用于为CVD或者PVD装置产生蒸气的设备和方法与流程

本发明还涉及一种用于产生用于CVD或者PVD装置的蒸气的设备、尤其用于实施所述方法，所述设备具有蒸发装置，蒸发装置具有能加热至蒸发温度的第一热传导面，第一热传导面用于向置入蒸发装置中的固体的或者液体的颗粒传导蒸发热，其中，通过颗粒的蒸发产生的蒸气由载体气沿载体气的流动方向从蒸发装置输送出。

专利文献WO 2012/175124、DE 10 2011 051 261 A1或者DE 10 2011051 260 A1公开了用于提供蒸气的设备，其具有一个或者多个细孔式的发泡体，其通过接通电流而导升至蒸发温度。这些文献还公开，有利的是，基于颗粒尺寸的不一致，利用气溶胶较薄地涂覆开放孔隙式的发泡体的腔室壁，使得通过穿透被涂层的腔室壁的热量输入可以均匀蒸发涂层。

专利文献WO 2012/175126或者WO 2012/175128公开了一种蒸发设备和一种蒸发方法，其中，蒸气被引入多级控温装置。在上游的控温级中蒸气或者承载蒸气的载体气被升至均一的温度。这在开放式孔隙的发泡体中进行，发泡体被加热至使蒸气不在发泡体的腔室壁上冷凝的温度。布置在下游的开放孔隙的第二发泡体具有较低的温度，使得蒸气在那里可以在腔室表面上冷凝。下游的温度级保持在冷凝和蒸发处于平衡中的温度，使得在平均时间内腔室壁上不构成非气态材料的富集。

在涂层方法中或者在涂层装置中所期望的是，突然地关断和接通反应气、尤其通过气溶胶的蒸发提供的反应气。在实践中为此使用阀门，该阀门使得在载体气中运输的过程气体流被转向旁通管路，旁通管路使过程气体流在过程室旁流过。通过切换可以使得在通风运行中稳定的过程气体流导入过程室。在这种切换中，流过过程室的气体的总流通常会改变，使得过程气体流在瞬态振荡阶段之后才稳定。此外，通过使过程气体在过程室旁的引导产生非预期的材料损失。所使用的材料是昂贵的有机、尤其高纯度材料，出于成本原因应该以尽可能高的效率对所述材料进行使用。

有机颗粒在蒸发温度下蒸发并且必须于其在载体气中运输期间保持在避免冷凝的温度。为此加热输送管的壁。技术上的问题还在于，气溶胶在近似真空条件下具有相对较低的热容，使得导入足够多的蒸发热需要相应较高的温度梯度。另一方面，有机颗粒仅具有有限的化学稳定性。在蒸发温度以上的温度时其会化学分解。本发明的应用领域既在物理气相沉积，也在化学气相沉积。

本发明要解决的技术问题在于在使用方面有利地改进这种方法或者这种设备。

上述技术问题通过在权利要求中给出的本发明解决。

首先和基本的是建议一种调制装置。调制装置沿流动方向布置在蒸发装置之后并且可以是单级或者多级的。如上文在现有技术中所述，可由固体发泡体构造的单级或者多级的蒸发装置被加热至蒸发温度。优选地被预加热的载体气被输入构成第一热传导面的多孔体中。在该多孔体中也输入具有液体或者固体颗粒的气溶胶。该颗粒与升至蒸发温度的热传导面发生接触。热传导面是开放式孔隙的发泡体的腔室壁。优选的是，所述方法在下述压力下执行，在该压力下在载体气中的颗粒的自由粒子路径仅略小于构成蒸发面的固体发泡体的孔径。该压力可以为几毫巴。在颗粒接触到蒸发面时，蒸发热被输入颗粒，使颗粒被蒸发。该蒸气由载体气从蒸发装置运出并进入调制装置。调制装置具有至少一个具有两个热传导面的元件。本发明优选的改进设计方案如下所述：调制装置的一个或者多个元件与蒸发装置的一个或者多个元件相同地构造。针对不相同的原材料的多个蒸发级可以前后相继地布置，所述原材料分别作为气溶胶导至蒸发体。这就使得在上游的蒸发体中产生的蒸气穿过处于下游的第二蒸发级的蒸发体。由多个蒸气组成的混合物则可以从最后的热传导载体中排出。所有情况中优选导电的固体发泡体。调制装置的至少一个元件不仅可以保持在蒸发温度上，使得蒸气和载体气不受阻碍地通过调制装置排出。按照本发明规定，调制装置的至少一个元件可以冷却至蒸气的冷凝温度。若要产生具有不相同的蒸发温度的多个蒸气，则调制装置可以冷却至使具有最低蒸发温度的蒸气发生冷凝的冷凝温度。该冷凝温度可以比蒸发温度低20℃。例如蒸发温度可以在350℃。调制装置就至少区域式地从350℃冷却至330℃。在该温度下，从蒸发装置输送至调制装置中的蒸气的至少大部分能够在调制装置中冷凝，使得仅有载体气不受阻碍地穿过调制装置，然而蒸气完全地、至少近似完全地从载体气中凝析出来。蒸气在调制装置的热传导面上冷凝，即在开放孔隙式的固体发泡体的腔室壁上冷凝。在蒸气供应阶段中，在此时间内不进行在热传导面上的材料富集。蒸气在热传导面上的可能的冷凝与再蒸发处于热力学平衡中，使得蒸气和载体气基本上不受阻碍地穿过调制装置。在调制温度降低时在平均时间内通过冷凝在第二热传导面上进行材料富集。调制装置和蒸发装置优选地位于壳体中，其中，壳体壁被加热至大于或者等于颗粒蒸发的温度。由此保证，在设备向CVD或者PVD反应器的进气机构输入蒸气的供应蒸气阶段中，在壁上不会发生冷凝。在不应向CVD或者PVD反应器的进气机构输送蒸气的中断阶段中，调制装置的至少一个元件被冷却至使蒸气从载体气中冷凝出的温度。这优选地通过导入冷却剂实现，其中规定，冷却剂是被输送至载体气流中的冷却气。在此，冷却气管路可以向在调制装置的两个元件之间的间隙中突伸。由此向该间隙中输送的冷却气既将冷却调制装置的上游的元件的下游部段，也将冷却调制装置的下游的元件的上游部段冷却至使蒸气在腔室壁上析出的温度。在中断阶段期间还向蒸发装置中输送气溶胶。蒸发装置可以包括多个元件，其中，形式为开放孔隙式的发泡体的上游的元件仅用于加热载体气。气溶胶输送至在沿流动方向布置在后的两个元件之间的间隙中。为此使用通入间隙的气溶胶供应管路。通过气溶胶的反向扩散，蒸发不仅在蒸发装置的下游的元件中而且也在蒸发装置的上游的元件的下游部段中进行。所述设备具有调节装置。调节装置与传感器连接，所述传感器布置在调制装置的下游并且能检测蒸气在载体气中的浓度或者分压力。调节装置向调制装置的加热装置和可以用来设置冷却气流量的质量流控制器输出控制信号。通过改变调制装置的加热功率、尤其通过改变冷却气流量可以将调制装置的功能从蒸气可穿过式向蒸气受阻式切换。借助调节装置也可以灵敏地设置调制装置的温度，使得在供应蒸气阶段中在第二热传导面上形成的冷凝物被蒸发掉。通过适度配量冷却气可以调整蒸发温度，使得蒸发器提供不变的蒸发速率(Dampfrate)。借助蒸发装置可以针对蒸气设置粗略的供应速率(Lieferrate)。借助调制装置可以灵敏地控制蒸气供应速率，其中，调制装置可以在蒸气完全可穿过状态与蒸气完全不可穿过的状态之间无极地调整。视为有利的是，用按照本发明的设备或者用按照本发明的方法可以将蒸气供应装置在两种运行状态之间突变地或者也可以连续地切换。可以去掉机械阀门，该阀门的切换精度和密封性在此处所用的250℃以上的温度时会产生问题。这实现对有机原材料的高效利用，因为当在过程室中不存在基材时不需要将蒸气从过程室旁导引经过。在生长停止时，向蒸发器中的气溶胶供应需要不中断地保持至少约30分钟。在此期间，在调制装置内通过被蒸发的颗粒的冷凝构成积蓄材料(Speichermasse)，该积蓄材料此后当过程室中存在基材时可以再分解用于基材的涂覆。流过蒸发装置和调制装置的被调温的固体发泡体的气体或者气体-蒸气混合物被均匀地调温，使得在总压力较低时有效阻止蒸气在管路的表面部段上的凝出。按照本发明可以关闭和开启蒸气供应，而不影响载体气流。向调制装置输入的冷却气流可以通过相应减小在本应在相同位置供应的热气流补偿。调制装置或者蒸发装置的单独元件可以具有约1cm的材料厚度。这些元件可以在一毫巴总压力时加热至350℃。固体发泡体的开孔面积优选地为97％，其中，孔隙大小约在250μm(每英寸100孔隙)。用作载体气的氮气具有约的动力学直径，在此处所用的1mbar压力和此处所用的350℃的温度下具有61μm的平均自由粒子路径。用于OLED沉积过程的材料AlQ₃(C₂₇H₁₈AlN₃O₃)具有约的动力学直径，在350℃、1mbar的压力时具有18μm的平均自由粒子路径。待蒸发的分子的平均自由粒子路径足够近似于孔径。因此，存在足够高的可能性使每个分子在穿过固体发泡体时至少接触腔室壁一次。此外，热传导也通过颗粒/分子与氮气分子的碰撞发生。没有相对于载体气的明显阻碍地通过调制装置的选择性的通过或者中断使新方法成为可能。因此，当涂层过程达到预期厚度时可以突然地关断蒸气输送速率。在此没有使用额外的机械式阀门。蒸气也不比如现有技术那样导至旁通路。因为仅中断蒸汽流，所以在过程室中的其他压力比例没有变化。压力的恒定也有利于被涂层的基材下游的废气处理。

下面借助附图阐述本发明的实施例。附图中：

图1示出剖切第一实施例的蒸发器的示意截面图，

图2示出剖切集成在涂层装置中的第二实施例的蒸发器的截面图，

图3示出按照图2中直线III-III的截面图，

图4示出提供稳态蒸气流的调节装置的示意图。

在图1和图2中示出的设备用于产生在载体气中输送的、用于在基材上沉积OLED结构的蒸气，该装置具有壳体5。壳体5具有加热的壳体壁。载体气导入管13位于壳体5的入口部段，载体气、例如氮气通过载体气导入管13输入壳体的入口部段中。壳体5的入口部段漏斗式变宽。壳体然后筒式地延伸，其中，沿流动方向相继地布置总共四个由石墨或者类似的合适的材料组成的开孔式发泡体，其中，发泡体1、2、3、4的每一个都填满壳体5的整个横截面。发泡体可以具有36cm²的横截面积和约1cm的厚度。其具有250μm的孔径(每英寸100孔隙)和约97％的开放的横截面积。发泡体1、2、3、4的固体泡沫是导电的，使得发泡体可以通过接通电流被加热。在图2和图3中还就此示出电路15、16、17、18和触点15'。在触点15'、16'、17'和18'上可以加载由调节器31调节的电压或者接通被调节的电流。

通过气溶胶供应管9可以向在第一发泡体1和第二发泡体2之间的间隙10输入由载体气、例如氮气和例如AlQ₃组成的气溶胶。间隙11位于在沿流动方向的第二发泡体2和沿流动方向的第三发泡体3之间。

在沿流动方向的第三发泡体3和沿流动方向的第四发泡体4之间同样有间隙12。冷却气导入管14通入间隙12，被冷却的、不过必要时仅具有室温的冷却气可以通过冷却气导入管14输入。冷却气本身也同样可以是氮气。

具有被加热的锥面7和被加热的筒形部段8的出口部段连接在壳体5的筒形的部段上，在实施例中筒形的部段容纳四个发泡体1至4。载体气-蒸气混合物进入由此构成的排出通道6。

在实施例中，相继地示出四个发泡体。在未示出的实施例中，发泡体的数量可以更多或更少。

重要的是第一发泡体和至少一个布置在第一发泡体之后的第二发泡体，通过气溶胶供应管9输入的气溶胶利用第一发泡体被蒸发，第二发泡体可以将温度调节在比蒸发温度低的温度上，使得蒸气能够几乎完全冷凝在开放式孔隙的发泡体的腔室壁上，从而仅使载体气穿过排出通道6。

在图1和图2示出的实施例中，气溶胶供应管9的接口9'伸入在发泡体1间的间隙10中，发泡体1构造为用于通过载体气导入管13输入的载体气的预加热装置。加热至蒸发温度的预加热装置1但是也可以起蒸发气溶胶的作用，该气溶胶可以通过反向扩散向上游扩散至预加热装置1。然而气溶胶的主要的蒸发在沿流动方向的第二发泡体中、即在蒸发装置2中进行。因此，纯载体气-蒸气混合物进入在发泡体2和发泡体3之间的间隙11中。

发泡体3和4构成调制装置。调制装置3、4可以被加热至相应于蒸发温度的温度。该设备在供应蒸气阶段中以这种运行方式工作。蒸气和载体气不受阻碍地穿过调制装置3、4。

在这种运行方式中，加热至蒸发温度的载体气可以通过冷却气体导入管14进入。但是优选地，在供应蒸气阶段期间基本上没有气体通过冷却气体导入管14进入在调制装置的两个发泡体3、4之间的间隙12。

在中断阶段中，冷却气通过冷却气体导入管14导入间隙12。调制装置的两个固体发泡体3、4在这种运行方式中不被主动加热。这导致发泡体3、4的邻接间隙12的区域被冷却约20℃。尤其，位于下游的发泡体4被冷却至冷凝温度，在该冷凝温度下，在蒸发装置2中形成的蒸气在发泡体的腔室壁上冷凝成薄膜。通过调制装置3、4冷却至冷凝温度因此可以将载体气在排出通道6内中的蒸气浓度降为零，而不明显地影响总压力或者载体气流动。通过冷却气体导入管14输入总气流中的冷却气流可以通过相应的减少通过载体气导入管13输入的载体气平衡。

通过减少冷却气流或者通过借助接通电流对调制装置3、4的相应的温度调节可以将调制装置的温度升到冷凝温度之上，使得在调制装置的腔室壁上析出的膜受控制地蒸发。由此可以灵敏地设置装置的蒸气供应速率。

图2进一步示意性地示出气溶胶制造器19和质量流控制器20。用质量流控制器20调整流经气溶胶制造器19的载体气流。在气溶胶制造器中产生的颗粒因此在气流中通过气溶胶供应管9运输至间隙10。

借助加热装置21可以加热通过质量流控制器22调整的载体气流。但是当预加热装置1设计得足够大时，加热装置21就是不需要的。

以附图标记23表示用于冷却气14的温度调节装置。该温度调节装置23是可选的。冷却气14同样通过质量流控制器30调整。气体供应设备的壳体5布置在CVD反应器的反应器壳体27中。淋浴头式的进气机构24位于反应器壳体27中，进气机构24由气体供应设备的气体排出通道6供气。传感器29位于气体排出通道6中，传感器29能确定蒸汽在载体气流内的分压力或者浓度。

进气机构24在其面向基材26的侧面上具有多个气体排出口，载体气-蒸气混合气通过气体排出口可以流入过程室，过程室的底部构成被调温的基座25。例如可以按如下方式控制基座25的温度，使得由蒸发的有机材料组成的层沉积在放置于基座上的基材26的表面上。

借助真空泵28可以将在过程室内和在蒸发装置内的总压力设置为约1mbar。

预加热装置1、蒸发装置2或者调制装置3、4要被加热至的温度取决于待蒸发的材料。通常该温度为250℃到350℃之间。

图4示意性示出调节回路，利用该调节回路借助传感器29和调节器31可以将蒸气产生速率恒定地调节为预定的值。调节器31为此通过质量流控制器20控制气溶胶的质量流量，通过质量流控制器22控制载体气的质量流量，通过质量流控制器30控制冷却气的质量流量，通过温度调节装置23控制冷却气的温度，并且通过经触点15'、16'、17'和18'接通至发泡体1、2、3、4的电流控制向可加热的发泡体1至4输入的加热功率。

前述实施方式用于阐述本申请整体包括的发明，其至少通过下面的特征组合分别创造性地对现有技术改进，即：

一种方法，其特征在于，蒸气由载体气运输通过沿流动方向布置在蒸发装置1、2之后的调制装置3、4，调制装置3、4具有第二热传导面，第二热传导面在蒸气供应阶段中被温度控制到第一调制温度，在第一调制温度下蒸气穿过调制装置3、4而不冷凝在第二热传导面上，并且在中断阶段中被温度控制到第二调制温度，在第二调制温度下蒸气的至少一部分在第二热传导面上冷凝。

一种方法，其特征在于，调制装置3、4主动地、尤其通过导入冷却气冷却到第二调制温度，其中尤其规定，冷却气被导引至或者在蒸发装置1、2之间的，或者在调制装置3、4之间，或者在调制装置3、4的两个元件之间的间隙12。

一种方法，其特征在于，蒸气的在第二调制温度下沉积在调制装置3、4的热传导面上的冷凝物在相当于蒸发温度的调制温度下蒸发。

一种方法，其特征在于，蒸气的质量流动速率通过调制装置3、4的由调节器31调节的温度、尤其借助调制装置3、4的加热装置的加热功率的影响和/或通过冷却气向调制装置3、4中的质量流量被调整。

一种设备，其特征在于，沿流动方向在蒸发装置1、2之后布置调制装置3、4，调制装置3、4具有第二热传导面，其中，第二热传导面可以至少区域式地被温度控制为调制温度，其中，该调制温度至少可以成为冷凝温度的值和蒸发温度的值，蒸气在所述冷凝温度下冷凝在第二热传导面上。

一种设备或者一种方法，其特征在于，热传导面由发泡体的开放式孔隙的腔室的壁的表面构成，其中尤其规定，发泡体由导电材料组成并且可以通过接通电流被加热，发泡体具有500至200、优选100孔隙每吋的孔隙度和/或所有开放表面占发泡体的表面积90％以上的份额。

一种设备或者一种方法，其特征在于，利用供应管14向调制装置3、4供应冷却气，以降低调制温度。

一种设备或者一种方法，其特征在于，蒸发装置1、2和/或调制装置3、4分别具有两个沿流动方向相继地布置的开放式孔隙的发泡体，其中尤其规定，对于蒸发装置1来说，上游的发泡体是用于载体气的预加热装置并且通过间隙10与蒸发装置2的第二发泡体相间隔，在间隙10中通入气溶胶供应管9，用于输入具有颗粒的气溶胶，和/或其中尤其规定，调制装置3、4的沿流动方向相继布置的发泡体通过间隙12相互分开，在间隙12中通入冷却气体导入管14用于导入冷却气。

一种设备或者一种方法，其特征在于，四个基本相同构造的发泡体1、2、3、4沿流动方向相继地布置在蒸发器壳体中，蒸发器壳体的布置在调制装置3、4下游的壳体壁7、8被加热至高于蒸发温度的温度。

一种设备或者一种方法，其特征在于，在调制装置3、4下游布置传感器29，传感器29用于测量蒸气在载体气中的分压力或者浓度。

一种设备或者一种方法，其特征在于，所述设备是具有进气机构24和基座25的CVD或者PVD反应器，其中，由载体气运输的蒸气通过进气机构24向放置于基座25上的基材26的方向运输，蒸气在基材上由于化学反应或者温度降低而冷凝，其中尤其设置真空泵28，用于将CVD或者PVD反应器的内部抽真空。

所有公开的特征(自身，不过也包括相互组合)都是本发明基础。在申请中的公开内容中也完全包含所属的/所附优先权文件(在先申请副本)，目的也在于这些文件的特征被包括在本申请的权利要求中。从属权利要求以其特征表明对现有技术的独立的有创造性的改进设计方案，尤其能基于这些权利要求进行分案申请。

附图标识列表

1 预加热装置

2 蒸发装置

3 调制装置

4 调制装置

5 壳体

6 排出通道

7 壳体壁锥面

8 壳体壁筒形部段

9 气溶胶供应管路

10 间隙

11 间隙

12 间隙

13 载体气导入管

14 冷却气导入管

15 导电线

15' 触点

16 导电线

16' 触点

17 导电线

17' 触点

18 导电线

18' 触点

19 气溶胶制造器

20 质量流控制器/调节器

21 加热装置

22 质量流控制器/调节器

23 温度调节装置

24 进气机构、气体排出装置

25 基座

26 基材

27 反应器壳体

28 真空泵

29 传感器

30 质量流控制器/调节器

31 调节器