CN104862666A - 一种用于制备amoled的pecvd装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于制备AMOLED的PECVD装置，通过真空环境的外腔和进行等离子体增强型化学气相沉积反应的内腔相互结合、对基板进行400-450℃的局部直接高温加热、采用间隔部件以及在腔体顶壁和底壁分别设置冷却机构等一系列技术手段实现了采用低温PECVD反应腔进行高温AMOLED工艺的技术效果，解决了传统方式中以铝作为反应腔腔体材料而面临的400-450℃高温环境下材料强度、刚度变差以及严重的热形变问题。
Description
技术领域
本发明涉及AMOLED的工艺设备领域，尤其涉及一种用于制备AMOLED的PECVD装置。
技术背景
在传统工业如太阳能和LCD平板显示行业中利用PECVD（等离子增强型化学气相沉积）方法制备氮化膜，氧化膜，非晶/微晶硅膜等薄膜所需要的工艺温度通常为200-280℃。在这些PECVD设备中由于要使用NF3气体进行清洗以及薄膜沉积过程中反应腔内处于高温氛围，要求腔体材料必须具有较好的防氟气腐蚀特性和优良的高温性能，目前满足这些条件的金属材料有铝，镍，钽和钛合金。其中，镍，钽和钛合金受工艺水平的限制很难被加工成大尺寸，并且采用这三种材料制备腔体的成本极其昂贵而普遍不被人们采用。因此，现代工业中用于制备PECVD腔体的主流材料为铝材，其凭借较好的高温和耐氟性能以及相对经济的价格优势得到了广泛的应用。通常为了节省原材料，人们在满足工业条件的情况下会尽量选择比较薄的反应腔腔体壁。
在AMOLED（有源矩阵有机发光二极管）的工艺设备领域中，为了使薄膜具有最优的减反射和最佳表面钝化的效果，用于沉积AMOLED中的氮化膜，氧化膜，非晶硅膜的PECVD设备所采用的工艺温度必须达到450℃左右，这相对于传统工业中使用的PECVD设备中200-280℃的工艺温度提高了约200℃。
一般铝材的熔点为580-700℃，当用作制备PECVD反应腔腔体的铝材被加热至超过350℃以上时，铝材的刚度/强度会明显变差，甚至会出现软化现象，这将严重影响到反应腔内的沉膜质量，此时传统厚度的铝材腔体将不再适合制作AMOLED的反应腔。为了达到反应腔刚度/强度的要求，某些厂商会将铝材厚度增加5-7倍，这无疑将造成腔体材料成本线性增加，并且使得腔体体积增大，特别对于那些具有内腔和外腔的PECVD设备而言，真空环境的体积也相应随之增加，这就要求使用更大功率的真空泵，造成腔体零部件成本的增加。同时，庞大的反应腔腔体也给加工和运输带来很多困难。因此，如何制备出既经济又满足AMOLED工艺条件的反应腔腔体成为目前亟待解决的问题。
发明内容：
为了解决上述问题，本发明提供了一种用于制备AMOLED的PECVD装置，通过内腔与外腔相结合、对基板进行400-450℃的局部直接高温加热、采用间隔部件以及在腔体顶壁和底壁分别设置冷却机构等一系列技术手段实现了采用低温PECVD反应腔进行高温AMOLED工艺的技术效果，使得反应腔内加热板在400-450℃高温的情况下腔体温度仍能保持80-160℃的低温环境，解决了传统方式中以铝作为反应腔腔体材料而面临的400-450℃高温环境下材料强度、刚度变差以及严重的热形变问题。
本发明提供了一种用于制备AMOLED的PECVD装置，包括：提供真空环境的外腔和进行等离子体增强型化学气相沉积反应的内腔，所述内腔包括：
内腔腔体，采用防氟气腐蚀材料制造；
气体喷淋头，设置于所述内腔腔体顶壁的内侧，用于提高工艺气体分布的均匀性；
加热板，位于所述气体喷淋头的下方并设置于所述内腔腔体底壁的内侧，用于承载和直接加热待处理的基板；
间隔部件，位于所述内腔腔体底壁的内侧，用于间隔开所述加热板和所述内腔腔体底壁，在减少二者之间热传递的同时实现导电的功能；
第一冷却机构，位于内腔腔体顶壁外侧，用于冷却所述内腔腔体的顶壁；
第二冷却机构，位于内腔腔体底壁外侧，用于冷却所述内腔腔体的底壁。
进一步地，所述防氟气腐蚀材料为铝。
进一步地，所述内腔腔体的顶壁和底壁的厚度为5-35mm。
进一步地，所述加热板包括加热板上板和加热板下板，所述加热板上板内或者加热板下板内嵌有加热电阻。
进一步地，所述加热板上板和加热板下板均为平板结构。
进一步地，所述加热板下板包括下板上部和下板下部，所述下板上部为平板结构，所述下板下部包括空心的中间部分和封闭的边缘部分。
进一步地，所述下板下部封闭的边缘部分的外表面为斜面形状。
进一步地，所述加热板材料为铝或者镍。
进一步地，所述加热板的加热温度范围为400-450℃。
进一步地，所述间隔部件采用减少接触面积的方式来减少所述加热板与所述内腔腔体底壁之间的热传递。
进一步地，所述间隔部件设置于所述下板下部的空心部分，所述间隔部件的高度与所述下板下部的边缘部分高度一致。
进一步地，所述间隔部件为任意形状的能够均匀支撑所述加热板的结构。
进一步地，所述间隔部件为外缘封闭的结构。
进一步地，所述间隔部件为1~3mm的宽度范围的金属框。
进一步地，所述间隔部件的材料采用导电、热导率低且防氟气腐蚀的材料。
进一步地，所述间隔部件的材料为铝或者镍。
进一步地，所述间隔部件与所述加热板为相互独立的两个部件。
进一步地，所述间隔部件与所述加热板加工为一个整体。
进一步地，所述第一冷却机构和第二冷却机构以滚压方式安装在所述内腔腔体的顶壁和底壁，所述第一冷却机构和第二冷却机构可以采用冷却媒介的方式进行冷却。
进一步地，所述内腔腔体的温度范围为80-160℃，所述喷淋头的温度范围170~250℃。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
1） 本发明提供了一种用于制备AMOLED的PECVD装置，通过真空环境的外腔和进行等离子体增强型化学气相沉积反应的内腔相互结合、对基板进行400-450℃的局部直接高温加热、采用间隔部件以及在腔体顶壁和底壁分别设置冷却机构等一系列技术手段实现了采用低温PECVD反应腔进行高温AMOLED工艺的技术效果，使得反应腔内加热板在450℃高温的情况下腔体温度仍能保持低至80-160℃的低温环境，解决了传统方式中以铝作为反应腔腔体材料而面临的400-450℃高温环境下材料强度、刚度变差以及严重的热形变问题，同时本发明的PECVD装置的设计方案也简化了反应腔的整体设计，降低了生产成本。
2） 本发明中采用了间隔部件对加热板和PECVD内腔腔体底壁进行了热隔离，通过减少接触面积的方式来减少热传递，通过采用金属材料的间隔部件来进行导电。这样一方面可以将PECVD反应腔内的高温限制在加热板和待加热的基板上，防止反应腔腔体及其它部件的损坏，另一方面金属材料的间隔部件能够使得加热板上不会产生干扰等离子体场的悬浮电位，避免了对反应腔内工艺制程的影响，保证了所沉积薄膜的成膜质量。此处，考虑到接触面积越小绝热性能越好以及力学承重的问题，较佳的间隔部件选择为1~3mm宽度范围的金属框。
3） 在本发明的可选方案中，将加热板下板下部采用边缘部分封闭的结构或者是将间隔部件采用外缘封闭的结构，其目的是为了形成封闭的边框以防止在沉积薄膜过程中所产生的颗粒落入加热板下方而无法清除掉，最终影响了薄膜沉积的质量。
4） 在本发明的可选方案中，间隔部件可以与加热板加工为一个整体，这样可以防止所述加热板与间隔部件在相互接触的地方形成空隙，使沉膜过程中生成的颗粒落入其中，影响成膜质量，同时也使得内腔的整体设计更加简单，降低间隔部件和加热板的装配难度。
5） 在本发明的可选方案中，将加热板下板下部封闭的边缘部分的外表面设置为平缓的斜面形状，可以使得反应腔内的射频电磁场和气体流场更加平缓，改善基板的电磁场和气流场的边界效应，有利于提高成膜的均匀性。
6） 本发明中通过采用两个冷却机构的方法使得整个内腔温度可以从400℃以上的高温状态降低至80-160℃的范围，并且能保证腔体顶壁和底壁保持在同一设定温度，从而增加整个内腔腔体的温度均匀性，满足腔内工艺温度的要求。相应地，设置冷却机构也会使得气体喷淋头的温度范围从400℃以上的高温状态降至170~250℃，降低了气体喷淋头因高温而产生形变的风险和部件损坏的可能，保证了气体喷淋头的高精度平面度及反应腔内的成膜质量。
7） 本发明中采用了在等离子体增强型化学气相沉积反应的内腔外增加真空外腔的方法，可以使得内腔腔体具有更好的热均匀性，进一步减少内腔腔体的形变，并且通过内外腔的压力差可以避免粉尘对工艺的影响。
附图说明
图1是本发明的一种用于制备AMOLED的PECVD装置的结构示意图。
图2是本发明的加热板结构的剖面示意图。
图3是本发明一实施例中金属框的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方法来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
图1是本发明所提供的一种用于制备AMOLED的PECVD装置的结构示意图，该PECVD装置包括提供真空环境的外腔100和进行等离子体增强型化学气相沉积反应的内腔200，所述外腔100的腔体可以采用铝或者不锈钢等耐高温的金属材料制成，所述内腔200的腔体210采用耐高温且防氟气腐蚀材料制造，例如：铝，镍，钽和钛合金等金属材料，对于尺寸大于0.5m2的AMOLED基板而言，因铝，镍，钽和钛合金受工艺水平的限制难以做大和价格昂贵的原因，使得所述内腔腔体210的制造材料优选为铝，对于用铝制备的内腔腔体的情况，其腔体210的顶壁和底壁的厚度范围为5-35mm。
在所述内腔腔体210的顶壁内侧设置有气体喷淋头220，其主要目的是用于提高工艺气体分布的均匀性。
所述内腔200还包括设置于腔体底壁内侧且位于气体喷淋头220下方的加热板230，所述加热板主要用于承载和直接加热待处理的基板240，通常情况下基板240为玻璃基板，其尺寸大于0.8m2。所述加热板的材料为防氟气腐蚀的材料，如铝和镍，所述加热板230包括加热板上板231和加热板下板232，所述加热板上板内或者加热板下板内嵌有加热电阻（图未示），加热的温度范围为400-450℃,所述加热板下板232包括下板上部2321和下板下部2322，图2示出了几种可选的加热板结构的剖面示意图：图2（a）所示加热板上板231和加热板下板232均为平板结构，这种结构便于加工成本较低；图2（b）示出的加热板下板上部2321为平板结构，所述下板下部2322包括空心的中间部分和封闭的边缘部分，这种将加热板下板下部采用边缘部分封闭的结构可以防止在沉积薄膜过程中所产生的颗粒落入加热板下方而无法清除掉，从而能够提高成膜质量；图2（c）示出的加热板与图2（b）的相似，区别在于（c）中所述下板下部封闭的边缘部分的外表面为斜面形状，这样可以使得反应腔内的射频电磁场和气体流场更加平缓，改善基板的电磁场和气流场的边界效应，有利于提高成膜的均匀性。所述加热板结构除了上述图2所示的几种加热板情况外 ，还可以有其他类似结构，此处不再一一列举。
继续参考图1，在 所述内腔腔体210底壁的内侧还设置有间隔部件250，用于间隔开所述加热板230和所述内腔腔体210底壁，所述间隔部件的材料采用导电、热导率低且防氟气腐蚀的材料，优选地材料为铝或者镍。之所以采用导电材料来制造间隔部件是为了使加热板上不产生悬浮电位，避免受干扰的等离子体场了对反应腔内工艺制程的影响，保证了所沉积薄膜的成膜质量。在本发明中，为了防止PECVD反应腔内的高温对腔体及其它部件的损坏，需要将高温范围尽可能限制在加热板和待加热的基板上，故采用减少间隔部件接触面积的方式来减少所述加热板与所述内腔腔体底壁之间的热传递，因此只要间隔部件的接触面积足够小并且能够均匀支撑所述加热板230的结构即可，而不对间隔部件的具体形状进行具体要求，例如所述间隔部件可以为十字形、井字形、米字型或者S形等任意形状的一个整体，也可以为长方体、圆柱体、梯形体等多个个体拼装组成。针对图2（a）所示的加热板下板为平板的情况，所述间隔部件可以直接设置于所述加热板的下方；针对图2（b）和（c）所示的加热板下板包括空心的中间部分的情况，所述间隔部件可以设置于所述下板下部的空心部分，所述间隔部件的高度与所述下板下部的边缘部分高度一致。
另外，所述间隔部件可以选用外缘封闭的结构，以防止在沉积薄膜过程中产生的杂质颗粒落入加热板下方而无法清除掉，从而能够提高成膜质量。具体地，所述间隔部件250可以为一种金属框。
在一采用金属框作为间隔部件的具体实施例中，如图3所示，为了能减少热传递希望选用尽量小的接触面积，但从力学角度考虑金属框又必须有一定的宽度才能承重，所以优选的金属框为宽度范围为1~3mm，高度范围为5-15mm。所述金属框可以采用导电、热导率低且防氟气腐蚀的材料，例如铝或者镍。所述金属框与加热板可以为两个独立的部件，例如所述金属框可以采用宽度范围1-3mm的窄铝条并使之按照均匀排布的方法来实现。所述金属框也可以与所述加热板加工为一个整体，这样可以防止加热板与间隔部件在相互接触的地方形成空隙，使沉膜过程中生成的颗粒落入其中，影响成膜质量，同时也使得内腔的整体设计更加简单，降低间隔部件和加热板的装配难度。
所述内腔200还包括设置于内腔腔体210顶壁外侧的用于冷却顶壁的第一冷却机构260和设置于内腔腔体210底壁外侧的用于冷却底壁的第二冷却机构270，所述第一冷却机构260和第二冷却机构270可以采用滚压的方式安装在腔体的顶壁和底壁，所述第一冷却机构260和第二冷却机构270可以采用冷却媒介的方式进行冷却，优选地，可以采用铜管水冷却或者钢管水冷却。本发明通过采用两个冷却机构的方法使得整个内腔温度从400℃以上的高温状态降低至80-160℃的范围，并且能保证腔体顶壁和底壁保持在同一设定温度，从而增加整个内腔腔体的温度均匀性，满足腔内工艺温度的要求。相应地，设置冷却机构也会使得气体喷淋头的温度范围从400℃以上的高温状态降至170~250℃，降低了气体喷淋头因高温而产生形变的风险和部件损坏的可能，保证了气体喷淋头的高精度平面度及反应腔内的成膜质量。
本发明采用了在等离子体增强型化学气相沉积反应的内腔外增加了真空外腔的方法，可以使得内腔腔体具有更好的热均匀性，进一步减少内腔腔体的形变，并且通过内外腔的压力差可以避免粉尘对工艺的影响。
综上所述，本发明提供了一种用于制备AMOLED的PECVD装置，通过真空环境的外腔和进行等离子体增强型化学气相沉积反应的内腔相互结合、对基板进行400-450℃的局部直接高温加热、采用间隔部件以及在腔体顶壁和底壁分别设置冷却机构等一系列技术手段实现了采用低温PECVD反应腔进行高温AMOLED工艺的技术效果，使得反应腔内加热板在450℃高温的情况下腔体温度仍能保持低至80-160℃的低温环境，解决了传统方式中以铝作为反应腔腔体材料而面临的400-450℃高温环境下材料强度、刚度变差以及严重的热形变问题，同时本发明的PECVD装置的设计方案也简化了反应腔的整体设计，降低了生产成本。
虽然本法明已以较佳的实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (20)
1.一种用于制备AMOLED的PECVD装置，包括：提供真空环境的外腔和进行等离子体增强型化学气相沉积反应的内腔，所述内腔包括：
内腔腔体，采用防氟气腐蚀材料制造；
气体喷淋头，设置于所述内腔腔体顶壁的内侧，用于提高工艺气体分布的均匀性；
加热板，位于所述气体喷淋头的下方并设置于所述内腔腔体底壁的内侧，用于承载和直接加热待处理的基板；
间隔部件，位于所述内腔腔体底壁的内侧，用于间隔开所述加热板和所述内腔腔体底壁，在减少二者之间热传递的同时实现导电的功能；
第一冷却机构，位于内腔腔体顶壁外侧，用于冷却所述内腔腔体的顶壁；
第二冷却机构，位于内腔腔体底壁外侧，用于冷却所述内腔腔体的底壁。
2.根据权利要求1所述的一种用于制备AMOLED的PECVD装置，其特征在于：所述防氟气腐蚀材料为铝。
3.根据权利要求1所述的一种用于制备AMOLED的PECVD装置，其特征在于：所述内腔腔体的顶壁和底壁的厚度为5-35mm。
4.根据权利要求1所述的一种用于制备AMOLED的PECVD装置，其特征在于：所述加热板包括加热板上板和加热板下板，所述加热板上板内或者加热板下板内嵌有加热电阻。
5.根据权利要求4所述的一种用于制备AMOLED的PECVD装置，其特征在于：所述加热板上板和加热板下板均为平板结构。
6.根据权利要求4所述的一种用于制备AMOLED的PECVD装置，其特征在于：所述加热板下板包括下板上部和下板下部，所述下板上部为平板结构，所述下板下部包括空心的中间部分和封闭的边缘部分。
7.根据权利要求6所述的一种用于制备AMOLED的PECVD装置，其特征在于：所述下板下部封闭的边缘部分的外表面为斜面形状。
8.根据权利要求1所述的一种用于制备AMOLED的PECVD装置，其特征在于：所述加热板材料为铝或者镍。
9.根据权利要求1所述的一种用于制备AMOLED的PECVD装置，其特征在于：所述加热板的加热温度范围为400-450℃。
10.根据权利要求1所述的一种用于制备AMOLED的PECVD装置，其特征在于：所述间隔部件采用减少接触面积的方式来减少所述加热板与所述内腔腔体底壁之间的热传递。
11.根据权利要求6所述的一种用于制备AMOLED的PECVD装置，其特征在于：所述间隔部件设置于所述下板下部的空心部分，所述间隔部件的高度与所述下板下部的边缘部分高度一致。
12.根据权利要求1所述的一种用于制备AMOLED的PECVD装置，其特征在于：所述间隔部件为任意形状的能够均匀支撑所述加热板的结构。
13.根据权利要求12所述的一种用于制备AMOLED的PECVD装置，其特征在于：所述间隔部件为外缘封闭的结构。
14.根据权利要求10所述的一种用于制备AMOLED的PECVD装置，其特征在于：所述间隔部件为1~3mm的宽度范围的金属框。
15.根据权利要求1所述的一种用于制备AMOLED的PECVD装置，其特征在于：所述间隔部件的材料采用导电、热导率低且防氟气腐蚀的材料。
16.根据权利要求所述15的一种用于制备AMOLED的PECVD装置，其特征在于：所述间隔部件的材料为铝或者镍。
17.根据权利要求1所述的一种用于制备AMOLED的PECVD装置，其特征在于：所述间隔部件与所述加热板为相互独立的两个部件。
18.根据权利要求1所述的一种用于制备AMOLED的PECVD装置，其特征在于：所述间隔部件与所述加热板加工为一个整体。
19.根据权利要求1所述的一种用于制备AMOLED的PECVD装置，其特征在于：所述第一冷却机构和第二冷却机构以滚压方式安装在所述内腔腔体的顶壁和底壁，所述第一冷却机构和第二冷却机构可以采用冷却媒介的方式进行冷却。
20.根据权利要求1所述的一种用于制备AMOLED的PECVD装置，其特征在于：所述内腔腔体的温度范围为80-160℃，所述喷淋头的温度范围170~250℃。
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| PB01 | Publication | ||
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| TA01 | Transfer of patent application right | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 201306 plant 3, Lane 2699, Jiangshan Road, Lingang xinpian District, China (Shanghai) pilot Free Trade Zone, Pudong New Area, Shanghai Patentee after: Ideal Wanlihui Semiconductor Equipment (Shanghai) Co.,Ltd. Address before: Room 403, Building 3, No. 3255, Sixian Road, Songjiang District, Shanghai, March 2012 Patentee before: SHANGHAI LIXIANG WANLIHUI FILM EQUIPMENT Co.,Ltd. |