CN102301032A - 具有加热的泻流孔的真空沉积源 - Google Patents

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Abstract

一种气相沉积源、系统及相关的沉积方法。提供与以难于控制的或者不稳定的方式蒸发或升华的材料一起使用的气相沉积源。本发明特别适用于沉积有机材料，例如用于在有机发光设备中形成一层或多层的那些有机材料。

Description

具有加热的泻流孔的真空沉积源
相关申请的交叉引用
本申请要求2008年12月18日提交的美国临时申请序列号No.61/138,682、名称为IN-VACUUM DEPOSITION SOURCES，SYSTEMS，AND RELATED METHODS FOR DEPOSITION OFORGANIC MATERIALS的权益，在此通过参考引入其全部内容，用于所有目的。
技术领域
本发明涉及气相沉积源、系统及相关的沉积方法。更具体而言，本发明涉及与以很难控制的或者不稳定的方式蒸发或升华的材料一起使用的气相沉积源。举例来说，本发明尤其适合于沉积有机材料，诸如用于有机发光设备(OLED)的那些有机材料。
背景技术
有机发光设备，也被称为有机电致发光设备，典型地通过在第一电极和第二电极之间夹入两个或多个有机层构造而成。在常规结构的无源矩阵有机发光设备中，多个横向间隔开的透光阳极，例如氧化铟锡阳极，作为第一电极形成在诸如玻璃基底的透光基底上。然后，在保持为通常小于1毫托的换算压力的室内，通过来自各个源的各种有机材料的气相沉积而依次形成两个或更多个有机层。多个横向间隔开的阴极作为第二电极沉积在最上方的一个有机层的上方。阴极相对于阳极成一定角度定向，典型地成直角定向。
施加电势(也称为驱动电压)在合适的列(阳极)以及相继地每一排(阴极)之间操作这种常规的无源矩阵有机发光设备。当阴极相对于阳极负性偏压时，光从由阴极和阳极的交叠区域限定的像素射出，并且发射的光通过阳极和基底传到观察者。
在有源矩阵有机发光设备中，通过连接到各个透光部分的薄膜晶体管提供一排阳极作为第一电极。两个或更多个有机层以与如上所述的无源矩阵设备的结构基本等同的方式通过气相沉积依次形成。共用阴极作为第二电极沉积在最上方的一个有机层上方。示例性的有源矩阵有机发光设备的结构和功能在美国专利No.5,550,066中描述，在此通过参考引入其全部内容，用于所有目的。
举例来说，用来构造有机发光设备的有机材料、气相沉积有机层的厚度和层结构在美国专利No.4,356,429、4,539,507、4,720,432和4,769,292中描述，在此通过参考引入它们的全部内容，用于所有目的。
OLED中所用的示例性有机材料被称为Alq3(三(8-羟基喹啉)铝)。这种材料和与其类似的其它材料的典型特征在于具有不良的热传导性，这使得难于均匀地加热材料以使其汽化。此外，这些有机材料通常呈现粉末或颗粒形态，这也使得难以均匀地加热材料。这些材料在室温或沉积温度或两者下还可以是液态。加热材料的这种不均匀性造成材料的不均匀汽化(通过升华作用)。在基底或结构处被引导的这种不均匀的水汽流量(flux)将致使在基底或结构上形成有机层，这将会产生与不均匀的水汽流量相一致的不均匀的层厚度。
Spahn的美国专利No.6,237,529中描述了用于在结构上热物理气相沉积有机层以便制造有机发光设备的源。Klug等人的美国专利No.6,837,939中描述了沉积有机层的另一种源。Spahn和Klug等人的用于沉积有机层的源代表了当前的现有技术。这些源试图通过使用固态或粒状材料代替颗粒形式的材料来解决沉积这些材料时遇到的不均匀性。Spahn的源使用挡板和有孔板的装置来帮助最小化能够通过源材料喷射的微粒，但是没有解决上述的均匀性问题。Klug等人的源使用将沉积材料的致密颗粒送进加热的区域中的机构和挡板和有孔板的装置来解决均匀性问题。然而，Klug等人的源是复杂的，并且不能调整和/或计量汽化的材料。
发明内容
因此，本发明提供一种气相沉积源和沉积方法，所述气相沉积源和沉积方法能够为不均匀或以不稳定状态蒸发或升华的材料提供稳定可控的流量。这些材料的典型特征在于具有低或不良热传导性、颗粒、薄片或粉末坚实度(consistency)和一种或多种无机组分中的一个或多个。此外，这些材料典型地从固态升华而不是从液态(熔融状态)蒸发，并且是以不稳定或难以调整的方式升华。升华的材料也对热处理敏感，因为它们可能会根据期望升华，但仍然可以在窄的温度范围内分解。不要求这些材料在室温或沉积温度或两者下是固态的，并且可以是液态的。
因此，根据本发明的沉积源和方法提供一种以如下方式可控地加热沉积材料的能力，该方式可以最优化蒸发或升华，并且最小化不均匀的加热、对坩埚内沉积材料的不期望的部分加热以及在加热到蒸发或升华该材料时沉积材料的不期望的分解。
本发明的沉积源和方法特别适用于沉积用于在有机发光设备中形成一层或多层的有机材料。
根据本发明的一个方面，提供一种真空沉积源。该真空沉积源包括配置为定位在真空沉积系统的真空室内的罩。该罩包括一个或多个能够相互分离的部分；至少部分地定位在该罩内的阀，该阀具有输入侧和输出侧；包括封板的坩埚，其中该封板与该阀的输入侧连通；包括至少一个出口的喷嘴，该喷嘴至少部分地定位在该罩中，并与该阀的输出侧连通；至少部分包围该阀的加热设备；和操作地连接到该阀并配置为在真空中操作的阀致动器。
根据本发明的另一个方面，提供一种真空沉积系统。该真空沉积系统包括：真空室；配置为定位在真空沉积系统的真空室内的罩，该罩包括一个或多个能够相互分离的部分；至少部分地定位在该罩内的阀，该阀具有输入侧和输出侧；包括封板的坩埚，其中该封板与该阀的输入侧连通；包括至少一个出口的喷嘴，该喷嘴至少部分地定位在该罩中并与该阀的输出侧连通；至少部分包围该阀的加热设备；和阀致动器，其操作地连接到该阀并配置为在真空中操作位于坩埚内的沉积材料；和定位在真空室内并相对于该真空沉积源的喷嘴定位的基底。
根据本发明的又一个方面，提供一种真空沉积源。该真空沉积源包括：配置为定位在真空沉积系统的真空室内的罩，该罩包括一个或多个能够相互分离的部分；至少部分地定位在该罩内的阀，该阀具有输入侧和输出侧；包括封板的坩埚，其中该封板与该阀的输入侧连通；至少部分地定位在该罩中并与该阀的输出侧连通的喷嘴，该喷嘴包括多个输出孔和不同于所述多个输出孔的流量监测喷口，其中该流量监测喷口发射与多个输出孔的输出流量成比例的流量；至少部分包围该阀的加热设备；和操作地连接到该阀并配置为在真空中操纵的阀致动器。
附图说明
结合在本公开中并构成本公开的一部分的附图图示了本发明的若干个方面，并且连同对示例性实施例的描述一起用来解释本发明的原理。附图的简要说明如下：
图1是根据本发明的示例性气相沉积源的透视图。
图2是图1中的气相沉积源的示意性横截面视图。
图3是沿不同于图2的横截线的横截线截取的、图1中沉积源的示意性透视局部横截面视图。
图4是与图1所示的源类似但具有不同的示例性喷嘴的气相沉积源的示意性横截面视图。
图5是根据本发明的另一个示例性沉积源，特别示出了可替换的阀方向。
图6是与图1所示的源类似但具有不同的示例性喷嘴的气相沉积源的示意图，其中该喷嘴包括加热设备。
图7-13示出了根据本发明的被配置为在真空中使用的示例性气相沉积源的示意图。
图14-21示出了根据本发明的被配置为在真空中使用的另一个示例性气相沉积源的示意图。
图22-28示出了根据本发明的沉积喷嘴的示意图。
图29-30显示出根据本发明的一组(bank)多个沉积源和喷嘴的示意图。
具体实施方式
在此描述的本发明的示例性实施例并不意在于作为穷举的或者将本发明限制为接下来详细说明中所公开的确切形式。相反，选择并描述了在此描述的示例性实施例，以便本领域技术人员可以领会并理解本发明的原理和应用。
最初参考图1-3，这些图示出了根据本发明的示例性气相沉积源10。图1中示出了沉积源10的透视图。图2中示出了沉积源10的示意性横截面视图。图3示出了沿不同于图2的横截面线的部分示意性截面透视图。
图1-3所示的示例性沉积源10被设计为用于真空沉积，并且如图所示，所述沉积源10总体包括：用于将沉积源10连接到沉积系统(未示出)的安装法兰12；附接于法兰12的主体14；阀16；包括内部空间20的坩埚18；喷嘴22；和加热组件24，该加热组件用于提供热量，优选为辐射热，以蒸发坩埚18内的材料或者使坩埚18内的材料升华，并防止这种材料沉积在不希望的表面(例如阀16和喷嘴22)上。阀16包括阀部分17和阀体19。如图所示，沉积源10还优选包括：用于冷却的水冷却套23和25；向加热组件24供电的电源引线15；以及用于热电偶或类似传感器的引线26。
如图所示，示例性沉积源10的主体14包括附接于安装法兰12的第一主体部分28和附接于第一主体部分28的第二主体部分30。主体14优选包括众所周知用于真空沉积部件的不锈钢。主体14优选地设计成使得能够接近和/或移开坩埚18，以进行保养、替换，并且因此可以根据需要添加/去除沉积材料。特别地，第一主体部分28包括可去除地连接到第二主体部分30的法兰31的法兰29。在所示实施例中，第二主体部分30可与第一主体部分28分离，以便接近坩埚18。
如图所示，坩埚18通过板32的法兰33和坩埚18的法兰35可修复地附接于板32。坩埚18和板32之间的连接优选为真空密封并且可重新密封的。例如，可以使用
Figure BDA0000078783720000061
型密封件，该密封件包括具有刀口的法兰，该刀口嵌入到诸如铜或铌垫片或类似物的软金属密封垫圈内。可选择地，可以使用石墨密封材料，例如位于抛光的法兰表面之间的柔性石墨垫片材料。这种石墨材料可由OH Lakewood的GrafTech Advanced Energy Technology，Inc.获得。
如图所示，板32被焊接到阀体19上，以在坩埚18和阀16之间提供真空密封罩。在图示设计中，第二主体部分30可与第一主体部分28分离，从而接近坩埚18，并且坩埚18可与板32分离，以便例如更换坩埚18、添加/去除源材料。
如图所示，板32附接于阀体19，该阀体19经由如图所示的管34附接于喷嘴22。板32、阀体19和管34优选为相互焊接，但是可以使用其它连接技术实现组件36中一个或多个构件的永久性连接(例如钎焊)或可重新密封的连接(例如使用垫片)。坩锅18、板32、阀体19和管34优选包括真空兼容材料，例如钛和不锈钢等等。优选地，如图所示，包括坩埚18、板32、阀体19、管34和喷嘴22的组件36与沉积源10的主体14热隔离。在图示设计中，这种隔离通过支撑组件36或从第一主体部分28悬吊组件36来实现。优选地，使用如图所示的连接到第一主体部分28和连接到板32的支撑腿38。
优选地，如图所示，坩埚18、板32、阀体19和阀部分17限定出第一真空区域40，所述第一真空区域40不同于由阀体19、阀部分17、管34和喷嘴22限定的第二真空区域42。第一真空区域40和第二真空区域42之间的连通通过阀16控制。不同的第三真空区域44由第一主体部分28和第二主体部分30和坩埚18、板32、阀体19、管34和喷嘴22之间的空间限定。当沉积源10附接于真空室(未示出)时，第三真空区域44与该真空室连通。在使用中，第三真空区域44优选维持在使第一主体部分28和第二主体部分30与坩埚18、板32、阀体19、管34和喷嘴22之间的对流传热最小化的真空度。例如，将第三真空区域44保持在大约50毫托以下有助于使这种对流传热最小化。
沉积源10包括用于提供热能的加热组件24，该热能用于蒸发坩埚18内的材料或使坩埚18内的材料升华。坩埚18或它的一个或多个期望的部分可被辐射(间接)地加热或者直接加热，例如通过电阻或传导加热坩埚18或坩埚18的一个或多个期望的部分。可以使用间接、直接、辐射、电阻、传导加热等等的组合。在所示实施例中，加热器部分46示意性示出为定位在第一主体部分28内。可以使用多个不同的加热器。优选地，这种加热器包括一个或多个被电阻加热从而提供辐射热能的灯丝。这里，加热器部分46辐射地加热喷嘴22、管34、阀16和板32。这种加热可以是直接的、间接的或直接的和间接的组合。可以使用与希望加热的一个或多个构件间隔开和/或相接触的一个或多个加热器。加热这些构件用以防止材料沉积在这些构件上，尤其是阀体19和阀部分17上，材料沉积在阀体19和阀部分17上将引起不希望的材料集聚。坩埚18可通过阀16、板32和坩埚18之间的传导以及来自板32和阀体19的辐射而被部分地加热。在这个设计中，坩埚18的内部空间20中的沉积材料将主要被从上部加热，这是因为板32和坩埚18之间的传导加热最小。也就是说，来自板32和阀体19的辐射热量是坩埚18、尤其是设于坩埚18内的沉积材料的热量的主要来源。
第二主体部分30可以包括用于直接或间接加热坩埚18的一个或多个任选的加热器48。这种加热器可与坩埚18间隔开和/或与坩埚18相接触。优选地，用于第二主体部分30的加热器部分48与第一主体部分28内的加热器部分46不同，因此加热器部分46和加热器部分48可相互独立地操作。第二主体部分30是否包括一个或多个用于加热坩埚18的加热器取决于下列因素，例如特定沉积材料、所需流量均匀性、所需流量、坩埚设计、沉积源几何形状及它们的组合。沉积源10可被设计为包括位于第一主体部分28和第二主体部分30中的任一个内或位于真空区域中的任一个内的多个加热器(相同或不同类型的多个加热器)。因此，根据特定沉积材料，可以使用单个加热器或多个加热器的组合中的任一种。确定沉积源10的哪个部分(一个或多个)被加热、不加热或冷却以及怎样进行通常至少部分取决于所使用的特定沉积材料的特征，并且可以凭经验确定，以获得希望的一个或多个性能目标，例如沉积均匀性、流量、流量稳定性、材料使用效率和阀构件的最小涂覆中的一个或多个。
阀16被设计为真空使用并优选为能在沉积源10的使用过程中经受加热。阀16优选包括驱动器或致动器21(参见图1)，从而提供阀16的计算机(基于信号的)控制。示例性致动器是可由MN，St.Paul的Veeco Compound Semiconductor Inc.获得的零件号码SMC-II。举例来说，根据沉积材料和/或沉积方法，阀16可提供调节、计量、开关功能或它们的组合。优选地，阀16能够在第一真空区域40和第二真空区域42之间形成压差，例如用于在第一真空区域40内提供背压。如图所示，阀部分17沿不同于材料从坩埚18蒸发和/或升华的轴线(由附图标记52标识)的轴线(由附图标记50标识)运动。在可替换的设计中，如图5中示意性图示且如下所述的那样，阀部分17可以沿材料蒸发的轴线运动。举例来说，Colombo等人的美国专利No.6,030,458中描述了具有用于气相沉积的阀的泻流(effusion)室，在此引入所述美国专利的全部技术公开以供参考，所述全部技术公开包括但不限于这种阀和所有目的的公开。
如图所示，沉积源10包括喷嘴22。喷嘴22被优选设计为提供期望的沉积性能。典型地，喷嘴22包括一个或多个开口(孔)，所述一个或多个开口(孔)用来以预定方向和/或速率排出和/或引导沉积材料。喷嘴孔优选布置成在整个宽基底提供最佳均匀性。典型地，在整个喷嘴上设置有均匀的一组孔，其中在喷嘴的端部附近具有较高的浓度，从而补偿喷嘴端部处的流量滚降(roll off)。如图所示，喷嘴22包括多个出口27，但是可以使用单个出口。设计喷嘴所用的因素包括沉积材料、沉积均匀性、沉积速率、沉积系统几何形状和所沉积的基底的数量、类型和尺寸。这种喷嘴可以使用经验数据、信息和/或技术进行设计。可以与根据本发明的沉积源一起使用的喷嘴可由MN，St.Paul的Veeco Compound Semiconductor Inc.获得，并且将在下文中进行描述。
可供选择的喷嘴54图示于图4中，并被设计为通过排出的气相沉积流量来提供增大的区域覆盖范围。如图所示，喷嘴54包括管56和具有多个出口孔60的主体部分58。管56用来将主体部分58与沉积源10的法兰12间隔开。这种间隔取决于沉积源10应用的特定沉积应用。如图所示，主体部分58相对于管56线性正交延伸。主体部分58可相对于管56以任何期望的角度设置。如图所示，主体部分58包括管(圆柱体)，但是可以包括诸如立方体、矩形或盘形的平面构造，或者可以包括诸如球体或类似弧形表面等等的弧形构造。主体部分58可以包括任意数量的出口孔(包括单个出口孔)。这些出口孔可以包括任何形状(例如圆形、椭圆形、正方形、矩形)或这些形状的组合。喷嘴54不需要是对称的，并且这些出口孔的密度可在喷嘴54的各区域之间变化。某些应用不需要喷嘴，并且单个孔可能就足够了。也就是说，管34还在没有喷嘴22和喷嘴54的情况下用作喷嘴。
可供选择的喷嘴112图示于图6中。如图所示，喷嘴112包括管113和具有多个出口孔116的主体部分114。管113用来将主体部分114与沉积源120的法兰118间隔开。管113还用来容纳用于喷嘴112的热电偶引线122和电源引线124。喷嘴112还包括连接到电源引线124上的加热元件126，该加热元件126的温度可以通过热电偶引线122的反馈进行控制。示出了多个加热元件，但是可以使用单个元件。加热元件126图示为在喷嘴122的外表面上，但是可以设置在喷嘴112内部。如图所示，主体部分114相对于管113线性正交延伸。主体部分114可相对于管113以任何期望的角度设置。如图所示，主体部分114包括管(圆柱体)，但是可以包括诸如立方体、矩形或盘形的平面构造，或者可以包括诸如球体或类似弧形表面等等的弧形构造。主体部分114可以包括任意数量的出口孔(包括单个出口孔)。这些出口孔可以包括任何形状(例如圆形、椭圆形、正方形、矩形)或这些形状的组合。喷嘴112不需要是对称的，并且这些出口孔的密度可以在喷嘴112的各区域之间变化。
取决于特定的沉积材料和/或沉积方法，沉积源10还优选地包括需要的其它构件和/或设计方案。例如，图示沉积源10包括用于温度测量的热电偶62并用于控制沉积流量。热电偶62被优选设计为接触阀体19。K型和J型热电偶是优选的，但是可以使用任何温度测量设备。可以使用多个热电偶或温度传感器或控制系统。图示沉积源10还包括用于管理和/或冷却沉积源10的期望部分的冷却套管25，所述冷却套管25优选为水(可以使用任何流体，包括一种或多种气体)。
根据本发明的另一个示例性沉积源94图示于图5中。沉积源94包括第一主体部分96、第二主体部分98、坩锅100、阀102、阀致动器104和喷嘴端口106。沉积源94与图1和2所示的沉积源10类似，但具有不同的阀方向。也就是说，阀102包括沿着材料从坩埚100蒸发和/或升华的方向定向的驱动轴线108。在此描述的任一种坩埚都可用于沉积源94。
图7-12示出了根据本发明的另一个示例性沉积源130。图示沉积源130优选设计为且被配置为至少部分地定位在真空沉积室(未示出)内。在优选实施例中，该沉积源130设计为且被配置为大体上或完全定位在真空沉积室(未示出)内。有利地，使整个沉积源、或至少相当大部分的沉积源处于真空允许沉积源相对于定位在真空室内的基底运动。例如，沉积源130可以定位在允许沉积源130相对于基底运动的机器人等等上。处于真空中的沉积源特别有用的示例性应用是用来在有机发光设备的制造过程中在一个或多个基底上形成一层或多层有机材料。
图7-12的沉积源130与如上所述且图示于图1-6中的沉积源10类似，只是图1-6的沉积源10被设计为由于安装在沉积室的法兰上而定位在沉积室的外部。设计完全设在真空内的沉积源是挑战性的，并且需要克服许多障碍。此外，设计这种用来沉积有机发光设备中所用有机材料的沉积源尤其具有挑战性。需要精细地控制该沉积源的许多热学方面。例如，期望从顶部加热有机沉积材料，从而加热沉积材料的暴露表面，并将沉积材料的其它部分的加热减至最小。一般情况下，这归因于这种有机材料的特性，这个特性使某些材料在接近期望的沉积温度的温度下容易地退化。甚至，某些材料在与用于沉积的期望温度范围重叠的温度范围内退化。另外，还期望使从沉积源辐射到基底的热量减至最小。
大致参考图7-13，沉积源130包括罩132，该罩132包括优选相互分离的坩埚134和封板136。封板136优选通过多个支撑腿140附接于安装板138。安装板138可以用于将沉积源130安装到真空沉积室(未示出)内部。坩锅134被优选设计为保持期望数量的沉积材料，并且可以包括任意数量的室或单元，包括如图所示的单个内室。在代理人编号为VII0004/US、序列号为12/002,526、标题为″VaporDeposition Sources and Methods″的本申请人的共同未决的美国专利申请中也描述了可以使用的坩埚，在此引用其全部公开，用于所有目的。
坩锅134优选被设计成能够从封板136拆卸，正如图10和11中所示的那样。合适的密封件优选设置在坩埚134和封板136之间。示例性的优选密封件包括夹在坩埚134的平坦表面(例如法兰135)和封板136的平坦表面之间的石墨垫片。如图所示，螺栓137用来在法兰135和封板136之间提供挤压力。还可以使用包括金属垫片和具有刀口的法兰的密封件。
如图所示，封板136包括阀组件142。阀组件142包括：具有输入区域146和输出区域148的阀体144；阀座150；阀152；和阀致动器154。阀致动器154包括马达156、驱动轴158和安装板160。可以使用的示例性阀162图示于图13中。如图所示，阀162包括多个间隔开的渐缩臂164。臂164之间的间距被设置为在阀162打开时提供流量的逐渐增大，从而降低最初的压力突发或释放。
如图所示，阀组件142的输入侧146附接于封板136，而阀152的输出侧148被设置为附接于喷嘴(未示出)。可以使用的示例性喷嘴在下文中描述。在这种配置中，通过阀152的控制，来自设置在坩埚134内部的沉积材料的蒸汽在阀体144的输入侧146进入阀体144并在阀体144的输出侧148从阀体144排出。
沉积源130优选被设计成以可控方式加热设在坩埚134内部的沉积材料。特别地，当沉积材料包括诸如用于制造有机发光设备的有机材料时，优选从上部加热该沉积材料。也就是说，优选的是向位于坩埚134中的沉积材料的顶(露出的)表面提供辐射热量。此外，优选的是仅仅加热期望被蒸发的沉积材料的部分。通过这种方式加热材料提供一致的、易于控制的流量，因为这些有机材料具有不良的导热性并且在某些加热条件下可能会不合期望地退化。如果在材料的顶表面下方加热该材料，例如在大块材料的侧表面或内部加热，材料会不一致地蒸发和/或以更难控制的方式退化。
因此，图9-13所示的沉积源130被设计为细致地控制整个沉积源的热剖面(thermal profile)，从而提供期望的加热特性。特别地，封板136优选被设计为从表面139辐射热量，使得坩埚134中的沉积材料的一部分暴露表面被均匀加热。也就是说，坩埚134中的沉积材料的暴露表面被加热以提供沉积材料的可控蒸发，同时沉积材料最低程度地退化(degrade)或不退化。应注意表面139本身不需要均匀地辐射热能。举例来说，在示例性实施例中，表面139被加热成使得表面139的外部区域比表面139的内部区域更热，其中这些区域是大体同心的。设计封板136所可以考虑的参数优选至少包括加热元件166的设计、隔热屏168的设计和冷却回路221的设计。也就是说，封板136、加热元件166、隔热屏168和冷却回路221连同影响表面139如何向坩埚134中的沉积材料辐射热量的沉积源130的其它方面都被优选设计成优化表面139的辐射特性。
如图所示，加热元件166优选设在阀体144周围并横跨封板136。可以使用单个元件或多个元件。多个元件可以一组或多组一起或者逐一地进行控制。可以使用例如来自Watlow的加热元件。示例性加热器提供100-1000瓦的功率。如图所示，隔热屏168设置在加热元件166周围并优选包括一层或多层适当的材料，例如不锈钢、难熔金属等等。隔热屏优选被设计为1)帮助将辐射热量重新定向到期望被加热的区域，2)防止辐射热量影响阀致动器或其它构件，和3)防止过多辐射热量对基底起作用。
图7-13所示的沉积源130还优选设计为使传导热量最小并控制传导热量。特别地，坩埚134和封板136之间的接触区域优选为减至最小。此外，根据本发明使用石墨垫片还可以用来为传导热提供断热(thermal break)或热中断，以防不期望地加热坩埚134。
图7-13所示的沉积源130还优选包括用于向加热元件166提供电源的适合的电源连接器170。沉积源130还优选包括一个或多个诸如热电偶172等等的温度传感器和合适的连接器174。诸如热电偶的温度传感器优选用于通过常规已知的控制系统(未示出)提供用于加热元件166控制的反馈。在示例性结构中，热电偶定位在阀体144上。任选的热电偶可以定位在坩锅134的底部处。
图14-21示出了根据本发明的另一个示例性沉积源176。如图所示，沉积源176与如上所述的沉积源130类似地设计和配置。根据本发明，沉积源176优选设计为且被配置为至少部分地定位在真空沉积室(未示出)内。在优选实施例中，该沉积源176设计为且被配置为大体上或完全定位在真空沉积室(未示出)内。
整体参考图14-21，沉积源176包括罩178，该罩包括可相互分离的坩埚180和封板182。封板182通过多个支撑腿186附接于安装板184，安装板184可用于将沉积源176安装在真空沉积室(未示出)内。坩锅180被设计为保持期望数量的沉积材料，并且可以包括任意数量的室或单元，包括如图所示的单个内室。可以使用也在代理人编号为VII0004/US、序列号为12/002,526、标题为″Vapor Deposition Sourcesand Methods″的本申请人共同未决的美国专利申请中描述的示例性坩锅，在此引用其全文用作所有目的。
坩埚180被设计成可从封板182拆卸，正如图15所示的那样。在坩埚180和封板182之间设置合适的密封件。示例性的优选密封件包括夹在坩埚180的平坦表面和封板182的平坦表面之间的石墨垫片。还可以使用包括金属垫片和具有刀口(knife-edge)的法兰的密封件。
如图所示，沉积源176包括定位在安装板184下方的第一壳体188和定位在安装板184上方的第二壳体190。第一壳体188大体包围坩埚180并且包括两个半圆形部分，如图所示。可以使用任意数量的壳体部分。附接于第一壳体188的是隔热罩192。如图所示，第二壳体190还包括两个半圆形部分，但是可以使用任意数量的壳体部分。
封板182包括阀组件194。如上所述，阀组件194包括：带有输入区域198和输出区域200的阀体196；阀座202；阀204；和阀致动器206。阀致动器206包括马达208、驱动轴210和安装板212。可以使用的示例性阀图示于图13中并如上所述。可以用来致动阀204的一个优选的驱动设备包括音圈。可以使用的示例性音圈设备可以是由CAValencia的H2W Technologies提供的型号为VCS-10-005-E的音圈设备。
特别参考图20，阀204附接于适配器205。适配器205附接于与挠性接头224附接的驱动轴210。适配器205还连接到与适配器211连接的柔性波纹管209。适配器211连接到与阀体196连接的管213。驱动轴210穿过适配器211中的开口215，并能够运动以操作阀204。
如图所示，阀体196的输入侧198附接于封板182，而阀体196的输出侧200被构造为附接于喷嘴(未示出)。如可以从图16和17看到的那样，举例来说，喷嘴支架214可被用来将喷嘴(未示出)连接到阀体196的输出侧200。可以使用的示例性喷嘴将在下面描述。在这种配置中，通过阀204的控制，来自设置在坩埚180内部的沉积材料的蒸汽在阀体196的输入侧198进入阀体196，并在阀体196的输出侧200从阀体196排出。
如上所述，沉积源176优选被设计成以可控方式加热设在坩埚180内部的沉积材料。特别地，沉积源176优选设计成使封板182的表面181以使沉积材料均匀加热的方式向设在坩埚180内部的这些沉积材料辐射热量。特别地，当沉积材料包括如用于有机发光设备制造的有机材料时，优选从上部加热该沉积材料。也就是说，优选的是向位于坩埚180中的沉积材料的顶表面提供辐射热量。通过这种方式加热材料提供一致的、易于控制的流量，因为这些有机材料具有不良的导热性。如果该材料在其顶表面下方加热，例如在大块材料的侧表面或内部加热，则材料可能会不一致地蒸发和/或以更难控制的方式退化。
因此，图13-21所示的示例性沉积源176被设计为细致地控制整个沉积源的热剖面，从而提供期望的加热特性。如图所示，加热元件216设在阀体196周围。可能是使用单个元件或多个元件。多个元件可以一组或多组的方式一起控制或者逐一地进行控制。可以使用例如来自Watlow的加热元件。隔热屏218如图所示地设在加热元件216周围，优选包括一层或多层适当的材料，例如难熔金属等等。隔热屏218优选被设计为1)帮助将辐射热量重新定向到期望被加热的区域，2)防止辐射热量影响阀致动器或其它构件，和3)防止过多辐射热量影响基底。
如从图17中可以看到的那样，举例来说，封板182包括多个任选的同心热量分布翅片220。翅片220被设计成帮助散步热量，从而使封板182的温度更均匀和/或更可控。封板182的表面181面对坩埚180内的沉积材料，并向沉积材料的顶表面辐射热量。根据本发明，任选的加热翅片220为沉积材料的顶表面提供更加可控的加热。举例来说，加热翅片220(如果使用的话)可以是弧形的、线性的或它们的组合。可以使用具有能够使封板182的加热均衡的几何形状、材料和/或形状的任何结构。
图14-21所示的沉积源176还优选设计为使传导热量最小并控制传导热量。坩埚180和封板182之间的接触区域优选为减至最小。此外，根据本发明使用石墨垫片还可以用来提供传导热量的断热或热中断，以防不期望地加热坩埚180。
沉积源176还优选设计成能使传到阀致动器206的热量减到最小。举例来说，如从图15中可以看到的那样，冷却回路221优选包括管222，该管222优选定位成与安装板184接触，以将对安装板184的加热减至最小，对安装板184的加热可能会引起对阀致动器206的加热。还优选使用合适的隔热屏。冷却回路221可以包括用提供期望的冷却的任何冷却系统，例如包括流体和/或气体冷却流体的系统。而且，挠性接头224优选用于将与阀204连接的杆226连接到阀致动器206。可以使用的示例性挠性接头224图示于图21中，并且包括主体225、销227和夹具229。挠性接头224还提供断热，这种断热有助于最小化传导热量对阀致动器206的加热。
图14-21所示的沉积源126还优选包括用于向加热元件216提供电源的适合的电源连接器228。真空源176还优选包括一个或多个诸如热电偶等等的温度传感器和合适的一个或多个连接器。诸如热电偶的温度传感器优选用于通过常规已知的控制系统(未示出)实现对加热元件216的控制的反馈。在示例性结构中，热电偶邻近阀体196定位。举例来说，任选的热电偶可以根据期望定位，例如与坩埚180接触。
任何合适的材料都可以用于在此描述的沉积源。举例来说，根据本发明的沉积源的实施例可以使用铝制安装板和结构和钛制阀体、阀封板和坩埚。可以使用不锈钢制成的隔热屏。
在图22-28中，图示出根据本发明的示例性喷嘴组件230。在图22-25中，喷嘴组件230图示为可操作地附接于图14-21所示且如上所述的沉积源176。在图26-28中，喷嘴组件230显示为与沉积源176分离。
整体参照图22-28，如图所示的喷嘴组件230包括：具有传导区域234的管232；带有孔238的喷嘴板236；加热元件240；隔热屏242；冷却盘管244；冷却罩246；流量监测喷口248；和安装法兰250。
特别参照图23，显示出喷嘴组件230和沉积源176的横截面视图。喷嘴组件230通过安装法兰177可操作地连接到沉积源176。优选使用包括柔性石墨的垫片。可以使用任何期望的安装和/或连接技术，包括螺纹连接件、紧固件、夹具等等。
安装法兰177连接到第一管252，所述第一管252向第二管254传导汽化的沉积材料。如图所示，第一管252连接到第二管154，使得第二管254与第一管252大体成大约90度。第二管254包括喷嘴板236，该喷嘴板236包括将汽化的沉积材料引导至位于真空室(未示出)内的基底的多个孔238。可以使用孔238的任何布置，包括使用单个孔。举例来说，在确定孔238的布置和孔238的相应的定位时，优选考虑沉积室的几何形状、沉积材料和基底。
现在参照图27和28，喷嘴组件230示出为移除了冷却罩246和冷却盘管244。如图所示，第一加热元件247和第二加热元件249、隔热屏242和隔热罩243定位在第二管254周围。示例性隔热屏242优选包括多层滚花不锈钢材料。第一加热元件247和第二加热元件249优选包括能够充分地加热第二管254的加热原件，以最小化第二管254上的沉积材料凝结。对于与典型的有机透光设备(light admittingdevice)一起使用的有机材料，第一加热元件247和第二加热元件249优选能够将第二管254加热到大约500-700摄氏度。例如，可以使用来自Watlow的加热器。示例性加热器提供200-2000瓦的功率。
现在参照图23，显示出包括定位在隔热屏242和隔热罩243周围的冷却盘管244的冷却罩246。举例来说，如可以在图25中看到的那样，冷却罩246在沿隔热罩243的侧壁定位的支座245处附接于隔热罩243。冷却盘管244被设计成帮助从喷嘴组件230去除过量的热，以将从喷嘴组件230辐射到基底的热量减至最小。优选地，冷却盘管244被设计成与水一起使用。冷却盘管244优选为在功能上与沉积源的水冷却回路一体化。
示例性喷嘴组件230还优选包括一个或多个最佳图示于图24和25中的流量监测喷口。如图所示，喷嘴组件230包括位于喷嘴组件230的第一端部256处的第一流量监测喷口248和位于喷嘴组件230的第二端部260处的任选的第二流量监测喷口258。如图所示，第二流量监测喷口258是插塞式的，但是如果期望的话可以使用。流量监测喷口248优选包括圆柱形管262，圆柱形管262的第一端部264与第二管254的传导区域234流体连通，并且圆柱形管262的第二端部266能够将汽化的沉积材料提供到一位置，用于通过能够测量蒸汽流量和/或压力的仪器进行测量。例如，可以使用诸如石英晶体传感器的束流监测器(未示出)。圆柱形管262优选包括第一部分268和相邻的第二部分270，第一部分268具有第一内径，第二部分270具有比第一部分268的第一内径小的第二内径。与喷嘴孔238的流量相比，直径的减小被设计成减少流量已知倍数。这样，可以测量监测喷口248处的流量，并监测喷口248处的流量与喷嘴孔238的流量相关联。有利地，这允许远程测量流量并降低通过测量仪表测量的流量。通过这种方式降低流量会延长流量监测仪器的寿命，尤其是在使用石英晶体传感器时。另外，该流量监测仪器可以定位在沉积区域之外。
任何合适的材料都可用于在此描述的喷嘴。举例来说，根据本发明的喷嘴实施例可以包括钛制内管、不锈钢制隔热屏、不锈钢制水管和铝制罩。
图29和30示意性图示了根据本发明的沉积源和喷嘴的示例性结构。如图所示，三个沉积源272、274和276分别包括喷嘴278、280和282，所述喷嘴278、280和282分别配置成提供沉积源和喷嘴组。这样，如果期望，可以在每个沉积源中提供不同的沉积材料。可以使用任意数量的沉积源。
现在已经参考几个示例性实施例描述了本发明。在此标识的任何专利或专利申请的全部公开内容通过参考引入到本文中，用作所有的目的。为了使真空沉积领域的技术人员清楚地理解而给出了上述公开内容。不从上述公开内容获取不必要的限制。对本领域普通技术人员显而易见的是，在不背离本发明的范围的情况下，可对在此描述的示例性实施例进行改变。因此，本发明的范围不应当局限于在此描述的示例性结构和方法，而是由权利要求和所要求保护的结构和方法的等同物的语言文字所描述的结构和方法来限定。

Claims (25)

1.一种真空沉积源，所述真空沉积源包括：
罩，所述罩被配置为定位在真空沉积系统的真空室内，所述罩包括一个或多个能够相互分离的部分；
阀，所述阀至少部分地定位在所述罩内，所述阀具有输入侧和输出侧；
坩埚，所述坩埚包括封板，其中所述封板与所述阀的所述输入侧连通；
喷嘴，所述喷嘴包括至少一个出口，所述喷嘴至少部分地定位在所述罩内，并且与所述阀的所述输出侧连通；
加热设备，所述加热设备至少部分地包围所述阀；和
阀致动器，所述阀致动器操作地连接到所述阀，并且配置为在真空中操作。
2.根据权利要求1所述的沉积源，所述沉积源包括定位在所述坩埚和所述封板之间的石墨密封垫片。
3.根据权利要求2所述的沉积源，其特征在于，所述石墨密封垫片包括
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单层材料。
4.根据权利要求1所述的沉积源，其特征在于，所述封板包括一个或多个翅片，所述一个或多个翅片被配置为控制所述加热设备和所述坩埚之间的传热。
5.根据权利要求4所述的沉积源，其特征在于，所述翅片包括一个或多个同心环。
6.根据权利要求1所述的沉积源，其特征在于，所述加热设备包括管状加热盘管。
7.根据权利要求1所述的沉积源，其特征在于，所述阀致动器包括音圈。
8.根据权利要求1所述的沉积源，所述沉积源包括至少部分地包围所述罩的壳体。
9.根据权利要求1所述的沉积源，所述沉积源包括至少一个液体冷却回路。
10.根据权利要求1所述的沉积源，其特征在于，所述喷嘴包括多个输出孔和不同于所述多个输出孔的流量监测喷口，其中所述流量监测喷口发出与所述多个输出孔的输出流量成比例的流量。
11.根据权利要求1所述的沉积源，其特征在于，所述喷嘴包括：具有内部空间的第一罩；设置在所述第一罩的内部空间的至少一部分内的传导管；和设置在所述第一罩的内部空间的至少一部分内的加热元件。
12.根据权利要求11所述的沉积源，其特征在于，所述喷嘴包括具有内部空间的第二罩，其中所述第一罩设置在所述第二罩的内部空间的至少一部分内。
13.根据权利要求12所述的沉积源，所述沉积源包括设置在所述第二罩的内部空间的至少一部分内的液体冷却回路。
14.一种根据权利要求1所述的沉积源与真空沉积系统的组合。
15.根据权利要求14所述的组合，其特征在于，所述真空沉积系统包括用于制造有机发光设备的至少一部分的系统。
16.一种真空沉积系统，所述真空沉积系统包括：
真空室；
罩，所述罩被配置为定位在真空沉积系统的真空室内，所述罩包括一个或多个能够相互分离的部分；阀，所述阀至少部分地定位在所述罩内，该阀具有输入侧和输出侧；坩埚，所述坩埚包括封板，其中所述封板与所述阀的所述输入侧连通；喷嘴，所述喷嘴包括至少一个出口，所述喷嘴至少部分地定位在所述罩中并与所述阀的所述输出侧连通；加热设备，所述加热设备至少部分地包围所述阀；和，阀致动器，所述阀致动器操作地连接到所述阀，并配置为在真空中操作；
沉积材料，所述沉积材料设置在所述坩锅中；和
基底，所述基底定位在所述真空室内，并相对于真空沉积源的喷嘴定位。
17.根据权利要求16所述的真空沉积系统，其特征在于，所述沉积材料包括颗粒、薄片、粉末和液体坚实度中的一个或多个。
18.根据权利要求16所述的真空沉积系统，其特征在于，所述沉积材料包括一种或多种无机成分。
19.根据权利要求18所述的真空沉积系统，其特征在于，所述沉积材料包括三(8-羟基喹啉)铝。
20.根据权利要求16所述的真空沉积系统，其特征在于，所述基底包括有机发光设备的至少一部分。
21.根据权利要求16所述的真空沉积系统，其特征在于，所述真空沉积源被配置为相对于基底运动。
22.一种真空沉积源，所述真空沉积源包括：
罩，所述罩被配置为定位在真空沉积系统的真空室内，所述罩包括一个或多个能够相互分离的部分；
阀，所述阀至少部分地定位在所述罩内，所述阀具有输入侧和输出侧；
坩埚，所述坩埚包括封板，其中所述封板与所述阀的输入侧连通；
喷嘴，所述喷嘴至少部分地定位在所述罩中，并与所述阀的输出侧连通，所述喷嘴包括多个输出孔和不同于所述多个输出孔的流量监测喷口，其中所述流量监测喷口发射与所述多个输出孔的输出流量成比例的流量；
加热设备，所述加热设备至少部分地包围所述阀；和
阀致动器，所述阀致动器操作地连接到所述阀，并配置为在真空中操作。
23.根据权利要求22所述的沉积源，其特征在于，所述喷嘴包括：具有内部空间的第一罩；设置在所述第一罩的内部空间的至少一部分内的传导管；和设置在所述第一罩的内部空间的至少一部分内的加热元件。
24.根据权利要求23所述的沉积源，其特征在于，所述喷嘴包括具有内部空间的第二罩，其中所述第一罩设置在所述第二罩的内部空间的至少一部分内。
25.根据权利要求24所述的沉积源，所述沉积源包括设置在所述第二罩的内部空间的至少一部分中的液体冷却回路。
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