TW201522681A - 沉積配置、沉積設備及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

本發明揭露一種用於蒸發材料及將該材料沉積於基材上之沉積配置，該材料包括鹼金屬或鹼土金屬。沉積配置包含第一腔室，該第一腔室經構造以液化材料，其中第一腔室包括氣體入口，該氣體入口經構造而用於在第一腔室中之氣體的入口；蒸發區域，該蒸發區域經構造以蒸發液化的材料；管線，提供於第一腔室和蒸發區域間用於液化的材料的流體連通，其中管線包含第一部分，該第一部分界定管線的流體阻力；閥，該閥經構造以控制在第一腔室中之氣體的流率，而用以控制通過具有流體阻力之管線之液化的材料的流率；及一或多個出口，用以將蒸發的材料引導朝向基材。

Description

沉積配置、沉積設備及其操作方法
本揭露書之實施例關於諸如鋰之鹼金屬或鹼土金屬的沉積及蒸發。本揭露書尤其關於用以控制蒸發材料之沉積配置、沉積設備，及其操作方法。具體而言，這些實施例關於用於蒸發材料及將該材料沉積於基材上之沉積配置，該材料包括鹼金屬或鹼土金屬；用於蒸發材料及將該材料沉積於基材上之沉積設備，該材料包括鹼金屬或鹼土金屬；及蒸發材料之方法，該材料包括鹼金屬或鹼土金屬，尤其是金屬鋰。
現代的薄膜鋰電池係通常在真空腔室中製造，其中基材設有數層，包含鋰層。舉例來說，鋰層藉由將蒸氣狀態的鋰沉積在基材上而形成。由於鋰係高活性的，複數個考量需要被解決，以操作及維持此沉積系統。舉例來說，在開啟真空腔室後，曝露至空氣環境的氧化蒸氣(尤其是水)及與人員的接觸應使其最小化。
此外，需要有具高沉積率及改善的均勻性的蒸發作 用。過去已經發展了多種薄膜沉積系統。而且，對於鹼金屬及/或鹼土金屬而言，已應用了一些典型的薄膜沉積系統配置。然而，這些典型配置並無法經得起高容積和低製造成本的考驗，因為這些方法在尺寸放大至高容積生產時，在處理材料的高活性上具有許多嚴峻挑戰。這提出了在製造均勻沉積純鋰上的嚴峻挑戰。如眾所皆知的，這些種類的材料，尤其是鋰，可在與周邊環境(如氣體、材料等)反應時輕易地氧化。從而，鋰是特別令人感興趣的，因為鋰係適合製造高能量密度的電池和蓄電池。
通常分別用於鋰及其他鹼金屬或鹼土金屬的沉積系統使用濺鍍源或傳統的蒸發源及其操作方法。有鑑於鋰的高活性，用於鋰的濺鍍方法係有挑戰性的，尤其是在關於成本和可製造性上。高活性首先影響靶材的製造，靶材係濺鍍的必要組件，其次影響了產生靶材的處理。從而，相較於非活性靶材，運輸、安裝、預防性維護等係較為困難，因為靶材需要受保護，以免於和周遭空氣反應。另外的挑戰來自於在靶材上用剩材料的處理，因為靶材使用率通常非為100%。因此，使用者為了安全處理必須將殘餘的材料中性化或反應。再進一步且更重要地，由於鋰的熔點係相對地低(在183℃時)，沉積率亦可能受限，因為熔點對高功率密度濺鍍方法、用於高容積及低製造成本之更經得起考驗的方法產生了限制。換句話說，鋰的低熔點限制了可施加的最大功率，且因此而限制了可達到的最大沉積率。
在傳統的蒸發系統中，液態的鋰流係藉由機械工作 閥而控制。因為鋰的高活性，很難避免金屬小塊/顆粒(如，鋰氧化物或鋰氫氧化物)的形成，這些金屬小塊/顆粒的形成會阻擋閥並妨礙這些閥的合適操作。此外，與液態鋰接觸的閥部分需要以不銹鋼或鉬製成，這樣可抵抗液態鋰至少一些時間。然而，不可使用聚合物或陶瓷，因為鋰會腐蝕這些材料。
綜上所述，需要用於控制蒸發材料之新的沉積配置、沉積設備及其操作方法，以克服該領域中至少一些問題。
綜上所述，提供一種沉積配置、沉積設備及蒸發方法。本揭露書的另一方面、優點及特徵係藉由申請專利範圍、說明書及附隨的圖示而顯而易見。
依據一個實施例，提供一種用於蒸發包括鹼金屬或鹼土金屬之一材料及將該材料沉積於一基材上的沉積配置。該沉積配置包含一第一腔室，該第一腔室經構造以液化該材料，其中該第一腔室包括一氣體入口，該氣體入口經構造而用於在該第一腔室中之一氣體的入口；一蒸發區域，該蒸發區域經構造以蒸發該液化的材料；一管線，提供於該第一腔室和該蒸發區域間用於該液化的材料的流體連通，其中該管線包含一第一部分，該第一部分界定該管線的流體阻力；一閥，該閥經構造以控制在該第一腔室中之該氣體的流率，而用以控制通過具有該流體阻力之該管線之該液化的材料的流率；及一或多個出口，用以將該蒸發的材料引導朝向該基材。
根據另一個實施例，提供一種用於蒸發包括鹼金屬或鹼土金屬之一材料及將該材料沉積於一基材上的沉積設 備。該設備包含一真空腔室，用以在該真空腔室中將該材料沉積於該基材上；及一沉積配置。該沉積配置包含一第一腔室，該第一腔室經構造以液化該材料，其中該第一腔室包括一氣體入口，該氣體入口經構造而用於在該第一腔室中之一氣體的入口；一蒸發區域，該蒸發區域經構造以蒸發該液化的材料；一管線，提供於該第一腔室和該蒸發區域間用於該液化的材料的流體連通，其中該管線包含一第一部分，該第一部分界定該管線的流體阻力；一閥，該閥經構造以控制在該第一腔室中之該氣體的流率，而用以控制通過具有該流體阻力之該管線之該液化的材料的流率；及一或多個出口，用以將該蒸發的材料引導朝向該基材。
依據又一實施例，提供一種用於蒸發包括鹼金屬或鹼土金屬(尤其是金屬鋰)之一材料的方法。該方法包含在一第一腔室中液化該材料；引導該液化的材料自該第一腔室經過一管線至一蒸發區域，其中該管線包含一第一部分，該第一部分界定該管線的流體阻力；控制在該第一腔室中之一氣體的流率，而用以控制通過具有該流體阻力之該管線之該液化的材料的流率；在該蒸發區域中蒸發該材料；及將該材料的蒸氣引導於一基材上。
4‧‧‧基材
100‧‧‧沉積配置
110‧‧‧第一腔室/槽
112‧‧‧噴頭
114‧‧‧蒸發區域
116‧‧‧出口
118‧‧‧加熱單元
120‧‧‧導管
121‧‧‧流孔
130‧‧‧氣體入口
131‧‧‧閥
132‧‧‧閥
134‧‧‧氣體供應器
140‧‧‧閥
141‧‧‧壓力計
150‧‧‧控制器
160‧‧‧真空腔室
170‧‧‧加熱圍封
180‧‧‧管線
181‧‧‧閥
200‧‧‧沉積設備
210‧‧‧圍封
212‧‧‧絕緣器
214‧‧‧蒸發區域
218‧‧‧真空饋通
220‧‧‧真空腔室
230‧‧‧控制器
232‧‧‧訊號線
235‧‧‧測量裝置
240‧‧‧加熱管
242‧‧‧電力供應器
244‧‧‧連接件
500‧‧‧方法
502‧‧‧步驟
504‧‧‧步驟
506‧‧‧步驟
508‧‧‧步驟
510‧‧‧步驟
600‧‧‧沉積設備
604‧‧‧凸緣
610‧‧‧外殼
615‧‧‧加熱系統
618‧‧‧加熱單元
620‧‧‧風扇
622‧‧‧控制器
640‧‧‧清潔閥
642‧‧‧清潔導管
650‧‧‧圍封
680‧‧‧凸緣
為使本揭露書的上述所載之特徵可以被詳細地理解之方式，可參考實施例而獲得本揭露書之一個更特定的說明(於前面所簡單摘要地)。附隨的圖式關於本揭露書的實施例，並說明如下： 第1圖顯示依據於此所述之實施例的用於蒸發諸如鋰的鹼金屬或鹼土金屬之沉積配置的概要圖；第2圖顯示依據於此所述之進一步實施例的用於蒸發諸如鋰的鹼金屬或鹼土金屬之其他沉積配置的概要圖；第3圖顯示依據於此所述之進一步實施例的用於蒸發諸如鋰的鹼金屬或鹼土金屬之又一其他沉積配置的概要圖；第4圖顯示依據於此所述之又進一步實施例的用於蒸發諸如鋰的鹼金屬或鹼土金屬之沉積配置及設備的概要圖；第5圖顯示依據於此所述之又進一步實施例的用於蒸發諸如鋰的鹼金屬或鹼土金屬之又一其他沉積配置及設備的概要圖；以及第6圖顯示依據於此所述之實施例的蒸發方法的流程圖。
現將仔細參考本揭露書的各種實施例，這些實施例之一或多個例子係顯示於圖式中。在以下的圖式說明內，相同的元件符號與相同組件相關。大體而言，僅與各實施例有關之不同處會被說明。每一例子係藉由揭露書的解釋而提供且並不意味作為揭露書的限制。此外，作為一個實施例之部分而顯示或說明的特徵可使用在其他實施例上，或可與其他實施例結合，以產生又進一步的實施例。申請人意欲讓說明書包含此種修正和變形。
儘管於此有時係與鋰金屬相關，應理解其他高活性的鹼金屬或鹼土金屬亦可受益於在此所述的配置。特別地，可使用鹼金屬，且配置和設備可經構造而用於鹼金屬。故，鈉、鉀、銣或銫可為特定應用而被蒸發。但是鋰的利用和用於鋰的構造係為典型的實施例。相較於一些其他的鹼金屬或鹼土金屬而言，鋰甚至更具活性且可使用於多種應用。
第1圖顯示用於蒸發鹼金屬及鹼土金屬(尤其是鋰)的沉積配置100。依據一個實施例(此實施例可與於此所述的其他實施例結合)，用於蒸發包括鹼金屬或鹼土金屬之材料及將材料沉積於基材4上的沉積配置100包含第一腔室110，該第一腔室110經構造以液化材料，其中第一腔室110包括氣體入口130，該氣體入口130經構造而用於在第一腔室110中之氣體的入口。提供蒸發區域114，該蒸發區域114經構造以蒸發液化的材料。提供管線120，該管線120提供於第一腔室110和蒸發區域114間用於液化的材料的流體連通，其中管線包含第一部分，該第一部分界定管線的流體阻力。閥140經構造以控制在第一腔室110中之氣體的流率，而用以控制通過具有流體阻力之管線120之液化的材料的流率；及一或多個出口116，用以將蒸發的材料引導朝向基材4。
於此所使用之用詞「流體阻力」可依據壓力(且尤其是在第一腔室110中的氣體壓力)而界定或影響通過管線120之液化材料的流率。換句話說，通過管線120之液化材料的流率可取決於管線120的流體阻力和第一腔室110中的氣體壓力。流率可藉由管線120之截面區(且特別是管線120的第 一部分)、液化材料的溫度和黏度的至少一者而界定。
依據一些實施例，鋰蒸發器包含兩部分：首先，設置在大氣壓力或另外第一壓力下的系統，此系統具有容器和投料機構，鋰在容器中熔化，投料機構將所需的熔化鋰提供至蒸發區域，蒸發區域可位於真空腔室中。其次，位於真空腔室內側之蒸發分配系統，該蒸發分配系統將鋰蒸氣分配於基材上。傳統系統使用機械工作閥，該機械工作閥易於被顆粒阻擋。依據於此所述的實施例，此機械工作閥藉由包含諸如毛細管、流孔或孔洞之第一部份的管線取代，此第一部分界定管線的流體阻力。沉積率控制係藉由在鋰所熔化的容器中施加界定的、受控的氣體(如，氬氣)壓力而實現，且可藉由具有界定流體阻力之管線而幫助或支持。
現回到第1圖，第一腔室或槽110係提供用以接收待沉積的材料。通常地，第一腔室110係提供使得在配置100中之待蒸發的材料(亦即，鹼金屬或鹼土金屬，如鋰)可在非活性的大氣下提供於第一腔室110中。舉例來說，非活性的大氣可為氬氣或其他適合防止待蒸發之材料反應的惰性氣體，待蒸發之材料通常係高活性的。在一些實施例中，第一腔室110經構造以加熱材料至高於熔點的溫度，如5℃至100℃，如高於待沉積之材料的熔點20℃至60℃(如20℃或40℃)。
待沉積的材料係朝向蒸發區域114而傳輸，該蒸發區域114經構造以蒸發液化的材料。傳輸經由管線120而實施，管線120提供第一腔室110和蒸發區域114間用於液化的材料之流體連通。管線120包含第一部分，該第一部分界 定管線120的流體阻力。特別地，第一部分可界定用於液化材料的流體阻力，以幫助控制通過管線120之液化材料的流率。在典型的實施例中，第一部分經構造以界定用於具有界定溫度及/或黏度的特定液化材料(如鋰)之流體阻力。在典型的實施例中，第一部分具有不可變動的截面面積，尤其是在操作沉積設備期間不可變動。因此，流率可藉由第一部分的截面而界定，且不需使用閥或其他可移動的或可調整的裝置於管線120中，以界定或控制通過管線120之液化材料的流率。
在典型的實施例中(此實施例可與於此所述的其他實施例結合)，第一部分包含一孔洞或流孔(參見如第2圖中的元件符號121)。作為一個例子，第一部分可包含或可為在管線120之直徑中的縮減部分。藉由提供第一部份(如，流孔)，可取決於在第一腔室110中的氣體壓力而達成通過管線120之液化材料之流率的調整或(預定)界定。
在典型的實施例中，第一部分包含流孔或為流孔，該流孔具有0.01至0.5mm、0.01至0.1mm，且尤其是0.05mm的最小直徑。作為一個例子，管線120具有1至10mm、2至6mm，且尤其是4mm的直徑，而流孔具有0.01至0.5mm、0.01至0.1mm，且尤其是0.05mm的最小直徑。在典型的實施例中，管線120具有4mm的直徑，而流孔具有0.05mm的最小直徑。依據一些實施例，流孔係為在管線120之直徑中的階梯(如，頸部)，或藉由管線120的連續減少直徑所形成(如，在管線120的一個區域上)。
依據一些實施例(這些實施例可與於此所述的其他實施例結合)，第一部分包含毛細管或為毛細管。在典型的實施例中，第一部分(如，毛細管)具有1至5mm、2至4mm，且尤其是2mm的直徑。作為一個例子，管線120具有1至10mm、2至8mm，且尤其是6mm的直徑，而第一部分具有1至5mm、2至4mm，且尤其是2mm的最小直徑。在典型的實施例中，管線120具有6mm的直徑，而第一部份具有4mm的直徑。在一些實施例中，管線120係毛細管。作為一個例子，從第一腔室110延伸至蒸發區域114之管線120(且尤其是全部管線120)係毛細管。從而，用於液化材料的流體阻力可被界定以幫助控制流經管線120之液化材料的流率。
依據一些實施例(這些實施例可與於此所述的其他實施例結合)，管線或導管120可經構造以被加熱，使得液態鹼金屬或鹼土金屬可被提供至蒸發區域114，如在噴頭中或靠近噴頭處。
依據一些實施例，藉由加熱單元118而在蒸發區域114蒸發液化材料，該加熱單元118係提供在蒸發區域114處或靠近蒸發區域114處。一或多個出口116(如，噴嘴)經構造以將蒸發材料導向基材4。依據一些實施例，蒸氣分配噴頭112包含一或多個出口116。在典型的實施例中，蒸氣分配噴頭112係線性蒸氣分配噴頭。
如第1圖中所示，液體材料係在材料饋送系統中從第一腔室110經由管線或導管120導引至蒸發區域114。可提供加熱單元118(例如，在鄰近噴頭112處)，以在將材料提供 於蒸發區域114中前，將材料加熱至較高溫度。材料係在蒸發區域114中被蒸發。材料係在噴頭112中被分配且透過一或多個出口116而導向基材4。
依據一些實施例(這些實施例可與於此所述的其他實施例結合)，第一腔室110包括氣體入口130，該氣體入口130經構造用於在第一腔室110中之氣體的入口。氣體可為上述在第一腔室110中提供非活性大氣的氣體，尤其是氬氣或其他適合防止待蒸發之材料反應的惰性氣體，待蒸發之材料通常係高活性的。
在典型的實施例中，閥140經構造以控制在第一腔室110中氣體的流率，而控制經過具有流體阻力之管線120的液化材料的流率。因此，經過管線120之液化材料的流率，且從而在基材4上的蒸發材料的沉積率之控制，可藉由在第一腔室110中提供或施加受控的氣體(如，氬氣)壓力而實現。如上所解釋地，在典型的實施例中，流率控制可進一步藉由管線120的界定流體阻力而幫助。從而，提供經由管線120之液化材料的流率和在基材4上之蒸發材料的沉積率之更精準的控制。
第2圖顯示依據於此所述之進一步實施例的用於蒸發諸如鋰的鹼金屬或鹼土金屬之其他沉積配置的概要圖。第2圖的沉積配置係類似於上述參考第1圖之配置，其中提供有進一步的元件或組件，這些元件或組件將在以下說明。
依據一些實施例，配置100包含連接至閥140之控制器150，其中控制器150經構造以控制閥140，而用以調整 進入第一腔室110之氣體的流率。藉由控制在第一腔室110之氣體的流率，在第一腔室110中之氣體壓力，及從而經由管線120之液化材料的流率可被控制。在典型的實施例中，控制器150經構造以調整在第一腔室110中的氣體之流率，而用以控制在基材4上之蒸氣的沉積率。此方式允許控制在基材4上之蒸發材料的沉積率而無需在第一腔室110和蒸發區域114間提供有流體連接之機械工作閥。
在典型的實施例中(這些實施例可與於此所述的其他實施例結合)，對應於沉積率之測量結果的訊號(如，藉由顯示於第4圖中之沉積率監控系統所測量)可被饋送至控制器150，其中控制器150可接著基於從沉積率測量裝置所接收的訊號而控制閥140。舉例來說，可使用比率-積分-微分控制器(PID控制器)。PID控制器可經由訊號線而接收訊號，且可選擇地進一步接收及/或儲存標稱層厚度值或其他所欲沉積率相關聯的值。因此，依據一些實施例(這些實施例可與於此所述的其他實施例結合)，提供反饋控制器以控制閥140。從而，可提供進入第一腔室110之氣體流率的封閉迴路控制。故，可提供沉積率及/或沉積均勻性的簡化控制。
依據一些實施例(這些實施例可與於此所述的其他實施例結合)，第一腔室110進一步具有壓力計141，該壓力計141可與控制器150通信。在典型的實施例中，經過閥140之氣體流可被控制或調整以獲得界定的壓力(如，藉由壓力計141所測量)，且從而獲得在基材4上之蒸發材料的界定沉積率。在典型的實施例中，在第一腔室中的氣體壓力係於1至 1500mbar的範圍中，且尤其是在400至600mbar的範圍中。
在典型的實施例中(這些實施例可與於此所述的其他實施例結合)，管線120包含界定管線120之流體阻力的第一部分。特別地，第一部分可界定用於液化材料的流體阻力，以幫助經過管線120之液化材料之流率的控制。在典型的實施例中，第一部分經構造以界定用於特定液化材料(如，鋰)之流體阻力，該特定液化材料具有界定的溫度及/或黏度。
在典型的實施例中(這些實施例可與於此所述的其他實施例結合)，第一部分包含流孔121。作為一個例子，流孔121可包含或可為管線120之直徑中的縮減部分。藉由提供流孔121，可取決於在第一腔室110中的氣體壓力而達成通過管線120之液化材料之流率的調整或(預定)界定。在典型的實施例中，流孔121具有0.01至0.5mm、0.01至0.1mm，且尤其是0.05mm的最小直徑。作為一個例子，管線120具有1至10mm、2至6mm，且尤其是4mm的直徑，而流孔121具有0.01至0.5mm、0.01至0.1mm，且尤其是0.05mm的最小直徑。依據一些實施例，流孔121係藉由在管線120之直徑中的階梯(如，頸部)所形成，或藉由管線120的連續減少直徑所形成(如，在管線120的一個區域上)。
依據一些實施例(這些實施例可與於此所述的其他實施例結合)，第一部分包含毛細管或為毛細管。在典型的實施例中，第一部分(如，毛細管)具有1至5mm、2至4mm，且尤其是2mm的直徑。作為一個例子，管線120具有1至10mm、2至8mm，且尤其是6mm的直徑，而第一部分具有 l至5mm、2至4mm，且尤其是2mm的最小直徑。在一些實施例中，管線120係毛細管。作為一個例子，從第一腔室110延伸至蒸發區域114之管線120(且尤其是全部管線120)係毛細管。從而，用於液化材料的流體阻力可被界定以幫助控制流經管線120之液化材料的流率。
依據一些實施例，沉積配置100進一步包含氣體供應器134，諸如儲存容器或儲存槽。氣體供應器134經構造以經由閥140而供應諸如氬氣之氣體至第一腔室110。在典型的實施例中(這些實施例可與於此所述的其他實施例結合)，氣體供應器134進一步連接至管線120。從而，管線120可以氣體吹出(例如)以從管線120移除液體材料(如在沉積處理完成後仍殘留在管線120的液體材料)。在典型的實施例中，提供其他閥132以在(例如)當液體材料流經管線120時，封閉在氣體供應器134和管線120間的連接。
依據一些實施例，額外的閥131係提供在氣體供應器134與管線120之連接點及第一腔室110之間的管線120中。從而，管線120的吹出可在連接點和蒸發區域114之間的管線120的部分而執行。因此，管線120可被清潔而無需將(液體)材料自第一腔室110移出，因為第一腔室110可藉由額外的閥131而關閉。
依據操作沉積配置之方法，氣體供應器134可包含熱氬氣源。從而，舉例來說，在材料饋送系統的一部分阻塞的例子中，材料饋送系統可以熱氬氣而清潔。舉例來說，氬氣可藉由繞具有液體鋰之槽的導引氬氣管而加熱。此外，在 操作的設定期間，材料饋送系統可以氬氣清洗，以避免在鋰或其他鹼金屬提供在材料饋送系統中之前具有氧氣及/或濕氣在系統中。
有鑑於上述，且依據一些實施例(這些實施例可與於此所述的其他實施例結合)，第一腔室或槽110或用以將待蒸發之材料饋送至配置、設備或系統中的各腔室係可被置換的及/或再充填的。通常地，當待蒸發的材料係在諸如氬氣、其他惰性氣體之保護性的大氣下，及/或在真空條件下時，待蒸發的材料係可置換及/或再充填的。
依據又進一步實施例(這些實施例可與於此所述的其他實施例結合)，第一腔室110可為封閉的腔室。通常地，封閉腔室可設有蓋體，該蓋體經構造以開啟腔室。當蓋體開啟時，待熔化及蒸發的材料可被再充填。具有蓋體的封閉腔室應為實質氣密的，使得在腔室內界定的氣體壓力可被維持。
如於此所述，材料饋送系統包含沉積配置的部分，其中液體材料係朝蒸發區域饋送。通常地，材料饋送系統可包含第一腔室、管線及閥。但，材料饋送系統可進一步包含一或多個清潔氣體管線及/或控制材料饋送系統的溫度之元件。
依據典型的實施例(這些實施例可與於此所述的其他實施例結合)，蒸發區域114可為腔室、坩堝、晶舟或表面，經構造以提供用於蒸發的能量。通常地，區域或表面具有充足的表面接觸區域，如1cm2至50cm2的範圍，舉例來說，1cm2至10cm2，以提供足夠的能量以蒸發材料。從而，表面區 域可藉由鰭狀結構而提供，其中一或多個鰭片以類杯狀形狀或以類湯匙形狀而從底部突出。
依據一些實施例，於此所認識的噴頭112包含具有開口的圍封，使得在噴頭中的壓力高於噴頭外側(例如)至少一個數量級。
如上所述，第1圖和第2圖顯示蒸發配置的概要截面圖，其中槽110係經由管線120而連接至蒸發噴頭112。材料(如，鋰)係在槽110中液化，且以液體形式經由管線120而導引，管線120界定用於液化材料的流體阻力，且經蒸發以經由出口(如，噴嘴116)而導向基材4。經過管線120之液化材料的流率藉由控制流進第一腔室110的氣體流而控制，且可進一步藉由具有界定的流體阻力之管線120而控制。
依據一些實施例，基材或多個基材可被垂直地處理，亦即，線性氣體分配噴頭112可在腔室內垂直地配置，且基材定位器將基材4以垂直處理位置而保持，如第1圖及第2圖中示例性地顯示者。此配置的一個優點係於處理期間所產生的任何顆粒將朝向腔室的底端掉落而不會汙染基材4。
然而，噴頭112可任意地定向，使得依據於此所述之實施例的沉積配置相較於其他沉積源而言，可更彈性地使用。舉例來說，如在半導體處理中，可使用由上而下的蒸發方式，舉例來說，對於撓性基材而言，可使用由下而上的蒸發方式，或者可使用其他定向。此種對於在沉積中之方向性的彈性來自於具有獨立的儲存器和沉積區域。
儘管顯示於第1圖及第2圖中的噴頭112係線性噴 頭，其他形狀的噴頭亦落於本揭露書的範圍內。噴頭112應具有何種形狀取決於腔室的種類和基材的形狀兩者。舉例來說，點源(亦即，單一噴嘴)或圓形噴頭係可選擇以用於處理圓形基材的腔室，諸如當處理半導體晶圓時。而矩形噴頭係可選擇以用來處理大的矩形基材，批次處理亦可使得噴頭形狀的種類更佳。對於大尺寸矩形或方形基材的連續在線處理而言，線性噴頭係可選擇以較佳地控制處理氣體在基材上的分配，因為基材會經過噴頭。然而，關於點源噴嘴，應考量挑戰可能來自於管理多個點源，以在大面積基材上達成均勻的沉積。故，尤其對於在線或動態處理設備而言，使用線性蒸氣分配噴頭係較有利地。圓形、矩形或兩或更多個線性蒸氣分配噴頭可使用於各種形狀和尺寸的基材的靜態沉積處理。
於此所述的實施例可使用於在大面積基材上蒸發，如電致變色窗或鋰電池製造。依據一些實施例，大面積基材或各載體(其中載體具有一或多個基材)可具有至少0.67m2的尺寸。通常地，尺寸可為約0.67m2(0.73x0.92m-第4.5代)至約8m2，較通常約2m2至約9m2或甚至高達12m2。通常地，(依據於此所述之實施例的結構和方法所提供使用的)基材或載體係於此所述的大面積基材。舉例來說，大面積基材或載體可為對應約0.67m2尺寸基材(0.73x0.92m)的第4.5代、對應約1.4m2尺寸基材(1.1m x 1.3m)的第5代、對應4.29m2尺寸基材(1.95m x 2.2m)的第7.5代、對應5.7m2尺寸基材(2.2m x 2.5m)的第8.5代，或甚至對應8.7m2尺寸基材(2.85m x 3.05m)的第10代。諸如第11代及第12代之甚至更大的世代 及對應的基材面積可同樣地實施。
於此所述的配置、設備、系統、方法及處理可使用於玻璃基材的塗佈。然而，使用這些配置、設備、系統、方法及處理亦可塗佈諸如矽晶圓(如200mm或300mm直徑)的晶圓。舉例來說，基材載體可配置有一或多個晶圓。蒸氣分配噴頭(如，蒸氣管)的長度可調整以達成在大面積基材(具有h的基材高度)上或置放在載體中之所有基材的均勻塗佈。又進一步地，合成材料或金屬的撓性基材亦可以於此所述的實施例而處理。依據典型的實施例，基材定位器、基材支撐件或基材傳輸系統係可提供並經構造以定位及/或在處理區域中移動基材，及將基材移動通過處理區域。
於此所述之實施例提供一種用於以高沉積率及減少的製造成本而生成均勻薄膜的改良式鹼金屬(如，鋰)沉積系統和源技術。沉積源、配置、設備、系統及方法可應用於許多需要均勻沉積鹼金屬(諸如鋰)之領域中。此可為使用鋰作為電荷承載元件之電化學裝置。此電化學裝置的粒子包含電致變色窗及裝置和薄膜固態電池。於此所述的實施例大量地減少了用於沉積鹼金屬(如，鋰金屬)之現存方案的成本及可製造性。
第3圖顯示依據於此所述之進一步實施例的用於蒸發諸如鋰的鹼金屬或鹼土金屬之其他沉積配置的概要圖。第3圖之沉積配置係類似於上述參考第1圖及第2圖之配置，其中提供有進一步的元件或組件，這些元件或組件將在以下說明。儘管類似於第2圖之沉積配置的沉積配置係顯示於第3 圖，應理解類似於第1圖之沉積配置的沉積配置亦可使用。
如第3圖中所示，一或多個出口116及基材4係提供於真空腔室160內。一或多個出口116可為噴頭122的一部分，而可至少部分地提供於真空腔室160內。在典型的實施例中，真空腔室160經構造以提供10-2至10-7mbar之範圍的真空度，且尤其是在10-5至10-6mbar之範圍。
如進一步於第3圖中所示，至少第一腔室110和管線120係提供於諸如大氣加熱箱之加熱圍封170內。加熱圍封170可於內側具有大氣壓力。舉例來說，加熱圍封170係絕緣的。從而，可提供溫度受控環境給第一腔室110及管線120。依據典型的實施例，溫度可被控制為從185℃至285℃，如約230℃或200℃。對於除了鋰以外的鹼金屬或鹼土金屬而言，可依據熔點而提供或調整至其他溫度，如63℃或以上(對於鉀而言)。依據典型的實施例(這些實施例可與於此所述的其他實施例結合)，可提供用以液化材料的溫度係比待沉積於基材4上之材料的熔點高5℃至100℃(如50℃)。
依據一些實施例(這些實施例可與於此所述的其他實施例結合)，沉積配置100進一步包含於真空腔室160和第一腔室110間的連接。此連接可包含管線180和閥181，該閥181可為可調節閥。閥181可經構造以閉合或關閉管線180且從而將第一腔室110和真空腔室160間的連接閉合或關閉。從而，第一腔室110可經由真空腔室160而抽空。在其他實施例中，可使用個別的泵以抽空第一腔室110。
第4圖顯示具有沉積配置100的沉積系統200之概 要截面圖。在典型的實施例中，沉積配置100可為如上所述參照第1圖及第2圖之沉積配置的一者。
依據一些實施例，提供一種用於蒸發包括鹼金屬或鹼土金屬之材料及將該材料沉積於基材上的沉積設備。設備包含真空腔室，用以將材料沉積於基材上；及如上所述的沉積配置。
待蒸發之材料(如，鋰)鎖進入的第一腔室或槽110係提供於圍封210中。舉例來說，圍封210可為絕緣的。從而，可提供用於第一腔室110和管線120的溫度受控環境。依據典型的實施例，溫度可被控制為從185℃至285℃，如約230℃或200℃。對於除了鋰以外的鹼金屬或鹼土金屬而言，可依據熔點而提供或調整至其他溫度，如63℃或以上(對於鉀而言)。依據典型的實施例(這些實施例可與於此所述的其他實施例結合)，可提供用以液化材料的溫度係比待沉積於基材4上之材料的熔點高5℃至100℃(如50℃)。
一旦將包含槽110和管線120之材料饋送系統加熱至個別鹼金屬的熔點或高於個別鹼金屬的熔點時，金屬被熔化或液化，並以液體形式而流經具有界定的流體阻力之管線120。儘管在第4圖中，閥140係提供於圍封210內側，在其他實施例中，閥140亦可提供於圍封210外側。依據典型的實施例，於圍封210中的一或多個元件可被單獨地加熱及/或圍封210的內側可以整體而加熱。通常地，可提供如壁211所指出的絕緣，以減少加熱能量的損失。額外地或替代地，在圍封210中的個別元件可被個別地絕緣(圖未示)。
依據典型的實施例(這些實施例可與於此所述的其他實施例結合)，材料饋送系統且尤其是閥140和管線120經構造以提供液體鋰實質受控或固定的流率。特別地，管線120包括如上所述參照第1圖及第2圖之第一部份。
依據典型的實施例，第一部分係毛細管，該毛細管具有夠小直徑以導致流向蒸發區域的實質固定流率。從而，舉例來說，管線120可具有1mm2至約10mm2的直徑。直徑和所欲的流率亦可從而取決於噴頭112和各處理區域的尺寸，使得相較於較小基材的沉積配置而言，用於更大基材的沉積配置可具有更大的管線直徑。
鑑於在比起來較薄的管線或導管中的材料量係有限的及在液體材料饋送系統中和蒸發區域中的溫度在沉積處理中斷時係可維持的事實，沉積配置100可輕易且快速地關關。
依據又進一步的實施例(這些實施例可與於此所述的其他實施例結合)，噴頭(尤其是用於大面積基材或大面積載體之噴頭)可提供有一或多個材料饋送系統。從而，依據於此所示之實施例之具有第一腔室、管線、閥及蒸發區域的沉積配置可提供給一或多個材料饋送系統之每一者。每一材料饋送系統可提供於蒸氣分配噴頭的所欲位置處，以在蒸氣分配噴頭中提供材料的蒸氣。舉例來說，兩或更多個材料饋送系統可被提供以饋送相同的材料進入蒸氣分配噴頭中，以增加沉積率。又進一步地，亦可以饋送超過一種的材料於蒸氣分配噴頭中，以在不同材料饋送系統中沉積提供不同材料的組成。
如第4圖中所示，且依據於此所述的一些實施例，真空饋通218係提供給管線120以饋送金屬(如液體金屬)進真空腔室220中。真空腔室220可容納至少噴頭112和基材4。饋通218可提供在圍封210中的較低溫和較高蒸發區域溫度間的熱絕緣及/或提供在圍封210和真空腔室220間的真空分離。真空腔室220經構造以在基材4上沉積金屬。
如第4圖中所示，蒸氣分配噴頭112如由蒸發區域214所示被加熱以蒸發液體鋰。液體鋰係導引至蒸氣分配噴頭112中。蒸氣分配噴頭112係藉由加熱單元(如內加熱管240)而加熱。舉例來說，內加熱管240可為電加熱元件，藉由連接件244而連接至電源供應器242。第4圖進一步顯示蒸氣分配噴頭112的絕緣器212。絕緣作用導致加熱功率的減少及/或更均勻地加熱蒸氣分配噴頭112。依據其額外的或替代的修改，蒸氣分配噴頭112的加熱可藉由輻射加熱、加熱燈(如，IR加熱器)、感應加熱、電加熱及其結合而提供。
提供在蒸氣分配噴頭112處之出口(如，噴嘴160)將鋰蒸氣朝基材4引導或導向。依據典型的實施例，出口或噴嘴160亦可提供圍蒸氣分配噴頭112中的開口。進一步地，對於線性蒸氣分配噴頭而言，開口或噴嘴160的配置可為(舉例來說)一或多線的開口或噴嘴。對於矩形蒸氣分配噴頭而言，開口或噴嘴可沿著矩形且位於矩形內而分配。對於圓形蒸氣分配噴頭而言，開口或噴嘴160可沿著矩形且位於圓形內而分配。通常地，開口或噴嘴160可被分配使得沉積在基材4上的蒸氣係均勻的。從而，開口或噴嘴160可沿著上述 形狀的一者至少部分地、均勻地分配。然而，為了補償在形狀周緣的邊緣效應，開口或噴嘴160的密度在蒸氣分配噴頭112之一些區域中係可變動。
依據一些實施例及如第4圖中所示，沉積率測量裝置235係提供於真空腔室220中。從而，鋰或其他鹼金屬在基材4上的沉積率可被監控。依據典型的實施例，可使用一或多個振盪晶體作為厚度測量。額外地或替代地，可使用在噴頭112內或在噴頭112之其他測量區域或開口處的光學測量方法以決定沉積率。依據又進一步額外的或替代的選擇，可以執行位於噴頭112內側的壓力測量、沉積在基材4上之層的厚度測量、(例如)諸如層之渦流測量的傳導性測量以決定沉積率。可使用關於沉積率的訊號以如上所述參照第2圖而控制閥140。
如於第4圖中之訊號線232所示，對應至沉積率測量裝置235之測量結果的訊號可被饋送至控制器230，該控制器230取決於接收自沉積率測量裝置235的訊號而控制閥140。控制器可類似如上所述參照第2圖之控制器。舉例來說，可使用比率-積分-微分控制器(PID控制器)。PID控制器可經由訊號線232而接收訊號，且可進一步接收及/或儲存標稱層厚度值或其他所欲沉積率相關聯的值。因此，依據一些實施例(這些實施例可與於此所述的其他實施例結合)，提供反饋控制器以控制閥140。從而，可提供進入第一腔室110之氣體流率的封閉迴路控制，且從而可提供經過管線120之液體材料的流率。故，可提供沉積率及/或沉積均勻性的簡化控制。
依據典型的實施例(這些實施例可與於此所述的其他實施例結合)，閥140可為控制閥(亦即，藉由閥而控制氣體流率的閥)。舉例來說，控制閥可經構造而以±50g/h或更低，諸如±0.1g/h至5g/h的準確度來控制流率。
依據於此所述之實施例，沉積率的控制係簡化且更穩定的。由於藉由調整氣體進入第一腔室中的流率，且從而調整第一腔室中的氣體壓力，而控制經由管線的液體材料之流率，並不需要藉由在管線中的機械工作閥而控制沉積，管線係提供用於液化材料在第一腔室和蒸發區域間的流體連接。換句話說，不需要機械工作閥，機械工作閥會易於腐蝕或阻塞，(例如)因鋰的高活性。
依據典型的實施例(這些實施例可與於此所述的其他實施例結合)，用於蒸發鹼金屬或鹼土金屬(通常地，金屬鋰)之沉積配置、包含此沉積配置的設備及其操作方法可使用於需要金屬鋰沉積(或其他鹼金屬)的處理中。舉例來說，此可為電化學裝置，諸如電致變色窗及薄膜電池、於OLED裝置製造時的鋰沉積等。
第5圖顯示具有沉積配置的沉積設備600之部分的概要截面圖。沉積配置可類似於顯示在第1至3圖中之沉積配置。待蒸發材料(如，鋰)提供在其中的第一腔室或槽110係設置於圍封650中，並接著(依據一些實施例)設置於外殼610的內側。舉例來說，圍封650係絕緣的。從而，可提供溫度受控環境給至少第一腔室110及管線120。依據典型的實施例，溫度可被控制為從185℃至250℃，如約200℃。對於除 了鋰以外的鹼金屬或鹼土金屬而言，可依據熔點而提供或調整至其他溫度，如63℃或以上(對於鉀而言)。依據典型的實施例(這些實施例可與於此所述的其他實施例結合)，可提供用以液化材料的溫度係比待沉積於基材上之材料的熔點高5℃至100℃。
如第5圖中所示，第一腔室110具有凸緣680，凸緣680可藉由在圍封650中的開口而曝露。凸緣680允許在第一腔室110中再充填材料。依據典型的實施例，再充填的程序可在保護性的大氣(如，氬氣大氣)下提供。
依據典型的實施例(這些實施例可與於此所述的其他實施例結合)，第一腔室110可完全地或部分地提供有加熱系統615，以在第一腔室110的加熱部分中熔化材料。第一腔室110係與噴頭112流體連通。流體連通係藉由管線120而提供。管線120的下游處，提供有蒸氣分配噴頭112。依據又進一步實施例，亦可如上所述藉由加熱圍封650而提供第一腔室110的加熱。
一旦加熱圍封650，至少第一腔室或槽110及管線120被加熱至各鹼金屬的熔點，金屬係熔化或液化並以液體形式流經管線120。依據典型的實施例，額外地，可提供諸如風扇620之氣體循環單元，其可藉由控制器622而控制。舉例來說，控制器622可提供於外殼610的外側。風扇620允許在圍封650內側的氣體循環。從而，可於圍封650內側提供均勻的大氣。
依據典型的實施例(這些實施例可與於此所述的其 他實施例結合)，圍封650係處於大氣壓力下且略高於待蒸發之材料的熔點的溫度下(如200℃)。依據一個實施例，於圍封650中的氣體可為空氣，因為反應性材料係位於材料饋送及調節系統內側，該材料饋送及調節系統係處於如上所述的保護性大氣下。依據又進一步實施例，諸如氬氣的保護性氣體亦可提供於圍封650中，以更佳地避免待熔化之材料與反應性氣體的接觸。
依據又進一步實施例(這些實施例可與於此所述的其他實施例結合)，包含第一腔室110、管線120(具有流體阻力)及閥140之材料饋送系統可進一步包含清潔閥640和清潔導管642。清潔導管642及因此清潔閥640係與(例如)面對第一腔室110的凸緣680之部分連接。清潔導管642可額外地或替代地設置在第一腔室110處或管線120處。舉例來說，管線120可連接至清潔導管642，類似於第2圖中所示並如上所述的吹出配置。清潔導管642可(依據又進一步實施例)被提供做為具有複數個清潔導管連接至材料饋送系統的清潔導管配置。然而，通常地，清潔導管642係提供在至少材料饋送系統的上游端處。依據沉積配置的操作方法，清潔閥642可與熱氬氣源連接。從而，舉例來說，在材料饋送系統的一部分阻塞的例子中，材料饋送系統可以熱氬氣而清潔。舉例來說，氬氣可藉由繞具有液體鋰之槽的導引氬氣管而加熱。此外，在操作的設定期間，材料饋送系統可以氬氣清洗，以避免在鋰或其他鹼金屬提供在材料饋送系統中之前具有氧氣及/或濕氣在系統中。
如第5圖中所示，閥140係經由氣體入口130而連接至槽110。如第5圖中所示且依據於此所述之一些實施例，真空饋通218係提供用於管線120，以饋送金屬(如，液體金屬)進入容納噴頭112的腔室部分。依據典型的實施例(這些實施例係可選擇地提供)，從圍封650至容納噴頭112的腔室部分之饋通下游的導管部分係藉由加熱單元618而加熱。從而，圍封650下游的沉積配置之部分，相較於設置在圍封650中的沉積配置的部分而言，可被加熱至較高的溫度。
容納噴頭112的腔室部分可經由凸緣604而連接至真空腔室。如第5圖中所示，於鄰近蒸氣分配噴頭112或在蒸氣分配噴頭112中的蒸發表面被加熱以藉由如蒸發區域114所示而蒸發液體鋰。在蒸發區域114中蒸發的材料係導引至及/或分配在蒸氣分配噴頭112中。
依據典型的實施例(這些實施例可與於此所述的其他實施例結合)，蒸發區域114可為腔室、坩堝、晶舟或表面，經構造以提供用於蒸發的能量。通常地，區域或表面具有充足的表面接觸區域，如1cm2至10cm2的範圍，以提供足夠的能量以蒸發材料。從而，液體材料係連續地饋送至區域中或表面上並當液體材料撞擊表面時蒸發。於前面提及的加熱單元618可經構造以連續地增加朝向蒸發區域114之液體材料的溫度。
蒸氣分配噴頭112係藉由加熱單元(如內加熱管240)而加熱，其中加熱單元進一步的細節、方面、特徵及額外或替代的實施例係說明在於此所述之其他實施例中。通常地， 噴頭112係提供有絕緣器212，用於熱絕緣蒸氣分配噴頭112。提供在蒸氣分配噴頭112處的出口(如噴嘴116)朝基材引導或導向。依據典型的實施例，出口或噴嘴116可參照如於此與其他實施例有關之說明而提供。
第6圖顯示流程圖，說明蒸發包括鹼金屬或鹼土金屬，尤其是金屬鋰之蒸發方法500的實施例。方法500包含如元件符號502所指的在第一腔室中液化材料。在步驟504中，液化的材料係自第一腔室經由管線而導引至蒸發區域，其中管線包含界定管線之流體阻力的第一部分。在步驟506中，在第一腔室中之氣體的流率經控制以控制經過具有流體阻力之管線的液化材料之流率。在步驟508中，材料係在蒸發區域中蒸發，且在步驟510中，材料的蒸氣係導向至基材上。
依據典型的實施例，蒸發步驟506可藉由閃蒸，尤其是在600℃或以上的溫度而提供。舉例來說，溫度可為800℃或以上。但，在步驟506之前，亦在步驟502及504中，液化的材料係維持在比待沉積材料的熔點(如(對於金屬鋰而言為190℃至290℃)高5℃至30℃、至60℃或100℃。
依據又進一步實施例(這些實施例可與於此所述的其他實施例結合)，可提供一種封閉迴路控制，用於控制閥，該閥用於調整經過管線之液化材料的流率。閥的封閉迴路控制相較於傳統鋰蒸發器而言係簡化的，因為僅有經過閥的氣體流率需要被控制。用於回饋控制的訊號可從而選自以下所組成的群組中：用於蒸氣沉積之在真空腔室中的沉積率監控 器；在用於將液化的材料導引至第二腔室的系統中，諸如質流控制器的流量計；在噴頭中之層厚度測量手段(諸如渦流測量手段)、蒸氣壓力測量手段，及其組合。
依據於此所述的實施例，沉積率的控制係簡化且更穩定的。由於經過閥之氣體流率的控制及藉由提供具有界定的流體阻力之管線，不需要提供在第一腔室和蒸發區域間以流體連接的機械工作閥。
鑑於上述，於此所述之實施例的硬體需求亦將減少，具體地因為不需要提供對於諸如鋰的高活性材料係耐久的機械工作閥。沉積率控制係藉由在鋰所熔化的容器中施加界定的、受控的氣體(如，氬氣)壓力而實現，且可藉由界定流體阻力而幫助或支持，界定流體阻力係經由將第一腔室與蒸發區域連接的管線而提供。
儘管前面部分係關於本揭露書的實施例，本揭露書的其他或進一步的實施例可在不背離本揭露書的基本範圍而設計，而本揭露書的範圍係由以下之申請專利範圍所決定。
4‧‧‧基材
100‧‧‧沉積配置
110‧‧‧第一腔室/槽
112‧‧‧噴頭
114‧‧‧蒸發區域
116‧‧‧出口
118‧‧‧加熱單元
120‧‧‧導管
130‧‧‧氣體入口
140‧‧‧閥

Claims (20)

  1. 一種用於蒸發包括鹼金屬或鹼土金屬之一材料及將該材料沉積於一基材上的沉積配置，包括：一第一腔室，該第一腔室經構造以液化該材料，其中該第一腔室包括一氣體入口，該氣體入口經構造而用於在該第一腔室中之一氣體的入口；一蒸發區域，該蒸發區域經構造以蒸發該液化的材料；一管線，提供於該第一腔室和該蒸發區域間用於該液化的材料的流體連通，其中該管線包含一第一部分，該第一部分界定該管線的流體阻力；一閥，該閥經構造以控制在該第一腔室中之該氣體的流率，而用以控制通過具有該流體阻力之該管線之該液化的材料的流率；及一或多個出口，用以將該蒸發的材料引導朝向該基材。
  2. 如請求項1所述之配置，進一步包括：一蒸氣分配噴頭，包括一或多個出口。
  3. 如請求項2所述之配置，其中該蒸氣分配噴頭係一線性蒸氣分配噴頭。
  4. 如請求項1所述之配置，其中該第一部分具有不可變動的一截面面積。
  5. 如請求項4所述之配置，其中該第一部分具有在該沉積配置操作期間不可變動的一截面面積。
  6. 如請求項1所述之配置，進一步包括：一控制器，連接至該閥，其中該控制器經構造以控制該閥而調整在該第一腔室中之該氣體的流率。
  7. 如請求項1所述之配置，進一步包括：一控制器，連接至該閥，其中該控制器經構造以調整在該第一腔室中之該氣體的流率，而控制該蒸氣在該基材上的沉積率。
  8. 如請求項6所述之配置，其中該控制器係一比率-積分-微分控制器。
  9. 如請求項7所述之配置，其中該控制器係一比率-積分-微分控制器。
  10. 如請求項6所述之配置，其中該控制器包括一訊號輸入，該訊號輸入經構造以接收一沉積率監控系統的一訊號。
  11. 如請求項7所述之配置，其中該控制器包括一訊號輸入，該訊號輸入經構造以接收一沉積率監控系統的一訊號。
  12. 如請求項1至11中任一項所述之配置，其中該第一部分包括一流孔。
  13. 如請求項12所述之配置，其中該流孔具有0.01至0.5mm或0.01至0.1mm的最小直徑。
  14. 如請求項12所述之配置，其中該流孔具有0.05mm的最小直徑。
  15. 如請求項1至11中任一項所述之配置，其中該第一腔室進一步包括一壓力計。
  16. 如請求項1至11中任一項所述之配置，其中該氣體係氬氣。
  17. 如請求項1至11中任一項所述之配置，進一步包括：一圍封，用於容納至少該第一腔室和該閥，其中該圍封經構造以用於在保護性大氣下更換該第一腔室。
  18. 一種用於蒸發包括鹼金屬或鹼土金屬之一材料及將該材料沉積於一基材上的沉積設備，該設備包括：一真空腔室，用於將該材料沉積於該基材上；及如請求項1至11中任一項所述之配置。
  19. 一種用於蒸發包括鹼金屬或鹼土金屬之一材料的方法，包括以下步驟：在一第一腔室中液化該材料；引導該液化的材料自該第一腔室經過一管線至一蒸發區域，其中該管線包含一第一部分，該第一部分界定該管線的流體阻力；控制在該第一腔室中之一氣體的流率，而用以控制通過具有該流體阻力之該管線之該液化的材料的流率；在該蒸發區域中蒸發該材料；及將該材料的蒸氣引導於一基材上。
  20. 如請求項19所述之方法，進一步包括：一封閉迴路控制，用於控制該閥，該閥用於調整經過該管線之該液化材料的流率。
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