CN101586235B - 用于供应源的设备和具有所述设备的用于沉积薄膜的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于供应源的设备和一种具有所述设备的用于沉积薄膜的设备。所述用于供应源的设备包含:水平通道,其在一个方向上延伸;抽吸口和转移口,其延伸穿过所述水平通道,所述抽吸口和转移口彼此间隔开;转移轴,其插入所述水平通道内以在其中往复运动;以及储存室,其连接到所述抽吸口的一侧,所述储存室储存和供应粉末源,其中所述转移轴包括至少一个转移孔,以用于允许经由所述抽吸口供应的所述粉末源填充于其中且经由所述转移口转移到外部设备。如上文所描述,根据本发明,通过使转移轴往复运动而将填充于转移孔中的粉末源供应到外部设备,使得可将供应到所述外部设备的所述粉末源的量定量控制为与对应于所述转移孔的内部体积的固定量一样多。

Description

用于供应源的设备和具有所述设备的用于沉积薄膜的设备
本申请案主张2008年5月23日申请的第10-2008-0048016号韩国专利申请案的优先权和在35U.S.C.119下从其得到的所有益处,所述韩国专利申请案以全文引用的方式并入本文。
技术领域
本发明涉及用于供应源的设备和具有所述设备的用于沉积薄膜的设备,且更特定来说,涉及可定量供应作为沉积材料的粉末源的用于供应源的设备,和具有所述设备的用于沉积薄膜的设备。
背景技术
大体上,将用于形成薄膜的方法分类为物理气相沉积(PVD)方法(例如使用物理轰击形成薄膜的溅射方法)和使用化学反应形成薄膜的化学气相沉积(CVD)方法。
在CVD方法中,一般使用处于气体状态的反应源来沉积薄膜。然而,当由于反应源中含有具有较大原子量的重元素而难以制备处于气体状态的反应源时,使用在蒸发处于固体状态的粉末源之后蒸发的源气体来沉积薄膜。举例来说,在有机发光二极管(OLED)中,使用处于固体状态的粉末源来沉积充当发光层的有机薄膜。因此,用于使用CVD方法沉积有机薄膜的设备一般具备至少一个用于供应源的设备,其将储存在额外罐中的粉末源供应到腔室中。
同时,在用于供应源的一般设备中,通过使用压力差的方法或使用螺纹的方法将储存在罐中的粉末源供应到腔室内。首先,在使用压力差的方法中,通过将第一气体注入罐内而在罐与腔室之间产生压力差,且随后由于压力差而将粉末源排放到罐的外部且供应到腔室内。因此,粉末源的供应量由第一气体的注射压力控制。然而,此方法具有的问题在于,由于保留在罐中的粉末源的量和种类、湿气、静电等的影响,粉末源的供应量频繁改变。另一方面,在使用螺纹的方法中,具有螺纹的旋转轴安装在罐中且旋转,且通过允许粉末源通过旋转轴的旋转沿着螺纹排放到罐的外部而将粉末源供应到腔室内。因此,粉末源的供应量由螺纹的间距和旋转速度控制。然而,此方法具有的问题在于,如果粉末源的微粒较细,那么粉末源就粘在螺纹与罐的内壁之间,使得无法将粉末源供应到腔室内。因此,其不适合于将非常少量的粉末源供应到腔室内,且粉末源的供应量也每次变化。
如上文所描述,在用于沉积有机薄膜的常规设备中,难以定量供应作为沉积材料的源,且更难以正确供应非常少量的源。因此,难以将薄膜的厚度控制为均匀的,且薄膜的质量降级,进而使得难以稳定执行薄膜沉积工艺。
发明内容
本发明提供一种用于供应源的设备,其中通过转移轴的往复运动将填充于转移孔中的粉末源供应到外部设备,使得可通过对应于转移孔的内部体积的量来定量控制供应到外部设备的粉末源的量,且还提供一种具有所述设备的用于沉积薄膜的设备。
本发明还提供一种用于供应源的设备,其中定量供应非常少量的粉末源,使得可稳定执行薄膜沉积工艺,且还提供一种具有所述设备的用于沉积薄膜的设备。
根据本发明的一方面,提供一种用于供应源的设备,其包含:水平通道,其在一个方向上延伸;抽吸口和转移口,其延伸穿过所述水平通道,所述抽吸口和转移口彼此间隔开;转移轴,其插入所述水平通道内以在其中往复运动;以及储存室,其连接到所述抽吸口的一侧,所述储存室储存和供应粉末源,其中所述转移轴包含至少一个转移孔,以用于允许经由所述抽吸口供应的所述粉末源填充于其中且经由所述转移口转移到外部设备。
所述设备可进一步包含抽吸单元,所述抽吸单元连接到所述抽吸口的另一侧以形成排放压力。
用于控制所述粉末源的排放流量的阀优选安装在所述抽吸口与所述抽吸单元之间。
所述设备可进一步包含气体供应单元,所述气体供应单元连接到所述转移口的一侧以供应用于转移所述粉末源的气体。
第一密封部件优选安装在插入所述水平通道内的所述转移轴的外圆周表面上,且第二密封部件优选安装在所述转移轴插入其中的所述水平通道的一端的外侧上。
所述转移轴优选由陶瓷或特氟隆材料形成。
所述设备可进一步包含往复运动驱动单元,所述往复运动驱动单元连接到所述转移轴的一端且以往复运动方式驱动所述转移轴。
所述往复运动驱动单元优选包含气动活塞部件。
所述设备可进一步包含气体供应单元,所述气体供应单元用于供应用于将所述粉末源排放到所述储存室内的气体。
所述设备可进一步包含加热部件,所述加热部件用于加热所述储存室和所述气体供应单元中的至少一者。
所述加热部件优选具有100℃或更高的加热温度。
根据本发明的另一方面,提供一种用于沉积薄膜的设备,其包含:腔室,其用于在衬底上形成薄膜;以及源供应单元,其用于通过使其中形成有转移孔的转移轴往复运动而将填充于所述转移孔中的粉末源供应到所述腔室。
所述源供应单元可包含:水平通道,其在一个方向上延伸;抽吸口和转移口,其延伸穿过所述水平通道,所述抽吸口和转移口彼此间隔开;转移轴,其插入所述水平通道内以在其中往复运动;以及储存室,其连接到所述抽吸口的一侧,所述储存室储存和供应粉末源。
所述设备可进一步包含抽吸单元,所述抽吸单元连接到所述抽吸口的另一侧以形成排放压力。
所述设备可进一步包含气体供应单元,所述气体供应单元连接到所述转移口的一侧以供应用于转移所述粉末源的气体。
所述设备可进一步包含气体供应单元,所述气体供应单元用于供应用于将所述粉末源排放到所述储存室内的气体。
附图说明
从以下结合附图做出的描述可更详细地理解本发明的优选实施例,其中:
图1是根据本发明第一实施例的用于供应源的设备的示意图;
图2和3是说明根据本发明第一实施例的用于供应源的设备的操作的示意图;
图4是根据本发明第二实施例的用于供应源的设备的示意图;以及
图5是根据本发明的具有用于供应源的设备的用于沉积薄膜的设备的示意图。
具体实施方式
下文中,将参看附图详细描述本发明的示范性实施例。然而,本发明不限于下文所揭示的实施例,而是可实施为不同的形式。仅为了说明性目的且为了所属领域的技术人员完全理解本发明的范围而提供这些实施例。全部图式中,相同参考标号用于指代相同元件。
<第一实施例>
图1是根据本发明第一实施例的用于供应源的设备的示意图。
参看图1,用于供应源的设备包含:转移块100,其具有在一个方向上延伸的水平通道110以及抽吸口121和转移口131,所述抽吸口121和转移口131穿过水平通道110而在另一方向上延伸且彼此间隔开;转移轴300,其插入水平通道110内以在其中往复运动;储存室200,其连接到抽吸口121的上侧;以及抽吸单元150,其连接到抽吸口121的下侧。所述设备可进一步包含往复运动驱动单元500,其连接到转移块100的一侧以允许以往复运动方式驱动转移轴300。
储存室200可包含:罐体210,其用于提供其中储存粉末源10的预定空间;以及罐盖220,其覆盖罐体210的开口区。用作沉积源的粉末源10(例如,在沉积有机薄膜的过程中呈固体粉末形式的有机源)储存在罐体210中。罐盖220可分离地或可打开地耦合到罐体210的顶部。因此,可通过允许罐盖220从罐体210分离或打开而容易将粉末源10输入到罐体210的内部空间中。另外,在储存室200的一侧中形成至少一个排放孔250,储存在储存室中的粉末源10通过所述排放孔250排放到外部。尽管未图示,但可在储存室200中提供混合储存在储存室200中的粉末源10的混合单元。举例来说,在罐体210中提供振动器以便在任何时间混合粉末源10,进而防止粉末源10的凝聚。然而,混合单元不限于此,而是可由可混合储存在储存室200中的粉末源10的任何单元(例如,螺杆单元)代替。另外,用于将第一气体供应到储存室200的第一气体供应管231和用于控制储存室的内部压力的第一气体排气管241连接于储存室200的另一侧,使得顺畅地排放粉末源。第一阀232和第二阀242分别安装到第一气体供应管231和第一气体排气管241,以便控制第一气体供应管和第一气体排气管中的气流。在此时,第一气体供应管231和第一气体排气管241可经配置以部分彼此共用。
转移块100包含:在一个方向(例如,水平方向)上延伸的水平通道110;以及抽吸口121和转移口131,其在另一方向(例如,与水平通道110交叉的垂直方向)上延伸且穿过水平通道110。抽吸口121是将储存在储存室200中的粉末源10填充到转移轴300的转移孔310中且随后进行量化的通路。抽吸口的上侧与储存室200的排放孔250连通以用于供应粉末源10,且抽吸口的下侧连接到抽吸单元150以用于在储存室中形成必需的排放压力。另外,用于控制粉末源的排放流量的第三阀122安装在抽吸口121与抽吸单元150之间。过滤器部件140插入在抽吸口121的下侧内。过滤器部件140具有呈网孔形式的多个微孔,使得过滤器部件允许第一气体穿过其中但粉末源10被阻挡。为此,每一微孔优选形成为大于第一气体的微粒且小于粉末源10的微粒。转移口131是将由第二气体载运的粉末源10供应到外部设备所经过的通路。转移口的上侧与用于供应第二气体的第二气体供应单元(未图示)连通,且转移口的下侧连接到粉末源10供应到的外部设备(未图示)。另外,用于控制供应的第二气体的流量的第四阀132优选安装在转移口131与第二气体供应单元之间。可通过穿过单一部件镗孔或通过分别穿过单独部件镗孔并将其彼此耦合而形成水平通道110以及抽吸口121和转移口131。
同时,为了防止通过抽吸口121供应到水平通道110内的第一气体和粉末源10的泄漏,例如方形环的第一密封部件410可安装在插入抽吸口121内的转移轴300的外圆周表面上,且例如波纹管的第二密封部件420可安装在其中插入转移轴300的水平通道110的一端的外侧上。而且,例如Ar或N2的惰性气体优选用作第一和第二气体。
将转移轴300的一部分插入水平通道110内且在水平通道110中以往复运动方式驱动。转移轴300具备至少一个转移孔310,其允许通过抽吸口121供应的粉末源10加载于其中且通过转移口131转移。此时,转移孔310在加载粉末源10时定位于水平通道110与抽吸口121的相交点处,且随后在排放粉末源10时移动到水平通道110与转移口131的相交点。优选地,转移轴300具有等于或略小于水平通道110的内径的外径,使得转移轴在由水平通道110的内壁摩擦或支撑时被以往复运动方式驱动。此时,如果转移轴300与水平通道110之间的表面摩擦过大,那么通过表面摩擦可能产生外来物质。因此,其中至少一者优选由具有低表面粗糙度的材料形成。举例来说,转移轴300可由陶瓷材料形成,可通过表面处理而降低其表面粗糙度,或可由特氟隆(Teflon)线的含氟树脂材料形成,其具有自润滑特性。
具有气缸510和在气缸510中被以往复运动方式驱动的活塞520的往复运动驱动单元500安置在转移块100的一侧处。转移轴300的一端连接到活塞520的一端。活塞520具有等于或略小于气缸510的内径的外径,使得活塞在由气缸510的内壁摩擦或支撑时被以往复运动方式驱动。此时,如果仅活塞520本身没有气密性,那么将例如橡胶环等密封部件530另外安装在活塞520的外圆周表面上,进而改进气密性。在此实施例中,往复运动驱动单元500将允许在水平通道110中以往复运动方式驱动插入在水平通道110内的转移轴300。举例来说,如图1所示,往复运动驱动单元500可经配置而以气动方式操作,其中在气缸510的一侧处形成气体通过其而流入和流出的门口540,使得活塞520根据气缸510中的压力改变而操作。或者,往复运动驱动单元500可经配置而以用液压方式操作,其中活塞520在流体经由门口540流入和流出时操作。另外,往复运动驱动单元500可经配置以由线性马达驱动,所述马达实现将旋转移动转换为线性移动。
将如下描述根据如此配置的此实施例的用于供应源的设备的操作。
图2和3是说明根据本发明第一实施例的用于供应源的设备的操作的示意图。
首先,如图2所示,在从罐体210分离罐盖220之后将预定量的粉末源10填充到罐体210中,且随后再次将罐盖220耦合到罐体210。此时,填充在罐体210中的粉末源10可经受混合、研磨和压制工艺中的任一者,使得粉末源10具有适合于薄膜沉积工艺的密集形成。同时,转移轴300移动以使得转移孔310与抽吸口121以共线关系对准,进而允许闭合的抽吸口121的上部和下部彼此连通。随后,通过打开第一阀232经由第一气体供应管231将第一气体供应到储存室200内。如果储存室200的内部压力达到预定水平,那么打开第三阀122。而且,通过操作抽吸单元150形成抽吸口121中的排放压力。因此,由于重力和储存室200的内部与外部之间的压力差,第一气体和粉末源10从抽吸口121的上侧移动到下侧,且随后,仅未穿过过滤器部件140的粉末源10填充在转移孔310中。显然,仅具有对应于转移孔310的内部体积的固定量的粉末源10填充在转移孔310中。
随后,如图3所示,转移轴300移动以使得转移孔310与抽吸口121以共线关系对准,进而允许闭合的抽吸口121的上部和下部彼此连通。同时,向转移口131的上侧供应第二气体以用于将粉末源10转移到外部设备。因此,填充在转移孔310中的固定量的粉末源10与第二气体混合,经由转移口131的下侧排放,且随后供应到需要粉末源10的外部设备。
下表1说明使用根据本发明第一实施例的用于供应源的设备而供应到外部设备的粉末源10的供应量的实验结果。
表1
  次数   1   2   3   4   5   6   7   8   9   10
  供应量(g)   0.202   0.229   0.208   0.225   0.227   0.215   0.249   0.213   0.212   0.231
  次数   11   12   13   14   15   16   17   18   19   20
  供应量(g)   0.241   0.221   0.246   0.214   0.258   0.243   0.230   0.234   0.243   0.234
参看表1,可见粉末源10的20次供应量的平均值经计算为约0.229g。在此情况下,可见标准偏差为0.01511。在实验结果中,在粉末源10的目标供应量为0.200g的条件下,可再现性为6.6%,其非常高。因此,根据本发明的用于供应源的设备不仅在供应大量粉末源时适用,而且在供应非常少量的粉末源时也适用。
如上文所描述,根据本发明,将供应到外部的粉末源10的量定量控制为与对应于转移孔310的内部体积的固定量一样多。因此,如果转移孔310被非常精细地加工为具有其所需内部体积,那么可不仅在供应大量粉末源时而且在供应非常少量粉末源(例如,若干毫克到数百毫克)时可定量控制粉末源的量。
<第二实施例>
图4是根据本发明第二实施例的用于供应源的设备的示意图。
参看图4,用于供应源的设备包含:转移块100,其具有在一个方向上延伸的水平通道110以及抽吸口121和转移口131,所述抽吸口121和转移口131穿过水平通道110而在另一方向上延伸且彼此间隔开;转移轴300,其插入水平通道110内以在其中往复运动;储存室200,其连接到抽吸口121的上侧;抽吸单元150,其连接到抽吸口121的下侧;以及第一气体供应管231,其连接到储存室200的一侧以将第一气体供应到储存室200,使得顺畅地排放粉末源10。所述设备可进一步包含用于将储存室200的内部加热到预定温度的第一加热部件261和用于将第一气体供应管231的内部加热到预定温度的第二加热部件262。
这里,第一加热部件261将储存在储存室200中的粉末源10加热到预定温度,例如100℃或更高,且因此,移除粉末源10中含有的湿气,进而使得可防止粉末源10凝聚且因此防止通路堵塞。第二加热部件262将第一气体加热到预定温度,例如100℃或更高,且因此移除第一气体中含有的湿气,进而使得可防止湿气被供应到粉末源10。因此,使粉末源10中含有的湿气最小化,进而防止粉末源10凝聚且因此防止通路堵塞。因此,即使当粉末源10的量非常小时,也可定量控制粉末源10的量且可将其供应到外部设备。为此,尽管未图示,但可提供第三加热部件以加热转移口131和第二气体供应单元(未图示)中的至少一者。
<第三实施例>
图5是根据本发明实施例的具有用于供应源的设备的用于沉积薄膜的设备的示意图。
参看图5,用于沉积薄膜的设备包含:腔室600,薄膜即在其中形成在衬底20上;以及源供应单元700,其用于将薄膜源供应到腔室600。有机薄膜沉积在衬底20上,且源供应单元700供应作为用于沉积有机薄膜中的材料的粉末有机源。
腔室600界定预定的闭合反应空间。在腔室600的内部下部中提供上面放置有衬底的衬底支撑单元610,且在腔室600的内部上部中提供与衬底支撑单元610相对的源注射单元620。另外,腔室600可具备用于允许加载/卸载衬底的打开/闭合单元630以及用于从腔室排出气体的排气单元640。
衬底支撑件610包含上面放置衬底20的支撑件611。可在支撑件611的外部或内部中提供用于将衬底20的温度保持恒定的冷却单元或用于将衬底20加热到工艺温度的加热单元。另外,支撑件611可经配置以升高、降低和旋转。举例来说,旋转轴612耦合到支撑件611的底部,且旋转轴612延伸到腔室600的外部且连接到用于向旋转轴612施加旋转力的往复运动驱动单元613。因此,可通过旋转支撑件611而在衬底20的整个表面上沉积具有均匀厚度的薄膜。
源注射单元620蒸发从源供应单元700供应的粉末源且将蒸发的源气体注射到衬底20。源注射单元620包含:供应口621,其接收粉末源10;喷嘴单元622,其用于将源气体注射到衬底20上;以及加热单元623,其用于将粉末源10蒸发为源气体。在此实施例中,将例如加热线圈或灯加热器等加热部件623嵌入源注射单元620的主体中。粉末源材料10由加热部件623加热且蒸发为气态源材料。然而,加热单元623不限于此,而是可包含多种加热部件。另外,源注射单元620可固定安装,但可安装到驱动单元以从一侧到另一侧或来回地旋转或移动。因此,通过调节源注射单元620与衬底20之间的距离,可改变工艺条件,且可将源气体均匀注射到衬底20的整个表面上。而且,尽管未图示,但可进一步在源注射单元620与源供应单元700之间提供用于预加热粉末源10的预加热单元。因此,增加了源注射单元620中粉末源10的蒸发速率,进而使得可增强薄膜沉积速率。
源供应单元700包含:转移块100,其具有在一个方向上延伸的水平通道110以及抽吸口121和转移口131,所述抽吸口121和转移口131穿过水平通道110而在另一方向上延伸且彼此间隔开;转移轴300,其插入水平通道110内以在其中往复运动;储存室200,其连接到抽吸口121的上侧;以及抽吸单元150,其连接到抽吸口121的下侧。转移轴300具备至少一个被粉末源10填充的转移孔310,且经配置以使得转移孔310在转移孔310与抽吸口121和转移口131中的每一者成共线关系对准的两点之间往复运动。因此,储存室200中的粉末源10可经由抽吸口121填充于转移孔310中且随后经由转移口121转移到腔室600。此时,将供应到腔室600的粉末源10的量定量控制为与对应于转移孔310的内部体积的固定量一样多。因此,如果转移孔310被非常精细地加工为具有其所需内部体积,那么可不仅在供应大量粉末源时而且在供应非常少量粉末源(例如,若干毫克到数百毫克)时可定量控制粉末源的量。
如上文所描述,根据本发明,可不仅供应较大固定量的粉末源,而且可供应非常少的固定量的粉末源。因此,可稳定地执行薄膜沉积工艺,例如容易地控制薄膜的厚度,进而使得可有效制造高质量薄膜产品。
同时,尽管已在上述实施例中说明了被供应有机材料的用于形成有机薄膜的设备,但本发明不限于此,而是可应用于任何需要供应粉末源的设备。
根据本发明,通过使转移轴往复运动而将填充于转移孔中的粉末源供应到外部设备,使得可将供应到外部设备的粉末源的量定量控制为与对应于转移孔的内部体积的固定量一样多。
此外,通过加热单元移除粉末源中含有的湿气且随后供应到外部设备,进而防止粉末源凝聚且因此防止通道堵塞。因此,可不仅供应较大固定量的粉末源,而且可供应非常少的固定量的粉末源。
此外,根据本发明,可不仅供应非常少量的粉末源而且可供应固定量的粉末源。因此,可稳定地执行薄膜沉积工艺,例如容易地控制薄膜的厚度,进而使得可有效制造高质量薄膜产品。
尽管已结合附图和上述实施例描述了本发明,但本发明不限于此,且由所附权利要求书界定。因此,所属领域的技术人员将理解,在不脱离所附权利要求书所界定的本发明的精神和范围的情况下可对其做出各种修改和改变。

Claims (16)

1.一种用于供应源的设备,其包括:
水平通道,其在一个方向上延伸;
抽吸口和转移口,其延伸穿过所述水平通道,所述抽吸口和转移口彼此间隔开;
转移轴,其插入所述水平通道内以在其中往复运动;以及
储存室,其连接到所述抽吸口的一侧,所述储存室储存和供应粉末源,
其中所述转移轴包括至少一个转移孔,以用于允许经由所述抽吸口供应的所述粉末源填充于其中且经由所述转移口转移到外部设备。
2.根据权利要求1所述的设备,其进一步包括抽吸单元,所述抽吸单元连接到所述抽吸口的另一侧以形成排放压力。
3.根据权利要求2所述的设备,其中用于控制所述粉末源的排放流量的阀安装在所述抽吸口与所述抽吸单元之间。
4.根据权利要求1所述的设备,其进一步包括气体供应单元,所述气体供应单元连接到所述转移口的一侧以供应用于转移所述粉末源的气体。
5.根据权利要求1所述的设备,其中第一密封部件安装在插入所述水平通道内的所述转移轴的外圆周表面上,且第二密封部件安装在所述转移轴插入其中的所述水平通道的一端的外侧上。
6.根据权利要求1所述的设备,其中所述转移轴由陶瓷或特氟隆材料形成。
7.根据权利要求1所述的设备,其进一步包括往复运动驱动单元,所述往复运动驱动单元连接到所述转移轴的一端且以往复运动方式驱动所述转移轴。
8.根据权利要求7所述的设备,其中所述往复运动驱动单元包括气动活塞部件。
9.根据权利要求1所述的设备,其进一步包括气体供应单元,所述气体供应单元用于供应用于将所述粉末源排放到所述储存室内的气体。
10.根据权利要求9所述的设备,其进一步包括加热部件,所述加热部件用于加热所述储存室和所述气体供应单元中的至少一者。
11.根据权利要求10所述的设备,其中所述加热部件具有100℃或更高的加热温度。
12.一种用于沉积薄膜的设备,其包括:
腔室,其用于在衬底上形成薄膜;以及
源供应单元,其用于通过使其中形成有转移孔的转移轴往复运动而将填充于所述转移孔中的粉末源供应到所述腔室。
13.根据权利要求12所述的设备,其中所述源供应单元包括:
水平通道,其在一个方向上延伸;
抽吸口和转移口,其延伸穿过所述水平通道,所述抽吸口和转移口彼此间隔开;
转移轴,其插入所述水平通道内以在其中往复运动;以及
储存室,其连接到所述抽吸口的一侧,所述储存室储存和供应粉末源。
14.根据权利要求13所述的设备,其进一步包括抽吸单元,所述抽吸单元连接到所述抽吸口的另一侧以形成排放压力。
15.根据权利要求13所述的设备,其进一步包括气体供应单元,所述气体供应单元连接到所述转移口的一侧以供应用于转移所述粉末源的气体。
16.根据权利要求13所述的设备,其进一步包括气体供应单元,所述气体供应单元用于供应用于将所述粉末源排放到所述储存室内的气体。
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