CN107109625A - 用于在基板上沉积层的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在基板(1)上沉积层的设备，所述基板在覆层时横向于进气机构(2)的延伸方向在处理室(3)中沿运动方向(B)运动，其中，所述进气机构(2)具有至少一个处理气体分配腔(5、6)，所述处理气体分配腔具有用于输入至少一种原料的输入口(9)和在基板(1)的运动轨道的整个宽度上延伸的、朝向基板(1)的、用于排出包含原料的处理气体流(a)的处理气体排出区(14)，其中，与第一排气区(14)的延伸方向平行地沿基板(1)的运动方向在至少一个处理气体排出区(14)的前面布置有第二气体分配腔(21)的第二排气区(27)，并且沿基板(1)的运动方向(B)在至少一个处理气体排出区(14)的后面布置有第三气体分配腔(22)的第三排气区(28)，分别用于排出第二气流和第三气流(b、c)。第二和第三排气区(27、28)与所述至少一个处理气体排出区(14)直接相邻地布置。至少一个处理气体分配腔以及第二和第三气体分配腔分别具有气体加热装置。处理气体分配腔(5、6)具有用于通过输入口(9)可输入的固态或液态的原料的汽化装置(7)。

Description

用于在基板上沉积层的设备
本发明涉及一种用于在基板上沉积层的设备，所述基板在覆层时横向于进气机构的延伸方向在处理室中沿运动方向运动，其中，所述进气机构具有第一处理气体分配腔，所述第一处理气体分配腔具有用于输入原料的输入口和在基板的运动轨道的整个宽度上延伸的、朝向基板的、用于排出包含原料的第一气体流的第一气体排出区，其中，与第一排气区的延伸方向平行地沿基板的运动方向在第一气体排出区的前面布置有第二气体分配腔的第二排气区，并且沿基板的运动方向在第一气体排出区的后面布置有第三气体分配腔的第三排气区，分别用于排出第二气流和第三气流。
本发明涉及将层、尤其将半导体层沉积在基板上的技术领域。该技术领域包括化学气相沉积和物理气相沉积。对于前者来说，当以气态方式输入处理室中的原料沉积时发生化学反应；对于后者来说，当以气态方式输入处理室中的原料沉积时基本上发生凝集变化，为此气态的原料冷凝在基板上。本发明的应用领域尤其涉及有机气相沉积(OVPD)。在该沉积方法中，有机原料要么作为固体要么作为液体被提供。原料被加热至汽化温度。在此形成的蒸汽输送至覆层设备的处理室中。这可以借助运载气体完成。基板与冷却的基座发生接触，从而以蒸汽形态输入的有机原料冷凝在基板的表面上。该技术领域尤其包括OLED的制备。
这种类型的设备在文献US 2012/0237695 A1中被描述。该处所述的“线性气相沉积系统”具有带有多个相互平行延伸的、分别呈线形的排气区的进气机构，其中，通过中部的排气区将气态的原料并且通过远离中部的排气区布置的外部的排气区将惰性气体朝基板的方向排出。基板横向于排气区的延伸方向运动。
文件US 5,595,602、US 6,037,241、US 7,238,389 B2、US 7,780,787 B2、WO2012/175126、WO 2012/175128以及WO 2012/175307描述了在PVD设备上的进气机构，该进气机构使用可电加热的多孔固体泡沫，以便使气溶胶流体中的固态或液态的颗粒通过蒸汽热的传递转变为气体，以便使气态的原料借助运载气体从进气机构的排气区传输至基板，以气态方式输入的原料在基板处重新冷凝。
在气体输入装置中气态的原料向基板的入流可以借助阀门打开和关闭，与气体输入装置不同，使用加热的泡沫体提供的可能性在于，通过改变泡沫体的温度影响原料向基板的材料流。如果泡沫体的温度低于汽化温度，则在泡沫体中向泡沫体输入的气溶胶的富集发生变化。通过提高由泡沫体构成的蒸汽体的温度，提高了蒸发速率，从而能够通过温度控制来调整原料向基板的物质流。将多孔的泡沫体作为蒸汽源使用还提供了优点，即，多种彼此不同的原料能够同时汽化，以便将多种原料导入处理室中，例如从而使在不同波长处发光的有机分子沉积在基板上。通过该方式还能够实现掺杂。蒸汽基本上同时通过泡沫体的整个排气面排出。出现的问题在于，通过排气面的边缘区段排出的蒸汽基于在排气面周围气体的较低气体温度而冷凝。这会导致絮凝、也即导致在气相中的颗粒形成。后者不利地影响沉积的层的质量。
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种设备，借助所述设备可以利用一种或多种有机原料对大面积的基板进行覆层，其中，应该以最小的材料投入实现较高的产量，而不会出现原料的热解。
所述技术问题通过在权利要求中给出的发明解决，其中，每个权利要求原则上都称为所述技术问题的创造性的解决方案。
首先并且主要规定，三个或多个排气区直接相邻并排地延伸。通过至少一个中部排气区将气态的原料排放至处理室中。通过两个位于中部排气区两侧的外部排气区使惰性气体进入处理室中。两个惰性气体流影响中部气流的边缘区域，从而使中部气流不分散。两个外部气流作用实现传输原料的中部气流的准直。两个外部气流由此构成准直气流，所述准直气流迫使中部气流具有线性的流动方向。所有三个气流都具有较高的温度，为此三个气体分配腔分别具有气体加热装置。此外在中部的气体分配腔中还进行气溶胶的汽化，所述气溶胶具有固态或液态的颗粒。中部的气体分配腔的汽化装置可以通过布置在中部的气体分配腔中的加热装置构成。加热装置或者说汽化体可以是可导电的开孔的固体，如同之前所提到的现有技术所述。其可以涉及泡沫体，所述泡沫体分别可以完全填充配属于该泡沫体的气体分配腔。相邻的气体分配腔可以通过电绝缘的分隔壁相互分隔。分隔壁可以由陶瓷材料制成。一个或多个处理气体分配腔以及第二和第三气体分配腔可以配属于构成进气机构的壳体。其涉及长形延伸的壳体，所述壳体横向于运动方向在基板的整个宽度上延伸。从至少一个处理气体排出区排出的处理气体流通过被加热的惰性气体流从侧面限制，从而不会出现处理气体流的边缘区域的冷却。避免了上述在气相中的絮凝。其中，基板横向于线形相邻布置的排气区缓慢运动，在基板的通过过程中在基板表面上沉积层，所述层由从中部排气区排出的蒸汽形态的原料的冷凝物形成。为此基板被冷却。基板运动经过被主动冷却的基座。如果基板不运动，也可以使进气机构相对于基板运动。进气机构的两个分别配属于线形的排气区的侧面构成端侧。加热装置、也即尤其泡沫体在所述端侧上具有电极，借助所述电极能够将电流输入开孔的固体内，从而使泡沫体被电阻加热。还可以设置一个处理气体分配腔。然而也可以设置两个或多个处理气体分配腔，所述处理气体分配腔直接并排地布置。多个处理气体分配腔则直接相互邻接。后者也适用于处理气体分配腔的各个排气区。至少一个处理气体分配腔可以分成一个或多个区段。所述区段可以通过板件分隔。所述板件可以具有开孔。流体上游的区段与进气孔相连。流体下游的区段配属于排气区。板件影响流体并且构成限流板或者说扩散板。第一气体分配腔的进气孔与气溶胶生成器相连。气溶胶生成器可以具有存储容器，在所述存储容器中存储粉末或液体。借助运载气体形成固体气溶胶或小液滴气溶胶，其借助运载气体输入气体分配腔，在气体分配腔中通过气溶胶的温度升高发生汽化。由于多孔式固体的使用还同时进行气体的均匀化，从而使气溶胶的输入仅在上游的区段中进行。该处的开孔的固体提供充足的热量，以便使在该处输入的气溶胶被汽化。蒸汽穿过分隔区，例如穿过流体影响板或分隔板的开孔进入下游的区段。下游的区段可以通过导入被冷却的气体而主动冷却，从而在该处在必要时进行气溶胶的冷凝。由此避免了在不需要气态的原料时，气态的原料从排气区排出。相反，如果气态的原料应从排气口排出，下游的区段不被冷却。该处的泡沫体具有高于原料的汽化温度的温度，从而使在上游区段中汽化的原料能够顺利地流经处理气体分配腔的下游的区段和布置在其中的泡沫体。利用布置在处理气体分配腔的下游的区段中的泡沫体由此能够打开和关闭原料向处理室的输入，其中，然而在关闭状态下不形成损耗，因为原料在气体分配腔的下游的区段中或在该处布置的泡沫体中暂时存储。原料在该处在相应的加热之后汽化。处理气体分配腔的上游的区段与下游的区段之间的分隔区不需要具有扩散板或类似部件。还可行的是，仅两个气体加热装置之间的边界在分隔区的区域中延伸。构成排气面的下游的气体加热装置被调温至一个温度，在所述温度下使气体加热装置内部的蒸汽冷凝。将处理气体分配腔的可冷却区域限制在与排气面上游紧邻的区域就足够了。在两个外部的排气区之间还可以布置多个用于不同原料的处理气体排出区。多个排气区优选相互直接邻接。
在基板相对于一个或多个进气机构运动的过程中，通过多个分别跨越基板的进气机构的依次布置，可以使多种彼此不同的有机原料相叠地沉积。还可以分别借助各个线形的进气机构将彼此不同的原料输入处理室中，其中，输送气态的原料的气流分别被两个辅助气帘从侧面限制。辅助气优选是氮气。气帘流体具有两个功能。气帘流体使中部的蒸汽流与热变化隔绝。由于帘形气流同样被加热，输送原料的气流具有均匀的温度分布。中部气流的边缘区域具有与核心区域相同的温度。由此在从排气区至基板的气流路径内部不发生冷凝。冷凝仅发生在基板表面。帘形气流的第二功能是之前提到过的准直功能。根据本发明的进气机构的设计方式的其他优点在于防止与其他气态原料的交叉污染。还有效避免了气态的原料在处理室内部的基板表面之外的其他位置发生冷凝。
以下借助附图阐述本发明的实施例。在附图中：
图1示出两个相互平行布置的线形的进气机构2、2′的立体图，所述进气机构与长形的基板1交叉；
图2示出根据剖切线II-II剖切进气机构的剖视图；
图3示出根据图2中的剖切线III-III的剖视图；
图4示出根据图2中的剖切线IV-IV的剖视图；
图5示出根据图2中的箭头V的正视图；
图6以断面形式示出进气机构的视图；和
图7根据图3视图示出本发明的第二实施例。
在附图中示出PVD装置的主要元件，用于利用有机材料涂覆放置在被冷却的基座4上的基板1。为此两个进气机构2、2′桥状地在大面积的基板1上方延伸。基板1沿运动方向B相对于横向于运动方向B延伸的进气机构2、2′运动。进气机构2、2′相互平行地沿运动方向B相互间隔。
进气机构2和2′都具有长形延伸的壳体，所述壳体具有两个相互背离的端面。所述端面由壳体的较小的侧面构成，所述侧面位于基板1的一侧和另一侧。
进气机构2的朝向基板1的待涂覆表面的侧面构成三个线形相邻的排气区14、27、28。排气区14、27、28横向于运动方向B在基板1的整个宽度上延伸。从中部的排气区14排出第一气流a，所述第一气流包含被惰性运载气流输送的有机原料的蒸汽。第一气流a被第二气流b和第三气流c从侧面限制边界。第二气流b和第三气流c由加热的惰性气流构成。进行位于侧面的气流b、c从排气区27、28排出，所述排气区27、28与中部的排气区14直接相邻。排气区27、14或28、14仅通过薄的分隔壁12、13相互分隔，所述分隔壁由绝缘材料、例如陶瓷材料(Cogebi)制成。
排气区14、27、28通过导电的泡沫体23、24、8的表面构成。泡沫体23、24、8位于由进气机构2的壳体构成的腔室6、21、22中。孔隙开放的泡沫体23、8、24完全填充配属于所述泡沫体的气体分配腔21、6、22。配属于位于两侧的第二和第三排气区27、28的两个气体分配腔21、22分别被由电绝缘材料制成的外壁19、20和分隔壁12、12′限定边界，同时由两个区段5、6形成的第一气体分配腔6被两个分隔壁12、13限定边界。气体分配腔21、6、22的整个宽度都作为排气区14、27、28使用。
进气机构2的壳体具有上壁18，所述上壁同样由电绝缘材料制成。通过该上壁18实现向气体分配腔5、21、22的气体供应。第一气体分配腔的完全被泡沫体7填充的上游的区段5通过输入管路9被供应气溶胶。气溶胶在气溶胶生成器31中形成。气溶胶生成器具有粉末存储器或液体存储器和喷射器，利用所述喷射器将粉末或利用所述喷射器将液体的小液滴喷射进运载气流中。有机原料的固体或液体颗粒随着运载气流输入气体分配腔的上部区段5的泡沫体7中。气溶胶的输入通过上壁18的与排气区14相对置的开孔实现。
在上壁18中设置进气孔25、26，惰性气体通过所述进气孔输入气体分配腔21、22或布置在气体分配腔中的泡沫体23、24。进气孔25、26与用于惰性气体的输入管路32、33相连。
泡沫体7、8、23、24可以借助电能被加热。为此每个气体分配腔21、22和5、6都在其相互对置的端面上具有电极15、16、29、30，所述电极被封闭板17固定。电极15、16、29、30通过分隔壁12、13相互电绝缘。
中部的第一气体分配腔分成两个区段5、6。在两个区段的5、6的每一个中都具有泡沫体7、8。区段5、6沿流动方向依次并且优选垂直相叠地放置。进气侧的区段5构成汽化室。布置在区段5内的泡沫体7构成汽化装置，利用所述汽化装置使通过输入管路9输入进气侧的区段5中的气溶胶汽化。
排气侧的区段6通过由电绝缘材料制成的分隔板10相对于进气侧的区段5分隔。分隔壁10构成限流装置，因为该分隔壁相对于流体造成阻力。其还可以涉及扩散板。分隔板10具有开孔11，汽化的气态原料能够连同运载气体一起通过所述开孔从进气侧的区段5流向排气侧的区段6。
处于排气侧的区段6中的并且构成排气孔14的泡沫体8可以相对于布置在进气侧的区段5中的泡沫体7独立地被加热。还可以设有未示出的器件，用于冷却排气侧的泡沫体8，从而使穿过开孔10的气态的原料在该处冷凝。由此，通过排气侧的泡沫体8的温度变化可以改变气流a中的原料的物质流。还可以实现打开和关闭。
在覆层步骤的过程中，从中部的排气孔15排出具有大于原料的汽化温度的气态的有机原料流。在中部气流两侧的边缘侧气流b、c具有与中部气流a基本上相同的温度，从而使边缘气流发挥相同的绝缘功能。由于边缘侧气流b、c与中部气流a直接相邻，边缘气流迫使中部气流a具有线性运动方向。从进气机构2排出的线形的气流a、b、c的发散由此仅在边缘气流b、c的外部区域中进行。
电极15、16、29、30可以利用螺栓固定在泡沫体7、8、23、24上。泡沫体7、8、23、24在进气机构2的整个长度上通过绝缘壁12、13、19、20、18相互分隔并且相对于周围环境隔离。
气溶胶包含具有微米范围内的平均直径的固态或液态颗粒。所述颗粒优选具有基本上统一的尺寸。耐热的泡沫体7、8、23、24的温度借助温度测量装置、例如热电偶测量。进行温度调节。为此设置了闭合的调节回路。
分隔板10是扩散板，所述扩散板具有多个尤其均匀间隔的开孔11，从而由此实现气流的均匀化。通过之前提到的有机原料在气体分配腔的排气侧的区段6中的泡沫体8的泡沫壁上的冷凝，可以确保向排气孔14与基板1的表面1之间的处理室3的稳定化的蒸汽输入。
位于中部气流a两侧的边缘气流b、c避免了在中部气流a的区域中形成湍流。此外边缘气流还避免了通过其他进气机构输入处理室的其他有机原料会进入中部气流a中。这由此实现，即多个进气机构2、2′能够在相同的处理室3中沿基板1的运动方向先后依次地布置，利用所述多个进气机构使彼此不同的有机原料到达基板1的表面，有机原料在基板的表面处通过冷凝构成层。
气溶胶可以从气溶胶生成器3借助氮气向气体分配腔5输送，所述气溶胶生成器还可以具有气溶胶计量设备。在位于中部的气体分配腔5、6两侧的外部的气体分配腔21、22中也同样可以输入氮气。气体流量被这样测量，使得由排气区27、14、28流出均匀的气流。从排气区14、27、28的平均排气速度优选是相同的。
图7以根据图3的视图示出本发明的第二实施例。设置两个处理气体分配腔5、5′。在该实施例中，两个处理气体分配腔5、5′不通过分隔壁分别分成两个区段。然而在此优选规定，处理气体分配腔5、5′的邻接在处理气体排气区14、14′上的区段能够调温至低于蒸汽的冷凝温度的温度。在此情况下，从并排延伸的处理气体排气区14、14′仅分别排出运载气体，气溶胶流利用所述运载气体供给到输入口9、9′中。如果相反两个处理气体分配腔5、5′在其整个体积内都加热至高于供给到输入口9、9′的有机材料的汽化温度的温度，则从直接相邻布置的处理气体排气区14、14′中分别排出处理气体流a、a′。两个处理气体分配腔5、5′直接相互邻接。两个处理气体分配腔仅通过不导电的分隔壁相互分隔。处理气体分配腔5、5′内部的汽化装置7可以加热至彼此不同的温度。尤其直接邻接处理气体排气区14、14′的汽化装置的区段能够实现彼此不同的温度，从而能够使处理气体通过两个排气区14、14′排出，或者分别仅通过两个处理气体排气区14、14′中的一个排出。
两个处理气体流a、a′通过调温气流b、c从侧面限制，所述调温气流由可相互独立加热的气体分配腔21、22排出。
上述实施方式用于阐述将发明全部包含在内的本申请，本发明至少通过以下技术特征组合分别创造性地改进现有技术，也即：
一种设备，其特征在于，所述气体加热装置由布置在气体分配腔5、6、5′、6′；21、22中的导电的开孔的固体构成，所述气体分配腔5、6、5′、6′；21、22通过电绝缘的分隔壁12、13相互分隔，所述固体能够通过电能被加热，其中，布置在处理气体分配腔5、6；5′、6中的开孔的固体的至少一个进气侧的区段(5)构成用于通过输入口9可输入的固态或液态的原料的汽化装置7。
一种设备，其特征在于，所述气体加热装置由导电的开孔的固体、尤其泡沫体7、8、23、24构成。
一种设备，其特征在于，所述泡沫体7、8、23、24完全填充配属于所述泡沫体的气体分配腔5、6、21、22。
一种设备，其特征在于，每个气体加热装置7、8、23、24均配有两个电极15、16、29、30，其中，所述电极15、16、29、30尤其布置在进气机构2的相互对置的端面上。
一种设备，其特征在于，第一处理气体分配腔5、6通过限流装置10分成上游的区段5和下游的区段6。
一种设备，其特征在于，所述限流装置10是具有开孔11的板件。
一种设备，其特征在于，至少两个处理气体分配腔5、6；5′、6′并排地布置，并且在处理气体分配腔5、6；5′、6′的至少两个处理气体排出区14、14′的上游布置有第二排气区22并且在下游布置有第三排气区28。
一种设备，其特征在于，多个基本上设计相同的进气机构2、2′沿基板1的运动方向B依次布置地、横向于基板1的运动轨道B在基板1的运动轨道B之上线形地延伸。
一种设备，其特征在于，所述排气孔14、27、28由多孔式的固体8、23、24的表面构成。
所有公开的技术特征(本身、然而也呈相互组合的方式)都是具有创造性的。在本申请的公开内容中将所属/所附优先权文件(在先申请文本)的公开内容全部包含在内，而且出于该目的，还将该文件的技术特征也包含在本申请的权利要求中。从属权利要求通过其技术特征表征对现有技术的创造性改进，尤其可以基于所述权利要求进行分案申请。
附图标记清单
1 基板
2 进气机构
2′ 进气机构
3 处理室
4 基座
5、5′ 处理气体分配腔、上游的区段
6、6′ 处理气体分配腔、下游的区段
7 汽化装置、泡沫体
8 泡沫体
9、9′ 输入口、输入管路
10 流体限制板、分隔板
11 开孔
12 分隔壁
12′ 分隔壁
13 分隔壁
14 处理气体排出区
14′ 处理气体排出区
15 电极
16 电极
17 封闭板
18 上壁
19 壁
20 壁
21 气体分配腔
22 气体分配腔
23 泡沫体
24 泡沫体
25 进气孔
26 进气孔
27 排气区
28 排气区
29 电极
30 电极
31 气溶胶生成器
32 输入管路
33 输入管路
B 运动方向
a 处理气体流
a′ 处理气体流
b 调温气流
c 调温气流

Claims (10)

1.一种用于在基板(1)上沉积层的设备，所述基板在覆层时横向于进气机构(2)的延伸方向在处理室(3)中沿运动方向(B)运动，其中，所述进气机构(2)具有至少一个处理气体分配腔(5、6；5′、6′)，所述处理气体分配腔具有用于输入至少一种原料的输入口(9、9′)和在基板(1)的运动轨道的整个宽度上延伸的、朝向基板(1)的、用于排出包含原料的处理气体流(a、a′)的处理气体排出区(14、14′)，其中，与第一排气区(14)的延伸方向平行地沿基板(1)的运动方向在至少一个处理气体排出区(14)的前面布置有第二气体分配腔(21)的第二排气区(27)，并且沿基板(1)的运动方向(B)在至少一个处理气体排出区(14)的后面布置有第三气体分配腔(22)的第三排气区(28)，分别用于排出第二气流和第三气流(b、c)，其中，第二和第三排气区(27、28)与所述至少一个处理气体排出区(14)直接相邻地布置并且具有气体加热装置，其特征在于，所述气体加热装置由布置在气体分配腔(5、6、5′、6′；21、22)中的导电的开孔的固体构成，所述气体分配腔(5、6、5′、6′；21、22)通过电绝缘的分隔壁(12、13)相互分隔，所述固体能够通过电能被加热，其中，布置在处理气体分配腔(5、6；5′、6)中的开孔的固体的至少一个进气侧的区段(5)构成用于通过输入口(9)可输入的固态或液态的原料的汽化装置(7)。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述气体加热装置由泡沫体(7、8、23、24)构成。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述泡沫体(7、8、23、24)完全填充配属于所述泡沫体的气体分配腔(5、6、21、22)。
4.根据上述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，每个气体加热装置(7、8、23、24)均配有两个电极(15、16、29、30)，其中，所述电极(15、16、29、30)尤其布置在进气机构(2)的相互对置的端面上。
5.根据上述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，第一处理气体分配腔(5、6)通过限流装置(10)分成上游的区段(5)和下游的区段(6)。
6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述限流装置(10)是具有开孔(11)的板件。
7.根据上述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，至少两个处理气体分配腔(5、6；5′、6′)并排地布置，并且在处理气体分配腔(5、6；5′、6′)的至少两个处理气体排出区(14、14′)的上游布置有第二排气区(22)并且在下游布置有第三排气区(28)。
8.根据上述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，多个基本上设计相同的进气机构(2、2′)沿基板(1)的运动方向(B)依次布置地、横向于基板(1)的运动轨道(B)在基板(1)的运动轨道(B)之上线形地延伸。
9.根据上述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述排气孔(14、27、28)由多孔式的固体(8、23、24)的表面构成。
10.一种设备，其特征在于上述权利要求中任一项所述的技术特征。
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