TWI458843B - 蒸鍍裝置與有機薄膜的形成方法 - Google Patents

蒸鍍裝置與有機薄膜的形成方法 Download PDF

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Description

蒸鍍裝置與有機薄膜的形成方法
本發明是有關於一種鍍膜設備與薄膜的形成方法，且特別是有關於一種蒸鍍裝置與有機薄膜的形成方法。
由於有機薄膜具有極佳的阻水性與阻氣性、高透明度、高絕緣度以及可以抗生銹、腐蝕與風化，因此在目前的可撓式顯示器中，大多使用有機薄膜來作為軟性基板表面上的阻氣層。此外，有機薄膜亦可作為可撓式顯示器中的離型層。
對於目前的製程來說，形成有機薄膜的方法一般為化學氣相沈積法。以聚對二甲苯(parylene)為例，首先，將粉末狀的聚對二甲苯置於蒸發室中，並加熱到150℃以使粉末狀的聚對二甲苯汽化。然後，將聚對二甲苯氣體傳送至裂解室，並加熱到650℃以進行裂解。之後，將聚對二甲苯單體傳送沈積室，並沈積在基板上。
然而，由於有機材料在蒸發室中容易有受熱不均勻的情況發生，使得汽化的有機材料無法穩定地且持續地供應至裂解室。如此一來，經由沈積所形成的有機薄膜會有厚度不均勻與重現性不佳的問題，且無法達到連續生產的目的。
本發明提供一種蒸鍍裝置，其可達到穩定供材的目的。
本發明另提供一種有機薄膜的形成方法，其可達到連續沈積且重現性佳的目的。
本發明提出一種蒸鍍裝置，其包括儲氣室、第一蒸發室、壓力計、裂解室以及沈積室。第一蒸發室藉由第一管路與儲氣室連接，其中第一管路具有第一閥門。壓力計藉由第二管路與儲氣室連接。裂解室藉由第三管路與儲氣室連接，其中第三管路具有第二閥門。沈積室藉由第四管路與裂解室連接。
在本發明之一實施例中，還可以具有壓力調節閥，藉由第五管路與儲氣室連接。
在本發明之一實施例中，還可以具有第二蒸發室，第二蒸發室藉由第六管路與儲氣室連接，且第六管路具有第三閥門。
本發明另提出一種有機薄膜的形成方法，此方法是先提供蒸鍍裝置。蒸鍍裝置包括儲氣室、第一蒸發室、壓力計、裂解室以及沈積室。第一蒸發室藉由第一管路與儲氣室連接，其中第一管路具有第一閥門。壓力計藉由第二管路與儲氣室連接。裂解室藉由第三管路與儲氣室連接，其中第三管路具有第二閥門。沈積室藉由第四管路與裂解室連接。然後，將第一有機材料置於第一蒸發室中，且關閉第二閥門並開啟第一閥門。接著，對第一蒸發室中的第一有機材料進行第一蒸發步驟，以形成第一有機氣體，其中第一有機氣體通過第一管路而傳送至儲氣室。當壓力計量測到儲氣室的第一有機氣體達到預設壓力之後，關閉第一閥門並開啟第二閥門，以將第一有機氣體通過第三管路傳送至裂解室。而後，於裂解室中裂解第一有機氣體，以形成第一有機單體。之後，將第一有機單體通過第四管路傳送至沈積室，以於沈積室中形成第一有機薄膜。
在本發明之一實施例中，上述之第一有機材料為對二甲苯材料。
在本發明之一實施例中，上述之第一有機材料為粉末或液體。
在本發明之一實施例中，上述形成第一有機薄膜後還可以關閉第二閥門。
在本發明之一實施例中，上述之蒸鍍裝置還可以具有壓力調節閥，藉由第五管路與儲氣室連接。
在本發明之一實施例中，上述當壓力計量測到儲氣室的第一有機氣體未達到預設壓力時，開啟壓力調節閥，以將壓力調節氣體通過第五管路傳送至儲氣室。
在本發明之一實施例中，上述之壓力調節氣體包括惰性氣體。
在本發明之一實施例中，上述之蒸鍍裝置還可以具有第二蒸發室，第二蒸發室藉由第六管路與儲氣室連接，且第六管路具有第三閥門。
在本發明之一實施例中，上述當第一有機材料消耗完之後，還可以先關閉第一閥門，並將第二有機材料置於第二蒸發室中，且開啟第三閥門。然後，對第二蒸發室中的第二有機材料進行第二蒸發步驟，以形成第二有機氣體，其中第二有機氣體通過第六管路而傳送至儲氣室。當壓力計量測到儲氣室的第二有機氣體達到預設壓力之後，關閉第三閥門並開啟第二閥門，以將第二有機氣體通過第三管路傳送至裂解室。接著，於裂解室中裂解第二有機氣體，以形成第二有機單體。而後，將第二有機單體通過第四管路傳送至沈積室，以於沈積室中形成第二有機薄膜。
在本發明之一實施例中，上述之第二有機材料為固體或液體。
在本發明之一實施例中，上述形成第二有機薄膜後還可以關閉第二閥門。
在本發明之一實施例中，上述之蒸鍍裝置還可以具有壓力調節閥，藉由第五管路與儲氣室連接。
在本發明之一實施例中，上述當壓力計量測到儲氣室的第二有機氣體未達到預設壓力時，開啟壓力調節閥，以將壓力調節氣體通過第五管路傳送至儲氣室。
在本發明之一實施例中，上述壓力調節氣體包括惰性氣體。
基於上述，本發明在儲氣室中的氣體達到固定壓力之後，也就是具有固定量的氣體之後，才將氣體傳送至後續的反應室進行沈積步驟。因此，儲氣室可穩定地提供氣體，以連續地進行沈積製程，使得薄膜的厚度具有極佳的均勻度，以及多片薄膜的厚度之間具有良好的再現性。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
圖1為依照本發明一實施例所繪示的蒸鍍裝置。請參照圖1，蒸鍍裝置100包括儲氣室102、第一蒸發室104、壓力計106、裂解室108以及沈積室110。儲氣室102用以儲存來自第一蒸發室104的反應氣體。第一蒸發室104藉由第一管路112與儲氣室102連接，其中第一管路112具有第一閥門114。第一蒸發室104用以將材料蒸發而形成反應氣體。第一閥門114用以控制反應氣體是否由第一蒸發室104傳送至儲氣室102。在一實施例中，第一蒸發室104中例如是配置有材料容器(未繪示)，用以盛裝待蒸發的材料。
壓力計106藉由第二管路116與儲氣室102連接。壓力計106用以量測儲氣室102中的氣體壓力。裂解室108藉由第三管路118與儲氣室102連接，其中第三管路118具有第二閥門120。裂解室108用以對來自儲氣室102的反應氣體進行熱裂解。第二閥門120用以控制反應氣體是否由儲氣室102傳送至裂解室108。沈積室110藉由第四管路122與裂解室108連接。沈積室110以來自裂解室108的反應氣體進行沈積，諸如化學氣相沈積，以於沈積室110中的待沈積基板上形成薄膜。上述的第一、第二閥門114、120可分別例如為氣動閥。
另外，蒸鍍裝置100還具有壓力調節閥124，藉由第五管路126與儲氣室102連接。壓力調節閥124用以供應壓力調節氣體至儲氣室102，以調節儲氣室102的氣體壓力。特別一提的是，由於蒸發後的反應氣體處於低於汽化溫度的環境中非常容易沈積，因此蒸鍍裝置100的儲氣室102通常具有恆溫控制裝置(未繪示)，使得蒸發後的反應氣體能維持在汽化狀態。在一實施例中，蒸鍍裝置100還具有載氣供應管線(未繪示)，藉由一管路(未繪示)與儲氣室102連接。載氣供應管線用以供應載氣，將儲氣室102中的反應氣體經由第三管路118攜帶至裂解室108。在一實施例中，沈積室110中例如是配置有支撐件(未繪示)，用以放置基板。
在蒸鍍裝置100中，儲氣室102分別藉由第一、第三管路112、118與第一蒸發室104、裂解室108連接，且第一、第三管路112、118分別具有第一、第二閥門114、120來控制反應氣體的傳送。此外，第一、第二閥門114、120例如是分別與壓力計106電連接，因此壓力計106可根據儲氣室102的氣體壓力來分別控制第一、第二閥門114、120的開啟與關閉。詳言之，當壓力計106量測到儲氣室102中的氣體未達到預設壓力時，可以藉由關閉第二閥門120來避免反應氣體進入裂解室108中，且可以藉由開啟第一閥門114使反應氣體進入儲氣室102中。由理想氣體方程式(PV=nRT)可知，在壓力(P，此處為預設壓力)、體積(V)、溫度(T)皆為定值的狀態下，前述的氣體未達到預設壓力意即反應氣體的量未達到預設量。因此，開啟第一閥門114使反應氣體進入儲氣室102中。
此外，當壓力計106量測到儲氣室102中的氣體達到預設壓力(意即氣體的量達到預設量)時，可以關閉第一閥門114並開啟第二閥門120，以使反應氣體傳送至裂解室108來進行熱裂解。由於傳送至裂解室108的反應氣體為固定量的氣體，因此可進行連續沈積製程，使得薄膜的厚度具有極佳的均勻度，以及多片薄膜的厚度之間具有極佳的再現性。此外，使用者可以簡單地藉由設定反應氣體的預設壓力來控制沈積於基板上的薄膜的厚度，且薄膜的厚度可以具有極佳的均勻度。
以下將以利用蒸鍍裝置100進行有機薄膜的沈積製程為例作說明。
圖2為利用本發明之蒸鍍裝置形成有機薄膜的流程示意圖。請同時參照圖1與圖2，首先，在步驟200中，將有機材料置於第一蒸發室104中。有機材料例如為粉末，諸如對二甲苯二聚體粉末。或者是，有機材料例如為液體，諸如對二甲苯單體原料、六甲基二矽烷(hexamethyldisilane,HMDS)、六甲基二矽氧烷(hexamethyldisiloxane,HMDSO)、六甲基二矽氮烷(hexamethyldisilazane,HMDSN)、四甲基矽烷(tetramethylsilane,TMS)、四乙氧基矽烷(tetraethyl orthosilicate,TEOS)等液體。然後，關閉通往裂解室108的第二閥門120，以及開啟通往儲氣室102的第一閥門114。
然後，在步驟202中，對第一蒸發室104中的有機材料進行蒸發步驟。在進行蒸發的過程中，由於第一蒸發室104的溫度是由室溫上升至有機材料的汽化溫度(以對二甲苯為例，約150℃)，使得剛開始進行蒸發時所形成的有機氣體的蒸發速度並不穩定。然而，在本實施例中，此時的氣體會被儲存在儲氣室102中，而不會直接被傳送至裂解室108，因此能避免後續沈積製程受到有機材料之蒸發速度不穩定的影響。
接著，在步驟204中，當壓力計106量測到儲氣室102的有機氣體達到預設壓力之後，關閉第一閥門114並開啟第二閥門120，以將有機氣體通過第三管路118傳送至裂解室108。換言之，使用者可設定預設壓力，一旦儲氣室102的有機氣體達到預設壓力，由理想氣體方程式(PV=nRT)可知儲氣室102的氣體為一固定量，此時才將有機氣體傳送至裂解室108。在一實施例中，儲氣室102的溫度例如是介於50℃至300℃，以及預設壓力例如是介於50 mtorr至1000 mtorr。再者，在一實施例中，當壓力計106量測到儲氣室102的有機氣體未達到預設壓力時，可開啟壓力調節閥124，以將壓力調節氣體通過第五管路126傳送至儲氣室102。壓力調節氣體可以是惰性氣體，諸如氬氣、氦氣、氮氣等。
而後，在步驟206中，於裂解室108中裂解有機氣體，以形成有機單體。
之後，在步驟208中，將有機單體通過第四管路122傳送至沈積室110，以於沈積室110中形成有機薄膜。在一實施例中，有機薄膜例如是形成於沈積室110中的基板上，以及基板例如是置於沈積室110中的支撐件(未繪示)上。
圖3為依照本發明另一實施例所繪示的蒸鍍裝置之示意圖。在圖3中，與圖1中相同的標號即代表相同的元件，於此不另行描述。請參照圖3，蒸鍍裝置300與蒸鍍裝置100的差異在於：蒸鍍裝置300除了具有與蒸鍍裝置100相同的元件之外，還具有第二蒸發室302。第二蒸發室302藉由第六管路304與儲氣室102連接，且第六管路304具有第三閥門306。第三閥門306用以控制氣體是否由第二蒸發室302傳送至儲氣室102。上述的第三閥門306可例如為氣動閥。
在利用蒸鍍裝置300進行沈積製程時，當第一蒸發室104中的材料消耗完之後，可以關閉第一閥門114，並立即改用第二蒸發室302中的材料繼續進行沈積製程。
舉例來說，在利用蒸鍍裝置300進行有機薄膜的沈積製程中，在第一蒸發室104將一第一有機材料蒸發之前，先關閉第三閥門306，以避免不必要的氣體進入第二蒸發室302中，也就是說，在使用第一蒸發室104而關閉第二閥門120並開啟第一閥門114時，第三閥門306為關閉狀態，此時第一蒸發室104中的第一有機材料進行第一蒸發步驟，以形成第一有機氣體，第一有機氣體通過第一管路112而傳送至儲氣室102。當壓力計106量測到儲氣室102的第一有機氣體達到預設壓力之後，關閉第一閥門114並開啟第二閥門120，以將第一有機氣體通過第三管路118傳送至裂解室108。第一有機氣體於裂解室108中裂解，以形成第一有機單體，最後將第一有機單體通過第四管路122傳送至沈積室110，以於沈積室110中形成第一有機薄膜。當第一蒸發室104中的第一有機材料消耗完之後，關閉第一閥門114，將第二有機材料置於第二蒸發室302中，並開啟第三閥門306。接著對第二蒸發室302中的第二有機材料進行第二蒸發步驟，以形成第二有機氣體。同樣地，在儲氣室102的第二有機氣體達到預設壓力之前，維持開啟第三閥門306，以將第二有機氣體藉由第六管路304經過第三閥門306而傳送至儲氣室102。在儲氣室102的第二有機氣體達到預設壓力之後，則關閉第三閥門306並開啟第二閥門120，以將第二有機氣體藉由通過第三管路118而傳送至裂解室108。之後，依序於裂解室108中進行第二有機氣體的熱裂解步驟，以形成第二有機單體，並使第二有機單體通過第四管路傳送至沈積室110，於沈積室110中進行沈積步驟，以於沈積室110中的基板上形成第二有機薄膜。一般來說，第一有機材料與第二有機材料相同，且可參照前一實施例中所述之有機材料。
在本實施例中，由於蒸鍍裝置300具有二個蒸發室，因此在第一蒸發室104中的材料消耗完之後，只需改用第二蒸發室302繼續進行化學氣相沈積製程，而暫時停用的第一蒸發室104即可補充加入材料，待第二蒸發室302中的材料消耗完後，則再改用補充材料後的第一蒸發室104，如此的交替使用蒸發室，即可達到不需停機更換材料，而可以連續生產的目的。特別一提的是，在其他實施例中，蒸鍍裝置也可以視實際需求而設置有二個以上的蒸發室。再者，上述實施例中的蒸鍍裝置適用於軟性顯示器、可撓式太陽能電池以及薄膜封裝等製程中，以形成諸如離型層、阻氣層等元件。
值得一提的是，在習知的有機薄膜形成方法中，由於有機材料在蒸發是受熱汽化時，容易因為材料受熱不均以及材料體積變化呈非線性等因素，造成有機材料的汽化速率會隨著有機材料的減少而遞減，導致以所形成的多片薄膜在厚度上具有極大的差異(諸如15%~20%)。換言之，沈積製程的再現性不佳。然而，在上述實施例中，是在儲存室中儲存固定量的氣體之後，才將氣體傳送至後續的反應室進行沈積步驟。因此，儲氣室可穩定地提供氣體，以連續地進行沈積製程，使得薄膜的厚度具有極佳的均勻度，以及多片薄膜的厚度之間具有極佳的再現性(厚度差異諸如是小於5%)。
綜上所述，本發明之蒸鍍裝置具有儲氣室、壓力計、第一閥門及第二閥門，儲氣室用以儲存來自蒸發室的反應氣體，壓力計用以量測儲氣室的氣體壓力，第一閥門控制氣體是否由蒸發室傳送至儲氣室，以及第二閥門控制氣體是否由儲氣室傳送至裂解室。在儲氣室中的氣體達到固定壓力之後，才藉由關閉第一閥門並開啟第二閥門，將氣體傳送至後續的反應室進行沈積步驟。因此，儲氣室可穩定地提供氣體，以連續地進行沈積製程，使得薄膜的厚度具有極佳的均勻度，以及多片薄膜的厚度之間具有極佳的再現性。此外，可以藉由在蒸鍍裝置中設置多個蒸發室，藉由交替使用蒸發室，可達到不需停機更換材料，而可以連續生產的目的。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100、300．．．蒸鍍裝置
102．．．儲氣室
104．．．第一蒸發室
106．．．壓力計
108．．．裂解室
110‧‧‧沈積室
112‧‧‧第一管路
114‧‧‧第一閥門
116‧‧‧第二管路
118‧‧‧第三管路
120‧‧‧第二閥門
122‧‧‧第四管路
124‧‧‧壓力調節閥
126‧‧‧第五管路
200~208‧‧‧步驟
302‧‧‧第二蒸發室
304‧‧‧第六管路
306‧‧‧第三閥門
圖1為依照本發明一實施例所繪示的蒸鍍裝置之示意圖。
圖2為利用本發明之蒸鍍裝置形成有機薄膜的流程示意圖。
圖3為依照本發明另一實施例所繪示的蒸鍍裝置之示意圖。
100．．．蒸鍍裝置
102．．．儲氣室
104．．．第一蒸發室
106．．．壓力計
108．．．裂解室
110．．．沈積室
112．．．第一管路
114．．．第一閥門
116．．．第二管路
118．．．第三管路
120．．．第二閥門
122．．．第四管路
124．．．壓力調節閥
126．．．第五管路

Claims (17)

  1. 一種蒸鍍裝置，包括：一儲氣室；一第一蒸發室，藉由一第一管路與該儲氣室連接，其中該第一管路具有一第一閥門；一壓力計，藉由一第二管路與該儲氣室連接；一裂解室，藉由一第三管路與該儲氣室連接，其中該第三管路具有一第二閥門，其中該儲氣室配置於該第一蒸發室與該裂解室之間；以及一沈積室，藉由一第四管路與該裂解室連接。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之蒸鍍裝置，更包括一壓力調節閥，藉由一第五管路與該儲氣室連接。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之蒸鍍裝置，更包括一第二蒸發室，該第二蒸發室藉由一第六管路與該儲氣室連接，且該第六管路具有一第三閥門。
  4. 一種有機薄膜的形成方法，包括：提供一蒸鍍裝置，該蒸鍍裝置包括：一儲氣室；一第一蒸發室，藉由一第一管路與該儲氣室連接，其中該第一管路具有一第一閥門；一壓力計，藉由一第二管路與該儲氣室連接；一裂解室，藉由一第三管路與該儲氣室連接，其中該第三管路具有一第二閥門，其中該儲氣室配置於該第一蒸發室與該裂解室之間；以及 一沈積室，藉由一第四管路與該裂解室連接；將一第一有機材料置於該第一蒸發室中，且關閉該第二閥門並開啟該第一閥門；對該第一蒸發室中的該第一有機材料進行一第一蒸發步驟，以形成一第一有機氣體，其中該第一有機氣體通過該第一管路而傳送至該儲氣室；當該壓力計量測到該儲氣室的該第一有機氣體達到一預設壓力之後，關閉該第一閥門並開啟該第二閥門，以將該第一有機氣體通過該第三管路傳送至該裂解室；於該裂解室中裂解該第一有機氣體，以形成一第一有機單體；以及將該第一有機單體通過該第四管路傳送至該沈積室，以於該沈積室中形成一第一有機薄膜。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之有機薄膜的形成方法，其中該第一有機材料為對二甲苯材料。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之有機薄膜的形成方法，其中該第一有機材料為粉末或液體。
  7. 如申請專利範圍第4項所述之有機薄膜的形成方法，其中該預設壓力介於50mtorr至1000mtorr。
  8. 如申請專利範圍第4項所述之有機薄膜的形成方法，其中該蒸鍍裝置更包括一壓力調節閥，藉由一第五管路與該儲氣室連接。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之有機薄膜的形成方法，當該壓力計量測到該儲氣室的該第一有機氣體未達到 該預設壓力時，開啟該壓力調節閥，以將一壓力調節氣體通過該第五管路傳送至該儲氣室。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之有機薄膜的形成方法，其中該壓力調節氣體包括惰性氣體。
  11. 如申請專利範圍第4項所述之有機薄膜的形成方法，其中該蒸鍍裝置更包括一第二蒸發室，該第二蒸發室藉由一第六管路與該儲氣室連接，且該第六管路具有一第三閥門。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之有機薄膜的形成方法，其中當該第一有機材料消耗完之後，更包括：關閉該第一閥門，並將一第二有機材料置於該第二蒸發室中，且開啟該第三閥門；對該第二蒸發室中的該第二有機材料進行一第二蒸發步驟，以形成一第二有機氣體，其中該第二有機氣體通過該第六管路而傳送至該儲氣室；當該壓力計量測到該儲氣室的該第二有機氣體達到一預設壓力之後，關閉該第三閥門並開啟該第二閥門，以將該第二有機氣體通過該第三管路傳送至該裂解室；於該裂解室中裂解該第二有機氣體，以形成一第二有機單體；以及將該第二有機單體通過該第四管路傳送至該沈積室，以於該沈積室中形成一第二有機薄膜。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之有機薄膜的形成方法，其中該第二有機材料為固體或液體。
  14. 如申請專利範圍第12項所述之有機薄膜的形成方法，其中形成該第二有機薄膜後更包括關閉該第二閥門。
  15. 如申請專利範圍第12項所述之有機薄膜的形成方法，其中該蒸鍍裝置更包括一壓力調節閥，藉由一第五管路與該儲氣室連接。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之有機薄膜的形成方法，當該壓力計量測到該儲氣室的該第二有機氣體未達到一預設壓力時，開啟該壓力調節閥，以將一壓力調節氣體通過該第五管路傳送至該儲氣室。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之有機薄膜的形成方法，其中該壓力調節氣體包括惰性氣體。
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