CN102877026B

CN102877026B - 多层膜器件真空沉积装置

Info

Publication number: CN102877026B
Application number: CN201210370067.5A
Authority: CN
Inventors: 刘星元; 林杰; 李会斌
Original assignee: Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Current assignee: Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Priority date: 2012-09-27
Filing date: 2012-09-27
Publication date: 2014-12-24
Anticipated expiration: 2032-09-27
Also published as: CN102877026A

Abstract

本发明多层膜器件真空沉积装置属于真空技术领域，目的在于解决现有技术中设备复杂、成本高、蒸发源浪费的问题。包括主挡板、主掩膜板、主衬底板以及一个真空室；所述主挡板、主掩膜板以及主衬底板位于所述真空室内；所述主衬底板、主掩膜板及主挡板自上而下同轴安放，所述真空室下部有沉积源、屏蔽板、以及磁控溅射靶，所述主衬底板上安装有烘烤装置；通过旋转所述主衬底板、主掩膜板以及主挡板来更换沉积材料。通过多次定位不同的掩膜框、衬底架、主挡板及沉积源实现多层膜器件在一个真空室内沉积形成，缩小了设备的体积，避免多个真空室之间传递带来的不变；采用衬底在沉积源正上方的方式，减少了蒸发材料的损耗，增加膜层的均匀性。

Description

多层膜器件真空沉积装置

技术领域

本发明属于真空技术领域，具体涉及一种真空镀膜领域的多层膜器件真空沉积装置。

背景技术

当前，随着科学技术的发展，真空沉积的多层膜器件层出不穷，所述的多层膜器件是指器件在真空室内依次镀上不同的材料；现有的真空沉积装置采用多个真空室组合的方式实现多层膜器件的沉积，沉积不同材料时需转换到不同的真空室内进行，由于每个真空室都需要独立的真空获取装置，各个真空室之间需要复杂的传递机构，器件在转换真空室过程中采用机械手实现，由于整个装置镀膜过程中在多个真空室内实现，所以机械手的长度较长、结构较复杂，另外，在沉积多层材料过程中采用衬底在中间、沉积源在周边的结构；衬底只能在垂直方向升降限制了沉积源的排布；上述的现有真空沉积装置沉积过程复杂，设备成本量大，其次，不能有效的利用蒸发源，造成蒸发源的浪费。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多层膜器件真空沉积装置，解决现有技术中存在的问题。

为实现上述目的，本发明的多层膜器件真空沉积装置包括包括主挡板、主掩膜板、主衬底板以及一个真空室；所述主挡板、主掩膜板以及主衬底板均位于所述真空室内；所述主衬底板、主掩膜板及主挡板自上而下过圆心同轴安放，所述真空室下部设置有沉积源及屏蔽板，所述主衬底板上安装有烘烤装置；该沉积装置可通过水平方向上旋转所述主衬底板、主掩膜板以及主挡板来更换沉积材料。

所述主挡板、主掩膜板以及主衬底板分别通过主挡板轴、主掩膜板轴以及主衬底板轴与真空室外的主挡板外控板、主掩膜板外控板以及主衬底板外控板相连；所述主挡板与所述主挡板外控板可同步旋转，所述主掩膜板与所述主掩膜板外控板可同步旋转，所述主衬底板与所述主衬底板外控板可同步旋转。

所述主衬底板上开有衬底窗口及晶振窗口，所述衬底窗口的下部固定有衬底架，上部固定有所述烘烤装置，所述主衬底板上安放有晶振厚度检测装置，所述晶振厚度检测装置与所述晶振窗口同心；所述烘烤装置及所述晶振厚度检测装置用电缆连接于烘烤、晶振电极馈入电极；所述晶振窗口的中心与衬底窗口中心在同一径向线上，并且在衬底窗口与主衬底板的中心的中间；所述衬底窗口的中心到主衬底板的中心的距离与衬底窗口的中心到真空室的中心的距离是等同的。

所述主挡板上开有一个衬底窗口及两个晶振窗口，其中一个晶振窗口的中心同衬底窗口的中心在同一径向位置上，一个晶振窗口的中心在圆周的位置与衬底窗口的中心要错开真空室下部沉积源的一个位置，所述两个晶振窗口在同一圆周上；所述衬底窗口的中心到主挡板的中心的距离与衬底窗口的中心到真空室的中心的距离是等同的。

所述主挡板上的晶振窗口的中心及主挡板的中心之间的径向距离与所述主衬底板上的晶振窗口的中心及主衬底板的中心之间的径向距离是等同的。

所述主掩膜板上开有m个晶振窗口及n个掩膜窗口，所述m个晶振窗口圆周均匀分布，所述n个掩膜窗口圆周均匀分布，所述掩膜窗口上部装有掩膜框，所述掩膜框与衬底架是可动配合插入装置。

所述m的取值为m≥2，所述n的取值为n≥2，所述m=n；每两个晶振窗口及掩膜窗口之间在径向上位于最近位置处。

所述主掩模板上的晶振窗口及掩膜窗口到主掩膜板中心的径向距离分别与所述主衬底板上的晶振窗口及衬底窗口到主衬底板中心的径向距离相同。

所述沉积源有磁控溅射靶、电子枪坩埚及位置可以升降的5个电阻蒸发源和4个束源炉，位于真空排气口的周围。

所述屏蔽板包括内屏蔽板、外屏蔽板以及中隔屏蔽板，所述内屏蔽板及外屏蔽板位于内外两圆周上，所述中隔屏蔽板圆周均布在所述内屏蔽板与所述外屏蔽板构成的圆环上。

本发明的有益效果为：本发明的沉积装置采用一个真空室，通过多次定位不同的掩膜框、衬底架、主挡板及沉积源实现多层膜器件在一个真空室内沉积形成，缩小了设备的体积和复杂性，避免了多个真空室之间传递带来的不变；另外，采用衬底在沉积源正上方的方式，减少了蒸发材料的损耗，增加膜层的均匀性。

附图说明

图1为本发明的多层膜器件真空沉积装置结构示意图；

图2为主衬底板俯视图；

图3为主挡板俯视图；

图4为主掩膜板俯视图；

图5为真空室仰视图；

其中：1、电阻蒸发源，2、屏蔽板，3、主挡板，4、主掩膜板，5、衬底架，6、主衬底板，7、烘烤装置，8、晶振厚度检测装置，9、主掩膜板外控板，10、主衬底板轴，11、主掩膜板轴，12、主挡板轴，13、主掩膜板弹簧，14、主挡板外控板，15、主衬底板外控板，16、烘烤、晶振电极馈入电极，17、真空室，18、掩膜框，19、束源炉，20、磁控溅射靶，21、真空排气口，22、沉底窗口，23晶振窗口，24、掩膜窗口25、内屏蔽板，26、外控板，27、中隔屏蔽板，28、电子枪坩埚。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

实施例一：

参见附图1，具体结合制作有源薄膜晶体管有机发光器件进行说明，器件的尺寸是50mm×50mm，本发明的多层膜器件真空沉积装置，包括主挡板3、主掩膜板4、主衬底板6以及一个尺寸为600mm×560mm的真空室17；所述主挡板3、主掩膜板4以及主衬底板6均位于所述真空室17内；所述主衬底板6、主掩膜板4及主挡板3自上而下同轴安放，所述真空室17下部有沉积源、屏蔽板2、以及磁控靶，所述烘烤装置7安装在主衬底板6上；通过旋转所述主衬底板6、主掩膜板4以及主挡板3来更换沉积材料。

所述主挡板3、主掩膜板4以及主衬底板6分别通过主挡板轴12、主掩膜板轴11以及主衬底板轴10与真空室17外的主挡板外控板14、主掩膜板外控板9以及主衬底板外控板15相连，并且各自组成的整体同步旋转，所述主衬底板轴10、主掩膜板轴11、主挡板轴12与真空室17之间都是真空旋转密封的。

参见附图2，所述主衬底板6上开有衬底窗口22及晶振窗口23，所述衬底窗口22的下部固定有衬底架5，上部固定有烘烤装置7，所述晶振窗口23的中心与主衬底板6的中心的径向距离是175mm，所述衬底窗口22的中心与主衬底板6的中心的距离是220mm，所述主衬底板6上安放有晶振厚度检测装置8，所述烘烤装置7及所述晶振厚度检测装置8的电连接是用电缆连接于烘烤、晶振电极馈入电极16；所述衬底窗口22的中心到主衬底板6的中心的距离与衬底窗口22的中心到真空室17的中心的距离是等同的。

参见附图3，所述主挡板3上开有一个衬底窗口22及两个晶振窗口23，其中一个晶振窗口23的中心同衬底窗口22的中心在同一径向位置上，一个晶振窗口23的中心在圆周的位置与衬底窗口22的中心和要错开30°角，即错开真空室17下部沉积源的一个位置，所述两个晶振窗口23在同一圆周上；所述衬底窗口22的中心与主挡板3的中心的距离是220mm，所述晶振窗口23的中心与主挡板3的中心的径向距离是175mm，所述衬底窗口22的中心到主挡板3的中心的距离与衬底窗口22的中心到真空室17的中心的距离是等同的。

所述主挡板3上的晶振窗口23的中心及主挡板3的中心之间的径向距离与所述主衬底板6上的晶振窗口23的中心及主衬底板6的中心之间的径向距离是等同的。

参见附图4，所述主掩膜板4上开有12个晶振窗口23及12个掩膜窗口24，所述12个晶振窗口23圆周均匀分布，所述12个掩膜窗口24圆周均匀分布；所述衬底窗口22的中心与主掩膜板4的中心的距离是220mm，所述晶振窗口23的中心与主掩膜板4的中心的径向距离是175mm；所述掩膜窗口24上部装有掩膜框18，所述掩膜框18与衬底架5是可动配合插入装置，其驱动是下压由主掩膜板弹簧13支撑的主掩膜板外控板9后，带动主掩膜板轴11、主掩膜板4和掩膜框18来完成的；下压主掩膜板外控板9，掩膜框18与衬底架5分离；经定位后，抬起主掩膜板外控板9，掩膜框18即插入衬底架5，使掩膜框18上的掩膜板同衬底架5内的衬底贴合；每两个晶振窗口23及掩膜窗口24之间在径向上处于最近位置处。

参见附图5，所述沉积源有磁控溅射靶20、电子枪坩埚28及位置可以升降的5个电阻蒸发源1和4个束源炉19，他们位于真空排气口21的周围，并且每个源的中心在同一圆周上，相差30°角，圆周的直径为440mm，保证各个沉积源位置在衬底窗口22的正下方；所述真空排气口21位于真空室17下部，所述屏蔽板2包括内屏蔽板25、外屏蔽板26以及中隔屏蔽板27，所述内屏蔽板25及外屏蔽板26位于内外两圆周上，所述中隔屏蔽板27圆周均布在所述内屏蔽板25与所述外屏蔽板26构成的圆环上，并将所述圆环分隔成等同的空间部分。

实施例二：

本是实施例与实施例一的区别在于：所述主掩膜板4上开有2个晶振窗口23及2个掩膜窗口24，所述2个晶振窗口23圆周均匀分布，所述2个掩膜窗口24圆周均匀分布；所述衬底窗口22的中心与主掩膜板4的中心的距离是220mm，所述晶振窗口23的中心与主掩膜板4的中心的径向距离是175mm；所述掩膜窗口24上部装有掩膜框18，所述掩膜框18与衬底架5是可动配合插入装置，其驱动是下压由主掩膜板弹簧13支撑的主掩膜板外控板9后，带动主掩膜板轴11、主掩膜板4和掩膜框18来完成的；下压主掩膜板外控板9，掩膜框18与衬底架5分离；经定位后，抬起主掩膜板外控板9，掩膜框18即插入衬底架5，使掩膜框18上的掩膜板同衬底架5内的衬底贴合；每两个晶振窗口23及掩膜窗口24之间在径向上处于最近位置处。

实施例三：

本实施例与实施例一的区别在于：所述主掩膜板4上开有16个晶振窗口23及16个掩膜窗口24，所述16个晶振窗口23圆周均匀分布，所述16个掩膜窗口24圆周均匀分布；所述衬底窗口22的中心与主掩膜板4的中心的距离是220mm，所述晶振窗口23的中心与主掩膜板4的中心的径向距离是175mm；所述掩膜窗口24上部装有掩膜框18，所述掩膜框18与衬底架5是可动配合插入装置，其驱动是下压由主掩膜板弹簧13支撑的主掩膜板外控板9后，带动主掩膜板轴11、主掩膜板4和掩膜框18来完成的；下压主掩膜板外控板9，掩膜框18与衬底架5分离；经定位后，抬起主掩膜板外控板9，掩膜框18即插入衬底架5，使掩膜框18上的掩膜板同衬底架5内的衬底贴合；每两个晶振窗口23及掩膜窗口24之间在径向上处于最近位置处。

实施例四：

利用本发明的沉积装置制备TFTOEL的工作过程为：

1、将K9玻璃衬底装入主衬底板6下的衬底架5上，将掩膜板固定在掩膜框18上后，再装入在主掩膜板4的掩膜窗口24上。

2、下压主掩膜板外控板9，使掩膜框18与衬底架5分离；旋转定位后，抬起主掩膜板外控板9，使掩膜框18插入衬底架5，进而使掩膜框18上的掩膜板与衬底架5内的衬底贴合。

3、旋转主衬底板外控板15或主掩膜板外控板9；使已同步的主衬底板6上的衬底和主掩膜板4上的掩膜板定位于电子枪坩埚（28）正上方。

4、旋转主挡板外控板14，使主挡板3上错开的30°角的晶振窗口23定位于需要沉积材料的源的正上方，这样就使掩膜框18上的掩膜板和衬底架5内的衬底被主挡板遮挡；开启烘烤装置7进行衬底加热；开启沉积源，用在晶振窗口23上固定的晶振厚度监测装置8监测沉积速率。

5、衬底加热到100℃后，SiO₂的蒸发速率控制在0.2～0.3nm/s；旋转主挡板外控板30°角，使主挡板3上的衬底窗口22定位于主衬底板6的衬底窗口22下，使衬底和掩膜板暴露于于需要沉积材料的源的正上方，开始沉积SiO₂；厚度为100nm，作为栅极绝缘层。

6、衬底温度冷却到60℃，重复步骤2～4，重新定位不同的掩膜框18、衬底架5、主挡板3，将衬底架5定位在束源炉19正上方，有机材料并五苯的蒸发速率控制在0.01nm～0.03nm/s；旋转主挡板外控板30°角，使主挡板3上的衬底窗口22定位于主衬底板6的衬底窗口22下，使衬底和掩膜板暴露于并五苯的源的正上方，开始沉积并五苯；厚度为15nm，作为传输层。

7、重复步骤2～4，重新定位不同的掩膜框18、衬底架5、主挡板3，将衬底架5定位在束源炉19正上方，有机材料PTCDI-C13的蒸发速率控制在0.01nm～0.03nm/s，旋转主挡板外控板30°角，使主挡板3上的衬底窗口22定位于主衬底板6的衬底窗口22下，使衬底和掩膜板暴露于于PTCDI-C13的源的正上方，开始沉积PTCDI-C13；厚度为50nm，作为传输层。

8、重复步骤2～4，重新定位不同的掩膜框18、衬底架5、主挡板3，将衬底架5定位在磁控溅射靶20正上方，ITO的溅射速率控制在0.2～0.5nm/s，即可旋转主挡板外控板30°角，使主挡板3上的衬底窗口22定位于主衬底板6的衬底窗口22下，使衬底和掩膜板暴露于于ITO的源的正上方，开始沉积ITO；厚度为100nm，作为源极和漏极。

9、重复步骤2～4，重新定位不同的掩膜框18、衬底架5、主挡板3，将衬底架5定位在电阻蒸发源1正上方，Al的溅射速率控制在0.5～2nm/s，即可旋转主挡板外控板30°角，使主挡板3上的衬底窗口22定位于主衬底板6的衬底窗口22下，使衬底和掩膜板暴露于于Al蒸发源的正上方，开始沉积Al；厚度为100nm，作为引出电极。

Claims

1.多层膜器件真空沉积装置，其特征在于，包括主挡板(3)、主掩膜板(4)、主衬底板(6)以及一个真空室(17)；所述主挡板(3)、主掩膜板(4)以及主衬底板(6)均位于所述真空室(17)内；所述主衬底板(6)、主掩膜板(4)及主挡板(3)自上而下过圆心同轴安放，所述真空室(17)下部设置有沉积源及屏蔽板(2)，所述主衬底板(6)上安装有烘烤装置(7)；该沉积装置可通过水平方向上旋转所述主衬底板(6)、主掩膜板(4)以及主挡板(3)来更换沉积材料；

所述主挡板(3)、主掩膜板(4)以及主衬底板(6)分别通过主挡板轴(12)、主掩膜板轴(11)以及主衬底板轴(10)与真空室(17)外的主挡板外控板(14)、主掩膜板外控板(9)以及主衬底板外控板(15)相连；所述主挡板(3)与所述主挡板外控板(14)可同步旋转，所述主掩膜板(4)与所述主掩膜板外控板(9)可同步旋转，所述主衬底板(6)与所述主衬底板外控板(15)可同步旋转；

所述主衬底板(6)上开有衬底窗口(22)及晶振窗口(23)，所述衬底窗口(22)的下部固定有衬底架(5)，上部固定有所述烘烤装置(7)，所述主衬底板(6)上安放有晶振厚度检测装置(8)，所述晶振厚度检测装置(8)与所述晶振窗口(23)同心；所述烘烤装置(7)及所述晶振厚度检测装置(8)用电缆连接于烘烤、晶振电极馈入电极(16)；所述晶振窗口(23)的中心与衬底窗口(22)中心在同一径向线上，并且在衬底窗口(22)与主衬底板(6)的中心的中间；所述衬底窗口(22)的中心到主衬底板(6)的中心的距离与衬底窗口(22)的中心到真空室(17)的中心的距离是等同的；

所述主挡板(3)上开有一个衬底窗口(22)及两个晶振窗口(23)，其中一个晶振窗口(23)的中心同衬底窗口(22)的中心在同一径向位置上，一个晶振窗口(23)的中心在圆周的位置与衬底窗口(22)的中心要错开真空室(17)下部沉积源的一个位置，所述两个晶振窗口(23)在同一圆周上；所述衬底窗口(22)的中心到主挡板(3)的中心的距离与衬底窗口(22)的中心到真空室(17)的中心的距离是等同的。

2.根据权利要求1所述的沉积装置，其特征在于，所述主挡板(3)上的晶振窗口(23)的中心及主挡板(3)的中心之间的径向距离与所述主衬底板(6)上的晶振窗口(23)的中心及主衬底板(6)的中心之间的径向距离是等同的。

3.根据权利要求1所述的沉积装置，其特征在于，所述主掩膜板(4)上开有m个晶振窗口(23)及n个掩膜窗口(24)，所述m个晶振窗口(23)圆周均匀分布，所述n个掩膜窗口(24)圆周均匀分布，所述掩膜窗口(24)上部装有掩膜框(18)，所述掩膜框(18)与衬底架(5)是可动配合插入装置；所述m的取值为m≥2，所述n的取值为n≥2，所述m＝n；每两个晶振窗口(23)及掩膜窗口(24)之间在径向上位于最近位置处。

4.根据权利要求1所述的沉积装置，其特征在于，所述主掩模板上的晶振窗口(23)及掩膜窗口(24)到主掩膜板(4)中心的径向距离分别与所述主衬底板(6)上的晶振窗口(23)及衬底窗口(22)到主衬底板(6)中心的径向距离相同。

5.根据权利要求1所述的沉积装置，其特征在于，所述沉积源有磁控溅射靶(20)、电子枪坩埚(28)及位置可以升降的5个电阻蒸发源(1)和4个束源炉(19)，位于真空排气口(21)的周围。

6.根据权利要求1所述的沉积装置，其特征在于，所述屏蔽板(2)包括内屏蔽板(25)、外屏蔽板(26)以及中隔屏蔽板(27)，所述内屏蔽板(25)及外屏蔽板(26)位于内外两圆周上，所述中隔屏蔽板(27)圆周均布在所述内屏蔽板(25)与所述外屏蔽板(26)构成的圆环上。