DE29819126U1

DE29819126U1 - Heizbarer Tiegel zur Aufnahme eines Verdampfungsguts zur großflächigen Aufdampfung metallischer und nicht metallischer Schichten

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Publication number: DE29819126U1
Application number: DE29819126U
Authority: DE
Original assignee: Metaplas Ionon Oberflaechenveredelungstechnik GmbH
Current assignee: Oerlikon Metaplas GmbH
Priority date: 1998-10-27
Filing date: 1998-10-27
Publication date: 1999-01-21
Anticipated expiration: 2008-10-28

Description

Stenger, Watzke & Ring ; * .!.*,'· •iciii^priedrich-Ring 70

D-40547 DÜSSELDORF

PATENTANWÄLTE

DIPL-ING. WOLFRAM WATZKE
DIPL-ING. HEINZ J. RING
QP 1O-5R DIPL-ING. ULRICH CHRISTOPHERSEN

Unser Zeichen: ^yö ' ^U ^ÖO DIPL-ING. MICHAEL RAUSCH

DIPL-ING. WOLFGANGBRINGMANN

METAPLAS IONON Patentanwälte

Oberflächenveredelungstechnik GmbH european patent attorneys

Am Böttcherberg 30-38

51427 Bergisch-Gladbach 26. Oktober 1998

Datum

Heizbarer Tiegel zur Aufnahme eines Verdampfunqsquts
zur großflächigen Aufdamofung metallischer und nicht metallischer Schichten

Die Erfindung betrifft einen heizbaren Tiegel zur Aufnahme des Verdampfungsguts zur großflächigen Aufdampfung metallischer und nicht metallischer Schichten, mit einem an seiner Oberseite mit einer rechteckigen Öffnung versehenen Tiegelbehälter, vorzugsweise aus Graphit, sowie mit Heizelementen zur Aufheizung des Tiegelbehälters auf mindestens Verdampfungstemperatur.

Zur Aufdampfung dünner Schichten, etwa im Rahmen der Herstellung von Solarzellen, ist es bekannt, den zu bedampfenden Träger über einem mit dem Verdampfungsgut versehenen, heizbaren Tiegel anzuordnen, so daß das in dem Tiegel verdampfende Material sich an der Unterseite des Trägers als dünne Schicht niederschlagen kann. Die Bedampfung kann dabei stationär erfolgen, d.h. bei oberhalb des Tiegels ruhendem Träger, oder kontinuierlich, indem der an seiner Unterseite zu beschichtende Träger langsam über den noch oben offenen Tiegel transportiert wird. In beiden Fällen hat sich als problematisch herausgestellt, daß der oberhalb des Tiegels gebildete Dampfnebel sich nicht gleichmäßig auf dem Träger niederschlägt, so daß die gebildete Beschichtung ungleichmäßig ist. In jenen Bereichen des Trägers, die sich während der Aufdampfung über der Mitte des Tiegels befinden, ist die Niederschlagsrate am höchsten, zum Rand des Tiegelbehälters hin fällt die Rate hingegen ab. Im Betrieb des Tiegels kann es ferner zu Dampfkondensationen an den Innenflächen des Tiegelbehälters selbst kommen. Die Kondensation ist besonders stark im Randbereich des Tiegelbehälters, d.h. nahe dessen Öffnung.

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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen heizbaren Tiegel zur Aufnahme des Verdampfungsguts zu schaffen, mit dem sich eine gleichmäßige Abdampfrate über der Tiegelöffnung erzielen sowie die unerwünschte Kondensation bereits verdampften Materials an den Innenwänden des Tiegelbehälters vermeiden läßt.

Zur Lösung wird bei einem heizbaren Tiegel mit den eingangs genannten Merkmalen vorgeschlagen, daß der Tiegelbehälters entlang zumindest zweier einander gegenüberliegender seiner oberen, die Öffnung begrenzenden Ränder mit zusätzlichen Heizelementen versehen ist.

Mittels der zusätzlichen Heizelemente in den oberen Rändern des Tiegelbehälters läßt sich dort eine höhere Temperatur der Innenwand erzielen, wodurch die Kondensation an der Innenwand des Tiegelbehälters reduziert wird. Soweit eine Kondensation gleichwohl stattfindet, wird diese dann von einer erneuten Verdampfung unmittelbar von der Festkörperoberfläche des Tiegelbehälters gefolgt. Erreicht wird auf diese Weise eine gleichmäßigere Verdampfungsrate über den Querschnitt der Tiegelöffnung und damit eine ebenfalls gleichmäßigere Aufdampfungsrate auf dem zu beschichtenden Träger. Jedes dieser einzelnen Heizelemente ist individuell in der Temperatur regelbar und erzielt somit eine weitere Verbesserung für eine gleichmäßige Verdampfungsrate.

Eine besonders gleichmäßige Verdampfungsrate wird erzielt, wenn gemäß einer Ausgestaltung des Tiegels der Tiegelbehälter entlang aller vier oberen Ränder mit den zusätzlichen Heizelementen versehen ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß sich die zusätzlichen Heizelemente jeweils über die gesamte Länge des Randes erstrecken.

Um Temperaturspitzen an den Innenflächen des Tiegelbehälters zu vermeiden, wird gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung vorgeschlagen, daß die Heizelemente in Nuten in der Außenseite des Tiegelbehälters angeordnet sind. Ferner können sich auch die Heizelemente für die Grundheizung des Tiegels in

Nuten befinden, die in diesem Fall im Boden des Tiegelbehälters angeordnet sind.

Um auch im Bereich der stets besonders kritischen Innenkanten des Tiegelbehälters eine gleichmäßige Temperaturverteilung der Innenfläche und damit eine gleichmäßige Verdampfungsrate zu erzielen, sind gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung die entlang der beiden längeren Ränder des Tiegelbehälters angeordneten Heizelemente in einer Ebene oberhalb der entlang der beiden kürzeren Ränder des Tiegelbehälters angeordneten Heizelemente angeordnet, wobei sich die Enden der oberhalb angeordneten Heizelemente über den jeweiligen Enden der unterhalb angeordneten Heizelemente befinden.

Während des Anfahrens und Beendens des Beschichtungsvorgangs kann es vorkommen, daß eine Verdampfung der Flüssigkeit in die umgebende Kammer hinein stattfindet. Um dies zu vermeiden, wird eine gesteuerte Verdampfung vorgeschlagen, wozu der Tiegel durch eine bewegliche Abdeckung gekennzeichnet ist, welche die Öffnung des Tiegelbehälters in einer ersten Stellung abdeckt und in einer zweiten Stellung freigibt. Gemäß einer Ausgestaltung wird als Abdeckung ein in horizontalen Führungsnuten geführter, plattenförmiger Schieber vorgeschlagen.

Ferner wird gemäß einer Ausgestaltung vorgeschlagen, daß sich die Führungsnuten für den Schieber entlang der beiden längeren Ränder des Tiegelbehälters erstrecken.

Weitere Einzelheiten und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen. Darin zeigen:

Fig. 1 einen heizbaren Tiegel in stark vereinfachter, perspektivischer Ansicht, wobei ein Schieber des Tiegels in teilweise geöffneter Stellung dargestellt ist;

Fig. 2 den Tiegel in einer Querschnittsdarstellung;

Fig. 3 den Tiegel in einer Längsschnittdarstellung bei geschlossenem Schieber und

Fig. 4 den Tiegel nach Fig. 3 in einer Draufsicht.

Der in Fig. 1 perspektivisch dargestellte Tiegel ist Bestandteil einer umfangreicheren Beschichtungsanlage, in der beispielsweise mehrere solcher Tiegel in Reihe hintereinander angeordnet werden können, um auf diese Weise das über die Tiegel geführte Trägermaterial in mehreren Schichten bedampfen zu können. Der Tiegel besteht im wesentlichen aus einem quaderförmigen und nach oben hin offenen Tiegelbehälter 1 aus Graphit, in dem sich das zu verdampfende Material befindet. Mit geringem Abstand über der Öffnung 2 des Tiegelbehälters 1 wird der zu beschichtende, in den Zeichnungen jedoch nicht dargestellte Träger transportiert.

Fig. 2 läßt erkennen, daß zum Transport des zu beschichtenden Trägers bzw. Substrates über den Tiegel hinweg dieser mit Transportrollen 3 versehen ist, auf denen der Träger bzw. das Substrat aufliegt. Durch Aufheizung des Tiegelbehälters verdampft das darin befindliche Material und schlägt sich auf der Unterseite des Trägers bzw. Substrates nieder und bildet dort die Beschichtung. Dies kann stationär erfolgen, d.h. bei stehendem Substrat, oder aber im Durchlaufverfahren, wobei das Substrat langsam über die Öffnung 2 des Tiegelbehälters 1 hinweggeführt wird. Die Transportrichtung des Substrates ist hierbei quer zur längeren Seite des in Draufsicht rechteckigen Tiegelbehälters.

Die Öffnung 2 ist, ebenso wie der Tiegelbehälters 1 selbst, rechteckig. Sie ist durch eine Abdeckung 4 verschließbar, die als Schieber ausgebildet ist, welcher die Öffnung 2 des Tiegelbehälters 1 in seiner ersten Stellung vollständig abdeckt und in seiner zweiten Endstellung vollständig freigibt. In Fig. 1 ist die Abdeckung 4 in teilweise geöffnetem Zustand dargestellt. Ihr Antrieb erfolgt programmgesteuert mittels eines Elektromotors oder pneumatisch.

Die Abdeckung 4 besteht aus Graphit oder Molybdän und ist, wie die Fig. 2 erkennen läßt, in horizontalen Führungsnuten 5 des Tiegels geführt. Die

Führungsnuten 5 erstrecken sich entlang der beiden längeren Ränder 6 des rechteckigen Tiegelbehälters 1.

Auf den längeren Rändern 6 des Tiegelbehälters 1 befinden sich aufgeschraubte Abdeckleisten 7, die vorzugsweise ebenfalls aus Graphit bestehen. Entsprechende Abdeckleisten 8 bedecken auch die beiden kürzeren oberen Ränder 9 des Tiegelbehälters.

Die Grundheizung des Tiegelbehälters 1 besteht aus drei langgestreckten Heizelementen 10, die im Boden 11 des Tiegelbehälters 1 untergebracht sind. Die Heizelemente 10 sitzen in Nuten an der Unterseite des Tiegelbehälters 1, wodurch im Bereich des Bodens 11 eine gleichmäßige Temperaturverteilung erzielt wird.

Diese gleichmäßige Temperaturverteilung betrifft jedoch nur den Boden 11, nicht hingegen die seitlichen Innenwände des Tiegelbehälters 1 und insbesondere dessen obere Ränder 6, 9. Um Kondensationen des bereits verdampften Materials im Bereich gerade der längeren 6 und 9 oberen Ränder des Tiegelbehälters zu vermeiden und eine gleichmäßige Temperatur an den Tiegelrändern zu erzielen, befinden sich dort zusätzliche Heizelemente 12, 13. Die Heizelemente 12 erstrecken sich entlang der beiden längeren Ränder 6 des Tiegelbehälters 1, wohingegen sich die Heizelemente 13 entlang der beiden kürzeren Ränder 9 des Tiegelbehälters 1 erstrecken.

Insbesondere Fig. 1 läßt erkennen, daß die Heizelemente 12 einerseits und die Heizelemente 13 andererseits in unterschiedlichen horizontalen Ebenen angeordnet sind. Die beiden entlang der längeren Ränder 6 angeordneten Heizelemente 12 liegen in einer Ebene oberhalb der entlang der beiden kürzeren Ränder 9 angeordneten Heizelemente 13. Hierbei befinden sich die Enden 14 der oberhalb angeordneten Heizelemente 12 über den jeweiligen Enden 15 der unterhalb angeordneten Heizelemente 13. Ferner überkreuzen sich diese Enden 14, 15 teilweise, wodurch eine gleichmäßige Erhitzung der Innenfläche des Tiegelbehälters bis in die Ecken hinein erzielt wird.

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Auch die zusätzlichen Heizelemente 12, 13 befinden sich in Nuten, jedoch sind diese Nuten von außen in die Seitenwände des Tiegelbehälters 1 aus Graphit eingefräst.

Sämtliche Heizelemente 10, 12, 13 können Widerstandsheizer oder Infrarot-Quarzlampen sein. In beiden Fällen erstrecken sich die Heizelemente vorzugsweise ohne Unterbrechung über die gesamte Länge der betreffenden Wand des Tiegelbehälters.

Unterhalb der schieberförmigen Abdeckung 4 kann die Öffnung 2 des Tiegelbehälters 1 mit einem Lochblech 16 versehen werden. Umgeben ist der Tiegelbehälter 1 von einer Wärmedämmung 17. Zur Vermeidung einer Wärmeableitung in das Fundament stützt sich der Tiegelbehälter 1 auf Graphitstäben 18 ab. Zwischen den Graphitstäben 18 und dem Tiegelbehälter 1 befinden sich kleine Keramikisolierungen 19. Schließlich ist der gesamte Tiegelbehälter 1 einschließlich seiner Stützkonstruktion mit einer Verkleidung 20 aus Molybdän versehen.

Die Regelung der Heizelemente erfolgt einzeln über Temperaturmeßfühler, die in entsprechenden Bohrungen der Seiten- und Bodenwände des Tiegelbehälters eingeführt sind.

Um zu vermeiden, daß sich bereits verdampfte Materialpartikel, die sich an der Unterseite der beweglichen Abdeckung 4 anlagern, die Öffnung des Tiegels blockieren, ist der Tiegelbehälter 1 an seiner Auszugseite mit einer Aussparung 21 versehen. Diese schafft genügend Platz, damit unter der Abdeckung anhaftende Schichten nicht stören. Damit aber die vollständige Schließung des Tiegels an dieser Stelle auch gewährleistet ist, wird an der Schiebestange, mittels der die Abdeckung 4 betätigt wird, ein Graphitriegel 22 befestigt, der die bei geschlossenem Tiegel verbliebene Öffnung abdeckt. Sofern die Abdeckung 4 aus Molybdän besteht, kann der Riegel auch durch eine Abkantung des Molybdänbleches gebildet werden.

Bezuqszeichenliste

1	Tiegelbehälter
2	Öffnung
3	Transportrollen
4	Abdeckung, Schieber
5	Führungsnut
6	längerer Rand des Tiegelbehälters
7	Abdeckleiste
8	Abdeckleiste
9	kürzerer Rand des Tiegelbehälters
10	Heizelement
11	Boden des Tiegelbehälters
12	Heizelement
13	Heizelement
14	Ende des Heizelementes
15	Ende des Heizelementes
16	Lochblech
17	Wärmedämmung
18	Graphitstab
19	Keramikisolierung
20	Verkleidung
21	Aussparung
22	Graphitriegel

Claims

5-8-2 S &idigr;* ··· Ansprüche

1. Heizbarer Tiegel zur Aufnahme eines Verdampfungsguts zur großflächigen Aufdampfung metallischer und nicht metallischer Schichten, mit einem an seiner Oberseite mit einer rechteckigen Öffnung (2) versehenen Tiegelbehälter (1), vorzugsweise aus Graphit, sowie mit Heizelementen (10) zur Aufheizung des Tiegelbehälters (1) auf mindestens Verdampfungstemperatur,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Tiegelbehälter (1) entlang zumindest zweier einander gegenüberliegender seiner oberen, die Öffnung (2) begrenzenden Ränder (6, 9) mit zusätzlichen Heizelementen (12, 13) versehen ist.

2. Tiegel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Tiegelbehälter entlang aller vier oberen Ränder (6, 9) mit zusätzlichen Heizelementen (12, 13) versehen ist.

3. Tiegel nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die zusätzlichen Heizelemente (12, 13) jeweils über die gesamte Länge des Randes (6 bzw. 9) erstrecken.

4. Tiegel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente (12, 13) in Nuten in der Außenseite des Tiegelbehälters (1) angeordnet sind.

5. Tiegel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente (10) für die Grundheizung des Tiegels in Nuten im Boden (11) des Tiegelbehälters (1) angeordnet sind.

6. Tiegel nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die entlang der beiden längeren Ränder (6) des Tiegelbehälters (1) angeordneten Heizelemente (12) in einer Ebene oberhalb der entlang eier beiden kürzeren Ränder (9) des Tiegelbehälters (1) angeordneten Heizelemente (13) angeordnet sind, und daß sich die Enden (14) der oberhalb angeordneten Heizelemente (12) über den jeweiligen Enden (15) der unterhalb angeordneten Heizelemente (13) befinden.

7. Tiegel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente (10, 12, 13) Widerstandsheizer sind.

8. Tiegel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente (10, 12, 13) Infrarot-Quarzlampen sind.

9. Tiegel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Heizelemente (10, 12, 13) individuell regelbar sind.

10. Tiegel nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine bewegliche Abdeckung (4), welche die Öffnung (2) des Tiegelbehälters (1) in einer ersten Stellung abdeckt und in einer zweiten Stellung freigibt.

11. Tiegel nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch einen in horizontalen Führungsnuten (5) geführten, plattenförmigen Schieber als Abdeckung (4).

12. Tiegel nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Führungsnuten (5) entlang der beiden längeren Ränder (6) des Tiegelbehälters (1) erstrecken.