EA008187B1 - Способ очистки теневых масок в производстве дисплеев (варианты) и устройство для его реализации - Google Patents

Abstract

Предлагаемые в качестве изобретения способ очистки теневых масок (варианты) и устройство для его реализации предназначены для использования в области вакуумной очистки теневых масок от наслоений органических и неорганических материалов в производстве OLED (Organic Light Emitting Diode - дисплеев на органических светодиодах) дисплеев с применением реактивного ионно-лучевого травления загрязненной поверхности. Согласно изобретениям в способе по первому варианту в вакуумной камере устанавливают охлаждаемый держатель, в котором размещают маску, при этом обрабатываемую поверхность маски, обращенную в сторону эмиссионной поверхности источника ионов, сканируют сфокусированными ленточными пучками ионов. Тангенциальную скорость сканирования выбирают таковой, чтобы доза энергии, получаемая элементом поверхности маски при однократном прохождении пучка ионов по этой поверхности, не превышала количество тепла, соответствующего максимально допустимому перегреву, а в качестве ионобразующего газа используют кислород или его смесь. Согласно второму варианту в способе маску дополнительно прижимают к держателю прижимным механизмом для обеспечения теплового контакта между охлаждаемым держателем и необрабатываемой поверхностью маски. В обоих вариантах кислород смешивают с газами из следующего ряда: Ar, Xe, Kr, Ne, N, CxHy, CxFy, а доля кислорода в смеси превышает 10%. Прижатие маски к поверхности охлаждаемого держателя во втором варианте способа осуществляют с помощью магнитного поля, создаваемого источником магнитного поля. Устройство для реализации способа по любому из вариантов, содержащее вакуумную камеру и установленные в ней по крайней мере один источник ионов и

Description

Предлагаемые в качестве изобретения способ очистки теневых масок (варианты) и устройство для его реализации предназначены для использования в области вакуумной очистки теневых масок от наслоений органических и неорганических материалов в производстве ОЬЕО (Огдашс ЫдЫ Ешййпд Эюбс - дисплеев на органических светодиодах) дисплеев с применением реактивного ионно-лучевого травления загрязненной поверхности.

Известен способ очистки поверхности от механических загрязнений, состоящий в обработке очищаемой поверхности струёй сжатого углекислого газа - СО₂, который при расширении в пространство превращается в микрочастицы сухого льда и этими частицами эффективно очищает поверхность от механических загрязнений и органических примесей [1].

Недостатком этого способа является тот факт, что углекислый газ по своей химической природе является загрязняющей примесью и, кроме того, он хорошо растворяет в себе многие органические соединения, в том числе углеводороды, чем значительно повышает свою собственную загрязненность. И вследствие этого недостаточно эффективно очищает поверхности, например, сверхбольших интегральных схем.

Известен также способ очистки поверхности с использованием криогенного аэрозоля, в котором согласно изобретению пластину помещают в высокоочистную вакуумную камеру и обработку ее поверхности осуществляют интенсивной струёй сжиженных газов аргона и азота, температура которых близка к температуре плавления аргона.

При этом происходит обработка поверхности аэрозолем жидкого азота и микрочастицами твердого аргона, которые эффективно очищают обрабатываемую поверхность от механических загрязнений, включая субмикронные частицы и полимерные остатки после реактивно-ионного травления [2].

Известен способ очистки поверхности, включающий помещение очищаемой пластины в вакуумную камеру и обработку поверхности пластины интенсивной струёй криоаэрозоля азота и аргона, в котором согласно изобретению в криоаэрозоль азота и аргона вводят смесь кислорода, а очищаемую поверхность подвергают одновременно с обработкой струёй криоаэрозоля обработке ультрафиолетовым излучением с длиной волны менее 200 нм [3].

Кроме того, в известном способе описано устройство, включающее вакуумную камеру, источник излучения и обрабатываемую пластину, поверхность которой обрабатывают ультрафиолетовым излучением [3].

Однако известные способы [2, 3] и устройство [3] имеют следующие недостатки: малоэффективны при очистке изделий от органических загрязнений; не исключают деформацию изделия при очистке сверхтонких изделий;

не обеспечивают высокое качество очистки;

не решают задачи, связанные с очисткой от неорганических примесей;

имеют низкую производительность.

Наиболее близкими к предлагаемому изобретению по технической сущности являются способ и устройство, предназначенные для обработки изделий источником ионов.

Известный способ включает формирование ионного пучка в вакуумной камере с помощью источника ионов, размещение изделия в вакуумной камере напротив эмиссионной поверхности источника, при этом, согласно изобретению, расстояние от изделия до эмиссионной поверхности источника ионов должно превышать длину свободного пробега ионов по отношению к процессу перезарядки.

А устройство, предназначенное для реализации данного способа, содержит вакуумную камеру, источник ионов и изделие, размещенное в вакуумной камере напротив эмиссионной поверхности источника ионов. При этом расстояние от изделия до эмиссионной поверхности источника ионов превышает длину свободного пробега ионов по отношению к процессу перезарядки [4].

Однако известные способ и устройство не обеспечивают высокую производительность и качество очистки загрязненной поверхности изделия (например, маски), а также не гарантируют уход геометрических размеров изделия от первоначальных при обработке сверхтонких изделий.

Под изделием, используемым в заявляемых в качестве изобретений объектах, понимается теневая маска, предназначенная для использования в производстве ОЬЕО (Огдашс ЫдЫ Ешййпд Эюбс) дисплеев.

Такая маска представляет собой тонкую фольгу, приваренную к массивной металлической рамке в растянутом состоянии. Толщина такой маски составляет от 15 до 60 мкм. На ее поле сформирован регулярный рисунок из сквозных отверстий, через которые испаряемый материал попадает на подложку. Нанесение покрытия на подложку через упомянутую маску осуществляют в рабочей вакуумной камере. После нескольких циклов использования маски ее поверхность нуждается в очистке от всякого рода органических и неорганических наслоений. Для этого маску, не выводя за пределы вакуумной среды, из рабочей вакуумной камеры перемещают в транспортную вакуумную камеру, а из нее в вакуумную камеру очистки, где и осуществляют, собственно, очистку ее поверхности, обеспечивая тем самым возможность ее дальнейшего использования в рабочей вакуумной камере для нанесения покрытия на подложку.

Специфика серийного производства ОБЕЭ дисплеев требует, чтобы очистка поверхности маски производилась в вакуумной камере, т.е. без извлечения маски из нее. В связи с этим, ионно-лучевое

- 1 008187 травление в вакууме является наиболее приемлемым процессом для очистки поверхности теневых масок от различного рода наслоений.

Далее по тексту вакуумная камера очистки, в которой осуществляют ионно-лучевое травление поверхности маски, названа вакуумной камерой.

Задачей предлагаемых изобретений является повышение скорости очистки изделия;

снижение температуры очистки;

сокращение времени очистки изделий;

повышение качества очистки сверхтонких (от 15 до 60 мкм) изделий (масок) от органических и неорганических наслоений;

сохранение первоначальной геометрии сверхтонких изделий;

исключение повреждения и деформации изделий в процессе очистки;

повышение производительности.

Поставленная задача заявленными объектами изобретения (вариантами способа и устройством для их реализации) решена следующим образом.

В способе очистки теневых масок в производстве дисплеев по первому варианту, включающему формирование ионного пучка в вакуумной камере с помощью источника ионов, размещение маски в камере напротив эмиссионной поверхности источника ионов, согласно изобретению, в вакуумной камере устанавливают охлаждаемый держатель, в котором размещают маску, при этом ее обрабатываемую поверхность, обращенную в сторону эмиссионной поверхности источника ионов, сканируют сфокусированными ленточньми пучками ионов, причем тангенциальную скорость сканирования выбирают таковой, чтобы доза энергии, получаемая элементом поверхности маски при однократном прохождении пучка ионов по этой поверхности, не превышала количество тепла, соответствующего максимально допустимому перегреву, а в качестве ион образующего газа используют кислород или его смесь.

Кроме того, кислород смешивают с газами из следующего ряда: Аг, Не, Кг, №, Ν₂, СхНу, СхВу, а доля кислорода в смеси превышает 10%.

В способе очистки теневых масок в производстве дисплеев по второму варианту, включающему формирование ионного пучка в вакуумной камере с помощью источника ионов, размещение маски в камере напротив эмиссионной поверхности источника ионов, согласно изобретению, в вакуумной камере устанавливают охлаждаемый держатель, в котором размещают маску, при этом маску прижимают к держателю прижимным механизмом для обеспечения теплового контакта между охлаждаемым держателем и необрабатываемой поверхностью маски, а обрабатываемую поверхность маски, обращенную в сторону эмиссионной поверхности источника ионов, сканируют сфокусированными ленточными пучками ионов, причем тангенциальную скорость сканирования выбирают таковой, чтобы доза энергии, получаемая элементом поверхности маски при однократном прохождении пучка ионов по этой поверхности, не превышала количество тепла, соответствующего максимально допустимому перегреву, а в качестве ионобразующего газа используют кислород или его смесь.

Во втором варианте выполнения способа, как и в первом, кислород смешивают с газами из следующего ряда: Аг, Не, Кг, №, Ν₂, СхНу, СхРу, а доля кислорода в смеси превышает 10%.

Кроме того, прижатие маски к поверхности охлаждаемого держателя по второму варианту способа осуществляют с помощью магнитного поля, создаваемого источником магнитного поля.

На решение упомянутой задачи направлено также устройство, предназначенное для реализации способа по обоим вариантам.

Данное устройство, содержащее вакуумную камеру и установленные в ней по крайней мере один источник ионов и маску, обрабатываемая поверхность которой направлена в сторону эмиссионной поверхности источника ионов, согласно изобретению, дополнительно снабжено охлаждаемым держателем, размещенным внутри вакуумной камеры, и прижимным механизмом, размещенным над и/или внутри вакуумной камеры и предназначенным для прижатия маски к охлаждаемому держателю и обеспечения теплового контакта между охлаждаемым держателем и необрабатываемой (незагрязненной) поверхностью маски, при этом источник ионов выполнен с возможностью изменения координаты пересечения пучка ионов с обрабатываемой поверхностью маски.

Причем в качестве источника ионов может быть использован ускоритель с анодным слоем линейного типа. А сам источник ионов размещен в установочном элементе с зазором по отношению к охлаждаемому держателю.

Установочный элемент снабжен поворотным механизмом, обеспечивающим его поворот вместе с источником ионов, причем ориентирован установочный элемент параллельно продольным осям источника ионов и охлаждаемого держателя.

При этом величину угла поворота источника ионов вместе с установочным элементом определяют количество источников, установленных в вакуумной камере, и размеры (площадь) маски.

Кроме того, заявленное устройство может содержать два и более источника ионов, и если установочные элементы, в которых они размещены, например, параллельны, они лежат в одной плоскости, па

- 2 008187 раллельной плоскости маски, а если непараллельны (например, взаимно перпендикулярны), то лежат в разных плоскостях.

Поворотный механизм в предлагаемом устройстве выполнен с возможностью изменения скорости поворота установочного элемента.

Прижимной механизм, используемый в конструкции устройства, представляет собой многополюсную магнитную систему, которая установлена с обратной по отношению к маске стороны охлаждаемого держателя. Замыкает магнитную систему маска, выполненная из магнитного материала.

При этом многополюсная магнитная система представлена в виде комплекта постоянных магнитов и установлена с возможностью перемещения в направлении перпендикулярном плоскости обрабатываемой поверхности маски.

Заявленный в качестве изобретения способ очистки теневых масок в производстве дисплеев по первому варианту заключается в следующем.

Загрязненную маску устанавливают в фиксирующее устройство, например в транспортную кассету, и помещают в держатель, размещенный в вакуумной камере. В охлаждаемый держатель подают холодную воду, а само изделие размещают на держателе таким образом, чтобы загрязненная поверхность маски находилась на позиции очистки - напротив эмиссионной поверхности источника ионов.

Воздух из вакуумной камеры откачивают вакуумными насосами до предельного давления 5· 10^-'¹ - 10^-3 Па.

Охлаждение держателя необходимо для того, чтобы предотвратить перегрев маски в течение всего процесса ее очистки, то есть обеспечить отвод тепла таким образом, чтобы каждый участок маски полностью охлаждался между двумя последовательными сканированиями поверхности ионным пучком.

После этого в вакуумную камеру подают кислород или его смесь с другими газами, доводя давление в вакуумной камере до рабочего 5· 10^-2 - 10^-1 Па, и включают систему сканирования загрязненной поверхности маски пучком ионов, излучаемых источником ионов.

Для этого на анод источника ионов подают положительный потенциал, после чего зажигается разряд, который и формирует пучок ионов ленточного типа, необходимый для очистки (травления) загрязненной поверхности маски.

Причем кислород или его смесь с газами используют для того, чтобы увеличить скорость очистки и, как следствие, повысить производительность процесса.

Для обработки загрязненной поверхности из источника ионов формируют сфокусированные ленточные пучки ионов, тангенциальную скорость сканирования которых выбирают такой, чтобы доза энергии, получаемая элементом поверхности маски при однократном прохождении пучка ионов по этой поверхности, не превышала количество тепла, соответствующего максимально допустимому перегреву. При этом расчет этого количества тепла производят, исходя из теплоемкости и толщины материала маски.

Использование сфокусированных ленточных пучков позволяет осуществлять процесс очистки поверхности изделий большой площади.

Ионы пучка, двигаясь под углом к очищаемой поверхности изделия, осуществляют преимущественное травление в направлении своего движения и обеспечивают селективное (выборочное) удаление загрязнений с горизонтальных участков маски по сравнению с вертикальными.

Тем самым предотвращают повреждение маски, а именно растрав окон-отверстий.

Обработка поверхности изделия сфокусированным ионньм пучком ленточного типа позволяет существенно снизить тепловые нагрузки, предотвратить перегрев маски, ее деформацию и уход от первоначальных геометрических размеров. При этом тангенциальную скорость сканирования определяют: доза энергии, получаемая участком маски, ее теплоемкость и допустимая температура перегрева этого участка:

V = Ρί/Ы · Ον · й · АТ, где Ρί - мощность ионного пучка;

Ь1 - длина ионного источника;

Ον - объемная теплоемкость;

й - толщина маски;

АТ - допустимый перегрев при одноразовом сканировании поверхности маски.

Использование кислорода или его смеси с газами позволяет значительно повысить производительность процесса очистки благодаря увеличению скорости очистки.

Таким образом, при использовании заявляемого способа происходит сжигание органической основы загрязнения в кислороде и откачка продуктов сжигания вакуумными насосами. При этом все нелетучие материалы удаляют с обрабатываемой поверхности путем выбивания этих материалов пучком ионов, содержащим ионы инертных газов.

Окончание процесса очистки (травления) определяют с помощью спектрофотометрического контроля. При соответствии очищенной поверхности маски необходимым параметрам выключают блок питания и систему сканирования источника ионов, прекращают подачу холодной воды в систему охлаждения держателя и рабочих газов в вакуумную камеру. Камеру заполняют воздухом, доводят значение дав

- 3 008187 ления до атмосферного и очищенную маску перемещают из вакуумной камеры в рабочую вакуумную камеру для дальнейшего использования очищенной от наслоений маски в производстве ОБЕЭ дисплеев.

При осуществлении заявляемого в качестве изобретения способе очистки теневых масок по первому варианту в вакуумной камере могут быть установлены не один, а несколько источников ионов, при этом сканирование загрязненной поверхности осуществляют сразу несколькими пучками ионов.

Это, с одной стороны, дает возможность очищать разные по площади поверхности: и малые, и большие, а с другой - повышает скорость и производительность очистки.

Пример конкретного выполнения способа по первому варианту

Загрязненное изделие (теневую маску) размером (540 х 430 мм) вместе с транспортной кассетой переводят из рабочей камеры кластерной системы производства ΘΕΕΌ дисплеев в транспортную вакуумную камеру, а оттуда в вакуумную камеру очистки (далее по тексту вакуумная камера).

С помощью направляющих механизмов маску помещают в охлаждаемый держатель таким образом, чтобы ее загрязненная поверхность находилась на позиции очистки - напротив эмиссионной поверхности источника ионов, на расстоянии 100 мм.

Воздух из вакуумной камеры откачивают вакуумными насосами до предельного давления 5· 10^-4 - 10^-3 Па, а извне вакуумной камеры в охлаждаемый держатель подают холодную воду.

После этого в вакуумную камеру подают смесь кислорода и аргона в процентном соотношении 65:35% и на анод ионного источника подают положительный потенциал 4,0 кВ. При зажигании разряда формируют пучок ионов ленточного типа с общим током 250 мА.

При помощи поворотного механизма, размещенного на установочном элементе, в котором размещен источник ионов, осуществляют сканирование загрязненной поверхности изделия ионным пучком путем поворота ионного источника на угол 140°.

Скорость сканирования устанавливают на уровне 80 см/с, обеспечивая при этом допустимый перегрев маски на величину не более 30 К.

По окончании процесса очистки ионный источник выключают, прекращают подачу холодной воды в держатель изделия и рабочих газов в вакуумную камеру. В камеру впускают воздух до атмосферного давления и очищенное изделие (маску) вместе с транспортной кассетой снова перемещают сначала в транспортную вакуумную камеру кластерной системы, а затем в рабочую вакуумную камеру для дальнейшего использования в процессе нанесения покрытий через очищенную маску на подложку.

Таким образом, кассета с маской до, во время и после очистки не покидает вакуумную систему кластерной установки для производства ΘΕΕΌ дисплеев.

Второй вариант способа осуществляют точно так же как и первый, за тем исключением, что при реализации способа по второму варианту используют прижимной механизм, обеспечивающий прижатие маски к охлаждаемому держателю для создания плотного теплового контакта маски с охлаждаемым держателем.

Это увеличивает отвод тепла от обрабатываемой (очищаемой) поверхности изделия и сводит к нулю деформацию маски в процессе сканирования ее загрязненной поверхности пучком ионов.

Поскольку изделие (маска), как правило, выполнено из магнитного материала, то в качестве прижимного механизма используют магнитную систему, представляющую собой комплект постоянных магнитов и обеспечивающую контакт незагрязненной поверхности изделия (маски) с охлаждаемым держателем. При этом само изделие (маска) замыкает магнитный поток магнитной системы.

Более того, прижимной механизм, представляющий собой комплект постоянных магнитов, устанавливают в вакуумной камере с возможностью перемещения в направлении перпендикулярном плоскости очищаемой поверхности маски.

Процесс перемещения прижимного механизма необходим для замыкания полюсов магнитной системы и обеспечения плотного теплового контакта необрабатываемой поверхности маски с охлаждаемым держателем, а также для их размыкания и обеспечения беспрепятственного извлечения изделия (маски) из вакуумной камеры очистки и ее перемещения внутри кластерной системы в рабочую вакуумную камеру для дальнейшего использования при нанесении покрытий на подложку.

Таким образом, во втором варианте осуществления способа после размещения маски в держателе и ее ввода в вакуумную камеру с помощью магнитной системы (например, системы постоянных магнитов) осуществляют прижатие незагрязненной поверхности маски к охлаждаемому держателю для обеспечения плотного теплового контакта этой поверхности с охлаждаемым держателем, что значительно увеличивает отвод тепла от обрабатываемой поверхности при ее сканировании пучком ионов в процессе очистки.

Так же, как и в первом варианте осуществления способа, во втором варианте при сканировании загрязненной поверхности изделия могут использовать несколько ионных пучков, получаемых от нескольких источников ионов, размещенных в вакуумной камере.

Это дает возможность осуществлять очистку больших по площади масок;

обеспечить высокую скорость очистки разных по площади масок;

- 4 008187 значительно снизить нагрев очищаемой поверхности;

свести к нулю уход от первоначальных геометрических размеров маски;

обеспечить высокую производительность и качество очистки.

Предлагаемое в качестве изобретения устройство существенным образом отличается от известных устройств аналогичного назначения и предназначено для осуществления заявленного в качестве изобретения способа (обоих вариантов его осуществления).

Каждую из вышеуказанных задач решают конструктивные элементы заявленного устройства.

Использование охлаждаемого держателя позволяет решить вопросы, связанные с отводом тепла с обрабатываемой поверхности изделия.

При сканировании обрабатываемой поверхности изделия пучком ионов, в случае отсутствия охлаждаемого держателя, происходит локальный нагрев изделия, в результате чего происходит не только изменение его первоначальных геометрических размеров, но и полная деформация.

В случае использования охлаждаемого держателя, благодаря тому, что необрабатываемая поверхность сверхтонкой маски примыкает к охлаждаемому держателю, а теплоемкость ее ничтожно мала, отвод тепла от изделия одинаково эффективен как для участков изделия, обрабатываемых в данный момент времени, так и для необрабатываемых участков изделия. Это, по сути дела, означает практическое равенство температуры по всей поверхности изделия и, следовательно, исключает его деформацию.

На решение этой же задачи направлено использование прижимного механизма, который обеспечивает надежный тепловой контакт необрабатываемой поверхности маски с охлаждаемым держателем.

В данном устройстве функцию прижимного механизма выполняет многополюсная магнитная система, представленная в виде комплекта постоянных магнитов и установленная, например, над охлаждаемым держателем внутри вакуумной камеры.

Такая система обеспечивает плотный тепловой контакт охлаждаемого держателя с необрабатываемой поверхностью изделия, поскольку маска выполнена из магнитного материала и замыкает многополюсную магнитную систему прижимного механизма.

Таким образом, прижимной механизм еще больше увеличивает отвод тепла с поверхности изделия, а значит, повышает качество его обработки.

Источник ионов, выполненный с возможностью изменения координаты пересечения ионного пучка с обрабатываемой (загрязненной) поверхностью изделия, позволяет осуществлять равномерное сканирование (обработку) ионным пучком больших по площади поверхностей, т.е. теневых масок большого размера.

Согласно изобретению источник ионов размещен в установочном элементе, который, в свою очередь, снабжен поворотным механизмом, обеспечивающим поворот установочного элемента вместе с источником ионов на определенный угол. И, кроме того, в конструкции устройства предусмотрена возможность изменения скорости поворота установочного элемента.

При этом угол поворота источника ионов вместе с установочным элементом определяют: количество источников, установленных в вакуумной камере и размер (площадь) изделия.

Возможность регулирования угла поворота источника ионов обеспечивает возможность изменения скорости сканирования поверхности изделия пучком ионов, а это в свою очередь позволяет регулировать температуру нагрева изделия при его обработке, то есть осуществлять дополнительное снижение температуры нагрева обрабатываемой поверхности, что предотвращает перегрев, повреждение и деформацию маски.

Размещение установочного элемента параллельно продольным осям источников ионов и охлаждаемого держателя дает возможность производить однородную обработку изделий большой площади.

На решение этой же задачи направлено наличие зазора между источником ионов и охлаждаемым держателем.

Количество источников ионов, используемых в вакуумной камере для обработки изделия, определено размерами (площадью) изделия и величиной зазора между охлаждаемым держателем и источником ионов. При этом величина зазора напрямую зависит от объема вакуумной камеры и требований, предъявляемых к производительности устройства.

Наличие всех перечисленных конструктивных особенностей устройства способствует повышению скорости очистки, предотвращению повреждений и деформации очищаемой поверхности и, как следствие, повышению качества очистки загрязненной поверхности маски и производительности устройства.

Возможность использования в предлагаемой конструкции двух и более источников ионов позволяет осуществлять равномерную обработку поверхности в разных направлениях, позволяет повысить скорость очистки и сканирования и осуществить обработку больших по площади изделий.

Параллельное расположение установочных элементов двух и более источников ионов, лежащих в одной плоскости, параллельной плоскости изделия, и непараллельное расположение установочных элементов двух и более источников ионов, лежащих в разных плоскостях, значительно улучшает качество обработки всех горизонтально и вертикально ориентированных стенок маски при их очистке, толщина которых соизмерима с размерами отверстий в маске.

- 5 008187

Возможность перемещения прижимного механизма в направлении перпендикулярном плоскости изделия обеспечивает свободное, беспрепятственное отделение изделия от охлаждаемого держателя и извлечение маски из зоны очистки по окончании процесса.

Конструкция заявленного в качестве изобретения устройства такова, что оно позволяет реализовать оба варианта способа.

Разница заключается лишь в том, что при осуществлении способа по первому варианту, прижимной механизм, используемый в конструкции устройства, не задействован и контакт изделия с поверхностью охлаждаемого держателя будет не очень плотным.

На фиг. 1, 2 и 3 представлены чертежи предлагаемого в качестве изобретения устройства, предназначенного для реализации способа по обоим вариантам.

На фиг. 1 - общая схема устройства с одним источником ионов; на фиг. 2 - общая схема устройства с тремя источниками ионов и на фиг. 3 - схема устройства с взаимно перпендикулярным расположением одного из источников по отношению к двум другим.

Устройство, предназначенное для реализации способа очистки изделий, например теневых масок в производстве ΘΕΕΌ дисплеев и его вариантов, содержит вакуумную камеру 1 с отверстием 1,' предназначенным для ввода изделия в вакуумную камеру, источник 2 ионов с эмиссионной поверхностью 3, изделие (маска) 4 с обрабатываемой 5 поверхностью и необрабатываемой 6 поверхностью, охлаждаемый держатель 7, прижимной механизм 8, выполненный в виде магнитной системы 9, установочный элемент 10 и поворотный механизм 11.

При этом выходы установочного элемента 10 размещены за пределами вакуумной камеры 1, а поворотный механизм 11 расположен вне вакуумной камеры и на фиг. 1 показан условно. Все остальные элементы конструкции установлены внутри вакуумной камеры 1.

Прижимной механизм 8, выполненный в виде многополюсной магнитной системы 9, представляющей собой комплект постоянных магнитов, изначально установлен на некотором расстоянии от охлаждаемого держателя 7.

Однако предусмотренная в конструкции устройства возможность перемещения прижимного механизма в направлении перпендикулярном поверхности маски 4, выполненной из магнитного материала, позволяет замкнуть магнитный поток многополюсной магнитной системы. Поэтому при приближении прижимного механизма 8 к охлаждаемому держателю 7 изделие 4, замыкая поля магнитной системы 9, прижимается (притягивается) необрабатываемой 6 поверхностью к фронтальной поверхности охлаждаемого держателя 7. Это прижатие обеспечивает надежный плотный тепловой контакт между маской 4 и охлаждаемым держателем 7.

В заявляемом устройстве обрабатываемая 5 поверхность маски 4 направлена в сторону эмиссионной поверхности 3 источника ионов 2, а необрабатываемая 6 поверхность маски 4 примыкает к охлаждаемому держателю 7.

Установочный элемент 10, в котором размещен источник 2 ионов, снабжен поворотным механизмом 11, обеспечивающим поворот источника 2 ионов вместе с установочным элементом 10.

Устройство, предназначенное для реализации способа (варианты) работает следующим образом.

Изделие, например теневую маску, помещенную в транспортную кассету, вводят в отверстие 1', выполненное в вакуумной камере 1.

Маска 4 входит в охлаждаемый держатель 7, размещенный в вакуумной камере 1, таким образом, чтобы обрабатываемая 5 поверхность изделия 4 была обращена в сторону эмиссионной поверхности 3 источника 2 ионов, размещенного в установочном элементе 10, снабженном поворотным механизмом 11.

Причем, установочный элемент 10 размещен параллельно продольным осям источника 2 ионов и охлаждаемого держателя 7. А источник 2 ионов размещен в установочном элементе 10 с зазором по отношению к охлаждаемому держателю 7.

После установки маски 4 в охлаждаемом держателе 7 прижимной механизм 8, при необходимости, начинает перемещаться в направлении вертикально вниз, то есть к поверхности охлаждаемого держателя 7.

Поскольку маска 4 выполнена из магнитного материала, она замыкает магнитный поток магнитной системы 9 и прижимной механизм 8, плотно прижимает изделие 4 к охлаждаемому держателю 7, обеспечивая надежный тепловой контакт между изделием 4 и охлаждаемым держателем 7.

После установки маски 4 в вакуумной камере 1 и ее прижатия к охлаждаемому держателю 7, отверстие 1' вакуумной камеры 1 герметично закрывают и давление в камере доводят до заданного рабочего (например, 5-10^-4 - 10^-3 Па).

Затем в источник 2 ионов подают смесь рабочих газов, включают его и полученным пучком ионов ленточного типа начинают сканировать обрабатываемую 5 (загрязненную) поверхность маски 4.

Одновременно извне вакуумной камеры 1 в охлаждаемый держатель 7 подают хладагент (например, холодную воду) для обеспечения отвода тепла с обрабатываемой 5 поверхности изделия 4.

Во избежание перегрева обрабатываемой 5 поверхности изделия 4 источник 2 ионов, размещенный в установочном элементе 10, с помощью поворотного механизма 11 поворачивают таким образом, чтобы обеспечить изменение координаты пересечения пучка ионов с обрабатываемой 5 поверхностью изделия 4.

- 6 008187

Это делают для того, чтобы, с одной стороны, большая по площади обрабатываемая 5 поверхность изделия 4 обрабатывалась пучком ионов однородно, а с другой, чтобы период нагрева конкретного участка под воздействием пучка ионов сменялся охлаждением и таким образом не происходил перегрев сверхтонкого изделия во время очистки.

Перемещение пучка ионов в таком режиме исключает перегрев обрабатываемой 5 поверхности в целом, а также в отдельных ее точках, т. к. охлаждаемый держатель 7 осуществляет равномерный отвод тепла с обрабатываемой поверхности 5 изделия 4.

Кроме того, прижимной механизм 8, представляющий собой многополюсную магнитную систему 9, выполненную в виде комплекта постоянных магнитов, плотно прижимает изделие 4 к охлаждаемому держателю 7, что также увеличивает отвод тепла от обрабатываемой 5 поверхности изделия (фиг. 1).

Такая конструкция устройства позволяет осуществить эффективный равномерный отвод тепла с необрабатываемой и обрабатываемой поверхностей изделия;

повысить скорость и снизить время обработки изделия;

не допустить перегрев изделия, а значит и его деформацию;

осуществить эффективную и качественную обработку горизонтальных поверхностей изделия, не приводя к повреждению ее вертикальных частей. В предлагаемом устройстве можно использовать не один, а несколько источников ионов, например три (фиг. 2) и более.

Использование нескольких источников ионов позволяет во-первых, повысить скорость и однородность очистки поверхности масок большого размера;

во-вторых, сократить время очистки до времени рабочего такта оборудования по производству ΘΕΕΌ дисплеев, где используются маски;

в-третьих, гарантировать сохранение первоначальных геометрических размеров рисунка маски и избежать каких-либо, даже незначительных, повреждений ее материала.

Такое устройство позволяет очищать от органических и неорганических наслоений сверхтонкие теневые маски (от 15 до 60 мкм), площадь которых может находиться в пределах от 1200 до 3600 см².

Пример конкретного применения устройства

На предлагаемом устройстве, входящем в состав единой вакуумной системы кластерной установки для производства ΘΕΕΌ дисплеев, осуществляли очистку сверхтонких теневых масок (от 15 до 60 мкм), площадью 2320 см² (540х430мм).

Предварительно изделие 4 (маску), толщина которой составляет 40 мкм, помещают в транспортную кассету и вводят в рабочую вакуумную камеру, где через маску осуществляют напыление материала на подложку.

После проведения нескольких циклов напыления маску необходимо очистить от образовавшихся на ее поверхности органических и неорганических наслоений для дальнейшего использования в производстве.

С этой целью загрязненную поверхность маски вместе с транспортной кассетой перемещают из рабочей вакуумной камеры в транспортную вакуумную камеру, а оттуда - в вакуумную камеру очистки.

Далее дано описание работы устройства для реализации заявленного способа и его вариантов в вакуумной камере очистки (по тексту - вакуумная камера).

Транспортную кассету с загрязненной маской вводят в отверстие 1' вакуумной камеры 1 и помещают в охлаждаемый держатель 7, размещенный в вакуумной камере 1.

Прижимной механизм 8, при необходимости, опускают на поверхность охлаждаемого держателя 7, обратную по отношению к той поверхности держателя, на которой закреплена маска. При этом маска своей необрабатываемой поверхностью прижимается к охлаждаемому держателю 7.

После фиксации маски 4 с помощью прижимного механизма 8 в охлаждаемом держателе 7 давление внутри камеры 1 доводят до 10^-3 Па.

Обрабатываемую 5 поверхность маски 4 при установке в держатель 7 располагают напротив эмиссионной поверхности 3 источника 2 ионов, размещенного в вакуумной камере 1, а в охлаждаемый держатель 7 извне вакуумной камеры 1 подают холодную воду.

После этого в источник 2 ионов подают кислород или его смесь с инертными газами.

В данном конкретном случае подавали смесь кислорода с аргоном (Аг), причем процентное соотношение газов в смеси с кислородом составляло 65:35%, соответственно. При этом температура воды, подаваемой извне вакуумной камеры 1, составляла от 15 до 18°С.

Затем на анод источника 2 ионов подают положительный потенциал, равный 4 кВ, что приводит к зажиганию разряда, и источник 2 ионов формирует пучок ионов линейного типа, который обрабатывает поверхность 5 маски 4.

Размещенный в установочном элементе 10 источник 2 ионов с помощью поворотного механизма 11, установленного на элементе 10, поворачивается на ней на угол, равный ±60°, величина которого задана площадью обрабатываемой 5 поверхности (1200 см²) и количеством источников 2 ионов (в данном конкретном случае использованы два источника ионов), размещенных в вакуумной камере 1.

- 7 008187

При этом скорость сканирования обрабатываемой 5 поверхности маски 4 пучком ионов регулируется поворотным механизмом 11, выполненным с возможностью изменения скорости поворота установочного элемента 10.

Как правило, угол поворота элемента 10 вместе с источником 2 ионов находится в пределах от 90 до 140°, а скорость сканирования обрабатываемой 5 поверхности маски 4 при таком диапазоне угла поворота составляет от 0,8 до 1,0 м/с.

Время, в течение которого происходит полная очистка обрабатываемой 5 поверхности маски 4, лежит в диапазоне от 3 до 7 мин в зависимости от сорта органического материала, осажденного на маску 4 и ее площади.

В случае, когда размеры отверстий в маске соизмеримы с ее толщиной, становится проблематичной однородная по периметру этих отверстий очистка их вертикальных стенок, если сканирование осуществляют в одном направлении.

Для решения этой проблемы в вакуумной камере устанавливают три источника 2 ионов, каждый из которых размещают в отдельный установочный элемент 10. Причем два из них располагают параллельно друг другу, а третий перпендикулярно по отношению к ним (фиг. 3). Таким образом, два источника 2 размещены в одной плоскости и параллельны друг другу и плоскости изделия, а третий - перпендикулярно по отношению к первым двум (фиг. 3). И все три источника 2 ионов вместе с установочными элементами 10 лежат в разных плоскостях относительно обрабатываемой 5 поверхности маски 4 (на разных расстояниях от маски).

Только так можно при наличии нескольких источников 2 ионов в вакуумной камере 1 достичь необходимого качества очистки поверхности изделия и обеспечить оптимальную величину всех параметров процесса: температуру, скорость, время и угол сканирования обрабатываемой 5 поверхности маски 4.

Контроль и поддержание параметров технологического процесса очистки маски с помощью заявляемого устройства обеспечивается применением специализированных контроллеров и программируемых средств управления.

Предлагаемые в качестве изобретения способ и его варианты, а также устройство для реализации способа универсальны и уникальны при очистке теневых масок для производства ΟΕΕΌ дисплеев, поскольку на сегодняшний день не известны ни способы, ни устройства аналогичного назначения, позволяющие дать такие высокие выходные параметры, касающиеся очистки масок вообще и сверхтонких в частности, а именно время очистки маски внутри вакуумной камеры 3-7 мин;

температура маски в процессе очистки не более 50°С;

полное отсутствие повреждений маски;

отсутствие деформации маски;

отсутствие необходимости извлечения маски из вакуумной камеры для проведения очистки ее поверхности для последующего использования.

Все заявляемые в качестве изобретения объекты направлены на снижение температуры нагрева обрабатываемой поверхности изделия;

повышение производительности процесса очистки изделия пучком ионов; исключение повреждений обрабатываемой поверхности при ее очистке;

исключение деформации изделия (уход от первоначальных геометрических размеров); возможность обработки различных по площади изделий;

возможность беспрепятственного отделения изделия от охлаждаемого держателя по окончании процесса обработки его поверхности;

повышение качества обработки сверхтонких изделий, толщина которых лежит в диапазоне от 15 до 60 мкм.

Предлагаемые в качестве изобретения способ (варианты) и устройство для его осуществления являются промышленно применимыми, простыми в осуществлении процесса очистки теневых масок в производственных условиях, обеспечивают высокое качество очистки, высокую воспроизводимость масок и высокую производительность.

Источники информации

1. 81иат1 А. Ноешд/С1еашпд 8игГасс8 \νί11ι Оту 1се//Сошрте88еб Αίτ Мадахшс. Аидиз! 1986, р.22-24;

2. Патент ЕР №0461476 от 29.05.91, МПК: Н01Ь 21/306;

3. Патент №2195046, МПК Н01Ь 3/06, опубл. 20.12.2002 г.;

4. Патент №2071992, МПК С23С 14/46, опубл. 20.01.1997 г. (прототип).

Claims (20)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Способ очистки теневых масок в производстве дисплеев, включающий формирование ионного пучка в вакуумной камере с помощью источника ионов, размещение маски в камере напротив эмиссионной поверхности источника ионов, отличающийся тем, что в вакуумной камере устанавливают охлаждаемый держатель, в котором размещают маску, при этом обрабатываемую поверхность маски, обра

   - 8 008187 щенную в сторону эмиссионной поверхности источника ионов, сканируют сфокусированными ленточными пучками ионов, причем тангенциальную скорость сканирования выбирают таковой, чтобы доза энергии, получаемая элементом поверхности маски при однократном прохождении пучка ионов по этой поверхности, не превышала количество тепла, соответствующего максимально допустимому перегреву, а в качестве ионобразующего газа используют кислород или его смесь.
2. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что кислород смешивают с газами из следующего ряда: Аг, Хе, Кг, №, Ν₂, СхНу, СхЕу.
3. 3. Способ по любому из пп.1, 2, отличающийся тем, что доля кислорода в смеси превышает 10%.
4. 4. Способ очистки теневых масок в производстве дисплеев, включающий формирование ионного пучка в вакуумной камере с помощью источника ионов, размещение маски в камере напротив эмиссионной поверхности источника ионов, отличающийся тем, что в вакуумной камере устанавливают охлаждаемый держатель, в котором размещают маску, при этом маску прижимают к держателю прижимным механизмом для обеспечения теплового контакта между охлаждаемым держателем и необрабатываемой поверхностью маски, а обрабатываемую поверхность маски, обращенную в сторону эмиссионной поверхности источника ионов, сканируют сфокусированными ленточными пучками ионов, причем тангенциальную скорость сканирования выбирают таковой, чтобы доза энергии, получаемая элементом поверхности маски при однократном прохождении пучка ионов по этой поверхности, не превышала количество тепла, соответствующего максимально допустимому перегреву, а в качестве ионобразующего газа используют кислород или его смесь.
5. 5. Способ по п.4, отличающийся тем, что кислород смешивают с газами из следующего ряда: Аг, Хе, Кг, №, Ν₂, СхНу, СхЕу.
6. 6. Способ по любому из пп.4, 5, отличающийся тем, что доля кислорода в смеси превышает 10%.
7. 7. Способ по п.4, отличающийся тем, что прижатие маски к поверхности охлаждаемого держателя осуществляют с помощью магнитного поля, создаваемого источником магнитного поля.
8. 8. Устройство для реализации способа по любому из пп.1, 4, содержащее вакуумную камеру и установленные в ней по крайней мере один источник ионов и маску, обрабатываемая поверхность которой направлена в сторону эмиссионной поверхности источника ионов, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено охлаждаемым держателем, размещенным внутри вакуумной камеры, и прижимным механизмом, размещенным над и/или внутри вакуумной камеры и предназначенным для прижатия маски к охлаждаемому держателю и обеспечения теплового контакта между охлаждаемым держателем и необрабатываемой поверхностью маски, при этом источник ионов выполнен с возможностью изменения координаты пересечения пучка ионов с обрабатываемой поверхностью маски.
9. 9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что в качестве источника ионов использован ускоритель с анодным слоем линейного типа.
10. 10. Устройство по п.8, отличающееся тем, что источник ионов размещен в установочном элементе с зазором по отношению к охлаждаемому держателю.
11. 11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что установочный элемент снабжен поворотным механизмом, обеспечивающим поворот установочного элемента вместе с источником ионов.
12. 12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что угол поворота источника ионов вместе с установочньм элементом определяют количество источников, установленных в вакуумной камере, и площадь маски.
13. 13. Устройство по п.10, отличающееся тем, что установочный элемент размещен параллельно продольным осям источника ионов и охлаждаемого держателя.
14. 14. Устройство по п.8, отличающееся тем, что прижимной механизм установлен с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном плоскости маски.
15. 15. Устройство по п.8, отличающееся тем, что оно содержит два и более источника ионов, размещенных в установочных элементах.
16. 16. Устройство по п.15, отличающееся тем, что установочные элементы источников ионов параллельны и лежат в одной плоскости, параллельной плоскости маски.
17. 17. Устройство по п.15, отличающееся тем, что установочные элементы источников ионов непараллельны и лежат в разных плоскостях.
18. 18. Устройство по п.11, отличающееся тем, что поворотный механизм выполнен с возможностью изменения скорости поворота установочного элемента.
19. 19. Устройство по п.8, отличающееся тем, что прижимной механизм выполнен в виде многополюсной магнитной системы.
20. 20. Устройство по п.19, отличающееся тем, что многополюсная магнитная система выполнена в виде комплекта постоянных магнитов.