DE102021112504A1

DE102021112504A1 - Verfahren und Beschichtungsanordnung

Info

Publication number: DE102021112504A1
Application number: DE102021112504.9A
Authority: DE
Inventors: Lutz GOTTSMANN; Ronny Heinen; Georg Laimer
Original assignee: Von Ardenne Asset GmbH and Co KG
Current assignee: Von Ardenne Asset GmbH and Co KG
Priority date: 2021-05-12
Filing date: 2021-05-12
Publication date: 2022-11-17

Abstract

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen weist ein Verfahren (100) auf: Erwärmen (101) eines ersten Ingots (210a, 210b), welcher in einer ersten Position in einer Vakuumkammer (802) angeordnet ist; und Transportieren (103) eines zweiten Ingots (210a, 210b) aus einer zweiten Position in einer Schleusenkammer (902) in die erste Position, wenn das Erwärmen (101) des ersten Ingots (210a, 210b) erfolgt.

Description

Im Allgemeinen kann ein Elektronenstrahl mit hoher Leistung mittels einer sogenannten Elektronenstrahlkanone bereitgestellt werden, so dass mittels des Elektronenstrahls innerhalb einer Vakuumprozesskammer ein Substrat prozessiert, z.B. mit einem Beschichtungsmaterial beschichtet, werden kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wurde erkannt, dass die Materialzuführung mittels Ingots einen stabilen Prozess ermöglicht, diesen allerdings in seiner Dauer begrenzt. Anschaulich muss der verbrauchte Ingot ersetzt werden, was es häufig erfordert, den Prozess zu unterbrechen. Die Kampagnendauer ist herkömmlicherweise durch das Aufnahmevermögen des Tiegels limitiert. Die Dauer der Beschichtungskampagne kann beispielsweise die Zeit aufweisen für: das Evakuieren der Vakuumkammer, das Konditionierens des Verdampfers, das Verdampfen selbst (bzw. das Beschichten eines oder mehr als eines Substrats) und das Belüften der Vakuumkammer.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen werden ein Verfahren und eine Beschichtungsanordnung bereitgestellt, welche es erleichtern, die Dauer des Prozesses, z.B. einer Beschichtungskampagne (auch als Beschichtungsprozess bezeichnet), zu verlängern. Anschaulich wird bereitgestellt, dass Ingots nacheinander ins Vakuum eingeschleust werden können und, einmal ins Vakuum eingebracht, dem Prozess zugeführt werden. Dies hebt die Limitierung der Dauer des Prozesses auf.
Die Skalierung des oder jedes Verdampfers (auch als Ingotverdampfer oder Vakuumverdampfer bezeichnet) zur Erweiterung des Volumens von Verdampfungsmaterial, welche technisch ohnehin aufwändig ist, ist gemäß verschiedenen Ausführungsformen nicht unbedingt nötig, was die Konstruktion vereinfacht. Der für die Verdampfung relevante Bereich des Verdampfers kann somit leichter an verschiedene technologische Randbedingungen angepasst werden, welche unter anderem aufweisen: eine ausreichende Größe, im Verdampfungsmaterial thermisch konstante Verhältnisse über die gesamte Beschichtungskampagne, stabile mechanische Eigenschaften (thermisch, statisch).
Mittels des hierin bereitgestellten Verfahrens bzw. der bereitgestellten Beschichtungsanordnung kann eine thermische Verdampfung erfolgen, z.B. zur physikalischen Gasphasenabscheidung mittels eines Elektronenstrahls (auch als EB-PVD-Verdampfung bezeichnet). Die EB-PVD-Verdampfung kann beispielsweise aus einem oder mehreren Tiegeln erfolgen, wobei das Verdampfungsgut (auch als Beschichtungsmaterial bezeichnet) für die Dauer einer Beschichtungskampagne ausreichend bevorratet bzw. nachgefüttert werden kann.
Es zeigen

1 das Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem schematischen Ablaufdiagramm; und
2 bis 6 die Beschichtungsanordnung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Querschnittsansicht oder Seitenansicht.

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 ausgetauscht werden kann, z.B. ein Fluid (dann auch als fluidleitend gekoppelt bezeichnet). Beispielsweise können zwei miteinander gekoppelte Elemente eine Wechselwirkung miteinander austauschen, z.B. eine mechanische, hydrostatische, thermische und/oder elektrische Wechselwirkung. Eine Kopplung mehrerer Vakuumkomponenten (z.B. Ventilen, Pumpen, Kammern, usw.) miteinander kann aufweisen, dass diese fluidleitend miteinander gekoppelt sind. 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.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann als Ingot ein einteiliger (z.B. monolithischer und/oder stoffschlüssig gefügter), z.B. stangenförmiger, Festkörper verstanden werden, der das zu verdampfende Material (auch als Verdampfungsgut oder Beschichtungsmaterial bezeichnet) aufweist oder daraus besteht. Der Ingot kann beispielsweise ein Volumen aufweisen von mehr als ungefähr 1 cm³ (Kubikzentimeter), z.B. als ungefähr 10 cm³, z.B. als ungefähr 100 cm³, z.B. als ungefähr 1 dm³ (Kubikdezimeter), z.B. als ungefähr 10 dm³, z.B. als ungefähr 100 dm³, und/oder in einem Bereich von ungefähr 10 cm³ bis ungefähr 1 m³ (Kubikmeter). Der Ingot kann beispielsweise eine zylindrische Form aufweisen, z.B. die eines senkrechten Zylinders (z.B. Hohlzylinders oder Vollzylinders). Der Zylinder muss nicht notwendigerweise eine kreisrunde Grundfläche aufweisen. Beispielsweise kann die Grundfläche auch oval oder eckig sein, z.B. ein- oder mehreckig.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Elektronenstrahlkanone eine Elektronenstrahlquelle und eine Ablenkvorrichtung aufweisen. Die Elektronenstrahlquelle kann eine Elektronenquelle (z.B. eine Glühkathode) aufweisen zum Freisetzen von Elektronen. Ferner kann die Elektronenstrahlquelle eine Strahlformeinheit (z.B. eine oder mehr als eine Strahlformspule und/oder Strahlformelektrode aufweisend) aufweisen zum Überführen der freigesetzten Elektronen in einen Elektronenstrahl. Die Ablenkvorrichtung (z.B. eine oder mehr als eine Ablenkspule und/oder Ablenkelektrode aufweisend) kann eingerichtet sein, den Elektronenstrahl abzulenken, beispielsweise gemäß einem der Ablenkvorrichtung zugeführten Ablenksignal. Das Ablenksignal kann mittels einer Steuervorrichtung bereitgestellt sein oder werden, z.B. gemäß einer abgespeicherten Ablenksequenz.
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%). Mittels der 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
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird eine Beschichtungsanordnung bereitgestellt, die eine atmosphärische Materialzuführung implementiert und bei der:

o ein Vakuumverdampfer in der Vakuumkammer angeordnet ist;
o als Ausgangsmaterial zur Verdampfung ein Beschichtungsmaterial in festem Aggregatzustand und Stabform (auch Ingot als bezeichnet) dient, wobei das Beschichtungsmaterial beispielsweise ein Metall und/oder eine Keramik aufweisen kann;
o der Ingot von unten in den Vakuumverdampfer (z.B. dessen Tiegel) hinein transportiert wird, wobei der Vakuumverdampfer (z.B. dessen Tiegel) nach oben offen ist;
o der Ingot mittels einer Transportvorrichtung (z.B. einem ersten Transportglied) nach oben bewegt wird;
o der zugeführte Ingot im Vakuumverdampfer (z.B. dessen Tiegel) angeordnet und mittels eines Elektronenstrahls erhitzt und verdampft wird;
o eine lineare Zuführgeschwindigkeit des Ingots synchronisiert ist mit der Menge des verdampften Beschichtungsmaterials;
o der Badspiegel (Oberfläche der Schmelze) vom geschmolzenen Beschichtungsmaterial konstant gehalten wird, wobei die Menge des verflüssigten Verdampfungsmateriales ebenso zeitlich konstant ist;
o wenn der Ingot nahezu komplett verdampft ist, ein neuer Ingot nachgefüttert werden kann.

Hierin werden Aspekte gemäß verschiedenen Ausführungsformen anhand eines Verfahrens und anhand einer Beschichtungsanordnung erläutert. Das Verfahren kann, muss aber nicht zwangsläufig, mittels der Beschichtungsanordnung implementiert werden, beispielsweise indem die Beschichtungsanordnung gemäß dem Verfahren betrieben (z.B. angesteuert) werden kann. Daher kann verstanden werden, dass Aspekte des Verfahrens mittels Komponenten der Beschichtungsanordnung durchgeführt werden können. Dementsprechend können für das Verfahren beschriebene Aspekte in Analogie für die Beschichtungsanordnung gelten und andersherum.
1 veranschaulicht ein Verfahren 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem schematischen Ablaufdiagramm.
Das Verfahren 151 kann aufweisen, in 101, Erwärmen eines ersten Ingots, welcher in einer ersten Position in einer Vakuumkammer (auch als Arbeitsposition bezeichnet) angeordnet ist (auch als erster Erwärmungsvorgang bezeichnet), und/oder nachfolgendes zweites Erwärmen eines oder mehr als eines zweiten Ingots (auch als zweiter Erwärmungsvorgang bezeichnet); und in 103, Transportieren des einen oder mehr als einen zweiten Ingots, beispielsweise aus einer zweiten Position (auch als Vorhalteposition bezeichnet) in einer Schleusenkammer, in die Arbeitsposition, wenn das Erwärmen des ersten Ingots erfolgt (z.B. vor oder während des ersten Erwärmungsvorgangs) und/oder vor dem zweiten Erwärmungsvorgang.
Das Transportieren jedes zweiten Ingots kann beispielsweise aufweisen, den zweiten Ingot aus einer dritten Position (auch als Lagerposition bezeichnet) neben der Schleusenkammer (z.B. neben der Vakuumkammer) in die Schleusenkammer hinein zu transportieren. Beispielsweise kann jeder zweite Ingot aus der Lagerposition durch die Schleusenkammer hindurch in die Arbeitsposition transportiert werden.
Das Transportieren jedes zweiten Ingots aus der Vorhalteposition in die Arbeitsposition (auch als erster Transportvorgang, Nachfüttern oder Nachfüttervorgang bezeichnet) kann nach dem Transportieren aus der Lagerposition in die Vorhalteposition (auch als zweiter Transportvorgang bezeichnet) erfolgen.
Die Arbeitsposition kann anschaulich diejenige Position des Ingots sein, in welcher die Stirnseite des Ingots bzw. die daraus gebildete Schmelze, welche in der Vakuumkammer freigelegt ist (und z.B. bestrahlt wird), an eine Arbeitsebene angrenzt. Die Arbeitsebene ist anschaulich eine Soll-Ebene, an welche der Ingot bzw. die Schmelze im Betrieb angrenzen soll. Im Fall des noch vollständigen Ingots, kann dessen (z.B. planare) Stirnseite an die Arbeitsebene angrenzen. Wird der Ingot auf seiner Stirnseite bzw. die Schmelze abgetragen (anschaulich verbraucht), kann der Ingot nachgeführt werden (auch als Verbrauchsnachführen bezeichnet), so dass der Ingot bzw. dessen Schmelze wieder die Arbeitsebene berührt. Das Verbrauchsnachführen kann erfolgen, bis der Ingot vollständig aufgebraucht ist und ein zweiter Ingot in die Arbeitsposition gebracht wird.
Beispielsweise kann der Ingot, z.B. dessen Stirnseite bzw. Schmelze, wenn dieser in der Arbeitsposition ist, in einem Tiegel in der Vakuumkammer angeordnet sein. Beispielsweise kann der Ingot, z.B. dessen Stirnseite bzw. Schmelze, wenn dieser in der Arbeitsposition ist, einem Arbeitsdruck ausgesetzt sein.
Der Arbeitsdruck kann beispielsweise ein Vakuum (d.h. einen Druck kleiner als 0,3 bar aufweisend) sein. Beispielsweise kann der Arbeitsdruck einen Druck in einem Bereich von ungefähr 1 mbar bis ungefähr 10^-3 mbar (dann auch als Feinvakuum bezeichnet) aufweisen oder weniger, z.B. einen Druck in einem Bereich von ungefähr 10^-3 mbar bis ungefähr 10^-7 mbar (dann auch als Hochvakuum bezeichnet) oder weniger, z.B. einen Druck von kleiner als ungefähr 10^-7 mbar (dann auch als Ultrahochvakuum bezeichnet). Das Vakuum kann in der Vakuumkammer und/oder der Schleusenkammer bereitgestellt sein.
Die Vorhalteposition kann anschaulich diejenige Position sein, in welcher der noch vollständige Ingot zwischengelagert und/oder eingeschleust wird. Das Einschleusen kann aufweisen, dass der Druck, dem der Ingot ausgesetzt ist, von dem atmosphärischem Druck (auch als Luftdruck oder Umgebungsdruck bezeichnet) auf Vakuum gebracht wird.
Das Erwärmen eines Ingots (z.B. der erste Erwärmungsvorgang und/oder der zweite Erwärmungsvorgang) kann mittels eines Elektronenstrahls erfolgen. Das Bestrahlen kann aufweisen, die Stirnseite des Ingots mittels des Elektronenstrahls zu bestrahlen.
Das Erwärmen eines Ingots (z.B. der erste Erwärmungsvorgang und/oder der zweite Erwärmungsvorgang) kann beispielsweise bewirken, dass das bestrahlte Beschichtungsmaterial des Ingots thermisch in die gasförmige Phase (dann auch als gasförmiges Beschichtungsmaterial oder als Gasphase bezeichnet) überführt wird, gegebenenfalls über den Zwischenschritt der flüssigen Phase (auch als Schmelze bezeichnet). Das Überführen in die Gasphase kann allgemein als Verdampfen bezeichnet werden, auch wenn dieses ein Sublimieren des Beschichtungsmaterials aufweist.
Das Verfahren 151 kann optional aufweisen, in 105, Beschichten eines Substrats mittels des gasförmigen Beschichtungsmaterials. Das Substrat kann beispielsweise eine Platte aufweisen oder daraus gebildet sein. Alternativ kann das Substrat ein Band aufweisen oder daraus gebildet sein, welches von einer ersten Rolle auf eine zweite Rolle umgewickelt wird. Das Substrat kann beispielsweise ein Metall (z.B. ein Metallband) aufweisen oder daraus gebildet sein. Das Substrat kann beispielsweise eine Folie (z.B. eine Kunststofffolie) aufweisen oder daraus gebildet sein. Es können aber auch andere Substrate verwendet werden, z.B. aus Glas.
Das Verfahren 151 kann optional aufweisen, das Substrat zu transportieren mittels einer Transportvorrichtung (auch als Substrat-Transportvorrichtung bezeichnet). Die Substrat-Transportvorrichtung kann beispielsweise mehrere Rollen aufweisen, auf denen (z.B. darauf aufliegend) das Substrat transportiert wird und/oder mittels denen das Substrat umgelenkt bzw. umgewickelt (z.B. abgewickelt und/oder aufgewickelt) wird.
Das Verfahren 151 kann optional aufweisen, in 107, zeitabhängiges Ablenken des Elektronenstrahls, mittels dessen ein Ingots (z.B. der erste Ingot bzw. der zweite Ingot) bestrahlt wird, so dass eine Stelle des Ingots, auf welche der Elektronenstrahl trifft, verlagert wird.
2 veranschaulicht eine Beschichtungsanordnung 251 gemäß verschiedenen Ausführungsformen 200 in einer schematischen Querschnittsansicht oder Seitenansicht, mittels welcher beispielsweise das Verfahren 100 implementiert werden kann.
Die Beschichtungsanordnung 251 kann die Vakuumkammer 802 aufweisen, in welcher die Arbeitsposition angeordnet ist. Die Beschichtungsanordnung 251 kann ferner die Schleusenkammer 902 aufweisen, in welcher die Vorhalteposition angeordnet ist.
Die Beschichtungsanordnung 251 kann ferner ein oder mehr als ein Vakuumventil 202 (z.B. eine Ventilklappe oder ein Schiebeventil aufweisend) aufweisen, welche die Schleusenkammer 902 mit der Vakuumkammer 802 koppelt und durch welche hindurch das Transportieren 103 aus der Vorhalteposition in die Arbeitsposition erfolgt.
Die Beschichtungsanordnung 251 kann ferner einen Ingotverdampfer 204 aufweisen, welcher einen Hohlraum (auch als Verdampferinnenraum bezeichnet) zum Aufnehmen eines Ingots in der Arbeitsposition aufweist. Beispielsweise kann die Arbeitsebene in dem Verdampferinnenraum angeordnet sein.
Beispielsweise kann der Ingotverdampfer 204 einen Tiegel 252 aufweisen, der von dem Verdampferinnenraum durchdrungen ist. Optional kann der Tiegel 252 beweglich gelagert sein, was es erleichtert, diesem ein oder mehr als ein Ingot zuzuführen.
Beispielsweise kann der Ingotverdampfer 204 eine Haltevorrichtung 206 (z.B. eine Klemme aufweisend) aufweisen, welche eingerichtet ist, wenn in einen ersten Zustand gebracht, den Ingot ortsfest zu halten (z.B. dessen Bewegung in eine Transportrichtung 205 zu blockieren), und, wenn in einen zweiten Zustand gebracht, den Ingot freizugeben (z.B. die Bewegung in Transportrichtung 205 zu erlauben).
Beim Durchführen des Verfahrens 100 kann in dem Verdampferinnenraum der erste Ingot 210a (und gegebenenfalls die daraus gebildete Schmelze) angeordnet sein und/oder in der Schleusenkammer 902 der zweite Ingot 210b in Vorhalteposition angeordnet sein.
Die Beschichtungsanordnung 251 kann eine Transportvorrichtung (auch als Ingot-Transportvorrichtung bezeichnet) aufweisen, welche eingerichtet ist, das Transportieren aus der Vorhalteposition in die Arbeitsposition (auch als erster Transportvorgang bezeichnet) durchzuführen, z.B. in die Transportrichtung 205, und/oder das Transportieren aus der Lagerposition in die Vorhalteposition (auch als zweiter Transportvorgang bezeichnet) durchzuführen, z.B. schräg oder quer in der Transportrichtung 205.
Der erste Transportvorgang kann beispielsweise aufweisen, den Ingot entgegen seiner Gewichtskraft zu transportieren (auch als Anheben bezeichnet). Der zweite Transportvorgang kann beispielsweise aufweisen, den Ingot entlang der Horizontalen 201, 203 (die quer zur Gravitationskraft ist) zu transportieren.
Beispielsweise kann die Transportvorrichtung ein oder mehr als ein Transportglied aufweisen, beispielsweise ein erstes Transportglied 208, ein zweites Transportglied 218 und/oder ein drittes Transportglied 228. Weist die Transportvorrichtung mehrerer Transportglieder auf, können diese eingerichtet sein, einander den zu transportierenden Ingot zu übergeben (auch als Übergabevorgang bezeichnet). Der Übergabevorgang kann beispielsweise erfolgen, wenn der Ingot in einer jeweiligen Übergabeposition angeordnet ist. Beispielsweise kann eine erste Übergabeposition zwischen der Vorhalteposition und der Arbeitsposition sein. Beispielsweise kann eine zweite Übergabeposition die Vorhalteposition sein. Jedes Transportglied kann einen Aktuator (z.B. einen Motor oder Hubkolben) aufweisen, welcher eingerichtet ist, die zum Transportieren verwendete Bewegung zu erzeugen.
Der Übergabevorgang kann beispielsweise mittels einer (z.B. selbstklemmenden) Zange und/oder eines Stützfingers erfolgen. Die selbstklemmende Zange kann beispielsweise derart eingerichtet sein, dass diese bei einer Abwärtsbewegung des Ingots schließt und diesen somit klemmt (kraftschlüssig hält) und bei einer Aufwärtsbewegung des Ingots öffnet und die Klemmung des Ingots somit aufhebt.
Das oder jedes Transportglied der Transportvorrichtung kann einen Ingotträger 208t aufweisen, welcher den Ingot beim Transportieren trägt (z.B. darauf aufliegend).
Das erste Transportglied 208 (z.B. eine Hubvorrichtung bzw. Hebevorrichtung aufweisend) kann in der Vakuumkammer 802 angeordnet oder in die Vakuumkammer 802 hinein erstreckt sein. Beispielsweise kann das erste Transportglied 208 eingerichtet sein, das Transportieren in die Arbeitsposition (z.B. in den Tiegelinnenraum hinein) durchzuführen, z.B. aus der Vorhalteposition oder aus der ersten Übergabeposition.
Das zweite Transportglied 218 (z.B. eine Hubvorrichtung bzw. Hebevorrichtung aufweisend) kann in der Schleusenkammer 902 angeordnet sein oder in die Schleusenkammer 902 hinein erstreckt sein. Beispielsweise kann das zweite Transportglied 218 eingerichtet sein, das Transportieren aus der Vorhalteposition bzw. der Schleusenkammer 902 heraus durchzuführen, z.B. in die erste Übergabeposition oder in die Arbeitsposition bzw. in die Vakuumkammer 802 hinein. Beispielsweise kann das zweite Transportglied 218 eingerichtet sein, das Transportieren durch das Vakuumventil 202 hindurch durchzuführen.
Das dritte Transportglied 228 (auch als Chargiereinrichtung bezeichnet) kann neben der Vakuumkammer 802 und/oder neben der Schleusenkammer 902 angeordnet sein. Beispielsweise kann das dritte Transportglied 228 eingerichtet sein, das Transportieren aus der Lagerposition zu der Schleusenkammer 902 hin oder in diese hinein durchzuführen, z.B. in die Vorhalteposition bzw. zweite Übergabeposition, und/oder durch ein zusätzliches Vakuumventil (nicht dargestellt) der Schleusenkammer 902 hindurch. Beispielsweise kann das dritte Transportglied 228 eine Mehrzahl 230 zweiter Ingots tragen, welche einzeln in die Schleusenkammer 902 transportiert werden können.
Optional kann in der Vakuumkammer 802 ein Substrat 102 angeordnet sein, welches mittels des gasförmigen Beschichtungsmaterials beschichtet werden kann.
Die Beschichtungsanordnung 251 kann optional ein Pumpensystem 804 (aufweisend zumindest eine Grobvakuumpumpe und optional zumindest eine Hochvakuumpumpe) aufweisen, welches mit der Vakuumkammer 802 und/oder der Schleusenkammer 902 gekoppelt ist. Das Pumpensystem 804 kann beispielsweise eingerichtet sein, der Vakuumkammer 802 Gas zu entziehen, so dass darin der Arbeitsdruck bereitgestellt sein oder werden kann. Das Pumpensystem 804 kann beispielsweise eingerichtet sein, der Schleusenkammer 902 Gas zu entziehen, so dass darin der Arbeitsdruck bereitgestellt sein oder werden kann.
Das Verfahren kann aufweisen, jeden Ingot, der in die Arbeitsposition transportiert werden soll: aus der Lagerposition neben der Schleusenkammer 902 in die Vorhalteposition in der Schleusenkammer 902 zu transportieren, z.B. mittels des dritten Transportglieds und/oder wenn in der Schleusenkammer 902 der atmosphärische Luftdruck bereitgestellt ist (auch als belüftete Schleusenkammer 902 bezeichnet); und aus der Vorhalteposition in der Schleusenkammer 902 in die Arbeitsposition in der Vakuumkammer zu transportieren, z.B. mittels des zweiten und/oder dritten Transportglieds und/oder wenn in der Schleusenkammer 902 ein Vakuum bereitgestellt ist.
In einer konkreten exemplarischen Implementierung kann an der Vakuumkammer 802 bodenseitig das Ventil 202 angeordnet sein, welches an die Schleusenkammer 902 angrenzt. Ferner können zwei Transportglieder 208, 218 übereinander angeordnet sein und eingerichtet sein, einen Übergabevorgang jedes Ingots zwischen den zwei Transportgliedern zu implementieren. Der Ingotverdampfer kann die Haltevorrichtung 206 (z.B. einen Greifer) zum Halten des ersten Ingots 210a, der in der Arbeitsposition ist, während des Übergabevorgangs aufweisen.
In dem hier veranschaulichten Beispiel gemäß den Ausführungsformen 200 kann die Transportrichtung 205 im Wesentlichen entgegen der Gravitationsrichtung sein. In anderen Beispielen gemäß den Ausführungsformen 200 kann die Transportrichtung 205 schräg oder quer zu der Gravitationsrichtung sein. In dem Fall kann der erste Transportvorgang aufweisen, den Ingot seitlich in die Vakuumkammer 802 einzubringen. Dies kann in Analogie auch für andere hierin erläuterte Ausführungsformen gelten.
In einer konkreteren Implementierung des Verfahrens kann in dem Zeitintervall, in dem der erste Ingots 210a verbraucht wird (auch als Verdampfungsdauer bezeichnet), ein zweiter (anschaulich der nachzufütternde) Ingot 210b konditioniert werden (auch als Konditionierungsvorgang bezeichnet), wobei bei dem Konditionierungsvorgang:

o die Chargiereinrichtung 228 an Atmosphäre ausreichend Ingots 230 bevorratet für eine Beschichtungskampagne bzw. kann die Chargiereinrichtung 228 periodisch und unabhängig vom Beschichtungsprozess neu befüllt werden;
o der zweite Ingot 210b von der Chargiereinrichtung 228 in die belüftete und geöffnete Schleusenkammer 902 transportiert wird;
o die Schleusenkammer 902 evakuiert wird (auch als Abpumpen bezeichnet);
o der Druck in der Schleusenkammer 902 an den Druck in der Vakuumkammer 802 (auch als Arbeitsdruck bezeichnet) angepasst, z.B. angeglichen, wird; und
o danach das Vakuumventil 202 geöffnet wird.

Der Konditionierungsvorgang jedes nachzufütternden Ingots kann, muss aber nicht notwendigerweise, zeitlich synchronisiert mit der Verdampfungszeit des Ingots in dem Ingotverdampfer 204 sein.
Der so konditionierte zweite Ingot 210b wird nachgefüttert (auch als Nachfüttervorgang bezeichnet), wobei bei dem Nachfüttervorgang:

o das Verbrauchsnachführen unterbrochen bzw. das erste Transportglied 208 gestoppt wird, z.B. für die Dauer des Transportierens des zweiten Ingots 210b aus der Vorhalteposition in die erste Übergabeposition;
o der nahezu komplett verbrauchte (z.B. verdampfte) erste Ingot 210a von der Klemme 206 fixiert wird;
o das erste Transportglied 208 in seine untere Startposition fährt;
o das zweite Transportglied 208 den zweiten Ingot 210b mit seiner Oberkante bis an die Unterkante des geklemmten ersten Ingots 210a transportiert;
o das erste Transportglied 208 die Fixierung des zweiten Ingots 210b übernimmt;
o das zweite Transportglied 208 in seine untere Startposition fährt;
o die Klemme 206 gelöst wird;
o das erste Transportglied 208 den zweiten Ingot 210b in den Vakuumverdampfer 204 hinein und damit das Reststück des ersten Ingots 210a mit synchronisierter Geschwindigkeit zum Verdampfen nach oben transportiert;
o das Vakuumventil 220 wieder geschlossen wird; und
o die Schleusenkammer 902 wieder belüftet wird, z.B. auf atmosphärischen Druck gebracht wird.

Während des Nachfüttervorgangs kann durch die Klemmung des ersten Ingots 210a kurzzeitig nicht nachgeführt werden. Während dieser Zeit kann trotzdem kontinuierlich weiter verdampft werden. Da die Dauer des Nachfüttervorgangs nur kurz ist (z.B. in einem Bereich von ungefähr einer halben Minute bis ungefähr einer Minute), senkt sich der Badspiegel im Vakuumverdampfer 204 nur geringfügig ab, was nach der Zufuhr des zweiten Ingots 210b wieder kompensiert wird.
3 veranschaulicht eine Beschichtungsanordnung 251 gemäß verschiedenen Ausführungsformen 300 in einer schematischen Querschnittsansicht oder Seitenansicht, welche gemäß den Ausführungsformen 200 eingerichtet sein kann und mehrere ähnlich eingerichtete Baugruppen aufweist, was den Durchsatz steigert. Komponenten jeder Baugruppe weisen auf: der Ingotverdampfer 204, die Transportvorrichtung, die Schleusenkammer 902; das Vakuumventil 202; und/oder die Elektronenstrahlkanone 214.
4 veranschaulicht eine Beschichtungsanordnung 251 gemäß verschiedenen Ausführungsformen 400 in einer schematischen Querschnittsansicht oder Seitenansicht, welche gemäß den Ausführungsformen 200 oder 300 eingerichtet sein kann, wobei der Ingotverdampfer 204 ferner ein Magazin 402 aufweisen kann, in welchem die erste Übergabeposition angeordnet ist. Das Magazin 402 erreicht, dass mehr Ingots in der Vakuumkammer 802 angeordnet sein können, was es erleichtert, den Arbeitsdruck bereitzustellen bzw. stabil zu halten.
Das Magazin 402 kann mehrere beweglich gelagerte (z.B. revolverartig angeordnete) Ingotträger aufweisen, von denen jeder Ingotträger eingerichtet ist, ein Ingot zu tragen, so dass das Magazin 402 mehrere Ingots aufnehmen kann. Das Magazin 402 kann eingerichtet sein, wahlweise einen der Ingotträger derart anzuordnen, dass ein von dem Ingotträger getragener Ingot in die erste Übergabeposition oder aus dieser heraus gebracht werden kann. Beispielsweise kann das Magazin 402 befüllt werden, indem ein oder mehr als ein zweiter Ingot (z.B. einzeln) aus der Schleusenkammer 902 in das Magazin 402 hinein transportiert wird. Beispielsweise kann das Magazin 402 entleert werden, indem ein oder mehr als ein vom Magazin 402 aufgenommener Ingot (z.B. einzeln) in die Arbeitsposition transportiert wird.
Beispiele für das Magazin 402 weisen auf: ein Revolvermagazin oder ein 2-Positionenmagazin.
Gemäß ähnlichen Ausführungsformen ist alternativ oder zusätzlich zu dem Magazin 402 ein zusätzliches Magazin neben der Vakuumkammer (z.B. in der Schleusenkammer 902 oder neben der Schleusenkammer 902) angeordnet (z.B. als Komponente der Chargiereinrichtung). In dem zusätzlichen Magazin kann dementsprechend die Lagerposition oder die Vorhalteposition angeordnet sein.
5 veranschaulicht eine Beschichtungsanordnung 251 gemäß verschiedenen Ausführungsformen 500 in einer schematischen Querschnittsansicht oder Seitenansicht, welche gemäß einer der Ausführungsformen 200 bis 400 eingerichtet sein kann, wobei das zweite Transportglied 218 eingerichtet sein kann, das Transportieren aus der Vorhalteposition in die Arbeitsposition durchzuführen, wenn das Vakuumventil 202 geöffnet ist. Dies erlaubt, die Konstruktion zu vereinfachen, indem das erste Transportglied 208 weggelassen wird.
6 veranschaulicht eine Beschichtungsanordnung 251 gemäß verschiedenen Ausführungsformen 600 in einer schematischen Querschnittsansicht oder Seitenansicht, welche gemäß einer der Ausführungsformen 200 bis 500 eingerichtet sein kann, wobei der Ingotverdampfer 204 einen Tiegel 252 aufweisen kann, der mittels mehrerer Baugruppen versorgt werden kann, z.B. mit Ingots und/oder mit einem Elektronenstrahl. Komponenten jeder Baugruppe weisen auf: die Transportvorrichtung, die Schleusenkammer 902; das Vakuumventil 202; und/oder die Elektronenstrahlkanone 214.
Im Folgenden werden verschiedene Beispiele beschrieben, die sich auf vorangehend Beschriebene und in den Figuren Dargestellte beziehen.
Beispiel 1 ist ein Verfahren, aufweisend: Erwärmen (z.B. mittels Bestrahlens und/oder mittels eines Elektronenstrahls) eines ersten Ingots, welcher in einer ersten Position in einer Vakuumkammer (z.B. in einem darin angeordnet Tiegel) angeordnet ist; Transportieren eines zweiten Ingots aus einer zweiten Position in einer Schleusenkammer in die erste Position, wenn das Erwärmen (z.B. mittels des Bestrahlens und/oder mittels des Elektronenstrahls) des ersten Ingots (z.B. zum Überführen des ersten Ingots in eine Gasphase) erfolgt, z.B. wenn der erste Ingot in die Gasphase überführt wird.
Beispiel 2 ist das Verfahren gemäß einem der Beispiel 1, Transportieren des zweiten Ingots aus einer dritten Position neben der Schleusenkammer in die zweite Position, wenn das Erwärmen (z.B. mittels des Bestrahlens und/oder mittels des Elektronenstrahls) des ersten Ingots (z.B. zum Überführen des ersten Ingots in eine Gasphase) erfolgt, z.B. wenn der erste Ingot in die Gasphase überführt wird.
Beispiel 3 ist das Verfahren gemäß Beispiel 1 oder 2, wobei der zweite Ingot in der dritten Position einem atmosphärischen Luftdruck ausgesetzt ist; und/oder wobei der zweite Ingot in der ersten Position einem Vakuum ausgesetzt ist; und/oder wobei der zweite Ingot beim Transportieren einem Vakuum ausgesetzt ist.
Beispiel 4 ist das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 3, ferner aufweisend: Erwärmen (z.B. mittels des Bestrahlens und/oder mittels des Elektronenstrahls) des zweiten Ingots, wenn dieser in der ersten Position angeordnet ist, (z.B. zum Überführen des ersten Ingots in eine Gasphase) erfolgt, z.B. zum Überführen des zweiten Ingots in die Gasphase.
Beispiel 5 ist das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 4, wobei der erste Ingot und der zweite Ingot dieselbe chemische Zusammensetzung aufweisen oder zumindest aus demselben Material gebildet sind.
Beispiel 6 ist das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 5, wobei das Erwärmen mittels eines Elektronenstrahls erfolgt, beispielsweise aufweisend, den ersten Ingot und/oder zweiten Ingot zu bestrahlen mit dem Elektronenstrahl und/oder mittels des Elektronenstrahls in eine Gasphase zu überführen.
Beispiel 7 ist das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 6, wobei das Erwärmen bewirkt, eine Gasphase zu bilden, beispielsweise aufweisend, dass der erste Ingot und/oder zweite Ingot in eine Gasphase überführt wird.
Beispiel 8 ist das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 7, ferner aufweisend: Beschichten eines Substrats mittels der Gasphase.
Beispiel 9 ist eine Beschichtungsanordnung (mittels welcher beispielsweise das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 8 durchgeführt wird), aufweisend: eine Vakuumkammer und eine Schleusenkammer, die miteinander gekoppelt sind; ein Ingotverdampfer, welcher in der Vakuumkammer angeordnet ist und einen Hohlraum (z.B. Kanal, z.B. einen Durchgang) zum Aufnehmen eines Ingots aufweist (z.B. von dem Hohlraum durchdrungen ist, z.B. davon entlang einer Transportrichtung und/oder entlang der Gravitationsrichtung durchdrungen ist); eine Ingot-Transportvorrichtung (z.B. eine Hubvorrichtung und/oder einen Greifer aufweisend), welche eingerichtet ist, dem Hohlraum ein in der Schleusenkammer angeordnetes Ingot zuzuführen (z.B. entlang der Transportrichtung und/oder aus der Gravitationsrichtung).
Beispiel 10 ist die Beschichtungsanordnung gemäß Beispiel 9, ferner aufweisend: ein erstes Ventil, mittels welchem die Vakuumkammer und die Schleusenkammer miteinander gekoppelt sind, wobei die Ingot-Transportvorrichtung eingerichtet ist, dem Hohlraum das in der Schleusenkammer angeordnete Ingot durch das erste Ventil hindurch zuzuführen (z.B. entlang der Transportrichtung und/oder aus der Gravitationsrichtung).
Beispiel 11 ist die Beschichtungsanordnung gemäß Beispiel 9 oder 10, wobei die Schleusenkammer ein zweites Ventil aufweist, durch welches hindurch, den Ingot in der Schleusenkammer angeordnet (z.B. in diese hinein transportiert) werden kann.
Beispiel 12 ist die Beschichtungsanordnung gemäß einem der Beispiele 9 bis 11, wobei die Ingot-Transportvorrichtung mehrere Transportglieder (z.B. Hubvorrichtungen) aufweist, die eingerichtet sind, den Ingot einander zu übergeben (z.B. entlang der Transportrichtung und/oder aus der Gravitationsrichtung).
Beispiel 13 ist die Beschichtungsanordnung gemäß einem der Beispiele 9 bis 12, wobei die Ingot-Transportvorrichtung (z.B. pro Transportglied) einen Transportfinger aufweist, der eingerichtet ist, unter den Ingot zu greifen.
Beispiel 14 ist die Beschichtungsanordnung gemäß einem der Beispiele 9 bis 13, ferner aufweisend: eine Elektronenstrahlkanone, welche eingerichtet ist, einen Elektronenstrahl zu dem Hohlraum hin (z.B. in diesen hinein) zu emittieren (z.B. von oben).
Beispiel 15 ist die Beschichtungsanordnung gemäß einem der Beispiele 9 bis 14, ferner aufweisend: eine Substrat-Transportvorrichtung zum Transportieren eines Substrats an dem Hohlraum vorbei, z.B. entlang eines Transportpfads, der zwischen dem Hohlraum und der Elektronenstrahlkanone angeordnet ist.

Claims

Verfahren (100), aufweisend: • Erwärmen (101) eines ersten Ingots (210a, 210b), welcher in einer ersten Position in einer Vakuumkammer (802) angeordnet ist; • Transportieren (103) eines zweiten Ingots (210a, 210b) aus einer zweiten Position in einer Schleusenkammer (902) in die erste Position, wenn das Erwärmen (101) des ersten Ingots (210a, 210b) erfolgt.
Verfahren (100) gemäß Anspruch 1, • Transportieren (103) des zweiten Ingots (210a, 210b) aus einer dritten Position neben der Schleusenkammer (902) in die zweite Position, wenn das Erwärmen (101) des ersten Ingots (210a, 210b) erfolgt.
Verfahren (100) gemäß Anspruch 1 oder 2, • wobei der zweite Ingot (210a, 210b) in der dritten Position einem atmosphärischen Luftdruck ausgesetzt ist; und/oder • wobei der zweite Ingot (210a, 210b) in der ersten Position einem Vakuum ausgesetzt ist.
Verfahren (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner aufweisend: Erwärmen (101) des zweiten Ingots (210a, 210b), wenn dieser in der ersten Position angeordnet ist.
Verfahren (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Erwärmen (101) mittels eines Elektronenstrahls (214e) erfolgt.
Verfahren (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Erwärmen (101) bewirkt, eine Gasphase zu bilden.
Verfahren (100) gemäß Anspruch 6, ferner aufweisend: Beschichten eines Substrats (102) mittels der Gasphase.
Beschichtungsanordnung (251), aufweisend: • eine Vakuumkammer (802) und eine Schleusenkammer (902), die miteinander gekoppelt sind; • ein Ingotverdampfer (204), welcher in der Vakuumkammer (802) angeordnet ist und einen Hohlraum zum Aufnehmen eines Ingots aufweist; • eine Ingot-Transportvorrichtung, welche eingerichtet ist, dem Hohlraum ein in der Schleusenkammer (902) angeordnetes Ingot zuzuführen.
Beschichtungsanordnung (251) gemäß Anspruch 8, ferner aufweisend: ein erstes Ventil, mittels welchem die Vakuumkammer (802) und die Schleusenkammer (902) miteinander gekoppelt sind, wobei die Ingot-Transportvorrichtung eingerichtet ist, dem Hohlraum das in der Schleusenkammer (902) angeordnete Ingot durch das erste Ventil hindurch zuzuführen.
Beschichtungsanordnung (251) gemäß Anspruch 8 oder 9, , ferner aufweisend: eine Elektronenstrahlkanone (214), welche eingerichtet ist, einen Elektronenstrahl (214e) zu dem Hohlraum hin zu emittieren.