DE102016110884A1

DE102016110884A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Abscheiden organischer Schichten auf ein oder mehreren Substraten

Info

Publication number: DE102016110884A1
Application number: DE102016110884.7A
Authority: DE
Inventors: Markus Gersdorff; Markus Jakob; Markus Schwambera
Original assignee: Aixtron SE
Current assignee: Aixtron SE
Priority date: 2016-06-14
Filing date: 2016-06-14
Publication date: 2017-12-14
Also published as: KR102450267B1; US10734584B2; TW201804010A; JP6997727B2; JP2019519685A; CN109312457B; KR20190018687A; WO2017216014A1; CN109312457A; TWI742093B; US20190229267A1

Abstract

Vorrichtung zum Abscheiden einer Schicht auf ein oder mehreren Substraten (10), mit einer in einem Reaktorgehäuse (1) angeordneten Prozesskammer (2) mit einem temperierbaren Gaseinlassorgan (3) zum Einleiten eines Prozessgasstroms in die Prozesskammer (2) in einer Strömungsrichtung (S) zu den Substraten (10); einem in der Strömungsrichtung (S) unmittelbar nach dem Gaseinlassorgan (3) angeordneten Schirmelement (6), welches in einer Abschirmstellung das Gaseinlassorgan (3) und das Substrat (10) voneinander wärmeisoliert, mehreren in der Strömungsrichtung (S) nach dem Schirmelement (6) angeordneten Maskenhaltern (7, 7') jeweils zur Halterung einer Maske (8, 8'), jeweils zu einem der mehreren Maskenhalter (7, 7') korrespondierende, in der Strömungsrichtung (S) nach den Masken (8, 8') angeordnete körperlich voneinander getrennte Substrathalter (9, 9') zur Halterung zumindest eines der Substrate (10), wobei zu jedem der mehreren Substrathalter (9, 9') ein Verlagerungsorgan (11, 11') zur Verlagerung des Substrathalters (9, 9') von einer Entferntstellung zum Maskenhalter (7, 7'), in der die Substrathalter (9, 9') mit dem Substrat (10, 10') be- und entladbar sind, in eine Benachbartstellung zum Maskenhalter (7, 7'), in der ein auf dem Substrathalter (9, 9') angeordnetes Substrat (10, 10') in eine Anlagestellung an der Maske (8, 8') liegend beschichtbar ist, vorgesehen ist.

Description

Gebiet der Technik
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abscheiden einer Schicht auf ein oder mehreren Substraten, mit einer in einem Reaktorgehäuse angeordneten Prozesskammer. Es ist ein Gaseinlassorgan vorgesehen, welches temperierbar ist und in welches ein Prozessgas eingeleitet wird. Das Gaseinlassorgan besitzt eine Gasaustrittsfläche, durch die Prozessgas ein einer Prozessgasströmungsrichtung in die Prozesskammer strömen kann. In Strömungsrichtung nach dem Gaseinlassorgan ist ein Schirmelement vorgesehen, um das Gaseinlassorgan und das Substrat voneinander gegen Wärmestrahlung zu isolieren. Das Schirmelement befindet sich zwischen Gasaustrittsfläche des Gaseinlassorganes und einem Maskenhalter. Der Maskenhalter trägt bei der Beschichtung eine Maske zur lateralen Strukturierung des zu beschichtenden Substrates. Die Maske liegt während des Beschichtns des Substrates in berührender Anlage auf der Oberfläche des Substrates, welches von einem temperierbaren Substrathalter getragen wird. Mit der Vorrichtung werden OLED-Schichten auf im Wesentlichen rechteckigen Substraten abgeschieden. Die organischen Materialien, die auf dem Substrat abgeschieden werden, sind in der Lage, durch Anlegen einer Spannung bzw. durch hindurch fließen lassen eines Stromes in den drei Grundfarben zu leuchten. Mit derartig gefertigten Substraten werden Displays für Bildschirme, Anzeigetafeln oder dergleichen gefertigt.
Stand der Technik
Die US 7,964,037 B2 zeigt eine Prozesskammer mit einem zentralen Gaseinlassorgan, dessen Gasaustrittsöffnungen mit einem ”shutter” verschließbar sind. Es sind zwei bezogen auf das Gaseinlassorgan sich diametral gegenüberliegende Substrathalter vorgesehen, die jeweils ein Substrat tragen, welches von einer Maske bedeckt ist, so dass nach Öffnen des ”shutters” auf das Substrat eine strukturierte Oberfläche abgeschieden werden kann.
Aus der US 2014/0322852 A1 ist eine Vorrichtung zum Abscheiden organischer Schichten bekannt, bei der eine Materialquelle, die ein Gaseinlassorgan ausbildet, quer zu einer Strömungsrichtung gegenüber mehreren Substraten, die jeweils auf einem Substrathalter angeordnet sind, verlagerbar ist.
Die WO 2010/114274 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum gleichzeitigen Beschichten mehrerer Substrate, die auf individuell einem Substrat zugeordneten Substrathaltern angeordnet sind. wobei den Substraten individuell Gaseinlassorgane zugeordnet sind.
Die DE 10 2010 000 447 A1 beschreibt eine Prozesskammer mit einem Gaseinlassorgan und einem Substrathalter, der im Strömungsweg eines aus der Gasaustrittsfläche des Gaseinlassorganes austretenden Prozessgasstromes liegt. Der Substrathalter kann in Strömungsrichtung gegenüber dem Gaseinlassorgan verlagert werden. Es ist ein Schirmelement vorgesehen, welches zwischen Substrathalter und Gasaustrittsfläche des Gaseinlassorganes bringbar ist. Die strukturierte Abscheidung von Schichten auf einem auf dem Substrathalter aufliegenden Substrat erfolgt unter der Verwendung von Masken.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Prozesseffizienz einer Vorrichtung zum Abscheiden von organischen Schichten zu verbessern.
Gelöst wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung, wobei jeder Anspruch eine eigenständige Lösung der Aufgabe darstellt und die Unteransprüche nicht nur vorteilhafte Weiterbildungen der nebengeordneten Ansprüche, sondern auch eigenständige Lösungen der Aufgabe darstellen.
Zunächst und im Wesentlichen wird vorgeschlagen, dass die Vorrichtung zum Abscheiden von OLED-Schichten die folgenden Merkmale aufweist: Es ist zumindest ein temperierbares Gaseinlassorgan zum Einleiten eines Prozessgases in die Prozesskammer vorgesehen. Das Gaseinlassorgan besitzt eine Gasaustrittsfläche, durch die ein Prozessgasstrom austreten kann. Die Richtung, in der der Prozessgasstrom aus der Gasaustrittsfläche des Gaseinlassorganes austritt, definiert eine Strömungsrichtung. Es ist ferner vorgesehen, dass in dieser Strömungsrichtung des Prozessgasstromes zumindest ein Schirmelement unmittelbar nach dem Gaseinlassorgan angeordnet ist, welches in einer Abschirmstellung das Gaseinlassorgan und das Substrat gegen Wärmestrahlung voneinander isoliert. Beim Abscheiden von OLED-Schichten besitzt das Gaseinlassorgan und insbesondere die Gasaustrittsfläche des Gaseinlassorganes eine höhere Temperatur als die Temperatur des Substrates. Das zumindest eine Schirmelement hat dann die Funktion, eine Wärmeübertragung vom Gaseinlassorgan auf das Substrat bzw. die vom Maskenhalter gehaltene Maske zumindest zu reduzieren. In Strömungsrichtung sind nach dem zumindest einen Schirmelement mehrere Maskenhalter jeweils zur Halterung einer Maske angeordnet. Bevorzugt erstreckt die Gasaustrittsfläche des Gaseinlassorganes in einer Gasaustrittsebene. Das zumindest eine Schirmelement erstreckt sich in einer Parallelebene zur Gasaustrittsebene. Die Maskenhalter sind ebenfalls in einer gemeinsamen Ebene angeordnet, die sich parallel zur Gasaustrittsebene erstreckt. Erfindungsgemäß sind mehrere Substrathalter vorgesehen. Jeder Substrathalter ist dazu eingerichtet, zumindest ein Substrat halten zu können, wobei sich das mindestens eine Substrat jeweils in einer Parallelebene zur Gasaustrittsebene erstreckt. Die Substrathalter sind voneinander getrennt. Zu jedem Maskenhalter korrespondiert ein Substrathalter. Die Substrathalter sind in Strömungsrichtung nach den Masken angeordnet und in Richtung auf die Masken zu verlagerbar. Hierzu ist ein Verlagerungsorgan vorgesehen, wobei jeder Substrathalter ein ihm individuell zugeordnetes Verlagerungsorgan aufweist, mit dem der Substrathalter von einer Entferntstellung zum Maskenhalter in eine Benachbartstellung zum Maskenhalter bringbar ist. In der Entferntstellung zum Maskenhalter kann der Substrathalter mit Substraten beladen oder entladen werden. Dabei befindet sich das Schirmelement in der Abschirmstellung, so dass in der Entferntstellung die Oberflächentemperatur des Substrates nicht über die Prozesstemperatur steigen kann, die bevorzugt unterhalb von 100°C, bevorzugt unterhalb von 60°C liegt. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das Substrat mit Hilfe eines Greifers auf die Oberfläche des Substrathalters aufgelegt wird. Die Oberfläche des Substrathalters ist aktiv temperiert. Sie wird insbesondere mittels einer Kühleinrichtung auf eine Temperatur von unter 100°C, bevorzugt von unter 60°C gekühlt. Zum Abscheiden von zumindest einer Schicht auf dem Substrat wird der Substrathalter mittels des Verlagerungsorganes in eine Benachbartstellung zum Maskenhalter gebracht. In dieser Stellung wird die zu beschichtende Oberfläche des Substrats von der Maske, bei der es sich bevorzugt um eine Schattenmaske handelt, abgedeckt, so dass die Beschichtung nur an den von der Maske vorgegebenen Stellen erfolgt. Die Maske kann eine Vielzahl von regelmäßig angeordneten Öffnungen aufweisen, so dass mit der Maske Pixelstrukturen eines Bildschirms erzeugt werden können. Die Maske liegt in der Benachbartstellung in einer Anlagestellung auf dem Substrat. Das Schirmelement kann mehrteilig ausgebildet sein. Es kann aus mehreren Schirmplatten bestehen, die sich parallel zur Flächenerstreckung der Maske erstrecken. Bevorzugt wird das Schirmelement aber von einer Abschirmplatte ausgebildet, die parallel zur Maske angeordnet ist. Es können mehrere Schirmelemente vorgesehen sein. Es ist bevorzugt vorgesehen, dass das Schirmelement ein einheitliches Element ist. Es wird von einem Antriebsorgan in seiner Erstreckungsebene von der Abschirmstellung in eine Verwahrstellung verfahren, wobei das Schirmelement in der Verwahrstellung in einem Verwahrraum einliegt. Das Gaseinlassorgan kann ein Heizelement aufweisen. Bevorzugt bildet das Gaseinlasselement einen shower head mit einer Gasaustrittsfläche, die eine Vielzahl von Gasaustrittsöffnungen aufweist. Die Gasaustrittsfläche kann von einer Gasaustrittsplatte gebildet sein, in der eine Vielzahl von Heizelementkanälen angeordnet ist. Die Beheizung der Gasaustrittsplatte kann elektrisch erfolgen. Es ist aber auch eine Flüssigkeitsheizung vorgesehen. In einer Weiterbildung der Erfindung, die auch eigenständigen Charakter hat, sind Justiereinrichtungen vorgesehen, mit denen die Relativlage von Maske und Substrat eingestellt werden können. Die Justiereinrichtung ist insbesondere in der Lage, die Maske in der Maskenerstreckungsebene relativ gegenüber dem Substrat zu verlagern. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn Displays abgeschieden werden. Mit der Justiereinrichtung können die Lage der Pixel bzw. Subpixel eines Displays hochgenau positioniert werden. Es lassen sich mehrere voneinander verschiedene Schichten nacheinander abscheiden, wobei zwischen den einzelnen Abscheideschritten die Relativlage von Maske zu Substrat derart verändert wird, dass verschiedenfarbig leuchtende Pixel nebeneinander auf dem Substrat abgeschieden werden. Die Justiereinrichtung kann einen Spindelantrieb, einen pneumatischen oder einen hydraulischen Antrieb besitzen. Anstelle der Maskenhalter kann aber auch der Substrathalter zum Lagejustieren bewegt werden. Das Gaseinlassorgan kann ein einheitlicher shower head sein, der nur eine Einspeiseöffnung bzw. nur eine Gasverteilkammer aufweist. Es ist aber auch möglich, Mittel vorzusehen, beispielsweise Blenden, mit denen das Gasverteilvolumen des Gaseinlassorganes in mehrere Einzelvolumina unterteilt werden kann. Auch ist es möglich, zwei getrennte Gaseinlassorgane zu verwenden, wobei jedes Gaseinlassorgan einem Maskenhalter bzw. einem Substrathalter funktionell zugeordnet ist. Die Gasaustrittsflächen der mehreren Gaseinlassorgan liegen aber bevorzugt in einer gemeinsamen Ebene. Ferner kann vorgesehen sein, dass ein körperlich einheitliches Gaseinlassorgan mehrere permanent voneinander getrennte Gasverteilvolumina aufweist, die individuell mit einem Prozessgas oder einem Spülgas gespeist werden können.
Die Strömungsrichtung ist bevorzugt eine Vertikalrichtung, wobei die Strömung von unten nach oben oder von oben nach unten erfolgen kann. Die Verlagerung der Substrathalter von der Beladestellung in eine Prozessstellung erfolgt dann in vertikaler Richtung. Die Justierung der Lage der Maske gegenüber dem Substrat erfolgt dann in einer Horizontalrichtung.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zum Abscheiden einer Schicht auf ein oder mehreren Substraten mit den folgenden Schritten:

– Verwenden einer Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche;
– Beladen von zumindest einem der Substrathalter in seiner Entferntstellung vom Maskenhalter;
– gleichzeitiges Verlagern zumindest der mit Substraten beladenen Substrathalter aus ihrer Entferntstellung in ihre Benachbartstellung;
– Abscheiden einer durch die Verwendung der Maske lateral strukturierten Schicht auf den Substraten durch Einleiten eines Prozessgases in die den beladenen Substrathalter zugeordneten Gasverteilvolumina.

In einer gemeinsamen Prozesskammer werden anstelle eines großen Substrates, das zur Herstellung kleiner Substrate nach dem Beschichtungsvorgang geteilt werden muss, eine Mehrzahl von kleineren Substraten beschichtet, die nach dem Beschichten nicht geteilt werden müssen. Jedes Substrat wird von einem ihm individuell zugeordneten Substrathalter gehalten, wobei bevorzugt jeder Substrathalter nur ein einziges, insbesondere rechteckiges Substrat hält. Die Justierung der Lage der Maske gegenüber dem Substrat erfolgt ebenfalls individuell. Bei dem Gaseinlassorgan kann es sich um ein gemeinsames Gaseinlassorgan handeln, das mit einem einheitlichen Prozessgas gespeist wird, welches gleichmäßig aus allen Gasaustrittsöffnungen der Gasaustrittsfläche austritt, so dass alle Substrate im Wesentlichen mit denselben Prozessparametern behandelt werden. Es ist aber auch möglich, nur einige der Substrathalter mit Substraten zu bestücken, so dass die Vorrichtung beim Beschichtungsverfahren beladene und nicht beladene Substrathalter aufweist. Hierzu ist das Gaseinlassorgan bevorzugt derart weitergebildet, dass sich das Gasverteilvolumen des Gaseinlassorganes in mehrere Gasverteilvolumina unterteilen lässt. Nur in die Gasverteilvolumina, die einem beladenen Substrathalter zugeordnet sind, wird Prozessgas eingeleitet. In die Gasverteilkammern, die einem unbeladenen Substrathalter zugeordnet sind, wird hingegen ein Spülgas oder Trägergas eingeleitet. Der Gasfluss des Spülgases bzw. Trägergases entspricht dabei dem Gasfluss des Prozessgases. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung besitzt die Prozesskammer zwei Substrathalter und zwei Maskenhalter, die nebeneinander liegend angeordnet sind.
Das Gaseinlassorgan kann auch zwei permanent voneinander getrennte Gasverteilvolumina aufweisen. Es ist auch vorgesehen, dass zwei Gaseinlassorgane nebeneinander angeordnet sind. das Be- und Entladen der Substrathalter mit Substraten erfolgt in einem Betriebszustand, in dem alle Substrathalter ihre Entferntstellung einnehmen, wobei ein Beladeport in der Wand des Reaktorgehäuses vorgesehen ist, durch welches mittels eines Greifers die Substrate hindurch transportiert werden können. Das Be-/Entladeport liegt bevorzugt in derselben Ebene, in der sich auch die Substrathalter in ihrer Entferntlage befinden. Das Be- und Entladen erfolgt somit bei Temperaturen unterhalb der Prozesstemperatur, die niedriger als 60°C ist. Die beladenen Substrathalter werden dann gemeinsam gleichzeitig in Richtung auf das Gaseinlassorgan verlagert und anschließend gleichzeitig prozessiert, wobei der Beschichtungsprozess für alle Substrate zeitgleich beginnt und zeitgleich beendet wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand beigefügter Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 eine erste schematische Schnittdarstellung einer Beschichtungsvorrichtung;
2 eine Darstellung lediglich des Gaseinlassorganes 3, der Maskenhalter 7, 7' und eines Substrathalters 9 eines zweiten Ausführungsbeispiels;
3 in einer Darstellung gemäß 1 ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Beschreibung der Ausführungsformen
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung handelt es sich um einen Reaktor zum Abscheiden von OLED-Schichten beispielsweise auf rechteckigen Glassubstraten 10, 10'. Zur Halterung der Substrate 10, 10' sind zwei körperlich getrennt voneinander im Reaktorgehäuse 1 angeordnete Substrathalter 9, 9' vorgesehen. Mittels einer Verlagerungseinrichtung 11, 11' können die Substrathalter 9, 9' parallel zueinander in Richtung der Pfeile b, b' verlagert werden. Jeder Substrathalter 9, 9' besitzt eine Temperiereinrichtung 13, 13', bei der es sich um eine Kühleinrichtung handelt. Die Substrathalter 9, 9' sind insbesondere individuell temperierbar. Bei der Kühleinrichtung 13 kann es sich um einen Kühlkanal handeln, der mit einer Kühlflüssigkeit durchströmt wird. Mittels flexibler Leitungen, beispielsweise mittels Schläuchen, kann das Kühlmittel zu den Kühlkanälen 13 gebracht werden.
Bei dem in der 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein einheitliches Gaseinlassorgan 3 vorgesehen. Das Gaseinlassorgan 3 kann ein oder mehrere, nicht dargestellte Einspeiseleitungen aufweisen, durch die ein Prozessgas in ein Gasvolumen des Gaseinlassorganes 3 eingespeist werden kann. Es kann sich um ein einheitliches Gasvolumen handeln. Mit der Bezugsziffer 18 ist eine Wand dargestellt, die in einem Ausführungsbeispiel, bei dem die Gasvolumina 5, 5' einheitlich ausgebildet sind, nicht vorhanden ist. Es können auch zwei oder mehrere Gaseinspeiseleitungen vorgesehen sein, die jeweils einem der beiden Gasvolumina 5, 5' zugeordnet sind. Die Trennwand 18 kann beweglich oder nicht beweglich sein. Handelt es sich um eine bewegliche Wand 18, so kann sie in eine Trennstellung gebracht werden, in der die beiden Gasvolumina 5, 5' voneinander getrennt werden. Sie kann aber auch in eine Stellung gebracht werden, in der die Gasvolumina 5, 5' miteinander strömungsverbunden sind.
Die Pfeile S, S' symbolisieren Prozessgasströme aus einer Gasaustrittsfläche des Gaseinlassorganes 3, die eine Vielzahl von nebeneinander liegenden Gasaustrittsöffnungen 4, 4' aufweist. Die die Gasaustrittsöffnungen 4, 4' ausbildende Gasaustrittsplatte kann darüber hinaus Heizelemente 12 aufweisen, mit denen die Gasaustrittsplatte auf eine Temperatur von oberhalb 400°C aufgeheizt werden kann. Bei den Heizelementen 12 kann es sich um Drähte handeln, die durch Hindurchleiten eines elektrischen Stromes Wärme abgeben oder um Kanäle, durch die eine heiße Flüssigkeit hindurchströmt.
In einer Variante der Ausgestaltung des Gaseinlassorganes 3 bildet die Wand 18 eine Blende, die wahlweise das gemeinschaftliche Gasverteilvolumen 5 in zwei Gasverteilvolumina 5, 5' aufteilt. In dieser Variante besitzt das Gaseinlassorgan 3 mehrere Gaseinspeiseleitungen.
In Strömungsrichtung S, S' beabstandet von der Gasaustrittsfläche des Gaseinlassorganes 3 befindet sich ein flächiges Schirmelement 6, welches von einer Metallplatte gebildet sein kann. Das Schirmelement 6 kann aktiv temperiert, beispielsweise gekühlt oder beheizt sein. Das Schirmelement 6 kann von einer Schirmstellung, in der es in Strömungsrichtung S, S' die Gasaustrittsfläche abdeckt, in eine Verwahrstellung gebracht werden, indem das Schirmelement 6 in Richtung des Pfeiles a verlagert wird. Es kann in einen Verwahrraum 17 gebracht werden, in dem das Schirmelement 6 während des Abscheideprozesses aufbewahrt wird.
Das Schirmelement 6 schirmt in seiner Schirmstellung zwei oder mehr in einer Parallelebene zur Gasaustrittsfläche angeordnete Maskenhalter 7 gegenüber der vom Gaseinlassorgan 3 limitierten Wärmestrahlung ab. Die Maskenhalter 7, 7' liegen in einer gemeinsamen Ebene, die sich parallel zur Gasaustrittsebene erstreckt. Die Maskenhalter 7, 7' werden von Rahmen ausgebildet, die den Rand einer Maske 8, 8' tragen. Die Maske dient zur Strukturierung der auf den Substraten 10, 10' abzuscheidenden Schichten in einzelne Pixel/Subpixel.
In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Gaseinlassorgan 3 im Reaktorgehäuse 1 oben angeordnet. Unmittelbar unterhalb des Gaseinlassorganes 3 befindet sich das Schirmelement 6. Unterhalb des Schirmelementes 6 befinden sich die beiden Maskenhalter 7, 7', die jeweils eine Maske 8, 8' tragen.
Beabstandet unterhalb der Maskenhalter 7, 7' befinden sich die beiden jeweils mit einem Substrat bestückten Substrathalter 9, 9', die mittels einer Verlagerungseinrichtung 11, 11' vertikal nach oben verlagert werden können. Dies erfolgt in Richtung der Pfeile b, b'.
Die Substrathalter 9 können so weit nach oben verlagert werden, bis die Substrate 10, 10' in berührender Anlage an den Masken 8, 8' anliegen. Es ist aber auch vorgesehen, dass zwischen der Unterseite der Maske 8, 8' und der Oberseite der Substrate 10, 10' ein geringfügiger Zwischenraum verbleibt, um die Masken 8, 8' durch eine Horizontalverlagerung gegenüber den Substraten 10, 10' auszurichten.
Die in der 1 dargestellte Vorrichtung dient insbesondere dazu, in einer Clusteranlage verwendet zu werden. Dabei werden die Substrate durch das Be- und Entladeport 16 in das Reaktorgehäuse 1 gebracht. Das Be- und Entladeport 16 ist vakuumdicht verschließbar.
Die 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die oben angesprochenen Justiereinrichtungen 14 zur Lagejustierung der Maske 8, 8' gegenüber dem Substrat 10, 10' als Funktionselement dargestellt ist. Die Justierrichtung, in der die Justiereinrichtung 14 die Maske 8, 8' gegenüber dem Substrat 10, 10' verlagert, ist mit den Pfeilen c, c' dargestellt.
Anders als beim ersten Ausführungsbeispiel ist bei dem in der 2 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel das Gaseinlassorgan 3 mittels Trennwänden 19 in voneinander getrennte Gasverteilvolumina 5, 5' aufgeteilt, wobei jedes Gasverteilvolumen 5, 5' individuell einem Maskenhalter 7, 7' bzw. einem Substrathalter 9, 9' zugeordnet ist. Das Schirmelement 6 ist jedoch ein einheitliches Schirmelement. Es handelt sich insbesondere um eine materialeinheitliche Schirmplatte. Die Speisung der Gasverteilvolumina 5, 5' erfolgt durch individuelle Gaseinlassstutzen 15, 15'. Die Trennwand 19 kann so ausgebildet sich, dass sich kein Totraum ausbildet. Der in der 2 dargestellte Totraum zwischen den beiden Trennwänden 10 kann mit einem Inertgas gespült werden oder zum Einspeisen eines Gases, beispielsweise eines Inertgases oder eines Stützgases in den Zwischenbereich genutzt werden.
Es ist bevorzugt vorgesehen, dass bei einem gleichzeitigen Beschichten zweier Substrate 10, 10' durch beide Gaseinlassstutzen 15, 15' dieselbe Gasmischung in die Gasverteilkammern 5, 5' eingeleitet wird, so dass auf den auf den Substrathaltern 9, 9' aufliegenden Substraten 10, 10' gleichzeitig eine Schicht mit denselben Schichteigenschaften abgeschieden wird. Hierzu werden die Substrathalter 9, 9' gleichzeitig von der Entferntstellung in die Benachbartstellung und nach Abschluss des Beschichtungsvorganges gleichzeitig von der Benachbartstellung zurück in die Entfernstellung gebracht.
Das in der 3 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen im Wesentlichen durch die Ausgestaltung des Gaseinlassorganes 3, 3'. Hier sind zwei körperlich voneinander getrennte Gaseinlassorgane 3, 3' vorgesehen. Sie werden von einem einheitlichen Schirmelement 6 gegenüber den Maskenhaltern 7, 7' und den von Maskenhaltern 7, 7' gehaltenen Masken 8, 8' abgeschirmt.
Die in der 3 dargestellte Vorrichtung kann insbesondere in einem Inline-System verwendet werden. Eine Beladeöffnung 16 ist eine Entladeöffnung 16' gegenüberliegend angeordnet. Die Substrate werden mittels eines Greifers durch die Beladeöffnung 16 in das Reaktorgehäuse 1 gebracht und auf den Substrathaltern 9, 9' abgelegt. Die Beladeöffnung 16 und die Entladeöffnung 16' werden gasdicht verschlossen. Innerhalb des Reaktorgehäuses 1 wird durch Einleiten eines Inertgases und Abpumpen des Inertgases mittels einer nicht dargestellten Vakuumpumpe eine Inertgasatmosphäre bei einem gewünschten Druck eingestellt. Die mit den Substraten 10, 10' bestückten Substrathalter 9, 9' werden gleichzeitig von ihrer Entferntstellung in die Benachbartstellung gebracht. Nach dem Abscheiden der Schicht werden die Substrathalter 9, 9' gleichzeitig zurück in die Entferntstellung gebracht. Nach Öffnung der Entladeöffnung 16' können die Substrate 10, 10' von den Substrathaltern 9, 9' genommen werden.
In den zuvor beschriebenen Vorrichtungen können aber weniger Substrate als vorhandene Substrathalter gleichzeitig mit Substraten beladen werden, so dass gleichzeitig weniger Substrate beschichtet werden als Substrathalter 9, 9' vorhanden sind. Beispielsweise kann in den Vorrichtungen jeweils nur ein einzelnes Substrat beschichtet werden, das dann nur auf einen der beiden Substrathalter 9, 9' aufgelegt wird. Auf dem jeweils anderen Substrathalter 9, 9' wird kein Substrat aufgelegt. Während des Abscheideprozesses fließt nur durch die dem beladenen Substrathalter 9, 9' funktionell zugeordneten Gasaustrittsöffnungen 4, 4' ein Prozessgas in Strömungsrichtung S, S' auf das von der Maske 8, 8' abgedeckte Substrat. Durch die Gasaustrittsöffnungen 4, 4', die funktionell dem unbeladenen Substrathalter 9, 9' zugeordnet sind, fließt ein Trägergas, um eine Strömungsbalance zu erhalten und um Totvolumina zu vermeiden.
Die vorstehenden Ausführungen dienen der Erläuterung der von der Anmeldung insgesamt erfassten Erfindungen, die den Stand der Technik zumindest durch die folgenden Merkmalskombinationen jeweils auch eigenständig weiterbilden, nämlich:
Eine Vorrichtung zum Abscheiden einer Schicht auf ein oder mehreren Substraten 10, mit einer in einem Reaktorgehäuse 1 angeordneten Prozesskammer 2 und den folgenden Merkmalen:

a) zumindest ein temperierbares Gaseinlassorgan 3 zum Einleiten eines Prozessgasstroms in die Prozesskammer 2 in einer Strömungsrichtung S zu den Substraten 10;
b) zumindest ein in der Strömungsrichtung S unmittelbar nach dem Gaseinlassorgan 3 angeordnetes Schirmelement 6, welches in einer Abschirmstellung das Gaseinlassorgan 3 und das Substrat 10 voneinander wärmeisoliert;
c) mehrere in der Strömungsrichtung S nach dem Schirmelement 6 angeordnete Maskenhalter 7, 7' jeweils zur Halterung einer Maske 8, 8';
d) jeweils zu einem der mehreren Maskenhalter 7, 7' korrespondierende, in der Strömungsrichtung S nach den Masken 8, 8' angeordnete körperlich voneinander getrennte Substrathalter 9, 9' zur Halterung zumindest eines der Substrate 10;
f) zu jedem der mehreren Substrathalter 9, 9' ein Verlagerungsorgan 11, 11' zur Verlagerung des Substrathalters 9, 9' von einer Entferntstellung zum Maskenhalter 7, 7', in der die Substrathalter 9, 9' mit dem Substrat 10, 10' be- und entladbar sind, in eine Benachbartstellung zum Maskenhalter 7, 7', in der ein auf dem Substrathalter 9, 9' angeordnetes Substrat 10, 10' in eine Anlagestellung an der Maske 8, 8' liegend beschichtbar ist.

Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Substrathalter (9, 9') individuell temperierbar und individuell verlagerbar sind.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schirmelement (6) ein einheitliches Schirmelement ist oder dass mehrere Schirmelemente vorgesehen sind, wobei die ein oder mehreren Schirmelemente in der Abschirmstellung zwischen den bevorzugt allen Maskenhaltern (7, 7') und dem zumindest einen Gaseinlassorgan (3) angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gaseinlassorgan (3) ein Heizelement (12) und der Substrathalter (9, 9') ein Kühlelement (13, 13') aufweist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Justiereinrichtungen (14, 14') zur individuellen Änderung der Relativlage des Maskenhalters (7, 7') gegenüber dem ihm zugeordneten Substrathalter (9, 9').
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Gaseinlassorgan (3, 3') nebeneinander angeordnet sind oder dass ein Gaseinlassorgan (3) zwei durch eine bewegliche Blende (18) voneinander getrennte Gasverteilvolumina (5, 5') aufweist.
Verfahren zum Abscheiden einer Schicht auf ein oder mehreren Substraten mit folgenden Schritten:

– Verwenden einer Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche;
– Beladen von zumindest einem der Substrathalter (9, 9') in seiner Entferntstellung vom Maskenhalter (7, 7');
– gleichzeitiges Verlagern zumindest der mit Substraten (10, 10') beladenen Substrathalter (9, 9') aus ihrer Entferntstellung in ihre Benachbartstellung;
– Abscheiden einer durch die Verwendung der Maske (8, 8') lateral strukturierten Schicht auf den Substraten (10, 10') durch Einleiten eines Prozessgases in die den beladenen Substrathalter (9, 9') zugeordneten Gasverteilvolumina (5, 5').

Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Substrathalter (9, 9') unbeladen bleibt und dass in die den unbeladenen Substrathalter (9, 9') zugeordneten Gasverteilvolumina (5, 5') ein Spülgas eingeleitet wird, welches in der Strömungsrichtung (S) zum Maskenhalter (7) strömt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in mehreren aufeinander folgenden Schritten durch die Maske (8) strukturierte Schichten auf dem Substrat (10) abgeschieden werden, wobei durch laterales Verändern der Relativlage des Maskenhalters (7, 7') gegenüber dem ihm zugeordneten Substrathalter (9, 9') lateral nebeneinander liegende Schichtstrukturen auf dem Substrat (10, 10') erzeugt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass OLED-Schichten abgeschieden werden, wobei die Temperatur des Gaseinlassorganes (3, 3') größer ist als die Temperatur der Substrathalter (9, 9').
Alle offenbarten Merkmale sind (für sich, aber auch in Kombination untereinander) erfindungswesentlich. In die Offenbarung der Anmeldung wird hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehörigen/beigefügten Prioritätsunterlagen (Abschrift der Voranmeldung) vollinhaltlich mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender Anmeldung mit aufzunehmen. Die Unteransprüche charakterisieren mit ihren Merkmalen eigenständige erfinderische Weiterbildungen des Standes der Technik, insbesondere um auf Basis dieser Ansprüche Teilanmeldungen vorzunehmen.
Bezugszeichenliste

1: Reaktorgehäuse
2: Prozesskammer
3: Gaseinlassorgan
3': Gaseinlassorgan
4: Gasaustrittsöffnung
4': Gasaustrittsöffnung
5: Gasverteilvolumen
5': Gasverteilvolumen
6: Schirmelement
7: Maskenhalter
7': Maskenhalter
8: Maske
8': Maske
9: Substrathalter
9': Substrathalter
10: Substrat
10': Substrat
11: Verlagerungseinrichtung
11': Verlagerungseinrichtung
12: Heizelement
13: Kühlelement
13': Kühlelement
14: Justiereinrichtung
14': Justiereinrichtung
15: Gaseinlass
15': Gaseinlass
16: Beladeport
16': Entladeport
17: Verwahrraum
18: Blende
19: Trennwand
S: Prozessgasstrom
S': Prozessgasstrom
a: Pfeil
b: Pfeil
b': Pfeil
c: Pfeil
c': Pfeil
S: Pfeil
S': Pfeil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 7964037 B2 [0002]
US 2014/0322852 A1 [0003]
WO 2010/114274 A1 [0004]
DE 102010000447 A1 [0005]

Claims

Vorrichtung zum Abscheiden einer Schicht auf ein oder mehreren Substraten (10), mit einer in einem Reaktorgehäuse (1) angeordneten Prozesskammer (2) und den folgenden Merkmalen: a) zumindest ein temperierbares Gaseinlassorgan (3) zum Einleiten eines Prozessgasstroms in die Prozesskammer (2) in einer Strömungsrichtung (S) zu den Substraten (10); b) zumindest ein in der Strömungsrichtung (S) unmittelbar nach dem Gaseinlassorgan (3) angeordnetes Schirmelement (6), welches in einer Abschirmstellung das Gaseinlassorgan (3) und das Substrat (10) voneinander wärmeisoliert; c) mehrere in der Strömungsrichtung (S) nach dem Schirmelement (6) angeordnete Maskenhalter (7, 7') jeweils zur Halterung einer Maske (8, 8'); d) jeweils zu einem der mehreren Maskenhalter (7, 7') korrespondierende, in der Strömungsrichtung (S) nach den Masken (8, 8') angeordnete körperlich voneinander getrennte Substrathalter (9, 9') zur Halterung zumindest eines der Substrate (10); f) zu jedem der mehreren Substrathalter (9, 9') ein Verlagerungsorgan (11, 11') zur Verlagerung des Substrathalters (9, 9') von einer Entferntstellung zum Maskenhalter (7, 7'), in der die Substrathalter (9, 9') mit dem Substrat (10, 10') be- und entladbar sind, in eine Benachbartstellung zum Maskenhalter (7, 7'), in der ein auf dem Substrathalter (9, 9') angeordnetes Substrat (10, 10') in eine Anlagestellung an der Maske (8, 8') liegend beschichtbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Substrathalter (9, 9') individuell temperierbar und individuell verlagerbar sind.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schirmelement (6) ein einheitliches Schirmelement ist oder dass mehrere Schirmelemente vorgesehen sind, wobei die ein oder mehreren Schirmelemente in der Abschirmstellung zwischen den bevorzugt allen Maskenhaltern (7, 7') und dem zumindest einen Gaseinlassorgan (3) angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gaseinlassorgan (3) ein Heizelement (12) und der Substrathalter (9, 9') ein Kühlelement (13, 13') aufweist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Justiereinrichtungen (14, 14') zur individuellen Änderung der Relativlage des Maskenhalters (7, 7') gegenüber dem ihm zugeordneten Substrathalter (9, 9').
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Gaseinlassorgan (3, 3') nebeneinander angeordnet sind oder dass ein Gaseinlassorgan (3) zwei durch eine bewegliche Blende (18) voneinander getrennte Gasverteilvolumina (5, 5') aufweist.
Verfahren zum Abscheiden einer Schicht auf ein oder mehreren Substraten mit folgenden Schritten: – Verwenden einer Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche; – Beladen von zumindest einem der Substrathalter (9, 9') in seiner Entferntstellung vom Maskenhalter (7, 7'); – gleichzeitiges Verlagern zumindest der mit Substraten (10, 10') beladenen Substrathalter (9, 9') aus ihrer Entferntstellung in ihre Benachbartstellung; – Abscheiden einer durch die Verwendung der Maske (8, 8') lateral strukturierten Schicht auf den Substraten (10, 10') durch Einleiten eines Prozessgases in die den beladenen Substrathalter (9, 9') zugeordneten Gasverteilvolumina (5, 5').
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Substrathalter (9, 9') unbeladen bleibt und dass in die den unbeladenen Substrathalter (9, 9') zugeordneten Gasverteilvolumina (5, 5') ein Spülgas eingeleitet wird, welches in der Strömungsrichtung (S) zum Maskenhalter (7) strömt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in mehreren aufeinander folgenden Schritten durch die Maske (8) strukturierte Schichten auf dem Substrat (10) abgeschieden werden, wobei durch laterales Verändern der Relativlage des Maskenhalters (7, 7') gegenüber dem ihm zugeordneten Substrathalter (9, 9') lateral nebeneinander liegende Schichtstrukturen auf dem Substrat (10, 10') erzeugt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass OLED-Schichten abgeschieden werden, wobei die Temperatur des Gaseinlassorganes (3, 3') größer ist als die Temperatur der Substrathalter (9, 9').
Vorrichtung und Verfahren, gekennzeichnet durch eines oder mehrere der kennzeichnenden Merkmale eines der vorhergehenden Ansprüche.