TWI664306B

TWI664306B - 蒸鍍裝置及其校正方法

Info

Publication number: TWI664306B
Application number: TW106137312A
Authority: TW
Inventors: 許祐霖; 林建宏; 黃國興; 宋兆峰; 賴志明; 張宏毅
Original assignee: 財團法人工業技術研究院
Priority date: 2017-10-30
Filing date: 2017-10-30
Publication date: 2019-07-01
Also published as: TW201917227A; US20190127843A1; US10895007B2; CN109722634A

Abstract

一種蒸鍍裝置，包括材料源、腔室、流道以及加熱構件。材料源用以提供沉積材料。腔室包括歧管。流道用以連接材料源與腔室。加熱構件配置於流道的至少一部分內，用以加熱沉積材料。還提供一種蒸鍍裝置的校正方法。

Description

蒸鍍裝置及其校正方法

本發明是有關於一種蒸鍍裝置及其校正方法。

蒸鍍製程是一種廣泛應用的薄膜沉積技術。現有的蒸鍍設備包括蒸鍍腔室、設置於蒸鍍腔室內的承載裝置以及與承載裝置相對的蒸鍍源。蒸鍍源可承載蒸鍍材料。進行蒸鍍製程時，會以加熱的方式讓蒸鍍材料揮發或是昇華並以蒸鍍粒子的形式填充在蒸鍍腔室中。同時，承載裝置上裝設有待蒸鍍的待鍍物時，填充於蒸鍍腔室中的蒸鍍粒子即可在待鍍物表面累積而後形成蒸鍍鍍膜。

蒸鍍鍍膜的厚度可以藉由調整蒸鍍製程的各種參數來調整。例如，蒸鍍速率、蒸鍍時間、待鍍物與蒸鍍源之間的距離、蒸鍍源被加熱的溫度等。其中，蒸鍍速率的準確度與穩定度對於鍍膜的品質至關重要。

本發明實施例的蒸鍍裝置包括材料源、腔室、流道以及加熱構件。材料源用以提供沉積材料。腔室包括歧管。流道用以連接材料源與歧管。加熱構件配置於流道的至少一部分內，用以加熱沉積材料。

本發明實施例的蒸鍍裝置的校正方法包括以下步驟。提供前述的蒸鍍裝置，其中蒸鍍裝置更包括石英晶體微量天平、閥門以及壓力感測器。令石英晶體微量天平所偵測到的沉積材料的沉積速率的變化率與閥門的開關速率的變化率分別介於一選定範圍內。以加熱裝置對流道進行加熱，使壓力感測器所偵測到的沉積材料的沉積速率的變化率在一預期範圍內。

為讓本發明能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1是依照本發明的實施例的一種蒸鍍裝置的示意圖。圖2是說明圖1的蒸鍍裝置進行蒸鍍製程的示意圖。圖3A與圖3B是依照本發明的實施例的一種蒸鍍裝置中的加熱構件的立體示意圖與上視示意圖。請同時參照圖1、圖2、圖3A及圖3B，蒸鍍裝置100包括材料源110、腔室130、流道160以及加熱構件170。材料源110用以提供沉積材料110a（在圖2中示出）。具體而言，沉積材料110a適於位在材料源110中。在本實施例中，沉積材料110a是使用者需要沉積的任何材料。也就是說，沉積材料110a可以是有機材料或無機材料。在本實施例中，材料源110例如是適於被加熱以將沉積材料110a氣化的坩堝。在本實施例中，蒸鍍裝置100例如是更包括加熱器114，鄰近材料源110配置，用以加熱材料源110。在圖1中，是以加熱器114環繞材料源110設置為例，但本發明不以此為限。

流道160用以連接材料源110與腔室130中的歧管132，氣化的沉積材料110a例如是適於通過流道160而由材料源110進入歧管132。在本實施例中，蒸鍍裝置100例如是更包括閥門120。閥門120配置於材料源110與腔室130之間，並連接至材料源110。具體而言，流道160例如是包括L形管112與轉接管(transfer tubes)122，其中L形管112連接材料源110與閥門120，以及轉接管122連接閥門120與腔室130的歧管132。如此一來，藉由開啟或關閉閥門120來控制氣化的沉積材料110a進入腔室130。

在本實施例中，加熱構件170配置於流道160的至少一部分內，用以加熱沉積材料110a。也就是說，加熱構件170例如是配置於L形管112及/或轉接管122中。具體而言，加熱構件170適於增加L形管112及/或轉接管122的表面接觸面積，使得L形管112及/或轉接管122整體具有均勻的溫度，以提供高導熱路徑或增加沉積材料與加熱構件170碰撞的機率。如此一來，流經L形管112及/或轉接管122的氣化的沉積材料110a能被均勻加熱。在本實施例中，加熱構件170例如為網狀結構，其材料可以是導體材料。具體而言，如圖3A與圖3B所示，加熱構件170例如是包括主體172以及配置於主體172中的多個開口174。其中，主體172例如是包括交叉配置的多個鰭片，而開口174為相鄰鰭片所圍繞出的空間。在本實施例中，是以開口174的形狀為正方形為例，但本發明不以此為限。在其他實施例中，開口174也可以為圓形、方形以外的正多邊形（諸如正六邊形）、不規則形或上述之組合。此外，在一實施例中，如圖4A所示，在加熱構件170中，主體172例如是填充於流道160內，且於主體172中形成多個貫穿主體172的開口174。再者，在另一實施例中，如圖4B所示，主體172實質上包括多個同心圓柱管，而開口174形成於同心圓柱管之間。在又一實施例中，如圖4C所示，主體172實質上包括螺旋柱管，而開口174形成於螺旋柱管之間。當然，本發明並不侷限於此，在其他實施例中，加熱構件170也可以具有其他構形，諸如導熱板等。再者，以圖4A的開口174為例，開口174可以是直管(如圖4D所示)、彎曲管(如圖4E所示)或上述的組合，其中彎曲管可更進一步增加沉積材料與加熱構件170碰撞的機率。相似地，如圖4B與圖4C或其他實施例中主體172的開口174也可以是上述的直管、彎曲管或上述的組合。

在本實施例中，腔室130包括歧管132、石英晶體微量天平（quartz crystal microbalance，QCM）134以及壓力感測器136。歧管132連接至閥門120並具有至少一個第一噴嘴132a與至少一個第二噴嘴132b。具體而言，閥門120經由轉接管122連接至歧管132。在本實施例中，存在多個第一噴嘴132a及一個第二噴嘴132b。然而，本發明並不侷限於此，且第一噴嘴132a的數目及第二噴嘴132b的數目可根據使用者要求加以調整。在本實施例中，第一噴嘴132a及第二噴嘴132b配置於歧管132的不同側。石英晶體微量天平134與第二噴嘴132b相對地配置。沉積材料110a適於經由第二噴嘴132b而沉積於石英晶體微量天平134上，且石英晶體微量天平134包括面對第二噴嘴132b的活動遮板134a。然而，本發明並不侷限於此。在其它實施例中，若使用者需要，則第一噴嘴132a及第二噴嘴132b也可位於歧管132的同一側上。此外，在其它實施例中，可以省略石英晶體微量天平134以及壓力感測器136的配置。

在本實施例中，蒸鍍裝置100包括活動遮板控制器140。活動遮板控制器140用以控制石英晶體微量天平134上的活動遮板134a開啟或關閉。此外，蒸鍍裝置100包括支撐體150，以用於支撐石英晶體微量天平134。支撐體150用以調整石英晶體微量天平134相對於第二噴嘴132b的位置。在本實施例中，支撐體150調整石英晶體微量天平134在x方向上的位置。然而，本發明並不侷限於此，且支撐體150也可根據使用者要求而調整石英晶體微量天平134在y方向上或z方向上的位置。

在本實施例中，參照圖2，當蒸鍍裝置100進行蒸鍍製程時，腔室130更包括靶138。靶138與第一噴嘴132a相對地配置。如圖2中所見，沉積材料110a在沉積製程期間經由第一噴嘴132a而沉積於靶138上。也如圖2中所見，在對沉積製程進行監測期間，沉積材料110a沉積於石英晶體微量天平134上。靶138是例如用於在上面沉積沉積材料110a的基板。在其它實施例中，當執行沉積製程時，在腔室130中可不配置靶138。在本實施例中，於沉積製程期間，將靶138配置在腔室130中以在靶138上進行沉積。然而，本發明並不侷限於此。靶138可為適於容納基板以在其上進行沉積的結構，且甚至在不執行沉積製程時靶138仍可位於腔室130中。或者，靶138被進行沉積且在不執行沉積製程時，仍可處於腔室130中。靶138的結構與配置可根據使用者要求而定。

在本實施例中，腔室130可為真空腔室。具體而言，在沉積製程期間，在真空腔室130中執行沉積製程。此外，歧管132中的壓力實質上相同於真空腔室130中的靶138處的壓力。如此一來，檢測歧管132中的壓力的壓力感測器136實質上檢測到靶138處的相同壓力。因此，來自壓力感測器136的結果可用於計算沉積材料110a的膜厚度及沉積速率。此外，閥門120及材料源110配置於腔室130之外。然而，在其它實施例中，閥門120及材料源110可被連接至腔室130，以使閥門120及材料源110的內部為部分真空。

圖5是依照本發明的實施例的一種蒸鍍裝置中的壓力感測器的示意圖。在本實施例中，壓力感測器136配置於歧管132中。壓力感測器136包括燈絲136a。壓力感測器136是例如派藍尼真空計（Pirani gauge）。也就是說，壓力感測器136包括燈絲136a以測量歧管132的壓力。在本實施例中，燈絲136a是金屬。具體而言，燈絲136a是鉑。然而，燈絲136a的金屬可為任何適當的金屬。此外，本實施例示出兩個燈絲136a，但視使用者的需要而定，燈絲的數量可為多個。

在本實施例中，為測量歧管132的壓力，將壓力感測器136加熱的燈絲136a懸浮在所述歧管中。也就是說，燈絲136a被配置於歧管132中，以接觸歧管132中的氣化沉積材料110a。在本實施例中，壓力感測器136的部分被配置於歧管132之外。在其它實施例中，整個壓力感測器136配置於歧管132內。當氣化沉積材料110a的氣體分子與燈絲136a發生碰撞時，燈絲136a向氣體散失熱量。若氣壓降低，表示存在的分子的數目將成比例地降低，且燈絲136a將更緩慢地散失熱量；反之亦然。測量熱量散失是壓力的間接指標。此外，由於歧管132處於真空腔室130中，因此含有氣化沉積材料110a的歧管132中的壓力實質上相同於靶138處的氣化沉積材料110a的壓力。因此，藉由測量歧管132的壓力，可確定靶138上的沉積材料110a的沉積速率。

在本實施例中，蒸鍍裝置100包括石英晶體微量天平134，所述石英晶體微量天平134也能測量靶138上的沉積材料110a的沉積速率。石英晶體微量天平134藉由測量石英晶體共振器的頻率變化來測量每單位面積的質量變化。由於在聲波共振器（acoustic resonator）的表面處發生的氧化物成長/衰減或膜沉積而引起的小的質量的增加或移除會干擾共振。因此，石英晶體微量天平134可監測靶138上的沉積材料110a的沉積速率。頻率測量亦很容易以高精確度進行。然而，石英晶體微量天平134具有相對短的感測器壽命，且因此蒸鍍裝置100並非完全依賴於石英晶體微量天平134來測量沉積材料110a的沉積速率。

在本實施例中，壓力感測器136及石英晶體微量天平134二者均能測量沉積材料110a的沉積速率，且壓力感測器136被校準，以測量與由石英晶體微量天平134測量的沉積速率相同的沉積速率。一旦壓力感測器136被校準，石英晶體微量天平134上的活動遮板134a便關閉，使得沉積材料110a不再沉積於石英晶體微量天平134上。然後，蒸鍍裝置100根據壓力感測器136而繼續測量沉積速率。如此一來，由於沉積材料110a並非連續地在石英晶體微量天平134上沉積，因此石英晶體微量天平134可具有較長的壽命。由於一旦石英晶體微量天平134校準壓力感測器136，石英晶體微量天平134上的活動遮板便關閉，因此即使在具有高沉積速率的沉積製程中，石英晶體微量天平134仍可使用較長時期。

本實施例中，由於因燈絲被加熱且具有較氣化沉積材料110a的溫度高的溫度，而使得沉積材料110a不沉積於燈絲136a上，因此壓力感測器136具有較長的壽命。然而，若參數改變（即，溫度等），則由感測器136測量的沉積速率可能變得不準確，且壓力感測器136須由石英晶體微量天平134重新校準。藉由具有壓力感測器136及石英晶體微量天平134，蒸鍍裝置100可準確地測量沉積速率且具有較長的壽命。石英晶體微量天平134具有較長的壽命且將無需頻繁地更換，從而降低了成本。此外，藉由使用石英晶體微量天平134及壓力感測器136二者，蒸鍍裝置100能夠連續地監測靶138上的沉積材料110a的膜厚度及沉積速率。由於壓力感測器136被用作主感測器來監測靶138上的沉積材料110a的膜厚度及沉積速率，因此蒸鍍裝置100適用於具有高沉積速率的沉積製程。石英晶體微量天平134用於校準壓力感測器136，且因此即使在具有高沉積速率的沉積製程中，石英晶體微量天平134仍可具有較長的壽命。舉例而言，蒸鍍裝置100適合應用於需要高沉積速率的有機發光二極管的沉積製程中。當然，蒸鍍裝置100也可應用於其它低沉積速率的沉積製程中。

圖6是依照本發明的實施例的一種蒸鍍裝置中的閥門的橫截面的立體示意圖。參照圖6，閥門120包括第一開口120a與第二開口120b。第一開口120a經由L形管112而與材料源110連通。第二開口120b經由轉接管122而與歧管132連通。在本實施例中，閥門120是針閥。具體而言，閥門120更包括針128與第三開口128a。針128用以通過閥門控制器124而相對於第三開口128a來回移動。在本實施例中，如圖6中所見，針128用以在z方向上來回移動。針128朝第三開口128a具有斜面，因此當針128相對於第三開口128a改變位置時，第三開口128a的大小改變。如此一來，閥門控制器124控制針128的位置來調整第三開口128a的大小。當針128被盡可能遠地推進至第三開口128a中時，針128會阻擋第三開口128a以避免使任何流體通過，從而關閉第三開口128a。當針128自第三開口128a移開而使得在針128與壁之間存在空間、從而形成第三開口128a時，流體可通過第三開口128a。由於針128具有斜面，因而在z方向上相對於第三開口128a來回移動針128會調整第三開口128a的大小。若針128被盡可能遠地移回而使得第三開口128a盡可能小地被針128阻礙，則第三開口128a被視為完全開啟。藉由經由針128調整第三開口128a的大小，可控制穿過閥門120的沉積材料110a的流量。在其它實施例中，閥門120並非針閥，而是其它任何適當的閥門。也就是說，在其它實施例中，也可使用其它能夠對流經的沉積材料110a的流量進行控制及調整的閥門。此外，在其它實施例中，可使用不對沉積材料110a的流量進行控制及調整的閥門。

在一實施例中（未繪示），為了使得氣化的沉積材料110a能被均勻加熱且維持所需溫度，還可以進一步將加熱裝置設置於閥門120外的殼體126、閥門120的針128、閥門120的蓋體129、歧管132等處或將該些部件維持在所需溫度下。

在本實施例中，蒸鍍裝置100是製造執行系統（manufacturing executing system，MES）。具體而言，所述製造執行系統被電腦化，以對所述製程進行追蹤並使蒸鍍裝置100中的元件自動地控制整個製程。所述製造執行系統控制活動遮板控制器140及閥門控制器124，以實現準確的監測結果及所需的沉積速率。再者，所述製造執行系統根據使用者需要藉由加熱器114控制材料源110的氣化溫度，以及藉由加熱構件170使得氣化的沉積材料110a具有所需的均勻溫度。藉由調整材料源110的氣化溫度與穩定氣化的沉積材料110a的溫度，改變氣化沉積材料110a流動至並穿過閥門120的速率，進而改變沉積材料110a的沉積速率。此外，所述製造執行系統判斷是自壓力感測器136或是自石英晶體微量天平134讀取結果，作為靶138上的沉積材料110a的厚度的參照。因此，由於整個製程為自動化的，因而所述製造執行系統使蒸鍍裝置100能夠準確地且持續地進行沉積製程。

圖7是依照本發明的實施例的一種蒸鍍裝置的校正方法的流程圖。所述方法例如是適用於更換沉積材料的種類或變更沉積材料的沉積速率與膜厚度的首次校正，其包括以下步驟。經由歧管132的第一噴嘴132a而在靶138上沉積沉積材料110a，並經由歧管132的第二噴嘴132b而在石英晶體微量天平134上沉積沉積材料110a。在前述步驟之前，氣化材料源110中的沉積材料110a。此外，開啟連接至材料源110及歧管132的閥門120，以使氣化沉積材料110a經由L形管112通過閥門120並進入歧管132。其中，閥門120的開關速率控制氣化沉積材料110a進入歧管132的速率，進而影響沉積材料110a的沉積速率及膜厚度。此時，蒸鍍裝置100自閥門控制器124讀取數據作為用於閥門120的開關速率測量的參照。

接著，藉由石英晶體微量天平134測量靶138上的沉積材料110a的沉積速率及膜厚度。具體而言，開啟活動遮板134a，且於石英晶體微量天平134上沉積沉積材料110a。藉由將沉積材料110a沉積於石英晶體微量天平134上，石英晶體微量天平134能夠測量靶138上的沉積材料110a的沉積速率及膜厚度。此時，蒸鍍裝置100自石英晶體微量天平134讀取數據作為用於膜厚度及沉積速率測量的參照。

然後，令石英晶體微量天平134所偵測到的沉積材料110a的沉積速率的變化率與閥門120的開關速率的變化率分別介於一選定範圍內（步驟S102）。在本實施例中，石英晶體微量天平134所偵測到的沉積材料的沉積速率的變化率例如是小於2%，閥門120的開關速率的變化率例如是介於30%～35%。

接著，以加熱裝置170對流道160進行加熱，使壓力感測器136所偵測到的沉積材料110a的沉積速率的變化率在一預期範圍內（步驟S104）。具體而言，藉由控制加熱裝置170的溫度、加熱速率等，使得氣化的沉積材料110a具有均勻的溫度，進而調整沉積材料110a的沉積速率，使得壓力感測器136所偵測到的沉積材料110a的沉積速率的變化率在一預期範圍內。其中，壓力感測器136測量歧管132中的壓力，所述壓力實質上相同於靶138處的壓力。來自壓力感測器136的數據可確定靶138上的沉積材料110a的沉積速率及膜厚度。在本實施例中，沉積材料110a的沉積速率的變化率的預期範圍小於2%。在進行前述的首次校正後，可藉由具有高準確度且高穩定度的沉積速率來沉積沉積材料，其中膜厚度的不均勻度例如是小於3%。在本實施例中，加熱構件170能使氣化的沉積材料110a具有均一化的分子熱能（internal energy），如此可增加壓力感測器136對各種沉積材料的適用性，以實現鍍膜的高穩定性。

一旦壓力感測器136被校準，石英晶體微量天平134上的活動遮板134a便關閉，使得沉積材料110a不再沉積於石英晶體微量天平134上。而後，若由感測器136測量的沉積速率變得不準確，則壓力感測器136須由石英晶體微量天平134重新校準。

綜上所述，本發明的蒸鍍裝置包括設置於流道內的加熱構件，因此蒸鍍裝置為熱能均一化裝置。故，在與壓力感測器與閥門控制器搭配時，可達到卷對卷高鍍率連續蒸鍍製程中所要求之鍍率的高準確度與高穩定度之量產需求。

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，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100：蒸鍍裝置 110：材料源 110a：沉積材料 112：L形管 114：加熱器 120：閥門 120a：第一開口 120b：第二開口 122：轉接管 124：閥門控制器 126：殼體 128：針 128a：第三開口 129：蓋體 130：腔室 132：歧管 132a：第一噴嘴 132b：第二噴嘴 134：石英晶體微量天平 134a：活動遮板 136：壓力感測器 136a：燈絲 138：靶 140：活動遮板控制器 150：支撐體 160：流道 170：加熱構件 172：主體 174：開口 X、Y、Z：方向 S102、S104：步驟

圖1是依照本發明的實施例的一種蒸鍍裝置的示意圖。圖2是說明圖1的蒸鍍裝置進行蒸鍍製程的示意圖。圖3A與圖3B是依照本發明的實施例的一種蒸鍍裝置中的加熱構件的立體示意圖與上視示意圖。圖4A至圖4C分別是依照本發明的實施例的一種蒸鍍裝置中的加熱構件的上視示意圖。圖4D與圖4E分別是依照本發明的實施例的一種蒸鍍裝置中的加熱構件的剖面示意圖。圖5是依照本發明的實施例的一種蒸鍍裝置中的壓力感測器的示意圖。圖6是依照本發明的實施例的一種蒸鍍裝置中的閥門的橫截面的立體示意圖。圖7是依照本發明的實施例的一種蒸鍍裝置的校正方法的流程圖。

Claims

一種蒸鍍裝置，包括：一材料源，用以提供一沉積材料；一腔室，包括一歧管；一流道，用以連接該材料源與該歧管；以及一加熱構件，配置於該流道的至少一部分內，用以加熱該沉積材料。
如申請專利範圍第1項所述的蒸鍍裝置，其中該加熱構件包括一網狀結構。
如申請專利範圍第2項所述的蒸鍍裝置，其中該網狀結構包括主體以及配置於該主體中的多個開口。
如申請專利範圍第3項所述的蒸鍍裝置，其中該些開口的形狀包括圓形、正多邊形、不規則形或上述之組合。
如申請專利範圍第3項所述的蒸鍍裝置，其中該主體包括交叉配置的多個鰭片。
如申請專利範圍第3項所述的蒸鍍裝置，其中該主體包括多個同心圓柱管。
如申請專利範圍第3項所述的蒸鍍裝置，其中該主體包括螺旋柱管。
如申請專利範圍第1項所述的蒸鍍裝置，更包括一閥門，配置於該材料源與該腔室之間。
如申請專利範圍第8項所述的蒸鍍裝置，其中該流道包括一L形管與一轉接管，該L形管連接該材料源與該閥門，以及該轉接管連接該閥門與該歧管，該加熱構件配置於該L形管與該轉接管中至少一者中。
如申請專利範圍第1項所述的蒸鍍裝置，更包括一壓力感測器，配置於該歧管中。
如申請專利範圍第1項所述的蒸鍍裝置，更包括一加熱器，鄰近該材料源配置，用以加熱該材料源。
如申請專利範圍第1項所述的蒸鍍裝置，其中該歧管具有至少一個第一噴嘴與至少一個第二噴嘴。
如申請專利範圍第12項所述的蒸鍍裝置，其中該腔室更包括一石英晶體微量天平，與該至少一個第二噴嘴相對地配置，其中該沉積材料用以經由該至少一個第二噴嘴而沉積於該石英晶體微量天平上，且該石英晶體微量天平包括面對該至少一個第二噴嘴的一活動遮板。
如申請專利範圍第12項所述的蒸鍍裝置，其中該腔室更包括與該至少一個第一噴嘴相對地配置的一靶，其中該沉積材料用以經由該至少一個第一噴嘴而沉積於該靶上。
如申請專利範圍第12項所述的蒸鍍裝置，其中該歧管中的壓力實質上相同於該腔室中的該靶處的壓力。
如申請專利範圍第12項所述的蒸鍍裝置，更包括一活動遮板控制器，用以控制該石英晶體微量天平上的該活動遮板開啟或關閉。
一種蒸鍍裝置的校正方法，包括：提供如申請專利範圍第1項所述的蒸鍍裝置，其中該蒸鍍裝置更包括一石英晶體微量天平、一閥門以及一壓力感測器；令該石英晶體微量天平所偵測到的該沉積材料的沉積速率的變化率與該閥門的開關速率的變化率分別介於一選定範圍內；以及以該加熱裝置對該流道進行加熱，使該壓力感測器所偵測到的該沉積材料的沉積速率的變化率在一預期範圍內。
如申請專利範圍第17項所述的校正方法，其中該石英晶體微量天平所偵測到的該沉積材料的沉積速率的變化率小於2%。
如申請專利範圍第17項所述的校正方法，其中該閥門的開關速率的變化率介於30%～35%。
如申請專利範圍第17項所述的校正方法，其中該預期範圍小於2%。