[发明专利]蒸发系统

说明书

技术领域

本发明涉及包括场致发射电子束源的蒸发系统。

背景技术

淀积方法用于将来自源的淀积材料传递到衬底以形成薄膜或涂层。在淀积方法中，一种最公知的蒸发技术是电子束蒸发，该技术也被称为e-束蒸发。淀积材料通常由金属、金属或非金属化合物组成，诸如金、银、镍铬合金或二氧化硅。通常，淀积材料被置于坩埚中，以及要被涂敷的衬底以距离坩埚固定距离或可变距离进行放置。电子束指向坩埚中的源材料，使得淀积材料从坩埚中蒸发出来并粘附到衬底上。该过程在真空室内进行。

通过将难熔金属丝加热至2000摄氏度以上的热电子发射方式来生成电子束。电子束被电磁场引向源材料。在实际操作中，通过开启/关闭加热电源来控制蒸发。可能需要几分钟来加热细丝以进行稳定的电子发射和蒸发。即使当加热电源关闭时，发射和蒸发也要保持特定的时间周期。从而，在快速脉冲模式中不能执行该操作，并且对淀积的控制通过切换机械遮板(shutter)来完成。因而，蒸发在淀积开始(当遮板从衬底上移除时)之前开始了很长时间，并且在遮板被放回衬底上之后继续进行。这种长时间的蒸发造成源材料的浪费。

通常，能够控制涂层纯度和淀积删除厚度(delete thickness)以达到期望结果是很重要的。厚度的精确性关键取决于蒸发速率(evaporation rate)和蒸发/淀积的开启/关闭时间之间的关系，蒸发速率越高，需要越快的切换。因而，非常需要缩短蒸发和淀积之间的时间间隔，以获得对这些过程的控制并节省源材料。

而且，许多制造步骤涉及淀积多层涂层的大量材料。另外，当在真空条件下顺序执行涂覆步骤时，可以实现在衬底上产生多个涂层的多个好处，并且涂覆技术已经有获得更纯净、更均匀和可控的涂层厚度的多个材料的趋势。因而，为了产生多个涂层，多个蒸发材料被装入多容器(pocket)坩埚的多个源容器中，并且不同的容器被顺序移到固定的电子束里。在US 6,902,625中公开了一种包括这样的多容器坩埚的蒸发系统的示例，其中不活动的容器被盖子覆盖以减少不同容器之间的交叉污染。然而，这种多容器坩埚的使用是受限制并且复杂的，并降低了蒸发系统的效率。

所以，需要一种能够提供改善的效率并降低不同的蒸发材料的蒸发之间的等待时间的蒸发系统。

发明内容

根据本发明的一个方面，可以通过蒸发系统满足上述目的，所述蒸发系统包括真空室、用于容纳蒸发材料的坩埚、用于容纳衬底的衬底架和用于对要被淀积在衬底上的蒸发材料进行加热的电子束源，其中电子束源与坩埚和衬底架一起都被布置在真空室内，其中电子束源是场致发射电子束源，以及该蒸发系统还包括用于控制由场致发射电子束源所发射的电子方向的控制单元，以便使所发射的电子对蒸发材料进行加热，从而在完全可控的方式下蒸发所述蒸发材料。

根据本发明，由场致发射电子束源(诸如冷阴极电极源)所发射的电子使得诸如金属这样的蒸发材料以向着衬底的方向进行蒸发，从而涂覆衬底。通过使用场致发射电子束源来代替现有技术的电子束源(例如“细丝”电子束源)，能够增加蒸发系统的效率，因为就切换时间、电流、动能和方向而言，其能够以高得多的程度来控制由场致发射电子束源所发射的电子，以便使发射的电子对蒸发材料进行加热。

根据本发明的优选实施方式，该蒸发系统还包括用于容纳和包含不同的蒸发材料的多个坩埚，并且场致发射电子束源所发射的电子的强度和方向可由控制单元进行调节，从而在不需要重新定位(reposition)坩埚的情况下，因替代地对电子方向进行改变而允许随后对布置在多个坩埚中的不同的蒸发材料进行加热。由于场致发射电子束源的快速切换的可能性，这种构造允许在一个工作周期中对衬底进行多层涂覆。在多层淀积的情况下，从一个源材料快速切换成另一个源材料不属于现有技术。从而，由于本发明的快速切换的可能性，本发明提供了相比于现有技术的蒸发系统的优点。

为了控制由场致发射电子束源所发射的电子，该蒸发系统还可以包括控制电极，以用于和控制单元配合来控制在该控制电极和场致发射电子束源之间的电场的分布(即电子束的传播)。因而，控制电极和场致发射电子束源被安排以进行配合，从而使得所发射的电子可以被安排成顺序地对不同坩埚中的每个坩埚进行加热。控制电极可以例如是环形电极、分段环形电极或多个单独的电子引出电极(extraction electrode)。优选地，控制电极还与电磁体配合以引导电子束。