[发明专利]倒易式蒸发装置

说明书

技术领域

本申请涉及材料沉积技术，尤其涉及蒸发沉积系统。

背景技术

常规的蒸发镀膜系统100，参照图1，包括可以由泵系统107对其抽真空的真空腔室105。衬底110位于顶部。一个或多个蒸发源120位于底部。蒸气由蒸发源120产生，并上升至顶部。蒸发源120可以蒸发例如锡和硫之类的膜材。每个蒸发源可由加热元件125（通常采用坩埚或蒸发舟）加热，以产生上升的蒸气。PID（比例-积分-微分）控制器115用来控制位于衬底110上方的衬底加热器117。采用PID控制器是因为其与大多数简单的温控器相比具有更好的控制精度和更快的响应速度。为了监测膜层的沉积厚度，石英传感器130放置在衬底的一侧，用来收集从蒸发源120流出的蒸气流。厚度监测仪135用来控制和读取来自石英传感器130的厚度信号。

蒸发镀膜沉积所面临的一个挑战是难以保证均匀地沉积在衬底上，尤其是在大块衬底上。与常规系统有关的另一个挑战是在沉积过程中衬底在加热时会软化和下垂。在常规的系统中，对坩埚或蒸发舟内的温度梯度或温度场很少或没有精确的控制。也很难在最大限度地减少浪费沉积在腔壁上膜材的同时，获得高的材料利用率。

发明内容

本发明公开的沉积装置，可以最大程度地减小衬底的变形，尤其是在工艺温度较高时，简化衬底传送机构，并对蒸气流提供精确的控制。所公开的沉积装置可以提高沉积均匀性，增加材料利用率，使在衬底上的沉积最大化，以及使在腔壁上的沉积最小化。所公开的沉积装置对坩埚或蒸发舟内的温度场或分布的精确控制有很大的改善，这是避免材料“飞溅”的必要特征，因而消除了在所沉积薄膜上出现诸如针孔的缺陷。所公开的装置适用于平面刚性衬底或柔性衬底，以及不同的衬底位置：顶部、底部、侧面或斜面。所公开的装置也具有更高效率的加热系统，并且提高了温度的可控性。

在一个总的方面，本发明所涉及一种包括一个或多个蒸发源的沉积装置，每个蒸发源包括：带有开口并用于盛放膜材的容器；与容器相邻且与之有热交换的第一源加热器，其中第一源加热器用于提升膜材的温度，以产生膜材蒸气；以及用于封闭容器和第一源加热器的源封闭体，其中，源封闭体包括用于引导膜材蒸气流向衬底的出气口。沉积装置包括多个与衬底有热交换的第一衬底加热器，其中所述衬底包括用于通过冷凝蒸气来接受膜材沉积的沉积表面，其中多个衬底加热器用于加热衬底的不同部位到不同的温度。

该系统的实施可以包括以下一个或多个特征：衬底可位于蒸发源下方，其中衬底的沉积表面朝上，源封闭体的出气口基本朝下。第一源加热器可以位于容器的下方。第一衬底加热器可以位于衬底的下方。沉积装置可进一步包括一个或多个围绕在源封闭体和衬底之间的空间周围的第二衬底加热器，其中一个或多个第二衬底加热器用来使衬底温度均匀。沉积装置可进一步包括位于容器开口附近的第二源加热器，其中第二源加热器用来增加开口附近的蒸汽压，以防止膜材从容器中飞溅。源封闭体可包括一个或多个密封的器壁，其中容器包括一个开口，该开口朝向其中一个密封的器壁，该密封的器壁与源封闭体的出气口相对。源封闭体的一个或多个密封的器壁以及容器可以限定一个或多个流动路径，以引导蒸气从容器的开口流向源封闭体的出气口。第一源加热器可位于朝向源封闭体的出气口的容器的一侧。衬底的沉积表面可基本垂直放置，其中源封闭体的出气口基本沿着水平方向朝向沉积表面。第一源加热器可位于容器的下方。第一衬底加热器可位于与源封闭体相对的衬底的一侧。沉积装置可进一步包括一个传动机构，用来产生衬底与一个或多个蒸发源之间的相对运动，使得膜材可被沉积在沉积表面的不同位置。

在另一个总的方面，本发明涉及一种材料沉积方法。该方法包括盛放膜材于封闭在蒸发源中的容器内，其中该容器包括一个开口；通过第一源加热器对容器中的膜材进行加热，以产生膜材蒸气；引导蒸气从容器流向源封闭体的出气口；引导膜材蒸气流向衬底；通过多个与衬底有热交换的第一衬底加热器对衬底加热，可将衬底的不同部位加热到不同的温度；通过蒸气在衬底上的冷凝来沉积膜材到衬底上。