EP2425035A1 - Verfahren und vorrichtung zur hochratenbeschichtung durch hochdruckverdampfen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur hochratenbeschichtung durch hochdruckverdampfen

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EP2425035A1
EP2425035A1 EP10716336A EP10716336A EP2425035A1 EP 2425035 A1 EP2425035 A1 EP 2425035A1 EP 10716336 A EP10716336 A EP 10716336A EP 10716336 A EP10716336 A EP 10716336A EP 2425035 A1 EP2425035 A1 EP 2425035A1
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EP
European Patent Office
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coating
substrate
vapor
evaporator
evaporator source
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP10716336A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Werner Prusseit
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Theva Dunnschichttechnik GmbH
Original Assignee
Theva Dunnschichttechnik GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Theva Dunnschichttechnik GmbH filed Critical Theva Dunnschichttechnik GmbH
Publication of EP2425035A1 publication Critical patent/EP2425035A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/24—Vacuum evaporation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/14—Metallic material, boron or silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/448—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for generating reactive gas streams, e.g. by evaporation or sublimation of precursor materials
    • C23C16/4485—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for generating reactive gas streams, e.g. by evaporation or sublimation of precursor materials by evaporation without using carrier gas in contact with the source material

Definitions

  • the invention encompasses a process for the continuous or pulsed high rate coating of substrates and describes exemplary devices how this process can be implemented.
  • the process represents a form of vacuum deposition which allows very high deposition rates with high layer thickness homogeneity and material yield.
  • coating materials have high chemical reactivity, which allows them to react with atmospheric constituents such as oxygen and water so that they can only be deposited under suitable high vacuum conditions to prevent at least partial oxidation.
  • These materials generally include the elements of the first three main groups of the periodic table, of which aluminum and magnesium are of particularly high technical importance.
  • transition metals of the subgroups or rare earths have a very high affinity for oxygen and have a very high reduction potential in atomic form.
  • inorganic and organic chemical compounds that chemically react and change on contact with oxygen, water vapor or other oxygen-containing agents.
  • the coating material is so strongly heated by energy input that it passes into the vapor phase. According to the state of the art, the heating can take place, for example, by thermal contact with a heated crucible, direct current flow, radiation, induction or an electron beam or arc.
  • the vapor spreads in a high vacuum ( ⁇ 10 "3 Pa) ballistic, since it hardly comes to collision processes with the residual gas due to the large free path.
  • the effective coating rate R at the substrate is inversely proportional to the square of the distance d to the source, ie R oc d ⁇ 2 .
  • the flow is already in the Knudsen flow region and, due to the velocity distribution directed into the upper half-space and the collisions of the vapor molecules, a jet effect occurs the vapor distribution additionally bundles, so that n> 4 is observed.
  • the angular distribution and the requirement for layer thickness homogeneity within a tolerable fluctuation range define the usable angle range. Together with the substrate size, this is followed by the minimum distance that must be maintained between source and substrate. Any material which evaporates into the unacceptable angular range is lost to the coating, reduces the yield and represents an undesirable contamination. The requirement for homogeneity thus runs counter to the high deposition rate and material yield.
  • Coating material which is not initially directed to the substrate surface, backscattered back into the coating area and thus the loss rate is kept low.
  • the space in front of the substrate is designed so that a high vapor pressure can build up, so that the mean free path becomes significantly smaller than the geometric dimensions of the coating chamber and intensive scattering leads to the homogenization of the directional distribution in the vapor.
  • vapor pressures of> 10 Pa and thus average free path lengths in the millimeter range are typically sought. This can be achieved at least briefly by pulsed evaporation of a desired amount of material.
  • the published patent application DE 1 621 271 relates to a process for surface metallization of a body by condensation of a metal vaporized in a vacuum.
  • the invention relates to a process for producing a vapor from a coating metal, the vapor being free of particles trapped in the coating metal.
  • US 4 022 928 discloses coating a surface with a perfluoropolyether compound. This prevents that vaporous material can settle on these surfaces in a vacuum.
  • the perfluoropolyether protective layer may be applied by evaporation, spraying or spin coating in vacuum or atmospheric conditions, or may be applied by a fluid or a thixotropic paste by means of, for example, a printing process.
  • EP 0 795 890 A2 discloses a sputtering device for reactive coatings of substrates, wherein the electrical power supplied to the sputtering electrode oscillates between two values.
  • the two power values are chosen such that, with the same reactive gas flow, the target of the sputtering electrode is in the metallic mode at the first power value, while it is in oxidic mode at the second power value.
  • DE 101 53 760 A1 relates to a process for the production of UV-absorbing transparent abrasion protective layers by vacuum coating, in which simultaneously or immediately successively at least one inorganic compound which forms layers with high abrasion resistance and an inorganic compound which forms layers with high UV Absorption, which are each deposited by reactive or partially reactive plasma-enhanced high-rate vapor deposition on a substrate.
  • this is achieved in that the coating takes place within a kind of pressure chamber in the high vacuum chamber.
  • the volume within this pressure chamber defines the coating space.
  • the apparatus for high rate evaporation in a high vacuum comprises a substantially closed coating space, which is fed by at least one evaporator source with the vapor of a coating material.
  • the coating space is at least one side through the to be coated - 4 -
  • the term "substantially closed” in this context therefore means that the total cross section of all openings of the coating chamber through which the steam escapes can amount to less than 10% of the coating surface of the substrate and all surfaces which are not to be coated must be made such in that the vapor can not condense on them and is scattered back into the coating space.
  • a steam generator which transfers the coating material from the solid or liquid state into the coating space
  • Possibilities for evaporation are well known in the art, eg heating by radiation, current flow, electric arc, electron beam or electromagnetic alternating fields
  • the heated walls constitute a hot half space in front of the substrate, whose radiation represents an additional heat input to the substrate. Therefore, it must be estimated in each case whether this heat input is tolerable or, if necessary, has to be dissipated via an active substrate cooling.
  • the more expedient and elegant solution to the problem is an anti-stick coating which prevents the condensation or adhesion of the coating material even at low temperatures.
  • Such anti-adhesion coatings are known, for example, from US Pat. No. 4,022,928.
  • PFPE long-chain perfluoropolyethers
  • the vapor pressure should be below 10 Pa.
  • all anti-adhesive coated surfaces are actively cooled.
  • the coating material condenses substantially only on the substrate surface, which is the only sink of material in the coating space without contaminating the walls. This ensures a very high material yield and low contamination of surrounding parts.
  • the loss of material corresponds to the area ratio of parasitically coated parts and openings to the substrate surface.
  • the dynamic vapor pressure profile in the coating chamber can be calculated classically as with any gas flow by material inflow (source) and outflow (condensation on the substrate).
  • the upper limit of the pressure in the coating room is given by the vapor pressure at the source temperature. This can easily be in the range of 10 - 100 Pa.
  • the condensation rate on the substrate naturally also depends on its temperature. Typically, the substrate is significantly colder than the evaporator source. As the rate of condensation increases exponentially with the temperature differential, the substrate is a very effective sink of material and, in effect, sucks the material out of the coating space like a sponge.
  • a vapor pressure level> 10 Pa can be maintained within the coating space for at least a short time, which is several orders of magnitude higher than that of the surrounding vacuum and enables extremely high vapor condensation rates> 100 nm / s on the substrate.
  • the entire amount of material required for the coating is vaporized.
  • These are particularly suitable, for example, arc discharges, electromagnetic high-frequency or laser pulses, or a modulated electron beam.
  • the coating material must be tracked in this case again and again. If the material source consists of a continuously operating effusion cell, it can be periodically opened and closed by a cover in order to realize timed operation. However, in this case, similar measures (heating, anti-stick coating) as in the chamber walls must be taken to prevent evaporation of the lid.
  • the method is a real high-vacuum coating, because the residual gas pressure in the system is less than 10 "3 Pa 1 Be Anlagenung ⁇ raum is filled during the coating phase with a relatively dense cloud of steam. Because of the frequent collisions of the vapor molecules with each other and with the walls, the original direction information is at Emission from the source is lost very rapidly and there is a largely isotropic directional distribution in the vapor, the layer thickness variations across the substrate surface are correspondingly lower, and within the coating space, diaphragms or screens can be used to guide the vapor and / or protect the substrate and / or For example, a screen can be used to prevent material on the direct line of sight from the source to the substrate (see Fig.
  • FIG. 1 Schematic structure of the arrangement for high-pressure evaporation
  • Fig. 2 high-pressure evaporator with shielding to hide the direct
  • Fig. 1 shows a schematic diagram of the high-pressure evaporator.
  • the coating space (1) is bounded by walls (2) and at least on one side by the substrate (4) to be coated.
  • This arrangement can be located within a high vacuum chamber which can be pumped down to a suitable background pressure ⁇ 10 -3 Pa by suitable pumps so that there are only traces of oxygen or water vapor in the chamber prior to coating
  • Connected to this is at least one evaporation source (3) which converts the coating material into the vapor phase All surfaces which are not to be coated must have a very low adhesion coefficient for the vapor.
  • the condensation can be prevented by tempering these surfaces so that the vapor pressure is higher there than in the coating space.
  • magnesium is to be deposited as a metal on a semiconductor substrate as an electrically conductive contacting layer.
  • the walls of the coating chamber (2) are held by means of heating elements (5) at a temperature above 550 0 C, while the temperature of the substrate does not rise above 250 0 C during the process.
  • the magnesium vapor separates virtually quantitatively on the substrate surface.
  • the walls are not coated.
  • most of the technically interesting metals such as aluminum, chromium, copper or precious metals have a vapor pressure> 10 Pa only at temperatures above 1000 ° C. In these cases, heating the walls is impractical. It is therefore advisable to reduce the coefficient of adhesion by an anti-adhesion coating. Suitable coatings exist - 9 -
  • the wall temperature control (5) can therefore also be cooling elements, e.g. act water-carrying lines.
  • the wall material (2) should in this case consist of a material that conducts the heat well. Preference is given to materials having a heat conduction coefficient ⁇ > 80 W / (m-K), such as aluminum, copper and alloys of these metals.
  • Apertures may be in any geometric shapes, e.g. be designed as perforated plates. Since they are not to be coated, they are like the chamber wall depending on the litigation with a heater or with an anti-adhesive layer and a cooling (not shown) provided.
  • the evaporation sources should preferably be located within the coating space or be connected directly to the coating space. In order to ensure long-term operation, these evaporators must either have a large volume of material, or be charged from the outside. Some preferred configurations are described below by way of example. 3 shows a commercially available, heated effusion cell with a limited material volume (7), which is flanged directly onto the coating space. It is kept at high temperature and releases the material with high vapor pressure. In order to realize a pulsed operation, the hot effusion cell (7) can be opened and closed with a cover (8). In order to avoid the coating of the lid, this must be kept as the chamber walls or umbrellas at high temperature or provided with an anti-adhesive layer. - 1 0 -
  • an arc evaporator (9), the electrodes of which can be tracked.
  • the coating material is introduced in the form of two wires or rods (10) through sockets in the chamber wall into the coating space, which are brought together close to a narrow slit.
  • a flashover is ignited at the base of which electrode material evaporates and thus generates a conductive gas channel. This allows a high current flow between the electrodes and the resulting arc ensures a uniform evaporation of the electrode material.
  • the electrodes (10) are tracked until the desired amount of material has been evaporated and the arc is extinguished, for example by interrupting the power supply or increasing the distance between the electrodes.
  • the material is selectively heated by the current flow at the tip of the electrodes and evaporated very efficiently.
  • FIG. Another exemplary arrangement is shown in FIG.
  • the coating material (11) is supplied through a bush in the wall of the coating room.
  • a power-controlled, high-energy laser or electron beam (12) is used, which is generated outside the coating space and is directed onto the coating material through the smallest possible opening in the chamber wall. In this arrangement too, pulsed operation is possible by modulating the beam power.
  • Another embodiment of the invention is an apparatus for high rate vapor deposition comprising a substantially closed coating space fed by at least one evaporator source with the vapor of a coating material, characterized in that a) the coating space is bounded at least on one side by the substrate b) the total cross section of all openings of the coating space is less than 10% of the coating area of the substrate, c) all surfaces which are not to be coated are such that the vapor on them can not condense d) and the effective condensation rate on the substrate > 10 ⁇ m / s device according to Example 1, characterized in that all surfaces on which the condensation of the steam is to be prevented, either suitably tempered or provided with an anti-stick coating device according to one of Examples 1 to 2, characterized in that the anti-adhesion coating consists of a perfluoropolyether whose vapor pressure at room temperature below 10 "5 Pa device according to one of Examples 1 to 3, characterized in that the provided with the anti-adhesive layer surfaces are actively cooled device according to one of Examples
  • Seconds preferably in less than ten seconds, for the - 1 2 -
  • Coating necessary amount of material is evaporated, so that a short-cycle operation is made possible.
  • Device according to one of Examples 1 to 7, characterized in that the evaporator contains a refillable material supply, which is evaporated by means of a power-controlled laser or electron beam.
  • a method for Hochratenampfampfung in a high vacuum characterized in that a) the coating takes place within a substantially closed coating space, which by at least one

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Abstract

Die Erfindung beschreibt ein Vakuumbeschichtungsverfahren mit sehr hohen Abscheideraten bei hoher Schichtdickenhomogenität und Materialausbeute sowie Vorrichtungen zur Durchführung der Beschichtung. Um den beim klassischen Vakuumverdampfen bestehenden Widerspruch zwischen Schichtdickenhomogenität einerseits und Materialausbeute und Beschichtungsrate andererseits zu lösen, bildet das Substrat die Begrenzung eines im wesentlichen geschlossenen Beschichtungsraums, der von einer Verdampfungsquelle gespeist wird. Die Wände diese Beschichtungsraums, sowie alle Flächen, die nicht beschichtet werden sollen werden entweder temperiert oder mit einer Anti-Haftschicht versehen, so dass der Dampf darauf nicht kondensieren kann und in den Beschichtungsraum zurück gestreut wird. Dadurch baut sich ein sehr hoher Dampfdruck im Beschichtungsraum auf, der zu einer sehr hohen Kondensationsrate auf dem Substrat und zu einer Homogenisierung der Schichtdicke führt. Da das Substrat die einzige Fläche ist, auf der der Dampf kondensieren kann, geht kaum Material verloren und die Ausbeute ist extrem hoch. Durch gepulsten Betrieb der Verdampferquelle lässt sich eine Kurztaktbeschichtung realisieren.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur Hochratenbeschichtung durch Hochdruckverdampfen
1. Technisches Gebiet und Problemstellung
Die Erfindung umfasst ein Verfahren zur kontinuierlichen oder gepulsten Hochratenbeschichtung von Substraten und beschreibt beispielhafte Vorrichtungen, wie dieses Verfahren umgesetzt werden kann. Das Verfahren stellt eine Form der Vakuumbedampfung dar, die sehr hohe Abscheideraten bei hoher Schichtdickenhomogenität und Materialausbeute erlaubt.
Viele Beschichtungsmaterialien weisen eine hohe chemische Reaktivität auf, die sie mit Atmosphärenbestandteilen wie Sauerstoff und Wasser reagieren lässt, so dass sie nur unter geeigneten Hochvakuumbedingungen abgeschieden werden können, um eine zumindest partielle Oxidation zu verhindern. Zu diesen Materialien zählen generell die Elemente der ersten drei Hauptgruppen des Periodensystems, von denen Aluminimum und Magnesium besonders hohe technische Bedeutung zukommt. Aber auch viele Übergangsmetalle der Nebengruppen oder seltenen Erden weisen eine sehr hohe Affinität zu Sauerstoff auf und haben in atomarer Form ein sehr hohes Reduktionspotenzial. Über die reinen Elemente hinaus, gibt es zudem eine unüberschaubare Vielzahl anorganischer und organischer chemischer Verbindungen, die bei Kontakt mit Sauerstoff, Wasserdampf oder anderen sauerstoffhaltigen Agenzien chemisch reagieren und verändert werden. Auf Grund dieser hohen Reaktivität scheiden viele gängige Hochraten- Beschichtungsverfahren wie die Spraypyrolyse, chemische Gasphasen- abscheidung (CVD) oder SoI-GeI Prozesse für die Beschichtung aus. Sputtertechniken (Katodenzerstäubung) sind zumindest für viele Metalle verfügbar, arbeiten jedoch mit einem hochreaktiven Prozessgasplasma, in dem selbst Spuren von Sauerstoff mit dem Beschichtungsmaterial reagieren. Aus diesem Grund ist auch beim Sputtern nur ein geringer Restgasdruck (<10~5 Pa) zulässig und es müssen sehr reine Prozessgase verwendet werden Zudem kommt es durch das Plasma unmittelbar vor der zu beschichtenden Oberflache zu einem hohen Wärmeeintrag ins Substrat, der in vielen Fällen unerwünscht ist. Der extreme Hochratenbereich > 100 nm/s ist selbst bei Metallen mit Sputtern nicht zugänglich.
Eine hervorragende Alternative stellt deshalb in vielen Fällen das Hochratenverdampfen im Hochvakuum dar. Dabei wird das Beschichtungsmaterial durch Energieeintrag so stark aufgeheizt, dass es in die Dampfphase übergeht. Gemäß dem Stand der Technik kann das Erhitzen beispielsweise durch thermischen Kontakt mit einem beheizten Tiegel, direkten Stromfluss, Strahlung, Induktion oder einen Elektronenstrahl oder Lichtbogen erfolgen. Der Dampf breitet sich im Hochvakuum (< 10"3 Pa) ballistisch aus, da es aufgrund der großen freien Weglänge kaum zu Stoßprozessen mit dem Restgas kommt.
Mit dem Vakuumverdampfen können sehr hohe Abscheideraten am Substrat erreicht werden und selbst große Flächen lassen sich bei entsprechendem Abstand zur Quelle homogen beschichten. Bei ballistischer Dampfausbreitung verhält sich die effektive Beschichtungsrate R am Substrat umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstandes d zur Quelle, d.h. R oc d ~2. Die Raten- und Schichtdickenverteilung auf dem Substrat folgt damit rein geometrischen Gesetzmäßigkeiten und wird üblicherweise durch ein cosnφ - Gesetz beschrieben. Bei niedrigen Raten und im Falle einer planen Substrat- und Quellenfläche ist n = 4. Bei hohen Raten befindet man sich bereits im Bereich der Knudsenströmung und es kommt aufgrund der in den oberen Halbraum gerichteten Geschwindigkeitsverteilung und von Stößen der Dampfmoleküle untereinander zu einem Jeteffekt, der die Dampfverteilung zusätzlich bündelt, so dass n > 4 beobachtet wird. Die Winkelverteilung und die Forderung nach Schichtdickenhomogenität innerhalb einer tolerierbaren Schwankungsbreite, legen den nutzbaren Winkelbereich fest. Zusammen mit der Substratgröße folgt damit der Mindestabstand, der zwischen Quelle und Substrat eingehalten werden muss. Alles Material das in den nicht akzeptablen Winkelbereich hineindampft, geht der Beschichtung verloren, reduziert die Ausbeute und stellt eine unerwünschte Verschmutzung dar. Die Forderung nach Homogenität läuft also der nach hoher Abscheiderate und Materialausbeute zuwider.
Die Erfindung löst diesen Widerspruch dadurch, dass das verdampfte
Beschichtungsmaterial, das zunächst nicht auf die Substratoberfläche gerichtet ist, wieder in den Beschichtungsbereich zurückgestreut und damit die Verlustrate gering gehalten wird. Der Raum vor dem Substrat ist so gestaltet, dass sich ein hoher Dampfdruck aufbauen kann, so dass die mittlere freie Weglänge deutlich kleiner wird, als die geometrischen Dimensionen des Beschichtungsraums und intensive Streuung zur Homogenisierung der Richtungsverteilung im Dampf führt. Für die Hochratenbeschichtung werden typischerweise Dampfdrücke > 10 Pa und damit mittlere freie Weglängen im Millimeterbereich angestrebt. Dies kann zumindest kurzzeitig durch gepulstes Verdampfen einer gewünschten Materialmenge erreicht werden.
-3a-
Die Offenlegungsschrift DE 1 621 271 betrifft ein Verfahren zu Oberflächenme- tallisierung eines Köφers durch Kondensation eines im Vakuum verdampften Metalls. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Erzeugung eines Dampfes aus einem Überzugsmetall, wobei der Dampf frei von in dem Überzugsmetall eingeschlossenen Partikeln ist.
Die US 4 022 928 offenbart ein Beschichten einer Oberfläche mit einer Perfluor- polyether- Verbindung. Dadurch wird verhindert, dass sich dampfförmiges Material auf dieses Oberflächen im Vakuum absetzen kann. Die Perfluorpolyether- Schutzschicht kann durch Verdampfen, Sprühen oder Aufschleudern im Vakuum oder bei Atmosphärenbedingungen aufgebracht werden, oder kann durch ein Fluid oder eine thixotrope Paste mittels etwa eines Druckprozesses aufgebracht werden.
In der Veröffentlichung „High-rate vapor deposition and large System for coating processes" von S. Schiller, G, Beister, U. Heisig and H. Foerster in J. Vac. Sei. Technol. A 5(4), Jul/Aug 1987, S. 2239- 2245 werden Untersuchungen zum hoch- ratigen Elektronenstrahl- Verdampfen und zum Hochraten-Sputtern vorgestellt.
Die EP 0 795 890 A2 offenbart eine Zerstäubungsvorrichtung für reaktive Be- schichtungen von Substraten, wobei der Zerstäubungselektrode zugeführte elektri- sehe Leistung zwischen zwei Werten pendelt. Die beiden Leistungswerte werden dabei so gewählt, dass sich bei gleichem Reaktivgasfiuss das Target der Zerstäubungselektrode beim ersten Leistungswert im metallischen Mode befindet, während es sich beim zweiten Leistungswert im oxidischen Mode befindet.
Die DE 101 53 760 Al betrifft ein Verfahren zur Herstellung von UV-absorbie- render transparenter Abriebsschutzschichten durch Vakuumbeschichtung, bei dem gleichzeitig oder unmittelbar nacheinander mindestens eine anorganische Verbindung, die Schichten mit hoher Abriebfestigkeit bildet und eine anorganische Verbindung, die Schichten mit hoher UV-Absorption bildet, die jeweils durch reakti- ve oder teilreaktive plasmagestützte Hochratenbedampfung auf einem Substrat abgeschieden werden. -3b-
2. Beschreibung der Erfindung Beim klassischen Hochvakuumverdampfen arbeitet man im Bereich der Molekularströmung unterhalb 10"2 Pa, d.h. die mittlere freie Weglänge f der Dampfmoleküle ist groß oder vergleichbar mit der geometrischen Dimension L des Behälters bzw. der Vakuumkammer. In diesem Bereich breitet sich der Dampf ballistisch aus und die Dampfverteilung gehorcht rein geometrischen Gesetzmäßigkeiten. Im darüber liegenden Druckbereich bis ca. 1 Pa schließt sich die Knudsenströmung an, in der die mittlere freie Weglänge f bei 0,01 L bis 0,1 L liegt. Sie stellt den Übergangsbereich dar, in dem bereits Streuprozesse die Dynamik des Dampfes beeinflussen. Im Bereich der Hochratenbeschichtung mit Kondensationsraten oberhalb 10 - 100 nm/s verläset man den Bereich der klassischen physikalischen Beschichtung und gelangt in den Bereich der viskosen Strömung oberhalb 1 Pa, in dem sich der Dampf wie ein strömendes Fluid verhält und sich durch makroskopische Zustandsgrößen beschreiben lässt. Die Klassifizierung folgt dabei "Wutz Handbuch Vakuumtechnik", Karl Jousten (Hrsg.) 9. überarbeitete Auflage ISBN-10 3-8348-0133-X. Das grundsätzliche, technische Problem der Hochratenbeschichtung besteht demnach darin, eine viskose Strömung innerhalb einer Hochvakuumumgebung bereitzustellen.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch gelöst, dass die Beschichtung innerhalb einer Art Druckkammer in der Hochvakuumkammer stattfindet. Das Volumen innerhalb dieser Druckkammer definiert den Beschichtungsraum.
Die Vorrichtung zur Hochratenbedampfung im Hochvakuum umfasst einen im wesentlichen geschlossenen Beschichtungsraum, der durch mindestens eine Verdampferquelle mit dem Dampf eines Beschichtungsmaterials gespeist wird. Der Beschichtungsraum wird zumindest einseitig durch das zu beschichtende - 4 -
Substrat begrenzt. Um im Beschichtungsraum einen möglichst hohen Dampfdruck von vorzugsweise > 10 Pa aufbauen zu können, muss der Materialverlust aus diesem Raum möglichst gering gehalten werden. Der Begriff „im wesentlichen geschlossen" bedeutet deshalb in diesem Zusammenhang, dass der Gesamtquerschnitt aller Öffnungen des Beschichtungsraums .durch die Dampf entweichen, kann weniger als 10% der Beschichtungsfläche des Substrats ausmacht. Zudem müssen alle Flächen, die nicht beschichtet werden sollen so beschaffen sein, dass der Dampf auf ihnen nicht kondensieren kann und in den Beschichtungsraum hinein zurückgestreut wird. Diese Anordnung ist schematisch in Fig. 1 skizziert. Innerhalb des Beschichtungsraums oder an diesen angeflanscht, befindet sich ein Dampferzeuger, der das Beschichtungsmaterial vom festen oder flüssigen Zustand in die Dampfphase überführt. Möglichkeiten zur Verdampfung sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt, z.B. Heizung durch Strahlung, Stromfluss, Lichtbogen, Elektronenstrahl oder elektromagnetische Wechselfelder. Die Wände der Beschichtungskammer und alle Ein- bzw. Anbauten, die den Dampf zurückstreuen und auf denen die Kondensation des Dampfes verhindert werden soll, werden entweder mit einer Anti-Haftbeschichtung versehen oder geeignet temperiert. In letzterem Fall wird die Oberfläche auf einer Temperatur gehalten, bei der der Dampfdruck des Beschichtungsmaterials oberhalb von dem im Beschichtungsraum liegt. Dies erscheint allerdings nur dann praktikabel, wenn das Beschichtungsmaterial bereits bei geringer Temperatur einen hohen Dampfdruck entwickelt. Die beheizten Wände stellen aufgrund der geschlossenen Anordnung einen heißen Halbraum vor dem Substrat dar, dessen Strahlung einen zusätzlichen Wärmeeintrag auf das Substrat darstellt. Deshalb muss in jedem Fall abgeschätzt werden, ob dieser Wärmeeintrag tolerierbar ist oder gegebenenfalls über eine aktive Substratkühlung abgeführt werden muss. Die zweckmäßigere und elegantere Lösung des Problems besteht in einer Anti- Haftbeschichtung, die auch bei niedrigen Temperaturen die Kondensation bzw. das Anhaften des Beschichtungsmaterials verhindert. Solche Anti- Haftbeschichtungen sind z.B. aus der US 4,022,928 bekannt. Dort verhindern langkettigen Perfluorpolyether (PFPE) die Kondensation diverser Metalle auf den behandelten Oberflächen. Um eine Kontamination der Beschichtung durch das Anti-Haftmaterial zu vermeiden, empfiehlt sich eine Anti-Haftbeschichtung aus einem Perfluorpolyether, dessen Dampfdruck bei Raumtemperatur unterhalb von - 5 -
10 Pa liegt. Besonders bevorzugt sollte der Dampfdruck unter 10 Pa liegen. Da der Dampfdruck mit der Temperatur ansteigt, sind in einer bevorzugten Ausführungsform alle mit dem Anti-Haftmittel beschichteten Oberflächen aktiv gekühlt. In dieser Anordnung kondensiert das Beschichtungsmaterial wunschgemäß im wesentlichen nur noch auf der Substratoberfläche, die die einzige Materialsenke im Beschichtungsraum darstellt, ohne die Wände zu kontaminieren. Dadurch lässt sich eine sehr hohe Materialausbeute und geringe Verschmutzung umliegender Teile gewährleisten. Der Materialverluεt entspricht dem Flächenverhältnis von parasitär beschichteten Teilen und Öffnungen zu Substratoberfläche.
Der dynamische Dampfdruckverlauf im Beschichtungsraum lässt sich klassisch wie bei jeder Gasströmung durch Materialzufluss (Quelle) und -abfluss (Kondensation auf dem Substrat) berechnen. Die Obergrenze des Drucks im Beschichtungsraum ist gegeben durch den Dampfdruck bei Quellentemperatur. Dieser kann problemlos im Bereich von 10 - 100 Pa liegen. Die Kondensationsrate auf dem Substrat hängt naturgemäß ebenfalls von dessen Temperatur ab. Typischerweise ist das Substrat deutlich kälter als die Verdampferquelle. Da die Kondensationsrate exponentiell mit dem Temperaturabstand wächst, stellt das Substrat eine sehr effektive Materialsenke dar und saugt das Material praktisch wie ein Schwamm aus dem Beschichtungsraum auf. Dadurch lassen sich auf dem Substrat sehr hohe Kondensationsraten > 10 nm/s bzw. extrem hohe Raten >100 nm/s und extrem kurze Prozesεzeiten Bereich einiger Sekunden erzielen. Die beschichteten Substrate müssen bei dieser Prozessführung mit kurzer Taktzeit gegen neue ausgewechselt werden. Da das Substrat den Beschichtungsraum verschießt, entweicht beim Wechsel in kontinuierlichem Betrieb dampfförmiges Beschichtungsmaterial. Ist die Wechselzeit kurz (<10%) gegenüber der Beschichtungszeit, ist der Verlust gegebenenfalls akzeptabel. Wird ein Kurztaktbetrieb angestrebt, so empfiehlt sich der gepulste Betrieb der Verdampferquelle. Durch gepulste Freisetzung von Dampf lässt sich innerhalb des Beschichtungsraums zumindest kurzzeitig ein Dampfdruckniveau > 10 Pa aufrecht erhalten, das um mehrere Größenordnungen über dem des umgebenden Vakuums liegt und extrem hohe Dampfkondensationsraten > 100 nm/s auf dem Substrat ermöglicht. - 6 -
Innerhalb weniger Sekunden, bevorzugt in weniger als zehn Sekunden, wird dabei die gesamte für die Beschichtung nötige Materialmenge verdampft. Um die Zeitkonstanten, die durch die thermische Trägheit des Verdampfers gegeben sind möglichst gering zu halten, wird dabei bevorzugt nur das notwendige Beschichtungsmaterial erhitzt. Dazu eigenen sich z.B. besonders Lichtbogenentladungen, elektromagnetische Hochfrequenz- oder Laserpulse, oder ein modulierter Elektronenstrahl. Das Beschichtungsmaterial muss in diesem Fall immer wieder nachgeführt werden. Besteht die Materialquelle aus einer kontinuierlich operierenden Effusionszelle, so kann diese durch einen Deckel periodisch geöffnet und verschlossen werden, um einen getakteten Betrieb zu realisieren. Allerdings müssen in diesem Falle auch ähnliche Maßnahmen (Beheizung, Anti-Haftbeschichtung) wie bei den Kammerwänden ergriffen werden, um eine Bedampfung des Deckels zu verhindern. Obwohl das Verfahren eine echte Hochvakuumbeschichtung darstellt, denn der Restgasdruck im System liegt unter 10"3 Pa1 ist der Beschichtungεraum während der Beschichtungsphase mit einer relativ dichten Dampfwolke gefüllt. Durch die häufigen Kollisionen der Dampfmoleküle untereinander und mit den Wänden, geht die ursprüngliche Richtungsinformation bei Emission aus der Quelle sehr schnell verloren und es kommt zu einer weitestgehend isotropen Richtungsverteilung im Dampf. Die Schichtdickenvariationen über die Substratoberfläche sind entsprechend geringer. Zudem können innerhalb des Beschichtungsraums Blenden oder Schirme zur Führung des Dampfes und/oder zum Schutz des Substrats und/oder zur Homogenisierung der Schichtdicke auf dem Substrat vorgesehen werden. So kann man z.B. durch einen Schirm verhindern, dass Material auf der direkten Sichtlinie von der Quelle zum Substrat gelangt (vgl. Fig. 2). Sollten beim schnellen Verdampfen aus der Quelle Spritzer oder größere Partikel entweichen, kann dieser Schirm auch einer unerwünschten Verschmutzung des Substrats durch diese Partikel vorbeugen oder zur Abschirmung der thermischer Strahlung aus der Verdampferquelle dienen. Selbstverständlich müssen für diese Abschirmungen oder Blenden dieselben Vorkehrungen getroffen werden, wie für alle anderen Oberflächen, die nicht beschichtet werden sollen. Entweder müssen sie auf entsprechend hoher Temperatur gehalten werden oder vollständig mit einer Anti-Haftschicht überzogen und aktiv gekühlt werden. - 7 -
3. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die folgende begleitenden Figuren näher erläutert:
Fig. 1. Schematischer Aufbau der Anordnung zum Hochdruckverdampfen
Fig. 2: Hochdruckverdampfer mit Abschirmblech zum Ausblenden der direkten
Sichtlinie von der Quelle zum Substrat Fig. 3: Hochdruckverdampfer mit angeflanschter Effusionszelle Fig. 4 Lichtbogenverdampfer mit Elektrodenmaterialzuführung als Quelle im Hochdruckverdampfer
Fig. 5 Hochdruckverdampferanordnung mit Laser- oder E-Strahl beheizter Quelle mit Materialnachfüllung
Bezeichnungen
1 Beschichtungsraum
2 Kammerwand
3 Verdampfungsquelle
4 Substrat
5 Kühl- oder Heizelemente
6 Blende, Schirm
7 Effusionszelle
8 Deckel der Effusionszelle
9 Lichtbogen
10 Nachführbare Metallelektroden
1 1 Nachfüllbares Verdampfungsmaterial
12 Laser- oder Elektronenstrahl - 8 -
4. Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen und bevorzugter Ausführungsformen
Im folgenden sollen einige bevorzugte Ausfiihrungsformen des Hochdruckverdampfers detaillierter beschreiben werden.
Fig. 1 zeigt eine Schemaskizze des Hochdruckverdampfers. Der Beschichtungsraum (1 ) wird durch Wände (2) und zumindest einseitig durch das zu beschichtende Substrat (4) begrenzt. Diese Anordnung kann sich ihrerseits innerhalb einer Hochvakuumkammer befinden, die über geeignete Pumpen auf einen angemessenen Hintergrundsdruck < 10"3 Pa abgepumpt werden kann, so dass sich vor der Beschichtung nur noch Spuren von Sauerstoff oder Wasserdampf in der Kammer befinden. Innerhalb des Beschichtungsraums oder mit diesem verbunden befindet sich mindestens eine Verdampferquelle (3), die das Beschichtungsmaterial in die Dampfphase überführt. Alle Flächen, die nicht beschichtet werden sollen, müssen einen sehr geringen Haftkoeffizienten für den Dampf aufweisen.
Für Beschichtungsmaterialien, die bereits bei moderaten Temperaturen einen hohen Dampfdruck entwickeln, kann die Kondensation dadurch unterbunden werden, dass man diese Flächen so temperiert, dass der Dampfdruck dort höher liegt, als der innerhalb des Beschichtungsraums.
In einem konkreten Beispiel soll Magnesium als Metall auf einem Halbleitersubstrat als elektrisch leitfähige Kontaktierungsschicht abgeschieden werden. Die Wände der Beschichtungskammer (2) werden dazu mittels Heizelementen (5) auf einer Temperatur oberhalb von 5500C gehalten, während die Temperatur des Substrates während des Prozesses nicht über 2500C steigt. Dadurch scheidet sich der Magnesiumdampf praktisch quantitativ auf der Substratoberfläche ab. Die Wände werden nicht beschichtet. Ganz analog kann man beispielsweise für viele organische Substanzen vorgehen, solange sie an den beheizten Wänden nicht thermisch zerfallen (Pyrolyse). Die meisten technisch interessanten Metalle wie Aluminium, Chrom, Kupfer oder Edelmetalle weisen jedoch erst bei Temperaturen oberhalb 1000°C einen Dampfdruck > 10 Pa auf. In diesen Fällen ist das Beheizen der Wände nicht praktikabel. Es empfiehlt sich deshalb, den Haftungskoeffizienten durch eine Anti-Haftbeschichtung herabzusetzen. Geeignete Beschichtungen bestehen - 9 -
vorzugsweise aus langkettigen PFPE - Verbindungen (Handelsname z.B. Fomblin). Um den Dampfdruck der PFPE - Beschichtung niedrig zu halten und die Wärmestrahlung aus der Verdampferquelle abzuführen, werden die damit beschichteten Teile vorzugsweise aktiv gekühlt. Bei der Wandtemperierung (5) kann es sich also auch um Kühlelemente, z.B. wasserdurchflossenen Leitungen handeln. Das Wandmaterial (2) sollte in diesem Fall aus einem Material bestehen, das die Wärme gut leitet. Bevorzugt werden Materialien mit einem Wärmeleitungskoeffizienten λ > 80 W/(m-K), wie Aluminium, Kupfer und Legierungen dieser Metalle. Um die Schichtdickenverteilung auf dem Substrat zu homogenisieren, kann es zweckmäßig sein, im Beschichtungsraum Blenden oder Schirme (6) anzubringen. Dies ist beispielhaft in Fig. 2 gezeigt, in der ein Schirm die direkte Sichtlinie von der Quelle zum Substrat ausblendet. Das Beschichtungsmaterial kann also nur durch Streuung auf indirektem Weg zum Substrat gelangen. Eine solche Blende kann ebenfalls die Verschmutzung des Substrats oder Wärmeeintrag aus der Quelle verhindern. Blenden können in beliebigen geometrischen Formen, z.B. auch als Lochbleche ausgebildet sein. Da sie nicht beschichtet werden sollen, sind sie wie die Kammerwand je nach Prozessführung mit einer Heizung oder mit einer Anti-Haftschicht und einer Kühlung (nicht gezeigt) versehen.
Da Öffnungen des Beschichtungsraums mit dem Substrat um das Beschichtungsmaterial konkurrieren und zu einer Verringerung der Ausbeute führen, sollten sich die Verdampferquellen bevorzugt innerhalb des Beschichtungsraums befinden oder unmittelbar an diesen angeschlossen sein. Um einen langfristigen Betrieb zu gewährleisten, müssen diese Verdampfer zudem entweder ein großes Materialvolumen aufweisen, oder von außen beschickt werden. Im folgenden sind beispielhaft einige bevorzugte Konfigurationen beschrieben. Fig. 3 zeigt eine handelsübliche, beheizte Effusionszelle mit begrenztem Materialvolumen (7), die direkt an den Beschichtungsraum angeflanscht ist. Sie wird auf hoher Temperatur gehalten und gibt das Material mit hohem Dampfdruck ab. Um einen gepulsten Betrieb zu realisieren, kann die heiße Effusionszelle (7) mit einem Deckel (8) geöffnet und geschlossen werden. Um die Beschichtung des Deckels zu vermeiden, muss dieser wie die Kammerwände oder Schirme auf hoher Temperatur gehalten oder mit einer Anti-Haftschicht versehen werden. - 1 0 -
Zum Verdampfen von Metallen innerhalb des Beschichtungsraums kann auch ein Lichtbogenverdampfer (9) eingesetzt werden, dessen Elektroden nachgeführt werden können. Dies ist beispielhaft in Fig. 4 dargestellt. Das Beschichtungsmaterial wird in Form von zwei Drähten oder Stäben (10) durch Buchsen in der Kammerwand in den Beschichtungsraum eingeführt, die bis auf einen schmalen Schlitz aneinander angenähert werden. Durch Anlegen einer Hochspannung bzw. eines Hochspannungspulses wird ein Überschlag gezündet an dessen Fußpunkten Elektrodenmateήal verdampft und damit einen leitfähigen Gaskanal erzeugt. Dieser ermöglicht einen hohen Stromfluss zwischen den Elektroden und der entstehende Lichtbogen sorgt für ein gleichmäßiges Abdampfen des Elektrodenmaterials. Die Elektroden (10) werden nachgeführt bis die gewünschte Materialmenge verdampft wurde und der Lichtbogen z.B. durch Unterbrechung der Stromzufuhr oder Vergrößerung des Elektrodenabstandes gelöscht wird. In dieser Anordnung befinden sich außer dem Beschichtungsmaterial in Form der Elektroden, keine weiteren Komponenten der Quelle im Beschichtungsraum. Das Material wird durch den Stromfluss selektiv an der Spitze der Elektroden erhitzt und sehr effizient verdampft. Eine weitere beispielhafte Anordnung ist in Fig. 5 abgebildet. In diesem Fall wird das Beschichtungsmaterial (11 ) durch eine Buchse in der Wand des Beschichtungsraums zugeführt. Zum Aufheizen und Verdampfen des nachfüllbaren Materialvorrats dient ein leistungsgeregelter, energiereicher Laseroder Elektronenstrahl (12), der außerhalb des Beschichtungsraums erzeugt wird und durch eine möglichst kleine Öffnung in der Kammerwand auf das Beschichtungsmaterial gelenkt wird. Auch in dieser Anordnung ist durch Modulation der Strahlleistung ein gepulster Betrieb möglich.
- 1 1 -
Wei t e re Aus f uhr un g s bei s p i e l e : Vorrichtung zur Hochratenbedampfung im Hochvakuum umfassend einen im wesentlichen geschlossenen Beschichtungsraum, der durch mindestens eine Verdampferquelle mit dem Dampf eines Beschichtungsmaterials gespeist wird, dadurch gekennzeichnet, dass a) der Beschichtungsraum zumindest einseitig durch das Substrat begrenzt wird b) der Gesamtquerschnitt aller Offnungen des Beschichtungsraums weniger als 10% der Beschichtungsflache des Substrats ausmacht, c) alle Flachen, die nicht beschichtet werden sollen so beschaffen sind, dass der Dampf auf ihnen nicht kondensieren kann d) und die effektive Kondensationsrate auf dem Substrat > 10 πm/s betragt Vorrichtung nach Beispiel 1 dadurch gekennzeichnet, dass alle Flachen, auf denen die Kondensation des Dampfes verhindert werden soll, entweder geeignet temperiert oder mit einer Anti-Haftbeschichtung versehen sind Vorrichtung nach einem der Beispiele 1 bis 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Anti-Haftbeschichtung aus einem Perfluorpolyether besteht, dessen Dampfdruck bei Raumtemperatur unterhalb 10"5 Pa liegt Vorrichtung nach einem der Beispiele 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass die mit der Anti-Haftschicht versehenen Oberflachen aktiv gekühlt werden Vorrichtung nach einem der Beispiele 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass der Dampfdruck im Beschichtungsraum wahrend der Beschichtungsphase mindestens 10 Pa erreicht 6 Vorrichtung nach einem der Beispiele 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Beschichtungsraums Blenden oder Schirme zur Fuhrung des Dampfes und/oder zum Schutz des Substrats und/oder zur Homogenisierung der Schichtdicke auf dem Substrat vorgesehen sind
7 Vorrichtung nach einem der Beispiele 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampferquelle gepulst betrieben wird, so dass innerhalb einiger
Sekunden, bevorzugt in weniger als zehn Sekunden, die für die - 1 2 -
Beschichtung nötige Materialmenge verdampft wird, so dass ein Kurztaktbetrieb ermöglicht wird.
8. Vorrichtung nach einem der Beispiele 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer aus einer heißen Effusionszelle besteht, die mit einem Deckel geöffnet und geschlossen werden kann.
9. Vorrichtung nach einem der Beispiele 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer aus einem Lichtbogenverdampfer besteht, dessen Elektroden nachgeführt werden können
10. Vorrichtung nach einem der Beispiele 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer einen nachfüllbaren Materialvorrat enthält, der mittels eines leistungsgeregelten Laser- oder Elektronenstrahls verdampft wird.
11. Verfahren zur Hochratenbedampfung im Hochvakuum dadurch gekennzeichnet, dass a) die Beschichtung innerhalb eines im wesentlichen geschlossenen Beschichtungsraums stattfindet, der durch mindestens eine
Verdampferquelle gespeist wird und b) der zumindest einseitig durch das Substrat begrenzt wird c) und in dem das dampfförmige Beschichtungsmaterial durch die Wände des Beschichtungsraums zurückgestreut wird, d) so dass sich im Beschichtungsraum ein Dampfdruck > 10 Pa ausbilden kann und e) der Materialdampf im wesentlichen auf dem Substrat kondensiert ohne die Wände zu kontaminieren.

Claims

Patentansprüche
Vorrichtung zur Hochratenbedampfung von Metallen im Hochvakuum, umfassend:
a) einen Beschichtungsraum innerhalb des Hochvakuums, der zumindest eine Öffnung zu dem Hochvakuum aufweist:
b) zumindest eine Verdampferquelle, die so angeordnet ist, dass sie Metalldampfpartikel in den Beschichtungsraum abgibt;
c) wobei der Beschichtungsraum zumindest einseitig durch ein Substrat begrenzt wird;
dadurch gekennzeichnet, dass
d) alle Flächen, die nicht beschichtet werden sollen, mit einer Anti- Haftbeschichtung versehen sind; und
e) der Gesamtquerschnitt aller Öffnungen des Beschichtungsraums zu dem Hochvakuum so ausgebildet ist, dass sich nach dem Einschalten der Verdampferquelle in dem Beschichtungsraum von einer Hochva- kuumbedingung ausgehend eine viskose Strömung der Metalldampfpartikel von der Verdampferquelle zu dem Substrat einstellt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Anti- Haftbeschichtung aus einem Perfluorpolyether besteht, dessen Dampfdruck bei Raumtemperatur unterhalb 10"5 Pa liegt.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die mit der Anti-Haftschicht versehenen Oberflächen aktiv gekühlt werden.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass der Metalldampfdruck im Beschichtungsraum während der Beschich- tungsphase mindestens 10 Pa erreicht.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Beschichtungsraums Blenden oder Schirme zur Füh- rang des Metalldampfes und/oder zum Schutz des Substrats und/oder zur
Homogenisierung der Schichtdicke auf dem Substrat vorgesehen sind.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampferquelle gepulst betrieben wird, so dass innerhalb eini- ger Sekunden, bevorzugt in weniger als zehn Sekunden, die für die Be- schichtung nötige Materialmenge verdampft wird, so dass ein Kurztaktbetrieb ermöglicht wird.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampferquelle aus einer heißen Effusionszelle besteht, die mit einem Deckel geöffnet und geschlossen werden kann.
8. Vorrichtung nach einem der Anspräche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampferquelle aus einem Lichtbogenverdampfer besteht, des- sen Elektroden nachgeführt werden können.
. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis ö dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampferquelle einen nachfüllbaren Materialvorrat enthält, der mittels eines leistungsgeregelten Laser- oder Elektronenstrahls verdampft wird.
10. Verfahren zur Hochratenbedampfung von Metallen im Hochvakuum das eine der Vorrichtungen nach einem der Anspräche 1 bis 9 verwendet.
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