DE102021006249A1

DE102021006249A1 - Beschichtungsquelle, Beschichtungsanlage und Verfahren zur Beschichtung von Substraten

Info

Publication number: DE102021006249A1
Application number: DE102021006249.3A
Authority: DE
Inventors: Sergiy Borodin; Andreas Ludwig
Original assignee: Singulus Technologies AG
Current assignee: Singulus Technologies AG
Priority date: 2021-12-17
Filing date: 2021-12-17
Publication date: 2023-06-22
Also published as: WO2023110185A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beschichtungsquelle für eine Beschichtungsanlage, eine Beschichtungsanlage mit einer solchen Beschichtungsquelle sowie ein Verfahren zur Beschichtung von Substraten unter Verwendung einer solchen Beschichtungsquelle.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beschichtungsquelle für eine Beschichtungsanlage, eine Beschichtungsanlage mit einer solchen Beschichtungsquelle und ein Verfahren zur Beschichtung von Substraten unter Verwendung einer solchen Beschichtungsquelle.
Bei der Beschichtung von beispielsweise großflächigen Glassubstraten oder einer Vielzahl von Si-Wafern auf einem großflächigen Carrier mittels physikalischer oder chemischer Gasphasenabscheidung kommen typischerweise Beschichtungsquellen mit einem Tiegel zum Einsatz, in dem das zu verdampfende Material soweit aufgeheizt wird, dass es verdampft und zur Beschichtung bereitsteht. Derartige Beschichtungsquellen sind beispielsweise aus der US 6,559,065 B2 , der JP 2012-216373 A , der DE 24 30 653 A1 und der US 3,984,585 bekannt. Bei derartigen Beschichtungsquellen tritt jedoch immer wieder das Problem auf, dass sich an unterschiedlichen Stellen des Tiegels und insbesondere im Bereich der Austrittsöffnung Verdampfungsmaterial ablagern kann, welches dann die Qualität der Beschichtung beinträchtigen kann oder im Falle von Top-Down Verdampfungsquellen auch dazu führen kann, dass im Bereich der Austrittsöffnung anhaftendes Material auf die Substratoberfläche herunterfällt.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Beschichtungsquelle, eine Beschichtungsanlage sowie ein Beschichtungsverfahren bereitzustellen, mithilfe derer dieses Problem überwunden wird. Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Merkmale des erfindungsgemäßen Gegenstands sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Demnach richtet sich die vorliegende Erfindung auf eine Beschichtungsquelle für eine Beschichtungsanlage, wobei die Beschichtungsquelle einen Tiegel zum Verdampfen von Beschichtungsmaterial und mindestens eine Austrittsöffnung für verdampftes Beschichtungsmaterial aufweist. Die Beschichtungsquelle weist eine erste Heizquelle zum Erhitzen des Tiegels und/oder des Beschichtungsmaterials und eine zweite Heizquelle zum Erhitzen der mindestens einen Austrittsöffnung auf.
Mit anderen Worten basiert die vorliegende Erfindung unter anderem auf der Idee, zwei voneinander unabhängige Heizquellen bereitzustellen, um die Temperatur des Tiegels bzw. des Beschichtungsmaterials einerseits und die Temperatur der Austrittsöffnung andererseits unabhängig voneinander kontrollieren zu können. Dadurch lässt sich beispielsweise sicherstellen, dass die Austrittsöffnung während des Beschichtungsprozesses soweit erhitzt wird, dass eine Ablagerung von Beschichtungsmaterial im Bereich der Austrittsöffnung effektiv verhindert werden kann. Alternativ oder zusätzlich lässt sich die zweite Heizquelle zum Erhitzen der mindestens einen Austrittsöffnung auch dazu verwenden, die Austrittsöffnung beispielsweise im Anschluss an einen Beschichtungsprozess durch massives Aufheizen zu reinigen.
Die erste Heizquelle kann beispielsweise ein oder mehrere in die Tiegelwände integrierte Heizelement und/oder eine oder mehrere erste Infrarot (IR)-Strahlungsquellen aufweisen. Bei der zweiten Heizquelle handelt es sich bevorzugt um eine oder mehrere zweite IR-Strahlungsquellen.
Bevorzugt ist der Tiegel mit einem Deckel verschlossen. Die ersten und/oder zweiten IR-Strahlungsquellen sind bevorzugt außerhalb dieses verschlossenen Tiegels angeordnet, wobei der Deckel für die IR-Strahlung der ersten und/oder zweiten IR-Strahlungsquellen zumindest semi-transparent ist. Bevorzugt weist der Deckel über dem Wellenlängenbereich von 0,5 µm bis 5,0 µm im Mittel eine Transmission von mindestens 5 %, stärker bevorzugt mindestens 10 % und besonders bevorzugt mindestens 20 % auf. Dadurch soll sichergestellt werden, dass einerseits genügend Strahlungsenergie von den IR-Strahlungsquellen durch den Deckel hindurch zum Beschichtungsmaterial bzw. zur Austrittsöffnung gelangt und andererseits genügend Strahlungsenergie vom Deckel absorbiert wird, sodass dessen Innenseite heiß genug ist, um eine Ablagerung von Beschichtungsmaterial zu vermeiden.
Bevorzugt ist die mindestens eine Austrittsöffnung auf einer ersten, bevorzugt unteren, Seite des Tiegels angeordnet und der Deckel verschließt eine zweite, gegenüberliegende Seite des Tiegels. Mit der unteren Seite des Tiegels ist dabei diejenige Seite des Tiegels gemeint, die im Gebrauch der Beschichtungsquelle bei einem Beschichtungsprozess nach unten weist. Im Deckel können eine oder mehrere verschließbare Öffnungen zum Befüllen des Tiegels mit Beschichtungsmaterial vorgesehen sein. Diese verschließbaren Öffnungen sind dabei bevorzugt derart zwischen den ersten und/oder zweiten IR-Strahlungsquellen angeordnet, dass ein (Wieder-)Befüllen des Tiegels mit Beschichtungsmaterial möglich wird, ohne die IR-Strahlungsquellen zu demontieren oder den Deckel vom Tiegel abzunehmen.
Bevorzugt können die erste und zweite Heizquelle unabhängig voneinander betrieben werden. Falls die erste und/oder zweite Heizquelle mehrere IR-Strahlungsquellen aufweist, kann es ferner vorteilhaft sein, wenn die einzelnen IR-Strahlungsquellen zusätzlich unabhängig voneinander betrieben werden können.
Bevorzugt bildet der Tiegel einen Führungsabschnitt aus, durch den das verdampfte Beschichtungsmaterial zu der mindestens einen Austrittsöffnung geführt wird. Bevorzugt ist die zweite Heizquelle dazu geeignet, auch diesen Führungsabschnitt zu erhitzen. Da sich in herkömmlichen Beschichtungsquellen auch im Bereich dieses Führungsabschnitts häufig Beschichtungsmaterial ablagert, kann mit dieser Anordnung entweder eine solche Ablagerung vermieden werden oder aber eine Reinigung des Führungsabschnitts beispielsweise im Anschluss an einen Beschichtungsprozess erreicht werden. Besonders bevorzugt ist die zweite Heizquelle dazu geeignet, gezielt und wahlweise die mindestens eine Austrittsöffnung und/oder den Führungsabschnitt zu erhitzen. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die zweite Heizquelle eine oder mehrere IR-Strahlungsquellen aufweist, die sich auf unterschiedliche Bereiche fokussieren lässt/lassen. Alternativ kann die zweite Heizquelle auch mehrere, separat voneinander ansteuerbare IR-Strahlungsquellen aufweisen, sodass durch Ein- und Ausschalten einer oder mehrerer IR-Strahlungsquellen gezielt nur die mindestens eine Austrittsöffnung oder nur der Führungsabschnitt oder sowohl die mindestens eine Austrittsöffnung und der Führungsabschnitt erhitzt werden können.
Bevorzugt weist der Führungsabschnitt eine Schicht aus einem schlecht wärmeleitenden Material auf, wobei bevorzugt die Wärmeleitfähigkeit durch die Schicht höchstens 10 W/m^.K, stärker bevorzugt höchstens 5 W/m_˙K und besonders bevorzugt höchstens 1 W/m_˙K beträgt. Eine solche Schicht aus einem schlecht wärmeleitenden Material kann beispielsweise von Vorteil sein, wenn der Führungsabschnitt an einem Bereich des Tiegels angrenzt, der durch die erste Heizquelle besonders stark erhitzt wird, beispielsweise denjenigen Bereich des Tiegels, der das Beschichtungsmaterial aufnimmt. Die Schicht aus einem schlecht wärmeleitenden Material kann dann dazu beitragen, dass sich die Temperatur des Beschichtungsmaterials einerseits und des Führungsabschnitts andererseits besser unabhängig voneinander einstellen lässt. Aus ähnlichen Gründen kann es bevorzugt sein, dass der Führungsabschnitt eine Schicht aus einem IR-Strahlung reflektierenden Material aufweist, wobei die Schicht bevorzugt über den Wellenlängenbereich von 0,5 µm bis 5,0 µm im Mittel eine Reflexion von mindestens 30 %, stärker bevorzugt von mindestens 50 % und besonders bevorzugt von mindestens 70 % aufweist. Auch diese Schicht aus einem IR-Strahlung reflektierenden Material dient einer verbesserten Kontrolle des Temperaturgleichgewichts innerhalb der Beschichtungsquelle, indem beispielsweise sichergestellt werden kann, dass die zweite Heizquelle in erster Linie die Austrittsöffnung aufheizt und deren Strahlungsenergie nicht zu einer zu starken Erhitzung des Führungsabschnitts führt.
Es ist ferner bevorzugt, dass sich der Innenquerschnitt des Führungsabschnitts in Richtung zur mindestens einen Austrittsöffnung hin verjüngt. Dies kann den Materialfluss des verdampften Beschichtungsmaterials dienen. Insbesondere sorgt eine solche Verjüngung aber dafür, dass ein Teil der von der zweiten Heizquelle abgestrahlten Strahlungsenergie auch auf die Oberfläche des Führungsabschnitts auftrifft. Mithilfe des Winkels dieser Verjüngung lässt sich dabei auch einstellen, welcher Anteil an Strahlungsenergie von der Oberfläche des Führungsabschnitts aufgenommen werden soll. Bevorzugt schließt eine Tangente an die Verjüngung mit der Vertikalen einen Winkel zwischen 2° und 30°, stärker bevorzugt zwischen 4° und 20° und besonders bevorzugt zwischen 6° und 10° ein.
Ferner kann vor der mindestens einen Austrittsöffnung (d.h. auf der Innenseite) eine Abschirmung gegen IR-Strahlung angeordnet sein. Auch diese Abschirmung kann einem verbesserten Temperaturgleichgewicht innerhalb der Beschichtungsquelle dienen. Aus demselben Grund kann im Bereich um die mindestens eine Austrittsöffnung eine Abschirmung gegen Wärmeleitung und/oder IR-Strahlung angeordnet sein. Ferner kann im Bereich um die mindestens eine Austrittsöffnung eine zusätzliche Einrichtung zum Heizen und/oder Kühlen angeordnet sein. Da bei manchen Beschichtungsprozessen das zu beschichtende Substrat sehr nahe an der Austrittsöffnung der Beschichtungsquelle vorbeigeführt wird und das Substrat während der Beschichtung stark aufgeheizt wird, kann das Substrat selber als Heizquelle dienen, was eine Abschirmung gegen Wärmestrahlung und/oder eine Einrichtung zum Kühlen erforderlich machen kann.
Bevorzugt enthält der Tiegel zu verdampfendes Beschichtungsmaterial, besonders bevorzugt ein Material mit einer Verdampfungstemperatur von höchstens 1.000°C und besonders bevorzugt eines oder eine Kombination der folgenden Materialien: Se, CdTe, CdSe, CdS, Pbl2, KCI, NaCl, RbF und/oder CsCl.
Die erfindungsgemäße Beschichtungsquelle kann in unterschiedlichsten Beschichtungsprozessen zum Einsatz kommen. Daher ist es vorgesehen, dass die mindestens eine Austrittsöffnung eine oder eine Kombination der folgenden Austrittsöffnungen aufweist: eine punktförmige Öffnung; mehrere punktförmige Öffnungen, die bevorzugt entlang einer geraden Linie oder einer Zickzacklinie angeordnet sind, wobei die punktförmigen Öffnungen gleich groß oder unterschiedlich groß sein können; eine schlitzförmige Öffnung, die bevorzugt die Form einer geraden Linie oder einer Zickzacklinie aufweist; mehrere schlitzförmige Öffnungen, wobei die schlitzförmigen Öffnungen gleich groß oder unterschiedlich groß sein können und/oder die gleich Form oder eine unterschiedliche Form aufweisen können.
Die vorliegende Erfindung richtet sich ferner auf eine Beschichtungsanlage mit einer Beschichtungsquelle wie oben beschrieben. Die Beschichtungsanlage ist dabei besonders bevorzugt dazu eingerichtet, Substrate von oben zu beschichten.
Ferner richtet sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Beschichtung von Substraten unter Verwendung einer Beschichtungsquelle wie oben beschrieben. Bei dem Verfahren wird ein zu beschichtendes Substrat unter der Beschichtungsquelle positioniert und das Substrat mittels der Beschichtungsquelle beschichtet. Das Substrat kann dabei während der Beschichtung gegenüber der Beschichtungsquelle ruhen. Alternativ kann das Substrat während der Beschichtung gegenüber der Beschichtungsquelle bewegt werden oder vice versa.
Die vorliegende Erfindung erreicht eine Reihe von Vorteilen. Durch die Auslegung der Beschichtungsquelle mit der zusätzlichen direkten Heizmöglichkeit außerhalb des Tiegelbereichs wird das Heizen der Tiegelfüllung von dem Heizen der Austrittsöffnung zeitlich und geometrisch getrennt. Dies ermöglicht es, dass die Öffnung vor/nach dem Prozess durch das Heizen gereinigt wird und während des Prozesses schnell über den Kondensationspunkt ansteuerbar ist. Der ebenfalls direkt geheizte semi-transparente Deckel bleibt durch die Temperaturen über dem Kondensationspunkt sauber und wirkt wie ein Heißspiegel für den Materialdampf. So lassen sich gleichmäßige und besonders saubere Beschichtungen mittels PVD/CSS-Verfahren sowohl statisch als auch dynamisch erreichen. Insbesondere können auch Verunreinigungen bei Beschichtungsprozessen verhindert werden, bei der die zu beschichtende Fläche nach oben weist. Die vorliegende Erfindung lässt sich insbesondere auch vorteilhaft auf die Beschichtung von großflächigen (mindestens 1 m²) Glassubstraten, die bereits beschichtet oder noch unbeschichtet sind, die Beschichtung von Siliziumwafern in einem großflächigen Carrier oder auch die Beschichtung anderer Substrate in einem mittleren Format einsetzen.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben. Es zeigen:

1 einen schematischen Längsschnitt einer Beschichtungsquelle gemäß einer bevorzugten Ausführungsform;
2 einen schematischen Längsschnitt einer Beschichtungsquelle gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform;
3 einen schematischen Längsschnitt einer Beschichtungsquelle gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform;
4 einen schematischen Längsschnitt einer Beschichtungsquelle gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform;
5 einen schematischen Längsschnitt einer Beschichtungsquelle gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform;
6 einen schematischen Längsschnitt einer Beschichtungsquelle gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform;
7 einen schematischen Längsschnitt einer Beschichtungsquelle gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform;
8 eine perspektivische Teilschnittansicht einer Beschichtungsquelle gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform;
9 einen Längsschnitt durch die Beschichtungsquelle gemäß 8;
10 eine perspektivische Teilschnittansicht einer Beschichtungsquelle gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform;
11 einen Längsschnitt durch die Beschichtungsquelle gemäß 10;
12 einen Querschnitt durch die Beschichtungsquelle gemäß 10;
13 eine perspektivische Teilschnittansicht einer Beschichtungsquelle gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform;
14 eine Teilquerschnittsansicht der Beschichtungsquelle gemäß 13; und
15 eine Querschnittsansicht der Beschichtungsquelle gemäß 13.

1 zeigt schematisch einen Längsschnitt durch eine Beschichtungsquelle 1 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Beschichtungsquelle 1 weist einen Tiegel 2 zum Verdampfen von Beschichtungsmaterial 3 und mindestens eine Austrittsöffnung 4 für verdampftes Beschichtungsmaterial 3a, 3b auf, wobei die Beschichtungsquelle 1 eine erste Heizquelle 5a, 5b, 5c, 5d zum Erhitzen des Tiegels 2 und des Beschichtungsmaterials 3 und eine zweite Heizquelle 6 zum Erhitzen der mindestens einen Austrittsöffnung 4 aufweist. In der dargestellten bevorzugten Ausführungsform weist die erste Heizquelle mehrere in die Tiegelwände integrierte Heizelement 5c und 5d und zwei erste IR-Strahlungsquellen 5a und 5b auf. Alternativ könnten aber auch nur ein oder mehrere in die Tiegelwände integrierte Heizelemente 5c und/oder 5d vorgesehen sein oder lediglich eine oder mehrere erste IR-Strahlungsquellen 5a und/oder 5b.
Die zweite Heizquelle 6 besteht in der dargestellten bevorzugten Ausführungsform aus einer separaten IR-Strahlungsquelle, die unabhängig von den beiden IR-Strahlungsquellen 5a und 5b betrieben werden kann. Dadurch lässt sich die Temperatur der Austrittsöffnung unabhängig von der restlichen Tiegeltemperatur und insbesondere von der Temperatur des Beschichtungsmaterials 3 einstellen. Wenn die Temperatur der Austrittsöffnung 4 hinreichend hoch ist, wird sich das verdampfte Beschichtungsmaterial 3a entlang der Pfeile in 1 bewegen und durch die Austrittsöffnung 4 aus dem Tiegel 2 austreten, ohne dass das Beschichtungsmaterial 3a im Bereich der Austrittsöffnung 4 kondensiert. Das verdampfte Beschichtungsmaterial 3a tritt dann in der Form eines Beschichtungskegels 3b aus der Austrittsöffnung 4 aus, um ein unterhalb der Beschichtungsquelle 1 nicht dargestelltes Substrat zu beschichten.
Das Aufheizen mittels der Strahlungsquellen 5a, 5b und 6 erfolgt durch einen semitransparenten Deckel 9, mithilfe dessen der Tiegel 2 verschlossen ist. Aufgrund der Halbdurchlässigkeit des Deckels 9 kann genügend Strahlungsenergie durch den Deckel 9 hindurchtreten, um sowohl das Beschichtungsmaterial 3 hinreichend zu erhitzen als auch die Austrittsöffnung 4 ausreichend aufzuheizen. Andererseits wird aber auch ein Teil der Strahlungsenergie, die von den IR-Strahlungsquellen 5a, 5b und 6 emittiert wird, vom Deckel 9 absorbiert, sodass sich dieser soweit aufheizt, dass kein verdampftes Beschichtungsmaterial 3a an diesem kondensiert. Im Übrigen stellt diese Anordnung auch einen Selbstreinigungseffekt sicher: Sollte sich Beschichtungsmaterial 3a auf der Innenseite des Deckels 9 ablagern, so wird dessen Transmission für IR-Strahlung automatisch reduziert, was dazu führt, dass sich der Deckel 9 weiter aufheizt und das abgeschiedene Material wieder verdampft wird.
In der dargestellten bevorzugten Ausführungsform bildet der Tiegel 2 einen Führungsabschnitt 8 aus, durch den das verdampfte Beschichtungsmaterial 3a zu der mindestens einen Austrittsöffnung 4 geführt wird. Um zu verhindern, dass sich auf den Oberflächen dieses Führungsabschnitts 8 verdampftes Beschichtungsmaterial 3a ablagert, ist die zweite Heizquelle 6 bevorzugt dazu geeignet, auch diesem Führungsabschnitt 8 zu erhitzen. In der bevorzugten Ausführungsform gemäß 1 wird dies dadurch erreicht, dass sich der Innenquerschnitt des Führungsabschnitts in Richtung zur mindestens einen Austrittsöffnung 4 hin verjüngt und der Abstrahlwinkel der IR-Strahlungsquelle 6 so groß gewählt ist, dass ein Teil der emittierten IR-Strahlung auf die Oberflächen des Führungsabschnitts 8 auftrifft.
Die Austrittsöffnung 4 wird in der dargestellten bevorzugten Ausführungsform nicht direkt durch die Tiegelwand des Tiegels 2 gebildet. Vielmehr ist ein Blech 7 auf der Unterseite des Tiegels 2 vorgesehen, in dem die Austrittsöffnung 4 ausgebildet ist. Während der Tiegel 2 üblicherweise aus Graphit gebildet wird, kann das Blech 7 eines oder eine Kombination der folgenden Materialien aufweisen: CFC, Graphit, Keramik, Glas, Metall.
In den 2 bis 7 sind weitere bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Beschichtungsquelle gezeigt, die jeweils nur in wenigen Merkmalen von der Beschichtungsquelle gemäß 1 abweichen. Daher sind identische Merkmale in den 2 und 7 nicht nochmals erneut mit den entsprechenden Bezugszeichen gekennzeichnet.
In der Ausführungsform gemäß 2 weist der Führungsabschnitt 8 eine Schicht 10 aus einem schlecht wärmeleitenden Material auf. Diese Schicht 10 soll dazu dienen, dass die hinter dieser Schicht 10 angeordneten Tiegelteile, die einerseits den Führungsabschnitt 8 ausbilden und andererseits auch den Wandbereich für den Vorrat des Beschichtungsmaterials 3 bilden, heißer werden als die Austrittsöffnung 4.
In der Ausführungsform gemäß 3 ist vor der mindestens einen Austrittsöffnung 4 eine Abschirmung 11 gegen IR-Strahlung angeordnet. In der dargestellten Ausführungsform besteht dieses Abschirmung 11 aus zwei Abschirmblechen, die ebenfalls dafür sorgen sollen, dass die Austrittsöffnung 4 kälter ist als die darüberliegenden Tiegelteile.
In der Ausführungsform gemäß 4 ist an der Unterseite des Tiegels 2 im Bereich um die mindestens eine Austrittsöffnung 4 herum eine Abschirmung 12a gegen Wärmeleitung und/oder IR-Strahlung angeordnet. Beispielsweise kann es sich bei dieser Abschirmung um ein Abschirmblech 12a handeln, welches sicherstellen soll, dass die Unterseite der Austrittsöffnung 4 bzw. des diese ausbildenden Blechs 7 kälter ist als die Oberseite.
Alternativ oder zusätzlich kann im Bereich um die mindestens eine Austrittsöffnung 4 herum eine zusätzliche Einrichtung 12b zum Heizen und/oder Kühlen angeordnet sein, wie dies schematisch in 5 gezeigt ist.
In der Ausführungsform gemäß 6 sind im Deckel 9 des Tiegels 2 verschließbare Öffnungen 13 zum Befüllen des Tiegels mit Beschichtungsmaterial vorgesehen. Bevorzugt sind dabei die ersten IR-Strahlungsquellen 5a und 5b so angeordnet, dass die verschließbaren Öffnungen 13 zugänglich sind und geöffnet werden können, ohne dass die IR-Strahlungsquellen 5a und 5b demontiert werden müssten. Hierfür sind in der Ausführungsform gemäß 6 die beiden ersten IR-Strahlungsquellen 5a und 5b der 1 jeweils durch zwei erste IR-Strahlungsquellen 5a und 5b ersetzt, sodass jeweils zwischen zwei benachbarten ersten IR-Strahlungsquellen 5a bzw. 5b ein Zugang zu den verschließbaren Öffnungen 13 verbleibt und dennoch eine homogene Strahlungsbeaufschlagung sichergestellt werden kann.
Bevorzugt ist die zweite Heizquelle 6 dazu geeignet, gezielt und wahlweise die mindestens eine Austrittsöffnung 4 und/oder den Führungsabschnitt 8 zu erhitzen. Hierfür kann beispielsweise eine rastbare IR-Strahlungsquelle 6 mit entsprechenden Fokus- und Abblendvorrichtungen zum Einsatz kommen, die es ermöglicht, den Abstrahlwinkel α gezielt zu variieren, wie dies in 7 dargestellt ist. Alternativ könnten auch mehrere unabhängig voneinander ansteuerbare zweite IR-Strahlungsquellen 6 vorgesehen sein mit der sich wahlweise die Austrittsöffnung 4 und/oder der Führungsabschnitt 8 erhitzen lässt.
Selbstverständlich können die verschiedenen zusätzlichen Merkmale, die in den 2 bis 7 jeweils isoliert dargestellt sind, auch in ein und derselben Ausführungsform miteinander kombiniert werden. Letztlich dienen alle diese Merkmale dazu, das Temperaturgleichgewicht innerhalb der Beschichtungsquelle möglichst gezielt kontrollieren zu können. Eine Kombination der diversen Merkmale wirkt daher vorteilhaft zusammen, um noch gezielter Einfluss nehmen zu können.
Die 8 und 9 zeigen eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Beschichtungsquelle in einer perspektivischen Teilschnittansicht bzw. in einer Längsschnittansicht. Die Ausführungsform der 8 und 9 entspricht in groben Zügen der Anordnung gemäß 1. Allerdings ist das Konzept der 1 im Falle der 8 und 9 für eine Punktquelle umgesetzt, was zu einer kreissymmetrischen Anordnung führt und impliziert, dass die beiden separaten ersten IR-Strahlungsquellen 5a und 5b gemäß 1 eine einzige, kreisförmig angeordnete IR-Strahlungsquelle 5a in der Ausführungsform gemäß den 8 und 9 bilden. Zusätzlich ist jedoch in dieser Ausführungsform eine weitere nach innen und oben versetzte erste IR-Strahlungsquelle 5b vorgesehen.
Selbstverständlich ist der Begriff der Punktquelle im vorliegenden Kontext nicht im streng mathematischen Sinne zu verstehen, da die Austrittsöffnung 4 nicht punktförmig ist, sondern die Form einer ausgedehnten Kreisschreibe aufweist.
Im Übrigen entsprechen die mit Bezug auf 1 diskutierten Merkmale im Wesentlichen den korrespondierenden Merkmalen in den 8 und 9. Zusätzlich sind noch zwei Abschirmbleche 11 (analog 3) sowie ein zusätzlicher Deckel 14 oberhalb der ersten und zweiten Heizquellen vorgesehen. Auch das zusätzliche Heiz- bzw. Kühlelement 12b (vgl. 5) ist in der Ausführungsform gemäß den 8 und 9 vorhanden. Zudem erstreckt sich ein Heizelement 5e der ersten Heizquelle teilweise in den Führungsabschnitt 8 hinein.
In den 10 bis 15 ist das Konzept gemäß 1 mit unterschiedlichen Versionen von Linearquellen umgesetzt. Dementsprechend handelt es sich bei den ersten und zweiten IR-Strahlungsquellen 5a, 5b und 6 um langgestreckte, lineare IR-Strahler, im Gegensatz zu deren kreisförmiger Anordnung in den 8 und 9. Dabei können beispielsweise durch den ebenfalls linearen Führungsabschnitt 8 zwei voneinander separierte lineare Bereiche zur Aufnahme von Beschichtungsmaterial gebildet werden, wie dies in den 10 bis 12 zu sehen ist. Alternativ können diese beiden Bereiche, die das Beschichtungsmaterial aufnehmen sollen, an den Längsenden über eine Rundung miteinander verbunden sein, wie dies in den 13 bis 15 zu sehen ist. Letztere Anordnung kann insbesondere von Vorteil sein, um auch in den Randbereichen der Linearquelle eine homogene Temperaturverteilung und entsprechend gute Beschichtungsqualität zu erreichen.
Die Strahlungsquellen 5a, 5b und 6 können ebenfalls die Heizleistung angepasst an die Tiegelgeometrie verteilen, z.B. als eine lineare IR-Doppelquelle: die eine Heizwendel als eine durchgehende Wendel und die andere Heizwendel aus zwei, drei oder mehr Segmenten mit unterschiedlichen Heizleistungen bestehend. Auf diese Weise können alle vier Tiegelwände von oben gleichmäßig und von der Austrittsöffnung getrennt geheizt werden. Ebenfalls können alle IR-Quellen über dem Tiegeldeckel je nach Bedarf segmentiert und somit mit einer geförderten Flächenleistungsverteilung ausgeführt sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 6559065 B2 [0002]
JP 2012216373 A [0002]
DE 2430653 A1 [0002]
US 3984585 [0002]

Claims

Beschichtungsquelle für eine Beschichtungsanlage, wobei die Beschichtungsquelle einen Tiegel zum Verdampfen von Beschichtungsmaterial und mindestens eine Austrittsöffnung für verdampftes Beschichtungsmaterial aufweist, wobei die Beschichtungsquelle eine erste Heizquelle zum Erhitzen des Tiegels und/oder des Beschichtungsmaterials und eine zweite Heizquelle zum Erhitzen der mindestens einen Austrittsöffnung aufweist.
Beschichtungsquelle nach Anspruch 1, wobei die erste Heizquelle ein oder mehrere in die Tiegelwände integrierte Heizelemente und/oder eine oder mehrere erste IR-Strahlungsquellen aufweist.
Beschichtungsquelle nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die zweite Heizquelle eine oder mehrere zweite IR-Strahlungsquellen aufweist.
Beschichtungsquelle nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Tiegel mit einem Deckel verschlossen ist, die ersten und/oder zweiten IR-Strahlungsquellen außerhalb des verschlossenen Tiegels angeordnet sind und der Deckel für die IR-Strahlung der ersten und/oder zweiten IR-Strahlungsquellen zumindest semi-transparent ist, wobei der Deckel bevorzugt über den Wellenlängenbereich von 0,5 µm bis 5,0 µm im Mittel eine Transmission von mindestens 5%, stärker bevorzugt mindestens 10% und besonders bevorzugt mindestens 20% aufweist.
Beschichtungsquelle nach Anspruch 4, wobei die mindestens eine Austrittsöffnung auf einer ersten, bevorzugt unteren, Seite des Tiegels angeordnet ist und der Deckel eine zweite, gegenüberliegende Seite des Tiegels verschließt.
Beschichtungsquelle nach Anspruch 4 oder 5, wobei im Deckel eine oder mehrere verschließbare Öffnungen zum Befüllen des Tiegels mit Beschichtungsmaterial vorgesehen sind.
Beschichtungsquelle nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die erste und zweite Heizquelle unabhängig voneinander betrieben werden können.
Beschichtungsquelle nach einem der vorigen Ansprüche, wobei der Tiegel einen Führungsabschnitt ausbildet, durch den das verdampfte Beschichtungsmaterial zu der mindestens einen Austrittsöffnung geführt wird.
Beschichtungsquelle nach Anspruch 8, wobei die zweite Heizquelle dazu geeignet ist, den Führungsabschnitt zu erhitzen.
Beschichtungsquelle nach Anspruch 9, wobei die zweite Heizquelle dazu geeignet ist, gezielt und wahlweise die mindestens eine Austrittsöffnung und/oder den Führungsabschnitt zu erhitzen.
Beschichtungsquelle nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei der Führungsabschnitt eine Schicht aus einem schlecht wärmeleitenden Material aufweist, wobei bevorzugt die Wärmeleitfähigkeit durch die Schicht höchstens 10 W/m^.K, noch stärker bevorzugt höchstens 5 W/m^.K, besonders bevorzugt höchstens 1 W/m_˙K beträgt.
Beschichtungsquelle nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei der Führungsabschnitt eine Schicht aus einem IR-Strahlung reflektierenden Material aufweist, wobei die Schicht bevorzugt über den Wellenlängenbereich von 0,5 µm bis 5,0 µm im Mittel eine Reflexion von mindestens 30%, stärker bevorzugt mindestens 50% und besonders bevorzugt mindestens 70% aufweist.
Beschichtungsquelle nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei sich der Innenquerschnitt des Führungsabschnitts in Richtung zur mindestens einen Austrittsöffnung verjüngt.
Beschichtungsquelle nach einem der vorigen Ansprüche, wobei vor der mindestens einen Austrittsöffnung eine Abschirmung gegen IR-Strahlung angeordnet ist.
Beschichtungsquelle nach einem der vorigen Ansprüche, wobei im Bereich um die mindestens eine Austrittsöffnung eine Abschirmung gegen Wärmeleitung und/oder IR-Strahlung angeordnet ist.
Beschichtungsquelle nach einem der vorigen Ansprüche, wobei im Bereich um die mindestens eine Austrittsöffnung eine zusätzliche Einrichtung zum Heizen und/oder Kühlen angeordnet ist.
Beschichtungsquelle nach einem der vorigen Ansprüche, wobei in dem Tiegel zu verdampfendes Beschichtungsmaterial, bevorzugt ein Material mit einer Verdampfungstemperatur von höchstens 1.000°C, besonders bevorzugt eines oder eine Kombination der folgenden Materialien angeordnet ist: Se, CdTe, CdSe, CdS, Pblz, KCI, NaCl, RbF und/oder CsCl.
Beschichtungsquelle nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die mindestens eine Austrittsöffnung eine oder eine Kombination der folgenden Austrittsöffnungen aufweist: eine punktförmige Öffnung; mehrere punktförmige Öffnungen, die bevorzugt entlang einer geraden Linie oder einer Zickzacklinie angeordnet sind, wobei die punktförmigen Öffnungen gleich groß oder unterschiedlich groß sein können; eine schlitzförmige Öffnung, die bevorzugt die Form einer geraden Linie oder einer Zickzacklinie aufweist; mehrere schlitzförmige Öffnungen, wobei die schlitzförmigen Öffnungen gleich groß oder unterschiedlich groß sein können und/oder die gleich Form oder eine unterschiedliche Form aufweisen können.
Beschichtungsanlage mit einer Beschichtungsquelle nach einem der vorigen Ansprüche.
Beschichtungsanlage nach Anspruch 19, wobei die Beschichtungsanlage dazu eingerichtet ist, Substrate von oben zu beschichten.
Verfahren zur Beschichtung von Substraten unter Verwendung einer Beschichtungsquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei das Verfahren aufweist: Positionieren eines zu beschichtenden Substrats unter der Beschichtungsquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 18 und Beschichten des Substrats mittels der Beschichtungsquelle.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei das Substrat während der Beschichtung gegenüber der Beschichtungsquelle ruht.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei das Substrat während der Beschichtung gegenüber der Beschichtungsquelle bewegt wird oder vice versa.