TW201533254A - 用於以脈衝雷射沉積沉積材料之裝置及以該裝置沉積材料之方法 - Google Patents

Abstract

本發明係關於一種用於以脈衝雷射沉積沉積材料之裝置，該裝置包括：真空室；配置於該真空室內之至少一個基材載具與基材，該基材具有第一、第二及第三方向，該三個方向中之每個互相垂直，其中該基材可藉由該基材載具在第一方向上移動；配置於該真空室內之靶材載具與靶材，及其中該靶材大體上在該基材之第二方向上延伸整個長度並平行於該基材；至少一用於照射該靶材，從而產生沉積於該基材上之材料之電漿的雷射，其中該雷射在該靶材上之入射位置可平行於該基材之第二方向移動；及用於控制該基材載具之移動及該雷射在該靶材上之入射位置之移動的控制器。

Description

用於以脈衝雷射沉積沉積材料之裝置及以該裝置沉積材料之方法

本發明係關於用於以脈衝雷射沉積沉積材料之裝置及以該裝置沉積材料之方法。

使用脈衝雷射沉積，在真空室內藉由雷射照射靶材材料。由於該激發，產生材料之電漿羽，其中其之中心軸線垂直於靶材上之入射位置。此材料之電漿羽指向基材，在該基材上，電漿羽中之粒子發生沉積。

可在相對較大之表面積上應用脈衝雷射沉積將有利於廣泛領域op應用。然而，目前在大表面積上可利用之脈衝雷射沉積方法仍不容許在除圓形外的表面積上製造層狀結構，例如，用於製造大型有機發光顯示器(OLED)。EP 2159300中描述一此種當前可利用之受限於圓形基材之方法。

因此，本發明之一目的係提供一種可減少或甚至避免上述缺點之裝置。

此目的係藉由一種用於以脈衝雷射沉積沉積材料之裝置來達成，該裝置包括：-真空室；-配置於該真空室內之至少一基材載具與基材，該基材具有第一、第二及第三方向，該三個方向中之每個互相垂直，其中該基材可 藉由該基材載具在第一方向上移動；-配置於該真空室內之靶材載具與靶材，且其中該靶材大體上在該基材之第二方向上延伸整個長度並平行於該基材；-至少一用於照射該靶材，從而產生沉積於該基材上之材料之電漿的雷射，其中該雷射在該靶材上之入射位置可平行於該基材之第二方向移動；及-用於控制該基材載具之移動及該雷射在該靶材上之入射位置之移動的控制器。

在其使用中，基材藉由基材載具在第一方向上之移動移位，然而同時，電漿羽在垂直於表面上之電漿羽之第一方向的第二方向上之移動在基材上產生靶材材料層。

由於電漿羽係由粒子之分佈組成，及由於電漿羽在基材上在第二方向中之移動速度通常大於在其載具內之基材之移動速度，所以該基材之移動及入射位置通常將在基材上產生靶材材料之均質層。

藉由在第二方向上移動雷射及/或傾斜雷射兩者可改變對雷射在靶材上之入射位置的控制。

該靶材之組合物可係均質的以沉積一種靶材材料之層，但若需要在一個步驟內將不同材料沉積在彼此頂部，則其亦可係非均質的。為此，該裝置亦可包括多於一個靶材，該等靶材之組合物可在每個靶材及/或在該靶材內改變。

可使用多個雷射及/或可將一束雷射分為各種光束。以此方式，在靶材之表面上產生多點入射。例如，靶材在第二方向上之長度可分段分佈，及在電漿羽之產生中，每個雷射束將至少覆蓋一段。以該方式，同時受激之靶材材料量可增加及可以較高速率發生沉積。

此外，可在靶材之表面上產生不會在靶材表面上實質上沿第二方向移動之一或多個個別入射點，從而在基材上沿第一方向產生一系 列靶材材料。

第一方向可選自基材之長度或寬度方向，及因此第二方向將係長度或寬度之另一方向。

在本發明裝置之一項實施例中，雷射之入射位置的移動係與基材載具之移動線性相關。

藉由使靶材上之入射位置的移動與基材藉由其載具之移動相關連，可進一步提高藉由裝置沉積在基材上之層的均質性。入射位置之移動與基材之移動之間的關連確保電漿羽在基材表面上之路徑呈線性。非線性關係可引起基材表面上之層厚度的差異，此在某些應用中可能係缺點。然而，在其他應用中，層厚度之差異可能係優點。

在本發明裝置之一項較佳實施例中，當沿移動方向觀看時，一經到達基材之遠端邊緣，控制器即將雷射之入射位置重置至基材的最近邊緣。

基材之最近邊緣係所產生之電漿羽開始在基材上沉積粒子的邊緣，而基材之遠端邊緣係電漿羽路徑結束的邊緣。藉由移動入射位置使得所產生之電漿羽自最近邊緣移動至遠端邊緣及以重複之移動返回，可在連續製程中使用靶材材料沉積大面積基材。

在使用多個雷射束之情況下，每個雷射束可僅需沿該雷射束之區段重置。

在本發明裝置之一項更佳實施例中，該裝置進一步包括在重置雷射於靶材上之入射位置期間用於阻斷電漿羽沈積於基材上之阻斷構件。

當入射位置到達電漿羽到達基材遠端邊緣之位置時，需重置該位置使得電漿羽在最近邊緣處繼續。然而，重置移動引起每程電漿羽之間之距離差異，從而可能負面影響層之均質性、瑕疵之均質性或所得層之電性質的均質性。藉由在此重置移動期間阻斷雷射，可減小非 均質層、非均勻損壞及非均勻電性質之機會。

此等阻斷構件可包括，例如，配置於靶材與基材之間或雷射源與靶材之間的屏蔽，或該裝置可包括在重置過程期間使用靶材材料沉積之第二基材。該阻斷構件亦可包括光學構件(諸如反射鏡或稜鏡)或亦可包括其他在重置移動期間阻斷雷射的構件。該阻斷構件亦可包括在重置移動期間關閉雷射的構件。

在本發明裝置之另一項實施例中，雷射在靶材上之入射位置亦可在第一方向上沿著該靶材之表面移動。

藉由相應地改變位置，雷射可衝擊靶材之不同區域。由於靶材組合物中之可能差異，此容許使不同區域之靶材沉積在基材上。

在本發明裝置之一項較佳實施例中，該靶材係至少部分曲面，較佳係在基材第二方向之全部長度上為圓柱形。

當雷射衝擊靶材時，垂直於入射位置之切線產生電漿羽。因此，當在靶材表面上沿著第一方向移動入射位置時，所得電漿羽相對於基材之角度將改變。因此，粒子在到達基材前所行進之距離改變。由於電漿羽中之粒子將在靶材與基材間之軌道期間減緩，因此沿靶材曲率之入射位置的變化容許調整當粒子到達基材時該等粒子之動力學(例如，粒子速度)。

由於入射位置亦將沿著靶材之表面在第二方向上改變以在大表面積之基材上沉積靶材材料，因此靶材較佳在平行於基材之第二方向的方向上具有恆定之橫截面。

在本發明裝置之又一項較佳實施例中，靶材係圓柱桿。

圓柱桿具有恆定之橫截面且可相對簡單地製造。

較佳地，該靶材可平行於基材之第二方向繞其軸線旋轉。

圓柱桿繞軸線之旋轉容許自靶材沿其曲率恆定且均勻地融磨材料，使得該靶材儘管有實質的融磨仍可保持其圓柱形狀。非恒定之融 磨會導致靶材表面之曲率隨時間之不可預測的變化，從而改變電漿羽角度，而靶材之旋轉則可防止此類變化，或至少使此等變化更可預測。

在本發明裝置之另一項實施例中，在基材之第二方向上之長度係至少20厘米。

本發明之裝置容許塗布相對較大之表面積，特別係用於在第二方向上具有至少20厘米長度的基材。更佳地，該長度係至少30厘米。最佳地，該長度係至少50厘米。

在本發明裝置之又一項實施例中，基材包括具有電致發光材料層之玻璃層。

藉由本發明之裝置至少可構建層狀結構之頂層的沉積。若選擇相對較大之基材面積(例如，具有至少50厘米之第二方向)，則該裝置容許製造大表面積顯示器。

本發明之目的進一步藉由一種使用本發明裝置以脈衝雷射沉積沉積材料之方法來達成，該方法包括以下之重複步驟：-以恒定速度在第一方向上移動基材；-當沿第二方向觀看時，使雷射在靶材上之入射位置在第二方向上以恒定速度自基材之最近邊緣向基材之遠端邊緣移動，及-當沿第二方向觀看時，使雷射之入射位置自基材之遠端邊緣移回至基材之最近邊緣，且抑制粒子在基材上之沉積。

藉由使電漿羽在基材上自最近邊緣移動至遠端邊緣並以通常大於基材之恒定移動速度的恒定速度在第二方向上以重複移動返回，該方法通常將在基材上產生靶材材料的均質層。

當相應地移動電漿羽而不抑制粒子自電漿羽之沉積時，此等移動將在基材表面上產生環形之V字型移動。由於此移動，在電漿羽(例如，其中心軸)通過之間的時間將在基材之第二方向上變化。首先， 此可導致基材上之層的非均質性。更重要地，尤其發現此類變化會引起損壞量之差異或在基材上獲得之電性質的差異。為防止發生此情況，在入射位置之返回移動期間，抑制粒子自電漿羽沉積於基材上。

如需要，亦可藉由改變電漿羽在表面上的沉積型態來改變層狀結構之厚度。此亦可藉由至少暫時地使基材在第一方向上之移動與入射點在第二方向上之移動成非線性而實現。

通常，例如，在各種結構，及特別係在大表面有機發光顯示器(OLED)或TFT之製造中使用本發明之裝置可具有優勢。OLED亦包含透明OLED或頂部發射OLED。

OLED包括較佳由玻璃製成之基材，在該基材上沉積兩層導電層及位於彼等層之間的發射性電致發光層。OLED係分層構建及將第二導電層沉積在發射性電致發光層之頂部上可能會損壞後者，從而增加所得裝置的故障機會，例如，由於漏電流或短路。因此，應用目前可獲得之脈衝雷射沉積方法會增加此類損壞的機會，然而本裝置則容許藉由改變入射位置來調整粒子速度。尤其將本裝置應用於構建OLED可減少對電致發光層造成非均質損壞的機會。至少可藉由本發明之裝置構建層狀結構之頂層的沉積。若選擇相對較大之基材面積(例如，具有至少50厘米之第二方向)，則該裝置容許製造大表面積顯示器。

在主動式薄膜電晶體(TFT)之製造中，可使用該裝置來施加諸如IGZO(氧化銦鎵鋅)、ZTO(氧化鋅錫)或ZnON(氮氧化鋅)之高移動率材料。將本裝置應用於構建TFT尤其可減小所得產品之非均勻電性質的機會。

控制器可包括用於控制一或多個基材載具、一或多個靶材載具、雷射之構件且其可經程式化以執行自動化沉積程式。

將結合隨附圖式闡明本發明之此等及其他特徵。

圖1顯示本發明裝置之一項實施例的示意圖。

圖2A及2B顯示本發明裝置之一項實施例的俯視圖及入射位置沿靶材曲率之變化。

圖3顯示根據本發明在基材上的沉積型態。

在圖1中，顯示包括雷射2、呈圓柱桿形狀之靶材3及基材4的裝置1。藉由以雷射2衝擊靶材3，產生指向基材4之具有中心6之粒子的電漿羽5。基材4至少可在第一方向A上移動，而雷射在靶材3上之入射位置7可在第二方向B上變化。此外，基材4可繞其軸線8在方向C上旋轉。藉由使基材4在方向A上移動及同時使雷射2在靶材3之表面上的入射位置7在方向B上移動，電漿羽5以重複型態在基材4上移動。

圖2A及2B中顯示雷射2在靶材3上之入射位置7的移動。在圖2A中，雷射2之入射位置7係經選擇使得所得之垂直於靶材3表面之切線9a的電漿羽5相較於圖2B將具有相對較短之至基材4的距離10a。在此圖中，所選擇之入射位置7更加朝向靶材3之側面，因此，所得之亦垂直於靶材3表面之切線9b的電漿羽5將具有較長之至基材4之距離10b。因為此較長之距離10b，所以電漿羽5之粒子衝擊基材4表面之速度將具有較低速度，從而減小損壞基材4的機會。

圖3顯示電漿羽5之中心6在一部分基材4之表面上之移動型態，為清晰起見而以放大視圖呈現。在此移動中，電漿羽5以軌道13在第一邊緣11朝向第二邊緣12之間重複移動，同時在第一方向A上移動基材4。在自第一邊緣朝向第二邊緣12之軌道的部分13a上，在基材4上發生自電漿羽5之沉積，而在以虛線顯示之返回路徑13b上，基材4上之沉積將受到抑制。由於基材4之移動恒定，所以在電漿羽5之後續程14a、b、c之間的時間及距離在基材4之第二方向B及第一方向A兩者上相同，從而減小非均質沉積之機會，但更重要地係減小對基材4之非均質損壞或基材4中之非均勻電性質的機會。

A‧‧‧第一方向

B‧‧‧第二方向

C‧‧‧方向C

1‧‧‧裝置

2‧‧‧雷射

3‧‧‧靶材

4‧‧‧基材

5‧‧‧電漿羽

6‧‧‧中心

7‧‧‧雷射之入射位置

8‧‧‧軸線

9a‧‧‧靶材3表面之切線

9b‧‧‧靶材3表面之切線

10a‧‧‧至基材4之距離

10b‧‧‧至基材4之距離

11‧‧‧第一邊緣

12‧‧‧第二邊緣

13a‧‧‧部分軌道

13b‧‧‧返回路徑

14a‧‧‧後續程

14b‧‧‧後續程

14c‧‧‧後續程

圖1顯示本發明裝置之一項實施例的示意圖。

圖2A及2B顯示本發明裝置之一項實施例的俯視圖及入射位置沿靶材曲率之變化。

圖3顯示根據本發明在基材上的沉積型態。

A‧‧‧第一方向

B‧‧‧第二方向

C‧‧‧方向C

1‧‧‧裝置

2‧‧‧雷射

3‧‧‧靶材

4‧‧‧基材

5‧‧‧電漿羽

6‧‧‧中心

7‧‧‧雷射之入射位置

8‧‧‧軸線

Claims (11)

1. 一種用於以脈衝雷射沉積沉積材料之裝置，該裝置包括：真空室；配置於該真空室內之至少一個基材載具與基材，該基材具有第一、第二及第三方向，該三個方向中之每個互相垂直，其中該基材可藉由該基材載具在該第一方向上移動；配置於該真空室內之靶材載具與靶材，且其中該靶材大體上在該基材之該第二方向上延伸整個長度並平行於該基材；至少一用於照射該靶材，從而產生沉積於該基材上之材料之電漿的雷射，其中該雷射在該靶材上之入射位置可平行於該基材之該第二方向移動；及用於控制該基材載具之移動及該雷射在該靶材上之入射位置之移動的控制器。
2. 如請求項1之裝置，其中該雷射之入射位置之移動與該基材載具之移動係線性相關。
3. 如請求項2之裝置，其中當沿該移動方向觀看時，一經到達該基材之遠端邊緣，該控制器即將該雷射之入射位置重置至該基材之最近邊緣。
4. 如請求項3之裝置，其進一步包括在重置該雷射在該靶材上之入射位置期間，用於阻斷該電漿羽在該基材上之沈積的阻斷構件。
5. 如請求項1至4中任一項之裝置，其中該雷射在該靶材上之入射位置亦可在該第一方向上沿著該靶材之表面移動。
6. 如請求項5之裝置，其中該靶材係至少部分曲面，較佳係在該基材之該第二方向之全部長度上為圓柱形。
7. 如請求項6之裝置，其中該靶材係圓柱桿。
8. 如請求項7之裝置，其中該靶材可繞其平行於該基材之第二方向的軸線旋轉。
9. 如請求項1至4中任一項之裝置，其中該基材在該第二方向上之長度係至少20厘米。
10. 如請求項1至4中任一項之裝置，其中該基材包括具有電致發光材料層之玻璃層。
11. 一種利用如前述請求項中任一項之裝置藉由脈衝雷射沉積沉積材料之方法，該方法包括以下重複步驟：以恒定速度在第一方向上移動該基材；當沿第二方向觀看時，以恒定速度在第二方向上使該雷射在該靶材上之入射位置自該基材之最近邊緣向該基材之遠端邊緣移動，及當沿第二方向觀看時，使該雷射之入射位置自該基材之遠端邊緣移動回該基材之最近邊緣，且抑制粒子在該基材上之沉積。