真空气相沉积设备的制作方法

专利名称：真空气相沉积设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及通过在诸如基板之类的沉积目标上同时沉积多种蒸发材料而形成薄 膜的真空气相沉积设备。
背景技术：
真空气相沉积设备为用于以如下方式形成薄膜的设备。首先，沉积目标和包含蒸 发材料的蒸发容器放置在该设备的真空室内部。随后，当真空室的内部减压时，蒸发容器被 加热以熔化并通过蒸发或升华作用蒸发所述蒸发材料。蒸发的材料随后沉积在沉积目标的 表面上，由此形成薄膜。作为加热蒸发容器的方法，真空气相沉积设备采用诸如外部加热方 法之类的方法，外部加热方法采用外部加热装置加热包含蒸发材料的蒸发容器。近些年来， 真空气相沉积设备已经不仅用于采用金属材料形成金属薄膜和氧化物薄膜，而且用来通过 沉积有机材料形成有机薄膜，以及用来通过多种有机材料的共同沉积来形成小分子有机薄 膜。例如，真空气相沉积设备用于形成用于平板显示器的有机场致发光元件(以下，称为有 机EL元件)。引用列表专利文献专利文献1日本专利申请公开No. 2004-095275专利文献2日本专利申请公开No. 2004-137583专利文献3日本专利申请公开No. 2004-232090

发明内容
技术问题随着诸如液晶显示器之类的平板显示器的屏幕尺寸增加，由此所使用的基板的尺 寸也增加。类似地，有机EL元件希望使用大基板，其也适用于显示和照明。在有机EL显示 器中，薄膜需要均勻地沉积在基板上。然而，基板变得越大，由于薄膜厚度越容易出现变化， 形成均勻的薄膜变得越困难。特别是近年来对较高的面板质量的需求不断增加，这要求薄 膜厚度具有较高的均勻性。为了形成均勻的薄膜，例如在专利文献1中描述的传统真空气相沉积设备包括蒸 发源，其蒸发材料并让被蒸发的材料通过成排设置的多个开口。开口的间距在蒸发源的端 部侧形成为较小。而且，通过沿开口排列方向间隔开地设置多个温度控制装置，并单独检测 每个隔离区域的薄膜厚度(蒸发率)来控制加热温度。此外，在专利文献2中，设置了包括 用作加热装置的堆叠框架的蒸发源和蒸发流量控制器。在蒸发流量控制器的最上游位置 处，设置了包括分配板的均勻化层，分配板具有多个引导凸起和形成在引导凸起之间的多 个开口。而且，在专利文献3中，一个或多个开口部沿其中填充蒸发材料的细长容器的纵向 方向形成在细长容器中。随后，每个开口部的流导(conductance)小于该容器沿其纵向方 向的流导。还存在通过使蒸发源长于作为沉积目标的基板而改善薄膜厚度的方法。
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根据这些传统真空气相沉积设备，通过相对移动大基板和蒸发源以在该基板上进 行沉积，形成相对均勻的薄膜。然而，取决于蒸发材料，由于蒸发源温度的轻微变化或蒸发 容器中的蒸发材料的状态的轻微改变，蒸发状态在很大程度上可能改变。在这种情况中，蒸 发材料沿纵向方向的蒸发量改变，这依次改变基板上的薄膜厚度分布，由此带来改变元件 特性的问题。同样地，当蒸发材料的量随着其消耗而降低时，蒸发材料可能会不均勻地留 下，这依次改变蒸发材料沿纵向方向的蒸发量。因此，基板上的薄膜厚度分布改变，由此带 来改变元件特性的问题。此外，使蒸发源长于基板不仅引起上述问题，而且引起蒸发材料的利用(在从蒸 发源蒸发之后粘附到基板上的蒸发材料的比率)的降低，导致蒸发材料的消耗高。当蒸发 材料昂贵时(如用于有机EL元件等等的有机材料)，这带来制造成本增加的问题。本发明已经考虑到上述情况，并且目标是提供一种能够改善沉积在大基板上的薄 膜的膜厚度分布的均勻性的真空气相沉积设备。具体地，本发明的目的在于，即使在线性 蒸发容器中出现温度变化和/或不均勻性变化时，也能改善均勻性而不降低蒸发材料的利 用。技术方案根据本发明第一特征的用于解决上述问题的真空气相沉积设备包括蒸发容器，该 蒸发容器具有线性设置的多个排放孔，并且通过两个端部侧上的排放孔的流导较大。蒸发 容器被加热，以蒸发或升华包含在其中的蒸发材料，蒸发材料的蒸汽通过多个排放孔释放。 随后，通过沿垂直于多个排放孔的设置方向的方向相对移动基板和蒸发容器，蒸发材料沉 积在基板的整个表面上。该设备的特征在于，蒸发容器在其中包括具有通过蒸汽的多个通 孔的射流板(current plate)，并且作为沿多个排放孔的设置方向的每单位长度的流导，通 过通孔的流导形成为与通过排放孔的流导成比例。根据本发明的第二特征的用于解决上述问题的真空气相沉积设备提供了在本发 明的第一特征中描述的气相沉积设备。该设备的特征在于，通过使所有的排放孔具有相同 的面积并在蒸发容器的两个端部侧上密集设置排放孔，或者通过以相同的间距设置多个排 放孔并使蒸发容器的两个端部侧上的排放孔具有较大的面积，使通过蒸发容器的两个端部 侧上的排放孔的流导形成为较大。根据本发明的第三特征的用于解决上述问题的真空气相沉积设备提供了在本发 明的第一特征和第二特征中的任一个中描述的气相沉积设备。该设备的特征在于，通过使 所有的通孔具有相同的面积并在蒸发容器的两个端部侧上密集地设置通孔，或者通过以相 同的间距设置多个通孔并使蒸发容器的两个端部侧上的通孔具有较大的面积，使通过通孔 的流导具有较大的面积。根据本发明的第四特征的用于解决上述问题的真空气相沉积设备提供了在本发 明的第一特征和第二特征中的任一个中描述的气相沉积设备。该设备的特征在于，通过排 放孔的流导C2与通过通孔的流导Cl的比率[C2/C1]设为5. 0或更小，且优选设为2. 0或更小。根据本发明的第五特征的用于解决上述问题的真空气相沉积设备提供了在本发 明的第一特征和第二特征中的任一个中描述的气相沉积设备。该设备的特征在于，从排放 孔至射流板的距离H2与蒸发容器内部的高度Hl的比率[H2/H1]设置为0. 6或更小，且优选设置为0.5或更小。根据本发明的第六特征的用于解决上述问题的真空气相沉积设备提供了在本发 明的第一特征和第二特征中的任一个中描述的气相沉积设备。该设备的特征在于，以当从 蒸发材料的整个表面上观看时排放孔和通孔不在同一直线上对准的方式设置通孔。根据本发明的第七特征的用于解决上述问题的真空气相沉积设备提供了在本发 明的第一特征和第二特征中的任意一个中描述的气相沉积设备。该设备的特征在于，用于 加热蒸发容器的加热装置由以螺旋形式缠绕在蒸发容器的外表面上的一个加热装置和向 加热装置馈送电力的一个加热电源构成。同时，用于控制加热电源的控制装置由检测蒸发 材料的蒸汽的蒸发率的一个蒸发率检测装置和基于由蒸发率检测装置检测到的蒸发率控 制加热电源的输出的一个蒸发率控制装置构成，使得蒸发材料的蒸汽的蒸发率保持恒定。根据本发明的第八特征的用于解决上述问题的真空气相沉积设备提供了在本发 明的第七特征中描述的气相沉积设备。该设备的特征在于，加热装置以其在排放孔侧的间 距比其在蒸发材料侧的间距密集的方式缠绕。有益效果根据第一至第五特征，具有多个通孔的射流板设置在直线形蒸发容器上，并且作 为沿纵向方向的每单位长度的流导，通过通孔的流导形成为与通过排放孔的流导成比例。 即使在由于温度变化或蒸发材料的不勻性引起沿纵向方向蒸发容器中的蒸发材料的蒸发 状态改变时，这也允许控制沿蒸发容器的纵向方向(沿多个排放孔的设置方向)的蒸汽分 布。因此，也能够在大基板实现沿纵向方向具有更均勻的薄膜厚度分布的薄膜。因此，形成 具有一致特性的元件。根据第六特征，排放孔设置为当从蒸发材料的整个表面上观看时排放孔和通孔不 在同一直线上对准。这防止了通过隆起产生的蒸汽直接粘附到基板上。因此，显著地改善 了产品质量。根据第七特征，蒸发容器的加热装置和控制装置形成为单系统。这使得能够容易 且稳定地长时间控制蒸发率，因此允许形成具有均勻薄膜厚度的薄膜，且因此允许形成具 有稳定特性的元件。根据第八特征，加热装置以其在排放孔侧的间距比较密集的方式缠绕。这防止了 排放孔的温度降低，因此防止了排放孔由蒸发材料阻塞。


图1为示出根据本发明的真空气相沉积设备的配置示意图。图2A和2B为分别示出根据本发明的真空气相沉积设备的直线形蒸发源的例子剖 视图。图3A为说明根据本发明的真空气相沉积设备的蒸发容器中的加热装置和控制装 置的配置的示意图。图3B为该配置的修改。图4A至4C为示出根据本发明的真空气相沉积设备的蒸发容器的结构的例子的示 意图。图4A为蒸发容器沿其纵向方向的剖视图。图4B为蒸发容器的顶视图。图4C为蒸 发容器内部的射流板的顶视图。图5示出薄膜厚度分布和通过通孔的流导C2与通过排放孔的流导Cl的比[C2/Cl]之间的关系的图表。图6为关于用于Alq3的坩锅温度和蒸发量(相对值)之间的关系的测量值的图表。图7为示出薄膜厚度分布和从排放孔到射流板的距离H2与蒸发容器内部的高度 Hl的比率[H2/H1]之间的关系的图表。图8为示出由根据本发明的真空气相沉积设备实现的薄膜厚度分布的改善的图表。图9为示出由根据本发明的真空气相沉积设备带来抵抗蒸发材料的不均勻性的 效果的图表。图10为示出根据本发明的真空气相沉积设备的蒸发容器的另一个实施例(第二 实施例)的顶视图。图11为示出根据本发明的真空气相沉积设备的蒸发容器的另一个实施例(第三 实施例)的顶视图。
具体实施例方式将参照图1至11详细描述根据本发明的真空气相沉积设备的实施方式。第一实施例图1为示出第一实施例的真空气相沉积设备的配置的示意图。图1示出了沿垂直 于基板在真空气相沉积设备中的输送方向的平面截取的截面。第一实施例的真空气相沉积 设备安装为用于形成有机EL元件的联机系统的一部分(真空气相沉积设备段)。因此，以 下将通过以形成有机EL元件为例子来描述第一实施例的真空气相沉积设备；然而，第一实 施例的真空气相沉积设备不限于此，并且适用于形成金属材料的金属薄膜、绝缘材料的绝 缘薄膜等等。第一实施例的真空气相沉积设备还适用于采用仅一种蒸发材料的沉积以及采 用多种蒸发材料的沉积(共同沉积)。联机系统包括多个处理设备(如真空气相沉积设备等等)。整个系统由真空室构 造，多个基板连续地传输通过真空室，每个基板经受用于形成有机EL元件(如，作为有机薄 膜的发光层的形成、作为金属薄膜的电极的形成等等)的连续处理。这些处理需要用于将 基板从大气侧装入真空室和用于将基板从真空室中取出的结构，如装料室和卸料室。这些 结构可以通过熟知的技术获得，因此在此省略对其的说明。在用于形成有机EL元件的有机薄膜的真空气相沉积设备中，例如，真空室1经由 阀2连接至真空泵3，如图1所示，允许真空室1的内部被抽成高真空状态。其上沉积有机 薄膜的基板4定位在未图示的托盘的中间。通过由驱动源5驱动的运输辊6的旋转，基板 4与托盘一起从图1的前侧向另一侧输送。注意到在第一实施例中，随后将描述的蒸发源 20固定在某些位置上，且使基板4移动；相反，基板4可以固定在某个位置上，可以使蒸发 源20移动。基板4路径之下设置的是蒸发源20，每个蒸发源20包括其中包含蒸发材料的蒸发 容器8、放置在每个蒸发容器8附近的用于加热的加热装置9等等。每个蒸发源20形成为 沿垂直于基板4的输送方向的水平方向(以下称为基板4的板宽度方向)延长的直线形蒸 发源，并具有等于或稍微大于基板4的板宽度方向上长度的长度。
每个蒸发容器8上方设置的是蒸发率检测装置10(如晶体监视器头等)，其用于检 测从蒸发容器8蒸发的相应的蒸发材料7的蒸发率。该蒸发率检测装置10连接至蒸发率 控制装置11。蒸发率控制装置11根据由蒸发率检测装置10检测的蒸发率控制至加热电源 12的控制输出，使得蒸发率保持在预定值。加热电源12根据控制输出向加热装置9馈送受 控的电力，使得蒸发率将保持恒定。在这里，上述控制称为沉积时的温度控制。同时，在控 制温度直到蒸发容器8达到蒸发温度的情况中，即，温度上升控制，通过将用于控制加热电 源12的控制装置切换至设置到蒸发容器的底部的热电偶和温度控制装置(均未图示)来 控制该温度。当每个蒸发容器8采用如上所述的蒸发率检测装置10、蒸发率控制装置11、加热 电源12和加热装置9加热时，包含在蒸发容器8中的蒸发材料7蒸发或升华。蒸发材料7 的蒸汽随后根据恒定的蒸发率通过随后将描述的多个排放孔13释放。基板4的板宽度方 向与设置多个排放孔13的方向相同。使基板4和每个蒸发源20沿垂直于板宽度方向的方 向和设置排放孔13的方向相对移动。因此，从各个蒸发源20蒸发的蒸发材料7沉积在基 板4的整个表面上。接下来，将采用图2A至4C详细描述蒸发源20。图2A为沿着垂直于线性蒸发源的纵向方向的平面截取的第一实施例的蒸发源的 剖视图。放置在蒸发源20内部的蒸发容器8形成为沿基板4的板宽度方向延伸，并具有等 于或稍微大于基板4沿板宽度方向的长度的长度。多个排放孔13设置在蒸发容器8的上 表面(基板4侧上的表面)上。具有多个通孔18的射流板14放置在排放孔13和蒸发容 器8内部的蒸发材料7之间。如随后将采用所描述的图4A至4C说明的那样，排放孔13和 通孔18沿纵向方向的位置以通过蒸发材料7的沉积形成的薄膜的薄膜厚度分布沿基板4 的板宽度方向将是均勻的方式设置。为了安装和卸下蒸发容器8以及配置排放孔13，加热装置9不放置在蒸发容器8 上方。因此，为了补偿排放孔13中的温度降低，加热装置9在排放孔13侧密集设置，下加 热装置9在下侧(蒸发材料7侧)稀疏设置。这种设置防止排放孔13中的温度降低，其因 此避免排放孔13由蒸发材料7阻塞。随后将采用图3A和3B进一步描述加热装置9和加 热电源12。此外，防辐射板15放置在加热装置9除正好处于排放孔13上方之外的外围的整 个表面附近。该防辐射板15用来保留并均勻化蒸发容器8的热量。而且，防辐射板15的 外围由水冷护套16和绝热板17覆盖。水冷护套16在其中具有冷却水流过的通道(未图 示)，并由冷却水冷却。绝热板17在对应于排放孔13的设置位置的位置处具有开口部17a， 并与水冷护套16的上开口部接触。水冷护套16和绝热板17用来防止至真空室1和基板 4的热辐射。诸如铝的具有高导热性的材料适合用于绝热板17。注意到绝热板17中的每 个开口部17a都形成为向着基板4变宽的锥形形状，用于避免粘附到其上的蒸发材料7蒸 发。同时，图2B中示出的蒸发源也适用于第一实施例。图2B为沿着垂直直线形蒸发 源的纵向方向的平面截取的作为第一实施例的修改的蒸发源的剖视图。图2B中示出的蒸 发源20'具有与图2A中示出的蒸发源20的结构近似相同的结构。然而，在这种结构中，向上突出至绝热板17的上表面的喷嘴21设置在蒸发容器8的上表面(基板4侧的表面) 上，并且排放孔13设置为穿过喷嘴21。采用喷嘴21，每个排放孔13的沿其高度方向的上 平面的位置形成为与绝热板17的沿其高度方向的上表面的位置一样高。这消除了粘附至 绝热板17的蒸发材料7蒸发的可能性。因此，绝热板17中的开口部17b不需要成锥形，代 替的是，其形成为垂直穿过绝热板17。其它配置与图2A中示出的蒸发源20的配置一样，因 此图2B中相同的部件由相同的附图标记表示，并省略对其的描述。接下来，将参照图3A描述蒸发容器8中的加热装置和控制装置的结构。图3A为 用于说明第一实施例的加热装置和控制装置的示意图。蒸发容器8中的排放孔13暴露至将要经受沉积的基板4。因此，如果不采取对策， 则排放孔13附近的温度变得低于蒸发容器8内部的温度。而且，当蒸发容器8延伸时，温 度变化可能沿纵向方向出现。作为对策，专利文献1中描述了一种方法，其中多个温度控制 装置沿纵向方向隔开设置，为每个隔开的区域进行蒸发率控制。然而，实际上，通过检测每 个隔开区域的蒸发率来控制加热装置上的温度是非常困难的，该方法要求复杂的结构。为了解决上述问题，在第一实施例中，加热蒸发容器8的加热装置由一个加热电 源12和一个(单系统)加热装置9形成，因此控制装置由一个蒸发率检测装置10和蒸发 率控制装置11形成，如图3A所示。以这种方式，加热装置和控制装置用作单系统。加热装 置9由以螺旋形式缠绕在蒸发容器8的外表面周围的一根热线形成。加热装置9以下述方 式设置，即通过在蒸发容器8的上部(排放孔13侧)周围密集地缠绕加热装置9且在蒸发 容器8的下部(蒸发材料7侧)周围稀疏地缠绕加热装置9，加热装置9的间距在排放孔 13侧将比蒸发容器7侧密集。这种结构允许单系统热控制。因此，能够容易且长时间稳定 地控制蒸发率，允许形成具有均勻薄膜厚度的薄膜，因此，允许形成具有稳定特性的元件。同时，由于加热装置9在蒸发容器8的外表面周围缠绕多次，因此如果要求的总长 度超过可用的加热装置的长度，则一个加热装置不能提供足够的输出。在这种情况中，可以 使用多个加热装置。当要使用多个加热装置时，类似地，加热装置也缠绕在蒸发容器8的外 表面上。例如，如图3B所示，可以使用两个加热装置，其为在上部侧密集缠绕的加热装置 9a和在下部侧稀疏缠绕的加热装置％。在这种情况中，加热装置9a和9b相互并联或串联 连接，用作单系统，使得采用一个加热电源12向其馈送电力。这种结构还允许单系统热控 制。因此，能够容易且长时间稳定地控制蒸发率，允许形成具有均勻薄膜厚度的薄膜，因此， 允许形成具有稳定特性的元件。通常，即使在各个加热装置具有相同的长度时它们的电阻也相互不同。因此，采用 多个加热装置要求多种电源。然而，通过在蒸发容器8的外表面周围缠绕加热装置9a和 %，例如如图3B所示，加热装置9a和9b都可以沿蒸发容器8的纵向方向设置。因此，即使 在采用多个加热装置的情况中，由于加热装置9a和9b之间的差异引起的加热影响不会出 现在蒸发容器8的纵向方向上。因此，蒸发容器8沿其纵向方向的温度分布可以均勻形成。接下来，将参照图4A至4C描述第一实施例中的射流板14中的排放孔13和通孔 18。图4A为蒸发容器8沿其纵向方向的剖视图。图4B为蒸发容器8的顶视图。图4C为 射流板14的顶视图。在接下来的描述中，从蒸发材料7本身蒸发的蒸汽的量将称为“蒸发 量”，而排放孔13中和通孔18中的除此之外的其它蒸汽的量将称为“蒸汽量”，以在它们之 间进行明确区分。
多个排放孔13沿蒸发容器8的纵向方向线性形成在蒸发容器8的上表面(基板 4侧的表面)上。所有的排放孔13为具有相同直径(具有相同面积)的圆形形状。排放 孔13设置为使得它们之间的间距从蒸发容器8的中心到两个端部沿它的纵向方向将变密 集。以这种方式，通过排放孔13的流导3向着蒸发容器8的两个端部将变大。假设例如在 图4B中从每个端部到中心的排放孔13之间的间距为Wn、W12、W13和W14，靠近中心的间距W13 和W14相等，从中心到两侧，间距Wn> W12^W13和W14具有W14 W13 > W12 > W11的关系。蒸发源20为直线形蒸发源。因此，至于基板4上的薄膜厚度分布，应当考虑沿板 宽度方向的薄膜厚度分布。直线蒸发源20可以假设通过设置多个点蒸发源而获得。为 此，由直线蒸发源20形成的薄膜沿基板4的板宽度方向的厚度分布可以基于从所述多个 点蒸发源释放的蒸汽的量的几何叠加计算。采用这种事实，计算蒸发源20上每个假设点 蒸发源必需的蒸汽量，使得沿基板4的板宽度方向的薄膜厚度分布将会是均勻的。基于计 算的蒸汽量，计算每单位长度的蒸发容器8的上表面上的流导。一旦计算了每单位长度 的流导，则可以基于流导排放孔13的直径和长度以及被蒸发分子的平均速度计算每个排 放孑L 13 的流导(例如参见 GorouTominaga，Hiroo Kumagai 的 “Shinkuu no Butsuri to Ouyoi^ShokaboPublishing有限公司1970等等)。因此，计算出沿蒸发容器8纵向方向的 排放孔13之间的设置间距。沿蒸发容器8纵向方向的排放孔13之间的设置间距的计算如下说明。在两侧的 排放孔13之间的设置间距需要比中间侧上的排放孔13之间的设置间距要密集(即，两侧 上的每单位长度的流导需要大于中心侧上的每单位长度的流导)，以沿基板4的板宽度方 向形成均勻的薄膜厚度分布。为此，在第一实施例中，间距具有如上所述的关系W14 ^ W13 > W12 > W110应当注意到排放孔13的这种设置间距是在假设排放孔13正下方的蒸发材料7 的蒸汽量为均勻的前提下设置的。然而，实际上，即使当蒸发材料7本身的每单位长度的蒸 发量是均勻的，蒸汽的扩散也会降低排放孔13正下方的蒸发容器8的两侧上的蒸发材料7 的蒸汽量。因此，即使两侧的排放孔13的设置间距密集(或者两侧的流导较大)，蒸发容器 8两侧的蒸汽量也小于估计量。这妨碍了沿基板4的板宽度方向的薄膜厚度分布的改善。而且，如上所述，在细长蒸发容器8的情况中，蒸发容器8的温度变化和/或蒸发 材料7本身的状态的改变可能极大地改变蒸发状态，这可能使沿蒸发容器8纵向方向的蒸 发量不均勻。特别地，当蒸发材料7为有机材料时，材料的状态可以由温度变化明显改变。 在这种情况中，蒸发量沿纵向方向变得不均勻，此外，随着蒸发材料7的消耗，蒸发材料7可 能不均衡地留下。因此，这使得沿纵向方向的蒸发量甚至更不均勻。为了解决这个问题，在第一实施例中，具有通过蒸发材料7的蒸汽的通孔18的射 流板14设置在蒸发容器8内部，使得排放孔13正下方的蒸发材料7的蒸汽量变均勻。采 用这种结构，能够处理蒸发材料7沿纵向方向上的不均勻的蒸发量。以下，将参照图4C描 述射流板14的结构。射流板14放置在排放孔13和蒸发容器8内部的蒸发材料7之间，以隔开排放孔 13侧和蒸发材料7侧。多个通孔18设置为穿透射流板14并形成为沿在射流板14纵向方 向上延伸的两条直线对准。所有的通孔18为具有相同直径(具有相同面积)的圆形形状。 通孔18设置为使得它们之间的间距沿射流板14的纵向方向从射流板14的中心到两个端 部将变密集。以这种方式，通过通孔18的流导3与通过排放孔13的流导成比例。假设例如
9在图4C中从每个端侧到中心的通孔18之间的间距为W21、W22、W23、W24和W25，靠近中心的间距 W23> W24和W25彼此相等，并且从中心到两侧，间距W21、W22> W23> W24和W25具有W25 W24 W23 > W22 > W21的关系。由于下述原因，通孔18设置为使得当从蒸发材料7的整个表面上观看时，排放孔 13和通孔18不在同一直线上对准。蒸发材料7可以为容易隆起(飞溅)的材料，如有机材 料。当这种材料隆起时，上述配置防止由隆起产生的蒸汽直接通过通孔18和排放孔13而 直接粘附到基板4上。由于这种配置防止由隆起产生的蒸汽直接粘附到基板4上，因此能 够显著地改善产品质量。看起来如果通孔18设置为其间具有相等的间距，则排放孔13正下方的蒸发材料 7的蒸汽量应当变得均勻。然而，这也是在射流板14下方的蒸发材料7的蒸汽量均勻的假 设条件下。实际上，在射流板14正方，蒸发容器8两侧的蒸发材料7的蒸汽量也降低。因 此，通过射流板14两侧的通孔18的蒸汽的量小于估计量。因此，即使在两侧的排放孔13 的设置间距密集(或者两侧的流导较大)，通过蒸发容器8两侧的排放孔13的蒸汽的量也 小于估计量。这妨碍了沿基板4的板宽度方向的薄膜厚度分布的改善。而且，当存在蒸发 容器8温度变化，蒸发材料7状态改变，和/或蒸发材料7不均勻，则蒸发材料7沿纵向方 向的蒸发量变得不均勻。因此，沿基板4板宽度方向的薄膜厚度分布变坏。因此，通孔18之间的设置间距基本上以与排放孔13之间的设置间距相同的方式 计算。例如，射流板14上的每个假设点蒸发源必需的蒸汽量被计算，使得排放孔13正下方 的蒸汽量将是均勻的。基于计算的蒸汽量，计算射流板14上表面上的每单位长度的流导。 随后，基于计算的每单位长度的流导和每个排放孔18的流导，计算沿射流板14纵向方向的 通孔18之间的设置间距。沿射流板14纵向方向的通孔18之间的设置间距的计算表示如 下。两侧的通孔18之间的设置间距需要比中间侧的通孔18之间的设置间距要密集(即， 每单位长度的流导在两侧需要比在中间侧大)，使排放孔13正下方的蒸汽量均勻。为此，在 第一实施例中，间距具有如上所述的关系W25 ^ W24 ^ W23 > W22 > W210因此，排放孔13之间 的设置间距和通孔18之间的设置间距实现具有相同的设置趋势。因此，作为沿纵向方向的 每单位长度的流导，通过通孔18的流导与通过排放孔13的流导成比例。第一实施例还处理蒸发材料7本身的蒸发量沿纵向方向变得不均勻的情况。具体 地，沿射流板14纵向方向的排放孔18之间的设置间距基于蒸发容器8的每单位长度的流 导确定。为了更精确，假设通过排放孔13的蒸发容器8每单位长度的流导为Cl，通过通孔 18的射流板14每单位长度的流导为C2。随后，通孔18之间的设置间距基于通过计算获得 的流导C2确定，允许比率[C2/C1]为5.0或更小，或优选为2.0或更小。因此，由于蒸发容 器8每个端侧的流导Cl大，与流导Cl相关的射流板14的每个端侧的流导C2也大。在下文，将描述将比率[C2/C1]设为5. 0或更小，或优选为2. 0或更小的原因。具体地，当蒸发材料7在一侧不均勻地存在于蒸发容器8中时，通过进行模拟薄膜 厚度分布在比率[C2/C1]改变时如何变化，计算比率[C2/C1]的最佳范围。流导Cl和C2 中的每个值采用图4B和4C中示出的蒸发容器8的排放孔13的孔径、射流板14的通孔18 的孔径等等作为参数分别计算。随后，沉积在基板4上的薄膜的薄膜厚度分布以对应于流 导Cl和C2的计算值的蒸汽量(通过排放孔13和通孔18的蒸汽量)为基础进行计算。
图5为示出模拟结果的图表。图5示出了当流导比率[C2/C1]为2. 0或更小时， 薄膜的薄膜厚度分布是令人满意的，展示出对蒸汽流的整流效应高。相反，在流导比率[C2/ Cl]超过5.0之后，薄膜厚度分布变化饱和，表示整流效应饱和。因此，当比率[C2/C1]变 小时，获得更好的薄膜厚度分布。因此比率[C2/C1]的上限为5. 0或更小，优选为2. 0或更同时，小的比率[C2/C1]产生了受限的蒸汽流，因此降低了粘附至基板4的蒸发材 料7的蒸发率。这种降低对要求高速沉积的设备是不利的。在这种情况中，加热装置9的 温度应当升高，以增加蒸汽压和蒸发材料7的蒸发量，维持蒸发率。图6示出了用于熟知作为有机EL的基质材料的例子的三(8-羟基喹啉)铝(Alq3) 的坩锅温度T和蒸发量Q之间的关系的测量值结果。主要到蒸发量Q为与蒸发率相关的相 对值。作为相对值的数值1对应于286°C时的蒸发量。根据图6中示出的坩锅温度T和蒸发量Q之间的关系，坩锅温度T应当升高12°C， 以将蒸发率增加两倍，同样地，坩锅温度T应当升高30°C，以将蒸发率增加五倍。熟知的是， 当用在有机EL中的有机材料温度增加超过必要时，在材料中会出现热老化，并且有机EL发 光元件的特性退化。因此，设置了合适的温度范围。而且，为了沿基板4板宽度方向形成更均勻的薄膜厚度分布，蒸发容器8中射流板 14沿其高度方向的位置优选应当如下设置。具体地，假设蒸发容器8内部的高度为Hl，从排放孔13下表面到射流板14上表面 的距离为H2(参见如上所述的图4A)。随后，通过模拟薄膜厚度分布在比率[H2/H1]改变 时如何变化，计算比率[H2/H1]的最佳范围。更具体地，在图4B和4C中示出的蒸发容器8 和射流板14的比率[C2/C1] = 1. 0时，对比率[H2/H1]进行改变。在这里，还采用排放孔 13的孔径、通孔18的孔径等等作为参数计算流导Cl和C2的每个值。沉积在基板4上的薄 膜的薄膜厚度分布以对应于流导Cl和C2的计算值的蒸汽量(通过排放孔13和通孔18的 蒸汽量)为基础进行计算。注意到假设这里的蒸发材料7在一侧不均勻地存在蒸发容器8 中。图7为示出模拟结果的图表。图7示出了在比率[H2/H1]超过0. 6之后，薄膜厚度 分布开始急剧恶化。相反，当比率[H2/H1]为0. 6或更小，或期望为0. 5或更小时，获得更 好的薄膜厚度分布。对模拟进行检查直到下限0.08。然而，即使比率[H2/H1]为0.01时， 通过排放孔13的流导也较大，对采用更小值的比率没有实质上的限制。因此比率[H2/H1] 为0. 6或更小，优选为0. 5或更小。接下来，采用第一实施例的真空气相沉积设备完成的测试结果在图8和9中示出， 以描述本发明的效果。图8示出了根据传统技术(采用不包括射流板的蒸发源)和本发明(采用包括射 流板的蒸发源)的沉积在基板上的薄膜的薄膜厚度分布的测量结果。在图8中，对于传统 技术和本发明在图表是图示的是薄膜厚度与表示最大薄膜厚度的数值1的比率。在图8中示出的图表中，与180mm(士90mm)宽度范围的薄膜厚度分布相比，由传统 技术获得均勻性为士3.0%，而由本发明获得的均勻性为士 1.2%，表明实现了大的改善。 因此，获得了期望的结果。同时，当用于沉积的有效宽度为160mm(士80mm)时，由本发明获 得均勻性在士 1.0%的范围内，实现了更加均勻的薄膜厚度分布。近年来，已经要求改善薄膜厚度分布的均勻性来改善元件性能。本发明非常适合用于这种要求，因为即使所要求的 薄膜厚度分布的均勻性接近士 1 %，它也能够满足这种要求。图9示出了根据传统技术(采用不包括射流板的蒸发源)和本发明(采用包括射 流板的蒸发源)的通过采用处于不同储存状态的蒸发材料在基板上沉积薄膜的薄膜厚度 分布的测量结果。也在图9中，在图表是图示的是薄膜厚度与表示最大薄膜厚度的数值1 的比率。作为蒸发材料的储存状态，所使用的是其中蒸发材料均勻地填充在细长蒸发容器 中的情况(图9中的均勻分布材料)和其中蒸发材料不均勻地填充在细长蒸发容器的一 端中的情况(图9中的非均勻分布材料)。在这里，蒸发材料填充在占据细长蒸发容器的 [100mm]侧的端部中。如图9，在传统技术的情况中，薄膜厚度从蒸发材料填充侧即从[100mm]侧到 [-100mm]侧逐渐降低变薄。因此，蒸发材料的不勻性带来薄膜厚度分布的不勻性。当用于 沉积的有效宽度为160mm(士80mm)时，传统技术获得的均勻性为士2. 5%的薄膜厚度分布。 这种均勻性可以用于常规目的，但缺乏均勻的薄膜厚度分布，而均勻的薄膜厚度分布是最 近更高质量和精度正在要求的。另一方面，在本发明的情况中，采用非均勻性蒸发材料获得的薄膜厚度分布看起 来近似等于采用均勻性蒸发材料获得的薄膜厚度分布。这表明，即使蒸发材料不均勻地 填充或者通过蒸发材料的消耗导致不均勻地留下，也能够实现可再现且稳定的薄膜厚度分 布。因此，事实证明是本发明能够制造可再现且稳定的产品。因此，射流板14设置在蒸发容器8内部，蒸发容器8中的排放孔13和射流板14中 的通孔18设置为具有如上所述的位置关系。因此，排放孔13正下方的蒸汽量能够变得均 勻，与中间侧的蒸汽流的量相比，这又增加了每个端侧的蒸汽流的量。这抑制了基板4的两 个端部处的薄膜厚度的降低，因此使沿基板4板宽度方向的薄膜厚度分布均勻。因此，能够 获得具有期望的均勻的薄膜厚度分布的薄膜。而且，即使蒸发材料7不均勻地出现在蒸发 容器8中，设置在射流板14上的通孔18也能够对排放孔13正下方的蒸汽量进行均勻化。 因此，能够维持沿基板4的板宽度方向的薄膜厚度分布的均勻性，而不受蒸发材料7不勻性 的影响。第二实施例在第一实施例中，具有相同直径的排放孔13的设置间距改变，以改变蒸发容器8 中每单位长度的流导。然而，如图10所示，排放孔13之间的设置间距可以设为固定长度， 并且相反，排放孔13的尺寸可以改变，以改变单位长度的流导。具体地，如图10所示，多个排放孔13(排放孔131、132、133和134)形成在蒸发容 器8'的上表面(基板4侧上的表面)中，以沿蒸发容器8'的纵向方向设置成直线。排放 孔13之间的设置间距设为相同的间距W31，但其圆形开口直径不同。具体地，为了在基板4 上形成均勻的薄膜厚度分布，沿蒸发容器8'的纵向方向，两个端部侧的排放孔131的开口 直径(面积)大于中间的排放孔134的开口直径。因此，通过两个端部侧处的排放孔13的 流导较大。例如假设图10中的排放孔131、132、133、134的直径分别为D31、D32> D33和D34， 靠近中间的排放孔133和134的开口直径D33和D34相等，从中间到每个端侧，开口直径D31、 D32、D33 和 D34 具有 D34 ^ D33 < D32 < D31 的关系。
假设代替图4B中示出的蒸发容器8的情况，蒸发容器8'接合图4C中示出的射流 板14用来用作直线形蒸发源。在这种情况中，类似于第一实施例，射流板14中的通孔18的 设置间距以下述方式设置，即比率[C2/C1]将为5. 0或更小，优选为2. 0或更小，其中Cl为 蒸发容器8'的每单位长度的通过排放孔13的流导，C2为射流板14的每单位长度的通过 通孔18的流导。而且，类似于第一实施例，射流板14也以比率[H2/H1]将会0. 6或更小， 优选为0. 5或更小的方式设置，其中Hl为蒸发容器8'内部的高度，H2为从排放孔13的小 表面至射流板14的上表面的距离。第三实施例在第一实施例中，具有相同直径的通孔18的设置间距改变，以改变射流板14每单 位长度的流导。然而，如图11所示，通孔18之间的设置间距可以设为固定长度，且相反，通 孔18的尺寸可以改变，以改变每单位长度的流导。具体地，如图11所示，多个通孔18 (通孔181、182、183和184)形成在射流板14' 中，以沿射流板14'的纵向方向设置成两条直线。通孔18之间的设置间距设为相同的间 距，但其圆形开口直径不同。具体地，为了在排放孔13正下方形成均勻的蒸汽量，沿射流板 14'的纵向方向，两个端部侧的通孔181的开口直径(面积)大于中间的通孔184的开口 直径。因此，通过通孔18的流导与通过排放孔13的流导成比例。例如假设在图11中通孔 181、182、183和184的开口直径分别为D41、D42、D43和D44，靠近中间的通孔183和184的开 口直径D43和D44相等，从中间到每个端侧，开口直径D41、D42、D43和D44具有D
44 ^ D43 < D42
< D41的关系。假设代替图4C中示出的射流板14的情况，射流板14'与图4B中示出的蒸发容 器8结合用来用作直线形蒸发源。在这种情况中，类似于第一实施例，射流板14的通孔18 的开口直径以下述方式设置，即比率[C2/C1]将为5. 0或更小，优选为2. 0或更小，其中Cl 为蒸发容器8的每单位长度的通过排放孔13的流导，C2为射流板14'的每单位长度的通 过通孔18的流导。而且，类似于第一实施例，射流板14'也以比率[H2/H1]将会0.6或更 小，优选为0. 5或更小的方式设置，其中Hl为蒸发容器8内部的高度，H2为从排放孔13的 小表面至射流板14'的上表面的距离。进一步，假设代替图4B中示出的蒸发容器8和图4C中示出的射流板14的情况， 在第二实施例的图10中示出的蒸发容器8'用来结合射流板14'用作直线形蒸发源。在 这种情况中，类似于第一实施例，射流板14'的通孔18的开口直径以下述方式设置，即比 率[C2/C1]将为5. 0或更小，优选为2. 0或更小，其中Cl为蒸发容器8'的每单位长度的通 过排放孔13的流导，C2为射流板14'的每单位长度的通过通孔18的流导。而且，类似于 第一实施例，射流板14'也以比率[H2/H1]将会0. 6或更小(优选为0. 5或更小)的方式 设置，其中Hl为蒸发容器8'内部的高度，H2为从排放孔13的小表面至射流板14'的上 表面的距离。当图10中示出的蒸发容器8'与图11中示出的射流板14'结合使用时，特别是 当W31 = W41时，射流板14'中的通孔18的开口直径以下述方式设置，即代替每单位长度的 流导的比率，排放孔13的流导Ca和它对应的通孔18的流导Cb的比率[Cb/Ca]将为5. 0 或更小，优选为2.0或更小。注意到在第一至第三实施例中，排放孔13和通孔18都具有圆形形状，但可以具有正方形形状、椭圆形形状、矩形形状等等。而且，一个排放孔13与两个通孔18联系，但可以 与一个或多个(3或更多)通孔18联系。工业应用性根据本发明的真空气相沉积设备特别适合沉积目标为大基板的情况，并且还适合 蒸发材料为有机材料的情况。
0100]附图标记列表0101]1真空室0102]2阀0103]3真空泵0104]4基板0105]5驱动源0106]6运输辊0107]7蒸发材料0108]8蒸发容器0109]9加热装置0110]10蒸发率检测装置0111]11蒸发率控制装置0112]12加热电源0113]13排放孔0114]14射流板0115]15防辐射板0116]16水冷护套0117]17绝热板0118]18通孔
权利要求
一种真空气相沉积设备，包括蒸发容器，该蒸发容器具有线性设置的多个排放孔，并且该蒸发容器通过两个端部侧上的所述排放孔的流导较大，并且其中，所述蒸发容器被加热，以蒸发或升华包含在其中的蒸发材料，所述蒸发材料的蒸汽通过所述多个排放孔释放，并且通过沿垂直于所述多个排放孔的设置方向的方向相对移动基板和所述蒸发容器，所述蒸发材料沉积在所述基板的整个表面上，该真空气相沉积设备包括所述蒸发容器在其中包括具有通过所述蒸汽的多个通孔的射流板，并且作为沿所述多个排放孔的所述设置方向的每单位长度的流导，通过所述通孔的流导形成为与通过所述排放孔的流导成比例。
2.根据权利要求1所述的真空气相沉积设备，其中，通过使所有的排放孔具有相同的 面积并在所述蒸发容器的两个端部侧上密集设置所述排放孔，或者通过以相同的间距设置 所述多个排放孔并使所述蒸发容器的两个端部侧上的所述排放孔具有较大的面积，使通过 所述蒸发容器的两个端部侧上的所述排放孔的流导形成为较大。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的真空气相沉积设备，其中，通过使所有的通孔具 有相同的面积并在所述蒸发容器的两个端部侧上密集地设置所述通孔，或者通过以相同的 间距设置所述多个通孔并使所述蒸发容器的两个端部侧上的所述通孔具有较大的面积，使 通过所述通孔的流导与所述排放孔的流导成比例。
4.根据权利要求1和2中任一项所述的真空气相沉积设备，其中，通过所述排放孔的流 导C2与通过所述通孔的流导Cl的比率[C2/C1]设为5. 0或更小，且优选设为2. 0或更小。
5.根据权利要求1和2中任一项所述的真空气相沉积设备，其中，从所述排放孔至所述 射流板的距离H2与所述蒸发容器内部的高度Hl的比率[H2/H1]设为0.6或更小，且优选 设为0.5或更小。
6.根据权利要求1和2中任一项所述的真空气相沉积设备，其中，以当从所述蒸发材料 的整个表面上观看时以所述排放孔和所述通孔不在同一直线上对准的方式设置所述通孔。
7.根据权利要求1和2中任一项所述的真空气相沉积设备，其中，用于加热所述蒸发容 器的加热装置由以螺旋形式缠绕在所述蒸发容器的外表面上的一个加热装置和向所述加 热装置馈送电力的一个加热电源构成，并且用于控制所述加热电源的控制装置由检测所述蒸发材料的所述蒸汽的蒸发率的一个 蒸发率检测装置和基于由所述蒸发率检测装置检测到的所述蒸发率控制到所述加热电源 的输出的一个蒸发率控制装置构成，使得所述蒸发材料的所述蒸汽的蒸发率保持恒定。
8.根据权利要求7所述的真空气相沉积设备，其中，所述加热装置以其在排放孔侧的 间距比其在蒸发材料侧的间距密集的方式缠绕。
全文摘要
一种真空气相沉积设备，包括蒸发容器，该蒸发容器具有线性设置的多个直径相同的排放孔，并且其中排放孔在蒸发容器的两个端部侧上密集设置。蒸发容器在其中包括具有多个直径相同的通孔的射流板，蒸发材料的蒸汽通过多个直径相同的通孔。通孔以下述方式密集设置在两个端部侧上，作为沿排放孔的设置方向的每单位长度的流导，通过所述通孔的流导形成为与通过所述排放孔的流导成比例。
文档编号C23C14/24GK101942639SQ20101021267
公开日2011年1月12日 申请日期2010年6月22日 优先权日2009年7月2日
发明者柳雄二 申请人:三菱重工业株式会社