DE3931189A1

DE3931189A1 - Vorrichtung und verfahren zum erzeugen eines mit dem dampf eines wenig fluechtigen stoffes angereicherten gasstroms

Info

Publication number: DE3931189A1
Application number: DE19893931189
Authority: DE
Inventors: Georg Dr Gaertner
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1989-09-19
Filing date: 1989-09-19
Publication date: 1991-03-28

Description

Die Erfindung betrifft eine beheizbare Vorrichtung zum Erzeugen eines mit dem Dampf mindestens eines wenig flüch tigen, in Pulverform vorliegenden Stoffes angereicherten, aus mindestens einem Inertgas bestehenden Gasstroms,

- mit einem Gefäß mit einem Innenraum zur Aufnahme des Pulvers,
- einer Zuleitung mit Massenflußregler für den Gasstrom und
- einer Ableitung für den angereicherten Gasstrom,
- wobei in der Zuleitung und in der Ableitung je ein Ventil angeordnet ist und
- wobei die Leitungen derart in das Gefäß münden, daß der Gasstrom bei Betrieb der Vorrichtung durch das Pulver hindurchströmt,

sowie ein Verfahren zum Erzeugen eines mit dem Dampf eines wenig flüchtigen Stoffes angereicherten Gasstroms.

Vorrichtungen dieser Art, die nachstehend auch als (Niederdruck-)Feststoffverdampfer, Pulververdampfer, Pulversättiger oder Sättiger bezeichnet werden, dienen der Einstellung definierter Gasströme wenig flüchtiger Stoffe, die z. B. als Ausgangsverbindungen für reaktive Abschei dungen aus Gasphasen (CVD = Chemical Vapour Deposition) verwendet werden.

Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art ist aus der DE-OS 31 36 895 bekannt. Sie weist ein Verdampfergefäß mit Deckel auf. Innerhalb des Verdampfergefäßes befindet sich ein Sieb, auf dem bei Betrieb der Vorrichtung der pulverförmige, wenig flüchtige Stoff in Form einer Pulverschüttung liegt. Unterhalb des Siebes bzw. in dessen Bereich ist im Verdampfergefäß ein Heizelement angeordnet. Von einem Inertgas-Vorratsbehälter führt eine Zuleitung zum Verdampfergefäß, in das die Zuleitung unterhalb des Siebes mündet. Vom Innenraum des Verdampfergefäßes oberhalb des Siebes führt eine Dampfableitung z. B. zu einem Reaktor, in dem eine reaktive Abscheidung aus einer Gasphase stattfindet, in dem also ein CVD-Verfahren durchgeführt wird. In der Zuleitung und in der Ableitung ist je ein als Rückschlag- bzw. Sicherheitsventil ausgebildetes Ventil angeordnet.

Eine weitere Vorrichtung der eingangs genannten Art ist aus der DE-OS 33 39 625 bekannt. Diese Vorrichtung weist einen langen Durchströmungsweg für das Trägergas auf, wodurch eine hohe Ausbeute an Reaktionsgas für das CVD-Verfahren und eine hohe Konzentration an Reaktionsgas im Gasstrom erreicht wird. Bei dieser Vorrichtung enthält ein Gefäß einen herausnehmbaren, genau passenden Metallkörper, wobei in mindestens eine Außenwandung des Metallkörpers mindestens eine Rille eingearbeitet ist. Die besagte Außenwandung steht mit einer Innenwandung des Gefäßes derart in Berührung, daß die Rille den eingangs erwähnten Innenraum zur Aufnahme des Pulvers bildet. Eine Weiterentwicklung dieser Vorrichtung ist in der DE-OS 37 02 923 beschrieben.

Eine der wichtigsten Voraussetzungen für die Verwendbarkeit von wenig flüchtigen pulverförmigen Ausgangsstoffen bei der reaktiven Abscheidung von Schichten aus einer Gasphase bei niedrigen Drücken (LPVCD = Low Pressure CVD) ist die Erzielung eines ausreichend großen und konstanten Massenflusses dieser Stoffe über längere Beschichtungsdauern, die gerade bei einem wenig flüchtigen Stoff notwendig sind. Fast alle bekannten Pulversättiger sowie auch Flüssigverdampfer mit nicht mehr ausreichend stabilen metallorganischen Verbindungen zeigen eine relativ starke Abnahme ihrer Wirksamkeit und des Flusses, obwohl mengenmäßig noch genügend Material zur Verdampfung und zum Transport zum CVD-Reaktor vorhanden ist.

Eine Vorrichtung, bei deren Betrieb der Gasstrom bei niedrigem Druck und hohem Durchsatz bis zur Sättigung mit dem Dampf des wenig flüchtigen Stoffes angereichert wird, also ein hoher Massenfluß des wenig flüchtigen Stoffes erzielt wird, wobei eine Flußkonstanz über eine lange Dauer erzielt wird und so typische wirksamkeitsmindernde Erscheinungen, wie Kaminbildung, Kontaktsinterung und Verstopfung, vermieden werden, ist aus der DE-OS 38 01 147 bekannt. Diese Vorrichtung enthält ein Gefäß mit einem Innenraum zur Aufnahme eines Pulvers, das aus einem wenig flüchtigen Stoff und einer zusätzlichen festen Inert komponente besteht. Das Gefäß ist in einem Thermostaten angeordnet. Ein aus einem Inertgas bestehender Gasstrom durchströmt die Vorrichtung vorzugsweise in Schwerkraft richtung. Der Gasstrom passiert nacheinander eine dicke Gaseintrittsplatte, das Pulver und eine dünne Gas austrittsplatte. Durch Dimensionierung der Vorrichtungs teile und Einstellung eines niedrigen Drucks in der Vorrichtung wird ein hoher Massenfluß des wenig flüchtigen Stoffes mit einer Flußkonstanz über eine lange Dauer erreicht. Der angereicherte Gasstrom wird z. B. einem Niederdruck-CVD-Reaktor zugeführt.

Nachteilig bei allen diesen Sättigerversionen ist, daß nach Verdampfung und Abtransport des wenig flüchtigen Stoffes eine Reinigung des Sättigers und eine Neufüllung mit Pulver erfolgen muß und daß die gesamte Füllung sich während der Betriebsdauer auf der relativ hohen Temperatur des Verdampfergefäßes befindet, wobei bei vielen der wenig flüchtigen Stoffe, z. B. bei metallorganischen Verbin dungen, eine zunehmende thermische Zersetzung auftritt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen bei Betrieb oder in kurzen Betriebspausen nachladbaren Sättiger zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art

- mehrere Gefäße mit Innenräumen zur Aufnahme des Pulvers nebeneinander in einem Block angeordnet sind und
- die Zuleitung für den Gasstrom und die Ableitung für den angereicherten Gasstrom von einem der Gefäße auf ein anderes Gefäß umschaltbar sind.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Pulver in jedem Gefäß, mit einer inerten Pulverkomponente (mit selbst vernachlässigbarem Dampfdruck), vorzugsweise SiO₂, gemischt, zwischen je einer porösen Gaseintrittsplatte und je einer porösen Gasaustrittsplatte eingeschlossen und über den Gaseintrittsplatten ist ein massiver scheibenförmiger Deckel mit einer Öffnung derart angeordnet, daß nur jeweils ein Gefäß von dem inerten Trägergas durchströmbar ist, wobei der Deckel über eine Bewegungsdurchführung, vorzugsweise eine Drehdurchführung, von außen derart weiterbewegbar ist, daß dann ein bisher nicht durchström tes Gefäß von dem Trägergas durchströmbar ist, während die übrigen Gefäße abgedeckt sind.

Vorzugsweise ist dabei zusätzlich auch auf der Seite der Gasaustrittsplatten eine Abdeckplatte mit einer Öffnung für das gerade durchströmte Gefäß angeordnet, die synchron mit dem Deckel auf der Seite der Gaseintrittsplatten bei Bedarf weiterbewegbar ist.

Bei einer Abwandlung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die nicht durchströmten Gefäße von dem jeweils durchströmten Gefäß und einer Gaseintrittskammer und einer Gasaustrittskammer gasdicht getrennt, wobei der Block nach Aufbrauchen eines Gefäßinhalts von außen durch Öffnen eines gasdichten Deckels mit einem neuen, frisch gefüllten Gefäß bestückbar ist.

Ferner ist es vorteilhaft, das gerade durchströmte Gefäß von den übrigen Gefäßen durch zusätzliche, thermisch gut isolierende Keramik-Wandbestandteile zu isolieren.

Beim Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es zweckmäßig, daß nur das gerade durchströmte Gefäß sich auf einer zum Verdampfen des wenig flüchtigen Stoffes ausreichenden Temperatur, vorzugsweise wenige Grad unterhalb des Schmelzpunktes des gerade verdampfenden Stoffes, befindet, während die übrigen Gefäße eine deutlich niedrigere Temperatur aufweisen. Dadurch wird eine, wenn auch nur geringfügige partielle Zersetzung des wenig flüchtigen Stoffes vermieden.

Dazu wird vorzugsweise nur das gerade durchströmte Gefäß mit seinen Außenwänden ganz unterhalb des Flüssigkeits spiegels einer Thermostatflüssigkeit angeordnet.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird die zuvor genannte Aufgabe dadurch gelöst, daß bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art der Innenraum des Gefäßes über eine verschließbare Öffnung, die in einer parallel zum Gasstrom liegenden Wandung des Gefäßes angeordnet ist, mit einem Vorratsgefäß für den wenig flüchtigen Stoff verbunden ist.

Vorzugsweise ist der Innenraum des Gefäßes außerdem über eine verschließbare Öffnung mit einem Entsorgungsgefäß für verbrauchtes Pulver verbunden.

Außerdem ist es vorteilhaft, zwischen dem Vorratsgefäß und dem Innenraum eine hinreichende thermische Isolation anzuordnen, insbesondere durch Vermeidung von gemeinsamen Wänden und/oder Verwendung von zusätzlichem isolierendem keramischem Material.

Bei Betrieb dieser anderen Ausführungsform der Erfindung befindet sich das Vorratsgefäß vorzugsweise auf einer niedrigeren Temperatur als der Innenraum, wodurch eine mögliche partielle kontinuierliche Zersetzung des Vorrats bei Betriebstemperatur ausgeschlossen wird.

Bei einer noch anderen Ausführungsform der Erfindung ist das Vorratsgefäß als Vorratssättiger ausgebildet, der über eine Gaszuleitung und eine erste seitliche Öffnung in der Wandung des Innenraums mit dem Innenraum verbunden, wobei in der Wandung des Innenraums eine zweite seitliche Öffnung vorgesehen ist, an die eine Gasableitung angeschlossen ist.

Die Wirksamkeit sämtlicher Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Sättigers wird zweckmäßigerweise kontinuierlich kontrolliert, vorzugsweise durch mindestens eines der folgenden Meßverfahren:

- Messung der Druckdifferenz über das vom Trägergas durchströmte Pulver,
- Messung des Gasstromanteils des wenig flüchtigen Stoffes bzw. der verdampfenden Pulver-Komponente über ein Leck in der Ableitung für den angereicherten Gasstrom zu einem in einem Hochvakuumbereich angeordneten Massenfilter,
- Messung des relativen Gewichtsverlusts des Gefäßes, insbesondere durch einen Druckaufnehmer bei horizontaler Anordnung des Gefäßes,
- Messung des Füllstandes, insbesondere durch Messung des Hubes beim Nachpressen des Pulvers,
- Messung der optischen Absorption eines Laserstrahls geeigneter Wellenlänge oder eines parallelen Licht bündels geeigneter Wellenlänge durch den wenig flüch tigen Stoff in der Ableitung für den angereicherten Gasstrom, wobei die Wellenlänge mit einer Absorptions linie des wenig flüchtigen Stoffes übereinstimmt und das Licht über Fenster ein- und ausgekoppelt wird,
- radioaktive Methoden, insbesondere radioaktive Markierung, z. B. mit einem C¹⁴-Anteil bei metall organischen Verbindungen als wenig flüchtigen Stoffen, oder Messung der Restradioaktivität bei wenig flüchtigen radioaktiven Stoffen, wie z. B. Th-β-diketonaten zur Herstellung von Th-haltigen CVD-Schichten.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Betriebs der beiden Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung bestehen darin, daß

- bei Nachlassen der Flußkonstanz des wenig flüchtigen Stoffes über die Öffnung zwischen dem Innenraum und dem Entsorgungsgefäß und Bewegung von Stempeln verbrauchtes Pulver nach dem Entsorgungsgefäß gedrückt wird und anschließend, bevorzugt bei wiederum geschlossener Öffnung zwischen Innenraum und Entladungsgefäß, über die Öffnung zwischen dem Innenraum und dem Vorratsgefäß unverbrauchtes Pulver in den Innenraum überführt wird,
- über eine Regelung nach Maßgabe eines Kontrollsignals die Trägergasmenge, die durch das Gefäß oder den Innenraum strömt, so nachgeregelt wird, daß das Kontrollsignal konstant bleibt, und weiterhin der über einen zusätzlichen massenflußgeregelten Umweg geführte Inertgasfluß zusammen mit dem inerten Trägergasfluß ebenfalls konstant bleibt,
- erst nach Überschreiten gewisser festgelegter Regelbereichsgrenzen eine Ersetzung/Umschaltung/Nach füllung mit unverbrauchtem Pulver vorgenommen wird,
- der bei Betrieb von Inertgas durchströmte Innenraum vorzugsweise in Betriebspausen auf niedrigeren Temperaturen als Sublimator für den wenig flüchtigen Stoff aus dem Vorratssättiger dient, so daß verdampfter Stoff bei ausreichender Überführungszeit für den frischen Stoff wieder ersetzt wird,
- bei Nachlassen der Wirksamkeit des Innenraums auf einen weiteren Innenraum umgeschaltet wird, der ebenfalls vom Vorratssättiger aus nachgefüllt wird, vorzugsweise ebenfalls vermittels eines Trägergases und Sublimation aus diesem,
- das Nachfüllen des nicht betriebenen Innenraums während des Betriebes des anderen Innenraums oder in den Gesamt betriebspausen vorgenommen wird,
- eine Regenerierung von zersetztem Stoff durch Durch leitung der entsprechenden H-Molekülrestverbindung mit einem zusätzlichen Inertgas durch diesen Stoff erfolgt, insbesondere bei Temperaturen höher als Zimmertemperatur und niedriger als der Schmelzpunkt,
- eine Regenerierung von metallorganischen Ausgangs verbindungen durch Kontakt-Durchströmung mit den entsprechenden H-organischen Verbindungen in Inertgas, insbesondere bei Metall-β-diketonat als Ausgangs verbindung mit dem entsprechenden β-Diketon erfolgt.

Die Erfindung ist bei allen zuvor erwähnten bekannten Sättigerversionen mit entsprechenden Anpassungen anwendbar, insbesondere bei der Vorrichtung nach der DE-OS 38 01 147.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in einer Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 einen Sättiger mit mehreren Gefäßen schematisch in perspektivischer Darstellung,

Fig. 2 eine Abwandlung des Sättigers nach Fig. 1 schematisch in perspektivischer Darstellung,

Fig. 3 eine Abwandlung des Sättigers nach Fig. 2 in einem Thermostaten im Querschnitt,

Fig. 4 einen Sättiger mit einem Vorratsgefäß schematisch im Schnitt und

Fig. 5 einen weiteren Sättiger mit einem Vorratsgefäß schematisch im Schnitt.

Gemäß Fig. 1 sind vier zylinderförmige Gefäße 1, 2, 3, 4 in einen massiven Block 5 eingelassen. Die Gefäße sind jeweils mit einer porösen Gaseintrittsplatte 6 und einer porösen Gasaustrittsplatte 7 versehen (schraffiert angedeutet). Zwischen den Platten befindet sich eine Pulverschüttung, die einen zu verdampfenden, wenig flüchtigen Stoff enthält (nicht dargestellt). Auf dem Block 5 befindet sich ein um eine Achse 8 drehbarer und gleichzeitig in Achsenrichtung abhebbarer Deckel 9 mit einer genau passenden kreisrunden Öffnung 10, deren Durchmesser gleich den Innendurchmessern der Zylinder 1, 2, 3, 4 ist. Über dem Deckel 9 befindet sich eine Gaseintrittskammer 11 mit einem Rohranschluß 12 als Zuleitung und einem Gaseinlaßventil 13. Unter dem Block 5 befindet sich eine Gasaustrittskammer 14 mit einem Gas austrittsrohr 15 als Ableitung mit einem Auf/Zu-Ventil 16 und gegebenenfalls eine identische Gegenplatte zum Deckel 9 auf einer Dreh- und Translationsachse 17.

Ein solcher Sättiger läßt sich treffend als Revolver sättiger bezeichnen.

Sinkt der Massenfluß des zu verdampfenden Stoffes während des Betriebs ab, was z. B. mit einem Massenfilter über ein Leckventil an der Ableitung 15 für den angereicherten Gasstrom feststellbar ist, so wird durch die Dreh- und Schiebeeinrichtung 8, 17 erst der Deckel 9 abgehoben und dann die Öffnung 10 in die Position des nächsten Gefäßes 2, 3 usw. gedreht. Eine Fixierung des Deckels erfolgt gegebenenfalls über einen Nocken und eine Einrasteinrichtung. Das Trägergas kann beim Drehvorgang weiterströmen, wobei die Massenflüsse des zu verdampfenden Stoffes und des Trägergases in der kurzen Weiterschalt phase in etwa konstant bleiben. Natürlich kann die Anzahl der Gefäße auch 2, 3, 5 oder größer als 5 sein. Die gesamte nach außen dichte Vorrichtung befindet sich in der Regel in einem thermostatisierten Flüssigkeitsbad (nicht dargestellt), das vorzugsweise auf eine Temperatur kurz unterhalb (z. B. 5° unterhalb) des Schmelzpunktes des zu verdampfenden Stoffes eingestellt ist.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Sättiger sind die Trägergas-Eintrittskammer 11 und die Gasaustrittskammer 14 nur mit dem gerade durchströmten Gefäß verbunden, jedoch von den übrigen Gefäßen, den Vorratsgefäßen, gasdicht getrennt. Nach Aufbrauchen des Inhalts der Gefäße wird der Block 5 von außen mit neu gefüllten Gefäßen gefüllt und anschließend mit einzelnen Deckeln 18 dicht verschlossen. Dazu wird die gesamte Vorrichtung etwas über den Flüssig keitsspiegel der Thermostatflüssigkeit angehoben. Die Drehung und die Verschiebung erfolgen durch einen Motor oder per Hand.

Die übrigen Bezugszeichen in Fig. 2 haben dieselbe Bedeutung wie in Fig. 1. Dies gilt sinngemäß auch für die weiteren Figuren.

Fig. 3 zeigt eine Abwandlung des Sättigers nach Fig. 2 im Querschnitt in einem Thermostaten. Wesentlich ist dabei, daß nur jeweils das sich gerade in Betrieb befindliche Gefäß, hier 1, völlig in die Thermostatflüssigkeit 19 ein getaucht ist, während sich die übrigen Gefäße, hier 3, auf niedrigerer Temperatur befinden und so dort eine konti nuierliche partielle Zersetzung des wenig flüchtigen, z. B. organometallischen Stoffes vermieden wird. Die ein zelnen Gefäße sind im Block selbst durch zusätzliche, hier nicht dargestellte Keramikzwischenwände (im Bereich 5.1) gegeneinander thermisch isoliert. Einlaß- und Auslaß ventile 13 und 16 sind z. B. von außen gesteuerte temperaturfeste elektropneumatische Ventile.

Die über einen Motor 20 angetriebene Achse 8, die mit dem Blockbereich 5.1 und den Gefäßen fest verbunden ist, dient bei Nachlassen der Wirksamkeit des gerade betriebenen Gefäßes zum Weiterdrehen z. B. von 1 auf 2 mit noch unbe nutztem Material. Das Außengehäuse 21 mit Trägergas einlaß 12 und Gasauslaß 15 bleibt dabei ortsfest. Fakulta tiv kann die obere Zylinderposition über einen abnehmbaren Blindflansch 22 durch ein neu gefülltes Gefäß ersetzt werden.

Bei einer weiteren Variante hat jedes der Gefäße je einen getrennten Gaseinlaß und Gasauslaß mit je einem Absperr ventil und kann extern von außen zu- oder abgeschaltet werden.

Fig. 4 zeigt einen Sättiger, der vereinfacht als Drei-Kammer- oder Kolben-Sättiger zu bezeichnen ist. Der eigentliche Sättiger besteht aus einem Innenraum 23 mit einer dicken porösen Gaseintrittsplatte 6 und einer dünnen porösen Gasaustrittsplatte 7 (erste Kammer = Sättiger kammer). Beim Betrieb des Sättigers befinden sich vorne abgerundete Kolben 24 und 25 in den Positionen β₁ bzw. β₂ und verschließen zum Innenraum 23 führende Öffnungen 26 und 27. Wird an Hand eines Massenfiltersignals oder einer Änderung des Sättiger-Vordrucks eine Abnahme der Wirksamkeit und damit des Massenflusses festgestellt, so wird der Kolben 25 auf die Position γ zurückgezogen und der Innenraum 23 wird über die Öffnung 27 in ein Entsorgungsgefäß 28 für verbrauchtes Pulver (zweite Kammer = Entsorgungskammer) teilweise entleert. Dann wird der Kolben 25 wieder in die Position β₂ gebracht. Anschließend wird der Kolben 24 auf die Position α zurückgezogen und es rieselt unverbrauchtes Pulver aus einem Vorratsgefäß 29 (dritte Kammer = Vorratskammer) über die Öffnung 26 in den Innenraum 23 nach, bis dieser fast gefüllt ist. Dann wird der Kolben 24 wieder in die Position β₁ gebracht und das Pulver wird etwas gepreßt. Dieser Vorgang, der bis zur Erschöpfung des Vorrats in der Vorratskammer 29 wiederholt werden kann, verlängert die nutzbare Betriebsdauer des Sättigers etwa um das Verhältnis der Füllvolumina V_a : V_b ≈ 5 bis 20, wobei V_a das Füllvolumen der Vorrats kammer und V_b das Füllvolumen des Sättigerkammer bedeuten. Die ganze Anordnung befindet sich in einem thermostatisierten Flüssigkeitsbad (Thermostatflüssig keit 19 mit Flüssigkeitsoberfläche 30), gegen das sie vakuumdicht abgeschlossen ist. Gaseintrittskammer 11 und Gasaustrittskammer 14 sind mit von außerhalb des Flüssigkeitsbades bedienbaren oder angesteuerten Auf/Zu-Ventilen versehen (Gaseinlaßventil 13 und Gasauslaßventil 16). Ein ringförmiger Deckel 31 auf der Vorratskammer 29 und eine ringförmige Bodenplatte 32 der Entsorgungskammer 28 werden zum Neufüllen der Vorratskammer bzw. zum Entleeren der Entsorgungskammer abgenommen, und zwar außerhalb des Bades und nach vorheriger Säuberung und Trocknung der Außenflächen.

Bei einer vorteilhaften Variante des Drei-Kammer-Sättigers nach Fig. 4 befindet sich der Vorratsbereich, d. h. die Vorratskammer 29, auf einer niedrigeren Temperatur als der eigentliche Sättigerbereich, d. h. der Innenraum 23 (Sättigerkammer). Dies wird dadurch erreicht, daß nur der eigentliche Sättigerbereich (6, 23, 7) und die Entsorgungskammer 28 mit dem verbrauchten Material unterhalb der Flüssigkeitsoberfläche 33 der Thermostat flüssigkeit 19 angeordnet sind, während die Wände der Vorratskammer 29 Außenluftkontakt haben.

Zur Verringerung der Wärmeleitfähigkeit zwischen der Vorratskammer 29 und dem Innenraum 23 ist zwischen der Vorratskammer und der Wand des Innenraums ein keilförmiger Spalt ausgebildet. Weiterhin besteht die Hauptmasse des Kolbens 24 aus gut thermisch isolierendem keramischem Material in einer dünnen Metallhülse.

Fig. 5 zeigt eine Abänderung der Anordnung nach Fig. 4, die in den Betriebspausen zwischen einzelnen kürzeren Beschichtungen neu beschickt werden kann, und zwar indem der Sättiger im kalten Zustand (bzw. bei deutlich niedrigerer Temperatur als der des Vorratsgefäßes) als Sublimator oder Kondensor für den wenig flüchtigen Stoff dient. Dazu wird der wenig flüchtige Stoff aus einem großen Vorratssättiger 34 bei höherer Temperatur bzw. bei Betriebstemperatur mit einem Trägergas, dessen Fluß mit einem Massenflußregler 35 regelbar ist, über zwei seitliche verschließbare Öffnungen 26 und 27, die über zwei dünne poröse Platten 36 und 37 zum Innenraum 23 hin abgetrennt sind, in den Innenraum 23 geleitet und in der im Innenraum 23 verbliebenen Schüttung, z. B. aus Quarzpulver als Inertkomponente, wieder abgeschieden. Bei diesem Betriebszustand bzw. Nachfüllvorgang sind die (Auf/Zu)-Ventile 38, 39, 40 und 41 offen, während die Ventile 13 und 16 geschlossen sind. Bei Betrieb des Sättigers hingegen sind die Ventile 38 bis 41 geschlossen und die Ventile 13 und 16 offen. Das hat den Vorteil, daß der eigentliche Sättiger nicht aus der CVD-Anlage ausgebaut zu werden braucht und der Vorratssättiger unabhängig vom Betrieb nachgefüllt werden kann. Ein Nachteil ist dabei ein zusätzlicher Verbrauch von Träger gas (z. B. N₂ oder Ar), was jedoch durch die immensen Vorteile eines hohen Bedienungskomforts und einer sinnvollen Nutzung z. B. der nächtlichen Beschichtungs pausen aufgewogen wird.

Außerdem kann das Trägergas ohne zusätzlichen Gasverbrauch nach Sublimation oder Kondensieren des Dampfes im gegebe nenfalls unterkühlten Innenraum 23 vom Ventil 40 über ein Gebläse und/oder einen Kompressor (nicht dargestellt) zum Massenflußregler 35 zurückgeführt werden, wobei es vorteilhaft ist, die Rückführungsleitungen (nicht darge stellt) auf einer deutlich über der Temperatur des Innen raums 23 liegenden Temperatur zu halten.

Die Beschickung muß nicht bei Unterdruck erfolgen, sondern kann z. B. auch bei Drucken von 10⁵ Pa durchgeführt werden, was geringe Strömungsgeschwindigkeiten und eine Erhöhung der Wirksamkeit bedeutet und auch für eine gute Sublimation sorgt.

Bei einer weiteren vorteilhaften Variante z. B. der Vorrichtung nach Fig. 2 wird das verbrauchte Pulver in mindestens einem der nicht benutzten Gefäße regeneriert, und zwar durch Einleiten von Inertgas mit z. B. dem β-Diketon, das zu dem entsprechenden Metall-β-diketonat gehört, über einen zweiten Gaseinlaß und Weiterführung über einen zusätzlichen Gasauslaß, wobei die Regenerierung auch, z. B. bei ausreichender Gefäßtrennung, auch bei Atmophärendruck und im permanenten Umlauf des Gases, verbunden mit β-Diketon-Zugaben, erfolgen kann.

Diese Regenerierung kann auch bei intermittierendem Sättigerbetrieb mit dem betriebenen Verdampfer in den Betriebspausen erfolgen, währenddessen er auf Umweg (bezogen auf den CVD-Reaktor) geschaltet ist.

Weiterhin kann bei allen Ausführungsformen der Erfindung zusätzlich am Verdampfer eine Ultraschallquelle angeschlossen werden, die für eine bessere anhaltende Wirksamkeit des gerade betriebenen Sättigers sorgt.

Claims

1. Beheizbare Vorrichtung zum Erzeugen eines mit dem Dampf mindestens eines wenig flüchtigen, in Pulverform vorliegenden Stoffes angereicherten, aus mindestens einem Inertgas bestehenden Gasstroms,

dadurch gekennzeichnet, daß

- mehrere Gefäße (1, 2, 3, 4) mit Innenräumen zur Aufnahme des Pulvers nebeneinander in einem Block (5) angeordnet sind und
- die Zuleitung (12) für den Gasstrom und die Ableitung (15) für den angereicherten Gasstrom von einem der Gefäße auf ein anderes Gefäß umschaltbar sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver in jedem Gefäß (1, 2, 3, 4), mit einer inerten Pulverkomponente gemischt, zwischen je einer porösen Gaseintrittsplatte (6) und je einer porösen Gasaustrittsplatte (7) eingeschlossen ist und über den Gaseintrittsplatten (6) ein massiver scheibenförmiger Deckel (9) mit einer Öffnung (10) derart angeordnet ist, daß nur jeweils ein Gefäß von dem inerten Trägergas durchströmbar ist, wobei der Deckel über eine Bewegungsdurchführung (8) von außen derart weiterbewegbar ist, daß dann ein bisher nicht durchströmtes Gefäß von dem Trägergas durchströmbar ist, während die übrigen Gefäße abgedeckt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich auch auf der Seite der Gasaustrittsplatten (7) eine Abdeckplatte mit einer Öffnung für das gerade durchströmte Gefäß angeordnet ist, die synchron mit dem Deckel (9) auf der Seite der Gaseintrittsplatten (6) bei Bedarf weiterbewegbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht durchströmten Gefäße von dem jeweils durchströmten Gefäß und einer Gaseintrittskammer (11) und einer Gasaustrittskammer (14) gasdicht getrennt sind und der Block (5) nach Aufbrauchen eines Gefäßinhalts von außen durch Öffnen eines gasdichten Deckels (18) mit einem neuen, frisch gefüllten Gefäß bestückbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das gerade durchströmte Gefäß von den übrigen Gefäßen durch zusätzliche, thermisch gut isolierende Keramik-Wandbestandteile isoliert ist.

6. Verfahren zur Erzeugen eines mit dem Dampf mindestens eines wenig flüchtigen, in Pulverform vorliegenden Stoffes angereicherten, aus mindestens einem Inertgas bestehenden Gasstroms mit der Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß nur das gerade durchströmte Gefäß sich auf einer zum Verdampfen des wenig flüchtigen Stoffes ausreichenden Temperatur befindet, während die übrigen Gefäße eine niedrigere Temperatur aufweisen.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß nur das gerade durchströmte Gefäß mit seinen Außenwänden ganz unterhalb des Flüssigkeitsspiegels einer Thermostatflüssigkeit angeordnet wird.

8. Beheizbare Vorrichtung zum Erzeugen eines mit dem Dampf mindestens eines wenig flüchtigen, in Pulverform vorliegenden Stoffes angereicherten, aus mindestens einem Inertgas bestehenden Gasstroms,

dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum (23) des Gefäßes über eine verschließbare Öffnung (26), die in einer parallel zum Gasstrom liegenden Wandung des Gefäßes angeordnet ist, mit einem Vorratsgefäß (29) für den wenig flüchtigen Stoff verbunden ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum (23) des Gefäßes außerdem über eine verschließbare Öffnung (27) mit einem Entsorgungsgefäß (28) für verbrauchtes Pulver verbunden ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Vorratsgefäß (29) und dem Innenraum (23) eine hinreichende thermische Isolation angeordnet ist, insbesondere durch Vermeidung von gemeinsamen Wänden und/oder Verwendung von zusätz lichem isolierendem keramischem Material.

11. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorratsgefäß als Vorratssättiger (34) ausgebildet ist, der über eine Gaszuleitung und die seitliche Öffnung (26) mit dem Innenraum (23) verbunden ist, und daß in der Wandung des Innenraums eine zweite seitliche Öffnung (27) vorgesehen ist, an die eine Gasableitung angeschlossen ist.

12. Verfahren zum Erzeugen eines mit dem Dampf mindestens eines wenig flüchtigen, in Pulverform vorlie genden Stoffes angereicherten, aus mindestens einem Inertgas bestehenden Gasstroms mit der Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorratsgefäß sich auf einer niedrigeren Temperatur als der Innenraum befindet.

13. Verfahren zum Erzeugen eines mit dem Dampf mindestens eines wenig flüchtigen, in Pulverform vorlie genden Stoffes angereicherten, aus mindestens einem Inertgas bestehenden Gasstroms mit der Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4 oder 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirksamkeit des gerade durchströmten Gefäßes oder des Innenraums kontinuierlich kontrolliert wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirksamkeit des gerade durchströmten Gefäßes oder des Innenraums durch mindestens eines der folgenden Meßverfahren kontinuierlich kontrolliert wird:

- Messung der Druckdifferenz über die vom Trägergas durchströmte Pulver,
- Messung des Gasstromanteils des wenig flüchtigen Stoffes bzw. der verdampfenden Pulver-Komponente über ein Leck in der Ableitung für den angereicherten Gasstrom zu einem in einem Hochvakuumbereich angeordneten Massenfilter,
- Messung des relativen Gewichtsverlusts des Gefäßes, insbesondere durch einen Druckaufnahmer bei horizontaler Anordnung des Gefäßes,
- Messung des Füllstandes, insbesondere durch Messung des Hubes beim Nachpressen des Pulvers,
- Messung der optischen Absorption eines Laserstrahls geeigneter Wellenlänge oder eines parallelen Licht bündels geeigneter Wellenlänge in der Ableitung für den angereicherten Gasstrom, wobei die Wellenlänge mit einer Absorptionslinie des wenig flüchtigen Stoffes überein stimmt und das Licht über Fenster ein- und ausgekoppelt wird,
- radioaktive Methoden, insbesondere radioaktive Markierung, z. B. mit einem C¹⁴-Anteil bei metall organischen Verbindungen als wenig flüchtigen Stoffen, oder Messung der Restradioaktivität bei wenig flüchtigen radioaktiven Stoffen wie z. B. Th-β-diketonaten zur Herstellung von Th-haltigen CVD-Schichten.

15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß bei Nachlassen der Fluß konstanz des wenig flüchtigen Stoffes über die Öffnung (23) und Bewegung von Stempeln (20, 21) verbrauchtes Pulver nach dem Entsorgungsgefäß (24) gedrückt wird und anschließend, bevorzugt bei wiederum geschlossener Öffnung (23), über die Öffnung (22) unverbrauchtes Pulver in den Innenraum (19) überführt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 13, 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß über eine Regelung nach Maßgabe eines Kontrollsignals die Trägergasmenge, die durch das Gefäß oder den Innenraum strömt, so nachgeregelt wird, daß das Kontrollsignal konstant bleibt, und weiterhin der über einen zusätzlichen massenflußgeregelten Umweg geführte Inertgasfluß zusammen mit dem inerten Trägergasfluß ebenfalls konstant bleibt.

17. Verfahren nach Anspruch 13, 14, 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß erst nach Überschreiten gewisser festgelegter Regelbereichsgrenzen eine Ersetzung/Umschaltung/Nachfüllung mit unverbrauchtem Pulver vorgenommen wird.

18. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14 unter Anwendung der Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der bei Betrieb von Inertgas durchströmte Innenraum vorzugsweise in Betriebspausen auf niedrigeren Temperaturen als Sublimator für den wenig flüchtigen Stoff aus dem Vorratssättiger dient.

19. Verfahren nach Anspruch 13, 14 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß bei Nachlassen der Wirksamkeit des Innenraums auf einen weiteren Innenraum umgeschaltet wird, der ebenfalls vom Vorratssättiger aus nachgefüllt wird, vorzugsweise ebenfalls vermittels eines Trägergases und Sublimation aus diesem.

20. Verfahren nach Anspruch 13, 14, 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Nachfüllen des nicht betriebenen Innenraums während des Betriebes des anderen Innenraums oder in den Gesamtbetriebspausen vorgenommen wird.

21. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine Regenerierung von zersetztem Stoff durch Durchleitung der entsprechenden H-Molekülrestverbindung mit einem zusätzlichen Inertgas durch diesen Stoff erfolgt, insbesondere bei Temperaturen höher als Zimmertemperatur und niedriger als der Schmelzpunkt.

22. Verfahren nach Anspruch 13, 14 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß eine Regenerierung von metallorganischen Ausgangsverbindungen durch Kontakt- Durchströmung mit den entsprechenden H-organischen Verbindungen in Inertgas, insbesondere bei Metall-β diketonat als Ausgangsverbindung mit dem entsprechenden β-Diketon erfolgt.