JP7425484B2 - 蒸発性材料を格納するためのカートリッジおよびその方法 - Google Patents

蒸発性材料を格納するためのカートリッジおよびその方法 Download PDF

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Description

関連出願の相互参照
本出願は、2018年6月8日に出願された米国仮出願第62/682,726号の利益および優先権を主張し、その内容は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
本開示の主題は、熱蒸発プロセスにおいて使用するための材料に関する。具体的には、材料を熱的に蒸発させるための装置および方法が本明細書に記載される。
熱蒸発器は、一般に、光電子デバイス、半導体デバイス、および光学コーティングの製造を含む、様々な用途で薄膜を堆積させるために使用される。例えば、有機発光ダイオード(OLED)および有機光起電力デバイス(OPV)の層を含む、光電子デバイスの様々な有機および/または無機層は、熱蒸発プロセスによって堆積され得る。
一般に、蒸発は、真空チャンバ内で、原料を蒸発または昇華させ、蒸発した原料がターゲット表面に移動することを可能にすることにより行われ、蒸発した原料は冷却され、凝華によって堆積する。原料の蒸発は、典型的には、例えば、抵抗加熱または電子ビーム加熱を使用して材料をその昇華温度まで加熱することによって達成される。
様々な熱蒸発器源には、「ボート」タイプの蒸発源、「ボックス」タイプの蒸発源、およびクヌーセンセル(またはKセル)源が含まれる。ボートタイプの蒸発源は、典型的には、原料を受け入れるための陥凹部を備えた抵抗発熱体の形態のボートを含む。蒸発中、ボートには電流が流れ、ボートが加熱されて原料を蒸発させる。ボックスタイプの蒸発源は、典型的には、加熱されたときに蒸発した材料を逃がすために形成された1つ以上の開口を有する囲いの内側に源材料を受け入れるように構成される。電子ビームを熱源として利用する蒸発器の場合、高エネルギー電子ビームの衝撃によって原料が加熱されて、原料の蒸発をもたらす。
熱蒸発器は、一般に、点源、線形源、または表面源として構成され得る。例えば、点源は一般に、単一の点から蒸気材料を放出するように構成される。線形源は、一般に、線形ノズルまたは線形に配置された一連のノズルから蒸気材料を放出するように構成され得る。表面源は、一般に、平面構成に配置された一連のノズルから蒸気材料を放出するように構成され得る。
いくつかの実施形態によれば、薄膜を堆積させるためのシステムは、(i)蒸発性材料を受け入れるためのレセプタクルを画定し、蒸気がカートリッジから排出されることを可能にするように構成された開口を画定するカートリッジであって、(a)レセプタクルと開口との間の蒸気経路に配置されたガス透過性部材と;(b)ガス透過性部材と開口との間の蒸気経路に配置されたバッフルとを備えるカートリッジと;(ii)カートリッジを加熱して蒸発性材料を蒸発させ、それにより第1の蒸気ストリームを生成するように構成された加熱要素とを含む。システムは、第1の蒸気ストリームをガス透過性部材上に凝縮させて、その上に中間コーティングを形成させるように構成され、システムは、中間コーティングを再蒸発させて第2の蒸気ストリームを生成するように構成され、第2の蒸気ストリームは、開口を通して排出される。
いくつかの実施形態によれば、薄膜の堆積に使用するためのカートリッジは、(i)蒸発性材料を受け入れるためのレセプタクルを画定し、蒸気がカートリッジから排出されることを可能にするように構成された開口を画定する本体と;(ii)レセプタクルと開口との間の蒸気経路における本体の内側に配置されたガス透過性部材と;(iii)ガス透過性部材と開口との間の蒸気経路における本体の内側に配置されたバッフルとを含む。
本発明は、例えば、以下の項目を提供する。
(項目1)
薄膜を堆積させるためのシステムであって、前記システムは、
(i)蒸発性材料を受け入れるためのレセプタクルを画定し、蒸気がカートリッジから排出されることを可能にするように構成された開口を画定するカートリッジであって、
(a)前記レセプタクルと前記開口との間の蒸気経路に配置されたガス透過性部材と、
(b)前記ガス透過性部材と前記開口との間の蒸気経路に配置されたバッフルとを備えるカートリッジと;
(ii)前記カートリッジを加熱して前記蒸発性材料を蒸発させ、それにより第1の蒸気ストリームを生成するように構成された加熱要素とを備え、
前記システムは、前記第1の蒸気ストリームを前記ガス透過性部材上に凝縮させて、その上に中間コーティングを形成するように構成され、
前記システムは、前記中間コーティングを再蒸発させて第2の蒸気ストリームを生成するように構成され、前記第2の蒸気ストリームは、前記開口を通して排出される、システム。
(項目2)
前記システムが、前記蒸発性材料を第1の温度で加熱して第1の蒸気ストリームを生成するように構成され、また前記中間コーティングを第2の温度で加熱して前記第2の蒸気ストリームを生成するように構成され、前記第2の温度は、前記第1の温度よりも低い、項目1に記載のシステム。
(項目3)
前記バッフルが、前記ガス透過性部材と前記開口との間の直接的な見通し線を阻害するように構成される、項目1または2に記載のシステム。
(項目4)
前記カートリッジが、ハウジングをさらに備え、前記レセプタクル、前記ガス透過性部材、および前記バッフルが、前記ハウジングの内側に配置される、項目1から3のいずれか一項に記載のシステム。
(項目5)
前記カートリッジが、前記ハウジングに取り付けられたキャップ部分をさらに備え、前記キャップ部分は、前記開口を画定し、前記開口は、前記レセプタクルと流体連通して蒸気が前記カートリッジから排出されることを可能にする、項目4に記載のシステム。
(項目6)
前記カートリッジが、前記ハウジングと前記ガス透過性部材との間の熱伝導を阻害するように構成される、項目4または5に記載のシステム。
(項目7)
前記カートリッジが、その中に前記ガス透過性部材を受け入れるための空洞を画定する空洞部分をさらに備える、項目4から6のいずれか一項に記載のシステム。
(項目8)
前記空洞部分が、前記ハウジングの内側に配置され、前記空洞部分が、前記ハウジングの壁から離間している、項目7に記載のシステム。
(項目9)
前記空洞部分が、前記ハウジング内の中央に配置されている、項目8に記載のシステム。
(項目10)
前記カートリッジが、前記空洞部分を含むスリーブをさらに備え、前記スリーブは、前記ハウジングに取り付けられている、項目7から9のいずれか一項に記載のシステム。
(項目11)
前記空洞が、前記空洞部分の第1の開口を介して前記レセプタクルと流体連通しており、前記レセプタクル内で生成された前記第1の蒸気ストリームが前記空洞内の前記ガス透過性部材に入射することを可能にする、項目7から10のいずれか一項に記載のシステム。
(項目12)
前記第2の蒸気ストリームが前記開口を通して排出される前に、前記空洞部分内で生成された前記第2の蒸気ストリームを前記バッフルに入射するように方向付けるための第2の開口部が前記空洞部分に提供されている、項目11に記載のシステム。
(項目13)
前記ガス透過性部材が、有孔部材、メッシュ、ふるい、多孔質部材、またはそれらの2つ以上の任意の組み合わせを含む、項目1から12のいずれか一項に記載のシステム。
(項目14)
前記レセプタクル内に配置された蒸発性材料をさらに備える、項目1から13のいずれか一項に記載のシステム。
(項目15)
前記蒸発性材料が、蒸発性コーティングであり、前記蒸発性コーティングは、非水平に配向したキャリア表面上に配置される、項目14に記載のシステム。
(項目16)
前記キャリア表面は、実質的に垂直に配向している、項目15に記載のシステム。
(項目17)
前記ハウジングが、前記キャリア表面を提供する、項目15または16に記載のシステム。
(項目18)
前記蒸発性材料が、単一のモノリシック構造である、項目14に記載のシステム。
(項目19)
前記蒸発性材料が、実質的に垂直に配向した表面および非垂直に配向した表面を備え、前記実質的に垂直に配向した表面に対応する表面積は、前記非垂直に配向した表面に対応する表面積よりも大きい、項目18に記載のシステム。
(項目20)
前記蒸発性材料と前記ハウジングとの間にギャップが提供される、項目18または19に記載のシステム。
(項目21)
前記蒸発性材料の前記実質的に垂直に配向した表面と前記ハウジングとの間にギャップが提供される、項目19に記載のシステム。
(項目22)
前記蒸発性材料が、無機材料を含む、項目14から21のいずれか一項に記載のシステム。
(項目23)
前記蒸発性材料が、フラーレンを含む、項目14から21のいずれか一項に記載のシステム。
(項目24)
前記フラーレンが、C 60 、C 70 、C 76 、C 84 、またはそれらの2つ以上の任意の混合物を含む、項目23に記載のシステム。
(項目25)
前記蒸発性材料が、金属を含む、項目14から21のいずれか一項に記載のシステム。
(項目26)
前記蒸発性材料が、アルミニウム、銀、銅、マグネシウム、イッテルビウム、亜鉛、カドミウム、またはそれらの2つ以上の任意の混合物を含む、項目25に記載のシステム。
(項目27)
前記蒸発性材料が、マグネシウムを含む、項目25に記載のシステム。
(項目28)
薄膜の堆積に使用するためのカートリッジであって、
(i)蒸発性材料を受け入れるためのレセプタクルを画定し、蒸気が前記カートリッジから排出されることを可能にするように構成された開口を画定する本体と;
(ii)前記レセプタクルと前記開口との間の蒸気経路における前記本体の内側に配置されたガス透過性部材と;
(iii)前記ガス透過性部材と前記開口との間の蒸気経路における前記本体の内側に配置されたバッフルとを備えるカートリッジ。
(項目29)
前記本体が、ハウジングを含み、前記レセプタクル、前記ガス透過性部材、および前記バッフルが、前記ハウジングの内側に配置される、項目28に記載のカートリッジ。
(項目30)
前記本体が、前記ハウジングに取り付けられたキャップ部分をさらに備え、前記キャップ部分は、前記開口を画定し、前記開口は、蒸気が前記カートリッジから排出されることを可能にするために、前記レセプタクルと流体連通している、項目29に記載のカートリッジ。
(項目31)
前記ガス透過性部材が、前記ハウジングの内側に配置され、前記ハウジングの壁から離間している、項目29または30に記載のカートリッジ。
(項目32)
前記ガス透過性部材が、前記ハウジング内の中央に配置される、項目31に記載のカートリッジ。
(項目33)
前記ガス透過性部材が、有孔部材、メッシュ、ふるい、多孔質部材、またはそれらの2つ以上の任意の組み合わせを含む、項目28~32のいずれか一項に記載のカートリッジ。
(項目34)
前記レセプタクル内に配置された前記蒸発性材料をさらに備える、項目28から33のいずれか一項に記載のカートリッジ。
ここで、添付の図面を参照しながらいくつかの実施形態を例として説明する。
一例における蒸発器の斜視図である。 図1の蒸発器の断面図である。 分散性原料の模式図である。 (図4A、4Bおよび4C)様々な実施形態に係るカートリッジの斜視図である。 一例における蒸発器の断面図である。 一例における線形蒸発器の斜視図である。 図6の線形蒸発器の断面図である。 (図8A、8Bおよび8C)様々な実施形態によるカートリッジの斜視図である。 一例によるカートリッジの斜視図である。 一例における図9のカートリッジの断面図である。 別の例における図9のカートリッジの断面図である。 さらに別の例における図9のカートリッジの断面図である。 (図13A、13Bおよび13C)様々な実施形態によるカートリッジの斜視図である。 (図14A、14Bおよび14C)様々な実施形態によるカートリッジの斜視図である。 (図14Dおよび14E)様々な実施形態によるカートリッジの断面図である。 (図15A、15Bおよび15C)様々な実施形態によるカートリッジの斜視図である。 (図16Aおよび16B)様々な実施形態によるカートリッジを備えた蒸発器の断面図である。 一例における線形蒸発器の斜視図である。 図17の線形蒸発器の断面図である。 (図19A、19B、19C、19D、19Eおよび19F)様々な実施形態によるキャリア部材の表面を示す図である。 (図19A、19B、19C、19D、19Eおよび19F)様々な実施形態によるキャリア部材の表面を示す図である。 (図20A、20B、20C、20Dおよび20E)様々な実施形態による蒸発性コーティングでコーティングされたキャリア部材の断面図である。 蒸発性コーティングでコーティングされたキャリア部材の概略図である。 (図22、23、24、25、26、27、28、29および30)様々な実施形態による、その中に配置された1つ以上のキャリア部材を備えたカートリッジを示す図である。 (図22、23、24、25、26、27、28、29および30)様々な実施形態による、その中に配置された1つ以上のキャリア部材を備えたカートリッジを示す図である。 (図22、23、24、25、26、27、28、29および30)様々な実施形態による、その中に配置された1つ以上のキャリア部材を備えたカートリッジを示す図である。 (図22、23、24、25、26、27、28、29および30)様々な実施形態による、その中に配置された1つ以上のキャリア部材を備えたカートリッジを示す図である。 (図22、23、24、25、26、27、28、29および30)様々な実施形態による、その中に配置された1つ以上のキャリア部材を備えたカートリッジを示す図である。 (図22、23、24、25、26、27、28、29および30)様々な実施形態による、その中に配置された1つ以上のキャリア部材を備えたカートリッジを示す図である。 (図22、23、24、25、26、27、28、29および30)様々な実施形態による、その中に配置された1つ以上のキャリア部材を備えたカートリッジを示す図である。 (図22、23、24、25、26、27、28、29および30)様々な実施形態による、その中に配置された1つ以上のキャリア部材を備えたカートリッジを示す図である。 (図22、23、24、25、26、27、28、29および30)様々な実施形態による、その中に配置された1つ以上のキャリア部材を備えたカートリッジを示す図である。 (図31A、31B、31Cおよび31D)様々な実施形態による蒸発性コーティングを備えたカートリッジを示す図である。 一実施形態によるカートリッジの斜視図である。 図32Aのカートリッジの断面図である。 一実施形態によるカートリッジの斜視図である。 図33Aのカートリッジの断面図である。 一実施形態における、蒸発性コーティングを備えたカートリッジの断面図である。 一実施形態における、蒸発器の内側に配置された蒸発性コーティングを備えたカートリッジの断面図である。 一実施形態による、蒸発性コーティングを備えた細長いキャリア部材の斜視図である。 図35Aの細長いキャリア部材の断面図である。 一実施形態による蒸発性コーティングを備えたキャリア部材を示す図である。 別の実施形態による、蒸発性コーティングを備えたキャリア部材を示す図である。 一実施形態による、カートリッジの内側に配置された複数のキャリア部材を示す図である。 一実施形態による環状カートリッジを示す図である。 一実施形態による蒸発器の内側に配置された図39の環状カートリッジを示す図である。 一実施形態の円筒形カートリッジを示す図である。 一実施形態による円筒形カートリッジの断面図である。 別の実施形態による円筒形カートリッジの断面図である。 さらに別の実施形態による円筒形カートリッジの断面図である。 一実施形態の円筒形カートリッジの底面図である。 別の実施形態による円筒形カートリッジの底面図である。 一実施形態による、蒸発性材料を格納する円筒形カートリッジの断面図である。 一実施形態による、キャリア部材上に配置された蒸発性コーティングを格納する円筒形カートリッジの断面図である。 一実施形態による、チャンバ内に提供された蒸発性材料を格納する円筒形カートリッジの断面図である。 一実施形態による、チャンバ内に提供された複数の蒸発性材料を格納する円筒形カートリッジの断面図である。 一実施形態による円筒形カートリッジを示す図である。 図45の実施形態による円筒状カートリッジの断面図である。 一実施形態による、蒸発性材料を格納する円筒形カートリッジの断面図である。 カートリッジがテーパ部分を含むハウジングを含む実施形態を示す図である。 カートリッジのハウジングがテーパして円錐形のハウジングを形成する実施形態を示す図である。 一実施形態によるカートリッジの斜視図である。 一実施形態による図49のカートリッジの断面図である。 別の実施形態による図49のカートリッジの断面図である。 (図51Aおよび51B)一実施形態による物理蒸着システムにおけるカートリッジの動作を示す図である。
図示の簡略化および明確化のために、適切であるとみなされる場合には、対応する、または類似する要素を示すために、参照番号が図面間で繰り返され得ることが理解される。さらに、本明細書で説明される例示的な実施形態の完全な理解を提供するために、多くの特定の詳細が記載されている。しかしながら、本明細書で説明される例示的な実施形態は、それらの特定の詳細の一部がなくても実践され得ることが当業者には理解される。他の例では、本明細書で説明される例示的な実施形態を不明瞭にしないように、特定の方法、手順、および構成要素は詳細には説明されていない。
図1は、蒸発器用のるつぼ100の例を示す。例えば、るつぼ100は、点源蒸発器で使用することができる。るつぼ100は、上部110および下部120を含む本体により形成される。出口130は、蒸発した原料をそこを通して逃がすように上部130によって画定される。
図2は、線I-Iに沿ったるつぼ100の断面を示している。るつぼ100は、るつぼ100の本体によって画定されるチャンバ150を含み、これは原料を受け入れるように構成されている。図示されるように、るつぼ100の上部110および下部120は、チャンバ150の内側への原料の配置を容易にするために上部110が取り外され得るように、機械的留め具(例えばねじ山)によって互いに接合されてもよい。
原料は通常、粉末、ペレット、および/または顆粒の形態で提供される。そのような原料をるつぼ100に補充するために、原料は典型的に、貯蔵容器から分配され、るつぼ100のチャンバ150の内側に配置される。しかしながら、そのような様式でるつぼ100に補充することは、原料が供給される分散性形態(例えば、粉末、ペレットおよび/または顆粒)に起因して、一般に面倒で時間がかかる。さらに、原料が分散性形態で供給される場合、充填量(例えば、るつぼ100のチャンバ150の内側に提供される原料の量)を正確に制御および監視することは、一般に困難である。充填量の変動は、例えば、稼働時間および堆積速度の安定性などのいくつかの堆積パラメータに影響を与える可能性があり、したがって、そのような変動を低減または軽減することが望ましい。
また、少なくともいくつかの場合において、分散性形態の原料は、特に減圧環境(例えば真空)下で、比較的低い熱伝導率を示し得ることも現在判明している。ここで図3を参照すると、隣接する原料305の間に形成されたギャップ310は、断熱材として作用することによって、それらの間の熱エネルギーの伝達または交換を阻害し得ると想定される。これにより、原料の加熱が不均一になり、したがって原料のある特定の部分が他の部分よりも高温に曝される可能性がある。例えば、いくつかの場合において、より高い蒸発速度を達成するために、原料の蒸発温度よりも実質的に高い温度まで原料を加熱することが望ましい場合がある。特にそのような場合、加熱要素の近位に配置された原料の部分は、そのような加熱要素の遠位に配置された原料の部分と比較して、高温に曝される可能性がある。これにより、特に原料が長時間にわたって高温に曝されると、原料の一部が劣化し得、したがってデバイス性能および/または膜品質が低下する可能性がある。
一態様において、物理蒸着装置で使用するためのカートリッジが提供される。例えば、カートリッジは、蒸発器での使用のために構成され得る。例えば、カートリッジは、蒸発器のるつぼに受け入れられ得る。
再び図2を参照すると、カートリッジ200は、チャンバ150の内側に受け入れられるものとして示されている。カートリッジ200は、一般に、るつぼ100およびカートリッジ200が加熱されると、原料が蒸発して、蒸発した原料の蒸気ストリームを生成するように、中に原料を格納する。次いで、蒸発した原料は、出口130を通して送出され、ターゲット基板(図示せず)上に堆積される。
図4A~4Cは、様々な実施形態によるカートリッジ200を示す。カートリッジは、全般的に数字200によって参照され、カートリッジ200の異なる実施形態を指すために異なる接尾辞「a」、「b」、「c」などが使用されることが理解される。
図4Aでは、カートリッジ200aは、開口部410を画定する実質的に円筒形のハウジングとして示されている。開口部410は、円筒形ハウジングの端面のほぼ中央に配置されてもよい。
図4Bでは、カートリッジ200bは、複数の開口部412を画定する実質的に円筒形のハウジングとして示されている。複数の開口部412は、円筒形ハウジングの端面に形成され得る。
図4Cでは、カートリッジ200cは、端面にガス透過性部材420を有する実質的に円筒形のハウジングとして示されている。そのようなガス透過性部材420の例には、スクリーン、有孔プレート、メンブレン、メッシュ、ふるい、多孔質部材(多孔質セラミック部材を含む)、およびそれらの組み合わせが含まれるが、これらに限定されない。ガス透過性部材420は、一般に、固体材料の通過を阻害する一方で、蒸発した原料の通過を可能にするように構成される。いくつかの実施形態において、ガス透過性部材420は、例えば溶接によって、ハウジングに取り外し不可能に固定されてもよい。
図5は、一例における蒸発器500を示す。図示されるように、るつぼ100は、蒸発器500のケーシング530の内側に配置されるものとして示されている。るつぼ100は、1つ以上の支持体510によってケーシング530の内側に固定されてもよい。支持体510は、るつぼ100とケーシング530との間の熱エネルギーの伝達を低減または軽減するために、比較的低い熱伝導率を示す材料を含み得る。このようにして、るつぼ100の温度は、全体を通して比較的一定に、そして実質的に均一に維持され得る。例えば、1つ以上の支持体510は、セラミック材料を使用して形成されてもよい。加熱要素520は、るつぼ100とケーシング530との間に配置されるものとして示されている。例えば、加熱要素520は、中に収納されたるつぼ100およびカートリッジ200を加熱するために、るつぼ100の側壁および底部付近に配置されてもよい。
図6は、一例におけるるつぼ600を示しており、るつぼ600は、線形蒸発器での使用のために構成されている。るつぼ600は、上部610および下部620を接合することにより形成された本体を備える。蒸発した原料の蒸気ストリームをそこから逃がすための複数の出口630が、上部610に形成されている。上部610および下部620はそれぞれ、それらの部分を互いに固定するためのフランジ640a、640bを含む。例えば、上部610および下部620は、ボルト、ナット、ねじ、クランプなどを使用して互いに機械的に固定され得る。るつぼ600を蒸発器700に取り付けるために、1つ以上の支持体650がフランジ640a、640bに接合されてもよく、その例が図7に示されている。
図7では、るつぼ600は、1つ以上の支持体650によってケーシング730の内側に取り付けられ、加熱要素720は、るつぼ600およびその中に収納されたカートリッジ200を加熱するためにるつぼ600とケーシング730との間に配置される。
図8Aでは、カートリッジ200dは、1つ以上の開口部810を画定する中空の長方形プリズムとして形成されたハウジングを備える。1つ以上の開口部810は、直線的に、ハウジングの長手方向軸に平行に配置され、ハウジングの上面821のほぼ中央に形成される。
図8Bでは、カートリッジ200eは、複数の開口部812を画定する中空の長方形プリズムとして形成されたハウジングを備える。複数の開口部810は、列をなして配置され、ハウジングの上面823に形成される。
図8Cでは、カートリッジ200fは、その上面としてガス透過性部材815を有する中空の長方形プリズムとして形成されたハウジングを備える。そのようなガス透過性部材815の例には、スクリーン、有孔プレート、メンブレン、メッシュ、ふるい、多孔質部材(多孔質セラミック部材を含む)、およびそれらの組み合わせが含まれるが、これらに限定されない。ガス透過性部材815は、一般に、固体材料の通過を阻害する一方で、蒸発した原料の通過を可能にするように構成される。いくつかの実施形態において、ガス透過性部材815は、例えば溶接によって、ハウジングに取り外し不可能に固定されてもよい。
図9は、蒸発器900のさらに別の例を示している。蒸発器900は、細長い本体910を含むものとして示されている。例えば、細長い本体910の断面は、本体910の長手方向軸に対して垂直に切り取られた場合、実質的に三角形の形状であってもよい。したがって、本体910のそのような構成は、中空三角プリズムと呼ばれることもある。本体910は、その中に加熱要素930を受け入れるために本体910を通って延在する内側管920を備えてもよい。また、原料を蒸発器900に導入するために、充填穴940が提供されてもよい。るつぼ950は、本体910の一端に配置されている。るつぼ950は、形状および構成が中空の三角柱であってもよい。いくつかの例では、本体910およびるつぼ950は、互いに取り外し不可能に接合されてもよい。他の例では、本体910およびるつぼ950は、るつぼ950を本体910から取り外して原料の補充を容易にすることができるように、互いに取り外し可能に接合されてもよい。複数の出口960は、本体910の長手方向軸に実質的に平行に配置される。例えば、複数の出口960は、本体910の頂点のうちの1つに沿って形成されてもよい。
図10は、一例による線II-IIに沿った蒸発器900の断面図を示す。図10の例では、内側管920は、本体910の実質的に全長にわたって延在するように示されている。カートリッジ200は、るつぼ950の内側に受け入れられるように構成される。
図11は、別の例による線II-IIに沿った蒸発器900の断面図を示す。図11の例では、補助加熱要素932がるつぼ950に隣接して提供されている。例えば、補助加熱要素932は、るつぼ950に取り付けられた区画1100内に収納されてもよい。このようにして、るつぼ950およびその中に収納されたカートリッジ200は、加熱要素930および/または補助加熱要素932により加熱され得る。
図12は、さらに別の例による線II-IIに沿った蒸発器900の断面図を示す。図12の例では、区画1100は、るつぼ950内に、またはるつぼ950を通って延在する突出部分1210をさらに含む。いくつかの例では、突出部分1210は、るつぼ950内に部分的に延在してもよい。他の例では、突出部分1210は、実質的にるつぼ950を通って内側管920の端部に向かって延在してもよい。突出部分1210の端部と内側管920との間にギャップを提供して、使用中の様々な構成要素の熱膨張による幾何学形状の変化に対応することができる。
図13A~13Cは、三角プリズム構成を有するカートリッジ200の様々な実施形態を示している。例えば、そのようなカートリッジ200は、図10および/または図11に示される蒸発器900において使用され得る。
図13Aでは、カートリッジ200gは、開口部1310を画定するハウジングを備える。開口部1310は、ハウジングの上面1321に形成されている。開口部1310は、例えば、頂点のうちの1つの近位に形成されてもよい。他の例では、開口部1310は、上面1321の中央部分またはその近くなど、上面1321の他の部分に形成されてもよい。
図13Bでは、カートリッジ200hは、複数の開口部1312を画定するハウジングを備える。複数の開口部1312が上面1323上に形成されている。複数の開口部1312は、例えば、図に示されるように、上面1323の周縁部の近位に形成されてもよい。しかしながら、開口部1312は他の構成で配置されてもよいことが理解される。
図13Cでは、カートリッジ200iはハウジングを備え、ガス透過性部材1315がハウジングの上面を形成している。そのようなガス透過性部材1315の例には、スクリーン、有孔プレート、メンブレン、メッシュ、ふるい、多孔質部材(多孔質セラミック部材を含む)、およびそれらの組み合わせが含まれるが、これらに限定されない。ガス透過性部材1315は、一般に、固体材料の通過を阻害する一方で、蒸発した原料の通過を可能にするように構成される。いくつかの実施形態において、ガス透過性部材1315は、例えば溶接によって、ハウジングに取り外し不可能に固定されてもよい。
図14A~14Eは、三角プリズム構成を有するカートリッジ200の様々な実施形態を示す。例えば、そのようなカートリッジ200は、図12に示される蒸発器900において使用され得、補助加熱要素932を収納するための区画1100は、本体910に向かって延在する突出部分1210を含む。
図14Aでは、カートリッジ200jは、開口部1410を画定するハウジングを備える。開口部1410は、ハウジングの上面1421に形成されている。開口部1410は、例えば、頂点のうちの1つの近位に形成されてもよい。他の例では、開口部1410は、上面1421の中央部分またはその近くなど、上面1421の他の部分に形成されてもよい。ハウジングは、例えば、区画1100の突出部分1210を収容するための空洞1431をさらに備える。図14Dに示されるように、空洞1431は、一実施形態では、上面1421と下面1441との間のハウジングを通って実質的に延在して、貫通穴を形成することができる。図14Eに示される別の実施形態では、空洞1431 ’は、部分的に下面1441から上面1421に向かって延在して、窪みを形成することができる。
図14Bでは、カートリッジ200kは、複数の開口部1412を画定するハウジングを備える。複数の開口部1412が上面1423上に形成されている。複数の開口部1412は、例えば、図に示されるように、上面1423の周囲の近位に形成され得る。しかしながら、開口部1412は、他の構成で配置されてもよいことが理解されよう。ハウジングは、例えば、区画1100の突出部分1210を収容するための空洞1431をさらに備える。空洞1431は、実質的にハウジングを通って延在して貫通穴を形成してもよく、または、空洞1431は、部分的に下面から上面1423に向かって延在して陥凹部を形成してもよい。
図14Cでは、カートリッジ200lはハウジングを備え、ガス透過性部材1415がハウジングの上面を形成している。そのようなガス透過性部材1415の例には、スクリーン、有孔プレート、メンブレン、メッシュ、ふるい、多孔質部材(多孔質セラミック部材を含む)、およびそれらの組み合わせが含まれるが、これらに限定されない。ガス透過性部材1415は、一般に、固体材料の通過を阻害する一方で、蒸発した原料の通過を可能にするように構成される。いくつかの実施形態において、ガス透過性部材1415は、例えば溶接によって、ハウジングに取り外し不可能に固定されてもよい。ハウジングは、例えば、区画1100の突出部分1210を収容するための空洞1431をさらに備える。空洞1431は、実質的にハウジングを通って延在した貫通穴を形成してもよく、または、空洞1431は、部分的に下面から上面に向かって延在して陥凹部を形成してもよい。
図15A~15Cは、細長いハウジングを有するカートリッジ200の様々な実施形態を示す。例えば、そのようなカートリッジ200は、充填穴940を介して蒸発器900の本体910にカートリッジ200を挿入することによって、図9~12に示される蒸発器900において使用され得る。
図15Aでは、カートリッジ200mは、開口部1510を画定する細長いハウジングを備える。細長いハウジングは、実質的に円筒形であってもよい。開口部1510は、図15Aに示されるように、細長いスロットの形態で細長いハウジングの側壁に形成されてもよい。
図15Bでは、カートリッジ200nは、複数の開口部1512を画定する細長いハウジングを備える。細長いハウジングは、実質的に円筒形であってもよい。複数の開口部1512は、一連の開口として細長いハウジングの側壁に形成されてもよい。例えば、複数の開口部1512は、細長いハウジングの側壁の周りに実質的に均一に分配されてもよい。
図15Cでは、カートリッジ200pは、ガス透過性部材1515を備える。例えば、細長いハウジングは、実質的にガス透過性部材1515により形成されてもよい。別の例では、ガス透過性部材1515は、ハウジングの外面を実質的に覆ってもよい。例えば、ガス透過性部材1515は、細長いハウジングの側壁、および/または細長いハウジングの端面を覆ってもよい。
図16Aは、カートリッジ200が蒸発器900の内側に提供される実施形態を示す。図16Aでは、カートリッジ200は、充填穴940を介して蒸発器900の本体910の内部に挿入されている。例えば、カートリッジ200は、1つ以上の支持部材1610によって本体910の内部表面に固定されてもよい。図示された実施形態において、1つ以上の支持部材1610の各支持部材は、カートリッジ200を受け入れるためのスリーブと、スリーブを本体910の内部表面に接続するアームとを備えるものとして示されている。例えば、支持部材は、セラミック材料などの比較的低い熱伝導率を示す材料を使用して形成されてもよい。カートリッジ200が提供されると、充填穴940は、封止部材1620によって封止され得る。例えば、封止部材1620は、ねじ、プラグ、または他の適切なシールであってもよい。
図16Bは、カートリッジ200が蒸発器900の内側に提供される別の実施形態を示す。図16Bに示されるように、カートリッジ200は、封止部材1620に接続され得る。例えば、カートリッジ200は、ねじ、ねじ山、溶接、接着などによって、封止部材1620の遠位部分に取り付けられてもよい。他の例では、カートリッジ200は、例えば、カートリッジ200と共に封止部材1620を一体的に形成することによって、封止部材1620を含んでもよい。いくつかの実施形態において、カートリッジ200と封止部材1620との間の熱エネルギーの伝達を阻害するために、カートリッジ200と封止部材1620との間に断熱材料が提供されてもよい。このようにして、カートリッジ200の温度を比較的一定に保つことができる。
図17および18は、蒸発器1700を示しており、蒸発器1700は、複数のるつぼ1720a~1720cを備えた線形蒸発器である。蒸発器1700は、出口1740を画定する本体1710を含む。複数のるつぼ1720a~cは、本体1710の内側に配置される。各るつぼ1720a~cの内側にカートリッジが提供され得る。図示される実施形態において、第1のるつぼ1720aには第1のカートリッジ200が提供され、第2のるつぼ1720bには第2のカートリッジ200’が提供され、第3のるつぼ1720cには第3のカートリッジ200”が提供される。各カートリッジ200、200’、200”は、異なる原料および/または蒸発性コーティングを備えてもよい。例えば、図18に示される構成では、各カートリッジ200、200’、200”から生成された蒸気材料は、出口1740を介して放出される前に互いに混合され得る。
一態様において、蒸発性原料が提供される。蒸発性原料は、表面に配置された蒸発性コーティングを含む。例えば、表面は、キャリア部材の表面、またはカートリッジもしくはるつぼの表面であってもよい。
いくつかの実施形態において、蒸発性コーティングは、無機材料を含む。そのような無機材料の例には、金属、金属合金、および炭素質材料が含まれるが、これらに限定されない。金属の例には、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、銅(Cu)、マグネシウム(Mg)、モリブデン(Mo)、イッテルビウム(Yb)、亜鉛(Zn)、カドミウム(Cd)、およびそれらの混合物または合金が含まれる。蒸発性コーティングの他の例には、フラーレンが含まれる。例えば、フラーレンは、C60、C70、C76、C84、またはそれらの混合物を含み得る。
いくつかの実施形態において、蒸発性コーティングは、実質的に金属からなる。例えば、蒸発性コーティングは、実質的に純粋なマグネシウムを含み得る。他の実施形態において、蒸発性コーティングは、実質的にフラーレンを含む。
いくつかの実施形態において、蒸発性コーティングは、金属およびフラーレンの混合物を含む。例えば、蒸発性コーティングは、マグネシウムおよびフラーレンの混合物を含み得る。
いくつかの実施形態において、例えば熱蒸発などの物理蒸着(PVD)プロセスを使用して、蒸発性コーティングを形成することができる。特定の理論に束縛されることを望まないが、蒸発性コーティングを形成する材料の純度は、少なくともいくつかの場合において、蒸発性コーティングを形成するプロセスで改善され得ると想定される。例えば、多くの市販の材料は典型的に、ある特定の量の不純物または汚染物質を含むことが分かっている。原料中に比較的少量(例えば、ppm以下)の不純物が存在するだけでも、そのような材料を使用して形成された薄膜の特性に影響を与える可能性があることも分かっている。PVDプロセスを使用して蒸発性コーティングを形成することにより、出発材料中に存在する少なくともいくらかの不純物の濃度は、そのような不純物が、蒸発性コーティングを形成する材料とは異なる蒸発温度を有することにより低減され得ると想定される。
いくつかの実施形態において、蒸発性コーティングが提供される表面は、実質的に平坦な表面である。いくつかの実施形態において、蒸発性コーティングが提供される表面は、非平坦表面である。例えば、非平坦面は、多孔質表面であってもよい。他の例では、非平坦面は、その上に形成されたいくつかの不規則な特徴を有する比較的粗い表面であってもよい。
いくつかの実施形態において、蒸発性コーティングは、キャリア部材の表面上に配置されてもよい。例えば、キャリア部材は、シート、プレート、ブロック、円筒、球、または他の形状の形態で提供されてもよい。いくつかの実施形態において、キャリア部材は、多孔質部材を含む。例えば、キャリア部材は、有孔体、メッシュ、ふるい、多孔質体、またはそれらの組み合わせの形態で提供されてもよい。
キャリア部材は、一般に、無機材料または炭素質材料を含む。例えば、キャリア部材は、金属、グラファイト、および/またはセラミックを含み得る。いくつかの場合では、高温で非反応性(例えば不活性)であるキャリア部材を提供することが特に有利となり得る。例えば、キャリア部材は、蒸発性コーティングの蒸発温度で実質的に(物理的または化学的に)反応しない材料で構成されてもよい。代替として、またはそれに加えて、キャリア部材には、そのような反応を阻害するためのコーティングが施されてもよい。例えば、キャリア部材および/または非反応性コーティングを形成するために使用される材料は、蒸発性コーティングの蒸発温度よりも高い蒸発温度を示し得る。キャリア部材および/または非反応性コーティングを形成するために使用され得る金属の例には、タンタル、モリブデン、およびチタンが含まれるが、これらに限定されない。いくつかの場合では、比較的高い熱伝導率を示す材料でキャリア部材を形成することが特に有利となり得る。例えば、高い熱伝導率を有する材料は、一般に熱をより容易に伝導し、したがって、キャリア部材の部分が他の部分よりも高い温度で加熱される可能性を低減する。
図19A~19Fは、蒸発性コーティングを備えたキャリア部材の様々な実施形態が提供され得ることを示している。
図19Aには、実質的に平坦な表面1912を有する平面体1910の一部が示されている。例えば、平面体1910は、金属またはセラミックプレートであってもよい。
図19Bには、メッシュ表面1922を有するメッシュ体1920の一部が示されている。例えば、メッシュ体1920は、編んだ金属ワイヤ、または他の編んだワイヤにより形成されてもよい。
図19Cには、多孔質表面1932を有する多孔質体1930の一部が示されている。多孔質表面1932は、複数の空洞または細孔1935を画定する。例えば、そのような多孔質体1930は、セラミック材料により形成されてもよい。
図19Dには、複数の穿孔1945を画定する穿孔体1940の一部が示されている。例えば、有孔体1940は、有孔プレートまたは押し出し部材の形態で提供されてもよい。穿孔1945は、図19Dに示されるように、実質的に正方形または長方形であってもよい。しかしながら、他の実施形態において、他の形状、サイズおよび構成の穿孔1945が提供されてもよい。例えば、穿孔1945は、実質的に円形、楕円形、楕円形、六角形、五角形、または他の形状であってもよい。
図19Eには、波形表面1952を有する波形部材1950の一部が示されている。例えば、波形表面1952は、その上に形成された一連の交互の隆起部および溝を含む。
図19Fには、波形表面1962を有する別の波形部材1960の一部が示されている。例えば、波形表面1962は、複数の突起を含む。突起は、例えば、図示されるようなピラミッドの形態、または任意の他の形状および構成であってもよい。
図20A~20Eは、様々な実施形態による、その上に蒸発性コーティングを提供した後のキャリア部材の断面図を示す。
図20Aには、図19Aの平面体1910の断面が示されている。図20Aでは、蒸発性コーティング2010は、実質的に平坦な表面1912をコーティングするように提供されている。
図20Bには、図19Bのメッシュ体1920の断面が示されている。図20Bでは、蒸発性コーティング2020は、メッシュ表面1922を実質的にコーティングするように提供されている。例えば、蒸発性コーティング2020は、メッシュ表面1922を形成する要素(例えばワイヤ)の外面をコーティングしてもよい。
図20Cには、図19Cの多孔質体1930の断面が示されている。図20Cでは、蒸発性コーティング2030は、多孔質表面1932を実質的にコーティングするように提供されている。例えば、蒸発性コーティング2030は、隣接する細孔または空洞1935の間の表面の部分、および細孔または空洞1935を画定する表面の部分をコーティングしてもよい。具体的には、蒸発性コーティング2030は、表面1932上に形成された細孔または空洞1935の内側に提供されてもよい。
図20Dには、図19Dの有孔体1940の断面が示されている。図20Dでは、蒸発性コーティング2040は、有孔体1940の露出表面をコーティングするように提供されている。例えば、蒸発性コーティング2040は、穿孔1945を画定する有孔体1940の部分の上、ならびに上面および下面上に提供されてもよい。
図20Eには、図19Eの波形体1950の断面が示されている。図20Eでは、蒸発性コーティング2050は、波形体1950の波形表面1952をコーティングするように提供されている。例えば、蒸発性コーティング2050は、その上に形成された隆起および溝を画定する波形表面1952の部分の上に提供されてもよい。
いくつかの場合では、非平坦表面上に配置された蒸発性コーティングを提供することが特に有利となり得る。メッシュ表面、多孔質表面、有孔表面、および/または波形表面を有するものなどの非平坦表面を有するキャリア部材は、一般に、比較的大きなキャリア表面積対体積比(SA:V)を示す。そのようなキャリア部材は、より高いキャリアSA:Vを有する表面にコーティングされた所与の量の蒸発性材料に対してより大量の蒸発性コーティング表面が露出され得るので、その上に蒸発性コーティングを堆積させるために特に望ましくなり得る。換言すれば、キャリアの表面積対体積比は、一般に、その上に堆積された蒸発性コーティングの表面積対体積比と直接相関する。
いくつかの実施形態において、比較的高い表面積対体積比を示す蒸発性コーティングを提供することが特に望ましくなり得る。これは、蒸発性コーティング2120を備えたキャリア部材2110が示されている図21を参照してさらに説明される。図21に示されるように、蒸発性コーティングの露出表面2122の近位に配置された蒸発性コーティング2120の部分は、2131とラベル付けされ(また近位部分2131とも呼ばれる)、露出表面2122の遠位に配置された蒸発可能コーティング2120の部分は、2133とラベル付けされている(また遠位部分2133とも呼ばれる)。露出表面2122は、一般に、PVDプロセス中に減圧環境(例えば真空環境)にむき出しに置かれる蒸発性コーティング2120の表面である。理解されるように、蒸発性コーティング2120を形成する材料を蒸発させた結果として生成された任意のガス状材料は、そのような減圧環境において比較的妨げられずに移動することができる。近位部分2131および遠位部分2133からの平均拡散距離は、それぞれD1およびD2と表示されている。明確にするために、平均拡散距離は、一般に、蒸発した材料(ガス状材料)が露出表面2122に到達するために移動する平均距離を指すことが理解される。
蒸発性コーティング2120を加熱して蒸発させるために、加熱要素2160が提供される。図21に示されるように、加熱要素2160の相対的配置に基づいて、加熱要素2160の近くに配置された近位部分2131は、一般に、遠位部分2133よりも大きく加熱される(例えば、より迅速に加熱される、および/またはより高い温度に加熱される)ことが分かる。さらに、近位部分2131に配置された蒸発性材料を蒸発させることから生成される任意のガス状材料は、遠位部分2133の平均拡散距離D2よりも小さい平均拡散距離D1を有する。特定の理論に束縛されることを望まないが、より大きく加熱され、より短い平均拡散距離を有するように配置された蒸発性コーティング2120の部分は、より低い程度に加熱され、より大きい平均拡散距離を有するように配置されるコーティング2120の部分よりも優先的に蒸発すると想定される。さらに、蒸発性コーティング2120のそのような優先的な蒸発は、露出表面2122の総面積に変化をもたらし得ると想定される。例えば、露出表面2122の総面積のそのような変化は、PVDプロセス中に不均一な蒸発速度をもたらす可能性があり、これは一般に望ましくない。蒸発性コーティングのSA:Vを増加させることにより、蒸発性コーティングを形成するための材料の所与の量(例えば質量)に対して、蒸発性コーティングの厚さを低減することができると想定される。このようにして、蒸発性コーティングをより均一に加熱することができ、コーティングの異なる部分間の平均拡散距離の不一致も低減することができる。さらに、そのような構成の蒸発性コーティングは、PVDプロセス中の長期間にわたって露出表面の総面積を比較的一定に維持することにより、蒸発性コーティングを形成する材料の比較的安定した蒸発を提供することができると想定される。
蒸発性コーティングが平面または実質的に平面の表面上に提供されるいくつかの実施形態が説明されたが、蒸発性コーティングは非平面表面上にも同様に提供され得ることが理解される。例えば、表面は、湾曲、屈曲、および/または折り畳まれていてもよい。
いくつかの例では、非平面表面上に提供される様々な特徴は、周期的に反復する構造であってもよい。例えば、実質的に同一の特徴を反復パターンに配置して、非平面表面を形成してもよい。他の例では、非平面表面上に提供される特徴は、実質的にランダムまたは疑似ランダムであってもよい。例えば、特徴は、形状、サイズ、分布、および/または他の構成において実質的にランダムであってもよい。
一態様において、カートリッジが提供され、カートリッジは、ハウジングと、ハウジングの内側に配置された1つ以上のキャリア部材とを備える。1つ以上のキャリア部材の各キャリア部材は、蒸発性コーティングでコーティングされた表面を含む。カートリッジは、PVD装置および/またはプロセスで使用するためのものであってもよい。いくつかの実施形態において、そのようなカートリッジのハウジングは、その中に加熱要素を受け入れるように構成されてもよい。他の実施形態において、カートリッジは、ハウジングの外部に配置された加熱要素によって加熱されるように構成されてもよい。
図22は、一実施形態によるカートリッジ2200の概略図である。図22では、カートリッジ2200は、出口2220を画定するハウジング2210を含む。1つ以上のキャリア部材2240は、ハウジング2210の内側に配置される。いくつかの実施形態において、1つ以上のスペーサ2242が、隣接するキャリア部材2240の間に提供されてもよい。図22に示される実施形態において、1つ以上のキャリア部材2240は、出口2220に実質的に平行に配置される。図23は、カートリッジ2200の別の実施形態の概略図であり、1つ以上のキャリア部材2240は、出口2220に対して実質的に垂直に配置されている。
図24は、一実施形態によるカートリッジ2400の概略図であり、出口2420を画定する実質的に円筒形のハウジング2410が提供されている。1つ以上のキャリア部材2440は、ハウジング2410の内側に配置され、それらが垂直に積み重ねられた構成になるように配置されるものとして示されている。キャリア部材2440を離間させる、および/または支持するために、カートリッジ2400に1つ以上のスペーサまたは支持部材が提供されてもよい。図25は、図24に示されるカートリッジ2400の上面断面図を示す。
図26は、別の実施形態によるカートリッジ2600の上面図であり、1つ以上のキャリア部材2640が放射状に配置され、ハウジング2610の内側に配置されている。例えば、1つ以上のキャリア部材2640は、キャリア部材2640が中央支持部材2660の周りに放射状に分布するように配置されてもよい。いくつかの実施形態において、中央支持部材2660は、中実ロッドの形態で提供されてもよい。他の実施形態において、中央支持部材2660は、中空ロッドの形態で提供されてもよい。図27にさらに示されるように、中空ロッドの形態で提供される中央支持部材2660は、温度変調要素(図示せず)を収容するための空間または陥凹部2662を画定し得る。そのような温度変調要素の例には、加熱要素および冷却要素が含まれるが、これらに限定されない。中央支持部材2660の周りの1つ以上のキャリア部材2640の放射状配置は、キャリア部材2640の加熱および/または冷却を促進して、より均一な温度プロファイルを達成すると想定される。
図28は、ハウジング2810が中空三角プリズムの形態で提供されるカートリッジ2800の実施形態を示す。ハウジング2810には、出口2820が提供されている。1つ以上のキャリア部材2840が、ハウジング2810内に提供される。
図29は、カートリッジ2900の別の実施形態を示しており、ハウジング2910は、貫通穴2912が貫通する中空三角プリズムの形態で提供されている。ハウジング2910には、出口2920が提供されている。1つ以上のキャリア部材2940が、ハウジング2910内に提供されている。
図30は、カートリッジ3000が、ハウジング3010の内側に格納される非平面キャリア部材3040を備えた実施形態を示している。例えば、キャリア部材3040は、非平面構成に形成された剛性キャリア部材であってもよく、または、キャリア部材3040は、そのような非平面構成に曲げられた、もしくは折り畳まれた可撓性キャリア部材であってもよい。
一態様において、ハウジングを備えるカートリッジが提供され、ハウジング表面の少なくとも一部は、蒸発性コーティングでコーティングされている。ハウジングは、内面および外面を画定し得る。いくつかの実施形態において、ハウジングの外面は、蒸発性コーティングでコーティングされてもよい。他の実施形態において、ハウジングの内面は、蒸発性コーティングでコーティングされてもよい。いくつかの実施形態において、ハウジングの内面および外面の両方が、蒸発性コーティングでコーティングされてもよい。
図31A~31Dは、カートリッジ3100の様々な実施形態を示しており、ハウジング3110は、内部表面3112および外部表面3114を画定している。蒸発性コーティング3140は、内部表面3112の一部の上に配置される。図31Aによる一実施形態において、蒸発性コーティング3140は、内部表面3112の下部をコーティングする。図31Bによる別の実施形態において、蒸発性コーティング3140は、内部表面3112の下部、側部、および上部を実質的にコーティングする。図31Cによるさらに別の実施形態において、ハウジング3110は、ハウジング3110によって画定されるチャンバ内に延在する突出部分3120を含み、蒸発性コーティング3140は、突出部分3120をコーティングする。図31Dによるさらに別の実施形態において、内部表面3112の側部は、蒸発性コーティング3140でコーティングされる。
図32Aおよび32Bは、ハウジング3210が中空三角プリズムの形態で提供されるカートリッジ3200の実施形態を示す。ハウジング3210は、蒸発性コーティング3240の蒸発から生成された蒸気材料を逃がすための複数の出口3220を画定する。例えば、複数の出口3220は、ハウジング3210の頂点に沿って配置されてもよい。ハウジング3210は、実質的にそれを通って延在する貫通穴3212を任意選択で画定し得る。例えば、貫通穴3212は、その中に温度変調要素(例えば加熱要素)を受け入れるように構成されてもよい。カートリッジ3200の断面図を示す図32Bにさらに示されるように、ハウジング3210の内部表面は、蒸発性コーティング3240でコーティングされてもよい。具体的には示されていないが、いくつかの実施形態において、貫通穴3212を画定するハウジング3210の部分もまた、蒸発性コーティング3240でコーティングされてもよい。
図33Aおよび33Bは、ハウジング3310が細長い出口3320を備えているカートリッジ3300の別の実施形態を示している。例えば、細長い出口3320は、実質的に、ハウジング3310の長手方向の一端から他端まで延在してもよい。他の例では、細長い出口3320は、ハウジング3310の一部の上に延在してもよい。ハウジング3310は、実質的にそれを通って延在する貫通穴3312を任意選択で画定し得る。
図34Aは、一実施形態による蒸発器3400内のカートリッジ3200の配置を示す。図34Aでは、蒸発器3400の加熱要素3440が、カートリッジ3200の貫通穴3212に受け入れられている。そのような構成では、カートリッジ3200のハウジング3210および蒸発性コーティング3240は、加熱要素3440によって加熱されて、蒸発性コーティング3240を蒸発させ、それにより蒸気材料を生成することができる。次いで、蒸気材料は、1つ以上の出口(図示せず)を通って送出され得る。いくつかの実施形態において、カートリッジ3200のハウジング3210はまた、蒸発器3400の様々な構成要素のためのハウジングとして機能し得る。
図34Bに示される別の実施形態において、蒸発器3400’は、蒸発器3400’のハウジングを画定するためのケーシング3410を含む。そのような構成では、カートリッジ3200は、ケーシング3410によって画定されるチャンバ内に受け入れられる。加熱要素3440は、貫通穴3212を通って延在するように提供されてもよい。ケーシング3410は、任意選択で、加熱要素3440を収納するための部分を含んでもよい。
図35Aおよび35Bは、キャリア部材3510が提供され、キャリア部材3510の外部表面3512が蒸発性コーティング3540によってコーティングされている実施形態を示す。キャリア部材3510は、ロッドの形態で提供されてもよい。例えば、蒸発性コーティング3540は、実質的にロッド状キャリア部材3510の全周囲に提供されてもよい。
図36は、キャリア部材3610が、外部表面3612上に形成された複数のリブ3615を備えている別の実施形態を示す。複数のリブ3615は、半径方向外向きに延在してもよく、リブ3615は、キャリア部材3610の長手方向軸に沿って互いに離間してもよい。蒸発性コーティング3640は、リブ3615の表面を含む、キャリア部材3610の外部表面3612を実質的にコーティングするように提供される。いくつかの実施形態において、リブ3615は、連続スパイラル(例えばスクリュー)として形成されてもよい。
図37は、キャリア部材3710が中空管状部材として形成されるさらに別の実施形態を示す。具体的には、キャリア部材3710は、外部表面3712および内部表面3715を画定する。キャリア部材3710の内部表面3715によって、陥凹部3718が画定される。キャリア部材3710の外面3712は、蒸発性コーティング3740によってコーティングされている。例えば、陥凹部3718は、加熱要素などの温度変調要素を収容するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、陥凹部3718は、実質的にキャリア部材3710を通って延在してもよい。他の実施形態では、陥凹部3718は、部分的にキャリア部材3710を通って延在する。
例えば、図35Aから37の実施形態による蒸発性コーティングでコーティングされたロッド状キャリア部材3510、3610、および3710は、蒸発器内に配置され得る。例えば、ここで図16Aおよび16Bに示される実施形態を参照すると、ロッド状キャリア部材3510、3610、および3710は、充填穴940を介して蒸発器900の内側に配置され得る。別の例では、図35A~37の実施形態による蒸発性コーティングでコーティングされたロッド状キャリア部材3510、3610、および3710は、カートリッジの内側に格納されてもよい。図38は、カートリッジ3800のハウジング3810が1つ以上のロッド状キャリア部材3840を備えているカートリッジ3800の実施形態を示す。キャリア部材3840のそれぞれは、蒸発性コーティングでコーティングされている。
図39は、実質的に環状の円筒体3901を有するカートリッジ3900の実施形態を示している。図40は、一実施形態による蒸発器の内側に配置されたカートリッジ3900の断面図を示す。カートリッジ3900の本体3901は、上部3910、下部3912、および上部3910の内縁と下部3912との間に延在する内側部分3922、および上部3910の外縁と下部3912との間に延在する外側部分3920によって画定される。内側部分3922は、開口部3930を画定する。いくつかの実施形態において、上部3910は、蒸気材料がそのような部分を通って送出され得ないように、不透過性部材により形成されてもよい。下部3912はまた、不透過性部材により形成されてもよい。例えば、上部3910および/または下部3912は、例えば金属またはセラミックにより形成される実質的に中実な部材により形成されてもよい。内側部分3922および外側部分3920は、ガス透過性部材により形成されてもよい。そのようなガス透過性部材の例には、スクリーン、有孔プレート、メンブレン、メッシュ、ふるい、多孔質部材(多孔質セラミック部材を含む)、およびそれらの組み合わせが含まれるが、これらに限定されない。ガス透過性部材は、一般に、固体材料の通過を阻害する一方で、蒸発した原料の通過を可能にするように構成される。カートリッジ3900の本体3901は、蒸発されるべき原料を格納するためのチャンバ3950を画定する。例えば、原料は、蒸発性コーティングの形態で、または分散性形態で提供されてもよい。原材料の分散性形態の例には、粉末、ペレット、および顆粒が含まれる。図40に示されるように、1つ以上の加熱要素4010が、カートリッジ3900を加熱するように配置されてもよい。例えば、1つ以上の加熱要素4010は、開口3930の内側に、外側部分3920に隣接して、またはその両方に提供されてもよい。カートリッジ3900の配置および構成に基づいて、チャンバ3950の内側に格納される原料の蒸発の結果として生成された蒸気物質は、ガス透過性の内側部分3922および外側部分3920を通して選択的に放出され得ることが分かる。具体的には、蒸気材料が上部3910を介して放出または送出されることが実質的に阻害される。このようにして、「スパッタ」または「スピッティング」と呼ばれることもある任意の微粒子がカートリッジ3900から放出される可能性は、少なくともある特定の材料に対して低減される。
いくつかの実施形態において、カートリッジ3900は、追加の部材を備えてもよい。さらなる実施形態において、カートリッジ3900は、追加の環状円筒体をさらに含む。例えば、そのような追加の環状円筒体は、本体3901の周りに同心円状に配置されてもよい。そのような実施形態において、追加の環状円筒体は、本体3901に対して半径方向遠位に配置されてもよい。そのような追加の環状円筒体と本体3901との間にギャップを提供して、加熱要素4010および提供され得る任意の追加の加熱要素を収容することができる。
一実施形態において、カートリッジが提供され、カートリッジはハウジングを含む。ハウジングは、蒸発性材料を格納するためのチャンバを画定する。蒸発性材料の蒸気フラックスをチャンバから放出させるために、開口がハウジングに形成される。いくつかの実施形態において、バッフルがチャンバ内に配置される。バッフルは、開口を通して蒸気フラックスを放出する前に、蒸気フラックスの少なくとも一部をバッフルに入射させるように構成される。カートリッジは、PVD装置での使用またはPVD装置との併用のために構成され得る。
図41は、一実施形態によるカートリッジ4100を示す。カートリッジ4100は、蒸気の通過を可能にするための1つ以上の開口4120を有するハウジング4110を含む。図示される実施形態において、ハウジング4110は、実質的に円筒形のハウジングである。図42Aを参照すると、カートリッジ4100の線III-IIIに沿った断面図が示されている。図示される実施形態において、ハウジング4110は、レセプタクル部分4112およびキャップ部分4113を含む。ハウジング4110は、内面4117および外面4118を画定し、これらは、レセプタクル部分4112およびキャップ部分4113の対応する面によって提供され得る。チャンバ4240は、ハウジング4110によって画定される。例えば、チャンバ4240は、レセプタクル部分4112の内面4117およびキャップ部分4113によって画定され得る。1つ以上の開口4120は、ハウジング4110のキャップ部分4113に形成されるものとして示されている。具体的には、図示される実施形態において、1つ以上の開口4120の各開口は、内面4117上に提供された内部開口部4127と、外面4118上に提供された外部開口部4128との間に延在し、したがって蒸発性材料を蒸発させることにより生成される蒸気フラックス(図示されていない)は、1つ以上の開口4120を介して送出されてチャンバ4240から放出され得る。カートリッジ4100は、バッフル4220をさらに含む。いくつかの実施形態において、バッフル4220は、チャンバ4240の内側に配置され、1つ以上の開口4120を通る蒸気フラックスの流れを低減または阻害する。例えば、バッフル4220は、蒸気フラックスの少なくとも一部が内部開口部4127に到達するのを阻止するように構成されてもよい。例えば、バッフル4220は、内部開口部4127に隣接して、およびそれから離間して配置されてもよい。図示される実施形態において、バッフル4220は、実質的に横方向に延在して内部開口部4127を覆う阻止部分4222を含む。開口部4127とバッフル4220の阻止部分4222との間にギャップ4230を提供して、蒸気を開口部4127に到達させ、1つ以上の開口4120を介してチャンバ4240から放出させることができる。しかしながら、1つ以上の開口4120に対するバッフル4220の配置および構成により、チャンバ4240に格納される蒸発性材料(図示せず)から1つ以上の開口4120への直接的な見通し線は、実質的に防止される。したがって、チャンバ4240から生成された蒸気フラックスの少なくとも一部は、内部開口部4127に到達する前にバッフル4220に入射し、1つ以上の開口4120を通して放出される。特定の理論に束縛されることを望まないが、そのような構成は、カートリッジ4100の内側の蒸気フラックスの平均保持時間を増加させ、したがって蒸気フラックス材料の平均自由行程を低減し得ると想定される。結果として、任意の微粒子(例えばスパッタ)または原子もしくは分子のクラスタは、一般に、内部開口部4127に到達する前にハウジング4110の表面と衝突し、したがってそのような微粒子またはクラスタがそのような衝突のために崩壊または微細化する可能性が高まるため、任意のそのような微粒子またはクラスタが1つ以上の開口4120を通して放出される可能性は低減される。理解されるように、そのような微粒子またはクラスタの放出は、そのような微粒子またはクラスタのターゲット基板上への堆積が欠陥の形成をもたらし得、これがいくつかの場合ではデバイスの故障を引き起こし得るため、薄膜形成プロセス中は一般に極めて望ましくない。さらに、このように1つ以上の開口4120を通る蒸気流を制限すると、カートリッジ4100の内側の蒸気フラックス材料の分圧を増加させ、蒸気フラックスがカートリッジ4100から放出される速度の安定性を高めることができるとさらに想定される。例えば、バッフル4220は、実質的に環状の部材であってもよい。
いくつかの実施形態において、カートリッジ4100は、スペーサ4250をさらに含む。例えば、スペーサ4250は、ハウジング4110の外面4118に提供されてもよい。スペーサ4250は、レセプタクル部分4112の底面4116上に提供されてもよく、それと一体的に形成されてもよい。スペーサ4250は、一般に、カートリッジ4100とPVDシステムの要素(例えばるつぼまたは加熱器)との間の熱伝導を制限または阻害することによって、そのような要素からカートリッジ4100を熱的に絶縁するために提供される。例えば、スペーサ4250は、比較的低い熱伝導率を示す材料を含み得る。いくつかの実施形態において、スペーサ4250は、カートリッジ4100を動作構成で物理的に支持または維持するように構成される。例えば、使用中、カートリッジ4100は、カートリッジ4100がスペーサ4250によって直立の配向(例えば動作構成)で支持および維持されるように、そのような配向でPVDシステムのるつぼの内側に配置されてもよい。そのような例では、スペーサ4250は、カートリッジ4100とるつぼとの間の熱伝導を阻害するために、るつぼと直接物理的に接触しているカートリッジ4100の総表面積を低減するように構成され得る。例えば、スペーサ4250は、底面4116から突出し、テーパプロファイルを示して、カートリッジ4100を支持するための十分な構造的完全性を提供しながら、るつぼとの接触面積を低減することができる。
図42Bは、バッフル4220が蒸気の通過を可能にするための1つ以上の貫通穴4226を含む一実施形態によるカートリッジ4100’の断面図を示す。例えば、1つ以上の貫通穴4226は、1つ以上の開口4120に対して実質的に垂直に配向され、チャンバ4240の内側で生成された蒸気フラックスがカートリッジ4100’の表面に衝突せずに1つ以上の開口4120を通って逃げるのが実質的に阻害されたままであるように配置され得る。例えば、1つ以上の貫通穴4226は、バッフル4220の阻止部分4222と1つ以上の開口4120との間に配置されてもよい。
図42Cは、バッフル4220”の阻止部分4222”が半径方向外向きにフレアしている別の実施形態によるカートリッジ4100”の断面図を示す。図示される実施形態において、阻止部分4222”は、概して、円錐形の阻止部分を形成する角度で、キャップ部分4113から下向きおよび半径方向外向きに延在する。ギャップ4230は、円錐形の阻止部分4222”と、キャップ部分4113上に形成された1つ以上の開口4120との間に提供されてもよい。
図43Aおよび43Bは、様々な実施形態によるカートリッジ4100および4100’’’の底面図を示している。図43Aでは、カートリッジ4100の底面4116は、実質的に環状のスペーサ4250を含む。図43Bでは、カートリッジ4100’’’の底面4116は、複数のスペーサ4250を含み、スペーサ4250は、互いに離間して配置されている。
いくつかの実施形態において、カートリッジ4100は、その中に格納される蒸発性材料をさらに含む。例えば、蒸発性材料は、チャンバ4240の内側に提供されてもよい。
図44Aは、蒸発性材料が蒸発性コーティング4420の形態で提供される実施形態を示す。例えば、蒸発性コーティング4420は、内面4117をコーティングしてもよい。上記で説明されたように、いくつかの実施形態において、バッフル4220は、蒸発性コーティング4420と1つ以上の開口4120の内部開口部4127との間に配置される。
図44Bは、1つ以上のキャリア部材4440がチャンバ4240の内部に配置されている実施形態を示している。上記のように、1つ以上のキャリア部材4440には、蒸発性コーティング4420が提供されている。
図44Cは、蒸発性材料4421がチャンバ4240内に提供されている実施形態を示す。例えば、蒸発性材料4421は、単一のモノリシックまたは連続構造であってもよい。図示される実施形態において、蒸発可能材料4421とレセプタクル部分4112の内面4117との間にギャップ4118を形成するために、内部スペーサ4419が内面4117に提供されている。例えば、ギャップ4118は、蒸発性材料4421の実質的に垂直に配向した表面と、内面4117の実質的に垂直な部分(例えば側壁)との間に提供されてもよい。そのような配置では、例えば、ギャップ4118は、蒸発性材料4421を蒸発させることによって生成される蒸気ストリームが1つ以上の開口4120を介して放出される前に移動し得る実質的に垂直なチャネルを提供する。特定の理論に束縛されることを望まないが、蒸発性材料4421に含まれ得る汚染物質の少なくとも一部は、熱蒸発プロセス中に放出され得ると想定される。ギャップ4118を提供することにより、蒸発性材料4421の蒸発中に生成されるそのような汚染物質の少なくとも一部がギャップ4118を通って落下し、カートリッジ4100のチャンバ4240の底部付近に蓄積し、したがって、そのような汚染物質がカートリッジ4100から逃れ、ターゲット基板上に堆積する可能性が低減される。いくつかの実施形態において、内部スペーサ4419は、蒸発性材料4421の底面と内面4117との間にギャップまたは物理的分離を提供するために、内面4117の底部に提供されてもよい。例えば、そのようなギャップは、蒸発プロセスに大きな影響を与えることなく汚染物質が蓄積し得る空間を提供し得る。いくつかの実施形態において、蒸発性材料4421は、1つ以上の空洞または貫通穴を含んでもよい。例えば、そのような空洞または貫通穴は、実質的に垂直に延在して、蒸気ストリームが生成され得る追加の表面積を提供し得る。
図44Dは、複数の蒸発性材料4421がチャンバ4240内に提供されている実施形態を示す。例えば、各蒸発性材料4421は、ロッド、プレート、ディスク、ブロック、または他の形状として形作られてもよい。いくつかの実施形態において、蒸発性材料4421は、実質的に垂直に配向している。例えば、各蒸発可能材料4421は、加熱時に蒸気ストリームが生成され得る追加の表面積を提供するために、互いに離間されてもよい。
図45は、別の実施形態によるカートリッジ4500を示す。カートリッジ4500は、その上に形成された1つ以上の開口4520を有するハウジング4510を含む。図46は、図45の線IV-IVに沿ったカートリッジ4500の断面図を示す。図46にさらに示されるように、ハウジング4510は、レセプタクル部分4512およびキャップ部分4513を含む。ハウジング4510は、内面4517および外面4518を画定し、これらは、レセプタクル部分4512およびキャップ部分4513の対応する表面によって提供され得る。チャンバ4650は、ハウジング4510によって画定される。例えば、チャンバ4650は、レセプタクル部分4512の内面4517およびキャップ部分4513によって画定され得る。1つ以上の開口4520は、ハウジング4510のキャップ部分4513に形成されるものとして示されている。1つ以上のキャリア部材4640が、チャンバ4650の内側に配置される。いくつかの実施形態において、1つ以上のキャリア部材4640は、各キャリア部材4640が対応する各開口4520と実質的に整列して配置されるように、1つ以上の開口4520に対して対応して配置される。例えば、そのような配置では、キャリア部材4640の中心軸は、対応する開口4520の中心軸と実質的に整列されてもよい。いくつかの実施形態において、1つ以上のキャリア部材4640は、1つ以上の開口4520を介したチャンバ4650からカートリッジ4500の外部への蒸気の流れを制限することによって、バッフルとして機能するように構成され得る。例えば、各キャリア部材4640は、蒸発性材料(図示せず)から1つ以上の開口4520への直接的な見通し線を実質的に防止するために、対応する開口4520の近位に配置された制限部分4642を含んでもよい。したがって、チャンバ4650から生成された蒸気フラックスの少なくとも一部は、1つ以上の開口4520を通して放出される前に、1つ以上のキャリア部材4640に入射するようになる。例えば、制限部分4642は、対応する開口4520の近位に配置されたキャリア部材4640の表面を含み得る。制限部分4642は、チャンバ4650の内側で生成された蒸気を、蒸発性材料から開口4520への直接的な見通し線を実質的に防止しながら、開口4520を介して逃がすために、ギャップによって開口4520から離間されてもよい。特定の理論に束縛されることを望まないが、そのような配置は、蒸気フラックスが1つ以上の開口4520を通って放射される速度の安定性を高めるのに寄与し得ると想定される。
図46に示される実施形態において、1つ以上のキャリア部材4640のそれぞれは、実質的に円筒形の部材である。しかしながら、キャリア部材4640の様々な他の構成および形状が使用されてもよいことが理解される。いくつかの実施形態において、1つ以上のキャリア部材4640は、カートリッジ4500のハウジング4510に熱的に結合される。例えば、レセプタクル部分4512の内面4517には、1つ以上のキャリア部材4640をその上に固定するためのねじ穴が提供されてもよい。例えば、1つ以上のキャリア部材4640は、カートリッジ4500の様々な部品または要素の比較的均一な加熱を可能にする熱伝導性材料を含んでもよい。例えば、このようにして、カートリッジ4500の内側に格納される任意の蒸発性材料を均一に加熱して、ホットスポットを作成する、または蒸発性材料の任意の部分を過熱する可能性を低減することができる。いくつかの実施形態において、1つ以上のキャリア部材4640は、ハウジング4510のレセプタクル部分4512またはキャップ部分4513と一体的に形成されてもよい。
1つ以上のキャリア部材4640は、一般に、蒸発性材料を支持または格納するように構成される。例えば、そのような蒸発性材料は、蒸発性コーティングの形態で1つ以上のキャリア部材4640上に提供されてもよい。いくつかの実施形態において、蒸発性コーティングは、ハウジング4510の内面4517にさらに提供され得る。図47は、1つ以上のキャリア部材4640の表面およびハウジング4510の内部表面4517に蒸発性コーティング4720が配置されている実施形態を示す。
いくつかの実施形態において、蒸発性コーティングが配置される表面は、重力方向に対して非水平に配置される。例えば、蒸発性コーティングが配置される表面は、重力方向に対して実質的に平行になるように、重力方向に対して実質的に垂直に配置される。したがって、カートリッジが蒸発性コーティングを含むいくつかの実施形態において、蒸発性コーティングは、カートリッジの動作構成において実質的に垂直に配向した表面上に配置されてもよい。特定の理論に束縛されることを望まないが、蒸発性コーティングに含まれる汚染物質の少なくとも一部は、熱蒸発プロセス中に放出され得ると想定される。蒸発性コーティングを実質的に垂直な表面に配置することにより、そのような汚染物質の少なくとも一部がカートリッジのチャンバの底部近くに蓄積し、したがってそのような汚染物質がカートリッジから逃げて標的基板に堆積する可能性を低減すると想定される。さらに、蒸発性コーティングを実質的に垂直な表面に配置することにより、そのような汚染物質の蒸発性コーティング表面への再堆積が阻害され得る。
図47は、カートリッジ4500が蒸発性コーティング4720を含む実施形態を示す。蒸発性コーティング4720は、1つ以上のキャリア部材4640の表面およびハウジング4510のレセプタクル部分4512の内面4517に配置されるものとして示されている。
一態様において、蒸発性コーティングを蒸発させるための方法が提供される。この方法は、蒸発性コーティングでコーティングされたキャリア表面を提供することと、蒸発性コーティングを加熱して蒸発性コーティングを蒸発させることとを含む。蒸発性コーティングを蒸発させることにより、蒸気材料を生成することができる。いくつかの実施形態において、キャリア表面は、1つ以上のキャリア部材によって提供される。他の実施形態において、1つ以上のキャリア部材は、カートリッジのハウジングの内側に配置される。いくつかの他の実施形態において、キャリア表面は、カートリッジのハウジングの表面によって提供される。例えば、そのような表面は、ハウジングの内部表面または内面であってもよい。
図48Aは、カートリッジ4800がテーパ部分を含むハウジング4810を含む実施形態を示す。例えば、図示される実施形態において、ハウジング4810は、ハウジング4810のベース部分4811がカートリッジ4800の上部4813よりも狭くなるようにテーパしている。カートリッジ4800のハウジング4810は、上部4813に形成された開口4820をさらに含む。
図48Bは、カートリッジ4800’のハウジング4810がベース部分4811でテーパして円錐形のハウジング4810を形成する実施形態を示す。ハウジング4810の上部4813は、ベース部分4811よりも広くなるように構成され、上部4813には、開口部4820が提供されている。
例えば、図48Aおよび48Bの実施形態によるカートリッジ4800および4800’は、PVDシステムで使用するための対応する形状のるつぼ内に適合するように構成され得る。
一態様において、表面上に薄膜コーティングを堆積させるためのシステムが提供される。いくつかの実施形態によれば、システムは、カートリッジと、カートリッジ内に配置された蒸発性材料と、カートリッジを加熱して蒸発性材料を蒸発させ、それによって第1の蒸気ストリームを生成するように構成される加熱要素とを含む。カートリッジは、蒸発性材料を受け入れるためのレセプタクルと、カートリッジから蒸気を排出させるように構成された開口と、ガス透過性部材と、ガス透過性部材と開口との間の蒸気経路に配置されたバッフルとを含む。いくつかの実施形態において、システムは、第1の蒸気ストリームをガス透過性部材上に凝縮させて、その上に中間コーティングを形成するように構成される。中間コーティングは再蒸発されて、第2の蒸気ストリームを生成する。次いで、第2の蒸気ストリームが開口を通して排出される。
図49は、一実施形態によるカートリッジ4900を示す。カートリッジ4900は、ハウジング4910と、カートリッジ4900から蒸気を排出させるための1つ以上の開口4920とを含む。図50Aは、図49に示される線V-Vに沿ったカートリッジ4900の断面図を示す。
図50Aに示されるように、カートリッジ4900は、その中に蒸発性材料を受け入れるように構成されたハウジング4910によって形成されたレセプタクルまたはチャンバ4940を含む。カートリッジ4900は、ハウジング4910に嵌合および挿入されるスリーブ4915を含む。スリーブ4915は、その中にガス透過性部材4951を収納するための空洞4970を画定する空洞部分4991を含む。キャップ部分4913は、スリーブ4915に嵌合および挿入され、キャップ部分4913は、バッフル4930を含み、開口4920を画定する。ハウジング4910、スリーブ4915、およびキャップ部分4913は、集合的にカートリッジ4900の本体と呼ばれ得る。空洞4970は、空洞4970の底部に形成された(および空洞部分4991の底に形成された)第1の開口部4971を介してレセプタクル4940に接続される。蒸気をキャップ部分4913に向けて流し、開口部4920を介して排出させるために、第2の開口部4973もまた空洞4970の上部に提供される(および空洞部分4991の上部に形成される)。補助ガス透過性部材4961および4963は、それぞれ第1の開口部4971および第2の開口部4973に提供される。図示される実施形態において、補助ガス透過性部材4961および4963ならびにガス透過性部材4951は、レセプタクル4940から開口4920に移動するいかなる蒸気もそのような部材に入射するように配置される。さらに、バッフル4930は、第2の開口部4973を介して空洞4970からキャップ部分4913に向かって移動するいかなる蒸気も、開口4920を介して排出される前にバッフル4930に入射するように、第2の開口部4973に対して配置される。例えば、図示される実施形態において、バッフル4930は、実質的に横方向に延びる阻止部分4932を含み、蒸気が開口4920に直接流れるのを阻害する。開口4920および第2の開口部4973に対するバッフル4930の配置および構成により、第2の開口部4973から開口4920への直接的な見通し線は実質的に防止される。
特定の理論に束縛されることを望まないが、そのような構成は、カートリッジ4900の内側の蒸気フラックスの平均保持時間を増加させ、したがって蒸気フラックス材料の平均自由行程を低減すると想定される。さらに、結果として、任意の微粒子(例えばスパッタ)または原子もしくは分子のクラスタが1つ以上の開口4920を通して放出される可能性は、任意のそのような微粒子またはクラスタが一般に排出される前にカートリッジ4900の表面と衝突するため、低減されると想定される。さらに、特にバッフル4930と組み合わせたガス透過性部材4961、4951、および4963のそのような配置のために、蒸発プロセス中にカートリッジ4900から汚染物質(蒸発性材料に存在し得る)が放出される可能性が低減されると想定される。例えば、非気相中のあらゆる汚染物質、ならびにレセプタクル4940内で生成された微粒子は、補助ガス透過性部材4961の存在により、空洞4970に入るのを実質的に阻害され得る。ガス透過性部材4951および補助ガス透過性部材4963、ならびに空洞4970またはその近くで生成されたスパッタが開口4920を介して排出されるのを阻害するために曲がりくねった蒸気経路を作り出すバッフル4930の配置により、そのような汚染物質および微粒子がカートリッジ4900から排出される可能性はさらに低減される。
図50Bは、カートリッジ4900が複数のガス透過性部材4951a、4951b、4951cを備えている実施形態を示す。そのような実施形態において、レセプタクル4940内の蒸発性材料(図示せず)を蒸発させることによって生成される蒸気は、第1のガス透過性部材4951a、第2のガス透過性部材4951b、次いで第3のガス透過性部材4951cを順に通過する。いくつかの実施形態において、ガス透過性部材4951a、4951b、4951cは、互いに異なる細かさを有するように構成され得る。例えば、第3のガス透過性部材4951cは、第1のガス透過性部材4951aよりも細かい第2のガス透過性部材4951bよりも細かくてもよい。例えば、空洞4970を通って移動する蒸気は、徐々に細かくなるガス透過性部材に入射し得る。理解されるように、ガス透過性部材4951a、4951b、4951cの細かさは、例えば、細孔サイズ(発泡体もしくは他の多孔質部材の場合)、密度、および/またはメッシュサイズ(ふるいもしくはメッシュの場合)によって決定され得る。
PVDシステムにおけるカートリッジ4900の動作は、図51Aおよび51Bに示されている。図51Aを参照すると、図50Aの実施形態によるカートリッジ4900が示されている。カートリッジ4900は、レセプタクル4940内に提供される蒸発性コーティング5110の形態の蒸発性材料を含む。例えば、蒸発性コーティング5110は、ハウジング4910の内部表面4917上に直接配置される。他の実施形態において、蒸発性コーティング5110は、キャリア部材の表面上に提供されてもよい。いくつかの実施形態において、蒸発性コーティング5110は、実質的に垂直に配向した表面(例えば、内部表面4917の垂直部分)上に提供される。カートリッジ4900を加熱するためのシステムには、加熱要素5101が提供されている。システムは、カートリッジ4900を加熱すると、蒸発性コーティング5110が蒸発して第1の蒸気ストリームを生成するように構成される。例えば、第1の蒸気ストリームは、蒸発性コーティング5110が第1の温度に加熱されると生成され得る。例えば、第1の温度は、概して、蒸発性コーティング5110を形成するための材料の昇華温度に対応し得る。第1の蒸気ストリームは、第1の開口部4971を通ってレセプタクル4940から空洞4970内に移動するように構成される。第1の蒸気ストリームを補助ガス透過性部材4961に通すことにより、第1の蒸気ストリームに同伴される、または別様に運搬される微粒子または汚染物質を濾過して取り除くことができる。いくつかの実施形態において、システムは、第1の蒸気ストリームがガス透過性部材4951上に凝縮されて、その上に中間コーティング(図示せず)を形成するように構成される。例えば、カートリッジ4900は、ガス透過性部材4951がハウジング4910よりも低い温度に加熱され、それにより第1の蒸気ストリームをその上で凝縮させるように構成されてもよい。別の例では、カートリッジ4900は、レセプタクル4940が空洞4970よりも高い圧力を受け、それにより、レセプタクル4940およびガス透過性部材4951が実質的に類似しているいくつかの場合であっても、第1の蒸気ストリームをガス透過性部材4951上に凝縮させるように構成されてもよい。いくつかの実施形態において、ガス透過性部材4951の温度は、温度勾配を形成するために異なる部分で変動してもよい。例えば、キャップ部分4913の近位に配置されたガス透過性部材4951の部分は、第1の開口部4971の近位に配置された別の部分よりも高温であってもよい。例えば、そのような温度勾配は、キャップ部分4913に加えられるものより大きな熱負荷によって引き起こされてもよく、これは次いで、キャップ部分4913に近接するガス透過性部材4951の部分に向かって伝導または放射される。システムは、中間コーティングが次いでガス透過性部材4951から蒸発して第2の蒸気ストリームを生成するように構成される。例えば、ガス透過性部材4951は、第2の蒸気ストリームを生成するために第2の温度で加熱されるように構成されてもよい。いくつかの実施形態において、第2の温度は、第1の温度よりも低い。それにもかかわらず、第2の温度は、中間コーティングを蒸発させるのに十分であり得る。次いで、第2の蒸気ストリームは、第2の開口部4973およびそこに提供された補助ガス透過性部材4963を通過する。このようにして、微粒子または不純物が補助ガス透過性部材4963を通過するのが実質的に阻害され得る。第2の蒸気ストリームは、第2の開口部4973を介して空洞4970を出ると、開口部4920を通って排出される前にバッフル4930に入射する。いくつかの実施形態において、バッフル4930は、ガス透過性部材4951と開口4920との間の直接的な見通し線を実質的に阻害するように構成され、したがって、第2の蒸気ストリームの実質的にすべてが、排出される前にカートリッジ4900の一部に入射するようになる。カートリッジ4900から排出された第2の蒸気ストリームは、薄膜層またはデバイスを形成するために基板(図示せず)上に堆積されてもよい。いくつかの実施形態において、カートリッジ4900は、るつぼがカートリッジ4900と加熱要素5101との間に配置されるように、るつぼ(図示せず)の内部に配置される。
図51Bは、蒸発性材料5110が単一のモノリシックまたは連続構造として提供される別の実施形態を示す。例えば、蒸発性材料5110は、環状体または開いた円筒の形状であってもよい。蒸発性材料5110は、実質的に垂直に配向した表面4981および非垂直に配向した表面4983を含み、実質的に垂直に配向した表面4981に対応する表面積は、非垂直に配向した表面4983に対応する表面積よりも、例えば約1.1倍以上、約1.3倍以上、約1.5倍以上、約2倍以上、約5倍以上、または約10倍以上大きい。
いくつかの実施形態において、カートリッジ4900は、ハウジング4910とガス透過性部材4951との間の熱伝導を阻害するように構成される。いくつかの実施形態において、スリーブ4915によって画定される空洞4970は、ハウジング4910から離間している。ガス透過性部材4951、4961、または4963の例には、有孔部材、メッシュ、ふるい、多孔質部材、またはそれらの任意の組み合わせが含まれるが、これらに限定されない。例えば、ガス透過性部材4951、4961、または4963は、金属またはセラミックで形成され得る。いくつかの実施形態において、中間コーティングを形成するための材料の純度は、出発蒸発材料を形成するための材料の純度よりも高い。
いくつかの実施形態において、ガス透過性部材4951は、金属メッシュである。金属メッシュは、約100以上、約150以上、約200以上、約300以上、約500以上、約600以上、または約700以上のメッシュサイズを有し得る。例えば、ガス透過性部材4951は、約100から約2000の間のメッシュサイズを有する金属メッシュを含み得る。
いくつかの実施形態において、開口4920は、カートリッジ4900から排出された蒸気フラックスの均一性を高めるように構成され得る。例えば、カートリッジ4900は、そのような目的のために、開口4920に接続された、またはそれと一体的に形成されたノズルをさらに含んでもよい。
上記のようなカートリッジおよび蒸発性コーティングを備えたキャリア部材を含む装置の様々な実施形態は、いくつかの実施形態において導電性コーティングまたはその一部を堆積させるために使用され得る。したがって、一態様において、光電子デバイスを製造するための方法が提供され、この方法は、(i)第1の電極と、第1の電極の少なくとも一部の上に配置された1つ以上の半導体層とを備える基板を提供することと;(ii)(a)蒸発性コーティングでコーティングされたキャリア表面を提供すること;(b)蒸発性コーティングを加熱して蒸気ストリームを生成すること;および(c)基板を蒸気ストリームに曝露して第2の電極を基板上に堆積させることにより、第2の電極を基板上に堆積させることとを含む。例えば、そのような光電子デバイスは、有機発光ダイオード(OLED)および有機光起電デバイス(OPV)を含む有機光電子デバイスであってもよい。いくつかの実施形態において、(c)では、1つ以上の半導体層の表面が蒸気ストリームに曝露されて、第2の電極が1つ以上の半導体層の表面上に堆積される。例えば、OLEDの場合、1つ以上の半導体層は、発光層またはエレクトロルミネセント層を含んでもよい。いくつかの実施形態において、1つ以上の半導体層は、正孔注入層、電子阻止層、正孔輸送層、電子輸送層、正孔阻止層、および/または電子注入層を含んでもよい。いくつかの実施形態において、第1の電極はアノードであってもよく、第2の電極はカソードであってもよい。例えば、第2の電極は、電子注入層の表面上に堆積されてもよい。
本明細書に記載される、カートリッジ、キャリア部材、および蒸発性コーティングの様々な実施形態の異なる特徴は、異なる手法で互いに組み合わせることができることが理解される。換言すれば、カートリッジ、キャリア部材(複数可)、または蒸発性コーティングの一実施形態に関して説明された特徴は、特に明記されないが、カートリッジ、キャリア部材(複数可)、および/または蒸発性コーティングの他の実施形態にも適用することができる。
本明細書で使用する場合、「実質的に」、「実質的な」、「約(approximately)」、および「約(about)」という用語は、小さな変動を示し、説明するために使用される。事象または状況と組み合わせて使用する場合、これらの用語は、事象または状況が正確に発生する場合だけでなく、事象または状況が近似的に発生する場合も指す場合がある。例えば、数値と組み合わせて使用する場合、これらの用語は、その数値の±10%以下、例えば±5%以下、±4%以下、±3%以下、±2%以下、±1%以下、±0.5%以下、±0.1%以下、または±0.05%以下などの変動の範囲を指す場合がある。例えば、第1の数値が第2の数値の±10%以下、例えば±5%以下、±4%以下、±3%以下、±2%以下、±1%以下、±0.5%以下、±0.1%以下、または±0.05%以下の変動の範囲内である場合、第1の数値は、第2の数値と「実質的に」同じとなり得る。例えば、「実質的に」平行とは、±10°以下、例えば±5°以下、±4°以下、±3°以下、±2°以下、±1°以下、または±0.5°以下、±0.1°以下、または±0.05°以下の0°に対する角度変動の範囲を指し得る。
さらに、量、比率、および他の数値は、本明細書において範囲形式で提示される場合がある。そのような範囲形式は、便宜上および簡潔にするために使用され、範囲の制限として明示的に指定された数値だけでなく、その範囲内に包含されるすべての個々の数値または部分範囲を、各数値および部分範囲が明示的に指定されるのと同等に含むように柔軟に理解されるべきであることが理解され得る。
本開示をある特定の実施形態を参照して説明したが、その様々な修正は、当業者には明らかであろう。本明細書で提供される例はいずれも、本開示を例示する目的でのみ含まれており、決して本開示を限定することを意図していない。本明細書で提供される図面はいずれも、本開示の様々な態様を例示することのみを目的としており、決して縮尺通りであること、または本開示を限定することを意図していない。本明細書に添付される特許請求の範囲は、上記の説明に記載された特定の実施形態によって限定されるべきではなく、全体として本開示と一致する最も広い解釈が与えられるべきである。本明細書に列挙される全ての文書の開示は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

Claims (30)

  1. 薄膜を堆積させるためのシステムであって、前記システムは、
    発性材料を受け入れるためのレセプタクルを画定するカートリッジであって、前記カートリッジは、蒸気が前記カートリッジから排出されることを可能にするように構成された開口を画定し、前記カートリッジは
    記レセプタクルと前記開口との間の蒸気経路に配置されたガス透過性部材と、
    記ガス透過性部材と前記開口との間の蒸気経路に配置されたバッフルと
    を備えるカートリッジと
    記カートリッジを加熱して前記蒸発性材料を蒸発させ、それにより第1の蒸気ストリームを生成するように構成された加熱要素と
    を備え、
    前記システムは、前記第1の蒸気ストリームを前記ガス透過性部材上に凝縮させて、その上に中間コーティングを形成するように構成され、
    前記システムは、前記中間コーティングを再蒸発させて第2の蒸気ストリームを生成するように構成され、前記第2の蒸気ストリームは、前記開口を通して排出され
    前記カートリッジが、ハウジングをさらに備え、前記レセプタクル、前記ガス透過性部材、および前記バッフルが、前記ハウジングの内側に配置され、
    前記カートリッジが、前記ハウジングに取り付けられたキャップ部分をさらに備え、前記キャップ部分は、前記開口を画定し、前記開口は、前記レセプタクルと流体連通して蒸気が前記カートリッジから排出されることを可能にする、システム。
  2. 前記システムが、前記蒸発性材料を第1の温度で加熱して第1の蒸気ストリームを生成するように構成され、また前記中間コーティングを第2の温度で加熱して前記第2の蒸気ストリームを生成するように構成され、前記第2の温度は、前記第1の温度よりも低い、請求項1に記載のシステム。
  3. 前記バッフルが、前記ガス透過性部材と前記開口との間の直接的な見通し線を阻害するように構成される、請求項1または2に記載のシステム。
  4. 前記カートリッジが、前記ハウジングと前記ガス透過性部材との間の熱伝導を阻害するように構成される、請求項に記載のシステム。
  5. 前記カートリッジが、その中に前記ガス透過性部材を受け入れるための空洞を画定する空洞部分をさらに備える、請求項1~4のいずれか一項に記載のシステム。
  6. 前記空洞部分が、前記ハウジングの内側に配置され、前記空洞部分が、前記ハウジングの壁から離間している、請求項に記載のシステム。
  7. 前記空洞部分が、前記ハウジング内の中央に配置されている、請求項に記載のシステム。
  8. 前記カートリッジが、前記空洞部分を含むスリーブをさらに備え、前記スリーブは、前記ハウジングに取り付けられている、請求項5~7のいずれか一項に記載のシステム。
  9. 前記空洞が、前記空洞部分の第1の開口を介して前記レセプタクルと流体連通しており、前記レセプタクル内で生成された前記第1の蒸気ストリームが前記空洞内の前記ガス透過性部材に入射することを可能にする、請求項5~8のいずれか一項に記載のシステム。
  10. 前記第2の蒸気ストリームが前記開口を通して排出される前に、前記空洞部分内で生成された前記第2の蒸気ストリームを前記バッフルに入射するように方向付けるための第2の開口部が前記空洞部分に提供されている、請求項に記載のシステム。
  11. 前記ガス透過性部材が、有孔部材、メッシュ、ふるい、多孔質部材、またはそれらの2つ以上の任意の組み合わせを含む、請求項1~10のいずれか一項に記載のシステム。
  12. 前記レセプタクル内に配置された蒸発性材料をさらに備える、請求項1~11のいずれか一項に記載のシステム。
  13. 前記蒸発性材料が、蒸発性コーティングであり、前記蒸発性コーティングは、非水平に配向したキャリア表面上に配置される、請求項12に記載のシステム。
  14. 前記キャリア表面は、実質的に垂直に配向している、請求項13に記載のシステム。
  15. 前記ハウジングが、前記キャリア表面を提供する、請求項13または14に記載のシステム。
  16. 前記蒸発性材料が、単一のモノリシック構造である、請求項12に記載のシステム。
  17. 前記蒸発性材料が、実質的に垂直に配向した表面および非垂直に配向した表面を備え、前記実質的に垂直に配向した表面に対応する表面積は、前記非垂直に配向した表面に対応する表面積よりも大きい、請求項16に記載のシステム。
  18. 前記蒸発性材料と前記ハウジングとの間にギャップが提供される、請求項16または17に記載のシステム。
  19. 前記蒸発性材料の前記実質的に垂直に配向した表面と前記ハウジングとの間にギャップが提供される、請求項17に記載のシステム。
  20. 前記蒸発性材料が、無機材料を含む、請求項12~19のいずれか一項に記載のシステム。
  21. 前記蒸発性材料が、フラーレンを含む、請求項12~19のいずれか一項に記載のシステム。
  22. 前記フラーレンが、C60、C70、C76、C84、またはそれらの2つ以上の任意の混合物を含む、請求項21に記載のシステム。
  23. 前記蒸発性材料が、金属を含む、請求項12~19のいずれか一項に記載のシステム。
  24. 前記蒸発性材料が、アルミニウム、銀、銅、マグネシウム、イッテルビウム、亜鉛、カドミウム、またはそれらの2つ以上の任意の混合物を含む、請求項23に記載のシステム。
  25. 前記蒸発性材料が、マグネシウムを含む、請求項23に記載のシステム。
  26. 薄膜の堆積に使用するためのカートリッジであって、
    発性材料を受け入れるためのレセプタクルを画定し、蒸気が前記カートリッジから排出されることを可能にするように構成された開口を画定する本体と
    記レセプタクルと前記開口との間の蒸気経路における前記本体の内側に配置されたガス透過性部材と
    記ガス透過性部材と前記開口との間の蒸気経路における前記本体の内側に配置されたバッフルと
    を備え、前記本体が、ハウジングを含み、前記レセプタクル、前記ガス透過性部材、および前記バッフルが、前記ハウジングの内側に配置され、
    前記本体が、前記ハウジングに取り付けられたキャップ部分をさらに備え、前記キャップ部分は、前記開口を画定し、前記開口は、前記レセプタクルと流体連通して蒸気が前記カートリッジから排出されることを可能にする、カートリッジ。
  27. 前記ガス透過性部材が、前記ハウジングの内側に配置され、前記ハウジングの壁から離間している、請求項26に記載のカートリッジ。
  28. 前記ガス透過性部材が、前記ハウジング内の中央に配置される、請求項27に記載のカートリッジ。
  29. 前記ガス透過性部材が、有孔部材、メッシュ、ふるい、多孔質部材、またはそれらの2つ以上の任意の組み合わせを含む、請求項26~28のいずれか一項に記載のカートリッジ。
  30. 前記レセプタクル内に配置された前記蒸発性材料をさらに備える、請求項26~29のいずれか一項に記載のカートリッジ。

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