DE102020111081A1

DE102020111081A1 - Verfahren, Steuervorrichtung und Prozessiervorrichtung

Info

Publication number: DE102020111081A1
Application number: DE102020111081.2A
Authority: DE
Inventors: Georg Haasemann; Richard Zahn; Uwe Wehner; Heiko Naucke
Original assignee: Von Ardenne Asset GmbH and Co KG
Current assignee: Von Ardenne Asset GmbH and Co KG
Priority date: 2020-04-23
Filing date: 2020-04-23
Publication date: 2021-10-28

Abstract

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren (400) aufweisen: Zuführen von Leistung in ein Verdampfungsgut (106); und Überführen des Verdampfungsguts (106) in eine gasförmige Phase mittels der Leistung; wobei ein erster Teil der Leistung mittels eines oder mehr als eines Teilchenstrahls zugeführt wird und ein zweiter Teil der Leistung frei von Teilchen zugeführt wird.

Description

Verschiedene Ausführungsbeispiele betreffen ein Verfahren, eine Steuervorrichtung und eine Prozessiervorrichtung.
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.
Einige Beschichtungsprozesse, wie beispielsweise die Elektronenstrahlverdampfung, können ein hohes Maß an thermische Leistung in das Substrat eintragen, welche das Substrat erwärmt. Bei der Verdampfung mit Elektronenstrahl kommt es zur Rückstreuung von Elektronen und Röntgenstrahlen. Beide können für das zu beschichtende Substrat schädigend wirken, insbesondere wenn es aus Kunststoff besteht. Wird das Substrat zu stark strahlungsbelastet, kann dies beschädigt werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird die Strahlungsleistung (z.B. Sekundärelektronen und/oder Bremsstrahlung), die aufgrund des Beschichtungsprozesses in das Substrat eingetragen wird, reduziert. Dadurch wird das Risiko einer strahlungsinduzierten Beschädigung des Substrats verringert.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wurde erkannt, dass sich die Strahlungsleistung verringern lässt, indem das Verdampfungsgut zusätzlich mit resistiv Heizleistung versorgt wird. Mit anderen Worten kann ein Teil der benötigten Leistung zum Verdampfen des Verdampfungsguts von der resistiven Heizleistung abgedeckt werden. Dies reduziert die zum Verdampfen benötigte Leistung des Elektronenstrahls und damit die Strahlungsleistung (z.B. Sekundärelektronen und/oder Bremsstrahlung), die aufgrund des Beschichtungsprozesses in das Substrat eingetragen wird.
Alternativ oder zusätzlich zu der resistiven Heizleistung kann eine induktiv eingekoppelte Heizleistung verwendet werden.
Dies erreicht allgemeiner gesprochen eine Reduktion der rückgestreuten Elektronen und Röntgenstrahlen beim Verdampfen mit Elektronenstrahl.
Anschaulich erfolgt das Beheizen des Tiegels mittels einer zusätzlichen Heizvorrichtung (auch als Hilfsheizung bezeichnet) im oder am Tiegel. Da die Dosis der rückgestreuten Elektronen und Röntgenstrahlen proportional zur Leistung des Elektronenstrahls ist, kann mit einer geringeren Leistung der schädigende Einfluss auf das Substrat reduziert werden. Um die dann fehlende Leistung zum Verdampfen des Tiegelmaterials zu kompensieren, wird eine Hilfsheizung im Tiegel integriert oder am Tiegel angebaut. Der Elektronenstrahl braucht so nur noch die Leistung bereitzustellen, die erforderlich ist, um den lokalen Verdampfungsprozess aufrechtzuerhalten. Insbesondere kann durch die Hilfsheizung die notwendige Warmhalteleistung für Tiegel und Verdampfungsgut bereitgestellt werden, welche dann nicht mehr durch den Elektronenstrahl eingebracht wird.
Es zeigen

1 eine Vakuumanordnung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht;
2 eine Prozessiervorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht;
3 eine Beschichtungsanordnung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht;
4 ein Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem schematischen Ablaufdiagramm; und
5 bis 8 jeweils die Prozessiervorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht.

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.
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 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 (auch als Arbeitspunkt bezeichnet) 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 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.
Hierin wird auf einen Elektronenstrahl und Elektronen als Beispiel für einen Teilchenstrahl bzw. Teilchen Bezug genommen. Das für die Elektronen bzw. den Elektronenstrahl beschriebene kann in Analogie für andere Teilchen bzw. jeden anderen Teilchenstrahl gelten.
Als thermisch isolierend (beispielsweise thermische Isolation) 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.
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.
Als Konduktion (auch als Wärmeleitung oder Wärmediffusion bezeichnet) kann der Wärmefluss innerhalb von Materie oder zwischen der Materie, z.B. fester Materie (Feststoff) oder fluider Materie (Fluid, z.B. einer Flüssigkeit und/oder Gas) verstanden werden, welche entlang des Temperaturunterschiedes erfolgt und durch diesen bewirkt wird. Die Wärmeleistung (auch als thermische Leistung bezeichnet) fließt dabei - gemäß dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik - zu der Materie mit der geringeren Temperatur hin. Der dabei entstehende Wärmestrom wird durch die Wärmeleitfähigkeit der Materie vermittelt. Als induktives Heizen (d.h. Zuführen von thermischer Energie) kann das Einkoppeln eines elektromagnetischen Wechselfeldes verstanden werden derart, dass Wirbelströme angeregt werden, welche dissipativ in Wärmeenergie übergehen. Das Wechselfeld kann beispielsweise eine entsprechende Frequenz aufweisen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verdampfungsgut mittels eines Elektronenstrahls in die Gasphase (auch als Dampfphase oder Dampf bezeichnet) überführt werden. Das Überführen des Verdampfungsguts in die Gasphase (auch als Dampfphase bezeichnet) 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 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 einen Kunststoff oder ein anderes Polymer aufweisen oder daraus gebildet sein.
1 veranschaulicht eine Vakuumanordnung 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht, z.B. eine Prozessiervorrichtung 200 aufweisend.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Vakuumanordnung 100 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 152 (z.B. Vorvakuumpumpe und/oder Hochvakuumpumpe) aufweisen zum Bereitstellen eines Vakuums im Inneren der Vakuumkammer 224 und/oder in dem Beschichtungsraum 224r.
Die Prozessiervorrichtung 200 kann eine Hilfsheizung 504 und zumindest eine (d.h. genau eine oder mehr als eine) Elektronenstrahlkanone 122 aufweisen. Die Elektronenstrahlkanone 122 kann beispielsweise eine Elektronenstrahlquelle 112q und ein Ablenksystem 142a zum Ablenken eines Elektronenstrahls 23 in den zumindest einen Auftreffbereich 224a, 224b aufweisen. 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 Ablenksequenz 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 Prozessiervorrichtung 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 100 aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann in dem oder jedem Auftreffbereich 224a, 224b ein Verdampfungsgut 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.
Der oder jeder Tiegel 104 kann beispielsweise längserstreckt sein. Dies erreicht eine linienförmige Dampfquelle bereitzustellen.
In dem Beschichtungsraum 224r kann das zu beschichtende Werkstück 902 angeordnet und/oder transportiert sein oder werden, z.B. ein plattenförmiges oder bandförmiges Substrat 902. Beispielsweise kann das Werkstück 902 mittels eines Transportrolle 112 umgelenkt und/oder geführt werden, z.B. entlang eines einmal oder mehr als einmal gekrümmten Transportpfads. Die Transportrolle 112 kann beispielsweise unmittelbar über einem oder mehr als einem Tiegel 104 angeordnet sein.
Die Elektronenstrahlquelle 112q kann den Elektronenstrahl 23 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 Prozessiervorrichtung 200 kann eine Energieversorgung 120 (z.B. eine Steuervorrichtung aufweisend) aufweisen zum elektrischen versorgen der oder jeder Elektronenstrahlkanone 122 und/oder der Hilfsheizung 504. 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 die Vakuumkammer 224 mittels eines Kammergehäuses bereitgestellt sein. Das Kammergehäuse kann derart eingerichtet sein, dass darin (d.h. in dem Beschichtungsraum 224r) 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 derart stabil eingerichtet sein, dass diese dem Einwirken des Luftdrucks im abgepumpten Zustand standhält.
2 veranschaulicht die Prozessiervorrichtung 200 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer detaillierten schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht.
Die Prozessiervorrichtung 200 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). 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 Prozessiervorrichtung 200 kann ferner einen Tiegel 104 in dem Gehäuse 102 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 thermisch isolierenden Hülle 104s (auch als thermische Isolation 104s bezeichnet) in dem Gehäuse 102 umgeben sein, die beispielsweise eine oder mehr als eine Strahlungsabschirmung aufweist, 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 werden kann. 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 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 können zumindest der Verdampfungsgut-Behälter 104b und/oder die Strahlungsabschirmung 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-chemisch-mechanischer 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 (auch als CFC, d.h. Kohlenfaserverstärkter, bezeichnet) aufweisen oder daraus gebildet sein, wobei das Faserverbundmaterial beispielsweise den Kohlenstoff aufweisen kann.
Beispielsweise kann das hochtemperaturfeste Material Graphit und/oder CFC aufweisen oder daraus gebildet sein. Graphit bzw. CFC können beispielsweise eine preisgünstige Fertigung ermöglichen. Beispielsweise kann der Graphit bzw. CFC 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 und elektrisch isolierend sein, was die Konstruktion der resistiven Hilfsheizung erleichtert, wie später noch genauer beschrieben wird. Um den Tiegel elektrisch zu isolieren und gleichzeitig eine gute Wärmeleitfähigkeit zu erreichen kann dieser alternativ oder zusätzlich Bornitrid aufweisen oder daraus gebildet sein.
Alternativ oder zusätzlich kann das hochtemperaturfeste Material ein Metall aufweisen oder daraus gebildet sein, z.B. Tantal.
Die thermisch isolierende Hülle 104s kann optional 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 räumlichen Abstand und/oder eine 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 einer Strahlungsabschirmung, beispielsweise einer Platte, bereitgestellt sein oder werden.
Optional kann die Strahlungsabschirmung der thermisch isolierenden Hülle 104s einen oder mehr als einen Strahlungsschild aufweisen. Der oder jeder Strahlungsschild kann beidseitig räumlich und/oder thermisch separiert angeordnet sein, d.h. auf beiden Seiten einen Hohlraum begrenzen. Beispielsweise kann der oder jeder Strahlungsschild in einem Abstand von den Gehäusewänden des Gehäuses 102 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.
Jeder Strahlungsschild kann beispielsweise einen Wärmeübergang von dem Tiegel 104 zu dessen Umgebung (z.B. zu dem Gehäuse) hemmen. Die Strahlungsabschirmung kann beispielsweise 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 Strahlungsabschirmung 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 Prozessiervorrichtung 200 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. Dies verlängert die Lebensdauer des Tiegels 104. 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 Prozessiervorrichtung 200 kann optional einen Deckelverschluss 1112 aufweisen. Der Deckelverschluss 1112 kann eingerichtet sein, die Dampfaustrittsöffnung 102o zu verschließen oder zumindest abzudecken. Dazu kann der Deckelverschluss 1112 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 1112 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 1112 auf dem Gehäusedeckel 102d aufliegt. Dies hemmt einen zu großen Druck im Gehäuse 112.
Zum Betreiben der Prozessiervorrichtung 200 kann der Deckelverschluss 1112 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 Leistung 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 auch weggelassen sein oder werden.
3 veranschaulicht eine Beschichtungsanordnung 300 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht (z.B. mit Blickrichtung parallel zu einer Drehachse der Transportrolle 112).
Die Beschichtungsanordnung 300 kann aufweisen: die drehbar gelagerte Transportrolle 112, die einen gekrümmten Transportpfad 111 für das Substrat definiert, die Prozessiervorrichtung 200, welche einen Tiegel 104 aufweist. Die Prozessiervorrichtung 200 (auch als Elektronenstrahl-Verdampfungsvorrichtung bezeichnet) kann zum Emittieren eines gasförmigen Beschichtungsmaterials 104a (anschaulich Dampf) aus dem Tiegel 104 (z.B. dem Tiegelinneren) heraus zu dem Transportpfad 111 hin eingerichtet sein, z.B. in eine Emissionsrichtung 105. Die Emissionsrichtung 105 kann beispielsweise quer zu dem Transportpfad 111 und/oder der Drehachse 112d der Transportrolle 112 sein und/oder die Drehachse 112d der Transportrolle 112 schneiden.
Die Transportrolle 112 kann eingerichtet sein, das Substrat von einer ersten Seite 111a in Richtung 111t (auch als Transportrichtung 111t bezeichnet) zu einer zweiten Seite 111b durch das gasförmige Beschichtungsmaterials 104a hindurch zu transportieren.
Das in dem Tiegel 104 angeordnete Beschichtungsmaterial kann ferner Sekundärstrahlung 301 als Folge der Bestrahlung mittels des Elektronenstrahls 23 emittieren. Die Sekundärstrahlung 301 kann Elektronen (auch als Sekundärelektronen bezeichnet) und/oder Röntgenstrahlung (auch als Bremsstrahlung bezeichnet) aufweisen. Anschaulich wurde gemäß verschiedenen Ausführungsformen erkannt, dass die bei der Elektronenstrahlverdampfung vom Verdampfungsgut abgegebene Sekundärstrahlung 301 eine spürbare Beeinträchtigung des Substrats zur Folge haben kann, beispielsweise durch Strahlungsschäden und/oder eingebrachte thermische Leistung. Das Maximum der Sekundärstrahlung 301 (z.B. rückgestreuten Elektronen) kann bei einem schräg einfallenden Elektronenstrahl 23 im Allgemeinen nicht mit dem Lot des Beschichtungsmaterials zusammenfallen.
Die Leistung der Sekundärstrahlung 301 kann proportional zu der Leistung des Elektronenstrahls 23 sein, so dass eine verringerte Leistung des Elektronenstrahls 23 die Beeinträchtigung des Substrats verringert. Damit dem Verdampfungsgut dennoch ausreichend Leistung zugeführt wird, wird gemäß verschiedenen Ausführungsformen eine Hilfsheizung 504 verwendet, welche dem Tiegel 104 bzw. dem Verdampfungsgut zusätzliche Leistung (auch als Hilfsleistung bezeichnet) zuführt.
Die Hilfsheizung 504 kann beispielsweise eingerichtet sein, eine Hilfsleistung (auch als Heizleistung oder thermische Hilfsleistung bezeichnet) abzugeben in einem Bereich von ungefähr 10 kW (Kilowatt) bis ungefähr 50 kW und/oder weniger Hilfsleistung abzugeben als der Elektronenstrahl an Leistung aufweist.
Die Hilfsheizung 504 kann im Betrieb weniger (z.B. keine) Teilchen bzw. Teilchenleistung emittieren als die Elektronenstrahlkanone 122. Beispielsweise kann die Hilfsheizung 504 die Hilfsleistung beispielsweise unmittelbar induktiv oder konduktiv zuführen. Alternativ oder zusätzlich kann die Hilfsheizung 504 eingerichtet sein, mehr Leistung thermisch oder konduktiv als mittels Teilchen zuzuführen. Anschaulich kann Hilfsheizung 504 beispielsweise ohne einen Teilchenstrahl auskommen (d.h. frei von Teilen bzw. teilchenfrei arbeiten).
Beispielsweise kann die Hilfsheizung 504 eingerichtet sein, mittels eines Elektromagneten ein elektrisches Wechselfeld zu generieren, welches in den Tiegel und/oder das Verdampfungsgut eingekoppelt wird. Alternativ oder zusätzlich kann die Hilfsheizung 504 eingerichtet sein, elektrische Energie in thermische Energie umzuwandeln und dem Tiegel konduktiv zuzuführen. Die induktiv zugeführte Hilfsleistung ist berührungsfrei und erlaubt eine bessere Isolation der Hilfsheizung 504.
Die Hilfsheizung 504 kann derart angesteuert werden, dass diese die Hilfsleistung zuführt, wenn das Verdampfungsgut mit dem Elektronenstrahl 23 bestrahlt wird, oder bevor das Verdampfungsgut mit dem Elektronenstrahl 23 bestrahlt wird.
Die Hilfsheizung 504 kann eingerichtet sein die Hilfsleistung in den Tiegel 104 (z.B. das Tiegelinnere) hinein zuzuführen.
4 veranschaulicht ein Verfahren 400 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem schematischen Ablaufdiagramm.
Verfahren 400 weist auf, in 401, Zuführen von Leistung in ein Verdampfungsgut; und in 403, Überführen des Verdampfungsguts in eine gasförmige Phase (auch als Dampfphase bezeichnet) mittels der Leistung; und optional in 405, Beschichten eines Substrats mittels des verdampfen Verdampfungsguts (d.h. mittels der Dampfphase).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann Überführen des Verdampfungsguts bei einer Temperatur (auch als Gasüberführungstemperatur bezeichnet) erfolgen, bei welcher das Verdampfungsgut einen Phasenübergang vollzieht. Die Gasüberführungstemperatur kann bei schmelzendem Verdampfungsgut die Siedetemperatur sein und bei sublimierendem Verdampfungsgut die Sublimationstemperatur sein.
Die Leistung dazu kann dem Verdampfungsgut von außen zugeführt werden, z.B. ein erster Teil der Leistung (auch als Teilchenstrahlleistung bezeichnet) mittels eines oder mehr als eines Teilchenstrahls und ein zweiter Teil der Leistung (auch als Hilfsleistung bezeichnet) mittels eines Mechanismus (auch als Heizmechanismus bezeichnet), der ohne ein Bestrahlen des Verdampfungsguts mit einem Teilchenstrahl auskommt. Dies reduziert die Rückstreuung und hemmt eine Beschädigung des Substrats.
Der Heizmechanismus kann konduktiv (z.B. mittels Konduktion) und/oder induktiv (d.h. mittels Induktion) sein. Der Heizmechanismus kann mittels der Hilfsheizung 504 bewirkt werden, welche später noch genauer beschrieben wird.
Das Verfahren 400 weist optional in 407 auf, dass das Zuführen von Leistung gemäß einer Heizsequenz gesteuert wird (auch als Steuern des Heizens bezeichnet), z.B. während das Verdampfungsgut in dem Tiegel angeordnet ist. Die Heizsequenz kann beispielsweise zumindest eine erste Phase (auch als erste Heizphase bezeichnet) und eine zweite Phase (auch als zweite Heizphase bezeichnet) aufweisen.
Anschaulich kann die erste Heizphase eine Vorheizphase sein, in welcher der Tiegel samt Verdampfungsgut auf eine erste Temperatur gebracht wird, die beispielsweise geringer ist als die Überführungstemperatur. Dies kann hauptsächlich mittels der Hilfsleistung erfolgen. Dies erreicht, dass das Verdampfungsgut schneller auf die benötigte Temperatur gebracht werden kann, da dies beispielsweise vorgeheizt werden kann, noch bevor die Umgebungsbedingungen ausreichen, um den Teilchenstrahl einzusetzen. Dies beschleunigt den Vorgang des Nachfüllens von Verdampfungsgut, wenn dazu die Vakuumkammer belüftet wird, z.B. um den Tiegel auszutauschen und/oder Verdampfungsgut an Erdatmosphäre nachzufüllen (auch als Beschicken des Tiegels bezeichnet).
In der ersten Heizphase kann die Teilchenstrahlleistung beispielsweise geringer (z.B. null) sein als die Hilfsleistung und/oder geringer (z.B. null) sein als in der zweiten Heizphase. Alternativ oder zusätzlich kann in der ersten Heizphase weniger (z.B. kein) Verdampfungsgut verdampft werden (z.B. mit einer geringeren Rate) als in der zweiten Heizphase.
In der zweiten Heizphase kann die Teilchenstrahlleistung beispielsweise größer sein als die Hilfsleistung. Alternativ oder zusätzlich kann die Hilfsleistung in der ersten Heizphase größer (z.B. null) sein als in der zweiten Heizphase.
Beispielsweise kann das Verdampfungsgut in der ersten Heizphase noch einem Druck größer als Feinvakuum ausgesetzt sein. Beispielsweise kann das Verdampfungsgut in der ersten Heizphase nach außerhalb der Vakuumkammer angeordnet sein oder innerhalb der Vakuumkammer, welche in der ersten Heizphase abgepumpt wird.
Beispielsweise kann das Überführen des Verdampfungsguts in das gasförmige Verdampfungsgut (z.B. nur) in der zweiten Heizphase erfolgen. Dazu können dann der Teilchenstrahl und die Hilfsheizung zusammen eingesetzt werden.
Die Heizsequenz kann mittels einer Steuervorrichtung implementiert sein oder werden. Beispielsweise kann die Steuervorrichtung eingerichtet sein, die Elektronenstrahlkanone und die Hilfsheizung gemäß der Heizsequenz anzusteuern.
Der Begriff „Steuervorrichtung“ kann als jede Art einer Logik implementierenden Entität verstanden werden, die beispielsweise eine Verschaltung und/oder einen Prozessor aufweisen kann, welche beispielsweise Software ausführen kann, die in einem Speichermedium, in einer Firmware oder in einer Kombination davon gespeichert ist, und darauf basierend Anweisungen ausgeben kann. Die Steuervorrichtung kann beispielsweise mittels Codesegmenten (z.B. Software) konfiguriert sein. Die Steuervorrichtung kann beispielsweise eine speicherprogrammierbare Steuervorrichtung (SPS) aufweisen oder daraus gebildet sein.
Die Steuervorrichtung kann beispielsweise einen oder mehr als einen Prozessor aufweisen, der eingerichtet ist, das Ansteuern gemäß der Heizsequenz zu implementieren. Die Steuervorrichtung kann beispielsweise mittels Codesegmenten (z.B. Software) konfiguriert sein, die eingerichtet sind, wenn von dem einen oder mehr als einen Prozessor ausgeführt, das Ansteuern gemäß der Heizsequenz auszuführen, welche auf einem Datenspeicher gespeichert sind.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Datenspeicher (allgemeiner auch als Speichermedium bezeichnet) ein nichtflüchtiger Datenspeicher sein. Der Datenspeicher kann beispielsweise eine Festplatte und/oder zumindest einen Halbleiterspeicher (wie z.B. Nur-Lese-Speicher, Direktzugriffsspeicher und/oder Flash-Speicher) aufweisen oder daraus gebildet sein. Der Nur-Lese-Speicher kann beispielsweise ein löschbarer programmierbarer Nur-Lese-Speicher (kann auch als EPROM bezeichnet werden) sein. Der Direktzugriffsspeicher kann ein nichtflüchtiger Direktzugriffsspeicher (kann auch als NVRAM -„non-volatile random access memory“ bezeichnet werden) sein. Beispielsweise kann in dem Datenspeicher eines oder mehr als eines von Folgendem gespeichert werden: ein Abbruchkriterium; Codesegmente, die das Verfahren implementieren, ein oder mehr als ein Parameter des Verfahrens.
Der Begriff „Prozessor“ kann als jede Art von Entität verstanden werden, die die Verarbeitung von Daten oder Signalen erlaubt. Die Daten oder Signale können beispielsweise gemäß zumindest einer (d.h. einer oder mehr als einer) spezifischen Funktion behandelt werden, die vom Prozessor ausgeführt wird. Ein Prozessor kann eine analoge Schaltung, eine digitale Schaltung, eine Mischsignalschaltung, eine Logikschaltung, einen Mikroprozessor, eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), eine Grafikverarbeitungseinheit (GPU), einen digitalen Signalprozessor (DSP), eine programmierbare Gatter-Anordnung (FPGA), eine integrierte Schaltung oder eine beliebige Kombination davon aufweisen oder daraus gebildet sein. Jede andere Art der Implementierung der jeweiligen Funktionen, die nachstehend ausführlicher beschrieben werden, kann auch als Prozessor oder Logikschaltung verstanden werden, beispielsweise auch virtuelle Prozessoren (oder eine virtuelle Maschine) oder eine Vielzahl dezentraler Prozessoren, die beispielsweise mittels eines Netzwerks miteinander verbunden sind, beliebig räumlich verteilt sind und/oder beliebige Anteile an der Implementierung der jeweiligen Funktionen haben (z.B. Rechenlastverteilung unter den Prozessoren). Dasselbe gilt im Allgemeinen für eine anders implementierte Logik zur Implementierung der jeweiligen Funktionen. Es versteht sich, dass einer oder mehrere der hierin detailliert beschriebenen Verfahrensschritte von einem Prozessor ausgeführt (z.B. realisiert) werden können, durch eine oder mehrere spezifische Funktionen, die von dem Prozessor ausgeführt werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann dem Verdampfungsgut die Summe aus Teilchenstrahlleistung und Hilfsleistung zugeführt werden (auch als Summenleistung bezeichnet). Beispielsweise kann 50% (oder mehr, z.B. 75% oder mehr) der dem Verdampfungsgut insgesamt zugeführten Leistung (d.h. die Summenleistung) die Teilchenstrahlleistung sein, d.h. im Wesentlichen nur mittels Teilchen zugeführt werden. Beispielsweise kann 50% (oder weniger, z.B. 25% oder weniger) der Summenleistung die Hilfsleistung sein, d.h. im Wesentlichen ohne Teilchen zugeführt werden.
5 veranschaulicht die Prozessiervorrichtung 200 gemäß verschiedenen Ausführungsformen 500 in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht. Die Prozessiervorrichtung 200 weist den Tiegel 104 (auch als Verdampfungstiegel bezeichnet), der optional mit einem Verdampfungsgut 106 (auch als Verdampfungsmaterial bezeichnet), z.B. Kupfer, gefüllt ist. Die horizontale Linie markiert den aktuellen Füllstand.
Der Verdampfungstiegel 104 (z.B. Graphit aufweisend oder daraus gebildet) kann das Verdampfungsgut (beispielsweise aus Kupfer) aufnehmen.
Für die Kupferverdampfung wird eine Temperatur des Tiegels 104 (auch als Tiegeltemperatur bezeichnet) in einem Bereich von ungefähr 1200°C bis ungefähr 1300°C bereitgestellt. Im Allgemeinen kann die Tiegeltemperatur ungefähr bei der Gasüberführungstemperatur oder weniger sein, z.B. mehr als der Siedetemperatur des Verdampfungsguts 106. Die Hilfsheizung 504 kann im Allgemeinen eingerichtet sein, der Tiegeltemperatur standzuhalten. Mit anderen Worten kann diese eingerichtet sein, der Tiegeltemperatur ohne Beschädigungen oder Verformungen für zumindest die Dauer standzuhalten, die es dauert, um den Tiegel 104 zu leeren.
Die Hilfsheizung 504 kann gemäß den Ausführungsformen 500 einen oder mehr als einen resistiven Plattenheizer 504p aufweisen, beispielsweise zumindest zwei Plattenheizer 504p zwischen denen der Tiegel 104 angeordnet ist und/oder zumindest ein Plattenheizer 504p über welchen der Tiegel 104 angeordnet ist.
Die mittels Plattenheizer 504p bereitgestellte Hilfsleistung kann zumindest teilweise dem Inneren des Tiegels 104 zugeführt werden mittels Konduktion.
Der oder jeder Plattenheizer 504p kann beispielsweise Kohlenstoff aufweisen oder daraus gebildet sein, z.B. ein Verbundmaterial (z.B. CFC), das Kohlenstoff aufweist oder daraus gebildet ist. Beispielsweise kann der oder jeder Plattenheizer 504p eine oder mehr als eine CFC-Platte aufweisen oder daraus gebildet sein. CFC hat eine sehr hohe Temperaturstabilität und kann kostengünstig bereitgestellt werden.
Alternativ oder zusätzlich kann der oder jeder Plattenheizer 504p einen oder mehr als einen (z.B. mäanderförmigen) elektrischen Leiter (z.B. aus dem Verbundmaterial) aufweisen.
Beispielsweise kann der oder jeder Plattenheizer 504p eine in meanderform geschnittene CFC-Platte aufweisen oder daraus gebildet sein.
Der Tiegel 104 kann zumindest teilweise von einer thermischen Isolation 104s umgeben (z.B. eingehüllt) sein. Die thermische Isolation 104s kann beispielsweise einen oder mehr als einen Strahlungsschild, ein Textil (z.B. Filz), eine Keramik und/oder die Tiegelhaltestruktur 108 aufweisen und/oder in der Gehäusewanne 102w angeordnet sein.
Ist der Tiegel 104 oder die thermische Isolation 104s (z.B. Graphitfilz aufweisend) selbst elektrisch leitfähig, kann die Hilfsheizung 504 elektrisch isoliert von dem Tiegel 104 und/oder der thermischen Isolation 104s gelagert sein. Beispielsweise kann die Prozessiervorrichtung 200 eine elektrische Isolierung 502 aufweisen, welche den Tiegel 104 elektrisch von den Plattenheizern isoliert (z.B. deren elektrischen Leiter), z.B. zumindest räumlich voneinander separiert. Die elektrische Isolation 502 kann beispielsweise ein Dielektrikum aufweisen oder daraus gebildet sein, z.B. eine Keramik.
Die elektrische Isolation 502 kann beispielsweise mittels einer Beschichtung der Plattenheizer (z.B. des CFC-Materials) mit einer Keramik (beispielsweise mit Bornitrid und/oder Al₂O₃) bereitgestellt sein oder werden. Die thermisch isolierende Beschichtung kann beispielsweise mittels thermischen Spritzens oder mittels unterhalb und oberhalb der Hilfsheizung 504 gelegten Matten aus Hochtemperaturwolle (bspw. Aluminium-Oxid-Wolle) bereitgestellt sein oder werden.
Alternativ oder zusätzlich kann der Tiegel 104 die thermisch isolierende Beschichtung aufweisen.
Ist der Tiegel selbst elektrisch isoliert, z.B. eine Keramik aufweisend oder daraus gebildet, kann die elektrische Isolation 502 weggelassen werden.
Der oder jeder resistiven Plattenheizer 504p (z.B. der mäanderförmige elektrischen Leiter) kann von einem entsprechenden Versorgungsstrom durchflossen werden, um die notwendigen Heizleistung bereitzustellen. Um eine Beeinflussung bzw. Ablenkung des Elektronenstrahls durch äußere elektrische Felder gering zu halten und Isolationsproblemen durch abfließende Heizströme zu vermeiden, kann die Hilfsheizung 504 mit möglichst geringen Spannungen betrieben werden, beispielsweise mit einer Kleinspannung oder weniger, z.B. 24 Volt oder weniger.
Die elektrische Isolation 502 kann beispielsweise eine möglichst hohe thermische Leitfähigkeit aufweisen, z.B. in einem Bereich von ungefähr 50 W/ (m·K) bis ungefähr 600 W/ (m·K) . Dies verbessert die Konduktion. Die elektrische Isolation 502 kann beispielsweise eine möglichst geringe elektrische Leitfähigkeit aufweisen, z.B. in einem Bereich von ungefähr 10¹¹ Ω·cm (Ohm mal Zentimeter) bis ungefähr 10¹⁴ Ω·cm. Dies hemmt Leckströme.
Demgegenüber kann außerhalb des Plattenheizers 504p eine gute elektrische Isolation und/oder eine vergleichsweise geringe thermische Leitfähigkeit bereitgestellt sein oder werden, um ein Abfließen der Prozesswärme bzw. Warmhalteleistung an die gekühlte Umgebung zu vermeiden. Die thermische Isolation 104s kann beispielsweise eine thermische Leitfähigkeit aufweisen in einem Bereich von ungefähr 0,1 W/(m.K) (Watt pro Meter und Kelvin) bis ungefähr 10 W/ (m·K) . Die thermische Isolation 502 kann beispielsweise eine elektrische Leitfähigkeit aufweisen, z.B. in einem Bereich von ungefähr 10¹¹ Ω-cm bis ungefähr 10¹⁴ Q·cm.
Die zuvor beschriebenen Plattenheizer 504p sind beispielsweise um den unteren Bereich des Tiegels 104 herum angeordnet.
6 veranschaulicht die Prozessiervorrichtung 200 gemäß verschiedenen Ausführungsformen 600 in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht, z.B. analog eingerichtet wie die Ausführungsformen 500, mit dem Unterschied, dass alternativ oder zusätzlich zu Plattenheizer(n) 504p stabförmige resistive Heizelemente 602 (auch als Stabheizer bezeichnet) verwendet werden. Der oder jeder Stabheizer kann eine zylinderförmige Glasröhre aufweisen, in welcher der elektrische Leiter angeordnet ist. Bei Verwendung von Stabheizer(n) kann die elektrische Isolierung weggelassen werden, da diese selbst isolierend sind. Der oder jeder Stabheizer 602 kann den Tiegel 104 mittels Wärmestrahlung bestrahlen, wobei der Tiegel 104 die Wärmestrahlung absorbiert und konduktiv ins Tiegelinnere weitergibt.
7 veranschaulicht die Prozessiervorrichtung 700 gemäß verschiedenen Ausführungsformen 700 in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht, z.B. analog eingerichtet wie die Ausführungsformen 600, mit dem Unterschied, dass die Hilfsheizung 504 in den Tiegel eingebettet ist. Diese Hilfsheizung 504 kann beispielsweise stabförmige Heizelemente 602 und/oder plattenförmige Heizelemente 504p (auch als Plattenheizer 504p bezeichnet) aufweisen.
8 veranschaulicht die Prozessiervorrichtung 800 gemäß verschiedenen Ausführungsformen 800 in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht, z.B. analog eingerichtet wie vorangehenden Ausführungsformen, mit dem Unterschied, dass die Hilfsheizung alternativ oder zusätzlich zu den resistiven Heizelementen 504p, 602 ein oder mehr als einen Elektromagneten als induktives Heizelement 802 aufweist (auch als induktive Hilfsheizung bezeichnet). Die induktive Hilfsheizung kann eingerichtet sein, in dem Verdampfungsgut Wirbelströme mittels eines von der induktiven Hilfsheizung erzeugten magnetischen Wechselfelds bereitzustellen. Das Wechselfeld kann beispielsweise eine Frequenz aufweisen in einem Bereich von ungefähr 1 Hz bis ungefähr 100 Hz (Hertz).
Im Folgenden werden verschiedene Beispiele beschrieben, die sich auf vorangehend Beschriebene und in den Figuren Dargestellte beziehen.
Beispiel 1 ist ein Verfahren, aufweisend: Zuführen von Leistung in ein Verdampfungsgut; und Überführen des Verdampfungsguts in eine gasförmige Phase mittels der Leistung; wobei ein erster Teil der Leistung mittels eines oder mehr als eines Teilchenstrahls zugeführt wird und ein zweiter Teil der Leistung frei von Teilchen (z.B. konduktiv oder induktiv) zugeführt wird, wobei beispielsweise die Leistung aus dem ersten Teil und dem zweiten Teil gebildet ist.
Beispiel 2 ist ein Verfahren, aufweisend: Überführen eines Verdampfungsguts in eine gasförmige Phase mittels eines Teilchenstrahls (welcher den ersten Teil der Leistung bereitstellt); und dabei Zuführen von Leistung (z.B. dem zweiten Teil der Leistung) in das Verdampfungsgut mittels Konduktion und/oder mittels Induktion (z.B. mittels eines Elektromagneten).
Beispiel 3 ist das Verfahren gemäß Beispiel 1 oder 2, wobei der zweite Teil der Leistung mittels einer (z.B. mit Niederspannung versorgten) Heizvorrichtung zugeführt wird.
Beispiel 4 ist das Verfahren gemäß Beispiel 3, wobei das Verdampfungsgut in einem Tiegel mit einer Tiegelwand angeordnet ist; und wobei die Tiegelwand zwischen der Heizvorrichtung und dem Verdampfungsgut angeordnet ist.
Beispiel 5 ist das Verfahren gemäß Beispiel 4, wobei die Tiegelwand elektrisch leitfähig ist; und/oder wobei Heizvorrichtung elektrisch isoliert von der Tiegelwand eingerichtet (z.B. gelagert) ist.
Beispiel 6 ist das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 5, wobei die Heizvorrichtung einen Elektromagneten aufweist und/oder Quelle der Konduktion ist (z.B. Quelle der mittels der Konduktion übertragenen Wärme bzw. Ursache der zur Konduktion führenden Temperaturdifferenz ist).
Beispiel 7 ist das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 6, wobei eine Frequenz, mittels welcher der zweite Teil der Leistung induktiv zugeführt wird, größer ist als eine Frequenz des einen oder mehr als einen Teilchenstrahls (z.B. dessen Bewegungsfrequenz).
Beispiel 8 ist das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 7, wobei das Verdampfungsgut in einem Tiegel angeordnet ist, durch welchen hindurch der zweite Teil der Leistung zugeführt wird.
Beispiel 9 ist das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 8, wobei der Teilchenstrahl einen Elektronenstrahl aufweist.
Beispiel 10 ist das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 9, ferner aufweisend: Beschichten eines Substrats mittels der gasförmigen Phase des Verdampfungsguts.
Beispiel 11 ist das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 10, wobei das Substrat ein Polymer aufweist oder aus einem oder mehr als einem Polymer gebildet ist.
Beispiel 12 ist das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 11, wobei das Verdampfungsgut elektrisch leitfähig ist und/oder Kupfer aufweist oder daraus gebildet ist.
Beispiel 13 ist das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 12, wobei der erste Teil der Leistung von dem ersten Zeitpunkt zu einem zweiten Zeitpunkt hin zunimmt, wobei der zweite Teil der Leistung zu dem ersten Zeitpunkt und zu dem zweiten Zeitpunkt in das Verdampfungsgut eingebracht wird (z.B. von einem ersten Zeitpunkt zu einem zweiten Zeitpunkt hin abnehmend).
Beispiel 14 ist ein Verfahren, aufweisend: Ansteuern einer Teilchenstrahlkanone zum Bestrahlen eines Verdampfungsguts mittels eines Teilchenstrahls erster Leistung; Ansteuern einer Heizvorrichtung zum teilchenfreien Zuführen von zweiter Leistung in das Verdampfungsgut (z.B. mittels Konduktion und/oder eines Elektromagneten); wobei das Ansteuern der Teilchenstrahlkanone und der Ansteuern der Heizvorrichtung gemäß einer Heizsequenz erfolgt, welche eine erste Phase und eine zweite Phase aufweist, wobei die erste Leistung in der ersten Phase kleiner ist als in der zweiten Phase; wobei die zweite Leistung in der ersten Phase und der zweiten Phase zugeführt wird (wobei z.B. die zweite Leistung in der zweiten Phase kleiner ist als in der ersten Phase); wobei ein Druck, dem das Verdampfungsgut ausgesetzt ist, in der ersten Phase gleich zu oder größer ist als in der zweiten Phase und/oder größer ist als ein Vakuumdruck (z.B. größer als 0,3 bar), wobei beispielsweise der Druck in der zweiten Phase ein Vakuumdruck (z.B. kleiner als 0,3 bar) ist; wobei gemäß der Heizsequenz von der ersten Phase in die zweite Phase gewechselt wird, wenn ein Kriterium erfüllt ist, wobei das Kriterium beispielsweise erfüllt ist, wenn das Verdampfungsgut einem Vakuumdruck (z.B. Feinvakuum oder weniger) ausgesetzt ist und/oder eine vordefinierte Temperatur aufweist.
Beispiel 15 ist eine Steuervorrichtung, die eingerichtet ist, das Verfahren gemäß Beispiel 14 durchzuführen.
Beispiel 16 ist ein nichtflüchtiges Speichermedium, aufweisend Codesegmente, die eingerichtet sind, wenn von einem Prozessor ausgeführt, das Verfahren gemäß Beispiel 14 durchzuführen.
Beispiel 17 ist eine Prozessiervorrichtung, aufweisend: einen Tiegel zum Aufnehmen eines Verdampfungsguts in einem Inneren des Tiegels; eine Teilchenstrahlkanone (z.B. Elektronenstrahlkanone) zum Bestrahlen des Inneren des Tiegels mit einem Teilchenstrahl (z.B. Elektronenstrahl); eine Heizvorrichtung, welche eingerichtet ist, dem Inneren des Tiegels Leistung frei von Teilchen (z.B. konduktiv oder induktiv) zuzuführen; und optional die Steuervorrichtung gemäß Beispiel 14.
Beispiel 18 ist die Prozessiervorrichtung gemäß Beispiel 17, wobei die Heizvorrichtung eingerichtet ist, dem Inneren des Tiegels die Leistung durch eine Tiegelwand des Tiegels hindurch zuzuführen; und/oder wobei zwischen der Heizvorrichtung und dem Inneren eine Tiegelwand des Tiegels angeordnet ist.
Beispiel 19 ist die Prozessiervorrichtung gemäß Beispiel 17 oder 18, wobei die Heizvorrichtung eingerichtet ist, eine Heizleistung in einem Bereich von ungefähr 10 Kilowatt bis ungefähr 50 Kilowatt bereitzustellen.
Beispiel 20 ist die Prozessiervorrichtung gemäß einem der Beispiele 17 bis 19, wobei die Heizvorrichtung elektrisch isoliert von dem Tiegel eingerichtet ist, z.B. mittels eines Dielektrikums.
Beispiel 21 ist die Prozessiervorrichtung gemäß einem der Beispiele 17 bis 20, wobei die Heizvorrichtung einen Abstand von dem Tiegel aufweist oder in den Tiegel eingebettet ist.
Beispiel 22 ist die Prozessiervorrichtung gemäß einem der Beispiele 17 bis 21, wobei der Tiegel in einer thermisch isolierenden Hülle angeordnet ist, wobei zwischen der Hülle und dem Inneren des Tiegels die Heizvorrichtung angeordnet ist.
Beispiel 23 ist die Prozessiervorrichtung gemäß einem der Beispiele 17 bis 22, wobei die Heizvorrichtung zum resistiven Bereitstellen von thermischer Leistung eingerichtet ist, z.B. eingerichtet ist, elektrische Leistung in thermische Leistung umzuwandeln und dem Inneren des Tiegels konduktiv zuzuführen.
Beispiel 24 ist die Prozessiervorrichtung gemäß einem der Beispiele 17 bis 23, wobei die Heizvorrichtung einen oder mehr als einen Elektromagneten aufweist zum induktiven Zuführen der Leistung.
Beispiel 25 ist die Prozessiervorrichtung gemäß einem der Beispiele 17 bis 24, wobei die Heizvorrichtung einen kleineren Abstand von dem Tiegel aufweist als die Elektronenstrahlkanone. Dies erreicht ein besseres Einkoppeln von Leistung.

Claims

Verfahren (400), aufweisend: • Zuführen (401) von Leistung in ein Verdampfungsgut (106); und • Überführen (403) des Verdampfungsguts (106) in eine gasförmige Phase mittels der Leistung; • wobei ein erster Teil der Leistung mittels eines oder mehr als eines Teilchenstrahls (23) zugeführt wird und ein zweiter Teil der Leistung frei von Teilchen zugeführt wird.
Verfahren (400) gemäß Anspruch 1, wobei das Verdampfungsgut (106) in einem Tiegel angeordnet ist, durch welchen hindurch der zweite Teil der Leistung zugeführt wird.
Verfahren (400) gemäß Anspruch 2, wobei der zweite Teil der Leistung konduktiv oder induktiv dem Verdampfungsgut (106) zugeführt wird.
Verfahren (400) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner aufweisend: • Beschichten (405) eines Substrats mittels der gasförmigen Phase des Verdampfungsguts (106).
Verfahren (400) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Substrat ein Polymer aufweist oder aus einem oder mehr als einem Polymer gebildet ist.
Verfahren (400) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der erste Teil der Leistung von dem ersten Zeitpunkt zu einem zweiten Zeitpunkt hin zunimmt, wobei der zweite Teil der Leistung zu dem ersten Zeitpunkt und zu dem zweiten Zeitpunkt in das Verdampfungsgut (106) eingebracht wird.
Verfahren (400), aufweisend: • Überführen (403) eines Verdampfungsguts (106) in eine gasförmige Phase mittels eines Teilchenstrahls (23); und • dabei Zuführen (401) von Leistung in das Verdampfungsgut (106) mittels Konduktion und/oder Induktion.
Verfahren (400), aufweisend: • Ansteuern einer Teilchenstrahlkanone (122) zum Bestrahlen eines Verdampfungsguts (106) mittels eines Teilchenstrahls (23) erster Leistung; • Ansteuern einer Heizvorrichtung (504) zum teilchenfreien Zuführen von zweiter Leistung in das Verdampfungsgut (106) ; • wobei das Ansteuern der Teilchenstrahlkanone (122) und das Ansteuern der Heizvorrichtung (504) gemäß einer Heizsequenz erfolgt, welche eine erste Phase und eine zweite Phase aufweist, • wobei die erste Leistung in der ersten Phase kleiner ist als in der zweiten Phase; • wobei die zweite Leistung in der ersten Phase und der zweiten Phase zugeführt wird; • wobei ein Druck, dem das Verdampfungsgut (106) ausgesetzt ist, in der ersten Phase gleich zu oder größer ist als in der zweiten Phase.
Steuervorrichtung (120), die eingerichtet ist, das Verfahren (400) gemäß Anspruch 8 durchzuführen.
Nichtflüchtiges Speichermedium, aufweisend Codesegmente, die eingerichtet sind, wenn von einem Prozessor ausgeführt, das Verfahren (400) gemäß Anspruch 8 durchzuführen.
Prozessiervorrichtung (200), aufweisend: • einen Tiegel (104) zum Aufnehmen eines Verdampfungsguts (106) in einem Inneren des Tiegels; • eine Teilchenstrahlkanone (122) zum Bestrahlen des Inneren des Tiegels (104) mit einem Teilchenstrahl (23); • eine Heizvorrichtung (504), welche eingerichtet ist, dem Inneren des Tiegels (104) Leistung frei von Teilchen zuzuführen.