DE3506671C2 - Dampfquelle für Vakuumbeschichtungsanlagen - Google Patents

Abstract

Dampfquelle für Vakuumbeschichtungsanlagen, die einen drehbar gelagerten Verdampfungstiegel (1), einen Antriebsmotor (6) und eine Einrichtung - vorzugsweise Elektronenstrahlkanone (2) - zur Beheizung des zu verdampfenden Gutes (5) in einer in der Beschichtungsanlage als Ganzes bewegbaren Baueinheit umfaßt. Damit kann der Verdampfungsort für eine gewünschte Schichtdickenverteilung den jeweiligen Anwendungen entsprechend optimal gewählt werden.

Description

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men verwendet werden. Die Strahlablenkung dient triebsmittels bzw. eines Kühlmediums, können in einem dann nur dazu, über einen kleinen bestimmten Bereich flexiblen Schlauch zusammengefaßt werden, der im Ineine exakte Verdampfungszone zu definieren, nern der Aufdampfanlage mit einem entsprechenden

Die bis anhin verwendeten Drehtiegt !verdampfer Anschluß für Strom bzw. die betreffenden Medien ver-

waren recht aufwendig in der Handhabung. Die Antrie- 5 bunden werden kann. Ein solcher flexibler Versorgungs-

be wurden jeweils außerhalb der Vakuumkammer ange- schlauch beeinträchtigt, wie sich gezeigt hat, das Arbei-

ordnet, wo sie oft hinderlich waren. Die für den Antrieb ten mit einer solchen Beschichtungsanlage kaum und

nötigen Durchführungen begrenzen auch die Einbau- vor allem ist auch eine leichte und schnelle Austausch-

möglichkeiten beträchtlich. Der Verdampfungsort war barkeit gewährleistet, weil die entsprechenden Verbin-

deshalb nur ^:n gewissen Grenzen wählbar. 10 düngen mit Versorgungsleitungen im Bedarfsfälle leicht

Besonders schwerwiegend sind die erwähnten Pro- gelöst werden können.

bleme dann, wenn in einem Aufdampfprozeß mehrere Bei Verwendung größerer Verdampfer, die mit einem Schichten aufgebracht werden müssen. Bis anhin hat Motor zu einer Baueinheit zusammengefaßt sind, kann man sich damit beholfen, sogenannte Mehrlochtiegel zu es zweckmäßig sein, das Bewegen im Innern der Bebenutzen. Die einzelnen Tigelnäpfe können dabei nach- 15 Schichtungsanlage dadurch noch zu erleichtern, daß die einander in Verdampfungsposition gebracht werden. einzelnen Baueinheiten auf je einem fahrbaren Gestell Diese Art Quelle läßt wohl das Verdampfen immer von montiert sind, so daß sie auf den Boden einer größeren demselben Ort aus zu, löst aber, weil keine Rotation der Beschichtungsanlage ohne großen Kraftaufwand an den Tiegelnäpfe um die eigene Achse vorhanden ist, die Pro- jeweils passenden Ort gefahren werden können,
bleme der gleichmäßigen Verdampfung nicht 20 Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Aus-

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zu Grunde, eine führungsbeispiels näher erläutert

Anordnung anzugeben, bei welcher der Verdampferort Die Zeichnung zeigt eine eine Baueinheit darstellende

innerhalb der Beschichtungsanlage bei gleichzeitiger Verdampfereinheit, welche einen drehbaren Verdamp-

Möglichkeit das Verdampfungsgut während der Ver- fungstiegel 1, eine zur Beheizung desselben dienende

dampfung einer Rotation zu unterwerfen, frei wählbar 25 Einrichtung 2 zur Erzeugung eines Elektronenstrahls 3,

ist Diese erfindungsgemäße Anordnung ist dadurch ge- einen Magneten 4 zur Erzeugung eines den Elektronen-

kennzeichnet daß die Dampfquelle zusammen mit dem strahl auf das Schmelzgut 5 im Tiegel umlenkenden Ma-

Motor eine Baueinheit bildet welche eine Elektronen- gnetfeldes, sowie einen Motor 6 mit Getriebe zum An-

Strahlerzeugungseinrichtung zur Beheizung des zu ver- trieb der den Tiegel tragenden vertikalen Welle 7 auf-

dampfenden Materials umfaßt und in mindestens z'.-/ei 30 weist Die Baueinheit ist über eine durch einen flexiblen

Dimensionen in der Vakuumbedampfungsanlage ver- Metallschlauch 8 gebildete Versorgungsleitung zur Zu-

schiebbar angeordnet ist führung der erforderlich elektrischen Energie und eines

Vorzugsweise wird ein mittels der Elektronenstrahl- Kühlmittels mit entsprechenden Anschlüssen in der Be-

erzeugungseinrichtung beheizter Verdampfungstiegel Schichtungsanlage verbunden.

zusammen mit einem vakuumdicht gekapselten Getrie- 35 Im einzelnen zeigt die Zeichnung ferner, daß die Bau-

be und Antriebsmotor als kompakte Baueinheit ausge- einheit von einem Gehäuse 9 umschlossen ist, das einen

führt. Eine freie Plazierung des Verdampfers in der Auf- Boden 10 und eine den Tiegel abdeckende Platte 11

dampfkammer ist dann ohne wesentliche Einschrän- aufweist mit Öffnungen 12 und 13 für den Elektronen-

kung möglich. Sollen mehrere Materialien aus Drehtie- strahl bzw. für den Austritt des erzeugten Dampfes aus

geln verdampft werden, kann eine entsprechende An- 40 dem Tiegel. Der Boden des Tiegels und teilweise auch

zahl von Baueinheiten auf Schlitten oder auf einer Dreh- seine Seitenwände sind hohl ausgebildet (14), um ein

anordnung beweglich angeordnet werden, so daß durch Kühlmittel hindurchführen zu können. Das Kühlmittel

Verschieben des jeweils gebrauchten Verdampfers im- wird über die hohle Welle zu und über den diese um-

mer erreichbar ist, daß der Verdampfungsort in der An- schließenden Ringkanal 15 abgeleitet. Durch ein im

lage stets gleich bleibt aber natürlich können auch für 45 Hohlraum angebrachtes Leitblech 16 wird bewirkt, daß

die einzelnen Verdampfungsvorgänge unterschiedliche das Kühlmittel zuerst von der Tiegelachse radial nach

Verdampfungsorte gewählt werden, wenn dies zweck- außen und dann den Rand des Leitbleches umströmend

mäßig erscheint Ferner kann durch stetiges Bewegen wieder radial nach innen fließen muß.

des Verdampfers während des Aufdampfprozesses eine Das zugeführte Kühlmittel gelangt über eine Boh-

gute Schichtdickenverteilung auch auf große Substrat- 50 rung 18 in einen Ringraum 19 und von da über die

flächen, wie beispielsweise Zylindertrommeln erreicht Ringkammer 20 in die Hohlwelle 7. Nachdem es dann

werden. durch den Ringkanal IS aus dem Kühlraum des Tiegels

In der Baueinheit, welche die Elektronenstrahlerzeu- zurückkommt, wird es über eine weitere Ringkammer

gungseinrichtung zur Beheizung des zu verdampfenden und Bohrung 21 durch eine hinter der Zuleitung 17 He-

Materials enthält können gleichzeitig eine Einrichtung 55 gende und daher in der Zeichnung nicht sichtbare Lei-

zur Fokussierung des Elektronenstrahls auf dem zu ver- tung wieder abgeführt

dampfenden Material und Mittel zur Beeinflussung des Weitere Einzelheiten der Kühlmittelzu- und Abfüh-

Ortes und der Größe des Fokus untergebracht werden. rung sind aus der Zeichnung ersichtlich, aber für das

Empfehlenswert ist auch, wie oben gesagt, den An- Wesentliche des Erfindungsgedankens nicht von Bedeu-

triebsmotor und ein ggf. vorgesehenes Getriebe vaku- eo tung und können in manigfacher Weise abgeändert wer-

umdicht zu kapseln, wodurch die Gasabgabe an das den. Die Zeichnung zeigt mehrere Ringdichtungen für

Aufdampfvakuum auf ein Minimum reduziert werden die Kühlmittelkanäle sowie Kugellager für die Antriebs-

kann. Als Motor kann ein Elektromotor gewählt wer- welle des Tiegels. In der Versorgungsleitung 8 ist nur die

den, aber auch Motore, die mit einem flüssigen oder zuvorderst liegende Zuleitung 17 für das Kühlmittel zu

gasförmigen Medium angetrieben werden. Die Versor- 65 ersehen, nicht die dahinter liegende Ableitung und auch

gungsleitungen für den Motor und eine meistens erfor- nicht die elektrischen Leitungen für die Energieversor-

derliche Kühlung, also elektrische Kabel und entspre- gung des Motors und der Einrichtung zur Elektronen-

chende Leitungen für die Zu- und Abfuhr eines An- strahlerzeugung.

Auch der Tiegelantrieb kann in verschiedener Weise gegenüber der in der Zeichnung dargestellten Konstruktion abgewandelt werden. Ein Getriebe ist nicht immer erforderlich, u. U. kann ein langsam laufender Motor direkt an die Tiegelwelle gekoppelt werden. In manchen Anwendungsfällen ist allerdings eine sehr langsame Drehung wünschenswert.

Die technischen Einzelheiten einer Elektronenstrahlerzeugungseinrichtung und des Umlenkmagneten sind an sich bekannt und bilden nicht den Gegenstand der vorliegenden Erfindung.

Erfindungsgemäße Dampfquellen können vor allem bei größeren Beschichtungsanlagen mit Vorteil eingesetzt werden, wenn es nämlich erforderlich ist, z. B. für die gleichmäßige Beschichtung größerer Flächen mehrere Dampfquellen vorzusehen, wobei der Ort der Verdampfung je nach den jeweils zu beschichtenden Gegenständen von Fall zu Fall u. U. sogar während der Beschichtung geändert werden soll. Da jede erfindungsgemäße Dampfquelle eine Baueinheit bildet, kann sie als Ganzes in der Anlage an den jeweils passenden Ort hingefahren werden. Etwa erforderlich» Einrichtungen zum Bewegen der Baueinheit, wie z. B. Schienen, Zugseile und dgl können in zweckentsprechender Weise vorgesehen werden und sind den einzelnen Anwendungsfällen anzupassen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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35

40

45 50 55 60 65

Claims (3)

1 2 gewöhnlich außerhalb der Aufdampfkammer angeord- Patentansprüche: net, und es wurde die Drehbewegung mittels einer abge dichteten Welle in das Vakuum eingeführt Wegen die-

1. Dampfquelle für Vakuumbeschichtungsanlagen, ser Durchführung durch die Wand war der Verdampfer wobei der Träger des Dampf abgebenden Materials 5 in der Vakuumkammer selbst mehr oder weniger fixiert, drehbar ausgebildet und durch einen Motor ange- abgesehen von der erwähnten Höhenverstellbarkeit
trieben wird, dadurch gekennzeichnet, DE-AS 15 21 525, Fig. 7 erwähnt allerdings die Mögdaß die Dampfquelle (1) zusammen mit dem Motor lichkeit, die Drehdurchführung in der Wand der Vaku-(6) eine Baueinheit bildet, welche eine Elektronen- umkammer schwenkbar zu machen, so daß der Welle Strahlerzeugungseinrichtung (2) zur Beheizung des io verschiedene, den jeweiligen Bedürfnissen anpaßbare zu verdampfenden Materials (5) umfaßt und in min- Richtungen erteilt werden können.

destens zwei Dimensionen in der Vakuumbeschich- Ein drehbarer Verdampfer mit Verstellbarkeit in late-

tungsanlage verschiebbar angeordnet ist raler Richtung (senkrecht) zur Drehachse) ist bekannt-

2. Dampfquelle nach Anspruch 1, dadurch gekenn- geworden aus DE-PS 28 49 933, wobei die drei wichtigzeichnet, daß die Baueinheit aus einem Elektronen- 15 sten Bauelemente einer Elektronenstrahl-Verdampstrahl-Verdampfungstiegel (1) mit angebautem Ge- fungseinrichtung, nämlich die Haltevorrichtung für das triebe und Antriebsmotor (6) besteht und die beiden zu verdampfende Gut, z. B. ein Verdampfungstiegel, eiletzteren vakuumdicht gekapselt sind. ne Elektronenstrahlquelle und ein Umlenkmagnet für

3. Dampfquelle nach Anspruch 1, dadurch gekenn- den Elektronenstrahl auf einer gemeinsamen Haltestanzeichnet, daß die Baueinheit mit einem von einem 20 ge befestigt sind und wobei ferner die Haltevorrichtung flüssigen oder gasförmigem Medium angetriebenem für das Verdampfungsgut als Drehtiegel mit an dersel-Motor verbunden ist ben Haltestange befestigtem und in der Vakuumkammer betriebenem Motor ausgebildet sein konnte. Die

Haltestange selbst war durch die Wand der Vakuum-

25 kammer vakuumdicht hindurchgeführt und konnte für

eine passende Einstellung verschoben werden.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dampfquelle In der Elektronikindustrie werden bei der Herstellung für Vakuumbeschichtungsanlagen, wobei der Träger von Mikroschaltkreisen dünne Metallschichten oft mit des Dampf abgebenden Materials drehbar ausgebildet Elektronenstrahlverdampfern aufgebracht Auch für die und mittels eines Getriebes durch einen Motor angetrie- 30 Herstellung von optischen Schichten werden vielfach ben wird. Dampfquellen, bei denen derTräger des Elektronenstrahlverdampfer eingesetzt Die an die Ver-Dampf abgebenden Stoffes z. B. ein Schmelztiegel für dampfungseinrichtung gestellten Ansprüche sind bei das zu verdampfende Material drehbar ausgebildet ist, diesen Anwendungen sehr hoch. Insbesondere werden sind in den verschiedensten Ausführungsformen be- oft außergewöhnlich hohe Anforderungen gestellt an kanntgeworden. 35 die Homogenität der Schichtdickenverteilung, Schicht-Aus der deutschen Auslegeschrift 15 21 225 ist be- dickenreproduzierbarkeit, Einhaltung einer bestimmten kannt, einen Verdampfertiegel drehbar zu machen zu Winkelverteilung des Dampfes und dgl. Höchste Anfordern Zweck, das geschmolzene verdampfbare Material derungen können nur erfüllt werden, wenn
durch Zentrifugalkraft an der Innenseite des Verdampfertiegels zu halten, wobei die Oberfläche der Schmelze 40 a) das Material von immer demselben und genau defidurch die Zentrifugalkraft eine solche Form erhält, daß nierten Quellenort innerhalb der Aufdampfkameine Fokussierung der verdampften Teilchen bewirkt mer aus verdampft wird,

wird. Damit kann die Verteilung des auf Substraten kon- b) die Charakteristik der Dampfausbreitung mög-

densierenden Dampfes beeinflußt werden. Ein weiterer liehst konstant ist.
Vorteil ist, daß dank der Paraboloidform der Schmelz- 45

badoberfläche bei Drehung des Tiegels diese Oberflä- Es ist bekannt, daß ein Rotieren bzw. Bewegen des ehe und damit die Dampf abgabe vergrößert wird. Verdampfungsmatriais unter dem Elektronenstrahl ein Es wurde auch schon vorgeschlagen, die Verteilung wesentlich ruhigeres Aufdampfverhalten ergibt. Bei des Schichtmaterials durch die Wahl der Drehzahl eines niedrig schmelzenden Metallen, wie beispielsweise Alu-Verdampfungstiegels zu beeinflussen, wobei dieses Ver- 50 minium, wird dadurch die Spritzerhäufigkeit drastisch fahren den Vorteil bietet, daß die Verteilungskurve reduziert, wobei auch Badoszillationen, welche zu durch Änderung der Drehzahl auch während des Auf- Schwankungen in der Dampfausbreitung führen, wedampfvorganges selbst vorgenommen und damit den sentlich vermindert werden. Bei hochschmelzenden Mejeweiligen Bedingungen angepaßt werden kann. tallen wird durch das Rotieren des Tiegels vermieden, Eine weitere Anordnung mit drehbaren Tiegeln, wel- 55 daß Löcher und Krater im Verdampfungsmaterial entche mit einer Tiegelwechselvorrichtung verbunden sind, stehen, welche die Dampfverteilung ebenfalls ungünstig und wobei der jeweils in Verdampfungsposition befind- beeinflussen. Bei Dielektrikas, wie beispielsweise S1O2 liehe Tiegel durch eine an diesen ansetzbare Welle in oder bei sublimierenden Materialien wie Chrom wiederDrehbewegung versetzt werden kann, zeigt DE-OS um wird durch Rotieren des Tiegels ein »Einbrennen«

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Rotieren des zu verdampfenden Gutes während der auch große Materialflächen sehr eben bzw. gleichmäßig

Verdampfung zeigen auch GB-PS 13 18 046, DE-OS abgedampft werden. Durch die Rotation ist es auch bes-

30 10 925 sowie DE-OS 26 15 215; bei der in der letztge- ser möglich, den Quellenort stabil und klein zu halten,

nannten Literaturstelle beschriebenen Anordnung ist was bei großen Tiegeldurchmessern mit Hilfe einer das Verdampfungsgut während des Verdampfens au- 65 Strahlabtastung allein (Wobbelung) nicht erreicht wer-

ßerdem in vertikaler Richtung der Drehachse ver- den konnte.

schiebbar, also höhenverstellbar. Die besten Resultate werden jedoch erzielt, wenn Ro-

Bei allen erwähnten Anordnungen wurde der Motor tation und eine programmierte Strahlablenkung zusam-