CN107078215B - 用于真空沉积的材料源配置与材料分布配置 - Google Patents
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Abstract
描述了一种用于在真空腔室(110)中在基板(121)上沉积蒸发的材料的线性分布管(106)。线性分布管(106)包括沿着第一方向(136)延伸的分布管壳体(116),其中第一方向提供线性分布管的线性延伸,且其中分布管壳体包括第一壳体材料。线性分布管(106)进一步包括位于分布管壳体(116)中的沿着线性分布管的线性延伸而分布的多个开孔。另外,线性分布管壳体(116)包括经构造以引导真空腔室(110)中的蒸发的材料的多个喷嘴(712)。这些喷嘴(712)包括第一喷嘴材料,第一喷嘴材料具有大于第一壳体材料和/或大于21W/mk的热传导率。
Description
技术领域
本发明的实施方式涉及一种材料沉积配置、一种具有材料沉积配置的沉积设备、以及一种用于为材料沉积配置提供分布管的方法。本发明的实施方式具体涉及一种用于真空沉积腔室的材料沉积配置、一种具有材料沉积配置的真空沉积设备、和一种用于在真空沉积腔室中为材料沉积配置提供分布管的方法,特别涉及一种材料源、一种沉积设备、和一种用于蒸发工艺的方法。
背景技术
有机蒸发器是用于生产有机发光二极管(organic light-emitting diodes,OLED)的一种工具。OLED是发光二极管的一种特别形式,在OLED中,发光层包括某些有机化合物的薄膜。OLED用于制造用于显示信息的电视屏幕、电脑屏幕、手机、其他手持器件等。OLED也可用于一般空间照明。OLED显示器色域、亮度范围、和可视视角范围与传统的液晶显示器(LCD)相比更优异,这是因为OLED的像素直接发出光线而不使用背光。因此,OLED显示器的能量消耗大量少于传统的液晶显示器的能量消耗。另外,OLED可被制造在柔性基板上的事实产生了更多的应用。典型的OLED显示器,例如可包括位于两个电极之间的多个有机材料层,这些有机材料层全部沉积在基板上,以形成具有个别的可激励像素(energizablepixel)的矩阵显示面板。OLED一般设置于两个玻璃面板之间,且玻璃面板的边缘经密封以将OLED封装于其中。
制造此种显示器件面临许多挑战。OLED显示器或OLED发光应用包括由多个有机材料形成的堆叠,这些有机材料例如在真空中被蒸发。有机材料通过荫罩(shadow mask)以接续的方式沉积。为了以高效率制造OLED堆叠,导致混合/掺杂层的两种或两种以上的材料(例如主体(host)和掺杂剂(dopant))的共沉积(co-deposition)或共蒸发(co-evaporation)是有需要的。另外,用于蒸发非常灵敏的有机材料的多个处理条件是必须要考虑的。
为了在基板上沉积材料,材料被加热直到材料蒸发。此外,引导材料至基板的管可被加热,例如为了将蒸发的材料保持在受控的温度或避免蒸发的材料在管中凝结。用于管的加热元件可围绕管而被提供,且在一些系统中,蒸发器的已加热的器件进一步提供有隔热罩(heat shield)以减少热损。然而,由于此种管具有复杂的几何形状,加热元件和隔热罩无法确保分布管的均匀温度。
综上所述,本文所述的实施方式的目的在于提供一种材料沉积配置、一种具有材料沉积配置的沉积设备、一种线性分布管、和一种用于为材料沉积配置提供分布管的方法,以克服此领域中的至少一些问题。
发明内容
鉴于上述,根据独立权利要求提供了材料沉积配置、沉积设备、用于分布管的喷嘴、和用于为材料沉积配置提供分布管的方法。本发明进一步的构思、优点、和特征从从属权利要求、说明、和所附附图中将显而易见。
根据一个实施方式,提供一种用于在真空腔室中将蒸发的材料沉积在基板上的线性分布管。线性分布管包括沿着第一方向延伸的分布管壳体,其中第一方向提供线性分布管的线性延伸。分布管壳体包括第一壳体材料。线性分布管进一步包括位于分布管壳体中的沿着线性分布管的线性延伸分布的多个开孔。另外,线性分布管包括用于线性分布管的经构造以引导真空腔室中的蒸发的材料的多个喷嘴。这些喷嘴包括第一喷嘴材料,第一喷嘴材料具有大于第一壳体材料和/或大于21W/mk的热传导率。
根据另一实施方式,提供一种用于在真空腔室中将材料沉积在基板上的材料沉积配置。材料沉积配置包括蒸发源;分布管,流体流通于蒸发源。材料沉积配置进一步包括喷嘴,用于在真空腔室中引导蒸发的材料。喷嘴包括第一喷嘴材料,第一喷嘴材料具有大于21W/mK的热传导率。
根据其他实施方式,提供一种真空沉积设备。真空沉积设备包括真空腔室;以及根据本文所述实施方式的材料沉积配置。
根据其他实施方式,提供一种用于为真空沉积设备提供材料沉积配置的方法。该方法包括提供蒸发源用于蒸发待沉积在基板上的材料;以及将分布管和喷嘴流体地连接至蒸发源,以在蒸发源与分布管和喷嘴之间提供流体连通。喷嘴包括第一喷嘴材料,第一喷嘴材料具有大于21W/mK的热传导数值。
实施方式也针对用于执行所公开方法的设备,并且该设备包括用于执行每个所述方法的设备部件。这些方法可提供硬件组件、由适合的软件编程的电脑、上述两者的任何结合或任何其他方式而执行。另外,根据本发明的实施方式也针对用于操作所述设备的方法。
附图说明
因此,可详细了解本发明上述特征的方式,可以通过参照实施方式对已简要概述于上的本发明的内容进行更具体的描述。所附附图有关于多个实施方式且说明于下:
图1a至图1c绘示根据本文所述实施方式的材料沉积配置的示意图;
图2a至图2d绘示根据本文所述实施方式的用于分布管的喷嘴的示意图;
图3a和图3b绘示根据本文所述实施方式的用于材料沉积配置的分布管的示意剖面图;
图4绘示根据本文所述实施方式的具有材料沉积配置的沉积设备的示意图;以及
图5绘示根据本文所述实施方式的用于为材料沉积配置提供分布管的方法的流程图。
具体实施方式
现在将详细参照各种实施方式,实施方式的一个或多个例子绘示在附图中。在下方附图的说明中,相同的附图编号表示相同的元件。一般来说,仅描述关于个别实施方式的不同之处。每个例子都是以说明的方式提供且不意味限制。另外,作为实施方式的一部分而说明或描述的特征可用于其他实施方式或与其他实施方式结合,以获得进一步其他的实施方式。此举意欲使本描述包括此种修饰和变化。
如本文所使用,用词“流体连通(fluid communication)”可理解为流体连通的两个元件可经由连接件交换流体,以允许流体在这两个元件之间流动。在一个例子中,流体连通的这些元件可包括中空结构,流体可流动通过该中空结构。根据一些实施方式,流体连通的这些元件中的至少一个可为类似管状(pipe-like)的元件。
另外,在以下说明中,材料源可理解为提供要沉积在基板上的材料的源。特别是,材料源可经构造以用于在真空腔室中提供要沉积在基板上的材料,真空腔室例如是真空沉积腔室或设备。根据一些实施方式,材料源可经构造以蒸发待沉积的材料,并以这种方式来提供要沉积在基板上的材料。举例来说,材料源可包括蒸发源(例如蒸发器或坩锅),蒸发源蒸发要沉积在基板上的材料,且特别是在一个方向中释放蒸发的材料,该方向是朝向基板的方向或是进入材料源的分布管的方向。在一些实施方式中,蒸发器可流体连通于分布管,例如用于分布蒸发的材料。
根据本文所述的一些实施方式,分布管可理解为用于引导并分布蒸发的材料的管。特别是,分布管可从蒸发器引导蒸发的材料至分布管中的出口或开孔。线性分布管可理解为在第一,特别是在纵向方向上延伸的管。在一些实施方式中,线性分布管包括具有圆柱形状的管,其中该圆柱形状可具有圆形底部形状或任何其他适合的底部形状。
本文所指的喷嘴可理解为用于引导流体的器件,特别是用于控制流体的方向或特性(例如从喷嘴涌出(emerge)的流体的流率、速度、形状、和/或压力)。根据本文所述的一些实施方式,喷嘴可为用于引导或指引蒸汽的器件,该蒸汽例如是要沉积在基板上的蒸发的材料的蒸汽。喷嘴可具有用于接收流体的入口、用于引导流体通过喷嘴的开孔(例如凿空(bore)或通道)、和用于释放流体的出口。一般来说,喷嘴的开孔或通道可包括定义的几何形状,以让流动通过喷嘴的流体实现定义的方向或特性。根据一些实施方式,喷嘴可为分布管的一部分或可连接于提供蒸发的材料的分布管并可从分布管接收蒸发的材料。
图1a至图1c绘示根据本文所述实施方式的材料沉积配置100的示意图。如图1a所示,材料源可包括分布管106和蒸发源或坩锅104来作为蒸发器。分布管106可流体连通于坩锅,用于分布由坩锅104提供的蒸发的材料。分布管可例如是具有加热单元715的细长的立方体。蒸发坩锅可为用于储存有机材料液体池(reservoir),所述有机材料将借助外部加热单元725而被蒸发。根据可与本文所述其他实施方式结合的典型实施方式,分布管106提供线源(line source)。分布管与坩锅的其他细节将在下文更详细地说明。根据本文所述一些实施方式,材料沉积配置100进一步包括多个喷嘴,用于朝向基板释放蒸发的材料,例如是着至少一条线排列的喷嘴。
根据本文所述实施方式,提供用于在真空腔室中将蒸发的材料沉积在基板上的线性分布管。线性分布管包括沿着第一方向延伸的分布管壳体,其中第一方向提供线性分布管的线性延伸。一般来说,分布管壳体包括第一壳体材料。线性分布管进一步包括多个开孔,这些开孔位于分布管壳体中,其中这些开孔沿着线性分布管的线性延伸而分布。根据本文所述实施方式,线性分布管进一步包括用于线性分布管的多个喷嘴。这些喷嘴经构造以用于引导在真空腔室中的蒸发的材料,并且这些喷嘴包括第一喷嘴材料,第一喷嘴材料具有大于第一壳体材料和/或大于21W/mK的热传导率。
在分布管的一个例子中,喷嘴包括下列材料中的至少一种:铜(Cu)、钽(Ta)、铌(Nb)、类金刚石镀膜(Diamond-like carbon,DLC)、和石墨。根据一些实施方式,喷嘴包括对蒸发的有机材料具有化学惰性的材料。在一些实施方式中,对蒸发的材料具有化学惰性的材料可表示为第二喷嘴材料。特别是,在蒸发工艺期间,与蒸发的有机材料接触的喷嘴的表面(例如喷嘴开孔或通道的内侧)可涂布有对蒸发的有机材料具有化学惰性的材料,该材料特别是具有高于21W/mK的热传导数值。在一个例子中,喷嘴包括铜且在喷嘴开孔或通道的内侧上提供材料涂层,材料涂层例如是钽(Ta)、铌(Nb)、钛(Ti)、类金刚石镀膜(DLC)、不锈钢、石英玻璃或石墨。
在已知系统中,分布管被加热,使得蒸发的材料保持在恒定的且预先定义的温度。然而,作为分布管壳体和沉积腔室之间界面的喷嘴面临温度差异,这特别是由喷嘴不可被加热或不可完全地被加热器覆盖而导致的。喷嘴可视为在蒸发的材料的流动路径中提供温度下降。由喷嘴提供的温度下降可能不利地影响蒸发的材料的均匀度和涂布的基板的品质。
根据本文所述的一些实施方式,包括具有高于分布管壳体的热传导率或高于21W/mK的热传导率的材料的喷嘴可至少在喷嘴没有被主动加热的区域中补偿热损。喷嘴的改善的热传导率有助于将喷嘴的温度调整至蒸发工艺中相应的温度状态。举例来说,根据本文所述实施方式的喷嘴的温度可能能够更快地对蒸发工艺的温度状态的变化作出反应。在一个例子中,喷嘴可通过对分布管进行主动加热来加热至有助于保持蒸发的材料的蒸发温度的温度,喷嘴连接于分布管或为分布管的一部分。由于热传导率的增加,分布管的温度系更容易且快速地引导并应用于喷嘴。在另一例子中,在需要避免蒸发的材料过热的情况下,如果从分布管至喷嘴的温度输入被终止,喷嘴的温度将更快速地减少。喷嘴可被冷却并确保蒸发的材料的合适温度。
图2a至图2d绘示根据本文所述实施方式的喷嘴的实施方式。根据本文所述实施方式,喷嘴可包括引导部分,引导部分引导蒸发的材料至待涂布的基板。例如,引导部分可经形成和经设计使得从喷嘴释放的蒸汽羽状物(plume)形成预先定义的形状与强度。图2a至图2d绘示根据本文所述实施方式的喷嘴200的示意图。喷嘴200包括引导部分201和连接部分202,连接部分202用于将喷嘴连接于分布管,例如参照图1a至图1c所描述的分布管。喷嘴200包括开孔203(或通道、或凿空),用于引导蒸发的材料通过喷嘴。根据一些实施方式,喷嘴的开孔(特别是通道的内侧)可表示为喷嘴的引导部分。
图2a绘示包括第一喷嘴材料206和第二喷嘴材料208的喷嘴的示意图。举例来说,第一喷嘴材料206可为具有大于21W/mK的热传导数值的材料,例如是铜。在一些实施方式中,第二喷嘴材料208可提供在开孔或通道的内侧并可对蒸发的有机材料具有化学惰性。举例来说,第二喷嘴材料可选自以下材料:钽(Ta)、铌(Nb)、钛(Ti)、类金刚石镀膜(DLC)、不锈钢、石英玻璃和石墨。从图2a中所示的实施方式中可看出,第二喷嘴材料208可被提供以作为位于通道的内侧的薄涂层。
图2b绘示具有第一喷嘴材料206和第二喷嘴材料208的喷嘴的实施方式的示意图。图2b所示的喷嘴的例子由第一部分和第二部分组成,第一部分由第一喷嘴材料206(例如具有大于21W/mK的热传导数值)制成,第二部分由第二喷嘴材料208制成,第二喷嘴材料208可对蒸发的有机材料具有惰性。在一个例子中,第一与第二喷嘴材料可如参照图2a所描述的那样而被选择。从图2b可看出,第二喷嘴材料208为喷嘴的一部分,且特别不仅仅是位于内部通道侧的涂层。
根据一些实施方式,第二喷嘴材料的厚度通常可在几纳米到多个微米的范围中。在一个例子中,在喷嘴开孔中的第二喷嘴材料的厚度通常可在约10nm至约50μm之间,更典型的在约100nm至约50μm之间,且甚至更典型的在约500nm至约50μm之间。在一个例子中,第二喷嘴材料的厚度可为约10μm。
图2c绘示喷嘴200的一个实施方式的示意图,其中喷嘴200以第一喷嘴材料制成,第一喷嘴材料具有大于可与喷嘴相连的分布管的热传导率的热传导率或高于21W/mK的热传导率。在一些实施方式中,第一喷嘴材料206对蒸发的有机材料具有惰性。在一个例子中,第一喷嘴材料可选自以下材料:钽(Ta)、铌(Nb)、钛(Ti)、类金刚石镀膜(DLC)或石墨。
图2d绘示根据本文所述实施方式的如图2a所示的喷嘴的示意图。在开孔203中可看见第二喷嘴材料208,同时喷嘴200的外侧显示第一喷嘴材料206。
根据本文所述的一些实施方式,喷嘴的开孔或通道通常可具有约1mm至约10mm的尺寸、更典型的为约1mm至约6mm的尺寸,且甚至更典型的为2mm至约5mm的尺寸,在蒸发工艺期间,蒸发的材料通过喷嘴的开孔或通道而到达待涂布的基板。根据一些实施方式,通道或开孔的尺寸可以是指剖面的最小尺寸,例如通道或开孔的直径。在一个实施方式中,开孔或通道的尺寸是在喷嘴的出口出进行量测的。根据本文所述一些实施方式,开孔或通道可在公差区域H7中制造,例如具有约10μm至18μm的公差。
根据本文所述一些实施方式,用于材料沉积配置的喷嘴可包括螺纹,用于重复地将喷嘴连接到分布管和从分布管分离,材料沉积配置用于在真空沉积腔室中将材料沉积在基板上。在一些实施方式中,具有用于与分布管连接的螺纹的喷嘴可具有内螺纹和/或外螺纹,用于能够反复的将喷嘴连接于分布管,特别是不需要损坏分布管或喷嘴。举例来说,具有预先定义的特性的第一喷嘴可连接于分布管以用于第一工艺。在第一工艺完成之后,第一喷嘴可被解除连接且第二喷嘴可连接于分布管以用于第二工艺。如果第一工艺被再度执行,第二喷嘴可从分布管解除连接且第一喷嘴可再度连接于分布管,用于执行第一工艺。根据一些实施方式,分布管也可包括用于喷嘴和分布管的可交换连接的螺纹,例如以装配(fitting)到喷嘴的螺纹上的方式。
根据可与本文所述其他实施方式结合的一些实施方式,本文所指的喷嘴可经设计以形成具有类似cosn形状轮廓的羽状物(plume),其中n特别大于4。在一个例子中,喷嘴经设计以形成具有类似cos6形状轮廓的羽状物。如果需要狭窄形状的羽状物,实现cos6形式羽状物的蒸发的材料的喷嘴可以是有用。举例来说,包括用于具有小开孔(例如具有约50μm或更少尺寸,例如约20μm的尺寸的开孔)基板的掩膜的沉积工艺可从狭窄的cos6形状羽状物中获益,且因为蒸发的材料的羽状物不会在掩膜上而是通过掩膜的开孔,从而可增加材料利用。根据一些实施方式,喷嘴可经设计,使得喷嘴的长度和喷嘴的通道的直径的关系为预先定义的关系,例如具有2:1或更大的比率。根据额外或替代的实施方式,喷嘴的通道可包括段差(steps)、斜面、准直仪(collimator)结构和/或压力级(pressure stages),用于实现需要的羽状物形状。
图3a和图3b绘示根据本文所述实施方式的用于材料沉积配置的分布管106的实施方式的剖面图。根据一些实施方式,分布管106包括分布管壳体116,分布管壳体116包括第一分布管壳体材料或由第一分布管壳体材料制成。从图3a和图3b所示的实施方式中可看出,分布管为沿着第一方向136延伸的线性分布管。
图3a绘示具有多个开孔107的分布管的示意图,这些开孔107沿着分布管壳体中的第一方向排列。在一些实施方式中,在分布管中的开孔的壁109可理解为根据本文所述实施方式的喷嘴。举例来说,这些开孔107的壁109可包括第一喷嘴材料(例如涂布有第一喷嘴材料),其中第一喷嘴材料的热传导数值大于第一分布管材料的热传导率或大于21W/mK。在一个例子中,这些开孔107的壁109可覆盖有铜。在一个实施方式中,壁可以覆盖铜和第二喷嘴材料,第二喷嘴材料例如是对蒸发的有机材料具有化学惰性的材料。
图3b绘示根据本文所述实施方式的分布管的一个实施方式的示意图。绘示于图3b中的分布管106包括开孔107,开孔107提供有延伸壁108。一般来说,开孔107的延伸壁108沿着实质上垂直于分布管壳体116的第一方向136的方向延伸。根据一些实施方式,开孔107的延伸壁108可从分布管以任何适合的角度延伸。在一些实施方式中,分布管壳体116的开孔107的延伸壁108可提供分布管106的喷嘴。举例来说,延伸壁108可包括第一喷嘴材料,或可以由第一喷嘴材料制成。根据一些实施方式,延伸壁108可在内侧涂布有第一和/或第二喷嘴材料,例如是对蒸发的有机材料具有化学惰性的材料。
在一些实施方式中,延伸壁108提供由用于安装喷嘴(例如为图2a至图2d中示例性绘示的喷嘴)至分布管壳体116的安装辅助。根据一些实施方式,延伸壁108可提供用于将喷嘴拧到分布管壳体116的螺纹。
回到图1a至图1c,图1a至图1c绘示材料沉积配置的示意图,根据本文所述实施方式的上述分布管与上述喷嘴可用于材料沉积配置。根据可与本文所述其他实施方式结合的一些实施方式,分布管的喷嘴可经调整以从不同于分布管的长度方向的方向释放蒸发的材料,例如实质上垂直于分布管的长度方向的方向。根据一些实施方式,这些喷嘴经排列以具有水平+-20°的主要蒸发方向。根据一些特定实施方式,蒸发方向可略微地向上取向,举例为从水平向上15°的范围中,例如是向上3°至7°。因此,基板可稍微倾斜以大致垂直于蒸发方向。可减少不需要的粒子的产生。然而,根据本文所述实施方式的喷嘴和材料沉积配置也可使用于沉积设备中,此沉积设备经构造以用于将材料沉积在水平取向的基板上。
在一个例子中,分布管106的长度至少对应于在沉积设备中的待沉积的基板的高度。在许多情况中,分布管106的长度将比待沉积的基板的高度至少长10%或甚至20%。可基板的上端和/或基板的下端可提供均匀的沉积。
根据可与本文所述其他实施方式结合的一些实施方式,分布管的长度可为1.3m或1.3m以上,例如2.5m或2.5m以上。根据一个配置,如图1a中所示,蒸发坩锅104被提供在分布管106的下端。有机材料在蒸发坩锅104中蒸发。有机材料的蒸汽在分布管的底部进入分布管106,并以基本横向(sideways)通过分布管中的多个喷嘴的方式而被导向,例如朝向大致垂直的基板。
图1b绘示材料源的一部分的放大图,其中分布管106连接于蒸发坩锅104。提供法兰(flange)单元703,法兰单元703经构造以提供蒸发坩锅104和分布管106之间的连接。举例来说,蒸发坩锅和分布管作为分离的单元而被提供,它们可在法兰单元相互分离和相互连接或组装,例如用于材料源的操作。
分布管106具有内部中空的空间710。加热单元715可提供以加热分布管。因此,分布管106可加热至一个温度,使得有机材料的蒸汽不会凝结在分布管106的壁的内部,有机材料的蒸汽由蒸发坩锅104提供。
举例来说,分布管可保持在一个温度,该温度通常为高于待沉积在基板上的材料的蒸发温度约1℃至约20℃的温度,更典型的为高于该蒸发温度约5℃至约20℃的温度,且甚至更典型的为高于该蒸发温度约10℃至约15℃的温度。两个或多个隔热罩717提供在分布管106的管周围。
根据一些实施方式,包括具有热传导率高于分布管壳体的热传导率或高于21W/mK的材料的喷嘴可引导加热的分布管壳体的温度至喷嘴。当使用根据本文所述实施方式的分布管时,可实现喷嘴温度和分布管壳体温度均匀性的增加。材料沉积配置中均匀性的增加可增加蒸发的材料的均匀性和沉积的材料、涂布的基板和产品的品质。
在操作期间,分布管106可在法兰单元703与蒸发坩锅104连接。蒸发坩锅104经构造以接收待蒸发的有机材料并蒸发这些有机材料。根据一些实施方式,待蒸发的材料可包括下列材料中的至少一种:氧化铟锡(ITO)、NPD、Alq3、喹吖啶酮(Quinacridone)、Mg/AG、星状(starburst)材料、和类似物。图1b绘示穿过蒸发坩锅104的壳体的剖面图。提供有再填充开孔,例如在蒸发坩锅的上部,可使用栓(plug)722、盖(lid)、覆盖件或类似物来关闭再填充开孔,以用于关闭蒸发坩锅104的外壳。
外部加热单元725提供在蒸发坩锅104的外壳中。外部加热单元可至少沿着蒸发坩锅104的壁的一部分延伸。根据可与本文所述其他实施方式结合的一些实施方式,一个或多个中央加热元件726可额外或替代地被提供。图1b绘示两个中央加热元件726。根据一些应用,蒸发坩锅104可进一步包括罩727。
根据一些实施方式,如参照图1a至图1b的示例性绘示,蒸发坩锅104被提供在分布管106的下侧。根据可与本文所述其他实施方式结合的进一步其他的实施方式,蒸汽导管732可在分布管的中央部分提供至分布管106,或可在分布管的下端和分布管的上端之间的另一位置提供至分布管106。图1c绘示具有分布管106和在分布管的中央部分提供的蒸汽导管732的材料源的一个例子的示意图。有机材料的蒸汽在蒸发坩锅104中产生并被引导通过蒸汽导管732至分布管106的中央部。蒸汽通过多个喷嘴712离开分布管106,这些喷嘴712可为参照图2a至图2d所描述的喷嘴。根据可与本文所述其他实施方式结合的进一步其他的实施方式,两个或两个以上的蒸汽导管732可沿着分布管106的长度在不同位置被提供。蒸汽导管732可连接至一个蒸发坩锅104或多个蒸发坩锅104。举例来说,每个蒸汽导管732可具有对应的蒸发坩锅104。或者,蒸发坩锅104可流体连通两个或两个以上的蒸汽导管732,这些蒸汽导管732连接于分布管106。
如本文所述,分布管可为中空圆柱。词语圆柱可理解为通常人们认为的具有圆形底部形状、圆形顶部形状以及连接顶部圆形和底部圆形的曲面区域或壳。根据可与本文所述其他实施方式结合的其他额外或替代的实施方式,词语圆柱可在数学意义(mathematical sense)中进一步被理解为具有任意底部形状、与底部形状一致的顶部形状,以及连接顶部形状和底部形状的曲面区域或壳。因此,圆柱不一定必须为圆形剖面。取而代之,底部表面和顶部表面可具有不同于圆形的形状。
图4绘示沉积设备300的示意图,在沉积设备300中可使用根据本文所述实施方式的材料沉积配置或喷嘴。沉积设备300包括材料源100,材料源100在真空腔室110中的某个位置。根据可与本文所述其他实施方式结合的一些实施方式,材料源经构造以用于平移运动或绕着轴旋转。材料源100具有一个或多个蒸发坩锅104和一个或多个分布管106。图4中绘示了两个蒸发坩锅和两个分布管。分布管106由支座102支撑。另外,根据一些实施方式,蒸发坩锅104也可由支座102支撑。两个基板121被提供在真空腔室110中。一般来说,用于掩蔽基板上的层沉积的掩膜132可提供在基板和材料源100之间。有机材料从分布管106蒸发。根据一些实施方式,材料沉积配置可为如图1a至图1c所示的材料沉积配置。
根据本文所述实施方式,基板在基本垂直的位置上被有机材料涂布。图4所示的视角系为包括材料源100的设备的上视图。一般来说,分布管为线性蒸汽分布喷头(showerhead)。在一些实施方式中,分布管提供基本垂直延伸的线源。根据可与本文所述其他实施方式结合的多个实施方式,当参照基板的取向时,基本垂直被特别理解为允许从垂直方向偏差20°或20°以下,例如为10°或10°以下。举例来说,该偏差能被提供是因为从垂直方向具有一些偏差的基板支座可产生更稳定的基板位置。然而,在沉积有机材料期间的基板方向被认定为基本垂直的,这不同于水平基板方向。基板的表面通过线源而被涂布,线源在对应于基板的一个维度和平移运动的方向中延伸,所述平移运动沿着对应于基板的其它维度的其他方向。根据其他实施方式,沉积设备可为用于将材料沉积在基本水平取向的基板上的沉积设备。举例来说,在沉积设备中基板的涂布可在上或下的方向上执行。
图4绘示用于在真空腔室110中沉积有机材料的沉积设备300的一个实施方式的示意图。材料源100被提供于真空腔室110中的轨道上,例如环状轨道或线性导轨320。轨道或线性导轨320经构造以用于材料源100的平移运动。根据可与本文所述其他实施方式结合的不同实施方式,用于平移运动的驱动器可提供在以下位置:材料源100中、轨道或线性导件320上、真空腔室110中或上述位置的组合。图4绘示了阀205(例如闸阀)。阀205允许对相邻的真空腔室(图4未示出)进行真空密封。阀可被开启以将基板121或掩膜132传送进入真空腔室110或传送离开真空腔室110。
根据可与本文所述其他实施方式结合的一些实施方式,其他真空腔室(例如维护真空腔室210)提供在真空腔室110附近。根据一些实施方式,真空腔室110和维护真空腔室210通过阀207连接。阀207经构造用于开启和关闭真空腔室110和维护真空腔室210之间的真空密封。当阀207为开启状态时,材料源100可被传送至维护真空腔室210。之后,阀可被关闭以在真空腔室110和维护真空腔室210之间提供真空密封。如果阀207被关闭时,维护真空腔室210可被排气和被开启,以用于维护材料源100而无需破坏真空腔室110中的真空。
在4图所示的实施方式中,两个基板121被支撑在真空腔室110中各自的传送轨道上。另外,两个轨道被提供,用于在这两个轨道上提供掩膜132。基板121的涂布可被各自的掩膜132所掩蔽。根据典型实施方式,这些掩膜132(即,与第一基板121对应的掩膜132和与第二基板121对应的第二掩膜132)被提供在掩膜框架131中,以在预定位置中支承掩膜132。
根据可与本文所述其他实施方式结合的一些实施方式,基板121可由基板支座126支撑,基板支座126连接于对准单元112。对准单元112可调整基板121相对于掩膜132的位置。图4绘示基板支座126连接于对准单元112的实施方式的示意图。因此,基板相对于掩膜132移动,以在有机材料沉积期间提供基板和掩膜之间的恰当的对准。根据可与本文所述其他实施方式结合的进一步的实施方式,额外的或可替换的,掩膜132和/或支承掩膜132的掩膜框架131可连接于对准单元112。在一些实施方式中,掩膜可相对于基板121定位,或者掩膜132和基板121两者可相对于彼此定位。经构造用于调整基板121和掩膜132之间相对于彼此的位置的对准单元112在沉积期间允许掩蔽的恰当对准,则有利于高品质、发光二极管(LED)显示器的制造、或OLED显示器的制造。
如图4中所示,线性导轨320提供材料源100的平移运动的方向。在材料源100的两侧上提供有掩膜132。掩膜132可基本平行于平移运动的方向而延伸。另外,在材料源100相对侧的基板121也可基本平行于平移运动的方向而延伸。根据典型实施方式,基板121可经由阀205移动至真空腔室110中并离开真空腔室110。沉积设备300可包括用于传送每个基板121的各自的传送轨道。举例来说,传送轨道可平行于如图4所示的基板位置而延伸并进入或离开真空腔室110。
一般来说,另外的轨道被提供以用于支撑掩膜框架131和掩膜132。因此,可与本文所述其他实施方式结合的一些实施方式可包括真空腔室110中的四个轨道。为了将这些掩膜132中的一个移动离开腔室,例如用于清洗掩膜,掩膜框架131和掩膜可移动至基板121的传送轨道上。接着,各自的掩膜框架可在用于基板的传送轨道上离开或进入真空腔室110。虽然可为掩膜框架131提供进出真空腔室110的单独的传送轨道,但如果只有两个轨道(即基板的传送轨道)延伸进出真空腔室110,并且此外,掩膜框架131可被适合的致动器或机器人移动到用于基板的传送轨道中的相应的一个传送轨道上,可减少沉积设备的拥有成本。
图4绘示材料源100的示例性实施方式的示意图。材料源100包括支座102。支座102经构造以用于沿着线性导轨320的平移运动。支座102支撑两个蒸发坩锅104和两个分布管106,分布管106提供在蒸发坩锅104的上方。在蒸发坩锅中产生的蒸汽可向上地移动并离开分布管的一个或多个出口。
根据本文所述实施方式,材料源包括一个或多个蒸发坩锅和一个或多个分布管,其中一个或多个分布管中的相应一个可流体连通于一个或多个蒸发坩锅中的相应一个。用于OLED器件制造的多种应用包括若干处理步骤,其中两个或两个以上的有机材料同时被蒸发。因此,例如如图4中所示,两个分布管和对应的蒸发坩锅可彼此邻近而被提供。因此,材料源100也可被称为材料源阵列,举例来说,其中多于一种的有机材料同时被蒸发。如本文所述,材料源阵列本身可指示为用于两个或两个以上的有机材料的材料源,例如,材料源阵列可被提供以用于蒸发并沉积三个材料到基板上。
分布管的一个或多个开孔可包括一个或多个喷嘴,例如,这些喷嘴可提供在喷头或另一蒸汽分布系统中。为本文所述的分布管提供的喷嘴可为本文所述实施方式中描述的喷嘴,例如参照图2a至图2d描述的喷嘴。分布管在本文可被理解为包括具有多个开孔的外壳,使得分布管中的压力高于分布管外侧(例如在真空腔室中,其中设置有分布管)的压力,例如分布管中的压力高于分布管外侧的压力至少一个数量级。在一个例子中,分布管中的压力可在约10-2至10-1mbar之间,或在约10-2至约10-3mbar之间。根据一些实施方式,真空腔室中的压力可在约10-5至约10-7mbar之间。
根据可与本文所述其他实施方式结合的多个实施方式,分布管的旋转可由蒸发器控制壳体的旋转提供,在蒸发器控制壳体上至少安装有分布管。额外或替代地,分布管的旋转可通过沿着环状轨道的弯曲部分移动材料源来提供。一般来说,蒸发坩锅也安装在蒸发器控制壳体上。因此,材料源包括分布管和蒸发坩锅,分布管和蒸发坩锅可被可旋转地安装,例如安装在一起。
根据可与本文所述其他实施方式结合的一些实施方式,分布管或蒸发管可设计成三角形的形状,使得分布管的开孔或喷嘴可尽可能的彼此靠近。让分布管的开孔或喷嘴尽可能的彼此靠近允许例如实现不同有机材料改善的混合,例如用于两个、三个或甚至更多个不同的有机材料的共蒸发的情况。
根据本文所述多个实施方式,分布管的出口侧的宽度(包括开孔的分布管的一侧)为剖面最大维度的30%或少于剖面最大维度的30%。有鉴于此,分布管的开孔或相邻分布管的喷嘴可被提供在较小距离处。较小的距离改善了有机材料的混合,这些有机材料彼此相邻而进行蒸发。另外,额外的或替代的,且独立于改善的有机材料混合,可减小以基本平行的方式面对基板的壁的宽度。因此,可减少以基本平行的方式面对基板的壁的表面区域。此配置减少提供至掩膜或基板的热负荷(heat load),所述掩膜或基板被支撑在沉积区域中,或被支撑在沉积区域稍微靠前的地方。
有鉴于材料源的三角形的形状,额外的或替代的,朝向掩膜辐射的面积被减少。此外,可提供金属板的堆叠(例如多达10个金属板),以减少从材料源至掩膜的热传递。根据可与本文所述其他实施方式结合的一些实施方式,具有用于喷嘴的孔口(orifices)的隔热罩或金属板可被提供,并可至少贴附于源的前侧,即面对基板的一侧。
虽然如图4所示的实施方式提供了具有能够移动的源的沉积设备,熟悉本领域的普通技术人员可理解上述实施方式也可提供在其它沉积设备中,在这些其它沉积设备中,基板在处理期间移动。举例来说,待涂布的基板可沿着固定的材料源而被引导和驱动。
根据可与本文所述其他实施方式结合的一些实施方式,提供用于在真空腔室中将一个、两个或更多个蒸发的材料沉积在基板上的材料沉积配置。材料沉积配置包括第一材料源,第一材料源包括第一材料蒸发源或第一材料蒸发器,第一材料蒸发源或第一材料蒸发器经构造以用于蒸发待沉积到基板上的第一材料。第一材料源进一步包括第一分布管,第一分布管包括第一分布管壳体,其中第一分布管流体连通于第一材料蒸发源,其中材料源进一步包括多个第一喷嘴,这些第一喷嘴位于第一分布管壳体中。一般来说,这些第一喷嘴中的一个或多个喷嘴包括开孔长度和开孔尺寸,其中这些第一喷嘴的所述一个或多个喷嘴的长度对尺寸的比值等于或大于2:1。材料沉积配置包括第二材料源,第二材料源包括第二材料蒸发器,第二材料蒸发器经构造以用于蒸发待沉积在基板上的第二材料。第二材料源进一步包括第二分布管,第二分布管包括第二分布管壳体,其中第二分布管流体连通于第二材料蒸发器。第二材料源进一步包括多个第二喷嘴,这些第二喷嘴位于第二分布管壳体中。根据本文所述实施方式,这些第一喷嘴中的一个第一喷嘴与这些第二喷嘴的一个第二喷嘴之间的距离等于或少于30mm。根据一些实施方式,第一材料和第二材料可为相同的材料。
根据可与本文所述其他实施方式结合的进一步实施方式,提供用于在真空腔室中将一个、两个或更多个蒸发的材料沉积在基板上的材料沉积配置。材料沉积配置包括第一材料源,第一材料源包括第一材料蒸发器,第一材料蒸发器经构造以用于蒸发待沉积在基板上的第一材料。第一材料源进一步包括第一分布管,第一分布管包括第一分布管壳体,其中第一分布管流体流通于第一材料蒸发器;另外,第一材料源包括多个第一喷嘴,这些第一喷嘴位于第一分布管壳体中,其中这些第一喷嘴中的一个或多个喷嘴包括开孔长度和开孔尺寸且经构造以提供第一分布方向。这些第一喷嘴的所述一个或多个喷嘴的长度对尺寸的比值等于或大于2:1。材料沉积配置进一步包括第二材料源,第二材料源包括第二材料蒸发器,第二材料蒸发器经构造以用于蒸发待沉积在基板上的第二材料;和第二分布管:第二分布管包括第二分布管壳体,其中第二分布管流体连通于第二材料蒸发器。第二材料源进一步包括多个第二喷嘴,这些第二喷嘴位于第二分布管壳体中,其中第二喷嘴中的一个或多个喷嘴经构造以提供第二分布方向。根据本文所述实施方式,这些第一喷嘴的所述一个或多个喷嘴的第一分布方向和这些第二喷嘴的所述一个或多个喷嘴的第二分布方向彼此平行排列,或以从平行布置偏差高达5°的方式而排列。根据一些实施方式,第一材料和第二材料可为相同的材料。
根据可与本文所述其他实施方式结合的一些实施方式,提供用于在真空腔室中经蒸发的材料沉积在基板上的分布管。分布管包括分布管壳体和位于分布管壳体中的喷嘴。喷嘴包括开孔长度和开孔尺寸,其中喷嘴的长度对尺寸的比值等于或大于2:1。另外,喷嘴包括对蒸发的有机材料具有化学惰性的材料。在一个例子中,蒸发的有机材料可具有约150℃和约650℃的温度。
本文所述的实施方式特别涉及有机材料的沉积,例如为在大面积基板上制造OLED显示器。根据一些实施方式,大面积基板或支撑一个或多个基板的载体(即大面积载体)可具有至少0.174m2的尺寸。举例来说,沉积设备可适于处理大面积基板,例如第5代、第7.5代、第8.5代、或甚至第10代,第5代对应于约1.4m2的基板(1.1m x 1.3m),第7.5代对应于约4.29m2的基板(1.95m x 2.2m),第8.5代对应于约5.7m2的基板(2.2m x 2.5m),第10代对应于约8.7m2的基板(2.85m×3.05m)。甚至例如第11代和第12代的更高世代且可类似地应用对应的基板面积。根据可与本文所述其他实施方式结合的典型实施方式,基板厚度可为0.1至1.8mm并且用于基板的保持配置可适于此种基板厚度。然而,特别是,基板厚度可为约0.9mm或0.9mm以下,例如0.5mm或0.3mm,且保持配置适于此种基板厚度。一般来说,基板可由任何适合材料沉积的材料制成。举例来说,基板可以从由以下材料组成的群组中选择:玻璃(例如钠钙玻璃、硼硅玻璃等)、金属、聚合物、陶瓷、复合材料、碳纤维材料,或任何其他可以通过沉积工艺涂布的材料或这些材料的组合。
根据本文所述实施方式,提供用于提供材料沉积配置的方法。所述材料沉积配置可为参照上述实施方式描述的材料沉积配置和/或可以是可用于根据本文实施方式所述的沉积设备中的材料沉积配置。根据本文所述实施方式的方法400的流程图可从图5看出。此方法包括方块410中的提供材料源,用于蒸发待沉积在基板上的材料,特别是在真空沉积腔室中。
根据一些实施方式,提供的材料源可为例如参照图1至图3所描述的材料源。举例来说,材料源可用于蒸发有机材料。在一个例子中,材料源可适于蒸发具有约150℃至约500℃的蒸发温度的材料。在一些实施方式中,材料源可为坩锅。
在方块420中,方法400包括将分布管与喷嘴流体连通于材料源,以在材料源和分布管与喷嘴之间提供流体连通。根据本文所述一些实施方式,喷嘴包括第一喷嘴材料,第一喷嘴材料具有大于21W/mK的热传导数值。在一些实施方式中,喷嘴可由第一喷嘴材料制成。在一个例子中,喷嘴在其内侧涂布有第二喷嘴材料,例如通过在喷嘴开孔或喷嘴通道的内侧涂布第二喷嘴材料。根据一些实施方式,第二喷嘴材料是对蒸发的有机材料具有化学惰性的材料,该蒸发的有机材料可例如为具有通常为约100℃和约650℃之间的温度,更典型为约100℃和约500℃之间的温度的有机材料。
根据一些实施方式,分布管可为如上实施方式中所述的分布管,特别是参照图1至图3的实施方式中所描述的分布管。在一些实施方式中,分布管可例如为三角形剖面,用于能够以优化方式使用空间。在一些实施方式中,分布管的喷嘴可为参照图2a至图2d所描述的喷嘴。
在一些实施方式中,此方法包括将分布管加热至待沉积在基板上的材料的蒸发温度或所述蒸发温度以上的温度。分布管的加热可由加热器件执行。在一个例子中,加热器件的效能可由隔热罩支持,如例如参照图1a至图1c上述说明。
另外,描述了使用根据本文所述的线性分布管、材料沉积配置,和根据本文所述实施方式的具有材料沉积配置的沉积设备中的至少一个。
综上所述,虽然前述内容针对不同的实施方式,但在不脱离本发明的精神和范围下,当设计其它和进一步的实施方式,且本发明的保护范围由随后权利要求所界定。
Claims (16)
1.一种线性分布管(106),用于在真空腔室(110)中将蒸发的材料沉积在基板(121)上,所述线性分布管包括:
分布管壳体(116),沿着第一方向(136)延伸并包括第一壳体材料,其中所述第一方向提供所述线性分布管(106)的线性延伸;
多个开孔,位于所述分布管壳体(116)中并沿着所述线性分布管的线性延伸而分布;以及
多个喷嘴(712),经构造以引导所述真空腔室(110)中的所述蒸发的材料,这些喷嘴包括第一喷嘴材料,所述第一喷嘴材料具有大于所述第一壳体材料的热传导率,其中这些喷嘴(712)包括通道(203),用于引导所述蒸发的材料通过这些喷嘴,并且至少所述通道的表面涂布有钽(Ta)、铌(Nb)、钛(Ti)、类金刚石镀膜(DLC)、和石墨中的至少一者。
2.根据权利要求1所述的线性分布管,其中所述通道(203)的所述表面涂布有所述第一喷嘴材料或第二喷嘴材料(208),所述第二喷嘴材料对于蒸发的有机材料是化学惰性的。
3.根据权利要求1所述的线性分布管,其中这些喷嘴(712)包括铜。
4.根据权利要求1-3任一项所述的线性分布管,其中这些喷嘴(712)可拧紧至所述线性分布管(106)。
5.根据权利要求1-3任一项所述的线性分布管,其中所述通道的几何形状经设计以形成具有类似cosn轮廓的所述蒸发的材料的羽状物,其中n≥4。
6.一种材料沉积配置(100),用于在真空腔室(110)中将材料沉积在基板(121)上,所述材料沉积配置包括:
蒸发源(102);
分布管(106),所述分布管(106)包括第一壳体材料并与所述蒸发源(102)流体连通;以及
喷嘴(712),用于在所述真空腔室(110)中引导所述蒸发的材料,其中所述喷嘴(712)包括第一喷嘴材料,所述第一喷嘴材料具有大于所述第一壳体材料的热传导率,其中这些喷嘴(712)包括通道(203),用于引导所述蒸发的材料通过这些喷嘴,并且至少所述通道的表面涂布有钽(Ta)、铌(Nb)、钛(Ti)、类金刚石镀膜(DLC)、和石墨中的至少一者。
7.根据权利要求6所述的材料沉积配置,其中所述蒸发源(102)是用于提供有机材料的蒸发源。
8.根据权利要求6所述的材料沉积配置,进一步包括多个加热元件(726),用于加热所述分布管(106)至要沉积的所述材料的蒸发温度或超过所述蒸发温度的温度。
9.根据权利要求6所述的材料沉积配置,其中所述第一喷嘴材料具有大于21W/mK的热传导率。
10.根据权利要求6至9任一项所述的材料沉积配置,其中所述分布管(106)为根据权利要求1至4的任一项所述的线性分布管。
11.一种真空沉积设备,包括:
真空腔室(110);以及
根据权利要求6至9任一项所述的材料沉积配置(100)。
12.根据权利要求11所述的设备,其中所述蒸发源(102)为用于有机材料的蒸发坩埚 ,所述材料沉积配置(100)的所述分布管(106)连接于所述蒸发坩埚 ,用于从所述蒸发坩埚引导蒸发的材料至所述真空腔室(110)。
13.根据权利要求12所述的设备,其中所述喷嘴(712)包括第二喷嘴材料(208),所述第二喷嘴材料(208)对于蒸发的有机材料是化学惰性的;并且其中所述材料沉积配置(100)的所述喷嘴(712)经排列以用于引导所述蒸发的材料朝向所述真空腔室(110)中的基板(121)。
14.一种用于为真空沉积设备提供材料沉积配置(100)的方法,所述方法包括:
提供蒸发源(102)以用于蒸发待沉积在基板(121)上的材料;以及
流体地连接分布管(106)和喷嘴(712)至所述蒸发源(102),以提供所述蒸发源(102)与所述分布管(106)和所述喷嘴(712)之间的流体连通,其中所述分布管(106)包括第一壳体材料,所述喷嘴(712)包括第一喷嘴材料,所述第一喷嘴材料具有大于所述第一壳体材料的热传导数值,其中所述喷嘴(712)包括通道(203),用于引导所述蒸发的材料通过所述喷嘴,并且至少所述通道的表面涂布有钽(Ta)、钛(Ti)、铌(Nb)、类金刚石镀膜(DLC)、和石墨中的至少一者。
15.根据权利要求14所述的方法,进一步包括加热所述分布管(106)至待沉积在所述基板(121)上的所述材料的蒸发温度或超过所述蒸发温度的温度。
16.根据权利要求14所述的方法,其中所述第一喷嘴材料具有大于21W/mK的热传导率。
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