CN116171336A - 蒸气源、用于蒸气源的喷嘴、真空沉积系统和用于沉积蒸镀材料的方法 - Google Patents

蒸气源、用于蒸气源的喷嘴、真空沉积系统和用于沉积蒸镀材料的方法 Download PDF

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Abstract

本文描述的实施方式涉及一种用于在真空腔室中将蒸镀材料沉积在基板(10)上的蒸气源(100)。所述蒸气源(100)包括蒸气分配管道(110)，所述蒸气分配管道具有用于将蒸镀材料导向所述基板的多个喷嘴，其中所述多个喷嘴中的至少一个喷嘴(120)包括：喷嘴通道(121)，所述喷嘴通道沿喷嘴轴线(A)从喷嘴入口(122)延伸到孔口(123)以及喷嘴插入件(130)，所述喷嘴插入件具有热屏蔽部分(131)，所述热屏蔽部分居中地布置在所述喷嘴通道(121)内部来减少从所述喷嘴通道通过所述孔口(123)的热辐射。还描述了一种用于将蒸镀材料导向基板的喷嘴、一种真空沉积系统(200)和一种用于将蒸镀材料沉积在基板上的方法。

Description

蒸气源、用于蒸气源的喷嘴、真空沉积系统和用于沉积蒸镀材 料的方法
技术领域
本公开内容的实施方式涉及一种用于在真空沉积系统的真空腔室中将蒸镀材料导向基板的设备和方法。特定地，本公开内容的实施方式涉及一种蒸气源，该蒸气源具有用于将蒸镀材料，例如有机材料，导向基板以将该材料沉积在基板上的多个喷嘴。另外的实施方式涉及一种用于蒸气源的喷嘴、具有蒸气源的真空沉积系统和用于在真空腔室中将蒸镀材料沉积在基板上的方法。实施方式特别地涉及像素图案在基板上的沉积，特别是通过精细金属掩模进行的沉积，并且涉及在有机发光二极管(OLED)装置的制造中使用的沉积源和系统。
背景技术
用于在基板上进行层沉积的技术包括例如热蒸镀、物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CYD)。所涂覆的基板可用于若干应用和若干技术领域中。例如，所涂覆的基板可用于有机发光二极管(OLED)装置的领域中。OLED可用于电视机屏幕、计算机监视器、移动电话、其他手持装置等的制造中来显示信息。OLED装置，诸如OLED显示器，可包括位于都沉积在基板上的两个电极之间的有机材料的一个或多个层。
在沉积期间，基板可被支撑在载体上，该载体固持基板，基板与掩模对准。来自蒸气源的蒸气被导向基板、穿过掩模以在基板上产生图案化膜。一种或多种材料可穿过一个或多个掩模沉积到基板上以产生可单独地寻址的小像素来产生功能装置(诸如全色彩显示器)。产生清晰限定的像素有益于显示质量，该清晰限定的像素具有几乎垂直的壁并且在像素的整个区域上具有均匀厚度。为了实现这一结果，蒸气分子应有利地不底切(undercut)掩模或被掩模的边缘部分阻挡，底切掩模或被掩模的边缘部分阻挡会导致在像素之间的空间中沉积或导致像素具有圆形边缘。在实践中，这意味着垂直于基板平面或小角度偏离法线(诸如偏离法线30°或更小)的蒸气分子轨迹是有益的。
为了减少或避免掩模和基板之间的未对准，从蒸气源到沉积区域的热负荷应当尽可能低。具体地，从蒸气源向掩模的过度热辐射可能导致掩模相对于基板的热诱发移动或张力。已知的沉积系统在蒸气源与掩模之间的区域中使用冷却板、冷却屏蔽件或其他冷却布置，以减少基板与掩模之间的热诱发未对准。
减少进入沉积区域的热负荷是困难的，因为蒸气源内部和蒸气喷嘴内部的温度高于蒸镀材料的蒸镀温度。位于蒸气喷嘴与掩模之间的冷却挡板导致材料凝结在挡板上，并且因此会降低材料利用率并增加成本，因为在源中产生的相当一部分蒸气可能在冷却板上收集为冷凝物而不是沉积在基板上。
鉴于上述，用于在基板上沉积材料的改进的设备和方法将是有益的。本公开内容的实施方式旨在提供克服上述问题中的至少一些的用于材料沉积的系统、设备、布置和方法。具体地，应当减少从蒸气源到沉积区域的热负荷，并且应当允许在基板上准确沉积清晰限定的材料图案。
发明内容
鉴于上述，提供一种用于在基板上沉积蒸镀材料的蒸气源、一种用于蒸气源的喷嘴、一种真空沉积系统和一种用于在基板上沉积蒸镀材料的方法。
根据本公开内容的一个方面，提供了一种蒸气源。蒸气源包括蒸气分配管道，该蒸气分配管道具有用于将蒸镀材料导向基板的多个喷嘴。多个喷嘴中的至少一个喷嘴包括喷嘴通道，该喷嘴通道沿喷嘴轴线从喷嘴入口延伸到孔口。该至少一个喷嘴还包括喷嘴插入件，该喷嘴插入件具有热屏蔽部分，热屏蔽部分居中地布置在喷嘴通道内部来减少从喷嘴通道通过孔口的热辐射。
特别地，热屏蔽部分可设置在喷嘴通道的中心区域中，使得基本上环形蒸气流动路径在喷嘴轴线的方向上在热屏蔽部分与喷嘴通道的内壁之间围绕热屏蔽部分延伸。由于热屏蔽部分设置在喷嘴通道内部，因此从喷嘴通道的内壁通过孔口的热辐射至少部分被热屏蔽部分阻挡或反射，使得减少来自该至少一个喷嘴的在掩模上的热负荷。
热屏蔽部分也可称为“低热发射率热屏蔽部分”，因为与具有相应形状但没有热屏蔽部分的喷嘴相比，热屏蔽部分降低了喷嘴的有效热发射率。具体地，热屏蔽部分可由具有低热发射率的材料制成或包括具有低热发射率的材料，并且可屏蔽从喷嘴的内通道壁辐射的热辐射的至少一部分，从而减少来自喷嘴的在掩模上和基板上的热负荷。
根据本公开内容的一个方面，提供了一种用于蒸气源、特别是用于根据本文所述的实施方式中的任一者的蒸气源的喷嘴。喷嘴包括喷嘴通道，该喷嘴通道沿喷嘴轴线从喷嘴入口延伸到孔口来将蒸镀材料朝向基板释放到真空腔室中。喷嘴还包括喷嘴插入件，该喷嘴插入件具有热屏蔽部分，该热屏蔽部分居中地布置在喷嘴通道内部来减少从喷嘴通道通过孔口的热辐射。
根据本公开内容的另一方面，提供了一种真空沉积系统。该真空沉积系统包括：真空腔室；以及根据本文所述的实施方式中任一者的蒸气源，该蒸气源设置在真空腔室中。另外，提供用于沿源运输路径在真空腔室中移动蒸气源的第一驱动器和用于旋转蒸气源的分配管道的第二驱动器中的至少一者。
根据本公开内容的另一方面，提供了一种用于在真空腔室中将蒸镀材料沉积在基板上的方法。该方法包括通过多个喷嘴将蒸镀材料导向基板，该多个喷嘴中的至少一个喷嘴包括沿喷嘴轴线从喷嘴入口延伸到孔口的喷嘴通道。该方法进一步包括用居中地布置在喷嘴通道内的喷嘴插入件的热屏蔽部分减少从喷嘴通道通过孔口的热辐射。
实施方式还涉及用于进行所公开的方法的设备并且包括用于执行每个描述的方法方面的设备部分。这些方法方面可借助于硬件部件、由适当软件编程的计算机、这两者的任何组合或以任何其他方式执行。此外，根据本公开内容的实施方式还涉及用于制造所描述的设备和产品的方法，以及操作所描述的设备的方法。另外的实施方式涉及根据方法中的任一种或使用本文所述的蒸气源中的任一者涂覆的基板，例如显示装置。所描述的实施方式包括用于进行所描述的设备的每个功能的方法方面。
附图说明
为了可详细地理解本公开内容的上文记载的特征，可参考实施方式来得到上文简要地概述的本公开内容的更特别的描述。附图涉及本公开内容的实施方式并被描述如下：
图1A示出了根据本文所述的实施方式的蒸气源的一部分的示意性截面图；
图1B示出图1A的蒸气源的示意性前视图；
图2示出根据本文描述的实施方式的具有包括多个喷嘴的蒸气源的真空沉积系统的示意性截面图；
图3A示出了根据本文所述的实施方式的蒸气源的一部分的示意性截面图；
图3B示出图3A的蒸气源的示意性前视图；
图4A至图4C示出了根据本文所述的实施方式的用于用真空沉积系统在基板上沉积蒸镀材料的方法的相继阶段；
图5是根据本文所述的实施方式的示出用于在基板上沉积蒸镀材料的方法的流程图；并且
图6是示出根据喷嘴通道的长度的喷嘴腔的有效热发射率的曲线图。
具体实施方式
现在将详细地参考本公开内容的各种实施方式，在图中示出了这些实施方式的一个或多个示例。在附图的以下描述内，相同的附图标记是指相同的部件。一般来讲，仅描述了相对于单独的实施方式的差异。每个示例以说明的方式提供，并且不意在作为本公开内容的限制。被示出或描述为一个实施方式的部分的特征可在其他实施方式上或结合其他实施方式使用，以产生又一个实施方式。说明书旨在包括此类修改和变化。
如本文所使用，术语“蒸镀材料”可被理解为被蒸发且沉积在基板的表面上的材料。例如，蒸镀材料可以是沉积在基板上以形成OLED装置的光学活性层的有机材料。材料可以以预定图案沉积，例如，通过使用掩模，诸如具有多个开口的精细金属掩模。可在基板上沉积多个像素。蒸镀材料的其他示例包括以下中的一种或多种：ITO、NPD、Alq3和金属(诸如银或镁)。
如本文所使用，术语“蒸气源”或“蒸镀源”可被理解为提供要沉积在基板上的蒸镀材料的布置。特别地，蒸气源可以被配置为将要沉积在基板上的蒸镀材料导引到真空腔室中的沉积区域中。蒸镀材料可以经由蒸气源的多个喷嘴朝向基板导引。喷嘴可分别具有喷嘴出口(本文也称为“孔口”)，喷嘴出口可指向沉积区域，特别是指向待涂覆的基板，其中掩模布置在基板前面。
蒸气源可以包括蒸镀器(或“坩埚”)和蒸气分配管道，蒸镀器(或“坩埚”)蒸发要沉积在基板上的材料，蒸气分配管道与坩埚流体连接并被配置为将蒸镀材料导向到多个喷嘴以将蒸镀材料羽流释放到真空腔室中的沉积区域中。
在一些实施方式中，蒸气源包括两个或更多个分配管道，其中每个分配管道包括多个喷嘴。例如，每个分配管道包括两个或更多个喷嘴，特别是十个或更多个喷嘴，更特别是三十个或更多个喷嘴。蒸气分配管道的喷嘴可以被布置成线性阵列或行，使得提供线源。在一些实施方式中，蒸气源包括彼此相邻布置的两个或更多个蒸气分配管道，其中两个或更多个蒸气分配管道中的每一个包括被布置成一排的10个或更多个喷嘴。
本公开内容大体上描述了蒸气分配管道的多个喷嘴中的“至少一个喷嘴”的细节和特征。然而，应当理解，多个喷嘴中的两个、三个、五个、十个或所有喷嘴可以相应方式构建和构造并可具有对应特征。特定地，蒸气分配管道的所有喷嘴可根据本文所述的至少一个喷嘴配置。
术语“蒸气分配管道”可以被理解为用于对蒸镀材料进行导引和分配的管件或管。特别地，分配管道可以将蒸镀材料从坩埚导引到可延伸穿过分配管道的侧壁的多个喷嘴。例如，多个喷嘴可安装在蒸气分配管道中的开口处，例如经由螺纹拧入开口。每个喷嘴可以包括孔口，以用于沿主发射方向将蒸镀材料朝向基板释放到真空腔室中，该主发射方向可以对应于基本上垂直于基板表面的喷嘴轴线(A)。根据本文所述的实施方式，蒸气分配管道可以是在纵向方向上、特别是在基本上竖直的方向(V)上延伸的线性分配管道。在一些实施方式中，蒸气分配管道可以包括具有圆筒的截面形状的管。圆筒可以具有圆形底部形状或另一个合适的底部形状，例如，基本上三角形的底部形状。特别地，蒸气分配管道可以具有基本上三角形的截面形状。
在一些实施方式中，蒸气源可以包括两个或三个蒸气分配管道，它们分别在基本上竖直的方向(V)上延伸。每个分配管道可以与相应坩埚流体连接，使得不同的材料可以共沉积在基板上。第一蒸气分配管道的喷嘴和相邻的第二蒸气分配管道的喷嘴可靠近彼此布置，例如以5cm或更小的距离，从而使得两种或更多种材料能够在基板上均匀共沉积。
图1A是根据本文所述的实施方式的用于在基板10上沉积蒸镀材料的蒸气源100的截面图。图1B是蒸气源100的前视图。
蒸气源100包括蒸气分配管道110，蒸气分配管道可沿基本上竖直的方向V延伸。替代地，分配管道可以沿另一个方向延伸，例如基本水平的方向。在图1A描绘的实施方式中，蒸气分配管道110提供基本上竖直的线源。基本上竖直地延伸的蒸气分配管道110可能是有益的，因为可以减小系统的占用面积，并且可以提供紧凑和节省空间的沉积系统。在一些实施方式中，蒸气源100包括两个或更多个蒸气分配管道，两个或更多个蒸气分配管道支撑在源支撑件上，该源支撑件可以是可移动的。两个或更多个蒸气分配管道可在基本上竖直的方向上延伸。本文所用的“基本上竖直”是指对应于重力方向或与重力方向有15°或更小的偏差角的方向。
蒸气分配管道110包括多个喷嘴以用于将蒸镀材料导向基板10。具体地，多个喷嘴允许将蒸镀材料从蒸气分配管道110的内部空间导引到布置有基板10的真空腔室中的沉积区域50中。在一些实施方式中，可以在蒸气分配管道110处提供10个或更多个喷嘴，特别是30个或更多个喷嘴。多个喷嘴可以沿蒸气分配管道110的纵向方向以线形排列方式布置(参见图2)。
图1A以截面图详细示出了多个喷嘴中的一个喷嘴。其他喷嘴可以类似或对应方式配置。至少一个喷嘴120包括沿喷嘴轴线A从喷嘴入口122延伸到孔口123的喷嘴通道121。来自蒸气分配管道110的蒸镀材料可在喷嘴入口122处进入喷嘴通道121，蒸镀材料可通过喷嘴通道121流向孔口123，并且蒸镀材料可通过孔口123离开喷嘴通道121，该孔口被配置为朝向基板10发射通过沉积区域50的蒸镀材料的蒸气羽流15。
根据本文所述的实施方式，至少一个喷嘴120包括布置在喷嘴通道121内部的喷嘴插入件130。喷嘴插入件130包括热屏蔽部分131，热屏蔽部分居中地布置在喷嘴通道121内并且被配置为减少从喷嘴通道121通过孔口123向基板10的热辐射。热屏蔽部分是降低喷嘴的发射率的低发射率热屏蔽部分。
喷嘴插入件130是安装在喷嘴通道中的部件并且包括用于减少从至少一个喷嘴到沉积区域50中的热辐射的热屏蔽部分131。喷嘴插入件130可以形状配合的方式和/或以力配合的方式(例如通过压配合)固定在喷嘴通道中。例如，喷嘴插入件130可在冷却和收缩的状态下插入喷嘴通道中，使得喷嘴插入件130在加热期间膨胀并且被压配合到喷嘴通道的通道壁。
热屏蔽部分131可居中地布置在喷嘴通道中。换句话说，热屏蔽部分131可在喷嘴轴线A处或附近(不必恰好在喷嘴轴线处)布置在喷嘴通道的中心区域中，从而在喷嘴通道的径向边缘区域中留下可环绕热屏蔽部分的蒸气流动通路。为了仍然允许蒸气流朝向孔口123通过喷嘴通道121，可在热屏蔽部分131和喷嘴通道的内壁之间提供间隙，特别是在周向方向上环绕热屏蔽部分131的径向间隙。特别地，热屏蔽部分131可保持在距喷嘴通道121的内壁一距离处。特别地，沿喷嘴通道121延伸的基本上环形蒸气流动路径111可环绕热屏蔽部分131。
在一些实施方式中，可提供位于热屏蔽部分131与喷嘴通道121的内壁之间的基本上环形蒸气流动路径111，以用于在喷嘴轴线的方向上导引蒸镀材料经过喷嘴插入件。替代地或附加地，热屏蔽部分131可具有一个或多个开口或通孔，所述开口或通孔基本上在喷嘴轴线的方向上延伸并且提供通过喷嘴通道朝向孔口的蒸气流动路径。
“居中地布置”不是指热屏蔽部分在轴向方向上的中心。相反，热屏蔽部分131典型地布置成在轴向方向上比喷嘴入口122更靠近孔口123，以增加由热屏蔽部分131提供的屏蔽效果。在一些实施方式中，热屏蔽部分131与孔口123之间的轴向距离L2小于喷嘴通道121的总长度L1的50％，即热屏蔽部分131被布置得更靠近喷嘴出口而不是靠近喷嘴入口。例如，热屏蔽部分131的下游端与孔口123之间的距离L2可小于喷嘴通道的总长度L1的30％或甚至小于20％。换句话说，热屏蔽部分131可布置成靠近孔口123但仍在喷嘴通道内。靠近孔口123布置热屏蔽部分131是有利的，因为来自喷嘴通道的内壁表面的热辐射的大部分可被靠近喷嘴出口布置的热屏蔽部分屏蔽。
在一些实施方式中，喷嘴通道121的总长度L1可以是15mm或更大及30mm或更小，特别是20mm或更大及25mm或更小，例如，约22mm。热屏蔽部分131的下游端与孔口123之间的距离L2可为2mm或更大及8mm或更小，特别是3mm或更大及5mm或更小。因此，热屏蔽部分131屏蔽来自布置在热屏蔽部分后面的喷嘴通道的区段(这是喷嘴通道的主要区段，因为L2/L1通常小于0.5)的热辐射，使得通过孔口发射的热大大减少。
在可与本文所述的其他实施方式结合的一些实施方式中，至少一个喷嘴120具有基本上环形的蒸气流动路径111，该蒸气流动路径环绕热屏蔽部分131并且在喷嘴轴线的方向上在热屏蔽部分131与喷嘴通道的内壁之间延伸。特定地，围绕居中地布置的热屏蔽部分131的周向间隙构成蒸气流动路径111，蒸镀材料沿该蒸气流动路径流过喷嘴通道。
提供具有居中地布置在喷嘴通道121中的热屏蔽部分131的喷嘴插入件130是有益的，原因如下：
蒸气喷嘴的内部是热的，因此，热辐射通过喷嘴的孔口被导向基板。小的喷嘴直径(即小的喷嘴孔口直径)会降低来自喷嘴的热负荷。然而，具有小喷嘴直径的喷嘴具有减小的传导性并且因此降低沉积速率，使得减小喷嘴直径以降低热负荷并不总是可能的。
此外，具有给定喷嘴直径的喷嘴的热发射率ε随着喷嘴深度L(即，随着喷嘴通道的总长度)而增加。简而言之，深喷嘴通常比短喷嘴辐射更多的热，原因是具有长喷嘴通道的深喷嘴具有较大的内部通道表面，特别是较大的内部通道壁，这促进喷嘴提供进入沉积区域的热负荷。然而，喷嘴提供的蒸气羽流的方向性和形状通常随着喷嘴深度L的增加而改善，使得并不总是可简单地减小喷嘴通道的长度来减少热负荷。
图6是示出作为以mm为单位的喷嘴深度L的函数的常规圆柱形蒸气喷嘴的热发射率ε的曲线图。常规的喷嘴由不锈钢制成并具有直径为3mm的简单圆柱形腔。能够看出，喷嘴的热发射率ε随着喷嘴深度L的增加而增加。曲线620示出根据喷嘴深度L的热发射率的理论计算，并且值610是具有针对0和10mm之间的示例性喷嘴深度的漫反射率的喷嘴的测量发射率值。
根据本文所述的实施方式，提供喷嘴120，该喷嘴同时向沉积区域中提供具有良好的方向性的形状良好的蒸气羽流和减少的热负荷。喷嘴120具有沿喷嘴轴线A延伸的喷嘴通道，并且喷嘴通道具有适于在喷嘴的主发射方向上提供预定的传导率和良好限定的蒸气羽流的长度和直径。喷嘴插入件130具有热屏蔽部分131，热屏蔽部分有效地减小了喷嘴深度并因此减少了从喷嘴通过孔口的热辐射。当从喷嘴的正面看时(参见图1B)，居中地布置在喷嘴通道中的热屏蔽部分131似乎构成了喷嘴基部并因此限定了喷嘴深度，使得热屏蔽部分有效地减小喷嘴深度，从而将喷嘴基部“移”向孔口。有效喷嘴深度小于喷嘴通道的总长度L1并且对应于热屏蔽部分和孔口之间的轴向距离L2。因此，减少了从喷嘴通道通过孔口的热辐射，由喷嘴通道的内壁发射的热中有相当一部分被热屏蔽部分131屏蔽。
根据可与本文所述的任何其他实施方式结合的一些实施方式，热屏蔽部分131和孔口123之间的距离L2小于孔口的直径D1，特别地小于孔口的直径D1的50％，更特别地小于孔口的直径D1的30％，或者甚至小于孔口的直径D1的20％。特定地，比率L2/D1(即，“有效喷嘴深度”与孔口直径之间的比率)可以是1或更小，特别是0.5或更小，或者甚至是0.3或0.2或更小。例如，比率L2/D1可在从0.35到0.5的范围内。在特定范围内的比率L2/D1(通过在喷嘴通道中插入喷嘴插入件来减小喷嘴的有效深度而获得)大大降低了有效发射率，并且因此大大降低了从喷嘴辐射的热。另一方面，在一些实施方式中，比率L2/D1可高于0.1。如果选择的比率太小，则产生的蒸气羽流的形状可能会受到负面影响。
根据可与本文所述的其他实施方式结合的一些实施方式，指向孔口123的热屏蔽部分131的前表面132由金属制成，特别是由抛光金属制成。抛光金属具有低固有热发射率，例如0.3或更小的热发射率εS，特别是0.2或更小，或者甚至是0.1或更小。例如，抛光金属的热发射率为0.05至0.3。热屏蔽部分131的前表面可由具有低热发射率(例如εS＝0.3或更小，特别是0.2或更小)的材料制成。因此，由于来自内部通道壁的镜面辐射和漫射辐射的大部分被具有低固有热发射率的热屏蔽部分131屏蔽，因此可进一步减少通过孔口123的热辐射。在一些实施方式中，喷嘴通道的壁也可由金属、特别是例如热发射率为0.3或更小、特别是0.2或更小的抛光金属制成。
在可与本文所述的其他实施方式结合的一些实施方式中，当从喷嘴的正面看喷嘴通道时，喷嘴通道121的内壁表面的80％或更多，特别是90％或更多隐藏在热屏蔽部分131和至少一个喷嘴的向内突出的前壁129中的至少一者后面。由于向内突出的前壁129遮蔽了内喷嘴腔的一部分，因此进一步减少通过孔口123进入沉积区域50的热辐射。
图1B示出了图1A的蒸气源100的前视图，即从基板的角度看至少一个喷嘴120的喷嘴通道。如图1B所示，喷嘴通道的内壁表面可几乎完全隐藏在热屏蔽部分131的前表面132(看起来是喷嘴基部)后面和/或径向向内突出的喷嘴的前壁129的后面。由于热屏蔽部分131的前表面132可具有低热发射率，因此通过孔口123所产生的热辐射较低。
特别地，孔口的直径D1(在本文中也称为孔口直径D1)与热屏蔽部分直径D2之间的比率可在0.8和1.2之间，特别是约1。换句话说，热屏蔽部分131的直径可基本上对应于喷嘴出口的直径，使得当从喷嘴的正面看时，居中地布置在喷嘴通道中的热屏蔽部分可基本上或完全覆盖布置在热屏蔽部分后面的喷嘴通道，布置在热屏蔽部分后面的喷嘴通道可对应于超过75％的喷嘴通道长度。
例如，孔口直径D1，即孔口开口的径向尺寸，可为8mm或更大及15mm或更小，特别是约10mm。热屏蔽部分直径D2，即喷嘴插入件的热屏蔽部分131的径向尺寸，可为8mm或更大及15mm或更小，特别是约10mm。特定地，孔口直径D1和热屏蔽部分直径D2可基本上相同。
在可与本文所述的其他实施方式结合的一些实施方式中，孔口123的轮廓和/或大小基本上对应于从喷嘴的正面看的热屏蔽部分131的轮廓和/或大小。例如，孔口123可以是修圆的或圆形的，并且热屏蔽部分131也可以是修圆的或圆形的，如图1B示意性地描绘的那样。孔口123可提供直径在0.8mm与1.2mm之间的圆形蒸气释放开口，热屏蔽部分131可具有直径在0.8mm与1.2mm之间的圆形前表面132。在一些实施方式中，热屏蔽部分131的圆形前表面132是平坦且光滑的，即没有任何不规则处。在其他实施方式中(参见图3A)，圆形前表面132中可设置一个中心开口，但是除了中心开口之外，圆形前表面132可以是平坦且光滑的。
在一些实施方式中，热屏蔽部分131是喷嘴插入件的前部部分，其朝向孔口突出并且在热屏蔽部分的外边缘和内通道壁之间留下环形间隙。热屏蔽部分131处的通道直径D3大于孔口直径D1，使得考虑到孔口直径D1小于环形蒸气流动路径111的直径，从环形蒸气流动路经111朝向孔口123的蒸气流可具有指向径向内侧的流动分量。
在可与本文所述的其他实施方式结合的一些实施方式中，喷嘴通道121的内部尺寸从安装喷嘴插入件130的位置处的通道直径D3连续地或逐渐地减小到孔口123处的孔口直径D1，特别是减小20％或更多、或甚至减小30％或更多。例如，至少一个喷嘴120可具有向内突出的前壁129，与喷嘴插入件安装的位置和/或喷嘴插入件上游的位置处的通道直径D3相比，该前壁减小了孔口123处的直径D1。
例如，安装喷嘴插入件的位置处的通道直径D3可为12mm或更大及20mm或更小，特别是在14mm和15mm之间。孔口直径D1可为8mm或更大且11mm或更小，例如约10mm。
由于喷嘴通道的直径在孔口处减小，因此通过孔口的热辐射减少。具体地，具有较小孔口直径的喷嘴减少了进入沉积区域的热负荷。减小孔口直径可能也减小喷嘴的传导性。为了保持预定传导率，喷嘴长度可略微减小。
孔口处喷嘴通道的减小的直径可提供更多优势：可改进蒸镀材料相对于喷嘴轴线A的方向性。“改善方向性”可理解为意味着与其中喷嘴通道在孔口处为圆柱形并且没有减小的直径的情况相比，更多的蒸气分子以相对于喷嘴轴线A小于预定最大锥角的角度(即，在锥角α内)离开喷嘴。
特别地，可调整喷嘴通道的几何形状，使得蒸气分子轨迹被成形和对准，并且喷嘴用于将离开喷嘴的高百分比的蒸气通量集中到良好限定的、可控的和/或典型的相对于喷嘴轴线A的窄锥角中。例如，喷嘴通道可具有这样的内部形状，使得超过80％或超过90％的羽流(即蒸气分子的羽流)相对于喷嘴轴线A以±25°或更小的角度离开喷嘴。在这种情况下，离开喷嘴的蒸气锥体的锥角α为50°。
孔口处减小的通道直径具有如下效果：相对于喷嘴轴线A以大角度向孔口传播的蒸气分子可能无法离开喷嘴通道，而是可能从喷嘴通道的一个侧表面移动到喷嘴通道的另一个侧表面，直到主要当高概率轨迹对应于可允许最大逃逸锥角时逸出喷嘴。因此，可改善蒸气羽流的方向性并且可减少将会导致像素壁倾斜的掩模的遮蔽效应。
在可与本文所述的其他实施方式结合的一些实施方式中，喷嘴插入件130包括热屏蔽部分131和保持部分133，该保持部分被配置为将热屏蔽部分131居中地保持在喷嘴通道中，特别是与内通道壁保持一距离。在一些实施方式中，保持部分提供一个或多个蒸气流动通路134，以允许蒸镀材料的流沿喷嘴通道从中流过热屏蔽部分131。例如，保持部分133可包括多个支撑棒135，该多个支撑棒朝向喷嘴通道的内壁径向向外延伸。多个支撑棒135可在其间提供蒸气流动通路。
在图1A和图1B所示的实施方式中，保持部分133包括在第一保持位置处径向向外延伸且以相等角间距布置的例如四根支撑棒135，其中蒸气流动通路134设置于四根支撑棒之间。替代地，可仅提供两个或三个支撑棒或多于四个支撑棒，它们可或可不以相等的角间距提供。任选地，保持部分133可包括另外的支撑棒135，该另外的支撑棒在与第一保持位置轴向间隔开的第二保持位置处径向向外延伸。在第一保持位置的支撑棒的角位置可对应于在第二保持位置的支撑棒的角位置，以便提供延伸经过热屏蔽部分的直蒸气流动通路134。如图1A和图1B示意性所示，四个支撑棒可设置在第一保持位置处，并且四个支撑棒可设置在与第一保持位置轴向间隔开的第二保持位置处，每个支撑棒从热屏蔽部分径向向外朝向通道壁延伸。支撑棒被配置为用于将热屏蔽部分可靠地居中地保持在喷嘴通道中并且充当热传导路径以确保热屏蔽部分保持在超过通过喷嘴的蒸气的冷凝温度的温度。
多个支撑棒135可在热屏蔽部分131和可被压配合到喷嘴通道中的保持部分的环形区段之间径向延伸。因此，喷嘴插入件130可固定地安装在喷嘴通道中，使得热屏蔽部分131居中地保持在喷嘴通道中，并且喷嘴插入件130可提供多个蒸气流动通路134，多个蒸气流动通路134允许蒸气通过喷嘴通道并具体地通过设置在成形为环形区段的喷嘴插入件中的通路流过喷嘴插入件。可减少通过孔口的热辐射，并且可维持良好的传导性和羽流形状。
在可与本文所述的其他实施方式结合的一些实施方式中，热屏蔽部分131从保持部分133沿喷嘴轴线朝向孔口123突出并且包括面向孔口123的修圆或圆形前表面132。因此，喷嘴插入件的前表面132可设置得靠近孔口，从而增加喷嘴插入件提供的热屏蔽效果，同时可维持喷嘴的高传导率和由喷嘴发出的蒸气羽流的预期形状。
前表面132和孔口123之间的距离L2可适当地调整，例如，在3毫米和6毫米之间的范围内。较小距离增加喷嘴插入件的热屏蔽效果，但是可能对传导率和/或羽流形状产生负面影响。较大距离会降低热屏蔽效果，但可能会对传导率和/或羽流形状产生正面影响。在这方面，在3.5mm和5mm之间的范围内的距离L2已经证明是有益的。
图2是根据本文所述的实施方式的具有蒸气源100的真空沉积系统200的示意性截面图。蒸气源100具有多个喷嘴。多个喷嘴中的至少一个喷嘴120可根据本文所述的实施方式中的任一者配置。特别地，设置在蒸气源100的蒸气分配管道110中的两个、五个或更多个喷嘴可根据本文所述的实施方式配置。
多个喷嘴可分别具有喷嘴通道，喷嘴通道沿相应喷嘴的喷嘴轴线A朝向沉积区域50延伸并限定相应喷嘴的主蒸镀方向。在一些实施方式中，喷嘴轴线可以在基本上水平的方向上朝向基板10延伸。可以通过多个喷嘴从蒸气分配管道110的内部空间朝向基板10导引多个蒸镀材料羽流。
在实现方式中，掩模(未描绘)可以布置在蒸气源100与基板10之间，其中掩模可以是具有开口图案的FMM，开口图案限定要沉积在基板上的像素图案。例如，掩模可以具有100,000个或更多个开口，特别是1,000,000个或更多个开口。
根据本文所述的实施方式，至少一个喷嘴120具有沿喷嘴轴线A从喷嘴入口延伸到孔口的喷嘴通道121和具有居中地布置在喷嘴通道121内来减少从喷嘴通道通过孔口的热辐射的热屏蔽部分的喷嘴插入件130。多个喷嘴中的每个喷嘴可具有相应的设置，即，包括具有如本文所述的热屏蔽部分的喷嘴插入件。在一些实施方式中，蒸气源可包括靠近彼此布置在公共源支撑件上的两个、三个或更多个蒸气分配管道。
另外，每个喷嘴可包括在孔口处具有减小的喷嘴直径的喷嘴通道。这进一步减少了喷嘴发射的热并允许限制喷嘴发射的蒸气羽流的扩散，从而降低掩模的阴影效果并提高像素质量。例如，沉积的像素的像素边缘的阴影可具有3μm的尺寸，特别是2.5μm或更小。而且，可实现相对高的材料利用率，因为由于喷嘴通道内的高于蒸镀材料的蒸发温度的高喷嘴温度，材料不会凝结在至少一个喷嘴上。
如图2所示，蒸气源100可包括源支撑件105、坩埚102和支撑在源支撑件105上的蒸气分配管道110。源支撑件105可在蒸镀期间沿源运输路径移动。替代地，蒸气源可以是被配置为用于涂覆移动基板的固定源。
图3A是根据本文所述的实施方式的蒸气源100′的一部分的示意性截面图。图3B示出了图3A的蒸气源100′的示意性前视图。图3A和图3B的蒸气源100′基本上对应于图1A与图1B的蒸气源100，使得可参考以上说明，在此不再赘述。
蒸气源100′的至少一个喷嘴120′基本上对应于蒸气源100的喷嘴120。与喷嘴120不同，喷嘴插入件130的居中布置的热屏蔽部分131包括沿喷嘴轴线A延伸的中心开口140，其提供沿喷嘴轴线A延伸的中心蒸气流动通路。具体地，可提供沿喷嘴轴线A延伸穿过喷嘴插入件130的中心的孔或通道，使得除了围绕热屏蔽部分131的环形蒸气流动路径111之外，蒸气还可沿穿过热屏蔽部分131的中心蒸气流动通路传播。
中心开口140可促进形成相对于喷嘴轴线A具有小锥角的良好形状的蒸气羽流。由喷嘴发射的整体羽流轮廓是已经传播通过中心开口140的蒸气分子和已经沿环形蒸气流动路径111传播的蒸气分子的羽流轮廓的叠加。由于已经通过中心开口140传播的蒸气分子在离开喷嘴时已经形成具有小锥角的良好限定的蒸气锥体，因此即使中心开口140很小并且只有一小部分蒸气分子从中传播，整体羽流轮廓也通过中心开口140而改善。
例如，中心开口140的直径可以是3mm或更小，特别是2mm或更小。与中心开口的其余部分相比，中心开口140的直径在中心开口140的发射端处可更小，如图3B示意性描绘的那样。例如，在发射端处的中心开口的直径可以是2mm或更小，特别是1mm或更小。中心开口的小直径，特别是中心开口的发射端的小直径，减少了由中心开口140引起的通过孔口123的附加热辐射。
图4A示出了根据本文所述的实施方式中的任一者的包括蒸气源100的真空沉积系统200的示意性顶视图。真空沉积系统200包括真空腔室101，蒸气源100设置在真空腔室101中。根据可与本文所述的其他实施方式组合的一些实施方式，蒸气源100被配置为用于平移移动经过沉积区域50，沉积区域中布置有要涂覆的基板10。替代地或附加地，蒸气源100可被配置为围绕旋转轴线旋转。特别地，蒸气源100可以被配置为沿源运输路径在水平方向H上平移移动。
在一些实施方式中，真空沉积系统200可以包括用于沿源运输路径在真空腔室101中移动蒸气源100的第一驱动器401和用于旋转蒸气源100的蒸气分配管道110的第二驱动器403中的至少一个。蒸气分配管道110可从布置有基板10和掩模11的沉积区域50旋转到在蒸气源100的相对侧上的第二沉积区域51，第二基板20和第二掩模21可以布置在第二沉积区域51中。
蒸气源100可根据本文所述的实施方式中的任一者进行配置，使得可参考以上说明，这里不再进行赘述。此外，蒸气源100可包括根据本文所述的实施方式中的任一者的具有喷嘴的蒸气分配管道110，因此可参考上述说明，在此不再赘述。
根据实施方式，蒸气源100可以具有坩埚102或两个或更多个坩埚，以及蒸气分配管道110或两个或更多个蒸气分配管道。例如，图4A示出的蒸气源100包括包括彼此相邻布置的两个坩埚和两个分配管道。如图4A进一步所示，基板10和第二基板20可提供在真空腔室101中，以接收蒸镀材料。
根据一些实施方式，可在基板10与蒸气源100之间提供用于掩蔽基板10的掩模11。掩模11可以由掩模框架保持在预定取向上，特别是在基本上竖直的取向上。在一些实施方式中，可以提供一个或多个轨道以用于支撑掩模11和使掩模11移位。例如，图4A中所示的实施方式具有由布置在蒸气源100与基板10之间的掩模框架支撑的掩模11和由布置在蒸气源100与第二基板20之间的第二掩模框架支撑的第二掩模21。基板10和第二基板20可被支撑在真空腔室101中的相应运输轨道上。
如果掩模用于在基板上沉积材料，诸如在OLED生产系统中，则掩模可以是具有约50μm×50μm或更小的大小的像素开口的像素掩模。在一个示例中，像素掩模可具有约40μm的厚度。在蒸镀期间，掩模11和基板10通常进行接触。然而，考虑到掩模的厚度和像素开口的大小，可能出现阴影效应，其中包围像素开口的壁在像素开口的外部部分产生阴影。本文所述的喷嘴可限制蒸发材料在掩模上和基板上的最大冲击角并减小阴影效应。
根据本文所述的一些实施方式，基板可在基本上竖直的取向上涂覆材料。典型地，分配管道被配置为基本上竖直地延伸的线源。在可与本文所述的其他实施方式组合的本文所述的实施方式中，特别是当涉及基板取向或分配管道的延伸方向时，术语“竖直地”被理解为允许偏离竖直方向15°或更小，例如，10°或更小。可提供与重力方向的偏差，因为布置成与竖直取向有一些偏差的基板可能导致更稳定的沉积过程。基板的表面由在对应于一个基板尺寸的一个方向上延伸的线源并通过沿对应于另一个基板尺寸的另一个方向提供蒸气源的平移移动来涂覆。
在一些实施方式中，蒸气源100可以在真空沉积系统200的真空腔室101中设在轨道上。轨道被配置为用于蒸气源100的平移移动。根据可与本文所述的其他实施方式组合的实施方式，用于蒸气源100的平移移动的第一驱动器401可以提供在轨道处或在源支撑件105处。因此，在沉积期间，蒸气源可移动经过要涂覆的基板的表面，特别是沿线性路径。可改善在基板上的沉积材料的均匀性。
如图4B示意性描绘的，蒸发源可以沿源运输路径移动经过要涂覆的基板，特别是在水平方向H上。在源从图4A描绘的源位置向图4B描绘的源位置移动期间，薄材料图案可以蒸镀在基板上。蒸镀材料的羽流的扩张可在竖直方向和/或水平方向上受到设置在分配管道中的喷嘴的几何形状的限制。
如图4C中示意性描绘的，蒸气源100的分配管道可以围绕竖直旋转轴线旋转(例如，约180°的旋转角度)，以指向布置有第二基板20的第二沉积区域51。涂覆可以通过沿源运输路径将蒸气源移回到图4A描绘的源位置来在真空腔室101的第二沉积区域51中的第二基板20上继续。
在沉积期间，可减少从蒸气源100向掩模11和向第二掩模21的热发射，因为蒸气源的多个喷嘴中的一者或多者包括本文所述的具有热屏蔽部分的喷嘴插入件。由于热负荷减少，因此改善了掩模相对于相应基板的对准并且可在基板上沉积更准确的材料图案。
真空沉积系统200可用于各种应用，包括用于OLED装置制造(包括处理方法)的应用，其中两种或更多种源材料，诸如例如两种或更多种有机材料，同时地蒸镀。本文描述的实施方式特别地涉及例如用于在大面积基板上的OLED显示器制造的有机材料的沉积。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可具有0.5m2或更大、特别是1m2或更大的大小。例如，沉积系统可适于处理大面积基板，诸如第5代(其对应于约1.4m2基板(1.1m×1.3m))、第7.5代(其对应于约4.29m2基板(1.95m×2.2m))、第8.5代(其对应于约5.7m2基板(2.2m×2.5m))或甚至第10代(其对应于约8.7m2基板(2.85m×3.05m))基板。可类似地实现甚至更高的代(诸如第11代和第12代)和对应的基板面积。
图5是示出操作蒸气源来在真空腔室中将蒸镀材料沉积在基板上的方法的框图。蒸气源可以是根据本文所述的实施方式中的任一者的蒸气源。
材料可在坩埚中被加热和蒸发，并且蒸发的材料可经由蒸气分配管道通过设置在蒸气分配管道中的多个喷嘴传播到沉积区域中。
在框510中，由多个喷嘴将蒸镀材料朝向基板导引。多个喷嘴中的至少一个喷嘴包括沿喷嘴轴线从喷嘴入口延伸到构成蒸气释放开口的孔口的喷嘴通道。
在框520中，用居中地布置在喷嘴通道内的喷嘴入口的热屏蔽部分减少从喷嘴通道通过孔口的热辐射。
蒸镀材料可沿环绕热屏蔽部分并在热屏蔽部分与喷嘴通道的内壁之间延伸的基本上环形蒸气流动路径在喷嘴通道中流动。任选地，蒸镀材料的一部分可流过中心开口，该中心开口沿喷嘴轴线设置在喷嘴插入件中。喷嘴插入件的中心开口构成中心蒸气流动路径，其改善了由孔口发射的蒸气羽流的方向性和形状。
在可与本文所述的其他实施方式结合的一些实施方式中，加热至少一个喷嘴，使得喷嘴通道的内壁具有高于蒸镀材料的蒸发温度的温度。可避免蒸镀材料在喷嘴内部的冷凝。可提高材料利用率。
本文所述的实施方式特别涉及在例如用于显示器制造的大面积基板上的材料蒸镀。例如，基板可以是玻璃基板。本文所述的实施方式还可涉及半导体处理，例如用于在半导体晶片上沉积材料，诸如金属或OLED材料。半导体晶片在蒸镀期间可水平地或竖直地布置。
本书面描述使用示例来公开本公开内容，包括最佳模式，并且还使得本领域任何技术人员能够实践所描述的主题，包括制作和使用任何装置或系统，以及执行任何所并入的方法。尽管前述内容中已经公开了各种具体的实施方式，但是上文描述的实施方式的不互斥特征可彼此组合。专利保护范围由权利要求书限定，并且预期的是，其他示例在权利要求书的范围内，只要它们具有与权利要求的字面语言无不同的结构要素即可，或者只要它们包括与权利要求的字面语言无实质差异的等同结构要素即可。

Claims (17)

1.一种蒸气源(100)，所述蒸气源包括蒸气分配管道(110)，所述蒸气分配管道具有用于将蒸镀材料导向基板(10)的多个喷嘴，其中所述多个喷嘴中的至少一个喷嘴(120)包括：
喷嘴通道(121)，所述喷嘴通道沿喷嘴轴线(A)从喷嘴入口(122)延伸到孔口(123)；以及
喷嘴插入件(130)，所述喷嘴插入件具有热屏蔽部分(131)，所述热屏蔽部分居中地布置在所述喷嘴通道(121)内部来减少从所述喷嘴通道通过所述孔口(123)的热辐射。
2.如权利要求1所述的蒸气源，其中所述热屏蔽部分(131)的指向所述孔口(123)的前表面(132)由抛光金属制成或具有抛光金属涂层或由发射率值小于0.2、特别是小于0.1的材料制成或用其涂覆。
3.如权利要求1或2所述的蒸气源，其中所述至少一个喷嘴(120)提供基本上环形的蒸气流动路径(11)，所述蒸气流动路径(11)围绕所述喷嘴插入件(130)并在所述喷嘴轴线(A)的方向上在所述热屏蔽部分(131)与所述喷嘴通道(121)的内壁之间延伸。
4.如权利要求1至3中任一项所述的蒸气源，其中所述热屏蔽部分(131)与所述孔口(123)之间的距离(L2)小于所述孔口的直径(D1)的50％，特别是小于所述孔口的所述直径(D1)的20％。
5.如权利要求1至4中任一项所述的蒸气源，其中所述热屏蔽部分(131)与所述孔口(123)之间的距离(L2)小于所述喷嘴通道的总长度(L1)的50％，特别是小于所述喷嘴通道的总长度(L1)的20％。
6.如权利要求1至5中任一项所述的蒸气源，其中从所述至少一个喷嘴的正面看，所述喷嘴通道(121)的内壁表面的90％或更多隐藏在所述至少一个喷嘴的所述热屏蔽部分(131)和向内突出前壁(129)中的至少一者后方。
7.如权利要求1至6中任一项所述的蒸气源，其中所述孔口的直径(D1)与热屏蔽部分直径(D2)之间的比率在0.8与1.2之间、特别是约1。
8.如权利要求1至7中任一项所述的蒸气源，其中从所述至少一个喷嘴(120)的正面看，所述孔口(123)的轮廓和/或大小基本上对应于所述热屏蔽部分(131)的轮廓和/或大小，特别是其中所述孔口(123)和所述热屏蔽部分(131)两者是圆形的并具有在8mm与12mm之间的直径。
9.如权利要求1至8中任一项所述的蒸气源，其中所述喷嘴通道(121)的直径从安装所述喷嘴插入件(130)的位置处的通道直径(D3)减小到在所述孔口(123)处的所述孔口的直径(D1)，特别是减小20％或更多。
10.如权利要求1至9中任一项所述的蒸气源，其中所述喷嘴插入件(130)包括用于将所述热屏蔽部分(131)居中地保持在所述喷嘴通道中的保持部分(133)，并且所述保持部分(133)提供一个或多个蒸气流动通路(134)，从而允许所述蒸镀材料的流沿所述喷嘴通道(121)经过所述热屏蔽部分(131)。
11.如权利要求10所述的蒸气源，其中所述保持部分(133)包括支撑棒(135)，所述支撑棒朝向所述喷嘴通道的内壁径向向外延伸并在其间提供所述一个或多个蒸气流动通路(134)。
12.如权利要求10或11所述的蒸气源，其中所述热屏蔽部分(131)沿所述喷嘴轴线(A)从所述保持部分(133)向所述孔口突出并包括面向所述孔口(123)的修圆或圆形前表面(132)。
13.如权利要求1至12中任一项所述的蒸气源，其中所述喷嘴插入件(130)包括中心开口(140)，所述中心开口(140)提供沿所述喷嘴轴线(A)延伸的中心蒸气流动通路。
14.一种用于蒸气源的喷嘴(120)，包括
喷嘴通道(121)，所述喷嘴通道沿喷嘴轴线(A)从喷嘴入口(122)延伸到孔口(123)来将蒸镀材料朝向基板(10)释放到真空腔室中；以及
喷嘴插入件(130)，所述喷嘴插入件具有热屏蔽部分(131)，所述热屏蔽部分居中地布置在所述喷嘴通道(121)内部来减少从所述喷嘴通道(121)通过所述孔口(123)的热辐射。
15.一种真空沉积系统(200)，包括：
真空腔室(101)；
如权利要求1至13中任一项所述的蒸气源(100)，所述蒸气源设置在所述真空腔室中；以及
用于沿源运输路径在所述真空腔室中移动所述蒸气源的第一驱动器和用于旋转所述蒸气源的所述蒸气分配管道(110)的第二驱动器中的至少一者。
16.一种在真空腔室(101)中将蒸镀材料沉积在基板(10)上的方法，所述方法包括：
通过多个喷嘴将所述蒸镀材料导向所述基板，所述多个喷嘴中的至少一个喷嘴(120)包括喷嘴通道(121)，所述喷嘴通道沿喷嘴轴线(A)从喷嘴入口(122)延伸到孔口(123)；以及
用居中地布置在所述喷嘴通道(121)内部的喷嘴插入件(130)的热屏蔽部分(131)减少从所述喷嘴通道(121)通过所述孔口(123)的热辐射。
17.如权利要求16所述的方法，其中所述蒸镀材料沿环绕所述喷嘴插入件(130)并在所述热屏蔽部分(131)与所述喷嘴通道(121)的内壁之间延伸的基本上环形的蒸气流动路径在所述喷嘴通道中流动，并且任选地所述蒸镀材料流动通过所述喷嘴插入件(130)中的沿所述喷嘴轴线(A)延伸并提供中心蒸气流动通路的中心开口(140)。
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