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CH712199A1 - Vorrichtung zur Abscheidung dünner Schichten auf einem Substrat und Rollenmaterial mit einem Substrat mit solchen Schichten. - Google Patents

Vorrichtung zur Abscheidung dünner Schichten auf einem Substrat und Rollenmaterial mit einem Substrat mit solchen Schichten. Download PDF

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Publication number
CH712199A1
CH712199A1 CH00294/16A CH2942016A CH712199A1 CH 712199 A1 CH712199 A1 CH 712199A1 CH 00294/16 A CH00294/16 A CH 00294/16A CH 2942016 A CH2942016 A CH 2942016A CH 712199 A1 CH712199 A1 CH 712199A1
Authority
CH
Switzerland
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film web
plate
coating
plates
gas
Prior art date
Application number
CH00294/16A
Other languages
English (en)
Inventor
Fischer Jules
Bernhard Andreas
Original Assignee
Fofitec Ag
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 Fofitec Ag filed Critical Fofitec Ag
Priority to CH00294/16A priority Critical patent/CH712199A1/de
Priority to PCT/EP2017/055224 priority patent/WO2017153356A1/de
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Abstract

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Abscheidung dünner Schichten durch wenigstens zwei selbstbegrenzende Oberflächenreaktionen auf einer laufenden Folienbahn (FB), wobei die Vorrichtung eine Beschichtungsplatte (1) und eine dieser gegenüberliegend angeordnete Gegenplatte (2) aufweist, wobei die Beschichtungsplatte mehrere Zuführungsbereiche und Ableitungsbereiche für Reaktions- und Spülgas und die Gegenplatte mindestens einen Zuführungsbereich für Spülgas oder Luft aufweist, wobei Mittel (R1, R2; U1, U2) vorhanden sind, die Folienbahn zwischen den beiden Platten hindurch zu bewegen und wobei die zugeführten Gase Gaskissen bilden, welche die Folienbahn beim Durchlauf zwischen den beiden Platten gegen diese abstützten und auf Abstand von ihnen halten. Die Beschichtungsplatte und/oder die Gegenplatte sind in zumindest einem Zuführungsbereich porös für einen flächig über diesen Bereich verteilten Gasaustritt ausgebildet. Gegenstand der Erfindung ist auch ein Rollenmaterial mit einer Folienbahn, auf der durch wenigstens zwei selbstbegrenzende Oberflächenreaktionen dünne Schichten abgeschieden sind, wobei die Folienbahn zusammen mit einer Zwischenlage aufgerollt und/oder auf den dünnen Schichten mit einer Schutzschicht versehen ist.

Description

Beschreibung TECHNISCHES GEBIET
[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abscheidung dünner Schichten durch wenigstens zwei selbstbegrenzende Oberflächenreaktionen auf einem Substrat, wobei die Vorrichtung eine Beschichtungsplatte und eine dieser gegenüberliegend angeordnete Gegenplatte aufweist, wobei die Beschichtungsplatte mehrere Zuführungsbereiche und Ableitungsbereiche für Reaktions- und Spülgas und die Gegenplatte mindestens einen Zuführungsbereich für Spülgas oder Luft aufweist, wobei Mittel vorhanden sind, das Substrat zwischen den beiden Platten hindurch zu bewegen, und wobei die zugeführten Gase Gaskissen bilden, welche das Substrat beim Durchlauf zwischen den beiden Platten gegen diese abstützten und auf Abstand von ihnen halten.
[0002] Die Erfindung betrifft zudem ein Rollenmaterial mit einer Folienbahn mit solchen Schichten.
STAND DER TECHNIK
[0003] Selbstbegrenzende Oberflächenreaktionen der betrachteten Art sind insbesondere die sogenannte «Atomic Layer Deposition» (ALD) oder auch die sogenannte «Molecular Layer Deposition» (MLD). Zur Abscheidung wird die zu beschichtende Oberfläche hierbei nacheinander mit verschiedenen, miteinander aber nicht mit sich selbst reagierenden, sogenannten Prekursoren oder mit Prekursoren enthaltenden Reaktionsgasen in Kontakt gebracht. Dazwischen wird jeweils mit einem Inertgas gespült. Indem jedes einzelne Reaktionsgas nicht mit sich selbst reagiert sind die Teilreaktionen selbstbegrenzend. Das Schichtwachstum ist dadurch bei jeder Teilreaktion auch bei beliebig langer Zeit auf nur eine Monolage begrenzt.
[0004] Bei den Reaktionsgasen kann es sich im Fall von ALD um Trimethylaluminium (TMA) einerseits sowie um Wasserdampf (H20) andererseits handeln. Als Spülgas kommt Stickstoff (N2) in Frage. Die hiermit erzielbare AIOx-Schicht ist bei ausreichender Qualität und Dicke als transparente Barriereschicht für sogenannte Organic Light Emitting Diodes (OLEDs) geeignet, um diese gegen Wasserdampf und Luftsauerstoff zu schützen. Dabei wird hinsichtlich Wasserdampf (H20) eine sogenannte Water-Vapor-Transmission-Rate (WVTR) kleiner als 10-6 g rrf2 Tag-1 und hinsichtlich Sauerstoff (02) eine sogenannte Oxygen-Transmission-Rate (OTR) kleiner als 10_5cm3 m-2 Tag-1 bar-1 bei zumindest 20 °C und 50% rel. Feuchte verlangt. Dazu sollte die Dicke der Barriereschicht etwa 25 nm betragen, wobei sie vorzugsweise mit anderen anorganischen und/oder organischen Schichten kombiniert wird. Um eine Dicke von 25 nm AIOx zu erreichen, sind ca. 150-400 Beschichtungszyklen erforderlich. Für diese Verwendung sollte das Substrat ebenfalls transparent sein.
[0005] Aus WO 2012/005 577 A1 ist eine Vorrichtung zur Abscheidung von AIOx-Schichten mittels ALD Technik auf Substraten in Form von Wafern bekannt, die einzeln zwischen einer Beschichtungsplatte und einer dieser gegenüberliegend angeordneten Gegenplatte hindurch bewegt werden. Die Beschichtungsplatte weist entlang der Bewegungsrichtung der Wafer mehrere, von diesen überfahrene Zuführungsbereiche für Reaktions- und Spülgas auf. Diese sind in Gruppen entsprechend den oben genannten Beschichtungszyklen angeordnet. Die Gegenplatte ist mit mehreren Zuführungsbereichen für Spülgas versehen. Zusammen mit Seitenwänden bilden die beiden Platten einen Tunnel, wobei in den Seitenwänden Ableitungsbereiche für Reaktions- und Spülgas vorgesehen sind. Die über die beiden Platten zugeführten Gase strömen im Tunnel dadurch quer zur Laufrichtung der Substrate. Die zugeführten Gase bilden Gaskissen, welche die Substrat beim Durchlauf zwischen den beiden Platten gegen diese abstützten und auf Abstand von ihnen halten. Als Mittel, um die Substrate zwischen den beiden Platten hindurch zu bewegen, dienen Druckunterschiede in Bewegungsrichtung der Substrate auf einander folgenden Zonen.
[0006] Aus WO 2014/193 234 A1 ist eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bekannt, bei welcher ebenfalls Substrate in Form von Wafern einzeln zwischen einer Beschichtungsplatte und einer dieser gegenüberliegend angeordneten Gegenplatte hindurch bewegt werden. Die Beschichtungsplatte weist entlang der Bewegungsrichtung der Wafer mehrere, von diesen überfahrene Zuführungs- und Ableitungsbereiche für Reaktions- und Spülgas auf. Die Gegenplatte ist mit mehreren Zuführungs- und Ableitungsbereichen für Spülgas versehen. Die über die beiden Platten zugeführten Gase strömen sowohl in als auch entgegen der Bewegungsrichtung der Wafer. Die zugeführten Gase bilden Gaskissen, welche die Substrate beim Durchlauf zwischen den beiden Platten gegen diese abstützten und auf Abstand von ihnen halten. Als Mittel, um die Wafer zwischen den beiden Platten hindurch zu bewegen, dienen äussere, nicht weiter beschriebene Transportelemente.
[0007] Die aus WO 2013/151 430 A1 bekannte Vorrichtung unterscheidet sich von der aus WO 2014/193 234 A1 bekannten dadurch, dass die Gegenplatte wie die Beschichtungsplatte ausgebildet ist.
[0008] Aus WO 2014/123 415 A1 ist eine Vorrichtung bekannt mit einer von einer Folienbahn auf einem Teilumfang umlaufenen, gegebenenfalls rotierenden Beschichtungstrommel. Die Beschichtungstrommel weist mehrere, von der Folienbahn überfahrene Zuführungs- und Ableitungsbereiche für Reaktions- und Spülgas auf. Die über die Zuführungsbereiche zugeführten Gase strömen hierdurch überwiegend in oder gegen die Laufrichtung der Folienbahn zu den Ableitungsbereichen. In den Zuführungsbereichen wird die Folienbahn auf einem Gaskissen auf Abstand von der Oberfläche der Beschichtungstrommel gehalten. In einzelnen Ausführungsbeispielen ist eine äussere Abdeckung vorhanden, die jedoch keinen Einfluss auf die Führung der Folienbahn hat. Der Abstand der Folienbahn von der Beschichtungstrommel ergibt sich aus der Stärke des erwähnten Gaskissens einerseits und der Bahnspannung in Verbindung mit der Krümmung der Foli enbahn andererseits. Die Zuführungs- und Ableitungsbereiche sind wieder in Gruppen entsprechend den oben genannten Beschichtungszyklen angeordnet. Wenn die Beschichtungstrommel rotiert, kommen pro Umlauf der Folienbahn die einzelnen Zuführungs- und Ableitungsbereiche bzw. die aus mit diesen gebildeten Gruppen jeweils mehrfach zum Einsatz. Zur Zu- und Abführung der Reaktions- und Spülgase in bzw. aus der rotierenden Trommel sind aufwendige Anschlüsse zwischen gegeneinander bewegten Teilen erforderlich.
[0009] Aus DE 10 2008 005 659 B4 ist ein Umlenkelement für flexibles Flachmaterial bekannt mit einer Leitwand, die eine konvex gekrümmte Leitfläche definiert. Die Leitwand ist von Luftausblaskanälen durchsetzt, die über Luftausblasöffnungen zu der Leitfläche ausmünden und die zum Ausblasen von Druckluft vorgesehen sind, die über der Leitfläche ein tragendes Luftpolster für das Flachmaterial bilden. Dabei ist die Leitfläche von einem mikroporösen Wandabschnitt gebildet.
[0010] Ob die vorstehend erwähnten, geringen Transmissionsraten durch eine Beschichtung erreicht werden, wurde bislang an Mustern getrennt (offline) vom Beschichtungsprozess mit speziellen Apparaturen durchgeführt, wobei lange Messzeiten erforderlich waren.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
[0011] Die Erfindung stellt sich unter anderem die Aufgabe, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art hinsichtlich Anwendungsbereich und Performance zu verbessern. Sie soll insbesondere hohe Produktionsraten ermöglichen und bei konstruktiv einfachem Aufbau wirtschaftlich in der Anschaffung sowie im Betrieb sein.
[0012] Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, welche demnach dadurch gekennzeichnet ist, dass die Mittel dazu ausgebildet sind, als Substrat eine Folienbahn in gerader Ausrichtung zwischen den beiden Platten hindurch zu bewegen, und dass die Beschichtungsplatte und/oder die Gegenplatte in zumindest einem Zuführungsbereich porös für einen flächig über diesen Bereich verteilten Gasaustritt ausgebildet ist.
[0013] Wie die aus WO 2014/123 415 A1 bekannte Vorrichtung ist die erfindungsgemässe Vorrichtung damit zur Beschichtung einer Folienbahn im Durchlauf ausgebildet und nicht auf individuelle Wafer oder dergleichen beschränkt. Die schon mit der aus WO 2014/123 415 A1 bekannten Vorrichtung erzielten Vorteile werden durch die erfindungsgemässe Vorrichtung dadurch zumindest auch erreicht. Indem die Folienbahn in gerader Ausrichtung durch die erfindungsgemässe Vorrichtung bewegt wird, ist ihre Positionierung relativ zu den beiden Platten jedoch unabhängig von ihrer Bahnspannung. Das macht die Bahnführung stabiler und weniger störanfällig als die Bahnführung um eine Beschichtungstrommel. Die beanspruchte Bewegung der Folienbahn zwischen den beiden Platten hindurch ist zudem viel einfacher realisierbar als der Antrieb der Wafer bei der aus WO 2014/123 415 A1 bekannten Vorrichtung insbesondere durch Druckunterschiede in Laufrichtung aufeinanderfolgenden Zonen. Die beiden Platten der erfindungsgemässen Vorrichtung können stillstehend montiert werden, wodurch der erhebliche konstruktive Aufwand entfällt, der für die Rotation der Beschichtungstrommel bei der aus WO 2014/123 415 A1 bekannten Vorrichtung erforderlich ist. Vor allem aber sind für die Zuführung und die Ableitung der Reaktions- und Spülgase keine aufwendigen Anschlüsse zwischen gegeneinander bewegten Teilen erforderlich. Durch Ausbildung der Beschichtungsplatte und/oder der Gegenplatte in zumindest einem Zuführungsbereich porös für einen flächig über diesen Bereich verteilten Gasaustritt wird das sich dort ausbildende Gaskissen ausserordentlich robust, was sich ebenfalls günstig und stabilisierend auf die kontaktlose Bahnführung zwischen den Platten auswirkt. In der porösen Schicht bildet sich ein isotroper Staudruck. Das robuste Gaskissen erlaubt es auch, den Abstand zwischen der Folienbahn und der Beschichtungs- und/oder der Gegenplatte sehr klein, insbesondere kleiner als 100 pm, vorzugsweise sogar kleiner als 50 pm, zu wählen. Je geringer der Abstand desto grösser ist bei gleichem Gasfluss die Strömungsgeschwindigkeit des Spülgases in Richtung eines benachbarten oder angrenzenden Zuführungsbereichs für Reaktionsgas. Eine hohe Strömungsgeschwindigkeit ist günstig für die Effektivität des Spülens mit dem Spülgas. Dadurch können die Zuführungsbereiche in Laufrichtung der Folienbahn insbesondere für Spülgas kurz ausgebildet werden. Dies erlaubt wiederum die Unterbringung einer grossen Anzahl von Gruppen auf der Länge der Beschichtungsplatte. Da hierdurch zudem die unerwünschte Vermischung unterschiedlicher Reaktionsgase beispielsweise durch Diffusion eines Prekursors entgegen der Spülgasströmung erschwert wird, muss zwischen benachbarten Zuführungsbereichen für unterschiedliche Reaktionsgase auch weniger intensiv mit Spülgas gespült werden. Ein weiterer Vorteil der porösen Oberfläche besteht darin, dass auch bei quer zur Laufrichtung der Folienbahn langen Zuführungsbereichen ein gleichmässiger Gasaustritt realisierbar ist.
[0014] Zusammen erlauben die genannten Massnahmen im Vergleich mit der aus WO 2014/123 415 A1 bekannten Vorrichtung eine wesentlich höhere Bahngeschwindigkeit mit entsprechend höheren Produktionsraten sowie einen geringeren Spülgasverbrauch.
[0015] Bei den Reaktionsgasen kann es sich im Fall von ALD um Trimethylaluminium (TMA) einerseits sowie um Wasserdampf (H20) andererseits zur Erzeugung einer AIOx-Schicht handeln. Als Spülgas kommt Stickstoff (N2) in Frage. Alternativ zu einer AIGy Schicht kann beispielsweise auch ein AIOx-Ti02-Nanolaminat erzeugt werden, wobei TiCI4 als Ti02-Prekursor eingesetzt werden kann.
[0016] Bevorzugt sind die Beschichtungsplatte und die Gegenplatte in allen Zuführungsbereichen porös ausgebildet. Einzelne Zuführungsbereiche könnten jedoch auch mit Schlitzen und/oder Löchern ausgeführt sein. Das kann insbesondere für die Zuführung von Reaktionsgasen mit geringem Dampfdruck wie solchen für MLD-Beschichtungen vorteilhaft sein. Zudem lassen sich die Schlitze und/oder Löcher einfacher reinigen als das poröse Material, wodurch allfällige Ablagerungen, beispielsweise aufgrund thermischer Zersetzung eines Reaktionsgases, eher tolerierbar sind.
[0017] Weiter bevorzugt wird die Folienbahn auch in den Ableitungsbereichen auf einem Gaskissen auf Abstand von der Oberfläche des Beschichtungszylinders gehalten, indem in der Gasableitung ein kleiner, definierter Staudruck erzeugt wird.
[0018] Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist vorzugsweise zur Beschichtung von Folienbahnen bis zu einer Breite von 200 cm geeignet und damit durch inline oder nachträgliches Teilen der Bahn auch für Standardbreiten von beispielsweise 30 bis 50 cm. Die gesamte Vorrichtung ist weiter vorzugsweise für eine Bahngeschwindigkeit der Folienbahn bis zu 120 m/min ausgebildet. Für einen ALD-Prozess der erwähnten Art sind Bahngeschwindigkeiten im Bereich 20 m/min bis 80 m/min geeignet.
[0019] Wegen der zumindest bei ALD-Beschichtungen kurzen Reaktionszeit der Reaktionsgase braucht die Ausdehnung der Zuführungsbereiche in Laufrichtung der Folienbahn selbst bei solchen Bahngeschwindigkeiten nur 5 mm bis 30 mm, insbesondere 10 mm bis 20 mm, zu betragen. Die Ausdehnung der Ableitungsbereiche in Laufrichtung der Folienbahn braucht sogar nur 0.3 mm bis 1.5 mm, insbesondere 0.5 mm bis 1 mm, zu betragen. Dies gilt insbesondere, wenn der Abstand zwischen der Folienbahn und der Beschichtungsplatte kleiner als 100 pm gehalten wird.
[0020] Weitere bevorzugte Ausbildungen der erfindungsgemässen Vorrichtung sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.
[0021] So können die beiden Platten beispielsweise zueinander in einem festen Abstand angeordnet oder in einem variablen, durch den Druck der Gaskissen gegenüber einer Gegenkraft bestimmten Abstand gegeneinander beweglich montiert sein.
[0022] Vorzugsweise ist an der Beschichtungsplatte pro Gasart jeweils nur ein Gasanschluss vorhanden, der mit den zugehörigen Zuführungs- oder Ableitungsbereichen der Beschichtungsplatte durch Kanäle in der Beschichtungsplatte in Verbindung steht.
[0023] Wenn Ableitungsbereiche in Laufrichtung der Folienbahn jeweils nur angrenzend an ein Paar von Zuführungsbereichen vorhanden sind, wobei der in Laufrichtung der Folienbahn jeweils vordere Zuführungsbereich des Paares von Zuführungsbereichen ein Zuführungsbereich für Spülgas und der hintere ein Zuführungsbereich für Reaktionsgas ist, ergibt sich eine verbesserte Ausnutzung der Zuführungsbereiche für Spülgas.
[0024] Die Trennung der verschiedenen Reaktionsgase kann trotz der jeweils nur angrenzend an ein Paar von Zuführungsbereichen vorhandenen Ableitungsbereiche dadurch gewährleistet werden, dass die Zuführungsbereiche für Spülgas in Laufrichtung der Folienbahn länger bemessen werden als die jeweils angrenzenden Zuführungsbereiche für Reaktionsgas und/oder dadurch, dass das Spülgas mit einem höheren Druck als die Reaktionsgase zugeführt werden.
[0025] Der Raum zwischen den beiden Platten ist bei der erfindungsgemässen Vorrichtung seitlich bevorzugt offen. Von daher und im Hinblick drauf, dass Reaktionsgas wie TMA möglichst nicht in die Umgebung entweichen sollte, ist es vorteilhaft, in der Beschichtungsplatte quer zur Laufrichtung der Folienbahn beidseits angrenzend an wenigstens einem Zuführungsbereich für ein Reaktionsgas jeweils einen Ableitungsbereich für das Reaktionsgas vorzusehen.
[0026] Aus dem gleichen Grund und um die Folienbahn auch ihren Randbereichen gut abzustützen ist es bevorzugt, dass die Beschichtungsplatte quer zur Laufrichtung der Folienbahn beidseits wenigstens eines Zuführungsbereichs für ein Reaktionsgas jeweils noch einen, von der Folienbahn überfahrenen Zuführungsbereich für Spülgas aufweist.
[0027] Wie eingangs erwähnt, können zur Erzielung einer ausreichenden Barrieredicke mehrere hundert Beschichtungszyklen erforderlich sein. Um die jeweils erforderliche Anzahl Beschichtungszyklen zu erreichen, kann die Folienbahn einer erfindungsgemässen Vorrichtung mehrfach hintereinander zugeführt werden. Alternativ oder zusätzlich könnten mehrere erfindungsgemässe Vorrichtungen mit Paaren von Beschichtungs- und Gegenplatten in Serie hintereinander betrieben werden. Dabei kann vorgesehen sein, dass die mehreren Paare von Beschichtungs- und Gegenplatten in Serie sowie vorzugsweise in einem Stapel angeordnet und Bahnumlenkungsmittel vorhanden sind, um die Folienbahn den einzelnen Paaren nacheinander zuzuführen. Bei einer Anordnung im Stapel ergibt sich eine äusserst kompakte Bauweise.
[0028] Für eine doppelseitige Beschichtung der Folienbahn kann die Gegenplatte ebenfalls als Beschichtungsplatte ausgebildet und entlang der Laufrichtung der Folienbahn mit mehreren Zuführungs- und Ableitungsbereichen für Reaktionsund Spülgas versehen sein. Hierbei ist es bevorzugt, wenn die Zuführungs- und Ableitungsbereiche beider Platten deckungsgleich ausgebildet sind.
[0029] Eine erfindungsgemässe Vorrichtung mit zwei Beschichtungsplatten lässt sich ausser zur doppelseitigen Beschichtung einer Folienbahn auch zur einseitigen Beschichtung von zwei Folienbahnen in Anlage aneinander einsetzen. Mit besonderem Vorteil ist eine erfindungsmässe Vorrichtung mit zwei Beschichtungsplatten jedoch zur doppelten Beschichtung nur einer Seite einer Folienbahn verwendbar, sofern die Folienbahn nach einem ersten Durchlauf zwischen den beiden Platten mit geeigneten Bahnwendemitteln gewendet und den beiden Platten Rücken an Rücken mit einem im ersten Durchlauf befindlichen Teil der Folienbahn für einen zweiten Durchlauf zwischen den beiden Platten erneut zugeführt wird.
[0030] In einer Ausführungsform ist mindestens einem Zuführungsbereich in der Beschichtungsplatte der erfindungsgemässen Vorrichtung eine UV-Lampe zugeordnet. Mit dieser können in dort zugeführtem, ozonhaltigem Gas Sauerstoff-Radikale OVO) als Reaktionsqas aus dem Ozon (03) erzeuqt werden nach der Reaktionsqleichunq: 03 + h -> 0(1D) + 02(a1Ag) [0031] Sofern in einem nachfolgenden Zuführungsbereich ein metallhaltiges Reaktionsgas zugeführt wird, kann dieses mit den erzeugten Sauerstoff-Radikalen unter Bildung eines Metalloxids reagieren. Vorzugsweise ist die UV-Lampe eine Amalgam-Lampe (Niederdruck-Quecksilberdampflampe), welche UVC-Strahlung und/oder VUV-Strahlung mit Wellenlängen von 254 nm und/oder 185 nm emittiert. Bei dieser Ausführungsform muss das ozonhaltige Gas beispielsweise aus sauerstoffhaltigem Gas mit einem Ozongenerator extern erzeugt werden. Die erwähnte 185 nm Strahlung ist für die Ozonphotolyse weniger geeignet als die 254 nm Strahlung, kann aber den Prozess durch die Spaltung von adsorbierten und gegebenenfalls teiloxidierten Prekursormolekülen unterstützen. Der Vorteil der Verwendung von Sauerstoff-Radikalen 0(1D) anstelle von H20 als Prekursor ist vor allem, dass die Desorption von H20 als dem langsamsten, die Prozessgeschwindigkeit begrenzenden Teilschritt entfällt. Ausserdem ergibt sich eine höhere Dichte der erzeugten Schicht bei niedrigerer Prozesstemperatur und ein grösseres Schichtwachstum pro Beschichtungszyklus.
[0032] Anstatt aus extern erzeugtem, ozonhaltigem Gas können Sauerstoff-Radikale 0(1D) als Reaktionsgas auch lokal aus zugeführtem, sauerstoffhaltigem Gas durch Einsatz einer VUV-Lampe erzeugt werden: 02 + h -> 0(3P) + 0(1D) [0033] Vorzugsweise ist die VUV-Lampe eine 172 nm Xe2*-Excimerlampe. Auch die 172 nm Strahlung kann den Prozess durch die Spaltung von adsorbierten und gegebenenfalls teiloxidierten Prekursormolekülen unterstützen. Bei dieser Ausführungsform entfällt der erwähnte Ozongenerator. Eine weitere Möglichkeit zur lokalen Erzeugung von Sauerstoff-Radikalen 0(1D) aus zugeführtem, sauerstoffhaltigem Gas ist der Einsatz einer Plasmaquelle. Eine solche könnte auch andere Radikale erzeugen, beispielsweise H-Radikale aus H2 zur Abscheidung metallischer Schichten oder N-Radikale aus N2 oder NH3 zur Abscheidung von Nitrid-Schichten.
[0034] Für selbstbegrenzende Oberflächenreaktionen wie ALD oder MLD ist in der Regel eine gegenüber Umgebungstemperatur erhöhte Prozesstemperatur günstig. Zur Einhaltung der jeweils gewünschten Prozesstemperatur beispielsweise im Bereich von 80-120 °C kann es erforderlich sein, geeignet temperierte Reaktions- und/oder Spülgase zuzuführen und/oder die Beschichtungs- und/oder die Gegenplatte zu temperieren. Damit auch die Folienbahn bereits bei ihrem Eintritt in den Spalt zwischen den beiden Platten eine geeignete Temperatur aufweist, können zu ihrer Erhitzung geeignete Mittel in ihrer Laufrichtung den beiden Platten vorgeordnet sein. Diese Mittel umfassen vorzugsweise eine mit Heissluft-Zufüh-rungen und/oder IR-Strahlern bestückte Aufheizstrecke. Die Folienbahn kann auf der Aufheizstrecke auf eine höhere Temperatur als die Prozesstemperatur erhitzt werden, um beispielsweise die Trägerfolie und/oder die Planarisierungsschicht zu trocknen oder um eine mögliche Abkühlung der Folienbahn zwischen der Aufheizstrecke und dem Einlauf zwischen die ersten beiden Platten auszugleichen. Wenn mehrere Plattenpaare in Serie oder in einem Stapel angeordnet sind, können jedem Plattenpaar Mittel zur Erhitzung der Folienbahn in deren Laufrichtung vorgeordnet sein. Die erfindungsgemässe Vorrichtung kann weiter mit einer von der Folienbahn durchlaufenen Messvorrichtung versehen sein, welche nur einer Beschichtungs- und Gegenplatte oder nur einer Vorbeschichtungs- und Vorbeschichtungsgegenplatte nachgeordnet ist zur inline Ermittlung von Sauerstoff- oder Stickstoff-Transmissionsraten (OTR- oder NTR) der beim Durchlauf zwischen diesen Platten abgeschiedenen dünnen Schichten. Die Messvorrichtung ist dabei vorzugsweise datentechnisch verbunden mit einer in Laufrichtung der Folienbahn weiter hinten angeordneten Vorrichtung zur Beschriftung und/oder Codierung der Folienbahn (FB) mit den ermittelten OTR- oder NTR-Werten. Diese Daten könnten auch auf mobilen Speichern z.B. in der Folienhülse abgelegt werden, von wo sie bei der Weiterverarbeitung der beschichten Folienbahn oder bei sonstigem Bedarf abrufbar sind.
[0035] Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist vorzugsweise Teil einer Anlage, bei welcher die Folienbahn von einer ersten Rolle abgerollt und nach ihrer Beschichtung auf einer zweiten Rolle wieder aufgerollt wird. Da ALD- oder MLD-Be-schichtungen mit Dicken im Nanometerbereich sehr empfindlich gegenüber mechanischen Belastungen sind, ist es an sich bekannt, die beschichtete Folienbahn zusammen mit einer schützenden Zwischenlage (sog. Interleave) aufzurollen, die von einer weiteren Abrollung zugeführt wird. Dabei ist die Zwischenlage in der Regel jedoch mit den in ihrer Umgebung vorhandenen Gasen sowie auch mit Wasser gesättigt. Gemäss einer Weiterbildung der Erfindung sind Mittel vorgesehen, um die Zwischenlage inline aus einer formlosen Masse im gleichen Durchlauf wie die Beschichtung der Folienbahn zu erzeugen. Dabei kann die Zwischenlage praktisch wasserfrei hergestellt und durch Einlagerung von Gettern für Wassermoleküle in das Material der Zwischenschicht sogar mit der Funktionalität ausgestattet werden, durch Aufnahme von Wassermolekülen die beschichtete Folienbahn auf der Rolle bis zu ihrer Weiterverarbeitung trocken zu halten oder sogar zusätzlich zu trocknen. Um die Funktion der Getter sicherzustellen muss das Material der Zwischenlage durchlässig für Wassermoleküle sein.
[0036] Alternativ oder zusätzlich zu einer Zwischenlage, die bei der Weitverarbeitung der beschichteten Folienbahn wieder entfernt wird, kann auf einer ALD- oder MLD-Beschichtung eine Schutzschicht ebenfalls inline im gleichen Durchlauf mit der ALD-oder MLD-Beschichtung aufgetragen werden, die bei der Weitverarbeitung der beschichteten Folienbahn auf dieser verbleibt. Sie bildet bei der Weiterverarbeitung der Folienbahn dann die Basis für allfällig weitere auf ihr aufgebrachte Schichten wie insbesondere OLED-Schichten. Auch die Schutzschicht kann Getter für Wassermoleküle enthalten. Sofern die ALD- oder MLD-Beschichtung als transparente Barriereschicht für OLEDs dienen soll, müssen auch diese transparent sein. Entsprechend noch einer Weiterbildung der Erfindung sind deshalb Mittel vorgesehen, um die Schutzschicht inline aus einer formlosen Masse im gleichen Durchlauf mit der ALD- oder MLD-Beschichtung zu erzeugen. Da die Schutzschicht Teil eines Endprodukts wie beispielsweise einer OLED wird, ist es vorteilhaft, wenn die Schutzschicht zusätzlich zu einem Getter für Wasser- auch einen Getter für Sauerstoffmoleküle enthält. Damit die Aufnahmekapazität der Getter nicht erschöpft wird, bevor ein fertiges Endprodukt vorliegt, müssen die Getter in ausreichender Menge vorhanden sein und die Getter enthaltende Folienbahn muss ausreichend vor einem Zutritt von Luftfeuchte und Luftsauerstoff geschützt werden. Innerhalb einer Rolle sind die Getter weitgehend geschützt, da ein Zutritt von Luft nur an der Stirnseite der Rolle erfolgen kann was durch eine entsprechend ausgelegte Schutzverpackung der Rolle oder Zuschnitte zu verhindern ist. Der Umfang der Rolle wird durch die ebenfalls auf der Folienbahn vorhandenen, durch ALD/MLD erzeugten dünnen Schichten geschützt. Gegenstand der Erfindung ist entsprechend auch ein Rollenmaterial mit einer Folienbahn, auf der durch wenigstens zwei selbstbegrenzende Oberflächenreaktionen (ALD/MLD) dünne Schichten abgeschieden sind, wobei die Folienbahn zusammen mit einer Zwischenlage aufgerollt und/oder auf den dünnen Schichten mit einer Schutzschicht versehen ist, wobei die Zwischenlage und/oder die Schutzschicht für Wassermoleküle durchlässig und mit Gettern für Wassermoleküle versehen ist.
[0037] Alternativ oder zusätzlich zu Gettern für Wasser- und/oder Sauerstoffmoleküle kann die Schutzschicht elektrisch leitfähig sein, um später eine transparente Anode beispielsweise einer OLED zu bilden. Falls die Schutzschicht Getter enthalten und elektrisch leitfähig sein soll, werden bevorzugt zwei separate Schichten aufgebracht, wobei die zuerst aufgebrachte Schicht Getter enthält und die nachfolgend aufgebrachte Schicht elektrisch leitfähig ist.
[0038] Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen weiter erläutert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
[0039] Es zeigen jeweils nur schematisch:
Fig. 1 eine Ausführungsform einer erfindungsgemässen Vorrichtung mit einer Beschichtungsplatte und eine dieser gegenüberliegend angeordneten Gegenplatte, mit Aufroll- und Abrollmitteln und verschiedenen Zusatzaggregaten;
Fig. 2 in einem Teilquerschnitt Details eines möglichen Aufbaus der Beschichtungs- und der Gegenplatte mit porös ausgebildeten Zuführungsbereichen für einen flächig über diese Bereiche verteilten Gasaustritt;
Fig. 3 unter a) eine Aufsicht auf eine Gruppe von Zuführungs- und Ableitungsbereichen für Reaktions- und Spülgas einer Beschichtungsplatte zur Ausführung eines ALD-Beschichtungszyklus und unter b) einen Querschnitt dieser Gruppe;
Fig. 4 unter a) eine Aufsicht auf eine anders gestaltete Gruppe von Zuführungs- und Ableitungsbereichen für Reaktions- und Spülgas einer Beschichtungsplatte zur Ausführung eines ALD-Beschichtungszyklus und unter b) einen Querschnitt dieser Gruppe;
Fig. 5 einen Querschnitt einer Gruppe von Zuführungs-und Ableitungsbereichen für Reaktions- und Spülgas einer Beschichtungsplatte zur Ausführung eines ALD-Beschichtungszyklus mit einer einem Zuführungsbereich für ein Reaktionsgas zugeordneten UV-Lampe;
Fig. 6 einen Querschnitt einer Gruppe von Zuführungs-und Ableitungsbereichen für Reaktions- und Spülgas einer Beschichtungsplatte zur Ausführung eines ALD-Beschichtungszyklus mit einer einem Zuführungsbereich für ein Reaktionsgas zugeordneten Plasmaquelle;
Fig. 7 einen Querschnitt einer Gruppe von Zuführungs-und Ableitungsbereichen für Reaktions- und Spülgas einer Beschichtungsplatte zur Ausführung eines ALD-Beschichtungszyklus mit einer einem Zuführungsbereich für ein Reaktionsgas zugeordneten anderen Plasmaquelle;
Fig. 8 unter a) mehrere Paare von Beschichtungs- und Gegenplatten, denen eine Folienbahn in Serie zugeführt ist und unter b) dieselben Paare in einem geöffneten Zustand;
Fig. 9 unter a) mehrere Paare von in einem Stapel angeordneten Beschichtungs- und Gegenplatten, denen eine Folienbahn in Serie zugeführt ist und unter b) dieselben Paare mit einem Paar in einem geöffneten Zustand;
Fig. 10 ein Plattenpaar bei dem auch die Gegenplatte als Beschichtungsplatte ausgeführt ist;
Fig. 11 perspektivisch ein Plattenpaar mit zwei Beschichtungsplatten, wobei Bahnumlenkungsmittel vorgesehen sind, durch welche die Folienbahn nach einem ersten Durchlauf durch das Plattenpaar gewendet für eine Weiterbeschichtung zugeführt wird;
Fig. 12 perspektivisch vier in einem Stapel angeordnete Plattenpaare jeweils mit Beschichtungsplatten, denen eine Folienbahn in Serie zugeführt ist und Bahnwendemittel vorgesehen sind, über welche die Folienbahn den vier Paaren nach einem ersten seriellen Durchlauf gewendet für eine Weiterbeschichtung zugeführt wird;
Fig. 13 eine Stapelanordnung mit drei Plattenpaaren durch die zwei Folienbahnen oder zwei Teile einer Folienbahn in Serie durchlaufen, wobei jeweils separate Umlenkwalzen für die beiden Bahnen zwischen den Plattenpaaren vorgesehen sind;
Fig. 14 eine gegenüber Fig. 1 erweiterte Ausführungsform einer erfindungsgemässen Vorrichtung mit vier Plattenpaaren von in einem Stapel angeordneten Beschichtungsplatten für einen doppelten Durchlauf der Folienbahn, wobei eine Messvorrichtung den zwischen dem ersten und dem zweiten Plattenpaar angeordnet ist;
Fig. 15 eine Ausführungsform einer erfindungsgemässen Vorrichtung mit vier Paaren von in einem Stapel angeordneten Beschichtungsplatten für einen doppelten Durchlauf der Folienbahn, wobei eine Messvorrichtung zwischen einem Paar für eine einseitige Vorbeschichtung und dem Stapel angeordnet ist; und
Fig. 16 eine Ausführungsform der Messvorrichtung mit einer Messplatte und einer Gegenmessplatte unter a) in einer Aufsicht auf die Innenseite der Messplatte und unter b) in einem Querschnitt.
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
[0040] Die Vorrichtung von Fig. 1 weist eine Rolle R1 für eine Abrollung und eine Rolle R2 für eine Aufrollung einer Folienbahn FB in einem Rolle-zu-Rolle-Verfahren auf. Kernstück der Vorrichtung ist ein Plattenpaar 10 mit einer Beschichtungsplatte 1 und einer Gegenplatte 2 für eine ALD oder MLD-Beschichtung der Folienbahn. Die Folienbahn läuft zwischen zwei Umlenkwalzen U1, U2 gerade gestreckt durch einen Spalt zwischen den beiden Platten 1,2 durch ohne diese zu berühren, indem sie auf Gaskissen auf Abstand von deren Oberfläche gehalten wird. In Laufrichtung der Folienbahn vor dem Plattenpaar 1,2 sind verschiedene Aggregate 30 zur Vorbereitung der Folienbahn für ihre ALD oder MLD-Beschichtung vorhanden. Diese umfassen ein Aggregat 31 zur Partikelreinigung zum Beispiel in Form einer weichen, adhäsiven Gummiwalze oder eines Air-blades, ein Aggregat 32 zur Oberflächenbehandlung zwecks Haftungsverbesserung wie Coronaentladung, Plasmabehandlung oder Ultraviolettbestrahlung sowie ein Aggregat 33 zum Aufbringen einer Beschichtung. Dieses kann eine sogenannte Breitschlitzdüse umfassen. Dem Aggregat 33 zur Beschichtung schliesst sich eine Trocknungsstrecke 34 zu deren Abtrocknung und/oder thermischen oder strahlungstechnischen Vernetzung an. Bei der Beschichtung kann es sich um einen sogenannten Vorplanarisierer und Primer handeln. Als weiteres Aggregat zur Vorbereitung der Folienbahn für ihre Beschichtung ist auch noch ein Heizkanal 35 vorhanden, der beispielsweise mit Heissluft-Zuführungen und/oder mit IR-Strahlern bestückt ist, um die Folienbahn auf eine für ihre Beschichtung günstige Prozesstemperatur aufzuheizen.
[0041] Dem Plattenpaar 1,2 in Fig. 1 nachgeordnet ist eine Messvorrichtung 40, die datentechnisch mit einer in Laufrichtung der Folienbahn weiter hinten angeordneten Vorrichtung 50 zur Beschriftung und/oder Codierung der Folienbahn in Verbindung steht. Diese beiden Vorrichtungen werden weiter unten noch näher beschrieben.
[0042] Die Vorrichtung von Fig. 1 wird vorzugsweise in einem Reinraum aufgestellt und betrieben, was durch den in Fig. 1 eingezeichneten Rahmen angedeutet ist. Zumindest die mit einem Punktmuster versehenen Umlenkwalzen sind sogenannte Luftwalzen mit einer porösen Oberflächenschicht, aus der gereinigte Luft unter Ausbildung eines Gaskissens ausströmt, das die Folienbahn entgegen ihrer Bahnspannung auf Abstand hält und insofern kontaktlos umlenkt.
[0043] Fig. 2 zeigt im Schnitt zwei kurze, sich gegenüberliegende Abschnitte der beiden, in Laufrichtung der Folienbahn FB an sich wesentlich längere Platten 1,2, wobei unten die Beschichtungsplatte 1 und oben die Gegenplatte 2 dargestellt ist. Die an den von der Folienbahn durchlaufenen Spalt 11 zwischen den beiden Platten 1,2 angrenzenden Oberflächen dieser Platten sind eben ausgebildet. Die Beschichtungsplatte 1 weist mehrere Zuführungsbereiche für Reaktions- und Spülgas auf, welche durch pfannenartige Vertiefungen gebildet werden, die mit einem offenporigen, porösen Sintermaterial ausgefüllt sind. Eine dieser pfannenartigen Vertiefungen ist mit 12 bezeichnet. Mit Gas gespeist werden die pfannenartigen Vertiefungen 12 über Kanäle, von denen einer mit 13 bezeichnet ist. Die Verbindung zwischen den Kanälen 13 und den pfannenartigen Vertiefungen 12 ist durch schmale Nuten 14 im Boden der pfannenartigen Vertiefungen 12 hergestellt. Zur Überwindung des durch das poröse Material verursachten Staudruckes wird das Gas mit einem gewissen Überdruck zugeführt. Unterhalb und in dem porösen Material verteilt sich das zugeführte Gas und tritt gleichmässig verteilt aus diesem in den Spalt 11 aus. Gegenüber der Folienbahn bildet sich ein diese stützendes Gaskissen.
[0044] Zur Ableitung der über die Zuführungsbereiche zugeführten Gase sind Ableitungsbereiche vorhanden, welche als Nuten ausgeführt sind, von denen eine mit 15 bezeichnet ist. Die Nuten 15 münden in weitere Kanäle, von denen einer mit 16 bezeichnet ist. Damit das zugeführte Gas zu den Ableitungsbereichen fliesst, braucht es in Richtung auf diese hin einen gewissen Druckabfall.
[0045] Die Gegenplatte 2 weist wenigstens einen, sich über mehrere Zuführungs- und Ableitungsbereiche der Beschichtungsplatte 1 erstreckenden Zuführungsbereich für ein Gas auf, wobei auch dieser Zuführungsbereich unter Verwendung von porösem Material in einer pfannenartigen Vertiefung 17 ausgebildet ist. Auch aus diesem porösen Material tritt das zugeführte Gas gleichmässig verteilt aus und bildet ein Gaskissen gegenüber der Folienbahn. Die beidseitigen Gaskissen halten die Folienbahn auf Abstand von den Oberflächen der beiden Platten 1, 2, so dass die Folienbahn kontaktlos zwischen ihnen durchläuft. Einer der Speisekanäle für die Versorgung des mindestens einen Zuführungsbereichs mit Gas in der Gegenplatte 2 ist mit 18 bezeichnet.
[0046] Die in Laufrichtung der Folienbahn ersten vier Zuführungsbereiche von Fig. 2 sind zusammen mit den beiden dargestellten Ableitungsbereichen als eine Gruppe insbesondere für einen ALD-Beschichtungszyklus unter Verwendung von TMA und H20 als Reaktionsgase und von N2 als Spülgas geeignet. Die Beschichtungsplatte 1 ist mit einer Vielzahl solcher Gruppen versehen, wobei in der Teildarstellung von Fig. 2 von der nachfolgenden Gruppe lediglich noch zwei Zuführungsbereiche dargestellt sind. Für den betrachteten ALD-Prozess kann die Ausdehnung der Zuführungs- und Ableitungsbereiche in Laufrichtung der Folienbahn wie oben bereits angegeben bemessen sein. Mit diesen Bemessungen lassen sich auf einer Länge von 1-3 m in Laufrichtung der Folienbahn 10-100 Gruppen für entsprechend viele ALD-Be-schichtungszyklen unterbringen. Die bevorzugte Länge der beiden Platten 1,2 beträgt 2 m mit 34 Gruppen und mehr als 200 Zuführungs- und Ableitungskanälen 12 bzw. 15.
[0047] Vorzugsweise sind die Zuführungs- und Ableitungskanäle in dieser Anzahl nicht einzeln aus der Beschichtungsplatte 1 heraus geführt, sondern innerhalb dieser so miteinander verbunden, dass die Anzahl von Gasanschlüssen an der Beschichtungsplatte 1 wesentlich geringer ist. Besonders bevorzugt ist pro Gasart an der Beschichtungsplatte jeweils nur ein Gasanschluss vorhanden. Im Falle eines ALD-Beschichtungszyklus unter Verwendung von TMA und H20 als Reaktionsgase und von N2 als Spülgas wären das fünf Anschlüsse, nämlich drei für die Zuführung dieser Gase sowie je ein Anschluss für die getrennte Ableitung der in den Ableitungsbereichen anfallenden TMA/N2 bzw. H20/N2 Abgase.
[0048] Die Abstände der Folienbahn zu beiden Platten 1, 2 sollten wie oben bereits angegeben möglichst gering sein. Der Abstand der Beschichtungsplatte 1 von der Gegenplatte 2 kann fest eingestellt aber auch variabel und in diesem Fall durch den Druck der Gaskissen gegenüber einer Gegenkraft bestimmt sein. Eine geeignete Gegenkraft kann mechanisch, beispielsweise durch Druckfedern, oder pneumatisch oder hydraulisch aufgebracht werden, wobei eine Platte vorzugsweise ortsfest angeordnet ist. Bei horizontaler Anordnung kann das Gewicht der oberen Platte zur Gegenkraft zumindest beitragen.
[0049] Fig. 3a zeigt eine Aufsicht auf den Bereich einer Gruppe von Zuführungs- und Ableitungsbereichen für Reaktionsund Spülgas einer Beschichtungsplatte 1 zur Ausführung eines ALD-Beschichtungszyklus und Fig. 3b einen Querschnitt dieser Gruppe. In Laufrichtung der Folienbahn FB kann bzw. soll die Beschichtungsplatte 1 mit einer Vielzahl solcher Gruppen aneinander anschliessend versehen sein. Ein Zuführungsbereich für TMA als Reaktionsgas ist quer zur Laufrichtung der Folienbahn und einer für H20 als Reaktionsgas in Laufrichtung der Folienbahn schraffiert.
[0050] Mit einem Punktmuster sind die Bereiche versehen, über die N2 als Spülgas zugeführt wird. Die Ableitungsbereiche sind nicht schraffiert. Bis auf die Ableitungsbereiche sind alle Oberflächen porös für einen flächig gleichmässig verteilten Gasaustritt ausgebildet. Über die Gegenplatte 2 wird ebenfalls N2 oder einfach Umgebungsluft zugeführt. Der in Laufrichtung der Folienbahn erste Zuführungsbereich für Spülgas N2 ist breiter als die drei nachfolgenden ausgebildet. Sofern die dargestellte Gruppe einer entsprechenden Gruppe auf der Beschichtungsplatte 1 nachfolgt, folgt der erste Zuführungsbereich für Spülgas N2 auf einen Zuführungsbereich für H20. Die Verbreiterung des ersten Zuführungsbereichs für Spülgas N2 trägt dabei dem Umstand Rechnung, dass die Desorption von H20 gegenüber derjenigen von TMA ein langsamerer Prozess ist.
[0051] In Fig. 3 sind Ableitungsbereiche in Laufrichtung der Folienbahn jeweils angrenzend an jeden der beiden Zuführungsbereiche für Reaktionsgas TMA und H20 vorgesehen, wobei sich die in Fig. 3b durch die Pfeile dargestellten Strömungen einstellen. Alle Gase strömen in und entgegen der Laufrichtung der Folienbahn zum jeweils nächstliegenden Ableitungsbereich. In Fig. 3a sind Ableitungsbereiche quer zur Laufrichtung der Folienbahn nur jeweils angrenzend an den Zuführungsbereich für das Reaktionsgas TMA vorgesehen. Dadurch soll dessen Ausströmen aus dem Spalt zwischen den beiden Platten 1,2 quer zur Laufrichtung der Folienbahn verhindert werden. Entsprechende Ableitungsbereiche sind am Zuführungsbereich für das Reaktionsgas H20 nicht vorgesehen, da das Austreten von Wasser in die Umgebung in der Regel unkritisch ist. Sollte das nicht der Fall sein oder bei Verwendung eines anderen Reaktionsgases könnten jedoch auch hier seitliche Ableitungsbereiche vorgesehen werden. Wie in Fig. 3a schliesslich auch noch dargestellt ist, erstreckt sich der Zuführungsbereich für das Spülgas quer zur Laufrichtung der Folienbahn beidseits über diese hinaus, so dass die Folienbahn vollflächig auf einem Gaskissen abgestützt ist. Das gilt auch für die Gegenplatte 2, die vorzugsweise randseitig mit der Beschichtungsplatte 1 abschliesst.
[0052] Fig. 4a zeigt eine Aufsicht auf eine anders gestaltete Gruppe von Zuführungs- und Ableitungsbereichen für Reak-tions- und Spülgas einer Beschichtungsplatte 1 zur Ausführung eines ALD-Beschichtungszyklus und Fig. 4b einen Querschnitt dieser Gruppe. Diese unterscheidet sich von der Ausführung gemäss Fig. 3 dahingehend, dass hier Ableitungsbereiche in Laufrichtung der Folienbahn FB jeweils nur angrenzend an ein Paar von Zuführungsbereichen vorhanden sind, wobei der in Laufrichtung der Folienbahn jeweils vordere Zuführungsbereich des Paares von Zuführungsbereichen ein Zuführungsbereich für Spülgas und der hintere ein Zuführungsbereich für Reaktionsgas ist. Das hat zur Folge, dass das Spülgas entgegen der Laufrichtung der Folienbahn strömt, wohingegen die Reaktionsgase in Laufrichtung der Folienbahn strömen. Dadurch können die Zuführungsbereiche für Spülgas praktisch auf ihrer gesamten Länge, statt nur der halben Länge zur Desorption der Reaktionsgase ausgenutzt werden.
[0053] Die Halbierung der Anzahl Abgasschlitze erlaubt es, den Gasverbrauch für die Gaskissen zu verringern. Ferner werden die Reaktionsgase hierdurch besser ausgenutzt: Bei der Ausbildung gemäss Fig. 3 kann zum Beispiel TMA, das in der Nähe eines links angrenzenden Abgasbereichs ausströmt, in diesen gelangen, ohne mit der Folienbahn überhaupt in Kontakt gekommen zu sein.
[0054] Die Trennung der verschiedenen Reaktionsgase kann trotz der reduzierten Anzahl Ableitungsbereiche dadurch gewährleistet werden, dass der Spülgasdruck leicht höher als der Reaktionsgasdruck eingestellt wird. Ein kleiner Teil des Spülgases wird dadurch über den angrenzenden Zuführungsbereich für Reaktionsgas in einen entfernteren Ableitungsbereich strömen, was in Fig. 4b) durch einen kurzen Pfeil auch angedeutet ist. Dasselbe lässt sich durch eine gewisse Verlängerung der Zuführungsbereiche für Spülgas beispielsweise um 20% gegenüber den Zuführungsbereichen für die Reaktionsgase erreichen.
[0055] Da wie bereits erwähnt bei Verwendung von TMA und H20 als Reaktionsgase die Desorption des H20 langsamer als die Desorption von TMA und insofern geschwindigkeitsbestimmend ist, ist auch in Fig. 4 für eine effektivere Desorption des H20 der Zuführungsbereich für Spülgas in Laufrichtung der Folienbahn nach dem Zuführungsbereich für H20 länger ausgebildet als der Zuführungsbereich für Spülgas in Laufrichtung der Folienbahn nach dem Zuführungsbereich für TMA. Hierbei ist die Verlängerung des Spülfeldes für die H20 -Desorption allein jedoch nur begrenzt sinnvoll. Um die Strömungsrichtung des Spülgases auf einem Grossteil der Länge des Zuführungsbereichs gegen die Folienlaufrichtung zu gewährleisten, muss der angrenzende Zuführungsbereich für TMA ebenfalls entsprechend verlängert werden. Die Zuführungsbereiche werden dadurch nur paarweise gleich lang. Der Verlängerungsfaktor kann z.B. 1.5 betragen.
[0056] Fig. 5 zeigt einen Querschnitt einer Gruppe von Zuführungs- und Ableitungsbereichen für Reaktions- und Spülgas einer Beschichtungsplatte 1 mit gegenüberliegender Gegenplatte 2 zur Ausführung eines ALD-Beschichtungszyklus. Wie in Fig. 4 sind hier Ableitungsbereiche in Laufrichtung der Folienbahn FB jeweils nur angrenzend an ein Paar von Zuführungsbereichen vorhanden. In Laufrichtung der Folienbahn sollen mehrere solcher Gruppen aneinander anschliessend vorhanden sein. Einem Zuführungsbereich 21 für ein Reaktionsgas ist eine UV-Lampe 22 zugeordnet. Diese ist in einer Nut zwischen dem Zuführungsbereich 21 und einem Ableitungsbereich 23 angeordnet und erstreckt sich quer zur Laufrichtung der Folienbahn über deren Breite. Im Zuführungsbereich 21 wird ein ozonhaltiges Gas zugeführt, das in Laufrichtung der Folienbahn vollständig über die UV-Lampe hinweg zum Ableitungsbereich 23 strömt. Das Ozon (03) in dem ozonhaltigen Gas wird vorzugsweise zentral für alle damit zu versorgenden Zuführungsbereiche in einem externen Ozongenerator (nicht dargestellt) aus sauerstoffhaltigem Gas erzeugt. Die UV-Lampe 22 erzeugt vorzugsweise UVC-Strahlung und/oder VUV-Strahlung mit einer Wellenlänge von 254nm und/oder 185nm. Mit dieser Strahlung werden aus dem Ozon in dem zugeführten und über die UV-Lampe 22 strömenden, ozonhaltigen Gas durch Photolyse Sauerstoff-Radikale OVD) erzeugt. Diese reagieren mit einem metallhaltigen Reaktionsgas unter Bildung eines Metalloxids, der im nachfolgenden Beschichtungszyklus in dem zweiten Zuführungsbereich der nachfolgenden Gruppe von Zuführungs- und Ableitungsbereichen (entsprechend dem zweiten Zuführungsbereich 24 der dargestellten Gruppe) zugeführt wird. Da die Sauerstoff-Radikale O(’D) sehr kurzlebig sind, ist die UV-Lampe mit nur geringem Abstand von zum Beispiel 2 mm von der Folienbahn angeordnet. So kann ein ausreichend grosser Teil der erzeugten Radikale mit der Folienbahn in Kontakt kommen. Die UV-Lampe 22 kann rückseitig mit einem Reflektor versehen sein, um auch das nach hinten gegen die Beschichtungsplatte 1 abgestrahlte Licht auszunutzen. Durch Berührungskontakt mit der Beschichtungsplatte 1 könnte die UV-Lampe auch gekühlt werden.
[0057] Anstatt aus extern erzeugtem, ozonhaltigem Gas können Sauerstoff-Radikale O('D) als Reaktionsgas auch aus im Zuführungsbereich 17 zugeführtem, sauerstoffhaltigem Gas lokal durch Einsatz einer VUV-Lampe wie einer Xe2*-Ex-cimer-lampe anstelle der UV-Lampe 22 erzeugt werden.
[0058] Fig. 6 zeigt einen Querschnitt einer Gruppe von Zuführungs- und Ableitungsbereichen für Reaktions- und Spülgas entsprechend Fig. 5, wobei jedoch anstelle der UV-oder VUV-Lampe 22 zur Erzeugung von Sauerstoff-Radikalen 0(1D) eine Plasmaquelle 25 vorgesehen ist. Ein Plasma wird hierbei durch Oberflächenentladung (Surface Dielectric Barrier Discharge Plasma (SDBD)) direkt im Spalt zwischen der Plasmaquelle 25 und der Folienbahn FB erzeugt, was auf Grund kurzer Wege wiederum günstig im Hinblick auf die Kurzlebigkeit der Sauerstoff-Radikale 0(1D) ist. 25.1 und 25.2 bezeichnen Hochspannungselektroden, welche in einem Dielektrikum 25.3 eingebettet sind. Die Hochspannungselektroden sind gegenphasig geschaltet. Im Vergleich zu einer Schaltung mit nur einer HV-Elektrode und einer Erde-Elektrode kann hierdurch das notwendige Potential der HV-Elektroden gegenüber Erde halbiert werden. 25.5 bezeichnet einen Kanal für eine Kühlflüssigkeit ebenfalls im Dielektrikum 25.3.
[0059] Fig. 7 zeigt einen Querschnitt einer Gruppe von Zuführungs- und Ableitungsbereichen für Reaktions- und Spülgas entsprechend Fig. 6, wobei jedoch anstelle der Plasmaquelle 25 eine Plasmaquelle 26 vorgesehen ist. Bei dieser wird das Plasma in einer Entladungszone in einem Spalt zwischen zwei angrenzenden Dielektrika 26.3 und 26.4 erzeugt. Die wiederum gegenphasig geschalteten Hochspannungselektroden 26.1 und 26.2 sind mit Kühlkanälen 26.5 und 25.6 in den beiden Dielektrika eingebettet. Das sauerstoffhaltige Gas wird hierbei nicht wie in Fig. 6 über einen angrenzenden Zuführungsbereich zugeführt, sondern strömt direkt durch den Spalt zwischen den beiden Dielektrika 26.3 und 26.4. Der Zuführungsbereich 21 von Fig. 6 entfällt dadurch, wobei dessen Platz für die etwas breitere Plasmaquelle 26 verwendet ist. Bei dieser Ausführungsform wird um den Preis längerer Wege vom Erzeugungsort der Radikale bis zur Folienbahn FB ein lonenbeschuss der Folienbahn vermieden. Um die kurzlebigen Radikale dennoch schnell von der Entladungszone an die Folienbahn zu bringen, kann eine hohe Strömungsgeschwindigkeit eingestellt werden. Wegen der dadurch bedingt hohen Gasmenge kann als sauerstoffhaltiges Gas Luft verwendet werden. Falls der Gasstrom durch die Entladungszone ausreichend hoch ist, kann auf eine anderweitige Kühlung der Elektrode verzichtet werden.
[0060] Beim Einsatz einer Plasmaquelle braucht es nicht unbedingt eine erhöhte Prozesstemperatur. Bevorzugt wird die Beschichtung nur leicht oberhalb der Umgebungstemperatur durchgeführt, sodass Heizmittel wie der Heizkanal 35 entfallen können bei gleichzeitig moderatem Aufwand für die Kühlung der Plasmaquellen.
[0061] Bei der erfindungsgemässen Vorrichtung können mehrere Paare von Beschichtungs- und Gegenplatten 1, 2 vorgesehen sein, denen die Folienbahn nacheinander zur Erzielung grösserer Schichtdicken zugeführt ist. Fig. 8a zeigt eine solche Anordnung mit drei Paaren zur ALD-Beschichtung einer Folienseite, wobei die Beschichtungsplatten jeweils mit ALD und die Gegenplatten jeweils mit N2 gekennzeichnet sind, obwohl zur Ausbildung der Gaskissen an den Gegenplatten auch Luft geeignet wäre. Die Folienbahn FB wird mittels Umlenkwalzen 61,62 geeignet umgelenkt. Bei der dargestellten Anordnung ist die frisch beschichtete Seite der Folienbahn gegen die mit 61 bezeichneten Umlenkwalzen gerichtet. Zumindest diese sind als sogenannte Luftwalzen mit porösen Oberflächenschichten. Aus diesen ausströmende Luft bildet gegenüber der Folienbahn Gaskissen, welche die Folienbahn tragen und kontaktlos umlenken.
[0062] Für allfällige Reinigungsarbeiten der aktiven Oberflächen der Platten 1, 2 können diese beispielsweise in einer Rahmenkonstruktion gegeneinander beweglich montiert sein, so dass sie zur Erweiterung der Spalte 11 auseinander gefahren werden können in Stellungen wie sie Fig. 8b zeigt. Hierbei bewegen sich die Umlenkwalzen 61,62 vorzugsweise jeweils zusammen mit den Platten 1,2, wie dies Fig. 8b ebenfalls zeigt.
[0063] Fig. 9a zeigt eine Anordnung auch wieder mit drei Plattenpaaren 1,2, wobei diese jedoch besonders platzsparend in einem kompakten Stapel angeordnet sind. Hierbei ist es bevorzugt, wenn eine der Platten ortsfest montiert und die anderen Platten gegenüber dieser beweglich montiert sind. Für allfällige Reinigungsarbeiten wird ein Spalt 11 nach dem anderen erweitert. Fig. 9 zeigt den Stapel mit einem erweiterten Spalt 11. Bevorzugt ist auch hier vorgesehen, dass die Weite der Spalte 11 während des Durchlaufs der Folienbahn FB variabel ist und durch den Druck der Gaskissen gegen eine Gegenkraft bestimmt wird.
[0064] Anstelle von N2 kann in Fig. 8 und/oder Fig. 9 auch einfach Luft über die Gegenplatten 2 zur Ausbildung der Gaskissen zugeführt werden.
[0065] Wenn die Gegenplatte 2 wie in Fig. 10 dargestellt ebenfalls als Beschichtungsplatte 1 ausgebildet ist, wird die Folienbahn FB doppelseitig beschichtet. Das kann für gewisse Anwendungsfälle günstig oder erforderlich sein. Führt man zwei Folienbahnen in Anlage aneinander gleichzeitig durch die Vorrichtung von Fig. 10, so werden jeweils nur deren Ausseiten beschichtet. Im Hinblick darauf, dass ein mehrfacher Durchlauf durch ein Plattenpaar 1, 2 zur Erzielung einer gewünschten Schichtdicke gegebenenfalls sowieso erforderlich ist, kann die Vorrichtung von Fig. 10 mit Bahnwendemitteln versehen werden, um die gleiche Folienbahn in nur einem Durchlauf doppelt durch sie durchzuführen.
[0066] Fig. 11 zeigt solche Mittel. In Fig. 11 passiert die Folienbahn FB von links kommend zum ersten Mal das horizontal angeordnete Beschichtungsplattenpaar 1, 1 und wird danach mit einer ersten Umlenkwalze 71 rechtwinklig zur Seite (in Fig. 11 nach oben) abgelenkt. Eine zweite Umlenkwalze 72 bringt sie in Gegenlaufrichtung zu ihrer ursprünglichen Laufrichtung, so dass sie an dem Beschichtungsplattenpaar 1, 1 vorbei zurückläuft. Mit einer dritten Umlenkwalze 73 erfolgt eine rechtwinklige Ablenkung der Folienbahn zur Seite zurück gegen ihren einlaufenden Teil (in Fig. 11) nach unten) bis sie nach einer vierten, rechtwinkligen Umlenkung mit einer Umlenkwalze 74 wieder in Flucht mit ihrem einlaufenden Teil kommt, sich aber immer noch in Gegenlaufrichtung bewegt. Mit einer fünften Umlenkwalze 75 wird sie schliesslich ohne seitliche Ablenkung um 180° umgelenkt, wonach sie zusammen mit ihrem einlaufenden Teil das Beschichtungsplattenpaar 1, 1 ein zweites Mal durchläuft. Danach läuft sie doppelt einseitig beschichtet in Fig. 11 geradeaus nach rechts weiter. Die Umlenkwalzen 71-74 sind jeweils diagonal bezüglich der jeweiligen Laufrichtung der Folienbahn ausgerichtet und weisen vorzugsweise denselben Durchmesser auf. Bei der ersten Umlenkung wird die Folienbahn um diesen Durchmesser nach oben und bei der zweiten Umlenkung um den gleichen Betrag nach unten zurück auf ihre ursprüngliche Höhe versetzt. Bei der dritten und der vierten Umlenkung erfolgt jeweils ein Versatz um diesen Betrag nach unten, so dass die Folienbahn unter ihren einlaufenden Teil gelangt. Der doppelte Versatz nach unten wird durch die fünfte Umlenkwalze 75 ausgeglichen, indem diese doppelt so dick wie die Umlenkwalzen 71-74 ausgebildet ist. Dadurch wird die Folienbahn auf ihre ursprüngliche Höhe und die ihres einlaufenden Teils angehoben. Durch die beschriebenen Umlenkungen erfolgt auch eine Wendung der Folienbahn, so sie beim zweiten Durchlauf Rücken-an-Rücken mit ihrem einlaufenden Teil zu liegen kommt. Indem die Folienbahn in Fig. 11 auf ihrer einen, zu beschichtenden Seite mit einem Streifenmuster versehen ist, lässt sich Ihre jeweilige Orientierung gut erkennen. Alle Umlenkwalzen 71-75 sind als Luftwalzen für eine kontaktlose Umlenkung der Folienbahn ausgebildet.
[0067] Ein doppelter Durchlauf der Folienbahn ist auch möglich in Serie durch mehrere Plattenpaare bzw. einen Plattenstapel. Ein Beispiel mit vier Plattenpaaren zeigt Fig. 12 in einem Querschnitt. Die Folienbahn FB durchläuft in Fig. 12 von links kommend horizontal zunächst das unterste Plattenpaar und tritt nach dem Durchlauf durch die beiden mittleren Plattenpaare aus dem obersten Plattenpaar horizontal nach links laufend aus. Danach wird sie zunächst mit einer diagonal ausgerichteten Umlenkwalze 71' rechtwinklig zur Seite abgelenkt. Eine zweite Umlenkwalze 72' lenkt sie ohne seitliche Ablenkung rechtwinklig nach unten um, wonach sie den Plattenstapel sowie ihrem einlaufenden Teil passiert. Mit einer dritten Umlenkwalze 73' erfolgt eine weitere rechtwinklige Umlenkung ohne seitliche Ablenkung der Folienbahn zurück in Richtung auf ihren einlaufenden Teil hin. Danach wird sie mit einer vierten, diagonal ausgerichteten Umlenkwalze 74' rechtwinklig zu Seite so abgelenkt, dass sie in Flucht mit ihrem einlaufenden Teil kommt, sich aber noch in Gegenlaufrichtung zu diesem bewegt. Mit einer fünften Umlenkwalze 75' wird sie schliesslich um 180° umgelenkt, wonach sie zu sammen und Rücken-an-Rücken mit ihrem einlaufenden Teil erneut in den Plattenstapel eintritt und diesen ein zweites Mal durchläuft.
[0068] Da die Umlenkwalzen 72' und 73' hier weder mit der beschichteten Seite der Folienbahn in Kontakt kommen noch diese zur Seite ablenken, können sie als Rollwalzen ausgeführt und mit der Folienbahn in Kontakt sein.
[0069] Fig. 13 zeigt im Querschnitt eine Stapelanordnung mit drei Plattenpaaren, wobei im Unterschied zu Fig. 9 hier alle Platten als Beschichtungsplatten ausgebildet sind, durch die zwei Folienbahnen oder zwei Teile einer Folienbahn in Serie durchlaufen. Zudem sind jeweils separate Umlenkwalzen 63, 64 für die beiden Bahnen oder Teilbahnen zwischen den Plattenpaaren vorgesehen. Dies trägt dem Umstand Rechnung, dass die jeweils äussere Bahn an den Umlenkungen einen längeren Weg als die jeweils innere Bahn zurücklegen muss. Indem separate Umlenkwalzen für die beiden Bahnen oder Teilbahnen vorgesehen sind, können allfällige Probleme mit der Bahnführung durch deren Längsverschiebungen gegeneinander vermieden werden. Die Umlenkwalzen 63, gegen welche die frisch beschichtete Seite der Folienbahn gerichtet ist, sind als Luftwalzen für eine kontaktlose Umlenkung ausgebildet.
[0070] Fig. 14 zeigt eine gegenüber Fig. 1 erweiterte Ausführungsform einer erfindungsgemässen Vorrichtung mit vier Paaren von in einem Stapel angeordneten Beschichtungsplatten 1-8 für einen doppelten Durchlauf der Folienbahn FB wie vorstehend beschrieben. Die Messvorrichtung 40 ist hier zwischen dem ersten 1,2 und dem zweiten Plattenpaar 3, 4 angeordnet, wobei die Folienbahn jedoch nur nach ihrem ersten Durchlauf durch dieses Plattenpaar 1, 2 die Messvorrichtung 40 durchläuft. Zur Ermöglichung einer einfachen Bahnführung an der Messvorrichtung 40 ist zwischen dem ersten 1, 2 und dem zweiten Plattenpaar 3, 4 ein Platzhalter 9 geordnet. Die beispielweise entsprechend Fig. 12 ausgeführte Rückführung und Wendung der Folienbahn für einen zweiten Durchlauf ist in Fig. 14 nicht näher dargestellt. Lediglich ein Abschnitt des rückgeführten Teils der Folienbahn ist mit FB' bezeichnet.
[0071] Nach ihrer Beschichtung im doppelten Durchlauf durch den Plattenstapel 1-8 passiert die Folienbahn im Ausführungsbeispiel von Fig. 14 weitere Aggregate 80 zur inline Erzeugung einer Schicht oder weiteren Beschichtung der Folienbahn, wobei diese grundsätzlich auch schon in Fig. 1 vorgesehen sein könnten.
[0072] Die mit den Aggregaten 80 erzeugte Schicht kann eine Zwischenlage (Interleave) sein, die zusammen mit der Folienbahn auf der Rolle R2 aufgerollt, bei deren Weitverarbeitung aber spätestens nach Herstellung des Endproduktes (z.B. OLED) wieder entfernt wird. Sie muss zu diesem Zweck von der Folienbahn ablösbar sein. Eine solche Zwischenlage dient vor allem dazu, die dünnen und empfindlichen ALD- oder MLD-Schichten auf der Rolle R2 abzupolstern und gegen Beschädigungen zu schützen. Auf der Rolle kann die Folienbahn nämlich einem erheblichen Wicklungsdruck ausgesetzt sein. Die Zwischenlage kann aus einer formlosen, insbesondere flüssigen, vernetzbaren Harzmasse erzeugt werden, welche beispielsweise aus einer Breitschlitzdüse auf eine rotierende Beschichtungswalze gegossen bzw. extrudiert wird. Noch auf der Beschichtungswalze kann die Masse mit UV-Licht vernetzt werden, so dass eine selbsttragende Bahn entsteht. Diese kann dann mit einer weiteren Walze mit der Folienbahn zusammengeführt werden. Bei dem Material für die Zwischenlage kann es sich auch um eine extrudierte, thermoplastisch verformbare sogenannte Hotmelt-Mischung handeln, welche nach dem Aufträgen keiner Vernetzung bedarf. In diesem Fall kann die UV-Bestrahlung wegfallen, dafür müsste die Beschichtungswalze als Kühlwalze ausgeführt sein. Die Zwischenlage sowie die erwähnten zu ihrer Herstellung inline geeigneten Aggregate sind in Fig. 14 nicht dargestellt. Das zur Herstellung der Zwischenlage verwendete Material kann mit besonderem Vorteil auch mit Gettern für Wassermoleküle versehen sein, um dadurch die beschichtete Folienbahn auf der Rolle R2 bis zu ihrer Weiterverarbeitung trocknen zu halten oder sogar zusätzlich zu trocknen. Der Getter kann auch auf eine zusätzlich separat zugeführte Folienbahn (nicht gezeichnet) aufgebracht oder zwischen zwei zusätzlichen separat zugeführten Folienbahnen eingeschlossen werden.
[0073] Unter Umständen ist es schwierig, zwei Bahnen ohne mindestens eine leichte gegenseitige Haftwirkung miteinander zu wickeln. Deshalb ist es bevorzugt, wenn die Zwischenlage mit Haftwirkungen versehen ist, wie dies beispielsweise von den in WO 2015/132 410 A1 beschrieben bekannt ist.
[0074] Die mit den Aggregaten 80 erzeugte Schicht kann andererseits eine mit der Folienbahn dauerhaft verbundene Schutzschicht für die ALD- oder MLD-Schichten sein, die bei der Weitverarbeitung der Folienbahn auf dieser verbleibt. In diesem Fall kann die mit den Aggregaten 80 erzeugte Schicht dauerhaft mit der Folienbahn verbunden sein und muss zudem auf die beschichtete Seite der Folienbahn aufgebracht werden, wie dies Fig. 14 auch zeigt. In Fig. 14 umfassen die Aggregate 80 entsprechend ein Aggregat 81 zum Aufbringen der Beschichtung auf die laufende Folienbahn beispielsweise wieder in Form einer Breitschlitzdüse, dem sich eine Trocknungsstrecke 82 zu deren Abtrocknung und/oder thermischen oder strahlungstechnischen Vernetzung anschliesst. Auch eine permanent mit der ALD- oder MLD-Schicht verbundene Schutzschicht kann Getter geeignet für Wasser und Sauerstoff enthalten.
[0075] Fig. 15 zeigt noch eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemässen Vorrichtung wiederum mit vier Paaren von in einem Stapel angeordneten Beschichtungsplatten 1-8 für einen doppelten Durchlauf der Folienbahn FB wie in Fig. 14. Im Unterschied zu Fig. 14 ist die Messvorrichtung 40 hier jedoch zwischen einer Vorbeschichtungsplatte 91 und einer Vorbeschichtungsgegenplatte 92 und dem kompletten Stapel der acht Beschichtungsplatten 1-8 angeordnet. Die Gegenplatte liegt direkt am Rücken der Beschichtungsplatte 1 an. Der in Fig. 14 dort lokalisierte Heizkanal 35 ist gegen Folienlaufrichtung entsprechend verschoben. Die Vorbeschichtungsplatte 91 kann entsprechend einer der vorbeschriebenen Beschichtungsplatten 1 und die Vorbeschichtungsgegenplatte 92 wie eine Gegenplatte 2 ausgeführt sein. In letzterer wird bevorzugt Luft zur Ausbildung des Gaskissens verwendet.
[0076] Mit der gestrichelten Linie ist in Fig. 14 und Fig. 15 jeweils eine Kapselung angedeutet zur thermischen Isolierung der Plattenstapel und des Heizkanals 35 sowie zur Absaugung von Spülgas. Eine entsprechende Kapselung könnte auch in Fig. 1 vorgesehen sein.
[0077] Fig. 16 zeigt eine Ausführungsform einer Messvorrichtung 40, wie sie in den Fig. 1,14 und 15 vorzugsweise eingesetzt ist. Sie dient zur Ermittlung eines OTR-Wertes der zuvor beim Durchlauf durch das Plattenpaar 1, 2 bzw. 91, 92 erzeugten ALD- oder MLD-Beschichtung. Die Messvorrichtung 40 weist ähnlich wie die Paare von Beschichtungs- und Gegenplatten 1, 2 zwei sich gegenüberliegende flache Platten auf, wobei die eine dieser Platten im Folgenden als Messplatte 41 und die andere als Gegenmessplatte 42 bezeichnet wird. Die Folienbahn FB läuft zwischen den beiden Platten 41, 42 in gerader Linie gestützt auf Gaskissen kontaktlos durch, wie dies in Fig. 16b) erkennbar ist. Ihre zuvor beim Durchlauf durch das Plattenpaar 1, 2 bzw. 91, 92 beschichtete Seite ist dabei gegen die Messplatte 41 gerichtet. Beide Platten 41,42 sind identisch ausgebildet und deckungsgleich angeordnet. Ihre Innenseiten weisen, wie dies in Fig. 16a) in Aufsicht auf die Innenseite der Messplatte 41 dargestellt ist, eine zentrale Messzone 43 auf, in der eine Sammelnut 44 mit einer zentralen Entnahmeöffnung 45 ausgebildet sind. Allseitig umgeben ist die Messzone 43 von einem porös ausgebildeten Bereich 46 für die flächig verteilte Zuführung von Gas zur Ausbildung der Gaskissen. In dem Bereich 46 sind in Laufrichtung der Folienbahn vor und hinter der Messzone 43 jeweils zwei, sich quer zu dieser Laufrichtung erstreckende Ableitungsbereiche vorhanden, von denen einer mit 47 bezeichnet ist. Die sich ergebenden Gasströmungen sind in Fig. 16b) durch Pfeile gekennzeichnet. In der Messplatte 41 wird als Gas für das Gaskissen hochreiner Stickstoff N2 zugeführt. In der der Gegenplatte 42 wird für das Gaskissen hingegen Umgebungsluft oder reiner Sauerstoff zugeführt. Aus den Messzonen wird jeweils eine im Vergleich dazu wesentlich geringere Gasmenge entnommen, so dass sich dort ein gewisser Staudruck ausbildet. Das aus der Messzone 43 der Messplatte 41 entnommene Gas wird als Messgas einem Sauerstoffsensor (nicht dargestellt) zugeführt und nachfolgend in die Umgebung entlassen. Parallel dazu wird eine entsprechende Menge des für das Gaskissen der Messplatte 41 im Bereich 46 zugeführten hochreinen Stickstoffs N2 zur Hintergrundmessung abgezweigt und einem weiteren Sauerstoffsensor (nicht dargestellt) zugeführt und nachfolgend ebenfalls in die Umgebung entlassen. Der von beiden Sauerstoffsensoren ermittelte Unterschied hinsichtlich des Sauerstoffgehalts in beiden Messgasen beruht auf der Sauerstoffdiffusion aus der über die Gegenmessplatte 42 zugeführten Umgebungsluft durch die beschichtete Folienbahn in das sauerstofffreie Stickstoffgas der Messplatte 41 und ist damit ein Mass für den gewünschten OTR-Wert.
[0078] Die Ermittlung des OTR-Wertes nach nur einem Durchlauf der Folienbahn durch das Plattenpaar 1, 2 oder das Plattenpaar 91,92 ist vorteilhaft gegenüber der Ermittlung des OTR-Wertes nach einem gegebenenfalls sogar doppelten Durchlauf durch alle Plattenpaare 1-8, weil die hierbei erzeugte Barriereschicht noch nicht sehr dick ist und der OTR-Wert dadurch noch relativ gross ist. Entsprechend kann dieser Wert in relativ kurzer Messzeit im Durchlauf der Folienbahn durch die Messvorrichtung 40 direkt inline gemessen werden. Aus diesem Grund kann das Plattenpaar 91, 92 in Folienlaufrichtung, wie in Fig. 15 auch dargestellt, sogar kürzer als die Platten 1-8, beispielsweise weniger als halb so lang, bemessen werden. Die Anordnung der Messvorrichtung in Fig. 15 weist gegenüber der von Fig. 14 messtechnisch den Vorteil auf, dass durch die Verwendung von sauerstoffhaltiger Luft in der Gegenvorbeschichtungsplatte 92 die Folienbahn bezüglich 02 vorkonditioniert ist.
[0079] Der sich wahrscheinlich nach einem gegebenenfalls doppelten Durchlauf durch alle Plattenpaare 1-8 ergebende OTR-Wert lässt sich basierend auf offline durchgeführten Vergleichsmessungen durch Extrapolation ermitteln. Günstig wirkt sich hierbei aus, dass wahrscheinliche Undichtigkeiten der vollständigen Barriere insbesondere durch auf der Folienbahn vorhandene Fremdpartikel bereits an der noch unvollständigen Barriere erkennbar sind.
[0080] Mit der Messvorrichtung 40 von Fig. 16 lässt sich auch ein NTR-Wert ermitteln. In diesem Fall kann in der Messplatte 41 als Gas für das Gaskissen hochreines Argon zugeführt und anstelle von Sauerstoffsensoren müssen ^-Sensoren eingesetzt werden. Die Gegenmessplatte würde in diesem Fall reinen Stickstoff N2 oder Luft zuführen.
[0081] Mit der Vorrichtung 50, die mit der Messvorrichtung 40 datentechnisch verbunden ist, kann die Folienbahn mit dem von der Messvorrichtung 40 ermittelten Messwert oder einer daraus abgeleiteten Angabe im gleichen Durchlauf beschriftet und/oder codiert werden. Dies kann drucktechnisch, prägetechnisch, stanztechnisch, oder durch eine Veränderung von Materialeigenschaften beispielsweise mit einem Laser erfolgen. Mit Inkjet-Drucktechnik lässt sich die erforderliche Information zum Beispiel in Form eines 2D-Matrixcodes auf wenigen Quadratmillimetern unterbringen. Damit der Aufdruck nicht stört oder nicht einfach erkennbar ist, kann er mit transparenter oder fluoreszierender Tinte ausgeführt sein. Da bei der Weiterverarbeitung der beschichten Folienbahn beispielsweise zu OLED-Strukturen nur jeweils relativ kurze Abschnitte von 40-50 cm der Folienbahn benötigt werden und diese nachfolgend sogar noch weiter unterteilt werden, ist es bevorzugt, jeden solchen Abschnitt oder sogar Teil mit mindestens einem Messwert zu versehen, selbst wenn ein verlässlicher Messwert nur an einem längeren Teilstück der Folienbahn ermittelt werden kann. Die Messwerte können einerseits in einer für eine spätere Weiterverarbeitung unkritischen Randzone, aber auch auf der nicht beschichteten Rückseite der Folienbahn über deren beschichtete Fläche verteilt beispielsweise in einem Raster von 100 mm x 100 mm oder entsprechend der anschliessenden Weiterverarbeitung angebracht werden. Die Codierung kann auch so erfolgen, dass sie später automatisch auslesbar ist, beispielsweise durch berührungsloses Kodieren von in einer Randzone dazu vorhandene Magnetstreifen oder von Transpondern. Die entsprechenden Daten könnten alternativ oder zusätzlich auch auf mobilen Speichern z.B. in der Folienhülse abgelegt werden, von wo sie bei der Weiterverarbeitung der beschichten Folienbahn oder bei sonstigem Bedarf abrufbar sind.
[0082] Die Beschichtungs- und Gegenplatten funktionieren grundsätzlich in beliebiger Lage, bevorzugt ist die horizontale, besonders bevorzugt aber die vertikale Lage. Bei horizontaler Lage kann eine Durchbiegung der Platten unter ihrem Gewicht gegebenenfalls durch geeignete Abstützung zu korrigieren sein. Entsprechendes gilt für die Vorbeschichtungsplatten und die Platten der Messvorrichtung. Bei dynamischer Einstellung des Plattenabstandes ist ein Beitrag der Schwerkraft zur Gegenkraft zumindest bei mehreren in einem Stapel in Anlage aneinander angeordneten Platten eher ungünstig.
LISTE DER BEZUGSZEICHEN
[0083] R1 Rolle für Abrollung R2 Rolle zur Aufrollung FB, FB' Folienbahn U1, U2 Umlenkwalzen 1-8 Beschichtungs- und Gegenplatten 10 Plattenpaar 11 Spalt 12 pfannenartige Vertiefungen 13 Kanäle zur Gaszuführung 14 Verbindungsnuten 15 Nuten zur Gasableitung 16 Kanäle zur Gasableitung 17 pfannenartige Vertiefung 18 Speisekanäle 21 Zuführungsbereich 21 für ein Reaktionsgas 22 UV-Lampe 23 Ableitungsbereich 24 zweiter Zuführungsbereich 25 Plasmaquelle 25.1.25.2 Hochspannungselektrode 25.3 Dielektrikum 25.5 Kanal für Kühlflüssigkeit 26 Plasmaquelle 26.3,26.4 Dielektrika 26.1.26.2 Hochspannungselektrode 26.5,26.6 Kühlkanäle 30 Aggregate 31 Aggregat zur Partikelreinigung 32 Aggregat zur Oberflächenbehandlung 33 Aggregat zum Aufbringen einer Beschichtung 34 Trocknungsstrecke

Claims (15)

  1. 35 Heizkanal 40 Messvorrichtung 41 Messplatte 42 Gegenmessplatte 43 Messzone 44 Sammelnut 45 Entnahmeöffnung 46 poröser Bereich 47 Ableitungsbereiche 50 Vorrichtung zur Beschriftung und/oder Codierung der Folienbahn 61,62 Umlenkwalzen 63,64 Umlenkwalzen 71-75 Umlenkwalzen 71-75' Umlenkwalzen 80 Aggregate 81 Aggregat 81 zum Aufbringen der Beschichtung 82 Trocknungsstrecke 91 Vorbeschichtungsplatte 92 Vorbeschichtungsgegenplatte Patentansprüche
    1. Vorrichtung zur Abscheidung dünner Schichten durch wenigstens zwei selbstbegrenzende Oberflächenreaktionen (ALD/MLD) auf einem Substrat (FB), wobei die Vorrichtung mindestens eine Beschichtungsplatte (1) und mindestens eine dieser gegenüberliegend angeordnete Gegenplatte (2) aufweist, wobei die Beschichtungsplatte (1) mehrere Zuführungsbereiche (12) und Ableitungsbereiche (15) für Reaktions- und Spülgas und die Gegenplatte (2) mindestens einen Zuführungsbereich (17) für Spülgas oder Luft aufweist, wobei Mittel (R1, R2, U1, U2) vorhanden sind, das Substrat (FB) zwischen den beiden Platten (1, 2) hindurch zu bewegen, und wobei die zugeführten Gase Gaskissen bilden, welche das Substrat (FB) beim Durchlauf zwischen den beiden Platten (1,2) gegen diese abstützten und auf Abstand von ihnen halten, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (R1, R2, U1, U2) dazu ausgebildet sind, als Substrat (FB) eine Folienbahn in gerader Ausrichtung zwischen den beiden Platten (1,2) hindurch zu bewegen, und dass die Beschichtungsplatte (1) und/oder die Gegenplatte (2) in zumindest einem Zuführungsbereich (12, 17) porös für einen flächig über diesen Bereich verteilten Gasaustritt ausgebildet ist.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Platten (1, 2) zueinander in einem festen Abstand angeordnet oder der in einem variablen, durch den Druck der Gaskissen gegenüber einer Gegenkraft bestimmten Abstand gegeneinander beweglich montiert sind.
  3. 3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-2, dadurch gekennzeichnet, dass an der Beschichtungsplatte (1) pro Gasart jeweils nur ein Gasanschluss vorhanden ist, der mit den zugehörigen Zuführungs- oder Ableitungsbereichen (12, 15) der Beschichtungsplatte (1) durch Kanäle (13, 16) in der Beschichtungsplatte (1) in Verbindung steht.
  4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass Ableitungsbereiche (15) in Laufrichtung der Folienbahn (FB) jeweils nur angrenzend an ein Paar von Zuführungsbereichen (12) vorhanden sind, wobei der in Laufrichtung der Folienbahn (FB) jeweils vordere Zuführungsbereich des Paares von Zuführungsbereichen ein Zuführungsbereich für Spülgas und der hintere ein Zuführungsbereich für Reaktionsgas ist.
  5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführungsbereiche (12) für Reakti-ons- und/oder Spülgas in Laufrichtung der Folienbahn (FB) eine unterschiedliche Ausdehnung aufweisen.
  6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungsplatte (1) quer zur Laufrichtung der Folienbahn (FB) beidseits wenigstens eines Zuführungsbereichs (12) für ein Reaktionsgas jeweils einen, von der Folienbahn (FB) überfahrenen Ableitungsbereich (15) für das Reaktionsgas und/oder einen Zuführungsbereich (12) für Spülgas aufweist.
  7. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Paare von Beschichtungs- und Gegenplatten (1 - 8; ALD, N2) in Serie sowie vorzugsweise in einem Stapel angeordnet und Bahnumlenkungsmittel (61,62) vorhanden sind, um die Folienbahn (FB) den einzelnen Paaren nacheinander zuzuführen.
  8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenplatte ebenfalls als Beschichtungsplatte ausgebildet und entlang der Laufrichtung der Folienbahn (FB) mehrere Zuführungs- und Ableitungsbereiche (12, 15) für Reaktions- und Spülgas aufweist, wobei die Zuführungs- und Ableitungsbereiche beider Platten (1, 1) vorzugsweise deckungsgleich ausgebildet sind, und wobei Bahnwendemittel (71-75) vorhanden sind, um die Folienbahn (FB) nach einem ersten Durchlauf zwischen den beiden Platten (1, 1) zu wenden und den beiden Platten (1, 1) Rücken an Rücken mit einem im ersten Durchlauf befindlichen Teil der Folienbahn für einen zweiten Durchlauf zwischen den beiden Platten (1, 1) erneutzuführen.
  9. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einem Zuführungsbereich (21) einer Beschichtungsplatte (1) eine UV-Lampe (22), vorzugsweise eine UVC-Strahlung mit einer Wellenlänge von 254 nm erzeugende UV-Lampe, oder eine VUV-Lampe (22), bevorzugt eine Xe2*-Excimerlampe mit 172 nm Wellenlänge, zugeordnet ist.
  10. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einem Zuführungsbereich in einer Beschichtungsplatte eine Plasmaquelle (25; 26) zugeordnet ist.
  11. 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Erhitzung und/oder zur Trocknung der Folienbahn (FB) der Beschichtungs- und Gegenplatte (1,2) in Laufrichtung der Folienbahn (FB) vorgeordnet sind, wobei diese Mittel vorzugsweise einen mit Heissluft-Zuführungen und/oder mit IR-Strahlern bestückten Heizkanal (35) umfassen.
  12. 12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einer von der Folienbahn (FB) durchlaufenen Messvorrichtung (40) versehen ist, welche nur einer Beschichtungs- und Gegenplatte (1,2) oder nur einer Vorbeschichtungs- und Vorbeschichtungsgegenplatte (91, 92) nachgeordnet ist zur inline Ermittlung von OTR-oder NTR-Werten der beim Durchlauf zwischen diesen Platten (1,2; 91,92) abgeschiedenen dünnen Schichten und wobei vorzugsweise die Messvorrichtung (40) datentechnisch mit einer in Laufrichtung der Folienbahn (FB) weiter hinten angeordneten Vorrichtung (50) zur Beschriftung und/oder Codierung der Folienbahn (FB) mit den ermittelten OTR- oder NTR-Werten verbunden ist.
  13. 13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (R2) zum Aufrollen der laufenden Folienbahn (FB) zusammen mit einer für Wassermoleküle durchlässigen und mit Gettern für Wassermoleküle versehenen Zwischenlage sowie Mittel zur Herstellung der Zwischenlage aus einer formlosen Masse inline im gleichen Durchlauf mit der Beschichtung der Folienbahn vorhanden sind.
  14. 14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-13, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (80) zur Herstellung einer für Wassermoleküle durchlässigen und mit Gettern für Wasser- und/oder Sauerstoffmoleküle versehenen Schutzschicht auf den dünnen, durch wenigstens zwei selbstbegrenzende Oberflächenreaktionen (ALD/MLD) auf der Folienbahn (FB) erzeugten Schichten aus einer formlosen Masse inline mit der Erzeugung dieser dünnen Schichten im gleichen Durchlauf der Folienbahn vorhanden sind, wobei die Getter vorzugsweise transparent sind.
  15. 15. Rollenmaterial mit einer Folienbahn (FB), auf der durch wenigstens zwei selbstbegrenzende Oberflächenreaktionen (ALD/MLD) dünne Schichten abgeschieden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Folienbahn (FB) zusammen mit einer Zwischenlage aufgerollt und/oder auf den dünnen Schichten mit einer Schutzschicht versehen ist, wobei die Zwischenlage und/oder die Schutzschicht für Wassermoleküle durchlässig und mit Gettern für Wasser- und/oder Sauerstoffmoleküle versehen ist.
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US20090081885A1 (en) * 2007-09-26 2009-03-26 Levy David H Deposition system for thin film formation

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