CN109722634A - 蒸镀装置及其校正方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种蒸镀装置，包括材料源、腔室、流道以及加热构件。材料源用以提供沉积材料。腔室包括歧管。流道用以连接材料源与腔室。加热构件配置于流道的至少一部分内，用以加热沉积材料。还提供一种蒸镀装置的校正方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种蒸镀装置及其校正方法。
背景技术
蒸镀工艺是一种广泛应用的薄膜沉积技术。现有的蒸镀设备包括蒸镀腔室、设置于蒸镀腔室内的承载装置以及与承载装置相对的蒸镀源。蒸镀源可承载蒸镀材料。进行蒸镀工艺时，会以加热的方式让蒸镀材料挥发或是升华并以蒸镀粒子的形式填充在蒸镀腔室中。同时，承载装置上装设有待蒸镀的待镀物时，填充于蒸镀腔室中的蒸镀粒子即可在待镀物表面累积而后形成蒸镀镀膜。
发明内容
本发明实施例的蒸镀装置可达到卷对卷高镀率连续蒸镀工艺中所要求的镀率的高准确度与高稳定度的需求。
本发明实施例的蒸镀装置包括材料源、腔室、流道以及加热构件。材料源用以提供沉积材料。腔室包括歧管。流道用以连接材料源与歧管。加热构件配置于流道的至少一部分内，用以加热沉积材料。
本发明实施例的蒸镀装置的校正方法包括以下步骤。提供前述的蒸镀装置，其中蒸镀装置还包括石英晶体微量天平、阀门以及压力传感器。令石英晶体微量天平所侦测到的沉积材料的沉积速率的变化率与阀门的开关速率的变化率分别介于一选定范围内。以加热装置对流道进行加热，使压力传感器所侦测到的沉积材料的沉积速率的变化率在一预期范围内。
为让本发明能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图作详细说明如下。
附图说明
图1是依照本发明的实施例的一种蒸镀装置的示意图；
图2是说明图1的蒸镀装置进行蒸镀工艺的示意图；
图3A与图3B是依照本发明的实施例的一种蒸镀装置中的加热构件的立体示意图与俯视示意图；
图4A至图4C分别是依照本发明的实施例的一种蒸镀装置中的加热构件的俯视示意图；
图4D与图4E分别是依照本发明的实施例的一种蒸镀装置中的加热构件的剖面示意图；
图5是依照本发明的实施例的一种蒸镀装置中的压力传感器的示意图；
图6是依照本发明的实施例的一种蒸镀装置中的阀门的横截面的立体示意图；以及
图7是依照本发明的实施例的一种蒸镀装置的校正方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
图1是依照本发明的实施例的一种蒸镀装置的示意图。图2是说明图1的蒸镀装置进行蒸镀工艺的示意图。图3A与图3B是依照本发明的实施例的一种蒸镀装置中的加热构件的立体示意图与俯视示意图。请同时参照图1、图2、图3A及图3B，蒸镀装置100包括材料源110、腔室130、流道160以及加热构件170。材料源110用以提供沉积材料110a(在图2中示出)。具体而言，沉积材料110a适于位在材料源110中。在本实施例中，沉积材料110a是使用者需要沉积的任何材料。也就是说，沉积材料110a可以是有机材料或无机材料。在本实施例中，材料源110例如是适于被加热以将沉积材料110a气化的坩埚。在本实施例中，蒸镀装置100例如是还包括加热器114，邻近材料源110配置，用以加热材料源110。在图1中，是以加热器114环绕材料源110设置为例，但本发明不以此为限。
流道160用以连接材料源110与腔室130中的歧管132，气化的沉积材料110a例如是适于通过流道160而由材料源110进入歧管132。在本实施例中，蒸镀装置100例如是还包括阀门120。阀门120配置于材料源110与腔室130之间，并连接至材料源110。具体而言，流道160例如是包括L形管112与转接管(transfer tubes)122，其中L形管112连接材料源110与阀门120，以及转接管122连接阀门120与腔室130的歧管132。如此一来，通过开启或关闭阀门120来控制气化的沉积材料110a进入腔室130。
在本实施例中，加热构件170配置于流道160的至少一部分内，用以加热沉积材料110a。也就是说，加热构件170例如是配置于L形管112和/或转接管122中。具体而言，加热构件170适于增加L形管112和/或转接管122的表面接触面积，使得L形管112和/或转接管122整体具有均匀的温度，以提供高导热路径或增加沉积材料与加热构件170碰撞的机率。如此一来，流经L形管112和/或转接管122的气化的沉积材料110a能被均匀加热。在本实施例中，加热构件170例如为网状结构，其材料可以是导体材料。具体而言，如图3A与图3B所示，加热构件170例如是包括主体172以及配置于主体172中的多个开口174。其中，主体172例如是包括交叉配置的多个鳍片，而开口174为相邻鳍片所围绕出的空间。在本实施例中，是以开口174的形状为正方形为例，但本发明不以此为限。在其他实施例中，开口174也可以为圆形、方形以外的正多边形(诸如正六边形)、不规则形或上述的组合。此外，在一实施例中，如图4A所示，在加热构件170中，主体172例如是填充于流道160内，且于主体172中形成多个贯穿主体172的开口174。再者，在另一实施例中，如图4B所示，主体172实质上包括多个同心圆柱管，而开口174形成于同心圆柱管之间。在又一实施例中，如图4C所示，主体172实质上包括螺旋柱管，而开口174形成于螺旋柱管之间。当然，本发明并不局限于此，在其他实施例中，加热构件170也可以具有其他构形，诸如导热板等。再者，以图4A的开口174为例，开口174可以是直管(如图4D所示)、弯曲管(如图4E所示)或上述的组合，其中弯曲管可更进一步增加沉积材料与加热构件170碰撞的机率。相似地，如图4B与图4C或其他实施例中主体172的开口174也可以是上述的直管、弯曲管或上述的组合。
在本实施例中，腔室130包括歧管132、石英晶体微量天平(quartz crystalmicrobalance，QCM)134以及压力传感器136。歧管132连接至阀门120并具有至少一个第一喷嘴132a与至少一个第二喷嘴132b。具体而言，阀门120经由转接管122连接至歧管132。在本实施例中，存在多个第一喷嘴132a及一个第二喷嘴132b。然而，本发明并不局限于此，且第一喷嘴132a的数目及第二喷嘴132b的数目可根据使用者要求加以调整。在本实施例中，第一喷嘴132a及第二喷嘴132b配置于歧管132的不同侧。石英晶体微量天平134与第二喷嘴132b相对地配置。沉积材料110a适于经由第二喷嘴132b而沉积于石英晶体微量天平134上，且石英晶体微量天平134包括面对第二喷嘴132b的活动遮板134a。然而，本发明并不局限于此。在其它实施例中，若使用者需要，则第一喷嘴132a及第二喷嘴132b也可位于歧管132的同一侧上。此外，在其它实施例中，可以省略石英晶体微量天平134以及压力传感器136的配置。
在本实施例中，蒸镀装置100包括活动遮板控制器140。活动遮板控制器140用以控制石英晶体微量天平134上的活动遮板134a开启或关闭。此外，蒸镀装置100包括支撑体150，以用于支撑石英晶体微量天平134。支撑体150用以调整石英晶体微量天平134相对于第二喷嘴132b的位置。在本实施例中，支撑体150调整石英晶体微量天平134在x方向上的位置。然而，本发明并不局限于此，且支撑体150也可根据使用者要求而调整石英晶体微量天平134在y方向上或z方向上的位置。
在本实施例中，参照图2，当蒸镀装置100进行蒸镀工艺时，腔室130还包括靶138。靶138与第一喷嘴132a相对地配置。如图2中所见，沉积材料110a在沉积工艺期间经由第一喷嘴132a而沉积于靶138上。也如图2中所见，在对沉积工艺进行监测期间，沉积材料110a沉积于石英晶体微量天平134上。靶138是例如用于在上面沉积沉积材料110a的衬底。在其它实施例中，当执行沉积工艺时，在腔室130中可不配置靶138。在本实施例中，于沉积工艺期间，将靶138配置在腔室130中以在靶138上进行沉积。然而，本发明并不局限于此。靶138可为适于容纳衬底以在其上进行沉积的结构，且甚至在不执行沉积工艺时靶138仍可位于腔室130中。或者，靶138被进行沉积且在不执行沉积工艺时，仍可处于腔室130中。靶138的结构与配置可根据用户要求而定。
在本实施例中，腔室130可为真空腔室。具体而言，在沉积工艺期间，在真空腔室130中执行沉积工艺。此外，歧管132中的压力实质上相同于真空腔室130中的靶138处的压力。如此一来，检测歧管132中的压力的压力传感器136实质上检测到靶138处的相同压力。因此，来自压力传感器136的结果可用于计算沉积材料110a的膜厚度及沉积速率。此外，阀门120及材料源110配置于腔室130之外。然而，在其它实施例中，阀门120及材料源110可被连接至腔室130，以使阀门120及材料源110的内部为部分真空。
图5是依照本发明的实施例的一种蒸镀装置中的压力传感器的示意图。在本实施例中，压力传感器136配置于歧管132中。压力传感器136包括灯丝136a。压力传感器136是例如派蓝尼真空计(Pirani gauge)。也就是说，压力传感器136包括灯丝136a以测量歧管132的压力。在本实施例中，灯丝136a是金属。具体而言，灯丝136a是铂。然而，灯丝136a的金属可为任何适当的金属。此外，本实施例示出两个灯丝136a，但视使用者的需要而定，灯丝的数量可为多个。
在本实施例中，为测量歧管132的压力，将压力传感器136加热的灯丝136a悬浮在所述歧管中。也就是说，灯丝136a被配置于歧管132中，以接触歧管132中的气化沉积材料110a。在本实施例中，压力传感器136的部分被配置于歧管132之外。在其它实施例中，整个压力传感器136配置于歧管132内。当气化沉积材料110a的气体分子与灯丝136a发生碰撞时，灯丝136a向气体散失热量。若气压降低，表示存在的分子的数目将成比例地降低，且灯丝136a将更缓慢地散失热量；反之亦然。测量热量散失是压力的间接指标。此外，由于歧管132处于真空腔室130中，因此含有气化沉积材料110a的歧管132中的压力实质上相同于靶138处的气化沉积材料110a的压力。因此，通过测量歧管132的压力，可确定靶138上的沉积材料110a的沉积速率。
在本实施例中，蒸镀装置100包括石英晶体微量天平134，所述石英晶体微量天平134也能测量靶138上的沉积材料110a的沉积速率。石英晶体微量天平134通过测量石英晶体共振器的频率变化来测量每单位面积的质量变化。由于在声波共振器(acousticresonator)的表面处发生的氧化物成长/衰减或膜沉积而引起的小的质量的增加或移除会干扰共振。因此，石英晶体微量天平134可监测靶138上的沉积材料110a的沉积速率。频率测量亦很容易以高精确度进行。然而，石英晶体微量天平134具有相对短的传感器寿命，且因此蒸镀装置100并非完全依赖于石英晶体微量天平134来测量沉积材料110a的沉积速率。
在本实施例中，压力传感器136及石英晶体微量天平134二者均能测量沉积材料110a的沉积速率，且压力传感器136被校准，以测量与由石英晶体微量天平134测量的沉积速率相同的沉积速率。一旦压力传感器136被校准，石英晶体微量天平134上的活动遮板134a便关闭，使得沉积材料110a不再沉积于石英晶体微量天平134上。然后，蒸镀装置100根据压力传感器136而继续测量沉积速率。如此一来，由于沉积材料110a并非连续地在石英晶体微量天平134上沉积，因此石英晶体微量天平134可具有较长的寿命。由于一旦石英晶体微量天平134校准压力传感器136，石英晶体微量天平134上的活动遮板便关闭，因此即使在具有高沉积速率的沉积工艺中，石英晶体微量天平134仍可使用较长时期。
本实施例中，由于因灯丝被加热且具有较气化沉积材料110a的温度高的温度，而使得沉积材料110a不沉积于灯丝136a上，因此压力传感器136具有较长的寿命。然而，若参数改变(即，温度等)，则由传感器136测量的沉积速率可能变得不准确，且压力传感器136须由石英晶体微量天平134重新校准。通过具有压力传感器136及石英晶体微量天平134，蒸镀装置100可准确地测量沉积速率且具有较长的寿命。石英晶体微量天平134具有较长的寿命且将无需频繁地更换，从而降低了成本。此外，通过使用石英晶体微量天平134及压力传感器136二者，蒸镀装置100能够连续地监测靶138上的沉积材料110a的膜厚度及沉积速率。由于压力传感器136被用作主传感器来监测靶138上的沉积材料110a的膜厚度及沉积速率，因此蒸镀装置100适用于具有高沉积速率的沉积工艺。石英晶体微量天平134用于校准压力传感器136，且因此即使在具有高沉积速率的沉积工艺中，石英晶体微量天平134仍可具有较长的寿命。举例而言，蒸镀装置100适合应用于需要高沉积速率的有机发光二极管的沉积工艺中。当然，蒸镀装置100也可应用于其它低沉积速率的沉积工艺中。
图6是依照本发明的实施例的一种蒸镀装置中的阀门的横截面的立体示意图。参照图6，阀门120包括第一开口120a与第二开口120b。第一开口120a经由L形管112而与材料源110连通。第二开口120b经由转接管122而与歧管132连通。在本实施例中，阀门120是针阀。具体而言，阀门120更包括针128与第三开口128a。针128用以通过阀门控制器124而相对于第三开口128a来回移动。在本实施例中，如图6中所见，针128用以在z方向上来回移动。针128朝第三开口128a具有斜面，因此当针128相对于第三开口128a改变位置时，第三开口128a的大小改变。如此一来，阀门控制器124控制针128的位置来调整第三开口128a的大小。当针128被尽可能远地推进至第三开口128a中时，针128会阻挡第三开口128a以避免使任何流体通过，从而关闭第三开口128a。当针128自第三开口128a移开而使得在针128与壁之间存在空间、从而形成第三开口128a时，流体可通过第三开口128a。由于针128具有斜面，因而在z方向上相对于第三开口128a来回移动针128会调整第三开口128a的大小。若针128被尽可能远地移回而使得第三开口128a尽可能小地被针128阻碍，则第三开口128a被视为完全开启。通过经由针128调整第三开口128a的大小，可控制穿过阀门120的沉积材料110a的流量。在其它实施例中，阀门120并非针阀，而是其它任何适当的阀门。也就是说，在其它实施例中，也可使用其它能够对流经的沉积材料110a的流量进行控制及调整的阀门。此外，在其它实施例中，可使用不对沉积材料110a的流量进行控制及调整的阀门。
在一实施例中(未绘示)，为了使得气化的沉积材料110a能被均匀加热且维持所需温度，还可以进一步将加热装置设置于阀门120外的壳体126、阀门120的针128、阀门120的盖体129、歧管132等处或将该些部件维持在所需温度下。
在本实施例中，蒸镀装置100是制造执行系统(manufacturing executingsystem，MES)。具体而言，所述制造执行系统被计算机化，以对所述工艺进行追踪并使蒸镀装置100中的组件自动地控制整个工艺。所述制造执行系统控制活动遮板控制器140及阀门控制器124，以实现准确的监测结果及所需的沉积速率。再者，所述制造执行系统根据用户需要通过加热器114控制材料源110的气化温度，以及通过加热构件170使得气化的沉积材料110a具有所需的均匀温度。通过调整材料源110的气化温度与稳定气化的沉积材料110a的温度，改变气化沉积材料110a流动至并穿过阀门120的速率，进而改变沉积材料110a的沉积速率。此外，所述制造执行系统判断是自压力传感器136或是自石英晶体微量天平134读取结果，作为靶138上的沉积材料110a的厚度的参照。因此，由于整个工艺为自动化的，因而所述制造执行系统使蒸镀装置100能够准确地且持续地进行沉积工艺。
图7是依照本发明的实施例的一种蒸镀装置的校正方法的流程图。所述方法例如是适用于更换沉积材料的种类或变更沉积材料的沉积速率与膜厚度的首次校正，其包括以下步骤。经由歧管132的第一喷嘴132a而在靶138上沉积沉积材料110a，并经由歧管132的第二喷嘴132b而在石英晶体微量天平134上沉积沉积材料110a。在前述步骤之前，气化材料源110中的沉积材料110a。此外，开启连接至材料源110及歧管132的阀门120，以使气化沉积材料110a经由L形管112通过阀门120并进入歧管132。其中，阀门120的开关速率控制气化沉积材料110a进入歧管132的速率，进而影响沉积材料110a的沉积速率及膜厚度。此时，蒸镀装置100自阀门控制器124读取数据作为用于阀门120的开关速率测量的参照。
接着，通过石英晶体微量天平134测量靶138上的沉积材料110a的沉积速率及膜厚度。具体而言，开启活动遮板134a，且于石英晶体微量天平134上沉积沉积材料110a。通过将沉积材料110a沉积于石英晶体微量天平134上，石英晶体微量天平134能够测量靶138上的沉积材料110a的沉积速率及膜厚度。此时，蒸镀装置100自石英晶体微量天平134读取数据作为用于膜厚度及沉积速率测量的参照。
然后，令石英晶体微量天平134所侦测到的沉积材料110a的沉积速率的变化率与阀门120的开关速率的变化率分别介于一选定范围内(步骤S102)。在本实施例中，石英晶体微量天平134所侦测到的沉积材料的沉积速率的变化率例如是小于2％，阀门120的开关速率的变化率例如是介于30％～35％。
接着，以加热装置170对流道160进行加热，使压力传感器136所侦测到的沉积材料110a的沉积速率的变化率在一预期范围内(步骤S104)。具体而言，通过控制加热装置170的温度、加热速率等，使得气化的沉积材料110a具有均匀的温度，进而调整沉积材料110a的沉积速率，使得压力传感器136所侦测到的沉积材料110a的沉积速率的变化率在一预期范围内。其中，压力传感器136测量歧管132中的压力，所述压力实质上相同于靶138处的压力。来自压力传感器136的数据可确定靶138上的沉积材料110a的沉积速率及膜厚度。在本实施例中，沉积材料110a的沉积速率的变化率的预期范围小于2％。在进行前述的首次校正后，可通过具有高准确度且高稳定度的沉积速率来沉积沉积材料，其中膜厚度的不均匀度例如是小于3％。在本实施例中，加热构件170能使气化的沉积材料110a具有均一化的分子热能(internal energy)，如此可增加压力传感器136对各种沉积材料的适用性，以实现镀膜的高稳定性。
一旦压力传感器136被校准，石英晶体微量天平134上的活动遮板134a便关闭，使得沉积材料110a不再沉积于石英晶体微量天平134上。而后，若由传感器136测量的沉积速率变得不准确，则压力传感器136须由石英晶体微量天平134重新校准。
综上所述，本发明实施例的蒸镀装置包括设置于流道内的加热构件，因此蒸镀装置为热能均一化装置。故，在与压力传感器与阀门控制器搭配时，可达到卷对卷高镀率连续蒸镀工艺中所要求的镀率的高准确度与高稳定度的量产需求。
虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视前述的权利要求所界定者为准。
Claims (20)
1.一种蒸镀装置，其特征在于，包括：
材料源，用以提供沉积材料；
腔室，包括歧管；
流道，用以连接该材料源与该歧管；以及
加热构件，配置于该流道的至少一部分内，用以加热该沉积材料。
2.如权利要求1所述的蒸镀装置，其中该加热构件包括网状结构。
3.如权利要求2所述的蒸镀装置，其中该网状结构包括主体以及配置于该主体中的多个开口。
4.如权利要求3所述的蒸镀装置，其中该些开口的形状包括圆形、正多边形、不规则形或上述的组合。
5.如权利要求3所述的蒸镀装置，其中该主体包括交叉配置的多个鳍片。
6.如权利要求3所述的蒸镀装置，其中该主体包括多个同心圆柱管。
7.如权利要求3所述的蒸镀装置，其中该主体包括螺旋柱管。
8.如权利要求1所述的蒸镀装置，还包括阀门，配置于该材料源与该腔室之间。
9.如权利要求8所述的蒸镀装置，其中该流道包括L形管与转接管，该L形管连接该材料源与该阀门，以及该转接管连接该阀门与该歧管，该加热构件配置于该L形管与该转接管中至少一者中。
10.如权利要求1所述的蒸镀装置，还包括压力传感器，配置于该歧管中。
11.如权利要求1所述的蒸镀装置，还包括加热器，邻近该材料源配置，用以加热该材料源。
12.如权利要求1所述的蒸镀装置，其中该歧管具有至少一个第一喷嘴与至少一个第二喷嘴。
13.如权利要求12所述的蒸镀装置，其中该腔室还包括石英晶体微量天平，与该至少一个第二喷嘴相对地配置，其中该沉积材料用以经由该至少一个第二喷嘴而沉积于该石英晶体微量天平上，且该石英晶体微量天平包括面对该至少一个第二喷嘴的活动遮板。
14.如权利要求12所述的蒸镀装置，其中该腔室还包括与该至少一个第一喷嘴相对地配置的靶，其中该沉积材料用以经由该至少一个第一喷嘴而沉积于该靶上。
15.如权利要求12所述的蒸镀装置，其中该歧管中的压力实质上相同于该腔室中的该靶处的压力。
16.如权利要求12所述的蒸镀装置，还包括活动遮板控制器，用以控制该石英晶体微量天平上的该活动遮板开启或关闭。
17.一种蒸镀装置的校正方法，其特征在于，包括：
提供如权利要求1所述的蒸镀装置，其中该蒸镀装置还包括石英晶体微量天平、阀门以及压力传感器；
令该石英晶体微量天平所侦测到的该沉积材料的沉积速率的变化率与该阀门的开关速率的变化率分别介于选定范围内；以及
以该加热装置对该流道进行加热，使该压力传感器所侦测到的该沉积材料的沉积速率的变化率在预期范围内。
18.如权利要求17所述的校正方法，其中该石英晶体微量天平所侦测到的该沉积材料的沉积速率的变化率小于2％。
19.如权利要求17所述的校正方法，其中该阀门的开关速率的变化率介于30％～35％。
20.如权利要求17所述的校正方法，其中该预期范围小于2％。
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