaporation location.
Hierdurch ist es möglich, das Verfahren über lange Zeiträume unterbrechungsfrei zu gestalten. Durch das Nachfüllen von Verdampfungsmaterial an einem von dem Verdampfungsort entfernten Nachfüllort werden auch negative Effekte vermieden, die sich ansonsten ergeben können, wenn frisches Verdampfungsmaterial auf bereits konditioniertes Material gegeben wird. This makes it possible to make the process uninterrupted for long periods of time. Replenishing evaporating material at a refilling location remote from the evaporation site also eliminates the negative effects that may otherwise result when fresh evaporating material is added to already conditioned material.
Weiterhin wird eine Vorrichtung zum Verdampfen von Material vorgeschlagen, die einen Verdampfertiegel zur Aufnahme von Verdampfungsmaterial sowie eine Energiequelle zum gerichteten Energieeintrag in das Verdampfungsmaterial umfasst, wobei der Verdampfertiegel so angeordnet ist, dass eine Oberfläche von auf oder in dem Verdampfertiegel bereitgestelltem Verdampfungsmaterial gegenüber der Horizontalen geneigt ist. Furthermore, a device for vaporizing material is proposed, which comprises an evaporator crucible for receiving evaporating material and an energy source for directing energy input into the evaporating material, wherein the evaporator crucible is arranged so that a surface of evaporating material provided on or in the evaporator crucible is inclined with respect to the horizontal is.
Diese vorgeschlagene Vorrichtung ermöglicht es, dass sowohl die Konditionierung als auch die Verdampfung einerseits an einem festen Ort stattfinden können und andererseits der Energieeintrag in das Verdampfungsmaterial von dessen der Energiequelle zugewandter Oberfläche aus sehr weit in die Tiefe reicht. Diese Maßnahme trägt erheblich dazu bei, dass die vorgeschlagene Vorrichtung äußerst energieeffizient arbeitet. This proposed device makes it possible that both the conditioning and the evaporation can take place on the one hand at a fixed location and on the other hand the energy input into the evaporation material from its surface facing the energy source extends very far into the depth. This measure contributes significantly to the fact that the proposed device is extremely energy efficient.
Gemäß verschiedenen Ausgestaltungen der vorgeschlagenen Vorrichtung kann vorgesehen sein, dass der Verdampfertiegel relativ zur Energiequelle beweglich ist. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der Verdampfertiegel in einer gegenüber der Horizontalen geneigten Richtung bewegbar oder/und um eine gegenüber der Vertikalen geneigte Achse drehbar ist. According to various embodiments of the proposed device can be provided that the evaporator crucible is movable relative to the power source. For example, it may be provided that the evaporator crucible is movable in a direction inclined relative to the horizontal and / or about an axis inclined relative to the vertical axis.
Weiterhin kann gemäß verschiedenen Ausgestaltungen der vorgeschlagenen Vorrichtung vorgesehen sein, dass die Energiequelle zur Erzeugung eines lokalen Energieeintrags in eine Teiloberfläche des Verdampfungsmaterials an einem unveränderlichen Verdampfungsort ausgebildet ist. Furthermore, according to various embodiments of the proposed device, it may be provided that the energy source is designed to generate a local energy input into a partial surface of the evaporation material at a fixed evaporation location.
Dadurch kann einerseits die Energiequelle, beispielsweise eine Elektronenstrahlkanone, fest verbaut sein und weitere Einrichtungen zur großräumigen Bewegung des Auftrefforts des Elektronenstrahls werden nicht benötigt. Andererseits muss stets die nur nächste für die Verdampfung benötigte Teilmenge von Verdampfungsmaterial konditioniert werden, die anschließend direkt verdampft werden kann. Auch dadurch arbeitet die vorgeschlagene Vorrichtung sehr energieeffizient. As a result, on the one hand the energy source, such as an electron gun, be permanently installed and other means for large-scale movement of the impact of the electron beam are not needed. On the other hand, it is always necessary to condition the only subset of evaporation material needed for the evaporation, which can then be evaporated directly. This also works the proposed device very energy efficient.
Gemäß verschiedenen Ausgestaltungen der vorgeschlagenen Vorrichtung kann vorgesehen sein, dass an einem entfernt von einem Verdampfungsort angeordneten Nachfüllort eine Nachfülleinrichtung zum Nachfüllen von Verdampfungsmaterial angeordnet ist. Hierdurch ist es möglich, eine sehr lange Kampagnendauer zu erreichen, ohne dass der Prozess unterbrochen werden müsste. Beispielsweise kann an dem Nachfüllort eine Nachfülleinrichtung angeordnet sein, mit der kontinuierlich oder diskontinuierlich bedarfsweise Verdampfungsmaterial in den Verdampfertiegel nachgefüllt werden kann. According to various embodiments of the proposed device it can be provided that a refilling device for refilling evaporation material is arranged at a refilling location arranged away from an evaporation location. This makes it possible to achieve a very long campaign duration without having to interrupt the process. For example, a refilling device can be arranged at the refilling location, with which evaporation material can be refilled continuously or discontinuously as required into the evaporator crucible.
Nachfolgend werden die vorgeschlagenen Verfahren und Vorrichtungen anhand von Zeichnungsfiguren näher erläutert. Dabei zeigen The proposed methods and apparatus will be explained in more detail with reference to drawing figures. Show
Ein Verdampfertiegel
Diese Rinne
Bei dieser Ausführung weist die Vorrichtung ein schräggestelltes rotierendes ringförmiges Rinnen-Verdampfertiegelsystem mit einer Rotationsachse auf, die eine Drehbewegung in der Ebene der Ringform erlaubt. Die Materialzuführung erfolgt vorteilhafterweise an der untersten Position
Die zugeführte Materialmenge ergibt sich durch den Vorschub und der pro Länge bevorrateten Menge Verdampfungsmaterial
Wie in
Durch den sich um die Stelle des Energieeintrages ausbildenden konditionierten Bereich bzw. Schmelzsee
In einer besonderen Ausführungsform wird der Verdampfertiegel durch eine Blende, die temperiert sein kann, zumindest teilweise überdeckt und nur der Bereich
In einer weiteren Ausgestaltung, die in
Eine Einrichtung zur Zufuhr von Stück- bzw. Schüttgut umfasst gemäß einer Ausgestaltung einen wassergekühlten rotierenden Verdampfertiegel
Vorteilhafter Weise wird die Nachfüllmenge entsprechend dem verdampften Volumen und der Vorschubgeschwindigkeit dosiert, was über einen Regelkreis erfolgen kann. Advantageously, the replenishment amount is metered according to the evaporated volume and the feed rate, which can be done via a control loop.
Die Beschickung mit Verdampfungsmaterial
In einer besonderen Ausgestaltung wird der Verdampfertiegel durch mehrere Verdampfungs- und Nachfülleinrichtungen gespeist. Dadurch wird es beispielsweise auch möglich, zwei oder mehr verschiedene Materialien durch definierte oder definiert einstellbare Querschnitte in bestimmten Anteilen zuzuführen. In a particular embodiment, the evaporator crucible is fed by a plurality of evaporation and refill devices. This also makes it possible, for example, to supply two or more different materials by defined or defined adjustable cross sections in certain proportions.
Die Verdampfung erfolgt aus einem überhitzten Verdampfungsbereich oder Dampfquellbereich
Die Zuführung des Verdampfungsmaterials
- 1. Es wird ein Verdampfungsprozess gestaltet, bei dem nur eine begrenzte Materialmenge in einer konditionierten Verdampfungsumgebung gehalten wird, wodurch die thermische Belastung zu beschichtender Substrate und der Prozessumgebung begrenzt wird.
- 2. Der Bedampfungsabstand bleibt während der gesamten Kampagne konstant. Der Dampfquellbereich bleibt ortsfest, die Abdampfverhältnisse bleiben nahezu unverändert über lange Zeiträume während eines Beschichtungszyklus.
- 3. Durch die Schrägstellung des Verdampfertiegels oder der tiegelähnlichen Einrichtung wird ein tieferer Abtrag des Verdampfungsmaterials erreicht, wodurch der Bewegungsvorgang zur Materialfütterung in den Verdampfungsbereich gegenüber horizontal angeordneten Systemen entsprechend langsamer erfolgen kann und wodurch eine Standzeiterhöhung des Prozesses erreicht wird
- 4. Im Gegensatz zur seitlichen Materialzufuhr wird durch die schräge Zuführung von unten einer Schrägstellung der Dampfausbreitungsrichtung entgegengewirkt, insbesondere, wenn es sich um schwer bzw. zäh schmelzendes Verdampfungsmaterial handelt. Mit Hilfe der Vorschubgeschwindigkeit, die dann das lokale Abtragsprofil bestimmt, lässt sich die Orientierung der dampfabgebenden Fläche und damit die Richtung der Dampfausbreitung so beeinflussen, dass die Dampfabgabe z.B. vorwiegend senkrecht erfolgt. Es ist damit alternativ auch möglich, eine maximale Schrägstellung der Dampfausbreitung zu erreichen, um beispielsweise ein vertikal geführtes Substrat zu beschichten.
- 5. Die Materialzuführung kann räumlich getrennt vom Dampfquellbereich erfolgen.
- 6. Schließlich kann eine kontinuierliche Materialzuführung räumlich unterhalb des dampfabgebenden Dampfquellbereichs angeordnet sein, womit verhindert wird, dass die Funktionalität der Nachfülleinrichtung während eines vorgesehenen Verdampfungszyklus durch Streudampfablagerungen von der Dampfquelle beeinträchtigt wird.
- 1. An evaporation process is devised wherein only a limited amount of material is maintained in a conditioned evaporation environment, thereby limiting thermal stress on substrates to be coated and the process environment.
- 2. The evaporation distance remains constant throughout the campaign. The steam source area remains stationary, the Abdampfverhältnisse remain almost unchanged over long periods during a coating cycle.
- 3. Due to the inclination of the evaporator crucible or the crucible-like device a deeper removal of the evaporation material is achieved, whereby the movement process for material feeding into the evaporation region with respect to horizontally arranged systems can be done correspondingly slower and thereby increasing the service life of the process is achieved
- 4. In contrast to the lateral supply of material is counteracted by the oblique feed from below an inclination of the steam propagation direction, especially when it is difficult or tough melting evaporating material. With the aid of the feed rate, which then determines the local removal profile, the orientation of the vapor-emitting surface and thus the direction of the vapor propagation can be influenced such that the steam is released, for example, predominantly vertically. It is thus alternatively possible to achieve a maximum inclination of the steam propagation, for example, to coat a vertically guided substrate.
- 5. The material supply can be spatially separated from the steam source area.
- 6. Finally, a continuous material supply may be located spatially below the vapor donating steam source region, thus preventing the functionality of the refill device from being affected by stray vapor deposits from the vapor source during a designated vaporization cycle.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1 1
- Energiequelle, z.B. Elektronenstrahl Energy source, e.g. electron beam
- 2 2
- Verdampfertiegel vaporizing crucible
- 3 3
- Rinne gutter
- 4 4
- Verdampfungsmaterial Evaporation material
- 5 5
- konditioniertes Verdampfungsmaterial conditioned evaporation material
- 6 6
- Verdampfungsort Verdampfungsort
- 7 7
- Nachfüllort filling site
Claims (13)
Priority Applications (1)
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DE102015117182.1A DE102015117182A1 (en) | 2015-10-08 | 2015-10-08 | Method and device for evaporating material |
Publications (1)
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ID=58405746
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DE102015117182.1A Withdrawn DE102015117182A1 (en) | 2015-10-08 | 2015-10-08 | Method and device for evaporating material |
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- 2015-10-08 DE DE102015117182.1A patent/DE102015117182A1/en not_active Withdrawn
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