WO2013087060A1 - Vorrichtung zum verdampfen eines verdampfungsguts - Google Patents

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WO2013087060A1
WO2013087060A1 PCT/DE2012/001189 DE2012001189W WO2013087060A1 WO 2013087060 A1 WO2013087060 A1 WO 2013087060A1 DE 2012001189 W DE2012001189 W DE 2012001189W WO 2013087060 A1 WO2013087060 A1 WO 2013087060A1
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WO
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cover
crucible
wall
opening edge
opening
Prior art date
Application number
PCT/DE2012/001189
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English (en)
French (fr)
Inventor
Christopher Eisele
Frank Huber
Heiko Schuler
Ralf MÜLLER
Original Assignee
Dr. Eberl Mbe-Komponenten Gmbh
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Filing date
Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING 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
    • C23CCOATING 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
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/24Vacuum evaporation
    • C23C14/243Crucibles for source material
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B23/00Single-crystal growth by condensing evaporated or sublimed materials
    • C30B23/02Epitaxial-layer growth
    • C30B23/06Heating of the deposition chamber, the substrate or the materials to be evaporated
    • C30B23/066Heating of the material to be evaporated

Definitions

  • the invention relates to a device for evaporating a Verdampfungsguts in a Vakuumbe fürungsanläge with an opening edge having a crucible and a crucible at least partially surrounding a wall having boiler room.
  • the heating chamber in which the heating device is located must be evacuated in order to avoid reactions of the heating device and the shielding elements with residual gases, such as, for example, with oxygen. Therefore, there should be as close as possible no tight separation between the boiler room and the evacuated environment in the vacuum coating system.
  • the heater may be, for example, a meandering heater wire or a heating surface made of a metal wire, a graphite binder, or other heating elements.
  • the object of the invention is to improve a generic device such that a heating space is better protected against the occurrence of the aggressive process substances present in the coating process in the vacuum coating system.
  • the invention solves this problem with a device of the type mentioned, in which according to the invention a cover is provided between an opening edge and the wall.
  • the cover may be a cover plate mounted between the opening edge and the wall.
  • the cover can be a rotationally symmetrical component having in its center an opening with which it comprises the opening edge of the crucible, or which is pressed from below to the opening edge.
  • it may also be an elongate member comprising a crucible having one or more apertures.
  • the Cover is preferably designed so that there is no opening and no gap in an upwardly facing evaporation direction from a boiler room or from an interior area of the device in which a heater and internal shields are located.
  • the cover at least largely avoids that aggressive process materials, which may be solid, liquid or gaseous, from the vacuum environment of the device in a boiler room of the device. Between the cover and the wall or between the cover and the opening edge of the crucible may be down very narrow gaps exist, so there is no tight separation between the boiler room and the vacuumized environment. Thus, in the boiler room the same vacuum as in the vacuum environment exist.
  • the device according to the invention is particularly suitable for evaporating metals or other materials at a high temperature in the aggressive environment. For example, metals in vacuum containing an oxygen residual gas can be vaporized.
  • the device can be used to produce thin layers in vacuum coating systems, epitaxy systems, molecular epitaxy or in physical vapor deposition systems, such as, for example, in solar cell production, in the production of thin-film semiconductors, III-V compound semiconductors or II-VI Compound semiconductors are required.
  • the opening edge may for example be just provided with a constant thickness or conical with variable thickness.
  • the cover may be made of a material having a low thermal conductivity.
  • ceramic materials may be suitable, such as pyrolytic boron nitride, aluminum trioxide. Further, graphite is useful in various forms or metals, such as molybdenum, tantalum, niobium, tungsten. Silicon carbit can also be used as material.
  • the wall is preferably a cooling jacket, or a heat sink through which a cooling liquid flows, the material with the low thermal conductivity prevents the opening edge from being cooled by contact with the cover. Thus, the opening edge is not substantially cooled, but remains hot, so that no condensate forms at the opening edge of the crucible, which can lead to an uncontrolled wild growth of structures of condensate.
  • the cover may be firmly connected to the crucible.
  • the crucible and the cover may be integrally formed.
  • the cover may be loosely disposed between the crucible and the wall. The cover is then loosely on the wall and the crucible loose on the cover.
  • the crucible and the cover can expand or contract to different degrees and relative
  • the cover can still fulfill its function of protecting the boiler room from the entry of aggressive process substances.
  • the spring elements can be mounted on the edge of the wall or just put on. The spring elements push the cover away from the wall. The cover is thus pressed against the underside of the opening edge, so that the gap between the hot opening edge and the cover is very small, or completely avoided.
  • the cover may have a lower thermal expansion than the crucible. In this way, a better sealing between the cover and the crucible can be achieved, in particular if the cover comprises the edge of the crucible.
  • the cover may partially overlap the wall. As a result, the entry of the aggressive process substances, in particular in the solid and liquid aggregate state, is achieved. Sword. In addition, the overlap ensures that the cover can not slip off the wall.
  • a gap may be provided between the cover and the wall. It allows the evacuation of the boiler room. The penetration of aggressive process gases in the area of the gap is reduced or completely prevented by condensation on the cooled wall.
  • the provided for evacuation of the heating chamber gap is cooled by the cooled wall at least on one side.
  • the cover may be extended downwardly along the wall, so that a wide gap is formed radially around the upper part of the wall. The gap also prevents direct thermal contact between the wall and the cover. This is helpful to avoid the cooling of the opening edge and thus to prevent condensation at this point.
  • the cover can be heated by direct contact with the opening edge due to the good heat transfer.
  • the high temperature level having a cover on the one hand and the cooled wall having a low temperature level on the other hand Even before the gap and on their way through this narrow gap, the aggressive process gases condense to a large extent on the cooled wall, so that even at this point the penetration into the boiler room is greatly reduced or completely prevented.
  • the main advantage of the problem solution proposed here is that each upward opening or each upward facing directed gap is avoided in the direction of evaporation also directed upward.
  • a getter material can be provided between the wall and the / cover.
  • the getter material may preferably be applied to the edge of the wall.
  • the cover may have a geometry that slopes downwardly from its inner portion to its outer portion so that falling particles may slip off the cover and not deposit there.
  • the boiler room can be separately evacuated or, alternatively, filled with an inert gas.
  • Fig. 1 is a sectional view through a first embodiment of the device
  • 2 shows a sectional view through a second embodiment of the device
  • 3 is a sectional view through a third embodiment of the device
  • FIG. 4 shows a sectional view through a fourth embodiment of the device
  • Fig. 5 is a plan view of a round crucible
  • FIG. 6 shows a plan view of an elongate belt with an opening
  • FIG. 7 is a plan view of an elongated crucible having a plurality of separate openings.
  • FIG. 1 shows a device 10 for evaporating an evaporable material, which can be filled into a crucible 11. Below the crucible 11, a base plate 12 is arranged, on which the device 10 is mounted.
  • the crucible 11 is surrounded by a circumferential wall 13, which serves as a cooling jacket and can be designed, for example, as a double-walled cooling jacket, through which a cooling liquid can flow.
  • the cooling liquid can be water, liquid nitrogen or another cooling liquid.
  • the base plate 12 and the wall 13 form a heating chamber 14, in which a heating device 15 and shielding elements 16 and 17 are arranged.
  • the heating device 15 and the shielding elements 16 are likewise arranged circumferentially around the crucible 11.
  • the heater for evaporating an evaporable material
  • the screening elements 16 formed as shielding plates are preferably made of tantalum, molybdenum, niobium, tungsten, graphite, stainless steel or other heat-resistant materials.
  • An opening edge 18 of the crucible 11 is circumferentially surrounded by a cover 19 formed as a cover. Between the cover 19 and the wall 13 there are circumferential gaps 100 and 101. The gaps 100 and 101 are shown enlarged for clarity. In fact, they are much smaller because the cover 19 rests on the wall 13. The cover 19 reduces the risk that aggressive process substances from an environment of the device 10 can enter the boiler room 14.
  • smaller flanges 102 may be provided, through which electrical connections for the heater 15 and not shown temperature sensors can be introduced. Through the opening 103 and the connecting flange 102, an additional separate evacuation of the heating chamber 14 can be made.
  • FIG. 2 shows a device 20 with a crucible 21, which has an opening edge 22 protruding beyond the jacket of the crucible 21.
  • the opening edge 22 thus partially covers the interior space 14.
  • a cover 23 surrounds the opening edge 22 circumferentially.
  • a getter material 24 is arranged in order to bind aggressive process substances that pass through a gap 25 can enter the boiler room 14. In the region of the gap 25 aggressive process gases can condense, so that the aggressive process materials can get worse in the boiler room 14.
  • a crucible 31 has an opening edge 32, which also protrudes beyond the shell of the crucible 31 (see FIG. 3).
  • a cover 33 has a step-like longitudinal section. It thus forms a transition from a dimension which is slightly larger than the outer diameter of the wall 13, to a dimension which is slightly smaller than the outer diameter of the opening edge 32.
  • the cover 33 is pressed with spring elements 34 from below against the opening edge 32 in order to prevent the penetration of the aggressive process materials between the opening edge 32 and the cover 33. This leads the cover
  • the crucible 31 is located loosely on the cover 33 with its opening edge 32, so that due to the thermal expansion of the crucible 31 and the cover 33 can perform relative movements to each other. Between the cover 33 and the wall 13, a circumferential gap 35 exists. In the area of the gap 35, aggressive process gases can condense, so that the other aggressive process substances can get worse into the heating chamber 14.
  • the crucible 31 may press the cover 33 against the wall 13 by its weight.
  • the spring elements 34 can then be omitted.
  • a device 40 is shown, in which the crucible 41 also has a jacket of the crucible 41 superior opening edge 42.
  • a cover 43 is made of a material with poor heat conduction, so that the heat from the crucible edge is not dissipated and this remains hot. It can be made elastic so that different thermal expansions between the crucible 41 and the cover 43 are compensated.
  • the crucible 41 presses with the opening edge 42, the cover 43 against the wall 44, so that the penetration of the aggressive process materials in this area is very difficult.
  • the cover 43 may also be fixedly connected to the wall 44 and the crucible 41.
  • the crucibles 11, 21, 31 and 41 may have a single round opening 50.
  • the opening edges 18, 22, 32 and 42 and the covers 19, 23, 33 and 43 are then adapted to the shape of the opening 50 accordingly (see Fig. 5).
  • the crucibles 11, 21, 31 and 41 have an elongated opening 60, to which the opening edges 18, 22, 32 and 42 and the covers 19, 23, 33 and 43 are then also adapted accordingly (see FIG 6).
  • the crucibles 11, 21, 31 and 41 may have an elongate shape but be provided with a plurality of openings 70, 71, 72 and 73.
  • the openings 70, 71, 72 and 73 may have different sizes to achieve a homogeneous coating.
  • the opening edges 18, 22, 32 and 42 are correspondingly formed and partially extend between the openings 70, 71, 72 and 73.
  • the covers 19, 23, 33 and 43 also have an elongate shape in this embodiment (FIG. 7).

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (30) zum Verdampfen eines Verdampfungsguts in einer Vakuumbeschichtungsanlage mit einem einen Öffnungsrand (32) aufweisenden Tiegel (31) und einem den Tiegel (31) mindestens teilweise umgebenden eine Wandung (13) aufweisenden Heizraum (14), wobei zwischen dem Öffnungsrand (32) und der Wandung (13) eine Abdeckung (33) vorgesehen ist.

Description

Vorrichtung zum Verdampfen eines Verdampfungsguts
BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verdampfen eines Verdampfungsguts in einer Vakuumbeschichtungsanläge mit einem einen Öffnungsrand aufweisenden Tiegel und einem den Tiegel mindestens teilweise umgebenden eine Wandung aufweisenden Heizraum.
Bei der Verdampfung des Verdampfungsguts tritt insbesondere bei hohen Temperaturen häufig das Problem auf, dass aggressive Prozessgase oder Prozessstoffe aus einer evakuierten Umgebung der Vorrichtung zur Korrosion einer Heiz- einrichtung, von Abschirmelementen oder von anderen im Heizraum angeordneten Bauteilen führen. Daraus können Kurzschlüsse, Brüche der Heizeinrichtung oder andere Betriebsstörungen resultieren, die zum Ausfall der Vorrichtung führen. Öffnungen, Spalte oder undichte Stellen, ins- besondere solche die nach oben in Verdampfungsrichtung weisen, durch welche die Prozessstoffe eintreten, können aufgrund der hohen Temperaturen nicht mit konventionellen
BESTÄTIGUNGSKOPIE Mitteln abgedichtet werden. Eine Kühlung dieser Bereiche ist ebenfalls möglichst zu vermeiden, um eine unerwünschte Kondensation des Verdampfungsguts in diesen Bereichen auszuschließen. Ferner muss auch der Heizraum, in dem sich die Heizeinrichtung befindet, evakuierbar sein, um Reaktionen der Heizeinrichtung und der Abschirmelemente mit Restgasen, wie zum Beispiel mit Sauerstoff, zu vermeiden. Deshalb sollte möglichst keine dichte Trennung zwischen dem Heizraum und der evakuierten Umgebung in der Vakuumbe- schichtungsanlage bestehen. Die Heizeinrichtung kann beispielsweise ein meanderförmiger Heizdraht oder eine Heizfläche sein, der oder die aus einem Metalldraht, aus einem Graphit -Meander , oder anderen Heizelementen hergestellt ist .
Die Erfindung hat die Aufgabe, eine gattungsgemäße Vorrichtung dahingehend zu verbessern, dass ein Heizraum besser vor einem Eintreten der in der Vakuumbeschichtungsan- lage beim Beschichtungsprozess vorhandenen aggressiven Prozessstoffe geschützt ist.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe mit einer Vorrichtung der eingangs genannten Art, bei der erfindungsgemäß zwischen einem Öffnungsrand und der Wandung eine Abde- ckung vorgesehen ist. Die Abdeckung kann ein Abdeckschild sein, das zwischen dem Öffnungsrand und der Wandung montiert ist. Das Abdeckschild kann ein rotationssymmetrisches Bauteil sein, das in seiner Mitte eine Öffnung aufweist, mit der es den Öffnungsrand des Tiegels umfasst, oder das von unten an den Öffnungsrand gedrückt wird. Es kann jedoch auch ein längliches Bauteil, das einen eine oder mehrere Öffnungen aufweisenden Tiegel umfasst. Die Abdeckung ist vorzugsweise so gestaltet, dass es von einem Heizraum oder von einem Innenbereich der Vorrichtung, in dem sich eine Heizung sowie innere Abschirmungen befinden, keine Öffnung und keinen Spalt in eine nach oben weisende Verdampfungsrichtung gibt . Somit vermeidet die Abdeckung mindestens weitestgehend, dass aggressive Prozessstoffe, die fest, flüssig oder gasförmig sein können, aus der vakuumierten Umgebung der Vorrichtung in einen Heizraum der Vorrichtung gelangen. Zwischen der Abdeckung und der Wandung respektive zwischen der Abdeckung und dem Öffnungsrand des Tiegels können nach unten gerichtete sehr schmale Spalte existieren, so dass keine dichte Trennung zwischen dem Heizraum und der vakuumierten Umgebung besteht. Somit kann im Heizraum dasselbe Vakuum wie in der vakuumierten Umgebung bestehen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich besonders gut zum Verdampfen von Metallen oder anderen Materialien bei einer hohen Temperatur in der aggressiven Umgebung. So können beispielsweise Metalle im Vakuum, das ein Sauerstoffrestgas enthält, verdampft werden. Es ist ferner auch möglich Metalle wie beispielsweise Gold, Gallium, Indium, Zinn, Kupfer, Silber, Aluminium oder andere Materialien in Stickstoff-, phosphor-, arsen-, antimon-, bismut-, schwefel-, seien-, tellur-, chlor-, jod- oder bromhaltiger Umgebung im Vakuum zu verdampfen. Folglich können mit der Vorrichtung dünne Schichten in Va- kuumbeschichtungsanlagen, Epitaxieanlagen, Molekularepitaxie oder in Anlagen zur physikalischen Gasphasenabschei- dung hergestellt werden, wie sie beispielsweise bei der Solarzellenherstellung, bei der Herstellung von Dünn- schichthalbleitern, III-V-Verbindungshalbleitern oder II- VI -Verbindungshalbleitern erforderlich sind. Zur Verbesserung der Abschirmwirkung kann der Öffnungsrand über den Mantel des Tiegels hinausragen. Der Öffnungsrand kann zum Beispiel eben mit konstanter Dicke oder konisch mit veränderlicher Dicke versehen sein.
Die Abdeckung kann aus einem Material mit einer geringen Wärmeleitfähigkeit gefertigt sein. Als Material, können Keramikmaterialien infrage kommen, wie beispielsweise py- rolytisches Bornitrid, Aluminiumtrioxid . Ferner eignet sich Grafit in verschiedenen Formen oder Metalle, wie zum Beispiel Molybdän, Tantal, Niob, Wolfram. Auch Silizium- carbit ist als Material einsetzbar. Da die Wandung bevorzugt ein Kühlmantel, oder ein mit einer Kühlflüssigkeit durchströmter Kühlkörper ist, verhindert das Material mit der geringen Wärmeleitfähigkeit, dass der Öffnungsrand durch die Berührung mit der Abdeckung abgekühlt wird. Somit wird der Öffnungsrand nicht wesentlich abgekühlt, sondern bleibt heiß, sodass sich am Öffnungsrand des Tiegels kein Kondensat bildet, das zu einem unkontrollierten Wild- Wachstum von Strukturen aus Kondensat führen kann.
Bei einer geringen thermischen Ausdehnung des Tiegels kann die Abdeckung mit dem Tiegel fest verbunden sein. Alternativ können der Tiegel und die Abdeckung einstückig ausge- bildet sein.
Bei einer großen thermischen Ausdehnung des Tiegels jedoch kann die Abdeckung lose zwischen dem Tiegel und der Wandung angeordnet sein. Die Abdeckung liegt dann lose auf der Wandung auf und der Tiegel lose auf der Abdeckung. Somit können sich der Tiegel und die Abdeckung unterschiedlich stark ausdehnen oder zusammenziehen und Relativbewe- gungen zueinander ausführen, wobei die Abdeckung trotzdem ihre Funktion, den Heizraum vor dem Eintritt aggressiver Prozessstoffe zu schützen, erfüllen kann. Zur Verbesserung der Abdichtung zwischen dem Tiegel und der Abdeckung können zwischen der Wandung und der Abdeckung Federelemente angeordnet sein. Die Federelemente können auf den Rand der Wandung montiert oder nur aufgelegt werden. Die Federelemente drücken die Abdeckung von der Wandung weg. Die Abdeckung wird somit gegen die Unterseite des Öffnungsrands gedrückt, so dass der Spalt zwischen dem heißen Öffnungsrand und der Abdeckung sehr klein ist, oder ganz vermieden wird. Bei einer thermischen Ausdehnung des Öffnungsrands kann dieser lateral über den oberen Rand der Abdeckung gleiten, so dass an dieser für die Vorrichtung besonders wichtigen Stelle kaum oder idealer Weise kein aggressives Prozessgas oder keine aggressiven Prozessstoffe in den Heizraum eindringen können. Die Federelemente gewährleisten somit unabhängig von der ther- mischen Ausdehnung die optimale Abdichtung zwischen der Abdeckung und dem Tiegel .
Die Abdeckung kann eine geringere thermische Ausdehnung aufweisen als der Tiegel . Auf diese Weise kann eine besse- re Abdichtung zwischen der Abdeckung und dem Tiegel erreicht werden, insbesondere dann, wenn die Abdeckung den Rand des Tiegels umfasst .
Die Abdeckung kann die Wandung teilweise überlappen. Da- durch wird der Eintritt der aggressiven Prozessstoffe, insbesondere im festen und flüssigen Aggregat zustand er- Schwert. Außerdem stellt die Überlappung sicher, dass die Abdeckung nicht von der Wandung runterrutschen kann.
Zwischen der Abdeckung und der Wandung kann ein Spalt vorgesehen sein. Er ermöglicht die Evakuierung des Heizraums. Das Eindringen aggressiver Prozessgase im Bereich des Spalts wird durch Kondensation an der gekühlten Wandung reduziert oder ganz verhindert. Somit ist der zum Evakuieren des Heizraums vorgesehene Spalt durch die gekühlte Wandung mindestens einseitig gekühlt. Die Abdeckung kann dazu nach unten entlang der Wandung verlängert ausgeführt werden, so dass ein breiter Spalt radial um den oberen Teil der Wandung ausgebildet wird. Der Spalt verhindert zusätzlich den direkten thermischen Kontakt zwischen der Wandung und der Abdeckung. Das ist hilfreich um die Abkühlung des Öffnungsrands zu vermeiden und somit die Kondensation an dieser Stelle zu verhindern.
Die Abdeckung kann durch den direkten Kontakt mit dem Öff- nungsrand aufgrund des guten Wärmeübergangs erhitzt werden. Im Spalt zwischen der Abdeckung und der Wandung stehen sich somit die ein hohes Temperaturniveau aufweisende Abdeckung einerseits und die ein niedriges Temperaturniveau aufweisende gekühlte Wandung andererseits gegenüber. Schon vor dem Spalt und auf ihrem Weg durch diesen schmalen Spalt kondensieren die aggressiven Prozessgase zum großen Teil an der gekühlten Wandung, so dass auch an dieser Stelle das Eindringen in den Heizraum stark reduziert oder ganz verhindert wird. Der wesentliche Vorteil der hier vorgeschlagenen Problemlösung ist, dass jede nach oben hin gerichtete Öffnung oder jeder nach oben hin ge- richtete Spalt in der ebenfalls nach oben hin gerichteten Verdampfungsrichtung vermieden wird.
Um zu vermeiden, dass durch den Spalt die aggressiven Pro- zessstoffe in den Heizraum eindringen können, kann zwischen der Wandung und der /Abdeckung ein Gettermaterial vorgesehen werden. Das Gettermaterial kann vorzugsweise auf dem Rand der Wandung angebracht werden. Die Abdeckung kann eine Geometrie aufweisen, die von ihrem inneren Bereich zu ihrem äußeren Bereich schräg nach unten abfällt, sodass herabfallende Partikel an der Abdeckung abrutschen und sich nicht dort ablagern können. Um die aggressiven Prozessstoffe aus dem Heizraum zu entfernen oder gar nicht erst eindringen zu lassen, kann der Heizraum separat evakuierbar sein oder alternativ mit einem Inertgas gefüllt werden. Nachfolgend werden verschiedene Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
Im Einzelnen zeigen:
Fig. 1 eine Schnittansicht durch eine erste Ausführungsform der Vorrichtung
Fig. 2 eine Schnittansicht durch eine zweite Aus- führungsform der Vorrichtung; Fig. 3 eine Schnittansicht durch eine dritte Ausführungsform der Vorrichtung;
Fig. 4 eine Schnittansicht durch eine vierte Aus- führungsform der Vorrichtung;
Fig. 5 eine Draufsicht auf einen runden Tiegel;
Fig. 6 eine Draufsicht auf einen länglichen Tie- gel mit einer Öffnung;
Fig. 7 eine Draufsicht auf einen länglichen Tiegel mit mehreren separaten Öffnungen. Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 10 zum Verdampfen eines Verdampfungsguts , das in einen Tiegel 11 eingefüllt werden kann. Unterhalb des Tiegels 11 ist eine Basisplatte 12 angeordnet, auf welcher die Vorrichtung 10 montiert ist. Der Tiegel 11 ist von einer umlaufenden Wandung 13 umgeben, die als Kühlmantel dient und zum Beispiel als doppelwandi- ger Kühlmantel ausgeführt sein kann, der mit einer Kühl- flüssigkeit durchströmt werden kann. Die Kühlflüssigkeit kann Wasser, flüssiger Stickstoff oder eine andere Kühl- flüssigkeit sein. Die Basisplatte 12 und die Wandung 13 bilden einen Heizraum 14, in dem eine Heizeinrichtung 15 und Abschirmelemente 16 und 17 angeordnet sind. Die Heizeinrichtung 15 und die Abschirmelemente 16 sind ebenfalls umlaufend um den Tiegel 11 angeordnet. Die Heizeinrichtung
10 ermöglicht es, das im Tiegel 11 befindliche Verdamp- fungsgut zu verdampfen oder zu sublimieren, so dass dieses nach oben in einer Verdampfungsrichtung 104 aus dem Tiegel
11 entweicht und auf einem über dem Tiegel 11 angebrachten und hier nicht näher gezeigten Substrat abgeschieden werden kann. Die Abschirmelemente 16 und 17, die vorzugsweise als Abschirmbleche ausgebildet sind, reflektieren die Wärmestrahlung zurück zum Tiegel 11. Die als Abschirmbleche ausgebildeten Abschirmelemente 16 bestehen vorzugsweise aus Tantal, Molybdän, Niob, Wolfram, Graphit, Edelstahl oder anderen hitzebeständigen Materialien.
Ein Öffnungsrand 18 des Tiegels 11 ist umlaufend von einer als ein Abdeckschild ausgebildeten Abdeckung 19 umgeben. Zwischen der Abdeckung 19 und der Wandung 13 bestehen umlaufende Spalte 100 und 101. Die Spalte 100 und 101 sind zur Verdeutlichung groß dargestellt. Tatsächlich sind sie viel kleiner, da die Abdeckung 19 auf der Wandung 13 auf- liegt. Die Abdeckung 19 reduziert die Gefahr, dass aggressive Prozessstoffe aus einer Umgebung der Vorrichtung 10 in den Heizraum 14 eintreten können.
In der Basisplatte 12 können kleinere Anschlussflansche 102 vorgesehen sein, durch welche elektrische Anschlüsse für die Heizeinrichtung 15 und nicht gezeigte Temperatursensoren eingeführt werden können. Durch die Öffnung 103 und den Anschlussflansch 102 kann auch eine zusätzliche separate Evakuierung des Heizraums 14 vorgenommen werden.
Fig. 2 zeigt eine Vorrichtung 20 mit einem Tiegel 21, der einen über den Mantel des Tiegels 21 hinausragenden Öffnungsrand 22 aufweist. Der Öffnungsrand 22 überdeckt somit teilweise den Innenraum 14. Eine Abdeckung 23 umfasst um- laufend den Öffnungsrand 22. Zwischen der Wandung 13 und der Abdeckung 23 ist ein Gettermaterial 24 angeordnet, um aggressive Prozessstoffe zu binden, die durch einen Spalt 25 in den Heizraum 14 eintreten können. Im Bereich des Spaltes 25 können aggressive Prozessgase kondensieren, so dass die aggressiven Prozessstoffe schlechter in den Heizraum 14 gelangen können.
Bei einer Vorrichtung 30 weist ein Tiegel 31 einen Öffnungsrand 32 auf, der ebenfalls über den Mantel des Tiegels 31 hinausragt (siehe Fig. 3) . Eine Abdeckung 33 weist einen stufenartigen Längsschnitt auf. Sie bildet somit ei- nen Übergang von einem Maß, das etwas größer als der Außendurchmesser der Wandung 13 ist, auf ein Maß, das etwas kleiner als der Außendurchmesser des Öffnungsrands 32 ist. Die Abdeckung 33 wird mit Federelementen 34 von unten gegen den Öffnungsrand 32 gedrückt, um das Eindringen der aggressiven Prozessstoffe zwischen dem Öffnungsrand 32 und der Abdeckung 33 zu vermeiden. Dabei führt die Abdeckung
33 wenig Wärme vom Öffnungsrand 32 ab, so dass dieser möglichst heiß bleibt, und somit eine Kondensation des Verdampfungsguts auf dem Öffnungsrand 32 vermieden wird. Der Tiegel 31 liegt mit seinem Öffnungsrand 32 lose auf der Abdeckung 33 auf, sodass infolge der thermischen Ausdehnung der Tiegel 31 und die Abdeckung 33 Relativbewegungen zueinander ausführen können. Zwischen der Abdeckung 33 und der Wandung 13 existiert ein umlaufender Spalt 35. Im Be- reich des Spaltes 35 können aggressive Prozessgase kondensieren, so dass die weiteren aggressiven Prozessstoffe schlechter in den Heizraum 14 gelangen können.
In einer alternativen hier nicht gezeigten Ausführungsform kann der Tiegel 31 die Abdeckung 33 durch sein Gewicht gegen die Wandung 13 drücken. Die Federelemente 34 können dann entfallen. In Fig. 4 wird eine Vorrichtung 40 gezeigt, bei welcher der Tiegel 41 ebenfalls einen den Mantel des Tiegels 41 überragenden Öffnungsrand 42 aufweist. Eine Abdeckung 43 ist aus einem Material mit schlechter Wärmeleitung gefertigt, so dass die Wärme vom Tiegelrand nicht abgeführt wird und dieser heiß bleibt. Sie kann elastisch ausgeführt sein so, dass unterschiedliche Wärmeausdehnungen zwischen dem Tiegel 41 und der Abdeckung 43 ausgeglichen werden. Der Tiegel 41 drückt mit dem Öffnungsrand 42 die Abdeckung 43 gegen die Wandung 44, so dass das Eindringen der aggressiven Prozessstoffe in diesem Bereich sehr erschwert ist. Die Abdeckung 43 kann auch fest mit der Wandung 44 und dem Tiegel 41 verbunden sein. An den Übergängen zwi- sehen dem Tiegel 41 und der Abdeckung 43 einerseits und der Abdeckung 43 und der Wandung 44 andererseits wird ein dichter Anschluss hergestellt. Das Evakuieren des Heizraums 14 erfolgt in diesem Fall durch den Anschlussflansch 102 oder durch eine im unteren Bereich der Wandung 44 an- gebrachte Öffnung 45.
Die Tiegel 11, 21, 31 und 41 können eine einzige runde Öffnung 50 aufweisen. Die Öffnungsränder 18, 22, 32 und 42 sowie die Abdeckungen 19, 23, 33 und 43 sind dann an die Form der Öffnung 50 entsprechend angepasst (siehe Fig. 5) .
Es ist jedoch möglich, dass die Tiegel 11, 21, 31 und 41 eine längliche Öffnung 60 aufweisen, an welche die Öffnungsränder 18, 22, 32 und 42 sowie die Abdeckungen 19, 23, 33 und 43 dann ebenfalls entsprechend angepasst sind (siehe Fig. 6) . Schließlich können die Tiegel 11, 21, 31 und 41 eine längliche Gestalt aufweisen, jedoch mit einer Vielzahl von Öffnungen 70, 71, 72 und 73 versehen sein. Die Öffnungen 70, 71, 72 und 73 können unterschiedliche Größen aufwei- sen, um eine homogene Beschichtung zu erzielen. Die Öffnungsränder 18, 22, 32 und 42 sind entsprechend ausgebildet und verlaufen teilweise zwischen den Öffnungen 70, 71, 72 und 73. Die Abdeckungen 19, 23, 33 und 43 weisen bei dieser Ausführungsvariante ebenfalls eine längliche Ges- talt auf (Sie Fig. 7) .
BEZUGSZEICHENLISTE
10 Vorrichtung
11 Tiegel Vorrichtung
12 Basisplatte Tiegel
13 Wandung Öffnungsrand
14 Heizraum Abdeckung
15 Heizeinrichtung Wandung
16 Abschirmelement Öffnung
17 Abschirmelement
18 Öffnungsrand Öffnung
19 Abdeckung
Öffnung
20 Vorrichtung
21 Tiegel 70 Öffnung
22 Öffnungsrand 40 71 Öffnung
23 Abdeckung 72 Öffnung
24 Gettermaterial 73 Öffnung
25 Spalt
100 Spalt
30 Vorrichtung 45 101 Spalt
31 Tiegel 102 Anschlussflansch
32 Öffnungsrand 103 Öffnung
33 Abdeckung 104 Verdampfungsrichtung
34 Federelement

Claims

PATENTANSPRÜCHE
Vorrichtung (10, 20, 30, 40) zum Verdampfen eines Verdampfungsguts in einer Vakuumbeschichtungsanlage mit einem einen Öffnungsrand (18, 22, 32, 42) aufweisenden Tiegel (11, 21, 31, 41) und einem den Tiegel (11, 21, 31, 41) mindestens teilweise umgebenden eine Wandung (13, 44) aufweisenden Heizraum (14) , dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Öffnungsrand (18, 22, 32, 42) und der Wandung (13, 44) eine Abdeckung (19, 23, 33, 43) vorgesehen ist.
2. Vorrichtung (10, 20, 30, 40) nach Anspruch 1, da- durch gekennzeichnet, dass die Abdeckung (19, 23,
33, 43) ein Abdeckschild ist, das zwischen dem Öffnungsrand (18, 22, 32, 42) und der Wandung (13, 44) montiert ist.
Vorrichtung (10, 20, 30, 40) nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungsrand (18 22, 32, 42) , über den Mantel des Tiegels (11, 21 31, 41) hinausragt.
Vorrichtung (10, 20, 30, 40) nach einem der Ansprü che 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abde ckung (19, 23, 33, 43) aus einem Material mit gerin ger Wärmeleitfähigkeit gefertigt ist. 5. Vorrichtung (10, 20, 30, 40) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abde- ckung (19, 23, 33, 43) mit dem Tiegel (11, 21, 31, 41) fest verbunden ist.
Vorrichtung (10, 20, 30, 40) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung (19, 23, 33, 43) lose zwischen dem Tiegel (11, 21, 31, 41) und der Wandung (13, 44) angeordnet ist.
Vorrichtung (30) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Wandung (13) und der Abdeckung (33) Federelemente (34) angeordnet sind.
Vorrichtung (10, 20, 30, 40) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung (19, 23, 33, 43) die geringere thermische Ausdehnung als der Tiegel (11, 21, 31, 41) aufweist.
Vorrichtung (10, 20, 30) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung (19, 23, 33) die Wandung (13) teilweise überlappt.
Vorrichtung (10, 20, 30) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Abdeckung (19, 23, 33) und der Wandung (13) ein Spalt (25, 35, 100, 101) vorgesehen ist.
Vorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Wandung (13) und der Abdeckung (23) ein Gettermaterial (24) angeordnet ist.
12. Vorrichtung (10, 20, 30) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung (19, 23, 33) eine Geometrie aufweist, die von ihrem inneren Bereich zu ihrem äußeren Bereich schräg nach unten abfällt.
13. Vorrichtung (10, 20, 30, 40) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizraum (14) separat evakuierbar ist.
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