CN101315879A - 清洁图案化设备以及在衬底上沉积层系统的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种清洁图案化设备以及在衬底上沉积层系统的方法和系统。图案化设备至少具有沉积于其上的有机涂敷材料，方法包括这样的步骤：提供清洁等离子体，以通过等离子体刻蚀处理从图案化设备除去涂敷材料。在从图案化设备除去涂敷材料的步骤期间，图案化设备的温度不超过给图案化设备造成破坏的临界温度，同时维持的等离子体刻蚀率至少为0.2μm/min，特别是0.5μm/min，特别是1μm/min，特别是2.5μm/min，特别是5μm/min。为了产生脉冲清洁等离子体，提供脉冲能量。该方法可以在直接等离子体刻蚀处理中或远程等离子体刻蚀处理中执行。不同的刻蚀处理可以组合或者顺序执行。
Description
技术领域
本发明涉及对图案化设备进行清洁的方法，所述图案化设备至少具有沉积于其上的有机涂敷材料(OLED材料)；在衬底上沉积层系统的方法，优选为这样的层系统，所述层系统包括至少一个包括有机发光半导体材料(OLED材料)的层；用于对图案化设备进行清洁的系统，所述图案化设备至少具有沉积于其上的有机涂敷材料(OLED材料)；以及用于在衬底上沉积层系统的涂敷系统，优选为这样的层系统，所述层系统包括至少一个包括有机发光半导体材料(OLED材料)的层。
背景技术
在多种技术应用中，需要在衬底上沉积层或多层系统。例如，在生产所谓的OLED(有机发光二极管)显示器或屏幕时，各个层系统具有至少一个光发射层，光发射层包括沉积在透明衬底(例如玻璃)上的有机电致发光材料(OLED材料)。发光的有机材料的一种典型示例是Alq3。
OLED层可以具有微结构，例如用于提供像素，所述像素可以被相应的电极层活化以发射光。微结构是通过图案化设备(例如荫罩)来产生的，所述图案化设备具有与OLED层的微结构对应的/互补的结构。
微结构化的OLED材料通常被利用真空涂敷处理沉积在衬底上。荫罩被置于衬底表面与材料源之间的衬底上，所述材料源提供将被沉积在衬底表面上的有机涂敷材料。
在涂敷处理过程中，涂敷颗粒也不可避免地无意沉积在荫罩上。因此，具有很小尺度微结构的荫罩受到污染，必须在一个或多个涂敷循环之后被拆下进行清洁。因此，根据现有技术，OLED荫罩在预定的使用时间长度之后被从真空涂敷室拆下。随后，在大气压下执行湿法化学清洁处理。因此，在使用湿法化学清洁处理时，涂敷室的在线(in-line)设备中的OLED涂敷处理不得不被中断，以从各个真空涂敷室拆下荫罩。
此外，已经实验了使用氧/氩(O2/Ar)混合物的线性离子源来清洁荫罩。但是，对于使用商业应用中的处理而言，用于对荫罩进行清洁的周期太长了。此外，金属荫罩的温度发生显著升高，给荫罩造成了较高的热负荷、热应力和破坏。
发明内容
本发明的一个目的是提供清洁方法、OLED涂敷方法、清洁系统、OLED涂敷系统，它们便于在线(in-line)OLED涂敷设备的连续工作。
上述目的是通过提供下列内容而解决的：根据权利要求1对图案化设备进行清洁的方法、根据权利要求11在衬底上沉积层系统的方法、根据权利要求12对图案化设备进行清洁的系统、以及根据权利要求17在衬底上沉积层系统的涂敷系统。优选实施例的特征在从属权利要求中描述。
根据本发明对图案化设备进行清洁的方法被提供来清洁图案化设备，所述图案化设备至少具有沉积于其上的包括有机涂敷材料(OLED材料)的层。该方法包括这样的步骤：提供清洁等离子体，以通过等离子体刻蚀处理从所述图案化设备除去所述涂敷材料。
发明人已经发现，在真空气氛中对荫罩进行清洁时，可以便于在线OLED涂敷设备中的连续涂敷处理。可以不必排空OLED涂敷设备中的涂敷室、处理室或传送室。由于在真空气氛下执行等离子体刻蚀处理，所以可以在涂敷室自身中清洁荫罩，或优选地在另一个真空室中进行，所述另一个真空室是为进行清洁而提供的，并耦合到所述涂敷系统。
优选地，在从所述图案化设备除去所述涂敷材料的所述步骤过程中，所述图案化设备的温度不超过120℃，特别是100℃，特别是80℃。
由于通常图案化设备是由金属材料制成的或至少包括金属材料的荫罩，所以在超过特定的温度时(至少在特定的时间长度内)不能避免对荫罩的破坏。当然，最大温度取决于所用的材料、刻蚀处理种类等。最大温度可以是120℃、110℃、100℃、90℃、80℃或更低。
优选地，在从所述图案化设备除去所述涂敷材料的所述步骤过程中，所述图案化设备的温度不超过给所述图案化设备造成破坏的临界温度。
在从所述图案化设备除去所述涂敷材料的所述步骤过程中，优选地维持至少0.2μm/min、特别是0.5μm/min、特别是1μm/min、特别是2.5μm/min、特别是5μm/min的等离子体刻蚀率。
这意味着将有机涂敷材料从荫罩刻蚀掉所需的时间长度很短。例如，在将经过处理的衬底传送到在线OLED涂敷设备的下一个真空室中的同时，可以在涂敷循环之后对荫罩进行清洁。由于高刻蚀率，所以只需要一个荫罩组。
刻蚀率必须高到足以提供与在线OLED涂敷设备的循环时间相当的循环时间。例如，1分钟的循环时间可以足以确保在线涂敷设备不中断的连续工作。另一方面，荫罩当然不能被刻蚀。
因此，对清洁系统的要求是在刻蚀处理过程中荫罩温度低、不刻蚀荫罩，而刻蚀率高到足以确保在线OLED涂敷处理的连续性。
在本发明的一种具体实施例中，用于从图案化设备除去涂敷材料的等离子体是通过下述方式产生的：使活化气体活化以在活化区域中产生所述等离子体。在从图案化设备除去涂敷材料的处理过程中，图案化设备被放置在活化区域外侧。在本实施例中，将远程等离子体用于刻蚀处理。
基本上，可以产生等离子体与衬底直接接触，用于处理衬底。因此，通过与衬底表面邻近的活化气体来使反应气体活化。但是，根据本发明，反应气体的活化，即反应分子的产生，也可以在离衬底表面远程的地方发生。这种等离子体称为远程等离子体、下游(downstream)等离子体、或余辉(afterglow)等离子体。
通过将使反应刻蚀颗粒活化的区域与衬底表面附近的刻蚀区域分开，可以减小高刻蚀率下的热负荷。在这种“远程”的活化区域中，反应颗粒在刻蚀区域外侧产生/活化，并被强气流传送到刻蚀区域中。“远程”等离子体刻蚀处理的另一个优点是在这样的工作压力下执行处理：在所述工作压力下，离子的寿命足够短，在撞击到荫罩之前就衰灭(decay)了。
例如，在远程等离子体CVD处理中，活化气体经过用于产生活化原子/分子(例如O2、H2、N2O)的放电区域。在位于活化区域下游的余辉区域中，活化气体与刻蚀气体或多种刻蚀气体的混合物在远离活化区域且靠近衬底表面的位置混合。刻蚀气体也可以穿过与活化气体的该活化区域分开的活化区域。
活化气体与刻蚀气体在混合区域中反应。激发能量从活化气体的分子/原子输送给刻蚀气体的分子/原子以产生均匀的预反应。在进一步的反应中，刻蚀分子/原子与荫罩反应并从荫罩除去有机涂敷颗粒。
通过使用远程等离子体刻蚀处理，可以提供具有高刻蚀率的有效的等离子体刻蚀处理，而不在处理过程中将荫罩暴露于高温。此外，荫罩不会被具有高能量的活化气体的分子/原子破坏。通过活化气体(混合物)的高能离子在荫罩表面上的撞击，衬底温度(即荫罩的温度)被显著升高。发明人已经发现，可以减小离子轰击以减少施加给荫罩的热负荷，同时在使用远程等离子体源时维持高刻蚀率。
另外，在使用远程等离子体源时，荫罩不暴露于用于活化气体分子/原子的RF或微波激发辐射，因为活化区域远离荫罩表面。荫罩被置于等离子体活化区域外侧。
本发明的方法包括使用一个或多个刻蚀处理，无论是结合使用还是顺序地使用。
特别是，本发明包括提供脉冲能量以在从所述图案化设备除去涂敷材料的所述步骤中产生脉冲清洁等离子体。
这种实施例包括：在直接等离子体刻蚀处理中，在与荫罩表面邻近的等离子体产生区域中提供脉冲能量；或者在远程等离子体刻蚀处理中，在远离荫罩表面的区域提供脉冲能量。通过提供脉冲能量，可以通过所提供的能量的频率和功率水平来控制供给荫罩的功率。因此，可以有效地控制荫罩的温度升高。
实际上，在使用脉冲等离子体刻蚀处理时，脉冲长度、频率和功率可以设定和优化，使得在维持刻蚀率足够高的同时，减小衬底(即荫罩)的热应力。反应颗粒在能量脉冲(例如微波或RF辐射)过程中产生。在反应颗粒用尽之前，脉冲引发的化学过程一直持续，甚至在能量供应的两个脉冲之间也持续。
在一种优选实施例中，通过将RF和/或HF和/或微波辐射引入等离子体活化区域中来产生清洁等离子体。如上所述，等离子体活化区域可以位于荫罩附近(直接等离子体刻蚀处理)或远离荫罩处(远程等离子体刻蚀处理)。辐射被以合适的施加速率耦合到活化气体和/或反应气体混合物。
优选地，从所述图案化设备除去所述涂敷材料的处理是在清洁室中执行的，所述清洁室具有的内部压力小于10mbar，特别是5mbar，特别是1mbar，特别是0.1mbar。重要的是在真空气氛中执行荫罩清洁处理以确保连续的在线OLED涂敷处理。可以在涂敷室或处理室内执行清洁处理。
或者，在一种优选实施例中，所述方法是在与OLED涂敷室分开的清洁室中执行的。清洁室可以耦合到OLED涂敷室。在将荫罩从OLED涂敷室传输到清洁室中时，不需要显著改变这些室中任何一者的压力。此外，不需要提供锁定和/或解锁室来在清洁荫罩之前将荫罩从涂敷系统卸下以及在清洁之后将其带回系统中。
清洁等离子体可以是由至少氧(O2)与含卤化物的分子的混合物所产生的等离子体。例如，已经使用包含O2和CHF3、或者SF6与O2的等离子体获得了良好的结果。
所发明的一种在衬底上沉积层系统的方法，所述层系统包括至少一个包括有机发光半导体材料(OLED材料)的层，所述方法包括下列步骤：将所述衬底布置在涂敷室中，所述涂敷室具有用于提供涂敷材料的源，所述涂敷材料将被沉积在所述衬底上；在所述衬底与所述源之间提供图案化设备；在所述衬底上沉积层，所述层包括有机发光半导体材料；从所述涂敷室除去所述图案化设备并将所述图案化设备布置在清洁室中；以及执行上述清洁方法以从所述图案化设备除去涂敷材料。
在执行该方法时，衬底可以已经具有一个或多个沉积于其上的层。此外，荫罩可以在受到清洁之前用于一个或多个OLED涂敷循环。OLED涂敷处理可以包括各种涂敷方法，特别是PVD(物理气相沉积)、CVD(化学气相沉积)、PECVD(等离子体增强化学气相沉积)、汽化(vaporisation)处理、溅射等。特别是，在从涂敷室中除去图案化设备并执行等离子体清洁处理之前，将衬底布置在涂敷室中以及在衬底上沉积包括有机发光半导体材料的层这些步骤可以重复执行n次，其中n＝0，1，2，3，...。这意味着在每次运行之后或者在n次运行之后对荫罩进行清洁。
图案化设备设在衬底与用于涂敷材料的材料源之间。提供图案化设备意味着图案化设备被布置在涂敷室内。在开始涂敷处理之前，图案化设备和/或衬底可以彼此相对对准，和/或与涂敷材料源对准。
本发明的一种用于对图案化设备进行清洁的系统，所述图案化设备至少具有沉积于其上的有机涂敷材料(OLED材料)，所述系统包括：用于提供清洁等离子体的等离子体源，所述清洁等离子体用于通过等离子体刻蚀处理从所述图案化设备除去所述涂敷材料。
优选地，所述系统包括用于将所述图案化设备的温度维持为不超过120℃，特别是100℃，特别是80℃的装置。在处理中，维持的等离子体刻蚀率至少0.2μm/min，特别是0.5μm/min，特别是1μm/min，特别是2.5μm/min，特别是5μm/min。
此外，优选地，所述系统包括用于将所述图案化设备的温度维持为不超过给所述图案化设备造成破坏的临界温度的装置。特别是，在从荫罩除去有机分子的处理过程中，不可以超过所述图案化设备的熔融温度达较长的时间。
所述等离子体源可以是至少使活化区域中的活化气体活化的远程等离子体源，在所述刻蚀处理过程中，所述图案化设备被放置在所述活化区域之外。活化气体可以是惰性气体、O2、H2、N2O等。活化气体分子/原子在活化区域中被激发。此后，它们被输送到混合和等离子体产生区域中。它们在该区域中与刻蚀气体混合。活性气体分子/原子和活化的刻蚀气体原子/分子构成了刻蚀等离子体。混合和等离子体产生区域的位置邻近荫罩表面以对荫罩表面进行处理。在本实施例中，活性区域在清洁处理过程中远离图案化设备，使得活化区域与图案化设备之间的距离足够大，以防止活化区域中产生的离子在其寿命期间撞击到图案化设备，即，清洁系统的工作压力很低，使受到活化的离子不到达图案化设备的表面。
优选地，等离子体源是脉冲等离子体源。
本发明的一种用于在衬底上沉积层系统的涂敷系统，所述层系统优选地包括至少一个包括有机发光半导体材料(OLED材料)的层，所述涂敷系统包括：至少一涂敷室，用于在衬底上沉积涂敷层；至少一个图案化设备，用于选择性和/或局部地阻挡涂敷颗粒被沉积在所述衬底的特定表面区域上而形成结构化层，所述结构化层至少包括所述有机发光半导体材料；和用于对上述图案化设备进行清洁的系统。
优选地，用于对所述图案化设备进行清洁的所述系统包括(真空)清洁室，所述(真空)清洁室被配置成与所述(真空)涂敷室分开的室。清洁室的压力水平可以与涂敷室的压力水平相同或相似。因此，不需要花费时间来补偿压力差。或者，用于清洁的系统可以设在所述(真空)涂敷室中。
优选地，所述涂敷系统是在线OLED涂敷系统。
附图说明
根据下面参考附图对具体实施例的说明可以了解更多的目的和优点。附图示出了根据本发明的荫罩清洁系统的示意图。
具体实施方式
附图图示了根据本发明的荫罩清洁系统1。在本实施例中，荫罩清洁系统1包括远程等离子体源。由箭头A所示的活性气体或气体混合物被传输到活化区域2中，活化区域2位于离开金属荫罩3的表面较远处。有机颗粒沉积在荫罩3的表面上，等离子刻蚀处理中荫罩3需要被拆下。活化气体A的原子/分子在活化区域2中被脉冲RF或微波辐射R活化，所述脉冲RF或微波辐射R是由脉冲RF或微波辐射源(未示出)提供的。
在被活化之后，由箭头A*表示的活化气体原子/分子进入混合和激发区域4，所述混合和激发区域4位于荫罩3的表面附近并与之相邻。在该区域4中，被活化的原子/分子A*与由箭头P所示的处理气体分子/原子(刻蚀分子/原子)混合。被活化的分子/原子A*将该区域4内的处理气体原子/分子P激发，使该区域4中产生刻蚀等离子体。刻蚀等离子体与荫罩3的表面接触，因而以相当高的速率清洁荫罩3。用过的气体混合物如箭头E所示被从荫罩表面3除去。
由于a)等离子体是脉冲等离子体，以及b)活化气体A的活化是在离荫罩3表面较远的区域2中执行的，所以金属荫罩3的温度被维持得足够低，以防止荫罩3的热破坏并防止荫罩的刻蚀。
本发明的更多参数将在下面的示例列出。
<示例1>
在根据本发明的清洁系统中，涂敷了有机材料(例如Alq3分子)的荫罩被放在相对于真空室中产生的等离子体区域预定距离处。
该系统包括等离子体产生源，以产生和维持用于对荫罩进行清洁的刻蚀等离子体。在本示例中，产生等离子体的气体混合物包括流率为200sccm至400sccm的SF6/O2混合物(由质量流量控制器设定)。
等离子体产生源包括微波源，该微波源提供2.45GHz的微波辐射来使气体/气体混合物解离以产生等离子体。用频率为666Hz的6kW功率脉冲供电。真空清洁室中的总压力为0.1mbar。以240nm/min的刻蚀率将Alq3从荫罩除去。荫罩温度被保持在100℃以下，荫罩温度的升高只有几℃，并且不发生金属荫罩的刻蚀。
可以用直接等离子体或远程等离子体来执行刻蚀处理。进一步的刻蚀处理可以与所述刻蚀处理结合执行，或者随后执行。
<示例2>
使用CHF3/O2的用于产生等离子体的气体混合物已经获得了非常好的结果。已经在荫罩温度不显著升高的情况下获得了高达0.5μm/min的刻蚀率和小于1min的循环时间。因此，可以实现OLED在线涂敷设备的连续操作。
Claims (19)
1.一种对图案化设备进行清洁的方法，所述图案化设备至少具有沉积于其上的有机涂敷材料(OLED材料)，
所述方法的特征在于，
所述方法包括这样的步骤：提供清洁等离子体，以通过等离子体刻蚀处理从所述图案化设备除去所述涂敷材料。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
在从所述图案化设备除去所述涂敷材料的所述步骤过程中，所述图案化设备的温度不超过120℃，特别是100℃，特别是80℃。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，
在从所述图案化设备除去所述涂敷材料的所述步骤过程中，所述图案化设备的温度不超过给所述图案化设备造成破坏的临界温度。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，
在从所述图案化设备除去所述涂敷材料的所述步骤过程中，维持至少0.2μm/min的等离子体刻蚀率，特别是0.5μm/min，特别是1μm/min，特别是2μm/min，特别是2.5μm/min。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，
用于从所述图案化设备除去所述涂敷材料的所述等离子体是通过使活化气体活化而产生的，所述活化气体用于在活化区域中产生所述等离子体，在从所述图案化设备除去所述涂敷材料的处理过程中，所述图案化设备被放置在所述活化区域之外。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，
所述方法包括：在从所述图案化设备除去所述涂敷材料的所述步骤过程中，提供脉冲能量以产生脉冲的清洁等离子体。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，
所述清洁等离子体是通过将RF和/或HF和/或微波辐射引入等离子体活化区域中而产生的。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，
从所述图案化设备除去所述涂敷材料的所述处理是在清洁室中执行的，所述清洁室的内部压力小于10mbar，特别是5mbar，特别是1mbar，特别是0.1mbar。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，
所述方法是在与OLED涂敷室分开的清洁室中执行的。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，
所述清洁等离子体是由混合物产生的等离子体，所述混合物是至少氧气(O2)与含卤化物的分子的混合物。
11.一种在衬底上沉积层系统的方法，所述层系统优选地包括至少一个包括有机发光半导体材料的层，所述方法包括下列步骤：
将所述衬底布置在涂敷室中，所述涂敷室具有用于提供涂敷材料的源，所述涂敷材料将被沉积在所述衬底上；
在所述衬底与所述源之间提供图案化设备；
在所述衬底上沉积层，所述层包括有机发光半导体材料；
从所述涂敷室除去所述图案化设备并将所述图案化设备布置在清洁室中；以及
执行根据前述权利要求1至10中任一项所述的清洁方法，以从所述图案化设备除去涂敷材料。
12.一种用于对图案化设备进行清洁的系统，所述图案化设备至少具有沉积于其上的有机涂敷材料，所述系统包括：用于提供清洁等离子体的等离子体源，所述清洁等离子体用于通过等离子体刻蚀处理从所述图案化设备除去所述涂敷材料。
13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，
所述系统包括用于将所述图案化设备的温度维持为不超过120℃，特别是100℃，特别是80℃的装置。
14.根据权利要求12或13所述的系统，其特征在于，
所述系统包括用于将所述图案化设备的温度维持为不超过给所述图案化设备造成破坏的临界温度的装置。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，其特征在于，
所述等离子体源是至少使活化区域中的活化气体活化的远程等离子体源，在所述刻蚀处理过程中，所述图案化设备被放置在所述活化区域之外。
16.根据权利要求12至15中任一项所述的方法，其特征在于，
所述等离子体源是脉冲等离子体源。
17.一种用于在衬底上沉积层系统的涂敷系统，所述层系统优选地包括至少一个包括有机发光半导体材料的层，所述涂敷系统包括：
至少一个涂敷室，用于在衬底上沉积涂敷层；
至少一个图案化设备，用于选择性和/或局部地阻挡涂敷颗粒被沉积在所述衬底的特定表面区域上而形成结构化层，所述结构化层至少包括所述有机发光半导体材料；和
用于对根据前述权利要求12至16中任一项所述的图案化设备进行清洁的系统。
18.根据权利要求17所述的涂敷系统，其特征在于，
用于对所述图案化设备进行清洁的所述系统包括清洁室，所述清洁室被配置成与所述涂敷室分开的室。
19.根据权利要求17或18所述的涂敷系统，其特征在于，
所述涂敷系统是在线OLED涂敷系统。
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