CN1218372C - 气相有机材料沉积方法和使用该方法的气相有机材料沉积设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及气相有机材料沉积方法和使用该方法的气相有机材料沉积设备，该设备可以通过如下方式在更宽基材上均匀地快速生长薄膜：使用安装在该设备上侧的喷雾单元在重力方向喷雾气相有机材料和通过使用稀释气体作为沉积材料和连续携带少量热源到扫描头而精确和稳定地调节有机薄膜更宽基材的厚度。

Description

气相有机材料沉积方法和使用该方法的气相有机材料沉积设备
发明领域
本发明涉及在半导体设备的制造设备和该设备的制造方法中的气相有机材料沉积方法和气相有机材料沉积设备，特别涉及这样一种气相有机材料沉积方法和使用该方法的气相有机材料沉积设备，该设备可以通过如下方式在更宽基材上均匀地快速生长薄膜：使用安装在该设备上方的喷雾单元在重力方向喷雾气相有机材料和通过使用稀释气体作为沉积材料和连续携带少量热源到扫描头而精确和稳定地调节有机薄膜更宽基材的厚度。
背景技术
近来，采用功能高分子作为有机化合物和有机金属化合物的薄膜形成技术集中于导电材料、光电子材料、电致发光器件材料等，包括半导体存储器的绝缘层材料。
在迄今为止开发的有机薄膜形成方法中的一种代表性技术所用的真空沉积方法是这样实现的：在真空腔上部安装热蒸发源，在热蒸发源上安装膜生长基材以便形成薄膜。下面描述使用真空沉积方法的有机薄膜形成设备的简要构造。提供有与真空腔连接的真空通风单元。因此，使用真空通风单元在真空腔中保持某种真空状态。从位于真空腔下部的至少一种以上的有机薄膜材料的热蒸发源蒸发为有机薄膜材料的有机材料。有机薄膜材料的热蒸发源是圆筒形或长方体容器。在容器中提供有膜生长的有机材料。石英、陶瓷等作为容器材料。将加热用加热器以某种方式缠绕在容器单元的表面上。当施加电源时，容器环绕部分的温度增加，同时容器被加热。当达到一定温度时，有机物蒸发。在此时，由安装在容器下部或上部的温度调节导热单元测量温度。因此，可以使有机蒸发材料维持恒定温度以获得所需的蒸发速率。将蒸发的有机材料携带到距离容器上部一定距离的由玻璃或晶片材料形成的基材。在基材上通过吸收、沉积、再蒸发工艺硬化携带来的有机材料，以形成薄膜。
在此，在有机薄膜材料的有机化合物中，由于蒸气压较高，高温分解温度接近于蒸发温度，所以难以稳定地长时间控制有机物的蒸发速率，使得不可能实施高速率薄膜沉积。从真空腔中热蒸发源蒸发的有机薄膜材料具有相应于热蒸发源容器上部坩埚孔形状的某些取向并且在基材上受限于有限范围，使得不能获得在宽面积基材上形成均匀的有机薄膜。此外，为形成均匀的有机薄膜，采用具有某些取向的校正单元以一定速率旋转基材同时使膜生长，因此增大旋转半径和沉积设备。此外，由于在真空设备不必要的有效区域中形成有机薄膜，降低了昂贵的有机材料的使用效率因此了降低生产率。
如上所述，在电致发光设备和功能薄膜的应用中，在真空沉积方法中使用有机薄膜制造产品时，有如下问题：如低膜生长速率，低有机材料使用效率，有机薄膜的非均匀性，精细调节主体材料和掺杂剂材料混合量的难度，和形成基于更大基材的均匀有机薄膜的难度。作为以上问题的例子，综合参考图1描述现有的真空沉积设备。
图1是说明现有的真空沉积设备的例子的视图。
如图中所示，在现有的真空沉积设备中，制备一定量的在钼涂层6上沉积的某种材料，真空腔1的内部压力降低到10-6托。如果沉积材料是金属，使用温度调节设备在熔点附近增加金属，将温度进行精细调节并升高到材料蒸发。在此时，在钼涂层6上的材料开始蒸发，开启先前配合的闸门5，和蒸发的材料分子沉积在基材上。在此时，闸门5用于防止在钼涂层6上的材料蒸发之前剩余杂质沉积到基材上。
在这样构造的真空沉积设备中，不容易预测沉积材料的精确量。因此，必须在钼涂层6上制备大量材料。此外，由于不可能在所需的方向诱导蒸气，如果重复进行以上的沉积过程，会污染腔室的内部。因此，在此情况下，应当清洁腔室的内部，从而引起不方便。此外，在钼涂层6上制备的材料数量，闸门4的开启和关闭时间，以及由温度调节的蒸发时间是厚度调节的变量。不可能精细调节以上变量。
此外，在有机半导体制造方法中，有一种使用单元沉积源的方法，以及由普林斯顿大学(Princeton university)的Max Shtein等人提出的OVPD(有机气相沉积)方法。
在使用单元沉积源罐的有机半导体制造方法中，需要较长的时间以沉积有机半导体的每层。每层沉积所用的材料的使用量较大。此外，存在的问题是沉积膜的密度和相对于基材的粘合力变差。有机半导体大量生产的制造产量降低。在用于大量生产宽面积基材的制造工艺中存在限制。即，基材的面积限制尺寸是370×470mm。
OVPD方法涉及使用由Max Shtein等人在Axitron方法中提出的用于气相有机材料的载气，制造用于有机半导体的每个层的方法。相比于使用单元沉积源的方法，该方法能够更多地增加有机材料的使用效率。此外，理论上可以制造宽面积基材的有机半导体。然而，使用OVPD的Axitron方法使用现有的CVD方法中的扫描头。此外，测试200×200mm的基材。在此情况下，可发生有机薄膜不耐热的问题。
此外，为在宽面积的基材上制造，必须制备一个大于370×470mm的喷头。然而，在此情况下，构造该物质存在问题。在Axitron方法的沉积方法中，固定沉积源罐714的高温热源和扫描头。此外，在有机半导体制造的掺杂中，通过在系统内部提供至少两个以上的扫描头实施单独的温度调节。然而，在OVPD方法中，由于使用一个扫描头，如果使用具有不同热性能的至少两种以上的掺杂材料进行掺杂，材料可能变化成具有热性能差的材料。即，在现有的两种方法中，有机半导体材料不能很好地沉积在宽面积的基材上。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种气相有机材料沉积方法和使用该方法的气相有机材料沉积设备，其能够克服现有技术中遇到的问题。
本发明的另一目的是提供宽面积基材的气相有机材料沉积方法和使用该方法的气相有机材料沉积设备，其能够增加有机薄膜相对于基材的粘合力，并通过稀释沉积源罐内的有机材料粒子精确和稳定地调节厚度以使基材上沉积有机半导体材料，并通过使用缓冲腔和沉积腔的闸阀防止由扫描头热源引起的宽面积基材上和沉积腔内部的温度增加。
为达到上述目的，提供一种气相有机材料沉积设备，该设备包括：沉积腔，该沉积腔具有：与外部分离的内部空间，在内部空间底表面中形成的用于安装沉积气相有机材料的母材料的母材料安装部分，位于母材料安装部分上部分并用于在母材料安装部分方向上喷雾气相有机材料的喷雾单元，和至少一个以上的向上壁表面和侧壁表面辐射热量的保温加热器；至少一个以上的有机材料腔，该有机材料腔具有：至少一个以上的以孔形状形成的载气入口孔，携带气相有机材料的载气通过该入口孔流入，至少一个以上的以孔形状形成的气相有机材料出口孔，通过该出口孔排出有机材料蒸气和载气，由耐热材料形成并具有用于贮存有机材料的内部空间的加热炉，以及有机材料加热用加热器，该加热器围绕加热炉的外周围部分并将加热炉的内部加热到有机材料蒸发所需的温度；流量控制器，其与载气入口孔连接并控制流入有机材料腔内部的载气量和流速；气相有机材料携带管，其以通过沉积腔和有机材料腔的形式形成并以管子形状形成，使得有机材料腔中的气相有机材料被携带到喷雾单元；和用于降低沉积腔内部压力的真空泵。
为达到上述目的，提供一种气相有机材料沉积方法，该方法包括第一步骤：与包括有有机材料的有机材料腔的外表面接触的加热用加热器辐射热量并将有机材料加热至高于蒸发温度的温度；第二步骤：通过由辐射热量的固定温度加热器围绕的气相有机材料携带管，将由加热用加热器蒸发的气相有机材料携带到沉积腔的喷雾单元，其中沉积腔中布置有沉积气相有机材料的母材料；和第三步骤：将携带到喷雾单元的气相有机材料在重力方向从放置在母材料安装部分上部中的母材料上部喷雾，并沉积在母材料上表面上。
为达到上述目的，在气相有机材料沉积设备中，提供宽面积基材的气相有机材料沉积设备，该设备包括：气体加热器，用于通过调节其中含有惰性气体的储气槽和MFC(质量流量控制器)而加热惰性气体；缠绕在连接管外部的用于保持温度的加热器管；至少一个沉积源罐，该沉积源罐用于贮存要沉积的气体和有机材料，并在稀释这些物质从而产生气态的稀释的有机材料的状态下由气体加热器加热高温气体和有机材料粒子；扫描头和缓冲腔，它们具有用于检查和调节稀释的有机材料粒子的移动的沉积速率调节单元；闸阀，用于实现闸控操作从而开启和关闭稀释的有机材料粒子的流动；和沉积腔，用于将从沉积源罐流入的稀释粒子沉积到宽面积基材上；其中，气体加热器加热气体以使沉积源罐调节气体的量并将热源流入到气体中；闸阀安装在缓冲腔和沉积腔之间，从而防止由扫描头热源引起的在宽面积基材中和在沉积腔内部的温度增加。
为达到上述目的，在气相有机材料沉积方法中，提供宽面积基材的气相有机材料沉积方法，该方法包括：使用根据气体量调节并且热源插入到内部的气体加热器，将从沉积源罐流入的根据其中贮存有惰性气体的储气槽和MFC(质量流量控制器)而调节的惰性气体加热的第一步骤；通过缠绕在连接管外部的加热器管保持温度的步骤；在稀释高温气体和有机材料粒子得到稀释的气态有机材料的状态下，用气体加热器加热贮存有要沉积的气体和有机材料的至少一个沉积源罐的步骤；检查和调节稀释的有机材料粒子的流动，并根据带有沉积速率调节单元的用于开启和关闭稀释的有机材料粒子的流动的扫描头和缓冲腔进行闸控操作的步骤；将从闸阀和沉积源罐流入的稀释粒子沉积在沉积腔中的宽面积基材上的步骤；在缓冲腔和沉积腔之间安装闸阀并防止由扫描头的热源引起的宽面积基材中和沉积腔内部温度的增加的步骤；和将当扫描头在缓冲腔中移动时分离出的有机材料通过安装用于有机材料再循环的辅助加热炉进行收集的步骤。
为达到上述目的，在有机半导体设备的制造方法中，提供宽面积基材的气相有机材料的沉积方法，该方法包括：步骤(S710)：将基材装入沉积设备的沉积腔中；步骤(S712)：预热沉积源罐并在200℃-600℃的温度下流入高温气体；步骤(S714)：将高温气体和有机材料粒子在沉积源罐内部混合从而形成混合物，并加热从而产生SGHP(固气多相)材料；步骤(S716)：通过连接管将大量气相有机材料SGHP从沉积源罐携带到缓冲腔；步骤(S718)：使用缓冲腔中的气相有机材料传感器测量气相有机材料的流量，并当气相有机材料的流量达到设定量时开启缓冲闸阀；步骤(S720)：根据扫描头的操作沉积气相有机材料；步骤(S722)：在经过设定的沉积时间之后，移走扫描头；和步骤(S724)：关闭缓冲闸阀，并卸载基材。
附图说明
参考附图可更好地理解本发明，附图仅用于说明的目的，而不是对本发明的限制，其中；
图1是说明传统的真空沉积设备的一个例子的视图；
图2A是说明根据本发明的气相有机材料沉积设备的平面图；
图2B是沿图2A中A-A线的横截面图；
图2C是沿图2A中B-B线的平面图；
图2D是说明图2B中部分C的有机材料腔的视图；
图3A是说明根据本发明移动喷雾单元并喷雾气相有机材料的状态的横截面图；
图3B是说明根据本发明的如下状态的横截面图：当喷雾单元喷雾气相有机材料时，根据使用电磁体的携带方法，其上含有母材料的母材料安装单元在水平方向上移动；
图3C是说明根据本发明使用喷雾管将气相有机材料沉积到母材料上的状态的横截面图；
图3D是说明根据本发明当喷雾管旋转及向上和向下移动时将气相有机材料沉积到母材料上的状态的横截面图；
图4A是说明根据本发明在加热炉的内部混合气相有机材料和载气的状态的横截面图；
图4B是说明根据本发明在加热炉的外部混合气相有机材料和载气的状态的横截面图；
图5A是说明根据本发明的长方体加热炉的横截面图，该加热炉在其上端部具有一个气相有机材料出口孔；
图5B是说明根据本发明的长方体加热炉的横截面图，该加热炉在其上端部具有多个气相有机材料出口孔；
图5C是说明根据本发明的圆柱形加热炉的横截面图，该加热炉在其上端部具有一个气相有机材料出口孔；
图5D是说明根据本发明的圆柱形加热炉的横截面图，该加热炉在其上端部具有多个气相有机材料出口孔；
图6是说明根据本发明的在气相有机材料携带管外部中的固定温度加热器的横截面图；
图7是说明根据本发明的宽面积基材气相有机材料沉积设备的横截面图；
图8是说明根据本发明的多个沉积源罐和扫描头的横截面图；
图9是解释根据本发明的在沉积腔内部能够携带SGHP有机材料的扫描头的操作方法的视图；
图10是解释根据本发明的在图8系统内部能够携带SGHP有机材料的扫描头的移动方法的视图；
图11是解释根据本发明的有机半导体设备的气相有机材料产生方法的视图；
图12是解释根据本发明的基于图11的方法产生气相有机材料的沉积腔内部的沉积方法的视图；
图13是根据本发明的沉积设备操作的流程图；
图14是根据本发明的稀释气体的温度与沉积量的相对关系图；
图15是根据本发明的相对于稀释气体量的气相有机材料的图；和
图16是在仅加热沉积源罐而没有根据本发明稀释气体的情况下，沉积源罐温度与沉积量的关系图。
<附图主要组件参考数字的描述>
10：母材料                 20：有机材料
100：沉积腔                110：喷雾单元
112：导板                  120：导轨
122：导轨支撑板            130：保温加热器
140：母材料安装单元        150：真空泵
200：有机材料腔            210：气相有机材料携带管
220：加热炉                230：有机材料加热器
240：载气入口管            300：辅助腔
310：移动轴                312：移动块
314：携带单元              320：密封法兰
322：波纹管                700：沉积腔
701：储气槽                702：MFC(质量流量控制器)
703：气体加热器            706：加热器管
707：连接管                 709：扫描头
710：缓冲腔                 711：闸阀
712：基材                   713：沉积腔
714：沉积源罐               715：沉积速率调节单元
具体实施方式
<第一实施方式>
图2A是说明根据本发明的气相有机材料沉积设备的平面图。
根据本发明的气相有机材料沉积设备包括根据本发明第一实施方式的沉积腔，用于加热有机材料并将其变为气态的有机材料腔，和包括有用于驱动喷雾气相有机材料的喷雾单元操作的驱动设备和有机材料腔的辅助腔。
根据本发明第一实施方式的沉积腔100包括内空间，内空间与外部分离并具有使得沉积气相有机材料的母材料10安装在该内空间底表面中的结构。此外，沉积腔100包括：喷雾单元110，其位于母材料10的上部并用于喷雾气相有机材料到母材料10的上表面；导轨120，其与喷雾单元110配合并纵向延伸，能与导板(未示出)滑动配合，而导板用于导引喷雾单元110的滑动移动；用于固定支撑导轨120的导轨支撑板122；和至少一个以上的保温加热器130，其用于通过将热量辐射到外部而使沉积腔100内部保持在一定温度。
有机材料腔200具有这样的结构：通过对贮存在内部的有机材料进行加热而使有机材料蒸发，具有管状外形，并与气相有机材料携带管210连接，气相有机材料携带管通过沉积腔100与喷雾单元110连接，以便携带气相有机材料到喷雾单元110。
辅助腔300包括：移动轴130，其在与导轨120平行的方向通过沉积腔100与喷雾单元110配合以便沿导轨120移动喷雾单元100；与移动轴130配合并根据与携带单元314的配合而在与导轨120平行的方向移动的移动块312；和密封法兰320、波纹管322及有机材料腔200，它们位于这样一个部位，其中气相有机材料携带管210和移动轴130通过沉积腔100，并用于缓冲沉积腔的高真空状态与辅助腔300的低真空腔或备用状态之间的真空差，和用于分离这些物质以便连接上面两个腔。
图2B是根据本发明的沿图2A中A-A线的横截面图。
如图中所示，将保温加热器130安装在沉积腔100内部的上面和侧面，用于使沉积腔100内的温度保持恒定。在沉积腔100的底表面中设置安装沉积有机材料的母材料10的母材料安装部分140。在母材料安装单元140的上部提供有喷雾单元110，用于喷雾气相有机材料。此外，在沉积腔100外表面的下部提供有真空泵150，用于将沉积腔100内部变为高真空状态。
在辅助腔300内的下部提供有有机材料腔200，用于蒸发有机材料。将气相有机材料携带管210连接到有机材料腔200的上部，用于从有机材料腔200携带气相有机材料到喷雾单元110。在有机材料腔200和气相有机材料携带管210之间提供有携带单元314，用于控制喷雾单元110的移动。此外，辅助腔300用于向有机材料腔200内输入惰性气体，在该腔的外部提供流量控制器，用于控制惰性气体的输入量。输入有机材料腔200的惰性气体起作为气相有机材料的移动介质的作用。因此，可以精细控制气相有机材料的携带量，和均匀分布气相有机材料。
图2C是沿根据本发明图2A中的B-B线的横截面图。
如图中所示，与喷雾单元110配合的导板112与用于导引喷雾单元110移动方向的导轨120滑动配合。用于在其中安装母材料10的母材料安装单元140包括使用电磁体142的电磁体移动设备，用于实现水平方向的精细移动。
可以根据专利“使用电磁体制造电致发光器件的沉积设备和使用该设备的沉积方法(韩国专利申请No.10-2001-0077739)”的技术实施用于母材料安装单元140的电磁体移动设备。因此并不限制该设备。此外，可以采用常规移动设备而不使用电磁体移动设备。
根据导轨120调节喷雾单元110的位置，和使用电磁体移动设备调节母材料安装单元140的位置，可以更精确地布置喷雾单元110和母材料10的位置，从而实现精确有效的有机材料喷雾操作。
图2D是说明根据本发明图2B的C部分的有机材料腔的视图。
有机材料腔200由耐热材料以含有在其中贮存有机材料的内空间的密封形状形成，包括：加热炉220，加热炉含有以孔形状形成以使用于携带气相有机材料的载气流入的载气入口孔222和以孔形状形成以使有机材料蒸气和载气流出的气相有机材料入口孔224；和有机材料加热用加热器230，该加热器围绕加热炉220的外部，用于加热有机材料腔的内部到蒸发有机材料的温度。
以管子形状形成并与图2B的流量控制器400连接的入口管240通过有机材料腔200与在加热炉220中形成的载气入口孔222连接，使得从流量控制器400输入的惰性气体流入加热炉220的内部。
此外，以管子形状形成并与图2B的喷雾单元110连接的气相有机材料携带管210通过有机材料腔200与在加热炉220中形成的载气出口孔224连接，使得将由加热用加热器230加热和蒸发的有机材料携带到用于喷雾气相有机材料到母材料的喷雾单元110。
图3是说明根据本发明的气相有机材料沉积设备各种操作类型的视图。
图3A是说明根据本发明移动喷雾单元并喷雾气相有机材料的状态的横截面图。
用于喷雾气相有机材料22的喷雾单元的喷雾口可以制成各种形状，以便均匀地喷雾气相有机材料22。图3A是说明如下状态的图：使用喷头形状的喷雾单元进行沉积操作，喷雾单元含有多个直径更小的喷雾口(未示出)。
在将喷雾单元固定到某些位置用于喷雾气相有机材料的情况下，存在的问题是气相有机材料不均匀地喷雾到母材料上。如图3A所示，用于喷雾气相有机材料22到母材料10上表面的喷雾单元110沿导轨水平移动并喷雾气相有机材料22，使得气相有机材料22均匀地沉积在母材料10的整个表面上。此时，沉积在母材料10上的气相有机材料22有至少两种以上的情况下，在气相有机材料携带管210中提供有混合罐250，用于在将气相有机材料携带到喷雾单元110之前，均匀地混合不同种类的气相有机材料。此外，混合罐250在该罐内部包括至少一个以上的分区，用于均匀地混合流入混合物罐250内的至少两种以上的气相有机材料，混合后流到混合罐250的外部。
图3B是说明根据本发明的如下状态的横截面图：当喷雾单元喷雾气相有机材料时，根据使用电磁体的携带方法，其上含有母材料的母材料安装单元在水平方向上移动。
与如图2A所示当喷雾单元110喷雾气相有机材料22时，喷雾单元110水平移动的操作相反，如图3B所示当喷雾单元110喷雾气相有机材料22时，含有母材料10的母材料安装单元140水平移动，可以获得与图2A相同的效果，即将气相有机材料22均匀地沉积在母材料10上表面上。此外，不同于如图3A所示喷雾单元110由导轨移动的操作，其中当喷雾单元110喷雾气相有机材料22时，母材料安装单元140水平移动的方法使用携带方法，携带方法使用电磁体，使得可以精确地控制母材料安装单元140的移动。
图3C是说明根据本发明使用喷雾管将气相有机材料沉积到母材料上的状态的视图。
如图中所示，在使用喷雾管的沉积设备中，通过用于均匀地混合至少两种以上气相有机材料的混合罐250携带入沉积腔100内部的气相有机材料22由石英、陶瓷或金属材料形成并且有特定的结构，使得形成的有机材料通过直径为3～20mm的喷雾管112沉积到母材料10的上表面上。使用喷雾管112的气相有机材料沉积设备能够在高速率下形成平的有机薄膜。
图3D是说明根据本发明当喷雾管旋转及向上和向下移动时将气相有机材料沉积到母材料上的状态的视图。
如图3C所示，沉积设备包括安装在沉积腔100上部并用于旋转喷雾管112的旋转电机114，和用于垂直移动喷雾管112的垂直移动电机116。在以上构造中，喷雾管112旋转及向上和向下移动的同时在母材料10上表面上喷雾气相有机材料22。此外，喷雾管112可以具有阶梯形的弯曲部分，使得当喷雾管由旋转电机114旋转时，其喷雾气相有机材料22的喷雾管112的一端能以环形移动。
在此实施方式中，由于通过旋转电机14和垂直移动电机116可以自由调节喷雾管112的位置，图3C的沉积设备可以均匀地喷雾气相有机材料。
图4是说明载气与通过加热有机材料获得的气相有机材料混合的过程的图。
图4A是说明根据本发明在加热炉的内部混合气相有机材料和载气的状态的图。
如图4A所示，在加热炉220内部将通过有机材料加热用加热器230加热而蒸发的有机材料20与沿入口管240流入的载气混合，入口管与加热炉220的内部连接。当以图4A的方式将气相有机材料和载气混合时，由于有机材料被蒸发的同时与载气混合，可以使混合更加容易和均匀。
图4B是说明根据本发明在加热炉的外部混合气相有机材料和载气的状态的图。
如图中所示，以一定的方式构造混合设备使得载气入口管240与位于气相有机材料腔200外部的气相有机材料携带管210连接。将由气相有机材料加热用加热器230加热和蒸发的气相有机材料20沿气相有机材料携带管210携带并与通过与气相有机材料携带管210连接的载气入口管240流入的载气混合。由于这样构造的混合设备并不含有用于配合载气入口管240到加热炉220和有机材料腔200的附加结构，可以更容易制造该系统。
图5是说明根据本发明的加热炉和气相有机材料出口孔的各种构造的图。
图5A是说明根据本发明的长方体加热炉的图，该加热炉在上端部具有一个气相有机材料出口孔。
如图中所示，长方体形状加热炉220的外表面由用于加热加热炉220内部的有机材料的有机材料加热用加热器230围绕，在该加热炉上部提供有用于排出气相有机材料的气相有机材料出口孔222。
图5B是说明根据本发明的长方体加热炉的图，该加热炉在上部具有多个气相有机材料出口孔。
必须排出大量气相有机材料用于高速率膜生长，其中在高速率下将气相有机材料沉积到母材料上。即，存在的问题是不能通过在加热炉上部中仅提供一个气相有机材料出口孔222而排出大量气相有机材料。为克服以上问题，如图5B所示，在加热炉上部提供多个气相有机材料出口孔222
图5C是说明根据本发明的圆柱形加热炉的图，该加热炉在上端部具有一个气相有机材料出口孔。
为在加热炉220内部更有效地蒸发有机材料，加热炉220可以制成各种形状。在以长方体形状形成加热炉220的情况下，由于围绕加热炉220的有机材料加热用加热器230产生的热量不均匀地传递到加热炉220的外表面，损失大量热量。因此，不能精确地调节产生的气相有机材料量。如图5C所示，加热炉220形成圆柱形形状，使得在有机材料加热用加热器230中产生的热量均匀地传递到加热炉220的外表面。因此，可以通过改变加热炉220的构造有效地使用在有机材料加热加热器230中产生的热量和容易地调节气相有机材料的产量。此外，加热炉220并不限于长方体和圆柱形形状。即，加热炉220可采用多边六面体和球形形成。
图5D是说明根据本发明的圆柱形加热炉的图，该加热炉在上端部具有多个气相有机材料出口孔。
为从图5C所示的加热炉220排出大量气相有机材料，可以图5B相同的方式在加热炉220上表面上提供多个气相有机材料出口孔。
图6是说明根据本发明的在气相有机材料携带管外部中的固定温度加热器的图。
当将来自加热炉220的气相有机材料通过气相有机材料携带管210输送时，当将气相有机材料携带管210与外部空气接触和冷却时，也冷却流入气相有机材料携带管210的气相有机材料。在此情况下，当将气相有机材料冷却到低于合适温度的某些温度时，在母材料上的沉积变差。如图6所示，为克服以上问题，在气相有机材料携带管210的外部提供有固定温度加热器260，该加热器含有用于产生热量的加热丝262，能精确地保持和调节加热温度。
此外，可以在有机材料腔220内提供固定温度加热器260，用于使有机材料腔200的温度保持恒定。
<第二实施方式>
参考图7描述有机半导体设备的制造设备和该设备的制造方法，该方法可使用当根据本发明第二实施方式制造有机半导体时使用的宽面积基材。
在图7的有机半导体系统中，本发明第二实施方式的宽面积基材的气相有机材料沉积设备700包括：用于在其中储备惰性气体的储气槽701；安装在储气槽701和MFC(质量流量控制器)702之间，用于加热惰性气体的气体加热器703；安装在加热器管706内部的连接管707；至少一个沉积源罐714，沉积源罐内具有沉积的气体和有机材料；含有用于检查和调节沉积气体流动的沉积速率调节单元715的扫描头709；缓冲腔711；用于闸控沉积气体流动并开启和关闭沉积气体的闸阀711；和用于将从至少一个沉积源罐714流入的气体沉积到宽面积基材712的沉积腔713。
如图7所示，储气槽701可贮存惰性气体如Ar，He，N2等和氧气，用于常规CVD和非爆炸性的各种气体。调节气体量，气体通过MFC702流入热沉积源罐714的内部。将流入的该气体使用气体加热器703加热到200～600℃的高温，然后流入热源内部。
在本发明中，将有机材料粒子和高温气体共存的状态，即固体和气体的非均匀状态假定为固气多相(SGHP)；将稀释状态的材料假定为SGHP的材料。此外，在沉积源罐714内部的有机材料，例如，有机材料由某些材料如Alq3稀释并存在于沉积源罐714的内部。惰性SGHP的材料由沉积源罐714中的热源加热，沉积源罐714内部的SGHP由通常的电流效应加热，用于产生大量气相有机材料。此外，使用在沉积腔713和沉积源罐714之间的压差，通过有机半导体沉积腔713的连接管707，将有机半导体的SGHP材料输入沉积腔713的内部。在以上过程中，将连接管707加热到高温用于防止气相有机材料在连接管707内部积累。特别地，当使用Alq3时，优选将它加热到320℃。在以上加热工艺中，为防止连接管707的热损失，形成双管用于保持恒定的温度梯度。此外，保持连接管707中的真空状态，以保持连接管707的温度。此外，在向下类型的方法中，由于可以通过改进能够贮存大量材料的沉积源罐而消除由于掩模的阴影，可以使用厚的荫罩。即，可以通过降低荫罩排列部分的排列误差而实现长时间工艺。
将通过连接管707输入扫描头709的气相有机材料沉积到基材712的上部。此时，根据与连接管707相同的方法使用电阻或热源加热扫描头709用于防止气相有机材料沉积。此外，在扫描头709中基材中不进行沉积工艺的情况下，扫描头709移动到缓冲腔710。此外，完全分离缓冲腔710和沉积腔713，以防止在基材中扫描头709的热源更宽和在沉积腔713内部的温度增加。
当扫描头709位于缓冲腔710中时，使用缓冲腔710内的监视器的晶体传感器715调节和稳定从扫描头709喷雾的气相有机材料的量。实际上，厚度测量系统并不存在于沉积腔内。根据处理时间进行处理过程中厚度的调节。
图8是说明多个沉积源罐和扫描头的视图，扫描头能够有效处理图7系统内部的SGHP有机材料。
如图中所示，第一，第二和第三沉积源罐741，742和743通过与罐和第一，第二和第三扫描头791，792和793连接的第一，第二和第三连接管771，772和773提供大量有机材料。此外，在缓冲腔中，以一定的方式提供辅助加热炉745使得当扫描头移动时，收集和再循环有机材料。
图9是根据本发明的在沉积腔内部能够携带SGHP有机材料的扫描头的操作方法的视图。
如图中所示，在使用根据本发明扫描头709的沉积方法中，气相有机材料自身由HIVAC泵714的层流泵送操作进行和在由箭头L，L’，L”和L指示的方向移动。因此，根据闸阀71的开启和关闭操作进行沉积。由于在基材的下部提供泵送口732，稳定地实现气相有机材料的流动，使得可以实现在宽面积基材上沉积的有机材料薄膜的均匀厚度。因此，由于在L，L’，L”和L箭头方向中的沉积中没有任何损失，可以显著地增加材料的效率。
图10是在图8系统内部能够携带SGHP有机材料的扫描头的移动方法的视图。使用电机717使得柱塞杆718在恒定速度下在P和P’之间往复而实现图10沉积工艺中扫描头709的纵向移动。根据基材的尺寸确定使用电机717的扫描头719长度和扫描头719纵向移动长度。此外，扫描头通过流量调节单元716调节气相有机材料的产量。
图11是解释根据本发明有机半导体设备的气相有机材料产生方法的图。
如图中所示，提供了沉积源罐714，外部热源加热器701，沉积源罐714中的有机材料粒子752，沉积源罐714中的高温气体753，贮存在沉积源罐714内部的有机材料和气体输入管755。在根据本发明有机半导体设备的气相有机材料产生方法中，当产生气相有机材料时，由于用于有机半导体的材料热导率较低，当使用通常电池类型热源时，有机材料的蒸发困难，并且由于热量集中于某些部分，沉积源罐714中的有机材料可能劣化。
如图11所示，通过气体入口管755将高温气体喷入沉积源罐714，在有机材料本身，在沉积源罐714内部稀释气体和有机材料。因此，有机材料粒子752和高温气体753在沉积源罐714中共存。此外，使用在沉积源罐714外部的热源加热器751的增加沉积源罐714的温度。
在基于对流法的加热部分中的处于共存状态的稀释部分使用热传导，从而产生大量的有机材料。此外，可以在与现有方法相比更低的热源外部温度下产生大量的气相有机材料。
图12是说明根据本发明的基于图11的方法产生气相有机材料的沉积腔内部的沉积方法的视图。描述图12气相有机材料的沉积和携带方法。如上所述，可以在沉积源罐714内部产生大量气相有机材料。因此，在沉积腔713内部真空压力和沉积源罐714内部真空压力的差异大于100倍，优选为100-10000倍。例如，如果系统的真空度为10-4托，使得沉积源罐714的压力是10-1托以形成一定的压差，可以在沉积源罐714内部的沉积腔中诱增气相有机材料。此外，将连接管加热到高温以使气相有机材料不沉积。在图12的沉积腔中，描述包括扫描头761和基材762的扫描方法。将由图12扫描方法诱导的气相有机材料实际沉积到基材上。然而，气相有机材料并不同时沉积在宽面积基材上。如图12所示，如同在基材某些部分上进行沉积那样进行在宽面积基材上的沉积过程，根据扫描头709的移动在恒定速度下移动扫描头709。
图13是操作沉积设备的流程图。在沉积设备中，将基材712装入沉积腔710中(S710)。预热沉积源罐714，并将200℃-600℃的高温气体输入沉积源罐714(S712)。此外，将沉积源罐714内部的高温气体和有机材料粒子混合，以形成混合物。当增加沉积源罐714的温度时，产生SGHP材料(S714)。通过连接管707将产生的大量SGHP材料从沉积源罐714携带到缓冲腔710(S716)。在此时，在缓冲腔710中，使用气相有机材料传感器测量气相有机材料的流量。当气相有机材料的流量达到设定量时，开启缓冲闸阀(S718)。根据扫描头709的操作进行气相有机材料的沉积工艺(S720)。在经过设定的沉积时间之后，移动扫描头709(S722)，关闭缓冲闸阀711，卸载基材(S724)。
下面根据试验结果描述根据本发明的宽面积基材的气相有机材料沉积设备和方法。
根据使用图13设备的试验，根据如下条件描述图7，10，15和16：使用的材料：Alq3；基材尺寸：370×470mm；使用的气体：Ar(340℃)；沉积源罐温度：300℃；沉积源罐均匀性：±5％。
图14是根据本发明的稀释气体的温度与沉积量的相对关系图；图15是根据本发明的相对于稀释气体量的气相有机材料的图；图16是在仅加热沉积源罐而没有根据本发明稀释气体的情况下，沉积源罐温度与沉积量的关系图。
如图14所示，检查出稀释气体的温度对沉积量没有任何影响。如图15所示，当稀释气体的量增加时，沉积源罐714内部SGHP的量增加，气态有机材料的量随着沉积源罐714的热量增加而增加，从而增加通过扫描头709产生的气相有机材料的量。此外，如图16所示，在加热沉积源罐714自身的情况下，检查表明有少量气态有机材料产生。
换言之，如图13，14，15和16所示，在没有稀释气体的情况下，相比于常规沉积源罐714的方法，其中气相有机材料的产生量较小，随着稀释气体的输入，使沉积源罐714内部的SGHP的量增加。此外，根据常规的电流原理，在沉积源罐714内部SGHP将产生大量气相有机材料。
因此，由于使用闸阀711完全分隔缓冲腔710和沉积腔713，可以防止基材中，其中扫描头709的热源更宽，和沉积腔713内部的温度增加。此外，增加有机薄膜相对于基材的粘合力，可以精确和稳定地调节厚度到通常厚度。可以贮存大量材料。
如上所述，在根据本发明的气相有机材料沉积方法和使用该方法的气相有机材料沉积设备中，可以均匀地在宽面积基材上沉积气相有机材料和快速生长膜。此外，可以实现有机材料混合量的精细调节。此外，由于仅将气相有机材料喷雾到其上沉积气相有机材料的部分上，可以有效地沉积气相有机材料。可以在本发明中节省有机材料。
此外，在根据本发明的气相有机材料沉积方法和使用该方法的气相有机材料沉积设备中，可以通过在沉积源罐内部稀释有机材料粒子增加有机薄膜相对于基材的粘合力。此外，通过使用闸阀完全分隔缓冲腔和沉积腔和连续移动扫描头的小侧热源，可以防止热源宽面积基材中由于扫描头的原因和沉积腔内的温度增加。此外，在本发明中，由于可以在向下方法中通过采用能够贮存大量材料的沉积源罐，消除罩的阴影效应，可以使用厚的荫罩。即，可以克服荫罩排列部分的问题。
由于本发明可以在几种形式中实施而不背离其精神或必须特征，也应当理解除非另外说明，上述实施例并不由以上描述的任何详细情况所限制，而应当由所附权利要求确定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求集合和范围内的所有改变和改进，或该集合和范围的同等物也由所附权利要求所包括。

Claims (22)

1.一种气相有机材料沉积设备，包括：
沉积腔，该沉积腔具有：与外部分离的内部空间，在内部空间底表面中形成的用于安装沉淀气相有机材料的母材料的母材料安装部分，位于母材料安装部分上部分并用于在母材料安装部分方向上喷雾气相有机材料的喷雾单元，和向上壁表面和侧壁表面辐射热量的保温加热器；
有机材料腔，该有机材料腔具有：以孔形状形成的载气入口孔，携带气相有机材料的载气通过该入口孔流入；以孔形状形成的气相有机材料出口空，通过该出口空排出有机材料蒸气和载气；由耐热材料形成并具有用于贮存有机材料的内部空间的加热炉；以及有机材料加热用加热器，该加热器围绕加热炉的外周围部分并将加热炉的内部加热到有机材料蒸发所需的温度；
流量控制器，其与载气入口孔连接并控制流入有机材料腔内部的载气量和流速；
气相有机材料携带管，其以通过沉积腔和有机材料腔的形式形成并以管子形状形成，使得有机材料腔中的气相有机材料被携带到喷雾单元；和
用于降低沉积腔内部压力的真空泵。
2.如权利要求1的设备，其中所述沉积腔在气相有机材料携带管的纵向方向在装有喷雾单元的部分中包括导轨；所述喷雾单元包括在与导轨接触的部分可与导轨一起滑动的导板。
3.如权利要求1或2的设备，其中所述沉积腔包括用于旋转喷雾单元的旋转电机和用于在向上和向下方向移动喷雾单元的移动电机。
4.如权利要求1的设备，其中所述气相有机材料携带管包括固定温度加热器，该加热器具有用于产生热量的热丝和用于精确保持加热温度的固定温度热量辐射装置系统。
5.如权利要求1或4的设备，其中所述气相有机材料携带管包括与两个有机材料腔连接的用于混合两种气相有机材料的混合罐。
6.如权利要求1的设备，其中所述喷雾单元由具有多个小直径喷雾部分的喷雾气相有机材料的喷头实现，或者由喷雾部分以管形状形成的喷雾管实现。
7.如权利要求1的设备，其中所述加热炉以选自多边形、圆柱形或球形的特定形状形成，其内部与外部分离。
8.一种气相有机材料沉积方法，包括如下步骤：
第一步骤：与包括有有机材料的有机材料腔的外表面接触的加热用加热器辐射热量并将有机材料加热至高于蒸发温度的温度；
第二步骤：通过由辐射热量的固定温度加热器围绕的气相有机材料携带管，将由加热用加热器蒸发的气相有机材料携带到沉积腔的喷雾单元，其中沉积腔中布置有沉积气相有机材料的母材料；和
第三步骤：将携带到喷雾单元的气相有机材料在重力方向从放置在母材料安装部分上部中的母材料上部喷射，并沉积在母材料上表面上。
9.如权利要求8的方法，其中所述第三步骤的所述喷雾单元在气相有机材料携带管的纵向方向水平移动和/或旋转。
10.如权利要求8或9的方法，其中所述第三步骤的所述母材料安装部分在有机材料腔的底表面中水平移动。
11.宽面积基材的气相有机材料沉积设备，包括：
气体加热器，用于通过调节其中含有惰性气体的储气罐和质量流量控制器而加热惰性气体；
缠绕在连接管外部的用于保持温度的加热器管；
沉积源罐，该沉积源罐用于贮存要沉积的气体和有机材料，并在稀释这些物质从而产生气态的稀释的有机材料的状态下由气体加热器加热高温气体和有机材料粒子；
扫描头和缓冲腔，它们具有用于检查和调节稀释的有机材料粒子的移动的沉积速率调节单元；
闸阀，用于实现闸控操作从而开启和关闭稀释的有机材料粒子的流动；和
沉积腔，用于将从沉积源罐流入的稀释粒子沉积到宽面积基材上；
其中，气体加热器加热气体以使沉积源罐调节气体的量并将热源流入到气体中；闸阀安装在缓冲腔和沉积腔之间，从而防止由扫描头热源引起的在宽面积基材中和沉积腔内部的温度增加。
12.如权利要求11的设备，其中所述沉积源罐贮存Ar，He，N2和氧气作为贮存在其中的非爆炸性惰性气体。
13.如权利要求11的设备，其中提供用于沉积材料的多个扫描头。
14.如权利要求11或12的设备，其中加热器气体的温度保持在200℃-600℃。
15.如权利要求11的设备，其中所述缓冲腔包括热源切断腔，并进一步包括辅助加热炉，用于按照当移动扫描头时再循环分离的有机材料的方式循环有机材料。
16.宽面积基材的气相有机材料沉积方法，包括如下步骤：
使用根据气体量调节并且热源插入到内部的气体加热器，将从沉积源罐流入的根据其中贮存有惰性气体的储气罐和质量流量控制器而调节的惰性气体加热的第一步骤；
通过缠绕在连接管外部的加热器管保持温度的步骤；
在稀释高温气体和有机材料粒子得到稀释的气态有机材料的状态下，用气体加热器加热贮存有要沉积的气体和有机材料的沉积源罐的步骤；
检查和调节稀释的有机材料粒子的流动，并根据带有沉积速率调节单元的用于开启和关闭稀释的有机材料粒子的流动的扫描头和缓冲腔进行闸控操作的步骤；
将从闸控和沉积源罐流入的稀释粒子沉积在沉积腔中的宽面积基材上的步骤；
在缓冲腔和沉积腔之间安装闸阀并防止由扫描头的热源引起的宽面积基材中和沉积腔内部温度的增加的步骤；和
将当扫描头在缓冲腔中移动时分离出的有机材料通过安装用于有机材料再循环的辅助加热炉进行收集的步骤。
17.如权利要求16的方法，其中所述沉积源罐含有Ar，He，N2和氧气作为输入其中的非爆炸性惰性气体。
18.如权利要求16的方法，其中在所述沉积源罐中产生的气相有机材料中，与沉积腔内部的压差为100-10000倍。
19.如权利要求16的方法，其中所述闸控操作步骤进一步包括通过多根连接管将存储在多个沉积源罐中的有机材料传送到多个扫描头，并且从扫描头中喷出的有机材料在沉积腔中的基材上混合与沉积。
20.如权利要求16的方法，其中所述闸控操作步骤进一步包括通过处理时间调节有机半导体制造系统内部的厚度的步骤。
21.如权利要求16或17的方法，其中加热器气体的温度保持在200℃-600℃。
22.有机半导体设备制造方法中的宽面积基材的气相有机材料沉积方法，包括如下步骤；
步骤S710：将基材装入沉积设备的沉积腔中；
步骤S712：预热沉积源罐并在200℃-600℃的温度下流入高温气体；
步骤S714：将高温气体和有机材料粒子在沉积源罐内部混合从而形成混合物，并加热从而产生固气多相材料；
步骤S716：通过连接管将大量气相有机材料SGHP从沉积源罐携带到缓冲腔；
步骤S718：使用缓冲腔中的气相有机材料传感器测量气相有机材料的流量，并当气相有机材料的流量达到设定量时开启缓冲闸阀；
步骤S720：根据扫描头的操作沉积气相有机材料；
步骤S722：在经过设定的沉积时间之后，移走扫描头；和
步骤S724：关闭缓冲闸阀，并卸载基材。
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