CN108220899A - 一种溅射设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种溅射设备，通过在腔室内设置离子发生器和靶材，靶材与基板同向设置，离子发生器产生的离子束能够轰击靶材以产生原子或分子，从而在基板上溅射形成薄膜；本发明的溅射设备采用离子发生器产生离子束，产生的离子束的动能没有最低限制且可以调节，不会对OLED器件造成轰击损伤，从而提高OLED器件的发光效率。
Description
技术领域
本发明涉及OLED(Organic Light Emitting Diode，有机发光二极管)制备技术领域，具体涉及一种溅射设备。
背景技术
OLED(Organic Light Emitting Diode，有机发光二极体)已经作为柔性屏幕首选的下一代显示而备受期待。相比传统的液晶面板，AMOLED(Active-matrix Organic LightEmitting Diode，有源矩阵有机发光二极体)具有反应速度较快、对比度更高、视角较广、耐低温、可实现柔性化等一系列优点。OLED顶发射器件通常使用透明阴极，透明阴极可以使用透明的氧化物制备，例如氧化铟锌(IZO)，通常IZO薄膜的制备需要使用磁控溅射工艺。由于OLED器件及容易受到水、氧的侵蚀，所以无法进行湿法相关的工序，这要求OLED磁控溅射设备具备能够图形化的掩膜板。
现有的磁控溅射设备，如图1所示，是利用磁块9在一定功率下启辉放电产生等离子体201，从而实现磁控溅射，因此，为了保证最低的启辉功率，难以降低轰击离子的最小动能，而等离子体201产生于基板2和靶材42之间，等离子体201靠近基板2，对顶发射型OLED的有机层会造成轰击损伤，严重影响发光效率。
因此亟需一种溅射设备以解决上述问题。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供一种溅射设备，用以至少部分解决等离子体对OLED的有机层产生轰击损伤、电学损伤和热能损伤，影响OLED发光效率的问题。
本发明为解决上述技术问题，采用如下技术方案：
本发明提供一种溅射设备，容置有基板的腔室，其特征在于，所述溅射设备还包括离子发生器和靶材，所述离子发生器和所述靶材容置于所述腔室内，所述靶材与所述基板同向设置，所述离子发生器用于产生离子束，所述离子束能够轰击所述靶材以产生原子或分子，所述原子或分子能够在所述基板上溅射形成薄膜。
进一步的，所述溅射设备还包括掩膜板，所述掩膜板位于所述基板和所述离子发生器之间并与所述基板相互贴合，所述原子或分子能够通过所述掩膜板在所述基板上溅射形成具有图案的薄膜。
进一步的，所述溅射设备还包括第一驱动机构，所述第一驱动机构与所述靶材相连，并位于所述靶材远离所述离子发生器的一侧，用于驱动所述靶材往复运动。
优选的，所述靶材上加载有负电压。
进一步的，所述溅射设备还包括阳极棒，所述阳极棒与所述基板同向设置，且设置在所述掩膜板和所述离子发生器之间，所述阳极棒上加载有正电压。
优选的，所述阳极棒为多条，各所述阳极棒平行设置，或者，各所述阳极棒交叉设置形成网格状结构。
优选的，所述基板水平设置在所述腔室内；
所述溅射设备还包括磁块，所述磁块容置在所述腔室内，并位于所述基板远离所述掩膜板的一侧，用于吸附所述掩膜板，以使所述掩膜板与所述基板贴合。
进一步的，所述溅射设备还包括用于冷却所述基板的冷却衬板，所述冷却衬板设置在所述磁块和所述基板之间，能够与所述基板贴合。
进一步的，所述溅射设备还包括防着板，所述防着板与所述冷却衬板邻近所述基板的一侧贴合。
进一步的，所述溅射设备还包括第二驱动机构，所述第二驱动机构设置在所述腔室的外侧，用于驱动所述基板、所述掩膜板、所述磁块、所述冷却衬板和所述防着板匀速水平旋转运动。
本发明能够实现以下有益效果：
本发明提供的溅射设备，通过在腔室内设置离子发生器和靶材，靶材与基板同向设置，离子发生器产生的离子束能够轰击靶材以产生原子或分子，从而在基板上溅射形成薄膜；本发明的溅射设备采用离子发生器产生离子束，产生的离子束的动能没有最低限制且可以调节，不会对OLED器件造成轰击损伤，从而提高OLED器件的发光效率。
附图说明
图1为现有的磁控溅射设备的结构示意图；
图2为本发明提供的溅射设备的整体结构图；
图3为图2中溅射设备的腔体结构示意图；
图4为图2中溅射设备的掩膜板与基板的连接示意图；
图5为图2中溅射设备的离子发生器和靶材的结构示意图；
图6为图2中溅射设备的阳极棒的结构示意图。
图例说明：
1、腔室 2、基板 3、掩膜板
5、夹具 6、固定件 7、固定板
8、阳极棒 9、磁块 10、冷却衬板
11、防着板 12、第二驱动机构 31、框架
41、离子发生器 42、靶材 43、离子束
44、原子或分子 45、冷却水盘 46、第一驱动机构
71、第一气缸 72、第二气缸 73、第三气缸
101、腔室门 102、观察窗 103、后侧壁
104、入料口 105、顶壁 411、气体管路
451、冷却水进口 452、冷却水出口 461、丝杠
462、电机 463、传动块 201、等离子体
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
结合图2和图5所示，本发明提供一种溅射设备，所述溅射设备包括密闭的腔室1，腔室1内容置有基板2。所述溅射设备还包括离子发生器41和靶材42，离子发生器41和靶材42容置于腔室1内，靶材42与基板2同向设置，离子发生器41用于产生离子束43，离子束43能够轰击靶材42以产生原子或分子44，原子或分子44能够在基板2上溅射形成薄膜。
可以通过控制离子发生器41产生的离子束43的速度来控制产生的原子或分子44的动能大小，从而保证原子或分子44对基板2(即OLED器件)的轰击力度，避免对OLED器件产生轰击损伤。
在本发明实施例中，基板2位于腔室1的上半部，离子发生器41和靶材42位于腔室1的下半部，其产生的原子或分子44溅射向基板2的下表面，并在基板2的下表面形成薄膜。
本发明提供的溅射设备，通过在腔室1内设置离子发生器41和靶材42，靶材42与基板2同向设置，离子发生器41产生的离子束43能够轰击靶材42以产生原子或分子44，从而在基板2上溅射形成薄膜；本发明的溅射设备采用离子发生器41产生离子束43，产生的离子束43的动能没有最低限制且可以调节，不会对OLED器件造成轰击损伤，从而提高OLED器件的发光效率。
如图2所示，所述溅射设备还包括掩膜板3，掩膜板3位于基板2和离子发生器41之间并与基板2相互贴合，离子束43轰击靶材42产生的原子或分子44能够通过掩膜板3在基板2上溅射形成具有图案的薄膜。
在本发明实施例中，基板2水平设置在腔室1内，基板2位于掩膜板3邻近腔室1的顶壁105的一侧，即基板2位于掩膜板3的上方，掩膜板3位于基板2和离子发生器41之间。
如图3所示，腔室1为矩形腔室，腔室1内为真空环境，以保证溅射的顺利进行。腔室门101开设在腔室1的前侧，腔室门101上设置有观察窗102，可以通过观察窗102观察腔室1内溅射反应的情况。在腔室1的后侧壁103上开设有入料口104，基板2可以借助机械手从入料口104进入腔室1。
结合图2和图4所示，基板2由夹具5和固定板7支撑和固定在腔室1内，掩膜板3由固定件6支撑和固定在腔室1内。夹具5为多个，均匀分布基板2的边缘，各个夹具5的顶端均与固定板7连接。夹具5呈L型，其水平设置的短边为承载部51，竖直设置的长边为支撑部52，基板2水平放置在承载部51上。在掩膜板3的框架31上设置有凹槽32，夹具5的承载部51可以伸入凹槽32内，从而使基板2与掩膜板3贴合。
用于承载基板2的夹具5可以通过气缸驱动，从而调节基板2与掩膜板3之间的相对位置。如图2所示，所述溅射设备还包括第一气缸71，第一气缸71的活塞杆与固定板7相连，用于同步带动各个夹具5上升或下降，从而带动基板2上升或下降。
在本发明实施例中，靶材42的材料为氧化铟锌(IZO)，相应的，产生的原子或分子44为IZO原子或分子，在基板2的表面上形成IZO薄膜。
如图2所示，离子发生器41包括气体管路411，利用气体管路411向离子发生器41内输送气体，以产生离子束43。在本发明实施例中，气体管路411可以包括氩气(Ar)管路、氧气(O2)管路和/或水蒸汽(H2O)管路，可以根据工艺需求向离子发生器41内通入一种或多种气体。
在离子束43轰击靶材42产生原子或分子44的过程中，靶材42会产生大量热量，容易对靶材42产生损伤。为了降低靶材42的温度，如图2所示，所述溅射设备还可以包括冷却水盘45，冷却水盘45设置在靶材42远离离子发生器41的一侧，即位于靶材42的下方，并与靶材42贴合。冷却水盘45为中空结构，其表面设置有冷却水进口451和冷却水出口452，冷却水从冷却水进口451进入冷却水盘45内部，对靶材42进行冷却，冷却完成之后，冷却水从冷却水出口452排出。
为了保证靶材42表面均匀消耗，增加靶材42的利用率，进一步的，如图2所示，所述溅射设备还可以包括第一驱动机构46，第一驱动机构46与靶材42相连，并位于靶材42远离离子发生器41的一侧，即第一驱动机构46位于靶材42的下方，用于驱动靶材42往复运动。由于靶材42水平设置，第一驱动机构46驱动靶材42水平往复运动。需要说明的是，当所述溅射设备包括冷却水盘45时，第一驱动机构46位于冷却水盘45的下方，能够驱动靶材42和冷却水盘45水平往复运动。
第一驱动机构46可以包括丝杠461、电机462和传动块463，传动块463与冷却水盘45固定连接，且套设在丝杠461上，电机462与丝杠461的一端相连，能够驱动丝杠461转动，使套设在丝杠461上的传动块463沿丝杆水平运动，从而带动冷却水盘45和靶材42水平运动。通过控制电机462的转向，可以控制传动块463、冷却水盘45和靶材42的运动方向，从而实现其水平往复运动。
通常，离子束43轰击靶材42产生的原子或分子44中带有正、负离子，为了避免其中的正离子对OLED器件造成电学损伤，优选的，可以向靶材42加载负电压，以吸附原子或分子44中的正离子，以过滤原子或分子44中的正离子。
为了避免原子或分子44中负离子对OLED器件造成电学损伤，进一步的，如图2所示，所述溅射设备还可以包括阳极棒8，阳极棒8与基板2同向设置，且设置在掩膜板3和离子发生器41之间，阳极棒8上加载有正电压，可以吸附原子或分子44中的负离子，以过滤原子或分子44中的负离子。具体的，阳极棒8可以通过固定件固定在腔室1的内壁上，在本发明实施例中，阳极棒8固定在腔室1的顶壁105上。
如图6所示，阳极棒8为多条，各阳极棒8可以平行设置，或者，各阳极棒8也可以交叉设置形成网格状结构。
优选的，阳极棒8的材料可以为Mo、Ti等导电金属。
通过向靶材42加载负电压，以及在基板2和离子发生器41之间设置加载有正电压的阳极棒8，可以过滤掉原子或分子44中的正、负离子，使得原子或分子44不带正、负电荷，从而避免原子或分子44对OLED器件产生电损伤，进一步提高OLED器件的发光效率。
在现有的磁控溅射设备中，如图1所示，靶材42阴极背面的磁块9会对掩膜板3产生吸引力，增加基板2和掩膜板3的间隙。而等离子体201并非只朝着垂直于基板2的方向运动，而是在腔室内发生漫散射，容易进入该间隙，从而在基板2和掩膜板3之间产生阴影，容易引起短路。
为了解决上述问题，进一步的，如图2所示，本发明的溅射设备还可以包括磁块9，磁块9容置在述腔室1内，并位于基板2远离掩膜板3的一侧，用于吸附掩膜板3，以使掩膜板3与基板2贴合，从而减小掩膜板3与基板2之间的间隙，避免在基板2和掩膜板3之间产生阴影。此外，由于掩膜板3的体积较大，在溅射过程中，在重力作用下，掩膜板3的中间位置会向下塌陷，增加掩膜板3与基板2之间的间隙。而本申请通过设置磁块9，能够吸附掩膜板3，可以对掩膜板3产生向上的拉力，从而减小掩膜板3与基板2之间的间隙。
所述溅射设备还包括第二气缸72，第二气缸72的活塞杆与磁块9相连，用于带动磁块9上升或下降。
在对OLED器件溅射过程中，会产生大量热量，容易对OLED器件造成热损伤，为了解决该问题，如图2所示，所述溅射设备还可以包括冷却衬板10，冷却衬板10设置在磁块9和基板2之间，能够与基板2贴合，用于冷却基板2。
所述溅射设备还包括第三气缸73，第三气缸73的活塞杆与冷却衬板10相连，用于带动冷却衬板10上升或下降。冷却衬板10可以在第三气缸73的带动下与基板2贴合。
通过在基板2的非成膜表面(即上表面)设置冷却衬板10，可以在不影响成膜的前提下对基板2进行降温，在整个溅射过程中使基板2保持低温，避免热损伤。
冷却衬板10的材料可以为非磁性导温材料，优选的，可以为铜，非磁性材料不会改变腔室1内的磁场，保证溅射的顺利进行。冷却衬板10的结构可以与冷却水盘45的结构相同，在此不再赘述。
进一步的，如图2所示，所述溅射设备还可以包括防着板11，防着板11与冷却衬板10邻近基板2的一侧贴合，即防着板11贴合在基板2的下表面(成膜表面)，防止原子或分子44直接溅射在冷却衬板10上。
进一步的，如图2所示，所述溅射设备还可以包括第二驱动机构12，第二驱动机构12设置在腔室1的外侧，用于驱动基板2、掩膜板3、磁块9、冷却衬板10和防着板11匀速水平旋转运动。
在本发明实施例中，第二驱动机构12为旋转电机，设置在腔室1的顶壁105的外侧。结合图3所示，腔室1的顶壁105上设置有开口106，旋转电机的电机轴从开口106伸入腔室1的内部。旋转电机的电机轴分别与夹具5、固定件6、磁块9和冷却衬板10相连，当旋转电机旋转时，可以带动夹具5及承载在夹具5上的基板2、固定件6及固定在固定件6上的掩膜板3、磁块9、冷却衬板10及贴合在冷却衬板10表面的防着板11同步旋转。优选的，旋转电机的电机轴匀速转动，使原子或分子44能够均匀溅射在基板2的表面，从而保证成膜均一性。
本发明通过设计包括离子发生器41、靶材42、阳极棒8、冷却衬板10、磁块9等结构的溅射设备，利用离子发生器41产生离子束，在靶材42上加载负电压，可吸附离子束43中的正离子，离子束43撞击靶材42产生的原子或分子44射向基板42，从而在基板42上形成薄膜。通过使靶材42做水平往复运动，可以提高靶材42的利用率。离子束43撞击基板2产生的能量可通过调整离子的速度进行调整。阳极棒8位于基板2和离子发生器41之间，向阳极板8加载正电压后可将原子或分子44中的负离子吸附，确保用于溅射的原子或分子44不带电。基板2的下方为掩膜板3，上方为冷却衬板10和磁块9，当将基板2放置在夹具5上之后，夹具5带动基板2下降，以使基板2与掩膜板3贴合，冷却衬板10和磁块9依次下降，冷却衬板10能够使基板2在溅射过程保持低温，磁块9吸附掩膜板3，确保掩膜板3和基板紧密贴合，减小阴影。第二驱动机构12驱动基板2、掩膜板3、磁块9、冷却衬板10同步匀速水平旋转，保证溅射薄膜的均一性。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种溅射设备，包括容置有基板的腔室，其特征在于，所述溅射设备还包括离子发生器和靶材，所述离子发生器和所述靶材容置于所述腔室内，所述靶材与所述基板同向设置，所述离子发生器用于产生离子束，所述离子束能够轰击所述靶材以产生原子或分子，所述原子或分子能够在所述基板上溅射形成薄膜。
2.如权利要求1所述的溅射设备，其特征在于，还包括掩膜板，所述掩膜板位于所述基板和所述离子发生器之间并与所述基板相互贴合，所述原子或分子能够通过所述掩膜板在所述基板上溅射形成具有图案的薄膜。
3.如权利要求1所述的溅射设备，其特征在于，还包括第一驱动机构，所述第一驱动机构与所述靶材相连，并位于所述靶材远离所述离子发生器的一侧，用于驱动所述靶材往复运动。
4.如权利要求2所述的溅射设备，其特征在于，所述靶材上加载有负电压。
5.如权利要求4所述的溅射设备，其特征在于，还包括阳极棒，所述阳极棒与所述基板同向设置，且设置在所述掩膜板和所述离子发生器之间，所述阳极棒上加载有正电压。
6.如权利要求5所述的溅射设备，其特征在于，所述阳极棒为多条，各所述阳极棒平行设置，或者，各所述阳极棒交叉设置形成网格状结构。
7.如权利要求2-6任一项所述的溅射设备，其特征在于，所述基板水平设置在所述腔室内；
所述溅射设备还包括磁块，所述磁块容置在所述腔室内，并位于所述基板远离所述掩膜板的一侧，用于吸附所述掩膜板，以使所述掩膜板与所述基板贴合。
8.如权利要求7所述的溅射设备，其特征在于，还包括用于冷却所述基板的冷却衬板，所述冷却衬板设置在所述磁块和所述基板之间，能够与所述基板贴合。
9.如权利要求8所述的溅射设备，其特征在于，还包括防着板，所述防着板与所述冷却衬板邻近所述基板的一侧贴合。
10.如权利要求9所述的溅射设备，其特征在于，还包括第二驱动机构，所述第二驱动机构设置在所述腔室的外侧，用于驱动所述基板、所述掩膜板、所述磁块、所述冷却衬板和所述防着板匀速水平旋转运动。
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