DE102013104086B3 - Electron beam evaporation assembly and method of electron beam evaporation - Google Patents
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Abstract
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird eine Elektronenstrahl-Verdampfungsanordnung (100) bereitgestellt, aufweisend: eine erste Elektronenstrahlquelle (102a), eingerichtet zum Bereitstellen eines ersten Elektronenstrahls (112a); eine zweite Elektronenstrahlquelle (102b), eingerichtet zum Bereitstellen eines zweiten Elektronenstrahls (112b); einen ersten Aufnahmebereich (106a) zum Aufnehmen eines ersten Materials (118a); einen zweiten Aufnahmebereich (106b) zum Aufnehmen eines zweiten Materials (118b); eine erste Umlenkkonfiguration (104a), eingerichtet zum Umlenken des ersten Elektronenstrahls (112a) auf den ersten Aufnahmebereich (106a); eine zweite Umlenkkonfiguration (104b), eingerichtet zum Umlenken des zweiten Elektronenstrahls (112b) auf den zweiten Aufnahmebereich (106b); und wobei die erste Umlenkkonfiguration (104a) und die zweite Umlenkkonfiguration (104b) miteinander magnetisch gekoppelt sind.According to various embodiments, an electron beam evaporation arrangement (100) is provided, comprising: a first electron beam source (102a), set up to provide a first electron beam (112a); a second electron beam source (102b) set up to provide a second electron beam (112b); a first receiving area (106a) for receiving a first material (118a); a second receiving area (106b) for receiving a second material (118b); a first deflection configuration (104a), set up to deflect the first electron beam (112a) onto the first receiving region (106a); a second deflection configuration (104b), set up to deflect the second electron beam (112b) onto the second receiving region (106b); and wherein the first deflection configuration (104a) and the second deflection configuration (104b) are magnetically coupled to one another.
Description
Die Erfindung betrifft eine Elektronenstrahl-Verdampfungsanordnung und ein Verfahren zum Elektronenstrahl-Verdampfen.The invention relates to an electron beam evaporation arrangement and a method for electron beam evaporation.
Mittels Elektronenstrahl-Verdampfens können Substrate oder Träger beschichtet werden. Falls die Dampfdrücke der zu verdampfenden Stoffe oder Stoffkomponenten nahe beieinander liegen, kann beispielsweise ein Legierungsverdampfen und/oder Dotierungsverdampfen durchgeführt werden, z. B. ein sogenanntes Einzeltiegelverdampfen eines mehrkomponentigen Verdampfungsguts (das Verdampfungsgut kann auch als Targetmaterial bezeichnet werden).By means of electron beam evaporation, substrates or carriers can be coated. If the vapor pressures of the substances or substance components to be vaporized are close to each other, for example, an alloy evaporation and / or doping evaporation can be carried out, for. B. a so-called single-pot evaporation of a multi-component Verdampfungsguts (the vaporized material can also be referred to as a target material).
Ferner kann ein bestimmtes Verdampfungsverhältnis der Komponenten durch eine sogenannte Nachfütterung erzwungen werden, wobei mindestens ein Material in dem Verdampfungsprozess zum Verdampfungsgut hinzugegeben wird, oder beispielsweise zusätzliches Verdampfungsgut bereitgestellt oder nachgeführt wird, wobei für gewöhnlich ein solches Legierungsverdampfen und/oder Dotierungsverdampfen technisch schwierig umsetzbar sein kann, da dieser Prozess eine zu geringe Langzeitstabilität aufweisen kann. Daher kann ein Mehrtiegelverdampfen (z. B. Zweitiegelverdampfen) verwendet werden, wobei jede Stoffkomponente in jeweils einem Verdampfungstiegel angeordnet sein kann und wobei die Verdampfungstiegel in ihrer räumlichen Position individuell angepasst sein können. Aufgrund eines bestimmten Abstands zwischen den jeweiligen Dampfquellen kann bei der Abscheidung eines Materials und/oder bei der Schichtbildung ein Konzentrationsgradient (oder ein Stoffmengen-Konzentrationsgradient) auftreten. Dieser Konzentrationsgradient in der abgeschiedenen Schicht kann aufgrund einer entsprechenden Bedampfungsgeometrie tolerierbar gestaltet sein. Ferner kann der Konzentrationsgradient in der abgeschiedenen Schicht angestrebt sein, wie es beispielsweise zum Bilden von Cermet-Schichten genutzt werden kann.Furthermore, a certain evaporation ratio of the components can be enforced by a so-called replenishment, wherein at least one material is added to the evaporating material in the evaporation process, or for example provided or tracked additional evaporation material, and usually such alloy evaporation and / or doping evaporation technically difficult to implement because this process may have too little long-term stability. Therefore, multi-pot evaporation (eg, two-pot evaporation) may be used, with each substance component being arranged in each case in an evaporation crucible, and wherein the evaporation crucibles may be individually adjusted in their spatial position. Due to a certain distance between the respective vapor sources, a concentration gradient (or a molar concentration gradient) may occur during the deposition of a material and / or during layer formation. This concentration gradient in the deposited layer can be made tolerable due to a corresponding evaporation geometry. Furthermore, the concentration gradient in the deposited layer may be desired, as can be used, for example, to form cermet layers.
Der Dampfausnutzungsgrad beim Elektronenstrahlverdampfen kann verbessert sein, wenn der Abstand zwischen Substrat und den Dampfquellen auf der Oberfläche des Verdampfungsguts gering ist. Daher kann eine magnetische Umlenkkonfiguration zum Erzeugen eines statischen Magnetfeldes derart eingerichtet sein, dass eine entsprechende Führung eines Elektronenstrahls in der Verdampfungsumgebung realisiert sein kann. Somit kann ein Strahleinschuss sowie eine Strahlführung des Elektronenstrahls zwischen der Dampfquelle und dem zu beschichtenden Substrat erfolgen, wobei der Elektronenstrahl vom Substrat fern bleiben kann und gleichzeitig ein steiler Auftreffwinkel auf der Oberfläche des Verdampfungsguts realisiert sein kann. Diese Konfiguration kann beispielsweise genutzt werden, um ein breites Substrat zu beschichten, wobei die Dampfquellen quer und symmetrisch zur Mitte des Substratflusses mit einem schnell abgelenkten Elektronenstrahl erzeugbar sind.The steam utilization efficiency in electron beam evaporation can be improved if the distance between the substrate and the vapor sources on the surface of the vaporization material is small. Therefore, a magnetic deflection configuration for generating a static magnetic field can be set up such that a corresponding guidance of an electron beam in the evaporation environment can be realized. Thus, a jet injection and a beam guidance of the electron beam between the vapor source and the substrate to be coated can take place, wherein the electron beam can remain away from the substrate and at the same time a steep angle of incidence on the surface of the vapor can be realized. This configuration can be used, for example, to coat a broad substrate, wherein the vapor sources can be generated transversely and symmetrically to the center of the substrate flow with a rapidly deflected electron beam.
Beispielsweise kann jedoch ein Nachteil dieser Konfiguration sein, dass aufgrund der Umlenkfeldstärkeverteilung im Raum in der Regel nur eine Elektronenkanone einsetzbar sein kann, mit der dann die entsprechenden Dampfquellen während des Verdampfungsprozesses erzeugt werden müssen. Die Umlenkfeldstärkeverteilung im Raum kann die mittels einer Elektronenkanone erreichbaren Auftrefforte auf dem Verdampfungsgut beider Materialien in ihrer Flächenausdehnung ungleich einschränken, wobei der Elektronenstrahl mittels eines Strahlablenksystems (z. B. kann das Strahlablenksystem ein Teil einer Elektronenstrahlquelle sein) zu den entsprechenden Auftrefforten auf dem Verdampfungsgut gelenkt werden kann. Mit anderen Worten können zwei entsprechend angeordnete Tiegel für ein Verdampfen zweier Materialien von einem Elektronenstrahl einer Elektronenkanone nicht in gleicher Weise erreicht werden. Eine Einzelkanonenanordnung kann beispielsweise bei Großflächenbeschichtung mit großen Beschichtungsbreiten ungeeignet sein, zwei ausgedehnte Dampfquellverteilungen auf zwei Tiegeln zu erzeugen, so dass es schwierig sein kann, über die gesamte Breite eines Substrats eine hohe Schichtdickenkonstanz und/oder Konzentrationskonstanz zu gewährleisten.For example, however, a disadvantage of this configuration may be that due to the Umlenkfeldstärkeverteilung in space usually only one electron gun can be used with which then the corresponding steam sources must be generated during the evaporation process. The deflecting field strength distribution in the space can unequally limit the area of incidence of the two materials in the areal extent that can be achieved by means of an electron gun, whereby the electron beam is directed to the corresponding locations of impingement by means of a beam deflection system (eg the beam deflecting system can be part of an electron beam source) can be. In other words, two appropriately arranged crucibles for evaporating two materials from an electron beam of an electron gun can not be achieved in the same way. For example, a single gun assembly may be unsuitable for large area coating with large coating widths to create two extended vapor source distributions on two crucibles so that it may be difficult to ensure high film thickness consistency and / or constant concentration over the entire width of a substrate.
In
Ferner wird in
Ferner wird in
Ferner wird in
Ein Aspekt verschiedener Ausführungsformen kann anschaulich darin gesehen werden, dass eine Elektronenstrahl-Verdampfungsanordnung mehrere Elektronenstrahlquellen aufweisen kann, wobei die Elektronenstrahl-Verdampfungsanordnung beim Betrieb einen verbesserten Dampfausnutzungsgrad aufweisen kann.One aspect of various embodiments can be clearly seen in that an electron beam evaporation assembly may include a plurality of electron beam sources, wherein the electron beam evaporation assembly may have an improved steam utilization efficiency during operation.
Ein anderer Aspekt kann beispielsweise darin gesehen werden, dass zwei verschiedene Materialien gleichzeitig mittels der Elektronenstrahl-Verdampfungsanordnung verdampft werden können, wobei sich die zwei oder mehr Materialien in verschiedenen Behältern (z. B. in verschiedenen Verdampfungstiegeln) befinden können, und dennoch die. jeweiligen Verdampfungsprozessparameter für die Materialien in den verschiedenen Behältern unabhängig voneinander eingestellt werden können. Zu diesen Verdampfungsprozessparametern kann beispielsweise Folgendes zählen: der Leistungseintrag in das jeweilige Material, das Pattern (Muster) des Elektronenstahls auf der jeweiligen Materialoberfläche, der Abstand des jeweiligen Materials von einem zu beschichtenden Substrat, der Auftreffwinkel des Elektronenstahls auf der jeweilige Materialoberfläche, die Verdampfungsrate des jeweiligen Materials, der Leistungseintrag des Elektronenstrahls, die räumliche Anordnung von Blenden und die räumliche Anordnung der jeweiligen Behälter der Materialien. Des Weiteren kann der Gesamtleistungseintrag in die beiden Materialien verbessert sein, da mehrere Elektronenstrahlquellen genutzt werden können.For example, another aspect may be seen in that two different materials may be evaporated simultaneously by the electron beam evaporation assembly, where the two or more materials may reside in different containers (eg, in different evaporation crucibles), and yet. respective evaporation process parameters for the materials in the different containers can be set independently. These evaporation process parameters can include, for example: the power input into the respective material, the pattern (pattern) of the electron beam on the respective material surface, the distance of the respective material from a substrate to be coated, the angle of incidence of the electron beam on the respective material surface, the evaporation rate of the respective material, the power input of the electron beam, the spatial arrangement of diaphragms and the spatial arrangement of the respective containers of materials. Furthermore, the overall power input into the two materials can be improved since multiple electron beam sources can be used.
Ferner kann ein Aspekt der verschiedenen Ausführungsformen sein, eine Elektronenstrahl-Verdampfungsanordnung bereitzustellen, so dass eine Gradientenschicht mit einer hohen Effizienz hergestellt werden kann, wobei beispielsweise der Materialausnutzungsgrad bei dem Elektronenstrahl-Verdampfen erhöht sein kann.Further, one aspect of the various embodiments may be to provide an electron beam evaporation assembly so that a gradient layer can be made with high efficiency, for example, wherein the degree of material utilization in electron beam evaporation may be increased.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Elektronenstrahl-Verdampfungsanordnung Folgendes aufweisen: eine erste Elektronenstrahlquelle, eingerichtet zum Bereitstellen eines ersten Elektronenstrahls; eine zweite Elektronenstrahlquelle, eingerichtet zum Bereitstellen eines zweiten Elektronenstrahls; einen ersten Aufnahmebereich zum Aufnehmen mindestens eines ersten Materials; einen zweiten Aufnahmebereich zum Aufnehmen mindestens eines zweiten Materials; eine erste magnetische Umlenkkonfiguration, eingerichtet zum Umlenken des ersten Elektronenstrahls auf den ersten Aufnahmebereich; und eine zweite magnetische Umlenkkonfiguration, eingerichtet zum Umlenken des zweiten Elektronenstrahls auf den zweiten Aufnahmebereich; wobei die erste Umlenkkonfiguration und die zweite Umlenkkonfiguration miteinander magnetisch gekoppelt sein können.According to various embodiments, an electron beam evaporation arrangement may include: a first electron beam source configured to provide a first electron beam; a second electron beam source configured to provide a second electron beam; a first receiving area for receiving at least a first material; a second receiving area for receiving at least one second material; a first magnetic deflection configuration configured to redirect the first electron beam to the first receiving area; and a second magnetic deflection configuration configured to redirect the second electron beam to the second receiving area; wherein the first deflection configuration and the second deflection configuration may be magnetically coupled together.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die erste Umlenkkonfiguration und die zweite Umlenkkonfiguration miteinander mittels einer Magnetkopplungskonfiguration magnetisch gekoppelt sein. Ferner kann die Magnetkopplungskonfiguration ein Eisenjoch aufweisen oder aus einem Eisenjoch bestehen. Ferner kann eine Magnetkopplungskonfiguration eine Magnetkopplungsstruktur oder ein Magnetkopplungssystem sein.According to various embodiments, the first deflection configuration and the second deflection configuration may be magnetically coupled to one another by means of a magnetic coupling configuration. Further, the magnetic coupling configuration may include an iron yoke or may consist of an iron yoke. Further, a magnetic coupling configuration may be a magnetic coupling structure or a magnetic coupling system.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die erste Elektronenstrahlquelle und die zweite Elektronenstrahlquelle eine Elektronenstrahlkanone aufweisen. Ferner kann die erste Elektronenstrahlquelle oder die zweite Elektronenstrahlquelle eine Elektronenstrahlkanone aufweisen.According to various embodiments, the first electron beam source and the second electron beam source may comprise an electron beam gun. Furthermore, the first electron beam source or the second electron beam source may comprise an electron beam gun.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Elektronenstrahlkanone ein Ablenksystem (Ablenkstruktur) aufweisen, zum Ablenken des Elektronenstrahls. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Elektronenstrahlkanone eine Elektronenquelle und ein Ablenksystem aufweisen, zum Ablenken des erzeugten Elektronenstrahls. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Richtung des Elektronenstrahls (die Abstrahlrichtung des Elektronenstrahls aus der Elektronenquelle) mittels des Ablenksystems in einem Winkelbereich von ungefähr –60° bis zu ungefähr +60° abgelenkt oder verändert werden.According to various embodiments, an electron beam gun may include a deflection system (deflection structure) for deflecting the electron beam. According to various embodiments, an electron beam gun may include an electron source and a deflection system for deflecting the generated electron beam. According to various embodiments, the direction of the electron beam (the emission direction of the electron beam from the electron source) may be deflected or changed by the deflection system in an angular range of about -60 ° to about + 60 °.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können der erste Aufnahmebereich und der zweite Aufnahmebereich zwischen der ersten Elektronenstrahlquelle und der zweiten Elektronenstrahlquelle angeordnet sein.According to various embodiments, the first receiving area and the second receiving area may be arranged between the first electron beam source and the second electron beam source.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der erste Aufnahmebereich mindestens einen ersten Behälter aufweisen zum Aufnehmen des mindestens einen ersten Materials; und/oder der zweite Aufnahmebereich kann mindestens einen zweiten Behälter aufweisen zum Aufnehmen des mindestens einen zweiten Materials.According to various embodiments, the first receiving area may comprise at least one first container for receiving the at least one first material; and / or the second receiving area may comprise at least one second container for receiving the at least one second material.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das mindestens eine erste Material in dem ersten Aufnahmebereich aufgenommen sein; und das mindestens eine zweite Material kann in dem zweiten Aufnahmebereich aufgenommen sein.According to various embodiments, the at least one first material may be received in the first receiving area; and the at least one second material may be received in the second receiving area.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können das mindestens eine erste Material und das mindestens eine zweite Material unterschiedliche Materialien sein. According to various embodiments, the at least one first material and the at least one second material may be different materials.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Aufnahmebereich mehrere Behälter aufweisen, die beispielsweise zur Aufnahme mehrerer Materialien oder weiterer Materialien verwendet werden können. Somit kann beispielsweise eine gleichzeitige Verdampfung von mehr als zwei Materialien realisiert werden.According to various embodiments, a receiving area may include a plurality of containers that may be used, for example, to hold a plurality of materials or other materials. Thus, for example, a simultaneous evaporation of more than two materials can be realized.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der erste Aufnahmebereich näher an der ersten Elektronenstrahlquelle angeordnet sein als der zweite Aufnahmebereich; und der zweite Aufnahmebereich kann näher an der zweiten Elektronenstrahlquelle angeordnet sein als der erste Aufnahmebereich.According to various embodiments, the first receiving area may be located closer to the first electron beam source than the second receiving area; and the second receiving area may be located closer to the second electron beam source than the first receiving area.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die erste magnetische Umlenkkonfiguration oder die zweite magnetische Umlenkkonfiguration eine Magnetanordnung und/oder eine Spulenanordnung aufweisen.According to various embodiments, the first magnetic deflection configuration or the second magnetic deflection configuration may comprise a magnet arrangement and / or a coil arrangement.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die erste magnetische Umlenkkonfiguration und die zweite magnetische Umlenkkonfiguration eine Magnetanordnung und/oder eine Spulenanordnung aufweisen.According to various embodiments, the first magnetic deflection configuration and the second magnetic deflection configuration may comprise a magnet arrangement and / or a coil arrangement.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die erste magnetische Umlenkkonfiguration einen ersten Magneten und/oder eine erste Spule aufweisen; und die zweite magnetische Umlenkkonfiguration kann einen zweiten Magneten und/oder eine zweite Spule aufweisen.According to various embodiments, the first magnetic deflection configuration may comprise a first magnet and / or a first coil; and the second magnetic deflection configuration may include a second magnet and / or a second coil.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die erste magnetische Umlenkkonfiguration und die zweite magnetische Umlenkkonfiguration jeweils zwei Spulen aufweisen.According to various embodiments, the first magnetic deflection configuration and the second magnetic deflection configuration may each comprise two coils.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Magnetanordnung und/oder die Spulenanordnung derart eingerichtet sein, dass ein erstes, den ersten Elektronenstrahl umlenkendes Magnetfeld, und ein zweites, den zweiten Elektronenstrahl umlenkendes Magnetfeld, zueinander entgegengesetzt orientiert sind.According to various embodiments, the magnet arrangement and / or the coil arrangement can be configured such that a first magnetic field deflecting the first electron beam and a second magnetic field deflecting the second electron beam are oriented opposite to one another.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die erste Umlenkkonfiguration und die zweite Umlenkkonfiguration mittels mindestens eines Jochs miteinander magnetisch gekoppelt sein.According to various embodiments, the first deflection configuration and the second deflection configuration may be magnetically coupled together by means of at least one yoke.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Beschichtungsanlage Folgendes aufweisen: eine Vakuumkammer; und eine in der Vakuumkammer angeordnete Elektronenstrahl-Verdampfungsanordnung, wie sie hierin beschrieben ist, zur Abscheidung einer Gradientenschicht auf einem Substrat in einem Beschichtungsbereich (oder einer Beschichtungszone) der Vakuumkammer.According to various embodiments, a coating system may include: a vacuum chamber; and an electron beam evaporation device disposed in the vacuum chamber, as described herein, for depositing a gradient layer on a substrate in a coating region (or coating zone) of the vacuum chamber.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Gradientenschicht als eine Schicht mit einem Material-Gradienten entlang einer Richtung der Schicht sein, beispielsweise entlang einer seitlichen Richtung oder entlang einer Dickenrichtung (entlang der Dicke) der Schicht.According to various embodiments, a gradient layer may be a layer having a material gradient along a direction of the layer, for example along a lateral direction or along a thickness direction (along the thickness) of the layer.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Beschichtungsbereich ein Bereich innerhalb einer Vakuumkammer sein, in dem das Abscheiden des Verdampfungsguts stattfindet. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Beschichtungsbereich zumindest aus einem der folgenden Bereiche bestehen oder einen der folgenden Bereiche aufweisen: einen Verdampfbereich, beispielsweise nahe der Dampfquelle oder nahe der Tiegeloberfläche, in dem ein zum Beschichten verwendetes Material verdampft werden kann, einen Abscheidebereich, beispielsweise nahe der Oberfläche eines zu beschichtenden Substrats, in dem sich das im Verdampfbereich verdampfte Material auf dem zu beschichtenden Substrat abgeschieden werden kann, und/oder einen Dampfausbreitungsbereich, beispielsweise zwischen dem Tiegel (oder der Dampfquelle) und dem zu beschichtenden Substrat, in dem sich das verdampfte Material ausbreitet. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Beschichtungsanlage derart eingerichtet sein, dass sich der Beschichtungsbereich oder der Abscheidebereich nahe der zu beschichtenden Fläche des Substrates befindet oder an das zu beschichtende Substrat angrenzt.According to various embodiments, the coating area may be an area within a vacuum chamber in which the evaporation of the vapor takes place. According to various embodiments, a coating region may consist of at least one of the following ranges or have one of the following ranges: an evaporation region, for example near the vapor source or near the crucible surface in which a material used for coating can be evaporated, a deposition region, for example near the surface a substrate to be coated, in which the evaporated material in the evaporation region can be deposited on the substrate to be coated, and / or a steam propagation region, for example between the crucible (or the vapor source) and the substrate to be coated, in which the vaporized material propagates , According to various embodiments, the coating system may be configured such that the coating region or the deposition region is close to the surface of the substrate to be coated or adjacent to the substrate to be coated.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Beschichtungsanlage ferner eine Transportvorrichtung zum Transportieren eines Substrats durch den Beschichtungsbereich hindurch aufweisen.According to various embodiments, the coating installation may further comprise a transport device for transporting a substrate through the coating area.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Elektronenstrahl-Verdampfungsanordnung zumindest teilweise unterhalb des Beschichtungsbereichs angeordnet sein.According to various embodiments, the electron beam evaporation arrangement may be disposed at least partially below the coating area.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die vollständige Elektronenstrahl-Verdampfungsanordnung unterhalb eines Abscheidebereichs angeordnet sein.According to various embodiments, the complete electron beam evaporation arrangement may be arranged below a deposition region.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Beschichtungsanlage derart eingerichtet sein, dass sich der Beschichtungsbereich zumindest teilweise zwischen der zu beschichtenden Fläche des Substrates und der Elektronenstrahl-Verdampfungsanordnung befindet.According to various embodiments, the coating installation can be set up in such a way that the coating area at least partially lies between the area of the surface to be coated Substrates and the electron beam evaporation assembly is located.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren zum Abscheiden einer Schicht auf einem Substrat Folgendes aufweisen: das Umlenken eines ersten Elektronenstrahls mittels einer ersten magnetischen Umlenkkonfiguration auf einen ersten Aufnahmebereich, in dem mindestens ein erstes Material aufgenommen sein kann, so dass ein Teil des mindestens einen ersten Materials verdampft werden kann; das Umlenken eines zweiten Elektronenstrahls mittels einer zweiten magnetischen Umlenkkonfiguration auf einen zweiten Aufnahmebereich, in dem mindestens ein zweites Material aufgenommen sein kann, so dass ein Teil des mindestens einen zweiten Materials verdampft werden kann; das Abscheiden des mindestens einen ersten Materials und des mindestens einen zweiten Materials auf dem Substrat; wobei die erste magnetische Umlenkkonfiguration und die zweite magnetische Umlenkkonfiguration miteinander magnetisch gekoppelt sein können.According to various embodiments, a method for depositing a layer on a substrate may include: redirecting a first electron beam by means of a first magnetic deflection configuration onto a first receiving area, in which at least a first material may be accommodated, such that a portion of the at least one first material can be evaporated; deflecting a second electron beam by means of a second magnetic deflection configuration onto a second receiving region, in which at least one second material can be accommodated, so that a part of the at least one second material can be vaporized; depositing the at least one first material and the at least one second material on the substrate; wherein the first magnetic deflection configuration and the second magnetic deflection configuration may be magnetically coupled together.
Ferner kann das Verfahren zum Abscheiden einer Schicht auf einem Substrat das Transportieren des Substrats durch einen Beschichtungsbereich einer Vakuumkammer hindurch aufweisen.Further, the method of depositing a layer on a substrate may include transporting the substrate through a coating area of a vacuum chamber.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Beschichtungsanlage eine Inline-Anlage sein. Ferner kann die Beschichtungsanlage eine Transportvorrichtung zum Transport eines bandförmigen Substrats aufweisen.According to various embodiments, the coating plant may be an inline plant. Furthermore, the coating installation can have a transport device for transporting a strip-shaped substrate.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Substrat durch den Beschichtungsbereich gleichförmig oder gleichförmig geradlinig bewegt werden.According to various embodiments, the substrate may be moved uniformly or uniformly straight through the coating area.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann während des Verfahrens zum Abscheiden einer Schicht auf einem Substrat das mindestens eine erste Material und das mindestens eine zweite Material mit einem Material-Gradienten auf dem Substrat abgeschieden werden.According to various embodiments, during the process of depositing a layer on a substrate, the at least one first material and the at least one second material having a material gradient may be deposited on the substrate.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Material des mindestens einen ersten Materials und des mindestens einen zweiten Materials Aluminium aufweisen und ein anderes Material des mindestens einen ersten Materials und des mindestens einen zweiten Materials kann Silizium aufweisen.According to various embodiments, a material of the at least one first material and the at least one second material may comprise aluminum and another material of the at least one first material and the at least one second material may comprise silicon.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können ein erstes Material und ein zweites Material mit einem Material-Gradienten auf einem Substrat abgeschieden werden.According to various embodiments, a first material and a second material having a material gradient may be deposited on a substrate.
Ferner können das erste Material und das zweite Material auf dem Substrat abgeschieden werden, wobei das abgeschiedene Material auf dem Substrat eine räumlich inhomogene Verteilung des ersten Material und des zweiten Materials aufweisen kann.Furthermore, the first material and the second material may be deposited on the substrate, wherein the deposited material on the substrate may have a spatially inhomogeneous distribution of the first material and the second material.
Ferner können das erste Material und das zweite Material auf dem Substrat abgeschieden werden, wobei das abgeschiedene Material auf dem Substrat eine Gradientenschicht bilden kann.Further, the first material and the second material may be deposited on the substrate, wherein the deposited material may form a gradient layer on the substrate.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können das erste Material und das zweite Material derart auf dem Substrat abgeschieden werden, dass sich auf dem Substrat eine Schicht bildet, wobei die Schicht einen Material-Gradienten aufweisen kann.According to various embodiments, the first material and the second material may be deposited on the substrate such that a layer forms on the substrate, wherein the layer may have a material gradient.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren zum Elektronenstrahl-Verdampfen ferner das Erzeugen des ersten Elektronenstrahls mittels einer ersten Elektronenstrahlquelle und das Erzeugen des zweiten Elektronenstrahls mittels einer zweiten Elektronenstrahlquelle aufweisen.According to various embodiments, the method for electron beam evaporation may further comprise generating the first electron beam by means of a first electron beam source and generating the second electron beam by means of a second electron beam source.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren zum Elektronenstrahl-Verdampfen ferner das Nutzen oder das Aktivieren einer Elektronenstrahl-Verdampfungsanordnung aufweisen, welche hierin beschrieben ist.In accordance with various embodiments, a method of electron beam evaporation may further comprise utilizing or activating an electron beam evaporation arrangement described herein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Abscheiden des mindestens einen ersten Materials und des mindestens einen zweiten Materials auf einem Bandsubstrat oder einem Endlossubstrat erfolgen.According to various embodiments, deposition of the at least one first material and the at least one second material may be on a tape substrate or an endless substrate.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Elektronenstrahl-Verdampfungsanordnung bereitgestellt sein, so dass mittels eines magnetischen Umlenkfeldes zwei Elektronenstrahlen, welche von zwei Elektronenkanonen erzeugt werden, auf zwei verschiedenen Tiegeln eine oder mehrere Dampfquellen erzeugen. In dieser Konfiguration können beispielsweise eine Legierungsverdampfung und/oder eine Dotierungsverdampfung als Gradienten-Verdampfung durchgeführt werden. Dabei kann beispielsweise ein geringer Bedampfungsabstand und somit ein hoher Dampfausnutzungsgrad realisiert sein. Ferner können beispielsweise eine große Beschichtungsbreite, eine hohe Schichtdickenhomogenität und/oder eine hohe Konzentrationshomogenität realisiert sein.According to various embodiments, an electron beam evaporation arrangement may be provided, such that by means of a magnetic deflection field two electron beams, which are generated by two electron guns, generate one or more vapor sources on two different pots. In this configuration, for example, alloy evaporation and / or doping evaporation may be performed as gradient evaporation. In this case, for example, a low sputtering distance and thus a high degree of steam utilization can be realized. Furthermore, for example, a large coating width, a high layer thickness homogeneity and / or a high concentration homogeneity can be realized.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Verdampfung der Einzelkomponenten aus ihren jeweiligen Verdampfungstiegeln durch den Einsatz zweier unabhängiger Elektronenstrahleinrichtungen (z. B. jeweils aufweisend eine Elektronenstrahlquelle, ein Ablenksystem und/oder eine Umlenkkonfiguration) erfolgen, so dass beispielsweise durch ein voneinander unabhängiges Steuern und/oder Regeln der Elektronenstrahleinrichtungen die Verdampfungsprozessparameter an einen gewünschten Kombinationsprozess auf einfache Weise angepasst werden können.According to various embodiments, the vaporization of the individual components from their respective vaporization crucibles may be accomplished by the use of two independent electron beam devices (eg, each comprising an electron beam source, a deflection system, and / or a deflection configuration) such that, for example, control is independent of each other and / or regulating the electron beam devices, the evaporation process parameters can be easily adapted to a desired combination process.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Elektronenstrahl-Verdampfungsanordnung in einer Beschichtungsanlage für ebene Substrate abgeordnet sein, z. B. zum Beschichten einer Wafer-Rückseitenmetallisierung, oder beispielsweise zum Beschichten einer Wafer-Rückseite mit einer Al/Si Legierung als Material-Gradientenschicht.According to various embodiments, the electron beam evaporation arrangement may be arranged in a planar substrate coating system, e.g. For example, for coating a wafer backside metallization, or, for example, for coating a wafer backside with an Al / Si alloy as the material gradient layer.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren zum Elektronenstrahl-Verdampfen für das Beschichten ebener Substrate genutzt werden, z. B. zum Herstellen einer Wafer-Rückseitenmetallisierung, oder beispielsweise zum Beschichten einer Wafer-Rückseite mit einer Al/Si Legierung als Material-Gradientenschicht.According to various embodiments, the method of electron beam evaporation may be used for coating planar substrates, e.g. For example, for producing a wafer backside metallization, or, for example, for coating a wafer backside with an Al / Si alloy as the material gradient layer.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.Embodiments of the invention are illustrated in the figures and are explained in more detail below.
Es zeigenShow it
In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa „oben”, „unten”, „vorne”, „hinten”, „vorderes”, „hinteres”, usw. mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Da Komponenten von Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.In the following detailed description, reference is made to the accompanying drawings, which form a part hereof, and in which is shown by way of illustration specific embodiments in which the invention may be practiced. In this regard, directional terminology such as "top", "bottom", "front", "back", "front", "rear", etc. is used with reference to the orientation of the described figure (s). Because components of embodiments can be positioned in a number of different orientations, the directional terminology is illustrative and is in no way limiting. It should be understood that other embodiments may be utilized and structural or logical changes may be made without departing from the scope of the present invention. It should be understood that the features of the various exemplary embodiments described herein may be combined with each other unless specifically stated otherwise. The following detailed description is therefore not to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention is defined by the appended claims.
Im Rahmen dieser Beschreibung werden die Begriffe ”verbunden”, ”angeschlossen” sowie ”gekoppelt” verwendet zum Beschreiben sowohl einer direkten als auch einer indirekten Verbindung, eines direkten oder indirekten Anschlusses sowie einer direkten oder indirekten Kopplung. In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.As used herein, the terms "connected," "connected," and "coupled" are used to describe both direct and indirect connection, direct or indirect connection, and direct or indirect coupling. In the figures, identical or similar elements are provided with identical reference numerals, as appropriate.
Die Umlenkkonfiguration kann beispielsweise auch als eine Umlenkstruktur oder als ein Umlenksystem bezeichnet und/oder verstanden werden.The deflection configuration can also be referred to and / or understood, for example, as a deflection structure or as a deflection system.
Ferner können die erste Umlenkkonfiguration
Wie in
Der Elektronenstrahl, der beispielsweise mittels der Elektronenstrahlquelle
In einer möglichen geometrischen Konfiguration, kann der erste Aufnahmebereich
Andere mögliche Konfigurationen, ähnlich zu der in
Wie in
Der Behälter
Wie in
Wie in
In der Konfiguration, wie sie in
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Magnetfelder
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Behälter
Das Positionieren
Das Positionieren
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann somit das Magnetfeld
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Anpassen des Magnetfelds
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Elektronenstrahl-Verdampfungsanordnung
Wie in
Ferner, wie in
Analog zur schematischen Darstellung in
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Blende
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verwenden einer Blende
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der erste Bereich
Ferner können die Magnetfelder
Die
In
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Ablenksystem
Gemäß anderen Ausführungsformen kann das Ablenksystem
Ferner kann das Ablenksystem
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Umlenkkonfiguration
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann mittels der Stärke der von der Umlenkkonfiguration
Ferner kann der Auftreffpunkt des Elektronenstrahls
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Ablenksystem
In diesem Zusammenhang, wie hierin beschrieben, kann beispielsweise die Umlenkkonfiguration
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Elektronenstrahl-Verdampfungsanordnung
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Elektronenstrahl-Verdampfungsanordnung
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die erste Umlenkkonfiguration
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Positionen der Behälter
Wie in
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Elektronenstrahl-Verdampfungsanordnung
Aufgrund der beschriebenen Konfiguration der Elektronenstrahl-Verdampfungsanordnung
Ferner kann das Substrat
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Behälter
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Anordnung der Bauelemente (Elektronenstrahlquellen, Behälter, Umlenkkonfigurationen) der hierin beschriebenen Elektronenstrahl-Verdampfungsanordnung
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Umlenkkonfigurationen
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Elektronenstrahlen
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Elektronenstrahl oder können die Elektronenstrahlen
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Behälter oder können die Behälter
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Behälter oder können die Behälter
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Target oder können die Targets (z. B. die Behälter
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Elektronenstrahlen
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Verdampfungstiegel
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Elektronenstrahl-Verdampfungsanordnung
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das erste zu verdampfende Material
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann mittels des gleichzeitigen Abscheidens des ersten und zweiten Targetmaterials auf der Substratoberfläche während des Verdampfens eine Schicht gebildet werden, wobei die Schicht einen Materialgradienten aufweisen kann. Mit anderen Worten, die auf dem Substrat gebildete Schicht kann in verschiedenen Schichtbereichen eine unterschiedliche chemische Zusammensetzungen aufweisen. Ferner kann das erste Targetmaterial
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Joch
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Elektronenstrahl
Wie in
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können das Umlenken eines ersten Elektronenstrahls und Umlenken eines zweiten Elektronenstrahls das gleichzeitig Umlenken zweier Elektronenstrahlen aus jeweils zwei Elektronenstrahlquellen aufweisen.In accordance with various embodiments, redirecting a first electron beam and redirecting a second electron beam may simultaneously redirect two electron beams from each of two electron beam sources.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann in einer Beschichtungsanlage zum Herstellen eines Material-Gradienten der Abstand
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Abstand
Des Weiteren kann ein geringerer Abstand dazu führen, dass sich die Wachstumsgeschwindigkeit der auf dem Substrat abgeschiedenen Schicht vergrößert wird, wodurch beispielsweise auch die die Prozesskosten verringert werden können.Further, a smaller pitch may cause the growth rate of the film deposited on the substrate to be increased, thereby also reducing the process cost, for example.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Bauelemente der Elektronenstrahl-Verdampfungsanordnung
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Blende zwischen den beiden Verdampfungstiegeln angeordnet sein, so dass die Abscheidung des verdampften Materials auf dem Substrat beeinflusst werden kann. Ferner kann das Verwenden einer Blende das Bilden einer Gradientenschicht begünstigen, beispielsweise indem das Substrat teilweise mittels der Blende abgeschattet wird, so dass entsprechend der Bereich auf dem Substrat, an dem das jeweilige verdampfte Material auftreffen kann, eingeschränkt werden kann.According to various embodiments, a diaphragm may be disposed between the two vaporization crucibles so that the deposition of the vaporized material on the substrate may be affected. Furthermore, the use of a diaphragm may favor the formation of a gradient layer, for example by partially shading the substrate by means of the diaphragm, so that the area on the substrate on which the respective vaporized material can impinge can correspondingly be restricted.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das zu verdampfende Material hierin auch als Verdampfungsgut bezeichnet werden. Ferner kann der Behälter hierin auch als Verdampfungstiegel bezeichnet werden. Die Elektronenstrahlquelle kann beispielsweise eine Elektronenkanone sein, wobei im Allgemeinen beschleunigte Elektronen die Elektronenstrahlquelle als ein Elektronenstrahl verlassen. Ferner kann die Elektronenstrahlquelle mindestens ein Ablenksystem aufweisen, so dass der Elektronenstrahl die Elektronenstrahlquelle unter einem bestimmten Winkel, entlang einer vordefinierten Richtung, verlassen kann.According to various embodiments, the material to be vaporized may also be referred to herein as evaporative material. Further, the container may also be referred to herein as an evaporation crucible. For example, the electron beam source may be an electron gun, with generally accelerated electrons leaving the electron beam source as an electron beam. Furthermore, the electron beam source can have at least one deflection system, so that the electron beam can leave the electron beam source at a certain angle, along a predefined direction.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Magnetfeld, welches jeweils von der Umlenkkonfiguration erzeugt wird, inhomogen sein, so dass beispielsweise nur ein Teil des erzeugten Magnetfelds (oder ein Bereich des erzeugten Magnetfelds) dazu geeignet sein kann, den Elektronenstrahl umzulenken. Mit anderen Worten kann das jeweilige Magnetfeld einen Nutzfeldbereich aufweisen, wobei lediglich dieser Nutzfeldbereich des Magnetfeldes derart eingerichtet ist, dass der Elektronenstrahl entsprechend umgelenkt wird.According to various embodiments, the magnetic field generated by each of the deflection configuration may be inhomogeneous such that, for example, only a portion of the generated magnetic field (or a portion of the generated magnetic field) may be capable of redirecting the electron beam. In other words, the respective magnetic field can have a useful field region, wherein only this useful field region of the magnetic field is set up such that the electron beam is correspondingly deflected.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Magnetfeld, welches jeweils von der Umlenkkonfiguration erzeugt wird, mittels einer oder mehrerer Spulen erzeugt werden, wobei das Magnetfeld der Spule mittels eines elektrischen Stroms gesteuert wird oder geregelt wird oder eingerichtet ist. Entsprechend kann mittels der Regelung oder der Steuerung des elektrischen Stroms das gewünschte Magnetfeld erzeugt werden, wobei das Magnetfeld beispielsweise von mindestens einem der folgenden Parametern abhängen kann: von der Stromstärke und der Zeitabhängigkeit des elektrischen Stroms, welche durch die jeweilige Spule fließt, von der Spulengeometrie, der Anordnung der Spulen relativ zueinander und/oder beispielsweise von der magnetischen Kopplung der Spulen untereinander.According to various embodiments, the magnetic field, which is generated in each case by the deflection configuration, can be generated by means of one or more coils, wherein the magnetic field of the coil is controlled or regulated by means of an electric current or is set up. Accordingly, by means of the regulation or the control of the electrical current, the desired magnetic field can be generated, wherein the magnetic field may depend, for example, on at least one of the following parameters: the current intensity and the time dependence of the electrical current flowing through the respective coil, the coil geometry , The arrangement of the coils relative to each other and / or, for example, from the magnetic coupling of the coils with each other.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen, wie hierin beschrieben wurde, kann eine Elektronenstrahl-Doppeltiegelverdampfungsanordnung mit einer Strahlführung bereitgestellt sein, so dass beispielsweise eine Legierungsverdampfung bzw. Dotierungsverdampfung als Gradienten-Verdampfung vorteilhaft ermöglicht sein kann.According to various embodiments, as described herein, an electron-beam double-pot evaporation arrangement may be provided with a beam guide, so that, for example, alloy evaporation or doping evaporation may be advantageously made possible as gradient evaporation.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann, während eines Elektronenstrahl-Verdampfens oder Elektronenstrahl-Verdampfungsprozesses, das Verdampfen der Einzelkomponenten aus ihren jeweiligen Behältern mittels des Einsatzes mindestens zweier unabhängiger Elektronenstrahleinrichtungen unabhängig voneinander gesteuert oder geregelt werden, so dass das Verdampfen der Einzelkomponenten an den gewünschten Verdampfungsprozess bestmöglich und auf einfache Weise angepasst sein kann.According to various embodiments, during an electron beam evaporation or electron beam evaporation process, the vaporization of the individual components from their respective containers can be controlled or regulated independently by the use of at least two independent electron beam devices, so that the evaporation of the individual components to the desired evaporation process is best possible simple way to be customized.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein magnetisches Umlenksystem aus vier Umlenkspulen bestehen, siehe
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein magnetisches Umlenksystem
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Umlenkkonfigurationen
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Behälter
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Elektronenstrahl-Verdampfungsanordnung derart bereitgestellt werden, dass eine translatorisch langsame alternierende Bewegung
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Tiegelbereiche der verschiedenen Materialkomponenten mittels einer Blendenanordnung
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Behälter der jeweiligen Stoffkomponente aus zwei oder mehreren Teilbehältern bestehen oder zwei oder mehrere Teilbehälter aufweisen. In dieser Modifikation kann der Elektronenstrahl im Springstrahlverfahren, z. B. mittels schneller Ablenkung des Elektronenstrahls in jeden der Teiltiegel, an die Beschichtung angepasste Verdampfungsquellen erzeugen.According to various embodiments, the container of the respective substance component may consist of two or more sub-containers or may comprise two or more sub-containers. In this modification, the electron beam in the spring blasting method, z. B. generate by means of rapid deflection of the electron beam in each of the crucible, adapted to the coating evaporation sources.
Ferner können bei einer mehrteiligen Teiltiegelanordnung, wobei mindestens ein Behälter zwei oder mehrere Teilbehälter aufweisen kann, diese Teiltiegel mit unterschiedlichen Materialien gefüllt sein, um mindestens eine weitere Stoffkomponente zusätzlich (z. B. gleichzeitig mit) verdampfen zu können.Furthermore, in the case of a multipart part-crucible arrangement, wherein at least one container can have two or more sub-containers, these part-crucibles can be filled with different materials in order to be able to additionally vaporize (eg simultaneously with) at least one further substance component.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Behälter nicht die gleiche Höhenposition bezogen auf das Substrat aufweisen, sondern zur Optimierung der Einzel-Beschichtungsraten und des Gradienten entsprechend eingestellt sein. Ferner können die dem jeweiligen Prozessort zugeordneten Magnetspulenpaare unterschiedliche Positionen zueinander und zum Prozessort aufweisen. In einem solchen Fall können die Magnetjochverbindungen schräg angeordnet sein.According to various embodiments, the containers may not have the same height position with respect to the substrate, but may be adjusted accordingly to optimize the individual coating rates and the gradient. Furthermore, the magnet coil pairs assigned to the respective processor location can have different positions relative to one another and to the processor location. In such a case, the Magnetjochverbindungen may be arranged obliquely.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die in
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Behälter
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann sich in einer Gradientenschicht, oder beispielsweise in einer Schicht, die einen Material-Gradienten aufweist, die chemische Zusammensetzung des Schichtmaterials entlang zumindest einer Richtung ändern. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann dabei die Schichtdicke des abgeschiedenen Materials konstant bleiben.According to various embodiments, in a gradient layer, or for example in a layer having a material gradient, the chemical composition of the layer material may change along at least one direction. According to various embodiments, the layer thickness of the deposited material may remain constant.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können Dampfquellen mittels des Elektronenstrahls auf dem Targetmaterial erzeugt werden, wobei die verschiedenen Dampfquellen in einem großen Bereich verteilt ein können, z. B. können zwei Dampfquellen eine Entfernung zwischen einander in einem Bereich von ungefähr 0,5 m bis ungefähr 2 m aufweisen. Daher kann mittels der hierin beschriebenen Elektronenstrahl-Verdampfungsanordnung
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren oder eine Vorrichtung zum Mehrtiegelverdampfen (z. B. Zweitiegelverdampfen) bereitgestellt sein oder bereitgestellt werden, wobei jede Stoffkomponente in jeweils einem Verdampfungstiegel angeordnet sein kann und wobei die Verdampfungstiegel individuell steuerbar und/oder regelbar sein können. Aufgrund eines bestimmten Abstands zwischen den jeweiligen Dampfquellen kann bei dem Abscheiden des Materials und/oder bei der Schichtbildung ein Konzentrationsgradient (oder ein Stoffmengen-Konzentrationsgradient) auftreten. Dieser Konzentrationsgradient in der abgeschiedenen Schicht kann aufgrund einer entsprechenden Bedampfungsgeometrie tolerierbar gestaltet sein. Ferner kann der Konzentrationsgradient in der abgeschiedenen Schicht angestrebt sein, wie es beispielsweise zum Bilden von Cermet-Schichten genutzt werden kann.According to various embodiments, a method or apparatus for multi-pot evaporation (eg, two-pot vaporizing) may be provided or provided, wherein each substance component may be disposed in a respective vaporization crucible, and wherein the vaporization crucibles may be individually controllable and / or controllable. Due to a certain distance between the respective vapor sources can in the deposition of the material and / or in the Stratification a concentration gradient (or a molar concentration gradient) occur. This concentration gradient in the deposited layer can be made tolerable due to a corresponding evaporation geometry. Furthermore, the concentration gradient in the deposited layer may be desired, as can be used, for example, to form cermet layers.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Dampfausnutzungsgrad beim Elektronenstrahlverdampfen verbessert sein, indem der Abstand zwischen dem Substrat und den Dampfquellen auf der Oberfläche des Verdampfungsguts gering eingerichtet sein kann. Daher können die magnetischen Umlenkkonfigurationen zum Erzeugen der statischen Magnetfelder derart eingerichtet sein, dass eine entsprechende Führung der Elektronenstrahlen innerhalb der Verdampfungsumgebung realisiert sein kann. Somit kann ein Strahleinschuss sowie eine Strahlführung beider Elektronenstrahlen zwischen der Dampfquelle und dem zu beschichtenden Substrat erfolgen, wobei die Elektronenstrahlen vom Substrat fern bleiben können und gleichzeitig ein steiler Auftreffwinkel beider Elektronenstrahlen auf den Oberflächen der Targets realisiert sein kann. Diese Konfiguration kann beispielsweise genutzt werden, um ein breites Substrat zu beschichten, wobei die Dampfquellen quer und symmetrisch zur Mitte des Substratflusses mit den zwei schnell abgelenkten Elektronenstrahlen erzeugt werden können.According to various embodiments, the steam utilization efficiency in electron beam evaporation may be improved by making the distance between the substrate and the vapor sources on the surface of the evaporant low. Therefore, the magnetic deflection configurations for generating the static magnetic fields may be arranged such that a corresponding guidance of the electron beams within the evaporation environment may be realized. Thus, a jet injection and a beam guidance of both electron beams between the vapor source and the substrate to be coated can take place, wherein the electron beams can remain away from the substrate and at the same time a steep angle of incidence of the two electron beams can be realized on the surfaces of the targets. This configuration can be used, for example, to coat a broad substrate, wherein the vapor sources can be generated transversely and symmetrically to the center of the substrate flow with the two rapidly deflected electron beams.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die hierin beschriebene Elektronenstrahl-Verdampfungsanordnung bei Großflächenbeschichtung mit großen Beschichtungsbreiten geeignet sein, zwei ausgedehnte Dampfquellverteilungen auf zwei Tiegeln zu erzeugen, so dass es realisiert werden kann, über die gesamte Breite eines Substrats eine hohe Schichtdickenkonstanz und/oder Konzentrationskonstanz zu erreichen.According to various embodiments, in large area coating with large coating widths, the electron beam evaporation assembly described herein may be capable of producing two extended vapor source distributions on two crucibles so that it can be realized to achieve high film thickness consistency and / or constant concentration over the entire width of a substrate.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Richtung des Elektronenstrahls (die Abstrahlrichtung des Elektronenstrahls aus der Elektronenquelle) mittels des Ablenksystems in einem Winkelbereich von ungefähr –60° bis zu ungefähr +60° abgelenkt oder verändert werden. Dabei kann der Elektronenstrahl beispielsweise entlang der Richtung
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der erste Aufnahmebereich einen ersten Behälter aufweisen zum Aufnehmen eines ersten Materials; und/oder der zweite Aufnahmebereich kann einen zweiten Behälter aufweisen zum Aufnehmen eines zweiten Materials.According to various embodiments, the first receiving area may include a first container for receiving a first material; and / or the second receiving area may include a second container for receiving a second material.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das erste Magnetfeld, welches mittels der ersten magnetischen Umlenkkonfiguration erzeugt wird, näher an der ersten Elektronenstrahlquelle angeordnet sein als das zweite Magnetfeld, welches mittels der zweiten magnetischen Umlenkkonfiguration erzeugt wird; und das zweite Magnetfeld, welches mittels der zweiten magnetischen Umlenkkonfiguration erzeugt wird, kann näher an der zweiten Elektronenstrahlquelle angeordnet sein als das erste Magnetfeld, welches mittels der ersten magnetischen Umlenkkonfiguration erzeugt wird. Ferner kann dabei das erste Magnetfeld den ersten Elektronenstrahl umlenken und das zweite Magnetfeld kann den zweiten Elektronenstrahl umlenken.According to various embodiments, the first magnetic field generated by the first magnetic deflection configuration may be located closer to the first electron beam source than the second magnetic field generated by the second magnetic deflection configuration; and the second magnetic field generated by the second magnetic deflection configuration may be located closer to the second electron beam source than the first magnetic field generated by the first magnetic deflection configuration. Furthermore, in this case, the first magnetic field can deflect the first electron beam and the second magnetic field can deflect the second electron beam.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Umlenken des jeweiligen Elektronenstrahls so verstanden werden, dass der Elektronenstrahl aus einer ursprünglichen Richtung auf das Target, den Behälter, den Aufnahmebereich, und/oder das Verdampfungsgut umgelenkt wird. Ferner kann der Elektronenstrahl vor dem Umlenken entsprechend nicht auf das Target, den Behälter, den Aufnahmebereich, und/oder das Verdampfungsgut auftreffen.According to various embodiments, the deflection of the respective electron beam may be understood as being such that the electron beam is deflected from an original direction onto the target, the container, the receiving region, and / or the vaporization material. Furthermore, the electron beam can not impinge on the target, the container, the receiving area, and / or the evaporating material prior to the deflection.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die erste magnetische Umlenkkonfiguration und die zweite magnetische Umlenkkonfiguration jeweils zwei Spulen aufweisen, wobei jeweils die erste Spule und die zweite Spule der Umlenkkonfiguration auf gegenüberliegenden Seiten des entsprechenden Behälters angeordnet sind, vergleiche beispielsweise
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die magnetischen Umlenkkonfigurationen nicht mit dem jeweiligen Behälter gekoppelt oder mechanisch verbunden sein.According to various embodiments, the magnetic deflection configurations may not be coupled or mechanically connected to the respective container.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Targetmaterial oder ein Verdampfungsgut ohne Behälter in dem entsprechenden Aufnahmebereich angeordnet sein, beispielsweise in dem Fall, dass kein pulverförmiges Targetmaterial oder pulverförmiges Verdampfungsgut verwendet wird.According to various embodiments, a target material or an evaporable material without a container may be arranged in the corresponding receiving region, for example in the event that no powdered target material or pulverulent evaporating material is used.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die hierin beschrieben Orientierung der Magnetfelder auf die Elektronenstrahl-Verdampfungsanordnung bezogen sein und beispielsweise nicht auf den Elektronenstrahl oder auf die Ausbreitungsrichtung des Elektronenstrahls selbst.According to various embodiments, the orientation of the magnetic fields described herein may be related to the electron beam evaporation arrangement and, for example, not to the electron beam or to the propagation direction of the electron beam itself.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Eigenschaften des Gradienten der Gradientenschicht mittels der Tiegelhöhe, mittels Blenden, und/oder mittels der Leistungseinträge der Elektronenstrahlen in das Targetmaterial beeinflusst werden. According to various embodiments, the properties of the gradient of the gradient layer can be influenced by means of the crucible height, by means of diaphragms, and / or by means of the power inputs of the electron beams into the target material.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Zusammenwirken des Ablenksystems mit der Umlenkkonfiguration eine großflächige Beschichtung mit hoher Schichtdickenhomogenität und Dampfausnutzung ermöglichen. Ferner kann das interne Ablenksystem der Elektronenstrahlkanone das Erzeugen eines breiten Quellbereichs für die Großflächenbeschichtung ermöglichen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die magnetische Umlenkkonfiguration einen geringen Bedampfungsabstand ermöglichen. Ferner kann die Tiegelanordnung nicht symmetrisch sein. Beispielsweise kann die Tiegelanordnung eine Kombination aus einem größeren und einem kleineren Tiegel aufweisen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Korrektur des Abstandes zwischen Tiegel und Substrat während einer Kampagne durchgeführt werden, so dass beispielsweise der Ort der jeweiligen Dampfquellen konstant bleiben kann, wobei damit die Beschichtungsparameter für die Gradientenschicht unverändert bleiben können. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Anordnung der Elektronenstrahl-Verdampfungsanordnung unterhalb des Beschichtungsbereiches beispielsweise einen kleineren Abstand zwischen dem Tiegel und dem Substrat ermöglichen. Ferner kann dies eine bessere Ausnutzung des Materials ermöglichen.According to various embodiments, the interaction of the deflection system with the deflection configuration may enable a large area coating with high layer thickness homogeneity and steam utilization. Further, the electron beam gun's internal deflection system may allow for the creation of a wide source area for the large area coating. According to various embodiments, the magnetic deflection configuration may allow for a low sputtering distance. Furthermore, the crucible arrangement can not be symmetrical. For example, the crucible assembly may comprise a combination of a larger and a smaller crucible. According to various embodiments, a correction of the distance between crucible and substrate can be carried out during a campaign, so that, for example, the location of the respective vapor sources can remain constant, whereby the coating parameters for the gradient layer can remain unchanged. For example, according to various embodiments, placing the electron beam evaporation assembly below the coating area may allow for a smaller distance between the crucible and the substrate. Furthermore, this may allow better utilization of the material.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Gaseinlass in die Tiegelanordnung integriert sein. Beispielsweise können dabei ein erster Tiegel, eine zweiter Tiegel und ein Gaseinlass in den entsprechenden Aufnahmebereichen angeordnet sein. Ferner kann dabei beispielsweise der erste Tiegel ein erstes Targetmaterial aufweisen, z. B. Mo, und der zweite Tiegel kann ein zweites Targetmaterial aufweisen, z. B. Aluminiumoxid (oder Al2O3) und mittels des Gaseinlasses kann beispielsweise Sauerstoff eingelassen werden, so dass eine Mo/MoAlxOy/Al2O3 Gradientenschicht abgeschieden wird oder abgeschieden werden kann. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann zusätzlich zu dem Verdampfungsgut ein Prozessgas bereitgestellt werden, beispielsweise Sauerstoff.According to various embodiments, a gas inlet may be integrated into the crucible assembly. For example, a first crucible, a second crucible and a gas inlet can be arranged in the corresponding receiving areas. Furthermore, for example, the first crucible may have a first target material, for. B. Mo, and the second crucible may have a second target material, for. For example, alumina (or Al 2 O 3 ) and by means of the gas inlet, for example, oxygen can be admitted, so that a Mo / MoAl x O y / Al 2 O 3 gradient layer is deposited or can be deposited. According to various embodiments, in addition to the vaporized material, a process gas may be provided, for example oxygen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Substrattransport durch den Beschichtungsbereich hindurch oder in dem Beschichtungsbereich gleichförmig gradlinig erfolgen. Ferner kann das Substrat in dem Beschichtungsbereich über eine Rolle, beispielsweise eine gekühlte Transportrolle, transportiert werden, so dass die Substratbewegung im Wesentlichen kreisförmig ist oder zumindest teilweise auf einer Kreisbahn erfolgt.According to various embodiments, the substrate transport may be uniformly straight through the coating area or in the coating area. Furthermore, the substrate in the coating area can be transported via a roller, for example a cooled transport roller, so that the substrate movement is substantially circular or takes place at least partially on a circular path.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine magnetische Kopplung zwischen einer ersten Umlenkkonfiguration und einer zweiten Umlenkkonfiguration mittels eines magnetischen Leiters erfolgen, beispielsweise mittels einer Struktur, welche ein magnetisches oder magnetisierbares Material aufweist. Ferner kann die magnetische Kopplung als eine Nahwirkung betrachtet werden.According to various embodiments, a magnetic coupling may be effected between a first deflection configuration and a second deflection configuration by means of a magnetic conductor, for example by means of a structure comprising a magnetic or magnetizable material. Furthermore, the magnetic coupling can be considered as a proximity effect.
Eine magnetische Kopplung kann beispielsweise mittels eines Jochs, oder Eisenjochs, erfolgen, so dass dadurch eine Zwangsführung des Magnetfelds erzeugt wird.A magnetic coupling can take place, for example, by means of a yoke or iron yoke, thereby producing a forced guidance of the magnetic field.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das verdampfte Targetmaterial einen Dampfausbreitungsbereich erzeugen, so dass beispielsweise in Substratnähe eine Beschichtungszone entsteht. Die Beschichtungszone, der Abscheidebereich und/oder der Beschichtungsbereich kann beispielsweise auch entlang einer gekrümmten Fläche verlaufen.According to various embodiments, the vaporized target material may generate a vapor propagation region such that, for example, a coating zone is formed near the substrate. The coating zone, the deposition region and / or the coating region can, for example, also run along a curved surface.
Die Doppelspulenumlenkkonfiguration, wie hierin beschrieben, kann beispielsweise ein Bestandteil einer Beschichtungsanordnung (Elektronenstrahlverdampfungsanordnung) sein, wobei das magnetische Umlenksystem, das Tiegelsystem und die Elektronenstrahleinrichtung jeweils voneinander getrennte Komponenten der Anordnung sein können, so dass diese optimal in ihrer Geometrie aufeinander abgestimmt sein können oder werden können. Dabei können beispielsweise mit Hilfe des Ablenksystems der Elektronenstrahleinrichtung mehrere flächig ausgedehnte Quellfiguren auf dem Verdampfungsgut eines Tiegels mit großer Oberfläche erzeugt werden. Dies kann beispielsweise zur Anwendung für Großflächenbeschichtung genutzt werden oder vorteilhaft sein. Da der Tiegel vom Magnetsystem nicht umbaut ist, kann der Tiegel ferner unabhängig von anderen Komponenten in seiner Größe derart gewählt werden, dass beispielsweise die Materialbevorratung für lange Beschichtungskampagnen ausreicht, und der Tiegel kann beispielsweise auch vorteilhaft für einen gleichmäßigen Flächenabtrag einer geeigneten Tiegelbewegung unterworfen werden.The dual coil deflection configuration as described herein may be, for example, a component of a coating arrangement (electron beam evaporation arrangement), wherein the magnetic deflection system, the crucible system and the electron beam device may each be separate components of the arrangement, so that they can be optimally matched in their geometry can. In this case, for example, with the help of the deflection of the electron beam device, a plurality of surface-extended source figures on the evaporation material of a crucible with a large surface area can be generated. This can be used for example for application for large area coating or be advantageous. Since the crucible is not rebuilt by the magnet system, the crucible can also be chosen independently of other components in size such that, for example, the material storage is sufficient for long coating campaigns, and the crucible can for example also be subjected to a suitable crucible movement advantageous for a uniform surface removal.
Die magnetische Strahlumlenkung kann beispielsweise dazu dienen, den Elektronenstrahl flach unterhalb des Substrattransportbereichs einzuschießen und dann den Elektronenstrahl möglichst steil auf das Verdampfungsgut zu lenken. Dadurch kann beispielsweise einerseits großflächig verdampft werden und andererseits mit geringem Bedampfungsabstand beschichtet werden, so dass eine hohe Dampfausnutzung erreicht werden kann. Die Schichtdickengenauigkeit während eines Abscheideprozesses kann dadurch verbessert sein, dass mit der hierin beschriebenen Anordnung eine zum Elektronenstrahleinschuss symmetrische Quellverteilung und Auftreffwinkelverteilung ermöglicht sein kann oder werden kann. Diese Symmetrie kann beispielsweise bei Schrägeinschüssen des Elektronenstrahls oder bei einer verwendeten Magnetfalle nicht gegeben sein.The magnetic beam deflection can serve, for example, to shoot the electron beam flat below the substrate transport region and then direct the electron beam as steeply as possible to the evaporating material. As a result, for example, on the one hand be evaporated over a large area and on the other hand coated with low Spampfungsabstand, so that a high steam utilization can be achieved. The layer thickness accuracy during a deposition process can be improved by the fact that, with the arrangement described herein, a source distribution and distribution angle distribution symmetrical to the electron beam injection can be or can be made possible. This symmetry can not be given, for example, in oblique incisions of the electron beam or in a magnetic trap used.
Das Verdampfersystem (die Beschichtungsanordnung) mit Doppelspulen-Umlenksystem kann mittels der zwei Elektronenstrahleinrichtungen zwei Materialien aus zwei Tiegeln verdampfen, wobei beispielsweise folgende Aspekte realisiert sein können: ein geringer Bedampfungsabstand, eine große zweidimensionale Quellflächenausdehnung der Dampfquelle (beispielsweise können dabei auch mehrere Dampfquellen mit jeweils einer Kanone erzeugt werden), eine offene Bauweise und räumliche Anordnung des Magnetsystems (beispielsweise vom Tiegel getrennte Komponente, welche die Tiegelgröße nicht beinschränkt), einen Verdampfertiegel mit großer zweidimensional ausgedehnter Oberfläche, eine Verstellmöglichkeit der Tiegels, eine Symmetrie der Leistungsverteilung und der Dampfdichteverteilung quer zum zu beschichtenden Substrat, wobei sich Anwendungsgebiete dafür auf eine Legierungsverdampfung, eine Gradientenbeschichtung und/oder eine Dotierung beziehen können.The evaporator system (coating arrangement) with a double-coil deflection system can vaporize two materials from two crucibles by means of the two electron-beam devices, wherein, for example, the following aspects can be realized: a low vapor deposition distance, a large two-dimensional source surface extent of the vapor source (for example, several vapor sources each having one) Guns), an open design and spatial arrangement of the magnet system (eg, a crucible-separate component that does not restrict crucible size), a vaporizer crucible with large two-dimensionally extended surface, crucible adjustability, power distribution symmetry, and vapor density distribution across coating substrate, with application areas for this can relate to an alloy evaporation, a gradient coating and / or a doping.
Die magnetisch durch ein Joch zur Zwangsführung des Magnetfeldes gekoppelten Spulenpaare können ein Elektronenstrahlverdampfen mittels einander gegenüberliegender Elektronenstrahlquellen ermöglichen. Ferner können beispielsweise entlang der Verbindungslinie zwischen den Elektronenstrahlkanonen (entlang der Substrattransportrichtung) die Magnetspulenpaare nach einander folgend angeordnet sein, wobei jedes Spulenpaar gegenüber dem Substratfluss und gegenüber den Verdampfertiegeln symmetrisch zur gleichen Symmetrieebene angeordnet sein kann.The magnetically coupled by a yoke for positive guidance of the magnetic field coil pairs can allow electron beam evaporation by means of opposing electron beam sources. Furthermore, along the connecting line between the electron beam guns (along the substrate transport direction), for example, the pairs of magnet coils can be arranged one after the other, wherein each pair of coils can be arranged symmetrically with respect to the substrate flow and opposite the evaporator crucibles to the same plane of symmetry.
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Legal Events
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