TWI398976B - 蒸發器,塗覆設備及其使用方法 - Google Patents

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Description

蒸發器,塗覆設備及其使用方法
實施例係關於一蒸發器、一塗覆設備、及一用以施加蒸氣到基材之方法。尤其,實施例係關於一蒸發器(其具有測量機構以測量蒸發器之塗覆速率)、一具有這樣蒸發器之塗覆設備、及一用以施加蒸氣到基材之方法。
各種技術領域需要蒸發器。舉例而言,有機物蒸發器對於特定生產類型的有機發光二極體(OLED)是一重要工具。OLEDs是發光二極體的一特殊類型,其中放射層包括特定有機化合物的薄膜。這樣的系統可以用在電視螢幕、電腦顯示器、可攜式系統螢幕、及諸如此類者。OLEDs也可以用於一般空間照明。OLED顯示器具有比傳統LCD顯示器更大之顏色、亮度及可視角的範圍,這是因為OLED像素係直接放射光且不需要一背光。因此,OLED顯示器係比傳統LCD顯示器具有遠小得多的能源消耗。此外,OLEDs可被印刷到可撓基材上的事實係開啟了新應用(例如可捲曲的顯示器或甚至內嵌在在布料中的顯示器)的大門。
利用蒸發器所製造的產品的性能通常會被經蒸發之層的厚度所影響。舉例而言,OLED的功能性是取決於有機材料的塗覆厚度。此厚度必須位在一預定範圍內。在製造OLEDs時,將用來塗覆有機材料塗層的塗覆速率控制在預定容忍範圍內是重要的。
換言之,蒸發器(諸如有機物蒸發器)的塗覆速率(亦稱為沉積速率)必須在塗覆製程中完全地受到控制。
為了達到此目的,已知此技藝使用所謂的石英晶體微量天平(quartz crystal microbalance)或石英振盪器(quartz resonator)來決定塗覆速率。這些震動晶體的實際振動頻率的測量係容許實際塗覆速率的結果。然而,在塗覆製程期間,這些晶體也被塗覆以材料。因此,必須週期性地更換該些晶體,這是因為該些晶體僅能忍受有限量的材料塗覆。這降低了其使用性,尤其是在具有非常長維護壽命的大規模生產工廠中。此外,為了更換該些振動的晶體,必須介入真空腔室。將真空予以再生是耗時且昂貴的。
或者,已知此技藝是在沉積完成後分析經沉積的層以決定塗覆速率。在此情況下,沉積系統的回饋控制僅在具有特定延遲是可行的。特別是,此程序在控制可採取校正動作之前會造成一或多個基材被塗覆以一超過範圍的層。
鑑於前述,提供一如申請專利範圍第1項之蒸發器、一如申請專利範圍第10項之塗覆設備、及一如申請專利範圍第11項之用以施加蒸氣到基材之方法。
在一實施例中,提供一種用以於一塗覆速率施加蒸氣到一基材的蒸發器。該蒸發器包括:一蒸發器管,其具有一含有至少一噴嘴出口的分佈管;及其中該蒸發器管包括一壓力測量裝置,該壓力測量裝置包含一光學隔膜計。
根據另一實施例,提供一種用以塗覆基材的塗覆設備。該塗覆設備包括用以於一塗覆速率施加蒸氣到一基材的至少一蒸發器,該蒸發器包括:一蒸發器管,其具有一含有至少一噴嘴出口的分佈管;及其中該蒸發器管包括一壓力測量裝置,該壓力測量裝置包含一光學隔膜計。
根據進一步實施例,提供一種用以施加蒸氣到一基材的方法,該方法包含下述步驟:使用一蒸發器來提供蒸氣,以於一塗覆速率施加蒸氣到該基材,該蒸發器包括一蒸發器管,該蒸發器管具有一含有至少一噴嘴出口的分佈管,並且其中該蒸發器管包括一壓力測量裝置,該壓力測量裝置包含一光學隔膜計;施加蒸氣到該基材;及測量該蒸發器管內的蒸氣的壓力。
進一步特徵及細節可由附屬項、說明書內容及圖式而瞭解。
實施例係也導向設備,其用以實現所揭露方法且其包括執行所述方法步驟之設備部件。此外,實施例係也導向方法,所述設備可藉由此方法運作或所述設備可藉由此方法被製造。其可以包括用以實現設備之功能或用以製造設備部件的方法步驟。此些方法步驟可以經由硬體元件、韌體、軟體、以適當軟體予以程式化的電腦、任何前述組合、或任何其他方式來執行。
以下將詳細地參照各個實施例,其中該些實施例的一或多個實例係繪示在圖式中。各個實例是為了解釋用,並且不會對本發明構成限制。
不會限制範疇,在下文中,實例和實施例是以有機物塗層的真空沉積和用以施加有機物蒸氣的蒸發器(在此亦稱為有機物蒸發器)來敘述。典型地,蒸發器的實施例包括真空相容材料,並且塗覆設備為一真空塗覆設備。在此描述的實施例的典型應用係例如在生產顯示器(諸如LCD、TFT顯示器與OLED)、在製造太陽能晶圓及在製造半導體元件時的沉積應用(例如有機物塗層的沉積)。
在以下的圖式的說明中,相同的元件符號係指稱相同的元件。通常,僅描述個別實施例的差異處。
根據一實施例,提供一種用於以一塗覆速率來施加蒸氣(在此亦稱為氣體或蒸發材料)到基材之蒸發器。蒸發器具有一蒸發器管,該蒸發器管具有一含有至少一噴嘴出口的分佈管,並且其中該蒸發器管包括一壓力測量裝置,該壓力測量裝置包括一光學隔膜計(optical diaphragm gauge,ODG)。ODG在此也稱為感測器或ODG感測器。蒸發器可以是一具有長形分佈管的線性蒸發源,如第1A和1B圖所是。或者,在此描述的實施例的蒸發器可以是區域蒸發源。蒸發器的速率(在此也稱為沉積速率或塗覆速率)係取決於填充蒸發器管(例如填充分佈管)之蒸發材料的壓力。此壓力對應於材料的蒸氣壓。在例如線性蒸發源中,一均質沉積速率是藉由在管中(例如在分佈管中)產生高於管的外壓力來達成。壓力差異係和來自源的材料通量相關,並且因此和沉積速率相關。越高的壓力造成越高的速率。典型地,管與(或)分佈管具有高溫(例如對於有機材料高達約500℃)以避免蒸發材料的凝結。又,若用以測量鄰近蒸發器或在蒸發器中之壓力的壓力感測器太熱,這會影響或損壞蒸發材料(倘若使用有機材料的話)。
透過在此描述之實施例的蒸發器,一光學隔膜計係用於測量蒸發器管內蒸發材料的壓力。根據本發明之光學隔膜計可以用在高溫與(或)高電磁干擾(Electro Magnetic Interference,EMI)環境中,並且此外可以是抗腐蝕的。因此,實施例之壓力測量裝置係維持蒸發器管內的高溫和其他條件。再者,實施例之壓力測量裝置不會損壞蒸發材料,這是因為光學隔膜計不需要高工作溫度。所以,可以在蒸發期間直接於蒸發器管內進行可靠的且方便的壓力測量,例如於製造OLED元件時在有機物塗覆材料的蒸發期間。
使用在此描述的實施例的沉積速率控制是快速的,實質上不會取決於蒸發材料的種類,並且對於測量時間沒有限制。尤其,使用在此描述之實施例的沉積速率控制是一直接的壓力測量,其和氣體形式或蒸氣形式無關,而使用直接的壓力。因此,壓力測量不是根據非直接氣體性質(例如導電率或離子化)。所以,氣體轉換因子(其和氣體無關)可以用於沉積控制。沉積速率測量可以連續地執行數天及數週,其容許沉積速率控制器的便利結構和程序編排(programming)。
典型地,實施例之蒸發器管是由真空相容材料(例如不銹鋼)製成。在根據一些實施例的蒸發器中,光學隔膜計包括一測量部,該測量部包括一膜片(在此亦稱為隔膜)。在一些實施例中,其可與在此描述的任何其他實施例結合,膜片是從選自由陶瓷材料、Al2 O3 材料、及藍寶石類型之Al2 O3 材料所構成群組之至少一材料製成。在一些實施例中,其可與在此描述的任何其他實施例結合,光學隔膜計係適於光學地測量膜片的壓力相依彎曲性。根據進一步實施例,其可與在此描述的任何其他實施例結合,光學隔膜計的膜片是被提供在一測量真空腔室與一參考真空腔室之間,或將該兩腔室分離。在一些實施例中,其可與在此描述的任何其他實施例結合,參考真空腔室可以流體地連接到一製程真空腔室(例如一塗覆腔室)或可以是一製程真空腔室(例如一塗覆腔室),其中蒸發器係被設置在該製程真空腔室內以進行蒸發。藉此,製程腔室中的壓力或真空的各者係分別為或提供參考壓力或參考真空,以操作該光學隔膜計。
在典型的實施例中,蒸發器更包括一分析器(在此亦稱為控制器),其連接到壓力測量裝置(例如藉由一資料連接到一偵測器)。典型地,分析器係根據壓力測量裝置提供的資訊來決定塗覆速率。又,典型地,分析器可以存取一記憶體。蒸氣之典型塗覆速率的資料可以儲存在記憶體。舉例而言,分析器可以包括一個人電腦,並且記憶體可以是該個人電腦的硬碟機或諸如此類者。分析器可以具有一輸入單元(例如鍵盤或滑鼠),以容許操作者可影響分析器的動作和連接到分析器的單元(例如可控制的座閥)。又,分析器可以具有一輸出單元(例如螢幕或繪圖器),以顯示操作資訊(例如從偵測器接收的數值與(或)從這些數值計算的計算結果)。該些測量的資料數值含儲存在記憶體的資料數值可以一起進行處理(例如比對),以決定實際的沉積速率。
根據實施例的方法中,可以在施加蒸氣到基材之前執行一測度步驟。大致上,蒸發器管中沉積速率與壓力的關聯是在塗覆開始時就測度。在蒸發期間,可以重複一測度步驟,例如在特定時間間隔或持續地。在基材塗覆期間進行測度也是可行的。舉例而言,經塗覆的基材的塗層厚度可以在塗覆步驟之後直接地被檢視,並且可以和在塗覆個別基材的時間點所測量的壓力相關聯。
第1A圖顯示蒸發器之一實施例之一分佈管100的前視圖。蒸發器之分佈管100包括多個噴嘴出口110。根據實施例之典型的分佈管的直徑是介於1 cm與10 cm之間,更典型地為介於4 cm與6 cm之間。當以有機材料來蒸發基材時,分佈管內的壓力(其大於外面壓力)係使得有機物蒸氣朝向基材(未示出)而流出分佈管。在第1A圖中,基材設置在紙張平面上方。在用以塗覆基材的典型方法中,有機物蒸氣在真空壓力中被施加到基材。術語「真空」係指10-2 mbar且更低的壓力。典型地,該等噴嘴出口的形狀及配置係可使一噴嘴出口的蒸氣流和一緊接鄰近之噴嘴出口的蒸氣流在基材表面上重疊,以為了最適化層均勻性。
第1B圖係繪示第1A圖之蒸發器的側視圖。為了控制塗覆速率,根據第1A圖和第1B圖的有機物蒸發器包括一測量裝置10,其用於獲得分佈管100內之有機物蒸氣的壓力資料。在此實施例中,測量裝置10係適於獲得分佈管內之有機物蒸氣的壓力資料。因此,可以將測量裝置10提供於分佈管的壁,例如測量裝置10可以設置在分佈管的壁的開口中或將其填滿。
大致上,實施例的分佈管可以是一具有至少一噴嘴出口110的中空本體。典型地,分佈管100與一饋送單元(例如坩鍋300)連接,饋送單元係用於將有機物蒸氣饋送給分佈管。在此實施例中,分佈管經由一供應管310連接到坩鍋。典型地,分佈管包括介於15個與100個之間的噴嘴出口,通常介於20個與30個之間。典型地,噴嘴出口的直徑介於0.1 mm與5 mm之間,尤其介於1 mm與2 mm之間。分佈管的形狀可以是管狀或諸如此類者。在其他實施例中,分佈管為一噴頭。
若噴嘴的數量及其個別開口面積相較於分佈管的總尺寸/體積是小的,則管被視為一密閉的分佈管。因而,管內的壓力是更穩定的,且可促成更佳的塗覆製程和壓力測量。
第2圖顯示的實施例係類似於第1A和1B圖顯示的實施例,差異在於壓力測量裝置10位在有機物蒸發器的供應管310中。
在坩鍋與分佈管之間某處設置一座閥是可行的。這係示範地顯示在第2圖的實施例中,其中閥330是位在供應管310的垂直部和其水平部之間。在所顯示的實施例中,坩鍋經由座閥連接到分佈管。可以手動地或自動地控制座閥330。舉例而言,若有機材料的沉積欲暫時停止,可以完全關閉座閥。通常,可以控制座閥以控制有機物蒸發器內的有機材料密度。亦即,可以使用座閥來控制有機物蒸發器的塗覆速率。典型地,座閥可以連接到前述分析器且受分析器所控制。在根據實施例之有機物蒸發器中裝設超過一個座閥也是可行的。例如,可以手動地控制一座閥,並且可以由分析器來控制另一座閥。
第3圖顯示有機物蒸發器之一進一步實施例,其中壓力測量裝置包括一在此所描述之實施例的光學隔膜計,例如靠近連接至供應管310之坩鍋300的孔洞處。
在一些實施例中,有機物蒸發器包括坩鍋300與一或多個供應管310。坩鍋300可以被填充以固體形式或液體形式的有機材料。接著,坩鍋被加熱到材料部分改變其聚結狀態成蒸氣的溫度。
典型地,蒸發器具有一密閉的幾何形態。亦即,孔洞110為蒸氣離開有機物蒸發器的唯一開口。由於有機物蒸發器內相較於外界環境具有較高的壓力,蒸氣可流出分佈管到基材320上。典型地,有機物蒸發器之密閉幾何形態內的壓力係和有機材料的蒸氣壓相應。此壓力典型地是在10-2 mbar範圍,例如約2×10-2 至4×10-2 mbar。相對地,有機物蒸發器外面的壓力可以介於約10-4 mbar與10-7 mbar之間。
第4圖為一塗覆設備之一實施例的側視圖。第4圖顯示塗覆腔室500內之有機物蒸發器實施例,其中該塗覆腔室500通常是在運作期間藉由一或多個真空泵(未示出)來排空(evacuate)。
典型地,根據實施例之塗覆設備包括進一步的製程腔室,該等進一步的製程腔室係位在有機物蒸發器之前與(或)之後。典型地,實施例之有機物蒸發器是被作為一垂直線性有機物蒸發器。典型地,多個基材係在同線地(in-line)被處理。亦即,有機材料是水平地被蒸發到垂直定向的基材上。典型地,基材是由一組裝線來持續地傳送,其中該組裝線具有設置成一列之多個不同的製程腔室。在典型實施例中,對於一基材而言,塗覆所需的時間間隔是介於10秒與4分鐘之間,更典型地為介於30秒與90秒之間。塗覆頻率係指在指定時間內所能塗覆的基材數量。
根據在此描述的實施例,塗覆設備可以包括一些有機物蒸發器。塗覆設備之製程腔室可以具有不同程度的真空度。典型地,欲塗覆的基材係在進入腔室以進行有機物塗覆之前經歷一或多個清潔製程步驟。更典型地,基材係在沉積一或多個有機層之後被塗覆以一無機層。這是因為有機材料對於氧是敏感的。所以,在許多實施例中,一蓋層將可保護有機材料層。
又,由於有機材料幾乎無法在濕式化學蝕刻製程中被蝕刻,在塗覆期間,基材通常借助於遮罩。典型地,遮罩對準於基材,典型地,具有高局部精確度的金屬罩係對準於基材。然後,基材被塗覆。
根據在此描述的實施例,蒸發器之壓力測量裝置包括一光學隔膜計10。在一些實施例中,光學隔膜計10為一真空測量胞室,其在一實例中包括一由Al2 O3 材料製成的第一外殼本體1與一由Al2 O3 材料製成的膜片2,該膜片2係以真空密封方式被配置成鄰近該第一外殼本體,從而在第一外殼本體與膜片之間建立一參考真空腔室。真空測量胞室可以包括一第二外殼本體4,其由Al2 O3 材料製成且以真空密封方式設置成和膜片2相對,從而在第二外殼本體與膜片之間建立一測量真空腔室26,第二外殼本體包括一用以連接該測量真空腔室到蒸發器管之內部的埠5。在第一外殼本體的中心區域中可以形成一光學穿透窗口33,並且在膜片的至少中心區域中可以將面對光學穿透窗口的膜片的表面形成為光學反射的。參考真空腔室外面而和窗口33相對且距離窗口33一距離處,可以配置一光饋送裝置(例如一或多個光纖維37、37’),用以將光饋送進出到膜片2的表面31上。又,可以在光饋送裝置37、37’與窗口33(在此亦稱為光學窗口)之間設置一透鏡裝置35,用於光學連接到膜片2的表面31(例如一鏡子或一鏡子塗層)。藉此,此配置形成一用以決定膜片2之彎曲性程度的測量部,例如藉由使用Fabry-Perot干涉計原理而形成Fabry-Perot干涉計。
在另一實施例中,其可與在此描述的任何其他實施例結合,壓力測量裝置包括一栓塞,光學隔膜計設置在栓塞中,並且栓塞係裝設在蒸發器管的一開口中,從而使得光學隔膜計的測量真空腔室連接到蒸發器管的內部,栓塞係光學上由石英構成且為圓錐形。
壓力測量裝置的一實例係顯示在第5圖,其繪示光學隔膜計10。第6A和6B圖(作為一實施例的進一步實例)顯示一壓力測量裝置12,壓力測量裝置12包括一栓塞14,光學隔膜計10設置在栓塞14中。如第6B圖的實例所示,光學隔膜計10係可操作地被提供在栓塞14內。在一實例中,如第6A圖所示,壓力測量裝置12係被提供用來偵測蒸發器之分佈管100內的壓力。栓塞14可以被提供在分佈管的壁中或填充分佈管的壁中的一開口,從而使得光學隔膜計10的測量真空腔室26可以接取分佈管100的內部。
栓塞14可以例如由石英製成。在一些實例中,栓塞14可以是圓錐形且中心地包圍光學隔膜計10。栓塞14係用來將壓力測量裝置12可操作地裝設在例如分佈管中,如第1B圖所示。圓錐形形態係進一步容許將壓力測量裝置12壓入蒸發器管的一開口(在此實例中為分佈管100的開口101)內而裝設壓力測量裝置12。可以選擇栓塞14的材料,從而使得在將栓塞壓入開口內時可在栓塞14與蒸發器管的壁之間提供例如一真空緊密密封。此外,由於栓塞14,壓力測量裝置12可輕易替換。
在一進一步實施例中,其可與在此描述的任何其他實施例結合,光學隔膜計10的光饋送裝置37、37’連接到蒸發器的分析器。一實例的分析器包括一干涉計、一分光計與一燈,如第7圖所示。藉此,光可以被饋送進出光學隔膜計10且被分析。
第5圖繪示光學隔膜計(optical diaphragm gauge,ODG)測量胞室的一實例,其由Al2 O3 製成且其結構係繞著膜片實質上對稱。此種類型的ODG測量胞室係被描述且繪示在US7,305,888B2,其在此被併入本文以作為參考。第一外殼1由一Al2 O3 製成的陶瓷板構成,其沿著其邊緣相對於膜片2約2μm至約50μm的距離處被緊密地黏接,藉此形成一參考真空腔室25。典型地,在組裝期間陶瓷板1的兩表面與膜片2之間的距離係藉由膜片邊緣和外殼1之間的密封材料3、3’直接地被建立。依此方式,可以使用一完全平坦的外殼板1。依相同方式,一測量真空腔室26被形成在相對膜片側上的第二外殼4中。對於待測量的媒質,真空腔室26是可經由一連接埠5通過外殼4中一開口而接取的。
膜片2之兩側上的密封件3、3’係界定了兩外殼1和4的距離,如前所述。此密封件係由例如玻璃膠(glass paste)構成,其中該玻璃膠可易於操控且可例如藉由網印來施加。玻璃膠的預熔或燒結溫度為例如約675℃至約715℃的範圍內。並且,密封溫度為例如約600℃至約630℃的範圍內。密封件3、3’可以由真空相容的材料製成。
在典型的測量胞室的外部直徑為約5 mm至約50 mm(典型地為約38 mm)且自由內部膜片直徑為約4 mm至約45 mm(典型地為約30 mm),第一和第二外殼之間的距離為約2μm至50μm(典型地為約12~35μm)。在此實例中,第一外殼1的外殼為約2~10 mm,第二外殼4具有相同的厚度。第一外殼1與第二外殼4通常是具有和所使用隔膜材料類似的膨脹係數的材料製成。非常合適的組合是高純度氧化鋁陶瓷(純度>96%,典型地純度>99.5%)、高純度氧化鋁陶瓷(sapphal ceramics)(純度大於99.9%的氧化鋁)、及藍寶石(sapphire)(單晶高純度氧化鋁,人造剛石)。第二外殼4的內部區域通常是設計成具有約0.5 mm深度的凹部,以為了擴大測量真空腔室26。
在參考真空側上,膜片2被塗覆以一反射膜而形成了一鏡子塗層31。有兩種塗覆該隔膜2與該窗口或該第一外殼以建立一Fabry-Perot干涉計的方式。可以用在Fabry-Perot干涉計之塗覆的主要概念係詳細地被描述在文獻中(參見Vaughan JM,The Fabry-Perot Interferometer,Adam Hilger Bristol and Philadelphia,2002)。第9圖中係繪示該兩方式。可以選擇一主要的金屬或介電系統。金屬塗層可以受介電塗層保護,以為了更容易進行進一步處理。
鏡子在一實施例中為一金屬鏡子,其被設計成一完全反射的膜。可以塗、印刷、噴灑或藉由真空製程之沉積的方式來塗覆該鏡子塗層31。在一實例中,鏡子塗層31主要含有金,並且藉由印刷來沉積,且其厚度為約0.3μm至約10μm。
在一些實施例中,一蒸發線14穿過第一外殼板1。此配置係確保測量胞室歷經長期間的精確功能,這是因為參考真空腔室藉此具有長時間穩定性的高品質真空。在第5圖的實施例中,蒸發線可以將參考真空腔室25與一設置有除氣配置(第5圖未示出)的除氣腔室13連接。在排空後,應提供一除氣器,其通常被配置成小體積而位在第一外殼上且和參考真空腔室連通。此除氣器係確保參考真空壓力比欲測量的壓力更低,典型地為低至少十倍。為了避免內部測量胞室空間的污染,應選擇一不蒸發的除氣器類型。根據另一實施例,其可與在此描述的任何其他實施例結合,蒸發線14係將參考真空腔室25與一製程真空腔室(例如一塗覆腔室)連接,該製程真空腔室中係提供有包括ODG的蒸發器10以為了蒸發。在此情況下,蒸發線14可以連接到製程真空腔室,而不是如第5圖所示連接到除氣腔室13。因此,參考真空腔室25內的參考真空係實質上對應於製程真空腔室中的壓力或真空。
第一外殼本體1可以全部由光穿透材料製成,或在其中心包括有形成一插置光學窗口33的穿透區域。一光學系統係直接地或以相隔距離的方式配置在穿透外殼1或窗口33後面,用於將Fabry-Perot干涉計耦接到移動膜片的反射表面,以能夠取決於待測量的壓力來測量膜片2的彎曲性。光和光學訊號係藉由至少一光纖維37、37’從干涉計被饋送到測量胞室,並且從測量胞室被饋送到干涉計。在一些實例中,穿透外殼1的內表面或參考真空腔室內窗口33相對於膜片之鏡子31的內表面係被塗覆以一部分穿透膜,典型地為一半穿透膜。當裝設測量胞室時,此塗層必須忍受數百℃的支撐溫度。在一些實施例中,藍寶石(sapphire)係被用作為穿透外殼1或窗口33,這是由於光學行為及可達到的準確性。然而,此材料是昂貴的,並且使用一插置窗口33較為便宜,及角度可以被調整且被最適化以為了測量系統的良好訊號品質。若使用了一插置窗口33,則其必須藉由一密封件32來密封,其中該密封件32具有和前述用來密封膜片2之密封件3、3’相同的類型。密封材料可以由經烘烤的玻璃膠構成,其中該經烘烤的玻璃膠係藉由將膠加熱至數百℃來形成。
第5圖顯示之實施例的測量胞室係被一固持件28與一加熱器環繞。藉由此加熱器30,胞室可以被加熱至高於欲測量之真空製程所涉及之物質的凝結溫度。典型地,胞室的溫度係高於凝結溫度至少10℃。一典型的溫度是在100℃至600℃的範圍內。所使用的化學物質通常是非常激進的,並且加熱是一種可將其保持遠離測量胞室之敏感部分的有效方式。這些方式係確保胞室在所執行製程的長時間期間可運作成具有高精確性和高再現性。
在經加熱的測量胞室配置中,諸如玻璃纖維的光學系統不會變得太熱而使其不會受損壞且系統的光學精確性不受惡劣影響是重要的。如第5圖所示,裝設纖維37、37’時使其連接器足以遠離熱測量胞室一距離而讓纖維處溫度低於100℃,此問題可以獲得解決。舉例而言,纖維可以藉由一固持件28’(例如一不銹鋼的管子)而遠離胞室數公分的距離,以降低溫度。在此情況下,一透鏡裝置(例如透鏡35)係配置在纖維與外殼1或窗口33之間,以為了將光學訊號最適化地耦接到膜片。
整個測量胞室配置能夠以一環繞該整個測量胞室配置的罩體29來保護。在一些實例中,測量埠5以及測量真空腔室26和其膜片2沒有直接暴露於蒸發器管,其中該蒸發器管處存在有激進條件。在此情況下,埠5藉由一隔板腔42(其包括一作為隔板的保護板41)連接到一凸緣40,而和蒸發氣管的內部連接。
一些實施例的膜片可以由下述方法來製造。製造膜片可反射光學光之參考真空側之一部分的一些方式為:一方法是黏附一小且薄的反射板31到氧化鋁膜片上。另一方法是蒸發一金鏡子31到藍寶石膜片(sapphire membrane)上。一鉻層被放置在藍寶石與金之間以改善金在藍寶石上的附著性。一進一步方法是塗在其上、印刷在其上或噴灑在其上。介電塗層是以類似方式用來取代金屬層被設置在膜片上,或者介電塗層是以類似方式被放置在金屬層的頂部上而被設置在膜片上。
在此描述的進一步實施例中,膜片2(在此亦稱為隔膜2)典型地是由藍寶石製成。在一實施例中,藍寶石為一單晶氧化鋁(Al2 O3 ;人造剛石)而具有明確的晶體方位。所以,許多物理參數取決於方向。
此材料選擇具有下列性質:其可抵抗半導體工業中所使用之製程氣體(例如氟化物(諸如NF3 、CH2 F2 、SF6 、CF4 、CHF3 )、氯化物(諸如Cl2 、HCl)和溴化物(諸如HBr)氣體或水蒸氣)的腐蝕。由於其為單晶,其比多晶氧化鋁陶瓷具有更平滑的表面。這容許更平滑的鏡子表面。此外,平滑的單晶表面可減少表面上薄膜成核位置的數量。這致使在膜片2之製程側上減少的薄膜沉積,以及進而由於較慢的膜片薄膜應力累積而致使較少的感測器飄移(drift)。其具有高的彎曲強度。這容許以更薄的薄片2來達到更大的彎曲性,藉此容許延伸計的測量範圍及在非常低壓力範圍中達成更高精確性。
在一些實施例中,藍寶石膜片2的厚度小於150μm。藉此,可以比Al2 O3 達到高達兩倍之更高的彎曲性。
根據其他實施例,膜片2是從藍寶石晶體切割出,從而使膜片係一般垂直於C-軸(結構標號0001)。此方位係為了容許更大之欲垂直於隔膜(而非正垂直於隔膜)的熱膨脹係數。這樣的軸方位的選擇係致使增加之垂直彎曲中的熱膨脹以及更高之作為溫度函數的感測器偏移。藉此,意圖減少薄膜片的扣鎖(buckling)。實施例之實例的藍寶石膜片2具有約5~80 mm的直徑(典型的範圍為約5~40 mm),以及約0.04~0.76 mm的厚度(典型的數值為約0.07~1.0 mm),以避免涉及扣鎖的問題。在鏡子31的區域中,頂部與底部平面應該平行至0.005 mm或更佳,並且具有N4或Ra 0.35或更佳的表面粗糙度。
在一進一步實施例中,可使用一全反射鏡子來作為鏡子31。膜片2之參考真空側上的鏡子31可以由貴金屬(典型地為金)製成。可被添加一鉻層以改善金在藍寶石上的附著性。諸如金或銀之貴金屬塗層的燒結溫度係高達850℃。一單鉻層有時候也是足夠的。一替代的解決方式是由一單層或多層之介電鏡子來構成。
第一外殼本體1可以由氧化鋁陶瓷或藍寶石製成。藍寶石基部的使用係造成基部之熱膨脹係數和膜片的匹配。由於成本理由,可以使用由氧化鋁陶瓷製成之一第一外殼本體。根據一實例,在外殼本體中,鑽鑿一孔洞,一作為窗口33的半穿透鏡子以及光纖維之附加零件被裝設在孔洞內。
在一些實施例中,可以使用一半穿透鏡子作為窗口33,如第5、8和9圖所示。半穿透鏡子(在此亦稱為半反射鏡子)在一些實施例中係由被蒸發在清晰藍寶石窗口表面34之上的鉻製成。鉻層的厚度為例如約5 mm。為了進一步改善鉻層免於氧化的保護,可以添加一保護五氧化二鉭(Ta2 O5 )到鉻層的頂部上作為保護層。
在裝設膜片之前,藍寶石窗口33能夠以和前述相同的方式(例如以經烘烤的玻璃膠)被裝設到外殼本體。
當膜片2上鏡子31與外殼本體1中半穿透鏡子34為實質上或精確地平行時,可以達到良好的壓力測量裝置的敏感度。在一些實例中,最大之容忍的傾斜[α]+[β]+[γ]為0.05 mrad,如第8圖所示。藉此,可以達到ODG腔的實質平行。
在一些實施例中,一隔板41被裝設在感測器頭部的前方且具有至少兩目的,如第5圖所示。第一,其確保敏感膜片2沒有涉及直接的光線。氣體微粒在抵達膜片2之前因此和計表面撞擊至少兩次。典型地,容易凝結的氣體係在其凝結於膜片表面上之前沉積在隔板表面上。這可減少感測器偏移且延長感測器的壽命時間。因必要的壁撞擊,隔板也用來將電漿轉換成低電荷狀態(典型地為中性電荷狀態)的氣體。
一實施例包括一衝式感測器(dive-in-sensor)。ODG感測器概念也可以被用在一衝式配置(dive-in arrangement)中,其一實例係顯示在第10圖。在此實施例中,感測器胞室沒有從蒸發器管的內部縮回。感測器頭部可以直接地被裝設在蒸發器管300、310、100的凸緣40、40’上。膜片和感測器外殼可以由抗腐蝕的材料製成。
在實施例之一些實例中,可以提供多工感測器頭部。光學讀取(optical read-out)也容許多個感測器頭部由單個分光計來讀取。這是藉由使用在分光計入口狹縫處以平行方式來堆疊之個別纖維來達成,或藉由使用分支纖維或纖維開關來達成。感測器頭部可以位在蒸發器的位置處並且此外位在蒸發器的不同位置處,其為進一步蒸發器的且塗覆設備的。在一些實施例中,一些感測器頭部可以被放置在同一凸緣40、40’上而彼此鄰接。這顯示在第10圖,其繪示一具有多個頭部的衝式感測器。頭部可以是相同類型以容許重複(redundancy),或可以是由不同類型組成以涵蓋重疊或鄰近的壓力範圍。這容許使用蒸發器僅一凸緣位置的同時可涵蓋一更大的範圍。
當以固持裝置43來裝設一些感測器於一凸緣40、40’上時,各感測器頭部可以藉由改變膜片尺寸而適用於不同的壓力範圍。藉此,操作者可以使用蒸發氣管僅一埠的同時來測量相同的與(或)不同的壓力範圍。這是成本降低,這是因為需要較少時間來裝設且較少時間來建立該些感測器和其資料擷取系統之間的界面。
根據一實施例,一種用以將蒸氣施加到基材的方法係包括:使用任何前述實施例之蒸發器來提供蒸氣;施加蒸氣到基材;以及測量蒸發器管內蒸氣的壓力。根據實施例,蒸發器包括一用以於一塗覆速率施加蒸氣到基材的蒸發器,該蒸發器包括一蒸發器管,該蒸發器管具有一含有至少一噴嘴出口的分佈管,並且其中該蒸發器管包括一壓力測量裝置,該壓力測量裝置包括一光學隔膜計。
在此描述之實施例的蒸發器、塗覆設備及方法係容許藉由蒸發器管中的一壓力測量裝置來決定沉積速率。根據在此描述的實施例,壓力測量裝置包括一光學隔膜計,其可抗腐蝕且(或)可用在高溫與(或)高電磁干擾(Electro Magnetic Interference,EMI)環境中。
根據一實施例,提供一種用以於一塗覆速率施加蒸氣到基材的蒸發器,該蒸發器包括一蒸發器管,該蒸發器管具有一含有至少一噴嘴出口的分佈管,並且其中該蒸發器管包括一壓力測量裝置,該壓力測量裝置包括一光學隔膜計。
在一實施例中,其可與在此描述的任何其他實施例結合,壓力測量裝置被提供在蒸發器管中。
在一實施例中,其可與在此描述的任何其他實施例結合,蒸發器管更包括一坩鍋以及一連接坩鍋和分佈管的供應管,壓力測量裝置被提供在選自由供應管及坩鍋所構成群組之構件中。
在一實施例中,其可與在此描述的任何其他實施例結合,光學隔膜計是一真空測量胞室,真空測量胞室包括:一由Al2 O3 材料製成的第一外殼本體;一由Al2 O3 材料製成的膜片,其係以真空密封方式被配置成鄰近該第一外殼本體,從而在第一外殼本體與膜片之間建立一參考真空腔室;一由Al2 O3 材料製成的第二外殼本體,其係以真空密封方式被提供成和膜片相對,從而在第二外殼本體與膜片之間建立一測量真空腔室;該第二外殼本體包括一用以將測量真空腔室連接到蒸發器管之內部的埠,其中在第一外殼本體的中心區域中形成一光學穿透窗口,以及在膜片之至少中心區域中將面對光學穿透窗口的膜片的表面形成為光學反射的,並且其中參考真空腔室外面而和窗口相對且距離窗口一距離處配置一光饋送裝置用以將光饋送進出到膜片的表面上,並且其中在光纖維與窗口之間設置一透鏡裝置用於光學連接到膜片的表面,從而使得此配置形成一用以決定膜片之彎曲性程度的測量部,例如使用Fabry-Perot干涉計原理。在一實施例中,此配置被形成為一Fabry-Perot干涉計。
在一實施例中,其可與在此描述的任何其他實施例結合,壓力測量裝置包括一栓塞,光學隔膜計被提供在栓塞中,並且栓塞被提供在蒸發器管的一開口中。
在一實施例中,其可與在此描述的任何其他實施例結合,栓塞由石英構成。
在一實施例中,其可與在此描述的任何其他實施例結合,栓塞為圓錐形。
在一實施例中,其可與在此描述的任何其他實施例結合,壓力測量裝置包括一栓塞,光學隔膜計被提供在栓塞中,並且栓塞被提供在蒸發器管的一開口中,從而使得光學隔膜計的測量真空腔室連接到蒸發器管的內部。
在一實施例中,其可與在此描述的任何其他實施例結合,真空測量胞室之膜片為由藍寶石類型之Al2 O3 材料製成。
在一實施例中,其可與在此描述的任何其他實施例結合,真空測量胞室之第一外殼本體為至少部分由藍寶石類型之Al2 O3 材料製成,並且該部分被放置在中心區域中以形成一光學穿透窗口。
在一實施例中,其可與在此描述的任何其他實施例結合,光學穿透窗口被形成為一單一插置件,單一插置件由藍寶石製成且以真空密封方式被裝設到第一外殼本體。
在一實施例中,其可與在此描述的任何其他實施例結合,蒸發器是一用以於一塗覆速率施加有機物蒸氣到基材的有機物蒸發器。
根據一進一步實施例,提供一種用以塗覆基材的塗覆設備,塗覆設備具有用以於一塗覆速率施加蒸氣到基材的至少一蒸發器,蒸發器包括一蒸發器管,該蒸發器管具有一含有至少一噴嘴出口的分佈管,並且其中該蒸發器管包括一壓力測量裝置,該壓力測量裝置包括一光學隔膜計。
根據一又進一步實施例,提供一種用以施加蒸氣到基材的方法,該方法包括:使用一蒸發器來提供蒸氣,以於一塗覆速率施加蒸氣到基材,該蒸發器包括一蒸發器管,該蒸發器管具有一含有至少一噴嘴出口的分佈管,並且其中該蒸發器管包括一壓力測量裝置,該壓力測量裝置包括一光學隔膜計;施加蒸氣到基材;以及測量蒸發器管內的蒸氣的壓力。
在一實施例中,其可與在此描述的任何其他實施例結合,蒸氣被提供在蒸發器管內,並且在蒸發器管內測量蒸氣的壓力。
在一實施例中,其可與在此描述的任何其他實施例結合,提供蒸氣係包括以下步驟:藉由加熱被提供為粒狀材料或材料線的材料來製造蒸氣。
在一實施例中,其可與在此描述的任何其他實施例結合,方法更包括以下步驟:藉由遮罩來將基材予以結構化。
在一實施例中,其可與在此描述的任何其他實施例結合,蒸氣是一有機物蒸氣,方法選擇性地更包括以下步驟:施加一無機蓋塗層到基材。
在一實施例中,其可與在此描述的任何其他實施例結合,蒸氣被提供在蒸發器管內,並且蒸發器管內的蒸氣的壓力係經調整介於2×10-12 mbar與4×10-2 mbar之間。
在一實施例中,其可與在此描述的任何其他實施例結合,光學隔膜計包括一測量部,測量部包括一膜片,膜片係從選自由陶瓷材料、Al2 O3 材料、及藍寶石類型之Al2 O3 材料所構成群組之至少一材料來製成。在一些實施例中,其可與在此描述的任何其他實施例結合,光學隔膜計係適於分別測量隔膜或膜片之彎曲性。
本文是利用實例來揭露本發明(包括最佳模式),及亦來使任何熟習此技藝之人士可使用和利用本發明。儘管本發明已經以各種特定實施例來描述,熟習此技藝之人士可瞭解的是,本發明能夠以在申請專利範圍的精神和範疇內的變化來實現。尤其,前述實施例之實例及實施例或其變化的彼此非專有特徵可以互相組合。本發明之可專利範疇是由申請專利範圍來界定,並且可以包括熟習此技藝之人士所涉及的其他實例。這樣的其他實例亦落入申請專利範圍的範疇內。
雖然前述說明是導向本發明的實施例,可以在不脫離本發明之基本範疇下設想出本發明的其他和進一步實施例,並且本發明的範疇是由隨附申請專利範圍來決定。
1...第一外殼本體
2...膜片(隔膜)
3、3’...密封材料
4...第二外殼本體
5...埠
5’...埠
10...壓力測量裝置(光學隔膜計)
12...壓力測量裝置(光學隔膜計)
13...除氣腔室
14...栓塞
25...參考真空腔室
26...測量真空腔室
28...固持件
28’...固持件
29...罩體
30...加熱器
31...表面(鏡子塗層)
32...密封件
33...光學穿透窗口
34...半穿透鏡子
35...透鏡裝置
37、37’...光纖維
40...凸緣
40’...凸緣
41...隔板
42...隔板腔
43...固持裝置
100...分佈管
101...開口
110...噴嘴出口
300...坩鍋
310...供應管
320...基材
330...閥
500...塗覆腔室
可藉由參考本發明之實施例來詳細瞭解本發明之說明,其簡短地在前面概述過,其中該些實施例在附圖中示出。附圖係關於本發明之實施例且被描述於下文中。一些前述實施例將藉由參照附圖而以更詳細的方式被描述在以下典型實施例的說明中,其中:
第1A和1B圖係顯示蒸發器之一實施例,第1A圖繪示蒸發器之蒸發器管的前視圖且第1B圖繪示蒸發器之側視圖;
第2圖係繪示蒸發器之另一實施例;
第3圖係繪示蒸發器之一進一步實施例;
第4圖係顯示塗覆設備之一實施例的剖面側視圖;
第5圖係繪示在此描述之實施例的壓力測量裝置;
第6A圖係顯示第1B圖中所顯示蒸發器之蒸發器管的部分剖面圖;
第6B圖係繪示第6A圖中所顯示蒸發器之壓力測量裝置的一實施例;
第7圖係顯示一實施例之壓力測量裝置;
第8圖洗繪示實施例之壓力測量裝置之一參考真空腔室;
第9圖係繪示塗覆被包括在實施例中之隔膜和光學隔膜計之窗口的兩種方式;
第10圖係顯示實施例之壓力測量裝置之一衝式配置(dive-in arrangement),其具有多個測量頭部。
可理解的是一實施例的元件可以有利地被應用在其他實施例中,而無須贅述。
10...壓力測量裝置
100...分佈管
110...噴嘴出口
300...坩鍋
310...供應管
320...基材

Claims (25)

  1. 一種用以於一塗覆速率施加蒸氣到一基材的蒸發器,包含:一蒸發器管,其具有一含有至少一噴嘴出口的分佈管;及其中該蒸發器管包括被提供於該蒸發器管內之一壓力測量裝置,該壓力測量裝置包含一光學隔膜計。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之蒸發器,其中該壓力測量裝置被提供在該分佈管中。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之蒸發器,其中該蒸發器管更包含一坩鍋以及一連接該坩鍋和該分佈管的供應管,該壓力測量裝置被提供在選自由該供應管及該坩鍋所構成群組之構件中。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之蒸發器,其中該光學隔膜計是一真空測量胞室,該真空測量胞室包含:一第一外殼本體,其由Al2 O3 材料製成;一膜片,其由Al2 O3 材料製成,並且以真空密封方式被配置成鄰近該第一外殼本體,從而在該第一外殼本體與該膜片之間建立一參考真空腔室; 一第二外殼本體,其由Al2 O3 材料製成且以真空密封方式被提供成和該膜片相對,從而在該第二外殼本體與該膜片之間建立一測量真空腔室,該第二外殼本體包括一用以將該測量真空腔室連接到該蒸發器管之內部的埠;其中在該第一外殼本體的中心區域中形成一光學穿透窗口,以及在該膜片之至少中心區域中將面對該光學穿透窗口的膜片的表面形成為光學反射的,並且其中該參考真空腔室外面而和該窗口相對且距離該窗口一距離處配置一光饋送裝置,用以將光饋送進出到該膜片的表面上,並且其中在該光饋送裝置與該窗口之間設置一透鏡裝置,用於光學連接到該膜片的表面,從而使得此配置形成一用以決定該膜片之彎曲性程度的測量部。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之蒸發器,其中該壓力測量裝置包括一栓塞,該光學隔膜計被提供在該栓塞中,並且該栓塞被提供在該蒸發器管的一開口中。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之蒸發器,其中該栓塞由石英構成。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之蒸發器,其中該栓塞為圓錐形。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之蒸發器,其中該光學隔膜計包含一測量部,該測量部包括一膜片,該膜片係從選自由陶瓷材料、Al2 O3 材料、及藍寶石類型之Al2 O3 材料所構成群組之至少一材料來製成。
  9. 如申請專利範圍第2項所述之蒸發器,其中該光學隔膜計包含一測量部,該測量部包括一膜片,該膜片係從選自由陶瓷材料、Al2 O3 材料、及藍寶石類型之Al2 O3 材料所構成群組之至少一材料來製成。
  10. 如申請專利範圍第4-9項中任一項所述之蒸發器,其中該壓力測量裝置包括一栓塞,該光學隔膜計被提供在該栓塞中,並且該栓塞被提供在該蒸發器管的一開口中,從而使得該光學隔膜計的該測量真空腔室連接到該蒸發器管的內部。
  11. 如申請專利範圍第4-9項中任一項所述之蒸發器,其中該真空測量胞室之該膜片為由藍寶石類型之Al2 O3 材料製成。
  12. 如申請專利範圍第4-9項中任一項所述之蒸發器,其中該光學穿透窗口係符合以下群組之至少一者所述之條件而形成: 該真空測量胞室之該第一外殼本體為至少部分由藍寶石類型之Al2 O3 材料製成,並且該部分被放置在中心區域中以形成一光學穿透窗口;以及該光學穿透窗口被形成為一單一插置件,該單一插置件由藍寶石製成且以真空密封方式被裝設到該第一外殼本體。
  13. 如申請專利範圍第1-9項中任一項所述之蒸發器,其中該蒸發器是一用以於一塗覆速率施加有機物蒸氣到該基材的有機物蒸發器。
  14. 一種用以塗覆基材的塗覆設備,其具有如申請專利範圍第1-9項中任一項之至少一蒸發器,該至少一蒸發器係用以於一塗覆速率施加蒸氣到一基材。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之塗覆設備,其中該壓力測量裝置包括一栓塞,該光學隔膜計被提供在該栓塞中,並且該栓塞被提供在該蒸發器管的一開口中,從而使得該光學隔膜計的該測量真空腔室連接到該蒸發器管的內部。
  16. 如申請專利範圍第14項所述之塗覆設備,其中該光學穿透窗口係符合以下群組之至少一者所述之條件而形成: 該真空測量胞室之該第一外殼本體為至少部分由藍寶石類型之Al2 O3 材料製成,並且該部分被放置在中心區域中以形成一光學穿透窗口;以及該光學穿透窗口被形成為一單一插置件,該單一插置件由藍寶石製成且以真空密封方式被裝設到該第一外殼本體。
  17. 如申請專利範圍第14項所述之塗覆設備,其中該蒸發器是一用以於一塗覆速率施加有機物蒸氣到該基材的有機物蒸發器。
  18. 一種用以施加蒸氣到一基材的方法,包含:使用一蒸發器來提供蒸氣,以於一塗覆速率施加蒸氣到該基材,該蒸發器包含一蒸發器管,該蒸發器管具有一含有至少一噴嘴出口的分佈管,並且其中該蒸發器管包括被提供於該蒸發器管內之一壓力測量裝置,該壓力測量裝置包含一光學隔膜計;施加蒸氣到該基材;及測量該蒸發器管內的蒸氣的壓力。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之方法,其中蒸氣被提供在該蒸發器管內,並且在該蒸發器管內測量蒸氣的壓力。
  20. 如申請專利範圍第18項所述之方法,其中該光學隔膜計是一真空測量胞室,該真空測量胞室包含:一第一外殼本體,其由Al2 O3 材料製成;一膜片,其由Al2 O3 材料製成,並且以真空密封方式被配置成鄰近該第一外殼本體,從而在該第一外殼本體與該膜片之間建立一參考真空腔室;一第二外殼本體,其由Al2 O3 材料製成且以真空密封方式被提供成和該膜片相對,從而在該第二外殼本體與該膜片之間建立一測量真空腔室,該第二外殼本體包括一用以將該測量真空腔室連接到該蒸發器管之內部的埠;其中在該第一外殼本體的中心區域中形成一光學穿透窗口,以及在該膜片之至少中心區域中將面對該光學穿透窗口的膜片的表面形成為光學反射的,並且其中該參考真空腔室外面而和該窗口相對且距離該窗口一距離處配置一光饋送裝置,用以將光饋送進出到該膜片的表面上,並且其中在該光饋送裝置與該窗口之間設置一透鏡裝置,用於光學連接到該膜片的表面,從而使得此配置形成一用以決定該膜片之彎曲性程度的測量部。
  21. 如申請專利範圍第18-20項中任一項所述之方法,其中提供蒸氣係包括以下步驟:藉由加熱被提供為粒狀材料或材料線的材料來製造蒸氣。
  22. 如申請專利範圍第18-20項中任一項所述之方法,更包含以下步驟:藉由一遮罩來將該基材予以結構化。
  23. 如申請專利範圍第18-20項中任一項所述之方法,其中蒸氣是一有機物蒸氣,該方法選擇性地更包含以下步驟:施加一無機蓋塗層到該基材。
  24. 如申請專利範圍第18-20項中任一項所述之方法,其中蒸氣被提供在該蒸發器管內,並且該蒸發器管內的蒸氣的壓力係經調整介於2×10-12 mbar與4×10-2 mbar之間。
  25. 如申請專利範圍第18-20項中任一項所述之方法,其中該光學隔膜計包括一測量部,該測量部包括一膜片,該膜片係由選自由陶瓷材料、Al2 O3 材料、及藍寶石類型之Al2 O3 材料所構成群組之至少一材料來製成。
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