WO2013056885A1 - Anordnung zum beschichten eines substrats - Google Patents

Anordnung zum beschichten eines substrats Download PDF

Info

Publication number
WO2013056885A1
WO2013056885A1 PCT/EP2012/066641 EP2012066641W WO2013056885A1 WO 2013056885 A1 WO2013056885 A1 WO 2013056885A1 EP 2012066641 W EP2012066641 W EP 2012066641W WO 2013056885 A1 WO2013056885 A1 WO 2013056885A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
coating
substrate
coating material
arrangement
radiation
Prior art date
Application number
PCT/EP2012/066641
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Lindner
Benjamin Walther
Rolf Kniprath
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Publication of WO2013056885A1 publication Critical patent/WO2013056885A1/de

Links

Classifications

    • 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
    • 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
    • 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
    • C23C14/545—Controlling the film thickness or evaporation rate using measurement on deposited material
    • C23C14/547—Controlling the film thickness or evaporation rate using measurement on deposited material using optical methods
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/59—Transmissivity
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/8422—Investigating thin films, e.g. matrix isolation method
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/8422—Investigating thin films, e.g. matrix isolation method
    • G01N2021/8427—Coatings

Definitions

  • the present invention relates to an arrangement for coating a substrate, preferably by means of physical vapor deposition, with an improved ascertainability of the coating rate.
  • Vapor Deposition PVD
  • Chemical Vapor Deposition CVD
  • MBE Molecular Beam Epitaxy
  • Physical vapor deposition is a process in which the starting material or coating material, such as a metal, semiconductor or even organic or inorganic molecules, for example by an electric heater, is heated to temperatures near the boiling point , Moving a material vapor to a substrate and there condenses into a layer.
  • the coating rate or the material flow from the evaporator to the substrate it is particularly necessary to know the coating rate or the material flow from the evaporator to the substrate. As the material flow or the coating rate, among other factors such as the level of the evaporator, the material properties of the filling and the
  • Evaporator temperature is dependent, this is preferably for a
  • Coating material to determine, for example, the use of Thermocouples (TC), Quartz Crystal Microbalances (QCM), Quadrupole Mass Spectrometry (QMS), Infrared Monitoring (Infrared Monitor),
  • TC Thermocouples
  • QCM Quartz Crystal Microbalances
  • QMS Quadrupole Mass Spectrometry
  • Infrared Monitoring Infrared Monitor
  • SLS Light scattering
  • SE spectroscopic ellipsometry
  • EIES electron impact emission spectroscopy
  • AA atomic spectroscopy
  • X-ray fluorescence spectroscopy known.
  • the described methods are mainly used in a manufacturing process of CIGS solar cells and regulate punctiform sputter sources
  • the document DE 10 2008 043 634 A1 discloses an evaporator for evaporating organic materials and also a coating system, in particular for producing organic light-emitting diodes and / or organic solar cells.
  • the evaporator comprises an evaporation tank having at least one heat source for evaporating organic material and a
  • the heat source is arranged outside the evaporation container, the
  • Evaporation container from the outside, exclusively by heat radiation radiating radiator.
  • the outlet opening is also elongated and formed linienformig.
  • the document DE10 2009 029 236 A1 likewise describes an evaporator for evaporating organic materials and a coating system, in particular for producing organic light-emitting diodes and / or organic solar cells.
  • the present invention is an arrangement for coating a substrate with an organic coating material, comprising at least one evaporation tank for receiving organic coating material and at least one heat source for vaporizing the organic coating material, wherein the evaporation tank has an outlet opening for evaporated organic coating material, and wherein at least one absorption spectroscopic arrangement is provided with a radiation source and a detector for detecting the vapor density of the evaporated coating material, and wherein the assembly further comprises an amplification unit connected to the absorption spectroscopic device, which comprises a radiation chopper for generating a time-periodic pulse train of radiation pulses through the
  • Radiation source and a lock-in amplifier includes.
  • An arrangement for coating a substrate with an organic coating material may, for the purposes of the present invention, be any
  • coating can therefore be understood to mean any process in which an organic coating material can be applied to a substrate
  • the coating can have any suitable shape, structure or thickness and can also be applied in any desired pattern.
  • the arrangement for coating a substrate may be or include a physical vapor deposition apparatus.
  • the arrangement for coating a substrate may be or include a physical vapor deposition apparatus.
  • Device for coating a substrate comprises or is a device for chemical vapor deposition or any other device by which an organic material, in particular using a gas phase in a vacuum on a substrate can be applied.
  • a device can be used in particular for the production of organic light-emitting diodes (OLEDs) or organic solar cells. It can be used for example for the deposition of active organic layers and transport layers in vacuum predominantly thermal evaporator.
  • OLEDs organic light-emitting diodes
  • active organic layers and transport layers in vacuum predominantly thermal evaporator For coating a substrate with organic materials, they can be evaporated in vacuo, depending on the starting material used, in particular in a temperature range between about> 100 ° C. and about ⁇ 700 ° C.
  • the at least one heat source can be particularly good results in terms of
  • Evaporation container or the organic material to be evaporated can be achieved by the use of at least one quartz heater, in particular at least one Doppelrohrquarzstrahlers.
  • organic coating material which is to be coated in particular by the arrangement according to the invention on a substrate, in particular serve bathocuproine (2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1, 10-phenanthroline), fullerenes, such as C 6 o- or C 7 o-fullerenes, phthalocyanines, such as copper (Cu) or zinc (Zn) phthalocyanine.
  • bathocuproine 2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1, 10-phenanthroline
  • fullerenes such as C 6 o- or C 7 o-fullerenes
  • phthalocyanines such as copper (Cu) or zinc (Zn) phthalocyanine.
  • the substrate may comprise or be any suitable substrate which is coatable by a method as described above.
  • the substrate may be a substrate suitable for producing in particular organic light-emitting diodes, solar cells or other electronic components.
  • an evaporation container can furthermore be any container in which the organic
  • Coating material with which the substrate is to be coated submitted or at least temporarily recorded.
  • an amplification unit which has a
  • Radiation chopper for generating a temporally periodic pulse train of radiation pulses by the radiation source comprises.
  • the beam chopper can also be called a chopper. Through this a defined sequence of temporally limited radiation pulses becomes possible.
  • the radiation chopper can be designed, for example, to modulate the radiation emitted by the radiation source into a temporal periodic pulse sequence. Furthermore, the radiation chopper so directly with the
  • Radiation source be connected, that the radiation source as such emits a defined radiation pulse train.
  • radiation pulses can be generated in a frequency of> 50 Hz to ⁇ 100 Hz, this range is not restrictive.
  • the amplification unit further comprises a lock-in amplifier, which can be suitably connected to the radiation chopper.
  • a lock-in amplifier can in particular also be referred to as a
  • phase-sensitive rectifier or carrier frequency amplifier can be understood, which can represent a narrow-band bypass filter and in particular can improve the signal-to-noise ratio of a weak, in particular alternating signal.
  • the lock-in amplifier can be a phase amplifier which only evaluates and amplifies the radiation pulses. It can be amplified in a particularly advantageous manner, only the signal-comprehensive phase, which is a particularly good
  • amplification unit it may be possible according to the invention to be able to use an absorption spectroscopic device for measuring the vapor rate and thus the rate of coating of organic coating material.
  • an amplification unit can be used with the absorption spectroscopic
  • the vapor density in a coating process with an organic coating material be able to detect accurately and efficiently by means of an absorption spectroscopic device and thus be able to control or regulate a coating process efficiently, for example.
  • the absorption cross section of organic coating material is lower by a few orders of magnitude, such as by a factor of ten thousand, than in the case of metallic ones
  • k describes the absorption coefficient
  • d the optical path length
  • l 0 the irradiated light intensity
  • I the measured light intensity.
  • halogen lamps such as
  • Xenon lamps are called, whereas, for example, spectrometers may be suitable as detectors.
  • a coating rate may correspond in particular to the amount of coating material which is deposited on the substrate in a specific period of time or with which the substrate is coated.
  • the coating rate may include or correspond to a vapor deposition rate.
  • any elements of the absorption spectroscopic device such as radiation sources or detectors, can be positioned outside the coating cone.
  • Device is also coated by the coating material or this on the device, in particular a Radiation source or a detector is deposited. This brings a variety of benefits.
  • the yield of as desired coated substrate can be increased.
  • Quartz crystal microbalance peeled off coating material again and by particle entry into the deposited layer the
  • an absorption spectroscopic device offers the advantage of a dynamic and rapid determination of the coating rate, so that any changes can be reacted immediately.
  • the rejects during a coating process can be further minimized in the event of errors. It can the
  • Evaporator rate or the coating rate using only very short integration times in a range of a few seconds or about ⁇ 1 second be determined. This can be a fast
  • absorption spectroscopic devices or the methods that can be carried out thereby for determining the coating rate are usually substantially independent of disturbance variables, such as temperature.
  • constant or correct rates can be determined even under changing conditions, such as when the temperature changes during the coating by radiant heat of the evaporator, whereby the layer thickness can be set as desired on the substrate or the material composition in the coating as desired can be trained.
  • absorption spectroscopic devices are up to any radiation sources or
  • Mass production required high-rate evaporator sources can be operated in sufficient precision and continuity.
  • the density of the atomic / molecular beam produced by each individual evaporator can be determined by absorption spectroscopy.
  • Evaporative vessel or the respective outlet opening determinable, in particular a plurality of
  • absorption spectroscopic devices may be provided so that the coating rate of each evaporator is individually and independently determined. This is also true when coating by two or more
  • the arrangement may further include a
  • Reflectometric device and / or a transmission device for determining the layer thickness of an applied to the substrate organic coating may be particularly advantageous for thick applied coatings, such as for
  • a reflectometric device as well as a transmission device in this case comprises in particular a
  • the radiation source can be in particular a halogen lamp such as a xenon lamp or include this and further emit radiation in a wavelength range of about> 300nm to ⁇ 2,5 ⁇ .
  • the radiation can therefore be approximately in the range of the UV-IR light. In this case, in particular light with all the aforementioned wavelengths is emitted, since a measurement can be so accurate.
  • the detector may in particular be a CCD chip or a suitable spectrometer or comprise such a component.
  • the layer thickness of the applied to the substrate coating can be determined.
  • light can be radiated from the radiation source onto the coated substrate, expediently onto the coating or even onto the applied coating
  • the substrate is at least partially transparent, as is the case with the use of films, glass or the like.
  • part of the light is reflected on the surface of the coating, wherein a further part of the light penetrates the coating and is only reflected on the surface of the substrate.
  • the reflected radiation which comprises an interference of the radiation reflected at the substrate and the coating and possibly the irradiated radiation, can then be detected by the detector. For example, by comparison with a model, the layer thickness can be determined on the basis of the reflected radiation by evaluating the reflected radiation.
  • a transmission device may, in particular, be understood to mean a device which has a radiation source and a detector, wherein the radiation source and the detector are arranged on different sides of the substrate, so that the radiation emitted by the radiation source can radiate through the substrate together with the coating.
  • a transmission device may be suitable in particular when using transparent substrates.
  • the measurement can take place with respect to a moving substrate immediately after the respective coating process in order to obtain the most accurate and reliable measured values, so that the reflectometric device and / or the transmission device advantageously immediately after a coating position or after an outlet opening of the
  • Evaporation tank can be arranged. Consequently, in this
  • Embodiment in particular a total layer thickness can be determined as an addition of individual layer thicknesses.
  • the layer thickness in this embodiment can be determined after each coating step.
  • the layer thickness can be determined on the basis of a known system, wherein The system can be calibrated after each coating step by the previously determined layer thicknesses.
  • Transmissionsvortechnisch includes.
  • Coating process an exact conclusion on the coating rate possible.
  • the coating rate can here in particular without any
  • Interference which for example reduces or changes the deposition of a material vapor in the gas phase, can be exactly determined. Thereby, it is still possible, using the determined
  • Coating rate to control the coating process or regulate.
  • the arrangement according to the invention is particularly advantageous in this embodiment in order to obtain exact results with respect to the coating rate.
  • the absorption spectroscopy provides the measurement signals of the evaporation rates of each individual evaporator, the reflectometry and / or transmission measurement in addition to the measurement signal of the resulting absolute layer thicknesses.
  • the coating rate may also be additionally or alternatively adjusted by varying overspeed of the substrate.
  • the radiation chopper can comprise a rotatable disk having at least one radiation-impermeable region and at least one radiation-transmissive region.
  • This is a particularly simple, safe and durable design to match that of To modulate the radiation source continuously emitted radiation in time-limited radiation pulses.
  • the disc which is also called
  • Chopperrad can be called any number of
  • Pulse sequence of the emitted radiation can be adjustable.
  • the disk or a region of the disk can preferably completely cover the radiation cone of the radiation source.
  • radiopaque region advantageously be arranged such that they cover the radiation cone of the radiation source successively in a rotation of the disc about its axis or they are arranged in this meadow.
  • Evaporation container in which the substrate to be coated can be guided along successively, wherein downstream of the outlet opening of at least one evaporation vessel with respect to the evaporated coating material an absorptionsspektroskopische
  • Coating material is provided, and downstream of the
  • Outlet opening of at least one evaporation vessel with respect to the along-guided substrate a reflectometric and / or
  • Transmission device for optically detecting the layer thickness of the deposited coating. This is a particularly effective one
  • Reflectometric and / or transmission device may also be provided in the presence of more than two evaporation tanks, in particular between each or all of the two evaporation tanks.
  • a reflectometric and / or transmission device may also be provided in the presence of more than two evaporation tanks, in particular between each or all of the two evaporation tanks.
  • a reflectometric and / or transmission device may also be provided in the presence of more than two evaporation tanks, in particular between each or all of the two evaporation tanks.
  • Transmission device passed after the last of the substrate Evaporation tank be provided to determine the final applied layer thickness or applied by the last evaporation tank layer thickness. Further, an absorption spectroscopic device may be provided for each evaporation tank.
  • the outlet opening can be designed linear. This is next to the setting particularly high
  • Coating processes are particularly effective. Especially at
  • the evaporation container in particular in this embodiment, may be a tube oriented in particular transversely to the direction of substrate movement, preferably with a circular cross-section.
  • the tube is thin-walled and / or formed of metal and slotted in the direction of its longitudinal extent, preferably on the substrate facing the top of the tube.
  • the longitudinal slot of the tube preferably forms the outlet opening, through which organic material which has evaporated approximately can flow directly to the substrate to be coated.
  • the slot-shaped outlet opening preferably has a small width relative to the pipe diameter. It thereby forms a throttle point, which generates a very homogeneous distribution of the steam flow over the entire length of the evaporator, even with an uneven distribution of the coating material in the evaporation tube with a suitable design. Due to the customizable
  • the absorption spectroscopic device may comprise a photomultiplier as a detector.
  • detectors are particularly advantageous for coating methods with organic coating material, since they can detect even the smallest measurement signals safely and accurately, and also be well combined with the amplification unit used in the invention.
  • the arrangement may further comprise a quartz crystal microbalance (QCM).
  • QCM quartz crystal microbalance
  • Coating material is evaporated at the lowest rate and about the
  • Coating rate or the control of atomic / molecular evaporators are no longer controlled solely by the rate signal of the quartz crystal microbalance, but rather via a combination of several measurement signals that can be processed in-situ by means of computer simulation. Quartz crystal
  • Microbalances are microbalances whose sensor is based on a quartz crystal.
  • the piezoelectric property of quartz is used, which leads to a change in frequency of the quartz crystal, which is dependent on the mass of adsorbed on a surface of the quartz material.
  • a control unit may be provided, which is connected to the amplification unit and is further configured in such a way, a coating process based on the
  • the control unit can be connected to the heat source acting on the coating material and adjust it so that it heats up, for example, if the coating rate is too low and it is cooled accordingly if the coating rate is too high.
  • the outlet opening of the Evaporation vessel through which the vaporized molecules escape in the direction of substrate are mechanically reduced or increased, so that, depending on the desired adaptation, fewer or more molecules per time interval can leave the evaporation tank, so the
  • Coating rate is also adjusted.
  • the control unit with a
  • the control unit which may be a control unit, can expediently comprise a program which, based on the determined coating rate data, calculates a control signal or control signal and sends it to the coating unit, ie, in particular to the heat source or a further adjustment means for varying, for example, the
  • Evaporation rate or the discharge amount of the coating material from the evaporation tank can send.
  • control unit may additionally be connected to it or to this.
  • the coating process can be controlled or regulated even more precisely.
  • the present invention further relates to a method for coating a substrate with an organic coating material using an arrangement according to the invention, wherein the coating rate is determined at least by the absorption spectroscopic device using
  • Coating material is controlled based on the determined coating rate. This can be a particularly dynamic, accurate and effective
  • Evaporating tank can be used with a linear outlet opening and the coating rate can be controlled by adjusting an opening state of the outlet opening.
  • the coating rate can be controlled or regulated particularly quickly and dynamically in particularly wide ranges. Consequently, the advantages of a dynamic coating process of organic
  • Coating material particularly advantageous in this embodiment come to fruition.
  • the setting of the opening state can in particular the size of the provided opening and / or the
  • Geometry of the provided opening in the sense of the present invention mean.
  • the present invention further relates to the use of a
  • Fig. 1 is a schematic representation of an embodiment of a
  • Fig. 2 is a schematic representation of another embodiment of an inventive arrangement.
  • FIG. 1 shows an embodiment of the arrangement 10 according to the invention for coating a substrate 12 with an organic coating material.
  • an organic coating 14 can be produced on the substrate 12, in particular by a
  • Coating material 16 is vaporized, flows to the substrate 12 and there condensed.
  • the assembly 10 comprises at least one, for example, tubular evaporation vessel 18 for receiving organic matter
  • the evaporation vessel 18 and the heat source 20 may in an example
  • the evaporation container 18 may also extend transversely to a substrate movement direction A of the substrate 12.
  • the evaporation container 18 in this case comprises an outlet opening 22 for vaporized coating material 16. Through the outlet opening 22 may perpendicular to the substrate movement direction A in the direction of substrate 12 vaporized
  • Coating material 16 flow out and so a coating cone 24th form, which condenses on the substrate 12 and so the coating 14, forming.
  • the outlet opening 22 may, for example, form a line-shaped gap and have a width of> 30 cm.
  • the heat sources 20 may be formed as a double-tube quartz radiator or include these and be arranged for example on a circumference around the evaporation vessel 18.
  • the housing 21 expediently has an opening 23 for the outlet of the coating cone 24 or of the evaporated coating material 16.
  • This can be arranged inside the housing 21 or also approximately outside the housing 21 and in particular at radiation openings 28 and 30, such as glass windows, of the housing 21.
  • a radiation source 32 of the absorption spectroscopic device 26 can guide a defined light beam 34 to a detector 36, such as a photomultiplier, of the absorption spectroscopic device 26.
  • the absorption spectroscopic arrangement 26 advantageously radiates the greatest width of the coating cone 24. Consequently, in this case, the radiation source 32 and the detector 36 are arranged such that the light beam 34
  • Coating cone 24 radiates and parallel to the gap of
  • Outlet opening 22 and thus in particular parallel to the longitudinal extent of the evaporation tank 18 extends.
  • the arrangement 10 further comprises an amplification unit comprising a radiation chopper 37 for generating a time-periodic pulse train of radiation pulses through the radiation source and a lock-in amplifier 38. If the light beam 34 radiates the coating cone 24 of the organic coating material 16, the vapor density and thereby the
  • the arrangement 10 may further comprise a reflectometric device 40 and / or a transmission device 42 for determining the layer thickness of the organic coating 14 applied to the substrate 12.
  • a light source 44 and a detector 46 may be provided in particular with respect to the reflectometric device 40.
  • an emitted light beam 48, 50 can radiate onto the substrate 12 or onto the coating 14, be reflected on the substrate 12 or on the coating 14 and radiate as a reflected beam 52, 54 to the detector 46, where it can be detected.
  • a radiation source which may be identical to the radiation source 44 of the reflectometric device, as well as a detector 56 for detecting the radiation 58 penetrating the substrate 12 and the coating 14 may also be provided.
  • Quartz crystal microbalance 60 may be provided, which may be arranged in the coating cone 24.
  • a control unit 61 may be provided, which is connected to the absorption spectroscopic device 26 or to the amplification unit and optionally to the reflectometric device 40 and / or the transmission device 42 and / or the quartz crystal microbalance 60. The control unit 61 may then be so
  • control unit 61 may be connected, for example, to the evaporation tank 18 or to a device for adjusting the outlet opening 22 and / or to the heat source or heat sources 20, in order to achieve this
  • Coating process or the coating rate for example by adjusting the temperature of the heat source 20 or by adjusting an opening state of the outlet opening 22 to control.
  • the following analysis methods or analysis devices can be used to determine the coating rate: absorption spectroscopy in conjunction with a quartz crystal microbalance; Absorption spectroscopy in conjunction with reflectometry; Absorption spectroscopy in conjunction with
  • coating materials 16 can be vacuum processes, all elements shown in FIG. 1 can be arranged in a vacuum chamber (not shown). Further, the substrate 12 may be passed through the vacuum chamber, such as through vacuum tight openings. Moreover, in particular, the absorption spectroscopic device 26, the reflectometric device 40 and / or the transmission device 42 can be arranged completely or partially outside the vacuum chamber. In this case, for example, light beams can be guided through vacuum-tight windows or light guides to the desired application position.
  • FIG. 2 shows a further embodiment of the present invention.
  • at least two evaporation containers 18 are provided, on which the substrate 12 to be coated can be guided successively, that is to say in particular successively, wherein downstream of the outlet opening 22 at least one evaporation container 18 is vaporized
  • Coating material 16 is provided in particular an absorption spectroscopic arrangement 26 for optically detecting the vapor density of the evaporated coating material 16, and wherein the downstream
  • Outlet opening 22 of at least one evaporation vessel 18 with respect to the along-guided substrate 12 a reflectometric 40 and / or
  • Transmission device 42 for optically detecting the layer thickness of the deposited coating 14, 15 is provided.
  • FIG. 2 is strong shown simplified to explain the principle of this embodiment.
  • FIG. 1 all components shown in FIG. 1 can be provided in a way that is understandable to a person skilled in the art.
  • housings 21 with the reflectometric device 40 and transmission device 42 arranged therebetween and with the radiation source 32 and detector 36 of the absorption spectroscopic devices 26 are shown in FIG. It is for the
  • the amplifying unit is also used in the
  • FIG. 2 further shows that an unrolling device 62 for unwinding a substrate 12 to be coated, in particular a film-shaped substrate, and a substrate
  • Roll-up device 64 may be provided for rolling up the coated substrate 12, wherein the rolling device 62 and the retractor 64 are arranged such that during a rolling process and / or at a
  • Coating 15 are applied to the substrate 12.
  • all the elements shown can be arranged in a vacuum chamber, not shown. Further, the substrate 12 may be passed through the vacuum chamber, such as through vacuum tight openings. In addition, especially the absorption spectroscopic

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zum Beschichten eines Substrats (12) mit einem organischen Beschichtungsmaterial (16), umfassend wenigstens einen Verdampfungsbehälter (18) zur Aufnahme von organischem Beschichtungsmaterial (16) und wenigstens eine Wärmequelle (20) zum Verdampfen des organischen Beschichtungsmaterials (16), wobei der Verdampfungsbehälter (18) eine Austrittsöffnung (22) für verdampftes organisches Beschichtungsmaterial (16) aufweist, und wobei wenigstens eine absorptionsspektroskopische Anordnung (26) mit einer Strahlungsquelle (32) und einem Detektor (36) zum Erfassen der Dampfdichte des verdampften Beschichtungsmaterials (16) vorgesehen ist, und wobei die Anordnung ferner eine mit der absorptionsspektroskopischen Vorrichtung (26) verbundene Verstärkungseinheit aufweist, welche einen Strahlungszerhacker (37) zum Erzeugen einer zeitlich periodischen Pulsfolge von Strahlungspulsen durch die Strahlungsquelle und einen Lock-in-Verstärker (38) umfasst. Mit einer derartigen Anordnung ist die Beschichtungsrate etwa einer Physikalischen Gasphasenabscheidung besonders wartungsarm und genau ermittelbar. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Beschichten eines Substrats (12) mit einem organischen Beschichtungsmaterial (16).

Description

Beschreibung Titel
Anordnung zum Beschichten eines Substrats
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zum Beschichten eines Substrats, vorzugsweise mittels physikalischer Gasphasenabscheidung, mit einer verbesserten Ermittelbarkeit der Beschichtungsrate.
Stand der Technik
Zur Herstellung von einzelnen oder mehreren Materialschichten auf einem Trägersubstrat sind diverse Techniken, wie beispielsweise Physikalische
Gasphasenabscheidung (PVD), Chemische Gasphasenabscheidung (CVD) oder Molekularstrahlepitaxie (MBE) bekannt und gebräuchlich. Bei der Physikalischen Gasphasenabscheidung, beispielsweise, handelt es sich um ein Verfahren, bei dem das Ausgangsmaterial beziehungsweise das Beschichtungsmaterial, wie etwa ein Metall, Halbleiter oder auch organische oder anorganische Moleküle, beispielsweise durch eine elektrische Heizung, auf Temperaturen in der Nähe des Siedepunkts erhitzt wird, sich ein Materialdampf zu einem Substrat bewegt und dort zu einer Schicht kondensiert. Um die Schichtdicke des abgeschiedenen Materials auf dem Substrat einstellen zu können, benötigt man insbesondere Kenntnis über die Beschichtungsrate beziehungsweise den Materialfluss von dem Verdampfer hin zum dem Substrat. Da der Materialfluss beziehungsweise die Beschichtungsrate unter anderem von Faktoren wie dem Füllstand des Verdampfers, den Materialeigenschaften des Füllgutes und der
Verdampfertemperatur abhängig ist, ist dieser vorzugsweise für einen
kontinuierlichen Beschichtungsprozess mess- und regelbar.
Um Beschichtungsraten bei der Beschichtung von metallischem
Beschichtungsmaterial zu bestimmen, ist beispielsweise die Verwendung von Thermoelementen (TC), Quartzkristall-Mikrowaagen (QCM), Quadrupol- Massenspektroskopie (QMS), Infrarot-Monitoring (Infrared Monitor),
Lichtstreuung (SLS), spektroskopischer Ellipsometrie (SE), Elektronenstoß- Emissionsspektroskopie (EIES), Atomspektroskopie (AA) oder auch
Röntgenfluoreszenzspektroskopie (RFS, XRF) bekannt. Die beschriebenen Verfahren werden vor allem bei einem Herstellungsprozess von CIGS- Solarzellen genutzt und regeln dort punktförmige Sputterquellen unter
Verwendung von metallischem Beschichtungsmaterial. Derartige Verfahren sind jedoch grundsätzlich nicht auf Beschichtungsverfahren für organisches
Beschichtungsmaterial übertragbar.
Daher werden derzeit bei einem Beschichten von Substraten mit organischem Beschichtungsmaterial, wie etwa bei der Herstellung von organischen
Solarzellen, die Aufdampfraten punktuell mit Schwingquarzen beziehungsweise Quarzkristall-Mikrowaagen (QCM) gemessen und durch die Heizleistung am Verdampfer manuell geregelt.
Aus dem Dokument DE 10 2008 043 634 A1 ist ein Verdampfer zum Verdampfen organischer Materialien sowie eine Beschichtungsanlage insbesondere zur Herstellung organischer Leuchtdioden und/oder organischer Solarzellen bekannt. Der Verdampfer umfasst einen Verdampfungsbehälter mit wenigstens einer Wärmequelle zum Verdampfen von organischem Material und einer
Austrittsöffnung für verdampftes organisches Material. Dabei ist die Wärmequelle ein außerhalb des Verdampfungsbehälters angeordneter, den
Verdampfungsbehälter von außen, ausschließlich durch Wärmestrahlung erhitzender Strahler. Die Austrittsöffnung ist ferner langgestreckt und linienformig ausgebildet.
Das Dokument DE10 2009 029 236 A1 beschreibt ebenfalls einen Verdampfer zum Verdampfen organischer Materialien sowie eine Beschichtungsanlage insbesondere zur Herstellung organischer Leuchtdioden und/oder organischer Solarzellen. Um eine schnelle Einstellung beziehungsweise Veränderung der Beschichtungsrate zu realisieren, ist gemäß diesem Dokument ein Mittel zum Variieren des freien Querschnitts einer schlitzförmigen Austrittsöffnung des Verdampfungsbehälters oder eines der Austrittsöffnung nachgelagerten
Austrittskanals vorgesehen. Offenbarung der Erfindung Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Anordnung zum Beschichten eines Substrats mit einem organischen Beschichtungsmaterial, umfassend wenigstens einen Verdampfungsbehälter zur Aufnahme von organischem Beschichtungsmaterial und wenigstens eine Wärmequelle zum Verdampfen des organischen Beschichtungsmaterials, wobei der Verdampfungsbehälter eine Austrittsöffnung für verdampftes organisches Beschichtungsmaterial aufweist, und wobei wenigstens eine absorptionsspektroskopische Anordnung mit einer Strahlungsquelle und einem Detektor zum Erfassen der Dampfdichte des verdampften Beschichtungsmaterials vorgesehen ist, und wobei die Anordnung ferner eine mit der absorptionsspektroskopischen Vorrichtung verbundene Verstärkungseinheit aufweist, welche einen Strahlungszerhacker zum Erzeugen einer zeitlich periodischen Pulsfolge von Strahlungspulsen durch die
Strahlungsquelle und einen Lock-in-Verstärker umfasst.
Eine Anordnung zum Beschichten eines Substrats mit einem organischen Beschichtungsmaterial kann im Sinne der vorliegenden Erfindung jegliche
Anordnung sein, mittels der ein organisches Beschichtungsmaterial auf ein Substrat aufbringbar ist. Unter einem Beschichten kann daher im Sinne der vorliegenden Erfindung jeglicher Prozess verstanden werden, bei dem ein organisches Beschichtungsmaterial auf ein Substrat aufbringbar ist,
insbesondere in Form wenigstens einer Schicht beziehungsweise Beschichtung.
Die Beschichtung kann dabei jede geeignete Form, Struktur oder Dicke aufweisen und ferner in jedem gewünschten Muster auftragbar sein. Bevorzugt kann die Anordnung zum Beschichten eines Substrats eine Vorrichtung zur Physikalischen Gasphasenabscheidung sein oder diese umfassen. Jedoch ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht ausgeschlossen, dass die
Vorrichtung zum Beschichten eines Substrats eine Vorrichtung zur Chemischen Gasphasenabscheidung umfasst oder diese ist oder jede weitere Vorrichtung, durch welche ein organisches Material insbesondere unter Verwendung einer Gasphase in einem Vakuum auf ein Substrat aufbringbar ist. Eine derartige Vorrichtung kann insbesondere für eine Herstellung von organischen Licht - emittierende Dioden (OLEDs) oder organischen Solarzellen dienen. Dabei können etwa für die Abscheidung von aktiven organischen Schichten sowie von Transportschichten im Vakuum überwiegend thermische Verdampfer eingesetzt werden. Für das Beschichten eines Substrats mit organischen Materialien können diese im Vakuum je nach verwendetem Ausgangsstoff insbesondere in einem Temperaturbereich zwischen etwa >100°C und etwa < 700°C verdampft werden. Bezüglich der wenigstens einen Wärmequelle können dabei besonders gute Ergebnisse im Hinblick auf die
Erwärmungsgeschwindigkeit und die Regelbarkeit der Temperatur des
Verdampfungsbehälters beziehungsweise des zu verdampfenden organischen Materials durch den Einsatz mindestens eines Quarzstrahlers, insbesondere mindestens eines Doppelrohrquarzstrahlers erzielt werden.
Als organisches Beschichtungsmaterial, welches insbesondere durch die erfindungsgemäße Anordnung auf ein Substrat zu beschichten ist, können insbesondere dienen Bathocuproin (2,9-Dimethyl-4,7-diphenyl-1 ,10- phenanthrolin), Fullerene, wie etwa C6o- oder C7o-Fullerene, Phthalocyanine, wie etwa Kuper (Cu)- oder Zink (Zn)- Phthalocyanin.
Das Substrat kann jedes geeignete Substrat umfassen oder sein, welches durch ein oben beschriebenes Verfahren beschichtbar ist. Beispielsweise kann das Substrat ein zur Herstellung von insbesondere organischen Leuchtdioden, Solarzellen oder sonstiger elektronischer Komponenten geeignetes Substrat sein. Beispielhaft können hier insbesondere genannt werden Glas, beschichtetes Glas, Kunststoffe, wie beispielsweise Polycarbonat, Polyethylen, Polycarbonat Polyvinylchlorid, etwa in Verbindung mit einer leitfähigen Schicht und/oder etwa als Folie.
Ein Verdampfungsbehälter kann ferner im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere jegliches Behältnis sein, in welchem das organische
Beschichtungsmaterial, mit welchem das Substrat beschichtet werden soll, vorgelegt beziehungsweise zumindest temporär aufgenommen werden kann.
Weiterhin ist eine Verstärkungseinheit vorgesehen, welche einen
Strahlungszerhacker zum Erzeugen einer zeitlich periodischen Pulsfolge von Strahlungspulsen durch die Strahlungsquelle umfasst. Der Strahlunsgzerhacker kann auch als Chopper bezeichnet werden. Durch diesen wird eine definierte Abfolge an zeitlich begrenzten Strahlungspulsen möglich.
Der Strahlungszerhacker kann dabei etwa dazu ausgestaltet sein, die von der Strahlungsquelle emittierte Strahlung in eine zeitliche periodische Pulsfolge zu modulieren. Ferner kann der Strahlungszerhacker derart direkt mit der
Strahlungsquelle verbunden sein, dass die Strahlungsquelle als solche eine definierte Strahlungs-Pulsfolge emittiert. Beispielsweise können Strahlungspulse in einer Frequenz von > 50Hz bis < 100Hz erzeugt werden, wobei dieser Bereich nicht beschränkend ist.
Um das von dem Strahlungszerhacker modulierte beziehungsweise erzeugte Signal in besonders vorteilhafter Weise auswerten zu können, umfasst die Verstärkungseinheit ferner einen Lock-in-Verstärker, der zweckmäßigerweise mit dem Strahlungszerhacker verbunden sein kann. Unter einem Lock-in-Verstärker kann im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere ein auch als
phasenempfindlicher Gleichrichter oder Trägerfrequenzverstärker bezeichneter Verstärker verstanden werden, der einen schmalbandigen Bypassfiter darstellen kann und insbesondere das Signal-Rausch-Verhältnis eines schwachen insbesondere Wechselsignals verbessern kann. Dabei kann der Lock-in- Verstärker insbesondere ein Phasenverstärker sein, der nur die Strahlungspulse auswertet und verstärkt. Dabei kann in besonders vorteilhafter Weise nur die signalumfassende Phase verstärkt werden, was eine besonders gute
Verbesserung des Signal-Rauch-Verhältnisses erlaubt.
Insbesondere durch das Vorsehen der vorbeschriebenen Verstärkungseinheit kann es erfindungsgemäß möglich werden, eine absorptionsspektroskopische Vorrichtung zur Messung der Dampfrate und damit der Beschichtungsrate von organischem Beschichtungsmaterial anwenden zu können. Eine derartige Verstärkungseinheit kann dabei mit der absorptionsspektroskopischen
Vorrichtung, insbesondere mit deren Detektor, verbunden sein. Das bedeutet insbesondere, dass sie ein separates Bauteil darstellen, oder als Teil der absorptionsspektroskopischen Vorrichtung in diese integriert sein kann. Somit wird es durch die erfindungsgemäße Anordnung möglich, die Dampfdichte bei einem Beschichtungsprozess mit einem organischen Beschichtungsmaterial durch eine absorptionsspektroskopische Vorrichtung genau und effizient detektieren zu können und so etwa einen Beschichtungsprozess effizient steuern beziehungsweise regeln zu können. Dies ist gemäß dem Stand der Technik grundsätzlich nicht möglich, da beispielsweise der Absorptionsquerschnitt von organischem Beschichtungsmaterial um einige Zehnerpotenzen, wie etwa um den Faktor zehntausend, geringer ist, als bei metallischen
Beschichtungsprozessen.
Im Detail basiert bei der Absorptionsspektroskopie die direkte Messung der Dampfdichte in einem Beschichtungsprozess auf der Lichtabsorption und wird grundsätzlich durch das Lambert-Beersche Gesetz beschrieben: l=l0exp(-kd). Dabei beschreibt k den Absorptionskoeffizienten, d die optische Weglänge, l0 die eingestrahlte Lichtintensität und I die gemessene Lichtintensität. Dabei wird mit Hilfe einer externen Lichtquelle der wellenlängenabhängige
Absorptionskoeffizient bestimmt, welcher direkt proportional zur Dampfdichte ist.
Als Lichtquellen können sowohl kohärente als auch inkohärente Lichtquellen genutzt werden. Als Beispiele können hier Halogenlampen, wie etwa
Xenonlampen genannt werden, wohingegen als Detektoren beispielsweise Spektrometer geeignet sein können.
Durch das Vorsehen einer absorptionsspektroskopischen Vorrichtung zum Erfassen der Dampfdichte wird es möglich, die Beschichtungsrate eines organischen Beschichtungsmaterials vollständig oder zumindest teilweise auf optischem Wege zu ermitteln. Eine Beschichtungsrate kann dabei im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere der Menge an Beschichtungsmaterial entsprechen, welche in einer bestimmten Zeitdauer auf dem Substrat abgeschieden wird beziehungsweise mit dem das Substrat beschichtet ist.
Beispielsweise kann die Beschichtungsrate eine Aufdampfrate umfassen beziehungsweise dieser entsprechen.
Somit können in der erfindungsgemäßen Anordnung etwaige Elemente der absorptionsspektroskopischen Vorrichtung, wie beispielsweise Strahlungsquellen oder Detektoren, außerhalb des Beschichtungskegels positioniert werden.
Dadurch kann verhindert werden, dass die absorptionsspektroskopische
Vorrichtung ebenfalls von dem Beschichtungsmaterial beschichtet wird beziehungsweise dieses auf der Vorrichtung, wie insbesondere einer Strahlungsquelle oder einem Detektor, abgeschieden wird. Dies bringt eine Vielzahl von Vorteilen mit sich.
Zum Einen können die Lebensdauer beziehungsweise die fehlerfreien
Arbeitsintervalle und damit die Wartungsintervalle deutlich verlängert werden.
Ferner ist es erfindungsgemäß nicht notwendig, wie etwa bei Massequarzen üblich, Wechseleinrichtungen beziehungsweise Revolver vorzusehen. Dadurch kann der benötigte Bauraum minimiert werden. Weiterhin kann dadurch, dass das zu beschichtende Substrat auch nicht partiell von der
absorptionsspektroskopischen Vorrichtung überdeckt wird, die Ausbeute an wie gewünscht beschichtetem Substrat erhöht werden.
Darüber hinaus kann durch eine erfindungsgemäß mögliche Positionierung der absorptionsspektroskopischen Anordnung insbesondere vollständig außerhalb eines Gehäuses beziehungsweise einer Beschichtungskammer und ferner außerhalb des Beschichtungskegels beispielsweise der Nachteil von
Quarzkristall-Mikrowaagen vermieden werden, nach dem diese
arbeitsweisenbedingt beschichtet werden, das teilweise porös auf der
Quarzkristall-Mikrowaage abgeschiedene Beschichtungsmaterial wieder abplatzt und durch Partikeleintrag in die abgeschiedene Schicht den
Beschichtungsprozess negativ beeinflusst. Dadurch kann in einer
erfindungsgemäßen Abordnung die Morphologie der abgeschiedenen Schicht stets wie gewünscht ausgebildet werden. Weiterhin bietet eine absorptionsspektroskopische Vorrichtung den Vorteil einer dynamischen und schnellen Bestimmung der Beschichtungsrate, weshalb auf etwaige Veränderungen unmittelbar reagiert werden kann. Somit kann insbesondere bei der Ermittlung der Dampfdichte unmittelbar auf eine sich verändernde Beschichtungsrate noch während des Beschichtungsprozesses reagiert werden, so dass eventuell auftretende Fehler unmittelbar korrigiert werden können. Dadurch kann der Ausschuss bei einem Beschichtungsprozess bei auftretenden Fehlern weiter minimiert werden. Dabei kann die
Verdampferrate beziehungsweise die Beschichtungsrate unter Verwendung von nur sehr kurzen Integrationszeiten in einem Bereich von wenigen Sekunden oder etwa bei < 1 Sekunde ermittelbar sein. Dadurch kann eine schnelle
Ratensteuerung gewährleistet werden. Weiterhin sind absorptionsspektroskopische Vorrichtungen beziehungsweise die dadurch ausführbaren Verfahren zum Ermitteln der Beschichtungsrate meist im Wesentlichen unabhängig von Störgrößen wie etwa der Temperatur. Dadurch können auch bei sich verändernden Bedingungen, wie beispielsweise, wenn sich während der Beschichtung durch Strahlungswärme des Verdampfers seine Temperatur ändert, konstante beziehungsweise korrekte Raten ermittelt werden, wodurch die Schichtdicke auf dem Substrat wie gewünscht eingestellt werden kann beziehungsweise die Materialzusammensetzung in der Beschichtung wie gewünscht ausgebildet werden kann. Ferner sind absorptionsspektroskopische Vorrichtungen bis auf etwaige Strahlungsquellen beziehungsweise
Beleuchtungsquellen im Wesentlichen verschleißfrei.
Erfindungsgemäß kann daher weiterhin eine Kombination von unterschiedlichen Messmethoden in Kombination mit einer in-situ Simulation realisiert werden, wobei mit einem derartig kombinierten insbesondere Steuerkonzept
beziehungsweise Regelkonzept besonders vorteilhaft die für eine
Massenfertigung erforderlichen hochratenfähigen Verdampferquellen in ausreichender Präzision und Kontinuität betrieben werden können.
Durch eine erfindungsgemäße Anordnung kann es insbesondere möglich werden, exakt abgeschiedene organische Beschichtungen auf dem Substrat zu erzeugen, welche auch wenigstens zwei unterschiedliche Materialien aufweisen können. So können beispielsweise zwei unterschiedliche Materialien
nacheinander auf dem Substrat aufgetragen werden. Ferner wird es möglich, Mischschichten auf dem Substrat abzuscheiden, welche eine Mischung aus wenigstens zwei unterschiedlichen Materialien aufweisen. Speziell in der organischen Photovoltaik kann diese Ausgestaltung von Vorteil sein, da hier Mischschichten mit einem definierten Verhältnis mehrerer Materialien gewünscht sein können. Dazu ist es zweckmäßig, wenn die Materialien simultan aus unterschiedlichen Quellen durch die Verdampferquellen verdampft werden können.
Durch Absorptionsspektroskopie ist dabei insbesondere die Dichte des erzeugten Atom-/Molekülstrahls jedes einzelnen Verdampfers ermittelbar. Dabei ist insbesondere bei der Anordnung einer Mehrzahl an Verdampfungsbehältern beziehungsweise Verdampfern die Dampfdichte vor jedem
Verdampfungsbehälter beziehungsweise der jeweiligen Austrittsöffnung bestimmbar, wobei insbesondere eine Mehrzahl an
absorptionsspektroskopischen Vorrichtungen vorgesehen sein kann, so dass die Beschichtungsrate eines jeden Verdampfers einzeln und unabhängig bestimmbar ist. Dadurch ist auch bei dem Beschichten durch zwei oder mehr
Verdampferquellen auf dieselbe Substratposition nicht nur die kumulierte
Verdampfungsrate beziehungsweise Beschichtungsrate bestimmbar, sondern auch das Mischungsverhältnis ist wie gewünscht und konstant einregelbar. Die Verwendung einer absorptionsspektroskopischen Vorrichtung ist insbesondere vorteilhaft für hoch ratefähige Verfahren also für solche mit hohen
Beschichtungsraten.
Im Rahmen einer Ausgestaltung kann die Anordnung ferner eine
reflektometrische Vorrichtung und/oder eine Transmissionsvorrichtung zum Ermitteln der Schichtdicke einer auf das Substrat aufgetragenen organischen Beschichtung aufweisen. Derartige Vorrichtungen können insbesondere vorteilhaft für dicke aufgebrachte Beschichtungen sein, wie etwa für
Schichtdicken ab ungefähr und rein beispielhaft 40nm. Derartige Schichtdicken können insbesondere erzielt werden durch hochratefähige Verfahren, also durch solche mit hohen Beschichtungsraten. Eine reflektometrische Vorrichtung wie auch eine Transmissionsvorrichtung umfasst dabei insbesondere eine
Strahlungsquelle und einen Detektor. Die Strahlungsquelle kann dabei insbesondere eine Halogenlampe wie etwa eine Xenonlampe sein oder diese umfassen und ferner Strahlung in einem Wellenlängenbereich von etwa > 300nm bis < 2,5μηΊ emittieren. Die Strahlung kann also etwa in dem Bereich des UV-IR- Lichts liegen. Dabei wird insbesondere Licht mit sämtlichen vorgenannten Wellenlängen emittiert, da eine Messung so genauer sein kann. Der Detektor kann insbesondere ein CCD-Chip beziehungsweise ein geeignetes Spektrometer sein beziehungsweise ein derartiges Bauteil umfassen.
Im Detail kann durch die reflektometrische Vorrichtung oder auch durch eine Transmissionsvorrichtung nach einem Beschichtungsprozess oder einem
Teilbeschichtungsprozess die Schichtdicke der auf das Substrat aufgebrachten Beschichtung bestimmt werden. Bei einer reflektometrischen Anordnung kann dazu von der Strahlungsquelle Licht auf das beschichtete Substrat gestrahlt werden, zweckmäßigerweise auf die Beschichtung oder auch auf die der aufgetragenen Beschichtung
entgegengesetzten Seite des Substrats insbesondere dann, wenn das Substrat zumindest teilweise transparent ist, wie dies bei der Verwendung von Folien, Glas oder Ähnlichem der Fall ist. Dabei wird ein Teil des Lichts an der Oberfläche der Beschichtung reflektiert, wobei ein weiterer Teil des Lichts die Beschichtung durchdringt und erst an der Oberfläche des Substrats reflektiert wird. Die reflektierte Strahlung, welche eine Interferenz der an dem Substrat und der Beschichtung reflektierten Strahlung und eventuell der eingestrahlten Strahlung umfasst, kann dann durch den Detektor detektiert werden. Beispielsweise durch einen Vergleich mit einem Modell kann durch ein Auswerten der reflektierten Strahlung die Schichtdicke anhand der reflektierten Strahlung ermittelt werden.
Unter einer Transmissionsvorrichtung kann insbesondere eine Vorrichtung verstanden werden, welche eine Strahlungsquelle und einen Detektor aufweist, wobei die Strahlungsquelle und der Detektor auf unterschiedlichen Seiten des Substrats angeordnet sind, so dass die von der Strahlungsquelle emittierte Strahlung das Substrat zusammen mit der Beschichtung durchstrahlen kann. Dadurch kann bei der Kenntnis der von der Strahlungsquelle emittierten
Strahlung und der transmittierten Strahlung der Grad an von der Beschichtung absorbierten Strahlung ermittelt werden, was ebenfalls Rückschlüsse auf die Schichtdicke zulässt. Dazu kann wiederum ein geeignetes Computermodell Verwendung finden. Eine Transmissionsvorrichtung kann dabei insbesondere bei der Verwendung von transparenten Substraten geeignet sein.
Die Messung kann dabei bezüglich eines sich bewegenden Substrats unmittelbar nach dem jeweiligen Beschichtungsprozess erfolgen, um möglichst genaue und sichere Messwerte zu erhalten, so dass die reflektometrische Vorrichtung und/oder die Transmissionsvorrichtung vorteilhafterweise unmittelbar nach einer Beschichtungsposition beziehungsweise nach einer Austrittsöffnung des
Verdampfungsbehälters angeordnet sein kann. Folglich kann in dieser
Ausgestaltung insbesondere eine Gesamtschichtdicke ermittelt werden als Addition von Einzelschichtdicken. Vorteilhaft kann die Schichtdicke in dieser Ausgestaltung nach jedem Beschichtungsschritt ermittelt werden. Dabei kann die Schichtdicke ausgehend von einem bekannten System ermittelt werden, wobei das System etwa nach jedem Beschichtungsschritt durch die zuvor ermittelten Schichtdicken kalibriert werden kann.
Weitere Einheiten, wie etwa ein Polarisator oder Ähnliches, können dabei zweckmäßigerweise von der reflektometrischen Vorrichtung und/oder
Transmissionsvorrichtung umfasst sein.
In dieser Ausgestaltung kann somit durch ein Reflektions- und/oder
Transmissionsspektrum der wellenlängenabhängige Reflektions- und
Transmissionsgrad des Schichtstapels gemessen, und mit dessen Hilfe und insbesondere mit einer computergestützten Simulation die zuletzt aufgebrachte Schichtdicke bestimmt werden. Dabei ist bei Kenntnis der Dauer des
Beschichtungsprozesses ein exakter Rückschluss auf die Beschichtungsrate möglich. Die Beschichtungsrate kann hier insbesondere ohne eventuelle
Störeinflüsse, welche etwa das Abscheiden eines in der Gasphase sich befindlichen Materialdampfs reduzieren oder verändern, exakt bestimmt werden. Dadurch ist es weiterhin möglich, unter Verwendung der ermittelten
Beschichtungsrate den Beschichtungsprozess zu steuern beziehungsweise zu regeln.
Die erfindungsgemäße Anordnung ist in dieser Ausgestaltung besonders vorteilhaft geeignet, um exakte Ergebnisse bezüglich der Beschichtungsrate zu erhalten. So können etwa die Nachteile der Reflektometrie,
Transmissionsmessung beziehungsweise der Absorptionsspektroskopie, welche anwendungsbedingt durchaus vernachlässigbar und/oder tolerierbar sein können, behoben werden. Die Absorptionsspektroskopie liefert die Messsignale der Verdampfungsraten jedes einzelnen Verdampfers, die Reflektometrie und/oder Transmissionsmessung ergänzend dazu das Messsignal der resultierenden absoluten Schichtdicken. Die Beschichtungsrate kann ferner zusätzlich oder alternativ durch variierende Überfahrgeschwindigkeiten des Substrates angepasst werden.
Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann der Strahlungszerhacker eine wenigstens einen strahlungsundurchlässigen Bereich und wenigstens einen strahlungsdurchlässigen Bereich aufweisende rotierbare Scheibe umfassen. Dies ist eine besonders einfache, sichere und langlebige Ausgestaltung, um die von der Strahlungsquelle kontinuierlich emittierte Strahlung in zeitlich begrenzte Strahlungspulse zu modulieren. Dabei kann die Scheibe, die auch als
Chopperrad bezeichnet werden kann, eine beliebige Anzahl an
strahlungsdurchlässigen Bereichen und strahlungsundurchlässigen Bereichen aufweisen, so dass durch die Rotationsgeschwindigkeit der Scheibe die zeitliche
Pulsfolge der emittierten Strahlung einstellbar sein kann. Dabei kann die Scheibe oder ein Bereich der Scheibe den Strahlungskegel der Strahlungsquelle vorzugsweise vollständig abdecken. Ferner können der wenigstens eine strahlungsdurchlässige Bereich und der wenigstens eine
strahlungsundurchlässige Bereich vorteilhafterweise derart angeordnet sein, dass diese bei einer Rotation der Scheibe um Ihrer Achse nacheinander den Strahlungskegel der Strahlungsquelle abdecken beziehungswiese in diesem angeordnet sind. Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung können wenigstens zwei
Verdampfungsbehälter vorgesehen sein, an denen das zu beschichtende Substrat aufeinanderfolgend entlangführbar ist, wobei stromabwärts der Austrittsöffnung wenigstens eines Verdampfungsbehälters bezüglich des verdampften Beschichtungsmaterials eine absorptionsspektroskopische
Vorrichtung zum optischen Erfassen der Dampfdichte des verdampften
Beschichtungsmaterials vorgesehen ist, und wobei stromabwärts der
Austrittsöffnung wenigstens eines Verdampfungsbehälters bezüglich des entlanggeführten Substrats eine reflektometrische und/oder
Transmissionsvorrichtung zum optischen Erfassen der Schichtdicke der abgeschiedenen Beschichtung vorgesehen ist. Dies ist eine besonders effektive
Anordnung, um die positiven Effekte der absorptionsspektroskopischen
Vorrichtung mit denen einer reflektometrischen und/oder
Transmissionsvorrichtung zu kombinieren. Dadurch können besonders genaue Ergebnisse bezüglich der Beschichtungsrate ermittelt werden.
Dabei ist dem Fachmann verständlich, dass eine entsprechende
reflektometrische und/oder Transmissionsvorrichtung auch bei dem Vorliegen von mehr als zwei Verdampfungsbehältern insbesondere zwischen einzelnen oder sämtlichen der jeweils zwei Verdampfungsbehälter vorgesehen sein kann. Optional kann alternativ oder zusätzlich eine reflektometrische und/oder
Transmissionsvorrichtung nach dem letzten von dem Substrat passierten Verdampfungsbehälter vorgesehen sein, um die final aufgetragene Schichtdicke beziehungsweise die von dem letzten Verdampfungsbehälter aufgetragene Schichtdicke zu ermitteln. Ferner kann eine absorptionsspektroskopische Vorrichtung für jeden Verdampfungsbehälter vorgesehen sein.
Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann die Austrittsöffnung linienförmig ausgestaltet sein. Dadurch ist neben dem Einstellen besonders hoher
Beschichtungsraten, durch das Einstellen einer variablen Geometrie der
Austrittsöffnung, beispielsweise in einem Vergleich zu punktförmigen
Sputterquellen, eine sehr schnelle Veränderung des ausgetragenen organischen
Beschichtungsmaterial möglich, wodurch sehr dynamische
Beschichtungsverfahren besonders effektiv sind. Insbesondere bei
Beschichtungsverfahren mit organischem Verdampfungsmaterial unter
Verwendung der Absorptionsspektroskopie treten somit Effekte auf, die die einzelnen Vorteile insbesondere mit Bezug auf dynamische Steuerung verbessern.
Im Detail kann es sich bei dem Verdampfungsbehälter insbesondere in dieser Ausgestaltung um ein, insbesondere quer zur Substratbewegungsrichtung orientiertes, Rohr handeln, vorzugsweise mit kreisrundem Querschnitt. Ganz besonders bevorzugt ist das Rohr dünnwandig und/oder aus Metall ausgebildet und in Richtung seiner Längserstreckung geschlitzt, vorzugsweise auf der dem Substrat zugewandten Oberseite des Rohres. Der Längsschlitz des Rohres bildet dabei bevorzugt die Austrittsöffnung, durch die etwa verdampftes organisches Material auf direktem Weg zu dem zu beschichtenden Substrat strömen kann.
Die schlitzförmige Austrittsöffnung hat bevorzugt eine geringe Breite bezogen auf den Rohrdurchmesser. Sie bildet dadurch eine Drosselstelle, die bei geeigneter Auslegung eine sehr homogene Verteilung des Dampfstroms über die gesamte Länge des Verdampfers erzeugt, selbst bei einer ungleichmäßigen Verteilung des Beschichtungsmaterials im Verdampfungsrohr. Durch den anpassbaren
Durchmesser und die Längenausdehnung des, vorzugsweise aus Metall ausgebildeten, Rohres kann ein großes Vorratsvolumen von zu verdampfendem organischen Material erhalten werden, so dass bei einer Verwendung des Verdampfers in Inline-Beschichtungsanlagen eine sehr lange Betriebszeit bis zum notwendigen Nachfüllen etwa im Rahmen eines Wartungszyklus erreicht werden kann. Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann die absorptionsspektroskopische Vorrichtung einen Photomultiplier als Detektor aufweisen. Derartige Detektoren eignen sich besonders vorteilhaft für Beschichtungsverfahren mit organischem Beschichtungsmaterial, da sie bereits kleinste Messsignale sicher und genau detektieren können, und ferner gut mit der erfindungsgemäß verwendeten Verstärkungseinheit kombinierbar sind.
Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann die Anordnung ferner eine Quarzkristall-Mikrowaage (QCM) aufweisen. Eine Kombination von
Absorptionsspektroskopie, etwa zusammen mit Reflektometrie und/oder
Transmissionsverfahren, sowie einer Quarzkristall-Mikrowaage kann
insbesondere dann Vorteile aufweisen, wenn beispielsweise
Beschichtungsmaterial mit kleinster Rate verdampft wird und etwa die
Nachweisgrenze der Absorptionsspektroskopie zumindest teilweise
unterschreitet. Auch in dieser Ausgestaltung kann die Bestimmung der
Beschichtungsrate beziehungsweise die Regelung der Atom-/Molekülverdampfer nicht mehr allein über das Ratensignal der Quarzkristall-Mikrowaage gesteuert werden, sondern vielmehr über eine Kombination von mehreren Messsignalen, die in-situ mittels Computersimulation verarbeitbar sind. Quarzkristall-
Mikrowaagen sind dabei Mikrowaagen, deren Sensor auf einem Schwingquarz basiert. Dabei wird die piezoelektrische Eigenschaft von Quarz genutzt, die zu einer Frequenzänderung des Schwingquarzes führt, welche in Abhängigkeit zur Masse des auf einer Oberfläche des Quarzes adsorbierten Materials steht.
Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann eine Steuereinheit vorgesehen sein, die mit der Verstärkungseinheit verbunden ist und ferner derart ausgestaltet ist, einen Beschichtungsprozess auf Basis der von der
absorptionsspektroskopischen Vorrichtung ermittelten Daten zu steuern. Dadurch kann unmittelbar auf die ermittelte Beschichtungsrate reagiert werden, um so die
Schichtdicken oder etwa ein Mischungsverhältnis wie gewünscht einstellen oder beibehalten zu können. Im Detail kann beispielsweise die Steuereinheit mit der auf das Beschichtungsmaterial wirkenden Wärmequelle verbunden sein und diese so nachregeln, so dass etwa bei einer zu geringen Beschichtungsrate aufgeheizt wird und entsprechend bei einer zu hohen Beschichtungsrate abgekühlt wird. Weiter beispielhaft kann etwa die Austrittsöffnung des Verdampfungsbehälters, durch den die verdampften Moleküle in Richtung Substrat entweichen, mechanisch verkleinert oder vergrößert werden, so dass, in Abhängigkeit der gewünschten Anpassung, weniger oder mehr Moleküle pro Zeitintervall den Verdampfungsbehälter verlassen können, also die
Beschichtungsrate ebenso angepasst wird. Dazu kann die Steuereinheit mit einer
Vorrichtung zum Verkleinern und/oder Vergrößern der effektiven Austrittsöffnung verbunden sein. Weiterhin kann beispielsweise eine Überfahrgeschwindigkeit des Substrats angepasst werden. Die Steuereinheit, welche eine Regeleinheit sein kann, kann zweckmäßigerweise ein Programm umfassen, welches basierend auf den ermittelten Daten der Beschichtungsrate ein Steuersignal beziehungsweise Regelsignal errechnen und an die Beschichtungseinheit, also insbesondere an die Wärmequelle oder eine weitere Einstellmöglichkeit zum Variieren beispielsweise des
Verdampfungsgrades oder der Austrittsmenge des Beschichtungsmaterials aus dem Verdampfungsbehälter, senden kann.
Ferner kann die Steuereinheit, für den Fall, dass eine reflektometrische und/oder Transmissionsvorrichtung und/oder eine Quarzkristall-Mikrowaage vorgesehen ist, zusätzlich mit dieser beziehungsweise diesen verbunden sein. Dadurch kann der Beschichtungsprozess noch genauer gesteuert beziehungsweise geregelt werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Beschichten eines Substrats mit einem organischen Beschichtungsmaterial unter Anwendung einer erfindungsgemäßen Anordnung, wobei die Beschichtungsrate zumindest durch die absorptionsspektroskopische Vorrichtung unter Verwendung der
Verstärkungseinheit ermittelt und das Abscheiden des organischen
Beschichtungsmaterials anhand der ermittelten Beschichtungsrate gesteuert wird. Dadurch kann ein besonders dynamischer, genauer und effektiver
Beschichtungsprozess ermöglicht werden, der auch bei organischen
Beschichtungsmaterialien sehr gute Ergebnisse liefert. Bezüglich weiterer Vorteile wird ferner auf die Ausführungen zu der erfindungsgemäßen Anordnung verwiesen. Im Rahmen einer Ausgestaltung kann eine Anordnung umfassend einen
Verdampfungsbehälter mit einer linienförmigen Austrittsöffnung verwendet werden und die Beschichtungsrate durch Einstellung eines Öffnungszustands der Austrittsöffnung gesteuert werden. Dadurch kann die Beschichtungsrate in besonders weiten Bereichen und dabei besonders schnell und dynamisch gesteuert beziehungsweise geregelt werden. Folglich können die Vorteile eines dynamischen Beschichtungsprozesses eines organischen
Beschichtungsmaterials insbesondere in dieser Ausgestaltung besonders vorteilhaft zum Tragen kommen. Die Einstellung des Öffnungszustands kann dabei insbesondere die Größe der bereitgestellten Öffnung und/oder die
Geometrie der bereitgestellten Öffnung im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeuten.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner die Verwendung einer
erfindungsgemäßen Anordnung und/oder eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Beschichten eines Substrats mit einem organischen Beschichtungsmaterial.
Zeichnungen und Beispiele
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Zeichnungen veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die
Zeichnungen nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigen
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer
erfindungsgemäßen Anordnung; und
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung.
In Figur 1 ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung 10 zum Beschichten eines Substrats 12 mit einem organischen Beschichtungsmaterial gezeigt. Mittels der erfindungsgemäßen Anordnung 10 ist auf dem Substrat 12 eine organische Beschichtung 14 erzeugbar, insbesondere indem ein
Beschichtungsmaterial 16 verdampft wird, zu dem Substrat 12 strömt und dort kondensiert. Dabei ist eine Steuerung von punktförmigen und insbesondere linearen Verdampferquellen, umfassend einen Verdampfungsbehälter 18 und eine Wärmequelle 20, für Beschichtungsanwendungen mit hohen dynamischen Beschichtungsraten möglich, wie sie etwa zur Herstellung von Solarzellen oder Licht emittierenden Dioden geeignet sind.
Eine präzise Messung und Regelung der Beschichtungsraten beziehungsweise Verdampfungsraten kann insbesondere bei der organischen Photovoltaik eine notwendige Voraussetzung sein, um leistungsfähige und stabile Solarzellen in großer Fläche herstellen zu können. Ändert sich im Beschichtungsverlauf von
Misch-Schichten die Verdampfungsrate eines Verdampfers, führt dies zu einem anderen Mischungsverhältnis der Materialien in der Schicht. Dadurch ergeben sich zum Beispiel in den organischen Solarzellen oder bei OLEDs Einbußen im Wirkungsgrad und der Lebensdauer.
Insbesondere bei derartigen Anwendungen können zum einen eine präzise Regelung (+/-5%) zusammen mit oder alternativ mit hohen dynamischer Raten (>50 nm*m/min) gewünscht sein, um eine gleichbleibende Schichtdicke zu gewährleisten, was mit der erfindungsgemäßen Anordnung 10 problemlos möglich ist.
Die Anordnung 10 umfasst wenigstens einen beispielsweise rohrförmigen Verdampfungsbehälter 18 zur Aufnahme von organischem
Beschichtungsmaterial 16 und wenigstens eine Wärmequelle 20 zum
Verdampfen des Beschichtungsmaterials 16. Der Verdampfungsbehälter 18 sowie die Wärmequelle 20 können dabei in einem beispielsweise
wassergekühlten Gehäuse 21 angeordnet sein, welches etwa die Strahlung der Wärmequellen 20 auf den Verdampfungsbehälter 18 fokussieren und ein zu starkes Aufheizen anderer Anlagenteile verhindern beziehungsweise die anderen Anlagenteile so schützen kann. Der Verdampfungsbehälter 18 kann sich ferner quer zu einer Substratbewegungsrichtung A des Substrats 12 erstrecken. Der Verdampfungsbehälter 18 umfasst dabei eine Austrittsöffnung 22 für verdampftes Beschichtungsmaterial 16. Durch die Austrittsöffnung 22 kann senkrecht zur Substratbewegungsrichtung A in Richtung Substrat 12 verdampftes
Beschichtungsmaterial 16 ausströmen und so einen Beschichtungskegel 24 bilden, der auf dem Substrat 12 kondensiert und so die Beschichtung 14, ausbildet.
Die Austrittsöffnung 22 kann beispielsweise einen linienförmigen Spalt formen und etwa eine Breite von > 30cm aufweisen. Die Wärmequelle 20
beziehungsweise die Wärmequellen 20 können etwa als Doppelrohrquarzstrahler ausgebildet sein oder diese umfassen und beispielsweise auf einem Kreisumfang um den Verdampfungsbehälter 18 angeordnet sein. Ferner weist das Gehäuse 21 zweckmäßigerweise eine Öffnung 23 zum Austritt des Beschichtungskegels 24 beziehungsweise des verdampften Beschichtungsmaterials 16 auf.
Es ist ferner wenigstens eine absorptionsspektroskopische Vorrichtung 26 zum Erfassen der Dampfdichte des verdampften Beschichtungsmaterials 16 vorgesehen. Diese kann innerhalb des Gehäuses 21 oder auch etwa außerhalb des Gehäuses 21 und hier insbesondere an Strahlungsöffnungen 28 und 30, wie etwa an Glasfenstern, des Gehäuses 21 angeordnet sein. Dadurch kann eine Strahlungsquelle 32 der absorptionsspektroskopischen Anordnung 26 einen definierten Lichtstrahl 34 zu einem Detektor 36, wie etwa einem Photomultiplier, der absorptionsspektroskopischen Anordnung 26 leiten.
Ist die Austrittsöffnung 22 linienförmig ausgestaltet, so durchstrahlt die absorptionsspektroskopische Anordnung 26 vorteilhafterweise die größte Breite des Beschichtungskegels 24. Folglich sind in diesem Fall die Strahlungsquelle 32 und der Detektor 36 derart angeordnet, dass der Lichtstrahl 34 den
Beschichtungskegel 24 durchstrahlt und parallel zu dem Spalt der
Austrittsöffnung 22 und damit insbesondere parallel zur Längserstreckung des Verdampfungsbehälters 18 verläuft.
Die Anordnung 10 weist ferner eine Verstärkungseinheit umfassend einen Strahlungszerhacker 37 zum Erzeugen einer zeitlich periodischen Pulsfolge von Strahlungspulsen durch die Strahlungsquelle und einen Lock-in-Verstärker 38 auf. Durchstrahlt der Lichtstrahl 34 den Beschichtungskegel 24 des organischen Beschichtungsmaterials 16, ist die Dampfdichte und dadurch die
Beschichtungsrate von organischem Beschichtungsmaterial ermittelbar. In einer Ausgestaltung kann die Anordnung 10 ferner eine reflektometrische Vorrichtung 40 und/oder eine Transmissionsvorrichtung 42 zum Ermitteln der Schichtdicke der auf das Substrat 12 aufgetragenen organischen Beschichtung 14 aufweisen. In dieser Ausgestaltung kann bezüglich der reflekometrischen Vorrichtung 40 insbesondere eine Lichtquelle 44 und ein Detektor 46 vorgesehen sein. Dadurch kann ein emittierter Lichtstrahl 48, 50 auf das Substrat 12 beziehungsweise auf die Beschichtung 14 strahlen, an dem Substrat 12 beziehungsweise an der Beschichtung 14 reflektiert werden und als reflektierter Strahl 52, 54 zu dem Detektor 46 strahlen, wo er detektierbar ist. Bezüglich der Transmissionsvorrichtung 42 kann ferner ebenfalls eine Strahlungsquelle, die mit der Strahlungsquelle 44 der reflektometrischen Vorrichtung identisch sein kann, sowie ein Detektor 56 zum Detektieren der das Substrat 12 und die Beschichtung 14 durchstrahlenden Strahlung 58 vorgesehen sein.
In einer weiteren Ausgestaltung kann zusätzlich zu den vorbeschriebenen Vorrichtungen zum optischen Erfassen einer Beschichtungsrate eine
Quarzkristall-Mikrowaage 60 vorgesehen sein, die in dem Beschichtungskegel 24 angeordnet sein kann.
In einer weiteren Ausgestaltung kann eine Steuereinheit 61 vorgesehen sein, die mit der absorptionsspektroskopischen Vorrichtung 26 beziehungsweise mit der Verstärkungseinheit und gegebenenfalls mit der reflektometrischen Vorrichtung 40 und/oder der Transmissionsvorrichtung 42 und/oder der Quarzkristall- Mikrowaage 60 verbunden ist. Die Steuereinheit 61 kann dann derart
ausgestaltet sein, um einen Beschichtungsprozess auf Basis der von der absorptionsspektroskopischen Vorrichtung 26 und gegebenenfalls von der reflektometrischen Vorrichtung 40 und/oder der Transmissionsvorrichtung 42 und/oder der Quarzkristall-Mikrowaage 60 ermittelten Daten zu steuern. Dazu kann die Steuereinheit 61 beispielsweise mit dem Verdampfungsbehälter 18 beziehungsweise mit einer Vorrichtung zum Einstellen der Austrittsöffnung 22 und/oder mit der oder den Wärmequellen 20 verbunden sein, um so den
Beschichtungsprozess beziehungsweise die Beschichtungsrate, etwa durch Einstellen der Temperatur der Wärmequelle 20 oder durch Einstellung eines Öffnungszustands der Austrittsöffnung 22 zu steuern. Durch die erfindungsgemäße Anordnung 10 sind somit grundsätzlich folgende Analyseverfahren beziehungsweise Analysevorrichtungen zur Ermittlung der Beschichtungsrate anwendbar: Absorptionsspektroskopie in Verbindung mit einer Quartzkristall-Mikrowaage; Absorptionsspektroskopie in Verbindung mit Reflektometrie; Absorptionsspektroskopie in Verbindung mit
Transmissionsverfahren; Absorptionsspektroskopie in Verbindung mit einer Quartzkristall-Mikrowaage und mit Reflektometrie; Absorptionsspektroskopie in Verbindung mit einer Quartzkristall-Mikrowaage und mit Transmissionsverfahren; Absorptionsspektroskopie in Verbindung mit Reflektometrie und
Transmissionsverfahren; und/oder Absorptionsspektroskopie in Verbindung mit einer Quartzkristall-Mikrowaage in Kombination mit Reflektometrie und
Transmissionsverfahren.
Da es sich bei einem Beschichtungsprozess für organische
Beschichtungsmaterialien 16 insbesondere um Vakuumprozesse handeln kann, können sämtliche in der Figur 1 gezeigten Elemente in einer nicht gezeigten Vakuumkammer angeordnet werden. Ferner kann das Substrat 12, etwa durch vakuumdichte Öffnungen, durch die Vakuumkammer geführt werden. Darüber hinaus können insbesondere die absorptionsspektroskopische Vorrichtung 26, die reflektometrische Vorrichtung 40 und/oder die Transmissionsvorrichtung 42 vollständig oder teilweise außerhalb der Vakuumkammer angeordnet sein. Dabei können beispielsweise Lichtstrahlen durch vakuumdichte Fenster oder Lichtleiter zu der gewünschten Anwendungsposition geführt werden.
In Figur 2 ist eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Gemäß Figur 2 sind wenigstens zwei Verdampfungsbehälter 18 vorgesehen, an denen das zu beschichtende Substrat 12 aufeinanderfolgend, also insbesondere nacheinander entlangführbar ist, wobei stromabwärts der Austrittsöffnung 22 wenigstens eines Verdampfungsbehälters 18 bezüglich des verdampften
Beschichtungsmaterials 16 insbesondere eine absorptionsspektroskopische Anordnung 26 zum optischen Erfassen der Dampfdichte des verdampften Beschichtungsmaterials 16 vorgesehen ist, und wobei stromabwärts der
Austrittsöffnung 22 wenigstens eines Verdampfungsbehälters 18 bezüglich des entlanggeführten Substrats 12 eine reflektometrische 40 und/oder
Transmissionsvorrichtung 42 zum optischen Erfassen der Schichtdicke der abgeschiedenen Beschichtung 14, 15 vorgesehen ist. Figur 2 ist dabei stark vereinfacht gezeigt, um das Prinzip dieser Ausführungsform zu erläutern.
Grundsätzlich können in für den Fachmann verständlicher Weise sämtliche in Figur 1 gezeigten Bauteile vorgesehen sein. Im Detail sind in Figur 2 lediglich die Gehäuse 21 mit dazwischen angeordneter reflektometrischer Vorrichtung 40 und Transmissionsvorrichtung 42 sowie mit Strahlungsquelle 32 und Detektor 36 der absorptionsspektroskopischen Vorrichtungen 26 gezeigt. Es ist für den
Fachmann ersichtlich, dass die Verstärkungseinheit ebenfalls in der
Ausgestaltung gemäß Figur 2 vorhanden sein soll.
Figur 2 zeigt weiterhin, dass eine Abrollvorrichtung 62 zum Abrollen eines insbesondere folienförmigen zu beschichtenden Substrats 12 und eine
Aufrollvorrichtung 64 zum Aufrollen des beschichteten Substrats 12 vorgesehen sein kann, wobei die Abrollvorrichtung 62 und die Aufrollvorrichtung 64 derart angeordnet sind, dass bei einem Abrollvorgang und/oder bei einem
Aufrollvorgang des Substrats 12 dieses an wenigstens einer Austrittsöffnung 22 entlang führbar ist. Dabei kann nach der ersten Austrittsöffnung 22 eine
Beschichtung 14 und nach der zweiten Austrittsöffnung eine weitere
Beschichtung 15 auf das Substrat 12 aufgetragen werden.
Wiederum können gemäß Figur 2 sämtliche gezeigten Elemente in einer nicht gezeigten Vakuumkammer angeordnet werden. Ferner kann das Substrat 12, etwa durch vakuumdichte Öffnungen, durch die Vakuumkammer geführt werden. Darüber hinaus können insbesondere die absorptionsspektroskopische
Vorrichtung 26, die reflektometrische Vorrichtung 40 und/oder die
Transmissionsvorrichtung vollständig oder teilweise außerhalb der
Vakuumkammer angeordnet sein. Dabei können beispielsweise Lichtstrahlen durch vakuumdichte Fenster oder Lichtleiter zu der gewünschten
Anwendungsposition geführt werden.

Claims

Ansprüche
1 . Anordnung zum Beschichten eines Substrats (12) mit einem organischen Beschichtungsmaterial (16), umfassend wenigstens einen
Verdampfungsbehälter (18) zur Aufnahme von organischem
Beschichtungsmaterial (16) und wenigstens eine Wärmequelle (20) zum Verdampfen des organischen Beschichtungsmaterials (16), wobei der Verdampfungsbehälter (18) eine Austrittsöffnung (22) für verdampftes organisches Beschichtungsmaterial (16) aufweist, und wobei wenigstens eine absorptionsspektroskopische Anordnung (26) mit einer
Strahlungsquelle (32) und einem Detektor (36) zum Erfassen der
Dampfdichte des verdampften Beschichtungsmaterials (16) vorgesehen ist, und wobei die Anordnung (10) ferner eine mit der
absorptionsspektroskopischen Vorrichtung (26) verbundene
Verstärkungseinheit aufweist, welche einen Strahlungszerhacker (37) zum Erzeugen einer zeitlich periodischen Pulsfolge von Strahlungspulsen durch die Strahlungsquelle (32) und einen Lock-in-Verstärker (38) umfasst.
2. Anordnung nach Anspruch 1 , wobei die Anordnung (10) ferner eine
reflektometrische Vorrichtung (40) und/oder eine Transmissionsvorrichtung (42) zum Ermitteln der Schichtdicke einer auf das Substrat (12)
aufgetragenen organischen Beschichtung (14, 15) aufweist.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Strahlungszerhacker (37) eine wenigstens einen strahlungsundurchlässigen Bereich und wenigstens einen strahlungsdurchlässigen Bereich aufweisende rotierbare Scheibe umfasst.
4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei wenigstens zwei
Verdampfungsbehälter (18) vorgesehen sind, an denen das zu
beschichtende Substrat (12) aufeinanderfolgend entlangführbar ist, wobei stromabwärts der Austrittsöffnung (22) wenigstens eines Verdampfungsbehälters (18) bezüglich des verdampften
Beschichtungsmaterials (16) insbesondere eine
absorptionsspektroskopische Anordnung (26) zum optischen Erfassen der Dampfdichte des verdampften Beschichtungsmaterials (16) vorgesehen ist, und wobei stromabwärts der Austrittsöffnung (22) wenigstens eines
Verdampfungsbehälters (18) bezüglich des entlanggeführten Substrats (12) eine reflektometrische Vorrichtung (40) und/oder eine
Transmissionsvorrichtung (42) zum optischen Erfassen der Schichtdicke der abgeschiedenen Beschichtung (14, 15) vorgesehen ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Austrittsöffnung (22) linienförmig ausgestaltet ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die
absorptionsspektroskopische Vorrichtung (26) einen Photomultiplier als Detektor (36) aufweist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Anordnung (10) ferner eine Quarzkristall-Mikrowaage (60) aufweist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei eine Steuereinheit (61 ) vorgesehen ist, die mit der Verstärkungseinheit verbunden ist und ferner derart ausgestaltet ist, einen Beschichtungsprozess auf Basis der von der absorptionsspektroskopischen Vorrichtung (26) ermittelten Daten zu steuern.
Verfahren zum Beschichten eines Substrats (12) mit einem organischen Beschichtungsmaterial (16) unter Anwendung einer Anordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Beschichtungsrate zumindest durch die absorptionsspektroskopische Vorrichtung (26) unter Verwendung der Verstärkungseinheit ermittelt und das Abscheiden des organischen
Beschichtungsmaterials (16) anhand der ermittelten Beschichtungsrate gesteuert wird.
0. Verfahren nach Anspruch 9, wobei eine Anordnung (10) umfassend einen Verdampfungsbehälter (18) mit einer linienförmigen Austrittsöffnung (22) verwendet wird und die Beschichtungsrate durch Einstellung eines Öffnungszustands der Austrittsöffnung (22) gesteuert wird.
Verwendung einer Anordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und/oder eines Verfahrens nach Anspruch 8 oder 9 zum Beschichten eines Substrats (12) mit einem organischen Beschichtungsmaterial (16).
PCT/EP2012/066641 2011-10-21 2012-08-28 Anordnung zum beschichten eines substrats WO2013056885A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102011084996.3 2011-10-21
DE201110084996 DE102011084996A1 (de) 2011-10-21 2011-10-21 Anordnung zum Beschichten eines Substrats

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2013056885A1 true WO2013056885A1 (de) 2013-04-25

Family

ID=46845731

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2012/066641 WO2013056885A1 (de) 2011-10-21 2012-08-28 Anordnung zum beschichten eines substrats

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102011084996A1 (de)
WO (1) WO2013056885A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108020518A (zh) * 2017-12-05 2018-05-11 北京军秀咨询有限公司 一种新型原子吸收光谱仪

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013109663A1 (de) 2013-09-04 2015-03-05 Fhr Anlagenbau Gmbh Bedampfungseinrichtung zum Beschichten flächenförmiger Substrate
DE102019135195A1 (de) * 2019-12-19 2021-06-24 Rodenstock Gmbh Verfahren zum betreiben eines beschichtungssystems zur herstellung von schichtsystemen

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5886778A (en) * 1996-10-28 1999-03-23 Agency Of Industrial Science & Technology, Ministry Of International Trade & Industry Method of measuring atomic beam flux rate in film growth apparatus
US20060185588A1 (en) * 2004-12-22 2006-08-24 Tokyo Electron Limited Vapor deposition apparatus measuring film thickness by irradiating light
EP1862788A1 (de) * 2006-06-03 2007-12-05 Applied Materials GmbH & Co. KG Verdampfer für organisches Material, Beschichtungsanlage und Anwendungsverfahren dafür
JP2008169457A (ja) * 2007-01-15 2008-07-24 Matsushita Electric Works Ltd 真空蒸着装置
US20090304906A1 (en) * 2006-09-29 2009-12-10 Tokyo Electron Limited Evaporating apparatus, apparatus for controlling evaporating apparatus, method for controlling evaporating apparatus, method for using evaporating apparatus and method for manufacturing blowing port
WO2010027178A2 (en) * 2008-09-05 2010-03-11 Snu Precision Co., Ltd Deposition apparatus and deposition method using the same
US20100092665A1 (en) * 2006-09-27 2010-04-15 Tokyo Electron Limited Evaporating apparatus, apparatus for controlling evaporating apparatus, method for controlling evaporating apparatus and method for using evaporating apparatus
DE102008043634A1 (de) 2008-11-11 2010-05-12 Robert Bosch Gmbh Verdampfer für organische Materialien sowie Beschichtungsanlage zur Herstellung organischer Leuchtdioden und/oder organischer Solarzellen
DE102009029236A1 (de) 2009-09-07 2011-03-10 Robert Bosch Gmbh Verdampfer, Anordnung von Verdampfern sowie Beschichtungsanlage
US20110183069A1 (en) * 2008-09-30 2011-07-28 Tokyo Electron Limited Deposition apparatus, deposition method, and storage medium having program stored therein

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5886778A (en) * 1996-10-28 1999-03-23 Agency Of Industrial Science & Technology, Ministry Of International Trade & Industry Method of measuring atomic beam flux rate in film growth apparatus
US20060185588A1 (en) * 2004-12-22 2006-08-24 Tokyo Electron Limited Vapor deposition apparatus measuring film thickness by irradiating light
EP1862788A1 (de) * 2006-06-03 2007-12-05 Applied Materials GmbH & Co. KG Verdampfer für organisches Material, Beschichtungsanlage und Anwendungsverfahren dafür
US20100092665A1 (en) * 2006-09-27 2010-04-15 Tokyo Electron Limited Evaporating apparatus, apparatus for controlling evaporating apparatus, method for controlling evaporating apparatus and method for using evaporating apparatus
US20090304906A1 (en) * 2006-09-29 2009-12-10 Tokyo Electron Limited Evaporating apparatus, apparatus for controlling evaporating apparatus, method for controlling evaporating apparatus, method for using evaporating apparatus and method for manufacturing blowing port
JP2008169457A (ja) * 2007-01-15 2008-07-24 Matsushita Electric Works Ltd 真空蒸着装置
WO2010027178A2 (en) * 2008-09-05 2010-03-11 Snu Precision Co., Ltd Deposition apparatus and deposition method using the same
US20110183069A1 (en) * 2008-09-30 2011-07-28 Tokyo Electron Limited Deposition apparatus, deposition method, and storage medium having program stored therein
DE102008043634A1 (de) 2008-11-11 2010-05-12 Robert Bosch Gmbh Verdampfer für organische Materialien sowie Beschichtungsanlage zur Herstellung organischer Leuchtdioden und/oder organischer Solarzellen
DE102009029236A1 (de) 2009-09-07 2011-03-10 Robert Bosch Gmbh Verdampfer, Anordnung von Verdampfern sowie Beschichtungsanlage

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108020518A (zh) * 2017-12-05 2018-05-11 北京军秀咨询有限公司 一种新型原子吸收光谱仪

Also Published As

Publication number Publication date
DE102011084996A1 (de) 2013-04-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Loginov et al. Photoabsorption of Ag N (N∼ 6–6000) nanoclusters formed in helium droplets: Transition from compact to multicenter aggregation
DE102013114412A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Regelung der Temperatur in einer Prozesskammer eines CVD-Reaktors unter Verwendung zweier Temperatursensoreinrichtungen
WO2002095804A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum thermischen behandeln von substraten
DE112006001816T5 (de) Sensor zur Überwachung und Steuerung einer impulsförmigen Abscheidung
Zeyada et al. Structural and optical properties of thermally evaporated 2-(2, 3-dihydro-1, 5-dimethyl-3-oxo-2-phenyl-1H-pyrazol-4-ylimino)-2-(4-nitrophenyl) acetonitrile thin films
DE102007042779A1 (de) Kalibrationssubstrat und -verfahren
WO2013056885A1 (de) Anordnung zum beschichten eines substrats
Schultz et al. Observation of defects associated with the Cu/W (110) interface as studied with variable-energy positrons
Hussain et al. Low temperature deposition of silver sulfide thin films by AACVD for gas sensor application
Sanchez-Ake et al. Intensity enhancement of LIBS of glass by using Au thin films and nanoparticles
DE19520788C2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Schichtdicke, der Leitfähigkeit und/oder der Schichtkontaktgüte von auf Substraten aufgetragenen Schichten
Budner et al. Fabrication of silver nanoisland films by pulsed laser deposition for surface-enhanced Raman spectroscopy
DE4200493C2 (de) Vorrichtung zur Untersuchung der Zusammensetzung dünner Schichten
Siciliano et al. Ammonia sensitivity of rf sputtered tellurium oxide thin films
TW200932938A (en) Vacuum coating installation and method of producing a coating layer on a substrate
DE102007049929A1 (de) Innenbeschichtete Hohllichtwellenleiter
Li et al. Laser-induced breakdown spectroscopy for on-line control of selective removal of cobalt binder from tungsten carbide hardmetal by pulsed UV laser surface ablation
DE102008026002A1 (de) Verfahren zur Temperaturmessung an Substraten und Vakuumbeschichtungsanlage
WO2013087338A1 (de) Anordnung zum beschichten eines substrats
DE102022200914B3 (de) Beschichtungskammer mit Erfassung des Substratabstands und Verfahren zur Beschichtung von Substraten
Ribeiro et al. Plasmonic Au nanoparticles by ion implantation
WO2011026971A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur beschichtung von substraten aus der dampfphase
DE102015115117B4 (de) Verfahren zur optischen in-situ-Kontrolle zumindest einer auf einem Substrat aufwachsenden Schicht aus Verbindungshalbleitern
DE102010027063A1 (de) Beschichtung zur Umwandlung von Strahlungsenergie
JP2001108615A (ja) 原子吸光式レートモニター

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 12758817

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 12758817

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1