WO2018073309A1 - Beschichtungsvorrichtung mit in schwerkraftrichtung unter dem substrat angeordnetem gaseinlassorgan - Google Patents

Beschichtungsvorrichtung mit in schwerkraftrichtung unter dem substrat angeordnetem gaseinlassorgan Download PDF

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    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/4401—Means for minimising impurities, e.g. dust, moisture or residual gas, in the reaction chamber

Definitions

  • the invention relates to a device for coating one or more substrates, with a gas inlet member for introducing a on the substrate and a mask masking the mask to a coating condensing or reacting gaseous starting material in a between the gas inlet member and a substrate holder for holding a or a plurality of substrates arranged process space and with a can be brought from a Verwahrwolf outside the process space in a screen position in the process space screen element having a closed screen surface which lies in the screen position between the gas inlet member and the mask.
  • a device of the type described above is described in EP 2 536 865 Bl.
  • a substrate holder is arranged in a process chamber in the gravity direction below a gas inlet member. At least one substrate is applied to the substrate holder.
  • Gaseous starting materials for example vapors transported by means of a carrier gas, are fed into the process chamber through the gas inlet element. The vapors condense on the surface of the substrate to a particular organic layer.
  • a contact mask is applied to the substrate before the coating, so that the coating takes place only in the windows of the contact mask. However, a coating also takes place on the web sections of the mask.
  • the tempered gas inlet member is shielded by means of a screen element from the likewise tempered substrate holder.
  • a first section of the process chamber, which is in particular heated and which contains the gas inlet member, is thus separated from a second section of the process chamber, which is, for example, cooled.
  • the substrate holder holding the substrate is arranged above the gas inlet organ with respect to the force of gravity.
  • the mask is held by gravity on the substrate or susceptor, it may be necessary in the upside-down orientation, the substrate and the mask by supplemental means, in particular forces on the downwardly facing support surface of the substrate holder to tie up.
  • the mask is held mechanically supported only at the edge, so that it can bend downwards in the middle region after being released from the substrate. This mechanical deformation can lead to detachment of the deposited on the webs of the mask layer.
  • a screen element which has a closed screen surface is brought from a custody position outside the process chamber into a screen position into the process chamber.
  • the screen element then occupies a position above which the substrate holder, the substrate and the mask are arranged and below the screen element the gas inlet member.
  • the mask for example, by a horizontal displacement of a mask holder acting only on the edge of the mask, detached from the substrate and the mask bends due to the action of gravity, so can be falling from the top of the mask particles from the mask fall
  • collected by the provided on the shield plate means for accumulation of the particles.
  • the means for collecting the particles are formed by at least one recess on the side of the screen surface facing the substrate holder.
  • the screen surface preferably has a floor plan which is larger than the plan view of the mask.
  • the particles falling off the mask at a correspondingly low total pressure in the process chamber can then collect in the recess.
  • the shield plate is electrostatically chargeable with the means.
  • the shielding element has an electrostatically chargeable film. This measure is particularly useful if it is to be ensured that particles with a mean particle diameter of a ⁇ or smaller accumulate on the screen surface.
  • a high voltage generator can be provided, with which selected surface sections of the screen surface, which are electrically insulated from the environment, are statically charged. you can.
  • the attractive electrostatic forces which then act on the particles detaching from the mask give the particles a movement directed towards the screen element.
  • the electrostatic potential is generated such that the particles do not charge when they touch the surface of the shielding element.
  • the surface of the shielding element can therefore be designed to be electrically insulating. Underneath is preferably a metallization which can be brought to an electrical potential.
  • Underneath is preferably a metallization which can be brought to an electrical potential.
  • the broad side surface of the screen element facing the substrate holder is coated or coated with electrostatically chargeable films.
  • the shield element can occupy two positions. In a storage position, the screen element is in a storage chamber. This chamber may be connected to the process chamber with an opening. This opening can be closed with a gate or a slide.
  • the screen element can be cleaned.
  • means are provided in particular for releasing the particles accumulated on the screen element from the screen element.
  • gas discharge nozzles may be arranged inside the storage chamber or suction nozzles for removing the particles from the screen element using gas streams.
  • means may also be provided for electrostatically charging the particles accumulated in the surface of the shielding element with the same potential with which the shielding element is charged to produce a repulsive force with which the electrostatically charged particles are repelled by the shielding element ,
  • the slider or the gate In order to bring the screen element into the screen position, the slider or the gate must be opened. The shielding element is then brought into the process space between substrate holder and gas inlet member.
  • the shield member may also be used to thermally shield the gas inlet member from the substrate holder.
  • the substrate holder and the gas inlet member are preferably tempered to different temperatures, for example. Cooled or heated, so that without a befindliches in the process room Schirmele- radiant heat is transferred between substrate holder and gas inlet member. It is provided in particular that the gas inlet member is heated and that the substrate holder is cooled.
  • an evaporator which is preferably arranged outside the housing of the device, the above-mentioned organic vapors are generated, which are brought into the process space with a carrier gas.
  • a portioner a predetermined rate of an organic powder is introduced into a carrier gas stream.
  • the aerosol thus produced is brought by means of an aerosol line in an evaporator having heated surfaces with which the carrier gas and the particles transported in the carrier gas are heated.
  • a powder and droplets of a liquid can be supplied to the evaporator.
  • the solid or liquid particles are heated in the evaporator so that they reach a gaseous state.
  • the vapors thus generated are transported by means of a supply line to the gas inlet member.
  • Gaseous starting materials enter the process chamber through a multiplicity of gas outlet openings of the gas inlet element.
  • the gas outlet openings are arranged like a sieve on a gas outlet surface of the gas inlet member, which is opposite to a substrate support surface of the substrate holder.
  • the areal extent of the gas outlet surface is preferably greater than the areal extent of the substrate resting on the substrate holder.
  • the distance between the gas outlet surface and the substrate support surface is preferably smaller than the boundary layer forming in a gas flow above the substrate or smaller than a diffusion boundary layer forming there.
  • the clear distance between gas inlet member and substrate holder is preferably ⁇ 70mm. It can be between 25 and 50 mm.
  • the area of the substrate holder or the area of the gas outlet area can be in the range of one to several square meters.
  • the mask and the screen element have a similar ground plan surface, wherein the ground plan area of the screen element is at least as large as the ground plan area of the gas inlet member or the mask.
  • the mask can be magnetized. see zones.
  • the magnetic zones can be formed by the mask having magnetized regions or by the mask having magnetizable regions.
  • the substrate holder then has corresponding magnetic zones, which are either magnetizable, so that the magnetic see areas of the mask adhere to the substrate holder or are themselves magnetic, for example. Are magnetizable by an electromagnet, so that the magnetizable zones of the mask at the magnetic zones adhere to the substrate holder.
  • the substrate to be coated is the substrate to be coated.
  • the screen element is first brought out of the storage chamber into a screen position in which it lies vertically below the mask.
  • the mask is then removed from the substrate by a movement in the direction of the surface normal to the substrate support surface of the substrate holder.
  • the magnetic adhesion of the mask on the substrate or on the substrate holder is released, so that the mask bulges downward in the central region as described above.
  • the concomitant deformation of the webs of the mask co-coated in the coating of the substrate leads to a detachment of the layer deposited on the mask and to the formation of particles which accelerate downwards by gravity, where they are caught by the shielding element, so that they do not reach the gas inlet organ.
  • the shield element may have a shield plate.
  • Shade plate may have one or more recesses which form recesses in the direction of the substrate.
  • the particles can collect. If the substrate change or the lowering of the mask at a low total pressure within the process space, so also smallest diameter particles move on a ballistic trajectory of the mask to the screen element.
  • the shielding element can be charged electrostatically. This is preferably done by the high voltage generator.
  • the recesses are preferably from one edge surround.
  • the shielding element may moreover have a core with a heat-insulating body, so that it can also be used for heat insulation, in particular for radiant heat transmission insulation.
  • FIG. 1 roughly schematically and not to scale in the manner of a
  • FIG. 2 shows a representation according to FIG. 1, but after the coating process, wherein a screen element 9 has been brought into the area below the mask 3 and the mask 3 has been detached from the substrate 1 by lowering the mask holder 14,
  • Fig. 4 increases, a cross section through a mask 3 with
  • FIGS. 1 and 2 shows, roughly schematically, a vertical section through a process chamber of a coating device, which is arranged inside a housing which is hermetically sealed from the outside.
  • width B to height D is not to scale.
  • a gas inlet member 2 in the form of a showerhead with which a gaseous starting material in the process chamber 6 can be fed.
  • a typical area diagonal of the gas outlet surface of the gas inlet element 6 facing the process space 6 is one to several meters.
  • the gas inlet member 2 is fed with a supply line 26 with the gaseous starting material. To avoid a condensation of a vapor within the gaseous starting material on the supply line 26 or within the gas inlet member 2, the gas inlet member 2 and the supply line 26 are heated.
  • a powder from a powder reservoir 22 by means of a carrier gas stream which is fed by a carrier gas inlet 21 into an aerosol generator 23.
  • liquid droplets are fed into the aerosol generator 23.
  • the powder particles or the liquid droplets are fed into a carrier gas stream, so that an aerosol is formed.
  • the suspended particles transported in the carrier gas stream are fed to an evaporator 25 through an aerosol line 24.
  • the evaporator 25 has Heat transfer surfaces that are heated to transfer heat to the carrier gas and the particles carried by the carrier gas so that the particles evaporate.
  • the steam enters the process space 6 through openings arranged in the manner of a shower head or sieve-like in the gas outlet surface of the gas outlet member 2.
  • a vertical distance D above the gas outlet surface 18 of the gas inlet member 2 is a substrate contact surface of a cooled substrate holder 5.
  • the vertical distance D is in the range between 20 and 70mm.
  • the distance D is approximately 25mm.
  • the distance D is smaller than the boundary layer forming during deposition, and in particular less than 70 mm.
  • a contact mask is brought against a surface of a voltage applied to the substrate contact surface substrate 1.
  • the substrate 1 is preferably a glass plate.
  • the mask 3 has a plurality of regularly arranged windows 15 and the windows 15 separating webs 16. Some of the webs 16 may be formed magnetically. They may consist of magnetically polarized material or consist of magnetically polarizable material, for example Invar.
  • the mask 3 is preferably held by means of magnetic force in planar contact with the substrate 1.
  • the substrate holder 5 forms magnets or magnetic zones, not shown, in order to exert a vertically directed force of attraction on the mask 3.
  • the mask 3 is separated from the coated side of the substrate 1.
  • the electromagnets which are not shown in the drawings, are first of all no longer supplied with current within the substrate holder 5, so that the webs of the mask 3 are no longer subjected to a magnetic upward contact with the substrate 1.
  • the mask holder 14 is lowered from the position shown in FIG. 1 into the position shown in FIG.
  • FIG. 1 shows the device in a position during the coating process.
  • the floor plan of the shield plate 9 is sufficiently large to completely cover the gas inlet member 2.
  • the screen element 7 forms a screen plate 9, which gives the screen element 7 a closed screen surface. In the screen position, the screen plate 9 of the screen element 7 is vertically below the mask 3.
  • the screen element 7 is formed such that it 3 when peeling off the mask and a concomitant deformation of the mask 3 from the surface of the mask 3 particles the coating 4 'can catch.
  • the side of the screen surface facing the substrate holder 5 has means for collecting particles of the coating 4 'which dissolve from the mask 3.
  • These means include in the embodiment shown in Figures 1 and 2, the edges 19 of the shield plate 9 of the shield member 7, which surround a recess 8 of the shield plate 9.
  • the shield plate 9 may have one or more such recesses 8, which are arranged in a plane next to each other.
  • the embodiment of a shielding element 7 shown in FIG. 3 not only shows a heat-insulating insulating body 13 within the core, but also an electrostatically chargeable foil 12 with which at least the side of the shielding plate 9 facing the substrate holder 1 is formed.
  • the film 12 is electrostatically chargeable by means of a high voltage source, not shown.
  • the electrostatic charge of the electrostatically chargeable film 12 results in the formation of electrostatic forces, which attracts particles detaching from the mask 3.
  • the figure 4 shows the reference numeral 17, a magnetic zone of the mask 3, which is made of Invar.
  • the magnetic zone may consist of a ferromagnetic material. It can be magnetic. However, it is preferably only magnetizable.
  • the mask 3 can be conveyed out of the process chamber 6 together with the screen element 7. This can be done through the opening 11.
  • the mask 3 can be stored on the screen element 7 for this purpose.
  • the arranged within the storage chamber 10 screen plate 9 of the screen element 7 can be cleaned from the accumulated particles. This can be done by means of a
  • Gas stream can be generated, which can be generated by nozzles, in particular gas outlet nozzles, but also suction nozzles. It is also a purely mechanical cleaning of the screen element 7 possible. However, it is also possible to remove the particles deposited on the screen element 7 by means of electrostatic forces from the surface of the screen plate 9.
  • a device which is characterized in that the substrate holder 5 opposes the direction of action of gravity G above the Gaseinlassor- ganes 2 is arranged and that the screen element 7 on its side facing the substrate holder 5 side of the screen means 8, 12 for collecting from the mask 3 solubilizing particles of the coating 4 'has.
  • a device which is characterized in that the substrate holder 5 facing side of the screen surface has at least one recess 8 for collecting the particles 4 '.
  • a device which is characterized in that the screen element 7 can be brought from a storage chamber 10 through an opening 11 in a process chamber 6 forming the process chamber.
  • a device which is characterized in that the screen element 7 is at least partially clothed with an electrostatically chargeable film 12.
  • a device which is characterized in that the shield element 7 has a heat insulating body 13.
  • a device which is characterized in that the edge of the mask 3 is held by a mask holder 14.
  • a device which is characterized in that the mask 3 has magnetic or magnetizable zones 17 to hold them with magnetic force on the downward facing to be coated broad side of the substrate 1.
  • a device which is characterized in that the gas outlet surface 18 of the gas inlet element 29 facing the substrate holder 5 is at least is at least as large as the gas inlet member 2 facing to be coated surface of the substrate.
  • a device characterized in that the ground plan of the screen area is larger than the outline of the mask 3.
  • a use characterized in that when changing the mask 3 and / or the substrate 1 before a Disconnecting the mask 3 from the substrate 1, the screen element 7 is brought into the screen position and when dissolving the contact between the mask 3 and substrate 1, the means 8, 12 of the mask 3 dissolving particles of the coating 4 'accumulate, so that the particles do not Gas inlet member 2 get.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Beschichtung eines oder mehrerer Substrate (1) mit einem Gaseinlassorgan (2) zum Einleiten eines auf dem Substrat (1) und einer das Substrat (1) maskierenden Maske (3) zu einer Beschichtung (4, 4') kondensierenden oder reagierenden gasförmigen Ausgangsstoffs in einen zwischen dem Gaseinlassorgan (2) und einem Substrathalter (5) zur Halterung des ein oder mehreren Substrates angeordneten Prozessraum (6) und mit einem aus einer Verwahrstellung außerhalb des Prozessraumes (6) in eine Schirmstellung in den Prozessraum (6) bringbaren Schirmelement (7), das eine geschlossene Schirmfläche aufweist, die in der Schirmstellung zwischen dem Gaseinlassorgan und der Maske liegt. Der Substrathalter (5) ist entgegen der Wirkrichtung der Schwerkraft (G) oberhalb des Gaseinlassorganes (2) angeordnet. Das Schirmelement (7) weist auf seiner zum Substrathalter (5) weisenden Seite der Schirmfläche eine Ausnehmung (8, 12) zum Ansammeln sich von der Maske (3) lösender Partikel der Beschichtung (4') auf oder ist zumindest teilweise mit einer elektrostatisch aufladbaren Folie (12) bekleidet.

Description

Beschreibung
Beschichtungsvorrichtung mit in Schwerkraftrichtung unter dem Substrat angeordnetem Gaseinlassorgan
Gebiet der Technik
[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Beschichtung eines oder mehrerer Substrate, mit einem Gaseinlassorgan zum Einleiten eines auf dem Substrat und einer das Substrat maskierenden Maske zu einer Beschichtung kondensierenden oder reagierenden gasförmigen Ausgangsstoffs in einen zwischen dem Gaseinlassorgan und einem Substrathalter zur Halterung des ein oder mehreren Substrates angeordneten Prozessraum und mit einem aus einer Verwahrstellung außerhalb des Prozessraumes in eine Schirmstellung in den Prozessraum bringbares Schirmelement, das eine geschlossene Schirmfläche aufweist, die in der Schirmstellung zwischen dem Gaseinlassorgan und der Maske liegt.
Stand der Technik
[0002] Eine Vorrichtung der zuvor beschriebenen Art wird in der EP 2 536 865 Bl beschrieben. Ein Substrathalter ist in einer Prozesskammer in Schwerkraft- richtung unterhalb eines Gaseinlassorganes angeordnet. Auf den Substrathalter wird zumindest ein Substrat aufgebracht. Durch das Gaseinlassorgan werden gasförmige Ausgangsstoffe, bspw. mittels eines Trägergases transportierte Dämpfe, in die Prozesskammer eingespeist. Die Dämpfe kondensieren auf der Oberfläche des Substrates zu einer insbesondere organischen Schicht. Um diese Schicht in voneinander getrennte Teilschichtabschnitte bspw. für die Herstellung von OLED-Bildschirmen, zu strukturieren, wird vor der Beschichtung eine Kontaktmaske auf das Substrat aufgelegt, so dass die Beschichtung nur in den Fenstern der Kontaktmaske stattfindet. Eine Beschichtung findet aber auch auf den Stegabschnitten der Maske statt. [0003] Während des Substratwechsels oder des Maskenwechsels wird das temperierte Gaseinlassorgan mittels eines Schirmelementes vom ebenfalls temperierten Substrathalter abgeschirmt. Ein erster Abschnitt der Prozesskammer, der insbesondere beheizt ist und der das Gaseinlassorgan beinhaltet, wird somit von einem zweiten Abschnitt der Prozesskammer, der bspw. gekühlt ist, abgeteilt.
[0004] Es kann technologisch erforderlich sein, die Vorrichtung hinsichtlich der Wirkrichtung der Schwerkraft umzukehren, so dass der das Substrat haltende Substrathalter - bezogen auf die Schwerkraftwirkung - oberhalb des Ga- seinlassorganes angeordnet ist. Während bei der eingangs beschriebenen Orientierung die Maske mittels Schwerkraft auf dem Substrat bzw. Suszeptor gehalten wird, kann es in der auf dem Kopf stehenden Orientierung erforderlich sein, das Substrat und die Maske durch ergänzende Mittel, insbesondere Kräfte an die nach unten weisende Auflagefläche des Substrathalters zu fesseln. Die Maske wird insbesondere nur am Rand mechanisch unterstützt gehalten, so dass sie sich nach dem Lösen vom Substrat im mittleren Bereich nach unten durchbiegen kann. Diese mechanische Verformung kann zum Ablösen der auf den Stegen der Maske abgeschiedenen Schicht führen.
[0005] Aus den US 5,407,485, US 2010/044213 und US 8,617,314 ist jeweils ein Verfahren zur Herstellung von Halbleiterschichten bekannt, bei dem das Gaseinlassorgan unterhalb eines Substrathalters angeordnet ist. Zwischen Substrathalter und Gaseinlassorgan kann ein Schirmelement gebracht werden.
Zusammenfassung der Erfindung
[0006] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen anzugeben, mit denen vermieden wird, dass beim Handhaben der Maske von der Beschich- tung der Maskenstege sich ablösende Partikel auf das Gaseinlassorgan fallen. [0007] Gelöst wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung. Die Unteransprüche stellen vorteilhafte Weiterbildungen dar, bilden jedoch gleichzeitig auch eigenständige Lösungen der Aufgabe.
[0008] Zunächst und im Wesentlichen wird vorgeschlagen, dass ein Schirm- element, welches eine geschlossene Schirmfläche aufweist, von einer Verwahrstellung außerhalb des Prozessraums in eine Schirmstellung in den Prozessraum gebracht wird. Das Schirmelement nimmt dann eine Position ein, oberhalb welcher der Substrathalter, das Substrat und die Maske angeordnet sind und unterhalb des Schirmelementes das Gaseinlassorgan. Wird jetzt die Maske, bspw. durch eine Horizontalabwärts Verlagerung eines nur am Rand der Maske angreifenden Maskenhalters, vom Substrat gelöst und biegt sich die Maske zufolge der Einwirkung der Schwerkraft, so können sich von der Oberseite der Maske lösende Partikel von der Maske herabfallen, werden jedoch von den an der Schirmplatte vorgesehenen Mitteln zur Ansammlung der Partikel aufge- sammelt. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Mittel zum Ansammeln der Partikel von einer zumindest einer Ausnehmung auf der zum Substrathalter weisenden Seite der Schirmfläche ausgebildet sind. Die Schirmfläche besitzt bevorzugt einen Grundriss, der größer ist als der Grund- riss der Maske. Die bei einem entsprechend niedrigen Totaldruck in der Pro- zesskammer von der Maske herabfallenden Partikel können sich dann in der Ausnehmung sammeln. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Schirmplatte mit den Mitteln elektrostatisch aufladbar ist. Hierzu ist insbesondere vorgesehen, dass das Schirmelement eine elektrostatisch aufladbare Folie aufweist. Diese Maßnahme ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn sichergestellt werden soll, dass auch Partikel mit einem mittleren Partikeldurchmesser von einem μιτι oder kleiner sich an der Schirmfläche ansammeln. Als Mittel zur Erzeugung der elektrostatischen Aufladung kann ein Hochspannungsgenerator vorgesehen sein, mit dem ausgewählte Oberflächenabschnitte der Schirmfläche, die gegenüber der Umgebung elektrisch isoliert sind, statisch aufgeladen wer- den können. Die dann auf die sich von der Maske ablösenden Partikel in Wirkung tretenden attraktiven elektrostatischen Kräfte verleihen den Partikeln eine auf das Schirmelement gerichtete Bewegung. Das elektrostatische Potenzial wird derart erzeugt, dass sich die Partikel beim Berühren der Oberfläche des Schirmelementes nicht aufladen. Die Oberfläche des Schirmelementes kann deshalb elektrisch isolierend ausgebildet sein. Darunter befindet sich bevorzugt eine auf ein elektrisches Potenzial bringbare Metallisierung. Hierzu ist es insbesondere vorgesehen, dass die zum Substrathalter weisende Breitseitenfläche des Schirmelementes mit elektrostatisch aufladbaren Folien belegt oder beschichtet ist. Das Schirmelement kann zwei Positionen einnehmen. In einer Verwahrstellung befindet sich das Schirmelement in einer Verwahrkammer. Diese Kammer kann mit einer Öffnung mit der Prozesskammer verbunden sein. Diese Öffnung kann mit einem Tor oder einem Schieber verschließbar sein. Innerhalb der Verwahrkammer kann das Schirmelement gereinigt werden. Dort sind insbesonde- re Mittel vorgesehen, um die an dem Schirmelement angesammelten Partikel vom Schirmelement zu lösen. So ist es bspw. möglich, dass innerhalb der Verwahrkammer Gasaustrittsdüsen angeordnet sind oder Saugdüsen, um unter Verwendung von Gasströmen die Partikel von dem Schirmelement zu entfernen. Es können aber auch Mittel vorgesehen sein, mit denen die sich in der Oberfläche des Schirmelementes angesammelten Partikel elektrostatisch mit demselben Potenzial aufgeladen werden, mit dem das Schirmelement aufgeladen ist, um eine repulsive Kraft zu erzeugen, mit der die elektrostatisch aufgeladenen Partikel vom Schirmelement abgestoßen werden. Um das Schirmelement in die Schirmstellung zu bringen, muss der Schieber bzw. das Tor geöffnet werden. Das Schirmelement wird dann in den Prozessraum zwischen Substrathalter und Gaseinlassorgan gebracht. Das Schirmelement kann darüber hinaus dazu verwendet werden, um das Gaseinlassorgan thermisch vom Substrathalter abzuschirmen. Der Substrathalter und das Gaseinlassorgan werden bevorzugt auf voneinander verschiedene Temperaturen temperiert, bspw. gekühlt oder aufgeheizt, so dass ohne ein sich im Prozessraum befindendes Schirmele- ment Strahlungswärme zwischen Substrathalter und Gaseinlassorgan übertragen wird. Es ist insbesondere vorgesehen, dass das Gaseinlassorgan beheizt wird und dass der Substrathalter gekühlt wird. Mittels eines Verdampfers, der bevorzugt außerhalb des Gehäuses der Vorrichtung angeordnet ist, werden die o.g. organischen Dämpfe erzeugt, die mit einem Trägergas in den Prozessraum gebracht werden. Mittels eines Portionierers wird eine vorgegebene Rate eines organischen Pulvers in einen Trägergasstrom eingebracht. Das so erzeugte Aerosol wird mittels einer Aerosolleitung in einen Verdampfer gebracht, der beheizte Oberflächen aufweist, mit denen das Trägergas und die im Trägergas transportierten Partikel aufgeheizt werden. Anstelle eines Pulvers können auch Tröpfchen einer Flüssigkeit dem Verdampfer zugeführt werden. Die festen oder flüssigen Partikel werden im Verdampfer derart aufgeheizt, dass sie einen gasförmigen Zustand erreichen. Die derart erzeugten Dämpfe werden mittels einer Zuleitung zum Gaseinlassorgan transportiert. Durch eine Vielzahl von Gasaus- trittsöffnungen des Gaseinlassorganes treten gasförmige Ausgangsstoffe in die Prozesskammer. Die Gasaustrittsöffnungen sind siebartig an einer Gasaustrittsfläche des Gaseinlassorganes angeordnet, die einer Substratauflagefläche des Substrathalters gegenüberliegt. Die Flächenerstreckung der Gasaustrittsfläche ist bevorzugt größer als die Flächenerstreckung des auf dem Substrathalter auf- liegenden Substrates. Der Abstand zwischen Gasaustrittsfläche und Substratauflagefläche ist bevorzugt kleiner als die sich bei einer Gasströmung oberhalb des Substrates ausbildende Grenzschicht oder kleiner als eine sich dort ausbildende Diffusionsgrenzschicht. Hierzu ist der lichte Abstand zwischen Gaseinlassorgan und Substrathalter bevorzugt <70mm. Er kann bei 25 bis 50mm lie- gen. Die Fläche des Substrathalters bzw. die Fläche der Gasaustrittsfläche kann im Bereich von einem bis mehreren Quadratmetern liegen. Die Maske und das Schirmelement besitzen eine ähnliche Grundrissfläche, wobei die Grundrissfläche des Schirmelementes mindestens so groß ist wie die Grundrissfläche des Gaseinlassorganes oder der Maske. Um die Maske an der nach unten weisen- den zu beschichtenden Seite des Substrates zu halten, kann die Maske magneti- sehe Zonen aufweisen. Die magnetischen Zonen können dadurch gebildet sein, dass die Maske magnetisierte Bereiche aufweist oder dass die Maske magneti- sierbare Bereiche aufweist. Der Substrathalter besitzt dann korrespondierende magnetische Zonen, die entweder magnetisierbar sind, so dass die magneti- sehen Bereiche der Maske am Substrathalter anhaften oder die selbst magnetisch sind, bspw. durch einen Elektromagneten magnetisierbar sind, so dass die magnetisierbaren Zonen der Maske an den magnetischen Zonen des Substrathalters anhaften. Zwischen Maske und Substrathalter liegt das zu beschichtende Substrat. Bei einem Substratwechsel wird zunächst das Schirmelement aus der Verwahrkammer in eine Schirmstellung gebracht, in der es vertikal unterhalb der Maske liegt. Sodann wird die Maske durch eine Bewegung in Richtung der Flächennormalen zur Substratauflagefläche des Substrathalters vom Substrat entfernt. Dabei löst sich die magnetische Haftung der Maske am Substrat bzw. am Substrathalter, so dass sich die Maske wie oben beschrieben im mittle- ren Bereich nach unten durchwölbt. Die damit einhergehende Verformung der beim Beschichten des Substrates mitbeschichteten Stege der Maske führt zu einem Ablösen der auf der Maske abgeschiedenen Schicht und zur Bildung von Partikeln, die sich durch die Schwerkraft beschleunigt nach unten bewegen, wo sie vom Schirmelement aufgefangen werden, so dass sie nicht das Gaseinlass- organ erreichen. Das Schirmelement kann eine Schirmplatte aufweisen. Die
Schirmplatte kann ein oder mehrere Ausnehmungen aufweisen, die in Richtung auf das Substrat Vertiefungen ausbilden. In diesen Vertiefungen können sich die Partikel sammeln. Erfolgt der Substratwechsel bzw. das Absenken der Maske bei einem niedrigen Totaldruck innerhalb des Prozessraumes, so bewegen sich auch durchmesser kleinste Partikel auf einer ballistischen Bewegungsbahn von der Maske zum Schirmelement. Um auch durchmesserkleine Partikel bei größeren Totaldrücken oder kleinste Partikel bei Subatmosphärendruck sicher vom Schirmelement aufzufangen, ist vorgesehen, dass das Schirmelement elektrostatisch aufgeladen werden kann. Dies erfolgt bevorzugt durch den Hochspannungsgenerator. Die Ausnehmungen sind bevorzugt von einem Rand umgeben. Das Schirmelement kann darüber hinaus einen Kern mit einem Wärmeisolationskörper aufweisen, so dass es auch zur Wärmeisolation, insbesondere zur Strahlungswärme-Übertragungsisolation verwendet werden kann.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
[0009] Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand bei- gefügter Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 grob schematisch und nicht maßstabgerecht in der Art eines
Vertikalschnitts ein erstes Ausführungsbeispiel, wobei eine Maske 3 mittels eines Maskenhalters 14 an einem Substrat gehalten wird, das an einer Substratanlagefläche eines Substrathalters 5 anliegt während eines Beschichtungsprozesses,
Fig. 2 eine Darstellung gemäß Figur 1, jedoch nach dem Beschich- tungsprozess, wobei ein Schirmelement 9 in den Bereich unterhalb der Maske 3 gebracht worden ist und die Maske 3 durch Absenken der Maskenhalter 14 vom Substrat 1 gelöst worden ist,
Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Schirmelementes 7,
Fig. 4 vergrößert, einen Querschnitt durch eine Maske 3 mit
Magnetzone 17, und
Fig. 5 vergrößert, den Ausschnitt V in Fig. 1. Beschreibung der Ausführungsformen
[0010] Das in den Figuren 1 und 2 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt grob schematisch einen Vertikalschnitt durch eine Prozesskammer einer Beschich- tungsvorrichtung, die innerhalb eines nach außen gasdichten Gehäuses angeordnet ist. Zur Verdeutlichung ist das Verhältnis von Breite B zu Höhe D nicht maßstabsgerecht.
[0011] Innerhalb des Gehäuses 27 befindet sich - bezogen auf die mit dem Pfeil G dargestellte Wirkrichtung der Schwerkraft unterhalb eines Prozessraumes 6 - ein Gaseinlassorgan 2 in Form eines Showerheads, mit dem ein gasförmiger Ausgangsstoff in den Prozessraum 6 eingespeist werden kann. Eine typi- sehe Flächendiagonale der zum Prozessraum 6 weisenden Gasaustrittsfläche des Gaseinlassorganes 6 beträgt ein bis mehrere Meter.
[0012] Das Gaseinlassorgan 2 wird mit einer Zuleitung 26 mit dem gasförmigen Ausgangsstoff gespeist. Zur Vermeidung einer Kondensation eines Dampfes innerhalb des gasförmigen Ausgangsstoffes auf der Zuleitung 26 oder in- nerhalb des Gaseinlassorganes 2 werden das Gaseinlassorgan 2 und die Zuleitung 26 beheizt.
[0013] Zur Erzeugung des Dampfes wird ein Pulver aus einem Pulverspeicher 22 mittels eines Trägergasstromes, der durch eine Trägergaszuleitung 21 in einen Aerosolerzeuger 23 eingespeist wird. Es ist auch vorgesehen, dass Flüssig- keitströpfchen in den Aerosolerzeuger 23 eingespeist werden. In dem Aerosolerzeuger 23 werden die Pulverpartikel oder die Flüssigkeitströpfchen in einen Trägergasstrom eingespeist, so dass sich ein Aerosol ausbildet. Die im Trägergasstrom transportierten Schwebeteilchen werden durch eine Aerosolleitung 24 einem Verdampfer 25 zugeführt. Dort werden die Schwebeteilchen des Aero- sols durch Beaufschlagung mit Wärme verdampft. Der Verdampfer 25 besitzt Wärmeübertragungsflächen, die beheizt sind, um Wärme an das Trägergas und die vom Trägergas transportierten Partikel zu übertragen, so dass die Partikel verdampfen.
[0014] Durch duschkopfartig bzw. siebartig in der Gasaustrittsfläche des Ga- seinlassorgans 2 angeordnete Öffnungen tritt der Dampf in den Prozessraum 6 ein. In einem vertikalen Abstand D oberhalb der Gasaustrittsfläche 18 des Gaseinlassorganes 2 befindet sich eine Substratanlagefläche eines gekühlten Substrathalters 5. Der vertikale Abstand D liegt im Bereich zwischen 20 und 70mm. Bevorzugt liegt der Abstand D etwa bei 25mm. Der Abstand D ist kleiner als die sich bei der Deposition ausbildende Grenzschicht und insbesondere kleiner als 70mm.
[0015] Mittels eines Maskenhalters 14 wird eine Kontaktmaske gegen eine Oberfläche eines auf der Substratanlagefläche anliegenden Substrates 1 gebracht. Bei dem Substrat 1 handelt es sich bevorzugt um eine Glasplatte. Die Maske 3 besitzt eine Vielzahl regelmäßig angeordneter Fenster 15 und die Fenster 15 voneinander trennende Stege 16. Einige der Stege 16 können magnetisch ausgebildet sein. Sie können aus magnetisch polarisiertem Werkstoff bestehen oder aus magnetisch polarisierbarem Werkstoff, bspw. Invar, bestehen. Die Maske 3 wird bevorzugt mittels Magnetkraft in flächige Anlage am Substrat 1 gehalten. Hierzu bildet der Substrathalter 5 nicht dargestellte Magnete oder magnetische Zonen aus, um eine in Vertikalrichtung gerichtete Anziehungskraft auf die Maske 3 auszuüben.
[0016] Der vom Trägergasstrom durch die Öffnungen des Gaseinlassorganes 2 in den Prozessraum 6 transportierte Dampf, welcher insbesondere ein Dampf von organischen Molekülen ist, kondensiert nicht nur im Bereich der Fenster 15 auf dem Substrat 1, sondern auch im Bereich der Stege 16 auf der Maske 3. [0017] Nach dem Abscheiden der Schicht 4 auf dem Substrat 1 und der Schicht 4' auf den Gitterstegen 16 wird eine Tür, ein Tor oder eine Verschlussplatte 20, die eine Öffnung 11 einer Verwahrkammer 10 verschließt, geöffnet. Innerhalb der Verwahrkammer 10 befindet sich ein Schirmelement 7. Das Schirmelement 7 hat ebenso wie das Substrat 1 oder die das Substrat 1 abdeckende Maske 3 einen rechteckigen Grundriss. Das Schirmelement 7 besitzt eine eine geschlossene Oberfläche ausbildende Schirmplatte 9, deren Grundriss größer ist als der Grundriss der Maske 3. Mittels nicht dargestellter Führungsmittel, bspw. einem Führungsarm oder Führungsschienen wird das Schirmelement 7 aus der Ver- wahrkammer 10 in den Prozessraum 6 zwischen Gaseinlassorgan 2 und Maske 3 gebracht.
[0018] Sodann wird die Maske 3 von der beschichteten Seite des Substrates 1 getrennt. Hierzu werden zunächst die in den Zeichnungen nicht dargestellten Elektromagnete innerhalb des Substrathalters 5 nicht mehr bestromt, so dass die Stege der Maske 3 nicht mehr magnetisch nach oben gegen das Substrat 1 beaufschlagt werden. Dies hat zur Folge, dass sich der zentrale Flächenabschnitt der Maske 3 vom Substrat löst, weil der Maskenhalter 14 ausschließlich an den Rändern der Maske 3 unterstützend angreift. Zum Wechsel der Maske 3 bzw. des Substrates 4 wird der Maskenhalter 14 von der in der Figur 1 darge- stellten Stellung in die in der Figur 2 dargestellte Stellung herabgesenkt.
[0019] Die Figur 1 zeigt die Vorrichtung in einer Stellung während des Be- schichtungsprozesses.
[0020] Die Öffnung 11, mit der die Verwahrkammer 10 an die Prozesskammer, die den Prozessraum 6 beinhaltet, angrenzt, ist während des Beschichtens mit einem Tor 20 verschlossen. Wird das Tor 20 geöffnet, kann das Schirmelement 7 durch die Öffnung 11 von der Verwahrkammer 10 in den Prozessraum 6 gefah- ren werden. Der Grundriss der Schirmplatte 9 ist ausreichend groß, um das Gaseinlassorgan 2 vollständig abzudecken. Das Schirmelement 7 bildet eine Schirmplatte 9 aus, die dem Schirmelement 7 eine geschlossene Schirmfläche verleiht. [0021] In der Schirmstellung befindet sich die Schirmplatte 9 des Schirmelementes 7 vertikal unterhalb der Maske 3. Das Schirmelement 7 ist derart ausgebildet, dass es beim Absenken der Maske 3 und einem damit einhergehenden Verformen der Maske 3 von der Oberfläche der Maske 3 abplatzende Partikel der Beschichtung 4' auffangen kann.
[0022] Zu diesem Zweck besitzt die zum Substrathalter 5 weisende Seite der Schirmfläche Mittel zum Ansammeln sich von der Maske 3 lösender Partikel der Beschichtung 4'. Zu diesen Mitteln gehören bei dem in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel die Ränder 19 der Schirmplatte 9 des Schirmelementes 7, die eine Ausnehmung 8 der Schirmplatte 9 umgeben. Die Schirmplatte 9 kann eine oder mehrere derartige Ausnehmungen 8 aufweisen, die in einer Ebene nebeneinander angeordnet sind.
[0023] Das in der Figur 3 dargestellte Ausführungsbeispiel eines Schirmelementes 7 zeigt nicht nur einen wärmeisolierenden Isolationskörper 13 innerhalb des Kerns, sondern auch eine elektrostatisch aufladbare Folie 12, mit der zu- mindest die zum Substrathalter 1 weisende Seite der Schirmplatte 9 ausgebildet ist. Die Folie 12 ist mittels einer nicht dargestellten Hochspannungsquelle elektrostatisch aufladbar. Die elektrostatische Aufladung der elektrostatisch aufladbaren Folie 12 führt zum Ausbilden elektrostatischer Kräfte, die sich von der Maske 3 ablösende Partikel anzieht. [0024] Die Figur 4 zeigt mit der Bezugsziffer 17 eine Magnetzone der Maske 3, welche aus Invar gefertigt ist. Die Magnetzone kann aus einem ferromagneti- schen Material bestehen. Sie kann magnetisch sein. Sie ist aber bevorzugt lediglich magnetisierbar. [0025] Die Maske 3 kann zusammen mit dem Schirmelement 7 aus dem Prozessraum 6 heraus gefördert werden. Dies kann durch die Öffnung 11 erfolgen. Die Maske 3 kann hierzu auf dem Schirmelement 7 abgelegt werden.
[0026] Mit durch das Tor 12 verschlossener Öffnung 11 kann die innerhalb der Verwahrkammer 10 angeordnete Schirmplatte 9 des Schirmelementes 7 von den angesammelten Partikeln gereinigt werden. Dies kann mittels eines
Gasstromes erzeugt werden, der durch Düsen, insbesondere Gasaustrittsdüsen, aber auch Saugdüsen erzeugt werden kann. Es ist auch eine rein mechanische Reinigung des Schirmelementes 7 möglich. Es ist aber auch möglich, die sich an dem Schirmelement 7 angelagerten Partikel mittels elektrostatischen Kräften von der Oberfläche der Schirmplatte 9 zu entfernen.
[0027] Die vorstehenden Ausführungen dienen der Erläuterung der von der Anmeldung insgesamt erfassten Erfindungen, die den Stand der Technik zumindest durch die folgenden Merkmalskombinationen jeweils auch eigenständig weiterbilden, nämlich: [0028] Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Substrathalter 5 entgegen der Wirkrichtung der Schwerkraft G oberhalb des Gaseinlassor- ganes 2 angeordnet ist und dass das Schirmelement 7 auf seiner zum Substrathalter 5 weisenden Seite der Schirmfläche Mittel 8, 12 zum Ansammeln sich von der Maske 3 lösender Partikel der Beschichtung 4' aufweist. [0029] Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die zum Substrathalter 5 weisende Seite der Schirmfläche mindestens eine Ausnehmung 8 aufweist zum Auffangen der Partikel 4'.
[0030] Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass das Schirmele- ment 7 elektrostatisch aufladbar ist und Mittel vorgesehen sind, um die Schirmfläche aufzuladen.
[0031] Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass das Schirmelement 7 aus einer Verwahrkammer 10 durch eine Öffnung 11 in eine den Prozessraum 6 bildende Prozesskammer bringbar ist. [0032] Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass das Schirmelement 7 zumindest teilweise mit einer elektrostatisch aufladbaren Folie 12 bekleidet ist.
[0033] Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass das Schirmelement 7 einen Wärmeisolationskörper 13 aufweist. [0034] Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Rand der Maske 3 von einem Maskenhalter 14 gehalten ist.
[0035] Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Maske 3 magnetische oder magnetisierbare Zonen 17 aufweist, um sie mit Magnetkraft an der nach unten weisenden zu beschichtenden Breitseite des Substrates 1 zu halten.
[0036] Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die zum Substrathalter 5 weisende Gasaustrittsfläche 18 des Gaseinlassorganes 29 mindes- tens so groß ist wie die zum Gaseinlassorgan 2 weisende zu beschichtende Fläche des Substrates 1.
[0037] Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Grundriss der Schirmfläche größer ist als der Grundriss der Maske 3. [0038] Eine Verwendung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass beim Wechseln der Maske 3 und/ oder des Substrates 1 vor einem Außerkontaktbringen der Maske 3 vom Substrat 1 das Schirmelement 7 in die Schirmstellung gebracht wird und beim Lösen des Kontaktes zwischen Maske 3 und Substrat 1 die Mittel 8, 12 sich von der Maske 3 lösende Partikel der Beschichtung 4' ansammeln, so dass die Partikel nicht zum Gaseinlassorgan 2 gelangen.
[0039] Alle offenbarten Merkmale sind (für sich, aber auch in Kombination untereinander) erfindungswesentlich. In die Offenbarung der Anmeldung wird hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehörigen/beigefügten Prioritätsunterlagen (Abschrift der Voranmeldung) vollinhaltlich mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender Anmeldung mit aufzunehmen. Die Unteransprüche charakterisieren mit ihren Merkmalen eigenständige erfinderische Weiterbildungen des Standes der Technik, insbesondere um auf Basis dieser Ansprüche Teilanmeldungen vorzunehmen.
Liste der Bezugszeichen
1 Substrat 27 Gehäuse
2 Gaseinlassorgan
3 Maske
4 Beschichtung/ Partikel
4' Beschichtung/ Partikel
5 Substrathalter
6 Prozessraum
7 Schirmelement
8 Ausnehmung Abstand
9 Schirmplatte Schwerkraft
10 Verwahrkammer
11 Öffnung
12 elektrisch aufladbare Folie
13 Isolationskörper
14 Maskenhalter
15 Fenster
16 Steg
17 Magnetzone
18 Gasaustrittsfläche
19 Rand
20 Tor
21 Trägergaszuleitung
22 Pulverspeicher
23 Aerosolerzeuger
24 Aerosolleitung
25 Verdampfer
26 Zuleitung

Claims

Ansprüche
Vorrichtung zur Beschichtung eines oder mehrerer Substrate (1) mit einem Gaseinlassorgan (2) zum Einleiten eines auf dem Substrat (1) und einer das Substrat (1) maskierenden Maske (3) zu einer Beschichtung (4, 4') kondensierenden oder reagierenden gasförmigen Ausgangsstoffs in einen zwischen dem Gaseinlassorgan (2) und einem Substrathalter (5) zur Halterung des ein oder mehreren Substrates angeordneten Prozessraum (6) und mit einem aus einer Verwahrstellung außerhalb des Prozessraumes (6) in eine Schirmstellung in den Prozessraum (6) bringbaren Schirmelement (7), das eine geschlossene Schirmfläche aufweist, die in der Schirmstellung zwischen dem Gaseinlassorgan und der Maske liegt, dadurch gekennzeichnet, dass der Substrathalter (5) entgegen der Wirkrichtung der Schwerkraft (G) oberhalb des Gaseinlassorganes (2) angeordnet ist und dass das Schirmelement (7) auf seiner zum Substrathalter (5) weisenden Seite der Schirmfläche Mittel (8, 12) zum Ansammeln sich von der Maske (3) lösender Partikel der Beschichtung (4') aufweist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zum
Substrathalter (5) weisende Seite der Schirmfläche mindestens eine Ausnehmung (8) aufweist zum Auffangen der Partikel (4').
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schirmelement (7) elektrostatisch aufladbar ist und Mittel vorgesehen sind, um die Schirmfläche aufzuladen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schirmelement (7) aus einer Verwahrkammer (10) durch eine Öffnung (11) in eine den Prozessraum (6) bildende Prozesskammer bringbar ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schirmelement (7) zumindest teilweise mit einer elektrostatisch aufladbaren Folie (12) bekleidet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schirmelement (7) einen Wärmeisolationskörper (13) aufweist.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rand der Maske (3) von einem Maskenhalter (14) gehalten ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Maske (3) magnetische oder magnetisierbare Zonen (17) aufweist, um sie mit Magnetkraft an der nach unten weisenden zu beschichtenden Breitseite des Substrates (1) zu halten.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Substrathalter (5) weisende Gasaustrittsfläche (18) des Gaseinlassorganes (29) mindestens so groß ist wie die zum Gaseinlassorgan (2) weisende zu beschichtende Fläche des Substrates (1).
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundriss der Schirmfläche größer als der Grundriss der Maske (3).
Verwendung einer Vorrichtung gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Wechseln der Maske (3) und/ oder des Substrates (1) vor einem Außerkontaktbringen der Maske (3) vom Substrat (1) das Schirmelement (7) in die Schirmstellung gebracht wird und beim Lösen des Kontaktes zwischen Maske (3) und Substrat (1) die Mittel (8, 12) sich von der Maske (3) lösende Partikel der Beschichtung (4') ansammeln, so dass die Partikel nicht zum Gaseinlassorgan (2) gelangen.
Vorrichtung oder Verwendung, gekennzeichnet durch eines oder mehrere der kennzeichnenden Merkmale eines der vorhergehenden Ansprüche.
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