WO2006050847A1 - Vorrichtung zum aufdampfen eines beschichtungsmaterials - Google Patents

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WO2006050847A1
WO2006050847A1 PCT/EP2005/011707 EP2005011707W WO2006050847A1 WO 2006050847 A1 WO2006050847 A1 WO 2006050847A1 EP 2005011707 W EP2005011707 W EP 2005011707W WO 2006050847 A1 WO2006050847 A1 WO 2006050847A1
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WO
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container
steam
substrate
vapor
outlet opening
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PCT/EP2005/011707
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English (en)
French (fr)
Inventor
Christian May
Karl Leo
Christian Edelmann
Original Assignee
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
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Publication date
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/24—Vacuum evaporation
    • C23C14/243—Crucibles for source material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/54—Controlling or regulating the coating process
    • C23C14/542—Controlling the film thickness or evaporation rate
    • C23C14/544—Controlling the film thickness or evaporation rate using measurement in the gas phase

Definitions

  • the present invention relates to a device for vapor deposition of a coating material on a substrate.
  • the coating of large-area substrates takes place by means of various processes, such as, for example, vapor deposition of the coating material on the substrate.
  • vapor deposition of the coating material on the substrate particularly in the case of large-area planar substrates having one or more thin organic layers, such as, for example, organic light-emitting diodes, also called OLEDs, the coating is likewise carried out by means of vapor deposition of the coating material on a substrate.
  • the substrate to be coated is moved past a sufficiently extended linear vapor source at a constant speed, as shown in DE 10128091 C1 or DE 10224908 A1.
  • the substrate may be arranged on a plate, which is pulled past a corresponding transport vehicle in front of the steam source, or, for example, be designed as a long film, which is coated, for example, in a roll-to-roll n process from the steam source. as it is explained in DE 10205805 Cl.
  • the substrate is moved past the linear vapor source in a relatively small distance, such as in a range between 5 cm and 20 cm, the vapor source covering the entire width of the substrate.
  • the vapor source For a coating having a constant layer thickness, it makes sense for the vapor source to lie on a line transverse to the longitudinal extent of the substrate over the substrate entire substrate width produces a constant Dampfstromdich- te.
  • the substrate can lie horizontally over a vapor source and be steamed from below.
  • so-called evaporator boats are used, which are covered, and the lid has many arranged on a line round or rectangular holes, as set forth in EP 1342808 Al, or the lid has a longitudinal slot, as in EP 1130129 Al, DE 4439519 Cl or the
  • Another possibility of evaporating a coating material on a substrate is to arrange the substrate vertically, and thus parallel to the gravitational force, and to vaporize it from the side, as in DE
  • FIG. 3 shows a conventional apparatus 11 for evaporating a coating material on a substrate.
  • a steam source 13 is connected via a steam supply pipe 15 with a coating chamber 17.
  • a heater 19 and an evaporator crucible 21 are arranged in the steam source 13.
  • a heating chamber 17 for example, as a high vacuum chamber or an ultra-high vacuum karamer can be executed, are a steam distribution pipe 23 with holes 25 which can be arranged on this spielnem equidistant to form a so-called recorder structure, a cold screen 27 and a substrate 29 are arranged.
  • the steam distributor tube 23 is arranged parallel to the substrate 29 and at the same time perpendicular to the direction of movement of the substrate 29, and covers the substrate 29 over its entire width.
  • the arranged on the surface line parallel to the tube axis of the cylindrical steam distribution pipe 23 bores 25 are arranged opposite to the surface of the substrate 29. Often, the distance between the steam distribution pipe 23 and the substrate 29 is small.
  • the evaporator crucible 21 is connected via the supply pipe 15 to the steam distribution pipe 23, wherein the obliquely ange ⁇ arranged supply pipe 15 opens centrally into the on both sides ask ⁇ closed steam distribution pipe 23.
  • a coating material located in the evaporator crucible 21 is heated by the heating device 19, so that a vapor stream 31 of particles of the coating material is formed.
  • the resulting steam Ström 31 from the evaporator crucible 21 extends through the supply pipe 15 to the steam distribution pipe 23 and is guided in this up to the holes 25. There, the vapor 31 then exits via the bores 25 from the steam distribution pipe 23 and flows through an opening in the cold screen 27 in the direction of the substrate 29 and settles on the substrate 29, so that on the substrate 29 a Layer of the coating material forms.
  • the cold screen 27 consists, for example, of a cooled sheet in which an elongated slot allows the passage of the steam flow coming from the bores 25 or steam outlet openings and serves to reduce the thermal load on the substrate 29.
  • the supply pipe 15 penetrates a wall or door of this recipient or of the coating chamber at an angle of approximately 45 degrees, the vapor source being, as already explained, outside the coating chamber.
  • the coating material or the substance are evaporated under vacuum.
  • FIG. 4 a shows a schematic structure of the steam distribution pipe 23 with the supply pipe 15, the five bores 25 being provided on the side in the steam distribution pipe 23.
  • 4b shows a schematic view of the steam distributor tube 23 with the bores 25, wherein the bores 25 are shown in frontal view.
  • FIG. 4c shows a cross section through the arrangement shown in FIG. 4a.
  • the angle at which the supply pipe 15 strikes the steam distributor pipe 23 is 45 ° in FIG. 4c, although this can vary as desired.
  • a plurality of vapor sources which are respectively connected to the bores via the separate supply pipes and the separate steam distribution pipes, can be used.
  • This is explained in EP 1384796 A2, in which a transport of the vapor through a carrier gas is assisted.
  • the steam is, as explained in EP 1357200 Al, fed into a common mixing vessel, and distributed by this via a Lochsyster ⁇ or the holes or a nozzle system and evaporated.
  • Evaporator arrangements with a plurality of evaporator vessels, which are thermally well insulated from one another, can also be used to apply different substances to a substrate, as described in DE 4439519 C1.
  • the increased homogeneous temperature of the steam source, of the steam distributor pipe and of the bores or nozzles is achieved, as described in DE 10128091 C1 and DE 10224908 A1, by providing the feed pipe or steam supply pipe, the steam distributor pipe and the nozzle arrangement by means of electric Heaters are heated and are thermally insulated from the environment by ceramic and metal panels.
  • the relatively large length and the relatively small cross-section of the supply pipe lead to a high flow resistance between a point at which the steam exits the evaporator crucible and the point at which it enters the steam distribution pipe.
  • the evaporator temperature In order to allow a high-rate vaporization, the evaporator temperature must therefore be selected to be extremely high, in order thus to achieve a sufficiently high saturation vapor pressure and thus a correspondingly high evaporation rate.
  • the evaporation temperature is limited due to a thermal dissociation or decomposition of the vaporization material which then occurs at high temperatures.
  • an almost constant layer thickness over the entire substrate width is possible only under defined conditions.
  • One of these conditions is, for example, that for a given hole diameter or diameter of the holes, the hole spacing on the steam distribution pipe is in a predefined relationship to the distance between the holes and the surface of the substrate, and that a predetermined vapor pressure of the organic substance, which is exponentially dependent on the temperature of the evaporator system.
  • the required tolerances for a fluctuation of the layer thickness of the vapor-deposited coating material are, for example, in a range of 3% to 5%.
  • a shutter which is at a relatively low temperature in relation to the vapor is frequently used. det, arranged in front of the substrate.
  • condensation occurring there of the steam emerging from the bores, whereby the coating material acts on the shutter leads to a high loss of material, which leads in particular to expensive evaporation materials to a considerable increase in the production costs.
  • vapor deposition apparatus shown in Fig. 4 is characterized by high thermal inertia, it is difficult to control the vapor deposition rate by changing the temperature of the system.
  • the present invention has for its object to provide a device for vapor deposition of a coating material on a substrate, which makes a simpler and more cost-effective evaporation of the coating material ermög ⁇ light.
  • the present invention provides a device for evaporating a coating material on a substrate with a container having a steam outlet opening, the steam outlet opening being designed to direct a steam in a vapor direction onto the substrate, and an evaporation source inside the container is arranged and adapted to evaporate a coating material introduced into the container in a source direction, wherein the container has a lower and an upper region, wherein in the lower region the evaporation source is arranged, and the steam outlet opening is not arranged, wherein the Dampfaus ⁇ outlet opening is arranged in the upper region, and the evaporation source is not arranged, wherein the container has a side wall and an upper and a lower lid, wherein the side wall extending from the upper to the lower lidteur ⁇ extending, and wherein in the upper region of the side wall, the steam outlet opening is formed so that the vapor is radiated in the vapor direction, which is different from the source direction.
  • the steam outlet opening is formed so that the steam is radiated in a direction which differs from
  • the present invention is based on the finding that an evaporation source can be arranged in a lower region of a container which has a steam outlet opening in an upper region of a side wall.
  • a coating material introduced into the container can be evaporated from the evaporation source in the container in a source direction, and be emitted through the vapor exit opening in the side wall in a vapor direction, so that the vapor direction is different from the source.
  • Direction is different.
  • a device for vapor deposition of a coating material according to an exemplary embodiment of the present invention has a simpler structure than the conventional device shown in FIG. 3.
  • the supply pipe shown in FIG. 3 can be omitted, so that the device according to an embodiment of the present invention requires fewer components and therefore easier and renownedgüns ⁇ tiger to produce.
  • the omission of the feed pipe also reduces the number of components to be heated whose temperature is to be kept above an evaporation temperature during the coating process, as a result of which vapor deposition of the coating material becomes simpler and more cost-effective.
  • the flow resistance between a steam outlet point from the evaporation source and an entry point into the Dampfausbergsöff- voltage in a device according to an embodiment of the present invention over the conventional Vor ⁇ direction is reduced.
  • This lower flow resistance can be used to implement simpler nozzle designs in the implementation of the steam outlet openings, which in turn may have a somewhat higher flow resistance than the nozzle designs in conventional devices, without the current intensity being the vapor pressure of the steam flowing out of the steam outlet openings ter falls below a required minimum value.
  • the lower flow resistance between the steam exit point from the evaporation source and the point of entry into the steam exit opening can be used to place a baffle or shutter in a space between the evaporation source and the entry point into the steam exit opening without that the vapor pressure at the steam outlet nozzle falls below an er ⁇ necessary minimum value by the generated increase in the flow resistance.
  • the shutter In a closed state of the shutter, the shutter prevents passage of the vapor stream from the Dampfaus ⁇ point of the evaporation source to the Dampfaustritts ⁇ opening, but due to the high temperatures applied to the arranged in the container shutter, no material on this reflected. Instead, in a closed state of the shutter, the steam is reflected back from the shutter to the vaporization source.
  • the shutter in the container with the steam outlet opening, the loss of material which would occur if the shutter were arranged outside the container in front of the substrate can be avoided.
  • the Avoiding this loss of material allows to reduce the cost of coating a substrate.
  • FIG. 1 shows a device for vapor deposition of a coating material on a substrate according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2a shows a detail of a cylindrical steam distribution tube with a nozzle system
  • Fig. 2b is a sectional view of the cylindrical steam distribution pipe shown in Fig. 2a;
  • FIG. 2c shows a section of a steam distribution tube which is conically shaped in a section in which the nozzle system is arranged;
  • Fig. 4a is a side view of a portion of the conventional device shown in Fig. 3;
  • FIG. 4b shows a frontal view of the detail shown in FIG. 4a; FIG. and
  • FIG. 4c shows a cross-sectional view of the section shown in FIG. 4a.
  • the device 111 comprises a first vacuum container 113, a second vacuum container 115 and a through-valve 117.
  • the first vacuum container 113 comprises a first vacuum container wall 119, a heating jacket 121, a steam distributor tube 123 and a cold shield 147.
  • the steam distributor tube 123 comprises a steam source 125, a nozzle system 127 and a pump nozzle 129.
  • the pump nozzle 129 comprises a pumping tube 131, connecting openings 133 to a space between a wall of the first vacuum container 119 and the heating jacket 121 and a pumping valve 135.
  • a shutter wall 137 In the steam source 125, a shutter wall 137, a shutter 139 is arranged above a baffle 141, which in turn is arranged above two evaporators 143. In the vicinity of the two evaporators in each case a Schueinrich ⁇ device 145 is attached.
  • the cold screen 147 is arranged between the nozzle system 127 and the through-valve 117 with a slot in the cold screen 147a.
  • the substrate 149 is arranged an ⁇ .
  • a special light source 151 is located in front of a light entry window in the second vacuum container, and a sensor 153, on which a light beam from the special light source 151 impinges, is arranged in front of a light exit window in the second vacuum container 115.
  • a control device 155 is attached, which receives a signal to the sensor 153.
  • the pump nozzle 129 is connected via the pump valve 135 to the vapor source 125 and connected to a suction device, not shown here.
  • the control device 155 is electrically connected to the sensor 153 and supplies a signal to a device not shown here for heating the baffle and to the heating devices 145.
  • the heating devices 145 for example, electrically heat the evaporators 143, in which the Coating material in solid or liquid form finds be ⁇ . In this case, the temperature of the evaporator 143 can vary as a function of the vaporization product introduced into it.
  • the baffle 141 is heated separately, and serves to retain particles in the vapor which exceed a certain threshold size, such as, for example, droplets of the coating material.
  • the baffle 141 is at a temperature which is equal to or higher than the temperature of the evaporator 143, which is at the highest temperature, and can by means of the separate temperature control for a fine rate control of the steam flowing through the baffle 141 Be used coating material.
  • the baffle 141 is designed according to aerodynamic aspects that it allows mixing of the vapors from multiple evaporators.
  • the shutter 139 which is arranged between the shutter walls 137, has the function of passing a steam which propagates in the steam source 125 in the open position to the nozzle system 127 or to block the passage of the steam in a closed position ,
  • the steam originating from the evaporator 143 is emitted via the nozzle system 127, in which the steam outlet openings only partially show, is emitted in the direction of the cold screen 147, so that it passes through the slot 147a in the cold screen 147.
  • the passage valve 117 which is advantageously of low overall height, allows the steam, when in the open position, to enter the second vacuum vessel 115 from the first vacuum vessel 113. In closed It prevents the passage of the vapor from the first vacuum container 113 into the second vacuum container 115.
  • the evaporation tube is located in a container which can be evacuated separately, ie the first vacuum container 113, so that it can flow via the through-valve 147 to the coating chamber. So the second vacuum tank 115 can be connected. The second vacuum container 115 can be pumped off separately via a powerful pump unit (not shown here).
  • the cold shield 147 for example a deep-frozen plate having a narrow slot 147a in front of the nozzle exit, prevents or reduces the incidence of radiant heat on the substrate as the vapor passes through the slot.
  • the special light source 151 generates a light beam, which is guided, for example, parallel to the substrate surface by a steam cone, and is received by the sensor 153.
  • the sensor 153 then generates a signal that is evaluated by the controller 155.
  • the control device 155 detects the vapor stream density prevailing in the second vacuum vessel 115.
  • the special light source 151 and the sensor 153 thus form a monitor device which monitors the vapor flow density in the second vacuum vessel 115.
  • the vapor stream density is at the same time a measure of the concentration of the particles of the coating material which occur on the substrate 149.
  • a device for heating the baffle 141 sets the temperature at the baffle 141 separately.
  • the control device 155 generates signals that serve to set the heating devices 145 in order to adjust the temperature at the evaporator 143.
  • the entire space within the heating mantle 121, so that the arrangement of the steam source 125, the nozzle system 127, the z. B. may be designed as a single nozzle, the shutter wall 137, the shutter 139, the BaffIe 141 and the evaporator 143 is ge, brought to a temperature Ge, which is at least equal to the temperature of the evaporator located at the highest temperature 143 ter.
  • the nozzle system 127 and the vapor source 125 or the evaporation tube are then, for example, at a temperature which is at least equal to or higher than a boiling or sublimation temperature of the organic substance to be evaporated but lower than the decomposition temperature the organic substance to be evaporated.
  • This can be z. B. via a heating device, not shown here, which heats a region comprising the baffle 141, the shutter 139, the cold screen 147 and the vacuum within the vacuum container wall 119.
  • a homogeneous temperature distribution of the wall temperature of the steam source 125 and of the nozzle system 127 is also set.
  • the pump nozzle 129 serves to pump the steam source 125 and da ⁇ with the space with the evaporators 143. At the same time, it also has the function of pumping down the interior space between the heating jacket 121 and the first vacuum container wall 119 via the connection openings 133, so that a heat-insulating vacuum jacket or a vacuum is formed there, which improves the thermal insulation of the steam distributor pipe 123 to its surroundings. More precisely, the resulting vacuum jacket serves as heat protection to the outer skin and makes it possible to reduce the required heating energy.
  • the heating jacket 121 is additionally surrounded by heat insulators and separately cooled heat shields, so that the heat insulation of the steam distribution pipe 123 is improved to the environment.
  • the insulation by the heating jacket 121 and the vacuum jacket between the heating jacket 121 and the vacuum container 119 can be designed so that the first vacuum container 119 are in an environment can, whose temperature can be at a room temperature or ei ⁇ ner temperature slightly exceeding the room temperature.
  • a substrate movement device or substrate transport device (not shown here) enables a uniform transport speed of the substrate 149 in the coating chamber perpendicular to the plane of the drawing.
  • a coating mask also referred to as a substrate coating mask, may be present in the coating chamber in the space between the substrate 149 and the through-valve, which is pulled together with the substrate 149 past the steam outlet slot.
  • the substrate 149 z. B. be coated over its entire length perpendicular to the plane of the drawing.
  • the two evaporators 143 produce a vapor of the coating material which exits the evaporator 143 at a steam exit point 169 and passes through the baffle 141, the shutter 139, the nozzle system 127, the slot 147a in the cold screen 147, and the passageway ⁇ til 117 propagates toward the substrate 149, so that forms on the surface of the substrate 149, a layer of the coating material.
  • the steam ascending vertically upward from the evaporator 143 in a source direction is deflected by the nozzle system 127 with the steam outlet openings in a steam direction, ie in a direction toward the substrate 149, so that the sources Direction is different from the steam direction.
  • the flow conductance between a vapor can be determined - Reduce the exit point from the evaporator 143 and the nozzle system 127.
  • the cross section of the steam source 125 is selected to be as large as possible, while the length of the steam source 125 is designed as low as possible.
  • the baffle 141 and the shutter 139 in the vapor source 125 Due to the low flow resistance between the vapor exit point on the evaporator 143 and the nozzle system 127, arranging the baffle 141 and the shutter 139 in the vapor source 125 is possible.
  • the additional flow resistance generated by them is uncritical due to the reduction of the flow resistance due to the arrangement of the two evaporators 143 in the vapor source 125, so that the vapor stream density emerging from the nozzle system 127 and the pressure of the vapor stream are above one another Threshold.
  • the required threshold values for the vapor stream density and the pressure of the vapor stream are chosen such that a sufficient coating of the substrate with the coating material is ensured. Thus, a simpler and more cost-effective coating of the substrate 149 is possible.
  • the arrangement of the steam distribution pipe in the first vacuum tank 113, which is connected to the second vacuum tank only via the through-valve 117, can also reduce the thermal stress on the substrate 115.
  • precise control of the vapor deposition rate is possible by means of the passage valve 117. Since the evaporators 143 are accommodated in a first vacuum container 113, which can be separated from the second vacuum container via the through-valve 117, a refilling of the Evaporated, which is filled in the evaporator 143, possible.
  • the evaporable material can thus be continuously or discontinuously refilled during the evaporation process. This simplifies the vapor deposition of the coating material on the substrate 149.
  • the device 111 is suitable for vapor deposition of a coating material on the substrate 149 for uniformly evaporating large-area substrates with preferably organic and / or selected metallic or semiconducting substances under vacuum, the substrate being moved uniformly past the steam source at a fixed distance and the steam source consists of an evaporation tube with one or more suitable steam outlet openings or nozzles, in which one or more evaporators are arranged for the substances to be evaporated.
  • the cross sections are selected such that the partial pressure or the vapor stream density of the evaporation materials is kept almost constant in the longitudinal direction, that is to say parallel to a surface of the substrate 149, so that a homogeneous layer thickness of the coating material deposited on the substrate 149 results.
  • Fig. 2a shows a cutout and an upper end of the steam distribution pipe 123 and the steam source 125, in which the nozzle system 127 is arranged.
  • a length 157 of the nozzle system is shown on the right side of the upper end of the steam distribution pipe 123.
  • the nozzle system 127 has a slot-shaped or column-shaped nozzle.
  • FIG. 2 b shows a sectional view of the section axis AA 1 illustrated in FIG. 2 a .
  • FIG. 2 b shows a depth 159 of the nozzle system 127, here a gap depth of the nozzle, and a width 161 of the nozzle system 127, here a gap width of the nozzle, and a diameter 162 of the cylindric vapor source 125.
  • the length 157 of the nozzle system 127 is at least as great as the width of the substrate 149 to choose.
  • the ratio of the length of the cylindrical vapor source 125 to the diameter is to be set as low as possible, wherein a ratio of the length of the cylindrical vapor source 125 to the diameter of the vapor source 125 is preferably less than 3 to 1.
  • the flow conductance between the vaporization source or a vapor exit point from the vapor source and the point of entry of the vapor into the nozzle system 127 is preferably at least 30 times, and in a more preferred case at least 50 times as great as the conductance of the nozzle system 127 or of the entire nozzle arrangement.
  • FIG. 2 c likewise shows a section or an upper end from a further exemplary embodiment of the steam distributor tube 123 in a device for evaporating a coating material according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the transition into the area of the steam distributor tube 123, which is arranged below the upper end shown here, is again represented by a break line.
  • the difference to the upper end of the steam distribution pipe 123 shown in Fig. 2a is that the transition of the steam distribution pipe to the nozzle is conically shaped, so that the pipe widens upwards.
  • the widening of the steam source 125 is defined by an opening angle 163.
  • the propagation behavior of the vapor generated by the evaporator 143 is compared with one another by way of the nozzle system 127, which in turn is designed as a gap-shaped nozzle, on an upper path 165 and a lower path 167.
  • the steam enters the gap-shaped nozzle on the upper path 165 at an upper entry point 165a and exits the nozzle at an upper exit point 165b.
  • the vapor enters the nozzle at a lower entry point 167a on a lower path 167 and out of the nozzle at a lower exit point 167b
  • the flow resistance between the shutter 139 and the lower entry point 167a is less than the flow resistance between the shutter 139 and the upper entry point 165a. Because the distance of the lower Ein ⁇ entry point 167a of the shutter 139 is less than the distance of the upper entry point 165a of the shutter 139.
  • the depth 159 of the nozzle is lower than on the lower ren Path 167, is thus on the upper path of the Strömungs ⁇ resistance between the upper entry point 165a and the upper exit point 165b lower than on the lower path of the flow resistance between the lower Ein ⁇ entry point 167a and the lower exit point 167b.
  • the steam manifold 123 and nozzle system 127 are preferably dimensioned so that the flow conductance between the shutter 139 and the entry point 165a, 167a into the nozzle system 127 is a factor 30 higher than the Strömungsleitwert between the entry point 165a, 167a in the nozzle system 127th and the exit point 165b, 167b from the nozzle system 127.
  • the difference of the flow resistance on the upper path 165 and the lower path 167 through the nozzle system 127 can be changed ver ⁇ over a design of the opening angle 163.
  • the opening angle 163 determines the difference between the depth of the nozzle on the upper path 165 to the depth of the nozzle on the lower path 167 and thus the difference of the flow resistance between the two Pfa ⁇ through the nozzle or the nozzle system 127th ,
  • the difference in the flow resistance between the upper path 165 and the lower path 167 can be dimensioned by a suitable opening angle 163 such that it determines the difference in the flow resistance between the steam exit point and the upper entry point 165a and the lower entry point 167a into the nozzle system through the different depths 159 of the nozzle system 127 on the different paths 165, 167 compensated.
  • a length 157 of the slit-shaped nozzle is also so large in FIG. 2c that it covers at least the entire width of the substrate.
  • the steam distributor pipe 123 is designed as a cylindrical, unbranched or fanned container with an upper and a lower cover and a nozzle system 127, but alternatives are any shapes of the container, such as a cuboid shape ,
  • a slit-shaped nozzle having an elongated exit slit is shown in the nozzle system 127.
  • the columnar nozzle has z. B. a recht ⁇ angular cross section, or for example a schlitzför ⁇ shaped cross-section with parallel side boundary or rounded ab ⁇ rounded ends. Another alternative would not be a uniform cross-section of the slit-shaped nozzle.
  • nozzle system 127 it is also conceivable to arrange a plurality of nozzles in the nozzle system 127, these being able to form, for example, a nozzle comb.
  • This plurality of nozzles could spielvati be designed as an array of nozzles.
  • the alignment of the nozzle comb or the gap-shaped nozzle is transverse to a direction of movement of the substrate in the apparatus for vapor deposition of the coating material on a substrate.
  • the nozzle comb, the array of nozzles or the gap-shaped nozzle has a length such that at least the total substrate width is covered.
  • nozzle system 127 It is also advantageous in the nozzle system 127 to widen it slightly towards the top, so that in the case of the comb structure the individual nozzles become shorter at the top or the gap depth or depth of the nozzle arrangement after o is formed in the slot or gap-shaped nozzles - ben too small decreases.
  • the flow resistance of the nozzles in the nozzle system 127 could alternatively be varied by means of a bellows in order thus to achieve a homogeneous vapor pressure at the outlet openings of the nozzle system.
  • the homogeneity of the layer formation could be increased.
  • the device shown in FIG. 1 contains two evaporators. However, any number of evaporators are possible.
  • the evaporation tube or the cylindrical vapor source could be inclined slightly towards the coating vessel so that in the nozzle system arranged perpendicular to the coating chamber or the coating vessel, the nozzle length is at a comb order of several nozzles or the gap depth of the slit-shaped nozzle decreases slightly in the upward direction, without the steam source having a conical cylindrical shape.
  • a light beam is preferably passed through the steam cone parallel to the substrate surface.
  • multiple light beams could alternatively be coupled in at several points over the coating width of the substrate.
  • several sensors could then be used side by side to receive the light at different points over the substrate width.

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Abstract

Eine Vorrichtung zum Aufdampfen eines Beschichtungsmaterials auf einem Substrat umfasst einen Behälter(125) mit einer Dampfaustrittsöffnung(127), wobei die Dampfaustrittsöffnung ausgelegt ist, einen Dampf in einer Dampf-Richtung auf das Substrat zu richten, und eine Verdampfungs-Quelle(143), die innerhalb des Behälters angeordnet ist und ausgelegt ist, ein in einem Behälter angebrachtes Beschichtungsmaterial in einer Quellen-Richtung zu verdampfen, wobei der Behälter einen unteren und einen oberen Bereich hat, wobei in dem unteren Bereich die Verdampfungs-Quelle angeordnet ist, und die Dampfaustrittsöffnung nicht angeordnet ist, wobei in dem oberen Bereich die Dampfaustrittsöffnung angeordnet ist und die Verdampfungs-Quelle nicht angeordnet ist, wobei der Behälter eine Seitenwand und einen oberen und einen unteren Deckel hat, wobei sich die Seitenwand von dem oberen zu dem unteren Deckel durchgehend erstreckt und wobei in dem oberen Bereich der Seitenwand die Dampfaustrittsöffnung ausgebildet ist, so dass der Dampf in der Dampf-Richtung abgestrahlt wird, die sich von der Quellen-Richtung unterscheidet.

Description

Vorrichtung zum Aufdampfen eines Beschichtuπgsmaterials
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Aufdampfen eines Beschichtungsmaterials auf einem Sub¬ strat.
Die Beschichtung großflächiger Substrate, wie beispielswei- se Platten oder Folien, mit dünnen Metall- oder Halbleiter¬ schichten oder deren Oxiden, Karbiden oder Nitriden erfolgt mittels verschiedener Verfahren, wie beispielsweise einem Aufdampfen des Beschichtungsmaterials auf dem Substrat. Be¬ sonders bei großflächigen ebenen Substraten mit einer o- der mehreren dünnen organischen Schichten, wie beispiels¬ weise bei organischen lichtemittierenden Dioden, auch OLEDs genannt, erfolgt das Beschichten ebenfalls mittels eines Aufdampfens des Beschichtungsmaterials auf einem Substrat.
Hierbei wird das zu beschichtende Substrat an einer hinrei¬ chend ausgedehnten linearen Dampfquelle mit einer konstan¬ ten Geschwindigkeit vorbei bewegt, wie in der DE 10128091 Cl oder der DE 10224908 Al dargestellt. Dabei kann das Substrat auf einer Platte angeordnet sein, die auf einem entsprechenden Transportwagen vor der Dampfquelle vorbeigezogen wird, oder aber beispielsweise als eine lange Folie ausgeführt sein, die zum Beispiel in einem „von Rolle zu Rollen-Verfahren von der Dampfquelle beschichtet wird, wie es in der DE 10205805 Cl erläutert ist.
Bei obigen Verfahren wird das Substrat zum Beispiel in ei¬ nem relativ geringen Abstand, wie beispielsweise in einem Bereich zwischen 5 cm und 20 cm, vor der linearen Dampf¬ quelle vorbei bewegt, wobei die Dampfquelle die gesamte Substratbreite überdeckt. Für eine Beschichtung mit kon¬ stanter Schichtdicke ist es sinnvoll, dass die Dampfquelle auf einer Linie quer zur Substratlängsausdehnung über die gesamte Substratbreite eine gleichbleibende Dampfstromdich- te erzeugt.
Das Substrat kann horizontal über einer Dampfquelle liegen und von unten bedampft werden. Dabei werden beispielsweise sogenannte Verdampferschiffchen eingesetzt, die abgedeckt sind, und deren Deckel viele auf einer Linie angeordnete runde oder rechteckige Löcher hat, wie in der EP 1342808 Al dargelegt, oder der Deckel weist einen Längsschlitz auf, wie in der EP 1130129 Al, der DE 4439519 Cl oder der
DE 10085115 Tl dargelegt, über dem das Substrat ist.
Eine weitere Möglichkeit, ein Beschichtungsmaterial auf ei¬ nem Substrat aufzudampfen besteht darin, das Substrat ver- tikal, und damit parallel zur Erdanziehungskraft anzuordnen und von der Seite zu bedampfen, wie in der DE
10128091 Cl oder der DE 10224908 Al erläutert. Diese Vorge¬ hensweise wird bevorzugt eingesetzt für Prozesse, bei denen eine Kontamination mit Partikeln kritisch ist, und für Sub- strate, die über Masken bedampft werden. Für diese vertika¬ len Anordnungen wurden Dampfquellen entwickelt, bei denen der Dampf aus einem Verdampfertiegel oder einer ähnlichen Anordnung über ein Dampfzuleitungsrohr mittig in ein beid¬ seitig geschlossenes Dampfverteilerrohr geleitet wird. Das Dampfverteilerrohr ist senkrecht zu einer Bewegungsrichtung des Substrats angeordnet, überdeckt den größten Teil oder die gesamte Substratbreite und ist in einem geringen Ab¬ stand von der Substratoberfläche parallel zu dieser ange¬ ordnet.
Fig. 3 zeigt eine herkömmliche Vorrichtung 11 zum Aufdamp¬ fen eines Beschichtungsmaterials auf einem Substrat. Eine Dampfquelle 13 ist dabei über ein Dampfzuleitungsrohr 15 mit einer Beschichtungskammer 17 verbunden.
In der Dampfquelle 13 ist eine Heizeinrichtung 19 und ein Verdampfertiegel 21 angeordnet. In der Beschichtungskam¬ mer 17, die beispielsweise als eine Hochvakuumkammer oder eine Ultrahochvakuumkaramer ausgeführt sein kann, sind ein Dampfverteilerrohr 23 mit Bohrungen 25, die auf diesem bei¬ spielsweise äquidistant angeordnet sein können, um eine so¬ genannte Blockflötenstruktur zu bilden, ein Kälteschirm 27 und ein Substrat 29 angeordnet.
Das Dampfverteilerrohr 23 ist dabei parallel zu dem Sub¬ strat 29 und zugleich auch senkrecht zur Bewegungsrichtung des Substrats 29 angeordnet, und überdeckt das Substrat 29 auf der gesamten Breite. Die auf der Mantellinie parallel zur Rohrachse des zylinderförmigen Dampfverteilerrohrs 23 angeordneten Bohrungen 25 sind gegenüber der Oberfläche des Substrats 29 angeordnet. Häufig ist der Abstand zwischen dem Dampfverteilerrohr 23 und dem Substrat 29 gering.
Der Verdampfertiegel 21 ist über das Zuleitungsrohr 15 mit dem Dampfverteilerrohr 23 verbunden, wobei das schräg ange¬ ordnete Zuleitungsrohr 15 mittig in das beidseitig abge¬ schlossene Dampfverteilerrohr 23 mündet.
In der Dampfquelle 13 wird durch die Heizeinrichtung 19 ein sich im Verdampfertiegel 21 befindendes Beschichtungsmate- rial erhitzt, so dass sich ein Dampfstrom 31 aus Partikeln des Beschichtungsmaterials bildet. Der entstehende Dampf- ström 31 aus dem Verdampfertiegel 21 breitet sich über das Zuleitungsrohr 15 zu dem Dampfverteilerrohr 23 aus und wird in diesem bis zu den Bohrungen 25 geführt. Dort tritt der Dampf 31 dann über die Bohrungen 25 aus dem Dampfverteiler¬ rohr 23 aus und strömt durch eine Öffnung in dem Kälte- schirm 27 in Richtung des Substrats 29 und schlägt sich auf dem Substrat 29 nieder, so dass sich auf dem Substrat 29 eine Schicht des Beschichtungsmaterials bildet.
Der Kälteschirm 27 besteht beispielsweise aus einem gekühl- ten Blech, in dem ein länglicher Schlitz den Durchtritt des von den Bohrungen 25 bzw. Dampfaustrittsöffnungen kommenden Dampfstroms ermöglicht, und dient zur Reduktion der thermi¬ schen Belastung des Substrats 29. In der DE 10128091 Cl und der DE 10224908 Al durchstößt das Zuleitungsrohr 15 eine Wand bzw. Türe dieses Rezipienten bzw. der Beschichtungskammer unter einem Winkel von ca. 45 Grad, wobei die Dampfquelle wie bereits erläutert sich außerhalb der Beschichtungskammer befindet. Das Beschich- tungsmaterial bzw. die Substanz werden unter Vakuum ver¬ dampft.
Im folgenden wird in den Figuren 4a-c die Anordnung der Bohrungen 25 näher erläutert.
Fig. 4a zeigt einen schematischen Aufbau des Dampfvertei- lerrohrs 23 mit dem Zuleitungsrohr 15, wobei in dem Dampf- verteilerrohr 23 an der Seite die fünf Bohrungen 25 ange¬ bracht sind. Fig. 4b zeigt eine schematische Ansicht des Dampfverteilerrohrs 23 mit den Bohrungen 25, wobei die Boh¬ rungen 25 frontal dargestellt sind.
In Fig. 4c ist ein Querschnitt durch die in Fig. 4a darge¬ stellte Anordnung gezeigt. Dabei ist auch die Anordnung des Substrats 29 gegenüber dem Dampfverteilerrohr 23 erläutert. Der Winkel, in dem das Zuleitungsrohr 15 auf das Dampfver¬ teilerrohr 23 trifft, ist in Fig. 4c 45°, wobei dieser je- doch beliebig variieren kann.
Um beispielsweise mehrere organische Substanzen auf das Substrat 29 aufzudampfen, können mehrere Dampfquellen, die über die separaten Zuleitungsrohre und die separaten Dampfverteilerrohre jeweils mit den Bohrungen verbunden sind, eingesetzt werden. Dies ist in der EP 1384796 A2 er¬ läutert, in der ein Transport des Dampfs durch ein Träger¬ gas unterstützt wird. Oder der Dampf wird, wie in der EP 1357200 Al erläutert, in einem gemeinsamen Mischbehälter eingespeist, und von diesem über ein Lochsysterα bzw. die Bohrungen oder ein Düsensystem verteilt und verdampft. Auch können Verdampferanordnungen mit mehreren Verdampfer¬ schiffchen, die thermisch gut voneinander isoliert sind, zum Aufbringen unterschiedlicher Substanzen auf einem Sub¬ strat eingesetzt werden, wie in der DE 4439519 Cl beschrie- ben ist.
Bei der Zuführung von Dämpfen, wie zum Beispiel organischen Dämpfen, über ein Rohrleitungssystem zu einem Verteilerrohr und damit zu einer Loch- oder Düsenanordnung ist das gesam- te Leitungssystem, also die Dampfquelle, das Zuleitungs¬ rohr und das Dampfverteilerrohr zu heizen, damit in die¬ sem System kein Dampf kondensiert. Dies ist unter anderem in der DE 10128091 Cl und der DE 10224908 Al gezeigt, und entspricht einer Gesetzmäßigkeit in der Physik, dass die kälteste Stelle eines Rohrleitungssystems den Sättigungs¬ dampfdruck einer zu verdampfenden Substanz und damit auch die Dampfaustrittsgeschwindigkeit und die Beschichtungsrate bestimmt. Kondensate, die sich an kälteren Stellen bilden können, können in Form von Tröpfchen mit dem Dampf mitge- rissen werden und dadurch Schichtfehler verursachen.
Die erhöhte homogene Temperatur der Dampfquelle, des Dampf- verteilerrohrs und der Bohrungen bzw. Düsen wird, wie in der DE 10128091 Cl und DE 10224908 Al beschrieben, dadurch erreicht, dass das Zuleitungsrohr bzw. Dampfzuführungsrohr, das Dampfverteilerrohr und die Düsenanordnung durch elekt¬ rische Heizer erhitzt werden und nach der Umgebung durch Keramik und Metallblenden thermisch isoliert sind.
Die relativ große Länge und der relativ geringe Querschnitt des Zuleitungsrohrs führen zu einem hohen Strömungswider¬ stand zwischen einem Punkt, an dem der Dampf aus dem Ver¬ dampfertiegel austritt und dem Punkt, an dem er in das Dampfverteilerrohr eintritt. Um eine hochratige Verdamp- fung zu ermöglichen, ist die Verdampfertemperatur deshalb extrem hoch zu wählen, um somit einen ausreichend hohen Sättigungsdampfdruck und damit eine entsprechend hohe Ver¬ dampfungsrate zu erzielen. Bei vielen organischen Substan- zen ist jedoch die Verdampfungstemperatur aufgrund einer dann bei hohen Temperaturen auftretenden thermischen Disso¬ ziation bzw. Zersetzung des Verdampfungsgutes begrenzt.
Zugleich ist in der in Fig. 3 gezeigten herkömmlichen Vor¬ richtung zum Aufdampfen eine nahezu gleichbleibende Schichtdicke über die gesamte Substratbreite nur unter de¬ finierten Bedingungen möglich. Eine dieser Bedingungen ist beispielsweise, dass bei einem vorgegebenen Lochdurchmesser bzw. Durchmesser der Bohrungen der Lochabstand auf dem Dampfverteilerrohr in einem vordefinierten Verhältnis zum Abstand zwischen den Löchern und der Oberfläche des Sub¬ strats steht, und dass ein vorbestimmter Dampfdruck der or¬ ganischen Substanz, der exponentiell von der Temperatur des Verdampfersystems abhängt, erzeugt wird. Die geforderten Toleranzen für eine Schwankung der Schichtdicke des aufge¬ dampften Beschichtungsmaterials liegen beispielsweise in einem Bereich von 3% bis 5%.
Kommt es zu Änderungen des Abstands zwischen den Lö¬ chern bzw. den Dampfaustrittsoffnungen und dem Substrat, die beispielsweise technologiebedingt sein können, so kann es zu Schwankungen der Schichtdicke während des Beschich- tungsprozesses kommen. Diese können durch eine Änderung des Lochabstands vermieden werden, was jedoch mit einem erheb¬ lichen Fertigungsaufwand verbunden ist. Daneben können auch Änderungen des Dampfdrucks, die beispielsweise aus Tempera¬ turschwankungen herrühren, in der herkömmlichen Vorrichtung zum Aufdampfen eines Beschichtungsmaterials zu Inhomogeni- täten bei der Schichtabscheidung führen.
Zugleich erzeugen die große Fläche des Dampfverteiler¬ rohrs 23 und des Zuleitungsrohrs 25 eine hohe thermische Belastung des Substrats, die häufig unerwünscht ist.
Um das Substrat vor einer unbeabsichtigten Bedampfung zu schützen, ist häufig ein Shutter, der sich auf einer rela¬ tiv niedrigen Temperatur im Verhältnis zu dem Dampf befin- det, vor dem Substrat angeordnet. Eine dort auftretende Kondensation des aus den Bohrungen austretenden Dampfs, wobei sich das Beschichtungsmaterial auf dem Shutter nie¬ derschlägt, führt jedoch zu einem hohen Materialverlust, der insbesondere bei teuren Aufdampfmaterialien zu einer erheblichen Erhöhung der Herstellungskosten führt.
Da die in Fig. 4 gezeigte Vorrichtung zum Aufdampfen durch eine hohe thermische Trägheit gekennzeichnet ist, ist eine Regelung der Aufdampfrate über eine Änderung der Temperatur des Systems schwierig.
Auch ist ein Nachfüllen des in dem Verdampfertiegel befind¬ lichen Verdampfungsmaterials während der Durchführung des Beschichtungsprozesses erschwert bzw. häufig nicht möglich.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Aufdampfen eines Beschichtungsmaterials auf einem Substrat zu schaffen, die ein einfacheres und kosten- günstigeres Aufdampfen des Beschichtungsmaterials ermög¬ licht.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst.
Die vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung zum Auf¬ dampfen eines Beschichtungsmaterials auf einem Substrat mit einem Behälter mit einer Dampfaustrittsöffnung, wobei die Dampfaustrittsöffnung ausgelegt ist, um einen Dampf in ei- ner Dampfrichtung auf das Substrat zu richten, und einer Verdampfungsquelle, die innerhalb des Behälters angeordnet und ausgelegt ist, um ein in den Behälter eingebrachtes Be¬ schichtungsmaterial in einer Quellen-Richtung zu verdamp¬ fen, wobei der Behälter einen unteren und einen oberen Be- reich hat, wobei in dem unteren Bereich die Verdampfungs- Quelle angeordnet ist, und die Dampfaustrittsöffnung nicht angeordnet ist, wobei in dem oberen Bereich die Dampfaus¬ trittsöffnung angeordnet ist, und die Verdampfungs-Quelle nicht angeordnet ist, wobei der Behälter eine Seitenwand und einen oberen und einen unteren Deckel hat, wobei sich die Seitenwand von dem oberen zu dem unteren Deckel durch¬ gehend erstreckt, und wobei in dem oberen Bereich der Sei- tenwand die Dampfaustrittsöffnung ausgebildet ist, so dass der Dampf in der Dampf-Richtung abgestrahlt wird, die sich von der Quellen-Richtung unterscheidet. Somit ist die Dampfaustrittsöffnung so ausgebildet, dass der Dampf in ei¬ ne Richtung abgestrahlt wird, die sich von der Richtung des DampfStrahls an der Quelle unterscheidet.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine Verdampfungs-Quelle in einem unteren Bereich ei¬ nes Behälters angeordnet werden kann, der in einem oberen Bereich einer Seitenwand eine Dampfaustrittsöffnung hat. Ein in den Behälter eingebrachtes Beschichtungsmaterial kann dabei von der Verdampfungs-Quelle in dem Behälter in einer Quellen-Richtung verdampft werden, und durch die Dampfaustrittsöffnung in der Seitenwand in einer Dampf- Richtung abgestrahlt werden, so dass sich die Dampf- Richtung von der Quellen-Richtung unterscheidet.
Durch das Anordnen einer Verdampfungs-Quelle in einem Be¬ hälter mit einer Dampfaustrittsöffnung weist eine Vorrich- tung zum Aufdampfen eines Beschichtungsmaterials gemäß ei¬ nem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung einen einfacheren Aufbau als die in Fig. 3 gezeigte herkömmliche Vorrichtung auf. Das in Fig. 3 gezeigte Zuleitungsrohr kann dabei weggelassen werden, so dass die Vorrichtung gemäß ei- nem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weniger Komponenten benötigt und deshalb einfacher und kostengüns¬ tiger herzustellen ist. Durch das Weglassen des Zuleitungs¬ rohrs reduziert sich auch die Anzah-1 der zu beheizenden Komponenten, deren Temperatur während dem Beschichtungsvor- gang oberhalb einer Verdampfungstemperatur zu halten ist, wodurch das Aufdampfen des Beschichtungsmaterials einfacher und kostengünstiger wird. Durch die Anordnung der Verdampfungs-Quelle in dem Behälter mit der Dampfaustrittsöffnung, ist der Strömungswiderstand zwischen einem Dampfaustrittspunkt aus der Verdampfungs- Quelle und einer Eintrittsstelle in die Dampfaustrittsöff- nung in einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gegenüber der herkömmlichen Vor¬ richtung reduziert. Dieser niedrigere Strömungswiderstand kann dazu genutzt werden, einfachere Düsenkonstruktionen bei der Implementierung der Dampfaustrittsöffnungen einzu- setzen, die u.U. wiederum einen etwas höheren Strömungswi¬ derstand haben als die Düsenkonstruktionen in herkömmlichen Vorrichtungen, ohne dass die Stromstärke der Dampfdruck des aus den Dampfaustrittsöffnungen herausströmenden Dampfs un¬ ter einen erforderlichen Mindestwert fällt.
Darüber hinaus kann der niedrigere Strömungswiderstand zwi¬ schen dem Dampfaustrittspunkt aus der Verdampfungs-Quelle und der Eintrittsstelle in die Dampfaustrittsöffnung dazu verwendet werden, ein Baffle oder einen Shutter in einem Raum zwischen der Verdampfungs-Quelle und der Eintritts¬ stelle in die Dampfaustrittsöffnung anzuordnen, ohne dass der Dampfdruck an der Dampfaustrittsdüse durch die dabei erzeugte Erhöhung des Strömungswiderstands unter einen er¬ forderlichen Mindestwert fällt.
In einem geschlossenen Zustand des Shutters unterbindet der Shutter ein Passieren des Dampfstroms von dem Dampfaus¬ trittspunkt der Verdampfungs-Quelle zu der Dampfaustritts¬ öffnung, wobei sich jedoch aufgrund der hohen Temperaturen, die an dem in dem Behälter angeordneten Shutter anliegen, kein Material an diesem niederschlägt. Stattdessen wird in einem geschlossenen Zustand des Shutters der Dampf von dem Shutter zu der Verdampfungs-Quelle zurückreflektiert.
Somit lassen sich durch das Anordnen des Shutters in dem Behälter mit der Dampfaustrittsöffnung die Materialverlus- te, die auftreten würden, wenn der Shutter außerhalb des Behälters vor dem Substrat angeordnet wäre, vermeiden. Die Vermeidung dieser Materialverluste ermöglicht, die Kosten der Beschichtung eines Substrats zu senken. Außerdem ist das Reinigen des Shutters, um das niedergeschlagene Materi¬ al nach einer vorbestimmten Betriebsdauer zu entfernen, nicht mehr erforderlich, wodurch das Aufdampfen des Be- schichtungsmaterials einfacher wird.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeich- nungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Vorrichtung zum Aufdampfen eines Beschich- tungsmaterials auf einem Substrat gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2a ein Ausschnitt eines zylindrischen Dampfvertei- lungsrohrs mit einem Düsensystem;
Fig. 2b eine Schnittansicht auf das in Fig. 2a gezeigte zylindrische Dampfverteilungsrohr;
Fig. 2c ein Ausschnitt eines DampfVerteilungsrohrs, das in einem Abschnitt, in dem das Düsensystem ange¬ ordnet ist, konisch geformt ist;
Fig. 3 eine herkömmliche Vorrichtung zum Aufdampfen ei¬ nes Beschichtungsmaterials;
Fig. 4a eine Seitenansicht auf einen Ausschnitt aus der in Fig. 3 gezeigten herkömmlichen Vorrichtung;
Fig. 4b eine Frontalansicht auf den in Fig. 4a gezeigten Ausschnitt; und
Fig. 4c eine Querschnitt-Ansicht auf den in Fig. 4a ge¬ zeigten Ausschnitt. Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 111 zum Aufdampfen eines Be- schichtungsmaterials auf einem Substrat 149 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Vor¬ richtung 111 umfasst einen ersten Vakuumbehälter 113, einen zweiten Vakuumbehälter 115 und ein Durchgangsventil 117. Der erste Vakuumbehälter 113 umfasst eine erste Vakuum¬ behälterwand 119, einen Heizmantel 121, ein Dampfverteiler¬ rohr 123 und einen Kälteschirm 147. Das Dampfverteiler¬ rohr 123 umfasst eine Dampfquelle 125, ein Düsensystem 127 und einen Pumpstutzen 129. Der Pumpstutzen 129 umfasst ein Pumprohr 131, Verbindungsöffnungen 133 zu einem Raum zwi¬ schen einer Wand des ersten Vakuumbehälters 119 und dem Heizmantel 121 und ein Pumpventil 135.
In der Dampfquelle 125 ist eine Shutterwand 137, ein Shut- ter 139 oberhalb einem Baffle 141 angeordnet, das wiederum oberhalb von zwei Verdampfern 143 angeordnet ist. In der Nähe der beiden Verdampfer ist jeweils eine Heizeinrich¬ tung 145 angebracht.
In dem ersten Vakuumbehälter 113 ist zwischen dem Düsensys¬ tem 127 und dem Durchgangsventil 117 der Kälteschirm 147 mit einem Schlitz im Kälteschirm 147a angeordnet.
In dem zweiten Vakuumbehälter 115 ist das Substrat 149 an¬ geordnet. Vor einem Lichteintrittsfenster in dem zweiten Vakuumbehälter ist eine Spezial-Lichtquelle 151 und vor ei¬ nem Lichtaustrittsfenster in dem zweiten Vakuumbehälter 115 ist ein Sensor 153, auf dem ein Lichtstrahl von der Spezi- al-Lichtquelle 151 auftrifft, angeordnet. Darüber hinaus ist in der Vorrichtung 111 zum Aufdampfen eines Beschich- tungsmaterials eine Regeleinrichtung 155 angebracht, die jon dem Sensor 153 ein Signal empfängt.
Der Pumpstutzen 129 ist über das Pumpventil 135 mit der Dampfquelle 125 verbunden und an eine hier nicht gezeigte Absaugeinrichtung angeschlossen. Die Regeleinrichtung 155 ist mit dem Sensor 153 elektrisch verbunden und liefert ein Signal an eine hier nicht gezeig¬ te Einrichtung zum Beheizen des Baffles und an die Heizein¬ richtungen 145. Die Heizeinrichtungen 145 beheizen bei- spielsweise elektrisch die Verdampfer 143, in denen sich das Beschichtungsmaterial in fester oder flüssiger Form be¬ findet. Die Temperatur der Verdampfer 143 kann dabei in Ab¬ hängigkeit von dem in sie eingefüllten Verdampfungsgut un¬ tereinander variieren.
Das Baffle 141 wird separat geheizt, und dient dazu, Parti¬ kel in dem Dampf, die eine bestimmte Schwellengröße über¬ schreiten, wie beispielsweise Tröpfchen des Beschichtungs- materials, zurückzuhalten. Das Baffle 141 befindet sich da- bei auf einer Temperatur, die gleich oder höher als die Temperatur des Verdampfers 143, der sich auf der höchsten Temperatur befindet, ist, und kann mittels der separaten Temperaturregelung zu einer Ratenfeinregelung des durch den Baffle 141 strömenden Dampfs des Beschichtungsmaterials be- nutzt werden. Vorzugsweise ist das Baffle 141 nach strömungstechnischen Gesichtspunkten so ausgelegt, dass es eine Vermischung der Dämpfe aus mehreren Verdampfern ermöglicht. Der Shutter 139, der zwischen den Shutterwänden 137 ange- ordnet ist, hat die Funktion, einen sich in der Dampfquel¬ le 125 ausbreitenden Dampf in offener Stellung zu dem Dü¬ sensystem 127 hindurchzulassen oder dem Dampf in geschlos¬ sener Stellung den Durchgang zu versperren. Über das Düsen¬ system 127, in dem sich die hier nur ansatzweise gezeigten Dampfaustrittsöffnungen befinden, wird der von dem Verdamp¬ fer 143 stammende Dampf abgestrahlt in Richtung des Kälte¬ schirms 147, so dass er den Schlitz 147a in dem Kälteschirm 147 passiert.
Das Durchgangsventil 117, das vorteilhafterweise von gerin¬ ger Bauhöhe ist, ermöglicht dem Dampf, wenn es- in geöffne- ter Stellung ist, von dem ersten Vakuumbehälter 113 in den zweiten Vakuumbehälter 115 einzudringen. In geschlossener Stellung unterbindet es den Übertritt des Dampfs von dem ersten Vakuumbehälter 113 in den zweiten Vakuumbehäl¬ ter 115. Somit befindet sich das Verdampfungsrohr in einem separat evakuierbaren Behälter, also dem ersten Vakuumbe- hälter 113, so dass es über das Durchgangsventil 147 an der Beschichtungskammer, also dem zweiten Vakuumbehälter 115 angeschlossen werden kann. Der zweite Vakuumbehälter 115 kann über ein hier nicht gezeigtes leistungsfähiges Pumpag¬ gregat separat abgepumpt werden.
Der Kälteschirm 147, zum Beispiel ein tiefgekühltes Blech, das vor dem Düsenausgang einen schmalen Schlitz 147a hat, verhindert bzw. reduziert den Einfall von Strahlungswärme auf das Substrat, während der Dampf durch den Schlitz hin- durchströmt.
Die Spezial-Lichtquelle 151 erzeugt einen Lichtstrahl, der beispielsweise parallel zur Substratoberfläche durch einen Dampfkegel geführt wird, und von dem Sensor 153 empfangen wird. Der Sensor 153 erzeugt darauf hin ein Signal, das von der Regeleinrichtung 155 ausgewertet wird. Anhand des Sig¬ nals von dem Sensor 153, das von einem Emissionsverhalten oder Absorptionsverhalten des Dampfkegels in dem zweiten Vakuumbehälter 115 abhängt, erkennt die Regeleinrich- tung 155 die Dampfstromdichte, die in dem zweiten Vakuumbe¬ hälter 115 herrscht. Die Spezial-Lichtquelle 151 und der Sensor 153 bilden somit eine Monitoreinrichtung, die die Dampfstromdichte in dem zweiten Vakuumbehälter 115 über¬ wacht. Die Dampfstromdichte ist gleichzeitig ein Maß für die Konzentration der auf das Substrat 149 auftretenden Partikel des Beschichtungsmaterials.
Über das von der Regeleinrichtung 155 empfangene Signal stellt eine hier nicht gezeigte Einrichtung zum Beheizen des Baffles 141 die Temperatur an dem Baffle 141 separat ein. Darüber hinaus erzeugt die Regeleinrichtung 155 Signa¬ le, die dazu dienen die Heizeinrichtungen 145 einzustellen, um damit die Temperatur an dem Verdampfer 143 einzustellen. Zusätzlich wird der gesamte Raum innerhalb des Heizmantels 121, also damit die Anordnung, die aus der Dampfquelle 125, dem Düsensystem 127, das z. B. als Einzeldüse ausgeführt sein kann, der Shutterwand 137, dem Shutter 139, dem BaffIe 141 und dem Verdampfer 143 besteht, auf eine Temperatur ge¬ bracht, die mindestens gleich der Temperatur des auf höchs¬ ter Temperatur befindlichen Verdampfers 143 ist. Das Düsen¬ system 127 und die Dampfquelle 125 bzw. das Verdampfungs- röhr befinden sich dann beispielsweise auf einer Tempera¬ tur, die zumindest gleich oder höher einer Siede- oder Sub¬ limationstemperatur der zu verdampfenden organischen Sub¬ stanz, aber geringer als die Zersetzungstemperatur der zu verdampfenden organischen Substanz ist. Dies kann z. B. ü- ber eine hier nicht gezeigte Heizeinrichtung erfolgen, die einen Bereich beheizt, der das Baffle 141, den Shutter 139, den Kälteschirm 147 und das Vakuum innerhalb der Vakuumbe¬ hälterwand 119 umfasst. Dabei wird auch eine homogene Tem¬ peraturverteilung der Wandtemperatur der Dampfquelle 125 und des Düsensystems 127 eingestellt.
Der Pumpstutzen 129 dient dazu, die Dampfquelle 125 und da¬ mit den Raum mit den Verdampfern 143 abzupumpen. Zugleich hat er auch die Funktion, über die Verbindungsöffnungen 133 den Innenraum zwischen dem Heizmantel 121 und der ersten Vakuumbehälterwand 119 abzupumpen, so dass sich dort ein wärmeisolierender Vakuummantel bzw. ein Vakuum bildet, das die Wärmeisolierung des Dampfverteilerrohrs 123 zu seiner Umgebung hin verbessert. Genauer gesagt, dient der entste- hende Vakuummantel als Wärmeschutz zur Außenhaut und ermög¬ licht eine Reduktion der erforderlichen Heizenergie. Der Heizmantel 121 ist zusätzlich noch von Wärmeisolatoren und separat gekühlten Wärmeschutzblechen umgeben, so dass die Wärmeisolation des Dampfverteilerrohrs 123 zu der Umgebung hin verbessert wird. Die Isolation durch den Heizmantel 121 und den Vakuummantel zwischen dem Heizmantel 121 und dem Vakuumbehälter 119 kann dabei so ausgeführt sein, dass sich der erste Vakuumbehälter 119 in einer Umgebung befinden kann, deren Temperatur auf einer Zimmertemperatur oder ei¬ ner die Zimmertemperatur geringfügig überschreitenden Tem¬ peratur liegen kann.
Eine hier nicht gezeigte Substratbewegungseinrichtung bzw. Substrattransportvorrichtung ermöglicht eine gleichmäßige Transportgeschwindigkeit des Substrats 149 in der Beschich- tungskammer senkrecht zu der Zeichenebene. Dabei kann in der Beschichtungskammer im Raum zwischen dem Substrat 149 und dem Durchgangsventil noch eine Beschichtungsmaske, auch als Substratbeschichtungsmaske bezeichnet, vorhanden sein, die mit dem Substrat 149 zusammen an dem Dampfaustritts- schlitz vorbei gezogen wird. Somit kann das Substrat 149 z. B. auf seiner gesamten Länge senkrecht zur Zeichenebene be- schichtet werden.
Die beiden Verdampfer 143 erzeugen einen Dampf des Be- schichtungsmaterials, der jeweils an einem Dampfaustritts- punkt 169 aus dem Verdampfer 143 austritt und sich durch das Baffle 141, den Shutter 139, das Düsensystem 127, den Schlitz 147a in dem Kälteschirm 147 und das Durchgangsven¬ til 117 zu dem Substrat 149 hin ausbreitet, so dass sich auf der Oberfläche des Substrats 149 eine Schicht des Be- schichtungsmaterials bildet. Der von dem Verdampfer 143 in einer Quellen-Richtung senkrecht nach oben aufsteigende Dampf wird durch das Düsensystem 127 mit den Dampfaus¬ trittsöffnungen in eine Dampf-Richtung, also in eine Rich¬ tung zu dem Substrat 149 hin, abgelenkt, so dass sich die Quellen-Richtung von der Dampf-Richtung unterscheidet.
Dadurch, dass die Dampfquelle 125 unmittelbar in das Düsen¬ system 127 übergeht, ohne, dass wie in der herkömmlichen Vorrichtung in Fig. 3 gezeigt, ein Dampfzuleitungsrohr zwi¬ schen der Dampfquelle und dem Düsensystem 127 angeordnet ist, lässt sich der Strömungsleitwert zwischen einem Dampf- austrittspunkt aus dem Verdampfer 143 und dem Düsensys¬ tem 127 reduzieren. Um den Strömungswiderstand zwischen dem Dampfeintrittspunkt in das Düsensystem 127 und dem Dampf- austrittspunkt an dem Verdampfer 143 möglichst gering zu halten, wird der Querschnitt der Dampfquelle 125 möglichst groß gewählt, während die Länge der Dampfquelle 125 mög¬ lichst niedrig ausgelegt wird.
Durch den unmittelbaren Übergang der Dampfquelle 125, in der der Verdampfer 1443 angeordnet ist, lassen sich Kompo¬ nenten einsparen, die beim Aufdampfen des Beschichtungsma- terials sonst in aufwändiger Weise zu heizen wären. Dies ermöglicht ein kostengünstiges und einfaches Aufdampfen des Beschichtungsmaterials mit der in Fig. 1 gezeigten Vorrich¬ tung.
Durch den geringen Strömungswiderstand zwischen dem Dampf- austrittspunkt an dem Verdampfer 143 und dem Düsensys¬ tem 127 ist ein Anordnen des Baffles 141 und des Shut- ters 139 in der Dampfquelle 125 möglich. Der von ihnen er¬ zeugte zusätzliche Strömungswiderstand ist aufgrund der Re¬ duzierung des Strömungswiderstands durch das Anordnen der beiden Verdampfer 143 in der Dampfquelle 125 unkritisch, so dass die aus dem Düsensystem 127 austretende Dampfstrom¬ dichte und der Druck des Dampfstroms über einem erforderli¬ chen Schwellenwert liegen. Die erforderlichen Schwellenwer¬ te für die Dampfstromdichte und den Druck des Dampfstroms sind dabei so gewählt, dass eine ausreichende Beschichtung des Substrats mit dem Beschichtungsmaterial gewährleistet ist. Somit ist ein einfacheres und kostengünstigeres Be¬ schichten des Substrats 149 möglich.
Durch die Anordnung des Dampfverteilerrohrs in dem ersten Vakuumbehälter 113, der ja mit dem zweiten Vakuumbehälter nur über das Durchgangsventil 117 verbunden ist, lässt sich außerdem die thermische Belastung des Substrats 115 redu¬ zieren. Zugleich ist mittels des Durchgangsventils 117 eine genaue Regelung der Aufdampfrate möglich. Da die Verdamp¬ fer 143 in einem ersten Vakuumbehälter 113 untergebracht sind, der über das Durchgangsventil 117 von dem zweiten Va¬ kuumbehälter getrennt werden kann, ist ein Nachfüllen des Verdampfungsguts, das in dem Verdampfer 143 eingefüllt wird, möglich. Das Verdampfergut kann somit während des Verdampfungsprozesses kontinuierlich oder diskontinuierlich nachgefüllt werden. Dies vereinfacht das Aufdampfen des Be- Schichtungsmaterials auf dem Substrat 149.
Darüber hinaus sind in der in Fig. 1 gezeigten Vorrich¬ tung 111 zum Aufdampfen eines Beschichtungsmaterials kürze¬ re Pumpzeiten nach dem Reinigen oder Beschicken des Ver- dampfers oder der Verdampfer mit Verdampfungsgut möglich. Die Ursache hierfür ist wiederum die räumliche Trennung zwischen dem ersten Vakuumbehälter 113 und dem zweiten Va¬ kuumbehälter 115 durch das Durchgangsventil 117. Auch die¬ ser Umstand vereinfacht das Aufdampfen eines Beschichtungs- materials auf dem Substrat 149.
Vorteilhafterweise ist die Vorrichtung 111 zum Aufdampfen eines Beschichtungsmaterials auf dem Substrat 149 zur gleichmäßigen Bedampfung großflächiger Substrate mit vor- zugsweise organischen und bzw. oder ausgewählt metallischen oder halbleitenden Substanzen unter Vakuum geeignet, wobei das Substrat in einem festen Abstand gleichmäßig an der Dampfquelle vorbei bewegt wird, und die Dampfquelle aus ei¬ nem Verdampfungsrohr mit einer oder mehreren geeigneten Dampfaustrittsöffnungen bzw. Düsen besteht, in dem ein oder mehrere Verdampfer für die zu verdampfenden Substanzen an¬ geordnet sind. Hierbei sind die Querschnitte so gewählt, dass der Partialdruck bzw. die Dampfstromdichte der Ver¬ dampfungsmaterialien in Längsrichtung, also parallel zu ei- ner Oberfläche des Substrats 149, nahezu konstant gehalten wird, so dass sich eine homogene Schichtdicke des auf dem Substrat 149 aufgedampften Beschichtungsmaterials ergibt.
Fig. 2a zeigt einen Ausschnitt bzw. ein oberes Ende des Dampfverteilerrohrs 123 und der Dampfquelle 125, in dem das Düsensystem 127 angeordnet ist. Der Übergang in den Bereich des Dampfverteilerrohrs 123, der unterhalb des oberen Endes angeordnet und hier nicht gezeigt ist, ist durch eine Ab- bruchlinie in Fig. 2a gekennzeichnet. An der rechten Seite des oberen Ende des Dampfverteilerrohrs 123 ist eine Län¬ ge 157 des Düsensystems dargestellt. Das Düsensystem 127 weist dabei eine schlitz- oder spaltenförmige Düse auf.
Fig. 2b zeigt eine Schnittansicht auf die in Fig. 2a darge¬ stellte Schnittachse AA1. In Fig. 2b ist eine Tiefe 159 des Düsensystems 127, hier eine Spalttiefe der Düse, und eine Breite 161 des Düsensystems 127, hier eine Spaltbreite der Düse, dargestellt sowie ein Durchmesser 162 der zylindri¬ schen Dampfquelle 125.
Um eine homogene Beschichtung des Substrats 149 zu ermögli¬ chen, ist die Länge 157 des Düsensystems 127 mindestens ge- nau so groß wie die Breite des Substrats 149 zu wählen. Generell ist das Verhältnis der Länge der zylinderförmigen Dampfquelle 125 zu dem Durchmesser möglichst niedrig auszu¬ legen, wobei ein Verhältnis von der Länge der zylinderför¬ migen Dampfquelle 125 zu dem Durchmesser der Dampfquelle 125 vorzugsweise kleiner als 3 zu 1 ist.
Bevorzugt ist der Strömungsleitwert zwischen der Verdamp¬ fungsquelle bzw. einem Dampfaustrittspunkt aus der Verdamp¬ ferquelle und der Eintrittsstelle des Dampfs in das Düsen- System 127 vorzugsweise mindestens 30 mal so groß, und in einem noch bevorzugteren Fall mindestens 50 mal so groß wie der Strömungsleitwert des Düsensystems 127 bzw. der gesam¬ ten Düsenanordnung.
Fig. 2c zeigt ebenfalls einen Ausschnitt bzw. ein oberes Ende aus einem weiteren Ausführungsbeispiel des Dampfver¬ teilerrohrs 123 in einer Vorrichtung zum Aufdampfen eines Beschichtungsmaterials gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Übergang in den Bereich des Dampfverteilerrohrs 123, der unterhalb des hier gezeigten oberen Endes angeordnet ist, ist wiederum durch eine Ab¬ bruchlinie dargestellt. Der Unterschied zu dem in Fig. 2a gezeigten oberen Ende des Dampfverteilerrohrs 123 ist, dass der Übergang des Dampfverteilerrohrs zu der Düse konisch geformt ist, so dass sich das Rohr nach oben hin aufweitet. Die Aufweitung der Dampfquelle 125 ist durch einen Öff¬ nungswinkel 163 definiert.
Der Vorteil der konischen Ausformung der Dampfquelle 125 wird im Folgenden erläutert. Hierbei wird das Ausbreitungs¬ verhalten des von dem Verdampfer 143 erzeugten Dampfs durch das Düsensystem 127, das wiederum als eine spaltförmige Dü- se ausgeführt ist, auf einem oberen Pfad 165 und einem un¬ teren Pfad 167 miteinander verglichen. Der Dampf tritt auf dem oberen Pfad 165 an einer oberen Eintrittsstelle 165a in die spaltförmige Düse ein und tritt an einer oberen Aus¬ trittsstelle 165b aus der Düse heraus. Zugleich tritt der Dampf auf einem unteren Pfad 167 in die Düse an einer unte¬ ren Eintrittsstelle 167a ein und an einer unteren Aus¬ trittsstelle 167b aus der Düse heraus
Der Dampf tritt an dem in Fig. 1 gezeigten Dampfaustritts- punkt 169 aus dem Verdampfer 143 aus und breitet sich in dem Dampfverteilerrohr 123 über den Shutter 139 zu dem in Fig. 2c hin gezeigten Düsensystem 127 aus. Aufgrund der Form der Düse breitet sich der Dampf in der Düse senkrecht zu der Achse der zylinderförmigen Dampfquelle 125 aus. Der Strömungswiderstand zwischen dem Shutter 139 und der unte¬ ren Eintrittsstelle 167a ist dabei geringer als der Strö¬ mungswiderstand zwischen dem Shutter 139 und der oberen Eintrittsstelle 165a. Denn der Abstand der unteren Ein¬ trittsstelle 167a von dem Shutter 139 ist geringer als der Abstand der oberen Eintrittsstelle 165a von dem Shutter 139. Da auf dem oberen Pfad 165 durch das Düsensystem 127 die Tiefe 159 der Düse geringer ist als auf dem unte¬ ren Pfad 167, ist damit auf dem oberen Pfad der Strömungs¬ widerstand zwischen der oberen Eintrittsstelle 165a und der oberen Austrittsstelle 165b geringer als auf dem unteren Pfad der Strömungswiderstand zwischen der unteren Ein¬ trittsstelle 167a und der unteren Austrittsstelle 167b. Das Dampfverteilerrohr 123 und da^ Düsensystem 127 sind vorzugsweise so dimensioniert, dass der Strömungsleitwert zwischen dem Shutter 139 und der Eintrittsstelle 165a, 167a in das Düsensystem 127 einen um einen Faktor 30 höheren Wert als der Strömungsleitwert zwischen der Eintrittsstelle 165a, 167a in das Düsensystem 127 und der Austrittsstelle 165b, 167b aus dem Düsensystem 127 hat.
Der Unterschied des Strömungswiderstands auf dem oberen Pfad 165 und dem unteren Pfad 167 durch das Düsensystem 127 lässt sich über eine Auslegung des Öffnungswinkels 163 ver¬ ändern. Der Öffnungswinkel 163 bestimmt dabei den Unter¬ schied der Tiefe der Düse auf dem oberen Pfad 165 zu der Tiefe des Düse auf dem unteren Pfad 167 und damit den Un- terschied des Strömungswiderstands zwischen den beiden Pfa¬ den durch die Düse bzw. das Düsensystem 127.
Der Unterschied des Strömungswiderstands zwischen der obe¬ ren Pfad 165 und dem unteren Pfad 167 kann dabei durch ei- nen geeigneten Öffnungswinkel 163 so dimensioniert werden, dass er den Unterschied des Strömungswiderstands zwischen dem Dampfaustrittspunkt und der oberen Eintrittsstel¬ le 165a und der unteren Eintrittsstelle 167a in das Düsen¬ system durch die unterschiedliche Tiefe 159 des Düsensys- tems 127 auf den unterschiedlichen Pfaden 165, 167 kompen¬ siert.
Durch die Kompensation des Strömungswiderstands lässt sich somit eine nahezu einheitliche Dampfdichte des Strömungswi- derstands über die gesamte Düsenhöhe erzielen. Dies ermög¬ licht eine homogene Beschichtung des Substrats 149 über die gesamte Breite des Substrats 149.
Bevorzugterweise ist auch in Fig. 2c eine Länge 157 der spaltförmigen Düse so groß, dass dadurch mindestens die ge¬ samte Substratbreite überdeckt wird. In obigen Ausführungsbeispielen ist das Dampfverteiler¬ rohr 123 als ein zylinderförmiger unverzweigter oder ko¬ nisch aufgeweiteter Behälter mit einem oberen und einem un¬ teren Deckel und einem Düsensystem 127 ausgeführt, Alterna- tiven sind jedoch beliebige Formen des Behälters, wie bei¬ spielsweise eine Quaderform.
In obigen Ausführungsbeispielen ist eine spaltförmige Düse mit einem länglichen Austrittsspalt in dem Düsensystem 127 gezeigt. Die spaltenförmige Düse weist z. B. einen recht¬ eckigen Querschnitt, oder beispielsweise einen schlitzför¬ migen Querschnitt mit paralleler Seitenbegrenzung oder ab¬ gerundeten Enden auf. Eine weitere Alternative wäre auch kein gleichförmiger Querschnitt der spaltförmigen Düse.
Auch ist denkbar, eine Mehrzahl von Düsen in dem Düsensys¬ tem 127, wobei diese beispielsweise einen Düsenkamm bilden können, anzuordnen. Diese Mehrzahl von Düsen könnte bei¬ spielsweise als ein Array von Düsen ausgeführt sein. Bevor- zugt ist die Ausrichtung des Düsenkamms oder der spaltför- migen Düse quer zu einer Bewegungsrichtung des Substrats in der Vorrichtung zum Aufdampfen des Beschichtungsmaterials auf einem Substrat. Vorteilhafterweise hat der Düsenkamm, das Array von Düsen oder die spaltförmige Düse eine solche Länge, dass dadurch mindestens die Gesamtsubstratbreite ü- berdeckt wird. Vorteilhaft ist in dem Düsensystem 127 au¬ ßerdem, dieses nach oben hin geringfügig zu erweitern, so dass bei der Kammstruktur die einzelnen Düsen nach oben et¬ was kürzer werden oder bei der schlitz- oder spaltförmigen Düsen die Spalttiefe bzw. Tiefe der Düsenanordnung nach o- ben zu geringfügig abnimmt.
Auch könnte der Strömungswiderstand der Düsen in dem Düsen¬ system 127 alternativ durch einen Faltenbalg variiert wer- den, um somit einen homogenen Dampfdruck an den Austritts¬ öffnungen des Düsensystems zu erzielen. Damit könnte die Homogenität der Schichtbildung erhöht werden. In obigen Ausführungsbeispielen enthält die in Fig. 1 ge¬ zeigte Vorrichtung zwei Verdampfer. Jedoch sind beliebige Anzahlen an Verdampfern möglich.
In obigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung könnte alternativ das Verdampfungsrohr bzw. die zylindri¬ sche Dampfquelle geringfügig zum Beschichtungskessel ge¬ neigt sein, so dass in dem senkrecht zu der Beschichtungs- kammer bzw. dem Beschichtungskessel angeordneten Düsensys- tem die Düsenlänge bei einer Kammordnung mehrerer Düsen o- der die Spalttiefe der spaltförmigen Düse nach oben hin ge¬ ringfügig abnimmt, ohne dass die Dampfquelle eine konische Zylinderform aufweist.
In obigen Ausführungsbeispielen wird ein Lichtstrahl durch den Dampfkegel vorzugsweise parallel zur Substratoberfläche geleitet. In obigen Ausführungsbeispielen könnten mehrere Lichtstrahlen alternativ an mehreren Punkten über der Be- schichtungsbreite des Substrats eingekoppelt werden. Auch könnten dann mehrere Sensoren nebeneinander eingesetzt wer¬ den, um das Licht an verschiedenen Punkten über der Sub¬ stratbreite zu empfangen. Somit könnte dann mittels einer individuellen Regelung einzelner Düsen in einer Anordnung mehrerer Düsen die Gleichmäßigkeit der Beschichtung verbes- sert werden.

Claims

Patentansprüche
1. Eine Vorrichtung (111) zum Aufdampfen eines Beschich- tungsmaterials auf einem Substrat (149), mit:
einem Behälter (125) mit einer Dampfaustrittsöffnung (127), wobei die Dampfaustrittsöffnung (127) ausgelegt ist, um einen Dampf in einer Dampf-Richtung auf das Substrat (149) zu richten; und
einer Verdampfungs-Quelle (143), die innerhalb des Be¬ hälters (125) angeordnet ist und ausgelegt ist, um ein in den Behälter (125) eingebrachtes Beschichtungsmate- rial in einer Quellen-Richtung zu verdampfen;
wobei der Behälter (125) einen unteren und einen obe¬ ren Bereich hat, wobei in dem unteren Bereich die Ver¬ dampfungs-Quelle (143) angeordnet ist, und die Dampf¬ austrittsöffnung (127) nicht angeordnet ist;
wobei in dem oberen Bereich die Dampfaustrittsöffnung angeordnet ist, und die Verdampfungs-Quelle (143) nicht angeordnet ist; und
wobei der Behälter (125) eine Seitenwand und einen o- beren und unteren Deckel hat, wobei sich die Seiten¬ wand von dem oberen zu dem unteren Deckel durchgehend erstreckt, und wobei in dem oberen Bereich der Seiten¬ wand die Dampfaustrittsöffnung (127) gebildet ist, so dass der Dampf in der Dampf-Richtung abgestrahlt wird, die sich von der Quellen-Richtung unterscheidet.
2. Vorrichtung (111) gemäß Anspruch 1, bei der in dem__Be- hälter (125) oberhalb der Verdampfungs-Quelle (143) und unterhalb der Dampfaustrittsöffnung (127) eine Baffle-Einrichtung (141) zum Zurückhalten von Dampf¬ partikeln oberhalb einer Schwellengröße angeordnet ist.
3. Vorrichtung (111) gemäß Anspruch 2, bei der die Baffle-Einrichtung (141) eine Temperaturregelung auf¬ weist, die ausgelegt ist, eine Temperatur an der Baffle-Einrichtung (141) separat von der übrigen Vor¬ richtung einzustellen.
4. Vorrichtung (111) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der in dem Behälter (125) oberhalb der Ver- dampfungs-Quelle (143) und unterhalb der Dampfaus- trittsöffnung (127) ein Shutter (139) zum Öffnen und Schließen einer Passage des Dampfs von der Ver¬ dampfungs-Quelle (143) zu der Dampfaustrittsöffnung (127) angeordnet ist.
5. Vorrichtung (111) gemäß Anspruch 4, bei der der Behäl¬ ter (125) und die Dampfaustrittsöffnung (127) so di¬ mensioniert sind, dass ein Strömungsleitwert zwischen dem Shutter (139) und einer Eintrittsstelle (165a, 167a) in die Dampfaustrittsöffnung (127) einen um ei¬ nen Faktor 30 höheren Wert als ein Strömungsleitwert zwischen der Eintrittsstelle (165a, 167a) in die Dampf¬ austrittsöffnung (127) und der Austrittsstelle (165b, 167b) aus der Dampfaustrittsöffnung (127) hat.
6. Vorrichtung (111) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der der Behälter (125) zylinderförmig oder quader¬ förmig ist und keine Abzweigung hat.
7. Vorrichtung (111) gemäß Anspruch 6, bei der das Ver¬ hältnis von der Länge des zylinderförmigen Behälters (125) und dem Durchmesser (162) des Behälters kleiner ist als 3:1 ist.
8. Vorrichtung (111) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der der Behälter (125) vollständig in einem Hoch¬ temperaturraum (121) angeordnet ist.
9. Vorrichtung (111) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der ein Hochtemperaturraum durch einen Raum gebil¬ det ist, der von einem Heizmantel mit einem Wärmeiso¬ lator und einem Kälteschirm (147) umgeben ist.
10. Vorrichtung (111) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der der Behälter (125) vollständig innerhalb eines Vakuummantels angeordnet ist, der in einem zweiten Be¬ hälter, der hermetisch gegenüber seiner äußeren Umge- bung abgeschlossen ist und eine Einrichtung zum Evaku¬ ieren des zweiten Behälters aufweist, gebildet ist.
11. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, mit einer Substrat-Bewegungs-Einrichtung, die ausgelegt ist, um das Substrat (149) so an der Dampfaustritts- öffnung (127) vorbei zu bewegen, dass eine zu be¬ schichtende Seite des Substrats (149) während einem Zeitraum, in dem das Beschichtungsmaterial aufgedampft wird, der Dampfaustrittsöffnung (127) zugewandt ist.
12. Vorrichtung (111) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, bei der der Behälter (125) mit der Dampfaustrittsöff- nung (127) vollständig in einem ersten Vakuumbehälter
(113) angeordnet ist, der über ein Durchgangsven- til (117) mit einem zweiten Vakuumbehälter (115) ver¬ bunden ist, wobei das Durchgangsventil (117) ausgelegt ist, eine Passage des Dampfs zwischen dem ersten Vaku¬ umbehälter (113) und dem zweiten Vakuumbehälter (115) zu öffnen oder zu schließen und den zweiten Vakuumbe- hälter (115) hochvakuumdicht abzuschließen.
13. Vorrichtung (111) gemäß Anspruch 12, mit einer Sensor- Einrichtung mit einer Lichtquelle (151) und einem Lichtempfänger (153) , die ausgelegt ist, mittels eines Absorptions- oder Emissionsspektrums des Dampfs in dem zweiten Vakuumbehälter (115) eine Rate von Partikeln des Beschichtungsmaterials, die pro Zeiteinheit auf dem in dem zweiten Vakuumbehälter (115) angeordneten Substrat (149) auftreffen, zu bestimmen.
14. Vorrichtung (111) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, bei der die Dampfaustrittsöffnung (127) länglich und schlitzförmig oder als ein Array von separaten Düsen mit einem im Verhältnis zu dem Behälter hohen Strö¬ mungswiderstand ausgebildet ist, wobei eine Länge der schlitzförmigen Dampfaustrittsöffnung oder des Arrays größer ist als eine Breite des Substrats (149) .
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