TWI596224B

TWI596224B - 真空蒸鍍裝置

Info

Publication number: TWI596224B
Application number: TW103101449A
Authority: TW
Inventors: 松本祐司; 藤本英志; 藤本惠美子; 大工博之
Original assignee: 日立造船股份有限公司
Priority date: 2013-01-15
Filing date: 2014-01-15
Publication date: 2017-08-21
Also published as: CN103924195A; KR20140092221A; JP2014136804A; CN203768445U; KR102180359B1; TW201428116A; JP6222929B2

Description

真空蒸鍍裝置

本發明涉及例如用於將金屬材料、有機材料等蒸鍍材料在負壓下蒸鍍到一玻璃基板表面的一真空蒸鍍裝置。

例如，使用一有機電致發光(EL)材料的顯示面板透過在一玻璃基板等待蒸鍍構件上蒸鍍一有機材料等蒸鍍材料而形成。通常，使用一蒸發容器來加熱蒸鍍材料而使蒸鍍材料蒸發，作為蒸發後的蒸鍍材料的蒸發材料引導到真空容器內，並釋放到真空容器內配置的待蒸鍍構件(基板)的一表面，從而進行蒸鍍。

以往公開的此種蒸鍍裝置的結構如下：供給管的一端側連接於原料供給源且另一端側分為多路，供給管與形成有多個用於釋放蒸發材料的開口的供給端連接，供給管的分路的部分上設置有一流量控制裝置(例如參照專利文獻1)。此種結構可獲得厚度均勻的一蒸鍍膜。專利文獻1：日本專利公開公報特開2007-332458號。

但是，在專利文獻1公開的蒸鍍裝置中，供給管或導入管上具有分路部，因此導致傳導率降低。所以，按照現有的上述蒸鍍裝置，在蒸鍍材料的加熱中需要考慮傳導率的降低部分，不得不將蒸鍍材料的加熱溫度較高地設置。因此，現有的上述蒸鍍裝置存在的問題是，特別不適於分解溫度較低的蒸鍍材料，即容易因加熱而劣化蒸鍍材料的真空蒸鍍。

本發明的目的在於提供一種真空蒸鍍裝置，在蒸鍍材料的加熱中不必考慮傳導率的降低部分，可以較低設置蒸鍍材料的加熱溫度。

為了解决上述問題，本發明第一方式的真空蒸鍍裝置在真空下對一基板進行蒸鍍，此種真空蒸鍍裝置包含：複數個坩堝，分別使的蒸鍍材料蒸發而成為一蒸發材料；一閥，與坩堝的下游側連接；一擴散容器，從此閥通過導入管導入蒸發材料並使得導入的蒸發材料擴散；以及複數個釋放孔，將在擴散容器的內部擴散的蒸發材料朝向基板釋放，此種真空蒸鍍裝置的特徵在於，全部的導入管不具有分路部。

此外，本發明第二方式的真空蒸鍍裝置在第一方式的真空蒸鍍裝置的基礎上，擴散容器的內部空間厚度(D)與噴嘴之間的最大距離(L)的關係滿足以下的公式：100×D-1.22×L²+25L-0.51。

而且，本發明第三方式的真空蒸鍍裝置在第一方式的真空蒸鍍裝置的基礎上，蒸鍍速率為0.1Å/sec以上及10Å/sec以下，擴散容器的內部空間厚度(D)為1m以下且噴嘴之間的最大距離(L)為5m以下，並且，擴散容器的內部空間厚度(D)與噴嘴之間的最大距離(L)的關係滿足以下的公式(1)~(3)中的任意一個：100×D-1.22×L²+25L-0.51．．．(1)

100×D80×L+244．．．(2)

100×D-0.25×L+4.75．．．(3)。

按照此種真空蒸鍍裝置，由於在導入管中傳導率幾乎不降低，所以在蒸鍍材料的加熱中不必考慮傳導率的降低部分，能够較低設置蒸鍍材料的加熱溫度。因此，特別適用於分解溫度較低的蒸鍍材料，即容易因加熱而劣化的蒸鍍材料的真空蒸鍍。

1‧‧‧真空蒸鍍裝置

2‧‧‧坩堝

3‧‧‧真空容器

3b‧‧‧底壁

3s‧‧‧側壁

11‧‧‧導入管

21‧‧‧擴散容器

22‧‧‧內部空間

23‧‧‧釋放孔

24‧‧‧導入口

25‧‧‧噴嘴

26‧‧‧噴嘴

31‧‧‧基板托架

41‧‧‧石英振動式膜厚計

51‧‧‧閥

21L‧‧‧擴散容器

21H‧‧‧擴散容器

21M‧‧‧擴散容器

21t‧‧‧擴散容器

22t‧‧‧內部空間

23t‧‧‧釋放孔

M‧‧‧金屬掩模

A(A1)‧‧‧蒸鍍材料

A(A2)‧‧‧蒸鍍材料

D‧‧‧厚度

L‧‧‧噴嘴之間的最大距離

Lt‧‧‧間距

Dt‧‧‧直徑

Q‧‧‧流量速率

q1/q2‧‧‧流量比

A‧‧‧蒸鍍材料

K‧‧‧基板

第1圖為本發明實施方式1的真空蒸鍍裝置的整體斷面圖，(a)是正面斷面圖，(b)是(a)的A-A斷面圖。

第2圖為表示同一真空蒸鍍裝置的模擬中使用的擴散容器的內部空間的模型的示意圖。

第3圖為表示同一模擬的結果的坐標圖，(a)是釋放孔的間距Lt小時的坐標圖，(b)是釋放孔的間距Lt大時的坐標圖。

第4圖為表示作為同一模擬的結果、滿足公式(1)的範圍的坐標圖。

第5圖為表示作為同一模擬的結果、滿足公式(1)~(3)的範圍的坐標圖。

第6圖為本發明實施方式2的真空蒸鍍裝置的整體斷面圖，(a)是正面斷面圖，(b)是側面斷面圖。以及第7圖是現有的真空蒸鍍裝置的整體斷面圖。

(實施方式1)

以下，將參考附圖來說明本發明實施方式1的一真空蒸鍍裝置。

如第1圖的(a)所示，真空蒸鍍裝置1包含：複數個(第 1圖的(a)中為兩個)坩堝2，用以使得蒸鍍材料(例如Alq3)A蒸發；複數條(第1圖的(a)中為兩條)導入管11，分別從坩堝2導入作為蒸發後的蒸鍍材料A的蒸發材料；一真空容器3，將由導入管11導入的蒸發材料引導至內部配置的基板K上並以規定的真空度(負壓)進行蒸鍍；以及一真空泵(圖未示)，使得真空容器3的內部成為規定的真空度(負壓)。此外，真空容器3配置有：一擴散容器(也稱為岐管)21，使得由導入管11導入的蒸發材料擴散；一基板托架31，將基板K以固定的狀態保持在下側；以及一石英振動式膜厚計(也稱為QCM)41，在基板托架31的附近測量對基板K的蒸鍍速率。而且，如第1圖的(a)及(b)所示，在擴散容器21的基板對置面上，前後左右形成有複數個用於釋放擴散後的蒸發材料的釋放孔23，並且在各釋放孔23上裝設有噴嘴25。另外，以下將從擴散容器21觀察的坩堝2的方向(第1圖中的左右方向)稱為左右方向。

在各個坩堝2的下游開口上，分別連接有控制蒸發材料之流量的閥51。此外，導入管11以貫穿真空容器3的側壁3s的方式配置，並且連接真空容器3之外的各閥51與真空容器3內的擴散容器21。而且，擴散容器21為形成有一內部空間22的長方體形狀，內部空間22用於使得蒸發材料擴散。此外，在保持於基板托架31的基板K上，設置有使得生成於基板K上的蒸鍍膜形成在所需範圍上的一金屬掩模M。

接下來，將說明作為本發明要旨的導入管11及擴散容器21 的具體結構。

導入管11是在全長上內徑固定的管。因此，導入管11具有不易使導入的蒸發材料的傳導率降低的結構。

擴散容器21的左右側面上，分別形成有用於連通導入管11的內部與內部空間22的一導入口24。因此，擴散容器21從導入口24導入蒸發材料，使得導入的蒸發材料在內部空間22中擴散，並且將擴散後的蒸發材料從噴嘴25朝向基板K釋放。內部空間22也為一長方體形狀，此長方體具有最大面積的兩面為基板對置面及其相對面。

當擴散容器21的內部空間22的厚度為D、噴嘴25的噴嘴之間的最大距離為L時，擴散容器21滿足：100×D-1.22×L²+25L-0.51．．．(1)。

此外，蒸鍍速率為0.1Å/sec以上及10Å/sec以下，擴散容器21的內部空間22的厚度(D)為1m以下，並且噴嘴25的噴嘴之間的最大距離(L)為5m以下，滿足：100×D80×L+244．．．(2)

100×D-0.25×L+4.75．．．(3)。

儘管圖未示，但在坩堝2上設置有加熱器(例如封裝加熱器)，用於加熱蒸鍍材料A使得蒸發蒸鍍材料A。此外，儘管圖未示，但在閥51、導入管11、擴散容器21以及噴嘴25之上，分別設置有用於防止通過內部的蒸發材料冷却而附著的一加熱器(例如封裝加熱器)。

以下說明真空蒸鍍裝置1的作用。

首先，向各坩堝2投入蒸鍍材料A，利用真空泵使得真空容器3的內部成為規定的真空度(負壓)。而後，關閉全部的閥51，使用加熱器加熱坩堝2、閥51、導入管11、擴散容器21以及噴嘴25。如果加熱坩堝2內的蒸鍍材料A，則蒸鍍材料A可蒸發。隨後，透過打開一個閥51，來自坩堝2的蒸發後的蒸鍍材料A(即蒸發材料)，在傳導率幾乎不降低的狀態下通過閥51及導入管11，並導入至擴散容器21。而後，蒸發材料在擴散容器21的內部空間22中擴散，並從噴嘴25朝向基板K釋放。利用釋放的蒸發材料進行蒸鍍，在基板K上生成蒸鍍膜。此外，在基板K的附近由石英振動式膜厚計41測量蒸鍍速率，並且使用閥51適當控制蒸發材料的流量，以使蒸鍍速率成為所需的值。如果生成所需厚度的蒸鍍膜，則關閉此閥51且打開另一個閥51，同樣地在蒸鍍膜上重叠生成其他的蒸鍍膜。

在此，如上所述，由於蒸鍍速率，內部空間22的厚度(D) 以及噴嘴25的噴嘴之間的最大距離(L)，所以內部空間22的蒸發材料從噴嘴25以蒸鍍膜的膜厚均勻性在±3%以內的方式下釋放。

這樣，按照實施方式1的真空蒸鍍裝置1，由於在導入管 11中傳導率幾乎不降低，所以在蒸鍍材料A的加熱中不必考慮傳導率的降低部分，可以較低設定蒸鍍材料A的加熱溫度。因此，特別適於分解溫度較低的蒸鍍材料，即容易因加熱而劣化的蒸鍍材料的真空蒸鍍。

此外，可使得蒸鍍膜的膜厚均勻性在±3%以內。

(模擬)

以下，將說明用於推導出實施方式1的公式(1)~(3)的模擬。

如第2圖所示，此模擬中作為對實施方式1的內部空間22(長方體形狀)的近似，設置了直徑Dt的圓柱形狀的內部空間。此外，此模擬中在左右方向設置了兩個釋放孔23t，釋放孔23t的間距為Lt。

在形成這種內部空間22t及釋放孔23t的擴散容器21t中，計算出導入的蒸發材料的流量速率Q、內部空間22t的直徑Dt及釋放孔23t的間距Lt進行各種改變時，從釋放孔23t釋放的蒸發材料的流量比q1/q2。

第3圖的(a)表示了Lt設為較小值的結果，第3圖的(b) 表示了Lt設為較大值的結果。如第3圖的(a)所示，Lt為較小的數值時，Dt越小，則在流量速率較低的區域中流量比越穩定；Dt越大，在流量速率較高的區域中流量比越穩定。此外，如第3圖的(b)所示，Lt是較大的值時也同樣，Dt越小，在流量速率較低的區域中流量比越穩定；Dt越大，在流量速率較高的區域中流量比越穩定。這是因為，如果Dt小，則蒸發材料的流量速率在規定值以下，並且蒸發材料成為分子流，而如果Dt大，則蒸發材料的流量速率在其他的規定值以上，並且蒸發材料成為粘性流。對此，在Dt小而流量速率超過此規定值時，或者Dt大而流量速率小於此其他的規定值時，由於蒸發材料成為分子流與粘性流混合的狀態，所以如果改變流量速率則流量比也大幅改變。從此模擬結果得到與流量速率無關的、流量比成為0.94以上的Dt與Lt的關係式。此關係式成為公式(1)。第4圖的陰影表示了滿足公式(1)的Dt-Lt的範圍。另外，如果流量比在0.94以上，則蒸鍍膜的膜厚均勻性在±3%以內。

而且，根據此模擬結果，得到流量速率在0.1Å/sec以上 10Å/sec以下的範圍內，流量比成為0.94以上的Dt與Lt的關係式。在擴散容器21的內部空間22的厚度(D)為1m以下且噴嘴25的噴嘴之間的最大距離(L)為5m以下的條件下，此關係式成為公式(2)及(3)。

因此，在蒸鍍速率為0.1Å/sec以上及10Å/sec以下，內部空間22的厚度(D)為1m以下且噴嘴25的噴嘴之間的最大距離(L)為5m 以下的條件下，只要滿足公式(1)、(2)或(3)中的任意一個，則流量比就在0.94以上，即以蒸鍍膜的膜厚均勻性在±3%以內的方式釋放蒸發材料。第5圖的陰影表示了滿足上述條件的Dt-Lt的範圍。

另外，由於此模擬的值大致由蒸發分子的平均自由程與分散容器的壁面間距離來决定，所以不限於內部空間22t為圓柱形狀的擴散容器21t，也適用於長方體形狀等其他形狀的擴散容器。

(實施例)

以下，對更具體表示實施方式1的實施例進行說明。

本實施例中，如第1圖所示，使用了具有兩個坩堝2、兩條導入管11的真空蒸鍍裝置1。此外，假設一方的坩堝2內的蒸鍍材料A(A1)為α-NPD，另一方的坩堝2內的蒸鍍材料A(A2)為Alq3。這裏，使用了噴嘴25的噴嘴之間的最大距離(L)為1.0m、內部空間22的厚度(D)為0.25m的擴散容器21。

使用此真空蒸鍍裝置1，以1.0Å/sec的蒸鍍速率在基板K上生成α-NPD的蒸鍍膜，並且在蒸鍍膜上重叠生成Alq3的蒸鍍膜。可使得上述蒸鍍膜的膜厚均勻性都在±3%以內。

此外，在此工序中，蒸鍍材料A的加熱溫度在α-NPD的情况下為280℃，在Alq3的情况下為340℃，相比於以往的具備帶分路部的導入管11的真空蒸鍍裝置1，分別降低了5℃。

(實施方式2)

實施方式2的真空蒸鍍裝置1與實施方式1的真空蒸鍍裝置1不相同，可以進行共蒸鍍。

以下，基於第6圖說明本實施方式2的真空蒸鍍裝置1，著眼於說明與實施方式1不同的擴散容器21、導入管11以及石英振動式膜厚計41的配置，並且對於與實施方式1相同的構成元件將使用相同的附圖標記並省略這些附圖標記的說明。另外，以下將第6圖的(a)中的左右方向稱為左右方向，並且將第6圖的(b)中的左右方向稱為前後方向。

如第6圖所示，在真空蒸鍍裝置1中，擴散容器21在真空容器3的內部多層(第6圖中為三層)重叠配置。上層的擴散容器21H的左側下表面的前後方向上連接有複數條(第6圖的(b)中為兩條)導入管11。中間層的擴散容器21M的右側下表面的前後方向上連接有複數條(第6圖的(b)中為兩條)導入管11。下層的擴散容器21L的中部下表面的前後方向上連接有複數條(第6圖的(b)中為兩條)導入管11。此外，與導入管11相同數量的坩堝2及閥51配置在真空容器3的下方。因此，全部的導入管11均貫穿真空容器3的底壁3b且大體為竪直配置。而且，如第6圖的(b)所示，在各擴散容器21的後表面上，安裝有釋放各內部空間22的蒸發材料的一部分以便進行檢測的檢測噴嘴26。此外，各檢測噴嘴26的後方分別配置有石英振動式膜厚計41，石英振動式膜厚計41根據檢測噴嘴26釋放的蒸發材料，檢測各擴散容器21H、21M、21L的蒸鍍速率。

以下，關於真空蒸鍍裝置1的作用，說明與實施方式1的不同點。

在基板K的附近，利用石英振動式膜厚計41測量多個擴散容器21H、21M、21L的整體蒸鍍速率，並且在擴散容器21H、21M、21L的後方，利用石英振動式膜厚計41分別測量擴散容器21H、21M、21L的各蒸鍍速率。並且利用閥51適當控制蒸發材料的流量，從而使整體蒸鍍速率和擴散容器21H、21M、21L的各蒸鍍速率成為所需的值。

這樣，實施方式2的真空蒸鍍裝置1與實施方式1的真空蒸鍍裝置1同樣地，可以較低設置蒸鍍材料A的加熱溫度，並且使得蒸鍍膜的膜厚均勻性在±3%以內。此外，由於配置有多個擴散容器21，所以透過在各擴散容器21中導入不同種類的蒸發材料，從而能進行共蒸鍍。

儘管實施方式1及2中表示了導入管11為大體水平或大體竪直，但是並不限於此。

而且，儘管實施方式1及2中說明了擴散容器21在基板對置面上安裝有噴嘴25，但是也可不安裝噴嘴25，而是從釋放孔23直接釋放蒸發材料。

此外，儘管實施方式1中說明了真空蒸鍍裝置1具備多個坩堝2，但是也可以只具備一個坩堝2。

此外，實施方式1中的多個坩堝2內的蒸鍍材料A可以是不同的蒸鍍材料A(A1、A2)，也可以是相同的蒸鍍材料A。透過使用相同的蒸鍍材料A，可以進一步降低設定蒸鍍材料A的加熱溫度。

此外，儘管實施方式1及2中作為擴散容器21的內部空間的厚度(D)而圖示了高度，但是只要是基板對置面與其相對面的間隔即可。即，在擴散容器21的上表面為基板對置面時，內部空間的厚度(D)是上下面間隔，在擴散容器21的左面或右面為基板對置面時，內部空間的厚度(D)是左右面間隔。