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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Verdampfungsquelle,
die für
eine Vakuumabscheidungsvorrichtung verwendet wird, welche einen Film
aus Material bildet, das durch Erhitzen geschmolzen und dann verdampft
(vaporisiert) wird. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch
auf eine Verdampfungsquelle des so genannten geschlossenen Typs,
welche wenigstens eine Dampfausstoßöffnung von einer Größe aufweist,
bei der der Dampf in Folge eines Druckunterschiedes zwischen der
Innenseite und der Außenseite
eines Tiegels der Verdampfungsquelle heraussprudelt.
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Eine
herkömmliche
Vakuumverdampfungsvorrichtung und eine herkömmliche Verdampfungsquelle
der geschlossenen Art (welche nachfolgend nur als Verdampfungsquelle
bezeichnet wird) wird unter Bezugnahme auf die 17 und 18 entsprechend
erläutert.
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17 ist
eine schematische Querschnittdarstellung, die eine Vakuumabscheidungsvorrichtung
darstellt. 18 ist eine schematische Querschnittdarstellung,
die eine Verdampfungsquelle darstellt. In den 17 und 18 sind ähnliche
Bezugszeichen den gleich dargestellten Elementen zugeordnet.
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Bezug
nehmend auf 17, stellt die Nummer 11 eine
Verdampfungsquelle dar, 121 stellt eine Vakuumkammer (Raum)
dar, 122 stellt ein Halteelement für ein Substrat 123 dar,
und 124 stellt ein Lagerelement für eine Verdampfungsquelle dar.
Die Verdampfungsquelle 11 umfasst einen Tiegel 111 und
eine Heizspirale 113. Der Tiegel 111 beinhaltet ein
festes Verdampfungsmaterial 114.
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Wenn
die Heizspirale 113 den Tiegel 111 erhitzt, verdampft
das Verdampfungsmaterial 114 und wird von der Düse (Dampfaustrittsöffnung)
in die Vakuumkammer 121 ausgestoßen, um einen Abscheidungsfilm über dem
Substrat 123 zu bilden. In den 17 und 18 verwendet
die Verdampfungsquelle eine Heizspirale zum Erhitzen des Tiegels 111. Darüber hinaus
gibt es als Heizverfahren den Elektronenbeschuss oder andere Verfahren.
Da die Gemeinsamkeit darin besteht, ein Verdampfungsmaterial in
einem Tiegel durch die Hitze des Tiegels zu schmelzen und zu verdampfen,
wird jedoch nachfolgend ein Beispiel mittels einer Heizspirale ohne
Bezugnahme auf andere Heizverfahren erläutert.
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In
der Verdampfungsquelle 11, die in 18(a) gezeigt
ist, enthält
der Tiegel 111 ein festes Verdampfungsmaterial 114.
Wenn die Heizspirale 113 elektrisch angeregt wird, wird
der Tiegel 111 erhitzt. In diesem Fall, zeigt der Bereich
des Verdampfungsmateriales 114, der mit dem Tiegel 111 in
Berührung
ist, die höchste
Temperatur. Das Verdampfungsmaterial, das von dem Tiegel 111 entfernt
ist, zeigt eine niedrigere Temperatur. Wenn die Temperatur ansteigt,
beginnt das Verdampfungsmaterial 114 von den Abschnitten
an zu schmelzen, die mit dem Tiegel 111 in Kontakt sind,
und dann verflüssigt
sich das gesamte Verdampfungsmaterial. Während das verflüssigte Verdampfungsmaterial
durch die Folgen der Erhitzung eine Konvektion durchmacht, verdampft
es von der dem Raum zugewandten Oberfläche (die obere Oberfläche des
Verdampfungsmaterials 114 in 18(a)).
Das verdampfte Verdampfungsmaterial wird von der Düse (Ausstoßöffnung) 112 auf
das Substrat 123 aufgesprüht.
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Der
geschlossenartige Tiegel hat einen Innendruck. Jedoch wird das verdampfte
Gas, welches nicht von der Düse 112 austritt,
erneut verflüssigt,
so dass ein dynamischer Gleichgewichtszustand in dem Raum innerhalb
des Tiegels 111 erhalten wird. In diesem Zustand, selbst
wenn die Heiztemperatur sorgfältig
gesteuert wird, bringt der kontinuierliche Heizvorgang das geschmolzene
Material zum Sieden. Das flüssige
Verdampfungsmaterial wird aus der Düse 112 herausgespritzt.
Dieses Phänomen,
welches Abspritzen genannt wird, verursacht einen Verlust des Verdampfungsmateriales 114,
bombardiert das Substrat, so dass der abgelagerte Film beschädigt wird,
und macht die Verdampfungsmenge pro Zeit instabil. Durch Niedrighalten
der Heiztemperatur, um das Abspritzen zu verhindern, vermindert
sich die Verdampfungsmenge, so dass die Verdampfungsmenge reduziert
wird und die Filmbildungsrate langsam wird. Jedoch hängt die
Filmbildungsrate mit den Produktionskosten zusammen. Um ein Vermindern der
Verdampfungsmenge auch nur ein wenig niedrig zu halten, um das Abspritzen
zu verhindern, wurde eine Spritzschutzbarriere (Abschottung) in
dem Tiegel angeordnet.
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18(b) zeigt eine Verdampfungsquelle 11,
die Spritzschutzbarrieren (Abschottungen) 1161 und 1162 aufweist,
die innerhalb des Tiegels 111 angeordnet sind. Bezug nehmend
auf 18(b) sind ein zylindrisches Element 1172,
eine Barriere 1162, ein zylindrisches Element 1171,
und eine Barriere 1161 innerhalb des Tiegels 111 angeordnet.
Das Verdampfungsmaterial 114 wird auf dem Boden des Tiegels 111 platziert.
Die zylindrischen Elemente 1171 und 1172 und die
Barrieren 1161 und 1162 sind abnehmbar. Die Barriere
hat zwei Öffnungen
und die Barriere 1162 hat eine Öffnung.
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In
dem Vorbereitungsschritt eines Abscheidungsvorganges, wird das Verdampfungsmaterial 114 innerhalb
des Tiegels 111 platziert. Dann wird die Barriere 1162,
die eine Öffnung
einer geeigneten Größe aufweist,
auf dem zylindrischen Element 1172 platziert. Die zylindrischen
Elemente 1171 sind oberhalb der Barriere 1162 platziert.
Die Barrieren 1162 und 1161 blockieren das Abspritzen
der sie denden Flüssigkeit
des Verdampfungsmaterials 114, so dass das geschmolzene
Verdampfungsmaterial nicht aus der Düse 112 abspritzt (sprüht). Die Öffnung der
Barriere 1162, die ein Dampfdurchtrittsmündung ist,
ist größer als
die Düse 112.
Selbst, wenn nur die Barriere 1162 in dem Tiegel 111 angeordnet
ist, ist die Wahrscheinlichkeit, dass Spritzer durch die Öffnung der
Barriere 1162 hindurch treten und dann von der Düse 112 austreten,
geringer als in dem Fall, wo die Barriere 1162 nicht eingesetzt
ist. Jedoch wird die Barriere 1161, die zwei Öffnungen
aufweist, eingesetzt, um weiteres Abspritzen zu vermindern. Während Spritzer
durch die Öffnung
der Barriere 1162 hindurch treten und die Barriere 1161 treffen,
wird die Wahrscheinlichkeit, dass der Spritzer die Düse 112 erreicht,
weiter reduziert. Da die Barrieren 1161 und 1162 durch
Wärmeleitung
bei einer hohen Temperatur gehalten werden, wird der Spritzer, der
die Barrieren 1162 und 1161 berührt, verdampft.
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In
dem herkömmlichen
geschlossenartigen Tiegel wird, da die Düse die einzige Öffnung nach draußen ist,
das Verdampfungsmaterial durch das Auseinanderbauen des Tiegels
bei dem Einrichtungsvorgang zugeführt. Jeder der Tiegel 111,
die in den 18(a) und 18(b) gezeigt
sind, umfasst zwei Teile, einschließlich einem oberen Abschnitt
und einem unteren Abschnitt. Der obere und untere Abschnitt sind
aneinander angepasst. Wenn das Verdampfungsmaterial 114 untergebracht
oder erneut befüllt
wird, wird der Tiegel 111 aus dem Heizmechanismus, der
die Heizspirale 113 umfasst, herausgenommen, und wird dann
in den oberen Abschnitt und unteren Abschnitt getrennt. Nachdem
das Verdampfungsmaterial 114 erneut in den unteren Tiegel
befüllt ist,
werden der untere Tiegel und der obere Tiegel zusammengesetzt. Die
zusammengesetzte Struktur wird erneut in den Heizmechanismus eingebaut.
Bei dem Einbau der Barriere werden die Teile in der Reihenfolge
des zylindrischen Elementes 1172, die Barriere 1162,
das zylindrische Element 1171, und die Barriere 1161 gestapelt,
bevor der obere und untere Tiegel zusammengesetzt wird.
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Da
der herkömmliche
geschlossenartige Tiegel dazu neigt, Spritzer zu verursachen, wie
es oben beschrieben ist, wurde das Verfahren im Allgemeinen verwendet,
bei dem eine Barriere in einem Tiegel eingesetzt wird, um das Abspritzen
zu verhindern. Jedoch ist es schwierig, das Abspritzen mittels der
Barriere vollständig
zu verhindern. Der Grund ist der, dass, wenn eine erwünschte Austrittsmenge
eines Dampfgases benötigt
wird, das Dampfgas, das durch die Öffnung der Barriere hindurch
tritt, nicht ausreichend klein genug angemessen gemacht werden kann
oder die Anzahl von Barrieren nicht gesteigert werden kann. Das
Reduzieren der Öffnung
einer Barriere oder das Erhöhen
der Anzahl von Barrieren führt
dazu, dass der Gasdruck in dem Tiegel ansteigt. Da die Umwandlungsmenge
des erzeugten Dampfes von der Dampfphase in die flüssige Phase
ansteigt, reduziert sich die Austrittsmenge des verdampften Gases
von der Düse.
Mit anderen Worten, da das Ansteigen der Austrittsmenge der Funktion
der Barriere entgegenwirkt, hat das Verfahren der Anordnung von Barrieren
das Problem, dass der Spritzschutzeffekt unsicher ist, und dass
das Sicherstellen des Spritzschutzeffektes zu einer Herabsetzung
der Austrittsmenge führt.
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Der
geschlossenartige Tiegel, der in 18 gezeigt
ist, ist im Allgemeinen nicht groß und kann keine große Menge
eines Verdampfungsmateriales zu einem Zeitpunkt beinhalten. Daher
ist es mit dem geschlossenartigen Tiegel sehr schwierig, eine Abscheidung über einen
langen Zeitraum zu bieten und eine große Verdampfungsmenge zu erhalten.
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Der
Grund für
das Niedrighalten der Größe eines
Tiegels steht mit der thermischen Verteilung eines Tiegels in Zusammenhang.
In dem Tiegel, der in 18 gezeigt ist, wird die seitliche
Oberfläche
direkt durch die Heizspirale auf eine hohe Temperatur erhitzt. Jedoch
erreicht die obere Oberfläche
des Tiegels oder der Düsenbereich
nicht die Temperatur der Seite, da die von der seitlichen Oberfläche abgeleitete
Wärme die
obere Oberfläche
erhitzt. Im Allgemeinen ist die Düse, welche in der Mitte der
oberen Oberfläche
eines Tiegels angeordnet ist, am meisten von der seitlichen Oberfläche beabstandet
oder ist in dem Bereich einer niedrigsten Temperatur angeordnet.
Dies bedeutet, dass eine Düsentemperatur
verursachen kann, so dass der Dampf an der Düsenposition verflüssigt wird,
was dazu führt,
dass der Ausstoß aufhört. Dieses
Phänomen
schränkt
die Größe des geschlossenartigen
Tiegels ein. Der an der Düse angeordnete
Bereich, der in 18 gezeigt ist, der mit Wänden (oder
zylindrisch) umgeben ist, wird verwendet, um den Temperaturabfall
der Düse
zu verhindern. Das Ansteigen der Temperatur der seitlichen Oberfläche, um
die Düsentemperatur
zu erhöhen, führt zu heftigem
Sieden eines Verdampfungsmateriales, so dass Spritzer wahrscheinlich
werden. Ein komplizierter Heizmechanismus kann gezwungener Maßen den
Bereich erhitzen, wo die Düse
angeordnet ist. Jedoch wird die Steuerung kompliziert, wie es nachfolgend
beschrieben ist.
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Das
heißt,
bevor ein Verdampfungsmaterial in den Tiegel platziert ist, wird
der Tiegel aus dem Heizmechanismus herausgenommen. Der Tiegel wird
in den unteren Teil und den oberen Teil auseinandergebaut, und die
Barriere und das zylindrische Element werden entfernt. Ein Verdampfungsmaterial wird
an dem Boden des unteren Tiegels platziert. Dann werden die Barriere
und das zylindrische Element erneut eingebaut, und der obere Tiegel
wird mit dem unteren Tiegel zusammengefügt. Der zusammengesetzte Tiegel
wird erneut in den Heizmechanismus eingesetzt. Diese aufeinander
folgende Arbeit, welche nicht für
Tiegel benötigt
wird, mit Ausnahme des geschlossenartigen Tiegels, ist ein Grund,
dass der geschlossenartige Tiegel nicht verwendet wird. Um den Bereich,
wo die Düse
eines Tiegels angeordnet ist, zwangsweise zu erhitzen, muss eine
Heizspirale um dem Bereich angeordnet werden.
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Daher
wird die Arbeit des Entfernens des Tiegels von dem Heizmechanismus
komplizierter. Aufgrund dieser Einschränkung wurde davon ausgegangen,
dass der geschlossenartige Tiegel die Verdampfungsmenge nicht erhöhen kann
und einen Film nicht bei hoher Rate ablagern kann.
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Dennoch
hat die Verdampfung durch den Tiegel des geschlossen Typs einen
großen
Vorteil. In dem Tiegel des offenen Typs ist die Übertragungsrate des Dampfes
auf ein Substrat eine Schallgeschwindigkeit, die von dem Zustand
an dem Punkt abhängt. Im
Gegensatz dazu, in dem Tiegel des geschlossen Typs wird die Übertragungsrate
zu einer Ultraschallgeschwindigkeit, die durch eine erhaltene Austrittskraft
gesteigert wird. Dieses Phänomen
macht es möglich,
einen guten abgeschiedenen Film aufgrund einer großen kinetischen
Energie des Dampfes zu bilden. Darüber hinaus ist die Klusterionenstrahltechnik
als ein wichtiges Mittel bekannt, um einen Film von hoher Qualität durch
das Wachstum aus der Gasphase zu erhalten. Jedoch benötigt diese
Technik einen Tiegel des geschlossen Typs und der Vorteil davon
kann in dem Zustand nicht vollständig
ausgenutzt werden, in dem der herkömmliche Tiegel des geschlossen
Typs verwendet wird. Wenn der Nachteil des herkömmlichen Tiegels des geschlossen Typs
gelöst
ist, kann die Verdampfungsmenge verbessert werden, um einen Film
bei hoher Rate zu bilden. Darüber
hinaus kann eine verbesserte Filmqualität durch das Anwenden der Klusterionenstrahltechnik
erwartet werden.
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Die
JP 06-206796 A bezieht
sich auf einen Generator für
Rohgas für
ein chemisches Dampfabscheidungsverfahren, bei dem ein Rohmaterial
in Form von feinen Teilchen in einem stabilen Zustand von einer
Zufuhreinrichtung durch eine Kapillare zu einem Verdampfer zugeführt wird.
Das Material wird über
eine Pumpe an eine Zufuhreinrichtung geliefert, während ein
Trägergas
von einer Trägergas-Zufuhreinrichtung
an die Zufuhreinrichtung geliefert wird. Die Vorrichtung weist einen
Aufnahmebereich für Flüssigkeit
und eine Übertrittsöffnung zu
einem Verdampfungsbereich auf, wobei die Flüssigkeit über Wärmestrahlung verdampft wird.
Es sind keine Mittel zur Optimierung der Verdampfung in dieser Vorrichtung
vorgesehen.
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Die
JP 03-130365 A betrifft
ein Verfahren zum Transportieren von flüssigem Rohmaterial für die chemische
Dampfabscheidung, wobei die Transportrate des flüssigen Rohmaterials durch die
Druckdifferenz zwischen dem durch die Gravität erzeugten Druck und dem Druck
der CWD-Reaktionskammer gesteuert
wird. Dabei ist ein Behälter
für das
flüssige Rohmaterial
auf einem Niveau angeordnet, das höher liegt als das Insolationsniveau
eines Verdampfers. Mittel zur Steuerung der Transportrate sind nicht vorgesehen.
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Die
DE 36 32 027 C1 bezieht
sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufdampfen von reaktiven
Metallen auf zu bedampfende Folien. Das reaktive Material wird an
der Oberfläche
eines Verdampfers fließen
gelassen, und das Material wird der Strahlung eines in unmittelbarer
Nähe von
der Oberfläche
angeordneten Strahlungsheizkörpers
mit einer Temperatur von mindestens 2000°C ausgesetzt. Diese Vorrichtung
weist keine Mittel zur Stabilisierung der Verdampfungsmengen und
der weiteren, oben genannten Nachteile auf.
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Die
JP 07-074111 A bezieht
sich auf eine Vorrichtung zum Erzeugen von Material in der Dampfphase.
Die Vorrichtung weist einen unteren Behälter und einen oberen Behälter für eine Flüssigkeit
auf, wobei der obere Behälter
eine Öffnung
hat, durch die die Flüssigkeit
in einen Aufnahmebehälter in
dem oberen Teil einer isolierenden Säule fließt. Die Flüssigkeit in dem Behältnis fließt entlang
der isolierenden Säule
nach unten und kehrt in den unteren Behälter zurück. Der Film der auf der isolierenden Säule fließenden Substanz
wird durch die Wärme verdampft,
wenn Strom an den oberen Teil der isolierenden Säule und den unteren Behälter angelegt wird.
Eine Regelung für
die Menge an Flüssigkeit,
die von dem oberen Behälter
austritt, ist nicht vorgesehen.
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Die
EP 0 814 177 A2 betrifft
eine Verdampfungsvorrichtung und eine Film-Abscheidungsvorrichtung,
bei der, wie bei der
JP
07-074111 A , die Verdampfung mittels Übertrittssäule erfolgt. Dennoch werden
die oben geschilderten Nachteile beim Stand der Technik in dieser
Vorrichtung nicht behoben.
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Ein
Ziel der Erfindung ist es, eine Verdampfungsquelle des geschlossen
Typs bereit zu stellen, die geeignet ist, Beeinträchtigungen
der herkömmlichen
Verdampfungsquelle des geschlossen Typs zu lösen, das heißt, das
Auftreten von Spritzern, instabilen Verdampfungsmengen, Schwierigkeiten
im Erhalten eines großen
Verdampfungsvolumens, Unfähigkeit
zur Langzeitverdampfung, und schwierigem Bedienen eines Tiegels
bei der Anfangseinstellung.
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Um
das oben genannte Ziel zu erreichen, umfasst eine Verdampfungsquelle
die Merkmale von Anspruch 1.
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In
einem anderen Aspekt der Erfindung umfasst eine Verdampfungsquelle
die Merkmale von Anspruch 13.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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In
einer Verdampfungsquelle gemäß der Erfindung
fließt
ein Verdampfungsmaterial in geschmolzenem Zustand in einer zylindrischen
Heizeinrichtung in einem Verdampfungsbereich abwärts, während es mit der Innenwand
davon in Kontakt steht. Das geschmolzene Verdampfungsmaterial wird
nicht durch Wärmeleitung
sondern nur durch die Wärmestrahlung
von der zylindrischen Heizeinrichtung her erhitzt. Daher siedet
das geschmolzene Verdampfungsmaterial nicht infolge seiner Eigenwärme. Mit anderen
Worten, da das geschmolzene Verdampfungsmaterial ohne Sieden verdampft,
findet das so genannte Abspritzen, bei dem ein Teil des geschmolzenen
Materials spritzt, nicht statt.
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Da
das Abspritzen einen Verlust eines Verdampfungsmateriales verursacht,
wird die Verdampfungsmenge instabil. Spritzer treffen auf das Substrat auf
und beschädigen
den aufgedampften Film. Jedoch erzeugt die Verdampfungsquelle gemäß der Erfindung
kein Abspritzen, so dass der Ertrag im Verdampfungsprozess drastisch
verbessert werden kann. Darüber
hinaus benötigt
die Verdampfungsquelle gemäß der Erfindung
keine Barriere, die in der herkömmlichen
geschlossenartigen Verdampfungsquelle angeordnet ist.
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Die
Verdampfungsquelle der Erfindung enthält einen Schmelzbereich, einen
Aufnahmebereich, einen Verdampfungsbereich, einen Austrittsbereich, in
denen die Temperatur unabhängig
gesteuert werden kann. Daher kann jeder Bereich letztendlich auf eine
notwendige Temperatur eingestellt werden. In der Verdampfungsquelle
der Erfindung ermöglicht eine
Kombination des Aufnahmebereiches und des Verdampfungsbereiches
die Abscheidung durch das Ausbilden einer Dampfaustrittsöffnung in
dem Verdampfungsbereich. In solch einem Fall kann die Abscheidung,
die für
eine lange Zeit stabilisiert ist, durch die Erhöhung der Kapazität des Aufnahmebereiches realisiert
werden.
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Die
Verdampfungsquelle der Erfindung enthält einen Schmelzbereich. Selbst
der Aufnahmebereich mit einer kleinen Kapazität kann ein Verdampfungsmaterial
durch das kontinuierliche Nachfüllen eines
Verdampfungsmaterials in dem Schmelzbereich stabil verdampfen. In
diesem Fall resultiert das Vermindern der Kapazität des Aufnahmebereiches
in der Verminderung der Energie, die durch den Aufnahmebereich verbraucht
wird.
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Die
Verdampfungsquelle der Erfindung enthält einen Austrittsbereich.
Der Austrittsabschnitt hat eine große Anzahl von Düsen oder
Schlitzen, so dass die Dampfaustrittsmenge eines Verdampfungsmaterials
gesteigert werden kann. Wenn die Heiztemperatur des Verdampfungsbereiches
und der Verdampfungsbereich des Verdampfungsmateriales konstant sind,
wird die Verdampfungsmenge (oder die erzeugte Dampfmenge) eines
Verdampfungsmateriales konstant, so dass der dynamische Gleichgewichtszustand
beibehalten wird. Der erzeugte Dampf wird aus der Düse oder
Schlitz ausgestoßen,
während
ein Teil davon zu Flüssigkeit
kondensiert wird. Die Gesamtmenge des erzeugten Dampfes ist gleich
der Gesamtmenge des ausgetretenen Dampfes und des kondensierten
Dampfes. Das heißt,
die Anordnung vieler Düsen
oder Schlitze in dem Austrittsbereich führt zur Steigerung der Menge
des ausgetretenen Dampfes, wobei jedoch die Menge des kondensierten
Dampfes abnimmt. Als Ergebnis wird die Menge des erzeugten Dampfes
konstant (Phänomen
(Verhalten) unter einem gesättigten
Dampfdruck). Selbst wenn die Anzahl der Düsen oder Schlitze in dem Austrittsbereich
erhöht
wird, um die Menge des ausgetretenen Dampfes zu steigern, ist daher
die Menge des Verdampfungsmateriales konstant. Folglich wird die
Wärmeenergie,
die für
das Verdampfen eines Verdampfungsmateriales benötigt wird, nicht verändert, selbst
wenn die Menge des ausgetretenen Dampfes gesteigert wird. Als ein
Ergebnis kann die Dampfabscheidung auf einem großen Substrat für einen
langen Zeitraum mit einer kleinen Energiemenge stabil durchgeführt werden.
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In
der Verdampfungsquelle der Erfindung ist eine Übertrittssäule in der zylindrischen Heizeinrichtung
des Verdampfungsbereiches angeordnet. Folglich kann die Rate, bei
der ein geschmolzenes Verdampfungsmaterial innerhalb der zylindrischen
Heizeinrichtung nach unten fließt,
verglichen mit dem Fall, wo die Übertrittssäule nicht
angeordnet ist, verlangsamt werden. Da die verlangsamte Abflussrate
die Zeitdauer verlängert,
in der ein Verdampfungsmaterial der Wärmestrahlung ausgesetzt ist,
kann die zylindrische Heizeinrichtung in der Länge verkürzt werden. Unebenheiten oder
Nuten, die an der Oberfläche
der Übertrittssäule ausgebildet
sind, können
ferner die Abflusszeit eines Verdampfungsmateriales verlängern und
der benetzte Bereich kann vergrößert werden.
Daher kann die Abflussmenge und die Verdampfungsmenge eines Verdampfungsmateriales gesteigert
werden.
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Die Übertrittssäule, welche
dreidimensional ist, kann derart ausgestaltet sein, dass sie ihren
großen
Verdampfungsmengenbereich hat, und der Einbauraum kann verglichen
mit der flachen Verdampfungsquelle verkleinert werden. In dem Fall
der flachen Verdampfungsquelle hat eine kreisförmige Verdampfungsoberfläche mit
beispielsweise einem Durchmesser von 50 cm einen Verdampfungsoberflächenbereich
von ungefähr
1,962 cm2. In dem Fall der zylindrischen Übertrittssäule mit
beispielsweise einer Höhe
von 40 cm ist der Durchmesser, bei der Verdampfungsoberflächenbereich
gleich dem der flachen Verdampfungsquelle ist, ungefähr 16 cm.
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In
der Verdampfungsquelle der Erfindung kann eine Dampfaustrittsöffnung,
wie etwa eine Düse,
an einer beliebigen Position auf einer Umfangsoberfläche ausgebildet
werden, welche die Bodenoberfläche
der zylindrischen Heizeinrichtung in dem Verdampfungsbereich oder
dem Austrittsbereich umfasst. Folglich kann der Einbauort für ein Substrat
beliebig ausgewählt
werden. Der Freiheitsgrad in der Ausgestaltung einer Verdampfungsvorrichtung
wird groß.
Darüber
hinaus kann die Dampfaustrittsöffnung in
zwei oder mehreren Richtungen ausgebildet sein.
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Ein
Ziel der meisten physikalischen Vakuumabscheidungsapparaturen, die
derzeit verwendet werden, ist es, kontinuierlich ein festes Verdampfungsmaterial
für eine
Langzeit-Abscheidung zu liefern. Jedoch verursacht das Nachfüllen eines
festen Verdampfungsmateriales in die Verdampfungsquelle eine Abnahme
der Temperatur, was folglich die stabile Abscheidung behindert.
Jedoch ist in dem Verdampfungsbereich der Verdampfungsquelle der
Erfindung die Nachfüllöffnung,
durch welche ein festes Verdampfungsmaterial nachgefüllt wird,
derart ausgebildet, dass sie der Öffnung gegenüberliegt,
durch welche ein geschmolzenes Verdampfungsmaterial nach unten fließt. Folglich
kann eine Temperaturänderung,
die mit Zufuhr eines Verdampfungsmateriales verbunden ist, verhindert
werden. Darüber
hinaus kann die Temperaturänderung
weiter durch die Anordnung des Schmelzbereiches verhindert werden. Dafür kann die
Verdampfungsquelle der Erfindung eine stabile Dampfabscheidung durchführen, während ein
festes Verdampfungsmaterial kontinuierlich zugeführt wird.
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In
der Verdampfungsquelle der Erfindung kann die Übertrittsöffnung des Heizbehälters in
dem Aufnahmebereich willkürlich
von einem abgedichteten Zustand in einen vollständig geöffneten Zustand eingestellt
werden, so dass der Öffnungsbereich
der Übertrittsöffnung eingestellt
werden kann. Die Verdampfungsmenge eines Verdampfungsmateriales kann
einfach eingestellt werden. Daher können die Verdampfungsanforderungen
unabhängig
von der Temperatur eingestellt werden. Die Abscheidung kann mit
der vollständig
abgedichteten Übertrittsöffnung,
nachdem die Anregung jedes Bereiches zum Heizen unterbrochen ist,
fortgesetzt werden. Daher, obwohl die Verdampfungsquelle der Erfindung
eine geschlossenartige Verdampfungsvorrichtung ist, kann sie in
einer Art und Weise ähnlich
zu der der offenartigen Verdampfungsquelle betrieben werden. Diese
Verdampfungsquelle behebt die mühsamen Arbeiten,
wie etwa das Auseinanderbauen eines Tiegels, die Zufuhr eines Verdampfungsmateriales,
oder den Zusammenbau eines Tiegels, welches bei der herkömmlichen
abgedichteten Verdampfungsquelle benötigt wird.
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In
der Verdampfungsquelle der Erfindung kann der Schmelzbereich unerwünschte Gase
am Eindringen in den Verdampfungsbereich hindern. Gewöhnlicherweise,
wenn ein Verdampfungsmaterial erhitzt wird, werden unnötige Gase
abgegeben. Jedoch, in der Verdampfungsquelle der Erfindung, während unnötige Gase
entfernt werden, wenn ein festes Verdampfungsmaterial in dem Schmelzbereich schmilzt,
dringen die unnötigen
Gase nicht in den Verdampfungsbereich ein.
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Die
Verdampfungsquelle der Erfindung kann praktische Anwendungen der
Klusterionenstrahl-(ICO = claster ion beam) Technik fördern. Das heißt, die
Klusterionenstrahltechnik ist als die Technik zum Steuern der Funktion
von Ionen in einem weiten Bereich bekannt und wobei folglich ein
Film mit erwünschter
Dampfzunahme erhalten wird. Folglich, während die Kluster-Ionenstrahltechnik
die Verwendung der geschlossenartigen Verdampfungsquelle benötigt, hat
die praktische Verwendung keinen Fortschritt gemacht. Jedoch ermöglicht es
die Verwendung der Verdampfungsquelle der Erfindung, dass die praktische
Verwendung der Kluster-Ionenstrahltechnik Fortschritte macht.
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In
der Verdampfungsquelle der Erfindung kann eine drehbare Übertrittssäule Veränderungen im
Fluss eines Verdampfungsmateriales ausgleichen und vermindern.
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Die
Verdampfungsquelle umfasst eine Einstelleinrichtung, die den Öffnungsbereich
der Übertrittsöffnung einstellt,
um die Menge eines flüssigen Verdampfungsmateriales,
das in den Verdampfungsbereich übergeht,
zu steuern. Folglich kann die Verdampfungsmenge eines Verdampfungsmateriales eingestellt
werden.
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In
der Verdampfungsquelle der Erfindung ermöglicht der Kopf der Übertrittssäule, welcher
flach oder aufgeweitet ist, das Erhöhen des Abflussbereiches eines
Verdampfungsmateriales. Darüber
hinaus, selbst wenn die Länge über die
ein Verdampfungsmaterial abfließt,
nicht lang ist, kann die Zeit, in der das geschmolzene Verdampfungsmaterial
verdampft wird, verkürzt
werden.
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In
der Verdampfungsquelle der Erfindung hat die Übertrittssäule die Oberfläche, an
der eine spiralförmige
Nut ausgebildet ist, und das obere Ende der spiralförmigen Nut
steht von dem Kopf der Übertrittssäule hervor.
Folglich kann die Richtung, in der ein geschmolzenes Verdampfungsmaterial
aus dem ausgeweiteten Abschnitt der Übertrittssäule hinaus fließt, reguliert
werden.
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In
der Verdampfungsquelle der Erfindung hat die Übertrittssäule eine Oberfläche, an
der eine spiralförmige
Nut, die aus einem Kamm und einem Fuß ausgebildet ist, ausgebildet
ist. Ein konvexer Abschnitt ist an der oberen Oberfläche des
Kamms ausgebildet, um einen Flusskanal eines Verdampfungsmateriales
zu definieren. Folglich kann der Fluss eines Verdampfungsmateriales
reguliert werden.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nun anhand der Zeichnungen erläutert.
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1 ist
eine Querschnittdarstellung, die eine Verdampfungsquelle darstellt;
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2 ist
eine Querschnittdarstellung, die eine Verdampfungsquelle gemäß einem ersten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung darstellt;
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3 ist
eine Ansicht, die ein Oberflächenbeispiel
der Übertrittssäule von 2 gemäß einem zweiten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung darstellt;
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4 ist
eine Ansicht, die ein Oberflächenbeispiel
der Übertrittssäule der 2 und 3 gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel
der Erfindung darstellt;
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5 ist
eine Ansicht, die das Oberflächenbeispiel
der Übertrittssäule, die
in 2 gezeigt ist, gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel
der Erfindung darstellt;
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6 ist
eine Querschnittdarstellung, die eine Verdampfungsquelle gemäß einem
fünften
Ausführungsbeispiel
der Erfindung darstellt;
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7 ist
eine Ansicht, die die Dampfaustrittsöffnung in dem Austrittsbereich
von 6 gemäß einem
sechsten Ausführungsbeispiel
der Erfindung darstellt;
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8 ist
eine Querschnittdarstellung, die eine Verdampfungsquelle gemäß einem
siebten Ausführungsbeispiel
der Erfindung darstellt;
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9 ist
eine Querschnittdarstellung, die eine Verdampfungsquelle gemäß einem
achten Ausführungsbeispiel
der Erfindung darstellt;
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10 ist
eine Querschnittdarstellung, die eine Verdampfungsquelle gemäß einem
neunten Ausführungsbeispiel
der Erfindung darstellt;
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11 ist
eine Querschnittdarstellung, die die gesamte Anordnung einer Verdampfungsquelle gemäß einem
zehnten Ausführungsbeispiel
der Erfindung darstellt;
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12 ist
eine Querschnittdarstellung, die eine Verdampfungsquelle eines elften
Ausführungsbeispieles
der Erfindung darstellt;
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13 ist
eine Querschnittdarstellung, die eine Verdampfungsquelle darstellt;
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14 ist
ein Diagramm, das die Drehung der Übertrittssäule von 12 gemäß einem
zwölften
Ausführungsbeispiel
der Erfindung darstellt;
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15 ist
eine Querschnittdarstellung, die eine Verdampfungsquelle gemäß einem
dreizehnten Ausführungsbeispiel
der Erfindung darstellt;
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16 ist
eine Ansicht, die die Form der Übertrittssäule von 15 gemäß einem
vierzehnten Ausführungsbeispiel
der Erfindung darstellt;
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17 ist
eine Ansicht, die einen herkömmlichen
Vakuumverdampfungsbereich schematisch darstellt; und
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18 ist
eine Querschnittdarstellung, die einen Tiegel darstellt, der auf
einer herkömmlichen Vakuumabscheidungsapparatur
montiert ist.
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Eine
Verdampfungsquelle gemäß der Erfindung
kann in zwei oder mehrere Temperatursteuerbereiche unterteilt werden.
Die Verdampfungsquelle wird ungefähr in zwei Temperatursteuerbereiche
unterteilt. Ein Temperatursteuerbereich ist ein Bereich (Aufnahmebereich)
zum Speichern und Aufnehmen eines geschmolzenen Verdampfungsmateriales
oder ein Bereich (Aufnahmebereich) zum Schmelzen eines festen Verdampfungsmateriales
und zum Speichern und Aufnehmen eines geschmolzenen Verdampfungsmateriales.
Der andere Temperatursteuerbereich ist ein Bereich (Verdampfungsbereich)
zum Verdampfen eines geschmolzenen Verdampfungsmateriales. Darüber hinaus
hat die Verdampfungsquelle einen Bereich (Austrittsbereich) zum
Ausstoßen
des Dampfes und einen Bereich (Schmelzbereich) zum Schmelzen eines
festen Verdampfungsmateriales.
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Unter
Bezugnahme auf die 1 bis 11 werden
die Verdampfungsquelleen gemäß den Ausführungsbeispielen
der Erfindung erläutert.
In den 1 bis 11 sind ähnliche Bezugszeichen den gleichen
Bauelementen zugeteilt.
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(Beispiel 1)
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1 ist
eine Querschnittdarstellung, die eine Verdampfungsquelle darstellt.
Ein Tiegel wird in einem Widerstandsheizverfahren erhitzt. Andere Heizverfahren,
wie etwa der Elektronenbeschuss, können eingesetzt werden.
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Die
Verdampfungsquelle umfasst einen Aufnahmeabschnitt 21 zum
Speichern und Aufnehmen eines geschmolzenen/verflüssigten
Verdampfungsmateriales, einen Verdampfungsabschnitt 22 zum
Erhitzen eines geschmolzenen/verflüssigten Verdampfungsmateriales
auf eine Verdampfungstemperatur, um es zu verdampfen, und eine Dampfaustrittsöffnung 225 zum
Ausgeben des Dampfes auf ein Substrat 61.
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Der
Aufnahmeabschnitt 21 ist aus einer zylindrischen Heizeinrichtung 211,
welche elektrisch angeregt werden kann, und einem Heizbehälter oder Hohlraum 212 gebildet,
der aus einer elektrischen Isolierung hergestellt ist, welcher in
der zylindrischen Heizeinrichtung 211 aufgenommen ist.
In dem Aufnahmeabschnitt 21, der in 1 gezeigt
ist, wird es vorausgesetzt, dass ein geschmolzenes Verdampfungsmaterial 32 ein
leitendes Material ist. Jedoch, wenn das geschmolzene Verdampfungsmaterial 32 ein
elektrischer Isolator ist, könnte
nur die zylindrische Heizeinrichtung 211 verwendet werden.
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Die
zylindrische Heizeinrichtung 211 umfasst Elektroden 213 und 214.
Wenn eine Spannung zwischen den beiden Elektroden angelegt wird,
erzeugt die zylindrische Heizeinrichtung 211 Wärme mit
dem durch sie hindurch fließenden
Strom. Das Material für die
zylindrische Heizeinrichtung 211 ist Graphit.
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Der
Heizbehälter 212 erhöht seine
Temperatur mit der von der zylindrischen Heizeinrichtung 211 zugeleiteten
Wärme und
hält das
Innere des Verdampfungsmateriales 32 in einem konstanten Schmelzzustand.
Für den
Heizbehälter 212 wird
Keramik verwendet.
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Die
zylindrische Heizeinrichtung 211 hat einen oberen Teilbereich,
in dem eine Nachfüllöffnung 215 zum
Nachfüllen
eines Verdampfungsmateriales ausgebildet ist. Das Verdampfungsmaterial
wird nachgefüllt
oder kontinuierlich oder stoßweise
von der Nachfüllöffnung 215 zugeführt, und
ein Verdampfungsmaterial 32 in geschmolzenem Zustand einer konstanten
Menge wird immer in dem Heizbehälter 212 gespeichert
und aufgenommen. Da die Temperatur des Verdampfungsmateriales 32 in
geschmolzenem Zustand die Viskosität des Verdampfungsmateriales 32 stark
verändert,
wird das Verdampfungsmaterial 32 an einer Temperatur gehalten,
die die Viskosität
in einem vorgegebenen Bereich aufrechterhält.
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Der
Heizbehälter 212 hat
einen unteren Teilabschnitt (Boden-Teilabschnitt), in dem eine Übertrittsöffnung 216 zum Übergehen
eines geschmolzenen Verdampfungsmateriales 32 ausgebildet
ist. Eine konstante Menge des Verdampfungsmateriales 32 in dem
Heizbehälter 212 tropft
stetig durch die Schwerkraft von der Übertrittsöffnung 216 in den
Verdampfungsabschnitt 22. Die übertretende Menge hängt von
der Größe der Übertrittsöffnung 216 ab.
Jedoch, da sich die Viskosität
mit der Temperatur verändert und
eine Oberflächenspannung
besteht, wird die Größe der Übertrittsöffnung 216 für eine vorgegebene übertretende
Menge durch Betrachten der zwei Faktoren bestimmt. Darüber hinaus
wird die Übertrittsöffnung 216 so
gewählt,
dass das übertretende
Verdampfungsmaterial 32 nicht mit der Innenwandoberfläche der
zylindrischen Heizeinrichtung 221 in Kontakt ist.
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Der
Verdampfungsabschnitt 22 ist aus einer zylindrischen Heizeinrichtung 221,
welche elektrisch angeregt werden kann, und einer Dampfaustrittsöffnung 225 ausgebildet.
Die zylindrische Heizeinrichtung 221 umfasst Elektroden 214 (gemeinsam
benutzt mit der Elektrode der zylindrischen Heizeinrichtung 211)
und 222. Wenn eine Spannung zwischen den zwei Elektroden
angelegt wird, wird die zylindrische Heizeinrichtung 221 mit
dem Stromfluss durch die zylindrische Heizeinrichtung 221 erhitzt.
Die zylindrische Heizeinrichtung 221 ist aus Graphit hergestellt.
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Der
Stromfluss durch die zylindrische Heizeinrichtung 211 in
dem Aufnahmeabschnitt 21 und der Stromfluss durch die zylindrische
Heizeinrichtung 221 in dem Verdampfungsabschnitt 22 kann
entsprechend gesteuert werden. Die Temperatur des Aufnahmeabschnittes 21 wird
auf eine Temperatur ein gestellt, bei der das Verdampfungsmaterial 32 in
seinem geschmolzenen Zustand gehalten werden kann. Die Temperatur
des Verdampfungsabschnittes 22 wird auf eine Temperatur
eingestellt, bei das Verdampfungsmaterial 32 verdampft
werden kann.
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Das
Verdampfungsmaterial 32 in dem Heizbehälter 212 geht von
der Übertrittsöffnung 216 in
die zylindrische Heizeinrichtung 221 über. Zu diesem Zeitpunkt, wenn
die Temperatur der zylindrischen Heizeinrichtung 221 nicht
die Verdampfungstemperatur des Verdampfungsmateriales 32 erreicht,
wird der Querschnitt des Verdampfungsmateriales in horizontaler
Richtung (senkrecht zu der Übertrittsrichtung) 32 während des Übertritts
in Folge der Viskosität
und Oberflächenspannung
eine zylindrische Übertrittssäule. Wenn
die Temperatur in der zylindrischen Heizeinrichtung 221 die
Verdampfungstemperatur des Verdampfungsmateriales 32 erreicht,
beginnt jedoch das Verdampfungsmaterial 32 in der zylindrischen
Heizeinrichtung 221 ohne Verzögerung an seiner Oberfläche in Folge
der Wärmestrahlung von
der zylindrischen Heizeinrichtung 221 zu verdampfen. Folglich
nimmt der Querschnitt schrittweise zu einer invertierten konischen
Form hin ab. Der Dampf füllt
den Verdampfungsraum 223. In diesem Vorgang, während das
Verdampfungsmaterial 32 im geschmolzenen Zustand seine
Eigenwärme
selbst bei einer hohen Verdampfungstemperatur aufrechterhält, verdampft
das Verdampfungsmaterial 32, das in die zylindrische Heizeinrichtung 221 übertritt,
nicht. Ein dynamischer Gleichgewichtszustand zwischen Verdampfung
und erneuter Verflüssigung
findet in der zylindrischen Heizeinrichtung 221 statt.
Die Höhe der
zylindrischen Heizeinrichtung 221 wird auf die Höhe eingestellt,
in der das Verdampfungsmaterial 32 vor dem Erreichen der
Dampfaustrittsöffnung 225 vollständig verdampft
wird. In diesem Fall, wenn sowohl die Übertrittsöffnung 216 als auch
die übertretende
Menge des Verdampfungsmateriales 32 klein sind, wird die
Höhe der
zylindrischen Heizeinrichtung 221 niedrig.
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Während der
erzeugte Dampf von der Dampfaustrittsöffnung 225 auf das
Substrat 61 ausgestossen wird, wird das Substrat 61 neben
der Dampfaustrittsöffnung 225 platziert.
Wenn die Dampfaustrittsöffnung 225 (gezeigt
in 1) geschlossen, jedoch an der Seitenoberfläche der
zylindrischen Heizeinrichtung 221 (wird nachfolgend beschreiben)
angeordnet ist, kann das Substrat 61 aufrecht angeordnet
sein. Solch eine aufrechte Struktur kann nicht durch die herkömmliche
geschlossene Verdampfungsquelle und die offene Verdampfungsquelle,
die in 12 und 13 gezeigt
sind, realisiert werden.
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Hier
wird erläutert,
wie ein Verdampfungsmaterial nachgefüllt wird.
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Während das
Verdampfungsmaterial 32, das innerhalb des Heizhohlraumes 212 in
dem Aufnahmeab schnitt 21 geschmolzen wird, mit dem Verdampfungsmaterial 32 im
geschmolzenen Zustand, das in Richtung der zylindrischen Heizeinrichtung 221 in
den Verdampfungsabschnitt 22 übergeht, abnimmt, ist es wünschenswert,
die Menge entsprechend der verminderten Menge nachzufüllen. Wenn das
geschmolzene Verdampfungsmaterial 32 nicht zugeführt wird,
steigt die Temperatur der zylindrischen Heizeinrichtung 211 in
dem Aufnahmeabschnitt 21 schrittweise an, wenn die zugeführte elektrische
Leistung konstant ist. Aus diesem Grund vermindert das geschmolzene
Verdampfungsmaterial 32 seine Viskosität und beschleunigt seine Übertrittsrate.
Als ein Ergebnis wird das geschmolzene Verdampfungsmaterial mit
dem reduzierten Einfluss der Schwerkraft ausgeglichen, die Übertrittsmenge
wird jedoch erhöht.
Um einen konstanten Wert der Menge des Verdampfungsmaterials 32 aufrecht
zu erhalten, das von dem Heizbehälter 212 zu
der zylindrischen Heizeinrichtung 221 hinunterfällt, ist
es daher notwendig, die verminderte Menge des Verdampfungsmaterials
zuzuführen.
Folglich wird das Verdampfungsmaterial 32, das in dem Heizbehälter 212 aufgenommen
ist, bei einem konstanten Wert gehalten.
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Wenn
die Abscheidung über
den Verbrauch des Verdampfungsmaterials 32, das in dem
Heizbehälter 212 in
dem Aufnahmeabschnitt 21 aufgenommen ist, ausgeführt wird,
oder wenn das Verdampfungsmaterial 32, das das Volumen
des Heizbehälters 212 überschreitet,
benötigt
wird, ist es notwendig, das Verdampfungsmaterial 32 in
dem Heizbehälter
während
der Verdampfung zuzuführen.
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Die
Temperatur des Heizbehälters 212 wird durch
die Temperatur des zugeführten
Verdampfungsmaterials beeinflusst. Jedoch ist die Übertrittsöffnung 216,
in 1, an der Stelle gegenüber der Nachfüllöffnung 215 angeordnet.
Folglich ist der Heizbehälter 212 an
dem Ort angeordnet, wo er nur schwer der Temperatur des zugeführten Verdampfungsmaterials
ausgesetzt werden kann. Selbst wenn die Nachfüllöffnung 215 direkt
gegenüberliegend
der Übertrittsöffnung 216 platziert
ist, ist jedoch der Heizbehälter 212 mit
einem kleinen Volumen empfindlich der Temperatur eines nachgefüllten Materials
ausgesetzt, so dass seine Temperatur vermindert wird. Als Ergebnis
verringert sich die übertretende
Menge des Verdampfungsmaterials 32, welches von dem Heizbehälter 212 zu
der zylindrischen Heizeinrichtung 212 übertritt derart, dass die Verdampfungsmenge
vermindert wird. Die Erhöhung
des Volumens des Heizbehälters 212 führt zur
Verminderung eines Temperaturabfalls in Folge der Zufuhr eines Verdampfungsmaterials.
In diesem Fall kann das feste Verdampfungsmaterial direkt von der
Nachfüllöffnung 215 zu
dem Heizbehälter 212 zugeführt werden.
Alternativ kann der Einfluss in Folge des Temperaturfalls vermindert
werden, indem die Nachfüllöffnung 215 so
weit wie möglich
von der Übertrittsöffnung 216 weg
angeordnet wird.
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Darüber hinaus
können
Temperaturdetektormittel, wie etwa ein Thermoelement, an einer vorgegebenen
Position des Aufnahmeabschnitts 21 angeordnet werden. Die
elektrische Leistung, die zu dem Heizbehälter 212 zugeführt wird,
kann auf Basis der Temperatur, die durch die Temperaturdetektormittel erkannt
wurde, gesteuert werden. Selbst wenn ein festes Verdampfungsmaterial 32 in
den Heizbehälter 212 nachgefüllt wird,
kann er daher bei einer nahezu konstanten Temperatur gehalten werden.
Darüber
hinaus kann eine über
einen langen Zeitraum stabilisierte Verdampfungsmenge in dem Verdampfungsabschnitt 22 erhalten
werden.
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(Beispiel 2)
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Bezug
nehmend auf 1 wird die Übertrittsrate, mit der das
Verdampfungsmaterial 32 in die zylindrische Heizeinrichtung 221 übertritt,
durch die Viskosität
des Verdampfungsmaterials 32 und die Schwerkraft bestimmt.
Folglich, wenn die Übertrittsmenge
des Verdampfungsmaterials 32 erhöht wird, um die Verdampfungsmenge
des Verdampfungsmaterials 32 zu erhöhen, verlängert sich die Übertrittszeit,
welche benötigt
wird, bis das Verdampfungsmaterial 32 vollständig verdampft
ist. Es ist notwendig, die zylindrische Heizeinrichtung 221 vertikal
zu erweitern, um die Übertrittszeit
zu verlängern.
Aus diesem Grund, um die Verdampfungsquelle einfach herzustellen
und zu betreiben, ist es erforderlich, die Übertrittszeit des Verdampfungsmaterials 32 zu
verlängern,
ohne die zylindrische Heizeinrichtung 221 vertikal zu verlängern.
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Um
dieser Forderung zu entsprechen, weist die Verdampfungsquelle, die
in 2 gezeigt ist, Mittel zum Verlangsamen der Übertrittszeit
des Verdampfungsmaterials 32 auf. In der Verdampfungsquelle
von 2 ist eine Übertrittssäule 224 in
der zylindrischen Heizeinrichtung 221 angeordnet.
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Der
Boden der zylindrischen Übertrittssäule 224 ist
mit dem Bodenelement 226 geschlossen. Eine Dampfaustrittsöffnung 225 ist
an der Seitenoberfläche
der zylindrischen Heizeinrichtung 221 ausgebildet. Ein
vertikal bewegbarer Schaft 227 der Übertrittssäule 224 wird in das
Bodenelement 226 eingepasst.
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Die Übertrittssäule 224 ist
derart angeordnet, dass die Außenwand-Oberfläche davon
nicht in Kontakt mit der Innenwand-Oberfläche der zylindrischen Heizeinrichtung 221 steht.
Vorzugsweise ist der Abstand zwischen der Innenwand-Oberfläche der
zylindrischen Heizeinrichtung 221 und der Umfangsoberfläche der Übertrittssäule 224 in
allen Richtungen von der vertikalen Oberfläche der Übertrittssäule 224 gleich. Die
Wärmestrahlung
von der zylindrischen Heizeinrichtung 221 reicht gleichmäßig zu der
Um fangsoberfläche
der Übertrittssäule 224.
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Die
Spitze der Übertrittssäule 224 ist
neben der Übertrittsöffnung 216 und
steht mit dem Verdampfungsmaterial 32, das von der Übertrittsöffnung 216 hinab
läuft,
in Kontakt. Die Spitze der Übertrittssäule 224 kann
innerhalb des Heizhohlraumes 212 vorstehen. Die Übertrittssäule 224 ist
aus Aluminium oder Keramik hergestellt.
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Das
Verdampfungsmaterial 32, das von der Übertrittsöffnung 216 des Heizhohlraumes 212 fließt, läuft entlang
der Oberfläche
der Übertrittssäule 224 nach
unten. Da die Übertrittsrate
des Verdampfungsmaterials 32 durch den Kontaktwiderstand
auf der Oberfläche
der Übertrittssäule 224 reguliert
wird, wird sie langsam, verglichen mit dem Verdampfungsmaterial 32,
das in den Raum hinab fällt.
Darüber
hinaus, da das Verdampfungsmaterial 32 auf die Oberfläche der Übertrittssäule 224 fundiert,
wird ein großer,
die Wärmestrahlung
aufnehmender Bereich erhalten, das folglich die Verdampfung erleichtert.
Die Oberflächentemperatur
der Übertrittssäule 224 entspricht
der Temperatur, so dass das Verdampfungsmaterial 32 seinen
Schmelzzustand aufrechterhalten kann.
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(Beispiel 3)
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3 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
der Übertrittssäule 224 von 2. 3 zeigt
vier Arten der Oberflächenform
der Übertrittssäule. In
der Übertrittssäule bestimmt
die Oberflächenform
die Übertrittsrate
oder den benetzten Bereich (Schmelzbereich) eines geschmolzenen
Verdampfungsmaterials.
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In 3(a), hat die Übertrittssäule eine kleine raue Oberfläche. In 3(b), hat die Übertrittssäule spiralförmige Nuten an der Oberfläche davon. In 3(c), hat die Übertrittssäule horizontale ringähnliche
Nuten auf der Oberfläche
davon. In 3(d), hat die Übertrittssäule vertikale
Nuten (in der axialen Richtung der Übertrittssäule) auf der Oberfläche davon.
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In
den Übertrittssäulen, die
in den 3(a) bis 3(c) gezeigt
sind, wirkt die raue Oberfläche,
um die Übertrittsrate
eines Verdampfungsmaterials zu verlangsamen. Der große benetzte
Bereich kann die Wirkung der Wärmestrahlung
auf ein Verdampfungsmaterial steigern. Die Übertrittssäule kann verschiedene raue
Oberflächen
haben, ohne dass sie auf die obigen Beispiele eingeschränkt ist.
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Unterschiedliche
Verdampfungsmaterialien haben eine unterschiedliche Viskosität im geschmolzenen
Zustand und eine unterschiedliche Verdampfungszeit. Die Oberflächenform
kann entsprechend den Arten des Verdampfungsmaterials passend ausgewählt werden.
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Zur
Erläuterung,
hat der Kopf der Übertrittssäule von 3 eine
konische Form. Jedoch kann der Kopf der Übertrittssäule halbkugelförmig oder flach
sein.
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(Beispiel 4)
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4 zeigt
Ausführungsbeispiele
der Übertrittssäulen in
den 3 und 2. In den Übertrittssäulen, die in den 2 und 3 gezeigt
sind, hat der Hauptkörper,
ohne den Kopf (Spitze) eine zylindrische Form. Jedoch hat in der Übertrittssäule von 4 der
Hauptkörper
eine nahezu aufrechte konische Form oder eine nahezu umgekehrt konische Form.
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4(a) zeigt ein Beispiel einer Übertrittssäule mit
einer aufrechten konischen Form. 4(b) zeigt
ein Beispiel einer Übertrittssäule mit
einer umgekehrt konischen Form. Die Übertrittssäule von 4(a) hat
einen großen
Schmelzbereich (benetzten Bereich) in Richtung des unteren Teilabschnitts davon.
Das geschmolzene Verdampfungsmaterial ist in der Übertrittsrichtung
verjüngt,
und der die Wärmestrahlung
empfangende Bereich ist vergrößert. Die Übertrittssäule von 4(b) hat einen kleineren Schmelzbereich
(benetzten Bereich) in Richtung des unteren Teilabschnitts davon.
Das geschmolzene Verdampfungsmaterial ist in der Übertrittsrichtung verjüngt. Während das
Verdampfungsmaterial übertritt,
verdampft es jedoch. Da die Aufnahmemenge eines Verdampfungsmaterials
abnimmt, wird der Film nicht verdickt.
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(Beispiel 5)
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5 zeigt
ein Beispiel der Übertrittssäule 224 von 2,
die sich vertikal bewegt. 5(a) zeigt
die Übertrittssäule 224,
die an dem untersten Teilabschnitt ruht. 5(b) zeigt
die Übertrittssäule 224,
die zu dem obersten Teilabschnitt angehoben ist.
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In 5(a), fließt das geschmolzene Verdampfungsmaterial 32 von
der Übertrittsöffnung 216 des
Heizbehälters 212 hinaus
und läuft
dann entlang der Oberfläche
der Übertrittssäule 224 nach
unten. In 5(b) verstopft die Spitze
der Übertrittssäule 224 die Übertrittsöffnung 216,
um das geschmolzene Verdampfungsmaterial 32 an dem Herausfließen von
der Übertrittsöffnung 216 zu
hindern. Durch die Steuerung der Übertrittsöffnung 216 durch die
vertikale Bewegung zwischen den Positionen, die in den 5(a) und 5(b) gezeigt
sind, kann die Menge des geschmolzenen Verdampfungsmaterials 32,
wel ches von dem Heizbehälter 212 zu
der zylindrischen Heizeinrichtung 221 fließt, eingestellt
werden. Durch die Einstellung der Einlassmenge des geschmolzenen Verdampfungsmaterials 32 kann
die Verdampfungsmenge des Verdampfungsmaterials 32 eingestellt werden.
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Die Übertrittssäule 224 kann
dadurch bewegt werden, dass der vertikal bewegbare Schaft 227 mit
einem Antriebsmechanismus (nicht gezeigt) kombiniert wird, wie etwa
durch eine Kombination mit einem Schneckengetriebe, einem Schraubmechanismus
oder einem Nockenmechanismus. Die Spitze der Übertrittssäule kann halbkugelförmig oder
flach sein, wie es oben beschrieben ist.
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(Beispiel 6)
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6 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
der Verdampfungsquelle, in der ein Austrittsabschnitt auf der seitlichen
Oberfläche
des Verdampfungsabschnitts 22 in 2 ausgebildet
ist. In der Verdampfungsquelle von 6 ist ein
horizontaler Austrittsabschnitt 23 an der seitlichen Oberfläche der
zylindrischen Heizeinrichtung 221 eingesetzt.
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Der
Austrittsabschnitt 23 ist aus einer zylindrischen Heizeinrichtung 231,
welche elektrisch angeregt werden kann, und einer Dampfaustrittsöffnung 234 gebildet.
Die zylindrische Heizeinrichtung 231 hat Elektroden 232 und 233.
Wenn eine Spannung zwischen den Elektroden angelegt wird, erzeugt
die zylindrische Heizeinrichtung 231 durch den Strom Wärme. In
dem Austrittsabschnitt 23 kann die Heiztemperatur unabhängig von
dem Aufnahmeabschnitt 21 und dem Verdampfungsabschnitt 22 gesteuert werden.
Folglich kann die Temperatur der zylindrischen Heizeinrichtung 231 unabhängig auf
einen vorgegebenen Wert eingestellt werden. Die zylindrische Heizeinrichtung 231 ist
aus Graphit hergestellt.
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Der
Dampf eines Verdampfungsmaterials, der in den Dampfraum 223 des
Verdampfungsabschnitts 22 gefüllt ist, bewegt sich in Richtung
der zylindrischen Heizeinrichtung 231 und tritt von der
zylindrischen Öffnung 234 auf
das Substrat 61 aus.
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Die
Dampfaustrittsöffnung 234 in 6 erstreckt
sich direkt über
der zylindrische Heizeinrichtung 231 (oder in die Richtung
nach oben senkrecht zu der Achse der zylindrischen Heizeinrichtung 231). Jedoch
kann die Dampfaustrittsöffnung 234 sich
direkt nach unten, schräg
nach oben oder schräg
nach unten zu der zylindrischen Heizeinrichtung 231 erstrecken.
D. h. in dem Fall von 6, da die Dampfaustrittsöffnung 234 sich
in jede der Richtungen von der Umgebung der zylindrischen Heizeinrichtung 231 erstrecken
kann, kann das Substrat 61 an einer beliebigen Stelle angeordnet
sein.
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(Beispiel 7)
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7 zeigt
die Dampfaustrittsöffnung
der zylindrischen Heizeinrichtung 231 in dem Austrittsabschnitt 23,
der in 6 gezeigt ist. Jede der 7(a-1) und 7(a-2) zeigt ein Beispiel der zylindrischen
Heizeinrichtung 231 mit zwei Düsen 235. 7(a-2) ist eine Draufsicht, die die Struktur
mit Blickrichtung in der X1-Richtung in 7(a-1) darstellt.
Jede der 7(b-1) und 7(b-2) zeigt
ein Beispiel der zylindrischen Heizeinrichtung 231 mit
zwei Schlitzen 236. 7(b-2) ist
eine Draufsicht, die die Struktur mit Blickrichtung in der X-Richtung
in 7(b-1) darstellt.
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Wie
bei der Dampfaustrittsöffnung,
wird die Düse 235 oder
der Schlitz 236 durch die Betrachtung der Dampfaustrittsmenge
eines Verdampfungsmaterials und der Einfachheit der Bearbeitung
ausgewählt.
Die Anzahl der Düsen 235 oder
der Schlitze 236 wird durch die Betrachtung der Gesamtaustrittsmenge
des Dampfes, der auf das Substrat austritt, ausgewählt, ohne
dass sie auf zwei beschränkt
sind. Diese Betrachtung ist auf die Bestimmung des Öffnungsbereichs
der Düse 235 oder
des Schlitzes 236 anwendbar. Bezugnehmend auf 7 sind
die Düsen 235 oder
die Schlitze 236 parallel in der axialen Richtung der zylindrischen
Heizeinrichtung 231 ausgebildet. Jedoch können die
Düsen 235 oder
die Schlitze 236 parallel und senkrecht zu der axialen Richtung
der zylindrischen Heizeinrichtung 231 ausgebildet sein.
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Wenn
die Dampfmenge in dem Verdampfungsabschnitt 22 in 6 ausreichend
erhalten werden kann, wird die zylindrische Heizeinrichtung 231 verlängert, um
eine Anzahl von Düsen
oder Schlitzen 236 zu bilden.
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(Beispiel 8)
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8 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
einer Verdampfungsquelle mit einem Schmelzabschnitt für kornförmige oder
pulverförmige
Verdampfungsmaterialien. In der Verdampfungsquellen von 8 ist
der Schmelzabschnitt 24 über dem Aufnahmeabschnitt 21 angeordnet.
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Der
Schmelzabschnitt 24 weist den oberen, weiten Teilabschnitt
und den unteren, engen Teilabschnitt (oder eine tunnelförmige Struktur)
auf und ist mit dem Heizbehälter 212 in
dem Aufnahmeabschnitt 21 über die Verdampfungsmaterial-Nachfüllöffnung 215 gekoppelt.
Der Schmelzabschnitt 24 umfasst eine zylindrische Heizeinrichtung 241,
welche elektrisch angeregt werden kann, und einen Heizbehälter 242, der
in der zylindrischen Heizeinrichtung 241 aufgenommen ist.
Die zylindrische Heizeinrichtung ist aus Graphit hergestellt. Der
Heizbehälter 242 ist
aus Keramik hergestellt. Bei dem Aufnahmeabschnitt 24 von 8,
wird es angenommen, dass das Verdampfungsmaterial 32 im
geschmolzenen Zustand ein leitendes Material ist. Wenn das geschmolzene Verdampfungsmaterial 32 ein
elektrischer Isolator ist, kann jedoch nur die zylindrische Heizeinrichtung 241 verwendet
werden.
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Die
zylindrische Heizeinrichtung 241 in dem Schmelzabschnitt 24 und
die zylindrische Heizeinrichtung 211 in dem Aufnahmeabschnitt 21 können getrennt
oder einteilig konstruiert sein. In jedem Fall werden die Elektroden 213 und 214 gemeinsam durch
die zylindrischen Heizeinrichtungen 241 und 211 verwendet,
sie können
jedoch an der zylindrischen Heizeinrichtung 241 bzw. 211 ausgebildet sein.
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Der
Heizbehälter 242 wird
durch die von der zylindrischen Heizeinrichtung 241 zugeleitete
Wärme erhitzt.
In der zylindrischen Heizeinrichtung 241, da der obere
Teilabschnitt weit ist und der untere Teilabschnitt eng ist, hat
der untere, enge Teilabschnitt einen großen elektrischen Widerstand
und wird auf eine höhere
Temperatur erhitzt.
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Das
Verdampfungsmaterial 32, das in dem Heizbehälter 212 in
dem Aufnahmeabschnitt 21 geschmolzen wird, nimmt ab, während es
in die zylindrische Heizeinrichtung 221 in dem Verdampfungsabschnitt 22 übertritt.
Folglich ist es wünschenswert,
ein Verdampfungsmaterial entsprechend der reduzierten Menge zuzuführen.
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In
der Verdampfungsquelle, die in 8 gezeigt
ist, wird das Korn- oder Pulver-Verdampfungsmaterial 33 von
der Nachfüllöffnung 234 in
den Heizbehälter 242 zugeführt und
wird in dem Heizbehälter 242 geschmolzen.
Das geschmolzene Verdampfungsmaterial 32 wird von der Nachfüllöffnung 215 in den
Heizbehälter 212 zugeführt. Die
Menge des Verdampfungsmaterials 33, das über die
Nachfüllöffnung 243 zugeführt wird,
wird so eingestellt, dass sie im Wesentlichen gleich der Menge des
Verdampfungsmaterials 32 ist, die in dem Heizbehälter 212 vermindert
wurde.
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Die
Temperatur des Heizbehälters 212 in dem
Aufnahmeabschnitt 21 neigt dazu, durch die Temperatur des
Verdampfungsmaterials, das über die
Nachfüllöffnung 215 zugeführt wird,
beeinflusst zu werden. In dem in 8 gezeigten
Fall, da das Verdampfungsmaterial 32 in dem Heizbehälter 212 im
geschmolzenen Zustand von dem Heizbehälter 242 zugeführt wird,
wird jedoch die Temperatur des Heizbehälters 212 nicht durch
die Zufuhr des Verdampfungsmaterials 33 beeinflusst.
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(Beispiel 9)
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9 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
einer Verdampfungsquelle, die einen linearen oder streifenförmigen Verdampfungsmaterialschmelzabschnitt umfasst.
In der Verdampfungsquelle in 9, ist eine Trommel 41,
um die Kupfer- oder Streifen-Verdampfungsmaterial 31 gewickelt
ist, über
dem Schmelzabschnitt 24 angeordnet. Die Konfiguration des Schmelzabschnitts 24,
des Aufnahmeabschnitts 21 und des Verdampfungsabschnitts
ist die gleiche wie jene der Verdampfungsquelle in 8.
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Die
Trommel 41, die an ein Bock (nicht gezeigt) montiert ist,
welcher über
dem Schmelzabschnitt 24 angeordnet ist, dreht sich mit
einer vorgegebenen Geschwindigkeit mittels eines Antriebsmechanismus
(nicht gezeigt), um das Verdampfungsmaterial 31 abzuwickeln.
Das abgewickelte Verdampfungsmaterial 31 wird von der Verdampfungsmaterial-Nachfüllöffnung 243 über die
Seilrolle 42 und das Reibrad 43 in den Heizbehälter 242 zugeführt. Wenn
es mit dem Heizbehälter 242 in
Kontakt tritt, schmilzt daher das Verdampfungsmaterial 31 zu einem
Verdampfungsmaterial in geschmolzener Phase.
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Die
Geschwindigkeit, mit der das Verdampfungsmaterial 31 von
der Trommel 41 abgewickelt wird, wird derart eingestellt,
dass bei einer Anfangsphase der Abscheidung die Menge des geschmolzenen
Verdampfungsmaterials 32 größer ist als die Menge des Verdampfungsmaterials,
welches in den Heizbehälter 212 übertritt.
Wenn der Heizbehälter 242 eine
vorgegebene Menge des geschmolzenen Verdampfungsmaterials 32 (oder
das geschmolzene Verdampfungsmaterial ein vorgegebenes Niveau erreicht)
speichert, wird die Abwicklungsgeschwindigkeit derart eingestellt,
dass die Menge des Verdampfungsmaterials, das in dem Heizbehälter 242 aufgenommen
wird, mit der Menge des Verdampfungsmaterials, das in den Heizbehälter 212 übergeht,
in Gleichgewicht steht.
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(Beispiel 10)
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10 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
einer Verdampfungsquelle, die einen Fülltrichter umfasst, der ein
Korn- oder Pulver-Kupferverdampfungsmaterial in die Verdampfungsquelle
in 8 zuführt.
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In
der Verdampfungsquelle in 10 ist
ein Fülltrichter 51 über dem
Schmelzabschnitt 24 angeordnet. Die Konfiguration des Schmelzabschnitts 24, des
Aufnahmeabschnitts 21, und des Verdampfungsabschnitts 22 ist
gleich zu dem in der Verdampfungsquelle in 8.
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Der
Fülltrichter 51 speichert
ein Korn- oder Puder-Verdampfungsmaterial 33. Wenn der
Drehmechanismus 53 die Schraube 52 in dem Fülltrichter 51 mit
einer vorgegebenen Geschwindigkeit dreht, fällt das Verdampfungsmaterial 33 in
den Heizbehälter 242 in
dem Schmelzabschnitt 24 hinab. Durch das Verändern der
Drehgeschwindigkeit der Schraube 52 kann die Menge des
Verdampfungsmaterials 33, welches in den Heizbehälter 242 hinab
fällt,
gesteuert werden.
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(Beispiel 11)
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11 zeigt
die gesamte Anordnung einer Verdampfungsquelle gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Die Vakuumkammer (Raum), die Befestigungsmittel der
Verdampfungsquelle, die thermischen Abschirmmittel, die Stromzufuhrmittel
usw., die im Allgemeinen durch die Vakuum-Dampfabscheidungs-Apparatur benötigt werden,
werden hier weggelassen.
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Die
Verdampfungsquelle in 11 umfasst eine Trommel 41,
um die das Verdampfungsmaterial 31 gewickelt ist, einen
Schmelzabschnitt 24, einen Aufnahmeabschnitt 21,
einen Verdampfungsabschnitt 22 und einen Austrittsabschnitt 23.
Der Schmelzabschnitt 24 steht mit dem Aufnahmeabschnitt 21 über die
Verdampfungsmaterial-Nachfüllöffnung 215 in
Verbindung. Der Aufnahmeabschnitt 21 steht mit dem Verdampfungsabschnitt 22 über die Verdampfungsmaterial-Nachfüllöffnung 216 in
Verbindung. Die Anordnung jedes Abschnitts wurde mit den vorhergehenden
Ausführungsbeispielen
erläutert.
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Die
zylindrischen Heizeinrichtungen 241, 211, 221 und 231,
welche entsprechend in dem Schmelzabschnitt 24, dem Aufnahmeabschnitt 21, dem
Verdampfungsbereich 22 und dem Austrittsabschnitt 23 angeordnet
sind, sind aus Graphit hergestellt. Das Verdampfungsmaterial wird
durch Widerstandsheizung erhitzt. Das Graphit kann einfach erhalten
und verarbeitet werden. Der Heizbehälter 242 in dem Schmelzabschnitt 24 ebenso
wie der Heizbehälter 212 in
dem Aufnahmeabschnitt 21 sind aus Keramik hergestellt.
Die Übertrittssäule 224 in
dem Verdampfungsbereich 22 ist aus Aluminium oder Keramik
hergestellt. Die Oberfläche
der Übertrittssäule 224 hat
eine raue Pfirsichhaut-Oberfläche.
Die zylindrische Heizeinrichtung 231 in dem Austrittsabschnitt 23 hat
zwei Düsen 235,
welche ein verdampftes Verdampfungsmaterial auf das Substrat 61 aufsprüht.
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Beispielsweise
können
Metalle, wie etwa Silber, Aluminium, Gold und Kupfer, Mineralmaterialien, wie
etwa metallisches Silizium, oder organische Materialien als lineare
oder bandförmige
Verdampfungsmaterialien 31 verwendet werden. Alternativ
kann Korn- oder Pulver-Verdampfungsmaterialien verwendet werden.
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Die
Erläuterung
wird über
die Eigenschaften von verschiedenen Elementen, wenn das Verdampfungsmaterial 31 Kupferdraht
ist, und über
den Betrieb der Verdampfungsquelle in 11 ausgeführt.
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Kupfer
hat einen Schmelzpunkt von 1,084°C und
die Temperatur, bei der ein Druck von ungefähr 1 Torr (133 Pascal) herrscht,
ist 1,617°C.
Aluminium oder Keramik, die die Übertrittssäule 224 bilden,
können
die Temperatur aushalten, bei der Kupfer verdunstet und verdampft,
und sie reagiert nicht mit dem Kupfer chemisch und ist ein elektrischer
Isolator. Dieses Merkmal ist geeignet als Material für die Übertrittssäule 224.
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Der
Kupferdraht, der als Verdampfungsmaterial 31 dient, wird
kontinuierlich oder schrittweise von der Trommel 41 abgewickelt
und wird dem Heizbehälter 242 in
dem Schmelzabschnitt 24 zugeführt.
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In
dem Schmelzabschnitt 24, dem Aufnahmeabschnitt 21,
dem Verdampfungsabschnitt 22 und dem Austrittsabschnitt 23,
werden entsprechende Spannungen zwischen den Elektroden 213 und 214, 214 und 222,
und 232 und 233 für die zylindrischen Heizeinrichtungen 241, 211, 221 und 231 angelegt. Folglich
leiten jene zylindrischen Heizeinrichtungen Strom und werden entsprechend
auf die erwünschten
Temperaturen erhitzt. Beispielsweise werden der Schmelzabschnitt 24 und
der Aufnahmeabschnitt 21 auf eine Schmelztemperatur von
Kupfer, 1,084°C
erhitzt. Der Verdampfungsabschnitt 22 und der Austrittsabschnitt 23 werden
auf eine Verdampfungstemperatur von Kupfer, 1,617°C erhitzt.
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In
dem Abscheidungsvorgang wird die Trommel 41, um die das
Verdampfungsmaterial 31 zuvor gewickelt wurde, auf den
Bock (nicht gezeigt) geladen. Die Übertrittssäule 224 wird angehoben,
um die Übertrittsöffnung 216 des
Heizbehälters 212 zu
blockieren. Danach wird die Vakuumkammer (nicht gezeigt) auf einen
vorgegebenen Vakuumwert evakuiert. Wenn der Vakuumgrad in der Vakuumkammer einen
vorgegebenen Wert erreicht, werden die zylindrische Heizeinrichtung 241 in
dem Schmelzabschnitt 24 und die zylindrische Heizeinrichtung 211 in dem
Aufnahmeabschnitt 21 elektrische angeregt und auf vorgegebenen
Temperaturen (einem Schmelzpunkt von Kupfer, 1,084°C oder einem
Verdampfungspunkt von Kupfer, 1,617°C) erhitzt. Wenn jeder Abschnitt
eine vorgegebene Temperatur erreicht, wird die Trommel 41 angetrieben,
um das Verdampfungsmaterial 31 abzuwickeln. Die Schmelzrate, Übertrittsrate
und Verdampfungsrate des Verdampfungsmaterials 31 werden
zuvor überprüft. Unter
Berücksichtigung
dieser Größen wird
die Trommel 41 auf eine notwendige Drehgeschwindigkeit
eingestellt, bei der das Verdampfungsmaterial 31 abgewickelt wird.
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Das
abgewickelte Verdampfungsmaterial 31 wird in den Heizbehälter 242 über die Öffnung des Deckels 244 des
Heizbehälters 242 in
dem Schmelzabschnitt 24 abgewickelt und danach wird es
geschmolzen. Das geschmolzene Verdampfungsmaterial 32 wird über die
Nachfüllöffnung 215 dem
Heizbehälter 212 in
dem Aufnahmeabschnitt 21 zugeführt und wird in dem Heizbehälter 212 aufgenommen. Wenn
das Verdampfungsmaterial 32 in dem Heizbehälter 212 eine
vorgegebene Menge erreicht, werden die zylindrische Heizeinrichtung 211 in
dem Verdampfungsabschnitt 22 und die zylindrische Heizeinrichtung 231 in
dem Austrittsabschnitt 23 elektrisch angeregt, um diese
auf eine Verdampfungstemperatur von Kupfer zu erhitzen. Als nächstes geht
die Übertrittssäule 24 auf
eine vorgegebene Position über,
um die Übertrittsöffnung 216 des
Heizbehälters 212 zu öffnen. Das
Verdampfungsmaterial in dem Heizbehälter 212 fließt aus der Übertrittsöffnung 216 hinaus
und läuft
entlang der Oberfläche
der Übertrittssäule 224 hinunter.
Während
dem Übertrittsprozess
ist das Verdampfungsmaterial 32 der Wärmestrahlung von der zylindrischen
Heizeinrichtung 221 ausgesetzt und verdunstet. Der Dampfraum 223 und die
zylindrische Heizeinrichtung 231 in dem Austrittsabschnitt 23 werden
mit Dampf des Verdampfungsmaterials 32 befüllt, und
folglich steigt der Innendruck. Unter dem ausreichend angestiegenen
Druck tritt der Dampf des Verdampfungsmaterials 32 über die
Düsen 235 auf
das Substrat 61 aus. Danach wird die Zufuhrmenge des Verdampfungsmaterials 31 und die
Verdampfungsmenge des geschmolzenen Verdampfungsmaterials 32 ins
Gleichgewicht gebracht, so dass der Dampf kontinuierlich stabil
austreten kann. Der vertikale Antrieb 251 bewegt den vertikalen Schaft 227,
um die Übertrittssäule 224 vertikal
zu bewegen.
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In
dem Ausführungsbeispiel
kann der Dampf kontinuierlich in diesem Zustand ohne Verspritzen austreten.
Unnötige
Gase, die von dem Verdampfungsmaterial 31 erzeugt werden,
werden in dem Schmelzabschnitt 24 entfernt, so dass sie
nicht in dem Dampf vorhanden sind, der von den Düsen 235 ausgestoßen wird.
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Um
die Abscheidung zu beenden, wird das Abwickeln des Verdampfungsmaterials 31 von
der Trommel 41 als erstes gestoppt. Somit besteht kein geschmolzenes
Verdampfungsmaterial 32 in oder verbleibt kaum in dem Schmelzabschnitt 24 und
dem Aufnahmeabschnitt 21. Schäden des Systems, die durch
unterschiedliche thermische Kontraktion in Folge des Temperaturabfalls
verursacht werden, können verhindert
werden. Im Folgenden wird die Übertrittssäule 224 angehoben,
um die Übertrittsöffnung 216 in
dem Heizbehälter 212 zu
schließen.
Wenn das Aufheizen für
eine vorgegebene Zeit (beispielsweise 20 Sekunden) in solch einem
Zustand fortfährt,
wird das Verdampfungsmaterial 32, das in dem Verdampfungsabschnitt 22 zurückbleibt,
vollständig
ausgestoßen.
Dieses Merkmal kann einen Schaden in Folge der unterschiedlichen
thermischen Kontraktion verhindern, wie es oben beschrieben ist.
Danach wird die elektrische Anregung jeder zylindrischen Heizeinrichtung
abgestellt.
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Um
mit dem nächsten
Abscheidungsprozess fortzufahren, wird die Menge eines Verdampfungsmaterials 31,
das auf der Trommel 41 verbleibt, überprüft und, wenn notwendig, wird
ein neues Verdampfungsmaterial aufgeladen, um das nächste Verfahren fortzusetzen.
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In
der Verdampfungsquelle gemäß dem Ausführungsbeispiel
ist es, wenn das Verdampfungsmaterial nachgefüllt wird, nicht erforderlich,
dass der Tiegel auseinander gebaut und dann erneut zusammengebaut
wird. Aus diesem Grund wird die anfängliche Einrichtung des Abscheidungsvorganges
vereinfacht und ist in einer kurzen Zeit beendet. Darüber hinaus kann
die Verdampfungsquelle der Erfindung eine übermäßig große Menge eines Verdampfungsmaterial-Dampfes bieten und
kann das Verdampfungsmaterial kontinuierlich zuführen, wobei folglich ein großes Abscheidungsvolumen
bei einer hohen Rate durchgeführt
wird. Durch das Bereitstellen mehrerer Verdampfungsquelleen der
in 11 gezeigt Art kann ein großes Volumen und eine Abscheidung
bei hoher Rate durchgeführt
werden.
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In
der Verdampfungsquelle des Ausführungsbeispiels
tritt das Verdampfungsmaterial 32 in den Verdampfungsabschnitt 22 entlang
der Oberfläche
der Übertrittssäule 224 über, ohne
die Innenoberfläche
der zylindrischen Heizeinrichtung 221 zu berühren. Folglich
wird das Verdampfungsmaterial 32 nicht direkt durch die
zylindrischen Heizeinrichtung 221 (oder in Folge der zugeleiteten
Wärme)
erhitzt, sondern wird durch die Wärmestrahlung erhitzt. Das Verdampfungsmaterial 32 geht
in die Filmform über, die über die
Oberfläche
der Übertrittssäule 224 ausgebildet
wird. Daher wird das Verdampfungsmaterial 32, das entlang
der Oberfläche
der Übertrittssäule 224 übergeht,
nicht lokal und drastisch erhitzt, wird jedoch erhitzt und verdunstet
und gleichmäßig von der
Oberfläche
davon in den Verdampfungsraum 223 emittiert. Wenn das Verdampfungsmaterial 32 verdunstet,
passiert es daher nicht, dass einige Spritzer davon in einer flüssigen Phase
in den Verdampfungsraum 223 gelangen oder das so genannte
Abspritzen stattfindet.
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Da
das Verdampfungsmaterial 32 in dem Verdampfungsabschnitt 22 sich
ausbreitet und über die
Oberfläche
der Übertrittssäule 224 übertritt,
wird der Oberflächenbereich
für die
Verdampfung groß und
die Übertrittsrate
wird langsam. Folglich wird die Verdampfungsmenge groß. Darüber hinaus
ermöglicht
die langsame Übertrittsrate
des Verdampfungsmaterials 32, dass die zylindrische Heizeinrichtung 221 verkürzt wird,
was folglich zu einer Verkleinerung der Verdampfungsquelle führt.
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(Beispiel 12)
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12 ist
eine Querschnittdarstellung, die eine Verdampfungsquelle darstellt,
die in der Aufnahmeeinrichtung anstelle der Übertrittssäule, die in 2 gezeigt
ist, eine Stelleinrichtung aufweist, die den Öffnungsbereich der Übertrittsöffnung einstellt, 12(a) zeigt eine Stelleinrichtung, die
auf das höchste
Niveau angehoben ist, und 12(b) zeigt eine
Stelleinrichtung, die in das niedrigste Niveau übergeht.
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In
der Verdampfungsquelle in 12 ist
ein Öffnungs-/Schließ-Einstellventil
(Stelleinrichtung) 71, welches der Übertrittssäule 224 über die Übertrittsöffnung 216 gegenüberliegt,
in dem Aufnahmeabschnitt 21 angeordnet. Die Übertrittssäule 224 wird
sicher auf dem Bodenelement 226 befestigt. Für das Öffnungs-/Schließ-Einstellventil 71,
wird ein Material, welches nicht mit einem geschmolzenen Material
reagiert, welches jedoch die Schmelztemperatur aushält, ausgewählt. Wenn
das geschmolzene Material beispielsweise Kupfer ist, kann Aluminium
verwendet werden. Das Öffnungs-/Schließ-Einstellventil 71 hat die
Größe und Form,
welche die Übertrittsöffnung 216 blockieren
oder einschränken
kann. Das Öffnungs-/Schließ-Einstellventil 71 kann
die Übertrittsöffnung 216 schließen oder
verengen und bewegt sich vertikal, um den Öffnungsbereich der Übertrittsöffnung 216 einzustellen.
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In
dem in 12(a) gezeigten Fall fließt das geschmolzene
Verdampfungsmaterial 32 aus der Übertrittsöffnung 216 in den
Heizabschnitt 212 hinaus und läuft entlang der Oberfläche der Übertrittssäule 224 hinunter.
In dem in 12(b) gezeigten Fall schränkt die
Spitze des Öffnungs-/Schließ-Einstellventils 71 die Übertrittsöffnung 216 ein.
Folglich hindert das Öffnungs-/Schließ-Einstellventil 71 das geschmolzene
Verdampfungsmaterial 32 am Hinunterfließen aus beispielsweise der Übertrittsöffnung 216 hinaus.
Das Öffnungs-/Schließ-Einstellventil 71 kann
vertikal zwischen der Position, die in 12(a) gezeigt
ist, und der Position, die in 12(b) gezeigt ist,
eingestellt werden. Durch das Einstellen der Menge, mit der das
geschmolzene Verdampfungsmaterial 32 von dem Heizbehälter 22 zu
der zylindrischen Heizeinrichtung 221 läuft, kann die Verdampfungsmenge
des Verdampfungsmaterials 32 gesteuert werden.
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Das Öffnungs-/Schließ-Einstellventil 71 kann vertikal
bewegt werden, wobei das andere Ende mit dem Antriebsmechanismus
(nicht gezeigt), wie etwa einem Schneckenantrieb, einem Schraubmechanismus
oder einem Nockenmechanismus, kombiniert ist
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Das
Beispiel, dass das Öffnungs-/Schließ-Einstellventil 71 eine
konische Spitze hat, wurde erläutert.
Jedoch kann eine halbkugelförmige
oder flache Spitze verwendet werden.
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In 12(a) ist das Beispiel gezeigt, dass die
obere Grenze, zu der das Öffnungs-/Schließ-Einstellventil 71 sich
hinbewegt, in dem Aufnahmeabschnitt 21 ist. Jedoch kann
die obere Grenze innerhalb oder außerhalb des Verdampfungsmaterials 32 des
Aufnehmers 21 sein.
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(Beispiel 13)
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13 zeigt
eine Verdampfungsquelle, welche eine Stelleinrichtung zum Einstellen
des Öffnungsbereichs
der Übertrittssäule in dem
Aufnahmeabschnitt, der in 1 gezeigt
ist, umfasst. In der Verdampfungsquelle von 13 ist
ein Öffnungs-/Schließ-Ventil
(Stelleinrichtung) 71, das der Übertrittsöffnung 216 gegenüberliegt,
in dem Aufnahmeabschnitt 21 angeordnet.
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Durch
das Verändern
der Position, an der das Öffnungs-/Schließ-Einstellventil 71 sich
vertikal bewegt, kann die Menge, mit der geschmolzenes Verdampfungsmaterial
von dem Heißbehälter 212 zu der
zylindrischen Übertrittssäule 221 hinab
fließt,
eingestellt werden. Durch das Einstellen des Einlassflusses des
geschmolzenen Verdampfungsmaterials, kann die Verdampfungsmenge
des Verdampfungsmaterials 32 eingestellt werden.
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(Beispiel 14)
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14 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
einer Verdampfungsquelle, welche die Übertrittssäule von 1 aufweist,
welche gedreht wird. In der Verdampfungsquelle von 14,
ist eine Drehwelle 228 an der Übertrittssäule 224 befestigt.
Die Drehwelle 228 wird in das Bodenelement 226 eingepasst.
Die Übertrittssäule 224 kann
mit einem Antriebsmechanismus (nicht gezeigt) gedreht werden.
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In 14 fließt das geschmolzene
Verdampfungsmaterial 32 aus der Übertrittsöffnung 216 in den Heizbehälter 212 hinaus
und läuft
entlang der Oberfläche
der Übertrittssäule 224 hinunter.
In diesem Fall kann durch das langsame Drehen der Übertrittssäule 224 um
360° Veränderungen
der Fluss des Verdampfungsmaterials 32 ausgeglichen oder
vermindert werden, selbst wenn die Mittelachse der Übertrittssäule 224 nicht
auf die Mittelachse der Übertrittsöffnung 216 ausgerichtet
ist oder zu dieser geneigt ist. Die Drehgeschwindigkeit der Übertrittssäule 224 muss auf
einen kleinen Wert derart niedrig gehalten werden, dass das Verdampfungsmaterial 32 nicht
von der Oberfläche
davon durch die Zentri fugalkraft getrennt wird.
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Die Übertrittssäule 224 in
anderen Ausführungsbeispielen
kann zusätzlich
zu der vertikalen Bewegung gedreht werden.
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(Beispiel 15)
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15 ist
eine Querschnittdarstellung, die eine Verdampfungsquelle darstellt,
welche eine andere Übertrittssäule anstelle
der Übertrittssäule, die in 2 gezeigt
ist, umfasst. In 15 sind das geschmolzene Verdampfungsmaterial 32 und
der erzeugte Dampf nicht dargestellt. Die Übertrittssäule 224 ist an dem
Bodenelement 226 befestigt.
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In
der Verdampfungsquelle von 15 ist eine
spiralförmige
Nut (Vorsprung) 261 an der Oberfläche der Übertrittssäule 224 ausgebildet.
Die spiralförmige
Nut hat einen Kamm und einen Fuss, die an der Oberfläche der Übertrittssäule 224 ausgebildet sind.
Der Kamm ist als die spiralförmige
Nut 261 dargestellt. Darüber hinaus ist der Kopf der Übertrittssäule 224 konkav
(hinterschnitten). D. h., der Kopf der Übertrittssäule 224 hat eine Konkave
(hinterschnittener Teilabschnitt) 219. Die Konkave 219 steht der Übertrittsöffnung 216 gegenüber. Das
obere Ende der spiralförmigen
Nut 261 auf der Oberfläche der Übertrittssäule 224 steht
in Richtung der Übertrittsöffnung 216 von
dem Kopf der Übertrittssäule 224 hervor.
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In 15 fließt das geschmolzene
Verdampfungsmaterial von der Übertrittsöffnung 216 in
den Heizbehälter 212 hinunter
und wird in der Aussparung 219 des Kopfes der Übertrittssäule 224 aufgenommen.
Wenn das aufgenommene Verdampfungsmaterial die Aussparung 219 ausfüllt, fließt es hinaus. Durch
das Einstellen des Einlassflusses des Verdampfungsmaterials bewegt
sich das Verdampfungsmaterial entlang der spiralförmigen Nut 261 auf
der Oberfläche
der Übertrittssäule 224 hinunter.
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In 15,
da die spiralförmige
Nut 261 auf der Übertrittssäule 224 in
Richtung der Übertrittsöffnung 216 von
dem Kopf der Übertrittssäule 224 hervorsteht,
kann die Richtung, in der das geschmolzene Verdampfungsmaterial
von der Aussparung 219 der Übertrittssäule 224 hinaus fließt, reguliert
werden.
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Anstelle
des vorstehenden Kopfes der spiralförmigen Nut 261 kann
der Teil (äußerer Umfang)
der Ausnehmung 219 in der Übertrittssäule 224 derart ausgeschnitten
sein, dass das geschmolzene Verdampfungsmaterial von dem ausgeschnittenen
Teilbereich hinaus fließt.
Folglich kann die Richtung, in der das geschmolzene Material hinaus
fließt,
reguliert werden.
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In
der Beschreibung ist die Form des Kopfes der Übertrittssäule 224 ausgeschnitten.
Jedoch kann der Kopf abgeflacht sein (d. h. eine flache Oberfläche haben).
Zur Erläuterung
hat der Kopf der Übertrittssäule 224 eine
glatte Oberfläche.
Jedoch kann der Kopf eine Pfirsichhaut-Oberfläche haben. Eine weitere Erläuterung über die
Form des Kopfes einer Übertrittssäule wird
ausgeführt.
Beispielsweise kann, wie es in 2 gezeigt
ist, die Form des Kopfes der Übertrittssäule vorzugsweise
konisch oder halbkugelförmig
(im Allgemeinen eine konvexe Form) sein, um die Größe der Übertrittsöffnung (welche
ein geschmolzenes Verdampfungsmaterial übergibt) von Null bis zu einem
maximalen Wert einzustellen. Jedoch ist es nicht in allen Fällen wesentlich,
die Größe der Übertrittsöffnung einzustellen.
D. h., in den meisten Fällen
kann die Übertrittsöffnung mit
einer feststehenden Größe praktisch
ausreichend verwendet werden. In solch einem Fall kann der flache
oder hinterschnittene Kopf der Übertrittssäule einfach
einen großen Übertrittsbereich
bieten.
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Ein
konvexer Kopf der Übertrittssäule neigt dazu,
das übertretende
flüssige
Verdampfungsmaterial (Flüssigkeit)
von der Mitte abzuleiten. Folglich läuft die Flüssigkeit lokal entlang einem
Teiles der Übertrittssäule hinunter.
Als Ergebnis wird die Übertrittsrate
der Flüssigkeit
schnell. Es ist erforderlich, die Übertrittsstrecke um ein entsprechendes
Maß zu erweitern.
Jedoch neigt der flache oder hinterschnittene Kopf der Übertrittssäule dazu,
die herunter laufende Oberfläche
der Flüssigkeit
dünn auszubreiten und
die Übertrittsrate
zu verlangsamen. Daher kann dieses Merkmal die Erweiterung der Übertrittsstrecke unterbinden
und kann die Zeit verkürzen,
in der die Flüssigkeit
in Dampf umgesetzt wird.
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(Beispiel 16)
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16 zeigt
Ausführungsbeispiele
der Übertrittssäule 224,
die in 15 gezeigt ist. 16(a) ist eine
teilweise vergrößerte Querschnittdarstellung, die
die Übertrittssäule 224 von 15 darstellt.
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Die 16(a) bis 16(d) zeigen
Modifikationen der Übertrittssäule 224 von 16(a). Die Übertrittssäule 224 reguliert
den Fluss des geschmolzenen Verdampfungsmaterials gemäß der Form
der spiralförmigen
Nut (oder des Vorsprunges einer spiralförmigen Nut) 262, 263 oder 264.
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In 16(a), hat die spiralförmige Nut 261 einen
quadratischen oder rechtwinkligen Querschnitt. Im Gegensatz dazu
hat die spiralförmige
Nut 262 von 16(b) einen L-förmigen (oder
invertierten L- förmigen)
Querschnitt. Die spiralförmige
Nut 263 von 16(c) hat einen
Parallelogramm- oder Rhomben-förmigen
Querschnitt. Die spiralförmige Nut 264 von 16(d) hat einen Klauenfuß-Querschnitt. In jedem
Beispiel ist ein Flusspfad (Ausschnitt) 265 für das geschmolzene
Verdampfungsmaterial 32 zwischen der spiralförmigen Nut
und der Übertrittssäule 224 ausgebildet.
Jede der Übertrittssäulen, die
in den 16(b) bis 16(d) gezeigt
sind, hat einen speziellen spiralförmigen Nut-Querschnitt. Folglich
kann der Fluss des Verdampfungsmaterials reguliert werden.
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Wenn
der Fluss des Verdampfungsmaterials reguliert werden kann, kann
die spiralförmige
Nut der Übertrittssäule in 16 in
einem anderen Querschnitt ausgebildet sein. Beispielsweise kann
der Flusspfad des Verdampfungsmaterials 32 nur eine hinterschnittene,
spiralförmige
Nut haben.
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Die
Form des Querschnittes der spiralförmigen Nut wird hier weiter
ausgeführt.
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Für ein flüssiges Verdampfungsmaterial
(in der geschmolzenen Phase) mit einem hohen Fließvermögen ist
eine Lösung
für die
Verlängerung
seiner Übertrittsstrecke,
das flüssige
Verdampfungsmaterial entlang der spiralförmigen Nut auf der Übertrittssäule nach
unten zu leiten. Jedoch, wenn hier kein besonderes Hindernis ist,
bewegt sich ein Material linear. Wenn die Flüssigkeit sich entlang der spiralförmigen Nut
nach unten bewegt, bewirkt seine Bewegung eine Zentrifugalkraft.
Aus diesem Grund könnte
die Flüssigkeit,
die sich entlang der spiralförmigen
Nut nach unten bewegt, von der spiralförmigen Nut hinausströmen. Eine
Lösung,
um solch ein Problem zu vermeiden, ist es, die Außenseite
der spiralförmigen Nut
(Kamm) relativ größer auszubilden
als die Innenseite, um die übertretende
Flüssigkeit
am Hinauslaufen aus der spiralförmigen
Nut zu hindern. Mit anderen Worten ist ein Vorsprung neben dem Bereich
entlang dem Außendurchmesser
der oberen Oberfläche des
Kammes, der die spiralförmige
Nut bildet, ausgebildet, oder das Niveau der oberen Oberfläche des Kammes
wird so eingestellt, dass es auf der Seite des Außendurchmesser
höher ist.
Verschiedene Formeln von solch einer Struktur können vorgeschlagen werden.
Ein ökonomisches
Herstellungsverfahren kann bei Betrachtung des Wellendurchmessers
der Übertrittssäule und
die Neigungen der Nut eingesetzt werden.
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Der
Querschnitt des Kamms der spiralförmigen Nut hat eine obere Oberfläche, eine
seitliche Oberfläche
und eine untere Oberfläche.
Die Fläche
in der Richtung des Kopfes der Übertrittssäule wird
die obere Oberfläche
genannt. Die Fläche,
die der inneren Oberfläche
der zylindrischen Heizeinrichtung gegenüberliegt, wird die seitliche
Oberfläche
genannt. Die Fläche
in der Richtung des Bodenelements der Übertrittssäule wird die untere Oberfläche genannt.