DE102018131906A1

DE102018131906A1 - Verdampfungsanordnung und Verfahren

Info

Publication number: DE102018131906A1
Application number: DE102018131906.1A
Authority: DE
Inventors: Ekkehart Reinhold; Jörg Faber; Uwe Wehner
Original assignee: Von Ardenne Asset GmbH and Co KG
Current assignee: Von Ardenne Asset GmbH and Co KG
Priority date: 2018-12-12
Filing date: 2018-12-12
Publication date: 2020-06-18
Also published as: CN111304598A; CN111304598B

Abstract

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Verdampfungsanordnung (100, 300-900) aufweisen: ein mehrteiliges Gehäuse, wobei das Gehäuse (102) eine Gehäusewanne (102w) und einen davon abnehmbaren Gehäusedeckel (102d) aufweist; einen Tiegel (104) zum thermischen Verdampfen eines in dem Tiegel (104) aufgenommenen Verdampfungsguts aus dem Gehäuse (102) heraus, wobei der Tiegel (104) zumindest ein hochtemperaturfestes Material aufweist, und eine Tiegelhaltestruktur (108), welche den Tiegel (104) innerhalb der Gehäusewanne (102w) und von dieser räumlich separiert hält, wobei der Gehäusedeckel (102d) eine Dampfaustrittsöffnung (102o) aufweist, durch welche hindurch das thermische Verdampfen aus dem Gehäuse (102) heraus bereitgestellt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verdampfungsanordnung und ein Verfahren.
EB-PVD (Elektronenstrahl-basierte physikalische Dampfabscheidung) ist ein industriell etabliertes Vakuumbeschichtungsverfahren für bandförmige Substrate (Metallbänder oder Folien) oder auch diskrete Platten, Wafer oder andere Werkstücke sowie Einzelteile, die beispielsweise in einem Carrier (auch als Substratträger bezeichnet) durch die Beschichtungszone hindurch transportiert werden.
Herkömmlicherweise erfolgt die Verdampfung des auf dem Substrat abzuscheidenden Schichtmaterials (auch als Verdampfungsgut bezeichnet) aus einem Tiegel, in dem das Verdampfungsgut mittels eines Elektronenstrahls erhitzt wird. Dieser Tiegel kann ein sogenannter „kalter“ (auch als gekühlter bezeichnet) oder „heißer“ Tiegel sein. Dabei wird unter einem heißen Tiegel ein ungekühlter Tiegel aus einem Material (auch als Tiegelmaterial bezeichnet) verstanden, das eine gegenüber dem Verdampfungsgut (z.B. Kupfer) relativ schlechte Wärmeleitung hat. Der heiße Tiegel kann beispielsweise aus einem hochtemperaturstabilen Tiegelmaterial gemacht sein, wie beispielsweise ein Oxid oder ein Borid. In einigen Fällen, nämlich in denen das Verdampfungsgut mit Graphit keine chemische Verbindungen eingeht bzw. nur schwer und in geringem Maße chemische Verbindungen eingeht, kommt auch Graphit als Tiegelmaterial in Frage.
Ein kalter Tiegel (auch als gekühlter Tiegel bezeichnet) kann beispielsweise ein wassergekühlter Kupfer-Tiegel sein, z.B. wegen der guten Wärmeleitfähigkeit des Kupfers und der kostengünstigen Nutzung des Wassers als Kühlmedium.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wurde erkannt, dass ein heißer (z.B. ungekühlter) Tiegel aus Graphit oder einem graphithaltigen Stoffgemisch (beispielsweise ein SiC-haltiges Stoffgemisch) bereitstellt werden kann, welcher eine Verdampfung aus dem Tiegel bei relativ geringem spezifischen Energieverbrauch ermöglicht, beispielsweise mit Werten unterhalb E=25 kWh/kg (Kilowattstunde pro Kilogramm des verdampften Verdampfungsguts).
In dem Zusammenhang wurde erkannt, dass dafür herkömmlicherweise Folgendes in Kauf genommen werden muss. Auf Grund seines hohen Emissionsvermögens von Graphit strahlt das Tiegelgefäß eine erhebliche Wärmemenge in alle freien Richtungen ab. Dies hat zur Folge, dass die Strahlungsverluste sehr groß sind und die thermische Substratbelastung bei Beschichtungsprozessen auf Grund der oberen Randbereiche des Tiegels kritische Werte annehmen kann, die beispielsweise zu einer Beschädigung des Substrats führen können. Das Tiegelmaterial aus Graphit kann im heißen Zustand die Neigung haben, bei Wärmebrücken zu kalten umgebenden Teilen zu zerspringen. Mit anderen Worten kann sich das eigentlich gut bearbeitbare Tiegelmaterial aus Graphit unter speziellen Belastungsbedingungen als weniger robust erweisen. Das Tiegelmaterial aus Graphit wird an Sauerstoff bzw. Luft unter Normalbedingungen erst unterhalb einer Temperatur unterhalb ca. 380°C chemisch stabil (d.h. reaktionsträge gegenüber Sauerstoff). Deshalb sind lange Wartezeiten zur Abkühlung des Tiegels notwendig, bevor ein solcher Tiegel, der für ein Vakuumbeschichtungsverfahren wie EB-PVD eingesetzt wird, nach dem Verdampfungsprozess belüftet werden kann, z.B. um den Tiegel nachfolgend erneut zu beschicken.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen werden eine Verdampfungsanordnung und ein Verfahren bereitgestellt, welche einen heißen Tiegel, z.B. basierend auf Graphit oder einem Stoffgemisch mit Graphit, derart einrichten, dass das Verwenden des heißen Tiegels erleichtert wird.
Anschaulich wird gemäß verschiedenen Ausführungsformen ein Gehäuse (auch als Tiegelgehäuse bezeichnet) bereitgestellt, welches das Verdampfen eines Verdampfungsguts aus dem heißen Tiegel vereinfacht. Das Tiegelgehäuse ist beispielsweise innerhalb des Vakuumkammergehäuses, in dem eine oder mehr als eine Vakuumkammer bereitgestellt wird, angeordnet.
Das Tiegelgehäuse kann den Tiegel beispielsweise thermisch und/oder mechanisch nach außen hin separieren (z.B. abschirmen) und/oder von außen her schützen. Damit reduziert das Tiegelgehäuse die thermische Leistung, die zum Verdampfen des Verdampfungsguts erforderlich ist und/oder die in das Substrat eingebracht wird. Beispielsweise kann das Tiegelgehäuse eingerichtet sein, möglichst viel Wärmestrahlung zu dem Tiegel zurück zu werfen, und/oder gekühlt zu sein oder zu werden. Ist eine Kühlung erforderlich, kann das Tiegelgehäuse gekühlt werden, dennoch kann das Risiko eines thermischen Bruches des Tiegels vermindert werden. Ferner ermöglicht das Tiegelgehäuse, den darin geschützten Tiegel in heißem Zustand aus der Vakuumkammer herauszubringen, ohne diesen zu beschädigen. Optional kann der Tiegel mittels des Gehäuses auch schneller abgekühlt werden, zum Beispiel indem ein Gas (auch als Spülgas bezeichnet) in das Gehäuse eingebracht wird, welches den Tiegel abkühlt.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Verdampfungsanordnung aufweisen: ein mehrteiliges Gehäuse, wobei das Gehäuse eine Gehäusewanne und einen davon abnehmbaren Gehäusedeckel aufweist; einen Tiegel zum thermischen Verdampfen eines in dem Tiegel aufgenommenen Verdampfungsguts aus dem Gehäuse heraus, wobei der Tiegel ein hochtemperaturfestes Material, zum Beispiel Kohlenstoff aufweist; und eine Tiegelhaltestruktur, welche den Tiegel innerhalb der Gehäusewanne und von dieser räumlich und/oder thermisch separiert hält, wobei der Gehäusedeckel eine Dampfaustrittsöffnung aufweist, durch welche hindurch das thermische Verdampfen aus dem Gehäuse heraus bereitgestellt wird.
Es zeigen

1 eine Verdampfungsanordnung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht;
2 eine Vakuumanordnung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht;
3 bis 7 jeweils eine Verdampfungsanordnung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht;
8 und 9 jeweils eine Verdampfungsanordnung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Draufsicht oder Querschnittsansicht;
10 ein Tiegelgehäuse gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Querschnittsansicht;
11 und 12 jeweils ein Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem schematischen Ablaufdiagramm; und
13 ein Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Ansicht.

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 (z.B. ohmsch und/oder elektrisch leitfähig, z.B. einer elektrisch leitfähigen 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 kann der Begriff „gekoppelt“ oder „Kopplung“ im Sinne einer (z.B. mechanischen, hydrostatischen, thermischen und/oder elektrischen), z.B. direkten oder indirekten, Verbindung und/oder Wechselwirkung verstanden werden. Mehrere Elemente können beispielsweise entlang einer Wechselwirkungskette miteinander gekoppelt sein, entlang welcher die Wechselwirkung (z.B. ein Signal) übertragen werden kann. Beispielsweise können zwei miteinander gekoppelte Elemente eine Wechselwirkung miteinander austauschen, z.B. eine mechanische, hydrostatische, thermische und/oder elektrische Wechselwirkung. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann „gekuppelt“ im Sinne einer mechanischen (z.B. körperlichen bzw. physikalischen) Kopplung verstanden werden, z.B. mittels eines direkten körperlichen Kontakts. Eine Kupplung kann eingerichtet sein, eine mechanische Wechselwirkung (z.B. Kraft, Drehmoment, etc.) zu übertragen.
Das Steuern kann verstanden werden als eine beabsichtigte Beeinflussung eines Systems. Dabei kann der Zustand des Systems gemäß einer Vorgabe verändert werden. Regeln kann als Steuern verstanden werden, wobei zusätzlich einer Zustandsänderung des Systems durch Störungen entgegengewirkt wird. Anschaulich kann die Steuerung eine nach vorn gerichtete Steuerstrecke aufweisen und somit anschaulich eine Ablaufsteuerung implementieren, welche eine Eingangsgröße in eine Ausgangsgröße umsetzt. Die Steuerstrecke kann aber auch Teil eines Regelkreises sein, so dass eine Regelung implementiert wird. Die Regelung weist im Gegensatz zu der reinen Vorwärts-Steuerung eine fortlaufende Einflussnahme der Ausgangsgröße auf die Eingangsgröße auf, welche durch den Regelkreis bewirkt wird (Rückführung). Mit anderen Worten kann alternativ oder zusätzlich zu der Steuerung eine Regelung verwendet werden bzw. alternativ oder zusätzlich zu dem Steuern ein Regeln erfolgen. Bei einer Regelung wird ein Ist-Wert der Regelgröße (z. B. basierend auf einem Messwert ermittelt) mit einem Führungswert (einem Sollwert oder einer Vorgabe oder einem Vorgabewert) verglichen und entsprechend kann die Regelgröße mittels einer Stellgröße (unter Verwendung eines Stellglieds) derart beeinflusst werden, dass sich möglichst eine geringe Abweichung des jeweiligen IstWerts der Regelgröße vom Führungswert ergibt.
Als thermisch isolierend kann hierin verstanden werden, als dass eine dadurch bereitgestellte Wärmeleitfähigkeit kleiner ist als 1 Watt pro Meter und Kelvin (W/m·K), zum Beispiel kleiner als ungefähr 0,1 W/m·K. Ein thermisch isolierendes Material kann beispielsweise ein Dielektrikum aufweisen oder daraus gebildet sein, z.B. eine Keramik. Zwei thermisch voneinander isoliert eingerichtete (auch als thermisch separierte bezeichnet) Körper können anschaulich einen hohen Wärmewiderstand (Kehrwert der Wärmeleitfähigkeit) untereinander aufweisen, z.B. eine Wärmeleitfähigkeit von weniger als 1 Watt pro Meter und Kelvin (W/m·K), zum Beispiel weniger als ungefähr 0,1 W/m·K.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wurde erkannt, dass sich Graphit oder ein graphithaltiges Stoffgemisch als Tiegelmaterial für bestimmte Arten von Verdampfungsgut (z.B. für bestimmte Elemente oder Legierungen) besonders eignet, z.B. wenn das Verdampfungsgut den Tiegel nicht benetzt. Restschmelzen können leicht entnommen werden, Verunreinigung des Verdampfungsguts durch Tiegelmaterial findet kaum statt. Ein solches Verdampfungsgut kann beispielsweise Kupfer (Cu), Silber (Ag), Zinn (Sn), Indium (In) und/oder Gold (Au) aufweisen oder daraus gebildet sein. Beispielsweise kann ein solches Verdampfungsgut andere edle metallische Verbindungen und Legierungen von beispielsweise Kupfer (Cu), Silber (Ag), Zinn (Sn), Indium (In) und/oder Gold (Au) aufweisen oder daraus gebildet sein. Prinzipiell können aber auch andere Arten von Verdampfungsgut verdampft werden, z.B. Metalle.
Im Rahmen dieser Beschreibung kann ein Metall (auch als metallischer Werkstoff bezeichnet) zumindest ein metallisches Element (d.h. ein oder mehrere metallische Elemente) aufweisen (oder daraus gebildet sein), z.B. zumindest ein Element aus der Folgenden Gruppe von Elementen: Kupfer (Cu), Eisen (Fe), Titan (Ti), Nickel (Ni), Silber (Ag), Chrom (Cr), Platin (Pt), Gold (Au), Magnesium (Mg), Aluminium (Al), Zirkonium (Zr), Tantal (Ta), Molybdän (Mo), Wolfram (W), Vanadium (V), Barium (Ba), Indium (In), Calcium (Ca), Hafnium (Hf), Samarium (Sm), Silber (Ag), und/oder Lithium (Li). Ferner kann ein Metall eine metallische Verbindung (z.B. eine intermetallische Verbindung oder eine Legierung) aufweisen oder daraus gebildet sein, z.B. eine Verbindung aus zumindest zwei metallischen Elementen (z.B. aus der Gruppe von Elementen), wie z.B. Bronze oder Messing, oder z.B. eine Verbindung aus zumindest einem metallischen Element (z.B. aus der Gruppe von Elementen) und mindestens einem nichtmetallischen Element (z.B. Kohlenstoff), wie z.B. Stahl.
Das verdampfte Verdampfungsgut kann an einem Substrat angelagert werden, und dort eine Schicht bilden (auch als Beschichten des Substrats bezeichnet). Die Schicht kann dann das Verdampfungsgut, z.B. dessen chemische Zusammensetzung, aufweisen oder daraus gebildet sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Substrat zumindest eines von Folgendem aufweisen oder daraus gebildet sein: eine Keramik, ein Glas, einen Halbleiter (z.B. einen amorphen, polykristallinen oder einkristallinen Halbleiter, z.B. Silizium), ein Metall (z.B. Aluminium, Kupfer, Eisen, Stahl, Platin, Gold, etc.), ein Polymer (z.B. Kunststoff) und/oder eine Mischung verschiedener Materialien, wie z.B. ein Verbundwerkstoff (z.B. Kohlenstofffaser-verstärkter-Kohlenstoff, oder Kohlenstofffaser-verstärkter-Kunststoff). Das Substrat kann als Platte oder als Band (z.B. eine Folie) bereitgestellt sein oder werden. Beispielsweise kann das Substrat eine Kunststofffolie, eine Halbleiterfolie, eine Metallfolie und/oder eine Glasfolie aufweisen oder daraus gebildet sein, und optional beschichtet sein oder werden. Alternativ oder zusätzlich kann das Substrat beispielsweise Fasern aufweisen, z.B. Glasfasern, Kohlenstofffasern, Metallfasern und/oder Kunststofffasern, z.B. in Form eines Gewebes, eines Netzes, eines Gewirks, Gestricks oder als Filz bzw. Flies.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Tiegel (z.B. ein Graphittiegel oder ein zumindest graphithaltiger Tiegel) umschlossen sein mittels mehrerer Gehäuse-Komponenten, die es erleichtern, den Tiegel zu betreiben. Eine solche Verdampfungsanordnung (z.B. ein Tiegelsystem), das den Tiegel aufweist, kann eines oder mehr als eines von Folgendem aufweisen:

• eine wassergekühlte Tiegelträgerwanne;
• Aufstellung des Tiegels auf ein thermisch moderates Zwischenlagensystem zum gekühlten Wannenboden der Tiegelträgerwanne;
• Umgebung der Tiegelseitenwände mit Strahlungsschilden zwischen Tiegel und Tiegelträgerwanne;
• Abdeckung der Tiegeloberseite mit einer wassergekühlten Abdeckbrille, deren Format die direkte Wärmeabstrahlung der Tiegeloberseite und der frei liegenden Tiegelinnenwände zum Beschichtungsfenster hemmt;
• Wassergekühlter Verschlussdeckel für die Brillenöffnung;
• Gaseinlass mit Verteiler zur Tiegelspülung mit sauerstoff-freiem Inertgas.

Die wassergekühlte Tiegelträgerwanne kann die Wärmeabgabe nach außen in den unterhalb der Verdampfungsebene gelegenen Halb-Raum weitgehend abschirmen. Sie kann alternativ oder zusätzlich das Abfangen der austretenden Verdampfungsgutschmelze in einem Havariefall (z.B. Tiegelbruch) bereitstellen. Sie kann optional ergänzt sein durch ein in die Tiegelträgerwanne eingesetztes ungekühltes Abfang-Gefäß.
Das Zwischenlagensystem zur Aufstellung des zu erhitzenden Tiegels auf den gekühlten Boden der Tiegelträgerwanne kann eine spannungsarme und thermisch entkoppelte Aufstellung bzw. Lagerung des Tiegels während seiner Nutzung als erhitztes Gefäß für das zu verdampfende Beschichtungsmaterial ermöglichen. Vorteilhaft werden mindestens eine Lage Graphitfilz oder Gitterstrukturelemente eingesetzt. Das Zwischenlagensystem kann optional mehrlagig sein.
Die gekühlten Seitenwände der Tiegelträgerwanne können ermöglichen, möglichst wenig Verlustleistung des Verdampfungsprozesses ins Kühlmedium abführen. Dazu können zwischen den Tiegelaußenseiten und den gekühlten Seitenwänden der Tiegelträgerwanne ein oder mehr als ein Strahlungsschild angerordnet sein oder werden, d.h. mindestens einlagig, vorteilhaft aber mehrlagig. Der oder jeder Strahlungsschild dient dazu, dass ein möglichst großer Anteil der abgestrahlten Leistung des heißen Tiegels wieder an den Tiegel zurückgeführt wird und zur Heizung des Tiegels beiträgt, und dass somit der spezifische Energieverbrauch des Verdampfungsprozesses weiter gesenkt werden kann.
Die wassergekühlte Abdeckbrille fängt die Wärmestrahlung von der Oberseite des Tiegels und von den freiliegenden Innenwänden des Tiegelhafens in Richtung des Beschichtungsfensters ab und dient somit der Reduzierung des Sekundärleistungseintrags und der Minimierung der thermischen Belastung des zu beschichtenden Substrats. Die wassergekühlte Abdeckbrille kann aus diesem Grunde über den Tiegelhafenrand überstehen. Das Öffnungsformat (d.h. die Form der Dampfaustrittsöffnung) kann dem Strahleinfall und Bereich des hauptsächlichen Dampfaustritts zum Beschichtungsfenster hin angepasst sein oder werden.
Der wassergekühlte Verschlussdeckel (auch als Deckelverschluss bezeichnet) wird beispielsweise vor Prozessbeginn geöffnet und gibt das Brillenfenster (auch als Dampfaustrittsöffnung bezeichnet) für den Strahleinschuss und den Dampfaustritt frei. Nach Beendigung oder bei Unterbrechung des Verdampfungsprozesses kann der Verschlussdeckel wieder verschlossen werden und somit eine vollständige Umschließung bzw. Einhausung des heißen Tiegels bereitstellen. In diesem Zustand kann eines oder mehr als eines von Folgendem erreicht werden:

• Eine beschleunigte Abkühlung des Tiegels durch Inertgas-Einlass;
• Eine vorzeitige Belüftung der Vakuumanlage und, wenn vorteilhaft durchführbar, Ausbringung des geschlossenen Gesamt-Tiegelsystems bei laufender Inertgas-Spülung und bei Tiegeltemperaturen weit über der oben benannten Grenztemperatur von ca. 380°C;
• Um den notwendigen Spülgas-Strom so gering wie möglich zu halten, kann der Verschlussdeckel und das Gegenstück der Abdeckbrille mit einer entsprechend auf einander angepassten Labyrinth-Auflagefläche zur Leckage-armen Ankopplung der Verschlussflächen versehen sein oder werden;
• Die Gasversorgungsstruktur (z.B. deren Gaseinlass-System in den abschließbaren Tiegelraum) kann einen Gasverteiler aufweisen, der eine möglichst gleichmäßige Anströmung des Tiegels über die gesamte Breite ermöglicht und so eine annähernd homogene beschleunigte Abkühlung des Tiegels erzwingt.

Optional kann eines oder mehr als eines von Folgendem bereitgestellt sein oder werden:

• Messung und/oder Überwachung der Tiegeltemperatur mittels eines Thermoelements, z.B. zur Kontrolle des thermischen Gleichgewichts des Verdampfungstiegels für die gewünschte Ziel-Rate;
• Ein entsprechendes Thermoelement kann beispielsweise an der Tiegelaußenwand und/oder in einer Bohrung im Tiegelboden eingesenkt sein oder werden;
• Eine Nachfütter-Einrichtung zum Nachführen von Verdampfungsgut in den Tiegel, zum Beispiel mittels einer Drahtnachführung, um den Badspiegel des flüssigen Verdampfungsguts möglichst konstant zu halten und/oder eine Vergrößerung der Wandabstrahlung von einer mit

Badspiegel-Absenkung mehr und mehr frei werdenden Tiegel-Innenwand zu hemmen.

• Die Nachführung des Verdampfungsguts zum Zwecke der Konstanthaltung des Abstandes des abdampfenden Badspiegels des Verdampfungsguts gegenüber dem Substrat kann durch ein Anheben des Tiegels mit einer Hubeinrichtung erfolgen.

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird eines oder mehr als eines von Folgendem bereitgestellt:

• eine stressarme Erhitzung und Abkühlung des Tiegels (z.B. Vermeidung von Tiegelbruch durch thermische Material-Spannungen);
• Weitere Erniedrigung des spezifischen Energieverbrauchs der Verdampfung, Verlustleistungsminimierung;
• Beschleunigte Abkühlung des Tiegels zum Zwecke einer gefahrlosen Belüftung, Verringerung der sogenannten „Downtime“, d.h. der Betriebszeitunterbrechung;
• Minimierung der thermischen Substratbelastung im Beschichtungsfenster durch Minimierung des SekundärLeistungseintrags (Strahlung).

Die gemäß verschiedenen Ausführungsformen bereitgestellte Verdampfungsanordnung und/oder das Verfahren können beispielsweise Teil einer Folie-Beschichtungsanlage, zum Beispiel für Cu-Beschichtungen sein und/oder dafür verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich können die Verdampfungsanordnung und/oder das Verfahren Teil einer Band-Beschichtungsanlage (z.B. zur Beschichtung eines Metallbandes, zum Bilden von leitfähigen Schichten und/oder Schichtsystemen, Beschichtung eines Leadframes, zum Bilden einen oder mehr als eines Kontaktelements) sein und/oder darin verwendet werden.
1 veranschaulicht eine Verdampfungsanordnung 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht.
Die Verdampfungsanordnung 100 kann ein, z.B. mehrteiliges, Gehäuse 102 aufweisen. Das Gehäuse 102 kann beispielsweise überdruckstabil eingerichtet sein und/oder gasdurchlässig, beispielsweise auch, wenn es zusammengefügt und/oder geschlossen ist. Das mehrteilige Gehäuse 102 erleichtert den Zugriff zum Gehäuseinnenraum 102i.
Das mehrteilige Gehäuse 102 kann eine Gehäusewanne 102w (auch als Tiegelträgerwanne 102w bezeichnet) und einen davon separaten (z.B. abnehmbaren) Gehäusedeckel 102d (auch als Abdeckbrille bezeichnet) aufweisen. Der Gehäusedeckel 102d kann beispielsweise rahmenförmig eingerichtet sein und/oder von einer Öffnung 102o (auch als Dampfaustrittsöffnung 102o bezeichnet) durchdrungen sein. Der Gehäusedeckel 102d kann mit seinem Rand auf der Gehäusewanne 102w aufliegen, z.B. formschlüssig und/oder verzapft (d.h. mittels einer Zapfenverbindung). Es können alternativ oder zusätzlich auch andere Formschluss-Verbindungen verwendet werden. Die Gehäusewanne 102w kann in Richtung des Gehäusedeckels 102d offen sein und den Gehäuseinnenraum 102i bereitstellen. Die Dampfaustrittsöffnung 102o kann den Gehäuseinnenraum 102i teilweise freilegen.
Die Verdampfungsanordnung 100 kann ferner einen Tiegel 104 aufweisen. Der Tiegel 104 kann einen oder mehr als einen Behälter 104b (auch als Verdampfungsgut-Behälter bezeichnet) aufweisen oder daraus gebildet sein. Optional kann der Tiegel 104 von einer Hülle umgeben sein, die als Strahlungsabschirmung (auch als die thermisch-Abschirmstruktur 104s bezeichnet) eingerichtet ist, wie später noch genauer beschrieben ist.
Der Tiegel 104, z.B. dessen Verdampfungsgut-Behälter 104b, kann eine Vertiefung 104t (auch als Tiegelhafen bezeichnet) aufweisen, in welcher das Verdampfungsgut 106 angeordnet ist. Das Verdampfungsgut 106 kann im Allgemeinen ein Material sein, welches unter Hitzeeinwirkung aufgeschmolzen werden kann und/oder in die Gasphase übergeht. Dazu kann der Verdampfungsgut-Behälter beispielsweise nach unten hin fluiddicht eingerichtet sein, so dass das verflüssigte Verdampfungsmaterial nicht aus diesem heraus austritt. Beispielsweise kann die Vertiefung 104t unterhalb der Dampfaustrittsöffnung 102o angeordnet sein.
Das Überführen des Verdampfungsguts in die Dampfphase kann auch als thermisches Verdampfen bezeichnet sein oder werden. Das thermische Verdampfen kann sowohl den Übergang aus der flüssigen Phase in die Gasphase, wie auch den unmittelbaren Übergang aus der festen Phase in die Gasphase (auch als Sublimation bezeichnet) aufweisen.
Das in die Gasphase überführte (verdampfte) Verdampfungsgut kann zu der Dampfaustrittsöffnung hin in das Gehäuse 102 hinein und anschließend durch die Dampfaustrittsöffnung 102o hindurch aus dem Gehäuse 102 heraus emittiert werden.
Der Tiegel 104 kann zumindest teilweise (das heißt einige oder alle Bestandteile des Tiegels) aus einem hochtemperaturfesten (auch als temperaturstabil bezeichnet) Material gefertigt sein, d.h. dieses aufweisen oder daraus gebildet sein. Beispielsweise kann zumindest der Verdampfungsgut-Behälter 104b und die thermisch-Abschirmstruktur 104s das hochtemperaturfeste Material aufweisen oder daraus gebildet sein.
Als hochtemperaturfestes Material kann ein Material verstanden werden, welches unter Vakuum (zum Beispiel unter Sauerstoffausschluss) eine Stabilität-Grenztemperatur, z.B. Zersetzungstemperatur (zum Beispiel Schmelztemperatur und/oder Sublimationstemperatur), aufweist, die größer ist als ungefähr 2000 (z.B. 2500°C), zum Beispiel größer als ungefähr 2750°C, zum Beispiel größer als ungefähr 3000°C. Als hochtemperaturfestes Material kann ein Material verstanden werden, welches unter Vakuum (zum Beispiel unter Sauerstoffausschluss) eine hohe thermisch-chemischmechanischer Widerstandsfähigkeit aufweist, z.B. größer als die von Stahl. Das hochtemperaturfeste Material kann beispielsweise Kohlenstoff, zum Beispiel in einer Kohlenstoffmodifikation, wie etwa Graphit, oder in einer Karbid-Verbindung, aufweisen oder daraus gebildet sein. Optional kann das hochtemperaturfeste Material Fasern aufweisen. Beispielsweise kann das hochtemperaturfeste Material ein Faserverbundmaterial aufweisen oder daraus gebildet sein, wobei das Faserverbundmaterial beispielsweise den Kohlenstoff aufweisen kann.
Beispielsweise kann das hochtemperaturfeste Material Graphit aufweisen oder daraus gebildet sein. Graphit kann beispielsweise eine preisgünstige Fertigung ermöglichen. Beispielsweise kann der Graphit kostengünstig bearbeitet werden und/oder eine vergleichsweise hohe Biegefestigkeit aufweisen.
Alternativ oder zusätzlich kann das hochtemperaturfeste Material eine Keramik (z.B. SiC) aufweisen, die Kohlenstoff (z.B. eine Karbidkeramik) oder Sauerstoff (z.B. eine Oxidkeramik) aufweist. Die Keramik kann beispielsweise eine große Festigkeit ermöglichen.
Alternativ oder zusätzlich kann das hochtemperaturfeste Material ein Metall aufweisen oder daraus gebildet sein, z.B. Tantal.
Die Verdampfungsanordnung 100 kann weiterhin eine Tiegelhaltestruktur 108 aufweisen. Die Tiegelhaltestruktur 108 kann den Tiegel 104 innerhalb des Gehäuses 102 (z.B. der Gehäusewanne 102w) halten. Die Tiegelhaltestruktur 108 kann einen räumlich Abstand und/oder ein thermische Separierung des Tiegels 104 von den Bestandteilen des Gehäuses 102 bereitstellen (z.B. diese räumlich und/oder thermisch separiert voneinander halten), z.B. von den Wänden der Gehäusewanne 102w und/oder von dem Gehäusedeckel 102d. Die räumliche und/oder thermische Separation kann beispielsweise den thermischen Wärmeübertrag von dem Tiegel 104 in das Gehäuse hemmen (auch als thermischer Blocker bezeichnet).
Optional kann die Tiegelhaltestruktur 108 eine oder mehr als eine Lage (auch als Zwischenlagensystem bezeichnet) aufweisen, welche beispielsweise übereinander geschichtet sind, z.B. ein Mehrschichtsystem. Eine oder mehr als eine Lage der Tiegelhaltestruktur 108 kann ein Filz aufweisen, zum Beispiel ein Kohlenstofffilz. Alternativ oder zusätzlich kann eine oder mehr als eine Lage der Tiegelhaltestruktur 108 ein oder mehr als ein Distanzstück aufweisen. Das Mehrschichtsystem kann beispielsweise eine oder mehr als eine Lage aus Graphitfilz und/oder eine oder mehr als eine Lage aus einer Gitterstruktur aufweisen. Alternativ kann auch nur genau eine Lage verwendet werden, z.B. aus Graphitfilz.
Das oder jedes Distanzstück kann beispielsweise eine Keramik ausweisen oder daraus gebildet sein.
Optional kann eine oder mehr als eine Lage der Tiegelhaltestruktur 108 mittels eines Strahlungsschildes, beispielsweise einer Platte, bereitgestellt sein oder werden.
Optional kann das Gehäuse 102 eine Strahlungsschild-Anordnung 102s aufweisen. Die Strahlungsschild-Anordnung 102s kann beispielsweise einen Wärmeübergang von dem Tiegel 104 durch das Gehäuse 102 hindurch hemmen. Die Strahlungsschild-Anordnung 102s kann zumindest einen (d.h. einen oder mehr als einen) ersten Strahlungsschild aufweisen und zumindest einen zweiten Strahlungsschild aufweisen, zwischen denen der Tiegel 104 angeordnet ist. Der oder jeder Strahlungsschild kann beispielsweise ein Metall aufweisen, wie beispielsweise Stahl zum Beispiel Edelstahl oder Baustahl, oder daraus gebildet sein. Der oder jeder Strahlungsschild kann einen geringeren hemisphärischen Gesamtabsorptionsgrad aufweisen als der Tiegel 104, zum Beispiel dessen Verdampfungsgut-Behälter 104b, und/oder die thermisch-Abschirmstruktur 104s. Beispielsweise kann der hemisphärische Gesamtabsorptionsgrad des oder jedes Strahlungsschilds kleiner sein als ungefähr 0,5 (kleiner als z.B. 0,25, kleiner als z.B. 0,15).
Die Verdampfungsanordnung 100 kann optional eine Gasversorgungsstruktur 110 aufweisen. Die Gasversorgungsstruktur 110 kann eine oder mehr als eine Gasaustrittsöffnung (z.B. in Form eines Gasverteilers) aufweisen, welche beispielsweise zu dem Tiegel 104 hin gerichtet ist. Ferner kann die Gasversorgungsstruktur 110 eine Rohrleitung und/oder eine andere Gaszuführung aufweisen, welche die mehrere Gasaustrittsöffnungen miteinander und/oder mit einem Anschluss der Gasversorgungsstruktur 110 gasleitend verbindet. Der Anschluss kann beispielsweise mit einer externen Gasversorgung gekoppelt sein oder werden, mittels welcher der Gasversorgungsstruktur 110 ein Gas zugeführt werden kann.
Das Gas (auch als Spülgas bezeichnet) kann beispielsweise ein Schutzgas und/oder Inertgas, wie zum Beispiel Argon oder Stickstoff, aufweisen oder daraus gebildet sein und/oder sauerstofffrei sein.
Die Verdampfungsanordnung 100 kann optional einen Deckelverschluss 112 aufweisen. Der Deckelverschluss 112 kann eingerichtet sein, die Dampfaustrittsöffnung 102o zu verschließen oder zumindest abzudecken. Dazu kann der Deckelverschluss 112 beispielsweise auf den Gehäusedeckel 102d aufgelegt sein oder werden, z.B. formschlüssig und/oder verzapft (d.h. mittels einer Zapfenverbindung). Es können alternativ oder zusätzlich auch andere Formschluss-Verbindungen 112f verwendet werden. Beispielsweise können der Deckelverschluss 112 und der Gehäusedeckel 102d zueinander formschlüssige Konturen 112f aufweisen. Die Konturen 112f können optional eingerichtet sein, zusammengefügt eine Labyrinthdichtung (auch als Meanderdichtung bezeichnet) bereitzustellen, d.h. wenn der Deckelverschluss 112 auf dem Gehäusedeckel 102d aufliegt.
Zum Betreiben der Verdampfungsanordnung 100 kann der Deckelverschluss 112 von dem Gehäusedeckel 102d abgenommen 111 sein oder werden, so dass die Dampfaustrittsöffnung 102o freiliegt. Durch die freiliegende Dampfaustrittsöffnung 102o hindurch kann das Bestrahlen des Verdampfungsguts 106 mittels eines Elektronenstrahls (nicht dargestellt) erfolgen, d.h. von außerhalb des Gehäuses 102. Die mittels des Elektronenstrahls in das Verdampfungsgut 106 eingebrachte Leistung kann das Verdampfungsgut 106 erwärmen und schließlich in die Dampfphase überführen (auch als Verdampfen des Verdampfungsguts 106 bezeichnet). Das verdampfte Verdampfungsgut 106 kann aus der Dampfaustrittsöffnung 102o austreten und sich an einem Substrat (nicht dargestellt) anlagern (das heißt eine Schicht darauf bilden).
Ist das Verdampfungsgut 106 verbraucht, kann der Deckelverschluss wieder auf den Gehäusedeckel 102d aufgelegt 111 werden, so dass der Gehäuseinnenraum 102i von der Umgebung des Gehäuses 102 gassepariert ist. Mit anderen Worten kann das Gehäuse 102 gasseparierend verschlossen werden. Nachfolgend kann optional mittels der Gasversorgungsstruktur 110 dem Gehäuseinnenraum 102i das Spülgas zugeführt werden. Das Spülgas kann thermische Energie von dem Tiegel 104 aufnehmen und nachfolgend aus dem Gehäuse 102 (zum Beispiel durch die Labyrinthdichtung 112f hindurch) ausströmen. Damit wird erreicht, dass der Tiegel 104 schneller und/oder gleichmäßiger abgekühlt wird, z.B. bei moderatem Gasverbrauch.
Optional kann das Gehäuse 102, zum Beispiel die Gehäusewanne 102w und/oder der Gehäusedeckel 102d, wassergekühlt sein oder werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Deckelverschluss 112 wassergekühlt sein oder werden.
Optional kann der Deckelverschluss 112 einen Verschluss-Strahlungsschild (nicht dargestellt) aufweisen, welcher, wenn der Deckelverschluss 112 auf dem Gehäusedeckel 102d aufliegt, dem Tiegel 104 zugewandt ist.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der oder jeder Strahlungsschild des Gehäuses 102 mittels einer Platte, z.B. einer Aluminium- oder Stahlplatte, bereitgestellt sein oder werden. Der oder jeder Strahlungsschild 102s kann beidseitig räumlich und/oder thermisch separiert angeordnet sein, d.h. auf beiden Seiten einen Hohlraum begrenzen. Beispielsweise kann der oder jeder Strahlungsschild 102s in einem Abstand von den Wandelementen 1002 des Gehäuses 102 (vgl. 10) angeordnet sein. Beispielsweise können sich mehrere Strahlungsschilde untereinander nicht berühren und/oder nur thermisch isoliert voneinander gehalten und/oder thermisch isoliert voneinander verbunden sein (z.B. mittels eines oder mehr als eines Distanzstücks). Das oder jedes Distanzstück kann beispielsweise eine Keramik ausweisen oder daraus gebildet sein.
Der eine oder mehr als eine Strahlungsschild zwischen dem Deckel und dem Tiegel kann optional sein und die Wärmeabschirmung verbessern.
2 veranschaulicht eine Vakuumanordnung 200 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht, z.B. die Verdampfungsanordnung 100 aufweisend.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Vakuumanordnung 200 Folgendes aufweisen: eine Vakuumkammer 224 (auch als Vakuumprozesskammer oder Bedampfungskammer bezeichnet), in welcher ein Beschichtungsraum 224r angeordnet ist, wobei der Beschichtungsraum 224r beispielsweise das Innere der Vakuumkammer 224 ausfüllen und/oder zumindest ein Vakuum aufweisen kann. Der Beschichtungsraum 224r kann zumindest einen (d.h. genau ein oder mehr als einen) Auftreffbereich 224a, 224b aufweisen.
Die Vakuumkammer 224 kann eine oder mehr als eine Vakuumpumpe (z.B. Vorvakuumpumpe und/oder Hochvakuumpumpe) aufweisen zum Bereitstellen eines Vakuums im Inneren der Vakuumkammer 224 und/oder in dem Beschichtungsraum 224r.
Die Vakuumanordnung 200 kann ferner zumindest eine (d.h. genau eine oder mehr als eine) Elektronenstrahlkanone 122 aufweisen, welche beispielsweise eine Elektronenstrahlquelle 112q und ein Ablenksystem 142a zum Ablenken eines Elektronenstrahls 23 in den zumindest einen Auftreffbereich 224a, 224b aufweist. Die Elektronenstrahlquelle 112q kann eine Elektronenquelle (z.B. eine Kathode, z.B. Glühkathode) und eine Strahlformeinheit (z.B. eine Anode) aufweisen.
Der Elektronenstrahl 23 kann beispielsweise gemäß einer (z.B. derselben) Ablenksequenz (auch als Elektronenstrahl-Ablenksequenz bezeichnet) abgelenkt werden, z.B. mehrmals hintereinander gemäß derselben Ablenksequenz. Eine Ablenksequenz kann anschaulich eine Abfolge von Soll-Auftreffpunkten und/oder eine Soll-Trajektorie (auch als Soll-Ablenktrajektorie bezeichnet) auf welche der Elektronenstrahl 23 gerichtet wird (d.h. welcher mittels des Elektronenstrahls 23 abgefahren werden soll), repräsentieren. Die oder jede Ablenksequenz kann eine in sich geschlossene Trajektorie 155 bzw. eine Abfolge von Soll-Auftreffpunkten 155 entlang der in sich geschlossenen Trajektorie 155 definieren, welche bestrahlt werden soll (die sogenannte Auftrefffigur 155). Die Auftrefffigur 155 kann beispielsweise eine Trajektorie T(P,t) des Auftrefforts P(x,y,z) des Elektronenstrahls 23 repräsentieren. Die Größe und Ausrichtung der Auftrefffigur 155 kann von ihrer Lage im Raum abhängen und optional zeitabhängig verändert und/oder transformiert werden.
Ferner kann die Vakuumanordnung 200 zumindest einen Tiegel 104 (d.h. genau einen oder mehr als einen Tiegel) zum Halten des Targetmaterials (auch als Verdampfungsgut oder Beschichtungsmaterial bezeichnet) in einem oder mehr als einem Auftreffbereich der Vakuumanordnung 200 aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann in dem oder jedem Auftreffbereich 224a, 224b ein Targetmaterial angeordnet sein oder werden, welches mittels des Elektronenstrahls 23 verdampft werden soll.
Der oder jeder Tiegel 104 kann beispielsweise in einem Gehäuse 102 angeordnet sein oder werden, welches in der Vakuumkammer 224 angeordnet ist. Ein Tiegel kann verstanden werden als einen temperaturbeständigen (z.B. 2000°C und mehr) Behälter aufweisend, welcher zum Aufnehmen des Targetmaterials eingerichtet ist. Dazu kann der Tiegel 104 beispielsweise eine Vertiefung aufweisen, in welchem das Verdampfungsgut angeordnet sein oder werden kann. Die Vertiefung kann in Richtung der bestrahlenden oder zur Bestrahlung eingerichteten Elektronenstrahlkanone 122 hin geöffnet sein, so dass der Elektronenstrahl 23 auf das Targetmaterial gerichtet werden kann.
In dem Beschichtungsraum 224r kann das zu beschichtende Werkstück 202 angeordnet und/oder transportiert sein oder werden, z.B. ein plattenförmiges oder bandförmiges Substrat 202.
Das Targetmaterial, d.h. das zu verdampfende Material (Verdampfungsgut), kann z.B. ein Metall (z.B. eine Legierung), ein organisches Material, einen Kunststoff oder eine Keramik aufweisen. Der Abstand der Elektronenstrahlquelle 112q zu dem Verdampfungsgut und/oder dem Gehäuse 102 kann beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 0,5 m bis ungefähr 5 m liegen, z.B. in einem Bereich von ungefähr 1 m bis ungefähr 2 m. Alternativ oder zusätzlich kann das Targetmaterial in einem Vakuum angeordnet sein oder werden, z.B. während es bestrahlt und/oder verdampft wird. Die Elektronenstrahlquelle 112q kann den Elektronenstrahl mit einer Leistung von mehreren kW (Kilowatt) bereitstellen, z.B. mit einer Strahlleistung in einem Bereich von ungefähr 1 kW bis ungefähr 1 MW.
Die eine oder mehr als eine Elektronenstrahlkanone 122 kann mittels einer Energieversorgung 120 elektrisch versorgt werden. Beispielsweise kann die Energieversorgung 120 eine Beschleunigungsspannung und/oder einen Kathodenstrom der Elektronenstrahlkanone 122 bereitstellen. Die Beschleunigungsspannung kann mittels eines Transformators der Energieversorgung 120 bereitgestellt sein oder werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Kammergehäuse 224, z.B. die oder jede darin bereitgestellte Vakuumkammer 224, derart eingerichtet sein, dass darin ein Druck in einem Bereich von ungefähr 10 mbar bis ungefähr 1 mbar (mit anderen Worten Grobvakuum) bereitgestellt werden kann oder weniger, z.B. ein Druck in einem Bereich von ungefähr 1 mbar bis ungefähr 10^-3 mbar (mit anderen Worten Feinvakuum) oder weniger, z.B. ein Druck in einem Bereich von ungefähr 10^-3 mbar bis ungefähr 10^-7 mbar (mit anderen Worten Hochvakuum) oder weniger, z.B. ein Druck von kleiner als Hochvakuum, z.B. kleiner als ungefähr 10^-7 mbar. Dazu kann das Kammergehäuse 224 derart stabil eingerichtet sein, dass diese dem Einwirken des Luftdrucks im abgepumpten Zustand standhält.
3 veranschaulicht eine Verdampfungsanordnung 300 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht, z.B. die Verdampfungsanordnung 100.
Die Verdampfungsanordnung 300 kann das Gehäuse 102 aufweisen, welches zumindest einen (d.h. einen oder mehr als einen) in dem Gehäuseinnenraum 102i angeordneten Strahlungsschild 102s aufweist.
Ferner kann die Verdampfungsanordnung 300 eine thermisch-Abschirmstruktur 104s aufweisen. Die thermisch-Abschirmstruktur 104s kann zum Abschirmen des Gehäuses 102, z.B. dessen zumindest einem Strahlungsschild 102s, vor thermischer Strahlung eingerichtet sein. Dazu kann die thermisch-Abschirmstruktur 104s zwischen dem zumindest einen Strahlungsschild 102s und dem Verdampfungsgut-Behälter 104b angeordnet sein.
Beispielsweise kann die thermisch-Abschirmstruktur 104s wannenförmig (auch als thermisch-Abschirmwanne bezeichnet) ausgebildet sein oder werden. Mit anderen Worten kann die thermisch-Abschirmstruktur 104s den Tiegel 104 teilweise einhausen.
Die thermisch-Abschirmstruktur 104s kann räumlich und/oder thermisch separiert angeordnet sein von dem Tiegel 104 (z.B. dessen Verdampfungsgut-Behälter 104b) und/oder von dem zumindest einen Strahlungsschild 102s, z.B. mittels jeweils eines Hohlraumes. Beispielsweise können sich diese nicht berühren und/oder thermisch isoliert voneinander gehalten und/oder thermisch isoliert voneinander verbunden sein (z.B. mittels eines oder mehr als eines Distanzstücks). Das oder jedes Distanzstück kann beispielsweise eine Keramik ausweisen oder daraus gebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann das oder jedes hierin beschriebene Distanzstück thermisch isolierend eingerichtet sein.
Der oder jeder Hohlraum, welcher an einen Strahlungsschild 102s oder eine thermisch-Abschirmstruktur angrenzt, kann den Wärmetransport hemmen. Mittels des Hohlraums kann verhindert werden, dass die thermische Energie (Wärmeenergie) über eine Festkörper-Wärmebrücke transportiert wird.
Der Verdampfungsgut-Behälter 104b und/oder die thermisch-Abschirmstruktur 104s können eine erste Stabilität-Grenztemperatur, z.B. erste Zersetzungstemperatur, (zum Beispiel Schmelztemperatur und/oder Sublimationstemperatur) aufweisen. Der Strahlungsschild 102s, die Gehäusewanne 102w und/oder der Gehäusedeckel 102d können eine zweite Stabilität-Grenztemperatur, z.B. Zersetzungstemperatur, (zum Beispiel Schmelztemperatur und/oder Sublimationstemperatur) aufweisen. Die erste Stabilität-Grenztemperatur (z.B. Zersetzungstemperatur) kann größer sein als die zweite Stabilität-Grenztemperatur (z.B. Zersetzungstemperatur), z.B. mindestens ungefähr 20% (30%, 40%, 50%, 100% oder mehr als 100%) größer als die zweite Stabilität-Grenztemperatur (z.B. bezüglich der absoluten Temperaturskala).
Die Stabilität-Grenztemperatur kann die Grenztemperatur zur Aufrechterhaltung ihrer Funktionalität sein. Die Stabilität-Grenztemperatur kann sich auf eine mechanische Stabilität, Formstabilität und Beständigkeit der Materialzusammensetzung und/oder chemische Beständigkeit beziehen.
Mit anderen Worten können der Verdampfungsgut-Behälter 104b und/oder die thermisch-Abschirmstruktur 104s thermisch stabiler sein als der oder jeder Strahlungsschild 102s, die Gehäusewanne 102w und/oder der Gehäusedeckel 102d. Dies ermöglicht eine vereinfachte Bauweise. Beispielsweise kann für den Strahlungsschild 102s ein kostengünstigeres Material verwendet werden, welches eine geringere thermische Stabilität aufweist. Demgegenüber braucht beispielsweise nur die thermisch-Abschirmstruktur 104s aus einem hochtemperaturstabilen (auch als hochtemperaturfesten bezeichnet) Material gebildet zu sein.
Eine Stabilität-Grenztemperatur bezeichnet hierin diejenige Temperatur, oberhalb welcher eine thermisch-chemischmechanische Widerstandsfähigkeit nicht mehr gegeben ist, d.h. bei welcher das Material chemisch und/oder mechanisch instabil wird. Die Stabilität-Grenztemperatur bezeichnet anschaulich die Grenztemperatur für die thermisch-chemischmechanische Stabilität eines Festkörpers. Die Stabilität-Grenztemperatur kann im Allgemeinen hierin verstanden werden als eine Temperatur, bei der ein Festkörper beginnt, seine mechanische Stabilität (z.B. Härte und/oder Steifheit), seine Form, und/oder Integrität zu verändern. Die Stabilität-Grenztemperatur kann sich beispielsweise unter Vakuumbedingungen von der unter Normalbedingungen unterscheiden, und hierin beispielsweise auf Vakuumbedingungen bezogen sein. Mit anderen Worten kann sich die Stabilität-Grenztemperatur eines Festkörpers auf eine Temperatur beziehen, die der Körper aufweist, wenn er sich im Vakuum (zum Beispiel Grobvakuum oder Feinvakuum oder Hochvakuum) befindet. Soll sich die Stabilität-Grenztemperatur auf andere Bedingungen beziehen, wird dies hierin angegeben. Stahl zum Beispiel kann sich oberhalb seiner Stabilität-Grenztemperatur, auch wenn er noch nicht schmelzen würde, verwerfen. Dieses Verhalten wird von der Stabilität-Grenztemperatur berücksichtigt.
Im Allgemeinen kann die Stabilität-Grenztemperatur bezogen sein auf das Einsetzen einer thermisch induzierten Deformation und/oder Zersetzung eines Festkörpers, die beispielsweise plastisch und/oder irreversibel ist. Beispielsweise kann die Stabilität-Grenztemperatur bezogen sein auf das Freisetzen von Gitterspannungen vom Walzprozess her, die zu mechanischer Deformation führen können. Beispielsweise kann die Stabilität-Grenztemperatur bezogen sein auf thermische Dehnungen und Stauchungen, z.B. bei einer heißeren Vorderseite und kälteren Rückseite, die eine mechanische Deformation hervorrufen. Beispielsweise kann die Stabilität-Grenztemperatur bezogen sein auf eine Deformation, die durch eine gehemmte thermische Ausdehnung zurückgeht. Beispielsweise kann die Stabilität-Grenztemperatur bezogen sein auf thermische Phasenumwandlungen (z.B. in Stahl) und/oder Änderung der Festigkeit des Gefüges bei unterschiedlichen Gefüge-Modifikationen. Beispielsweise kann die Stabilität-Grenztemperatur bezogen sein auf das in Gang setzen von Diffusionsprozessen und Entmischung von Legierungsbestandteilen. Beispielsweise kann die Stabilität-Grenztemperatur bezogen sein auf eine durch Berührung heißer Teile, z.B. des Tiegels, hervorgerufene Legierungsbildung und Bildung diverser Verbindungen mit Reduzierung der Schmelztemperatur. Beispielsweise kann die Stabilität-Grenztemperatur bezogen sein auf das Schmelzen des Materials.
Allgemeiner gesprochen kann die Stabilität-Grenztemperatur bezogen sein auf das Einsetzen thermisch bedingter chemischer Reaktionen und Umwandlungen, Phasenumwandlungen, und thermisch bedingter mechanischer Verwerfungen und Festigkeitseinbußen, oder auch das thermische Schmelzen des Materials.
Die Stabilität-Grenztemperatur bezogen auf eine chemische und/oder thermische Zersetzung des Füllkörpers kann auch als Zersetzungstemperatur bezeichnet sein.
Beispielsweise kann die erste Stabilität-Grenztemperatur (z.B. erste Zersetzungstemperatur) 2000°C oder mehr sein, zum Beispiel 2500°C oder mehr, zum Beispiel 3000°C oder mehr.
Die Zersetzungstemperatur kann im Allgemeinen hierin verstanden werden als ein der Temperatur bei der ein Festkörper beginnt, seinen Aggregatszustand oder chemische Zusammensetzung zu verändern. Die Zersetzungstemperatur kann beispielsweise für Vakuumbedingungen angegeben sein. Mit anderen Worten kann sich die Zersetzungstemperatur eines Festkörpers auf eine Temperatur beziehen, die der Körper aufweist, wenn er sich im Vakuum (zum Beispiel Grobvakuum oder Feinvakuum oder Hochvakuum) befindet. Soll sich die Zersetzungstemperatur auf andere Bedingungen beziehen, wird dies hierin angegeben.
Optional können zwischen der thermisch-Abschirmstruktur 104s und der Gehäusewanne 102w mehr als ein Strahlungsschild 102s angeordnet sein oder werden, welche untereinander jeweils räumlich und/oder thermisch voneinander separiert sind.
Alternativ oder zusätzlich zu der höheren thermischen Stabilität kann die thermisch-Abschirmstruktur 104s und/oder der Verdampfungsgut-Behälter einen (zum Beispiel ungefähr 50%, 100%, 200% oder mehr als 200%) größeren hemisphärischen Gesamtemissionsgrad aufweisen als das oder jedes Strahlungsschild 102s. Optional können die thermisch-Abschirmstruktur 104s und/oder der Verdampfungsgut-Behälter 104b sich in ihrem hemisphärischen Gesamtemissionsgrad weniger unterscheiden als von dem/den Strahlungsschild(en) 102s. Beispielsweise können die thermisch-Abschirmstruktur 104s und/oder der Verdampfungsgut-Behälter 104b einen hemisphärischen Gesamtemissionsgrad von mehr als ungefähr 0,5 (z.B. ungefähr 0,75) aufweisen.
Optional können der Verdampfungsgut-Behälter 104b und/oder die thermisch-Abschirmstruktur 104s einen größeren Anteil Kohlenstoff (zum Beispiel in Atomprozent gemessen) aufweisen als der oder jeder Strahlungsschild 102s, die Gehäusewanne 102w und/oder der Gehäusedeckel 102d. Dies ermöglicht eine vereinfachte Bauweise. Alternativ oder zusätzlich können der Verdampfungsgut-Behälter 104b und/oder die thermisch-Abschirmstruktur 104s einen kleineren Anteil Metall (zum Beispiel in Atomprozent gemessen) aufweisen als der oder jeder Strahlungsschild 102s, die Gehäusewanne 102w und/oder der Gehäusedeckel 102d. Dies ermöglicht eine vereinfachte Bauweise. Das Metall kann beispielsweise Eisen oder Aluminium sein.
Optional können der Verdampfungsgut-Behälter 104b und/oder die thermisch-Abschirmstruktur 104s einen größeren Anteil Keramik (zum Beispiel in Atomprozent gemessen) aufweisen als der oder jeder Strahlungsschild 102s, die Gehäusewanne 102w und/oder der Gehäusedeckel 102d. Dies ermöglicht eine thermisch isolierende Bauweise. Optional können der Verdampfungsgut-Behälter 104b und/oder die thermisch-Abschirmstruktur 104s einen größeren Anteil Fasern (zum Beispiel in Atomprozent gemessen) aufweisen als der Strahlungsschild 102s, die Gehäusewanne 102w und/oder der Gehäusedeckel 102d. Dies ermöglicht eine mechanisch stabile Bauweise.
Optional können der Verdampfungsgut-Behälter 104b und/oder die thermisch-Abschirmstruktur 104s eine geringere thermische Leitfähigkeit aufweisen als der oder jeder Strahlungsschild 102s, die Gehäusewanne 102w und/oder der Gehäusedeckel 102d. Dies ermöglicht eine thermisch isolierende Bauweise.
4 veranschaulicht eine Verdampfungsanordnung 400 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht, z.B. die Verdampfungsanordnung 100 oder 300.
Die Verdampfungsanordnung 400 kann das mehrteilige Gehäuse 102 aufweisen. Der Gehäusedeckel 102d kann abnehmbar (d.h. unabhängig davon beweglich) von der Gehäusewanne 102w gelagert sein oder werden. Beispielsweise kann der Gehäusedeckel 102d auf die Gehäusewanne 102w aufgelegt sein oder werden. Ein so ausgebildetes Gehäuse 102 reduziert anschaulich die Querschnittsfläche, durch welche hindurch Wärmestrahlung in Richtung des zu beschichtenden Substrats (nicht dargestellt) emittiert wird. Mit anderen Worten reduziert die Verdampfungsanordnung 400 die thermische Belastung des zu beschichtenden Substrats.
5 veranschaulicht eine Verdampfungsanordnung 500 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht, z.B. die Verdampfungsanordnung 100, 300 oder 400.
Die Verdampfungsanordnung 500 kann das mehrteilige Gehäuse 102 aufweisen, z.B. wie zu der Verdampfungsanordnung 400 beschrieben. Das mehrteilige Gehäuse 102 kann ferner einen Deckelverschluss 112 aufweisen, der zum Verschließen oder zumindest Abdecken der Dampfaustrittsöffnung 102o eingerichtet ist.
Der Deckelverschluss 112 kann abnehmbar (d.h. unabhängig davon verlagerbar) von dem Gehäusedeckel 102d eingerichtet sein oder werden.
Optional kann die Verdampfungsanordnung 500 eine Verlagerungsvorrichtung 502 (z.B. einen Handler) aufweisen, welche eingerichtet ist, den Deckelverschluss 112 zu verlagern, zum Beispiel zwischen zwei Positionen. Von den zwei Positionen kann der Deckelverschluss 112 in einer ersten Position auf dem Gehäusedeckel 102d aufliegen, zum Beispiel die Dampfaustrittsöffnung 102o überlappend und/oder diese abdeckend. Von den zwei Positionen kann der Deckelverschluss 112 in einer zweiten Position in einem größeren Abstand von der Dampfaustrittsöffnung 102o angeordnet sein als in der ersten Position. Beispielsweise kann der Deckelverschluss 112 in der zweiten Position neben dem Gehäusedeckel 102d angeordnet sein oder werden und/oder in einem Abstand von diesem.
Optional kann die Verlagerungsvorrichtung 502 an dem Gehäuse 102, zum Beispiel der Gehäusewanne 102w, befestigt sein oder werden. Dies ermöglicht es, unabhängig von der Position des Gehäuses 102 den Deckelverschluss 112 zu verlagern.
6 veranschaulicht eine Verdampfungsanordnung 600 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht, z.B. die Verdampfungsanordnung 100, oder eine der Verdampfungsanordnungen 300 bis 500.
Die Verdampfungsanordnung 600 kann einen oder mehr als einen Strahlungsschild 602 (auch als oberen Strahlungsschild 602 bezeichnet) aufweisen, welcher zwischen dem Gehäusedeckel 102d und dem Tiegel 104 angeordnet ist. Der obere Strahlungsschild 602 kann beispielsweise an dem Gehäusedeckel 102d befestigt und/oder mit diesem gekuppelt sein, z.B. thermisch separiert davon. Alternativ oder zusätzlich kann der obere Strahlungsschild 602 eine Durchgangsöffnung 602o aufweisen, welche mit der Dampfaustrittsöffnung 102o fluchtet. Beispielsweise kann die Durchgangsöffnung 602o des oberen Strahlungsschilds 602 eine größere Querschnittsfläche aufweisen als die Dampfaustrittsöffnung 102o.
Alternativ oder zusätzlich kann die Verdampfungsanordnung 600 einen oder mehr als einen Strahlungsschild 604 (auch als Verschluss-Strahlungsschild 604 bezeichnet) aufweisen, welcher zwischen dem Deckelverschluss 112 und dem Tiegel 104 angeordnet ist. Der Verschluss-Strahlungsschild 604 kann beispielsweise an dem Deckelverschluss 112 befestigt sein und/oder mit diesem gekuppelt sein, z.B. thermisch separiert davon. Optional kann der Verschluss-Strahlungsschild 604 in der Dampfaustrittsöffnung 102o angeordnet sein, z.B. wenn der Deckelverschluss 112 auf dem Gehäusedeckel 102d aufliegt.
7 veranschaulicht eine Verdampfungsanordnung 700 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht, z.B. die Verdampfungsanordnung 100, oder eine der Verdampfungsanordnungen 300 bis 600.
Die Verdampfungsanordnung 700 kann eine oder mehr als eine Elektronenstrahlkanone 122 aufweisen, welche zum Bestrahlen des Tiegels 104, z.B. der Vertiefung 104t des Verdampfungsgut-Behälter 104b und/oder des darin angeordneten Verdampfungsguts 106, eingerichtet ist. Dazu kann die Elektronenstrahlkanone mit ihrem Strahlführungssystem 122 und ein optionales magnetisches Strahlumlenksystem eingerichtet sein, den Elektronenstrahl 23 durch die Dampfaustrittsöffnung 102o hindurch zu führen.
8 veranschaulicht eine Verdampfungsanordnung 800 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Draufsicht oder Querschnittsansicht mit Blick auf die Dampfaustrittsöffnung 102o, z.B. die Verdampfungsanordnung 100 oder eine der Verdampfungsanordnungen 300 bis 700.
9 veranschaulicht eine Verdampfungsanordnung 900 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Draufsicht oder Querschnittsansicht, ähnlich wie in 800, wobei der Gehäusedeckel 102d weggelassen ist, z.B. die Verdampfungsanordnung 100, oder eine der Verdampfungsanordnungen 300 bis 800. Die Verdampfungsanordnung 900 kann eine Strahlungsschild-Anordnung 102s mit mehreren Strahlungsschilden aufweisen.
Die Strahlungsschild-Anordnung 102s kann ein erstes Paar 902s Strahlungsschilde aufweisen, zwischen denen der Tiegel 104 angeordnet ist. Die Strahlungsschild-Anordnung 102s kann alternativ oder zusätzlich ein zweites Paar 904s Strahlungsschilde aufweisen, zwischen denen der Tiegel 104 angeordnet ist.
Die Strahlungsschilde des ersten Paars 902s und die Strahlungsschilde des zweiten Paars 904s können quer zueinander erstreckt sein.
Optional kann Verdampfungsanordnung 900 eine thermisch-Abschirmstruktur 104s aufweisen, wie vorangehend beschrieben ist, welche beispielsweise zwischen der Strahlungsschild-Anordnung 102s und dem Verdampfungsgut-Behälter 104b angeordnet ist.
Die thermisch-Abschirmstruktur 104s kann z.B. ein erstes Paar 902s thermisch-Abschirmschilde und/oder ein zweites Paar 904s thermisch-Abschirmschilde aufweisen. Das erste Paar 902s thermisch-Abschirmschilde kann zwei Abschirmschilde (z.B. Platten) aufweisen, zwischen denen der Verdampfungsgut-Behälter 104b angeordnet ist. Das zweite Paar 904s thermisch-Abschirmschilde kann zwei Abschirmschilde (z.B. Platten) aufweisen, zwischen denen der Verdampfungsgut-Behälter 104b angeordnet ist. Die Abschirmschilde des ersten Paars 902s und die Abschirmschilde des zweiten Paars 904s können quer zueinander erstreckt sein.
Optional können das erste Paar 902s (z.B. Strahlungsschilde bzw. thermisch-Abschirmschilde) und das zweite Paar 904s(z.B. Strahlungsschilde bzw. thermisch-Abschirmschilde) einen Abstand voneinander aufweisen und/oder mehrere Teile sein.
Anschaulich kann die Gehäusewanne 102w mittels einer ersten Abschirmstufe, die den Verdampfungsgut-Behälter 104b umgibt, thermisch von dem Verdampfungsgut-Behälter 104b abgeschirmt sein oder werden. Optional kann die Gehäusewanne 102w mittels einer zweiten Abschirmstufe, die den Verdampfungsgut-Behälter 104b umgibt, thermisch von dem Verdampfungsgut-Behälter 104b abgeschirmt sein oder werden.
Die erste Abschirmstufe kann mittels der Strahlungsschild-Anordnung 102s bereitgestellt sein oder werden. Die zweite Abschirmstufe kann mittels der thermisch-Abschirmstruktur 104s bereitgestellt sein oder werden.
10 veranschaulicht das Gehäuse 102 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Querschnittsansicht. Das Gehäuse 102 kann mehrere Wandelemente 1002 aufweisen oder daraus gebildet sein.
Das Wandelement 1002 kann einen oder mehr als einen, z.B. meanderförmigen, Hohlraum 56 aufweisen zum Aufnehmen eines Kühlfluides. Das Kühlfluid kann beispielsweise eine Flüssigkeit und/oder ein Gas aufweisen oder daraus gebildet sein, z.B. Wasser. Das Kühlfluid kann beispielsweise mittels einer Kühlfluid-Versorgung 1002e dem Gehäuse 102 zugeführt werden. Die Kühlfluid-Versorgung 1002e kann beispielsweise einen Kühlfluid-Kreislauf bereitstellen, dessen Kühlfluidstrom durch den Hohlraum 56 des oder jedes Wandelements 1002 hindurch führt.
Ein solches Wandelement 1002 ermöglicht es, auf einfache Art und Weise das Gehäuse 102 zu kühlen (das heißt diesem thermische Energie zu entziehen) und somit dessen Umgebung thermisch zu schonen.
Beispielsweise kann die Gehäusewanne 102w ein oder mehr als ein solches Wandelement 1002 aufweisen, welches den Gehäuseinnenraum begrenzt.
Beispielsweise kann der Gehäusedeckel 102d ein solches Wandelement 1002 aufweisen, welches von der Dampfaustrittsöffnung durchdrungen ist.
Beispielsweise kann der Deckelverschluss 102v ein solches Wandelement 1002 aufweisen.
11 veranschaulicht ein Verfahren 1100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem schematischen Ablaufdiagram.
Das Verfahren 1100 kann in 1101 aufweisen: Verdampfen eines Verdampfungsguts aus einem Tiegel 104 heraus, z.B. mittels eines Elektronenstrahls. Das Verdampfen des Verdampfungsguts kann in 1101a aufweisen: Bestrahlen des Verdampfungsguts mittels eines oder mehr als eines Elektronenstrahls.
Das Verdampfungsgut kann beispielsweise in 1101 zumindest ein Metall der folgenden Metalle aufweisen: Kupfer (Cu), Silber (Ag), Zinn (Sn), Indium (In) und/oder Gold (Au). Optional kann das Verdampfungsgut in 1101 aus dem zumindest einen Metall gebildet sein, oder eine chemische Verbindung (z.B. Legierung oder intermetallische Verbindung) aufweisend das zumindest eine Metall aufweisen.
Der Tiegel 104 kann innerhalb eines Gehäuses 102 angeordnet sein, welches beispielsweise in einem Vakuum (zu Grobvakuum oder Feinvakuum) angeordnet ist. Der Elektronenstrahl kann beispielsweise das Vakuum durchqueren.
Das Verfahren 1100 kann in 1103 aufweisen: Emittieren des verdampften Verdampfungsguts aus dem Gehäuse 102 heraus in das Vakuum hinein. Der Dampf des Verdampfungsguts kann beispielsweise bereits im Vakuum erzeugt sein oder werden, d.h. die Verdampfung kann im Vakuum stattfinden. Der Dampf des Verdampfungsguts kann von einem Dampferzeugungsbereich, der ein erster Vakuumbereich sein kann, in den Beschichtungsbereich, der ein zweiter Vakuumbereich sein oder werden, hinein durch die Dampfaustrittsöffnung hindurch emittiert werden.
Das Verfahren 1100 kann optional in 1105 aufweisen: Beschichten eines Substrats mittels des verdampften Verdampfungsguts. Das Beschichten kann in 1105a aufweisen: Bilden einer oder mehr als einer Schicht auf dem Substrat, wobei zumindest eine Schicht der einen oder mehr als einen Schicht das Verdampfungsgut aufweist oder daraus gebildet ist.
Das Verfahren 1100 kann optional in 1107 aufweisen: Verschließen oder zumindest Abdecken des Gehäuses 102, zum Beispiel indem die Dampfaustrittsöffnung abgedeckt wird. Das Verschließen oder zumindest Abdecken des Gehäuses kann aufweisen, um eine Gasseparation des Gehäuseinnenraums von einer Umgebung des Gehäuses zu vergrößern.
Das Verfahren 1100 kann optional in 1109 aufweisen: Abkühlen des Tiegels, der in dem verschlossenen Gehäuse 102 angeordnet ist. Das Abkühlen kann im Allgemeinen verstanden werden, als dass dem Tiegel mehr thermische Leistung entzogen wird als zugeführt wird.
Das Abkühlen kann in 1109a aufweisen: Einbringen von Gas in das Gehäuse, z.B. dessen Gehäuseinnenraum, hinein. Das Gas kann sich von dem verdampften Verdampfungsgut unterscheiden, z.B. in zumindest der chemischen Zusammensetzung und/oder dem Druck.
Das Einbringen von Gas in das Gehäuse kann bewirken, dass ein Druck des Gehäuseinnenraums vergrößert wird, zum Beispiel auf größer als ein Druck, welcher das Gehäuse umgibt. Das eingebrachte Gas kann den Tiegel, zum Beispiel den Verdampfungsgut-Behälter, umströmen und optional aus dem Gehäuse herausströmen. Das den Tiegel, zum Beispiel den Verdampfungsgut-Behälter, umströmende Gas kann thermische Energie von dem Tiegel aufnehmen, und so den Tiegel abkühlen.
Somit kann ermöglicht werden, den Tiegel abzukühlen, während dieser noch innerhalb eines Vakuums angeordnet ist. Dies ermöglicht es, den Abkühlungsprozess für den Tiegel bereits einzuleiten, noch bevor die Vakuumkammer, in welcher das Gehäuse angeordnet ist, auf Luftdruck gebracht und/oder vollständig belüftet ist.
Das Verfahren 1100 kann optional in 1111 aufweisen: Herausbringen des Gehäuses, in welchem das Gas und der Tiegel angeordnet sind, aus dem Vakuum bzw. der Vakuumkammer heraus, z.B. in Umgebungsluft hinein.
Mit anderen Worten kann um den Tiegel herum ein Gaspolster gebildet werden, welches innerhalb des Vakuums angeordnet ist. Das Gaspolster kann mittels des Gehäuses von dem Vakuum gassepariert sein oder werden (z.B. in einem geschlossenen Zustand des Gehäuses 102). Alternativ kann das Gaspolster auf andere Weise von dem Vakuum, in dem der Tiegel angeordnet ist, gassepariert sein oder werden.
12 veranschaulicht ein Verfahren 1200 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem schematischen Ablaufdiagram.
Das Verfahren 1200 kann in 1101 und 1103 aufweisen: Verdampfen des Verdampfungsguts aus einem Tiegel 104 heraus und in das Vakuum bzw. eine Vakuumkammer hinein.
Das Verfahren 1200 kann optional in 1207 aufweisen: Gasseparieren eines Bereichs (auch als Spülbereich bezeichnet), in welchem der Tiegel angeordnet ist, von dem Vakuum bzw. dem Inneren der Vakuumkammer. Das Vakuum bzw. die Vakuumkammer kann den Spülbereich, in welchem der Tiegel angeordnet ist, umgeben. Mit anderen Worten kann der Spülbereich, der von dem Vakuum gassepariert ist, innerhalb des Vakuums bzw. der Vakuumkammer angeordnet sein. Der Spülbereich kann beispielsweise den Gehäuseinnenraum aufweisen oder daraus gebildet sein.
Das Verfahren 1200 kann optional in 1209 aufweisen: Einhüllen des Tiegels in ein Gaspolster, welches den Tiegel von dem Vakuum, das den Tiegel umgibt, separiert. Das Gaspolster kann mittels des Spülgases gebildet werden und/oder den Tiegel umströmen. Das Gaspolster kann den Spülbereich füllen.
Das Verfahren 1200 kann optional in 1211 aufweisen: Herausbringen des in das Gaspolster eingehüllten Tiegels aus dem Vakuum bzw. der Vakuumkammer heraus.
Das Verfahren 1200 kann optional aufweisen: Verdampfen eines Verdampfungsguts im Vakuum und Beschichten des Substrats im Vakuum mit dem Verdampfungsgut; im Anschluss an das Verdampfen und/oder Beschichten, z.B. nach Beendigung des Beschichtungsprozesses, Abkühlen des Verdampfungsguts (z.B. der Tiegels), wobei das Abkühlen beispielsweise aufweisen kann: Gasseparieren des Verdampfungsguts und/oder des Tiegels von einem Beschichtungsbereich, in dem das Beschichten erfolgt, mittels Verschließens des Tiegelgehäuses mit einem Deckelverschluss 112; Einbringen eines Gases (z.B. eines Schutzgases) in das gasseparierte Tiegelgehäuse hinein (auch als Gaseinlassen bezeichnet); und Einhüllen des Tiegels in ein Gaspolster, das aus den Gas gebildet wird. Das Gaspolster kann zur beschleunigten Abkühlung dienen. Beispielsweise kann das Gaspolster bzw. der gasseparierte Gehäuseinnenraum des Tiegelgehäuses mindestens einen Druck annehmen, der Wärmeleitprozesse durch das Gas ermöglicht (auch als Konvektionsdruck bezeichnet).
13 veranschaulicht ein Verfahren 1300 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Ansicht.
Das Verfahren 1300 kann in 1101 aufweisen: Verdampfen des Verdampfungsguts aus einem Tiegel 104 heraus in ein Vakuum 224r hinein, z.B. in eine Emissionsrichtung 1301 zu einem Substrat hin.
Das Verfahren 1300 kann in 1209 aufweisen: Einhüllen des Tiegels 104 in ein Gaspolster 1302, welches den Tiegel 104 von dem Vakuum 224r, das den Tiegel 104 umgibt, räumlich und/oder thermisch separiert.
Im Folgenden werden verschiedene Beispiele beschrieben, die sich auf vorangehend Beschriebene und in den Figuren Dargestellte beziehen.
Beispiel 1 ist eine Verdampfungsanordnung 100, 300-900, aufweisend: ein mehrteiliges Gehäuse 102 (auch als Tiegelgehäuse bezeichnet), wobei das Gehäuse 102 eine Gehäusewanne 102w und einen davon abnehmbaren Gehäusedeckel 102d aufweist; einen Tiegel 104 zum thermischen Verdampfen eines in dem Tiegel 104 aufgenommenen Verdampfungsguts aus dem Gehäuse 102 heraus, wobei der Tiegel 104 zumindest Kohlenstoff aufweist, und eine Tiegelhaltestruktur 108, welche den Tiegel 104 innerhalb der Gehäusewanne 102w und von dieser räumlich und/oder thermisch separiert hält, wobei der Gehäusedeckel 102d eine Dampfaustrittsöffnung 102o aufweist, durch welche hindurch das thermische Verdampfen aus dem Gehäuse 102 heraus bereitgestellt wird.
Beispiel 2 ist die Verdampfungsanordnung 100, 300-900 gemäß Beispiel 1, das Gehäuse 102 ferner aufweisend: einen Deckelverschluss 112 zum Verschließen der Dampfaustrittsöffnung 102o.
Beispiel 3 ist die Verdampfungsanordnung 100, 300-900 gemäß Beispiel 2, wobei der Deckelverschluss 112 und der Gehäusedeckel 102d zueinander korrelierende Profilstrukturen aufweisen, welche zusammengefügt eine Meanderdichtung bereitstellen.
Beispiel 4 ist die Verdampfungsanordnung 100, 300-900 gemäß Beispiel 2 oder 3, ferner aufweisend: eine Verlagerungsvorrichtung (z.B. ein Manipulator), welche eingerichtet ist, den Deckelverschluss 112 zwischen zwei Positionen zu bewegen, von denen der Gehäusedeckel 102d und der Deckelverschluss 112 in einer ersten Position des Deckelverschlusses 112 zusammengefügt und in einer zweiten Position des Deckelverschlusses 112 zerlegt sind.
Beispiel 5 ist die Verdampfungsanordnung 100, 300-900 gemäß Beispiel 4, wobei die Verlagerungsvorrichtung 502 mit dem Gehäuse 102 (z.B. der Gehäusewanne 102w) gekuppelt und/oder daran befestigt ist; und/oder wobei die Verlagerungsvorrichtung 502 eine Ankupplungssystem 502k (z.B. ein Greifsystem oder Ähnliches) zum Ankuppeln des Deckelverschlusses 112 aufweist.
Beispiel 6 ist die Verdampfungsanordnung 100, 300-900 gemäß einem der Beispiele 1 bis 5, wobei der Tiegel 104 ein Thermoelement aufweist, das beispielsweise in einer Vertiefung des Tiegels 104 angeordnet ist.
Beispiel 7 ist die Verdampfungsanordnung 100, 300-900 gemäß einem der Beispiele 1 bis 6, wobei der Tiegel mehrteilig ist (z.B. mehrere Tiegelbehälter aufweist) und/oder wobei der Tiegel mehrere Vertiefungen zum Aufnehmen von Verdampfungsgut aufweist, wobei beispielsweise jeder Tiegelbehälter eine oder mehr als eine Vertiefung zum Aufnehmen von Verdampfungsgut aufweist.
Beispiel 8 ist die Verdampfungsanordnung 100, 300-900 gemäß Beispiel 7, ferner aufweisend: eine Abkühlsteuerung, welche eingerichtet ist, eine Temperatur und/oder eine Abkühlrate (z.B. Kelvin/Zeit) des Tiegels 104 unter Verwendung des Thermoelements zu steuern und/oder zu regeln, z.B. mittels in das Gehäuse 102 eingelassenen Spülgases und/oder mittels einer Elektronenstrahl-Strahlungsleistung, welche in den Tiegel 104 eingebracht wird.
Beispiel 9 ist die Verdampfungsanordnung 100, 300-900 gemäß einem der Beispiele 1 bis 8, ferner aufweisend: eine oder mehr als eine (z.B. außerhalb des Gehäuses angeordnete) Elektronenstrahlkanone 122, welche zum Bestrahlen des Tiegels 104 und/oder des darin angeordneten Verdampfungsguts z.B. durch die Dampfaustrittsöffnung 102o hindurch und/oder mittels eines von der Elektronenstrahlkanone 122 emittierten Elektronenstrahls 23 eingerichtet ist.
Beispiel 10 ist die Verdampfungsanordnung 100, 300-900 gemäß Beispiel 9, wobei jede Elektronenstrahlkanone 122 der einen oder mehr als einen Elektronenstrahlkanone 122 aufweist: eine Elektronenstrahlquelle und ein Ablenksystem zum Ablenken des Elektronenstrahls, z.B. gemäß einem Ablenkmuster; wobei die Elektronenstrahlquelle beispielsweise aufweist: eine Elektronenquelle (z.B. eine Kathode, z.B. Glühkathode) und eine Strahlformeinheit.
Beispiel 11 ist die Verdampfungsanordnung 100, 300-900 gemäß einem der Beispiele 1 bis 10, wobei der Tiegel 104 aus einer (anorganischen) chemischen Zusammensetzung besteht, die den Kohlenstoff und/oder Fasern aus dem Kohlenstoff aufweist.
Beispiel 12 ist die Verdampfungsanordnung 100, 300-900 gemäß einem der Beispiele 1 bis 11, wobei die Tiegelhaltestruktur 108 ein Filz und/oder mehrere Distanzstücke aufweist.
Beispiel 13 ist die Verdampfungsanordnung 100, 300-900 gemäß einem der Beispiele 1 bis 12, wobei die Tiegelhaltestruktur 108 als thermische Barriere (d.h. thermisch isolierend) eingerichtet ist.
Beispiel 14 ist die Verdampfungsanordnung 100, 300-900 gemäß einem der Beispiele 1 bis 13, wobei, wenn der Gehäusedeckel 102d mit der Gehäusewanne 102w zusammengefügt ist, ein Abstand des Gehäusedeckels 102d von dem Tiegel 104 kleiner ist als eine Ausdehnung des Tiegels 104 entlang des Abstandes; und/oder wobei der Abstand des Gehäusedeckels 102d von dem Tiegel 104 kleiner ist als ungefähr 0,05 m (z.B. ungefähr 0,02 m, z.B. ungefähr 0,01 m, z.B. 0,005m).
Beispiel 15 ist die Verdampfungsanordnung 100, 300-900 gemäß einem der Beispiele 1 bis 14, wobei ein Abstand eines Wandelements (z.B. einer Wannen-Seitenwand und/oder des Wannenbodens) der Gehäusewanne 102w von dem Tiegel 104 kleiner ist als eine Ausdehnung des Tiegels 104 entlang des Abstandes; und/oder wobei der Abstand des Wandelements von dem Tiegel 104 kleiner ist als ungefähr 0,05 m (z.B. ungefähr 0,02 m, z.B. ungefähr 0,01 m, z.B. als 0,005m).
Beispiel 16 ist die Verdampfungsanordnung 100, 300-900 gemäß einem der Beispiele 1 bis 15, wobei ein Volumen des Inneren der Gehäusewanne 102w (d.h. des Gehäuseinnenraums) weniger als das zehnfache (z.B. fünffache, z.B. doppelte) des Volumens des Tiegels 104 ist.
Beispiel 17 ist die Verdampfungsanordnung 100, 300-900 gemäß einem der Beispiele 1 bis 16, ferner aufweisend: das in dem Tiegel 104 angeordnete Verdampfungsgut, wobei das Verdampfungsgut zumindest ein Metall der folgenden Metalle aufweist: (Cu), Silber (Ag), Zinn (Sn), Indium (In) und/oder Gold (Au) oder daraus gebildet ist.
Beispiel 18 ist die Verdampfungsanordnung 100, 300-900 gemäß einem der Beispiele 1 bis 17, ferner aufweisend: einen ersten Strahlungsschild, welcher in dem (z.B. zusammengefügten) Gehäuse 102 zwischen dem Gehäusedeckel 102d und dem Tiegel 104 angeordnet ist, wobei beispielsweise der Strahlungsschild an dem Gehäusedeckel 102d befestigt ist; und/oder die Verdampfungsanordnung 100, 300-900 ferner aufweisend: mehrere zweite Strahlungsschilde, welche zwischen der Gehäusewanne und dem Tiegel angeordnet sind, z.B. den Tiegel umgebend.
Beispiel 19 ist die Verdampfungsanordnung 100, 300-900 gemäß einem der Beispiele 1 bis 18, ferner aufweisend: eine Gasversorgungsstruktur 110, welche eine oder mehr als eine in dem (z.B. zusammengefügten) Gehäuse 102 angeordnete Gasaustrittsöffnung aufweist, z.B. einen Gasverteiler (z.B. einen Gasrechen), wobei die Gasversorgungsstruktur 110 beispielsweise eingerichtet ist, dem Gehäuseinnenraum Gas zuzuführen.
Beispiel 20 ist die Verdampfungsanordnung 100, 300-900 gemäß einem der Beispiele 1 bis 19, wobei die Gehäusewanne 102w und/oder der Gehäusedeckel 102d eine Kühlvorrichtung (z.B. Fluidkühlung-Vorrichtung) und/oder einen Wärmetauscher aufweisen.
Beispiel 21 ist die Verdampfungsanordnung 100, 300-900 gemäß einem der Beispiele 1 bis 20, wobei die Gehäusewanne 102w und der Gehäusedeckel 102d zusammengefügt miteinander formschlüssig verbunden sind.
Beispiel 22 ist eine Vakuumanordnung, aufweisend: eine Vakuumkammer; und eine Verdampfungsanordnung 100, 300-900 gemäß einem der Beispiele 1 bis 21, welche in der Vakuumkammer angeordnet ist; und eine optionale Substrat-Transportvorrichtung zum Transportieren eines Substrats in einen Beschichtungsraum, in welchem mittels der Verdampfungsanordnung 100, 300-900 das Verdampfungsgut hinein verdampft werden soll, wobei beispielsweise der Gehäusedeckel 102d zwischen dem Beschichtungsraum und dem Tiegel 104 angeordnet ist.
Beispiel 23 ist ein Verfahren (z.B. zum Betreiben einer Verdampfungsanordnung 100, 300-900 gemäß einem der Beispiele 1 bis 21), aufweisend: Verdampfen eines Verdampfungsguts aus einem Tiegel 104 heraus (z.B. mittels eines Elektronenstrahls), wobei der Tiegel 104 innerhalb eines Gehäuses angeordnet ist; Emittieren des verdampften Verdampfungsguts (z.B. in das Gehäuse 102 hinein und aus einer Dampfaustrittsöffnung 102o des Gehäuses heraus in ein Vakuum hinein); optionales Beschichten eines Substrats mittels des verdampften Verdampfungsguts, wobei das Emittieren des verdampften Verdampfungsguts beispielsweise in den Beschichtungsraum 224, in dem das Vakuum (z.B. mittels angeflanschter Vakuumpumpen) erzeugt ist, hinein erfolgt, wobei beispielsweise der Tiegel 104 und/oder das Gehäuse 102 in dem Vakuum angeordnet und/oder diesem ausgesetzt sind.
Beispiel 24 ist ein Verfahren (z.B. zum Betreiben einer Verdampfungsanordnung 100, 300-900 gemäß einem der Beispiele 1 bis 21 und/oder gemäß Beispiel 23), aufweisend: Verdampfen eines Verdampfungsguts aus einem Tiegel 104 heraus (z.B. mittels eines Elektronenstrahls), der in einem geöffneten Gehäuse 102 angeordnet ist, in ein Vakuum hinein, in welchem das geöffnete Gehäuse 102 angeordnet ist; Verschließen des Gehäuses, und Abkühlen des Tiegels 104, der in dem verschlossenen Gehäuse 102 angeordnet ist, z.B. mittels Einbringens von Gas (auch als Spülgas bezeichnet) in das Gehäuse 102 hinein und/oder mittels Umspülens des Tiegels 104, wobei sich das Gas von dem verdampften Verdampfungsgut unterscheidet, z.B. in zumindest der chemischen Zusammensetzung und/oder dem Druck.
Beispiel 25 ist ein Verfahren (z.B. zum Betreiben einer Verdampfungsanordnung 100, 300-900 gemäß einem der Beispiele 1 bis 21 und/oder gemäß Beispiel 23 oder 24), aufweisend: Verdampfen eines Verdampfungsguts aus einem Tiegel 104 heraus (z.B. mittels eines Elektronenstrahls) und in ein Vakuum hinein; Einhüllen des Tiegels 104 in ein Gaspolster, welches den Tiegel 104 von dem Vakuum, das den Tiegel 104 umgibt, separiert; optionales Herausbringen des in das Gaspolster eingehüllten Tiegels 104 aus dem Vakuum heraus.
Beispiel 26 ist das Verfahren gemäß Beispiel 25, wobei das Gaspolster einen Druck von größer als Vakuum (z.B. größer als 0,5 bar) aufweist, z.B. einen Überdruck, d.h. Druck größer als Umgebungsluftdruck, z.B. als Luftdruck in Meeresspiegelhöhe.

Claims

Verdampfungsanordnung (100, 300-900), aufweisend: • ein mehrteiliges Gehäuse, wobei das Gehäuse (102) eine Gehäusewanne (102w) und einen davon abnehmbaren Gehäusedeckel (102d) aufweist; • einen Tiegel (104) zum thermischen Verdampfen eines in dem Tiegel (104) aufgenommenen Verdampfungsguts aus dem Gehäuse (102) heraus, wobei der Tiegel (104) ein hochtemperaturfestes Material aufweist, und • eine Tiegelhaltestruktur (108), welche den Tiegel (104) innerhalb der Gehäusewanne (102w) und von dieser räumlich separiert hält, • wobei der Gehäusedeckel (102d) eine Dampfaustrittsöffnung (102o) aufweist, durch welche hindurch das thermische Verdampfen aus dem Gehäuse (102) heraus bereitgestellt wird.
Verdampfungsanordnung (100, 300-900) gemäß Anspruch 1, das Gehäuse (102) ferner aufweisend: einen Deckelverschluss (112) zum Verschließen der Dampfaustrittsöffnung (102o).
Verdampfungsanordnung (100, 300-900) gemäß Anspruch 2, wobei der Deckelverschluss (112) und der Gehäusedeckel (102d) zueinander korrelierende Profilstrukturen aufweisen, welche zusammengefügt eine Labyrinthdichtung bereitstellen.
Verdampfungsanordnung (100, 300-900) gemäß Anspruch 2 oder 3, ferner aufweisend: eine Verlagerungsvorrichtung (502), welche eingerichtet ist, den Deckelverschluss (112) zwischen zwei Positionen zu bewegen, von denen der Gehäusedeckel (102d) und der Deckelverschluss (112) in einer ersten Position des Deckelverschlusses (112) zusammengefügt und in einer zweiten Position des Deckelverschlusses (112) zerlegt sind.
Verdampfungsanordnung (100, 300-900) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, eine oder mehr als eine Elektronenstrahlkanone (122), welche zum Bestrahlen des Tiegels (104) und/oder des darin angeordneten Verdampfungsguts durch die Dampfaustrittsöffnung (102o) hindurch eingerichtet ist.
Verdampfungsanordnung (100, 300-900) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner aufweisend: einen ersten Strahlungsschild, welcher in dem zusammengefügten Gehäuse (102) zwischen dem Gehäusedeckel (102d) und dem Tiegel (104) angeordnet ist; und/oder mehrere zweite Strahlungsschilde, welche zwischen der Gehäusewanne (102w) und dem Tiegel angeordnet sind.
Verdampfungsanordnung (100, 300-900) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner aufweisend: eine Gasversorgungsstruktur (110), welche eine oder mehr als eine in dem zusammengefügten Gehäuse (102) angeordnete Gasaustrittsöffnung aufweist.
Verdampfungsanordnung (100, 300-900) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Gehäusewanne (102w) und/oder der Gehäusedeckel (102d) eine Fluidkühlung aufweisen.
Vakuumanordnung, aufweisend: • eine Vakuumkammer; und • eine Verdampfungsanordnung (100, 300-900) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, welche in der Vakuumkammer angeordnet ist.
Verfahren, aufweisend: • Verdampfen (1101) eines Verdampfungsguts aus einem Tiegel (104) heraus, wobei der Tiegel (104) innerhalb eines Gehäuses angeordnet ist; und • Emittieren (1103) des verdampften Verdampfungsguts aus einer Dampfaustrittsöffnung (102o) des Gehäuses heraus in ein Vakuum hinein.
Verfahren, aufweisend: • Verdampfen (1101) eines Verdampfungsguts aus einem Tiegel (104) heraus und in ein Vakuum hinein; • Einhüllen (1209) des Tiegels (104) in ein Gaspolster, welches den Tiegel (104) von dem Vakuum, das den Tiegel (104) umgibt, separiert.