Beschreibung

Vorratsbehälter für eine Beschichtungsanlage und

Beschichtungsanlage

Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2012 215 708.5, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. Es werden ein Vorratsbehälter für eine Beschichtungsanlage und eine Beschichtungsanlage angegeben.

Mittels Verfahren zur Atomlagenabscheidung (ALD: „atomic layer deposition") lassen sich in verschiedenen technischen Bereichen wie beispielsweise Optik, Halbleiterfertigung und Optoelektronik reproduzierbar sehr dünne, beispielsweise bis zu Monolagen dünne, funktionelle Schichten herstellen.

Unter dem Begriff der "Atomlagenabscheidung" sind

insbesondere Verfahren bekannt, bei denen zur Herstellung einer Schicht die dazu notwendigen Ausgangsmaterialien

(Precursor) üblicherweise nicht gleichzeitig, sondern

abwechselnd nacheinander einer Beschichtungskammer, auch als Reaktor bezeichnet, mit dem zu beschichtenden Substrat darin zugeführt werden. Weiterhin ist kann auch eine gleichzeitige Zuführung möglich sein. Die Ausgangsmaterialien können sich dabei auf der Oberfläche des zu beschichtenden Substrats beziehungsweise auf dem zuvor abgelagerten Ausgangsmaterial abwechselnd anlagern und damit eine Verbindung eingehen.

Hierdurch ist es möglich, pro Zykluswiederholung, also der einmaligen Zuführung aller notwendigen Ausgangsmaterialien in nacheinander folgenden Teilschritten, jeweils maximal eine Monolage der aufzubringenden Schicht aufzuwachsen, sodass durch die Anzahl der Zyklen eine gute Kontrolle der

Schichtdicke möglich ist. Bei Abscheidung einer

Übergitterstruktur kann eine noch gleichmäßigere Struktur erreicht werden. Weiterhin weisen ALD-Verfahren den Vorteil auf, dass dadurch, dass sich das zuerst zugeführte

Ausgangsmaterial nur an der zu beschichtenden Oberfläche anlagert und erst das danach zugeführte zweite

Ausgangsmaterial Reaktionen mit dem ersten Ausgangsmaterial eingeht, ein sehr konformes Schichtwachstum möglich ist, durch das auch Oberflächen mit großem Aspektverhältnis gleichmäßig bedeckt werden können.

Im Bereich der Optoelektronik wird diese Technik

beispielsweise im Rahmen der Fertigung von anorganischen Licht emittierenden Dioden (LED) oder organischen Licht emittierenden Dioden (OLED) verwendet, etwa um

Barriereschichten oder Nanolaminate, also Schichtenfolgen aus abwechselnden Schichten mit unterschiedlichen Materialien, in Form von Dünnfilmverkapselungen auf diesen Bauelementen herzustellen. Beispiele für solche Barriereschichten und Nanolaminate finden sich in den Druckschriften

WO 2009/095006 AI und DE 102009024411 AI.

Ausgangsmaterialien, die auf metallorganischen Verbindungen basieren, werden üblicherweise in temperaturstabilisierten Vorratsbehältern gelagert, um sie bei Bedarf der

Beschichtungskammer zuzuführen. In Figur 6A ist ein üblicher Vorratsbehälter 91 für eine Beschichtungsanlage gezeigt, in dem sich ein metallorganisches Ausgangsmaterial 92 in

flüssiger und/oder fester Form befindet, wobei sich je nach

Temperatur im Vorratsbehälter 91 das Ausgangsmaterial 92 auch zum Teil über der Flüssigkeit oder dem Festkörper in einer gasförmigen Phase befindet. Der Vorratsbehälter 91 ist in einem Temperaturbad 95 gelagert, das eine möglichst große Wärmekapazität aufweist, um die Temperatur des

Ausgangsmaterials 92 im Vorratsbehälter 91 möglichst konstant zu halten. Der so nach dem Stand der Technik

temperaturstabilisierte Vorratsbehälter 91 weist zumindest eine Leitung 96 auf, durch die das gasförmige

Ausgangsmaterial 92 üblicherweise durch pulsartiges Öffnen eines Behälterventils einem Gasstrom zugeführt wird, der das Material zur Beschichtungskammer führt. Entsprechend dem Dampfdruck, der durch die Temperatur des Ausgangsmaterials 92 und damit zumindest dem Prinzip nach durch die Temperatur des Wärmebads 95 bestimmt wird, gelangt eine gewisse Menge des Ausgangsmaterials 92 in den Gasstrom. Alternativ hierzu kann gasförmiges Ausgangsmaterial 92 auch ohne zusätzlichen

Gasstrom rein durch seinen Dampfdruck der Beschichtungskammer zugeführt werden.

Aufgrund der Entnahme von Ausgangsmaterial 92 aus dem

Vorratsbehälter 91 kommt es in Abhängigkeit der Entnahmedauer und -häufigkeit sowie der geometrischen Bedingungen des

Vorratsbehälters 91 zu Temperaturschwankungen innerhalb des im Vorratsbehälter 91 verbleibenden Ausgangsmaterials 92. In Figur 6B ist hierzu rein beispielhaft der Temperaturverlauf T des Ausgangsmaterials 92 in Abhängigkeit von einer Zeit t gezeigt. Die Bereiche 60 deuten dabei die

Beschichtungsintervalle, also die Schaltzyklen des

Behälterventils an, während derer ein Teil des

Ausgangsmaterials 92 dem Behälter 91 entnommen wird. Die Linie 61 kennzeichnet die Gleichgewichtstemperatur des

Ausgangsmaterials 92 vor der Durchführung der

Beschichtungsintervalle. Während der Beschichtungsintervalle 60 sinkt die Temperatur im Vorratsbehälter 91, wie durch die Kurve 62 angedeutet ist, durch die Materialentnahme ab. Zum Ausgleich der entwichenen Wärme ist das Wärmebad 95

vorgesehen. Jedoch ist in üblichen Beschichtungsanlagen eine Temperaturregeneration zwischen den Beschichtungsintervallen 60 meist nur teilweise möglich, da der Temperaturübertrag vom Wärmebad 95 auf das Ausgangsmaterial 92 im Vorratsbehälter 91 nur sehr träge vonstatten geht. Hierdurch kommt es im Verlauf von mehreren Beschichtungsintervallen 60 zu einer

Undefinierten Abkühlung des Ausgangsmaterials 92 im

Vorratsbehälter 91.

In Figur 6C ist weiterhin entlang einer Schnittgeraden x qualitativ die räumliche Verteilung der Temperatur T im

Wärmebad 95 und an der Oberfläche des flüssigen

Ausgangsmaterials 92 im Vorratsbehälter 91, deren Position jeweils gestrichelt angedeutet ist, gezeigt. Durch den angesprochenen trägen Wärmeübertrag vom Wärmebad 95 auf das Ausgangsmaterial 92 im Vorratsbehälter 91 kommt es zu

Temperaturgradienten innerhalb des Vorratsbehälters 91, wie durch die Kurve 63 angedeutet ist. Die gestrichelte Linie 64 deutet dabei die Gleichgewichtstemperatur im Vorratsbehälter 91 an, die in Abwesenheit von Beschichtungszyklen der

Temperatur des Wärmebads 95 entspricht, die außerhalb des Vorratsbehälters 91 herrscht. Durch die Materialentnahme während eines Beschichtungsintervalls und der thermischen Anbindung lediglich des Randbereichs des Vorratsbehälters 91 an das Wärmebad 95 kommt es zumindest qualitativ zu der in Figur 6C gezeigten Temperaturverteilung innerhalb des

Vorratsbehälters 91. Weiter ist in Figur 6C ein weiterer Vorratsbehälter 91' gezeigt, der eine zum Vorratsbehälter 91 unterschiedliche Größe aufweist. Durch unterschiedliche Behältergrößen kommt es zu unterschiedlichen Temperaturverteilungen vor und nach der Materialentnahme, wie der Vergleich der Kurven 63 und 63' zeigt. Dabei kann es ab einer gewissen Größe des

Vorratsbehälters 91' sogar dazu kommen, dass die Temperatur 63' des Ausgangsmaterials bereichsweise unter die

Schmelztemperatur sinkt, die durch die Linie 65 angedeutet ist. Somit kann es bei der Größenskalierung von

Vorratsbehältern zu Problemen kommen, da die

behältergrößenabhängige Temperaturabsenkung bei der

Materialentnahme aufgrund der trägen Wärmezufuhr über die Behälterwand zum Ausgangsmaterial 92 zu Veränderungen der

Abdampfrate von der Oberfläche des Ausgangsmaterials 92 und sogar im in Figur 6A angedeuteten Bereich 98 zu Änderungen des Aggregatzustands kommen kann. Weiterhin kann es dadurch auch zu unkontrollierbaren chemischen Reaktionen des

Ausgangsmaterials 92 im Vorratsbehälter 91 kommen.

Die Undefinierte Abkühlung des Ausgangsmaterials 92 im

Vorratsbehälter 91 in Abhängigkeit von der Länge und der Häufigkeit der Beschichtungsintervalle 30 sowie in

Abhängigkeit von der Größe des Vorratsbehälters 91 kann zu einem ungleichmäßigen Schichtdickenverlauf der

aufzubringenden Schichten führen, wodurch die Qualität der aufzubringenden Schichten in Mitleidenschaft gezogen werden kann .

In dieser Hinsicht wurde bisher lediglich die Temperatur gemessen und geregelt, wobei eine Stabilisierung des

Dampfdrucks des Ausgangsmaterials indirekt über

Temperaturbäder erfolgte, was jedoch aufgrund des trägen Wärmeübertrags zu den angesprochenen Temperaturschwankungen und -gradienten im Vorratsbehälter führte. Das Problem der Größenskalierung von Vorratsbehältern ist bisher ungelöst. Zumindest eine Aufgabe von bestimmten Ausführungsformen ist es, einen Vorratsbehälter für ein Ausgangsmaterial für die Herstellung einer Schicht auf einem Substrat mittels eines Aufwachsprozesses in einer Beschichtungsanlage anzugeben. Zumindest eine weitere Aufgabe von bestimmten

Ausführungsformen ist es, eine Beschichtungsanlage mit einem Vorratsbehälter anzugeben.

Diese Aufgaben werden durch Gegenstände gemäß den

unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte

Ausführungsformen und Weiterbildungen des Gegenstands und des Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet und gehen weiterhin aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist ein

Vorratsbehälter („supply Container") für ein Ausgangsmaterial für die Herstellung einer Schicht auf einem Substrat mittels eines Aufwachsprozesses in einer Beschichtungsanlage ein Innenvolumen für das Ausgangsmaterial auf. Weiterhin weist der Vorratsbehälter im Innenvolumen ein

Temperaturausgleichsmaterial auf .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist eine

Beschichtungsanlage zur Herstellung einer Schicht auf einem Substrat mittels eines Aufwachsprozesses zumindest einen Vorratsbehälter auf, in dem zumindest ein Ausgangsmaterial für die Schicht und ein Temperaturausgleichsmaterial

vorhanden sind.

Die nachfolgend beschriebenen Merkmale gelten gleichermaßen für den Vorratsbehälter und die Beschichtungsanlage mit dem Vorratsbehälter . Das Temperaturausgleichsmaterial kann insbesondere inert gegenüber dem Ausgangsmaterial sein und dadurch keine

Veränderung des Ausgangsmaterials durch chemische Reaktionen zwischen dem Temperaturausgleichsmaterial und dem

Ausgangsmaterial hervorrufen. Mit Vorteil kann das

Temperaturausgleichsmaterial dadurch im Vorratsbehälter in direktem Kontakt mit dem Ausgangsmaterial stehen. Bevorzugt liegt das Ausgangsmaterial im Vorratsbehälter in einer flüssigen Form vor. Der Vorratsbehälter wird hierbei insbesondere mit dem flüssigen Ausgangsmaterial im

Innenvolumen bereitgestellt. Der Vorratsbehälter kann

insbesondere auf eine Temperatur geheizt sein, die über der Schmelztemperatur und unter der Siedetemperatur des

Ausgangsmaterials liegt. Aufgrund des temperaturabhängigen Dampfdruckes des Ausgangsmaterials kann ein Teil des

Ausgangsmaterials über der flüssigen Phase in Gasform

vorliegen und zur Entnahme bereitstehen. Das

Temperaturausgleichsmaterial weist bevorzugt eine höhere

Schmelztemperatur als das Ausgangsmaterial auf und liegt bei den im Vorratsbehälter üblichen Temperaturen, insbesondere bei Temperaturen, bei denen das Ausgangsmaterial flüssig ist, als Festkörper vor.

Weiterhin kann es auch möglich sein, dass zumindest ein Teil des Ausgangsmaterials im Vorratsbehälter in fester Form vorliegt . Besonders bevorzugt weist das Temperaturausgleichsmaterial eine hohe Wärmekapazität auf, bevorzugt eine höhere

Wärmekapazität als das Ausgangsmaterial. Insbesondere kann das Ausgangsmaterial in flüssiger Form im Innenvolumen vorliegen und das Temperaturausgleichsmaterial weist eine höhere Wärmekapazität als das flüssige Ausgangsmaterial auf. Dadurch kann bei der Entnahme von Ausgangsmaterial aus dem Vorratsbehälter, insbesondere in der Dampfphase vorliegenden Ausgangsmaterials, erreicht werden, dass die Temperatur innerhalb des Vorratsbehälters weniger stark abgesenkt wird als ohne ein Temperaturausgleichsmaterial, da dieses

Wärmeenergie an das Ausgangsmaterial abgeben kann. Bei der Entnahme von Ausgangsmaterial aus dem Vorratsbehälter in aufeinanderfolgenden Beschichtungsintervallen ergeben sich

Pausen, in denen das Temperaturausgleichsmaterial dann wieder auf seine Ausgangstemperatur gebracht werden kann. Dadurch, dass das Temperaturausgleichsmaterial im Inneren des

Vorratsbehälters mit dem Ausgangsmaterial in direktem Kontakt steht, kann ein direkter Wärmeübertrag und somit eine

„Heizung von Innen" stattfinden, die zusätzlich zu einer Wärmezuführung von außen, etwa durch ein Wärmebad, erfolgt. Durch das Temperaturausgleichsmaterial, das weiterhin auch durch einen Wärmeleiter mit dem Wärmebad verbunden sein kann, ist es somit möglich, sowohl zeitliche als auch räumliche Temperaturgradienten auszugleichen, um so durch

Entnahmeprozesse hervorgerufene Temperaturschwankungen zumindest teilweise zu kompensieren. Durch eine Zuführung von Wärme von außen in das Innenvolumen des Vorratsbehälters kann eine Aufheizung des

Ausgangsmaterials auf die gewünschte Temperatur erreicht werden. Die Wärmezuführung von außen kann bevorzugt mittels eines Wärmebads erfolgen, in dem der Vorratsbehälter

angeordnet ist. Das Wärmebad kann beispielsweise durch einen weiteren Behälter gebildet werden, in dem der Vorratsbehälter angeordnet ist und der eine Heizvorrichtung und/oder ein Material mit einer hohen Wärmekapazität aufweist. Weiterhin kann das Wärmebad beispielsweise durch eine Heizvorrichtung, beispielsweise Heizmanschetten, gebildet werden, die den Vorratsbehälter zumindest teilweise umgeben. Gemäß einer weiteren Ausführungsform liegt das

Temperaturausgleichsmaterial lose im Innenvolumen des

Vorratsbehälters vor. Das kann bedeuten, dass der

Vorratsbehälter vor dem Befüllen mit dem Ausgangsmaterial mit dem Temperaturausgleichsmaterial befüllt wird, sodass sich das Temperaturausgleichsmaterial im Ausgangsmaterial je nach geometrischer Ausgestaltung des Temperaturausgleichsmaterials im Innenvolumen des Vorratsbehälters verteilen kann.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das

Temperaturausgleichsmaterial zumindest teilweise vom

Ausgangsmaterial im Innenvolumen des Vorratsbehälters

umgeben. Dadurch kann eine effektive Wärmeübertragung vom

Temperaturausgleichsmaterial auf das Ausgangsmaterial

erreicht werden. Insbesondere kann das

Temperaturausgleichsmaterial im Ausgangsmaterial zumindest teilweise verteilt vorliegen, sodass ein räumlich

gleichmäßiger Übergang von Wärme vom

Temperaturausgleichsmaterial auf das Ausgangsmaterial

erreicht werden kann.

Das Temperaturausgleichsmaterial kann in flüssigem

Ausgangsmaterial beispielsweise schwimmen. Dadurch kann das Temperaturausgleichsmaterial im Ausgangsmaterial gleichmäßig verteilt sein. Beispielsweise kann das

Temperaturausgleichsmaterial aufgrund von Auftriebskräften oder beispielsweise aufgrund einer aktiven Durchmischung im flüssigen Ausgangsmaterial unterhalb der Oberfläche des flüssigen Ausgangsmaterials schwimmen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das

Temperaturausgleichsmaterial an der Oberfläche des flüssigen Ausgangsmaterials schwimmen. Dadurch können beispielsweise eine Hautbildung an der Oberfläche des Ausgangsmaterials sowie chemische Reaktionen verhindert werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform liegt das

Temperaturausgleichsmaterial in einer Vielzahl von separaten Körpern im Vorratsbehälter vor. Die separaten Körper können beispielsweise durch Kugeln, Ellipsoiden, Polyeder oder

Kombinationen daraus gebildet sein, die entweder in Form von Vollkörpern, Hohlkörpern oder gefüllt mit einem weiteren Material vorliegen können. Beispielsweise können die Körper Glas oder Glaskohlenstoff aufweisen. Weiterhin ist es

möglich, dass das Temperaturausgleichsmaterial ein in Glas eingeschmolzenes Metall aufweist. Das Metall kann

beispielsweise durch Stahl gebildet sein. Hohlkörper können sich insbesondere dadurch auszeichnen, dass sie an einer Oberfläche des Ausgangsmaterials schwimmen können.

Weiterhin kann das Temperaturausgleichsmaterial im

Innenvolumen des Vorratsbehälters netzartig ausgebildet sein. Das kann insbesondere bedeuten, dass das

Temperaturausgleichsmaterial in Form eines Netzgewebes oder Gitters vorliegt.

Das netzartig ausgebildete Temperaturausgleichsmaterial kann dabei innerhalb des Ausgangsmaterials, zumindest teilweise aus dem Ausgangsmaterial herausragend oder auch auf der

Oberfläche des Ausgangsmaterials angeordnet sein. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das

Temperaturausgleichsmaterial eine poröse Oberfläche aufweisen oder porös sein, sodass sich keine reine Oberfläche und damit auch keine Oberflächenveränderung des Ausgangsmaterials in flüssiger Form ergeben kann, wodurch eine Hautbildung sowie chemische Reaktionen an der Oberfläche des flüssigen

Ausgangsmaterials verhindert werden kann.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der

Vorratsbehälter zumindest eine Leitung, beispielsweise eine Zuleitung und/oder eine Ableitung, auf. Durch die Ableitung kann beispielsweise dampfförmiges Ausgangsmaterial aus dem Vorratsbehälter einer Beschichtungskammer der

Beschichtungsanlage zugeführt werden. Dies kann

beispielsweise rein aufgrund des Dampfdrucks des

dampfförmigen Ausgangsmaterials oder auch durch ein Trägergas erfolgen, dem das dampfförmige Ausgangsmaterial mittels der Ableitung aus dem Vorratsbehälter zugeführt wird. Weiterhin ist es auch möglich, dass der Vorratsbehälter mittels des Trägergases gespült wird, das bedeutet, dass Trägergas in den Vorratsbehälter über eine Zuleitung geleitet wird, sich dort mit dampfförmigen Ausgangsmaterial anreichern kann und durch die Ableitung zusammen mit dem dampfförmigen Ausgangsmaterial zur Beschichtungskammer strömen kann. Das Trägergas kann beispielsweise N ₂ , H ₂ , Ar, Ne und/oder Kr aufweisen oder daraus sein.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Aufwachsprozess , der in der Beschichtungsanlage, für die der Vorratsbehälter vorgesehen ist, durchgeführt wird, ein

Atomlagenabscheideverfahren, sodass die Beschichtungsanlage zur Durchführung eines Atomlagenabscheideverfahrens

vorgesehen ist. Insbesondere können hierzu zumindest eine oder auch mehrere Ausgangsmaterialien in einem jeweiligen Vorratsbehälter in flüssiger und/oder fester Form

bereitgestellt werden, wobei einer, mehrere oder alle

Vorratsbehälter im jeweiligen Innenvolumen ein vorab

beschriebenes Temperaturausgleichsmaterial aufweisen kann.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Ausgangsmaterial eine Metallverbindung, beispielsweise eine Metall-Halogen- Verbindung oder eine metallorganische Verbindung.

Beispielsweise kann das Ausgangsmaterial eines der folgenden Materialien aufweisen oder daraus sein, zu denen zum Teil in Klammern beispielhafte Substrattemperaturen für ALD-Verfahren mit den jeweils angegebenen weiteren Ausgangsmaterialien zu Bildung der jeweils danach angegebenen Materialien angegeben sind:

- Trimethylaluminium (H ₂ 0; 33°C, 42°C; A1 ₂ 0 ₃ )

- Trimethylaluminium (O3; Raumtemperatur; AI ₂ O ₃ )

- Trimethylaluminium (0 ₂ -Plasma; Raumtemperatur; AI ₂ O ₃ )

- BBr ₃ (H ₂ O; Raumtemperatur; B ₂ O ₃ )

- Cd(CH ₃ ) ₂ (H ₂ S; Raumtemperatur; CdS)

- Hf[N(Me ₂ )] ₄ (H ₂ 0; 90°C; Hf0 ₂ )

- Pd(hfac) ₂ (H ₂ , 80°C; Pd)

- Pd(hfac) ₂ (H ₂ -Plasma, 80°C; Pd)

- MeCpPtMe ₃ (0 ₂ -Plasma+H ₂ ; 100°C; Pt)

- MeCpPtMe ₃ (0 ₂ -Plasma; 100°C; Pt0 ₂ )

- Si(NCO) ₄ (H ₂ 0; Raumtemperatur; Si0 ₂ )

- S1CI ₄ (H ₂ O; Raumtemperatur, mit Pyridin-Katalysator ; S1O ₂ )

- Tetrakis (dimethylamino) zinn (H ₂ O ₂ ; 50°C; Sn0 ₂ )

- C ₁₂ H ₂ 6N ₂ Sn (H ₂ 0 ₂ ; 50 °C; SnO _x )

- TaCl ₅ (H ₂ 0; 80°C; Ta ₂ 0 ₅ )

- Ta[N(CH ₃ ) ₂ ] ₅ (02-Plasma; 100°C; Ta ₂ 0 ₅ )

- TaCIs (H-Plasma; Raumtemperatur; Ta)

- T1CI ₄ (H-Plasma; Raumtemperatur; Ti) - Ti [OCH(CH ₃ ) ] ₄ (H ₂ 0; 35°C; Ti0 ₂ )

- TiCl ₄ (H ₂ 0; 100°C; Ti0 ₂ )

- VO(OC ₃ H ₉ ) ₃ (0 ₂ ; 90°C; V ₂ 0 ₅ )

- Zn(CH ₂ CH ₃ ) ₂ (H ₂ 0; 60°C; ZnO)

- Zn(CH ₂ CH ₃ ) ₂ (H ₂ 0 ₂ ; Raumtemperatur; ZnO)

- (Zr (N(CH ₃ ) ₂ ) ₄ ) ₂ (H ₂ 0; 80°C; Zr0 ₂ )

- Zr(N(CH ₃ ) ₂ ) ₄

Weiterhin sind beispielsweise auch Trimethylindium ( MIn) , Trimethylgallium (TMGa) , Trimethylzink ( MZn) , Trimethylzinn (TMSn) und Ethyl-haltige Derivate dieser sowie Diethyltellur (DETe) , Diethylzink (DEZn) und Tetrabrommethan (CBr ₄ )

möglich . Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das zu

beschichtende Substrat durch ein oder mehrere elektronische oder optoelektronische Bauelemente gebildet. Beispielsweise können die Bauelemente LEDs, insbesondere einzelne

Leuchtdiodenchips, oder Halbleiterschichtenfolgen im

Waferverbund oder OLED-Bauelemente sein. Die aufzubringende Schicht kann beispielsweise eine Barriereschicht oder Teil einer Schichtenfolge einer Mehrzahl von Barriereschichten bis hin zu Übergitterstrukturen zur Herstellung einer

Dünnfilmverkapselung sein, wobei die Barrierenschichten beispielsweise jeweils eine Dicke zwischen einer Atomlage und 10 nm aufweisen können, wobei die Grenzen des angebenden Bereichs eingeschlossen sind. Beispielhaft seien als

Materialien für die Schichten der Dünnfilm- Verkapselungsanordnung Aluminiumoxid, Zinkoxid,

Zirkoniumoxid, Titanoxid, Hafniumoxid und Tantaloxid genannt.

Aufgrund des Temperaturausgleichsmaterials in Vorratsbehälter kann durch die oben beschriebene Kompensation von Temperaturschwankungen insbesondere bei der Entnahme von Ausgangsmaterial aus dem Vorratsbehälter eine Undefinierte Abkühlung des Ausgangsmaterials vermieden werden. Hierdurch können, insbesondere bei Schichtsystemen, auch über längere Zeiträume und während einer Vielzahl von Beschichtungszyklen gleichmäßige und stabile Schichtdicken erreicht werden.

Weiterhin ergibt sich eine gleichmäßigere Temperaturbelastung des Ausgangsmaterials, wodurch auch Oberflächenveränderungen des Ausgangsmaterials durch Temperatureffekte, besonders bei Materialien, die im Vorratsbehälter nahe am Schmelzpunkt gelagert werden, vermieden werden können. Darüber hinaus können Phasenzustandsveränderungen des Ausgangsmaterials, die ohne das temperaturausgleichsmaterial in bekannten

Vorratsbehältern beispielsweise lokal auftreten können, vermieden werden. Im Gegensatz zu so genannten Run-Vent- Schaltungen kann eine Beschichtungsanlage mit dem hier beschriebenen Vorratsbehälter deutlich kostengünstiger betrieben werden, da der Zeit- und Materialaufwand für solche Spülvorgänge in einem geringeren Maße oder gar nicht mehr nötig sein kann.

Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und

Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in

Verbindung mit den Figuren beschriebenen

Ausführungsbeispielen.

Es zeigen:

Figuren 1A und 1B schematische Darstellungen eines

Vorratsbehälters für ein Ausgangsmaterial zur

Herstellung einer Schicht auf einem Substrat mittels eines Aufwachsprozesses gemäß einem Ausführungsbeispiel , Figur 2 eine schematische Darstellung einer

Beschichtungsanlage mit einem Vorratsbehälter gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,

Figuren 3A und 3B räumliche und zeitliche

Temperaturverteilungen,

Figuren 4 und 5 schematische Darstellungen von

Vorratsbehältern gemäß weiteren

Ausführungsbeispielen und

Figuren 6A bis 6C einen Vorratsbehälter sowie zeitliche und räumliche Temperaturverteilungen gemäß dem Stand der Technik.

In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, wie zum Beispiel Schichten, Bauteile, Bauelemente und Bereiche, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.

In den Figuren 1A und 1B ist ein Ausführungsbeispiel für einen Vorratsbehälter 1 für ein Ausgangsmaterial 2 für die Herstellung einer Schicht auf einem Substrat mittels eines Aufwachsprozesses in einer Beschichtungsanlage gezeigt.

Der Vorratsbehälter 1, der beispielsweise durch einen

herkömmlichen Vorratsbehälter für metallverbindungshaltige Ausgangsmaterialien für Beschichtungsprozesse gebildet wird, weist ein Innenvolumen 11 auf, in dem ein

Temperaturausgleichsmaterial 3 vorhanden ist. In Figur 1A ist der Vorratsbehälter 1 dabei nur mit dem

Temperaturausgleichsmaterial 3 befüllt gezeigt, während in Figur 1B der Vorratsbehälter 1 im Innenvolumen 11 zusätzlich zum Temperaturausgleichsmaterial 3 auch mit dem

Ausgangsmaterial 2 befüllt ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist das

Temperaturausgleichsmaterial 3 lose im Innenvolumen 11 des Vorratsbehälters 1 angeordnet. Insbesondere liegt im

gezeigten Ausführungsbeispiel das

Temperaturausgleichsmaterial 3 in Form einer Vielzahl von separaten Körpern vor, die durch Kugeln gebildet sind.

Alternativ hierzu können die separaten Körper auch durch andere Formen gebildet werden, beispielsweise Ellipsoide, Polyeder oder Kombinationen daraus. Die separaten Körper können je nach gewünschter Schwimmeigenschaft und

Wärmekapazität in Form von Vollkörpern, Hohlkörpern oder als gefüllte Körper ausgeführt sein. Insbesondere ist das

Temperaturausgleichsmaterial 3 inert gegenüber dem

Ausgangsmaterial 2. Hierzu weist das

Temperaturausgleichsmaterial 3 im gezeigten

Ausführungsbeispiel Glas oder Glaskohlenstoff auf. Die Glas ^¬ oder Glaskohlenstoffkügelchen können mit einem weiteren

Material, beispielsweise Metall, gefüllt sein. Hierzu kann das Metall beispielsweise in das Glas oder den

Glaskohlenstoff eingeschmolzen sein. Beispielsweise können die separaten Körper des Temperaturausgleichsmaterials 3 durch in Glas eingeschmolzene Stahlkugeln gebildet werden.

Wie in Figur 1B gezeigt, ist das Temperaturausgleichsmaterial 3 bevorzugt möglichst gleichmäßig innerhalb des

Ausgangsmaterials 2 verteilt, sodass das

Temperaturausgleichsmaterial 3 Wärme räumlich möglichst gleichmäßig an das Ausgangsmaterial 2 abgeben kann.

Beispielsweise kann das Ausgangsmaterial 2 in flüssiger Form im Innenvolumen des Vorratsbehälters 1 vorliegen. Das

Temperaturausgleichsmaterial 3 kann beispielsweise im

flüssigen Ausgangsmaterial 2 schwimmen. Weiterhin kann das Ausgangsmaterial 2 zumindest auch teilweise in fester Form vorliegen. Das Temperaturausgleichsmaterial 3 weist bevorzugt eine höhere Wärmekapazität als das Ausgangsmaterial 2 auf.

In Figur 2 ist ein Ausführungsbeispiel für eine

Beschichtungsanlage 10 zur Herstellung einer Schicht auf einem Substrat 9 mittels eines Aufwachsprozesses gezeigt

Dazu weist die Beschichtungsanlage 10 eine

Beschichtungskammer 4 auf, in der ein zu beschichtendes Substrat 9 angeordnet ist, das beispielsweise durch ein einzelnes LED- oder OLED-Bauelement , eine Mehrzahl dieser oder auch beispielsweise durch eine auf einem Halbleiterwafer aufgewachsene Halbleiterschichtenfolge oder eine oder mehrere Halbleiterschichten bis zu Monolagen-Übergittern gebildet werden kann. Insbesondere wird die in Figur 2 gezeigte

Beschichtungsanlage 10 für ein Atomlagenabscheideverfahren (ALD-Verfahren) verwendet.

Die Beschichtungsanlage 10 weist den in Verbindung mit den Figuren 1A und 1B beschriebenen Vorratsbehälter 1 auf, in dem ein Ausgangsmaterial 2 für die auf dem Substrat 9

aufzubringende Schicht bereitgestellt wird. Im

Vorratsbehälter 1 liegt das Ausgangsmaterial 2, das

beispielsweise durch eine der oben im allgemeinen Teil genannten Metallverbindungen gebildet wird, in einer

flüssigen Form vor. Das Temperaturausgleichsmaterial 3 ist bevorzugt möglichst gleichmäßig im Ausgangsmaterial 2

verteilt und steht dadurch in direktem Kontakt mit diesem. Weiterhin kann das Ausgangsmaterial 2 zumindest auch

teilweise in fester Form vorliegen.

Um das Ausgangsmaterial 2 auf der gewünschten Temperatur zu halten, befindet sich der Vorratsbehälter 1 in einem Wärmebad 5, das beispielsweise einen weiteren Behälter mit einer

Heizvorrichtung und/oder einem Material mit hoher

Wärmekapazität aufweist, um die gewünschte Heizwärme an den Vorratsbehälter 1 und damit an das Ausgangsmaterial 2 und das Temperaturausgleichsmaterial 3 abgeben zu können. Durch die Temperatur des Wärmebads 5 kann der Dampfdruck des

Ausgangsmaterials 2 eingestellt werden, wodurch ein Teil des Ausgangsmaterials 2 über der flüssigen Phase in Form von Dampf vorliegen kann, wie in Figur 2 angedeutet ist.

Über eine Leitung 6, die als Ableitung ausgebildet ist, kann das dampfförmige Ausgangsmaterial 2 einem Trägergas,

beispielsweise N ₂ , H ₂ , Ar, Ne und/oder Kr, in einer Leitung 7 durch pulsartiges Öffnen eines entsprechenden Ventils

zugeführt werden, wodurch das Ausgangsmaterial 2 während der gewünschten Beschichtungsintervalle der Beschichtungskammer 4 zugeführt werden kann.

Alternativ hierzu ist es auch möglich, dass das Trägergas über eine weitere Leitung in Form einer Zuleitung dem

Vorratsbehälter 1 zugeführt wird (durch das Ausgangsmaterial „gebubbelt" wird) und zusammen mit dem dampfförmigen

Ausgangsmaterial 2 über die als Ableitung ausgeführte Leitung 6 aus dem Vorratsbehälter 1 abgeführt werden kann.

Alternativ hierzu ist es auch möglich, dass das

Ausgangsmaterial 2 ohne Trägergas rein aufgrund seines

Dampfdruckes der Beschichtungskammer 4 zugeführt wird. Die Beschichtungskammer 4 weist eine Abgasleitung 40 auf, über die Abgase und Restgase, beispielsweise flüchtige

Reaktionsprodukte und überschüssiges gasförmiges

Ausgangsmaterial, aus der Beschichtungskammer 4 abgeleitet werden können.

Die Beschichtungsanlage 10 kann weitere Komponenten,

insbesondere weitere Behälter und Zuleitungen für

Ausgangsmaterialien aufweisen.

In den Figuren 3A und 3B sind zeitliche und räumliche

Temperaturverteilungen während der Durchführung eines

Beschichtungsverfahrens mittels der in Figur 2 gezeigten Beschichtungsanlage 10 dargestellt.

Figur 3A zeigt den zeitlichen Verlauf der mittleren

Temperatur T des Ausgangsmaterials 2 im Vorratsbehälter 1 während einer Zeit t bei der Durchführung mehrerer

Beschichtungsintervalle 30. Die vor der Durchführung des

Beschichtungsverfahrens eingestellte und möglichst dauerhaft angestrebte Gleichgewichtstemperatur des Ausgangsmaterials 2 ist mittels der Linie 31 angedeutet. Die Kurve 32 zeigt den Temperaturverlauf während und zwischen den Beschichtungsintervallen 30. Durch die Entnahme von gasförmigem Ausgangsmaterial 2 während der

Beschichtungsintervalle 30 sinkt während dieser die

Temperatur T im Vorratsbehälter 1 und insbesondere in dem im Vorratsbehälter 1 verbleibenden Ausgangsmaterial 2 ab.

Zwischen den Beschichtungsintervallen 30 ist eine

Temperaturregeneration möglich, wobei nicht nur Wärme vom Wärmebad 5 in das Innenvolumen und damit in das Ausgangsmaterial 2 übertragen wird, sondern auch Wärme vom Temperaturausgleichsmaterial 3 auf das Ausgangsmaterial 2 übergeht. Hierdurch kann erreicht werden, dass im Vergleich zu Vorratsbehältern ohne Temperaturausgleichsmaterial die Temperaturabsenkung während des Beschichtungsverfahrens reduziert werden kann, wie ein Vergleich der Kurve 32 und der ebenfalls eingezeichneten Kurve 62, die oben in Verbindung mit den Figuren 6A bis 6C beschrieben ist, zeigt. Figur 3B zeigt die räumliche Temperaturverteilung im Wärmebad 5 und innerhalb des Vorratsbehälters 1 an der Oberfläche des Ausgangsmaterials 2, wobei die waagerechte Linie der Kurve 33 die Gleichgewichtstemperatur angibt, die durch das Wärmebad 5 vorgegeben ist. Während und unmittelbar nach der Entnahme von Ausgangsmaterial 2 aus dem Vorratsbehälter 1 ist zwar wie im Stand der Technik gemäß der oben in Verbindung mit den

Figuren 6A bis 6C beschriebenen Kurve 63 gezeigten

Temperaturgradienten auch bei dem hier beschriebenen

Vorratsbehälter 1 ein Temperaturgradient möglich, jedoch fällt dieser deutlich geringer als im Stand der Technik aus. Dadurch, dass das Temperaturausgleichsmaterial 3 in direktem Kontakt innerhalb des Innenvolumens 11 des Vorratsbehälters 1 mit dem Ausgangsmaterial 2 steht und als Energiespeicher fungiert, so dass zusätzlich zum Wärmebad 5 während und nach den Beschichtungsintervallen 30 Wärme an das Ausgangsmaterial 2 abgeben werden kann, kann eine gleichmäßigere

Temperaturverteilung im Ausgangsmaterial 2 erreicht werden. Veränderungen des Aggregatzustands des Ausgangsmaterials 2 oder chemische Reaktionen des Ausgangsmaterials 2 durch

Temperaturänderungen können dadurch vermieden werden.

In den Figuren 4 und 5 sind weitere Ausführungsbeispiele für Vorratsbehälter 1 gezeigt, die Modifikationen des in den Figuren 1A und 1B gezeigten Vorratsbehälters 1 bilden und die wie der Vorratsbehälter 1 des Ausführungsbeispiels der

Figuren 1A und 1B in der Beschichtungsanlage gemäß der Figur 2 verwendet werden können.

Der Vorratsbehälter 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 4 weist ein Temperaturausgleichsmaterial 3 auf, das teilweise aus dem Ausgangsmaterial 2 ragt und das als Gitter,

Netzgewebe oder poröses Material ausgebildet ist. Hierdurch kann zusätzlich zum Temperaturausgleich auch eine Vermeidung einer Hautbildung an der Oberfläche des flüssigen

Ausgangsmaterials 2 erreicht werden, da sich keine reine Oberfläche und damit eine Oberflächenveränderung des

Ausgangsmaterials ergeben kann. Das

Temperaturausgleichsmaterial 3 kann insbesondere

beispielsweise in Form eines Gitters oder eines Netzgewebes im Vorratsbehälter 1 vorliegen, das lose oder auch in einer geeigneten Form befestigt im Innenvolumen 11 sein kann.

Alternativ zum gezeigten Ausführungsbeispiel kann das

netzartige Temperaturausgleichsmaterial 3 auch nur an der Oberfläche des flüssigen Ausgangsmaterials 2 oder auch nur untergetaucht im Ausgangsmaterial 2 angeordnet sein.

Der Vorratsbehälter 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 5 weist wie das Ausführungsbeispiel der Figuren 1A und 1B separate Körper als Temperaturausgleichsmaterial 3 auf, die im Ausführungsbeispiel der Figur 5 aber als schwimmende inerte Kugeln ausgeführt sind, die ebenfalls eine Hautbildung und eine chemische Reaktion an der Oberfläche des flüssigen Ausgangsmaterials 2 verhindern können. Hierzu sind die separaten Körper des Temperaturausgleichsmaterials 3

beispielsweise als Hohlkugeln, insbesondere als hohle

Glaskügelchen oder als Glaskohlenstoffkügelchen, ausgebildet. Wie schon im vorherigen Ausführungsbeispiel kann auch durch das hohlkugelförmige Temperaturausgleichsmaterial 3 eine Veränderung der Oberfläche während der Materialentnahme des Ausgangsmaterials 2 verringert oder gar verhindert werden.

Die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen

Ausführungsbeispiele können auch miteinander kombiniert werden und weiterhin alternativ oder zusätzlich weitere Merkmale gemäß den oben im allgemeinen Teil beschriebenen Ausführungsformen aufweisen.

Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den

Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.