DE10224908A1

DE10224908A1 - Vorrichtung für die Beschichtung eines flächigen Substrats

Info

Publication number: DE10224908A1
Application number: DE10224908A
Authority: DE
Inventors: Uwe Hoffmann; Jutta Trube; Dieter Haas
Original assignee: Applied Films GmbH and Co KG
Current assignee: Applied Materials GmbH and Co KG
Priority date: 2001-06-11
Filing date: 2002-06-04
Publication date: 2003-01-16
Anticipated expiration: 2022-06-05
Also published as: DE10224908B4; FR2879218A1; JP4860091B2; US20020185069A1; TW546401B; NL1020820C2; DE10128091C1; KR20020095096A; US8012260B2; NL1020820A1; FR2825719A1; JP2003027218A; FR2825719B1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Beschichtung eines flächigen Substrats, beispielsweise einer rechteckigen Scheibe. Diese Vorrichtung weist eine Verdampferquelle (28) und ein Verteilersystem (46, 40) für die Zuführung verdampften Materials auf das Substrat (9) auf. Das Verteilersystem (46, 40) enthält eine Linienquelle (48), wobei diese Linienquelle (48) und das Substrat (9) relativ zueinander bewegbar sind. Die Vorrichtung dient vorzugsweise für die Herstellung von Flachbildschirmen mit organischen Leuchtdioden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Für die optische Darstellung stehender und/oder bewegter Bilder mittels rasterförmiger Punktdarstellungen ist seit mehr als 100 Jahren die Braunsche Röhre, die auch Elektronenstrahlröhre genannt wird, das Gerät der Wahl. Ein Nachteil der Braunschen Röhre besteht allerdings darin, dass sie eine beachtliche Tiefe hat, sodass sich mit ihr beispielsweise kein flacher Fernsehbildschirm herstellen lässt.
Man ist deshalb seit langem bestrebt, einen flachen Bildschirm bzw. ein flaches Display herzustellen. Die bekanntesten der in den letzten Jahren und Jahrzehnten entwickelten Bauelemente, mit denen sich flache Bildschirme herstellen lassen, sind die lichtemittierenden Dioden (LEDs), die Flüssigkristallelemente (LCDs) und die Plasmaelemente. Diese modernen Bauelemente haben indessen ebenfalls noch bestimmte Nachteile. So verbrauchen herkömmliches LEDs relativ viel Energie, während Plasmaelemente, bei denen es sich um kleine Leuchtstoffröhren handelt, nicht beliebig klein gemacht werden können. Das Pixelraster der Plasmaelemente ist auf etwa 0,5 mm beschränkt. Neuere Entwicklungen bei der Herstellung von Flachbildschirmen sind auf die so genannten organischen Leuchtdioden (OLEDs) gerichtet. Die Vorteile dieser organischen Leuchtdioden bestehen darin, dass sie bei Spannungen von weniger als 5 Volt wenig elektrische Energie verbrauchen, kräftig leuchtende Farben aufweisen, einen breiten Abstrahlwinkel besitzen, in Temperaturbereichen von -40°C bis +85°C einsetzbar sind und ein geringes Gewicht haben. Außerdem liegt ihr Quantenwirkungsgrad, d. h. die Zahl der erzeugten Photonen pro injiziertem Elektron oder Loch, inzwischen bei über 16% (Helmuth Lemme: OLEDs - Senkrechtstarter aus Kunststoff, Elektronik 2/2000, S. 98, rechte Spalte, 2. Absatz, Nr. [5]: Yi He; Janicky, J.: High Efficiency Organic Polymer Light-Emitting Heterostructure Devices, Eurodisplay '99, VDE-Verlag Berlin, Offenbach) und damit über dem Quantenwirkungsgrad der anorganischen LEDs aus III-V-Halbleitern. Die OLEDs bieten sich damit für Anwendungen in batteriebetriebenen Geräten an. OLEDs bestehen aus einer oder mehreren halbleitenden organischen Schichten, die zwischen zwei Elektroden angeordnet sind, wobei in der Regel mindestens eine dieser Elektroden transparent ist. Wird ein elektrisches Feld angelegt, werden Elektronen bzw. Löcher durch die Kathode bzw. Anode in die Transportbänder der organischen Schicht injiziert. Die beiden Ladungsträger wandern aufeinander zu und ein bestimmter Teil von ihnen rekombiniert, wodurch Lichtquanten durch spontane Emission entstehen (Helmuth Lemme: OLEDs - Senkrechtstarter aus Kunststoff, Elektronik 2/2000, S. 97 bis 103; E. Becker u. a.: Organische Lumineszenz: Neue Technologie für flache Bildschirme, Fernseh- und Kino-Technik, 8-9/2000, S. 1 bis 5).
Die Herstellung von OLEDs kann mittels einer OVPD-Technologie erfolgen (OVPD = Organic Vapor Phase Deposition, US 5 554 220), bei der ein Trägergasstrom bei sehr niedrigem Druck in einem beheizten Reaktor organische Materialien aufnimmt und diese als dünne Schichten auf einem Substrat niederschlägt. Bei diesem Substrat kann es sich beispielsweise um eine ITO-Elektrode (ITO = Indium-Zink-Oxid) handeln, die zuvor auf Glas aufgedampft wurde. Auf die organische Leuchtschicht wird sodann eine weitere Elektrode aufgedampft, wobei die Elektroden mit der aktiven Leuchtschicht etwa 400 Nanometer dick sind.
Bei einem anderen Verfahren zum Beschichten eines Substrats mit einer dünnen organischen Schicht ist ein Substrathalter mit einer Heizung vorgesehen, der auf seiner Unterseite ein Substrat hält, beispielsweise Glas (EP 0 962 260 A1 = US-PS 6 101 316). Unterhalb dieses Substrats sind zwei Verdampferquellen vorgesehen, die organisches Material verdampfen, das sich auf dem Substrat niederschlägt, wenn eine zwischen dem Substrat und dem Verdampfer befindliche Blende geöffnet ist. Mit diesem Verfahren ist eine großflächige und gleichmäßige Beschichtung von Substraten nicht möglich. Durch die Verwendung von zwei getrennten Verdampfern kommt es zu Überlagerungen des verdampften Materials auf dem Substrat, was eine Ungleichmäßigkeit der Beschichtung bewirkt.
Es ist weiterhin eine Vakuum-Bedampfungs-Anlage bekannt, die einen Verdampfertank aufweist, in dem das zu verdampfende Material verdampft wird. Die Oberseite dieses Verdampfertanks ist mit einer Haube versehen, die sich in horizontaler Richtung nach außen erstreckt (EP 0 477 474 A1). Eine lineare Verteilung des verdampften Materials ist mit dieser Anlage nicht erzielbar.
Auch ist eine Vorrichtung zum Beschichten eines Stahlbands bekannt, die mindestens einen Vakuum-Verdampfungs-Behälter aufweist, der durch Induktion geheizt wird. Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Behälter eine Öffnung zum Austritt von Metalldämpfen aufweist und dass die Austrittsöffnung für die Metalldämpfe die Form eines engen Schlitzes hat, der in geringem Abstand von dem zu beschichtenden Substrat angeordnet ist (WO 96/35822). Auch mit dieser Vorrichtung kann keine lineare Verteilung von Dampf erfolgen.
Eine Verdampferquelle für die Herstellung organischer Elektroluminiszenzdioden ist in der EP 0 982 411 A1 beschrieben. Diese Quelle weist einen Behälter aus Isoliermaterial auf, der das organische Material aufnimmt. Eng um den Behälter ist eine Heizung gelegt, welche das organische Material zum Verdampfen bringt. Dabei weist der Behälter eine Heizzone auf, die direkt von der Heizung aufgeheizt wird und die mit dem organischen Material über eine Kontaktzone in Berührung steht. Wie die Beschichtung von Substraten im Einzelnen erfolgt, ist nicht ausgeführt.
Um großflächige Beschichtungen vorzunehmen, ist es grundsätzlich möglich, punktförmige, linienförmige oder flächige Verdampfer zu verwenden. Während punktförmige Verdampfer etwa durch die EP 0 982 411 A2 und EP 0 962 260 A1 bekannt sind, ist ein linienförmiger Verdampfer bereits aus der DE 42 04 938 C1 bekannt. Bei diesem linienförmigen Verdampfer findet die Bedampfung des Substrats von unten statt. Dasselbe trifft auf einen aus der DE 199 21 744 A1 bekannten linienförmigen Verdampfer zu.
Der Nachteil punktförmiger Verdampfer besteht darin, dass eine homogene Beschichtung auf großen Flächen mit ihnen nur dann zu realisieren ist, wenn der Abstand zwischen Verdampfer und Substrat groß ist. Hierdurch muss eine Beschichtungsanlage sehr groß sein, damit der Abstand zwischen Verdampfer und Substrat groß wird. Außerdem wird nur ein geringer Teil des Verdampfermaterials ausgenutzt.
Überdies muss die Verdampferquelle unterhalb des Substrats angeordnet sein, was zu Problemen mit Masken führen kann, die sich zwischen Verdampferquelle und Substrat befinden, und zwar spätestens ab einer Substratgröße von etwa 300 mm × 400 mm und kleinen Strukturen in den Masken.
Werden lineare Verdampferquellen horizontal und unterhalb eines zu beschichtenden Substrats angeordnet, ergeben sich Probleme bei Masken ab etwa 300 mm × 400 mm und kleine Strukturen innerhalb der Masken, etwa bei Pixelgrößen von 0,4 mm × 0,4 mm, weil sich die Masken dann durchbiegen, was zu einer inhomogenen Beschichtung führt. Um bei dickeren Schichten zu einer großen Homogenität zu kommen, müssen die Verdampferquellen oder das Substrat außerdem langsam relativ zueinander bewegt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung für die Beschichtung von Substraten zu schaffen, die wenig Platz beansprucht, mit der eine gleichmäßige Beschichtung erreicht werden kann und in der es möglich ist, auch große Masken einzusetzen.
Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Die Erfindung betrifft also eine Vorrichtung für die Beschichtung eines flächigen Substrats, beispielsweise einer rechteckigen Scheibe. Diese Vorrichtung weist eine Verdampferquelle und ein Verteilersystem für die Zuführung verdampften Materials auf das Substrat auf. Das Verteilersystem enthält eine Linienquelle, wobei diese Linienquelle und das Substrat relativ zueinander bewegbar sind. Die Vorrichtung dient vorzugsweise für die Herstellung von Flachbildschirmen mit organischen Leuchtdioden.
Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht insbesondere darin, dass große Mengen von flächigen Substraten beschichtet werden können, weil die Substrate an einer linienförmigen Verdampferquelle vorbeigeführt werden. Masken, die sich zwischen Verdampferquelle und Substrat befinden, hängen nicht durch, weil sie parallel zum flächigen Substrat angeordnet sind. Außerdem wird eine effiziente Ausnutzung des verdampften Materials ermöglicht, und es erfolgen keine chemischen Reaktionen von verdampften organischen Materialien mit den sie umgebenden Teilen. Des weiteren wird dadurch, dass der gesamte Verteilerbereich nach dem Tiegel und vor der endgültigen Austrittsöffnung auf einer definiert hohen Temperatur liegt, eine Kondensation des verdampften Materials verhindert, ohne zu einer thermischen Zersetzung organischer Moleküle zu führen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Gesamtansicht einer erfindungsgemäßen Beschichtungskammer;
Fig. 2 eine Frontansicht der Beschichtungskammer gemäß Fig. 1;
Fig. 3 einen Schnitt A-A durch die Kammer nach Fig. 2;
Fig. 4 einen Schnitt B-B durch die Kammer nach Fig. 2;
Fig. 5 eine vergrößerte Schnittdarstellung des Tiegels nach Fig. 3;
Fig. 6 eine vergrößerte Teildarstellung aus Fig. 4;
Fig. 7 eine perspektivische Explosionszeichnung von Verteilervorrichtungen für das Verteilen von verdampftem Material.
Die Fig. 1 zeigt eine perspektivische Gesamtansicht eines erfindungsgemäßen Beschichtungskessels 1 mit Verdampfer. Dieser Beschichtungskessel 1 weist eine Frontseite 2 und eine Rückseite 3 auf, wobei in der Frontseite 2 eine vordere Öffnung 4 und in der Rückseite 3 eine hintere Öffnung 5 für die Einführung eines Antriebs vorgesehen ist. Die Öffnungen 4 und 5 können nach Einführung des Antriebs wieder geschlossen werden. Oberhalb der vorderen Öffnung 4 befindet sich eine Frontplatte 6, die eine vordere Trägerplatte 7 und einen hinteren Trägerrahmen 8 trägt.
Teile 10, 11, 12 des Beschichtungskessels 1 bilden ein Gehäuse, das einen von mehreren nebeneinander angeordneten Bearbeitungsbereichen mit eigenen Gehäusen bildet, die in der Fig. 1 nicht dargestellt sind.
Ein Substrat 9, beispielsweise eine Glasplatte, kann durch die nebeneinander angeordneten Bearbeitungsbereiche bewegt und auf jeweils verschiedene Art bearbeitet werden. Die hier nicht dargestellte Gesamtanlage ist somit modular aufgebaut, wobei der Beschichtungskessel 1 eines von mehreren Modulen darstellt. Der Raum, in dem das Substrat 9 beschichtet wird, hat ohne Prozess einen Basisdruck von weniger als 10^-4 Pa und mit Prozess einen Druck von weniger als 10^-2 Pa, wobei dieser Druck von den Verdampfungsraten abhängt.
Die Trägerplatte 7 und der Trägerrahmen 8 sind miteinander verbunden, wobei aus der vorderen Trägerplatte 7 mehrere Messrohre mit jeweils einem Flansch 13 bis 23 herausragen. Beispielsweise kann das Rohr mit dem Flansch 13 als Beobachtungsrohr ausgebildet sein, das eine Glasabdeckung aufweist, durch die man auf das Substrat 9 sehen kann. Im Messrohr mit dem Flansch 14 kann dagegen ein Thermoelement angeordnet sein, während sich im Messrohr mit dem Flansch 15 ein Schwingquarz befindet, mit dem die Verdampferrate der Verdampferquelle gemessen wird. Mit der Bezugszahl 24 ist ein Griff bezeichnet, der es ermöglicht, die Trägerplatte 7 und den Trägerrahmen 8 wie eine Tür vom Rest des Beschichtungskessels 1 abzuheben. Ein Kühlschlauch 25 zur Kühlung der Platte 7 und des Rahmens 8 ist um die Messrohre mit den Flanschen 13 bis 23 geschlungen, und zwar in der Weise, dass der Kühlschlauch von einem Anschlussstutzen 26 für Kühlflüssigkeit oberhalb der zu einer ersten Gruppe zusammengefassten Messrohre mit den Flanschen 13 bis 16 verläuft, dann unterhalb dieser Messrohre mit den Flanschen 13 bis 16 und damit oberhalb weiterer zu einer zweiten Gruppe zusammengefasster Messrohre mit den Flanschen 17 bis 19 geführt ist und schließlich unterhalb einer dritten Gruppe von Messrohren mit den Flanschen 20 bis 23 mit einem weiteren Anschlussstutzen 27 für die Kühlflüssigkeit in Verbindung steht.
Zwischen den Messrohren mit den Flanschen 13 bis 23 und der Öffnung 4 ist eine Verdampferquelle 28 angeordnet, die ein vorderes Rohr 29 und ein hinteres Rohr 30 aufweist. Beide Rohre 29, 30 werden durch Verbindungsschellen 37, 38 zusammengehalten, die für die Aufnahme von Verbindungsschrauben vorgesehen sind. Am unteren Ende des Rohrs 30 sind zwei Anschlüsse 32, 33 angeordnet, an die z. B. eine Stromquelle angeschlossen werden kann. Um das Rohr 30 ist ein Kühlschlauch 36 herumgeführt, der mit einem Kühlmittelanschluss 39 in Verbindung steht. Mit 34, 35 sind Aufhängehaken bezeichnet, mit denen die eine Tür bildende Trägerplatte 7 bzw. Trägerrahmen 8 hochgehoben werden können.
Nicht dargestellt ist in Fig. 1 eine Maske, die üblicherweise parallel zum Substrat 9 angeordnet ist, und zwar zwischen Substrat 9 und Frontplatte 6. Da die Maske vertikal ausgerichtet ist, wird ein Durchbiegen aufgrund der Schwerkraft ausgeschlossen.
Das Substrat 9 ist vertikal, d. h. parallel zur Richtung der Erdanziehungskraft ausgerichtet. Es sind jedoch geringfügige Abweichungen von der Parallelität erlaubt. So kann der ganze Beschichtungskessel 1 aus hier nicht näher dargelegten Gründen um etwa 7° zur Vertikalen geneigt sein. Wesentlich ist, dass ein Durchhängen von eventuellen Masken verhindert wird. Wenn die Maske durch eine Schräglage des Substrats 9 auf der Oberseite dieses Substrats 9 aufliegt, kann sie sich nicht durchbiegen.
In der Fig. 2 ist die gleiche Anordnung wie in Fig. 1 noch einmal in einer Frontansicht dargestellt. Man erkennt hierbei wieder die schräg an die vordere Trägerplatte 7 angeflanschte Verdampferquelle 28, die Messrohre mit den Flanschen 13 bis 23, den Kühlschlauch 25 und den Griff 24. Außerdem sind Schnittlinien A-B bzw. B-B zu erkennen, welche die in den Fig. 3 und 4 dargestellten Schnitte charakterisieren.
Bei der in der Fig. 3 gezeigten Schnittdarstellung erkennt man die Trägerplatte 7 mit den Messrohren und ihren Flanschen 14, 18, 21 sowie das Substrat 9 und die Rohre 29, 30 der Verdampferquelle 28. Bei dem Substrat 9 handelt es sich z. B. um eine Glasscheibe, die in die Zeichenebene hinein oder aus dieser heraus bewegt werden kann. Die Halterung und der Antrieb für dieses Substrat 9 sind in der Fig. 3 nicht dargestellt. Das Gleiche gilt für die Halterung und den Antrieb einer eventuell links neben dem Substrat 9 angeordneten Maske, welche die ganze Fläche des Substrats 9 abdecken kann.
Innerhalb des Rohrs 29 befindet sich ein Keramikrohr 43, das von einem metallischen Abschirmrohr 42 umgeben ist. Am unteren Ende des Keramikrohrs 43 ist ein Tiegel 44 vorgesehen, dessen vorderer Teil an ein Quarzrohr 46 anschließt. Dieses Quarzrohr 46 ist bei der Darstellung der Fig. 3 herausgezogen, sodass zwischen seinem unteren Ende und dem Tiegel 44 ein relativ großer Abstand besteht. Das schräg angeordnete Quarzrohr 46 geht an seinem vorderen Ende in die Rückwand 47 eines vertikal ausgerichteten Quarzrohrs 40 über, das an seiner dem Quarzrohr 46 abgewendeten Seite 48 mit mehreren Löchern versehen ist, die auf einer vertikalen Linie liegen. Diese Löcher sind in der Fig. 7 näher dargestellt.
Das vertikale Quarzrohr 40 ist von zwei Hälften 52, 58 eines Keramikrohrs umgeben, die in der Darstellung der Fig. 3 nach rechts und links auseinandergezogen sind. Im zusammengebauten Zustand und während des Betriebs sind die beiden Hälften 52, 58zusammengeführt, sodass sie ein einheitliches Rohr bilden, welches das Quarzrohr 40 umfasst.
Die beiden Hälften 52, 58 des Keramikrohrs sind ihrerseits von metallischen Rohrhälften 53, 57 umgeben. Die auf der rechten Seite vorgesehenen Hälften 52, 53 des Keramikrohrs bzw. des Metallrohrs besitzen an der gleichen Stelle Löcher wie das vertikale Quarzrohr 40. Die Löcher der drei Rohre liegen somit übereinander und bilden eine Linienquelle.
Während des Betriebs ist das untere Ende des Quarzrohrs 46 mit dem Tiegel 44 verbunden, sodass das vom Tiegel 44 verdampfte Material über das schräge Quarzrohr 46 in das vertikale Quarzrohr 40 gelangt, das von den Keramikrohrhälften 52, 58 und den Metallrohrhälften 53, 57 umgeben ist. Das verdampfte Material gelangt nun durch die vertikal angeordneten Löcher des Quarzrohrs 40 und durch die Löcher der Hälften 52, 53 des Keramik- bzw. Metallrohrs in den Raum, in dem sich das Substrat 9 befindet. Da sich diese Löcher - anders als bei der Darstellung der Fig. 3 - während des Betriebs links vom Substrat 9 befinden, wird das Substrat 9 mit dem verdampften Material beaufschlagt.
Befindet sich zwischen dem metallischen Rohr 53 und dem Substrat 9 eine Maske, so gelangt das verdampfte Material zuerst auf diese Maske, bevor es auf das Substrat 9 gelangt.
An der durch die vertikal angeordneten Löcher des Quarzrohrs 40, des Keramikrohrs 52, 58 und des Metallrohrs 53, 57 gebildeten Linienquelle wird das Substrat 9 aus der Zeichenebene heraus oder in die Zeichenebene hinein vorbeigeführt. Auf diese Weise ist eine kontinuierliche Beschichtung einer großen Substratfläche möglich.
Die Temperatur des Tiegels 44 und die Temperatur des die Rohre 40 und 46 enthaltenden Verteilersystems werden separat geregelt, wobei eine genaue Regelung der Temperatur für den Bereich zwischen 100° und 800°C gewährleistet sein muss. Dabei muss das gesamte auf den Tiegel 44 folgende Verteilungssystem auf einer definiert hohen Temperatur liegen, die eine Kondensation verhindert, aber organische Moleküle thermisch nicht zersetzt. Die Gleichmäßigkeit der Temperatur wird, wie anhand der Fig. 6 erläutert, am besten durch eine indirekte Heizung mittels Strahlung erreicht. Die Homogenität der Beschichtung des Substrats 9 wird durch ein an die Verdampfungsrate angepasstes Verhältnis der Durchmesser der Rohre 40, 46 zur Fläche der Austrittsöffnung, die aus vielen kleinen Löchern oder einem Schlitz besteht, erzielt. In vorteilhafter Weise kann die Austrittsöffnung durch gezielte Temperierung beschichtungsfrei gehalten werden.
Der Abstand zwischen der Vorderseite 48 des Rohrs 40 zum Substrat 9 soll während des Betriebs so klein wie möglich gehalten werden. Mit der in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Vorrichtung ist es möglich, Beschichtungsmaterial nachzufüllen, wobei nur der Tiegelbereich belüftet werden muss. Außerdem ist es möglich, den unter Vakuum oder Schutzgas gehaltenen Tiegel 44 an das Verteilersystem zu bringen, ohne den Tiegel, die ganze Quelle oder die Anlage zu belüften. Es können auch zwei Verdampfertiegel vorgesehen werden, die unterschiedliche Materialien verdampfen, wobei die beiden Materialdämpfe in dem Verteilersystem homogen durchmischt werden.
In der Fig. 4 ist ein Schnitt B-B durch den Beschichtungskessel 1 dargestellt. Man erkennt hierbei wieder die beiden Rohre 29, 30, den Kühlschlauch 36 und die Platte 7 bzw. den Rahmen 8.
Das Rohr 29 ist durchgeschnitten, sodass man in ihm das Metallrohr 42 und in diesem das Keramikrohr 43 und in diesem das Quarzrohr 46 erkennt. Das vertikale Quarzrohr 40 mit seiner Vorderseite 48 und seiner Rückseite 47 ist etwa in der Höhe des Substrats 9 zu erkennen. Vor ihm befindet sich die eine Hälfte 52 des Keramikrohrs und die eine Hälfte 53 des Metallrohrs. Hinter dem Quarzrohr 40 erkennt man die andere Hälfte 58 des Keramikrohrs und die andere Hälfte 57 des Metallrohrs. An dem schräg zur Trägerplatte 7 angeflanschten Metallrohr 42 befinden sich zwei Justierhilfen 62, 63, die dazu dienen, das Metallrohr 42 so auszurichten, dass die vertikalen Löcher der Linienquelle senkrecht auf das Substrat 9 gerichtet sind.
Die Fig. 5 zeigt den unteren Bereich des Verdampfers 28 gemäß Fig. 3 in vergrößertem Maßstab.
Der Tiegel 44 ist durch eine Trennwand 69 in einen oberen Raum 73 und in einen unteren Raum 45 unterteilt. Im oberen Raum 73 befindet sich der organische Stoff, der verdampft werden soll. Um welchen Stoff es sich hierbei handeln kann, ist z. B. im Bild 4 des oben erwähnten Aufsatzes von E. Becker u. a. gezeigt. Es kommen insbesondere Materialien für den Elektronentransport (Alq₃, PBD), für die Lichtemission (Alq₃, 1-AZM-Hex, OXD-8, Dotierstoffe: Ph-Qd, DCM, Eu(TTFA)₃Phen) sowie für den Löchertransport (CuPc, TNATA, TAD, NPD) in Frage. Andere Stoffe kommen ebenfalls in Frage (vgl. WO 99/25894, Anspruch 6).
Der Tiegel 44 besteht aus Quarzglas. Es ist jedoch auch möglich, Tiegel aus Tantal, Molybdän oder Wolfram zu verwenden. In jedem Fall muss sichergestellt sein, dass der Tiegel 44 mit dem in ihm befindlichen Material chemisch nicht reagiert.
Durch den schrägen Boden 69 des oberen Raums 73 des Tiegels 44 ist gewährleistet, dass dieser Boden 69 parallel zur Erdoberfläche ausgerichtet ist. Gegenüber dem Boden 66 des Leerraums 45 des Tiegels 44 ist eine Stütze 82 mit Abstützfedern 83, 65, 81 vorgesehen. Ein Wärmesensor 78, 84, der mit seinem oberen Teil 84 in der Nähe des Bodens 66 angeordnet oder auch in den Raum 45 eingeführt ist, ist in seinem unteren Bereich von einer Spiralfeder 79 umgeben. Ein Kühlmitteleinlass 39 ist mit einer Kühlflüssigkeitsleitung 71 verbunden. Mit 85 ist ein kurzes Stahlrohr bezeichnet, das mit einem Loch 86 versehen ist, durch das Zuführungsleitungen oder dergleichen eingeführt werden können.
Die Fig. 6 zeigt noch einmal einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 4. Man erkennt hierbei mehrere Heizdrähte 88 bis 90 bzw. 92, 93, die auf der Außenseite des Keramikrohrs 43 bzw. 58 angeordnet sind, um dieses aufzuheizen, damit das Keramikrohr 43 bzw. 58 das Quarzrohr 46 bzw. 40 indirekt beheizen kann. Statt Heizstäben 88 bis 90, 92, 93 können auch zahlreiche kleine Heizspiralen oder andere Heizelemente vorgesehen sein. Mit 94, 95 sind Teile eines Deckels bezeichnet, der sich am unteren Ende des Metallrohrs 53, 57 befindet.
In der Fig. 7 sind wesentliche Bestandteile des Verteilungssystems noch einmal in perspektivischer Ansicht dargestellt, welches das im Tiegel 44 verdampfte Material auf das Substrat verteilt. Das eine Ende des Quarzrohrs 46 ist mit dem hier nicht dargestellten Tiegel 44 verbunden, während das andere Ende dieses Quarzrohrs 46 schräg, d. h. etwa in einem Winkel von 45°, in das Quarzrohr 40 mündet. Um das Quarzrohr 46 herum ist das Keramikrohr 43 gelegt, das seinerseits von dem Metallrohr 42 umgeben ist. Die Keramik bzw. das Metall der Rohre 43 bzw. 42 sind so ausgewählt, dass sie keine Reaktion mit dem verdampften Material eingehen.
Alle drei im Winkel von etwa 45° angeflanschten Rohre 42, 43, 46 teilweise sind im Schnitt dargestellt. Die Rohre 42, 43 münden in Halbrohre 57, 58, die aus dem gleichen Material wie sie selbst bestehen.
Diesen Halbrohren 57, 58 liegen, in Explosionsdarstellung gezeigt, das Keramik- Halbrohr 52 und das Metall-Halbrohr 53 gegenüber.
Die Halbrohre 58 und 52 bzw. 57 und 53 werden mit Hilfe von Schellen oder anderen Verbindungsmitteln miteinander verbunden, sodass im Betriebszustand die beiden Quarzrohre 46 und 40 mit jeweils einem Keramikrohr umgeben sind, das seinerseits von einem Metallrohr umgeben ist.
Damit die Substrate, die senkrecht zur Längsachse des Quarzrohrs 40 in Richtung des Pfeils 100 bewegt werden, von einer linienförmigen Verdampferquelle beaufschlagt werden, sind sowohl im Quarzrohr 40 als auch in dem Keramik-Halbrohr 52 und in dem Metall-Halbrohr 53 zahlreiche einander gegenüberliegende Bohrungen 101, 102, 103 vorgesehen, die zusammen eine Linienquelle bilden. Durch die Verwendung mehrerer in einer Linie angeordneter Bohrungen findet, im Vergleich zu einem Längsschlitz, eine bessere Verteilung des verdampften Materials statt. Dies trifft insbesondere für das Quarzrohr 40 zu, wo die Erstverteilung des verdampften Materials stattfindet. In dem Metall-Halbrohr 53 könnte dagegen ein durchgehender Schlitz vorgesehen sein, ohne dass hierdurch die gleichmäßige Verteilung des verdampften Materials noch wesentlich beeinflusst würde. Grundsätzlich sind jedoch auch reine Schlitze bei dem Keramik-Halbrohr 52 und/oder dem Quarzrohr 40 möglich.
Wichtig ist auch, dass die Wände der Verdampferquelle 28, die Wände der Verteilervorrichtungen 40, 46 und der Verteilervorrichtung 40 auf einer Temperatur gehalten werden, die verhindert, dass der Dampf aus diesen Oberflächen kondensiert. Die dafür notwendige Temperatur liegt in der Nähe der Verdampfungstemperatur des Materials, die aber vom Umgebungsdruck abhängt und nicht der Verdampfungstemperatur an Atmosphäre entspricht.
Wie bereits betont, sind die Ausrichtung des Substrats und seine Bewegungsrichtung parallel bzw. senkrecht zur Erdanziehungskraft in dem Sinn zu verstehen, dass ein Durchbiegen einer eventuell vorhandenen Maske verhindert wird. Dies wäre auch dann der Fall, wenn die Maske auf der Oberseite eines quer zur Richtung der Erdanziehungskraft ausgerichteten Substrats aufliegen und eine Beschichtung "von oben" erfolgen würde.
Die Verteilervorrichtung 40 sollte in jedem Fall in einer Ebene parallel zur Substratoberfläche liegen. Positionen der Verteilervorrichtung 40, die in Ebenen liegen, die gegenüber der Ebene der Substratoberfläche gekippt oder verdreht sind, sind weniger vorteilhaft.
Es versteht sich ferner, dass anstelle einer ortsfesten Verdampferquelle, zu der ein Substrat bewegt wird, auch ein ortsfestes Substrat vorgesehen werden könnte, an dem eine Verdampferquelle vorbeigeführt wird.
Das Substrat wird vorzugsweise vertikal positioniert. Es ist aber auch möglich, das Substrat horizontal zu positionieren. Eine derart horizontale Positionierung kommt bei Bandanlagen vor. In diesem Fall müssen auch die Verteilervorrichtungen 40, 46 entsprechend positioniert werden.

Claims

1. Vorrichtung für die Beschichtung eines flächigen Substrats (9), mit

1. 1.1 einer ortsfesten Verdampferquelle (28) für die Verdampfung von Materialien, mit denen das Substrat (9) beschichtet werden soll;

2. 1.2 einem Antrieb, welcher das flächige Substrat (9) relativ zur Verdampferquelle (28) bewegt,

3. 1.3 einer ersten Verteilervorrichtung (40), die den von der Verdampferquelle (28) abgegebenen Dampf linear verteilt,

4. 1.4 einer zweiten Verteilervorrichtung (46), die an ihrem einen Ende wenigstens in der Nähe der Verdampferquelle (28) angeordnet ist und die mit ihrem anderen Ende in die erste Verteilervorrichtung (40) mündet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (9) so ausgerichtet ist, dass eine Normale auf der Fläche des Substrats (9) im Wesentlichen senkrecht zur Richtung der Erdanziehungskraft verläuft.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung des Substrats (9) im Wesentlichen senkrecht zur Normalen des Substrats (9) und senkrecht zur Erdanziehungskraft erfolgt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilerlinie im Wesentlichen parallel zu einer Oberfläche des Substrats (9) und zur Erdanziehungskraft verläuft.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verteilervorrichtung (40) ein Quarzrohr ist, bei dem die lineare Verteilung des Dampfs durch mehrere auf einer Geraden angeordnete Löcher (101) erfolgt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Verteilervorrichtung (46) ein Quarzrohr ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Verteilervorrichtung (40, 46) jeweils von einer Keramikhülle (52, 58; 43) umgeben sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramikhülle (52, 58) um die erste Verteilervorrichtung (40) aus zwei Hälften (52, 58) besteht, wobei in der einen Hälfte (52) mehrere auf einer Geraden angeordnete Löcher (102) vorgesehen sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramikhüllen (52, 58; 43) jeweils von einer Metallhülle (53, 57; 42) umgeben sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallhülle (53) um die eine Keramikhülle (52, 58) aus zwei Hälften (53, 57) besteht, wobei in der einen Hälfte (53) mehrere auf einer Geraden angeordnete Löcher (103) vorgesehen sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Verteilervorrichtungen (40, 46) indirekt beheizbar ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramikhüllen (52, 58; 43) mit elektrischen Heizelementen (88, 89; 92, 93) versehen sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampferquelle (28) einen Tiegel (44) aufweist, dessen Temperatur wenigstens innerhalb eines Bereichs von 100°C bis 800°C regelbar und exakt einstellbar ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Tiegel (44) mit einer der Verteilervorrichtungen koppelbar ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das in der Verdampferquelle (28) verdampfte Material eine organische Substanz ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Verteilervorrichtung (46) in einem Winkel von etwa 45° an die erste Verteilervorrichtung (40) angesetzt ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampferquelle (28) einen Tiegel (44) aufweist, der durch eine schräge Trennwand (69) in zwei Bereiche (45, 73) unterteilt ist, wobei sich im oberen Bereich (73) das zu verdampfende Material befindet, während der untere Bereich (45) ein Leerraum ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass gegenüber dem Boden (66) des Tiegels (44) eine Stütze (82) mit einem Temperaturfühler (77) vorgesehen ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Beschichtungskessel (1) mit einer Tür (6, 7, 8) vorgesehen ist, an deren Außenseite eine Verdampferquelle (28) angeflanscht ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschichtungskessel (1) relativ zur Richtung der Erdanziehungskraft etwas geneigt ist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Neigung 7° beträgt.

22. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramikhüllen (52, 58; 43) auf ihrer Außenseite mit elektrisch aufheizbaren Elementen (88 bis 90, 92, 93) versehen sind.

23. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass in dem unteren Bereich (45) des Tiegels (44) ein Wärmefühler (78, 84) eingeführt ist.