CN103060755A - 高真空三室三掩模库薄膜沉积系统 - Google Patents

高真空三室三掩模库薄膜沉积系统 Download PDF

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CN103060755A CN2013100007542A CN201310000754A CN103060755A CN 103060755 A CN103060755 A CN 103060755A CN 2013100007542 A CN2013100007542 A CN 2013100007542A CN 201310000754 A CN201310000754 A CN 201310000754A CN 103060755 A CN103060755 A CN 103060755A
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吕正红
张晋
王登科
刘春�
周红章
孙影
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Yunnan University YNU
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SHENYANG SCIENTIFIC APPARATUS CO Ltd OF CHINESE ACADEMY OF SCIENCES
Yunnan University YNU
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Abstract

本发明提供一种高效率制备薄膜器件的高真空三室三掩模库薄膜沉积系统，该系统由氧化物生长室、金属生长室、有机物生长室、手套箱、基片架和掩模库组件、电动传送杆组件、传递小车组件、热蒸发水冷电极、有机源蒸发炉、抽气系统、安装机台、真空测量、膜厚测试及电控系统组成，其特征在于：所述的氧化物生长室、金属生长室、有机物生长室顶部均安装有基片架和掩模库组件，一个掩模库可放5个基片架，每个基片架可放9块基片，因此，在原位真空条件下可实现一次对126片基片进行多层膜沉积至器件封装，大幅度提高多层膜材料及器件制作效率，同时降低薄膜沉积系统的建造成本。适用于生长各种薄膜，制备有机发光器件、有机薄膜太阳能电池以及有机薄膜晶体管等薄膜器件。

Description

高真空三室三掩模库薄膜沉积系统
技术领域
本发明涉及一种高真空三室三掩模库薄膜沉积系统，特别是高真空三室联用并且具备三个掩模库及手套箱结构的有机无机多源气相分子沉积系统。本发明属于真空热蒸发镀膜设备，可用于在高真空背景下，采用热蒸发方式制备金属膜、氧化膜和分子膜，并通过电动传送杆在三室及手套箱之间传送基片，从而实现在原位真空条件下基片多层膜沉积至器件封装集成一体化。因此，本发明适用于生长各种薄膜，制备有机发光器件、有机薄膜太阳能电池以及有机薄膜晶体管等薄膜器件。 
背景技术
有机发光器件或称有机电致发光器件或有机发光二极管(Organic Light Emitting Diode：OLED)是指有机半导体材料和发光材料在电场驱动下，通过载流子注入与复合导致发光的现象。OLED是由几种不同的有机夹层置于两个电极之间而构成总厚度约为几百纳米的多层膜结构，它要求其中至少一个电极对可见光透明。在OLED阴极金属(cathode)与阳极(anode)之间，广泛应用的组件结构一般可分为四层。从靠近阳极一侧依次为空穴注入层(HIL)、空穴传输层(HTL)、发光层(EML)、电子传输层(ETL)。常用的阳极材料ITO（铟锡氧化物）是透明的，以便发光层所发射的光能向外辐射。当OLED器件的两极之间加电压时，电子就会从阴极注入到电子传输层，同时空穴从阳极注入到空穴传输层。电子和空穴分别经过ETL和HTL传输到发光层，并在发光层相遇，形成电子-空穴对(激子)在发光层复合，所产生的复合能以光子的形式释放而发出可见光。OLED以其发光亮度高、驱动电压低、易于实现大屏幕显示，并能在柔性衬底上制备，而且兼有环保、无污染、高效、节能、重量轻、超薄、柔软、明亮、少阴影、使用安全方便、可智能化等多种潜在优点，符合未来社会的发展需要。所以其未来应用广泛，开发前景诱人，是现代显示技术和照明灯具的重要发展方向，因而OLED成为当今科学家和产业界关注的焦点之一。 
为了推进OLED的研发及产业化进程，中国科学院长春应用化学所研制出发射材料蒸镀、电极蒸镀室、旋涂干燥箱和器件封装室四室联用的高真空、多功能发光器件制备系统。该系统采用多室、多功能和多检测的立体设计，由有机薄膜室、电极薄膜室、真空手套操作箱、高分子旋转手套和长距离型基片直线传输装置、基片交接机械手、阀门及真空系统等单元组成，可在原位真空条件下实现基片发光多层膜沉积至器件封装集成一体化。 
日本KITANO公司制造的KVD-OLED系列有机薄膜沉积系统是专为有机光电薄膜材料和器件研究而开发的薄膜制备系统，可以在同一沉积室制备有机和金属薄膜，其特有技术可以避免交叉污染，并首次解决了有机薄膜沉积过程中腔体内湿度过高的问题。 
然而，不论是中国科学院长春应用化学所研制的四室联用高真空、多功能发光器件制备系统，还是日本KITANO公司制造的KVD-OLED系列有机薄膜沉积系统一次只能制备几片或十几片基片，工作效率较低。 
中国发明专利文献(申请号为201080020337.9，公开号为CN102421933A)提供一种薄膜沉积装置及其系统，该系统以一个传送室及其两侧与之相连的两个制程室为一单元，多个用以执行相同制程的制程室及传送室相间连接，构成多个单元串联结构，这种装置可同时对多个基板执行薄膜制程，借此改良薄膜沉积速度。但此系统结构复杂，仪器建造成本较高。 
发明内容
本发明提供一种高效率制备薄膜器件的高真空三室三掩模库薄膜沉积系统，该系统由于采用高真空三室联用并具备三个掩模库及手套箱结构，能够克服上述现有薄膜沉积设备存在的缺陷，在原位真空条件下一次对126片基片进行多层膜沉积至器件封装，大幅度提高多层膜材料及器件制作效率，同时降低薄膜沉积系统的建造成本。 
本发明的技术方案是由氧化物生长室、金属生长室、有机物生长室、手套箱、基片架和掩模库组件、电动传送杆组件、传递小车组件、热蒸发水冷电极、有机源蒸发炉、抽气系统（主要包括机械泵、分子泵、低温泵和压缩机）、安装机台、真空测量、膜厚测试以及电控装置组成高真空三室三掩模库薄膜沉积系统。 
所述的氧化物生长室、金属生长室、有机物生长室均采用热蒸发方式分别制备金属膜、氧化膜、分子膜，通过所述的电动传送杆可在三室之间传送基片，实现多层膜的制备。 
借助于所述的传递小车组件可实现基片在金属生长室与手套箱之间的交接和传输，从而实现在原位真空条件下基片多层膜沉积至器件封装集成一体化。 
由于在所述的氧化物生长室、金属生长室、有机物生长室顶部均安装有基片架和掩模库组件，而且一个掩模库可存放5个基片架，每个基片架可放9块基片，因此，在原位真空条件下可实现一次对126片基片沉积多层膜至器件封装，大幅度提高多层膜器件制作效率。 
本发明提出的高真空三室三掩模库薄膜沉积系统因采用基片架和掩模库组件，可以实现在原位真空条件下一次性制备多层金属膜、多层氧化膜、多层分子膜、多层金属氧化复合膜、多层金属分子复合膜、多层分子氧化物复合膜、多层金属分子氧化物复合膜等一元、二元、三元多功能复合薄膜材料及器件。 
附图说明
图1是本发明实施例高真空三室三掩模库薄膜沉积系统结构图的正视图； 
图2是本发明实施例高真空三室三掩模库薄膜沉积系统结构图的俯视图；
图3是掩模库组件正视图；
图4是掩模库组件放大图；
图5是掩模库组件和基片架俯视图；
图6是所述的电动传送杆组件正视图；
图7是所述的电动传送杆组件俯视图；
图8是所述的传递小车组件结构图。
具体实施方式
以下参照附图详细说明本发明的具体实施例。 
参见图1、图2、图3、图4和图5，本发明实施例高真空三室三掩模库薄膜沉积系统的机械部分主要由氧化物生长室、金属生长室、有机物生长室、手套箱、基片架和掩模库组件、电动传送杆组件及传递小车组件组成。 
所述的氧化物生长室、金属生长室、有机物生长室顶部均安装有基片架和掩模库组件，所述的基片架和掩模库组件主要包括带刻度的电动手轮 
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE001
、手动手轮
Figure 2013100007542100002DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE002
、步进电机
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE003
、用于定位的柱塞旋钮
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE004
、转轴开关、手动基片挡板
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE006
、基片架和掩模库
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE007
。 
所述的基片架和掩模库
Figure DEST_PATH_182751DEST_PATH_IMAGE007
可通过电动手轮
Figure DEST_PATH_631050DEST_PATH_IMAGE001
上下移动(调整范围为0～200 mm)，实现蒸发距离的调整及基片的交接取放；所述的基片架和掩模库
Figure DEST_PATH_207525DEST_PATH_IMAGE007
也可以通过手轮
Figure DEST_PATH_884625DEST_PATH_IMAGE002
实现手动旋转，还可以通过步进电机
Figure DEST_PATH_230155DEST_PATH_IMAGE003
实现连续自转（～15 RPM），转动前需将用于定位的柱塞旋钮
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE008
拔出，使其与转动轴脱开；操作转轴开关可实现基片挡板
Figure DEST_PATH_396826DEST_PATH_IMAGE006
的开、合动作。 
如图6和图7所示，所述的电动传送杆组件主要由传送杆
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE010
、步进电机
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE011
、调整波纹管和基片叉
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE013
组成。本发明的实施例高真空三室三掩模库薄膜沉积系统含有两套完全相同的电动传送杆组件，它们分别安装在氧化物生长室左侧和有机物生长室右侧，用于在金属生长室与有机物生长室之间及金属生长室与氧化物生长室之间传送基片；传送距离均为914 mm，控制步进电机
Figure DEST_PATH_276576DEST_PATH_IMAGE011
可实现基片叉
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE014
前进、后退动作。 
如图8所示，所述的传递小车组件主要包含齿轮驱动转轴
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE015
、钢丝绳驱动转轴
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE016
、直线滑轨
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE017
、基片叉
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE018
和钢丝绳
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE019
几个部件。该组件安装在所述的金属生长室与手套箱之间的过渡室内，通过控制齿轮驱动转轴
Figure DEST_PATH_678738DEST_PATH_IMAGE015
和钢丝绳驱动转轴
Figure DEST_PATH_878775DEST_PATH_IMAGE016
，驱动基片叉
Figure DEST_PATH_606560DEST_PATH_IMAGE018
直线运动，可以实现基片在金属生长室与手套箱之间的交接和传输。 

Claims (4)

1.一种高真空三室三掩模库薄膜沉积系统，具备：
氧化物生长室、金属生长室、有机物生长室三个高真空薄膜生长室；
手套箱，用于薄膜器件的封装；
三套基片架和掩模库组件，用于支撑和存放基片；
两套电动传送杆组件，用于在三室之间传送基片；
传递小车组件，用于在金属生长室与手套箱之间的交接和传输基片，以实现在原位真空条件下基片多层膜沉积至器件封装集成一体化；
此外，还包含热蒸发水冷电极、有机源蒸发炉、抽气系统、安装机台、真空测量、膜厚测试及电控装置；
其特征在于：
所述的氧化物生长室、金属生长室、有机物生长室顶部均安装有基片架和掩模库组件，一个掩模库可放5个基片架，每个基片架可放9块基片，因此在原位真空条件下可实现一次对126片基片进行多层膜沉积至器件封装。
2.根据权利要求1所述的高真空三室三掩模库薄膜沉积系统，其特征是所述的基片架和掩模库组件具备基片架和掩模库、带刻度的手动手轮、电动手轮和步进电机、用于定位的柱塞旋钮、转轴开关和手动基片挡板；基片架和掩模库可以通过步进电机实现连续旋转，也可通过手轮实现手动旋转，使基片架和掩模库组件上下移动（调整范围为0～200 mm），以实现蒸发距离的调整及基片的交接取放；操作转轴开关可实现基片挡板的开、合动作。
3.根据权利要求1所述的高真空三室三掩模库薄膜沉积系统，其特征是所述的电动传送杆组件主要包含传送杆、步进电机、调整波纹管和基片叉部件，两套电动传送杆组件分别安装在氧化物生长室左侧和有机物生长室右侧，用于在金属生长室与氧化物生长室之间以及金属生长室与有机物生长室之间传送基片，传送距离均为914 mm，控制步进电机可实现基片叉前进、后退动作。
4.根据权利要求1所述的高真空三室三掩模库薄膜沉积系统，其特征是所述的传递小车组件主要由齿轮驱动转轴、钢丝绳驱动转轴、直线滑轨、基片叉和钢丝绳组成，该组件安装在所述的金属生长室与手套箱之间的过渡室内，通过控制齿轮驱动转轴和钢丝绳驱动转轴，驱动基片叉直线运动，可以实现基片在金属生长室与手套箱之间的交接和传输。
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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