CN117355627A - 从大气到真空腔室的一致的已知体积液体金属或金属合金移送 - Google Patents
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Abstract
提供了用于以固定体积输送熔融金属和金属合金的方法和系统。该系统包括具有流体入口端口的蒸发系统和流体输送系统。流体输送系统包括可操作以容纳源材料的安瓿。安瓿包括流体出口端口和气体入口端口。流体输送系统进一步包括流体输送管线，该流体输送管线可操作以将源材料输送到蒸发系统。流体输送管线包括与流体出口端口流体耦接的第一端以及与流体入口端口流体耦接的第二端。流体输送管线进一步包括沿流体输送管线设置的第一隔离阀和沿流体输送管线设置的第二隔离阀，第一隔离阀和第二隔离阀界定流体输送管线的一固定体积。
Description
技术领域
本揭示案大体涉及用于移送熔融金属和金属合金的方法和系统。更特定地，本揭示案大体涉及用于以固定体积输送熔融金属和金属合金的方法和系统。
背景技术
在封装工业、半导体工业和其他工业中对柔性基板(如塑料膜或箔)的处理有着很高的需求。处理可包括用选择的材料(如金属或金属合金)涂覆柔性基板。这些涂层的经济生产量经常受到产品所需的厚度均匀性、涂层材料的反应性、涂层材料的成本和涂层材料的沉积速率限制。最严格(demanding)的应用通常涉及沉积，它发生在真空腔室中，以用于精确控制涂层厚度和最佳光学性质。真空涂覆设备的高资本成本针对大规模商业应用需要高产量的涂覆区域。
可以利用大型真空腔室的工艺具有巨大的经济优势。使用的一种技术是热蒸发。当源材料在真空腔室内的开放坩埚中被加热时，当达到一温度时，热蒸发很容易发生，使得来自源的足够蒸气通量用于在较冷的基板上冷凝。可以通过加热坩埚来间接加热源材料，或者直接通过被引导到由坩埚限制的源材料中的高电流电子束来加热源材料。难以将固定体积的源材料(如熔融金属或熔融金属合金)输送到坩埚而不会使源材料在腔室内溅射。因此，由于进入坩埚的源材料的体积是未知的，因此可能发生源材料的过度填充(overfilling)和填充不足(underfilling)。
因此，本领域需要用于以固定体积输送熔融金属和金属合金的方法和系统。
发明内容
本文描述的实施方式大体涉及用于移送熔融金属和金属合金的方法和系统。更特定地，本揭示案大体涉及用于以固定体积输送熔融金属和金属合金的方法和系统。在一个实施方式中，提供了一种流体输送系统。流体输送系统包括可操作以容纳源材料的安瓿。安瓿包括流体出口端口和气体入口端口。流体输送系统进一步包括流体输送管线，该流体输送管线可操作以将源材料输送到蒸发系统。流体输送管线包括与流体出口端口流体耦接的第一端和可操作以与蒸发系统流体连通的第二端。流体输送管线进一步包括沿流体输送管线设置的第一隔离阀和沿流体输送管线设置的第二隔离阀。流体输送管线进一步包括校准筒，该校准筒(calibration cylinder)沿该流体输送管线设置在该第一隔离阀和该第二隔离阀之间。
在另一个实施方式中，提供了一种沉积系统。该系统包括蒸发系统，该蒸发系统具有流体入口端口。该系统进一步包括流体输送系统。流体输送系统包括可操作以容纳源材料的安瓿。安瓿包括流体出口端口和气体入口端口。流体输送系统进一步包括流体输送管线，该流体输送管线可操作以将源材料输送到蒸发系统。流体输送管线包括与流体出口端口流体耦接的第一端以及与流体入口端口流体耦接的第二端。流体输送管线进一步包括沿流体输送管线设置的第一隔离阀和沿流体输送管线设置的第二隔离阀。流体输送管线进一步包括校准筒，该校准筒沿该流体输送管线设置在该第一隔离阀和该第二隔离阀之间。
在又一实施方式中，提供了一种流体输送方法。该方法包括：打开沿流体输送管线设置的第一隔离阀和关闭沿流体输送管线设置的第二隔离阀。流体输送管线包括与容纳源材料的安瓿流体耦接的第一端和与坩埚流体连通的第二端。流体输送管线进一步包括沿流体输送管线设置的第一隔离阀和沿流体输送管线设置的第二隔离阀。第一隔离阀和第二隔离阀界定流体输送管线的一固定体积。流体输送管线进一步包括校准筒，该校准筒沿该流体输送管线设置在该第一隔离阀和该第二隔离阀之间。该方法进一步包括：输送来自安瓿的源材料以填充该流体输送管线的固定体积。源材料通过校准筒。该方法进一步包括：当填满流体输送管线的该固定体积时，关闭第一隔离阀。该方法进一步包括：打开该第二隔离阀，使得该固定体积的该源材料流过该流体输送管线到该坩埚。
附图说明
为了能详细了解本揭示案的上述特征，可以通过参考实施例对以上简要概述的本揭示案进行更特定的描述，一些实施例示于附图中。然而，应注意，附图仅绘示了示例性实施例，而因此不应被视为对范围的限制，因为本揭示案可允许其他同等有效的实施例。
图1绘示根据本揭示案的一个或多个实施方式的具有蒸发源的蒸发系统的示意性侧视图。
图2绘示根据本揭示案的一个或多个实施方式的处理环境的示意图。
图3绘示概括根据本揭示案的一个或多个实施方式以固定体积输送熔融金属和金属合金的方法的一种实施方式的处理流程图。
为便于理解，在可能的情况下，使用相同的附图标记代表图中共有的相同元件。可以预期的是，一个实施例中的元件与特征可有利地并入其他实施例中而无需赘述。
具体实施方式
现在将详细参考本揭示案的各种实施方式，在图中绘示了其一个或多个实例。在以下附图的描述中，相同的附图标记代表相同的部件。一般来说，仅描述相对于个别实施方式的差异。通过对本揭示案的解释来提供每个实例，且每个实例并非旨在对本揭示案的限制。此外，作为一个实施方式的部分所示或所述的特征可以在其他实施方式上或与其他实施方式结合使用以产生又一实施方式。用意在于该描述包括这样的修改和变化。
图中所示的许多细节、尺寸、角度和其他特征仅是说明特定实施方式。因此，在不背离本揭示案的精神或范围的情况下，其他实施方式可以具有其他细节、部件、尺寸、角度和特征。此外，可以在没有以下所述的若干细节的情况下，实践本揭示案的其他实施方式。
根据一些实施方式，提供用于将源材料输送到用于在基板(如柔性基板)上进行层沉积的蒸发设备的系统和方法。因此，柔性基板可以被认为包括膜、箔、卷材、塑料材料带、金属或其他材料。通常，术语“卷材(web)”、“箔(foil)”、“带(strip)”、“基板”及类似术语被同义地使用。根据可以与本文描述的其他实施方式结合的一些实施方式，可以为上述柔性基板提供根据本文描述的实施方式的用于蒸发工艺和蒸发设备的部件。然而，部件和设备也可以与非柔性基板(如玻璃基板或类似物)一起提供，这些基板经受来自蒸发源的反应性沉积工艺。
用于阳极预锂化(anode pre-lithiation)和固体金属阳极保护的真空卷材涂层(web coating)涉及在双面涂覆和压延的合金型石墨阳极和集电器(例如6微米或更厚的铜箔、镍箔或金属化塑料卷材)上的厚(3到20微米)金属(如锂)沉积。用于沉积的一种技术是热蒸发。当源材料在真空腔室内的开放坩埚中被加热时，当达到一温度时，热蒸发很容易发生，使得来自源的足够蒸气通量用于在较冷的基板上冷凝。可以通过加热坩埚来间接加热源材料，或者直接通过被引导到由坩埚限制的源材料中的高电流电子束来加热源材料。
一致地(consistently)向坩埚输送固定体积的源材料是合乎需要的。然而，可能难以将固定体积的源材料(如熔融金属或熔融金属合金)输送到坩埚，因为正在输送的该源材料的体积通常是未知的。结果，当源材料被输送到坩埚时，可能发生源材料的过度填充、填充不足和飞溅。因此，具有用于以固定体积输送熔融金属和金属合金的方法和系统将是有利的。
本揭示案的实施方式提供了一种系统。该系统包括蒸发系统，该蒸发系统具有一流体入口端口。该系统进一步包括流体输送系统。流体输送系统包括可操作以容纳源材料的安瓿。安瓿包括流体出口端口和气体入口端口。流体输送系统进一步包括流体输送管线，该流体输送管线可操作以将源材料输送到蒸发系统。流体输送管线包括与流体出口端口流体耦接的第一端以及与流体入口端口流体耦接的第二端。流体输送管线进一步包括沿流体输送管线设置的第一隔离阀和沿流体输送管线设置的第二隔离阀。流体输送管线进一步包括校准筒，该校准筒沿该流体输送管线设置在该第一隔离阀和该第二隔离阀之间。
本揭示案的实施方式进一步提供一种方法。该方法包括：打开沿流体输送管线设置的第一隔离阀和关闭沿流体输送管线设置的第二隔离阀。流体输送管线包括与容纳源材料的安瓿流体耦接的第一端和与坩埚流体连通的第二端。流体输送管线进一步包括沿流体输送管线设置的第一隔离阀和沿流体输送管线设置的第二隔离阀。第一隔离阀和第二隔离阀界定该流体输送管线的一固定体积。流体输送管线进一步包括校准筒，该校准筒沿该流体输送管线设置在该第一隔离阀和该第二隔离阀之间。该方法进一步包括：输送来自安瓿的源材料以填充流体输送管线的固定体积。源材料通过校准筒。该方法进一步包括：当填满该流体输送管线的该固定体积时，关闭第一隔离阀。该方法进一步包括：打开该第二隔离阀，使得该固定体积的该源材料流过该流体输送管线到该坩埚。
本揭示案的实施方式包括以下优点中的一个或多个。沿流体输送系统的流体输送管线设置的隔离阀通过允许输送固定体积的源材料来允许减少蒸发系统中的源材料对坩埚的过度填充和填充不足。此外，该流体输送系统减少了源材料的飞溅。流体输送系统允许对输送到蒸发系统的源材料作精确测量，从而减少源材料的浪费并降低拥有成本(cost ofownership)。
图1绘示根据本揭示案的一个或多个实施方式的沉积系统105的示意侧视图。沉积系统105包括蒸发系统100和流体输送系统200。蒸发系统100可以是由Applied Materials制造的系统，且适于根据本文描述的实施方式制造含金属的膜堆叠。在一个实例中，蒸发系统100可用于制造含锂阳极，特别是用于含锂阳极的膜堆叠。蒸发系统100包括腔室主体102，腔室主体102界定共同处理环境104，在共同处理环境104中可以施行用于制造含锂阳极的部分或全部处理动作。共同处理环境104可作为真空环境操作。在另一个实例中，共同处理环境104可作为惰性气体环境操作。在一些实例中，共同处理环境104可以维持在1×10-3 mbar或更低的工艺压力，如1×10-4mbar或更低。
蒸发系统100构成为卷对卷(roll-to-roll)系统，其包括用于供应连续柔性基板108的退绕辊(unwinding roll)106、在其上方处理连续柔性基板108的涂布滚筒(coatingdrum)110、以及用于收集连续柔性基板的卷绕辊112(winding roll)。涂布滚筒110包括沉积表面111，当材料沉积到连续柔性基板108上的同时，连续柔性基板108在该沉积表面111上方行进。蒸发系统100可以进一步包括一个或多个辅助移送辊114、116，移送辊114、116定位于退绕辊106、涂布滚筒110和卷绕辊112之间。根据一个方面，一个或多个辅助移送辊114、116、退绕辊106、涂布滚筒110和卷绕辊112中的至少一个可以由马达驱动和旋转。尽管退绕辊106、涂布滚筒110和卷绕辊112表示为定位在共同处理环境104中，但应理解的是，退绕辊106和卷绕辊112可以定位在单独的腔室或模块中，例如以下各者中的至少一个：退绕辊106可以定位在退绕模块中、涂布滚筒110可以定位在处理模块中、及卷绕辊112可以定位在退绕模块中。
可以对退绕辊106、涂布滚筒110和卷绕辊112个别地作温度控制。例如，可以使用定位于每个辊内的内部热源或外部热源个别地加热退绕辊106、涂布滚筒110和卷绕辊112。
蒸发系统100进一步包括蒸发源120。蒸发源120被定位以对连续柔性基板108或卷材的材料施行一个处理操作。在一个实例中，如图1所示，蒸发源120绕涂布滚筒110径向地设置。此外，除了径向的布置之外，也可以考虑其他方式布置。在可与本文所述的其他实施方式结合的一种实施方式中，蒸发源可操作以容纳(hold)源材料165。待沉积的源材料165可以提供在坩埚130中。待沉积的材料可以例如通过热蒸发技术而蒸发。
坩埚130与蒸发器主体140流体耦接。蒸发器主体140可操作以输送蒸发材料以用于沉积。坩埚130可以与蒸发器主体140流体耦接。坩埚130包括能够容纳沉积材料的单块(monolithic)限制孔容器(restricted orifice vessel)。坩埚130可操作用于容纳待沉积的源材料165。蒸发系统100包括流体入口端口170。流体入口端口170与坩埚130流体连通。源材料165可以从流体输送系统200(如图2所示)经由流体入口端口170提供到坩埚130。
在操作中，蒸发源120发射蒸发材料的羽流(plume)122，其被引到连续柔性基板108上，其中在连续柔性基板108上形成沉积材料膜。
此外，虽然示出单一的蒸发源(即蒸发源120)，但应当理解的是，蒸发系统100可以进一步包括一个或多个额外的沉积源。例如，本文所述的一个或多个沉积源可以包括电子束源和额外的源，额外的源可以选自以下各者的群组：CVD源、PECVD源和各种PVD源。示例性PVD源包括溅射源、电子束蒸发源和热蒸发源。
在可与本文所述的其他实施方式结合的一些实施方式中，蒸发源120定位于子腔室(未图示)中。子腔室可以将蒸发源120与共同处理环境104隔离开。子腔室可以包括使蒸发系统100能够根据本揭示案的实施方式沉积含金属的膜堆叠的任何合适的结构、配置、布置和/或部件。例如但不限于，子腔室可包括合适的沉积系统，其包括涂覆源、电源、个别的压力控制、沉积控制系统和温度控制。在可与本文描述的其他实施方式结合的一些实施方式中，子腔室设置有个别的气体供应。
在可与本文所述的其他实施方式结合的一些实施方式中，蒸发系统100被配置为处理连续柔性基板108的两侧。例如，类似于蒸发源120的额外蒸发源可以被定位以处理连续柔性基板108的相对侧。尽管蒸发系统100被配置为处理水平定向的连续柔性基板108，但蒸发系统100可以被配置为处理定位在不同定向上的基板(如连续柔性基板108可以垂直定向)。在可与本文所述的其他实施方式结合的一些实施方式中，连续柔性基板108是柔性导电基板。在可与本文所述的其他实施方式结合的一些实施方式中，连续柔性基板108包括其上形成有一个或多个层的导电基板。在可与本文所述的其他实施方式结合的一些实施方式中，导电基板是铜基板。
蒸发系统100进一步包括气体面板150。气体面板150使用一个或多个导管(未图示)以将处理气体输送到蒸发系统100。气体面板150可以包括质量流量控制器和关闭阀(shut-off valve)，以控制供应到蒸发系统100的各个别气体的气体压力和流率。
蒸发系统100进一步包括控制器160，控制器160可操作以控制蒸发系统100和流体输送系统200的各种方面。控制器160促进蒸发系统100与流体输送系统200的控制和自动化，且可以包括中央处理单元(CPU)、存储器和支持电路(或I/O)。软件指令和数据可以被编码并储存在存储器中以指示CPU。控制器160可以经由例如系统总线(bus)而与蒸发系统100和流体输送系统200中的一个或多个部件通信。控制器160可读的程序(或计算机指令)确定哪些任务可在基板上施行。在一些方面中，该程序是控制器160可读的软件，其可以包括用于监控腔室条件、控制蒸发源120和控制来自流体输送系统200的源材料165的输送的代码。尽管所示为单一系统控制器(所示为控制器160)，但是应当理解，多个系统控制器可以与本案描述的方面一起使用。控制器160可以是可以在工业环境中用于控制各式腔室与子处理器的任意形式的通用计算机处理器中的一种。
图2绘示根据本揭示案的一个或多个实施方式的处理系统201的示意图。处理系统201包括流体输送系统200和蒸发系统100。流体输送系统200适用于将源材料(如图1中所示的源材料165)输送到蒸发系统100。蒸发系统100可以是可操作以进行源材料的热蒸发的系统。流体输送系统200可操作作为大气压环境。
流体输送系统200包括机壳202(以虚线表示)。机壳202可操作以容纳安瓿204、第一隔离阀206、第二隔离阀208和校准筒210。在可与本文所述的其他实施方式结合的一些实施方式中，流体输送系统200进一步包括第一止回阀(check valve)232和第二止回阀234。在可与本文所述的其他实施方式结合的一些实施方式中，安瓿204旨在与流体输送系统200一起使用，但不是流体输送系统200的一部分。安瓿204包括流体出口端口212和气体入口端口214。在可与本文所述的其他实施方式结合的一些实施方式中，安瓿204包括循环入口端口216。
安瓿204可操作以容纳源材料。源材料是熔融金属或金属合金。源材料的实例包括但不限于碱金属(如锂和钠)、镁、锌、镉、铝、镓、铟、铊、硒、锡、铅、锑、铋、碲、碱土金属、银或其组合。此外，源材料亦可以是两种或更多种金属的合金。在可与本文所述的其他实施方式结合的一种实施方式中，出于化学相容性和机械强度的理由，安瓿204由不锈钢制成，如316不锈钢(316SST)。在可与本文所述的其他实施方式结合的一个实施方式中，因为不同类型的化学前驱物，安瓿204的材料是相当化学惰性的，例如高反应性材料可储存在安瓿204内。
安瓿204的流体出口端口212与流体输送管线218流体连通。在可与本文所述的其他实施方式结合的一些实施方式中，流体输送管线218部分地容纳在机壳202中。流体输送管线218的第一端219流体耦接到流体出口端口212。流体输送管线218的第二端220流体耦接到蒸发系统100的流体入口端口170。在操作中，源材料可操作为从安瓿204行进通过流体输送管线218到蒸发系统100。在可与本文所述的其他实施方式结合的一个实施方式中，流体输送管线218和流体入口端口170中的一者或两者包括与其耦接的热源250。热源250可操作以向流体输送管线218和/或流体入口端口170中的源材料提供热。例如，热源250将向从校准筒210到蒸发系统100沿着流体输送管线218缠绕的线加热器(line heater)或子弹加热器(bullet heater)提供热。在一个实例中，热源250将源材料保持在会把源材料维持在液态的温度。例如，源材料保持在约250℃。热源250在源材料的输送期间防止流体输送管线218中的冷点。
流体输送管线218包括第一隔离阀206和第二隔离阀208。第二隔离阀208设置在第一隔离阀206的下游。第一隔离阀206和第二隔离阀208界定流体输送管线218的固定体积222。固定体积222可为约1mL至约1000mL(如约200mL至约800克或约400克至约600克)。
可以打开第一隔离阀206以允许固定体积222和安瓿204之间流体连通。可以打开第二隔离阀208以允许固定体积222和蒸发系统100之间流体连通。在操作中，关闭第二隔离阀208并且打开第一隔离阀206，使得可用源材料填充固定体积222。当用源材料填满固定体积222时，关闭第一隔离阀206。当打开第二隔离阀208时，固定体积222中的源材料可接着被输送到蒸发系统100。机壳202(在大气压环境中操作)和蒸发系统100(在真空环境中操作)之间的压差允许将源材料输送到蒸发系统100。
流体输送管线218进一步包括设置在第一隔离阀206和第二隔离阀208之间的校准筒210。在可与本文描述的其他实施方式结合的一些实施方式中，校准筒210被包括在固定体积222中。校准筒210在约1mL到100mL之间。在操作中，校准筒210用于确认固定体积222填满源材料。此外，校准筒210确认固定体积222中源材料的确切体积。因此，可获得输送到蒸发系统100的源材料的精确体积测量，从而减少蒸发系统100的坩埚的过度填充和填充不足。
在可与本文所述的其他实施方式结合的一些实施方式中，流体输送系统200进一步包括与推动气体源226流体连通的气体输送管线224。推动气体源226可操作以容纳推动气体。在可与本文所述的其他实施方式结合的一些实施方式中，气体输送管线224部分地容纳在机壳202中。合适的推动气体的实例包括惰性气体，如氦、氮、氩或它们的组合。在可与本文所述的其他实施方式结合的一个实施方式中，推动气体可操作以向源材料提供压力，使得源材料被输送通过流体输送管线218。推动气体源226与气体盘(gas platter)228流体连通。气体盘228耦接到气体输送出口230，气体输送出口230流体耦接到气体输送管线224。气体盘228可进一步包括一个或多个导管(未图示)以将处理气体输送到流体输送系统200。气体盘228可以包括质量流量控制器、压力表和关闭阀，以控制供应到流体输送系统200的各个别气体(如推动气体)的气体压力和流率。例如，气体盘228可有助于将推动气体引入气体输送出口230。
气体输送管线224包括第一部分224a和第二部分224b。气体输送管线224的第一部分224a连接气体输送出口230和安瓿204的气体入口端口214。气体入口端口214包括第一止回阀232。第一止回阀232有利于将推动气体输送到安瓿204。第一止回阀232可以打开以允许源材料后面的推动气体的流动以推动源材料通过流体输送管线218。推动气体可操作以净化流体输送管线218以确保没有来自外部气体的与源材料的反应。
气体输送管线224的第二部分224b连接气体输送出口230和溢流管线235。溢流管线235与流体输送管线218流体耦接。不符合(fit)固定体积222的额外源材料可流入溢流管线235。第二部分224b包括第二止回阀234。第二止回阀234有利于将推动气体输送到溢流管线235。第二止回阀234可以打开以允许源材料后面的推动气体的流动以将源材料推动通过流体输送管线218及流出溢流管线235。此外，第二止回阀234防止溢流管线235中的源材料进入气体输送管线224。推动气体可操作以净化流体输送管线218以确保没有来自外部气体的与源材料的反应。
在可与本文所述的其他实施方式结合的一些实施方式中，气体输送管线224的第二部分224b包括第一气动阀236和第二气动阀238。第二气动阀238设置在第一气动阀236的下游。第一气动阀236和第二气动阀238界定气体输送管线224的固定气体体积240。可以打开第一气动阀236以允许固定气体体积240和气体盘228之间的流体连通。可以打开第二气动阀238以允许固定气体体积240和溢流管线235之间的流体连通。在操作中，关闭第二气动阀238及打开第一气动阀236，使得用推动气体填充固定气体体积240。当固定气体体积240充满推动气体时，关闭第一气动阀236。接着可将固定气体体积240中的推动气体输送到溢流管线235和流体输送管线218。在可与本文所述的其他实施方式结合的一些实施方式中，第二部分224b包括在第二气动阀238下游的计量阀242。计量阀242与压力表244连通。压力表244设置在计量阀242的下游。计量阀242可操作以减小施加到流到流体输送管线218的推动气体的压力。可基于从压力表244提供的压力测量来调整计量阀242。因此，计量阀242确保源材料在被输送到蒸发系统100时不会由于压力而飞溅。计量阀242和压力表224通过监控和调整输送到流体输送管线218的推动气体的压力来允许控制流体输送管线218内的压力。在一个实例中，流体输送管线218中的压力在约10mbar到约500mbar之间。
在可与本文所述的其他实施式结合的一些实施方式中，循环管线225在校准筒210下游且在第二隔离阀208上游连接到流体输送管线218。循环管线225流体耦接到循环入口端口216，使得循环管线与安瓿204流体连通。在可与本文描述的其他实施方式结合的一些实施方式中，当第二隔离阀208关闭且第一隔离阀206打开时，循环管线225允许源材料从流体输送管线218循环到循环管线225并经由循环入口端口216到安瓿204。因此，循环管线225允许源材料循环，使得在流体输送管线218中没有捕集的(trapped)推动气体。另外，过量的源材料可循环回到安瓿204以减少源材料的浪费。
控制器160可被提供并耦接到处理系统201的各种部件以控制其操作。本案所述的方法可作为软件常用程序储存在控制器160的存储器中，软件常用程序可被执行或调用以用本文所述方式控制流体输送系统200与/或蒸发系统100的操作。在可与本文所述的其他实施方式结合的一个实施方式中，控制器160可操作以控制第一隔离阀206、第二隔离阀208、第一气动阀236、第二气动阀238、计量阀242、第一止回阀232和第二止回阀234。在可与本文描述的其他实施方式结合的一个实施方式中，控制器160连接到机壳202并且可操作以控制流入和流出机壳的源材料和推动气体的流率和体积，以及监控流体输送系统200的性能。
在操作中，源材料(例如，诸如锂(Li)的熔融金属)被储存在安瓿204中。源材料流入流体输送管线218的固定体积222。校准筒210监控固定体积222中的源材料并确认固定体积222何时充满源材料。第二隔离阀208打开并且源材料经由流体输送管线218输送到蒸发系统100。由于机壳202和蒸发系统100之间的压差，源材料被输送。在一些实施方式中，推动气体经由气体输送管线224被输送到流体输送管线218。推动气体向源材料提供压力，使得源材料通过流体输送管线218输送。容纳源材料的固定体积222允许将已知体积的源材料重复输送到蒸发系统100。因此，减少了蒸发系统100的坩埚130(如图1所示)中的源材料的过度填充、填充不足和飞溅。
图3绘示概括根据本揭示案的一个或多个实施方式以固定体积输送熔融金属和金属合金的方法的一种实施方式的处理流程图300。在可与本文描述的其他实施方式结合的一个实施方式中，该方法被储存在计算机可读取介质上。在可与本文描述的其他实施方式结合的一个实施方式中，使用处理系统201来施行该方法。该方法参照图1和图2进行描述。
在操作310，打开第一隔离阀206及关闭第二隔离阀208。第一隔离阀206和第二隔离阀208沿流体输送管线218设置。流体输送管线218至少部分地容纳在流体输送系统200的机壳202中。流体输送管线218连接安瓿204和蒸发系统100。第二隔离阀208沿流体输送管线218设置在第一隔离阀206的下游。第一隔离阀206和第二隔离阀208界定流体输送管线218的固定体积222。
在操作320，源材料被输送到固定体积222。源材料储存在安瓿204中。源材料被输送到固定体积222，直到源材料填满固定体积222。设置在固定体积222中的校准筒210监控源材料并确认固定体积222何时被填满。校准筒210亦确认固定体积222中源材料的确切体积。源材料是熔融金属或金属合金。源材料的实例包括碱金属(如锂和钠)、镁、锌、镉、铝、镓、铟、铊、硒、锡、铅、锑、铋、碲、碱土金属、银或其组合。在一个实例中，源材料包括锂、硒或钠。此外，源材料亦可以是两种或更多种金属的合金。
在可与本文所述的其他实施方式结合的一些实施方式中，推动气体向源材料提供压力以将源材料输送到固定体积222。合适的推动气体的实例包括惰性气体，如氦、氮、氩或它们的组合。推动气体经由气体输送管线224的第一部分224a被输送到安瓿204和流体输送管线218。气体输送管线224至少部分地容纳在机壳202中。气体输送管线224的第一部分224a经由气体入口端口214流体耦接到安瓿204。在可与本文描述的其他实施方式结合的其他实施方式中，源材料可以通过连接到流体输送管线218的循环管线225循环。循环管线225连接流体输送管线218和安瓿204。循环管线225允许源材料循环，使得在流体输送管线218中没有捕集的推动气体。
在操作330，关闭第一隔离阀206。关闭第一隔离阀206，使得以固定体积的源材料来填满固定体积222。固定体积222在约1mL和约1000mL之间。在可与本文所述的其他实施方式结合的一些实施方式中，控制器160促进和控制第一隔离阀206和第二隔离阀208的打开和关闭。当校准筒210确认固定体积222被填满时，可关闭第一隔离阀206。
在操作340，打开第二隔离阀208以允许将源材料输送到蒸发系统100。当打开第二隔离阀208时，固定体积222变得与蒸发系统100流体连通。源材料通过流体输送管线218流到蒸发系统的流体入口端口170。源材料被输送到蒸发系统100中的坩埚130(如图1所示)。由于蒸发系统100处于真空环境中且机壳处于大气压力环境中，压力差将源材料从固定体积222抽吸到蒸发系统100。在可与本文所述的其他实施方式结合的一些实施方式中，压力差对源材料施加约40mbar和约500mbar之间(如约40mbar至约100mbar)的可接受压力范围。本文所述的流体输送系统200允许改良施加到源材料的可接受压力范围。例如，可接受的压力范围将减少坩埚130中源材料的飞溅。减小施加到源材料的压力将减少源材料在蒸发系统100中的飞溅。输送到蒸发系统100的源材料的固定体积允许防止坩埚130填充不足和过度填充，因为可在随后的操作中计入源材料的精确体积测量。
在可与本文所述的其他实施方式结合的一些实施方式中，除了压差之外，推动气体向源材料提供压力以将源材料输送到蒸发系统100。推动气体经由气体输送管线224的第一部分224a和第二部分224b被输送到流体输送管线218。气体输送管线224的第一部分224a经由气体入口端口214流体耦接到安瓿204。气体输送管线224的第二部分224b经由溢流管线235流体耦接到流体输送管线218。在可与本文所述的其他实施方式结合的一些实施方式中，沿气体输送管线224设置的第一气动阀236和第二气动阀238界定气体输送管线224的固定气体体积240。关闭第二气动阀238及打开第一气动阀236，使得固定气体体积240充满推动气体。当用推动气体填满固定气体体积240时，关闭第一气动阀236。接着固定气体体积240中的推动气体可被输送到溢流管线235和流体输送管线218。固定体积的推动气体将有助于降低施加到源材料的压力以减少源材料在蒸发系统100中的飞溅。
在操作350，蒸发系统100的坩埚130被加热以蒸发待沉积在基板上的源材料，基板例如为连续柔性基板108。
总之，本揭示案的某些益处包括减少源材料对蒸发系统中的坩埚的过度填充和不足填充。在可与本文所述的其他实施方式结合的一些实施方式中，提供用于将固定体积的源材料从安瓿输送到蒸发系统的流体输送系统。在可与本文所述的其他实施方式结合的一个实施方式中，通过在将源材料输送到坩埚之前利用隔离阀和校准筒填充流体输送管线的固定体积来将固定体积的源材料输送至蒸发系统。固定体积是已知的，因此可重复地输送固定体积的源材料。因此，本文描述的本揭示案的一些实施方式减少了坩埚的过度填充和填充不足以及防止在输送源材料时蒸发系统中的飞溅。
本说明书中描述的实施方式和所有功能性操作可以在数位电子电路中或在计算机软件、固件或硬件中实施，其包括在本说明书中揭露的结构构件及其等同结构、或其组合。本案描述的实施方式可以作为一个或多个非暂态计算机程序产品来实现，即，有形地体现在机器可读储存装置中的一个或多个计算机程序，用于由数据处理设备(如可编程处理器、计算机、或多个处理器或计算机)执行或控制数据处理设备的操作。
本说明书中描述的方法可以由执行一个或多个计算机程序的一个或多个可编程处理器施行以通过在输入数据上操作或产生输出来施行功能。处理和逻辑流程也可以由专用逻辑电路(如FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(特殊应用集成电路))施行，且设备也可以实现为专用逻辑电路。
当介绍本揭示案的元素或其示例性方面和实施方式时，冠词“一/一个(a/an)”和“该/所述(the/said)”意欲表示存在元素中的一个或多个。
术语“包括”、“包含”和“具有”将意欲是包括性的，并且表示除了所列出的元素之外还可以有额外的元素。
虽然前面所述针对本揭示案的实施方式，但在不背离本揭示案的基本范围的情况下，可设计本揭示案的其他与进一步的实施方式，且本揭示案的范围由随附权利要求书确定。
Claims (20)
1.一种流体输送系统，包括：
安瓿，所述安瓿能操作以容纳源材料，所述安瓿包含流体出口端口和气体入口端口；
流体输送管线，所述流体输送管线能操作以将所述源材料输送到蒸发系统，所述流体输送管线包含：
第一端，所述第一端与所述流体出口端口流体耦接；
第二端，所述第二端能操作以与所述蒸发系统流体连通；
第一隔离阀，所述第一隔离阀沿所述流体输送管线设置；
第二隔离阀，所述第二隔离阀沿所述流体输送管线设置；及
校准筒，所述校准筒沿所述流体输送管线设置在所述第一隔离阀和所述第二隔离阀之间。
2.如权利要求1所述的流体输送系统，进一步包括推动气体源，所述推动气体源与所述流体输送管线流体连通，所述推动气体源能操作以容纳推动气体。
3.如权利要求2所述的流体输送系统，其中所述推动气体选自以下各者：氦、氮、氩或它们的组合。
4.如权利要求3所述的流体输送系统，进一步包括气体输送管线，所述气体输送管线连接所述推动气体源和所述流体输送管线，所述气体输送管线包含：
所述气体输送管线的第一部分，所述气体输送管线的所述第一部分与所述气体入口端口流体耦接；及
所述气体输送管线的第二部分，所述气体输送管线的所述第二部分流体耦接至所述第一隔离阀和所述校准筒之间的所述流体输送管线。
5.如权利要求4所述的流体输送系统，其中所述气体输送管线进一步包括：
第一气动阀，所述第一气动阀沿所述气体输送管线设置；
第二气动阀，所述第二气动阀设置在所述第一气动阀的下游；
计量阀，所述计量阀设置在所述第二气动阀下游；及
压力表，所述压力表设置在所述计量阀的下游。
6.如权利要求1所述的流体输送系统，所述源材料选自：熔融锂、钠、镁、锌、镉、铝、镓、铟、铊、硒、锡、铅、锑、铋、碲、碱土金属、银或其组合。
7.如权利要求1所述的流体输送系统，进一步包括循环管线，所述循环管线流体耦接至所述第二隔离阀和所述校准筒之间的所述流体输送管线以及流体耦接至所述安瓿。
8.一种沉积系统，包括：
蒸发系统，所述蒸发系统具有流体入口端口；
流体输送系统，所述流体输送系统包含：
安瓿，所述安瓿能操作以容纳源材料，所述安瓿包含流体出口端口和气体入口端口；
流体输送管线，所述流体输送管线能操作以将所述源材料输送到所述蒸发系统，所述流体输送管线包含：
第一端，所述第一端与所述流体出口端口流体耦接；
第二端，所述第二端与所述流体入口端口流体耦接；
第一隔离阀，所述第一隔离阀沿所述流体输送管线设置；
第二隔离阀，所述第二隔离阀沿所述流体输送管线设置；及
校准筒，所述校准筒沿所述流体输送管线设置在所述第一隔离阀和所述第二隔离阀之间。
9.如权利要求8所述的沉积系统，进一步包括推动气体源，所述推动气体源与所述流体输送管线流体连通，所述推动气体源能操作以容纳推动气体。
10.如权利要求9所述的沉积系统，其中所述推动气体是氦、氮、氩或它们的组合。
11.如权利要求10所述的沉积系统，进一步包括气体输送管线，所述气体输送管线连接所述推动气体源和所述流体输送管线，所述气体输送管线包含：
所述气体输送管线的第一部分，所述气体输送管线的所述第一部分与所述气体入口端口流体耦接；及
所述气体输送管线的第二部分，所述气体输送管线的所述第二部分流体耦接至所述第一隔离阀和所述校准筒之间的所述流体输送管线。
12.如权利要求11所述的沉积系统，其中所述气体输送管线进一步包括：
第一气动阀，所述第一气动阀沿所述气体输送管线设置；
第二气动阀，所述第二气动阀设置在所述第一气动阀的下游；
计量阀，所述计量阀设置在所述第二气动阀的下游；及
压力表，所述压力表设置在所述计量阀的下游。
13.如权利要求8所述的沉积系统，所述源材料选自：熔融锂、钠、镁、锌、镉、铝、镓、铟、铊、硒、锡、铅、锑、铋、碲、碱土金属、银、或其组合。
14.如权利要求8所述的沉积系统，进一步包括循环管线，所述循环管线流体耦接至所述第二隔离阀和所述校准筒之间的所述流体输送管线以及流体耦接至所述安瓿。
15.如权利要求8所述的沉积系统，其中所述蒸发系统进一步包括：
沉积表面，所述沉积表面能操作用于将所述源材料沉积到所述沉积表面上提供的基板上；及
坩埚，所述坩埚被定位成用于将所述源材料沉积到所述基板上。
16.一种流体输送方法，包括：
打开沿流体输送管线设置的第一隔离阀以及关闭沿所述流体输送管线设置的第二隔离阀，其中所述流体输送管线包含：
第一端，所述第一端与容纳源材料的安瓿流体耦接；
第二端，所述第二端与坩埚流体连通；
第一隔离阀，所述第一隔离阀沿所述流体输送管线设置；
第二隔离阀，所述第二隔离阀沿所述流体输送管线设置，所述第一隔离阀和所述第二隔离阀界定所述流体输送管线的固定体积；及
校准筒，所述校准筒沿所述流体输送管线设置在所述第一隔离阀和所述第二隔离阀之间；
输送来自所述安瓿的所述源材料以填充所述流体输送管线的所述固定体积，所述源材料通过所述校准筒；
当所述流体输送管线的所述固定体积被填满时，关闭所述第一隔离阀；及
打开所述第二隔离阀，使得所述固定体积的所述源材料流过所述流体输送管线到所述坩埚。
17.如权利要求16所述的方法，进一步包括：使推动气体从推动气体源经由气体输送管线流至所述流体输送管线，所述气体输送管线与所述推动气体源和所述流体输送管线流体连通。
18.如权利要求17所述的方法，进一步包括：用所述推动气体填充所述气体输送管线的固定气体体积，所述固定气体体积由第一气动阀和在所述第一气动阀下游的第二气动阀界定，其中所述第一气动阀是打开的，且所述第二气动阀是关闭的。
19.如权利要求18所述的方法，进一步包括：当用所述推动气体填充所述固定气体体积时，打开所述第二气动阀，所述推动气体经由所述气体输送管线输送到所述流体输送管线以向所述源材料施加压力。
20.如权利要求16所述的方法，其中设置在所述固定体积中的所述校准筒监控所述源材料以及确认所述固定体积何时被所述源材料填满。
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