CN102762765A - 用于汽相淀积源的等容关闭阀 - Google Patents

Abstract

本发明描述了一种汽相淀积源，所述汽相淀积源包括配备有两个区域的容器。第一区域用于产生蒸汽。所述第一区域配备有材料接收器和用于加热放置在接收器中的材料的装置。第二区域是包括与蒸汽产生区域连通的容器的扩散区域，所述第二区域配备有至少一个开口，以便使得汽相材料通过所述开口朝着容器的外部传送。所述源的特征在于，它包括用于关闭该孔的关闭装置和用于使所述关闭装置在主动关闭位置与孔的打开位置之间运动而不会改变扩散区域的容积的装置。

Description

用于汽相淀积源的等容关闭阀

技术领域

本发明的一般领域涉及微电子工业中材料的汽相淀积。更尤其是，本发明致力于汽源的形成，从而能够在不会带来不便之处的情况下在大表面上进行可中断的连续淀积。

背景技术

在同一设备内电子器件、光学器件以及它们的集成器件的数量不断增加，引起了在基板上淀积各种材料以形成构成这些设备的薄层的尖端技术不断发展。

汽相淀积涵盖非常宽泛范围的工艺，尤其是那些描述为汽相化学淀积的工艺，并且通常用“化学汽相淀积”的英语缩略词CVPD来表示。正如名字所暗含的，这类淀积包含在操作过程中发生的化学反应，该化学反应例如通过之前向淀积腔内引入先驱气体，或者通过与已经淀积在基板上的材料层、甚至与基板本身进行的化学反应来产生。其它类型的化学汽相淀积不包含这样的化学反应。这些包括通过在受控的中性气氛和/或在或多或少的真空状态下蒸发而实现的简单物理沉积。

所有汽相淀积技术都需要机械设备，以便在淀积腔中形成待淀积的蒸发材料源。为了获得均匀厚度的淀积薄层以及对它们的物理化学特性的良好控制，这始终是要应用的关键因素。由于电子设备和光学设备的大规模低成本生产要求在其上应用电子设备和光学设备的基板尺寸变得越来越大，以便在同一个生产周期里产生更多数量的设备或越来越大的设备，因此形成所述源变得越来越困难。所以，不足为奇，需要一种允许在以数十厘米计、甚至一米左右计的宽度上连续汽相淀积各种材料的源。此外，这类设备的工业生产还意味着，淀积可以随意中断和重启，而不会对所述源和蒸发材料造成损坏。

这有利于在不改变淀积腔的构造的情况下实现用于不同设备的不同薄膜的淀积中的一定的灵活性。

虽然微电子工业长期面临淀积诸如电介质或金属这样的材料的需要，但是，诸如包含有机电致发光二极管（OLED）的显示器和荧光屏这样的电致发光器件的制造需要依赖于更加易碎的有机材料的淀积。

从较宽宽度的线性源蒸发有机材料带来了温度变化这一关键问题，所述温度变化必须在淀积腔中的蒸汽形成位置和蒸汽扩散位置（即安装在源的整个宽度上的喷嘴）之间被观测。诚然，为了避免材料凝结在输送蒸汽的管道的壁面上以及凝结在构成所述源的扩散器的壁面上，能够保持恒正的温度梯度，以免任何冷区域将气体温度降低到其露点之下是有利的。这更加难以进行，原因在于：待淀积材料的破坏温度接近其蒸发温度，如对于有机材料就是如此。此外，多个腔组成的很宽的线性源比点式源更敏感，因为从蒸发坩埚直至各个喷嘴，必须在整个扩散器表面监控这一细微的温度梯度。

线性源是非常受关心的主题，尤其是关于它们实现高速淀积的能力。它们也能够确保材料有效利用，这主要是由于与点式源相比，该线性源与基板距离更小。旨在确保在大表面上均匀淀积的多喷嘴的存在及其设计是主要的优点，该优点使得多喷嘴的使用对设备（例如上文提到的电致发光器件设备）的大规模生产是必要的。但是，这种短距离，与高速蒸发一起，使得传统关闭系统（其实现了在基板上淀积的工序的中断）由于机械原因而难以应用。另外，传统关闭系统由于其在该速度下变得阻塞而不易于使用。因此，所述源装配有阀使得关闭蒸汽输送管道以便中断蒸汽朝着基板的扩散而不浪费待蒸发的材料成为可能。当阀关闭时，该阀则大大减少了连接到形成蒸汽的位置的管道的容积。所述容积的这种显著减少使蒸汽产生系统负荷产生急剧变化，并且这使蒸汽形成区域中的压力非常显著地升高。这种强烈的压力变化继而导致温度在蒸汽形成区域饱和前一直升高。这种温度升高反过来导致待淀积的材料的热退化。

因此，本发明总的目的是为了至少部分地克服上面描述的缺陷中的至少一个，所述缺陷发生在用于汽相淀积系统的线性源中，所述汽相淀积系统需要连续运行并具有停止淀积和重启淀积阶段。本发明的目的还包括描述一种能够淀积那些其破坏温度接近其蒸发温度的有机材料的有利的线性源。

参阅下文说明书和附带附图，本发明的其他目的、特征和优点将变得更加清楚。应当明白，本发明也可能包含其他优点。

发明内容

为了实现这些目的，本发明描述了一种用于材料的相-相淀积的源。该源包括被分成两个区域的容器。第一区域是蒸汽产生区域。所述第一区域配备有材料接收器和用于加热放置在接收器中的材料的装置。第二区域是与所述蒸汽产生区域连通的扩散区域。所述扩散区域配备有至少一个孔，以便使得汽相材料通过所述孔朝着容器的外部传送。所述源的特征在于，它包括用于关闭所述孔的关闭装置和用于在主动关闭位置与孔的打开位置之间使所述关闭装置运动的装置。

本发明还可以包括下列选择：

-所述源包括蒸汽喷嘴形式的孔。

-扩散区域包括具有圆筒形本体的扩散器，所述蒸汽扩散喷嘴并排位于所述圆筒形本体上。

-所述关闭装置包括与所述扩散器的内表面接触的圆筒形套筒，所述圆筒形套筒一方面包括能够在所述孔的打开位置与多个所述蒸汽扩散喷嘴相对设置的多个开口，此外，还包括与所述蒸发产生区域相对的开口。

-所述圆筒形套筒构造成在扩散器内运动，以便关闭一系列所述蒸汽扩散喷嘴，同时保持所述蒸汽产生区域打开。

-用于使所述圆筒形套筒运动的装置包括连接于圆筒形套筒的轴向杆，所述轴向杆穿入扩散器。

-用于使圆筒形套筒运动的装置包括用于使所述轴向杆旋转的装置。

-用于使圆筒形套筒运动的装置包括由轴向杆操作的横向平移装置。

-扩散器还包括由圆筒形套筒的运动单独地打开的至少一个喷嘴。

-这里，有利的是，至少一个独立的喷嘴放置在扩散器的轴线上与所述轴向杆相反一端处。

-材料接收器是圆筒形坩埚，与所述扩散器连接的圆筒形坩埚的开口具有与圆筒形套筒的内径相同的直径。

-所述扩散区域和所述蒸汽产生区域为管状筒，所述管状筒组合形成一T形，T形中的蒸汽产生区域是居中位于形成扩散器的分支上的那一分支。

-所述关闭装置构造成，在所述孔处于打开位置时，保持所述扩散区域与所述蒸汽产生区域相连。

附图说明

从在下面的附图显示的本发明实施例的详细描述可以更好地理解本发明的目的、特征和优点，其中：

图1A和1B示出了依照本发明的线性汽相淀积源，其中关闭喷嘴的阀由旋转套筒构成。

图2A和2B显示了依照本发明的线性汽相淀积源的变形，其中关闭喷嘴的阀由滑动套筒构成。

这些附图是作为例子给出的，是非限制性的。

具体实施方式

图1A和1B示出了依照本发明的线性汽相淀积源，其中喷嘴关闭阀由旋转套筒构成。

术语“线性”是指带有多个喷嘴（本发明的优选实施例）的源，喷嘴按照源的一个维度彼此相邻地放置。优选地，这种相邻放置包括喷嘴的笔直对齐，但是这不是限制性的。

在一优选实施例中，本发明描述了线性汽相淀积源10如何使在材料炉20（位于蒸汽产生区域中)与位于扩散区域中的蒸发喷嘴30之间实现非常平缓的温度梯度成为可能。炉的坩埚21装有待蒸发的材料23，例如用于制造电致发光二极管类型的有机材料。

为避免在蒸汽向喷嘴传送时负荷的任何突变，从坩埚伸出的竖直蒸汽注入管道40和水平扩散器50的内部部分形成具有相同直径51的T型组件。该直径通常在40到50毫米左右。扩散器50的宽度必须与在其上进行淀积的基板1的尺寸相适应。通常，淀积在基板上的尺寸可能是几十厘米，甚至更大。在坩埚、竖直蒸汽注入管道和引导蒸汽的扩散器之间保持恒定直径，以便使蒸汽通过喷嘴喷射到蒸发腔中，同时使所需的温度梯度最小。这一恒定直径的构思使过压以及蒸汽由此受到的加热最小化。温度梯度保证蒸汽行进并加速至出口喷嘴。

坩埚21、竖直管道40和扩散器50浸在传热液体25中，该传热液体存在于坩埚21与其外壳29之间以及一方面是竖直管道40与扩散器50的内部壁52、另一方面是T形的管状外壳60的这两方面之间，其中该T形的两个分支分别与所述竖直管道和水平扩散器同轴。在本发明的该配置中，加热细丝27和41环绕管状外壳，以便利用传热流体间接地加热坩埚21、竖直管道40和扩散器50。这确保：热量极佳地分配在一方面与加热炉中待蒸发的材料接触、另一方面与竖直管道40和扩散器50中的蒸汽接触的整个表面上。

术语“竖直”和“水平”是指在蒸汽扩散基本上在竖直方向上进行的情况下，本发明部件在优选使用位置的大体上的定向。

对于用于连续工业生产的本发明的线性源来说，还必须设置用于停止和重启蒸发流程而不损坏待蒸发的材料的装置。在本发明的该第一实施方式中，本发明目的是通过在扩散器中放置套筒70形式的蒸汽止回阀来实现的，该套筒的直径与扩散器的内径相当，并且可以利用使用杆72的轴向机械控制器来转动该套筒。在优选实施例中，套筒70为带有圆形截面的中空圆筒形本体，其与具有同样形状的扩散器50相接触，并在扩散器50内部构成能够在孔的打开位置与关闭位置之间改变扩散区域的构造的空间。在喷嘴所在的位置钻有孔73，这样在淀积作业期间，蒸汽可以流过所述孔。套筒的简单旋转就足以遮盖喷嘴并中断淀积流程。可以观察到，进行套筒的旋转不会改变源的内部容积。下部孔71与竖直蒸气注入管道40相对，该下部孔设置成：当套筒旋转而遮盖喷嘴时，这种旋转不会阻塞所述蒸气注入管道40。

所以，旋转套筒70使快速切断蒸发、同时确保所述源保持准备好重启的状态成为可能。喷嘴是容纳蒸汽的最后位置，在喷嘴处关闭所述源，不会改变蒸汽形成系统负荷的容积，且对蒸汽源的影响非常细微，并且在蒸汽饱和期间，观察不到蒸汽的温度升高。所以该关闭系统能够在不消耗材料的情况下切断蒸发。

为了帮助保持所述源的热力学平衡，用于测量淀积率的系统一直起作用，其优选放置在扩散器的轴线上，以便不干扰从所述源向基板的蒸发流量。该喷嘴用来测量淀积率，从而保证淀积率在所述源关闭阶段接近所需淀积率，以便使重新打开所述关闭系统之后的稳定时间最小。在淀积喷嘴关闭期间，专用于测量功能（在视图中没有显示该测量部分）的喷嘴53放置在扩散器轴线上，并且保持打开，以便使压力最小。这也使得流量在整个关闭期间都保持稳定，由此通过一旦蒸汽关闭阀（也就是用于关闭喷嘴的旋转套筒）再一次打开以便继续一次淀积或进行另一次淀积时减少稳定流量所需的时间，实现显著的反应速度。

图2A和2B显示了依照本发明的线性汽相淀积源的变形，其中喷嘴关闭阀由滑动套筒构成。

在本发明的该第二应用中，旋转套筒70替换为滑动套筒70。由于滑动套筒比扩散器50稍短一点，这里喷嘴的关闭是通过利用与之前所述的轴向机械控制器相同的轴向控制器82使滑动套筒横向运动来实现的。如前面所述的那样，在喷嘴所在的位置钻有开口83，以便在淀积阶段，允许蒸汽流过所述开口。再次，淀积在不改变所述源的内部容积的情况下被停止。下部孔81与竖直蒸汽注入管道40相对，该下部孔的形状和尺寸设置成：为遮盖喷嘴所进行的横向位移无论如何也不会阻塞蒸气管道40。

图2A和2B还显示加热细丝可以放置在装有传热流体25的环形空间中。细丝27和41浸于传热流体中，直接施加热量，从而保证温度均匀。这涉及用于加热坩埚21的细丝27和用于保持扩散器50和竖直管道40周围的温度梯度的细丝41。

当然，图1A、1B、2A和2B所示的实施例选择可以方便地组合。细丝27和41可以放置在冷却流体中，这可以与旋转套筒70的使用组合。相反的布置也是可能的（滑动套筒和外壳周围的加热元件的组合）。此外，还可以设想，旋转套筒70或横向移动套筒70与任何其他加热设备一起使用，同时保持由不会改变扩散器50的容积的这种喷嘴关闭设备提供的优点。如前面所解释的，在必须停止淀积时，这有助于避免坩埚21中昂贵材料在各个阶段的破坏和损失,并因此延长了坩埚能被使用的时间。

所述阀，无论是旋转式的还是横向移动式的，都可以用来即刻切断和重启蒸汽在扩散区域的传播，同时在蒸发阶段保持所述源。通过仅采用阀来关闭扩散喷嘴，使不改变坩埚21中负荷的容积成为可能，由此，相对于由在蒸汽产生区域处关闭源引起的所述过压和温度升高，此时的过压和温度升高最小。

通过保持朝测量系统的蒸汽流量，即使在阀关闭时，也能保持所述源的流动状态并持续控制加热设备，以便维持蒸汽产生的量。这种解决方案确保一旦阀打开时，能得到瞬间稳定的源。

所述阀也可以是互锁的，用于确保流出流量的调节，从而保证流量的快速改变或流量的稳定，但不会引起温度变化。尤其是，这种解决方案能够很快消除取决于填充坩埚21的材料的高度(level)的任何流量变化。

Claims (10)

1.汽相材料淀积源（10），所述汽相材料淀积源包括配备有两个区域的容器：

蒸汽产生区域（20），所述蒸汽产生区域配备有材料接收器和用于加热放置在所述接收器中的材料的装置；

与所述蒸汽产生区域连通的扩散区域，所述扩散区域配置有至少一个孔（30），以便使得所述汽相材料通过所述孔朝着所述容器的外部传送；

所述淀积源的特征在于：

-所述淀积源包括用于关闭所述孔的关闭装置和用于使所述关闭装置在主动关闭位置和所述孔（30）的打开位置之间运动的装置，

-所述淀积源具有蒸汽扩散喷嘴形式的一系列的所述孔（30），

-所述扩散区域包括具有圆筒形本体的扩散器（50），所述蒸汽扩散喷嘴并排放置于所述圆筒形本体上，

-所述关闭装置包括与所述扩散器（50）的内表面接触的圆筒形套筒（70），所述圆筒形套筒（70）一方面包括能将位置调整至对准于打开位置的多个所述蒸汽扩散喷嘴的多个开口（73），另一方面，包括与所述蒸汽产生区域相对的开口（71）。

2.如前述权利要求所述的淀积源，其中，所述圆筒形套筒（70）的构造被设计成在所述扩散器（50）内运动，以便关闭一系列所述蒸汽扩散喷嘴，同时保持所述蒸汽产生区域(20)打开。

3.如前述权利要求所述的淀积源，其中，用于使所述圆筒形套筒（70）运动的装置包括连接于所述圆筒形套筒（70）的轴向杆（72），所述轴向杆穿入所述扩散器（50）。

4.如前述权利要求所述的淀积源，其中，用于使所述圆筒形套筒（70）运动的装置包括用于使所述轴向杆（72）旋转的装置。

5.如权利要求3所述的淀积源，其中，用于使所述圆筒形套筒（70）运动的装置包括用于使轴向杆（72）横向平移的装置。

6.如前述权利要求中任一所述的淀积源，其中，所述扩散器（50）还包括至少一个不受所述圆筒形套筒（70）的运动影响而单独打开的喷嘴（53）。

7.如权利要求3-5中任一所述的淀积源，其中，至少一个独立的喷嘴（53）放置在所述扩散器（50）的轴线上与所述轴向杆（72）相反的一端处。

8.如前述权利要求中任一所述的淀积源，其中，材料接收器包括圆筒形坩埚（21），与所述扩散器（50）连接的圆筒形坩埚的开口（40）具有与所述圆筒形套筒（70）的内径相同的直径。

9.如前述权利要求中任一所述的淀积源，其中，所述扩散区域和所述蒸汽产生区域为管状筒，所述管状筒组合形成一T形，该T形中形成蒸汽产生区域的那一分支在形成扩散器（50）的分支上居中布置。

10.如前述权利要求中任一所述的淀积源，其中，所述关闭装置的构造被设计成：在所述孔（30）打开时，保持所述扩散区域与所述蒸汽产生区域之间的连接。

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