DE102012109251A1

DE102012109251A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Beschichtung von Substraten

Info

Publication number: DE102012109251A1
Application number: DE102012109251.6A
Authority: DE
Inventors: Klaus-Dieter Bauer; Frank Vollkommer; Jürgen Bauer; Philipp Erhard
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2012-09-28
Filing date: 2012-09-28
Publication date: 2014-04-03
Also published as: WO2014049020A3; WO2014049020A2; US20150275373A1; JP2015535887A

Abstract

In verschiedenen Ausführungsformen wird eine Vorrichtung zur Beschichtung von Substraten bereitgestellt, aufweisend: ein Reaktionsraumelement eingerichtet zum Anordnen von Substratabschnitten von einem oder mehreren Substraten als einander gegenüberliegende Außenwände eines Reaktionsraums; und ein Materialzufuhrelement eingerichtet zum Einbringen eines oder mehrerer Materialien in den Reaktionsraum zur Beschichtung von sich in dem Reaktionsraum gegenüberliegenden Oberflächen der Substratabschnitte.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Beschichtung von Substraten, insbesondere von flexiblen Substraten, zum Beispiel mittels Atomlagenabscheidung (ALD: „atomic layer deposition”) oder Moleküllagenabscheidung (MLD: „molecular layer deposition”) Prozessen.
Ein in der ALD/MLD-Entwicklung verwendetes Konzept basiert auf den sogenannten Cross-Flow- bzw. Traveling-Wave-Reaktoren. Dabei wird durch den Reaktor und damit über die Oberfläche eines innerhalb des Reaktors angebrachten Substrats z. B. nacheinander ein erstes Ausgangsprodukt ('Precursor'), typischerweise in einem inerten Trägergas, dann nur das inerte Trägergas, anschließend ein zweiter Precursor und dann wieder reines inertes Trägergas geleitet. Bei einem derartigen Zyklus wird eine Monolage des gewünschten gebildeten Moleküls oder Atomverbands auf dem Substrat, aber auch auf den Reaktorwänden abgeschieden. Diese Abfolge wird solange wiederholt, bis die gewünschte Zahl an Atom- oder Moleküllagen auf dem Substrat erreicht ist. Diese Art der ALD wird üblicherweise als ”Sequential ALD” bezeichnet.
Ein alternatives Konzept ist die sogenannte ”Spatial ALD”. Der Aufbau der Spatial-ALD-Systeme beinhaltet üblicherweise einen oder mehrere großflächige Beschichtungsköpfe, und ist im Vergleich zur ”Sequential ALD” relativ aufwendig. Eine besondere Herausforderung bei diesen Systemen ist, Berührungen der Substrate mit dem Beschichtungskopf sicher zu vermeiden.
Die Erfindung hat zur Aufgabe, eine neuartige Vorrichtung und ein neuartiges Verfahren zur Beschichtung von Substraten zur Verfügung zu stellen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird eine Vorrichtung zur Beschichtung von Substraten zur Verfügung gestellt, mit einem Reaktionsraumelement und einem Materialzufuhrelement.
In verschiedenen Ausführungsformen wird eine Vorrichtung zur Beschichtung von Substraten bereitgestellt, aufweisend: ein Reaktionsraumelement eingerichtet zum Anordnen von Substratabschnitten von einem oder mehreren Substraten als einander gegenüberliegende Außenwände eines Reaktionsraums; und ein Materialzufuhrelement eingerichtet zum Einbringen eines oder mehrerer Materialien in den Reaktionsraum zur Beschichtung von sich in dem Reaktionsraum gegenüberliegenden Oberflächen der Substratabschnitte.
In einer Ausgestaltung kann das Reaktionsraumelement zum kontinuierlichen oder getakteten Bewegen der Substratabschnitte eingerichtet sein.
In einer Ausgestaltung kann das Reaktionsraumelement mindestens zwei Walzen beinhalten, wobei der Reaktionsraum zwischen den zwei Walzen angeordnet ist.
In einer Ausgestaltung kann das Reaktionsraumelement mindestens zwei Walzenpaare beinhalten, wobei der Reaktionsraum zwischen den zwei Walzenpaaren angeordnet ist.
In einer Ausgestaltung kann das Materialzufuhrelement seitlich entlang des Reaktionsraums angeordnet sein.
In einer Ausgestaltung kann das Reaktionsraumelement ein Rahmenelement beinhalten, wobei der Reaktionsraum innerhalb des Rahmenelements angeordnet ist.
In einer Ausgestaltung kann das Materialzufuhrelement an einer Seite des Rahmenelements angeordnet sein.
In einer Ausgestaltung kann das Materialzufuhrelement eine Seite des Rahmenelements bilden.
In einer Ausgestaltung kann die Vorrichtung ein Materialabfuhrelement aufweisen, welches zum Absaugen des einen oder der mehreren Materialien aus dem Reaktionsraum eingerichtet ist.
In einer Ausgestaltung kann das Reaktionsraumelement eine oder mehrere auf dem Materialzufuhrelement ausgebildete Führungselemente beinhalten.
In einer Ausgestaltung kann die Vorrichtung eine oder mehrere Elektroden aufweisen, welche zum Erzeugen eines Plasmas in dem Reaktionsraum eingerichtet sind.
In einer Ausgestaltung kann die Vorrichtung ein Abstandhalterelement aufweisen, welches eingerichtet ist, einen Abstand zwischen den Substratabschnitten im Bereich des Reaktionsraums einzustellen.
In einer Ausgestaltung kann das Abstandhalterelement ein Vakuumelement beinhalten.
In einer Ausgestaltung kann das Abstandhalterelement mindestens zwei auf gegenüberliegenden Seiten der Substratabschnitte angeordnete Vakuumelemente beinhalten.
In einer Ausgestaltung kann die Vorrichtung eine Mehrzahl oder eine Vielzahl von Reaktionsraumelementen aufweisen.
In einer Ausgestaltung kann die Vorrichtung eine Mehrzahl oder eine Vielzahl von Materialzufuhrelementen aufweisen.
In verschiedenen Ausführungsformen wird ein Verfahren zur Beschichtung von Substraten bereitgestellt, aufweisend: Anordnen von Substratabschnitten von einem oder mehreren Substraten als gegenüberliegende Außenwände eines Reaktionsraums; und Einbringen eines oder mehrerer Materialien in den Reaktionsraum zur Beschichtung von sich in dem Reaktionsraum einander gegenüberliegenden Oberflächen der Substratabschnitte.
In einer Ausgestaltung kann das Verfahren ein kontinuierliches oder getaktetes Bewegen der Substratabschnitte aufweisen.
In einer Ausgestaltung kann das Verfahren ein Absaugen des einen oder der mehreren Materialien aus dem Reaktionsraum aufweisen.
In einer Ausgestaltung kann das Verfahren ein Erzeugen eines Plasmas in dem Reaktionsraum aufweisen.
In einer Ausgestaltung kann das Verfahren ein Einstellen eines Abstands zwischen den Substratabschnitten im Bereich des Reaktionsraums aufweisen.
In einer Ausgestaltung kann das Verfahren auch einen oder mehrere Prozesse aus einer Gruppe bestehend aus Heizen, Belichten, Vibrieren, Laminieren und Strukturieren der Substratabschnitte beinhalten.
Zumindest einige Ausführungsbeispiele können vorteilhaft gewährleisten, dass eine kostengünstige Methode zur Erzeugung von dünnen Schichten, beispielsweise auf flexiblen Substraten, mittels ALD- oder MLD-Prozessen bei hoher Materialausnutzung und kurzen Prozesszeiten ermöglicht wird.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele und den Zeichnungen näher erläutert.
In den Zeichnungen zeigt:
1 eine schematische Darstellung einer perspektivischen Draufsicht eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Beschichtung von Substraten.
2 eine schematische Darstellung einer perspektivischen Draufsicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Beschichtung von Substraten.
3 eine schematische Darstellung einer perspektivischen Draufsicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Beschichtung von Substraten.
4 eine schematische Darstellung einer perspektivischen Draufsicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Beschichtung von Substraten,
5 eine schematische Darstellung einer Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Beschichtung von Substraten.
6 eine schematische Darstellung einer perspektivischen Draufsicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Beschichtung von Substraten.
7 ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Beschichtung von Substraten.
In einem Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Beschichtung von Substraten kann der Reaktionsraum fast vollständig aus den zu behandelnden Substraten, z. B. von Walzen abgewickelten Folienabschnitten, gebildet werden. Die Folienabschnitte können z. B. mit jeweiligen Walzenpaaren an einander gegenüberliegenden Seiten des Reaktionsraums aufeinandergedrückt werden, so dass dort jeweils eine Abdichtung erzielt wird. Die Abdichtung kann aber auch anders erfolgen, z. B. mit jeweiligen einzelnen Walzen an den gegenüberliegenden Seiten des Reaktionsraums, oder z. B. durch einen Rahmen zwischen den Folien.
In einem Ausführungsbeispiel kann eine Düse (z. B. mit einem Schlitz oder mit mehreren einzelnen Öffnungen) an einer Seite des zwischen den Folienabschnitten abgegrenzten Reaktionsraums angeordnet werden, durch die die verschiedenen Prozessgase eingelassen werden können. Auf der gegenüberliegenden Seite kann optional eine ähnliche Düse zur Absaugung installiert sein.
Der Reaktionsraum kann in Ausführungsbeispielen vorteilhaft klein gehalten werden, indem der Abstand zwischen den Folien z. B. nur einige 10 μm beträgt. Die Folien können sich in einigen Ausführungsbeispielen auch während des Prozessablaufes zeitweise berühren, z. B. wenn sich Gaspulse „walzenartig” zwischen den Folienabschnitten/Substraten hindurchbewegen.
Das in der 1 gezeigte Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 100 zur Beschichtung von Substraten beinhaltet ein Reaktionsraumelement, beispielsweise in der Form von zwei Walzenpaaren 102a, 102b und ein Materialzufuhrelement beispielsweise in der Form einer Düse 104. Die Düse 104 hat einen in einen Reaktionsraum 106 zwischen einander gegenüberliegenden Substratabschnitten 108, 110 gerichteten Schlitz. Verschiedene Zuleitungen, z. B. 112a bis 112e, sind an die Düse 104 gekoppelt, um eine oder mehrere Materialien, z. B. einen oder mehrere Precursor und ein oder mehrere Trägergase, zur Beschichtung der Substrate in den Reaktionsraum 106 einzubringen.
Durch die Walzenpaare 102a, 102b können die Substratabschnitte 108, 110 als einander gegenüberliegende Außenwände des Reaktionsraums 106 angeordnet werden. Motorisierte Rollen 122a bis 122d führen Folien 124, 126 jeweils unter einem Winkel zu bzw. von den Walzenpaaren 102a, 102b. Die Walzenpaare 102a, 102b können die Folien 124, 126 vorteilhaft aneinander drücken, zum Abdichten des Reaktionsraums 106.
In diesem Ausführungsbeispiel kann die Vorrichtung 100 ein Materialabfuhrelement beispielsweise in der Form einer zweiten Düse 114 beinhalten. Die zweite Düse 114 hat einen zum Reaktionsraum 106 gerichteten Schlitz 115 zur Absaugung der Materialien. Eine zu einer Vakuumpumpe (nicht gezeigt) führende Vakuumleitung 116 ist dazu an die zweite Düse 114 gekoppelt.
Die Vorrichtung 100 kann in diesem Ausführungsbeispiel außerdem ein Abstandhalterelement in der Form von einem oder mehreren Vakuumelementen, hier zwei auf einander gegenüberliegenden Seiten der Substratabschnitte 108, 110 angeordneten Vakuumelementen 118, 120 beinhalten. Die Vakuumelemente 118, 120 sind jeweils an die Substratabschnitte 108, 110 gekoppelt, um einen gewählten Abstand zwischen den Substratabschnitten 108, 110 im Bereich des Reaktionsraums 106 einzustellen.
Das Reaktionsraumelement kann in diesem Ausführungsbeispiel auch auf der Düse 104 und/oder der zweiten Düse 114 ausgebildete Führungselemente, z. B. in der Form von Kanten oder Schrägflächen 128 für die Substratabschnitte 108, 110 beinhalten. Optional können die Kanten oder Schrägflächen 128 auch zu Abdichtungen des Reaktionsraums 106 eingerichtet sein.
In einem anderen Ausführungsbeispiel kann nur ein Vakuumelement, beispielsweise das Vakuumelement 118 benutzt werden. In solchen Ausführungsbeispielen kann verhindert werden, dass sich der obere und der untere Substratabschnitt 108, 110 berühren, da ein Vakuumelement an dem oberen Substratabschnitt 108 genügen kann, um dessen Durchhängen auszugleichen. Dadurch kann in solchen Ausführungsbeispielen die untere Seite der Vorrichtung 100 noch frei für andere Elemente, beispielsweise eine IR-Heizung, sein.
Das in der 2 gezeigte Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 200 zur Beschichtung von Substraten beinhaltet ein Reaktionsraumelement beispielsweise in der Form von zwei Walzenpaaren 202a, 202b und ein Materialzufuhrelement beispielsweise in der Form einer Düse 204. Die Düse 204 hat mehrere einzelne Durchleitungen, z. B. Durchleitungen 205, zu einem Reaktionsraum 206 zwischen einander gegenüberliegenden Substratabschnitten 208, 210. Verschiedene Quellen (nicht gezeigt) sind an die Durchleitungen, z. B. Durchleitungen 205, gekoppelt, entweder jeweils an alle oder jeweils an eine oder mehrere ausgewählte, um eine oder mehrere Materialien, z. B. einen oder mehrere Precursor und ein oder mehrere Trägergase, zur Beschichtung der Substrate in den Reaktionsraum 206 einzubringen.
Durch die Walzenpaare 202a, 202b können die Substratabschnitte 208, 210 als einander gegenüberliegende Außenwände des Reaktionsraums 206 angeordnet werden. Motorisierte Rollen 222a bis 222d führen Folien 224, 226 jeweils unter einem Winkel zu bzw. von den Walzenpaaren 202a, 202b. Die Walzenpaare 202a, 202b können die Folien 224, 226 vorteilhaft aneinander drücken, zum Abdichten des Reaktionsraums 206.
In diesem Ausführungsbeispiel kann die Vorrichtung 200 ein Materialabfuhrelement beispielsweise in der Form einer zweiten Düse 214 beinhalten. Die zweite Düse 214 hat mehrere einzelne Durchleitungen, z. B. Durchleitungen 215, zum Absaugen der Materialien. Dadurch, dass das Materialabfuhrelement in diversen Ausführungsbeispielen genauso aufgebaut ist wie das Materialzufuhrelement, kann vorteilhaft das Materialabfuhrelement auch als Materialzufuhrelement, und umgekehrt, genutzt werden, d. h. der Reaktionsraum braucht nicht immer von der gleichen Seite befüllt bzw. abgesaugt zu werden, sondern selbiges kann beispielsweise im Wechsel von einer Seite zur anderen oder auch gleichzeitig von beiden Seiten erfolgen. Dadurch können beispielsweise Vorteile in der Homogenität der Beschichtung erreicht werden (beispielsweise Vermeidung von Gradienten). Außerdem kann in einigen Ausführungsbeispielen ein Prozess implementiert werden, bei dem beide Elemente gleichzeitig zuerst Zufuhr- und dann Abfuhrelemente sind, d. h. es kann von beiden Seiten befüllt und anschließend von beiden Seiten abgepumpt werden usw.
Die Vorrichtung 200 kann in diesem Ausführungsbeispiel außerdem ein Abstandhalterelement in der Form von zwei auf einander gegenüberliegenden Seiten der Substratabschnitte 208, 210 angeordneten Vakuumelementen 218, 220 beinhalten. Die Vakuumelemente 218, 220 sind jeweils an die Substratabschnitte 208, 210 gekoppelt, um einen gewählten Abstand zwischen den Substratabschnitten 208, 210 im Bereich des Reaktionsraums 206 einzustellen.
Das Reaktionsraumelement kann in diesem Ausführungsbeispiel auch auf der Düse 204 und/oder der zweiten Düse 214 ausgebildete Führungselemente, z. B. in der Form von Kanten oder Schrägflächen 228 für die Substratabschnitte 208, 210 beinhalten. Optional können die Kanten oder Schrägflächen 228 auch zur Abdichtung des Reaktionsraums 206 eingerichtet sein.
Das in der 3 gezeigte Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 300 zur Beschichtung von Substraten beinhaltet ein Reaktionsraumelement beispielsweise in der Form eines Rahmens 302, welcher zwischen zwei gegenüberliegenden Substratabschnitten 308, 310 angeordnet ist. Ein Materialzufuhrelement beispielsweise in der Form einer Düse 304 bildet eine Seite des Rahmens 302.
Durch den Rahmen 302 können die Substratabschnitte 308, 310 als einander gegenüberliegende Außenwände des Reaktionsraums 306 angeordnet werden. Motorisierte Rollen 322a bis 322d führen Folien 324, 326 jeweils unter einem Winkel zu bzw. von Walzenpaaren 323a, 323b. Die Walzenpaare 323a, 323b können die Folien 324, 326 vorteilhaft auf den Rahmen 302 drücken, zum Abdichten des Reaktionsraums 306.
Ein Reaktionsraum 306 ist innerhalb des Rahmens 302 und zwischen den gegenüberliegenden Substratabschnitten 308, 310 ausgebildet. Die Düse 304 hat einen in den Reaktionsraum 306 gerichteten Schlitz. Verschiedene Zuleitungen, z. B. 312a bis 312e, sind an die Düse 304 gekoppelt, um eine oder mehrere Materialien, z. B. einen oder mehrere Precursor und ein oder mehrere Trägergase, zur Beschichtung der Substrate in den Reaktionsraum 306 einzubringen.
In diesem Ausführungsbeispiel kann die Vorrichtung 300 ein Materialabfuhrelement beispielsweise in der Form einer zweiten Düse 314 beinhalten. Die zweite Düse 314 hat einen zum Reaktionsraum 306 gerichteten Schlitz 315 zum Absaugen der Materialien. Eine zu einer Vakuumpumpe (nicht gezeigt) führende Vakuumleitung 316 ist dazu an die zweite Düse 314 gekoppelt.
Die Vorrichtung 300 kann in diesem Ausführungsbeispiel außerdem ein Abstandhalterelement in der Form von zwei auf einander gegenüberliegenden Seiten der Substratabschnitte 308, 310 angeordneten Vakuumelementen 318, 320 beinhalten. Die Vakuumelemente 318, 320 sind jeweils an die Substratabschnitte 308, 310 gekoppelt, um einen gewählten Abstand zwischen den Substratabschnitten 308, 310 im Bereich des Reaktionsraums 306 einzustellen.
Das Reaktionsraumelement kann in diesem Ausführungsbeispiel auch auf der Düse 304 und/oder der zweiten Düse 314 ausgebildete Führungselemente, z. B. in der Form von Kanten oder Schrägflächen 328 für die Substratabschnitte 308, 310 beinhalten. Optional können die Kanten oder Schrägflächen 328 auch zur Abdichtung des Reaktionsraums 306 eingerichtet sein.
Das in der 4 gezeigte Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 400 zur Beschichtung von Substraten beinhaltet ein Reaktionsraumelement beispielsweise in der Form von zwei Walzen 402a, 402b und ein Materialzufuhrelement beispielsweise in der Form einer Düse 404. Die Düse 404 hat einen in einen Reaktionsraum 406 zwischen einander gegenüberliegenden Substratabschnitten 408, 410 gerichteten Schlitz. Verschiedene Zuleitungen, z. B. 412a bis 412e, sind an die Düse 404 gekoppelt, um eine oder mehrere Materialien, z. B. einen oder mehrere Precursor und ein oder mehrere Trägergase, zur Beschichtung der Substrate in den Reaktionsraum 406 einzubringen.
Durch die Walzen 402a, 402b können die Substratabschnitte 408, 410 von mehreren Substraten als einander gegenüberliegende Außenwände des Reaktionsraums 406 angeordnet werden. Motorisierte Rollen 422a bis 422d führen Folien 424, 426 jeweils unter einem Winkel zu bzw. von den Walzen 402a, 402b. Die Folien 424, 426 können so vorteilhaft auf den Walzen 402a, 402b aneinander gedrückt werden, zum Abdichten des Reaktionsraums 406.
In diesem Ausführungsbeispiel kann die Vorrichtung 400 ein Materialabfuhrelement in der Form einer zweiten Düse 414 beinhalten. Die zweite Düse 414 hat einen zum Reaktionsraum 406 gerichteten Schlitz 415 zur Absaugung der Materialien. Eine zu einer Vakuumpumpe (nicht gezeigt) führende Vakuumleitung 416 ist dazu an die zweite Düse 414 gekoppelt.
Die Vorrichtung 400 kann in diesem Ausführungsbeispiel außerdem ein Abstandhalterelement in der Form von zwei auf einander gegenüberliegenden Seiten der Substratabschnitte 408, 410 angeordneten Vakuumelementen 418, 420 beinhalten. Die Vakuumelemente 418, 420 sind jeweils an die Substratabschnitte 408, 410 gekoppelt, um einen gewählten Abstand zwischen den Substratabschnitten 408, 410 im Bereich des Reaktionsraums 406 einzustellen.
Das Reaktionsraumelement kann in diesem Ausführungsbeispiel auch auf der Düse 404 und/oder der zweiten Düse 414 ausgebildete Führungselemente, z. B. in der Form von Kanten oder Schrägflächen 428 für die Substratabschnitte 408, 410 beinhalten. Optional können die Kanten oder Schrägflächen 428 auch zur Abdichtung des Reaktionsraums 406 eingerichtet sein.
Das in der 5 gezeigte Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 500 zur Beschichtung von Substraten beinhaltet ein Reaktionsraumelement beispielsweise in der Form eines Rahmens 502, welcher zwischen zwei gegenüberliegenden Substratabschnitten 508, 510 angeordnet ist. Ein Materialzufuhrelement beispielsweise in der Form einer Einlassdüse 504 ist in einer Seite des Rahmens 502 ausgebildet.
Durch den Rahmen 502 können die Substratabschnitte 508, 510 als einander gegenüberliegende Außenwände des Reaktionsraums 506 angeordnet werden. Motorisierte Rollen 522a, b führen eine Folie 524 jeweils unter einem Winkel zu bzw. von einem Walzenpaar 523a. Ein weiteres Walzenpaar 523b ist an dem anderen Ende des Rahmens 502 angeordnet. Die Walzenpaare 523a, 523b können die Folie 524 vorteilhaft auf den Rahmen 502 drücken, zum Abdichten des Reaktionsraums 506.
In diesem Ausführungsbeispiel kann die Vorrichtung 500 ein Materialabfuhrelement beispielsweise in der Form einer Auslassdüse in der der Einlassdüse 504 gegenüberliegenden Seite des Rahmens 502 aufweisen.
Eine Umlenkwalze 526 lenkt die Folie 524 an einer Seite des Rahmens 502 um.
Das in der 6 gezeigte Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 600 zur Beschichtung von Substraten beinhaltet ein Reaktionsraumelement, beispielsweise in der Form von zwei Walzenpaaren 602a, 602b und ein Materialzufuhrelement beispielsweise in der Form einer Düse 604. Die Düse 604 hat einen in einen Reaktionsraum 606 zwischen einander gegenüberliegenden Substratabschnitten 608, 610 gerichteten Schlitz. Verschiedene Zuleitungen, z. B. 612a bis 612e, sind an die Düse 604 gekoppelt, um eine oder mehrere Materialien, z. B. einen oder mehrere Precursor und ein oder mehrere Trägergase, zur Beschichtung der Substrate in den Reaktionsraum 606 einzubringen.
Durch die Walzenpaare 602a, 602b können die Substratabschnitte 608, 610 als einander gegenüberliegende Außenwände des Reaktionsraums 606 angeordnet werden. Motorisierte Rollen (nicht gezeigt) führen Folien 624, 626 jeweils unter einem Winkel zu bzw. von den Walzenpaaren 602a, 602b. Die Walzenpaare 602a, 602b können die Folien 624, 626 vorteilhaft aneinander drücken, zum Abdichten des Reaktionsraums 606.
In diesem Ausführungsbeispiel kann die Vorrichtung 600 ein Materialabfuhrelement beispielsweise in der Form einer zweiten Düse 614 beinhalten. Die zweite Düse 614 hat einen zum Reaktionsraum 606 gerichteten Schlitz 615 zur Absaugung der Materialien. Eine zu einer Vakuumpumpe (nicht gezeigt) führende Vakuumleitung 616 ist dazu an die zweite Düse 614 gekoppelt.
Das Reaktionsraumelement kann in diesem Ausführungsbeispiel auch auf der Düse 604 und/oder der zweiten Düse 614 ausgebildete Führungselemente, z. B. in der Form von Kanten oder Schrägflächen 628 für die Substratabschnitte 608, 610 beinhalten. Optional können die Kanten oder Schrägflächen 628 auch zu Abdichtungen des Reaktionsraums 606 eingerichtet sein.
Die Vorrichtung 600 kann in diesem Ausführungsbeispiel außerdem ein Bauteil 618 oberhalb des Substratabschnitts 608 beinhalten. Das Bauteil 618 kann beispielsweise in der Form von einem oder mehreren Elementen einer Gruppe aus einer Belichtungseinheit (beispielsweise ein Reflektor und Stablampen und/oder ein Leuchtdioden-(LED)-Feld), Heizung (beispielsweise ein Feld von Keramik-Strahlern (z. B. Fa. Elstein), Infrarot-(IR)-Lampen und Reflektor, Heizmatte), Platte mit angekoppeltem Ultraschallerzeuger, Elektrode zur Erzeugung einer (dielektrisch behinderten) Entladung im Reaktionsraum 606, z. B. Plasma, und Laser zur Strukturierung, sein.
Die Vorrichtung 600 kann in diesem Ausführungsbeispiel außerdem ein Bauteil unterhalb des Substratabschnitts 610 beinhalten, hier in der Form eines Lasers 620. Das Bauteil unterhalb des Substratabschnitts 610 in anderen Ausführungsbeispielen in der Form von einem oder mehreren Elementen einer Gruppe aus einer Belichtungseinheit (beispielsweise ein Reflektor und Stablampen und/oder ein Leuchtdioden-(LED)-Feld), Heizung (beispielsweise ein Feld von Keramik-Strahlern (z. B. Fa. Elstein), Infrarot-(IR)-Lampen und Reflektor, Heizmatte), Platte mit angekoppeltem Ultraschallerzeuger, Elektrode zur Erzeugung einer (dielektrisch behinderten) Entladung im Reaktionsraum 606, z. B. Plasma, und Laser zur Strukturierung, sein. In den beschriebenen Ausführungsbeispielen können die Substrate vorteilhaft zugänglich für zusätzliche unterstützende Prozesse sein, beispielsweise Heizen (z. B. durch Infrarot (IR) Strahlung), Belichtung (z. B. durch Ultraviolette (UV) Strahlung), Vibration (z. B. mittels Ultraschall) oder auch Strukturierung (z. B. mittels Laser).
Außerhalb des Reaktionsraums können auch Elektroden auf den Substraten angebracht werden, um Plasmen im Reaktionsraum zu Erzeugen. Alternativ können auch die Einlass- und Auslassdüsen als Elektroden verwendet werden bzw. können Elektroden angebracht sein, die in den Reaktionsraum hineinragen.
Durch diese Optionen können in diversen Ausführungsbeispielen vorteilhaft sowohl thermische als auch photoinduzierte und plasmainduzierte ALD/MLD-Prozesse durchgeführt werden.
In den beschriebenen Ausführungsbeispielen können die Substrate, z. B. in der Form von Folien, entweder kontinuierlich oder getaktet bewegt werden, so dass vorteilhaft ein Rolle-zu-Rolle ('roll-to-roll'(R2R))-Betrieb leicht möglich ist.
Außerdem kann der Aufbau in den beschriebenen Ausführungsbeispielen ermöglichen, dass eine Wartung (z. B. Reinigung von Reaktionsräumen) nach bestimmten Betriebszeiten wesentlich vereinfacht sein kann. Es brauchen vorteilhaft nur die Düsen und eventuell vorhandene seitliche Abdichtungselemente gereinigt, bzw. durch andere ersetzt zu werden. Wenn z. B. auf die Absaugdüse verzichtet wird, braucht lediglich die Einlassdüse gereinigt bzw. durch eine andere ersetzt zu werden. Dadurch kann es vorteilhaft zu nur kurzem, bzw. praktisch keinem Produktionsstillstand kommen.
In den beschriebenen Ausführungsbeispielen sind bei der Verwendung der Abstandhalterelemente darüber hinaus ALD/MLD-Prozesse bei Drücken unterhalb des Umgebungsdruckes möglich.
In weiteren Ausführungsbeispielen kann der Aufbau mit einer anschließenden Laminiereinrichtung kombiniert werden, z. B. zur Herstellung eines verkapselten und mit einer Schutzfolie versehenen optoelektronischen Bauelements.
Außerdem können in weiteren Ausführungsbeispielen mehrere Einheiten gemäß der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele kombiniert, z. B. übereinander oder hintereinander angeordnet werden. In einem Ausführungsbeispiel können mehrere Reaktionsraumelemente mit einem gemeinsamen Materialzufuhrelement (und optional einem gemeinsamen Materialabfuhrelement) benutzt werden. In einem weiteren Ausführungsbeispiel können mehrere Materialzufuhrelemente (und optional mehrere Materialabfuhrelemente) benutzt werden, um die Materialien zur Beschichtung der Substrate in die jeweiligen Reaktionsräume einzubringen.
7 zeigt ein Flussdiagramm 700 eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Beschichtung von Substraten. In S702 werden einander gegenüberliegende Substratabschnitte eines oder mehrerer Substrate als jeweilige Außenwände eines Reaktionsraums angeordnet. In S704 wird oder werden ein oder mehrere Materialien in den Reaktionsraum zur Beschichtung der Substrate eingebracht.
Die beschriebenen Ausführungsbeispiele können vorteilhaft einen oder mehrere der folgenden Effekte haben:

• der Reaktionsraum ist im Wesentlichen nur zwischen den zwei einander gegenüberliegenden Abschnitten der Substrate ausgebildet;
• ein kostengünstiges Verfahren/eine kostengünstige Vorrichtung zur Erzeugung von dünnen Schichten, beispielsweise auf flexiblen Substraten, mittels ALD- oder MLD-Prozessen bei hoher Materialausnutzung und kurzen Prozesszeiten;
• ein einfacher Aufbau;
• die in bestimmten Intervallen notwendige Reinigung kann gegenüber herkömmlichen Systemen weniger aufwendig sein;
• das Verfahren/die Vorrichtung ist für eine Rolle-zu-Rolle (R2R) Produktion geeignet;
• hohe Materialausnutzung durch fast vollständige Bildung des Reaktionsraums aus Substratoberflächen (wenig unerwünschte Beschichtung an anderen Stellen);
• geringer Gas- und Precursor-Verbrauch durch geringes Prozessvolumen und leicht abschätzbare Dosierung (unnötig hohe Überdosierung der Precursoren kann vorteilhaft vermieden werden);
• kurze Zykluszeiten durch geringes Volumen und vorteilhafte Strömungseigenschaften (schneller Gasaustausch) können hohe Wachstumsraten ermöglichen: z. B. ungefähr 50 ms/Teilschritt, d. h. ungefähr 200 ms/Zyklus (4 Teilschritte), also ungefähr 300 Zyklen/min. Bei einem Schichtwachstum von ungefähr 0,1 nm/Zyklus ergibt sich dann eine Wachstumsrate von ungefähr 30 nm/min;
• geeignet für R2R-Massenproduktion: z. B. ergibt sich für ungefähr 30 cm breite Substrate und ungefähr 50 cm lange Abschnitte eine Fläche je Substratabschnitt, 0,3 m × 0,5 m = 0,15 m², also einer Gesamtfläche von 0,15 m² × 2 (oben und unten) = 0,3 m², so dass 0,3 m² pro Minute mit ungefähr 30 nm beschichtet werden können (entspricht ungefähr 18 m²/h);
• durch Zugänglichkeit der Substrate sind Heizen, Belichtung etc. als Prozessunterstützende bzw. -induzierende Maßnahmen einfach realisierbar. Auch Strukturierung z. B. mittels Lasern ist möglich;
• einfacher und kostengünstiger Aufbau, vor allem gegenüber R2R-Spatial-ALD, einfache Wartung;
• gegenüber Spatial-ALD einfacher erweiterbar auf zusätzliche Materialsysteme (z. B. ternäre Verbindungen, beliebig wechselnde Schichtabfolgen etc.). Probleme der Spatial-ALD-Varianten hinsichtlich Kontakt der Substrate mit Beschichtungsköpfen treten vorteilhaft nicht auf;
• auf mindestens einem der Substrate kann bereits von einem vorhergehenden Schritt eine elektronische Bauelemente-Struktur (z. B. optoelektronischer Stapel (Stack)) vorhanden sein, die mit einer Verkapselungsschicht (Barriere gegen Wasser und Sauerstoff) versehen und anschließend mit einer zusätzlichen Barrierefolie als Schutz zusammenlaminiert werden soll. Dies ist bei dem Aufbau gemäß diverser Ausführungsbeispielen nicht komplex, da beide Substrate (z. B. ein Substrat mit, ein Substrat ohne Stack) übereinander zugeführt werden können;
• geringer Platzbedarf bei zahlreichen übereinander angeordneten Einheiten.

Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Claims

Vorrichtung zur Beschichtung von Substraten, aufweisend: • ein Reaktionsraumelement eingerichtet zum Anordnen von Substratabschnitten eines oder mehrerer Substrate als gegenüberliegende Außenwände eines Reaktionsraums; und • ein Materialzufuhrelement eingerichtet zum Einbringen eines oder mehrerer Materialien in den Reaktionsraum zur Beschichtung von sich in dem Reaktionsraum gegenüberliegenden Oberflächen der Substratabschnitte.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der das Reaktionsraumelement zum kontinuierlichen oder getakteten Bewegen der Substratabschnitte eingerichtet ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der das Reaktionsraumelement mindestens zwei Walzen beinhaltet, wobei der Reaktionsraum zwischen den zwei Walzen angeordnet ist.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, • bei der das Reaktionsraumelement mindestens zwei Walzenpaare beinhaltet, • wobei der Reaktionsraum zwischen den zwei Walzenpaaren angeordnet ist.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Materialzufuhrelement seitlich entlang des Reaktionsraums angeordnet ist.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Reaktionsraumelement ein Rahmenelement beinhaltet, wobei der Reaktionsraum innerhalb des Rahmenelements angeordnet ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 6, bei der das Materialzufuhrelement an einer Seite des Rahmenelements angeordnet ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 6, bei der das Materialzufuhrelement eine Seite des Rahmenelements bildet.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend: ein Materialabfuhrelement welches zum Absaugen des einen oder der mehreren Materialien aus dem Reaktionsraum eingerichtet ist.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Reaktionsraumelement eine oder mehrere auf dem Materialzufuhrelement ausgebildete Führungselemente beinhaltet.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend: eine oder mehrere Elektroden welche zum Erzeugen eines Plasmas in dem Reaktionsraum eingerichtet sind.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend: ein Abstandhalterelement welches eingerichtet ist, einen Abstand zwischen den Substratabschnitten im Bereich des Reaktionsraums einzustellen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 12, bei der das Abstandhalterelement ein Vakuumelement beinhaltet.
Vorrichtung gemäß Anspruch 12, bei der das Abstandhalterelement mindestens zwei auf gegenüberliegenden Seiten der Substratabschnitte angeordnete Vakuumelemente beinhaltet.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, eine Mehrzahl oder eine Vielzahl von Reaktionsraumelementen aufweisend.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, eine Mehrzahl oder eine Vielzahl von Materialzufuhrelementen aufweisend.
Verfahren zur Beschichtung von Substraten, das Verfahren aufweisend: • Anordnen von Substratabschnitten von einem oder mehreren Substraten als einander gegenüberliegende Außenwände eines Reaktionsraums; und • Einbringen eines oder mehrerer Materialien in den Reaktionsraum zur Beschichtung von sich in dem Reaktionsraum gegenüberliegenden Oberflächen der Substratabschnitte.
Verfahren gemäß Anspruch 17, ferner aufweisend: kontinuierliches oder getaktetes Bewegen der Substratabschnitte.
Verfahren gemäß Anspruch 17 oder 18, ferner aufweisend: Absaugen des einen oder der mehreren Materialien aus dem Reaktionsraum.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 17 bis 19, ferner aufweisend: Erzeugen eines Plasmas in dem Reaktionsraum.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 17 bis 20, ferner aufweisend: Einstellen eines Abstands zwischen den Substratabschnitten im Bereich des Reaktionsraums.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 17 bis 21, ferner aufweisend: einen oder mehrere Prozesse aus einer Gruppe bestehend aus Heizen, Belichten, Vibrieren, Laminieren und Strukturieren der Substratabschnitte.