CN106816351B - 一种离子注入装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种离子注入装置，包括用于产生等离子体的离子源和用于引出带状离子束的引出电极系统，还包括第一装卸载腔室、第一加速腔室、扫描腔室、第二加速腔室、第二装卸载腔室；所述扫描腔室内设有磁悬浮轨道；在所述第一加速腔室、第二加速腔室、扫描腔室的加速轨道和磁悬浮轨道上设有扫描基板夹具；所述扫描基板夹具携带基板倾斜至设定角度后在推进装置的带动下在第一加速腔室的加速轨道上做加速运动并进入扫描腔室中；本发明通过在扫描腔室内设置磁悬浮轨道并通过扫描基板夹具携带的基板倾斜至设定角度后进入扫描腔室中扫描，改善了基板的离子注入的均一性，使得打在基板上的离子的注入剂量得到自约束的调整。

Description

一种离子注入装置
技术领域
本发明涉及离子注入技术领域，具体涉及一种应用于玻璃基板有源矩阵发光二极管面板的离子注入装置。
背景技术
现有的离子注入装置，使用直流电引出离子束，并对离子束加速后，向扫描腔室的基板照射离子束，所述基板的离子注入均一性与所述基板的运动速度及扫描腔室的真空度有关。现有技术中，由于惯性的影响，伺服电机驱动载有基板的载具在扫描腔室中运动时，所述基板在扫描腔室的行程起点和行程终点难以快速达到稳定均匀的速度，引起所述基板的离子注入不均匀；并且，在进行基板的离子注入时，离子束打在所述基板上，使得涂在基板表面的光敏抗蚀剂或其他材料将发生脱气、挥发或溅射散释，导致所述扫描腔室的真空度发生变化，从而造成所述基板进行离子注入时受扫描腔室的真空度变化导致离子注入不均匀，影响所述基板的离子注入效果。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明提供一种离子注入装置，通过在扫描腔室内设置磁悬浮轨道并通过扫描基板夹具携带的基板倾斜至设定角度后进入扫描腔室中扫描，改善了基板的离子注入的均一性，使得打在基板上的离子的注入剂量得到自约束的调整。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案为：
本发明提供一种离子注入装置，包括用于产生等离子体的离子源和用于引出带状离子束的引出电极系统，还包括第一装卸载腔室、第一加速腔室、扫描腔室、第二加速腔室、第二装卸载腔室；所述第一装卸载腔室、第一加速腔室内设有第一真空闸阀和用于与外部连通的第一大气闸阀；所述第二装卸载腔室、第二加速腔室内设有第二真空闸阀和用于与外部连通的第二大气闸阀；所述第一加速腔室和第二加速腔室内设有加速轨道；所述扫描腔室内设有磁悬浮轨道；在所述第一加速腔室、第二加速腔室、扫描腔室的加速轨道和磁悬浮轨道上设有扫描基板夹具；所述第一装卸载腔室与所述第二装卸载腔室内分别设有第一装卸载基板夹具与第二装卸载基板夹具；所述第一装卸载基板夹具连接第一旋转基座；所述第二装卸载基板夹具连接第二旋转基座；所述扫描基板夹具连接第三旋转基座；
所述扫描基板夹具携带基板倾斜至设定角度后在推进装置的带动下在第一加速腔室的加速轨道上做加速运动并进入扫描腔室中；所述扫描基板夹具携带所述基板在所述扫描腔室的磁悬浮轨道的电磁支撑下匀速滑行并进行离子注入。
进一步地，所述第一旋转基座和第二旋转基座分别连接有第一旋转电机和第二旋转电机，通过所述第一旋转电机和第二旋转电机驱动所述第一旋转基座和第二旋转基座旋转并带动所述第一装卸载基板夹具和第二装卸载基板夹具旋转至装卸载位置或转换位置。
又进一步地，所述第三旋转基座连接有第三旋转电机，通过所述第三旋转电机驱动所述第三旋转基座并带动所述扫描基板夹具旋转至装卸载位置或扫描位置。
还进一步地，所述基板通过外部机械手装载至所述第一装卸载基板夹具中，并通过外部机械手从第二装卸载基板夹具卸载已进行离子注入的基板。
具体地，所述推进装置为无刷式直线电机。
本发明与现有技术的区别及有益效果在于：一方面，本发明通过在扫描腔室内设置磁悬浮轨道，以电磁驱动的方式使得所述基板在扫描腔室中不受轨道的摩擦阻力做匀速运动，克服了现有技术中伺服电机驱动无法使基板在扫描腔室的行程起点至行程终点以均匀的速度进行扫描的缺陷；另一方面，本发明通过将所述扫描基板夹具携带的基板倾斜至设定角度后进入扫描腔室中扫描；使得离子束打在基板上的冲量的分量作为维持基板运动抵抗高真空阻力的动力，实现基板上的离子的注入剂量随真空度的波动得到自约束的调整，克服了现有技术中由于扫描腔室真空度的变化导致基板的离子注入不均匀的问题。
附图说明
图1是本发明一种离子注入装置的结构示意图；
图2是本发明一种离子注入装置的第一装卸载基板夹具旋转位置结构示意图；
图3是本发明一种离子注入装置的扫描基板夹具旋转位置结构示意图；
图4是本发明一种离子注入装置的第二装卸载基板夹具旋转位置结构示意图；
图5是本发明一种离子注入装置进行离子注入时基板第一受力分解示意图；
图6是本发明一种离子注入装置进行离子注入时基板第二受力分解示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的技术方案进行清楚的描述，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
本发明实施例提供一种离子注入装置，如图1所示，所述装置包括第一装卸载腔室100、第一加速腔室200、扫描腔室300、第二加速腔室400、第二装卸载腔室500；需要说明的是，在本实施例中，所述第一装卸载腔室100用于向所述装置中载入未进行离子注入的基板101a，所述第二装卸载腔室500用于卸载已进行离子注入的基板501，在其他实施例中所述第二装卸载腔室500也可以用于向所述装置中载入未进行离子注入的基板；所述第一装卸载腔室100也可以用于卸载已进行离子注入的基板；
所述第一装卸载腔室100、第一加速腔室200内设有第一真空闸阀和用于与外部连通的第一大气闸阀(图中未示出)；所述第二装卸载腔室500、第二加速腔室400内设有第二真空闸阀和用于与外部连通的第二大气闸阀(图中未示出)；所述第一加速腔室200和第二加速腔室400内设有加速轨道201；所述扫描腔室300内设有磁悬浮轨道301；在所述第一加速腔室200、第二加速腔室400、扫描腔室300的加速轨道201和磁悬浮轨道301上设有扫描基板夹具302；所述第一装卸载腔室100与所述第二装卸载腔室500内分别设有第一装卸载基板夹具102与第二装卸载基板夹具502；所述第一装卸载基板夹具102连接第一旋转基座103；所述第二装卸载基板夹具502连接第二旋转基座503；所述扫描基板夹具302连接第三旋转基座303；
所述扫描基板夹具302携带基板101b倾斜至设定角度后在推进装置(图中未示出)的带动下在第一加速腔室200的加速轨道201上做加速运动并进入扫描腔室300中；所述扫描基板夹具302携带所述基板101b在所述扫描腔室300的磁悬浮轨道301的电磁支撑下匀速滑行并进行离子注入。在所述基板101b进行离子注入期间，所述基板101b不受摩擦力作用，但是，在进行基板的离子注入时，离子束打在所述基板上，涂在基板表面的光敏抗蚀剂或其他材料将发生脱气、挥发或溅射散释，导致所述扫描腔室的真空度发生变化，使得所述基板101b进行离子注入时，受扫描腔室的真空度变化导致所述基板的离子注入不均匀，影响所述基板的离子注入效果，本发明通过将所述扫描基板夹具携带的基板倾斜至设定角度φ后进入扫描腔室中扫描；使得所述基板与扫描方向成一定夹角φ，让离子束打在基板上的冲量的分量F作为维持基板运动抵抗高真空阻力的动力，由于真空度变差时，所述离子束散失变大，扫描腔室内的离子束束流变小，使得离子束打在基板上的冲量的分量减小，并且由于真空度变差，所述基板受到的阻力将变大，使得基板运动速度降低，从而使得打在基板上的离子的注入剂量得到自约束的调整；具体推导原理如下：
在基板进行离子注入时，其扫描速度V和束流大小I决定了基板中离子的注入剂量其中l为基板的扫描长度。
V满足：V＝V0-Af+AF，其中V0为基板在磁悬浮轨道匀速运动时的速度，Af为由于非理想真空气体阻力造成的减速度，AF为离子束的离子打在倾斜的基板上提供的加速度。则其中M0为基板和扫描基板夹具的质量，f为所述基板受到的高真空阻力，F为维持基板运动抵抗高真空阻力的动力。
如图5所示，取水平向右为扫描方向，基板与扫描方向夹角为φ，其中，离子束冲击倾斜的基板，提供垂直扫描方向的力为F0，基板受扫描基板夹具及的反向的作用力为F1，F0分解为平行基板方向的力F0 2和垂直基板方向的F0 1合力，平行基板方向的力F0 2不对基板做功，垂直基板方向的分力F0 1和扫描基板夹具对所述基板的作用力F1的合力F沿基板扫描方向，F作为维持基板运动抵抗高真空阻力的动力。
如图6所示，所述基板受扫描腔室中的空气604的阻力f0，将空气阻力f0分解为垂直于所述基板的的力f0 1和平行基板方向的力f0 2，平行基板方向的力f0 2不对基板做功，垂直基板方向的力f0 1和扫描基板夹具对所述基板向下的作用力f1的合力f为基板所受阻力的合力，方向与扫描方向相反。
因此有：F＝F0CosφSinφ，f＝f0SinφSinφ；
由上式可知，在φ为45°时，离子束所产生的力最大，阻力f最大，且阻力动力应相等；通过将离子束打在基板上的冲量的分量F作为维持基板运动抵抗高真空阻力的动力，实现注入在所述基板上的离子的注入剂量随真空度的波动进行自约束的调整；当真空度变差时，所述离子束散失变大，扫描腔室内的离子束束流变小，使得离子束打在基板上的冲量的分量减小，并且由于真空度变差，所述基板受到的阻力将变大，使得基板运动速度降低，从而使得打在基板上的离子的注入剂量得到自约束的调整；
具体地，所述装置还包括用于产生等离子体的离子源600和用于引出带状离子束602的引出电极系统601。
如图1所示，所述扫描基板夹具302携带基板101b倾斜至设定角度在推进装置的带动下进入扫描腔室300中后，在所述扫描腔室300的磁悬浮轨道301的电磁支撑下匀速滑行，此时所述基板不受摩擦力作用，离子源600产生等离子体，在引出电极系统601的牵引下引出带状离子束602，并向所述基板101b进行离子扫描，完成所述基板的离子注入。
优选地，所述第一旋转基座105和第二旋转基座503分别连接有第一旋转电机和第二旋转电机，通过所述第一旋转电机驱动所述第一旋转基座105旋转并带动所述第一装卸载基板夹具旋转至装卸载位置103或转换位置104；通过所述第二旋转电机驱动所述第二旋转基座503旋转并带动所述第一装卸载基板夹具502旋转至装卸载位置504或转换位置505。
所述第三旋转基座303连接有第三旋转电机，通过所述第三旋转电机驱动所述第三旋转基座303旋转并带动所述扫描基板夹具305旋转至装卸载位置304或扫描位置305。
优选地，所述基板通过外部机械手(图中未示出)装载至所述第一装卸载基板夹具中，并通过外部机械手从第二装卸载基板夹具卸载已进行离子注入的基板。
优选地，所述推进装置为无刷式直线电机。
本发明一种离子注入装置的具体实施过程为：在对基板的离子注入所述第一真空闸阀关闭，将第一装卸载腔室转换为大气状态，所述第一装卸载基板夹具旋转至装卸载位置；当所述第一装卸载腔室转换为大气状态后，所述第一大气闸阀开启，外部机械手将需要进行离子注入的基板101a装载到所述第一装卸载基板夹具中；当所述基板101a装载到所述第一装卸载基板夹具中后，所述第一大气闸阀关闭，将所述第一装卸载腔室转换为真空状态，并将所述第一装卸载基板夹具旋转至转换位置；当所述第一装卸载基板夹具旋转至转换位置后，第一真空闸阀开启，所述扫描基板夹具旋转至装卸载位置，所述第一卸载基板夹具同样旋转至装卸载位置，所述第一装卸载基板夹具释放所述基板101a，所述扫描基板夹具接收所述基板并旋转至扫描位置，所述第一真空闸阀关闭，所述扫描基板夹具302携带基板101b倾斜至设定角度后在推进装置的带动下在第一加速腔室200的加速轨道201上做加速运动并进入扫描腔室300中；同时，所述第一加速腔室和所述扫描腔室300的真空度逐渐变大，当所述扫描腔室300的真空度达到规定值时，所述基板开始进行离子注入，此时所述扫描基板夹具302携带所述基板101b在所述扫描腔室300的磁悬浮轨道301的电磁支撑下不受摩擦力作用做匀速运动并进行离子注入；
此时，所述第一真空闸阀处于关闭状态，将所述第一装卸载腔室转换为大气状态后将所述第一装卸载基板夹具旋转至装卸载位置并开启大气闸阀，外部机械手将需要进行离子注入的基板101a装载到所述第一装卸载基板夹具中；当所述基板101a装载到所述第一装卸载基板夹具中后，所述第一大气闸阀关闭，将所述第一装卸载腔室转换为真空状态，并将所述第一装卸载基板夹具旋转至转换位置，等待扫描基板夹具接收所述基板101a；所述第二真空闸阀、第二大气闸阀处于关闭状态，将所述第二装卸载腔室转换为真空状态，并将所述第二装卸载基板夹具旋转至装卸载位置，等待卸载已进行离子注入的基板501；
当所述基板101b离子注入结束后，所述扫描基板夹具将已进行离子注入的基板501运送至第二加速腔室后，第二真空闸阀开启，所述扫描基板夹具旋转至装卸载位置并释放已进行离子注入的基板501，所述第二装卸载基板夹具接受所述已进行离子注入的基板501后旋转至转换位置，所述扫描基板夹具旋转至扫描位置，并反向加速至第一加速腔室接收基板101a进行下一次离子注入；关闭第二真空闸阀，将第二装卸载腔室转换为大气状态，所述第二装卸载夹具旋转至装卸载位置；当所述第二装卸载腔室转换为大气状态后，第二大气闸阀打开，外部机械手卸载所述已进行离子注入的基板501。
如上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种离子注入装置，包括用于产生等离子体的离子源和用于引出带状离子束的引出电极系统，其特征在于：还包括第一装卸载腔室、第一加速腔室、扫描腔室、第二加速腔室、第二装卸载腔室；所述第一装卸载腔室、第一加速腔室内设有第一真空闸阀和用于与外部连通的第一大气闸阀；所述第二装卸载腔室、第二加速腔室内设有第二真空闸阀和用于与外部连通的第二大气闸阀；所述第一加速腔室和第二加速腔室内设有加速轨道；所述扫描腔室内设有磁悬浮轨道；在所述第一加速腔室、第二加速腔室的加速轨道和扫描腔室的磁悬浮轨道上设有扫描基板夹具；所述第一装卸载腔室与所述第二装卸载腔室内分别设有第一装卸载基板夹具与第二装卸载基板夹具；所述第一装卸载基板夹具连接第一旋转基座；所述第二装卸载基板夹具连接第二旋转基座；所述扫描基板夹具连接第三旋转基座；
所述扫描基板夹具携带基板倾斜至设定角度后在推进装置的带动下在第一加速腔室的加速轨道上做加速运动并进入扫描腔室中；所述扫描基板夹具携带所述基板在所述扫描腔室的磁悬浮轨道的电磁支撑下匀速滑行并进行离子注入。
2.如权利要求1所述的一种离子注入装置，其特征在于：所述第一旋转基座和第二旋转基座分别连接有第一旋转电机和第二旋转电机，通过所述第一旋转电机和第二旋转电机驱动所述第一旋转基座和第二旋转基座旋转并带动所述第一装卸载基板夹具和第二装卸载基板夹具旋转至装卸载位置或转换位置。
3.如权利要求1所述的一种离子注入装置，其特征在于：所述第三旋转基座连接有第三旋转电机，通过所述第三旋转电机驱动所述第三旋转基座并带动所述扫描基板夹具旋转至装卸载位置或扫描位置。
4.如权利要求1所述的一种离子注入装置，其特征在于：所述基板通过外部机械手装载至所述第一装卸载基板夹具中，并通过外部机械手从第二装卸载基板夹具卸载已进行离子注入的基板。
5.如权利要求1所述的一种离子注入装置，其特征在于：所述推进装置为无刷式直线电机。
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