WO2011026971A1 - Verfahren und vorrichtung zur beschichtung von substraten aus der dampfphase - Google Patents

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WO2011026971A1
WO2011026971A1 PCT/EP2010/063031 EP2010063031W WO2011026971A1 WO 2011026971 A1 WO2011026971 A1 WO 2011026971A1 EP 2010063031 W EP2010063031 W EP 2010063031W WO 2011026971 A1 WO2011026971 A1 WO 2011026971A1
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evaporation
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substrate
evaporating
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PCT/EP2010/063031
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Harald Gross
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Von Ardenne Anlagentechnik Gmbh
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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
    • 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
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/12—Organic material

Definitions

  • the invention relates to a method for coating substrates with materials to be evaporated in one
  • Vacuum coating system wherein the vaporized
  • the evaporation material is by double evaporation under
  • the invention relates to a device for
  • Coating of substrates with materials to be evaporated with an evaporation device for evaporation of the materials to be evaporated within a vacuum coating system Coating of substrates with materials to be evaporated with an evaporation device for evaporation of the materials to be evaporated within a vacuum coating system.
  • the evaporation device for evaporation of the materials to be evaporated within a vacuum coating system.
  • a heating device is arranged in a second position in the spatial vicinity of the substrate. Between the first and second position is a
  • Vacuum coating systems usually takes place by means of Point sources in which the organic materials are evaporated at a large distance, for example 50 cm, to the substrate. This achieves a homogeneous layer thickness of the deposited material on the substrate.
  • Point sources in which the organic materials are evaporated at a large distance, for example 50 cm, to the substrate. This achieves a homogeneous layer thickness of the deposited material on the substrate.
  • DE 10 2005 013 875 A1 discloses a vacuum coating system with a heating device for the
  • the disadvantage here is mainly the low yield of Verdampfungsguts, which often only in a few
  • arranged nozzles are assembled in a steam pipe.
  • a minimum distance in the centimeter range between the substrate and the evaporator source is also required in this case, whereby the yields
  • DE 101 28 091 C1 discloses a device for
  • Evaporating sources are deposited on the substrate.
  • the different materials are in
  • the composition of the gas phase in the process chamber can be regulated by supplying inert gas or by pumping.
  • US 4,748,313 A discloses a method of vaporizing inorganic materials using two rotating drums. In a first step that will
  • inorganic material evaporates and deposited on the surface of the first rotating drum.
  • rotating drum is arranged in relative proximity to a second rotating drum on which the
  • coating substrate such as a film
  • an electron beam cannon is arranged inside the first drum, whereby the deposited material is vaporized and deposited on the substrate on the second drum.
  • the disadvantage of this arrangement is mainly in the use of electron beam gun, which is used for the evaporation of organic
  • EP 1 391 532 A1 discloses a process for producing an organic, compact pellet for OLED production, wherein the pellet is provided in a roll form. The pellet is then placed in an evaporator where it is heated and vaporized around its own axis in rotation by the heaters arranged in the heating device. The material thus evaporated is then deposited on the substrate to be coated.
  • US 2005/0281050 A1 discloses a method and a device for producing OLEDs.
  • the substrates to be coated are guided along a transport path through several coating chambers.
  • the evaporation source is on a separate transport path
  • WO 2010/045974 Al discloses a method and a method
  • the carrier is here
  • band-shaped made of a flexible material.
  • the disadvantage with the use of band-shaped intermediate carrier lies above all in the materials which can be used for the necessary flexibility, which results in a strong restriction with regard to the organic materials to be deposited.
  • German patent application no. 10 2009 007 587.9 is a method and apparatus specified, wherein the material to be evaporated by double evaporation using an intermediate carrier on the substrate
  • the material to be evaporated is not realized directly by evaporation on the substrate, but an intermediate carrier is used.
  • the material to be evaporated is evaporated for the first time in a first position by the evaporation device and deposited on the intermediate carrier, which is arranged to be spatially displaceable in spatial proximity to the evaporation device.
  • This coated intermediate carrier is then moved to a second position, which is in
  • deposited material in the second position evaporated a second time and deposited on the substrate.
  • Subcarrier serves to receive the vaporized material and the deposition on the substrate to be coated.
  • the intermediate carrier By using the intermediate carrier, higher yields in the range of 90% and above can be achieved by small spacing. In contrast to the known line sources, the high yields can also be realized for narrow substrates and several simultaneously evaporated materials.
  • endless bands such as steel bands, as well as circular disc-shaped intermediate carrier specified.
  • the object of the present invention is therefore to provide a method and a device which a
  • a further object of the present invention is to provide a method and a device which enables a simultaneous coating of a substrate with materials to be evaporated and thereby a
  • the material to be evaporated is doubled
  • the evaporating device known to be evaporated material is not realized directly by evaporation on the substrate, but uses an intermediate carrier.
  • the material to be evaporated is heated in an evaporator, evaporated and deposited on a substrate, wherein the
  • Evaporating material by double evaporation under Use of an intermediate carrier is deposited on the substrate.
  • the intermediate carrier is moved permanently.
  • the evaporation material is deposited on a cylindrically designed intermediate carrier, wherein the intermediate carrier is moved about an axis of rotation in rotation ⁇ direction by means of a drive system with drive rollers. It will do this on the intermediate carrier
  • deposited evaporating material moves to a position which is in spatial proximity to a to be coated
  • Substrate and a heater is located where the vapor deposited on the intermediate carrier evaporating material by means of the heating device is evaporated once more and deposited on the substrate.
  • the evaporation material is evaporated for the first time in a first position by the evaporation device and deposited on the intermediate carrier, which is arranged to be spatially variable in spatial proximity to the evaporation device.
  • This coated intermediate carrier is in a second
  • Coating substrate is located, and evaporated on the intermediate carrier evaporation material evaporated in the second position a second time and on the
  • a first evaporation material is heated for the first time in the first position by the evaporation device,
  • Evaporating device is heated, vaporized and deposited on the first deposited evaporation material on the intermediate carrier, wherein a layer system of first and second evaporation material is formed. Then the
  • Evaporating materials are evaporated a second time.
  • a mixing of the evaporation materials takes place predominantly in the vapor phase, whereby the deposition in a constant stoichiometric composition of the
  • Evaporator source in the first position independently and spatially separated from the subsequent second evaporator source, so that thermal radiation of the first evaporator source can not get to the substrate or can not heat it.
  • vaporizing material uses organic material, such as in OLED production.
  • inorganic material used inorganic material used.
  • materials to be evaporated in the context of the invention all inorganic materials such as alkali or
  • the intermediate carrier in the region of the evaporation device by a
  • Cooling device cooled. This results in a quantitative deposition of the evaporated material on the cooled intermediate carrier, since the walls in the region of
  • Evaporator are heated to the evaporation temperature to prevent deposition of the evaporated material.
  • the second takes place
  • the heater can be used as a heater both an induction heating and heat radiator or a heating by means of laser or electron beam or a flash lamp.
  • the length of the evaporation space of the evaporation device is so
  • Evaporating material can be adjusted on the intermediate carrier. As a result of the length of the vapor space resulting residence time of the subcarrier in the
  • Layer thickness of the material to be deposited by the length of the evaporation space can be adjusted. Length of the
  • Evaporating materials starting with the evaporating material having the highest evaporation temperature. This is advantageous in order to avoid vaporization of the materials already deposited on the intermediate carrier in a vapor deposition chamber in which further materials are to be deposited on the intermediate carrier. In addition, damage to materials should be avoided whose decomposition temperature is only slightly above their
  • Evaporation temperature is, for example, in organic Materials. These could be damaged by renewed exposure to higher temperatures.
  • the execution of the intermediate carrier would be conceivable in the form of a band, such as an endless belt or as a rotating disk.
  • the arrangement-side solution of the problem provides that the evaporation device for the evaporation of organic materials is arranged in a first position, and a heater, which is opposite to the
  • the intermediate carrier is designed as a cylinder, wherein this has an axis of rotation for rotation in the direction of rotation.
  • the intermediate carrier is designed as a quartz drum and has an absorber layer.
  • the absorber layer is particularly advantageous in order to allow rapid heat input and thus rapid evaporation of the deposited evaporation material from the intermediate carrier.
  • the intermediate carrier is designed as a quartz drum and has an absorber layer of CrN / Si0 2 .
  • Alternative absorber layers are molybdenum or tungsten. The latter two materials can be used for the evaporation of metals such as aluminum due to the higher temperature resistance.
  • the distance between the intermediate carrier and the substrate is less than 50 mm, preferably below 5 mm. Due to this small spacing, a high yield of deposited organic material can be achieved.
  • Cooling device arranged for cooling the intermediate carrier in the region of the evaporation device. This ensures a quantitative deposition of the evaporated material on the intermediate carrier.
  • the walls of the evaporation device are arranged for cooling the intermediate carrier in the region of the evaporation device.
  • Tempering temperature tempered to prevent deposition of the evaporated material is of both the length and the width of the vapor space of the
  • a plurality of organic materials having a different evaporation temperature can be deposited. It is particularly advantageous that the order of the separation can be realized independently of the evaporation temperatures of the individual organic materials by cooling the intermediate carrier. As a result, layer systems can be produced which would otherwise be unstable for individual ones if the evaporation temperatures were too high
  • Cooling arranged for cooling the substrate.
  • the material vaporized in the second position is quantitatively deposited on the closely spaced substrate. This is for the evaporation of an organic material in the range of about 0.1 to 50 mm. For evaporation of several materials and their
  • Evaporating device arranged to evaporate a second organic material.
  • several organic materials can be successively applied as a layer system on the intermediate carrier.
  • the second evaporation device for the deposition of the second organic material below further evaporation devices can be arranged, which lead to further layers on the intermediate carrier.
  • This layer system formed is then transported to the second position and vaporized there by the heating device, whereby a mixture of organic materials takes place, which then deposits on the substrate in constant stoichiometric proportions.
  • Material also inorganic material as
  • Evaporation material can be used if that
  • the heating device is designed as a laser.
  • the heating device is designed as a halogen lamp.
  • the heating device is designed as a halogen lamp and has a cooled diaphragm.
  • the heating device is designed as a flash lamp, for example as a xenonblity lamp.
  • temperature-sensitive substrates can be coated.
  • heated steam screens in the region of the steam pipes of the first and second evaporation device arranged. These are particularly advantageous for maximizing the yields of the deposited materials.
  • Fig.l shows a schematic cross-sectional view of a inventive embodiment with a cylindrical intermediate carrier.
  • the cylindrical intermediate carrier 3 may consist, for example, of a quartz drum which has a coating with an absorber layer of CrN / SiO 2
  • Quartz drum is 300 mm in the present embodiment.
  • the wall thickness of the quartz drum is 10 mm.
  • the cylindrical intermediate carrier 3 rotates with a constant
  • the coating of the intermediate carrier 3 with a first evaporation material takes place by means of a steam pipe 6 of the first evaporation device in a first position.
  • the steam pipe can for example consist of SiC and have a line source with a rectangular box top.
  • the evaporation temperature of the second evaporation material must be smaller than that of the first evaporation material in the first position. Otherwise, the hotter steam pipe 7 of the second material with higher
  • shielding plates 8 are provided, which protect the
  • Subcarrier 3 becomes the one with the first and second
  • Evaporating material coated area of the surface of the subcarrier 3 moves to a third position moves to a heater 11. This is arranged on the coated surface of the intermediate carrier 3 opposite side inside the quartz drum.
  • Quartz drum is spaced and continuous in
  • Substrate transport 2 is moved past the intermediate carrier 3 over.
  • the evaporation materials on the substrate 2 are heated by means of the heating device 11 in FIG. Position heats and vaporizes. As a result, the evaporation materials deposit on the substrate.
  • the substrate is in the range of
  • Heating device 11 by a not shown
  • Cooling device cooled to a quantitative deposition of the evaporation materials on the substrate 2 to
  • the heater 11 can thereby provide a guarantee.
  • a cooled diaphragm may be provided in front of the heater 11. This is particularly advantageous for regulating the power of the heating device 11 such that an opening regulates the angle of the heat input from the heating device 11 to the coated area of the surface of the intermediate carrier 3, and the
  • emitted radiation power can be adjusted.
  • the goal is to heat only the absorber.
  • Heating power should therefore not take place via the power supply of the halogen lamp, since in this case the emission spectrum would shift into the infrared range and thus the intermediate carrier 3 made of quartz glass would undesirably heat up more.
  • the opening of the cooled aperture serves as a rough adjustment of the radiation power of the heater 11. In addition, could on the
  • halogen lamp can be a focused halogen lamp
  • Laser beam which is rastered on a narrow line in position 3 along the longitudinal axis of the intermediate carrier 3, are used as the heating source.
  • Advantage here is that Due to the rapid warming to high temperatures both organic materials are evaporated on this line. Thus, the achievable tolerance of the stoichiometry of both materials over the deposited on the substrate layer is lower.
  • the wavelength of the laser must be chosen so that it is not absorbed by the intermediate carrier 3.
  • a solid-state laser with a wavelength of about lym.
  • water-cooled surfaces 10 are provided, which comprise a part of the intermediate carrier 3.
  • Water-cooled surfaces 10 can be designed as metal components, which are flowed through by cooling water. By the water-cooled surfaces 10 was an indirect
  • Cooling possibility of the quartz drum consist of a cooling device 12, which, for example, a stationary
  • Cooling water pipe is made, which is arranged in the interior of the quartz drum and having a radiation-absorbing outer wall.
  • heated steam shutters 13 may also be provided in the first and second positions in the region of the steam tube 6, 7 of the first and second evaporation devices.
  • the distance between the quartz drum and diaphragm 13 is about 1/5 of the half diaphragm length. At a distance of 2 mm between the quartz drum and aperture 13 is thus the
  • Aperture length of the heated vapor barrier 13 about 20 mm.
  • the drive rollers 9 can be made for example of a rubber, since the temperature of the
  • the amount of deposited material results from an interaction of the substrate transport speed and the amount of vaporized material which is deposited on the intermediate carrier via the steam pipes 6, 7.
  • the layer thickness of the deposited on the substrate 2 material can thus be adjusted accordingly via the aforementioned parameters.
  • Vacuum coating plant is an organic material used as evaporation material.
  • an inorganic material is used as the evaporation material.
  • a metal whose evaporation temperature is used as the inorganic material

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung von Substraten (1) mit zu verdampfenden Materialien in einer Vakuumbeschichtungsanlage, wobei das Verdampfungsmaterial durch zweifache Verdampfung unter Verwendung eines Zwischenträgers (3) auf dem Substrat (1) abgeschieden wird, wobei der Zwischenträger (3) dauerhaft bewegt wird. Die Aufgabe besteht darin, einen Zwischenträger anzugeben, der einen Einsatz in einer Durchlaufbeschichtungsanlage gewährleistet. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen zylindrischen Zwischenträger (3) gelöst.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Beschichtung von Substraten aus der Dampfphase
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung von Substraten mit zu verdampfenden Materialien in einer
Vakuumbeschichtungsanlage, wobei das zu verdampfende
Material in einer Verdampfungseinrichtung erwärmt, verdampft und auf einem Substrat abgeschieden wird. Dabei wird das Verdampfungsmaterial durch zweifache Verdampfung unter
Verwendung eines Zwischenträgers auf dem Substrat
abgeschieden, wobei der Zwischenträger dauerhaft bewegt wird .
Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur
Beschichtung von Substraten mit zu verdampfenden Materialien mit einer Verdampfungsvorrichtung zur Verdampfung der zu verdampfenden Materialien innerhalb einer Vakuumbeschichtungsanlage. Dabei ist die Verdampfungsvorrichtung zur
Verdampfung von Verdampfungsmaterialien in einer ersten Position angeordnet. Gegenüberliegend zu der zu bedampfenden Seite des Zwischenträgers ist eine Heizeinrichtung in einer zweiten Position in räumlicher Nähe des Substrats angeordnet ist. Zwischen der ersten und zweiten Position ist ein
Zwischenträger beweglich angeordnet, wobei Mittel zur dauerhaften Bewegung des Zwischenträgers vorgesehen sind. Die Beschichtung von Substraten mit zu verdampfenden
Materialien, insbesondere organischen Materialien, in
Vakuumbeschichtungsanlagen erfolgt üblicherweise mittels Punktquellen, in denen die organischen Materialien in einem großen Abstand, z.B. 50 cm, zum Substrat verdampft werden. Dadurch wird eine homogene Schichtdicke des abgeschiedenen Materials auf dem Substrat erzielt. So offenbart die DE 10 2005 013 875 AI eine Vakuum- beschichtungsanlage mit einer Heizeinrichtung die zur
Verdampfung von organischen Materialien geeignet ist.
Nachteilig dabei ist aber vor allem die geringe Ausbeute des Verdampfungsguts, welche sich oftmals nur im wenigen
Prozentbereich bewegt. Dies ist insbesondere für den Fall organische Materialien, die den Hauptkostenfaktor bei der Herstellung von OLEDs und organischen Solarzellen ausmachen, inakzeptabel .
Weiterhin sind Verfahren und Vorrichtungen zur Co- Verdampfung von organischen Materialien für die Herstellung von OLEDs bekannt.
In Produktionsanlagen werden daneben Linienquellen
eingesetzt, die normalerweise aus in einer Reihe
angeordneten Düsen in einem Dampfrohr zusammengesetzt sind. Zur homogenen Schichtabscheidung ist auch in diesem Fall ein Mindestabstand im Zentimeterbereich zwischen Substrat und Verdampferquelle erforderlich, wodurch die Ausbeuten
üblicherweise im Bereich zwischen 50% bis 70% liegen.
Die DE 101 28 091 Cl offenbart eine Vorrichtung zur
Beschichtung eines flächigen Substrats unter Verwendung einer solchen Linienquelle.
Zur Herstellung von Schichten organischer Materialien auf einem Substrat sind Vorrichtungen bekannt, bei denen
nacheinander Schichten aus unterschiedlichen
Verdampfungsquellen auf dem Substrat abgeschieden werden. Die verschiedenen Materialien werden dabei in
unterschiedlichen Verdampfungsvorrichtungen verdampft und über einen Gaseinlass in die Prozesskammer eingeleitet. Die Zusammensetzung der Gasphase in der Prozesskammer kann über Zuleitung von Inertgas oder mittels Abpumpen reguliert werden. Nachteilig an dieser Vorrichtung und dem
dazugehörigen Verfahren sind wiederum die geringen Ausbeuten infolge der Beabstandung zwischen Verdampferquelle und dem Substrat, insbesondere bei gleichzeitiger Verdampfung mehrerer Materialien.
Die US 4,748,313 A offenbart ein Verfahren zur Verdampfung anorganischer Materialien, wobei zwei rotierende Trommeln verwendet werden. In einem ersten Schritt wird das
anorganische Material verdampft und auf der Oberfläche der ersten rotierenden Trommel abgeschieden. Zu dieser
rotierenden Trommel ist in relativer Nähe eine zweite rotierende Trommel angeordnet, auf welcher das zu
beschichtende Substrat, etwa eine Folie, angeordnet ist. Im Bereich des geringsten Abstands zwischen den beiden Trommeln ist im Inneren der ersten Trommel eine Elektronenstrahl- kanone angeordnet, wodurch das abgeschiedene Material verdampft wird und sich auf dem Substrat auf der zweiten Trommel abscheidet. Der Nachteil dieser Anordnung besteht vor allem in der Verwendung der Elektronenstrahlkanone, welche zum Einsatz bei der Verdampfung organischer
Materialien ungeeignet ist. Weiterhin können mit der in der US 4,748,313 A offenbarten Vorrichtung keine flächigen
Substrate beschichtet werden.
Die EP 1 391 532 AI offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines organisch, kompakten Pellets für die OLED-Herstellung, wobei das Pellet in einer Rollenform bereitgestellt wird. Das Pellet wird danach in eine Verdampfungsvorrichtung überführt, wo es um seine eigen Achse rotierend von den in der Heizeinrichtung angeordneten Heizeinrichtungen erwärmt und verdampft wird. Das so verdampfte Material wird dann auf dem zu beschichtenden Substrat abgeschieden. Nachteilig hierbei insbesondere die aufwendige Herstellung der Pellets aus den organischen Materialien.
Die US 2005/0281050 AI offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von OLEDs . Dabei werden die zu beschichtenden Substrate entlang eines Transportpfads durch mehrere Beschichtungskammer geführt. Gleichzeitig wird die Verdampfungsquelle auf einem separaten Transportpfad
zwischen den einzelnen Beschichtungskammern bewegt, wodurch mehrere Substrate in kürzerer Zeit beschichtet werden können. Der Nachteil dieser Vorrichtung liegt vor allem darin, dass die in der US 2005/0281050 AI vorgeschlagene
Vorrichtung und das zugehörige Verfahren ungeeignet sind, um eine Durchlaufbeschichtung mit den notwendigen
Durchsatzraten zu gewährleisten.
Die WO 2010/045974 AI offenbart ein Verfahren und eine
Vorrichtung zur Beschichtung von Substraten, wobei das organische Material verdampft und auf einem Träger
abgeschieden wird. Danach wird der Träger in die Vakuum- beschichtungskammer eingebracht, wo das organische Material ein zweites Mal verdampft und auf dem zu beschichtenden Substrat abgeschieden wird. Der Träger ist hierbei
bandförmig aus einem flexiblen Material ausgeführt. Der Nachteil bei der Verwendung bandförmiger Zwischenträger liegt vor allem in der für die notwendige Flexibilität verwendbaren Materialien, welche eine starke Einschränkung hinsichtlich der abzuscheidenden organischen Materialien ergibt .
In der deutschen Patentanmeldung Nr. 10 2009 007 587.9 wird ein Verfahren und Vorrichtung angegeben, wobei das zu verdampfende Material durch zweifache Verdampfung unter Verwendung eines Zwischenträgers auf dem Substrat
abgeschieden wird. Dadurch wird das zu verdampfende Material nicht direkt durch Verdampfung auf dem Substrat realisiert, sondern ein Zwischenträger verwendet.
Dabei wird das zu verdampfende Material ein erstes Mal in einer ersten Position durch die Verdampfungsvorrichtung verdampft und auf dem Zwischenträger, welcher in räumlicher Nähe zur Verdampfungseinrichtung ortsveränderlich angeordnet ist, abgeschieden. Dieser beschichtete Zwischenträger wird anschließend in eine zweite Position, welche sich in
räumlicher Nähe zu einem zu beschichtenden Substrat
befindet, gebracht und das auf dem Zwischenträger
abgeschiedene Material in der zweiten Position ein zweites Mal verdampft und auf dem Substrat abgeschieden. Der
Zwischenträger dient dabei der Aufnahme des verdampften Materials und der Abscheidung auf dem zu beschichtenden Substrat. Durch die Verwendung des Zwischenträgers können größere Ausbeuten im Bereich von 90% und darüber durch geringe Beabstandung erzielt werden. Die hohen Ausbeuten lassen sich im Gegensatz zu den bekannten Linienquellen auch für schmale Substrate und mehrere, gleichzeitig verdampfte Materialien realisieren. Als Zwischenträger wurden in der deutschen Patentanmeldung Nr. 10 2009 007 587.9 Endlos-Bänder, etwa Stahlbänder, als auch kreisscheibenförmige Zwischenträger angegeben.
Allerdings hat sich gezeigt, dass Endlos-Bänder aus Stahl nicht in der für den Einsatz als Zwischenträger geeigneten Form realisierbar sind. Dies liegt vor allem dran, dass chemisch inerte Stahlbänder, welche Reaktionen mit keinem der abgeschiedenen organischen Materialien eingehen dürfen, zu spröde sind und daher für die Realisierung als Stahlband ungeeignet erscheinen. Weiterhin hat es sich gezeigt, dass kreisscheibenförmige Zwischenträger für den Einsatz in
Durchlaufbeschichtungsanlage mit einem Durchmesser von über I m nicht in der geforderten Genauigkeit oder nur unter hohem Aufwand herstellbar sind.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, die eine
Beschichtung von Substraten mit zu verdampfenden
Materialien, insbesondere organischen Materialien, mit hohen Ausbeuten ermöglichen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, das eine gleichzeitige Beschichtung eines Substrats mit zu verdampfenden Materialien ermöglicht und dabei eine
reproduzierbare und innerhalb der abgeschiedenen Schicht konstante Stöchiometrie der einzelnen Bestandteile während des gesamten Beschichtungsprozesses gewährleistet.
Diese Aufgaben werden durch ein Verfahren und eine
Vorrichtung gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen angegeben.
Das zu verdampfende Material wird durch zweifache
Verdampfung unter Verwendung eines Zwischenträgers auf dem Substrat abgeschieden. Dadurch wird das zu verdampfende Material bekannten Verdampfungseinrichtung nicht direkt durch Verdampfung auf dem Substrat realisiert, sondern ein Zwischenträger verwendet. Dabei wird das das zu verdampfende Material in einer Verdampfungsvorrichtung erwärmt, verdampft und auf einem Substrat abgeschieden, wobei das
Verdampfungsmaterial durch zweifache Verdampfung unter Verwendung eines Zwischenträgers auf dem Substrat abgeschieden wird. Der Zwischenträger wird dabei dauerhaft bewegt .
Erfindungsgemäß wird das Verdampfungsmaterial auf einem zylindrisch ausgeführten Zwischenträger abgeschieden, wobei der Zwischenträger um eine Rotationsachse in Rotations¬ richtung mittels eines Antriebssystems mit Antriebsrollen bewegt wird. Dabei wird das auf dem Zwischenträger
abgeschiedene Verdampfungsmaterial in eine Position bewegt, welche sich in räumlicher Nähe zu einem zu beschichtenden
Substrat und einer Heizeinrichtung befindet, wo das auf dem Zwischenträger abgeschiedene Verdampfungsmaterial mittels der Heizeinrichtung ein weiteres Mal verdampft und auf dem Substrat abgeschieden wird. Durch die Verwendung des Zwischenträgers können größere Ausbeuten im Bereich von 90% und darüber durch geringe
Beabstandung erzielt werden. Die hohen Ausbeuten lassen sich im Gegensatz zu den bekannten Linienquellen auch für schmale Substrate und mehrere, gleichzeitig verdampfte Materialien realisieren.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das Verdampfungsmaterial ein erstes Mal in einer ersten Position durch die Verdampfungsvorrichtung verdampft und auf dem Zwischenträger, welcher in räumlicher Nähe zur Verdampfungs- einrichtung ortsveränderlich angeordnet ist, abgeschieden. Dieser beschichtete Zwischenträger wird in eine zweite
Position, welche sich in räumlicher Nähe zu einem zu
beschichtenden Substrat befindet, gebracht und das auf dem Zwischenträger abgeschiedene Verdampfungsmaterial in der zweiten Position ein zweites Mal verdampft und auf dem
Substrat abgeschieden. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein erstes Verdampfungsmaterial ein erstes Mal in der ersten Position durch die Verdampfungsvorrichtung erwärmt,
verdampft und auf dem Zwischenträger, welcher in räumlicher Nähe zur Verdampfungsvorrichtung ortsveränderlich angeordnet ist, abgeschieden. Danach wird ein zweites Verdampfungs¬ material nachfolgend ein erstes Mal in einer weiteren
Verdampfungsvorrichtung erwärmt, verdampft und auf das erste abgeschiedene Verdampfungsmaterial auf dem Zwischenträger abgeschieden wird, wobei ein Schichtsystem aus erstem und zweitem Verdampfungsmaterial entsteht. Dann wird der
Zwischenträger in der zweiten Position durch eine
Heizeinrichtung auf der dem abgeschiedenen Verdampfungsmaterial gegenüberliegenden Seite des Zwischenträgers im Bereich des Substrats erhitzt, wobei die abgeschiedenen
Verdampfungsmaterialien ein zweites Mal verdampft werden. Dadurch erfolgt eine Vermischung der Verdampfungsmaterialien überwiegend in der Dampfphase, wodurch die Abscheidung in gleichbleibend stöchiometrischer Zusammensetzung der
Mischung der Verdampfungsmaterialien auf dem Substrat gewährleistet wird. Dies gilt insbesondere für die
Stöchiometrie von der untersten bis zur obersten Lage der abgeschiedenen Schicht. Im Sinne der Erfindung ist die
Verdampferquelle in erster Position unabhängig und örtlich getrennt von der nachfolgenden zweiten Verdampferquelle, sodass thermische Strahlung der ersten Verdampferquelle nicht zum Substrat gelangen kann bzw. dieses nicht erwärmen kann .
In einer Ausführungsform der Erfindung wird als zu
verdampfendes Material organisches Material verwendet, etwa in der OLED-Herstellung .
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird als zu verdampfendes Material anorganisches Material verwendet. Als zu verdampfende Materialien im Sinne der Erfindung können alle anorganischen Materialien, wie Alkali- oder
Erdalkalimetalle sowie Metalle, Halb- und Nichtmetalle, sofern deren Siedetemperatur unterhalb der Schmelz- oder Zersetzungstemperatur des Zwischenträgers liegt verwendet werden .
In einer weiteren Ausführungsform wird der Zwischenträger im Bereich der Verdampfungseinrichtung durch eine
Kühleinrichtung gekühlt. Dadurch erfolgt eine quantitative Abscheidung des verdampften Materials auf dem gekühlten Zwischenträger, da die Wände im Bereich der
Verdampfungseinrichtung auf die Verdampfungstemperatur geheizt sind, um eine Abscheidung des verdampften Materials zu unterbinden.
In einer weiteren Ausführungsform erfolgt die zweite
Verdampfung des auf dem Zwischenträger abgeschiedenen organischen Materials in der zweiten Position durch eine Heizeinrichtung auf der dem abgeschiedenen organischen
Material gegenüberliegenden Seite des Zwischenträgers. Somit wird die der Bedampfungsseite des Zwischenträgers
gegenüberliegende Seite durch die Heizeinrichtung erhitzt und das auf dem Zwischenträger abgeschiedene Material verdampft. Im Sinne der Erfindung kann als Heizeinrichtung dabei sowohl eine Induktionsheizung als auch Thermostrahler oder eine Erhitzung mittels Laser- oder Elektronenstrahl oder eine Blitzlampe verwendet werden.
In einer weiteren Ausführungsform erfolgt die Verdampfung des auf dem Zwischenträger abgeschiedenen organischen
Materials durch eine Heizeinrichtung in der zweiten Position im Bereich von 10~5 bis 10 Sekunden. Dadurch wird eine schnelle Verdampfung des auf dem Zwischenträger abgeschiedenen Materials realisiert, was insbesondere für temperaturempfindliche Substrate oder bereits abgeschiedene, temperaturempfindliche Materialien bzw. organische
Schichtsysteme vorteilhaft ist. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die Länge des Verdampfungsraums der Verdampfungsvorrichtung so
gewählt, dass die Schichtdicke des abgeschieden
Verdampfungsmaterials auf dem Zwischenträger eingestellt werden kann. Infolge der durch die Länge des Dampfraums sich ergebenden Verweildauer des Zwischenträgers im
Verdampfungsraum der Verdampfungsvorrichtung kann die
Schichtdicke des abzuscheidenden Materials durch der Länge des Verdampfungsraums eingestellt werden. Länge des
Verdampfungsraums und abgeschiedene Schichtdicke des
Materials auf dem Zwischenträger sind dadurch proportional. Dieses Verfahren ist insbesondere bei der Verwendung von organischen Materialien vorteilhaft, um hohe Abscheideraten zu realisieren, da die Zersetzungstemperatur vieler
organischer Materialien meist nur minimal über der
Verdampfungstemperatur liegt.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Abscheidung der verschiedenen Verdampfungsmaterialien in der Reihenfolge der Abnahme der Verdampfungstemperatur der
Verdampfungsmaterialien, wobei mit dem Verdampfungsmaterial, welches die höchste Verdampfungstemperatur besitzt, begonnen wird. Dies ist vorteilhaft, um eine Verdampfung der auf dem Zwischenträger bereits abgeschiedenen Materialien in einer Bedampfungskammer zu vermeiden, in der weitere Materialien auf den Zwischenträger abgeschieden werden sollen. Zudem soll eine Schädigung von Materialien vermieden werden, deren Zersetzungstemperatur nur geringfügig oberhalb ihrer
Verdampfungstemperatur liegt, beispielweise bei organischen Materialien. Diese könnten bei erneuter Exposition mit höheren Temperaturen Schaden nehmen.
Alternativ wäre die Ausführung des Zwischenträgers in Form eines Bandes, etwa eines Endlosbandes oder als rotierende Kreisscheibe vorstellbar.
Die anordnungsseitige Lösung der Aufgabenstellung sieht vor, dass die Verdampfungsvorrichtung zur Verdampfung organischer Materialien in einer ersten Position angeordnet ist, sowie eine Heizeinrichtung, die gegenüberliegend der zu
bedampfenden Seite des Zwischenträgers in einer zweiten Position in räumlicher Nähe des Substrats und ein
Zwischenträger, der beweglich zwischen der ersten und zweiten Position angeordnet ist, wobei Mittel zur
dauerhaften Bewegung des Zwischenträgers angeordnet sind, wobei der Zwischenträger als Zylinder ausgeführt ist, wobei dieser eine Rotationsachse zur Rotation in Rotationsrichtung aufweist .
In einer weiteren Ausführungsform ist der Zwischenträger als Quarztrommel ausgeführt und weist eine Absorberschicht auf. Die Absorberschicht ist insbesondere vorteilhaft, um einen schnellen Wärmeeintrag und damit eine schnelle Verdampfung des abgeschiedenen Verdampfungsmaterials vom Zwischenträger zu ermöglichen.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Zwischenträger als Quarztrommel ausgeführt und weist eine Absorberschicht aus CrN/Si02 auf. Alternative Absorberschichten sind Molybdän oder Wolfram. Die beiden zuletzt genannten Materialien können aufgrund der höheren Temperaturbeständigkeit für die Verdampfung von Metallen wie Aluminium eingesetzt werden. In einer weiteren Ausführungsform beträgt der Abstand zwischen Zwischenträger und Substrat unter 50 mm, bevorzugt unter 5 mm. Durch diese geringe Beabstandung ist eine hohe Ausbeute an abgeschiedenem organischem Material erreichbar.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist eine
Kühleinrichtung zur Kühlung des Zwischenträgers im Bereich der Verdampfungsvorrichtung angeordnet. Dadurch ist eine quantitative Abscheidung des verdampften Materials auf dem Zwischenträger gewährleistet. Im Sinne der Erfindung sind die Wände der Verdampfungsvorrichtung auf
Verdampfungstemperatur temperiert, um eine Abscheidung des verdampften Materials zu unterbinden. Die Schichtdicke des abgeschiedenen organischen Materials ist dabei sowohl von der Länge bzw. der Breite des Dampfraums der
Verdampfungsvorrichtung sowie dem darin herrschenden
Dampfdruck, als auch von der Transportgeschwindigkeit des Zwischenträgers abhängig. Um hohe Abscheideraten zu
realisieren, muss also nicht notwendigerweise der Dampfdruck bzw. die Verdampfungstemperatur des organischen Materials erhöht werden, sondern es reicht aus, die Länge des
Dampfraums zu vergrößern. Dies ist vorteilhaft bei vielen organischen Materialien, deren Zersetzungstemperatur nur minimal über der Verdampfungstemperatur liegt.
Durch die Kühlung des Zwischenträgers können in einer weiteren Ausführungsform mehrere organische Materialien mit unterschiedlicher Verdampfungstemperatur abgeschieden werden. Dabei ist es besonders vorteilhaft, dass durch die Kühlung des Zwischenträgers die Reihenfolge der Abscheidung unabhängig von den Verdampfungstemperaturen der einzelnen organischen Materialien realisiert werden kann. Dadurch können Schichtsysteme erzeugt werden, die andernfalls bei zu hohen Verdampfungstemperaturen instabil für einzelne
Komponenten wären.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist eine Kühleinrichtung zur Kühlung des Substrats angeordnet.
Dadurch wird das in der zweiten Position verdampfte Material quantitativ auf dem sich in geringem Abstand befindlichen Substrat abgeschieden. Dieser liegt für die Verdampfung eines organischen Materials im Bereich von etwa 0.1 bis 50 mm. Zur Verdampfung mehrerer Materialien und deren
Durchmischung in der Gasphase ist allerdings ein
Mindestabstand erforderlich, welcher von vielen Faktoren wie Verdampfungstemperatur, Materialmenge und Stöchiometrie abhängt. Dadurch ist ein vollständiger Übergang des
organischen Materials vom Zwischenträger auf das Substrat möglich .
In einer weiteren Ausführungsform ist zwischen der
Verdampfungseinrichtung in der ersten Position und dem
Substrat in der zweiten Position eine weitere
Verdampfungsvorrichtung zur Verdampfung eines zweiten organischen Materials angeordnet. Dadurch können mehrere organische Materialien nacheinander als Schichtsystem auf den Zwischenträger aufgebracht werden. Im Sinne der
Erfindung können der zweiten Verdampfungsvorrichtung zur Abscheidung des zweiten organischen Materials nachfolgend weitere Verdampfungsvorrichtungen angeordnet werden, welche zu weiteren Schichten auf dem Zwischenträger führen. Dieses gebildete Schichtsystem wird anschließend in die zweite Position transportiert und dort über die Heizeinrichtung verdampft, wodurch eine Mischung der organischen Materialien erfolgt, welche sich anschließend auf dem Substrat in gleichbleibend stöchiometrischen Verhältnissen abscheidet.
Im Sinne der Erfindung kann alternativ zum organischen
Material auch anorganisches Material als
Verdampfungsmaterial verwendet werden sofern dessen
Verdampfungstemperatur unterhalb der Schmelz- bzw. Zersetzungstemperatur des Zwischenträgers liegt.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Heizeinrichtung als Laser ausgeführt.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Heizeinrichtung als Halogenlampe ausgeführt.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Heizeinrichtung als Halogenlampe ausgeführt und weist eine gekühlte Blende auf.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Heizeinrichtung als Blitzlampe, etwa als Xenonblitylampe, ausgeführt. Damit läßt sich der Wärmeeintrag auf das
Substrat minimieren, sodaß auch besonders
temperaturempfindliche Substrate beschichtet werden können.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist zwischen der Verdampfungsvorrichtung in der ersten Position und dem Substrat in der zweiten Position eine weitere
Verdampfungsvorrichtung zur Verdampfung eines zweiten
Verdampfungsmaterials angeordnet. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Co-Verdampfung von zwei der mehr Materialien erfolgen soll.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind
beheizte Dampfblendenim Bereich der Dampfrohre der ersten und zweiten Verdampfungsvorrichtung angeordnet. Diese sind insbesondere vorteilhaft zur Maximierung der Ausbeuten der abgeschiedenen Materialien.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbei¬ spiels näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigt Fig.l eine schematische Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels mit einem zylindrischen Zwischenträger.
Fig.2 eine schematische Darstellung eines
erfindungsgemäßen zylindrischen Zwischenträgers mit
AntriebsSystem.
In einer Durchlaufbeschichtungsanlage in Fig. 1 wird zur Beschichtung des Substrats 1, welches kontinuierlich in Substrattransportrichtung 2 transportiert wird, mit
Verdampfungsmaterial ein zylindrischer Zwischenträger 3 verwendet. Der zylindrische Zwischenträger 3 kann dabei beispielsweise aus einer Quarztrommmel bestehen, welche eine Beschichtung mit einer Absorberschicht aus CrN/Si02
aufweist, wobei die Si02-Schicht eine mögliche Oxidation der CrN-Schicht vermeiden soll. Der Außendurchmesser der
Quarztrommel beträgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel 300 mm. Die Wandstärke der Quarztrommel beträgt 10 mm. Der zylindrische Zwischenträger 3 rotiert mit konstanter
Geschwindigkeit um die Rotationsachse 4 und in
Rotationsrichtung 5.
Die Beschichtung des Zwischenträgers 3 mit einem ersten Verdampfungsmaterial erfolgt mittels eines Dampfrohrs 6 der ersten Verdampfungseinrichtung in einer ersten Position. Das Dampfrohr kann dabei beispielsweise aus SiC bestehen und eine Linienquelle mit rechteckigem Kastenaufsatz aufweisen. Nach Beschichtung des Zwischenträgers 3 mit einem ersten Verdampfungsmaterial in der ersten Position erfolgt aufgrund der kontinuierlichen Bewegung des Zwischenträger 3 eine Rotation des mit dem ersten Verdampfungsmaterials
beschichteten Bereichs der Oberfläche des Zwischenträgers 3 zu einem zweiten Dampfrohr 7 einer zweiten
Verdampfungseinrichtung in einer zweiten Position. Dort erfolgt analog eine Beschichtung mit einem zweiten
Verdampfungsmaterial. Zu beachten ist hierbei, dass die Verdampfungstemperatur des zweiten Verdampfungsmaterials kleiner als die des ersten Verdampfungsmaterials in der ersten Position sein muss. Andernfalls würde das heißere Dampfrohr 7 des zweiten Materials mit höherer
Verdampfungstemperatur den Zwischenträgers 3 so stark erhitzen, dass das Material mit niedriger
Verdampfungstemperatur, welches bereits unter Dampfrohr 6 abgeschieden wurde, unerwünschter weise in der zweiten
Position verdampft werden würde. Um eine thermische
Beeinflussung des ersten und zweiten Dampfrohrs 6 und 7 zu minimieren sind Abschirmbleche 8 vorgesehen, die die
Strahlungswärme verringern. Dadurch wird eine voneinander unabhängige Regelung beider Dampfröhre bzw. der
resultierenden Abscheideraten ermöglicht.
Infolge der kontinuierlichen Rotationsbewegung 5 des
Zwischenträgers 3 wird der mit dem ersten und zweiten
Verdampfungsmaterial beschichtete Bereich der Oberfläche des Zwischenträgers 3 in eine dritte Position bewegt zu einer Heizeinrichtung 11 bewegt. Diese ist auf der der beschichten Oberfläche des Zwischenträgers 3 gegenüberliegenden Seite im Inneren der Quarztrommel angeordnet. Die beschichtete
Oberfläche des Zwischenträgers 3 gelangt in dieser Position in räumliche Nähe zum Substrat 1, welches im vorliegenden Ausführungsbeispiel im Abstand von ca. 5mm von der mit den Verdampfungsmaterialien beschichteten Oberfläche der
Quarztrommel beabstandet ist und kontinuierlich in
Substrattransportrichtung 2 am Zwischenträger 3 vorbei bewegt wird.
Zur Abscheidung der Verdampfungsmaterialien auf dem Substrat 2 werden diese mittels der Heizeinrichtung 11 in der 3. Position erwärmt und verdampft. Infolgedessen scheiden sich die Verdampfungsmaterialien auf dem Substrat ab.
Vorteilhafterweise ist das Substrat im Bereich der
Heizeinrichtung 11 durch eine nicht dargestellt
Kühleinrichtung gekühlt, um eine quantitative Abscheidung der Verdampfungsmaterialien auf dem Substrat 2 zu
gewährleisten. Die Heizeinrichtung 11 kann dabei
beispielsweise als Halogen-Stablampe mit einer Leistung von ca. 20 W/cm ausgeführt sein. Weiterhin kann eine nicht dargestellte gekühlte Blende vor der Heizeinrichtung 11 vorgesehen sein. Diese ist insbesondere vorteilhaft, um die Leistung der Heizeinrichtung 11 dahingehend zu regulieren, dass eine Öffnung den Winkel des Wärmeeintrags ausgehend von der Heizeinrichtung 11 auf den beschichteten Bereich der Oberfläche des Zwischenträgers 3 regulieren und die
abgegebene Strahlungsleistung eingestellt werden kann. Ziel ist es ausschließlich den Absorber zu erhitzen. Die
Heizleistung sollte deshalb nicht über die Stromzufuhr der Halogenlampe erfolgen, da sich hierbei das Emissionsspektrum in den Infrarot-Bereich verschieben würde und sich somit der Zwischenträger 3 aus Quarzglas unerwünschter weise stärker erwärmen würde. Die Öffnung der gekühlten Blende dient dabei als grobe Einstellmöglichkeit der Strahlungsleistung der Heizeinrichtung 11. Zusätzlich könnte über die
Rotationsgeschwindigkeit des Zwischenträgers 3 eine
Feineinstellung erfolgen, dies ist aber nicht zwingend erforderlich, da nur eine Temperatur über der
Verdampfungstemperatur beider Materialien erreicht werden muss .
Alternativ zur Halogenlampe kann ein fokussierter
Laserstrahl, welcher auf einer schmalen Linie in Position 3 entlang der Längsachse des Zwischenträgers 3 gerastert wird, als Heizquelle eingesetzt werden. Vorteil hierbei ist, dass aufgrund der schnellen Erwärmung auf hohe Temperaturen beide organische Materialien auf dieser Linie verdampft werden. Somit ist die erzielbare Toleranz der Stöchiometrie beider Materialien über der auf dem Substrat abgeschiedenen Schicht geringer. Die Wellenlänge des Lasers muss so gewählt werden, dass diese vom Zwischenträger 3 nicht absorbiert wird. Hier eignet sich beispielsweise ein Festkörperlaser mit einer Wellenlänge von ca. lym. Um die Absorberschicht auf der Oberfläche der Quarztrommel zu kühlen sind wassergekühlte Flächen 10 vorgesehen, welche einen Teil des Zwischenträgers 3 umfassen. Die
wassergekühlten Flächen 10 können dabei als Metallbauteile ausgeführt sein, die mit Kühlwasser durchströmt sind. Durch die wassergekühlten Flächen 10 erfolgte eine indirekte
Kühlung der Quarztrommel durch Aufnahme der Wärmestrahlung.
Weiterhin kann beispielsweise eine weitere indirekte
Kühlmöglichkeit der Quarztrommel aus einer Kühleinrichtung 12 bestehen, welche beispielsweise aus einem ortsfesten
Kühlwasserrohr besteht, welches im Inneren der Quarztrommel angeordnet ist und eine Strahlungsabsorbierende Außenwand aufweist . Zur Maximierung der Ausbeuten der abgeschiedenen Materialien können zudem beheizte Dampfblenden 13 in der ersten und zweiten Position im Bereich der Dampfröhre 6,7 der ersten und zweiten Verdampfungsvorrichtung vorgesehen sein. Der Abstand zwischen Quarztrommel und Blende 13 beträgt dabei etwa 1/5 der halben Blendenlänge. Bei einem Abstand von 2 mm zwischen Quarztrommel und Blende 13 beträgt somit die
Blendenlänge der beheizten Dampfblende 13 etwa 20 mm.
Der Antrieb des Zwischenträgers 3 erfolgt über Antriebsrollen 9, welche wie in Fig. 2 dargestellt jeweils im Randbereich des Zwischenträgers 3 angeordnet sind.
Dadurch wird ein Kontakt der Antriebsrollen 9 mit dem beschichteten Bereich der Oberfläche des Zwischenträgers 3 vermieden, um eine Beeinträchtigung der Schichtqualität zu verhindern. Die Antriebsrollen 9 können dabei beispielsweise aus einem Gummi ausgeführt sein, da die Temperatur des
Zwischenträgers an dieser Stelle deutlich unter 100°C liegt. Die Menge des abgeschiedenen Materials ergibt sich dabei aus einem Zusammenwirken der Substrattransportgeschwindigkeit und der Menge des verdampften Materials, welches über die Dampfrohre 6,7 auf dem Zwischenträger abgeschieden wird. Die Schichtdicke des auf dem Substrat 2 abgeschiedenen Materials kann somit über die vorbenannten Parameter entsprechend eingestellt werden. Die Rotationsgeschwindigkeit des
Zwischenträgers beeinflusst die Abscheiderate hingegen nicht .
In einem Ausführungsbeispiel der vorbeschrieben
Vakuumbeschichtungsanlage wird ein organisches Material als Verdampfungsmaterial eingesetzt.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorbeschriebenen Vakuumbeschichtungsanlage wird ein anorganisches Material als Verdampfungsmaterial eingesetzt. In einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorbeschriebenen Vakuumbeschichtungsanlage wird als anorganisches Material ein Metall eingesetzt, dessen Verdampfungstemperatur
unterhalb der Schmelz- bzw. Zersetzungstemperatur des
Zwischenträgers 3 liegt. Verfahren und Vorrichtung zur Beschichtung von Substraten aus der Dampfphase
Bezugszeichenliste Substrat
Substrattransportrichtung
zylindrische Zwischenträger
Rotationsachse des zylindrischen Zwischenträgers
Rotationsrichtung des zylindrischen Zwischenträgers Dampfrohr der 1. Verdampfungsvorrichtung
Dampfrohr der 2. Verdampfungsvorrichtung
Abschirmbleche
Antriebsrollen
wassergekühlte Flächen
Heizeinrichtung
Kühleinrichtung
beheizte Dampfblenden

Claims

Verfahren und Vorrichtung zur Beschichtung von Substraten aus der Dampfphase
Verfahren zur Beschichtung von Substraten in einer Vakuumbeschichtungsanlage, wobei das zu verdampfende Material in einer Verdampfungsvorrichtung erwärmt, verdampft und auf einem Substrat abgeschieden wird, wobei das Verdampfungsmaterial durch zweifache
Verdampfung unter Verwendung eines Zwischenträgers (3) auf dem Substrat (1) abgeschieden wird, wobei der
Zwischenträger (3) dauerhaft bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass
- das Verdampfungsmaterial auf einem zylindrisch
ausgeführten Zwischenträger (3) abgeschieden wird, wobei der Zwischenträger (3) um eine
Rotationsachse (4) in Rotationsrichtung (5) mittels eines Antriebssystems mit Antriebsrollen (9) bewegt wird,
- wobei das auf dem Zwischenträger (3) abgeschiedene Verdampfungsmaterial in eine Position bewegt wird, welche sich in räumlicher Nähe zu einem zu beschichtenden Substrat (1) und einer
Heizeinrichtung (11) befindet, und
- das auf dem Zwischenträger (3) abgeschiedene
Verdampfungsmaterial mittels der Heizeinrichtung (11) ein weiteres Mal verdampft und auf dem Substrat (1) abgeschieden wird. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
- das Verdampfungsmaterial ein erstes Mal in einer ersten Position durch die Verdampfungsvorrichtung verdampft und auf dem Zwischenträger (3) , welcher in räumlicher Nähe zur Verdampfungseinrichtung ortsveränderlich angeordnet ist, abgeschieden wird,
- dieser beschichtete Zwischenträger (3) in eine
zweite Position, welche sich in räumlicher Nähe zu einem zu beschichtenden Substrat (1) befindet, gebracht wird und das auf dem Zwischenträger (2) abgeschiedene
Verdampfungsmaterial in der zweiten Position ein zweites Mal verdampft und auf dem Substrat (3)
abgeschieden wird . Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass
- ein erstes Verdampfungsmaterial ein erstes Mal in der ersten Position durch die
Verdampfungsvorrichtung erwärmt, verdampft und auf dem Zwischenträger (3) , welcher in räumlicher Nähe zur Verdampfungsvorrichtung ortsveränderlich angeordnet ist, abgeschieden wird,
- ein zweites Verdampfungsmaterial nachfolgend ein erstes Mal in einer weiteren
Verdampfungsvorrichtung erwärmt, verdampft und auf das erste abgeschiedene Verdampfungsmaterial auf dem Zwischenträger (3) abgeschieden wird, wobei ein Schichtsystem aus erstem und zweitem
Verdampfungsmaterial entsteht,
- der Zwischenträger (3) in der zweiten Position durch eine Heizeinrichtung (11) auf der dem abgeschiedenen Verdampfungsmaterial
gegenüberliegenden Seite des Zwischenträgers (3) im Bereich des Substrats (1) erhitzt wird, wobei die abgeschiedenen Verdampfungsmaterialien ein zweites Mal verdampft werden,
- wodurch eine Vermischung der
Verdampfungsmaterialien überwiegend in der Dampfphase erfolgt und - die Abscheidung in gleichbleibend
stöchiometrischer Zusammensetzung der Mischung der Verdampfungsmaterialien auf dem Substrat (1) gewährleistet wird.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, dass als Verdampfungsmaterial
organisches Material verdampft wird.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, dass als Verdampfungsmaterial
anorganisches Material verdampft wird. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
dass als Verdampfungsmaterial ein Metall verdampft wird .
7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, dass die Länge des Verdampfungsraums der Verdampfungsvorrichtung proportional der
Schichtdicke des abgeschieden Verdampfungsmaterials auf dem Zwischenträger (1) gewählt wird.
8. Vorrichtung zur Beschichtung von Substraten mit
organischen Materialien mit einer
Verdampfungsvorrichtung zur Verdampfung organischer Materialien innerhalb einer Vakuumbeschichtungsanlage, wobei
- die Verdampfungsvorrichtung zur Verdampfung von Verdampfungsmaterialien in einer ersten Position angeordnet ist,
- eine Heizeinrichtung (11) gegenüberliegend der zu bedampfenden Seite des Zwischenträgers (3) in einer zweiten Position in räumlicher Nähe des Substrats (1) angeordnet ist und
- ein Zwischenträger (3) beweglich zwischen der
ersten und zweiten Position angeordnet ist, wobei Mittel zur dauerhaften Bewegung des
Zwischenträgers (3) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenträger (3) als Zylinder ausgeführt ist, wobei dieser eine
Rotationsachse (4) zur Rotation in Rotationsrichtung (5) aufweist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenträger (3) als Quarztrommel ausgeführt ist und eine Absorberschicht aufweist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch
gekennzeichnet, dass der Zwischenträger (3) als
Quarztrommel ausgeführt ist und eine Absorberschicht aus CrN/Si02 aufweist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch
gekennzeichnet, dass der Zwischenträger (3) als
Quarztrommel ausgeführt ist und eine Absorberschicht aus Molybdän aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenträger (3) als
Quarztrommel ausgeführt ist und eine Absorberschicht aus Wolfram aufweist.
13. Vorrichtung nach den Ansprüchen 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen
Zwischenträger (3) und Substrat (1) unter 50 mm beträgt .
14. Vorrichtung nach den Ansprüchen 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen
Zwischenträger (3) und Substrat (1) unter 5 mm beträgt
15. Vorrichtung nach den Ansprüchen 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kühleinrichtung (12) zur Kühlung des Zwischenträgers (3) im Bereich der
Verdampfungsvorrichtung angeordnet ist.
16. Vorrichtung nach den Ansprüchen 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kühleinrichtung (11) zur Kühlung des Substrats (1) angeordnet ist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (11) als Laser ausgeführt ist.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (11) als Halogenlampe ausgeführt ist.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (11) als Halogenlampe ausgeführt ist und eine gekühlte Blende aufweist.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (11) als Blitzlampe ausgeführt ist.
21. Vorrichtung nach den Ansprüchen 11 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der
Verdampfungsvorrichtung in der ersten Position und dem Substrat (1) in der zweiten Position eine weitere
Verdampfungsvorrichtung zur Verdampfung eines zweiten Verdampfungsmaterials angeordnet ist.
22. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch
gekennzeichnet, dass beheizte Dampfblenden (13) im Bereich der Dampfrohre (6,7) der ersten und zweiten
Verdampfungsvorrichtung angeordnet sind.
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