CN100441733C - 蒸镀工序用喷嘴蒸发源 - Google Patents

Abstract

提供一种特别在制作大面积的基板时，可使蒸镀在基板上的物质层的厚度的均匀性提高、防止物质的蒸镀率随时间急剧减少并可提高物质的利用率的蒸镀工序用喷嘴蒸发源。本发明的蒸镀工序用喷嘴蒸发源，其特征在于，备有设置了决定化学物质的蒸发方向且配置成圆锥状的喷嘴(11)的插入部(10)；设置成上方开口的圆筒状、在上侧设置了能插入上述插入部(10)的卡定台阶(21)的炉子(20)；位于前述炉子(20)的外侧、用于加热炉子(20)的丝极(30)；位于前述丝极(30)的外侧，用于使热损失最小化的反射板(40)；插入前述炉子(20)的内侧、用于把由前述丝极(30)产生的热量传到炉子(20)的内侧的热传导部(50)。

Description

蒸镀工序用喷嘴蒸发源

技术领域

本发明涉及蒸镀工序用喷嘴蒸发源，特别涉及在用于制作半导体元件及平板显示器元件等的蒸镀工序中使用的蒸发源，以及涉及在蒸镀工序中把蒸发源内的物质蒸镀在基板上时，使蒸发的物质均匀地蒸镀在基板上，把热量均匀地加在炉子内部的物质上的蒸镀工序用喷嘴蒸发源。

更详细地讲，涉及在制作大面积的基板时，用于使蒸镀在基板上的物质层的厚度的均匀性提高、防止物质的蒸镀率随时间急剧减少、并提高物质的利用率的蒸镀工序用的配置成圆锥状的喷嘴蒸发源。

背景技术

蒸镀工序是在半导体元件的制作上和平板显示器元件的制作上广泛使用的方法，是为了把在半导体元件及平板显示器的制作上使用的化学物质涂覆在基板上，通过加热放入了化学物质的炉子而使化学物质从表面蒸发，蒸镀在设置于炉子的上方的基板上，从而在基板上制作由化学物质构成的薄层的方法，这时，为了调整蒸镀率和进行效率良好的蒸镀，蒸镀工序一般在真空容器内进行。

前述蒸镀工序中最重要的部分，是把热量加在前述的化学物质上进行物质蒸发的蒸发源，该蒸发源由炉子、加热部、开口部构成。

作为前述的蒸发源，存在点型蒸发源、线型蒸发源等，其中使用最广泛的是点型蒸发源。

点型蒸发源的一般构造，如图1所示，可以在用于收容化学物质的下侧封闭的圆筒型的炉子1的上部设置葫芦形的先窄后宽的开口部2，在炉子1的外方设置用于加热该炉子1的加热部3，在前述开口部2上再设置喷嘴4，使化学物质进行广泛的扩散。

这样一来，可以保持从基板5到前述点型蒸发源的规定的间隔地加热前述加热部3并蒸镀物质。

前述那样构造的点型蒸发源，由于制作容易而被广泛使用，但在大面积的基板的制作上有难以使用的缺点。

半导体元件的基板存在大面积化的趋势，特别在平板显示器元件的场合，为了电视画面的大型化或生产率的提高，需要能够制作大面积的基板的蒸镀装置。为了构成大面积的基板制作用蒸镀装置，必须解决各种各样的技术问题，其中，大面积的基板制作用蒸发源的开发可以说是最重要的问题。

在把前述点型蒸发源用于大面积的基板的制作的场合，作为一个例子，为了进行在370mm×470mm的大小的基板上使薄膜的厚度的均匀性维持在5％以内的蒸镀，必须使点型蒸发源距离基板1m左右，存在着装置大型化、物质的利用率非常低的问题。

为了改善前述问题，如图2所示，采用了使基板5偏离蒸发源的中心，或者使基板5回转的方法等，但是即使用这样的方法，原有的点型蒸发源的问题也不会得到很大的改善。

另外，在把前述点型蒸发源用于大面积的基板的制作的场合，为了增大收容化学物质的炉子1的容量，应该增大炉子1的大小，但是当炉子1的大小变大时，炉子1的热量难以传递到处于炉子内部的中央的化学物质，如图3所示，由于只有靠近炉子1的内壁的化学物质6先被蒸发，尽管化学物质6大量地残存在炉子1的内部，但是蒸镀率却显著地降低，所以存在难于调整蒸镀率和必须频繁地填充化学物质6的问题。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于，在喷嘴蒸发源中，特别在制作大面积的基板时，提供用于使蒸镀在基板上的物质层的厚度的均匀性提高、防止物质的蒸镀率随时间急剧减少并提高物质的利用率的蒸镀工序用喷嘴蒸发源。

为了达到上述目的，本发明的蒸镀工序用喷嘴蒸发源，其特征在于，备有：用于决定化学物质的蒸发方向、并在内侧设置了在垂直方向上与下侧贯通的多根蒸发管，而且设置了与这些蒸发管连结的沿上侧的外周配置成圆锥状的喷嘴的插入部；设置成向上方开口的圆筒状、在上侧设置了可以插入前述插入部的卡定台阶的炉子；位于前述炉子的外侧用于加热炉子的丝极；位于前述丝极的外侧、用于使热损失最小化的反射板；插入前述炉子的内侧、用于把由前述丝极产生的热量传到炉子的内侧的热传导部。

根据这样的本发明的蒸镀工序用喷嘴蒸发源，具有在制作大面积的基板时，可以使蒸镀在基板上的物质层的厚度的均匀性提高，防止物质的蒸镀率随时间急剧减少，提高物质的利用率的效果。

附图说明

图1是表示原有的蒸镀工序用点型蒸发源的一个例子的概略图。

图2是表示原有的蒸镀工序用点型蒸发源的另一个例子的概略图。

图3是表示原有的蒸镀工序用点型蒸发源的炉子的内部状态的概略图。

图4是表示本发明的蒸镀工序用喷嘴蒸发源的炉子的剖面图。

图5是表示本发明的蒸镀工序用喷嘴蒸发源的实施例1的剖面图。

图6是图4的A-A′线剖面图，是表示本发明的热传导部的实施例1的剖面图。

图7是图4的A-A′线剖面图，是表示本发明的热传导部的实施例2的剖面图。

图8是图4的A-A′线剖面图，是表示本发明的热传导部的实施例3的剖面图。

图9是表示本发明的蒸镀工序用喷嘴蒸发源的插入部的实施例1的剖面图。

图10是图9的B-B′线剖面图。

图11是表示本发明的蒸镀工序用喷嘴蒸发源的插入部的实施例2的剖面图。

图12(a)及(b)表示图11的B部分的放大图。

图13是表示本发明的蒸镀工序用喷嘴蒸发源的实施例2的剖面图。

图14是表示本发明的蒸镀工序用喷嘴蒸发源的实施例3的剖面图。

图15是表示本发明的蒸镀工序用喷嘴蒸发源的实施例4的剖面图。

图16是表示本发明的蒸镀工序用喷嘴蒸发源的实施例5的剖面图。

图17是表示本发明的蒸镀工序用喷嘴蒸发源的实施例6的剖面图。

图18是表示使用本发明的蒸镀工序用喷嘴蒸发源的实施例5的蒸镀方法的概略图。

具体实施方式

下面，根据附图详细的说明本发明的理想的实施例。

图4是表示本发明的蒸镀工序用喷嘴蒸发源的炉子的剖面图，图5是表示本发明的蒸镀工序用的配置成圆锥状的喷嘴蒸发源的一个实施例的剖面图。本发明的蒸镀工序用喷嘴蒸发源，用于决定化学物质的蒸发方向的，在内侧沿垂直方向设有了与下侧贯通的多个蒸发管，并且备有：设置了与这些蒸发管的连结的沿上侧的外周配置成圆锥状的喷嘴11的插入部10；设计成上方开口的圆筒型、在上侧设置了能插入前述插入部10的卡定台阶21的炉子20；位于前述炉子20的外侧、用于加热炉子20的丝极30；位于前述丝极30的外侧、用于使热损失最小化的反射板40；插入前述炉子20的内侧、用于使前述丝极30发出的热传到炉子20的内侧的热传导部50。

前述卡定台阶21，为了防止泄漏蒸发物质，可以用未图示的螺纹牙旋转封闭，或者用垫圈密封连结部位。

图6是图4的A-A′线的剖面图，表示本发明的蒸镀工序用喷嘴蒸发源的热传导部的一个例子。

即，前述热传导部50，通过与前述炉子20的内侧面接触，设有多个端部向中央侧垂直地伸出的销51，在用前述销51围起来的空间和在炉子20的中央侧形成载置物质的空间部52a、52b，使从炉子20的外侧的丝极30传来的热量高效率地传给处于炉子20的内侧的化学物质。

如图6所示，在前述热传导部50上，把前述炉子20的中央侧的空间部52a做成大致六角形，把用前述销51围起来的空间部52b做成大致八角形，前述空间部52a、52b表现了相互连结的形态，但是也可以是图7及图8所示那样的各种形态的热传导部。

即，如图7所示，形成销51，使前述空间部52a、52b成为大致圆形，如图8所示，前述销51的构造成为朝向中央侧的壁构造，用前述销51围起来的空间部52成为大致三角形的构造。

但是，前述热传导部50的构造，不局限于前述图6至图8所示的构造，可以具有各种各样的实施例。

另外，根据情况，把前述热传导部50与炉子20形成一体，在热传导效率方面是理想的。

图9是表示本发明的蒸镀工序用喷嘴蒸发源的插入部的实施例1的剖面图，图10是图9的B-B′线剖面图。前述插入部10的构造，最好在垂直方向上设置多个与下侧连通的蒸发管12，前述喷嘴11最好均匀地形成为从该蒸发管12的外侧连结到插入部10的上部的圆锥状。

另外，最好通过在前述插入部10的上侧再设置圆状的反射板13，使热效率上升，防止化学物质积聚在插入部10的喷嘴上。

根据情况，前述圆状的反射板13可以形成多层。

也可以在前述圆状的反射板13的上侧，再构成由规定高度的柱61支承的遮断板60，能调节朝向基板的中央的化学物质的流量。

图11是表示前述蒸镀工序用喷嘴蒸发源的插入部的实施例2的剖面图。

即，当形成前述插入部10时，通过把插入部10的外周部10a设置成凹状，可以更有效地把热量传递给蒸发管12或喷嘴11，可以更有效地防止物质积聚在蒸发管12或喷嘴11上。

图12的(a)及(b)是图11的局部放大图，前述喷嘴11可以如图12(a)所示在长度方向上具有均匀的宽度，也可以如图12(b)所示在长度方向上增加宽度。

图13至图15是表示本发明的蒸镀工序用喷嘴蒸发源的另一个实施例的剖面图。

图13是本发明的蒸镀工序用的配置成圆锥状的喷嘴蒸发源的实施例2，设置贯通插入部10、炉子20的中央的圆柱状的中空部70，在前述中空部70内设置中央加热部31，可以共同设置前述丝极30和中央加热部31，也可以只设置前述中央加热部31。

另外，图14是应用了图13的实施例的本发明的实施例3，在图13的中央的中空部70的上侧，再设置其上侧具有与前述插入部同样形状的小的小型蒸发源80，在该小型蒸发源80上收容另外的物质，能适用于同时蒸镀二种物质的工序。

这时，在前述中央的小型蒸发源80和其外围的大的排列成圆锥状的喷嘴蒸发源之间，为了防止热的相互干扰，也可以构成冷却部(未图示)。

另外，如图15所示，进一步增大形成中央部70的圆柱的直径，可以使在制作大面积的基板时产生的阴影效果最小化。

即，在蒸镀工序中制作基板时，为了在基板上决定蒸镀形态，一般在基板的下侧紧密地结合沿着蒸镀的形态制作的薄的掩膜，在该状态下进行蒸镀，但在一般的点型蒸发源的场合，由于蒸发物质的流束以偏移的形式到达基板的边缘部，往往产生掩膜的阴影效果。

但是，如图15所示，在形成直径大的圆柱的场合，由于蒸发物质垂直地近距离地到达基板的所有部分上，所以具有可以使在制作大面积的基板时产生的阴影影响效果最小化的效果。

另外，如前所述，在加大中空部70的大小的场合，最好在收容物质的部分22的两侧构成丝极30。

另外，前述插入部10可以与炉子20设置成一体，根据情况，也可以把炉子20分成中间部和下部再连结起来。

下面参照前述图4至图15说明本发明的作用及效果。

首先，如下面那样，说明本发明的蒸镀工序用喷嘴蒸发源的整体工作原理。

用于加热前述炉子20的丝极30，如图5所示，最好位于炉子20的上方，这是为了使位于炉子20的上方的前述插入部10的蒸发管12和喷嘴11比蒸发前述蒸发物质的炉子20的下方热，防止蒸发管12和喷嘴11因蒸发物质的积聚而堵塞。

另外，为了使前述炉子20的上侧和下侧被均匀地加热，最好以规定的比率把前述丝极30下降到炉子20的下侧。

另外，为了使化学物质从表面均匀地蒸发，不直接加热填充了化学物质的部分的炉子20的外面，而是加热炉子20的上部，利用从构成插入部10的物质产生的辐射热使其蒸发，但是为了使辐射热均匀地扩散，插入部10的下面最好形成向上方凹进的圆锥状。

当在前述插入部10的上方设置遮断板60并使用本发明的点型蒸发源进行蒸镀工序时，调节遮断板60的大小来调节朝向中央的蒸发物质的流动，由此，可以进一步调节蒸镀薄膜的均匀性，进一步提高蒸镀薄膜的均匀性。

下面说明用前述插入部10可以确保蒸镀薄膜的均匀性的工作原理。

在一般的点型蒸发源的场合，通常认为蒸发物质从一点出发向上方呈半球状地向四周广泛扩散，半球的中央部与半球的外围部相比，蒸发物质的流动稍微多些。由于实际上进行蒸镀的基板是平面，所以越从基板的中央向外围行进，与蒸发源的距离越远，由于蒸发物质的流动的方向和基板平面所成的角度变大，所以从中央越向外围行进，蒸镀薄膜的厚度越薄。

在本发明的蒸镀工序用喷嘴蒸发源的场合，由于把插入部10的喷嘴11形成朝向基板的外围方向的圆锥状，所以蒸发物质的流动在基板的外围部变得更多，由于由蒸发源与基板的距离和蒸发物质的流动方向与基板面所成的角度产生的影响，使基板的中央部更厚，所以前述两个效果相互抵消，作为基板整体可以维持蒸镀薄膜的厚度的均匀性。

这时，配置成圆锥状的喷嘴与蒸发源的中心线的角度A，根据与基板的距离和使用的物质等，可以选择0＜A≤90°范围内的适当的角度。

另外，通过重叠设置多块位于插入部10的上面的圆状的反射板13来提高反射率，可以提高热效率，同时使插入部10的喷嘴11比炉子20的上部温度低，可以防止蒸镀物质等积聚在喷嘴11上而堵塞喷嘴11。

本发明的喷嘴11和炉子20可以用高密度碳、陶瓷及在真空内的高温下不容易升华的钼、钨、钽、钛那样的材料制作，也可以使用其他各种合金。

图16是表示本发明的蒸镀工序用喷嘴蒸发源的实施例5的图，本实施例5及其蒸镀方法如图16及图18所示，使由设置了向基板的外围方向倾斜的喷嘴90的插入部10构成的蒸发源位于基板5的中央或中央附近，可以一边使基板回转一边进行蒸镀工序。即，虽然喷嘴只偏向一方，但通过使基板5回转，会带来与配置成圆锥状的喷嘴形成的效果相同的效果。

另外，喷嘴的偏置形态，除了图16的非对称的喷嘴90的形式而外，也可以使用含有图17所示的偏置的喷嘴91那样可以调节蒸发物质的喷出方向的任何一种构造，喷嘴90、91偏离垂直中心线A的角度，可以是5～90°范围内的任一角度，考虑基板5的高度和与基板的中央的距离等因素，最好是能使蒸镀的薄膜的均匀度成为最大的角度。

如以上那样，参照附图详细地说明和图示了上述实施例，但本发明不局限于此，在不脱离本发明的基本的技术思想的范围内，可以由具有本行业的通常的知识者进行其他的多种变更。当然，本发明应该由权利要求书进行解释。

Claims (17)

1.一种蒸镀工序用喷嘴蒸发源，其特征在于，备有：

用于决定化学物质的蒸发方向、并在内侧设置了在垂直方向上与下侧贯通的多根蒸发管，而且设置了与这些蒸发管连结的沿上侧的外周配置成圆锥状的喷嘴的插入部；

设置成向上方开口的圆筒状、在上侧设置了可以插入前述插入部的卡定台阶的炉子；

位于前述炉子的外侧用于加热炉子的丝极。

2.如权利要求1所述的蒸镀工序用喷嘴蒸发源，其特征在于，在前述炉子的内侧设置与前述炉子的内侧面接触、并由端部朝向中央侧垂直地伸出的多个销构成的热传导部，在用前述销围起来的空间和炉子的中央侧形成载置物质的空间部。

3.如权利要求2所述的蒸镀工序用喷嘴蒸发源，其特征在于，前述热传导部的销以规定的间隔设置，前述热传导部的形状，从上侧看，为放射状对称的几何图形。

4.如权利要求2所述的蒸镀工序用喷嘴蒸发源，其特征在于，前述热传导部与前述炉子一体形成。

5.如权利要求1所述的蒸镀工序用喷嘴蒸发源，其特征在于，前述插入部的前述喷嘴和蒸发源的中心线形成的角度A在0＜A≤90°的范围内。

6.如权利要求1所述的蒸镀工序用喷嘴蒸发源，其特征在于，前述插入部由与下侧贯通的多个管状的喷嘴构成，配置成圆锥状，前述管状的喷嘴和蒸发源的中心线形成的角度A在0＜A≤90°的范围内。

7.如权利要求1所述的蒸镀工序用喷嘴蒸发源，其特征在于，在前述插入部的上侧还备有圆状的反射板，用于使热效率提高，防止化学物质积聚在插入部的喷嘴上。

8.如权利要求1所述的蒸镀工序用喷嘴蒸发源，其特征在于，通过把前述插入部的外周部形成为凹状，高效率地进行向前述蒸发管和喷嘴的热传递，防止蒸发管和喷嘴因蒸发物质的积聚而堵塞。

9.如权利要求1所述的蒸镀工序用喷嘴蒸发源，其特征在于，在前述插入部的上侧再构成由规定高度的柱设置的遮断板，可以调节化学物质向基板中央的流动。

10.如权利要求1所述的蒸镀工序用喷嘴蒸发源，其特征在于，前述插入部的下面形成向上侧凹陷呈圆锥状的形状。

11.如权利要求1所述的蒸镀工序用喷嘴蒸发源，其特征在于，前述丝极位于前述炉子的上侧，加热前述炉子的上部。

12.如权利要求1所述的蒸镀工序用喷嘴蒸发源，其特征在于，前述卡定台阶形成螺纹牙，或者使用螺纹牙和垫圈，可以密闭前述炉子与插入部的连结部分。

13.如权利要求1所述的蒸镀工序用喷嘴蒸发源，其特征在于，形成贯通前述插入部和炉子的中央的圆柱状的中空部，在前述中空部内设置中央加热部，共同设置前述丝极和中央加热部，或者只设置前述中央加热部来进行加热。

14.如权利要求13所述的蒸镀工序用喷嘴蒸发源，其特征在于，在前述中空部的上侧再设置其上侧与前述插入部相同形状的小的小型蒸发源，在该小蒸发源之内填充其他物质，从而可以同时蒸镀两种物质。

15.如权利要求1所述的蒸镀工序用喷嘴蒸发源，其特征在于，前述插入部或者与炉子形成一体，或者分成炉子的中间部和下方部分再进行连结。

16.一种蒸镀工序用喷嘴蒸发源，其特征在于，备有：

决定化学物质的蒸发方向，设置了相对于垂直中心线以5～90°以内的角度进行倾斜的喷嘴的插入部；

形成上方开口的圆筒形状，在上侧设置了能插入前述插入部的卡定台阶的炉子；

位于前述炉子的外侧，用于加热炉子的丝极。

17.一种蒸镀方法，其特征在于，使用权利要求16所述的蒸发源来蒸镀薄膜，含有：

使前述插入部的喷嘴位于基板的中心或者接近该中心并朝向基板的外侧的第1步；

使前述基板回转的同时加热蒸发源并把物质蒸镀在基板上的第2步。

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