DE102017106431A1

DE102017106431A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Herabsetzen des Wasserpartialdrucks in einer OVPD-Beschichtungseinrichtung

Info

Publication number: DE102017106431A1
Application number: DE102017106431.1A
Authority: DE
Inventors: Alexander Georgi
Original assignee: Aixtron SE
Current assignee: Aixtron SE
Priority date: 2017-03-24
Filing date: 2017-03-24
Publication date: 2018-09-27
Also published as: KR20190132649A; TW201903185A; CN110462094A; WO2018172211A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abscheiden von Schichten aus einem organischen Material auf einem Substrat (13), mit einem eine Heizeinrichtung (31) aufweisenden in einem Reaktorgehäuse (1) angeordneten Gaseinlassorgan (7), einem Dampferzeuger (30), mit dem ein organischer Ausgangsstoff in die Dampfform bringbar ist und der mit einer Zuleitung (8) mit dem Gaseinlassorgan (7) verbunden ist, durch welche der erzeugte Dampf und ein in den Dampferzeuger (30) eingespeistes Inertgas in das Gaseinlassorgan (7) eingespeist wird, und mit einem eine Kühleinrichtung (32) aufweisenden, im Reaktorgehäuse (1) angeordneten Substrathalter (14) zur Auflage des Substrates (13). Es sind eine Kühlzone (20, 28) und Mittel (24, 29) vorgesehen, mit denen die Kühlzone (20, 28) auf eine Temperatur unter 200 K abkühlbar ist, wobei die Kühlzone von einem eine gekühlte Oberfläche aufweisendes Kühlpanel (20) ausgebildet ist, das zum Herabsetzen des Partialdrucks von Wasser von einer Inertgas-Atmosphäre von mindestens 0,1 mbar umgeben ist.

Description

Gebiet der Technik
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abscheiden von Schichten aus einem organischen Material auf einem Substrat, mit einem eine Heizeinrichtung aufweisenden in einem Reaktorgehäuse angeordneten Gaseinlassorgan, einem Dampferzeuger, mit dem ein organischer Ausgangsstoff in die Dampfform bringbar ist und der mit einer Zuleitung mit dem Gaseinlassorgan verbunden ist, durch welche der erzeugte Dampf und ein in den Dampferzeuger eingespeistes Inertgas in das Gaseinlassorgan eingespeist wird, und mit einem eine Kühleinrichtung aufweisenden, im Reaktorgehäuse (1) angeordneten Substrathalter (14) zur Auflage des Substrates.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zum Herabsetzen des Partialdrucks von Wasser in einer Prozesskammer einer derartigen Vorrichtung, wobei der Totaldruck innerhalb der Prozesskammer in einem Bereich zwischen 0,1 und 10 mbar liegt.
Stand der Technik
Die US 2011/0117289 A1 und die US 2014/0302624 A1 beschreiben eine Vorrichtung zum Abscheiden OLEDs ohne die Anwesenheit eines Trägergases unter Hochvakuumbedingungen. In der Nachbarschaft einer Ansaugöffnung für eine Ultrahochvakuumpumpe befinden Kühlpanele zum Ausfrieren organischer Substanzen.
Kühlfallen sind darüber hinaus in anderweitigen Hochvakuumprozessen bekannt, die bspw. in der EP 2 264 224 B1 oder US 8,858,713 B2 beschrieben werden.
Die DE 10 2007 054 851 A1 beschreibt die Verwendung eines Kühlschildes in einer MBE-Einrichtung.
Eine Kühlfalle, zum Auskondensieren flüchtiger Bestandteile aus einem Abgasstrom wird in der DE 20 2015 101 792 U1 beschrieben.
Die DE 10 2014 109 195 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Dampfes, wobei flüssige oder feste in einem Trägergas transportierte Partikel durch Zuführung von Wärme in die Gasform gebracht werden. Der so erzeugte Dampf wird einer Vorrichtung zum Abscheiden von Schichten aus einem organischen Material zugeleitet, wie sie bspw. in der DE 10 2015 118 765 A1 beschrieben wird.
Die organischen Ausgangsstoffe, die bei der Herstellung von OLEDs verwendet werden, werden in eine Dampfform gebracht und als Dampf zusammen mit einem Trägergas durch ein beheiztes Gaseinlassorgan in eine Prozesskammer geleitet, wo sie auf einem Substrat als Schicht abgeschieden werden, welches Substrat von einem gekühlten Substrathalter getragen wird. Auf dem Substrathalter liegt eine Schattenmaske zur Strukturierung der Schicht. Die Anwesenheit geringster Mengen von Wasserdampf in der Inertgas-Atmosphäre hat erhebliche Einflüsse auf das Funktionieren der OLEDs. Bei einer Inbetriebnahme einer gattungsgemäßen Vorrichtung zum Abscheiden von OLED-Schichten nach einem Wartungsintervall müssen Maßnahmen ergriffen werden, um das an den Wänden der Prozesskammer und insbesondere an Wänden einer mit der Prozesskammer strömungsverbundenen Gehäusekammer adsorbierte Wasser zu entfernen. Hierzu wird das Reaktorgehäuse über mehrere Tage abgepumpt. Es ist im Stand der Technik zudem bekannt, durch Aufheizen der Wände eines Reaktorgehäuses Wassermoleküle von den Innenwänden des Reaktorgehäuses zu entfernen.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen vorzuschlagen, mit denen der Wasserdampfgehalt in einer Inertgas-Atmosphäre von mindestens 0,1 mbar herabsetzbar ist.
Gelöst wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung, wobei die Unteransprüche nicht nur vorteilhafte Weiterbildungen der in den nebengeordneten Ansprüchen angegebene Erfindung sind, sondern auch eigenständige Lösungen der Aufgabe darstellen.
Zunächst und im Wesentlichen ist bei einer Vorrichtung zum Abscheiden von Schichten aus einem organischen Material auf einem Substrat eine Kühlzone vorgesehen, die Mittel aufweist, mit denen die Kühlzone auf eine Temperatur unter 200 K abkühlbar ist. Die Vorrichtung besitzt ein Gaseinlassorgan, das auf eine Temperatur aufheizbar ist, die oberhalb der Kondensationstemperatur des Dampfes liegt, der mit dem Einlassorgan in die Prozesskammer eingeleitet wird. Es ist ferner ein Dampferzeuger vorgesehen, bei dem ein fester oder flüssiger organischer Ausgangsstoff in die Dampfform gebracht wird. Der verdampfte organische Ausgangsstoff wird zusammen mit einem, in den Dampferzeuger eingespeisten Inertgas, bspw. Stickstoff über eine beheizte Gasleitung zum beheizten Gaseinlassorgan gebracht. Das Gaseinlassorgan besitzt eine Gasaustrittsfläche mit einer Vielzahl von insbesondere regelmäßig angeordneten Gasaustrittsöffnungen, aus denen das Inertgas und der vom Inertgas transportierte organische Dampf in eine Prozesskammer eintreten kann. Die Flächenerstreckung der Gasaustrittsfläche entspricht etwa der Flächenerstreckung des Substrates, welches sich im Wesentlichen parallel zur Gasaustrittsfläche erstreckt. Das Substrat liegt auf einem gekühlten Substrathalter, sodass der Dampf auf der Substratoberfläche kondensieren kann. Auf der Substratoberfläche liegt eine Schattenmaske, sodass die Schicht strukturiert ist. Die Schichtstruktur liegt im Mikrometerbereich, sodass die Maske auf den Mikrometer genau zu justieren ist. Dies erfordert in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung eine gewisse Vibrationsarmut der Vorrichtung. Erfindungsgemäß wird die Kühlzone auf einer Temperatur gehalten, die unter 200 K liegt, aber oberhalb der Kondensationstemperatur des Trägergases, also bei Stickstoff 77 K. Bevorzugt liegt die Temperatur der Kühlzone unter 170 K oder besonders bevorzugt unter 150 K und bevorzugt oberhalb von 100 K. In einer Ausgestaltung der Vorrichtung befindet sich die Prozesskammer in einem Reaktorgehäuse und ist strömungsverbunden mit einer Gehäusekammer, in die auch eine Einspeiseöffnung münden kann zum Einspeisen eines Inertgases. Bei der Gehäusekammer kann es sich um eine Umgebungskammer handeln, die die Prozesskammer umgibt, wobei die Prozesskammer mittels Prozesskammerwänden, die beheizt sein können, von der Umgebungskammer getrennt ist. Die Prozesskammer und die Umgebungskammer bilden somit eine Kammer-in-Kammer-Anordnung. Der in die Umgebungskammer eingespeiste Inertgasfluss strömt aber als Folge der Strömungsverbindung in die Prozesskammer. Bei der Gehäusekammer kann es sich auch um eine Bevorratungskammer für eine Schirmplatte handeln, die bei einem Maskenwechsel und/oder einem Substratwechsel von einer Verwahrstellung in eine Schirmstellung gefahren werden kann, in der sie vor der Gasaustrittsfläche des Gaseinlassorganes angeordnet ist, um die Maske bzw. das Substrat gegen Strahlungswärme vom Gaseinlassorgan abzuschirmen. Die Aufbewahrungskammer in der die Schirmplatte in der Verwahrstellung liegt, kann eine Kühlzone aufweisen. Die Vorrichtung kann darüber hinaus Transferkammern aufweisen und in einer Transferkammer kann bspw. eine Maske bevorratet werden, die gegen eine andere Maske ausgewechselt werden soll. Eine Transferkammer kann ein Substrat bevorraten, das bei einem Substratwechsel auf den Substrathalter gebracht wird. In einer Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass diese Transferkammer mit Kühlzonen versehen sind. Die Transferkammer kann über ein gasdichtes Tor mit einer Schleuse verbunden sein, um Substrate bzw. Masken aus dem Reaktorgehäuse auszuschleusen bzw. in das Reaktorgehäuse einzuschleusen. Die Schleuse kann auch eine Kühlzone aufweisen. Mit der Schleuse ist das Reaktorgehäuse mit einer externen, mit einem Inertgas gespülten Kammer verbunden zur Handhabung der Masken oder der Substrate. Auch diese externe Kammer kann eine Kühlzone aufweisen. Die erfindungsgemäßen Kühlzonen haben die Aufgabe, den Wasserdampf aus dem an den Kühlzonen vorbeiströmenden Inertgas auszufrieren bzw. um den zur Kühlzone durch die Inertgas-Atmosphäre diffundierenden Wasserdampf in der Kühlzone auszufrieren. Ziel ist, den Partialdrucks des Wassers in der Inertgas-Atmosphäre auf maximal 10^-8 mbar abzusenken. In einer Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kühlzone von einer gekühlten Oberfläche eines Kühlpanels ausgebildet ist. Es sind Mittel vorgesehen, um das Kühlpanel zu kühlen. Das Kühlpanel ist an ein Kühlaggregat angeschlossen, welches Wärme vom Kühlpanel abführt. Hierzu kann eine Kühlflüssigkeit mit einer Zuleitung in Kühlkanäle des Kühlpanels eingespeist werden. Aus einer Ableitung kann die Kühlflüssigkeit wieder zurück in ein Kühlaggregat strömen. In einer Variante ist vorgesehen, dass die Kühlleistung von einer Cryo-Pumpe gebracht wird. Die Kühlzone kann hier von einer Ansaugöffnung einer Cryo-Pumpe ausgebildet sei. Bei der Cryo-Pumpe handelt es sich um eine Cryo-Pumpe, wie sie ansonsten in einer Hochvakuumeinrichtung verwendet wird. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herabsetzen des Wasserdampfs wird eine Inertgas-Atmosphäre erzeugt, bei der der Totaldruck im Bereich bevorzugt zwischen 0,1 und 10 mbar liegt. In einer Prozesskammer einer OVPD-Beschichtungseinrichtung werden OLEDs abgeschieden. Die Prozesskammer befindet sich in einem Reaktorgehäuse, in dessen Gehäusehöhlung die Inertgas-Atmosphäre durch Einspeisen eines Inertgases aufrechterhalten wird. Durch das Gaseinlassorgan wird zudem der dampfförmige organische Ausgangsstoff in die Prozesskammer eingespeist. Mittels einer Kühlzone, deren Temperatur maximal 200 K und mindestens der Kondensationstemperatur des Inertgases beträgt, wird sich von den Wänden der Reaktorgehäusehöhlung abdampfender Wasserdampf ausgefroren. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird insbesondere eine mit der Prozesskammer strömungsverbundene Gehäusekammer im Bereich einer Kühlzone derart gekühlt, dass die Kühlzone eine Wasserdampfsenke ausbildet. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird in der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Zeit, die nach einem Wartungsintervall, bei dem das Reaktorgehäuse geöffnet worden ist, benötigt wird, um funktionierende OLED-Schichten abzuscheiden deutlich verringert. Das erfindungsgemäße Verfahren wird bevorzugt nach einem Wartungsintervall angewendet, bei dem das die Prozesskammer aufweisende Reaktorgehäuse geöffnet worden ist, sodass die Reaktorgehäusewände in Kontakt mit wasserdampftragendem Gas, bspw. Luft gekommen ist. Das erfindungsgemäße Verfahren wird aber auch während eines Beschichtungsprozesses angewandt, um den permanent von den Gehäusewänden abdampfenden Wasserdampf aus der Inertgas-Atmosphäre auszufrieren. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird im Wesentlichen gegen die Desorptionsrate von an den Wänden der Kammer absorbiertem Wasser gearbeitet, wobei aufgrund des Prozesskammerdrucks oberhalb von 0,1 mbar die freie Weglänge der Wassermoleküle in dem Reaktorgehäusevolumen im Millimeterbereich oder Submillimeterbereich liegt, sodass der beherrschende Transportmechanismus der Wasserdampfmoleküle von der Prozesskammer hin zur Kühlzone die Diffusion ist. Die erfindungsgemäßen Kühlzonen müssen deshalb nicht in „Sichtverbindung“ mit den Wasserdampf desorbierenden Flächen stehen. Aufgrund des lediglichen Feinvakuums in der Prozesskammer bzw. dem Reaktorgehäuse können die Kühlzonen auch von mit Abstand übereinandergeschichteten Kühlpanelen ausgebildet sein. Die Wasserdampfmoleküle können in einen Spalt zwischen benachbarte Kühlpanele hinein diffundieren, um an den gekühlten Oberflächen der Panele ausgefroren zu werden. Die mittlere freie Weglänge in einer Stickstoffumgebung beträgt einem Druck von 1 mbar etwa 0,6 mm und bei einem Druck von 0,1 mbar etwa 6 mm. Bei gestapelten Kühlpanelen sollte der Abstand zwischen zwei Kühlpanelen mindestens dem Zehnfachen der mittleren freien Weglänge entsprechen. Bei einem Druck von 1 mbar sollte der Abstand also zumindest 6 mm betragen. Bei der Bemessung des Abstandes ist zudem auch eine Eisschichtbildung auf der gekühlten Oberfläche des Kühlpaneles zu berücksichtigen. Diese werden sich in Diffusionsrichtung, also vom Außenbereich in Richtung auf das Plattenzentrum hin verjüngen, da durch das Ausfrieren des Wasserdampfs der Partialdruck zum Zentrum abnimmt. Es kann deshalb von Vorteil sein, wenn die Platten in einem Winkel zueinander angeordnet sind. Ferner kann es von Vorteil sein, wenn jede Platte eine V-Form aufweist und sich zwei Platten derart gegenüberliegen, dass die V-Scheitel aufeinander zu weisen. Die Erfindung betrifft sowohl planparallele Anordnungen von Kühlpanelen als auch nicht planparallele Anordnungen von Kühlpanelen. Erfindungsgemäß können die Kühlpanele aber auch in der Form eines Sterns angeordnet sein, wobei die Panele sich in Radialrichtung zu einer Achse erstrecken. Die Achse kann dabei von der Wandung des Reaktorgehäuses weg gerichtet sein. Ferner kann vorgesehen sein, dass die Kühlzone von einem Kühlkörper ausgebildet ist, der Öffnungen aufweist. Es kann sich dabei um Bohrungen handeln, insbesondere um Durchgangsbohrungen. Die Bohrungen können regelmäßig angeordnet sein und einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen. Es ist aber auch eine Gitteranordnung denkbar.
Figurenliste
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

1 schematisch eine OLED-Abscheidevorrichtung in einer Prozessstellung,
2 die Vorrichtung in einer Substrat- oder Masken-Wechselstellung,
3 eine Darstellung gemäß 1 eines zweiten Ausführungsbeispiels,
4 schematisch eine Darstellung eines Reaktorgehäuses, das mit einer Schleuse mit einem externen Gehäuse verbunden ist,
5 ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung von zwei Kühlpanelen, die parallel zueinander angeordnet sind,
6 eine Anordnung gemäß 5 jedoch angedeutet mit einer auf einer Oberfläche des Kühlpanels angeordneten Eisschicht,
7 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer aus zwei Kühlpanelen bestehenden Kühlpanelanordnung,
8 ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die Kühlpanelanordnung sternförmig angeordnete Panele aufweist,
9 ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem Kühlpanele gitterartig angeordnet sind und
10 ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem das Kühlpanel Öffnungen aufweist.

Beschreibung der Ausführungsformen
Die erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt ein Reaktorgehäuse (1), welches Wände aufweist, die die Gehäusehöhlung des Reaktorgehäuses (1) gasdicht nach außen verschließen. Außerhalb des Reaktorgehäuses 1 befindet sich ein Dampferzeuger 30, mit dem aus flüssigen oder festen Ausgangsstoffen ein Dampf organischen Materials erzeugt wird, der mit einem Trägergas, insbesondere Stickstoff, das durch eine Inertgaszuleitung 17 in den Dampferzeuger 30 eingespeist wird, durch eine Zuleitung 8 zu einem Gaseinlassorgan 7 transportiert wird, welches Gaseinlassorgan 7 sich innerhalb der Gehäusehöhlung des Reaktorgehäuses 1 befindet.
Außerhalb des Reaktorgehäuses 1 ist darüber hinaus eine Pumpe 16 vorgesehen, die mit einem Gasaustrittskanal 15 strömungsverbunden ist, mit der über eine nicht dargestellte Regelung und einem nicht dargestellten Drosselventil innerhalb der Gehäusehöhlung des Reaktorgehäuses ein Totaldruck im Bereich zwischen 0,1 und 10 mbar eingestellt werden kann.
Es sind ferner Inertgaszuleitungen 17 vorgesehen, zum Einleiten des Inertgases, bspw. Stickstoff in eine Umgebungskammer 3, die die eigentliche Prozesskammer 2 räumlich umgibt.
Die Umgebungskammer 3 besitzt äußere Wände, die von den Wänden des Reaktorgehäuses 1 ausgebildet sind und die kalt sind. Ihre Temperatur beträgt bei einem üblichen Beschichtungsverfahren etwa 80 Grad. Es ist aber auch vorgesehen, dass gesamte Reaktorgehäuse 1 in einem „Ausback-Schritt“ auszuheizen. Dies erfolgt bei Temperaturen zwischen 120°C und 150°C. Die Wand des Reaktorgehäuses 1 ist somit bevorzugt dahingehend ausgelegt, dass sie eine Temperatur zwischen Raumtemperatur und 150 Grad einnehmen kann.
Die Prozesskammer 2 wird nach oben hin begrenzt durch eine Gasaustrittsfläche 9 des Gaseinlassorganes 7, die eine Vielzahl von Gasaustrittsöffnungen aufweist, durch die das von dem organischen Dampf und dem Inertgas gebildete Prozessgas in die unterhalb der Gasaustrittsfläche 9 angeordnete Prozesskammer 2 strömen kann. Der Boden der Prozesskammer 2 wird von einer Auflagefläche eines gekühlten Substrathalters 14 ausgebildet. Auf der Auflagefläche des Substrathalters 14 liegt das Substrat 13 auf, welches von einer Maske 12 überdeckt ist. Die Maske 12 besitzt Strukturen in der Größenordnung von Mikrometern, um auf der zur Gasaustrittsfläche 9 weisenden Oberfläche des Substrates 13 eine strukturierte Schicht aus dem organischen Material abzuscheiden. Bei der Schicht handelt es sich um eine OLED-Schicht.
Die Prozesskammer 2 ist von Wänden 10, 11 umgeben. Die Wände 10, 11 können aktiv beheizt sein. Sie werden zumindest aber durch die vom beheizten Gaseinlassorgan 7 abgegebene Wärme aufgeheizt.
Das aus der Gasaustrittsfläche 9 austretende Prozessgas und insbesondere das Trägergas tritt aus dem Gasaustrittskanal 15 aus der Prozesskammer aus, wobei die Prozesskammerwände 10, 11 Gasleitbleche 19 aufweisen, um das Prozessgas in den Gasaustrittskanal 19 zu leiten.
Der Substrathalter 14 kann von der in der 1 dargestellten Beschichtungsstellung in eine in 2 dargestellte Be-/Entladestellung abgesenkt werden. In der in 2 dargestellten Be-/Entladestellung wird eine in einer Aufbewahrungskammer 6 aufbewahrte Schirmplatte 18 vor die Gasaustrittsfläche 9 des Gaseinlassorganes 7 gebracht, um die Maske 12 bzw. das Substrat gegen vom Gaseinlassorgan 7 abgestrahlte Wärme abzuschirmen. Die Aufbewahrungskammer 6, in der die Schirmplatte 18 während des Beschichtungsbetriebes aufbewahrt wird, kann mittels einer Inertgaszuleitung 17 mit Inertgas gespült werden.
Es ist eine Transferkammer 4 für das Substrat 13 vorgesehen. In dieser findet das Substrat 13 Aufnahme, wenn es gegen ein anderes Substrat gewechselt wird.
Es ist eine Transferkammer 5 für die Maske 12 vorgesehen, in der die Maske 12 bei einem Maskenwechsel Aufnahme findet. Die Transferkammer 4, 5 sind mit Inertgaszuleitungen 17 versehen, um die Transferkammer 4, 5 mit einem Inertgas zu spülen.
Mit den Bezugsziffern 20, 21, 23 sind Kühlpanele (Cryo-Panele) bezeichnet, die eine Oberfläche aufweisen, die auf eine Temperatur abkühlbar ist, die unter 200 K, bevorzugt unter 170 K und besonders bevorzugt unter 150 K liegt. Die Obeflächentemperatur der Kühlpanele 20, 21, 22, 23 liegt aber oberhalb der Kondensationstemperatur des Trägergases, sofern Stickstoff verwendet wird oberhalb von 77 K, insbesondere oberhalb von 100 K.
Das Cryo-Panel 20, 21, 22, 23 kann mit einem Kühlaggregat gekühlt werden. Die Bezugsziffer 24 zeigt beispielhaft ein Kühlaggregat zum Kühlen des Kühlpanels 20, das in der Umgebungskammer 3 angeordnet ist, innerhalb welcher sich die Prozesskammer 2 befindet. Eine Zuleitung 25 speist das Kühlpanel 20 mit einer gekühlten Kühlflüssigkeit. Diese wird mit einer Ableitung 26 zurück zum Kühlaggregat 24 transportiert. Es sind aber auch andere Vorrichtungen/Verfahren vorgesehen, um die Cryo-Panele 20, 21, 22, 23 zu kühlen, beispielsweise kann das Panel über eine kalte Fläche gekühlt werden. Es ist darüber hinaus auch möglich, übereinandergestapelte Kühlpanele zu verwenden, zwischen denen ein Spalt ist, in den der Wasserdampf eindiffundieren kann.
Es kann ferner vorgesehen sein, dass eine Prozesskammerwand 11, die zwischen dem Kühlpanel 22 und dem Gaseinlassorgan 7 und/oder zwischen dem Kühlpanel 20 und dem Substrathalter 14 liegt, ein Wärmeschild ausbildet, mit dem verhindert wird, dass das Kühlpanel 20 eine das Temperaturprofil innerhalb der Prozesskammer 2 beeinflussende Wirkung bekommt. Hierzu ist insbesondere vorgesehen, das Wärmeschild 11 aktiv zu beheizen. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass das Wärmeschild 11 lediglich einen Wärmeflusswiderstand ausbildet.
Das in der 3 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen dadurch, dass die Kühlzone im Bereich der Umgebungskammer 3 von einer Ansaugöffnung 28 einer Cryo-Pumpe 29 ausgebildet wird. Auch hier kann vor der Ansaugöffnung 28 ein Wärmeschild 27 angeordnet sein.
Die Verwendung eines Kühlpanels 20, 21, 22, 23, 24 ist von Vorteil, weil damit nur geringe Vibrationen erzeugt werden, die das Justieren der Maske beeinflussen könnten. Es wird als vorteilhaft angesehen, wenn die Kühlzonen, die von den Kühlpanelen oder Cryo-Pumpe ausgebildet sind, außerhalb der Prozesskammer 2 liegen. Die Erfindung wird insbesondere in einem System verwendet, bei dem innerhalb der Prozesskammer Temperaturen herrschen, die in einem Bereich zwischen 20 Grad Celsius und 150 Grad Celsius liegen. Darüber hinaus ist das erfindungsgemäße Verfahren nicht auf den Druckbereich von 0,1 bis 10 mbar beschränkt, sondern umfasst auch den Bereich von 0,1 mbar bis 1000 mbar. Die Kühlzyklen werden bevorzugt an die Justierschritte der Maske angepasst.
Die 4 zeigt schematisch eine Vorrichtung zum Abscheiden von Schichten aus einem organischen Material auf einem Substrat, bei dem das Gaseinlassorgan 7 mit einem organischen Dampf versorgt wird, der durch Verdampfen eines flüssigen oder pulverförmigen organischen Ausgangsstoffs erzeugt wird, der zusammen mit einem durch die Inertgaszuleitung 17 eingespeisten Inertgas durch eine Zuleitung in das Gaseinlassorgan 7 eingespeist wird, wo es durch Gasaustrittsöffnungen in die Prozesskammer austritt, um auf auf dem Substrathalter 14 aufliegenden Substrat zu kondensieren. Die Prozesskammer ist von Prozesskammerwänden 10, 11 begrenzt. Die Höhlung des Reaktorgehäuses 1 ist über ein gasdicht verschließbares Tor 34 mit einer Schleusenkammer 33 einer Schleuse verbunden, in die durch eine Inertgaszuleitung 17 ein Inertgas eingespeist werden kann. In der Schleusenkammer 33 befindet sich eine Kühlzone, wie sie zuvor beschrieben worden ist. Die Schleusenkammer 33 ist über ein weiteres Tor 34 mit einer externen Kammer 35 verbunden, in die durch Inertgaszuleitung 17 ebenfalls ein Inertgas einspeisbar ist. In der externen Kammer 35 befindet sich eine Kühlzone 20, wie sie zuvor beschrieben worden ist.
Die 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Kühlpanelanordnung, bei dem ein erstes Kühlpanel 20 parallel zu einem zweiten Kühlpanel 21 angeordnet ist. Zwischen den beiden Kühlpanelen 20, 21 erstreckt sich ein eine gleichbleibende Spaltweite h aufweisender Spalt. Die laterale Abmessung der Kühlpanele 20, 21 ist größer, als die Spaltweite h. Die Spaltweite h beträgt beim Ausführungsbeispiel etwa 5 bis 20 mm und ist größer als das Zehnfache der mittleren freien Weglänge in einer Stickstoffatmosphäre von 1 mbar.
Die 6 zeigt eine Anordnung ähnlich der 5 jedoch nach einer längeren Verwendung der Kühlpanele 20, 21, zum Ausfrieren von Wasserdampf aus einer Stickstoffatmosphäre. Es hat sich eine Eisschicht 36 ausgebildet, die am Rand der Kühlpanelanordnung eine größere Schichtdicke aufweist als im Zentralbereich. Um die damit einhergehende Verminderung der effektiven Spaltweite zu vermeiden, sieht das in der 7 dargestellte Ausführungsbeispiel vor, dass die Kühlpanele 20, 21 in einem Winkel α zueinander stehen. Dort sind die Kühlpanele 20, 21 jeweils V-förmig ausgebildet, wobei sich die V-Scheitel gegenüberliegen. Es handelt sich hier um eine Anordnung nicht planparalleler Kühlpanele 20, 21, bei denen die Weite des Spaltes zwischen den beiden Kühlpanelen 20, 21 am Rand am größten ist und kontinuierlich zum Zentrum hin abfällt, wo die Spaltweite ein Minimum aufweist.
Die 8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem mehrere Kühlpanele 20, 21, 22, 23 sternförmig um ein Zentrum angeordnet sind. Das Zentrum bildet eine Achse, in der alle Kühlpanele 20, 21, 22, 23 liegen. Die Achse erstreckt sich bevorzugt senkrecht zu einer Wand des Reaktorgehäuses. Die sternförmige Anordnung kann somit von der Reaktorwand abragen.
Die 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem das Kühlpanel 20 eine Gitterstruktur aufweist. Es bilden sich mehrkantige Durchtrittsöffnungen, in die Wasserdampf aufweisender Stickstoff hineinströmen kann. Es ist aber auch vorgesehen, dass durch die Öffnungen 37 keine Strömung hindurchströmt, sondern dass Wasserdampf in die Öffnungen 37 hineindiffundiert.
Das in der 10 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt einen Kühlkörper in Form eines Kühlpanels 20, bei dem der Kühlkörper eine Vielzahl von kreisrunden Öffnungen aufweist. Auch bei diesen Öffnungen kann es sich um Durchgangsöffnungen handeln. Die Öffnungen sind hier als Bohrungen ausgebildet.
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, wobei zwei, mehrere oder alle dieser Merkmalskombinationen auch kombiniert sein können, nämlich:
Eine Vorrichtung, die gekennzeichnet ist durch eine Kühlzone 20, 28 und Mittel 24, 29, mit denen die Kühlzone 20, 28 auf eine Temperatur unter 200 K abkühlbar ist;
Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass in dem Reaktorgehäuse 1 zumindest eine das Gaseinlassorgan 7 und den Substrathalter 14 beinhaltende Prozesskammer 2 und zumindest eine damit strömungsverbundene aber mit Prozesskammerwänden 10, 11 davon getrennte Gehäusekammer 3, 4, 5, 6 vorgesehen sind, wobei die Kühlzone 20, 28 der Gehäusekammer 3, 4, 5, 6 zugeordnet ist, die eine Einspeiseöffnung (18) aufweist zum Einspeisen des Inertgases;
Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass zwischen Gehäusekammer 3 und Prozesskammer 2 ein dem Substrathalter 14 und das Gaseinlassorgan 7 gegenüber der Kühlzone 20, 28 abschirmender Wärmeschutzschild 11 vorgesehen ist;
Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Kühlzone von einem eine gekühlte Oberfläche aufweisendes Kühlpanel 20 ausgebildet ist;
Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Kühlzone von einer Ansaugöffnung 28 einer Cryo-Pumpe ausgebildet ist.
Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Gehäusekammer eine Transferkammer 4, 5 ist, zur Aufnahme eines Substrates 13 oder einer Maske 12 oder ein Umgebungsraum, der die Prozesskammer 2 umgibt, oder eine Aufbewahrungskammer 6 ist für eine Schirmplatte 18, die bei einem Wechsel der Maske 12 und/oder einem Wechsel des Substrates 13 vor die Gasaustrittsfläche 9 des Gaseinlassorgans 7 bringbar ist;
Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Prozesskammerwände 10, 11 aktiv beheizbar sind;
Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Kühlzone 20 in einer Schleusenkammer 33 einer Schleuse und/oder in einem mit der Schleuse mit dem Reaktorgehäuse 1 verbundenen externen Gehäuse 35 angeordnet ist;
Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass eine mit der Prozesskammer 2 strömungsverbundene Kühlzone 20, 28 auf eine Temperatur von maximal 200 K und mindestens der Kondensationstemperatur des Inertgases gebracht wird;
Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Temperatur < 170 K oder < 150 K ist.
Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der Partialdrucks von Wasser in der Inertgas-Atmosphäre maximal 10^-7 mbar beträgt;
Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Inertgas Stickstoff ist.
Ein Verfahren in einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8.
Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Kühlzone ein erstes Kühlelement 20 aufweist, das einen Abstand zu einem zweiten Kühlelement 21 aufweist, wobei der Abstand h größer ist, als die mittlere freie Weglänge in einer Stickstoffatmosphäre mit einem Partialdruck von 0,1 mbar bis 1000 mbar, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass der Abstand h im Bereich zwischen 4 und 20 mm liegt, bevorzugt in einem Bereich zwischen 4 und 14 mm liegt und/oder dass die Kühlzone von einem Kühlelement 20 ausgebildet ist, welche Öffnungen 37 aufweist.
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, auch ohne die Merkmale eines in Bezug genommenen Anspruchs, mit ihren Merkmalen eigenständige erfinderische Weiterbildungen des Standes der Technik, insbesondere um auf Basis dieser Ansprüche Teilanmeldungen vorzunehmen. Die in jedem Anspruch angegebene Erfindung kann zusätzlich ein oder mehrere der in der vorstehenden Beschreibung, insbesondere mit Bezugsziffern versehene und/oder in der Bezugsziffernliste angegebene Merkmale aufweisen. Die Erfindung betrifft auch Gestaltungsformen, bei denen einzelne der in der vorstehenden Beschreibung genannten Merkmale nicht verwirklicht sind, insbesondere soweit sie erkennbar für den jeweiligen Verwendungszweck entbehrlich sind oder durch andere technisch gleichwirkenden Mittel ersetzt werden können.
Bezugszeichenliste

1: Reaktorgehäuse
2: Prozesskammer
3: Gehäusekammer
4: Gehäusekammer
5: Gehäusekammer
6: Gehäusekammer
7: Gaseinlassorgan
8: Zuleitung
9: Gasaustrittsfläche
10: Prozesskammerwand
11: Prozesskammerwand
12: Maske
13: Substrat
14: Substrathalter
15: Gasaustrittskanal
16: Pumpe
17: Inertgaszuleitung
18: Schirmplatte
19: Gasleitblech
20: Kühlpanel
21: Kühlpanel
22: Kühlpanel
23: Kühlpanel
24: Kühlaggregat
25: Zuleitung
26: Ableitung
27: Wärmeschild
28: Ansaugöffnung
29: Cryo-Pumpe
30: Dampferzeuger
31: Heizeinrichtung
32: Kühleinrichtung
33: Schleusenkammer
34: Tor
35: externes Gehäuse
36: ------
37: Öffnungen
h: Spaltweite
α: Winkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2011/0117289 A1 [0003]
US 2014/0302624 A1 [0003]
EP 2264224 B1 [0004]
US 8858713 B2 [0004]
DE 102007054851 A1 [0005]
DE 202015101792 U1 [0006]
DE 102014109195 A1 [0007]
DE 102015118765 A1 [0007]

Claims

Vorrichtung zum Abscheiden von Schichten aus einem organischen Material auf einem Substrat (13), mit einem eine Heizeinrichtung (31) aufweisenden in einem Reaktorgehäuse (1) angeordneten Gaseinlassorgan (7), einem Dampferzeuger (30), mit dem ein organischer Ausgangsstoff in die Dampfform bringbar ist und der mit einer Zuleitung (8) mit dem Gaseinlassorgan (7) verbunden ist, durch welche der erzeugte Dampf und ein in den Dampferzeuger (30) eingespeistes Inertgas in das Gaseinlassorgan (7) eingespeist wird, und mit einem eine Kühleinrichtung (32) aufweisenden, im Reaktorgehäuse (1) angeordneten Substrathalter (14) zur Auflage des Substrates (13), gekennzeichnet durch eine Kühlzone (20, 28) und Mittel (24, 29), mit denen die Kühlzone (20, 28) auf eine Temperatur unter 200 K abkühlbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Reaktorgehäuse (1) zumindest eine das Gaseinlassorgan (7) und den Substrathalter (14) beinhaltende Prozesskammer (2) und zumindest eine damit strömungsverbundene aber mit Prozesskammerwänden (10, 11) davon getrennte Gehäusekammer (3, 4, 5, 6) vorgesehen sind, wobei die Kühlzone (20, 28) der Gehäusekammer (3, 4, 5, 6) zugeordnet ist, die eine Einspeiseöffnung (18) aufweist zum Einspeisen des Inertgases.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Gehäusekammer (3) und Prozesskammer (2) ein dem Substrathalter (14) und das Gaseinlassorgan (7) gegenüber der Kühlzone (20, 28) abschirmender Wärmeschutzschild (11) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlzone von einem eine gekühlte Oberfläche aufweisendes Kühlpanel (20) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlzone von einer Ansaugöffnung (28) einer Cryo-Pumpe ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusekammer eine Transferkammer (4, 5) ist, zur Aufnahme eines Substrates (13) oder einer Maske (12) oder ein Umgebungsraum, der die Prozesskammer (2) umgibt, oder eine Aufbewahrungskammer (6) ist für eine Schirmplatte (18), die bei einem Wechsel der Maske (12) und/oder einem Wechsel des Substrates (13) vor die Gasaustrittsfläche (9) des Gaseinlassorgans (7) bringbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozesskammerwände (10, 11) aktiv beheizbar sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlzone (20) in einer Schleusenkammer (33) einer Schleuse und/oder in einem mit der Schleuse mit dem Reaktorgehäuse (1) verbundenen externen Gehäuse (35) angeordnet ist.
Verfahren zum Herabsetzen des Partialdrucks von Wasser einer Inertgas-Atmosphäre von mindestens 0,1 mbar, insbesondere maximal 10 mbar in einer Prozesskammer (2) einer OVPD-Beschichtungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit der Prozesskammer (2) strömungsverbundene Kühlzone (20, 28) auf eine Temperatur von maximal 200 K und mindestens der Kondensationstemperatur des Inertgases gebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur < 170 K oder < 150 K ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Partialdruck des Wassers in der Inertgas-Atmosphäre maximal 10^-7 mbar beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Inertgas Stickstoff ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11 in einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlzone ein erstes Kühlelement (20) aufweist, das einen Abstand zu einem zweiten Kühlelement (21) aufweist, wobei der Abstand h größer ist, als die mittlere freie Weglänge in einer Stickstoffatmosphäre mit einem Partialdruck von 0,1 mbar bis 1000 mbar, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass der Abstand h im Bereich zwischen 4 und 20 mm liegt, bevorzugt in einem Bereich zwischen 4 und 14 mm liegt und/oder dass die Kühlzone von einem Kühlelement (20) ausgebildet ist, welche Öffnungen (37) aufweist.
Vorrichtung bzw. Verfahren, gekennzeichnet durch eines oder mehrere der kennzeichnenden Merkmale eines der vorhergehenden Ansprüche.