CN1789479A - 用于薄膜形成的分子供应源 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于薄膜形成的分子供应源，利用从单个蒸发源排出的分子、即使在相对宽的膜形成表面(9)上也能够形成具有高均匀性的薄膜，其具有设置成多个的导向通路(4a)、(4b)和(4c)，其中通过那些导向通路(4a)、(4b)和(4c)来控制蒸气分子的流速和定向特性；由此改善在衬底(8)的膜形成表面(9)上所形成的膜厚度的分布。利用这，膜形成材料的必要量能达到衬底(8)的膜形成表面(9)上的必要位置，因此在不用旋转和/或移动膜形成表面(9)的情况下，能够减少形成在膜形成表面(9)上的薄膜的膜厚度上的离差，并由此能够形成具有均匀厚度的薄膜。此外，还能够随意但到一定程度控制在膜形成表面(9)上的任意位置处的膜厚度。

Description

用于薄膜形成的分子供应源
技术领域
本发明涉及一种用于薄膜形成的分子供应源，用于加热要形成在固体或物质、例如衬底等的膜形成表面上的材料，由此熔化并蒸发膜形成材料；即产生用于在固体的表面上生长薄膜的蒸发的分子，本发明尤其涉及一种用于薄膜形成的分子供应源，适合于当在固体、例如衬底等上积聚薄膜时，在具有相对大面积的固体的膜形成表面均匀地积聚薄膜。
背景技术
当生产半导体器件和/或显示装置时，用于形成薄膜的工艺是非常重要的技术，用于在其膜形成表面上形成各种类型的薄膜。如下取得或形成这种类型的薄膜：通过在真空内加热膜形成材料，从而喷射到衬底上，并随后使其冷却；由此凝固或粘结在其上。通常，采用一种方法，把膜形成材料放入由具有高熔点的材料例如钨等制成的皿或坩埚内，并随后通过借助于加热器加热坩埚的周围来加热要形成薄膜的材料；从而，产生要喷射到衬底上的其蒸气。
近年来，伴随显示装置或器件加大尺寸，膜形成表面趋向在其上要形成薄膜的区域中加大。随着这些，出现一个问题，尤其在具有相对大的面积的膜形成表面上形成具有均匀膜厚度的薄膜方面。
通常，当分子束源的分子排出开口在数量上是单个的时候，形成在膜形成表面上的膜厚度的分布与cos3α成比例，其中假设从蒸发源出口的角度为α。按传统为了对此补偿，采用了各种方式或方法。例如，如在日本专利特开No.2004-176111(2004)中所描述的，例如，在膜形成表面上形成膜期间通过旋转或移动膜形成表面，尝试获得均匀化其膜厚度。
然而，利用这种方式，必须有旋转和/或移动具有膜形成表面的衬底的机械装置，而因此使膜形成装置本身趋于复杂化了。更特别地，在当处理具有大面积的膜形成表面的衬底时，这种用于衬底的旋转机械装置和/或移动机械装置成为使装置加大尺寸的一主要因素或原因；因此，实际上，这是不适用的。
由于这个原因，传统上，采取在分子的排出位置和膜形成表面之间的距离长，使得仅在能得到相对均匀膜厚度的范围或区域内进行膜形成。然而，如果使分子排出位置和膜形成表面之间的距离长，那么仅膜形成材料的一部分分子积聚在膜形成表面上，而大量百分比的分子积聚在真空室的内壁上而无助于膜形成。那么，无益地消耗或浪费了大量的膜形成材料，并减低产率，同时用膜形成材料污染了真空反应室的内部。近年来，尤其关注有机发光膜的材料，其材料成本高，那么减低产率会引起薄膜元件的严重成本上升。
同样，作为用于获得在膜形成表面上所形成的薄膜的均匀膜厚度的方式的其他装置，在国际专利申请号No.2003-522839(2003)的日本专利特开中所描述的，例如，提出一种在多个位置处分散地放置分子排出部分的装置，由此从那些分子排出部分的每个中分别地排出膜形成材料的分子，同时控制它们。
然而，在这种装置中，局部上，膜在其膜厚度上趋于变大，尤其是在膜形成表面与分子排出部分基本相对的部分处。
此外，还采用一种分子供应装置，设置有用于从一个坩埚中排出膜形成材料的分子到对应于膜形成表面的角落的位置的导向通路(guidepassage)。然而，利用这种分子供应装置，必须在具有与衬底的膜形成表面相同大小的表面上设置导向通路的分子排出开口。由于这个原因，随着衬底加大尺寸，以及其结构变得复杂，存在使导向通路尺寸的结构也变大的缺陷。
发明内容
根据本发明，通过仔细考虑用于薄膜形成的传统分子供应源的缺陷来实现一个目的，从而提供一种用于薄膜形成的分子供应源，借助于单个蒸发源反射的分子，即使在相对宽的膜形成表面上也能够形成具有均匀性高的膜厚度的薄膜。
根据本发明，设置多个导向通路4a、4b和4c，对着衬底8的膜形成表面9，以便借助于导向通路4a、4b和4c来控制分子蒸气的流速和定向特性，由此改善在衬底8的膜形成表面9上所形成的膜厚度的分布。利用这种方法，由于能够让膜形成材料的必需量达到衬底8的膜形成表面9的必要部分，因此在不用旋转和/或移动膜形成表面9的情况下，可以使形成在膜形成表面9上的薄膜的膜厚度离差(dispersion)小；由此能够形成具有均匀厚度的薄膜。此外，能够控制膜形成表面9上任意位置处的膜厚度，随意达到一定程度。
也就是，在用于薄膜形成的分子供应源内，根据本发明，以径向方式设置多个导向通路4a、4b和4c，每个具有用于从蒸发源1排出送往膜形成表面9的分子的圆柱形通路(passage)，其中在导向通路4a、4b和4c的一部分或全部中设置调整装置，用于调整那些通路的面积。
利用用于薄膜形成的这种分子供应源，根据本发明，由于以径向方式设置每个具有圆柱形通路的多个导向通路4a、4b和4c，从那些导向通路4a、4b和4c中排出的分子具有定向特性；由此能够提供分子到以膜形成表面9为目标的位置上。并且，调整装置可以控制其供应量，调整装置设置在导向通路4a、4b和4c中用于调整其通路面积。利用这，能够提供任意量的分子到膜形成表面的任意位置上。因此，随着提供分子更加多地到衬底8的膜形成表面9上的周围部分等上，其中膜厚度可能易变薄，能够取得其上要形成的薄膜的膜厚度标准化和均匀化。利用这，能够形成更加均匀的薄膜，尤其是在膜厚度的分布方面。此外，优选地从导向通路4b和4c的中心线延伸向外指向的线到达膜形成表面9上的位置位于膜形成表面9的最外面的部分或其外部上。
在用于薄膜形成的这种分子供应源内，根据本发明，在“Do”和“Di”之间确立下列关系式：Do≥Di，其中“Di”是在蒸气入口侧多个导向通路4a、4b和4c中每条的内径，“Do”是其在蒸气出口侧的内径。用作用于调整多个导向通路4b的通路面积的调整装置采用孔状限制板(orifice-likelimiter plate)5，每个限制板5具有分子通过开口6并分别设置在导向通路中。利用这种限制板5，各导向通路4a、4b和4c的分子通过面积调大或小，由此控制分子的供应量。放置所述限制板5的位置满足下列关系式：Lr≥2×Dn，其中“Lr”是从导向通路4b的出口到限制板5的距离，而“Dn”是限制板5的分子通过开口6的直径。
根据用于薄膜形成的这种分子供应源，如上所述，根据本发明，能够从导向通路4a、4b和4c中向膜形成表面9排出具有定向特性的分子，同时，还能够分别调整来自导向通路4a、4b和4c的分子的排出量。利用这，在相对宽的膜形成表面9上，在膜厚度能易趋于减薄以及膜厚度能易趋于加厚的位置上都能够调整分子的排出量；从而，能够在这种膜形成表面9上形成具有更加均匀膜厚度的薄膜。
附图说明
从结合附图的下列详细说明中，本发明的那些及其它目的、特征和优点将变得更容易明白，其中：
图1示出了根据本发明一个实施例用于薄膜形成的分子供应装置的纵向截面图；
图2是沿上述图1中带有箭头的线A-A截取的图；
图3示出了根据本发明另一实施例用于薄膜形成的分子供应装置的纵向截面图；
图4是沿上述图3中带有箭头的线B-B截取的图。
具体实施方式
根据本发明，沿径向设置多个导向通路4a、4b和4c，每个具有从蒸发源1指向膜形成表面9用于排出分子的圆柱形通路，其中导向通路4a、4b和4c的一部分或全部中设置调整装置，用于调整分子通路的面积，由此实现上述目的。
下文中，通过参考附图将充分说明本发明的实施例。
[实施例1]
图1是根据本发明一个实施例，用于薄膜形成的分子供应装置的纵向截面图，以及图2是沿图1中带有箭头的线A-A截取的图。
如图1中所示，通过导管2把从分子束源1中所提供的分子“m”导入分配室(distribution chamber)3。在导管2的路径上，设置用于打开/关闭分子供应通路的阀门10，由此来进行调整。
分配室3连接其形状均为圆柱形的导向通路4a、4b和4c，并且按径向布置那些导向通路4a、4b和4c，指向衬底8的膜形成表面9。更详细地，设置中心导向通路4a，使得其从分配室3指向为面对衬底8的膜形成表面9的中心部分；然而，设置沿周围提供的其它导向通路4b和4c；即分别相对或面对靠近膜形成表面9周围的部分，但稍许倾斜，并且还相对于上述中心导向通路4a指向外部。外围导向通路4b和4c的中心轴到达衬底8上的膜形成表面9或与之相交的位置，位于衬底8上的膜形成表面9的最外面的位置附近。
导向通路4a、4b或4c中的每个是纵向圆柱形的分子通路，但其可以用方形柱体形状代替，但务必使其在其中具有通路。那些导向通路4a、4b或4c具有出口7a、7b和7c，每个具有直径“Do”，与在分配室3一侧的直径“Di”相比，直径“Do”稍微大些；即，Do≥Di。
此外，在分配室3一侧的一部分导向通路4b的入口中，提供有用于限制流动通路的面积的孔状限制板5。更详细地，在中心导向通路4a周围的那些导向通路4b和4c的八(8)条之中的四(4)条导向通路4b中设置限制板5。
那些限制板5的每个具有孔形式的分子通过开口6，并且该分子通过开口6的开口直径“Dn”小于分配室3一侧上所设置的导向通路4a、4b或4c的开口直径“Di”。并且，与限制板5的分子通过开口6的开口直径“Dn”相比，导向通路4a、4b或4c的分子通路的长度“Lr”足够长；即，其是开口直径“Dn”的两(2)倍长，或比那更长。也就是，Lr≥2Dn。
另外，在结构中优选地从导向通路4b或4c的中线向外延伸或伸出的每条线到达膜形成表面9或与之相交的位置位于膜形成表面9的最外面的部分或其外部上。
在这种方式中，由于导向通路4a、4b或4c的分子通路的长度长，那么从出口7a、7b和7c中所排出的分子流分别给定有其定向性(directionalproperty)，因此，排出分子送往衬底8的膜形成表面9上的预定位置处的相对窄面积或区域上。通过这，即使在相对宽的膜形成表面9上，即所形成的膜能很容易地减薄的周围部分上，也能够保持大量分子的供应等于中心部分的分子的供应；从而，改善了全部膜形成表面9上的膜厚度的均匀性。
在真空内，气体分子一直向前行进。在当把各向同性散射的(isotropicscattering)分子引入有限长的柱状导向通路4a、4b和4c时的情况下，从出口7a、7b和7c中排出的分子的方向根据概率定律来确定，即，取决于导向通路4a、4b和4c的直径和导向通路4a、4b和4c的长度。导向通路4a、4b和4c的直径和长度之间的比率越大，分子扩张越宽，相反，当比率变小，沿导向通路4a、4b和4c的延长线前进的分子的百分比增加。当仅利用一(1)条导向通路，来从该导向通路发射分子时，那么其能够具有在导向通路周围按锥形方式的蒸气喷射。
提供大量的这种导向通路，同时调整其各自锥形交迭的方式，能够改善衬底8的膜形成表面上所形成的膜厚度的分布。在这种情况下，这样设置是有效的，即主要指向衬底8上的膜形成表面9的外围侧(periphery side)设置那些导向通路4a、4b和4c，同时对着其膜厚度趋于减薄的中心部分以辅助方式设置导向通路4a。
在这种情况下，根据分子的类型、温度和流速等，引导到指向膜形成表面9的周围部分设置的那些主要导向通路4b和4c的分子的必需量，以及引导到指向膜形成表面9的中心部分设置的辅助导向通路4a的分子的必需量，相互不同；因此，有必要提供一种用于分别调整分子通路的装置。例如，在假设指向膜形成表面9的周围部分的用于导向通路4b和4c的必要的分子的量为1的情况下，并且还假设用于辅助导向通路4a的必要的分子的量为0.5，那么那些主要导向通路4b和4c的分子通路的总面积为1，同时设定辅助导向通路4a的分子通路为0.5。
另外，在每个导向通路4b的入口中提供孔状限制板5的情况下，足以按类似的方式来确定对着膜形成表面9的周围部分的那些主要导向通路4b的分子通路的总面积；即，定为1，同时设定辅助导向通路4a的分子通路为0.5。
尽管通过导向通路的直径和长度之间的比率来确定从导向通路4a、4b和4c中排出的分子的方向；然而，在设置限制板5的情况下，在限制板5的分子通过开口6内分子蒸气分散。因此，分子排出的定向性尤其是取决于从限制板5的分子通过开口6到导向通路4b的出口7b的长度“Lr”的比率。根据由本发明人所做出的研究，为有效控制蒸气的范围，优选确定“Lr”等于或大于“Dn”的两倍；即，Lr≥2Dn，但如果“Lr”小于“Dn”的两倍，就不能得到这种效果。
图3和图4示出了在导向通路4a、4b和4c的方向与膜形成表面9的位置之间所确立的关系的一个例子。在该例中，对于具有高470mm，宽370mm的衬底，放置九(9)条导向通路4a、4b和4c。在图4上用标记“×”指示位置，其中那些导向通路4a、4b和4c的各自中心线到达与衬底8的膜形成表面相同的表面或与之相交。从该图4中显而易见，中心导向通路4a的中心轴到达衬底8上的膜形成表面9的中心，用标记“a”指示。另一方面，在中心导向通路4a周围的导向通路4b和4c的中心轴，用标记“b”至“i”指示，到达衬底8上的膜形成表面9相同的表面上的环绕衬底8的膜形成表面9的方形A(mm)×B(mm)的角(comer)，以及该方形的各条边上的中心位置。那些导向通路4b和4c的中心轴到达与衬底8的膜形成表面9相同的表面上的位置用标记“b”至“i”指示，并且它们在衬底8的膜形成表面9的最外部位置的外侧中。更详细地，优选确定A＝B＝500mm，尤其衬底具有上述这样尺寸的情况下。
表1示出了其中在采用图3和4中所示出的分子供应装置时，在衬底8的膜形成表面9上实际形成薄膜时膜厚度的最小值和最大值，以及其离差“δ”。例如，导向通路4a、4b和4c的每个直径为16φ，衬底8的大小为370mm×470mm，从导向通路4a、4b和4c的分子入口到衬底8的膜形成表面9的距离为500mm。并且，那些导向通路4b和4c的中心轴到达与衬底8的膜形成表面9相同的表面上的位置如上所述。此处，有机发光膜的材料用作要应用在光致发光元件中的膜形成材料，例如Alq3。
作为用于测量膜厚度的一种方法，在把三十(30)块测量板粘在衬底8的膜形成表面9上之后，用水平检测器(level detector)(例如，“dektak 6”)测量其膜厚度。最大膜厚度(Tmax)和最小膜厚度(Tmin)之间的离差δ用一等式来表达，即100×(Tmax-Tmin)/(Tmax+Tmin)。在图4中用正方形部分指示位置，其上用阴影线处理。在膜厚度中离差“δ”的目标值确定为δ≤5，并且具有离差＞6的评定为“×”。
                           表1
  样品号   δ   最大值/最小值   评定   注释
  1   45.4   0.375   ×   比较例
  2   14.4   0.749   ×   比较例
  3-1   3.1   1   ◎   实施例
  3-2   3.7   0.928   ◎   实施例
  4-1   5.9   0.889   ○   实施例
  4-2   6.9   0.871   ×   比较例
  5-1   24.1   0.612   ×   比较例
  5-2   5.3   1   ○   实施例
在表1中所示的那些之中，样品号1是仅借助于一(1)条导向通路4a对着衬底8的膜形成表面9的中心排出分子的情况。样品号2是在不提供限制板5的情况下用全部九(9)条导向通路4a、4b和4c均匀地供应分子的情况。样品号3-1至5-1是当通过对导向通路4a、4b和4c的分子通路面积调整形成膜时的情况。具体地，样品号3-1示出了利用限制板做出调整的情况，而样品号3-2示出了对导向通路的管子的直径做出调整的情况。样品号4-1示出了当设定与在图4中所示的导向通路的中心处的膜形成表面相交的位置“×”分别为A＝500和B＝500时的情况，以及样品号4-2示出了当设定A＝400和B＝400时的情况。除了那些情况它们为A＝500和B＝500。样品号5-1示出了当在每条导向通路的分子出口处设置限制板的情况，而样品号5-2示出了当在分子束的一侧距每条导向通路的分子出口32mm的位置处设置限制板的情况。表2中示出了在那些情况下分子通路的面积。
                        表2
  样品号   b：16   c：6.4   d：16
  3-1   e：6.4   a：0   f：6.4
  g：16   h：6.4   i：16
  样品号   b：16   c：6   d：16
  3-2   e：6   a：0   f：6
  g：16   h：6   i：16
  样品号   b：16   c：0   d：16
  4-1   e：5.6   a：0   f：5.6
  g：16   h：0   i：16
  样品号   b：16   c：0   d：16
  4-2   e：0   a：0   f：0
  g：16   h：0   i：16
  样品号   b：16   c：0   d：16
  5-1   e：0   a：0   f：0
  g：16   h：0   i：16
  样品号   b：16   c：0   d：16
  5-2   e：0   a：0   f：0
  g：16   h：0   i：16
在不脱离本发明的精神或主旨特征或特性的情况下，可以按其他具体的形式来实施本发明。因此，本实施例无论从哪方面来说都认为是示例性的而非限制性的，因此其中包括由附加权利要求而不是由上述说明书所指出的本发明的范围以及权利要求的等效物的范围。

Claims (18)

1、一种用于薄膜形成的分子供应源，用于朝向膜形成表面(9)排出所产生的膜形成材料的分子，从而附着在所述膜形成表面上，由此形成膜，包括：
蒸发源(1)；
以径向方式设置的多个导向通路(4a)、(4b)和(4c)，每个具有从所述蒸发源指向所述膜形成表面(9)用于排出所述分子的圆柱形通路；以及
调整装置，其设置在所述导向通路(4a)、(4b)和(4c)的一部分或全部内，用于调整其分子通路区域的面积。
2、如权利要求1所述的用于薄膜形成的分子供应源，其中在“Do”和“Di”之间确立下列关系式：
Do≥Di
其中“Di”是多个所述导向通路(4a)、(4b)和(4c)中每条在蒸气入口侧的内径，“Do”是其在蒸气出口侧的内径。
3、如权利要求1所述的用于薄膜形成的分子供应源，其中通过调整每个所述导向通路(4b)的入口的面积得到用于调整所述多个分子通路(4b)的所述面积的所述调整装置中的每个。
4、如权利要求2所述的用于薄膜形成的分子供应源，其中通过调整每个所述导向通路(4b)的入口的面积获得用于调整所述多个分子通路(4b)的所述面积的所述调整装置中的每个。
5、如权利要求1所述的用于薄膜形成的分子供应源，其中用于调整所述多个分子通路(4b)的所述面积的所述调整装置中的每个分别具有分子通过开口(6)，并且由设置在每个所述导向通路(4b)中的孔状限制板(5)来构造。
6、如权利要求2所述的用于薄膜形成的分子供应源，其中用于调整所述多个分子通路(4b)的所述面积的所述调整装置中的每个分别具有分子通过开口(6)，并且由设置在每个所述导向通路(4b)中的孔状限制板(5)来构造。
7、如权利要求3所述的用于薄膜形成的分子供应源，其中用于调整所述多个分子通路(4b)的所述面积的所述调整装置中的每个分别具有分子通过开口(6)，并且由设置在每个所述导向通路(4b)中的孔状限制板(5)来构造。
8、如权利要求4所述的用于薄膜形成的分子供应源，其中用于调整所述多个分子通路(4b)的所述面积的所述调整装置中的每个分别具有分子通过开口(6)，并且由设置在每个所述导向通路(4b)中的孔状限制板(5)来构造。
9、如权利要求8所述的用于薄膜形成的分子供应源，其中所述限制板(5)所处的位置满足下列关系式：
Lr≥2×Dn
其中“Lr”是从所述导向通路(4b)的出口到所述限制板(5)的距离，并且“Dn”是所述限制板(5)的所述分子通过开口(6)的直径。
10、如权利要求1所述的用于薄膜形成的分子供应源，其中从所述导向通路(4b)和(4c)的中心线延伸向外指向的线到达所述膜形成表面(9)上的位置位于所述膜形成表面(9)的最外面的部分或其外部上。
11、如权利要求2所述的用于薄膜形成的分子供应源，其中从所述导向通路(4b)和(4c)的中心线延伸向外指向的线到达所述膜形成表面(9)上的位置位于所述膜形成表面(9)的最外面的部分或其外部上。
12、如权利要求3所述的用于薄膜形成的分子供应源，其中从所述导向通路(4b)和(4c)的中心线延伸向外指向的线到达所述膜形成表面(9)上的位置位于所述膜形成表面(9)的最外面的部分或其外部上。
13、如权利要求4所述的用于薄膜形成的分子供应源，其中从所述导向通路(4b)和(4c)的中心线延伸向外指向的线到达所述膜形成表面(9)上的位置位于所述膜形成表面(9)的最外面的部分或其外部上。
14、如权利要求5所述的用于薄膜形成的分子供应源，其中从所述导向通路(4b)和(4c)的中心线延伸向外指向的线到达所述膜形成表面(9)上的位置位于所述膜形成表面(9)的最外面的部分或其外部上。
15、如权利要求6所述的用于薄膜形成的分子供应源，其中从所述导向通路(4b)和(4c)的中心线延伸向外指向的线到达所述膜形成表面(9)上的位置位于所述膜形成表面(9)的最外面的部分或其外部上。
16、如权利要求7所述的用于薄膜形成的分子供应源，其中从所述导向通路(4b)和(4c)的中心线延伸向外指向的线到达所述膜形成表面(9)上的位置位于所述膜形成表面(9)的最外面的部分或其外部上。
17、如权利要求8所述的用于薄膜形成的分子供应源，其中从所述导向通路(4b)和(4c)的中心线延伸向外指向的线到达所述膜形成表面(9)上的位置位于所述膜形成表面(9)的最外面的部分或其外部上。
18、如权利要求9所述的用于薄膜形成的分子供应源，其中从所述导向通路(4b)和(4c)的中心线延伸向外指向的线到达所述膜形成表面(9)上的位置位于所述膜形成表面(9)的最外面的部分或其外部上。
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