TW201139710A - Gas mixer for vapor deposition - Google Patents

Description

201139710 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種用於將汽化氣膠均曾 貝化的裝置、及一 種用以沉積聚合物層於基板上的裝置，茈楚# 此4骏置包括用於將 纟㈣蒸發聚合物粒 子的蒸發器、及麟將由運載氣流所運送Μ合物蒸汽作為 聚合物層而沉積於基板上的沉積設備。 【先前技術】 DE 1〇 2008 026 974 A1揭示一種用以沉積聚對二甲苯於 基板上的裝置。此裝置具有用於蒸發運觀騎聚合物(例 如，二聚韓)形式之第-固態原料的蒸發器單元。將口在被加 熱蒸發器内蒸發的二聚體送人佈置於蒸發器下游的可加熱 刀解至。一¾^體在熱解至内分解成單體。由運載氣體將單體 送入佈置於分解室下游的沉積室，並由進氣機構將其送入處 理室。處理室内設有基座及放置於基座上的基板，此基板經 冷卻處理’故而，氣態單體可在此處沉積成聚合物。 EP 1 095 169 B1揭示一種用於產生氣膠的刷型定量器。 此刷型定量器具有用於容置待粉碎固體的儲存室。此固體亦 可由粉餅構成。利用衝頭對此固體施加壓力，使其緊貼於刷 輪之旋轉刷毛。刷毛自固體端面移除粒子，並將其送入一氣 流中。 然，該專刷毛並非沿刷輪周向均勻分佈，例如，其長度為 100105229 3 201139710 不等，個別刷毛硬度不同，故其移除效果並不均勻。因此， 進入運載氣流的粒子濃度前後不一致。此部分粒子隨後在蒸 發器内分解或蒸發成氣相。由此形成純氣態物料流，但，該 物料流濃度前後不一致，亦即’從時間上看，此物料流不均 勻。 DE 38 02 732 A1揭示一種用以氣相沉積氮化鎵的裝置及 方法。氣態原料三曱基鎵及氨分開進入混合室，在此經渦旋 處理後混合到一起。混合室設在處理室内，且位於基板上 游。混合原料在基板前方離開混合室。 GB 1 356 040揭示一種在透鏡上鍍覆光學膜的方法，此方 法須在混合器内將汽化原料予以混合。該混合器具有呈波紋 狀佈置的氣體導引件。 US 2004/0089235 A1揭示一種用於混合氣體的混合室。多 種氣體經由不同的進氣口進入此混合室，並在璇渦式氣流作 用下相互混合。

DE 10 2008 017 076 B3、DE 10 2008 034 330 Al、DE 10 2008 026 974 A卜 DE 100 64 178 A卜 DE 30 35 992 A卜 US 6,244,575 Bl ' US 2006/0137608 Al > US 5,256,060 > US 4,874,634、EP 0 452 006A2 及 JP04318174A 皆係有關於使 用多種處理氣體的CVD裝置，該等處理氣體分開進入處理 室，此處理室内設有基座，於該基座上沉積塗層，此塗層之 成分隨處理氣體進入處理室。該等處理氣體可在處理室之位 100105229 4 201139710 於基座上游的區段内相互混合。 US 5,381，605揭示一種用於產生有機金屬化合物的裝 置。US 5，186，120、EP 1 132 504 A1 及 jp 〇6116743Α1 係有 關於將多種處理氣體分開送入外形大體上呈管狀的混合室 的CVD塗佈設備。氣體在混合室内混合後被送入處理室。 【發明内容】 本發明之目的在於改良同類型裝置中氣流之時間相關均 勻性。 如申請專利範圍所述之本發明乃達成上述目的之解決方 案。 本發明之首要及主要特徵在於一個經由管道與蒸發器相 連的混合設備’從流向看，此混合設備係佈置於蒸發器下 游。蒸發器將此前被送入氣流的固體粒子或液滴形式的氣膠 蒸發。蒸發過程所需的熱能可獲取自氣流。但，亦可由外^ 加熱裝置提供。因此，進入本發明之混合設備者乃攜帶汽化 材料粒子的運載氣流。受氣膠發生器之構造影響，被送入運 載氣流的氣膠具有不均勻性，故’運載氣流所攜的汽化氣膠 其濃度因時而異。此與時間相關的不均勻氣流在本發明之事 置内經由同一入口通道進入混合設備。其亦經由同一出口通 道離開混合設備。氣流經由入口通道(較佳為唯一一個入口 通道）進入混合設備後’分散成多個不同分流。本發明不用 導流板或其他導流件來分離該等分流’而是使其形成分層的 100105229 5 201139710 (即，無渦流）流動型面（streaming profile)。亦即，氣流經由 入口通道進入混合設備後，分散成包含多個分流的分層氣 流，而該等分流在混合設備内部長度不等，且以不同的停留 時間穿過混合設備。該等層狀分流沿不同路徑穿過混合設 備。因此’同時經由入口通道進入混合設備、且沿不同路徑 穿過混合設備的體積元素(volume element)，將以不同時間 經由出口通道(較佳為唯--個出口通道)離開混合設備。另 有一部分體積元素，以不同時間經由入口通道進入混合設 備，沿不同路徑穿過混合設備，但，最終同時離開混合設備。 因此，本發明採取相應措施，以便從時間上對進入入口管道 的氣流進行均質化處理。上述分流相互層疊而形成層流，且 具有不同的流動長度與流速。 混合設備較佳由空心體所構成。此空心體之殼體較佳呈圓 柱形。此空心圓柱體之兩端面較佳具有圓形輪廓。入口通道 及出口通道分別位於蓋板巾央。該殼體較佳駿轉對稱。故 其外形亦可為_體、球體或圓錐體。該空心體内部設有-個用於使進人空心體的氣流改向的導流設備。在最簡單的情 況下’此導流没備係導流板，在殼體内部直接佈置於入口通 道之出口前方。該導流板可為圓盤形板體，氣流流向此板體 中心° U約轉向90度’在此過程中發生膨脹，速度減 緩’並於混合器殼體内部形朗流。形成-條距殼體中心最 近的第-流線。沿此流線運動的體積元素在混合器内之停留 100105229 6

S 201139710 時間最短。另料—條沿殼體壁部分佈的第二流線，此為最 長的抓線〜此流線穿過混合器的體積元素在混合器殼體内 之，留時間最長°另形❹條位於上述兩流線間之流線，沿 該等流線運動的氣體體積元素流速為不等。因此，同時進入 此S器的體積元素，將以不同時間經由出口通道離開混合器 殼體y亦即，本發明之混合器可將氣流均質化。該氣膠之產 生可藉由喷射11來完成。例如’利用刷型喷射器，將粉末送 入運載氣流。該粉末可在位於喷射器下游㈣龍内接受稀 釋處理。稀_下游設有-娜管形式之紐^，該粉末(聚 合物)在蒸發器内蒸發。若該材料粒子為二聚體，例如，對 二甲苯二聚體，則亦可如此調節蒸發器内部之溫度，使得， 二聚體在蒸發器内分解成單體。之後，可藉由特別是經加熱 的輸入管，將該單體送入沉積設備之進氣機構。單體在沉積 設備内經由形似蓮蓬頭的進氣機構而進入一個處理室。产 室之頂部由該蓮蓬頭構成。運載氣體攜氣態單體，經由進氣 機構之呈師狀分佈的孔口而進入處理室。處理室之底部由— 個基座構成，此基座特別是一個水冷基座。基座上放置有至 少一個基板。於基板表面沉積有聚合物。此沉積製程可在低 壓範圍内進行。综上所述，此裝置較佳包括：用於將固離、咬 液態材料粒子送入運載氣流的氣膠喷射器、及用於蒸發有· _ 材料粒子的蒸發設備，其中，蒸汽為不均勻氣流，經由管道 送入混合設備。

100105229 7 201139710 【實施方式】 之 下文將藉由附圖以聚對二甲苯沉積裝置為 實施例進行說明。 赞明 如圖所不，一種用於沉積由有機材料構成的塗層（特別 是，對二甲笨）的塗佈設備，包括生器！ '佈= 氣膠發生器下游的紐單元6、7、佈置於紐單元下= 5/2(五口―位)換向閥8、具有處理室的沉積設備9、進氣機 構1〇、及基座U’而基座上可放置需塗佈處理的基=機 運載氣體13在質量流量控制器3中經質量流量調節後被 送入喷射器2。喷射器2之储存容器4内存有 以粉末形式被噴射H 2奴氣流 ζ體 Γ氮幻的㈣轉魏往分a 5, 益内再度"L積。離開氣流的粉末聚集在收集器心 =5=輸入氣膠流中分離出一部分氣膠，以形成初: m祕錢之粒子密餘之輸人氣膠流有所下降。 氣流自身未發生變化。僅材料粒子之質量流率發生變化。 氣流自分流器5進人蒸發器6。該蒸發器係管型蒸發器。被 加熱的管體長度約為職m。管體被加熱後所達到的溫度， 不僅可將固體粒子蒸發，亦可使汽化的固體發生部分分解。 固體氣膠以此方式蒸發並分解後被送人混合器7。 混合器7為橫向現合器，氣流在其中分散進入若干長产不 一的流道。因此，氣流之大體上同時進人混合器的不^積 100105229 201139710 元素，在混合器内之停留時間係彼此不等。混合器内較佳形 成有包含多個長度不一之流道的層流。藉此，將氣流均質 化。同時，進入混合器的體積元素沿不同路徑穿過混合器殼 體，並分別以不同時間到達混合器之出口通道31。 氣流離開混合器7後，進入閥門裝置8。第一氣流27作 為「運行氣流」進入閥門裝置8。此氣流可運載其他汽化聚 合物或其他汽化原料。氣流27以氣流27'之形式離開閥門裝 置8。第二氣流15作為「排出氣流」進入閥門裝置8,且同 樣穿過閥門8並經由管道15'流出。僅管道27^%沉積設備相 連。藉由切換閥門裝置8，可將來自於混合器7的氣流選擇 性地與「運行氣流」27或「排出氣流」15相混合。 沉積設備具有殼體、佈置於殼體内部的進氣機構10、及 位於進氣機構10下方的基座11，此基座可承載一或多個待 塗佈的基板12。此沉積設備之具體設計可參閱DE 10 2008 026 974 A1所揭示之内容。進氣機構10可具有多個大面積 分佈的進氣口，故其外形似蓮蓬頭。基座11可具有承載面， 此承載面指向該等進氣口，可供基板放置。該承載面可由水 冷冷卻塊構成。 圖2為該喷射器2之示意圖，此喷射器被施作成為刷型定 量器，其具體設計與EP 1 095 169 B1基本上一致。刷輪形 式之旋轉刷24下方設有管型儲存容器4,其内存有固體25。 此固體25可為粉餅。但，亦可為散粉。利用衝頭26對固體 100105229 9 201139710 25施加壓力，使其緊貼於刷輪24之周向區域。刷輪24之 刷毛自固體25之端面移除粉末形式之材料粒子。刷輪24 透過旋轉運動將粉末送入運載氣流13，而此運載氣流在固 體25之相對側流經刷輪24。 由此產生的固體氣膠經由輸入管17進入稀釋器5。此稀 釋器可不間斷地自流入稀釋器5的氣膠流中分離出一部 分。因此，對於被喷入運載氣流的粉末而言，該稀釋器乃— 個分流器。分流器5具有氣密的殼體23。殼體23在其底部 具有可拆卸的收集器14。輸入管17伸入殼體23内部，並 在末端形成出口 16。在其中，輸入管17須貫穿一個翼緣板 上的開口，而此翼緣板係用以封閉殼體支臂上之開口。該殼 體支臂沿水平方向延伸，另有—個垂直的殼體支臂，橫向於 該殼體支臂而延伸。 從:向看，出口 16後面設有與排出管19相連的噴嘴20。 ，入e 17及排^管19分別由相互對準的管件所構成。排出 '19同樣須貫穿一個用以封閉殼體支臂上之開口的封蓋。 此題切沿水平方向延伸，且對準輸人管17所對應的殼 ’主入噴嘴20大體上位於垂直的殼體支臂之中心。 、，由圓錐形嘴嘴體構成，其頂端形成-個直徑約為 毫只之入口 18。入口 18之邊緣為銳邊結構。入口 18之 開口面積比出口 16之開口面積至少小十倍。 、大體上位於收集器Η之上方中央。收集器14之 100105229 201139710 邊緣上方設有一個大體上呈圓盤形的擋板2卜排出管Η貫 穿其中心。亦即’從流向看’該擋板位於入口 Μ後面。喷 嘴2〇之噴嘴體插接在構成排出管19的管件之末端，此管件 之直徑與構成出口 16及輸人管17的管件之直徑大致相等。 喷嘴體2G可如無頭敎固定於管件特。対體之頂端 對準出口 16之中心。 分流器5之工作原理如下： 噴射器2所產生的氣膠由運載氣體13輸送，經輸入管η 進入稀釋器之殼體23。氣膠從輸入管17 〜^ m q 16中出來 t’在殼翻部發生膨脹。朝人口18方向輪送氣膠。在從 出口16中出來的材料粒子中，僅—小部分材料粒子直接進 =入口 18。絕大部分材料粒子繞過噴嘴2()後流向擋板& 在此過程巾’ U發生雜，速度 -.Λ又體23内部之總 :力:於十宅巴，故而’流經喷嘴2〇的 能沉積於㈣器14内。_部分，即，^白 則隨運载氣流經由入口 18-同進入排.19。 因此’分流器5可降低運載氣體内之氣膠 運載氣體之皙旦史曰义 4 /又’但不a使 之貝讀讀生變化，因為，根據本發明之較佳實 把方案’運載氣體係全部穿過分流器5。 圖3為佈置於分流器5下游的管型蒸發器6之示音圖。此 管型蒸發ϋ之外套被加熱設備所加熱。藉此，將進入 100105229 11 201139710 可使其在蒸發後發生分解。 佈置於蒸發器6下游的混合器7具有圓柱形的對稱結構 (見圖4)，其中，輸入管30及排出管31位於圓柱軸36上（另 見圖5)。此圓柱體具有兩個圓柱形盤體，其為相互平行且 各具有一個中心孔口。其中一個孔口構成輸入管30，而另 一個擋板之孔口則構成排出管31。混合器7之圓柱形空腔 係由一個曲面外周壁所界定。圓柱形殼體3 5内部設有一個 位於入口通道30之出口前方中央的導流板28。經由入口通 道30沿軸線36於徑向流入的氣流，在導流板28上改向， 改沿徑向流動。在此過程中，形成層流。形成一條在徑向上 距軸線36最近的短流線34。形成多條距内側流線34較遠 且長度大於内側流線34的其他流線33。外側流線32長度 最大。在此情況下，大體上在同一時間經由入口通道30進 入混合器7之殼體35的氣體體積，若分別沿流線32至34 流動，則其在殼體35内部之停留時間互不相同，藉此，在 氣體經由出口通道31離開混合器之前，將其均勻混合，進 而達到均質化效果。藉由上述方式，可使得同時進入混合器 的體積元素分別以不同時間經由排出管31離開混合器7。 因此，上述混合器7之優點在於，刷輪24之製造公差或 類似因素使得被喷入氣流13的粒子之濃度因時而異。而此 種與時間相關的不均勻性將在混合器7中得到補償。 混合器7之殼體可由不鏽鋼構成。導流板28可藉由多個 100105229 12 201139710 承桿29而固定於入口通道30對面的殼體壁部。亦可對導流 板28之指向入口通道30或指向出口通道31的面進行有利 於流動的表面模塑處理(modelling)，以免產生渦流。然而， 亦可以特意引發渦流為目的來設計導流板28或其他導流板 在殼體35内部之佈置方式，因為，渦流具有儲存作用，有 助於取得均質化效果。 經由入口通道30進入混合器7的氣流將在其中分散進入 若干流道，氣體分子將以不同的停留時間沿該等流道穿過混 合器7之混合室。 所有已揭示特徵（自身即）為發明本質所在。故本申請案之 揭示内容亦包含相關/所附優先權檔案（先申請案副本)所揭 示之全部内容，該等檔案所述特徵亦一併納入本申請案之申 請專利範圍。附屬項採用可選並列措辭對本發明針對先前技 術之改良方案的特徵予以說明，其目的主要在於可在該等請 求項基礎上進行分案申請。 【圖式簡單說明】 圖1為本發明裝置之整體視圖。 圖2為具有分流器形式之稀釋器的喷射器單元。 圖3為具有混合設備及閥門的蒸發單元。 圖4為混合設備之立體透視圖。 圖5顯示混合設備之工作原理。 ρ【主要元件符號說明】 100105229 13 201139710 1 氣膠發生器 2 喷射器 3 質量流量控制器 4 儲存容器 5 分流器；稀釋器 6 蒸發單元；蒸發器 7 蒸發單元；混合器；混合設備 8 5/2換向閥；閥門（裝置） 9 沉積設備 10 進氣機構 11 基座 12 基板 13 運載氣體；（運載）氣流 14 收集器 15 第二氣流；排出氣流 15; 管道 16 出口 17 輸入管 18 入口 19 排出管 20 喷嘴(體）；（注入)喷嘴 21 擋板 100105229 14 201139710 23 殼體 24 旋轉刷；刷輪 25 固體 26 衝頭 27 · 第一氣流；運行氣流 21' 氣流；管道 28 導流板，導流設備 29 承桿 30 輸入管；入口通道 31 排出管；出口通道 32 (外側、長）流線；流道；（第二）分流 33 (其他）流線 34 (内側、短）流線；流道；（第一）分流 35 殼體；（旋轉對稱）空心體 36 圓柱軸；軸線；對稱軸 100105229 15

Claims (1)

1. 201139710 七、申請專利範圍： 1. 一種用於將汽化氣膠均質化的裝置，包括： 喷射器（2) ’用於將細小材料粒子送入運載氣體（13)， 蒸發器（6)，經由管道與喷射器（2)相連，用於蒸發由運載 氣體（13)送入蒸發器（6)的材料粒子，及 混合設備（7)，經由管道與蒸發器（6)相連，運送汽化材料 粒子的運載氣流係在此混合設備内分散成多個層狀分流，而 該專分流係沿不同路徑以不同的停留時間穿過此混合設備。 2. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中，該混合設備（7) 具有特別是唯--個可供氣體進入的入口通道(30)、特別是 唯--個可供氣體離開的出口通道(31)、及與入口通道(3〇) 相鄰的導流設備(28)，此導流設備特別是用於將經由入口通 道(3 0)進入混合設備(7)的氣體分散成分層流動型面。 3_如申請專利範圍第2項之裝置’其中，該混合設備(7) 具有基本上呈圓柱形的殼體，此殼體包括兩個平行分佈的板 體，此二板體分別在其中心形成該入口通道(3〇)及該出口通 道(31)，而其中，該導流設備(28)所採用的設計與佈置方式 可使得氣流大體上自軸向送入方向轉向為徑向。 4. 如申請專利範圍第2項之裝置’其中，該導流設備係一 個在殼體(35)之圓柱形空腔内部佈置於入口通道(30)之出口 前方的導流板(28)。 5. 如申請專利範圍第2項之裝置’其中，該混合設備(7) 100105229 201139710 由旋轉對稱的空心體(35)所構成’而其中，該入口通道(3〇) 及該出口通道(31)位於其旋轉軸上。 - 6.如申請專利範圍第5項之裝置，其中，該空心體(35)及 - 佈置於入口通道(30)下游的導流設備(28)被設計成使得：從 貫穿入口通道(30)與出口通道(31)的對稱軸(36)來看，形成 條在住向上距該對稱軸最近的流道，一分流(34)沿此流道 以最短的停留時間穿過混合設備；形成一係在徑向上距該對 稱軸(36)最遠的流道(32)，一分流沿此流道以最長的停留時 間穿過混合設備；此二分流(32，3個形成—個包括多個流 ' 道的分層流動型面，而沿該等流道流動的諸分流之停留時間 係自内向外依次遞增。 7. 如申請專利範圍第6項之農置，其中，該等分流係由殼 體(35)内部的層流所構成，且長度不等。 8. -種用以沉積特別是聚合物層的有機層於基板上的裝 置’包括.用於將細小聚合物粒子送人運載氣流⑴)的喷射 裔（2)、用於蒸發聚合物粒子的蒸發器⑹、及用於將由運載 •氣流所運送的聚合物蒸汽作為聚合物層而沉積於基板上的 沉積設備（9)， 其特徵在於：設有特別是申請專利範圍第m項中任- 項中之經由管道與蒸發器⑹相連的混合設備⑺，其中，運 送/飞化材料粒子的運載氣流在混合器内分散成多個停留時 間不等的分流。 100105229 17 201139710 9. 如申請專利範圍第8項之裝置，其中’該喷射器（2)係刷 型定量器。 10. 如申請專利範圍第8項之裝置，其中，設有經由管道 與該喷射器（2)相連的稀釋器（5)，運送材料粒子的氣流係被 送入此稀釋器，而在此稀釋器内不間斷地自氣流中分離出一 部分材料粒子。 11. 一種將汽化氣膠均質化的方法，其特徵在於： 運送汽化材料粒子的運載氣流經由入口通道(3〇)進入混 合設備（7)，運載氣流在混合設備内分散成分層流動型面之 多個分流，該等分流以不同長度的停留時間穿過混合設備 (7) ’運載氣流經此方式混合後經由出口通道(31)離開混合器 (7)。 12. 如申請專利範圍第u項之方法，其中，藉由導流設備 (28)使經由該入口通道（30)進入該混合設備CO的運載氣流 改向，以便形成第一分流(34)，此第一分流係沿最短流線以 最短的停留時間穿過混合設備(7);形成與第一分流(34)間隔 一定距離的第二分流(32)，此第二分流沿最長流道以最長的 停留時間穿過混合設備(7);其中，該分層流動型面係形成 於第一分流(34)與第二分流(32)之間。 13. 如申請專利範圍第u項之方法，其中，該流動型面為 旋轉對稱結構，而其中，唯一 一個入口通道(3〇)及唯一一個 出口通道(31)位於其旋轉軸(36)上。 100105229 18