DE102009007587B4

DE102009007587B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Beschichtung von Substraten aus der Dampfphase

Info

Publication number: DE102009007587B4
Application number: DE102009007587A
Authority: DE
Inventors: Harald Dr. Gross
Original assignee: Von Ardenne Anlagentechnik GmbH
Current assignee: Von Ardenne Asset GmbH and Co KG
Priority date: 2009-02-05
Filing date: 2009-02-05
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2029-02-06
Also published as: US20120177824A1; DE102009007587A1; US8911555B2; DE102009040086A1

Abstract

Verfahren zur Beschichtung von Substraten in einer Vakuumbeschichtungsanlage, wobei das zu verdampfende Material in einer Verdampfungsvorrichtung erwärmt, verdampft und auf einem Substrat abgeschieden wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdampfungsmaterial (4) durch zweifache Verdampfung unter Verwendung eines Zwischenträgers (5) auf dem Substrat (8) abgeschieden wird, wobei der Zwischenträger (5) dauerhaft bewegt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung von Substraten mit zu verdampfenden Materialien in einer Vakuumbeschichtungsanlage, wobei das zu verdampfende Material in einer Verdampfungseinrichtung erwärmt, verdampft und auf einem Substrat abgeschieden wird.
Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Beschichtung von Substraten mit zu verdampfenden Materialien mit einer Verdampfungsvorrichtung zur Verdampfung der zu verdampfenden Materialien innerhalb einer Vakuumbeschichtungsanlage.
Die Beschichtung von Substraten mit zu verdampfenden Materialien, insbesondere organischen Materialien, in Vakuumbeschichtungsanlagen erfolgt üblicherweise mittels Punktquellen, in denen die organischen Materialien in einem großen Abstand, z. B. 50 cm, zum Substrat verdampft werden. Dadurch wird eine homogene Schichtdicke des abgeschiedenen Materials auf dem Substrat erzielt.
So offenbart die DE 10 2005 013 875 A1 eine Vakuumbeschichtungsanlage mit einer Heizeinrichtung die zur Verdampfung von organischen Materialien geeignet ist.
Nachteilig dabei ist aber vor allem die geringe Ausbeute des Verdampfungsguts, welche sich oftmals nur im wenigen Prozentbereich bewegt. Dies ist insbesondere im Bereich der organischen Materialien, die den Hauptkostenfaktor bei der Herstellung von OLED's und organischen Solarzellen ausmachen, inakzeptabel.
Für die Herstellung von OLED's müssen die verwendeten organischen Materialien eine hohe Reinheit aufweisen und dürfen keine Verunreinigungen aufweisen. Die US 5,304,406 A offenbart hierzu ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reinigung organischer Materialien während der Beschichtung eines Substrats, wobei das organische Material mittels Sublimation auf einem Zwischenträger und anschließend durch eine zweite Verdampfung auf dem Substrat abgeschieden wird. Nachteilig an dieser Vorrichtung ist, dass ein kontinuierlicher Beschichtungsprozess ausgeschlossen ist, da eine zeitgleiche Verdampfung des organischen Materials in der ersten und zweiten Position durch die jeweiligen Abschirmungen unterbunden wird. Mithin ist die in der US 5,304,406 A offenbarte Vorrichtung nicht zum Einsatz in Durchlaufbeschichtungsanlagen geeignet.
In Produktionsanlagen werden daneben Linienquellen eingesetzt, die normalerweise aus in einer Reihe angeordneten Düsen in einem Dampfrohr zusammengesetzt sind. Zur homogenen Schichtabscheidung ist auch in diesem Fall ein Mindestabstand im Zentimeterbereich zwischen Substrat und Verdampferquelle erforderlich, wodurch die Ausbeuten im Bereich zwischen 50% bis 70% liegen.
Die DE 101 28 091 C1 offenbart eine Vorrichtung zur Beschichtung eines flächigen Substrats unter Verwendung einer solchen Linienquelle.
Zur Herstellung von Schichten organischer Materialien auf einem Substrat sind Vorrichtungen bekannt, bei denen nacheinander Schichten aus unterschiedlichen Verdampfungsquellen auf dem Substrat abgeschieden werden.
So offenbart die DE 102 06 984 A1 eine Vorrichtung, bei der verschiedene Schichten auf dem Substrat in einer einzigen Prozesskammer abgeschiedenen werden. Die verschiedenen Materialien werden dabei in unterschiedlichen Verdampfungsvorrichtungen verdampft und über einen Gaseinlass in die Prozesskammer eingeleitet. Die Zusammensetzung der Gasphase in der Prozesskammer kann über Zuleitung von Inertgas oder mittels Abpumpen reguliert werden. Nachteilig an dieser Vorrichtung und dem dazugehörigen Verfahren sind wiederum die geringen Ausbeuten infolge der Beabstandung zwischen Verdampferquelle und dem Substrat.
Weiterhin sind Verfahren und Vorrichtungen zur Co-Verdampfung von organischen Materialien für die Herstellung von OLED's bekannt.
So offenbart die DE 103 12 646 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Co-Verdampfung von organischem und anorganischem Material zur Erzeugung einer Konverterschicht für OLED's. Dabei erfolgt eine Mischung der organischen und anorganischen Materialien durch gleichzeitiges Aufdampfen in sich überschneidenden Aufdampfungsbereichen. Nachteilig an dieser Vorrichtung und dem dazugehörigen Verfahren sind die nicht reproduzierbaren Mischungsverhältnisse und die fehlende Regulierungsmöglichkeit hinsichtlich der Anteile der zu mischenden Materialien. Weiterhin nachteilig sind wiederum die geringen Ausbeuten durch dieses Verfahren.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, dass eine Beschichtung von Substraten mit zu verdampfenden Materialien, insbesondere organischen Materialien, mit hohen Ausbeuten ermöglicht.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, das eine gleichzeitige Beschichtung eines Substrats mit zu verdampfenden Materialien ermöglicht und dabei eine reproduzierbare und innerhalb der abgeschiedenen Schicht konstante Stöchiometrie der einzelnen Bestandteile während des gesamten Beschichtungsprozesses gewährleistet.
Diese Aufgaben werden durch ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß wird das zu verdampfende Material durch zweifache Verdampfung unter Verwendung eines Zwischenträgers auf dem Substrat abgeschieden. Dadurch wird das zu verdampfende Material entgegen der im Stand der Technik bekannten Verdampfungseinrichtung nicht direkt durch Verdampfung auf dem Substrat realisiert, sondern ein Zwischenträger verwendet.
Dabei wird das zu verdampfende Material ein erstes Mal in einer ersten Position durch die Verdampfungsvorrichtung verdampft und auf dem Zwischenträger, welcher in räumlicher Nähe zur Verdampfungseinrichtung ortsveränderlich angeordnet ist, abgeschieden. Dieser beschichtete Zwischenträger wird anschließend in eine zweite Position, welche sich in räumlicher Nähe zu einem zu beschichtenden Substrat befindet, gebracht und das auf dem Zwischenträger abgeschiedene Material in der zweiten Position ein zweites Mal verdampft und auf dem Substrat abgeschieden. Der Zwischenträger dient dabei der Aufnahme des verdampften Materials und der Abscheidung auf dem zu beschichtenden Substrat. Durch die Verwendung des Zwischenträgers können größere Ausbeuten im Bereich von 90% und darüber durch geringe Beabstandung erzielt werden. Die hohen Ausbeuten lassen sich im Gegensatz zu den bekannten Linienquellen auch für schmale Substrate und mehrere, gleichzeitig verdampfte Materialien realisieren.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird als zu verdampfendes Material organisches Material verwendet, etwa in der OLED-Herstellung.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird als zu verdampfendes Material anorganisches Material verwendet. Als zu verdampfende Materialien im Sinne der Erfindung können alle anorganischen Materialien, wie Alkali- oder Erdalkalimetalle sowie Metalle, Halb- und Nichtmetalle, sofern deren Siedetemperatur unterhalb der Schmelz- oder Zersetzungstemperatur des Zwischenträgers liegt, verwendet werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird organisches Material auf einem bandförmig ausgeführten Zwischenträger abgeschieden. Durch die bandförmige Ausführung ist sowohl eine Wiederverwendung des Zwischenträgers für weitere Beschichtungen als auch der Transport der auf dem Zwischenträger abgeschiedenen Schichten zur Verdampfung in der zweiten Position vorteilhaft realisierbar.
In einer weiteren Ausführungsform wird das organische Material auf einem Endlos-Stahlband als Zwischenträger abgeschieden. Mit dem Endlos-Stahlband kann die Erwärmung des Zwischenträgers beispielsweise induktiv erfolgen.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das Verdampfungsmaterial auf einem als rotierende Kreisscheibe ausgeführten Zwischenträger abgeschieden. Dadurch werden kurze Transportstrecken zwischen der ersten und der zweiten Position in der Vakuumbeschichtungsanlage ermöglicht. Dieses Verfahren ist insbesondere vorteilhaft für räumlich stark begrenzte Vakuumbeschichtungsanlagen, da durch diese Ausführungsform die zweifache Verdampfung des Verdampfungsmaterials auf kleinem Raum realisiert werden kann. Zudem lässt sich eine rotatorische Bewegung der Kreisscheibe mechanisch einfacher realisieren, als eine translatorische Bewegung.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, Materialien für die Kreisscheibe zu verwenden, die sich nicht in Form eines Bandes herstellen lassen oder nicht die erforderliche Elastizität aufweisen.
In einer weiteren Ausführungsform wird der Zwischenträger im Bereich der Verdampfungseinrichtung durch eine Kühleinrichtung gekühlt. Dadurch erfolgt eine quantitative Abscheidung des verdampften Materials auf dem gekühlten Zwischenträger, da die Wände im Bereich der Verdampfungseinrichtung auf die Verdampfungstemperatur geheizt sind, um eine Abscheidung des verdampften Materials zu unterbinden.
In einer weiteren Ausführungsform erfolgt die zweite Verdampfung des auf dem Zwischenträger abgeschiedenen organischen Materials in der zweiten Position durch eine Heizeinrichtung auf der dem abgeschiedenen organischen Material gegenüberliegenden Seite des Zwischenträgers. Somit wird die der Bedampfungsseite des Zwischenträgers gegenüberliegende Seite durch die Heizeinrichtung erhitzt und das auf dem Zwischenträger abgeschiedene Material verdampft. Im Sinne der Erfindung kann als Heizeinrichtung dabei sowohl eine Induktionsheizung als auch Thermostrahler oder eine Erhitzung mittels Laser- oder Elektronenstrahl verwendet werden.
In einer weiteren Ausführungsform erfolgt die Verdampfung des auf dem Zwischenträger abgeschiedenen organischen Materials durch eine Heizeinrichtung in der zweiten Position im Bereich von 0.001 bis 10 Sekunden. Dadurch wird eine schnelle Verdampfung des auf dem Zwischenträger abgeschiedenen Materials realisiert, was insbesondere für temperaturempfindliche Substrate oder bereits abgeschiedene, temperaturempfindliche Materialien bzw. organische Schichtsysteme vorteilhaft ist.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird zur gleichzeitigen Beschichtung mit mehreren Materialien ein erstes organische Material ein erstes Mal in der ersten Position durch die Verdampfungsvorrichtung erwärmt, verdampft und auf dem Zwischenträger, welcher in räumlicher Nähe zur Verdampfungseinrichtung ortsveränderlich angeordnet ist, abgeschieden. Anschließend wird ein zweites organisches Material nachfolgend ein erstes Mal in einer weiteren Verdampfungseinrichtung erwärmt, verdampft und auf das erste abgeschiedene organische Material auf dem Zwischenträger abgeschieden, wobei ein Schichtsystem aus erstem und zweiten organischen Material entsteht. Danach wird der Zwischenträger in die zweite Position transportiert. Dort wird der Zwischenträger in der zweiten Position durch eine Heizeinrichtung auf der dem abgeschiedenen organischen Material gegenüberliegenden Seite des Zwischenträgers im Bereich des Substrats erhitzt, wobei die abgeschiedenen organischen Materialien ein zweites Mal verdampft werden. Dadurch erfolgt eine Vermischung der organischen Materialien in der Dampfphase, wodurch die Abscheidung in gleichbleibend stöchiometrischer Zusammensetzung der Mischung der organischen Materialien auf dem Substrat gewährleistet wird. Dies gilt insbesondere für die Stöchiometrie von der untersten bis zur obersten Lage der abgeschiedenen Schicht. Im Sinne der Erfindung ist die Verdampferquelle in erster Position unabhängig und örtlich getrennt von der nachfolgenden zweiten Verdampferquelle, so dass thermische Strahlung der ersten Verdampferquelle nicht zum Substrat gelangen kann bzw. dieses nicht erwärmen kann.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die Länge des Verdampfungsraums der Verdampfungsvorrichtung so gewählt, dass die Schichtdicke des abgeschiedenen Verdampfungsmaterials auf dem Zwischenträger eingestellt werden kann. Infolge der durch die Länge des Dampfraums sich ergebenden Verweildauer des Zwischenträgers im Verdampfungsraum der Verdampfungsvorrichtung kann die Schichtdicke des abzuscheidenden Materials durch die Länge des Verdampfungsraums eingestellt werden. Länge des Verdampfungsraums und abgeschiedene Schichtdicke des Materials auf dem Zwischenträger sind dadurch proportional. Dieses Verfahren ist insbesondere bei der Verwendung von organischen Materialien vorteilhaft, um hohe Abscheideraten zu realisieren, da die Zersetzungstemperatur vieler organischer Materialien meist nur minimal über der Verdampfungstemperatur liegt.
Die anordnungsseitige Lösung der Aufgabenstellung sieht vor, dass die Verdampfungsvorrichtung zur Verdampfung organischer Materialien in einer ersten Position angeordnet ist, sowie eine Heizeinrichtung, die gegenüberliegend der zu bedampfenden Seite des Zwischenträgers in einer, zweiten Position in räumlicher Nähe des Substrats und ein Zwischenträger, der beweglich zwischen der ersten und zweiten Position angeordnet ist.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Zwischenträger als Endlosband ausgeführt.
In einer weiteren Ausgestaltung ist der Zwischenträger als Endlos-Stahlband ausgeführt.
In einer weiteren Ausgestaltung weist das vorbeschriebene Endlos-Stahlband eine Dicke 10 bis 500 μm, vorzugsweise unter 70 μm auf. Dies ist besonders vorteilhaft für eine schnelle Erhitzung durch die Heizeinrichtung in der zweiten Position.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Zwischenträger als rotierende Kreisscheibe ausgeführt. Durch die kreisscheibenförmige Ausführung des Zwischenträgers lassen sich kurze Transportstrecken zwischen der ersten und der zweiten Position realisieren.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung besteht die als Zwischenträger ausgeführte rotierende Kreisscheibe aus einem Material, welches eine hohe Transparenz für Licht einer bestimmten Wellenlänge aufweist und einem Film, welcher dieses Licht absorbiert bzw. damit erhitzt wird. Aufgrund der geringen Dicke des Films im Vergleich zum Endlos-Stahlband ist die Wärmekapazität des Films wesentlich kleiner und damit auch die damit verbundene Aufheizzeit.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung besteht die als Zwischenträger ausgeführte rotierende Kreisscheibe aus Quarzglas, wobei auf der zur Verdampfungsvorrichtung weisenden Oberfläche des Quarzglases eine Siliziumkarbid (SiC) enthaltende Schicht aufgebracht ist. Dabei kann die Schicht aus Siliziumkarbid (SiC) bestehen, aber auch andere Werkstoffe können verwandt werden. So können beispielsweise Faserverbundwerkstoffe eingesetzt werden, welche Siliziumkarbid enthalten. Letztere sind insbesondere vorteilhaft bei starken Temperaturschwankungen während des Beschichtungsvorgangs, da Faserverbundwerkstoffe mit Siliziumkarbid eine höhere Bruchdehnung, einen deutlich höherer Risswiderstand, sehr gute dynamische Belastbarkeit und eine extreme Thermoschockbeständigkeit gegenüber reinen Siliziumkarbid-Schichten zeigen. Zur Verdampfung des auf dem Zwischenträger abgeschiedenen Verdampfungsmaterials ist insbesondere der Einsatz von Lasern vorteilhaft. Dabei erfolgt die Erhitzung des Verdampfungsmaterials von der der Bedampfungsseite des Zwischenträgers gegenüberliegenden Seite durch das transparente Material des Zwischenträgers hindurch, wodurch die Erhitzung des Verdampfungsmaterials auf die notwendige Verdampfungstemperatur im Millisekundenbereich realisiert werden kann.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die vorbeschriebene Siliziumkarbid enthaltende Schicht eine Dicke von 2 bis 100 μm, vorzugweise 4 μm auf.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung besteht die als Zwischenträger ausgeführte rotierende Kreisscheibe aus einem Material, z. B. Keramik, welches sich nicht durch eine Induktionsheizung erwärmen läßt, also eine geringe relative magnetische Permeabilität hat, und einer Absorberschicht, vorzugsweise einem ferromagnetischen Metall, also eine hohe magnetische Permeabilität hat, in welchem sich Wirbelströme induzieren lassen. Vorzugsweise haben die Absorberschicht sowie das Material der Kreisscheibe einen ähnlichen Ausdehnungskoeffizienten. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Beschichtung des als rotierende Kreisscheibe ausgeführten Zwischenträgers mit mehreren Verdampfungsmaterialien dahingehend, dass der Zwischenträger infolge der Rotationsbewegung durch verschiedene Verdampfungsräume bewegt wird, welche durch verschiedene Verdampfungsvorrichtungen mit unterschiedlichen Verdampfungsmaterialien ausgebildet werden. Dabei erfolgt die Abscheidung der verdampften Verdampfungsmaterialien bei Durchtritt des Zwischenträgers durch den verdampfungsraum, wobei die Abscheidung auf dem Zwischenträger auf der Seite der Verdampfungsvorrichtung erfolgt.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Abscheidung der verschiedenen Verdampfungsmaterialien in der Reihenfolge der Abnahme der Verdampfungstemperatur der Verdampfungsmaterialien, wobei mit dem Verdampfungsmaterial, welches die höchste Verdampfungstemperatur besitzt, begonnen wird. Dies ist vorteilhaft, um eine Verdampfung der auf dem Zwischenträger bereits abgeschiedenen Materialien in einer Bedampfungskammer zu vermeiden, in der weitere Materialien auf den Zwischenträger abgeschieden werden sollen. Zudem soll eine Schädigung von Materialien vermieden werden, deren Zersetzungstemperatur nur geringfügig oberhalb ihrer Verdampfungstemperatur liegt, beispielweise bei organischen Materialien. Diese würden bei erneuter Exposition mit höheren Temperaturen Schaden nehmen.
In einer weiteren Ausführungsform beträgt der Abstand zwischen Zwischenträger und Substrat unter 50 mm, bevorzugt unter 1 mm. Durch diese geringe Beabstandung ist eine hohe Ausbeute an abgeschiedenem organischem Material erreichbar.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist eine Kühleinrichtung zur Kühlung des Zwischenträgers im Bereich der Verdampfungsvorrichtung angeordnet. Dadurch ist eine quantitative Abscheidung des verdampften Materials auf dem Zwischenträger gewährleistet. Im Sinne der Erfindung sind die Wände der Verdampfungsvorrichtung auf Verdampfungstemperatur temperiert, um eine Abscheidung des verdampften Materials zu unterbinden. Die Schichtdicke des abgeschiedenen organischen Materials ist dabei sowohl von der Länge bzw. der Breite des Dampfraums der Verdampfungsvorrichtung sowie dem darin herrschenden Dampfdruck, als auch von der Transportgeschwindigkeit des Zwischenträgers abhängig. Um hohe Abscheideraten zu realisieren, muss also nicht notwendigerweise der Dampfdruck bzw. die Verdampfungstemperatur des organischen Materials erhöht werden, sondern es reicht aus, die Länge des Dampfraums zu vergrößern. Dies ist vorteilhaft bei vielen organischen Materialien, deren Zersetzungstemperatur nur minimal über der Verdampfungstemperatur liegt.
Durch die Kühlung des Zwischenträgers können in einer weiteren Ausführungsform mehrere organische Materialien mit unterschiedlicher Verdampfungstemperatur abgeschieden werden. Dabei ist es besonders vorteilhaft, dass durch die Kühlung des Zwischenträgers die Reihenfolge der Abscheidung unabhängig von den Verdampfungstemperaturen der einzelnen organischen Materialien realisiert werden kann. Dadurch können Schichtsysteme erzeugt werden, die andernfalls bei zu hohen Verdampfungstemperaturen instabil für einzelne Komponenten wären.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist eine Kühleinrichtung zur Kühlung des Substrats angeordnet. Dadurch wird das in der zweiten Position verdampfte Material quantitativ auf dem sich in geringem Abstand befindlichen Substrat abgeschieden. Dieser liegt für die Verdampfung eines organischen Materials im Bereich von etwa 0.1 bis 50 mm. Zur Verdampfung mehrerer Materialien und deren Durchmischung in der Gasphase ist allerdings ein Mindestabstand erforderlich, welcher von vielen Faktoren wie Verdampfungstemperatur, Materialmenge und Stöchiometrie abhängt. Dadurch ist ein vollständiger Übergang des organischen Materials vom Zwischenträger auf das Substrat möglich.
In einer weiteren Ausführungsform ist zwischen der Verdampfungsvorrichtung in der ersten Position und dem Substrat in der zweiten Position eine weitere Verdampfungsvorrichtung zur Verdampfung eines zweiten organischen Materials angeordnet. Dadurch können mehrere organische Materialien nacheinander als Schichtsystem auf den Zwischenträger aufgebracht werden. Im Sinne der Erfindung können der zweiten Verdampfungsvorrichtung zur Abscheidung des zweiten organischen Materials nachfolgend weitere Verdampfungsvorrichtungen angeordnet werden, welche zu weiteren Schichten auf dem Zwischenträger führen. Dieses gebildete Schichtsystem wird an schließend in die zweite Position transportiert und dort über die Heizeinrichtung verdampft, wodurch eine Mischung der organischen Materialien erfolgt, welche sich anschließend auf dem Substrat in gleichbleibend stöchiometrischen Verhältnissen abscheidet.
Im Sinne der Erfindung kann alternativ zum organischen Material auch anorganisches Material als Verdampfungsmaterial verwendet werden sofern dessen Verdampfungstemperatur unterhalb der Schmelz- bzw. Zersetzungstemperatur des Zwischenträgers liegt.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt in
1 eine schematische Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels, in
2 eine schematische Draufsicht eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels mit einem kreisscheibenförmigen Zwischenträger, in
3 eine schematische Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels mit einem kreisscheibenförmigen Zwischenträger und in
4 eine schematische Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels mit einer weiteren Verdampfungsvorrichtung zur Verdampfung eines weiteren organischen Materials.
Die Vorrichtung zur Verdampfung von Verdampfungsmaterialien in einer Vakuumbeschichtungsanlage 1 in 1 umfasst dabei eine Verdampfungsvorrichtung 2 in der 1. Position 3 zur Verdampfung des Verdampfungsmaterials 4, welches auf dem Zwischenträger 5 abgeschieden wird. Der Zwischenträger 5 ist dabei als Endlos-Band ausgeführt. Anschließend erfolgt der Transport des Zwischenträgers 5 in die 2. Position 6 durch Umlenkrollen 11, wo der Zwischenträger 5 durch eine Heizeinrichtung 7 erhitzt wird und infolgedessen das auf dem Zwischenträger 5 abgeschiedene Verdampfungsmaterial 4 verdampft wird. Dieses verdampfte Material 4 scheidet sich am Substrat 8 ab. Der Zwischenträger 5 wird dabei beispielsweise mit einer Geschwindigkeit von 0,5 cm/s transportiert.
In einem Ausführungsbeispiel der vorbeschrieben Vakuumbeschichtungsanlage 1 wird organisches Material als Verdampfungsmaterial 4 eingesetzt.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorbeschriebenen Vakuumbeschichtungsanlage 1 wird anorganisches Material als Verdampfungsmaterial 4 eingesetzt.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorbeschriebenen Vakuumbeschichtungsanlage 1 wird als anorganisches Material ein Metall eingesetzt, dessen Verdampfungstemperatur unterhalb der Schmelz- bzw. Zersetzungstemperatur des Zwischenträgers 5 liegt.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorbeschriebenen Vakuumbeschichtungsanlage 1 ist zwischen der Verdampfungsvorrichtung 2 in der 1. Position 3 und der Heizeinrichtung 7 in der 2. Position 6 eine Zwischenwand 12 vorgesehen. Dadurch können in den sich ergebenden Bereichen unterschiedliche Prozessbedingungen eingestellt werden.
In einem Ausführungsbeispiel der vorbeschriebenen Vakuumbeschichtungsanlage 1 beträgt der Abstand zwischen Verdampfungsvorrichtung 2 und Zwischenträger 5 1 mm.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorbeschriebenen Vakuumbeschichtungsanlage 1 wird ein Endlos-Stahlband mit einer Dicke unter 70 μm als Zwischenträger 5 verwendet.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorbeschriebenen Vakuumbeschichtungsanlage 1 in 2 und 3 wird eine rotierende Kreisscheibe als Zwischenträger 5 verwendet. Dabei erfolgt die Verdampfung des Verdampfungsmaterials 4 in der 1. Position 3 durch die Verdampfungsvorrichtung 2. Durch eine senkrechte Rotationsbewegung um die Rotationsachse 15 wird die bedampfte Stelle des Zwischenträgers 5 in die 2. Position 6 transportiert. Dort erfolgt die Verdampfung des auf dem Zwischenträger 5 abgeschiedenen Verdampfungsmaterials 4 durch die Heizeinrichtung 7, wodurch das auf dem Zwischenträger 5 abgeschiedene Verdampfungsmaterial 4 erwärmt und verdampft wird. Das so in der 2. Position 6 verdampfte Verdampfungsmaterial 4 wird infolgedessen auf dem Substrat 8 abgeschieden. Es ist dabei vorteilhaft, wenn die Bedampfung des Zwischenträgers in der 1. Position 3 und Verdampfung in der 2. Position 6 zeitlich derart miteinander korrelieren, dass eine dauernde Rotationsbewegung des Zwischenträgers ermöglicht wird. Weiterhin vorteilhaft ist, dass die Bedampfung des Zwischenträgers in der 1. Position 3 und Verdampfung in der 2. Position 6 räumlich getrennt verlaufen, um eine thermische Entkopplung beider Positionen und damit geringere Temperaturbelastung des Substrats zu ermöglichen.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorbeschriebenen Vakuumbeschichtungsanlage 1 wird eine rotierende Kreisscheibe aus Quarzglas als Zwischenträger 5 verwendet.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorbeschriebenen Vakuumbeschichtungsanlage 1 weist die als Zwischenträger 5 verwendete rotierende Kreisscheibe auf der zur Verdampfungsvorrichtung 2 weisende Oberfläche des Quarzglases eine Siliziumkarbid (SiC) enthaltende Schicht auf.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorbeschriebenen Vakuumbeschichtungsanlage 1 weist die zur Verdampfungsvorrichtung 2 weisende Oberfläche des Quarzglases eine Schicht aus einem Faserverbundwerkstoff auf, welcher Siliziumkarbid (SiC) enthält. Es ist auch möglich, dass die Kreisscheibe vollständig aus einem Faserverbundwerkstoff, der aus einer Matrix verbundenen Filamenten besteht, gefertigt ist.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorbeschriebenen Vakuumbeschichtungsanlage 1 erfolgt die Verdampfung des Verdampfungsmaterials 4 durch eine Heizeinrichtung 7, welche auf der, der Bedampfungsseite des Zwischenträgers 5 gegenüberliegende Seite angeordnet ist.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorbeschriebenen Vakuumbeschichtungsanlage 1 erfolgt die Verdampfung des Verdampfungsmaterials 4 in der zweiten Position 6 durch einen Laserstrahl von der der Bedampfungsseite des Zwischenträgers 5 gegenüberliegenden Seite aus. Besonders vorteilhaft zeigt sich die Nutzung des Laserstrahls bei transparentem Material für den Zwischenträger 5, da hier das auf dem Zwischenträger 5 abgeschiedene Material 4 direkt bestrahlt, erwärmt und verdampft wird. Bei nichttransparentem Zwischenträger 5 erfolgt die Erwärmung und Verdampfung des auf dem Zwischenträger 5 abgeschiedenen Materials 4 über eine lokale Erwärmung des Zwischenträgers 5.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorbeschriebenen Vakuumbeschichtungsanlage 1 weist die Siliziumkarbid (SiC) enthaltende Schicht eine Dicke von 2 bis 10 μm, vorzugsweise um 4 μm auf.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht die als Zwischenträger ausgeführte rotierende Kreisscheibe aus Keramik und einer dünnen Absorberschicht aus Metall und einer Induktionsheizung zur Erhitzung des Metalls.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorbeschriebenen Vakuumbeschichtungsanlage 1 beträgt der Abstand zwischen Substrat 8 und Zwischenträger 5 in der 2. Position 6 weniger als 5 mm.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorbeschriebenen Vakuumbeschichtungsanlage 1 ist eine Kühleinrichtung 10 zur Kühlung des Substrats 8 in der 2. Position 6 angeordnet.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorbeschriebenen Vakuumbeschichtungsanlage 1 ist eine Kühleinrichtung 9 zur Kühlung des Zwischenträgers im Bereich der Verdampfungsvorrichtung 2 angeordnet.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorbeschriebenen Vakuumbeschichtungsanlage 1 in 4 sind weitere Kühleinrichtungen zur Kühlung des Zwischenträgers 5 im Bereich weiterer Verdampfungsvorrichtungen 14 in einer 3. Position 13 angeordnet. In dieser wird ein zweites Verdampfungsmaterial 4 verdampft und auf dem Zwischenträger 5 im Bereich der 3. Position abgeschieden. Dadurch kann eine Mehrfachbeschichtung mit verschiedenen Verdampfungsmaterialien 4 erfolgen. Dies ist zur Erzeugung von Mehrfachschichten mit verschiedenen Verdampfungstemperaturen notwendig, um ein temperaturunabhängiges Beschichtungssystem zu gewährleisten.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorbeschriebenen Vakuumbeschichtungsanlage 1 erfolgt die Verdampfung der Verdampfungsmaterialien 4 vom Zwischenträger 5 in der 2. Position 6 durch eine Heizeinrichtung 7, welche als Heizstrahler ausgeführt ist.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorbeschriebenen Vakuumbeschichtungsanlage 1 erfolgt die Verdampfung der Verdampfungsmaterialien 4 vom Zwischenträger 5 in der 2. Position 6 durch einen Elektronenstrahl.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorbeschriebenen Vakuumbeschichtungsanlage 1 erfolgt die Verdampfung der Verdampfungsmaterialien 4 vom Zwischenträger 5 in der 2. Position 6 durch einen Laserstrahl.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorbeschriebenen Vakuumbeschichtungsanlage 1 erfolgt die Verdampfung der Verdampfungsmaterialien 4 vom Zwischenträger 5 in der 2. Position 6 durch eine Induktionsheizung.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorbeschriebenen Vakuumbeschichtungsanlage 1 wird die Länge des Verdampfungsraums der Verdampfungsvorrichtung 2 proportional der Schichtdicke des abgeschieden Verdampfungsmaterials 4 auf dem Zwischenträger 5 gewählt. Durch die Länge des Verdampfungsraums wird dadurch die Verweildauer des Substrats 8 im Bereich der Verdampfungsvorrichtung 2 bestimmt. In der Folge davon wird die Dauer der Beschichtung mit dem verdampften Verdampfungsmaterial 4 bestimmt, wodurch sich die Schichtdicke abhängig von der Expositionszeit ergibt. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn Materialien als Verdampfungsmaterialien 4 verwandt werden, deren Verdampfungstemperatur nahe der Zersetzungstemperatur liegt.
Bezugszeichenliste

1: Vakuumbeschichtungsanlage
2: Verdampfungsvorrichtung
3: 1. Position
4: Verdampfungsmaterial
5: Zwischenträger
6: 2. Position
7: Heizeinrichtung
8: Substrat
9: Kühleinrichtung Zwischenträger
10: Kühleinrichtung Substrat
11: Umlenkrollen
12: Zwischenwand
13: 3. Position
14: Verdampfungsvorrichtung
15: Rotationsachse

Claims

Verfahren zur Beschichtung von Substraten in einer Vakuumbeschichtungsanlage, wobei das zu verdampfende Material in einer Verdampfungsvorrichtung erwärmt, verdampft und auf einem Substrat abgeschieden wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdampfungsmaterial (4) durch zweifache Verdampfung unter Verwendung eines Zwischenträgers (5) auf dem Substrat (8) abgeschieden wird, wobei der Zwischenträger (5) dauerhaft bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – das Verdampfungsmaterial (4) ein erstes Mal in einer ersten Position (3) durch die Verdampfungsvorrichtung (2) verdampft und auf dem Zwischenträger (5), welcher in räumlicher Nähe zur Verdampfungsvorrichtung (2) ortsveränderlich angeordnet ist, abgeschieden wird, – dieser beschichtete Zwischenträger (5) in eine zweite Position (6), welche sich in räumlicher Nähe zu einem zu beschichtenden Substrat (8) befindet, gebracht wird und – das auf dem Zwischenträger (5) abgeschiedene Verdampfungsmaterial (4) in der zweiten Position (6) ein zweites Mal verdampft und auf dem Substrat (8) abgeschieden wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass das Verdampfungsmaterial (4) auf einem bandförmig ausgeführten Zwischenträger (5) abgeschieden wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdampfungsmaterial (4) auf einem Endlos-Band als Zwischenträger (5) abgeschieden wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdampfungsmaterial (4) auf einem als rotierende Kreisscheibe ausgeführten Zwischenträger (5) abgeschieden wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenträger (5) im Bereich der Verdampfungsvorrichtung (2) durch eine Kühleinrichtung (9) gekühlt wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Verdampfung des auf dem Zwischenträger (5) abgeschiedenen Verdampfungsmaterials (4) in der zweiten Position (6) durch eine Heizeinrichtung (7) auf der dem abgeschiedenen Verdampfungsmaterial (4) gegenüberliegenden Seite des Zwischenträgers (5) erfolgt.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampfung des auf dem Zwischenträger (5) abgeschiedenen Verdampfungsmaterials (4) durch eine Heizeinrichtung (7) in der zweiten Position (6) im Bereich von 0.001 bis 10 Sekunden erfolgt.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass – ein erstes Verdampfungsmaterial (4) ein erstes Mal in der ersten Position (3) durch die Verdampfungsvorrichtung (2) erwärmt, verdampft und auf dem Zwischenträger (5), welcher in räumlicher Nähe zur Verdampfungseinrichtung (2) ortsveränderlich angeordnet ist, abgeschieden wird, – ein zweites Verdampfungsmaterial (4) nachfolgend ein erstes Mal in einer weiteren Verdampfungsvorrichtung (14) erwärmt, verdampft und auf das erste abgeschiedene Verdampfungsmaterial (4) auf dem Zwischenträger (5) abgeschieden wird, wobei ein Schichtsystem aus erstem und zweiten Verdampfungsmaterial (4) entsteht, – der Zwischenträger (5) in der zweiten Position (6) durch eine Heizeinrichtung (7) auf der dem abgeschiedenen Verdampfungsmaterial (4) gegenüberliegenden Seite des Zwischenträgers (5) im Bereich des Substrats (8) erhitzt wird, wobei die abgeschiedenen Verdampfungsmaterialien (4) ein zweites Mal verdampft werden, – wodurch eine Vermischung der Verdampfungsmaterialien (4) überwiegend in der Dampfphase erfolgt und – die Abscheidung in gleichbleibend stöchiometrischer Zusammensetzung der Mischung der Verdampfungsmaterialien (4) auf dem Substrat (8) gewährleistet wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Verdampfungsmaterial (4) organisches Material verdampft wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Verdampfungsmaterial (4) anorganisches Material verdampft wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass als Verdampfungsmaterial ein Metall verdampft wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Verdampfungsraums der Verdampfungsvorrichtung (2) proportional der Schichtdicke des abgeschiedenen Verdampfungsmaterials (4) auf dem Zwischenträger (8) gewählt wird.
Vorrichtung zur Beschichtung von Substraten mit organischen Materialien mit einer Verdampfungsvorrichtung zur Verdampfung organischer Materialien innerhalb einer Vakuumbeschichtungsanlage, dadurch gekennzeichnet, dass – die Verdampfungsvorrichtung (2) zur Verdampfung von Verdampfungsmaterialien (4) in einer ersten Position (3) angeordnet ist, – eine Heizeinrichtung (7) gegenüberliegend der zu bedampfenden Seite des Zwischenträgers (5) in einer zweiten Position (6) in räumlicher Nähe des Substrats (8) angeordnet ist und – ein Zwischenträger (5) beweglich zwischen der ersten (3) und zweiten Position (6) angeordnet ist, wobei Mittel zur dauerhaften Bewegung der Zwischenträgers (5) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenträger (5) als Endlosband ausgeführt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenträger (5) als Endlos-Stahlband ausgeführt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Endlos-Stahlband eine Dicke von 10 bis 500 μm aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenträger (5) als rotierende Kreisscheibe ausgeführt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenträger (5) als rotierende Kreisscheibe aus Quarzglas ausgeführt ist, wobei auf der zur Verdampfungsvorrichtung (2) weisenden Oberfläche des Quarzglases eine Siliziumkarbid enthaltende Schicht aufgebracht ist.
Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Siliziumkarbid enthaltende Schicht eine Dicke von 2 bis 100 μm aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenträger (5) als rotierende Kreisscheibe aus einem Material mit einer geringen relativen magnetischen Permeabilität ausgeführt ist, wobei auf der zur Verdampfungsvorrichtung (2) weisenden Oberfläche der Kreisscheibe eine Schicht mit hoher relative magnetischer Permeabilität aufgebracht ist.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 14 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen Zwischenträger (5) und Substrat (8) unter 50 mm beträgt.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 14 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen Zwischenträger (5) und Substrat (8) unter 5 mm beträgt.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 14 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kühleinrichtung (9) zur Kühlung des Zwischenträgers (5) im Bereich der Verdampfungsvorrichtung (2) angeordnet ist.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 14 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kühleinrichtung (10) zur Kühlung des Substrats (8) angeordnet ist.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 14 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Verdampfungsvorrichtung (2) in der ersten Position (3) und dem Substrat (8) in der zweiten Position (6) eine weitere Verdampfungsvorrichtung (14) zur Verdampfung eines zweiten Verdampfungsmaterials (4) angeordnet ist.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 14 bis 26 dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (7) in der zweiten Position (6) als Laserstrahlquelle ausgeführt ist.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 14 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (7) in der zweiten Position (6) als Induktionsheizung ausgeführt ist.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 14 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (7) in der zweiten Position (6) eine Elektronenstrahlquelle ist.