CN101082122A - 具有蒸镀器管的材料蒸镀装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有蒸镀器管等的材料蒸镀装置，所述装置包括至少一个被蒸镀材料的排出口。所述蒸镀器管与蒸汽分配器连接，并包括至少两个可独立加热的蒸镀器单元。在所述蒸镀器管中，具有通过间隙分隔的上活塞和下活塞。所述至少两个独立的蒸镀器单元以夹钳形式至少部分地围绕所述下活塞和/或上活塞。

Description

具有蒸镀器管的材料蒸镀装置
技术领域
本发明一种材料蒸镀装置。
背景技术
如果在当今的工业中不存在将各个层涂覆在衬底上的涂层工艺作为制造技术，这是无法想象的。涂覆在这些衬底上的所述层可以例如作为保护层或仅作为装饰层。
这样的涂层工艺的一个例子是蒸镀工艺。在这样的蒸镀工艺中，材料被引入蒸镀器装置，随后被转化为气相。然后，这些气态材料朝向衬底运动，沉积于其上，并形成高度均匀的层。可以理解，在涂覆第一层之后，可以以此方式涂覆其它层，从而可以在衬底上涂覆多层系统。
例如，在一种已知的涂层工艺中，在真空室中用蒸汽状有机材料对衬底进行涂层(EP 1401036A2)。涂层室包括数个彼此相邻设置的蒸镀器源，所述蒸镀器源与具有喷嘴的蒸汽出口相连接，蒸汽可以通过所述蒸汽出口向着衬底的方向移动，从而在其上沉积。在每个蒸镀器源与蒸汽出口之间具有可以调节流出蒸汽量的阀。
另一种已知的用于对衬底进行涂层的蒸镀器装置包括具有衬底的涂层室(US 2005/0241585 A1)。该蒸镀器装置还包括至少两个彼此分隔设置的蒸镀器源，所述蒸镀器源包括可用来单独控制流入涂层室的蒸汽量的装置。
另一种已知的蒸镀器装置具有数个彼此相邻设置的蒸镀器源(US6770562 B2)。其中设置有衬底的涂层室位于这些蒸镀器源之上。这里，所述涂层室被分隔成数个部分，所述衬底依次通过这些部分。这些部分中的每一个均与一个蒸镀器源相连接，从而通过离开所述蒸镀器源的蒸汽对所述衬底进行涂层。设置在所述部分与蒸镀器源之间的阀用于控制流出蒸汽的量。
发明内容
本发明所要解决的问题是减少待蒸镀材料的热负荷，从而延长材料蒸镀装置的使用寿命。
专利权利要求1的技术方案解决了上述问题。
因此，本发明涉及具有蒸镀器管等的材料蒸镀装置，所述装置包括至少一个被蒸镀材料的排出口。所述蒸镀器管与蒸汽分配器连接，并包括至少两个可独立加热的蒸镀器单元。在所述蒸镀器管中，具有通过间隙分隔的上活塞和下活塞。所述至少两个独立的蒸镀器单元以夹钳形式至少部分地围绕所述下活塞和/或上活塞。
本发明的一个优点是，同样可以将不能长时间保持热稳定的材料蒸镀。为此目的，以小部分将所述材料蒸镀。只有当先前的部分已被蒸镀后，才可以使用另外的材料。待蒸镀的材料因而仅短时间暴露于蒸镀温度。
另一个优点是，可以连续驱动相邻的蒸镀器，从而使蒸镀连续进行而不间断。
附图说明
附图示出了本发明的具体实施方式，下面更详细地加以描述。
在附图中：
图1为具有位于真空室外部的蒸镀器管的材料蒸镀装置的局部图；
图2为图1所示的蒸镀器管的局部沿B-B和C-C的剖面图；
图3为蒸镀器单元的透视图；
图4为图2所示蒸镀器管局部的俯视图；
图5为图2所示蒸镀器管沿D-D的部分剖面图；
图6为在对蒸镀器单元进行剖面后图5所示的蒸镀器管的部分局部图。
具体实施方式
图1示出了具有位于真空室2外部的蒸镀器管3的材料蒸镀装置1的局部。此蒸镀器管3通过连接管4与设置在蒸镀室2内的分配器5连接。为了清楚起见，图中仅示出了具有真空室壁面6的真空室2的局部，真空室2按照DE 10128091 C1中描述的真空室来构造。
为了保持在真空室2中形成的压力，真空室壁面6完全包围连接管4。但是，也可以如图1同样所示，围绕连接管4另外涂覆密封材料7。由此保持真空室2中所得的压力。密封材料7例如由不透气的橡胶型弹性材料构成。
用封闭件10、11(例如，端盖10、11)将蒸镀器管3两端8、9密封。所述端盖10、11包括至少一个连接件。因此，如图1所示，端盖11包括两个连接件12、13。这些连接件中的一个(例如连接件12)可以与加热器(未示出)相连接。通过此加热器，蒸镀器管中的材料可被蒸镀。另一个连接件13可连接温度传感器，用来监测蒸镀器管3中产生的温度条件。但所述温度传感器在这里并未示出。
为了连接蒸镀器单元的加热和冷却系统，蒸镀器管3中可具有插槽。蒸镀器单元的连接只能是刚性连接，而真空中的外部供给管线必须是柔性的。
端盖10也可包括数个连接件14、15。通过连接件14，蒸镀器管3与控制器相连。在连接件15处可连接真空泵，用于在蒸镀器管3中产生真空，以使在蒸镀工艺之前优选获得相当于真空室2中的压力的压力。然而，为了清楚起见，并未示出真空泵。
蒸镀器管3还可以包括数个连接件。因此，图1中可看到两个直接设置在蒸镀器管3上的连接件16、17。这些连接件16、17用于连接蒸镀器管3的冷却装置，例如水(如果需要)。这里，连接件16例如用作冷却装置出口，连接件17用作冷却装置入口。
如蒸镀器管3，分配器5也在其两端18、19封闭。这可以例如用封闭件20、21(例如端盖20、21)来实现。这些端盖20、21也可以具有连接件，图1仅示出了设置在端盖20上的两个连接件22、23。通过这些连接件22、23，分配器5可例如与加热器连接，以使在分配器5中获得例如相当于蒸镀器管3中所得的温度的温度。然而，连接件22、23还可用于连接冷却装置供给或温度传感器。图1中并未示出加热器、温度传感器或冷却装置供给。
分配器5包括至少一个开口，优选成排设置的数个开口(但图1中并未示出)。通过这些开口，蒸汽达到位于真空室2中的衬底24。此衬底运动经过分配器的所述至少一个开口，以使蒸汽朝向衬底24运动并在其上沉积。图1所示的衬底在制图平面向里或向外运动。例如在DE 10128091C1中描述了衬底通过分配器的这种运动。
图2示出了图1所示的蒸镀器管3的局部沿B-B和C-C的剖面图。在具有壁面25的蒸镀器管3内部，设置直接与壁面25接触的柱体26。在柱体26上设置环形的蒸镀器单元27，在此蒸镀器单元27与柱体26之间设置有隔离层28。蒸镀器单元27、柱体26以及隔离层28在朝向连接管4的方向上开口。
内活塞延伸通过蒸镀器单元27以及在朝向连接管4的方向上开口的区域29，所述内活塞分为上活塞和下活塞。图2中仅可见上活塞30。与上活塞相反，柱体26与隔离层28以及蒸镀器单元27并非固定设置在蒸镀器管3中，而是可以沿着导向杆31运动。这种运动通过与连接至连接件14(图1)的控制器来控制。
由于蒸镀器单元27直接设置在上活塞30上，因此上活塞30也可作为导向元件。因此，由蒸镀器单元27、柱体26以及隔离层28所形成的这种布置可以沿着上活塞30运动。
图3示出了相对应于蒸镀器单元27的蒸镀器单元32的透视图，未示出包围蒸镀器单元的隔离层28并且没有柱体26。向着一侧开口的环状蒸镀器单元32在外部33包括凹槽34，环形加热器35设置在所述凹槽34中。此加热器35可以例如是加热丝。
然而，同样可以理解的是，加热丝被设置在蒸镀器单元32的内部，而冷却系统位于凹槽34中。冷却装置可使用水，而可以理解，水在加热操作过程中必须被移除。蒸镀器单元在其内侧36包括盆体37，用于容纳待蒸镀的和用来涂层衬底的材料38。蒸镀器单元32在其顶侧39还包括三个开口40、41、42。由于蒸镀器单元32优选由具有良好导热性的材料构成，因此通过加热器35使整个蒸镀器单元32达到可将待蒸镀的材料38转化为气态的温度。
图4示出了图2所示蒸镀器管3的所述局部的俯视图。图中可明显看出蒸镀器管3的壁面25以及设置在其上的柱体26与隔离层28和蒸镀器单元27。蒸镀器单元27在其顶侧39包括数个开口40-42。这些开口40-42利用杆来彼此固定蒸镀器单元的隔离层50、71-79。只要这些蒸镀器单元正在运行并且活塞30、80无法用作导向装置，所述蒸镀器单元就可能处于不适当的位置。
图中还可明显看出放置待蒸镀材料38的蒸镀器单元27的盆体37。朝向区域29方向开口的蒸镀器单元包围上活塞30。可以将设置在柱体26上的蒸镀器单元27沿着导向杆31运动，隔离层28沿着上活塞30运动。因此，上活塞30用作导向元件。
图5示出了图2所示的蒸镀器管3沿D-D的局部剖面图，该剖面仅通过了壁面25、柱体26以及隔离层28。所述剖面并未通过蒸镀器单元27、51-60。蒸镀器管3的壁面25是可见的。具有隔离层28的柱体26位于壁面25的内部。柱体26被设置在导向杆31上。
蒸镀器单元27、51-60被直接设置在隔离层28上，其中每个包括置于其外侧上的加热元件49、61-70。蒸镀器单元27、51-60之间分别设置有隔离层50、71-79。
蒸镀器单元27、51-60中的每个均包括容纳待蒸镀材料的盆体。然而，只有蒸镀器单元27的盆体37是可见的，可以使用其中的待蒸镀材料38。蒸镀器单元27、51-60与上活塞30和下活塞80接触。活塞30、80两者作为蒸镀器单元27、51-60的导向元件。因此，柱体25可与蒸镀器单元27、51-60一起沿着导向杆31在上活塞30或下活塞80的方向上运动。
上、下活塞30、80分别具有加热器81、82，所述加热器81、82通过隔离层83、84与上、下活塞30、80分隔。在上活塞30的加热器82与下活塞80的加热器81之间可以看到间隙85，被蒸镀的材料通过间隙85经由开口区域29到达连接管4，最后经由分配器5(如图1所示)达到衬底24。
因此，下活塞80和设置在其上的加热器81可以在上活塞30的方向上往复运动，间隙85的尺寸可以改变。
蒸镀器单元沿着虚构的公共轴上下平行设置，并且彼此之间是可偏移的。
图6示出了图5所示的蒸镀器管3、及其壁面25以及连接管4及其壁面86的局部，剖面同样穿过蒸镀器单元27、51-60。只能看到蒸镀器单元52-56。导向杆31通过柱体26延伸，从而在图6看不到柱体26。
在导向杆31上设置隔离层28，并在其上直接设置蒸镀器单元52-56。因此，设置在柱体26上的蒸镀器单元52-56可以在上活塞30或下活塞80的方向上运动。蒸镀器单元52-56分别包括盆体92-96，在这些盆体中容纳待蒸镀材料87-91。
虽然具有盆体92-96的蒸镀器单元52-56被认为是环状，但是这些蒸镀器单元52-56也可以具有不同的形状。唯一重要的是，这些不同形状也具有用于容纳待蒸镀材料的机构，并且包括加热器。
由于蒸镀器单元52-56均具有加热器并且可能具有冷却装置，因此蒸镀器单元52-56通过隔离层72-76彼此分隔，蒸镀器单元52-56均可被独立加热。以此方式可以仅将位于蒸镀器单元54的盆体94中的材料89蒸镀。此被蒸镀的材料随后通过间隙85进入区域29。从此区域29，蒸汽可以通过分配器5(图1)向着衬底24的方向最终移动。上活塞30和下活塞80的加热器81、82防止蒸汽在这些活塞上冷凝。
尽管并未示出，但应当理解，连接管4也可以装备有加热元件，从而防止蒸汽在其上冷凝。
因此，蒸镀器单元52-56直接与上或下活塞30、80接触，并且在蒸镀器单元之间设置隔离材料，蒸汽只能通过间隙85在连接管4的方向上逸出。
如果材料89不只是从蒸镀器单元54的盆体94蒸镀，则下活塞80可在箭头97的方向上运动，以使间隙85增大。如果下活塞80在箭头97的方向上运动例如长度D(D相当于连接管4的内径)，则蒸镀器单元55的材料90也可从现已被D增大的间隙逸出。蒸镀器单元52-56均包括各自的加热器是有利的。蒸镀器单元可单独被加热，特别是将间隙86附近的那些蒸镀器单元加热。
不必将位于蒸镀器管3中的全部材料加热，而仅需将那些直接位于间隙上的蒸镀器单元中的材料加热。由于材料按份存在，因此也仅需按份加热。这样做的优点是，那些不能经受长期热负荷从而分解的材料，仅短时间暴露于高温。
从图6可看出，可以仅将蒸镀器单元54的盆体94中的材料89蒸镀。当材料89被蒸镀后，其内还含有材料的另一个蒸镀器单元被移入蒸镀器单元54的位置，然后将此蒸镀器单元中的材料蒸镀。
有利的是，不必等待蒸镀器54中的材料89完全蒸镀。为了保证具有恒定蒸镀器速率的连续工艺，优选采用可以确定蒸镀速率的测量仪器。
例如，通过IR测量，将连接管4作为测量单元，其中连接管4包括可透射IR光辐射的两个相对的窗口98、99，可以确定被蒸镀材料的浓度。利用化学计算的数学方法，可以确定蒸汽状材料的浓度。
如果所述浓度低于特定值，则将另一个蒸镀器单元置于蒸镀器单元54的位置，并将此蒸镀器单元中的材料蒸镀。
可以例如通过提高蒸镀温度或通过增大间隙85来提高蒸镀器速率。通过增大间隙85可使另外的蒸镀器单元位于间隙85附近，以使位于这些蒸镀器中的材料也可以被蒸镀。根据间隙的尺寸，可以选择不同数量的蒸镀器单元，因而也可以选择待蒸镀材料的量，从而可以对速率进行精细调节。
由于这些蒸镀器单元仅有一定量的材料，因此不再需要将蒸镀器管3内的全部材料蒸镀。因此，特定蒸镀器单元中的分份材料仅暴露于高温相对短的时间，从而使材料在因热负荷而分解之前被蒸镀。
通过将这些大量的蒸镀器单元(通过导向元件使其处于适于蒸镀材料的位置)，可使蒸镀工艺连续利用所述材料。因此持续地确保恒定的蒸镀速率。因此，整个装置的使用寿命也足以进行大面积涂覆。原则上，必须区分相对于固定在装置上的蒸镀器管3的两种各自独立的运动。
在涉及活塞30或活塞80的一种运动中，所述两个活塞中的一个被固定在蒸镀器管3上。另一个活塞例如通过真空密闭线性导轨从真空外部驱动。两个活塞30、80中哪个固定哪个可运动并不影响功能。
另一种运动(关于蒸镀器单元的运动)也可以通过从真空外部驱动的真空密闭导杆产生。用开口40-42中的杆将蒸镀器单元连接以形成组合件(包括隔离层)。

Claims (18)

1.一种具有蒸镀器管(3)的材料蒸镀装置，所述装置包括用于蒸镀材料的至少一个排出口(85)，其特征在于，具有平行设置的至少两个蒸镀器单元(27、32、51-60)，所述蒸镀器单元可以沿着公共轴相对彼此运动。
2.如权利要求1所述的材料蒸镀装置，其特征在于，所述蒸镀器单元(27、32、51-60)均具有其各自的加热装置(49、61-70)。
3.如权利要求1所述的材料蒸镀装置，其特征在于，具有用于所述蒸镀器单元(27、32、51-60)的导向元件(30、80)，其中至少一个导向元件(80)是可偏移的。
4.如权利要求3所述的材料蒸镀装置，其特征在于，所述导向元件(30、80)为被所述蒸镀器单元(27、32、51-60)以夹钳形式至少部分地围绕的活塞。
5.如权利要求1所述的材料蒸镀装置，其特征在于，所述至少两个蒸镀器单元(27、32、51-60)被设置在柱体(26)上，所述柱体(26)接触所述蒸镀器管(3)的壁面(25)的内侧。
6.如权利要求5所述的材料蒸镀装置，其特征在于，在所述柱体(26)与设置在柱体(26)上的所述至少两个蒸镀器单元(27、32、51-60)之间设置隔离材料(28)。
7.如权利要求1所述的材料蒸镀装置，其特征在于，在所述至少两个蒸镀器单元(27、32、51-60)之间设置隔离材料(50、71-79)。
8.如权利要求1所述的材料蒸镀装置，其特征在于，所述至少两个蒸镀器单元(27、32、51-60)中的每个包括用于待蒸镀材料的容纳机构(37、92-96)。
9.如权利要求1所述的材料蒸镀装置，其特征在于，所述至少两个蒸镀器单元(27、32、51-60)中的每个包括独立的加热器。
10.如权利要求1所述的材料蒸镀装置，其特征在于，所述至少两个蒸镀器单元(27、32、51-60)中的每个包括独立的冷却系统。
11.如权利要求1所述的材料蒸镀装置，其特征在于，所述至少两个蒸镀器单元与导向杆(31)相连接。
12.如权利要求5或11所述的材料蒸镀装置，其特征在于，所述柱体(26)与导向杆(31)相连接。
13.如权利要求1所述的材料蒸镀装置，其特征在于，所述蒸镀器单元(27、32、51-60)为向一侧开口的圆环。
14.如权利要求13所述的材料蒸镀装置，其特征在于，向一侧开口的所述蒸镀器单元(27、32、51-60)以夹钳形式围绕上活塞(30)和/或下活塞(80)。
15.如权利要求1所述的材料蒸镀装置，其特征在于，所述蒸镀器单元(27、32、51-60)中的至少一个被设置在所述间隙(85)的同等高度上。
16.如权利要求1所述的材料蒸镀装置，其特征在于，所述间隙(85)是由设置在上活塞(30)上的加热器(82)和设置在下活塞(80)上的加热器(81)所形成的。
17.如权利要求16所述的材料蒸镀装置，其特征在于，在所述下活塞(80)与所述加热器(81)之间以及所述上活塞(30)与所述加热器(82)之间设置隔离材料(83、84)。
18.如权利要求1所述的材料蒸镀装置，其特征在于，在所述蒸镀器管(3)与所述分配器(5)之间设置连接管(3)。
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