DE10136858A1 - Beschichtungsvorrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von beschichteten Substraten, wie beispielsweise von "OLEDs", bei dem wenigstens eine Schicht mittels eines Kondensationsverfahrens auf ein Substrat aufgebracht wird, und bei dem für einen Teil der Reaktionsgase feste und/oder flüssige Ausgangsstoffe und eine Sublimationsquelle verwendet werden. Die Erfindung zeichnet sich durch eine Temperatursteuerung der Reaktionsgase zwischen Quelle(n) und Substrat aus, damit eine Kondensation der Reaktionsgase vor dem Substrat vermieden wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Beschichten auf einem Substrathal­ ter in einer Prozesskammer einliegender Substrate mit einer gegebenenfalls strukturierten Schicht aus in die Prozesskammer durch siebartig angeordnete Öffnungen eines dem Substrathalter gegenüberliegend angeordneten Gasein­ lassorgans eingebrachten gasförmigen Ausgangsstoffen.

Derartige Vorrichtungen dienen zur Herstellung von lichtemittierenden Bau­ elementen, insbesondere Dünnfilmbauelemente wie OLED's. Die organischen Schichten werden großflächig oder mittels einer auf dem Substrat aufliegenden Maske struktueriert abgeschieden. Die organischen Verbindungen, welche die Ausgangsstoffe liefern, liegen bei Raumtemperatur in Form von Feststoffen, insbesondere Salzen oder Flüssigkeiten vor. Durch eine entsprechende Erwär­ mung der in temperierten Behältern bevorrateten Ausgangsstoffe wird der Dampfdruck derselben erhöht, so dass der Dampf mittels eines Trägergases durch temperierte Rohrleitungen in die Prozesskammer eines Reaktors ge­ bracht werden kann. Das Substrat wird gekühlt. Demzufolge kann der Dampf auf der Substratoberfläche kondensieren. Als Substrat kommt Glas, eine Folie oder auch Kunststoffe in Betracht. Die Temperatur des Substrates ist geringer als die Temperatur der Gasphase zwischen Substrat und Gaseinlassorgan. Das Gaseinlassorgan muss beheizt werden, um dort eine Kondensation der gasför­ migen Ausgangsstoffe zu vermeiden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Gaseinlassorgan und dessen Zuordnung zum Reaktor mit dem Ziel einer Qualitätssteigerung der abzu­ scheidenden Schichten weiterzubilden.

Diese Aufgabe wird zunächst und im Wesentlichen durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst, in welchem darauf abgestellt ist, dass die Öffnungen des Gaseinlassorganes beheizt sind. Die in den weiteren Ansprüchen angegebenen Gegenstände betreffen sowohl vorteilhafte Weiterbildungen zum Gegenstand des Anspruches 1 als auch gleichzeitig davon und von der oben genannten Aufgabenstellung unabhängige eigenständige technische Lösungsvorschläge. Es wird dort insbesondere vorgeschlagen, dass in einer Bodenplatte des Gas­ einlassorganes eine Vielzahl von Öffnungen vorgesehen sind. Diese Öffnungen werden durch reihenweise sich zwischen den Öffnungen erstreckende Wär­ mezuführleitungsabschnitte beheizt. Diese Wärmezufuhrleitungsabschnitte können von einer oder mehreren mäanderförmig verlegten Leitungen gebildet werden. Die Leitungen liegen demzufolge schlangenförmig um einzelne Reihen der Öffnungen. Die Leitung kann von einem elektrischen Heizdraht gebildet werden, dessen Anschlusskontakte nach außen geführt sind. Die Leitung kann in einer Nut einliegen. Diese Nut liegt vorzugsweise zwischen zwei Bodenplat­ ten. Die Bodenplatten liegen ansonsten flächig aufeinander auf. Das Gasein­ lassorgan kann ein im Wesentlichen zylinderförmiger Hohlkörper sein. Der Boden dieses Hohlkörpers wird von der Bodenplatte gebildet. Der Hohlkörper besitzt eine Decke, die sich zur Bodenplatte parallel und beabstandet erstreckt. Sie kann ebenfalls von einer oder mehreren Platten gebildet werden. Decke und Bodenplatte sind voneinander mittels einer ringförmigen, ebenfalls beheizten Wand beabstandet. Wie die Bodenplatte, so kann auch die Deckenplatte und der Rand aus zwei aufeinander liegenden Teilen gebildet sein. Die Decke wird von zwei flächig aufeinander liegenden Platten gebildet, zwischen denen in ei­ ner oder mehreren Nuten Heizleiter verlegt sind. Die Wand kann von zwei ringförmigen Platten gebildet sein. In der Trennebene zwischen den beiden Platten kann ebenfalls in einer Nut ein Heizleiter einliegen. Diese Nut bzw. der Heizleiter kann wendeförmig in der Trennebene verlaufen. Alle Heizleitungs­ anschlusskontakte können der Decke des Gaseinlassorganes entspringen und durch den Deckel des Reaktors nach außen geführt sein. Die Heizleitungskon­ takte werden bevorzugt thermisch und elektrisch isoliert nach außen geführt. Zwischen dem Gaseinlassorgan und dem Deckel des Reaktors verbleibt ein ge­ ringer Spalt. Der Spalt befindet sich demzufolge zwischen dem Reaktordeckel und der Decke des Gaseinlassorganes. Dieser Spalt wird mit einem Inertgas, beispielsweise mit Wasserstoff oder Stickstoff gespült. Die Befestigung des Ga­ seinlassorganes am Deckel des Reaktors erfolgt bevorzugt thermisch isoliert. Dies kann dadurch erfolgen, dass Befestigungsschrauben von außen durch Öff­ nungen des Reaktordeckels hindurchgreifen und im Innengewinde der Deckel des Gaseinlassorganes eingeschraubt sind. Die Gewindeschäfte der Schrauben durchgreifen dabei die Reaktordecke mit einem Abstand. Ihre Köpfe liegen auf Isolierhülsen auf, so dass ein Wärmetransport über die Verbindungsschraube weitestgehend vermindert ist. Bevorzugt besitzt die Decke des Gaseinlassorga­ nes in ihrem Zentrum eine Flanschplatte. Diese Flanschplatte kann aus einem wärmeisolierenden Material gefertigt sein und kann in Kontakt anliegen an der Reaktordecke. Sie kann aber auch aus wärmeleitendem Material gefertigt sein und einen Spaltabstand zum Reaktordeckel besitzen. Insbesondere dann kann diese Flanschplatte von einem Distanzring insbesondere aus einem isolierenden Material umgeben sein, der iri Anlage tritt zum Reaktordeckel. Dieser Distanz­ ring kann in einer Ringnut der Reaktordecke einliegen. Über die Flanschplatte wird dann lediglich eine Zugkraft auf den Reaktordeckel ausgeübt. Die diese Zugkraft kompensierende Druckkraft wird über den Distanzring geleitet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand beigefügter Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in halb geschnittener, perspektivischer Darstellung schematisiert den Teil eines Reaktors, welcher die Prozesskammer ausbildet,

Fig. 2 eine ebenfalls perspektivisch geschnittene Darstellung eines Gaseinlas­ sorganes,

Fig. 3 eine ähnliche Darstellung wie Fig. 2 jedoch mit einer anderen Schnitt­ führung und

Die Vorrichtung, die in den Zeichnungen dargestellt ist und nachfolgend be­ schrieben wird, dient zur Ausübung eines Verfahrens zum Beschichten insbe­ sondere aus Glas oder aus Kunststoff bestehende Substrate in einer Prozess­ kammer. Die Vorrichtung dient insbesondere zur Herstellung von Schichtsy­ stemen, wie beispielsweise Dünnfilmbauelemente wie OLEDs oder ähnliches. Diese Schichtsysteme bestehen insbesondere aus organischen Materialien wie zum Beispiel "small molecule" (z. B. ALQ₃) oder Polymeren (z. B. PPV).

Die Ausgangsstoffe werden außerhalb des Reaktors in temperierten Bädern bevorratet. Sie liegen dort in Behältern vor, aus welchen sie abdampfen können. Die Ausgangsstoffe können Flüssigkeiten oder Feststoffe sein. Sie werden in Gasform transportiert. Hierzu dient ein durch ein Rohrleitungssystem geführter Trägergasstrom, der die Ausgangsstoffe in gasförmigen Zustand durch eine Zuleitung 16 durch das Zentrum des Reaktordeckels 34 in die Prozesskammer 1 hineinleitet. Die Zuführung in die Prozesskammer 1 erfolgt mittels eines Gas­ einlassorganes 5, welches beheizt ist und thermisch isoliert am Reaktordeckel 34 befestigt ist. Das Gaseinlassorgan 5 besitzt im Ausführungsbeispiel einen Hohlraum. In diesen Hohlraum können durch die im Ausführungsbeispiel ein­ zige Zuleitung 16 verschiedenartige Ausgangsstoffe aus individuellen Vorrats­ behältern eingeleitet werden. Eine Kondensation im Hohlraum des Gaseinlas­ sorganes 5 unterbleibt, da das Gaseinlassorgan 5 bzw. dessen Wände beheizt sind.

Die Bodenplatte 6, 7 des Gaseinlassorganes 5 besitzt eine Vielzahl von rasterför­ mig angeordneten Öffnungen 3. Durch diese Öffnungen 3 tritt das durch die Zuleitung 16 in den Hohlraum eingeleitete Trägergas mit den gasförmigen Ausgangsstoffen in die Prozesskammer 1. Gegenüberliegend der Bodenplatte 6, 7 des Gaseinlassorganes 5 befindet sich auf einem Substrathalter 4 ein Substrat 2. Da der Substrathalter 4 gekühlt ist, können sich die gasförmigen Ausgangs­ stoffe auf dem Substrat 2 ablagern. Dies erfolgt im Wege einer Kondensation. Die Kühlung des Substrathalters 4 erfolgt durch in eine Kühlmittel­ aufnahmekammer 21, welche unterhalb des Substrates angeordnet ist, durch die Leitungen 22 eingebrachtes Kühlmittel.

Die Bodenplatte besteht aus einer äußeren Bodenplatte 6 und einer inneren Bo­ denplatte 7. Im Bereich der Trennebene ist in die äußere Bodenplatte 6 eine mä­ anderförmige Nut 9 eingefräst. In dieser mäanderförmigen Nut 9 liegt eine Wärmezuführleitung 8 in Form eines Heizdrahtes. An seinen beiden Enden ist der Heizdraht 8 mit Anschlusskontakten 18 versehen, welche durch die beiden Deckenplatten 10 und 11 ragen. Die Öffnungen 3, die zeilenartig von den Win­ dungen der Wärmezuführleitung 8 umgeben sind, werden von Hülsen 19 gebil­ det, die in entsprechende Öffnungen der beiden Platten 6, 7 eingelassen sind. Dabei besitzen die Hülsen 19 Abschnitte mit verschiedenen Durchmessern, wo­ bei der Abschnitt mit dem größeren Durchmesser in einer der inneren Boden­ platte 7 zugeordneten Öffnung liegt. Die einzelnen Windungen des Heizdrahtes erstrecken sich parallel zueinander und besitzen zufolge der Kreisscheibenför­ migkeit der Bodenplatte 6 unterschiedliche Längen. Die Umkehrstellen der Schleifen liegen jeweils im Randbereich der Bodenplatte 6.

Auf dem Rand der inneren Bodenplatte 7 liegt ein Ring 13. Die Breitfläche des Ringes 13 besitzt eine umlaufende, mäanderförmig gewundene Nut 9". In die­ ser Nut 9" liegt ein Heizdraht 8 ein. Auch dessen Kontakte 18" sind durch die Decke 10, 11 nach außen geführt. Auf dem Ring 13 liegt ein zweiter Ring 12 auf, so dass die Nut 9" ebenso wie die Nut 9 zu einem Kanal geschlossen ist. Nut 9" erstreckt sich mäanderförmig zwischen den beiden Randkanten des Ringes 13 bzw. des Ringes 12. Dabei können Abschnitte des Heizdrahtes 8" bereichsweise parallel zu den Randkanten verlaufen und bereichsweise in Radialrichtung, um die randseitigen Abschnitte miteinander zu verbinden.

Auf dem Ring 12 liegt die innere Deckenplatte 11 auf. Diese innere Decken­ platte 11 besitzt auf ihrer zum Hohlraum abgewandten Seite eine mäanderför­ mig eingearbeitete Nut 9'. In dieser Nut 9' liegt ein Heizdraht 8 ein, dessen Kontakte 18' nach außen durch eine weitere Deckenplatte 10 geführt sind. Diese Deckenplatte 10 liegt flächig auf der inneren Deckenplatte 11 auf. Der Heizdraht 8' erstreckt sich hier ebenfalls bereichsweise parallelverlaufend mit gleichmäßigem Abstand. Die Umkehrschleifen, mit welchen die parallelen Ab­ schnitte verbunden sind, liegen im Bereich des Randes der Deckenplatte 11.

Im Zentrum der äußeren Deckenplatte 10 befindet sich eine Flanschplatte 23, die fest mit der äußeren Deckenplatte 10 verbunden ist. Die Flanschplatte 23 trägt Innengewinde zum Einschrauben von Befestigungsschrauben 35. Die Flanschplatte 23 kann auch selbst um einen Isolationsspalt beabstandet von der Deckplatte an dieser befestigt sein. Die Befestigung kann über nicht dargestellte Befestigungsschrauben erfolgen, welche im Innengewinde der Deckplatte 10 eingeschraubt werden. Diese Schrauben können aus einem schlecht wärmeleit­ fähigen Material bestehen. Der Spalt zwischen der Decke 10 und der Flanschplatte 23 oder der Spalt zwischen der Flanschplatte 23 und dem Reak­ tordeckel kann auch durch lediglich eine Eindrehung in die Oberfläche der Flanschplatte realisiert sein. Dann kann der Zentralbereich des Einlassorganges auch Druckkräfte aufnehmen. Die Flanschplatte liegt dann beispielsweise nur mit einem äußeren, schmalen Umfangsrand am Reaktordeckel an. Sie kann mit einem schmalen, inneren Rand auf der Deckplatte 10 des Gaseinlassorganes 5 aufliegen. In der Fig. 1 ist die Spaltausbildung zwischen dem Reaktordeckel und der Deckplatte 10 des Gaseinlassorganes 5 nur grob schematisch darge­ stellt.

Die Flanschplatte 23 dient ferner dazu, die Zuleitung 16 mit den Deckenplatten 10, 11 zu verbinden. In der inneren Deckenplatte 11 befinden sich mehrere in Radialrichtung vom Zentrum zum Rand verlaufende Verteilungskanäle 17, in welche das durch die Zuleitung 16 strömende Gas umgeleitet wird. Die ent­ sprechende Axialbohrung, die mit der Zuleitung 16 mündet, ist deshalb als Sackbohrung ausgebildet, damit das durch die Zuleitung 16 fließende Gas nur vom äußeren Rand des Hohlraumes her in den Hohlraum einfließt. Hierzu münden die Verteilungskanäle 17 im Randbereich des Hohlraumes in einen Gasverteilungs-Ringkanal 14. Die Wände des Gasverteilungs-Ringkanales 14 werden nach außen hin von den beiden Ringen 12 und 13 gebildet und nach innen hin von einem beabstandet zu den beiden Ringen 12, 13 liegenden Gas­ verteilungsring 20, welcher eine Vielzahl von umfangsgleich verteilten das Gas­ einlassöffnungen 15 aufweist.

Der zusammengebaute Zustand des Gaseinlassorganes zeigt die Fig. 2 und die Fig. 3. Die Platten 6, 7 und 10, 11 können mittels die Ringe 12, 13 durchgrei­ fende Befestigungsschrauben miteinander verbunden sein. Sämtliche Kontakte 18, 18', 18" zu den Heizleitungen 8, 8', 8," ragen aus der äußeren Deckenplatte 10 heraus und durchragen den Reaktordeckel 34. Dazu besitzt der Reaktordec­ kel 34 Öffnungen, die Kontaktdurchführungen 27 aufweisen.

Die Befestigung des Gaseinlassorganes 5 an der inneren Seite des Reaktordec­ kels 34 erfolgt mittels Befestigungsschrauben 35, die in die Innengewinde der Flanschplatte 23 eingeschraubt werden. Zur beabstandeten Aufnahme der Flanschplatte 23 besitzt das Zentrum des Reaktordeckels 34 eine Aussparung. Diese Aussparungen sind Befestigungsöffnungen zugeordnet, die von den Be­ festigungsschrauben 35 mit seitlichem Abstand durchgriffen sind. Die Köpfe der Befestigungsschrauben 35 ruhen auf Isolierhülsen 26, die sich auf den Rän­ dern der Befestigungsöffnungen des Reaktordeckels 34 abstützen. Damit ist eine Wärmebrückenbildung zwischen der Flanschplatte 23 bzw. dem Gas­ einlassorgan 5 und dem Reaktordeckel 34 vermieden. Die Befestigungsschrau­ ben 35 üben Zugkräfte aus. Diesen Zugkräften wirken Druckkräfte entgegen, die über den Distanzring 24 in den Reaktordeckel 34 eingeleitet werden. Über den Distanzring 24 wird nur wenig Wärme übertragen, da er aus einem wärme­ isolierenden Material besteht und seine Kontaktfläche minimal ausgestaltet ist. In den Spalt 29, der sich zwischen der äußeren Deckenplatte 10 und dem Reak­ tordeckel 34 bildet, wird durch Spülgaszuleitungen 28 Stickstoff oder Wasser­ stoff oder eine Mischung aus Stickstoff und Wasserstoff eingeleitet, was eine isolierende Wirkung oder eine kontrollierende wärmeübertragende Wirkung besitzt. Der Gasstrom durchströmt den Spalt 29 und einen Ringspalt 32 zwi­ schen der Umfangswandung des Gaseinlassorganes 5 und einer Nischenwan­ dung in dem Reaktordeckel 34, in welcher Nische das gesamte Gaseinlassorgan 5 Aufnahme findet. Dieser Ringspalt 32 ist mittels eines Ringüberstandes 31 der äußeren Bodenplatte 6 teilverschlossen oder ganz verschlossen.

Die das Gaseinlassorgan 5 umgebende ringförmige Peripherie des Reaktordec­ kels 34 besitzt ebenfalls Wärmezuführungsleitungen 8''' in Form eines Heizdrahtes. Damit ist sichergestellt, dass die Peripherie des Reaktordeckels 34 auf eine Temperatur bringbar ist die oberhalb der Kondensationstemperatur der eingebrachten gasförmigen Ausgangsstoffe liegt. Auch dieser Heizdraht 8''' besitzt nach außen durch den Reaktordeckel 34 gebrachte Kontakte 18'''. Es sind auch hier entsprechende Kontaktdurchführungen 27 in den Reaktordeckel 34 eingeschraubt.

Die Decke 10, 11, der Boden 6, 7 und die Wände 12, 13 können individuell be­ heizt werden. Ihre Temperatur kann insbesondere mittels Thermoelementen gemessen und kontrolliert werden.

Alle offenbarten Merkmale sind (für sich) erfindungswesentlich. In der Offen­ barung der Anmeldung wird hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehö­ rigen/beigefügten Prioritätsunterlagen (Abschrift der Voranmeldung) vollin­ haltlich mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender Anmeldung mit aufzunehmen.

Claims (15)

1. Vorrichtung zum Beschichten auf einem Substrathalter in einer Prozess­ kammer (1) einliegender Substrate (2) mit einer gegebenenfalls strukturierten Schicht aus in die Prozesskammer (1) durch siebartig angeordnete Öffnun­ gen (3) eines dem Substrathalter (4) gegenüberliegend angeordneten Gas­ einlasseinlassorganes (5) eingebrachten gasförmigen Ausgangsstoffen, da­ durch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (3) des Gaseinlassorganes (5) be­ heizt sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder insbesondere danach, gekennzeichnet durch ein oder mehrere in einer die Öffnung (3) aufweisenden Bodenplatte (6) des Gaseinlassorganes (5) angeordnete, insbesondere reihenweise sich zwischen den Öffnungen (3) erstreckende Wärmezuführungsleitungsab­ schnitte (8).

3. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmezu­ führungsleitungsabschnitte (8) von einer mäanderförmig verlegten Leitung gebildet werden.

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung (8) ein elektrischer Heizdraht ist.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung (8) in einer Nut (9) einlegt zwischen zwei die Bodenplatte ausbildende aufeinander liegenden Platten (6, 7).

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas­ einlassorgan (5) ein im Wesentlichen zylinderförmiger Hohlkörper ist, des­ sen Boden die Bodenplatten (6, 7) bildet und dessen Decke eine zur Boden­ platte sich parallel erstreckende Platte (10, 11) bildet, die von der Bodenplatte mittels einer ringförmigen, ebenfalls beheizten Wand (12, 13) beabstandet ist.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand aus mehreren, übereinander liegenden Ringen (12, 13) gebildet ist, wobei in den Trennebenen der Ringe Heizleitungen (8") angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Decke aus zwei aufeinander liegenden Platten (10, 11) mit in der Trennebene der beiden Plat­ ten (10, 11) angeordneten Heizleitungen (8') besteht.

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizlei­ tungskontakte (18, 18', 18") aller Heizleitungen (8, 8', 8") der Decke (10, 11) des Gaseinlassorganes (5) entspringen und durch den Deckel (34) des Reak­ tors nach außen geführt sind.

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizlei­ tungskontakte (18, 18', 18") thermisch und elektrisch isoliert nach außen ge­ führt sind.

11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, gekennzeichnet durch einen insbesondere gas­ gespülten Spaltabstand (29) zwischen Raktordeckel (34) und Decke des Ga­ seinlassorganes (10,11).

12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas­ einlassorgan thermisch isoliert an der Reaktordecke (34) befestigt ist.

13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigung mittels in Innengewinde der Decke (11) des Gaseinlassorganes (5) einge­ schraubten, Öffnungen der Reaktordecke (34) mit Abstand durchragenden Befestigungsschrauben (35) erfolgt, dessen Köpfe sich auf Isolierhülsen (26) abstützen.

14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenge­ winde für die Befestigungsschrauben (35) einer Flanschplatte (13) zuge­ ordnet sind.

15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, gekennzeichnet durch einen die Flanschplatte (23) mit Abstand umgebenden Distanzring (24) aus isolierendem Material, wel­ cher die einzige Berührungszone der äußeren Deckenplatte (10) mit der Innenseite des Reaktordeckels ausbildet.