Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Zuführung des Dampfes eines fluiden und/oder festen Präcursors in eine Beschichtungskammer zur Abscheidung einer Beschichtung mit einer verschlossenen Präcursor-Patrone, die sich ganz oder teilweise in einem Gehäuse befindet, welches eine Verbindung zur einer Beschichtungskammer besitzt. Zur Zuführung des Dampfes in die Beschichtungskammer wird die Patrone nicht wiederverschließbar geöffnet, so dass Dampf in das Gehäuse eintreten kann, der zur Beschichtungskammer geleitet wird.

Hintergrund

Mit Dämpfen von Substanzen werden durch Chemische Dampfphasen Abscheidung („Chemical Vapor Deposition", CVD) oder mit den verwandten Techniken wie der Atomic Layer Deposition (ALD) und Molecular Layer Deposition (MLD) dünne Schichten auf Substraten abgeschieden. Die Ausgangssubstanzen (Präcursoren) können sowohl mit dem Substrat und bei gleichzeitiger Verwendung mehrerer Präcursoren auch untereinander chemisch reagieren. Die chemischen Reaktionen können sowohl in der Gasphase wie auch an der Oberfläche des Substrates erfolgen. Im Fall von flüssigen oder festen Präcursoren müssen diese zuvor verdampft werden.

Es ist bekannt, CVD, ALD und MLD Prozesse in einem Gasfluss über einem Substrat auszuführen, welches gleichzeitig beheizt sein kann. Eine kurze einführende Übersicht über CVD Prozesse zeigt J.A. Vernables, Introduction to Surface and Thin Film Processes, Cambridge University Press, Cambridge, 2001 . Eine detaillierte Übersicht findet man bei bei L. Choy, Chemical Vapour Deposition of Coatings, in: Progress in Materials Science. 48, Nr. 2, 57-170 (2003), sowie bei J.L. Vossen, W. Kern (eds.), Thin Film Processes II, Academic Press, London, 1991 , wo auch verschiedene CVD Varianten behandelt werden. Eine Übersicht über ALD und MLD Prozesse zeigt S.M. George, Chemical Review 1 10, 1 1 1 (2010). Zur Bereitstellung des Dampfes eines Präcursors wird häufig ein inertes Tägergas durch den flüssigen Präcursor geleitet. Das mit dem Dampf gesättigte Trägergas wird ggf. mit einem weiteren Inertgasstrom verdünnt und strömt dann in der Beschichtungskammer über das Substrat. Dieser klassische Dampfdrucksättiger („Bubbler") als Vorrichtung zur Zuführung des Dampfes ist z.B. beschrieben in L. Choy, Chemical Vapour Deposition of Coatings, in: Progress in Materials Science. 48, Nr. 2, 57-170 (2003). Weitere Ausführungen dieser Technik finden sich in den US Patentschriften 5,288,325 und 6,579,372 B2. Allen bekannten Ausführungen ist gemeinsam, dass eine größere Menge Präcursor in ein verschlossenes Gefäß eingefüllt wird. Über ein Ventil wird ein Trägergasstrom in das Gefäß eingeleitet der mit Dampf gesättigt über mindestens ein weiteres Ventil in die Beschichtungskammer strömt.

Ein weiteres Verfahren zur Dosierung und Zuführung des Dampfes eines Präcursors ist in der US Patentanmeldung 2010/0203244A1 beschrieben. Der flüssige Präcursor ist in einen Behälter eingefüllt, aus dem mit einem Durchflussregelgerät für Flüssigkeiten definierte Mengen entnommen werden können. Die dosierte Menge flüssiger Präcursoren wird zusammen mit einer bekannten Menge Gas in einem Behälter bei höherer Temperatur vollständig verdampft. Das Dampf/Gasgemisch wird dann in die Beschichtungskammer eingeleitet.

Eine weitere bekannte Technik zur Zuführung und Dosierung des Dampfes eines Präcursors ist beschrieben in D.M. Hausmann, E. Kim, J. Becker, R.G. Gordon, Chemistry of Materials 14, 4350 (2002). Hier wird flüssiger Präcursor in einen Edelstahlbehälter gegeben. Aus diesem Behälter wird ein kleineres Reservoir mit Dampf gefüllt. Das Reservoir wird nun vom Behälter mit flüssigem Präcursor getrennt und der Dampf aus dem Reservoir zusammen mit einem kontinuierlichen Trägergasstrom in eine Beschichtungskammer geleitet.

Weiterhin bekannt ist eine Methode zur Zuführung und Dosierung des Dampfes eines Präcursors, die beschrieben ist in T.M. Mayer, M.P. de Boer, N.D. Shinn, P.J. Clews, T.A. Michalske, Journal of Vacuum Science and Technology B18(5), 2433 (2000). Bei dieser vielfach verwendeten Methode wird der flüssige Präcursor in ein Vorratsgefäß gegeben, von dem aus über entsprechende Ventile Dampf in die Beschichtungskammer eingeleitet wird. Die Dosierung erfolgt mit Hilfe einer Druckmessung in der Beschichtungskammer.

Eine weitere Technik zur Zuführung und Dosierung des Dampfes eines Präcursors ist in der US Patentschrift 7,413,774 B2 beschrieben. Hier wird der flüssige Präcursor in einen Vorratsbehälter eingefüllt, der ggf. beheizt ist und über ein Ventil mit einem Dampfbehälter verbunden ist. Nach Öffnen des Ventils zum Vorratsbehälter wird der Dampfbehälter mit Dampf des Präcursors gefüllt. Nach Verschließen des Ventils zum Vorratsbehälter wird der Inhalt des Dampfbehälters anschließend über ein Ventil vollständig in die Beschichtungskammer expandiert.

Weiterhin bekannt ist eine Vorrichtung zur Dosierung eines Präcursors, die in US 2009/263578 A1 beschrieben ist. Auch hier wird der flüssige oder feste Präcursor in ein Vorratsgefäß gefüllt und zu einem geeigneten Zeitpunkt während des Beschichtungsprozesses in die Reaktionskammer dosiert. Das Vorratsgefäß ist derartig aufgebaut, dass es an die Beschichtungsanlage reversibel angeschlossen und wieder abgenommen werden kann. Dazu sind verschiedene Ausführungen eines Mechanismus beschrieben, der nach dem Anbau des Vorratsgefäßes an die Beschichtungsanlage eine Verbindung zum Dampf des Präcursors herstellt. Vor dem Abbau des Vorratsgefäßes kann diese Verbindung wieder unterbrochen werden, so dass nach dem Abbau kein Dampf aus dem Vorratsgefäß entweichen kann, oder Fremdstoffe zum Präcursor in das Vorratsgefäß gelangen können. Der An- und Abbau erfolgt reversibel und kann beliebig oft wiederholt werden.

Viele Beschichtungsprozesse erfordern die genaue Dosierung präziser Mengen des Präcursor-Dampfes in die Beschichtungskammer. In diesen Fällen ist es häufig notwendig, das im flüssigen Präcursor gelöstes Fremdgas (z.B. gelöste Luft) vor der Verwendung zu entfernen, da sonst neben dem Dampf auch das im Dampfraum vorhandene Fremdgas in die Beschichtungskammer dosiert wird. Da normalerweise die Anteile von Fremdgas und dampfförmigen Präcursor in der Gasphase nicht bekannt sind und auch nur mit großem Aufwand bestimmbar sind, verfälscht das anwesende Fremdgas die Dosierung je nach dessen Anteil und kann möglicherweise zu großen Dosierfehlern führen. Darüber hinaus kann das Fremdgas möglicherweise zudem den Beschichtungsprozess selbst stören.

Eine dem Fachmann weithin bekannte Technik zur Entgasung von Flüssigkeiten ist der Zyklus von Einfrier-, Pump- und Auftauvorgängen (freez-pump-thaw cycles), bei der die Flüssigkeit nach jeden Zyklus eine geringere Menge gelöstes Gas enthält.

Weiterhin bekannt ist eine Technik zur in-line Entgasung von flüssigen Präcursoren an einer Beschichtungsanlage vor der Zuführung des Präcursoren-Dampfes in der US Patentschrift 7,687,1 10 B2. Hier wird aus dem Behälter mit flüssigem Präcursor ein Dampf bzw. ein Dampf/Gasgemisch in ein Reservoir gefüllt. Diese Füllung wird nur dann in die Beschichtungskammer eingeleitet, wenn der Druck dem bekannten Dampfdruck des Präcursors bei der gewählten Temperatur entspricht bzw. zwei aufeinanderfolgende Füllungen des Reservoirs den gleichen Druck ergeben. Sind letztere Bedingungen nicht erfüllt, wird der Inhalt des Reservoirs verworfen und das Reservoir erneut befüllt, wobei die erneute Füllung dann weniger Gas im Dampfraum enthält.

Allen Techniken zur Zuführung und Dosierung von Dampf eines Präcursors ist gemeinsam, dass die Präcursoren zunächst als Flüssigkeiten oder Feststoffe direkt in ein Gefäß eingefüllt werden, in dem der Dampf erzeugt wird. Dieses Gefäß ist entweder direkt an der Beschichtungsapparatur angeschlossen und wird dort befüllt oder es wird zunächst an einem anderen Ort befüllt, ggf. mit Ventilen verschlossen und dann an die Beschichtungsapparatur angeschlossen. Falls erforderlich, wird die Entgasung nach dem Einfüllen des Präcursors vor der Dampfzuführung in die Beschichtungskammer durchgeführt.

Ein Nachteil der bekannten Zuführtechniken ist, dass Präcursoren, die sehr häufig empfindlich gegenüber Feuchtigkeit und/oder Luft sind, beim Einfüllen unter Schutzgas gehandhabt werden müssen. Dies erfordert z.B. die Handhabung in einer Handschuhbox, die mit Intergas gefüllt ist. Eine solche Vorrichtung muss daher ein entsprechender Teil der Beschichtungsapparatur sein. Andernfalls muss der Präcursor in einer externen Handschuhbox in ein Gefäß abgefüllt werden, welches mit Ventilen verschlossen werden kann, bevor dieses durch die Luft transportiert und an die Beschichtungsapparatur angebaut wird.

Im Fall von Präcursoren, die nur mäßig empfindlich gegenüber Umgegebungsluft sind, werden aus Kostengründen die genannten Schutzmassnahmen möglicherweise weggelassen und eine gewisse Zersetzung an Umgebungsluft bei Einfüllen zugelassen. Diese Zersetzung kann dann jedoch zu verschlechterten Eigenschaften und geringeren Ausbeuten der Beschichtung führen.

Ein weiterer Nachteil ist, dass Präcursoren, die giftig oder umweltgefährdend sind, nur unter Beachtung besonderer Sicherheitsmaßnahmen gehandhabt werden dürfen. Diese Maßnahmen erschweren und verteuern die Handhabung an der Beschichtungsanlage, oder erfordern wiederum die externe Handhabung an einem geeigneten Ort mit verschlossenem Transport zur Beschichtungsanlage.

Nachteilig ist weiterhin, dass Präcursoren, die korrosiv sind, nur in Gefäßen aus besonders korrosionsbeständigen Materialien gehandhabt werden können. Diese Materialanforderung ist insbesondere wichtig, wenn der Präcursor mit dem Gefäßmaterial in hohen Konzentrationen, also im flüssigen Zustand oder dampfförmig bei erhöhten Dampfdrücken, bei höheren Temperaturen oder über längere Zeit in Kontakt kommt. Die Verwendung von metallischen Werkstoffen für Gefäße ist hinsichtlich der gleichzeitig erforderlichen Vakuumtechnik sehr vorteilhaft, jedoch nachteilig bzw. teuer hinsichtlich der Korrosionsbeständigkeit. Die Verwendung von korrosionsbeständigem Glas für Gefäße ist wiederum nachteilig bzw. teuer hinsichtlich der Vakuumtechnik (Dichtungen, Glas-Metall Verbindungen).

Gleichzeitig ist die zeitaufwendige Füllung und Vorbereitung der bekannten Präcursoren- Behälter nachteilig, wenn in einer Beschichtungsanlage Beschichtungsprozesse mit verschiedenen Präcursoren innerhalb kurzer Zeit durchgeführt werden müssen.

Eine längere Verweilzeit einer größeren Menge flüssigen oder festen Präcursors im Vorratsgefäß, welche normalerweise aus Metall bestehen insbesondere für Präcursoren mit geringen Dampfdrücken und somit notwendigen erhöhten Temperaturen ist nachteilig. Beim längeren Kontakt mit heißen Metallwänden kann der Präcursor thermisch zersetzt werden und Nebenprodukte bilden, die entweder die Eigenschaften der Beschichtung verschlechtern oder die Ausbeute der Beschichtung verringern können.

Aufgabe der Erfindung ist es demnach, eine einfache Vorrichtung zur Zuführung von Dämpfen flüssiger oder fester Präcursoren bereitzustellen, die die genannten Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist.

Beschreibung der Erfindung

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Zuführung des Dampfes eines flüssigen oder festen Präcursors in eine Beschichtungskammer zur Abscheidung einer Beschichtung gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sich der flüssige oder feste Präcursor in einer verschlossenen Präcursor-Patrone befindet, die sich ganz oder teilweise in einem Gehäuse befindet, welches eine Verbindung zur einer Beschichtungskammer besitzt. Zur Zuführung des Dampfes in die Beschichtungskammer wird die Patrone nicht wiederverschließbar geöffnet, so dass Dampf in das Gehäuse eintreten kann, der zur Beschichtungskammer geleitet werden kann.

Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Zuführung des Dampfes eines flüssigen oder festen Präcursors in eine Beschichtungskammer zur Abscheidung einer Beschichtung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Daneben betrifft die Erfindung eine Präcursor-Patrone, die nach einmaliger Öffnung nicht wieder verschließbar ist und kein Fremdgas enthält.

Die der Erfindung zugrunde liegende Vorrichtung eignet sich in besonderer Weise zur Zuführung des Dampfes flüssiger oder fester Präcursoren zu einem Beschichtungsprozess, weil die Präcursoren in einfacher Weise in eine Patrone abgefüllt, in dieser stabil gegenüber Zersetzungsprozessen gelagert und dem Prozess zugeführt werden können.

Zur Einfüllung, Entgasung und Handhabung flüssiger und fester Präcursoren wird eine geeignete Schutzgaseinrichtung, wie z.B. eine Handschuhbox mit den erforderlichen Sicherheitsvorrichtungen genutzt. Diese nur einmalig bereitgestellte Einrichtung erlaubt die notwendige, adäquate und sichere Handhabung der Präcursoren für eine Vielzahl von Beschichtungsanlagen in sehr kurzer Zeit. Dadurch wird der Aufwand der Handhabung deutlich reduziert.

Die entgasten und abgefüllten Präcursoren können in den verschlossenen Patronen auf einfache Weise vakuumdicht auch bei tiefen Temperaturen gelagert werden. Hierdurch wird die Reinheit der Präcursoren über einen langen Zeitraum bis zur Beschichtung sichergestellt und somit die Eigenschaften und Ausbeute der Beschichtungen verbessert.

Ein Wechsel der Präcursoren in der Beschichtungsanlage ist durch Einsetzen der Patronen in die Dampfquelle einfach, sauber und schnell möglich. Die Menge des eingesetzten Präcursors kann diejenige für einen einzelnen Beschichtungsprozess sein. Durch diese Verwendung von Portions-Patronen wird eine thermische Schädigung empfindlicher Präcursoren gegenüber der Bevorratung größerer Präcursormengen für mehrere Prozesse in der Dampfquelle minimiert.

Besonders vorteilhaft gegenüber dem Stand der Technik ist die Verwendung einer nicht- wiederverschließbare Patrone, die einfach und kontrolliert geöffnet werden kann. Der Aufbau der Patrone in einer Ausführung einer verschmolzenen Glasampulle bietet beispielsweise den Vorteil einer sehr einfachen Herstellung aus einem praktisch gegenüber jedem Präcursor völlig inerten, also nicht degradierbaren Material. Eine derartige Patrone aus entgastem Präcursor 1 H, 1 H,2H,2H-Perfluordecyltrichlosilan konnte in Lagerungsversuchen monatelang als Feststoff über Trockeneis bei -78°C gelagert werden, ohne dass eine erkennbare Leckage aufgetreten ist. Vorteil der erfindungsgemäßen Präcursor-Patrone ist insbesondere der wenig aufwendige Aufbau. So muss bei den erfindungsgemäßen Präcursor-Patronen kein Behältermaterial gewählt werden, das mit den häufig sehr aggressiven Präcursoren verwendet werden kann und gleichzeitig den Aufbau der wiederverschließbaren Öffnung erlaubt. Vorteilhaft ist ferner, dass durch den Einmalgebrauch die Verwendung von elastischen Dichtungsmaterialien nicht notwendig ist, da diese den Nachteil aufweisen, gegenüber flüssigen oder dampfförmigen Präcursoren mit entsprechend hohen Dampfdrücken in den Dampfquellen schnell zu degradieren und somit entsprechend häufig ersetzt werden müssen.

Ein weiterer Vorteil nicht-wiederverschließbarer Präcursor-Patrone ist die maximale Dichtigkeit der Vorrichtung gegenüber Percusor-Patronen mit wiederverschließbarer Öffnung. Für reversibel verschließbare Öffnungen in diesen Anwendungen werden Hochbzw. Ultrahochvakuumventile benötigt, deren Leckraten in der Größenordnung von 10-8 mbar L s-1 liegen (vgl. hierzu J. F. O ^' Hanlon, A User ^' s Guide to Vacuum Technology, 3rd edition, John Wiley & Sons, Hoboken, 2003, Seite 331 ff.). Mit einer derartigen Leckrate erhält man beispielsweise in einem Patronenvolumen von 10 mL über einen Zeitraum von nur 10 Tagen einen Druckanstieg von 1 mbar. Häufig liegen Prozessdrücke von Präcursoren jedoch bei nur 0, 1 mbar, so dass ein derartiger Druckanstieg in der Patrone zu einem großen Dosierfehler führen würde und daher nicht mehr tolerierbar wäre. Eine Vorratshaltung von Präcursoren in wiederverschließbaren Patronen ist daher nur für einen sehr begrenzten Zeitrum möglich. Die Herstellung einer größeren Anzahl von Patronen für den späteren Gebrauch ist daher nur sehr eingeschränkt möglich. Häufig erwünscht ist Lagerung der reaktiven Präcursoren bei tiefen Temperaturen, um die Zerfallsprozesse zu verlangsamen. Da unter diesen Bedingungen die Leckraten noch weitaus höher, als in dem genannten Beispiel sind, scheidet die Lagerung bei tiefen Temperaturen praktisch völlig aus.

Die geschilderten Nachteile für Percusor-Patronen mit wiederverschließbarer Öffnung wirken sich in der Praxis vor dem Hintergrund der zuvor genannten möglichen Degradation der Dichtungsmaterialien in Gegenwart der aggressiven Präcursoren noch schwerwiegender aus.

Ausführungsbeispiele sind in den Abbildungen 1 bis 13 dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.

Es zeigen:

Abbildung 1 : Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Präcursor-Patrone Abbildung 2: Eine offene Ausführungsform der erfindungsgemäßen Präcursor-Patrone vor dem Verschließen

Abbildung 3: Anschluss einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Präcursor-Patrone an eine Vorrichtung zum Entgasen und Verschließen

Abbildung 4: Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Entgasen und Verschließen von Präcursor-Patronen

Abbildung 5: Eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen

Dampfquelle

Abbildung 6: Die Explosionsdarstellung der Dampfquelle nach Abbildung 5

Abbildung 7: Die perspektivische Ansicht der Dampfquelle gemäß Abbildung 5 mit einer

Schnittdarstellung des Gehäuses vor dem Öffnen der Präcursor-Patrone

Abbildung 8: Die perspektivische Ansicht der Dampfquelle gemäß Abbildung 5 mit einer

Schnittdarstellung des Gehäuses nach dem Öffnen der Präcursor-Patrone

Abbildung 9: Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Dampfquellen in einer

Beschichtungsapparatur

Abbildung 10: Eine perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Dampfquelle mit integrierter Beheizung

Abbildung 1 1 : Explosionsdarstellung der Dampfquelle nach Abbildung 10

Abbildung 12: Die perspektivische Ansicht der Dampfquelle nach Abbildung 10 mit einer

Schnittdarstellung des Gehäuses nach dem Öffnen der Präcursor-Patrone

Abbildung 13: Dampfquelle nach Abbildung 10 mit Gehäuse

Abbildung 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Präcursor- Patrone 100, die als Brechringampulle aus Glas ausgeführt ist. Am zylindrischen Hohlkörper 101 befindet sich an einer Einschnürung eine ringförmige Sollbruchstelle 102, an der durch seitlichen Druck das Oberteil des Hohlkörpers abgebrochen werden kann. In der Ampulle befindet sich der flüssige oder feste Präcursor 103.

Zur Befüllung der Präcursor-Patrone kann der flüssige oder feste Präcursor 103 in den zunächst offenen Behälter 104 gegeben (Abbildung 2) werden. Falls es sich bei dem Präcursor 103 um eine Substanz handelt, die nicht an normaler Umgebungsluft gehandhabt werden kann, erfolgt der Einfüllvorgang vorzugsweise in einer trockenen Inertgas- Umgebung, beispielsweise in einer mit Stickstoff gefüllten Handschuhbox. Beispiele für derartige Präcursoren sind 1 H, 1 H,2H,2H-Perfluordodecyltrichlorsilan (CI3Si-CH2-CH2- (CF2)10-F) oder 1 H, 1 H,2H,2H-Perfluortetradecyltrichlorsilan (CI3Si-CH2-CH2-(CF2)12-F), die aufgrund ihrer hohen Hydrolyseempfindlichkeit nicht an normaler Umgebungsluft gehandhabt werden können. Aber auch etwas weniger stark hydrolyseempfindliche Präcursoren, wie die für Beschichtungen häufig eingesetzten Substanzen 1 H, 1 H,2H,2H- Perfluortocyltrichlorsilan (CI3Si-CH2-CH2-(CF2)6-F) oder 1 H, 1 H,2H,2H-

Perfluordecyltrichlorsilan (CI3Si-CH2-CH2-(CF2)8-F) werden vorteilhaft in einer Handschuhbox umgefüllt, da auch hier eine - je nach Handhabungsdauer - teilweise Hydrolyse vermieden werden kann und die Handhabung erleichtert wird.

Nach dem Einfüllen des Präcursors 103 kann der noch offene Behälter 104 in eine Vorrichtung eingesetzt werden, die zum Entgasen und Abschmelzen dient (Abbildung 3). Die Ampullenöffnung wird dabei mit Hilfe eines O-Rings 108 an einem Flansch 105 vakuumdicht montiert. Die Entgasung des Präcursors dient dazu, in der Substanz gelöstes Gas, z.B. Luft bzw. das bei der Synthese oder Handhabung verwendete Schutzgas zu entfernen. Dadurch wird sichergestellt, dass beim Verdampfen des Präcursors in der Beschichtungsanlage nur der reine Dampf zur Beschichtung dosiert und verwendet wird und keine unbekannten Mengen Gas die Dosierung verfälschen oder Beschichtung stören können.

Bei der Entgasung wird der Präcursor 103 durch mehrfache zyklische Sequenzen aus Einfrier-, Pump- und Schmelzvorgängen sorgfältig von gelöstem Gas befreit (Abbildung 4). Flüssige Präcursoren 103 werden hierzu zunächst durch Kühlung mit flüssigem Stickstoff eingefroren. Anschließend wird der Behälter 104, in dem sich die erstarrte Flüssigkeit befindet mit Hilfe einer Vakuumpumpe 109 über das Ventil 1 10 evakuiert. Der Enddruck kann mit Hilfe eines Manometers 1 1 1 kontrolliert werden. Anschließend wird Ventil 1 10 geschlossen und der Präcursor durch Erwärmen auf Raumtemperatur geschmolzen, so dass gelöstes Gas aus der Flüssigkeit entweichen kann, was anhand einer Blasenbildung beim Schmelzen erkennbar ist. Sobald die Substanz vollständig geschmolzen ist, erfolgt ein weiterer Einfrier-, Pump-, Schmelz-Zyklus, solange, bis der Schmelzvorgang ohne die Bildung von Blasen abläuft.

Präcursoren, die bei Raumtemperatur fest sind, werden in gleicher Weise entgast, wobei hier zum Schmelzen erwärmt werden muss und der Einfriervorgang ohne weitere Kühlung abläuft. Zur Verhinderung von Kondensation des Präcursors außerhalb des Gefäßes 104 wird die Apparatur beim Schmelzen auf die erforderliche Schmelztemperatur mit Hilfe einer Heizung 1 12 erwärmt. Ein Thermometer 1 13 dient zur Kontrolle oder Regelung der Temperatur.

Nach dem Entgasen wird das Gefäß 104 durch Abschmelzen verschlossen (Abbildung 3). Hierzu wird der Präcursor zunächst eingefroren und anschließend das Glas des Gefäßes mit Hilfe der Flamme 106 eines Kartuschengasbrenners 1 14 durch kreisförmige Bewegungen des Brenners mit Hilfe der Halterung 1 15 an einem Rillenkugellager 107 um das Gefäß 104 herum gleichmäßig erwärmt. Das Glasgefäß schnürt sich hierdurch gleichmäßig ein und wird abgeschmolzen.

Die Präcursor-Patrone 101 kann in einer Dampfquelle 1 16 (Abbildung 5) montiert werden. Die Explosionsdarstellung in Abbildung 6 zeigt den Aufbau einer bevorzugten Ausführungsform. Die Patrone 101 wird in das Gehäuse 1 17 der Dampfquelle eingeschoben. Ein Dichtring 1 19 und eine Verschlussmutter 120 verschließen das Gehäuse an der Unterseite vakuumdicht. Mit dem Anschluss 1 18 wird die Dampfquelle an die Beschichtungsapparatur angeschlossen. Ein pneumatisch betriebener Zylinder 121 mit einer Schergabel 123 dient zur Öffnung der Präcursor-Patrone. Eine Thermometer 122 dient zur Messung und Regelung der Temperatur des Präcursors. Die Abbildungen 7 und 8 zeigen eine bevorzugte Ausführungsform der Dampfquelle mit der Präcursor-Patrone im geschlossenen (Abbildung 7) und geöffneten Zustand (Abbildung 8).

Abbildung 9 zeigt als Beispiel den Anschluss von zwei Dampfquellen 1 16 und 216 an eine Beschichtungskammer 124 in einer Beschichtungsapparatur 125 zur Beschichtung eines Substrates 139. Der Anschluss erfolgt über die Ventile 126 und 226.

Um einen ausreichend hohen Dampfdruck des Präcursors in der Dampfquelle zu erreichen, können die Dampfquellen mit Heizungen 127 und 227 beheizt werden. Die Thermometer 122 und 222 dienen zur Kontrolle und Regelung der Temperaturen. Nach dem Einsatz der Präcursor-Patronen in die Dampfquellen werden die Ventile 126, 226 und 129 geöffnet und die Gehäuse der Quellen mit der Vakuumpumpe 138 bis zu einem Basisdruck evakuiert, der am Manometer 132 gemessen wird. Der Wert dieses Basisdrucks richtet sich nach der Art der Substanzen. Für die Präcursoren 1 H,1 H,2H,2H- Perfluordecyltrichlorsilan und Wasser hat sich ein Druck < 10-5 mbar als vorteilhaft gezeigt.

Anschließend werden die Ventile 126, 226 und 129 geschlossen und diejenige Präcursor- Patrone geöffnet, deren Dampf in die Beschichtungskammer eingeleitet werden soll. Nach dem Aufbrechen der Patrone 101 strömt Dampf in das Gehäuse 1 17 der Dampfquelle und der Dampf des Präcursors kann durch Öffnen von Ventil 126 und 130 in die Beschichtungskammer 124 eingeleitet werden. Der dazu vorgewählte Druck wird am Manometer 133 gemessen. Anschließend werden die Ventile 126 und 130 geschlossen und über die Ventile 140 und 145 die Dampfzuleitung evakuiert. Die Schutzfalle 147 ist gekühlt, hier wird der Dampf bis zur späteren Entsorgung eingefroren. In gleicher Wiese wie zuvor für die Dampfquelle 1 16 beschrieben, kann anschließend Dampf aus der Quelle 226 in die Beschichtungskammer eingeleitet werden.

Zur Vermeidung von Kondensation der Dämpfe sind alle dampfführenden Teile der Apparatur 125 entsprechend beheizt.

Nach Abschluss der Beschichtung des Substrates 139 wird der Dampf aus der Beschichtungskammer über Ventil 142 in eine gekühlte Abfall- und Schutzfalle geleitet. Diese dient zum Auffangen, Ausfrieren und Sammeln von Resten und Reaktionsprodukten der Präcursoren, bevor diese nach mehreren Beschichtungsvorgängen gesammelt entsorgt werden.

Nicht mehr benötigter Präcursor in der geöffneten Patrone der Dampfquelle kann z.B. für die Dampfquelle 1 16 ebenfalls über die Ventile 126 und 140 in die Abfall- und Schutzfalle geleitet werden. Anschließend wird die Dampfquelle ggf. durch Erhöhung der Temperatur kurz ausgeheizt und über die Ventile 1 16 und 129 mit der Turbomolekularpumpe 138 evakuiert. Die Dampfquelle ist dadurch gereinigt und nach Entnahme des ebenfalls sauberen und trockenen Unter- und Oberteils der Patrone bereit für den Einsatz mit einer neuen Patrone.

Bei Verwendung von Präcursor-Patronen mit Mengen für einen einzigen Beschichtungsvorgang erfolgt die Restentnahme des geringen Überschusses unmittelbar nach der Dampfentnahme. Dadurch können Korrosionsvorgänge an den Metallteilen der Dampfquelle minimiert werden. Gleichzeitig ist die Beschichtungsanlage sehr variabel für verschiedene Präcursoren einsetzbar. Darüberhinaus ist die Gefahr der Zersetzung der Präcursoren vor dem Einsatz minimiert.

Die Abbildungen 10 und 1 1 zeigen eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dampfquelle 151 mit integrierten Heizungen. Mit Hilfe von Heizstäben 155 im Gehäuse 153 und einer Heizmanschette 154 am Pneumatikzylinder 152 des Scherbolzens 160 werden die Teile der Dampfquelle, die mit dem Dampf des Präcursors in Kontakt kommen auf eine homogen verteilte Temperatur aufgeheizt. Die Temperatur wird mit Hilfe eines Thermometers 159 gemessen und geregelt. Das Gehäuse 153 der Dampfquelle wird mit Hilfe des Flansches 158 an die Beschichtungsapparatur angeschlossen und ist mit dem Flansch 156 über eine Dichtung 163 sowie Stehbolzen 164 und Sechskantmuttern 157 verschlossen. Innerhalb der Dampfquelle befindet sich die zunächst verschlossene Patrone 162. Nach Betätigung des Pneumatikzylinders 152 bewegt sich der Scherbolzen 160 an die Sollbruchstelle der Patrone 162, worauf deren Oberteil kontrolliert aufbricht (Abbildung 12), so dass Dampf des Präcursors in das innere Volumen des Gehäuses 153 eintritt.

Abbildung 13 zeigt die Dampfquelle nach Abbildung 10 im vollständigen Aufbau mit einer Verkleidung 165 und 166, welche zur Wärmeisolation dient. Über Befestigungsbolzen 168 und den Flansch 158 ist die Quelle fest an der Beschichtungsapparatur angebaut. Zum Wechsel der Präcursor-Patrone wird die Quelle auf eine geeignete Temperatur abgekühlt, das Unterteil 166 der Verkleidung durch Lösen der Schrauben 167 entfernt. Nach Öffnen des Flansches 156 kann die Präcursor-Patrone getauscht werden.

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf Vorrichtungen zur Zuführung des Dampfes eines flüssigen oder festen Präcursors in eine Beschichtungskammer zur Abscheidung einer Beschichtung, wobei sich der flüssige oder feste Präcursor in einer verschlossenen Präcursor-Patrone befindet, die ganz oder teilweise von einem Gehäuse umschlossen ist, in das nach Öffnung der Patrone der Dampf des Präcursors eintritt, wobei

- die Präcursor-Patrone aus Glas oder einem anderen mineralischen Werkstoff bestehen kann.

- die Präcursor-Patrone zur Öffnung aufgebrochen werden kann.

- zum Aufbrechen der Präcursor-Patrone ein Scherbügel verwendet werden kann. - das Gehäuse vor Öffnung der Präcursor-Patrone evakuiert werden kann.

Ferner beziehen sich Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf verschlossener Behälter mit einem flüssigen oder festen Präcursor zur Abscheidung einer Beschichtung mit dem Dampf des Präcursors, wobei der Behälter nach der Öffnung nicht wieder verschließbar ist und kein Fremdgas enthält.

Ferner bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Verfahren zur Zuführung des Dampfes eines flüssigen oder festen Präcursors in eine Beschichtungskammer zur Abscheidung einer Beschichtung, wobei

a) sich der flüssige oder feste Präcursor in einer verschlossenen Präcursor-Patrone befindet, die ganz oder teilweise von einem Gehäuse umschlossen ist,

b) die Patrone im Gehäuse geöffnet wird und Dampf des Präcursors in das Gehäuse eintritt,

c) Dampf des Präcursors in die Beschichtungskammer zur Abscheidung einer Beschichtung geleitet wird.

Weitere besondere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf Vorrichtungen zur Zuführung des Dampfes eines flüssigen oder festen Präcursors in eine Beschichtungskammer zur Abscheidung einer Beschichtung, wobei sich der flüssige oder feste Präcursor in einer verschlossenen Präcursor-Patrone befindet, die zur Entnahme des Präcursors nicht wiederverschließbar geöffnet wird., wobei

- die Präcursor-Patrone aus Glas oder einem anderen mineralischen Werkstoff bestehen kann.

- die Präcursor-Patrone zur Öffnung aufgebrochen werden kann.

- zum Aufbrechen der Präcursor-Patrone ein Scherbügel verwendet werden kann.

- das Gehäuse in dem sich die Präcursor-Patrone befindet vor der Öffnung der Patrone evakuiert werden kann.

Ferner bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen verschlossenen Behälter mit einem flüssigen oder festen Präcursor zur Abscheidung einer Beschichtung mit dem Dampf des Präcursors, wobei der Behälter nach der Öffnung nicht wieder verschließbar ist und kein Fremdgas enthält.

Ferner bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Verfahren zur Zuführung des Dampfes eines flüssigen oder festen Präcursors in eine Beschichtungskammer zur Abscheidung einer Beschichtung, wobei

a) sich der flüssige oder feste Präcursor in einer verschlossenen Präcursor-Patrone befindet, die ganz oder teilweise von einem Gehäuse umschlossen ist,

b) eine nicht wiederverschließbare Verbindung zwischen dem Dampf des Präcursors und dem Gehäuse hergestellt wird und Dampf des Präcursors in das Gehäuse eintritt, c) Dampf des Präcursors in die Beschichtungskammer zur Abscheidung einer Beschichtung geleitet wird.