[go: up one dir, main page]

KR102494630B1 - 증발기, 증착 배열체, 증착 장치 및 이들의 작동 방법들 - Google Patents

증발기, 증착 배열체, 증착 장치 및 이들의 작동 방법들 Download PDF

Info

Publication number
KR102494630B1
KR102494630B1 KR1020217004103A KR20217004103A KR102494630B1 KR 102494630 B1 KR102494630 B1 KR 102494630B1 KR 1020217004103 A KR1020217004103 A KR 1020217004103A KR 20217004103 A KR20217004103 A KR 20217004103A KR 102494630 B1 KR102494630 B1 KR 102494630B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
deposition
chamber
evaporation
valve
substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
KR1020217004103A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20210019131A (ko
Inventor
슈테판 켈러
우베 쉬쓸러
요제 마누엘 디귀츠-캄포
슈테판 반게르트
레오 곽 병-성
Original Assignee
어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 filed Critical 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
Publication of KR20210019131A publication Critical patent/KR20210019131A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102494630B1 publication Critical patent/KR102494630B1/ko
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/448—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for generating reactive gas streams, e.g. by evaporation or sublimation of precursor materials
    • C23C16/4485—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for generating reactive gas streams, e.g. by evaporation or sublimation of precursor materials by evaporation without using carrier gas in contact with the source material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/54—Controlling or regulating the coating process
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/14—Metallic material, boron or silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/08—Oxides
    • C23C14/082—Oxides of alkaline earth metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/08—Oxides
    • C23C14/088—Oxides of the type ABO3 with A representing alkali, alkaline earth metal or Pb and B representing a refractory or rare earth metal
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/24—Vacuum evaporation
    • C23C14/246—Replenishment of source material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/54—Controlling or regulating the coating process
    • C23C14/542—Controlling the film thickness or evaporation rate
    • C23C14/543—Controlling the film thickness or evaporation rate using measurement on the vapor source
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/06—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of metallic material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45519—Inert gas curtains
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45561—Gas plumbing upstream of the reaction chamber
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45563—Gas nozzles
    • C23C16/45565—Shower nozzles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45563—Gas nozzles
    • C23C16/4557—Heated nozzles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/52—Controlling or regulating the coating process
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/381—Alkaline or alkaline earth metals elements
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

알칼리 금속 또는 알칼리 토금속을 포함하는 물질의 증발을 위한, 그리고 기판(4) 상의 물질의 증착을 위한 증착 배열체가 설명된다. 배열체는, 물질을 액화시키도록 구성되는 제 1 챔버(110); 제 1 챔버와 유체 소통하며, 그리고 제 1 챔버의 하류에 있는 밸브(130) ― 밸브는 밸브를 통하는 액화된 물질의 유량의 제어를 위해 구성됨 ―; 밸브와 유체 소통하며, 그리고 상기 밸브의 하류에 있는 증발 구역(114) ― 상기 증발 구역은 상기 액화된 물질을 증발시키도록 구성됨 ―; 및 증발된 물질을 상기 기판을 향해 지향시키기 위한 하나 또는 그 초과의 배출구들(116)을 포함한다.

Description

증발기, 증착 배열체, 증착 장치 및 이들의 작동 방법들{EVAPORATOR, DEPOSITION ARRANGEMENT, DEPOSITION APPARATUS AND METHODS OF OPERATION THEREOF}
[0001] 본 발명의 실시예들은, 알칼리(alkali) 금속들 또는 알칼리 토금속들(alkaline earth metals), 이를테면 리튬의 증착 및 증발(evaporation)에 관한 것이다. 본 발명의 실시예들은 특히, 증발된(vaporized) 물질의 제어를 위한, 증발 배열체들, 증착 장치들, 및 이들의 작동 방법들에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명의 실시예들은, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속을 포함하는 물질의 증발을 위한 그리고 기판 상의 물질의 증착을 위한 증착 배열체, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속을 포함하는 물질의 증발을 위한 그리고 기판 상의 물질의 증착을 위한 증착 장치, 및 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속, 특히 금속성 리튬을 포함하는 물질을 증발시키는 방법에 관한 것이다.
[0002] 현대의 박막 리튬 배터리들은 일반적으로, 진공 챔버 내에서 생성되며, 기판은 리튬 층을 포함하는 몇 개의(several) 층들을 구비한다. 리튬 층은, 예를 들면, 증기 상태로 기판 상에 리튬을 증착하는 것을 통하여 형성된다. 리튬은 고 반응성이기 때문에, 그러한 증착 시스템들을 작동시키고 유지보수하기 위해 복수의 방안들(measures)이 다루어질(addressed) 필요가 있다. 예를 들면, 진공 챔버를 개방시킨 후, 주변 공기의 산화 증기들, 특히 H2O에 대한 노출 및 직원과의 접촉이 최소화되어야 한다.
[0003] 또한, 고 증착 레이트들 및 증가된 균일성을 갖는 증발이 요구된다. 많은 타입들의 박막 증착 시스템들이 이전에 사용되었다(deployed). 그리고 알칼리 금속들 및/또는 알칼리 토금속들에 대해, 박막 증착 시스템들의 일부 전형적인 배열체들이 적용되어 왔다. 그러나, 이러한 전형적인 배열체들은, 고 용적 생산으로 스케일링(scaling)되면서, 방법들이 물질들의 높은 반응성을 관리하는데 심각한 난제들을 가지기 때문에, 고 용적 및 저가 제조에 대해 그렇게 다루기가 쉽지(amenable) 않다. 이는 균일하게 증착된 순수한 Li을 생성하는데 심각한 난제들을 야기한다. 널리 알려진 바와 같이, 이러한 타입들의 물질들, 특히 Li은 주변 환경들, 예를 들면 가스들, 물질들, 등과 반응하여 쉽게 산화될 수 있다. 그에 따라, 리튬은, 보다 높은 에너지 밀도의 베터리들 및 어큐물레이터들의 생산에 적합하기 때문에, 특히 관심 대상이다.
[0004] 리튬, 및 다른 알칼리 금속들 또는 알칼리 토금속들을 위한 일반적인 증착 시스템들은 각각, 스퍼터링 소스들 또는 종래의 증발 소스들 및 이들의 작동 방법들을 활용한다. 리튬에 대한 스퍼터링 방법들은, Li의 반응성의 관점에서, 특히 비용 및 제조가능성(manufacturability)에 대해 도전적이다(challenging). 고 반응성은 처음에는, 스퍼터링에 필요한 컴포넌트인 타겟의 제조에 영향을 미치며, 다음으로는 결과로 초래된 타겟들의 핸들링에 영향을 미친다. 그에 따라, 주변 공기와의 반응으로부터 타겟 물질이 보호될 필요가 있기 때문에, 비-반응성 타겟들에 비해, 수송, 설치, 예방 유지보수, 등이 더 어렵다. 타겟 활용이 전형적으로 100%가 아니기 때문에, 타겟 상에서 소모된 물질을 처리(dispose)하는 것으로부터 다른 난제가 비롯된다. 따라서, 안전한 처리(disposal)를 위해, 사용자가 잔류 물질들을 중화시키거나 반응시킬 필요가 있다. 또한 추가로 그리고 보다 중요하게, 리튬의 용융점이 183℃로 비교적 낮기 때문에, 증착 레이트가 또한 제한될 수 있는데, 이는 용융점이 고 전력 밀도 스퍼터링 체계(regime), 높은 용적 및 보다 저 비용의 제조를 위한 보다 다루기 쉬운 체계를 제한하기 때문이다.
[0005] 전형적으로 점 소스(point source)들을 활용할 수 있는, 리튬을 위한 종래의 증발 방법들은, 고 용적 제조까지 스케일링시 필요한 균일성 및 제조가능성을 획득하기 위한 문제들로 인하여 간단하지 않다(challenging). 그에 따라, 증발 소스에 대해서는 고 반응성 Li 금속을 그리고 증착 챔버에 대해서는 반응성 증기를 공급하거나 관리할 필요성이 도전해볼만하다(challenging). 그러나, 이는 고 용적 제조 및 높은 가동시간(uptime) 제조에 대해 필요하다.
[0006] 일부 종래 기술의 알칼리 금속 및 알칼리 토금속 증착 시스템들은 불충분한 처리량을 갖는 것으로 공지되어 있으며, 높은 처리량 및 대형 기판들에 대해 충분히 용이한 스케일링가능성(scalability)을 제공하지 못한다. 높은 처리량의 증착을 허용하고 점점 증가하는 크기의 기판들을 수용하도록(accommodate) 스케일링될 수 있는, 알칼리 금속 및 알칼리 토금속 증착 소스들 및 시스템들, 특히 리튬 증착 소스들 및 증착 배열체들에 대한 필요성이 존재한다. 이에 따라, 박막 배터리들 및 일렉트로크로믹 윈도우들(electrochromic windows)과 같은 디바이스들의 가격 경쟁력이 있는 제조가 고려되어야 한다. 또한 추가로, 증착 프로세스들의 균일성이 고려될 것이 요구된다.
[0007] 상기 관점에서, 청구항들 및 특히 독립 청구항들에 따른, 증착 배열체, 증착 장치 및 증발 방법이 제공된다. 본 발명의 추가의 양태들, 장점들 및 특징들은, 종속 청구항들, 상세한 설명, 및 첨부 도면들로부터 명백하다.
[0008] 일 실시예에 따르면, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속을 포함하는 물질의 증발을 위한 그리고 기판 상의 물질의 증착을 위한 증착 배열체가 제공된다. 배열체는, 물질을 액화시키도록 구성되는 제 1 챔버; 제 1 챔버와 유체 소통하며, 그리고 제 1 챔버의 하류에 있는 밸브 ― 밸브는 밸브를 통하는 액화된 물질의 유량의 제어를 위해 구성됨 ―; 밸브와 유체 소통하며, 그리고 밸브의 하류에 있는 증발 구역 ― 증발 구역은 액화된 물질을 증발시키도록 구성됨 ―; 및 증발된 물질을 기판을 향해 지향시키기 위한 하나 또는 그 초과의 배출구들을 포함한다.
[0009] 다른 실시예에 따르면, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속을 포함하는 물질의 증발을 위한 그리고 기판 상의 물질의 증착을 위한 증착 장치가 제공된다. 장치는, 그 내의 기판 상에 물질을 증착하기 위한 진공 챔버, 및 증착 배열체를 포함한다. 배열체는, 물질을 액화시키도록 구성되는 제 1 챔버; 제 1 챔버와 유체 소통하며, 그리고 제 1 챔버의 하류에 있는 밸브 ― 밸브는 밸브를 통하는 액화된 물질의 유량의 제어를 위해 구성됨 ―; 밸브와 유체 소통하며, 그리고 밸브의 하류에 있는 증발 구역 ― 증발 구역은 액화된 물질을 증발시키도록 구성됨 ―; 및 증발된 물질을 기판을 향해 지향시키기 위한 하나 또는 그 초과의 배출구들을 포함한다.
[0010] 추가의 실시예에 따르면, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속, 특히 금속성 리튬을 포함하는 물질을 증발시키는 방법이 제공된다. 이 방법은, 물질을 제 1 챔버 내에서 액화시키는 단계; 액화된 물질을 제 1 챔버로부터, 제어 밸브를 통해 증발 구역으로 안내하는 단계; 증발 구역 내에서 물질을 증발시키는 단계; 및 물질의 증기를 기판 상으로 지향시키는 단계를 포함한다.
[0011] 본 발명의 상기 열거된 특징들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로, 앞서 간략히 요약된 본 발명의 보다 구체적인 설명이 실시예들을 참조로 하여 이루어질 수 있다. 첨부 도면들은 본 발명의 실시예들에 관한 것이며 하기에서 설명된다.
도 1은 본원에서 설명되는 실시예들에 따른, 알칼리 금속들 또는 알칼리 토금속들, 이를테면 리튬의 증발을 위한 증착 배열체의 개략도를 도시하며, 액화 구역, 유량의 제어를 위한 제어 밸브, 및 밸브의 하류의(downstream) 증발 구역을 포함한다.
도 2는 본원에서 설명되는 다른 실시예들에 따른, 알칼리 금속들 또는 알칼리 토금속들, 이를테면 리튬의 증발을 위한, 다른 증착 배열체 및 장치의 개략도를 도시하며, 액화 구역, 유량의 제어를 위한 제어 밸브, 및 밸브의 하류의 증발 구역을 포함한다.
도 3은 본원에서 설명되는 또 다른 실시예들에 따른, 알칼리 금속들 또는 알칼리 토금속들, 이를테면 리튬의 증발을 위한, 또 다른 증착 배열체 및 장치의 개략도를 도시하며, 액화 구역, 유량의 제어를 위한 제어 밸브, 및 밸브의 하류의 증발 구역을 포함한다.
도 4는, 본원에서 설명된 실시예들에 따르며 그리고 액화 구역, 유량의 제어를 위한 제어 밸브, 및 밸브의 하류의 증발 구역을 포함하는, 알칼리 금속들 또는 알칼리 토금속들, 이를테면 리튬의 증발을 위한 증착 배열체의 제어 설계(scheme)의 개략도를 도시한다.
도 5는 본원에서 설명되는 실시예들에 따른 증발 방법의 흐름도를 도시하며, 이 방법에서, 물질이 액화되고, 유량이 밸브에 의해 제어되며, 밸브의 하류에서 물질이 증발된다.
도 6은 본원에서 설명되는 또 다른 실시예들에 따른, 알칼리 금속들 또는 알칼리 토금속들, 이를테면 리튬의 증발을 위한, 또 다른 증착 배열체 및 장치의 개략도를 도시한다.
도 7은 본원에서 설명되는 실시예들에 따른, 증착 배열체들의 일부 실시예들에서 사용될 제 1 챔버의 개략도를 도시한다.
[0012] 이제, 본 발명의 여러가지 실시예들에 대한 참조가 상세히 이루어질 것이며, 실시예들 중 하나 또는 그 초과의 예들이 도면들에 예시된다. 도면들에 대한 하기의 설명 내에서, 동일한 참조 번호들은 동일한 컴포넌트들을 나타낸다. 일반적으로, 개별적인 실시예들에 대한 차이점들만이 설명된다. 각각의 예는 본 발명에 대한 설명으로서 제공되며, 본 발명에 대한 제한으로서 의미되지 않는다. 또한, 일 실시예의 일부분으로서 예시되거나 설명되는 특징들은, 또 다른 실시예를 산출(yield)하기 위해, 다른 실시예들에 대해 또는 다른 실시예들과 함께 사용될 수 있다. 상세한 설명은 그러한 변형예들 및 변화들을 포함하는 것으로 의도된다.
[0013] 도 1은 알칼리 금속들 및 알칼리 토금속들, 특히 리튬의 증발을 위한 증착 배열체(100)를 도시한다. 증착될 물질을 수용하기 위한 제 1 챔버 또는 탱크(110)가 제공된다. 전형적으로, 탱크는, 이러한 배열체에서 증발될 물질, 즉 알칼리 금속 및 알칼리 토금속, 예를 들면, 리튬이 비-반응성 분위기(atmosphere) 하에서 탱크(110) 내에 제공될 수 있도록 제공된다. 예를 들면, 비-반응성 분위기는, 전형적으로 고 반응성인 증발될 물질의 반응을 방지하기에 적합한, 아르곤 또는 다른 불활성 가스일 수 있다.
[0014] 탱크(110)는, 용융점 위의 온도로, 예를 들면, 증착될 물질의 용융점 위로 5℃ 내지 100℃, 예를 들면, 20℃ 내지 60℃(예를 들면, 20℃ 또는 40℃)의 온도로 물질을 가열하도록 구성된다. 그에 따라, 증착될 물질은, 액체 상태로 밸브(130)를 통하여, 증기 분배 샤워헤드(112) 또는 개별적인(respective) 노즐을 향하여 운반된다. 따라서, 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 결합될 수 있는 일부 실시예들에 따르면, 도관 또는 도관들(120) 및/또는 밸브(130)는 가열되도록 구성될 수 있어서, 액체 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속은 증발 구역에, 예를 들면, 샤워헤드 내에 또는 샤워헤드 가까이에 제공될 수 있다.
[0015] 전형적인 실시예들에 따르면, 알칼리 금속 및 알칼리 토금속, 예를 들면, 리튬에 대한 증착 시스템은, 기판 상에 알칼리 금속 및 알칼리 토금속을 증착하기 위해, 기판을 향해 알칼리 금속 및 알칼리 토금속의 증기를 지향시키기 위한 하나 또는 그 초과의 배출구들을 갖는다. 배출구는, 예를 들면 샤워헤드 또는 다른 증기 분배 시스템에 제공될 수 있는, 하나 또는 그 초과의 개구들 또는 하나 또는 그 초과의 노즐들일 수 있다. 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 결합될 수 있는 일부 실시예들에 따르면, 증발기 배열체는 기판을 향해 증기를 안내하기 위한 노즐을 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 배열체는 증기 분배 샤워헤드(112), 예를 들면 복수의 노즐들(116)을 갖는 선형 증기 분배 샤워헤드(112)를 포함할 수 있다.
[0016] 기존의(existing) 리튬 증발기들에 대해, 전구체 저장소(reservoir)는, Li 금속이 용융될 뿐 아니라 증발하여 증착 챔버 내의 샤워헤드에 도달하는 단일 챔버 컴포넌트이다. 그에 따라, 증발된 물질, 즉 증기는 단일 분리 밸브를 통해, 증기 상태로 안내된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 그리고 본원에서 설명된 실시예들에 따르면, 증발될 물질, 예를 들면, 리튬을 위한 영역은 2개의 챔버들, 구역들, 또는 영역들로 분리된다. 제 1 챔버, 이를테면 탱크(110)는 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속을 액화시키고, 액화된 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속은 밸브(130)를 통해 안내되며, 밸브(130)의 하류의 추가의 영역, 구역 또는 챔버는 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속을 증발시킨다.
[0017] 도 1에 도시된 바와 같이, 액체 물질은 제 1 챔버(110)로부터 도관들(120)을 통해, 그리고 밸브를 통하여 물질 피드 시스템(material feed system) 내에 안내된다. 증기 분배 샤워헤드(112)에 들어가기 전에, 액체 물질은 밸브(130)로부터 도관(120)을 통해 샤워헤드(112)로 안내된다. 그에 따라, 가열 유닛(118)이 샤워헤드(112) 근처에 제공되어, 증발 구역(114) 내에 액체 물질을 제공하기 전에, 물질을 보다 높은 온도들로 가열할 수 있다. 물질은 증발 구역(114) 내에서 증발된다. 물질은 샤워헤드(112) 내에서 분배되고, 노즐들(116)을 통해 기판(4)을 향하여 지향된다.
[0018] 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 결합될 수 있는 일부 실시예들에 따르면, 밸브는 액체 물질의 유량을 제어하거나 조정하기 위한 제어-밸브일 수 있다. 밸브는 액화 구역 및 증발 구역을 분리할 수 있다. 제 1 챔버 또는 탱크(110)는 고체 리튬 금속을 저장한다. 제 1 챔버 또는 탱크는 고체 리튬 금속을 용융 및/또는 액화시키는데 사용된다. 용융 또는 액화된 리튬 금속은, 제 2 챔버 또는 다른 증발 구역 내로 유동하며, 즉, 액체 상태로 유동한다. 때때로 본원에서 리튬 금속에 대해 참조될지라도, 고 반응성인 다른 알칼리 금속들 또는 알칼리 토금속들이 또한, 본원에서 설명된 배열체들로부터 이득을 얻을 수 있음이 이해된다. 구체적으로, 알칼리 금속들이 사용될 수 있으며, 배열체들 및 장치들은 알칼리 금속들을 위해 구성될 수 있다. 따라서, 희망 적용예들에 대해, 나트륨, 칼륨, 루비듐, 또는 세슘이 또한 증발될 수 있다. 여전히, 리튬의 활용 및 리튬에 대한 구성이 전형적인 실시예이다. 일부 다른 알칼리 금속들 또는 알칼리 토금속에 비해, 리튬이 훨씬 더 반응적이며, 복수의 적용예들에 대해 사용될 수 있다.
[0019] 상기 관점에서, 그리고 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 결합될 수 있는 일부 실시예들에 따르면, 배열체, 장치, 또는 시스템 내로 증발될 물질을 피딩하기 위한 개별적인 챔버 또는 탱크(110)는 교체가능하거나 그리고/또는 재충전 가능할(re-fillable) 수 있다. 전형적으로, 챔버 또는 탱크는, 증발될 물질이 아르곤, 다른 불활성 가스와 같은 보호성 분위기 하에 그리고/또는 진공 조건들 하에 있는 동안 교체가능하고 그리고/또는 재충전될 수 있다.
[0020] 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 결합될 수 있는 또 다른 실시예들에 따르면, 제 1 챔버는 개방형 챔버 또는 폐쇄형 챔버일 수 있다. 전형적으로, 개방형 챔버의 개구는 증착 배열체 내에서 용융 및 증발될 물질을 재충전하기 위해 사용될 수 있다. 폐쇄형 챔버는 챔버를 개방하도록 구성된 리드를 구비할 수 있다. 용융 및 증발될 물질은, 리드가 개방될 때 재충전될 수 있다. 대기압 플러스(plus) 50 mbar의 압력 내지 대기압 플러스 300 mbar의 압력과 같은 과압(overpressure)이 증착 배열체의 물질 피드 시스템에 제공될 수 있기 때문에, 리드를 갖는 챔버들은 보호 분위기(protective atmosphere)를 보다 용이하게 허용한다.
[0021] 본원에서 설명되는 바와 같이, 물질 피드 시스템은, 증발 구역을 향해 액체 물질들이 피딩되는, 증착 배열체의 부분을 포함한다. 전형적으로, 물질 피드 시스템은 제 1 챔버, 도관들 및 밸브를 포함할 수 있다. 또한, 추가로 물질 피드 시스템은 하나 또는 그 초과의 퍼지 가스 도관들, 보호 가스를 위한 공급 시스템 및/또는 물질 피드 시스템의 온도를 제어하기 위한 엘리먼트들을 포함할 수 있다.
[0022] 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 결합될 수 있는, 본원에서 설명되는 상이한 실시예들에 따르면, 물질의 증발을 위한, 추가의 챔버 또는 증발 구역은, 기판을 향해 증기를 지향시키기 위한 노즐, 증기 분배 샤워헤드(112), 추가의 챔버 또는 증발 구역(114), 또는 개별적인 영역(respective area)일 수 있으며, 이는 밸브(130)와 증기 분배 샤워헤드(112) 사이에 제공되거나 증기 분배 샤워헤드 내에 제공된다.
[0023] 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 결합될 수 있는 전형적인 실행예들에 따르면, 증발 구역(114)은, 증발을 위한 에너지를 제공하도록 구성된, 챔버, 도가니(crucible), 보트(boat), 또는 표면일 수 있다. 전형적으로, 이러한 구역, 또는 표면은, 예를 들면, 1 cm²내지 50 cm², 예를 들면, 1 cm²내지 10 cm²의 범위의 충분한 표면 접촉 영역(surface contact area)을 가져서, 물질을 증발시키기에 충분한 에너지를 제공한다. 그에 따라, 표면 영역은 베이스로부터 하나 또는 그 초과의 핀들이 돌출하는 핀 구조로, 컵과 같은 형상으로, 또는 스푼과 같은 형상으로 제공될 수 있다.
[0024] 일부 실행예들에 따르면, 본원에서 이해될 수 있는 샤워헤드는 개구들을 갖는 엔클로져를 포함하여서, 샤워헤드 내의 압력은 샤워헤드의 외부보다, 예를 들면, 적어도 10배(one order of magnitude) 더 높다.
[0025] 선형 증기 분배 샤워헤드(112)를 제공함으로써, 기판(4)에 대한 증착 균일성이 증가될 수 있다. 그러나, 복수의 노즐들은 또한, 증기 분배 샤워헤드(112) 쪽으로의 연속적이며 제어된 물질의 유동에 대한 점점 증가하는 요구뿐 아니라, 물질의 사용시 탱크(110) 내에 새로운 물질을 제공할 필요성을 야기하는 것이 고려되어야 한다. 예를 들면, 탱크를 교체함으로써, 새로운 물질을 제공할 수 있는 능력으로 인해, 증발 배열체의, 본원에서 설명되는 실시예들에 따른 그러한 증발 배열체를 갖는 증발을 위한 장치의, 또는 본원에서 설명되는 실시예들에 따른 그러한 증발 배열체를 갖는 증발을 위한 시스템의, 연속적인 또는 준-연속적인 작동이 제공될 수 있다.
[0026] 전술된 바와 같이, 도 1은 증발 배열체(100)의 개략적 단면도를 도시하며, 탱크(110)는 도관(120)을 이용하여 밸브(130)에 연결되며, 밸브는 추가의 도관(120)을 이용하여 증발 샤워헤드(112)와 더 연결된다. 리튬과 같은 물질은 탱크(110) 내에서 액화되고, 밸브(130)를 통해 액체 형태로 안내되며, 밸브(130) 다음에 증발되어, 배출구, 예를 들면, 노즐들(116)을 통해 기판(4) 쪽으로 안내된다.
[0027] 일부 실시예들에 따르면, 기판 또는 기판들은 수직으로 프로세싱될 수 있으며, 즉, 선형 가스 분배 샤워헤드(112)는 챔버 내에 수직으로 배열되며, 도 1에 예시적으로 도시된 바와 같이, 기판 포지셔너가 수직 프로세싱 위치에 기판(4)을 유지시킨다. 이러한 배열의 한가지 장점은, 프로세싱 동안 생성된 임의의 입자들이 챔버의 바닥을 향해 떨여져서 기판(4)을 오염시키지 않을 것이라는 점이다.
[0028] 그러나, 증발 구역 이외에, 물질 피드 시스템에 액체 물질을 제공하는 것은, 본원에서 설명되는 실시예들에 따른 증착 배열체들이 다른 증착 소스들에 비해 보다 유연성 있게 사용될 수 있도록 샤워헤드의 임의의 배향을 허용한다. 예를 들면, 하향식(top down) 증발이, 예를 들면 반도체 프로세싱에서 사용될 수 있거나, 상향식(bottom up) 증발이, 예를 들면, 가요성 기판들에 대해 사용될 수 있거나, 임의의 다른 배향이 사용될 수 있다. 증착에 있어서 방향성의 이러한 유연함은, 독립적인 저장소 및 증착 구역을 갖는 것으로부터 비롯된다. 따라서, 도가니 증착과 비교하여, 다른 장점이 선택적으로 제공될 수 있다.
[0029] 도 1에 도시된 샤워헤드는 선형 샤워헤드이지만, 다른 형상들의 샤워헤드들이 또한 본 발명의 범위 이내이다. 샤워헤드가 어떤 형상을 가져야 하는지는, 챔버의 타입 및 기판의 형상 둘 모두에 좌우될 것이다. 예를 들면, 반도체 웨이퍼들을 프로세싱할 때와 같이, 원형 기판들을 프로세싱하는 챔버에 대해, 점 소스(point source), 즉 단일 노즐, 또는 원형 샤워헤드가 선택될 수 있다. 대형 직사각형 기판들을 프로세싱하기 위해 직사각형 샤워헤드가 선택될 수 있는 반면, 배치 프로세스들은 또한 그러한 타입들의 샤워헤드 형상들을 보다 바람직하게 할 수 있다. 대형 크기의 직사각형 또는 정사각형 기판들의 연속적인 인라인 프로세싱을 위해, 기판이 샤워헤드를 지나갈 때, 기판 위의 프로세스 가스들의 분배를 더 양호하게 제어하기 위해, 선형 샤워헤드가 선택될 수 있다. 그러나, 점 소스 노즐들에 대해, 대면적 기판들 상에 균일한 증착을 달성하기 위해 다수의 점 소스들을 관리하는 것으로부터 난제들이 야기될 수 있는 것을 고려해야 한다. 따라서, 유리하게 선형적인 증기 분배 샤워헤드들은, 특히 인라인 또는 동적인 프로세싱 장치에 대해 사용될 수 있다. 원형, 직사각형, 또는 둘 또는 그 초과의 선형적인 증기 분배 샤워헤드들은, 다양한 형상 및 크기의 기판들의 정적 증착 프로세스들을 위해 사용될 수 있다.
[0030] 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 결합될 수 있는 일부 실시예들에 따르면, 본원에서 설명되는 실시예들은, 대면적 기판들 상의 증발을 위해, 예를 들면, 일렉트로크로믹 윈도우들 또는 리튬 배터리 제조를 위해 활용될 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 대면적 기판들, 또는 하나 또는 그 초과의 기판들을 갖는 개별적인 캐리어들은 적어도 0.67 m²의 크기를 가질 수 있다. 전형적으로, 크기는 약 0.67m² (0.73 × 0.92m - 4.5 세대) 내지 약 8 m², 보다 전형적으로 약 2 m²내지 약 9 m²또는 심지어 최대 12 m²일 수 있다. 전형적으로, 본원에서 설명되는 실시예들에 따른, 구조들, 장치들, 이를테면 캐소드 조립체들, 및 방법들이 제공되는 기판들 또는 캐리어들은 본원에서 설명되는 바와 같은 대면적 기판들 또는 캐리어들이다. 예를 들면, 대면적 기판 또는 캐리어는, 약 0.67 m²기판들(0.73 × 0.92 m)에 대응하는 4.5 세대, 약 1.4 m²기판들(1.1 m × 1.3 m)에 대응하는 5 세대, 약 4.29 m²기판들(1.95 m × 2.2 m)에 대응하는 7.5 세대, 약 5.7 m²기판들(2.2 m × 2.5 m)에 대응하는 8.5 세대, 또는 심지어, 약 8.7 m²기판들(2.85 m × 3.05 m)에 대응하는 10 세대일 수 있다. 11 세대 및 12 세대와 같이 훨씬 더 큰 세대들 및 대응하는 기판 면적들이 유사하게 구현될 수 있다.
[0031] 본원에서 설명되는 배열체들, 장치들, 시스템들, 방법들 및 프로세스들은 유리 기판들의 코팅을 위해 활용될 수 있다. 그러나, 이들을 이용하면, 예를 들어 200 mm 또는 300 mm 직경의 실리콘 웨이퍼들과 같은 웨이퍼들을 코팅하는 것이 또한 가능하다. 예를 들면, 기판 캐리어가 하나의 또는 몇 개의 웨이퍼들을 갖추고 있을 수 있다. 증기 분배 샤워헤드, 예를 들면 증발기 튜브의 길이는, 캐리어 내에 배치된 모든 기판들의, 또는 h의 기판 높이를 갖는, 대면적 기판 상에서 균일한 코팅을 달성하도록 조정될 수 있다. 또한 추가로, 합성 물질 또는 금속으로 된 가요성 기판들이 또한, 본원에서 설명되는 실시예들에 따라 프로세싱될 수 있다. 전형적인 실행예들에 따르면, 기판 포지셔너, 기판 지지부 또는 기판 운반 시스템이 프로세싱 영역 내에 기판을 위치시키고 그리고/또는 프로세싱 영역을 통하여 기판을 이동시키도록 구성되고 제공될 수 있다.
[0032] 본원에서 설명되는 실시예들은, 높은 증착 레이트들로 그리고 감소된 제조 비용으로 얇고 균일한 필름들을 생성하기 위한, 개선된 알칼리 금속, 예를 들면 리튬, 증착 시스템 및 소스 기술을 제공한다. 증착 소스들, 배열체들, 장치들, 시스템들 및 방법들은, Li과 같은 알칼리 금속들의 균일한 증착을 요구하는 많은 분야들에 적용될 수 있다. 이는 전하 운반 엘리먼트(charge carrying element)로서 리튬을 사용하는 전기화학 디바이스들일 수 있다. 그러한 전기화학 디바이스들의 예들은 일렉트로크로믹 윈도우들 및 디바이스들 그리고 박막 고체 상태 배터리들을 포함한다. 본원에서 설명되는 실시예들은, 알칼리 금속들, 예를 들면 Li 금속을 증착하기 위한 기존의 해법들의 비용 및 제조가능성을 상당히 줄인다.
[0033] 도 2는 증착 배열체(100)를 갖는 증착 장치(200)의 개략적 횡단면도를 도시한다. 그에 따라, 도 2는 일 실시예를 도시하며, 또 다른 실시예들을 설명하기 위해 사용될 수 있다. 엔클로져(210) 내에는 제 1 챔버 또는 탱크(110)가 있으며, 증발될 물질, 예를 들면, 리튬이 제 1 챔버 또는 탱크(110)내로 제공된다. 예를 들면, 엔클로져는 절연될 수 있다. 그에 따라, 제 1 챔버 및 밸브뿐 아니라 도관들(120)을 위해, 온도 제어되는 환경이 제공될 수 있다. 전형적인 실시예들에 따르면, 온도는, 185℃ 내지 285℃, 예를 들면, 약 230℃ 또는 200℃가 되도록 제어될 수 있다. 리튬 이외의 알칼리 금속들 또는 알칼리 토금속들에 대해, 예를 들면, 칼륨에 대해서 63℃ 또는 그 초과인 용융점에 따라, 다른 온도들이 제공되고 조정될 수 있다. 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 결합될 수 있는 전형적인 실시예들에 따르면, 물질들을 액화시키기 위한 온도는, 기판 상에 증착될 물질의 용융점 위로 5℃ 내지 100℃, 예를 들면, 약 50℃로 제공될 수 있다.
[0034] 탱크(110), 도관들(120), 및 밸브(130)를 포함하는 물질 피드 시스템을 개별적인 알칼리 금속의 용융점까지 또는 그 초과로 가열하면, 금속은 용융되거나 액화되며, 액체 형태로 도관들을 통해 유동한다. 전형적인 실시예들에 따르면, 엔클로져(210) 내의 엘리먼트들 중 하나 또는 그 초과의 엘리먼트가 개별적으로 가열될 수 있으며 그리고/또는 엔클로져의 내부는 전체적으로 가열될 수 있다. 전형적으로, 벽(211)에 의해 표시된 바와 같은 절연은 가열 에너지의 손실을 감소시키도록 제공될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 엔클로져(210) 내의 개별적인 엘리먼트들은 별도로 절연될 수 있다(도시되지 않음).
[0035] 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 결합될 수 있는 전형적인 실시예들에 따르면, 물질 피드 시스템 그리고 특히 밸브 및 도관들은 액체 리튬의 본질적으로 일정한 유량을 제공하도록 구성된다. 따라서, 도관들의 직경은, 증발 구역을 향해 본질적으로 일정한 유량을 초래하도록 충분히 작아야 한다. 그에 따라, 예를 들면, 도관들은 1 mm²내지 10 mm²의 직경을 가질 수 있다. 직경 및 희망 유량은 그에 따라, 개별적인 프로세싱 구역 및 샤워헤드의 크기에 또한 좌우될 수 있으며, 그에 따라 보다 큰 기판에 대한 증착 배열체는, 더 작은 기판들에 대한 증착 배열체들에 비해, 더 큰 도관 직경들을 가질 수 있다.
[0036] 비교적(comparable) 얇은 도관들 내의 물질의 양은 제한되며 그리고 액체 물질 피드 시스템 및 증발 구역 내의 온도들은 증착 프로세스의 중단(interruption) 동안 유지된다는 점에 비추어, 증착 배열체는 용이하고 빠르게 스위치 온 및 스위치 오프될 수 있다. 그러므로, 증발 구역과 기판 사이에 어떠한 셔터(shutter)도 요구되지 않는다.
[0037] 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 결합될 수 있는 또 다른 실시예들에 따르면, 특히 대면적 기판들 또는 대면적 캐리어들을 위한 샤워헤드가 하나 또는 그 초과의 물질 피드 시스템들을 구비할 수 있다. 그에 따라, 제 1 챔버, 도관들, 제어 밸브, 및 증발 구역이 하나 또는 그 초과의 물질 피드 시스템들 각각에 대해 제공될 수 있다. 각각의 물질 피드 시스템은 증기 분배 샤워헤드 내에 물질의 증기를 제공하기 위해, 증기 분배 샤워헤드의 희망 위치에 제공될 수 있다. 예를 들면, 증착 레이트를 증가시키기 위해, 증기 분배 샤워헤드 내로 동일한 물질을 피딩하도록 둘 또는 그 초과의 물질 피드 시스템들이 제공될 수 있다. 또한 추가로, 상이한 물질 피드 시스템들 내에 제공되는 상이한 물질들의 화합물을 증착하기 위해, 증기 분배 샤워헤드 내에 하나 초과의 종류의 물질을 피딩하는 것이 또한 가능하다.
[0038] 도 2에 도시된 바와 같이, 밸브(130)는 도관(120)을 통해 탱크(110)에 그리고 추가의 도관(120)에 의해 증기 분배 샤워헤드와 연결된다. 본원에서 설명되는 또 다른 실시예들에 따르면, 밸브는 탱크(110) 근처에, 샤워헤드 근처에, 또는 알칼리 금속의 증발을 위한 추가의 챔버 근처에 위치될 수 있어서, 도관들의 개수가 감소될 수 있다. 그러나, 전형적으로 밸브는, 밸브에 대한 증발 온도의 영향을 줄이기 위해, 증발 구역에 대해 약간 떨어져 놓일 것이다. 본원에서 설명되는 도면들에 도시된 바와 같은 도관들(120)은 예시적이다. 물질을 용융 및/또는 액화시키도록 구성되는 제 1 챔버, 액체 물질의 물질 유동을 제어하도록 구성되는 밸브, 유체 소통을 위해 연결될 증기 분배 샤워헤드 및 증발 구역을 갖도록, 하나 또는 그 초과의 도관들이 배열될 수 있다.
[0039] 도 2에 도시된 바와 같이 그리고 본원에서 설명되는 일부 실시예들에 따르면, 도관이 금속, 예를 들면, 액체 금속을 진공 챔버(220) 내로 피딩하도록 진공 피드-스루(feed-through; 218)가 제공된다. 피드-스루(218)는 엔클로져(210) 내의 보다 낮은 온도들과 보다 높은 증발 구역 온도들 사이의 단열(thermal insulation) 및/또는 엔클로져(210)와 진공 챔버(220) 사이의 진공 분리를 제공할 수 있다. 진공 챔버(220)는 기판(4) 상에 금속을 증착하도록 구성된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 증기 분배 샤워헤드(112)는 증발 구역(214)에 의해 표시된 바와 같이, 액체 리튬을 증발시키도록 가열된다. 액체 물질은 증기 분배 샤워헤드(112) 내로 안내된다. 증기 분배 샤워헤드는 가열 유닛, 예를 들면, 내측 가열 튜브(240)에 의해 가열된다. 예를 들면, 내측 가열 튜브는 전기 가열 엘리먼트일 수 있으며, 전기 가열 엘리먼트는 연결부들(244)에 의해 전력 공급부(242)에 연결된다. 도 2는 증기 분배 샤워헤드(112)의 절연체(212)를 추가로 도시한다. 이러한 절연체(insulation)는 가열 전력의 감소 및/또는 증기 분배 샤워헤드의 보다 균일한 가열의 결과를 가져온다. 부가적인 또는 대안적인 그 변형예들에 따르면, 증기 분배 샤워헤드(112)의 가열은, 복사 가열(radiation heating)에 의해, 가열 램프들, 예를 들면, IR 히터들, 유도 가열, (도 2에 대해 전술된 바와 같은) 전기 가열 및 이들의 조합들에 의해, 제공될 수 있다.
[0040] 증기 분배 샤워헤드에 제공된 배출구들, 예를 들면, 노즐들(160)은 리튬의 증기를 기판(4)을 향해 안내하거나 지향시킨다. 전형적인 실시예들에 따르면, 배출구들 또는 노즐들은 또한 증기 분배 샤워헤드 내의 개구들로서 제공될 수 있다. 또한, 선형 증기 분배 샤워헤드에 대해, 개구들 또는 노즐들의 배열은, 예를 들면, 개구들 또는 노즐들의 하나 또는 그 초과의 라인들일 수 있다. 직사각형 증기 분배 샤워헤드들에 대해, 개구들 또는 노즐들은 직사각형 형상을 따라 직사각형 형상 내에 분배될 수 있다. 원형 증기 분배 샤워헤드들에 대해, 개구들 또는 노즐들은 원형 형상을 따라 원형 형상 내에 분배될 수 있다. 전형적으로, 개구들 또는 노즐들은, 기판(4) 상의 증기의 증착이 균일하도록 분배될 수 있다. 그에 따라, 개구들 또는 노즐들은, 전술된 형상들 중 하나를 따라 적어도 부분적으로 균일하게 분배될 수 있다. 그러나, 형상의 둘레(perimeter)에서의 에지 효과들(edge effects)을 보상하기 위해, 개구들 또는 노즐들의 밀도는 증기 분배 샤워헤드의 일부 영역들에서 변화될 수 있다.
[0041] 일부 실시예들에 따라, 그리고 도 2에 도시된 바와 같이, 증착 레이트 측정 디바이스(235)가 진공 챔버(220) 내에 제공될 수 있다. 그에 따라, 기판 상의 리튬 또는 다른 알칼리 금속의 증착 레이트가 모니터링될 수 있다. 전형적인 실시예들에 따르면, 하나 또는 그 초과의 진동하는 결정들(oscillating crystals)이 두께 측정을 위해 활용될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 샤워헤드 내의 또는 샤워헤드의 개구들 또는 추가의 측정 섹션들에서의 광학 측정 방법들이 증착 레이트를 결정하기 위해 활용될 수 있다. 또 다른 부가적인 또는 대안적인 옵션들에 따르면, 샤워헤드 안쪽의 압력 측정, 기판 상에 증착된 층의 두께 측정, 예를 들면, 층의 와전류 측정과 같은 전도성 측정이 증착 레이트를 결정하기 위해 수행될 수 있다. 증착 레이트와 관련된 신호는 제어 밸브의 제어를 위해 활용될 수 있다.
[0042] 도 2에서 신호 라인(232)에 의해 도시된 바와 같이, 증착 레이트 측정 디바이스(235)의 측정 결과에 대응하는 신호는, 증착 레이트 측정 디바이스(235)로부터 수신된 신호에 따라 밸브(130)를 제어하는 제어기(230)에 피딩될 수 있다. 예를 들면, PID 제어기(proportional-integral-derivative controller)가 사용될 수 있다. PID 제어기는 신호 라인(232)을 통해 신호를 수신하며, 공칭의 층 두께 값, 또는 희망 증착 레이트와 상관되는 다른 값을 더 수신하고 그리고/또는 저장한다. 따라서, 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 결합될 수 있는 일부 실시예들에 따르면, 밸브(130)를 제어하기 위해 피드백 제어기가 제공된다. 그에 따라, 밸브를 통하여 유동하는 액체 물질의 유량에 대한 폐쇄 루프 제어가 제공될 수 있다. 따라서, 증착 레이트 및/또는 증착 균일성의 단순화된 제어가 제공될 수 있다.
[0043] 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 결합될 수 있는 전형적인 실시예들에 따르면, 밸브(130)는 제어 밸브, 즉 밸브를 통해 유량을 제어하기 위한 밸브일 수 있다. 예를 들면, 제어 밸브는, ± 50 g/h 또는 그 미만, 이를테면 ± 0.1 g/h 내지 5 g/h의 정밀도로 유량을 제어하도록 구성될 수 있다.
[0044] 본원에서 설명되는 실시예들에 따르면, 증착 레이트의 제어는 단순화되며 보다 안정적이다. 밸브를 통한 액체 물질의 유량의 제어로 인해, 물질이 용융되고 증발되는 챔버 내의 챔버 온도에 의해 증착을 제어할 필요성이 더 이상 없다. 그러한 챔버 온도 제어는 어려운데, 이는, 온도는 안정적일 수 있지만, 증발 레이트는 저장소 내용물의 수명에 걸쳐서 상이할 수 있기 때문이다. 이는, 증발 레이트가 또한, 가열된 챔버와 접촉하고 있는, 금속성 Li의 "표면적"에 좌우되기 때문이며, 이러한 표면적은, 금속성 Li 대 비-금속성 Li 화합물들(반응되거나 산화된, Li의 보다 높은 용융 상들(phases))의 체적비(및 그에 따른 표면적 비)가 아마도 변화할 것이기 때문에, 저장소의 수명에 걸쳐서 변화할 수 있다. 본원에서 설명되는 실시예들은 밸브(예를 들면, 질량 유동 제어기들)를 통해 유동하는 액체 Li의 양에 따라 증착 레이트를 제어하며, 액체 Li은 "순간(flash) 증발 챔버", 즉 증기 분배 샤워헤드, 또는 밸브와 증기 분배 샤워헤드 사이의 다른 챔버 내에서 완전히 증발할 것이다. Li의 완전한 증발은, 금속성 Li만이 제 1 챔버 내에서 용융되어(Li 용융 온도보다 높지만 반응된 Li 화합물들의 용융 온도보다 아래인 온도를 유지함으로써), 제 2 순간 증발 챔버 내로 유동하기 ‹š문에 보장될 수 있다. 전형적인 실시예들에 따르면, 증발 챔버 또는 증발 구역 내의 온도는 600℃ 또는 그 초과, 예를 들면, 800℃ 또는 그 초과, 이를테면 800℃ 내지 1000℃일 수 있다.
[0045] 또한, 본원에서 설명되는 실시예들에 따르면, 밸브는, 액체 알칼리 금속, 예를 들면, 액체 금속성 리튬이 밸브를 통해 유동하도록 구성되고 그리고/또는 배열된다. 그에 따라, 구체적으로, 소스, 예를 들면, 탱크(110)와 증발 구역 또는 제 2 챔버, 예를 들면, 증기 분배 샤워헤드(112)를 분리하는 밸브때문에 하드웨어 필요물들이 감소된다. 하나의 챔버 내에서 물질이 용융되고 증발되는 일 챔버 증발기들에 대해, 증발된 Li 금속 증기들이 응축되어 경로를 막지 못하게 하도록, 밸브가 600℃ 내지 800℃ 범위 내의 온도들을 견뎌야만 한다. 본원에서 설명되는 실시예들에 따르면, 밸브들, 도관들 및/또는 다른 질량 유동 제어기들은 단지 약 350℃ 또는 심지어 그 미만의 온도들을 견딜 필요가 있다. 그에 따라, 액체 또는 증발된 리튬의 보다 높은 온도들에 대해, 리튬에 대한 노출에 기인한 물질들의 부식이 더 심할(higher) 것임을 고려해야 한다. 따라서, 리튬 증기에 비해 액체 리튬과 단지 접촉하고 있는 컴포넌트들의 확장된 그룹을 제공하는 것이 전체 시스템에서의 부식을 감소시킨다.
[0046] 본원에서 설명되는 실시예들에 따르면, 물질을 용융 또는 액화시키도록 전구체 저장소 디자인이 구성되는 증기 분배 챔버가 제공된다. 물질 또는 전구체의 유동은 밸브, 예를 들면, 마이크로-밸브에 의해 제어될 것이다. 제 2 챔버 또는 구역이 사용되어, 밸브를 통해 제 2 챔버 또는 구역 내로 유동하는, 액체 알칼리 금속, 예를 들면, 리튬을 증발시키고, 예를 들면, 순간적으로 증발시킨다(flash evaporate). 그에 따라 증착 레이트는, 상기 밸브를 통한 유동에 의해 제어될 수 있다.
[0047] 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 결합될 수 있는 전형적인 실시예들에 따르면, 알칼리 금속들 또는 알칼리 토금속들, 전형적으로 금속성 리튬의 증발을 위한 증착 배열체, 그러한 증착 배열체들을 포함하는 장치들, 및 이들을 작동시키는 방법들은, 금속성 리튬 (또는 다른 알칼리 금속들) 증착이 요구되는 프로세스들을 위해 활용될 수 있다. 예를 들면, 이는 전기화학 디바이스들, 이를테면 일렉트로크로믹 윈도우들 및 박막 배터리들, OLED 디바이스 제조 중의 Li 증착, 등일 수 있다.
[0048] 이제 도 3에 따르면, 본 발명의 실시예에 따른 프로세싱 챔버의 보다 상세한 개략도가 도시된다. 도 3은 진공 챔버와 같은 프로세싱 챔버(320)를 위한 증기 피드 시스템(300)을 도시한다. 프로세싱 챔버(320)의 단지 챔버 벽(2)만이 이 도면에서 도시된다. 증기 피드 시스템(300)은 수직으로 배향된 선형 가스 분배 샤워헤드(312)를 포함하며, 이 샤워헤드의 맞은편에 기판(4)이 배치된다. 선형 가스 분배 샤워헤드(312)는 몇 개의 가스 통로들을 구비하고, 가스 도관 또는 유입구 튜브(305)와 연결되며, 가스 도관 또는 유입구 튜브는, 예를 들면, 선형 가스 분배 샤워헤드(312)에 직각들로 지향될 수 있다. 이러한 선형 가스 분배 샤워헤드(312)는 결과적으로, 프로세스 증기를 프로세싱 영역(355) 내로 유동시키는 증기 분배기로서의 역할을 한다.
[0049] 탱크(110), 제어 밸브(130) 및 도관들(120)을 포함하는 물질 피드 시스템이 제공된다. 선택적으로, 탱크(110), 즉 제 1 챔버로부터 제어 밸브로의 물질 유동을 폐쇄 및 개방하기 위한 다른 밸브(셧-오프 밸브, 도 3에 도시되지 않음)가 밸브의 상류에 포함될 수 있다. 전형적으로, 시스템 내의 컴포넌트들의 부식을 방지하기 위해, 보다 높은 온도들을 갖는 증발 구역으로부터 더 멀리에 이들 컴포넌트들을 제공하는 것이 유리하다. 증발될 물질이, 더 낮은 온도들, 예를 들면 용융점보다 단지 약간 높은 온도들을 갖는 영역들에 제어 밸브 또는 셧-오프 밸브와 같은 컴포넌트들을 제공하는 것은, 이들 컴포넌트들의 부식을 감소시킨다.
[0050] 도 3은 또한, 증착을 위한 진공 챔버에 인접한 엔클로져의 벽(6)을 예시한다. 엔클로져는, 예를 들면, 챔버 또는 탱크(110), 밸브(130) 및 도관들(120)을 에워싸는 글로브 박스(40)일 수 있다. 탱크(110)는 보호 가스 하에서 또는 다른 보호 분위기 하에서, 교체되거나, 교환되거나, 또는 새로운 리튬으로 충전될 수 있다. 보호 가스로서, 예를 들면, 아르곤이 사용될 수 있다. 도관들(120) 및 제 1 챔버, 예를 들면, 탱크(110)는 가열 재킷(15)에 의해 가열될 수 있다. 또한, 그러한 엘리먼트들을 위한 엔클로져는 전형적으로, 도 6에 대해 보다 상세히 설명되는 바와 같이 전체적으로 가열될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본원에서 설명되는 실시예들은 전형적으로, 액체 물질이 안내되는 엔클로져와 증발 구역, 예를 들면, 도 3의 유입구 튜브(305) 사이의 절연체와 같은 열 분리부(14)를 더 포함한다.
[0051] 리튬의 증착을 가능하게 하기 위해, 물질 피드 시스템 및 증착 시스템의 컴포넌트들은 리튬 사용을 위해 구성된다. 그러한 물질들은: 특히 0.12% (중량퍼센트) 또는 그 미만의 탄소 함량을 갖는 스테인리스 스틸, 몰리브덴, 탄탈룸, 컬럼븀(columbium), 및 이들의 조합들로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다. 예를 들면, 리튬 또는 다른 알칼리 금속에 의한 부식을 감소시키기 위해, 0.112 중량퍼센트 또는 그 미만의 탄소 함량을 갖는 스테인리스 스틸 또는 몰리브덴으로 이루어진 밸브 본체를 갖는 밸브가 제공될 수 있다.
[0052] 전형적인 실시예들에 따르면, 챔버들, 즉 탱크(110) 및/또는 샤워헤드(312) 및 유입구 튜브(305), 밸브(130) 및 도관들(120)에 대해 사용될 물질들은 반응성 물질에 대해 노출되도록 구성된다. 전형적으로, 전체 증기 피드 시스템은 리튬과 같은 이러한 반응성 물질들에 대해 불활성인 물질로 구성된다.
[0053] 도 3은 증발 구역에 대한 가열을 제공하는 다른 가열 재킷(315)을 더 도시한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 선형 증기 분배 샤워헤드 및 유입구 튜브(305)는 가열 재킷(315)에 의해 가열된다. 대안적으로, 본원에서 설명되는 바와 같은 다른 가열 수단이 부가적으로 또는 대안적으로 제공될 수 있다. 밸브(130) 및 도관(120)을 통해 유동하는 액체 물질은, 예를 들면, 800℃ 또는 그 초과의 온도들에 대해 구성되는 유입구 튜브(305) 내로 안내된다. 작동중에, 유입구 튜브 및 유입구 튜브 하류의 컴포넌트들은, 예를 들면, 800℃ 또는 그 초과의 온도들로 가열된다. 증발을 위한 추가의 챔버 또는 구역을 형성하는 유입구 튜브에서, 유입구 튜브(305)에 들어가는 물질은 순간적으로 증발되고, 증기는 샤워헤드로 안내되며, 샤워헤드에서 증기는, 기판 상의 증기의 증착을 위해, 개구들 또는 노즐들을 통해 기판(4)에 안내된다.
[0054] 예를 들어, 액체 유동 제어와 결합하여 리튬(또는 다른 알칼리 금속들)을 위한 선형 증기 분배 샤워헤드를 제공하는 것은 균일한 대면적 코팅을 가능하게 한다. 유동의 제어는, 증착 레이트 모니터 및/또는 액체 유동 계량기(meter)에 의존하여(in dependence of) 제어되는 제어기 밸브에 의해 제공될 수 있다. 그에 따라, 선형 증기 분배 샤워헤드가 인라인 증착 툴들에 대해 유리하게 활용될 수 있으며, 인라인 증착 툴들에서, 하나 또는 그 초과의 기판들 또는 내부에 기판들이 배치되는 하나 또는 그 초과의 캐리어들이 샤워헤드를 지나 운반된다.
[0055] 도 4는 알칼리 금속들 또는 알칼리 토금속들의 증발, 및 대응하는 제어들을 위한 증착 배열체의 또 다른 양태들을 예시한다. 도 4에 대해 설명된 양태들은, 개별적으로 또는 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 조합하여 결합될 수 있다. 제 1 챔버(410)가 예를 들어, 액체 리튬(402)을 제공한다. 전형적으로, 약 200℃의 온도가 제공될 수 있다. 그에 따라, 챔버(220) 내에서 기판(4) 상에 증착될 금속성 리튬은 액체이며, 액체 형태로 챔버(220)를 향해 유동할 수 있다. 리튬의 높은 반응성으로 인해 생성될 수 있는 비-금속성 리튬 화합물들(예를 들면, 리튬 산화물)과 같은 리튬 화합물들은 그러한 온도에서 용융되지 않으며, 따라서 챔버(220)를 향해 유동하지 않을 것이다. 따라서, 그러한 리튬 화합물들은 프로세스로부터 배제될 수 있다.
[0056] 리튬을 용융시키기 위한 제 1 챔버는 압력 및 주변 제어되는 분위기(411) 하에 있다. 보호 가스, 예를 들면, 아르곤이 도관(421)을 통해 챔버(410) 내에 제공된다. 밸브(420)는, 예를 들면, 100 내지 300 mbar, 이를테면 200 mbar의 과압(over pressure)으로 아르곤 환경을 제어한다. 수동 밸브(426)는, 챔버(410)의 재충전 동안 또는 유지보수 동안, 아르곤으로 탱크를 퍼지하기 위해 활용될 수 있다. 챔버 내의 압력은 압력 게이지(422)에 의해 모니터링된다. 부가적으로 또는 대안적으로, 압력 게이지가 챔버(410)의 최상부 쪽으로 또한 제공될 수 있어서, 구역(411)의 압력이 부가적으로 또는 대안적으로 측정될 수 있다. 또한 추가로 일부 실시예들에 따르면, 챔버(410)에 대해 액체 레벨 센서가 제공될 수 있어서, 챔버(410) 내의 액체 Li 레벨이 부가적으로 측정될 수 있다. 탐지된 신호는 신호 라인(423)에 의해 제어부(424)에 제공된다. 제어부(424)는 챔버(410) 내의 아르곤 유동을 조정하기 위해 밸브(420)를 제어한다. 그에 따라, 챔버(410)에 대해 제어된 보호 환경이 제공될 수 있다. 챔버(410)는, 전술된 바와 같이 그리고 본원에서 설명되는 실시예들에 따른 가열 엘리먼트들을 이용하여 가열된다. 또한, 개선된 열 제어를 위한 절연체(도 4에 도시되지 않음)가 제공될 수 있다.
[0057] 액체 금속성 리튬은 밸브(430)를 향해 도관(120)을 통하여 유동한다. 그에 따라, 리튬의 응고에 의한 도관의 막힘을 방지하기 위해, 참조 번호 15에 의해 표시된 바와 같이, 가열 재킷(15)이 도관에 대해 제공될 수 있다. 밸브(430)는 밸브 하우징(460)을 갖는다. 액체 리튬은 밸브 하우징을 통하여 유동한다. 액체 리튬의 양은 액츄에이터(462)에 의해 제어된다. 액츄에이터(462)는 전기식일 수 있다. 공압식 또는 유압식과 같은 다른 액츄에이터들이 또한 사용될 수 있다. 또한, 증착 장치 내의 제어된 분위기들 및 상승된 온도들의 조건들 하에서, 전기식 작동(actuation)이 유리할 수 있다. 커넥터(431)가 제어기(435)로부터의 신호 라인(434)의 입력을 제공한다. 제어기(435)는 밸브(430)를 통하는 액체 리튬의 유량에 대한 제어 신호를 제공한다. 제어기는, 챔버(220) 내의 기판(4) 상의 리튬의 증착 레이트를 제어할 수 있게 하는 임의의 제어기일 수 있다. 일례로서, 예를 들어 PID 제어기를 활용할 수 있는 피드백 제어부가 사용될 수 있다. 이러한 피드백 제어부는, 챔버(220) 내의 증착 레이트에 상관되는 신호를 제어기(435)에 제공하는 신호 라인(432) 및 신호 라인(433)에 의해 도 4에 도시되며, 신호 라인(433)은 PID 제어기에 대한 비교로서 공칭 값을 제공한다. 부가적인 또는 대안적인 변형예들에 따르면, 질량 유동 제어기의 신호 또는 증착 레이트와 상관되는 다른 신호가 또한 제어기(435)에 대한 제어 신호로서 사용될 수 있다.
[0058] 따라서, 밸브(430)는 밸브 하우징(460) 및 도관들(120)을 통하는 유량을 제어한다. 밸브(430)의 하류에는, 밸브(430) 및 결국 제 1 챔버(410)와 증착 챔버(220)의 유체 연결을 위한 추가의 도관(120)이 존재한다. 챔버(220) 내에서, 액체 금속성 리튬은 기판 상에 증착되기 전에 순간적으로 증발된다. 그에 따라, 600℃ 또는 그 초과, 또는 심지어 800℃ 또는 그 초과의 온도에 있을 수 있는 증발 구역 또는 증발 챔버가 챔버(220) 내에 제공된다. 그 전형적인 변형예들에 따르면, 밸브와 챔버(220) 사이에 증발 구역 또는 증발 챔버가 또한 제공될 수 있다. 또한, 샤워헤드에 근접한 또는 심지어 샤워헤드 내에서의 증발은, 작동 중에 증기 온도들(예를 들면, > 600℃)에서 유지될 엘리먼트들을 감소시키는 것으로 간주되어야 한다.
[0059] 도 5는 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속, 특히 금속성 리튬을 포함하는 물질을 증발시키는 방법들의 실시예들을 예시하는 흐름도(500)를 도시한다. 이 방법은 참조 번호 502에 의해 표시된 바와 같이, 제 1 챔버 내에서 물질을 액화시키는 단계를 포함한다. 단계(504)에서, 액화된 물질은 제 1 챔버로부터 제어 밸브를 통해 제 2 챔버로 안내된다. 단계(506)에서, 물질은 제 2 챔버 내에서 증발되고, 단계(508)에서 물질의 증기는 기판 상으로 지향된다.
[0060] 전형적인 실시예들에 따르면, 증발 단계(506)는 특히, 600℃ 또는 그 초과의 온도들에서 순간적 증발(flash evaporation)에 의해 제공될 수 있다. 예를 들면, 온도는 800℃ 또는 그 초과일 수 있다. 또한, 단계(506) 전에, 즉, 단계(502 및 504)에서, 액화된 물질은, 증착될 물질의 용융점 위로 5℃ 내지 30℃, 60℃ 또는 100℃의 온도로, 예를 들면, 금속성 리튬에 대해 190℃ 내지 290℃의 온도로 유지된다. 따라서, 물질의 증발을 위한 제 2 챔버의 상류에 제공되는, 증착 장치 및 증착 배열체의 컴포넌트들은 높은 온도들에 대해 제한된 저항을 가질 수 있다. 즉, 이러한 컴포넌트들은, 본원에서 설명되는 실시예들에 따라, 리튬 또는 다른 물질이 액체인 온도들만을 견딜 필요가 있다. 이는, 이러한 물질들이 또한 고 반응성일 때 특히 유리할 수 있다.
[0061] 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 결합될 수 있는 또 다른 실시예들에 따르면, 단계(510)에서 더 예시되는 바와 같이, 밸브를 통하는 액화된 물질의 유량을 조정하기 위한 밸브의 제어를 위해, 폐쇄 루프 제어가 제공될 수 있다. 밸브의 폐쇄 루프 제어는, 밸브를 통하는 액체 물질의 유량만이 제어될 필요가 있기 때문에, 일반 리튬 증발기들에 비해 단순화될 수 있다. 피드백 제어를 위한 신호는 그에 따라: 증기 증착을 위한 진공 챔버 내의 증착 레이트 모니터, 제 2 챔버에 액화된 물질을 안내하기 위한 시스템에서의, 질량 유동 제어기와 같은 유동 계량기, 와전류 측정과 같은 층 두께 측정, 샤워헤드에서의 증기 압력 측정, 및 이들의 조합들로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다.
[0062] 본원에서 설명되는 실시예들에 따르면, 증착 레이트의 제어는 단순화되며 보다 안정적이다. 밸브를 통한 액체 물질의 유량의 제어로 인해, 물질이 용융되고 증발되는 챔버 내의 챔버 온도에 의해 증착을 제어할 필요가 더 이상 없다. 그러한 챔버 온도 제어는 어려운데, 이는, 온도는 안정적일 수 있지만, 증발 레이트는 저장소 내용물의 수명에 걸쳐서 상이할 수 있기 때문이다. 이는, 증발 레이트가 또한, 가열된 챔버와 접촉하고 있는, 금속성 Li의 "표면적"에 좌우되기 때문이며, 이러한 표면적은, 금속성 Li 대 비-금속성 Li 화합물들(반응되거나 산화된, Li의 보다 높은 용융 상들(phases))의 체적비(및 그에 따른 표면적 비)가 아마도 변화할 것이기 때문에, 저장소의 수명에 걸쳐서 변화할 수 있다. 본원에서 설명되는 실시예들은 밸브(예를 들면, 질량 유동 제어기들)를 통해 유동하는 액체 Li의 양에 따라 증착 레이트를 제어하며, 액체 Li은 "순간 증발 챔버", 즉 증기 분배 샤워헤드, 또는 밸브와 증기 분배 샤워헤드 사이의 다른 챔버 내에서 완전히 증발할 것이다. Li의 완전한 증발은, 금속성 Li만이 제 1 챔버 내에서 용융되어(Li 용융 온도보다 높지만 반응된 Li 화합물들의 용융 온도보다 아래인 온도를 유지함으로써), 제 2 순간 증발 챔버 내로 유동하기 때문에 보장될 수 있다.
[0063] 본원에서 설명되는 실시예들에 따르면, 액체 물질이 증발되는 제 2 챔버, 구역 또는 영역이 다양한 컴포넌트들에 의해 제공될 수 있음이 고려되어야 한다. 제 2 챔버, 구역, 또는 영역은 액체 물질의 유동의 제어를 위한 밸브의 하류에 제공되며, 즉 밸브는 물질을 액화시키기 위한 챔버와 제 2 챔버, 구역, 또는 영역 사이에 있다. 예를 들면, 제 2 챔버, 구역, 또는 영역은 별도의 챔버에 의해 제공될 수 있으며, 증발 노즐 또는 증기 분배 샤워헤드에 의해 제공될 수 있으며, 물질을 증발시키기에 충분한 에너지를 제공하기 위해, 예를 들어 1 cm²내지 50 cm²의 범위, 예를 들면, 1 cm²내지 10 cm²의 범위 내의 충분한 표면 접촉 영역을 갖는 증기 분배 샤워헤드 내의 또는 그에 인접한 표면에 의해 제공될 수 있거나, 또는 증기 분배 샤워헤드의 유입구 튜브에 의해 제공될 수 있다. 예를 들면, 유입구 튜브는 증기 분배 샤워헤드와 일체로 형성될 수 있다. 따라서, 제 2 챔버, 구역, 또는 영역은, 제어 밸브(예를 들면, 밸브들(130 및 430) 참조)로부터 증기 분배 노즐 또는 샤워헤드로의 경로 상에, 온도의 증가, 전형적으로 순간적인 증발을 위한 온도의 급격한 증가가 존재하도록 제공될 수 있다. 전형적으로, 모든 액체 물질은 증발되며, 액체 물질의 유량의 제어는 또한 증착 레이트를 제어한다.
[0064] 상기를 고려하여, 구체적으로, 물질의 소스와 증발을 위한 제 2 챔버, 구역 또는 영역을 분리시키는 밸브(예를 들면, 밸브들(130 및 430) 참조) 때문에, 본원에서 설명되는 실시예들에 대한 하드웨어 필요물이 또한 감소될 것이다. 밸브의 상류의 챔버 내에서 리튬이 용융되고 증발되는 일반적인 단일 챔버 시스템들에 대해, 밸브는 증발된 Li 금속 증기가 응축되어 경로를 막지 못하게 하기 위해, 600℃ 내지 800℃ 범위의 온도들을 견뎌야만 한다. 본원에서 설명되는 실시예들에 따르면, 밸브 및/또는 질량 유동 제어기뿐 아니라, 물질 소스와 제 2 챔버, 구역, 또는 영역 사이에 유체 소통을 제공하는 도관들은 아마도 기껏해야 350℃를 견딜 필요가 있다.
[0065] 도 6은 증착 배열체(600)를 갖는 증착 장치의 부분들의 개략적 횡단면도를 도시한다. 그에 따라, 도 6은 일 실시예를 예시하며, 또 다른 실시예들을 설명하기 위해 사용될 수 있다. 엔클로져(650) 내에는 제 1 챔버 또는 탱크(110)가 있으며, 증발될 물질, 예를 들면, 리튬이 제 1 챔버 또는 탱크(110)에 제공된다. 예를 들면, 엔클로져는 절연될 수 있다. 그에 따라, 도관들(120)뿐 아니라 제 1 챔버 및 밸브 본체(460)에 대해 온도 제어된 환경이 제공될 수 있다. 전형적인 실시예들에 따르면, 온도는 185℃ 내지 250℃, 예를 들면, 약 200℃가 되도록 제어될 수 있다. 리튬 이외의 알칼리 금속들 또는 알칼리 토금속에 대해, 예를 들면, 칼륨에 대해서 63℃ 또는 그 초과인 용융점에 따라, 다른 온도들이 제공되고 조정될 수 있다. 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 결합될 수 있는 전형적인 실시예들에 따르면, 물질들을 액화시키기 위한 온도는 기판 상에 증착될 물질의 용융점 위로 5℃ 내지 100℃로 제공될 수 있다.
[0066] 도 6에 도시된 바와 같이, 제 1 챔버(110)는, 하우징(610)을 개방함으로써 노출될 수 있는 플랜지(680)를 갖는다. 플랜지(680)는 증착 배열체(600) 내에 제공될 물질을 재충전하기 위해, 용기(684)의 플랜지(682)에 연결될 수 있다. 용기(684)를 제 1 챔버 또는 탱크(110)와 연결하는 것은 화살표(685)에 의해 표시된다. 전형적인 실시예들에 따르면, 재충전의 절차는 보호 분위기, 예를 들면, 아르곤 분위기 하에서 제공될 수 있다. 그러므로, 일반적인 분위기로부터 재충전하기 위한 영역을 분리하기 위해 글로브 박스의 연결 또는 다른 적합한 방법들이 사용될 수 있다.
[0067] 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 결합될 수 있는 전형적인 실시예들에 따르면, 제 1 챔버는 제 1 챔버의 가열된 부분 내에서 물질을 용융시키기 위해 전체적으로 또는 부분적으로 가열 시스템(615)을 구비할 수 있다. 제 1 챔버(110)는 제어 밸브(460)와 유체 소통한다. 유체 소통은 도관(120)에 의해 제공된다. 밸브의 하류에서, 밸브(460)와 유체 소통하는 증기 분배 샤워헤드(112)가 제공된다. 또 다른 실시예들에 따르면, 전술한 바와 같이, 엔클로져(650)의 가열에 의해, 제 1 챔버의 가열이 또한 제공될 수 있다.
[0068] 엔클로져(650)의 가열시, 탱크(110), 도관들(120) 및 밸브(130)는 각각의 알칼리 금속의 용융점으로 가열되고, 금속은 용융되거나 액화되며, 액체 형태로 도관들을 통해 유동한다. 전형적인 실시예들에 따르면, 부가적으로, 제어기(622)에 의해 제어될 수 있는 가스 순환 유닛, 이를테면 팬(620)이 제공된다. 예를 들면, 제어기(622)는 하우징(610)의 외부에 제공될 수 있다. 팬(620)은 엔클로져(650) 내부의 가스 순환을 허용한다. 그에 따라, 엔클로져(650) 내부에 균일한 분위기가 제공될 수 있다.
[0069] 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 결합될 수 있는 전형적인 실시예들에 따르면, 엔클로져(650)는 대기압에 있으며, 증발될 물질의 용융점 약간 위의 온도, 예를 들면, 200℃에 있다. 일 실행예에 따르면, 전술된 바와 같이 보호 분위기 하에 있는 물질 피드 및 조절 시스템 내부에 반응 물질이 있을 때, 엔클로져(650) 내의 가스는 공기일 수 있다. 또 다른 실행예에 따르면, 용융될 물질과 반응성 가스들의 접촉을 훨씬 더 잘 피하기 위해, 엔클로져(650) 내에 아르곤과 같은 보호 가스가 또한 제공될 수 있다.
[0070] 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 결합될 수 있는 또 다른 실시예들에 따르면, 제 1 챔버, 하나 또는 그 초과의 도관들 및 밸브에 의해 제공되는 물질 피드 시스템은 퍼지 밸브(640) 및 퍼지 도관(642)을 더 포함할 수 있다. 퍼지 도관(642) 및 그에 따라, 퍼지 밸브(640)는, 예를 들면, 제 1 챔버(110)를 대면하는 플랜지(680)의 일부와 연결된다. 도관은 부가적으로 또는 대안적으로, 제 1 챔버에 또는 도관에 제공될 수 있다. 예를 들면, 탱크로부터 밸브로의 도관은 퍼지 도관에 연결될 수 있다. 또 다른 변형예들에 따른 퍼지 도관은 또한, 물질 피드 시스템에 연결되는 복수의 퍼지 도관들을 갖는 퍼지 도관 배열체로서 제공될 수 있다. 그러나, 전형적으로, 퍼지 도관은 물질 피드 시스템의 적어도 상류 단부에 제공된다. 증착 배열체를 작동시키는 방법들에 따르면, 퍼지 밸브는 고온(hot) 아르곤의 소스와 연결될 수 있다. 그에 따라, 예를 들면 물질 피드 시스템의 일부의 막힘의 존재시, 물질 피드 시스템은 고온 아르곤으로 플러싱될(flushed) 수 있다. 예를 들면, 아르곤은 액체 리튬을 갖는 탱크 주위에서 안내되는 아르곤 튜브들에 의해 가열될 수 있다. 또한, 작동의 설정(setting-up) 동안, 리튬 또는 다른 알칼리 금속이 물질 피드 시스템 내에 제공되기 전에, 시스템 내에 산소 및/또는 수분을 갖는 것을 피하기 위해, 물질 피드 시스템은 아르곤으로 퍼지될 수 있다.
[0071] 도 6에 도시된 바와 같이, 밸브는 도관(120)을 통해 탱크(110)에 그리고 추가의 도관(120)에 의해 증기 분배 샤워헤드와 연결된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 그리고 본원에서 설명되는 일부 실시예들에 따르면, 샤워헤드(112)를 하우징하는 챔버 부분 내로, 금속, 예를 들면, 액체 금속을 피딩하기 위해, 도관에 대해 진공 피드-스루(218)가 제공된다. 전형적인 실행예들에 따르면, 진공 피드-스루는 선택적으로 제공될 수 있다. 엔클로져(650)로부터, 샤워헤드를 하우징하는 챔버 부분으로의, 피드-스루의 하류의 도관 부분은 가열 유닛(618)에 의해 가열된다. 그에 따라, 엔클로져(650)의 하류의 증착 배열체의 부분들은 엔클로져(650) 내에 배치된 증착 배열체의 부분들에 비해 더 높은 온도들로 가열될 수 있다.
[0072] 샤워헤드를 하우징하는 챔버 부분은 플랜지(604)에 의해 진공 챔버에 연결될 수 있다. 도 6에 또한 도시된 바와 같이, 증기 분배 샤워헤드(112)에 인접하여 또는 증기 분배 샤워헤드(112) 내에서, 액체 리튬을 증발시키기 위해 증발 구역(114)에 의해 표시된 바와 같이 증발 표면이 가열된다. 증발 구역(114) 내에서 증발된 물질은 증기 분배 샤워헤드(112) 내로 안내되고 그리고/또는 증기 분배 샤워헤드(112) 내에서 분배된다.
[0073] 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 결합될 수 있는 전형적인 실행예들에 따르면, 증발 구역(114)은 증발을 위한 에너지를 제공하도록 구성된, 챔버, 도가니, 보트, 또는 표면일 수 있다. 전형적으로, 이러한 구역 또는 표면은, 물질을 증발시키에 충분한 에너지를 제공하기 위해, 예를 들면, 1 cm²내지 10 cm²의 범위 내의 충분한 표면 접촉 영역을 갖는다. 그에 따라, 액체 물질은 구역 내로 또는 표면 상에 연속적으로 피딩되며, 표면과 부딪칠 때 증발된다. 전술된 가열 유닛(618)은 증발 구역(114)을 향해 액체 물질의 온도를 연속적으로 증가시키도록 구성될 수 있다.
[0074] 증기 분배 샤워헤드는 가열 유닛, 예를 들면, 내측 가열 튜브(240)에 의해 가열되며, 가열 유닛에 대한 추가의 세부사항들, 양태들, 특징들 및 부가적인 또는 대안적인 실행예는 본원에서 설명된 다른 실시예들에서 설명된다. 전형적으로, 샤워헤드는 증기 분배 샤워헤드(112)의 단열을 위한 절연체(212)를 구비한다. 증기 분배 샤워헤드에 제공된 배출구들, 예를 들면, 노즐들(116)은, 예를 들면, 리튬의 증기를 기판을 향해 안내하거나 지향시킨다. 전형적인 실시예들에 따르면, 배출구들 또는 노즐들은 본원에서 나타낸 다른 실시예들에 대해 설명된 바와 같이 제공될 수 있다.
[0075] 또한, 본원에서 설명되는 실시예들에 따르면, 밸브(460)는, 액체 알칼리 금속, 예를 들면, 액체 금속성 리튬이 밸브를 통해 유동하도록 구성되고 그리고/또는 배열된다. 제어 밸브(460)의 제어를 개선하고 그리고, 예를 들면, 실온에서 외부에 있을 수 있는, 밸브의 액츄에이터로의 열 손실을 보상하기 위해, 제어 밸브(460)는 별도의 가열 엘리먼트(415)를 구비할 수 있으며, 선택적으로 밸브의 온도의 제어 회로 및 별도의 열 절연체를 또한 구비할 수 있다. 그에 따라, 제어 밸브의 온도의 온도 변화들(variations)이 감소될 수 있다. 따라서, 액체 물질의 유량 제어가 개선될 수 있다.
[0076] 도 7은 본원에서 설명되는 증착 배열체들 중 임의의 증착 배열체에서 구현될 수 있는, 제 1 챔버(110)의 대안적인 해법을 도시한다. 제 1 챔버 또는 탱크(110)는 제 1 챔버 부분(712)을 포함한다. 제 1 챔버 부분(712)은 플랜지(680)를 통해 고체 물질로 충전될 수 있다. 제 1 챔버 부분(712)은 제 2 챔버 부분(710)에 연결된다. 제 2 챔버 부분(710)에서 물질이 용융된다. 따라서, 예를 들면, 가열 엘리먼트들(615)이 제공될 수 있다. 예를 들면, 전기 히터들이 사용될 수 있다. 부가적으로, 또는 대안적으로 복사 히터들이 사용될 수 있다. 제 2 챔버 부분(120)에서 용융된 물질은, 도관(120) 내에서, 즉 본원에서 설명된 바와 같은 물질 피드 시스템을 통해 액체 형태로 유동한다. 또 다른 실시예들에 따르면, 제 1 챔버 부분(712)은 제 2 챔버(710)를 향해 그리고 제 2 챔버(710) 내로 물질을 운반하기 위한 액츄에이터를 구비할 수 있다. 예를 들면, 제 1 챔버 부분 내에 피드 스크류가 제공될 수 있다. 또 다른 실행예들에 따르면, 제 1 챔버 부분 및 제 2 챔버 부분은 또한, 동일 챔버 내의 2개의 인접한 공간들에 의해 제공될 수 있다. 제 1 챔버 부분 또는 제 1 챔버 및 제 2 챔버 부분 또는 제 2 챔버를 제공함으로써, 용융 구역의 온도가 고체 물질의 삽입시 갑자기 떨어지지 않도록, 새로운 물질의 피딩이 보다 잘 제어될 수 있다. 특히, 제 2 챔버 부분 내의 온도는 보다 안정적이 되도록 제어될 수 있다.
[0077] 다른 옵션에 따르면, 물질은 또한 제 1 챔버 부분(712)에서 용융될 수 있으며, 선택적으로 제 1 챔버 부분과 제 2 챔버 부분 사이에 밸브가 제공될 수 있다. 따라서, 제 1 챔버 부분 또는 제 1 챔버 및 제 2 챔버 부분 또는 제 2 챔버를 제공함으로써, 용융 구역의 온도가 고체 물질의 삽입시 갑자기 떨어지지 않도록, 새로운 물질의 피딩이 보다 잘 제어될 수 있다. 특히, 제 2 챔버 부분 내의 온도는 보다 안정적이 되도록 제어될 수 있다.
전술한 내용은 본 발명의 실시예들에 관한 것이지만, 본 발명의 다른 그리고 추가의 실시예들이 본 발명의 기본 범위로부터 벗어나지 않고 안출될 수 있으며, 본 발명의 범위는 하기의 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (15)

  1. 알칼리 금속(alkali metal) 또는 알칼리 토금속(alkaline earth metal)을 포함하는 물질의 증발(evaporation)을 위한 그리고 기판 상의 물질의 증착을 위한 증착 배열체(arrangement)로서:
    상기 물질을 액화시키도록 구성되는 제 1 챔버;
    상기 제 1 챔버와 유체 소통하며, 그리고 상기 제 1 챔버의 하류에 있는 밸브 ― 상기 밸브는 상기 밸브를 통하는 액화된 물질의 유량의 제어를 위해 구성되고, 도관을 통해 증기 분배 샤워헤드와 연결됨 ―;
    엔클로져, 및 증발된 물질을 상기 엔클로져 내부로부터 상기 기판으로 지향시키기 위한 복수의 노즐을 가질 뿐만 아니라, 증기 분배 샤워헤드에서 압력이 상기 증기 분배 샤워헤드와 상기 기판 사이의 영역에서 압력보다 더 높게 유지하도록 구성되는, 상기 증기 분배 샤워헤드;
    상기 증기 분배 샤워헤드 내에 배치될 뿐만 아니라, 상기 밸브와 유체 소통하며, 그리고 상기 밸브의 하류에 있는 증발 구역 ― 상기 증발 구역은 상기 액화된 물질을 순간 증발(flash vaporizing)시키도록 구성되고, 1 cm²내지 10 cm²의 표면 접촉 영역(surface contact area)을 갖는 표면에 의해 제공됨 ―; 및
    상기 증발 구역 내에 상기 액화된 물질을 공급하기 전에 상기 물질을 상기 제 1 챔버 내에서보다 더 높은 온도들로 가열하기 위한 가열 유닛;을 포함하고,
    상기 제 1 챔버의 온도는 상기 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 용융 온도보다 높지만 반응된 금속 화합물들의 용융 온도보다 아래인 온도를 유지하는,
    알칼리 금속 또는 알칼리 토금속을 포함하는 물질의 증발을 위한 그리고 기판 상의 물질의 증착을 위한 증착 배열체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 증기 분배 샤워헤드는 선형 증기 분배 샤워헤드인,
    알칼리 금속 또는 알칼리 토금속을 포함하는 물질의 증발을 위한 그리고 기판 상의 물질의 증착을 위한 증착 배열체.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 밸브에 연결되는 제어기를 더 포함하며,
    상기 제어기는 상기 기판 상의 증기의 증착 레이트를 조정하기 위해 상기 밸브를 제어하도록 구성되는
    알칼리 금속 또는 알칼리 토금속을 포함하는 물질의 증발을 위한 그리고 기판 상의 물질의 증착을 위한 증착 배열체.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어기는 PID(proportional-integral-derivative) 제어기이며, 상기 제어기는 증착 레이트 모니터 시스템의 신호를 수신하도록 구성되는 신호 입력부를 포함하는
    알칼리 금속 또는 알칼리 토금속을 포함하는 물질의 증발을 위한 그리고 기판 상의 물질의 증착을 위한 증착 배열체.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 챔버는 상기 제 1 챔버 내의 보호 가스의 유입구(inlet)를 위해 구성되는 가스 유입구(gas inlet)를 포함하고, 상기 배열체는 상기 제 1 챔버 내의 상기 보호 가스의 유량을 제어하도록 구성되는 추가의 밸브를 더 포함하는
    알칼리 금속 또는 알칼리 토금속을 포함하는 물질의 증발을 위한 그리고 기판 상의 물질의 증착을 위한 증착 배열체.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 챔버는 상기 추가의 밸브와 소통하는 압력 게이지를 더 포함하는
    알칼리 금속 또는 알칼리 토금속을 포함하는 물질의 증발을 위한 그리고 기판 상의 물질의 증착을 위한 증착 배열체.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 물질은 금속성 리튬인
    알칼리 금속 또는 알칼리 토금속을 포함하는 물질의 증발을 위한 그리고 기판 상의 물질의 증착을 위한 증착 배열체.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    적어도 상기 제 1 챔버 및 상기 밸브를 하우징하기 위한 엔클로져를 더 포함하며, 상기 엔클로져는 보호 분위기 하에서의 상기 제 1 챔버의 교환을 위해 구성되는
    알칼리 금속 또는 알칼리 토금속을 포함하는 물질의 증발을 위한 그리고 기판 상의 물질의 증착을 위한 증착 배열체.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 증기 분배 샤워헤드는 가열 유닛에 의해 가열되는,
    알칼리 금속 또는 알칼리 토금속을 포함하는 물질의 증발을 위한 그리고 기판 상의 물질의 증착을 위한 증착 배열체.
  10. 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속을 포함하는 물질의 증발을 위한 그리고 기판 상의 물질의 증착을 위한 증착 장치로서:
    상기 기판 상에 상기 물질을 증착하기 위한 진공 챔버; 및
    제 1 항 또는 제 2 항에 따른 배열체를 포함하는
    알칼리 금속 또는 알칼리 토금속을 포함하는 물질의 증발을 위한 그리고 기판 상의 물질의 증착을 위한 증착 장치.
  11. 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속을 포함하는 물질의 증발 방법으로서:
    상기 물질을 제 1 챔버 내에서 액화시키는 단계;
    액화된 물질을 상기 제 1 챔버로부터, 제어 밸브를 통해 증기 분배 샤워헤드내에 배치된 증발 구역으로 안내하는 단계;
    상기 증발 구역 내에 상기 액화된 물질을 공급하기 전에 상기 물질을 상기 제 1 챔버 내에서보다 더 높은 온도들로 가열하는 단계;
    1 cm²내지 10 cm²의 표면 접촉 영역(surface contact area)을 갖는 표면을 제공하는 것을 포함하는, 상기 증발 구역 내에서 상기 물질을 순간 증발시키는 단계; 및
    상기 물질의 증기를 기판 상으로 지향시키는 단계;를 포함하고,
    상기 증기 분배 샤워헤드는, 엔클로져, 및 증발된 물질을 상기 엔클로져 내부로부터 상기 기판으로 지향시키기 위한 복수의 노즐을 가질 뿐만 아니라, 상기 증기 분배 샤워헤드에서 압력이 상기 증기 분배 샤워헤드와 상기 기판 사이의 영역에서 압력보다 더 높게 유지하도록 구성되며,
    상기 제 1 챔버의 온도는 상기 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 용융 온도보다 높지만 반응된 금속 화합물들의 용융 온도보다 아래인 온도를 유지하는,
    알칼리 금속 또는 알칼리 토금속을 포함하는 물질의 증발 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 물질은 금속성 리튬을 포함하는,
    알칼리 금속 또는 알칼리 토금속을 포함하는 물질의 증발 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 물질은 상기 증발 구역에서, 600℃ 또는 그 초과의 온도에서 순간 증발되는 것, 및 상기 액화된 물질은, 증발되기 전에 185℃ 내지 285℃의 온도로 유지되는 것 중 하나 이상을 특징으로 하는,
    알칼리 금속 또는 알칼리 토금속을 포함하는 물질의 증발 방법.
  14. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 밸브를 통하는 상기 액화된 물질의 유량을 조정하기 위해, 상기 제어 밸브의 제어를 위한 폐쇄 루프 제어를 더 포함하는
    알칼리 금속 또는 알칼리 토금속을 포함하는 물질의 증발 방법.
  15. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 기판 상의 증기의 증착 레이트를 조정하기 위한 제어 밸브를 제어하는 단계를 더 포함하는,
    알칼리 금속 또는 알칼리 토금속을 포함하는 물질의 증발 방법.
KR1020217004103A 2012-12-20 2013-12-20 증발기, 증착 배열체, 증착 장치 및 이들의 작동 방법들 Active KR102494630B1 (ko)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP12198683.0 2012-12-20
EP12198683.0A EP2746423B1 (en) 2012-12-20 2012-12-20 Deposition arrangement, deposition apparatus and method of operation thereof
KR1020157019263A KR20150095916A (ko) 2012-12-20 2013-12-20 증발기, 증착 배열체, 증착 장치 및 이들의 작동 방법들
PCT/EP2013/077569 WO2014096302A1 (en) 2012-12-20 2013-12-20 Evaporator, deposition arrangement, deposition apparatus and methods of operation thereof

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020157019263A Division KR20150095916A (ko) 2012-12-20 2013-12-20 증발기, 증착 배열체, 증착 장치 및 이들의 작동 방법들

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210019131A KR20210019131A (ko) 2021-02-19
KR102494630B1 true KR102494630B1 (ko) 2023-01-31

Family

ID=47471572

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020217004103A Active KR102494630B1 (ko) 2012-12-20 2013-12-20 증발기, 증착 배열체, 증착 장치 및 이들의 작동 방법들
KR1020157019263A Ceased KR20150095916A (ko) 2012-12-20 2013-12-20 증발기, 증착 배열체, 증착 장치 및 이들의 작동 방법들

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020157019263A Ceased KR20150095916A (ko) 2012-12-20 2013-12-20 증발기, 증착 배열체, 증착 장치 및 이들의 작동 방법들

Country Status (7)

Country Link
US (2) US20150299853A1 (ko)
EP (1) EP2746423B1 (ko)
JP (2) JP2016507644A (ko)
KR (2) KR102494630B1 (ko)
CN (2) CN111304595A (ko)
TW (1) TWI609979B (ko)
WO (1) WO2014096302A1 (ko)

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107208252A (zh) * 2014-11-07 2017-09-26 应用材料公司 用于真空沉积的材料源布置和喷嘴
CN108463572A (zh) * 2016-01-15 2018-08-28 应用材料公司 用于沉积有机材料的蒸发源、设备和方法
CN110770365A (zh) * 2017-06-21 2020-02-07 皮考逊公司 衬底处理装置和方法
CN108060392B (zh) * 2017-12-14 2023-07-18 深圳先进技术研究院 一种可控线性蒸发装置及镀膜方法
KR20190090414A (ko) * 2018-01-24 2019-08-02 삼성디스플레이 주식회사 증착 장치
KR102529193B1 (ko) 2018-06-29 2023-05-08 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 액체 리튬 공급 및 조절
WO2020251696A1 (en) 2019-06-10 2020-12-17 Applied Materials, Inc. Processing system for forming layers
CN112538604B (zh) * 2019-09-23 2022-09-16 宝山钢铁股份有限公司 一种真空镀膜补液和稳定金属蒸汽供应量的装置及其方法
JP7200083B2 (ja) * 2019-10-31 2023-01-06 日立造船株式会社 真空蒸着装置の制御方法
JP7316451B2 (ja) * 2020-04-13 2023-07-27 信越化学工業株式会社 成膜装置及び成膜方法
CN115698368A (zh) * 2020-06-04 2023-02-03 应用材料公司 蒸气沉积设备和用于涂布真空腔室内的基板的方法
WO2022002349A1 (en) * 2020-06-29 2022-01-06 Applied Materials, Inc. Nozzle assembly, evaporation source, deposition system and method for depositing an evaporated material onto a substrate
CN113930738B (zh) * 2020-06-29 2023-09-12 宝山钢铁股份有限公司 一种真空镀膜用的金属蒸汽调制装置及其调制方法
CN113957389B (zh) * 2020-07-21 2023-08-11 宝山钢铁股份有限公司 一种具有多孔降噪及均匀化分配金属蒸汽的真空镀膜装置
CN116601782A (zh) * 2020-12-08 2023-08-15 应用材料公司 预锂化及不含锂金属的阳极涂层
US12209303B2 (en) * 2021-01-15 2025-01-28 Applied Materials, Inc. Apparatus for providing a liquefied material, dosage system and method for dosing a liquefied material
CN113215547B (zh) * 2021-05-21 2023-03-14 辽宁分子流科技有限公司 一种智能可控的线性蒸发源
CN114247334B (zh) * 2021-12-23 2023-09-05 北京北方华创真空技术有限公司 一种碳渗锂生产设备及碳渗锂生产方法
US20230369072A1 (en) * 2022-05-13 2023-11-16 Applied Materials, Inc. Systems and methods to reduce flow accuracy error for liquid & gas mass flow controller devices

Family Cites Families (36)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3408224A (en) * 1964-06-25 1968-10-29 Pennsalt Chemicals Corp Vapor coating employing degassing of coating metal
JP2948277B2 (ja) * 1990-07-02 1999-09-13 真空冶金株式会社 リチウム電池の作製法
JPH1025563A (ja) * 1996-07-08 1998-01-27 Shinko Seiki Co Ltd 真空蒸着装置及び真空蒸着方法
US6358323B1 (en) * 1998-07-21 2002-03-19 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for improved control of process and purge material in a substrate processing system
US6096135A (en) * 1998-07-21 2000-08-01 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for reducing contamination of a substrate in a substrate processing system
US6143082A (en) * 1998-10-08 2000-11-07 Novellus Systems, Inc. Isolation of incompatible processes in a multi-station processing chamber
KR20000033608A (ko) 1998-11-25 2000-06-15 전주범 냉난방 겸용 에어컨의 가습장치 및 그 제어방법
US6305314B1 (en) * 1999-03-11 2001-10-23 Genvs, Inc. Apparatus and concept for minimizing parasitic chemical vapor deposition during atomic layer deposition
JP2001059161A (ja) * 1999-08-20 2001-03-06 Tdk Corp 有機薄膜の製造装置および製造方法
KR100406175B1 (ko) * 2000-06-15 2003-11-19 주식회사 하이닉스반도체 액체 원료 공급 장치 및 이를 이용한 구리층 형성 방법
KR100406176B1 (ko) 2000-06-19 2003-11-19 주식회사 하이닉스반도체 샤워헤드 및 이를 이용한 액체 원료 공급 장치
US6790475B2 (en) * 2002-04-09 2004-09-14 Wafermasters Inc. Source gas delivery
US20040040503A1 (en) * 2002-08-29 2004-03-04 Micron Technology, Inc. Micromachines for delivering precursors and gases for film deposition
US7238389B2 (en) * 2004-03-22 2007-07-03 Eastman Kodak Company Vaporizing fluidized organic materials
JP4366226B2 (ja) * 2004-03-30 2009-11-18 東北パイオニア株式会社 有機ｅｌパネルの製造方法、有機ｅｌパネルの成膜装置
KR20070015923A (ko) * 2004-05-27 2007-02-06 시드라베, 인크. 금속 및 금속 합금을 증발시키기 위한 진공 증착 방법 및장치
LV13383B (en) * 2004-05-27 2006-02-20 Sidrabe As Method and device for vacuum vaporization metals or alloys
KR20080046267A (ko) * 2005-09-20 2008-05-26 고쿠리츠다이가쿠호진 도호쿠다이가쿠 성막 장치, 증발 지그, 및, 측정 방법
KR100729097B1 (ko) * 2005-12-28 2007-06-14 삼성에스디아이 주식회사 증발원 및 이를 이용한 박막 증착방법
JP5063969B2 (ja) * 2006-09-29 2012-10-31 東京エレクトロン株式会社 蒸着装置、蒸着装置の制御装置、蒸着装置の制御方法および蒸着装置の使用方法
WO2008111398A1 (ja) * 2007-03-06 2008-09-18 Tokyo Electron Limited 蒸着装置の制御装置および蒸着装置の制御方法
EP2019156A1 (en) * 2007-07-27 2009-01-28 Applied Materials, Inc. Shaped crucible and evaporation apparatus having same
KR101682348B1 (ko) * 2008-05-30 2016-12-12 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 기판 코팅용 장치
EP2168643A1 (en) * 2008-09-29 2010-03-31 Applied Materials, Inc. Evaporator for organic materials
US20100233353A1 (en) * 2009-03-16 2010-09-16 Applied Materials, Inc. Evaporator, coating installation, and method for use thereof
KR101639813B1 (ko) * 2009-10-08 2016-07-15 주식회사 포스코 연속 코팅 장치
JP5410235B2 (ja) * 2009-10-15 2014-02-05 小島プレス工業株式会社 有機高分子薄膜の形成方法及び形成装置
US20110195187A1 (en) * 2010-02-10 2011-08-11 Apple Inc. Direct liquid vaporization for oleophobic coatings
JP2012001762A (ja) 2010-06-16 2012-01-05 Nippon Electric Glass Co Ltd 蒸着方法および蒸着装置
US20120152727A1 (en) * 2010-11-24 2012-06-21 Applied Materials, Inc. Alkali Metal Deposition System
WO2012081738A1 (en) * 2010-12-13 2012-06-21 Posco Continuous coating apparatus
US9303319B2 (en) * 2010-12-17 2016-04-05 Veeco Instruments Inc. Gas injection system for chemical vapor deposition using sequenced valves
US8793350B2 (en) 2011-03-09 2014-07-29 Asset Science Llc Systems and methods for modifying content of mobile communication devices
JP5520871B2 (ja) * 2011-03-31 2014-06-11 株式会社日立ハイテクノロジーズ 蒸着装置
JP5179624B2 (ja) * 2011-04-22 2013-04-10 シャープ株式会社 成膜装置のクリーニング方法および成膜方法
KR20130119107A (ko) * 2012-04-23 2013-10-31 삼성에스디아이 주식회사 증착장치

Also Published As

Publication number Publication date
US20150299853A1 (en) 2015-10-22
TWI609979B (zh) 2018-01-01
JP2016507644A (ja) 2016-03-10
WO2014096302A1 (en) 2014-06-26
CN104884664A (zh) 2015-09-02
US11713506B2 (en) 2023-08-01
JP6639580B2 (ja) 2020-02-05
US20190071772A1 (en) 2019-03-07
TW201425611A (zh) 2014-07-01
EP2746423B1 (en) 2019-12-18
EP2746423A1 (en) 2014-06-25
JP2019007082A (ja) 2019-01-17
CN111304595A (zh) 2020-06-19
KR20150095916A (ko) 2015-08-21
KR20210019131A (ko) 2021-02-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102494630B1 (ko) 증발기, 증착 배열체, 증착 장치 및 이들의 작동 방법들
KR102137181B1 (ko) 증착 배열체, 증착 장치 및 그의 동작 방법들
JP6456841B2 (ja) 誘電体材料蒸発のためのプラズマ強化堆積設備、堆積装置及びその操作方法
TW201842224A (zh) 鍍膜裝置以及用於在真空下於基板上進行反應性氣相沉積的方法
JP2016507645A5 (ko)
TWI868451B (zh) 用於物理氣相沉積腹板塗覆的封閉耦接擴散器
KR102890153B1 (ko) 진공 챔버에서 기판을 코팅하기 위한 기상 증착 장치 및 방법
CN111344433A (zh) 冷却沉积源的方法、用于冷却沉积源的腔室和沉积系统

Legal Events

Date Code Title Description
A107 Divisional application of patent
PA0104 Divisional application for international application

Comment text: Divisional Application for International Patent

Patent event code: PA01041R01D

Patent event date: 20210209

Application number text: 1020157019263

Filing date: 20150716

PG1501 Laying open of application
PA0201 Request for examination

Patent event code: PA02012R01D

Patent event date: 20210310

Comment text: Request for Examination of Application

E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20210323

Patent event code: PE09021S01D

E90F Notification of reason for final refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Final Notice of Reason for Refusal

Patent event date: 20220629

Patent event code: PE09021S02D

E701 Decision to grant or registration of patent right
PE0701 Decision of registration

Patent event code: PE07011S01D

Comment text: Decision to Grant Registration

Patent event date: 20221122

GRNT Written decision to grant
PR0701 Registration of establishment

Comment text: Registration of Establishment

Patent event date: 20230127

Patent event code: PR07011E01D

PR1002 Payment of registration fee

Payment date: 20230127

End annual number: 3

Start annual number: 1

PG1601 Publication of registration