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Verschiedene Ausführungsbeispiele betreffen eine thermisch-Verdampfungsvorrichtung, ein Verfahren und eine Steuervorrichtung.
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Im Allgemeinen kann ein Elektronenstrahl mit hoher Leistung mittels einer sogenannten Elektronenstrahlkanone bereitgestellt werden, so dass mittels des Elektronenstrahls innerhalb einer Vakuumprozesskammer ein Substrat beschichtet werden kann. Beispielsweise kann der Elektronenstrahl auf einer Oberfläche eines Beschichtungsmaterials innerhalb der Vakuumprozesskammer entlanggeführt werden, so dass das Beschichtungsmaterial (auch als Verdampfungsgut bezeichnet) verdampft wird. Somit kann beispielsweise ein Elektronenstrahl-Beschichtungsprozess realisiert werden zum Beschichten eines Substrats innerhalb der Vakuumprozesskammer mit verdampftem Beschichtungsmaterial.
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Herkömmlicherweise lässt sich die richtungsabhängige Rate, mit der das Beschichtungsmaterial verdampft und emittiert wird, nur auf einen von mehreren wirtschaftlich relevanten Parametern optimieren, z.B. nur auf eine möglichst große Ausnutzung des Beschichtungsmaterials, nur auf einen Substratdurchsatz, oder nur auf eine möglichst homogene Schicht. Steht einer der Parameter im Vordergrund, muss bei den anderen Parametern ein Kompromiss in Kauf genommen werden. Anschaulich wurde gemäß verschiedenen Ausführungsformen erkannt, dass die herkömmlicherweise verwendeten Stellgrößen zum Verändern der Emissionsrate miteinander wechselwirken, wie später noch einmal genauer erläutert wird.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen werden eine thermisch-Verdampfungsvorrichtung (auch als thermische Verdampfungsvorrichtung bezeichnet), ein Verfahren und eine Steuervorrichtung bereitgestellt, welche diese Wechselwirkung zwischen den Parametern verringern. Beispielsweise kann die richtungsabhängige Rate, mit der das Beschichtungsmaterial emittiert wird (auch als richtungsabhängige Emissionsrate bezeichnet), sowohl auf eine möglichst große Ausnutzung des Beschichtungsmaterials als auch auf eine möglichst homogene Schicht optimiert werden.
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Anschaulich wurde erkannt, dass die richtungsabhängige Emissionsrate ferner von der Kontur (auch als Dampfquellenkontur bezeichnet) der Oberfläche am Ort (auch als Dampfquellort bezeichnet) der Verdampfung beeinflusst wird. Wird auf diese Einfluss genommen, wird somit eine zusätzliche Eingriffsmöglichkeit in den Prozess bereitgestellt. Die Dampfquellenkontur kann beispielsweise beeinflusst werden, indem anschaulich ein flüssiges Verdampfungsgut rotiert wird oder ein sublimierendes Verdampfungsguts mittels des Elektronenstrahls ausgehöhlt wird. Das drehende flüssige Verdampfungsgut wölbt sich aufgrund der Fliehkraft konkav, was somit die Richtungsabhängigkeit der Emissionsrate verändert.
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Figurenliste
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- 1 bis 7 jeweils eine thermisch-Verdampfungsvorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht.
- 8 bis 10 jeweils eine Beschichtungsanordnung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht.
- 11 eine Vakuumanordnung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht; und
- 12 ein Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem schematischen Ablaufdiagramm.
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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.
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Im Rahmen dieser Beschreibung werden die Begriffe „verbunden“, „angeschlossen“ sowie „gekoppelt“ verwendet zum Beschreiben sowohl einer direkten als auch einer indirekten Verbindung (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 „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.
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Als Steuern kann eine beabsichtigte Beeinflussung eines Systems verstanden werden. Dabei kann der momentane Zustand des Systems (auch als Ist-Zustand bezeichnet) gemäß einer Vorgabe (auch als Soll-Zustand bezeichnet) 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 (z.B. die Vorgabe) in eine Ausgangsgröße (die zu steuernde bzw. regelnde Größe) 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 gerichteten Ablaufsteuerung 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. Der Zustand des Systems kann von einer oder mehr als einer Regelgröße des Systems repräsentiert werden, deren Ist-Wert den Ist-Zustand des Systems und deren Soll-Wert (auch als Führungswert bezeichnet) den Soll-Zustand des Systems repräsentiert. Bei einer Regelung wird ein Ist-Zustand des Systems (z.B. basierend auf einer Messung mittels eines Sensors ermittelt) mit dem Soll-Zustand des Systems verglichen und die eine oder mehr als eine Regelgröße mittels einer entsprechenden Stellgröße (unter Verwendung eines Stellglieds) derart beeinflusst, dass die Abweichung des Ist-Zustands von dem Soll-Zustand des Systems minimiert wird.
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Ein Sensor kann Teil einer Messkette sein, welche eine entsprechende Infrastruktur (z.B. Prozessor, Speichermedium und/oder Bussystem oder dergleichen aufweisend) aufweist. Die Messkette kann eingerichtet sein, den entsprechenden Sensor (z.B. Temperatursensor, Emissionsratesensor und/oder Schichtdickensensor) anzusteuern, dessen erfasste Messgröße als Eingangsgröße zu verarbeiten und darauf basierend ein elektrisches Signal als Ausgangsgröße bereitzustellen, welches den Zustand der Eingangsgröße zum Zeitpunkt des Erfassens repräsentiert. Die Messkette kann beispielsweise mittels der Steuervorrichtung implementiert sein oder werden.
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Als Elektronenstrahl kann gemäß verschiedenen Ausführungsformen eine gerichtete (z.B. kollineare und/oder kollimierte) Ausbreitung von Elektronen verstanden werden. Dabei kann die mittels des Elektronenstrahls eingebrachte Leistungsdichte (Leistung pro Fläche) entlang des Strahlweges nur unwesentlich schwanken und/oder abnehmen. Beispielsweise kann eine Leistungsdichte weniger als ungefähr 20% pro Meter (Strahllänge) abnehmen (z.B. weniger als ungefähr 10%, 5% oder 1%).
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Mittels einer Elektronenstrahlkanone kann ein gerichteter Elektronenstrahl (z.B. mit einer Strahlleistung von mehr als einem Kilowatt, z.B. mit einer Strahlleistung in einem Bereich von ungefähr 1 kW bis ungefähr 1 MW) erzeugt werden und mittels gesteuerter und/oder geregelter Magnetfelder quer zu dessen Ausbreitungsrichtung (beschrieben als x- und y-Richtung) abgelenkt werden. Dabei können die Magnetfelder mittels Ablenkspulen erzeugt werden, wobei die für die Ablenkspulen notwendigen Ströme mittels eines Ablenksignals und eines Ablenkverstärkers zum Verstärken des Ablenksignals erzeugt werden können.
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Mittels der hierin beschriebenen thermisch-Verdampfungsvorrichtung kann eine physikalische Gasphasenabscheidung (auch als PVD bezeichnet) durchgeführt werden. Mittels der PVD kann von einem Beschichtungsmaterial, das in einer bestimmten geometrische Form (auch als Beschichtungsmaterialformen bezeichnet) vorliegt, Material auf verschiedene Weise abgetragen werden und der erzeugte Materialstrom zur Beschichtung vielfältiger Substrate verwendet werden. Dazu kann der Materialstrom auf das zu beschichtende Substrat gerichtet werden, auf dem dann eine Ablagerung als Schicht erfolgt.
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In Betracht kommende Beschichtungsmaterialformen können sehr unterschiedlich sein. Zum Beispiel kann beim Sputtern oder bei der Bogenverdampfung ein Beschichtungsmaterial mit planarer oder zylindrischer Abtragsoberfläche eingesetzt werden. Beim Elektronenstrahl-Verdampfen werden Tiegel eingesetzt, die das Verdampfungsgut bevorraten und deren abzutragende Oberfläche im Wesentlichen einer horizontalen Ebene nahekommt. Ferner werden sublimierende Beschichtungsmaterialien in verschiedener Ausformung, wie Rohre oder Stäbe tiegelfrei eingesetzt.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wurde erkannt, dass ein Bedürfnis besteht, die dampfabgebende Oberfläche des Beschichtungsmaterials (auch als Dampfquellfläche bezeichnet) als Teilfläche der abzutragenden Oberfläche (auch als Abtragsoberfläche bezeichnet) des Beschichtungsmaterials über längere Zeit, z.B. über mehrere Beschichtungsprozesszyklen hinweg, hinsichtlich ihrer Position, Ausrichtung und Kontur möglichst wenig zu verändern. Dadurch sollen konstante Abdampfbedingungen aus der Dampfquellfläche (eine Teilfläche der Oberfläche des Beschichtungsmaterials), insbesondere eine zeitlich konstante räumliche Verteilung der Emissionsrate (anschaulich Ausbreitungsrichtungsverteilung des Dampfstroms), erreicht werden, womit die Beschichtungsbedingungen am zu beschichtenden Substrat über lange Zeiträume stabil bleiben.
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Aufgrund des Materialverbrauchs bleibt die Dampfquellfläche im Allgemeinen während des Beschichtens nicht ohne weiteres hinsichtlich Lage, Ausrichtung und Emissionsrateverteilung auf das Beschichtungsfenster hin kontur- und richtungsstabil. Herkömmlicherweise wird versucht, eine zeitlich begrenzte Prozess-Stabilität zu erreichen, indem einer Positionsveränderung der Dampfquellfläche durch Materialnachführung in die Dampfquellfläche hinein entgegengewirkt wird, das heißt, dass eine Bewegung des Beschichtungsmaterials ausgeführt wird. Beispielsweise werden Verdampfungstiegel, welche den Materialdampf abgeben, auf verschiedene Weise ein- oder zweidimensional in der Ebene bewegt. Allerdings wird in diesem Falle eine Zunahme des Bedampfungsabstands durch Absenkung der Verdampfungsniveaus in Kauf genommen. Ferner dazu wird eine große Oberfläche des Beschichtungsmaterialvolumens bereitgestellt, um die Veränderung des Bedampfungsabstands möglichst geringgehalten, d.h. innerhalb tolerierbarer Grenzen, was allerdings die Prozesszykluszeit begrenzt.
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Ein sublimierendes Beschichtungsmaterial in Stab- oder Rohrform wird in Rotation versetzt, und der Materialabtrag wird durch Nachführung des Beschichtungsmaterials höhenkompensiert. Dabei kann jedoch nicht von einer Richtungs- und Konturstabilität der Dampfquellfläche über längere Zeiträume ausgegangen werden.
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Erfindungsgemäß gelingt dies, indem zwei oder mehr als zwei der folgenden Betriebsparameter aufeinander abgestimmt werden:
- - die Bewegungskombinationen des Beschichtungsmaterials,
- - die Energiedichteverteilung in den Dampfquellbereich,
- - die Abmessungen des Beschichtungsmaterials, angepasst an den Bereich und die Verteilung des Energieeintrags.
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Dadurch bildet sich die Kontur der Abtragsoberfläche in der Weise, dass bei richtiger Abstimmung der genannten Betriebsparameter zueinander sowohl die Position, Richtung und die Kontur der Dampfquellfläche bezogen auf das Beschichtungsfenster auch über längere Zeiträume konstant bleiben und die von der Dampfquellfläche ausgehende räumliche Verteilung der Emissionsrate zum Beschichtungsfenster hin ausgerichtet und konstant gehalten wird.
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Bei Positionsfehlern, die durch schlecht abgestimmte Bewegungsabläufe des Beschichtungsmaterials entstehen, bleiben die Kontur, Ausrichtung und Position der Dampfquellfläche jedoch nicht erhalten. Die gewünschte Konstanz der Emissionsrate ist dann nicht mehr gegeben. Eine Positionskorrektur führt zwar im positiven Fall nach längerer Zeit wieder zu stabilen Bedingungen für den Dampfstrom. Übrig bleibt jedoch, dass im Verlauf eines Beschichtungsprozesses erhebliche Rate- und Verteilungsschwankungen in Kauf genommen werden müssen. Weiterhin kann die sich einstellende Kontur der Abtragsoberfläche nicht zwangsläufig dazu führen, dass die Dampfquellfläche so ausgerichtet ist, dass die räumliche Verteilung der Emissionsrate (Ausbreitungsrichtungsverteilung des Dampfes) optimal auf das Beschichtungsfenster mit dem zu beschichtenden Substrat gerichtet ist.
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Der technisch genutzte Beschichtungsbereich wird aus Gründen der Erzielung homogener Schichteigenschaften auf dem Substrat geometrisch begrenzt (anschaulich eine Eingrenzung des Auftreffwinkels des Dampfstroms). Man spricht in diesem Zusammenhang von einem Beschichtungsfenster, durch welches hindurch das zu beschichtende Substrat transportiert wird. Die erzeugte richtungsabhängige Emissionsrate ist im Allgemeinen nur teilweise auf dieses Beschichtungsfenster ausgerichtet, da diese an die sich einstellende Dampfquellenkontur gebunden ist. Die Dampfquellenkontur wird allerdings herkömmlicherweise auf eine möglichst große zeitliche Invarianz optimiert. Die sich daraus ergebende richtungsabhängige Emissionsrate und deren Fehlausrichtung werden daher herkömmlicherweise hingenommen. So entsteht eine Schicht, die entlang der Transportrichtung des Substrats betrachtet homogen ist, aber quer zu der Transportrichtung hinsichtlich der Schichtdickenverteilung aufgrund der Fehlausrichtung einer Variation unterliegt.
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Selbst wenn diese zwei Kriterien, Fehlausrichtung und zeitliche Konstanz bestmöglich optimiert sind, ergibt sich herkömmlicherweise ohne weiteres noch kein Optimum hinsichtlich der Dampfausnutzung. Auch ist es herkömmlicherweise nicht möglich, die sich einstellende Richtungsabhängigkeit der Emissionsrate gezielt zu beeinflussen.
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Zum Beispiel ist eine Dampfquellfläche, die zu einer näherungsweise kegelförmigen Abtragsfläche führt und beim Abtrag eines stabförmigen Verdampfungsgutes konstant gehalten wird, keinesfalls eine optimale geometrische Form für die Ausrichtung der Dampfquellfläche in Richtung zu dem Beschichtungsfenster hin. Die Dampfquellfläche auf der gegenüber dem Beschichtungsfenster konvex gebogenen und spitz zulaufenden Abtragsfläche führt zu einer breit streuenden richtungsabhängigen Emissionsrate, die eine geringe Dampfausnutzung bedingt. Ferner ist die Optimierung der Hauptausrichtung des erzeugten Dampfstroms zum Beschichtungsfenster hin nur in begrenztem Maße möglich aufgrund seiner Abhängigkeit vom Einwirkwinkel des Energieeintrags, von der Geschwindigkeit der Stabrotation und von der Form der Bestrahlungsfigur. Aufgrund der Vorrangigkeit der Prozessstabilität werden Korrekturen zur Maximierung der Dampfausnutzung herkömmlicherweise nicht durchgeführt. Dasselbe gilt in Analogie auch für den Abtrag ringförmigen Verdampfungsguts an dessen Stirnfläche.
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Die Steuerbarkeit einer Bewegung des Beschichtungsmaterials bei gleichzeitig an die Dampfquellfläche geometrisch angepasstem Energieeintrag in die Abtragsfläche, die zu einer gewünschten Ortsstabilität und Grundausrichtung des Dampfstroms führen und diese erhalten soll, ist sich ohne weitere Eingriffsmöglichkeiten unzureichend für die Einstellung einer optimierten Dampfrichtungsverteilung und für Korrekturen derselben. Mit anderen Worten sind herkömmliche PVD-Prozesse begrenzt in der Maximierung der Dampfausnutzung durch gezielte Beeinflussung der Dampfrichtungsverteilung. Auch können bei Richtungsschwankungen im Falle ungenauer Bewegungsabläufe Schwankungen der Dampfausnutzung auftreten, weil die Dampfquellenkontur dann nicht mehr konstant bleibt.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird ermöglicht, die Dampfquellenkontur gezielt zu beeinflussen. Damit werden eine höhere Dampfausnutzung und eine möglichst konstante räumliche Verteilung der Emissionsrate erreicht.
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Diese Optimierung erfolgt beispielsweise mittels Vorversuchen zur Bestimmung der optimalen Parameter und/oder mittels der Messung verschiedener Betriebsparameter, wie beispielsweise der Dampfdichte oder Temperatur an den Rändern des Beschichtungsfensters und/oder der Schichtdicke und Schichtverteilung unmittelbar nach der Beschichtung (auch als Inlinemessung bezeichnet). Dadurch wird bereitgestellt:
- - eine Minimierung der Beschichtungsmaterialverluste als Streudampf (was eine hohe Dampfausnutzung erreicht),
- - eine Stabilisierung des Beschichtungsprozesses hinsichtlich der Verteilung und Rate,
- - ein kontinuierlicher Beschichtungsprozess mit maximaler Materialausnutzung durch mehrfache, ununterbrochene Abtragszyklen.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird für ein sublimierendes Beschichtungsmaterial eine feststehende und geneigte oder neigbare Haltevorrichtung bereitgestellt. Durch die Neigung der Haltevorrichtung bzw. der Veränderung der Neigung lässt sich auf die Ausrichtung der richtungsabhängigen Emissionsrate Einfluss nehmen.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird für ein schmelzendes Beschichtungsmaterial (d.h., welches aus der Flüssigphase verdampft) ein rotierender Tiegel bereitgestellt. Durch die Rotation des Tiegels bzw. der Veränderung der Rotationsgeschwindigkeit lässt sich auf die Richtungsabhängigkeit der Emissionsrate Einfluss nehmen.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Substrat von Rolle-zu-Rolle transportiert (auch als Bandsubstrat bezeichnet) werden. Ein Bandsubstrat kann flexibel sein, z.B. eine Materialstärke (auch als Substratdicke bezeichnet) in einem Bereich von ungefähr 3 µm bis ungefähr 3 mm aufweisend, je nach Elastizität des verwendeten Materials. Alternativ kann ein plattenförmiges Substrat einzeln oder mehrere solcher Substrate in Reihe transportiert werden.
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Das Substrat kann eine Breite in einem Bereich von ungefähr 50 cm (Zentimeter) bis ungefähr 500 cm aufweisen, oder eine Breite von mehr als ungefähr 500 cm. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Substrat zumindest eines von Folgendem aufweisen oder daraus gebildet sein: eine Keramik, ein Glas, ein Halbleiter (z.B. amorphes, polykristalliner oder einkristalliner Halbleiter, wie Silizium), ein Metall, und/oder ein Polymer (z.B. Kunststoff). Beispielsweise kann das Substrat eine Kunststofffolie, ein Wafer (ein Halbleitersubstrat), eine Metallfolie, ein Metallblech oder eine Glasplatte sein, und optional beschichtet sein oder werden.
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Beispielsweise kann das Beschichtungsmaterial (auch als Verdampfungsgut bezeichnet) zumindest ein Material der folgenden Materialien aufweisen oder daraus gebildet sein: ein Metall; ein Übergangsmetall, ein Oxid (z.B. ein Metalloxid oder ein Übergangsmetalloxid); ein Dielektrikum; ein Polymer (z.B. ein Kohlenstoff-basiertes Polymer oder ein Silizium-basiertes Polymer); ein Oxinitrid; ein Nitrid; ein Karbid; eine Keramik; ein Halbmetall (z.B. Kohlenstoff); ein Perowskit; ein Glas oder glasartiges Material (z.B. ein sulfidisches Glas); einen Halbleiter; ein Halbleiteroxid; ein halborganisches Material, und/oder ein organisches Material.
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1 veranschaulicht eine thermisch-Verdampfungsvorrichtung 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht. Die thermisch-Verdampfungsvorrichtung 100 kann eine Haltevorrichtung 102, eine Heizvorrichtung 104 und ein Gelenk 106 aufweisen.
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Die Haltevorrichtung 102 kann zum Halten eines Verdampfungsguts (auch als Beschichtungsmaterial bezeichnet) in einem Haltebereich 108 eingerichtet sein. Die Haltevorrichtung 102 kann beispielsweise einen Tiegel (auch als Verdampfungstiegel bezeichnet) aufweisen, welcher eine Vertiefung (auch als Hohlraum bezeichnet) aufweist, die den Haltebereich 108 bereitstellt. Der Tiegel 102 kann zumindest einen (d.h. einen oder mehr als einen) Behälter (auch als Verdampfungsgut-Behälter bezeichnet) aufweisen oder daraus gebildet sein. Als Tiegel kann hierin auch eine Anordnung von mehreren Tiegelbehältern nebeneinander verstanden werden. Der Tiegel, z.B. jeder Verdampfungsgut-Behälter, kann die Vertiefung aufweisen, in welcher das Verdampfungsgut angeordnet sein oder werden kann. Das Verdampfungsgut kann im Allgemeinen ein Material sein, welches unter Hitzeeinwirkung aufgeschmolzen werden kann und/oder in die Gasphase übergeht.
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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 (d.h. verdampfte) Verdampfungsguts durch eine Dampfaustrittsöffnung des Tiegels hindurch heraus emittiert werden.
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Der Tiegel kann zumindest teilweise (das heißt einige oder alle Komponenten des Tiegels) aus einem hochtemperaturfesten Material gefertigt sein, d.h. dieses aufweisen oder daraus gebildet sein. Beispielsweise kann der zumindest eine Verdampfungsgut-Behälter das hochtemperaturfeste Material aufweisen oder daraus gebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Tiegel eine Kühlvorrichtung aufweisen, welche eingerichtet ist, zumindest einer Komponente des Tiegels (z.B. dem oder jedem Verdampfungsgut-Behälter) thermische Energie zu entziehen, z.B. kann der Tiegel ein wassergekühlter Kupfer-Tiegel sein. Als hochtemperaturfestes Material kann ein Material verstanden werden, welches unter Vakuum (zum Beispiel unter Sauerstoffausschluss) eine Zersetzungstemperatur (zum Beispiel Schmelztemperatur und/oder Sublimationstemperatur) aufweist, die größer ist als ungefähr 2500°C, zum Beispiel größer als ungefähr 2750°C, zum Beispiel größer als ungefähr 3000°C.
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Beispielsweise kann (muss aber nicht) der Verdampfungsgut-Behälter beispielsweise nach unten hin fluiddicht eingerichtet sein, so dass das verflüssigte Verdampfungsmaterial nicht aus diesem heraus austritt. Alternativ kann der Verdampfungsgut-Behälter rohrförmig eingerichtet sein, so dass ein stangenförmiges Verdampfungsgut von unten in den Verdampfungsgut-Behälter hineingeschoben werden kann. Dies erleichtert die Nachführung des Verdampfungsguts, beispielsweise aus einem Magazin heraus. Der rohrförmige Verdampfungsgut-Behälter kann beispielsweise bei einem sublimierenden Verdampfungsgut verwendet werden, bei dem im Wesentlichen keine Schmelze auftritt.
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Die Haltevorrichtung 102 muss somit nicht notwendigerweise einen Tiegel aufweisen, der es beispielsweise erleichtert, ein schmelzendes Verdampfungsguts zu handhaben. Beispielsweise kann der Tiegel auch das schmelzende Verdampfungsgut aufweisen, so dass der Tiegel selbst verdampft wird. Dann kann die Haltevorrichtung 102 beispielsweise ein Haltegestell zum Halten des Tiegels aufweisen. Ebenso kann ein sublimierendes Verdampfungsguts beispielsweise als Platte (oder in einer anderen geometrischen Form) eingerichtet sein, welche mittels des Haltegestells gehalten werden kann, z.B. darauf aufgeschraubt und/oder darauf aufliegend, wie später genauer beschrieben wird. Dies erleichtert es, größere Mengen des Verdampfungsguts zu bevorraten.
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Die Heizvorrichtung 104 kann im Allgemeinen eine Vorrichtung sein, die eingerichtet ist, dem Haltebereich 108 (in dem beispielsweise das Verdampfungsgut angeordnet ist) thermische Energie zuzuführen 101.
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Beispielsweise kann die Heizvorrichtung 104 eingerichtet sein, elektrische Energie in die thermische Energie umzuwandeln. Die thermische Energie kann dem Haltebereich 108 beispielsweise mittels Wärmeleitung zugeführt werden. Dazu kann die Heizvorrichtung 104 beispielsweise einen elektrothermischen Wandler (z.B. eine Heizwendel oder Ähnliches) aufweisen, welcher die thermische Energie bereitstellt.
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Beispielsweise kann die Heizvorrichtung 104 eingerichtet sein, die elektrische Energie zunächst in eine andere Energieform (z.B. Strahlungsenergie oder kinetische Energie) umzuwandeln, welche dem Beschichtungsmaterial und/oder der Haltevorrichtung 102 zugeführt wird mittels und darin in thermische Energie umgewandelt wird. Beispielsweise kann die Heizvorrichtung 104 elektromagnetische Strahlung (z.B. Wärmestrahlung und/oder sichtbares Licht aufweisend) emittieren, mit welchem der Haltebereich 108 bestrahlt 101 werden kann. Beispielsweise kann die Heizvorrichtung 104 Elektronen (oder andere Elementarteilchen) emittieren, mit welchen der Haltebereich 108 bestrahlt 101 werden kann. Die Elektronen können beispielsweise in Form eines Elektronenstrahls bereitgestellt sein oder werden, wie später noch genauer beschrieben wird. Ein Elektronenstrahl kann eine lokalisierte Erwärmung des Verdampfungsguts bereitstellen, was den Wirkungsgrad verbessert.
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Im Folgenden wird unter anderem zum vereinfachten Verständnis auf eine thermisch-Verdampfungsvorrichtung mit einem Tiegel als Haltevorrichtung 102 und einer Elektronenstrahlquelle 112q als Heizvorrichtung 104 Bezug genommen. Das Beschriebene kann in Analogie auch für eine andere Haltevorrichtung 102 bzw. eine andere Heizvorrichtung 104 gelten.
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Im Allgemeinen kann ein Gelenk 106 eine bewegliche Verbindung bereitstellen. Das Gelenk 106 kann beispielsweise eine erste Kupplung aufweisen, an welcher die Haltevorrichtung 102 angekuppelt ist. Das Gelenk 106 kann beispielsweise eine zweite Kupplung aufweisen, mittels welcher das Gelenk 106 an einem Träger angekuppelt werden kann. Der Träger kann beispielsweise ein Kammergehäuse aufweisen oder zumindest Teil dessen sein, z.B. eine Kammerwand (z.B. einen Kammerboden) des Kammergehäuses.
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Das Gelenk 106 kann ein oder mehr als ein Lager aufweisen oder daraus gebildet sein. Als Lager kann ein Maschinenelement verstanden werden zum Führen einer Komponente oder gegeneinander beweglicher Komponenten. Mit anderen Worten kann ein Lager einer Bewegung der Komponente(n) (z.B. relativ zueinander) einen oder mehr als einen Freiheitsgrad bereitstellen und/oder zumindest einen Freiheitsgrad blockieren. Ein Freiheitsgrad kann beispielsweise eine Translationsfreiheitsgrad oder ein Rotationsfreiheitsgrad sein. Jedem Freiheitsgrad kann eine Achse zugeordnet sein. Der Translationsfreiheitsgrad kann beispielsweise eine lineare Bewegung (d.h. Verschiebung) entlang der Achse (auch als Translationsachse bezeichnet) ermöglichen. Der Rotationsfreiheitsgrad kann beispielsweise eine Drehbewegung (d.h. Rotation) um die Achse (auch als Rotationsachse oder Drehachse bezeichnet) herum ermöglichen. Eine ungeführte, d.h. freie, Bewegung kann beispielsweise sechs Freiheitsgrade aufweisen (3 Translationsfreiheitsgrade und 3 Rotationsfreiheitsgrade). Ein oder jedes Lager kann beispielsweise mehr Freiheitsgrade blockieren als freigeben. Ein oder jedes Lager kann der Bewegung alternativ oder zusätzlich genau einen Freiheitsgrad oder genau zwei Freiheitsgrade (z.B. nur Translationsfreiheitsgrade oder nur Rotationsfreiheitsgrade) freigeben. Ein Lager, das mindestens oder genau einen Rotationsfreiheitsgrad freigibt, wird auch als Drehlager bezeichnet. Ein Lager, das mindestens oder genau einen Translationsfreiheitsgrad freigibt, wird auch als Translationslager (auch als Linearlager bezeichnet) bezeichnet.
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2 veranschaulicht eine thermisch-Verdampfungsvorrichtung 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen 200 in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht. Das Gelenk 106 der thermisch-Verdampfungsvorrichtung 100 kann zumindest ein erstes Drehlager 106a aufweisen, welches einen ersten Rotationsfreiheitsgrad bereitstellt. Die entsprechende erste Drehachse 201 des ersten Drehlagers 106a kann beispielsweise entlang einer Richtung 105 sein. Das erste Drehlager 106a kann beispielsweise eine oder mehr als eine vollständige Umdrehung der Haltevorrichtung 102 um die erste Drehachse 201 ermöglichen.
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Entlang der Richtung 105 kann sich beispielsweise der Hohlraum 108 in den Tiegel 102 hinein oder durch diesen hindurch erstrecken. Alternativ oder zusätzlich kann die Richtung 105 entlang einer Vertikalen sein. Die Vertikale die kann parallel zu der Richtung der Gravitationskraft, d.h. der Gravitationsrichtung, sein.
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Wird ein Substrat mit dem verdampften Verdampfungsgut beschichtet, kann das Substrat relativ zu der Haltevorrichtung 102 transportiert werden, wie später noch genauer beschrieben wird. Dann kann die Transportrichtung des Substrats (auch als Substrat-Transportrichtung bezeichnet) quer zur Richtung 105 sein oder parallel zu der Richtung 105 sein. In beiden Fällen kann die Emissionsrichtung des Verdampfungsguts dann schräg zu der Substrat-Transportrichtung und damit zu einem Beschichtungsfenster mit einer zu beschichtenden Oberfläche des Substrats sein.
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Das erste Drehlager 106a ermöglicht es, den Tiegel 102 und das innerhalb dessen gehaltene Verdampfungsgut in Drehung zu versetzen, z.B. mit einer Drehzahl (auch als Rotationsgeschwindigkeit bezeichnet). Beispielsweise kann ein in dem Hohlraum 108 angeordnetes (z.B. aufschmelzendes) Verdampfungsgut in Drehung versetzt werden, z.B. bei der Drehzahl. Auf das in Drehung versetzte aufgeschmolzene (anschaulich flüssige) Verdampfungsgut kann eine Fliehkraft wirken, welche das Verdampfungsgut gegen die äußeren Tiegelwände treibt, so dass dessen Oberfläche sich konkav wölbt.
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Mittels Bestrahlens der Oberfläche des Verdampfungsguts kann am Ort des Bestrahlens (auch als Dampfquellort bezeichnet) eine Dampfquelle bereitgestellt sein (d.h. am Ort des thermischen Überführens). Flächenabschnitte der konkaven Oberfläche des Verdampfungsguts können schräg zu der ersten Drehachse 201 und/oder schräg zueinander sein. Wird ein solcher Flächenabschnitt bestrahlt (d.h. eine Dampfquelle erzeugt), kann sich das verdampfte Verdampfungsgut entlang einer Flächennormale des bestrahlten Flächenabschnitts ausbreiten.
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Wird ein Flächenabschnitt der konkaven Oberfläche bestrahlt, welcher schräg zu der ersten Drehachse 201 ist (d.h. eine schräg zur Drehachse 201 angeordnete Dampfquellfläche bereitgestellt), kann eine bezüglich zu der ersten Drehachse 201 asymmetrische Richtungsabhängigkeit der Emissionsrate erreicht werden (anschaulich ein sich schräg zur Drehachse 201 ausbreitender Dampfstrom). Werden mehrere schräg zueinander angeordnete Flächenabschnitte der konkaven Oberfläche bestrahlt (d.h. schräg zu einander angeordnete Dampfquellflächen bereitgestellt), können die entsprechenden Dampfströme aufeinander zu gerichtet sein. Der sich in Summe daraus ergebene Gesamtdampfstrom, d.h. Materialstrom des verdampften Verdampfungsguts, kann somit gebündelt werden, was die Dampfstromdivergenz (analog zur Strahldivergenz) verringert.
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Die Drehzahl des Tiegels 102 im Betrieb der thermisch-Verdampfungsvorrichtung 100 kann beispielsweise in einem Bereich sein von ungefährem 0,1 U/min bis ungefährer 500 U/min.
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Die Drehbewegung des Tiegels 102 (mit der Drehzahl) kann beispielsweise mittels einer Antriebsvorrichtung (nicht dargestellt) angetrieben werden. Im Allgemein kann die Antriebsvorrichtung eingerichtet sein, die Drehbewegung auf die Haltevorrichtung zu übertragen. Beispielsweise kann die Antriebsvorrichtung einen elektrischen Motor aufweisen.
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3 veranschaulicht eine thermisch-Verdampfungsvorrichtung 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen 300 in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht. Das Gelenk 106 der thermisch-Verdampfungsvorrichtung 100 kann alternativ oder zusätzlich zu dem ersten Drehlager 106a ein zweites Drehlager 106b aufweisen, welches einen zweiten Rotationsfreiheitsgrad bereitstellt. Die entsprechend zweite Drehachse 203 des zweiten Drehlagers 106b kann quer zu der Richtung 105 und/oder zu der ersten Drehachse 301 sein. Beispielsweise kann die zweite Drehachse 203 parallel zu einer Ebene 101, 103 sein, die quer zu der Richtung 105 ist (z.B. eine horizontale Ebene).
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Das zweite Drehlager 106b kann beispielsweise eine unvollständige Drehung der Haltevorrichtung 102 bereitstellen. Ein solches zweites Drehlager 106b kann anschaulich ein Drehen der Haltevorrichtung 102 aus einer horizontalen Lage heraus (auch als Neigen oder Kippen bezeichnet) bereitstellen.
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4 veranschaulicht eine thermisch-Verdampfungsvorrichtung 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen 400 in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht. Das Gelenk 106 der thermisch-Verdampfungsvorrichtung 100 kann alternativ oder zusätzlich zu dem ersten Drehlager 106a und/oder dem zweiten Drehlager 106b ein Translationslager 106c aufweisen, welches einen oder mehr als einen Translationsfreiheitsgrad bereitstellt. Beispielsweise können eine entsprechende erste Translationsachse und/oder eine zweite Translationsachse 205 bereitgestellt sein, entlang welcher jeweils die Haltevorrichtung 102 verschoben wird. Beispielsweise können die erste Translationsachse und die zweite Translationsachse schräg zueinander sein und/oder in einer Ebene liegen, die parallel zur Richtung 105 (z.B. der Vertikalen) ist.
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Zum Bereitstellen eines Translationsfreiheitsgrads kann das Gelenk 106 ein Schubgelenk aufweisen, z.B. in Form eines Transportschlittens.
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5 veranschaulicht eine thermisch-Verdampfungsvorrichtung 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen 500 in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht, welche nicht notwendigerweise das Gelenk 106 aufweisen muss. Die Haltevorrichtung 102 der thermisch-Verdampfungsvorrichtung 100 kann dann beispielsweise ortsfest eingerichtet sein derart, dass eine zu verdampfendende Oberfläche des (z.B. sublimierenden) Verdampfungsguts 402 (auch als Abtragsfläche bezeichnet) schräg zu einer horizontalen Ebene 101, 103 und/oder schräg zu einer Substrat-Transportrichtung ist.
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Damit kann beispielsweise erreicht werden, dass die Verdampfungsrichtung des Verdampfungsguts dann schräg zu der Substrat-Transportrichtung 501 (vgl. 8) (und damit zu einer zu beschichtenden Oberfläche des Substrats) bzw. der Ebene 101, 103 ist.
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Wird das Gelenk 106 verwendet, kann die Ausrichtung der Abtragsfläche gestellt werden, beispielsweise mittels Neigens der Haltevorrichtung 102 um die zweite Drehachse herum (wenn das zweite Drehlager 106b verwendet wird).
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6 veranschaulicht eine thermisch-Verdampfungsvorrichtung 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen 600 in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht, deren Haltevorrichtung 102 eingerichtet ist, ein stabförmiges (z.B. sublimierendes) Verdampfungsgut 402 zu halten. Das Verdampfungsgut 402 kann stirnseitig mittels eines Elektronenstrahls 112e bestrahlt werden von einer Elektronenstrahlkanone 112. Die Stirnseite des Verdampfungsguts 402 kann abgeschrägt sein, so dass das dampfförmige Verdampfungsgut 504 in eine Richtung (auch als Emissionsrichtung bezeichnet) schräg zur ersten Drehachse 201 emittiert wird.
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Das Verdampfungsgut kann entlang einer Achse 601, entlang welcher die Haltevorrichtung 102 von einer Durchgangsöffnung durchdrungen ist, verschoben werden und/oder um die Achse 601 herum rotiert werden. Mit anderen Worten kann die Achse 601 die erste Drehachse 201 oder eine dem Verdampfungsgut bereitgestellte Translationsachse sein. Ferner kann das Lager 106 (nicht dargestellt) ermöglichen, die Ausrichtung der Achse 601 (und den zugeordneten Freiheitsgrad) zu verändern. Mit anderen Worten kann die Ausrichtung der Achse 601 gestellt werden, beispielsweise mittels Neigens der Haltevorrichtung 102 um die zweite Drehachse herum (wenn das zweite Drehlager 106b verwendet wird).
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7 veranschaulicht eine thermisch-Verdampfungsvorrichtung 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen 700 in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht, deren Haltevorrichtung 102 ein Verdampfungsgut 402 mit konkaver Oberfläche hält. Beispielsweise kann das Verdampfungsgut 402 plattenförmig (z.B. in Form einer Scheibe) eingerichtet sein.
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Das Verdampfungsgut 402 kann an denjenigen Abschnitten der konkaven Oberfläche mittels des Elektronenstrahls 112e bestrahlt werden, die schräg zueinander und/oder zu der ersten Drehachse 201 sind. Dies erreicht, dass das dampfförmige Verdampfungsgut 504 in eine Emissionsrichtung schräg zur ersten Drehachse 201 emittiert wird.
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Ferner kann das Lager 106 (nicht dargestellt) ermöglichen, die Ausrichtung der ersten Drehachse 201 zu verändern, beispielsweise mittels Neigens der Haltevorrichtung 102 um die zweite Drehachse herum (wenn das zweite Drehlager 106b verwendet wird).
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8 veranschaulicht eine Beschichtungsanordnung 800 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht, welche eine thermisch-Verdampfungsvorrichtung 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen und eine Transportvorrichtung (auch als Substrat-Transportvorrichtung bezeichnet) aufweist. Die Transportvorrichtung kann eine Substrat-Transportrichtung 501 (kurz auch als Transportrichtung bezeichnet) definieren, entlang welcher das Substrat 502 transportiert wird. Im Folgenden wird auf die Substrat-Transportrichtung 501 innerhalb des Beschichtungsfensters Bezug genommen, d.h. innerhalb des Bereichs, in dem das Beschichten erfolgt.
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Die Transportvorrichtung kann beispielsweise eine Vielzahl Transportrollen aufweisen, mittels welchen das Substrat transportiert wird. Jede der Transportrollen kann drehbar gelagert sein, zum Beispiel um eine Drehachse herum, welche quer zu der Transportrichtung 501 und/oder quer zur Richtung 105 ist.
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Die Heizvorrichtung 104 kann eine Elektronenstrahlkanone 112 aufweisen, welche eingerichtet ist, einen Elektronenstrahl 112e auf den Haltebereich 108 zu richten. Mittels des Elektronenstrahls kann ein in dem Tiegel 102 angeordnetes Verdampfungsgut 402 (z.B. teilweise oder vollständig) aufgeschmolzen werden, so dass ein flüssiges Verdampfungsgut 402 (auch als Schmelze bezeichnet) bereitgestellt wird. Die mittels des Elektronenstrahls 112e weiter bestrahlte Schmelze kann in den dampfförmigen Zustand (auch als Materialdampf 504 bezeichnet) übergehen und sich in eine Richtung 511 (auch als Emissionsrichtung 511 bezeichnet) von dem Haltebereich 108 weg ausbreiten. Mit anderen Worten kann der Materialdampf 504 (d.h. das dampfförmige Verdampfungsgut) in die Emissionsrichtung 511 strömen (auch als Dampfstrom bezeichnet).
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Die Emissionsrichtung 511 kann im Allgemeinen senkrecht zu der Oberfläche des Verdampfungsguts am Ort des Verdampfens sein, d.h. an welchem der Materialdampf 504 gebildet wird. Ein Teil des Materialdampfs 504 kann auch eine Richtungskomponente der Ausbreitung aufweisen, welche quer zu der Emissionsrichtung 511 ist (z.B. aufgrund des Dampfdrucks). Die Geschwindigkeit des Materialdampfs 504 entlang der Richtungskomponente kann kleiner sein als entlang der Emissionsrichtung 511. Anschaulich kann sich der Materialdampf 504 hauptsächlich in die Emissionsrichtung 511 ausbreiten.
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Die Emissionsrichtung 511 (auch als Haupt-Ausbreitungsrichtung bezeichnet) kann diejenige Richtung bezeichnen, in welche sich der Materialdampf 504 im Mittel (d.h. der Schwerpunkt des Materialdampfs 504) im zeitlichen Verlauf bewegt. Der Schwerpunkt des Materialdampfs 504 (z.B. einer Vielzahl von Dampfteilchen) kann als ein mit der Menge (z.B. Masse) des Materialdampfs 504 gewichtetes Mittel der Positionen der Dampfteilchen beschreiben. Im Allgemeinen kann die Rate (z.B. Masse pro Zeit, d.h. der Massestrom an Materialdampf), mit der Materialdampf 504 emittiert wird, eine richtungsabhängige Funktion (auch als richtungsabhängige Emissionsrate oder Dampfstromrichtungsverteilung bezeichnet) sein, z.B. eine Funktion des Raumwinkels φ zu der Emissionsrichtung 511 sein (anschaulich analog zum Lambertschen Gesetz). Entlang der Emissionsrichtung 511 (d.h. φ = 0) hat diese Emissionsrate ihr Maximum und nimmt mit größer werdenden Raumwinkel (φ > 0) ab.
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Durch Bewegung des thermisch verflüssigten Beschichtungsmaterials wird beispielsweise eine konkav ausgeformte Oberfläche hergestellt, auf der mit Hilfe diverser Prozesswerkzeuge mehrere Quellen für den Dampfstrom erzeugt werden (auch als Dampfstromquellen bezeichnet). Die Dampfstromquellen werden beispielsweise mit Teilchenbeschuss, Elektronenbeschuss und/oder Lichtquantenbeschuss erzeugt.
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Das feste Verdampfungsgut (auch als Spendermaterial oder Beschichtungsmaterial bezeichnet) kann dabei zumindest teilweise verflüssigt werden. Es wird gehalten in einem runden Bevorratungsbehälter (des Tiegels 102), der in Rotation versetzt wird. Die Rotation führt zu einer parabolisch ausgeformten Oberfläche des abzutragenden Beschichtungsmaterials.
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Der in Rotation versetzte Tiegel 102 kann hinsichtlich seiner Rotationsachse 201 zusätzlich eine Kippung erfahren oder im Sonderfall kann die Rotationsachse lotrecht (d.h. parallel zur Vertikalen) sein. Beispielsweise kann die Rotationsachse 201 zwischen 0° und 45° gekippt sein bezüglich der Vertikalen.
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Mit Hilfe verschiedener Prozesswerkzeuge werden durch Teilchenbeschuss 112e, Elektronenbeschuss 112e und/oder Lichtquantenbeschuss 112e auf der Oberfläche des gewölbten flüssigen Beschichtungsmaterials 402 die Quellbereiche für den Dampfstrom 504 zum Substrat 502 erzeugt. Mittels einer Messdatenerfassung kann die Dampfquellflächenneigung mittels Stellens der vorstehenden Betriebsparameter angepasst sein oder werden, z.B. an die Substratposition bzw. die Position des Beschichtungsfensters.
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Beispielsweise werden die Quellen des Teilchenstroms durch Elektronenstrahlbeaufschlagung erzeugt. Die dampfabgebenden Quellflächen (auch als Dampfquellfläche bezeichnet) werden an Positionen auf der gewölbten Oberfläche oder geneigten Oberfläche angeordnet, die eine optimale Schichtdickenverteilung auf dem Substrat bei bestmöglicher Dampfausnutzung ergeben.
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Die ermöglicht es, die Konfiguration zwischen dem Substrat und der thermisch-Verdampfungsvorrichtung 100 auf eine hohe Dampfausnutzung zu optimieren. Beispielsweise kann einer oder mehr als einer der folgenden Betriebsparameter gestellt werden (d.h. diese können beispielsweise als Stellgröße verwendet werden):
- - eine Lotrechtführung des Substrats 502 (z.B. eines Bands) und/oder Beschichtung durch eine dazu schräge Emissionsrichtung 511 (anschaulich schräger Dampfstrom);
- - Reduzierung des Abstandes zwischen Substrat und gehaltenem Verdampfungsgut (auch als Bedampfungsabstand bezeichnet), z.B. bei einer Bandbeschichtungsanlage, z.B. mittels Quellenverlagerung auf Bereiche außerhalb der Bandkanten und schrägem Dampfstrom;
- - eine Erhöhung der Dampfausnutzung bei Beibehaltung guter Schichtdickenhomogenität;
- - Anpassung der Dampfdichteverteilung an ein gewölbtes Substrat oder einen gewölbten Substratträger oder ein schräg gestelltes Substratpaar (oder andere Substratgruppe), z.B. in Dachform, an eine hohe Schichtdickenhomogenitätsforderung.
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Die Leistungsverteilung im mit dem Elektronenstrahl 112e exponierten Dampfquellbereich kann zusätzlich so durch eine Bestrahlungssequenz gestaltet werden, dass durch eine lokale Formgestaltung (Eindellung) im Dampfquellbereich eine zusätzliche Richtwirkung des Teilchenstroms in das Beschichtungsfenster hinein erreicht wird. Als Dampfquelle bzw. deren Ort (auch als Dampfquellort bezeichnet) wird derjenige Oberflächenabschnitt des Verdampfungsguts bezeichnet, an dem das Verdampfungsgut in den dampfförmigen Zustand übergeht.
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Die Dampfstromrichtungsverteilung kann mit einem oder mehr als einem der folgenden Betriebsparameter gestellt werden:
- - der Rotationsgeschwindigkeit und damit der Steilheit der Flächenwölbung des Beschichtungsmaterials 402;
- - der Dampfquellort auf der gewölbten Oberfläche des Beschichtungsmaterials
- - der Winkel, der von der Rotationsachse 201 und der Vertikalen und/oder von der Rotationsachse 201 und der Transportrichtung 501 eingeschlossen wird.
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Mittels der Optimierung der Dampfstromrichtungsverteilung können eine Schichtverteilungsoptimierung und/oder eine Optimierung (z.B. Maximierung) der Dampfausnutzung erfolgen.
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9 veranschaulicht eine Beschichtungsanordnung 800 gemäß verschiedenen Ausführungsformen 900 in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht, welche eine thermisch-Verdampfungsvorrichtung 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen und eine Transportvorrichtung 902 aufweist.
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Wie vorstehend erläutert, können der Haltevorrichtung 102 bzw. dem Verdampfungsgut 402 eine erste Translationsachse 701 und/oder eine zweite Translationsachse 703 bereitgestellt sein und zusätzlich die zweite Drehachse 203. Beispielsweise können die erste Translationsachse 901 und die zweite Translationsachse 903 quer zueinander sein und/oder in einer Ebene liegen, die parallel zur Richtung 105 (z.B. der Vertikalen) ist.
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Das Verdampfungsgut 402 kann beispielsweise plattenförmig sein bzw. eine oder mehr als eine Platte aufweisen, z.B. eine Platte aus Siliziumoxid.
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Das Substrat 502 kann mittels einer Vielzahl von Transportrollen 702 entlang eines (z.B. einfach oder mehrfach) gekrümmten Transportpfades transportiert werden. Die Emissionsrichtung 511 kann auf zumindest eine der Transportrollen 702 (dann auch als Beschichtungsrolle bezeichnet) gerichtet sein, z.B. deren Drehachse.
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Die Beschichtungsrolle kann optional eine Temperiervorrichtung aufweisen, welche eingerichtet ist, eine Oberfläche der Beschichtungsrolle, mittels welcher das Substrat 502 umgelenkt wird, thermische Energie zu entziehen (auch als Kühlen bezeichnet) oder diese zuzuführen (auch als Heizen bezeichnet).
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Ein zu einem Beschichtungsfenster (anschaulich dem Ort der Beschichtung) hin orientierter Dampfstrom 504 kann erzeugt werden, indem zumindest ein Teil der Stirnseite eines barren- oder plattenförmigen sublimierenden oder semischmelzenden Beschichtungsmaterials 402 mittels eines Elektronenstrahls 112e erhitzt wird. Das Beschichtungsmaterial 402 kann entsprechend in Richtung zu der Abtragzone hin mit einer linearen Vorschubbewegung (Verschiebung) 701, 703 nachgeführt werden, so dass die Dampfquellfläche des Beschichtungsmaterials ortsfest erhalten bleibt und/oder zumindest relativ zu der Beschichtungsrolle in einer festen Position verbleibt.
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Der Dampfstrom 504 kann somit in Richtung 511 zu dem Beschichtungsfenster hin ausgerichtet werden. Der Dampfstrom 504 in Richtung der Substratbewegung (auch als Transportrichtung bezeichnet) kann optional gebündelt werden, um einen möglichst hohen Dampfstromanteil innerhalb des Beschichtungsfensters zu positionieren und den Dampfausnutzungsgrad zu maximieren. Die Emissionsrichtung 511 und/oder mittlere Abweichung der Dampfstromrichtungsverteilung von der Emissionsrichtung 511 kann mittels eines oder mehr als eines der folgenden Betriebsparameter (z.B. als Stellgrößen) beeinflusst werden:
- - dem Neigungswinkel 711 des Verdampfungsguts (z.B. einer Platte aus dem Verdampfungsgut). Mittels Neigens der Plattenebene um einen Winkel 711 kann beispielsweise ein Ausrichten der Dampfquellfläche relativ zu dem Beschichtungsfenster erfolgen; - eine räumliche Verteilung, mittels welcher das Bestrahlen mit dem Elektronenstrahl 112e erfolgt.
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Beispielsweise kann mittels Stellens der Bestrahlungssequenz die räumliche Verteilung des Energieeintrags in die längsgestreckte Dampfquellfläche verändert werden, so dass die Dampfstromrichtungsverteilung ausgerichtet und/oder gebündelt wird. Beispielsweise kann die Bestrahlungssequenz mehrere zumindest teilweise überlappende Bestrahlungsfiguren aufweisen, die in schneller Folge nacheinander abgetastet werden und so im zeitlichen Mittel eine konturbildende Energieverteilung erzeugen.
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Als Stellgröße kann ferner die Verweilzeit des Elektronenstrahls 112e auf der oder jeder der Bestrahlungsfiguren verwendet werden. Durch Änderung der Wichtung der Bestrahlungsfiguren als Stellgröße kann die Abtragkontur gezielt optimiert bzw. korrigiert werden, um die gewünschte Ausrichtung und Verteilung des Dampfstroms zu erreichen oder nachzuführen.
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Mittels Bewegens der Haltevorrichtung 102 kann die jeweils bestrahlte Oberfläche des Verdampfungsguts (auch als Dampfquellfläche bezeichnet) ausgerichtet werden, z.B. derart, dass deren Flächennormale auf die Beschichtungsrolle 702 (z.B. deren Oberfläche) gerichtet ist. Die Dampfquellfläche, z.B. an der Stirnseite des Verdampfungsguts, kann alternativ oder zusätzlich zur Ausrichtung ihrer Flächennormalen in Richtung des Substrats eine konkave Wölbung aufweisen, die den Dampfstrom längs der Transportrichtung bündelt. Damit kann der Anteil des in das Beschichtungsfenster treffenden Dampfstroms erhöht werden, was die Dampfausnutzung vergrößert.
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Ist das Ende des linear nachgeführten Verdampfungsguts erreicht, kann die Haltevorrichtung derart gekippt werden, dass sich bei entgegengesetzter Translation erneut eine Dampfausbreitung optimal zum Beschichtungsfenster ausbildet.
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Für Mehrfachdurchläufe kann die Kippachse 203 derart verschoben werden, dass der Abstand zwischen Abtragfläche und Beschichtungsrolle bzw. Beschichtungsfenster (d.h. der Bedampfungsabstand) konstant bleibt.
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Beispielsweise kann eine Kühltrommel 702 mit fokussiertem Dampfeinfall durch entsprechend abgelenkten Elektronenstrahl 112e eine lineare Nachführung des Verdampfungsguts 402 mit einstellbarem Winkel und Kippen bei Richtungsumkehr bereitgestellt werden.
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10 veranschaulicht eine Beschichtungsanordnung 800 gemäß verschiedenen Ausführungsformen 1000 in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht, welche eine thermisch-Verdampfungsvorrichtung 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen und eine Transportvorrichtung (nicht dargestellt) aufweist. Die Haltevorrichtung 102 kann eingerichtet sein, ein rohrförmiges Verdampfungsgut 402 zu halten.
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Mindestens eine Dampfquelle kann mittels eines Elektronenstrahls 112e auf der Stirnseite des (z.B. sublimierenden) rohrförmigem Verdampfungsguts 402 bereitgestellt sein oder werden. Die Abtragkontur auf der Stirnseite des Verdampfungsguts 402 bzw. die Dampfquellflächenkontur auf dem Bereich der dampfabgebenden Teilfläche können derart (z.B. konkav) ausgebildet sein oder werden, dass die Dampfstromrichtungsverteilung auf das Beschichtungsfenster hinein ausgerichtet wird.
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Dies ermöglicht es, die Schichtdickenverteilung auf dem zu beschichtenden Substrat 502 zu optimieren und/oder die Dampfausnutzung (Dampfanteil der auf dem Substrat gebildeten Schicht) zu vergrößern.
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Die Dampfquellflächenkontur kann beispielsweise konkav sein, um für eine maximale Dampfausnutzung eine Bündelung des Dampfstroms zu erreichen. Alternativ kann die Dampfquellflächenkontur aber auch konvex sein, z.B. wenn die Reduzierung thermischer Substratbelastungen durch die Beschichtung Vorrang hat, z.B. vor der Maximierung der Dampfausnutzung.
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Optional kann die Achse 601 eines Freiheitsgrads (z.B. Rotationsachse 201) der Haltevorrichtung 102 bzw. des Verdampfungsguts 504 geneigt werden. Das rotierende (z.B. sublimierende) Verdampfungsgut kann auch ohne einen Tiegel gehalten werden, z.B. durch eine Zange oder in einem Führungsrohr als Haltevorrichtung 102.
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Die Richtungsoptimierung der Dampfstromrichtungsverteilung kann mittels eines oder mehr als eines der folgenden Betriebsparameter (z.B. als Stellgrößen) erfolgen:
- - die Ausrichtung (z.B. Neigen) der Achse 601 (z.B. der ersten Rotationsachse 201), z.B. um einen Winkel zur Korrektur der sich aus der Rotation ergebenden Abtragstufe im Dampfquellbereich (auch als tangentiale Optimierung bezeichnet);
- - eine räumliche Verteilung, mittels welcher das Bestrahlen mit dem Elektronenstrahl 112e erfolgt.
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Beispielsweise kann mittels Veränderns der Bestrahlungssequenz die räumliche Verteilung des Energieeintrags in die Dampfquellfläche derart eingestellt sein oder werden, dass die Dampfstromrichtungsverteilung ausgerichtet und/oder gebündelt wird (auch als radiale Optimierung bezeichnet).
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Beispielsweise kann die Bestrahlungssequenz mehrere zumindest teilweise überlappende Bestrahlungsfiguren aufweisen, die in schneller Folge nacheinander abgetastet werden und so im zeitlichen Mittel die gewünschte konturbildende Energieverteilung erzeugen. Als Stellgröße kann ferner die Verweilzeit des Elektronenstrahls 112e auf der oder jeder der Bestrahlungsfiguren verwendet werden. Durch Änderung der Wichtung der Bestrahlungsfiguren kann die Abtragkontur gezielt optimiert bzw. korrigiert werden, um die gewünschte Ausrichtung und Verteilung des Dampfstroms zu erreichen oder nachzuführen.
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Alternativ zu der Rohrform kann das Verdampfungsgut 402 auch ringförmig oder stabförmig sein, z.B. einen oder mehr als einen Ring aufweisend, z.B. einen oder mehr als einen Ring aus Kohlenstoff.
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11 veranschaulicht eine Vakuumanordnung 1100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Vakuumanordnung 1100 Folgendes aufweisen: die Beschichtungsanordnung 800 und eine Vakuumkammer 802 (auch als Vakuumprozesskammer bezeichnet), in welcher zumindest ein (d.h. genau ein oder mehr als ein) Haltebereich 108 der Beschichtungsanordnung 800 angeordnet ist. Die thermisch-Verdampfungsvorrichtung 100 der Beschichtungsanordnung 800 kann mindestens eine Elektronenstrahlkanone 112 aufweisen, welche eine Elektronenstrahlquelle 112q und ein Ablenksystem 112a zum Ablenken einen Elektronenstrahls 112e in den zumindest einen Haltebereich 108 aufweist.
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Der Elektronenstrahl 112e kann beispielsweise gemäß einer Ablenksequenz abgelenkt werden, z.B. mehrmals hintereinander gemäß derselben Ablenksequenz. Eine Ablenksequenz kann anschaulich eine Abfolge von Soll-Auftreffpunkten und/oder eine Soll-Trajektorie, auf welche der Elektronenstrahl 112e gerichtet wird (d.h. welcher mittels des Elektronenstrahls 112e abgefahren werden soll), repräsentieren. Die oder jede Ablenksequenz kann zumindest eine (d.h. genau eine oder mehr als eine) Ablenkfigur aufweisen und/oder definieren. Die oder jede Ablenkfigur 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 Bestrahlungsfigur 155). Die Bestrahlungsfigur 155 kann beispielsweise eine Trajektorie T(P,t) des Auftrefforts P(x,y,z) des Elektronenstrahls 112e in dem Haltebereich 108 bzw. auf dem Verdampfungsgut repräsentieren. Die Größe und Ausrichtung der Bestrahlungsfigur 155 kann von ihrer Lage im Raum abhängen. Mehrere Bestrahlungsfiguren 155 können gemäß einer Sequenz (auch als Bestrahlungssequenz bezeichnet) nacheinander und/oder wiederholend abgetastet werden
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Allgemeiner die räumliche Verteilung des Energieeintrags bzw. des Bestrahlens gemäß der Bestrahlungsfigur 155 von der sogenannten Ablenkfigur beschrieben, welche beispielsweise auf den Ablenkwinkel (αx(t), αy(t)) des Elektronenstrahls 112e bezogen sein kann. Die Ablenkfigur kann den Elektronenstrahl auf die Bestrahlungsfigur 155 abbilden (analog zu einer Zentralprojektion).
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12 veranschaulicht ein Verfahren 1200 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem schematischen Ablaufdiagramm.
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Das Verfahren 1200 weist auf, in 1201, Ermitteln eines Ist-Zustands eines Prozesses (z.B. Verdampfungsprozesses, z.B. als Teil eines Beschichtungsprozesses), mittels dessen ein Verdampfungsgut thermisch in einen dampfförmigen Zustand überführt wird, wobei der Ist-Zustand eine räumliche Verteilung repräsentiert, mit welcher das in den dampfförmigen Zustand überführte Verdampfungsgut emittiert wird (d.h. dessen richtungsabhängige Emissionsrate); und in 1203, Ansteuern des Prozesses (z.B. einer Stellgröße des Prozesses) auf Grundlage des Ist-Zustands derart, dass eine Kontur des Verdampfungsguts am Ort des Überführens in den dampfförmigen Zustand (und beispielsweise damit die räumliche Verteilung) verändert wird, und optional in 1205, Beschichten eines Substrats mittels des Verdampfungsguts, das in dem dampfförmigen Zustand ist.
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Mit der hierin beschriebenen thermisch-Verdampfungsvorrichtung wird bereitgestellt, dass die Dampfrichtungsverteilung, die Dampfquellflächenkontur und die Kontur der Abtragsfläche gestellt werden bzw. korrigierbar werden. Dabei werden zwei Teilziele vereint:
- - Mit einer gezielten Konturgestaltung der dem Verdampfungsprozess zugeführten Oberfläche des Beschichtungsmaterials kann der Dampfstrom optimal in Richtung zu dem Substrat hin ausgerichtet werden (anschaulich eine Richtungsoptimierung des Dampfstroms auf den Beschichtungsbereich bei bestmöglicher Dampfausnutzung und gegebener Dampfstromrichtungsverteilung);
- - Mit einer gezielten Konturgestaltung im Dampfquellflächenbereich kann die Verteilungscharakteristik des Dampfstroms verändert werden (anschaulich eine weitere Optimierung der Dampfstromrichtungsverteilung zum Beispiel zur Maximierung der Dampfausnutzung).
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine zielgerichtete Beeinflussung der Konturgestaltung der Abtragsfläche des Beschichtungsmaterials mit zwei Maßnahmen erreicht werden, die entweder jede einzeln für sich oder in Kombination angewendet werden können.
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Durch die gezielte Formgebung der Abtragsfläche des Beschichtungsmaterials kann eine gegebene Dampfstromrichtungsverteilung derart eingestellt werden, dass sie optimal auf das zu beschichtende Substrat bzw. das Beschichtungsfenster hin orientiert wird und so bei gegebener Dampfstromrichtungsverteilung die bestmögliche Dampfausnutzung erzielt wird.
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Dazu kann eine Positionierung des Beschichtungsmaterials erfolgen, so dass die dampfabgebende Dampfquellfläche in Richtung zu dem Beschichtungsfenster hin gekippt ist, beispielsweise mittels einer oder mehr als einer der folgenden Stellgrößen:
- - Rotationsgeschwindigkeit (d.h. durch Rotation) eines flüssigen Verdampfungsguts (d.h. eine Schmelze), so dass eine parabolisch geformte Oberfläche des Verdampfungsguts bereitgestellt wird, und optional eine durch Schrägstellung der dampfabgebenden Oberfläche (Stellgrößen sind die Rotationsgeschwindigkeit und optional der Kippwinkel),
- - Kippwinkel eines Ringmaterials mittels Schrägstellung des Ringmaterials,
- - Winkelvariation beim Stabverdampfer (Stellgröße ist der Stabachsenwinkel),
- - Kippwinkel eines linear zugeführten Verdampfungsguts in Abhängigkeit von der Vorschubrichtung und/oder der Vorschubgeschwindigkeit.
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Alternativ oder zusätzlich zu der Positionierung des Beschichtungsmaterials kann eine Bestrahlungssequenz bereitgestellt werden, welche die dampfabgebende Dampfquellfläche entsprechend formt. Die dampfabgebende Dampfquellfläche wird mittels der Bestrahlungssequenz (bzw. einer Abfolge unterschiedlicher, Bestrahlungsfiguren) geformt. Die Bestrahlungsfiguren der Bestrahlungssequenz unterscheiden sich beispielsweise in der bewirkten räumlichen Leistungsverteilung auf der Dampfquellfläche. Dadurch wird eine gewünschte ortsstabile Kontur der Dampfquellfläche auf der bewegten Abtragsfläche des Beschichtungsmaterials erzielt. Zur Anpassung der Bestrahlungssequenz können als Stellgröße verwendet werden: Figurenzahl, Figurenposition, Figurenverweilzeit, und/oder Figuren-Punktezahl.
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Beispielsweise kann die Bestrahlungssequenz drei oder mehr einander überlagerte Bestrahlungsfiguren aufweisen.
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Durch die gezielte Formgebung der Dampfquellfläche als Teilfläche der Abtragsfläche des Beschichtungsmaterials kann die Dampfausbreitungsrichtungsverteilung derart eingestellt werden, dass diese eine beabsichtigte Optimierung erfährt,
- - beispielsweise hinsichtlich einer Maximierung der Dampfausnutzung durch Bündelung der Verteilung; und/oder
- - beispielsweise hinsichtlich einer Minimierung der thermischen Substratbelastung durch Spreizung der Verteilung.
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Die somit erreichte Ausrichtung und/oder Beeinflussung der Dampfstromrichtungsverteilung kann gleichzeitig oder auch in mehreren Schritten erfolgen. Beides ist einstellbar, korrigierbar und nachführbar.
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Die Konturkorrektur erfolgt beispielsweise durch konkrete, variierbare Stellgrößen auf Basis der Auswertung von Einrichtungsversuchen. Die Konturkorrektur im Prozess erfolgt beispielsweise vermittels einer Messkette, welche einen oder mehr als einen Sensor aufweist, z.B. einen oder mehr als einen Temperatursensor am Rand des Beschichtungsfensters und/oder einen oder mehr als einen Schichtdickensensor neben dem Beschichtungsfenster. Beispielsweise kann eine Auswertung einer Schichtdickenmessung des transportierten Substrats mittels des Schichtdickensensors erfolgen.
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Optional kann eine kombinierte Messung der Schichtdicke und des damit verbundenen Energieeintrags (z.B. Temperaturerhöhung des Substrats) erfolgen, so dass beispielsweise eine Optimierung der Konturgestaltung der Dampfquellfläche auf eine möglichst hohe Emissionsrate bei gleichzeitig niedrigem Energieeintrag ins Substrat ermöglicht wird. Die optimale Kontur kann gefunden werden als Kompromiss zwischen Dampfstromrichtungsverteilung und Abstrahlung (welche im Wesentlichen mit der Normalen der Dampfquellflächenkontur zusammenhängt) sowie beispielsweise der Entstehung von Sekundärelektronen, die einer eigenen Richtungs- und Energieverteilung in Abhängigkeit von Einfallswinkel und gegebenenfalls zusätzlichen magnetischen und elektrischen Feldern unterliegen.
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Mittels einer Bewegung des thermisch verflüssigten Beschichtungsmaterials kann eine speziell ausgeformte Oberfläche hergestellt werden, auf der mit Hilfe diverser Prozesswerkzeuge Quellen für den Dampfstrom erzeugt werden. Die oder jede Dampfstromquelle kann beispielsweise mittels Bestrahlung, z.B. Teilchenbestrahlung, Elektronenbestrahlung oder Lichtquantenbestrahlung erzeugt werden.
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Im Folgenden werden verschiedene Beispiele beschrieben, die sich auf vorangehend Beschriebene und in den Figuren Dargestellte beziehen.
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Beispiel 1 ist eine thermische Verdampfungsvorrichtung, aufweisend: eine Haltevorrichtung zum Halten eines Verdampfungsguts in einem Haltebereich; eine Heizvorrichtung (z.B. Bestrahlungsvorrichtung), welche eingerichtet ist, dem Haltebereich thermische Energie (z.B. mittels Strahlungsenergie) zuzuführen; ein erstes Drehlager (z.B. als Teil eines Gelenks), mittels welcher die Haltevorrichtung bewegbar (z.B. drehbar) gelagert ist.
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Beispiel 2 ist eine thermische Verdampfungsvorrichtung, aufweisend: eine Haltevorrichtung zum Halten eines Verdampfungsguts in einem Haltebereich; eine Heizvorrichtung (z.B. Bestrahlungsvorrichtung), welche eingerichtet ist, dem Haltebereich thermische Energie (z.B. mittels Strahlungsenergie) zuzuführen; ein Gelenk (z.B. ein erstes Drehlager, ein zweites Drehlager und/oder ein Linearlager aufweisend), mittels welcher die Haltevorrichtung bewegbar (z.B. drehbar) gelagert ist.
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Beispiel 3 ist eine thermische Verdampfungsvorrichtung (z.B. gemäß Beispiel 1 oder 2), aufweisend: eine Haltevorrichtung zum Halten eines Verdampfungsguts in einem Haltebereich; eine Heizvorrichtung (z.B. Bestrahlungsvorrichtung), welche eingerichtet ist, dem Haltebereich thermische Energie (z.B. mittels Strahlungsenergie) zuzuführen; wobei beispielsweise die Haltevorrichtung und die Heizvorrichtung derart zueinander eingerichtet sind, dass eine Oberfläche des Verdampfungsguts, während des und/oder am Ort des thermischen Überführens (z.B. eine mittels der Bestrahlungsvorrichtung bestrahlte Oberfläche des Verdampfungsguts), schräg zu einer horizontalen Ebene und/oder schräg zu einer Substrat-Transportrichtung ist, wobei beispielsweise die Haltevorrichtung eingerichtet ist, das Verdampfungsgut entlang einer Richtung zu verschieben, welche schräg zu einer horizontalen Ebene und/oder schräg zu einer Substrat-Transportrichtung (z.B. am Ort des Beschichtens) ist.
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Beispiel 4 ist eine thermische Verdampfungsvorrichtung (z.B. gemäß einem der Beispiele 1 bis 3), aufweisend: eine Haltevorrichtung zum Halten eines Verdampfungsguts in einem Haltebereich; eine Heizvorrichtung (z.B. Bestrahlungsvorrichtung), welche eingerichtet ist, dem Haltebereich thermische Energie (z.B. mittels Strahlungsenergie) zuzuführen; wobei die Haltevorrichtung derart eingerichtet ist, dass eine mittels der Haltevorrichtung bereitgestellte Translationsrichtung, entlang welcher das Verdampfungsgut verschoben wird, schräg zu einer Vertikalen und/oder schräg zu einer Substrat-Transportrichtung (z.B. am Ort des Beschichtens) ist.
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Beispiel 5 ist die thermische Verdampfungsvorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 4, ferner aufweisend: ein bzw. das erste Drehlager, mittels welchem die Haltevorrichtung drehbar gelagert ist, z.B. um eine (z.B. vertikale) erste Drehachse herum, wobei sich der Haltebereich beispielsweise entlang der ersten Drehachse in die Haltevorrichtung hinein oder durch diese hindurch erstreckt.
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Beispiel 6 ist die thermische Verdampfungsvorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 5, ein bzw. das zweite Drehlager, mittels welchem die Haltevorrichtung und/oder das erste Drehlager drehbar gelagert ist, z.B. um eine (z.B. horizontale) zweite Drehachse herum, wobei sich der Haltebereich beispielsweise entlang einer Richtung, die quer zu der zweiten Drehachse ist, in die Haltevorrichtung hinein oder durch diese hindurch erstreckt,
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Beispiel 7 ist die thermische Verdampfungsvorrichtung gemäß Beispiel 6, wobei sich das erste Drehlager und das zweite Drehlager in einer Richtung einer Drehachse voneinander unterscheiden (z.B. nicht-parallele Drehachsen).
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Beispiel 8 ist die thermische Verdampfungsvorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 7, wobei das Gelenk der Haltevorrichtung einen oder mehr als einen Translationsfreiheitsgrad und/oder einen oder mehr als einen Rotationsfreiheitsgrad bereitstellt.
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Beispiel 9 ist die thermische Verdampfungsvorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 8, ein bzw. das Linearlager, mittels welchem die Haltevorrichtung und/oder das erste Drehlager und/oder das zweite Drehlager verschiebbar gelagert sind.
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Beispiel 10 ist die thermische Verdampfungsvorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 9, wobei die Heizvorrichtung eine Elektronenstrahlkanone aufweist, und/oder wobei die Heizvorrichtung eine Strahlenquelle aufweist, wobei die Strahlenquelle beispielsweise die Elektronenstrahlkanone und/oder eine Lichtquelle (z.B. ein Laser) ist.
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Beispiel 11 ist die thermische Verdampfungsvorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 10, wobei die Haltevorrichtung einen (z.B. wannenförmigen) Verdampfungstiegel aufweist, welcher einen Hohlraum als Haltebereich zum Aufnehmen eines Verdampfungsguts aufweist.
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Beispiel 12 ist die thermische Verdampfungsvorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 11, ferner aufweisend: eine Antriebsvorrichtung zum Erzeugen und/oder zum Übertragen einer Bewegung auf die Haltevorrichtung, wobei die Bewegung eine Drehbewegung (auch als Rotation bezeichnet) und/oder einer Translationsbewegung (auch als Translation bezeichnet) aufweist, wobei optional die Antriebsvorrichtung eingerichtet ist, eine Geschwindigkeit der Bewegung (z.B. Drehbewegung) zu steuern basierend auf einer Ist-Größe, welche eine richtungsabhängige Emissionsrate des Beschichtungsmaterials repräsentiert.
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Beispiel 13 ist die thermische Verdampfungsvorrichtung gemäß Beispiel 12, wobei das erste Drehlager, das zweite Drehlager und/oder das Linearlager die Bewegung führt.
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Beispiel 14 ist die thermische Verdampfungsvorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 13, wobei die Heizvorrichtung eingerichtet ist, eine räumliche Verteilung der zugeführten thermischen Energie (z.B. eine Bestrahlungssequenz) zu steuern basierend auf einer Ist-Größe, welche eine richtungsabhängige Emissionsrate des Beschichtungsmaterials repräsentiert (z.B. auf einer richtungsabhängigen Emissionsrate des Verdampfungsguts).
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Beispiel 15 ist die thermische Verdampfungsvorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 14, wobei ein bzw. das Steuern derart erfolgt, dass die Emissionsrate entlang einer Vertikalen (die beispielsweise parallel zu einer Gravitationsrichtung ist) geringer ist als schräg zu der Gravitationsrichtung.
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Beispiel 16 ist die thermische Verdampfungsvorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 15, ferner aufweisend: eine Steuervorrichtung, welche eingerichtet ist, das Steuern durchzuführen.
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Beispiel 17 ist die thermische Verdampfungsvorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 16, wobei die Ist-Größe einen Ist-Zustand repräsentiert: des thermisch verdampften Verdampfungsguts (z.B. dessen richtungsabhängige Emissionsrate); des gehaltenen Verdampfungsguts und/oder eines zu beschichtenden Substrats (z.B. deren Temperatur); einer mittels des Verdampfungsguts gebildeten Schicht (z.B. deren Schichtdicke und/oder räumliche Verteilung der Schichtdicke).
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Beispiel 18 ist die thermische Verdampfungsvorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 17, wobei mittels des Steuerns eine oder mehr als eine der folgenden Parameter verändert wird: eine Richtung und/oder Geschwindigkeit der Bewegung der Haltevorrichtung; eine räumliche Verteilung, mit der dem Haltebereich thermische Energie zugeführt wird (z.B. mit welcher der Haltebereich bestrahlt wird); eine räumliche Ausrichtung eines Freiheitsgrads, gemäß welchem die Haltevorrichtung und/oder das Verdampfungsgut bewegt (z.B. gedreht und/oder verschoben) wird; eine Drehgeschwindigkeit des Verdampfungsguts; eine Kontur des Verdampfungsguts am Ort des thermischen Überführens in den dampfförmigen Zustand.
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Beispiel 19 ist eine Beschichtungsanordnung, aufweisend: eine thermisch-Verdampfungsvorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 18, eine Transportvorrichtung, welche eingerichtet ist, ein Substrat entlang eines Pfades durch das emittierte Verdampfungsgut hindurch zu führen.
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Beispiel 20 ist die Beschichtungsanordnung gemäß Beispiel 19, wobei der Pfad neben einer Drehachse des ersten Drehlagers angeordnet ist und/oder parallel zu der Drehachse verläuft.
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Beispiel 21 ist eine Vakuumanordnung, aufweisend: eine Beschichtungsanordnung gemäß einem der Beispiele 1 bis 20, eine Vakuumkammer, innerhalb welcher der Haltebereich und/oder der Pfad angeordnet sind.
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Beispiel 22 ist ein Verfahren, aufweisend: thermisches Überführen eines (z.B. flüssigen) Verdampfungsguts in einen dampfförmigen Zustand in ein Vakuum hinein (z.B. mittels der thermisch-Verdampfungsvorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 21); Drehen des Verdampfungsguts beim thermischen Überführen des Verdampfungsguts in den dampfförmigen Zustand.
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Beispiel 23 ist das Verfahren gemäß Beispiel 22, ferner aufweisend: Beschichten eines Substrats mittels des Verdampfungsguts, das in dem dampfförmigen Zustand ist.
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Beispiel 24 ist das Verfahren gemäß Beispiel 23, wobei das Substrat eine Vielzahl von Feststoffpartikeln aufweist.
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Beispiel 25 ist ein Verfahren, aufweisend: thermisches Überführen eines Verdampfungsguts in einen dampfförmigen Zustand in ein Vakuum hinein; Beschichten eines Substrats mittels des in den dampfförmigen Zustand überführten Verdampfungsguts; wobei eine Oberfläche des Verdampfungsguts, während des und/oder am Ort des thermischen Überführens (z.B. eine mittels der Bestrahlungsvorrichtung bestrahlte Oberfläche des Verdampfungsguts), schräg zu einer horizontalen Ebene und/oder schräg zu einer Oberfläche des Substrats während des und/oder am Ort des Beschichtens (beispielsweise wird die Dampfquellfläche zum Beschichtungsfenster hin ausgerichtet; und/oder es sind verschiedene Orientierungen im Raum denkbar).
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Beispiel 26 ist ein Verfahren, aufweisend: Ermitteln eines Ist-Zustands eines Prozesses, mittels dessen ein Verdampfungsgut thermisch in einen dampfförmigen Zustand überführt wird, wobei der Ist-Zustand eine räumliche Verteilung (z.B. eine richtungsabhängige Emissionsrate des Verdampfungsguts) repräsentiert, mit welcher das in den dampfförmigen Zustand überführte Verdampfungsgut emittiert wird; Ansteuern des Prozesses auf Grundlage des Ist-Zustands derart, dass eine Kontur des Verdampfungsguts während des und/oder am Ort des Überführens in den dampfförmigen Zustand und/oder die räumliche Verteilung verändert werden (beispielsweise können eine oder mehr als eine Verdampfungsgutbewegung und/oder eine oder mehr als eine Variationen der Quell-Energiedichte erfolgen, z.B. mittels Überlagerns unterschiedlich gewichteter Elektronenstrahl-Figurelemente einer Sequenz).
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Beispiel 27 ist ein Verfahren gemäß Beispiel 26, wobei das Ansteuern des Prozesses aufweist, eine oder mehr als eine der folgenden Parameter (z.B. als zu steuernde Größe) des Prozesses zu verändern: eine räumliche Ausrichtung eines Freiheitsgrads, gemäß welchem das Verdampfungsgut bewegt (z.B. gedreht und/oder verschoben) wird; eine Drehgeschwindigkeit des Verdampfungsguts; eine räumliche Verteilung, mit welcher dem Verdampfungsgut thermische Energie zugeführt (z.B. das Verdampfungsgut bestrahlt) wird.
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Beispiel 28 ist eine Steuervorrichtung, die eingerichtet ist, das Verfahren gemäß Beispiel 26 oder 27 durchzuführen.
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Beispiel 29 ist eine thermisch-Verdampfungsvorrichtung zum Durchführen des Prozesses, die eine Steuervorrichtung gemäß Beispiel 28 aufweist.
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Beispiel 30 ist das Verwenden eines drehbar gelagerten Tiegels zum Aufnehmen einer Schmelze, die (z.B. mittels Bestrahlens) in einen dampfförmigen Zustand überführt wird.
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Beispiel 31 ist das Verwenden einer Haltevorrichtung, welche ein sublimierendes Verdampfungsgut entlang einer Richtung verschiebt, die schräg zu einer Gravitationsrichtung ist, beim Überführen (z.B. mittels Bestrahlens) des Verdampfungsguts in den dampfförmigen Zustand (mittels Sublimierens).
