Precursor Verdampfersystem

Verdampfersysteme dienen zur Dosierung flüssiger Precursor die einem CVD Abscheideprozess als Gasphase zugeführt werden. Die Verdampfung und Dosierung erfolgt über ein System zum direkten Verdampfen und Dosieren ohne Trägergas.

Typische Anwendungen sind die Dosierung von Silanen, Chloriden und Metallalkyle wie z.B. SiCl₄, TiCl₄, SiHCl₃, HMDSO, DEZ oder TMA, aber auch Lösungsmittel und Wasser kommen hier zum Einsatz. Eingesetzt werden die Verdampfersysteme häufig in CVD Prozessen zur Abscheidung aus der Gasphase, in der Regel bei reduzierten Prozessdrücken, LPCVD und mit Plasmaunterstützung, PECVD. Anwendungen ergeben sich auch bei atmosphärischen Prozessdrücken, wie bei der Flammenhydrolyse, FHD. Hier gehört dann die Steuerung und Überwachung der Brenner mit zum Lieferumfang.

Zu den besonderen Merkmalen der Verdampfersysteme gehört neben der Möglichkeit der Verdampfung ohne Trägergas die Möglichkeit aus einem Verdampfer mehrere Verbraucher zu versorgen. Es können entweder mehrere Prozesskammern gleichzeitig versorgt werden oder an einer Prozesskammer an verschiedenen Punkten Precursor-Dampf eingespeist werden.

Die Möglichkeit aus 1 Verdampfer mehrere Verbraucher zur versorgen bietet gegenüber anderen Konstruktionen die Möglichkeit zum Einsparen von Bauteilen, Steuerungselementen und Montageraum. In der Summe kann man damit die Kosten senken. Eine weitere Option ist die Integration von 2 Verdampfern in einem System mit einer gemeinsamen Steuerung.

Der Precursor wird in einen Edelstahltank, dem Verdampfer, geleitet und dort auf die gewünschte Verdampfungstemperatur eingeregelt. Die entstehende Dampfphase wird direkt über einen Massenflussregler (MFC) abgezogen, auf den gewünschten Durchfluss eingeregelt und dem Prozess zugeführt. Ein Trägergasstrom zum Austragen des Precursors wie bei Sättigern oder Bubbler-Systemen ist hier nicht erforderlich, weitere Gasströme können somit unabhängig von der benötigten Precursor-Menge eingestellt werden.

Das Verdampfersystem ist metallisch gedichtet, Elastomere werden innerhalb des Verdampfersystems nicht eingesetzt. Damit ist eine wesentliche Voraussetzung zu einem sicheren Betrieb erfüllt. Die Auslegung des Systems erfolgt kundenspezifisch jeweils nach den Erfordernissen der Applikation. Die Betriebstemperatur des Verdampfers wird nach dem Prozessdruck und dem Dampfdruck des gewählt Precursors ausgelegt und kann z.B. im Bereich bis zu 80°C oder bis zu 140°C liegen.

Druck und Temperatur im Verdampfer werden überwacht, bei Überdruck und bei Übertemperatur wird die Heizung des Verdampfers abgeschaltet. Alle Precursor-Dampf führenden Komponenten werden beheizt. Das System ist in einem eigenen Gehäuse eingebaut. Eine Rohrbegleitheizung für die Dampfleitung zur Prozesskammer wird mit ausgerüstet, wenn der Leitungsdruck dies erfordert.

Die Verrohrung und alle Precursordampf benetzten Komponenten sind in Edelstahl ausgeführt, Material-Nr. 1.4404, entsprechen SS316L. Als Rohrverschraubungen werden Face-Seal-Verschraubung eingesetzt, z.B. Swagelok VCR. Auf eine Leckdichte Ausführung wird höchsten Wert gelegt. Feste Rohrverbindungen werden orbital unter Schutzgas verschweißt.

Der Verdampfer kann während des laufenden Prozesses automatisch nachgefüllt werden. Zur Nachfüllung des Verdampfers kommt ein Precursor-Nachfüllsystem zum Einsatz. Der Precursor wird in einem Vorratsgefäß bereitgestellt und mit Hilfe einer Gasvorlage durch ein Tauchrohr herausgedrückt und dem Verdampfer zugeführt. Siehe dazu Versorgungssysteme.

Die Steuerung und Überwachung des Verdampfers mit der Temperaturregelung und der automatischen Nachfüllung erfolgt von der Verdampfersteuerung über eine programmierbare Steuerung mit Touch-Screen zur Visualisierung und Bedienung. Alle Funktionen werden von dieser Steuerung geregelt. Die Sollwertvorgabe für die MFCs und die Wahl des gewünschten Gasweges erfolgt über die übergeordnete Steuerung der Beschichtungsanlage. Zur Kommunikation dient eine Profibus DP oder eine andere serielle Schnittstelle. Die Details der Steuerung wie z.B. die Art der Bedienung mit Möglichkeiten zum manuellen Eingriff und die Kommunikation mit der übergeordneten Steuerung werden den Erfordernissen des Prozesses angepasst.

Der Einbau der Verdampfersysteme erfolgt in passenden Stahlblechgehäusen oder in Standard-Schaltschränken. Steuerung und Verdampfer können dabei in einem Schrank integriert werden oder in 2 voneinander getrennten Schränken aufgebaut werden. Der Aufbau wird so ausgelegt um das System in die Beschichtungsanlage zu integrieren oder den Erfordernissen am Aufstellungsort optimal anzupassen.