Inyector para un sistema de deposición de vapor bajo vacío.

Inyector (3) para un sistema de deposición de vapor bajo vacío,

comprendiendo dicho inyector:

- un conducto de inyección apto para recibir materiales vaporizados procedentes de una fuente (2) de evaporación bajo vacío, y

- un difusor (4) que comprende una pluralidad de boquillas para difundir dichos materiales vaporizados al interior de una cámara (5) de deposición bajo vacío, comprendiendo cada boquilla un canal (13) apto para conectar dicho conducto de inyección a dicha cámara (5) de deposición,

caracterizado por que dicho difusor (4) presenta una distribución de boquillas que varía espacialmente, comprendiendo por lo menos una de dichas boquillas por lo menos un inserto de difusor desmontable (9), comprendiendo dicho difusor (4) unos medios de recepción de inserto de difusor y comprendiendo dicho inserto de difusión desmontable (9) unos medios de unión (15) aptos para ser ajustados a dichos medios de recepción, y siendo por lo menos un inserto de difusor desmontable (9c) apto para obturar una boquilla.

Inyector para un sistema de deposición de vapor bajo vacío.

Campo técnico

La presente invención se refiere a un inyector para un sistema de deposición bajo vacío.

Antecedentes

Los sistemas de deposición bajo vacío conocidos se utilizan para la fabricación de estructuras de películas finas sobre sustratos o paneles de gran tamaño. Por ejemplo tales sistemas se utilizan para la deposición de células solares de CIGS (cobre, Indio, gallo, selenlo) o diodos de OLED (dispositivo orgánico de emisión de luz). Los sistemas de deposición bajo vacío comprenden en general una fuente de evaporación conectada a una cámara de deposición bajo vacío. La fuente de evaporación bajo vacío evapora o sublima materiales, que se transfieren en forma gaseosa a la cámara de deposición bajo vacío. En particular, una fuente de evaporación bajo vacío de este tipo se utiliza para evaporar selenlo para la selenlzación de sustratos de vidrio en sistemas en línea de arriba abajo o de abajo arriba horizontales. La cámara de deposición bajo vacío es apta para recibir sustrato(s) que van a cubrirse por materiales vaporizados, fabricando de ese modo panel(es). Diferentes configuraciones de cámara permiten la deposición o bien sobre un único sustrato o bien sobre una pluralidad de sustratos colocados en la cámara. Los sustratos pueden ser sólidos tal como una lámina de vidrio o flexibles tal como una película metálica o de plástico. Cuando el sustrato es flexible, un sistema de deposición bajo vacío de este tipo es compatible con procedimientos de rodillo.

Los sistemas de deposición bajo vacío conocidos también comprenden un inyector conectado a la fuente de evaporación y colocado delante del sustrato. El inyector permite pulverizar los materiales vaporizados a través de aberturas o boquillas sobre una gran superficie. La geometría del inyector depende del tamaño y la geometría del sustrato que va a cubrirse. Para sustratos planos rectangulares de gran área, el inyector comprende un conducto de inyector que se extiende longitudinalmente. El inyector de la técnica anterior comprende boquillas idénticas que son equidistantes y están alineadas a lo largo del eje longitudinal. La longitud del conducto de inyector es por lo menos tan grande como la longitud o la anchura de un sustrato.

La figura 1 representa esquemáticamente una vista desde arriba de un sistema de deposición y un sustrato (1). El sistema de deposición comprende una fuente (2) de evaporación conectada a un inyector (3). La cámara de deposición bajo vacío no se representa. El inyector (3) longitudinal se utiliza en combinación con un dispositivo mecánico para conferir un movimiento relativo entre el inyector (3) y el sustrato (1) en una dirección (Y) transversal al eje longitudinal (X) del inyector (3). Durante la deposición, el sustrato (1) o el inyector (3) se mueve a lo largo de la dirección (Y) que es perpendicular al eje longitudinal (X) del inyector (3). Esta configuración permite la deposición de materiales vaporizados sobre toda la superficie del sustrato.

La figura 2 representa esquemáticamente una vista a lo largo de una sección longitudinal de un sistema de deposición tal como se representa en la figura 1. El sistema de deposición comprende una fuente (2) de evaporación conectada al conducto de un inyector (3) en una cámara (5) de deposición bajo vacío. El inyector (3) comprende un difusor (4) que se extiende a lo largo de su eje longitudinal. Se coloca un sustrato (1) que va a cubrirse por materiales de deposición en la cámara (5) de deposición bajo vacío. En la configuración de arriba abajo, el inyector (3) está por encima de un sustrato (1) que va a cubrirse por una capa de deposición, siendo la distancia entre el inyector (3) y el sustrato (1) de aproximadamente 50 mm. Sin embargo, según el material que va a vaporizarse y el rendimiento de deposición esperado, la distancia entre el inyector y el sustrato puede variar. El sustrato (1) está situado sobre rodillos (6a, 6b) en un plano paralelo al eje longitudinal (X) del inyector (3). El inyector (3) longitudinal recibe materiales vaporizados procedentes de la fuente (2) a través de un orificio de entrada (no representado) en un extremo de dicho inyector. El difusor (4) pulveriza dichos materiales vaporizados sobre el sustrato (1) a lo largo de la longitud del difusor.

La uniformidad de la deposición es de principal importancia para el procedimiento de deposición de película fina, tal como fabricación de semiconductores, pantallas de panel plano, dispositivos orgánicos de emisión de luz o células solares. Sin embargo, la obtención de una alta uniformidad de deposición a través de la superficie de un sustrato sigue siendo difícil utilizando sistemas de deposición bajo vacío de la técnica anterior, especialmente puesto que el tamaño de sustrato tiende a aumentar. Especialmente, es difícil obtener la uniformidad de la deposición a lo largo de un eje longitudinal X paralelo al difusor debido a varios parámetros que se detallarán a continuación.

Además, algunos materiales vaporizados no se depositan sobre el sustrato sino que difunden al interior de la cámara de deposición y finalmente se depositan sobre las paredes de la cámara. En especial, se cree que se pierde una gran proporción del material difundido en las extremidades del difusor. La difusión de materiales vaporizados en sistemas de deposición bajo vacío de la técnica anterior conduce por tanto a una pérdida importante de materiales. El rendimiento de deposición promedio se limita actualmente a aproximadamente el 85%.

Además, los materiales vaporizados tales como selenio o azufre utilizados en los sistemas de deposición de vapor son corrosivos. El difusor puede corroerse por estos materiales. Como resultado de esta corrosión, se modifica la geometría de las boquillas, lo que modifica el patrón de difusión a lo largo del tiempo. Por tanto, los difusores de la técnica anterior también presentan un problema de repetibilidad de los perfiles de difusión a lo largo del tiempo.

Adicionalmente, durante el procedimiento de deposición, una parte de los materiales vaporizados se descompone sobre las paredes internas de la boquilla. Los materiales descompuestos pueden obstruir la abertura de salida de una boquilla. La obstrucción de una única abertura de boquilla en una máquina de deposición de vapor bajo vacío puede afectar a la uniformidad en el grosor y/o la composición del material depositado sobre un sustrato. En este caso, se requiere la limpieza de la boquilla.

Además, podría utilizarse una misma máquina de deposición para diferentes tipos de aplicaciones, o diferentes sustratos con dimensiones variables. Dependiendo de las aplicaciones, en ocasiones se requiere sustituir el difusor por otro difusor que presente un número optimizado de aberturas de salida de boquilla, posiciones, geometría y/o rendimiento de boquilla optimizados.

Las operaciones de cambio o limpieza del difusor habitualmente requieren dar la vuelta a la máquina de deposición de vapor bajo vacío. Sin embargo, el tiempo de inactividad de cada etapa de procesamiento se transforma en costes de fabricación aumentados. Por tanto, el tiempo de inactividad de cada herramienta de procesamiento se controla estrechamente y debe mantenerse al mínimo.

El documento US 2010/0248416 da a conocer un inyector para un sistema de deposición bajo vacío, comprendiendo dicho inyector unos insertos de boquilla desmontables para la sustitución y/o la posibilidad de intercambio de los insertos de boquilla.

Problema técnico

Uno de los objetivos de la invención es mejorar la uniformidad de la deposición de materiales vaporizados, en particular a lo largo del eje del inyector. La uniformidad de la deposición se define en relación con el grosor de la capa depositada que varía entre el valor máximo superior Thmax y un valor mínimo inferior Thm¡n de manera proporcional a:

Th

Th.

max

nm

~ Thm¡n + Thnto

Esta uniformidad tiene que ser la menor posible.

Otro objetivo de la invención es aumentar el rendimiento de deposición de un sistema de deposición de vapor.

Otro objetivo de la invención es mejorar la repetibilidad del procedimiento de deposición a lo largo del tiempo.

Otro objetivo complementario de la invención es reducir el tiempo de inactividad de una máquina de deposición de vapor bajo vacío necesario para limpiar o sustituir el difusor.

Otro objetivo complementario de la invención es mejorar la versatilidad del difusor de una máquina de deposición de vapor bajo vacío para diferentes aplicaciones.

Sumario de la invención

La presente invención proporciona por tanto... [Seguir leyendo]

1. Inyector (3) para un sistema de deposición de vapor bajo vacío, comprendiendo dicho inyector:

- un conducto de inyección apto para recibir materiales vaporizados procedentes de una fuente (2) de evaporación bajo vacío, y

- un difusor (4) que comprende una pluralidad de boquillas para difundir dichos materiales vaporizados al interior de una cámara (5) de deposición bajo vacío, comprendiendo cada boquilla un canal (13) apto para conectar dicho conducto de inyección a dicha cámara (5) de deposición,

caracterizado por que dicho difusor (4) presenta una distribución de boquillas que varía espacialmente, comprendiendo por lo menos una de dichas boquillas por lo menos un inserto de difusor desmontable (9), comprendiendo dicho difusor (4) unos medios de recepción de inserto de difusor y comprendiendo dicho inserto de difusión desmontable (9) unos medios de unión (15) aptos para ser ajustados a dichos medios de recepción, y siendo por lo menos un inserto de difusor desmontable (9c) apto para obturar una boquilla.

2. Inyector (3) según la reivindicación 1, caracterizado por que dicho difusor comprende por lo menos dos boquillas que presentan diferentes geometrías de canal.

3. Inyector (3) según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que dicho difusor comprende por lo menos tres boquillas alineadas a lo largo de un eje longitudinal y que presentan separaciones diferentes entre dos boquillas adyacentes.

4. Inyector (3) según la reivindicación 1, caracterizado por que dicho inserto de difusor (9) comprende por lo menos una abertura de entrada (11, 11a, 11b, 11c) en un extremo de dicho canal (13) que emerge dentro de dicho conducto de inyección y por lo menos una abertura de salida (12) en otro extremo de dicho canal (13) que emerge fuera de dicho conducto de inyección.

5. Inyector (3) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que dichos medios de recepción del difusor (3) comprenden una rosca interna y por que dichos medios de unión del inserto de difusor (9) comprenden una rosca (15) externa ajustada a dicha rosca interna de difusor.

6. Inyector (3) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que dichos medios de recepción del difusor (3) comprenden una rosca externa y por que dichos medios de unión del inserto de difusor (9) comprenden una rosca interna ajustada a dicha rosca externa de difusor.

7. Sistema de deposición bajo vacío, que comprende una fuente de evaporación bajo vacío, un inyector según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 y una cámara de deposición bajo vacío.

8. Procedimiento para calibrar un inyector según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, que comprende las

siguientes etapas:

a) disponer un difusor que comprende una pluralidad de boquillas distribuidas a lo largo de un eje longitudinal siguiendo una configuración inicial, comprendiendo por lo menos una de dichas boquillas por lo menos un inserto de difusor desmontable y siendo por lo menos un inserto de difusor desmontable (9c) apto para obturar una boquilla;

b) depositar materiales vaporizados sobre un sustrato utilizando dicho difusor en dicha configuración inicial;

c) medir un perfil de uniformidad de dichos materiales depositados;

d) modificar la distribución espacial de dichas boquillas en función de dicho perfil de uniformidad medido, con el fin de reducir la no uniformidad de los materiales depositados.

9. Procedimiento según la reivindicación 8, que comprende la implementación repetida de las etapas (b) a (d).

10. Procedimiento según la reivindicación 8 o la reivindicación 9, en el que la modificación de la distribución espacial de dichas boquillas comprende una sustitución del inserto de difusor desmontable por otro inserto de difusor desmontable.

11. Procedimiento para fabricar un difusor para un inyector para un sistema de deposición bajo vacío según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, que comprende las siguientes etapas:

e) fabricar un inyector para un sistema de deposición bajo vacío, comprendiendo dicho inyector un difusor que comprende por lo menos una pluralidad de medios de recepción de inserto de difusor alineados a lo largo de

un eje longitudinal,

f) fabricar un inserto de difusor desmontable que comprende unos medios de unión aptos para ser ajustados a dichos medios de recepción de dicho difusor, siendo por lo menos un inserto de difusor desmontable (9c) apto para obturar una boquilla,

g) montar dicho inserto de difusión desmontable con dicho difusor.

12. Procedimiento para fabricar un difusor para un inyector para un sistema de deposición bajo vacío, comprendiendo dicho procedimiento las siguientes etapas:

(h) proporcionar un inyector que comprende un difusor que comprende un conducto de inyección y por lo menos una pluralidad de medios de recepción de inserto de difusor alineados a lo largo de un eje longitudinal;

(i) modelar el perfil de difusión de un inserto de difusor utilizando modelos de flujo de difusión;

(j) corregir el perfil de difusión de un conjunto de una pluralidad de insertos en función de las posiciones respectivas de cada inserto a lo largo del eje longitudinal de dicho difusor;

(k) comparar el perfil de difusión deseado con el perfil de difusión modelado del conjunto de insertos de difusor;

(l) definir la distribución de insertos de difusor correspondiente al perfil de difusión deseado;

(m) insertar unos insertos de difusor que comprenden unos medios de unión aptos para ser ajustados a dichos medios de recepción de dicho difusor en los medios de recepción correspondientes, siendo por lo menos un inserto de difusor desmontable (9c) apto para obturar una boquilla.