CN1304628C - 真空线源蒸发镀膜方法及其装置 - Google Patents

Abstract

真空线源蒸发镀膜方法及其装置，涉及真空镀膜技术。本发明的镀膜方法是由精密加热器、高温导热油和液体金属组成的液体加热系统对蒸发舟加热，使舟内的材料达到蒸发(升华)温度，完成镀膜工艺。该发明的装置是由精密加热器、盛装液体金属的蒸发腔、有凹凸槽的蒸发舟、搅拌臂、狭缝盖板、防污染挡板、开关挡板、测温计等组成。舟的凹槽内可放入不同的材料，进行基质蒸发、掺杂、共蒸。装置中的精密加热器安置在真空系统之外。使用本发明可保证蒸发舟及舟中的材料受热温度均匀，蒸发速度稳定。该发明不但提高蒸发材料的有效利用率，提高蒸发速度，而且提高薄膜的蒸镀质量，并实现多种材料的共蒸、掺杂，还简化真空系统的装配和便于温度控制。

Description

真空线源蒸发镀膜方法及其装置

技术领域

本发明涉及在真空中的一种蒸发(升华)镀膜的方法，以及实现这种方法的装置，它用于线形蒸发源，特别适用于较低温度蒸发(升华)制备薄膜工艺。

背景技术

有机材料的成膜方法有多种，包括真空蒸发(升华)镀膜法、分子束外延法、有机化学气相沉积法、溶胶-凝胶法等。其中，真空蒸发(升华)镀膜法有操作简单、膜厚容易控制、对薄膜污染小、易于实现掺杂的优点。

真空蒸发镀膜法的关键是蒸发源，不同材料对蒸发源的要求不同，对一些低熔点的固体粉末材料或者液态材料，一些已有的蒸发源结构如通用蒸发舟、蒸发热子、克努曾盒等，都不能很好的满足蒸发源利用率高、蒸发速度快、薄膜均匀性好的要求。

采用低温蒸发的加热点源，有以下不足之处：其一，蒸发材料的有效利用率非常低，只有蒸发材料的百分之几，其余的百分之九十几的材料很难回收，造成材料的巨大浪费。据有关报道，也有蒸发材料利用率达到百分之三十多，但是其装置结构很复杂，并且大多数材料仍然被浪费。其二，点源蒸发镀膜还存在一个薄膜均匀性问题，若蒸发源与被蒸基板距离较近，蒸镀薄膜的均匀性无法保证，若距离较远，则蒸发材料的利用率更低，而且增加装置的体积。其三，目前真空蒸发装置的加热装置做在真空系统内部，加热装置不仅对真空系统造成污染，而且大大增加真空系统的负担，还存在温度均匀性不高、不易控制的缺点。据知当前蒸发源还没有很好地解决材料共蒸问题和材料蒸发速度易控的问题。

发明内容

本发明的目的是为了提高镀膜材料的有效利用率，增加蒸发速度和成膜均匀性，同时在同一蒸发舟中实现多种材料的掺杂、共蒸，以及减小已有技术中加热装置对真空系统的污染等，特提出一种新的真空镀膜方法，以及实现这种方法的装置，即“真空线源蒸发镀膜方法及其装置”。

为了实现上述的目的，本发明的技术方案是在真空镀膜工艺中采用一种加热速度快、导热又均匀的由发热源和液体导热物质组成的加热系统，对蒸发舟进行快速均匀加热。其方法如下，加热系统由精密加热器(该精密加热器由加热器和油搅拌器组成)、第一导热物质和第二导热物质组成。第一导热物质为高温下导热性能良好的液体，如高温导热油。第二导热物质可以为低熔点并在50℃～350℃范围内的蒸汽压低的液体金属或高温性质稳定且蒸汽压低的液体。加热蒸发舟的过程为精密加热器的热能对第一导热物质加热，再通过第一导热物质对第二导热物质加热，第二导热物质经热传导、热对流的作用，以及该物质中搅拌臂的运动，使得第二导热物质温度达到十分均匀，通过第二导热物质传热给蒸发舟，大面积传热接触使得蒸发舟内材料温度均匀且恒定，舟内材料达到蒸发(升华)温度，完成对基片的蒸镀工艺(见图1)。

为了实现真空线源蒸发(升华)镀膜工艺，其蒸镀装置设计如下，真空线源蒸发装置由加热系统和真空镀膜系统(真空系统)构成。加热系统由精密加热器1、第一导热物质2和第二导热物质4组成。真空系统16由置于第一导热物质中的蒸发腔体3、置于盛有第二导热物质中的蒸发舟5、与蒸发舟5凹凸槽相配置并置于第二导热物质中的搅拌臂8、与蒸发舟5凹槽端面相配置的狭缝盖板11、与蒸发舟5凹槽端面相配置盖在狭缝盖板11上面的防污染挡板12、置于第二导热物质中的测温计7、安置在蒸发腔体3上的开关挡板13、置于真空室中的基片伺服装置9组成。开有导气管14并盛装第一导热物质2的油搅拌器安置在真空系统16外(见图1)。

本发明具有以下优点：

一，使用了线形蒸发源，与点源蒸发源相比，由于线形蒸发源是用液体加热，装置中的蒸发舟又是具有并列平行的凹凸槽，蒸发舟受热接触面积大。因此，系统加热迅速、均匀，增加了蒸发材料的有效利用率。而且移动线源可距离待蒸基片很近，缩小真空室的空间，增加了蒸发的速度，同时还可以保证薄膜有良好的均匀性。

二，此装置所设计的蒸发舟为平行并列的凹槽，在不同凹槽中可以放置不同的蒸发材料，配合不同狭缝宽度的狭缝挡板，有效的解决了不同材料的按比例掺杂和共蒸。

三，加热装置在真空系统外，不仅简化了真空系统的结构，而且从根本上消除了加热装置对真空系统的污染，同时加热装置的温度可以更方便的调节控制。

四，蒸发腔体通过第二导热物质对蒸发舟加热，第二导热物质为液态，可以保证蒸发舟内材料温度均匀，从而蒸发源蒸发的速度稳定，蒸镀出的薄膜缺陷少，提高了镀膜的质量。

附图说明：

图1是应用此线源蒸发镀膜方法的设备简单示意图；

其中，1—发热源，2—第一导热物质，3—蒸发腔体，4—第二导热物质，5—蒸发舟，6—蒸发材料，7—测温计，8—搅拌臂，9—基片传动伺服装置，10—基片，11—狭缝盖板，12—防污染挡板，13—开关挡板，14—导气管，16—真空室，17—大气环境；

图2分别是三凹槽、四凹槽蒸发舟示意图的主视图；

其中，21—蒸发舟凹槽，6—有机材料；

图3分别是三凹槽、四凹槽蒸发舟示意图的俯视图；

其中，31—蒸发舟，6—有机材料；

图4是狭缝盖板的简单示意图；

其中，41、42、43分别为不同狭缝盖板上面的不同狭缝宽度，以此来控制共蒸时不同材料按比例掺杂；

图5是防污染挡板示意图。

实施例

结合附图通过实施例进一步说明本发明。

本发明真空线源蒸发装置，装置的外形尺寸根据镀膜基片的尺寸而定。发热源1选用精密加热器，它由加热器和油搅拌器组成，温度范围是50℃～350℃，并盛装第一导热物质2，有导气管14用来排除第一导热物质产生的油烟，在这里第一导热物质采用高温导热油，该油在加热器温度恒定时温度的不均匀性小于等于±1℃，单点的温度波动小于等于±1℃。精密加热器1与第一导热物质2都置于真空系统之外。

真空系统中蒸发舟5制成具有并列凹凸槽形状，凹槽的个数可以为单槽、3槽、4槽等，凹槽的深度与宽度比大于等于10(见图2、图3)。凹槽用来置放蒸镀材料，若多种材料掺杂时，在各凹槽放入不同材料。狭缝盖板11制成与蒸发舟5的端面凹槽相配合，盖板上开有不同宽度的条形孔，用来控制共蒸时不同材料的蒸发速度(见图4)。防污染挡板12制成与蒸发舟5端面凹槽相配置(见图5)。其作用是在预热蒸发舟或者待蒸发的基板未到时封盖舟的蒸发口，防止蒸发材料的浪费，以及防止共蒸材料之间的交叉污染。搅拌臂8在第二导热物质4溶化后，开始启动并来回搅拌，使得第二导热物质4的温度更加均匀。第二导热物质4选用金属铟或者金属镓，放置在蒸发腔体3内。最后将安置在蒸发腔体3上的开关挡板13、基片传动伺服装置9及测温计7按图1装配即完成本发明的装置。

本发明的蒸镀方法及操作步骤如下：

①真空室的准备。将需镀膜的蒸发材料放入蒸发舟5的凹槽内，根据试验要求，可以放一种材料，也可以在不同凹槽放置不同材料，以实现多种材料的掺杂、共蒸，根据掺杂的比例要求选择宽度不同的狭缝盖板11。将蒸发舟放入真空室16中，盖上狭缝挡板11，再盖上防污染挡板12，并抽真空室达到要求的压强。

②加热蒸发。开启精密加热器1，通过第一导热物质2，热量传送到蒸发腔体3，由于第一导热物质2为液态，与蒸发腔体3充分接触，导热性能优异。当加热到恒定温度(温度范围为50℃～350℃)时，第一导热物质的温度均匀性可以达到±1℃，单点温度波动小于等于±1℃。所以可以使蒸发腔体温度均匀。蒸发腔体通过第二导热物质4加热蒸发舟5，由于第二导热物质4为导热性能优异的液态金属，同时在蒸发腔体3内有搅拌臂8工作，使得蒸发舟5温度十分均匀。通过测温计7可以检测蒸发舟周围的温度。

③镀膜操作。当温度达到要求并恒定时，将待蒸镀基片10传送到蒸发舟5上方，先打开开关挡板13，然后开启防污染挡板12，同时开启基片传动伺服装置9，使基板在蒸发舟上方做有规律的往返运动。

④完成镀膜。用膜厚探测器检测基片上已经蒸镀的薄膜厚度，若达到要求则完成了镀膜操作。

Claims (8)

1.真空线源蒸发镀膜方法，其特征是由发热源和第一导热物质、第二导热物质组成的液体加热系统，对蒸发舟进行均匀加热，使蒸发舟中的蒸镀材料达到蒸发的温度，完成蒸镀工艺。

2.根据权利要求1所述的真空线源蒸发镀膜方法，其特征是发热源选用精密加热器，它的温度范围是50℃～350℃，第一导热物质是高温性能良好的液体，第二导热物质是低熔点、蒸汽压低的液体金属或者高温性质稳定且蒸汽压低的液体，发热源的热能经第一导热物质、第二导热物质传给蒸发舟，使蒸发舟凹槽内的蒸镀材料达到蒸发的温度，来完成对基板的镀膜工艺。

3.根据权利要求2所述的真空线源蒸发镀膜方法，其特征是选用精密加热器是由加热器和油搅拌器组成。

4.根据权利要求2所述的真空线源蒸发镀膜方法，其特征是第一导热物质是高温导热油，在发热源温度稳定时，该油温度的不均匀性小于等于±1℃，单点的温度波动小于等于±1℃。

5.根据权利要求2所述的真空线源蒸发镀膜方法，其特征是第二导热物质是液体金属铟或液体金属镓。

6.真空线源蒸发镀膜装置，其特征是该装置由加热系统和真空系统构成，其中加热系统由加热源、第一导热物质和第二导热物质组成；真空系统(16)由置于第一导热物质中的蒸发腔体(3)、置于盛有第二加热物质中的蒸发舟(5)、与蒸发舟(5)凹凸槽相配置并置于第二导热物质中的搅拌臂(8)、与蒸发舟(5)凹槽端面相配置的狭缝盖板(11)、与蒸发舟(5)凹凸槽端面相配置盖在狭缝盖板(11)上面的防污染挡板(12)、置于第二导热物质中的测温计(7)、安置在蒸发腔体(3)上的开关挡板(13)、置于真空室中的基片伺服装置(9)组成；开有导气管(14)并盛装第一导热物质(2)的油搅拌器安置在真空系统(16)外，并置于加热源精密加热器之中。

7.根据权利要求6所述的真空线源蒸发镀膜装置，其特征是蒸发舟(5)具有并列平行的凹凸槽，凹槽的深度与宽度比大于等于10。

8.根据权利要求6所述的真空线源蒸发镀膜装置，其特征是狭缝盖板(11)上面开有不同宽度的条形孔。

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