有机电激发光元件的成膜设备.pdf

本发明公开了一种有机电激发光元件的成膜设备，其利用携带气体将坩埚内的蒸气(蒸镀材料分子)经由加热管传输至该混合腔体机构的温度控制式中空腔体内，且利用该聚焦腔体表面的圆弧设计，提供聚焦功效，又该蒸气通过中空旋转轴流至旋转扫描臂内，该中空旋转轴通过一传动单元驱动旋转，并利用旋转扫描臂表面的多个喷洒孔将蒸气以旋转方式沉积于基板的表面，使该基板表面形成一均匀膜厚。

1.  一种有机电激发光元件的成膜设备，其包括：一蒸镀源机构(10)、一混合腔体机构(20)、一中空旋转轴机构(30)、一微调机构(40)、及一真空机构(50)；
其特征在于，所述中空旋转轴机构(30)包括：
一中空旋转轴(31)，其一端枢接于所述混合腔体机构(20)，另一端与一旋转扫描臂(32)固接，所述旋转扫描臂(32)的表面设有多个喷洒孔(320)；
一传动单元(33)，包含一驱动源(330)及一传动体(331)，且所述传动体(331)绕设于所述中空旋转轴(31)上，通过所述驱动源(330)驱动所述传动体(331)的转动，使所述传动体(331)可以带动所述中空旋转轴(31)转动。

2.  根据权利要求1所述的有机电激发光元件的成膜设备，其特征在于，所述蒸镀源机构(10)具有一加热管(12)，所述加热管(12)接至两个坩埚(11)、(11’)，利用控制阀(15)、(16)做切换，且所述两个坩埚(11)、(11’)共同使用一质流控制器(14)。

3.  根据权利要求1所述的有机电激发光元件的成膜设备，其特征在于，所述混合腔体机构(20)具有一温度控制式中空腔体(21)，其内部是一呈漏斗状的中空槽(210)，而底部具有一开口(211)，且邻近所述开口(211)处设有一栅门(212)，通过所述栅门(212)可控制蒸气(M)流出与否。

4.  根据权利要求3所述的有机电激发光元件的成膜设备，其特征在于，所述温度控制式中空腔体(21)的上方设有一呈球状的聚焦腔体(22)，所述聚焦腔体(22)的表面呈一圆弧设计，因此可与所述坩埚(11)的所述加热管(12)以任何角度连接，且可适度的对准所述开口(211)，达到聚焦目的。

5.  根据权利要求3所述的有机电激发光元件的成膜设备，其特征在于，所述温度控制式中空腔体(21)的上方设有一镀率监控体(23)，其用以针对每个蒸镀材料的镀率进行监控，可随着镀率高低调整所述坩埚(11)的温度，使镀率维持在一稳定范围内，同时因为可实际知道每个蒸镀材料的所占比例，在共蒸镀时可精密控制掺杂量。

6.  根据权利要求1所述的有机电激发光元件的成膜设备，其特征在于，所述中空旋转轴(31)的上下两端设有磁液轴(34’)、(34)，其分别与温度控制式中空腔体(21)及中空蒸镀腔体(N)连接，从而能防止所述中空旋转轴(31)旋转时有漏气现象。

7.  根据权利要求1所述的有机电激发光元件的成膜设备，其特征在于，所述微调机构(40)设置在所述温度控制式中空腔体(21)的底部，其由一弹性体(41)、一承置板(42)、一调整元件(43)所组成，其中所述承置板(42)利用所述调整元件(43)固定在所述磁液轴(34’)、(34)上，且所述承置板(42)上放置有所述弹性体(41)，所述弹性体(41)的另一端抵顶在所述温度控制式中空腔体(21)的底部；通过所述调整元件(43)可调整所述磁液轴(34’)、(34)的两侧高度，避免上、下两所述磁液轴(34’)、(34)套接在所述中空旋转轴(31)时产生不同心的情形，造成所述中空旋转轴(31)旋转时磨损所述磁液轴(34’)、(34)。

8.  根据权利要求7所述的有机电激发光元件的成膜设备，其特征在于，所述弹性体(41)及所述调整元件(43)分别为压缩弹簧状风箱及调整螺栓。

9.  根据权利要求1所述的有机电激发光元件的成膜设备，其特征在于，所述真空机构(50)具有一抽气源(51)及一抽气管路(52)，且传输管路连接至所述中空蒸镀腔体(N)及所述温度控制式中空腔体(21)内，通过激活所述抽气源(51)经由所述抽气管路(52)抽取两腔体内的空气，使其形成真空状态。

10.  根据权利要求9所述的有机电激发光元件的成膜设备，其特征在于，所述抽气源(51)为泵。

11.  根据权利要求1所述的有机电激发光元件的成膜设备，其特征在于，所述喷洒孔(320)的孔径愈靠近所述旋转扫描臂(32)的两端愈大。

12.  根据权利要求1所述的有机电激发光元件的成膜设备，其特征在于，所述喷洒孔(320)孔径相同，且所述喷洒孔(320)的数目愈靠近所述旋转扫描臂(32)的两端愈多。

13.  根据权利要求1所述的有机电激发光元件的成膜设备，其特征在于，所述中空旋转轴(31)的内部套设一轴心(310)，供所述蒸气(M)流通，若要清洗所述轴心(310)，可直接更换新的轴心(310)，省去清洗的麻烦。

有机电激发光元件的成膜设备
技术领域
本发明涉及一种成膜设备，详细地说，特别涉及一种以旋转扫描方式在元件基板上形成均匀膜厚的有机电激发光元件的成膜设备。
背景技术
在半导体工业、电子工业、及机械工业领域，为了对所使用的元件赋与某种特性，较常使用的方式是采用“蒸镀处理”在元件表面沉积一层薄膜。
所谓“蒸镀处理”主要是通过一个用以执行蒸镀的蒸镀室，及一组用以提供蒸镀所需真空度的真空系统所组成，蒸镀室内所采用的固态蒸镀材料，被放置在一只坩锅内，且这个由导电材料所制成的坩锅，将与外界的直流电源相接；当适当的直流电源流通至坩锅后，通过坩锅因电阻效应所产生的热，加热锅内的蒸镀材料，一直到接近蒸镀材料的熔点，此时原本处于固态的蒸镀材料的蒸镀能力非常强，利用这些被蒸镀出来的蒸气(蒸镀材料分子)，能够在离蒸镀源上方不远处的基板表面上进行薄膜沉积。
目前在有机电激发光元件(OLED)的生产方法中，较常使用的有“点蒸镀”、“线蒸镀”、“有机气相沉积(Organic vapor PhaseDeposition；OVPD)”、“扫描式沉积制程(Deposition Scan Process；DSP)”。
首先，请参阅图1所示，是传统的点蒸镀结构示意图，如图所示；包括一坩锅A，在距离坩锅A上方适当处放置一待蒸镀的基板B，配合一光罩C使该坩锅A散发的蒸气D蒸镀在基板B的表面，形成一薄膜；
然而在蒸镀过程中因为蒸气D散发的方向不一，因此为使该基板B的薄膜厚度均匀，该基板B必需不断旋转；然而因基板B牵涉到光罩C精密对位的问题，所以基板B最好是固定不动，并且在制作有机电激发光元件时，若能在基板B上直接加热，可增加膜厚致密性，延长元件寿命，但在基板B旋转的制程中要加装加热器及热电偶，在结构上的设计相当复杂，除此当“点蒸镀法”要补充蒸镀材料时，通常需将氮气灌至真空腔体，需等到真空腔体内部压力与大气压力相当时才能补充，因此材料使用效率极低。
另外，请参阅图2所示，是传统的线蒸镀结构示意图，如图所示；“线蒸镀”与“点蒸镀”的不同之处在于该坩锅A1是一长条状，且该坩锅A1下方通过一线性滑轨E使其可以横向移动，而距离坩锅A1上方的基板B1固定不动，主要利用长条状的坩锅A1所散发出的蒸气D1是呈现直线状，通过横向移动将蒸气D1蒸镀在基板B1的表面，形成一薄膜；
然而此“线蒸镀”虽然使该基板B1固定不动，并可提升蒸镀时的精密性，但缺点是需要额外的空间配置横向扫描的线性滑轨E，因此线性扫描设备体积会比一般传统蒸镀方式(例如点蒸镀法)大约一倍，这样将会增加无尘式的建造成本。
再请参阅图3所示，是传统的有机气相沉积结构示意图，如图所示；主要包括一蒸气槽F，该蒸气槽F内放置有蒸镀材料G且灌入一低反应性的携带气体(Carrier Gas)H(例如：N₂)，而在蒸气槽F下方设有一加热器A2，利用加热器A2将蒸气槽F内的蒸镀材料G进行加热使其形成蒸气D2，此蒸气D2通过低反应性的携带气体H带至一面状的喷洒头J内，再利用喷洒头J的喷洒孔K将蒸气D2蒸镀在基板B2的表面，形成一薄膜；
然而此种成膜技术由于面状的喷洒头J面积甚大且十分贴近基板B2，其热量易累积在基板B2上，造成基板B2的热损伤；另外因喷洒头J是固定不动的，为了使膜厚均匀，基板B2必需不断旋转，因此同样会有蒸镀图案重现性不足的问题；再者，在成膜过程中每一种蒸镀材料的蒸镀速率只能靠携带气体H的流量去推算，且无法将此推算数据回馈给蒸镀源作闭回路控制；以及因为基板B2在制程中需不断旋转，因此同样无法加装加热器及热电偶，造成制作有机电激发光元件时无法增加膜厚的致密性，使元件寿命受到限制。
另外，请再参阅图4所示，是传统的扫描式沉积制程结构示意图，如图所示；主要具有一横向移动的喷洒头J1，该喷洒头J1内蒸气D3的形成与有机气相沉积的方式相同(因此本发明不再赘述)，利用喷洒头J1的喷洒孔K1将蒸气D3通过一光罩C3蒸镀在基板B3的表面，形成一薄膜；
然而此种成膜技术具有与“线蒸镀”同样的缺点，都需要额外的空间配置横向扫描的线性滑轨(图中未示)，因此线性扫描设备的体积会比一般传统蒸镀方式(例如点蒸镀法)大约一倍，这样将会增加无尘式的建造成本；
并且在成膜过程中，也与有机气相沉积具有相同的缺点，每一种蒸镀材料的蒸镀速率只能靠携带气体H的流量去推算，且无法将此推算数据回馈给蒸镀源作闭回路控制。
综上所述，为使该膜厚具有均匀性且考虑该元件寿命及制造设备的问题，在成膜过程中最好是基板保持不动，而蒸镀源可以定点旋转扫描。
发明内容
本发明的主要目地，在于解决上述缺陷，为避免该缺陷的存在，本发明使该基板表面的膜厚更加均匀，且为避免产生蒸镀图型精密性不足的缺陷，蒸镀时该基板是固定不动的，利用传动单元驱动该中空旋转轴旋转，该旋转扫描臂以旋转扫描的方式对该基板的表面进行沉积，使基板表面的任何地方都可得到十分均匀的蒸镀。
附图说明
图1是传统点蒸镀结构的示意图。
图2是传统线蒸镀结构的示意图。
图3是传统有机气相沉积的结构示意图。
图4是传统扫描式沉积制程的结构示意图。
图5是本发明的成膜设备的结构示意图。
图6是本发明旋转扫描臂的结构示意图。
图7是本发明混合腔体的示意图。
图8是本发明旋转扫描臂的另一机构示意图。
图9是本发明双蒸镀源机构的另一机构示意图。
图10是本发明另一中空旋转轴的示意图。
具体实施方式
有关本发明的详细说明及技术内容，现结合附图说明如下：
请参阅图5所示，是本发明的成膜设备结构示意图，如图所示；本发明主要包括：一蒸镀源机构10、一混合腔体机构20、一中空旋转轴机构30、一微调机构40、及一真空机构50。
其中，该蒸镀源机构10具有至少一组坩锅11，该坩锅11用以存放蒸气M(蒸镀材料分子)，且该坩锅11外接有一加热管12及一质流控制器13，又该质流控制器13连接一携带气体14(N₂)，该携带气体14用以将坩锅11内的蒸气M(蒸镀材料分子)经由加热管12传输至混合腔体机构20内，其中该质流控制器(MFC：Mass Flow Controller)13用以控制携带气体14的流量，从而可控制沉积速率；
另外，该混合腔体机构20包括：
一温度控制式中空腔体21，其内部是一概呈漏斗状的中空槽210，而底部具有一开口211，且邻近该开口211处设有一栅门212，通过该栅门212可控制蒸气M(蒸镀材料分子)流出与否；
一概呈球状的聚焦腔体22，设置在温度控制式中空腔体21的上方，该聚焦腔体22表面呈一圆弧设计，因此可与坩锅11的加热管12以任何角度连接，且可适度对准该开口211，达到聚焦目的；
一镀率监控体23，设置在温度控制式中空腔体21的上方，其是用以针对每个蒸镀材料的镀率进行监控，可随着镀率高低调整坩锅11的温度，使镀率维持在一稳定范围内，同时因为可实际知道每个蒸镀材料的所占比例，在共蒸镀时可精密控制掺杂量。
另外，该中空旋转轴机构30包括：
一中空旋转轴31，其一端枢接于温度控制式中空腔体21的开口211，另一端与一概呈扇型的旋转扫描臂32固接，且该旋转扫描臂32设置在中空蒸镀腔体N内，其中，请配合参阅图6所示，是本发明的旋转扫描臂结构示意图，如图所示；该旋转扫描臂32对应该基板N1表面的一侧设有多个喷洒孔320，且该喷洒孔320的孔径愈靠近旋转扫描臂32的两端愈大；
一传动单元33，包含一驱动源330(可为马达)及一传动体331(可为传动皮带)，且该传动体331绕设于该中空旋转轴31上，通过驱动源330驱动该传动体331转动，使该传动体331可以带动中空旋转轴31转动；
至少各一个磁液轴(Ferrofluid)34’、34，套设在中空旋转轴31的上下两端，又该磁液轴34’、34分别与温度控制式中空腔体21及中空蒸镀腔体N连接，其主要利用磁液轴34’、34内部散布有均匀微小磁性粒子，这些磁性粒子可随着磁场变化迅速变化，通过此磁性粒子的作用，可提供中空旋转轴31由外部传送入内部时良好的气密性，藉以防止漏气现象产生。
另外，该微调机构40，请配合参阅图10所示，设置在温度控制式中空腔体21的底部，具有一弹性体41(可为压缩弹簧状风箱)、一承置板42、一调整元件43(可为调整螺栓)，其中该承置板42利用该调整元件43固定在该磁液轴34’上，且该承置板42上放置该弹性体41，该弹性体41的另一端抵顶于该温度控制式中空腔体21的底部；
该调整元件43可调整磁液轴33两侧的高度，避免上、下两磁液轴34’、34套接在中空旋转轴31时产生不同心的情形，造成该中空旋转轴31旋转时磨损该磁液轴34’、34。
另外，该真空机构50，具有一抽气源51(可为泵)及一抽气管路52，且该传输管路52连接至该中空蒸镀腔体N及温度控制式中空腔体21内，藉由激活该抽气源51经由抽气管路52抽取两腔体内的空气，使其形成真空状态。
据此，藉由上述各机构组成本发明，使本发明得以具有下列功效：
首先，本发明利用该携带气体14将坩锅11内的蒸气M(蒸镀材料分子)经由加热管12传输至该混合腔体机构20的温度控制式中空腔体21内，且利用该聚焦腔体22表面的圆弧设计，使该坩锅11与加热管12可以任何角度连接，且可适度的对准该开口211，达到聚焦目的；
此时，将该栅门212移开(如图7所示，是本发明混合腔体的示意图)，使蒸气M(蒸镀材料分子)藉由该开口211流至该中空旋转轴31的旋转扫描臂32内，该旋转扫描臂32则藉由表面所设的多个喷洒孔320将蒸气M(蒸镀材料分子)喷洒于基板N1的表面，使该基板N1表面形成一膜厚；其中，值得一提的是，本发明为使该基板N1表面的膜厚更加均匀，且为避免蒸镀图案重现性不足的情形产生，在蒸镀时该基板N1保持固定不动，而利用该传动单元32驱动该中空旋转轴31旋转，该旋转扫描臂32以旋转扫描的方式对该基板N1的表面进行沉积，使基板N1表面的任何地方都可以得到十分均匀的蒸镀。
再者，该中空旋转轴31是通过两磁液轴34’、34与温度控制式中空腔体21与中空蒸镀腔体N连接，因此能防止中空旋转轴31旋转时有漏气现象。
除此，请参阅图8所示，是本发明旋转扫描臂的另一机构示意图，如图所示，该旋转扫描臂31表面的多个喷洒孔320，也可设计成该喷洒孔320孔径相同，但其喷洒孔320数目愈靠近旋转扫描臂32的两端愈多。
另外，请参阅图9所示，是本发明蒸镀源机构的另一机构示意图，如图所示；该蒸镀源机构10具有一加热管12，该加热管12接至两个坩锅11、11’，利用两个控制阀15、16做切换，当其中一个坩锅11内的材料用完后，可立即切换至另一个坩锅11’使用，且该两坩锅11、11’共同使用质流控制器14；
据此，藉由双蒸镀源机构10的设计可边生产边更换材料，可大幅缩短生产时间。
另外，请再参阅图10所示，是本发明的另一中空旋转轴的示意图，如图所示；该中空旋转轴31的内部套设一轴心310，供蒸气M(蒸镀材料分子)流通，藉此若要清洗该轴心310时，可直接更换新的轴心310，省去清洗的麻烦。
显然，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的前提下，可以对本发明作出各种更改和变化。因此，本发明的各种更改、变化由所附的权利要求书及其等同物的内容涵盖。