CN103160788B - 真空蒸发系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种真空蒸发系统，包括真空腔室、蒸发源、电磁感应圈以及托架；托架设置在真空腔室的底部，电磁感应圈设置在托架上方，与托架相对，蒸发源为多个，真空蒸发系统还包括移动支架，多个蒸发源排列放置在移动支架上，移动支架将蒸发源送至托架上方，托架将蒸发源托送至电磁感应圈中通过电磁感应加热进行蒸发，并在蒸发结束后返回初始位置，将蒸发源放回移动支架上的初始位置。移动支架在蒸发源放回到初始位置时，进行移动将下一蒸发源送至托架上方，进行下一次蒸发。本发明通过移动支架的移动来更换蒸发源，实现连续生产，大大简化了系统的结构，降低了能量消耗，大幅度的提高生产效率和可控性，保证了产品质量。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种真空蒸镀领域，尤其涉及一种真空蒸发系统。
【背景技术】
目前，真空蒸镀工艺已广泛的用于半导体元器件及平板显示器件的制作。特别如有机发光二极管(OLED)等方面已形成了一个很大的产业，在OLED的制备过程中主要的过程是真空蒸发，就是把蒸发料放在加热的坩埚中把蒸发料变成蒸汽后沉积在基板上。
传统真空蒸发系统，只有一个蒸发源进行蒸发，无法更换，不能连续生产，且需要一直对蒸发源进行加热，整个系统一直处于高温状态既损耗大量的热能又会造成整个腔体和基板的升温，不利于产品的质量，降低了生产效率。
同时，由于随着平板显示面积的不断扩大，对大面积蒸发的均匀性和低成本的蒸发要求越来越高。传统的蒸发源有点蒸发源和线蒸发源。对于点蒸发源，由于蒸发时呈球面状，因此在蒸发到平面基板时是不均匀的，中间厚周边薄。为了要得到均匀的薄膜则需要把蒸发源放在基板的边缘而在基板旋转的情况下才能得到均匀的薄膜。这不仅增加了工艺的复杂性而且也造成了蒸发料的大量浪费。一般用这种方法的蒸发料的利用率只有百分之几。特别是对有机发光器件其有机发光的材料很昂贵的情况下它大大的增加了成本。对于线蒸发源，蒸发料利用率有了一定提高，但是它的结构复杂，为实现均匀蒸发速率要控制的因素很多，设备成本较高。
此外，由于一般的有机发光层多需要有搀杂剂，因此需要多源蒸发。这不仅带来了更多的控制，为了调节其稳定的蒸发速率需要很长的调试过程，这也带来了很大的蒸发料的浪费和工艺成本。
【发明内容】
有鉴于此，有必要提供一种可更换的带有气流导向蒸发源的真空蒸发系统。
一种真空蒸发系统，包括真空腔室、蒸发源、电磁感应圈以及托架；所述托架设置在所述真空腔室的底部，所述电磁感应圈设置在所述托架上方，与所述托架相对，基板设置在所述真空腔室的上部，所述蒸发源为多个，所述真空蒸发系统还包括移动支架，所述多个蒸发源排列放置在所述移动支架上，所述移动支架将蒸发源送至所述托架上方，所述托架将蒸发源托送至所述电磁感应圈中通过电磁感应加热进行蒸发，并在蒸发结束后返回初始位置，将所述蒸发源放回所述移动支架上的初始位置，所述移动支架在所述蒸发源放回到初始位置时，进行移动并将下一蒸发源送至所述托架上方，进行下一次蒸发；
所述真空蒸发系统还包括用于移动所述移动支架的移动装置；所述移动装置与所述移动支架相连，用于带动所述移动支架并使所述移动支架上的蒸发源准确对位到所述托架上方，以便所述托架将蒸发源托送到所述电磁感应圈中。
优选的，所述真空腔室包括隔板，所述隔板将真空腔室隔成上下两层，上层为主真空腔室，所述主真空腔室上部设置基板，所述隔板中部开有蒸发口，供蒸汽气流通过，所述蒸发口一侧设有可封闭蒸发口的闸板阀，所述真空腔室下层一侧开设有密封门，用于更换所述移动支架和蒸发源。
优选的，所述蒸发源卡放在所述移动支架上，所述移动支架上设置有多组定位环组，每组定位环组包括上下两个定位环，上定位环直径大于蒸发源的直径，下定位环直径小于蒸发源的直径，以卡持一个蒸发源。
优选的，所述真空蒸发系统还包括托架推动装置；所述托架推动装置包括内推动装置和外推动装置，所述内推动装置设置在真空腔室内部，与托架底部连接，所述外推动装置固定在真空腔室底部的外部，与所述内推动装置相对，所述外推动装置利用磁力推动所述内推动装置上升，以推动所述托架上升。
优选的，所述蒸发源包括蒸发坩埚、阻挡板、气流导向头、导流件以及气流导向塞子；所述蒸发坩埚底部呈锥状且放置有蒸发料，所述阻挡板为多个，与蒸发坩埚内部连接，呈迷宫状交叉设置，所述气流导向头设置在蒸发坩埚顶端，中部贯通形成喷口，所述喷口两端均呈喇叭形，所述导流件设置在气流导向头内侧，与气流导向头连接，中部贯通形成导流喷口，所述导流喷口两端均由多个圆锥角不相同的锥面依次连接而构成喇叭形，所述气流导向塞子设置在导流件的内侧，呈锥状。
优选的，所述蒸发坩埚、气流导向头、阻挡板、导流件以及气流导向塞子均由在电磁场感应下能够发热的材料制成。
优选的，所述蒸发源包括蒸发坩埚、阻挡板以及气流导向头；所述阻挡板为多块，与蒸发坩埚内部连接，呈迷宫状交叉设置，所述气流导向头与蒸发坩埚顶部连接，为板状，所述气流导向头中心开设有沿轴向贯通的中心孔，所述中心孔为圆柱直孔，所述中心孔外侧的圆周上设有多个贯通的外围孔，所述外围孔直径小于所述中心孔直径，所述外围孔与气流导向头顶面的夹角小于90度且顶端向所述气流导向头的外侧倾斜，以补偿从所述中心孔喷出的气流的强度在周边的不足。
优选的，所述蒸发源包括蒸发坩埚、阻挡板以及气流导向头；所述阻挡板为多层，与蒸发坩埚内部连接，每层阻挡板上开设有多个小孔，且相邻两层阻挡板上的小孔互不对齐，所述气流导向头为板状，中心开设有沿轴向贯通的中心孔，所述中心孔为两端呈喇叭形的直孔，所述中心孔外侧的圆周上设有多个贯通的外围孔，所述外围孔直径小于中心孔直径，两端呈喇叭形，所述外围孔与气流导向头顶面的夹角小于90度且顶端向所述气流导向头的外侧倾斜，以补偿从所述中心孔喷出的气流的强度在周边的不足。
优选的，所述蒸发源底部装有蒸发料，所述蒸发料是单一材料，或者是多种材料的混合材料，所述混合材料是机械混合料，或者是通过把多种材料溶解在溶剂中再加入到基质中使其含有微量杂质，所述蒸发料预先称量后装入所述蒸发源并一次蒸发完。
上述真空蒸发系统，多个蒸发源放置在移动支架上，移动支架将蒸发源送至托架上方，托架将蒸发源托送至电磁感应圈中通过电磁感应加热进行蒸发，蒸发后再返回，移动支架将下一蒸发源送至托架上方，从而更换蒸发源，继续进行蒸发，通过移动支架的移动来更换蒸发源，实现连续生产，大大简化了系统的结构，降低了能量消耗，大幅度的提高生产效率和可控性，保证了产品质量。
【附图说明】
图1是一个实施例中真空蒸发系统的结构示意图；
图2是另一个实施例中蒸发源的结构示意图；
图3是图2所示蒸发源的俯视图；
图4是又一个实施例中蒸发源的结构示意图；
图5是图4所示蒸发源的俯视图。
【具体实施方式】
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述。
图1是一个实施例中真空蒸发系统的结构示意图。该真空蒸发系统包括真空腔室100、蒸发源200、移动支架300、托架400、电磁感应圈500以及托架推动装置600。蒸发源200、移动支架300、托架400和电磁感应圈500设置在真空腔室100中。托架400设置在真空腔室100的底部，基板700设置在真空腔室100上部，电磁感应圈500设置在托架400上方，与托架400相对。蒸发源200为多个，排列放置在移动支架300上。移动支架300设置在托架400和电磁感应圈500之间，将蒸发源200送至托架400上方。托架400上升将蒸发源200托送至电磁感应圈500中通过电磁感应加热进行蒸发，并在蒸发结束后下降至初始位置，将蒸发源200放回移动支架300上的初始位置。移动支架300在蒸发源200放回到初始位置时，进行移动将另一蒸发源200送至托架400上方，进行下一次蒸发。
真空腔室100上部可放置基板700。蒸发源200底部装有蒸发料800。蒸发源200在电磁感应圈500中时，电磁感应圈500外加交流电源，电磁感应圈500通过电磁感应对蒸发源200加热，使蒸发源200发热升温，以使蒸发料800变成蒸汽并形成气流，到达基板700形成蒸发面。蒸发源200中的蒸发料800经一次蒸发即蒸发完。
该实施例中，真空腔室100包括隔板110。隔板110将真空腔室100隔成上下两层，其中，上层为主真空腔室120。主真空腔室130上部放置基板700。隔板110中部开有蒸发口111，供蒸发料800的蒸汽气流通过。蒸发料800的气流经过蒸发口111到达基板700上。隔板110的蒸发口111一侧设有可封闭蒸发口111的闸板阀112。闸板阀112能够将蒸发口111完全封闭，使主真空腔室120在任何情况下保持真空状态。真空腔室100下层一侧开设有密封门130，用于更换蒸发源200和移动支架300。
蒸发源200是由在电磁场感应下能迅速发热的材料制成，以使蒸发源200在电磁感应圈500作用下能够迅速发热升温，升温至高于蒸发料800的蒸发温度，使蒸发料800变成蒸汽形成气流。优选的，蒸发源200由导电的或既导电又具有铁磁性的金属制成。蒸发源200中的蒸发料800经一次蒸发即蒸发完成。多个蒸发源200底部可以放置同一种蒸发料800，也可以根据需要每个蒸发源200都放置不同的蒸发料800。
为解决蒸发面不均匀的问题，该实施例中，蒸发源200包括蒸发坩埚210、阻挡板220、气流导向头230、导流件240以及气流导向塞子250。蒸发坩埚210、阻挡板220、气流导向头230、导流件240以及气流导向塞子250均由在电磁场感应下能够发热的材料制成。
蒸发坩埚210底部呈锥状且放置蒸发料800。阻挡板220为多个，与蒸发坩埚210内部连接，呈迷宫状交叉设置，阻挡蒸发料800蒸汽中的小颗粒由蒸发源800喷出，并使蒸发料800的蒸汽不能由蒸发源200直接喷出。
气流导向头230设置在蒸发坩埚210顶端，中部贯通形成喷口231。喷口231两端均呈喇叭形。导流件240设置在气流导向头230内侧，与气流导向头230连接，中部贯通形成导流喷口241。导流喷口241两端均由多个圆锥角不相同的锥面依次连接而构成喇叭形，用以调整各个角度蒸发料800的蒸汽气流，改善蒸汽气流的均匀性。气流导向塞子250设置在导流件240的内侧，呈锥状或者带曲面的锥状。蒸发料800的蒸汽气流通过喷口231、导流喷口241、气流导向塞子250后，由于导流喷口241的调整，会形成一个中间气流稍弱而周边较强的气流，该气流达到基板700时的气体流量正好是均匀的，从而达到在指定的面积里是均匀的，而且所有的气流都集中在基板700的有效面积内，这样既保证了蒸发到基板上的薄膜厚度是均匀的，又大大的提高了有机蒸发料的利用率降低了成本，解决传统蒸发源蒸发面不均匀问题。
移动支架300按照垂直托架400的方向运动。在优选的实施方式中，蒸发源200卡放在移动支架300上。移动支架300上设置有多组定位环组310。每组定位环组310卡持一个蒸发源200。每组定位环组310包括上下两个定位环，上定位环311直径大于蒸发源200的直径，下定位环322直径小于蒸发源200的直径，使得蒸发源200底部能够卡放在下定位环322上，从而卡放在移动支架300上，方便托架400将蒸发源200托起或者放回。
此外，该真空蒸发系统还包括用于移动移动支架300的移动装置(图未示)；移动装置与移动支架300相连，能够多方位移动和对位，使移动支架300上的蒸发源200准确对位到托架400上方，以便托架400将蒸发源200托送到电磁感应圈500中。
托架400由耐高温的陶瓷或者石英制成，顶部呈喇叭状，与蒸发源200底部适配，能够托住蒸发源200。托架400由托架推动装置600推动上升，把蒸发源200从移动支架300托到电磁感应圈500中间进行加热蒸发。蒸发完成后托架400下降至初始位置。
电磁感应圈500是由高导电的线或管制成，管中可通有冷却水。电磁感应圈500外加低频电源、中频电源、高频电源等交流电源。由于蒸发源200是由在电磁场感应下能迅速发热的材料制成，电磁感应圈500加上电源后，能够使蒸发源200迅速发热升温。其中，电源功率可根据蒸发源200所需要的温度来自动控制，蒸发源200的温度由红外温度测量仪或者热电偶来测量。
托架推动装置600设置在真空腔室100底部，与托架400相对，推动托架400上升。该实施例中，托架推动装置600包括内推动装置610和外推动装置620。内推动装置610设置在真空腔室100内部，与托架400底部连接。外推动装置620固定在真空腔室100底部的外部，与内推动装置610相对。外推动装置620利用磁力推动内推动装置610上升，以推动托架400上升。
蒸发料800可以是粉末、粒子、球状体或者片状结构。蒸发料800为有机材料或者是无机材料。蒸发料800可以是单一材料，或者是多种材料的混合材料。混合材料可以是机械混合料，或者是通过把多种材料溶解在适当的溶剂中再加入到基质中形成微量杂质。蒸发料800重量预先称量并一次蒸发完。
该真空蒸发系统，多个蒸发源200排列放置在移动支架300上，移动支架300按照垂直于托架400的方向可前后左右运动将蒸发源200送至托架400上方，蒸发源200底部装有蒸发料800。托架推动装置600推动托架400上升，将蒸发源200提升到电磁感应圈500中。此时，电磁感应圈500开始加电流，使蒸发源200很快的升温到高于蒸发料800的蒸发温度，而使蒸发料800很快的变成蒸汽通过喷口231、导流喷口241、气流导向塞子250形成一个中间气流稍弱而周边较强的气流，该气流通过蒸发口111达到基板700生成均匀的蒸发面(或特殊分布的蒸发面)，从而完成一次蒸发。然后托架400下降到初始位置，蒸发源200被放回移动支架300的初始位置，然后移动支架300沿垂直托架400的方向前进移动将下一蒸发源200送至托架400的上方，由托架400把该蒸发源200托送到电磁感应线圈500中进行下一次蒸发，从而完成对蒸发源200的更换。在需要蒸发源200拿出真空腔室100进行更换时，关闭闸板阀112，打开密封门140，通过该门可以更换移动支架300来装入新的蒸发源200，更换时由于闸板阀112关闭蒸发口111，从而能够在不破坏主真空腔体130的情况下更换蒸发源200。
该真空蒸发系统能够更换蒸发源200，因此大大的简化了系统的给料结构，使该系统使用起来更方便更简化。由于每一次蒸发过程都是在蒸发的时候才加热，不需要一直对蒸发源200加热，大大减少蒸发源200加热的时间，节约了能量，提高了器件的性能和质量。由于每一次蒸发过程是由单独的蒸发源200完成的，因此在同一真空腔室100中可以实现多种成分的薄膜层的蒸发，只要在不同的蒸发源200中加入不同的蒸发料800，这样可以省去基板700在不同腔体中移动和对准的时间，既可以减少真空腔室100的数量又可以缩短工作的节拍时间，提高了效率。由于所用的蒸发料是投料后一次性蒸发掉的，因此不像传统点蒸发源或线蒸发源的蒸发料是总在高温下，避免开始蒸发到蒸发完时的状况不同而造成成膜质量的差异。
蒸发源200对气流进行调整，具有定向和各方向的气流的定向分配的功能，使之到达基板700时的气体流量正好是均匀的，从而达到在指定的面积里是均匀的，而且所有的气流都集中在基板700的有效面积内，这样既保证了蒸发到基板700上的薄膜厚度是均匀的，又大大的提高了有机蒸发料的利用率降低了成本。由于所有的蒸发料800都蒸发到基板700上了，因此真空腔室100内其它部分不会被污染保证了真空腔室100的洁净度。
图2是另一个实施例中蒸发源的结构示意图。图3是图2所示蒸发源的俯视图。该实施例中，蒸发源200a包括蒸发坩埚210a、阻挡板220a以及气流导向头230a。阻挡板220a为多块，与蒸发坩埚210a内部连接，呈迷宫状交叉设置，阻挡蒸发料800的蒸汽中的小颗粒由蒸发源800喷出，并使蒸发料800的蒸汽不能由蒸发源200a直接喷出。
气流导向头230a与蒸发坩埚210a顶部连接，为板状，由厚度在1至5mm厚、在电磁场感应下能很快发热的材料的厚板制成。气流导向头230a中心开设有沿轴向贯通的中心孔231a，中心孔231a为圆柱直孔。中心孔231a外侧的圆周上设有多个贯通的外围孔232a，外围孔232a直径小于中心孔231a直径，与气流导向头230a顶面的夹角θ向外侧倾斜小于90度，优选的，θ由气流导向头230a底面至顶面逐渐变小，以补偿中心孔231a气流在周边的不足，使蒸汽形成一个中间气流稍弱而周边较强的气流，该气流达到基板时呈均匀的蒸发面。
图4是又一个实施例中蒸发源的结构示意图。图5是图4所示蒸发源的俯视图。与图2所示的蒸发源不同之处在于，该实施例的蒸发源200b的阻挡板220b为多层，与蒸发坩埚210b内部连接，每层阻挡板220b上开设有多个小孔221b，且相邻两层阻挡板220b上的小孔221b互不对齐，阻挡蒸汽由蒸发源200b直接喷出。优选的实施方式中，阻挡板220b的层数在3至5层，每层之间的间距在1至5mm，小孔221b的尺寸在2至0.1mm之间且由下层至上层逐渐变小。小孔221b的总面积占阻挡板220b的面积的1/3以上。
气流导向头230b中心开设有沿轴向贯通的中心孔231b，中心孔231b为两端呈喇叭形的直孔。中心孔231b外侧的圆周上设有多个贯通的外围孔232b，外围孔232b直径小于中心孔231b直径，两端呈喇叭形且与气流导向头230b顶面的夹角θ向外侧倾斜小于90度，优选的，θ由气流导向头230b底面至顶面逐渐变小，以补偿中心孔231b气流在周边的不足，使蒸汽形成一个中间气流稍弱而周边较强的气流，该气流达到基板700时呈均匀的蒸发面。
上述真空蒸发系统，多个蒸发源放置在移动支架上，移动支架将蒸发源送至托架上方，托架将蒸发源托送至电磁感应圈中通过电磁感应加热进行蒸发，蒸发后再返回，移动支架将下一蒸发源送至托架上方，从而更换蒸发源，继续进行蒸发，通过移动支架的移动来更换蒸发源，实现连续生产，大大简化了系统的结构，降低了能量消耗，大幅度的提高生产效率和可控性，保证了产品质量。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (6)
1.一种真空蒸发系统，包括真空腔室、蒸发源、电磁感应圈以及托架；所述托架设置在所述真空腔室的底部，所述电磁感应圈设置在所述托架上方，与所述托架相对，其特征在于，基板设置在所述真空腔室的上部，所述蒸发源为多个，所述真空蒸发系统还包括移动支架，所述多个蒸发源排列放置在所述移动支架上，所述移动支架将蒸发源送至所述托架上方，所述托架将蒸发源托送至所述电磁感应圈中通过电磁感应加热进行蒸发，并在蒸发结束后返回初始位置，将所述蒸发源放回所述移动支架上的初始位置，所述移动支架在所述蒸发源放回到初始位置时，进行移动并将下一蒸发源送至所述托架上方，进行下一次蒸发；
所述真空蒸发系统还包括用于移动所述移动支架的移动装置；所述移动装置与所述移动支架相连，用于带动所述移动支架并使所述移动支架上的蒸发源准确对位到所述托架上方，以便所述托架将蒸发源托送到所述电磁感应圈中；
所述蒸发源包括蒸发坩埚、阻挡板以及气流导向头；所述阻挡板为多块，与蒸发坩埚内部连接，呈迷宫状交叉设置，所述气流导向头与蒸发坩埚顶部连接，为板状，所述气流导向头中心开设有沿轴向贯通的中心孔，所述中心孔为圆柱直孔，所述中心孔外侧的圆周上设有多个贯通的外围孔，所述外围孔直径小于所述中心孔直径，所述外围孔与气流导向头顶面的夹角小于90度且顶端向所述气流导向头的外侧倾斜，以补偿从所述中心孔喷出的气流的强度在周边的不足。
2.一种真空蒸发系统，包括真空腔室、蒸发源、电磁感应圈以及托架；所述托架设置在所述真空腔室的底部，所述电磁感应圈设置在所述托架上方，与所述托架相对，其特征在于，基板设置在所述真空腔室的上部，所述蒸发源为多个，所述真空蒸发系统还包括移动支架，所述多个蒸发源排列放置在所述移动支架上，所述移动支架将蒸发源送至所述托架上方，所述托架将蒸发源托送至所述电磁感应圈中通过电磁感应加热进行蒸发，并在蒸发结束后返回初始位置，将所述蒸发源放回所述移动支架上的初始位置，所述移动支架在所述蒸发源放回到初始位置时，进行移动并将下一蒸发源送至所述托架上方，进行下一次蒸发；
所述真空蒸发系统还包括用于移动所述移动支架的移动装置；所述移动装置与所述移动支架相连，用于带动所述移动支架并使所述移动支架上的蒸发源准确对位到所述托架上方，以便所述托架将蒸发源托送到所述电磁感应圈中；
所述蒸发源包括蒸发坩埚、阻挡板以及气流导向头；所述阻挡板为多层，与蒸发坩埚内部连接，每层阻挡板上开设有多个小孔，且相邻两层阻挡板上的小孔互不对齐，所述气流导向头为板状，中心开设有沿轴向贯通的中心孔，所述中心孔为两端呈喇叭形的直孔，所述中心孔外侧的圆周上设有多个贯通的外围孔，所述外围孔直径小于中心孔直径，两端呈喇叭形，所述外围孔与气流导向头顶面的夹角小于90度且顶端向所述气流导向头的外侧倾斜，以补偿从所述中心孔喷出的气流的强度在周边的不足。
3.根据权利要求1或2所述的真空蒸发系统，其特征在于，所述真空腔室包括隔板，所述隔板将真空腔室隔成上下两层，上层为主真空腔室，所述主真空腔室上部设置基板，所述隔板中部开有蒸发口，供蒸汽气流通过，所述蒸发口一侧设有可封闭蒸发口的闸板阀，所述真空腔室下层一侧开设有密封门，用于更换所述移动支架和蒸发源。
4.根据权利要求1或2所述的真空蒸发系统，其特征在于，所述蒸发源卡放在所述移动支架上，所述移动支架上设置有多组定位环组，每组定位环组包括上下两个定位环，上定位环直径大于蒸发源的直径，下定位环直径小于蒸发源的直径，以卡持一个蒸发源。
5.根据权利要求1或2所述的真空蒸发系统，其特征在于，所述真空蒸发系统还包括托架推动装置；所述托架推动装置包括内推动装置和外推动装置，所述内推动装置设置在真空腔室内部，与托架底部连接，所述外推动装置固定在真空腔室底部的外部，与所述内推动装置相对，所述外推动装置利用磁力推动所述内推动装置上升，以推动所述托架上升。
6.根据权利要求1或2所述的真空蒸发系统，其特征在于，所述蒸发源底部装有蒸发料，所述蒸发料是单一材料，或者是多种材料的混合材料，所述混合材料是机械混合料，或者是通过把多种材料溶解在溶剂中再加入到基质中使其含有微量杂质，所述蒸发料预先称量后装入所述蒸发源并一次蒸发完。
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