TWI787609B - 用於在基板上形成薄膜的方法及系統 - Google Patents

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Abstract

本案描述的一個或多個實施例大體上關於用於在半導體製程中在基板上形成薄膜的方法和系統。在本案所述的實施例中，處理系統包括各自包含在個別的安瓿中的不同材料。每種材料都經由加熱的氣體管線流入包含在處理腔室內的噴淋頭的個別的部分。每種材料都從噴淋頭流到位於旋轉基座表面上的基板上。控制從噴淋頭流出的質量流速與基座的轉速，會有助於將具有所需材料的範圍尺寸的薄膜沉積在基板上。

Description

用於在基板上形成薄膜的方法及系統
本案描述的一個或多個實施例大體上關於半導體製程，並且更具體地，關於用於在半導體製程中在基板上形成薄膜的方法和系統。
有機氣相沉積在建構半導體元件和其他光學元件中變得越來越重要。氣相沉積製程通常包括加熱材料的步驟，此加熱材料步驟在所需的壓力下被維持在所需的溫度，以使得經加熱的材料被汽化，隨後允許轉移至基板，其中經汽化材料凝結在基板的表面上。有機氣相沉積通常用於形成CMOS圖像感測器。但是，有機氣相沉積也可用於形成有機發光二極體(OLED)、有機光電探測器、太陽能電池、及其他類似元件。這些元件用於製造電視螢幕、計算機監視器、行動電話、以及其他用於顯示資訊的手持裝置。OLED顯示器能有的顏色、亮度、和視角範圍比傳統的LED顯示器大，這是因為OLED像素直接發光且不需要背光，因此減少了所形成裝置的能耗。此外，可以在撓性基板上製造OLED，從而也可以用於其他裝置。
儘管這些裝置是有用的，但是在這種顯示裝置的製造中遇到許多挑戰。為了高效地製造堆疊，需要材料的 共沉積。當將材料共沉積到基板上時，在基板表面上的材料放置，對於確保基板上的生成薄膜層能夠形成一功能裝置很重要。在不控制材料的放置的情況下，形成的層內的生成沉積材料，可能形成不希望的範圍尺寸和形態，從而妨礙有機電子元件中的電荷分離和提取。在一些裝置配置中，需將材料沉積到基板上，使得多種材料在單個形成的層內混合，或多種材料形成超晶格結構。然而，習用的氣相沉積製程不能可靠地形成這些類型的包含多種材料的層或複合層。
因此，需要一種在將基板與多種材料共沉積時形成具有所需混合比、範圍尺寸和形態的生成薄膜的方法。
本案描述的一個或多個實施例大體上關於在半導體製程中在基板上形成薄膜的方法。
在一個實施例中，一種在基板上形成薄膜的方法，包括下列步驟：控制複數個安瓿中的每一者的溫度及複數個安瓿中的每一者的處理空間中壓力，其中，不同材料設置在複數個安瓿的每一者的處理空間內，複數個安瓿中的每一者的處理空間與噴淋頭的複數個部分之一者流體連通，噴淋頭的複數個部分中之一者耦接到處理腔室的處理空間，並且，受控制溫度經設置以使此些不同材料的每一者在每個處理空間內蒸發，並流向噴淋頭的複數個部分中之一者；透過控制噴淋頭的複數個部分中之每一者的溫度，來控制從噴淋頭的複數個部分中之每一者進入到處理 腔室的處理空間的此些不同材料的每一者的流速；控制處理腔室內的壓力；以及，控制設置在處理腔室的處理空間內的基座上的基板的轉速，其中此旋轉的基板暴露於由噴淋頭的複數個部分中之每一者所提供的此些不同材料的流。
在另一個實施例中，一種在基板上形成薄膜的方法，包括以下步驟：控制第一安瓿的溫度及第一安瓿的處理空間內的壓力，其中，第一材料設置在第一安瓿的處理空間內，第一安瓿的處理空間與噴淋頭的複數個部分中的第一部分流體連通，第一部分耦接到處理腔室的處理空間，並且，受控制溫度經設置以使第一材料在處理空間內蒸發，並流向噴淋頭的第一部分；控制第二安瓿的溫度及第二安瓿的處理空間內的壓力，其中，第二材料設置於第二安瓿的處理空間內，第二安瓿的處理空間與噴淋頭的複數個部分中的第二部分流體連通，第二部分耦接到處理腔室的處理空間，並且，受控制溫度經設置以使第二材料在處理空間內蒸發，並流向噴淋頭的第二部分；透過控制噴淋頭的複數個部分中的第一部分的溫度，來控制從噴淋頭的第一部分進入處理腔室的處理空間的第一材料的流速；透過控制噴淋頭的複數個部分中的第二部分的溫度，來控制從噴淋頭的第二部分進入處理腔室的處理空間的第二材料的流速；控制處理腔室內的壓力；控制設置在處理腔室的處理空間內的基座上的基板的轉速，其中旋轉的基板同 時或依序地暴露於由噴淋頭的複數個部分中的第一部分與第二部分所提供的第一材料與第二材料的流中。
本案描述的一個或多個實施例大體上關於用於在半導體製程中在基板上形成薄膜的處理系統。
在一個實施例中，一種用於在基板上形成薄膜的處理系統，包括：複數個安瓿；處理腔室，包括：噴淋頭，其中噴淋頭包括複數個部分；及基座；複數條輸送管線，其中複數條輸送管線中的每條輸送管線從複數個安瓿之一者連接到噴淋頭的複數個部分中之一者；及控制器，經配置以調節處理系統的操作，其中，此控制器包括記憶體，記憶體包含用於在處理器上執行的指令，此些指令包括：控制複數個安瓿中的每一者的溫度和複數個安瓿中的每一者的處理空間內的壓力，其中，不同材料設置在複數個安瓿的每一者的處理空間內，複數個安瓿中的每一者的處理空間與噴淋頭的複數個部分中之一者流體連通，噴淋頭的複數個部分中之一者耦接到處理腔室的處理空間，並且，受控制溫度經設置以使每種不同材料在每個處理空間內蒸發，並流向噴淋頭的複數個部分中之一者；透過控制噴淋頭的複數個部分中之每一者的溫度，來控制從噴淋頭的複數個部分中之每一者進入到處理腔室的處理空間的每種不同材料的流速；控制處理腔室內的壓力；及控制設置在處理腔室的處理空間內的基座上的基板的轉速，其中旋轉的基板暴露於由噴淋頭的複數個部分中之每一者所提供的不同材料的流。
100:處理系統
101:冷阱
102:處理腔室
104:側壁
106:底部
108:頂部
110:處理空間
112:基座
113:遮罩
114:基板
116:噴淋頭
118:第一安瓿
120:輸送管線
122:第一部分
124:第一輸送管線加熱元件
126:第二安瓿
128:第二輸送管線
130:第二部分
132:第二輸送管線加熱元件
134:箭頭
136:控制器
136A:中央處理單元
136B:記憶體
136C:支持電路
138:第一部分加熱元件
142:真空泵
144:閥
146:旁通閥
147:截止閥
148:第二部分加熱元件
149:第一安瓿加熱元件
150:第二安瓿加熱元件
152:閥
154:第二推動氣體源組件
156:閥
160:第一推動氣體源組件
162:材料
164:第二材料
166:第三部分
167:第三部分加熱元件
168:第四部分
169:第四部分加熱元件
170:第三輸送管線加熱元件
171:第三輸送管線
172:第四輸送管線加熱元件
173:第四輸送管線
174:第三安瓿
176:第四安瓿
178:材料
180:材料
182:第三安瓿加熱元件
184:第四安瓿加熱元件
186:閥
188:閥
190:第三推動氣體源組件
192:第四推動氣體源組件
200:噴淋頭組件
202:底表面
204:安裝件
206:加熱絲
208:第一入口
210:蓋板
212:第二入口
214:第三入口
216:安裝件
218:饋通板
222:開口
224:第四入口
226:開口
228:開口
232:開口
234:開口
236:底表面
238:底表面
242:底表面
244:底表面
246:間隙
300:方法
301:方塊
302:方塊
304:方塊
306:方塊
308:方塊
310:方塊
312:方塊
314:方塊
316:方塊
318:方塊
A:材料
B:材料
C:材料
D:材料
因此，可以詳細地理解本案的上述特徵的方式，本案的簡要說明如上，可以透過參考實施例來對本案進行更詳細的描述，一些所述實施例在附圖中示出。然而，應當注意，附圖僅示出了本案的典型實施例，並且因此不應被認為是對其範圍的限制，因為本案可以允許其他等效的實施例。
圖1根據本案所述的至少一實施例是處理系統的示意圖；圖2根據本案所述的至少一實施例是圖1所示的噴淋頭的底部等距視圖；圖3根據本案所述的至少一實施例是方法的流程圖；及圖4A-4B根據本案描述的一些實施例是在執行圖3中所示的方法之後的處理腔室的示意圖。
在以下描述中，闡述了許多具體細節以提供對本案的實施例的更徹底的理解。然而，對於本領域的技術人員顯而易見的是，可以在沒有一個或多個這些具體細節的情況下實施本案的一個或多個實施例。在其他實例中，未描述公知的特徵，以避免使本案的一個或多個實施例難以理解。
本案描述的一個或多個實施例大體上關於用於以一種或多種沉積製程在基板上形成薄膜的方法和系統。在 本案所述的實施例中，處理系統包括不同的可蒸發材料，其各自包含在個別的安瓿中。每種可蒸發材料都經由加熱的氣體管線流入包含在處理腔室內的噴淋頭的個別的部分。將每種材料從噴淋頭引導到位於旋轉基座表面上的基板上。當材料從安瓿流向基板時，控制處理系統的製程參數會導致多種材料混合在單一形成的層中或多種材料形成的超晶格結構中。透過控制製程參數，也可以實現包括多種沉積材料的形成層的相對組成。
在本案所述的實施例中，影響橫跨基板表面的生成薄膜的組成的一些參數是流出噴淋頭的質量流速、基板的溫度、以及基座的轉速。決定從噴淋頭流出的質量流速的一些因素有，連接到噴淋頭的安瓿的溫度、在從安瓿延伸至噴淋頭的流體輸送系統中形成的溫度梯度、噴淋頭的溫度、每個噴淋頭部分內的開口產生的流量限制、處理系統的不同部分內的材料的流的狀態(例如分子流)、以及在處理過程中基板所處的處理腔室的壓力。控制基座的質量流速和轉速，可得到能夠在基板表面上形成具有所需組成的薄膜的沉積製程。這樣，生成薄膜具有所需的範圍尺寸和形態，從而解決了具有不希望的範圍尺寸和形態的膜的問題，其妨礙了有機電子元件中的電荷分離和提取。
圖1根據本案所述的至少一實施例是處理系統100的示意圖。處理系統100包括處理腔室102。處理腔室102由側壁104、底部106、及頂部108所限定，形成處理空間110。處理腔室102被配置為在處理腔室102的處理空 間110內處理基板，如基板114。基板114由設置在處理腔室102中的基座112支撐。具有開口的遮罩113設置於基板114上方。遮罩113的設置，使得材料流到基板114的分離區域上，從而形成合適的元件。在一些實施例中，處理腔室102可以是根據本案揭示的化學氣相沉積(CVD)腔室、原子層沉積(ALD)腔室、或物理氣相沉積(PVD)腔室，其被配置為執行諸如有機氣相沉積之類的處理材料的沉積。但是，根據此處提供的教導，也可以使用其他腔室並進行修改。
在一些實施例中，可透過分別控制每種材料的質量流速的在基板114上的沉積製程來形成、濃縮、或沉積材料層(未示出)或其衍生物，其每一者需要不同的蒸發溫度。這樣，本案的實施例不能藉由習用噴淋頭來蒸發。在一些實施例中，所使用的一些材料組合可以是CuPc：C60混合物；CBP：Ir(ppy)3混合物；MoO3：Ag混合物；分佈式布拉格反射器(DBR)超晶格結構(例如MgF2/SiOx對)，及/或其他類似組合。然而，在本案描述的實施例中，提供了噴淋頭116，其包括第一部分122，第二部分130，第三部分166，及第四部分168。儘管在圖1中示出了四個部分，但是可以提供包括任何數量的部分的其他噴淋頭。使用此些多個部分，噴淋頭116經配置以沉積多種處理材料以在基板114上形成所需的薄膜，這將在下面更詳細地描述。
如圖1所示，處理系統100包括第一安瓿118，第二安瓿126，第三安瓿174，及第四安瓿176。第一材料162包含在第一安瓿118的處理空間內，第二材料164包含在第二安瓿126的處理空間內，第三材料178包含在第三安瓿174的處理空間內，並且第四材料180包含在第四安瓿176的處理空間中。第一安瓿118經由第一輸送管線120將第一材料162輸送到噴淋頭116的第一部分122，第二安瓿126經由第二輸送管線128將第二材料162輸送到噴淋頭116的第二部分130，第三安瓿174經由第三輸送管線171將第三材料178輸送到噴淋頭的第三部分166，而第四安瓿176經由第四輸送管線173將第四材料180輸送到噴淋頭116的第四部分168。儘管在圖1中示出了四個安瓿，其他實施例可以包括任意數量的安瓿，每個安瓿包含其自己的處理材料，並且每一者將處理材料輸送至噴淋頭的個別的部分(例如，噴淋頭可以包含與提供的不同材料的數量一樣多的個別的部分。)另外，在其他實施例中，噴淋頭116的兩個相對的部分可以連接至相同的安瓿以沉積相同的材料。儘管未在圖1中示出，在一個示例中，噴淋頭116的第一部分122和第三部分166可以經由第一輸送管線120連接至相同的安瓿，例如第一安瓿118，以在基板上沉積第一材料162。在此示例中，第二部分130和第四部分168可以經由第二輸送管線128連接到第二安瓿126，以在基板上沉積第二材料162。
在這些實施例中，透過包含在系統的不同部分中的加熱元件來控制處理系統100中的溫度。例如，在一些實施例中，第一輸送管線120由第一輸送管線加熱元件124加熱，第二輸送管線128由第二加熱元件132加熱，第三輸送管線171由第三輸送管線加熱元件170來加熱，而第四輸送管線173由第四輸送管線加熱元件172加熱。第一輸送管線加熱元件124、第二輸送管線加熱元件132、第三輸送管線加熱元件170、及第四輸送管線加熱元件172中的每一者，都有助於分別加熱第一輸送管線120、第二輸送管線128，第三輸送管線171、及第四輸送管線172，防止不必要的冷凝。類似地，第一安瓿118由第一安瓿加熱元件149加熱，第二安瓿126由第二安瓿加熱元件150加熱，第三安瓿174由第三安瓿加熱元件182加熱，而第四安瓿176由第四安瓿加熱元件184加熱。同樣地，噴淋頭116的第一部分122由第一部分加熱元件138加熱，噴淋頭116的第二部分130由第二部分加熱元件148加熱，噴淋頭116的第三部分166由第三部分加熱元件167加熱，而噴淋頭116的第四部分168由第四部分加熱元件169加熱。控制整個處理系統100不同部分的溫度，可用來控制整個處理系統100不同部分的質量流速。當溫度升高時，由於經汽化材料的密度降低，導致開放系統中經汽化材料的流量增加。當溫度降低時，由於經汽化材料的密度增加而導致流量降低。在本案描述的實施例中，可以在不使用載氣的情況下控制質量流速。然而，在其他實施例中，可以可選地提供載氣。
在一些實施例中，處理系統中的壓力由真空泵142及閥144來控制。真空泵142用於從處理系統100去除處理氣體與空氣。真空泵142連接到處理腔室102，並且當閥144打開時，降低處理腔室102內的壓力。在一些配置中，冷阱101用於在進入真空泵142之前捕捉未反應的前驅物材料。在一些實施例中，真空泵142亦藉由一個或多個旁通閥146連接到每條輸送管線120、128、171、及173。
在一些實施例中，每條輸送管線120、128、171、及173具有專用的截止閥，其在圖1中被示為複數個截止閥147。通常，截止閥147各自用於分別控制材料162、164、178、180中的哪一種，從安瓿118、126、174、176流入噴淋頭116的每個部分122、130、166、及168。例如，兩個截止閥147可以被關閉，並且兩個截止閥可以被打開，從而防止材料162與180流入噴淋頭116中，並且僅允許材料164與178流動進入噴淋頭116。在另一示例中，截止閥147中的一者可以被打開，而所有其他閥147都被關閉，從而僅允許材料162流入噴淋頭116中。在另一個示例中，三個截止閥147可被打開，從而允許材料流162、178和180流入噴淋頭116，從而防止第二材料164流入噴淋頭116。在一些情況下，需要關閉所有截止閥147，以防止材料162、164、178、180的所有材料流入噴淋頭116，以便可以將基板轉移進入處理空間110或從處理空間110轉移出來，或者可以在處理腔室上進行某些維護活動。在其 他實施例中，所有的截止閥147可以被打開，從而允許材料162、164、178、180的所有材料流入噴淋頭116中。
如上所述，每條輸送管線120、128、171、及173具有專用的旁通閥146，旁通閥146允許每條相應的輸送管線與真空泵142直接連通。截止閥146允許從噴淋頭116的部分122、130、166、及168分別去除經蒸發的材料162、164、178、180。控制從噴淋頭116去除哪些材料162、164、178、180，可有利地允許沉積製程快速開始和停止，從而防止在基板上形成殘留物。例如，旁通閥146之一者可以被打開，以允許在一部分的第二輸送管線128中及噴淋頭的第二部分130中的殘留材料164被去除，並提供至真空泵142。在另一示例中，打開兩個旁通閥146以允許分別在第一輸送管線120與第三輸送管線171的部分中，以及分別在噴淋頭的第一部分122與第三部分166中發現的殘留材料162和178，被去除並將其提供至真空泵142。在另一個示例中，所有旁通閥146都可以關閉，從而阻止材料162、164、178、180中的所有材料流出噴淋頭116。在另一個示例中，所有旁通閥146都可以打開，從而允許將材料162、164、178、180的所有材料從噴淋頭和輸送管線中去除，並提供至真空泵142。
可選地，在一些實施例中，提供第一推動氣體源組件160、第二推動氣體源組件154、第三推動氣體源組件190、及第四推動氣體源組件192以幫助將經汽化材料輸送至處理系統100的處理空間。當閥156打開時，第一推動氣 體源組件160經由第一輸送管線120輸送第一推動氣體(如，惰性氣體，例如Ar、N2、He)。當閥152打開時，第二推動氣體源組件154經由第二輸送管線128輸送第二推動氣體(如，惰性氣體，例如Ar、N2、He)。當閥186打開時，第三推動氣體源組件190經由第三輸送管線171輸送第三推動氣體(如，惰性氣體，例如Ar、N2、He)。當閥188打開時，第四氣體源組件192經由第四輸送管線173輸送第四推動氣體(如，惰性氣體，例如Ar、N2、He)。
在使用一部分流體輸送系統沉積薄膜的製程的一個示例中，當附接到輸送管線120的截止閥147處於初始關閉狀態且連接到輸送管線120的旁通閥146為關閉時，將第一安瓿118、輸送管線120、及噴淋頭的部分122分別加熱到所需溫度。在這階段，安瓿118、輸送管線120、及處理空間110中的壓力被泵送降至高平衡壓力。第一安瓿118、輸送管線120、及噴淋頭的部分122的所需溫度，包括使第一材料162汽化並在輸送管線120中保持氣態的溫度。為了開始沉積製程，打開附接到輸送管線120的截止閥147，並且將連接到輸送管線120的旁通閥146保持關閉，從而使經汽化材料流入噴淋頭的部分122，並流到設置於處理空間中的基板114上。在所需的時間過去之後，關閉附接到輸送管線120的截止閥147，並打開連接到輸送管線120的旁通閥146，以允許在第一輸送管線120的部分中及噴淋頭的第一部分122中發現的殘留材料162被去除，並提供至真空泵142。在一些情況下，在關閉截止閥147並打開旁通閥 146之前，最好用從氣體源160提供的惰性氣體清洗第一輸送管線120與噴淋頭的第一部分122。
在這些實施例中，基座112被配置為如圖1中的箭頭134所示旋轉。如將在下面進一步描述的，基座112被控制為以一定速度旋轉，使得其在基板114的表面上獲得所需的沉積薄膜。形成的層內的沉積材料可以形成合適的元件，例如OLED、光電探測器、太陽能電池、或其他光學元件。控制基座112的轉速解決了具有不希望的範圍尺寸和形態的生成薄膜的問題，其妨礙了有機電子元件中的電荷分離及提取。
如上所述，影響在生成薄膜內形成的區域的尺寸的一些參數為：從噴淋頭116流出的質量流速、處理空間110內的壓力、以及基座112的轉速。決定從噴淋頭116流出的材料的質量流速的一些因素為：噴淋頭116的第一部分122、第二部分130、第三部分166、及第四部分168中的每一者的溫度，輸送至噴淋頭116的第一部分122、第二部分130、第三部分166、及第四部分168中的每一者的材料的流速，材料輸送部件內的流的狀態(例如，分子流)，第一安瓿118、第二安瓿126、第三安瓿174、及第四安瓿176中的每一者的溫度，從每個安瓿118、126、174、176至噴淋頭116的溫度梯度，以及處理腔室102的壓力。控制這些因素決定了材料的沉積速率，從而在基板114的表面上形成了具有所需組成的薄膜。
在一些實施例中，上述因素中的每一者都可以由控制器136控制。控制器136與整個處理系統100內包含的硬體通訊，包括處理腔室102內包含的硬體。控制器136可以包括中央處理單元(CPU)136A、記憶體136B、及支持電路(或I/O)136C。CPU 136A可以是在工業設置中使用的任何形式的計算機處理器中的一種，用於控制各種製程和硬體(例如，馬達、閥門、功率傳遞部件、及其他相關硬體)並監控製程(例如，處理時間及基板定位或位置)。記憶體136B連接到CPU 136A，並且可以是一種或多種容易獲得的記憶體，例如隨機存取記憶體(RAM)、唯讀記憶體(ROM)、軟碟、硬碟、或任何其他形式的本地或遠程的數位貯存。可以對軟體指令、演算法、及資料進行編碼並存儲在記憶體136B內，以指示CPU 136A。支持電路136C亦連接到CPU 136A，用於以習用方式支持處理器。支持電路136C可以包括習用的快取、電源、時脈電路、輸入/輸出電路系統，子系統等。控制器的可讀的程式(或計算機指令)決定在處理系統100中可執行哪些任務。程式可以是控制器136的可讀的軟體，並且可以包括用於監視和控制，例如決定從噴淋頭116流出的質量流速和基座112的轉速的參數的代碼，如以下圖3進一步描述。
圖2根據本案所述的至少一實施例示出了噴淋頭組件200的底部等距視圖。如圖所示，噴淋頭116包括複數個部分，包括第一部分122、第二部分130、第三部分166、 及第四部分168。複數個部分122、130、166、及168可以是共面的，並且一起形成具有圓形形狀的噴淋頭116。在一些實施例中，噴淋頭直徑為約300mm至約500mm。在一些實施例中，噴淋頭直徑對應於基板114的直徑。在一些實施例中，複數個部分可以包括三個部分。在一些實施例中，複數個部分可以包括六個部分。複數個部分122、130、166、及168被佈置為使得在每個部分之間存在間隙246。部分122、130、166、及168之間的間隔關係有利地減少或防止了在進入處理腔室102之前每個部分之間的熱串擾。
在一些實施例中，噴淋頭組件200包括安裝至蓋板210的噴淋頭116。蓋板210具有從蓋板210的底表面202延伸的複數個安裝件204。噴淋頭116的部分122、130、166、及168中的每一者包括一個或多個安裝件216，其能夠與蓋板210的相應安裝件204配合，以將噴淋頭116耦合到蓋板210。在一些實施例中，一或多個安裝件216從噴淋頭116的徑向外表面延伸。在一些實施例中，安裝件204、216由絕緣材料製成。
在一些實施例中，如圖2所示，複數個部分122、130、166、及168的尺寸相似。在一些實施例中，複數個部分可為不同的尺寸。第一部分122包括延伸穿過蓋板210中的開口的第一入口208。類似地，第二部分130、第三部分166、及第四部分168分別包括第二入口212、第三入口214、及第四入口224，每個均延伸穿過蓋板210中的開 口。在一些實施例中，每個入口208、212、214、224設置成鄰近每個氣體輸送部分122、130、166、及168的相應外部分。
第一部分122包括從底表面236延伸的複數個開口226。複數個開口226被配置為將處理氣體輸送到處理腔室102中。部分130、166、及168分別包括從其各自的底表面238、242、244延伸的多個開口228、232、234。複數個開口228、232、234經配置成將來自每個部分130、166、及168中的處理氣體輸送到處理腔室102中。複數個開口226、228、232、234可以佈置成適合於將處理材料均勻地沉積到基板114上的任何圖案。在一些實施例中，複數個開口226、228、232、234具有約0.1mm至約3mm的直徑。
噴淋頭116和蓋板210包括複數個饋通板218。複數個饋通板218經配置以允許電線從噴淋頭116穿過蓋板210。此些電線可以是加熱器導線、感測器導線等。在一些實施例中，複數個饋通板218中的每個均包括複數個開口222。在一些實施例中，饋通板218經設置成鄰近複數個部分122、130、166、及168中的每一者。在一些實施例中，一根或多根加熱絲206(示出為一根)經配置成穿過饋通板218之一並且進入第一部分122。
圖3根據本案所述的至少一實施例是方法300的流程圖。在這些實施例中，方法300是用圖1-2中描述的系統與裝置執行的，但不限於這些系統與裝置，並且可以用 其他類似的系統與裝置執行。為了獲得上述的生成薄膜，基座112的轉速、處理空間內的壓力、以及從噴淋頭116流出的質量流速會控制用於形成生成薄膜的不同材料的各個區域的組成和尺寸。確定從噴淋頭116流出的質量流速的一些因素為：噴淋頭116的溫度、由噴淋頭116的每個部分內的開口所產生的流量限制、在處理系統100的不同部分中的每種材料162、164、178、180的流的狀態(例如，分子流)，每個安瓿118、126、174、176的溫度，從每個安瓿118、126、174、176至噴淋頭116的溫度梯度，以及基板114在處理過程中所處的處理腔室102的壓力。從噴淋頭116的部分122、130、166、168流出的材料162、164、178、180中的每一者，可以具有不同的處理參數，從而允許用於形成至少一部分的元件的受控制的薄膜沉積製程。此外，如上所述，噴淋頭116的兩個相對的部分可以連接至相同的安瓿以沉積相同的材料。例如，第一部分122與第三部分166可以經由第一輸送管線120連接到相同的安瓿，例如第一安瓿118，以沉積第一材料162。第二部分130與第四部分168可以經由第二輸送管線128連接到第二安瓿126，以沉積第二材料162。這樣，可以使用在處理系統100中所具有的部件將兩種材料或三種材料沉積在基板上。
在方塊301中，將基板114裝載到基座112上。在方塊316中，從噴淋頭116流出的每種材料162、164、178、180沉積到基板114上，從而產生如圖4A-4B所示 及所述的薄膜。在一些實施例中，所有材料162、164、178、180沉積到基板114上。在其他實施例中，材料162、164、178、180中的三種沉積至基板114上。在其他實施例中，材料162、164、178、180中的兩種沉積至基板114上。通常，透過同時控制並完成至少在方塊302-314中描述的程序，來完成在方塊316的程序中的任一時間在基板114上沉積一種或多種材料。
在方塊302中，控制每個安瓿118、126、174、176的溫度。每個安瓿118、126、174、176內的溫度和壓力足夠高，使得能夠使位於每個安瓿中的固體或液體材料的蒸發。透過使用圖1中描述的加熱元件124、132、170、172，輸送管線120、128、171、173的溫度亦保持在所需的溫度。每個安瓿118、126、174、176及每條輸送管線120、128、171、及173的溫度可以控制在約攝氏20度至約攝氏1200度的範圍內，例如在約攝氏100度與約攝氏600度之間。在處理期間的腔室處理空間、安瓿的處理空間、及處理系統100中的輸送管線內的壓力可以小於1×10-8Torr。在其他實施例中，壓力可以在約1×10-8Torr與約1×10-5Torr之間，如在約1×10-7Torr至約1×10-6Torr之間。
在一些實施例中，安瓿118、126、174、及176中的每一者的溫度，可以在約攝氏100度至約攝氏600度之間。在一些實施例中，每個安瓿118、126、174、176的溫度不同，並且在其他實施例中可為大致相同。在一些實 施例中，每條輸送管線120、128、171、173的溫度保持為高於每個安瓿118、126、174、176的溫度。在其他實施例中，每條輸送管線120、128、171、173的溫度保持為約等於每個安瓿118、126、174、176的溫度。另外，在一些實施例中，第一安瓿118、第一輸送管線120、及噴淋頭116的第一部分122的溫度都基本相似，使得第一材料162的質量流更均勻。在一些實施例中，第二安瓿126、第二輸送管線128、及噴淋頭116的第二部分130的溫度都基本相似，亦使得第二材料162的質量流更均勻。在一些實施例中，第三安瓿174、第三輸送管線171、及噴淋頭116的第三部分166的溫度都基本相似，亦導致第三材料178的質量流更均勻。在一些實施例中，第四安瓿176、第四輸送管線173、及噴淋頭116的第四部分168的溫度都基本相似，亦導致第四材料180的質量流更均勻。
在方塊304中，第一材料162從第一安瓿瓶118經由第一輸送管線120輸送到噴淋頭116的第一部分122中，並輸送到處理腔室102的處理空間110中，並且同時或依序地從第二、第三、及第四安瓿126、174、176經由相應的第二、第三、及第四輸送管線128、171、173，輸送第二、第三、及第四材料164、178、180至噴淋頭116的相應的第二、第三、及第四部分130、166、168，並進入處理腔室102的處理空間110中。在一些實施例中，可以維持處理系統100內的壓力，從而控制每種材料從安瓿中的流出，以使材料的流在所需的流的狀態內，例如分子流狀 態。這樣，透過每個安瓿118、126、174、176的溫度和內部壓力(如上所述)及在每個安瓿118、126、174、176內的每種材料162、164、178、180的表面積，來控制每種蒸發材料的流。設置在每個安瓿118、126、174、176中的材料162、164、178、180可以包括用於在基板上昇華和冷凝的任何材料，例如三(8-羥基喹啉)鋁(Alq3)或碳60(C60)。
在方塊306中，控制來自噴淋頭116的每個部分122、130、166、168的材料的質量流速。透過控制整個處理系統100中的壓力和溫度來控制質量流速。來自噴淋頭116的每個部分122、130、166、168的質量流可以在約1×10-4kg/(m2*s)至約0.25kg/(m2*s)之間。此外，來自噴淋頭116的部分122、130、166、168中的每一個的沉積速率可以在約0.01Å/s與約10Å/s之間，諸如在約0.5Å/s與5Å/s之間。如上所述，對於每種材料162、164、178、180將壓力保持在某些閾值以下可提供一種分子流狀態，蒸發的材料藉由此流的狀態而流動。在一些實施例中，每個部分122、130、166、168中的流速可以不同。在其他實施例中，從部分122、130、166、168中的一者流向部分122、130、166、168中的另一者的經汽化材料的流速之比，可以大於1：100，例如在約1：1與1：100之間。然而，在其他實施例中，每個部分122、130、166、168中的流速可以是大致相同。
在方塊308中，控制噴淋頭116的每個部分的溫度。每個部分122、130、166、168中的溫度足夠高，從而防止冷凝。此外，如上所述，每個安瓿的溫度以及每個安瓿118、126、174、176與噴淋頭116之間的溫度梯度，也會影響從噴淋頭116流出的每種材料162、164、178、180的材料通量。當一部分的噴淋頭116的溫度升高時，從此部分的噴淋頭116離開材料的材料通量會增加。溫度可以在約攝氏20度至約攝氏1200度的範圍內，例如在約攝氏100度至約攝氏600度之間。在一些實施例中，每個部分122、130、166、168中的溫度可以不同。然而，在其他實施例中，每個部分122、130、166、168中的溫度可為大致相同。
在方塊310中，每種材料162、164、178、180從噴淋頭116的每個部分122、130、166、168流入到處理腔室102的處理空間110中。
在方塊312中，控制處理腔室102內的壓力。在一些實施例中，處理腔室102內的壓力可以在約1×10-9Torr至約1×10-5Torr之間，如在約1×10-7Torr至約1×10-6Torr之間。控制處理腔室102內的壓力，決定進入處理空間102的材料162、164、178、180的流的狀態。透過增加或減少質量流速，可以增加或減少每種材料在基板114的表面上的沉積速率。
在方塊314中，控制基座112的轉速。基座112被配置為以一定速度旋轉，使得當將多種材料從噴淋頭 116流出時共同沉積到基板114上，其得到具有所需的材料範圍尺寸的薄膜。在一些實施例中，轉速可以在約0RPM至約200RPM之間，例如在5RPM至約100RPM之間，或者在10RPM與70RPM之間。控制基座112的轉速有助於形成合適的元件。當基座112的旋轉慢於形成某些元件所需的轉速時，範圍尺寸可能太大，使得材料不能很好地混合以提供足夠的界面面積。當基座112的旋轉快於形成某些元件所需的轉速時，範圍尺寸可能太小，使得沒有為每種材料形成足夠的路徑以在元件中進行有效的電荷傳輸。每種材料164、162、178、180的材料通量亦會影響應該如何控制基座112的速度。當材料通量較高時，在基板114上的沉積速率較高，這意味著應該將基座112的轉速控制為較高的速度，以使薄膜產生相似的範圍尺寸。當材料通量較低時，在基板114上的沉積速率較低，這意味著應該將基座112的轉速控制為較低的速度以產生相似的範圍尺寸。
在方塊318中，從處理腔室102中去除基板114。總體而言，方法300有利地導致具有所需厚度和組成的所需薄膜沉積在基板114上，使得它們可以形成至少一部分的合適元件，例如OLED或其他光學元件。例如，方法300可以導致形成的層的區域看起來類似於圖4A或4B所示的區域。
圖4A-4B根據本案描述的一些實施例是執行圖3中所示的方法300之後的處理腔室的示意圖。圖4A示出了 混合在單個形成的層內的多種材料(由A、B、C、D表示)。所示結果通常在轉速更快時出現，例如大於約10RPM。儘管在圖4A中在單個薄膜中顯示了四種材料A、B、C、及D的混合，但是在其他實施例中，可以有兩種材料的混合，例如A/B、A/C、A/D、B/C、及B/D。在其他實施例中，可以有三種或更多種材料的混合物，例如A/B/C、B/C/D、及A/C/D。在其他實施例中，可以有四種以上材料的混合。單個薄膜中的混合材料對於某些元件的光學及/或電學性質很重要，例如某些元件的電荷傳輸。
圖4B示出了形成超晶格結構的多種材料(由A、B、C、D表示)。圖4B中所示的結果通常在轉速較慢時出現，例如小於1RPM。儘管在圖4B中堆疊了四種材料A、B、C、及D，但是在其他實施例中，可以存在兩種材料的交替堆疊，例如A/B/A/B。在其他實施例中，可以存在三種材料的堆疊，例如A/B/C、B/C/D、及A/C/D。在其他實施例中，可以出現多於四種材料的堆疊。在一些情況下，兩層或更多層的堆疊可以重複兩次或更多次，例如，三層堆疊可以包括兩組堆疊A/B/C/A/B/C，其中A/B/C是重複組。生成的超晶格結構可用於某些光電元件。另外，這些元件可以不間斷沉積形成以提高產量。
在本案所述的實施例中，橫跨基板114的表面的薄膜的生成區域的尺寸，是由噴淋頭116流出的沉積質量流速(或材料通量)、處理空間內的壓力、以及基座112的轉速所決定。決定從噴淋頭116沉積出的質量流速的一 些因素為：噴淋頭116的溫度、提供至噴淋頭116的材料的輸入溫度、由每個噴淋頭部分內的開口所產生的流量限制、處理系統100的不同部分內的材料的流的狀態(例如，分子流)、每個安瓿118、126、174、176的溫度，從每個安瓿118、126、174、176到噴淋頭116的溫度梯度，以及在處理過程中基板114所在的處理腔室102的壓力。控制如以上在方法300中所述的這些因素中的每一者，以控制沉積在基板114上的材料的沉積速率，從而在基板114的表面上沉積所需的薄膜。
同樣地，透過改變上述各種製程變數，例如沉積材料的流量與每種沉積材料的輸送時間，當一或多個沉積層在生長時，可在生長方向(即，垂直於基板的暴露表面)及/或在橫向方向(即，平行於基板的暴露表面)上，調整一層或多層沉積層的組成。因此，例如，透過調節質量流速及在一個或多個沉積層中的每個組成材料的輸送時間的重疊或間隔，可控制此一或多個沉積層中的任一者的一層或不同部分的組成。
儘管前述內容針對本發明的應用，但是在不脫離本發明的基本範圍的情況下，可以設計本發明的其他及進一步應用，並且本發明的範圍由所附申請專利範圍來確定。
100:處理系統
101:冷阱
102:處理腔室
104:側壁
106:底部
108:頂部
110:處理空間
112:基座
113:遮罩
114:基板
116:噴淋頭
118:第一安瓿
120:輸送管線
122:第一部分
124:第一輸送管線加熱元件
126:第二安瓿
128:第二輸送管線
130:第二部分
132:第二輸送管線加熱元件
134:箭頭
136:控制器
136A:中央處理單元
136B:記憶體
136C:支持電路
138:第一部分加熱元件
142:真空泵
144:閥
146:旁通閥
147:截止閥
148:第二部分加熱元件
149:第一安瓿加熱元件
150:第二安瓿加熱元件
152:閥
154:第二推動氣體源組件
156:閥
160:第一推動氣體源組件
162:材料
164:第二材料
166:第三部分
167:第三部分加熱元件
168:第四部分
169:第四部分加熱元件
170:第三輸送管線加熱元件
171:第三輸送管線
172:第四輸送管線加熱元件
173:第四輸送管線
174:第三安瓿
176:第四安瓿
178:材料
180:材料
182:第三安瓿加熱元件
184:第四安瓿加熱元件
186:閥
188:閥
190:第三推動氣體源組件
192:第四推動氣體源組件

Claims (20)

  1. 一種在一基板上形成一薄膜的方法，包括下列步驟：控制複數個安瓿中的每一者的一溫度及該複數個安瓿中的每一者的一處理空間內的一壓力，其中，不同材料設置在該複數個安瓿的每一者的該處理空間內，該複數個安瓿中的每一者的該處理空間，與一噴淋頭的複數個個別的部分中之一者流體連通，該噴淋頭的該複數個部分中之一者耦接到一處理腔室的一處理空間，其中該噴淋頭的該複數個個別的部分中的每個個別的部分具有一輸入，該輸入僅與該噴淋頭的對應的該個別的部分的複數個開口流體連通，並且該受控制溫度經設置以使該些不同材料的每一者在該複數個安瓿的每個該處理空間內蒸發，並流向該噴淋頭的該複數個個別的部分的該些輸入中之一者；透過控制該噴淋頭的該複數個個別的部分中之每一者的該溫度，來控制從該噴淋頭的該複數個個別的部分中之每一者進入到該處理腔室的該處理空間的該些不同材料的每一者的一流速；控制該處理腔室內的一壓力；以及控制設置在該處理腔室的該處理空間內的一基座上的一基板的一轉速，其中該旋轉的基板暴露於由該噴淋頭的該複數個個別的部分中之每一者所提供的該些不同材 料的流。
  2. 如請求項1所述的方法，其中，該些安瓿中的每個安瓿的該受控制溫度是不同的。
  3. 如請求項1所述的方法，其中，該些安瓿中的每個安瓿的該受控制溫度是大致相同的。
  4. 如請求項1所述的方法，其中，來自該噴淋頭的該複數個部分中的每個部分的該些不同材料的每一者的該受控制流速是不同的。
  5. 如請求項1所述的方法，其中，來自該噴淋頭的該複數個部分中的每個部分的該些不同材料的每一者的該受控制流速是大致相同的。
  6. 如請求項1所述的方法，其中，該處理腔室內的該受控制壓力在約1×10-8Torr與約1×10-5Torr之間。
  7. 如請求項1所述的方法，其中，該基座的該受控制轉速在約0RPM與約200RPM之間。
  8. 一種在一基板上形成一薄膜的方法，包括以下步驟：控制一第一安瓿的一溫度及該第一安瓿的一處理空間內的一壓力，其中一第一材料設置在該第一安瓿的該處理空間內，該第一安瓿的該處理空間與一噴淋頭的複數個部分中的一第一部分流體連通，該第一部分耦接到一處理腔室的一處理空間，其中該噴淋頭的該複數個部分中 的該第一部分具有一輸入，該輸入僅與該噴淋頭的該第一部分的複數個開口流體連通，並且該受控制溫度經設置以使該第一材料在該第一安瓿的該處理空間內蒸發，並流向該噴淋頭的該第一部分的該輸入；控制一第二安瓿的一溫度及該第二安瓿的一處理空間內的一壓力，其中一第二材料設置於一第二安瓿的該處理空間內，該第二安瓿的該處理空間與該噴淋頭的該複數個部分中的一第二部分流體連通，該第二部分耦接到該處理腔室的該處理空間，其中該噴淋頭的該複數個部分中的該第二部分具有一輸入，該輸入僅與該噴淋頭的該第二部分的複數個開口流體連通，並且該受控制溫度經設置以使該第二材料在該第二安瓿的該處理空間內蒸發，並流向該噴淋頭的該第二部分的該輸入；透過控制該噴淋頭的該複數個部分中的該第一部分的該溫度，來控制從該噴淋頭的該第一部分進入該處理腔室的該處理空間的該第一材料的一流速；透過控制該噴淋頭的該複數個部分中的該第二部分的該溫度，來控制從該噴淋頭的該第二部分進入該處理腔室的該處理空間的該第二材料的一流速；控制該處理腔室內的一壓力；控制設置在該處理腔室的該處理空間內的一基座上的 一基板的一轉速，其中該旋轉的基板同時或依序地暴露於由該噴淋頭的該複數個部分中的該第一部分與該第二部分所提供的該第一材料與該第二材料的流。
  9. 如請求項8所述的方法，其中，該第一安瓿與該第二安瓿中的每一者的該受控制溫度是不同的。
  10. 如請求項8所述的方法，其中，該第一安瓿與該第二安瓿中的每一者的該受控制溫度是大致相同的。
  11. 如請求項8所述的方法，其中，該噴淋頭的該第一部分與該第二部分中的每一者的該受控制流速是不同的。
  12. 如請求項8所述的方法，其中，該噴淋頭的該第一部分與該第二部分中的每一者的該受控制流速是大致相同的。
  13. 如請求項8所述的方法，其中，該處理腔室內的該受控制壓力在約1×10-8Torr與約1×10-5Torr之間。
  14. 如請求項8所述的方法，其中，該基座的該受控制轉速在約0RPM與約200RPM之間。
  15. 一種用於在一基板上形成一薄膜的處理系統，包括：複數個安瓿；一處理腔室，包括：一噴淋頭，其中該噴淋頭包括複數個個別的部分； 以及一基座；複數個輸送管線，其中該複數個輸送管線中的每條輸送管線是從該些安瓿之一者連接到該噴淋頭的該複數個個別的部分中之一者；以及一控制器，經配置以調節該處理系統的操作，其中，該控制器包括一記憶體，該記憶體包含用於在一處理器上執行的指令，該些指令包括：控制該複數個安瓿中的每一者的一溫度及該複數個安瓿中的每一者的一處理空間內的一壓力，其中，不同材料設置在該複數個安瓿的每一者的該處理空間內，該複數個安瓿中的每一者的該處理空間，與該噴淋頭的該複數個個別的部分中之一者流體連通，該噴淋頭的該複數個部分中之一者耦接到該處理腔室的一處理空間，其中該噴淋頭的該複數個個別的部分中的每個個別的部分具有一輸入，該輸入僅與該噴淋頭的對應的該個別的部分的複數個開口流體連通，並且該受控制溫度經設置以使該些不同材料的每一者在該複數個安瓿的每個該處理空間內蒸發，並流向該噴淋頭的該複數個個別的部分的該些輸入中之一者；透過控制該噴淋頭的該複數個個別的部分中之每一者的該溫度，來控制從該噴淋頭的該複數個個別的部分中之每一者進入到該處理腔室的該處理空間的該些不同材 料的每一者的一流速；控制該處理腔室內的一壓力；以及控制設置在該處理腔室的該處理空間內的一基座上的一基板的一轉速，其中該旋轉的基板暴露於由該噴淋頭的該複數個個別的部分中之每一者所提供的該不同材料的流。
  16. 如請求項15所述的處理系統，其中該複數個安瓿中的每個安瓿的該受控制溫度是不同的。
  17. 如請求項15所述的處理系統，其中來自該噴淋頭的該複數個部分中的每個部分的每種不同材料的該受控制流速是不同的。
  18. 如請求項15所述的處理系統，其中來自該噴淋頭的該複數個部分中的每個部分的每種不同材料的該受控制流速是大致相同的。
  19. 如請求項15所述的處理系統，其中該處理腔室內的該受控制壓力在約1×10-8Torr與約1×10-5Torr之間。
  20. 如請求項15所述的處理系統，其中該基座的該受控制轉速在約0RPM與約200RPM之間。
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