JP2015166492A - 蒸発セルを再装填する方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】真空蒸着装置によって実施される堆積方法における休止期間を短縮するか又は破棄することさえも可能にする蒸発セルを再装填する方法の提供。【解決手段】第1るつぼ110が、蒸発セルの蒸発チャンバ100に係合し、材料の蒸気の流れ116を発生させるために第1るつぼを蒸発条件下に置く蒸発手段101、131、132が設けられる。第2るつぼ120を予め隔離され装填チャンバ200内に装填する段階であって、装填チャンバ内の圧力が、その時点で真空蒸着チャンバ内のものよりも実質的に高い第2るつぼを装填する段階と、装填チャンバ内の圧力を第1るつぼの蒸発中の蒸発チャンバのものと同等なレベルまで引き戻すことを意図する密閉段階と、第1るつぼが装填チャンバまでその間に移送される解除段階と、第2るつぼを蒸発チャンバに係合させる段階と、第2るつぼを蒸発条件下に置く段階とを含む方法。【選択図】図4

Description

本発明は、材料の蒸発及び基板上へのその真空蒸着の分野に関する。
より具体的に、本発明は、真空蒸着チャンバに置かれた基板上に材料を堆積させるために材料を蒸発させることを意図する蒸発セルを再装填する方法に関する。
真空蒸着装置は、蒸発チャンバ内で蒸発させた半導体材料又は化合物(例えば、シリコン、ヒ化ガリウム、リン化インジウム等)、無機材料(例えば、セレン、アンチモン、リン)、又は有機材料(例えば、トリス(8−ヒドロキシキノリン)アルミニウム(III)又はAlq3、...)のような材料を真空下に維持された堆積チャンバに置かれた基板上に堆積させることを可能にする。
そのような装置は、特に、材料を蒸発させることを意図する蒸発セルと、この蒸発セルの蒸発チャンバに次に係合して蒸発される材料を含有する第1るつぼと、この第1るつぼを蒸発条件下に置いて真空蒸着チャンバ内への蒸気の注入のためのインジェクタに接続した蒸発チャンバ出口を通る材料の蒸気の流れを発生させるように設けられた蒸発手段とを含む。
準連続的な生産を確実にするために、多数の連続する基板上に材料を堆積させることが次に可能であるように蒸発される大量の材料を含有する大容量るつぼを使用する蒸発セルを利用することが可能である。
しかし、大容量るつぼを使用する時には、その交換に対して、高温るつぼの除去と低温るつぼの蒸発チャンバ内への導入とによって蒸発チャンバの熱安定性を乱さないように、蒸発セルを再装填することができる前に大容量るつぼが低温になるのを待つことが必要である。
従って、蒸発セルの再装填は、蒸発セルから第1るつぼを解除することができるようになる前に装填物の蒸発に向けて新しいるつぼを準備することが可能ではないので生産の長い中断を導く。
るつぼのサイズに応じて数時間から数日までのものである場合があるこの生産の中断は、生産率を低下させて基板上への材料堆積の運用コストを増大させる。
連続生産を確実にするために、2つの別々の蒸発セルを含む文献WO2006/001205に記載されているような真空蒸着装置を使用することもできると考えられる。
WO2006/001205
それにも関わらず、同じ真空蒸着装置内へのいくつかの蒸発セルの統合は、複雑かつ高価である。
上述の従来技術の欠点を解消するために、本発明は、蒸発セルを再装填する方法を提案し、本方法は、この蒸発セルを使用する真空蒸着装置によって実施される堆積方法における休止期間を短縮するか又は破棄することさえも可能にするものである。
この目的のために、本発明は、真空下に維持された堆積チャンバに置かれた基板上に材料を堆積させるために材料を蒸発させることを意図する蒸発セルを再装填する方法に関連し、蒸発される材料を含有する第1るつぼが、蒸発セルの蒸発チャンバに係合し、蒸発手段が、第1るつぼを蒸発条件下に置いて蒸発チャンバの出口を通る材料の蒸気の流れを発生させるために設けられ、この出口は、真空蒸着チャンバ内への蒸気の注入のためのインジェクタに接続されており、この再装填する方法は、
− 装填チャンバの内側の圧力が、真空蒸着チャンバの内側のものよりも実質的に高い状態で、蒸発される材料を含有する第2るつぼを隣接する蒸発チャンバから予め隔離された装填チャンバ内に装填する段階と、
− この導入段階の後に、装填チャンバの内側の圧力を第1るつぼの蒸発中の蒸発チャンバのものと同等なレベルまで引き戻すことを意図して装填チャンバを密閉する段階と、
− この密閉段階の後に、第1るつぼを蒸発チャンバから解除し、その間に第1るつぼが蒸発チャンバから装填チャンバに移送される段階と、
− 第1るつぼを解除するこの段階の後に、第2るつぼを蒸発チャンバに係合させる段階と、
− 第2るつぼを係合させるこの段階の後に、第2るつぼを蒸発条件下に置いて蒸発チャンバの出口を通る材料の蒸気の流れを発生させる段階
とを含む。
本発明により、第2るつぼを係合させる段階中に、装填チャンバは、蒸発チャンバからかつ真空蒸着チャンバから隔離される。
第1るつぼの蒸発チャンバとの係合によって得られる隔離に起因して、本発明による再装填方法は、単一蒸発チャンバと単一装填チャンバを用いて堆積方法の長い中断なしにるつぼの高速交換を行うことを可能にする。
実際に、蒸発チャンバから予め隔離された装填チャンバに起因して、第1るつぼを解除する段階の前に、第1るつぼが蒸発セル内で蒸発下にある間に第2るつぼを準備することが可能である。
この装填方法は、るつぼの頻繁な交換を必要とする小さい容積のるつぼが使用される場合に特に適応される。
それ以外に、本発明による他の有利で非限定的な特性は以下のものである。
−第2るつぼを装填する段階中に、装填チャンバのトラップドアが開けられ、第2るつぼが、蒸発セルの外側からトラップドアを通して装填チャンバ内に導入される。
−密閉段階中に、トラップドアは、蒸発セルの外側に対して気密に閉じられ、装填チャンバの内側でポンプ排気が実施される。
−第1るつぼを解除する段階中に、第1るつぼは、装填チャンバと蒸発チャンバとを互いに連通状態に置く挿入開口部を通過させることによって蒸発チャンバから取り出され、第2るつぼを係合させる段階中に、第2るつぼは、挿入開口部を通過させることによって蒸発チャンバ内に挿入され、挿入開口部は、装填チャンバを蒸発チャンバから隔離するために気密に閉じられる。
−装填方法は、第2るつぼを蒸発チャンバと係合させる段階の前に、第2るつぼを蒸発条件下に置く段階の持続時間を短縮することを意図して第2るつぼを装填チャンバ内に準備する段階を含む。
−準備段階は、装填チャンバ内の第2るつぼを予め決められた予熱温度まで予熱する段階を含む。
図面を参照して本発明の実施形態を詳細に以下に説明する。
蒸発セル及び真空蒸着チャンバを含む本発明の実施形態による真空蒸着装置の垂直平面内の略全体断面図である。 第1満杯るつぼが係合した蒸発チャンバと空きるつぼを含む隣接装填チャンバとを含む蒸発セルの第1の例の垂直平面内の概略断面図である。 図2AのゾーンIIの詳細図である。 第2満杯るつぼによる装填チャンバの初期装填時の図2Aの蒸発セルの垂直平面内の概略断面図である。 第1るつぼの蒸発中の図2Aの蒸発セルの垂直平面内の概略断面図である。 蒸発チャンバからの第1空きるつぼの解除前の図2Aの蒸発セルの垂直平面内の概略断面図である。 蒸発チャンバからの第1空きるつぼの解除後の図2Aの蒸発セルの垂直平面内の概略断面図である。 第2満杯るつぼの蒸発チャンバとの係合前の図2Aの蒸発セルの垂直平面内の概略断面図である。 第2るつぼの蒸発チャンバとの係合後で第2るつぼを調整する段階中の図2Aの蒸発セルの垂直平面内の概略断面図である。 蒸発セルの第2の例の垂直平面内の概略断面図である。 図9Aの蒸発セルの蒸発チャンバと装填チャンバの間の挿入開口部を閉じるための手段を示す図9AのゾーンIXの詳細図である。 蒸発チャンバとインジェクタの間に気密弁を含む蒸発セルの第3の例の概略図である。 蒸発チャンバの外側エンクロージャが真空蒸着チャンバから隔離された図10の蒸発セルの第3の例の変形の概略図である。 2つの異なる蒸発チャンバを含む蒸発セルの第4の例の概略図である。
以下に続く開示では、真空蒸着装置が設置された部屋に対する垂直に関して「上部」及び「底部」という表現を使用することにし、上部は、部屋の天井の方向を向く側を指し、底部は、床の方向を向く側を指す。同様に、「下側」及び「上側」という表現は、底部及び上部それぞれの方向を向く側を指すことになる。
図1は、一方で蒸発セル10を含み、他方で真空蒸着チャンバ20を含む真空蒸着装置1の垂直平面内の略全体断面図を示している。
一般的に、真空蒸着装置1の蒸発セル10は、材料を真空蒸着チャンバ20に、本明細書ではその底部23に配置された基板2上に堆積させるために材料を蒸発させることを意図したものである。
以下では、蒸発セル10は、材料の蒸気の上流流れ3を発生させるようになっており、この蒸気の上流流れ3は、注入ダクト14により、蒸発セル10から真空蒸着チャンバ20の上部22に位置付けられたインジェクタ13まで搬送されることが分かるであろう。
蒸発セル10と真空蒸着チャンバ20は、注入ダクト14が通過する管状コネクタ5によって互いに接続される。
蒸発セル10のインジェクタ13は、材料がインジェクタ13の方向に向けられた基板2の上面2A上に堆積されるように、注入ダクト14によって搬送された材料の蒸気を基板2の方向に下方に向けられた蒸気の下流流れ4に沿って真空蒸着チャンバ20内に注入する。
インジェクタ13は、基板2の上面2A上に堆積される材料の層が、厚み、面状態、伝導率などのような必要とされる性質を意図する用途に応じて有するように、基板2の方向に向けられた蒸気の下流流れ4の特性、例えば、その流量又は空間分布を最適化するようになっている。
インジェクタ13の内側には、その良好な作動を損なう可能性があるインジェクタ13の内側の材料蒸気の凝縮を回避することを意図する特定の加熱手段(図示せず)が設けられる。
真空蒸着チャンバ20の内側に真空を作り出して維持するために、真空蒸着装置1は、真空蒸着チャンバ20に接続され、真空蒸着チャンバ20の内側容積29に応じて調節されるポンプ排気容量を有するポンプ排気手段6を含む。
この場合に、これらのポンプ排気手段6は、真空蒸着チャンバ20の内側の圧力レベルを10−3トルから10−8トルまで低下させるターボ分子ポンプ又は低温ポンプを含む。
ここで、インジェクタ13に向う蒸気の下流流れ3を生成することを意図する蒸発セル10の第1の例を図2から図9Bを参照して以下に説明する。蒸気の下流流れ3の生成の休止時間を制限することにより、この蒸発セル10を準連続的に利用することを可能にする、本発明による装填方法を以下に説明する。
図2Aに示すように、真空蒸着装置1の蒸発セル10は、第1に、横壁11Aと、上側壁11B(又は「屋根」)と、下側壁11C(又は「底部」)とを含む本明細書ではほぼ円筒形の外側エンクロージャを含む。
外側エンクロージャ11の横壁11A及び上側壁11Bの内側面上、また、管状コネクタ5の内側面上には、蒸発セル10の低温部分上で材料蒸気が凝縮されることを回避するために、外側エンクロージャ11の内側容積19、特に注入ダクト14を実質的に均一に加熱することを意図する加熱要素、例えば、加熱抵抗16が設けられる。
横壁11A及び上側壁11B、また、管状コネクタ5の外側面上には、蒸発セル10の外側エンクロージャ11が外側からの接触に対して低温であるように、冷却要素(図示せず)、例えば、冷水コイルが設けられる。
加熱要素16と冷却要素の間には、加熱と冷却が各々独立して効率的であるように、例えば、耐火材料として製造された放射遮蔽体が挿入される。
横壁11Aは、開口部11Dを含み、そこから管状コネクタ5が、真空蒸着装置1の蒸発セル10と真空蒸着チャンバ20との接続に向けて外向きに延びる。
この構成では(図1から図10まで及び図12に対して共通)、外側エンクロージャ11と真空蒸着チャンバ20は、互いに連通しており、同一の真空を共有するので、真空蒸着チャンバ20内が真空にされると、蒸発セル10の外側エンクロージャ11内も真空にされる。従って、外側エンクロージャ11内の圧力レベルは、真空蒸着チャンバ20内のものに等しい。
変形として、図11に示すように、蒸発セル10の外側エンクロージャ11が真空蒸着チャンバ20と同じ真空を共有しないように、蒸発セル10の管状コネクタ5と注入ダクト14の間に気密溶接部18を設けることができる。この場合に、蒸発セル10は、それに専用ものであり、外側エンクロージャ11の内側容積19をポンプ排気して圧力を10−2トルから10−3トル程度のレベルまで降下させることを意図するエンクロージャポンプ19Aを含む。
図2A及び図2Bから分かるように、以下で挿入開口部12と呼ぶ開口部は、外側エンクロージャ11の下側壁11C内の切開部である。
この挿入開口部12は、本明細書では形状が円形である内縁12Aを有し、この上方で、外側エンクロージャ11の内側に向けて蒸発セル10の蒸発チャンバ100が延びている。
蒸発チャンバ100は、一方で挿入開口部12と同軸の円筒本体101を含み、他方で蒸発チャンバ100の出口103に至るまで本体101を延続させる切端円錐ネック102を含む気密壁によって境界が定められる。
蒸発チャンバ100のこの本体101は、挿入開口部12の内縁12Aに沿って中断することなく延びる下縁101Aを有する。蒸発セル10の外側エンクロージャ11の内側容積19が蒸発チャンバ100の内側容積104と連通状態にないように、下縁101Aは、蒸発セル10の外側エンクロージャ11の下側壁11Cに密閉固定されている。
蒸発チャンバ100の出口103は、本明細書ではこの出口103の場所に曲げ部14Aを形成する蒸発セル10の注入ダクト14に気密に接続される。気密接続は、例えば、溶接を用いて行うことができる。
蒸発セル10の蒸発チャンバ100は、第1るつぼ110(図2Aを参照されたい)及び第2るつぼ120(図3参照)のようなるつぼを受け入れることを意図したものである。これらのるつぼ110、120は、蒸発チャンバ100内に受け入れることができるように適応された形状及びサイズを有する。
有利なことに、るつぼ110、120は、1リットル(L)よりも少なく、好ましくは0.5Lよりも少なく、例えば、0.33Lに等しい低容積容量を有する。
るつぼ110、120は、ほぼボトル形状を有し、かつ底部115、125によって下方に閉じられて、るつぼ110、120の開口部113、123の境界を定めるネック112、122内に上方に幅狭になる横壁111、121を含む。
るつぼ110、120は、好ましくは、赤外線に対して良好な透明性を有し、かつ高温に対して耐性を有する材料から単一部品として製造される。るつぼ110、120は、例えば、熱分解性窒化ホウ素又はPBNのようなセラミック材料、又は石英のようなガラス質材料で製造することができる。
るつぼ110、120は、液体形態、粉末形態、又は更に鋳塊形態とすることができる蒸発される材料7で充填されることを意図する。
るつぼ(図3の第1るつぼ110の場合、図8の第2るつぼ120の場合)が蒸発チャンバと係合された時に、すなわち、それが蒸発チャンバ100の内側容積104の内側に受け入れられた時に、るつぼの横壁111、121は、次に、蒸発チャンバ100の本体101に対向する。
蒸発チャンバ100に係合したるつぼ110、120を蒸発条件下に置くために、蒸発セルは、更に、このるつぼ110、120を受け入れる蒸発チャンバ100の周りに配置された蒸発手段を含む。
図2から図12に示されたすべての例において、これらの蒸発手段は、第1に、蒸発チャンバ100を取り囲んで外側エンクロージャ11の底部11Cから蒸発チャンバ100の本体101に対して実質的に平行に蒸発チャンバ100のネック102に至るまで延びる電気抵抗131を含む。
これらの電気抵抗131は、給電され、高温で加熱されて、主に赤外線として熱を放射する。
変形として、蒸発手段は、蒸発チャンバ内に係合したるつぼを直接照射するように、蒸発チャンバの本体に対して、蒸発チャンバの内側容積内に直接配置された赤外線ランプを備えることができる。
蒸発手段は、外側エンクロージャ11の内側に位置付けられて蒸発チャンバ100の本体101と電気抵抗131の間に挿入された熱遮蔽体132を更に含む。
図9Bに同じく示すように、この熱遮蔽体132は、「伸縮自在」タイプのものであり、かつ本明細書では熱遮蔽体132の高さを自在に調節することができるように互いの中に入れ子にすることができる円筒形で互いに同軸の5つの可動要素132A、132B、132C、132D、132Eを含む。
例えば、図2Aは、全ての可動要素132A、132B、132C、132D、132Eが延ばされた時の最大高さにある熱遮蔽体132を示している。図6は、全ての可動要素132A、132B、132C、132D、132Eが互いの中に入れ子になった時の熱遮蔽体132、230を示している。
可動要素132A、132B、132C、132D、132Eは、本明細書では同じ材料、例えば、鋼鉄又はアルミニウムのような金属材料で製造された円筒体で形成される。
変形として、可動要素は、例えば、電気抵抗によって放出される熱放射線を反射する層、例えば、銀、アルミニウム、又は金の層のような金属層で被覆された電気抵抗の方向を向く外部面を有する石英、ガラス、又はシリカで製造された円筒体で構成することができる。
蒸発手段は、更に、熱遮蔽体132の高さを調節するために可動要素132A、132B、132C、132D、132Eを互いに対して摺動させることを可能にする作動手段を含む。
図2から図12では、可動要素132A、132B、132C、132D、132Eは個数が5個であり、全てが同じ高さを有するが、蒸発手段がより多くの可動要素又はより少ない可動要素を含み、これらの可動要素が異なる高さのものであることを変形と考えることができる。これは、特に、熱遮蔽体の高さを蒸発チャンバの高さに適応させて、この高さを大なり小なりの精度で調節するのに有利とすることができる。
蒸発手段は、最後に、電気抵抗131によって放出された赤外線放射線を透過するように選択された透明壁を有する蒸発チャンバ100の円筒形本体101を本明細書では含む。
外側エンクロージャ11の内側の圧力条件下では、外側エンクロージャ11の内側の真空に起因して対流交換が強く制限されるので、電気抵抗131と蒸発チャンバ100に係合したるつぼ110、120の本体111、121との間の熱交換は、本質的に放射線によって発生する。
透明壁は、例えば、石英、ガラス、又はシリカで製造され、時に透明壁の赤外線透過率を改善する層で被覆された中空円筒体で形成することができる。
電気抵抗131と蒸発チャンバ100の本体101のこの透明壁との間に配置された熱遮蔽体132は、従って、蒸発チャンバ100に位置付けられたつぼ110、120の本体111、121に向けて電気抵抗131によって放射された赤外線光に対するミラーとして作用することになる。
従って、熱遮蔽体132により、るつぼ110、120の上側部分114、124に含まれた材料7の僅かな部分のみが、電気抵抗によって放出された放射線を受けて、材料7の蒸発を可能にするほど十分な加熱温度まで蒸発チャンバ内の圧力に応じて加熱されるように、電気抵抗131の全て又は一部を露出することが可能である。
更に、可動要素132A、132B、132C、132D、132Eを摺動させる作動手段により、るつぼ110、120の開口部113、123を通る蒸気の流れ116、126(図4及び図8参照)を実時間で調節するために、熱遮蔽体132の高さを微調節することができる。
特に、蒸気の流れ116、126が、るつぼ110、120に含まれた材料7の蒸発中にわたって実質的に一定に留まる蒸発条件を得ることが可能である。これは、真空蒸着チャンバ20に配置された基板2上への均一層の堆積に対して特に関連があることを明らかにしている。
蒸発チャンバ100に位置付けられたるつぼ110、120を加熱する蒸発手段131、132、101に起因して発生された材料7の蒸気の流れ116、126は、次に、蒸発チャンバ100の出口103を通過し、次に、蒸発セル10の注入ダクト14に沿って上記で見られたようなインジェクタ13のようなインジェクタ13まで搬送され、真空蒸着チャンバ20に配置された基板2に向う蒸気の上流流れ4が発生する。
図2から図12に示すように、蒸発セル10はまた、蒸発チャンバ100に隣接して本明細書では蒸発セル10の外側エンクロージャ11の下に位置付けられた装填チャンバ200を更に含む。
この装填チャンバ200は、密閉エンクロージャ202によって境界が定められ、かつ開放位置において装填チャンバ200の内側容積209を蒸発セル10の外側、例えば、真空蒸着装置1が保存される部屋と連通状態に置き、閉鎖位置において装填チャンバ200の内側容積209を蒸発セル10の外側から隔離することを可能にするトラップドア201を含む。
有利なことに、装填チャンバに接してその上流に、例えば、大気に近い圧力にある不活性ガスを有する中性雰囲気下に置かれたロックチャンバを設けることができる。このロックチャンバは、次に、装填チャンバ内に導入することを意図するつぼに、自由空気によって酸化された例えば有機材料のような材料を充填することを可能にする。
蒸発セル10の外側エンクロージャ11に関して、密閉エンクロージャ202の内側面上には、装填エンクロージャの内側容積209、特に装填エンクロージャが含むことができるるつぼ110、120のような異なる要素を実質的に均一に加熱することを意図する加熱要素、例えば、加熱抵抗206が設けられる。
装填チャンバ200の密閉エンクロージャ202は、挿入開口部12が閉じられていない時に装填チャンバ200が挿入開口部12を通して蒸発チャンバ100と連通状態になるように、蒸発チャンバ100を担持するこの挿入開口部12に対向して位置付けられた開口部をその上側壁上に含む。
装填チャンバ200は、更に、例えば、装填チャンバ200がトラップドア201の開口部を通して再通気された時にこの装填チャンバ200を減圧するために、ポンプ排気ダクト221を通して密閉エンクロージャ202に接続した追加ポンプ222を含む。
更に、装填チャンバ200には、るつぼ装填及び除荷手段110、120、本明細書ではカルーセル及びピストンシステムが設けられる。
より正確には、装填チャンバ200は、第1に、第1るつぼ110又は第2るつぼ120を受け入れることを意図するプレート212がその上端に固定されたピストン212Aを含む。
ピストン212Aは、垂直平行移動で可動であり、これにより、プレート212は、プレート212が密閉エンクロージャ202の下側壁に近い「底部」位置(図2、図6、及び図7の場合)と、プレート212が蒸発セル10の挿入開口部12に位置付けられた「上部」位置(図3、図4、図5、図8、図10、図11、及び図12の場合)との間で、ピストン212Aの軸に沿って、上下に進むことができる。
底部位置は、るつぼ110、120を有するプレート212の装填又は除荷を可能にする。
るつぼ110、120がプレート212上に置かれた状態で、プレート212は、ピストン212Aによって垂直に上に進むことができ、従って、蒸発セル10の挿入開口部12を通過することによってるつぼ110、120を蒸発チャンバ100と係合させることができる。
装填チャンバ200はまた、カルーセル211を駆動して回転させる回転軸211A上に装着されたカルーセル211を含む。
このカルーセル211は、プレート212上へのるつぼ110、120の装填とそこからのその除荷とのためにるつぼ110、120を受け入れることを意図したものである。
カルーセル211及びプレート212のシステムは、それが、与えられた個数のるつぼに対して縮小サイズを提供するので特に有利である。従って、装填チャンバ200のサイズと、装填チャンバ200に接続した追加ポンプ222のポンプ排気容量とを制限することができる。
図2Bに示すように、蒸発セル10の外側エンクロージャ11と装填チャンバ200の間に挿入された熱遮蔽手段が設けられる。
より正確には、これらの熱遮蔽手段は、本明細書では、装填チャンバ200の上側壁への外側エンクロージャ11の下側壁11Cの取り付けを可能にする接続フランジ17を含む。この接続フランジ17は、挿入開口部12と同軸の接続開口部17Aを有し、かつ冷却液(水、窒素等)を循環させるコイルネットワーク17Bを含む。
この接続フランジ17は、蒸発中にるつぼ110、120内の熱勾配を乱さないように、特に、装填チャンバ200から蒸発チャンバ100を熱的に隔離し、かつ蒸発セル10の異なる加熱手段16によって放出された熱が、装填チャンバ200に配置されたるつぼ110、120に対して外乱効果を有するか又は後者が前者に対して外乱効果を有することを回避することを可能にする。
このようにして、蒸発チャンバ100から第1るつぼ110を第1るつぼ110の冷却を待たずにそれが高温である時に「高温条件下で」取り出すことが可能である。次に、第1るつぼ110が取り出されると直ぐに第2るつぼ120を蒸発チャンバ100内に導入することができ、この第2るつぼ120が適温になると直ぐに蒸発を再開することができる。
更に、熱遮蔽手段17により、第1るつぼ110が蒸発中である間に第2るつぼ120を装填チャンバ200内に装填することができ、この装填は、第1るつぼ110を加熱する蒸発手段131、132によって放出される熱に関係なく行われる。この放出熱は、装填チャンバ200に位置付けられた第2るつぼ120に対しては顕著かつ有害な熱効果を持たない。特に、るつぼ120に存在する蒸発される材料120の温度は、材料7の蒸発温度よりも低い状態に留まる。
本発明による装填方法を実施するために、最後に、るつぼ110、120と蒸発チャンバの係合時に有利に実施される蒸発セル10の挿入開口部12を閉じるための手段が存在する。
図2から図8及び図10から図12に示す例示的実施形態において、これらの閉じる手段は、るつぼ110、120の底部115、125の近くのるつぼ110、120の下側部分にるつぼ110、120の横壁111、212に沿って固定されたOリングジョイント117、127を含む。
ジョイント117、127の外径は、るつぼ110、120が装填チャンバ200のピストン212A及び板121を用いて蒸発チャンバ100内に挿入された時に、ジョイント117、127が蒸発チャンバ100の本体101と接触状態になるように選択される。
このようにして、るつぼ110、120が蒸発チャンバ100の内側に装填されると、ジョイント117、127は、装填チャンバ200に対する蒸発チャンバ100の気密性を確実にすることを可能にする。
言い換えれば、るつぼ110、120上に設けられたジョイント117、127により、るつぼ110、120と蒸発チャンバ100の係合時に装填チャンバ200を蒸発チャンバ100に対して隔離することが可能である。
図9A及び図9Bに示す別の例示的実施形態において、閉じる手段は、プレート212の周りに取り付けられたジョイント212Bを含む。
上記と同様に、ジョイント212Bの外径は、るつぼ(図9A及び図9Bの場合は第1るつぼ110)が装填チャンバ200のピストン212A及びプレート212を用いて蒸発チャンバ100内に挿入された時に、ジョイント212Bが蒸発セル10の挿入開口部12を気密に閉じるように蒸発チャンバ100の本体101と接触状態になるように選択される。
図10に示すように、蒸発セル10の注入ダクト14上に配置された弁17を設けることもできる。
有利なことに、この弁17は、例えば、開放位置及び閉鎖位置という2つの位置を有し、これが、閉鎖位置において蒸発チャンバ100が空である時に蒸気の流れが蒸発チャンバ100に向けて逆進してより低温である装填チャンバ200に向けて進み、装填エンクロージャ202の下側壁上で凝縮するのを回避することを可能にする気密の「全か無か」の弁とすることができる。
変形として、注入ダクト上に直列に配置された2つの弁、すなわち、「全か無か」タイプの第1の気密弁と、第1の気密弁の下流にある第2の調整弁とを設けることができる。
蒸発手段によって蒸発チャンバの出口における蒸気の流れの流量が調節されるが、この調整弁は、材料7の蒸気の流量をより微細に調節することを更に可能にすることができる。
好ましくは、これらの弁は、その中での凝縮の問題を回避するために、その使用中に加熱されるように蒸発セル10の外側エンクロージャ11に配置される。
次に、真空蒸着装置1の蒸発セル10を装填する方法の実施例を図2から図8を参照して以下に説明する。
以下に続く説明は、真空蒸着装置1の休止時間を短縮するそのような装填方法の利点を理解することを可能にするであろう。
本明細書では、図2Aに示すように、真空蒸着装置1が作動状態にあることと、第1るつぼ110が、蒸発セル10の蒸発チャンバ100に係合し、蒸発チャンバ100の出口103を通る蒸気の流れ116を発生させるように蒸発手段131、132によって加熱され、かつその内容物が既に蒸発した前のるつぼ130が、装填チャンバ200の内側にあることとを以下で考察する。
この時点では、上述したように、真空蒸着チャンバ20と、真空蒸着チャンバ20に直接連通している外側エンクロージャ11と、蒸発チャンバ100とは、真空レベルに近い10−3トルと10−8トルの間で構成される実質的に同一の圧力にある。
蒸発セル10の蒸発チャンバ100に係合した第1るつぼ110は、そのジョイント117により、隣接する蒸発チャンバ100及び真空蒸着チャンバ200に対して装填チャンバ200を隔離することを可能にする。
従って、装填チャンバ200は、真空蒸着チャンバ20の真空に影響を及ぼすことなく再通気することができる。
従って、本方法の装填段階では、既に空になったるつぼ130を取り出すために装填チャンバ200のトラップドア201が開かれる。装填チャンバ200内の圧力は、次に、真空蒸着チャンバ20の内側のものよりも実質的に高く、典型的には1気圧に近い。
次に、第2るつぼ120は、蒸発セル10の外側から、時に中性雰囲気下にある一般的に「グローブボックス」と呼ばれるロックチャンバからトラップドア201を通して装填チャンバ200の内側に導入され、この第2るつぼ120は、装填チャンバ200のカルーセル211上に置かれる。
装填チャンバ200内への第2るつぼ120の導入段階の後に、装填チャンバ200を密閉する段階が実施される。
密閉段階は、装填チャンバ200の内側の圧力を第1るつぼ110の蒸発中の蒸発チャンバ100のものと同等なレベル、すなわち、約10−3トルから10−8トルまで引き戻すことを意図したものである。
この密閉段階中に、装填チャンバのトラップドア201は、次に、蒸発セル10の外側に対して気密に閉じられ、追加ポンプ222により、装填チャンバ200の内側は、上述の圧力レベルに到達するようにポンプ排気される。
装填チャンバ200及び蒸発チャンバ100内の圧力レベルは、次に、第1るつぼ110を支持するプレート212をそれ程の手間なくかつ破損の危険性なく取り出すことができるように同等である。
装填段階及び密閉段階中には、電気抵抗131及び熱遮蔽体132によって加熱された第1るつぼ110によって発生される蒸気の流れ116は停止されず、従って、第1るつぼ110内の材料7のレベルは、第1るつぼ110が空になる(図5の場合)まで、又は第1るつぼ110内の材料7のレベルが予め決められた最小閾値よりも下がるまで低下する(図3及び図4の場合)ことが理解される。
次に、第1るつぼ110を蒸発チャンバ100から装填チャンバ200に向けて移送することを可能にするピストン212Aの下方作動により、第1るつぼ110を蒸発チャンバ100から解除することができる。
言い換えれば、解除段階中に、第1るつぼ110は、装填チャンバ200を蒸発チャンバ100との連通状態に置く蒸発セル10の挿入開口部12を通過させることによって蒸発チャンバ100から取り出される。
その後の状況は、空の第1るつぼ110が、底部位置にあるプレート212上に載っており、満杯の第2るつぼ120が装填カルーセル211上にある図6に示すものである。
次に、カルーセル211の回転(図7参照)により、第2るつぼ120が装填チャンバ200のプレート212上に配置されるように第1るつぼ110を第2るつぼ120と逆転させることが可能である。
次に、ピストン212Aの上方作動により、第2るつぼ120を蒸発チャンバ100と係合させることができる。
第2るつぼ120は、次に、挿入開口部12を通して蒸発チャンバ100内に挿入される(図8参照)。
第2るつぼ120の本体121に取り付けられたジョイント127により、第2るつぼを係合させる段階は、挿入開口部12を気密密閉することを可能にし、それによってこの係合段階が、蒸発セルの蒸発チャンバ100に対して、かつ真空蒸着装置1の真空蒸着チャンバ20に対して装填チャンバ200の隔離を導くことに本明細書では注意されたい。
第1るつぼ110に対して上述したように、第2るつぼ120の係合によって隔離が与えられた状態で、例えば、1つ又はいくつかの新しい満杯るつぼを蒸発セル20の再装填に向けて導入するために、第1るつぼ110を装填チャンバ200から除荷することができる。
第2るつぼ120は、蒸発チャンバ100に係合すると(図8参照)、蒸発チャンバ100の出口を通る材料の蒸気の流れ126を発生させるために蒸発手段によって蒸発条件下に置くことができる。
従って、本発明による再装填方法は、材料の蒸気の流れが中断される時間を短縮することを可能にすることが理解される。実際に、この中断は、第1るつぼ110を解除する作動と、第2るつぼ120を係合させる作動と、第2るつぼ120を蒸発条件下に置く作動とによって時間制限を受ける。第1るつぼ110、120が小容積のものである時に、加熱される材料7の量が限られるので、蒸発条件下に置く段階を高速にすることができる。
このようにして、本発明による蒸発セル10を再装填する方法は、真空蒸着装置1が準連続的生産状況で作動することを可能にすると考えることができる。
有利なことに、第2るつぼ120の蒸発チャンバ100との係合の前に、蒸気の流れの中断の持続時間を更に短縮するように、その時に装填チャンバ200に置かれている第2るつぼ120を準備することが更に可能である。
この準備段階は、第2るつぼ120を蒸発条件下に置く段階の持続時間を短縮することを意図したものである。
より具体的には、本明細書では、従って、装填チャンバ200の加熱手段206により、第2るつぼ120の予熱が、予め決められた予熱温度に至るまで実施される。
好ましくは、材料7の蒸発の開始を阻止するために、予熱温度が第2るつぼ120に含まれるこの材料7の蒸発温度よりも低いように加熱手段の電力が調節される。
本発明による再装填方法を装填チャンバ内で待機する単一るつぼだけを用いて記述したが、この再装填方法は、いくつかのるつぼを用いて容易に実施することができる。
例えば、再装填段階中に、カルーセルが受け入れることができる限り多くのるつぼを導入することが可能である。この場合に、装填チャンバのトラップドアの開放及び追加ポンプの使用は頻度が低く、装填チャンバ内の温度及び圧力の条件はより安定する。空きるつぼの各交換時に、カルーセル上に残っている満杯るつぼのうちの1つが挿入される。カルーセル上に存在する全てのるつぼが空である時に(るつぼは、蒸発チャンバ内で蒸発行程中である)。
更に、図12に示すように、本発明による再装填方法は、2つの蒸発チャンバ100、300を有する蒸発セル10を備えた真空蒸着装置1に対して実施することができる。
以下に続く説明から、この蒸発セルにより、材料蒸気の連続生産が可能であることが理解されるであろう。
ここで説明する例では、これらの2つの蒸発チャンバ100、300は、上述の蒸発チャンバ100(図2から図11参照)に同一であり、それぞれの蒸発手段131、132、311、312も同一である。蒸発チャンバ100、300は、それぞれ、これらの蒸発チャンバ100、300の出口103、303に接続したダクト部分141、142により、注入ダクト14上に平行に装着される。
蒸発セル10内の2つの蒸発チャンバ100、300の間には、これらの2つの蒸発チャンバ100、300を熱的に互いに独立されるように、アルミニウムのような耐火材料で製造された熱遮蔽体が配置される。
蒸発セル10の外側エンクロージャ11は、るつぼの係合及び解除を可能にする2つの挿入開口部12、12Bを含む。
相応に、装填チャンバ200の密閉エンクロージャ202は、装填チャンバ200が、第1の蒸発チャンバ100及び第2の装填チャンバ300とそれぞれ第1の挿入開口部12及び第2の挿入開口部12Bを通してこれらの挿入開口部が閉じられていない時に連通状態になるように、これらの挿入開口部12、12Bに対向して位置付けられた2つの開口部をその上側壁上に含む。
更に、装填チャンバ200は、カルーセル211及び第1のプレート212に加えて、第2の蒸発チャンバ300内のるつぼの解除及び挿入を可能にするピストン213Aに関連付けられた第2のプレート213を含む。カルーセル211は、プレート212、213のいずれの上にもるつぼを置くことができるように装填チャンバ200に配置される。
ここで、本発明による再装填方法及び本発明が連続生産を可能にする方法を以下に説明する。
本明細書では、蒸発セルの初期状況は、図12に示すものであり、すなわち:
− 第1の蒸発チャンバ100に置かれた殆ど空の第1るつぼ110が、蒸発下にあり、かつ出口103を通る材料7の蒸気の流れ116を発生させ、この流れ116は、それから、ダクト部分141及び注入ダクト14を通ってインジェクタ13(図示せず)まで誘導され、
− 追加ポンプ222を用いて減圧された装填チャンバ200に置かれた満杯の第2るつぼ120が、カルーセル211上で待機しており、かつ装填チャンバ200の加熱手段206によって予熱され、
− 第2の蒸発チャンバ300に係合した満杯の第3るつぼ330が、熱遮蔽体312及び蒸発チャンバ300の本体301を通して第3るつぼ330を加熱する電気抵抗311によって蒸発条件下に徐々に置かれる
と考える。
有利なことに、注入ダクト14内でインジェクタ13まで誘導される材料の流れに対して一定の流量を維持するために、第2の蒸発チャンバ300に係合した第3るつぼ330は、第1るつぼ110内に残っている蒸発される材料7の量が予め決められた最小閾値よりも少ない時に蒸発を開始するという条件が与えられる。
注入ダクトの内側の蒸気の流れを制御するか、又は蒸発チャンバの一方から流出する蒸気の流れが他方の蒸発チャンバを汚染するのを阻止するかのいずれかの目的で、注入ダクト13の部分141、142上に「全か無か」タイプの気密弁及び/又は調整弁を装着するという条件も与えることができる。
第1るつぼ110が空の時に、又は第1るつぼ110内に残っている蒸発される材料7の量が予め決められた下限(この下限は、上述の最小閾値よりも低い)よりも少ない時に、第1るつぼ110は、蒸発セル10の再装填によって交換される。この時点で、第2の蒸発チャンバ300は、真空蒸着チャンバ20内で注入される蒸気の流れ量が中断されないように、インジェクタ13に向けられている第3るつぼ330によって発生された蒸気の流れを受け持つ。
この再装填中に、第1るつぼ110は、プレート212を用いて第1の挿入開口部12を通過させることにより、第1の蒸発チャンバ100から解除される。
次に、第1るつぼ110は、プレート212からカルーセル211上に除荷され、カルーセル211の第2るつぼ120がプレート212上に装填される。
第2るつぼ120は、次に、第1の蒸発チャンバ100に係合し、第2の蒸発チャンバ300内で蒸発中にある第3るつぼ110内に残っている蒸発される材料7の量が予め決められた最小閾値よりも少ない時に、蒸発条件下に徐々に置かれる。
第2るつぼ120が第1の蒸発チャンバ100に係合されると、装填チャンバ200は、2つの蒸発チャンバ100、300からかつ真空蒸着チャンバ20からも隔離される。
次に、第1るつぼ110を取り出して第4るつぼ(図示せず)を再通気された装填チャンバ200内に導入するために、装填チャンバ200のトラップドア201を開ける時になり、装填チャンバ200内の圧力は、次に、真空蒸着チャンバ20内のものよりも実質的に高くなる。
最後に、装填チャンバ200の内側の圧力を蒸発チャンバ100、300のものと同等なレベルまで引き戻すために、この装填チャンバ200を密閉する段階に進めることができる。
第3るつぼ330が空になると、本発明による再装填方法に従って第3るつぼ330を解除する段階、第4るつぼを係合させる段階、及び第2の蒸発チャンバ300に係合した第4るつぼを蒸発条件下に置く段階を実施することができる。
従って、少なくとも2つの蒸発チャンバとこれらの蒸発チャンバに隣接する装填チャンバとを含む蒸発セルを有する本発明による再装填方法を実施することにより、真空蒸着装置の真空蒸着チャンバ内に注入されるようにインジェクタまで搬送される材料の蒸気の流れを決して中断しないことが可能である。従って、このインジェクタに対向する基板の流動で、連続生産を提供することが可能である。
蒸発セルの再装填率を制限するために、各々に独自の蒸発手段が設けられた多数の蒸発チャンバを含み、時に独自の弁システムがこれらのチャンバの出口に設けられた筒体を蒸発セルの外側エンクロージャに有利に設けることができる。
この筒体は、蒸発チャンバの個数に対応する個数のるつぼを一緒にまとめる「装填器」を用いて一度だけ装填することができ、装填器を設けることにより、全てのるつぼをそれらのそれぞれの蒸発チャンバに同時に係合させることが可能になる。
次に、蒸発セルの再装填方法は、
− それぞれが蒸発される材料を収容する複数のるつぼを、筒体に隣接する蒸発チャンバから予め隔離された装填チャンバ装填チャンバへまとめる、第2の装填器を装填する段階であって、この第2の装填器内の圧力が、その時点で真空蒸着チャンバ内のものよりも実質的に高い第2の装填器を装填する段階、
− この導入段階の後に、装填チャンバの内側の圧力を筒体の蒸発チャンバ内のものと同等なレベルまで引き戻すことを意図して装填チャンバを密閉する段階と、
− この密閉段階の後に、筒体から第1の装填器を解除し、その間に第1の装填器が筒体から装填チャンバに向けて移送される段階と、
− この第1の装填器を解除する段階の後に、第2の装填器を蒸発チャンバの筒体に係合させる段階と、
−この第2るつぼを係合させる段階の後に、第2の装填器のるつぼを蒸発条件下に置く段階
とを備えている。
7 材料
10 蒸発セル
11 外側エンクロージャ
20 真空蒸着チャンバ
100 蒸発チャンバ
103 蒸発チャンバ100の出口
110、120 るつぼ
126 材料7の蒸気の流れ
200 装填チャンバ
201 トラップドア

Claims (6)

  1. 真空蒸着チャンバ(20)に配置された基板(2)上に材料(7)を堆積させるために材料(7)を蒸発させることを意図して蒸発セル(10)を再装填する方法であって、蒸発される該材料(7)を含有する第1るつぼ(110)が、該蒸発セル(10)の蒸発チャンバ(100)に係合し、該蒸発チャンバ(100)の出口(103)を通る該材料(7)の蒸気の流れ(116)を発生させるために該第1るつぼ(110)を蒸発条件下に置く蒸発手段(101、131、132)が設けられ、該出口(103)が、真空蒸着チャンバ(20)内への該蒸気の注入のためのインジェクタ(13)に接続されている、蒸発セル(7)を再装填する方法であって、
    前記再装填する方法は、
    蒸発される前記材料(7)を含有する第2るつぼ(120)を隣接する前記蒸発チャンバ(100)から予め隔離され装填チャンバ(200)内に装填する段階であって、該装填チャンバ(200)内の圧力がその時点で前記真空蒸着チャンバ(20)内のものよりも実質的に高い第2ルツボを装填する段階と、
    前記導入段階の後に、前記装填チャンバ(200)内の前記圧力を前記第1るつぼ(110)の前記蒸発中の前記蒸発チャンバ(100)のものと同等なレベルまで引き戻すことを意図して該装填チャンバ(200)を密閉する段階と、
    前記密閉段階の後に、前記第1るつぼ(110)を前記蒸発チャンバ(100)から解除し、その間に該第1るつぼ(110)が該蒸発チャンバ(100)から前記装填チャンバ(200)まで移送される段階と、
    前記第1るつぼ(110)を解除する前記段階の後に、前記第2るつぼ(120)を前記蒸発チャンバ(100)と係合させる段階と、
    前記第2るつぼ(120)を係合させる前記段階の後に、前記蒸発チャンバ(100)の前記出口(103)を通る前記材料(7)の蒸気の流れ(126)を発生させるために該第2るつぼ(120)を蒸発条件下に置く段階と
    を含み、
    前記第2るつぼ(120)を係合させる前記段階中に、前記装填チャンバ(200)は、前記蒸発チャンバ(100)からかつ前記真空蒸着チャンバ(20)から隔離される
    ことを特徴とする方法。
  2. 前記第2るつぼ(120)を装填する前記段階中に、前記装填チャンバ(200)のトラップドア(201)が開けられ、該第2るつぼ(120)は、前記蒸発セル(10)の外側から該トラップドア(201)を通して該装填チャンバ(200)内に導入されることを特徴とする請求項1に記載の再装填する方法。
  3. 前記密閉段階中に、前記トラップドア(201)は、前記蒸発セル(10)の外側に対して気密に閉じられ、ポンプ排気が、前記装填チャンバ(200)の内側で行われることを特徴とする請求項2に記載の再装填する方法。
  4. 前記第1るつぼ(110)を解除する前記段階中に、該第1るつぼ(110)は、前記装填チャンバ(200)を前記蒸発チャンバ(100)との連通状態に置く挿入開口部(12)を通過させることにより、該蒸発チャンバ(100)から取り出され、
    前記第2るつぼ(120)を係合させる前記段階中に、該第2るつぼ(120)は、前記挿入開口部(12)を通過させることによって前記蒸発チャンバ(100)内に挿入され、該挿入開口部(12)は、前記装填チャンバ(200)を該蒸発チャンバ(100)から隔離するために気密に閉じられる、
    ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の再装填する方法。
  5. 前記第2るつぼ(120)を前記蒸発チャンバ(100)と係合させる前記段階の前に、該第2るつぼ(120)を蒸発条件下に置く前記段階の持続時間を短縮することを意図して該第2るつぼ(120)を前記装填チャンバ(200)内に準備する段階を含むことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の再装填する方法。
  6. 前記準備段階は、前記装填チャンバ(200)内の前記第2るつぼ(120)を予め決められた予熱温度まで予熱する段階を含むことを特徴とする請求項5に記載の再装填する方法。
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